(57)【要約】【課題】冷水入口温度制御を実施するターボ冷凍機と冷水流量が変更可能な冷水ポンプの合計消費電力が最小となる熱源システムを提供する。【解決手段】本発明の熱源システムは、圧縮機、蒸発器、凝縮器を順次接続して構成される冷凍サイクルを備え、目標冷水出口温度に基づいて冷凍サイクルを制御する冷水出口温度制御モード、及び、目標冷水入口温度に基づいて冷凍サイクルを制御する冷水入口温度制御モード、を有するターボ冷凍機と、冷水流量の変更が可能な冷水ポンプと、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、蒸発器、凝縮器を順次接続して構成される冷凍サイクルを備え、目標冷水出口温度に基づいて冷凍サイクルを制御する冷水出口温度制御モード、及び、目標冷水入口温度に基づいて冷凍サイクルを制御する冷水入口温度制御モード、を有するターボ冷凍機と、冷水流量の変更が可能な冷水ポンプと、を備えたことを特徴とする熱源システム。
【請求項２】
請求項１において、前記冷水入口温度制御モードは、冷水入口温度設定値を定格冷水出口温度以上の任意の値で設定可能であり、冷水入口温度が設定値より高い場合は、冷水出口温度を一定に制御し、冷水入口温度が前記設定値以下の場合は、冷水入口温度制御モードに切り替わり、冷却負荷の減少時に冷水出口温度を上昇させることを特徴とする熱源システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
冷水流量把握手段と、
前記冷水出口温度制御モード又は前記冷水入口温度制御モードの各運転モードに応じて、前記ターボ冷凍機の能力および前記冷水流量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記冷水流量が変化した場合の前記冷水ポンプの消費電力量を評価する冷水ポンプ消費電力評価手段と、前記冷水入口温度制御モードにおいて前記冷水流量が変化した場合の前記ターボ冷凍機の消費電力量を評価するターボ冷凍機消費電力評価手段と、前記冷水ポンプの消費電力及び前記ターボ冷凍機の消費電力の合計値が最小となる冷水流量を演算する冷水流量演算手段と、を備え、
前記冷水流量演算手段で求めた冷水流量の演算値に基づいて前記冷水ポンプの流量を制御することを特徴とする熱源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ冷凍機は、冷水流量の可変制御時において、一定の冷水温度を供給するように、冷水出口温度制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０４２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷水入口温度制御により運転効率を高めるターボ冷凍機を含む熱源システムにおいて、冷水ポンプの消費電力低減を目的とした冷水流量の可変制御を行うと、ターボ冷凍機の冷水出口温度が低下し、ターボ冷凍機の消費電力が増加することで、熱源システムとしての消費電力が増加する場合があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の熱源システムは、圧縮機、蒸発器、凝縮器を順次接続して構成される冷凍サイクルを備え、目標冷水出口温度に基づいて冷凍サイクルを制御する冷水出口温度制御モード、及び、目標冷水入口温度に基づいて冷凍サイクルを制御する冷水入口温度制御モード、を有するターボ冷凍機と、冷水流量の変更が可能な冷水ポンプと、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の熱源システムによれば、冷水入口温度制御を実施するターボ冷凍機と、冷水流量の可変制御を行う冷水ポンプの合計消費電力を最小とすることで、熱源システムの運転効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のターボ冷凍機のサイクルを示す系統図。
【図２】冷水入口温度制御実施時の冷水流量比に対する冷水温度を示した図。
【図３】冷水出口温度制御実施時の冷水流量比に対する冷水温度を示した図。
【図４】冷水入口温度制御実施時の冷水流量比に対する消費電力を示した図。
【図５】冷水入口温度制御実施時と冷水出口温度制御実施時の冷水流量比に対する消費電力を示した図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明に係るターボ冷凍機の実施形態について図１を用いて説明する。
【０００９】
本発明に係るターボ冷凍機は、圧縮機１、蒸発器２、凝縮器３を順次接続して構成される冷凍サイクルを備え、圧縮機１で遠心羽根車により冷媒ガスは圧縮されて高温、高圧の冷媒ガスとなって凝縮器３に送られる。高温、高圧の冷媒ガスは、凝縮器３内を流れる冷却水によって凝縮液化し、冷媒液となって、蒸発器２に送られる。蒸発器２に送られた冷媒液は蒸発器２内を流れる冷水に加熱されて蒸発器し、冷媒蒸気となって圧縮機１に送られる。冷水系統には、冷水出口温度センサー４、冷水入口温度センサー５を備え、所定の冷水温度となるように、容量制御弁７により制御している。
【００１０】
また、インバータ駆動ターボ冷凍機の場合は、冷水出口温度センサー４、冷水入口温度センサー５の他に、冷却水入口温度センサー７を備えており、これらの条件からターボ冷凍機用インバータ９からの周波数指令により、圧縮機１の回転数を制御することで冷水温度を制御することができる。
【００１１】
また、冷水系統には、冷水を供給するための冷水ポンプ１０があり、冷水ポンプ用インバータ１１により、冷水流量を可変制御することができる。
【００１２】
以下に、実施例を図２を用いて説明する。
【００１３】
図２は、冷水入口温度制御実施時の冷水流量比に対する冷水入口温度と冷水出口温度を示したものである。図の横軸は冷水流量比（％）、縦軸は冷水温度（℃）を示している。
実施例のターボ冷凍機は、定格冷水入口温度は１２℃、定格冷水出口温度は７℃、最大冷水温度差は５℃、最小冷水温度差は１℃、冷水出口温度制御設定値は７℃、冷水入口温度制御設定値は１２℃の場合であり、冷却負荷が５０％時の冷水温度を示している。
【００１４】
冷水入口温度は、冷水入口温度制御により、冷水入口温度制御設定値１２℃一定で制御される。冷水出口温度は、冷水流量１００％では、冷却負荷が５０％の時は、定格冷水温度差の５０％となることから、冷水温度差は定格冷水温度差５℃の半分である２.５℃となるため、冷水入口温度１２℃に対して、冷水出口温度は２.５℃低い９.５℃となる。一方、冷水流量５０％では、同じ冷却負荷では冷水流量１００％時の２倍となるため、冷水温度差は５℃となり、冷水出口温度は９.５℃から７℃まで低下する。その他の冷水流量時も同様に計算され、図２に示す特性となる。
【００１５】
ターボ冷凍機の消費電力の大部分は、圧縮機１に必要動力として加えられる。圧縮機必要動力は、圧縮機１にかかる圧力比に大きく影響され、圧力比が低いほど必要動力は低下する。よって、ターボ冷凍機は圧力比が低下するほど運転効率は向上するという特徴がある。圧縮機１にかかる圧力比は、蒸発器２内の蒸発圧力と凝縮器３内の凝縮圧力によって決まる値である。この蒸発圧力は、冷水出口温度に大きく影響を受け、冷水出口温度が高いほど蒸発圧力は上昇する。この結果、ターボ冷凍機は冷水出口温度が高いほど、消費電力が低下し、運転効率が向上することになる。
【００１６】
図２の実施例より、冷水入口温度制御時は、冷水流量が低下するほど、冷水出口温度が低下し、本実施例では、冷水流量１００％から冷水流量５０％まで低下させることで、冷水出口温度は２.５℃低下し、ターボ冷凍機の消費電力はその影響により増加し、運転効率は低下する。よって、冷水入口温度制御を実施するターボ冷凍機としては、冷水流量１００％が最も運転効率が高くなり、冷水流量を低下させるほど消費電力の増加、運転効率の低下につながる。
【００１７】
図３に、冷水出口温度制御時の、冷水流量比に対する冷水入口温度と冷水出口温度を示す。図の横軸は冷水流量比（％）、縦軸は冷水温度（℃）を示している。実施例のターボ冷凍機は、定格冷水入口温度は１２℃、定格冷水出口温度は７℃、最大冷水温度差は５℃、最小冷水温度差は１℃、冷水出口温度制御設定値は７℃の場合であり、冷却負荷が５０％時の冷水温度を示している。
【００１８】
冷水出口温度は、冷水出口温度制御により、冷水出口温度制御設定値７℃一定で制御される。冷水入口温度は、冷水流量１００％では、冷却負荷が５０％の時は、定格冷水温度差の５０％となることから、冷水温度差は定格冷水温度差５℃の半分である２.５℃となるため、冷水出口温度７℃に対して、冷水入口温度は２.５℃高い９.５℃となる。一方、冷水流量５０％では、同じ冷却負荷では冷水流量１００％時の２倍となるため、冷水温度差は５℃となり、冷水入口温度は９.５℃から１２℃まで上昇する。その他の冷水流量時も同様に計算され、図３に示す特性となる。
【００１９】
図３に示したように、冷水出口温度制御時は、冷水流量によらず、冷水出口温度は７℃一定に制御される。冷水出口温度は一定であれば、上記で説明したように、ターボ冷凍機の運転効率は、冷水流量によらず、ほぼ変わらず、一定となる。
【００２０】
以下に、実施例を図４を用いて説明する。
【００２１】
図４は、冷水入口温度制御時の、冷水流量比に対する消費電力を示している。図の横軸は冷水流量比（％）、縦軸は消費電力（kW）を示している。実施例のターボ冷凍機は、定格冷凍能力３５１６kW（１０００ＵＳＲＴ）、定格冷水入口温度は１２℃、定格冷水出口温度は７℃、最大冷水温度差は５℃、最小冷水温度差は１℃、冷水出口温度制御設定値は７℃、冷水入口温度制御設定値は１２℃のインバータ駆動ターボ冷凍機の場合である。また本ターボ冷凍機に冷水を供給する冷水ポンプの１００％水量時の定格消費電力は１００kWの場合である。ターボ冷凍機運転条件は、冷却水入口温度２４℃一定、冷却負荷５０％時の場合である。図中の細線と四角マーカがターボ冷凍機の消費電力、細線と三角マーカが冷水ポンプの消費電力、太線とひし形マーカがターボ冷凍機消費電力と冷水ポンプ消費電力の合計であるトータル消費電力を示している。
【００２２】
ターボ冷凍機の消費電力は、図２に説明したように、冷水流量を低下させるほど、冷水出口温度が低下することから、消費電力は増加しており、冷水流量１００％から５０％に減水した場合、２０％以上消費電力が増加する。一方、冷水ポンプの消費電力は、冷水流量が減少するほど、冷水搬送動力が低下するため、低下し、冷水流量１００％から５０％に減水することで、８０％以上低下する。ターボ冷凍機と冷水ポンプの合計であるトータル消費電力は、冷水流量１００％時が最も大きくなり、そこから冷水流量の低下に従い、減少し、冷水流量７０％で最も消費電力は小さくなる。しかし、さらに冷水流量を減少させると、トータル消費電力は増加していく。
【００２３】
以上から、冷水入口温度制御を実施するターボ冷凍機と冷水ポンプのトータルの消費電力は、冷水流量により、極小点が存在する。本実施例の場合、冷水流量１００％から７０％に減水することで、トータルの消費電力は約７％低下することで、運転効率は向上する。
【００２４】
本発明における熱源システムでは、ターボ冷凍機と冷水ポンプの消費電力特性を制御部８に入力しておくことで、刻々と変化する冷却負荷や、冷却水温度などを計算パラメータとして、上記で説明した関係から、トータルの消費電力が最小となる冷水流量の算出を行い、冷水ポンプ用インバータに流量信号を出力することで、熱源システムとしての効率を高めることができる。このときの冷却負荷は、冷水入口温度と冷水出口温度と冷水流量や、冷却水入口温度と冷却水出口温度と冷却水流量などから算出される値であり、冷水流量や、冷却水流量は流量計や、ポンプの特性などから得られる値である。
【００２５】
図５に、冷水入口温度制御時と冷水出口温度制御のトータル消費電力を示している。図の横軸は冷水流量比（％）、縦軸は消費電力（kW）を示している。実施例のターボ冷凍機と運転状態は、図４での実施例と同じである。図中の太実線とひし形マーカが冷水入口１２℃一定制御時、太破線とひし形マーカが冷水出口温度７℃一定制御時を示している。
【００２６】
冷水出口温度制御時は、冷水出口温度が７℃一定で制御されているため、図３で説明したように、冷水流量によらずターボ冷凍機の消費電力はほぼ一定となることから、冷水ポンプ消費電力の低下により、トータル消費電力も冷水流量が減少するほど消費電力も低下している。しかし、冷水入口温度制御時は、図４にて説明したように、冷水流量７０％でトータル消費電力が最小となる極小点をもっており、冷水流量５０％、冷水出口温度７℃一定制御時よりも約５％トータル消費電力は減少し、熱源システムとしての運転効率を高めることができる。
【００２７】
以上説明したように、本実施例の熱源システムは、圧縮機、蒸発器、凝縮器を順次接続して構成される冷凍サイクルを備え、目標冷水出口温度に基づいて冷凍サイクルを制御する冷水出口温度制御モード、及び、目標冷水入口温度に基づいて冷凍サイクルを制御する冷水入口温度制御モード、を有するターボ冷凍機と、冷水流量の変更が可能な冷水ポンプと、を備える。また、冷水入口温度制御モードは、冷水入口温度設定値を定格冷水出口温度以上の任意の値で設定可能であり、冷水入口温度が設定値より高い場合は、冷水出口温度を一定に制御し、冷水入口温度が設定値以下の場合は、冷水入口温度制御モードに切り替わり、冷却負荷の減少時に冷水出口温度を上昇することで、ターボ冷凍機の運転効率を高くする。さらに、本実施例の熱源システムは、冷水流量把握手段と、冷水出口温度制御モード又は冷水入口温度制御モードの各運転モードに応じてターボ冷凍機の能力および前記冷水流量を制御する制御部とを備え、この制御部は、冷水流量が変化した場合の前記冷水ポンプの消費電力量を評価する冷水ポンプ消費電力評価手段と、冷水入口温度制御モードにおいて冷水流量が変化した場合のターボ冷凍機の消費電力量を評価するターボ冷凍機消費電力評価手段と、冷水ポンプの消費電力とターボ冷凍機の消費電力の合計値が最小となる冷水流量を演算する冷水流量演算手段を備え、冷水流量演算手段で求めた冷水流量の演算値に基づいて冷水ポンプの流量を制御する。
【符号の説明】
【００２８】
１  圧縮機
２  蒸発器
３  凝縮器
４  冷水出口温度センサー
５  冷水入口温度センサー
６  冷却水入口温度センサー
７  容量制御弁
８  制御部
９  ターボ冷凍機用インバータ
１０  冷水ポンプ
１１  冷水ポンプ用インバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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