JPH06180152A - 冷水供給装置 - Google Patents

冷水供給装置

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JPH06180152A
JPH06180152A JP33150392A JP33150392A JPH06180152A JP H06180152 A JPH06180152 A JP H06180152A JP 33150392 A JP33150392 A JP 33150392A JP 33150392 A JP33150392 A JP 33150392A JP H06180152 A JPH06180152 A JP H06180152A
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JP
Japan
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chilled water
control
cold water
temperature
control constant
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JP33150392A
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English (en)
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Takeshi Ito
毅 伊藤
Hiroshi Hatta
博史 八田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮機の運転周波数を算出する制御定数を複
数の制御定数より選択し決定することにより、広範囲の
設定温度、各種負荷に対して効率よく冷水温度制御を行
う。 【構成】 運転周波数により可変に制御される圧縮機
1、凝縮器2、電子膨張弁3、蒸発器4及びこれらを結
ぶ冷媒配管5よりなる冷凍サイクルと、運転周波数を制
御する制御器12及びインバータ13を備えた制御手段
とよりなり、蒸発器4で冷却された冷水を冷水配管7に
より負荷8へ循環するポンプ6を備えた冷水回路に接続
される。制御器12に、予め複数の制御定数が準備され
ており、冷水の冷水設定温度を入力すると冷水設定温度
に合せたいくつかの制御定数が選ばれる。さらに運転条
件を推定して最適な制御定数を決定する。又は試運転を
行ない、冷水温度センサ9,10から得られる情報より
制御定数を決定し、以後、その制御定数で冷水温度制御
を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、負荷を冷却する冷水温
度制御に係り、特に装置の運転範囲の拡大と、安定した
連続運転を可能とする冷水供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術として特開平2−4165号
公報には、発熱体の熱負荷を吸収して冷凍装置に戻って
きた冷水を冷却するため、インバータにより冷凍サイク
ルの圧縮機の運転周波数を制御して冷凍能力の容量制御
を行い、常に安定した温度の冷水を供給することを可能
とする方式が記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の冷水供給装置に
あっては、負荷から戻ってくる冷水の戻り冷水温度又は
負荷へ供給する冷水温度に基づきインバータの出力周波
数が制御され、その値に応じて圧縮機の運転周波数を制
御して冷凍サイクルの冷凍能力を制御し、負荷との間を
循環する冷水を設定温度に冷却する方式であるが、この
方式はインバータの出力周波数を制御する制御定数につ
いて考慮されておらず、負荷の特性、冷水の流速、保有
水量及び負荷へ供給する冷水の冷水設定温度等の運転条
件が変わると冷水温度を一定に保てなくなりハンチング
現象を起こす可能性がある。
【0004】本発明の第1の目的は、広範囲な運転条件
で冷水温度制御を可能にすること、第2の目的は、運転
中に運転条件が変化しても冷水温度を即座に安定した状
態となるように制御することのできる冷水供給装置を提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る冷水供給装置は、運転周波数により容
量を可変に制御される圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発
器のそれぞれを冷媒配管で順次接続してなる冷凍サイク
ルと、運転周波数を制御する制御手段とよりなり、蒸発
器で冷却された冷水を負荷へ循環するポンプを備えた冷
水回路と蒸発器を介して接続され、冷凍サイクルの冷凍
能力を増減させて冷水の温度を冷水設定温度に制御する
冷水供給装置において、制御手段に、予め定められた複
数の制御定数を記憶し、入力された冷水設定温度に基づ
いてそれぞれの制御定数より少なくとも一つの制御定数
を選択し、少なくとも負荷の発熱量、冷水の保有水量及
び冷却媒体温度より運転条件を推定して入力し、運転条
件に応じて選択した少なくとも一つの制御定数のうちよ
り制御定数を決定し記憶する制御定数決定手段を具備し
た構成とする。
【0006】そして運転周波数により容量を可変に制御
される圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器のそれぞれを
冷媒配管で順次接続してなる冷凍サイクルと、運転周波
数を制御する制御手段とよりなり、蒸発器で冷却された
冷水を負荷へ循環するポンプを備えた冷水回路と蒸発器
を介して接続され、冷凍サイクルの冷凍能力を増減させ
て冷水の温度を冷水設定温度に制御する冷水供給装置に
おいて、制御手段に、予め定められた複数の制御定数を
記憶し、入力された冷水設定温度に基づいてそれぞれの
制御定数より少なくとも一つの制御定数を選択し、試運
転を行い少なくとも蒸発器の冷水入口温度、冷水出口温
度及び凝縮器の冷却媒体温度を入力して運転条件を推定
し、運転条件に応じて選択した少なくとも一つの制御定
数のうちより制御定数を決定し記憶する制御定数決定手
段を具備した構成でもよい。
【0007】また制御手段は、運転条件に変化を生じ、
決定し記憶した制御定数で所定時間内に冷水設定温度に
制御不能の際は、制御定数を補正又は他の制御定数に切
り換える手段を具備している構成でもよい。
【0008】さらに制御手段は、制御定数を広範囲な冷
水設定温度に基づいて決定させ、冷水回路の冷水保有量
を低減させる構成でもよい。
【0009】そして電子機器冷却装置においては、前記
いずれか一つの冷水供給装置を備えてなる構成とする。
【0010】また金型冷却装置においては、前記いずれ
か一つの冷水供給装置を備えてなる構成とする。
【0011】さらに食品冷却装置においては、前記いず
れか一つの冷水供給装置を備えてなる構成とする。
【0012】そして工作機械冷却装置においては、前記
いずれか一つの冷水供給装置を備えてなる構成とする。
【0013】またる冷凍サイクル装置においては、前記
いずれか一つの冷水供給装置の制御手段を備えてなる構
成とする。
【0014】
【作用】本発明によれば、冷水供給装置が負荷を備えた
冷水回路に接続される際、圧縮機の運転周波数を制御す
る制御定数が記憶されてなく、入力待ちの状態になって
いる。制御手段に、予め定められた複数の制御定数を記
憶させ、次に必要な冷水設定温度を入力していくつかの
制御定数を選択し、かつ負荷の発熱量及び冷水流量等よ
り運転条件を推定し、運転条件に応じて最適の制御定数
を決定し記憶させる。又はこの過程を試運転によって各
種温度センサから得られる情報より推定し、最適の制御
定数を自動的に決定し記憶させてもよい。以後、運転は
記憶された制御定数で行われるが、運転条件の変化に伴
い冷水温度が冷水設定温度に制御できなくなった場合
は、制御定数の補正又は切換えを行い、冷水温度が冷水
設定温度に収束するように制御定数の修正を行う。
【0015】
【実施例】本発明の一実施例を図1を参照しながら説明
する。図1は本実施例に係る冷水供給装置の系統図であ
り、図1に示すように、運転周波数により可変に制御さ
れる圧縮機1、凝縮器2、電子膨張弁3、蒸発器4及び
これらを結ぶ冷媒配管5よりなる冷凍サイクルと、運転
周波数を制御する制御器12及びインバータ13を有す
る制御手段とよりなり、蒸発器4で冷却された冷水を冷
水配管7により負荷8へ循環するポンプ6を備えた冷水
回路に接続され、制御手段に、予め定められた複数の制
御定数を記憶し、入力された冷水設定温度に基づいてそ
れぞれの制御定数より少なくとも一つの制御定数を選択
し、少なくとも負荷の発熱量、冷水の保有水量及び冷却
媒体温度より運転条件を推定して入力し、運転条件に応
じて選択した少なくとも一つの制御定数のうちより制御
定数を決定し記憶するプログラム上の制御定数決定手段
を具備した構成である。そして蒸発器4に冷水入口温度
センサ9及び冷水出口温度センサ10と、凝縮器2に外
気温度(冷却媒体温度)センサ11とが設けられ、それ
らから得られる情報は制御器12に入力され、制御器1
2により圧縮機1の運転周波数を判定し、インバータ1
3により運転周波数を制御して冷凍サイクルの冷凍能力
を増減するようになっている。
【0016】次に本実施例の動作を図2を参照しながら
説明する。負荷8を冷却するため蒸発器4を介してポン
プ6及び冷水配管7を冷水供給装置に接続する。この
時、制御器12内の圧縮機1の運転周波数を算出する制
御定数は決定してなく、入力待ちの状態になっている。
制御器12に予め準備された複数の制御定数を入力し、
次に供給する冷水の冷水設定温度を入力し、その冷水設
定温度を満足できるいくつかの制御定数が選択される。
次に負荷8の発熱量、冷水配管7を流れる冷水の保有水
量、流速、本装置の使用される外気温度等から運転条件
を推定して入力し、選択されたいくつかの制御定数より
最適な制御定数を決定し、制御器12に記憶させること
により、効率のよい冷凍サイクルの冷凍能力の容量制御
が可能となり、冷水設定温度に速やかに収束する水温制
御を行うことができる。この制御定数決定手段として前
記説明では、運転条件から推定して最適な制御定数を準
備された複数の制御定数より決定し制御器12に記憶さ
せる手動的な手段であったが、図1に示す冷水温度セン
サ9,10及び外気温度センサ11から得られる情報よ
り自動的に制御定数を決定することも可能である。まず
冷水設定温度が制御器12に入力されるとその冷水設定
温度を満足できる制御定数がいくつか選択される。次に
最適の制御定数を決定するため試運転を行い、負荷8で
熱を吸収し蒸発器4に戻る冷水温度、蒸発器4で冷却さ
れた冷水温度、単位時間当り冷水温度変化及び冷水供給
装置が設置された雰囲気温度を冷水温度センサ9,10
及び外気温度センサ11により検知し、制御器12に送
信する。制御器12は送信されてきた情報により運転条
件を推定し、選出したいくつかの制御定数より最適の制
御定数を決定し記憶する。以後、通常運転時はこの制御
定数を用い、冷水温度センサ9,10及び外気温度セン
サ11から得られる情報により制御器12で圧縮器1の
運転周波数を算出し、インバータ13で圧縮機1の容量
制御を行い、冷凍サイクルの冷凍能力を制御し、常に安
定した冷水温度制御を行う。
【0017】図3に示すフローチャートは、通常運転時
に運転条件が変化し、冷水温度が設定値に収束しなくな
った例を示す。制御器12では、冷水温度センサ9,1
0及び外気温度センサ11から得られる情報より制御の
判定を行うが、ある条件が変化し、冷水出口温度センサ
10が冷水設定温度と異なる温度を検出すると、制御器
12は冷水温度が設定温度に収束するよう圧縮機1の運
転周波数をインバータ13を介して制御する。しかし予
め決められた所定時間を過ぎても、冷水出口温度センサ
10から得られる冷水温度が、冷水設定温度と異なって
いたり、安定しない(ハンチングを起こしている)場合
は、制御器12に記憶されている制御定数を見直し、補
正又は他の制御定数にプログラム上の切り替える手段で
切り換えることにより、冷水温度が速やかに設定温度に
収束するよう制御を行う。
【0018】次に図4〜図6を参照しながら周波数PI
制御における制御定数を説明する。周波数fnは(1)
式で、周波数変化量Δfnは(2)式で、偏差θnは
(3)式でそれぞれ表される。
【0019】
【数1】
【0020】
【数2】
【0021】
【数3】
【0022】ここでKp;比例定数(Hz/℃)、K
i;積分定数(Hz/℃s)、Ts;サンプリング時間
(s)、Two;冷水温度検出値、Tset;冷水設定
温度である。
【0023】制御器は入力された冷水温度と冷水設定温
度との偏差θnを(3)式により算出し、予め定めてあ
る制御定数の比例定数Kp及び積分定数Kiを用いて今
回の偏差θnと前回の偏差θn−1との差より周波数変
化量Δfnを(2)式により演算し、前回の周波数変化
量Δfn−1に加算して今回の周波数fnを(1)式で
求め、インバータへ出力する。
【0024】比例定数(P定数)及び積分定数(I定
数)は、それぞれ図5及び図6に示すように、負荷の変
動スピード(Tsθnに係る応答性)及び負荷の変動幅
(偏差θn)に対して直線状に表され、この直線上の数
値が選択されることになる。
【0025】そして本発明の他の実施例として制御手段
は、制御定数を広範囲な冷水設定温度に基づいて決定さ
せるため、冷水回路の冷水保有量を低減でき冷水保有タ
ンクのスペース等を削減した構成とする。
【0026】また本発明の他の実施例として電子機器冷
却装置、金型冷却装置、食品冷却装置及び工作機械冷却
装置においては、前記いずれか一つの冷水供給装置を備
えてなる構成とする。さらに冷凍サイクル装置において
は、前記いずれか一つの冷水供給装置の制御手段を備え
てなる構成とする。
【0027】本発明によれば、圧縮機の運転周波数を制
御する複数の制御定数を備え、運転条件に合せて制御定
数を決定するため、広い範囲にわたって運転制御が可能
となり、その制御精度は、どの条件においても差はなく
効率が高い。また運転範囲が広いため、使用用途が広く
厳しい条件でも対応が可能であり、さらに冷却設備の小
型化(冷水保有水量が少量でも対応できる)も可能であ
る。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、圧縮機の運転周波数を
制御する複数の制御定数を備え、運転条件に合せて制御
定数を決定するため、広範囲の冷水設定温度に対して精
度よい運転制御が可能となり、運転効率が向上する。ま
た使用用途が広く厳しい条件でも対応が可能であり、冷
水保有設備の小型化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を一実施例を適用した冷水供給装置の系
統図である。
【図2】本発明の制御定数の決定ステップを示すフロー
チャートである。
【図3】本発明の制御定数の変更ステップを示すフロー
チャートである。
【図4】本発明の冷水温度制御系システムを示す図であ
る。
【図5】制御定数を説明するグラフである。
【図6】制御定数を説明するグラフである。
【符号の説明】
1 圧縮機 2 凝縮器 3 電子膨張弁 4 蒸発器 5 冷媒配管 6 冷水ポンプ 7 冷水配管 8 負荷 9 冷水入口温度センサ 10 冷水出口温度センサ 11 外気温度センサ 12 制御器 13 インバータ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 運転周波数により容量を可変に制御され
    る圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器のそれぞれを冷媒
    配管で順次接続してなる冷凍サイクルと、前記運転周波
    数を制御する制御手段とよりなり、前記蒸発器で冷却さ
    れた冷水を負荷へ循環するポンプを備えた冷水回路と該
    蒸発器を介して接続され、前記冷凍サイクルの冷凍能力
    を増減させて前記冷水の温度を冷水設定温度に制御する
    冷水供給装置において、前記制御手段に、予め定められ
    た複数の制御定数を記憶し、入力された前記冷水設定温
    度に基づいてそれぞれの制御定数より少なくとも一つの
    制御定数を選択し、少なくとも前記負荷の発熱量、前記
    冷水の保有水量及び冷却媒体温度より運転条件を推定し
    て入力し、該運転条件に応じて前記選択した少なくとも
    一つの制御定数のうちより制御定数を決定し記憶する制
    御定数決定手段を具備したことを特徴とする冷水供給装
    置。
  2. 【請求項2】 運転周波数により容量を可変に制御され
    る圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器のそれぞれを冷媒
    配管で順次接続してなる冷凍サイクルと、前記運転周波
    数を制御する制御手段とよりなり、前記蒸発器で冷却さ
    れた冷水を負荷へ循環するポンプを備えた冷水回路と該
    蒸発器を介して接続され、前記冷凍サイクルの冷凍能力
    を増減させて前記冷水の温度を冷水設定温度に制御する
    冷水供給装置において、前記制御手段に、予め定められ
    た複数の制御定数を記憶し、入力された前記冷水設定温
    度に基づいてそれぞれの制御定数より少なくとも一つの
    制御定数を選択し、試運転を行い少なくとも前記蒸発器
    の冷水入口温度、冷水出口温度及び前記凝縮器の冷却媒
    体温度を入力して運転条件を推定し、該運転条件に応じ
    て前記選択した少なくとも一つの制御定数のうちより制
    御定数を決定し記憶する制御定数決定手段を具備したこ
    とを特徴とする冷水供給装置。
  3. 【請求項3】 制御手段は、運転条件に変化を生じ、決
    定し記憶した制御定数で所定時間内に冷水設定温度に制
    御不能の際は、該制御定数を補正又は他の制御定数に切
    り換える手段を具備していることを特徴とする請求項1
    又は2記載の冷水供給装置。
  4. 【請求項4】 制御手段は、制御定数を広範囲な冷水設
    定温度に基づいて決定させ、冷水回路の冷水保有量を低
    減させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項
    記載の冷水供給装置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項記載の冷水
    供給装置を備えてなることを特徴とする電子機器冷却装
    置。
  6. 【請求項6】 請求項1〜4のいずれか1項記載の冷水
    供給装置を備えてなることを特徴とする金型冷却装置。
  7. 【請求項7】 請求項1〜4のいずれか1項記載の冷水
    供給装置を備えてなることを特徴とする食品冷却装置。
  8. 【請求項8】 請求項1〜4のいずれか1項記載の冷水
    供給装置を備えてなることを特徴とする工作機械冷却装
    置。
  9. 【請求項9】 請求項1〜4のいずれか1項記載の冷水
    供給装置の制御手段を備えてなることを特徴とする冷凍
    サイクル装置。
JP33150392A 1992-12-11 1992-12-11 冷水供給装置 Pending JPH06180152A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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