KR20130086225A - 열매체 유량 추정 장치, 열원기 및 열매체 유량 추정 방법 - Google Patents

열매체 유량 추정 장치, 열원기 및 열매체 유량 추정 방법 Download PDF

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Abstract

유량계를 사용하는 일 없이, 열매체의 유량을 산출한다. 냉수 유량 추산부(70)가 구비하는 요구 냉매 순환 유량 산출부(74)는, 냉수 유량 계획값 및 증발기를 흐르는 냉수의 온도의 계측값에 기초하여, 증발기에 있어서 냉매와 냉수 사이에서 교환되는 증발기 교환 열량을 산출하고, 상기 증발기 교환 열량에 기초하여 증발기 냉매 유량을 산출한다. 그리고, 냉수 순환 유량 역산부(78)는, 응축기와 증발기의 차압의 설정값과 상기 차압의 계측값의 비 및 산출한 증발기 냉매 유량에 기초하여 증발기 냉매 유량을 역산하고, 역산한 증발기 냉매 유량으로부터 증발기에 있어서 냉매와 냉수 사이에서 교환되는 증발기 교환 열량을 역산하고, 역산한 증발기 교환 열량 및 증발기를 흐르는 냉수의 온도의 계측값에 기초하여, 냉수의 유량을 역산한다.

Description

열매체 유량 추정 장치, 열원기 및 열매체 유량 추정 방법 {DEVICE FOR ESTIMATING FLOWRATE OF HEATING MEDIUM, HEAT SOURCE DEVICE, AND METHOD FOR ESTIMATING FLOWRATE OF HEATING MEDIUM}
본 발명은, 열매체 유량 추정 장치, 열원기 및 열매체 유량 추정 방법에 관한 것이다.
열원기, 예를 들어 냉동기를 설계값으로 운전시키기 위해서는, 증발기로 유입되는 열매체(냉수)의 유량의 관리가 필요하지만, 유량을 계측하는 유량계는 고가이고, 부품 개수를 적게 하는 등의 이유에 의해, 열매체의 유량을 계측하기 위한 유량계가 냉동기에 설치되지 않는 경우가 있다.
열매체의 유량을 계측하기 위한 유량계가 설치되어 있지 않은 냉동기에 있어서, 예를 들어 팽창 밸브의 개방도를 제어하기 위한 연산에 사용하는 열매체의 유량과 실제의 열매체의 유량에 괴리가 있어, 연산에 의해 산출된 팽창 밸브의 개방도와 진짜 필요한 팽창 밸브의 개방도의 어긋남에 의해, 다음과 같은 문제가 발생할 가능성이 있다.
팽창 밸브의 개방도가 과대한 경우는, 냉매의 유량이 과대해져, 냉동기의 동력이 과대해지는 결과, 냉동기의 성적 계수[COP(Coefficient Of Performance)]가 저하되거나, 압축기가 액상의 냉매를 말려들게 하는, 소위, 액 백(liquid back)이 발생하거나, 응축기에서의 과냉각이 불충분하기 때문에 응축기에 있어서 냉매의 일부가 액상으로 되지 않고, 기상 상태에서 증발기로 흐르는 가스 바이패스가 발생할 가능성이 있다.
한편, 팽창 밸브의 개방도가 과소인 경우는, 응축기와 증발기의 압력차가 과대해져, 냉동기의 동력이 과대해지는 결과, COP가 저하될 가능성이 있다.
따라서, 유량을 계측하는 기술로서, 특허문헌 1에는, 냉수 출구 온도, 냉수 입구 온도 및 냉수 유량의 계측값에 기초하여 냉동 부하를 산출하고, 냉각수 입구 온도 및 냉동 부하에 기초하여 열교환 계수를 산출하고, 센서군으로부터 보내져 오는 계측값과 열교환 계수로부터 냉각수 유량을 산출하여, 출력하는 냉각수 유량 추정 방식이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 복수의 공기 조화기에 대해, 개개의 공기 조화기의 냉온수 입구 출구간의 차압을 계측하는 복수의 차압 센서와 전체의 냉온수 유량을 계측하는 유량 센서를 구비하고, 냉방 운전 전에 밸브 전환 등에 의해 하나의 차압 센서만 동작하는 유로를 만들어 유량과 차압의 관계를 구해 두고, 냉방 운전시에는 상기 차압 센서에 의해 냉온수의 유량을 구하는 기술이 기재되어 있다.
일본 특허 출원 공개 평7-91764호 공보 일본 특허 출원 공개 제2005-155973호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 냉각수 유량을 산출하기 위해, 냉수 유량을 계측하는 유량계를 이용하고 있다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 개개의 공기 조화기의 냉온수의 유량을 계측하기 위해, 전체의 냉온수의 유량을 계측하는 유량 센서 및 복수의 차압 센서를 이용하고 있다.
상기한 바와 같이, 특허문헌 1, 2에 기재된 기술에서는, 소정의 유체의 유량을 산출하기 위해, 다른 유체의 유량을 계측하는 유량계를 사용하거나, 다른 유체의 차압을 계측하는 차압계를 사용하고 있으므로, 저비용으로 유체의 유량을 파악할 수 없다.
본 발명은, 이러한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 유량계를 사용하는 일 없이, 열매체의 유량을 산출할 수 있는 열매체 유량 추정 장치, 열원기 및 열매체 유량 추정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 열매체 유량 추정 장치, 열원기 및 열매체 유량 추정 방법은 이하의 수단을 채용한다.
즉, 본 발명의 제1 형태에 관한 열매체 유량 추정 장치는, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 열원 매체에 의해 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열매체를 열교환하는 증발기와, 상기 응축기에 저류된 액상의 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브를 구비한 열원기의 열매체의 유량을 추정하는 열매체 유량 추정 장치이며, 열매체의 유량의 계획값 및 상기 증발기를 흐르는 열매체의 온도의 계측값에 기초하여, 상기 증발기에 있어서 냉매와 열매체 사이에서 교환되는 열량을 산출하고, 상기 열량으로부터 상기 증발기를 흐르는 냉매의 유량을 산출하는 냉매 유량 산출부와, 상기 응축기와 상기 증발기의 차압의 설정값과 상기 차압의 계측값의 비 및 상기 냉매 유량 산출부에 의해 산출된 냉매의 유량에 기초하여, 상기 증발기를 흐르고 있는 냉매의 유량을 역산하고, 역산한 냉매의 유량으로부터 상기 증발기에 있어서 냉매와 열매체 사이에서 교환되는 열량을 역산하고, 역산한 열량 및 상기 증발기를 흐르는 열매체의 온도의 계측값에 기초하여, 열매체의 유량을 역산하는 열매체 유량 역산부를 구비한다.
상기 제1 형태에 따르면, 열매체 유량 추정 장치는, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 열원 매체에 의해 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열매체를 열교환하는 증발기를 구비한 열원기의 열매체의 유량을 추정하는 장치이다.
열매체 유량 추정 장치가 구비하는 냉매 유량 산출부에 의해, 열매체의 유량의 계획값 및 증발기를 흐르는 열매체의 온도의 계측값에 기초하여, 증발기에 있어서 냉매와 열매체 사이에서 교환되는 열량이 산출되고, 상기 열량으로부터 증발기를 흐르는 냉매의 유량이 산출된다.
또한, 냉매 유량 산출부에서 산출된 냉매의 유량은, 팽창 밸브의 개방도를 제어하기 위한 지령값을 산출하기 위해 사용된다.
그리고, 열매체 유량 역산부에 의해, 응축기와 증발기의 차압의 설정값과 상기 차압의 계측값의 비 및 냉매 유량 산출부에서 산출된 냉매의 유량에 기초하여, 증발기를 흐르고 있는 냉매의 유량이 역산된다.
또한, 열매체 유량 역산부에 의해, 상기 역산된 냉매의 유량으로부터 증발기에 있어서 냉매와 열매체 사이에서 교환되는 열량이 역산되고, 역산된 열량 및 증발기를 흐르는 열매체의 온도의 계측값에 기초하여, 열매체의 유량이 역산된다.
따라서, 상기 제1 형태는, 유량계를 사용하는 일 없이, 열매체의 유량을 산출할 수 있다. 또한, 본 발명은, 역산에 의해 얻어진 열매체의 유량에 기초한 열매체의 유량의 계획값을 사용함으로써, 팽창 밸브의 개방도를 제어하기 위한 지령값을 적정한 값으로 하여, 냉매의 유량을 적정하게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 형태에 관한 열원기는, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 열원 매체에 의해 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열매체를 열교환하는 증발기와, 상기 응축기에 저류된 액상의 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와, 상기에 기재된 열매체 유량 추정 장치를 구비하고, 상기 열매체 유량 역산부에 의해 역산된 열매체의 유량에 기초하여, 상기 열매체의 유량의 계획값을 갱신하는 갱신 처리를 행하고, 갱신한 상기 계획값에 기초하여 상기 냉매 유량 산출부에 의해 냉매의 유량을 산출하고, 산출한 냉매의 유량에 따라서 상기 팽창 밸브의 개방도를 제어한다.
상기 제2 형태에 따르면, 열원기는, 열매체 유량 추정 장치가 구비하는 열매체 유량 역산부에 의해 역산된 열매체의 유량에 따라서, 열매체의 유량의 계획값을 갱신하는 갱신 처리를 행하고, 갱신한 상기 계획값에 기초하여 냉매 유량 산출부에 의해 냉매의 유량을 산출하고, 산출한 냉매의 유량에 따라서 팽창 밸브의 개방도를 제어한다.
이에 의해, 실제로 순환하는 냉매의 유량을 적정한 값으로 할 수 있고, 그 결과 높은 COP로 운전할 수 있다.
또한, 상기 제2 형태에 관한 열원기는, 상기 갱신 처리를, 상기 열매체의 유량의 계획값과 상기 열매체 유량 역산부에 의해 역산된 열매체의 유량의 내분점으로, 상기 열매체의 유량의 계획값을 갱신해도 된다.
상기 제2 형태에 따르면, 열매체의 유량의 계획값과 열매체 유량 역산부에 의해 역산된 열매체의 유량의 내분점으로, 새로운 열매체의 유량의 계획값이 갱신되므로, 열매체의 유량을 서서히 보정하게 되어, 열매체의 유량이 급준하게 변화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제2 형태에 관한 열원기는, 상기 갱신 처리를, 상기 열매체의 유량의 계획값과 상기 열매체 유량 역산부에 의해 역산된 열매체의 유량의 어긋남 상태가, 본기(本機)에 발생되어 있는 현상의 상태와 일치하고 있는 경우에 행해도 된다.
열매체의 유량의 계획값과 역산된 열매체의 유량의 어긋남 상태가, 열원기에 발생되어 있는 현상의 상태와 일치하고 있지 않은 경우라 함은, 열원 매체의 유량에 이상이 발생되어 있는 것이 생각된다. 이러한 경우에, 열매체의 유량의 계획값을 갱신해도, 열원기를 적정하게 운전할 수 없다. 그로 인해, 본 발명에 따르면, 열매체의 유량의 계획값을 갱신하는 갱신 처리가, 열매체의 유량의 계획값과 역산된 열매체의 유량의 어긋남 상태가, 열원기에 발생되어 있는 현상의 상태와 일치하고 있는 경우에 행해지므로, 열매체의 유량의 제어를 효과적으로 행할 수 있다.
또한, 상기 제2 형태에 관한 열원기는, 상기 갱신 처리를, 상기 열원기의 성적 계수의 이론값으로부터 구해지는 상기 압축기의 동력과 상기 압축기의 동력의 계측값의 차가 소정값 이상인 경우에 행해도 된다.
열원기의 성적 계수의 이론값으로부터 구해지는 압축기의 동력과 압축기의 동력의 계측값에 어긋남이 발생되어 있는 경우는, 냉매의 유량이 적정하지 않은 것, 즉, 냉매의 유량을 산출하기 위해 사용하는 열매체의 유량의 계획값이 적정하지 않은 것이 생각된다. 따라서, 상기 제2 형태는, 열매체의 유량의 계획값을 갱신하는 갱신 처리를, 열원기의 성적 계수의 이론값으로부터 구해지는 압축기의 동력과 압축기의 동력의 계측값과의 차가 소정값 이상인 경우에 행하므로, 보다 효과적인 타이밍에 열매체의 유량의 갱신 처리를 행할 수 있다.
또한, 상기 제2 형태에 관한 열원기는, 상기 갱신 처리를, 열매체 부하와 상기 압축기를 구동시키는 전동기에 흐르는 전류로부터 구해지는 부하의 차가 소정값 이상인 경우에 행해도 된다.
열매체 부하와 압축기를 구동시키는 전동기에 흐르는 전류로부터 구해지는 부하의 어긋남은, 냉매의 유량이 적정하지 않기 때문에, 즉, 냉매의 유량을 산출하기 위해 사용하는 열매체의 유량의 계획값이 적정하지 않기 때문에 발생하는 것이 생각된다. 따라서, 상기 제2 형태는, 열매체의 유량의 계획값을 갱신하는 갱신 처리를, 열매체 부하와 압축기를 구동시키는 전동기에 흐르는 전류로부터 구해지는 부하의 차가 소정값 이상인 경우에 행하므로, 보다 효과적인 타이밍에 열매체의 유량의 갱신 처리를 행할 수 있다.
또한, 상기 제2 형태에 관한 열원기는, 상기 갱신 처리를, 열매체가 상기 증발기로부터 유출되는 온도와 상기 증발기 내의 포화 온도의 차, 또는 열원 매체가 상기 응축기로부터 유출되는 온도와 상기 응축기 내의 포화 온도의 차가, 미리 정해진 범위 내에 없는 경우에 행해도 된다.
열매체가 증발기로부터 유출되는 온도와 증발기 내의 포화 온도의 차, 또는 열원 매체가 응축기로부터 유출되는 온도와 응축기 내의 포화 온도의 차가, 과대하거나, 과소하면, 열원기의 운전 상태가 적정하지 않다고, 즉, 냉매의 유량이 적정하지 않다고 생각된다. 따라서, 상기 제2 형태는, 열매체의 유량의 계획값을 갱신하는 갱신 처리를, 열매체가 증발기로부터 유출되는 온도와 증발기 내의 포화 온도의 차, 또는 열원 매체가 응축기로부터 유출되는 온도와 응축기 내의 포화 온도의 차가, 미리 정해진 범위 내에 없는 경우에 행하므로, 보다 효과적인 타이밍에 열매체의 유량의 갱신 처리를 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3 형태에 관한 열매체 유량 추정 방법은, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 열원 매체에 의해 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열매체를 열교환하는 증발기와, 상기 응축기에 저류된 액상의 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브를 구비한 열원기의 열매체의 유량을 추정하는 열매체 유량 추정 방법이며, 열매체의 유량의 계획값 및 상기 증발기를 흐르는 열매체의 온도의 계측값에 기초하여, 상기 증발기에 있어서 냉매와 열매체 사이에서 교환되는 열량을 산출하고, 상기 열량으로부터 상기 증발기를 흐르는 냉매의 유량을 산출하는 제1 공정과, 상기 응축기와 상기 증발기의 차압의 설정값과 상기 차압의 계측값의 비 및 상기 제1 공정에 의해 산출된 냉매의 유량에 기초하여, 상기 증발기를 흐르고 있는 냉매의 유량을 역산하고, 역산한 냉매의 유량으로부터 상기 증발기에 있어서 냉매와 열매체 사이에서 교환되는 열량을 역산하고, 역산한 열량 및 상기 증발기를 흐르는 열매체의 온도의 계측값에 기초하여, 열매체의 유량을 역산하는 제2 공정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 유량계를 사용하는 일 없이, 열매체의 유량을 산출할 수 있다고 하는 우수한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 터보 냉동기의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 냉수 유량 추산부의 구성을 도시하는 기능 블록도이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 증발기 냉매 유량을 산출하기 위해 사용하는 엔탈피의 설명에 필요로 하는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 증발기 냉매 유량을 산출하기 위해 사용하는 엔탈피의 설명에 필요로 하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 냉동기 제어 프로그램의 처리의 흐름을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 냉수 출구 온도와 증발기 포화 온도의 차와 부하 비율과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 냉각수 출구 온도와 응축기 포화 온도의 차와 부하 비율과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7a는 이코노마이저를 구비한 냉동기에 관한 증발기 냉매 유량을 산출하기 위해 사용하는 엔탈피의 설명에 필요로 하는 도면이다.
도 7b는 이코노마이저를 구비한 냉동기에 관한 증발기 냉매 유량을 산출하기 위해 사용하는 엔탈피의 설명에 필요로 하는 도면이다.
이하에, 본 발명에 관한 열매체 유량 추정 장치, 열원기 및 열매체 유량 추정 방법의 일 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.
〔제1 실시 형태〕
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1에, 본 제1 실시 형태에 관한 열원기의 일례인 터보 냉동기(10)의 구성을 도시한다.
터보 냉동기(10)는, 냉매를 압축하는 터보 압축기(12)와, 터보 압축기(12)에 의해 압축된 고온 고압의 가스 냉매를 열원 매체(냉각수)에 의해 응축하는 응축기(14)와, 응축기(14)에서 응축된 액상의 냉매(액 냉매)에 대해 과냉각을 부여하는 서브 쿨러(16)와, 서브 쿨러(16)로부터의 액 냉매를 팽창시키는 고압 팽창 밸브(18)와, 고압 팽창 밸브(18)에 접속되는 동시에 터보 압축기(12)의 중간단 및 저압 팽창 밸브(20)에 접속되는 중간 냉각기(22)와, 저압 팽창 밸브(20)에 의해 팽창된 액 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열매체(냉수)를 열교환하는 증발기(24)를 구비하고 있다.
터보 압축기(12)는, 원심식의 2단 압축기이며, 도시되지 않은 인버터에 의해 회전수 제어된 전동 모터(28)에 의해 구동되고 있다. 터보 압축기(12)의 냉매 흡입구에는, 흡입 냉매 유량을 제어하는 압축기 입구 베인(IGV)(32)이 설치되어 있어, 터보 냉동기(10)의 용량 제어가 가능하게 되어 있다.
응축기(14)에는, 응축기(14) 내의 압력(이하, 「응축기 압력」이라 함)을 계측하기 위한 응축기 압력 센서(50)가 설치되어 있다.
서브 쿨러(16)는, 응축기(14)의 냉매 흐름 하류측에, 응축된 냉매에 대해 과냉각을 부여하도록 설치되어 있다. 서브 쿨러(16)의 냉매 흐름 하류측 바로 뒤에는, 과냉각 후의 냉매 온도를 계측하는 냉매 온도 센서(52)가 설치되어 있다.
응축기(14) 및 서브 쿨러(16)에는, 이들을 냉각하기 위한 냉각 전열관(34)이 삽입 관통되어 있다. 냉각 전열관(34) 내의 응축기(14)로부터 유출되는 냉각수의 온도(이하, 「냉각수 출구 온도」라 함)는 냉각수 출구 온도 센서(54)에 의해 계측된다. 또한, 냉각 전열관(34) 내의 응축기(14)로 유입되는 냉각수의 온도(이하, 「냉각수 입구 온도」라 함)는 냉각수 입구 온도 센서(56)에 의해 계측된다. 또한, 냉각수는, 도시되지 않은 냉각탑에 있어서 외부로 배열된 후에, 다시 응축기(14) 및 서브 쿨러(16)로 유도된다.
중간 냉각기(22)에는, 중간 압력을 계측하기 위한 중간 압력 센서(58)가 설치되어 있다.
또한, 열교환기인 증발기(24)에는, 증발기(24) 내의 압력(이하, 「증발기 압력」이라 함)을 계측하기 위한 증발기 압력 센서(60)가 설치되어 있다. 증발기(24)에 있어서 흡열됨으로써 정격 온도(예를 들어, 7℃)의 냉매가 얻어진다. 증발기(24)에는, 외부 부하로 공급되는 냉수를 냉각하기 위한 냉수 전열관(36)이 삽입 관통되어 있다. 또한, 냉수 전열관(36) 내의 증발기(24)로부터 유출되는 냉수의 온도(이하, 「냉수 출구 온도」라 함)는 냉수 출구 온도 센서(62)에 의해 계측되고, 냉수 전열관(36) 내의 증발기(24)로 유입되는 냉수의 온도(이하, 「냉수 입구 온도」라 함)는 냉수 입구 온도 센서(64)에 의해 계측된다.
또한, 응축기(14)의 기상부와 증발기(24)의 기상부 사이에는, 핫 가스 바이패스관(38)이 설치되어 있다. 그리고, 핫 가스 바이패스관(38)에는, 핫 가스 바이패스관(38) 내를 흐르는 냉매의 유량을 제어하기 위한 핫 가스 바이패스 밸브(40)가 설치되어 있다. 핫 가스 바이패스 밸브(40)에 의해 핫 가스 바이패스 유량을 조정함으로써, 압축기 입구 베인(32)에서는 제어가 충분하지 않은 매우 작은 영역의 용량 제어가 가능하게 되어 있다.
또한, 터보 냉동기(10)는, 제어 장치(30)를 구비하고 있다.
제어 장치(30)는, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 및 외부 인터페이스 등을 구비하고, 각각 시스템 버스에 의해 접속되어, 각종 정보의 송수신이 가능하게 되어 있다.
제어 장치(30)는, 외부 인터페이스를 통해 각 온도 센서나 압력 센서 등에 의해 계측된 신호가 입력되고, 상기 신호 등에 기초하여 CPU에서 터보 압축기(12)나 각종 밸브를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다. 그리고, 제어 장치(30)는, 생성한 제어 신호를 터보 압축기(12)나 각종 밸브로 외부 인터페이스를 통해 출력함으로써, 터보 냉동기(10) 전체의 제어를 실행한다.
여기서, 본 제1 실시 형태에 관한 터보 냉동기(10)는, 유량을 계측하는 유량계는 고가이고, 부품 개수를 적게 하는 등의 이유에 의해, 냉수나 냉각수의 유량을 계측하는 유량 센서를 구비하고 있지 않다. 그러나, 냉동기를 설계값으로 운전시키기 위해서는, 냉수의 유량의 관리가 필요하다.
따라서, 본 제1 실시 형태에 관한 제어 장치(30)는, 냉수의 유량을 적정한 값으로 하기 위한 냉수 유량 추산 처리를 행한다.
도 2는, 본 제1 실시 형태에 관한 제어 장치(30)에서 행해지는 냉수 유량 추산 처리를 행하는 냉수 유량 추산부(70)의 구성을 도시하는 기능 블록도이다.
냉수 유량 추산부(70)는, 차압 설정부(72), 요구 냉매 순환 유량 산출부(74), 팽창 밸브 개방도 지령 산출부(76) 및 냉수 순환 유량 역산부(78)를 구비한다.
차압 설정부(72)는, 냉각수의 온도에 따라서 설정되는 응축기 압력 설정값과 냉수의 온도에 따라서 설정되는 증발기 압력 설정값의 차압을 산출한다.
차압 설정부(72)는, 응축기 압력 설정값을 산출하기 위해, 응축기 포화 온도 Tc'[℃]을 산출한다.
Figure pct00001
여기서, Tcli는 냉각수 입구 온도[℃]이고, Qe는 냉수 부하[kW]이고, Qstd는 정격 냉동 능력[kW]이고, ΔTcl은 냉각수 정격 온도차[℃]이고, ΔTc는 응축기 정격 온도차[℃]이다. 냉수 부하 Qe는, 냉수 입구 온도와 냉수 출구 온도의 차 및 터보 냉동기(10)의 제어 연산에 사용하는 냉수의 유량의 계획값(이하, 「냉수 유량 계획값」이라 함)에 기초하여 산출된다.
또한, P(T)는, 포화 온도 T(℃)의 경우의 포화 압력[MPaabs]이고, 차압 설정부(72)는 응축기 압력 설정값 Pc'[MPaabs]를 수학식 1로 산출한 응축기 포화 온도 Tc'를 사용하여, 하기 수학식 2로부터 산출한다.
Figure pct00002
또한, 차압 설정부(72)는, 증발기 압력 설정값을 산출하기 위해 증발기 포화 온도 Te'[℃]를 산출한다.
Figure pct00003
여기서, Tset는 냉수 출구 온도 설정값[℃]이고, ΔTe는 증발기 정격 온도차[℃]이다.
그리고, 차압 설정부(72)는, 증발기 압력 설정값 Pe'[MPaabs]를 수학식 3으로 산출한 증발기 포화 온도 Te'를 사용하여 하기 수학식 4로부터 산출한다.
Figure pct00004
차압 설정부(72)는, 이상과 같이 하여 산출한 응축기 압력 설정값과 증발기 압력 설정값의 차(Pc'-Pe')를 차압 설정값으로 하여 냉수 순환 유량 역산부(78)로 출력한다.
요구 냉매 순환 유량 산출부(74)는, 냉수 유량 계획값 및 증발기(24)를 흐르는 냉수의 온도의 계측값에 기초하여, 증발기(24)에 있어서 냉매와 냉수 사이에서 교환되는 열량(이하, 「증발기 교환 열량」이라 함)을 산출하고, 증발기 교환 열량에 기초하여 증발기(24)를 흐르는 냉매의 유량(이하, 「증발기 냉매 유량」이라 함)을 산출한다.
구체적으로는, 우선, 요구 냉매 순환 유량 산출부(74)는, 제어 연산에 사용하는 냉수 유량 계획값 Gew[㎥/sec]를 사용하여, 증발기 교환 열량 Qe를 산출한다.
Figure pct00005
여기서, Cp는 물의 비열[kJ/(kgㆍ℃)]이고, ρ는 물의 밀도[㎏/㎥]이고, Twi는 냉수 입구 온도 센서(64)에서 계측된 냉수 입구 온도[℃]이고, Two는 냉수 출구 온도 센서(62)에서 계측된 냉수 출구 온도[℃]이다.
다음에, 요구 냉매 순환 유량 산출부(74)는, 수학식 5로 산출한 증발기 교환 열량 Qe를 사용하여, 증발기 냉매 유량 Ge를 산출한다.
Figure pct00006
여기서, h1은 증발기(24)의 출구에 있어서의 엔탈피이고, h5는 증발기(24)의 입구에 있어서의 엔탈피이고, 엔탈피 h1, h5는, 냉매의 압력 및 온도로부터 산출된다.
도 3a는, 중간 냉각기(22)를 구비하는 터보 냉동기(10)의 냉매 회로도이며, 도 3a에 있어서의 「1」에 상당하는 증발기(24)의 출구에 있어서의 엔탈피 h1은, 도 3b에 나타내는 사이클 선도 p-h선도에 있어서의 「1」이다.
한편, 도 3a에 있어서의 「5」에 상당하는 증발기(24)의 입구에 있어서의 엔탈피 h5는, 도 3b에 나타내는 사이클 선도에 있어서의 「5」이다.
팽창 밸브 개방도 지령 산출부(76)는, 요구 냉매 순환 유량 산출부(74)에서 산출한 증발기 냉매 유량 Ge에 따른 팽창 밸브의 Cv값을 산출한다.
Figure pct00007
여기서, Pc는 응축기 압력 센서(50)에서 계측된 응축기 압력이고, Pe는 증발기 압력 센서(60)에서 계측된 증발기 압력이다.
수학식 7에 의해 산출된 Cv값은, 고압 팽창 밸브(18) 및 저압 팽창 밸브(20)의 개방도를 제어하기 위한 지령값(이하, 「팽창 밸브 개방도 지령값」이라 함)을 산출하기 위해 사용된다. 또한, 팽창 밸브 개방도 지령값은, Cv값의 크기에 따라서 큰 값으로 된다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 고압 팽창 밸브(18) 및 저압 팽창 밸브(20)를 구별하지 않는 경우는, 간단히 팽창 밸브라 한다.
냉수 순환 유량 역산부(78)는, 차압 설정부(72)에서 산출된 차압 설정값, 요구 냉매 순환 유량 산출부(74)에 의해 산출된 증발기 냉매 유량, 각종 센서에 의한 계측 결과에 기초하여, 냉수의 유량을 역산한다.
구체적으로는, 우선, 냉수 순환 유량 역산부(78)는, 차압 설정부(72)에서 산출된 차압 설정값과, 응축기 압력과 증발기 압력의 차압의 계측값(이하, 「차압 계측값」이라 함)의 비 및 요구 냉매 순환 유량 산출부(74)에 의해 산출된 증발기 냉매 유량 Ge에 기초하여, 증발기(24)를 흐르고 있는 냉수의 유량인 증발기 냉매 유량 Ge'을 역산한다.
Figure pct00008
다음에, 냉수 순환 유량 역산부(78)는, 수학식 8에서 역산한 증발기 냉매 유량 Ge'로부터 증발기(24)에 있어서 냉매와 냉수 사이에서 교환되는 증발기 교환 열량 Qe'을 역산한다.
Figure pct00009
그리고, 냉수 순환 유량 역산부(78)는, 수학식 9에서 역산한 증발기 교환 열량 Qe' 및 증발기(24)를 흐르는 냉수의 온도의 계측값에 기초하여, 냉수 유량 Gew'[㎥/sec]를 역산한다.
Figure pct00010
즉, 수학식 8로부터도 알 수 있는 바와 같이, 차압 설정값과 차압 계측값이 일치하면, 냉수 유량 계획값과 역산에 의해 구해진 냉수 유량의 추산값(이하, 「냉수 유량 추산값」이라 함)이 일치하게 되어, 냉수 유량 계획값은 적정한 것을 알 수 있다.
한편, 차압 설정값과 차압 계측값이 다르면, 냉수 유량 계획값과 냉수 유량 추산값이 달라, 냉수 유량 계획값이 적정하지 않은 것을 알 수 있다.
이러한 경우, 제어 장치(30)는 차압 설정값과 차압 계측값을 일치시키기 위해, 냉매의 유량을 적정한 값으로 하기 위해, 팽창 밸브 개방도 지령값을 산출하기 위해 사용하는 냉수 유량 계획값을 갱신(변경)하는 갱신 처리를 행한다.
도 4는, 냉수 유량 계획값을 갱신하는 갱신 처리를 포함하는 냉동기 제어 프로그램의 처리의 흐름을 설명하는 흐름도로, 냉동기 제어 프로그램은 제어 장치(30)가 구비하는 도시하지 않은 기억부의 소정 영역에 미리 기억되어 있다. 또한, 본 프로그램은, 제어 장치(30)가 구비하는 CPU에 의해 실행되고, 터보 냉동기(10)의 운전의 개시가 지시되는 동시에 개시되고, 터보 냉동기(10)의 운전의 종료가 지시되는 동시에 종료된다.
우선, 스텝 100에서는, 터보 압축기(12)의 운전을 개시한다.
다음 스텝 102에서는, 소정 시간 경과할 때까지 대기 상태로 되고, 소정 시간 경과하면 스텝 104로 이행한다. 또한, 소정 시간이라 함은, 냉매의 순환이 안정될 때까지의 시간이며, 예를 들어 3분이다.
스텝 104에서는, 터보 냉동기(10)의 자동 제어를 개시한다. 또한, 자동 제어에서는, 각종 연산에 사용하는 온도 및 압력을 일정하게 하여 취급할 수 있도록, 변동이 있는 온도 및 압력에 대해서는 평균값을 사용하여 각종 연산을 행한다.
다음 스텝 106에서는, 냉각수 입구 온도 센서(56)에서 계측된 냉각수 입구 온도의 변동폭이 소정폭 내인지 여부를 판정하여, 긍정 판정으로 된 경우는, 스텝 108로 이행하고, 부정 판정으로 된 경우는, 스텝 112로 이행한다. 또한, 소정 폭이라 함은, 예를 들어 ±2℃이다.
스텝 108에서는, 냉각수 출구 온도 센서(54)에서 계측된 냉각수 출구 온도의 변동폭이 소정폭 내인지 여부를 판정하여, 긍정 판정으로 된 경우는, 스텝 110으로 이행하고, 부정 판정으로 된 경우는, 스텝 112로 이행한다. 또한, 소정폭이라 함은, 예를 들어 ±2℃이다.
스텝 110에서는, 냉수 유량 계획값 갱신 조건을 충족시켰는지 여부를 판정하여, 긍정 판정으로 된 경우는, 스텝 114로 이행하고, 부정 판정으로 된 경우는, 스텝 106으로 복귀한다.
또한, 본 제1 실시 형태에 관한 냉수 유량 계획값 갱신 조건을 충족시키는 경우라 함은, 터보 냉동기(10)의 성적 계수의 이론값(이론 COP)으로부터 구해지는 터보 압축기(12)의 동력과 터보 압축기(12)의 동력의 계측값의 차가 소정값(예를 들어, 5％) 이상으로 된 경우이다. 이론 COP로부터 구해지는 터보 압축기(12)의 동력과 터보 압축기(12)의 동력의 계측값에 어긋남이 발생하는 경우는, 냉매의 유량이 적정하지 않은 것, 즉, 냉매의 유량을 산출하기 위해 사용하는 냉수 유량 계획값이 적정하지 않은 것이 생각되기 때문이다.
따라서, 터보 냉동기(10)의 이론 COP(COPcal)를 사용한 하기 수학식 11을 사용하여 터보 압축기(12)의 동력 W가 산출된다.
Figure pct00011
한편, 터보 압축기(12)의 동력의 계측값은, 터보 압축기(12)를 구동시키기 위한 전동 모터(28)에 공급하는 전력으로부터 산출된다.
또한, 이론 COP는, 터보 냉동기(10)의 기기 특성에 기초하여 도출되고, 기준 운전점으로서 설정된 소정의 냉각수 입구 온도에 있어서의 소정의 부하율에 대한 현재의 냉각수 입구 온도에 있어서의 현재의 부하율을 상대적으로 나타낸 상대 부하율 Qfr을 산정하기 위한 제1 연산식, 상대 부하율 Qfr과 보정 계수 Cf의 관계를 나타낸 제2 연산식 및 역 카르노 사이클로부터 도출된 COP 산정식을 상기 보정 계수 Cf로 보정하는 제3 연산식으로 산출된다.
보다 구체적으로는, 우선, 역 카르노 사이클로부터 도출되는 COP 산정식은, 예를 들어 이하의 (A)식으로 나타내어진다.
COPcarnot＝(TLO＋273.15)/(THO-TLO) (A)
상기 (A)식에 있어서, TLO는 냉수 출구 온도[℃], THO는 냉각수 출구 온도[℃]이다.
그리고, 제1 연산식, 제2 연산식 및 제3 연산식은, 이하에 나타내어진다.
제1 연산식 :Qr＝0.1×(Had/19.4)1/2 (B)
:Qfr＝Qf/Qr (C)
제2 연산식 :Cf＝Ff(Qfr) (D)
제3 연산식 :COPcal＝{(TL0＋273.15)/(THO-TLO)}/Cf (E)
(C)식으로 나타내어지는 바와 같이, 상대 부하율 Qfr은, 실제의 부하율 Qf 및 터보 압축기(12)의 기기 특성인 (B)식으로 나타내어지는 상대 설계 풍량 계수 Qr을 사용하여 도출된다. 또한, (B)식에 있어서의 압축기 단열 헤드 Had는, 열역학의 특성으로부터 이하의 (F)식으로 부여된다.
Had＝(-2.7254×10-4TLO 2-9.0244×10-3TLO＋47.941)×{log10Pc-log10Pe}×1000/9.8067 (F)
(F)식에 있어서의, Pc는 응축기의 포화 압력[㎫], Pe는 증발기의 포화 압력[㎫], Tc는 응축기의 포화 온도[℃], Te는 증발기의 포화 온도[℃]이다.
스텝 112에서는, 냉각탑 주위의 제어 이상에 관한 알람을 출력하고, 스텝 106으로 이행한다. 또한, 본 알람이 출력된 경우, 터보 냉동기(10)의 작업자는, 상기 알람이 출력된 경우에 있어서의 대응을 행하여, 냉각탑 주위의 제어 이상을 해소시킨다.
스텝 114에서는, 냉수 유량 추산부(70)에 의해 냉수 유량을 추산한다.
다음 스텝 116에서는, 냉수 유량 계획값과 냉수 유량 추산값의 차가 소정값 내인지의 여부를 판정하여, 긍정 판정으로 된 경우는, 스텝 120으로 이행하고, 부정 판정으로 된 경우는, 스텝 118로 이행한다.
또한, 본 제1 실시 형태에서는, 냉수 유량 계획값 Gew와 냉수 유량 추산값 Gew'의 차가 소정값 내인지 여부는, 예를 들어 하기 수학식 12를 사용하여 판정된다.
Figure pct00012
여기서, k는, 미리 정해진 상수이며, 예를 들어 0.2이다.
즉, 스텝 116에서는, 수학식 12를 충족시키는 경우, 긍정 판정으로 되어 스텝 120으로 이행하고, 수학식 12를 충족시키지 않는 경우, 부정 판정이라 판정되어 스텝 118로 이행한다.
스텝 118에서는, 냉수 유량 계획값의 갱신 처리에 의한 냉수 유량의 적정화는 할 수 없을 만큼, 냉수 유량 계획값과 냉수 유량 추산값이 어긋나 있으므로, 냉수 유량의 조정 이상에 관한 알람을 출력하여, 스텝 116으로 복귀한다. 또한, 본 알람이 출력된 경우, 터보 냉동기(10)의 작업자는, 상기 알람이 출력된 경우에 있어서의 대응을 행하여, 냉수 유량의 조정 이상을 해소시킨다.
스텝 120에서는, 냉수 유량 계획값과 냉수 유량 추정값의 어긋남 상태가, 터보 냉동기(10)에 발생되어 있는 현상의 상태와 일치하고 있는지 여부를 판정하여, 긍정 판정으로 된 경우는, 스텝 122로 이행하고, 부정 판정으로 된 경우는, 스텝 124로 이행한다.
또한, 냉수 유량 계획값 Gew와 냉수 유량 추정값 Gew'의 어긋남 상태가 터보 냉동기(10)에 발생되어 있는 현상의 상태와 일치하고 있는 경우라 함은, Gew'>Gew에서는 냉수 출구 온도와 증발기 포화 온도의 차가 정격값보다도 크게 되어 있는 경우이고, Gew'＜Gew에서는 COP의 이론값에 대해 COP의 계측값이 소정값(예를 들어, 10％) 이상 작은 경우이다.
스텝 122에서는, 냉수 유량 계획값을 갱신하여, 스텝 106으로 복귀한다. 또한, 본 제1 실시 형태에서는, 냉수 유량 계획값과 냉수 유량 추산값의 내분점으로 냉수 유량 계획값을 갱신함으로써, 냉수 유량 계획값을 갱신한다.
보다 구체적으로는, 하기 수학식 13을 사용하여 냉수 유량 계획값 Gew를 산출하고, 상기 산출한 냉수 유량 계획값 Gew로 갱신한다.
Figure pct00013
또한, k는 미리 정해진 상수이다.
그리고, 요구 냉매 순환 유량 산출부(74)는, 스텝 122에 의해 갱신된 냉수 유량 계획값을 사용하여 증발기 냉매 유량을 산출한다. 팽창 밸브 개방도 지령 산출부(76)는, 산출된 증발기 냉매 유량을 사용하여 Cv값을 산출하고, 상기 Cv값에 따른 새로운 팽창 밸브 개방도 지령값을 산출한다. 팽창 밸브는, 새로운 팽창 밸브 개방도 지령값이 입력되면, 상기 팽창 밸브 개방도 지령값에 따라서 밸브의 개방도를 제어하고, 갱신된 냉수 유량 계획값에 따른 유량의 냉매를 증발기(24)로 흘리게 된다.
스텝 124에서는, 냉수 유량 계획값과 냉수 유량 추정값의 어긋남의 원인이, 냉각수 유량의 조정 이상에 있다고 생각되므로, 냉각수 유량의 조정 이상에 관한 알람을 출력하고, 스텝 106으로 복귀한다. 또한, 본 알람이 출력된 경우, 터보 냉동기(10)의 작업자는, 상기 알람이 출력된 경우에 있어서의 대응을 행하여, 냉각수 유량의 조정 이상을 해소시킨다.
이상 설명한 바와 같이, 본 제1 실시 형태에 관한 냉수 유량 추산부(70)는, 냉수 유량 계획값 Gew 및 증발기(24)를 흐르는 냉수의 온도의 계측값에 기초하여, 증발기(24)에 있어서의 증발기 교환 열량 Qe를 산출하고, 증발기 교환 열량 Qe에 기초하여 증발기 냉매 유량 Ge를 산출한다. 그리고, 냉수 유량 추산부(70)는, 차압 설정값과 차압 계측값의 비 및 산출한 증발기 냉매 유량 Ge에 기초하여 증발기 냉매 유량 Ge'를 역산하고, 역산한 증발기 냉매 유량 Ge'로부터 증발기 교환 열량 Qe'를 역산하고, 역산한 증발기 교환 열량 Qe' 및 증발기(24)를 흐르는 냉수의 온도의 계측값에 기초하여, 냉수 유량 추산값 Gew'를 역산한다.
따라서, 본 제1 실시 형태에 관한 제어 장치(30)는, 유량계를 사용하는 일 없이, 냉수의 유량을 산출할 수 있다.
또한, 본 제1 실시 형태에 관한 터보 냉동기(10)는, 역산된 냉수 유량 추산값에 따라서, 냉수 유량 계획값을 갱신하는 갱신 처리를 행하여, 갱신한 냉수 유량 계획값에 기초하여 냉매의 유량을 산출하고, 산출한 냉매의 유량에 따라서 팽창 밸브의 개방도를 제어한다.
이에 의해, 본 제1 실시 형태에 관한 터보 냉동기(10)는, 실제로 순환하는 냉매의 유량을 적정한 값으로 할 수 있고, 그 결과 높은 COP로 운전할 수 있다.
또한, 본 제1 실시 형태에 관한 터보 냉동기(10)는, 냉수 유량 계획값과 역산된 냉수 유량 추산값의 내분점으로, 새로운 냉수 유량 계획값을 갱신하므로, 냉수 유량을 서서히 보정하게 되어, 냉수 유량이 급준하게 변화하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 제1 실시 형태에 관한 터보 냉동기(10)는, 냉수 유량 계획값을 갱신하는 갱신 처리를, 냉수 유량 계획값과 역산된 냉수 유량 추산값의 어긋남 상태가, 터보 냉동기(10)에 발생되어 있는 현상의 상태와 일치하고 있는 경우에 행하므로, 냉수 유량의 제어를 효과적으로 행할 수 있다.
또한, 본 제1 실시 형태에 관한 터보 냉동기(10)는, 냉수 유량 계획값을 갱신하는 갱신 처리를, COP의 이론값으로부터 구해지는 터보 압축기(12)의 동력과 터보 압축기(12)의 동력의 계측값의 차가 소정값 이상인 경우에 행하므로, 보다 효과적인 타이밍에 냉수 유량 계획값의 갱신 처리를 행할 수 있다.
〔제2 실시 형태〕
이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다.
또한, 본 제2 실시 형태에 관한 터보 냉동기(10)의 구성은, 도 1, 도 2에 도시하는 제1 실시 형태에 관한 터보 냉동기(10)의 구성과 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 또한, 본 제2 실시 형태에 관한 냉동기 제어 프로그램의 처리의 흐름은, 도 4에 나타내는 제1 실시 형태에 관한 냉동기 제어 프로그램의 처리의 흐름과 마찬가지이다.
그러나, 본 제2 실시 형태에 관한 냉수 유량 계획값 변경 조건은, 제1 실시 형태에 관한 냉수 유량 계획값 변경 조건과 다르다.
본 제2 실시 형태에 관한 냉수 유량 계획값 변경 조건은, 냉수 부하와 터보 압축기(12)를 구동시키는 전동 모터(28)에 흐르는 전류로부터 구해지는 부하와의 차가 소정값(예를 들어, 5％) 이상인 경우로 한다.
냉수 부하와 전동 모터(28)에 흐르는 전류로부터 구해지는 부하와의 어긋남은, 냉매의 유량이 적정하지 않기 때문에, 즉, 냉매의 유량을 산출하기 위해 사용하는 냉수 유량 계획값이 적정하지 않기 때문에 발생하는 것이 생각된다.
전동 모터(28)에 흐르는 전류로부터 구해지는 부하라 함은, 전동 모터(28)의 정격 전류에 대한 계측된 전류의 비율로, 정격 부하를 적산함으로써 산출된다.
이와 같이, 본 제2 실시 형태에 관한 터보 냉동기(10)는, 냉수 유량 계획값을 갱신하는 갱신 처리를, 냉수 부하와 터보 압축기(12)를 구동시키는 전동 모터(28)에 흐르는 전류로부터 구해지는 부하의 차가 소정값 이상인 경우에 행하므로, 보다 효과적인 타이밍에 냉수 유량 계획값의 갱신 처리를 행할 수 있다.
〔제3 실시 형태〕
이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다.
또한, 본 제3 실시 형태에 관한 터보 냉동기(10)의 구성은, 도 1, 도 2에 도시하는 제1 실시 형태에 관한 터보 냉동기(10)의 구성과 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 또한, 본 제3 실시 형태에 관한 냉동기 제어 프로그램의 처리의 흐름은, 도 4에 나타내는 제1 실시 형태에 관한 냉동기 제어 프로그램의 처리의 흐름과 마찬가지이다.
그러나, 본 제3 실시 형태에 관한 냉수 유량 계획값 변경 조건은, 제1 실시 형태에 관한 냉수 유량 계획값 변경 조건과 다르다.
본 제3 실시 형태에 관한 냉수 유량 계획값 변경 조건은, 냉수 출구 온도와 증발기 포화 온도의 차, 또는 냉각수 출구 온도와 응축기 포화 온도의 차가, 미리 정해진 범위 내에 없는 경우로 한다.
냉수 출구 온도와 증발기 포화 온도의 차, 또는 냉각수 출구 온도와 응축기 포화 온도의 차가 과대하거나, 과소하면, 터보 냉동기(10)의 운전 상태가 적정하지 않다고, 즉, 냉매의 유량이 적정하지 않다고 생각된다.
도 5는, 냉수 출구 온도와 증발기 포화 온도의 차와 부하 비율과의 관계를 나타낸 그래프이다. 또한, 냉수 출구 온도는, 계측값 또는 설정값으로 한다. 부하 비율이라 함은, 정격 부하에 대한 냉수 부하의 비율이며, 100％일 때가 정격 부하이다.
그리고, 본 제3 실시 형태에서는, 냉수 출구 온도와 증발기 포화 온도의 차가 설정값 ΔTe 이상으로 된 경우에, 냉수 유량 계획값 변경 조건을 충족시켰다고 판정하여, 냉수 유량 계획값의 갱신 처리를 행한다. 또한, 설정값 ΔTe는, 부하 비율이 클수록 크게 되어 있다.
또한, 냉수 출구 온도와 증발기 포화 온도의 차가 지나치게 작은지 여부의 판정을 행해도 되고, 즉, 설정값 ΔTe로 하한값을 설정해도 되지만, 이러한 경우는 발생하기 어렵기 때문에, 본 제3 실시 형태에서는, 냉수 출구 온도와 증발기 포화 온도의 차의 설정값 ΔTe로서 상한값만을 설정한다.
도 6은 냉각수 출구 온도와 응축기 포화 온도의 차와 부하 비율과의 관계를 나타낸 그래프이다. 또한, 냉각수 출구 온도는, 계측값 또는 설정값으로 한다.
그리고, 본 제3 실시 형태에서는, 냉각수 출구 온도와 응축기 포화 온도의 차가 설정값 ΔTc 이상으로 된 경우에, 냉수 유량 계획값 변경 조건을 충족시켰다고 판정하여, 냉수 유량 계획값의 갱신 처리를 행한다. 또한, 설정값 ΔTc는, 부하 비율이 클수록 크게 되어 있다.
또한, 냉각수 출구 온도와 응축기 포화 온도의 차가 지나치게 작은지 여부의 판정을 행해도 되고, 즉, 설정값 ΔTc로 하한값을 설정해도 되지만, 이러한 경우는 발생하기 어렵기 때문에, 본 제3 실시 형태에서는, 냉각수 출구 온도와 응축기 포화 온도의 차의 설정값 ΔTc로서 상한값만을 설정한다.
이와 같이, 본 제2 실시 형태에 관한 터보 냉동기(10)는, 냉수 출구 온도와 증발기 포화 온도의 차, 또는 냉각수 출구 온도와 응축기 포화 온도의 차가, 미리 정해진 범위 내에 없는 경우에 행하므로, 보다 효과적인 타이밍에 냉수 유량 계획값의 갱신 처리를 행할 수 있다.
이상, 본 발명을, 상기 각 실시 형태를 이용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에 기재된 범위에 한정되는 것은 아니다. 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 상기 각 실시 형태에 다양한 변경 또는 개량을 가할 수 있고, 그 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
예를 들어, 상기 각 실시 형태에서는, 터보 냉동기(10)가 중간 냉각기(22)를 구비하는 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 터보 냉동기(10)가 중간 냉각기를 구비하지 않는 형태나, 이코노마이저를 구비하는 형태로 해도 된다.
터보 냉동기(10)가 이코노마이저를 구비하는 형태에 있어서, 상술한 수학식 6에 의해 증발기 냉매 유량 Ge를 산출하기 위해 사용하는 엔탈피 h1, h5를 도 7a, 도 7b에 나타낸다.
도 7a는, 이코노마이저를 구비하는 터보 냉동기(10)의 냉매 회로도이며, 도 7a에 있어서의 「1」에 상당하는 증발기(24)의 출구에 있어서의 엔탈피 h1은, 도 7b에 나타내는 사이클 선도 p-h선도에 있어서의 「1」이다. 한편, 도 7a에 있어서의 「5」에 상당하는 증발기(24)의 입구에 있어서의 엔탈피 h5는, 도 7b에 나타내는 사이클 선도에 있어서의 「5」이다.
또한, 상기 각 실시 형태에서는, 응축기(14)에 삽입 관통되는 냉각 전열관(34) 내를 흐르는 열원 매체를 냉각수로 하는 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은, 이것에 한정되는 것은 아니며, 열원 매체를 기체(외기)로 하고, 응축기를 공기 열교환기로 하는 형태로 해도 된다.
또한, 상기 각 실시 형태에서는, 냉동 운전을 행하는 터보 냉동기(10)에 본 발명을 적용한 경우에 대해 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 본 발명을 히트 펌프 운전도 가능한 히트 펌프식 터보 냉동기에 적용해도 된다.
또한, 상기 각 실시 형태에서는, 터보 냉동기(10)를, 원심 압축기를 사용하는 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 다른 압축 형식이라도 적용할 수 있고, 예를 들어 스크류 압축기를 사용한 스크류 히트 펌프라도 좋다.
또한, 상기 각 실시 형태에서 설명한 냉동기 제어 프로그램의 처리의 흐름도 일례이며, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 불필요한 스텝을 삭제하거나, 새로운 스텝을 추가하거나, 처리 순서를 바꾸어도 된다.
10 : 터보 냉동기
12 : 터보 압축기
14 : 응축기
24 : 증발기
28 : 전동 모터
30 : 제어 장치
72 : 차압 설정부
74 : 요구 냉매 순환 유량 산출부
78 : 냉수 순환 유량 역산부

Claims (8)

  1. 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 열원 매체에 의해 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열매체를 열교환하는 증발기와, 상기 응축기에 저류된 액상의 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브를 구비한 열원기의 열매체의 유량을 추정하는 열매체 유량 추정 장치이며,
    열매체의 유량의 계획값 및 상기 증발기를 흐르는 열매체의 온도의 계측값에 기초하여, 상기 증발기에 있어서 냉매와 열매체 사이에서 교환되는 열량을 산출하고, 상기 열량으로부터 상기 증발기를 흐르는 냉매의 유량을 산출하는 냉매 유량 산출부와,
    상기 응축기와 상기 증발기의 차압의 설정값과 상기 차압의 계측값의 비 및 상기 냉매 유량 산출부에 의해 산출된 냉매의 유량에 기초하여, 상기 증발기를 흐르고 있는 냉매의 유량을 역산하고, 역산한 냉매의 유량으로부터 상기 증발기에 있어서 냉매와 열매체 사이에서 교환되는 열량을 역산하고, 역산한 열량 및 상기 증발기를 흐르는 열매체의 온도의 계측값에 기초하여, 열매체의 유량을 역산하는 열매체 유량 역산부를 구비한, 열매체 유량 추정 장치.
  2. 냉매를 압축하는 압축기와,
    압축된 냉매를 열원 매체에 의해 응축시키는 응축기와,
    응축된 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열매체를 열교환하는 증발기와,
    상기 응축기에 저류된 액상의 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와,
    제1항에 기재된 열매체 유량 추정 장치를 구비하고,
    상기 열매체 유량 역산부에 의해 역산된 열매체의 유량에 기초하여, 상기 열매체의 유량의 계획값을 갱신하는 갱신 처리를 행하고, 갱신한 상기 계획값에 기초하여 상기 냉매 유량 산출부에 의해 냉매의 유량을 산출하고, 산출한 냉매의 유량에 따라서 상기 팽창 밸브의 개방도를 제어하는, 열원기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 갱신 처리는, 상기 열매체의 유량의 계획값과 상기 열매체 유량 역산부에 의해 역산된 열매체의 유량의 내분점으로, 상기 열매체의 유량의 계획값을 갱신하는, 열원기.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 갱신 처리는, 상기 열매체의 유량의 계획값과 상기 열매체 유량 역산부에 의해 역산된 열매체의 유량과의 어긋남 상태가, 본기에 발생하고 있는 현상의 상태와 일치하고 있는 경우에 행해지는, 열원기.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 갱신 처리는, 상기 열원기의 성적 계수의 이론값으로부터 구해지는 상기 압축기의 동력과 상기 압축기의 동력의 계측값의 차가 소정값 이상인 경우에 행해지는, 열원기.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 갱신 처리는, 열매체 부하와 상기 압축기를 구동시키는 전동기에 흐르는 전류로부터 구해지는 부하의 차가 소정값 이상인 경우에 행해지는, 열원기.
  7. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 갱신 처리는, 열매체가 상기 증발기로부터 유출되는 온도와 상기 증발기 내의 포화 온도의 차, 또는 열원 매체가 상기 응축기로부터 유출되는 온도와 상기 응축기 내의 포화 온도의 차가, 미리 정해진 범위 내에 없는 경우에 행해지는, 열원기.
  8. 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 열원 매체에 의해 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 증발시키는 동시에 상기 냉매와 열매체를 열교환하는 증발기와, 상기 응축기에 저류된 액상의 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브를 구비한 열원기의 열매체의 유량을 추정하는 열매체 유량 추정 방법이며,
    열매체의 유량의 계획값 및 상기 증발기를 흐르는 열매체의 온도의 계측값에 기초하여, 상기 증발기에 있어서 냉매와 열매체 사이에서 교환되는 열량을 산출하고, 상기 열량으로부터 상기 증발기를 흐르는 냉매의 유량을 산출하는 제1 공정과,
    상기 응축기와 상기 증발기의 차압의 설정값과 상기 차압의 계측값의 비 및 상기 제1 공정에 의해 산출된 냉매의 유량에 기초하여, 상기 증발기를 흐르고 있는 냉매의 유량을 역산하고, 역산한 냉매의 유량으로부터 상기 증발기에 있어서 냉매와 열매체 사이에서 교환되는 열량을 역산하고, 역산한 열량 및 상기 증발기를 흐르는 열매체의 온도의 계측값에 기초하여, 열매체의 유량을 역산하는 제2 공정을 포함하는, 열매체 유량 추정 방법.
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