(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機、及び前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮すると共に冷却水により前記冷媒を凝縮する際に発生した凝縮熱を除去する凝縮機を備えた熱源機と、
外気との熱交換により前記冷却水を冷却するものであり、前記熱交換を促進するためのファンを備えた冷却塔と、
前記冷却塔の入口における冷却水の温度ＴＩＮ及び前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴを測定する水温測定装置と、
前記水温測定装置及び前記ファンと接続され、前記冷却塔の入口における冷却水の温度ＴＩＮと前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴとの差ΔＴ（＝ＴＩＮ−ＴＯＵＴ）に基づいて、前記ファンの稼働を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴが設定値以上のときは前記ファンが連続稼働し、前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴが設定値未満のときは、前記冷却塔の入口における冷却水の温度ＴＩＮと前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴとの差ΔＴが０よりも大きいときにのみ前記ファンが稼働するように前記ファンの稼働を制御することを特徴とする熱源システム。
【請求項２】
前記冷却塔と前記凝縮機との間には、前記冷却塔で冷却された冷却水を前記凝縮機に供給するための冷却水往管路と、前記冷却水を前記凝縮機から前記冷却塔に還送するための冷却水環管路とが設けられ、前記冷却塔と前記凝縮機とは前記冷却水往管路及び前記冷却水環管路を介して連通していることを特徴とする請求項１に記載の熱源システム。
【請求項３】
前記熱源機は、冷凍機であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱源システム。
【請求項４】
少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機、及び前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮すると共に冷却水により前記冷媒を凝縮する際に発生した凝縮熱を除去する凝縮機を備えた熱源機と、
外気との熱交換により前記冷却水を冷却するものであり、前記熱交換を促進するためのファンを備えた冷却塔と、
前記ファンの稼働を制御する制御部と、を有する熱源システムの運転方法であって、
前記制御部によって、前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴが設定値以上のときは前記ファンを連続稼働させ、前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴが設定値未満のときは、前記冷却塔の入口における冷却水の温度ＴＩＮと前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴとの差ΔＴが０よりも大きいときにのみ前記ファンを稼働させる熱源システムの運転方法。
【請求項５】
前記冷却塔と前記凝縮機との間には冷却水往管路及び冷却水環管路が設けられており、前記冷却塔で冷却された冷却水を前記冷却水往管路を介して前記凝縮機に供給し、前記凝縮機の冷却水を前記冷却水環管路を介して前記冷却塔に還送することを特徴とする請求項４に記載の熱源システムの運転方法。
【請求項６】
前記熱源機が、冷凍機であることを特徴とする請求項４又は５に記載の熱源システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源システム及びその運転方法に関する。より詳しくは、熱源システムにおいて冷却水の温度を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷低減及び運転コスト削減の観点から、エネルギー効率の高い熱源システムが求められている。そこで、従来、成績係数（Coefficient Performance：ＣＯＰ)に基づいて、熱源システムの各設備を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図６は特許文献１に記載の従来の制御方法を示すブロック図である。図６に示すように、特許文献１に記載の冷凍機の冷却水制御方法では、冷凍機１０１の消費電力（瞬時電力）、冷却水ポンプ１０２の消費電力（瞬時電力）、冷却塔１０３のファンの消費電力（瞬時電力）及び冷水ポンプ１０４の消費電力（瞬時電力）を、電力計１０６〜１０９で測定すると共に、温度センサーにより冷凍機１０１の出口側及び入口側の冷水温度を測定し、更に、流量センサーで冷凍機の入り口側の冷水流量を測定する。
【０００４】
そして、コントローラ１０５において、熱源総合消費電力｛＝冷凍機消費電力（ｋＷ）＋冷水ポンプ消費電力（ｋＷ）＋冷却水ポンプ消費電力（ｋＷ）＋冷却塔ファン消費電力（ｋＷ）｝と、冷凍機生産熱量｛＝冷凍機出口冷水温度（℃）−冷凍機入口冷水温度（℃）×冷水流量（リットル／時間）÷８６０｝とから、熱源総合ＣＯＰ（冷凍機生産熱量（瞬時値）／熱源総合消費電力）を算出し、更に、この総合ＣＯＰの値が大きくなるように、冷却水ポンプ１０２及び冷却塔１０３のファンを制御して、冷却水量及び冷却塔の風力を調節している。
【０００５】
この特許文献１の技術を適用した場合、ポンプやファンの消費電力は大きくなるが、冷却水温度をシステム上で可能な限り冷やすことができるため、冷凍機の運転効率が向上し、システム全体として消費電力を低下させることができる。
【０００６】
また、冷却水の温度が低い程、熱源システムの効率が高くなり、能力も向上するという特性を活かし、冷却塔出口における冷却水温度を固定設定せず、冷却水温度設定を自動で変更する制御方法も提案されている（特許文献２参照。）。この特許文献２に記載の技術では、冷却水が自動設定された値になるように、冷却塔のファンの発停制御又はインバーター制御等を行っている。
【０００７】
【特許文献１】２００５−２５７２２１号公報
【特許文献２】２００７−２４０１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。即ち、特許文献１に記載の冷却水制御方法は、一定周期で熱源総合ＣＯＰを算出するため、全ての制御関係にタイムラグが生じるという問題点がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載の制御方法は、外気湿球温度のみに基づいて冷温水温度を設定し、この設定値になるように冷却塔のファンを制御しているため、冷却水出口温度と冷却水入口温度とに差が無い場合でも、冷却塔のファンが稼働し、消費電力が増加してしまうという問題点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、効率的に冷却水の温度を制御し、システム全体の省エネルギー化を実現することができる熱源システム及びその運転方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る熱源システムは、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機、及び前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮すると共に冷却水により前記冷媒を凝縮する際に発生した凝縮熱を除去する凝縮機を備えた熱源機と、外気との熱交換により前記冷却水を冷却するものであり、前記熱交換を促進するためのファンを備えた冷却塔と、前記冷却塔の入口における冷却水の温度ＴＩＮ及び前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴを測定する水温測定装置と、前記水温測定装置及び前記ファンと接続され、前記冷却塔の入口における冷却水の温度ＴＩＮと前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴとの差ΔＴ（＝ＴＩＮ−ＴＯＵＴ）に基づいて、前記ファンの稼働を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴが設定値以上のときは前記ファンが連続稼働し、前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴが設定値未満のときは、前記冷却塔の入口における冷却水の温度ＴＩＮと前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴとの差ΔＴが０よりも大きいときにのみ前記ファンが稼働するように前記ファンの稼働を制御する。
この熱源システムでは、前記冷却塔と前記凝縮機との間には、前記冷却塔で冷却された冷却水を前記凝縮機に供給するための冷却水往管路と、前記冷却水を前記凝縮機から前記冷却塔に還送するための冷却水環管路とが設けられ、前記冷却塔と前記凝縮機とは前記冷却水往管路及び前記冷却水環管路を介して連通していてもよい。
更に、前記熱源機としては、例えば冷凍機を使用することができる。
【００１２】
本発明に係る熱源システムの運転方法は、少なくとも、冷媒を圧縮する圧縮機、及び前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮すると共に冷却水により前記冷媒を凝縮する際に発生した凝縮熱を除去する凝縮機を備えた熱源機と、外気との熱交換により前記冷却水を冷却するものであり、前記熱交換を促進するためのファンを備えた冷却塔と、前記ファンの稼働を制御する制御部と、を有する熱源システムの運転方法であって、前記制御部によって、前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴが設定値以上のときは前記ファンを連続稼働させ、前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴが設定値未満のときは、前記冷却塔の入口における冷却水の温度ＴＩＮと前記冷却塔の出口における冷却水の温度ＴＯＵＴとの差ΔＴが０よりも大きいときにのみ前記ファンを稼働させる。
この熱源システムの運転方法では、前記冷却塔と前記凝縮機との間に冷却水往管路及び冷却水環管路を設け、前記冷却塔で冷却された冷却水を前記冷却水往管路を介して前記凝縮機に供給し、前記凝縮機の冷却水を前記冷却水環管路を介して前記冷却塔に還送してもよい。
また、前記熱源機は、例えば冷凍機である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、冷却塔の出口と入口の水温差により冷却塔のファンの稼働状態を調節しているため、簡便な方法で効率的に冷却水温度を制御することができると共に、冷却水の温度を冷却可能な下限値まで低下させているため、熱源の運転効率が向上し、システム全体の省エネルギー化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。図１は本発明の実施形態に係る熱源システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の熱源システム１には、冷凍機及びコンプレッサー等の熱源機２、この熱源機２で使用する冷却水を冷却するための冷却塔３、及び冷却塔３のファン９の稼働状態を調節するための制御部４が設けられている。
【００１５】
この熱源システム１における熱源機２は、冷媒を圧縮する圧縮機５と、圧縮機５で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮機６とを備えている。また、この凝縮機６では、冷却水を使用して、冷媒が凝縮する際に生じた凝縮熱を除去する。このため、凝縮機６は、冷却水往管路７及び冷却水環管路８を介して冷却塔３と連通されており、冷却塔３で冷却された冷却水が冷却水往管路７を通って凝縮機６に供給されると共に、凝縮熱除去後の冷却水が、冷却水環管路８を通って冷却塔３に還送されるようになっている。なお、これら冷却水往管路７及び冷却水環管路８には、必要に応じて、冷却水を通流させるためのポンプ及び冷媒の流量を調節するための調節弁等を設けることもできる。
【００１６】
一方、冷却塔３は、外気との熱交換により冷却水を冷却するものであり、その上部に、冷却水と外気との熱交換を促進するためのファン９が配設されている。また、冷却塔３の冷却水入口及び出口には、それぞれ温度センサー等の水温測定装置１０，１１が配置されている。そして、温度測定装置１０，１１及びファン９は、温度測定装置１０，１１の測定結果に基づいて、ファン９の稼働状態を制御する制御部４に接続されている。
【００１７】
次に、本実施形態の熱源システム１の動作、即ち、熱源システム１の運転方法について説明する。本実施形態の熱源システム１においては、熱源機２の圧縮機５で冷媒を圧縮し、更に、圧縮された冷媒を凝縮機６で凝縮する。このとき、冷媒を凝縮する際に凝縮熱が発生するため、凝縮機６において、冷媒から発せられる凝縮熱を冷却水によって除去する。その際使用する冷却水は、冷却塔３から冷却水往管路７を介して供給される。また、凝縮熱除去に使用され、温度が上昇した冷却水は、冷却水環管路８を通って冷却塔３に還送される。
【００１８】
また、本実施形態の熱源システム１においては、冷却塔３の冷却水入口に設置された温度測定装置１０により、凝縮機６から排出され、冷却塔３に流入する冷却水の温度（以下、冷却塔入口温度ＴＩＮという。）を測定すると共に、冷却塔３の冷却水出口に設置された温度測定装置１１により、冷却塔３で冷却され、凝縮機６に送液される冷却水の温度（以下、冷却塔出口温度ＴＯＵＴという。）を測定する。その結果は制御部４に送られる。そして、制御部４では、これらの冷却水温度の差（以下、水温差ΔＴ（＝ＴＩＮ−ＴＯＵＴ）という。）を求め、その値に基づいて、冷却塔４の各ファン９の稼働状態を決定し、各ファンを動作させる。
【００１９】
具体的には、水温差ΔＴが０よりも大きい場合は、例えばファン９を「ＯＮ」にする。一方、例えば冷凍機であれば冷水を作らずに待機している状態のように、冷却水ポンプのみが駆動している状態のときは、水温差ΔＴが０となるため、ファン９を「ＯＦＦ」にする。これにより、冷却塔３では、常に、外気湿球温度と冷却塔の能力で決まる冷却可能な最低温度（以下、最大冷却温度という。）にまで、冷却水温度を下げることができる。
【００２０】
図２は横軸に冷却水温度をとり、縦軸に冷凍機の消費電力をとって、１０００ＲＴの圧縮式冷凍機入口における冷却水温度とその冷凍機の消費電力との関係を示すグラフ図である。図２に示すように、冷凍機等の熱源機２の消費電力は、冷却水の温度が低い程少なくなり、例えば、冷却水の温度を１℃下げると、熱源機２の消費電力は２〜３％程度減少する。これは、冷却水の温度が低くなるに従い熱源機２の効率が向上するためであり、例えばターボ冷凍機の場合、冷却水の温度が低い程、冷媒を低い圧力で圧縮することができ、その結果、圧力動力を低下させることができる。このため、本実施形態の熱源システム１のように、冷却水の温度を最大限低下させると、熱源機２の消費電力が大幅に低減し、熱源システム全体の消費エネルギーを削減することが可能となる。
【００２１】
なお、本実施形態の熱源システム１の運転方法においては、ファン９のＯＮ／ＯＦＦ以外にも、水温差ΔＴの値に応じて、ファンの回転数の変更、及び複数のファンを備えている場合にはその稼働台数の調節等を行ってもよい。
【００２２】
また、本実施形態の熱源システム１では、必要に応じて、冷却塔出口温度ＴＯＵＴによる制御と、水温差ΔＴによる制御とを併用することもできる。例えば、冷却塔出口温度ＴＯＵＴが設定以上の場合は冷却塔３のファン９を連続的に稼働し、水温差ΔＴが０よりも大きい場合のみファン９を稼働するようにしてもよい。
【００２３】
具体的には、例えば、冷却塔出口温度ＴＯＵＴが３２℃以上の場合は、水温差ΔＴの値にかかわらず冷却塔３のファン９を連続的に稼働させ、冷却塔出口温度ＴＯＵＴが２０℃以上３２℃未満の場合には、水温差ΔＴが０よりも大きく、例えば３℃以上ときにのみ冷却塔３のファン９を稼働させる。そして、冷却塔出口温度ＴＯＵＴが２０℃未満のときは、水温差ΔＴの値にかかわらず、冷却塔３のファン９は稼働させず、停止させておく。これにより、効率良く、より低温の冷却水を得ることができるため、システム全体での省エネルギー化を促進することができる。
【００２４】
更に、本実施形態においては、冷却塔入口温度ＴＩＮと冷却塔出口温度ＴＯＵＴとの水温差ΔＴに基づいてファンの稼働を制御しているが、ここでいう冷却塔出口温度ＴＯＵＴは熱源入口における冷却水温度と同等であり、冷却塔入口温度ＴＩＮは熱源入口における冷却水温度と同等であるため、熱源入口及び出口での冷却水温度を測定し、その差を水温差ΔＴとしてファンの稼働制御を行ってもよい。
【００２５】
上述の如く、本実施形態の熱源システムにおいては、制御部により、冷却塔入口温度ＴＩＮと冷却塔出口温度ＴＯＵＴの差である水温差ΔＴが０よりも大きい場合は、冷却塔のファンを稼働するようにしている。これにより、従来よりも簡便な方法で、最大冷却温度の冷却水を得ることができる。その結果、熱源機の消費電力を大幅に低減することができる。また、従来は一般に、冷却水の流量を調整することで、熱源に供給させる冷却水の温度を制御していたが、本実施形態の熱源システムでは、冷却塔のファンの稼働状態を調整することで冷却水温度を制御するため、大がかりな設備が不要である。なお、本実施形態の熱源システムでは、従来ファンを稼働させていない状態においても、ファンを稼働させることになるため、冷却塔の消費電力は増加するが、その増加分以上に熱源機の消費電力を低減することができるため、熱源システム全体としては省エネルギー化される。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。先ず、本発明の本実施例として、前述した実施例の方法により熱源システムを運転したときの熱源機の消費電力を測定した。具体的には、熱源機には１０００ＲＴのターボ冷凍機を使用し、冷却塔出口温度ＴＯＵＴが３２℃以上の場合は冷却塔のファンを連続的に稼働し、冷却塔出口温度ＴＯＵＴが２０℃以上３２℃未満の場合は、水温差ΔＴが３℃以上の場合のときのみファンを稼働する設定にして、制御部によりファンの稼働を制御し、その際のターボ冷凍機の消費電力を測定した。図３は横軸に外気湿球温度をとり、縦軸に冷却塔入口又は出口における冷却水温度（ＴＩＮ又はＴＯＵＴ）をとって、本発明の実施例の方法で運転した場合の冷却水温度制御状況を示すグラフ図である。
【００２７】
また、本発明の比較例として、冷却塔入口温度ＴＯＵＴが３２℃以上の場合はファン９を連続的に稼働し、３２℃未満の場合は冷却塔のファンを稼働しない設定して熱源システムを運転し、熱源機である１０００ＲＴのターボ冷凍機の消費電力を測定した。図４は横軸に外気湿球温度をとり、縦軸に冷却塔入口又は出口における冷却水温度（ＴＩＮ又はＴＯＵＴ）をとって、本発明の比較例の方法で運転した場合の冷却水温度制御状況を示すグラフ図である。これら実施例及び比較例の測定結果を下記表１にまとめて示す。
【００２８】
【表１】
0005071146.tif 000002
【００２９】
上記表１に示すように、図３に示す実施例の方法で運転した場合、冷却塔出口温度ＴＯＵＴは徐々に低下し、それに伴い冷凍機の消費電力も減少した。一方、図４に示す比較例の方法で運転した場合は、冷却塔出口温度ＴＯＵＴは３２℃で一定であるため、冷凍機の消費電力も一定であった。
【００３０】
次に、上述した実施例及び比較例の方法で１年間運転したときの熱源システム全体の消費電力をシミュレーションにより求めた。その際、熱源機は６００ｋＷの１０００ＲＴターボ冷凍機、冷却塔は７．５ｋＷの１０００ＲＴ冷却塔とした。その結果を下記表２に示す。また、図５は横軸に運転月、縦軸に冷却水送水温度をとって、実施例及び比較例の方法で１年間運転したときの冷却水温度の変化を示すグラフ図である。
【００３１】
【表２】
0005071146.tif 000003
【００３２】
上記表２及び図５に示すように、本発明の実施例の方法は、比較例である従来の運転の方法に比べて、消費電力を１年間で１１０，８４４ｋＷ少なくすることができ、４．０％の削減が可能であるという結果が得られた。以上の結果から、本発明の方法で熱源システムを運転することにより、従来の運転方法に比べて消費電力を低減できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る熱源システムの構成を示すブロック図である。
【図２】横軸に冷却水温度をとり、縦軸に消費電力をとって、圧縮式冷凍機入口における冷却水温度と冷凍機の消費電力との関係を示すグラフ図である。
【図３】横軸に外気湿球温度をとり、縦軸に冷却塔入口又は出口における冷却水温度（ＴＩＮ又はＴＯＵＴ）をとって、本発明の実施例の方法で運転した場合の冷却水温度制御状況を示すグラフ図である。
【図４】横軸に外気湿球温度をとり、縦軸に冷却塔入口又は出口における冷却水温度（ＴＩＮ又はＴＯＵＴ）をとって、本発明の比較例の方法で運転した場合の冷却水温度制御状況を示すグラフ図である。
【図５】横軸に運転月、縦軸に冷却水送水温度をとって、実施例及び比較例の方法で運転したときの冷却水温度の変化を示すグラフ図である。
【図６】特許文献１に記載の従来の制御方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  熱源システム
２  熱源機
３、１０３  冷却塔
４  制御部
５  圧縮機
６  凝縮機
７  冷却水往管路
８  冷却水環管路
９  ファン
１０、１１  水温測定装置
１０１  冷凍機
１０２  冷却水ポンプ
１０４  冷水ポンプ
１０５  コントローラ
１０６〜１０９  電力計
【図１】
0005071146.tif 000004
【図２】
0005071146.tif 000005
【図３】
0005071146.tif 000006
【図４】
0005071146.tif 000007
【図５】
0005071146.tif 000008
【図６】
0005071146.tif 000009