JP2008128610A

JP2008128610A - 冷凍システム及びその運転方法

Info

Publication number: JP2008128610A
Application number: JP2006316809A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Ibe; 俊徳伊部
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】温水需要に応じた温水を製造すると共に、それに見合った冷水も製造できる冷凍システムを提供する。
【解決手段】温水負荷２０への供給温度と温水負荷２０からの戻り温度との差と、温水負荷２０への流量の積から温水需要を求める温水需要測定手段２５と、温水需要を、温水系統における冷凍機１の入口温度と出口温度との差で除して温水流量目標値を求める温水流量目標値設定手段２６と、温水系統における冷凍機１への温水流量が、設定された目標値になるように制御する温水流量制御手段１８と、冷水系統における冷凍機１の入口温度と出口温度との差で温水需要を除して冷水流量目標値を求める冷水流量目標値設定手段１０と、冷水系統における冷凍機１への冷水流量が設定された目標値になるように制御する冷水流量制御手段９と、を備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は冷凍システム及びその運転方法に係り、特に、ダブルバンドルコンデンサー型冷凍機あるいは冷水冷凍機により、温水負荷へ温水を循環させる温水系統と冷水負荷へ冷水を循環させる冷水系統との２系統を有する冷凍システム及びその運転方法に関するものである。

一般に、温水負荷へ温水を循環させる温水系統と冷水負荷へ冷水を循環させる冷水系統との２系統を有する冷凍システムとして、ダブルバンドルコンデンサー型冷凍機を用いたものが知られている。このダブルバンドルコンデンサー型冷凍機は、冷水の製造が主で、それに見合った温水が製造されている。即ち、温水需要の多少にかかわらず、冷水の入口温度と出口温度との差と冷水流量で決まる熱量に見合った温水が無条件に製造されるものである。

また、温水負荷、又は冷水負荷のいずれかを外部負荷とし、この外部負荷へ供給する熱媒を冷却、又は加熱する複数台の熱源を備え、この熱源の増減を行う制御として、負荷熱量に応じた運転熱源機器の組み合わせを選択する熱源システムが提案されている。具体的には、空調や工場設備などの熱源システムとして、熱媒を加熱または冷却する第１の熱源、第２の熱源、及び第３の熱源と、各熱源で加熱または冷却された熱媒を圧送する第１のポンプ、第２のポンプ、及び第３のポンプを備えた熱源システムであって、外部負荷に送られる熱媒の温度を検知する温度計と、外部負荷から返ってきた熱媒の温度を検知する温度計と、外部負荷に流れる熱媒の流量を検知する流量センサと、を備えると共に、外部負荷に送られる熱媒の温度を検知する温度計、外部負荷から返ってきた熱媒の温度を検知する温度計、及び流量センサの出力に基づいて、第１の熱源、第２の熱源、第３の熱源、第１のポンプ、第２のポンプ、第３のポンプを制御する制御部を備えたものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２４５５６０号公報（段落０００３〜０００８、図１）

上記従来のダブルバンドルコンデンサー型冷凍機は、温水回収モードで運転して、温水需要が少ない場合は温水蓄熱槽に蓄熱し、温水蓄熱槽が一杯になったら、冷水モードに切替え、排熱は冷却塔より放熱しており、熱効率が低下する問題があった。また温水蓄熱槽がないシステムでは、温水需要が少ない場合は連続して温水を供給することができないため、必ず温水蓄熱槽が必要となった。

また、上記特許文献１に開示された熱源システムは、外部負荷に送られる熱媒の温度、外部負荷から返ってきた熱媒の温度、及び外部負荷に流れる熱媒の流量により外部負荷の需要を求め、これに対応しようとするシステムである。このシステムは、外部負荷が、温水負荷又は冷却水負荷のいずれか一方のみで、温水負荷と冷却水負荷の両負荷に対する熱源システムの制御を開示するものでなく、従って、温水負荷と冷却水負荷の両負荷間のバランスを得る熱源システムとは異なる技術を開示するものである。

この発明は、上記特許文献１に開示された熱源システムとは異なり、ダブルバンドルコンデンサー型冷凍機あるいは冷水冷凍機により、温水負荷へ温水を循環させる温水系統と冷水負荷へ冷水を循環させる冷水系統との２系統を有する冷凍システム及びその運転方法であって、温水需要に応じた温水を製造すると共に、それに見合った冷水も製造できる冷凍システム及びその運転方法を提供することを目的とするものである。

この発明に係る冷凍システムは、冷凍機により、温水負荷へ温水を循環させる温水系統と冷水負荷へ冷水を循環させる冷水系統との２系統を有する冷凍システムにおいて、上記温水負荷への供給温度と上記温水負荷からの戻り温度との差と、上記温水負荷への流量の積から温水需要を求める温水需要測定手段と、上記温水需要測定手段により求められた温水需要を、上記温水系統における上記冷凍機の入口温度と出口温度との差で除して温水流量目標値を求める温水流量目標値設定手段と、上記温水系統における上記冷凍機への温水流量が、上記温水流量目標値設定手段で設定された目標値になるように制御する温水流量制御手段と、上記冷水系統における上記冷凍機の入口温度と出口温度との差で上記温水需要を除して冷水流量目標値を求める冷水流量目標値設定手段と、上記冷水系統における上記冷凍機への冷水流量が上記冷水流量目標値設定手段で設定された目標値になるように制御する冷水流量制御手段と、を備えたものである。

また、別の発明に係る冷凍システムの運転方法は、冷凍機により、温水負荷へ温水を循環させる温水系統と冷水負荷へ冷水を循環させる冷水系統との２系統を有する冷凍システムの運転方法において、上記温水負荷への供給温度と上記温水負荷からの戻り温度との差と、上記温水負荷への流量の積から温水需要を求めると共に、上記温水需要を、上記温水系統における上記冷凍機の入口温度と出口温度との差で除して温水流量目標値を求め、上記温水系統における上記冷凍機への温水流量が、上記温水流量目標値になるように制御し、更に、上記冷水系統における上記冷凍機の入口温度と出口温度との差で上記温水需要を除して冷水流量目標値を求め、上記冷水系統における上記冷凍機への冷水流量が上記冷水流量目標値になるように制御することを特徴とするものである。

この発明によれば、冷凍機により、温水負荷へ温水を循環させる温水系統と冷水負荷へ冷水を循環させる冷水系統との２系統を有する冷凍システムにおいて、温水需要熱量を測定し、冷水流量と温水流量を制御できるように構成したので、温水需要熱量に見合った温水を製造し、それに見合った冷水を製造することができる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る冷凍システム及びその運転方法について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るダブルバンドルコンデンサー型ターボ冷凍機を用いた冷凍システムの系統図である。図１において、ダブルバンドルコンデンサー型ターボ冷凍機（以下、単に冷凍機という。）１は、冷水ポンプ２で汲み上げられた冷水槽３の冷水を、冷水系統の配管４により冷凍機１の冷水側を通して冷水槽３に戻している。

冷水ポンプ２はインバータ駆動装置５により回転数制御されており、冷水系統の配管４を流れる冷水流量は、冷水流量計６により測定される。また、冷凍機１の冷水入口温度は冷水温度計７で測定され、冷水出口温度は冷水温度計８により測定される。なお、冷水ポンプ２とインバータ駆動装置５により、冷水流量制御手段９を構成している。そして、この実施の形態１においては、冷凍機１の冷水入口温度と冷水出口温度との差、即ち、冷水温度計７の測定値と冷水温度計８の測定値との差で後述する温水需要熱量を除して冷水流量目標値を求める冷水流量目標値設定手段１０が設けられており、この冷水流量目標値設定手段１０により冷水流量の目標値が設定される。

一方、温水ポンプ１１で汲み上げられた温水槽１２の温水は、温水系統の配管１３により冷凍機１の温水側を通して温水槽１２に戻すように構成されている。温水ポンプ１１はインバータ駆動装置１４により回転数制御されており、温水系統の配管１３を流れる温水流量は、温水流量計１５により測定される。また、冷凍機１の温水入口温度は温水温度計１６で測定され、温水出口温度は温水温度計１７により測定される。なお、温水ポンプ１１とインバータ駆動装置１４により、温水流量制御手段１８を構成している。

温水槽１２の温水は二次温水ポンプ１９により温水負荷２０に供給されており、２次温水ポンプ１９はインバータ駆動装置２１で回転数制御されている。なお、２次温水流量は温水流量計２２で測定されている。

２次温水供給温度、即ち、温水負荷２０へ供給される温水の温度は温水温度計２３で測定されており、２次戻り温水温度、即ち、温水負荷２０からの戻り温水の温度は２次戻り温水温度計２４で測定されている。

温水需要測定手段２５は、温水負荷２０へ供給される温水の温度と温水負荷２０からの戻り温度との差と、温水負荷２０への流量の積により、温水需要を求めるものであり、温水流量目標値設定手段２６は、温水需要測定手段２５により求められた温水需要を、温水温度計１６の測定値と温水温度計１７の測定値との差で除す演算を行うことにより温水流量目標値を求めるものである。

冷凍機１の冷却水は、冷却水ポンプ２７により循環されており、冷却塔２８で冷却され、また、冷水槽３の冷水は、２次冷水ポンプ３０により冷水負荷３１に供給される。なお、冷却水ポンプ２７はインバータ駆動装置２９により、また、２次冷水ポンプ３０はインバータ駆動装置３２によりそれぞれ回転数制御される。

実施の形態１に係る冷凍システムは、以上のようにダブルバンドルコンデンサー型ターボ冷凍機により、温水負荷へ温水を循環させる温水系統と冷水負荷へ冷水を循環させる冷水系統との２系統を有しており、温水負荷へ温水を循環させる温水系統においては、温水需要測定手段２５が設けられると共に、温水流量目標値設定手段２６が設けられ、また、冷水負荷へ冷水を循環させる冷水系統においては、冷水流量目標値設定手段１０が設けられる冷凍システムであり、次に、その運転方法について説明する。

冷凍機１は冷水、温水を製造する温水回収モードと冷水のみを製造する冷水モードのどちらかを選択して運転される。冷水モードによる運転においては、冷凍機１を駆動すると共に、冷水ポンプ２、２次冷水ポンプ３０を駆動することにより、冷水は冷水槽３から冷水系統の配管４により冷凍機１の冷水側を通して冷水槽３に戻る。一方、冷水槽３の冷水は２次冷水ポンプ３０により、冷却負荷３１に供給されて冷水槽３に戻る。この冷水の循環により、冷却負荷３１が冷却される。なお、冷水モードによる運転では、冷却水ポンプ２７により冷凍機１から冷却塔２８に冷水が循環されるので、冷却塔２８への冷水流量を冷水流量目標値設定手段１０で設定された目標値になるように制御する。この制御手段として冷却水ポンプ２７とそれを回転数制御するインバータ駆動装置２９が機能するが、冷水製造で必要な廃熱は全て冷却塔２８より放熱されるので、熱効率が後述する温水回収モードの半分程度に悪化する。

また、温水回収モードによる運転においては、冷却水ポンプ２７を停止すると共に、冷凍機１を駆動し、冷水ポンプ２、２次冷水ポンプ３０、及び温水ポンプ１１、２次温水ポンプ１９を駆動する。これにより、冷水は上記冷却モードによる運転時と同様に冷却負荷３１に冷水を供給する。一方、温水は温水槽１２から温水系統の配管１３により冷凍機１の温水側を通して温水槽１２に戻る。温水槽１２の温水は２次温水ポンプ１９により、温水負荷２０に供給されて温水槽１２に戻る。なお、この温水回収モードによる運転においては、冷却水ポンプ２７を停止して、温水ポンプ１１と冷水ポンプ２により、温水、冷水の熱バランスを取って運転されるので熱効率が向上する。この温水回収モードによる運転時は、冷却水ポンプ２７とその回転数制御を行うインバータ駆動装置２９は、冷却塔への冷水の循環を阻止する手段として機能する。

温水回収モードでの温水需要は、温水需要測定手段２５において、温水温度計２３の測定値と温水温度計２４の測定値の差と、温水流量計２２の測定値の積とによる演算で求められる。そして、温水流量目標値は、温水流量目標値設定手段２６により温水需要測定手段２５で求められた温水需要を、温水温度計１６の測定値と温水温度計１７の測定値との差で除す演算を行うことにより求められ、温水流量計１５の測定値がその目標値になるよう温水ポンプ１１がインバータ駆動装置１４により回転数制御され、流量制御される。

また、冷水流量目標値設定手段１０により、温水需要測定手段２５で求められた温水需要を冷水温度計７の測定値と冷水温度計８の測定値の差で除して冷水流量目標値が求められ、冷水流量計６の測定値がこの目標値になるように冷水ポンプ２がインバータ駆動装置５により回転数制御され、流量制御される。

以上のように、実施の形態１に係る冷却システム及び運転方法によれば、温水需要が変動してもそれに見合った温水が供給でき、併せて冷水も製造することで熱バランスが取れるため、冷却塔２８で放熱することなく熱効率の高い運転を継続することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係る冷水ターボ冷凍機を用いた冷凍システムの系統図である。実施の形態１では、ダブルバンドルコンデンサー型ターボ冷凍機１にて温水を製造する場合について述べたが、図２に示すように、ダブルバンドルコンデンサー型冷凍機を冷水ターボ冷凍機５０とし、温水槽１２の温水を温水ポンプ１１で汲み上げて冷凍機１の冷却水として供給すると共に、使用済みの冷却水を温水槽１２に戻すことにより、実施の形態１と同様の効果が得られる。

即ち、図２において、冷水ターボ冷凍機５０と冷却塔２８との間の系統に切替弁５１を設けると共に、冷却水ポンプ２７と冷凍機１との間の系統に切替弁５２を設ける。更に、切替弁５１と冷凍機５０の接続部分の系統から温水槽１２への系統に切替弁５３を設けると共に、温水流量計１５から切替弁５２と冷凍機５０の接続部分への系統に切替弁５４を設ける。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であるので、同一符号を付すことにより、説明を省略する。

実施の形態２に係る冷凍システムは上記にように構成されており、冷水モードによる運転時には冷却塔２８に冷水が循環するように切替弁５１〜５４を切替えて使用し、温水回収モードによる運転時には冷却塔２８に冷水が循環しないように切替弁５１〜５４を切替えて運転する。

温水回収モードによる運転時における温水需要は、実施の形態１と同様、温水温度計２３の測定値と温水温度計２４の測定値の差と、温水流量計２２の測定値との積で求められる。この温水需要を温水温度計１６の測定値と温水温度計１７の測定値との差で除して温水流量目標値を求め、温水流量計１５がこの日標値になるよう温水ポンプ１１をインバータ駆動装置１４で回転数制御し、流量制御する。

以上のように、実施の形態２に係る冷凍システム及び運転方法によれば、温水需要が変動してもそれに見合った温水が供給でき、併せて冷水も製造することで熱バランスが取れるため、冷却塔２８で放熱することなく熱効率の高い運転を継続することができる。なお、実施の形態２では冷水ターボ冷凍機で温水回収ができるため、ダブルバンドルコンデンサー型冷凍機に比べて、構造が簡単な分、安価な設備で温水、冷水を同時に製造でき、熱効率の高いシステムが構築できる。

以上のように、この発明に係る冷凍システム及びその運転方法は、温水需要に応じた温水を製造すると共に、それに見合った冷水も製造できる冷凍システムに適している。

この発明の実施の形態１に係るダブルバンドルコンデンサー型ターボ冷凍機を用いた冷凍システムの系統図である。この発明の実施の形態２に係る冷水ターボ冷凍機を用いた冷凍システムの系統図である。

符号の説明

１ダブルバンドルコンデンサー型ターボ冷凍機
２冷水ポンプ
３冷水槽
４冷水系統の配管
５，１４，２１，３２インバータ駆動装置
６冷水流量計
７，８冷水温度計
９冷水流量制御手段
１０冷水流量目標値設定手段
１１温水ポンプ
１２温水槽
１３温水系統の配管
１５，２２温水流量計
１６，１７，２３温水温度計
１８温水流量制御手段
１９二次温水ポンプ
２０温水負荷
２４２次戻り温水温度計
２５温水需要測定手段
２６温水流量目標値設定手段
２７冷却水ポンプ
２８冷却塔
３０２次冷水ポンプ
３１冷水負荷
５０冷水ターボ冷凍機
５１〜５４切替弁

Claims

冷凍機により、温水負荷へ温水を循環させる温水系統と冷水負荷へ冷水を循環させる冷水系統との２系統を有する冷凍システムにおいて、
上記温水負荷への供給温度と上記温水負荷からの戻り温度との差と、上記温水負荷への流量の積から温水需要を求める温水需要測定手段と、
上記温水需要測定手段により求められた温水需要を、上記温水系統における上記冷凍機の入口温度と出口温度との差で除して温水流量目標値を求める温水流量目標値設定手段と、
上記温水系統における上記冷凍機への温水流量が、上記温水流量目標値設定手段で設定された目標値になるように制御する温水流量制御手段と、
上記冷水系統における上記冷凍機の入口温度と出口温度との差で上記温水需要を除して冷水流量目標値を求める冷水流量目標値設定手段と、
上記冷水系統における上記冷凍機への冷水流量が上記冷水流量目標値設定手段で設定された目標値になるように制御する冷水流量制御手段と、
を備えたことを特徴とする冷凍システム。
上記冷凍システムの温水回収モードによる運転時に、冷却塔への冷水の循環を阻止する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
上記冷凍システムの冷却モードによる運転時に、冷却塔への冷水流量を上記冷水流量目標値設定手段で設定された目標値になるように制御する手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍システム。
冷凍機により、温水負荷へ温水を循環させる温水系統と冷水負荷へ冷水を循環させる冷水系統との２系統を有する冷凍システムの運転方法において、
上記温水負荷への供給温度と上記温水負荷からの戻り温度との差と、上記温水負荷への流量の積から温水需要を求めると共に、上記温水需要を、上記温水系統における上記冷凍機の入口温度と出口温度との差で除して温水流量目標値を求め、上記温水系統における上記冷凍機への温水流量が、上記温水流量目標値になるように制御し、更に、上記冷水系統における上記冷凍機の入口温度と出口温度との差で上記温水需要を除して冷水流量目標値を求め、上記冷水系統における上記冷凍機への冷水流量が上記冷水流量目標値になるように制御することを特徴とする冷凍システムの運転方法。