CN105593611B - 热源机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于抑制载热体的出口温度的过调节。热源机控制装置(10a)具备运算部(22)、设定温度变更部(23)。运算部(22)使用规定的运算式来算出负载变化率。设定温度变更部(23)判定由变动量算出部(22)算出的负载变化率是否超过了规定的阈值,在超过的情况下,向抑制冷水出口温度的变化的方向变更冷水出口设定温度。例如,在冷水出口温度逐渐降低的情况下,将冷水出口设定温度设定为较高的值,由此,热源机的负载降低,并以使冷水出口温度与变更后的冷水出口设定温度一致的方式进行控制。由此,能够抑制过调节。
Description
技术领域
本发明涉及热源机及其控制方法。
背景技术
以往,已知有一种涡轮制冷机,其具有配置了压缩机、冷凝器及蒸发器的制冷循环,并将向蒸发器输入的冷水冷却为规定的设定温度并输出(例如,参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-160440号公报
发明内容
发明要解决的课题
通常,若向涡轮制冷机输入的冷水(载热体)的温度或流量较大地变动,则控制无法追随,冷水的出口温度有时会产生过调节。该过调节的产生在涡轮制冷机的运用上不能说是优选,需要进行抑制。这样的过调节不仅是对载热体进行冷却的情况的问题,在对载热体进行加热的情况下也同样会发生。
尤其是上述过调节在对冷水进行冷却的情况且冷水的出口设定温度设定为0℃附近的情况下被视作问题。即,在这种情况下发生过调节时,冷水被冷却为0℃以下,在最差的情况下,可能会达到冻结。因此,在冷水的出口设定温度设定为0℃附近的情况下,载热体无法使用冷水,而使用不冻液(盐水)。然而,不冻液与冷水相比,热交换器中的热交换效率差,因此从热交换的观点出发,优选利用冷水作为载热体。
此外,在涡轮制冷机等那样对载热体进行冷却而向外部负载输出的热源机中,存在以下的问题。在热源机负载高且外部气体温度高的条件下,在冷凝器中与制冷剂进行热交换的冷却水的排热量增大,因此可能无法将冷却水降低至所希望的温度。这种情况下,制冷剂冷凝压力上升,根据情况的不同,有时必须使热源机强制停止,运转效率降低。
本发明鉴于这样的情况而作出,其目的之一在于提供一种能够抑制载热体的出口温度的过调节的热源机及其控制方法。
本发明的另一目的在于提供一种即使在热源机负载高且外部气体温度高的条件下也能够避免热源机的强制停止的热源机及其控制方法。
用于解决课题的方案
本发明的第一方案涉及一种热源机,具有配置了压缩机、第一热交换器及第二热交换器的热泵循环,在所述第二热交换器中,通过使从外部负载供给的载热体与制冷剂之间进行热交换,来将所述载热体冷却或加热至规定的出口设定温度而向该外部负载供给,其中,所述热源机具备:运算单元,使用预先保有的运算式,来算出与所述载热体的入口温度、所述载热体的流量、向所述第一热交换器供给的热源的入口温度、所述热源的流量及热源机负载率中的至少任一个参数的变动相关的评价值;及设定温度变更单元,在由所述运算单元算出的评价值超过了规定的阈值的情况下,向抑制所述载热体的出口温度的变化的方向变更所述载热体的出口设定温度。
根据本方案的热源机,在对载热体进行冷却而向外部负载输出的情况下,第一热交换器作为冷凝器发挥作用,第二热交换机作为蒸发器发挥作用。这种情况下,使用预先保有的运算式,来利用运算单元算出与载热体的入口温度、载热体的流量、向第一热交换器(冷凝器)供给的热源(冷却水)的入口温度、该热源的流量及热源机负载率中的至少任一个参数的变动相关的评价值,在该评价值超过了规定的阈值的情况下,检测到过调节的预兆,利用设定温度变更单元来变更载热体的出口设定温度。此时,载热体的出口设定温度被向抑制载热体的出口温度的变化的方向变更,因此能够抑制载热体的出口温度的过调节。
在对载热体进行加热而向外部负载输出的情况下,第一热交换器作为蒸发器发挥作用,第二热交换机作为冷凝器发挥作用。这种情况下,使用规定的运算式,利用运算单元算出与载热体的入口温度、载热体的流量、向第一热交换器(蒸发器)供给的热源(例如温水)的入口温度、该热源的流量及热源机负载率中的至少任一个参数的变动相关的评价值,在该评价值超过了阈值的情况下,检测到过调节的预兆,利用设定温度变更单元变更载热体的出口设定温度。此时,载热体的出口设定温度被向抑制载热体的出口温度的变化的方向变更,因此能够抑制载热体的出口温度的过调节。
在上述热源机中,所述运算单元也可以使用移动平均来算出所述评价值。
通过使用移动平均,能够除去噪声成分,能够更准确地检测过调节的预兆。由此,能够避免以误检测为起因而无用地变更出口设定温度的情况。
在上述热源机中,所述载热体的出口设定温度的初始值也可以设定为0℃附近(例如,0℃以上且5℃以下)。
根据本方案的热源机,由于如上所述抑制过调节,因此即使在载热体的出口设定温度的初始值设定为0℃附近的情况下,也能够抑制载热体的出口温度降低为0℃以下的情况。由此,载热体可以使用冷水,与使用不冻液的情况相比,能够提高第二热交换器的热交换效率。
本发明的第二方案涉及一种热源机,具有配置了压缩机、冷凝器及蒸发器的热泵循环,在所述蒸发器中,通过使从外部负载供给的载热体与制冷剂之间进行热交换,来将所述载热体冷却至规定的出口设定温度而向该外部负载供给,其中,所述热源机具备:信息取得单元,取得所述冷凝器中的制冷剂冷凝压力或制冷剂冷凝温度;及设定温度变更单元,在由所述信息取得单元取得的制冷剂冷凝压力或制冷剂冷凝温度超过了规定的阈值的情况下,使所述载热体的出口设定温度上升。
根据本方案的热源机,在冷凝器中的制冷剂冷凝压力或制冷剂冷凝温度超过了规定的阈值的情况下,载热体的出口设定温度被向上升的方向变更,因此能够使热源机负载降低。由此,能够使制冷剂冷凝压力或制冷剂冷凝温度降低,能够避免制冷剂冷凝压力或制冷剂冷凝温度超过阈值引起的热源机的强制停止。其结果是,能够抑制热源机的运转效率的降低。
本发明的第三方案涉及一种热源机的控制方法,所述热源机具有配置了压缩机、第一热交换器及第二热交换器的热泵循环,在所述第二热交换器中,通过使从外部负载供给的载热体与制冷剂之间进行热交换,来将所述载热体冷却或加热至规定的出口设定温度而向该外部负载供给,其中,所述热源机的控制方法包括如下步骤:运算步骤,使用预先保有的运算式,关于所述载热体的入口温度、所述载热体的流量、向所述第一热交换器供给的热源的入口温度、所述热源的流量及热源机负载率中的至少任一个参数,算出与变动相关的评价值;及设定温度变更步骤,在由所述运算步骤算出的评价值超过了规定的阈值的情况下,向抑制所述载热体的出口温度的变化的方向变更所述载热体的出口设定温度。
本发明的第四方案涉及一种热源机的控制方法,所述热源机具有配置了压缩机、冷凝器及蒸发器的热泵循环,在所述蒸发器中,通过使从外部负载供给的载热体与制冷剂之间进行热交换,来将所述载热体冷却至规定的出口设定温度而向该外部负载供给,其中,所述热源机的控制方法包括如下步骤:信息取得步骤,取得所述冷凝器中的制冷剂冷凝压力或制冷剂冷凝温度;及设定温度变更步骤,在由所述信息取得步骤取得的制冷剂冷凝压力或制冷剂冷凝温度超过了规定的阈值的情况下,使所述载热体的出口设定温度上升。
发明效果
根据本发明,能够抑制载热体的出口温度的过调节。由此,例如,即使在载热体的出口设定温度设定为0℃附近的情况下,也可以利用水作为载热体,能够使热交换器的热效率提高。
根据本发明,即使在热源机负载高且外部气体温度高的条件下,也能够避免热源机的强制停止。由此,能够实现稳定的热源机运转。
附图说明
图1是概略性地表示应用本发明的第一实施方式的热源机的热源系统的结构的图。
图2是表示本发明的第一实施方式的热源机的概略结构的图。
图3是表示图2所示的热源机控制装置的功能框图的一例的图。
图4是表示本发明的第一实施方式的热源机及其控制方法的效果的图。
图5是表示本发明的第二实施方式的热源机控制装置的功能框图的一例的图。
图6是用于说明本发明的第二实施方式的热源机的控制方法的图。
具体实施方式
〔第一实施方式〕
以下,参照附图,说明本发明的第一实施方式的热源机及其控制方法。图1是概略性地表示应用本发明的第一实施方式的热源机的热源系统1的结构的图。
热源系统1具备多个热源机11a、11b、11c。在本实施方式中,为了便于说明,说明热源机11a、11b、11c作为将对空调机、供热水机、工厂设备等外部负载3供给的冷水(载热体)冷却的冷却装置发挥作用的情况,但是本发明的热源机11a、11b、11c也可以作为例如对冷水(载热体)进行加热的加热装置发挥作用,还可以兼具冷却和加热这两方的功能。
在图1中,例示了设置3台热源机11a、11b、11c的情况,但是关于热源机的设置台数可以任意决定。
在从冷水流动观察到的各热源机11a、11b、11c的上游侧分别设置有对冷水进行压送的冷水泵12a、12b、12c。通过这些冷水泵12a、12b、12c,将来自回流集管14的冷水向各热源机11a、11b、11c输送。各冷水泵12a、12b、12c由逆变器马达(图示省略)驱动,由此,通过使转速可变而进行可变流量控制。
在各热源机11a、11b、11c中得到的冷水汇集于供应集管13。汇集于供应集管13的冷水向外部负载3供给。由外部负载3供应给空调等而升温的冷水向回流集管14输送。冷水在回流集管14分支,向各热源机11a、11b、11c输送。
在供应集管13与回流集管14之间设有旁通配管18。通过调整设于旁通配管18的旁通阀19的开度,能够调整向外部负载3供给的冷水量。
图2是表示热源机11a、11b、11c的概略结构的图。热源机11a、11b、11c的结构及功能相同,因此在以下的说明中,例示热源机11a进行说明。
热源机11a是例如涡轮制冷机,具备对制冷剂进行压缩的压缩机31、使由压缩机31压缩后的高温高压的气体制冷剂冷凝的冷凝器32、使由冷凝器32冷凝后的液体制冷剂蒸发的蒸发器36作为主要的结构。
压缩机31是例如离心式的两级压缩机,由通过逆变器38进行了转速控制的电动马达39来驱动。逆变器38由热源机控制装置10a控制其输出。需要说明的是,压缩机31也可以是转速一定的定速的压缩机。在压缩机31的制冷剂吸入口设有对吸入制冷剂流量进行控制的进口导向叶片(以下称为“IGV”)40,能够进行热源机11a的容量控制。
在冷凝器32设有用于计测制冷剂冷凝压力Pc的压力传感器51。压力传感器51的输出向热源机控制装置10a发送。
再冷却器33设置在冷凝器32的制冷剂流动下游侧以对冷凝后的制冷剂施加过冷却。在再冷却器33的制冷剂流动下游侧紧后设置对过冷却后的制冷剂温度Ts进行计测的温度传感器52。
在冷凝器32及再冷却器33插通有用于对它们进行冷却的冷却传热管41。冷却水流量F2由流量计54计测,冷却水出口温度Tcout由温度传感器55计测,冷却水入口温度Tcin由温度传感器56计测。冷却水在未图示的冷却塔中向外部进行了排热之后,再次被导向冷凝器32及再冷却器33。
来自再冷却器33的液体制冷剂利用降压膨胀阀34而膨胀,向中间冷却器37输送。在中间冷却器37设有用于计测中间压力Pm的压力传感器57。由中间冷却器37冷却后的液体制冷剂利用低压膨胀阀35而膨胀,向蒸发器36输送。在蒸发器36设有用于计测蒸发压力Pe的压力传感器58。在蒸发器36插通有用于将向外部负载3(参照图1)供给的冷水冷却的冷水传热管42。冷水流量F1由流量计59计测,冷水出口温度Tout由温度传感器60计测,冷水入口温度Tin由温度传感器61计测。
在冷凝器32的气相部与蒸发器36的气相部之间设有热气体旁通管43。并且,设有用于控制在热气体旁通管43内流动的制冷剂的流量的热气体旁通阀44。通过热气体旁通阀44来调整热气体旁通流量,由此在IGV40中能够进行控制不充分的非常小的区域的容量控制。
而且,在图2所示的热源机11a中,叙述了设置冷凝器32及再冷却器33并与利用制冷剂在冷却塔中向外部进行了排热后的冷却水之间进行热交换来对冷却水进行加热的情况,但也可以是例如取代冷凝器32及再冷却器33而配置空气热交换器,在空气热交换器中,在外部气体与制冷剂之间进行热交换。
热源机控制装置10a是例如计算机,具备CPU(中央运算处理装置)、RAM(RandomAccess 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而进行信息的交接的通信装置等。
辅助存储装置是计算机能够读取的记录介质,例如是磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。在该辅助存储装置中存储有各种程序,CPU从辅助存储装置向主存储装置读出程序并执行,由此实现各种处理。
图3是表示图2所示的热源机控制装置10a的功能块的一例的图。如图3所示,热源机控制装置10a具备数据取得部21、运算部22、设定温度变更部23。
数据取得部21取得制冷剂冷凝压力Pc、制冷剂温度Ts、冷却水流量F2、冷却水出口温度Tcout、冷却水入口温度Tcin、冷水流量F1、冷水出口温度Tout、冷水入口温度Tin等由各种传感器计测到的计测值。
运算部22使用由数据取得部21取得的计测值,算出负载变化率(与变动相关的评价值)。负载变化率例如通过以下的(1)式算出。
负载变化率
=(A×(Qe(i)-Qe(i-1))+Qe(i-1))/Qe(i-1) (1)
在上述(1)式中,A是当前的负载率,是将当前的制冷能力除以额定制冷能力所得到的值,Qe(i)是从当前开始的过去规定期间内的蒸发器36的热交换量的平均,Qe(i-1)是从前一个采样周期起的过去规定期间内的蒸发器36的热交换量的平均。在此,蒸发器36的热交换量Qe通过以下的(2)式求出。
Qe(kW)=(Tin-Tout)×F1×ρ×c (2)
在此,Tin是冷水入口温度(℃),Tout是冷水出口温度(℃),F1是冷水流量(m3/s),ρ是冷水密度(kg/m3),c是比热(kJ/kg℃)。
这样,通过使用移动平均,能够实现值的平滑化。上述过去规定期间根据设计能够适当设定,但是优选设定为例如100秒至140秒之间。在本实施方式中,设定为120秒。
设定温度变更部23在由运算部22算出的负载变化率超过了规定的阈值的情况下,将冷水出口设定温度变更规定量。规定量是例如相当于冷水入口温度与冷水出口设定温度之差的10%左右的温度,例如,冷水入口温度为12℃、冷水出口设定温度为7℃的情况下,规定量成为0.5℃。
设定温度变更部23在负载变化率为正的情况,即,冷水出口温度处于上升倾向的情况下,将冷水出口设定温度降低规定量,使热源机负载增加,在负载变化率为负的情况,即,冷水出口温度处于降低倾向的情况下,将冷水出口设定温度升高规定量,使热源机负载降低。
根据这样的热源机控制装置10a,利用信息取得部21收集制冷剂冷凝压力Pc等各种计测值,利用运算部22进行负载变化率的运算。设定温度变更部23判定由运算部22运算出的负载变化率是否超过规定的阈值,在超过阈值的情况下,向抑制冷水出口温度的变动的方向使冷水出口设定温度增减规定量。这样,通过使用负载变化率,能迅速地察觉冷水出口温度的变动,能够提前抑制过调节。
图4是表示本实施方式的热源机11a及其控制方法的效果的图。在图4(a)中,横轴表示时间,纵轴表示负载率,点划线表示设定出口温度平衡的负载率,虚线表示以往的控制方法的负载率,粗实线表示本实施方式的控制方法的负载率。
在图4(b)中,横轴表示时间,纵轴表示冷水出口温度,点划线表示由使用者设定的冷水出口设定温度,换言之,表示冷水出口设定温度的初始值(例如,0℃),点线表示本实施方式的冷水出口设定温度,粗实线表示本实施方式的冷水出口温度,虚线表示以往的控制方法的冷水出口温度。
如图4所示,在以往的控制方法中,由于冷水流量降低等某些要因而负载率降低时,无法迅速地追随该变化,冷水出口温度会产生过调节(参照图4(b)的虚线)。相对于此,在本实施方式的控制方法中,利用负载变化率来监视负载率的变化,在负载变化率超过了阈值的情况下,变更冷水出口设定温度(参照图4(b)的时刻t1的点线)。当变更冷水出口设定温度时,实施使出口温度与变更后的冷水出口设定温度一致的控制,因此负载率下降(参照图4(a)的粗实线),而且,冷水出口温度也逐渐接近冷水出口设定温度(参照图4(b)的粗实线)。
由此,与以往的控制方法相比能够抑制过调节。尤其是在冷水出口温度设定为0℃附近的情况下发生过调节的以往的控制方法中,载热体可能会冻结,载热体无法使用冷水。相对于此,根据本实施方式的热源机及其控制方法,通过抑制过调节,能够抑制冷水出口温度成为0℃以下的情况。由此,可以使用冷水作为载热体,能够提高蒸发器36的热交换效率。
需要说明的是,在本实施方式中,在负载变化率超过了阈值的情况下,变更冷水出口设定温度,但是例如也可以算出对冷水出口温度造成影响的参数,例如冷水入口温度Tin、冷水流量F1、冷却水入口温度Tcin、冷却水流量F2等的每一定期间的变化量(与变动相关的评价值),在该变化量超过了规定的阈值的情况下,变更冷水出口设定温度。这种情况下,如上所述,使用移动平均值来算出变动量,由此能够降低噪声引起的影响。需要说明的是,也可以取代变动量而使用变化率。总之,只要是运算感知上述参数的变动的评价值即可,关于其评价函数,没有特别限定。
在此,在上述冷水入口温度等各种参数发生了变动的情况下,以该变动为起因而负载率发生变动。换言之,这些参数都对负载率造成影响。这样,这些参数的变动表现作为负载率的变动,因此若监视负载变化率,则能够有效地掌握热源机的状况。
而且,在本实施方式中,叙述了对冷水进行冷却的情况,但是在对载热体(例如,冷水或温水等)进行加热的情况下也通过进行同样的控制能够抑制出口温度的过调节。
〔第二实施方式〕
接下来,说明本发明的第二实施方式的热源机及其控制方法。本实施方式的热源机中热源机控制装置具备的功能不同。以下,主要说明与第一实施方式不同的点,关于共通的点省略说明。
图5是本实施方式的热源机控制装置10a′的功能框图。如图5所示,热源机控制装置10a′具备信息取得部21及设定温度变更部23′。
信息取得部21如上所述,取得制冷剂冷凝压力Pc、制冷剂温度Ts、冷却水流量F2、冷却水出口温度Tcout、冷却水入口温度Tcin、冷水流量F1、冷水出口温度Tout、冷水入口温度Tin等。
设定温度变更部23′判定由信息取得部21取得的各种计测值中的制冷剂冷凝压力Pc是否超过了规定的阈值,在制冷剂冷凝压力Pc超过了规定的阈值的情况下,使冷水出口设定温度上升规定量。其上升幅度只要根据设计而适宜地设定适当的值即可。
根据这样的热源机,如图6所示,在冷凝器的制冷剂冷凝压力Pc超过了规定的阈值的情况下(参照时刻t1),将冷水出口设定温度变更为升高规定量。通过较高地设定冷水出口设定温度,冷凝压力逐渐降低。由此,即使在热源机负载高且外部气体温度高的条件下,也能够避免热源机的强制停止。而且,在制冷剂冷凝压力比规定的恢复值低的情况下,也可以使冷水出口设定温度返回初始值。
而且,在本实施方式中使用了制冷剂冷凝压力,但也可以取代于此而使用制冷剂冷凝温度。这种情况下,在制冷剂冷凝温度超过了规定的阈值的情况下,只要将冷水出口设定温度变更为升高规定量的值即可。
本发明并不仅局限于上述的实施方式,在不脱离发明的主旨的范围内,例如,能够将上述的各实施方式部分地或整体地组合等而进行各种变形实施。
标号说明
1 热源系统
3 外部负载
10a、10a′ 热源机控制装置
11a、11b、11c 热源机
21 信息取得部
22 运算部
23、23′ 设定温度变更部
31 压缩机
32 冷凝器
36 蒸发器
Claims (4)
1.一种热源机,具有配置了压缩机、第一热交换器及第二热交换器的热泵循环,在所述第二热交换器中,通过使从外部负载供给的载热体与制冷剂之间进行热交换,来将所述载热体冷却或加热至规定的出口设定温度而向该外部负载供给,其中,
所述热源机具备:
运算单元,使用预先保有的运算式,来算出与所述载热体的入口温度、所述载热体的流量、向所述第一热交换器供给的热源的入口温度、所述热源的流量及热源机负载率中的至少任一个参数的变动相关的评价值;及
设定温度变更单元,在由所述运算单元算出的评价值超过了规定的阈值的情况下,向抑制所述载热体的出口温度的变化的方向变更所述载热体的出口设定温度。
2.根据权利要求1所述的热源机,其中,
所述运算单元使用移动平均来算出所述评价值。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的热源机,其中,
所述载热体的出口设定温度的初始值设定为0℃附近。
4.一种热源机的控制方法,所述热源机具有配置了压缩机、第一热交换器及第二热交换器的热泵循环,在所述第二热交换器中,通过使从外部负载供给的载热体与制冷剂之间进行热交换,来将所述载热体冷却或加热至规定的出口设定温度而向该外部负载供给,其中,
所述热源机的控制方法包括如下步骤:
运算步骤,使用预先保有的运算式,来算出与所述载热体的入口温度、所述载热体的流量、向所述第一热交换器供给的热源的入口温度、所述热源的流量及热源机负载率中的至少任一个参数的变动相关的评价值;及
设定温度变更步骤,在由所述运算步骤算出的评价值超过了规定的阈值的情况下,向抑制所述载热体的出口温度的变化的方向变更所述载热体的出口设定温度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
TA01 | Transfer of patent application right | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20170818 Address after: Tokyo, Japan, Japan Applicant after: MITSUBISHI heavy industry refrigeration air conditioning system Co Ltd Address before: Tokyo, Japan, Japan Applicant before: Mit-subishi Heavy Industries Ltd. |
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GR01 | Patent grant | ||
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