JP5538917B2 - Heat source system - Google Patents
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Description
本発明は、蒸発器と凝縮器を有する冷凍機を利用して、熱供給先に熱エネルギーを供給する熱源システムに関する。 The present invention relates to a heat source system that supplies thermal energy to a heat supply destination using a refrigerator having an evaporator and a condenser.
冷凍機を利用した熱源システムにおいては、冷凍機の運転効率が熱源システム全体の消費エネルギーの変動に大きく影響を与えるため、冷凍機を如何に効率的に駆動するか、さらには熱源システムに備えられる冷凍機以外の機器を如何に効率的に駆動するか、様々な技術の開発が行われてきている。たとえば、特許文献1に示すように、冷水の流れに対して性能の異なる冷凍機を複数台直列に接続し、負荷の大きさに応じて冷凍機の運転台数を制御する技術が開示されている。なお、当該技術では、各冷凍機に供給される冷却水は、冷水とは異なり各冷凍機に対してそれぞれ、すなわち並列に供給されている。
In a heat source system using a refrigerator, the operating efficiency of the refrigerator greatly affects the fluctuations in energy consumption of the entire heat source system, so how to efficiently drive the refrigerator, and further provided in the heat source system Various techniques have been developed for how to efficiently drive devices other than refrigerators. For example, as shown in
また、複数の冷凍機を負荷に対して並列に設置し、それぞれの冷凍機からの冷水を供給可能となるように構成された熱源システムにおいて、冷凍機に流れ込む冷水の流量を、最大負荷時の冷水流量よりも多い過流量状態とすることで、システムの効率を向上させる技術が開示されている(たとえば、特許文献2を参照)。当該技術では、冷水流量を過流量状態とすることで、冷凍機での冷水の往還温度差が所定よりも小さくなった場合でも、外部負荷に対して冷凍機の上限能力まで熱供給ができ、以て熱源システムの効率改善を図ろうとする。 In addition, in a heat source system configured to install multiple chillers in parallel to the load and to be able to supply chilled water from each chiller, the flow rate of chilled water flowing into the chiller is adjusted at the time of maximum load. A technique for improving the efficiency of the system by setting an excessive flow rate state larger than the cold water flow rate is disclosed (see, for example, Patent Document 2). In this technology, by setting the chilled water flow rate to an overflow state, even when the return temperature difference of the chilled water in the refrigerator becomes smaller than a predetermined value, heat can be supplied to the external load up to the upper limit capacity of the refrigerator, Therefore, it is intended to improve the efficiency of the heat source system.
冷凍機を利用した熱源システムにおいて、そのシステム効率を向上させるには冷凍機自体の運転効率が良好となる冷凍機の運転状態を維持するのが理想的である。冷凍機の具体的な構成にもよるが、例えば、冷凍機にかかる負荷が大きいほどのその効率が高くなる構成を有する冷凍機では、最大負荷である定格負荷状態(100%負荷状態)で駆動を継続することで、熱源システムの効率改善を図ることが可能である。しかし、実際の熱源システムの熱供給先での熱消費の状況によって、冷凍機にかかる負荷は変動し、その多くの場合は、定格負荷状態より低負荷となる部分負荷状態となっている。そのため、冷凍機自体を、最善の効率状態で駆動し続けるのが難しい。 In a heat source system using a refrigerator, in order to improve the system efficiency, it is ideal to maintain the operation state of the refrigerator in which the operation efficiency of the refrigerator itself is good. Depending on the specific configuration of the refrigerator, for example, in a refrigerator having a configuration in which the efficiency increases as the load applied to the refrigerator increases, it is driven at the rated load state (100% load state) that is the maximum load. By continuing this, it is possible to improve the efficiency of the heat source system. However, the load applied to the refrigerator varies depending on the state of heat consumption at the heat supply destination of the actual heat source system, and in many cases, the load is a partial load state that is lower than the rated load state. Therefore, it is difficult to continue driving the refrigerator itself in the best efficiency state.
ここで、複数台の冷凍機を直列につなぐ構成を採用する熱源システムでは、従来では、一台の冷凍機にかかる負荷が部分負荷状態となると、当該冷凍機からの冷水出口温度を下げることで、当該冷凍機にかかる負荷を上昇させて冷凍機の運転効率を上げようとする手法が一般的に採用されている。しかし、この手法では、上記一台の冷凍機以外の冷凍機についてみると、その冷凍機にかかる負荷は下がってしまうことになるので、熱源システム
全体としては部分負荷状態に置かれているのには変わりなく、結果的にシステム効率の改善を図ることが難しいままである。
Here, in a heat source system that employs a configuration in which a plurality of refrigerators are connected in series, conventionally, when the load applied to one refrigerator is in a partial load state, the temperature of the chilled water outlet from the refrigerator is decreased. In general, a technique for increasing the operating efficiency of the refrigerator by increasing the load applied to the refrigerator is generally employed. However, in this method, when the chiller other than the one chiller is viewed, the load on the chiller is reduced, so the heat source system as a whole is placed in a partial load state. As a result, it remains difficult to improve system efficiency as a result.
そこで、本発明では、上記問題に鑑み、複数台の冷凍機を直列につなぐ構成を採用する熱源システムにおいて、実質的なシステム効率の改善を図ることを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to substantially improve system efficiency in a heat source system employing a configuration in which a plurality of refrigerators are connected in series.
本発明では、上記の課題を解決するために、熱源システムにおいて、複数台の冷凍機を直列につなぐ構成を採用し、熱供給先に供給する冷水温度を所定温度とするように各冷凍機を制御するとともに、その際に各冷凍機に流れこむ冷水の流量を、熱供給先から要求される負荷の大きさに応じて過流量状態とする。すなわち、各冷凍機での冷水の温度落差(蒸発器に対する冷水の入口温度と出口温度の差)の変化、特に温度落差の低下に応じて、冷水流量を増量することで、冷凍機が発揮する出力能力を比較的高い状態に維持し、それにより冷凍機の運転効率を向上させようというものである。 In the present invention, in order to solve the above-described problems, the heat source system adopts a configuration in which a plurality of refrigerators are connected in series, and each refrigerator is set so that the temperature of the chilled water supplied to the heat supply destination is a predetermined temperature. While controlling, let the flow volume of the cold water which flows into each refrigerator in that case be an overflow state according to the magnitude | size of the load requested | required from the heat supply destination. That is, the refrigerator exerts its effect by increasing the chilled water flow rate according to the change in the temperature drop of the chilled water in each refrigerator (difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the chilled water with respect to the evaporator), especially the decrease in the temperature difference. It is intended to maintain the output capacity at a relatively high state, thereby improving the operating efficiency of the refrigerator.
具体的には、本発明は、冷却塔と、蒸発器と凝縮器をそれぞれ有する第一冷凍機と第二冷凍機を含んで形成される冷凍機群と、前記冷却塔からの冷却水を、前記冷凍機群のそれぞれの冷凍機が有する凝縮器に直列に供給する冷却水配管と、前記冷却水配管において冷却水を圧送する冷却水ポンプと、前記冷凍機群のそれぞれの冷凍機が有する蒸発器に対して、直列に且つ前記冷却水配管における冷却水の流れ方向と反対の流れ方向となるように冷水を供給する冷水配管と、前記冷水配管において冷水を圧送する冷水ポンプと、を備え、熱供給先に冷水を介して熱エネルギーを供給する熱源システムである。そして、前記熱源システムは、更に、該熱源システムが熱供給先に供給すべき熱エネルギー量に基づいて、前記冷凍機群の出力負荷を算出する負荷算出部と、前記第一冷凍機および前記第二冷凍機を経て前記冷水配管を介して熱供給先に供給する冷水の温度が、前記負荷算出部によって算出された前記出力負荷にかかわらず所定供給温度となるように、該第一冷凍機および該第二冷凍機を制御する第一制御部と、前記負荷算出部によって算出された前記出力負荷が前記冷凍機群の定格出力負荷より小さくなるに従い、前記冷水配管を流れる冷水流量が、該定格出力負荷時に該冷水配管を流れる定格冷水流量と比べて増量するように前記冷水ポンプを制御する第二制御部と、を備える。 Specifically, the present invention provides a cooling tower, a refrigerator group formed by including a first refrigerator and a second refrigerator each having an evaporator and a condenser, and cooling water from the cooling tower, Cooling water pipes supplied in series to the condensers of the respective refrigerators of the refrigerator group, a cooling water pump for pumping the cooling water in the cooling water pipes, and evaporation of the respective refrigerators of the refrigerator group A chilled water pipe that supplies chilled water in series and in a direction opposite to the flow direction of the cooling water in the cooling water pipe, and a chilled water pump that pumps the chilled water in the cold water pipe, This is a heat source system that supplies heat energy to the heat supply destination via cold water. The heat source system further includes a load calculation unit that calculates an output load of the refrigerator group based on a heat energy amount that the heat source system should supply to a heat supply destination, the first refrigerator, and the first refrigerator The first refrigerator and the first refrigerator, so that the temperature of the cold water supplied to the heat supply destination via the cold water pipe via the two refrigerators becomes a predetermined supply temperature regardless of the output load calculated by the load calculation unit. As the output load calculated by the first control unit for controlling the second refrigerator and the load calculation unit becomes smaller than the rated output load of the refrigerator group, the flow rate of cold water flowing through the cold water pipe is the rated value. A second control unit that controls the chilled water pump so as to increase the flow rate compared to the rated chilled water flow rate that flows through the chilled water pipe during output load.
本発明に係る熱源システムに備えられる冷凍機群においては、冷水と冷却水の流れが相互反対方向、すなわちカウンターフローの流れが形成されている。たとえば、冷水が第一冷凍機の蒸発器、第二冷凍機の蒸発器の順に流れるとき、冷却水は第二冷凍機の凝縮器、第一冷凍機の凝縮器の順に流れることになる。なお、冷凍機群における第一冷凍機と第二冷凍機の順については、たとえば、冷水の流れにおいて、どちらの冷凍機が上流側に配置されてもよいが、上記の一例では、第一冷凍機が上流側に配置されていることになる。このように、二台の冷凍機が直列に接続された冷凍機群において、冷水の流れと冷却水の流れがカウンターフローとなることで、それぞれの冷凍機内の凝縮器と蒸発器との間で行われる熱交換を効率的に実施でき、冷凍機の運転効率を改善できる。 In the refrigerator group provided in the heat source system according to the present invention, the flows of cold water and cooling water are in opposite directions, that is, a counterflow flow is formed. For example, when cold water flows in the order of the evaporator of the first refrigerator and the evaporator of the second refrigerator, the cooling water flows in the order of the condenser of the second refrigerator and the condenser of the first refrigerator. As for the order of the first refrigerator and the second refrigerator in the refrigerator group, for example, in the flow of cold water, either refrigerator may be arranged on the upstream side. The machine is located upstream. In this way, in the refrigerator group in which two refrigerators are connected in series, the flow of cold water and the flow of cooling water become a counter flow, so that between the condenser and the evaporator in each refrigerator. The heat exchange performed can be performed efficiently, and the operating efficiency of the refrigerator can be improved.
ここで、上記熱源システムでは、負荷算出部によって冷凍機群が担うべき出力負荷の算出が行われる。なお、本明細書では、冷凍機群もしくはそこに含まれる冷凍機が担うべき出力負荷について、最大出力時の負荷を「定格出力負荷」もしくは100%負荷と称し、以降出力負荷が低減したときの負荷を「部分負荷」もしくはその程度に応じた数値とともに%表示した負荷(たとえば、「80%負荷」等)で表わすものとする。 Here, in the heat source system, the load calculation unit calculates the output load that the refrigerator group should bear. In addition, in this specification, the load at the time of the maximum output is referred to as “rated output load” or 100% load for the output load that should be taken by the refrigerator group or the refrigerators included therein, and when the output load is reduced thereafter. The load is expressed as “partial load” or a load expressed in% together with a numerical value corresponding to the degree (for example, “80% load”).
そして、負荷算出部で算出された負荷に応じて、各冷凍機の制御と、各冷凍機に流れ込む冷水の流量の制御が行われる。すなわち、上記第一制御部は、第一冷凍機および第二冷凍機、すなわち冷凍機群を経て熱供給先に供給される冷水の温度が、所定供給温度となる
ように各冷凍機の制御を行う。この所定供給温度は、常時一定の温度でもよく、また熱供給先の要求に応じて、適宜変更されてもよい。肝要である点は、冷凍機群は、熱供給先に対して所定供給温度である冷水を供給するよう、第一制御部によって制御されることである。
And according to the load calculated in the load calculation part, control of each refrigerator and control of the flow volume of the cold water which flows into each refrigerator are performed. That is, the first control unit controls each refrigerator so that the temperature of the cold water supplied to the heat supply destination through the first refrigerator and the second refrigerator, that is, the refrigerator group, becomes a predetermined supply temperature. Do. This predetermined supply temperature may be a constant temperature at all times, or may be changed as appropriate according to the requirements of the heat supply destination. The important point is that the refrigerator group is controlled by the first control unit so as to supply cold water having a predetermined supply temperature to the heat supply destination.
そして、本発明に係る熱源システムでは上記第一制御部に加えて、冷水ポンプを制御して冷水流量を調整する第二制御部が備えられる。この第二制御部は、負荷算出部が算出した出力負荷が部分負荷状態となると、その部分負荷状態の程度に応じて、冷水配管を流れる冷水流量を定格冷水流量よりも増量するように冷水ポンプを制御する。すなわち、算出された出力負荷の、定格出力負荷からの低下量が大きくなるに従い、第二制御部は、冷水流量を定格冷水流量よりも増量、換言すると過流量状態とするように冷水ポンプの制御を行う。このように第一制御部によって供給される冷水温度が所定供給温度になるように冷凍機群が制御されている状態で、第二制御部によって冷水流量の過流量制御が行われることで、負荷算出部が算出した出力負荷が部分負荷状態であっても、冷凍機群を形成する各冷凍機が担うべき出力を、冷凍機の運転効率にとって好適な状態(たとえば、出力が低下することで運転効率が低下する状態を回避できる状態)とすることが可能となる。すなわち、当該出力負荷が部分負荷状態になることで、本来的には冷凍機群の為すべき仕事量が小さくなるところ、冷水流量が過流量状態に制御されることで、結果として冷凍機群の為すべき仕事量の低減を抑制することができる。そのため、当該出力負荷が部分負荷状態であっても、冷凍機群の担うべき出力を比較的高い状態に維持することができ、以て冷凍機群を形成する冷凍機の運転効率の低下を回避することが可能となる。 And in the heat source system which concerns on this invention, in addition to said 1st control part, the 2nd control part which controls a cold water pump and adjusts a cold water flow volume is provided. When the output load calculated by the load calculation unit is in a partial load state, the second control unit is configured to increase the chilled water flow rate through the chilled water pipe from the rated chilled water flow rate according to the degree of the partial load state. To control. That is, as the amount of decrease in the calculated output load from the rated output load increases, the second control unit controls the chilled water pump so that the chilled water flow rate is increased from the rated chilled water flow rate, in other words, an overflow state. I do. In this state where the chiller group is controlled so that the chilled water temperature supplied by the first control unit becomes a predetermined supply temperature, the second control unit performs overflow control of the chilled water flow rate, so that the load Even if the output load calculated by the calculation unit is in a partial load state, the output that should be borne by each of the refrigerators forming the refrigerator group is in a state suitable for the operation efficiency of the refrigerator (for example, operation by reducing the output) It is possible to avoid a state where the efficiency is reduced. In other words, when the output load is in a partial load state, the amount of work that should be essentially done for the refrigerator group is reduced, but the chilled water flow rate is controlled to an overflow state, resulting in the Reduction in the amount of work to be done can be suppressed. Therefore, even if the output load is in a partial load state, the output that the refrigerator group should bear can be maintained at a relatively high state, thereby avoiding a decrease in operating efficiency of the refrigerators forming the refrigerator group It becomes possible to do.
好ましくは、上記熱源システムにおいて、前記第一冷凍機および前記第二冷凍機において、それぞれの冷凍機が有する蒸発器へ流入する冷水の入口温度と該蒸発器から流出する冷水の出口温度の差である温度差と、前記第二制御部によって制御される前記冷水配管を流れる冷水流量に基づいて決定される、該第一冷凍機および該第二冷凍機のそれぞれの出力能力が、前記冷凍機群の定格出力負荷時における該第一冷凍機および該第二冷凍機の出力能力と同一となるように、該第二制御部は、該冷水配管を流れる冷水流量を決定するように構成されてもよい。このように構成することで、負荷算出部によって算出された出力負荷が部分負荷状態であっても、冷凍機群の担うべき出力を定格出力負荷時の出力能力に維持することになるため、冷凍機群の運転効率を定格出力負荷時の運転効率に維持することができる。一般に、冷凍機の運転効率は、定格出力負荷時の運転効率が最良であるため、したがって上記構成によれば、出力負荷が部分負荷状態であっても、冷凍機群の運転効率を最良の状態に維持することができる。 Preferably, in the heat source system, in the first refrigerator and the second refrigerator, a difference between an inlet temperature of cold water flowing into an evaporator of each refrigerator and an outlet temperature of cold water flowing out of the evaporator The output capacity of each of the first refrigerator and the second refrigerator determined based on a certain temperature difference and a flow rate of the cold water flowing through the cold water pipe controlled by the second control unit is the refrigerator group. The second control unit may be configured to determine a flow rate of chilled water flowing through the chilled water pipe so that the output capacity of the first chiller and the second chiller at the rated output load is the same. Good. By configuring in this way, even if the output load calculated by the load calculation unit is in a partial load state, the output to be carried by the refrigerator group is maintained at the output capacity at the rated output load. The operating efficiency of the aircraft group can be maintained at the operating efficiency at the rated output load. Generally, the operating efficiency of the refrigerator is the best at the rated output load. Therefore, according to the above configuration, the operating efficiency of the refrigerator group is the best even when the output load is in a partial load state. Can be maintained.
このように二台の冷凍機を直列につなぐ構成を採用する熱源システムにおいて、第一制御部と第二制御部を備える構成とすることで、冷凍機群の運転効率を向上させ、以て熱源システム全体のシステム効率も向上する結果となる。 Thus, in the heat source system that employs a configuration in which two refrigerators are connected in series, the operation efficiency of the refrigerator group is improved by including the first control unit and the second control unit. As a result, the system efficiency of the entire system is improved.
ここで、上述までの熱源システムにおいて、前記冷却水配管における前記冷凍機群への往配管と該冷凍機群からの還配管とを、該冷凍機群を経ずに接続する冷却水往還バイパス配管と、少なくとも前記熱源システムの外気温度に基づいて前記冷却水配管を流れる冷却水の設定温度を算出し、且つ該冷却水の設定温度に基づいて前記冷却水往還バイパス配管を流れる冷却水流量を制御する第三制御部と、を更に備えるように構成してもよい。このように第三制御部が外気温度に基づいて冷却水往還バイパス配管を流れる冷却水流量または冷却塔送風機を制御することで冷却水温度を調整することができ、その結果、熱源システムの効率を最適化することが可能となる。特に、本発明に係る熱源システムは、二台の冷凍機を直列に接続する冷凍機群を備えており、後述するように冷凍機の稼働台数が変動する場合、一般に行われている冷凍機の並列接続の場合と比べて、冷却水の出口温度を低くすることができることから、熱源システムの効率化に大きく寄与する。 Here, in the heat source system described above, a cooling water return bypass pipe that connects the outgoing pipe to the refrigerator group in the cooling water pipe and the return pipe from the refrigerator group without passing through the refrigerator group. And a set temperature of the cooling water flowing through the cooling water pipe based on at least the outside air temperature of the heat source system, and a flow rate of the cooling water flowing through the cooling water return bypass pipe is controlled based on the set temperature of the cooling water You may comprise so that the 3rd control part to perform may be further provided. In this way, the third control unit can adjust the cooling water temperature by controlling the cooling water flow rate or the cooling tower fan that flows through the cooling water return bypass pipe based on the outside air temperature, and as a result, the efficiency of the heat source system can be improved. It becomes possible to optimize. In particular, the heat source system according to the present invention includes a refrigerator group in which two refrigerators are connected in series, and when the number of operating refrigerators fluctuates as will be described later, Compared to the case of parallel connection, the outlet temperature of the cooling water can be lowered, which greatly contributes to the efficiency of the heat source system.
ここで、上述までの熱源システムにおいて、前記冷水配管での冷水の流れにおいて、冷水が前記第一冷凍機が有する蒸発器に流れ込まないように迂回させる冷水迂回手段と、前記負荷算出部によって算出された前記出力負荷が所定出力負荷以下のとき、前記第一冷凍機の稼動を停止させ、且つ前記冷水迂回手段により前記冷水配管での冷水の流れにおいて冷水を前記第二冷凍機が有する蒸発器にのみ供給する冷凍機稼動制御部と、を更に備えるように構成してもよい。この構成によれば、出力負荷が所定出力負荷以下となると、冷凍機群において直列に接続された冷凍機のうち第一冷凍機の稼働が停止されるとともに、冷水が、停止した第一冷凍機に流れ込まないように、その流路が制御されることになる。所定出力負荷とは、冷凍機群に含まれる第一冷凍機の稼働を停止したとき、残された第二冷凍機のみによって対応が可能な出力負荷の上限となる閾値の負荷である。そのため、冷凍機稼働制御部が、第一冷凍機の稼働を停止し冷水の迂回を行うことで、第二冷凍機にかかる負荷を可及的に高い状態とし、その運転効率が低下することを回避できるとともに、停止している冷凍機を迂回させて冷水を流すことで、冷水の圧送時に生じる冷水ポンプの圧損を低減、すなわち冷凍機の蒸発器による抵抗分を低減することが可能となり、以てシステム効率の向上を図ることが可能となる。 Here, in the heat source system up to the above, in the flow of the cold water in the cold water pipe, the cold water bypass means for bypassing the cold water so as not to flow into the evaporator of the first refrigerator, and the load calculation unit calculates the cold water. When the output load is equal to or lower than the predetermined output load, the operation of the first refrigerator is stopped, and the cold water is supplied to the evaporator of the second refrigerator in the flow of cold water in the cold water pipe by the cold water bypass means. And a refrigerator operation control unit that supplies only the refrigerant. According to this configuration, when the output load is equal to or lower than the predetermined output load, the operation of the first refrigerator among the refrigerators connected in series in the refrigerator group is stopped and the cold water is stopped. The flow path is controlled so as not to flow into the flow path. The predetermined output load is a threshold load that is an upper limit of an output load that can be handled only by the remaining second refrigerator when the operation of the first refrigerator included in the refrigerator group is stopped. Therefore, the refrigerator operation control unit stops the operation of the first refrigerator and bypasses the cold water, thereby making the load on the second refrigerator as high as possible and reducing its operating efficiency. In addition to avoiding this, it is possible to reduce the pressure loss of the chilled water pump that occurs during pumping of chilled water, that is, to reduce the resistance due to the evaporator of the chiller by bypassing the stopped chiller and flowing cold water. System efficiency can be improved.
また、上記熱源システムにおいて、前記第一制御部は、前記冷凍機稼動制御部により前記第一冷凍機の稼動が停止されているとき、停止している該第一冷凍機が仮に稼働状態にあるときに担うべき出力も前記第二冷凍機が担うように、該第二冷凍機をその定格出力負荷時の負荷よりも大きい過負荷状態で出力させるように構成してもよい。第一冷凍機が停止している状態で、第二冷凍機を過負荷状態で稼働することで、稼働する第二冷凍機における運転効率を、定格出力負荷時よりも向上させることができる。なお、第二冷凍機における過負荷状態での運転は、該第二冷凍機の正常な運転に影響の無い範囲で行うのが好ましい。 Further, in the heat source system, when the operation of the first refrigerator is stopped by the refrigerator operation control unit, the stopped first refrigerator is temporarily in operation. The second refrigerator may be configured to output in an overload state that is larger than the load at the rated output load so that the second refrigerator is also responsible for the output that is sometimes required. By operating the second refrigerator in an overloaded state while the first refrigerator is stopped, the operating efficiency of the second refrigerator that is operating can be improved as compared with the rated output load. The operation of the second refrigerator in an overload state is preferably performed in a range that does not affect the normal operation of the second refrigerator.
また、第二冷凍機を過負荷状態で稼働している時、前記第二制御部は、前記冷凍機稼動制御部により前記第一冷凍機の稼動が停止されているとき、前記冷水配管を流れ前記第二冷凍機に供給されるべき冷水流量を前記定格冷水流量とすればよい。一方で、前記冷却水配管を経て前記第二冷凍機に供給される冷却水の温度が、前記定格冷水流量に対応する所定の定格冷却水温度を超えるとき、前記第二制御部は、前記冷水配管を流れ前記第二冷凍機に供給されるべき冷水流量を前記定格冷水流量より少ない流量とすればよい。すなわち、冷却水温度が定格冷却水温度を超える場合、第二冷凍機において過負荷状態での運転を行う余地が少ないと考えられるため、このような場合は冷水流量を絞り込むことで、第二冷凍機にかかる負荷を低減させる。 Further, when the second refrigerator is operating in an overload state, the second control unit flows through the cold water pipe when the operation of the first refrigerator is stopped by the refrigerator operation control unit. The cold water flow rate to be supplied to the second refrigerator may be the rated cold water flow rate. On the other hand, when the temperature of the cooling water supplied to the second refrigerator via the cooling water pipe exceeds a predetermined rated cooling water temperature corresponding to the rated cold water flow rate, the second control unit What is necessary is just to let the cold water flow volume which should flow through piping and be supplied to said 2nd refrigerator be a flow volume smaller than the said rated cold water flow volume. That is, when the cooling water temperature exceeds the rated cooling water temperature, it is considered that there is little room for operation in an overload state in the second refrigerator. Reduce the load on the machine.
上述までの熱源システムにおいて、前記冷却水配管での冷却水の流れにおいて、冷却水が前記第一冷凍機が有する凝縮器に流れ込まないように迂回させる冷却水迂回手段を更に備える場合、前記冷凍機稼働制御部は、前記第一冷凍機の稼動を停止するとき、前記冷却水迂回手段により前記冷却水配管において冷却水を前記第二冷凍機が有する凝縮器にのみ供給してもよい。この構成により、第一冷凍機の稼働停止に伴い、冷水の迂回に加えて冷却水の迂回も行われる。その結果、冷却水の圧送時に生じる冷却水ポンプの圧損も低減、すなわち冷凍機の凝縮器の抵抗分も低減することが可能となり、以てシステム効率の向上を図ることが可能となる。 In the heat source system described above, when the cooling water flow in the cooling water pipe further includes cooling water bypass means for bypassing the cooling water so as not to flow into the condenser of the first refrigerator, the refrigerator When stopping the operation of the first refrigerator, the operation control unit may supply the cooling water only to the condenser of the second refrigerator in the cooling water pipe by the cooling water bypass unit. With this configuration, along with the stoppage of the operation of the first refrigerator, the bypass of the cooling water is performed in addition to the bypass of the cold water. As a result, it is possible to reduce the pressure loss of the cooling water pump that is generated when the cooling water is pumped, that is, to reduce the resistance of the condenser of the refrigerator, thereby improving the system efficiency.
また、上述までの熱源システムにおいて、前記所定出力負荷は、前記冷却水配管を経て前記第二冷凍機に供給される冷却水の温度に基づいて調整されてもよい。すなわち、第二冷凍機の単独運転を行うための判断基準である所定出力負荷の値を、第二冷凍機の過負荷状態での運転の可能性を決定する冷却水温度と関連付けて変動させることで、効率的な熱源システムの運転をフレキシブルに実現できるようになる。 In the heat source system described above, the predetermined output load may be adjusted based on a temperature of cooling water supplied to the second refrigerator via the cooling water pipe. That is, the value of the predetermined output load, which is a criterion for performing the independent operation of the second refrigerator, is changed in association with the cooling water temperature that determines the possibility of operation in the overload state of the second refrigerator. Thus, the operation of the efficient heat source system can be flexibly realized.
また、上述までの熱源システムにおいて、第一冷凍機と第二冷凍機の出力容量を同一としてもよく、また冷凍機群を、熱源システムによる熱供給能力を踏まえて異なる出力容量を有する冷凍機で構成してもよい。前者のように同一の冷凍機で冷凍機群を形成すると、熱源システムのメンテナンスが容易となるメリットがある。 In the heat source system up to the above, the output capacities of the first refrigerator and the second refrigerator may be the same, and the refrigerator group is a refrigerator having different output capacities based on the heat supply capacity of the heat source system. It may be configured. When the refrigerator group is formed with the same refrigerator as in the former, there is an advantage that maintenance of the heat source system becomes easy.
ここで、本発明に係る熱源システムを、該熱源システムの建屋における配置の側面から捉えることも可能である。すなわち、本発明に係る熱源システムは、2台の冷凍機を直列に接続した冷凍機群を採用する構成である点に着目する。当該冷凍機群およびそれに対応する冷水ポンプおよび冷却水ポンプを一まとめとして、建屋内に形成される収容のための一区画に収める構成とする。 Here, it is also possible to grasp the heat source system according to the present invention from the side of the arrangement of the heat source system in the building. That is, the heat source system according to the present invention is focused on the configuration employing a refrigerator group in which two refrigerators are connected in series. The refrigerator group and the corresponding chilled water pump and chilled water pump are combined into a single compartment for accommodation formed in the building.
詳細には、本発明は、冷却塔と、蒸発器と凝縮器をそれぞれ有する第一冷凍機と第二冷凍機を含んで形成される冷凍機群と、前記冷却塔からの冷却水を、前記冷凍機群のそれぞれの冷凍機が有する凝縮器に直列に供給する冷却水配管と、前記冷却水配管において冷却水を圧送する冷却水ポンプと、前記冷凍機群のそれぞれの冷凍機が有する蒸発器に対して、直列に且つ前記冷却水配管における冷却水の流れ方向と反対の流れ方向となるように冷水を供給する冷水配管と、前記冷水配管において冷水を圧送する冷水ポンプと、を備え、熱供給先に冷水を介して熱エネルギーを供給する熱源システムにおいて、前記熱源システムが設置されるプラント建屋を支持する複数の支持部材で画定される、該熱源システムの構成を収容するための最小設置区画が、該プラント建屋内に複数設けられ、且つ該複数の最小設置区画のそれぞれの内側に、前記冷凍機群、および該冷凍機群に対応する前記冷水ポンプと前記冷却水ポンプが収容される構成を採用する。 Specifically, the present invention provides a cooling tower, a refrigerator group formed including a first refrigerator and a second refrigerator each having an evaporator and a condenser, and cooling water from the cooling tower, Cooling water pipes that are supplied in series to the condensers of the respective refrigerators of the refrigerator group, a cooling water pump that pumps the cooling water in the cooling water pipes, and an evaporator that each of the refrigerators of the refrigerator group has A chilled water pipe for supplying chilled water in series and in a flow direction opposite to the flow direction of the chilled water in the cooling water pipe, and a chilled water pump for pumping chilled water in the chilled water pipe, In a heat source system for supplying heat energy to a supply destination via cold water, a minimum installation for accommodating a configuration of the heat source system defined by a plurality of support members that support a plant building in which the heat source system is installed A plurality of drawings are provided in the plant building, and the chiller group and the chilled water pump and the chilled water pump corresponding to the chiller group are accommodated inside each of the plurality of minimum installation sections. Adopt the configuration.
このように本発明に係る熱源システムでは、最小設置区画内に、冷凍機群と冷水ポンプ、冷却水ポンプを収容することにより、該最小設置区画を画定する支持部材間の距離は、従来の設置方式で広く採用されている、支持部材間に一つの冷凍機とそれに対応する冷水ポンプ、冷却水ポンプを配置する方式と比べて比較的広くなる。好ましくは、最小設置区画における支持部材間の距離は、10m〜11m程度である。このように比較的広い支持部材間隔を採用することにより、熱源システムをコンパクトに収容でき、それ全体を収容するプラント建屋自体の大きさを減縮でき、支持部材間隔を広げることにより生じる構造強度の問題を顕在化させる可能性は少ない。一方で、冷凍機群と冷水ポンプ、冷却水ポンプをいわば密集して配置できるため、配管距離を短縮でき、このことは熱源システムの効率化に大きく寄与する。 Thus, in the heat source system according to the present invention, the distance between the support members that demarcate the minimum installation section by accommodating the refrigerator group, the chilled water pump, and the cooling water pump in the minimum installation section is the same as that of the conventional installation. Compared with a system widely used in the system, a single refrigerator, a corresponding cold water pump, and a cooling water pump are arranged between the support members. Preferably, the distance between the support members in the minimum installation section is about 10 m to 11 m. By adopting a relatively wide support member interval in this way, the heat source system can be accommodated in a compact manner, the size of the plant building itself that accommodates the entire heat source system can be reduced, and the structural strength problem caused by widening the support member interval Is less likely to manifest. On the other hand, since the refrigerator group, the chilled water pump, and the chilled water pump can be arranged densely, the piping distance can be shortened, which greatly contributes to the efficiency of the heat source system.
また、上記熱源システムで、前記最小設置区画において、前記冷水配管の床面からの高さを前記冷凍機群の高さと同程度にするために、冷水を熱供給先に供給するため若しくは熱供給先から冷水を回収するための冷水集合管を、前記冷凍機群が設置される床面よりも低いピット領域に設置する構成を採用してもよい。この構成により、配管の短縮化や配管施工時の安全性等の確保が容易となる。 In the heat source system, in the minimum installation section, in order to make the height from the floor surface of the chilled water pipe equal to the height of the refrigerator group, the chilled water is supplied to the heat supply destination or the heat supply. You may employ | adopt the structure which installs the cold water collecting pipe for collect | recovering cold water from the tip in a pit area | region lower than the floor surface in which the said refrigerator group is installed. With this configuration, it becomes easy to shorten the piping and ensure the safety at the time of piping construction.
複数台の冷凍機を直列につなぐ構成を採用する熱源システムにおいて、実質的なシステム効率の改善を図ることが可能である。 In a heat source system that employs a configuration in which a plurality of refrigerators are connected in series, it is possible to substantially improve system efficiency.
以下に、図面を参照して本発明に係る熱源システムについて説明する。なお、以下の実施の形態の構成は例示であり、本発明はこの実施の形態の構成に限定されるものではない。また、本明細書において使用する冷凍機の冷凍能力を表す単位であるRt(冷凍トン)は、「0℃の水2000ポンド(約906kg)を、24時間で0℃の氷に相転移させることができる」冷凍機の冷凍能力を1Rtと定義されるものであり、1Rt=3024kcal/h=3516Wとなる。 The heat source system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure of the following embodiment is an illustration and this invention is not limited to the structure of this embodiment. In addition, Rt (refrigerating ton), which is a unit representing the refrigerating capacity of the refrigerator used in this specification, is “transition of 2000 pounds (about 906 kg) of water at 0 ° C. to ice at 0 ° C. in 24 hours. The refrigerating capacity of the refrigerator is defined as 1Rt, and 1Rt = 3024kcal / h = 3516W.
図1は、本発明に係る熱源システム1の概略構成を示す図である。熱源システム1は、図示しない外部負荷に対して、熱媒体である冷水を介して冷凍機を熱源として熱エネルギーの供給を行うシステムである。図1に示す熱源システムには、同じ冷凍能力を有する2台の冷凍機3、4で構成される冷凍機群が備えられており、各冷凍機は、蒸発器3a、4aおよび凝縮器3b、4bを有しており、各蒸発器には冷水が供給され、各凝縮器には冷却水が供給されることで、冷水と冷却水との間で熱交換が行われる。そして、熱源システム1では、冷凍機群に含まれる冷凍機3、4は、直列に接続され、且つ冷水と冷却水の流れが互いに反対となる、いわゆるカウンターフローの状態が形成される。なお、図1に示す熱源システム1には冷凍機群は1つ含まれているが、この冷凍機群が複数、且つ互いに並列に設けられることで熱源システム1の冷凍能力を増大させる構成を採用してもよい。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a
そこで、まず冷水の流れに着目して、当該冷水の流路の詳細について説明する。冷水を熱供給先に供給する往ヘッダ11と、熱供給先で熱利用された冷水が戻る還ヘッダ10との間をつなぐ冷水配管12上に冷凍機群が設置され、冷水配管12での冷水の流れにおいて、冷凍機3の蒸発器3aが、冷凍機4の蒸発器4aより上流側に位置している。すなわち、還ヘッダ10に戻った冷水は、まず冷凍機3に供給され、その後冷凍機4に供給された後に、往ヘッダ11から熱供給先に供給される。このとき、冷水の圧送を行うために、還ヘッダ10と冷凍機3との間の冷水配管12上に、一次冷水ポンプ5が設置されており、更に往ヘッダ11上に二次冷水ポンプ6が設置されている。このように、冷水の流路においては二組の冷水ポンプが設けられることで、冷水の流量を制御することが可能となり、熱供給先と冷凍機群との間の冷水の圧送が適切に実行され得る。
Therefore, first, focusing on the flow of the cold water, details of the flow path of the cold water will be described. A refrigerator group is installed on a
さらに、冷水配管12に対して、冷水が冷凍機3に流れ込まないように冷凍機3を迂回して冷凍機4に供給することを可能とする冷水バイパス配管13が設置されている。この冷水バイパス配管13の冷水取り込み口は、一次冷水ポンプ5の下流側に位置し、その冷水の吐き出し口は、冷凍機3と冷凍機4の間の冷水配管12上に位置する。そして、冷水バイパス配管13を介した冷凍機3への冷水供給を調整するために、流量調整バルブ16、18が、それぞれ冷凍機3の直前の冷水配管12上と、冷水バイパス配管13上に設けられている。
Furthermore, a cold
さらに、熱源システム1には、冷水の流れに関する補機類として、還ヘッダ10上で冷水温度を検出するための水温計14、冷水流量を検出するための流量計15、冷水配管12上で冷水温度を検出するための水温計17、冷水流量を検出するための流量計19、往ヘッダ11上で冷水温度を検出するための水温計20、冷水流量を検出するための流量計21が設けられている。また、冷水を冷凍機群を経ずに還ヘッダ10から往ヘッダ11に迂回させるヘッダ間バイパス配管22も設けられている。
Further, the
次に、冷却水の流れに着目して、当該冷却水の流路の詳細について説明する。熱源システム1では、冷却水の放熱を行う冷却塔2から冷凍機群に冷却水を送る冷却水往配管30と、冷凍機群から冷却水を冷却塔2に戻す冷却水還配管32とが設けられ、さらに冷凍機群における冷凍機同士の間を冷却水配管31がつないでいる。そして、冷却水配管31での冷却水の流れにおいて、冷凍機4の凝縮器4bが、冷凍機3の凝縮器3bより上流側に位置している。すなわち、冷却塔2からの冷却水は、まず冷凍機4に供給され、その後冷凍機3に供給された後に、冷却塔2へと戻され、放熱処理される。このとき、冷却水の圧送を行うために、冷却水往配管30上に冷却水ポンプ7が設置され、冷却水の流量が制御される。また、冷却水往配管30と冷却水還配管32とを直接接続し、冷却水を冷凍機3および冷凍機4に流し込まないようにする冷却水往還バイパス配管39が設けられ、且つ該配管39を流れる冷却水の流量を調整可能な流量調整バルブ38が該配管39上に設けられている。
Next, focusing on the flow of the cooling water, details of the flow path of the cooling water will be described. The
さらに、冷却水配管31に対して、冷凍機4からの冷却水が冷凍機3に流れ込まないように冷凍機3を迂回することを可能とする冷却水バイパス配管33が設置されている。この冷却水バイパス配管33の冷却水取り込み口は、冷凍機3と冷凍機4の間の冷却水配管31上に位置し、その冷却水の吐き出し口は、冷凍機3の凝縮器3bの下流側に位置する。そして、冷却水バイパス配管33を介した冷凍機3への冷却供給を調整するために、流量調整バルブ35、36が、それぞれ冷凍機3の直前の冷却水配管31上と、冷却水バイパス配管33上に設けられている。
Further, a cooling
さらに、熱源システム1には、冷却水の流れに関する補機類として、冷却水往配管30上で冷却水温度を検出するための水温計34、冷却塔で冷却水の放熱に使用する外気の温度を検出する外気温度計(湿球温度計)37が設けられている。
Furthermore, in the
また、熱源システム1にはシステムの制御を行うための制御部40が設けられている。制御部40は、熱源システム1の各構成要素(冷凍機3、4、各ポンプ、各流量調整弁等)と電気的に接続され、さらに熱源システム1に含まれる各補機類とも電気的に接続されることで、熱供給先への熱供給に必要な情報の取得および各種の処理が実行される。なお、制御部40による各種の処理は、CPU、メモリ、ハードディスク等を含む当該コンピュータ上で実行されるコンピュータプログラムにより実現され、その詳細は後述する。
The
図1に示すように、熱源システム1では、冷凍機群において、冷凍機3と冷凍機4とが直列に接続された状態となっており、且つ冷水と冷却水の流れがカウンターフローの状態
を形成している。本発明のように冷凍機の直列接続且つカウンターフロー状態の形成を採用する熱源システム1では、従来の熱源システムで一般的に採用されている冷凍機の並列接続の場合と比べて、システム効率が改善される。そこで、熱源システム1におけるシステム効率の改善について、図2に基づいて説明する。
As shown in FIG. 1, in the
図2は、2つのケース(a)、(b)において、熱源システム1のシステム効率を説明する上で必要な冷水温度および冷却水温度の推移を示す。両ケース(a)、(b)において、熱源システム1に要求される負荷は、定格負荷状態、すなわち100%負荷状態である。そして、ケース(b)は、ケース(a)よりも外気温度(湿球)が3℃高い条件下での、冷水温度等の推移を示す。
FIG. 2 shows the transition of the cooling water temperature and the cooling water temperature necessary for explaining the system efficiency of the
まず、ケース(a)について説明すると、冷凍機3の蒸発器3aに流れ込む前の冷水温度(冷水入口温度)は13.4℃であり、該蒸発器3aから出た直後の冷水温度(冷水出口温度)は8.9℃である。その後、冷水は冷凍機4の蒸発器4aに送られ、該蒸発器4aから出た直後の冷水温度(冷水出口温度)は4.4℃となる。一方で、冷却水については冷水と流れが反対となっており、冷凍機4の凝縮器4bに流れ込む前の冷却水温度(冷却水入口温度)は32.0℃であり、該凝縮器4bから出た直後の冷却水温度(冷却水出口温度)は35.0℃である。その後、冷却水は冷凍機3の凝縮器3bに送られ、該凝縮器3bから出た直後の冷却水温度(冷却水出口温度)は38.0℃となる。以上より、熱源システム1で採用された冷凍機群に含まれる各冷凍機での、冷却水出口温度と冷水出口温度の温度差は、冷凍機3については29.1℃、冷凍機4については30.6℃となり、その平均は29.9℃となる。
First, the case (a) will be described. The cold water temperature (cold water inlet temperature) before flowing into the
一方で、従来の冷凍機の並列接続を採用する熱源システムにおいて、上記と同様に、冷水温度と冷却水温度を推移させると、図2に示すように、1台の冷凍機において、冷水入口温度が13.4℃、冷水出口温度が4.4℃、冷却水入口温度が32.0℃、冷却水出口温度が38.0℃となる。その結果、1台の冷凍機について、冷却水出口温度と冷水出口温度の温度差は33.6℃となる。 On the other hand, in a heat source system that employs a parallel connection of conventional refrigerators, when the chilled water temperature and the chilled water temperature are changed in the same manner as described above, the chilled water inlet temperature is changed in one chiller as shown in FIG. Is 13.4 ° C, the chilled water outlet temperature is 4.4 ° C, the cooling water inlet temperature is 32.0 ° C, and the cooling water outlet temperature is 38.0 ° C. As a result, the temperature difference between the cooling water outlet temperature and the cooling water outlet temperature is 33.6 ° C. for one refrigerator.
ここで、本発明に係る熱源システム1での温度差と、従来の並列接続を採用する熱源システムでの温度差を比較すると、前者が約11%小さくなっており、このことは熱源システム1の方が従来の熱源システムよりも運転効率が約11%改善していることを意味する。すなわち、熱源システム1のように、2台の冷凍機を直列に接続し且つ冷水と冷却水の流れをカウンターフロー状態に置くことで、冷凍機の運転効率を大幅に向上することが可能であることが分かる。
Here, when the temperature difference in the
このことはケース(b)のように外気湿球温度(WB)が高い場合でも同様である。ケース(b)においては、熱源システム1における各冷凍機の温度差の平均値は32.9℃であり、従来の熱源システムにおける冷凍機の温度差は36.6℃となるので、前者の温度差の方が約10%小さく、以て熱源システム1の方がやはり10%程度システム効率が良いことが窺える。
This is the same even when the outdoor wet bulb temperature (WB) is high as in the case (b). In case (b), the average temperature difference of each refrigerator in the
このように本発明に係る熱源システム1は、従来のものと比較してシステム効率が改善される構成を有しているが、このような構成であっても、熱源システム1に出力要求される負荷(一般には「出力負荷」、「負荷率」と称されるものであり、本実施例では、以降「出力負荷」と統一して表現する。)が部分負荷状態となると、冷凍機群の各冷凍機の運転状態が、高効率での運転を行えない状態となるため、すなわち各冷凍機において部分負荷状態で運転されることになるため、システム効率を改善する余地が残る。たとえば、熱源システムの出力負荷が99%〜50%程度の部分負荷であるときは、冷凍機3、4の何れかが部分負荷状態で運転をせざるを得ず、さらに当該出力負荷が70%〜50%程度であれば、部分負荷状態となる冷凍機においては、過少負荷出力に対応できないため、実質的には冷凍機の運転をOn/Off切り替えせざるを得ず、これらの冷凍機の運転制御では、熱
源システム1のシステム効率の低下は避けられない。
As described above, the
そこで、熱源システム1の出力負荷が部分負荷状態になったときの、熱源システム1における冷凍機の運転制御について、図3〜図6に基づいて説明する。図3は、本発明に係る熱源システム1における、各冷凍機の運転条件の推移を示す図であり、図4は、図3に示す運転条件の比較対象としての、冷凍機の運転条件の推移を示す図である。図3に示すように、熱源システム1の出力負荷が定格出力負荷状態(100%負荷状態)であるときは、図2のケース(a)で示したように、冷水の流れにおいて上流側に位置する冷凍機3の冷水入口温度が13.4℃であり、冷水出口温度が8.9℃である。また、下流側に位置する冷凍機4については、冷水入口温度が8.9℃であり、冷水出口温度が4.4℃である。そしてこれらの冷凍機は直列に接続されているので、両冷凍機を流れる冷水の流量は同量の1680m3/hである。この100%負荷状態のときの、各冷凍機における出力能力と流量を基準値として、以降各負荷状態での各冷凍機の出力能力と流量の比率を、「出力能力比」、「流量比」として算出する。なお、各冷凍機の出力能力は、冷水入口温度と出口温度の差と、流量との積に基づいて算出される値である。また、図4における運転条件の表記も、図3の標記に準ずる。
Therefore, the operation control of the refrigerator in the
ここで、図4に示す冷凍機の運転条件は、システムのハード構成を図1に示すように2台の冷凍機の直列接続且つ冷水と冷却水のカウンターフロー状態の構成としたときに、システムの出力負荷が100%負荷状態から低下するに従い、冷凍機群から熱供給先に供給される冷水の温度を4.4℃に維持した状態で、各冷凍機の冷水出口温度をシステムの出力負荷の低下に比例させて低下させる運転条件である。すなわち、それは、システムの出力負荷の部分負荷状態と、冷凍機3および冷凍機4の部分負荷状態が連動している運転条件であり、一般的に行われている制御であり、後述するように図3に示すような冷水流量を過流量状態とする制御や一つの冷凍機に対して冷水を迂回させる制御を行わない場合のものである。この図4に示す運転条件では、システムの運転状態の変動にかかわらず、冷凍機3および冷凍機4に流れる冷水の流量は、100%負荷状態時の冷水流量と同じである。
Here, the operating condition of the refrigerator shown in FIG. 4 is that when the hardware configuration of the system is a series connection of two refrigerators and a counter flow state of cold water and cooling water as shown in FIG. As the output load of the chiller decreases from the 100% load state, the chilled water outlet temperature of each chiller decreases to the system output load while the temperature of the chilled water supplied from the chiller group to the heat supply destination is maintained at 4.4 ° C. This is an operating condition that is reduced in proportion to. That is, it is an operating condition in which the partial load state of the output load of the system and the partial load state of the
以下、本発明に係る熱源システム1における冷凍機の運転条件の推移について、図4に示す比較例と比較しながら説明する。熱源システム1では、システムの出力負荷が部分負荷状態である90%〜70%であるときは、熱供給先に供給される冷水の温度を所定の供給温度(4.4℃)に維持しながら、各冷凍機の冷水出口温度を、システムの出力負荷の低下に比例させて低下させる。たとえば、100%負荷時に冷凍機3での運転温度差は4.5℃であるが、90%負荷時には4.05℃となるように冷水出口温度が調整される。したがって、各冷凍機の冷水出口温度の値については、図4に示す運転条件と同じである。
Hereinafter, transition of the operating conditions of the refrigerator in the
しかし、本発明に係る熱源システム1では、冷水流量をシステムの出力負荷の低下に反比例させて、過流量状態となるように増量する。この過流量状態とは、100%負荷状態時の流量と比較して増量されていることを意味する。このように、熱源システム1の出力負荷が90%〜70%の部分負荷状態では、各冷凍機の冷水出口温度を低下させ、且つ冷水流量を増量するため、結果的に、各冷凍機の出力能力比が100%に維持される。参考までに図4に示す運転条件では冷水流量は一定のため、各冷凍機の出力能力比は、システムの出力負荷の低下に連動して低下しており、熱源システム1で採用する運転条件とは大きく異なることが分かる。なお熱源システム1には、冷水配管12に一次冷水ポンプ5が設置され、往ヘッダ11に二次冷水ポンプ6が設置されているため、冷水流量の増量には適切に対応することが可能である。ただし、この場合一次側流量が二次ポンプ6の流量を上回らないように留意する。
However, in the
このように冷水流量を過流量状態とすることで、熱源システム1の出力負荷が90%〜
70%の部分負荷状態では、冷凍機群の各冷凍機が部分負荷状態で運転されることを回避できる。なお、熱源システム1の出力負荷が部分負荷状態となったとき、各冷凍機の出力能力を100%になるように冷水流量を調整するのが好ましいが、少なくとも冷水流量を100%負荷状態時の流量よりも増量することで、各冷凍機の出力能力を100%に近付けるように冷水流量が調整されればよい。
Thus, the output load of the
In the partial load state of 70%, it is possible to avoid operating each refrigerator of the refrigerator group in the partial load state. In addition, when the output load of the
次に、熱源システム1の出力負荷が更に低下し、60%程度の部分負荷状態となったときの、各冷凍機の運転条件について言及する。一般に熱源システム1の出力負荷が60%程度まで下がる場合は、日本では中間期、夜間、冬季等、中東地域やアフリカでは乾季等の熱源システム1の冷却塔2が取り込む外気湿球温度が比較的低い時期であることが多い。そこでこの点を踏まえて、熱源システム1では、60%程度の部分負荷状態となったときは各冷凍機に供給される冷却水温度が比較的に低温となることを見込み、冷凍機を過負荷状態(すなわち、100%負荷状態時以上の出力能力が要求される負荷状態)で運転することが可能であると考える。
Next, the operating conditions of each refrigerator when the output load of the
具体的には、図3に示すように、熱源システム1の出力負荷が60%程度であるときは、冷水の流れにおいて上流側に位置する冷凍機3の稼働を停止する。それと同時に、冷水の流れを、冷水が冷凍機3の蒸発器3aに流れ込まないように、蒸発器3aを迂回して冷水バイパス配管13に流れるように、流量調整弁16、18がON・OFF制御される。この結果、還ヘッダ10に戻った冷水は、冷凍機3を迂回して冷凍機4に供給され、その後往ヘッダ11から熱供給先に供給されることになる。この状態において、稼働している冷凍機4においては、図3に示すように60%負荷状態に対応した冷水入口温度が設定され(冷水出口温度については、所定の供給温度4.4℃に設定されている)、且つ流量は熱源システム1の出力負荷が100%負荷状態時の流量と同じように設定される。この結果、冷凍機4は、冷凍機3が本来担うべきであった負荷まで担うことになるため、その出力能力比は120%となる。冷凍機4においては、冷却水温度の低下により生じる冷凍機の冷凍能力の余力(すなわち、出力能力比100%を超える範囲での仕事)を利用することで、極めて高効率な運転を実現できる。
Specifically, as shown in FIG. 3, when the output load of the
なお、上記過負荷状態での冷凍機4の運転が実現できない程度に外気湿球温度が変動している場合には、冷水流量を下げることで、冷凍機4の出力能力比を100%程度に調整する。これにより、時々刻々と変動する外気湿球温度の影響を緩和することができる。このとき、稼働が停止されている冷凍機3については、その稼働停止状態は維持される。
In addition, when the outside air wet bulb temperature fluctuates to such an extent that the operation of the
このように、熱源システム1において60%程度の部分負荷状態である場合には、稼働する冷凍機の台数を削減し、且つ稼働している冷凍機においては出力能力比が少なくとも100%程度、好ましくは過負荷状態(たとえば出力能力比が120%程度)で運転されるため、熱源システム1のシステム効率を向上させるのに大きく寄与する。図4に示す比較例においては、2台の冷凍機をともに60%の部分負荷状態で運転することになるため、図4に示すケースでのシステム効率は図3に示すケースよりも悪化するのは明らかである。
Thus, when the
以上のように、熱源システム1においては、その出力負荷が部分負荷状態であっても、そこに含まれる冷凍機の運転状態を適切に調整することで、システム全体の効率を向上させる運転制御が行われる。そこで、当該冷凍機の運転制御について、更に詳細に図5に基づいて説明する。図5は、制御部40によって実行される冷凍機運転制御のフローチャートである。以下に各処理の詳細を説明する。
As described above, in the
まず、S101では、熱供給先からの要求に対応すべく熱源システム1の出力負荷PLが算出される。具体的には、還水側の水温計14の検出値と流量計15の検出値を乗じた
値から往水側の水温計20の検出値と流量計21の検出値を乗じた値を差し引いた値を、熱源システム1が熱供給先に供給すべき熱エネルギー量相当として、それに基づいて出力負荷PLの算出が行われる。当該算出は従来から実施されている処理であるので、その詳細な説明は割愛する。また、上記供給すべき熱エネルギーについては、水温計と流量計それぞれの検出値を乗じるのに代えて、機器内部で自動的に熱量を算出する熱量計を利用して算出するようにしてもよい。なお、本実施例における熱源システム1の出力負荷PLは、冷凍機3の蒸発器3aの冷水入口(冷水バイパス配管13の冷水取り込み口の上流側)と冷凍機4の蒸発器4aの冷水出口の温度差に、そこを流れる冷水の流量を乗じた値として定義されるものである。S101の処理が終了すると、S102へ進む。
First, in S101, the output load PL of the
S102では、外気温度計37の検出結果に基づいて冷却塔2から冷凍機4に供給される冷却水の最適温度である最適冷却水温度の算出が行われ、該最適冷却水温度での冷却水供給が可能となるように冷却塔2に指示が出されるとともに、該最適冷却水温度に基づいて流量調整バルブ38の開度が調整され、以て冷却水往還バイパス配管39を流れる冷却水の流量が制御される。この最適冷却水温度は、冷凍機4の冷却水入口温度として設定される値でもあり、したがって、後述するS105以降、S107以降、S112以降の処理は、この最適冷却水温度である冷却水の供給が前提となっている。最適冷却水温度は、熱源システム1の外気温度に基づいて熱源システム1の効率が向上するように所定の最適化方法に従って算出されるものであり、一般には、外気温度が低くなるに従い最適冷却水温度はより低い値として算出される。S102の処理が終了すると、S103へ進む。
In S102, the optimum cooling water temperature that is the optimum temperature of the cooling water supplied from the
S103では、S101で算出された出力負荷PLが、100%≧PL>60%の範囲に属するか否かが判定される。すなわち、出力負荷PLが、図3に示した90%〜70%の部分負荷状態での運転制御を行うべき状態にあるか否かが判定される。S103で肯定判定されるとS105以降の処理が行われ、否定判定されるとS104以降の処理が行われる。また、S104では、S101で算出された出力負荷PLが、60%≧PL>50%の範囲に属するか否かが判定される。すなわち、出力負荷PLが、図3に示した60%の部分負荷状態での運転制御を行うべき状態にあるか否かが判定される。S104で肯定判定されるとS107以降の処理が行われ、否定判定されるとS112以降の処理が行われる。以下、それぞれの処理を説明する。 In S103, it is determined whether or not the output load PL calculated in S101 belongs to a range of 100% ≧ PL> 60%. That is, it is determined whether or not the output load PL is in a state where the operation control should be performed in the 90% to 70% partial load state shown in FIG. If an affirmative determination is made in S103, the processing after S105 is performed, and if a negative determination is made, the processing after S104 is performed. In S104, it is determined whether or not the output load PL calculated in S101 belongs to a range of 60% ≧ PL> 50%. That is, it is determined whether or not the output load PL is in a state where the operation control should be performed in the 60% partial load state shown in FIG. If an affirmative determination is made in S104, the processing after S107 is performed, and if a negative determination is made, the processing after S112 is performed. Each process will be described below.
まず、S103で肯定判定された後のS105以降の処理について説明する。S105では、算出された出力負荷PLの値に応じて、冷水の流れにおいて上流側にある冷凍機3の冷水出口温度を設定する。すなわち、図3に示した出力負荷PLが90%〜70%の部分負荷状態時のように、冷凍機3の冷水出口温度の温度を設定する。たとえば、出力負荷PLが90%、80%、70%のときは、それぞれ8.45℃、8.0℃、7.55℃に設定する。なお、冷凍機4の出口温度は、本実施例においては、所定の供給温度(4.4℃)に維持されている。S105の処理が終了すると、S106へ進む。
First, the process after S105 after affirmation determination by S103 is demonstrated. In S105, the cold water outlet temperature of the
S106では、算出された出力負荷PLの値に応じて、冷凍機3および冷凍機4に流れる冷水流量を過流量状態に増量する。すなわち、図3に示した出力負荷PLが90%〜70%の部分負荷状態時のように、流量比を設定する。たとえば、出力負荷PLが90%、80%、70%のときは、それぞれ流量比を111%、125%、143%に増量する。
In S106, the chilled water flow rate flowing through the
このようなS105およびS106の処理によれば、熱源システム1の出力負荷PLが100%を下回り60%超までの範囲であれば、冷凍機3および冷凍機4をその出力能力比が100%の状態で運転することになるため、出力負荷PLの値にかかわらず各冷凍機の運転効率を比較的高く維持することが可能となる。特に、出力負荷PLの低下に応じて冷凍機に係る負荷を下げていく従来技術による運転制御と比べると、冷凍機における運転効率の改善は顕著であり、以て熱源システム1としての効率も良好に改善される。
According to such processing of S105 and S106, if the output load PL of the
次に、S104で肯定判定された後のS107以降の処理について説明する。S107では、冷凍機群に供給される冷却水温度が、図3に基づいて示した冷凍機4の過負荷運転(すなわち、冷凍機3の稼働を停止して冷凍機4のみを稼働する運転)が可能な温度範囲に属しているか否かが判定される。なお、この冷却水温度は、S102における最適冷却水温度となるように流量調整バルブ38の開度等が調整され、水温計34によって検出される値である。上述したように、冷凍機4の過負荷運転を行うためには、冷凍機4が過負荷運転を行い得る環境下に置かれている必要があり、その一例として、冷凍機4に供給される冷却水が、100%負荷状態時に想定されている冷却水温度(すなわち、定格冷却水温度)より低いことが求められる。冷却水温度が定格冷却水温度より低い場合には、冷凍機4は、想定されている定格負荷(100%負荷)状態以上の過負荷状態での運転を安全に行うことが可能である。そこで、S107で肯定判定されるとS108以降の処理が行われ、そこでは図3に基づいて示した60%の部分負荷状態での運転制御が実行される。またS107で否定判定されると、冷凍機3を停止して冷凍機4を過負荷運転することはできないため、上記S105以降の処理を行うこととする。
Next, the process after S107 after affirmation determination by S104 is demonstrated. In S107, the temperature of the cooling water supplied to the refrigerator group is the overload operation of the
ここでS108では、冷凍機4の過負荷運転を行うべく、冷凍機3の稼働を停止する。これと同時に、上述したように、冷水の流れについて冷水が冷凍機3に流れ込まないように、流路調整弁16、18が制御される。また、冷却水の流れについても、同様に冷却水が稼働していない冷凍機3に流れ込まないように、その流路が切り替えられる。具体的には、冷却水が冷却水バイパス配管33を流れて冷凍機3を迂回するように、流路調整弁35、36が制御される。以上より、熱源システム1において、冷水および冷却水は冷凍機4にのみ供給され、且つ冷凍機4のみが稼働し、上述した過負荷運転が開始される。S108の処理が終了すると、S109へ進む。
Here, in S108, the operation of the
S109では、S108の処理で稼働が停止された冷凍機が再稼働、再停止を繰り返すハンチングが生じないようにハンチング防止処理が行われる。ハンチングは、出力負荷PLの値が閾値に近い値であるときに生じやすく、熱源システム1の安定性を損ねるものである。そこで、ハンチング防止処理として、S108で冷凍機3の稼働が停止された場合は、一定期間冷凍機3の再稼働を禁止する等の処理が行われる。また、S102での冷却水温度を最適冷却水温度とする処理により冷却水温度を比較的安定化させることが可能となり、その結果ハンチング防止処理を容易に行うことが可能となる。S109の処理が終了すると、S110へ進む。
In S109, a hunting prevention process is performed so that hunting that repeats re-operation and re-stop of the refrigerator that has been stopped in the process of S108 does not occur. Hunting is likely to occur when the value of the output load PL is close to the threshold value, and impairs the stability of the
S110では、冷凍機4が過負荷運転されている状態において、冷凍機4から熱供給先に供給されている冷水の温度が所定の供給温度(4.4℃)を維持できているか否かが判定される。当該判定は、外気湿球温度の変動に起因して冷却水温度が上昇し、冷凍機4が所定の過負荷運転を実現できなくなっているか否かを判定するものである。すなわち、所定の供給温度の冷水供給ができない場合は、冷凍機は所定の過負荷運転を実現できない状態にあり、その状態を継続すると冷凍機4に好ましくない影響が及ぼされる可能性がある。そこで、S110で否定判定されるとS111へ進み、冷凍機4の出力能力比が100%程度になるように冷水流量の絞り込みが行われ、S110で肯定判定されるとS111の処理は行われない。なお、上述したようにS102での冷却水温度を最適冷却水温度とする処理により冷却水温度を比較的安定化させることが可能となるため、冷水温度の変動を小さく抑えることが可能である。冷水温度の変動が大きくなることでこのS110の判定結果がハンチングすると熱源システム1の効率に悪影響を与えることが考えられるが、上記S102の処理により、S110の判断およびそれに伴うS111の処理を的確に行うことが可能である。
In S110, it is determined whether or not the temperature of the cold water supplied from the
このようなS107〜S111の処理によれば、稼働する冷凍機の台数を削減し、且つ
稼働している冷凍機の出力能力比を100%以上、好ましくは過負荷状態とすることができるため、極めて高効率で冷凍機4の運転が実現されることになる。また、冷水および冷却水の流れにおいて、稼働していない冷凍機3が迂回されることで、冷水および冷却水の圧送の際に生じる各ポンプの圧損を軽減することが可能となり、熱源システム1としての効率は更に改善されることになる。
According to such processing of S107 to S111, the number of operating refrigerators can be reduced, and the output capacity ratio of operating refrigerators can be set to 100% or more, preferably an overload state. The operation of the
次に、S104で否定判定された後のS112以降の処理について説明する。S104で否定判定されることは、熱源システム1の出力負荷PLが50%以下であることを意味する。そこで、S112では、S108と同様に冷凍機3の稼働を停止し、また冷水および冷却水が冷凍機3を迂回して流れるように流量調整弁16、18、35、36が制御される。S112の処理が終了すると、S113へ進む。そして、S113では、実質的にS106と同様に、稼働状態にある冷凍機4に対して、算出された出力負荷PLの値に応じて、冷水流量を過流量状態に増量し、冷凍機4の出力能力比を100%とする。
Next, the processes after S112 after the negative determination in S104 will be described. The negative determination in S104 means that the output load PL of the
このようなS112、S113の処理によれば、稼働する冷凍機の台数を削減し、且つ稼働している冷凍機4の運転効率を比較的高く維持できる。また、冷水および冷却水の流れにおいて、稼働していない冷凍機3が迂回されることで、冷水および冷却水の圧送の際に生じる圧損を軽減することが可能となり、熱源システム1としての効率は更に改善されることになる。
According to such processes of S112 and S113, the number of operating refrigerators can be reduced, and the operating efficiency of the operating
上述までのS101〜S113の処理が終了すると、S114において熱源システム1の運転を継続するか否かが判定される。当該運転の継続については、熱源システム1を管理する中央監視盤からの停止命令の有無等について判断される。ここで肯定判定されるとS101以降の処理が再度行われ、否定判定されると図5に示す冷凍機運転制御を終了する。なお、上記冷凍機運転制御では、強制的な冷凍機の稼働台数削減を行う(すなわち、S112の処理が行われる)熱源システム1の出力負荷の閾値は50%であるが、この値は必ずしも固定値である必要はない。好ましくは、外気湿球温度に起因して冷却水温度が所定の温度以上である場合には、出力負荷PLが50%でも冷凍機3の稼働を停止しないように設定する。また、冷却水温度の値に応じて、強制的な冷凍機の稼働台数削減を行う出力負荷PLの閾値を変動させてもよい。
When the processing of S101 to S113 is completed, whether or not to continue the operation of the
そして、図6には、上記冷凍機運転制御が行われたときの各冷凍機の電力消費率(kW/Rt)の一例が示されている。これからも分かるように、冷却水温度が上昇するに従い、電力消費率は上昇し、冷凍機の運転効率は低下する傾向にある。しかし、熱源システム1の出力負荷PLが20%〜100%の範囲で変動しても、冷凍機の電力消費率を、100%負荷時の電力消費率に近い値に維持することができる。このことは、上記冷凍機運転制御によれば、熱源システム1の出力負荷PLにかかわらず、冷凍機群の運転効率を比較的高い状態に維持できることを意味している。なお、図6中、太線で囲まれた領域は、冷凍機3の稼働が停止され、冷凍機4のみが稼働している状態での、該冷凍機4の電力消費率を表している。
FIG. 6 shows an example of the power consumption rate (kW / Rt) of each refrigerator when the refrigerator operation control is performed. As can be seen from this, as the cooling water temperature rises, the power consumption rate rises and the operating efficiency of the refrigerator tends to decline. However, even if the output load PL of the
また、図7には、上記冷凍機運転制御が行われる熱源システム1と、それ以外の熱源システムでのシステム効率の比較結果が示されている。なお、図7中に示す各制御方式については、冷水過流量制御は主に上記冷凍機運転制御でのS106の処理に該当し、冷凍機稼働停止制御は主に上記冷凍機運転制御でのS108の処理に該当する。また、二次冷水ポンプ変流量制御は、二次冷水ポンプ6の圧送能力を調整し冷水流量を制御するものであり、これは従来から行われている制御である。また、冷却水温度最適化制御は、上記冷凍機運転制御でのS102の処理に該当する。
FIG. 7 shows a comparison result of the system efficiency between the
図7中NO.1は、中近東において冷凍機が並列接続された通常の地域冷房プラント(熱源
システム)における消費電力の実測値であり、冷却水温度は25.0℃前後まで低めに運用されているものである。図7においては、このNO.1の消費電力を基準として、様々な条件の地域冷房プラントの省エネルギー率を比較している。NO.2は、冷凍機を並列接続にて冷却水温度最適化制御を行った場合をシミュレーションしたものであり、NO.1に対し1%の効率改善となっている。
In Fig. 7, NO.1 is the measured value of power consumption in a normal district cooling plant (heat source system) with refrigerators connected in parallel in the Middle East, and the cooling water temperature is operated to a low level of around 25.0 ° C. Is. In FIG. 7, the energy saving rates of district cooling plants under various conditions are compared with the power consumption of No. 1 as a reference. NO.2 is a simulation of the case where the cooling water temperature optimization control is performed by connecting the refrigerators in parallel, and the efficiency is improved by 1% compared to NO.1.
NO.3は本発明に係る熱源システム1のように冷凍機を直列接続としたものであるが、冷水過流量制御、冷凍機稼動停止制御、冷却水温度最適化制御は採用されていない場合をシミュレーションしたものである。この場合の効率改善率はNO.1と比較して5%となった。NO.4は、NO.3のものに対して冷却水温度最適化制御を更に採用した場合をシミュレーションしたものであり、基準のNO.1に対し10%、NO.3との比較では5%の消費エネルギーの改善を果たしている。すなわち、冷却水温度最適化制御を冷凍機の直列接続の態様に採用することで、従来の冷凍機並列接続の態様に対して、2倍程度の省エネ効果アップを得ることができる。また、NO.5は、NO.3のものに対して、冷水過流量制御、冷凍機稼働停止制御、冷却水温度最適化制御を採用した場合をシミュレーションしたものである。この場合は、基準のNO.1に対し14%の消費エネルギー改善を、NO.4に対しても4%の消費エネルギーの改善となっている。
NO.3 is a case where the refrigerators are connected in series as in the
ここで、本発明のように冷凍機を直列に接続する態様における冷却水温度最適化制御の効果について、より具体的に説明する。従来の冷凍機並列接続においては、図2(a)に示すように、冷却水温度は冷凍機入口32.0℃、出口38.0℃である。一般に、冷凍機本体を警報停止させないための冷却水入口温度の下限値(すなわち冷却水温度最適化制御による調整可能な範囲での冷却水下限温度、以下同じ)は、22.0℃程度であり、この時出口温度は定格温度差の6.0deg℃を加えた28.0℃となる。この条件は、たとえ負荷が小さく運転されるべき冷凍機台数が少なくなった状況下においても変わらない。 Here, the effect of the cooling water temperature optimization control in the embodiment in which the refrigerators are connected in series as in the present invention will be described more specifically. In the conventional refrigerator parallel connection, the cooling water temperature is 32.0 ° C. at the inlet of the refrigerator and 38.0 ° C. at the outlet, as shown in FIG. In general, the lower limit value of the cooling water inlet temperature (that is, the lower limit temperature of the cooling water within the adjustable range by the cooling water temperature optimization control, the same shall apply hereinafter) for preventing the chiller main unit from stopping the alarm is about 22.0 ° C. The hourly outlet temperature is 28.0 ° C with 6.0deg ° C of the rated temperature difference. This condition does not change even when the number of refrigerators to be operated with a small load is reduced.
これに対して本発明に係る熱源システム1では、図2(a)に示すように、冷凍機4の冷却水温度は入口32.0℃、出口35.0℃である。そして、この場合も、冷却水入口温度の下限値は同様に22.0℃程度である。従って、冷凍機稼動停止制御により冷凍機の稼働台数が1台とされると、冷却水入口温度の下限値が22.0℃程度であれば、出口温度は定格温度差3.0deg℃を加えた25.0℃となり、従来方式の28.0℃に比べて3.0℃低く運転ができる。すなわち、負荷が小さくなり冷凍機の稼働台数が1台となった運転状況下では、常に従来方式よりも冷却水温度を3.0℃程度低く運転が出来ることになる。そのため、冷水出口温度を4.4℃とした時の温度落差比は、20.6/23.6=0.87となり13%程度冷凍機本体の効率を上昇させることができる。以上より、本発明に係る熱源システム1での冷凍機稼動停止制御と冷却水温度最適化制御のシステム効率の向上への寄与は、従来技術と比しても極めて顕著なものと言える。
On the other hand, in the
<熱源システム1の配置>
次に、本発明に係る熱源システム1の具体的な配置について、図8〜図13に基づいて説明する。本実施例では、上述のように熱源システム1がアラブ首長国連邦に構築されることを前提として以下の説明を行うが、これにより本発明が適用される地域を当該地域に限定する意図は無い。
<Arrangement of
Next, a specific arrangement of the
アラブ首長国連邦での地域冷房用に本発明に係る熱源システム1を利用する場合、システム全体の冷房能力として20000Rt〜40000Rtが要求されると考えられ、すると一台の冷凍機の冷凍能力を一般的な2000Rt〜2500Rt程度とすると、熱源システム1としては8台〜20台の冷凍機が必要となる。ここで、熱源システム1を実際に構築するためのプラント建設に言及する。一般に、熱源システム用のプラント建屋は、プラント専用の建物として構築されることが多く、従来、図8に示すように建物の柱間距離は6〜7.5m前後とされる例
が多い。なお図8は、熱源システムに8台の冷凍機を設置する場合の、従来から行われているその配列およびプラント建屋の柱位置を概略的に示した図である。
When the
従来では、プラント設備の設計者(すなわち熱源システム1自体の設計者)とプラント建屋の建築設計者が異なっている場合が多い。そのためプラント設備の設計者から建築設計者に対して、冷凍機や冷却塔等の熱源システムの主要機器の設置に要する面積や必要階高、設計荷重等、いわばプラントの主な仕様値のみが伝達され、建築設計者はその値に従って、プラント建屋として必要な強度等が確保できるように建築設計を行うため、プラント建屋の設計および冷凍機等の配置が必ずしも適切な状態になっているとは言えなかった。したがって、上記柱間隔6〜7.5mについても、プラント建屋の床の設計荷重を一般的に採用される2.0〜3.0ton/m2としたときに得られる柱間隔の値であり、そこには熱源システムの構成要素(冷凍機等)同士の相関等が考慮されることはない。
Conventionally, the plant facility designer (that is, the designer of the
そのため、従来のプラント建屋の建築設計では、図8に示すように柱1スパンに1台の冷凍機を設置する態様が一般的である。また、従来から広く普及している冷凍機を熱供給先に対して並列に接続する態様では、各冷凍機に冷水循環用の冷水ポンプと冷却水循環用の冷却水ポンプがそれぞれ必要になるため、これらのポンプ設置面積の確保、およびポンプや冷凍機のチューブ交換等のメンテナンス用スペースの確保の観点からも、柱1スパンに1台の冷凍機を設置するのが限度であると考えられる。 Therefore, in the conventional architectural design of a plant building, a mode in which one refrigerator is installed in one column span as shown in FIG. In addition, in the aspect of connecting the chillers that have been widely spread from the past in parallel to the heat supply destination, each chiller requires a chilled water pump for chilled water circulation and a chilled water pump for cooling water circulation, From the viewpoint of securing these pump installation areas and securing the space for maintenance such as tube replacement of pumps and refrigerators, it is considered that the limit is to install one refrigerator in one span of the pillar.
また、従来のプラント建屋の設計では、図9に示すように、冷水や冷却水用の配管、各配管が集合する集合管(往ヘッダや還ヘッダ等)、冷凍機等に配されるケーブル等は、比較的空間的余裕がある冷凍機の上部空間に敷設されることが一般的である。当該集合管については、熱源システムの冷凍能力が20000Rt程度である場合、その直径は900〜1000mm程度にもなり、そのため空間的余裕がある上記上部空間が広く利用されていると考えられる。このように上部空間を利用する場合、配管に関する機器(たとえば、制御弁等)のメンテナンス位置が高所に位置するため、メンテナンス時の作業負荷が大きくなり、また作業者の安全性の確保にも強く注意しなければならなくなる。 In the conventional plant building design, as shown in FIG. 9, pipes for cold water and cooling water, collecting pipes where each pipe gathers (forward header, return header, etc.), cables distributed to refrigerators, etc. Is generally laid in the upper space of the refrigerator having a relatively large space. With respect to the collecting pipe, when the refrigeration capacity of the heat source system is about 20000 Rt, the diameter is about 900 to 1000 mm. Therefore, it is considered that the above-mentioned upper space having a space margin is widely used. When using the upper space in this way, the maintenance position of piping-related equipment (for example, control valves, etc.) is located at a high location, increasing the work load during maintenance and ensuring the safety of workers. You have to be very careful.
さらに、図9に示す配管等の配置を実現するためには、施工についても十分に配慮しなければならない。すなわち、冷凍機の上部空間に配管等の敷設を行うために、図10で示すように配管、ヘッダやこれらの支持用のH型鋼等の重量物をチェーンブロックや門型油圧リフター等で揚重する必要があり、その際の安全性の確保には細心の注意を払う必要がある。このように従来のプラント建屋の設計では、熱源システムを配置するために必ずしも最適な構成とはなっていないと考えられる。 Furthermore, in order to realize the arrangement of the pipes and the like shown in FIG. That is, in order to lay pipes and the like in the upper space of the refrigerator, as shown in FIG. 10, heavy objects such as pipes, headers and supporting H-shaped steel are lifted by a chain block or a portal hydraulic lifter. It is necessary to pay close attention to ensuring safety at that time. Thus, in the design of the conventional plant building, it is considered that the configuration is not necessarily optimal for arranging the heat source system.
そこで、本発明に係る熱源システム1については、それが2台の冷凍機を直列に接続して冷凍機群を形成する構成となっている点に着目して、当該熱源システム1を収めるプラント建屋の構造を、図11に示す構造とする。この場合、柱スパンを従来と比べて長く10〜11mとする。そして、その間隔で配置された4本の柱で画定される1区画内に、熱源システム1の冷凍機群を構成する2台の冷凍機を配置する。それと同時に、当該冷凍機群に対応する冷水ポンプと冷却水ポンプも、その1区画内に配置する。すなわち、熱源システム1においては、1つの冷凍機群に対して冷水ポンプ(図1で示す一次冷水ポンプ5)と冷却水ポンプ(図1で示す冷却水ポンプ7)が設置されるため、これらのポンプと冷凍機群を一まとめとして、比較的幅広に設定された柱スパンで形成される上記1区画内に収める構成とする。したがって、図11に示す熱源システム1は、2台の冷凍機を直列に接続した冷凍機群を、並列に4群接続したものである。
Then, about the
図11に示すプラント建屋の設計を行うことで、建屋内に冷凍機をコンパクトに収納することができ、換言すると冷凍機等の機器を集約して配置することができるため、図8に
示した従来の建屋設計の場合と比べても配管の必要な施工長さや、配管同士をつなぐ継ぎ手の数を低減することができ、更には冷凍機等の動力ケーブル長の短縮、ケーブル敷設工事量の低減も実現できる。また、本実施例では、冷凍機を2台直列に接続しているため、機器周りの配管の長さを低減することができる。ここで、配管の施工長さを低減することは、冷水ポンプや冷却水ポンプによる圧送時の圧損を低減することにもつながり、以て熱源システム1の効率改善を促進する結果となる。
By designing the plant building shown in FIG. 11, the refrigerator can be stored compactly in the building, in other words, equipment such as the refrigerator can be centrally arranged, so that it is shown in FIG. 8. Compared to conventional building design, the required construction length of piping and the number of joints that connect the piping can be reduced, and the length of power cables for refrigerators, etc., and the amount of cable laying work are reduced. Can also be realized. Moreover, in the present Example, since two refrigerators are connected in series, the length of piping around the equipment can be reduced. Here, reducing the construction length of the piping also leads to a reduction in pressure loss at the time of pumping by the chilled water pump or the chilled water pump, thereby promoting improvement in efficiency of the
なお、図11に示すように柱スパンを従来よりも広げることで、プラント建屋の建築構造上、よりスラブ厚を大きくするか、あるいは途中に新たな梁を入れるか等、新たな建築構成が必要となる。しかし、熱源システム1を構成する冷凍機の設置に必要な延床面積を考慮すると、従来の設計形態である図8に示す形態では、8台の冷凍機設置に16区画が必要であるが、本発明の設計形態である図11に示す形態では、6区画が必要とされる。面積自体で比較すると、従来の設計形態では900m2必要とされるが、本発明の設計形態では必要面積を600m2に抑えることができる。したがって、プラント建屋自体の大きさを小さくできるため、建屋に必要とされる構造強度を大きくすることになるが、必要となる新たな建築構成の必要性を相殺できる可能性がある。
In addition, as shown in Fig. 11, a new building configuration is required, such as increasing the slab thickness or increasing the slab thickness in the plant building by expanding the column span as compared with the conventional structure. It becomes. However, in consideration of the total floor area required for installing the refrigerator constituting the
また、配管やヘッダ等の敷設については、図12に示すように床に配管敷設用のピットを構築し、そこに配管やヘッダ等を敷設する。そのため、配管等の敷設位置が、冷凍機が設置されている床面に近い位置となる。これにより、重量物の揚重作業が必要なくなり、また配管等と冷凍機が近い高さに設置されることになるため、配管の施工長さの削減、配管やケーブルの敷設工事量の削減を図ることができる。 For laying pipes, headers, etc., as shown in FIG. 12, a pit for laying pipes is constructed on the floor, and pipes, headers, etc. are laid there. Therefore, the laying position of piping or the like is a position close to the floor surface where the refrigerator is installed. This eliminates the need for heavy lifting work, and the piping and the refrigerator are installed at a height close to the piping, reducing the length of piping and the amount of piping and cable laying. Can be planned.
このような配管敷設用のピット構築は、上述したようにプラント建屋の柱スパンを拡大することで、より容易にそのピット構築のための空間を確保することができる。また、配管敷設用ピットを構築し、配管やヘッダ等を床面レベルに下ろすことで、熱源システムを格納する階高を従来よりも低くすることができる(図12に示す例では、1m階高を圧縮している)。そのため、配管敷設用ピットによる床面の飛び出しと階高の圧縮とで概ね相殺できるため、図12に示す構成を採用することによりプラント建屋の高さが徒に高くなることは回避できる。 In such a pit construction for pipe laying, as described above, a space for the pit construction can be secured more easily by expanding the column span of the plant building. Also, by constructing a pipe pit and lowering pipes and headers to the floor level, the floor height for storing the heat source system can be made lower than before (in the example shown in FIG. Are compressed). For this reason, since it can be roughly offset by the floor surface popping out by the piping laying pit and the compression of the floor height, it is possible to avoid the height of the plant building from becoming higher by adopting the configuration shown in FIG.
また、本発明に係るプラント建屋の設計態様である、柱スパンの拡大および配管敷設用ピットの構築を採用することで、図13に示すように冷凍機や配管、ヘッダ等を平面的に配置できるため、冷凍機やヘッダ間等の寸法を正確に測定できるようになる。その結果、配管等の加工工場や、プラント建屋の製造加工工場でのプレファブの加工精度を上げることができ、以てし損じ率を低減でき、プラント設備の工期を短縮することが可能となる。 Further, by adopting the expansion of the column span and the construction of the pipe laying pit, which is the design aspect of the plant building according to the present invention, the refrigerator, the pipe, the header, etc. can be arranged in a plane as shown in FIG. Therefore, the dimensions between the refrigerator and the header can be accurately measured. As a result, it is possible to increase the processing accuracy of the prefab at the processing plant for piping and the like, and the manufacturing processing plant of the plant building, thereby reducing the loss rate and shortening the construction period of the plant equipment.
1・・・・熱源システム
2・・・・冷却塔
3、4・・・・冷凍機
3a、4a・・・・蒸発器
3b、4b・・・・凝縮器
5・・・・一次冷水ポンプ
6・・・・二次冷水ポンプ
7・・・・冷却水ポンプ
10・・・・還ヘッダ
11・・・・往ヘッダ
12・・・・冷水配管
13・・・・冷水バイパス配管
30・・・・冷却水往配管
31・・・・冷却水配管
32・・・・冷却水還配管
33・・・・冷却水バイパス配管
40・・・・制御部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
蒸発器と凝縮器をそれぞれ有する第一冷凍機と第二冷凍機を含んで形成される冷凍機群と、
前記冷却塔からの冷却水を、前記冷凍機群のそれぞれの冷凍機が有する凝縮器に直列に供給する冷却水配管と、
前記冷却水配管において冷却水を圧送する冷却水ポンプと、
前記冷凍機群のそれぞれの冷凍機が有する蒸発器に対して、直列に且つ前記冷却水配管における冷却水の流れ方向と反対の流れ方向となるように冷水を供給する冷水配管と、
前記冷水配管において冷水を圧送する冷水ポンプと、を備え、熱供給先に冷水を介して熱エネルギーを供給する熱源システムであって、
前記熱源システムは、
前記熱源システムが熱供給先に供給すべき熱エネルギー量に基づいて、前記冷凍機群の出力負荷を算出する負荷算出部と、
前記第一冷凍機および前記第二冷凍機を経て前記冷水配管を介して熱供給先に供給する冷水の温度が、前記負荷算出部によって算出された前記出力負荷にかかわらず所定供給温度となるように、該第一冷凍機および該第二冷凍機を制御する第一制御部と、
前記負荷算出部によって算出された前記出力負荷が前記冷凍機群の定格出力負荷より小さくなるに従い、前記冷水配管を流れる冷水流量が、該定格出力負荷時に該冷水配管を流れる定格冷水流量と比べて増量するように前記冷水ポンプを制御する第二制御部と、
を更に備える、熱源システム。 A cooling tower,
A refrigerator group formed including a first refrigerator and a second refrigerator each having an evaporator and a condenser;
A cooling water pipe for supplying cooling water from the cooling tower in series to a condenser included in each refrigerator of the refrigerator group;
A cooling water pump for pumping cooling water in the cooling water pipe;
A chilled water pipe for supplying chilled water in series to the flow direction opposite to the flow direction of the cooling water in the cooling water pipe, with respect to the evaporator of each chiller of the chiller group;
A cold water pump that pumps cold water in the cold water pipe, and a heat source system that supplies heat energy to the heat supply destination via cold water,
The heat source system includes:
A load calculating unit that calculates an output load of the refrigerator group based on a heat energy amount that the heat source system should supply to a heat supply destination;
The temperature of the cold water supplied to the heat supply destination via the cold water pipe via the first refrigerator and the second refrigerator is set to a predetermined supply temperature regardless of the output load calculated by the load calculation unit. A first control unit for controlling the first refrigerator and the second refrigerator;
As the output load calculated by the load calculation unit becomes smaller than the rated output load of the refrigerator group, the chilled water flow rate flowing through the chilled water piping is compared with the rated chilled water flow rate flowing through the chilled water piping at the rated output load. A second control unit for controlling the cold water pump to increase the amount;
A heat source system further comprising:
請求項1に記載の熱源システム。 In the first refrigerator and the second refrigerator, a temperature difference that is a difference between an inlet temperature of cold water flowing into an evaporator included in each refrigerator and an outlet temperature of cold water flowing out of the evaporator, and the second refrigerator The respective output capacities of the first refrigerator and the second refrigerator, which are determined based on the flow rate of the cold water flowing through the cold water pipe controlled by the control unit, are the first capacity at the rated output load of the refrigerator group. The second control unit determines the flow rate of cold water flowing through the cold water pipe so that the output capacity of the single refrigerator and the second refrigerator is the same.
The heat source system according to claim 1.
凍機群を経ずに接続する冷却水往還バイパス配管と、
少なくとも前記熱源システムの外気温度に基づいて前記冷却水配管を流れる冷却水の設定温度を算出し、且つ該冷却水の設定温度に基づいて前記冷却水往還バイパス配管を流れる冷却水流量を制御する第三制御部と、
を更に備える、請求項1又は請求項2に記載の熱源システム。 A cooling water return bypass pipe for connecting the outgoing pipe to the refrigerator group in the cooling water pipe and the return pipe from the refrigerator group without passing through the refrigerator group;
Calculating a set temperature of cooling water flowing through the cooling water pipe based on at least an outside temperature of the heat source system, and controlling a flow rate of cooling water flowing through the cooling water return bypass pipe based on the set temperature of the cooling water; Three control units;
The heat source system according to claim 1, further comprising:
前記負荷算出部によって算出された前記出力負荷が所定出力負荷以下のとき、前記第一冷凍機の稼動を停止させ、且つ前記冷水迂回手段により前記冷水配管での冷水の流れにおいて冷水を前記第二冷凍機が有する蒸発器にのみ供給する冷凍機稼動制御部と、を更に備える、
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の熱源システム。 In cold water flow in the cold water pipe, cold water bypass means for bypassing the cold water so as not to flow into the evaporator of the first refrigerator,
When the output load calculated by the load calculation unit is equal to or lower than a predetermined output load, the operation of the first refrigerator is stopped, and cold water is supplied to the second cold water in the cold water flow in the cold water pipe by the cold water bypass means. A refrigerator operation control unit that supplies only to the evaporator of the refrigerator, and
The heat source system according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の熱源システム。 When the operation of the first refrigerator is stopped by the refrigerator operation control unit, the first control unit also outputs the output that should be taken when the stopped first refrigerator is in an operating state. As the second refrigerator bears, the second refrigerator is output in an overload state larger than the load at the rated output load,
The heat source system according to claim 4.
請求項5に記載の熱源システム。 When the operation of the first refrigerator is stopped by the refrigerator operation control unit, the second control unit determines a flow rate of cold water to be supplied to the second refrigerator through the cold water pipe and the rated cold water flow rate. And
The heat source system according to claim 5.
前記冷凍機稼働制御部は、前記第一冷凍機の稼動を停止するとき、前記冷却水迂回手段により前記冷却水配管において冷却水を前記第二冷凍機が有する凝縮器にのみ供給する、
請求項4から請求項6の何れか一項に記載の熱源システム。 In the flow of cooling water in the cooling water pipe, further comprising a cooling water bypass means for bypassing the cooling water so as not to flow into the condenser of the first refrigerator,
The refrigerator operation control unit supplies cooling water only to the condenser of the second refrigerator in the cooling water pipe by the cooling water bypass means when the operation of the first refrigerator is stopped,
The heat source system according to any one of claims 4 to 6.
請求項5に記載の熱源システム。 The second control unit flows through the cooling water pipe when the temperature of the cooling water supplied to the second refrigerator via the cooling water pipe exceeds a predetermined rated cooling water temperature corresponding to the rated cold water flow rate. The cold water flow rate to be supplied to the second refrigerator is a flow rate smaller than the rated cold water flow rate,
The heat source system according to claim 5.
請求項4から請求項8の何れか一項に記載の熱源システム。
The predetermined output load is adjusted based on a temperature of cooling water supplied to the second refrigerator through the cooling water pipe.
The heat source system according to any one of claims 4 to 8.
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