JP2014149110A - 熱源システム及び冷却水供給装置の制御装置並びに制御方法 - Google Patents

熱源システム及び冷却水供給装置の制御装置並びに制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】データベースを用いることなく、冷却水供給装置における省エネルギー化を実現することを目的とする。
【解決手段】熱源システムは、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置を備える。冷却水供給装置を制御する設備制御装置７０ａは、冷凍機の冷水出口設定温度に応じて決まる冷却水出口温度下限設定値を冷凍機から取得する情報取得部７１と、冷却水出口温度下限設定値と冷凍機負荷とを用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定部７２と、外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定部７３と、冷却水入口温度設定値及び冷却水出口温度下限設定値に、冷却水入口温度及び冷却水出口温度のそれぞれを一致させるための冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成部７４とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、冷凍機を備える熱源システムに係り、特に、冷却塔を有するとともに、冷凍機に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御装置及び制御方法に関するものである。
従来、冷却塔を含み、冷凍機の凝縮器に冷却水を供給する冷却水供給装置を備える熱源システムが知られている。この熱源システムの分野では、省エネルギー化の要請から、冷却水供給装置の消費電力を低減させる技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、外気湿球温度と、冷却負荷と、冷却塔及び冷凍機の冷却運転との相対的関係を示すデータベースを予め用意し、このデータベースから冷凍機及び冷却塔の運転の切替えと冷却水流量を制御することが開示されている。
特開２０１１−２２６６８４号公報
しかしながら、上記特許文献１に開示されている制御方法では、外気湿球温度と、冷却負荷と、冷却塔及び冷凍機の冷却運転との相対的関係を示すデータベースを予め準備する必要がある。冷却負荷に対する冷凍機の成績係数特性（ＣＯＰ特性：Coefficient Of Performance）は、熱源システムによって異なるため、システム毎にデータベースを構築する必要があり、時間と労力を要するという問題があった。また、システムを構成する冷凍機を交換した場合にも、冷凍機の成績係数特性が異なることからデータベースを更新する必要があり、システムの部分的な変更のたびにデータベースを見直す必要が生ずるといった問題もあった。
また、従来、冷却水供給装置における冷却水の温度制御においては、冷凍機の運用上の制約から冷却水入口温度の下限値が固定値として予め決められており、冷却水入口温度がこの冷却水入口温度下限値を下回らないように冷却水の温度制御が行われていた。しかしながら、冷凍機の運転状態によっては、冷却水入口温度がこの冷却水入口温度下限値を下回っても、蒸発圧力と凝縮圧力の差圧が維持でき、所望の冷凍能力を発揮できる場合がある。従来は、外気湿球温度が低く、効果的な省エネルギー化が望める場面であっても、冷却水入口温度を冷凍機の運用上の制約から決まる下限値以下とすることができず、省エネルギー化を促進する妨げとなっていた。
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、データベースを用いることなく、冷却水供給装置における省エネルギー化を実現することのできる熱源システム及びその制御装置並びに制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御装置であって、前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される冷却水出口温度下限設定値を前記冷凍機から取得する情報取得手段と、前記冷却水出口温度下限設定値と前記冷凍機負荷とを用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定手段と、外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定手段と、前記冷却水入口温度設定値及び前記冷却水出口温度下限設定値に、冷却水入口温度及び冷却水出口温度のそれぞれを一致させるための前記冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成手段とを具備する冷却水供給装置の制御装置を提供する。
本発明によれば、冷凍機における冷水出口設定温度に応じて冷却水出口温度下限設定値が設定されるとともに、この冷却水出口温度下限設定値と冷凍機負荷とを用いて冷却水入口温度下限値が算出されるので、冷却水出口温度下限設定値及び冷却水入口温度下限設定値を冷凍機の運転状態を加味して適切な値に設定することが可能となる。これにより、蒸発圧力と凝縮圧力の差圧が維持でき、所定の冷凍能力が発揮できる範囲で、冷却水出口温度及び冷却水入口温度を限界まで下げることが可能となる。この結果、冷却水流量を絞ることができ、冷却水ポンプや冷却塔におけるファンの回転数を低減することができる。
上記冷却水供給装置の制御装置において、前記下限温度設定手段は、前記冷却水出口温度下限設定値から冷却水出入口温度差を減算して前記冷却水入口温度下限設定値を算出し、前記冷却水出入口温度差は、冷却水流量及び前記冷凍機の負荷に応じて決定されることとしてもよい。
このように、冷却水出口温度下限設定値から、冷却水流量及び冷凍機の負荷に応じて決定される冷却水出入口温度差を減算することにより冷却水入口温度下限設定値が算出されるので、冷凍機の負荷及び冷却水流量を加味した適切な冷却水入口温度下限設定値を設定することが可能となる。
本発明は、冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御装置であって、前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される凝縮圧力設定値または該凝縮圧力設定値から決まる飽和温度設定値を前記冷凍機から取得する情報取得手段と、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値を用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定手段と、外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定手段と、前記冷却水入口温度設定値に冷却水入口温度を一致させるとともに、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値に凝縮圧力または飽和温度を一致させるための前記冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成手段とを具備する冷却水供給装置の制御装置を提供する。
本発明によれば、冷凍機の凝縮圧力設定値または凝縮圧力設定値から決まる飽和温度設定値を用いて冷却水入口温度下限値が算出されるので、冷却水入口温度下限設定値を冷凍機の運転状態を加味して適切な値に設定することが可能となる。これにより、蒸発圧力と凝縮圧力の差圧が維持でき、所定の冷凍能力が発揮できる範囲で、冷却水出口温度及び冷却水入口温度を限界まで下げることが可能となる。この結果、冷却水流量を絞ることができ、冷却水ポンプや冷却塔におけるファンの回転数を低減することができる。
上記冷却水供給装置の制御装置において、前記下限温度設定手段は、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値から冷却水出入口温度差及び前記凝縮器の終端温度差を減算して前記冷却水入口温度下限設定値を算出し、前記冷却水出入口温度差は、冷却水流量及び前記冷凍機の負荷に応じて決定されることとしてもよい。
このように、凝縮圧力設定値または飽和温度設定値から、冷却水流量及び冷凍機の負荷に応じて決定される冷却水出入口温度差及び凝縮器の終端温度差を減算することにより冷却水入口温度下限設定値が算出されるので、冷凍機の負荷等を加味した適切な冷却水入口温度下限設定値を設定することが可能となる。
上記冷却水供給装置の制御装置において、前記凝縮器の終端温度差は、前記冷凍機の負荷に応じて決定されることとしてもよい。
このように、凝縮器の終端温度差についても冷凍機の負荷に応じて決定することにより、冷却水入口温度下限設定値を冷凍機負荷に応じてより適切な値に設定することが可能となる。
本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を備える冷凍機と、冷却塔を備え、前記冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置と、上記の冷却水供給装置の制御装置とを備える熱源システムを提供する。
本発明は、冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御方法であって、前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される冷却水出口温度下限設定値を前記冷凍機から取得する情報取得過程と、前記冷却水出口温度下限設定値と前記冷凍機負荷とを用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定過程と、外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定過程と、前記冷却水入口温度設定値及び前記冷却水出口温度下限設定値に、冷却水入口温度及び冷却水出口温度のそれぞれを一致させるための前記冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成過程とを含む冷却水供給装置の制御方法を提供する。
本発明は、冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御方法であって、前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される凝縮圧力設定値または該凝縮圧力設定値から決まる飽和温度設定値を前記冷凍機から取得する情報取得過程と、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値を用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定過程と、外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定過程と、前記冷却水入口温度設定値に冷却水入口温度を一致させるとともに、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値に凝縮圧力または飽和温度を一致させるための前記冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成過程とを含む冷却水供給装置の制御方法を提供する。
本発明によれば、データベースを用いることなく、冷却水供給装置における省エネルギー化を実現することができるという効果を奏する。
本発明の第１実施形態に係る熱源システムの構成を概略的に示した図である。 図１に示した冷凍機の構成を概略的に示した図である。 図１に示した熱源システムにおける制御系のうち、冷凍機と冷凍機に対応して設けられた冷却水供給装置に関する制御系を例示した図である。 本発明の第１実施形態に係る設備制御装置が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る設備制御装置によって実行される処理の手順について示したフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る設備制御装置によって実行される処理の手順について示したフローチャートである。
〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態に係る熱源システム及び冷却水供給装置の制御装置並びに制御方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る熱源システムの構成を概略的に示した図である。図１に示すように、熱源システム１は、例えば、空調機や給湯機、工場設備等の外部負荷に対して供給する冷水（熱媒）に対して冷熱を与える複数の冷凍機１１ａ、１１ｂ、１１ｃを備えている。図１では、３台の冷凍機１１ａ、１１ｂ、１１ｃが設置されている場合について例示しているが、冷凍機の設置台数については任意に決定することができる。
冷水流れからみた各冷凍機１１ａ、１１ｂ、１１ｃの上流側には、それぞれ、冷水を圧送する冷水ポンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設置されている。これら冷水ポンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって、リターンヘッダ１４からの冷水が各冷凍機１１ａ、１１ｂ、１１ｃへと送られる。各冷水ポンプ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、インバータモータ（図示略）によって駆動されるようになっており、これにより、回転数を可変とすることで可変流量制御される。
サプライヘッダ１３には、各冷凍機１１ａ、１１ｂ、１１ｃにおいて得られた冷水が集められるようになっている。サプライヘッダ１３に集められた冷水は、外部負荷（図示略）に供給される。外部負荷にて空調等に供されて昇温した冷水は、リターンヘッダ１４に送られる。冷水は、リターンヘッダ１４において分岐され、各冷凍機１１ａ、１１ｂ、１１ｃに再び送られる。
また、サプライヘッダ１３とリターンヘッダ１４との間にはバイパス配管１８が設けられている。バイパス配管１８に設けられた冷水バイパス弁１９の開度を調整することにより、外部負荷へ供給する冷水流量を調整することができる。
また、各冷凍機１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対応して、冷却水供給装置２０ａ、２０ｂ、２０ｃがそれぞれ設けられている。各冷却水供給装置２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、冷凍機１１ａ、１１ｂ、１１ｃの凝縮器３２（図２参照）に対して冷却水を供給する装置である。冷却水供給装置２０ａは、冷却塔２１と、冷却塔２１において冷やされた冷却水を凝縮器３２に供給する往配管２２と、凝縮器３２において熱交換されることにより温度が上昇した後の冷却水を冷却塔２１に導く復配管２３とを備えている。復配管２３には、冷却水流量を調節するための冷却水ポンプ２４が設けられている。冷却水ポンプ２４の回転数が制御されることで、循環する冷却水の流量が調整される。また、往配管２２と復配管２３との間には、バイパス配管２５が設けられ、バイパス配管２５にはバイパス弁２６が設けられている。バイパス弁２６の開度を調整することにより、往配管２２から復配管２３へバイパスさせる冷却水流量が調整される。冷却塔２１にはファン（図示略）が設けられ、ファンの回転数が制御されることにより、冷却能力が調整される。
冷却水供給装置２０ｂ、２０ｃも、上記冷却水供給装置２０ａと同様の構成とされている。ここで、図１では、各冷却水供給装置２０ａ、２０ｂ、２０ｃが１台の冷却塔２１を備えている場合を例示しているが、冷却塔の設置台数については任意に決定することが可能である。
図２には、冷凍機１１ａ、１１ｂ、１１ｃにターボ冷凍機を適用した場合の詳細構成が示されている。同図では、理解の容易のため、３台並列に設けられた冷凍機のうち、一つの冷凍機１１ａのみが示されている。
冷凍機１１ａは、冷媒を圧縮するターボ圧縮機３１と、ターボ圧縮機３１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３２と、凝縮器３２からの液冷媒を膨張させる膨張弁３４と、膨張弁３４によって膨張させられた液冷媒を蒸発させる蒸発器３６とを主な構成として備えている。
ターボ圧縮機３１は、例えば、遠心式の２段圧縮機であり、インバータ３８によって回転数制御された電動モータ３９によって駆動される。インバータ３８は、冷凍機制御装置１０ａによってその出力が制御される。なお、ターボ圧縮機３１の代わりに、回転数一定の固定速の圧縮機を採用しても良い。ターボ圧縮機３１の冷媒吸入口には吸入冷媒流量を制御するインレットガイドベーン（以下「ＩＧＶ」という。）４０が設けられており、冷凍機１１ａの容量制御が可能とされている。
凝縮器３２には、凝縮冷媒圧力Ｐｃを計測するための圧力センサ５１が設けられている。また、凝縮器３２の冷媒流れ下流側直後には、過冷却後の冷媒温度Ｔｓを計測する温度センサ５２が設けられている。蒸発器３６には、蒸発圧力Ｐｅを計測するための圧力センサ５８が設けられている。蒸発器３６には、外部負荷（図示略）へ供給される冷水を蒸発器３６に供給して冷却させるための冷水配管４２が挿通されている。冷水配管４２には、冷水流量Ｆ１を計測する流量センサ５９、冷水出口温度Ｔｏｕｔを計測する温度センサ６０、冷水入口温度Ｔｉｎを計測する温度センサ６１が設けられている。
上記圧力センサ５１、５８、温度センサ５２、６０、６１、及び流量センサ５９による計測値は、冷凍機制御装置１０ａに送信され、冷凍機１１ａの制御に用いられる。
また、凝縮器３２には、凝縮器３２内を流れる冷媒を冷却するための冷却伝熱管４１が挿入されている。冷却伝熱管４１は、一端が図１に示した冷却水供給装置２０ａの往配管２２、他端が復配管２３と接続されている。冷却塔２１で冷却されることにより温度調節された冷却水が、往配管２２を通じて冷却伝熱管４１を流通することにより、凝縮器３２を流通する冷媒を過冷却する。冷媒との熱交換により温度が上昇した冷却水は、往配管２２を通じて冷却塔２１に送水され、冷却塔２１において熱が排出されて冷やされる。
往配管２２には、冷却水入口温度Ｔｃｉｎを計測する温度センサ５３が設けられ、復配管２３には冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔを計測する温度センサ５４及び冷却水流量Ｆ２を計測する流量センサ５５が設けられている。
温度センサ５３、５４及び流量センサ５５の計測値は、冷却水供給装置２０ａを制御する設備制御装置７０ａに送信され、冷却水の流量制御及び温度制御に用いられる。具体的には、冷却塔２１に設けられたファンの回転数制御、冷却水ポンプ２４の回転数制御、バイパス弁２６の弁開度制御に用いられる。
図３は、図１に示した熱源システム１における制御系のうち、冷凍機１１ａと冷凍機１１ａに対応して設けられた冷却水供給装置２０ａに関する制御系を例示した図である。図３において、冷凍機制御装置１０ａと設備制御装置７０ａとは通信媒体を介して接続されており、双方向の通信が可能な構成とされている。
設備制御装置７０ａ及び冷凍機制御装置１０ａは、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶装置、補助記憶装置、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置などを備えている。
補助記憶装置は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。この補助記憶装置には、各種プログラムが格納されており、ＣＰＵが補助記憶装置から主記憶装置にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
図４は、設備制御装置７０ａが備える機能を展開して示した機能ブロック図である。図４に示されるように、設備制御装置７０ａは、情報取得部７１、下限温度設定部７２、温度設定部７３、及び指令生成部７４を主な構成として備えている。
情報取得部７１は、冷凍機制御装置１０ａから冷却水出口温度下限設定値を取得する。この冷却水出口温度下限設定値は、冷凍機１１ａの冷水出口設定温度に応じて決定されるものであり、冷凍機制御装置１０ａにおいて演算される。
例えば、冷凍機制御装置１０ａは、冷水出口設定温度をパラメータとして含む以下の（１）式を有しており、この（１）式に冷水出口設定温度を代入することにより、冷却水出口温度下限設定値を算出する。
冷却水出口温度下限設定値
＝冷水出口温度設定値＋冷水出口と冷却水出口の必要温度差 （１）
上記（１）式において、「冷水出口と冷却水出口の必要温度差」は、冷凍機と冷水出口温度設定値に応じて決定される値であり、冷凍機に応じて規定される蒸発圧力と凝縮圧力との圧力差に対応する値ともいえる。「冷水出口と冷却水出口の必要温度差」は、例えば、以下のように決定される。
まず、冷水出口温度設定値が決まると、この冷水出口温度設定値と蒸発器の終端温度差とから蒸発飽和温度が決まり、この蒸発飽和温度から蒸発圧力が決まる。この蒸発圧力に、冷凍機に応じて規定されている必要圧力差を加えることで凝縮圧力が決まる。更に、この凝縮圧力から凝縮飽和温度が決まり、この凝縮飽和温度と凝縮器の終端温度差とから冷却水出口温度が決まる。この冷却水出口温度と冷水出口温度設定値との差分が、上記「冷水出口と冷却水出口の必要温度差」となる。
ここで、冷却水出口温度下限設定値は、予め冷凍機の機種に応じて規定されている所定の冷却水出口温度下限値を下回らないように設定される。すなわち、以下の（２）式が成立するように設定される。
規定の冷却水出口温度下限値≦冷却水出口温度下限設定値 （２）
下限温度設定部７２は、情報取得部７１によって取得された冷却水出口温度下限設定値を用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する。例えば、下限温度設定部７２は、以下の（３）式を用いて冷却水入口温度下限設定値を算出する。
冷却水入口温度下限設定値
＝冷却水出口温度下限設定値−冷却水出入口温度差 （３）
冷却水出入口温度差は、冷却水流量及び冷凍機１１ａの負荷に応じて決定される。例えば、冷却水出入口温度差は、定格冷却水出入口温度差、定格冷却水流量、冷却水流量、及び冷凍機の負荷をパラメータとして含む以下の（４）式によって算出される。
冷却水出入口温度差
＝定格冷却水出入口温度差×定格冷却水流量／冷却水流量×冷凍機の負荷 （４）
上記（４）式において、定格冷却水出入口温度差及び定格冷却水流量は予め登録されている既知の値であり、冷却水流量及び冷凍機の負荷はその時々の計測値が用いられる。
温度設定部７３は、外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する。ここで、冷却水入口温度下限値は、例えば、外気湿球温度に冷却塔２１のアプローチを加えることにより算出される。
指令生成部７４は、情報取得部７１が取得した冷却水出口温度下限設定値に冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔを一致させるための冷却水流量に関する制御指令を生成する。例えば、冷却水出口温度下限設定値と冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔとの差分を演算し、この差分をＰＩ制御またはＰＩＤ制御等することにより、冷却水ポンプ２４の回転数指令を生成する。
更に、指令生成部７４は、温度設定部７３によって設定された冷却水入口温度設定値に、冷却水入口温度Ｔｃｉｎを一致させるための冷却塔２１のファンの回転数指令及びバイパス弁２６の開度指令を生成する。具体的には、冷却水入口温度設定値と冷却水入口温度Ｔｃｉｎとの差分を演算し、この差分をＰＩまたはＰＩＤ制御等することにより、冷却水バイパス弁２６の弁開度指令及び冷却塔２１のファンの回転数指令を生成する。
次に、設備制御装置７０ａによって実行される処理について図５及び図６を参照して説明する。
まず、冷凍機制御装置１０ａにおいて、上記（１）式を用いて、冷水出口設定温度に応じた冷却水出口温度下限設定値が算出される。このとき、冷却水出口温度下限設定値が既定の冷却水出口温度下限値未満であった場合には、冷却水出口温度下限値が冷却水出口温度下限設定値として設定される。冷凍機制御装置１０ａにおいて決定された冷却水出口温度下限設定値は、設備制御装置７０ａに送信され、設備制御装置７０ａの情報取得部７１により受信・取得される（図５のステップＳＡ１）。
情報取得部７１により取得された冷却水出口温度下限設定値は、下限温度設定部７２及び指令生成部７４に出力される。
下限温度設定部７２では、冷却水出口温度下限設定値を上記（３）式に代入することにより、冷却水入口温度下限設定値が算出される（ステップＳＡ２）。このとき、（３）式にパラメータとして含まれる冷却水出入口温度差については、流量センサ５５によって計測された冷却水流量Ｆ２及び冷凍機制御装置１０ａから通知される冷凍機１１ａの負荷を上記（４）式に用いることにより算出される。
下限温度設定部７２において設定された冷却水入口温度下限設定値は、温度設定部７３に出力される。温度設定部７３では、外気湿球温度に冷却塔２１のアプローチを足した冷却水入口温度下限値と、冷却水入口温度下限設定値とが比較され、温度の高い方が冷却水入口温度設定値として設定される（ステップＳＡ３）。
このようにして設定された冷却水入口温度設定値は、指令生成部７４に出力される。指令生成部７４では、温度センサ５３によって計測された冷却水入口温度Ｔｃｉｎを冷却水入口温度設定値に一致させるための冷却塔２１のファンの回転数指令及び冷却水バイパス弁２６の弁開度指令が生成されるとともに、温度センサ５４によって計測された冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔを冷却水出口温度下限設定値に一致させるための冷却水ポンプ２４の回転数指令が生成される。
これにより、冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが冷却水出口温度下限設定値よりも低かった場合には（ステップＳＡ４において「ＮＯ」）、冷却水ポンプ２４の回転数が低下することにより冷却水流量が減少し（ステップＳＡ５）、逆に、冷却水出口温度Ｔｃｏｕｔが冷却水出口温度下限設定値よりも高かった場合には（ステップＳＡ４において「ＹＥＳ」）、冷却水ポンプ２４の回転数が増加することにより冷却水流量が増加することとなる（ステップＳＡ６）。なお、冷却水流量については、最大流量及び最小流量の範囲が予め設定されているので、その範囲を超えないよう制御される。ここで、最大流量については、特開２０１０−２３６７２８号公報に開示されているように、冷凍機の負荷（負荷率［％］）に応じて変化するようにしてもよい。
また、冷却水入口温度Ｔｃｉｎが冷却水入口温度設定値よりも低かった場合には（図６のステップＳＡ７において「ＹＥＳ」）、その差分に応じて冷却水バイパス弁２６の弁開度が増加することにより、凝縮器３２に供給される冷却水流量が減少する（ステップＳＡ８）。一方、冷却水入口温度Ｔｃｉｎが冷却水入口温度設定値よりも高かった場合には（ステップＳＡ７において「ＮＯ」）、その差分に応じて冷却水バイパス弁の弁開度が減少することにより、凝縮器３２に供給される冷却水流量が増加する（ステップＳＡ９）。
更に、冷却水バイパス弁開度が予め設定されているファン強制減速開度（例えば、２０[％]）以下であり（ステップＳＡ１０において「ＮＯ」）、冷却水入口温度Ｔｃｉｎが冷却水入口温度設定値よりも低かった場合には（ステップＳＡ１１において「ＮＯ」）、その差分に応じて冷却塔２１のファンの回転数が低下することにより冷却水の冷却が緩和され（ステップＳＡ１２）、冷却水入口温度Ｔｃｉｎが冷却水入口温度設定値よりも高かった場合には（ステップＳＡ１１において「ＹＥＳ」）、その差分に応じて冷却塔２１のファンの回転数が増加することにより冷却水の冷却が強められることとなる（ステップＳＡ１３）。なお、冷却水バイパス弁開度が予め設定されているファン強制減速開度（例えば、２０[％]）を超えた場合には（ステップＳＡ１０において「ＹＥＳ」）、冷却塔２１のファンの回転数を一定レートで減速させるような制御指令が生成されることとなる（ステップＳＡ１４）。
そして、上述した一連の処理が所定の制御サイクルで繰り返し実行されることにより、冷却水入口温度設定値及び冷却水出口温度下限設定値が冷凍機１１ａの運転状態に応じた適切な値に設定され、この設定値に基づいて冷却水温度及び冷却水流量が調節されることとなる。
また、上述した冷凍機１１ａと冷却水供給装置２０ａとの間だけではなく、冷凍機１１ｂと冷却水供給装置２０ｂとの間、冷凍機１１ｃと冷却水供給装置２０ｃとの間において、上述と同様の制御が行われる。
以上説明したように、本実施形態に係る熱源システム１及び冷却水供給装置２０ａの制御装置及び制御方法によれば、冷凍機１１ａにおける冷水出口設定温度に基づいて冷却水出口温度下限設定値が設定され、更に、この冷却水出口温度下限設定値と冷凍機負荷を加味して冷却水入口温度設定値が決定されるので、冷凍機１１ａの運転状態に応じて冷却水入口温度設定値及び冷却水出口温度下限設定値を適切な値に設定することができる。これにより、冷却水入口温度設定値を限界まで下げることが可能となる。この結果、例えば、外気湿球温度が低い場合において、冷却塔２１におけるファンの回転数低下及び冷却水ポンプ２４の回転数低下を実現することが可能となり、従来のようにデータベース等を構築することなく、冷却水供給装置２０ａにおける消費電力を低減させることができる。
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る熱源システム及び冷却水供給装置の制御装置並びに制御方法について説明する。
上述した第１実施形態では、冷凍機１１ａにおける冷水出口温度設定値に基づいて冷却水出口温度下限設定値を設定していたが、本実施形態では、冷却水出口温度を制御するのではなく、凝縮圧力または凝縮圧力から決まる飽和温度に基づいて凝縮圧力設定値または飽和温度設定値を設定し、凝縮圧力または飽和温度がこの設定値と一致するように、冷却水流量を変更する点が異なる。
更に、上述した第１実施形態では、冷却水出口温度下限設定値に基づいて冷却水入口温度下限設定値を算出していたが、本実施形態では、凝縮圧力設定値または飽和温度設定値を用いて冷却水入口温度下限設定値を算出する点が異なる。
以下、上述した第１実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。また、説明の便宜上、以下においては、凝縮圧力を用いて冷却水温度を制御する場合について説明するが、凝縮圧力の代わりに飽和温度を用いる場合も同様に行われる。
まず、本実施形態においては、冷凍機制御装置１０ａにおいて、凝縮圧力設定値が設定される。例えば、冷凍機制御装置１０ａは、冷水出口設定温度をパラメータとして含む以下の（５）式を有しており、この（５）式に冷水出口設定温度を代入することにより、凝縮圧力設定値を算出する。この凝縮圧力設定値は、設備制御装置７０ａに出力される。
凝縮圧力設定値
＝ｍａｘ（冷水出口温度設定値に対する蒸発圧力＋凝縮圧力と蒸発圧力の必要圧力差，冷凍機における凝縮圧力下限値） （５）
このように、凝縮圧力設定値は、（ａ）冷水出口温度設定値に対する蒸発圧力に、凝縮圧力と蒸発圧力の必要圧力差を加えた圧力、（ｂ）冷凍機における凝縮圧力下限値のうち、大きい方が抽出され、設定される。
設備制御装置７０ａでは、凝縮圧力設定値を用いて冷却水入口温度下限設定値が算出される。例えば、冷却水入口温度下限設定値は、以下の（６）式を用いて算出される。
冷却水入口温度下限設定値
＝凝縮圧力設定値に対する飽和温度−γ−冷却水出入口温度差 （６）
上記（６）式において、γは凝縮器３２の終端温度差であり、一定値であってもよいし、冷凍機１１ａの負荷に応じて設定される変数であってもよい。γを変数とする場合には、冷凍機負荷に応じて凝縮器３２の終端温度差が設定されることとなる。
γを一定値とすることで演算を容易にでき、また、γを変数とすることで、冷却水入口温度下限設定値を冷凍機の負荷に応じて細やかに設定でき、負荷が低い場合には凝縮器３２の終端温度差を低下させることが可能となる。これにより、冷却水入口温度下限設定値を更に低く設定することが可能となる。
このようにして設定された冷却水入口温度下限設定値は、外気湿球温度と冷却塔のアプローチとから決まる冷却水入口温度下限値と比較され、高い方の温度が冷却水入口温度設定値として設定される。
そして、本実施形態では、冷凍機１１ａにおける凝縮圧力が凝縮圧力設定値に一致するように冷却水ポンプ２４の回転数が制御されるとともに、冷却水入口温度Ｔｃｉｎが冷却水入口温度設定値に一致するようにバイパス弁２６の弁開度及び冷却塔２１のファンの回転数が制御される。
以上説明したように、本実施形態に係る熱源システム及び冷却水供給装置の制御装置並びに制御方法によれば、冷凍機１１ａにおける凝縮圧力下限値に基づいて凝縮圧力設定値が設定され、更に、この凝縮圧力設定値及び冷凍機の負荷を用いて冷却水入口温度設定値が決定されるので、冷凍機１１ａの運転状態に応じて冷却水入口温度設定値を限界まで下げることが可能となる。これにより、外気湿球温度が低い場合において、冷却塔２１におけるファンの回転数低下及び冷却水ポンプの回転数低下を実現することができ、従来のようにデータベース等を構築することなく、冷却水供給装置２０ａにおける消費電力を低減させることができる。
以上、本発明の各実施形態について説明してきたが、本発明は上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。
１ 熱源システム
１０ａ 冷凍機制御装置
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 冷凍機
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 冷却水供給装置
２１ 冷却塔
２２ 往配管
２３ 復配管
２４ 冷却水ポンプ
２５ バイパス配管
２６ 冷却水バイパス弁
３２ 凝縮器
５１、５８ 圧力センサ
５２、５３、５４、６０、６１ 温度センサ
５５、５９ 流量センサ
７０ａ 設備制御装置
７１ 情報取得部
７２ 下限温度設定部
７３ 温度設定部
７４ 指令生成部

Claims (8)

  1. 冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御装置であって、
    前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される冷却水出口温度下限設定値を前記冷凍機から取得する情報取得手段と、
    前記冷却水出口温度下限設定値と前記冷凍機負荷とを用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定手段と、
    外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定手段と、
    前記冷却水入口温度設定値及び前記冷却水出口温度下限設定値に、冷却水入口温度及び冷却水出口温度のそれぞれを一致させるための前記冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成手段と
    を具備する冷却水供給装置の制御装置。
  2. 前記下限温度設定手段は、前記冷却水出口温度下限設定値から冷却水出入口温度差を減算して前記冷却水入口温度下限設定値を算出し、
    前記冷却水出入口温度差は、冷却水流量及び前記冷凍機の負荷に応じて決定される請求項１に記載の冷却水供給装置の制御装置。
  3. 冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御装置であって、
    前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される凝縮圧力設定値または該凝縮圧力設定値から決まる飽和温度設定値を前記冷凍機から取得する情報取得手段と、
    前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値を用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定手段と、
    外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定手段と、
    前記冷却水入口温度設定値に冷却水入口温度を一致させるとともに、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値に凝縮圧力または飽和温度を一致させるための前記冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成手段と
    を具備する冷却水供給装置の制御装置。
  4. 前記下限温度設定手段は、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値から冷却水出入口温度差及び前記凝縮器の終端温度差を減算して前記冷却水入口温度下限設定値を算出し、
    前記冷却水出入口温度差は、冷却水流量及び前記冷凍機の負荷に応じて決定される請求項３に記載の冷却水供給装置の制御装置。
  5. 前記凝縮器の終端温度差は、前記冷凍機の負荷に応じて決定される請求項４に記載の冷却水供給装置の制御装置。
  6. 圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を備える冷凍機と、
    冷却塔を備え、前記冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置と、
    請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷却水供給装置の制御装置と
    を備える熱源システム。
  7. 冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御方法であって、
    前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される冷却水出口温度下限設定値を前記冷凍機から取得する情報取得過程と、
    前記冷却水出口温度下限設定値と前記冷凍機負荷とを用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定過程と、
    外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定過程と、
    前記冷却水入口温度設定値及び前記冷却水出口温度下限設定値に、冷却水入口温度及び冷却水出口温度のそれぞれを一致させるための前記冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成過程と
    を含む冷却水供給装置の制御方法。
  8. 冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御方法であって、
    前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される凝縮圧力設定値または該凝縮圧力設定値から決まる飽和温度設定値を前記冷凍機から取得する情報取得過程と、
    前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値を用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定過程と、
    外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定過程と、
    前記冷却水入口温度設定値に冷却水入口温度を一致させるとともに、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値に凝縮圧力または飽和温度を一致させるための前記冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成過程と
    を含む冷却水供給装置の制御方法。
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