JP5506460B2 - Cooling system - Google Patents
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Description
本発明は、太陽熱を利用した熱媒体を冷却する冷却システムに係り、特に、省エネルギー、低運転コストに配慮した最適制御が可能な冷却システムに関する。 The present invention relates to a cooling system that cools a heat medium using solar heat, and more particularly, to a cooling system capable of optimal control in consideration of energy saving and low operation cost.
太陽熱を利用した集熱システムとして特許文献1と特許文献2に示す技術がある。特許文献1の技術では、太陽熱エネルギーを集熱し、この集熱した太陽エネルギーを熱媒体に与える太陽熱集熱装置と、太陽熱集熱装置での集熱により高温となった熱媒体と、給水タンクから移送される給水との熱交換を行なう第1の熱交換器と、この熱交換器での熱交換で高温となった給水と高温の作動媒体との熱交換を行い、当該作動媒体により給水を加熱してプロセス用の蒸気を発生させる第2の熱交換器とを備えている。
As a heat collection system using solar heat, there are technologies shown in
また、特許文献2の技術では、太陽熱を吸収液の加熱、濃縮に直接利用することによって、バーナ等の再生器を加熱する熱源を必要とせずに運転することができるとともに、天候の状況等により変化する太陽熱による吸収液の加熱状況を検知し、自動的に補助再生器を作動させることにより安定した空調効果と、小型化を図るため、希釈された吸収液を直接導入し加熱する太陽熱集熱管、該太陽熱集熱管で加熱された吸収液をフラッシングさせることにより濃縮するフラッシング再生器を有する吸収式冷暖房装置が示されている。
Moreover, in the technique of
しかしながら、特許文献1では、プロセス用の蒸気を発生させるため、昼間の太陽熱を利用しているものであり、悪天候時や夜間には温水ボイラによって温水を作っており、温水ボイラの燃料(ガス)費を節減しているものであるが、燃料(ガス)費とポンプ等の電力費を合計したシステム全体の運転コストの節減のための最適制御にかかるものではない。
However, in
また、特許文献2では、臭化リチウム等の吸収液を熱媒体として配管内を流して加熱するため、吸収液を多量に必要として取扱及び管理が面倒であり、コストが高くなる。また、加熱時に吸収液に沸騰が起こると圧力が異常に高まって逆流を起こすおそれがあり、温度管理が難しくなる。そして、特許文献1と同様に太陽熱集熱管で加熱された吸収液の温度が低い場合、バーナ等の熱源で加熱するものであるが、バーナ等の燃料費とポンプ等の電力費を合計したシステム全体の運転コストの節減のための最適制御にかかるものではない。
Moreover, in
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、太陽熱をエネルギー源として熱媒体を冷却する際に、稼動コストを最小限にした冷却システムを提供するものである。 In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a cooling system that minimizes operating costs when cooling a heat medium using solar heat as an energy source.
本発明は上記課題を解決するため、熱媒体負荷を冷却する冷却システムにおいて、
太陽の熱エネルギーを集熱する太陽熱集熱器と、
太陽熱集熱器で集熱した熱を駆動エネルギーとする吸収式冷凍機と、
上記吸収式冷凍機への冷却水を冷却する冷却塔と、
外気の比エンタルピあるいは外気の湿球温度の外気条件を検出する外気条件検出手段と、
上記太陽熱集熱器の集熱量を検出する集熱量検出手段と、
熱媒体の冷却負荷する検出する負荷検出手段と、
インバータで駆動される冷却水ポンプまたはインバータで駆動される冷却塔のファンと、
上記各部を制御する制御装置と、
外気条件、太陽光集熱器の集熱量、冷却負荷のパラメータの値から、前記冷却水ポンプまたは前記冷却塔のインバータ周波数、または、前記吸収式冷凍機の台数の少なくとも1つの設定値を抽出する制御テーブルが記憶されたデータベースを備え、
上記で検出された外気条件、太陽熱集熱器の集熱量、冷却負荷に応じて、前記データベースから上記各インバータの周波数または前記吸収式冷凍機の運転台数の設定値を抽出し、この設定値によって上記各インバータの動作または前記吸収式冷凍機の運転、停止を制御することを特徴とする冷却システム。
In order to solve the above problems, the present invention provides a cooling system for cooling a heat medium load.
A solar collector that collects solar thermal energy;
An absorption refrigerator that uses the heat collected by the solar heat collector as drive energy;
A cooling tower for cooling the cooling water to the absorption refrigerator,
An outside air condition detecting means for detecting an outside air condition such as a specific enthalpy of outside air or a wet bulb temperature of outside air;
A heat collection amount detecting means for detecting a heat collection amount of the solar heat collector;
A load detecting means for detecting the cooling load of the heat medium;
A cooling water pump driven by an inverter or a cooling tower fan driven by an inverter;
A control device for controlling each of the above-mentioned parts ;
Extracting at least one set value of the inverter frequency of the cooling water pump or the cooling tower or the number of the absorption chillers from the outside air conditions, the amount of collected heat of the solar collector, and the parameter value of the cooling load It has a database that stores control tables,
The detected ambient conditions above, collecting heat of solar heat collector, in accordance with the cooling load, extracts the set value of each inverter frequency or the number of operating units of the absorption chiller from the database, this setting value A cooling system for controlling the operation of each of the inverters or the operation / stop of the absorption refrigerator.
また、上記に記載の冷却システムにおいて,上記データベースは制御テーブルであり,上記制御テーブルはシミュレーションを用いて外気条件、太陽熱集熱集量、冷却負荷の制御目標値を変更して繰り返し計算し,システム全体の消費エネルギーが最も小さくなる上記各インバータの周波数または前記吸収式冷凍機の運転台数が設定値として設けられていること特徴とする。 Further, in the cooling system described above, the database is a control table, and the control table is repeatedly calculated by changing a control target value of an outside air condition, a solar heat collection amount, and a cooling load using a simulation. The frequency of each of the inverters or the operating number of the absorption chillers with the smallest overall energy consumption is provided as a set value.
また、上記に記載の冷却システムにおいて、前記シミュレーションは、サイクルシミュレーションで求めた蒸気消費量の関係式、あるいは吸収式冷凍機の蒸気消費量の関係式を基に吸収式冷凍機の蒸気消費量を計算するステップを備えたシミュレーションであることを特徴とする。 Further, in the cooling system described above, the simulation may be performed by calculating the steam consumption of the absorption chiller based on the relational expression of the steam consumption obtained by the cycle simulation or the relational expression of the steam consumption of the absorption chiller. It is a simulation provided with the step to calculate.
また、上記に記載の冷却システムにおいて、前記シミュレーションは、少なくとも冷却水ポンプに入力される電力の周波数から冷却水流量と冷却水ポンプの消費電力を計算するステップを備えたシミュレーションであることを特徴とする。 In the cooling system described above, the simulation is a simulation including a step of calculating a cooling water flow rate and a power consumption of the cooling water pump from at least a frequency of electric power input to the cooling water pump. To do.
また、上記に記載の冷却システムにおいて、前記シミュレーションは、冷却塔のファンに入力される電力の周波数から風量と消費電力を計算し、外気条件と前記風量と冷却水の流量と冷水還温度から冷却水往温度を計算するステップを備えたシミュレーションであることを特徴とする。 In the cooling system described above, the simulation calculates the air volume and power consumption from the frequency of the electric power input to the fan of the cooling tower, and cools from the outside air condition, the air volume, the flow rate of the cooling water, and the cold water return temperature. The simulation includes a step of calculating the water temperature.
また、上記に記載の冷却システムにおいて,さらに、太陽熱集熱器から導出される熱媒体を液体と気体に分離し、気体を上記吸収式冷凍機に駆動エネルギーとして供給すると共に液体を上記太陽熱集熱器に戻す気液分離器を備え、上記制御装置は上記気液分離器で分離された気体の温度と圧力及び上記吸収式冷凍機から戻る液体の温度に基づいて太陽熱の集熱量を算出することを特徴とする。 Further, in the cooling system described above, the heat medium derived from the solar heat collector is further separated into a liquid and a gas, the gas is supplied to the absorption chiller as drive energy, and the liquid is supplied to the solar heat collector. A gas-liquid separator that returns to the refrigerator, and the controller calculates the amount of solar heat collected based on the temperature and pressure of the gas separated by the gas-liquid separator and the temperature of the liquid returned from the absorption refrigerator. It is characterized by.
また、上記に記載の冷却システムにおいて,さらに、日射量を計測する日射計を備え、上記制御装置は計測された太陽の日射量と時刻に基づいて太陽熱の集熱量を算出することを特徴とする。 Further, the cooling system described above further includes a pyranometer for measuring the amount of solar radiation, and the control device calculates the amount of solar heat collected based on the measured amount of solar radiation and time. .
本発明によれば、太陽熱をエネルギー源として熱媒体を冷却する冷却システムの稼動時の消費エネルギーコストを削減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the energy consumption cost at the time of operation | movement of the cooling system which cools a thermal medium using solar heat as an energy source can be reduced.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態である冷却システムのシステム構成を示す図である。1は太陽熱集熱器で内部には熱媒体として水が流れ,下方の入口から導入された水が太陽熱で加熱され、上方の出口からは液体(温水)と気体(蒸気)の混合流体となって導出される。液体と気体の混合流体は、気液分離器2に流入して液体と気体に分離される。80はシステム全体の以下に説明する制御を実行する制御装置である。201は分離された気体の温度センサ、231はその圧力センサ、201は吸収式冷凍機(後述)の戻り液体の温度センサである。制御装置80では、温度センサ201,202,圧力センサ231の計測値に基づいて,上記太陽熱集熱器1での太陽熱の集熱量を算出する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a cooling system according to the first embodiment of the present invention.
3は気液分離器2で分離した液体の水(熱媒体)を上記太陽熱集熱器1に送るポンプで,インバータ103によって駆動される。インバータ103の周波数を変更することで太陽熱集熱器1に流れる熱媒体の流量が制御される。太陽熱集熱器1に流れる熱媒体は,集熱量が大きいときは流量を大きくし,集熱量が小さいときは流量を小さくするよう効率良く熱量を取込むように制御される。
3 is a pump that sends liquid water (heat medium) separated by the gas-
31,32,33は吸収式冷凍機であり、上記気液分離器2で分離された蒸気が駆動エネルギーとして利用される。4はガスで蒸気が作られるボイラ4で、吸収式冷凍機31,32,33で必要な蒸気量より,太陽熱で作られる蒸気量が少ないときに動作し,不足分の蒸気を作る。上記制御装置80で、太陽熱集熱器1の集熱に応じてボイラのガス量が制御される。
31, 32, and 33 are absorption refrigerators, and steam separated by the gas-
10は複数並べて設置され,上記吸収式冷凍機31,32,33の冷却水を冷却する冷却塔であり,各冷却塔のファン10aの回転数がインバータ110によって変えられ、風量が変化して冷水の温度が制御される。21,22,23は,それぞれ上記吸収式冷凍機31,32,33に冷却水を送る冷却水ポンプで,各冷却水の流量を変更するインバータ121,122,123によって駆動される。
10 is a cooling tower that is installed side by side and cools the cooling water of the
41,42,43は、冷水槽(後述)からそれぞれ上記吸収式冷凍機31,32,33に冷水を送る冷水ポンプであり,各ポンプはそれぞれインバータ141,142,143によって冷水流量が制御される。
50は上記吸収式冷凍機31,32,33で冷却された冷水が蓄えられる冷水槽である。この冷水槽50の冷水は、冷水二次ポンプ60により熱媒体である負荷70へ送られ,負荷70での冷熱の消費により加熱されて冷水槽50へ戻る。203,204はそれぞれ負荷70の入口と出口の温度センサで、221は流量センサである。上記温度センサ203,204と流量センサ221の計測値に基づいて、負荷70の冷却負荷を計算する。冷水二次ポンプ60には負荷に送る冷水の流量を変えるインバータ160が接続されている。
インバータ160の周波数は、温度センサ203と温度センサ204の温度差が一定になるように冷水二次ポンプ60を回転制御する。また、インバータ141,142,143は、吸収式冷凍機31,32,33に送られる冷水の合計流量が,冷水二次ポンプ60で負荷70へ送る冷水の流量と同じになるように制御する。なお,インバータ141,142,143の周波数と吸収式冷凍機31,32,33に送られる冷水の流量とは、一定の関係(ほぼ比例関係)があるため,試運転の時にその関係を制御装置80内に求めておき,その関係で周波数を制御する。また,その時,インバータ141,142,143の周波数と冷水ポンプ41,42,43の消費電力との関係も制御装置80内に求めておく。
The frequency of the
205は外気の温度を計測する温度センサであり,211は外気の湿度を計測する湿度センサである。温度センサ205と湿度センサ211の計測値に基いて、外気の湿球温度(外気条件)が算出される。なお,ここでは湿球温度で説明するが,湿球温度と比エンタルピは一定の関係があるため、湿球温度の代わりに比エンタルピを外気条件に用いてもよい。
205 is a temperature sensor that measures the temperature of the outside air, and 211 is a humidity sensor that measures the humidity of the outside air. Based on the measured values of the
本実施形態は上記構成において、制御装置80内部に予め作成されたデータベース(制御テーブルまたは近似曲線等)80aの設定値80bを抽出して、システムの各部に供給して運転するようにしたものである。設定値は、システム全体の消費エネルギーが最も小さくなる値で構成されている。図2は設定値を求めるイメージを示した図である。外気湿球温度(Y軸),冷却負荷(X軸),太陽熱の集熱量(Z軸)が決まったら破線の交点の黒丸で示す設定値が決まり,その値で制御する。
In the above-described configuration, this embodiment is configured to extract a
データベースとしての制御テーブル80aの設定値80bは、運転する吸収式冷凍機の台数,冷却塔ファン10aのインバータ周波数,各冷却水ポンプ21〜23のインバータ周波数の3種類であり、システムを制御する中間的な設定値ではなく、システムを直接的に制御できる最終的な設定値となっている。したがって、抽出された設定値は変換することなく直接インバータを制御することができる。図3は制御テーブル80aの具体構成を示した図である。制御テーブル80aは,入力条件として横軸に外気湿球温度・冷却負荷をとり,縦軸に太陽熱の集熱量をとってあり、その交点に上記した3種類の設定値が設けられている。
The
上記設定値80bは、予め、後述するシミュレーション計算により、太陽熱集熱量・外気湿球温度(外気条件)・冷却負荷を変化させたときのシステム全体の消費電力とガス消費量を計算して、その消費量と単価からランニングコストが最小となる値が求められている。
The
図6は上記制御テーブル80aの設定値80bに基いてシステム全体の最適化制御方法を示した動作フローチャートである。
FIG. 6 is an operation flowchart showing an optimization control method for the entire system based on the
まず,稼動中のシステムについて、温度センサ201,202,203,204,205,流量センサ221,222,湿度センサ211,圧力センサ231の計測値を制御装置80に取得する(ステップ730)。次に,制御装置80で温度センサ201と温度センサ202と圧力センサ231と流量センサ222の計測値に基づいて太陽熱集熱器1の集熱量を計算する。温度センサ203と温度センサ204と流量センサ221の計測値により冷却負荷を計算し,温度センサ205と湿度センサ211の計測値により外気の湿球温度を計算する(ステップ731)。
First, the measured values of the
次に,図3の制御テーブル80aを参照して,前記の太陽熱の集熱量,外気の湿球温度,及び冷却負荷に対応する吸収式冷凍機31,32,33の運転台数,冷却塔10のファン10aのインバータ110の周波数,冷却水ポンプ21,22,23のインバータ121,122,123の周波数の設定値80bを抽出する(ステップ732)。そして,抽出された設定値80bの前記の吸収式冷凍機31,32,33の運転台数,冷却塔10のファン10aのインバータ110の周波数,冷却水ポンプ21,22,23のインバータ121,122,123の周波数を各機器に送出してシステムを制御する(ステップ733)。
Next, referring to the control table 80a of FIG. 3, the number of operating the
この制御により、システム全体はランニングコストが最小となる運転が実行される。 By this control, the entire system is operated with the minimum running cost.
なお,太陽熱の集熱量,外気の湿球温度,及び冷却負荷については,これまでの時系列データから予測値を作成して,それを用いてもよい。 In addition, about the amount of solar heat collection, the wet-bulb temperature of external air, and a cooling load, you may create and use a predicted value from the time series data until now.
次に、制御テーブル80aの生成方法を図4のフローチャートで説明する。制御テーブル80aの生成は、予めシステムの設計図などの、入力とその出力の仕様に基いて、図1に示すシステムとは別の装置(図示せず)によって行なわれる。 Next, a method for generating the control table 80a will be described with reference to the flowchart of FIG. The control table 80a is generated in advance by a device (not shown) different from the system shown in FIG. 1 based on the specifications of the input and its output, such as a design drawing of the system.
図4のフローチャートは図2の黒丸で示す一点,あるいは図3の交点となる一点の設定値を決めるフローチャートであり,繰り返し計算を行なうことによりすべての交点の設定値を決めていく。本実施態様では,評価関数としてランニングコストで説明するが,その他の評価関数を用いても良い。図4のフローチャートを一回実行することにより図3の制御テーブルの一交点が決まり,これを繰り返し実行することにより図3の制御テーブルのすべての交点を決める。 The flowchart of FIG. 4 is a flowchart for determining a set value of one point indicated by a black circle in FIG. 2 or an intersection point in FIG. 3, and the set values of all the intersection points are determined by repeated calculation. In this embodiment, the running cost is described as the evaluation function, but other evaluation functions may be used. By executing the flowchart of FIG. 4 once, one intersection of the control table of FIG. 3 is determined, and by repeating this, all the intersections of the control table of FIG. 3 are determined.
ステップ401では,図3の制御テーブルの決めたい一交点に対応する太陽熱の集熱量と、外気の湿球温度と、冷却負荷を入力する。ステップ402〜ステップ406を繰返すことにより,運転可能な吸収式冷凍機の運転台数,冷却塔10のインバータ110の周波数,冷却水ポンプ21,22,23のそれぞれのインバータ121,122,123の周波数の全ての組み合わせが順次設定され,すべての組み合わせの計算が終了したらステップ405からステップ407に移る。なお,インバータ110,121,122,123の周波数はある一定の刻み毎の値とする。
In step 401, the amount of solar heat collection, the wet bulb temperature of the outside air, and the cooling load corresponding to one intersection point to be determined in the control table of FIG. 3 are input. By repeating Step 402 to Step 406, the number of operating absorption refrigerators that can be operated, the frequency of the
上記ステップ403では,太陽熱の集熱量,外気の湿球温度,冷却負荷,冷凍機の運転台数,冷却塔10のインバータ110の周波数,冷却水ポンプ21,22,23のインバータ121,122,123の周波数を入力とし,シミュレーション計算によりシステム全体の消費電力とガス消費量を計算する。このシミュレーション計算については後述する。
In
ステップ404では,評価関数の計算と比較を行なう。まず,電力単価とガス単価を使用して評価関数であるランニングコストを計算する。次に評価関数の比較を行なう。前回の評価関数の値が記憶されていない場合(1回目の計算など)は,その時の冷凍機の運転台数とインバータ110,121,122,123の周波数の組み合わせと評価関数の値を記憶する。前回の評価関数の値が記憶されている場合(2回目以降)は,記憶されている前回の評価関数と比較して,今回計算した評価関数の値の方が小さい場合には,今回の冷凍機の運転台数とインバータ110,121,122,123の周波数の組み合わせと評価関数の値を更新して記憶し,大きい場合には前回の評価関数そのままにしておく。なお,前記処理において,機器の運転範囲等の機器の制約条件を満たした場合は記憶処理は行なわない。
In
すべての設定の計算が終了したら,ステップ407でステップ404で記憶された(評価関数を最も小さくする)冷凍機の運転台数と、インバータ110,121,122,123の周波数の組み合わせ(吸収式冷凍機の台数,冷却塔ファン10aのインバータ周波数,各冷却水ポンプのインバータ周波数の3種類)が設定値として、図3の制御テーブル80aの交点に記憶される。このようにして、システムの消費エネルギーが最小になる設定値80bが記憶される。
When calculation of all the settings is completed, the combination of the number of operating refrigerators stored in step 404 (minimizing the evaluation function) and the frequency of
上記は,ある値の刻み毎のすべてのケースについて評価関数の値を計算し,評価関数を最小とする最適な設定値の組み合わせを求めたが,最急降下法,準ニュートン法,逐次二次計画法等の最適化アルゴリズムを用いても良い。 In the above, the value of the evaluation function was calculated for every case of a certain value, and the optimal combination of setting values that minimizes the evaluation function was obtained. However, the steepest descent method, quasi-Newton method, sequential quadratic programming An optimization algorithm such as a method may be used.
図5は、図4のステップ403のシミュレーション計算を詳細に説明したフローチャートである。図5のシミュレーション計算では、消費電力とガス消費量を求め,電力とガスの単価を用いてランニングコストを計算する。次に図5のフローチャートの詳細な説明を行なう。
FIG. 5 is a flowchart illustrating in detail the simulation calculation in
ステップ501では,太陽熱の集熱量,外気の湿球温度,冷却負荷,冷凍機の運転台数,冷却塔10のインバータ110の周波数,冷却水ポンプ21,22,23のインバータ121,122,123の周波数を入力する。
In step 501, the amount of solar heat collected, the wet bulb temperature of the outside air, the cooling load, the number of operating refrigerators, the frequency of the
ステップ502では、上記入力に基いて冷水ポンプの消費電力を計算する。すなわち、冷却負荷と冷凍機の運転台数から冷水ポンプ41,42,43の流量を求める。冷水ポンプ41,42,43の流量からインバータ141,142,143の周波数を求める。インバータ141,142,143の周波数から冷水ポンプ41,42,43の消費電力を求める。なお,インバータ周波数と流量,消費電力には一定の関係があるため試運転の時に求めておく。あるいは,ポンプの流量,圧力,電力がそれぞれインバータ周波数の1乗,2乗,3乗に比例する法則の(式1)、(式2)、(式3),ポンプの吐出圧力特性と流路の抵抗特性の釣合い(式4),ポンプの消費電力特性の(式5)を使って求めてもよい。
In step 502, the power consumption of the cold water pump is calculated based on the input. That is, the flow rates of the chilled water pumps 41, 42, and 43 are obtained from the cooling load and the number of operating refrigerators. The frequencies of the
以下,ポンプのインバータ周波数,流量,消費電力等の計算では同様の方法で計算するため,説明を省略する。また,ファンについても同様の方法で計算するため,説明を省略する。 Hereinafter, the calculation of the inverter frequency, flow rate, power consumption, etc. of the pump is performed in the same manner, and the description is omitted. Also, since the fan is calculated in the same way, the description is omitted.
ステップ503では,冷却水ポンプの消費電力と冷却水流量を計算する。すなわち、冷凍機の運転台数とインバータ121,122,123の周波数から冷凍機31,32,33に流れる冷水の流量と冷却水ポンプの消費電力を計算する。
In step 503, the power consumption and cooling water flow rate of the cooling water pump are calculated. That is, the flow rate of cold water flowing through the
ステップ504では,冷却水の往温度を設定する。ここで冷却水の往温度は冷却水の温度が低い方の温度(冷却塔から冷凍機に流れる冷却水の温度)で,高い方の温度を冷却水の還温度(冷凍機から冷却塔に戻る冷却水の温度)と呼ぶこととする。 In step 504, the forward temperature of the cooling water is set. Here, the forward temperature of the cooling water is the lower temperature of the cooling water (the temperature of the cooling water flowing from the cooling tower to the refrigerator), and the higher temperature is the return temperature of the cooling water (returning from the refrigerator to the cooling tower) The temperature of the cooling water).
ステップ505では、吸収式冷凍機31,32,33の蒸気消費量と消費電力,冷却水の還温度を求める。吸収式冷凍機31,32,33の蒸気消費量は,冷却水の往温度,冷却水流量,冷却負荷,冷却水往温度,冷却水流量で決まる。この関係式を予めサイクルシミュレーションで求めておいて,この関係式を利用して計算する。あるいは,吸収式冷凍機のメーカが関係式を公開している場合はその関係式を用いる。あるいは,実際に計測により関係式を求めておいてもよい。消費電力についてはほぼ一定のため,試運転の時に計測しておきその値を用いる。そして,熱収支から冷却水の還温度を求める。
In step 505, the steam consumption, power consumption, and cooling water return temperature of the
ステップ506では冷却塔の消費電力と冷却水の往温度の計算を行なう。まず,インバータ110の周波数から冷却塔ファン10aの風量と消費電力を計算する。これらは一定の関係があるため試運転の時に求めておく。次にステップ505で計算された冷却水の還温度とステップ504で計算された冷却水の流量と外気の湿球温度と冷却塔ファン10aの風量から,冷却水の往温度を計算する。前記計算はエンタルピ基準総括容積伝熱係数を利用した冷却塔での交換熱量の計算の(式6)と熱量保存の法則の(式7)を用いて計算する。
In step 506, the power consumption of the cooling tower and the forward temperature of the cooling water are calculated. First, the air volume and power consumption of the
ステップの505,506は何回か繰り返し計算すると、冷却水の往温度,還温度が変わらなくなり収束するため,ステップ507で収束したらステップ508に移る。ステップ508では収束した状態でボイラ4でのガス消費量を計算する。ステップ505で計算された吸収式冷凍機で必要とする蒸気量と太陽熱の集熱量から生成できる蒸気量の差をとり,ボイラで生成する蒸気量を計算する。そしてその蒸気量を生成するのに必要なガス消費量を計算する。
If the steps 505 and 506 are repeatedly calculated several times, the flow temperature and return temperature of the cooling water converge and remain unchanged. If the flow converges at
ステップ509では,ポンプ3,5,冷水二次ポンプ60の消費電力を計算する。蒸気量からポンプ5でボイラに送る水の流量が計算できるため、その時のポンプ5のインバータ周波数と消費電力を計算する。また,太陽熱の集熱量から太陽熱集熱器1に送る水の流量が求まるため,その時のポンプ3の流量,インバータ周波数,電力を計算する。また,冷却負荷から冷水二次ポンプ60の流量が求まるため,その時のインバータ周波数と消費電力を計算する。ステップ510では,ステップ502から509で計算した消費電力とガス消費量のそれぞれを合計する。
In step 509, the power consumption of the
以上の制御テーブル80aの生成方法によって、システム全体の消費電力とガス消費量が計算できる。 With the above generation method of the control table 80a, the power consumption and gas consumption of the entire system can be calculated.
上記のようにして、外気条件と太陽熱の集熱量と冷却負荷の状態に応じて,システム全体のランニングコスト(消費エネルギー)が最小になるような冷凍機運転台数と,インバータ周波数が制御テーブル80aに設定される。
(第2の実施形態)
図7は本発明の第2の実施形態のシステムの構成図である。ここでは第1の実施形態と異なる部分について述べる。太陽熱集熱器1には液体の熱媒体が流れる。液体の熱媒体としては,高圧の水あるいはオイル等が使用可能である。太陽熱集熱器1で熱媒体は太陽の熱で加熱される。熱媒体は太陽熱集熱器1の入口で190℃程度,出口で200℃程度である。
As described above, the number of operating refrigerators and the inverter frequency are minimized in the control table 80a in accordance with the outside air condition, the amount of solar heat collected and the state of the cooling load, so that the running cost (energy consumption) of the entire system is minimized. Is set.
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a configuration diagram of a system according to the second embodiment of this invention. Here, a different part from 1st Embodiment is described. A liquid heat medium flows through the
加熱された熱媒体は、熱交換器7で水と熱交換する。熱交換器7で熱交換した水は180℃程度の蒸気となり,吸収式冷凍機31,32,33に送られる。太陽熱集熱器1での太陽熱の集熱量は、温度センサ206と温度センサ207と流量センサ222の計測値を基に計算される。
The heated heat medium exchanges heat with water in the heat exchanger 7. The water heat-exchanged by the heat exchanger 7 becomes steam at about 180 ° C. and is sent to the
ポンプ6は太陽熱集熱器1に熱媒体を循環させるポンプで,インバータ106が接続されている。インバータ106の周波数を変更することで太陽熱集熱器1に流れる熱媒体の流量を変える。太陽熱集熱器1に流れる熱媒体は,集熱量が大きいときは流量を大きくし,集熱量が小さいときは流量を小さくする。
The pump 6 is a pump that circulates a heat medium in the
負荷70の部分には実施形態1の冷水槽と二次ポンプがなく,冷水は往ヘッダー81を通って負荷に流れ,還ヘッダー82を通って吸収式冷凍機31,32,33へ戻ってくる。負荷の熱量は温度センサ208,209と流量センサ223の計測値を基に計算する。外気の湿球温度の検出方法と制御方法は第1の実施形態と同様である。
The portion of the
本実施形態によれば、冷水槽と二次ポンプが無いので、構造を大幅に簡略化することができる。また、熱交換器7で太陽集熱器1の配管系とその他の配管系を分離して配管系の管理が独立してできるので、故障時のメンテナンスが容易となる。また、本実施形態での熱媒体は太陽熱集熱器1と熱交換器7のみ流通するので量が少なくて済む。さらに、太陽熱集熱器1での太陽熱の集熱量が、太陽熱集熱器1の配管系に配置されたセンサである温度センサ206と温度センサ207と流量センサ222計測値を基に計算されるので、システムの稼動開始直後から太陽熱の集熱量を検出でき、システム制御の立ち上がりを早めることができる。
(第3の実施形態)
図8は本発明の第3の実施形態のシステムの構成図である。ここでは第1の実施形態と異なる部分について述べる。
According to this embodiment, since there is no cold water tank and secondary pump, the structure can be greatly simplified. Further, since the heat exchanger 7 separates the piping system of the
(Third embodiment)
FIG. 8 is a configuration diagram of a system according to the third embodiment of this invention. Here, a different part from 1st Embodiment is described.
直達日射計250では,太陽の直達日射量(太陽の光球の範囲からのみの日射量、直射日光を測定したもの)を計測する。ここでは直達日射計で説明するが全天日射計で計測した全天日射量から直達日射量を推定してもよい。図9は直達日射量から太陽熱集熱量を計算するフローチャートである。
Direct
まず、ステップ531で直達日射計250で計測された太陽の直達日射量と時刻,緯度,経度を制御装置80に入力する。時刻は運転台数,インバータ周波数を変える制御周期の時刻を入力する。次いでステップ532で、時刻,緯度,経度から太陽の位置を計算する。制御装置80では、太陽の位置,太陽の直達日射量,太陽熱集熱器1の特性から太陽熱集熱量を計算する。外気の湿球温度の検出、冷却負荷の検出およびシステムの動作制御は第1の実施形態と同様に行なう。
First, in
本実施形態によれば、日射量から太陽熱集熱量を算出するので、日射量が変化した場合にも速やかに正確に太陽熱集熱量を把握することができ、日射量の変化に敏速・正確に対応して制御装置80によるシステム全体の制御を敏速に対応できる。
According to the present embodiment, the amount of solar heat collected is calculated from the amount of solar radiation, so even if the amount of solar radiation changes, the amount of solar heat collected can be quickly and accurately grasped, and the change in the amount of solar radiation can be promptly and accurately handled. Thus, the control of the entire system by the
1…太陽熱集熱器、2…気液分離機、4…ボイラ、10…冷却塔、10a…冷却塔のファン、21〜23…冷却水ポンプ、31〜33…吸収式冷凍機、70…冷却負荷、80…制御装置、80a…制御テーブル、80b…設定値、110…ファンのインバータ、121〜123…冷却水ポンプのインバータ、201…分離された気体の温度センサ、202…吸収式冷凍機から戻る液体の温度センサ、231…分離された気体の圧力センサ、201、202、222、231…集熱量検出手段、205、211…外気条件検出手段、203、204、221…負荷検出手段、250…日射計。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
太陽の熱エネルギーを集熱する太陽熱集熱器と、
太陽熱集熱器で集熱した熱を駆動エネルギーとする吸収式冷凍機と、
上記吸収式冷凍機への冷却水を冷却する冷却塔と、
外気の比エンタルピあるいは外気の湿球温度の外気条件を検出する外気条件検出手段と、
上記太陽熱集熱器の集熱量を検出する集熱量検出手段と、
熱媒体の冷却負荷する検出する負荷検出手段と、
インバータで駆動される冷却水ポンプまたはインバータで駆動される冷却塔のファンと、
上記各部を制御する制御装置と、
外気条件、太陽光集熱器の集熱量、冷却負荷のパラメータの値から、前記冷却水ポンプまたは前記冷却塔のインバータ周波数、または、前記吸収式冷凍機の台数の少なくとも1つの設定値を抽出する制御テーブルが記憶されたデータベースを備え、
上記で検出された外気条件、太陽熱集熱器の集熱量、冷却負荷に応じて、前記データベースから上記各インバータの周波数または前記吸収式冷凍機の運転台数の設定値を抽出し、この設定値によって上記各インバータの動作または前記吸収式冷凍機の運転、停止を制御することを特徴とする冷却システム。 In the cooling system for cooling the heat medium load,
A solar collector that collects solar thermal energy;
An absorption refrigerator that uses the heat collected by the solar heat collector as drive energy;
A cooling tower for cooling the cooling water to the absorption refrigerator,
An outside air condition detecting means for detecting an outside air condition such as a specific enthalpy of outside air or a wet bulb temperature of outside air;
A heat collection amount detecting means for detecting a heat collection amount of the solar heat collector;
A load detecting means for detecting the cooling load of the heat medium;
A cooling water pump driven by an inverter or a cooling tower fan driven by an inverter;
A control device for controlling each of the above-mentioned parts ;
Extracting at least one set value of the inverter frequency of the cooling water pump or the cooling tower or the number of the absorption chillers from the outside air conditions, the amount of collected heat of the solar collector, and the parameter value of the cooling load It has a database that stores control tables,
The detected ambient conditions above, collecting heat of solar heat collector, in accordance with the cooling load, extracts the set value of each inverter frequency or the number of operating units of the absorption chiller from the database, this setting value A cooling system for controlling the operation of each of the inverters or the operation / stop of the absorption refrigerator.
上記データベースは制御テーブルであり,上記制御テーブルはシミュレーションを用いて外気条件、太陽熱集熱集量、冷却負荷の制御目標値を変更して繰り返し計算し,システム全体の消費エネルギーが最も小さくなる上記各インバータの周波数または前記吸収式冷凍機の運転台数が設定値として設けられていることを特徴とする冷却システム。 The cooling system according to claim 1,
The database is a control table, and the control table is repeatedly calculated by changing the control target value of the outside air condition, the solar heat collection amount, and the cooling load by using a simulation, and each of the above-mentioned respective systems has the smallest energy consumption. cooling system, wherein a number of operating inverters of the frequency or the absorption refrigerator is provided as a setting value.
前記シミュレーションは、サイクルシミュレーションで求めた蒸気消費量の関係式、あるいは吸収式冷凍機の蒸気消費量の関係式を基に吸収式冷凍機の蒸気消費量を計算するステップを備えたシミュレーションであることを特徴とする冷却システム。The simulation is a simulation including a step of calculating the steam consumption of the absorption refrigeration machine based on the relational expression of the steam consumption obtained by the cycle simulation or the relational expression of the steam consumption of the absorption chiller. A cooling system featuring.
前記シミュレーションは、少なくとも冷却水ポンプに入力される電力の周波数から冷却水流量と冷却水ポンプの消費電力を計算するステップを備えたシミュレーションであることを特徴とする冷却システム。The said simulation is a simulation provided with the step which calculates the cooling water flow volume and the power consumption of a cooling water pump from the frequency of the electric power input into a cooling water pump at least.
前記シミュレーションは、冷却塔のファンに入力される電力の周波数から風量と消費電力を計算し、外気条件と前記風量と冷却水の流量と冷却水還温度から冷却水往温度を計算するステップを備えたシミュレーションであることを特徴とする冷却システム。The simulation includes a step of calculating an air volume and power consumption from a frequency of electric power input to a fan of the cooling tower, and calculating a cooling water feed temperature from an outside air condition, the air volume, a cooling water flow rate, and a cooling water return temperature. Cooling system characterized by a simulation.
さらに、太陽熱集熱器から導出される熱媒体を液体と気体に分離し、気体を上記吸収式冷凍機に駆動エネルギーとして供給すると共に液体を上記太陽熱集熱器に戻す気液分離器を備え、上記制御装置は上記気液分離器で分離された気体の温度と圧力及び上記吸収式冷凍機から戻る液体の温度に基づいて太陽熱の集熱量を算出することを特徴とする冷却システム。 In the cooling system in any one of Claims 1-5,
Furthermore, a gas-liquid separator that separates the heat medium derived from the solar heat collector into liquid and gas, supplies the gas as driving energy to the absorption chiller, and returns the liquid to the solar heat collector, The said control apparatus calculates the amount of solar heat collection based on the temperature and pressure of the gas isolate | separated by the said gas-liquid separator, and the temperature of the liquid which returns from the said absorption refrigeration machine, The cooling system characterized by the above-mentioned.
さらに、日射量を計測する日射計を備え、上記制御装置は計測された太陽の日射量と時刻に基づいて太陽熱の集熱量を算出することを特徴とする冷却システム。 In the cooling system in any one of Claims 1-5,
The cooling system further comprises a pyranometer for measuring the amount of solar radiation, and the control device calculates a solar heat collection amount based on the measured amount of solar radiation and time.
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