JP5931774B2 - ターボ冷凍機の最大負荷率算出装置及びその方法並びに熱源システム及びその台数制御方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、冷水温度及び冷却水温度の条件によってターボ冷凍機の出力可能な能力は変動する。そこで、例えば、冷水設定温度及び冷却水設定温度に応じた能力表を予め用意し、この能力表と冷水設定温度及び冷却水設定温度とから台数制御閾値を可変に設定することが提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
また、本発明によれば、ターボ冷凍機の台数制御における閾値をその時々のターボ冷凍機の運転状態に応じて設定することができ、ターボ冷凍機の能力を可能な限り発揮させることができるという効果を奏する。
以下、本発明の第1実施形態に係るターボ冷凍機の最大負荷率算出装置及びその方法並びに熱源システム及びその台数制御方法について、図を用いて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る熱源システム1の構成を概略的に示した図である。熱源システム1は、例えば、ビルや工場設備に設置されており、空調機やファンコイル等の外部負荷6に供給する冷水を冷却する3台のターボ冷凍機2a、2b、2cを備えている。ターボ冷凍機2a、2b、2cは、外部負荷6に対して並列に設置されている。ここで、図1では、3台のターボ冷凍機2a、2b、2cを備える場合について例示しているが、ターボ冷凍機の設置台数については任意に決定することができる。
なお、本実施形態においては、ターボ冷凍機2a、2b、2cは、冷水を冷却するものとして説明するが、冷水を加熱するものであってもよい。また、冷却機能と加熱機能とを兼ね備えるものであってもよい。また、冷水に代えて、ブラインなどの他の熱媒を冷却または加熱するようなシステムであってもよい。
補助記憶装置は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。この補助記憶装置には、各種プログラム(例えば、冷凍機制御装置であれば、最大負荷率算出プログラム、上位制御装置であれば、台数制御プログラム等)が格納されており、CPUが補助記憶装置から主記憶装置にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
図3は、ターボ冷凍機2aの構成を概略的に示した図である。ターボ冷凍機2a、2b、2cは同様の構成を有することから、以下、代表としてターボ冷凍機2aの構成について説明する。
ターボ冷凍機2aは、冷媒を圧縮する固定速の圧縮機11と、圧縮機11によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する凝縮器12と、凝縮器12にて凝縮された液冷媒に対して過冷却を与えるサブクーラ13と、サブクーラ13からの液冷媒を膨張させる高圧膨張弁14と、高圧膨張弁14に接続されるとともに圧縮機11の中間段および低圧膨張弁15に接続される中間冷却器16と、低圧膨張弁15によって膨張させられた液冷媒を蒸発させる蒸発器17とを備えている。
圧縮機11の冷媒吸入口には、吸入冷媒流量を制御するインレットガイドベーン(以下「IGV」という。)18が設けられており、ターボ冷凍機2aの容量制御が可能となっている。
記憶部42には、現在の運転点においてターボ冷凍機2aが性能上出し得る最大負荷率を算出するための演算式が格納されている。
以下、この最大負荷率の算出に用いられる演算式について説明する。
Td´は、所定の定数を用いることとしてもよいし、例えば、冷水設定出口温度TLO及び冷却水出口温度THOを変数とした演算式を用いて決定される補正値としてもよい。
以上から、上記(8)式は、以下の(8)´式のように表される。
従って、冷水設定出口温度TLOと冷却水入口温度THIとを変数とする上記(12)式の演算式及び(12)式における定格値及び定数の情報について、記憶部42に格納しておくことで、最大負荷率Kを逐次算出することが可能となる。
まず、記憶部41には、最大負荷率Kを算出するのに必要となる情報、例えば上記(12)式、及びこの演算式で用いられる各種固定パラメータ及び定数等が予め記憶されている。
演算部43は、データ取得部41によって入力データが取得されると、記憶部42から上記演算式を読み出し、演算式を用いて現在の運転点における最大負荷率Kを算出する(図6のステップSA2)。
演算部43において算出された最大負荷率Kは、上位制御装置20に送信される(図6のステップSA3)。
そして、上記ステップSA1からSA3の処理が繰り返し実行されることにより、各ターボ冷凍機2a、2b、2cにおける出力可能な最大負荷率が逐次算出され、その算出結果が上位制御装置20に逐次送信されることとなる。
例えば、上位制御装置20は、各ターボ冷凍機2a、2b、2cの定格能力[Rt]を予め保有しており、この定格能力に最大負荷率Kを乗じることで、各ターボ冷凍機2a、2b、2cにおけるその時点での出力可能能力[Rt]をそれぞれ算出する。そして、外部負荷6の要求負荷が、現在起動しているターボ冷凍機の出力可能能力の合計を超えているか否かを判定し、超えている場合には増段を行う。なお、増段の具体的な手法について、予め増段における優先順位を決定しておくなど、公知の技術を採用することができる。また、減段においても同様に行うことが可能である。
例えば、ターボ冷凍機2a、2b、2cの定格能力が100Rtである場合を仮定すると、通常であれば、図7に点線で示すように、要求負荷が100Rtを超えた時点で1台から2台へ増段し、更に、要求負荷が200Rtを超えた場合に2台から3台へ増段が行われる。これに対し、本実施形態に係る熱源システム1においては、例えば、図7に実線で示すように、ターボ冷凍機の出力可能能力が120Rtであった場合には、要求負荷が120Rtを超えた場合に、1台から2台へ増段が行われ、要求負荷が240Rtを超えた場合に、2台から3台へ増段が行われる。
次に、本発明の第2実施形態に係るターボ冷凍機の最大負荷率算出装置及びその方法並びに熱源システム及びその台数制御方法について説明する。
例えば、上述した第1実施形態に係る熱源システム1において算出された最大負荷率Kは、理想的な運転状態での値であり、ターボ冷凍機2aの性能劣化が反映されていない。従って、実際には、算出された最大負荷率Kまで能力が発揮できないおそれがある。そこで、本実施形態においては、上記(12)式で算出された最大負荷率Kを、現在の運転状況における計画消費電力(計画COPから算出)と実測消費電力との比によって補正し、性能劣化などの誤差要因を反映させることとしている。
2a、2b、2c ターボ冷凍機
10a、10b、10c 冷凍機制御装置
20 上位制御装置
30 温度センサ
41 データ取得部
42 記憶部
43 演算部
Claims (6)
- 固定速の圧縮機を備えるターボ冷凍機が出力し得る最大負荷率を算出するターボ冷凍機の最大負荷率算出装置であって、
前記ターボ冷凍機の冷水出口設定温度及び冷却水入口温度を入力データとして取得するデータ取得手段と、
前記ターボ冷凍機の冷水出口設定温度及び冷却水入口温度を変数として含むとともに、定格冷水出口温度、定格冷却水出口温度、定格冷却水入口温度を固定パラメータとして含む演算式を記憶する記憶手段と、
前記データ取得手段によって取得された前記ターボ冷凍機の冷水出口設定温度及び冷却水入口温度と、予め設定されている定格冷水出口温度、定格冷却水出口温度、及び定格冷却水入口温度とを前記演算式に用いて、現在の運転点において前記ターボ冷凍機が出力し得る最大負荷率を算出する演算手段と
を具備するターボ冷凍機の最大負荷率算出装置。 - 前記演算式は、機械損失等をなしとした理想的な環境下で計算された実機理想COPに対して、実際の環境下で発生する損失を補正値として与えた計画COPと、定格能力と、定格消費電力と、最大負荷率との間に成立する関係式を、前記最大負荷率について解くことにより導出された演算式である請求項1に記載のターボ冷凍機の最大負荷率算出装置。
- 前記演算式には、計画消費電力と実測消費電力との比による補正値が含まれる請求項1または請求項2に記載のターボ冷凍機の最大負荷率算出装置。
- 複数のターボ冷凍機と、
前記ターボ冷凍機の台数制御を行う台数制御手段と
を備え、
各前記ターボ冷凍機は、請求項1から請求項3のいずれかに記載のターボ冷凍機の最大負荷率算出装置をそれぞれ備えるとともに、算出した最大負荷率を前記台数制御手段に送信し、
前記台数制御手段は、各前記ターボ冷凍機から通知される最大負荷率に基づいて台数制御を行う熱源システム。 - 固定速の圧縮機を備えるターボ冷凍機が出力し得る最大負荷率を、所定の時間間隔で算出するターボ冷凍機の最大負荷率算出方法であって、
前記ターボ冷凍機の冷水出口設定温度及び冷却水入口温度を入力データとして取得するデータ取得工程と、
前記ターボ冷凍機の冷水出口設定温度及び冷却水入口温度を変数として含むとともに、定格冷水出口温度、定格冷却水出口温度、定格冷却水入口温度を固定パラメータとして含む演算式に、前記データ取得工程において取得された前記ターボ冷凍機の冷水出口設定温度及び冷却水入口温度と、予め設定されている定格冷水出口温度、定格冷却水出口温度、及び定格冷却水入口温度とを用いて、現在の運転点において前記ターボ冷凍機が出力し得る最大負荷率を算出する演算工程と
を含むターボ冷凍機の最大負荷率算出方法。 - 複数のターボ冷凍機を備える熱源システムの台数制御方法であって、
請求項5に記載のターボ冷凍機の最大負荷率算出方法を用いて、各前記ターボ冷凍機が出力可能な最大負荷率を算出し、
各前記ターボ冷凍機について算出された前記最大負荷率に基づいて、台数制御を行う熱源システムの台数制御方法。
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