JPWO2014167912A1 - 冷却システムの制御装置 - Google Patents

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Abstract

冷却システムにおいて、高価な乾湿球温度測定用のセンサを必要とせずに、冷却水温度測定用のセンサのみで乾湿球温度測定用センサを用いたものと同等の制御を行い、冷却ファンまたは冷却水ポンプの回転数に見合った冷却効果が得られないような外気条件であっても、インバータ装置のエネルギー消費量を減少する。冷却塔1と、冷凍機2と、冷却塔1に設けられた冷却ファン11と、冷却塔1と冷凍機2との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプ21と、冷却塔1の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサ7と、冷却ファン11を可変速制御するインバータ装置12とを備え、インバータ装置12の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の入口温度検出値T2が上昇しない出力周波数を記憶し、以降は記憶した出力周波数に基づいてインバータ装置12を運転する。

Description

この発明は、空調設備などに用いられ、冷却塔と冷凍機との間で冷却水を循環使用する冷却システムの制御装置に関する。
一般に、空調設備などに用いられる冷却システムは、冷却塔、冷凍機および冷却負荷である空調機を備え、冷却塔で冷却された冷却水を冷却水ポンプにより冷凍機に送り、冷凍機において空調機を冷却する冷水と熱交換を行っている。このような冷却システムの制御装置に関するものとしては、例えば特許文献1に記載されたものがある。
この冷却システムでは、冷凍機によって製造された冷水は冷水ポンプにより空調機に送られ、空調機との熱交換を経て冷凍機に戻ってくる。一方、冷却塔は冷却水を風冷するための冷却ファンが設けられ、冷却塔で冷却された冷却水は、冷却水ポンプにより冷凍機に送られ、冷凍機内での熱交換を経て冷却塔に戻ってくる。この冷却水の配管には、冷却塔入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、冷却塔出口の冷却水温度を検出する出口温度センサとの両方またはいずれか一方を設けている。
このような冷却システムの制御方式には、「冷却ファンの制御」、「冷却水ポンプの制御」、「冷却ファンと冷却水ポンプの両方を制御」などがあるが、冷却水の入口温度,出口温度の検出値に基づいてインバータ装置の出力周波数を調節することで、冷却ファンや冷却水ポンプの回転数を制御して冷却風の風量や冷却水の流量を調整している。
以下では、「冷却ファンの制御」について説明するが、「冷却水ポンプの制御」、「冷却ファンと冷却水ポンプの両方を制御」についても同様に考えることができ、いずれの場合も、冷却塔入口の冷却水温度が一定になるように制御する入口温度一定制御、冷却塔出口の冷却水温度が一定になるように制御する出口温度一定制御、あるいは冷却水の冷却塔の入口温度と出口温度との温度差が一定になるように制御する温度差一定制御によって制御される。
冷却ファンの制御による入口温度一定制御は、冷却塔入口の冷却水入口温度を検出し、冷却水入口温度の検出値が予め設定した入口温度設定値と一致するように、冷却ファンを駆動するファンモータの回転数をインバータ装置により制御するものである。
この入口温度一定制御では、冷却水入口温度が低い場合は、冷却塔で冷却水をあまり冷やす必要がないため、インバータ装置の出力周波数を低くしてファンモータの回転数を低下し、逆に冷却水入口温度が高い場合は、冷却塔で冷却水を冷やす必要があるため、インバータ装置の出力周波数を高くしてファンモータの回転数を高くしている。
また、冷却ファンの制御による出口温度一定制御は、冷却塔出口の冷却水出口温度を検出し、冷却水出口温度の検出値が予め設定した出口温度設定値と一致するように、冷却ファンを駆動するファンモータの回転数をインバータ装置により制御するものである。
この出口温度一定制御では、冷却水出口温度が低い場合は、冷却塔で冷却水をあまり冷やす必要がないため、インバータ装置の出力周波数を低くしてファンモータの回転数を低下し、逆に冷却水出口温度が高い場合は、冷却塔で冷却水を冷やす必要があるため、インバータ装置の出力周波数を高くしてファンモータの回転数を高くしている。
さらに、冷却ファンの制御による温度差一定制御は、冷却塔入口の冷却水入口温度と冷却塔出口の冷却水出口温度の検出値から冷却水入口温度と冷却水出口温度との温度差を求め、この温度差が一定温度となるように、冷却ファンを駆動するファンモータの回転数をインバータ装置により制御するものである。
この温度差一定制御では、冷却水入口と出口との温度差が小さい場合は、冷却塔で冷却水をあまり冷やす必要がないため、インバータ装置の出力周波数を低くしてファンモータの回転数を低下し、逆に温度差が大きい場合は、冷却塔で冷却水を冷やす必要があるため、インバータ装置の出力周波数を高くしてファンモータの回転数を高くしている。
特開2000−283527号公報
上記冷却システムにおいて、冷却塔は水の蒸発熱(潜熱)を利用する開放式冷却塔が一般的であり、上記入口温度一定制御、出口温度一定制御、温度差一定制御のいずれの場合も、冷却塔にて蒸発熱を利用して冷却水を冷却している。
しかしながら、この冷却方法には限界があり、その原理上、外気の湿球温度以下には冷却水温度を下げることができない。冷却塔で冷却水を冷却する際に、外気温度が高く、外気湿度が低い場合には冷却水温度はよく下がるが、外気温度が低く、外気湿度が高い場合には冷却水温度の低下はほとんど期待できない。
上記入口温度一定制御、出口温度一定制御または温度差一定制御は、外気湿度に関係なく冷却水温度または冷却水温度差が設定温度になるように冷却ファンのファンモータの回転数を制御しているため、冷却塔での冷却水温度の低減効果がほとんど期待できないような外気条件であっても必要以上にファンモータの回転数を高く制御してしまうことがある。
例えば、外気温度が低く、外気湿度が高い場合には、水の蒸発熱を利用した冷却水の温度低下はあまり期待できないことから、ファンモータの回転数を幾ら増大しても冷却水温度はそれほど低下しない。このような場合でも入口温度一定制御、出口温度一定制御または温度差一定制御では、冷却水温度が設定値になるよう出力周波数を上昇させていくが、冷却水温度は低下しないため、インバータ装置が出力する周波数はやがて上限周波数(または最高周波数,PID出力上限リミッタ)に到達し、インバータ装置はこの上限周波数で運転を継続することになる。
このように、外気条件によってはファンモータの回転数に見合った冷却効果が得られないにも拘らず、インバータ装置は必要以上に高い周波数を出力するので、無駄な電力を消費するという問題があった。
この問題への対策としては、外気の乾球温度と湿球温度との関係から相対湿度を算出してインバータ装置の出力周波数を制御することが考えられる。しかしながら、この場合は、冷却水温度測定用センサに加えて外気の乾球温度や湿球温度を測定するための乾湿球温度測定用センサ等の複数のセンサが必要であり、また一般的に乾湿球温度測定用センサは高価であることから、装置がコストアップになるという問題があった。
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、高価な乾湿球温度測定用のセンサを必要とせずに、冷却水温度測定用のセンサのみで乾湿球温度測定用センサを用いたものと同等の制御を行うことができる冷却システムの制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、この発明は、冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、前記冷却塔の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、前記冷却水温度の温度検出値が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却ファン(または冷却水ポンプ)を可変速制御するインバータ装置と、前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の入口温度が上昇しない出力周波数を記憶し、この記憶した出力周波数に基づいて前記冷却ファン(または冷却水ポンプ)を制御する湿球温度推定制御部と、を備えるものとする。
また、この発明は、冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、前記冷却塔の出口の冷却水温度を検出する出口温度センサと、前記冷却水温度の温度検出値が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却ファン(または冷却水ポンプ)を可変速制御するインバータ装置と、前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の出口温度が上昇しない出力周波数を記憶し、この記憶した出力周波数に基づいて前記冷却ファン(または冷却水ポンプ)を制御する湿球温度推定制御部と、を備えるものとする。
また、この発明は、冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、前記冷却塔の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、前記冷却塔の出口の冷却水温度を検出する出口温度センサと、前記冷却水の入口温度と出口温度との温度差を演算する演算部と、前記温度差が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却ファン(または冷却水ポンプ)を可変速制御するインバータ装置と、前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても前記温度差が大きくならない出力周波数を記憶し、この記憶した出力周波数に基づいて前記冷却ファン(または冷却水ポンプ)を制御する湿球温度推定制御部と、を備えるものとする。
また、この発明は、冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、前記冷却塔の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、前記冷却水温度の温度検出値が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却ファン(または冷却水ポンプ)を可変速制御するインバータ装置と、前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の入口温度が上昇しない温度を記憶し、この記憶した温度に基づいて前記冷却ファン(または冷却水ポンプ)を制御する湿球温度推定制御部と、を備えるものとする。
また、この発明は、冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、前記冷却塔の出口の冷却水温度を検出する出口温度センサと、前記冷却水温度の温度検出値が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却ファン(または冷却水ポンプ)を可変速制御するインバータ装置と、前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の出口温度が上昇しない温度を記憶し、この記憶した温度に基づいて前記冷却ファン(または冷却水ポンプ)を制御する湿球温度推定制御部と、を備えるものとする。
また、この発明は、冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、前記冷却塔の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、前記冷却塔の出口の冷却水温度を検出する出口温度センサと、前記冷却水の入口温度と出口温度との温度差を演算する演算部と、前記温度差が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却ファン(または冷却水ポンプ)を可変速制御するインバータ装置と、前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても前記温度差が大きくならない温度差を記憶し、この記憶した温度差に基づいて前記冷却ファン(または冷却水ポンプ)を制御する湿球温度推定制御部と、を備えるものとする。
この発明によれば、上記構成により、冷却水入口温度センサ(および冷却水出口温度センサ)のみで乾湿球温度測定用センサを用いたのと同等の最適制御が可能になり、例えば、外気温度が低く、外気湿度が高い場合等のように冷却ファンまたは冷却水ポンプの回転数に見合った冷却効果が得られないような外気条件であっても、インバータ装置のエネルギー消費量を減少することができる。
この発明の冷却システムを示す概略構成図である。 この発明の第1の実施の形態を示す回路構成図である。 この発明の第1の実施の形態の制御動作を説明するフローチャートである。 この発明の第2の実施の形態を示す回路構成図である。 この発明の第2の実施の形態の制御動作を説明するフローチャートである。 この発明の第3の実施の形態を示す回路構成図である。 この発明の第4の実施の形態を示す回路構成図である。 この発明の第5の実施の形態を示す回路構成図である。 この発明の第5の実施の形態の制御動作を説明するフローチャートである。 この発明の第6の実施の形態を示す回路構成図である。 この発明の第6の実施の形態の制御動作を説明するフローチャートである。
図1は、この発明の冷却システムを示す概略構成図である。図1において、1は外気により冷却水を冷却する冷却塔、2は冷却塔1で冷却された冷却水と冷却負荷を冷却する冷水とを熱交換する冷凍機、3は冷却負荷である空調機、4は冷却塔1と冷凍機2とを連結する冷却水配管、5は冷凍機2と空調機3とを連結する冷水配管、6は冷却水配管4に設けられて冷却塔1の出口温度T1を検出する冷却水出口温度センサ、7は冷却水配管4に設けられて冷却塔1の入口温度T2を検出する冷却水入口温度センサ、8は冷水配管5に設けられて冷凍機2の入口温度T4を検出する冷水入口温度センサ、9は冷水配管5に設けられて冷凍機2の出口温度T3を検出する冷水出口温度センサである。
冷却塔1には、散水管(図示せず)と、インバータ装置12で可変速制御される風冷用の冷却ファン11が設けられ、これにより散水管から散水された冷却水を外気との接触により冷却することができる。冷却水配管4には冷却水を循環させる冷却水ポンプ21が、冷水配管5には冷水を循環させる冷水ポンプ31が設けられ、それぞれインバータ装置22,32によって可変速制御されている。
各温度センサ6,7,8,9により検出された冷却水温度T1,T2または冷水温度T3,T4の検出値は、インバータ装置12,22,32に入力され、これら温度検出値と予め設定された設定値などを用いて所定の演算を行い、冷却ファン11や冷却水ポンプ21,冷水ポンプ31の回転数を制御して冷却風の風量や冷却水,冷水の流量を調整している。
図2は、この発明の第1の実施の形態を示す回路構成図であり、ここでは負荷として冷却ファン11を制御するインバータ装置12を例に挙げて説明する。図2において、121は冷却塔1の冷却水入口温度の設定値T2 *を設定する設定器、122は冷却水入口温度センサ7(図1参照)により検出した入口温度検出値T2に重畳したノイズ成分を除去するフィルタ、124は入口温度の設定値T2 *と検出値T2との偏差ΔT2を求める加算演算部、126はPI調節器またはPID調節器から構成され、前記偏差ΔT2が零となるように調節演算し、この演算値を周波数指令値f*として出力する調節部、127は周波数指令値f*に基づいた周波数とこの周波数に対応した振幅の交流電圧を発生してモータ13に供給するインバータ部である。
131は冷却塔1の冷却水の入口温度検出値T2と周波数指令値f*とに基づいてインバータ装置12の出力周波数を制御する湿球温度推定制御部である。湿球温度推定制御部131は、周波数指令値f*が上限周波数(または最高周波数,調節部126におけるPID出力上限リミッタ)に到達した際に動作し、上限周波数に到達すると予め設定された周波数低減率にて徐々に周波数指令値f*を低下させていき、周波数指令値f*を下げても冷却水の入口温度検出値T2が上昇しない出力周波数f#(≒湿球温度に相当する周波数)を見出して記憶する。以降は、この記憶した出力周波数f#を新たな周波数指令値f*としてインバータ装置12を運転するが、入口温度検出値T2が元々の目標値である入口温度設定値T2 *に到達するか、あるいは入口温度検出値T2が入口温度設定値T2 *に対して温度上昇幅ΔTo以上に上昇すれば、入口温度設定値T2 *に基づく通常の入口温度一定制御に復帰する。なお、上記周波数低減率は、インバータ装置12の各種パラメータを設定変更するパラメータ設定部(不図示)からの設定により可変とすることができる。
以下、図3のフローチャートを参照しながらこの発明の冷却システムの制御動作を説明する。
インバータ装置12は、上位コントローラ(図示せず)等から発せられる運転指令に基づいて運転を開始し、ステップS31で冷却水の入口温度一定制御を行う。この温度一定制御は、設定器121により予め設定した冷却水の入口温度設定値T2 *とフィルタ122を介してノイズが除去された入口温度検出値T2との偏差ΔT2を求め、調節部126で前記偏差ΔT2が零になるように調節演算した値を周波数指令値f*として出力し、周波数指令値f*に基づいた交流電圧をインバータ部127が発生する。
ステップS32では、周波数指令値f*が上限周波数に到達したかどうかを判断し、上限周波数に到達すれば(ステップS32,Yes)、ステップS33に進む。ステップS33では、予め設定したタイマー時間が経過したかどうかを判断し、タイマー時間が経過すれば(ステップS33,Yes)、ステップS34に進む。なお、上記タイマー時間は、インバータ装置12の各種パラメータを設定変更するパラメータ設定部(不図示)からの設定により可変とすることができる。このように、湿球温度推定制御部131では、周波数指令値f*が上限周波数に到達し、かつその状態が所定時間(予め定めたタイマー時間)経過することによって湿球温度推定制御の動作を開始する。ここで、周波数指令値f*が上限周波数に到達するということは、温度一定制御においてさらに冷却水の冷却が必要であると判断している状態である。
湿球温度推定制御の動作が開始されると、ステップS34で予め設定された所定の周波数低減率にて徐々に周波数指令値f*を低下させていき、ステップS35で冷却水の入口温度検出値T2が上昇するかどうかを判断し、冷却水の入口温度検出値T2が上昇しなければ(ステップS35,No)、ステップS34に戻る。ここで、出力周波数を下げて行くときの下限値は、予め設定した下限周波数(または最低周波数,調節部126におけるPID出力下限リミッタ)とする。ステップS35で冷却水の入口温度検出値T2が上昇すれば(ステップS35,Yes)、ステップS36に進む。ステップS36では、周波数指令値f*を下げても冷却水の入口温度検出値T2が上昇しない出力周波数f#(ステップS35において入口温度検出値T2が上昇した出力周波数の1つ手前の周波数)が湿球温度に相当する周波数であると看做し、このときの出力周波数f#を記憶する。以降はこの記憶した出力周波数f#を新たな周波数指令値f*としてインバータ装置12を運転する(ステップS37)。
その後、ステップS38で冷却水入口温度センサ7の信号に基づいて冷却水の入口温度を監視し、入口温度検出値T2が入口温度設定値T2 *に到達していなければ(ステップS38,No)、ステップS39へ進み、入口温度検出値T2が入口温度設定値T2 *に到達すれば(ステップS38,Yes)、上記湿球温度推定制御を終了し、入口温度設定値T2 *に基づく通常の冷却水の入口温度一定制御を行う。
一方、ステップS39では、入口温度検出値T2が入口温度設定値T2 *に対して予め定めた温度上昇幅ΔToよりも上昇したかどうか(T2≧T2 *+ΔToかどうか)を判断し、温度上昇幅ΔTo未満であれば(ステップS39,No)、ステップS37に戻って湿球温度推定制御を継続し、温度上昇幅ΔTo以上であれば(ステップS39,Yes)、上記湿球温度推定制御を終了し、入口温度設定値T2 *に基づく通常の冷却水の入口温度一定制御を行う。これは何らかの外的要因により冷却水の入口温度が下がらずに入口温度検出値T2が上昇した場合に備えるものであり、入口温度検出値T2が入口温度設定値T2 *に対して温度上昇幅ΔTo以上に上昇したときには、何らかの環境変化があったと判断して通常の冷却水の入口温度一定制御に復帰する。なお、温度上昇幅ΔToは、インバータ装置12の各種パラメータを設定変更するパラメータ設定部(不図示)からの設定により可変とすることができる。
このように、周波数指令値f*が上限周波数に到達した時点で、予め設定された周波数低減率にて徐々に周波数指令値f*を低下させていき、周波数指令値f*を下げても冷却水の入口温度検出値T2が上昇しない出力周波数f#を記憶し、以降は記憶した出力周波数f#に基づいてインバータ装置12を運転することによって、冷却水入口温度センサのみで乾湿球温度測定用センサを用いたのと同様の最適制御が可能になる。よって、例えば、外気温度が低く、外気湿度が高い場合等のように冷却ファン11の回転数に見合った冷却効果が得られないような外気条件であっても、インバータ装置12のエネルギー消費量を減少することができる。
図4は、この発明の第2の実施の形態を示す回路構成図であり、第1の実施の形態と同一機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。
図4において図2と異なる点は、湿球温度推定制御部131に代えて湿球温度推定制御部132を設けた点である。すなわち、湿球温度推定制御部131では、インバータ装置12の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の入口温度が上昇しない出力周波数f#を記憶し、この記憶した出力周波数f#に基づいて冷却ファン11を制御するのに対して、湿球温度推定制御部132では、インバータ装置12の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の入口温度が上昇しない温度T2 #を記憶し、この記憶した温度T2 #に基づいて冷却ファン11を制御するものである。湿球温度推定制御部132は、周波数指令値f*が上限周波数に到達した際に動作し、上限周波数に到達すると予め設定された周波数低減率にて徐々に周波数指令値f*を低下させていき、周波数指令値f*を下げても冷却水の入口温度検出値T2が上昇しない冷却水入口温度T2 #(≒湿球温度)を見出して記憶する。以降は、この記憶した冷却水入口温度T2 #を新たな入口温度設定値として入口温度一定制御を行ってインバータ装置12を運転するが、入口温度検出値T2が元々の目標値である入口温度設定値T2 *に到達するか、あるいは入口温度検出値T2が入口温度設定値T2 *に対して温度上昇幅ΔTo以上に上昇すれば、入口温度設定値T2 *に基づく通常の入口温度一定制御に復帰する。
以下、図5のフローチャートを参照しながらこの発明の冷却システムの制御動作を説明するが、ステップS51〜S55までは図3のステップS31〜S35までと同じであるので、ステップS56以降について説明する。
図5において、ステップS55で冷却水の入口温度検出値T2が上昇すると、ステップS56では、周波数指令値f*を下げても冷却水の入口温度検出値T2が上昇しない冷却水温度が湿球温度に相当する冷却水入口温度T2 #であると看做し、このときの冷却水の冷却水入口温度T2 #を記憶する。以降はこの記憶した冷却水入口温度T2 #を新たな温度設定値として、入口温度一定制御を行ってインバータ装置12を運転する(ステップS57)。すなわち、記憶した冷却水入口温度T2 #を新たな設定値とし、フィルタ122を介してノイズが除去された入口温度検出値T2との偏差ΔT2を求め、調節部126で前記偏差ΔT2が零になるように調節演算した値を周波数指令値f*として出力し、周波数指令値f*に基づいた交流電圧をインバータ部127が発生する。
その後、ステップS58で冷却水入口温度センサ7の信号に基づいて冷却水の入口温度を監視し、入口温度検出値T2が元々の目標値である入口温度設定値T2 *に到達していなければ(ステップS58,No)、ステップS59へ進み、入口温度検出値T2が入口温度設定値T2 *に到達すれば(ステップS58,Yes)、上記湿球温度推定制御を終了し、設定器121で設定していた入口温度設定値T2 *に基づく通常の冷却水の入口温度一定制御を行う。
一方、ステップS59では、入口温度検出値T2が入口温度設定値T2 *に対して予め定めた温度上昇幅ΔToよりも上昇したかどうか(T2≧T2 *+ΔToかどうか)を判断し、温度上昇幅ΔTo未満であれば(ステップS59,No)、ステップS57に戻って冷却水入口温度T2 #に基づく湿球温度推定制御を継続し、温度上昇幅ΔTo以上であれば(ステップS59,Yes)、何らかの環境変化があったと判断して上記湿球温度推定制御を終了し、入口温度設定値T2 *に基づく通常の冷却水の入口温度一定制御を行う。
このように、周波数指令値f*が上限周波数に到達した時点で、予め設定された周波数低減率にて徐々に周波数指令値f*を低下させていき、周波数指令値f*を下げても冷却水の入口温度検出値T2が上昇しない冷却水入口温度T2 #を記憶し、以降は記憶した冷却水入口温度T2 #に基づいて入口温度一定制御をすることによって、冷却水入口温度センサのみで乾湿球温度測定用センサを用いたのと同様の最適制御が可能になる。よって、例えば、外気温度が低く、外気湿度が高い場合等のように冷却ファン11の回転数に見合った冷却効果が得られないような外気条件であっても、インバータ装置12のエネルギー消費量を減少することができる。
図6は、この発明の第3の実施の形態を示す回路構成図であり、第1の実施の形態と同一機能を有するものについては同一の符号を付している。
図6において図2の第1の実施の形態と異なる点は、入口温度一定制御に代えて出口温度一定制御とした点である。この実施の形態の動作は制御対象が入口温度T2から出口温度T1に代わる以外は実質同じであるので、ここでの説明は省略する。
図7は、この発明の第4の実施の形態を示す回路構成図であり、第2の実施の形態と同一機能を有するものについては同一の符号を付している。
図7において図4の第2の実施の形態と異なる点は、入口温度一定制御に代えて出口温度一定制御とした点である。この実施の形態の動作は制御対象が入口温度T2から出口温度T1に代わる以外は実質同じであるので、ここでの説明は省略する。
図8は、この発明の第5の実施の形態を示す回路構成図であり、第1の実施の形態と同一機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。
第1の実施の形態が冷却水入口温度一定制御を実施しているのに対して、第5の実施の形態では冷却水の入口温度と出口温度との温度差を一定に制御する冷却水温度差一定制御を実施している点で異なっている。
図8において、128は冷却水の冷却塔1の入口温度と出口温度との温度差の設定値T2-1 *を設定する設定器、123は冷却水出口温度センサ6(図1参照)により検出した出口温度検出値T1に重畳したノイズ成分を除去するフィルタ、125は入口温度検出値T2と出口温度検出値T1との温度差T2-1(=T2−T1)を求める加算演算部、133は冷却塔1の入口と出口の温度差T2-1と周波数指令値f*とに基づいてインバータ装置12の出力周波数を制御する湿球温度推定制御部である。
湿球温度推定制御部133は、周波数指令値f*が上限周波数に到達した際に動作し、上限周波数に到達すると予め設定された周波数低減率にて徐々に周波数指令値f*を低下させていき、周波数指令値f*を下げても冷却水の温度差T2-1が大きくならない出力周波数f#(≒湿球温度に相当する周波数)を見出して記憶する。以降は、この記憶した出力周波数f#を新たな周波数指令値f*としてインバータ装置12を運転するが、冷却水の温度差T2-1が元々の目標値である温度差の設定値T2-1 *に到達するか、あるいは冷却水の温度差T2-1が温度差の設定値T2-1 *に対して温度上昇幅ΔTo以上に増大すれば、温度差設定値T2-1 *に基づく通常の温度差一定制御に復帰する。
以下、図9のフローチャートを参照しながらこの発明の冷却システムの制御動作を説明する。
インバータ装置12は、上位コントローラ(図示せず)から発せられる運転指令に基づいて運転を開始し、ステップS71で冷却水の温度差一定制御を行う。この温度差一定制御は、設定器128により予め設定した温度差設定値T2-1 *と、加算演算部125を介して得られる温度差T2-1とから偏差ΔT2-1を求め、調節部126で偏差ΔT2-1が零になるように調節演算した値を周波数指令値f*として出力し、周波数指令値f*に基づいた交流電圧をインバータ部127が発生する。
ステップS72では、周波数指令値f*が上限周波数に到達したかどうかを判断し、上限周波数に到達すれば(ステップS72,Yes)、ステップS73に進む。ステップS73では、予め設定したタイマー時間が経過したかどうかを判断し、タイマー時間が経過すれば(ステップS73,Yes)、ステップS74に進み、湿球温度推定制御の動作を開始する。
湿球温度推定制御の動作が開始されると、ステップS74で予め設定された所定の周波数低減率にて徐々に周波数指令値f*を低下させていき、ステップS75で冷却水の入口と出口の温度差T2-1が大きくなるかどうかを判断し、冷却水の入口と出口の温度差T2-1が大きくならなければ(ステップS75,No)、ステップS74に戻る。なお、出力周波数を下げて行くときの下限値は、予め設定した下限周波数(または最低周波数,調節部126におけるPID出力下限リミッタ)とする。ステップS75で温度差T2-1が大きくなると(ステップS75,Yes)、ステップS76では、周波数指令値f*を下げても冷却水の温度差T2-1が大きくならない出力周波数f#(ステップS75において温度差T2-1が大きくなる出力周波数の1つ手前の周波数)が湿球温度に相当する周波数であると看做し、このときの出力周波数f#を記憶する。以降はこの記憶した出力周波数f#を新たな周波数指令値f*としてインバータ装置12を運転する(ステップS77)。
その後、ステップS78で冷却水入口温度センサ7および冷却水出口温度センサ6の信号に基づいて冷却水の温度差を監視し、温度差T2-1が温度差設定値T2-1 *に到達していなければ(ステップS78,No)、ステップS79へ進み、温度差T2-1が温度差設定値T2-1 *に到達すれば、上記湿球温度推定制御を終了し、温度差設定値T2-1 *に基づく通常の温度差一定制御を行う。
一方、ステップS79では、温度差T2-1が温度差設定値T2-1 *に対して予め定めた温度上昇幅ΔToよりも増大したかどうか(T2-1≧T2-1 *+ΔToかどうか)を判断し、温度上昇幅ΔTo未満であれば(ステップS79,No)、ステップS77に戻って湿球温度推定制御を継続し、温度上昇幅ΔTo以上であれば(ステップS79,Yes)、何らかの環境変化があったと判断して上記湿球温度推定制御を終了し、温度差設定値T2-1 *に基づく通常の温度差一定制御を行う。
このように、周波数指令値f*が上限周波数に到達した時点で、予め設定された周波数低減率にて徐々に周波数指令値f*を低下させていき、周波数指令値f*を下げても冷却水の温度差T2-1が大きくならない出力周波数f#を記憶し、以降は記憶した出力周波数f#に基づいてインバータ装置12を運転することによって、冷却水入口温度センサおよび冷却水出口温度センサのみで乾湿球温度測定用センサを用いたのと同様の最適制御が可能になる。よって、例えば、外気温度が低く、外気湿度が高い場合等のように冷却ファン11の回転数に見合った冷却効果が得られないような外気条件であっても、インバータ装置12のエネルギー消費量を減少することができる。
図10は、この発明の第6の実施の形態を示す回路構成図であり、第5の実施の形態と同一機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。
図10において図8と異なる点は、湿球温度推定制御部133に代えて湿球温度推定制御部134を設けた点である。すなわち、湿球温度推定制御部133では、インバータ装置12の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の温度差T2-1が大きくならない出力周波数f#を記憶し、この記憶した出力周波数f#に基づいて冷却ファン11を制御するのに対して、湿球温度推定制御部134では、インバータ装置12の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、周波数指令値f*を下げても冷却水の温度差T2-1が大きくならない温度差T2-1 #を記憶し、以降は記憶した温度差T2-1 #に基づいて冷却ファン11を制御するものである。湿球温度推定制御部134は、周波数指令値f*が上限周波数に到達した際に動作し、上限周波数に到達すると予め設定された周波数低減率にて徐々に周波数指令値f*を低下させていき、周波数指令値f*を下げても冷却水の温度差T2-1が大きくならない温度差T2-1 #(≒湿球温度に相当する温度差)を見出して記憶する。以降は、この記憶した温度差T2-1 #を新たな温度差設定値T2-1 *として入口温度一定制御を行ってインバータ装置12を運転するが、冷却水の温度差T2-1が元々の目標値である温度差の設定値T2-1 *に到達するか、あるいは冷却水の温度差T2-1が温度差の設定値T2-1 *に対して温度上昇幅ΔTo以上に増大すれば、通常の温度差一定制御に復帰する。
以下、図11のフローチャートを参照しながらこの発明の冷却システムの制御動作を説明するが、ステップS91〜S95までは図9のステップS71〜S75までと同じであるので、ステップS96以降について説明する。
図11において、ステップS95で温度差T2-1が大きくなると、ステップS96では、周波数指令値f*を下げても冷却水の温度差T2-1が大きくならない温度差が湿球温度に相当する温度差T2-1 #であると看做し、このときの冷却水の温度差T2-1 #を記憶する。以降はこの記憶した温度差T2-1 #を新たな設定値として、温度差一定制御を行ってインバータ装置12を運転する(ステップS97)。すなわち、記憶した温度差T2-1 #を新たな温度差設定値とし、演算した温度差T2-1との偏差ΔT2-1を求め、調節部126で前記偏差ΔT2-1が零になるように調節演算した値を周波数指令値f*として出力し、周波数指令値f*に基づいた交流電圧をインバータ部127が発生する。
その後、ステップS98で冷却水入口温度センサ7および冷却水出口温度センサ6の信号に基づいて冷却水の温度差を監視し、温度差T2-1が元々の目標値である温度差設定値T2-1 *に到達していなければ(ステップS98,No)、ステップS99へ進み、温度差T2-1が温度差設定値T2-1 *に到達すれば(ステップS98,Yes)、上記湿球温度推定制御を終了し、設定器128で設定していた温度差設定値T2-1 *に基づく通常の温度差一定制御を行う。
一方、ステップS99では、温度差T2-1が温度差設定値T2-1 *に対して予め定めた温度上昇幅ΔToよりも増大したかどうか(T2-1≧T2-1 *+ΔToかどうか)を判断し、温度上昇幅ΔTo未満であれば(ステップS99,No)、ステップS97に戻って温度差T2-1 #に基づく湿球温度推定制御を継続し、温度上昇幅ΔTo以上であれば(ステップS99,Yes)、何らかの環境変化があったと判断して上記湿球温度推定制御を終了し、温度差設定値T2-1 *に基づく通常の温度差一定制御を行う。
このように、周波数指令値f*が上限周波数に到達した時点で、予め設定された周波数低減率にて徐々に周波数指令値f*を低下させていき、周波数指令値f*を下げても冷却水の温度差T2-1が大きくならない温度差T2-1 #を記憶し、以降は記憶した温度差T2-1 #に基づいて温度差一定制御をすることによって、冷却水入口温度センサおよび冷却水出口温度センサのみで乾湿球温度測定用センサを用いたのと同様の最適制御が可能になる。よって、例えば、外気温度が低く、外気湿度が高い場合等のように冷却ファン11の回転数に見合った冷却効果が得られないような外気条件であっても、インバータ装置12のエネルギー消費量を減少することができる。
上記第1〜6の実施の形態では、インバータ装置12により冷却ファン11を制御する「冷却ファン11の制御」について説明したが、インバータ装置22により冷却水ポンプ21を制御する「冷却水ポンプ21の制御」、インバータ装置12により冷却ファン11を制御するとともにインバータ装置22により冷却水ポンプ21を制御する「冷却ファン11と冷却水ポンプ21の両方を制御」する場合等、いずれの場合においても同様に実施することができる。
また、上記第1〜6の実施の形態において、外気条件が変化した場合に対応するために、予め定めた一定時間が経過した時点、あるいは外部信号が入力された時点で一旦湿球温度推定制御部による設定をリセットし、制御し直すようにしてもよい。ここで上記外部信号は、例えば外気条件や負荷条件を一定時間ごとに監視し、所定幅の変化が生じた際に入力される信号である。さらに上記リセットは、リセット動作をするかしないかを選択できるようにしてもよい。
1…冷却塔、2…冷凍機、3…空調機、4…冷却水配管、5…冷水配管、6…冷却水出口温度センサ、7…冷却水入口温度センサ、8…冷水入口温度センサ、9…冷水出口温度センサ、11…冷却ファン、12,22,32…インバータ装置、21…冷却水ポンプ、31…冷水ポンプ、121…設定器、122,123…フィルタ、124,125…加算演算部、126…調節部、127…インバータ部、131,132,133,134…湿球温度推定制御部。

Claims (15)

  1. 冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、
    前記冷却塔の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、
    前記冷却水温度の温度検出値が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却ファンを可変速制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の入口温度が上昇しない出力周波数を記憶し、この記憶した出力周波数に基づいて前記冷却ファンを制御する湿球温度推定制御部と、
    を備えたことを特徴とする冷却システムの制御装置。
  2. 冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、
    前記冷却塔の出口の冷却水温度を検出する出口温度センサと、
    前記冷却水温度の温度検出値が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却ファンを可変速制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の出口温度が上昇しない出力周波数を記憶し、この記憶した出力周波数に基づいて前記冷却ファンを制御する湿球温度推定制御部と、
    を備えたことを特徴とする冷却システムの制御装置。
  3. 冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、
    前記冷却塔の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、
    前記冷却塔の出口の冷却水温度を検出する出口温度センサと、
    前記冷却水の入口温度と出口温度との温度差を演算する演算部と、
    前記温度差が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却ファンを可変速制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても前記温度差が大きくならない出力周波数を記憶し、この記憶した出力周波数に基づいて前記冷却ファンを制御する湿球温度推定制御部と、
    を備えたことを特徴とする冷却システムの制御装置。
  4. 冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、
    前記冷却塔の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、
    前記冷却水温度の温度検出値が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却ファンを可変速制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の入口温度が上昇しない温度を記憶し、この記憶した温度に基づいて前記冷却ファンを制御する湿球温度推定制御部と、
    を備えたことを特徴とする冷却システムの制御装置。
  5. 冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、
    前記冷却塔の出口の冷却水温度を検出する出口温度センサと、
    前記冷却水温度の温度検出値が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却ファンを可変速制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の出口温度が上昇しない温度を記憶し、この記憶した温度に基づいて前記冷却ファンを制御する湿球温度推定制御部と、
    を備えたことを特徴とする冷却システムの制御装置。
  6. 冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、
    前記冷却塔の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、
    前記冷却塔の出口の冷却水温度を検出する出口温度センサと、
    前記冷却水の入口温度と出口温度との温度差を演算する演算部と、
    前記温度差が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却ファンを可変速制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても前記温度差が大きくならない温度差を記憶し、この記憶した温度差に基づいて前記冷却ファンを制御する湿球温度推定制御部と、
    を備えたことを特徴とする冷却システムの制御装置。
  7. 冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、
    前記冷却塔の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、
    前記冷却水温度の温度検出値が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却水ポンプを可変速制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の入口温度が上昇しない出力周波数を記憶し、この記憶した出力周波数に基づいて前記冷却水ポンプを制御する湿球温度推定制御部と、
    を備えたことを特徴とする冷却システムの制御装置。
  8. 冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、
    前記冷却塔の出口の冷却水温度を検出する出口温度センサと、
    前記冷却水温度の温度検出値が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却水ポンプを可変速制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の出口温度が上昇しない出力周波数を記憶し、この記憶した出力周波数に基づいて前記冷却水ポンプを制御する湿球温度推定制御部と、
    を備えたことを特徴とする冷却システムの制御装置。
  9. 冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、
    前記冷却塔の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、
    前記冷却塔の出口の冷却水温度を検出する出口温度センサと、
    前記冷却水の入口温度と出口温度との温度差を演算する演算部と、
    前記温度差が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却水ポンプを可変速制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても前記温度差が大きくならない出力周波数を記憶し、この記憶した出力周波数に基づいて前記冷却水ポンプを制御する湿球温度推定制御部と、
    を備えたことを特徴とする冷却システムの制御装置。
  10. 冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、
    前記冷却塔の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、
    前記冷却水温度の温度検出値が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却水ポンプを可変速制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の入口温度が上昇しない温度を記憶し、この記憶した温度に基づいて前記冷却水ポンプを制御する湿球温度推定制御部と、
    を備えたことを特徴とする冷却システムの制御装置。
  11. 冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、
    前記冷却塔の出口の冷却水温度を検出する出口温度センサと、
    前記冷却水温度の温度検出値が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却水ポンプを可変速制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても冷却水の出口温度が上昇しない温度を記憶し、この記憶した温度に基づいて前記冷却水ポンプを制御する湿球温度推定制御部と、
    を備えたことを特徴とする冷却システムの制御装置。
  12. 冷却塔と、冷凍機と、前記冷却塔に設けられた冷却ファンと、前記冷却塔と前記冷凍機との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプとを備えた冷却システムの制御装置において、
    前記冷却塔の入口の冷却水温度を検出する入口温度センサと、
    前記冷却塔の出口の冷却水温度を検出する出口温度センサと、
    前記冷却水の入口温度と出口温度との温度差を演算する演算部と、
    前記温度差が予め定め設定した設定値と一致するように指令値を演算し、この指令値に基づいた出力周波数の交流電圧を発生して前記冷却水ポンプを可変速制御するインバータ装置と、
    前記インバータ装置の出力周波数が上限周波数に到達した場合、徐々に出力周波数を低下させていき、出力周波数を下げても前記温度差が大きくならない温度差を記憶し、この記憶した温度差に基づいて前記冷却水ポンプを制御する湿球温度推定制御部と、
    を備えたことを特徴とする冷却システムの制御装置。
  13. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の冷却システムの制御装置において、前記湿球温度推定制御部による制御時に前記温度検出値または温度差が前記設定値に到達した場合、前記湿球温度推定制御部による制御を解除することを特徴とする冷却システムの制御装置。
  14. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の冷却システムの制御装置において、前記湿球温度推定制御部による制御時に前記温度検出値または温度差が前記設定値に対して所定の温度上昇幅以上になった場合、前記湿球温度推定制御部による制御を解除することを特徴とする冷却システムの制御装置。
  15. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の冷却システムの制御装置において、予め定めた一定時間が経過した時点、あるいは外部信号が入力された時点で一旦湿球温度推定制御部による設定をリセットすることを特徴とする冷却システムの制御装置。
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