JPH0830621B2 - 空冷式冷凍機の運転台数制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数台の例えば、空冷ターボ，空冷チラ
ー，空冷式ヒートポンプ式チラー等の空冷式冷凍機を用
いて負荷に熱エネルギーを供給する時の空冷式冷凍機の
運転台数制御装置に関する。

〔従来の技術〕

事務所ビル等の空気調和に際し、複数台の空冷式冷凍
機、例えばヒートポンプ式チラー（冷温水機）と冷房又
は暖房負荷となる熱交換器間の往路及び還路をヘッダを
介して接続し、負荷の熱量あるいは負荷側から見たヘッ
ダの出口温度及び入口温度に応じてチラーの運転台数を
制御する方式が知られている。

第４図は、３台の空冷式ヒートポンプチラーを用いた
従来の運転台数制御装置の構成図である。

図において、１は第１の空冷式ヒートポンプチラー
（以下、単に第１チラーという）、２は第１チラー１の
補助として機能する冷温水循環ポンプ、３は第２の空冷
式ヒートポンプチラー（以下、単に第２チラーとい
う）、４は第２チラー１の補助として機能する冷温水循
環ポンプ、５は第３の空冷式ヒートポンプチラー（以
下、単に第３チラーという）、６は第３チラー５の補助
として機能する冷温水循環ポンプである。

前記第１〜第３チラー1,3,5の出口側は配管７〜９を
介して往水ヘッダ10に並列に接続され、また、前記各ポ
ンプ2,4,6の吸入側は配管11〜13を介して還水ヘッダ14
に並列に接続されている。15は往水ヘッダ10と還水ヘッ
ダ14間に接続したバイパス弁で、チラーの最低水量を確
保するものである。

16は往水ヘッダ10と還水ヘッダ14間に配管17,18及び
二方弁19を介して接続される冷房又は暖房負荷（熱交換
器）であり、この負荷16の配管17には、往水ヘッダ10か
らの出口往水温度を検出する温水センサ20が設けられ、
また、配管18には、還水ヘッダ14への還水入口温度を検
出する温度センサ21が設けられており、さらに配管18に
は、負荷16を流れる冷，温水の流量を検出する流量計22
が設けられている。

前記往水温度センサ20、還水温度センサ21及び流量計
22の検出信号は制御部23に取り込まれるようになってお
り、そして、制御部23からは、第１〜第３チラー1,3,5
及びポンプ2,4,6に対し発停信号が供給されるようにな
っている。

上記のように構成された従来のチラー運転制御装置に
おいて、往水温度センサ20、還水温度センサ21及び流量
計22のそれぞれで検出された検出信号が制御部23に取り
込まれると、制御部23では、（往水温度−還水温度）×
流量の演算を実行して負荷熱量を求め、この負荷熱量に
応じてチラーの運転台数を決定する。

即ち、３台のチラーで負荷16の最大熱量をまかなうよ
う設計されている場合、現在要求している負荷16の熱量
が全体の33％以内にある時は、例えば第１チラー１及び
そのポンプ２に制御部23から運転指令を与えて、これら
を運転する。この時、第１チラー１は内蔵する容量制御
手段（図示せず）によって、決められた温度設定値にな
るよう容量制御される。

また、負荷16の熱量が１台のチラーの定格能力をオー
バする熱量になると、制御部23から、例えば第２チラー
３及びポンプ４に運転指令が与えられる。さらにまた、
負荷熱量が前記第１チラー１及び第２チラー３の運転に
よる両定格能力を合わせた値（全熱量の66％）よりもオ
ーバしていることが制御部23で判定されると、第３チラ
ー５にも運転指令が与えられ、３台のチラーが共に運転
されることになる。

この時の負荷とチラー台数との関係は、第５図の実線
に示すようになる。なお、第５図において破線は負荷熱
量が減少した時の状態である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のような従来のチラー台数制御装置は、２次側の
負荷熱量を往水温度及び還水温度と負荷を流れる流量か
ら演算し、その演算結果に基づいてチラーの運転台数を
決定するものであるから、チラーが屋内実験室のように
環境が比較的安定した場所に設置された場合は問題がな
いが、この種のチラーは、一般にビルの屋上など気流の
激しい条件下に設置される場合がほとんどであるため、
チラーから吹き出された高温の空気の一部がチラーの吹
込口へ還流するという、所謂ショートサーキット等が生
じ、設置する環境により、設計通りの能力が発揮できな
いと共に、チラーの運転台数制御にも支障を来すことが
ある。

即ち、チラーにショートサーキット等が生じると、チ
ラー自体は往水温度が設定温度となるよう容量制御され
ているため、冷房時にはチラー圧縮機の運転圧力が上昇
し、これにつれて圧縮機の仕事量、即ち動力も上昇する
ことになる。この時、チラーの吸込口に吸い込まれる空
気の温度がチラーの定格能力でカバーできる設計温度
（例えば35℃）以内であれば、問題がないが、ショート
サーキットによるチラーの吸込み空気温度が、例えば40
℃以上になると、チラーの成績係数、 が低下してしまうと共に、チラーの動力が定格値がオー
バしたオーバロード状態となってしまう。しかし、この
オーバロード状態及び成績係数の低下は、２次側負荷の
熱量を監視する従来方式では判断できず、また、これに
よるチラーの非効率運転もチェックできない。

また、各チラーの容量制御設置には、バラツキがある
ため、例えば負荷熱量により２台のチラーが運転され、
そして一方のチラーが100％運転、他方のチラーが０〜5
0％のON−OFF運転する片寄り運転状態にあっても、この
状態を把握できず、その結果、100％運転するチラーの
ライフ・サイクル・コストが増大し、省エネルギー性に
欠けるほか、チラーの最適台数制御が十分でない問題が
あった。

本発明は、上記の課題を解決し、省エネルギーで、ラ
イフ・サイクル・コストの低減を加味した最適台数制御
を可能にしたヒートポンプチラーの運転台数制御装置を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の空冷式冷凍機の運転台数制御装置は、負荷に
往水及び還水ヘッダを介して並列に接続された複数台の
空冷式冷凍機と、前記各空冷式冷凍機の出入口冷水温度
を検出する温度センサと、前記各空冷式冷凍機に流れる
冷水流量を検出する流量計と、前記各空冷式冷凍機の電
力量を検出する電力計と、前記各温度センサ、各流量計
及び各電力計で検出した検出信号に基づいて各運転空冷
式冷凍機の負荷、各運転空冷式冷凍機の成績係数及び各
運転空冷式冷凍機の消費電力量を演算すると共に該演算
結果から空冷式冷凍機の適正運転台数を決定する制御部
とを備え、前記制御部では、各冷凍機の流量に各冷凍機
の出入口温度差をかけて求められる各冷凍機の負荷の集
計値で冷凍機の運転台数を仮決定し、同時に、各冷凍機
の消費電力量が定格以上の時に１台増加を決定し、消費
電力量50％以下の冷凍機が複数台ある場合に１台減を決
定することを特徴とするものである。ものである。

〔作用〕

本発明においては、運転中の空冷式冷凍機の温度セン
サ，流量計，電力計から検出された検出信号を制御部に
取り込むことによって運転チラーの負荷，消費電力量及
び成績係数が演算され、この演算結果からチラーのオー
バロード判定，低負荷運転判定及びチラーの成績係数判
定を行なってチラーの適正運転台数を決定するから、省
エネルギーで、ライフ・サイクル・コストの低減を加味
した最適台数制御が可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明による空冷式冷凍機の運転台数制御
装置を３台の空冷式ヒートポンプチラー（冷温水機）に
適用した場合の一実施例を示す構成図である。

図において、第４図に示す従来例と同一の部分には同
一符号を付して、その詳細な説明を省略し、第４図と異
なる部分を重点に述べる。

即ち、第１チラー１を往水ヘッダ10に接続する配管７
に第１チラー１の往水出口温度を検出する温度センサ24
を設け、第１チラー１の冷温水ポンプ２の吸入側と還水
ヘッダ14間を接続する配管11には、還水入口温度を検出
する温度センサ25及び第１チラー１への還水流量を検出
する流量計26を設け、さらに第１チラー１の圧縮機で消
費される電力を検出する電力計27が設けられている。

また、第２チラー３の往水ヘッダ10への配管８には、
第２チラー２の往水出口温度を検出する温度センサ28が
設けられ、また、第２チラー３の冷温水ポンプ４の吸入
側と還水ヘッダ14間を結ぶ配管12には、第２チラー３へ
の還水入口温度を検出する温度センサ29及び第２チラー
３への還水流量を検出する流量計30が設けられており、
さらに第２チラー３の圧縮機で消費される電力を検出す
る電力計31が設けられている。

同様にして、第３チラー５の往水ヘッダ10への配管９
には、第３チラー５の往水出口温度を検出する温度セン
サ32が設けられ、また、第３チラー５の冷温水ポンプ６
の吸入側と還水ヘッダ14間を結ぶ配管13には、第３チラ
ー５への還水入口温度を検出する温度センサ33及び第３
チラー５への還水流量を検出する流量計34が設けられて
おり、さらに、第３チラー５の圧縮機で消費される電力
を検出する電力計35が設けられている。

前記各温度センサ24,25,28,29,32,33の検出信号、各
流量計26,30,34の検出信号及び各電力計27,31,35の検出
信号は制御部36に入力されるようになっており、そし
て、制御部36からは、第１チラー１及びその冷温水ポン
プ２、第２チラー３及びその冷温水ポンプ４、第３チラ
ー５及びその冷温水ポンプ６に対し発停信号が出力され
るようになっている。

前記制御部36は、運転中の各チラーの出口及び入口温
度，流量，電力検出値を取り込むことにより、各チラー
の負荷（熱量＝各チラーの流量×各チラーの出入口温度
差），消費電力量及び成績係数COPを演算すると共に、
これらの演算結果に基づいて負荷16に対するチラーの最
適運転台数を決定するものであり、全体を制御する中央
処理装置（以下、CPUという）36aと、負荷（熱量），消
費電力量及び成績係数COPの演算処理のためのプログラ
ム、演算結果に基づく運転台数の判定プログラム及び運
転チラーのオーバロード判定のための設定値データなど
を格納するROM36bと、CPU36aでの演算結果及び各種検出
データを一時記憶するRAM36cと、温度センサ，流量計及
び電力計の検出信号をCPU36aへ入力するための入力イン
ターフェース36dと、チラー及びその冷温水ポンプヘ発
停信号を送出するための出力インターフェース36eとか
ら構成され、これらはバス36fを介してCPU36aに接続さ
れている。

次に、上記のように構成された本実施例の動作を第２
図に示すフローチャートを参照して説明する。

負荷熱量に対するチラーの台数制御に際し、第２図に
示すプログラムがスタートすると、まず、ステップS1に
おいて、入力インターフェース36d側をスキャンするこ
とにより、各チラー1,3,5の各出入口温度センサ24,25,2
8,29,32,33、流量計26,30,34及び電力計27,31,35の検出
信号をCPU36aに取り込み、これをRAM36cに格納する。そ
して、次のステップS2において、取り込んだ検出データ
からチラーの運転台数をチェックし、次のステップS3で
全台停止中か否かを判定する。ここで、全台停止と判定
された時は、第２図のフローは終了する。また、全台停
止でないと判定された時は、ステップS4に進み、運転チ
ラーの負荷（熱量）を、それぞれの出入口温度と流量か
ら演算し、これをRAM36cの所定のメモリエリアに記憶す
る。その後、ステップS5に進み、運転チラーの圧縮機で
消費される電力量を演算し、これをRAM36cの所定のメモ
リエリアに記憶する。次のステップS6では、ステップS4
及びS5で演算した負荷（出力熱量）と消費電力量とに基
づいて運転チラーの成績係数COPを演算する。

次のステップS7では、運転チラーの消費電力量及び成
績係数COPを含めた負荷16に対するチラー運転台数が適
正負荷範囲にあるか否かを判定する。ここで、３台ある
チラー1,3,5のうち、２台のチラー1,3が運転され、第３
図（ａ）に示すように斜線を施した範囲であるとする。
この時、ステップS7において、適正負荷範囲であると判
定された場合は、ステップS8に進み、運転チラー1,3の
ショートサーキットによって全台がオーバロードかを、
それぞれのチラー1,3の消費電力と設定値とを比較して
判定する。

ここで、全台がオーバロード、即ち、第３図（ｂ）に
示すように２台のチラー1,3の消費電力量が設定値をオ
ーバしていると判定されると、ステップS9に進み、その
うちの１台でも設定COP以下かを判定する。「NO」の時
はステップS1に戻り、「YES」の時は負荷熱量による台
数決定段階で２台が適正であると判断されていても運転
台数を１台増加させる処理を行なう。即ち、第３チラー
５及びその冷温水ポンプ６に運転指令を与えて３台のチ
ラーを運転させて、各チラーの設定COPの低下を防止す
る。ここで、設定COPとは、初年度の定格消費電力の50
％〜100％の消費電力時の実測データを集め、成績係数C
OPを算出し、設定COP＝平均値COP−標準備差σで求めた
値をいう。但し、データ数は50個以上とする。

また、ステップS8で「NO」と判定された時は、ステッ
プS11に進み、複数台のチラーが低負荷運転か否かを判
定する。ここで、２台のチラー1,3がオーバロード状態
になく、かつ低負荷運転（定格能力の50％以下）でない
と判定された場合は、ステップS1に戻り、また、両チラ
ー1,3が第３図（ｃ）に示すように定格能力の50％以下
で低負荷運転されると判断された時は、ステップS12に
進み、運転台数を１台減少させる処理を実行する。即
ち、チラー1,3の一方を強制的に停止させ、他方の運転
チラーの能力を両チラーが運転されていた時の能力にな
るよう容量制御する。

上記ステップS7において、適正負荷範囲以下と判定さ
れた時は、ステップS13に進み、運転中の全チラーの運
転負荷比率の統計が150％以上かを判定する。ここで、
全チラーの運転負荷比率が150％以上であると判断され
た場合は、チラー間の運転のバラツキが激しいと、判断
し、ステップS14に進み、本体サーモの設定変更処理を
要求する。即ち、チラー1,3の各圧縮機の容量制御設定
値のバラツキにより、一方のチラー１の動力が100％運
転，他方のチラー３がON−OFF運転となる片寄り運転を
防止するため本体サーモの調整を要求し、片寄り運転が
生じないようにチラー1,3の本体サーモ設定値を要求す
る。ここで、運転負荷比率とは、例えば１台が定格動力
の100％運転、他の１台が30％運転の場合、 となるバラツキ度を指す指数である。

また、ステップS13において、150％以下であると判定
された時は、ステップS15に進み、複数台のチラーが低
負荷運転か否かを判定する。ここで、２台のチラー1,3
が共に定格動力の50％以下で運転されていると判断され
ると、ステップS16に進み、運転チラーの一方を強制的
に停止させ、１台運転とする。また、両チラー1,3が低
負荷運転でないと判定された時はステップS1に戻る。

一方、ステップS7において、適正負荷範囲以上である
と判定された時は、ステップS17に進み、運転チラー1,3
の１台でも定格動力以上で運転され、オーバロードして
いるかを判定する。ここで「NO」と判断された時はステ
ップS1に戻り、また、「YES」と判断された時はステッ
プS18に進み、その１台が設定COP以下かを判定する。こ
こで、設定COP以下でないと判定されると、ステップS1
に戻り、また、設定COP以下、即ちオーバロードしたチ
ラーの消費電力量が定格以上になっていると共に、その
能力が定格以下と判断された時は、ステップS19に進
み、運転台数を１台増加させる処理を実行する。即ち、
３台目の第３チラー５を運転させる。

上述のような本実施例にあっては、負荷16の要求熱量
に対し決定された適正運転台数でチラーが運転されてい
る時、チラーがON−OFF運転（定格能力の50％以下）を
繰り返すような低負荷運転される場合には、たとえ負荷
が２台運転と判定されたものであっても、そのうちの１
台を強制的に停止させ、負荷16に合ったより適正な台制
御が可能になる。

また、負荷16に応じて適正台数が決定され、決定台数
のチラーが運転されている時、チラーの消費電力量が定
格値を越えるオーバロード状態になった時には、これを
判断してチラー運転台数を増加させるようになっている
ため、チラーがショートサーキット等により、その成績
係数が低下されたままの状態で運転され続けるという問
題がなくなり、かつチラーの省エネルギー化も可能にな
る。

さらにまた、チラー運転時の成績係数及びそのバラツ
キを監視することにより、チラー劣化（経年変化）を予
知することも可能になる。成績係数が設定COP（軽い劣
化状態を示す）より小さいかどうかを常時監視し、小さ
い場合は警報等を出す。この結果、軽度の劣化を自動的
に予知でき、警報発生時毎にメンテナンスすることで、
定期メンテナンス費用を低減でき、かつライフ・サイク
ル・コストの低減が可能になる。

また、各チラー毎に温度センサを設けているので、サ
ーモ配線の短絡及び断線のチェックが可能になる。ま
た、チラーの複数台運転時、チラーの容量制御用サーモ
に設定のバラツキがあっても、これを調整できる方式に
なっているため、複数台運転のチラーの一部が100％運
転状態、他の一部がON−OFF運転状態となる片寄り運転
の防止をなし得る。

なお、上記の実施例では、チラーが３台の場合につい
て説明したが、これに限定されない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、複数台の各空冷式冷凍
機に、その出入口温度，流量及び空冷式冷凍機の消費電
力を検出する手段を別々に設け、これらの検出信号に基
づいて各運転空冷式冷凍機の負荷（熱量），各運転空冷
式冷凍機の電力量，各運転空冷式冷凍機の成績係数を演
算し、この演算結果から空冷式冷凍機の適正運転台数を
決定するよう構成したので、省エネルギーで、ライフ・
サイクル・コストの低減を加味した適正台数制御が可能
になると共に、空冷式冷凍機のショートサーキット等に
よる低成績係数運転時も防止でき、さらに複数運転時の
空冷式冷凍機の片寄り運転も防止できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による空冷式冷凍機の運転台数制御装置
を空冷式ヒートポンプチラーの運転台数制御装置に適用
した一例を示す全体の構成図である。 第２図は本実施例における動作説明図のフローチャート
である。 第３図（ａ）〜（ｃ）は本実施例における説明用のグラ
フである。 第４図は従来の空冷式ヒートポンプチラーの運転台数制
御装置の構成図である。 第５図は従来における説明用のグラフである。 〔主要な部分の符号の説明〕 1,3,5……チラー 2,4,6……冷温水ポンプ 10……往水ヘッダ 14……還水ヘッダ 16……負荷 24,25,28,29,32,33……温度センサ 26,30,34……流量計 27,31,35……電力計 36……制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負荷に往水及び還水ヘッダを介して並列に
   接続された複数台の空冷式冷凍機と、前記各空冷式冷凍
   機の出入口冷水温度を検出する温度センサと、前記各空
   冷式冷凍機に流れる冷水流量を検出する流量計と、前記
   各空冷式冷凍機の電力量を検出する電力計と、前記各温
   度センサ、各流量計及び各電力計で検出した検出信号に
   基づいて各運転空冷式冷凍機の負荷、各運転空冷式冷凍
   機の成績係数及び各運転空冷式冷凍機の消費電力量を演
   算すると共に該演算結果から空冷式冷凍機の適正運転台
   数を決定する制御部とを備え、前記制御部では、各冷凍
   機の流量に各冷凍機の出入口温度差をかけて求められる
   各冷凍機の負荷の集計値で冷凍機の運転台数を仮決定
   し、同時に、各冷凍機の消費電力量が定格以上の時に１
   台増加を決定し、消費電力量50％以下の冷凍機が複数台
   ある場合に１台減を決定することを特徴とする空冷式冷
   凍機の運転台数制御装置。