JP2001091087A - 冷凍機又は冷温水機の制御方法 - Google Patents

冷凍機又は冷温水機の制御方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷水循環ポンプの可変速制御がスムーズ（円
滑）に行える冷凍機又は冷温水機の制御方法を提供す
る。 【解決手段】 冷水の流量を調節可能とした冷凍機又は
冷温水機において、冷水循環ポンプが１台運転されるか
又は複数台並列運転される設備で冷凍機又は冷温水機の
冷水の出口又は入口の何れかにおける冷水の温度に基づ
いて冷凍機又は冷温水機の容量（出力）を調節するとと
もに、該容量（出力）の調節とは独立に冷水の入口温度
又は冷水の入口温度に対応する値に基づいて冷水の流量
を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍機又は冷温水
機の冷水循環ポンプを可変速制御することで省エネルギ
ーを図る制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から多く採用されている定流量設備
の場合、冷凍機又は冷温水機の容量（出力）が１００％
時の冷水入口温度を１２．０℃、冷水出口温度を７．０
℃（温度差５．０℃）と定義すると、仮に８０％まで冷
凍負荷が低下した場合、冷水入口温度を１１．０℃、冷
水出口温度を７．０℃（温度差４．０℃）といった運転
になるよう容量（出力）を絞る。容量（出力）減少に比
例して、冷水入口温度と、冷水出口温度の温度差が小さ
くなる。この場合、冷水入口、出口温度の温度差が小さ
くなった分、冷凍機の加熱源消費量は減少するが、冷水
循環ポンプ動力は１００％運転時と同様である。ポンプ
動力軽減のために、空調設備において冷水循環ポンプ
を、冷凍機冷水循環ポンプと空調機冷水循環ポンプとを
分割してそれぞれ設けるのではなく、１台（又は並列運
転）で設備を構成する場合の可変速制御方法は、いくつ
か提案されているが、いずれも一長一短があり、現実に
実施されている例は非常に少ない。以下に、その中から
３つの例を説明する。
【０００３】１）冷水ヘッダ間の差圧を検知して可変速
制御する方法 この方法を図３に基づいて説明する。図３は吸収冷凍機
における蒸発器、再生器、冷水管、冷水のサプライヘッ
ダ等のみを示したものである。図３において、符号１は
蒸発器、２は再生器、３は再生器への加熱源供給パイ
プ、４は加熱源流量制御弁、５は加熱源流量制御機構、
６は冷水パイプ、７は冷水出口温度検出器、８はサプラ
イヘッダ、９はリターンヘッダ、１０は冷水循環用可変
速制御ポンプ、１１はポンプ可変速制御機構、１２は差
圧検出器、１３は空調機（空気熱交換機）、１４は空調
機冷水流量制御弁（２方弁）を示す。
【０００４】図３に示す従来例において、冷凍機の冷水
出口温度を冷水出口温度検出器７により検出し、その信
号を加熱源流量制御機構５に伝達し、この信号に応じて
加熱源流量制御弁４を開閉することで再生器２への加熱
源の供給を制御し、冷凍機全体の容量制御を行う。前記
の動作で冷凍負荷が少なくなると冷凍機は容量を絞るこ
ととなるが、同時に空調機側では、空調機冷水流量制御
弁（２方弁）１４により冷水流量が絞られる。その際、
サプライヘッダ８とリターンヘッダ９間の差圧が必要以
上に上昇する。この差圧が適正な一定値を常時保つよう
に差圧検出器１２で検出し、ポンプ可変速制御機構１１
に伝達し、冷水循環用可変速制御ポンプ１０の回転数を
制御し省エネルギーを図るようにしている。上述の方式
によるときは、以下に列挙するような欠点がある。 差圧検出器が高価である。 差圧の変動が非常に早いため、即ち差圧が頻繁に変
動するために制御がしにくい。 冷水流量を調節したとき、この調節を行わない場合
に比較して冷水出口温度の変動がより大きくなり、冷凍
機の容量制御にも大きな影響を与え全体として不安定と
なり易い。 の結果として、冷水出口温度の低下しすぎが起こ
り易く、冷水凍結の恐れがある。 冷房負荷が極度に減少した場合、空調機冷水流量制
御弁（２方弁）１４にて冷水が極度に絞られ、その結
果、冷水減断水にて冷凍機が異常停止することがある。
【０００５】２）冷水出入口温度差を検知して制御する
方法 この方法を図４に基づいて説明する。図４において、符
号１〜１１，１３，１４は図３と同様である。符号１５
は冷水出入口温度差検出器を示す。図４に示す方式は、
図３において、サプライヘッダ８とリターンヘッダ９間
の差圧が適正な一定値を常時保つように制御する代わり
に、冷水出口温度と入口温度の差を冷水出入口温度差検
出器１５により検出し、この信号をポンプ可変速制御機
構１１に伝達し、温度差を一定に保つよう、冷水循環用
可変速制御ポンプ１０の回転数を制御して冷水流量を可
変速させるものである。この方法は、冷凍機容量制御と
冷水流量制御に共に冷水出口温度を利用しているため、
以下に列挙するような欠点がある。 冷凍機容量制御と冷水流量制御とが影響をし合って
全体の動作が不安定になり易い。 冷水出口温度という一つの要因に対して二つの制御
をかけることは、基本的に制御が収束しない。 の結果として、冷水出口温度の低下が発生し凍結
の恐れがある。
【０００６】３）冷凍機容量制御装置の状態に基づいて
冷水流量を可変速する方法 この方式は、例えば吸収冷凍機における加熱源流量調節
弁の開度に比例的に冷水流量を制御する方法である。加
熱源流量調節弁は通常冷水出口温度を検知して制御され
ているが、冷水出口温度が低下すると加熱源流量調節弁
を絞ると同時に冷水流量を絞ることとなる。冷水入口温
度は急には変わらないので、冷水温度は更に低下し凍結
の恐れがある。この状態ではスムーズな比例制御が行わ
れずむしろＯＮ−ＯＦＦ制御のような動作となる。スム
ーズな比例制御を行うために、比例帯を広げて対応する
が、この場合、冷水出口温度の制御性が従来より劣るこ
ととなる。前記方法では、冷凍機の冷水出口温度に基づ
いて制御する場合について述べたが、冷水入口温度を検
出して加熱源流量調節弁を調整する方法もあるが、冷水
出口温度の保証がないために凍結の恐れがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来例
の制御方法の欠点を解決し、冷水循環ポンプの可変速制
御がスムーズ（円滑）に行える冷凍機又は冷温水機の制
御方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明は、冷水の流量を調節可能とした冷凍機又は
冷温水機において、冷水循環ポンプが１台運転されるか
又は複数台並列運転される設備で冷凍機又は冷温水機の
冷水の出口又は入口の何れかにおける冷水の温度に基づ
いて冷凍機又は冷温水機の容量（出力）を調節するとと
もに、該容量（出力）の調節とは独立に冷水の入口温度
又は冷水の入口温度に対応する値に基づいて冷水の流量
を調節することを特徴とするものである。
【０００９】本発明においては、中負荷時又は高負荷
（中・高負荷）時（６０〜１００％）は冷凍機又は冷温
水機の冷水入口温度が一定になるよう冷水循環ポンプを
可変速し、冷水循環ポンプの省エネルギーを図る。低負
荷時（６０％以下）は定格流量以下（６０％程度）で冷
水の流量が一定になるようヘッダ間バイパス弁を制御す
る。このように、本発明は、可変速による流量調節と低
流量一定の切替えを特徴とする制御方式である。冷凍機
容量制御は従来通り冷水出口温度を検知して制御する。
従って、既存の設備を可変速制御に改造する場合、冷凍
機本体は無改造で対応可能である。
【００１０】本発明においては、冷凍機又は冷温水機の
冷水入口温度で冷水循環ポンプの可変速を行い、冷水出
口温度で冷凍機又は冷温水機の容量制御を行うが、冷水
循環ポンプの可変速制御感度を冷凍機（冷温水機）容量
制御感度の１／２〜１／３とすることで安定化を図る。
なお、冷水入口温度に対応する値には、例えば、冷水出
口温度があり、即ち、冷水出口温度で冷水循環ポンプの
可変速を行うこともできる。極度の低負荷時は空調機冷
水流量制御弁（２方弁）が極度に絞られるが、低負荷時
は冷水ヘッダバイパス弁制御のため、冷水の流量が確保
され、冷水減断水による冷凍機異常停止や凍結の恐れが
ない。冷水ヘッダ間の差圧を検知し、最小差圧より低下
した場合は、冷水循環ポンプの可変速を停止して空調機
の流量不足を防止する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る冷凍機又は冷
温水機の制御方法の実施の形態を図１に基づいて詳しく
説明する。図１において、符号１は蒸発器、２は再生
器、３は再生器への加熱源供給パイプ、４は加熱源流量
制御弁、５は加熱源流量制御機構、６は冷水パイプ、７
は冷水出口温度検出器、８はサプライヘッダ、９はリタ
ーンヘッダ、１０は冷水循環用可変速制御ポンプ、１３
は空調機（空気熱交換機）、１４は空調機冷水流量制御
弁（２方弁）を示す。また符号７′は冷水入口温度検出
器、１６はポンプ可変速制御機構、１７は冷水ヘッダパ
イパス弁、１８は冷水ヘッダバイパス弁制御機構、１９
は冷水流量検出器、２０は冷水ヘッダ間差圧検出器を示
す。
【００１２】上述の構成において、以下の制御方法が採
用される。 １）中・高負荷領域（６０〜１００％） 冷凍機１００％運転時の冷水入口温度を１２．０℃、冷
水出口温度を７．０℃の場合と定義する。冷水流量が定
流量の場合は冷凍負荷減少で冷水入口温度が低下する。
冷凍機８０％運転時は、冷水入口温度が１１．０℃、冷
水出口温度が７．０℃となる。このように、冷凍負荷減
少に伴い、冷水入口温度は１２．０℃より低下するが、
冷水入口温度検出器７′により温度を検出し、ポンプ可
変速制御機構１６に伝達し、冷水循環用可変速制御ポン
プ１０を可変速して、冷水入口温度を１２．０℃一定と
する。このように、冷凍負荷の変動に比例して冷水流量
を可変速することで冷水循環ポンプ動力の低減が可能と
なる。即ち、冷凍負荷６０〜１００％の領域では常に冷
水入口温度が１２．０℃、冷水出口温度が７．０℃とな
るように制御するものである。
【００１３】２）低負荷領域（６０％以下） 冷水循環ポンプ動力は冷水流量の３乗に比例する。冷水
６０％流量では、冷水循環ポンプ動力は、 ０．６３×１００％＝２１．６％ まで低減され、それ以下は、相対的に省エネルギー効果
は少ないし、冷水流量が過少になり過ぎると凍結の恐れ
がある。そのような理由から低負荷領域（６０％以下）
の場合は、極限の省エネルギー効果を追求するものでは
なく、安定性を重視した低流量（６０％）一定制御とす
るものである。この場合、冷水流量検出器１９により、
冷水流量を検知し、冷水ヘッダバイパス弁制御機構１８
に伝達し、冷水ヘッダバイパス弁１７を制御して流量一
定制御を行う。
【００１４】３）中・高負荷−低負荷切替方法 中・高負荷時は、空調機冷水流量制御弁（２方弁）１４
の開度が高開度側で制御される。制御で絞られた分だけ
空調機（空気熱交換機）１３との熱交換が少なくなり、
その分、冷水入口温度が下がるので可変速制御を行う。
この状態で冷凍負荷が少なくなると、空調機冷水流量制
御弁（２方弁）１４の開度が低開度となる。冷水循環用
可変速制御ポンプ１０の最低回転数は６５％流量に設定
するが、空調機冷水流量制御弁（２方弁）１４が低開度
となった場合、冷水が絞られて６０％流量以下となって
しまう。この場合、冷水流量検出器１９にて冷水流量を
検知して冷水ヘッダバイパス弁制御機構１８に伝達し、
ポンプ可変速制御機構１６に接点信号を送り、冷水循環
用可変速制御ポンプ１０を最低回転数に固定すると共に
冷水ヘッダバイパス弁１７を制御して、冷水流量検出器
１９を流れる冷水流量が６０％となるように制御する。
再び負荷が増え冷水ヘッダバイパス弁１７が全閉となっ
て、冷水流量検出器１９を流れる冷水流量が６０％を越
えたときは元の制御に戻る。
【００１５】４）空調機への流量保証 図１に示す設備において、空調機の台数が数十台を越え
るような場合、空調機合計の負荷は少ないが、稀に特定
の空調機に集中的に負荷がかかる場合がある。このよう
な状況では冷水の流量減少に伴って、ヘッダ間差圧が過
少となり空調機に必要な冷水流量が確保されないことが
考えられる。これを防止するため、サプライヘッダ８と
リターンヘッダ９の差圧を冷水ヘッダ間差圧検出器２０
にて検出し、設定以下の差圧となった場合、冷水循環用
可変速制御ポンプ１０の可変速をその回転数で固定し、
空調機の必要流量を確保する。
【００１６】図２は従来の制御方法による冷凍負荷に対
する冷水流量と電力の関係および本発明の制御方法によ
る冷凍負荷に対する冷水流量と電力の関係を示す図であ
る。即ち、図２（ａ）および図２（ｂ）は従来の制御方
法による冷凍負荷に対する冷水流量と電力の関係を示
し、図２（ｃ）および図２（ｄ）は本発明の制御方法に
よる冷凍負荷に対する冷水流量と電力の関係を示してい
る。図２（ａ）〜（ｄ）において、横軸は冷凍負荷
（％）を示し、縦軸は流量（％）（図２（ａ）および図
２（ｃ））又は電力（％）（図２（ｂ）および図２
（ｄ））を示している。図２（ｃ）に示す本発明の制御
方法のように、低負荷領域（６０％以下）で定格流量以
下（６０％程度）で流量一定制御を行い、中・高負荷領
域（６０〜１００％）で冷水循環用可変速制御ポンプ１
０を可変速制御することにより、図２（ａ）に示す従来
の制御方法に比べ、図２（ｂ）に示す電力と図２（ｄ）
に示す電力から明らかなように、飛躍的に省エネルギー
を達成できる。図２（ｄ）において、斜線で示す範囲が
省エネルギー量に相当する。
【００１７】上述の説明においては、冷水を例として説
明したが、冷温水機等で温水を製造する場合も同様の制
御で可変速制御が可能である。また説明の中では、温
度、負荷、および冷水流量等について具体的な数値を入
れて説明したが、現場によって値は異なる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷凍機又は冷温水機の冷水循環ポンプの可変速制御がス
ムーズ（円滑）に行えるため、飛躍的に省エネルギーを
達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍機又は冷温水機の制御方法の
実施の形態を示す図である。
【図２】図２は従来の制御方法による冷凍負荷に対する
冷水流量と電力の関係および本発明の制御方法による冷
凍負荷に対する冷水流量と電力の関係を示す図である。
【図３】従来の冷水ヘッダ間の差圧を検知して可変速制
御する方法を示す図である。
【図４】従来の冷水出入口温度差を検知して制御する方
法を示す図である。
【符号の説明】
１ 蒸発器 ２ 再生器 ３ 再生器への加熱源供給パイプ ４ 加熱源流量制御弁 ５ 加熱源流量制御機構 ６ 冷水パイプ ７ 冷水出口温度検出器 ７′ 冷水入口温度検出器 ８ サプライヘッダ ９ リターンヘッダ １０ 冷水循環用可変速制御ポンプ １１ ポンプ可変速制御機構 １２ 差圧検出器 １３ 空調機（空気熱交換機） １４ 空調機冷水流量制御弁（２方弁） １５ 冷水出入口温度差検出器 １６ ポンプ可変速制御機構 １７ 冷水ヘッダパイパス弁 １８ 冷水ヘッダバイパス弁制御機構 １９ 冷水流量検出器 ２０ 冷水ヘッダ間差圧検出器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷水の流量を調節可能とした冷凍機又は
    冷温水機において、冷水循環ポンプが１台運転されるか
    又は複数台並列運転される設備で冷凍機又は冷温水機の
    冷水の出口又は入口の何れかにおける冷水の温度に基づ
    いて冷凍機又は冷温水機の容量（出力）を調節するとと
    もに、該容量（出力）の調節とは独立に冷水の入口温度
    又は冷水の入口温度に対応する値に基づいて冷水の流量
    を調節することを特徴とする冷凍機又は冷温水機の制御
    方法。
  2. 【請求項２】 冷凍機又は冷温水機の冷水の出口におけ
    る冷水の温度に基づいて冷凍機又は冷温水機の容量（出
    力）を調節することを特徴とする請求項１に記載の冷凍
    機又は冷温水機の制御方法。
  3. 【請求項３】 冷凍機又は冷温水機の冷水の出口におけ
    る冷水の温度をほぼ一定とするように冷凍機又は冷温水
    機の容量（出力）を調節するとともに、中負荷又は高負
    荷時には冷凍機又は冷温水機の冷水の入口における冷水
    の温度をほぼ一定とするように、冷水の流量を調節し、
    低負荷時には定格冷水流量以下で冷水の流量を一定流量
    に調節するよう、調節方法を切り替えることを特徴とす
    る請求項１又は２記載の冷凍機又は冷温水機の制御方
    法。
  4. 【請求項４】 冷水往水圧力と冷水環水圧力の差圧に基
    づいて、冷水の流量調節を解除し、空調機へ流れる冷水
    流量を確保することを特徴とする請求項１又は２又は３
    に記載の冷凍機又は冷温水機の制御方法。
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Cited By (5)

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