JP2008128558A

JP2008128558A - 吸収冷温水機の省エネルギー制御運転方法及び装置

Info

Publication number: JP2008128558A
Application number: JP2006313995A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Saito; 健一斉藤; Makoto Uchida; 真内田
Original assignee: Kawasaki Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Kawasaki Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: JP4897439B2

Abstract

【課題】冷暖房用の冷水又は温水を供給する熱源システムにおける吸収冷温水機の省エネルギー制御運転方法及び装置を提供する。
【解決手段】
吸収冷温水機１０を運転するに際し、乾球温度と相対湿度とを逐次計測し、計測結果を入力し演算して得られる数値を元にして、制御盤３４ａに予め入力されているデータテーブルにより、吸収冷温水機１０に循環する冷却水温度を選択・設定し、冷却水が設定温度になるように、冷却塔ファンモータ２６の回転数制御、又は冷却塔ファンモータの回転数制御と冷却水温度調整弁制御を組み合わせた制御のいずれかの方法で制御をする。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷暖房用の冷水又は温水を供給する熱源システムにおける吸収冷温水機（又は冷凍機）の省エネルギー制御運転方法及び装置に関するものである。

吸収冷温水機及び周辺機器で構成され、冷暖房用の冷温水を供給する熱源システムにおいて、吸収冷温水機（又は冷凍機）で発生する熱を回収した冷却水は、冷却塔にて冷却水の一部を蒸発させることで冷却水温度を下げ、再び冷温水機に流入する。一般的に使用されている冷却塔は、冷却水の蒸発潜熱を利用した冷却であるため、冷却可能温度はその周辺の湿球温度に影響される。
冷却塔で冷却する冷却水の目標温度は、通常、吸収冷温水機入口での要求仕様である、冷却水入口温度３２℃又は３１℃であり、この要求仕様温度は、日本国内では１年を通した最大湿球温度時（例えば２８℃）でも冷却塔で冷却可能な冷却水温度としている。いい換えると、日本国内においては１年のほとんどの期間で、湿球温度がこの最大湿球温度以下であるため、冷却水温度を３２℃又は３１℃より低い温度に低下させることが可能なのである。

一方で吸収冷温水機は、冷却水温度を低下させることで、機内を循環する吸収液温度が下がり、吸収能力が増す。このため、冷媒の蒸発が活発になり、冷房に使用する冷水を冷やす能力が向上するので、吸収冷温水機の性能、効率を改善することができる。
これらのことから、冷却塔周辺の湿球温度に応じて、冷却水温度を制御して、冷却水温度の低下が可能な場合には冷却水温度を低下させて（吸収冷温水機の安全運転に支障を来たさない範囲で低下させて）、吸収冷温水機の運転効率を改善させることができる。また、吸収冷温水機の運転動力（ガスや蒸気など）であるエネルギー消費量も削減可能となるため、冷暖房用の冷温水を供給する熱源システムにおいて、従来の制御システムより大幅な省エネルギー運転を図ることができる。

従来から、多機能湿度調節器として、目標とする湿度値と乾球・湿球温度から算出した相対湿度を比較しながら湿度制御を行うことにより、湿度の急激な変化を制御するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、冷却塔の運転方法とこの冷却塔として、乾球温度を計測する温度計と、その相対湿度を測定する乾式の湿度計を設けて、冷却塔の送風機の回転方向を正逆制御するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。また、恒温恒湿装置として、乾球温度、湿球温度、相対湿度、露点温度の４つの指標の少なくとも２つの入力により、残りの少なくとも１つを演算する演算装置を備えたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
また、恒温恒湿装置として、目標乾球温度、目標湿球温度及び目標相対湿度の雰囲気指標のうち少なくとも２つの値の入力に基づき冷却装置の冷却能力を制御するようにしたものが知られている（例えば、特許文献４参照）。また、湿潤温度制御優先式温湿度統合コントローラとして、乾球温度センサーのみならず湿潤温度センサーを備える空気調和システム用コントローラとする構成のものが知られている（例えば、特許文献５参照）。さらに、屋内温度調節器として、室内に湿度センサーと温度センサーとを設け、湿潤温度値を乾球温度と共に用いて、温度値と湿度値の両方の関数である単一の誤差信号を生成し、これによって、温度調節システムの異常サイクルなしで室内温度と室内湿度の両方を制御するようにしたものが知られている（例えば、特許文献６参照）。
特開２００２−３６４８８３号公報（第１頁、図２）特開２００２−２１３８９３号公報（第１頁、図１）特開２００１−３３０７９号公報（第１頁、図３）特開２００１−３３０７８号公報（第１頁、図１）特表２００４−５２４４９５号公報（第１頁、図１）特表平８−５１０３４８号公報（第１頁、図１）

解決しようとする問題点は、吸収冷温水機のまわりの温度、湿度に応じて、省エネルギーに最適の冷却水温度に設定できない点である。

本発明は、吸収冷温水機の運転効率改善のために、乾球温度及び相対湿度を逐次入力することにより、湿球温度を逐次計測して、その時の湿球温度に応じた冷却水温度になるように、予め設定したデータテーブルにより冷却塔ファンモータの回転数単独、又は冷却塔ファンモータの回転数と冷却水温度調整弁を同時に制御して、所定の冷却水温度になるように自動的に制御することを最も主要な特徴としている。

本発明の方法及び装置においては、外気温度（乾球温度）及び相対湿度を計測するセンサーを設け、これらのセンサーによる計測データから湿球温度を算出し、算出結果を利用して計測地域周辺の湿球温度を推定する。そして、推定した湿球温度を基準として、循環する冷却水温度を予め設定したデータテーブルの温度になるように冷却塔ファンモータ単独、又は冷却塔ファンモータと冷却水温度調整弁を同時に動作させ、吸収冷温水機の運転時に所定の冷却水温度に制御された冷却水を循環して吸収冷温水機の省エネルギー運転に寄与するように構成されている。

本発明の吸収冷温水機の省エネルギー制御運転方法は、吸収冷温水機（冷凍機を含む）を運転するに際し、乾球温度と相対湿度とを逐次計測し、計測結果を入力し演算して得られる数値を元にして、制御盤に予め入力されているデータテーブルにより、吸収冷温水機に循環する冷却水温度を選択・設定し、冷却水が設定温度になるように、冷却塔ファンモータの回転数制御、又は冷却塔ファンモータの回転数制御と冷却水温度調整弁制御を組み合わせた制御のいずれかの方法で制御をすることを特徴としている。

また、本発明の吸収冷温水機の省エネルギー制御運転装置は、吸収冷温水機（冷凍機を含む）と、この吸収冷温水機に冷却水を供給するための冷却水ポンプと、前記吸収冷温水機からの冷却水を冷却するための冷却塔とを少なくとも備えた冷暖房用の冷却水を供給するための熱源システムにおいて、乾球温度センサー及び相対湿度センサーが接続された演算器と、この演算器に接続された制御盤と、演算器の数値を元にして循環する冷却水温度を表した、制御盤に予め入力されているデータテーブルと、吸収冷温水機の冷却水入口ラインに設けられた冷却水温度センサーとを備え、制御盤と冷却塔ファンモータが接続されて、吸収冷温水機に循環される冷却水温度がデータテーブルで設定された温度に制御されるようにしたことを特徴としている。

さらに、本発明の吸収冷温水機の省エネルギー制御運転装置は、吸収冷温水機（冷凍機を含む）と、この吸収冷温水機に冷却水を供給するための冷却水ポンプと、前記吸収冷温水機からの冷却水を冷却するための冷却塔と、この冷却塔からの冷却水の温度を調節するための冷却水温度調整弁とを少なくとも備えた冷暖房用の冷却水を供給するための熱源システムにおいて、乾球温度センサー及び相対湿度センサーが接続された演算器と、この演算器に接続された制御盤と、演算器の数値を元にして循環する冷却水温度を表した、制御盤に予め入力されているデータテーブルと、吸収冷温水機の冷却水入口ラインに設けられた冷却水温度センサーとを備え、制御盤と冷却塔ファンモータ及び冷却水温度調整弁が接続されて、吸収冷温水機に循環される冷却水温度が、データテーブルで設定された温度に制御されるようにしたことを特徴としている。

本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）乾球温度と相対湿度を計測して湿球温度を演算により導く計算結果を用い、この湿球温度に順応し、予め設定したデータテーブルの温度になるように、冷却塔で冷却する冷却水温度を自動的に温度設定することができ、このため、吸収冷温水機に入る冷却水循環温度を低下させて冷温水機の能力、効率を向上させることができる。
（２）外気湿球温度を算出して、吸収冷温水機に入る冷温水温度を低下させて冷温水機が消費するガス消費量、蒸気消費量などの燃料（熱源）を節減させることができる。また、吸収冷温水機の冷却水変流量制御を行うシステムにおいて、変流量運転時に生じる運転効率低下を回復させることができる。

吸収冷温水機の運転時に所定の冷却水温度に制御された冷却水を循環して吸収冷温水機の省エネルギー運転を行うという目的を推定した湿球温度を基準として、循環する冷却水温度を予めデータテーブルの温度を選択し制御されるように、冷却塔ファンモータ単独、又は冷却塔ファンモータと冷却水温度調整弁を同時に動作させることにより実現した。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。
図１は、本発明の実施の第１形態による吸収冷温水機の省エネルギー運転装置を示し、図３はその制御フローを示している。

図１に示すように、冷暖房用の冷却水を供給するための熱源システムは、吸収冷温水機１０と、この吸収冷温水機１０に冷却水を供給するための冷却水ポンプ１２と、前記吸収冷温水機１０からの冷却水を冷却するための冷却塔１４とを少なくとも備えている。１８は冷温水ポンプ、２２はファンモータの駆動信号接続用端子、２４は冷却ファン、２６は冷却塔ファンモータである。なお、冷却塔ファンモータ２６の制御器は制御盤３４内に搭載されている。

このように構成された熱源システムにおいて、乾球温度センサー２８及び相対湿度センサー３０が接続された演算器３２と、この演算器３２に接続された制御盤３４と、演算器３２の数値を元にして循環する冷却水温度を表した、制御盤３４に予め入力されているデータテーブル３６と、吸収冷温水機１０の冷却水入口ライン３８に設けられた冷却水温度センサー４０とを備え、制御盤３４と冷却塔ファンモータ２６が接続されて、吸収冷温水機１０に循環される冷却水温度がデータテーブル３６で設定された温度に制御されるように構成されている。

このように構成された装置において、図３に示すように、吸収冷温水機１０を運転するに際し、乾球温度と相対湿度とを逐次計測し、計測結果を入力し演算して得られる数値（湿球温度）を元にして、制御盤３４に予め入力されているデータテーブル３６により、吸収冷温水機１０に循環する冷却水温度を選択・設定し、冷却水が設定温度になるように、冷却塔ファンモータ２６の回転数を制御をする。すなわち、自動設定した温度になるように冷却塔ファンモータ２６の回転数を可変させて制御する。

図７は、データテーブルの一例を示し、外気状態（乾球温度、相対湿度）に対する冷却水設定温度（Ｔｃｗ℃）を表している。すなわち、乾球温度と相対湿度の計測結果から演算して得られる数値を元にして、図７のデータテーブルに示すように１０℃から３２℃までの間で設定した、一例として６階段の温度（Ｔｃｗ℃）に設定する。この場合、設定温度（Ｔｃｗ）、設定温度の幅は、運転条件、外気条件により修正可能な変数である。なお、６階段をさらに増やし、温度幅を小さく修正することも可能である。このデータテーブルを用いて、図８に示すフローにしたがって、冷却水設定温度への制御が行われる。

設定温度への制御を冷却塔ファン２４の速度制御によって行う場合について説明する。すなわち、この時の速度制御目標値をＴｃｗ（データテーブル値）とする。つぎに、設定温度６パターンにおける制御の例を挙げる。
図１０は６パターンのうちのパターン（１）を示している。このパターン（１）は、Ｔｃｗ３２℃の時に冷却水温度が３２℃から３７℃の間で変化すると、ファン速度を低速回転から１００％回転の間で変化させるパターンを示している。同様に、図１１はパターン（２）を、図１２はパターン（３）を、図１３はパターン（４）を、図１４はパターン（５）を、図１５はパターン（６）を示している。

図２は、本発明の実施の第２形態による吸収冷温水機の省エネルギー運転装置を示し、図４はその制御フローを示している。

図２に示すように、冷暖房用の冷却水を供給するための熱源システムは、吸収冷温水機１０と、この吸収冷温水機１０に冷却水を供給するための冷却水ポンプ１２と、前記吸収冷温水機１０からの冷却水を冷却するための冷却塔１４と、この冷却塔１４からの冷却水の温度を調節するための冷却水温度調整弁１６とを少なくとも備えている。１８は冷温水ポンプ、２０は冷却水温度調整弁の駆動装置、２２はファンモータの駆動信号接続用端子、２４は冷却ファン、２６は冷却塔ファンモータである。なお、冷却水温度調整弁１６は、一例として三方弁で構成され、設定温度になるように、三方弁を流れる冷却水流量を制御する構成である。また、冷却塔ファンモータ２６の制御器、弁１６の制御器は制御盤３４ａ内に搭載されている。

このように構成された熱源システムにおいて、乾球温度センサー２８及び相対湿度センサー３０が接続された演算器３２と、この演算器３２に接続された制御盤３４と、演算器３２の数値を元にして循環する冷却水温度を表した、制御盤３４に予め入力されているデータテーブル３６と、吸収冷温水機１０の冷却水入口ライン３８に設けられた冷却水温度センサー４０とを備え、制御盤３４と冷却塔ファンモータ２６及び冷却水温度調整弁１６の両方が接続されて、吸収冷温水機１０に循環される冷却水温度がデータテーブル３６で設定された温度に制御されるように構成されている。

このように構成された装置において、図４に示すように、吸収冷温水機１０を運転するに際し、乾球温度と相対湿度とを逐次計測し、計測結果を入力し演算して得られる数値（湿球温度）を元にして、制御盤３４に予め入力されているデータテーブル３６により、吸収冷温水機１０に循環する冷却水温度を選択・設定し、冷却水が設定温度になるように、冷却塔ファンモータ２６の回転数及び冷却水温度調整弁１６を制御をする。すなわち、自動設定した温度になるように冷却塔ファンモータ２６の回転数を可変させ、冷却水温度の変化に併せて、冷却水温度調整弁１６の作動設定値を連動可変させて制御する。

吸収冷温水機１０からの冷却水温度が高い時は、図５に示すように吸収冷温水機１０からの冷却水の全量又は一部を冷却塔１４へ送り、ここで冷却し、冷却水温度調整弁１６の冷却塔側から入る量と冷却塔をバイパスして弁１６に入る量を制御し、温度を調整して、冷却水ポンプ１２により吸収冷温水機１０に循環する。
一方、冷却塔１４からの冷却水出口温度が低く、吸収冷温水機入口温度が所定の温度より低い時は、図６に示すように、吸収冷温水機１０から戻る冷却水を冷却塔１４へ送らずに、全量又は一部がバイパスして冷却水温度調整弁１６を経由して、冷却水ポンプ１２により吸収冷温水機１０に循環する。すなわち、冷却水温度調整弁１６を制御して、冷却塔側から入る量と冷却塔をバイパスして弁１６に入る量を制御して、吸収冷温水機１０に入る冷却水温度を制御している。

図７は、データテーブルの一例を示し、外気状態（乾球温度、相対湿度）に対する冷却水設定温度（Ｔｃｗ℃）を表している。すなわち、乾球温度と相対湿度の計測結果から演算して得られる数値を元にして、図７のデータテーブルに示すように１０℃から３２℃までの間で設定した、一例として６階段の温度（Ｔｃｗ℃）に設定する。この場合、設定温度（Ｔｃｗ）、設定温度の幅は、運転条件、外気条件により修正可能な変数である。なお、６階段をさらに増やし、温度幅を小さく修正することも可能である。このデータテーブルを用いて、図９に示すフローにしたがって、冷却水設定温度への制御が行われる。

つぎに、設定温度への制御を冷却塔ファンモータ２６の回転数制御と冷却水温度調整弁１６で行う場合について説明する。本例では、実施の第１形態におけるファンの速度制御に加えて、弁開閉制御を行う。すなわち、この時の弁開度制御基準値をＴｃｗ（データテーブル値）とする。つぎに、設定温度６パターンにおける制御の例を挙げる。
図１６は６段階のうちのパターン（１）の冷却塔ファン制御を示し、図１７は冷却水温度調整弁制御を示している。このパターン（１）の図１７は、Ｔｃｗ３２℃の時に冷却水温度が３２℃から２７℃の間で変化すると、弁１６の開度を全開から全閉の間で変化させるパターンを示している。同様に、図１８、図１９はパターン（２）を、図２０、図２１はパターン（３）を、図２２、図２３はパターン（４）を、図２４、図２５はパターン（５）を、図２６、図２７はパターン（６）を示している。

本発明の実施の第１形態による吸収冷温水機の省エネルギー制御運転装置の系統的概略構成図である。本発明の実施の第２形態による吸収冷温水機の省エネルギー制御運転装置の系統的概略構成図である。図１に示す装置の制御フロー図である。図２に示す装置の制御フロー図である。冷却水温度が高い時の冷却水の流れを示す説明図である。冷却水温度が低い時の冷却水の流れを示す説明図である。データテーブルの一例で、外気状態に対する冷却水設定温度を示す表である。図７に示すデータテーブルの冷却水設定温度に、冷却塔ファンモータにより制御するフロー図である。図７に示すデータテーブルの冷却水設定温度に、冷却塔ファンモータ及び冷却水温度調整弁により制御するフロー図である。設定温度への制御を冷却塔ファンモータの回転数を制御して行う場合のパターン（１）を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファンモータの回転数を制御して行う場合のパターン（２）を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファンモータの回転数を制御して行う場合のパターン（３）を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファンモータの回転数を制御して行う場合のパターン（４）を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファンモータの回転数を制御して行う場合のパターン（５）を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファンモータの回転数を制御して行う場合のパターン（６）を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファン制御及び冷却水温度調整弁制御にて行う場合のパターン（１）における冷却塔ファン制御を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファン制御及び冷却水温度調整弁制御にて行う場合のパターン（１）における冷却水温度調整弁制御を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファン制御及び冷却水温度調整弁制御にて行う場合のパターン（２）における冷却塔ファン制御を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファン制御及び冷却水温度調整弁制御にて行う場合のパターン（２）における冷却水温度調整弁制御を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファン制御及び冷却水温度調整弁制御にて行う場合のパターン（３）における冷却塔ファン制御を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファン制御及び冷却水温度調整弁制御にて行う場合のパターン（３）における冷却水温度調整弁制御を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファン制御及び冷却水温度調整弁制御にて行う場合のパターン（４）における冷却塔ファン制御を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファン制御及び冷却水温度調整弁制御にて行う場合のパターン（４）における冷却水温度調整弁制御を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファン制御及び冷却水温度調整弁制御にて行う場合のパターン（５）における冷却塔ファン制御を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファン制御及び冷却水温度調整弁制御にて行う場合のパターン（５）における冷却水温度調整弁制御を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファン制御及び冷却水温度調整弁制御にて行う場合のパターン（６）における冷却塔ファン制御を示すグラフである。設定温度への制御を冷却塔ファン制御及び冷却水温度調整弁制御にて行う場合のパターン（６）における冷却水温度調整弁制御を示すグラフである。

符号の説明

１０吸収冷温水機
１２冷却水ポンプ
１４冷却塔
１６冷却水温度調整弁
１８冷温水ポンプ
２０弁の駆動装置
２２ファンモータの駆動信号接続用端子
２４冷却ファン
２６冷却塔ファンモータ
２８乾球温度センサー
３０相対湿度センサー
３２演算器
３４制御盤
３４ａ制御盤
３６データテーブル
３８冷却水入口ライン
４０冷却水温度センサー

Claims

吸収冷温水機を運転するに際し、乾球温度と相対湿度とを逐次計測し、計測結果を入力し演算して得られる数値を元にして、制御盤に予め入力されているデータテーブルにより、吸収冷温水機に循環する冷却水温度を選択・設定し、冷却水が設定温度になるように、冷却塔ファンモータの回転数制御、又は冷却塔ファンモータの回転数制御と冷却水温度調整弁制御を組み合せた制御のいずれかの方法で制御することを特徴とする吸収冷温水機の省エネルギー制御運転方法。
吸収冷温水機と、この吸収冷温水機に冷却水を供給するための冷却水ポンプと、前記吸収冷温水機からの冷却水を冷却するための冷却塔とを少なくとも備えた冷暖房用の冷却水を供給するための熱源システムにおいて、乾球温度センサー及び相対湿度センサーが接続された演算器と、この演算器に接続された制御盤と、演算器の数値を元にして循環する冷却水温度を表した、制御盤に予め入力されているデータテーブルと、吸収冷温水機の冷却水入口ラインに設けられた冷却水温度センサーとを備え、制御盤と冷却塔ファンモータが接続されて、吸収冷温水機に循環される冷却水温度が、データテーブルで設定された温度に制御されるようにしたことを特徴とする吸収冷温水機の省エネルギー制御運転装置。
吸収冷温水機と、この吸収冷温水機に冷却水を供給するための冷却水ポンプと、前記吸収冷温水機からの冷却水を冷却するための冷却塔と、この冷却塔からの冷却水の温度を調節するための冷却水温度調整弁とを少なくとも備えた冷暖房用の冷却水を供給するための熱源システムにおいて、乾球温度センサー及び相対湿度センサーが接続された演算器と、この演算器に接続された制御盤と、演算器の数値を元にして循環する冷却水温度を表した、制御盤に予め入力されているデータテーブルと、吸収冷温水機の冷却水入口ラインに設けられた冷却水温度センサーとを備え、制御盤と冷却塔ファンモータ及び冷却水温度調整弁が接続されて、吸収冷温水機に循環される冷却水温度が、データテーブルで設定された温度に制御されるようにしたことを特徴とする吸収冷温水機の省エネルギー制御運転装置。