JP2007127321A - Cold water load factor controller for refrigerator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複数台の冷凍機を用いた冷水製造システムにおいて、冷凍機の効率が最適になるように冷水負荷を分担させる冷凍機の冷水負荷率制御装置に関するものである。 The present invention relates to a cold water load factor control device for a refrigerator that shares a cold water load so that the efficiency of the refrigerator is optimized in a cold water production system using a plurality of refrigerators.
冷水製造システムは、工場、病院、ビルにおける空調や装置冷却等、幅広い分野で使用されているが、大量のエネルギーを消費するため、省エネを考慮したシステム構築が必要不可欠なものとなっている。 Chilled water production systems are used in a wide range of fields such as air conditioning and equipment cooling in factories, hospitals, and buildings. However, since a large amount of energy is consumed, it is indispensable to construct a system that considers energy saving.
図2に従来の一般的な冷水製造システムを示す。図において、11は空調機、熱交換器等からなる冷水負荷で、冷水のユースポイントである。12は冷水負荷11の入口側に設けられた往路側冷水2次ヘッダー、13は冷水負荷11の出口側に設けられた還路側冷水流量計、14は往路側冷水2次ヘッダー12に取り付けられた往路側ヘッダー温度計、15は還路側冷水温度計、16は複数台(図では3台)の2次冷水ポンプで、2次冷水ポンプ1〜3である。17は往路側冷水1次ヘッダー、18は還路側冷水1次ヘッダー、19は冷凍機出口流量計、20は複数台(図では2台)の1次冷水ポンプで、1次冷水ポンプ1及び1次冷水ポンプ2である。21は冷凍機出口温度計、22は冷凍機入口温度計、23は複数台(図では2台)のターボ冷凍機で、ターボ冷凍機1及びターボ冷凍機2である。24は複数台(図では2台)の冷却水ポンプで、冷却水ポンプ1及び冷却水ポンプ2である。25は複数台(図では2台)の冷却塔で、冷却塔1及び冷却塔2である。26は制御装置である。
このシステムでは、ターボ冷凍機23を2台配置し、それぞれに1次冷水ポンプ20、冷却水ポンプ24、冷却塔25を備えている。また、ユースポイントである空調機コイル、熱交換器等の冷水負荷11への送水用として2次冷水ポンプ16を採用している。各ターボ冷凍機23で製造された冷水は、各1次冷水ポンプ20にて、往路側冷水1次ヘッダー17に送水され、合流した後、2次冷水ポンプ16によって往路側冷水2次ヘッダー12を通してユースポイントである冷水負荷11に送水される。送水された冷水は、熱交換後、還路側冷水1次ヘッダー18に戻り、各ターボ冷凍機23に戻る仕組みになっている。
FIG. 2 shows a conventional general cold water production system. In the figure,
In this system, two
図2のシステムは、ユースポイントである空調機コイル、熱交換器等の負荷(熱量)に応じて、ターボ冷凍機23の運転台数をコントロールしている。冷水1次ヘッダー18の入口側に取り付けた冷水温度計15、冷水流量計13により、還路側の冷水温度並びに2次冷水流量を計測する。これらの計測値を基に制御装置26は、冷水総熱量を計算し、ターボ冷凍機23の運転台数を決定する。
The system in FIG. 2 controls the number of
また、図2のシステムは、1次冷水流量と2次冷水流量の比率に応じて、1次冷水ポンプ20の回転数制御を行っている。また、制御装置26は、各ターボ冷凍機23の出口に取り付けた冷凍機出口流量計19により1次冷水流量を計測し、合計する。その結果と上記2次冷水流量を比較し、2次冷水流量=1次冷水流量となるように1次冷水ポンプ20の流量を決定し、それらの定格流量比(=冷凍機の定格容量比)で各々の回転数を制御している。
Further, the system of FIG. 2 performs the rotational speed control of the primary chilled
また、従来技術として、冷温熱媒体を循環供給して空調を行う空調設備において、空調設備を構成する冷温熱発生機、ポンプ等の機器のシミュレーションモデルを備え、シミュレーションにより評価関数を最小或いは最大とする最適制御目標値を決定し、最適制御目標値で空調設備を運転するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, as a conventional technology, in an air conditioning facility that circulates and supplies a cold / hot medium, air conditioning equipment is equipped with a simulation model of equipment such as a cool / heat generator and a pump constituting the air conditioning facility, and the evaluation function is minimized or maximized by simulation. An optimal control target value to be determined is determined and the air conditioning equipment is operated with the optimal control target value (for example, see Patent Document 1).
従来の冷水製造システムは、以上のような制御を実施しているため、冷水負荷(熱量)は、冷凍機の効率に関係なく、冷水ポンプの定格流量比で均等配分されるので、最も効率の高い冷凍機の能力が十分発揮されておらず、無駄な電力を消費している。冷凍機の電力が最小となるように、それらの冷水負荷率(冷水流量)をコントロールすれば、より高い省エネ効果を生むことになる。 Since the conventional chilled water production system performs the control as described above, the chilled water load (heat quantity) is evenly distributed according to the rated flow rate ratio of the chilled water pump regardless of the efficiency of the refrigerator. The capacity of the high refrigerator is not fully demonstrated, and wasteful power is consumed. If the chilled water load factor (chilled water flow rate) is controlled so that the electric power of the refrigerator is minimized, a higher energy saving effect is produced.
また、特許文献1記載の空調設備は、空調設備を構成する冷温熱発生機、ポンプ等の機器のシミュレーションモデルを備え、シミュレーションにより評価関数を最小或いは最大とする最適制御目標値を決定し、最適制御目標値で空調設備を運転するものであり、冷凍機の効率が最適になるように冷水負荷を分担させるものではない。 The air conditioning facility described in Patent Document 1 includes a simulation model of a device such as a cold / hot heat generator or a pump that constitutes the air conditioning facility, and determines the optimum control target value that minimizes or maximizes the evaluation function by simulation. The air conditioning equipment is operated with the control target value, and the cold water load is not shared so that the efficiency of the refrigerator is optimized.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷凍機の電力を制御装置で随時予測し、冷凍機の電力が最小になるように冷水ポンプの冷水負荷率(冷水流量)を制御して、より高い省エネを実現する冷凍機の冷水負荷率制御装置を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and predicts the power of the refrigerator as needed by the control device, and the cold water load factor (cold water) of the cold water pump so that the power of the refrigerator is minimized. The present invention provides a chilled water load factor control device for a refrigerator that realizes higher energy saving by controlling the flow rate.
この発明に係る冷凍機の冷水負荷率制御装置においては、冷水のユースポイントである冷水負荷と、冷水負荷の入口側に設けられた往路側冷水ヘッダーと、冷水負荷の出口側に設けられた還路側冷水流量計と、往路側ヘッダー温度計と、還路側冷水温度計と、還路側冷水ヘッダーと、冷凍機出口流量計と、複数台の1次冷水ポンプと、冷凍機出口温度計と、冷凍機入口温度計と、複数台のターボ冷凍機と、複数台の冷却水ポンプと、複数台の冷却塔と、制御装置とを備え、各ターボ冷凍機で製造された冷水を、各1次冷水ポンプにて、往路側冷水ヘッダーを通して冷水負荷に送水し、冷水負荷で熱交換後、還路側冷水ヘッダーを通して各ターボ冷凍機に戻るように構成された複数台の冷凍機を用いた冷水製造システムにおいて、冷凍機入口の冷却水温度を測定する冷却水温度測定手段を設け、制御装置に冷却水温度毎の冷凍機冷水負荷率と冷凍機電力の関数である部分負荷特性を入力し、制御装置は、還路側冷水温度計と還路側流量計により還路側の冷水温度並びに冷水流量を計測し、これらの計測値を基に冷水総熱量を計算し、さらに、冷却水温度測定手段により冷凍機入口冷却水温度を計測し、部分負荷特性から負荷率毎の各冷凍機電力を計算し、その結果から冷水総熱量に対して必要な冷凍能力を満足し、かつ、電力の合計が最小となる負荷率の組み合わせを予測し、予測した負荷率となるように冷水ポンプの回転数を制御するものである。 In the chilled water load factor control device for a refrigerator according to the present invention, a chilled water load that is a use point of chilled water, a forward-side chilled water header provided on the inlet side of the chilled water load, and a return provided on the outlet side of the chilled water load. Roadside chilled water flow meter, Outward side header thermometer, Return side chilled water thermometer, Return side chilled water header, chiller outlet flow meter, multiple primary chilled water pumps, chiller outlet thermometer, refrigeration An inlet thermometer, a plurality of turbo chillers, a plurality of cooling water pumps, a plurality of cooling towers, and a control device are provided, and the chilled water produced by each turbo chiller is converted into each primary chilled water. In a chilled water production system using multiple chillers configured to pump water to the chilled water load through the forward-side chilled water header, exchange heat with the chilled water load, and return to each turbo chiller through the return-side chilled water header Of the refrigerator entrance A cooling water temperature measuring means for measuring the rejection water temperature is provided, and a partial load characteristic that is a function of the refrigerator cooling water load factor and the refrigerator power for each cooling water temperature is input to the control device. Measure the chilled water temperature and chilled water flow rate on the return side with the flowmeter and the return side flow meter, calculate the total amount of chilled water based on these measured values, and measure the cooling water temperature at the refrigerator inlet with the cooling water temperature measurement means. Calculate the power of each refrigerator for each load factor from the partial load characteristics, and predict the combination of load factors that satisfies the required refrigeration capacity for the total amount of chilled water and minimizes the total power from the result. The number of rotations of the chilled water pump is controlled so that the predicted load factor is obtained.
この発明によれば、冷凍機の電力が最小になり、高い省エネ効果を得ることができる。 According to this invention, the power of the refrigerator is minimized and a high energy saving effect can be obtained.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における冷凍機の冷水負荷率制御装置を示すシステム構成図である。
図において、11は空調機、熱交換器等からなる冷水負荷で、冷水のユースポイントである。12は冷水負荷11の入口側に設けられた往路側冷水2次ヘッダー、13は冷水負荷11の出口側に設けられた還路側冷水流量計、14は往路側冷水2次ヘッダー12に取り付けられた往路側ヘッダー温度計、15は還路側冷水温度計、16は複数台(図では3台)の2次冷水ポンプで、2次冷水ポンプ1〜3である。17は往路側冷水1次ヘッダー、18は還路側冷水1次ヘッダー、19は冷凍機出口流量計、20は複数台(図では2台)の1次冷水ポンプで、1次冷水ポンプ1及び1次冷水ポンプ2である。21は冷凍機出口温度計、22は冷凍機入口温度計、23は複数台(図では2台)のターボ冷凍機で、ターボ冷凍機1及びターボ冷凍機2である。24は複数台(図では2台)の冷却水ポンプで、冷却水ポンプ1及び冷却水ポンプ2である。25は複数台(図では2台)の冷却塔で、冷却塔1及び冷却塔2である。26は制御装置である。
このシステムでは、ターボ冷凍機23を2台配置し、それぞれに1次冷水ポンプ20、冷却水ポンプ24、冷却塔25を備えている。また、ユースポイントである空調機コイル、熱交換器等の冷水負荷11への送水用として2次冷水ポンプ16を採用している。各ターボ冷凍機23で製造された冷水は、各1次冷水ポンプ20にて、往路側冷水1次ヘッダー17に送水され、合流した後、2次冷水ポンプ16によって往路側冷水2次ヘッダー12を通してユースポイントである冷水負荷11に送水される。送水された冷水は、熱交換後、還路側冷水1次ヘッダー18に戻り、各ターボ冷凍機23に戻る仕組みになっている。
以上の構成は従来の構成と同一である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a chilled water load factor control device for a refrigerator according to Embodiment 1 of the present invention.
In the figure,
In this system, two
The above configuration is the same as the conventional configuration.
この発明の特徴とするところは、冷凍機入口の冷却水温度を測定する手段としての冷凍機入口冷却水温度計27を設けた点である。また、制御装置26に冷凍機23の部分負荷特性を予めインプットする手段を設ける。部分負荷特性とは、冷却水温度毎の冷凍機冷水負荷率と冷凍機電力を表わした関数である。また、制御装置26は、還路側冷水1次ヘッダー18の入口に取り付けた温度計15と流量計13により還路側の冷水温度並びに2次冷水流量を計測し、これらの計測値を基に冷水総熱量を計算する手段を設ける。これにより、制御装置26は必要冷凍能力を決定する。更にまた、制御装置26は、冷凍機入口冷却水温度計27により冷凍機入口冷却水温度を計測し、上記部分負荷特性から冷水負荷率毎の各冷凍機電力を計算する手段、及びその結果から冷水総熱量に対して必要な冷凍能力を満足し、かつ、電力の合計が最小となる負荷率の組み合わせを予測する手段を設ける。そして、予測した負荷率となるように冷水ポンプの回転数を制御する。また、制御手段26は、経年劣化による冷凍機の効率の低下等により、部分負荷特性が変動した場合を考慮し、上記制御を実施後、実際の冷凍機電力を計測し、制御装置26の部分負荷特性を更新する手段を設ける。
なお、ターボ冷凍機23の定格冷凍能力は2台とも2637KWである。
The feature of the present invention is that a refrigerator inlet cooling water thermometer 27 is provided as means for measuring the cooling water temperature at the refrigerator inlet. The
The rated refrigeration capacity of the
次に、この発明の具体的な実施例について図1及び表1〜表4に基づいて説明する。
冷凍機の部分負荷特性により、冷却水温度1℃刻みの冷凍機冷水負荷率と冷凍機電力の関数を作成し、制御装置26にインプットする。表1、表2は冷却水温度毎の負荷率と冷凍機電力の関数である。但し、冷凍機の特性上、負荷率20%以下の運転は不可である。また、ターボ冷凍機23の冷却水は、インバータ機で13℃〜32℃、定速機で20℃〜32℃になるように制御されるので、この範囲以外のデータは使用しない。
Next, specific embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and Tables 1 to 4.
Based on the partial load characteristics of the refrigerator, a function of the refrigerator cold water load factor and the refrigerator power in units of 1 ° C. of the cooling water temperature is created and input to the
次に、往路側冷水2次ヘッダー12に取り付けられた往路側ヘッダー温度計14、還路側冷水1次ヘッダー18の入口側に設けられた還路側冷水温度計15及び還路側冷水流量計13により往路側の冷水温度、還路側の冷水温度並びに2次冷水流量を計測する。制御装置26は、これらの計測値を基に冷水総熱量を計算する。図1の場合は、往路側ヘッダー温度=7℃、還路側ヘッダー温度=17℃、2次冷水流量=318.3m3/hであるので、冷水総熱量(KW)=(17−7)×318.3×1.16=3692KWとなる。
Next, the forward
さらに、運転中のターボ冷凍機の入口冷却水温度を計測し、上記の部分負荷特性関数から各冷凍機の電力を負荷率20%〜100%で1%毎に計算する。その結果を基に、冷水総熱量に対して必要な冷凍能力を満足し、かつ、電力の合計が最小となる負荷率の組み合わせを予測する。
冷水総熱量=3692KWを満足するためには、ターボ冷凍機1とターボ冷凍機2の負荷率の合計が140%必要である。冷却水測定温度が22℃であるので、冷却水温度22℃時の部分負荷特性から各冷凍機の電力を負荷率20%〜100%で1%毎に計算する。ここでは、説明の便宜上、10%刻みの結果を表3に示す。組み合わせ結果から、冷凍機1を60%、冷凍機2を80%で運転した時が497KWとなり、電力が最小となる。
Furthermore, the inlet cooling water temperature of the operating centrifugal chiller is measured, and the electric power of each chiller is calculated every 1% at a load factor of 20% to 100% from the partial load characteristic function. Based on the result, a combination of load factors that satisfies the refrigerating capacity necessary for the total amount of cold water and that minimizes the total power is predicted.
In order to satisfy the total amount of heat of cold water = 3692 KW, the total load factor of the turbo refrigerator 1 and the turbo refrigerator 2 needs to be 140%. Since the cooling water measurement temperature is 22 ° C., the power of each refrigerator is calculated every 1% with a load factor of 20% to 100% from the partial load characteristics at the cooling water temperature of 22 ° C. Here, for convenience of explanation, Table 3 shows the results in increments of 10%. From the combination result, when the refrigerator 1 is operated at 60% and the refrigerator 2 is operated at 80%, it becomes 497 kW, and the power becomes the minimum.
上記で計算した負荷率を基に各1次冷水ポンプ10の必要冷水量(=上記で予測した冷凍機の負荷率×定格冷水量)を決定し、1次冷水ポンプの性能特性(表4に示す各1次冷水ポンプの流量と周波数の関数)から各1次冷水ポンプの周波数を予測する。但し、冷凍機の特性上、流量50%以下または110%以上の運転は不可のため、この範囲のデータは使用しない。
冷凍機1を60%、冷凍機2を80%で運転する組み合わせを選択したので、表4より、1次冷水ポンプ1の運転周波数は31.3Hzとなり、また、1次冷水ポンプ2の運転周波数は38.3Hzとなる。この周波数により1次冷水ポンプの回転数制御を実施する。
Based on the load factor calculated above, the required amount of chilled water for each primary chilled water pump 10 (= the load factor of the refrigerator predicted above × the rated chilled water amount) is determined, and the performance characteristics of the primary chilled water pump (Table 4) The frequency of each primary chilled water pump is predicted from the function of the flow rate and frequency of each primary chilled water pump shown. However, due to the characteristics of the refrigerator, operation at a flow rate of 50% or less or 110% or more is not possible, so data in this range is not used.
Since the combination of operating the refrigerator 1 at 60% and the refrigerator 2 at 80% was selected, the operating frequency of the primary chilled water pump 1 is 31.3 Hz from Table 4, and the operating frequency of the primary chilled water pump 2 Becomes 38.3 Hz. The number of revolutions of the primary chilled water pump is controlled by this frequency.
実施の形態2.
なお、上記実施の形態1では、部分負荷特性は冷却水温度毎の冷水負荷率と冷凍機電力の関数を使用したが、冷却水温度毎の冷水負荷率と冷凍機成績係数(COP)の関数を用いることもできる。COPは、冷水熱量(=負荷率×定格冷凍能力)/冷凍機電力で表わされ、電力による関数と全く同様の結果をもたらす。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the partial load characteristic uses a function of the chilled water load factor and the chiller power for each cooling water temperature, but a function of the chilled water load factor and the chiller performance coefficient (COP) for each cooling water temperature. Can also be used. COP is expressed by the quantity of chilled water heat (= load factor × rated refrigeration capacity) / refrigerator power, and gives exactly the same result as a function by power.
11 冷水負荷(冷水のユースポイント)
12 往路側冷水2次ヘッダー
13 還路側冷水流量計
14 往路側ヘッダー温度計
15 還路側冷水温度計
16 2次冷水ポンプ
17 往路側冷水1次ヘッダー
18 還路側冷水1次ヘッダー
19 冷凍機出口流量計
20 1次冷水ポンプ
21 冷凍機出口温度計
22 冷凍機入口温度計
23 ターボ冷凍機
24 冷却水ポンプ
25 冷却塔
26 制御装置
27 冷凍機入口の冷却水温度を測定する手段(冷凍機入口冷却水温度計)
11 Cold water load (use point for cold water)
12 Outbound side cold water
Claims (3)
冷凍機入口の冷却水温度を測定する冷却水温度測定手段を設け、前記制御装置に冷却水温度毎の冷凍機冷水負荷率と冷凍機電力の関数である部分負荷特性を入力し、前記制御装置は、前記還路側冷水温度計と還路側流量計により還路側の冷水温度並びに冷水流量を計測し、これらの計測値を基に冷水総熱量を計算し、さらに、前記冷却水温度測定手段により冷凍機入口冷却水温度を計測し、前記部分負荷特性から冷水負荷率毎の各冷凍機電力を計算し、その結果から冷水総熱量に対して必要な冷凍能力を満足し、かつ、電力の合計が最小となる負荷率の組み合わせを予測し、予測した負荷率となるように前記冷水ポンプの回転数を制御することを特徴とする冷凍機の冷水負荷率制御装置。 Chilled water load, which is the chilled water use point, the outward chilled water header provided on the inlet side of the chilled water load, the return side chilled water flow meter provided on the outlet side of the chilled water load, the outgoing header thermometer, and the return side Chilled water thermometer, return side chilled water header, refrigerator outlet flow meter, multiple primary chilled water pumps, refrigerator outlet thermometer, refrigerator inlet thermometer, multiple turbo refrigerators, multiple A cooling water pump, a plurality of cooling towers, and a control device, and the chilled water produced by each centrifugal chiller is sent to the chilled water load through the outgoing chilled water header by each primary chilled water pump, In a chilled water production system using a plurality of refrigerators configured to return to each turbo refrigerator through a return path side chilled water header after heat exchange with a chilled water load,
A cooling water temperature measuring means for measuring a cooling water temperature at the inlet of the refrigerator is provided, and a partial load characteristic that is a function of a refrigerator cooling water load factor and a refrigerator power for each cooling water temperature is input to the control device, and the control device Measures the chilled water temperature and the chilled water flow rate on the return side with the return side chilled water thermometer and the return side flow meter, calculates the total amount of chilled water based on these measured values, and further uses the cooling water temperature measuring means to Measure the cooling water temperature at the inlet of the machine, calculate the chiller power for each chilled water load factor from the partial load characteristics, and satisfy the required refrigeration capacity for the total amount of chilled water from the result, and the total power A chilled water load factor control device for a refrigerator, wherein a combination of load factors that is minimized is predicted, and the number of revolutions of the chilled water pump is controlled to achieve the predicted load factor.
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