JPH109796A - 冷却水温度のマトリックス制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷凍機２から供給するプラント冷却に使用する
冷水の温度を安定化するために、冷却塔１から冷凍機２
に供給する冷却水の温度を安定化することを目的とす
る。 【解決手段】冷凍機２に冷水温度センサー３を配設す
る。冷凍機２の給水管２２に冷却水温度センサー４を配
設する。冷却塔１の送風機ｅのファンの回転数を２段階
に切り換えて弱運転と強運転とを切り替えれるようにす
る。４台の冷却塔１について、弱運転、強運転およびフ
ァンの停止の各運転状況の組み合わせにより、冷却塔１
の冷却能力を９段階に設定する。制御装置５により、５
分毎に冷水温度センサー３で検出した回収される冷水の
温度に基づいて冷凍機２における負荷変動率を検出す
る。この負荷変動率、冷却水温度センサー４で検出した
冷却水温度およびその変化温度の３つのパラメータを検
出する。検出したパラメータに対応して冷却能力の切換
え段数のデータを読み出し、冷却塔１における冷却能力
を切り換えて、冷却水の温度を制御する。切換え段数を
複数段で切換え可能にしておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍機など冷却水
を使用する装置と冷却塔との間で冷却水を循環させ、こ
の冷却塔から冷凍機などに供給する冷却水の温度を制御
する冷却水温度のマトリックス制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビルや工場の空調などで用いる冷
水は冷凍機から供給され、この冷凍機は屋外に設置され
た冷却塔から供給される冷却水を使用して運転されてい
る。例えば図３に示したように、屋上に設置された冷却
塔１は、冷凍機２に対して冷却水Ａを供給するととも
に、冷凍機２で熱交換により暖められた冷却水Ｂを回収
し、これを冷却して再び冷却水Ａとして冷凍機２に供給
する。

【０００３】一方、冷凍機２は冷却塔１から供給される
冷却水Ａを使用して冷水を冷却し、この冷却した冷水
Ａ′をビルなどの施設１０に供給するとともに、施設１
０で温められた冷水Ｂ′を回収し、これを冷却水Ａとの
熱交換により冷却して再び冷水Ａ′として施設１０に供
給する。なお、平常は、冷却塔１で冷却された冷却水Ａ
は２０℃程度であり、冷凍機２から冷却塔１に回収され
る冷却水は２６℃程度である。また、冷凍機２から施設
１０に供給される冷水Ａ′は７℃程度であり、施設１０
から冷凍機２に回収される冷水は１４℃程度である。

【０００４】ところで、冷凍機からビルや工場などの施
設に供給する冷水の温度の安定化が図れると、ビルや工
場の空調の安定化、一定温度の冷水を必要とするプロセ
スでの操作の安定化、および、熱供給事業における冷熱
の安定供給が可能となる。このため、冷水温度の安定化
が要求されている。

【０００５】そこで、前記のように冷却水を使用する冷
凍機の運転に着目すると、冷却水の温度が高い場合には
冷凍機の冷却効率は低くなり、冷却水の温度を低下させ
れば冷却効率は高くなる。また、冷却水の温度変化が緩
慢であれば、冷凍機自体の自動制御の働きにより冷水温
度を一定に制御することができるが、冷却水に大きな温
度変化があると冷凍機で供給する冷水の温度が設定値か
ら大きく外れてしまうという問題がある。このように、
冷凍機で使用される冷却水の温度を制御することは、冷
水温度の安定化にとって重要な要素となる。

【０００６】冷却塔１は、冷凍機２から回収した冷却水
Ｂを散水しながらこの冷却水Ｂに送風機で外気を送風し
て該冷却水を冷却するようになっており、送風機の駆動
台数や回転数を変えることにより冷却塔１の冷却能力を
段階的に変えることができる。そして、このような冷却
塔により冷却水の温度を制御するために、従来は、冷却
水の温度が設定温度からある範囲以上外れた場合に冷却
塔の現在の冷却能力を１段づつ変えることで対応してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の冷却水の温度制御方法は、冷却水の温度が設定温
度からある程度外れてからのフィードバック制御であ
り、この設定温度から外れることが制御タイミングとな
っている。このため応答性が悪いという問題がある。特
に、ビルや工場などの施設の立ち上げ時のように、冷凍
機に急激な負荷変動が生じて冷却水に大きな温度変化が
生じた場合に冷却水温度を安定化させるのに時間を要
し、十分に対応できないという問題がある。本発明は、
冷凍機などで使用する冷却水の大きな温度変化にも十分
対応して、冷却水の温度を安定化させることを課題とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになした本発明の請求項１の冷却水温度のマトリック
ス制御方法は、冷却水を熱交換源として使用する装置と
冷却塔との間で冷却水を循環させ、該冷却塔で上記装置
から回収した冷却水を冷却することにより、上記装置に
供給する冷却水の温度を制御する冷却水の温度制御方法
であって、前記冷却塔の冷却能力を段階的に複数段設定
するとともに、該冷却能力を増減させる切換え段数を、
前記冷却塔から前記装置に供給する冷却水の変化温度を
含む複数のパラメータの組み合わせに対応させておき、
前記複数のパラメータを検出し、該検出した複数のパラ
メータに対応する前記切換え段数に基づいて前記冷却塔
の冷却能力を複数段の段数で増減可能にしたことを特徴
とする。

【０００９】また、請求項２の冷却水温度のマトリック
ス制御方法は、請求項１の構成を備えるとともに、前記
複数のパラメータを、前記冷却塔から前記装置に供給す
る冷却水の変化温度、上記装置に供給する冷却水の現在
温度、および、上記装置における熱交換にかかる負荷の
負荷変動率の３つのパラメータとしたことを特徴とす
る。

【００１０】また、請求項３の冷却水温度のマトリック
ス制御方法にあっては、請求項１または請求項２の構成
を備えることともに、前記冷却水を使用する装置は、他
の施設との間で冷水を循環させる冷凍機であり、該冷凍
機に供給する上記冷却水の温度制御に適用したことを特
徴とする。

【００１１】上記の構成の請求項１の冷却水温度のマト
リックス制御方法によれば、冷却塔から前記装置に供給
する冷却水の変化温度を１つのパラメータとするので、
例えば冷凍機における負荷が急変したときの急激な冷却
水温度変化に対応できる。また、検出した複数のパラメ
ータに対応して冷却塔の冷却能力を複数段の段数で増減
可能になるので、急激な冷却水温度変化に迅速に対応す
ることができる。さらに、複数のパラメータに基づいて
冷却能力を増減するので、通常の温度制御にも対応させ
るとともに、幅広い要因に対応させて温度制御を行うこ
とができる。また、複数のパラメータの組み合わせに対
応して記憶している切換え段数の記憶内容を変更するこ
とにより、環境に応じた制御特性を容易に設定すること
ができる。

【００１２】また、請求項２の冷却水温度のマトリック
ス制御方法によれば、冷却水の変化温度、現在温度およ
び冷却水を使用する装置の負荷変動率の３つのパラメー
タに基づいて制御するので、例えば冷凍機における負荷
の急変から予測される急激な冷却水温度変化に対応する
ことができる。

【００１３】また、請求項３の冷却水温度のマトリック
ス制御方法によれば、冷却水の緩慢な温度変化に対して
は冷凍機自体で冷水温度の制御を行えるので、冷凍機に
おける上記施設から回収した冷水を冷却するために加わ
る負荷の負荷変動率に基づいて冷却水の急激な温度変化
に対応するだけでよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係
る冷却水温度のマトリックス制御方法を適用したプラン
ト冷却システムのブロック図である。図２は実施例にお
ける冷却塔の側断面概略図である。

【００１５】図２に示したように、冷却塔１は、給水管
ａ、散水管ｂ、散水ノズルｃ、充填物ｄ、送風機ｅ、駆
動装置ｆ、冷却水槽ｇ、送水管ｈ、送水ポンプｉを備え
ており、冷凍機１で温められた冷却水Ｂは給水管ａを経
て冷却塔１内へ送られ、散水管ｂと散水ノズルｃで充填
物ｄ上に均一に散水される。送風機ｅは駆動装置ｆで駆
動され、冷却塔１内に外気Ｃが吸引される。充填物ｄ内
では、散水された冷却水Ｂは、冷却塔１内に吸引された
外気Ｃと直接気液接触して冷却され、充填物ｄの下方の
冷却水槽ｇに溜められて送水ポンプｉによって送水管ｈ
を通って冷却液Ａとして冷凍機２に送られる。なお、図
１に示したように、冷却塔１は散水管ｂと送風機ｅを複
数備えている。

【００１６】図１に示すように、この実施例では冷却塔
１を４台備えており、各冷却塔１の給水管ａは冷凍機２
の排出管２１に連結され、送水管ｈは冷凍機２の給水管
２２に接続されている。そして、冷凍機２で２６℃程度
に温められた冷却水はポンプ２３により排出管２１と給
水管ａを通って各冷却塔１内に送られ、冷却塔１で２０
℃程度に冷却された冷却水は各冷却塔１の送水ポンプｉ
により送水管ｈと給水管２２を通って冷凍機２に送られ
る。

【００１７】冷凍機２は、他の施設に冷水を供給すると
ともに、施設から送られてくる温められた冷水を冷却塔
１から供給される冷却水との熱交換により冷却する。ま
た、この冷凍機２は、冷却塔１から供給される冷却水の
緩慢な温度変化に対して、上記冷水の温度を略一定に保
つ自動制御の能力を備えている。

【００１８】冷凍機２には施設から回収される冷水の温
度を検出する冷水温度センサー３が配設され、冷凍機２
の給水管２２には冷却塔１から供給される冷却水の温度
を検出する冷却水温度センサー４が配設されている。こ
の冷水温度センサー３と冷却水温度センサー４はそれぞ
れ制御装置５に接続され、制御装置５はこれらの温度セ
ンサーにより、冷水温度と冷却水温度およびこれらの変
化温度を検出する。なお、制御装置５は、冷水温度とそ
の変化温度により冷凍機２における負荷変動率を検出す
る。

【００１９】４台の各冷却塔１は、例えば図１の左から
順にユニット番号「Ｉ，II，III ，IV」が割り当てられ
ており、制御装置５は、各ユニットを識別して各冷却塔
１の駆動装置ｆを介して各送風機ｅを制御する。冷却塔
１の駆動装置ｆは、送風機ｅの駆動と停止の他に、送風
機ｅのファンの回転数を低速回転と高速回転の２段階に
切換え駆動できるようになっており、制御装置５は、各
駆動装置ｆに指令信号を出力することにより、送風機ｅ
の停止、ファンの低速回転（以後、「弱運転」とい
う。）、および、ファンの高速回転（以後、「強運転」
という。）を切り換え制御する。なお、冷却塔１の冷却
能力は、弱運転のとき低く、強運転のとき高くなる。

【００２０】制御装置５はコンピュータで構成されてお
り、この制御装置５には、次表１に示したように、ユニ
ット番号「Ｉ，II，III ，IV」で示される各冷却塔１の
送風機ｅの運転状況（停止，弱運転，強運転）の組み合
わせのデータが、各冷却塔１の全体としての冷却能力を
９段に分けた段数のデータに対応させて記憶されてい
る。

【００２１】

【表１】

【００２２】また、制御装置５には、次表２に示したよ
うに、冷凍機２における負荷変動率を場合分けした３段
階の負荷状態、冷凍機２に供給される冷却水の現在温度
Ｔの設定値Ｓを基準にした複数の温度範囲、および、同
冷却水の変化温度Δｔの複数の温度範囲のそれぞれの組
み合わせに対応して、冷却塔１における冷却能力の切換
え段数のデータ（３，２，１，０，−１，−２）がマト
リックス状に記憶されている。

【００２３】

【表２】

【００２４】ここで、施設から排出される冷水の温度に
応じて冷凍機２における負荷は異なるが、表２の３段の
負荷状態において、「負荷急変時」は、ビルや工場など
の施設における空調の立ち上げ時などのように、施設か
ら回収される冷水の温度が急変して冷凍機２における負
荷変動が大きくなった場合に対応し、「負荷定常時」
は、空調の通常運転時のように安定した状態に対応し、
「無負荷時」は、夜間など空調の運転停止時などに対応
している。

【００２５】また、冷却水の現在温度Ｔの温度範囲は、
冷凍機２に供給する冷却水の目標温度（例えば２０℃）
を設定値とし、この設定値の前後の値により設定されて
いる。なお、この設定値は運転開始時に入力設定された
値である。また、冷却水の変化温度Δｔは、５分前から
の変化温度である。また、切換え段数のデータは、例え
ば「＋ｎ」はｎ段増、「−ｎ」はｎ段減、「０」は現状
保持に対応している。

【００２６】以上の構成により、制御装置５は、冷水温
度センサー３で検出した冷凍機２における負荷変動率
と、冷却水温度センサー４で検出した冷却水の現在温度
Ｔおよび変化温度Δｔをパラメータとし、各パラメータ
に対応する冷却能力の切換え段数のデータを５分毎に求
め、この切換え段数を現在の段数に加算することにより
冷却能力の段数を更新して冷却水の温度を制御する。な
お、運転開始時の段数は、前回停止時の段数など予め求
められている段数を設定し、その段数に基づいて運転を
開始する。

【００２７】前掲の表２から判るように、現在温度Ｔが
設定温度から高く外れるほど切換え段数が大きくなって
おり、冷却能力が高まる傾向が大きくなっている。ま
た、変化温度Δｔが小さいときは現状保持で、変化温度
Δｔの絶対値が大きくなるほど切換え段数が大きくなっ
ており、冷却能力を高めたり低めたりする傾向が大きく
なっている。これにより、冷却水の急激な変化に応じた
制御を行うことができる。さらに、冷凍機２の負荷変動
率に対応した切換え段数を用いているので、冷凍機２に
おける負荷が急変しても、予測される冷却水の急激な温
度上昇にも速やかに対応して制御を行うことができる。
なお、表２に示した切換え段数は一例であり、実際の運
転のなかで、適宜修正してもよい。

【００２８】以上の実施例では、負荷変動率、現在温度
および変化温度に基づいて、５分毎に冷却能力の制御を
行うようにしているが、例えば「設定温度＋２＜現在温
度Ｔ」の状態が一定時間（例えば３０分）以上続く場合
は１段増の状態で運転、また、「設定温度−２＞現在温
度Ｔ」の状態が一定時間（例えば３０分）以上続く場合
は１段減の状態で運転するようにしてもよい。

【００２９】また、以上の実施例では、冷却能力を段階
的に９段に分けるようにしているが、この段数は少なく
してもよいし多くしてもよい。また、冷却能力を段階的
に分けなくても、冷却塔の送風機のファンの回転数を連
続変化できるようにして、冷却能力を連続的に変化さる
ようにしてもよい。

【００３０】また、以上の実施例では、冷却塔からの冷
却水を冷凍機に供給する場合について説明したが、本発
明は冷却水を使用する装置であればその他の装置にも適
用できる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の冷却水
温度のマトリックス制御方法によれば、冷却塔の冷却能
力を段階的に複数段設定し、冷却水の変化温度を含む複
数のパラメータに対応する切換え段数に基づいて冷却塔
の冷却能力を複数段の段数で増減可能にしたので、複数
段の切換え段数で冷却能力を切り換えることができ、従
来の一段づつの切り換え制御に比較して、温度制御の応
答性が高り、急激な冷却水温度変化に迅速に対応するこ
とができる。さらに、複数のパラメータに基づいて冷却
能力を増減するので、通常の温度制御にも対応させると
ともに、幅広い要因に対応させて温度制御を行うことが
できる。したがって、冷凍機などで使用する冷却水の温
度を安定化させることができる。なお、複数のパラメー
タの組み合わせに対応して記憶している切換え段数の記
憶内容を変更することにより、環境に応じた制御特性を
容易に設定することができる。

【００３２】また、請求項２の冷却水温度のマトリック
ス制御方法によれば、冷却水の変化温度、現在温度およ
び冷却水を使用する装置の負荷変動率の３つのパラメー
タに基づいて制御するので、例えば冷凍機における負荷
の急変から予測される急激な冷却水温度変化に対応する
ことができる。

【００３３】また、請求項３の冷却水温度のマトリック
ス制御方法によれば、冷凍機に供給する冷却水の温度制
御に適用したので、冷却水の緩慢な温度変化に対しては
冷凍機自体で冷水温度の制御を行えるので、冷却水の急
激な温度変化に対応するだけでよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る冷却水温度のマトリック
ス制御方法を適用したプラント冷却システムのブロック
図である。

【図２】本発明の実施例における冷却塔の側断面概略図
である。

【図３】従来の冷却塔と冷凍機の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 冷却塔 ２ 冷凍機 ３ 冷水温度検出センサー ４ 冷却水温度検出センサー ５ 制御装置 ｅ 送風機

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却水を熱交換源として使用する装置と
   冷却塔との間で冷却水を循環させ、該冷却塔で上記装置
   から回収した冷却水を冷却することにより、上記装置に
   供給する冷却水の温度を制御する冷却水の温度制御方法
   であって、 前記冷却塔の冷却能力を段階的に複数段設定するととも
   に、該冷却能力を増減させる切換え段数を、前記冷却塔
   から前記装置に供給する冷却水の変化温度を含む複数の
   パラメータの組み合わせに対応させておき、 前記複数のパラメータを検出し、該検出した複数のパラ
   メータに対応する前記切換え段数に基づいて前記冷却塔
   の冷却能力を複数段の段数で増減可能にしたことを特徴
   とする冷却水温度のマトリックス制御方法。
2. 【請求項２】 前記複数のパラメータを、前記冷却塔か
   ら前記装置に供給する冷却水の変化温度、上記装置に供
   給する冷却水の現在温度、および、上記装置における熱
   交換にかかる負荷の負荷変動率の３つのパラメータとし
   たことを特徴とする請求項１記載の冷却水温度のマトリ
   ックス制御方法。
3. 【請求項３】 前記冷却水を使用する装置は、他の施設
   との間で冷水を循環させる冷凍機であり、該冷凍機に供
   給する上記冷却水の温度制御に適用したことを特徴とす
   る請求項１または請求項２記載の冷却水温度のマトリッ
   クス制御方法。