(57)【要約】【課題】標準の部分負荷特性と劣化率の設定、およびこれらに基いた簡単な計算で部分負荷特性の変化に対応した適切な消費電力を算出することにより、省エネルギーを図った冷凍機の運転方法および冷凍機設備を提供する。【解決手段】各冷凍機の標準の部分負荷特性と劣化率の設定、およびこれらに基く計算で部分負荷特性の変化に対応した適切な消費電力を簡単に算出することができる。また、消費電力は、標準の部分負荷特性を用いて仮の消費電力を算出し、この消費電力に劣化率により補正を加えるので、極めて簡単に最終の消費電力が算出できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機設備における複数の冷凍機の消費電力の合計が小さくなるように各冷凍機に割当てられる運転容量を制御する冷凍機設備の運転方法において、
前記各冷凍機の標準の部分負荷特性と、この特性に適応する劣化率を設定する第１ステップと、
空調設備における負荷の冷凍容量を設定する第２ステップと、
上記負荷の冷凍容量を満足する前記冷凍機の複数の運転組合せについて、上記標準の部分負荷特性と劣化率に基いて消費電力を算出する第３ステップと、
上記で算出された消費電力がより小さくなる運転組合せにおける各冷凍機に割当てられた運転容量を設定する第４ステップからなることを特徴とする冷凍機設備の運転方法。
【請求項２】
請求項１記載の冷凍機設備の運転方法において、
前記第３ステップでは、各冷凍機の標準の部分負荷特性に基づいて仮の消費電力を算出し、この消費電力に対し劣化率により補正を加えて最終の消費電力を算出することを特徴とする冷凍機設備の運転方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の冷凍機設備の運転方法において、
前記第２ステップでは、各冷凍機の標準の部分負荷特性と、同一冷凍機の経年劣化を表す劣化率を設定することを特徴とする冷凍機設備の運転方法。
【請求項４】
請求項３記載の冷凍機設備の運転方法において、
前記劣化率は、各冷凍機の標準の部分負荷特性に対する劣化割合であることを特徴とする冷凍機設備の運転方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の冷凍機設備の運転方法において、
冷却水入口温度毎に表される冷凍機の標準の部分負荷特性に対して、各々の異なる劣化率を用意して計算に適用できることを特徴とする冷凍機設備の運転方法。
【請求項６】
請求項３記載の冷凍機設備の運転方法において、
前記標準の部分負荷特性は、冷凍機仕様の部分負荷特性、または実測の運転データから近似して生成された部分負荷特性のいずれかであることを特徴とする冷凍機設備の運転方法。
【請求項７】
請求項１または２記載の冷凍機設備の運転方法において、
劣化率は、冷凍機仕様から得られる指標、または経年変化の実績から得られた値のいずれかであることを特徴とする冷凍機設備の運転方法。
【請求項８】
複数の冷凍機を備えた冷凍機部と、前記各冷凍機の運転を制御する運転制御部と、負荷部を備え、前記運転制御部により複数の冷凍機の消費電力の合計が小さくなるように各冷凍機に運転容量を割当てて運転する冷凍機設備において、
前記運転制御部は、各冷凍機の標準の部分負荷特性を記憶するメモリと、この各部分負荷特性に適応する劣化率を記憶するメモリと、前記冷凍機の複数の運転組合せについて、上記部分負荷特性と劣化率に基いて消費電力を算出する消費電力計算部と、算出された消費電力がより小さくなる運転組合せにおける各冷凍機に割当てられた運転容量を設定する容量設定部を備えたことを特徴とする冷凍機設備。
【請求項９】
請求項８に記載の冷凍機設備において、
前記消費電力計算部は、各冷凍機の標準の部分負荷特性に基づいて仮の消費電力を算出し、この消費電力に対し劣化率により補正を加えて最終の消費電力を算出することを特徴とする冷凍機設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の冷凍機を有する冷凍機設備の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生産設備の空調や、装置の冷却等を行うための空調設備の冷凍機において、複数台数からなる冷凍機の運転では台数制御が一般的である。冷凍機運転時の消費電力を抑えて省エネルギーを図るための運転方法の一つとして、冷凍機の部分負荷特性を用いて運転組合せ毎の消費電力を計算してその総和を比較することで、最適な運転台数と組合せ、および冷凍負荷の配分を決定する方法がある。冷凍機の部分負荷特性は定格であるため、個体差により多少は異なり、さらにはその冷凍機自体でも使用される環境条件や時間経過によって性能劣化が起こり部分負荷特性は変化する。現状に合った部分負荷特性を導き出す例として、特許文献１に開示がある。冷却水入口温度別の運転データから運転負荷と消費電力の関係を近似して部分負荷特性とするものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８５６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷凍機の部分負荷特性を実測の運転データから忠実に求める方法は、冷凍機の特性変化（経年変化等による）も同時に取込むことができる有効な手段であるが、運転データの良し悪しが計算精度の重要な要素になる。具体的には、長期間に渡る運転データのデータ量、気温や水温や流量等の計測器による測定、計測器が無い場合の代替えの設定データの精度などにより左右され、導出される近似式の部分負荷特性も影響を受ける。
【０００５】
また、運転データには誤差が含まれており、加工を加えることなくそのまま流用できないところもあるため、例えば温度別のデータなら１℃単位かまたは０．１℃単位で集計するなどのグループ別に精度に違いが生じる。メーカでは出荷前の実験により冷凍負荷を２０％から１００％まで広範囲に変えたときの消費電力の運転データを取得できるが、実際の稼動実績のデータとなるとデータ分布に偏りが出てしまうため、経年変化を推し量れず近似できない負荷範囲が生じてしまう。さらに、実際の稼働状態では冷却水入口温度も狭い範囲で偏りがあるため、広範囲の冷却水入口温度毎には近似できない場合がある。
【０００６】
このようなことから、実測データから近似された部分負荷特性は場合によっては使用に適さない場合もあり、何らかの修正を加えたくても運転の実績データを元にしているために、データの修正は容易ではなく、運転に支障をきたす場合がある。以上のことから、運転データを近似して部分負荷特性を算出することが困難な場合は、冷凍機の仕様の部分負荷特性に対応することや、運転データから近似した部分負荷特性の修正を容易にすることが望まれる。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、標準（最初）の部分負荷特性と劣化率の設定、およびこれらに基いた簡単な計算で部分負荷特性の変化に対応した適切な消費電力を算出することにより、省エネルギーを図った冷凍機の運転方法および冷凍機設備を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、冷凍機設備における複数の冷凍機の消費電力の合計が小さくなるように各冷凍機に割当てられる運転容量を制御する冷凍機の運転方法において、前記各冷凍機の標準の部分負荷特性と、この特性に適応する劣化率を設定する第１ステップと、空調設備における負荷の冷凍容量を設定する第２ステップと、上記負荷の冷凍容量を満足する前記冷凍機の複数の運転組合せについて、上記部分負荷特性と劣化率に基いて消費電力を算出する第３ステップと、上記で算出された消費電力がより小さくなる運転組合せにおける各冷凍機に割当てられた運転容量を設定する第４ステップからなることを特徴とする。
【０００９】
また、前記第３ステップでは、各冷凍機の標準の部分負荷特性に基づいて仮の消費電力を算出し、この消費電力に対し劣化率により補正を加えて最終の消費電力を算出することを特徴とする。
【００１０】
また、前記第２ステップでは、各冷凍機の標準の部分負荷特性と、同一冷凍機の経年劣化を表す劣化率を設定することを特徴とする。
【００１１】
また、前記劣化率は、各冷凍機の標準の部分負荷特性に対する劣化割合であることを特徴とする。
【００１２】
また、冷却水入口温度毎に表される冷凍機の標準の部分負荷特性に対して、各々の異なる劣化率を用意して計算に適用できることを特徴とする。
【００１３】
また、前記標準の部分負荷特性は、冷凍機仕様の標準の部分負荷特性、または実測の運転データから近似して生成された部分負荷特性のいずれかであることを特徴とする。
【００１４】
また、劣化率は、冷凍機仕様から得られる指標、または経年変化の実績から得られた値のいずれかであることを特徴とする。
【００１５】
さらに本発明は、複数の冷凍機を備えた冷凍機部と、前記各冷凍機の運転を制御する運転制御部と、負荷部を備え、前記運転制御部により複数の冷凍機の消費電力の合計が小さくなるように各冷凍機に運転容量を割当てて運転する冷凍機設備において、前記運転制御部は、各冷凍機の標準の部分負荷特性を記憶するメモリと、この各部分負荷特性に適応する劣化率を記憶するメモリと、前記冷凍機の複数の運転組合せについて、上記標準の部分負荷特性と劣化率に基いて消費電力を算出する消費電力計算部と、算出された消費電力がより小さくなる運転組合せにおける各冷凍機に割当てられた運転容量を設定する容量設定部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、前記消費電力計算部は、各冷凍機の標準の部分負荷特性に基づいて仮の消費電力を算出し、この消費電力に対し劣化率により補正を加えて最終の消費電力を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本願発明によれば、各冷凍機の標準の部分負荷特性と劣化率の設定、およびこれらに基く計算で部分負荷特性の変化に対応した適切な消費電力を簡単に算出することができる。また、消費電力は、標準の部分負荷特性を用いて仮の消費電力を算出し、この消費電力に劣化率により補正を加えるので、極めて簡単に最終の消費電力が算出できる。即ち、経年変化に応じて標準の部分負荷特性に修正を加えて新たな部分負荷特性を近似式として算出し、消費電力を算出する場合は、各温度毎に多数の近似式を算出する動作が必要で効率が悪くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施例としての冷凍機設備の全体構成図、図２は図１の設備中の冷凍機の性能劣化した部分負荷特性を例にして示す図、図３は図２の冷凍機の部分負荷特性に劣化率を適用した時の説明図、図４は冷凍設備の動作フローである。
【００１９】
図１において、１００は冷凍機設備、１は複数の冷凍機Ｒ１、Ｒ２、・・・、Ｒｎを備えてなる冷凍機部、２は冷凍機部１の運転を制御する運転制御部、３は空気調和機５等の負荷部、４は冷水槽、６は第１の温度・流量監視点、７は第２の温度監視点である。Ｔ１は第１の温度・流量監視点６における冷水の温度、Ｑ１は第１の温度・流量監視点６における冷水の送水量である。
【００２０】
冷凍機部１は、各冷凍機Ｒ１、・・・、Ｒｎが、駆動用電動機（図示なし）により冷媒を所定の流量・速度でそれぞれの冷凍機内を循環させるとともに、冷水槽４中の水を、該冷凍機４との間で循環させながら該冷媒により冷却する。上記構成において、冷凍機部１の各冷凍機Ｒ１、Ｒ２、・・、Ｒｎはそれぞれ、運転制御部２により制御され、所定の条件すなわち所定の冷凍容量、所定の駆動用電動機入力、所定の消費電力などの運転条件とされる。
【００２１】
該運転条件で運転された冷凍機部１の各冷凍機Ｒ１、・・・、Ｒｎは、冷水槽４中の高温槽側の水の一部を汲み上げ、該汲み上げた水を冷媒により冷凍容量に対応して冷却し、再び冷水槽４中の冷温槽側に戻す。これが繰り返される。第１の温度・流量監視点６では冷水の温度Ｔ１と送水量Ｑ１が検出される。第２の温度監視点７では冷水の戻り温度Ｔ２が検出される。第１の温度・流量監視点６における温度と送水量検出結果と第２の温度監視点７における冷水の戻り温度の情報はともに、運転制御部２に入力される。
【００２２】
運転制御部２は、標準（最初）の部分負荷特性を冷却水温度毎に複数個を記憶するメモリ２ａを備える。この部分負荷特性は、予めメーカで用意した冷凍機仕様に示される標準の部分負荷特性、あるいは最初の稼動で幅広く実測された運転データから得られる部分負荷特性を標準として用いられる。２ｂは劣化率α（各部分負荷特性に対応させたα１、α２、・・）を記憶するメモリである。劣化率アルファは予めメーカで用意した冷凍機仕様に示される指標、あるいは経験的に得られる経年変化の実績に基く劣化率（消費電力上昇率）が用いられる。また、劣化率は上記のように各部分負荷特性に対応させてα１、α２、・・と設定する他に、各部分負荷特性に対し一律（同一）に設定しても良い。
【００２３】
２ｃは冷凍負荷設定部で、負荷部３で必要とする冷凍容量、外気温度及び冷却水入口温度（監視点６）が設定される。２ｄは消費電力計算部で、上記で設定された冷凍容量を満足するべく運転する複数冷凍機へ負荷（運転容量）を配分し、この配分に基いた各冷凍機の標準の部分負荷特性の近似式から仮の消費電力を算出し、次いでこの仮の消費電力に劣化率で補正を加えて、各冷凍機について合算し最終の消費電力を算出する。前記最終の消費電力は、冷凍機運転台数の全ての組合せについて算出される。
【００２４】
２ｅは容量設定部で、上記で算出された全ての組合せの最終の消費電力について評価し、最小の消費電力となる冷凍機の組合せを決定し、この組合せでの各冷凍機に割当てられている運転容量を稼動時の運転容量として設定する。
【００２５】
次に部分負荷特性の劣化について説明する。図２に示すように、実線で示す最初（標準）の部分負荷特性は、冷凍機の経年変化（劣化）によって左斜め上方向に移動した破線で示す形になることが経験的に知られている。即ち経年変化により冷凍機の性能が劣化し、消費電力が増加するのである。図３に、最初（標準）の部分負荷特性に劣化率を適用した時の消費電力の計算例を示す。本実施例では、冷凍機の経年変化（劣化）を表す尺度として標準の部分負荷特性と比べた時の割合を示す劣化率を導入する。すなわち、標準の部分負荷特性から経年変化後の冷凍機の部分負荷特性を近似式として求めるのではなく、経年変化後の部分負荷特性の近似式を用いて計算した結果と同じになるように、標準の部分負荷特性の近似式と劣化率を用いた計算を行う。計算は下記のように行う。
【００２６】
ｘ ：負荷率(%)
α ：劣化率(%)
Ｙ０：標準の部分負荷特性での仮の消費電力
Ｙ ：劣化率を考慮した場合の消費電力
Ｙ＝Ｙ０＋Ｙ０＊（α／１００）＊（Ｘ／１００）
上記計算では、標準の部分負荷特性の近似式で仮の消費電力Ｙ０を算出し、この消費電力に劣化率αによって増加した消費電力を加えて、最終の消費電力Ｙを算出している。この算出方法によれば、近似式として標準の部分負荷特性のみ用いるだけで、経年変化後の部分負荷特性の近似式を用いて計算した結果とほぼ同じとすることができる。
【００２７】
従来のように、経年劣化後の部分負荷特性を実測の運転データから求める方法、すなわち経年変化後の冷凍機の部分負荷特性を近似式として求める方法は、各冷却水温度毎の部分負荷特性の近似式を定期的に算出することになり、算出動作だけでも多大の時間を要する。
【００２８】
本実施例によれば、部分負荷特性として最初（標準）の部分負荷特性と劣化率を用意し、劣化率のみ定期的に更新すれば良い。従って、経年変化に応じて部分負荷特性を新たに算出する必要が無いので、消費電力の算出効率が大幅に向上する。
【００２９】
図４を用いて、冷凍機設備１００の稼動前の準備動作を説明する。
（１）第１ステップでは、運転制御部２は標準の部分負荷特性の近似式をメモリ２ａに設定記憶し、合わせて補正する割合（劣化率）αをメモリ２ｂに設定記憶する（図４のステップ４０２）。ここで劣化率αは、冷却水温度毎の標準の各部分負荷特性に共通に同じ値、または標準の各部分負荷特性に対して各々異なる値（α１、α２．・・）でも良い。各々異なる値は、冷却水温度によって冷凍機の経年劣化の程度が異なる場合に対応するためである。
【００３０】
（２）次いで第２ステップでは、前記冷凍負荷設定部２ｃで、負荷部３で必要とする冷凍容量、外気温度または冷却水入口温度等の計算に必要になる条件を設定する（図４のステップＳ４０３）。
【００３１】
（３）次いで第３ステップでは、前記消費電力計算部２ｄで、上記で設定された冷凍容量を満足するべく運転する複数冷凍機へ負荷（運転容量）を配分し、この配分に基いた各冷凍機の標準の部分負荷特性の近似式から仮の消費電力Ｙ０を算出し、次いでこの仮の消費電力Ｙ０に劣化率αで補正を加えて、各冷凍機について合算して総和の最終の消費電力Ｙを算出する。前記最終の消費電力Ｙは、冷凍機運転台数の全ての組合せについて算出される。例えば７台の冷凍機があれば、２の７乗で１２８の組合せとなる。計算に際して運転する各冷凍機への冷凍負荷の配分は、冷凍機の定格容量に比例して行う。冷凍機は配分された冷凍負荷と冷却水入口温度の部分負荷特性の近似式から仮の消費電力Ｙ０を求める。図３に示す計算式により劣化率から最終の消費電力Ｙを計算する（図４のステップＳ４０４）。
【００３２】
（４）次いで第４ステップでは、容量設定部２ｅで、冷凍機の運転組合せ毎に消費電力の総和を評価比較して、その総和が最小となる冷凍機運転の組合せを決定する。その冷凍機運転の組合せ時に各冷凍機へ配分した冷凍容量を、稼動時の各冷凍機に設定する（図４のステップＳ４０５）。そしてステップＳ４０５で稼動に備えた準備作業が終了し、この後は、冷凍容量が設定された各冷凍機が、稼動して省エネルギー運転がなされる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例の冷凍用設備の全体構成図である。
【図２】冷凍機の部分負荷特性の性能劣化の説明図である。
【図３】冷凍機の部分負荷特性に劣化率を適用した時の説明図である。
【図４】冷凍機設備の動作フロー図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…冷凍機部、２…運転制御部、２ａ…標準の部分負荷特性を記憶するメモリ、２ｂ…劣化率を記憶するメモリ、２ｃ…冷却負荷設定部、２ｄ…消費電力計算部、２ｅ…容量設定部、３…負荷部、４…冷水槽、５…空気調和機、６…第１の温度・送水量監視点、７…第２の温度監視点、１００…冷凍機設備、Ｒ１、Ｒ２、Ｒｎ…冷凍機、Ｙ０…仮の消費電力、Ｙ…最終の消費電力、α…劣化率。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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