CN103168204A - 热媒流量估计装置、热源机以及热媒流量估计方法 - Google Patents

Abstract

不使用流量计地对热媒的流量进行计算。冷水流量推算部(70)所具备的要求制冷剂循环流量计算部(74)基于冷水流量计划值以及蒸发器中流动的冷水的温度的测量值，来计算蒸发器中制冷剂与冷水之间所交换的蒸发器交换热量，并基于该蒸发器交换热量对蒸发器制冷剂流量进行计算。并且，冷水循环流量逆运算部(78)基于冷凝器与蒸发器的差压的设定值与该差压的测量值之比、以及计算出的蒸发器制冷剂流量，对蒸发器制冷剂流量进行逆运算，根据逆运算得到的蒸发器制冷剂流量对蒸发器中制冷剂与冷水之间所交换的蒸发器交换热量进行逆运算，并基于逆运算得到的蒸发器交换热量以及蒸发器中流动的冷水的温度的测量值对冷水的流量进行逆运算。

Description

热媒流量估计装置、热源机以及热媒流量估计方法

技术领域

本发明涉及热媒流量估计装置、热源机以及热媒流量估计方法。

背景技术

为了使热源机例如冷冻机以设计值进行运行，需要对流入蒸发器的热媒(冷水)的流量进行管理，但由于对流量进行测量的流量计价格高昂以及减少部件件数等的理由，存在有不在冷冻机中设置用于测量热媒的流量的流量计的情况。

在未设置有用于测量热媒的流量的流量计的冷冻机中，例如在用于控制膨胀阀开度的运算中利用的热媒的流量与实际的热媒的流量上存在乖离，从而，由于通过运算所计算出的膨胀阀的开度与真正必要的膨胀阀的开度之间的偏离，存在将产生以下那样的故障的可能性。

在膨胀阀的开度过大的情况下，制冷剂的流量过大，冷冻机的动力成为过大，其结果，将产生冷冻机的性能系数(COP(Coefficient Of Performance))降低或压缩机中卷入液相的制冷剂的所谓液回流，由于在凝结机的过冷却不够充分而在凝结机中制冷剂的一部分不成为液相，从而存在产生以气相流入到蒸发器中的气体旁路这样的可能性。

另一方面，在膨胀阀的开度过小的情况下，冷凝器与蒸发器之间的压力差过大，冷冻机的动力成为过大，其结果，存在COP降低的可能性。

由此，作为对流量进行测量的技术，在专利文献1中记载有如下的冷却水流量估计方式，即，基于冷水出口温度、冷水入口温度以及冷水流量的测量值，对冷冻载荷进行计算，基于冷却水入口温度以及冷冻载荷，对热交换系数进行计算，根据从传感器群传送来的测量值与热交换系数，对冷却水流量进行计算并输出的冷却水流量估计方式。

另外，在专利文献2中记载有如下的技术，即，具备对多个空气调和机的各个空气调和机的冷温水入口出口间的差压进行测量的多个差压传感器、以及对整体的冷温水流量进行测量的流量传感器，在制冷运行前，通过阀切换等来形成仅一个差压传感器进行动作的流路，求取流量与差压的关系，在制冷运行时，通过该差压传感器来求取冷温水的流量的技术。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开平7-91764号公报

专利文献2：JP特开2005-155973号公报

发明概要

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1所记载的技术中，为了对冷却水流量进行计算，利用了对冷水流量进行测量的流量计。另外，在专利文献2所记载的技术中，为了对各个空气调和机的冷温水的流量进行测量，利用了对整体的冷温水的流量进行测量的流量传感器以及多个差压传感器。

如上所述，在专利文献1、2所记载的技术中，为了对规定的流体的流量进行计算，利用对其他的流体的流量进行测量的流量计，或者利用对其他的流体的差压进行测量的差压计，如此，不能以低成本掌握流体的流量。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而开发的，其目的在于提供一种能够不使用流量计地对热媒的流量进行计算的热媒流量估计装置、热源机以及热媒流量估计方法。

解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的热媒流量估计装置、热源机以及热媒流量估计方法采用了以下的手段。

即，本发明的第1方式所涉及的热媒流量估计装置用于对热源机的热媒的流量进行估计，该热源机具备对制冷剂进行压缩的压缩机、通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行凝结的冷凝器、使被凝结的制冷剂蒸发并使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器、以及使被积存于所述冷凝器的液相的制冷剂进行膨胀的膨胀阀，所述热媒流量估计装置具备：制冷剂流量计算部，其基于热媒的流量的计划值以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量值对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行计算，并根据该热量对所述蒸发器中流动的制冷剂的流量进行计算；和热媒流量逆运算部，其基于所述冷凝器与所述蒸发器的差压的设定值和该差压的测量值之比、以及通过所述制冷剂流量计算部所计算出的制冷剂的流量，对所述蒸发器中流动的制冷剂的流量进行逆运算，根据逆运算得到的制冷剂的流量对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行逆运算，并基于逆运算得到的热量以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量值，对热媒的流量进行逆运算。

根据上述第1方式，热媒流量估计装置是对热源机的热媒的流量进行估计的装置，该热源机具备对制冷剂进行压缩的压缩机、通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行凝结的冷凝器、以及使所被凝结的制冷剂进行蒸发并且使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器。

由热媒流量估计装置所具备的制冷剂流量计算部基于热媒的流量的计划值以及蒸发器中流动的热媒的温度的测量值，计算蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量，并根据该热量来计算蒸发器中流动的制冷剂的流量。

另外，通过制冷剂流量计算部计算出的制冷剂的流量被用在计算用于控制膨胀阀的开度的指令值中。

接下来，由热媒流量逆运算部基于冷凝器与蒸发器的差压的设定值和该差压的测量值之比、以及制冷剂流量计算部计算出的制冷剂的流量，对蒸发器中流动的制冷剂的流量进行逆运算。

而且，由热媒流量逆运算部根据上述逆运算得到的制冷剂的流量来对蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行逆运算，并基于逆运算得到的热量以及蒸发器中流动的热媒的温度的测量值来对热媒的流量进行逆运算。

由此，上述第1方式能够不使用流量计地对热媒的流量进行计算。另外，本发明利用基于逆运算所获得的热媒流量的热媒流量计划值，由此，能够将用于控制膨胀阀的开度的指令值设为适当的值，能够将制冷剂的流量设为适当。

另一方面，本发明的第2方式所涉及的热源机具备：对制冷剂进行压缩的压缩机；通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行凝结的冷凝器；使所凝结的制冷剂进行蒸发并且使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器；使积存于所述冷凝器的液相的制冷剂膨胀的膨胀阀；和上述记载的热媒流量估计装置，所述热源机基于所述热媒流量逆运算部逆运算得到的热媒的流量来进行使所述热媒的流量的计划值进行更新的更新处理，由所述制冷剂流量计算部基于更新得到的该计划值对制冷剂的流量进行计算，并根据计算出的制冷剂的流量来控制所述膨胀阀的开度。

根据上述第2方式，热源机根据由热媒流量估计装置所具备的热媒流量逆运算部逆运算得到的热媒的流量，进行对热媒的流量的计划值进行更新的更新处理，并基于更新后的该计划值，由制冷剂流量计算部对制冷剂的流量进行计算，根据计算出的制冷剂的流量来控制膨胀阀的开度。

由此，能够将实际循环的制冷剂的流量设为适当的值，其结果，能够以高的COP进行运行。

另外，上述第2方式所涉及的热源机也可以是：在所述更新处理中，将所述热媒的流量的计划值更新为所述热媒的流量的计划值与所述热媒流量逆运算部逆运算得到的热媒的流量之间的内分点。

根据上述第2方式，新的热媒的流量的计划值被更新为热媒的流量的计划值与热媒流量逆运算部逆运算得到的热媒的流量之间的内分点，因此，成为对热媒的流量进行缓慢地补正，能够防止热媒的流量急剧变化。

另外，上述第2方式所涉及的热源机也可以在所述热媒的流量的计划值与所述热媒流量逆运算部逆运算得到的热媒的流量之间的偏离的状态与本机中所产生的现象的状态一致的情况下进行所述更新处理。

热媒的流量的计划值与逆运算得到的热媒的流量的偏离的状态与热源机中所产生的现象的状态不一致的情况被认为是：在热源媒介的流量上产生了异常的情形。在这样的情况下，即使对热媒的流量的计划值进行更新，也不能使热源机适当运行。由此，根据本发明，对热媒的流量的计划值进行更新的更新处理是在热媒的流量的计划值与逆运算得到的热媒的流量的偏离的状态与热源机中所产生的现象的状态一致的情况下进行的，因此，能够有效地进行热媒流量的控制。

另外，上述第2方式所涉及的热源机也可以在根据所述热源机的性能系数的理论值所求取的所述压缩机的动力与所述压缩机的动力的测量值之间的差为规定值以上的情况下，进行所述更新处理。

在根据热源机的性能系数的理论值所求取的压缩机的动力与压缩机的动力的测量值之间产生偏离的情况被认为是：制冷剂的流量不适当，即，用在计算制冷剂流量的热媒流量的计划值是不适当的。在此，上述第2方式中，使对热媒的流量的计划值进行更新的更新处理是在根据热源机的性能系数的理论值所求取的压缩机的动力与压缩机的动力的测量值之间的差为规定值以上的情况下进行的，因此，能够以更有效的定时进行热媒流量的更新处理。

另外，上述第2方式所涉及的热源机也可以在热媒载荷与根据使所述压缩机驱动的电动机中流动的电流所求取的载荷之间的差为规定值以上的情况下进行所述更新处理。

“热媒载荷与根据使压缩机驱动的电动机中流动的电流所求取的载荷之间的偏离”被认为是由于制冷剂的流量不适当，即，用在计算制冷剂的流量中的热媒的流量的计划值不适当而产生的。在此，上述第2方式中，对热媒流量的计划值进行更新的更新处理在热媒载荷与根据使压缩机驱动的电动机中流动的电流所求取的载荷之间的差为规定值以上的情况下进行，因此，能够以更有效的定时进行热媒的流量的更新处理。

另外，上述第2方式所涉及的热源机也可以在热媒从所述蒸发器中流出的温度与所述蒸发器内的饱和温度之间的差、或者热源媒介从所述冷凝器中流出的温度与所述冷凝器内的饱和温度之间的差不在预先确定的范围内的情况下进行所述更新处理。

在热媒从蒸发器中流出的温度与蒸发器内的饱和温度之间的差、或者热源媒介从冷凝器中流出的温度与冷凝器内的饱和温度之间的差过大或者过小时，则认为热源机的运行状态不适当，即，制冷剂的流量不适当。在此，上述第2方式中，在热媒从蒸发器中流出的温度与蒸发器内的饱和温度之间的差、或者热源媒介从冷凝器中流出的温度与冷凝器内的饱和温度之间的差不在预先确定的范围内的情况下进行对热媒的流量的计划值进行更新的更新处理，所以，能够以更有效的定时进行热媒的流量的更新处理。

而且，本发明的第3形态所涉及的热媒流量估计方法用于对热源机的热媒的流量进行估计，该热源机具备对制冷剂进行压缩的压缩机、通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行凝结的冷凝器、使被凝结的制冷剂蒸发并使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器、以及使被积存于所述冷凝器的液相的制冷剂膨胀的膨胀阀，所述热媒流量估计方法包括：第1工序，基于热媒的流量的计划值以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量值对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行计算，并根据该热量对所述蒸发器中流动的制冷剂的流量进行计算；和第2工序，基于所述冷凝器与所述蒸发器的差压的设定值和该差压的测量值之比、以及通过所述第1工序所计算出的制冷剂的流量，对所述蒸发器中流动的制冷剂的流量进行逆运算，根据逆运算得到的制冷剂的流量对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行逆运算，并基于逆运算得到的热量以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量值，对热媒的流量进行逆运算。

发明效果

根据本发明，具有能够不使用流量计地对热媒的流量进行计算这样的优越效果。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式所涉及的涡轮式冷冻机的构成图。

图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的冷水流量推算部的构成的功能块图。

图3A是在计算本发明的第1实施方式所涉及的蒸发器制冷剂流量中利用的焓(enthalpy)的说明中所需的图。

图3B是在计算本发明的第1实施方式所涉及的蒸发器制冷剂流量中利用的焓的说明中所需的图。

图4是表示本发明的第1实施方式所涉及的冷冻机控制程序的处理流程的流程图。

图5是表示本发明的第3实施方式所涉及的冷水出口温度与蒸发器饱和温度之间的差和载荷比例的关系的曲线图。

图6是表示本发明的第3实施方式所涉及的冷却水出口温度与冷凝器饱和温度之间的差和载荷比例的关系的曲线图。

图7A是在计算具备有节热器(economizer)的冷冻机相关的蒸发器制冷剂流量中利用的焓的说明中所需的图。

图7B是在计算具备有节热器的冷冻机相关的蒸发器制冷剂流量中利用的焓的说明中所需的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明所涉及的热媒流量估计装置、热源机以及热媒流量估计方法的一实施方式进行说明。

〔第1实施方式〕

以下，对本发明的第1实施方式进行说明。

图1示出了作为本第1实施方式所涉及的热源机的一个示例的涡轮式冷冻机10的构成。

涡轮式冷冻机10具备：压缩制冷剂的涡轮式压缩机12；通过热源媒介(冷却水)使涡轮式压缩机12压缩后的高温高压的气体制冷剂进行凝结的冷凝器14；使经过冷凝器14凝结后的液相的制冷剂(液体制冷剂)发生过冷却的副冷却器16；使来自副冷却器16的液体制冷剂膨胀的高压膨胀阀18；与高压膨胀阀18连接并且与涡轮式压缩机12的中间段以及低压膨胀阀20连接的中间冷却器22；以及使通过低压膨胀阀20而膨胀后的液体制冷剂进行蒸发并且使该制冷剂与热媒(冷水)进行热交换的蒸发器24。

涡轮式压缩机12是离心式的2段压缩机，其由未图示的逆变器所进行转速控制的电动电机28所驱动。在涡轮式压缩机12的制冷剂吸入口设置有用于控制吸入制冷剂流量的压缩机入口叶片(IGV)32，成为能够进行涡轮式冷冻机10的容量控制。

在冷凝器14设置有用于测量冷凝器14内的压力(以下，称为“冷凝器压力”。)的冷凝器压力传感器50。

按照在冷凝器14的制冷剂流动下游侧使凝结后的制冷剂发生过冷却的方式而设置有副冷却器16。紧接副冷却器16的制冷剂流动下游侧，设置有用于测量过冷却后的制冷剂温度的制冷剂温度传感器52。

对于冷凝器14以及副冷却器16，插通有用于冷却冷凝器14以及副冷却器16的冷却传热管34。冷却传热管34内的从冷凝器14流出的冷却水的温度(以下，称为“冷却水出口温度”)是由冷却水出口温度传感器54测量得到的。另外，冷却传热管34内的流向冷凝器14的冷却水的温度(以下，称为“冷却水入口温度”)是由冷却水入口温度传感器56所测量得到的。另外，冷却水在未图示的冷却塔中向外部进行排热后，再次导至冷凝器14以及副冷却器16。

在中间冷却器22设置有用于测量中间压力的中间压力传感器58。

另外，在作为热交换器的蒸发器24，设置有用于测量蒸发器24内的压力(以下，称为“蒸发器压力”)的蒸发器压力传感器60。在蒸发器24中通过吸热而获得额定温度(例如7℃)的制冷剂。在蒸发器24中插通有用于冷却向外部载荷供给的冷水的冷水传热管36。另外，冷水传热管36内的从蒸发器24流出的冷水的温度(以下，称为“冷水出口温度”)是由冷水出口温度传感器62所测量得到的，冷水传热管36内的流向蒸发器24的冷水的温度(以下，称为“冷水入口温度”)是由冷水入口温度传感器64所测量得到的。

另外，在冷凝器14的气相部与蒸发器24的气相部之间，设置有热气旁通管38。并且，在热气旁通管38设置有用于控制在热气旁通管38内流动的制冷剂的流量的热气旁通阀40。通过由热气旁通阀40来调整热气旁通流量，由此，成为能够进行通过压缩机入口叶片32而不能充分控制的非常小的区域的容量控制。

另外，涡轮式冷冻机10具备控制装置30。

控制装置30具备CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)以及外部接口等，分别与系统总线连接，能够进行各种信息的收发。

控制装置30经由外部接口而被输入通过各温度传感器、压力传感器等所测量得到的信号，并基于该信号等，通过CPU来生成用于控制涡轮式压缩机12和各种阀的控制信号。接下来，控制装置30将生成的控制信号经由外部接口向涡轮式压缩机12和各种阀进行输出，由此，执行涡轮式冷冻机10整体的控制。

在此，关于本第1实施方式所涉及的涡轮式冷冻机10，由于用于测量流量的流量计价格高昂且减少部件件数等的理由，不具备用于测量冷水、冷却水的流量的流量传感器。但是，为了使冷冻机以设计值进行运行，需要进行冷水的流量的管理。

为此，本第1实施方式所涉及的控制装置30进行用于将冷水的流量设为适当的值的冷水流量推算处理。

图2是表示执行本第1实施方式所涉及的控制装置30中所进行冷水流量推算处理的冷水流量推算部70构成的功能块图。

冷水流量推算部70具备差压设定部72、要求制冷剂循环流量计算部74、膨胀阀开度指令计算部76以及冷水循环流量逆运算部78。

差压设定部72对根据冷却水的温度而设定的冷凝器压力设定值与根据冷水的温度而设定的蒸发器压力设定值之间的差压进行计算。

差压设定部72为了计算冷凝器压力设定值，而计算冷凝器饱和温度T_c’[℃]。

[数式1]

$T_c^{\′}=T_{\mathrm{cli}}+\frac{Q_e}{Q_{\mathrm{std}}}(\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{cl}}+\mathrm{\Δ}{T}_c)...\left(1\right)$

在此，T_cli是冷却水入口温度[℃]，Q_e是冷水载荷[kW]，Q_std是额定制冷能力[kW]，ΔT_cl是冷却水额定温度差[℃]，ΔT_c是冷凝器额定温度差[℃]。冷水载荷Q_e是基于冷水入口温度与冷水出口温度之间的差、以及涡轮式冷冻机10的控制运算中使用的冷水的流量的计划值(以下，称为“冷水流量计划值”)而计算出的。

另外，P(T)是饱和温度T(℃)的情况下的饱和压力[MPaabs]，差压设定部72利用通过(1)式所计算出的冷凝器饱和温度T_c’，根据下述(2)式对冷凝器压力设定值P_c’[MPaabs]进行计算。

[数式2]

P′_c＝P(T′_c)…(2)

另外，差压设定部72为了计算蒸发器压力设定值而对蒸发器饱和温度T_e’[℃]进行计算。

[数式3]

$T_e^{\′}=T_{\mathrm{set}}+\frac{Q_e}{Q_{\mathrm{std}}}\mathrm{\Δ}{T}_e...\left(3\right)$

在此，T_set是冷水出口温度设定值[℃]，ΔT_e是蒸发器额定温度差[℃]。

接下来，差压设定部72利用通过(3)式所计算出的蒸发器饱和温度T_e’，根据下述(4)式对蒸发器压力设定值P_e’[MPaabs]进行计算。

[数式4]

P′_eP(T′_e)…(4)

差压设定部72将以上那样地计算出的冷凝器压力设定值与蒸发器压力设定值之间的差(P_c’-P_e’)作为差压设定值而向冷水循环流量逆运算部78输出。

要求制冷剂循环流量计算部74基于冷水流量计划值以及在蒸发器24中流动的冷水的温度的测量值，对蒸发器24中制冷剂与冷水之间所交换的热量(以下，称为“蒸发器交换热量”)进行计算，并基于蒸发器交换热量，对蒸发器24中流动的制冷剂的流量(以下，称为“蒸发器制冷剂流量”)进行计算。

具体而言，首先，要求制冷剂循环流量计算部74利用在控制运算中使用的冷水流量计划值G_ew[m³/sec]，对蒸发器交换热量Q_e进行计算。

[数式5]

Q_e＝c_p×ρ×G_ew×(T_wi-T_wo)…(5)

在此，c_p是水的比热[kJ/(kg·℃)]，ρ是水的密度[kg/m3]，T_wi是通过冷水入口温度传感器64测量得到的冷水入口温度[℃]，T_wo是通过冷水出口温度传感器62测量得到的冷水出口温度[℃]。

接下来，要求制冷剂循环流量计算部74利用通过(5)式所计算出的蒸发器交换热量Q_e，对蒸发器制冷剂流量G_e进行计算。

[数式6]

$G_e=\frac{Q_e}{h_1-h_5}...\left(6\right)$

在此，h1是蒸发器24的出口处的焓，h5是蒸发器24的入口处的焓，根据制冷剂的压力以及温度来计算焓h1、h5。

图3A是具有中间冷却器22的涡轮式冷冻机10的制冷剂回路图，与图3A中的“1”相当的蒸发器24的出口处的焓h1是图3B所示的循环线图(p-h线图)中的“1”。另一方面，与图3A中的“5”相当的蒸发器24的入口处的焓h5是图3B所示的循环线图中的“5”。

膨胀阀开度指令计算部76计算与通过要求制冷剂循环流量计算部74计算出的蒸发器制冷剂流量G_e相应的膨胀阀的Cv值。

[数式7]

$\mathrm{Cv}=f\left(\frac{G_e}{P_c-P_e}\right)...\left(7\right)$

在此，P_c是通过冷凝器压力传感器50测量得到的冷凝器压力，P_e是通过蒸发器压力传感器60测量得到的蒸发器压力。

通过(7)式所计算出的Cv值被用于计算指令值，该指令值是用于控制高压膨胀阀18以及低压膨胀阀20的开度的指令值(以下，称为“膨胀阀开度指令值”)。另外，膨胀阀开度指令值与Cv值的大小对应地设为大的值。另外，以下的说明中，在不区分高压膨胀阀18以及低压膨胀阀20的情况下，简单地称之为膨胀阀。

冷水循环流量逆运算部78基于由差压设定部72计算出的差压设定值、由要求制冷剂循环流量计算部74计算出的蒸发器制冷剂流量、以及由各种传感器得到的测量结果，对冷水的流量进行逆运算。

具体而言，首先，冷水循环流量逆运算部78基于通过差压设定部72计算出的差压设定值与冷凝器压力及蒸发器压力间的差压的测量值(以下，称为“差压测量值”)之比、以及通过要求制冷剂循环流量计算部74计算出的蒸发器制冷剂流量G_e，对蒸发器24中流动的冷水的流量即蒸发器制冷剂流量G_e’进行逆运算。

[数式8]

$G_e^{\′}=\frac{P_c^{\′}-P_e^{\′}}{P_c-P_e}\×G_e...\left(8\right)$

接下来，冷水循环流量逆运算部78根据通过(8)式所逆运算得到的蒸发器制冷剂流量G_e’，对蒸发器24中制冷剂与冷水之间所交换的蒸发器交换热量Q_e’进行逆运算。

[数式9]

Q′_e＝G′_e×(h_l-h₅)…(9)

接下来，冷水循环流量逆运算部78基于通过(9)式逆运算得到的蒸发器交换热量Q_e’以及蒸发器24中流动的冷水的温度的测量值，对冷水流量G_ew’[m³/sec]进行逆运算。

[数式10]

$G_{\mathrm{ew}}^{\′}=\frac{Q_e^{\′}}{c_p\×\mathrm{\ρ}\×(T_{\mathrm{wi}}-T_{\mathrm{wo}})}...\left(10\right)$

即，根据(8)式也可知，在差压设定值与差压测量值一致时，冷水流量计划值与通过逆运算所求取的冷水流量的推算值(以下，称为“冷水流量推算值”)变得一致，可知冷水流量计划值是适当的。

另一方面，在差压设定值与差压测量值不同时，冷水流量计划值与冷水流量推算值不同，可知冷水流量计划值不适当。

在这样的情况下，控制装置30为了使差压设定值与差压测量值成为一致，要将制冷剂的流量设为适当的值，从而进行更新处理，即，进行对用在计算膨胀阀开度指令值中的冷水流量计划值进行更新(变更)的更新处理。

图4是表示包含对冷水流量计划值进行更新的更新处理在内的冷冻机控制程序的处理流程的流程图，冷冻机控制程序预先存储在控制装置30所具备的未图示的存储部的规定区域中。另外，本程序是由控制装置30所具备的CPU来执行的，在指示涡轮式冷冻机10的运行开始的同时开始执行，在指示涡轮式冷冻机10的运行结束的同时结束。

首先，在步骤100中，开始涡轮式压缩机12的运行。

在下一步骤102中，在经过了规定时间之前成为等待状态，在经过了规定时间时转移至步骤104。另外，规定时间是指，制冷剂的循环至稳定为止的时间，例如3分钟。

在步骤104中，开始涡轮式冷冻机10的自动控制。另外，自动控制中，按照将用在各种运算中的温度以及压力设为恒定的方式，对于有变动的温度以及压力，利用平均值来进行各种运算。

在接下来的步骤106中，对通过冷却水入口温度传感器56测量得到的冷却水入口温度的变动幅宽是否在规定幅宽内进行判定，在成为了肯定判定的情况下，转移至步骤108，在成为了否定判定的情况下，转移至步骤112。另外，规定幅宽例如是指±2℃。

在步骤108中，对通过冷却水出口温度传感器54测量得到的冷却水出口温度的变动幅宽是否在规定幅宽内进行判定，在成为了肯定判定的情况下，转移至步骤110，在成为了否定判定的情况下，转移至步骤112。另外，规定幅宽例如是±2℃。

在步骤110中，对是否满足冷水流量计划值更新条件进行判定，在成为了肯定判定的情况下，转移至步骤114，在成为了否定判定的情况下，返回至步骤106。

另外，满足本第1实施方式所涉及的冷水流量计划值更新条件的情况是指，根据涡轮式冷冻机10的性能系数的理论值(理论COP)所求取的涡轮式压缩机12的动力与涡轮式压缩机12的动力的测量值之间的差成为了规定值(例如5％)以上的情况。这是由于，在根据理论COP所求取的涡轮式压缩机12的动力与涡轮式压缩机12的动力的测量值产生了偏离的情况下，认为制冷剂的流量不适当，即，用在计算制冷剂的流量中的冷水流量计划值成为不适当。

为此，利用其中利用了涡轮式冷冻机10的理论COP(COP_cal)的下述(11)式，来计算涡轮式压缩机12的动力W。

[数式11]

$W=\frac{Q_e^{\′}}{{\mathrm{COP}}_{\mathrm{cal}}}...\left(11\right)$

另一方面，涡轮式压缩机12的动力的测量值是根据对用于驱动涡轮式压缩机12的电动电机28供给的电力来计算的。

另外，理论COP基于涡轮式冷冻机10的设备特性来导出，是通过第1运算式、第2运算式以及第3运算式来计算的。该第1运算式是用于计算将当前的冷却水入口温度的当前的载荷率相对于作为基准运行点所设定的规定的冷却水入口温度的规定的载荷率而相对地表现的相对载荷率Qf_r的运算式，第2运算式是表现相对载荷率Qf_r与补正系数Cf的关系的运算式，第3运算式是以上述补正系数Cf对根据逆卡诺循环而导出的COP计算式进行补正的运算式。

更具体而言，首先，根据逆卡诺循环而导出的COP计算式例如通过以下的(A)式来进行表现。

COP_carnot＝(T_LO+273.15)/(T_HO-T_LO)   (A)

上述(A)式中，T_LO是冷水出口温度[℃]，T_HO是冷却水出口温度[℃]。

接下来，第1运算式、第2运算式、以及第3运算式如下所示。

第1运算式：Q_r＝0.1×(H_ad/19.4)^1/2   (B)

：Qf_r＝Qf/Q_r   (C)

第2运算式：Cf＝Ff(Qf_r)   (D)

第3运算式：COP_cal＝{(T_LO+273.15)/(T_HO-T_LO)}/

Cf     (E)

如(C)式所示，相对载荷率Qf_r是利用实际的载荷率Qf、以及涡轮式压缩机12的设备特性即(B)式所示的相对设计风量系数Q_r来导出的。另外，(B)式中的压缩机绝热压头(adiabatichead)H_ad是基于热力学的特性通过以下的(F)式来表示的。

H_ad＝(-2.7254×10^-4T_LO ²-9.0244×10^-3T_LO+

47.941)×{log₁₀P_c-log₁₀P_e}×1000/9.8067

(F)

(F)式中的P_c是冷凝器的饱和压力[MPa]，P_e是蒸发器的饱和压力[MPa]，T_c是冷凝器的饱和温度[℃]，T_e是蒸发器的饱和温度[℃]。

在步骤112中，输出与冷却塔周围的控制异常相关的警报，转移至步骤106。另外，在输出了本警报的情况下，涡轮式冷冻机10的操作员进行该警报被输出的情况下的对应，使冷却塔周围的控制异常消除。

在步骤114中，通过冷水流量推算部70对冷水流量进行推算。

在下一步骤116中，对冷水流量计划值与冷水流量推算值之间的差是否在规定值内进行判定，在成为了肯定判定的情况下，转移至步骤120，在成为了否定判定的情况下，转移至步骤118。

另外，本第1实施方式中，“冷水流量计划值G_ew与冷水流量推算值G_ew’之间的差是否在规定值内”例如是利用下述(12)式来进行判定的。

[数式12]

|G_ew-G′_ew|＜k×G_ew…(12)

在此，k是预先确定的常数，例如为0.2。

即，在步骤116中，在满足(12)式的情况下，成为肯定判定进而转移至步骤120，在不满足(12)式的情况下，成为否定判定，进而转移至步骤118。

在步骤118中，越是不能由冷水流量计划值的更新处理来进行冷水流量的适当化，冷水流量计划值与冷水流量推算值越发生偏离，因此，输出与冷水流量的调整异常相关的警报，返回至步骤116。另外，在输出了本警报的情况下，涡轮式冷冻机10的操作员进行与该警报被输出的情况下的对应，使冷水流量的调整异常消除。

在步骤120中，对冷水流量计划值与冷水流量估计值的偏离的状态是否是与涡轮式冷冻机10中所产生的现象的状态一致进行判定，在成为了肯定判定的情况下，转移至步骤122，在成为了否定判定的情况下，转移至步骤124。

另外，冷水流量计划值G_ew与冷水流量估计值G_ew’的偏离的状态是与涡轮式冷冻机10中所产生的现象的状态一致的情况是指，在G_ew’＞G_ew时冷水出口温度与蒸发器饱和温度之间的差比额定值要大的情况，在G_ew’＜G_ew时，COP的测量值相对于COP的理论值比规定值(例如10％)以上要小的情况。

在步骤122中，对冷水流量计划值进行更新，返回至步骤106。另外，在本第1实施方式中，通过将冷水流量计划值更新为冷水流量计划值与冷水流量推算值之间的内分点(internallydividing point)来更新冷水流量计划值。

更具体而言，利用下述(13)式，对冷水流量计划值G_ew进行计算，更新为该计算出的冷水流量计划值G_ew。

[数式13]

G_ew＝k×G′_ew+(1-k)×G_ew…(13)

其中，k是预先确定的常数。

接下来，要求制冷剂循环流量计算部74利用通过步骤122更新后的冷水流量计划值来对蒸发器制冷剂流量进行计算。膨胀阀开度指令计算部76利用计算出的蒸发器制冷剂流量对Cv值进行计算，计算出与该Cv值相应的新的膨胀阀开度指令值。膨胀阀在输入新的膨胀阀开度指令值时，根据该膨胀阀开度指令值来控制阀的开度，从而与更新后的冷水流量计划值相应的流量的制冷剂将向蒸发器24流动。

在步骤124中，由于认为冷水流量计划值与冷水流量估计值的偏离的原因在于冷却水流量的调整异常，所以，输出与冷却水流量的调整异常相关的警报，返回至步骤106。另外，在输出了本警报的情况下，涡轮式冷冻机10的操作员进行与该警报被输出的情况下的对应，使冷却水流量的调整异常消除。

如以上说明的那样，本第1实施方式所涉及的冷水流量推算部70基于冷水流量计划值G_ew以及蒸发器24中流动的冷水的温度的测量值，对蒸发器24中的蒸发器交换热量Q_e进行计算，基于蒸发器交换热量Q_e对蒸发器制冷剂流量G_e进行计算。接下来，冷水流量推算部70基于差压设定值与差压测量值之比、以及计算出的蒸发器制冷剂流量G_e来对蒸发器制冷剂流量G_e’进行逆运算，根据逆运算得到的蒸发器制冷剂流量G_e’来逆运算蒸发器交换热量Q_e’，并基于逆运算得到的蒸发器交换热量Q_e’以及蒸发器24中流动的冷水的温度的测量值来逆运算冷水流量推算值G_ew’。

由此，本第1实施方式所涉及的控制装置30能够不使用流量计地对冷水的流量进行计算。

另外，本第1实施方式所涉及的涡轮式冷冻机10根据逆运算得到的冷水流量推算值，进行对冷水流量计划值进行更新的更新处理，基于更新后的冷水流量计划值对制冷剂的流量进行计算，并根据计算出的制冷剂的流量来控制膨胀阀的开度。

由此，本第1实施方式所涉及的涡轮式冷冻机10能够将实际循环的制冷剂的流量设为适当的值，其结果，能够以高的COP进行运行。

另外，本第1实施方式所涉及的涡轮式冷冻机10将冷水流量计划值更新为冷水流量计划值与逆运算得到的冷水流量推算值的内分点，所以，能够对冷水流量缓慢地进行补正，能够防止冷水流量急剧地变化。

另外，本第1实施方式所涉及的涡轮式冷冻机10在冷水流量计划值与逆运算得到的冷水流量推算值的偏离的状态是与涡轮式冷冻机10中所产生的现象的状态一致的情况下进行更新冷水流量计划值的更新处理，因此能够有效地进行冷水流量的控制。

另外，本第1实施方式所涉及的涡轮式冷冻机10在根据COP的理论值所求取的涡轮式压缩机12的动力与涡轮式压缩机12的动力的测量值之间的差为规定值以上的情况下进行更新冷水流量计划值的更新处理，所以，能够以更有效的定时进行冷水流量计划值的更新处理。

〔第2实施方式〕

以下，对本发明的第2实施方式进行说明。

另外，本第2实施方式所涉及的涡轮式冷冻机10的构成由于与图1、2所示的第1实施方式所涉及的涡轮式冷冻机10的构成相同，故省略说明。另外，本第2实施方式所涉及的冷冻机控制程序的处理流程与图4所示的第1实施方式所涉及的冷冻机控制程序的处理流程相同。

但是，本第2实施方式所涉及的冷水流量计划值变更条件与第1实施方式所涉及的冷水流量计划值变更条件不同。

本第2实施方式所涉及的冷水流量计划值变更条件是：冷水载荷与根据使涡轮式压缩机12驱动的电动电机28中流动的电流所求取的载荷之间的差为规定值(例如5％)以上的情况。

冷水载荷与根据电动电机28中流动的电流所求取的载荷之间的偏离认为是由于制冷剂的流量不适当，即在为了计算制冷剂的流量而利用的冷水流量计划值不适当而产生的。

根据电动电机28中流动的电流所求取的载荷是通过对测量得到的电流相对于电动电机28的额定电流的比率与额定载荷进行求积来进行计算的。

这样，本第2实施方式所涉及的涡轮式冷冻机10在冷水载荷与根据在使涡轮式压缩机12驱动的电动电机28中流动的电流所求取的载荷之间的差为规定值以上的情况下进行更新冷水流量计划值的更新处理，所以，能够以更有效的定时进行冷水流量计划值的更新处理。

〔第3实施方式〕

以下，对本发明的第3实施方式进行说明。

另外，本第3实施方式所涉及的涡轮式冷冻机10的构成由于是与图1、2所示的第1实施方式所涉及的涡轮式冷冻机10的构成相同，故省略说明。另外，本第3实施方式所涉及的冷冻机控制程序的处理流程与图4所示的第1实施方式所涉及的冷冻机控制程序的处理流程相同。

但是，本第3实施方式所涉及的冷水流量计划值变更条件与第1实施方式所涉及的冷水流量计划值变更条件不同。

本第3实施方式所涉及的冷水流量计划值变更条件是冷水出口温度与蒸发器饱和温度之间的差、或者冷却水出口温度与冷凝器饱和温度之间的差不在预先确定的范围内的情况。

冷水出口温度与蒸发器饱和温度之间的差、或者冷却水出口温度与冷凝器饱和温度之间的差过大或者过小时，被认为是涡轮式冷冻机10的运行状态不适当，即，制冷剂的流量不适当。

图5是表示冷水出口温度与蒸发器饱和温度之间的差和载荷比例的关系的曲线图。另外，冷水出口温度设为测量值或者设定值。载荷比例是冷水载荷相对于额定载荷的比例，在该比例为100％时成为额定载荷。

接下来，在本第3实施方式中，在冷水出口温度与蒸发器饱和温度之间的差成为了设定值ΔTe以上的情况下，判定为满足冷水流量计划值变更条件，进行冷水流量计划值的更新处理。另外，设定值ΔTe在载荷比例越大则越设定得大。

另外，也虽然可进行冷水出口温度与蒸发器饱和温度之间的差是否过小的判定，即，对设定值ΔTe设定下限值，但由于这样的情况难发生，因此，在本第3实施方式中，作为冷水出口温度与蒸发器饱和温度之间的差的设定值ΔTe，仅设定上限值。

图6是表示冷却水出口温度与冷凝器饱和温度之间的差和载荷比例的关系的曲线图。另外，冷却水出口温度设为测量值或者设定值。

接下来，本第3实施方式中，在冷却水出口温度与冷凝器饱和温度之间的差成为了设定值ΔTc以上的情况下，判定为满足冷水流量计划值变更条件，进行冷水流量计划值的更新处理。另外，载荷比例越大，则将设定值ΔTc设定得越大。

另外，虽也可进行冷却水出口温度与冷凝器饱和温度之间的差是否过小的判定，即也可对设定值ΔTc设定下限值，但这样的情况难发生，因此，在本第3实施方式中，作为冷却水出口温度与冷凝器饱和温度之间的差的设定值ΔTc，仅设定上限值。

这样，本第2实施方式所涉及的涡轮式冷冻机10在冷水出口温度与蒸发器饱和温度之间的差、或者冷却水出口温度与冷凝器饱和温度之间的差不在预先确定的范围内的情况下进行，所以，能够以更有效的定时进行冷水流量计划值的更新处理。

以上，利用上述各实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限于上述实施方式中记载的范围。在未脱离发明的要旨的范围内能够对上述各实施方式进行多种多样的变更或者改良，加入有该变更或改良的方式也包含在本发明的技术范围内。

例如，在上述各实施方式中，对涡轮式冷冻机10具备有中间冷却器22的形态进行了说明，但本发明并不限于此，也可以是涡轮式冷冻机10不具备中间冷却器的形态、或具备节热器的形态。

在涡轮式冷冻机10具备节热器的形态下，图7A、图7B示出了在通过上述的(6)式为了计算蒸发器制冷剂流量Ge中利用的焓h1、h5。

图7A是具备节热器的涡轮式冷冻机10的制冷剂回路图，与图7A中的“1”相当的蒸发器24的出口处的焓h1是图7B所示的循环线图(p-h线图)中的“1”。另一方面，与图7A中的“5”相当的蒸发器24的入口处的焓h5是图7B所示的循环线图中的“5”。

另外，尽管在上述各实施方式中说明了将冷凝器14中插通的冷却传热管34内流动的热源媒介设为冷却水的形态，但本发明并不限于此，也可以将热源媒介设为气体(外部气体)、将冷凝器设为空气热交换器的形态。

另外，尽管在上述各实施方式中说明了将本发明应用在进行冷冻运行的涡轮式冷冻机10中的情况，但并不限于此，也可以将本发明应用在还可进行热力泵运行的热力泵式涡轮式冷冻机中。

另外，尽管在上述各实施方式中说明了涡轮式冷冻机10采用了离心压缩机的形态，但本发明并不限于此，也可以适用于其他的压缩形式，例如也可以是采用了螺旋压缩机的螺旋热力泵。

另外，上述各实施方式中说明的冷冻机控制程序的处理流程只是一个示例，在不脱离本发明的主旨的范围内中可删除不要的步骤，或者追加新的步骤，也可互换处理顺序。

符号的说明

10   涡轮式冷冻机

12   涡轮式压缩机

14   冷凝器

24   蒸发器

28   电动电机

30   控制装置

72   差压设定部

74   要求制冷剂循环流量计算部

78   冷水循环流量逆运算部

Claims (8)

1.一种热媒流量估计装置，其用于对热源机的热媒的流量进行估计，该热源机具备对制冷剂进行压缩的压缩机、通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行凝结的冷凝器、使被凝结的制冷剂蒸发并使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器、和使被积存于所述冷凝器的液相的制冷剂进行膨胀的膨胀阀，

所述热媒流量估计装置具备：

制冷剂流量计算部，其基于热媒的流量的计划值以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量值，对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行计算，并根据该热量对所述蒸发器中流动的制冷剂的流量进行计算；和

热媒流量逆运算部，其基于所述冷凝器与所述蒸发器的差压的设定值和该差压的测量值之比、以及通过所述制冷剂流量计算部所计算出的制冷剂的流量，对所述蒸发器中流动的制冷剂的流量进行逆运算，根据逆运算得到的制冷剂的流量对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行逆运算，并基于逆运算得到的热量以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量值，对热媒的流量进行逆运算。

2.一种热源机，其具备：

对制冷剂进行压缩的压缩机；

通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行凝结的冷凝器；

使所凝结的制冷剂进行蒸发并且使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器；

使积存于所述冷凝器的液相的制冷剂膨胀的膨胀阀；和

权利要求1所述的热媒流量估计装置，

所述热源机基于所述热媒流量逆运算部逆运算得到的热媒的流量来进行更新所述热媒的流量的计划值的更新处理，由所述制冷剂流量计算部基于更新后的该计划值对制冷剂的流量进行计算，并根据计算出的制冷剂的流量来控制所述膨胀阀的开度。

3.根据权利要求2所述的热源机，其中，

所述更新处理中，将所述热媒的流量的计划值更新为所述热媒的流量的计划值与所述热媒流量逆运算部逆运算得到的热媒的流量之间的内分点。

4.根据权利要求2或3所述的热源机，其中，

所述更新处理是在所述热媒的流量的计划值与所述热媒流量逆运算部逆运算得到的热媒的流量之间的偏离的状态与本机中所产生的现象的状态一致的情况下进行的。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的热源机，其中，

所述更新处理是在根据所述热源机的性能系数的理论值所求取的所述压缩机的动力与所述压缩机的动力的测量值之间的差为规定值以上的情况下进行的。

6.根据权利要求2至4中任意一项所述的热源机，其中，

所述更新处理是在热媒载荷与根据使所述压缩机驱动的电动机中流动的电流所求取的载荷之间的差为规定值以上的情况下进行的。

7.根据权利要求2至4中任意一项所述的热源机，其中，

所述更新处理是在热媒从所述蒸发器中流出的温度与所述蒸发器内的饱和温度之间的差、或者热源媒介从所述冷凝器中流出的温度与所述冷凝器内的饱和温度之间的差不在预先确定的范围内的情况下进行的。

8.一种热媒流量估计方法，其用于对热源机的热媒的流量进行估计，该热源机具备对制冷剂进行压缩的压缩机、通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行凝结的冷凝器、使被凝结的制冷剂蒸发并使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器、以及使被积存于所述冷凝器的液相的制冷剂膨胀的膨胀阀，

所述热媒流量估计方法包括：

第1工序，基于热媒的流量的计划值以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量值，对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行计算，并根据该热量对所述蒸发器中流动的制冷剂的流量进行计算；和

第2工序，基于所述冷凝器与所述蒸发器的差压的设定值和该差压的测量值之比、以及通过所述第1工序所计算出的制冷剂的流量，对所述蒸发器中流动的制冷剂的流量进行逆运算，根据逆运算得到的制冷剂的流量对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行逆运算，并基于逆运算得到的热量以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量值，对热媒的流量进行逆运算。

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