WO2014119027A1 - 熱源システム及び冷却水供給装置の制御装置並びに制御方法 - Google Patents

熱源システム及び冷却水供給装置の制御装置並びに制御方法 Download PDF

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water inlet
setting value
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松尾 実
智 二階堂
浩毅 立石
敏昭 大内
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat source system including a refrigerator, and more particularly, to a control device and a control method for a cooling water supply device that has a cooling tower and supplies cooling water to the refrigerator.
  • Patent Document 1 prepares in advance a database showing the relative relationship between the outdoor wet bulb temperature, the cooling load, and the cooling operation of the cooling tower and the refrigerator, and the operation of the refrigerator and the cooling tower is prepared from this database. Controlling switching and cooling water flow is disclosed.
  • the lower limit value of the cooling water inlet temperature is determined in advance as a fixed value due to restrictions on the operation of the refrigerator, and the cooling water inlet temperature is the cooling water inlet temperature.
  • the cooling water temperature was controlled so as not to fall below the lower limit.
  • the differential pressure between the evaporation pressure and the condensation pressure can be maintained, and the desired refrigeration capacity can be exhibited.
  • the cooling water inlet temperature cannot be made lower than the lower limit determined by the operational restrictions of the refrigerator, thus saving energy. It was a hindrance to promote.
  • the present invention provides a heat source system capable of realizing energy saving in a cooling water supply device without using a database, a control device therefor, and a control method.
  • 1st aspect of this invention is a control apparatus of the cooling water supply apparatus which is equipped with a cooling tower and supplies cooling water with respect to the condenser of a refrigerator, Comprising: It determines according to the cold water exit preset temperature in the said refrigerator.
  • the lower limit temperature for determining the cooling water inlet temperature lower limit setting value by using the information acquisition means for acquiring the cooling water outlet temperature lower limit setting value from the refrigerator, the cooling water outlet temperature lower limit setting value, and the refrigerator load.
  • Temperature setting means for comparing the setting means, the cooling water inlet temperature lower limit value determined from the outside air wet bulb temperature, and the cooling water inlet temperature lower limit setting value, and setting the higher temperature as the cooling water inlet temperature setting value
  • the A control device for cooling water supply apparatus having a command generating means for forming.
  • the cooling water outlet temperature lower limit set value is set according to the cold water outlet set temperature in the refrigerator, and the cooling water inlet temperature lower limit is set using the cooling water outlet temperature lower limit set value and the refrigerator load.
  • a value is calculated. Therefore, the cooling water outlet temperature lower limit setting value and the cooling water inlet temperature lower limit setting value can be set to appropriate values in consideration of the operation state of the refrigerator.
  • the differential pressure between the evaporating pressure and the condensing pressure can be maintained, and the cooling water outlet temperature and the cooling water inlet temperature can be lowered to the limits as long as a predetermined refrigeration capacity can be exhibited.
  • the cooling water flow rate can be reduced, and the number of rotations of the fan in the cooling water pump or the cooling tower can be reduced.
  • the lower limit temperature setting means calculates the cooling water inlet temperature lower limit setting value by subtracting a cooling water inlet / outlet temperature difference from the cooling water outlet temperature lower limit setting value, and the cooling water
  • the inlet / outlet temperature difference may be determined according to the cooling water flow rate and the load of the refrigerator.
  • the cooling water inlet temperature lower limit setting value is calculated by subtracting the cooling water inlet / outlet temperature difference determined according to the cooling water flow rate and the refrigerator load from the cooling water outlet temperature lower limit setting value, It is possible to set an appropriate cooling water inlet temperature lower limit setting value in consideration of the refrigerator load and the cooling water flow rate.
  • a second aspect of the present invention is a control device for a cooling water supply device that includes a cooling tower and supplies cooling water to a condenser of a refrigerator, and is determined according to a set temperature of a cold water outlet in the refrigerator.
  • the cooling water inlet temperature lower limit setting using the information acquisition means for acquiring from the refrigerator the condensation pressure set value or the saturation temperature set value determined from the condensation pressure set value, and the condensation pressure set value or the saturation temperature set value.
  • the lower limit temperature setting means for determining the value, the cooling water inlet temperature lower limit value determined from the outside wet bulb temperature, and the cooling water inlet temperature lower limit setting value are compared, and the higher temperature is set as the cooling water inlet temperature setting value.
  • a temperature setting means for setting the cooling water inlet temperature to match the cooling water inlet temperature setting value, and to match the condensation pressure or saturation temperature to the condensation pressure setting value or the saturation temperature setting value.
  • the cooling water inlet temperature lower limit value is calculated using the condensing pressure setting value of the refrigerator or the saturation temperature setting value determined from the condensing pressure setting value. Therefore, it becomes possible to set the cooling water inlet temperature lower limit set value to an appropriate value in consideration of the operation state of the refrigerator. As a result, the differential pressure between the evaporating pressure and the condensing pressure can be maintained, and the cooling water outlet temperature and the cooling water inlet temperature can be lowered to the limits as long as a predetermined refrigeration capacity can be exhibited. As a result, the cooling water flow rate can be reduced, and the number of rotations of the fan in the cooling water pump or the cooling tower can be reduced.
  • the lower limit temperature setting means subtracts the cooling water inlet / outlet temperature difference and the terminal temperature difference of the condenser from the condensing pressure setting value or the saturation temperature setting value.
  • a temperature lower limit set value is calculated, and the cooling water inlet / outlet temperature difference may be determined according to a cooling water flow rate and a load of the refrigerator.
  • the cooling water inlet temperature A lower limit set value is calculated. Accordingly, it is possible to set an appropriate cooling water inlet temperature lower limit setting value that takes into account the load of the refrigerator and the like.
  • the terminal temperature difference of the condenser may be determined according to the load of the refrigerator.
  • a third aspect of the present invention includes a refrigerator including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, a cooling tower including a cooling tower, and supplying cooling water to the condenser of the refrigerator.
  • a heat source system comprising the control device for the cooling water supply device.
  • a fourth aspect of the present invention is a control method of a cooling water supply device that includes a cooling tower and supplies cooling water to a condenser of a refrigerator, and is determined according to a set temperature of a cold water outlet in the refrigerator.
  • the setting process, the cooling water inlet temperature lower limit determined from the outside wet bulb temperature, and the cooling water inlet temperature lower limit setting value are compared, and the temperature setting process in which the higher temperature is set as the cooling water inlet temperature setting value
  • a control command for the cooling tower fan and a control command for the cooling water flow rate for making the cooling water inlet temperature and the cooling water outlet temperature coincide with the cooling water inlet temperature setting value and the cooling water outlet temperature lower limit setting value, respectively.
  • the A method of controlling the cooling water supply device which includes a command generation step of forming.
  • a fifth aspect of the present invention is a control method for a cooling water supply device that includes a cooling tower and supplies cooling water to a condenser of a refrigerator, and is determined according to a cold water outlet set temperature in the refrigerator.
  • the cooling water inlet temperature lower limit setting using the information acquisition process for acquiring from the refrigerator the condensation pressure setting value or the saturation temperature setting value determined from the condensation pressure setting value, and the condensation pressure setting value or the saturation temperature setting value.
  • the lower limit temperature setting process for determining the value, the cooling water inlet temperature lower limit value determined from the outside wet bulb temperature, and the cooling water inlet temperature lower limit setting value are compared, and the higher temperature is set as the cooling water inlet temperature setting value.
  • the temperature setting process to set the cooling water inlet temperature to match the cooling water inlet temperature setting value, and the condensation pressure or saturation temperature to match the condensation pressure setting value or the saturation temperature setting value Serial is a cooling tower fan control method of the cooling water supply device which includes a command generation step of generating a control command and the control command to a cooling water flow rate of.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a heat source system according to the first embodiment of the present invention.
  • the heat source system 1 includes, for example, a plurality of refrigerators 11a, 11b, and 11c that cool or heat cold water (heat medium) supplied to an external load such as an air conditioner, a water heater, and factory equipment. It has.
  • FIG. 1 illustrates the case where three refrigerators 11a, 11b, and 11c are installed, the number of refrigerators installed can be arbitrarily determined.
  • Cold water pumps 12a, 12b, and 12c for pumping cold water are installed on the upstream side of the refrigerators 11a, 11b, and 11c as viewed from the cold water flow.
  • the cold water from the return header 14 is sent to the refrigerators 11a, 11b, and 11c by the cold water pumps 12a, 12b, and 12c.
  • Each of the chilled water pumps 12a, 12b, and 12c is driven by an inverter motor (not shown), and thereby the variable flow rate is controlled by making the rotation speed variable.
  • the cold water collected in the supply header 13 is supplied to an external load (not shown).
  • the cold water that has been subjected to air conditioning or the like by an external load and raised in temperature is sent to the return header 14.
  • the cold water is branched at the return header 14 and sent again to the refrigerators 11a, 11b, and 11c.
  • a bypass pipe 18 is provided between the supply header 13 and the return header 14. By adjusting the opening degree of the cold water bypass valve 19 provided in the bypass pipe 18, the flow rate of cold water supplied to the external load can be adjusted.
  • cooling water supply devices 20a, 20b, and 20c are provided corresponding to the refrigerators 11a, 11b, and 11c, respectively.
  • Each cooling water supply apparatus 20a, 20b, 20c is an apparatus which supplies cooling water with respect to the condenser 32 (refer FIG. 2) of refrigerator 11a, 11b, 11c.
  • the cooling water supply device 20a includes a cooling tower 21, a forward pipe 22 for supplying the cooling water cooled in the cooling tower 21 to the condenser 32, and cooling after the temperature is increased by heat exchange in the condenser 32.
  • a return pipe 23 for guiding water to the cooling tower 21 is provided.
  • the return pipe 23 is provided with a cooling water pump 24 for adjusting the cooling water flow rate.
  • a bypass pipe 25 is provided between the forward pipe 22 and the return pipe 23, and a bypass valve 26 is provided in the bypass pipe 25.
  • the cooling tower 21 is provided with a fan (not shown), and the cooling capacity is adjusted by controlling the rotational speed of the fan.
  • the cooling water supply devices 20b and 20c have the same configuration as the cooling water supply device 20a.
  • FIG. 1 illustrates the case where each of the cooling water supply devices 20a, 20b, and 20c includes one cooling tower 21, but the number of cooling towers installed can be arbitrarily determined. It is.
  • FIG. 2 shows a detailed configuration when a turbo refrigerator is applied to the refrigerators 11a, 11b, and 11c.
  • the refrigerator 11a includes a turbo compressor 31 that compresses the refrigerant, a condenser 32 that condenses the high-temperature and high-pressure gas refrigerant compressed by the turbo compressor 31, and an expansion valve 34 that expands the liquid refrigerant from the condenser 32.
  • An evaporator 36 for evaporating the liquid refrigerant expanded by the expansion valve 34 is provided as a main configuration.
  • the turbo compressor 31 is, for example, a centrifugal two-stage compressor, and is driven by an electric motor 39 whose rotational speed is controlled by an inverter 38.
  • the output of the inverter 38 is controlled by the refrigerator control device 10a.
  • a fixed speed compressor having a constant rotation speed may be employed.
  • An inlet guide vane (hereinafter referred to as “IGV”) 40 for controlling the flow rate of the intake refrigerant is provided at the refrigerant inlet of the turbo compressor 31 so that the capacity of the refrigerator 11a can be controlled.
  • the condenser 32 is provided with a pressure sensor 51 for measuring the condensed refrigerant pressure Pc. Further, a temperature sensor 52 that measures the refrigerant temperature Ts after supercooling is provided immediately after the refrigerant flow downstream of the condenser 32.
  • the evaporator 36 is provided with a pressure sensor 58 for measuring the evaporation pressure Pe.
  • the evaporator 36 is inserted with a cold water pipe 42 for supplying cold water supplied to an external load (not shown) to the evaporator 36 for cooling.
  • the cold water pipe 42 is provided with a flow sensor 59 for measuring the cold water flow rate F1, a temperature sensor 60 for measuring the cold water outlet temperature Tout, and a temperature sensor 61 for measuring the cold water inlet temperature Tin.
  • the measurement values obtained by the pressure sensors 51, 58, the temperature sensors 52, 60, 61, and the flow rate sensor 59 are transmitted to the refrigerator control device 10a and used for controlling the refrigerator 11a.
  • a cooling heat transfer tube 41 for cooling the refrigerant flowing in the condenser 32 is inserted into the condenser 32.
  • One end of the cooling heat transfer tube 41 is connected to the forward pipe 22 of the cooling water supply device 20a shown in FIG.
  • the cooling water whose temperature is adjusted by being cooled in the cooling tower 21 flows through the cooling heat transfer pipe 41 through the forward pipe 22, thereby supercooling the refrigerant flowing through the condenser 32.
  • the cooling water whose temperature has increased due to heat exchange with the refrigerant is sent to the cooling tower 21 through the forward piping 22, and the heat is discharged from the cooling tower 21 to be cooled.
  • the forward pipe 22 is provided with a temperature sensor 53 for measuring the cooling water inlet temperature Tcin, and the return pipe 23 is provided with a temperature sensor 54 for measuring the cooling water outlet temperature Tcout and a flow rate sensor 55 for measuring the cooling water flow rate F2. It has been.
  • Measured values of the temperature sensors 53 and 54 and the flow rate sensor 55 are transmitted to the equipment control device 70a that controls the cooling water supply device 20a, and are used for flow rate control and temperature control of the cooling water. Specifically, it is used for the rotational speed control of the fan provided in the cooling tower 21, the rotational speed control of the cooling water pump 24, and the valve opening degree control of the bypass valve 26.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a control system related to the cooling water supply device 20a provided corresponding to the refrigerator 11a and the refrigerator 11a among the control systems in the heat source system 1 shown in FIG.
  • the refrigerator control device 10a and the equipment control device 70a are connected via a communication medium, and are configured to be capable of bidirectional communication.
  • the equipment control device 70a and the refrigerator control device 10a are, for example, computers, and communicate with a main storage device such as a CPU (Central Processing Unit) and a RAM (Random Access Memory), an auxiliary storage device, and an external device. And a communication device for transferring information.
  • the auxiliary storage device is a computer-readable recording medium, such as a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, or a semiconductor memory.
  • Various programs are stored in the auxiliary storage device, and various processes are realized by the CPU reading and executing the program from the auxiliary storage device to the main storage device.
  • FIG. 4 is a functional block diagram showing the functions provided in the equipment control device 70a in an expanded manner.
  • the equipment control device 70 a includes an information acquisition unit 71, a lower limit temperature setting unit 72, a temperature setting unit 73, and a command generation unit 74 as main components.
  • the information acquisition unit 71 acquires the cooling water outlet temperature lower limit setting value from the refrigerator control device 10a.
  • This cooling water outlet temperature lower limit set value is determined according to the cooling water outlet set temperature of the refrigerator 11a, and is calculated in the refrigerator control device 10a.
  • the refrigerator control device 10a has the following equation (1) including the chilled water outlet set temperature as a parameter, and by substituting the chilled water outlet set temperature into the equation (1), the cooling water outlet temperature lower limit Calculate the set value.
  • Cooling water outlet temperature lower limit setting value Cold water outlet temperature setting value + Necessary temperature difference between cold water outlet and cooling water outlet (1)
  • the “necessary temperature difference between the chilled water outlet and the chilled water outlet” is a value determined according to the set value of the refrigerator and the chilled water outlet temperature, and an evaporation pressure defined according to the refrigerator. It can be said that the value corresponds to the pressure difference from the condensation pressure.
  • the “necessary temperature difference between the cold water outlet and the cooling water outlet” is determined as follows, for example. First, when the chilled water outlet temperature set value is determined, the evaporation saturation temperature is determined from the chilled water outlet temperature set value and the terminal temperature difference of the evaporator, and the evaporation pressure is determined from the evaporation saturation temperature. The condensation pressure is determined by adding a necessary pressure difference defined according to the refrigerator to the evaporation pressure.
  • the condensation saturation temperature is determined from the condensation pressure
  • the cooling water outlet temperature is determined from the condensation saturation temperature and the terminal temperature difference of the condenser.
  • the difference between the cooling water outlet temperature and the chilled water outlet temperature set value is the above “necessary temperature difference between the chilled water outlet and the cooling water outlet”.
  • the cooling water outlet temperature lower limit setting value is set so as not to fall below a predetermined cooling water outlet temperature lower limit value that is defined in advance according to the model of the refrigerator. That is, the following equation (2) is set.
  • the lower limit temperature setting unit 72 uses the cooling water outlet temperature lower limit setting value acquired by the information acquisition unit 71 to determine the cooling water inlet temperature lower limit setting value. For example, the lower limit temperature setting unit 72 calculates the cooling water inlet temperature lower limit set value using the following equation (3).
  • Cooling water inlet temperature lower limit setting value Cooling water outlet temperature lower limit setting value-Cooling water inlet / outlet temperature difference (3)
  • the cooling water inlet / outlet temperature difference is determined according to the cooling water flow rate and the load of the refrigerator 11a.
  • the cooling water inlet / outlet temperature difference is calculated by the following equation (4) including the rated cooling water inlet / outlet temperature difference, the rated cooling water flow rate, the cooling water flow rate, and the refrigerator load as parameters.
  • Cooling water inlet / outlet temperature difference Rated cooling water inlet / outlet temperature difference x
  • the rated cooling water inlet / outlet temperature difference and the rated cooling water flow rate are known values registered in advance, and the measured values of the cooling water flow rate and the refrigerator load are used at that time.
  • the temperature setting unit 73 compares the cooling water inlet temperature lower limit value determined from the outside wet bulb temperature with the cooling water inlet temperature lower limit setting value, and sets the higher one as the cooling water inlet temperature setting value.
  • the cooling water inlet temperature lower limit value is calculated, for example, by adding the approach of the cooling tower 21 to the outside air wet bulb temperature.
  • the command generation unit 74 generates a control command related to the coolant flow rate for making the coolant outlet temperature Tcout coincide with the coolant outlet temperature lower limit set value acquired by the information acquisition unit 71. For example, the difference between the cooling water outlet temperature lower limit setting value and the cooling water outlet temperature Tcout is calculated, and the rotation speed command of the cooling water pump 24 is generated by performing PI control or PID control on this difference. Further, the command generation unit 74 instructs the rotation speed of the fan of the cooling tower 21 and the opening degree of the bypass valve 26 to make the cooling water inlet temperature Tcin coincide with the cooling water inlet temperature set value set by the temperature setting unit 73. Generate directives.
  • the difference between the cooling water inlet temperature set value and the cooling water inlet temperature Tcin is calculated, and this difference is subjected to PI or PID control, thereby providing a valve opening command for the cooling water bypass valve 26 and the cooling tower 21. Generate a rotation speed command for the fan.
  • the cooling water outlet temperature lower limit set value corresponding to the chilled water outlet set temperature is calculated using the above equation (1).
  • the cooling water outlet temperature lower limit value is set as the cooling water outlet temperature lower limit setting value.
  • the cooling water outlet temperature lower limit set value determined in the refrigerator control device 10a is transmitted to the facility control device 70a, and is received and acquired by the information acquisition unit 71 of the facility control device 70a (step SA1 in FIG. 5).
  • the coolant outlet temperature lower limit set value acquired by the information acquisition unit 71 is output to the lower limit temperature setting unit 72 and the command generation unit 74.
  • the lower limit temperature setting unit 72 calculates the cooling water inlet temperature lower limit setting value by substituting the cooling water outlet temperature lower limit setting value into the above equation (3) (step SA2).
  • the cooling water flow rate F2 measured by the flow rate sensor 55 and the load of the refrigerator 11a notified from the refrigerator control device 10a (4 ) Is used in the equation.
  • the cooling water inlet temperature lower limit set value set in the lower limit temperature setting unit 72 is output to the temperature setting unit 73.
  • the cooling water inlet temperature lower limit value obtained by adding the approach of the cooling tower 21 to the outside wet bulb temperature is compared with the cooling water inlet temperature lower limit setting value, and the higher one is the cooling water inlet temperature setting value. (Step SA3).
  • the cooling water inlet temperature set value set in this way is output to the command generator 74.
  • the command generator 74 the fan rotation speed command for the cooling tower 21 and the valve opening command for the cooling water bypass valve 26 for making the cooling water inlet temperature Tcin measured by the temperature sensor 53 coincide with the cooling water inlet temperature set value. Is generated, and a rotation speed command for the cooling water pump 24 is generated for making the cooling water outlet temperature Tcout measured by the temperature sensor 54 coincide with the cooling water outlet temperature lower limit setting value.
  • the cooling water flow rate is reduced by decreasing the rotational speed of the cooling water pump 24.
  • Step SA5 conversely, when the cooling water outlet temperature Tcout is higher than the cooling water outlet temperature lower limit setting value (“YES” in Step SA4), the cooling water pump 24 increases in the number of rotations to cool down.
  • the water flow rate will increase (step SA6).
  • the maximum flow rate may be changed according to the load of the refrigerator (load factor [%]) as disclosed in JP 2010-236728 A.
  • step SA8 When the cooling water inlet temperature Tcin is lower than the cooling water inlet temperature set value (“YES” in step SA7 in FIG. 6), the valve opening degree of the cooling water bypass valve 26 increases according to the difference. As a result, the flow rate of the cooling water supplied to the condenser 32 decreases (step SA8). On the other hand, when the cooling water inlet temperature Tcin is higher than the cooling water inlet temperature set value (“NO” in step SA7), the cooling water bypass valve decreases in accordance with the difference, thereby condensing. The flow rate of the cooling water supplied to the vessel 32 increases (step SA9).
  • the cooling water bypass valve opening is equal to or less than a preset fan forced deceleration opening (for example, 20 [%]) ("NO" in step SA10), and the cooling water inlet temperature Tcin is the cooling water inlet temperature setting. If it is lower than the value (“NO” in step SA11), the cooling water cooling is relaxed by reducing the rotational speed of the fan of the cooling tower 21 according to the difference (step SA12), and the cooling water inlet When the temperature Tcin is higher than the cooling water inlet temperature set value (“YES” in step SA11), the cooling water cooling is strengthened by increasing the rotational speed of the fan of the cooling tower 21 according to the difference. (Step SA13).
  • a preset fan forced deceleration opening for example, 20 [%]
  • step SA10 When the cooling water bypass valve opening exceeds a preset fan forced deceleration opening (for example, 20 [%]) ("YES" in step SA10), the number of rotations of the fan of the cooling tower 21 is increased. Is generated at a constant rate (step SA14).
  • the series of processes described above are repeatedly executed in a predetermined control cycle, whereby the cooling water inlet temperature setting value and the cooling water outlet temperature lower limit setting value are set to appropriate values according to the operating state of the refrigerator 11a.
  • the cooling water temperature and the cooling water flow rate are adjusted based on the set values. Further, not only between the refrigerator 11a and the cooling water supply device 20a described above, but also between the refrigerator 11b and the cooling water supply device 20b, and between the refrigerator 11c and the cooling water supply device 20c, as described above. Is controlled.
  • the cooling water outlet temperature lower limit setting value is set based on the cold water outlet setting temperature in the refrigerator 11a. Further, since the cooling water inlet temperature setting value is determined in consideration of the cooling water outlet temperature lower limit setting value and the refrigerator load, the cooling water inlet temperature setting value and the cooling water are determined according to the operating state of the refrigerator 11a.
  • the outlet temperature lower limit set value can be set to an appropriate value. As a result, the cooling water inlet temperature set value can be lowered to the limit.
  • the cooling water outlet temperature lower limit setting value has been set based on the chilled water outlet temperature setting value in the refrigerator 11a, but in this embodiment, the cooling water outlet temperature is not controlled, The difference is that the condensation pressure set value or the saturation temperature set value is set based on the condensation pressure or the saturation temperature determined from the condensation pressure, and the cooling water flow rate is changed so that the condensation pressure or the saturation temperature matches this set value. Furthermore, in the first embodiment described above, the cooling water inlet temperature lower limit setting value is calculated based on the cooling water outlet temperature lower limit setting value. However, in this embodiment, the condensing pressure setting value or the saturation temperature setting value is used. The difference is that the cooling water inlet temperature lower limit set value is calculated.
  • the condensation pressure set value is set in the refrigerator control device 10a.
  • the refrigerator control device 10a has the following equation (5) including the chilled water outlet set temperature as a parameter.
  • the condensing pressure set value is obtained. calculate.
  • This condensation pressure set value is output to the equipment control device 70a.
  • Condensation pressure set value max (evaporation pressure with respect to chilled water outlet temperature set value + required pressure difference between condensation pressure and evaporation pressure, condensation pressure lower limit value in refrigerator) (5)
  • the condensation pressure set value is (a) the pressure obtained by adding the necessary pressure difference between the condensation pressure and the evaporation pressure to the evaporation pressure with respect to the cold water outlet temperature set value, and (b) the condensation pressure lower limit value in the refrigerator. The larger one is extracted and set.
  • the cooling water inlet temperature lower limit setting value is calculated using the condensing pressure setting value.
  • the cooling water inlet temperature lower limit set value is calculated using the following equation (6).
  • Cooling water inlet temperature lower limit set value Saturation temperature relative to condensing pressure set value- ⁇ -Cooling water inlet / outlet temperature difference (6)
  • is the terminal temperature difference of the condenser 32, and may be a constant value or a variable set according to the load of the refrigerator 11a.
  • is a variable
  • the terminal temperature difference of the condenser 32 is set according to the refrigerator load.
  • a constant value
  • calculation can be facilitated.By making ⁇ a variable, the cooling water inlet temperature lower limit setting value can be set finely according to the load of the refrigerator, and when the load is low It becomes possible to reduce the terminal temperature difference of the condenser 32. Thereby, it becomes possible to set the cooling water inlet temperature lower limit set value further lower.
  • the cooling water inlet temperature lower limit setting value set in this way is compared with the cooling water inlet temperature lower limit value determined from the outside wet bulb temperature and the cooling tower approach, and the higher temperature is set as the cooling water inlet temperature setting value. Is set.
  • the rotational speed of the cooling water pump 24 is controlled so that the condensation pressure in the refrigerator 11a matches the condensation pressure set value, and the cooling water inlet temperature Tcin matches the cooling water inlet temperature set value.
  • the valve opening degree of the bypass valve 26 and the rotation speed of the fan of the cooling tower 21 are controlled.
  • the condensation pressure set value is set based on the condensation pressure lower limit value in the refrigerator 11a. Since the cooling water inlet temperature setting value is determined using the condensing pressure setting value and the refrigerator load, the cooling water inlet temperature setting value can be lowered to the limit in accordance with the operating state of the refrigerator 11a. As a result, when the outside air wet bulb temperature is low, it is possible to realize a reduction in the number of revolutions of the fan and the number of revolutions of the cooling water pump in the cooling tower 21, and without constructing a database or the like as in the prior art, Power consumption in the supply device 20a can be reduced.

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Abstract

 データベースを用いることなく、冷却水供給装置における省エネルギー化を実現可能とする。冷却水供給装置の設備制御装置(70a)は、冷凍機の冷水出口設定温度に応じて決まる冷却水出口温度下限設定値と冷凍機負荷とを用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定し、該設定値と外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値とのうち温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定し、設定した冷却水入口温度設定値及び冷却水出口温度下限設定値に、冷却水入口温度及び冷却水出口温度のそれぞれを一致させるための冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量の制御指令を生成する。

Description

熱源システム及び冷却水供給装置の制御装置並びに制御方法
 本発明は、冷凍機を備える熱源システムに係り、特に、冷却塔を有するとともに、冷凍機に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御装置及び制御方法に関するものである。
 従来、冷却塔を含み、冷凍機の凝縮器に冷却水を供給する冷却水供給装置を備える熱源システムが知られている。この熱源システムの分野では、省エネルギー化の要請から、冷却水供給装置の消費電力を低減させる技術が提案されている。
 例えば、特許文献1には、外気湿球温度と、冷却負荷と、冷却塔及び冷凍機の冷却運転との相対的関係を示すデータベースを予め用意し、このデータベースから冷凍機及び冷却塔の運転の切替えと冷却水流量を制御することが開示されている。
特開2011-226684号公報
 しかしながら、特許文献1に開示されている制御方法では、外気湿球温度と、冷却負荷と、冷却塔及び冷凍機の冷却運転との相対的関係を示すデータベースを予め準備する必要がある。冷却負荷に対する冷凍機の成績係数(Coefficient Of Performance)特性は、熱源システムによって異なるため、システム毎にデータベースを構築する必要があり、時間と労力を要する。また、システムを構成する冷凍機を交換した場合にも、冷凍機の成績係数特性が異なることからデータベースを更新する必要があり、システムの部分的な変更のたびにデータベースを見直す必要が生ずる。
 従来、冷却水供給装置における冷却水の温度制御においては、冷凍機の運用上の制約から冷却水入口温度の下限値が固定値として予め決められており、冷却水入口温度がこの冷却水入口温度下限値を下回らないように冷却水の温度制御が行われていた。しかしながら、冷凍機の運転状態によっては、冷却水入口温度がこの冷却水入口温度下限値を下回っても、蒸発圧力と凝縮圧力の差圧が維持でき、所望の冷凍能力を発揮できる場合がある。従来は、外気湿球温度が低く、効果的な省エネルギー化が望める場面であっても、冷却水入口温度を冷凍機の運用上の制約から決まる下限値以下とすることができず、省エネルギー化を促進する妨げとなっていた。
 本発明は、データベースを用いることなく、冷却水供給装置における省エネルギー化を実現することのできる熱源システム及びその制御装置並びに制御方法を提供する。
 本発明の第1態様は、冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御装置であって、前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される冷却水出口温度下限設定値を前記冷凍機から取得する情報取得手段と、前記冷却水出口温度下限設定値と前記冷凍機負荷とを用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定手段と、外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定手段と、前記冷却水入口温度設定値及び前記冷却水出口温度下限設定値に、冷却水入口温度及び冷却水出口温度のそれぞれを一致させるための前記冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成手段とを具備する冷却水供給装置の制御装置である。
 本態様によれば、冷凍機における冷水出口設定温度に応じて冷却水出口温度下限設定値が設定されるとともに、この冷却水出口温度下限設定値と冷凍機負荷とを用いて冷却水入口温度下限値が算出される。したがって、冷却水出口温度下限設定値及び冷却水入口温度下限設定値を冷凍機の運転状態を加味して適切な値に設定することが可能となる。これにより、蒸発圧力と凝縮圧力の差圧が維持でき、所定の冷凍能力が発揮できる範囲で、冷却水出口温度及び冷却水入口温度を限界まで下げることが可能となる。この結果、冷却水流量を絞ることができ、冷却水ポンプや冷却塔におけるファンの回転数を低減することができる。
 上記冷却水供給装置の制御装置において、前記下限温度設定手段は、前記冷却水出口温度下限設定値から冷却水出入口温度差を減算して前記冷却水入口温度下限設定値を算出し、前記冷却水出入口温度差は、冷却水流量及び前記冷凍機の負荷に応じて決定されることとしてもよい。
 このように、冷却水出口温度下限設定値から、冷却水流量及び冷凍機の負荷に応じて決定される冷却水出入口温度差を減算することにより冷却水入口温度下限設定値が算出されるので、冷凍機の負荷及び冷却水流量を加味した適切な冷却水入口温度下限設定値を設定することが可能となる。
 本発明の第2態様は、冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御装置であって、前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される凝縮圧力設定値または該凝縮圧力設定値から決まる飽和温度設定値を前記冷凍機から取得する情報取得手段と、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値を用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定手段と、外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定手段と、前記冷却水入口温度設定値に冷却水入口温度を一致させるとともに、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値に凝縮圧力または飽和温度を一致させるための前記冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成手段とを具備する冷却水供給装置の制御装置である。
 本態様によれば、冷凍機の凝縮圧力設定値または凝縮圧力設定値から決まる飽和温度設定値を用いて冷却水入口温度下限値が算出される。したがって、冷却水入口温度下限設定値を冷凍機の運転状態を加味して適切な値に設定することが可能となる。これにより、蒸発圧力と凝縮圧力の差圧が維持でき、所定の冷凍能力が発揮できる範囲で、冷却水出口温度及び冷却水入口温度を限界まで下げることが可能となる。この結果、冷却水流量を絞ることができ、冷却水ポンプや冷却塔におけるファンの回転数を低減することができる。
 上記冷却水供給装置の制御装置において、前記下限温度設定手段は、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値から冷却水出入口温度差及び前記凝縮器の終端温度差を減算して前記冷却水入口温度下限設定値を算出し、前記冷却水出入口温度差は、冷却水流量及び前記冷凍機の負荷に応じて決定されることとしてもよい。
 このように、凝縮圧力設定値または飽和温度設定値から、冷却水流量及び冷凍機の負荷に応じて決定される冷却水出入口温度差及び凝縮器の終端温度差を減算することにより冷却水入口温度下限設定値が算出される。したがって、冷凍機の負荷等を加味した適切な冷却水入口温度下限設定値を設定することが可能となる。
 上記冷却水供給装置の制御装置において、前記凝縮器の終端温度差は、前記冷凍機の負荷に応じて決定されることとしてもよい。
 このように、凝縮器の終端温度差についても冷凍機の負荷に応じて決定することにより、冷却水入口温度下限設定値を冷凍機負荷に応じてより適切な値に設定することが可能となる。
 本発明の第3態様は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を備える冷凍機と、冷却塔を備え、前記冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置と、上記の冷却水供給装置の制御装置とを備える熱源システムである。
 本発明の第4態様は、冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御方法であって、前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される冷却水出口温度下限設定値を前記冷凍機から取得する情報取得過程と、前記冷却水出口温度下限設定値と前記冷凍機負荷とを用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定過程と、外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定過程と、前記冷却水入口温度設定値及び前記冷却水出口温度下限設定値に、冷却水入口温度及び冷却水出口温度のそれぞれを一致させるための前記冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成過程とを含む冷却水供給装置の制御方法である。
 本発明の第5態様は、冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御方法であって、前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される凝縮圧力設定値または該凝縮圧力設定値から決まる飽和温度設定値を前記冷凍機から取得する情報取得過程と、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値を用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定過程と、外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定過程と、前記冷却水入口温度設定値に冷却水入口温度を一致させるとともに、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値に凝縮圧力または飽和温度を一致させるための前記冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成過程とを含む冷却水供給装置の制御方法である。
 本発明によれば、データベースを用いることなく、冷却水供給装置における省エネルギー化を実現することができるという効果を奏する。
本発明の第1実施形態に係る熱源システムの構成を概略的に示した図である。 図1に示した冷凍機の構成を概略的に示した図である。 図1に示した熱源システムにおける制御系のうち、冷凍機と冷凍機に対応して設けられた冷却水供給装置に関する制御系を例示した図である。 本発明の第1実施形態に係る設備制御装置が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。 本発明の第1実施形態に係る設備制御装置によって実行される処理の手順について示したフローチャートである。 本発明の第1実施形態に係る設備制御装置によって実行される処理の手順について示したフローチャートである。
〔第1実施形態〕
 以下に、本発明の第1実施形態に係る熱源システム及び冷却水供給装置の制御装置並びに制御方法について、図面を参照して説明する。
 図1は、本発明の第1実施形態に係る熱源システムの構成を概略的に示した図である。図1に示すように、熱源システム1は、例えば、空調機や給湯機、工場設備等の外部負荷に対して供給する冷水(熱媒)を冷却または加熱する複数の冷凍機11a、11b、11cを備えている。図1では、3台の冷凍機11a、11b、11cが設置されている場合について例示しているが、冷凍機の設置台数については任意に決定することができる。
 冷水流れからみた各冷凍機11a、11b、11cの上流側には、それぞれ、冷水を圧送する冷水ポンプ12a、12b、12cが設置されている。これら冷水ポンプ12a、12b、12cによって、リターンヘッダ14からの冷水が各冷凍機11a、11b、11cへと送られる。各冷水ポンプ12a、12b、12cは、インバータモータ(図示略)によって駆動されるようになっており、これにより、回転数を可変とすることで可変流量制御される。
 サプライヘッダ13には、各冷凍機11a、11b、11cにおいて得られた冷水が集められるようになっている。サプライヘッダ13に集められた冷水は、外部負荷(図示略)に供給される。外部負荷にて空調等に供されて昇温した冷水は、リターンヘッダ14に送られる。冷水は、リターンヘッダ14において分岐され、各冷凍機11a、11b、11cに再び送られる。
 また、サプライヘッダ13とリターンヘッダ14との間にはバイパス配管18が設けられている。バイパス配管18に設けられた冷水バイパス弁19の開度を調整することにより、外部負荷へ供給する冷水流量を調整することができる。
 また、各冷凍機11a、11b、11cに対応して、冷却水供給装置20a、20b、20cがそれぞれ設けられている。各冷却水供給装置20a、20b、20cは、冷凍機11a、11b、11cの凝縮器32(図2参照)に対して冷却水を供給する装置である。冷却水供給装置20aは、冷却塔21と、冷却塔21において冷やされた冷却水を凝縮器32に供給する往配管22と、凝縮器32において熱交換されることにより温度が上昇した後の冷却水を冷却塔21に導く復配管23とを備えている。復配管23には、冷却水流量を調節するための冷却水ポンプ24が設けられている。冷却水ポンプ24の回転数が制御されることで、循環する冷却水の流量が調整される。また、往配管22と復配管23との間には、バイパス配管25が設けられ、バイパス配管25にはバイパス弁26が設けられている。バイパス弁26の開度を調整することにより、往配管22から復配管23へバイパスさせる冷却水流量が調整される。冷却塔21にはファン(図示略)が設けられ、ファンの回転数が制御されることにより、冷却能力が調整される。
 冷却水供給装置20b、20cも、上記冷却水供給装置20aと同様の構成とされている。ここで、図1では、各冷却水供給装置20a、20b、20cが1台の冷却塔21を備えている場合を例示しているが、冷却塔の設置台数については任意に決定することが可能である。
 図2には、冷凍機11a、11b、11cにターボ冷凍機を適用した場合の詳細構成が示されている。同図では、理解の容易のため、3台並列に設けられた冷凍機のうち、一つの冷凍機11aのみが示されている。
 冷凍機11aは、冷媒を圧縮するターボ圧縮機31と、ターボ圧縮機31によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する凝縮器32と、凝縮器32からの液冷媒を膨張させる膨張弁34と、膨張弁34によって膨張させられた液冷媒を蒸発させる蒸発器36とを主な構成として備えている。
 ターボ圧縮機31は、例えば、遠心式の2段圧縮機であり、インバータ38によって回転数制御された電動モータ39によって駆動される。インバータ38は、冷凍機制御装置10aによってその出力が制御される。なお、ターボ圧縮機31の代わりに、回転数一定の固定速の圧縮機を採用しても良い。ターボ圧縮機31の冷媒吸入口には吸入冷媒流量を制御するインレットガイドベーン(以下「IGV」という。)40が設けられており、冷凍機11aの容量制御が可能とされている。
 凝縮器32には、凝縮冷媒圧力Pcを計測するための圧力センサ51が設けられている。また、凝縮器32の冷媒流れ下流側直後には、過冷却後の冷媒温度Tsを計測する温度センサ52が設けられている。蒸発器36には、蒸発圧力Peを計測するための圧力センサ58が設けられている。蒸発器36には、外部負荷(図示略)へ供給される冷水を蒸発器36に供給して冷却させるための冷水配管42が挿通されている。冷水配管42には、冷水流量F1を計測する流量センサ59、冷水出口温度Toutを計測する温度センサ60、冷水入口温度Tinを計測する温度センサ61が設けられている。
 上記圧力センサ51、58、温度センサ52、60、61、及び流量センサ59による計測値は、冷凍機制御装置10aに送信され、冷凍機11aの制御に用いられる。
 また、凝縮器32には、凝縮器32内を流れる冷媒を冷却するための冷却伝熱管41が挿入されている。冷却伝熱管41は、一端が図1に示した冷却水供給装置20aの往配管22、他端が復配管23と接続されている。冷却塔21で冷却されることにより温度調節された冷却水が、往配管22を通じて冷却伝熱管41を流通することにより、凝縮器32を流通する冷媒を過冷却する。冷媒との熱交換により温度が上昇した冷却水は、往配管22を通じて冷却塔21に送水され、冷却塔21において熱が排出されて冷やされる。
 往配管22には、冷却水入口温度Tcinを計測する温度センサ53が設けられ、復配管23には冷却水出口温度Tcoutを計測する温度センサ54及び冷却水流量F2を計測する流量センサ55が設けられている。
 温度センサ53、54及び流量センサ55の計測値は、冷却水供給装置20aを制御する設備制御装置70aに送信され、冷却水の流量制御及び温度制御に用いられる。具体的には、冷却塔21に設けられたファンの回転数制御、冷却水ポンプ24の回転数制御、バイパス弁26の弁開度制御に用いられる。
 図3は、図1に示した熱源システム1における制御系のうち、冷凍機11aと冷凍機11aに対応して設けられた冷却水供給装置20aに関する制御系を例示した図である。図3において、冷凍機制御装置10aと設備制御装置70aとは通信媒体を介して接続されており、双方向の通信が可能な構成とされている。
 設備制御装置70a及び冷凍機制御装置10aは、例えば、コンピュータであり、CPU(中央演算処理装置)、RAM(Random Access Memory)等の主記憶装置、補助記憶装置、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置などを備えている。
 補助記憶装置は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等である。この補助記憶装置には、各種プログラムが格納されており、CPUが補助記憶装置から主記憶装置にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
 図4は、設備制御装置70aが備える機能を展開して示した機能ブロック図である。図4に示されるように、設備制御装置70aは、情報取得部71、下限温度設定部72、温度設定部73、及び指令生成部74を主な構成として備えている。
 情報取得部71は、冷凍機制御装置10aから冷却水出口温度下限設定値を取得する。この冷却水出口温度下限設定値は、冷凍機11aの冷水出口設定温度に応じて決定されるものであり、冷凍機制御装置10aにおいて演算される。
 例えば、冷凍機制御装置10aは、冷水出口設定温度をパラメータとして含む以下の(1)式を有しており、この(1)式に冷水出口設定温度を代入することにより、冷却水出口温度下限設定値を算出する。
 冷却水出口温度下限設定値
  =冷水出口温度設定値+冷水出口と冷却水出口の必要温度差 (1)
 上記(1)式において、「冷水出口と冷却水出口の必要温度差」は、冷凍機と冷水出口温度設定値に応じて決定される値であり、冷凍機に応じて規定される蒸発圧力と凝縮圧力との圧力差に対応する値ともいえる。「冷水出口と冷却水出口の必要温度差」は、例えば、以下のように決定される。
 まず、冷水出口温度設定値が決まると、この冷水出口温度設定値と蒸発器の終端温度差とから蒸発飽和温度が決まり、この蒸発飽和温度から蒸発圧力が決まる。この蒸発圧力に、冷凍機に応じて規定されている必要圧力差を加えることで凝縮圧力が決まる。更に、この凝縮圧力から凝縮飽和温度が決まり、この凝縮飽和温度と凝縮器の終端温度差とから冷却水出口温度が決まる。この冷却水出口温度と冷水出口温度設定値との差分が、上記「冷水出口と冷却水出口の必要温度差」となる。
 ここで、冷却水出口温度下限設定値は、予め冷凍機の機種に応じて規定されている所定の冷却水出口温度下限値を下回らないように設定される。すなわち、以下の(2)式が成立するように設定される。
 規定の冷却水出口温度下限値≦冷却水出口温度下限設定値 (2)
 下限温度設定部72は、情報取得部71によって取得された冷却水出口温度下限設定値を用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する。例えば、下限温度設定部72は、以下の(3)式を用いて冷却水入口温度下限設定値を算出する。
 冷却水入口温度下限設定値
  =冷却水出口温度下限設定値-冷却水出入口温度差 (3)
 冷却水出入口温度差は、冷却水流量及び冷凍機11aの負荷に応じて決定される。例えば、冷却水出入口温度差は、定格冷却水出入口温度差、定格冷却水流量、冷却水流量、及び冷凍機の負荷をパラメータとして含む以下の(4)式によって算出される。
 冷却水出入口温度差
  =定格冷却水出入口温度差×定格冷却水流量/冷却水流量×冷凍機の負荷 (4)
 上記(4)式において、定格冷却水出入口温度差及び定格冷却水流量は予め登録されている既知の値であり、冷却水流量及び冷凍機の負荷はその時々の計測値が用いられる。
 温度設定部73は、外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する。ここで、冷却水入口温度下限値は、例えば、外気湿球温度に冷却塔21のアプローチを加えることにより算出される。
 指令生成部74は、情報取得部71が取得した冷却水出口温度下限設定値に冷却水出口温度Tcoutを一致させるための冷却水流量に関する制御指令を生成する。例えば、冷却水出口温度下限設定値と冷却水出口温度Tcoutとの差分を演算し、この差分をPI制御またはPID制御等することにより、冷却水ポンプ24の回転数指令を生成する。
 更に、指令生成部74は、温度設定部73によって設定された冷却水入口温度設定値に、冷却水入口温度Tcinを一致させるための冷却塔21のファンの回転数指令及びバイパス弁26の開度指令を生成する。具体的には、冷却水入口温度設定値と冷却水入口温度Tcinとの差分を演算し、この差分をPIまたはPID制御等することにより、冷却水バイパス弁26の弁開度指令及び冷却塔21のファンの回転数指令を生成する。
 次に、設備制御装置70aによって実行される処理について図5及び図6を参照して説明する。
 まず、冷凍機制御装置10aにおいて、上記(1)式を用いて、冷水出口設定温度に応じた冷却水出口温度下限設定値が算出される。このとき、冷却水出口温度下限設定値が既定の冷却水出口温度下限値未満であった場合には、冷却水出口温度下限値が冷却水出口温度下限設定値として設定される。冷凍機制御装置10aにおいて決定された冷却水出口温度下限設定値は、設備制御装置70aに送信され、設備制御装置70aの情報取得部71により受信・取得される(図5のステップSA1)。
 情報取得部71により取得された冷却水出口温度下限設定値は、下限温度設定部72及び指令生成部74に出力される。
 下限温度設定部72では、冷却水出口温度下限設定値を上記(3)式に代入することにより、冷却水入口温度下限設定値が算出される(ステップSA2)。このとき、(3)式にパラメータとして含まれる冷却水出入口温度差については、流量センサ55によって計測された冷却水流量F2及び冷凍機制御装置10aから通知される冷凍機11aの負荷を上記(4)式に用いることにより算出される。
 下限温度設定部72において設定された冷却水入口温度下限設定値は、温度設定部73に出力される。温度設定部73では、外気湿球温度に冷却塔21のアプローチを足した冷却水入口温度下限値と、冷却水入口温度下限設定値とが比較され、温度の高い方が冷却水入口温度設定値として設定される(ステップSA3)。
 このようにして設定された冷却水入口温度設定値は、指令生成部74に出力される。指令生成部74では、温度センサ53によって計測された冷却水入口温度Tcinを冷却水入口温度設定値に一致させるための冷却塔21のファンの回転数指令及び冷却水バイパス弁26の弁開度指令が生成されるとともに、温度センサ54によって計測された冷却水出口温度Tcoutを冷却水出口温度下限設定値に一致させるための冷却水ポンプ24の回転数指令が生成される。
 これにより、冷却水出口温度Tcoutが冷却水出口温度下限設定値よりも低かった場合には(ステップSA4において「NO」)、冷却水ポンプ24の回転数が低下することにより冷却水流量が減少し(ステップSA5)、逆に、冷却水出口温度Tcoutが冷却水出口温度下限設定値よりも高かった場合には(ステップSA4において「YES」)、冷却水ポンプ24の回転数が増加することにより冷却水流量が増加することとなる(ステップSA6)。なお、冷却水流量については、最大流量及び最小流量の範囲が予め設定されているので、その範囲を超えないよう制御される。ここで、最大流量については、特開2010-236728号公報に開示されているように、冷凍機の負荷(負荷率[%])に応じて変化するようにしてもよい。
 また、冷却水入口温度Tcinが冷却水入口温度設定値よりも低かった場合には(図6のステップSA7において「YES」)、その差分に応じて冷却水バイパス弁26の弁開度が増加することにより、凝縮器32に供給される冷却水流量が減少する(ステップSA8)。一方、冷却水入口温度Tcinが冷却水入口温度設定値よりも高かった場合には(ステップSA7において「NO」)、その差分に応じて冷却水バイパス弁の弁開度が減少することにより、凝縮器32に供給される冷却水流量が増加する(ステップSA9)。
 更に、冷却水バイパス弁開度が予め設定されているファン強制減速開度(例えば、20[%])以下であり(ステップSA10において「NO」)、冷却水入口温度Tcinが冷却水入口温度設定値よりも低かった場合には(ステップSA11において「NO」)、その差分に応じて冷却塔21のファンの回転数が低下することにより冷却水の冷却が緩和され(ステップSA12)、冷却水入口温度Tcinが冷却水入口温度設定値よりも高かった場合には(ステップSA11において「YES」)、その差分に応じて冷却塔21のファンの回転数が増加することにより冷却水の冷却が強められることとなる(ステップSA13)。なお、冷却水バイパス弁開度が予め設定されているファン強制減速開度(例えば、20[%])を超えた場合には(ステップSA10において「YES」)、冷却塔21のファンの回転数を一定レートで減速させるような制御指令が生成されることとなる(ステップSA14)。
 そして、上述した一連の処理が所定の制御サイクルで繰り返し実行されることにより、冷却水入口温度設定値及び冷却水出口温度下限設定値が冷凍機11aの運転状態に応じた適切な値に設定され、この設定値に基づいて冷却水温度及び冷却水流量が調節されることとなる。
 また、上述した冷凍機11aと冷却水供給装置20aとの間だけではなく、冷凍機11bと冷却水供給装置20bとの間、冷凍機11cと冷却水供給装置20cとの間において、上述と同様の制御が行われる。
 以上説明したように、本実施形態に係る熱源システム1及び冷却水供給装置20aの制御装置及び制御方法によれば、冷凍機11aにおける冷水出口設定温度に基づいて冷却水出口温度下限設定値が設定され、更に、この冷却水出口温度下限設定値と冷凍機負荷を加味して冷却水入口温度設定値が決定されるので、冷凍機11aの運転状態に応じて冷却水入口温度設定値及び冷却水出口温度下限設定値を適切な値に設定することができる。これにより、冷却水入口温度設定値を限界まで下げることが可能となる。この結果、例えば、外気湿球温度が低い場合において、冷却塔21におけるファンの回転数低下及び冷却水ポンプ24の回転数低下を実現することが可能となり、従来のようにデータベース等を構築することなく、冷却水供給装置20aにおける消費電力を低減させることができる。
〔第2実施形態〕
 次に、本発明の第2実施形態に係る熱源システム及び冷却水供給装置の制御装置並びに制御方法について説明する。
 上述した第1実施形態では、冷凍機11aにおける冷水出口温度設定値に基づいて冷却水出口温度下限設定値を設定していたが、本実施形態では、冷却水出口温度を制御するのではなく、凝縮圧力または凝縮圧力から決まる飽和温度に基づいて凝縮圧力設定値または飽和温度設定値を設定し、凝縮圧力または飽和温度がこの設定値と一致するように、冷却水流量を変更する点が異なる。
 更に、上述した第1実施形態では、冷却水出口温度下限設定値に基づいて冷却水入口温度下限設定値を算出していたが、本実施形態では、凝縮圧力設定値または飽和温度設定値を用いて冷却水入口温度下限設定値を算出する点が異なる。
 以下、上述した第1実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。また、説明の便宜上、以下においては、凝縮圧力を用いて冷却水温度を制御する場合について説明するが、凝縮圧力の代わりに飽和温度を用いる場合も同様に行われる。
 まず、本実施形態においては、冷凍機制御装置10aにおいて、凝縮圧力設定値が設定される。例えば、冷凍機制御装置10aは、冷水出口設定温度をパラメータとして含む以下の(5)式を有しており、この(5)式に冷水出口設定温度を代入することにより、凝縮圧力設定値を算出する。この凝縮圧力設定値は、設備制御装置70aに出力される。
 凝縮圧力設定値
  =max(冷水出口温度設定値に対する蒸発圧力+凝縮圧力と蒸発圧力の必要圧力差,冷凍機における凝縮圧力下限値) (5)
 このように、凝縮圧力設定値は、(a)冷水出口温度設定値に対する蒸発圧力に、凝縮圧力と蒸発圧力の必要圧力差を加えた圧力、(b)冷凍機における凝縮圧力下限値のうち、大きい方が抽出され、設定される。
 設備制御装置70aでは、凝縮圧力設定値を用いて冷却水入口温度下限設定値が算出される。例えば、冷却水入口温度下限設定値は、以下の(6)式を用いて算出される。
 冷却水入口温度下限設定値
  =凝縮圧力設定値に対する飽和温度-γ-冷却水出入口温度差 (6)
 上記(6)式において、γは凝縮器32の終端温度差であり、一定値であってもよいし、冷凍機11aの負荷に応じて設定される変数であってもよい。γを変数とする場合には、冷凍機負荷に応じて凝縮器32の終端温度差が設定されることとなる。
 γを一定値とすることで演算を容易にでき、また、γを変数とすることで、冷却水入口温度下限設定値を冷凍機の負荷に応じて細やかに設定でき、負荷が低い場合には凝縮器32の終端温度差を低下させることが可能となる。これにより、冷却水入口温度下限設定値を更に低く設定することが可能となる。
 このようにして設定された冷却水入口温度下限設定値は、外気湿球温度と冷却塔のアプローチとから決まる冷却水入口温度下限値と比較され、高い方の温度が冷却水入口温度設定値として設定される。
 そして、本実施形態では、冷凍機11aにおける凝縮圧力が凝縮圧力設定値に一致するように冷却水ポンプ24の回転数が制御されるとともに、冷却水入口温度Tcinが冷却水入口温度設定値に一致するようにバイパス弁26の弁開度及び冷却塔21のファンの回転数が制御される。
 以上説明したように、本実施形態に係る熱源システム及び冷却水供給装置の制御装置並びに制御方法によれば、冷凍機11aにおける凝縮圧力下限値に基づいて凝縮圧力設定値が設定され、更に、この凝縮圧力設定値及び冷凍機の負荷を用いて冷却水入口温度設定値が決定されるので、冷凍機11aの運転状態に応じて冷却水入口温度設定値を限界まで下げることが可能となる。これにより、外気湿球温度が低い場合において、冷却塔21におけるファンの回転数低下及び冷却水ポンプの回転数低下を実現することができ、従来のようにデータベース等を構築することなく、冷却水供給装置20aにおける消費電力を低減させることができる。
 以上、本発明の各実施形態について説明してきたが、本発明は上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。
1 熱源システム
10a 冷凍機制御装置
11a、11b、11c 冷凍機
20a、20b、20c 冷却水供給装置
21 冷却塔
22 往配管
23 復配管
24 冷却水ポンプ
25 バイパス配管
26 冷却水バイパス弁
32 凝縮器
51、58 圧力センサ
52、53、54、60、61 温度センサ
55、59 流量センサ
70a 設備制御装置
71 情報取得部
72 下限温度設定部
73 温度設定部
74 指令生成部

Claims (8)

  1.  冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御装置であって、
     前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される冷却水出口温度下限設定値を前記冷凍機から取得する情報取得手段と、
     前記冷却水出口温度下限設定値と冷凍機負荷とを用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定手段と、
     外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定手段と、
     前記冷却水入口温度設定値及び前記冷却水出口温度下限設定値に、冷却水入口温度及び冷却水出口温度のそれぞれを一致させるための冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成手段と
    を具備する冷却水供給装置の制御装置。
  2.  前記下限温度設定手段は、前記冷却水出口温度下限設定値から冷却水出入口温度差を減算して前記冷却水入口温度下限設定値を算出し、
     前記冷却水出入口温度差は、前記冷却水流量及び前記冷凍機負荷に応じて決定される請求項1に記載の冷却水供給装置の制御装置。
  3.  冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御装置であって、
     前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される凝縮圧力設定値または該凝縮圧力設定値から決まる飽和温度設定値を前記冷凍機から取得する情報取得手段と、
     前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値を用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定手段と、
     外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定手段と、
     前記冷却水入口温度設定値に冷却水入口温度を一致させるとともに、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値に凝縮圧力または飽和温度を一致させるための冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成手段と
    を具備する冷却水供給装置の制御装置。
  4.  前記下限温度設定手段は、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値から冷却水出入口温度差及び前記凝縮器の終端温度差を減算して前記冷却水入口温度下限設定値を算出し、
     前記冷却水出入口温度差は、前記冷却水流量及び前記冷凍機負荷に応じて決定される請求項3に記載の冷却水供給装置の制御装置。
  5.  前記凝縮器の終端温度差は、前記冷凍機負荷に応じて決定される請求項4に記載の冷却水供給装置の制御装置。
  6.  圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を備える冷凍機と、
     冷却塔を備え、前記冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置と、
     請求項1から請求項5のいずれかに記載の冷却水供給装置の制御装置と
    を備える熱源システム。
  7.  冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御方法であって、
     前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される冷却水出口温度下限設定値を前記冷凍機から取得する情報取得過程と、
     前記冷却水出口温度下限設定値と冷凍機負荷とを用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定過程と、
     外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定過程と、
     前記冷却水入口温度設定値及び前記冷却水出口温度下限設定値に、冷却水入口温度及び冷却水出口温度のそれぞれを一致させるための冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成過程と
    を含む冷却水供給装置の制御方法。
  8.  冷却塔を備え、冷凍機の凝縮器に対して冷却水を供給する冷却水供給装置の制御方法であって、
     前記冷凍機における冷水出口設定温度に応じて決定される凝縮圧力設定値または該凝縮圧力設定値から決まる飽和温度設定値を前記冷凍機から取得する情報取得過程と、
     前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値を用いて、冷却水入口温度下限設定値を決定する下限温度設定過程と、
     外気湿球温度から決定される冷却水入口温度下限値と、前記冷却水入口温度下限設定値とを比較し、温度の高い方を冷却水入口温度設定値として設定する温度設定過程と、
     前記冷却水入口温度設定値に冷却水入口温度を一致させるとともに、前記凝縮圧力設定値または前記飽和温度設定値に凝縮圧力または飽和温度を一致させるための冷却塔ファンの制御指令及び冷却水流量に関する制御指令を生成する指令生成過程と
    を含む冷却水供給装置の制御方法。
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