CN104620062B - 热源系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于减小各压缩机的负荷的偏差。一种热源系统，其通过以串联的方式连接分别具有独立的制冷循环的多个热源机而成，该热源系统具备：信息取得部(21)，其从各热源机取得压缩机的运转频率的测量值；负荷分配变更部(22)，其以使由信息取得部(21)取得的压缩机的运转频率大致均等的方式，针对各热源机变更当前分配的负荷分配；以及温度设定部(23)，其根据变更后的负荷分配来设定各热源机的冷热水出口温度。

Description

热源系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种热源系统及其控制方法。
背景技术
以往，已知将具有相互独立的制冷循环的多个热源机以串联的方式连接而进行制冷或者制热的热源系统。由于各个热源机独立地进行控制，因此对各热源机给予各自的冷热水出口温度设定值。
【在先技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开2002-206812号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
作为向各热源机分配冷热水出口温度设定值的方法，例如，可以考虑将系统的冷热水出入口温度差单纯地按照运转台数等分而进行分配的方法。例如，如图9所示，在将四台热源机3a～3d以串联的方式连接而将入口温度14[℃]的水(载热体)冷却至7[℃]的情况下，在位于载热体流的最上游侧处的第一级的热源机3a中设定12.25[℃]的冷热水出口温度，在第二级的热源机3b中设定10.5[℃]的冷热水出口温度，在第三级的热源机3c中设定8.75[℃]的冷热水出口温度，在第四级的热源机3d中设定7[℃]的冷热水出口温度。
然而，像风冷式的热源机等那样，在热源系统中，在四台热源机中使用大致相同的温度的热源，该热源系统使用大气、余热(下水等)，作为在冷凝器中冷却与载热体进行热交换而被加热了的循环制冷剂时所使用的热源。并且，在这样的热源系统中，若进行如上述那样的负荷分配，则存在压缩机的负荷产生偏差的问题。
例如，凝结温度在全部的热源机3a～3d中为大致同等程度，与之相对，各热源机3a～3d的冷热水出口温度的设定值从设置在第一级的热源机3a朝向后级的热源机3b、3c、3d依次下降(参照图9)。因此，越是后级的热源机则压缩机的转速变得越高，在压缩比相对较高的状态下进行运转，从而在热源机间产生压缩机负荷的偏差。这样的压缩机负荷的偏差会导致压缩机的寿命的偏差，因而不优选。即使通过例如专利文献1所公开的各压缩机的运转时间的平均化也不能消除这样的压缩机的寿命的偏差。
上述问题在对载热体进行加热的情况下也是同样的，越是后级的压缩机负荷越大，由此导致寿命的偏差。
本发明的目的在于提供一种能够减小各压缩机的负荷的偏差的热源系统及其控制方法。
【用于解决课题的手段】
本发明的第一方式涉及一种热源系统，其通过以串联的方式连接分别具有独立的制冷循环的多个热源机而成，所述热源系统具备：信息取得机构，其从各所述热源机取得压缩机的运转频率、该压缩机的消耗电流、该压缩机的消耗电力以及该压缩机的转矩中的任一方；负荷分配变更机构，其以使由所述信息取得机构取得的值大致均等的方式，针对各所述热源机变更当前分配的负荷分配；以及温度设定机构，其根据变更后的负荷分配来设定各热源机的冷热水出口温度。
根据这种结构，由于以使各热源机中的压缩机的运转频率、消耗电流、消耗电力以及转矩中的任一方的值大致均等的方式设定各热源机的冷热水出口温度，因此能够减少各热源机中的压缩机的负荷的偏差。
由上述信息取得机构取得的信息可以是测量值，也可以是根据测量值推断出的推断值。例如，如果是消耗电力或转矩，则也可以使用通过将消耗电流的测量值代入规定的运算式而计算出的推断值。
在上述热源系统中，也可以采取如下的方式，即，所述信息取得机构还取得各所述热源机中的压缩机的运转累计时间，所述负荷分配变更机构设定基于各所述压缩机的运转累计时间的加权系数，且利用所述加权系数变更各所述热源机的负荷分配。
这样，根据压缩机的运转累计时间，换言之，也加入压缩机的运转累计时间对各热源机的冷热水出口温度进行设定，因此能够进一步减小各热源机中的压缩机的负荷的偏差。
在上述热源系统中，也可以采取如下的方式，即，所述负荷分配变更机构计算通过所述信息取得机构取得的值的平均值，所述负荷分配变更机构对该平均值与通过所述信息取得机构取得的各所述热源机的值进行比较，所述负荷分配变更机构对于该值小于该平均值的热源机使当前分配的负荷分配增加，对于该值大于该平均值的热源机使当前分配的负荷分配减少。
通过以这种方式确定负荷分配，能够通过简单的处理实现压缩机的负荷的均匀化。
上述热源系统也可以采取如下的方式，即，具备储存负荷分配信息的存储机构，所述负荷分配信息将所述热源机的运转台数、设为运转对象的所述热源机的识别信息、各所述热源机的变更后的负荷分配相互关联，所述温度设定机构在起动时或者所述热源机的运转台数发生变化的情况下，根据储存在所述存储机构中的所述负荷分配信息来设定运转对象的各所述热源机的冷热水出口温度。
这样，通过利用将热源机的运转台数、设为运转对象的热源机的识别信息、各热源机的变更后的负荷分配相互关联的负荷分配信息来设定各热源机的负荷分配，且根据该负荷分配设定各热源机的冷热水出口温度，由此能够省略设定负荷分配时所需的运算处理，从而能够迅速地设定负荷冷热水出口温度。
本发明的第二方式涉及一种热源系统的控制方法，所述热源系统通过以串联的方式连接分别具有独立的制冷循环的多个热源机而成，所述热源系统的控制方法包括：从各所述热源机取得压缩机的运转频率、该压缩机的消耗电流、该压缩机的消耗电力以及该压缩机的转矩中的任一方的工序；以使所取得的值大致均等的方式，针对各所述热源机变更当前分配的负荷分配的工序；以及根据变更后的负荷分配来设定各热源机的冷热水出口温度的工序。
【发明效果】
根据本发明，可以实现能够减小压缩机的寿命的偏差的效果。
附图说明
图1为示出了本发明的第一实施方式的热源系统的简略结构的图。
图2为简略地示出了图1所示的热源系统的控制系统的结构的图。
图3为主要示出了本发明的第一实施方式的上位控制装置所具备的各种控制功能中的、与热源机的冷热水出口温度的设定相关的功能的功能框图。
图4为示出了利用压缩机频率进行负荷分配的变更的情况下的负荷分配的变更前后的状态的一个例子的图。
图5为示出了利用压缩机电流进行负荷分配的变更的情况下的负荷分配的变更前后的状态的一个例子的图。
图6为主要示出了本发明的第二实施方式中的上位控制装置所具备的各种控制功能中的、与热源机的冷热水出口温度的设定相关的功能的功能框图。
图7为示出了负荷分配信息的一个例子的图。
图8为示出了运转台数从三台变更为四台的情况下的负荷分配的一个例子的图。
图9为示出了以往的负荷分配的图。
具体实施方式
[第一实施方式]
以下，参照附图对本发明的第一实施方式的热源系统及其控制方法进行说明。
图1为示出了本发明的第一实施方式的热源系统1的简略结构的图。如图1所示，热源系统1例如具备：加热或者冷却对空调机或热水器、工厂设备等外部负荷供给的载热体(例如，冷水)的多个热源机2a～2d、对这些热源机2a～2d给予控制指令的上位控制装置20。在图1中，对设置有四台热源机2a～2d的情况进行了例示，然而热源机的设置台数并不特别限定。
热源机2a～2d均为风冷式的热源机，且具有大致相同的性能。热源机2a～2d以串联的方式连接，例如，在对载热体进行冷却的情况下，因被外部负荷使用而被加热了的载热体通过依次经过热源机2a至2d从而被冷却至规定的冷热水出口温度，并向外部负荷供给。
在对载热体进行加热的情况下，因被外部负荷使用而被冷却了的载热体通过依次经过热源机2a至2d从而被加热至规定的冷热水出口温度，并向外部负荷供给。
各热源机2a～2d分别具有独立的制冷循环。制冷循环例如作为主要的结构而具备：供循环制冷剂循环的制冷剂回路、设置在制冷剂回路中并对气体制冷剂进行压缩的压缩机、使被该压缩机压缩后的高压气体制冷剂凝结的冷凝器、使在该冷凝器中凝结后的高压液体制冷剂膨胀的膨胀阀、以及使通过该膨胀阀膨胀后的低压液体制冷剂气化的蒸发器。在对载热体进行冷却的情况下，进行与载热体的热交换的载热体热交换器成为蒸发器，进行与大气的热交换的空气热交换器成为冷凝器，在通过压缩机对利用载热体的热量在载热体热交换器中气化了的低压液体制冷剂进行压缩后，在空气热交换器中通过在与大气之间进行热交换使得高压气体制冷剂凝结。与之相对，在对载热体进行加热的情况下，进行与大气的热交换的空气热交换器成为蒸发器，进行与载热体的热交换的载热体热交换器成为进行冷凝器，在通过压缩机对利用大气的热量而在空气热交换器中气化了的低压液体制冷剂进行压缩后，在载热体热交换器中通过在与载热体之间进行热交换使得高压气体制冷剂凝结并且将载热体加热。对于冷却、加热的情况下的制冷循环的作用而言，由于公知因此在本文中省略说明。
在以下的说明中，对热源系统1冷却载热体的情况进行说明，然而热源系统1可以仅具有加热载热体的能力，另外，也可以具有冷却与加热的两种能力。
图2为简略地表示图1所示的热源系统1的控制系统的结构的图。如图2所示，作为各热源机2a～2d的控制装置的热源机控制装置10a～10d经由通信介质而与上位控制装置20连接，且设为能够进行双向的通信的结构。上位控制装置20为例如对热源系统整体进行控制的控制装置，除具有确定后述的各热源机的冷热水出口温度设定值的功能以外，还进行热源机的台数控制等。热源机控制装置10a～10d分别设置在各热源机上，且根据由上位控制装置给予的控制指令进行热源机的控制。
上位控制装置20、热源机控制装置10a～10d为例如计算机，且具备CPU(中央计算处理装置)、RAM(Random Access Memory)等主存储装置、辅助存储装置、通过与外部的设备进行通信从而进行信息的发送接收的通信装置等。
辅助存储装置为计算机能够读取的记录介质，例如为，磁盘、磁光盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。在该辅助存储装置中储存有各种程序，CPU从辅助存储装置向主存储装置读取程序并执行从而实现各种处理。
图3为主要示出了上位控制装置20所具备的各种控制功能中的、与热源机的冷热水出口温度的设定相关的功能的功能框图。
如图3所示，上位控制装置20具备信息取得部21、负荷分配变更部22、温度设定部23。
信息取得部21取得从热源机控制装置10a～10d发送来的各热源机2a～2d的压缩机的运转频率。
负荷分配变更部22例如在起动时或者运转台数变更时对成为运转对象的各热源机均等地分配负荷，之后以使由信息取得部21取得的压缩机的运转频率成为大致相同的值的方式对各热源机的负荷分配进行变更。
温度设定部23根据由负荷分配变更部22确定的负荷分配来设定各热源机的冷热水出口温度。
接下来，参照图3以及图4对本实施方式的热源系统的动作进行说明。另外，以下为了便于说明，以如下的情况为例进行说明，即，使四台热源机2a～2d起动、并且在热源系统1中将入口温度14[℃]的载热体冷却至7[℃]而向外部负荷供给。
热源系统1在例如热源机起动时、热源机的运转台数变更时进行如下的处理。
首先，通过上位控制装置20的负荷分配变更部22，均等地设定作为运转对象的各热源机2a～2d的负荷。由此，各热源机2a～2d中分别分配有25[％](＝100[％]/4[台])的负荷。
接下来，通过温度设定部23，根据热源系统1的出入口温度差ΔT与分配给各热源机的负荷分配，设定各热源机2a～2d的冷热水出口温度。
具体而言，由于热源系统1中的出入口温度差ΔT为7[℃]＝14[℃]-7[℃]，因此通过在四台中将该7[℃]等分，而得到1.75[℃]。接着，通过从各热源机2a～2d的冷热水入口温度中减去该值1.75[℃]，来确定各热源机的冷热水出口温度。最终在将冷热水出口温度调整成7℃时等分负荷的状态下，在热源机2a中设定12.25℃的冷热水出口温度，在热源机2b中设定10.5℃的冷热水出口温度，在热源机2c中设定8.75℃的冷热水出口温度，在热源机2d中设定7℃的冷热水出口温度。
在通过上述的方式确定了针对各热源机2a～2d的冷热水出口温度时，从上位控制装置20对各热源机控制装置10a～10d发送冷热水出口温度的设定值。各热源机的热源机控制装置10a～10d根据接收到的冷热水出口温度的设定值来控制压缩机等。
接着，在进行基于从上位控制装置20接收到的冷热水出口温度的设定值的运转期间，热源机控制装置10a～10d将各自的当前的压缩机的运转频率向上位控制装置20发送。
在上位控制装置20中，由信息取得部21接收来自各热源机控制装置10a～10d的压缩机的运转频率，并向负荷分配变更部22输出。
负荷分配变更部22在输入有各压缩机的运转频率时，计算这些值的平均值。例如，如图4(a)所示，在热源机2a的压缩机频率为72[Hz]、热源机2b的压缩机频率为76.75[Hz]、热源机2c的压缩机频率为82[Hz]、热源机2d的压缩机频率为87.75[Hz]的情况下，上述四台压缩机频率的平均值为79.5[Hz]。
接着，对该平均值79.5[Hz]与各热源机的压缩机频率进行比较，对于压缩机频率低于平均值的热源机，使当前设定的热源机的负荷分配增加，另一方面，对于压缩机频率高于平均值的热源机，使当前设定的热源机的负荷分配降低。由此，对于热源机2a、2b将负荷分配设定得较多，对于热源机2a、2b将负荷分配设定得较多。
此时，对于设定负荷分配的具体方法，例如，可以考虑如下的方法。
例如，在将变更针对各热源机2a、2b、2c、2d的负荷分配前的值分别设为α、β、γ、δ(α+β+γ+δ＝1)，将针对各个热源机的压缩机频率的与平均值的偏差的PI运算的结果设为Δα、Δβ、Δγ、Δδ时，针对热源机2a、2b的PI运算的结果Δα、Δβ为正值，针对热源机2c、2d的PI运算的结果Δγ、Δδ为负值。这里，由于α+Δα+β+Δβ+γ+Δγ+δ+Δδ未必等于1，因此分别按照如下的方式计算针对各热源机的变更后的负荷分配。
热源机2a：α′＝(α+Δα)/(α+Δα+β+Δβ+γ+Δγ+δ+Δδ)
热源机2b：β′＝(β+Δβ)/(α+Δα+β+Δβ+γ+Δγ+δ+Δδ)
热源机2c：γ′＝(γ+Δγ)/(α+Δα+β+Δβ+γ+Δγ+δ+Δδ)
热源机2d：δ′＝(δ+Δδ)/(α+Δα+β+Δβ+γ+Δγ+δ+Δδ)
由此，α′+β′+γ′+δ′＝1，通过将对各个热源机发送的冷热水出口温度设定值设为各自的冷热水入口温度-额定温度差即7℃×负荷分配比例(α′、β′、γ′、δ′中的与各个热源机对应的负荷分配比例)，来确定与变更后的负荷分配对应的冷热水出口温度设定。
上述的负荷分配的设定方法不限定于上述具体例，也能够适当使用其他的方法。
这样，在通过负荷分配变更部22变更热源机的负荷分配时，温度设定部23根据变更后的负荷分配进行各热源机2a～2d的冷热水出口温度的设定。然后，通过将新设定了的各热源机的冷热水出口温度发送至各热源机控制装置10a～10d，从而进行基于变更后的冷热水出口温度的设定值的压缩机的控制等。由此，例如，如图4(b)所示，能够减小热源机间的压缩机频率的偏差，能够将压缩机负荷设为同等程度。
以上，如至此说明地那样，根据本实施方式的热源系统1，以使热源机的压缩机的频率成为大致相同的值的方式确定各热源机2a～2d的负荷分配。因此，即使是如风冷式热源机等那样，与在冷冻回路中循环的循环制冷剂进行热交换的热源无法调节其温度，也能够减小热源机间的压缩机负荷的偏差。由此，能够抑制压缩机的寿命的偏差。
在本实施方式中，根据压缩机频率来确定负荷分配，然而除压缩机频率以外，还可以使用压缩机的运转累计时间。在该情况下，例如，使各热源机2a～2d具有对压缩机的运转累计时间进行监视的功能，在将上述压缩机频率向上位控制装置20发送的时刻也发送压缩机的运转累计时间。由此，由信息取得部21接收各热源机的压缩机频率与运转累计时间。
负荷分配变更部22在接收到该压缩机频率与运转累计时间时，通过与上述相同的方法，根据压缩机频率来设定各热源机的负荷分配。
接着，负荷分配变更部22利用预先保有的包含运转累计时间作为参数的加权系数的运算式，计算与各压缩机的运转累计时间对应的加权系数。这里，加权系数的运算式以运转累计时间越大而使加权系数成为越小的值的方式作成。
负荷分配变更部22通过使该加权系数与之前设定了的负荷分配相乘，来设定反映了运转累计时间的负荷分配。然后，根据该负荷分配通过温度设定部23设定各热源机的冷热水出口温度。
这样，通过反映运转累计时间，能够进一步减小压缩机的负荷的偏差。
在本实施方式中，根据作为运转对象的热源机的压缩机频率来确定负荷分配，然而，例如，也可以利用压缩机的消耗电流、压缩机的消耗电力、压缩机的转矩等的任一方，进行各热源机的负荷分配以及冷热水出口温度的设定。此时，取得的信息可以是测量值，也可以是通过运算计算出的推断值。例如，对于压缩机的消耗电流可以使用测量值，对于压缩机的消耗电力可以使用测量值或者推断值。压缩机的消耗电力的推断值能够通过将压缩机的消耗电流的测量值输入规定的运算式来推断。对于压缩机的转矩，也可以使用通过将压缩机的消耗电流的测量值输入规定的运算式而推断出的推断值。
图5为表示使用压缩机电流进行负荷分配的变更的情况下的负荷分配的变更前后的状态的一个例子的图。在使用压缩机电流的情况下，以使各压缩机电流成为同等程度的值的方式变更各热源机的负荷分配。
这样，通过根据压缩机的电流、消耗电力、压缩机的转矩中的任一方设定各热源机2a～2d的负荷分配以及冷热水出口温度，由此与使用压缩机频率的情况相比能够直接地观察压缩机的负荷。由此，与使用压缩机频率的情况相比能够高精度地掌握，从而能够以更高精度抑制压缩机的负荷的偏差。
[第二实施方式]
接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。图6为主要示出了本实施方式中的上位控制装置所具备的各种控制功能中的、与热源机的冷热水出口温度的设定相关的功能的功能框图。如图6所示，本实施方式中的上位控制装置20′与上述的第一实施方式的不同点在于，还具备在通过负荷分配变更部22进行负荷分配的变更的情况下，将该信息存储作为负荷分配信息的存储部24。
图7为示出了负荷分配信息的一个例子的图。如图7所示，负荷分配信息将热源机的运转台数、设为运转对象的热源机的识别信息、各热源机的变更后的负荷分配相互关联。这样，通过预先存储负荷分配信息能够迅速地设定冷热水出口温度。
例如，如图8所示，在运转台数从三台变更为四台的情况下，负荷分配变更部22参照存储在存储部24中的负荷分配信息，检索是否记录有相符合的信息。在记录有运转台数为四台的信息的情况下，读取该信息并向温度设定部23输出。其结果为，例如，作为负荷分配，对热源机2a输出30[％]，对热源机2b输出26.9[％]，对热源机2c输出23.65[％]，对热源机2d输出20[％]。
温度设定部23根据该负荷分配设定各热源机的冷热水出口温度，并将该冷热水出口温度向各热源机控制装置10a～10d发送。
对此，在存储部24中未记录有相符合的负荷分配信息的情况下，负荷分配变更部22与上述的第一实施方式相同，根据压缩机频率设定各热源机的负荷分配，并将该负荷分配向温度设定部23输出。另外，负荷分配变更部22作成与此次的负荷分配相关的负荷分配信息，并储存在存储部25中。
如上所述，根据本实施方式的热源系统，通过将负荷分配信息存储在存储部24中，能够减轻负荷分配变更部22的运算处理的负担。因此，能够迅速地设定与压缩机的负荷相应的适当的冷热水出口温度。
在上述第一或者第二实施方式中，列举冷却载热体的情况为一例而进行了说明，然而本发明不限定于该方式，在加热载热体的情况下也同样能够适用。
在本实施方式中，上位控制装置20、20′对各热源机2a～2d的冷热水出口温度进行设定，然而例如也可以代替上位控制装置20、20′，将任一热源机控制装置10a～10d设为主热源机控制装置，被确定为主热源机控制装置的热源机控制装置取得来自其他热源机控制装置的信息而设定各热源机2a～2d的冷热水出口温度。
【附图标记说明】
1 热源系统
2a～2d 热源机
10a～10d 热源机控制装置
20、20′ 上位控制装置
21 信息取得部
22 负荷分配变更部
23 温度设定部
24 存储部

Claims (5)

1.一种热源系统，其通过以串联的方式连接分别具有独立的制冷循环的多个热源机而成，所述热源系统具备：
信息取得机构，其从被均等地分配了负荷的各所述热源机取得压缩机的运转频率、该压缩机的消耗电流、该压缩机的消耗电力以及该压缩机的转矩中的任一方；
负荷分配变更机构，其以由所述信息取得机构从各所述热源机取得的值大致均等的方式，针对各所述热源机变更当前均等地分配的负荷分配；以及
温度设定机构，其根据变更后的负荷分配来设定各热源机的冷热水出口温度。
2.根据权利要求1所述的热源系统，其中，
所述信息取得机构还取得各所述热源机中的压缩机的运转累计时间，
所述负荷分配变更机构设定基于各所述压缩机的运转累计时间的加权系数，且利用所述加权系数变更各所述热源机的负荷分配。
3.根据权利要求1所述的热源系统，其中，
所述负荷分配变更机构计算由所述信息取得机构从各所述热源机取得的值的平均值，
且对该平均值和由所述信息取得机构从各所述热源机取得的值进行比较，
并且对于该值小于该平均值的热源机使当前分配的负荷分配增加，对于该值大于该平均值的热源机使当前分配的负荷分配减少。
4.根据权利要求1所述的热源系统，其中，
具备储存负荷分配信息的存储机构，所述负荷分配信息将所述热源机的运转台数、设为运转对象的所述热源机的识别信息、各所述热源机的变更后的负荷分配相互关联，
所述温度设定机构在起动时或者所述热源机的运转台数发生变化的情况下，根据储存在所述存储机构中的所述负荷分配信息来设定运转对象的各所述热源机的冷热水出口温度。
5.一种热源系统的控制方法，所述热源系统通过以串联的方式连接分别具有独立的制冷循环的多个热源机而成，所述热源系统的控制方法包括：
从被均等地分配了负荷的各所述热源机取得压缩机的运转频率、该压缩机的消耗电流、该压缩机的消耗电力以及该压缩机的转矩中的任一方的工序；
以使从各所述热源机取得的值大致均等的方式，针对各所述热源机变更当前均等地分配的负荷分配的工序；以及
根据变更后的负荷分配来设定各热源机的冷热水出口温度的工序。
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