JP5412073B2 - 熱源システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Description
また、図6に示した熱源システムも同様に、低温熱源を設ける必要があり、コストや設置スペースの増大を招いてしまう。
すなわち、本発明にかかる熱源システムは、外部負荷側へ熱媒を送出する送り配管と、前記外部負荷側から返送された熱媒を導く還り配管と、前記送り配管と前記還り配管との間に設けられ、該還り配管から導かれた熱媒を冷却するとともに該送り配管へと熱媒を送出する1台の冷凍機と、前記送り配管と前記還り配管との間に接続されたバイパス配管と、該バイパス配管に設けられ、該バイパス配管内を流れる熱媒流量を調整する熱媒バイパス弁と、前記1台の冷凍機が冷凍機出力100%で運転されているときに外部負荷が増大し、前記冷凍機へと流入する熱媒の入口温度、前記冷凍機から流出する熱媒の出口温度、及び、これら入口温度と出口温度との差、から選ばれる少なくとも1つの値が増大し、かつ前記1台の冷凍機の冷凍能力を超える場合に、前記熱媒バイパス弁の開度を増大させて、前記出口温度を所望値に維持するバイパス流量制御手段とを備えていることを特徴とする。
本発明では、熱媒の入口温度、出口温度、及び、入口温度と出口温度との差、から選ばれる少なくとも1つの値が増大すると、バイパス流量制御手段によって熱媒バイパス弁開度を増大させ、送り配管から還り配管へと循環する熱媒流量を増大させる。これにより、冷凍機の熱媒入口温度が下がり、冷凍機の熱負荷が減少するので、1台の冷凍機であっても所望の出口温度まで熱媒を冷却することができる。
冷凍機としては、負荷変動への追従性が良いターボ冷凍機が好ましい。
特に、外部負荷の負荷が急激に減少すると、冷凍機に設けられた冷凍能力を調整するための手段(例えば、圧縮冷媒を膨張させる絞り弁)が即座に追従できず、熱媒を過剰に冷却してしまい、熱媒の送り配管を凍結させてしまうおそれがある。これに対して、本発明では、バイパス流量制御手段によって即座に冷水温度の低下に対応することができるので、送り配管の凍結を回避することができる。
バイパス配管を流れる熱媒流量を増大させることによって冷凍機の熱負荷を減少させることができるので、1台の冷凍機であっても過剰な外部負荷の増大に対応することができる。
バイパス配管を流れる熱媒流量を減少させて熱媒出口温度の急激な減少を回避することにより、熱媒の送り配管の凍結を防止することができる。
図1には、本実施形態にかかる熱源システムの概略が示されている。熱源システム1は、冷水(熱媒)を冷却する1台のターボ冷凍機(冷凍機)3と、外部負荷から導かれる冷水を一時貯留する冷水還水タンク5と、外部負荷へと導く冷水を一時貯留する冷水送水タンク7とを備えている。
冷水ポンプ11は、ターボ冷凍機3の冷凍能力に見合った定格温度差における流量を超えた能力とされている。
具体的には、ターボ冷凍機3の定格温度差を(冷水入口温度T1℃−冷水出口温度T2℃)とし、熱源システム1として許容できる温度差を(冷水入口温度T3℃−冷水出口温度T2℃)とした場合、定格温度差(T1−T2)のときに冷凍能力Qのターボ冷凍機3に要求される冷水ポンプの流量をFとすると、下式(1)を満たすように冷水ポンプ11の流量F’が決定される。
Q=(T1−T2)×F=(T3−T2)×F’ ・・・・・(1)
例えば、T1=15℃,T2=5℃,T3=30℃とした場合、本実施形態の冷水ポンプ11の流量F’は、定格温度差にて運転されるターボ冷凍機に対して設けられる冷水ポンプの流量Fの2.5倍の能力が選定される。
外部負荷にて冷熱を供給し、温度上昇した冷水は、冷水還水タンク5へと返送される。冷水還水タンク5内の冷水は、冷水ポンプ11によって、冷水還水配管9を介してターボ冷凍機3へと送られる。冷水は、ターボ冷凍機3によって、所望の冷水出口温度(例えば5℃)まで冷却される。
ターボ冷凍機3によって冷却された冷水は、冷水送水配管13を介して冷水送水タンク7へと送られる。冷水は、冷水送水タンク7にて一時貯留された後、外部負荷へと供給される。
外部負荷の負荷増大前では、冷凍機出力100%の下、冷水の冷凍機入口温度が15℃、かつ、冷水の冷凍機出口温度が5℃にて維持されている。この状態での冷水還水温度は、25℃とされ、冷水バイパス弁25の開度は50%とされ、冷水流量調整弁15の開度は50%とされる。
時刻t1を過ぎて、外部負荷が増大すると、冷水還水温度が25℃から30℃まで増大し、これに応じて冷凍機入口温度および冷凍機出口温度が増大する。そして、送水温度計19にて検出される冷水送水温度が増大する。冷水送水温度の増大を送水温度計19にて検出すると、冷水制御部21の指令により、冷水バイパス弁25の開度が60%まで増大させられるとともに、冷水流量調整弁15の開度が40%まで減少させられる。これにより、ターボ冷凍機3から流出した冷水がバイパス配管23を介してターボ冷凍機3の入口へと循環する冷水流量が増大することによって、冷凍機入口温度を下げる。ターボ冷凍機3の熱負荷は、冷水の入口温度が下がることによって減少するので、100%負荷運転であっても、これ以上出力を増大させることなく、外部負荷の増大に対応することができる。
外部負荷の負荷減少前では、冷凍機出力100%の下、冷水の冷凍機入口温度が15℃、かつ、冷水の冷凍機出口温度が5℃にて維持されている。この状態での冷水還水温度は、30℃とされ、冷水バイパス弁25の開度は60%とされ、冷水流量調整弁15の開度は40%とされる。
時刻t2を過ぎて、外部負荷の負荷が減少すると、冷水還水温度が30℃から25℃まで減少し、これに応じて冷凍機入口温度および冷凍機出口温度が減少する。そして、送水温度計19にて検出される冷水送水温度が減少する。冷水送水温度の減少を送水温度計19にて検出すると、冷水制御部21の指令により、冷水バイパス弁25の開度が50%まで減少させられるとともに、冷水流量調整弁15の開度が50%まで増大させられる。これにより、ターボ冷凍機3から流出した冷水がバイパス配管23を介してターボ冷凍機3の入口へと循環する冷水流量が減少することによって、冷凍機入口温度を上げる。ターボ冷凍機3の熱負荷は、冷水の入口温度が上がることによって増大するので、100%負荷運転であっても、これ以下に出力を減少させることなく、外部負荷の減少に対応することができる。
外部負荷の負荷が小さい場合(同図では冷水還水温度が18℃の場合)には、冷凍機出力100%の下、負荷に応じて冷水バイパス弁25の開度を(同図では23%まで)減少させるとともに、送水流量調整弁15の開度を(同図では77%まで)増大させて、所望の冷水出口温度である5℃を維持する。
時刻t3を過ぎて、さらに外部負荷の負荷が減少すると、先ず、冷水バイパス弁25の開度を全閉にするとともに、送水流量調整弁15の開度を全開とする。その後、ターボ冷凍機3の出力を減少させることによって、所望の冷水出口温度である5℃が維持されるように制御する。
冷水の送水温度が所定値以上となると、制御部21によって冷水バイパス弁25の開度を増大させ、冷水送水配管13から冷水還水配管9へと循環する冷水流量が増大する。これにより、ターボ冷凍機3の入口冷水温度が減少し、ターボ冷凍機3の熱負荷が減少するので、1台のターボ冷凍機3であっても所望の出口温度(5℃)まで冷水を冷却することができる。したがって、外部負荷の熱負荷が増大して、ターボ冷凍機3の許容温度差を超えた冷水温度差が生じても、所望の冷水温度を出力することができる。
特に、外部負荷の負荷が急激に減少すると、ターボ冷凍機3に設けられた冷凍能力を調整するための手段(例えば、圧縮冷媒を膨張させる絞り弁)が即座に追従できず、冷水を過剰に冷却してしまい、冷水送水配管13を凍結させてしまうおそれがある。これに対して、本実施形態では、冷水制御部21によって即座に冷水出口温度の低下に対応することができるので、冷水送水配管13の凍結を回避することができる。
また、本実施形態では、送水温度計19によって、ターボ冷凍機3の出口側の冷水温度(冷凍機出口温度)を用いて制御することとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、冷水の出口温度に代えて、ターボ冷凍機3に対する冷水入口温度や、冷凍機入口温度と冷凍機出口温度との差を用いても良い。
また、本実施形態では、熱源システム1として冷水還水タンク5及び冷水送水タンク7を備えた構成として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらタンク5,7の一方もしくは両方を省略した熱源システム1であっても良い。
3 ターボ冷凍機(冷凍機)
5 冷水還水タンク
7 冷水送水タンク
9 冷水還水配管(還り配管)
11 冷水ポンプ
13 冷水送水配管(送り配管)
15 送水流量調整弁
17 送水流量計
19 送水温度計
21 冷水制御部
23 バイパス配管
25 冷水バイパス弁(熱媒バイパス弁)
Claims (4)
- 外部負荷側へ熱媒を送出する送り配管と、
前記外部負荷側から返送された熱媒を導く還り配管と、
前記送り配管と前記還り配管との間に設けられ、該還り配管から導かれた熱媒を冷却するとともに該送り配管へと熱媒を送出する1台の冷凍機と、
前記送り配管と前記還り配管との間に接続されたバイパス配管と、
該バイパス配管に設けられ、該バイパス配管内を流れる熱媒流量を調整する熱媒バイパス弁と、
前記1台の冷凍機が冷凍機出力100%で運転されているときに外部負荷が増大し、前記冷凍機へと流入する熱媒の入口温度、前記冷凍機から流出する熱媒の出口温度、及び、これら入口温度と出口温度との差、から選ばれる少なくとも1つの値が増大し、かつ前記1台の冷凍機の冷凍能力を超える場合に、前記熱媒バイパス弁の開度を増大させて、前記出口温度を所望値に維持するバイパス流量制御手段と、
を備えていることを特徴とする熱源システム。 - 前記バイパス流量制御手段は、前記入口温度、前記出口温度、及び、前記温度差、から選ばれる少なくとも1つの値が減少した場合に、前記熱媒バイパス弁の開度を減少させて、前記出口温度を所望値に維持することを特徴とする請求項1に記載の熱源システム。
- 外部負荷側へ熱媒を送出する送り配管と、
前記外部負荷側から返送された熱媒を導く還り配管と、
前記送り配管と前記還り配管との間に設けられ、該還り配管から導かれた熱媒を冷却するとともに該送り配管へと熱媒を送出する1台の冷凍機と、
前記送り配管と前記還り配管との間に接続されたバイパス配管と、
該バイパス配管に設けられ、該バイパス配管内を流れる熱媒流量を調整する熱媒バイパス弁と、を備えた熱源システムの制御方法であって、
前記1台の冷凍機が冷凍機出力100%で運転されているときに外部負荷が増大し、前記冷凍機へと流入する熱媒の入口温度、前記冷凍機から流出する熱媒の出口温度、及び、これら入口温度と出口温度との差、から選ばれる少なくとも1つの値が増大し、かつ前記1台の冷凍機の冷凍能力を超える場合に、前記熱媒バイパス弁の開度を増大させて、前記出口温度を所望値に維持することを特徴とする熱源システムの制御方法。 - 前記入口温度、前記出口温度、及び、前記温度差、から選ばれる少なくとも1つの値が減少した場合に、前記熱媒バイパス弁の開度を減少させて、前記出口温度を所望値に維持することを特徴とする請求項3に記載の熱源システムの制御方法。
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