KR101662468B1 - 열원시스템 및 냉각수 공급장치의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

열원시스템 및 냉각수 공급장치의 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

데이터베이스를 이용하지 않고, 냉각수 공급장치에 있어서의 에너지 절약화를 실현 가능하게 한다. 냉각수 공급장치의 설비 제어장치(70a)는, 냉동기의 냉수 출구 설정온도에 따라 결정되는 냉각수 출구온도 하한설정치와 냉동기 부하를 이용하여, 냉각수 입구온도 하한설정치를 결정하고, 상기 설정치와 외기 습구온도로부터 결정되는 냉각수 입구온도 하한치 중 온도가 높은 쪽을 냉각수 입구온도 설정치로서 설정하여, 설정한 냉각수 입구온도 설정치 및 냉각수 출구온도 하한설정치에, 냉각수 입구온도 및 냉각수 출구온도의 각각을 일치시키기 위한 냉각탑 팬의 제어지령 및 냉각수 유량의 제어지령을 생성한다.

Description

열원시스템 및 냉각수 공급장치의 제어장치 및 제어방법{HEAT SOURCE SYSTEM, AND DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING COOLING WATER SUPPLY DEVICE}
본 발명은, 냉동기를 구비하는 열원시스템에 관한 것이며, 특히, 냉각탑을 가짐과 함께, 냉동기에 대하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
종래, 냉각탑을 포함하고, 냉동기의 응축기에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치를 구비하는 열원시스템이 알려져 있다. 이 열원시스템의 분야에서는, 에너지 절약화의 요청으로부터, 냉각수 공급장치의 소비전력을 저감시키는 기술이 제안되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 외기 습구온도와, 냉각부하와, 냉각탑 및 냉동기의 냉각운전과의 상대적 관계를 나타내는 데이터베이스를 미리 준비하여, 이 데이터베이스로부터 냉동기 및 냉각탑의 운전의 전환과 냉각수 유량을 제어하는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2011-226684호
그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 제어방법에서는, 외기 습구온도와, 냉각부하와, 냉각탑 및 냉동기의 냉각운전과의 상대적 관계를 나타내는 데이터베이스를 미리 준비할 필요가 있다. 냉각부하에 대한 냉동기의 성적계수(Coefficient Of Performance) 특성은, 열원시스템에 따라 상이하기 때문에, 시스템마다 데이터베이스를 구축할 필요가 있으며, 시간과 노력을 필요로 한다. 또, 시스템을 구성하는 냉동기를 교환한 경우에도, 냉동기의 성적계수 특성이 상이한 점에서 데이터베이스를 갱신할 필요가 있으며, 시스템의 부분적인 변경 시마다 데이터베이스를 재검토할 필요가 발생한다.
종래, 냉각수 공급장치에 있어서의 냉각수의 온도제어에 있어서는, 냉동기의 운용상의 제약으로부터 냉각수 입구온도의 하한치가 고정치로서 미리 결정되어 있어, 냉각수 입구온도가 이 냉각수 입구온도 하한치를 하회하지 않도록 냉각수의 온도제어가 행해지고 있었다. 그러나, 냉동기의 운전상태에 따라서는, 냉각수 입구온도가 이 냉각수 입구온도 하한치를 하회해도, 증발압력과 응축압력의 차압을 유지할 수 있어, 원하는 냉동능력을 발휘할 수 있는 경우가 있다. 종래에는, 외기 습구온도가 낮고, 효과적인 에너지 절약화가 요망되는 경우이더라도, 냉각수 입구온도를 냉동기의 운용상의 제약으로부터 결정되는 하한치 이하로 할 수 없어, 에너지 절약화의 촉진에 방해가 되고 있었다.
본 발명은, 데이터베이스를 이용하지 않고, 냉각수 공급장치에 있어서의 에너지 절약화를 실현할 수 있는 열원시스템 및 그 제어장치 및 제어방법을 제공한다.
본 발명의 제1 양태는, 냉각탑을 구비하고, 냉동기의 응축기에 대하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치의 제어장치로서, 상기 냉동기에 있어서의 냉수 출구 설정온도에 따라 결정되는 냉각수 출구온도 하한설정치를 상기 냉동기로부터 취득하는 정보 취득수단과, 상기 냉각수 출구온도 하한설정치와 상기 냉동기 부하를 이용하여, 냉각수 입구온도 하한설정치를 결정하는 하한온도 설정수단과, 외기 습구온도로부터 결정되는 냉각수 입구온도 하한치와, 상기 냉각수 입구온도 하한설정치를 비교하여, 온도가 높은 쪽을 냉각수 입구온도 설정치로서 설정하는 온도 설정수단과, 상기 냉각수 입구온도 설정치 및 상기 냉각수 출구온도 하한설정치에, 냉각수 입구온도 및 냉각수 출구온도의 각각을 일치시키기 위한 냉각탑 팬의 제어지령 및 냉각수 유량에 관한 제어지령을 생성하는 지령 생성수단을 구비하는 냉각수 공급장치의 제어장치이다.
본 양태에 의하면, 냉동기에 있어서의 냉수 출구 설정온도에 따라 냉각수 출구온도 하한설정치가 설정됨과 함께, 이 냉각수 출구온도 하한설정치와 냉동기 부하를 이용하여 냉각수 입구온도 하한치가 산출된다. 따라서, 냉각수 출구온도 하한설정치 및 냉각수 입구온도 하한설정치를 냉동기의 운전상태를 가미하여 적절한 값으로 설정하는 것이 가능해진다. 이로써, 증발압력과 응축압력의 차압을 유지할 수 있고, 소정의 냉동능력을 발휘할 수 있는 범위에서, 냉각수 출구온도 및 냉각수 입구온도를 한계까지 낮추는 것이 가능해진다. 그 결과, 냉각수 유량을 저감할 수 있어, 냉각수 펌프나 냉각탑에 있어서의 팬의 회전수를 저감할 수 있다.
상기 냉각수 공급장치의 제어장치에 있어서, 상기 하한온도 설정수단은, 상기 냉각수 출구온도 하한설정치로부터 냉각수 출입구 온도차를 감산하여 상기 냉각수 입구온도 하한설정치를 산출하고, 상기 냉각수 출입구 온도차는, 냉각수 유량 및 상기 냉동기의 부하에 따라 결정되는 것으로 해도 된다.
이와 같이, 냉각수 출구온도 하한설정치로부터, 냉각수 유량 및 냉동기의 부하에 따라 결정되는 냉각수 출입구 온도차를 감산함으로써 냉각수 입구온도 하한설정치가 산출되므로, 냉동기의 부하 및 냉각수 유량을 가미한 적절한 냉각수 입구온도 하한설정치를 설정하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제2 양태는, 냉각탑을 구비하고, 냉동기의 응축기에 대하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치의 제어장치로서, 상기 냉동기에 있어서의 냉수 출구 설정온도에 따라 결정되는 응축압력 설정치 또는 그 응축압력 설정치로부터 결정되는 포화온도 설정치를 상기 냉동기로부터 취득하는 정보 취득수단과, 상기 응축압력 설정치 또는 상기 포화온도 설정치를 이용하여, 냉각수 입구온도 하한설정치를 결정하는 하한온도 설정수단과, 외기 습구온도로부터 결정되는 냉각수 입구온도 하한치와, 상기 냉각수 입구온도 하한설정치를 비교하여, 온도가 높은 쪽을 냉각수 입구온도 설정치로서 설정하는 온도 설정수단과, 상기 냉각수 입구온도 설정치에 냉각수 입구온도를 일치시킴과 함께, 상기 응축압력 설정치 또는 상기 포화온도 설정치에 응축압력 또는 포화온도를 일치시키기 위한 냉각탑 팬의 제어지령 및 냉각수 유량에 관한 제어지령을 생성하는 지령 생성수단을 구비하는 냉각수 공급장치의 제어장치이다.
본 양태에 의하면, 냉동기의 응축압력 설정치 또는 응축압력 설정치로부터 결정되는 포화온도 설정치를 이용하여 냉각수 입구온도 하한치가 산출된다. 따라서, 냉각수 입구온도 하한설정치를 냉동기의 운전상태를 가미하여 적절한 값으로 설정하는 것이 가능해진다. 이로써, 증발압력과 응축압력의 차압을 유지할 수 있고, 소정의 냉동능력을 발휘할 수 있는 범위에서, 냉각수 출구온도 및 냉각수 입구온도를 한계까지 낮추는 것이 가능해진다. 그 결과, 냉각수 유량을 저감할 수 있어, 냉각수 펌프나 냉각탑에 있어서의 팬의 회전수를 저감할 수 있다.
상기 냉각수 공급장치의 제어장치에 있어서, 상기 하한온도 설정수단은, 상기 응축압력 설정치 또는 상기 포화온도 설정치로부터 냉각수 출입구 온도차 및 상기 응축기의 종단 온도차를 감산하여 상기 냉각수 입구온도 하한설정치를 산출하고, 상기 냉각수 출입구 온도차는, 냉각수 유량 및 상기 냉동기의 부하에 따라 결정되는 것으로 해도 된다.
이와 같이, 응축압력 설정치 또는 포화온도 설정치로부터, 냉각수 유량 및 냉동기의 부하에 따라 결정되는 냉각수 출입구 온도차 및 응축기의 종단 온도차를 감산함으로써 냉각수 입구온도 하한설정치가 산출된다. 따라서, 냉동기의 부하 등을 가미한 적절한 냉각수 입구온도 하한설정치를 설정하는 것이 가능해진다.
상기 냉각수 공급장치의 제어장치에 있어서, 상기 응축기의 종단 온도차는, 상기 냉동기의 부하에 따라 결정되는 것으로 해도 된다.
이와 같이, 응축기의 종단 온도차에 대해서도 냉동기의 부하에 따라 결정함으로써, 냉각수 입구온도 하한설정치를 냉동기 부하에 따라 보다 적절한 값으로 설정하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제3 양태는, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기를 구비하는 냉동기와, 냉각탑을 구비하고, 상기 냉동기의 응축기에 대하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치와, 상기의 냉각수 공급장치의 제어장치를 구비하는 열원시스템이다.
본 발명의 제4 양태는, 냉각탑을 구비하고, 냉동기의 응축기에 대하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치의 제어방법으로서, 상기 냉동기에 있어서의 냉수 출구 설정온도에 따라 결정되는 냉각수 출구온도 하한설정치를 상기 냉동기로부터 취득하는 정보 취득과정과, 상기 냉각수 출구온도 하한설정치와 상기 냉동기 부하를 이용하여, 냉각수 입구온도 하한설정치를 결정하는 하한온도 설정과정과, 외기 습구온도로부터 결정되는 냉각수 입구온도 하한치와, 상기 냉각수 입구온도 하한설정치를 비교하여, 온도가 높은 쪽을 냉각수 입구온도 설정치로서 설정하는 온도 설정과정과, 상기 냉각수 입구온도 설정치 및 상기 냉각수 출구온도 하한설정치에, 냉각수 입구온도 및 냉각수 출구온도의 각각을 일치시키기 위한 냉각탑 팬의 제어지령 및 냉각수 유량에 관한 제어지령을 생성하는 지령 생성과정을 포함하는 냉각수 공급장치의 제어방법이다.
본 발명의 제5 양태는, 냉각탑을 구비하고, 냉동기의 응축기에 대하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치의 제어방법으로서, 상기 냉동기에 있어서의 냉수 출구 설정온도에 따라 결정되는 응축압력 설정치 또는 상기 응축압력 설정치로부터 결정되는 포화온도 설정치를 상기 냉동기로부터 취득하는 정보 취득과정과, 상기 응축압력 설정치 또는 상기 포화온도 설정치를 이용하여, 냉각수 입구온도 하한설정치를 결정하는 하한온도 설정과정과, 외기 습구온도로부터 결정되는 냉각수 입구온도 하한치와, 상기 냉각수 입구온도 하한설정치를 비교하여, 온도가 높은 쪽을 냉각수 입구온도 설정치로서 설정하는 온도 설정과정과, 상기 냉각수 입구온도 설정치에 냉각수 입구온도를 일치시킴과 함께, 상기 응축압력 설정치 또는 상기 포화온도 설정치에 응축압력 또는 포화온도를 일치시키기 위한 냉각탑 팬의 제어지령 및 냉각수 유량에 관한 제어지령을 생성하는 지령 생성과정을 포함하는 냉각수 공급장치의 제어방법이다.
본 발명에 의하면, 데이터베이스를 이용하지 않고, 냉각수 공급장치에 있어서의 에너지 절약화를 실현할 수 있다는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 열원시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 냉동기의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 열원시스템에 있어서의 제어계 중, 냉동기와 냉동기에 대응하여 마련된 냉각수 공급장치에 관한 제어계를 예시한 도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 설비 제어장치가 구비하는 기능을 전개하여 나타낸 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 설비 제어장치에 의하여 실행되는 처리의 순서에 대하여 나타낸 플로차트이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 설비 제어장치에 의하여 실행되는 처리의 순서에 대하여 나타낸 플로차트이다.
[제1 실시형태]
이하에, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 열원시스템 및 냉각수 공급장치의 제어장치 및 제어방법에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 열원시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 열원시스템(1)은, 예를 들면, 공조기나 급탕기, 공장설비 등의 외부 부하에 대하여 공급하는 냉수(열매)를 냉각 또는 가열하는 복수의 냉동기(11a, 11b, 11c)를 구비하고 있다. 도 1에서는, 3대의 냉동기(11a, 11b, 11c)가 설치되어 있는 경우에 대하여 예시하고 있지만, 냉동기의 설치 대수에 대해서는 임의로 결정할 수 있다.
냉수 흐름으로부터 본 각 냉동기(11a, 11b, 11c)의 상류측에는, 각각, 냉수를 압송하는 냉수펌프(12a, 12b, 12c)가 설치되어 있다. 이들 냉수펌프(12a, 12b, 12c)에 의하여, 리턴헤더(14)로부터의 냉수가 각 냉동기(11a, 11b, 11c)로 보내진다. 각 냉수펌프(12a, 12b, 12c)는, 인버터모터(도시하지 않음)에 의하여 구동되도록 되어 있어, 이로써, 회전수를 가변으로 함으로써 가변 유량제어된다.
서플라이 헤더(13)에는, 각 냉동기(11a, 11b, 11c)에 있어서 얻어진 냉수가 모이도록 되어 있다. 서플라이 헤더(13)에 모인 냉수는, 외부 부하(도시하지 않음)에 공급된다. 외부 부하에서 공조 등에 제공되어 승온된 냉수는, 리턴헤더(14)에 보내진다. 냉수는, 리턴헤더(14)에 있어서 분기되어, 각 냉동기(11a, 11b, 11c)에 다시 보내진다.
또, 서플라이 헤더(13)와 리턴헤더(14)와의 사이에는 바이패스배관(18)이 마련되어 있다. 바이패스배관(18)에 마련된 냉수 바이패스밸브(19)의 개방도를 조정함으로써, 외부 부하로 공급하는 냉수 유량을 조정할 수 있다.
또, 각 냉동기(11a, 11b, 11c)에 대응하여, 냉각수 공급장치(20a, 20b, 20c)가 각각 마련되어 있다. 각 냉각수 공급장치(20a, 20b, 20c)는, 냉동기(11a, 11b, 11c)의 응축기(32)(도 2 참조)에 대하여 냉각수를 공급하는 장치이다. 냉각수 공급장치(20a)는, 냉각탑(21)과, 냉각탑(21)에 있어서 온도가 낮아진 냉각수를 응축기(32)에 공급하는 왕(往)배관(22)과, 응축기(32)에 있어서 열교환됨으로써 온도가 상승한 후의 냉각수를 냉각탑(21)에 유도하는 복(復)배관(23)을 구비하고 있다. 복배관(23)에는, 냉각수 유량을 조절하기 위한 냉각수펌프(24)가 마련되어 있다. 냉각수펌프(24)의 회전수가 제어됨으로써, 순환하는 냉각수의 유량이 조정된다. 또, 왕배관(22)과 복배관(23)과의 사이에는, 바이패스배관(25)이 마련되고, 바이패스배관(25)에는 바이패스밸브(26)가 마련되어 있다. 바이패스밸브(26)의 개방도를 조정함으로써, 왕배관(22)으로부터 복배관(23)으로 바이패스시키는 냉각수 유량이 조정된다. 냉각탑(21)에는 팬(도시하지 않음)이 마련되어, 팬의 회전수가 제어됨으로써, 냉각능력이 조정된다.
냉각수 공급장치(20b, 20c)도, 상기 냉각수 공급장치(20a)와 동일한 구성으로 되어 있다. 여기에서, 도 1에서는, 각 냉각수 공급장치(20a, 20b, 20c)가 1대의 냉각탑(21)을 구비하고 있는 경우를 예시하고 있지만, 냉각탑의 설치 대수에 대해서는 임의로 결정하는 것이 가능하다.
도 2에는, 냉동기(11a, 11b, 11c)에 터보냉동기를 적용한 경우의 상세 구성이 나타나 있다. 동 도면에서는, 이해를 용이하게 하기 위하여, 3대 병렬로 마련된 냉동기 중, 하나의 냉동기(11a)만이 나타나 있다.
냉동기(11a)는, 냉매를 압축하는 터보압축기(31)와, 터보압축기(31)에 의하여 압축된 고온 고압의 가스냉매를 응축하는 응축기(32)와, 응축기(32)로부터의 액냉매를 팽창시키는 팽창밸브(34)와, 팽창밸브(34)에 의하여 팽창된 액냉매를 증발시키는 증발기(36)를 주된 구성으로서 구비하고 있다.
터보압축기(31)는, 예를 들면, 원심식의 2단 압축기이며, 인버터(38)에 의하여 회전수 제어된 전동모터(39)에 의하여 구동된다. 인버터(38)는, 냉동기 제어장치(10a)에 의하여 그 출력이 제어된다. 다만, 터보압축기(31) 대신에, 회전수가 일정한 고정속의 압축기를 채용해도 된다. 터보압축기(31)의 냉매 흡입구에는 흡입 냉매 유량을 제어하는 인렛 가이드 베인(이하 "IGV"라고 함)(40)이 마련되어 있어, 냉동기(11a)의 용량제어가 가능하게 되어 있다.
응축기(32)에는, 응축 냉매 압력(Pc)을 계측하기 위한 압력센서(51)가 마련되어 있다. 또, 응축기(32)의 냉매 흐름 하류측 바로 뒤에는, 과냉각 후의 냉매온도(Ts)를 계측하는 온도센서(52)가 마련되어 있다. 증발기(36)에는, 증발압력(Pe)을 계측하기 위한 압력센서(58)가 마련되어 있다. 증발기(36)에는, 외부 부하(도시하지 않음)로 공급되는 냉수를 증발기(36)에 공급하여 냉각시키기 위한 냉수배관(42)이 삽통되어 있다. 냉수배관(42)에는, 냉수유량(F1)을 계측하는 유량센서(59), 냉수 출구온도(Tout)를 계측하는 온도센서(60), 냉수 입구온도(Tin)를 계측하는 온도센서(61)가 마련되어 있다.
상기 압력센서(51, 58), 온도센서(52, 60, 61), 및 유량센서(59)에 의한 계측치는, 냉동기 제어장치(10a)에 송신되어, 냉동기(11a)의 제어에 이용된다.
또, 응축기(32)에는, 응축기(32) 내를 흐르는 냉매를 냉각하기 위한 냉각전열관(41)이 삽입되어 있다. 냉각전열관(41)은, 일단이 도 1에 나타낸 냉각수 공급장치(20a)의 왕배관(22), 타단이 복배관(23)과 접속되어 있다. 냉각탑(21)에서 냉각됨으로써 온도 조절된 냉각수가, 왕배관(22)을 통하여 냉각전열관(41)을 유통함으로써, 응축기(32)를 유통하는 냉매를 과냉각한다. 냉매와의 열교환에 의하여 온도가 상승한 냉각수는, 왕배관(22)을 통하여 냉각탑(21)에 송수되고, 냉각탑(21)에 있어서 열이 배출되어 온도가 낮아진다.
왕배관(22)에는, 냉각수 입구온도(Tcin)를 계측하는 온도센서(53)가 마련되고, 복배관(23)에는 냉각수 출구온도(Tcout)를 계측하는 온도센서(54) 및 냉각수 유량(F2)을 계측하는 유량센서(55)가 마련되어 있다.
온도센서(53, 54) 및 유량센서(55)의 계측치는, 냉각수 공급장치(20a)를 제어하는 설비 제어장치(70a)에 송신되어, 냉각수의 유량제어 및 온도제어에 이용된다. 구체적으로는, 냉각탑(21)에 마련된 팬의 회전수 제어, 냉각수펌프(24)의 회전수 제어, 바이패스밸브(26)의 밸브개방도 제어에 이용된다.
도 3은, 도 1에 나타낸 열원시스템(1)에 있어서의 제어계 중, 냉동기(11a)와 냉동기(11a)에 대응하여 마련된 냉각수 공급장치(20a)에 관한 제어계를 예시한 도이다. 도 3에 있어서, 냉동기 제어장치(10a)와 설비 제어장치(70a)는 통신 매체를 통하여 접속되어 있으며, 쌍방향의 통신이 가능한 구성으로 되어 있다.
설비 제어장치(70a) 및 냉동기 제어장치(10a)는, 예를 들면, 컴퓨터이며, CPU(중앙연산 처리장치), RAM(Random Access Memory) 등의 주기억장치, 보조기억장치, 외부의 기기와 통신을 행함으로써 정보의 수수를 행하는 통신장치 등을 구비하고 있다.
보조기억장치는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체이며, 예를 들면, 자기디스크, 광자기디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등이다. 이 보조기억장치에는, 각종 프로그램이 격납되어 있어, CPU가 보조기억장치로부터 주기억장치로 프로그램을 독출하고, 실행함으로써 다양한 처리를 실현시킨다.
도 4는, 설비 제어장치(70a)가 구비하는 기능을 전개하여 나타낸 기능 블록도이다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 설비 제어장치(70a)는, 정보취득부(71), 하한온도 설정부(72), 온도설정부(73), 및 지령생성부(74)를 주된 구성으로서 구비하고 있다.
정보취득부(71)는, 냉동기 제어장치(10a)로부터 냉각수 출구온도 하한설정치를 취득한다. 이 냉각수 출구온도 하한설정치는, 냉동기(11a)의 냉수 출구 설정온도에 따라 결정되는 것이며, 냉동기 제어장치(10a)에 있어서 연산된다.
예를 들면, 냉동기 제어장치(10a)는, 냉수 출구 설정온도를 파라미터로서 포함하는 이하의 (1)식을 가지고 있으며, 이 (1)식에 냉수 출구 설정온도를 대입함으로써, 냉각수 출구온도 하한설정치를 산출한다.
냉각수 출구온도 하한설정치
=냉수 출구온도 설정치＋냉수 출구와 냉각수 출구의 필요 온도차 (1)
상기 (1)식에 있어서, "냉수 출구와 냉각수 출구의 필요 온도차"는, 냉동기와 냉수 출구온도 설정치에 따라 결정되는 값이며, 냉동기에 따라 규정되는 증발압력과 응축압력과의 압력차에 대응하는 값이라고도 할 수 있다. "냉수 출구와 냉각수 출구의 필요 온도차"는, 예를 들면, 이하와 같이 결정된다.
먼저, 냉수 출구온도 설정치가 결정되면, 이 냉수 출구온도 설정치와 증발기의 종단 온도차로부터 증발 포화온도가 결정되고, 이 증발 포화온도로부터 증발압력이 결정된다. 이 증발압력에, 냉동기에 따라 규정되어 있는 필요 압력차를 더함으로써 응축압력이 결정된다. 또한, 이 응축압력으로부터 응축 포화온도가 결정되고, 이 응축 포화온도와 응축기의 종단 온도차로부터 냉각수 출구온도가 결정된다. 이 냉각수 출구온도와 냉수 출구온도 설정치와의 차분이, 상기 "냉수 출구와 냉각수 출구의 필요 온도차"가 된다.
여기에서, 냉각수 출구온도 하한설정치는, 미리 냉동기의 기종에 따라 규정되어 있는 소정의 냉각수 출구온도 하한치를 하회하지 않도록 설정된다. 즉, 이하의 (2)식이 성립하도록 설정된다.
규정의 냉각수 출구온도 하한치≤냉각수 출구온도 하한설정치 (2)
하한온도 설정부(72)는, 정보취득부(71)에 의하여 취득된 냉각수 출구온도 하한설정치를 이용하여, 냉각수 입구온도 하한설정치를 결정한다. 예를 들면, 하한온도 설정부(72)는, 이하의 (3)식을 이용하여 냉각수 입구온도 하한설정치를 산출한다.
냉각수 입구온도 하한설정치
=냉각수 출구온도 하한설정치-냉각수 출입구 온도차 (3)
냉각수 출입구 온도차는, 냉각수 유량 및 냉동기(11a)의 부하에 따라 결정된다. 예를 들면, 냉각수 출입구 온도차는, 정격냉각수 출입구 온도차, 정격냉각수 유량, 냉각수 유량, 및 냉동기의 부하를 파라미터로서 포함하는 이하의 (4)식에 의하여 산출된다.
냉각수 출입구 온도차
=정격냉각수 출입구 온도차×정격냉각수 유량/냉각수 유량×냉동기의 부하 (4)
상기 (4)식에 있어서, 정격냉각수 출입구 온도차 및 정격냉각수 유량은 미리 등록되어 있는 이미 알려진 값이며, 냉각수 유량 및 냉동기의 부하는 그때그때의 계측치가 이용된다.
온도설정부(73)는, 외기 습구온도로부터 결정되는 냉각수 입구온도 하한치와, 냉각수 입구온도 하한설정치를 비교하여, 온도가 높은 쪽을 냉각수 입구온도 설정치로서 설정한다. 여기에서, 냉각수 입구온도 하한치는, 예를 들면, 외기 습구온도에 냉각탑(21)의 어프로치를 더함으로써 산출된다.
지령생성부(74)는, 정보취득부(71)가 취득한 냉각수 출구온도 하한설정치에 냉각수 출구온도(Tcout)를 일치시키기 위한 냉각수 유량에 관한 제어지령을 생성한다. 예를 들면, 냉각수 출구온도 하한설정치와 냉각수 출구온도(Tcout)와의 차분을 연산하여, 이 차분을 PI 제어 또는 PID 제어하거나 함으로써, 냉각수펌프(24)의 회전수 지령을 생성한다.
또한, 지령생성부(74)는, 온도설정부(73)에 의하여 설정된 냉각수 입구온도 설정치에, 냉각수 입구온도(Tcin)를 일치시키기 위한 냉각탑(21)의 팬의 회전수 지령 및 바이패스밸브(26)의 개방도 지령을 생성한다. 구체적으로는, 냉각수 입구온도 설정치와 냉각수 입구온도(Tcin)와의 차분을 연산하여, 이 차분을 PI 또는 PID 제어하거나 함으로써, 냉각수 바이패스밸브(26)의 밸브개방도 지령 및 냉각탑(21)의 팬의 회전수 지령을 생성한다.
다음으로, 설비 제어장치(70a)에 의하여 실행되는 처리에 대하여 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.
먼저, 냉동기 제어장치(10a)에 있어서, 상기 (1)식을 이용하여, 냉수 출구 설정온도에 따른 냉각수 출구온도 하한설정치가 산출된다. 이 때, 냉각수 출구온도 하한설정치가 이미 정해진 냉각수 출구온도 하한치 미만이었던 경우에는, 냉각수 출구온도 하한치가 냉각수 출구온도 하한설정치로서 설정된다. 냉동기 제어장치(10a)에 있어서 결정된 냉각수 출구온도 하한설정치는, 설비 제어장치(70a)에 송신되어, 설비 제어장치(70a)의 정보취득부(71)에 의하여 수신·취득된다(도 5의 스텝 SA1).
정보취득부(71)에 의하여 취득된 냉각수 출구온도 하한설정치는, 하한온도 설정부(72) 및 지령생성부(74)에 출력된다.
하한온도 설정부(72)에서는, 냉각수 출구온도 하한설정치를 상기 (3)식에 대입함으로써, 냉각수 입구온도 하한설정치가 산출된다(스텝 SA2). 이 때, (3)식에 파라미터로서 포함되는 냉각수 출입구 온도차에 대해서는, 유량센서(55)에 의하여 계측된 냉각수 유량(F2) 및 냉동기 제어장치(10a)로부터 통지되는 냉동기(11a)의 부하를 상기 (4)식에 이용함으로써 산출된다.
하한온도 설정부(72)에 있어서 설정된 냉각수 입구온도 하한설정치는, 온도설정부(73)에 출력된다. 온도설정부(73)에서는, 외기 습구온도에 냉각탑(21)의 어프로치를 더한 냉각수 입구온도 하한치와, 냉각수 입구온도 하한설정치가 비교되어, 온도가 높은 쪽이 냉각수 입구온도 설정치로서 설정된다(스텝 SA3).
이와 같이 하여 설정된 냉각수 입구온도 설정치는, 지령생성부(74)에 출력된다. 지령생성부(74)에서는, 온도센서(53)에 의하여 계측된 냉각수 입구온도(Tcin)를 냉각수 입구온도 설정치와 일치시키기 위한 냉각탑(21)의 팬의 회전수 지령 및 냉각수 바이패스밸브(26)의 밸브개방도 지령이 생성됨과 함께, 온도센서(54)에 의하여 계측된 냉각수 출구온도(Tcout)를 냉각수 출구온도 하한설정치와 일치시키기 위한 냉각수펌프(24)의 회전수 지령이 생성된다.
이로써, 냉각수 출구온도(Tcout)가 냉각수 출구온도 하한설정치보다 낮았던 경우에는(스텝 SA4에 있어서 "NO"), 냉각수펌프(24)의 회전수가 저하함으로써 냉각수 유량이 감소하고(스텝 SA5), 반대로, 냉각수 출구온도(Tcout)가 냉각수 출구온도 하한설정치보다 높았던 경우에는(스텝 SA4에 있어서 "YES"), 냉각수펌프(24)의 회전수가 증가함으로써 냉각수 유량이 증가하게 된다(스텝 SA6). 다만, 냉각수 유량에 대해서는, 최대 유량 및 최소 유량의 범위가 미리 설정되어 있으므로, 그 범위를 넘지 않도록 제어된다. 여기에서, 최대 유량에 대해서는, 일본 공개특허공보 2010-236728호에 개시되어 있는 바와 같이, 냉동기의 부하(부하율[%])에 따라 변화하도록 해도 된다.
또, 냉각수 입구온도(Tcin)가 냉각수 입구온도 설정치보다 낮았던 경우에는(도 6의 스텝 SA7에 있어서 "YES"), 그 차분에 따라 냉각수 바이패스밸브(26)의 밸브개방도가 증가함으로써, 응축기(32)에 공급되는 냉각수 유량이 감소한다(스텝 SA8). 한편, 냉각수 입구온도(Tcin)가 냉각수 입구온도 설정치보다 높았던 경우에는(스텝 SA7에 있어서 "NO"), 그 차분에 따라 냉각수 바이패스밸브의 밸브개방도가 감소함으로써, 응축기(32)에 공급되는 냉각수 유량이 증가한다(스텝 SA9).
또한, 냉각수 바이패스밸브 개방도가 미리 설정되어 있는 팬 강제 감속 개방도(예를 들면, 20[%]) 이하이며(스텝 SA10에 있어서 "NO"), 냉각수 입구온도(Tcin)가 냉각수 입구온도 설정치보다 낮았던 경우에는(스텝 SA11에 있어서 "NO"), 그 차분에 따라 냉각탑(21)의 팬의 회전수 저하함으로써 냉각수의 냉각이 완화되고(스텝 SA12), 냉각수 입구온도(Tcin)가 냉각수 입구온도 설정치보다 높았던 경우에는(스텝 SA11에 있어서 "YES"), 그 차분에 따라 냉각탑(21)의 팬의 회전수가 증가함으로써 냉각수의 냉각이 강화되게 된다(스텝 SA13). 다만, 냉각수 바이패스밸브 개방도가 미리 설정되어 있는 팬 강제 감속 개방도(예를 들면, 20[%])를 넘은 경우에는(스텝 SA10에 있어서 "YES"), 냉각탑(21)의 팬의 회전수를 일정 레이트로 감속시키는 제어지령이 생성되게 된다(스텝 SA14).
그리고, 상기 서술한 일련의 처리가 소정의 제어 사이클로 반복하여 실행됨으로써, 냉각수 입구온도 설정치 및 냉각수 출구온도 하한설정치가 냉동기(11a)의 운전상태에 따른 적절한 값으로 설정되어, 이 설정치에 근거하여 냉각수 온도 및 냉각수 유량이 조절되게 된다.
또, 상기 서술한 냉동기(11a)와 냉각수 공급장치(20a)와의 사이뿐만 아니라, 냉동기(11b)와 냉각수 공급장치(20b)와의 사이, 냉동기(11c)와 냉각수 공급장치(20c)와의 사이에 있어서, 상기 서술과 동일한 제어가 행해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 열원시스템(1) 및 냉각수 공급장치(20a)의 제어장치 및 제어방법에 의하면, 냉동기(11a)에 있어서의 냉수 출구 설정온도에 근거하여 냉각수 출구온도 하한설정치가 설정되고, 또한, 이 냉각수 출구온도 하한설정치와 냉동기 부하를 가미하여 냉각수 입구온도 설정치가 결정되므로, 냉동기(11a)의 운전상태에 따라 냉각수 입구온도 설정치 및 냉각수 출구온도 하한설정치를 적절한 값으로 설정할 수 있다. 이로써, 냉각수 입구온도 설정치를 한계까지 낮추는 것이 가능해진다. 그 결과, 예를 들면, 외기 습구온도가 낮은 경우에 있어서, 냉각탑(21)에 있어서의 팬의 회전수 저하 및 냉각수펌프(24)의 회전수 저하를 실현하는 것이 가능해져, 종래와 같이 데이터베이스 등을 구축하는 일 없이, 냉각수 공급장치(20a)에 있어서의 소비전력을 저감시킬 수 있다.
[제2 실시형태]
다음으로, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 열원시스템 및 냉각수 공급장치의 제어장치 및 제어방법에 대하여 설명한다.
상기 서술한 제1 실시형태에서는, 냉동기(11a)에 있어서의 냉수 출구온도 설정치에 근거하여 냉각수 출구온도 하한설정치를 설정하고 있었지만, 본 실시형태에서는, 냉각수 출구온도를 제어하는 것이 아니라, 응축압력 또는 응축압력으로부터 결정되는 포화온도에 근거하여 응축압력 설정치 또는 포화온도 설정치를 설정하고, 응축압력 또는 포화온도가 이 설정치와 일치하도록, 냉각수 유량을 변경하는 점이 상이하다.
또한, 상기 서술한 제1 실시형태에서는, 냉각수 출구온도 하한설정치에 근거하여 냉각수 입구온도 하한설정치를 산출하고 있었지만, 본 실시형태에서는, 응축압력 설정치 또는 포화온도 설정치를 이용하여 냉각수 입구온도 하한설정치를 산출하는 점이 상이하다.
이하, 상기 서술한 제1 실시형태와 공통되는 점에 대해서는 설명을 생략하고, 상이한 점에 대하여 주로 설명한다. 또, 설명의 편의상, 이하에 있어서는, 응축압력을 이용하여 냉각수 온도를 제어하는 경우에 대하여 설명하지만, 응축압력 대신에 포화온도를 이용하는 경우도 이와 같이 행해진다.
먼저, 본 실시형태에 있어서는, 냉동기 제어장치(10a)에 있어서, 응축압력 설정치가 설정된다. 예를 들면, 냉동기 제어장치(10a)는, 냉수 출구 설정온도를 파라미터로서 포함하는 이하의 (5)식을 가지고 있으며, 이 (5)식에 냉수 출구 설정온도를 대입함으로써, 응축압력 설정치를 산출한다. 이 응축압력 설정치는, 설비 제어장치(70a)에 출력된다.
응축압력 설정치
=max(냉수 출구온도 설정치에 대한 증발압력＋응축압력과 증발압력의 필요 압력차, 냉동기에 있어서의 응축압력 하한치) (5)
이와 같이, 응축압력 설정치는, (a) 냉수 출구온도 설정치에 대한 증발압력에, 응축압력과 증발압력의 필요 압력차를 더한 압력, (b) 냉동기에 있어서의 응축압력 하한치 중, 큰 것이 추출되어, 설정된다.
설비 제어장치(70a)에서는, 응축압력 설정치를 이용하여 냉각수 입구온도 하한설정치가 산출된다. 예를 들면, 냉각수 입구온도 하한설정치는, 이하의 (6)식을 이용하여 산출된다.
냉각수 입구온도 하한설정치
=응축압력 설정치에 대한 포화온도-γ-냉각수 출입구 온도차 (6)
상기 (6)식에 있어서, γ는 응축기(32)의 종단 온도차이며, 일정치여도 되고, 냉동기(11a)의 부하에 따라 설정되는 변수여도 된다. γ를 변수로 하는 경우에는, 냉동기 부하에 따라 응축기(32)의 종단 온도차가 설정되게 된다.
γ를 일정치로 함으로써 연산을 용이하게 할 수 있고, 또, γ를 변수로 함으로써, 냉각수 입구온도 하한설정치를 냉동기의 부하에 따라 세세하게 설정할 수 있어, 부하가 낮은 경우에는 응축기(32)의 종단 온도차를 저하시키는 것이 가능해진다. 이로써, 냉각수 입구온도 하한설정치를 더욱 낮게 설정하는 것이 가능해진다.
이와 같이 하여 설정된 냉각수 입구온도 하한설정치는, 외기 습구온도와 냉각탑의 어프로치로부터 결정되는 냉각수 입구온도 하한치와 비교되어, 높은 쪽의 온도가 냉각수 입구온도 설정치로서 설정된다.
그리고, 본 실시형태에서는, 냉동기(11a)에 있어서의 응축압력이 응축압력 설정치와 일치하도록 냉각수펌프(24)의 회전수 제어됨과 함께, 냉각수 입구온도(Tcin)가 냉각수 입구온도 설정치와 일치하도록 바이패스밸브(26)의 밸브개방도 및 냉각탑(21)의 팬의 회전수가 제어된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 열원시스템 및 냉각수 공급장치의 제어장치 및 제어방법에 의하면, 냉동기(11a)에 있어서의 응축압력 하한치에 근거하여 응축압력 설정치가 설정되고, 또한, 이 응축압력 설정치 및 냉동기의 부하를 이용하여 냉각수 입구온도 설정치가 결정되므로, 냉동기(11a)의 운전상태에 따라 냉각수 입구온도 설정치를 한계까지 낮추는 것이 가능해진다. 이로써, 외기 습구온도가 낮은 경우에 있어서, 냉각탑(21)에 있어서의 팬의 회전수 저하 및 냉각수 펌프의 회전수 저하를 실현할 수 있어, 종래와 같이 데이터베이스 등을 구축하는 일 없이, 냉각수 공급장치(20a)에 있어서의 소비전력을 저감시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 각 실시형태에 대하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에만 한정되는 것은 아니고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 다양한 변형 실시가 가능하다.
1 열원시스템
10a 냉동기 제어장치
11a, 11b, 11c 냉동기
20a, 20b, 20c 냉각수 공급장치
21 냉각탑
22 왕배관
23 복배관
24 냉각수펌프
25 바이패스배관
26 냉각수 바이패스밸브
32 응축기
51, 58 압력센서
52, 53, 54, 60, 61 온도센서
55, 59 유량센서
70a 설비 제어장치
71 정보취득부
72 하한온도 설정부
73 온도설정부
74 지령생성부

Claims (8)

  1. 냉각탑을 구비하고, 냉동기의 응축기에 대하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치의 제어장치로서,
    상기 냉동기에 있어서의 냉수 출구 설정온도에 따라 결정되는 냉각수 출구온도 하한설정치를 상기 냉동기로부터 취득하는 정보 취득수단과,
    상기 냉각수 출구온도 하한설정치와 냉동기 부하를 이용하여, 냉각수 입구온도 하한설정치를 결정하는 하한온도 설정수단과,
    외기 습구온도로부터 결정되는 냉각수 입구온도 하한치와, 상기 냉각수 입구온도 하한설정치를 비교하여, 온도가 높은 쪽을 냉각수 입구온도 설정치로서 설정하는 온도 설정수단과,
    상기 냉각수 입구온도 설정치 및 상기 냉각수 출구온도 하한설정치에, 냉각수 입구온도 및 냉각수 출구온도의 각각을 일치시키기 위한 냉각탑 팬의 제어지령 및 냉각수 유량에 관한 제어지령을 생성하는 지령 생성수단
    을 구비하는 냉각수 공급장치의 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하한온도 설정수단은, 상기 냉각수 출구온도 하한설정치로부터 냉각수 출입구 온도차를 감산하여 상기 냉각수 입구온도 하한설정치를 산출하고,
    상기 냉각수 출입구 온도차는, 상기 냉각수 유량 및 상기 냉동기 부하에 따라 결정되는 냉각수 공급장치의 제어장치.
  3. 냉각탑을 구비하고, 냉동기의 응축기에 대하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치의 제어장치로서,
    상기 냉동기에 있어서의 냉수 출구 설정온도에 따라 결정되는 응축압력 설정치 또는 상기 응축압력 설정치로부터 결정되는 포화온도 설정치를 상기 냉동기로부터 취득하는 정보 취득수단과,
    상기 응축압력 설정치 또는 상기 포화온도 설정치를 이용하여, 냉각수 입구온도 하한설정치를 결정하는 하한온도 설정수단과,
    외기 습구온도로부터 결정되는 냉각수 입구온도 하한치와, 상기 냉각수 입구온도 하한설정치를 비교하여, 온도가 높은 쪽을 냉각수 입구온도 설정치로서 설정하는 온도 설정수단과,
    상기 냉각수 입구온도 설정치에 냉각수 입구온도를 일치시킴과 함께, 상기 응축압력 설정치 또는 상기 포화온도 설정치에 응축압력 또는 포화온도를 일치시키기 위한 냉각탑 팬의 제어지령 및 냉각수 유량에 관한 제어지령을 생성하는 지령 생성수단
    을 구비하는 냉각수 공급장치의 제어장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 하한온도 설정수단은, 상기 응축압력 설정치 또는 상기 포화온도 설정치로부터 냉각수 출입구 온도차 및 상기 응축기의 종단 온도차를 감산하여 상기 냉각수 입구온도 하한설정치를 산출하고,
    상기 냉각수 출입구 온도차는, 상기 냉각수 유량 및 상기 냉동기 부하에 따라 결정되는 냉각수 공급장치의 제어장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 응축기의 종단 온도차는, 상기 냉동기 부하에 따라 결정되는 냉각수 공급장치의 제어장치.
  6. 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기를 구비하는 냉동기와,
    냉각탑을 구비하고, 상기 냉동기의 응축기에 대하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치와,
    청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 따른 냉각수 공급장치의 제어장치
    를 구비하는 열원시스템.
  7. 냉각탑을 구비하고, 냉동기의 응축기에 대하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치의 제어방법으로서,
    상기 냉동기에 있어서의 냉수 출구 설정온도에 따라 결정되는 냉각수 출구온도 하한설정치를 상기 냉동기로부터 취득하는 정보 취득과정과,
    상기 냉각수 출구온도 하한설정치와 냉동기 부하를 이용하여, 냉각수 입구온도 하한설정치를 결정하는 하한온도 설정과정과,
    외기 습구온도로부터 결정되는 냉각수 입구온도 하한치와, 상기 냉각수 입구온도 하한설정치를 비교하여, 온도가 높은 쪽을 냉각수 입구온도 설정치로서 설정하는 온도 설정과정과,
    상기 냉각수 입구온도 설정치 및 상기 냉각수 출구온도 하한설정치에, 냉각수 입구온도 및 냉각수 출구온도의 각각을 일치시키기 위한 냉각탑 팬의 제어지령 및 냉각수 유량에 관한 제어지령을 생성하는 지령 생성과정
    을 포함하는 냉각수 공급장치의 제어방법.
  8. 냉각탑을 구비하고, 냉동기의 응축기에 대하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급장치의 제어방법으로서,
    상기 냉동기에 있어서의 냉수 출구 설정온도에 따라 결정되는 응축압력 설정치 또는 상기 응축압력 설정치로부터 결정되는 포화온도 설정치를 상기 냉동기로부터 취득하는 정보 취득과정과,
    상기 응축압력 설정치 또는 상기 포화온도 설정치를 이용하여, 냉각수 입구온도 하한설정치를 결정하는 하한온도 설정과정과,
    외기 습구온도로부터 결정되는 냉각수 입구온도 하한치와, 상기 냉각수 입구온도 하한설정치를 비교하여, 온도가 높은 쪽을 냉각수 입구온도 설정치로서 설정하는 온도 설정과정과,
    상기 냉각수 입구온도 설정치에 냉각수 입구온도를 일치시킴과 함께, 상기 응축압력 설정치 또는 상기 포화온도 설정치에 응축압력 또는 포화온도를 일치시키기 위한 냉각탑 팬의 제어지령 및 냉각수 유량에 관한 제어지령을 생성하는 지령 생성과정
    을 포함하는 냉각수 공급장치의 제어방법.
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