JP5399948B2 - 冷水循環システム - Google Patents
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Description
(冷水循環システムの構成の概要)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る冷水循環システムの構成の概要を示す。
冷水一次ポンプ1は、負荷設備81Aから戻りヘッダー9に戻ってくる戻り冷水を冷凍機3に送る。第1の実施の形態に係る冷水循環システムは、冷水循環システムが備える冷凍機3の数に応じた台数の冷水一次ポンプ1を備える。なお、第1の実施の形態に係る冷水循環システムは、冷水一次ポンプ1を1台以上備えることができる。すなわち、本実施の形態に係る冷水循環システムは、複数の冷凍機3を備えることができる。
冷凍機3は、冷水一次ポンプ1から供給される負荷設備81Aからの戻り冷水を目的の温度まで冷却する。冷却された冷水(すなわち、送り冷水)は、冷凍機3から送りヘッダー6bを介して冷水二次ポンプ5に供給される。ここで、冷凍機3には、戻り冷水を冷却するクーリングタワー31と、冷凍機3とクーリングタワー31との間で戻り冷水を循環させる冷却水ポンプ32とが補機として付随している。そして、これら補機と冷水一次ポンプ1とは冷凍機3の動作に連動して動作する。以下、冷水一次ポンプ1及び補機、並びにこれらと常時連動して運転する冷凍機3の補助設備が存在する場合、それらの全てを含めて冷凍機3ということがある。
冷水二次ポンプ5は、冷凍機3から送りヘッダー6bに供給された冷水のうち、負荷設備81Aに対して必要な量の冷水(すなわち、送り冷水)を供給する。ここで、冷水二次ポンプ5には、運転電力の周波数(すなわち、運転周波数)を自動的に変化させることにより冷水二次ポンプ5が送水する水量を調整する動力インバーター51が付設されている。そして、動力インバーター51の周波数は、ポンプ運転制御器131により制御される。すなわち、冷水二次ポンプ5は、ポンプ運転制御器131に制御される動力インバーター51の周波数に応じて、必要な量の送り冷水を送りヘッダー6aを介して負荷設備81Aに供給する。
負荷設備81Aは、冷却対象物17A(例えば、負荷設備81Aが空調機の場合、室内の空気)を冷却する。負荷設備81Aは、負荷である冷却対象物17Aの温度に応じて自動的に負荷設備81Aに流入する送り冷水の水量を制御する制御弁としての制御二方弁16と、制御二方弁16の開度を制御する制御信号変換器24Aと、冷却対象物17Aの温度を検出する温度検出器23Aとを有する。なお、負荷設備81Aが有する制御弁は、制御三方弁とすることもできる。この制御弁は、少なくとも、負荷設備の上流側又は下流側のいずれか一方に備えられていれば良い。
ポンプ運転制御器131は、送り冷水の温度と戻り冷水の温度との算出温度差を負荷設備81Aの定格設計温度差に近づけるように、冷水二次ポンプ5の運転台数と動力インバーター51の運転周波数とを制御する。これにより、ポンプ運転制御器131は、冷凍機3から負荷設備81Aへの送り冷水の送水量を制御する。すなわち、ポンプ運転制御器131は、負荷設備81Aの熱交換設計上の最大温度差を確保するように、冷水二次ポンプ5の運転台数と動力インバーター51の運転周波数とを制御して、送り冷水の送水量を制御する。
ポンプ運転制御器131は、動力インバーター51の運転周波数を制御する周波数制御部を有する。周波数制御部は、予め定められた制御目標温度(T1SP)と計測された戻り冷水温度(T2PV)との算出温度差(ΔT)と、負荷設備81Aの定格設計温度差との差が予め設定した許容値を外れた時間が、予め設定した一定の時間を連続して、又は、予め設定した時間内に累積して過ぎた場合に、動力インバーター51の運転周波数を算出温度差と定格設計温度差との差の絶対値が小さくなる方向へ変化させる。これにより、冷水循環システムは、冷凍機3における熱交換設計上の最適な温度差(すなわち、定格設計温度差)となるように戻り冷水の温度を維持することができ、冷水二次ポンプ5と冷凍機3との全体運転効率を最も良くするように送り冷水の量を制御できる。
ポンプ運転制御器131は、冷水二次ポンプ5の運転台数を増減する運転台数制御部を有する。運転台数制御部は、動力インバーター51の運転周波数が予め設定した最高周波数に到達した時を起点として、当該運転周波数が予め設定した時間、継続した場合に、冷水二次ポンプ5の運転台数を増加させる。また、運転台数制御部は、動力インバーター51の運転周波数が予め設定した最低周波数に到達した時を起点として、当該運転周波数が予め設定した時間、継続した場合に、冷水二次ポンプ5の運転台数を減ずる。これにより、冷水循環システムは、動力インバーター51の運転周波数の調整だけでは困難な範囲まで負荷設備81Aへの送り冷水の送水量を増減できる。そして、冷水循環システムは、動力インバーター51の運転周波数の調整と共に、冷水二次ポンプ5の運転台数を制御することにより、戻り冷水の温度を、冷凍機3が高い運転効率(成績係数)で動作できる温度範囲に維持することができる。
第1の実施の形態に係る冷水循環システムの動作の概要を説明する。まず、冷水循環システムが起動されると、ポンプ運転制御器131において予め設定された動力インバーター51の初期運転周波数、冷水二次ポンプ5の初期台数にて冷水循環システムが稼働する。その後、予め設定された送り冷水の温度と実測された戻り冷水の温度との算出温度差の値を、負荷設備81Aの定格設計温度差に近づけるように(すなわち、算出温度差と定格温度差との差の絶対値が減少するように)、算出温度差に基づいて、ポンプ運転制御器131における動力インバーター51の周波数と冷水二次ポンプ5の運転台数に修正が加えられ、冷水循環システムの運転が継続される。
以下、第1の実施の形態に係る冷水循環システムの動作を、フローチャートを示してより詳細に説明する。
まず、Case1について説明する。ポンプ運転制御器131は、ΔTと、ΔTSから下側許容値K1を減じた値とを比較する。そして、ポンプ運転制御器131は、ΔTがΔTSから下側許容値K1を減じた値以下の値(ΔT≦ΔTS−K1)である場合(S18:Y)、ΔT≦ΔTS−K1の関係が継続する時間を計測する(S20)。一方、ΔT>ΔTS−K1)である場合(S18:N)、ポンプ運転制御器131は、戻り冷水の実測の温度(T2PV)を示す温度信号を引き続き取得する。なお、下側許容値K1は可変であるが、例えば、0.5℃に設定される。
次に、Case2について説明する。ポンプ運転制御器131は、ΔTと、ΔTSに上側許容値K2を加えた値とを比較する。そして、ポンプ運転制御器131は、ΔTがΔTSに上側許容値K2を加えた値以上の値(ΔT≧ΔTS+K2)である場合(S34:Y)、ΔT≧ΔTS+K2の関係が継続する時間を計測する(S36)。一方、ΔT<ΔTS+K2である場合(S34:N)、ポンプ運転制御器131は、戻り冷水の温度(T2PV)を示す温度信号を引き続き取得する。ここで、上側許容値K2は、例えば、0.3℃である。
第1の実施の形態に係る冷水循環システムは、送り冷水の温度を予め設定すると共に、算出温度差と定格設計温度差との差の絶対値を減少させる方向に送り冷水の水量を制御するので、冷水二次ポンプ5による送水量を過剰又は不足にならない最適な量に制御できる。これにより、冷水循環システム全体の運転動力(消費エネルギー)を削減でき、エネルギー効率を向上させることができる。
図3は、本発明の第1の実施の形態の変形例に係る冷水循環システムの構成の概要を示す。
冷水循環システムが起動された時の冷水循環システムの動作は第1の実施の形態に係る冷水循環システムと同一である。ただし、予め設定された送り冷水の温度と実測された戻り冷水の温度との算出温度差の値を、負荷設備81A及び負荷設備81Bの定格設計温度差に近づけるように、算出温度差に基づいて、ポンプ運転制御器131における動力インバーター51の周波数と冷水二次ポンプ5の運転台数に修正が加えられ、冷水循環システムの運転が継続される。
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る冷水循環システムの構成の概要を示す。
3 冷凍機
5 冷水二次ポンプ
6a、6b 送りヘッダー
7 還り管
8 負荷設備
9 戻りヘッダー
11 流量計
16 制御二方弁
17A、17B 冷却対象物
18 送りの温度設定器
19 戻りの温度検出器
24A、24B 制御信号変換器
31 クーリングタワー
32 冷却水ポンプ
40 加圧ポンプ
51 動力インバーター
81A、81B 負荷設備
131 ポンプ運転制御器
Claims (6)
- 制御弁により必要水量が連続的に調整される負荷設備と、
前記負荷設備からの戻り冷水を冷却し、前記負荷設備への送り冷水にする冷凍機と、
前記戻り冷水を前記冷凍機に供給する冷水一次ポンプと、
動力インバーターを有し、前記動力インバーターの運転周波数に応じた送水量及び送水圧力の前記送り冷水を前記負荷設備に供給する冷水二次ポンプと、
前記運転周波数を制御することにより、前記冷凍機から前記負荷設備への前記送り冷水の前記送水量を調整するポンプ運転制御器と
を備え、
前記ポンプ運転制御器が、前記冷凍機から前記負荷設備に送水される前記送り冷水の予め設定された制御目標温度と前記負荷設備から前記冷凍機に戻される前記戻り冷水の温度を測定して得られた戻り冷水温度とから算出される算出温度差と、前記負荷設備の定格設計温度差との差の絶対値が減少する方向へ、前記算出温度差に基づいて前記運転周波数を制御することにより前記負荷設備への前記送水量を調整する冷水循環システム。 - 前記ポンプ運転制御器が、前記算出温度差と前記定格設計温度差との差の絶対値が予め設定された許容値を外れた時間が、予め設定した一定の時間を連続して、又は、予め設定した時間内に累積して過ぎた場合に、前記負荷設備への前記送り冷水の前記送水量を調整する請求項1に記載の冷水循環システム。
- 前記ポンプ運転制御器が、前記動力インバーターの運転周波数が、予め設定した最高周波数に到達した場合に前記冷水二次ポンプの運転台数を増加させ、予め設定した最低周波数に到達した場合に前記冷水二次ポンプの運転台数を減少させる請求項2に記載の冷水循環システム。
- 前記負荷設備の前段に、前記負荷設備に供給される前記送り冷水の圧力を変化させる圧力可変部を更に備える請求項3に記載の冷水循環システム。
- 前記圧力可変部が、前記冷水二次ポンプより小型の加圧ポンプである請求項4に記載の冷水循環システム。
- 複数の前記負荷設備を更に備え、
前記送り冷水が、複数の前記負荷設備のそれぞれに複数の送り管を通じて送水され、
複数の前記負荷設備のそれぞれが、複数の戻り管を通じて前記戻り冷水を前記冷凍機に向けて送水し、
前記制御目標温度が、前記複数の送り管の第1の集合部分において予め設定される温度であり、
前記戻り冷水温度が、前記複数の戻り管の第2の集合部分において計測される請求項2〜5のいずれか1項に記載の冷水循環システム。
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