(57)【要約】【課題】冷凍機を制御して対象気体の温度に応じて正確に冷却気体の温度を設定することが可能な冷凍機制御装置を提供する。【解決手段】冷凍機制御装置３０は、要求冷却温度まで対象気体を冷却するための要求冷凍能力を演算する要求冷凍能力演算部４１と、演算された要求冷凍能力が設計冷凍能力以下か否かを判定する運転状態判定部４２と、判定結果に基づいて冷媒入口温度を決定する冷媒入口温度決定部４３と、冷媒入口温度となるように冷凍機２５を駆動するための駆動指令信号Ｄを生成し冷凍機２５に出力する駆動指令生成部３１とを備え、冷媒入口温度決定部３１は、要求冷凍能力が設計冷凍能力以下の場合、冷却可能差分値分だけ要求冷却温度よりも低い温度を冷媒入口温度に決定し、設計冷凍能力より大きい場合、可能冷凍能力で冷却した時の可能冷却気体温度から冷却可能差分値分だけ可能冷却気体温度よりも低い温度を冷媒入口温度に決定する。【選択図】図３
2012112558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒と対象気体との熱交換によって該対象気体を冷却して冷却気体を生成する冷凍機を制御する冷凍機制御装置であって、
前記冷却気体の目標とする温度として予め設定された要求冷却温度、並びに、前記対象気体の計測温度及び計測湿度として取得された温度データ及び湿度データに基づいて、前記要求冷却温度まで前記対象気体を冷却するための要求冷凍能力を演算する要求冷凍能力演算部と、
該要求冷凍能力演算部で演算された前記要求冷凍能力が予め設定された設計冷凍能力以下か否かを判定する運転状態判定部と、
該運転状態判定部の判定結果に基づいて、前記冷媒の前記対象気体との熱交換前の冷媒入口温度を決定する冷媒入口温度決定部と、
該冷媒入口温度決定部で決定された前記冷媒入口温度となるように前記冷凍機を駆動するための駆動指令信号を生成し、前記冷凍機に出力する駆動指令生成部とを備え、
前記冷媒入口温度決定部は、
前記運転状態判定部によって前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力以下と判定された場合には、前記冷凍機が冷却可能な前記冷媒入口温度と前記冷却気体の温度との温度差として予め設定された冷却可能差分値分だけ、前記要求冷却温度よりも低い温度を前記冷媒入口温度に決定し、
前記運転状態判定部によって前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、出力可能な冷凍能力である可能冷凍能力を求め、前記対象気体の温度データ及び湿度データに基づいて、前記可能冷凍能力で現在の前記対象気体を冷却した時の前記冷却気体の温度である可能冷却気体温度を演算し、前記冷却可能差分値分だけ、前記可能冷却気体温度よりも低い温度を前記冷媒入口温度に決定することを特徴とする冷凍機制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍機制御装置において、
前記冷媒入口温度決定部は、前記設計冷凍能力以上で前記冷凍機が出力可能な冷凍能力の範囲として予め設定された過負荷出力範囲で冷凍能力を仮決定する冷凍能力仮決定部と、
前記冷凍能力仮決定部で仮決定された冷凍能力を前記可能冷凍能力として、前記冷媒入口温度を演算する冷媒入口温度演算部と、
予め設定され、前記過負荷出力範囲の冷凍能力と前記冷媒入口温度との関係を示す冷凍能力−冷媒入口温度相関データと、前記冷媒入口温度演算部で演算された前記冷媒入口温度とから、当該冷媒入口温度と対応する対応冷凍能力を演算する対応冷凍能力演算部と、
該対応冷凍能力演算部で演算された前記対応冷凍能力に対して、前記冷凍能力仮決定部で仮決定された冷凍能力が予め設定された閾値以下か否かを判定する冷凍能力判定部とを有し、
前記運転状態判定部によって前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、前記冷凍能力仮決定部及び前記冷媒入口温度演算部によって前記冷媒入口温度を演算するとともに前記対応冷凍能力演算部によって前記対応冷凍能力を演算し、前記冷凍能力判定部で判定を行い、前記閾値以下との判定では前記冷媒入口温度演算部で演算した前記冷媒入口温度に決定する一方、前記閾値より大きいとの判定では前記冷凍能力仮決定部で仮決定した冷凍能力を変更して再度前記冷凍能力判定部で判定を行うことを特徴とする冷凍機制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の冷凍機制御装置において、
前記冷媒入口温度決定部は、前記運転状態判定部によって前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、前記可能冷凍能力を前記設計冷凍能力に設定し、前記冷媒入口温度を決定することを特徴とする冷凍機制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍機制御装置と、
該冷凍機制御装置で制御される冷凍機と、
該冷凍機で生成された前記冷却気体を吸気して駆動するガスタービンとを備えることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項５】
請求項４のいずれか一項に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記冷凍機制御装置の前記冷媒入口温度決定部で決定された前記冷媒入口温度で冷却することで生成される前記冷却気体の温度に基づいて、前記ガスタービンの出力を演算するガスタービン出力演算部を備えることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項６】
冷媒と対象気体との熱交換によって該対象気体を冷却して冷却気体を生成する冷凍機を制御する冷凍機の運転方法であって、
前記冷却気体の目標とする温度として予め設定された要求冷却温度、並びに、前記対象気体の計測温度及び計測湿度として取得された温度データ及び湿度データに基づいて、前記要求冷却温度まで前記対象気体を冷却するための要求冷凍能力を演算する要求冷凍能力演算工程と、
該要求冷凍能力演算部で演算された前記要求冷凍能力が予め設定された設計冷凍能力以下か否かを判定する運転状態判定工程と、
該運転状態判定工程での判定結果に基づいて、前記冷媒の前記対象気体との熱交換前の冷媒入口温度を決定する冷媒入口温度決定工程と、
該冷媒入口温度決定工程で決定された前記冷媒入口温度となるように前記冷凍機を駆動する冷凍機駆動工程と、
前記冷媒入口温度決定工程では、
前記運転状態判定工程で前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力以下と判定された場合には、前記冷凍機が冷却可能な前記冷媒入口温度と前記冷却気体の温度との温度差として予め設定された冷却可能差分値分だけ、前記要求冷却温度よりも低い温度を前記冷媒入口温度に決定し、
前記運転状態判定工程で前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、出力可能な冷凍能力である可能冷凍能力を求め、前記対象気体の温度データ及び湿度データに基づいて、前記可能冷凍能力で現在の前記対象気体を冷却した時の前記冷却気体の温度である可能冷却気体温度を演算し、前記冷却可能差分値分だけ、前記可能冷却気体温度よりも低い温度を前記冷媒入口温度に決定することを特徴とする冷凍機の運転方法。
【請求項７】
請求項６に記載の冷凍機の運転方法において、
前記冷媒入口温度決定工程では、前記設計冷凍能力以上で前記冷凍機が出力可能な冷凍能力の範囲として予め設定された過負荷出力範囲で冷凍能力を仮決定する冷凍能力仮決定ステップと、
前記冷凍能力仮決定ステップで仮決定された冷凍能力を前記可能冷凍能力として、前記冷媒入口温度を演算する冷媒入口温度演算ステップと、
予め設定され、前記過負荷出力範囲の冷凍能力と前記冷媒入口温度との関係を示す冷凍能力−冷媒入口温度相関データと、前記冷媒入口温度演算ステップで演算された前記冷媒入口温度とから、当該冷媒入口温度と対応する対応冷凍能力を演算する対応冷凍能力演算ステップと、
該対応冷凍能力演算ステップで演算された前記対応冷凍能力に対して、前記冷凍能力仮決定ステップで仮決定された冷凍能力が予め設定された閾値以下か否かを判定する冷凍能力判定ステップとを実施し、
前記運転状態判定工程で前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、前記冷凍能力仮決定ステップ及び前記冷媒入口温度演算ステップで前記冷媒入口温度を演算するとともに前記対応冷凍能力演算ステップで前記対応冷凍能力を演算し、前記冷凍能力判定ステップで判定を行い、前記閾値以下との判定では前記冷媒入口温度演算ステップで演算した前記冷媒入口温度に決定する一方、前記閾値より大きいとの判定では前記冷凍能力仮決定ステップで仮決定した冷凍能力を変更して再度前記冷凍能力判定ステップで判定を行うことを特徴とする冷凍機の運転方法。
【請求項８】
請求項６に記載の冷凍機の運転方法において、
前記冷媒入口温度決定工程では、前記運転状態判定工程で前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、前記可能冷凍能力を前記設計冷凍能力に設定し、前記冷媒入口温度を決定することを特徴とする冷凍機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機を制御するための冷凍機制御装置及びこれを備えたガスタービンプラント、並びに、冷凍機の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、吸気側の空気温度が上がると、吸気する質量流量が相対的に少なくなるため、出力が減少する。このため、ガスタービンを備えるガスタービンプラントでは、ガスタービンに吸入する空気を冷凍機によって予め冷却することで出力を回復させることが行われている。このような冷凍機には、ターボ式や吸収式などがあり、複数台直列または並列に接続する場合や、異なる方式の冷凍機を直列または並列に接続して使用する場合もある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、冷凍機で冷却された冷媒は、冷却の対象気体となる空気が流れる流路に配された冷却コイル内を流通する。冷凍機は、冷却コイルに送られる冷媒の温度が目標温度となるように制御される。これにより、冷媒は目標温度まで冷却されて、冷却の対象気体となる空気は、冷却コイル内を流れる冷媒との間で熱交換を行い、冷媒との温度差に応じて所定の温度まで冷却されることとなる。また、冷却コイルを流れる冷媒は、流路を流れる空気との間で熱交換を行うことで温度上昇し、冷凍機へと送られて冷却されることで冷却の対象気体となる空気の冷却に再び使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２６４６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような冷凍機においては、必ずしも予定する温度まで対象気体を冷却することができなかった。すなわち、対象気体の温度に対して冷却目標となる冷媒の温度の温度差が小さい場合には、設計点または部分負荷状態となり、冷媒を目標温度まで冷却して、当該冷媒と対象気体との温度差に応じて対象気体を予定する温度まで冷却することができる。一方、対象気体の温度に対して冷却目標となる温度の温度差が大きい場合においても、冷凍機は、冷媒を目標温度まで冷却しようとする。対象気体と冷媒との温度差が大きくなるため、対象気体を冷却した後の冷媒の温度が高くなってしまう。このため、冷却前の冷媒の温度と、冷却して冷却コイルに供給する冷媒の目標温度との温度差が大きくなり、冷凍機は過負荷状態となって冷凍能力が不足することなる。結果として冷凍機は目標温度まで冷媒を冷却することができなくなってしまい、対象気体も所望の温度まで冷却できなくなってしまう。すなわち、対象気体の温度に対して冷却目標となる温度の温度差が大きく、冷凍機が過負荷状態で運転することになる場合には、冷凍機は、冷媒を目標温度まで冷却しようとして運転するものの、冷凍能力自体を制御しているわけではないため、冷却コイルに供給される冷媒の温度が成り行きの温度となってしまう問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、冷凍機を制御して対象気体の温度に応じて正確に冷却気体の温度を設定することが可能な冷凍機制御装置、冷凍機の運転方法、及び、ガスタービンプラントを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、冷媒と対象気体との熱交換によって該対象気体を冷却して冷却気体を生成する冷凍機を制御する冷凍機制御装置であって、前記冷却気体の目標とする温度として予め設定された要求冷却温度、並びに、前記対象気体の計測温度及び計測湿度として取得された温度データ及び湿度データに基づいて、前記要求冷却温度まで前記対象気体を冷却するための要求冷凍能力を演算する要求冷凍能力演算部と、該要求冷凍能力演算部で演算された前記要求冷凍能力が予め設定された設計冷凍能力以下か否かを判定する運転状態判定部と、該運転状態判定部の判定結果に基づいて、前記冷媒の前記対象気体との熱交換前の冷媒入口温度を決定する冷媒入口温度決定部と、該冷媒入口温度決定部で決定された前記冷媒入口温度となるように前記冷凍機を駆動するための駆動指令信号を生成し、前記冷凍機に出力する駆動指令生成部とを備え、前記冷媒入口温度決定部は、前記運転状態判定部によって前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力以下と判定された場合には、前記冷凍機が冷却可能な前記冷媒入口温度と前記冷却気体の温度との温度差として予め設定された冷却可能差分値分だけ、前記要求冷却温度よりも低い温度を前記冷媒入口温度に決定し、前記運転状態判定部によって前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、出力可能な冷凍能力である可能冷凍能力を求め、前記対象気体の温度データ及び湿度データに基づいて、前記可能冷凍能力で現在の前記対象気体を冷却した時の前記冷却気体の温度である可能冷却気体温度を演算し、前記冷却可能差分値分だけ、前記可能冷却気体温度よりも低い温度を前記冷媒入口温度に決定することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明は、冷媒と対象気体との熱交換によって該対象気体を冷却して冷却気体を生成する冷凍機を制御する冷凍機の運転方法であって、前記冷却気体の目標とする温度として予め設定された要求冷却温度、並びに、前記対象気体の計測温度及び計測湿度として取得された温度データ及び湿度データに基づいて、前記要求冷却温度まで前記対象気体を冷却するための要求冷凍能力を演算する要求冷凍能力演算工程と、該要求冷凍能力演算部で演算された前記要求冷凍能力が予め設定された設計冷凍能力以下か否かを判定する運転状態判定工程と、該運転状態判定工程での判定結果に基づいて、前記冷媒の前記対象気体との熱交換前の冷媒入口温度を決定する冷媒入口温度決定工程と、該冷媒入口温度決定工程で決定された前記冷媒入口温度となるように前記冷凍機を駆動する冷凍機駆動工程と、前記冷媒入口温度決定工程では、前記運転状態判定工程で前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力以下と判定された場合には、前記冷凍機が冷却可能な前記冷媒入口温度と前記冷却気体の温度との温度差として予め設定された冷却可能差分値分だけ、前記要求冷却温度よりも低い温度を前記冷媒入口温度に決定し、前記運転状態判定工程で前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、出力可能な冷凍能力である可能冷凍能力を求め、前記対象気体の温度データ及び湿度データに基づいて、前記可能冷凍能力で現在の前記対象気体を冷却した時の前記冷却気体の温度である可能冷却気体温度を演算し、前記冷却可能差分値分だけ、前記可能冷却気体温度よりも低い温度を前記冷媒入口温度に決定することを特徴としている。
【０００９】
この構成及び方法によれば、予め設定された冷却気体の要求冷却温度、対象気体で計測された温度データ及び湿度データに基づいて、要求冷凍能力が演算される。次に、演算された要求冷凍能力が予め設定された設計冷凍能力以下か否かを判定する。そして、この判定結果に基づいて、冷媒の対象気体との熱交換前の冷媒入口温度を決定する。すなわち、要求冷凍能力が設計冷凍能力以下と判定された場合には、冷凍機が冷却可能な冷媒入口温度と冷却気体の温度との温度差として予め設定された冷却可能差分値分だけ、要求冷却温度よりも低い温度を冷媒入口温度に決定する。また、要求冷凍能力が設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、出力可能な冷凍能力である可能冷凍能力を求める。次に、対象気体の温度データ及び湿度データに基づいて、可能冷凍能力で現在の対象気体を冷却した時の冷却気体の温度である可能冷却気体温度を演算する。そして、冷却可能差分値分だけ可能冷却気体温度よりも低い温度を冷媒入口温度に決定する。そして、決定された冷媒入口温度となるように冷凍機を駆動する。ここで、上記のとおり冷凍機では要求冷凍能力が設計冷凍能力以下である場合には、冷媒入口温度を、冷凍機が冷却可能な冷媒入口温度と冷却気体の温度との温度差として予め設定された冷却可能差分値分だけ、要求冷却温度よりも低い温度に決定している。このため、冷凍機は、設計冷凍能力以下の冷凍能力で駆動しつつ要求冷却温度となるように対象気体を冷却し冷却気体を生成することができる。また、要求冷凍能力が設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、可能冷凍能力で現在の対象気体を冷却した時の冷却気体の温度である可能冷却気体温度に対して冷却可能差分値分だけ低い温度に冷媒入口温度を決定している。このため、冷凍機は、可能冷凍能力で駆動しつつ、可能冷凍能力と対応する可能冷却気体温度となるように対象気体を冷却し冷却気体を生成することができる。
【００１０】
また、上記の冷凍制御装置において、前記冷媒入口温度決定部は、前記設計冷凍能力以上で前記冷凍機が出力可能な冷凍能力の範囲として予め設定された過負荷出力範囲で冷凍能力を仮決定する冷凍能力仮決定部と、前記冷凍能力仮決定部で仮決定された冷凍能力を前記可能冷凍能力として、前記冷媒入口温度を演算する冷媒入口温度演算部と、予め設定され、前記過負荷出力範囲の冷凍能力と前記冷媒入口温度との関係を示す冷凍能力−冷媒入口温度相関データと、前記冷媒入口温度演算部で演算された前記冷媒入口温度とから、当該冷媒入口温度と対応する対応冷凍能力を演算する対応冷凍能力演算部と、該対応冷凍能力演算部で演算された前記対応冷凍能力に対して、前記冷凍能力仮決定部で仮決定された冷凍能力が予め設定された閾値以下か否かを判定する冷凍能力判定部とを有し、前記運転状態判定部によって前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、前記冷凍能力仮決定部及び前記冷媒入口温度演算部によって前記冷媒入口温度を演算するとともに前記対応冷凍能力演算部によって前記対応冷凍能力を演算し、前記冷凍能力判定部で判定を行い、前記閾値以下との判定では前記冷媒入口温度演算部で演算した前記冷媒入口温度に決定する一方、前記閾値より大きいとの判定では前記冷凍能力仮決定部で仮決定した冷凍能力を変更して再度前記冷凍能力判定部で判定を行うことを特徴としている。
【００１１】
また、上記の冷凍機の運転方法において、前記冷媒入口温度決定工程では、前記設計冷凍能力以上で前記冷凍機が出力可能な冷凍能力の範囲として予め設定された過負荷出力範囲で冷凍能力を仮決定する冷凍能力仮決定ステップと、前記冷凍能力仮決定工程で仮決定された冷凍能力を前記可能冷凍能力として、前記冷媒入口温度を演算する冷媒入口温度演算ステップと、予め設定され、前記過負荷出力範囲の冷凍能力と前記冷媒入口温度との関係を示す冷凍能力−冷媒入口温度相関データと、前記冷媒入口温度演算ステップで演算された前記冷媒入口温度とから、当該冷媒入口温度と対応する対応冷凍能力を演算する対応冷凍能力演算ステップと、該対応冷凍能力演算ステップで演算された前記対応冷凍能力に対して、前記冷凍能力仮決定ステップで仮決定された冷凍能力が予め設定された閾値以下か否かを判定する冷凍能力判定ステップとを実施し、前記運転状態判定工程で前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、前記冷凍能力仮決定ステップ及び前記冷媒入口温度演算ステップで前記冷媒入口温度を演算するとともに前記対応冷凍能力演算ステップで前記対応冷凍能力を演算し、前記冷凍能力判定ステップで判定を行い、前記閾値以下との判定では前記冷媒入口温度演算ステップで演算した前記冷媒入口温度に決定する一方、前記閾値より大きいとの判定では前記冷凍能力仮決定ステップで仮決定した冷凍能力を変更して再度前記冷凍能力判定ステップで判定を行うことを特徴としている。
【００１２】
この構成及び方法によれば、要求冷凍能力が設計冷凍能力以下か否かを判定した結果、要求冷凍能力が設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、まず設計冷凍能力以上で冷凍機が出力可能な冷凍能力の範囲として予め設定された過負荷出力範囲で冷凍能力を仮決定する。次に、仮決定された冷凍能力を可能冷凍能力として、冷媒入口温度を演算する。そして、予め設定され、過負荷出力範囲の冷凍能力と冷媒入口温度との関係を示す冷凍能力−冷媒入口温度相関データと、演算された冷媒入口温度とから、当該冷媒入口温度と対応する対応冷凍能力を演算する。さらに、該対応冷凍能力演算ステップで演算された対応冷凍能力に対して、仮決定された冷凍能力が予め設定された閾値以下か否かを判定する。閾値より大きいとの判定では仮決定した冷凍能力を変更して再度冷媒入口温度を演算し、対応冷凍能力を演算し、仮決定された冷凍能力が予め設定された閾値以下か否かを判定する。そして、閾値以下との判定となった場合には演算した冷媒入口温度に決定する。このため、決定した冷媒入口温度となるように冷凍機を駆動させた場合、設計冷凍能力より大きく過負荷出力範囲であるものの、冷凍能力と冷媒入口温度の相関性を有する状態で冷凍機の冷凍能力を発揮させることができる。すなわち、冷凍機は、成り行きとならず決定した冷媒入口温度まで冷媒を冷却して対象気体を対応する温度まで冷却することができる。
【００１３】
また、上記の冷凍制御装置において、前記冷媒入口温度決定部は、前記運転状態判定部によって前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、前記可能冷凍能力を前記設計冷凍能力に設定し、前記冷媒入口温度を決定することを特徴としている。
【００１４】
また、上記の冷凍機の運転方法において、前記冷媒入口温度決定工程では、前記運転状態判定工程で前記要求冷凍能力が前記設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、前記可能冷凍能力を前記設計冷凍能力に設定し、前記冷媒入口温度を決定することを特徴としている。
【００１５】
この構成及び方法によれば、要求冷凍能力が設計冷凍能力より大きいと判定された場合には、可能冷凍能力を設計冷凍能力に設定し、冷媒入口温度を決定している。このため、決定した冷媒入口温度となるように冷凍機を駆動させた場合、設計冷凍能力として冷凍機の冷凍能力を発揮させることができる。すなわち、冷凍機は、成り行きとならず設計冷凍能力に対応する冷媒入口温度まで冷媒を冷却して対象気体を対応する温度まで冷却することができる。
【００１６】
また、本発明のガスタービンプラントは、上記の冷凍制御装置と、該冷凍機制御装置で制御される冷凍機と、該冷凍機で生成された前記冷却気体を吸気して駆動するガスタービンとを備えることを特徴としている。
【００１７】
この構成によれば、冷凍機によって決定された冷媒入口温度と対応する温度となる冷却気体を生成しガスタービンに吸気させることができる。このため、ガスタービンでは、冷媒入口温度と対応する出力となるように駆動することができる。
【００１８】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記冷凍機制御装置の前記冷媒入口温度決定部で決定された前記冷媒入口温度で冷却することで生成される前記冷却気体の温度に基づいて、前記ガスタービンの出力を演算するガスタービン出力演算部を備えることを特徴としている。
【００１９】
この構成によれば、ガスタービン出力演算部によってガスタービンの出力を演算することで、冷凍機によって吸気冷却を実施することでどの程度の出力となるかを知ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の冷凍機制御装置及び冷凍機の運転方法によれば、冷凍機を制御して対象気体の温度に応じて正確に冷却気体の温度を設定することができる。
また、本発明のガスタービンプラントによれば、冷媒入口温度と対応する出力となるように駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントの概要図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントにおいて吸気部分の詳細図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントにおいて冷凍制御装置及びガスタービン制御装置の構成を説明するブロック図である。
【図４】温度と絶対湿度の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントの冷凍制御装置において、冷媒入口温度決定部の詳細を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントの冷凍制御装置において、過負荷運転状態における（ａ）冷凍能力と冷媒入口温度の相関を表すグラフ、（ｂ）冷媒入口温度と冷媒出口温度との相関を表すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントの冷凍制御装置の制御による冷凍機の運転方法の詳細を示すフロー図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のガスタービンプラントの冷凍制御装置において、冷媒入口温度決定部の詳細を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施形態のガスタービンプラントの冷凍制御装置の制御による冷凍機の運転方法の詳細を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の冷凍機を備えたガスタービンプラントの例を示している。図１に示すように、ガスタービンプラント１は、ガスタービン２と、ガスタービン２よって発電する発電機３と、ガスタービン２の吸気を冷却する冷却装置２０とを備えている。ガスタービン２は、大気から空気Ａ０を吸気して圧縮空気を生成する圧縮機４と、圧縮機４で生成された圧縮空気から燃焼ガスを生成する燃焼器５と、燃焼器５で生成された燃焼ガスによって回転駆動するタービン６と、機器全体を制御するガスタービン制御装置１０とを備えている。圧縮機４は、大気から空気Ａ０を吸気する吸気口４ａを有する。
【００２３】
図３に示すように、ガスタービン制御装置１０には表示部１２が接続されていて、制御状態などを表示することが可能となっている。また、ガスタービン制御装置１０は、後述する冷却装置２０の冷凍機制御装置３０から出力される圧縮機４に吸気する冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１に基づいて、ガスタービン２の出力Ｐｇを演算するガスタービン出力演算部１０ａと、冷却装置２０の冷却による出力回復量ΔＰを演算する出力回復量演算部１０ｂと、表示部１２に表示する画像を生成する表示制御部１０ｃとを有する。ガスタービン２の出力Ｐｇは、＜数１＞に示すように、圧縮機４に吸気される後述する冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１の関数ｆ１で表され、関数ｆ１は、ガスタービン２の性能によって決定されるものであり、予め実験的または解析的に求められている。そして、ガスタービン出力演算部１０ａは、冷凍機制御装置３０から受け付けた冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１を＜数１＞に入力することで、ガスタービン２の出力Ｐｇを求め、出力回復量演算部１０ｂ及び表示制御部１０ｃに出力する。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
出力回復量演算部１０ｂは、後述する対象気体温度測定部２６で測定する対象気体である空気Ａ０の温度Ｔａ０を表す温度データを取得する。そして、出力回復量演算部１０ｂは、対象気体である空気Ａ０を冷却せずにそのままでガスタービン２を駆動させた場合の出力を、ガスタービン出力演算部１０ａ同様に＜数１＞によって演算し、ガスタービン出力演算部１０ａから出力された値との差分を出力回復量ΔＰとして求め、表示制御部１０ｃに出力する。表示制御部１０ｃでは、ガスタービン出力演算部１０ａから出力されたガスタービン２の出力Ｐｇと、出力回復量演算部１０ｂから出力された出力回復量ΔＰとが表示された画像を生成し、表示部１２に表示させる。
【００２６】
図２に示すように、冷却装置２０は、吸気口４ａに接続された吸気ダクト２１と、吸気ダクト２１内に設けられた冷却コイル２２と、冷却コイル２２に接続されて冷媒Ｃを循環させる冷媒管路２３と、冷媒管路２３内の冷媒Ｃを冷却させる冷凍機２５と、冷凍機２５を制御する冷凍機制御装置３０とを備える。吸気ダクト２１内には、冷却コイル２２よりも上流側で吸気フィルタ２１ａが設けられている。また、冷却コイル２２は、吸気ダクト２１内において、吸気ダクト２１内を流れる空気Ａ０の流れの方向に直交するように配されるとともに、空気Ａ０の流れの方向に複数回折り返されている。このため、吸気ダクト２１内を流れる空気Ａ０は、冷却コイル２２と複数回交差するように流れ、冷却コイル２２内を流れる冷媒Ｃとの間で熱交換して冷却される。ここで、冷却コイル２２は、吸気ダクト２１の下流側、すなわち吸気口４ａ側を上流側、吸気ダクト２１の上流側を下流側として設定されている。また、冷凍機２５は、本実施形態ではターボ式冷凍機であり、冷媒Ｃを水として、水の圧縮−膨張作用によって循環する冷媒Ｃを所定温度に冷却する。
【００２７】
また、図３に示すように、冷却装置２０は、対象気体である吸気する空気Ａ０の温度Ｔａ０（乾球温度）を測定する対象気体温度測定部２６と、吸気する空気Ａ０の絶対湿度φａ０を測定する対象気体湿度測定部２７と、吸気する空気Ａ０の気圧ｐａ０を測定する対象気体気圧測定部２８とを備える。そして、冷凍機制御装置３０は、測定された対象気体である空気Ａ０の温度Ｔａ０、絶対湿度φａ０及び気圧ｐａ０に基づいて冷凍機２５を制御し、冷凍機２５によって空気Ａ０を冷却して冷却気体Ａ１を生成し、ガスタービン２に供給させる。
【００２８】
次に、冷凍機制御装置３０の詳細について説明する。
図３に示すように、冷凍機制御装置３０は、冷媒入口温度Ｔｃ０を演算する制御温度演算部４０と、制御温度演算部４０で演算された冷媒入口温度Ｔｃ０に応じた駆動指令信号Ｄを生成し冷凍機２５に出力する駆動指令生成部３１と、各種データが記憶された記憶部３２とを備える。制御温度演算部４０は、冷却気体Ａ１の目標とする温度である要求冷却温度Ｔａｒまで空気Ａ０を冷却するための要求冷凍能力Ｒｒを演算する要求冷凍能力演算部４１と、要求冷凍能力Ｒｒに基づいて運転状態を判定する運転状態判定部４２と、運転状態判定部４２の判定結果に基づいて冷媒入口温度Ｔｃ０を決定する冷媒入口温度決定部４３とを有する。要求冷却温度Ｔａｒは、冷却気体Ａ１の目標とする温度として予め設定されて記憶部３２に記憶されている。なお、要求冷却温度Ｔａｒは、一定値である必要はなく、例えばガスタービン制御装置１０においてガスタービン２の要求出力に基づいて演算されて、冷凍機制御装置３０へ出力されるものとしても良い。
【００２９】
要求冷凍能力演算部４１は、空気Ａ０のエンタルピＨ０を演算する対象気体エンタルピ演算部４１１と、冷却気体Ａ１の絶対湿度φａ１を演算する冷却気体湿度演算部４１２と、冷却気体Ａ１のエンタルピＨ１を演算する冷却気体エンタルピ演算部４１３と、空気Ａ０のエンタルピＨ０及び冷却気体Ａ１のエンタルピＨ１に基づいて要求冷凍能力Ｒｒを演算する冷凍能力演算部４１４とを有する。対象気体エンタルピ演算部４１１は、対象気体温度測定部２６で測定された空気Ａ０の温度Ｔａ０についての情報である温度データと、対象気体湿度測定部２７で測定された空気Ａ０の絶対湿度φａ０についての情報である湿度データと、対象気体気圧測定部２８で測定された空気Ａ０の気圧ｐａ０についての情報である気圧データとを取得する。ここで、気体のエンタルピＨは、温度Ｔと絶対湿度φと気圧ｐとの関数ｆ２であり、＜数２＞のように表される。
【００３０】
【数２】
2012112558.tif 000004
【００３１】
対象気体エンタルピ演算部４１１では、対象気体である空気Ａ０について＜数１＞に、取得した空気Ａ０の温度Ｔａ０、絶対湿度φａ０及び気圧ｐａ０を入力して、当該空気Ａ０のエンタルピＨ０を演算し、冷凍能力演算部４１４及び冷媒入口温度決定部４３に出力する。また、冷却気体エンタルピ演算部４１３は、記憶部３２から要求冷却温度Ｔａｒを取得するとともに、対象気体湿度測定部２７から湿度データを取得する。また、記憶部３２には、対象気体である空気Ａ０について、相対湿度１００％の時の温度Ｔ（乾球温度）と絶対湿度φとの関係を表す図４に示すようなグラフを表す＜数３＞が記憶されている。
【００３２】
【数３】
2012112558.tif 000005
【００３３】
そして、冷却気体湿度演算部４１２は、＜数３＞に要求冷却温度Ｔａｒを入力した計算値と、空気Ａ０の絶対湿度φａ０とを比較して、低い値を示す方を冷却気体Ａ１の絶対湿度φａ１とし、冷却気体エンタルピ演算部４１３に出力する。また、冷却気体エンタルピ演算部４１３は、＜数２＞に、取得した要求冷却温度Ｔａｒ及び空気Ａ０の気圧ｐａ０、並びに、冷却気体湿度演算部４１２で求めた冷却気体Ａ１の絶対湿度φａ１を入力することで、冷却気体Ａ１のエンタルピＨ１を演算し、冷凍能力演算部４１４に出力する。
【００３４】
冷凍能力演算部４１４は、記憶部３２に記憶された＜数４＞から＜数７＞に基づいて対象気体である空気Ａ０を要求冷却温度Ｔａｒまで冷却するのに必要とされる要求冷凍能力Ｒｒを演算する。
【００３５】
【数４】
2012112558.tif 000006
【００３６】
【数５】
2012112558.tif 000007
【００３７】
【数６】
2012112558.tif 000008
【００３８】
【数７】
2012112558.tif 000009
【００３９】
ここで、＜数４＞において、右辺第１項は、吸気する空気Ａ０の総エンタルピであり、右辺第２項は冷却気体Ａ１の総エンタルピである。＜数４＞の右辺２項において、冷却気体Ａ１の質量流量Ｇ１は、＜数５＞に示すように冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１の関数ｆ４であり、関数ｆ４はガスタービン２の圧縮機４の性能によって予め実験的または解析的に求められる。対象気体である空気Ａ０を冷却して冷却気体Ａ１を生成した際に除湿されることによって生成される水量Ｇｄは、冷却気体Ａ１の質量流量Ｇ１、冷却気体Ａ１の絶対湿度φａ１、及び対象気体である空気Ａ０の絶対湿度φａ０に基づいて＜数６＞によって求められる。
【００４０】
また、＜数４＞の右辺１項において、対象気体である空気Ａ０の質量流量Ｇ０は、＜数７＞に示すように冷却気体Ａ１の質量流量Ｇ１と、除湿された水量Ｇｄとの和であり、これにより求められる。すなわち、冷凍能力演算部４１４は、対象気体である空気Ａ０及び冷却気体Ａ１の絶対湿度φａ１を取得し、＜数５＞〜＜数７＞に基づいて、対象気体である空気Ａ０と冷却気体Ａ１の質量流量Ｇ０、Ｇ１、冷却後に除湿された水量Ｇｄを求めて、＜数４＞に入力することにより必要冷凍能力Ｒｒを求めることができ、当該必要冷凍能力Ｒｒを運転状態判定部４２に出力する。
【００４１】
運転状態判定部４２は、冷凍機２５を設計点で駆動させた場合の冷凍能力として予め設定され記憶部３２に記憶された設計冷凍能力Ｒｄを参照して、必要冷凍能力演算部４１４から出力された必要冷凍能力Ｒｒで運転した場合の運転状態を判定する。すなわち運転状態判定部４２は、要求冷凍能力Ｒｒが設計冷凍能力Ｒｄ以下であるか否かを判定し、設計冷凍能力Ｒｄ以下である場合には設計負荷運転可能状態と判定する一方、設計冷凍能力Ｒｄより大きい場合には過負荷運転状態と判定し、判定結果を冷媒入口温度決定部４３に出力する。
【００４２】
図５に示すように、冷媒入口温度決定部４３は、運転状態判定部４２の判定結果に基づいて冷媒入口温度Ｔｃ０を決定し、駆動指令生成部３１に出力する冷媒入口温度出力部４３１を有する。さらに、冷媒入口温度決定部４３は、冷凍能力Ｒｐを仮決定する冷凍能力仮決定部４３２と、冷凍能力仮決定部４３２で仮決定された冷凍能力Ｒｐから冷媒入口温度Ｔｃ０を演算する冷媒入口温度演算部４３３と、冷媒入口温度演算部４３３で演算された冷媒入口温度Ｔｃ０と対応する対応冷凍能力Ｒｔを演算する対応冷凍能力演算部４３４と、対応冷凍能力演算部４３４で演算された対応冷凍能力Ｒｔに基づいて冷凍能力仮決定部４３２で仮決定された冷凍能力Ｒｐの適否を判定する冷凍能力判定部４３５とを有する。
【００４３】
冷媒入口温度出力部４３１は、運転状態判定部４２で判定結果が設計負荷運転可能状態である場合には、記憶部３２に記憶された冷却可能差分値ΔＴｄを参照し、当該冷却可能差分値ΔＴｄ分だけ要求冷却温度Ｔａｒよりも低い温度を冷媒入口温度Ｔｃ０に決定し、駆動指令生成部３１に出力する。ここで、冷却可能差分値ΔＴｄは、冷凍機２５が設計点において冷却可能な冷媒入口温度Ｔｃ０と、冷媒Ｃと熱交換して冷却して生成された冷却気体Ａ１との温度差である。
【００４４】
一方、冷媒入口温度出力部４３１は、運転状態判定部４２で判定結果が過負荷運転状態である場合には、冷凍能力仮決定部４３２に冷媒入口温度演算指令を出力するとともに、演算の結果として冷凍能力判定部４３５から出力された冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１を受け付ける。そして、冷媒入口温度出力部４３１は、記憶部３２に記憶された冷却可能差分値ΔＴｄを参照し、当該冷却可能差分値ΔＴｄ分だけ冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１よりも低い温度を冷媒入口温度Ｔｃ０に決定し、駆動指令生成部３１に出力する。
【００４５】
冷凍能力仮決定部４３２は、冷媒入口温度演算指令を受け付けると、設計冷凍能力Ｒｄ以上で冷凍機２５が出力可能な冷凍能力の範囲として予め設定された過負荷出力範囲Ｕｒで冷凍能力Ｒｐを仮決定する。仮決定する初期値としては特に制限はないが、ここでは、予め設定された過負荷出力範囲Ｕｒにおいて最大となる値Ｒｍａｘに設定するものとする（図６参照）。また、冷凍能力仮決定部４３２は、冷凍能力判定部４３５からの出力として後述する不可判定を受け付けた場合には、再度冷凍能力を仮決定する。この際、前回仮決定した冷凍能力を参照し、前回の冷凍能力に対して、一定割合減じた値、例えば０．５％減じた値とする。なお、再度冷凍能力を仮決定する際の方法としては、予め設定された差分値分だけ増減させても良いし、特に制限はない。
【００４６】
冷媒入口温度演算部４３３は、冷凍能力仮決定部４３２で仮決定された冷凍能力Ｒｐを可能冷凍能力として、＜数８＞に基づいて、冷凍能力Ｒｐで冷凍機２５が駆動した場合の冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１を演算する。
【００４７】
【数８】
2012112558.tif 000010
【００４８】
ここで、＜数８＞は、＜数３＞における冷凍能力を冷凍能力Ｒｐとし、＜数３＞における右辺に、＜数２＞、＜数４＞〜＜数６＞を代入したものである。そして、冷媒入口温度演算部４３３は、＜数８＞に冷凍能力Ｒｐと、対象気体温度測定部２６及び対象気体湿度測定部２７から取得した空気Ａ０の温度Ｔａ０、絶対湿度φａ０及び気圧ｐａ０とを代入して、繰り返し演算により、対応する冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１を求めることができる。さらに、冷媒入口温度演算部４３３は、求めた冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１から冷却可能差分値ΔＴｄｒ分だけ控除することで、冷媒入口温度Ｔｃ０を求めることができる。
【００４９】
対応冷凍能力演算部４３４は、予め設定され、記憶部３２に記憶された過負荷出力範囲Ｕｒの冷凍能力Ｒと前記冷媒入口温度Ｔｃ０との関係を表し図６（ａ）に示される冷凍能力−冷媒入口温度相関データＤｒｔと、冷媒入口温度演算部４３３で演算された冷媒入口温度Ｔｃ０とから、当該冷媒入口温度Ｔｃ０と対応する対応冷凍能力Ｒｔを演算する。図６（ｂ）に示すように、一般に、冷凍機２５は、過負荷出力範囲Ｕｒにおいても、冷媒入口温度Ｔｃ０と冷媒出口温度との温度差を大きくすることで駆動することが可能である。このため、搭載する冷凍機２５について、実験的または解析的に、設計点以上において、冷凍能力Ｒと冷媒入口温度Ｔｃ０との関係を求め、冷凍能力−冷媒入口温度相関データＤｒｔを作成しておく。そして、冷凍能力演算部４１４が、冷凍能力−冷媒入口温度相関データＤｒｔを参照することで、求めた冷媒入口温度Ｔｃ０にすることが可能な対応冷凍能力Ｒｔを求めことができ、冷凍能力判定部４３５に出力する。
【００５０】
冷凍能力判定部４３５は、対応冷凍能力演算部４３４で演算された対応冷凍能力Ｒｔに対して、冷凍能力仮決定部４３２で仮決定された可能冷凍能力である冷凍能力Ｒｐが予め設定された閾値以下か否かを判定する。そして、冷凍能力判定部４３５は、冷凍能力仮決定部４３２で仮決定された冷凍能力Ｒｐが予め設定された閾値以下と判定した場合には、可判定を冷凍能力仮決定部４３２に出力するとともに、冷媒入口温度演算部４３３から受け付けた冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１を冷媒入口温度出力部４３１に出力する。このため、冷媒入口温度出力部４３１では、冷媒入口温度演算部４３３から出力された冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１に基づいて冷媒入口温度Ｔｃ０を演算し、駆動指令生成部３１に出力することが可能である。また、冷凍能力判定部４３５は、閾値より大きいと判定した場合には、不可判定を冷凍能力仮決定部４３２に出力する。
【００５１】
次に、ガスタービン６プラント１の冷凍機制御装置３０の制御による冷凍機２５の運転方法の詳細、及び作用について、図７に基づいて説明する。
まず、要求冷凍能力演算工程Ｓ１として、要求冷凍能力演算部４１が要求冷凍能力Ｒｒを演算する。すなわち、対象気体エンタルピ演算ステップＳ１１として、対象気体エンタルピ演算部４１１が、対象気体温度測定部２６、対象気体湿度測定部２７及び対象気体気圧測定部２８から取得した対象気体である空気Ａ０の温度Ｔａ０、絶対湿度φａ０及び気圧ｐａ０を＜数２＞に入力して空気Ａ０のエンタルピＨ０を演算する。また、冷却気体湿度演算ステップＳ１２として、冷却気体湿度演算部４１２が、取得した要求冷却温度Ｔａｒを＜数３＞に入力した値と、対象気体湿度測定部２７から取得した空気Ａ０の絶対湿度φａ０とを比較して小さい値を冷却気体Ａ１の絶対湿度φａ１として求める。
【００５２】
次に、冷却気体エンタルピ演算ステップＳ１３として、＜数１＞に、取得した要求冷却温度Ｔａｒ及び空気Ａ０の気圧ｐａ０、並びに、冷却気体湿度演算ステップＳ１２で求めた冷却気体Ａ１の絶対湿度φａ１を入力することで、冷却気体Ａ１のエンタルピＨ１を演算する。そして、冷凍能力演算ステップＳ１４として、冷凍能力演算部４１４が、対象気体である空気Ａ０及び冷却気体Ａ１の絶対湿度φａ１を取得し、＜数５＞〜＜数７＞に基づいて、対象気体である空気Ａ０と冷却気体Ａ１の質量流量Ｇ０、Ｇ１、冷却後に除湿された水量Ｇｄを求めて、＜数４＞に入力することにより必要冷凍能力Ｒｒを求められる。
【００５３】
次に、運転状態判定工程Ｓ２として、運転状態判定部４２は、要求冷凍能力演算工程Ｓ１で求められた要求冷凍能力Ｒｒが予め設定された設計冷凍能力Ｒｄ以下か否かを判定する。ここで、要求冷凍能力Ｒｒが設計冷凍能力Ｒｄ以下と判定された場合、設計冷凍能力Ｒｄ以下で対象気体である空気Ａ０を吸気して要求冷却温度Ｔａｒまで冷却して冷却気体Ａ１を生成することが可能であり、冷凍機２５は設計点または部分負荷状態で運転することになる。また、要求冷凍能力Ｒｒが設計冷凍能力Ｒｄより大きいと判定された場合、設計冷凍能力Ｒｄ以下で対象気体である空気Ａ０を吸気して要求冷却温度Ｔａｒまで冷却して冷却気体Ａ１を生成するには、設計冷凍能力Ｒｄより大きい冷凍能力が必要となり、冷凍機２５が過負荷運転状態となってしまうことになる。
【００５４】
次に、冷媒入口温度決定工程３として、運転状態判定工程Ｓ２での判定結果に基づいて、冷媒Ｃの対象気体との熱交換前の冷媒入口温度Ｔｃ０を決定する。ここで、運転状態判定工程Ｓ２で要求冷凍能力Ｒｒが設計冷凍能力Ｒｄ以下（ＹＥＳ）と判定された場合は、冷媒入口温度出力ステップＳ３１に移行する。すなわち、冷媒入口温度出力ステップＳ３１では、要求冷凍能力Ｒｒと対応する要求冷却温度Ｔａｒを冷却気体Ａ０の温度Ｔａ１として、記憶部３２に記憶された冷却可能差分値ΔＴｄだけ控除した値を冷却入口温度Ｔｃ０に決定する。
【００５５】
そして、冷凍機駆動工程Ｓ５として、駆動指令生成部３１は、決定した冷媒入口温度Ｔｃ０となるように冷凍機２５を駆動するための駆動指令信号Ｄを生成し、冷凍機２５に出力する。ここで、上記冷却入口温度Ｔｃ０を決定する過程においては、要求冷凍能力Ｒｒが設計冷凍能力Ｒｄ以下である。冷却可能差分値ΔＴｄは、冷凍機２５が冷却可能な冷媒入口温度Ｔｃ０と冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１との温度差として予め設定された値である。このため、要求冷凍能力Ｒｒと対応する要求冷却温度Ｔａｒよりも冷却可能差分値ΔＴｄ分だけ低い温度となるように冷凍機２５によって冷媒Ｃを冷却しても、冷凍機２５は、設計冷凍能力Ｒｄ以下の冷凍能力で駆動しつつ要求冷却温度Ｔａｒとなるように冷却することができる。
【００５６】
一方、運転状態判定工程Ｓ２で要求冷凍能力Ｒｒが設計冷凍能力Ｒｄより大きい（ＮＯ）と判定された場合には、冷凍能力仮決定ステップＳ３２に移行する。冷凍能力仮決定ステップＳ３２では、冷凍能力仮決定部４３２が、設計冷凍能力Ｒｄ以上で冷凍機２５が出力可能な冷凍能力の範囲として予め設定された過負荷出力範囲Ｕｒで冷凍能力Ｒｐを仮決定する。
【００５７】
そして、冷媒入口温度演算ステップＳ３３として、冷媒入口温度演算部４３３が、冷凍能力仮決定ステップＳ３２で仮決定された冷凍能力Ｒｐを可能冷凍能力として、＜数８＞を利用して繰り返し演算を行うことで冷却後の冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１を求め、当該温度Ｔａ１から冷却可能差分値ΔＴｄ分だけ控除することで冷媒入口温度Ｔｃ０を演算する。
【００５８】
次に、対応冷凍能力演算ステップＳ３４として、対応冷凍能力演算部４３４が、冷凍能力−冷媒入口温度相関データＤｒｔと、冷媒入口温度演算ステップＳ３３で演算された冷媒入口温度Ｔｃ０とから、当該冷媒入口温度Ｔｃ０とするために必要な冷凍能力である対応冷凍能力Ｒｔを演算する。
【００５９】
そして、冷凍能力判定ステップＳ３５として、冷凍能力判定部４３５が、対応冷凍能力演算ステップＳ３４で演算された対応冷凍能力Ｒｔに対して、冷凍能力仮決定ステップＳ３２で仮決定された冷凍能力Ｒｐが予め設定された閾値以下か否かを判定する。そして、対応冷凍能力Ｒｔに対して仮決定された冷凍能力Ｒｐが閾値以下である場合には、冷凍能力判定部４３５は、冷凍能力仮決定部４３２に可判定を出力するとともに、冷媒入口温度出力部４３１に冷媒入口温度演算ステップＳ３３で求めた冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１を出力する。そして、冷媒入口温度出力ステップＳ３１を実施する。この際、冷媒入口温度出力部４３１は、冷媒入口温度演算ステップＳ３３で求めた冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１に冷却可能差分値ΔＴｄを控除した値を冷媒入口温度Ｔｃ０とする。そして、冷凍機駆動工程Ｓ４として、駆動指令生成部３１は、決定した冷却入口温度となるように冷凍機２５を駆動するための駆動指令信号Ｄを生成し、冷凍機２５に出力する。
【００６０】
ここで、対応冷凍能力Ｒｔとは、上記のとおり、設計冷凍能力Ｒｄ以上で冷凍機２５が出力可能な冷凍能力の範囲として予め設定された過負荷出力範囲Ｕｒで、冷媒入口温度Ｔｃ０とするための冷凍能力を意味している。従って、対応冷凍能力Ｒｔに対して仮決定された冷凍能力Ｒｐが閾値以下である場合には、冷凍能力仮決定部４３２で仮決定した冷凍能力Ｒｐは、過負荷出力範囲Ｕｒであるものの、冷凍能力と冷媒入口温度Ｔｃ０の相関性を有する状態で冷凍機２５の冷凍能力を発揮することが可能な値である。このため、要求冷凍能力Ｒｒと対応する要求冷却温度Ｔａｒよりも冷却可能差分値ΔＴｄ分だけ低い温度となるように冷凍機２５によって冷媒Ｃを冷却しても、冷凍機２５は、成り行きの制御とならずに、可能冷凍能力で駆動しつつ、当該可能冷凍能力と対応する冷媒入口温度Ｔｃ０となるように冷却することができる。
【００６１】
また、冷凍能力判定ステップＳ３５おいて、対応冷凍能力Ｒｔに対して仮決定された冷凍能力Ｒｐが閾値より大きい場合には、冷凍能力判定部４３５は、冷凍能力仮決定部４３２に不可判定を出力する。そして、冷凍能力仮ステップＳ３２へと戻り、冷凍能力仮決定部４３２よって冷凍能力Ｒｐを再仮決定し、冷凍能力判定工程Ｓ３５で閾値以下となり、成り行きとならずに制御可能な冷媒入口温度Ｔｃ０が求められるまで繰り返される。
【００６２】
以上のように、本実施形態の冷凍機制御装置３０では、要求冷凍能力Ｒｒが設計冷凍能力Ｒｄよりも大きく過負荷運転状態での運転となってしまう場合でも、冷媒入口温度決定部４３において冷却可能な冷媒の温度である冷媒入口温度Ｔｃ０を求めることができる。そして、当該冷媒入口温度Ｔｃ０となるように駆動指令生成部３１で駆動指令信号Ｄを出力して冷凍機２５を駆動させることで、成り行きの制御とならず、冷媒入口温度Ｔｃ０に対して冷却可能差分値ΔＴｄ分だけ高い温度となる温度Ｔａ１まで対象気体Ａ０を正確に冷却して冷却気体Ａ１を生成することができる。それ故に、過負荷運転状態での運転となってしまうものの冷凍機２５の性能で可能範囲において、対象気体である空気Ａ０を効果的に冷却することができる。また、冷却気体Ａ１の温度を、温度Ｔａ１となるように正確に制御することができることで、より計画に近い運転ができる。また、ガスタービン２の出力Ｐｇをより正確に求めることができ、冷却せずにガスタービン２を駆動した場合と比較して回復した分を示す出力回復量ΔＰをより正確に求めることができる。
【００６３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図８及び図９は、本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６４】
第２の実施形態では、図８に示すように第１の実施形態と比較して冷媒入口温度決定部の構成が異なっている。
図８に示すように、本実施形態の冷凍機制御装置において、冷媒入口温度決定部４５は、冷媒入口温度出力部４３１と、可能冷却気体温度演算部４５１とを有している。
可能冷却気体温度演算部４５１では、現在の対象気体である空気Ａ０の温度Ｔａ０、絶対湿度φａ０及び気圧ｐａ０に基づいて、設計冷凍能力Ｒｄで冷却可能な冷却気体Ｔ１の温度Ｔａ１を求める。すなわち、可能冷却気体温度演算部４５１は、＜数８＞に、設計冷凍能力Ｒｄと、対象気体温度測定部２６及び対象気体湿度測定部２７から取得した空気Ａ０の温度Ｔａ０、絶対湿度φａ０及び気圧ｐａ０とを代入して、繰り返し演算により、対応する冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１を求め、冷媒入口温度出力部４３１に出力する。
【００６５】
このため、図９に示すように、本実施形態の冷凍機制御装置４５では、運転状態判定工程Ｓ２で運転状態判定部４２が必要冷凍能力Ｒｒが設計冷凍能力Ｒｄよりも大きい（ＮＯ）と判定した場合、冷媒入口温度決定工程Ｓ３´では、冷凍能力設定ステップＳ３６及び可能冷却気体温度演算ステップＳ３７を実施する。すなわち、まず冷凍能力設定ステップＳ３６では、可能冷却気体温度演算部４５１が可能冷凍能力を設計冷凍能力Ｒｄに設定する。次に、可能冷却気体温度演算ステップＳ３７として、可能冷却気体温度演算部４５１が、＜数８＞に基づいて、設計冷凍能力Ｒｄで冷凍機２５が駆動した場合の冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１を演算し、冷媒入口温度出力部４３１に出力する。そして、冷媒入口温度出力ステップＳ３１を実施する。この際、冷媒入口温度出力部４３１は、可能冷却気体温度演算ステップＳ３７で求めた冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１から冷却可能差分値ΔＴｄｒだけ控除した値を冷媒入口温度Ｔｃ０とする。そして、冷凍機駆動工程Ｓ４として、駆動指令生成部３１は、決定した冷却入口温度となるように冷凍機２５を駆動するための駆動指令信号Ｄを生成し、冷凍機２５に出力する。
【００６６】
このように、要求冷凍能力Ｒｒが設計冷凍能力Ｒｄよりも大きく過負荷運転状態での運転となってしまう場合に、冷凍能力を設計冷凍能力Ｒｄに設定し、設計冷凍能力Ｒｄで冷却可能な冷媒入口温度Ｔｃ０を求め、当該冷媒入口温度Ｔｃ０となるように冷凍機２５を制御してもよい。この場合でも、第１の実施形態と比較して冷却効果が低くなるものの、同様に求めた冷却気体Ａ１の温度Ｔａ１となるように正確に対象気体Ａ０を冷却して冷却気体Ａ１を生成することができる。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００６８】
なお、上記各実施形態では、冷凍機２５は単独で用いられるものとして説明したが、これに限ることはなく、複数台を直列若しくは並列、または直列及び並列に複合的に組み合わせたものとしても良い。この場合にも、複数台の冷凍機を合成した１つの冷凍機として考え、設計冷凍能力Ｒｄ、冷却可能差分値ΔＴｄなどの固有値を求めておくことで、同様の制御が可能である。また、上記各実施形態では、冷凍機２５はターボ式としたが、これに限るものではなく、吸収式としても良い。また、複数台の冷凍機を使用する場合には両者を併用しても良い。また、本実施形態では、冷凍機は、対象気体として大気中の空気を吸気して冷却するものとしたが、これに限るものではなく、他の気体を冷却するものとしても良い。
【符号の説明】
【００６９】
１  ガスタービンプラント
２  ガスタービン
１０ａ  ガスタービン出力演算部
２５  冷凍機
３０  冷凍機制御装置
３１  駆動指令生成部
４１  要求冷凍能力演算部
４２  運転状態判定部
４３  冷媒入口温度決定部
４３２  冷凍能力仮決定部
４３３  冷媒入口温度演算部
４３４  対応冷凍能力演算部
４３５  冷凍能力判定部
Ａ０  空気（対象気体）
Ａ１  冷却気体
Ｄ  駆動指令信号
Ｒｄ  設計冷凍能力
Ｒｒ  要求冷凍能力
Ｔａｒ  要求冷却温度
Ｔａ０  空気の温度（対象気体の計測温度）
Ｔａ１  空気の湿度（対象気体の計測湿度）
Ｔｃ０  冷媒入口温度
Ｕｒ  過負荷出力範囲
ΔＴｄ  冷却可能差分値
Ｓ１  要求冷凍能力演算工程
Ｓ２  運転状態判定工程
Ｓ３、Ｓ３´  冷媒入口温度決定工程
Ｓ３２  冷凍能力仮決定ステップ
Ｓ３３  冷媒入口温度演算ステップ
Ｓ３４  対応冷凍能力演算ステップ
Ｓ３５  冷凍能力判定ステップ
【図１】
2012112558.tif 000011
【図２】
2012112558.tif 000012
【図３】
2012112558.tif 000013
【図４】
2012112558.tif 000014
【図５】
2012112558.tif 000015
【図６】
2012112558.tif 000016
【図７】
2012112558.tif 000017
【図８】
2012112558.tif 000018
【図９】
2012112558.tif 000019