JPH07280386A - 熱源機器システム - Google Patents

熱源機器システム

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Publication number
JPH07280386A
JPH07280386A JP7227494A JP7227494A JPH07280386A JP H07280386 A JPH07280386 A JP H07280386A JP 7227494 A JP7227494 A JP 7227494A JP 7227494 A JP7227494 A JP 7227494A JP H07280386 A JPH07280386 A JP H07280386A
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JP
Japan
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heat source
load
source device
cooling
heat
Prior art date
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Pending
Application number
JP7227494A
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English (en)
Inventor
Tomoo Kumamaru
丸 智 雄 熊
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷側から低負荷限界以下の運転が要求され
た場合でも、熱源機器を常用運転域で運転させることが
できる熱源機器システムを提供する。 【構成】 冷暖房のモード切り換え自在の熱源機器1
と、冷却塔2と、冷房負荷6とを備えている。冷却塔2
からの復路b1 と冷房負荷6からの復路a2 は、熱交換
器5に接続される。この熱交換器5により、冷却塔2か
らの冷却水と負荷6からの冷水とが熱交換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱源機器を有する熱源
機器システムに係り、とりわけ熱源機器の低負荷限界域
や過負荷域の熱需要に対して広範囲に対応することがで
きる熱源機器システムに関する。
【0002】
【従来の技術】一般にビル冷暖房などの熱需要は、時間
帯や季節によって大幅な変動がある。そのため、ピーク
負荷時は昼間の短時間であるにもかかわらず、従来の熱
源機器システムではピーク負荷時に対応する規模の熱源
機器を設置しなければならなかった。一方、軽負荷時に
は、熱源機器の低負荷限界域で運転しなければならず、
熱効率の指標である成績係数の低いところで運転するこ
とが多かった。
【0003】さらに熱源機器システムにおいて、真夏で
は冷却塔水からの排熱が多く、都市の中心部の外気温度
を押し上げる要因になっており、エネルギー消費や環境
上の大きな問題となっていた。
【0004】以上のことから、従来の熱源機器システム
では、熱源機器の容量を大負荷から小負荷に切り替える
予備機を設けたり、冷却塔からの排熱温度を押えるた
め、冷却塔の容量を大きくしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
熱源機器システムでは広い負荷域の熱需要に応えること
がむずかしく、また予備機用の設置スペースの確保や大
型冷却塔の設置に対する余分な設備費を考慮しなければ
ならない。
【0006】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、負荷側の熱需要によらず常に熱源機器の定
格の運転域で運転してその運転状態を安定化させること
ができる熱源機器システムを提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
冷暖房のモード切り換え自在の熱源機器と、この熱源機
器に往路および復路を介して接続された冷却塔またはヒ
ーティング塔と、前記熱源機器に往路および復路を介し
て接続された負荷とを備え、前記冷却塔またはヒーティ
ング塔からの復路と、前記負荷からの復路とを熱交換器
で接続して、互いに熱交換することを特徴とする熱源機
器システムである。
【0008】請求項2記載の発明は、冷暖房のモード切
り換え自在の熱源機器と、この熱源機器に往路および復
路を介して接続された負荷と、バッファ水槽とを備え、
前記負荷からの復路に熱交換器を接続するとともに、前
記バッファ水槽と前記熱交換器とを循環配管で接続し、
前記バッファ水槽と前記負荷への往路および復路とを各
々送り管および戻し管で接続したことを特徴とする熱源
機器システムである。
【0009】
【作用】請求項1記載の発明によれば、負荷側からの還
り水と、冷却塔またはヒーティング塔からの熱源機器へ
の還り水とを熱交換させることにより、負荷側から負荷
限界以下の運転が要求された場合でも、熱源機器を常用
の運転域で運転させることができるとともに、熱源機器
のエネルギー損失を少なくすることができる。
【0010】請求項2記載の発明によれば、低負荷時に
バッファ水槽に接続された送り管および戻し管を用いて
熱源機器によりバッファ水槽内で蓄熱する。高負荷時に
負荷側からの還り水と、バッファ水槽からの循環水とを
熱交換させることにより、負荷側から熱源機器への還り
水の温度を定格時の温度に保つことができる。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図1および図2は本発明による熱源機器シ
ステムの第1の実施例を示す図である。
【0012】図1および図2に示すように、熱源機器シ
ステムは冷暖房のモード切り換え自在のターボ冷凍機
(熱源機器)1を備えている。このターボ冷凍機1は蒸
発器11と、圧縮機12と、凝縮器13と、膨張弁14
とからなっている。
【0013】またターボ冷凍機1の蒸発器11に、冷水
ポンプ4を有する往路a1 と復路a2 を介して冷房負荷
6が接続され、またターボ冷凍機1の凝縮器13に往路
1と冷却水ポンプ3を有する復路b2 を介して冷却塔
2が接続されている。
【0014】さらに冷却塔2からの復路b2 と、冷房負
荷6からの復路a2は熱交換器5に接続されて互いに熱
交換するようになっている。
【0015】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。まずターボ冷凍機1において、蒸
発器11は冷媒を蒸発させて冷凍作用を行う。この蒸発
器11により蒸発された冷媒は、圧縮機12にて圧縮さ
れ、圧縮機12からの高温高圧の冷媒ガスは、凝縮器1
3にて冷却されて液冷媒になる。膨張弁14は、この液
冷媒の圧力を蒸発器11の圧力にまで低下させ、このよ
うにターボ冷凍機1の冷媒は閉ループ内を循環する。
【0016】凝縮器13は冷却水により冷却され、凝縮
器13を冷却する冷却水は往路b1から冷却塔2に入っ
て冷却され、復路b2 から凝縮器13に戻る。また、蒸
発器11からの冷水は往路a1 から冷房負荷6へ送ら
れ、その後復路a2 から蒸発器11に戻る。この場合、
熱交換器5において、復路a2 を通る冷房負荷6からの
還り水の冷熱により復路b2 を通る冷却塔2からの冷却
水が冷却され、凝縮器13に入る冷却水温度が低下す
る。すなわち、冷房負荷6からの冷水の還り温度が上が
る分、凝縮器13への冷却水の採り入れ温度が低下す
る。
【0017】熱交換器5による作用を、図2の部分負荷
特性に基づいて説明する。図2において横軸Qは冷房熱
量、縦軸Pはターボ冷凍機1への入力電力である。グラ
フg1、g2は、凝縮器13を冷却する冷却水温をパラ
メータとした特性であり、このうちグラフg1は熱交換
器のない場合、g2は熱交換器がある場合を示す。い
ま、グラフg1において、低負荷限界以下の冷房熱量Q
1 での運転を要求されたとき、グラフg2に示すように
熱交換器5の作用により、ターボ冷凍機1の負荷はQ2
まで増えるので常用の運転域に入る。入力電力は、冷却
水温の低下によって、その増加を抑制されるので、エネ
ルギー損失を少なくすることができる。
【0018】こうして、春秋の中間負荷期にも安定した
運転条件が得られ、小負荷用の熱源機器を別置きする必
要がなくなる。
【0019】次に図3および図4により、本発明の第2
の実施例について説明する。図3および図4に示す第2
の実施例において、第1の実施例と同一部分には同一符
号を符して詳細な説明は省略する。
【0020】図3および図4に示すように、ターボ冷凍
機1と冷房負荷6との間に、これらと独立してバッファ
水槽7が設けられている。またバッファ水槽7には循環
ポンプ8を有する循環配管d1 が接続され、循環配管d
1 は冷房負荷6からの復路a2 と熱交換器5により接続
されている。
【0021】また冷房負荷6への往路a1 内の冷水はバ
ッファ水槽7へ送り管c1 を介して送られ、さらにバッ
ファ水槽7内の水は冷房負荷6からの復路a2 内へ戻り
管c2 を介して戻される。
【0022】次に本実施例の作用について説明する。ま
ず夜間等の低負荷時には、往路a1内の冷水が送り管c
1 からバッファ水槽7内へ送られ、またバッファ水槽7
内の水が戻り管c2 から復路a2 へ戻され、バッファ水
槽7内に冷水が蓄えられる。
【0023】次にピーク負荷時に、復路a2 内の冷房負
荷6からの還り水が、循環配管d1内を通るバッファ水
槽7からの冷水により熱交換器5を介して冷却される。
このように冷却された復路a2 内の還り水は、蒸発器1
1に戻される。
【0024】次にピーク負荷時の熱交換器5の作用を図
4の部分負荷特性に基づいて説明する。図4において、
横軸、縦軸は図2と同様、冷房熱量およびターボ冷凍機
1の入力電力を示す。グラフg3は、熱交換器5がない
場合の特性であり、グラフg4は熱交換器5がある場合
の特定である。グラフg3においてターボ冷凍機1の定
格運転ポイントは、冷房熱量Qn、入力電力Pnにあ
る。グラフg4に示すように、熱交換器5の作用によ
り、冷房熱量が定格負荷以上のQmに増加しても、還り
水の温度を定格時の温度まで下げることにより、入力電
力Pnのままに保持され、運転が可能になる。
【0025】こうして、真夏でも数時間のピーク負荷に
対しては、夜間蓄熱などで蓄えたバッファ水槽7内の冷
熱で賄うことができ、熱源機器1の増設更新や冷水ポン
プ系の容量アップのような高額投資は不要になるので、
経済的効果が大きい。
【0026】次に図5および図6により本発明の第3の
実施例について説明する。
【0027】図5および図6に示す実施例は、第1また
は第2の実施例において、冷房負荷6からの復路に熱交
換器5をバイパスするバイパス管eを設けるとともに、
このバイパス管eにバイパス弁9を取付けたものであ
り、他は第1または第2の実施例を略同一である。ま
た、図5および図6に示すように、バイパス弁9はター
ボ冷凍機1の入力電力Pと冷房熱量Qが入力する制御器
10によって弁開度が調整される。
【0028】次に本実施例の作用について説明する。図
6は、第1または第2の実施例にバイパス弁9を有する
バイパス管eを組み込んだ場合の制御器10による制御
過程を示すフローチャートである。初期条件はバイパス
水量をゼロにしておき、第1の実施例(図2)または第
2の実施例(図4)の部分負荷特性上の運転ポイントを
入力電力Pおよび冷房熱量Qに基づいてシミュレーショ
ンにより算出する。その状態が安定域でなければ、バイ
パス管e内で流れるバイパス水量を増加させる条件のも
とで、再度運転ポイントを算出する。運転ポイントが安
定域に達したところで、そのときの成績係数と弁開度を
制御器10の出力としてバイパス弁9へ送る。
【0029】次に運転ポイントについて説明する。熱源
機器としてターボ冷凍機1を用いる場合は、50%以下
の負荷レベルで極端に成績係数が低下し、サージング域
に掛ればトリップしてしまう事態が発生する。他方、熱
源機器として吸収冷凍機を用いる場合は、100%負荷
より70%程度の負荷の方が成績係数が良いという事実
がある。これらを勘案して運転状態を安定させ、成績係
数をできるだけ上げるような最良の運転ポイントが算出
される。
【0030】上記各実施例において、熱源機器としてタ
ーボ冷凍機を用いた場合を示したが、ヒートポンプや吸
収式冷凍機を用いてもよい。また、上記各実施例におい
て、冷房運転モードで説明したが、暖房運転モードを取
ることができる。暖房運転モードの場合、冷却塔がヒー
ティング塔となり、冷房負荷は暖房負荷となる。また冷
水は温水となり、冷却水は熱源水となる。さらにバッフ
ァ槽内では冷水を蓄える代わりに、温水を蓄えることに
なる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、熱源機器の低負荷限界以下の運転が要求さ
れた場合でも、熱源機器を常用の運転域で運転させるこ
とができ、また熱源機器のエネルギー損失を少なくする
ことができる。このため、熱源機器の安定したコスト運
転が実現される。
【0032】請求項2記載の発明によれば、高負荷時に
おいても、熱源機器への負荷側からの還り水の温度を定
格時の温度に保つことができるので、熱源機器の有効活
用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による熱源機器システムの第1の実施例
を示す構成図。
【図2】図1に示す熱源機器システムの作用を示す熱源
機器の部分負荷特性。
【図3】本発明による熱源機器システムの第2の実施例
を示す構成図。
【図4】図3に示す熱源機器システムの作用を示す熱源
機器の部分負荷特性。
【図5】本発明による熱源機器システムの第3の実施例
を示す構成図。
【図6】図5に示す熱源機器システムの作用を示すフロ
ーチャート。
【符号の説明】
1 ターボ冷凍機 2 冷却塔 3 冷却水ポンプ 4 冷水ポンプ 5 熱交換器 6 冷房負荷 7 バッファ水槽 8 循環ポンプ 9 バイパス弁 10 制御器 11 蒸発器 12 圧縮機 13 凝縮器 14 膨張弁

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷暖房のモード切り換え自在の熱源機器
    と、 この熱源機器に往路および復路を介して接続された冷却
    塔またはヒーティング塔と、 前記熱源機器に往路および復路を介して接続された負荷
    とを備え、 前記冷却塔またはヒーティング塔からの復路と、前記負
    荷からの復路とを熱交換器で接続して、互いに熱交換す
    ることを特徴とする熱源機器システム。
  2. 【請求項2】冷暖房のモード切り換え自在の熱源機器
    と、 この熱源機器に往路および復路を介して接続された負荷
    と、 バッファ水槽とを備え、 前記負荷からの復路に熱交換器を接続するとともに、前
    記バッファ水槽と前記熱交換器とを循環配管で接続し、
    前記バッファ水槽と前記負荷への往路および復路とを各
    々送り管および戻し管で接続したことを特徴とする熱源
    機器システム。
  3. 【請求項3】負荷からの復路に、熱交換器をバイパスす
    るバイパス管を設け、このバイパス管にバイパス弁を取
    付けたことを特徴とする請求項1または2のいずれか記
    載の熱源機器システム。
  4. 【請求項4】バイパス弁は制御器により制御され、この
    制御器は熱源機器の入力電力と負荷熱量とに基づいて、
    運転ポイントが安定域に入るような弁開度を算出してバ
    イパス弁に出力することを特徴とする請求項3記載の熱
    源機器システム。
JP7227494A 1994-04-11 1994-04-11 熱源機器システム Pending JPH07280386A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015520351A (ja) * 2012-05-16 2015-07-16 エフィシエント・エネルギ・ゲーエムベーハー ヒートポンプ、および自由冷却モードでの熱ポンプ方法
WO2018105702A1 (ja) * 2016-12-07 2018-06-14 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 熱源システム、制御装置、制御方法及びプログラム

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US10222103B2 (en) 2012-05-16 2019-03-05 Efficient Energy Gmbh Heat pump and method for pumping heat in a free cooling mode
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