KR101471813B1

KR101471813B1 - 열원 시스템

Info

Publication number: KR101471813B1
Application number: KR1020147000156A
Authority: KR
Inventors: 미노루 마쯔오; 겐지 우에다
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2014-12-10
Also published as: JP5404333B2; US9206994B2; US20120174609A1; CN102472519B; KR20120039650A; EP2500667A4; WO2011058781A1; KR20140022097A; EP2500667A1; KR101383526B1; CN102472519A; EP2500667B1; JP2011106699A

Abstract

시스템 도입 시나 열원기의 증설 시에 있어서, 대수 제어 장치에 있어서의 인간에 의한 조정을 불필요하게 하는 것이다. 병렬로 접속된 복수의 열원기와, 복수의 열원기의 기동 및 정지를 제어하는 동시에, 기동하고 있는 열원기에 대해 요구 부하에 따른 부하를 할당하는 대수 제어 장치(100)를 구비하고, 각 열원기는, 운전 상황과 성적 계수와 부하율의 관계를 나타낸 각 열원기 고유의 COP 맵을 각각 보유하고 있고, 각 열원기는 상기 COP 맵으로부터 운전 상황에 따른 적정 운전 범위를 결정하여 대수 제어 장치(100)에 통지하고, 대수 제어 장치(100)는 각 열원기로부터 통지된 적정 운전 범위에 기초하여 열원기의 대수 제어 및 부하의 할당을 행하는 열원 시스템을 제공한다.

Description

열원 시스템 {HEAT SOURCE SYSTEM}

본 발명은, 예를 들어 터보 냉동기 등의 복수대의 열원기를 구비한 열원 시스템에 관한 것이다.

종래, 지역 냉난방이나 공장 등의 냉난방 등을 실현하는 것으로서, 터보 냉동기 등의 열원기를 복수대 구비한 열원 시스템이 알려져 있다. 이 열원 시스템은 외부 부하가 요구하는 요구 열량에 따라 열원기의 기동 대수를 제어한다. 이 대수 제어를 행할 때에, 기동된 열원기를 고효율로 운전시킴으로써, 에너지 절약 효과를 얻는 것이 요구된다.

특허 문헌 1에는, 응축기로 공급되는 냉각수 온도에 의해 결정되는 인버터 구동 터보 냉동기의 성적 계수와 부하율의 관계를 갖고, 성적 계수가 소정값 이상으로 되도록 인버터를 제어하는 기술이 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2005-114295호 공보

그런데 특허 문헌 1에 기재된 공지 기술에서는, 열원기의 대수 제어를 행하는 대수 제어 장치가, 그 관리하에 있는 각 열원기의 성적 계수와 부하율의 관계를 미리 보유하고 있을 필요가 발생한다. 이로 인해, 예를 들어 새로운 열원기를 증설한 경우에는, 증설한 열원기의 성적 계수와 부하율의 관계를 대수 제어 장치에 대해 새롭게 입력한다고 하는 작업이 발생한다. 특히, 열원기의 증설 작업에 대해서는, 이미 각처에 도입되어 있는 시스템에 대해 발생하는 작업으로 되는 점에서, 가능한 한 작업 공정을 적게 하여, 신속히 작업을 행하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 시스템 도입 시나 열원기의 증설 시에 있어서, 대수 제어 장치에 있어서의 인간에 의한 조정을 불필요하게 할 수 있는 열원 시스템을 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.

본 발명의 제1 형태는, 병렬로 접속된 복수의 열원기와, 복수의 상기 열원기의 기동 및 정지를 제어하는 동시에, 기동하고 있는 열원기에 대해 요구 부하에 따른 부하를 할당하는 대수 제어 장치를 구비하고, 각 상기 열원기는, 운전 상황과 성적 계수와 부하율의 관계를 나타낸 각 상기 열원기 고유의 COP 정보를 각각 보유하고 있는 동시에, 보유하고 있는 상기 COP 정보로부터 성적 계수가 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 적정 운전 범위를 소정의 타이밍에서 결정하여, 상기 적정 운전 범위를 소정의 타이밍에서 상기 대수 제어 장치로 송신하고, 상기 대수 제어 장치는, 각 열원기가 그 열원기의 적정 운전 범위 내에서 운전되도록, 대수 제어 및 부하의 할당을 행하는 열원 시스템을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 제1 형태에 따르면, 각 열원기가 자신의 성적 계수와 부하율의 관계를 나타낸 COP 정보를 구비하고 있고, 이 COP 정보로부터 성적 계수가 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 적정 운전 범위를 소정의 타이밍에서 결정하여, 이 적정 운전 범위를 소정의 타이밍에서 대수 제어 장치로 송신한다. 이에 의해, 대수 제어 장치 자신이 각 열원기의 COP 정보를 미리 보유하고 있지 않아도, 각 열원기로부터 통지되는 COP 정보에 기초하여 각 열원기의 적정 운전 범위를 파악할 수 있고, 각 열원기에 대해 적정 운전 범위 내에 있어서의 부하를 배분하는 것이 가능해진다. 이 결과, 빌딩 등에 있어서의 시스템 도입 시나, 열원기의 증설 시에 있어서, 대수 제어 장치에 대한 COP 정보의 등록 등의 인간에 의한 조정을 불필요하게 할 수 있다.

상기 본 발명의 제1 형태에 관한 열원 시스템에 있어서, 각 상기 열원기는, 각 상기 열원기를 구성하는 기기의 제약에 의해 운전 가능 범위가 설정되어 있는 경우에, 상기 운전 가능 범위와 상기 적정 운전 범위를 양쪽 모두 만족하는 제1 부하 범위를 결정하여, 상기 제1 부하 범위를 상기 대수 제어 장치로 송신하고, 상기 대수 제어 장치는, 각 상기 열원기가 그 열원기의 제1 부하 범위 내에서 운전되도록, 대수 제어 및 부하의 할당을 행하는 것으로 해도 좋다.

이와 같은 구성에 따르면, 적정 운전 범위뿐만 아니라, 열원기를 구성하는 각 기기의 성능이나 안전성으로부터 제약되는 운전 가능 범위도 고려하여 운전에 보다 적절한 부하 범위를 결정할 수 있다. 이 결과, 대수 제어 장치는 각 열원기를 보다 적절한 부하 범위에서 운전시킬 수 있어, 각 열원기에 있어서의 기기의 열화 등의 방지나 장기 수명화를 도모하는 것이 가능해진다.

상기 본 발명의 제1 형태에 관한 열원 시스템에 있어서, 각 상기 열원기는, 상기 제1 부하 범위가 미리 설정되어 있는 소정의 범위보다도 좁았던 경우에, 상기 제1 부하 범위 대신에 상기 운전 가능 범위를 상기 대수 제어 장치로 송신하고, 상기 대수 제어 장치는, 상기 제1 부하 범위 대신에 상기 운전 가능 범위가 통지된 상기 열원기에 대해서는, 그 운전 가능 범위 내에서 운전되도록 대수 제어 및 부하의 할당을 행하는 것으로 해도 된다.

이와 같은 구성에 따르면, 적정 운전 범위와 운전 가능 범위의 양쪽 모두를 만족하는 부하 범위가 좁아, 모든 열원기를 기동시켰다고 해도 요구 부하를 만족할 수 없다고 하는 사상을 회피할 수 있다.

상기 본 발명의 제1 형태에 관한 열원 시스템에 있어서, 상기 열원기는, 그 열원기에 있어서의 운전 효율을 보다 높이기 위한 제2 부하 범위와 그 제2 부하 범위를 채용하는 조건을 대응시켜 보유하고 있고, 상기 제2 부하 범위를 채용하는 조건을 만족한 경우에, 상기 제2 부하 범위를 상기 대수 제어 장치로 송신하고, 상기 대수 제어 장치는, 상기 제2 부하 범위가 통지된 열원기에 대해서는, 그 제2 부하 범위 내에서 운전되도록 대수 제어 및 부하의 할당을 행하는 것으로 해도 된다.

이와 같은 구성에 따르면, 적정 운전 범위 내에서 열원기를 운전시켰다고 해도 운전 효율이 저하되어버리는 사상이 발생하는 경우에, 이와 같은 사상을 회피하기 위한 다른 운전 부하 범위를 채용하여 열원기의 대수 제어 및 열원기로의 부하 분담을 행할 수 있다. 이 결과, 운전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 열원 시스템에 채용되는 상기 열원기로서는, 예를 들어 회전수 가변으로 된 인버터 구동 또는 회전수 고정의 터보 압축기와, 상기 터보 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와, 팽창된 냉매를 증발시켜, 냉수를 냉각하는 증발기를 구비하는 터보 냉동기를 일례로서 들 수 있다.

본 발명의 제2 형태는, 병렬로 접속된 복수의 열원기와, 복수의 상기 열원기의 기동 및 정지를 제어하는 동시에, 기동하고 있는 열원기에 대해 요구 부하에 따른 부하를 할당하는 대수 제어 장치를 구비하고, 각 상기 열원기는, 운전 상황과 성적 계수와 부하율의 관계를 나타낸 각 상기 열원기 고유의 COP 정보를 각각 보유하고 있는 동시에, 보유하고 있는 상기 COP 정보에 관한 정보를 상기 대수 제어 장치로 소정의 타이밍에서 송신하고, 상기 대수 제어 장치는, 각 상기 열원기로부터 통지된 각각의 상기 COP 정보에 관한 정보에 기초하여, 각 상기 열원기에 있어서의 성적 계수가 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 적정 운전 범위를 상기 열원기 마다 결정하여, 각 열원기가 그 열원기의 적정 운전 범위 내에서 운전되도록, 대수 제어 및 부하의 할당을 행하는 열원 시스템을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 제2 형태에 따르면, 각 열원기가 자신의 성적 계수와 부하율의 관계를 나타낸 COP 정보를 구비하고 있고, 이 COP 정보에 관한 정보(예를 들어, COP 정보 자체 또는 COP 정보 중, 현재의 운전 상황에 해당하는 성적 계수와 부하율의 관계를 나타내는 정보)가 소정의 타이밍에서 각 열원기로부터 대수 제어 장치로 송신된다. 대수 제어 장치는, 각 열원기로부터 통지된 COP 정보에 관한 정보에 기초하여, 열원기마다 성적 계수가 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 적정 운전 범위를 결정하고, 각 열원기가 그 열원기의 적정 운전 범위 내에서 운전되도록, 대수 제어 및 부하의 할당을 행한다.

이에 의해, 대수 제어 장치 자신이 각 열원기의 COP 정보를 미리 보유하고 있지 않아도, 각 열원기로부터 통지되는 COP 정보에 관한 정보에 기초하여 각 열원기의 적정 운전 범위를 파악할 수 있고, 각 열원기에 대해 적정 운전 범위 내에 있어서의 부하를 배분하는 것이 가능해진다. 이 결과, 빌딩 등에 있어서의 시스템 도입 시나, 열원기의 증설 시에 있어서, 대수 제어 장치에 대한 COP 정보의 등록 등의 인간에 의한 조정을 불필요하게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 시스템 도입 시나 열원기의 증설 시에 있어서, 대수 제어 장치에 대한 인간에 의한 조정을 불필요하게 할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열원 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 열원 시스템에 적용되는 터보 냉동기의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 열원 시스템에 적용되는 터보 냉동기의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 열원 시스템의 대수 제어에 관한 제어계의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 5는 COP 맵의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열원 시스템의 대수 제어 장치가 행하는 열원기의 대수 제어에 관한 제어 플로우를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 열원 시스템의 작용을 설명하기 위한 열원기의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 도 1의 열원 시스템에 적용되는 터보 냉동기의 일례를 도시한 도면이다.

〔제1 실시 형태〕

이하에, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열원 시스템에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에는 본 실시 형태에 관한 열원 시스템(1)의 개략 구성이 도시되어 있다. 열원 시스템(1)은, 예를 들어 빌딩이나 공장 설비에 설치된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 열원 시스템(1)은 공조기나 팬 코일 등의 외부 부하(3)로 공급하는 냉수(열매체)에 대해 냉열을 부여하는 열원기(11, 12, 13)를 3대 구비하고 있다. 이들 열원기(11, 12, 13)는 외부 부하(3)에 대해 병렬로 설치되어 있다.

냉수 흐름으로부터 본 각 열원기(11, 12, 13)의 상류측에는, 각각 냉수를 압송하는 냉수 펌프(21, 22, 23)가 설치되어 있다. 이들 냉수 펌프(21, 22, 23)에 의해, 리턴 헤더(32)로부터의 냉수가 각 열원기(11, 12, 13)로 보내진다. 각 냉수 펌프(21, 22, 23)는 인버터 모터에 의해 구동되도록 되어 있고, 이에 의해 회전수를 가변으로 함으로써 가변 유량 제어된다.

서플라이 헤더(31)에는, 각 열원기(11, 12, 13)에 있어서 얻어진 냉수가 모아지도록 되어 있다. 서플라이 헤더(31)에 모아진 냉수는 외부 부하(3)로 공급된다. 외부 부하(3)에 의해 공조 등에 제공되어 승온한 냉수는, 리턴 헤더(32)로 보내진다. 냉수는 리턴 헤더(32)에 있어서 분기되어, 각 열원기(11, 12, 13)로 보내진다.

냉수 펌프(21)의 하류측에는, 냉수 펌프(21)로부터 유출되는 유량을 계측하는 냉수 유량계(24)가 설치되어 있다. 이 냉수 유량계(24)의 출력은, 후술하는 열원기(11)의 열원기 제어 장치(74-1)(도 4 참조)로 보내진다.

열원기(11)의 상류측의 냉수 배관에는, 열원기(11)로 유입되는 냉수 온도를 계측하기 위한 냉수 입구 온도 센서(29)가 설치되어 있다. 이 냉수 입구 온도 센서(29)의 출력은, 후술하는 열원기 제어 장치(74-1)(도 4 참조)로 보내진다. 또한, 바이패스 배관(33)의 바이패스 밸브(34)가 완전 폐쇄이면, 냉수 입구 온도 센서 대신에, 리턴 헤더(32)의 상류측의 냉수 배관에 설치한 온도 센서(29b)를 사용해도 된다.

열원기(12) 및 열원기(13)에 대해서도, 열원기(11)와 마찬가지로, 냉수 유량계나 냉수 입구 온도 센서가 설치되어 있다. 단, 도 1에서는 이해의 용이를 위해 터보 냉동기(11)에 대해서만 이들의 구성이 도시되어 있다.

도 2에는 열원기(11, 12, 13)에 터보 냉동기를 적용한 경우의 상세 구성이 도시되어 있다. 도 2에서는 이해의 용이를 위해 3대 병렬로 설치된 열원기 중, 하나의 제1 열원기(11)만이 도시되어 있다.

열원기(11)는 2단 압축 2단 팽창 서브 쿨링 사이클을 실현하는 구성으로 되어 있다. 이 터보 냉동기(11)는 냉매를 압축하는 터보 압축기(60)와, 터보 압축기(60)에 의해 압축된 고온 고압의 가스 냉매를 응축하는 응축기(62)와, 응축기(62)에 의해 응축된 액 냉매에 대해 과냉각을 부여하는 서브 쿨러(63)와, 서브 쿨러(63)로부터의 액 냉매를 팽창시키는 고압 팽창 밸브(64)와, 고압 팽창 밸브(64)에 접속되는 동시에 터보 압축기(60)의 중간단 및 저압 팽창 밸브(65)에 접속되는 중간 냉각기(67)와, 저압 팽창 밸브(65)에 의해 팽창된 액 냉매를 증발시키는 증발기(66)를 구비하고 있다.

터보 압축기(60)는 원심식의 2단 압축기이고, 인버터(70)에 의해 회전수 제어된 전동 모터(72)에 의해 구동되어 있다. 인버터(70)는 열원기 제어 장치(74-1)에 의해 그 출력이 제어되어 있다. 또한, 터보 압축기(60)는 회전수 일정의 고정 속의 압축기이어도 된다. 터보 압축기(60)의 냉매 흡입구에는, 흡입 냉매 유량을 제어하는 인렛 가이드 베인(이하 「IGV」라고 함)(76)이 설치되어 있어, 터보 냉동기(11)의 용량 제어가 가능하게 되어 있다.

응축기(62)에는 응축 냉매 압력을 계측하기 위한 응축 냉매 압력 센서 Pc가 설치되어 있다. 센서 Pc의 출력은 열원기 제어 장치(74-1)로 송신된다.

서브 쿨러(63)는 응축기(62)의 냉매 흐름 하류측에, 응축된 냉매에 대해 과냉각을 부여하도록 설치되어 있다. 서브 쿨러(63)의 냉매 흐름 하류측 직후에는, 과냉각 후의 냉매 온도를 계측하는 온도 센서 Ts가 설치되어 있다.

응축기(62) 및 서브 쿨러(63)에는, 이들을 냉각하기 위한 냉각 전열관(80)이 삽입 관통되어 있다. 냉각수 유량은 유량계 F2에 의해, 냉각수 출구 온도는 온도 센서 Tcout에 의해, 냉각수 입구 온도는 온도 센서 Tcin에 의해 계측되도록 되어 있다. 냉각수는 도시하지 않은 냉각탑에 있어서 외부로 배열된 후에, 다시 응축기(62) 및 서브 쿨러(63)로 유도되도록 되어 있다.

중간 냉각기(67)에는 중간 압력을 계측하기 위한 압력 센서 PM이 설치되어 있다.

증발기(66)에는 증발 압력을 계측하기 위한 압력 센서 PE가 설치되어 있다. 증발기(66)에 있어서 흡열됨으로써 정격 온도(예를 들어 7℃)의 냉수가 얻어진다. 증발기에는 외부 부하로 공급되는 냉수를 냉각하기 위한 냉수 전열관(82)이 삽입 관통되어 있다. 냉수 유량은 유량계 F1에 의해, 냉수 출구 온도는 온도 센서 Tout에 의해, 냉수 입구 온도는 온도 센서 Tin에 의해 계측되도록 되어 있다.

응축기(62)의 기상부와 증발기(66)의 기상부 사이에는, 핫 가스 바이패스 관(79)이 설치되어 있다. 그리고 핫 가스 바이패스 관(79) 내를 흐르는 냉매의 유량을 제어하기 위한 핫 가스 바이패스 밸브(78)가 설치되어 있다. 핫 가스 바이패스 밸브(78)에 의해 핫 가스 바이패스 유량을 조정함으로써, IGV(76)에서는 제어가 충분하지 않은 매우 작은 영역의 용량 제어가 가능하게 되어 있다.

또한, 도 2에 도시한 터보 냉동기(11)에서는, 응축기(62) 및 서브 쿨러(63)를 설치하고, 냉매에 의해 냉각탑에 있어서 외부로 배열한 냉각수와의 사이에서 열교환을 행하여, 냉각수를 따뜻하게 하는 경우에 대해 서술하였지만, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이 응축기(62) 및 서브 쿨러(63) 대신에 공기 열교환기(90)를 배치하고, 공기 열교환기(90)에 있어서 외기와 냉매 사이에서 열교환을 행하는 구성으로 해도 된다.

또한, 본 실시 형태에 적용되는 열원기(11, 12, 13)는, 상술한 냉방 기능만을 갖는 터보 냉동기로 한정되지 않고, 예를 들어 난방 기능만, 혹은 냉방 기능 및 난방 기능의 양쪽 모두를 갖고 있는 것이어도 된다. 또한, 냉매와 열교환되는 매체는, 물이라도 공기라도 좋다. 또한, 제1 내지 제3 열원기(11, 12, 13)는 동일 종류의 냉동기로 통일되어 있어도 되고, 수 종류의 냉동기가 혼재되어 있어도 된다.

도 4는 도 1에 도시한 열원 시스템(1)의 대수 제어에 관한 제어계의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 각 열원기(11, 12, 13)를 각각 제어하는 열원기 제어 장치(74-1, 74-2, 74-3)는, 대수 제어 장치(100)와 통신 매체(101)를 통해 접속되어 있고, 쌍방향의 통신이 가능한 구성으로 되어 있다.

각 열원기 제어 장치(74-1, 74-2, 74-3)는, 각각의 열원기(11, 12, 13)에 있어서의 소정의 냉각수 입구 온도마다 성적 계수(이하 「COP」이라 함)와 부하율의 관계를 나타낸 COP 맵을 갖고 있다. 도 5에 COP 맵의 일례를 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, COP 맵은 횡축에 부하율을 나타내고, 종축에 COP을 나타내어, 각 냉각수 입구 온도에 있어서의 COP와 부하율의 관계를 나타내는 특성(이하 「COP 특성」이라 함)이 기재되어 있다. 이 COP 맵은 예를 들어, 각 열원기(11, 12, 13)의 출하 전에 있어서의 시험에 의해 얻는 것이 가능하다. 또한, COP 맵의 작성에 대해서는, 공지의 기술을 채용한다.

여기서, COP 맵은 냉방 운전의 경우와, 난방 운전의 경우에서 다르기 때문에, 냉난방 운전이 가능한 열원기에 대해서는, 냉방 운전 모드와 난방 운전 모드의 각각의 모드에 대해 COP 맵이 준비되어 있다.

또한, 이 COP 맵은 각 열원기에 있어서의 보조 기계(예를 들어, 냉온수 펌프, 냉각수 펌프, 냉각탑 등)의 특성도 포함시킨 열원기 전체로서의 COP 특성 혹은 보조 기계의 특성을 제외한 열원기 단체의 COP 특성을 나타낸 것이다.

상술한 바와 같이, 열원기 제어 장치(74-1)에는, 열원기(11)의 냉각수 배관에 설치된 냉각수 입구 온도 센서에 의해 계측된 냉각수 입구 온도가 입력된다. 또한, 마찬가지로 열원기 제어 장치(74-2) 및 열원기 제어 장치(74-3)에도 각각의 냉각수 배관에 설치된 냉각수 입구 온도 센서로부터 냉각수 입구 온도가 통지된다. 각 열원기 제어 장치(74-1, 74-2, 74-3)는, 현재의 운전 모드(냉방 운전 모드 또는 난방 운전 모드)에 대응하는 COP 맵에 있어서, 냉각수 입구 온도 센서로부터 통지된 냉각수 입구 온도에 대응하는 COP 특성을 취득하고, 이 특성에 있어서의 적정 운전 범위를 구하고, 이 적정 운전 범위를 대수 제어 장치(100)에 통지한다.

적정 운전 범위는, 예를 들어 현재의 냉각수 입구 온도에 대응하는 COP 특성의 피크값에 대해 소정 비율 이상(예를 들어, 80％ 이상)의 COP을 나타내고 있는 부하율의 범위를 특정하고, 이 부하율 범위를 적정 운전 범위로서 결정한다.

또한, 예를 들어 열원 시스템(1)에 있어서의 현재의 운전 모드가 난방 운전 모드인 경우에, 난방 운전 모드의 기능을 갖고 있지 않은 열원기가 존재한 경우에는, 그 열원기의 열원기 제어 장치는, 현재의 운전 모드에 대응하는 COP 맵을 애당초 갖고 있지 않으므로, 적정 운전 범위를 0(제로)％로 하여 출력한다. 이와 같이, 열원 시스템(1)에 있어서의 현재의 운전 모드에 대응하는 기능을 갖고 있지 않은 열원기에 대해서는, 그때의 적정 운전 범위로서 0％를 출력한다.

대수 제어 장치(100)는 각 열원기 제어 장치(74-1, 74-2, 74-3)로부터 통지되는 적정 운전 범위 및 외부 부하로부터 통지되는 요구 부하에 기초하여 열원기(11, 12, 13)의 기동, 정지를 각 열원기 제어 장치(74-1, 74-2, 74-3)에 지시하는 것 외에, 예를 들어 냉수 펌프(21) 등의 보조 기계의 제어도 행한다.

이하, 대수 제어 장치(100)가 행하는 각종 제어 내용 중, 본 발명에 따른 열원기(11, 12, 13)의 대수 제어에 관한 일련의 처리 수순에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.

우선, 대수 제어 장치(100)는 각 열원기 제어 장치(74-1, 74-2, 74-3)로부터 적정 운전 범위를 취득하면(도 6의 스텝 SA1), 현재 기동하고 있는 열원기의 적정 운전 범위에 있어서의 최대 부하(적정 운전 범위의 최대 부하율)를 추출하고, 이들의 합계 SUMmax를 산출하고, 이 합계 SUMmax가 열원 시스템(1)의 요구 부하를 상회하고 있는지 여부를 판정한다(도 6의 스텝 SA2). 이 결과, 합계 SUMmax가 요구 부하 이하인 경우에는, 현재의 요구 부하를 조달할 수 있도록, 열원기의 운전 대수를 증가시키고(도 6의 스텝 SA3), 스텝 SA7로 진행한다.

또한, 스텝 SA2에 있어서, 합계 SUMmax가 열원 시스템(1)의 요구 부하를 상회하고 있던 경우에는, 계속해서 현재 기동하고 있는 열원기의 적정 운전 범위에 있어서의 최소 부하(적정 운전 범위의 최소 부하율)를 추출하고, 이들의 합계 SUMmin을 산출하고, 이 합계 SUMmin이 요구 부하를 하회하고 있는지 여부를 판정한다(도 6의 스텝 SA4). 이 결과, 합계 SUMmin이 요구 부하 이상인 경우에는, 현재의 요구 부하를 조달할 수 있는 범위에서 운전수를 감소시키고(도 6의 스텝 SA5), 스텝 SA7로 진행한다. 또한, 상기 스텝 SA4에 있어서, 합계 SUMmin이 열원 시스템(1)의 요구 부하를 하회하고 있던 경우에는, 운전 대수를 유지하고(도 6의 스텝 SA6), 스텝 SA7로 진행한다. 또한, 스텝 SA3 및 SA5에 있어서의 대수의 변경에 대해서는, 예를 들어 미리 설정되어 있는 각 열원기의 기동 또는 정지의 우선 순위에 기초하여 행해진다.

스텝 SA7에서는 현재 기동하고 있는 열원기에 대해 요구 부하를 소정의 비율로 분배(예를 들어, 등분)하고, 각 열원기에 할당한 부하에 대응하는 냉각수 유량 지령값을 각 열원기 제어 장치에 통지한다(도 6의 스텝 SA8).

그리고 각 열원기 제어 장치(74-1, 74-2, 74-3)가 소정의 시간 간격으로 자신의 적정 운전 범위를 구하고, 이 적정 운전 범위를 대수 제어 장치(100)에 통지하고, 또한 대수 제어 장치(100)가 도 6에 나타낸 일련의 처리를 소정 시간 간격으로 반복 실행함으로써, 각 열원기를 그 적정 운전 범위에서 항상 운전시키는 것이 가능해진다.

이상, 설명해 온 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 열원 시스템(1)에 따르면, 각 열원기 제어 장치(74-1, 74-2, 74-3)가 자신의 열원기의 COP 맵을 구비하고 있어, 이 COP 맵으로부터 그때마다 운전 상황에 따른 적정 운전 범위를 구하고, 이 적정 운전 범위를 대수 제어 장치(100)에 통지하므로, 대수 제어 장치(100)는 관리하에 있는 각 열원기에 관한 COP 특성 등을 갖고 있지 않아도, 각 열원기의 적정 운전 범위를 수시 파악할 수 있고, 각 열원기에 대해 적정 운전 범위 내에 있어서의 부하를 배분하는 것이 가능해진다.

이에 의해, 빌딩 등에 있어서의 시스템 도입 시나, 열원기의 증설 시에 있어서, 대수 제어 장치에 대한 COP 맵의 등록 등의 인간에 의한 조정을 불필요하게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 냉각수 입구 온도마다 COP 특성을 갖는 경우에 대해 설명하였지만, 이 대신에, 예를 들어 외기 온도마다 COP 특성을 갖는 것으로 해도 된다. 또한, 예를 들어 도 5에 도시한 COP 특성에서는, 각 냉각수 입구 온도가 이산적으로 설정되어 있으므로, 냉각수 입구 온도에 따라서는 COP 특성이 존재하지 않는 경우가 있다. 이 경우에는, 보간 처리 등을 행함으로써 현재의 냉각수 입구 온도에 따른 COP 특성을 연산에 의해 구하여, 적정 운전 범위를 결정하면 된다.

또한, 본 실시 형태에서는 각 열원기 제어 장치(74-1, 74-2, 74-3)가 COP 맵 중에서 그때마다 냉각수 입구 온도에 따른 COP 특성을 추출하고, 이 COP 특성으로부터 적정 운전 범위를 구하여 대수 제어 장치(100)에 통지하고 있었지만, 이 대신에 COP 맵 자체 혹은 그때마다 냉각수 입구 온도에 따른 COP 특성을 각 열원기 제어 장치(74-1, 74-2, 74-3)로부터 대수 제어 장치(100)에 통지하는 것으로 해도 된다. 이 경우에는, 대수 제어 장치(100)가 각 열원기(11, 12, 13)에 있어서의 적정 운전 범위를 결정한다.

또한, 각 열원기(11, 12, 13)는 도 5에 나타낸 COP 맵의 부하율 대신에 출력 열량이 채용된 COP 맵을 갖고 있고, 이 COP 맵으로부터 출력 열량에 관한 적정 운전 범위를 결정하여, 이들을 대수 제어 장치(100)에 통지하는 것으로 해도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 열원기를 3대 구비하는 경우에 대해 설명하였지만, 열원기의 설치 대수에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.

〔제2 실시 형태〕

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 열원 시스템에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 열원 시스템에서는, 각 열원기 제어 장치가 운전 가능 범위를 정보로서 보유하고 있고, 상기 COP 특성에 있어서의 적정 운전 범위이고, 또한 운전 가능 범위인 부하율 범위(제1 부하 범위)를 대수 제어 장치(100)에 통지하는 점에서, 상기 제1 실시예와는 다르다.

이하, 본 실시 형태에 관한 열원 시스템에 대해 구체적으로 설명한다.

열원기가 구비하는 터보 압축기, 터보 압축기를 구동하는 인버터 등에 있어서는, 그 성능면이나 안전면 등에서 운전 허용 범위가 정해져 있다. 예를 들어, 터보 압축기에서는 서징이나 초크가 발생해버리면 안정성이 부족하므로, 이들의 영역을 피하도록 운전 가능한 부하 범위가 정해져 있다. 또한, 터보 압축기를 구동하는 인버터에 있어서도 과전류 방지 등의 면에서 운전 가능한 부하 범위가 정해져 있다. 이와 같이, 열원기가 구비하는 각 구성의 운전 가능 범위로부터 열원기 전체로서의 운전 가능한 부하 범위가 저절로 결정된다.

본 실시 형태에서는, 각 열원기 제어 장치가 자신의 운전 가능 범위를 갖고 있어, 상기 제1 실시예와 동일한 방법에 의해 구한 적정 운전 범위와, 열원기의 기능상의 제약으로부터 결정되는 운전 가능 범위의 양쪽 모두를 만족하는 부하 범위를 추출하고, 이 부하 범위를 대수 제어 장치에 통지하는 것으로 한다.

대수 제어 장치는, 각 열원기 제어 장치로부터 통지된 부하 범위에 기초하여 도 6에 나타낸 제어 플로우를 실행함으로써, 열원기의 대수 제어를 실시한다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 열원 시스템에 따르면, 적정 운전 범위뿐만 아니라, 열원기를 구성하는 각 기기의 성능이나 안전성으로부터 제약되는 운전 가능 범위도 고려하여 운전에 적절한 부하 범위를 결정하여, 이 부하 범위를 대수 제어 장치에 통지하므로, 대수 제어 장치에 있어서는 각 열원기를 보다 적절한 부하 범위에서 운전시키는 것이 가능해진다. 이에 의해, 각 열원기에 있어서의 기기의 열화 등을 방지할 수 있어, 장기 수명화를 도모하는 것이 가능해진다.

〔제3 실시 형태〕

다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 열원 시스템에 대해 설명한다. 상술한 제2 실시 형태에 있어서는, 적정 운전 범위와 운전 가능 범위의 양쪽 모두를 만족하는 부하 범위를 대수 제어 장치에 통지하는 것으로 하였지만, 상기 조건을 만족하는 부하 범위가 매우 좁은 경우에는, 열원기의 운전이 원활하지 않아, 모든 열원기를 기동하였다고 해도 요구 부하를 전부 조달할 수 없는 등의 문제가 발생할 우려가 있다. 이와 같은 경우에 대비하여, 본 실시 형태에 관한 열원 시스템에서는, 적정 운전 범위와 운전 가능 범위의 양쪽 모두를 만족하는 부하 범위가 소정의 임계값 이하인 경우에는, 운전 가능 범위를 대수 제어 장치에 통지하는 것으로 하고 있다.

이에 의해, 적정 운전 범위와 운전 가능 범위의 양쪽 모두를 만족하는 부하 범위가 좁아, 요구 부하를 만족할 수 없는 경우를 회피할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 적정 운전 범위와 운전 가능 범위의 양쪽 모두를 만족하는 부하 범위가 소정의 범위보다도 좁은 경우에, 운전 가능 범위를 대수 제어 장치에 통지하는 것으로 하고 있었지만, 예를 들어 소정의 조건을 만족하는 경우에, 특정한 운전 가능 범위를 대수 제어 장치에 통지하는 것으로 해도 된다.

예를 들어, 도 8에 도시한 바와 같이, 공기 열교환기(90)에 의해 냉매와 공기 사이에서 열교환을 행함으로써, 난방 운전을 행하는 열원기의 경우, 외기 온도가 낮고, 또한 습도가 높은 경우에 난방 운전을 행하면, 착상이 발생하기 쉬워져 운전 계속에 지장을 초래한다. 이 경우, 난방 운전을 일시적으로 냉방 운전으로 전환함으로써, 서리를 제거하는 디프로스트 운전(제상 운전)이 통상 행해진다. 그러나 이와 같은 디프로스트 운전을 행해버리면, 본래는 난방 운전을 행해야만 하지만, 그 반대인 냉방 운전을 실시해야 하므로, 운전 효율이 대폭으로 저하된다.

따라서, 예를 들어 외기 온도가 소정 온도 이하이고, 또한 습도가 소정 습도이상이었을 경우에는, 디프로스트 운전의 발생을 억제하기 위해, 난방 운전의 부하율을 억제하도록 운전 가능 범위(제2 부하 범위)를 정해 두고, 이 운전 가능 범위를 대수 제어 장치(100)에 통지하도록 한다. 이에 의해, 대수 제어 장치에 있어서는, 디프로스트 운전이 발생하지 않는 부하 범위에서 각 열원기에 부하를 할당할 수 있어, 각 열원기를 효율적인 부하 범위에서 운전시키는 것이 가능해진다.

또한, 예를 들어 열원기로서, 도 7에 도시한 바와 같이 응축기(104) 및 증발기(105)의 양쪽에 부하를 연결시킬 수 있고, 응축기(104)에 있어서 온수를 생성하고, 증발기(105)에 있어서 냉수를 생성하는 열회수기를 적용하는 경우, 증발기(105)측에서 생성되는 냉수의 온도가 목표값에 도달한 시점에서 압축기(106)의 운전을 정지시킨다고 하는 제어 로직이 짜여지는 경우가 있다. 이 경우, 응축기(104)측에서도 어느 정도의 온도의 온수를 생성해야만 하지만, 증발기(105)측에 있어서의 온도 판단에 의해 압축기(106)가 정지되어버려, 응축기(104)측에서는 온수를 목표 온도까지 상승시킬 수 없다는 등의 문제가 발생하게 된다.

이와 같은 경우에는, 증발기(105)측에 있어서의 냉수 온도가 너무 빨리 목표 온도에 도달하는 것을 회피하고, 환언하면 소정의 시간을 들여 천천히 냉수 온도가 목표 온도에 도달하도록 조정하는 것이 바람직하다.

따라서, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, 응축기(104)와 증발기(105)의 양쪽에 부하가 존재하는 경우에는, 증발기(106)측에 있어서의 부하의 상한을 억제하도록 운전 가능 범위(제2 부하 범위)를 설정해 두고, 이 운전 가능 범위를 대수 제어 장치(100)에 통지하는 것으로 한다. 이에 의해, 응축기측에 있어서의 온수 온도가 만족되기 전에, 증발기(105)측에 있어서의 냉수 온도가 목표 온도를 만족하는 것을 방지할 수 있다.

1 : 열원 시스템
11, 12, 13 : 열원기
74-1, 74-2, 74-3 : 열원기 제어 장치
60 : 터보 압축기
62 : 응축기
64 : 고압 팽창 밸브
65 : 저압 팽창 밸브
66 : 증발기

Claims

병렬로 접속된 복수의 열원기와,
복수의 상기 열원기의 기동 및 정지를 제어하는 동시에, 기동하고 있는 열원기에 대해 요구 부하에 따른 부하를 할당하는 대수 제어 장치를 구비하고,
각 상기 열원기는,
운전 상황과 성적 계수와 부하율의 관계를 나타낸 각 상기 열원기 고유의 COP 정보를 각각 보유하고 있는 동시에, 보유하고 있는 상기 COP 정보로부터 성적 계수가 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 적정 운전 범위를 소정의 타이밍에서 결정하는 수단과,
각 상기 열원기를 구성하는 각 기기의 제약으로부터 결정되는 각 상기 열원기 전체로서의 운전 가능한 부하 범위인 운전 가능 범위가 설정되어 있는 경우에, 상기 운전 가능 범위와 상기 적정 운전 범위를 양쪽 모두 만족하는 제1 부하 범위를 결정하는 수단과,
상기 운전 가능 범위가 설정되어 있지 않은 경우에, 상기 적정 운전 범위를 소정의 타이밍에서 상기 대수 제어 장치로 송신하고, 상기 제1 부하 범위가 미리 설정되어 있는 소정의 범위 이상인 경우에, 상기 제1 부하 범위를 소정의 타이밍에서 상기 대수 제어 장치로 송신하고, 상기 제1 부하 범위가 미리 설정되어 있는 소정의 범위보다도 좁았던 경우에, 상기 운전 가능 범위를 소정의 타이밍에서 상기 대수 제어 장치로 송신하는 수단을 구비하고,
상기 대수 제어 장치는,
각 상기 열원기로부터 수신된 상기 적정 운전 범위, 상기 제1 부하 범위, 또는 상기 운전 가능 범위로부터 최대 부하를 각각 추출하는 수단과,
추출된 상기 최대 부하의 합계가 요구 부하 이하인 경우에, 열원기의 운전 대수를 증가시키는 수단과,
각 상기 열원기로부터 수신된 상기 적정 운전 범위, 상기 제1 부하 범위, 또는 상기 운전 가능 범위로부터 최소 부하를 각각 추출하는 수단과,
추출된 상기 최소 부하의 합계가 요구 부하 이상인 경우에, 열원기의 운전 대수를 감소시키는 수단과,
추출된 상기 최대 부하의 합계가 요구 부하를 상회하고, 또한 추출된 상기 최소 부하의 합계가 요구 부하를 하회하고 있던 경우에는, 상기 적정 운전 범위를 수신한 상기 열원기에 대해서는 상기 적정 운전 범위 내에서, 상기 제1 부하 범위를 수신한 상기 열원기에 대해서는 상기 제1 부하 범위 내에서, 상기 운전 가능 범위를 수신한 상기 열원기에 대해서는 상기 운전 가능 범위 내에서 운전되도록, 부하의 할당을 행하는 수단을 구비하는, 열원 시스템.
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병렬로 접속된 복수의 열원기와,
복수의 상기 열원기의 기동 및 정지를 제어하는 동시에, 기동하고 있는 열원기에 대해 요구 부하에 따른 부하를 할당하는 대수 제어 장치를 구비하고,
각 상기 열원기는, 운전 상황과 성적 계수와 부하율의 관계를 나타낸 각 상기 열원기 고유의 COP 정보를 각각 보유하고 있는 동시에, 보유하고 있는 상기 COP 정보에 관한 정보를 상기 대수 제어 장치로 소정의 타이밍에서 송신하고,
상기 대수 제어 장치는,
각 상기 열원기로부터 통지된 각각의 상기 COP 정보에 관한 정보에 기초하여, 각 상기 열원기에 있어서의 성적 계수가 소정값 이상으로 되는 부하 범위인 적정 운전 범위를 상기 열원기마다 설정하는 수단과,
각 상기 열원기를 구성하는 각 기기의 제약으로부터 결정되는 각 상기 열원기 전체로서의 운전 가능한 부하 범위인 운전 가능 범위가 설정되어 있는 열원기에 대해서는, 상기 운전 가능 범위와 상기 적정 운전 범위를 양쪽 모두 만족하는 제1 부하 범위를 설정하는 수단과,
상기 제1 부하 범위가 미리 설정되어 있는 소정의 범위보다도 좁은 상기 열원기에 대해서는, 상기 운전 가능 범위를 설정하는 수단과,
각 상기 열원기에 대해 설정된 상기 적정 운전 범위, 상기 제1 부하 범위, 또는 상기 운전 가능 범위로부터 최대 부하를 각각 추출하는 수단과,
추출된 상기 최대 부하의 합계가 요구 부하 이하인 경우에, 열원기의 운전 대수를 증가시키는 수단과,
각 상기 열원기에 대해 설정된 상기 적정 운전 범위, 상기 제1 부하 범위, 또는 상기 운전 가능 범위로부터 최소 부하를 각각 추출하는 수단과,
추출된 상기 최소 부하의 합계가 요구 부하 이상인 경우에, 열원기의 운전 대수를 감소시키는 수단과,
추출된 상기 최대 부하의 합계가 요구 부하를 상회하고, 또한 추출된 상기 최소 부하의 합계가 요구 부하를 하회하고 있던 경우에는, 상기 운전 가능 범위가 설정되어 있지 않은 상기 열원기에 대해서는 상기 적정 운전 범위 내에서, 상기 제1 부하 범위가 미리 설정되어 있는 소정의 범위 이상인 상기 열원기에 대해서는 상기 제1 부하 범위 내에서, 상기 제1 부하 범위가 미리 설정되어 있는 소정의 범위보다도 좁은 상기 열원기에 대해서는 상기 운전 가능 범위 내에서 운전되도록, 부하의 할당을 행하는 수단을 구비하는, 열원 시스템.
삭제
제5항에 있어서, 상기 열원기는, 그 열원기에 있어서의 운전 효율을 보다 높이기 위한 제2 부하 범위와 그 제2 부하 범위를 채용하는 조건을 대응시켜 보유하고 있고, 상기 제2 부하 범위를 채용하는 조건을 만족한 경우에, 상기 제2 부하 범위를 상기 대수 제어 장치로 송신하고,
상기 대수 제어 장치는, 상기 제2 부하 범위가 통지된 열원기에 대해서는, 그 제2 부하 범위 내에서 운전되도록 대수 제어 및 부하의 할당을 행하고,
상기 제2 부하 범위를 채용하는 조건은, 외기 온도가 소정 온도 이하이고, 또한 습도가 소정 습도 이상이라는 조건이고,
상기 제2 부하 범위는, 디프로스트 운전이 발생하지 않는 난방 운전의 부하율 범위로 설정되어 있는, 열원 시스템.