JP7362032B2 - cold water production system - Google Patents
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Description
本発明は、チラーで冷却したブラインにより水を冷却して冷水を製造する冷水製造システムに関するものである。 The present invention relates to a cold water production system that produces cold water by cooling water with brine cooled by a chiller.
従来、下記特許文献1に開示されるように、(i)冷凍機またはヒートポンプと、(ii)ブラインと冷水との熱交換器と、(iii)両者を連結するブライン配管、ブライン循環ポンプ、ブラインタンクを有する設備と、(iv)熱交換器に連結する冷水配管、冷水供給ポンプ、冷水槽を有する設備とからなる冷水製造システムが知られている。このシステムによれば、チラー(冷凍機等)でブラインを冷却し、そのブラインにより熱交換器において水を冷却して冷水を製造することができる。 Conventionally, as disclosed in Patent Document 1 below, (i) a refrigerator or a heat pump, (ii) a heat exchanger between brine and cold water, and (iii) brine piping, a brine circulation pump, and a brine that connect the two. A cold water production system is known that includes equipment having a tank, and (iv) equipment having cold water piping connected to a heat exchanger, a cold water supply pump, and a cold water tank. According to this system, brine is cooled by a chiller (refrigeration machine, etc.), and water is cooled by the brine in a heat exchanger to produce cold water.
この種の冷水製造システムを用いて比較的低温(たとえば2.5℃以下)の冷水を製造しようする場合、熱交換器における水の凍結を防止しつつ所望温度の冷水を製造する必要がある。たとえば、ブライン配管に流量調整弁を設け、熱交換器の出口側水温に基づき前記弁の開度(言い換えれば熱交換器へのブラインの供給流量)を調整することが考えられる。 When producing chilled water at a relatively low temperature (for example, 2.5° C. or lower) using this type of chilled water production system, it is necessary to produce chilled water at a desired temperature while preventing water from freezing in the heat exchanger. For example, it is conceivable to provide a flow rate adjustment valve in the brine piping and adjust the opening degree of the valve (in other words, the flow rate of brine supplied to the heat exchanger) based on the water temperature on the outlet side of the heat exchanger.
ところが、たとえば、熱交換器の出口側水温を1℃で取り出したい場合において、目標値の1℃狙いで弁を制御すると、目標値に対する一定の制御幅などが発生するため、熱交換器において水が凍結するおそれがある。これを防止しようとして、目標温度(たとえば1℃)よりも高い温度(たとえば1.5℃)を設定して制御したのでは、熱交換器の出口側水温を目標温度にまで下げることができない。 However, for example, if you want to take out the water temperature at the outlet side of the heat exchanger at 1°C, if you control the valve to aim for the target value of 1°C, a certain control range will occur with respect to the target value, so the water temperature in the heat exchanger will be may freeze. If a temperature (eg, 1.5°C) higher than the target temperature (eg, 1°C) is set and controlled in an attempt to prevent this, the water temperature on the outlet side of the heat exchanger cannot be lowered to the target temperature.
本発明が解決しようとする課題は、熱交換器における水の凍結を防止しつつ、目標温度まで水を冷却可能な冷水製造システムを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a cold water production system that can cool water to a target temperature while preventing water from freezing in a heat exchanger.
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、ブラインを貯留するブラインタンクと、このブラインタンクからのブラインを冷却するチラーと、このチラーで冷却されたブラインとの熱交換により、冷水タンクとの間で循環される水を冷却する熱交換器とを備え、前記熱交換器で目標温度まで水の冷却を図る冷水製造システムにおいて、前記熱交換器に通すブライン流量を調整するブライン弁と、前記熱交換器の出口側水温に基づき前記ブライン弁を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、予め設定された下限開度を下回らない範囲で前記熱交換器にブラインを供給しつつ、前記出口側水温を「目標温度+設定値」にするように、前記ブライン弁の開度を調整し、前記目標温度は、0℃を超える温度で、且つ3℃以下に設定されており、前記制御手段は、前記出口側水温が目標温度以下になるか、前記出口側水温が目標温度以下を目標温度到達確認時間継続するか、前記下限開度が所定開度以下の状態を所定時間継続すると、前記ブライン弁により前記熱交換器へのブラインの供給を遮断することを特徴とする冷水製造システムである。 The present invention has been made to solve the above problem, and the invention according to claim 1 includes: a brine tank for storing brine; a chiller for cooling brine from the brine tank; a heat exchanger that cools the water circulated between the cold water tank and the cold water tank by heat exchange with brine, and the chilled water production system cools the water to a target temperature with the heat exchanger , the heat exchanger a brine valve that adjusts the flow rate of brine passed through the heat exchanger, and a control means that controls the brine valve based on the water temperature on the outlet side of the heat exchanger, and the control means controls the brine flow rate within a range that does not fall below a preset lower limit opening degree. While supplying brine to the heat exchanger, the opening degree of the brine valve is adjusted so that the outlet side water temperature is "target temperature + set value", and the target temperature is a temperature exceeding 0 ° C. In addition, the control means determines whether the outlet side water temperature becomes below the target temperature, whether the outlet side water temperature continues to be below the target temperature for the target temperature attainment confirmation time, or whether the lower limit opening degree is The cold water production system is characterized in that when the opening degree continues to be below a predetermined degree for a predetermined period of time, the brine valve shuts off the supply of brine to the heat exchanger .
請求項1に記載の発明によれば、チラーで冷却したブラインにより熱交換器で水を冷却して冷水を製造する冷水製造システムにおいて、熱交換器の出口側水温に基づきブライン弁を制御して、熱交換器に通すブライン流量を調整することができる。熱交換器の出口側水温を監視しつつブライン流量を調整することで、熱交換器における水の凍結を防止しつつ、所望温度の冷水を製造することができる。その際、熱交換器の出口側水温を目標温度ではなくそれよりも設定値高い温度にするように、ブライン弁を制御することで、目標温度が0℃付近であっても、熱交換器における水の凍結を防止することができる。その一方、予め設定された下限開度を下回らない範囲で熱交換器にブラインを供給することで、必要に応じて熱交換器にブラインを流し続けることができ、目標温度まで水の冷却を図ることができる。
請求項1に記載の発明によれば、熱交換器の出口側水温が目標温度以下になるか、出口側水温が目標温度以下を目標温度到達確認時間継続するか、下限開度が所定開度以下の状態を所定時間継続すると、ブライン弁により熱交換器へのブラインの供給を遮断して、水の冷却を停止することができる。これにより、水の凍結を防止しつつ、所望まで水の冷却を図ることができる。
According to the invention described in claim 1, in a cold water production system that produces cold water by cooling water in a heat exchanger using brine cooled by a chiller, the brine valve is controlled based on the water temperature on the outlet side of the heat exchanger. , the brine flow rate through the heat exchanger can be adjusted. By adjusting the brine flow rate while monitoring the water temperature on the outlet side of the heat exchanger, cold water at a desired temperature can be produced while preventing water from freezing in the heat exchanger. At that time, by controlling the brine valve so that the water temperature on the outlet side of the heat exchanger is not the target temperature but a temperature higher than the target temperature, even if the target temperature is around 0℃, the Can prevent water from freezing. On the other hand, by supplying brine to the heat exchanger within a range that does not fall below the preset lower limit opening , brine can continue to flow into the heat exchanger as needed, cooling the water to the target temperature. be able to.
According to the invention described in claim 1, whether the water temperature on the outlet side of the heat exchanger becomes equal to or less than the target temperature, or the water temperature on the outlet side continues to be equal to or less than the target temperature for the target temperature attainment confirmation time, or the lower limit opening degree is determined by the predetermined opening degree. If the following conditions continue for a predetermined period of time, the brine valve can cut off the supply of brine to the heat exchanger and stop cooling the water. This makes it possible to cool the water as desired while preventing the water from freezing.
請求項2に記載の発明は、前記チラーから前記熱交換器へのブライン供給路と、前記熱交換器から前記ブラインタンクへのブライン排出路とが、バイパス路で接続されており、前記ブライン弁は、前記チラーからのブラインを、前記熱交換器を介して前記ブラインタンクへ戻すか、前記バイパス路を介して前記ブラインタンクへ戻すかの分配割合を調整することを特徴とする請求項1に記載の冷水製造システムである。
In the invention according to
請求項2に記載の発明によれば、熱交換器に対するブライン供給路とブライン排出路とがバイパス路で接続されており、ブライン流量調整手段としてのブライン弁により、チラーからのブラインを、熱交換器を介してブラインタンクへ戻すか、バイパス路を介してブラインタンクへ戻すかの分配割合を調整することができる。このような分配制御により、チラーへのブライン循環量を維持したまま、熱交換器に通すブライン流量の調整を精度よく行えるので、熱交換器における水の凍結を防止しつつ所望温度の冷水を製造することができる。
According to the invention described in
請求項3に記載の発明は、前記ブライン排出路と前記バイパス路との合流部、または前記ブライン供給路と前記バイパス路との分岐部に、三方弁からなる前記ブライン弁が設けられ、前記ブライン弁による前記熱交換器へのブラインの供給開度について、下限開度を下回らない範囲で、前記ブライン弁の開度を調整することを特徴とする請求項2に記載の冷水製造システムである。
In the invention according to
請求項3に記載の発明によれば、ブライン弁として三方弁を用いることで、簡易な構成および制御で、チラーへのブライン循環量を維持したまま、熱交換器に通すブライン流量を調整することができる。また、ブライン弁による熱交換器へのブラインの供給開度について、下限開度を下回らない範囲で、ブライン弁の開度を調整することができる。従って、熱交換器における水の凍結を防止するために、目標温度よりも高い温度を設定して制御しても、必要に応じて熱交換器にブラインを流し続けることができ、目標温度まで水の冷却を図ることができる。
According to the invention described in
請求項4に記載の発明は、前記ブライン弁は、上限開度と下限開度との範囲で開度調整され、上限開度および下限開度は、変更可能とされ、上限開度について、全閉から全開までが複数のステップに分けられ、上限開度についての一または複数のステップに対応して、下限開度が割り当てられており、この割り当てられた下限開度は、上限開度が大きくなるほど大きく設定されることを特徴とする請求項3に記載の冷水製造システムである。
In the invention according to claim 4, the opening of the brine valve is adjusted within a range of an upper limit opening and a lower limit opening, the upper limit opening and the lower limit opening are changeable, and the upper opening The process from closing to fully opening is divided into multiple steps, and a lower limit opening is assigned corresponding to one or more steps regarding the upper limit opening. 4. The cold water production system according to
請求項4に記載の発明によれば、上限開度と下限開度との範囲で、ブライン弁の開度を調整する。上限開度に応じて下限開度を設定しておくことで、必要に応じて熱交換器にブラインを流し続けることができ、水の冷却を図ることができる。 According to the fourth aspect of the invention, the opening degree of the brine valve is adjusted within the range of the upper limit opening degree and the lower limit opening degree. By setting the lower limit opening degree according to the upper limit opening degree, brine can continue to flow into the heat exchanger as needed, and water can be cooled.
さらに、請求項5に記載の発明は、前記熱交換器には、ブラインポンプによりブラインが通されると共に、冷水ポンプにより水が通され、前記制御手段は、前記出口側水温が目標温度以下を目標温度到達確認時間継続すると、前記ブライン弁を閉じて前記熱交換器へのブライン供給を遮断した後、前記チラーを停止すると共に前記ブラインポンプを停止させることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の冷水製造システムである。 Furthermore, in the invention as set forth in claim 5, brine is passed through the heat exchanger by a brine pump, and water is passed by a cold water pump, and the control means is configured to control the outlet side water temperature to be equal to or lower than a target temperature. If the target temperature attainment confirmation time continues, the brine valve is closed to cut off brine supply to the heat exchanger, and then the chiller and the brine pump are stopped. The cold water production system according to any one of the items.
請求項6に記載の発明は、前記ブラインポンプの停止後、前記冷水ポンプの回転数を下げることを特徴とする請求項5に記載の冷水製造システムである。The invention according to claim 6 is the cold water production system according to claim 5, characterized in that the rotation speed of the cold water pump is lowered after the brine pump is stopped.
本発明の冷水製造システムによれば、熱交換器における水の凍結を防止しつつ、目標温度まで水の冷却を図ることができる。 According to the cold water production system of the present invention, water can be cooled to a target temperature while preventing water from freezing in a heat exchanger.
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例の冷水製造システム1を示す概略図である。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cold water production system 1 according to an embodiment of the present invention.
本実施例の冷水製造システム1は、ブラインを貯留するブラインタンク2と、このブラインタンク2からのブラインを冷却するチラー3と、このチラー3で冷却されたブラインとの熱交換により水を冷却する熱交換器4と、この熱交換器4との間で水が循環される冷水タンク5とを備える。
The cold water production system 1 of this embodiment cools water by heat exchange between a
ブラインタンク2は、ブラインを貯留する容器であり、本実施例では内部が大気圧下に開放されている。ブラインタンク2には、液位検出器6が設けられており、設定液位までブラインが貯留される。ブラインは、その種類を特に問わないが、ブラインとの熱交換により製造する冷水を食品冷却に用いる場合、万一の熱交換器4の破損によるブラインの漏れにも安全なように、食品添加物としても許容されるブライン(たとえばプロピレングリコール)を用いるのが好ましい。
The
チラー3は、冷凍機(図示省略)を含んで構成される。冷凍機は、本実施例では蒸気圧縮式の冷凍機である。この場合、冷凍機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が、順次環状に接続されて構成される。圧縮機は、冷媒を圧縮して高温高圧の気体にする。凝縮器は、圧縮機からの冷媒を凝縮液化する。膨張弁は、凝縮器からの冷媒を通過させることで、冷媒の圧力と温度とを低下させる。そして、蒸発器は、膨張弁からの冷媒を蒸発させる。蒸発器において、ブラインタンク2からのブラインと冷凍機の冷媒とを混ぜることなく熱交換して、冷媒の気化熱によりブラインの冷却を図ることができる。
The
熱交換器4は、ブラインと水とを混ぜることなく熱交換可能に、ブライン側の流路と水側の流路とを備える。熱交換器4は、その構成を特に問わないが、たとえばプレート式熱交換器とされる。 The heat exchanger 4 includes a flow path on the brine side and a flow path on the water side to enable heat exchange between brine and water without mixing them. Although the structure of the heat exchanger 4 is not particularly limited, it may be a plate heat exchanger, for example.
ブラインタンク2からチラー3(より具体的には冷凍機の蒸発器)には、ブライン送出路7を介してブラインが供給される。チラー3で冷却後のブラインは、ブライン供給路8を介して熱交換器4に供給可能とされる。熱交換器4で熱交換後のブラインは、ブライン排出路9を介してブラインタンク2へ戻される。ブライン送出路7には、ブラインポンプ10が設けられており、このブラインポンプ10を作動させることで、ブラインタンク2内のブラインを、チラー3を介して熱交換器4との間で循環可能とされる。
Brine is supplied from the
チラー3から熱交換器4へのブライン供給路8と、熱交換器4からブラインタンク2へのブライン排出路9とは、バイパス路11で接続されている。そして、ブライン排出路9とバイパス路11との合流部には、三方弁からなるブライン弁12が設けられている。このブライン弁12を制御することにより、チラー3からのブラインを、熱交換器4を介してブラインタンク2へ戻すか、バイパス路11を介してブラインタンク2へ戻すかの分配割合を調整することができる。なお、ブラインポンプ10は、場合により、チラー3に内蔵されていてもよい。
A brine supply path 8 from the
冷水タンク5は、水を貯留する容器であり、本実施例では内部が大気圧下に開放されている。冷水タンク5には、水位検出器(図示省略)が設けられている。水位検出器の検出信号に基づき冷水タンク5への給水を制御することで、冷水タンク5内は設定水位に維持される。 The cold water tank 5 is a container that stores water, and in this embodiment, the inside thereof is open to atmospheric pressure. The cold water tank 5 is provided with a water level detector (not shown). By controlling the water supply to the cold water tank 5 based on the detection signal of the water level detector, the water level in the cold water tank 5 is maintained at the set water level.
冷水タンク5から熱交換器4には、冷水入口路13を介して水が供給される。熱交換器4で冷却後の水は、冷水出口路14を介して冷水タンク5へ戻される。冷水入口路13には、冷水ポンプ15が設けられており、この冷水ポンプ15を作動させることで、冷水タンク5内の水を、熱交換器4との間で循環可能とされる。
Water is supplied from the cold water tank 5 to the heat exchanger 4 via a cold
冷水タンク5内の冷水は、所望により、冷水需要箇所(たとえば食品機械)に供給されて使用される。冷水需要箇所で使用後の水は、使い捨てられるか、冷水タンク5へ戻される。前者(冷水使い捨て)の場合でも、前述したとおり冷水タンク5内には適宜給水可能であるから、冷水タンク5内は設定水位に維持される。後者(冷水循環)の場合、冷水タンク5内の冷水は、冷熱需要箇所との間で循環可能とされ、冷熱需要箇所で被冷却物を冷却した後、冷水タンク5へ戻される。 The cold water in the cold water tank 5 is supplied to and used at a place that requires cold water (for example, a food machine), if desired. After being used at a cold water demand point, the water is either thrown away or returned to the cold water tank 5. Even in the case of the former (disposable cold water), water can be appropriately supplied into the cold water tank 5 as described above, so the water level in the cold water tank 5 is maintained at the set water level. In the case of the latter (chilled water circulation), the cold water in the cold water tank 5 can be circulated to and from the cold water demand location, and is returned to the cold water tank 5 after cooling the objects to be cooled at the cold heat demand location.
冷水製造システム1は、ブラインの温度を検出するためのブライン温度センサ(図示省略)と、冷水の温度を検出するための冷水温度センサ16とを備える。ブライン温度センサは、本実施例ではチラー3に内蔵され、チラー3のブライン出口側でブライン温度を検出する。一方、冷水温度センサは、本実施例では冷水出口路14に設けられ、熱交換器4の冷水出口側で水温を検出する。
The cold water production system 1 includes a brine temperature sensor (not shown) for detecting the temperature of brine, and a cold
次に、本実施例の冷水製造システム1の運転例について説明する。以下に説明する運転は、図示しない制御器により自動でなされる。つまり、制御器は、チラー3、ブライン弁12、ブラインポンプ10、冷水ポンプ15の他、ブライン温度センサ(図示省略)および冷水温度センサ16などに接続されており、これらセンサの検出信号や経過時間などに基づき、チラー3、ブライン弁12および各ポンプ10,15などを制御する。
Next, an example of operation of the cold water production system 1 of this embodiment will be explained. The operation described below is automatically performed by a controller (not shown). In other words, the controller is connected to the
冷水製造システム1の運転開始に伴い、各ポンプ10,15およびチラー3を作動させる。ブラインポンプ10を作動させることで、ブラインタンク2内のブラインは、チラー3や熱交換器4との間で循環する。冷水ポンプ15を作動させることで、冷水タンク5内の水は、熱交換器4との間で循環する。チラー3においてブラインが冷却され、その冷却されたブラインにより熱交換器4において水が冷却される。前述したとおり、冷水タンク5内の冷水またはその冷熱は、冷水需要箇所で利用可能とされる。以後、各ポンプ10,15は、基本的には作動を継続する。
With the start of operation of the cold water production system 1, each
ブラインポンプ10によるブラインの循環中、ブラインはチラー3で冷却可能とされる。本実施例では、チラー3は、出口側ブライン温度をブライン目標温度(たとえば-2℃)にするように容量制御される。具体的には、ブライン温度センサの検出温度をブライン目標温度に維持するように、圧縮機のモータがインバータ制御される。この際、次のような制御を行ってもよい。
While the brine is being circulated by the
すなわち、ブライン目標温度を含む目標温度域を中心に上下に複数の温度域を設け、各温度域に応じてインバータ周波数の増減値を設定しておく。そして、設定時間ごとにどの温度域にあるかを監視して、目標温度域ならば現状の周波数を維持する一方、目標温度域よりも低温側の温度域ならば周波数を下げる一方、高温側の温度域ならば周波数を上げるよう制御する。 That is, a plurality of temperature ranges are provided above and below a target temperature range including the brine target temperature, and an increase/decrease value of the inverter frequency is set according to each temperature range. Then, it monitors which temperature range it is in at each set time, and if it is in the target temperature range, it maintains the current frequency, but if it is in a temperature range lower than the target temperature range, it lowers the frequency, and if it is in the high temperature range, it maintains the current frequency. If the temperature is within the range, control is performed to increase the frequency.
各ポンプ10,15の作動中、熱交換器4の出口側水温を設定温度にするように、ブライン弁12を制御する。具体的には、冷水温度センサ16の検出温度を設定温度に維持するように、ブライン弁12を制御して、チラー3からのブラインを、熱交換器4を介してブラインタンク2へ戻すか、バイパス路11を介してブラインタンク2へ戻すかの分配割合を調整する。これにより、熱交換器4に通すブラインの流量を調整することができる。
While each
冷水の冷却目標温度として0℃を超える温度を設定していても、実際の冷水温度(熱交換器4で冷却後の冷水温度)は目標温度付近で多少上下に変動する。そのため、冷水の冷却目標温度が比較的低温(たとえば3℃以下)の場合、熱交換器4において水が凍結するおそれが残る。これを防止するために、本実施例では、熱交換器4の出口側水温を前記設定温度として「目標温度+設定値」にするように、ブライン弁12の開度を調整(好ましくはPID制御)する。
Even if a temperature exceeding 0° C. is set as the cooling target temperature of the cold water, the actual cold water temperature (chilled water temperature after being cooled by the heat exchanger 4) fluctuates up and down somewhat around the target temperature. Therefore, when the cooling target temperature of the cold water is relatively low (for example, 3° C. or lower), there remains a risk that the water may freeze in the heat exchanger 4. In order to prevent this, in this embodiment, the opening degree of the
なお、目標温度は0℃を超える温度で設定され、典型的には3℃以下で設定される。本実施例では、目標温度は、たとえば1.0℃とされる。また、設定値は1℃未満の正の値で設定され、好ましくは0.5℃未満で設定される。本実施例では、設定値は、たとえば0.5℃とされる。 Note that the target temperature is set at a temperature higher than 0°C, and typically set at 3°C or lower. In this embodiment, the target temperature is, for example, 1.0°C. Further, the set value is set to a positive value of less than 1°C, preferably less than 0.5°C. In this embodiment, the set value is, for example, 0.5°C.
熱交換器4へのブライン供給の停止状態からブライン供給を開始する際、予め設定された上限流量を上回らない範囲で、熱交換器4へのブライン供給を開始する。本実施例では、ブライン弁12による熱交換器4へのブラインの供給開度について、上限開度が設定されており、その上限開度を上回らない範囲で、ブライン弁12の開度を調整する。そして、状況に応じて、上限開度は変更可能とされる。
When starting brine supply from a state where brine supply to the heat exchanger 4 is stopped, the brine supply to the heat exchanger 4 is started within a range that does not exceed a preset upper limit flow rate. In this embodiment, an upper limit opening degree is set for the opening degree for supplying brine to the heat exchanger 4 by the
また、本実施例では、上限開度に応じて下限開度も設定されており、その下限開度を下回らない範囲で、ブライン弁12の開度を調整する。そして、状況に応じて、下限開度は変更可能とされる。なお、上限開度(上限流量)や下限開度(下限流量)は、所期の作用効果を奏するように、実験等により求められる。
Further, in this embodiment, the lower limit opening degree is also set according to the upper limit opening degree, and the opening degree of the
このように、本実施例では、ブライン弁12は、上限開度と下限開度との範囲で開度調整される。そして、上限開度および下限開度は、それぞれ状況に応じて変更可能とされる。以下、より具体的に説明する。
Thus, in this embodiment, the opening degree of the
図2は、上限開度と下限開度との組合せを示す概略図であり、一部を省略して示している。この図に示すように、ブライン弁12による熱交換器4へのブライン供給の上限開度について、全閉(開度0%)から全開(開度100%)までが複数のステップ(段階)に分けられている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a combination of an upper limit opening degree and a lower limit opening degree, with some parts omitted. As shown in this figure, the upper limit opening of the brine supply to the heat exchanger 4 by the
より具体的には、ステップ0を全閉状態(開度0%)、ステップNを全開状態(開度100%)として、全体を「N+1」等分して、ステップ0、ステップ1、ステップ2、…ステップNまでに区分している。そして、各ステップには、ステップを増すほど上限開度が大きくなるように、上限開度が設定されている。すなわち、ステップ0の上限開度をU0(=0)、ステップ1の上限開度をU1、ステップ2の上限開度をU2、…ステップNの上限開度をUN(=100)とした場合、U0<U1<U2<…<UNの関係にある。この際、ステップを一つ上げるごとに、上限開度が所定開度ずつ大きくなるよう設定されるのが好ましい。
More specifically, step 0 is a fully closed state (opening degree 0%), step N is a fully open state (opening degree 100%), and the whole is divided into "N+1" equal parts, step 0, step 1,
下限開度については、次のように設定される。まず、ステップ0の下限開度は、上限開度と同じく開度0%とされる。また、ステップNの下限開度LNは、上限開度UN(100%)未満で設定され、好ましくは半開(50%)未満で設定され、本実施例ではたとえば30%とされる。ステップ1からステップN-1までの各ステップの下限開度は、そのステップの上限開度未満で設定される。その際、下限開度は、0の場合もあり得るが、前記各ステップの内、少なくとも一以上のステップにおいて、下限開度は0を超える開度に設定される。 The lower limit opening degree is set as follows. First, the lower limit opening degree of step 0 is set to 0%, the same as the upper limit opening degree. Further, the lower limit opening LN of step N is set below the upper limit opening UN (100%), preferably below half open (50%), and in this embodiment is set to 30%, for example. The lower limit opening degree of each step from step 1 to step N-1 is set to be less than the upper limit opening degree of that step. At this time, the lower limit opening degree may be 0, but in at least one or more of the steps, the lower limit opening degree is set to an opening degree exceeding 0.
また、上限開度についての一または複数のステップに対応して、下限開度が割り当てられており、この割り当てられた下限開度は、上限開度が大きくなるほど大きく設定される。たとえば、ステップ0~4までの下限開度L0~L4は0とされ、ステップ5の下限開度L5は0を超える値に設定され、ステップ6の下限開度L6はステップ5の下限開度L5よりも大きく設定され、ステップ7以降の下限開度L7~LNはステップ6の下限開度L6よりも大きな所定値に設定される。つまり、隣接するステップにおいて、下限開度は同一のこともあるし、異なることもあるが、全体としては、上限開度が大きくなるほど下限開度も大きくなるよう設定される。
Further, a lower limit opening degree is assigned corresponding to one or more steps regarding the upper limit opening degree, and the assigned lower limit opening degree is set to be larger as the upper limit opening degree becomes larger. For example, the lower limit opening degrees L0 to L4 of steps 0 to 4 are set to 0, the lower limit opening degree L5 of step 5 is set to a value exceeding 0, and the lower limit opening degree L6 of step 6 is set to the lower limit opening degree L5 of step 5. The lower limit opening degree L7 to LN after
前述したとおり、冷水製造システム1の運転を開始すると、ブラインポンプ10および冷水ポンプ15を作動させる。そして、冷水温度センサ16の検出温度を「目標温度+設定値」にするように、ブライン弁12の開度を調整するのであるが、ブライン弁12による熱交換器4へのブラインの供給開度について、全閉状態から開放する際、まずは図2のステップ1からスタートする。つまり、まずは、ステップ1の上限開度と下限開度との範囲で、ブライン弁12の開度を調整する。そして、状況に応じて、ステップ(言い換えれば上限開度や下限開度)を変更しつつ、冷水温度センサ16の検出温度を「目標温度+設定値」に維持するように、ブライン弁12の開度を調整する。
As described above, when the cold water production system 1 starts operating, the
図3は、ステップアップ判定処理の一例を示すフローチャートであり、図4は、ステップダウン判定処理の一例を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of step-up determination processing, and FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of step-down determination processing.
ブライン弁12による熱交換器4へのブラインの供給開度について、ステップ0の全閉状態(つまり熱交換器4へのブライン供給の遮断状態)からステップ1の開度制限をかけてブライン弁12を開放後、図3のステップアップ判定処理と、図4のステップダウン判定処理とが並行して実行される。ステップを増加させるか否かは、図3のステップアップ判定処理に基づき行われ、ステップを減少させるか否かは、図4のステップダウン判定処理に基づき行われる。
The opening degree of brine supply to the heat exchanger 4 by the
図3のステップアップ判定処理では、熱交換器4の出口側水温(冷水温度センサ16の検出温度)が「目標温度+設定値」以上であり(S11)、且つ、現在の運転ステップでの上限開度をステップアップ判定時間継続すると(S12)、ステップを1段階上げる(S13)。たとえば、現在、ステップ1で運転中であるとして、熱交換器4の出口側水温が「目標温度+設定値」以上で、且つ、現在の運転ステップであるステップ1の上限開度U1をステップアップ判定時間(たとえば5秒)継続すると、ステップ2へ移行して、上限開度を増加させる。このようにして、上限開度(ひいては熱交換器4へのブラインの供給可能流量)を増加させていくことができる。そして、ステップにもよるが、上限開度の増加に伴い、下限開度も増加可能とされる。 In the step-up determination process of FIG. 3, the outlet side water temperature of the heat exchanger 4 (the temperature detected by the cold water temperature sensor 16) is equal to or higher than the "target temperature + set value" (S11), and the upper limit at the current operation step is determined. When the opening degree continues for the step-up determination time (S12), the step is increased by one step (S13). For example, assuming that the operation is currently in step 1, the water temperature on the outlet side of the heat exchanger 4 is equal to or higher than "target temperature + set value", and the upper limit opening degree U1 of step 1, which is the current operation step, is stepped up. When the determination time (for example, 5 seconds) continues, the process moves to step 2 and the upper limit opening degree is increased. In this way, the upper limit opening degree (and thus the flow rate at which brine can be supplied to the heat exchanger 4) can be increased. Although it depends on the step, as the upper limit opening increases, the lower limit opening can also increase.
図4のステップダウン判定処理では、ステップ1以上を実行中、ブライン弁12による熱交換器4へのブラインの供給開度について、ブライン弁12が全閉になれば(S21)、ステップ0へ移行する(S22)。前述したとおり、ブライン弁12には下限開度が設定されているので、この下限開度として0が設定されているステップ(たとえばステップ0~4)で、ステップ0への移行が生じ得ることになる。あるいは、冷水が目標温度に到達するなどでブライン弁12が全閉された場合にも、ステップ0へ移行することになる。
In the step-down determination process of FIG. 4, when the
一方、ブライン弁12が全閉でなくても、低温時移行ステップXを上回るステップ(ステップX+1~ステップN)を実行中、熱交換器4の出口側水温が「目標温度+設定値+所定値」以下をステップダウン判定時間(たとえば2秒)継続すると(S23)、低温時移行ステップXへ移行する(S24)。なお、所定値は、設定値未満で設定され、好ましくは設定値の半分以下で設定される。たとえば、本実施例では、目標温度1.0℃に対し、設定値0.5℃、所定値0.1℃で設定される。
On the other hand, even if the
ステップダウン判定処理により、ブライン弁12を全閉してステップ0へ移行後、所定タイミングで、ステップ1から制御を再開可能とされる。たとえば、冷水温度センサ16の検出温度を監視して、この温度(つまり熱交換器4の出口側水温)が「目標温度+設定値」以上になれば(あるいはその状態をステップアップ判定時間継続すれば)、ステップ1からの制御を再開すればよい。
Through the step-down determination process, after the
ところで、上述した一連の制御中、熱交換器4の出口側水温が目標温度以下になれば、ブライン弁12を全閉して、熱交換器4へのブラインの供給を遮断する。また、熱交換器4の出口側水温が目標温度以下にならなくても、下限開度が所定開度以下の状態(たとえばステップ6以下の状態)を所定時間(たとえば15分)継続すれば、ブライン弁12を全閉して、熱交換器4へのブラインの供給を遮断してもよい。これにより、冷水側設備の最低負荷(放熱およびポンプ入熱)とつり合ってしまうことによる無駄な運転継続(後述する省エネ制御に入らないこと)を防止することができる。
By the way, during the series of controls described above, if the water temperature on the outlet side of the heat exchanger 4 becomes equal to or lower than the target temperature, the
なお、後述する省エネ制御を実行する場合を除き、ブライン弁12が全閉後も、チラー3および各ポンプ10,15は作動を継続する。そのため、ブラインは、ブライン目標温度以下にまで冷却され得る。
Note that the
上述した一連の制御中、次のような省エネ制御を行ってもよい。すなわち、熱交換器4の出口側水温が目標温度以下を目標温度到達確認時間継続すると、ブライン弁12を閉じて熱交換器4へのブライン供給を遮断した後、チラー3を停止すると共にブラインポンプ10を停止させてもよい。また、ブラインポンプ10を停止後、冷水ポンプ15の回転数を所定まで下げてもよい。その後、熱交換器4の出口側水温が「目標温度+冷水ポンプ復帰値」以上を冷水ポンプ復帰判定時間継続すると、冷水ポンプ15の回転数を定常回転数に戻すと共に、所定条件を満たせば、ブラインポンプ10を起動すると共にチラー3を起動させた後、ブライン弁12の開度調整を再開すればよい。その際、図2におけるステップ1からスタートすることになる。このような制御により、状況に応じてブラインポンプ10やチラー3を停止させたり、冷水ポンプ15の回転数を下げたりすることができ、消費電力の削減を図ることができる。
During the series of controls described above, the following energy saving control may be performed. That is, if the water temperature on the outlet side of the heat exchanger 4 continues to be below the target temperature for the target temperature attainment confirmation period, the
本実施例の冷水製造システム1によれば、チラー3で冷却したブラインにより熱交換器4で水を冷却して冷水を製造する冷水製造システム1において、熱交換器4に対するブライン供給路8とブライン排出路9とをバイパス路11で接続すると共に、ブライン排出路9とバイパス路11との合流部に三方弁からなるブライン弁12を設けた。そして、熱交換器4の出口側水温に基づきブライン弁12を制御することで、チラー3からのブラインを、熱交換器4を介してブラインタンク2へ戻すか、バイパス路11を介してブラインタンク2へ戻すかの分配割合を調整することができる。このような分配制御により、チラー3へのブライン循環量を維持したまま、熱交換器4に通すブライン流量の調整を精度よく行えるので、熱交換器4における水の凍結を防止しつつ所望温度の冷水を製造することができる。
According to the cold water production system 1 of this embodiment, in the cold water production system 1 which produces chilled water by cooling water in the heat exchanger 4 with brine cooled by the
また、ブライン弁12による熱交換器4へのブラインの供給開度について、上限開度を上回らない範囲で、ブライン弁12の開度を調整することで、熱交換器4における水の凍結を防止することができる。特に、熱交換器4へのブライン供給の停止状態(その間に前述したとおりブラインはブライン目標温度以下にまで冷却され得る)からブライン供給を開始する際、上限開度を上回らない範囲で、熱交換器4へのブライン供給を開始するので、急激な冷水温度の低下を防止して、熱交換器4における水の凍結を防止することができる。また、ブラインの温度が想定よりも低くても、熱交換器4における水の凍結を防止することができる。
In addition, freezing of water in the heat exchanger 4 is prevented by adjusting the opening degree of the
また、熱交換器4の出口側水温に基づきブライン弁12の開度を調整中、出口側水温が「目標温度+設定値」以上で、現在の運転ステップでの上限開度をステップアップ判定時間継続すると、ステップ(言い換えれば上限開度)を増加させる。上限開度になるということは、基本的には熱交換器4へのブラインの供給流量の増加(つまり冷却能力の増加)が必要な状況であるが、単に上限開度になるだけでなく、ステップアップ判定時間の継続を確認することで、水温変動などによる影響を防止して、ブライン弁12の開き過ぎによる冷水温度のアンダーシュートを防止することができる。また、仮にアンダーシュートが発生する場合でも、ブライン弁12の開度(冷却能力)が上限値で保持されるためアンダーシュートの拡大を抑制することができる。さらに、単に上限開度になるだけでなく、熱交換器4の出口側水温が目標温度よりも高いことを確認することで、過度な上限開度の引き上げを防止することができる。
In addition, while adjusting the opening degree of the
ところで、熱交換器4での水の冷却目標温度が0℃付近の比較的低温(たとえば1℃)である場合、目標温度付近で冷水の温度は多少上下動するため、目標温度を狙ってブライン弁12の開度調整を行うと、熱交換器4において水が凍結するおそれがある。ところが、本実施例では、熱交換器4の出口側水温を「目標温度+設定値」にするように制御するので、熱交換器4における水の凍結を防止することができる。その一方、「目標温度+設定値」になるように制御したのでは、冷水を目標温度にすることができないが、本実施例では、ブライン弁12による熱交換器4へのブラインの供給開度に下限開度を設けることで、目標温度までの冷却を可能とした。すなわち、予め設定された下限開度を下回らない範囲で熱交換器4にブラインを供給することで、必要に応じて(言い換えればステップによっては)熱交換器4にブラインを流し続けることができ、目標温度まで水の徐冷を図ることができる。
By the way, when the target temperature for cooling water in the heat exchanger 4 is a relatively low temperature around 0°C (for example, 1°C), the temperature of the cold water fluctuates slightly around the target temperature, so the brine is adjusted to the target temperature. If the opening degree of the
本発明の冷水製造システム1は、前記実施例の構成(制御を含む)に限らず、適宜変更可能である。特に、ブラインを貯留するブラインタンク2と、このブラインタンク2からのブラインを冷却するチラー3と、このチラー3で冷却されたブラインとの熱交換により水を冷却する熱交換器4とを備える冷水製造システム1において、熱交換器4に通すブライン流量を調整するブライン流量調整手段(たとえばブライン弁12)と、熱交換器4の出口側水温に基づきブライン流量調整手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、予め設定された下限流量を下回らない範囲で熱交換器4にブラインを供給しつつ、出口側水温を「目標温度+設定値」にするように、ブライン流量調整手段を制御するのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。
The cold water production system 1 of the present invention is not limited to the configuration (including control) of the embodiment described above, and can be modified as appropriate. In particular, the cold water includes a
たとえば、前記実施例では、三方弁からなるブライン弁12を、ブライン排出路9とバイパス路11との合流部に設けたが、ブライン供給路8とバイパス路11との分岐部に設けてもよい。また、熱交換器4に通すブライン流量を調整するブライン流量調整手段としては、三方弁からなるブライン弁12に限らず、たとえば、ブライン供給路8(および/またはブライン排出路9)とバイパス路11とにそれぞれ電動弁を設けて、それらの開度を調整してもよい。さらに、場合によりバイパス路11の設置を省略して、ブライン供給路8(またはブライン排出路9)に設けた電動弁の開度を調整したり、ブラインポンプ10をインバータ制御したりしてもよい。
For example, in the embodiment described above, the
また、前記実施例では、ブラインタンク2内のブラインを、チラー3および熱交換器4(またはバイパス路11)を介してブラインタンク2へ戻すように循環させたが、次のように構成してもよい。すなわち、ブラインタンク2内のブラインをチラー3との間で循環させる一方、これとは別の循環路で、ブラインタンク2内のブラインを熱交換器4との間で循環させてもよい。この場合も、ブラインタンク2から熱交換器4へのブライン供給路8と、熱交換器4からブラインタンク2へのブライン排出路9とをバイパス路11で接続して、三方弁からなるブライン弁12により、熱交換器4に通すブライン流量を調整すればよい。
Further, in the embodiment described above, the brine in the
また、前記実施例では、冷水タンク5内の水を熱交換器4との間で循環させたが、熱交換器4に対する給排水系統は適宜に変更可能である。たとえば、冷水タンク5の設置を省略して、給水源からの水を熱交換器4に通して冷却した後、その冷水を冷水需要箇所へ供給するようにしてもよい。 Furthermore, in the embodiment described above, the water in the cold water tank 5 was circulated between the heat exchanger 4 and the water supply and drainage system for the heat exchanger 4, but the water supply and drainage system for the heat exchanger 4 can be changed as appropriate. For example, the installation of the cold water tank 5 may be omitted, and after water from the water supply source is passed through the heat exchanger 4 to be cooled, the cold water may be supplied to the cold water demand location.
さらに、前記実施例において、ブラインタンク2、チラー3および熱交換器4として、既存(既設)の構成を用いつつ、バイパス路11やブライン弁12などを付加して、前記実施例の冷水製造システム1を構成してもよい。
Further, in the above embodiment, while using the existing (existing) configuration as the
1 冷水製造システム
2 ブラインタンク
3 チラー
4 熱交換器
5 冷水タンク
6 液位検出器
7 ブライン送出路
8 ブライン供給路
9 ブライン排出路
10 ブラインポンプ
11 バイパス路
12 ブライン弁
13 冷水入口路
14 冷水出口路
15 冷水ポンプ
16 冷水温度センサ
1 Cold
Claims (6)
このブラインタンクからのブラインを冷却するチラーと、
このチラーで冷却されたブラインとの熱交換により、冷水タンクとの間で循環される水を冷却する熱交換器と
を備え、前記熱交換器で目標温度まで水の冷却を図る冷水製造システムにおいて、
前記熱交換器に通すブライン流量を調整するブライン弁と、
前記熱交換器の出口側水温に基づき前記ブライン弁を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、予め設定された下限開度を下回らない範囲で前記熱交換器にブラインを供給しつつ、前記出口側水温を「目標温度+設定値」にするように、前記ブライン弁の開度を調整し、
前記目標温度は、0℃を超える温度で、且つ3℃以下に設定されており、
前記制御手段は、前記出口側水温が目標温度以下になるか、前記出口側水温が目標温度以下を目標温度到達確認時間継続するか、前記下限開度が所定開度以下の状態を所定時間継続すると、前記ブライン弁により前記熱交換器へのブラインの供給を遮断する
ことを特徴とする冷水製造システム。 A brine tank for storing brine,
A chiller that cools the brine from this brine tank,
A cold water production system comprising: a heat exchanger that cools water circulated between a cold water tank by heat exchange with brine cooled by the chiller , and wherein the heat exchanger cools the water to a target temperature. ,
a brine valve that adjusts the flow rate of brine passed through the heat exchanger;
and control means for controlling the brine valve based on the water temperature on the outlet side of the heat exchanger,
The control means controls the opening of the brine valve so that the outlet side water temperature becomes "target temperature + set value" while supplying brine to the heat exchanger within a range that does not fall below a preset lower limit opening. adjust the degree,
The target temperature is set to a temperature exceeding 0 °C and below 3 °C,
The control means is configured to determine whether the outlet side water temperature becomes equal to or less than the target temperature, or the outlet side water temperature continues to be equal to or less than the target temperature for a target temperature confirmation period, or the lower limit opening continues to be equal to or less than a predetermined opening for a predetermined time. Then, the brine valve shuts off the supply of brine to the heat exchanger.
A cold water production system characterized by:
前記ブライン弁は、前記チラーからのブラインを、前記熱交換器を介して前記ブラインタンクへ戻すか、前記バイパス路を介して前記ブラインタンクへ戻すかの分配割合を調整する
ことを特徴とする請求項1に記載の冷水製造システム。 A brine supply path from the chiller to the heat exchanger and a brine discharge path from the heat exchanger to the brine tank are connected by a bypass path,
The brine valve adjusts the distribution ratio of returning brine from the chiller to the brine tank via the heat exchanger or returning to the brine tank via the bypass path.
The cold water production system according to claim 1, characterized in that:
前記ブライン弁による前記熱交換器へのブラインの供給開度について、下限開度を下回らない範囲で、前記ブライン弁の開度を調整する
ことを特徴とする請求項2に記載の冷水製造システム。 The brine valve, which is a three-way valve, is provided at a confluence between the brine discharge path and the bypass path, or at a branch between the brine supply path and the bypass path,
The cold water production system according to claim 2, wherein the opening degree of the brine valve is adjusted within a range that does not fall below a lower limit opening degree for supplying brine to the heat exchanger by the brine valve.
上限開度および下限開度は、変更可能とされ、
上限開度について、全閉から全開までが複数のステップに分けられ、
上限開度についての一または複数のステップに対応して、下限開度が割り当てられており、
この割り当てられた下限開度は、上限開度が大きくなるほど大きく設定される
ことを特徴とする請求項3に記載の冷水製造システム。 The brine valve has an opening degree adjusted within a range of an upper limit opening degree and a lower limit opening degree,
The upper limit opening and lower limit opening can be changed,
Regarding the upper limit opening, the range from fully closed to fully open is divided into multiple steps.
A lower limit opening is assigned corresponding to one or more steps regarding the upper limit opening.
The chilled water production system according to claim 3, wherein the assigned lower limit opening degree is set larger as the upper limit opening degree becomes larger.
前記制御手段は、前記出口側水温が目標温度以下を目標温度到達確認時間継続すると、前記ブライン弁を閉じて前記熱交換器へのブライン供給を遮断した後、前記チラーを停止すると共に前記ブラインポンプを停止させる
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の冷水製造システム。 Brine is passed through the heat exchanger by a brine pump, and water is passed by a cold water pump,
The control means is configured to close the brine valve to cut off brine supply to the heat exchanger, and then stop the chiller and stop the brine pump when the outlet side water temperature continues to be equal to or lower than the target temperature for a target temperature attainment confirmation time. stop
The cold water production system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:.
ことを特徴とする請求項5に記載の冷水製造システム。 After stopping the brine pump, reduce the rotation speed of the cold water pump.
The cold water production system according to claim 5, characterized in that :
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