JP2012032123A - Flow rate estimating apparatus, heat source machine and flow rate estimating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流量推定装置、熱源機、及び流量推定方法に関するものである。 The present invention relates to a flow rate estimation device, a heat source device, and a flow rate estimation method.
従来、熱源機の一例であるターボ冷凍機は、広い負荷体に対して高効率運転をするために、冷却水入口温度と冷凍能力(冷凍負荷)に応じて、ターボ圧縮機の回転数、圧縮機入口ベーン、及びホットガスバイパス弁を切り替える制御を行っている。
上記制御を行うためには、冷却水入口温度と共に冷凍能力を示す値が必要となる。冷却数入口温度は、温度センサー(冷却水入口温度センサー)による検出値を用いる。一方、冷凍能力Qは、温度センサーで検出した熱媒である冷水の入口温度TCWi及び冷水の出口温度TCWo、冷水の流量GCW、並びに冷水の比熱CpCWを用いて下記式によって算出できる。
Q=GCW・CpCW・(TCWi‐TCWo)
Conventionally, a turbo chiller, which is an example of a heat source device, performs a high-efficiency operation over a wide load body in accordance with the cooling water inlet temperature and the refrigeration capacity (refrigeration load). Control is performed to switch the machine inlet vane and hot gas bypass valve.
In order to perform the above control, a value indicating the refrigerating capacity is required together with the cooling water inlet temperature. As the cooling number inlet temperature, a value detected by a temperature sensor (cooling water inlet temperature sensor) is used. On the other hand, the refrigeration capacity Q can be calculated by the following formula using the cold water inlet temperature T CWi and the cold water outlet temperature T CWo , the cold water flow rate G CW , and the specific heat Cp CW of the cold water detected by the temperature sensor. .
Q = G CW・ Cp CW・ (T CWi ‐T CWo )
また、適正な冷凍能力の範囲を得る技術として、特許文献1には、ターボ圧縮機の特定の運転点における流量係数及び圧力係数と所定の係数とを用いて、ヘッドと冷凍能力との関係を示した演算式を得、該演算式に用いられる係数を、同一のヘッド(例えば、同一の冷水温度及び同一の冷却水温度)において略最大の成績係数をとりえる冷凍能力を用いて決定し、決定した係数を最適係数とし、該最適係数を含む所定範囲を適正運転係数範囲とし、この適正運転係数範囲と運転時のヘッドとを用いて上記演算式から適正な冷凍能力の範囲を得る技術が記載されている。 In addition, as a technique for obtaining an appropriate refrigeration capacity range, Patent Document 1 describes the relationship between the head and the refrigeration capacity using a flow coefficient, a pressure coefficient, and a predetermined coefficient at a specific operating point of the turbo compressor. Obtain the arithmetic expression shown, determine the coefficient used in the arithmetic expression using the refrigerating capacity that can take the substantially maximum coefficient of performance in the same head (for example, the same cold water temperature and the same cooling water temperature), The determined coefficient is an optimum coefficient, a predetermined range including the optimum coefficient is an appropriate operation coefficient range, and a technique for obtaining an appropriate refrigeration capacity range from the above arithmetic expression using the appropriate operation coefficient range and a head during operation is provided. Are listed.
ここで、流量センサーは、温度センサーに比較して高コストであるため、ターボ冷凍機に付与されない場合がある。このような場合は、冷凍能力を算出するための冷水の流量として、例えば定格負荷時における設計値等の固定値を用いていた。しかし、例えば、冷水の流量が減少して冷房負荷が低下した場合には、ターボ冷凍機の制御が、ターボ圧縮機の回転数制御から圧縮機入口ベーンの制御と回転数制御との組み合わせに切り替わり、冷凍能力を絞るようにターボ冷凍機が制御される。このような場合、冷水の流量を固定値とすると冷房負荷を正しく評価していることとはならず、その結果、正しい冷凍能力が算出されず、ターボ冷凍機を高効率に運転できないこととなる。 Here, since the flow rate sensor is more expensive than the temperature sensor, it may not be provided to the turbo refrigerator. In such a case, for example, a fixed value such as a design value at the rated load is used as the flow rate of the cold water for calculating the refrigerating capacity. However, for example, when the cooling water flow rate decreases and the cooling load decreases, the turbo chiller control is switched from the turbo compressor rotation speed control to the combination of the compressor inlet vane control and the rotation speed control. The turbo refrigerator is controlled so as to reduce the refrigerating capacity. In such a case, if the flow rate of the chilled water is a fixed value, the cooling load is not correctly evaluated. As a result, the correct refrigeration capacity is not calculated and the turbo chiller cannot be operated with high efficiency. .
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、熱媒の流量を検出するセンサーを用いることなく、容易に熱媒の流量を推定できる流量推定装置、熱源機、及び流量推定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and without using a sensor that detects the flow rate of the heat medium, the flow rate estimation device, the heat source device, and the flow rate estimation that can easily estimate the flow rate of the heat medium. It aims to provide a method.
上記課題を解決するために、本発明の流量推定装置、熱源機、及び流量推定方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る流量推定装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、及び該圧縮機で圧縮された前記冷媒と熱媒とを熱交換する熱交換器を有する熱源機における前記熱媒の流量を推定する流量推定装置であって、前記熱交換器へ流入する前記熱媒の入口温度を検出する第1温度検出手段と、前記熱交換器から流出する前記熱媒の出口温度を検出する第2温度検出手段と、前記熱交換器内の前記冷媒の温度を検出する第3温度検出手段と、前記第1温度検出手段によって検出された前記入口温度、前記第2温度検出手段によって検出された前記出口温度、前記第3温度検出手段によって検出された前記冷媒の温度、及び前記熱交換器から前記熱媒への伝熱に関する値を用いた前記熱交換器へ流入出する前記熱媒の熱収支を表した物理モデルによって、前記熱媒の流量を推定する推定手段と、を備える。
In order to solve the above problems, the flow rate estimation device, the heat source unit, and the flow rate estimation method of the present invention employ the following means.
That is, the flow rate estimation apparatus according to the present invention provides a flow rate of the heat medium in a heat source device having a compressor that compresses the refrigerant, and a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant compressed by the compressor and the heat medium. A flow rate estimating device for estimating, a first temperature detecting means for detecting an inlet temperature of the heat medium flowing into the heat exchanger, and a second for detecting an outlet temperature of the heat medium flowing out of the heat exchanger. Temperature detection means; third temperature detection means for detecting the temperature of the refrigerant in the heat exchanger; the inlet temperature detected by the first temperature detection means; and the temperature detected by the second temperature detection means. Heat balance of the heat medium flowing into and out of the heat exchanger using the outlet temperature, the temperature of the refrigerant detected by the third temperature detecting means, and the value related to heat transfer from the heat exchanger to the heat medium By a physical model that represents , And a estimating means for estimating the flow rate of the heating medium.
本発明によれば、第1温度検出手段によって、熱交換器へ流入する熱媒の入口温度が検出され、第2温度検出手段によって、熱交換器から流出する熱媒の出口温度が検出され、第3温度検出手段によって、熱交換器内の冷媒の温度が検出される。なお、第1温度検出手段、第2温度検出手段、及び第3温度検出手段としては、例えば、熱電対が用いられる。
そして、推定手段によって、熱交換器へ流入出する熱媒の熱収支を表した物理モデルによって熱媒の流量が推定される。この物理モデルは、第1温度検出手段によって検出された入口温度、第2温度検出手段によって検出された出口温度、第3温度検出手段によって検出された冷媒の温度、及び熱交換器から熱媒への伝熱に関する値を用いて表わされたものである。なお、熱交換器から熱媒への伝熱に関する値としては、熱交換器の設計値が用いられる。
According to the present invention, the first temperature detecting means detects the inlet temperature of the heat medium flowing into the heat exchanger, the second temperature detecting means detects the outlet temperature of the heat medium flowing out of the heat exchanger, The temperature of the refrigerant in the heat exchanger is detected by the third temperature detection means. For example, a thermocouple is used as the first temperature detection unit, the second temperature detection unit, and the third temperature detection unit.
Then, the flow rate of the heat medium is estimated by the estimation unit by a physical model representing the heat balance of the heat medium flowing into and out of the heat exchanger. The physical model includes an inlet temperature detected by the first temperature detecting means, an outlet temperature detected by the second temperature detecting means, a temperature of the refrigerant detected by the third temperature detecting means, and a heat exchanger to the heat medium. It is expressed using the value related to heat transfer. In addition, as a value regarding the heat transfer from the heat exchanger to the heat medium, a design value of the heat exchanger is used.
また、熱媒としては、冷水及び温水の何れでも構わない。熱媒を冷水として上記物理モデルを用いる場合は、熱源機が冷凍運転される場合であり、熱交換器は蒸発器となる。一方、熱媒を温水として上記物理モデルを用いる場合は、熱源機がヒートポンプ運転される場合であり、熱交換器は凝縮器となる。
以上のことから、本発明は、熱媒の流量を検出するセンサーを用いることなく、容易に熱媒の流量を推定できる。
Further, as the heat medium, either cold water or hot water may be used. When the above physical model is used with the heat medium as cold water, the heat source unit is operated in a freezing operation, and the heat exchanger is an evaporator. On the other hand, when using the said physical model by making a heat medium into warm water, it is a case where a heat source machine is heat-pump-operated, and a heat exchanger becomes a condenser.
From the above, the present invention can easily estimate the flow rate of the heat medium without using a sensor that detects the flow rate of the heat medium.
また、本発明に係る流量推定装置は、前記第1温度検出手段による前記入口温度の検出の応答遅れ、前記第2温度検出手段による前記出口温度の検出の応答遅れ、及び前記第3温度検出手段による前記冷媒の温度の検出の応答遅れの少なくとも何れか一つを補正する補正手段を備えてもよい。
本発明によれば、応答遅れが補正された検出値を上記物理モデルに用いて、熱媒の流量を推定できるので、より正確に熱媒の流量を推定できる。
The flow rate estimation apparatus according to the present invention includes a response delay in the detection of the inlet temperature by the first temperature detection means, a response delay in the detection of the outlet temperature by the second temperature detection means, and the third temperature detection means. Correction means for correcting at least one of the response delays in the detection of the temperature of the refrigerant.
According to the present invention, the flow rate of the heat medium can be estimated more accurately because the flow rate of the heat medium can be estimated using the detected value whose response delay is corrected in the physical model.
また、本発明に係る流量推定装置は、前記伝熱に関する値は、前記熱交換器の熱伝達係数を含み、前記熱伝達係数を、前記熱媒の流量と前記冷媒の流量の関数として表わしてもよい。
本発明によれば、熱交換器から熱媒への伝熱に関する値のうち熱交換器の熱伝達係数を、熱媒の流量と冷媒の流量の関数として表わすことで、より正確な熱伝達係数を上記物理モデルに用いることとなるので、より正確に熱媒の流量を推定できる。
In the flow rate estimation device according to the present invention, the value related to heat transfer includes a heat transfer coefficient of the heat exchanger, and the heat transfer coefficient is expressed as a function of the flow rate of the heat medium and the flow rate of the refrigerant. Also good.
According to the present invention, by expressing the heat transfer coefficient of the heat exchanger as a function of the flow rate of the heat medium and the flow rate of the refrigerant among the values related to heat transfer from the heat exchanger to the heat transfer medium, a more accurate heat transfer coefficient Is used in the physical model, the flow rate of the heat medium can be estimated more accurately.
また、本発明に係る流量推定装置は、第3温度検出手段が、前記熱交換器内における前記冷媒の圧力に基づいて前記冷媒の温度を検出してもよい。
本発明によれば、第3温度検出手段によって、熱交換器内における冷媒の圧力に基づいて冷媒の温度が検出されるので、冷媒の温度を検出するための専用の検出手段を備えることなく、冷媒の圧力を検出することで、冷媒の温度を求めることができる。
In the flow rate estimation apparatus according to the present invention, the third temperature detection unit may detect the temperature of the refrigerant based on the pressure of the refrigerant in the heat exchanger.
According to the present invention, since the temperature of the refrigerant is detected by the third temperature detection means based on the pressure of the refrigerant in the heat exchanger, the third temperature detection means does not include a dedicated detection means for detecting the temperature of the refrigerant. By detecting the pressure of the refrigerant, the temperature of the refrigerant can be obtained.
一方、本発明に係る熱源機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒と熱媒とを熱交換する熱交換器と、上記記載の流量推定装置と、を備える。
本発明によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された前記冷媒と熱媒とを熱交換する熱交換器と、を有する熱源機が、上記記載の流量推定装置を備えるので、熱媒の流量を検出するセンサーを用いることなく、容易に熱媒の流量を推定できる。
On the other hand, a heat source apparatus according to the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant compressed by the compressor and a heat medium, and the flow rate estimation device described above. .
According to the present invention, the heat source device having the compressor that compresses the refrigerant and the heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant compressed by the compressor and the heat medium includes the flow rate estimation device described above. The flow rate of the heat medium can be easily estimated without using a sensor that detects the flow rate of the heat medium.
また、本発明に係る流量推定方法は、冷媒を圧縮する圧縮機、及び該圧縮機で圧縮された前記冷媒と熱媒とを熱交換する熱交換器を有する熱源機における前記熱媒の流量を推定する流量推定方法であって、前記熱交換器へ流入する前記熱媒の入口温度、前記熱交換器から流出する前記熱媒の出口温度、及び前記熱交換器内の前記冷媒の温度を検出する第1工程と、前記第1工程によって検出された前記入口温度、前記出口温度、前記冷媒の温度、及び前記熱交換器から前記熱媒への伝熱に関する値を用いた前記熱交換器へ流入出する前記熱媒の熱収支を表した物理モデルによって、前記熱媒の流量を推定する第2工程と、を含む。
本発明によれば、熱交換器へ流入する熱媒の入口温度、熱交換器から流出する熱媒の出口温度、及び熱交換器内の冷媒の温度を検出し、検出した入口温度、出口温度、冷媒の温度、及び熱交換器から熱媒への伝熱に関する値を用いた熱交換器へ流入出する熱媒の熱収支を表した物理モデルによって、熱媒の流量を推定するので、熱媒の流量を検出するセンサーを用いることなく、容易に熱媒の流量を推定できる。
Further, the flow rate estimation method according to the present invention includes a flow rate of the heat medium in a heat source device including a compressor that compresses the refrigerant, and a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant compressed by the compressor and the heat medium. A flow rate estimation method for estimating a temperature of an inlet of the heat medium flowing into the heat exchanger, an outlet temperature of the heat medium flowing out of the heat exchanger, and a temperature of the refrigerant in the heat exchanger. To the heat exchanger using the first step, and the inlet temperature detected by the first step, the outlet temperature, the temperature of the refrigerant, and values related to heat transfer from the heat exchanger to the heat medium. And a second step of estimating a flow rate of the heat medium by a physical model representing a heat balance of the heat medium flowing in and out.
According to the present invention, the inlet temperature of the heat medium flowing into the heat exchanger, the outlet temperature of the heat medium flowing out of the heat exchanger, and the temperature of the refrigerant in the heat exchanger are detected, and the detected inlet temperature and outlet temperature are detected. The flow rate of the heat medium is estimated by a physical model that represents the heat balance of the heat medium flowing into and out of the heat exchanger using values related to the temperature of the refrigerant and heat transfer from the heat exchanger to the heat medium. The flow rate of the heat medium can be easily estimated without using a sensor that detects the flow rate of the medium.
本発明によれば、熱媒の流量を検出するセンサーを用いることなく、容易に熱媒の流量を推定できる、という優れた効果を有する。 The present invention has an excellent effect that the flow rate of the heat medium can be easily estimated without using a sensor that detects the flow rate of the heat medium.
以下に、本発明に係る流量推定装置、熱源機、及び流量推定方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a flow rate estimation device, a heat source device, and a flow rate estimation method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
図1に、本第1実施形態に係る熱源機の一例であるターボ冷凍機10の構成を示す。
ターボ冷凍機10は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機12と、ターボ圧縮機12によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する凝縮器14と、凝縮器14にて凝縮された液冷媒に対して過冷却を与えるサブクーラ16と、サブクーラ16からの液冷媒を膨張させる高圧膨張弁18と、高圧膨張弁18に接続されるとともにターボ圧縮機12の中間段及び低圧膨張弁20に接続される中間冷却器22と、低圧膨張弁20によって膨張させられた液冷媒を蒸発させる蒸発器24とを備えている。
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described below.
In FIG. 1, the structure of the
The
ターボ圧縮機12は、遠心式の2段圧縮機であり、インバータ26により回転数制御された電動モータ28によって駆動されている。インバータ26は、制御部30によってその出力が制御されている。ターボ圧縮機12の冷媒吸入口には、吸入冷媒流量を制御する圧縮機入口ベーン(IGV)32が設けられており、ターボ冷凍機10の容量制御が可能となっている。
The
熱交換器である凝縮器14には、凝縮冷媒圧力を検出するための凝縮冷媒圧力センサーPCが設けられている。センサーPCの出力は、制御部30に送信される。
サブクーラ16は、凝縮器14の冷媒流れ下流側に、凝縮された冷媒に対して過冷却を与えるように設けられている。サブクーラ16の冷媒流れ下流側直後には、過冷却後の冷媒温度を検出する温度センサーTsが設けられている。
凝縮器14及びサブクーラ16には、これらを冷却するための冷却伝熱管34が挿通されている。冷却水出口温度は冷却水出口温度センサーTcoutにより、冷却水入口温度は冷却水入口温度センサーTcinにより検出される。なお、冷却水は、図示しない冷却塔において外部へと排熱された後に、再び凝縮器14及びサブクーラ16へと導かれる。
The
The
The
中間冷却器22には、中間圧力を検出するための中間圧力センサーPMが設けられている。
また、熱交換器である蒸発器24には、蒸発圧力を検出するための蒸発圧力センサーPEが設けられている。蒸発器24において吸熱されることによって定格温度(例えば7℃)の冷媒が得られる。蒸発器24には、外部負荷へ供給される熱媒(以下、「冷水」という。)を冷却するための冷水伝熱管36が挿通されている。なお、冷水伝熱管36内の蒸発器24から流出する冷水の温度(以下、「冷水出口温度」という。)は冷水出口温度センサーToutにより検出され、冷水伝熱管36内の蒸発器24へ流入する冷水の温度(以下、「冷水入口温度」という。)は冷水入口温度センサーTinにより検出される。
また、凝縮器14の気相部と蒸発器24の気相部との間には、ホットガスバイパス管38が設けられている。そして、ホットガスバイパス管38には、ホットガスバイパス管38内を流れる冷媒の流量を制御するためのホットガスバイパス弁40が設けられている。ホットガスバイパス弁40によってホットガスバイパス流量を調整することにより、圧縮機入口ベーン32では制御が十分でない非常に小さな領域の容量制御が可能となっている。
なお、本実施形態に係るターボ冷凍機10は、各温度センサーとして、例えば、熱電対を用いるが、これに限らず、温度センサーとして、抵抗測温体等他のセンサーを用いてもよい。
The
The
A hot
In addition, although the
ここで、本第1実施形態に係るターボ冷凍機10は、高効率運転をするために、図2に示すように、冷却水入口温度と冷凍能力Qに応じて、操作端(ターボ圧縮機12の回転数、圧縮機入口ベーン32、及びホットガスバイパス弁40)を切り替える切替制御を行っている。
そして、この切替制御を行うために用いる冷凍能力Qは、例えば、冷水入口温度TCWi、冷水出口温度TCWo、冷水流量GCW、及び冷水の比熱CpCWを用いて、Q=GCW・CpCW・(TCWi‐TCWo)によって算出される。
Here, the
The refrigeration capacity Q used to perform this switching control is, for example, using the cold water inlet temperature T CWi , the cold water outlet temperature T CWo , the cold water flow rate G CW , and the specific heat Cp CW of cold water, Q = G CW Calculated by CW · (T CWi -T CWo ).
図3は、切替制御を行うための制御部30の機能ブロック図である。
制御部30は、冷水流量推定部50及び操作指令値導出部52を備えている。
FIG. 3 is a functional block diagram of the
The
冷水流量推定部50は、冷水入口温度TCWi、冷水出口温度TCWo、蒸発器24内の冷媒温度、及び蒸発器24から冷水への伝熱に関する値を用いて、蒸発器24へ流入出する冷水の熱収支を表した物理モデルによって冷水流量を推定する。
The chilled water flow
ここで、本実施形態に係るターボ冷凍機10では、冷水流量を下記(1)式に示される物理モデルから算出することで推定する。(1)式は、冷水出口温度の動的な挙動を離散方程式で表わしたものである。
なお、(1)式において、MCWは蒸発器24内に保有されている冷水量、CpCWは蒸発器24内に保有されている冷水の比熱、MEMは蒸発器24の伝熱面(蒸発器24の金属部分であり、冷水伝熱管36)の重量、CpEMは蒸発器24の伝熱面の比熱、UEは蒸発器24の熱伝達係数、AEは蒸発器の熱伝達面積、TEは蒸発器24内の冷媒温度である。また、Δtはサンプリングタイム、iは各タイムステップを示す。
Here, in the
In the equation (1), M CW is the amount of cold water held in the
そして、本実施形態では、冷水入口温度センサーTinで検出した温度を冷水入口温度TCWiとし、冷水出口温度センサーToutで検出した温度を冷水出口温度TCWoとし、蒸発圧力センサーPEで検出された圧力から得られた冷媒の飽和温度を蒸発器24内の冷媒温度TEとしている。
一方、蒸発器24内に保有されている冷水量MCW、冷水の比熱CpCW、蒸発器24の伝熱面の重量MEM、伝熱面の比熱CpEM、蒸発器24の熱伝達係数UE、蒸発器の熱伝達面積AE、蒸発器24内の冷媒温度TEは、設計値から求められる値であり、各設計値は不図示の磁気記憶装置又は半導体記憶装置によって構成される記憶手段に記憶されており、冷水流量推定部50は、冷水流量を推定する場合に、該記憶手段から各設計値を読み出す。
On the other hand, the cold water quantity M CW that are held in the
ここで、(1)式の左辺は時間微分の項であり、蒸発器24が保有している冷水の熱容量と蒸発器24の熱容量との和と、冷水出口温度の時間変化量との積である。また、(1)式の右辺の第1項は、冷水流量と冷水の比熱と蒸発器24に対する冷水の出入口温度差との積を示し、(1)式の右辺の第2項は、蒸発器24内の冷媒から冷水への伝熱によって移動した熱量を示している。すなわち、(1)式は、冷水が有する熱容量と蒸発器24の金属部分が有する熱容量とのバランスを示した物理モデルである。
なお、実際には蒸発器24は、冷水から蒸発器24の伝熱面へ、そして蒸発器24の伝熱面から冷媒へと熱を伝達させるが、(1)式は、図4の模式図に示すように、蒸発器24の伝熱面温度TMと、冷水出口温度TCWoとが等しいと仮定している簡素化した物理モデルである。
Here, the left side of the equation (1) is a term of time differentiation, which is the product of the sum of the heat capacity of the cold water held by the
In practice, the
そして、(1)式から、冷水流量GCWを算出するための(2)式が導かれる。
操作指令値導出部52は、冷水流量推定部50で推定された冷水流量を用いて、冷凍能力Qを算出する。
さらに、操作指令値導出部52は、算出した冷凍能力Qと、冷却水入口温度センサーTcinで検出された冷却水入口温度とに応じて、ターボ圧縮機12の回転数を示す回転数指令値を導出すると共にターボ圧縮機12へ送信し、圧縮機入口ベーン32の開度を示すベーン開度指令値を導出すると共に圧縮機入口ベーン32へ送信し、ホットガスバイパス弁40の開度を示すバイパス弁開度指令値を導出すると共にホットガスバイパス弁へ送信する。
ターボ圧縮機12は、回転数指令値を受信すると回転数指令値により示される回転数で回転し、圧縮機入口ベーン32は、ベーン開度指令値を受信するとベーン開度指令値により示される開度で開き、ホットガスバイパス弁40は、バイパス弁開度指令値を受信するとバイパス弁開度指令値により示される開度で開く。
The operation command
Further, the operation command
When the
以上説明したように、本第1実施形態に係るターボ冷凍機10は、冷水入口温度センサーTinが、蒸発器24へ流入する冷水の入口温度を検出し、冷水出口温度センサーToutが、蒸発器24から流出する冷水の出口温度を検出する。また、蒸発圧力センサーPEによって検出された蒸発器24内における冷媒の圧力に基づいて冷媒の温度が検出される。そして、冷水流量推定部50が、蒸発器24へ流入出する冷水の熱収支を表した物理モデルによって冷水の流量を推定する。この物理モデルは、検出された冷水入口温度、検出された冷水出口温度、検出された冷媒の温度、及び蒸発器24から冷水への伝熱に関する値を用いて表わされたものである。
以上のことから、本第1実施形態に係るターボ冷凍機10は、蒸発器24に流入出する冷水の流量を検出するセンサーを用いることなく、容易に冷水の流量を推定できる。
As described above, the
From the above, the
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
なお、本第2実施形態に係るターボ冷凍機10の構成は、図1に示される第1実施形態に係るターボ冷凍機10の構成と同様であるので説明を省略する。
図5に本第2実施形態に係る制御部30の機能ブロックの構成を示す。なお、図5における図3と同一の構成部分については図3と同一の符号を付して、その説明を省略する。
本第2実施形態に係る制御部30は、センサー補償器60A〜60Dを備えている。各種センサーには応答遅れが生じるため、各センサーで検出された値と実際の値(以下、「真値」という。)にはずれが生じる。そのため、センサー補償器60A〜60Dは、各々対応するセンサーの応答遅れを補正するものである。なお、以下の説明において、各センサー補償器60を区別する場合は、符号の末尾にA〜Dの何れかを付し、各センサー補償器60を区別しない場合は、A〜Dを省略する。
The configuration of the
FIG. 5 shows a functional block configuration of the
The
センサー補償器60Aは、冷水入口温度センサーTinによる冷水入口温度の検出の遅れを補正する。
センサー補償器60Bは、冷水出口温度センサーToutによる冷水出口温度の検出の遅れを補正する。
センサー補償器60Cは、蒸発圧力センサーPEによる蒸発圧力の検出の遅れを補正する。なお、圧力センサー(例えば、歪ゲージ式の圧力センサー)は、温度センサーよりも応答遅れが小さいため、制御部30にセンサー補償器60Cを設けない形態としてもよい。
センサー補償器60Dは、冷却水入口温度センサーTcinによる冷却水入口温度の検出の遅れを補正する。
Sensor compensator 60A corrects the delay of the detection of the cold water inlet temperature by the cold water inlet temperature sensor T in.
The
The
The
そして、センサー補償器60は、下記(3),(4)式を用いて各センサーによる検出値Tを真値T'に補正する。(3)式のτは、各センサーの時定数であり、予め記憶手段(不図示)に記憶されている。
さらに、センサー補償器60による補正により得られた真値T'を用いることによって、冷水流量GCWは、下記(5)式によって算出される。
〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態について説明する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described.
なお、本第3実施形態に係るターボ冷凍機10の構成、及び制御部30の機能ブロックの構成は、図1に示される第1実施形態に係るターボ冷凍機10の構成、及び図4に示される第2実施形態に係る制御部30の機能ブロックの構成と同様であるので説明を省略する。
上述した第1実施形態及び第2実施形態では、蒸発器24の熱伝達係数UEとして設計値、すなわち固定値を用いる場合について説明した。しかし、熱伝達係数は、伝熱面を介した2つの流体(本第3実施形態では、冷水と冷媒)の流れの状況に応じて値が変化する。そのため、熱伝達係数は、冷水流量GCWと冷媒流量GEとの2変数関数として下記(6)式のように表わすことができる。そこで、本第3実施形態に係る冷水流量推定部50では、熱伝達係数UEを2変数関数として表わされる熱伝達係数U'Eとする。
In the first and second embodiments described above, the case where the design value, that is, the fixed value is used as the heat transfer coefficient U E of the
本第3実施形態に係る冷水流量推定部50は、冷媒流量GEを、ターボ圧縮機12の特性マップと蒸発器24と凝縮器14との差圧、及びターボ圧縮機12と圧縮機入口ベーン32の開度から算出する。
そして、本第3実施形態に係る冷水流量推定部50は、(5)式における熱伝達係数UEを(6)式で表わされる熱伝達係数U'Eに置き換えた非線型方程式である下記(7)式から冷水流量GCWを算出する。
The chilled water flow
以上説明したように、本第3実施形態に係るターボ冷凍機10は、蒸発器24から冷水への伝熱に関する値のうち蒸発器24の熱伝達係数を、冷水の流量及び冷媒の流量の関数として表わす。これにより、(7)式で示される非線型方程式を解くための収束計算が必要となるものの、蒸発器24に流入出する冷水の流量を検出するセンサーを用いることなく、より正確に冷水の流量を推定できる。
As described above, the
なお、本第3実施形態に係る冷水流量推定部50は、(5)式における熱伝達係数UEを(6)式で表わされる熱伝達係数U'Eに置き換えた場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、(2)式における熱伝達係数UEを(6)式で表わされる熱伝達係数U'Eに置き換えた非線型方程式から冷水流量GCWを算出する形態としてもよい。
Incidentally, the cold water flow
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using said each embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiments without departing from the gist of the invention, and embodiments to which the changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.
例えば、上記各実施形態では、蒸発器24内の冷媒温度TEを蒸発圧力センサーPEで検出された圧力から導出する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、図6に示すように蒸発器24に冷媒の温度を検出する冷媒温度センサー80を設け、冷媒温度センサー80で検出された値を冷媒温度TEとする形態としてもよい。
For example, the above embodiments have described the case of deriving from the refrigerant temperature T E of the evaporation pressure sensor PE in detected pressure in the
また、上記各実施形態では、蒸発器24の伝熱面温度TMと、冷水出口温度TCWoとが等しいと仮定した、すなわち、簡素化した物理モデルから冷水流量GCWを算出する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、冷水から蒸発器24の伝熱面への熱伝達、及び蒸発器24の伝熱面から蒸発器24内の冷媒への熱伝達を考慮した物理モデルから冷水流量GCWを算出する形態としてもよい。この形態によれば、より正確な冷水流量を推定できる。
In each of the above embodiments, it is assumed that the heat transfer surface temperature T M of the
この形態の場合における算出式を下記(8)式及び(9)式に示す。(8)式は、蒸発器24の伝熱面から蒸発器内の冷媒への熱伝達を表わした式である。一方、(9)式は、冷水から蒸発器24の伝熱面への熱伝達を表わした式であり、(8)式から算出される伝熱面温度TMを(9)式に代入することで、冷水流量GCWを算出する。
なお、(8),(9)式において、UE CW-Mは冷水と伝熱面との間の熱伝達係数であり、AE CW-Mは冷水と伝熱面との間の伝熱面積であり、UE E-Mは冷媒と伝熱面との間の熱伝達係数であり、AE E-Mは、冷媒と伝熱面との間の伝熱面積である。
In Eqs. (8) and (9), U E CW-M is the heat transfer coefficient between the cold water and the heat transfer surface, and A E CW-M is the heat transfer between the cold water and the heat transfer surface. U E EM is a heat transfer coefficient between the refrigerant and the heat transfer surface, and A E EM is a heat transfer area between the refrigerant and the heat transfer surface.
また、上記各実施形態では、冷凍運転を行うターボ冷凍機10に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、本発明をヒートポンプ運転も可能なヒートポンプ式ターボ冷凍機に適用してもよい。
この場合、蒸発器24は、凝縮器として用いられ、流量が推定される熱媒は、温水となる。
In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to the
In this case, the
10 ターボ冷凍機
12 ターボ圧縮機
24 蒸発器
50 冷水流量推定部
60 センサー補償器
TOUT 冷水出口温度センサー
Tin 冷水入口温度センサー
PE 蒸発圧力センサー
10
Claims (6)
前記熱交換器へ流入する前記熱媒の入口温度を検出する第1温度検出手段と、
前記熱交換器から流出する前記熱媒の出口温度を検出する第2温度検出手段と、
前記熱交換器内の前記冷媒の温度を検出する第3温度検出手段と、
前記第1温度検出手段によって検出された前記入口温度、前記第2温度検出手段によって検出された前記出口温度、前記第3温度検出手段によって検出された前記冷媒の温度、及び前記熱交換器から前記熱媒への伝熱に関する値を用いた前記熱交換器へ流入出する前記熱媒の熱収支を表した物理モデルによって、前記熱媒の流量を推定する推定手段と、
を備えた流量推定装置。 A flow rate estimation device for estimating a flow rate of the heat medium in a heat source machine having a compressor that compresses the refrigerant, and a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant compressed by the compressor and the heat medium,
First temperature detecting means for detecting an inlet temperature of the heat medium flowing into the heat exchanger;
Second temperature detecting means for detecting an outlet temperature of the heat medium flowing out from the heat exchanger;
Third temperature detecting means for detecting the temperature of the refrigerant in the heat exchanger;
From the inlet temperature detected by the first temperature detecting means, the outlet temperature detected by the second temperature detecting means, the temperature of the refrigerant detected by the third temperature detecting means, and the heat exchanger Estimating means for estimating the flow rate of the heat medium by a physical model representing the heat balance of the heat medium flowing into and out of the heat exchanger using values relating to heat transfer to the heat medium;
A flow rate estimation apparatus comprising:
前記熱伝達係数を、前記熱媒の流量と前記冷媒の流量の関数として表わす請求項1又は請求項2記載の流量推定装置。 The heat transfer value includes a heat transfer coefficient of the heat exchanger,
The flow rate estimation device according to claim 1, wherein the heat transfer coefficient is expressed as a function of a flow rate of the heat medium and a flow rate of the refrigerant.
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒と熱媒とを熱交換する熱交換器と、
請求項1から請求項4の何れか1項記載の流量推定装置と、
を備えた熱源機。 A compressor for compressing the refrigerant;
A heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and the heat medium compressed by the compressor;
A flow rate estimation apparatus according to any one of claims 1 to 4,
Heat source machine equipped with.
前記熱交換器へ流入する前記熱媒の入口温度、前記熱交換器から流出する前記熱媒の出口温度、及び前記熱交換器内の前記冷媒の温度を検出する第1工程と、
前記第1工程によって検出された前記入口温度、前記出口温度、前記冷媒の温度、及び前記熱交換器から前記熱媒への伝熱に関する値を用いた前記熱交換器へ流入出する前記熱媒の熱収支を表した物理モデルによって、前記熱媒の流量を推定する第2工程と、
を含む流量推定方法。 A flow rate estimation method for estimating a flow rate of the heat medium in a heat source machine having a compressor that compresses the refrigerant, and a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant compressed by the compressor and the heat medium,
A first step of detecting an inlet temperature of the heat medium flowing into the heat exchanger, an outlet temperature of the heat medium flowing out of the heat exchanger, and a temperature of the refrigerant in the heat exchanger;
The heating medium flowing into and out of the heat exchanger using values of the inlet temperature, the outlet temperature, the refrigerant temperature, and the heat transfer from the heat exchanger to the heating medium detected in the first step. A second step of estimating the flow rate of the heat medium by a physical model representing the heat balance of
A flow rate estimation method including:
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