JP2004101129A - 冷凍機制御方法および冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水の流量および温度の制御を改良することで、上記諸問題を解決した、信頼性が高く省エネルギーな冷凍機制御方法および冷凍装置を提供すること。
【解決手段】流量計２１から冷却水流量値を入力し、出口温度センサー２２から冷凍機１１の冷却水出口温度を入力して、出口温度一定制御を行うことにより、冷却水流量を最適に制御し、しかも最低流量設定値を下回ることはないので、省エネルギー効果に優れ、安定した冷凍機１１の運転が可能となる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調設備などに用いられ、冷却塔との間で冷却水を循環使用する冷凍機の制御方法およびその冷凍機を有する冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、空調設備などに用いられる冷凍機は、冷却塔を有し、冷却塔から供給される冷却水により、冷媒蒸気の吸収熱を冷却したり凝縮器を冷却しながら冷水を製造し、この冷水を負荷である空調機に供給している。このような、所謂、吸収式冷凍機を用いた冷凍装置の、冷却水の制御に関する発明として、特開２０００−２８３５２７公報に記載されたものがある。
【０００３】
この発明では、吸収式冷凍機によって製造された冷水は冷水ポンプにより負荷である空調機に送られ、空調機との熱交換を経て吸収式冷凍機に戻ってくる。一方、冷却塔で冷却された冷却水は、冷却水ポンプにより吸収式冷凍機に送られ、吸収式冷凍機内での熱交換を経て冷却塔に戻ってくる。この冷却水の配管には、冷凍機入口の冷却水温度を検出する入口温度センサーと、冷却塔に向う冷凍機出口の冷却水温度を検出する出口温度センサーとを設け、これらの検出値を冷凍機制御装置に入力し、冷凍機の負荷状態に応じて冷却水ポンプに対する制御モードを切換え、制御出力を決定している。
【０００４】
このような、従来の冷凍装置では、例えば、空調負荷が大きく、冷凍機入口の冷却水温度が設定値を上回る場合は、冷凍機出口の冷却水温度との温度差が一定となるように、冷却水出入口温度差一定制御を行う。すなわち、入口温度センサーで検出された冷却水入口温度に出入口温度差設定値を加えた値を冷却水出口温度設定値とし、出口温度センサーの値をこの出口温度設定値に制御するため、例えば、ＰＩＤ制御によって冷却水ポンプの操作量を演算し、出力する。
【０００５】
逆に、負荷が小さく、冷却水入口温度が設定値以下の場合は、冷却水出口温度一定制御を行う。すなわち、出口温度センサーで検出された冷却水出口温度が設定値となるように、例えば、ＰＩＤ制御によって冷却水ポンプの操作量を決定し、出力する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術では、冷却水流量の検出信号を冷凍機制御装置に入力していないため、冷却水流量は、冷却水の出入り口温度差や、冷却水ポンプの回転数等によって推定していた。このため、充分に冷却水流量を絞ることができず、本来、得られるべき省エネルギー量が充分に得られていない可能性があると共に、急激な冷却水流量の変動に対応できない可能性がある。
【０００７】
また、負荷状態に応じて制御モードを、冷却水出口温度一定制御と冷却水出入口温度差一定制御とに切換えているが、例えば、急激な冷却水入口温度低下や負荷減少に対しては、冷却水出口温度応答の遅れにより、設定値との偏差が大きくなる。このため、その間の冷却水量が大きく減少し、冷凍機の運転が不安定になる可能性がある。
【０００８】
また、このような現象を防ぐため、進み遅れなどの関数を追加した場合は、制御が複雑になり、制御設計が難しくなる。
【０００９】
本発明の目的は、冷却水の流量および温度の制御を改良することで、上記諸問題を解決した、信頼性が高く省エネルギーな冷凍機制御方法および冷凍装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による冷凍機制御方法は、冷却塔との間で冷却水ポンプにより冷却水を循環させる冷却水配管を有する冷凍機の制御方法であって、前記冷凍機から冷却塔に返送される冷却水の冷凍機出口温度と、予め設定された出口温度設定値との偏差を求め、この偏差に基づき、出口温度を、前記出口温度設定値に維持するための冷却水流量指令値を求め、上記冷却水量指令値と予め設定された下限流量設定値のいずれか大きい方を設定値とし、前記冷却水の流量を前記設定値に制御するための制御量を求めることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による冷凍機制御方法は、冷却塔との間で冷却水ポンプにより冷却水を循環させる冷却水配管を有する冷凍機の制御方法であって、前記冷却塔に設けられた風冷用の冷却塔ファンおよび前記冷却水ポンプの消費動力変化率をそれぞれ求めておき、前記冷凍機から冷却塔に返送される冷却水の出口温度と、予め設定された出口温度設定値との偏差を求め、この偏差に基づき、出口温度を、前記出口温度設定値に維持するための冷却水ポンプ制御系および冷却塔ファン制御系に対し、前記出口温度上昇時は、前記消費動力変化率の少ない制御系を優先動作させ、出口温度下降時は、前記消費動力変化率の大きい制御系を優先動作させることを特徴とする。
【００１２】
本発明による冷凍装置は、冷却塔との間で冷却水ポンプにより冷却水を循環させる冷却水配管を有する冷凍機を備えており、前記冷却水配管に設けられ、前記冷却水の流量を検出する冷却水流量センサーと、前記冷凍機から冷却塔に返送される冷却水の冷凍機出口温度を検出する出口温度センサーと、この出口温度センサーで検出された出口温度と、予め設定された出口温度設定値との偏差を求め、この偏差から、出口温度を、前記出口温度設定値に維持するための冷却水流量指令値を出力する冷却水量指令値演算手段と、上記冷却水流量指令値と予め設定された下限流量設定値のいずれか大きい方を設定値とし、前記冷却水流量を設定値に制御するための制御量を求める制御量演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の冷凍装置では、冷却水配管に流量調整弁を設け、制御量に応じて流量調整弁の弁開度を変化させるようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明による冷凍装置は、冷却塔との間で冷却水ポンプにより冷却水を循環させる冷却水配管を有する冷凍機を備えており、前記冷却水配管に設けられ、前記冷却水の流量を検出する冷却水流量センサーと、前記冷凍機から冷却塔に返送される冷却水の冷凍機出口温度を検出する出口温度センサーと、この出口温度センサーで検出された出口温度と、予め設定された出口温度設定値との偏差を求め、この偏差から、出口温度を、前記出口温度設定値に維持するための冷却水流量指令値を出力する冷却水量指令値演算手段と、前記冷却水配管に設けられ、前記冷却水量指令値に基づき、弁開度が制御される流量調整弁と、この流量調整弁に並列に連結され、予め設定された冷却水の下限流量を確保するバイパス管とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による冷凍装置は、冷却塔との間で冷却水ポンプにより冷却水を循環させる冷却水配管を有する冷凍機を備えており、前記冷却塔に設けられ、前記冷却水を風冷する冷却塔ファンと、前記冷却水配管に設けられ、前記冷却水の流量を検出する冷却水流量センサーと、前記冷凍機から冷却塔に返送される冷却水の冷凍機出口温度を検出する出口温度センサーと、この出口温度センサーで検出された出口温度と、予め設定された出口温度設定値との偏差を求め、この偏差に基づき、出口温度を、前記出口温度設定値に維持するための冷却水ポンプ制御系および冷却塔ファン制御系と、予め求められた冷却塔ファンおよび前記冷却水ポンプの消費動力変化率に基づき、前記出口温度上昇時は、前記消費動力変化率の少ない機器に対する制御系を優先動作させ、出口温度下降時は、前記消費動力変化率の大きい機器に対する制御系を優先動作させる優先指令手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
この場合、優先指令手段として、消費動力変化率の小さい制御系の出口温度設定値を、予め設定した値減算するものを用いるとよい。
【００１７】
また、本発明による冷凍装置では、冷却水の冷凍機入口温度を検出する入口温度センサーと、冷却水配管に、前記冷却塔をバイパスするように設けられ、前記入口温度センサーで検出された入口温度が予め設定された入口下限温度設定値より低くなると開動作する冷却塔バイパス弁とを加えた構成としてもよい。
【００１８】
本発明による冷凍装置では、冷却水ポンプに、可変速ポンプを用い、制御量に応じて可変速ポンプの回転速度を変化させるようにする。
【００１９】
また、本発明による冷凍装置では、冷却水ポンプとして、互いに並列に連結された複数台のポンプを用い、制御量に応じて運転台数を変化させるようにしてもよい。
【００２０】
さらに、本発明による冷凍装置では、冷凍機は、冷却水によって冷却される凝縮器を有し、出口温度センサーは、凝縮器の冷却水温度を検出するものを用いるとよい。
【００２１】
これらの発明では、冷却水流量値を入力し、出口温度一定制御により、冷却水流量を最適に制御し、しかも最低流量設定値を下回ることはないので、省エネルギー効果に優れ、安定した冷凍機の運転が可能となる。
【００２２】
また、冷却塔ファンおよび冷却水ポンプの消費動力変化率に基づき、出口温度上昇時は消費動力変化率の少ないほうを優先して制御し、出口温度下降時は消費動力変化率の大きい方を優先して制御するようにしたので、省エネルギー効果が一層向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による冷凍機制御方法及び冷凍装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、冷凍装置の全体構成を示している。図１において、１１は吸収式の冷凍機で、負荷である空調機１２との間には、冷水ポンプ１３を有する冷水配管１４が設けられ、空調機１２との間に冷水の循環経路を形成している。すなわち、冷凍機１１で製造された冷水は、冷水配管１４により空調機１２に供給され、空調機１２で熱交換後、冷水配管１４により冷凍機１１に返送され、冷凍機１１で再び冷却され、空調機１２に供給される。
【００２５】
１６は冷却塔で、冷凍機１１との間には、冷却水ポンプ１７を有する冷却水配管１８が設けられ、冷凍機１１との間に冷却水の循環経路を形成している。この冷却塔１６は、冷却水を風冷するための冷却塔ファン１９を有し、冷却水を冷却水配管１８により冷凍機１１に供給すると共に、冷凍機１１で熱交換され、冷却水配管１８により返送されてくる冷却水を冷却する。
【００２６】
冷却水配管１８には、冷却水の流量を検出する流量センサー２１が設けられている。また、冷却水配管１８の、冷凍機１１の出口部分には、冷却水の冷凍機出口温度を検出する出口温度センサー２２が設けられている。また、冷却水ポンプ１７は可変速タイプのもので、インバータなどによる速度制御装置２３を有する。
【００２７】
２５は冷凍機制御装置で、出口温度センサー２２によって検出された冷却水の冷凍機出口温度、および流量センサー２１によって検出された冷却水流量が、それぞれ入力される。そして、これら入力値および予め設定された設定値などを用いて所定の演算を行ない、冷凍機１１に対する冷却水流量を制御すべく、冷却水ポンプ１７の速度調整装置２３に制御信号を出力する。この演算機能については後述する。
【００２８】
図２は、吸収式冷凍機１１の内部構成を示している。図２において、２７は蒸発器、２８は吸収器で、同一槽内に区分して形成されている。蒸発器２７内には冷水配管１４が設けられ、また、この蒸発器２７の底部には冷媒ポンプ２９を有する配管３０の一端が連結している。この配管３０の他端は、蒸発器２７の上部に連結している。
【００２９】
吸収器２８の上部には、冷媒吸収用の吸収液を供給する配管３１が連結され、また、この吸収器２８の底部には、溶液ポンプ３２を有する配管３３が連結している。この配管３３は、吸収器２８内で冷媒を吸収して濃度が低下した稀溶液を流通させるもので、溶液熱交換器３４を通ったのち、一方は高温再生器３５に連結し、他方は低温再生器３６に連結している。前記吸収液供給用の配管３１の他端は、溶液熱交換器３４に連結している。
【００３０】
高温再生器３５は、図示しない熱源装置から供給された熱、例えば蒸気などを流通させる配管３７を有し、この配管３７によって供給される熱により、配管３３により送られてきた稀溶液を加熱し、高温の冷媒蒸気と濃溶液とに分離する。
【００３１】
分離された冷媒蒸気は、低温再生器３６との間に設けられた配管３８により排出され、濃溶液は溶液熱交換器３４との間に設けられた配管３９により排出される。
【００３２】
低温再生器３６は、凝縮器４０と同一槽内に形成されており、高温再生器３５からの配管３８は、低温再生器３６内をとおり、凝縮器４０内に達するよう配設されている。この低温再生器３６では、配管３３により送られてきた稀溶液を、配管３８を通る高温冷媒蒸気により加熱し、冷媒蒸気と濃溶液とに分離する。分離された濃溶液は、溶液熱交換器３４への配管３９ａにより排出される。また、分離された冷媒蒸気は、凝縮器４０内に流れ込む。
【００３３】
図１で示した、冷却塔１６からの冷却水配管１８は、冷凍機１１内の蒸発器２７および吸収器２８内を通った後、凝縮器４０を通り、冷凍機１１外に配管されている。また、凝縮器４０は、蒸発器２７への配管４１を有し、凝縮された液冷媒を蒸発器２７に送るように構成されている。
【００３４】
上記構成において、吸収式の冷凍機により製造された冷水は冷水ポンプ１３により空調機１２に送られ、空調機１２との熱交換を経て冷凍機１１に戻ってくる。
【００３５】
一方、冷却塔１６では、冷却塔ファン１９により供給される空気との熱交換により冷却水が冷却される。冷却された冷却水は、冷却水ポンプ１７により、冷凍機１１に送られ、冷凍機１１内での熱交換を経て冷却塔１６に戻ってくる。
【００３６】
冷凍機１１では、冷媒として水が用いられ、吸収液として臭化リチウム水溶液が用いられている。蒸発器２７内には、冷水管１４が配設されており、空調機１２で熱交換された比較的高温の冷水が流通している。この蒸発器２７内には、冷媒ポンプ２９により冷媒（水）が散布されており、その蒸発潜熱により冷水から熱を奪い、これを冷却する。
【００３７】
蒸発器２７内で蒸発した冷媒は、矢印イで示すように吸収器２８内に入り、配管３１から供給される吸収液（臭化リチウム水溶液）に吸収される。このとき発生する吸収熱は、冷却水配管１８を通る冷却水により冷却される。
【００３８】
吸収器２８内で冷媒を吸収して濃度が低下した稀溶液は、溶液ポンプ３２によって配管３３を通り、溶液熱交換器３４で熱交換され、比較的高温になった後、高温再生器３５および低温再生器３６に送られる。高温再生器３５に送られた稀溶液は、配管３７により供給される熱源により加熱され、高温の冷媒蒸気と濃溶液とに分離される。分離された高温の濃溶液は、配管３９により溶液熱交換器３４に送られ、前記稀溶液と熱交換される。また、高温の冷媒蒸気は、矢印ロで示すように、配管３８により低温再生器３６に熱源として送られる。
【００３９】
低温再生器３６に送られた稀溶液は、配管３８を通る高温の冷媒蒸気により加熱され、同様に高温の冷媒蒸気と濃溶液に分離される。分離された高温の濃溶液は、配管３９ａにより、高温再生器３５からの濃溶液と合流し、溶液熱交換器３４に送られ、前記稀溶液と熱交換される。熱交換後、比較的低温になった濃溶液は、配管３１により吸収液として吸収器２８に供給される。
【００４０】
一方、分離された高温の冷媒蒸気は、矢印ハで示すように、凝縮器４０内に流れ込み、配管３８によって送られてきた冷媒蒸気と共に、配管１８を通る冷却水により冷却され、凝縮して液冷媒になる。この液冷媒は、配管４１により蒸発器２７内に戻される。
【００４１】
ここで、空調機１２の負荷が増大し、冷水の流量が増加すると、蒸発器２７内で蒸発する冷媒蒸気の流量が増大し、吸収液によって吸収され、濃溶液と分離された後に、最終的に凝縮器４０内で凝縮される冷媒の量が増加する。このため、吸収器２８および凝縮器４０を冷却した、冷凍機１１の出口における冷却水の温度（以下、出口温度）が上昇する。
【００４２】
逆に、空調機１２の負荷が減少し、冷水の流量が減少すると、蒸発器２７内で蒸発する冷媒蒸気の流量が減少し、最終的に凝縮器４０内で凝縮される冷媒も減少し、冷却水の出口温度は低下する。
【００４３】
このように、冷却水は吸収器２８および凝縮器４０の温度を維持・管理するものであり、負荷の変動により冷却水の出口温度が変化しても、その変化に応じて冷却水量を変化させ、出口温度を一定に維持する必要がある。
【００４４】
そこで、出口温度を一定に維持するため、冷凍機制御装置２５を設け、冷却水配管１８の、冷凍機１１の出口部分に設けた出口温度センサー２２から出口温度を入力する。そして、出口温度が上昇を開始すると冷却水量を増加させ、出口温度が低下し始めると冷却水量を減少させるように、冷却水ポンプ１７を制御する。
【００４５】
この制御により、冷凍機１１の出口における冷却水の出口温度を、負荷によらず一定に制御することができる。
【００４６】
なお、負荷の減少が大きく、冷却水流量が予め設定した下限値に達した場合は、下限値以下とならないように、出口温度を一定にする制御から、冷却水流量を下限流量に保持する制御に切換える。
【００４７】
図３は、このような制御を行なう冷凍機制御装置２５の制御ロジックを示している。図３において、５０は冷却水流量指令値演算手段で、出口温度センサー２２で検出された出口温度と、予め設定された出口温度設定値との偏差を求め、この偏差から、ＰＩＤ（比例、微分、積分）演算などにより、冷却水流量指令値を求め、出力する。この冷却水指令値は、出口温度上昇時は冷却水流量を増加させ、出口温度下降時は冷却水量を低下させるためのものである。
【００４８】
５１は比較手段で、冷却水量指令値と予め設定された下限流量設定値とを入力し、これらのいずれか大きい方を出力する。５２は制御量演算手段で、比較手段５１から出力された冷却水量指令値又は下限流量設定値のいずれかが設定値として入力され、冷却水流量センサー２１で検出された冷却水の流量値がプロセス値として入力される。そして、前述したＰＩＤ演算などにより、この冷却水流量を設定値に維持するための制御量を求め、図１で示した速度制御装置２３に出力する。
【００４９】
上記構成において、出口温度センサー２２からの信号は、冷却水量指令値演算手段５０により出口温度設定値との偏差に応じてＰＩＤ演算により、冷却水流量指令値に変換される。この冷却水流量指令値は、比較手段５１で下限流量設定値と比較され、値の大きな方が後続の制御量演算手段５２に、冷却水流量の設定値として入力される。
【００５０】
この制御量演算装置５２には、冷却水流量センサー２１からの信号が入力され、冷却水流量の設定値との偏差に応じてＰＩＤ演算により制御量に変換される。この制御量は、冷却水ポンプ１７に対する回転数指令値として、インバータなどの速度制御装置２３に出力され、冷却水ポンプ１７の回転速度を制御し、冷却水流量を出口温度に見合った流量に制御する。
【００５１】
この制御ロジックによれば、演算手段５０で演算された冷却水流量指令値が下限流量設定値より小さいときは、比較手段５１により下限流量設定値が、冷却水流量の設定値として選択されるため、冷却水流量は常に下限流量以上を維持することができる。すなわち、負荷の減少が大きく、冷却水流量が予め設定した下限値に達すると、比較手段５１により、出口温度一定制御から、冷却水流量を下限流量に保持する制御に切換えるので、冷却水流量はどのような状態でも下限流量以上を維持し、安定な冷凍機運転が実現する。
【００５２】
図４で示す実施の形態は、冷却水ポンプ１７として、複数台の冷却水ポンプ１７ａ、１７ｂ（２台以上でも、勿論構わない）を並列に連結し、運転台数切換えにより冷却水流量制御を行っている。この場合、冷凍機制御装置２５ａの制御ロジックは、図５で示すように、制御量演算手段６２として、予め運転台数決定関数が設定され、比較手段５１から入力される冷却水流量の設定値（冷却水流量指令値又は下限流量設定値のいずれか）に対応して冷却水ポンプ１７ａ、１７ｂの運転台数を決定し、出力するものを用いる。
【００５３】
すなわち、この制御量演算手段６２から出力される制御量は、冷却水ポンプ１７ａ、１７ｂの運転台数であり、具体的には、これらを起動・停止させるオン・オフ信号である。
【００５４】
このように構成すると、冷凍機１１の出口温度に対応して、冷却水ポンプ１７ａ、１７ｂの運転台数が制御され、冷却水流量を出口温度に見合った流量に制御することができる。
【００５５】
図６で示す実施の形態は、冷却水ポンプ１７と直列に流量調整弁４３を連結し、一定回転数で運転される冷却ポンプ１７による冷却水の流量を、任意に調整できるように構成している。この場合の、冷凍機制御装置２５ｂの制御ロジックは、図３で示したものと基本的に同じであるが、演算手段５２で演算される制御量は流量調整弁４３の弁開度信号となり、その出力は流量調整弁４３に送られる。
【００５６】
このように構成すると、冷凍機１１の出口温度に対応して、流量調整弁４３の弁開度が制御され、冷却水流量を出口温度に見合った流量に制御することができる。
【００５７】
また、図６の流量調整弁４３に対し、下限流量を流通させるバイパス管４４を並列に連結すると、冷却水の下限流量を確保することができる。また、バイパス管４４で冷却水の下限流量が確保できるので、冷凍機制御装置２５ｂの制御ロジックとして、図３で示した比較器５１を省略し、演算手段５０で演算された冷却水流量指令値を、冷却水の設定値として直接、制御量演算手段５２に与えてもよい。
【００５８】
図７で示す実施の形態では、冷却塔１６に設けられた風冷用の冷却塔ファン１９の回転速度を制御するファン速度制御装置４５を新たに設けている。また、冷却水配管１８の冷凍機入口部分には、冷却水の冷凍機入口温度を検出する入口温度センサー４６を設けている。さらに、この冷却水配管１８の冷却塔１６近くには、バイパス弁４７を有するバイパス配管４８が、冷却塔１６をバイパスするように設けられている。
【００５９】
前記入口温度センサー４６の検出値は、出口温度センサー２２の検出値および流量センサー２１の検出値と共に、冷凍機制御装置２５ｃに入力される。また、冷却塔ファン１９の速度制御装置４５は、バイパス弁４７と共に、冷凍機制御装置２５ｃの出力によって制御される。
【００６０】
この実施の形態でも、吸収式の冷凍機により製造された冷水は冷水ポンプ１３により空調機１２に送られ、空調機１２との熱交換を経て冷凍機１１に戻ってくる。一方、冷却塔１６では、冷却塔ファン１９により供給される空気との熱交換により冷却水が冷却される。冷却された冷却水は、冷却水ポンプ１７により、冷凍機１１に送られ、冷凍機１１内での熱交換を経て冷却塔１６に戻ってくる。
【００６１】
冷凍機制御装置２７Ｃは、後述する図８の制御ロジックにより、冷凍機１１の出口温度制御を行う。この場合も、空調機１２の負荷が増大し、冷水の流量が増加すると、図２で示した蒸発器２７内で蒸発する冷媒蒸気の流量が増大し、最終的に凝縮器４０内で凝縮される冷媒液の量が増加する。このため、吸収器２８および凝縮器４０を冷却した、冷却水の出口温度が上昇する。逆に、空調機１２の負荷が減少し、冷水の流量が減少すると、蒸発器２７内で蒸発する冷媒蒸気の流量が減少し、最終的に凝縮器４０内で凝縮される冷媒液は減少し、冷却水の出口温度が低下する。
【００６２】
そこで、出口温度を一定に制御するため、出口温度センサー２２からの出口温度および流量センサー２１からの冷却水流量値を、冷凍機制御装置２５ｃに入力する。冷凍機制御装置２５ｃは、出口温度の変化に対し、これを一定に保つべく、冷却水ポンプ１７を制御して冷却水流量を変化させると共に、冷却塔ファン１９の回転速度を制御して冷却水の温度を制御する。
【００６３】
この制御に当って、冷凍機制御装置２５ｃは、冷却水ポンプ１７の消費動力変化率と冷却塔ファン１９の消費動力変化率とを予め求めておき、出口温度の上昇時には消費動力変化率の小さい方を優先して制御し、出口温度の下降時には、償動力変化率の大きい方を優先して制御する。
【００６４】
例えば、冷却水ポンプ１７の方が消費動力変化率が小さい場合、出口温度が上昇し始めると、冷却水ポンプ１７を優先して制御し、冷却水を増加させる。そして冷却水水量が最大冷却水流量に到達したところで、冷却塔ファン１９の回転速度を高め、冷却用空気量を増大させるように制御する。逆に、出口温度が低下し始めた場合は、冷却塔ファン１９による冷却空気流量を優先して減少させる。そして、最低空気流量に到達したところで冷却水流量が減少するように制御する。
【００６５】
また、入口温度センサー４６は冷却水の入口温度を検出していて、上記冷却塔ファン１９の空気流量および冷却水流量共に下限流量に到達した後も冷却水温度が下がり、冷却水の入口温度が下限値に到達した場合は、冷却塔バイパス弁４７を開き、冷却水の冷凍機入口温度を下限温度に維持する。
【００６６】
このような制御を実現する冷凍機制御装置２５ｃの制御ロジックを、図８によって説明する。この制御ロジックは、出口温度の変化に応動する制御系として、冷却水ポンプ制御系７１と冷却塔ファン制御系７２との２つを有する。
【００６７】
冷却水ポンプ制御系７１は、図３で示したものとほぼ同じであり、出口温度センサー２２で検出された出口温度と、減算手段５７を介して入力される出口温度設定値との偏差を求め、この偏差に基づき、冷却水流量指令値をＰＩＤ演算などで求める演算手段５０を有する。この冷却水指令値は、出口温度上昇時は冷却水流量を増加させ、出口温度下降時は冷却水量を低下させるためのものである。
【００６８】
この冷却水流量指令値は、予め設定された下限流量設定値と共に比較手段５１に入力され、いずれか大きい方が選択され、出力される。比較手段５１から出力された冷却水流量指令値又は下限流量設定値のいずれかは、制御量演算手段５２に冷却水流量の設定値として入力され、冷却水流量センサー２１で検出された冷却水の流量値がプロセス値として入力される。そして、ＰＩＤ演算などにより、冷却水流量を設定値に維持するための制御量を求め、図７で示した速度制御装置２３に出力する。
【００６９】
また、冷却塔ファン制御系７２は、出口温度センサー２２で検出された出口温度と、減算手段５８を介して入力される出口温度設定値との偏差を求め、この偏差に基づき、冷却塔ファン１９に対する風量指令値をＰＩＤ演算などで求める演算手段５９を有する。この風量指令値は、比較手段６０に入力され、冷却塔ファン１９に対する下限回転数設定値と比較される。比較の結果、どちらか大きい方が選択され冷却塔ファン１９に対する回転数指令値として、図７で示したファン回転速度制御手段４５に出力される。
【００７０】
この結果、冷却塔ファン制御系７２は、冷却塔ファン１９による風量を、出口温度上昇時は増加させ、出口温度低下時は減少させる。
【００７１】
７３は優先指令手段で、予め求められた冷却塔ファン１９および冷却水ポンプ１７の消費動力変化率に基づき、前記出口温度上昇時は、消費動力変化率の少ない制御系を優先動作させ、出口温度下降時は、消費動力変化率の大きい制御系を優先動作させる。
【００７２】
この優先指令手段７３の具体的構成を説明する。５３は減算手段で、その＋側端子には冷却水ポンプ１７の消費動力変化率が設定され、−側端子には冷却塔ファン１９の消費動力変化率が設定されている。したがって、冷却水ポンプ１７の消費動力変化率が冷却塔ファン１９の消費動力変化率より大きい場合は＋信号が出力され、反対に冷却水ポンプ１７の消費動力変化率が冷却塔ファン１９の消費動力変化率より小さい場合は−信号が出力される。
【００７３】
５４はフラグ発生手段で、減算手段５３からの出力信号を入力し、それが＋信号の場合はフラグ１を発生し、−信号の場合はフラグ０を発生する。５５，５６は共に信号切換え手段で、信号０および信号１が入力され、上記フラグを入力し、そのフラグに応じて０，１いずれかの信号を出力する。すなわち、信号切換え手段５５は、フラグ０の場合は信号１を出力し、フラグ１の場合は信号０を出力する。また、信号切換え手段５６は、フラグ０の場合は信号０を出力し、フラグ１の場合は信号１を選択して出力する。
【００７４】
上記信号切換え手段５５の出力信号は出口温度設定値に対する減算手段５７に入力される。減算手段５７は、入力された信号値（０または１）により出口温度設定値を減算する。同様に、信号切換え手段５６の出力信号は出口温度設定値に対する減算手段５８に入力される。減算手段５８は、入力された信号値（０または１）により出口温度設置値を減算する。
【００７５】
これらの機能から、優先指令手段７３は、消費動力変化率の小さい制御系の出口温度設定値を、減算手段５７又は５８により、予め設定した値（上記例では信号値１）減算する。減算する値は、もちろん１に限らず、他の数値でもよい。
【００７６】
６１は冷却水の冷凍機入口温度に対する演算手段で、図７で示した入口温度センサー４６から入力される冷却水の入口温度と、予め設定された入口下限温度設定値との偏差を求め、ＰＩＤ演算などにより、冷却塔バイパス弁４７の開度指令値を求め、冷却塔バイパス弁４７に出力する。すなわち、冷却水の冷凍機入口温度が設定値以下に下がった場合は、この設定値との偏差に応じて冷却塔バイパス弁４７を開き、冷却水の一部をバイパスさせて入口温度を下限設定値に維持する。
【００７７】
上記構成において、例えば、冷却塔ファン１９より冷却水ポンプ１７の消費動力変化率が小さい場合は、減算手段５３の出力は−となりフラグ発生手段５４からフラグ０が発生する。このため、信号切換え手段５５は信号１を出力し、信号切換え手段５６は信号０を出力する。これらの出力信号は、対応する減算手段５７，５８に入力され、それぞれ出口温度設定値を減算する。この場合、減算手段５７に入力された信号が１のため、冷却水ポンプ制御系７１における出口温度設定値は１℃減算され、冷却塔ファン制御系７２における出口温度設定値より１℃低くなる。
【００７８】
ここで、冷却水ポンプ制御系７１および冷却塔ファン制御系７２には、それぞれ出口温度が入力されているが、消費動力変化率が小さい冷却水ポンプ制御系７１の出口温度設定値が、冷却塔ファン制御系より１℃低いため、出口温度上昇時には、出口温度設定値の低い冷却ポンプ制御系が先に偏差を生じ、出口温度を、その設定値に維持するべく冷却水ポンプ１７を制御する。
【００７９】
この動作により、冷却水の出口温度は１℃低い設定値に維持されるので、冷却塔ファン制御系７２は動作しない。しかし、出口温度が上昇を続け、冷却水流量が最大流量に達すると、これ以降、出口温度は、１℃低い設定値以上に上昇する。このため、冷却塔ファン制御系７２が動作し、冷却ポンプ制御系７１より１℃高い設定値を維持するように、冷却塔ファン１９の風量を増大させる回転数指令値をファン速度制御手段４５に出力する。
【００８０】
すなわち、優先指令手段７３は、出口温度上昇時、消費動力変化率の小さい冷却水ポンプ制御系７１の制御が優先するように指令する。
【００８１】
一方、出口温度下降時は、出口温度設定値が、冷却水ポンプ制御系７１より１℃高い冷却塔ファン制御系７２が先に偏差を生じる。冷却塔ファン制御系７２は、出口温度を、その設定値に維持するために、ファン回転速度制御手段４５に減速指令を出力し、冷却塔ファン１９の風量を減少させる。
【００８２】
この動作により、冷却水の出口温度は、冷却水ポンプ制御系７１より１℃高い設定値に維持されるので、冷却水ポンプ制御系７１は動作しない。しかし、出口温度が下降を続け、冷却塔ファン１９の回転速度が下限回転数設定値に到達すると、これ以降は出口温度を設定値に維持できなくなる。その後は、冷却水ポンプ制御系７１が動作し、冷却水流量を減少させるべく、ポンプ速度制御手段２３に減速指令を与え、冷却水ポンプ１９の運転量を減少させる。
【００８３】
すなわち、優先指令手段７３は、出口温度下降時は、消費動力変化率の大きい冷却塔ファン制御系７２の制御が優先するように指令する。
【００８４】
この実施の形態では、制御対象機器の消費動力変動率を予め求めておき、出口温度上昇時は消費動力変動率の小さい制御系を優先し、出口温度下降時は消費動力が大きい制御系を優先しているので、省エネルギー効果が一層向上する。
【００８５】
また、冷却水の冷凍機入口温度が、その下限温度設定値より低くなるときは、冷却塔バイパス弁４７が開くので、冷却水入口温度を、その下限温度設定値以上に維持することができる。
【００８６】
なお、図７において、冷却水ポンプ１７として可変速ポンプを用い、これをインバータなどによる速度制御装置２３によって制御していたが、これに代って図４で示したように、複数台の冷却水ポンプ１７ａ、１７ｂを並列に連結し、その運転台数により、冷却水流量を変化させるようにしてもよい。この場合、冷却水ポンプ制御系には、図５で示したような運転台数決定関数を有する演算手段を用いればよい。
【００８７】
また、上記いずれの実施形態においても出口温度センサー２２を用いているが、冷却水の冷凍機出口温度とは、図２で説明した凝縮器４０を冷却した冷却水温度を指しており、この出口温度センサー２２を、この凝縮器４０内の冷却水配管１８に設置すれば、より正確に冷却水の冷凍機出口温度を検出することができる。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷の変動に対して、冷却水の出口温度一定制御を確実に行うと共に、冷却水が予め設定した下限値に達すると、出口温度一定制御から、冷却水流量を下限流量に保持する制御に自動的に切換えるので、冷却水流量はどのような状態でも下限流量以上を維持し、安定な冷凍機運転が実現する。
【００８９】
また、出口温度一定制御を行う上で、制御対象の消費動力変動率に応じて優先制御を行えば、省エネルギー効果を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による冷凍装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】同上実施の形態に用いる吸収式冷凍機の内部構成を示す構成図である。
【図３】同上一実施の形態に用いる冷凍機制御装置の制御ロジックを示すブロック図である
【図４】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。
【図５】図４で示した実施の形態に用いる制御ロジックを示すブロック図である。
【図６】本発明の流量調整弁を用いた実施の形態を示す構成図である。
【図７】本発明によるさらに他の実施の形態を示す構成図である。
【図８】図７で示した実施の形態で用いる制御ロジックを示すブロック図である。
【符号の説明】
１１　　冷凍機
１６　　冷却塔
１７　　冷却水ポンプ
１８　　冷却水配管
１９　　冷却塔ファン
２１　　流量計
２２　　出口温度センサー
２５　　冷凍機制御装置
２７　　蒸発器
２８　　吸収器
４０　　凝縮器
４３　　流量調整弁
４４　　バイパス管
４６　　入口温度センサー
４７　　冷却塔バイパス弁
５０　　冷却水流量指令値演算手段
５２　　制御量演算手段
７１　　冷却水ポンプ制御系
７２　　冷却塔ファン制御系
７３　　優先指令手段

Claims (11)

1. 冷却塔との間で冷却水ポンプにより冷却水を循環させる冷却水配管を有する冷凍機の制御方法であって、
   前記冷凍機から冷却塔に返送される冷却水の冷凍機出口温度と、予め設定された出口温度設定値との偏差を求め、この偏差に基づき、出口温度を、前記出口温度設定値に維持するための冷却水流量指令値を求め、
   上記冷却水量指令値と予め設定された下限流量設定値のいずれか大きい方を設定値とし、前記冷却水の流量を前記設定値に制御するための制御量を求める
   ことを特徴とする冷凍機制御方法。
2. 冷却塔との間で冷却水ポンプにより冷却水を循環させる冷却水配管を有する冷凍機の制御方法であって、
   前記冷却塔に設けられた風冷用の冷却塔ファンおよび前記冷却水ポンプの消費動力変化率をそれぞれ求めておき、
   前記冷凍機から冷却塔に返送される冷却水の出口温度と、予め設定された出口温度設定値との偏差を求め、この偏差に基づき、出口温度を、前記出口温度設定値に維持するための冷却水ポンプ制御系および冷却塔ファン制御系に対し、
   前記出口温度上昇時は、前記消費動力変化率の少ない制御系を優先動作させ、出口温度下降時は、前記消費動力変化率の大きい制御系を優先動作させる
   ことを特徴とする冷凍機制御方法。
3. 冷却塔との間で冷却水ポンプにより冷却水を循環させる冷却水配管を有する冷凍機を備えた冷凍装置であって、
   前記冷却水配管に設けられ、前記冷却水の流量を検出する冷却水流量センサーと、
   前記冷凍機から冷却塔に返送される冷却水の冷凍機出口温度を検出する出口温度センサーと、
   この出口温度センサーで検出された出口温度と、予め設定された出口温度設定値との偏差を求め、この偏差から、出口温度を、前記出口温度設定値に維持するための冷却水流量指令値を出力する冷却水量指令値演算手段と、
   上記冷却水流量指令値と予め設定された下限流量設定値のいずれか大きい方を設定値とし、前記冷却水流量を設定値に制御するための制御量を求める制御量演算手段と、
   を備えたことを特徴とする冷凍装置。
4. 冷却水配管に流量調整弁を設け、制御量に応じて流量調整弁の弁開度を変化させることを特徴とする請求項３に記載の冷凍装置。
5. 冷却塔との間で冷却水ポンプにより冷却水を循環させる冷却水配管を有する冷凍機を備えた冷凍装置であって、
   前記冷却水配管に設けられ、前記冷却水の流量を検出する冷却水流量センサーと、
   前記冷凍機から冷却塔に返送される冷却水の冷凍機出口温度を検出する出口温度センサーと、
   この出口温度センサーで検出された出口温度と、予め設定された出口温度設定値との偏差を求め、この偏差から、出口温度を、前記出口温度設定値に維持するための冷却水流量指令値を出力する冷却水量指令値演算手段と、
   前記冷却水配管に設けられ、前記冷却水量指令値に基づき、弁開度が制御される流量調整弁と
   この流量調整弁に並列に連結され、予め設定された冷却水の下限流量を確保するバイパス管と、
   を備えたことを特徴とする冷凍装置。
6. 冷却塔との間で冷却水ポンプにより冷却水を循環させる冷却水配管を有する冷凍機を備えた冷凍装置であって、
   前記冷却塔に設けられ、前記冷却水を風冷する冷却塔ファンと、
   前記冷却水配管に設けられ、前記冷却水の流量を検出する冷却水流量センサーと、
   前記冷凍機から冷却塔に返送される冷却水の冷凍機出口温度を検出する出口温度センサーと、
   この出口温度センサーで検出された出口温度と、予め設定された出口温度設定値との偏差を求め、この偏差に基づき、出口温度を、前記出口温度設定値に維持するための冷却水ポンプ制御系および冷却塔ファン制御系と、
   予め求められた冷却塔ファンおよび前記冷却水ポンプの消費動力変化率に基づき、前記出口温度上昇時は、前記消費動力変化率の少ない機器に対する制御系を優先動作させ、出口温度下降時は、前記消費動力変化率の大きい機器に対する制御系を優先動作させる優先指令手段と、
   を備えたことを特徴とする冷凍装置。
7. 優先指令手段は、消費動力変化率の小さい制御系の出口温度設定値を、予め設定した値減算することを特徴とする請求項６に記載の冷凍装置。
8. 冷却水の冷凍機入口温度を検出する入口温度センサーと、
   冷却水配管に、前記冷却塔をバイパスするように設けられ、前記入口温度センサーで検出された入口温度が予め設定された入口下限温度設定値より低くなると開動作する冷却塔バイパス弁と
   を加えたことを特徴とする請求項３又は請求項６に記載の冷凍装置。
9. 冷却水ポンプは、可変速ポンプであり、制御量に応じて可変速ポンプの回転速度を変化させることを特徴とする請求項３又は請求項６に記載の冷凍装置。
10. 冷却水ポンプは互いに並列に連結された複数台のポンプからなり、制御量に応じて運転台数を変化させることを特徴とする請求項３又は請求項６に記載の冷凍装置。
11. 冷凍機は、冷却水によって冷却される凝縮器を有し、出口温度センサーは、凝縮器の冷却水温度を検出することを特徴とする請求項３又は請求項６に記載の冷凍装置。

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