專利名稱：熱源系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使熱源系統(tǒng)的整體效率提高的熱源系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
作為在半導(dǎo)體工廠的冷水供給或地域制冷供暖設(shè)備中使用的熱源系統(tǒng)，已知有具備多臺可根據(jù)外部負(fù)載要求的熱量啟動停止的渦輪冷凍機的系統(tǒng)。作為熱源系統(tǒng)，除了渦輪冷凍機之外，還包括用于向渦輪冷凍機的冷凝器供給冷卻水的冷卻水泵、使由冷凝器回收冷凝熱而升溫的冷卻水與外部空氣接觸來進(jìn)行冷卻的冷卻塔、向外部負(fù)載供給由渦輪冷凍機的蒸發(fā)器冷卻的冷水的冷水泵。另外，在冷卻塔上設(shè)置有用于向冷卻塔內(nèi)導(dǎo)入外部空氣的冷卻塔風(fēng)扇。對于這種熱源系統(tǒng)，在下述專利文獻(xiàn)1中公開有不僅考慮了冷凍機單體而且還考慮了冷卻水泵、冷卻塔、冷水泵等輔助裝置的、可提高熱源系統(tǒng)整體的運轉(zhuǎn)效率的發(fā)明。具體而言，制成能夠利用外部空氣濕球溫度和冷凍機負(fù)載率的關(guān)系來把握熱源系統(tǒng)整體的 COP的表，從該表確定在熱源系統(tǒng)整體的COP變得最好的運算式中使用的參數(shù)，根據(jù)該運算結(jié)果來控制冷凍機的運轉(zhuǎn)臺數(shù)及輸出、冷卻水的流量及溫度。專利文獻(xiàn)1日本特開2008-1；34013號公報然而，如圖1所示那樣，專利文獻(xiàn)1中記載的熱源系統(tǒng)是以各冷卻塔與各冷凍機分別獨立地連接的結(jié)構(gòu)為前提的。相對于此，存在具備與各渦輪冷凍機共通地連接的多臺冷卻塔的熱源系統(tǒng)。對于這種熱源系統(tǒng)而言，在一部渦輪冷凍機停止的情況下，可使多臺冷卻塔啟動，從而成為比與正運轉(zhuǎn)的渦輪冷凍機相對應(yīng)的容量大的冷卻塔容量。例如在僅一個渦輪冷凍機運轉(zhuǎn)的情況下，若不僅啟動與該渦輪冷凍機對應(yīng)的容量的冷卻塔而且還啟動其他冷卻塔，則由于冷卻能力增大而冷卻水溫度下降。若冷卻水溫度下降，則可期待渦輪冷凍機的消耗電力減少而效率上升。另一方面，若增加啟動的冷卻塔的臺數(shù)，則冷卻塔風(fēng)扇的消耗電力變大，因此，可以想到熱源系統(tǒng)的整體效率下降?；蛘撸部梢韵氲?，與其使冷卻塔風(fēng)扇的消耗電力的上升量相對減小，不如使渦輪冷凍機的消耗電力減少，從而使熱源系統(tǒng)的整體效率上升。于是，在具備與各渦輪冷凍機共通地連接的多臺冷卻塔的熱源系統(tǒng)中，可以考慮通過適當(dāng)選擇冷卻塔的啟動臺數(shù)來實現(xiàn)熱源系統(tǒng)的整體效率的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這種情況而作出的，其目的在于提供一種可通過適當(dāng)選擇冷卻塔的啟動臺數(shù)來提高熱源系統(tǒng)的整體效率的熱源系統(tǒng)及其控制方法。為了解決上述課題，本發(fā)明的熱源系統(tǒng)及其控制方法采用以下機構(gòu)。即，本發(fā)明的第一形態(tài)的熱源系統(tǒng)具備渦輪冷凍機，其包括利用電氣驅(qū)動使旋轉(zhuǎn)頻率可變而壓縮制冷劑的渦輪壓縮機、使被該渦輪壓縮機壓縮的制冷劑冷凝液化的冷凝器、使被該冷凝器冷凝液化的制冷劑膨脹的膨脹閥及使被該膨脹閥膨脹的制冷劑蒸發(fā)的蒸發(fā)器；冷卻水泵，其被電氣驅(qū)動而供給通過利用所述冷凝器進(jìn)行熱交換而冷卻制冷劑的冷卻水；冷卻塔，其使利用該冷卻水泵從所述冷凝器導(dǎo)出的冷卻水與外部空氣接觸而進(jìn)行熱交換來實施冷卻；冷卻塔風(fēng)扇，其設(shè)置在該冷卻塔上，且被電氣驅(qū)動而向該冷卻塔內(nèi)引導(dǎo)外部空氣；冷水泵，其被電氣驅(qū)動而向外部負(fù)載側(cè)供給通過利用所述蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換而被冷卻的冷水；控制部，其控制所述渦輪冷凍機、所述冷卻水泵、所述冷卻塔、所述冷卻塔風(fēng)扇及所述冷水泵；所述渦輪冷凍機設(shè)有多臺，所述冷卻塔以具有與各所述渦輪冷凍機的額定容量的合計容量相對應(yīng)的冷卻塔容量的方式設(shè)有多臺，并且與多個所述渦輪冷凍機共通地連接，在該熱源系統(tǒng)中，所述冷卻塔通過所述控制部能夠切換運轉(zhuǎn)臺數(shù)，而能夠變更所述冷卻塔容量，在所述控制部中預(yù)先儲存有最佳冷卻塔容量關(guān)系，該最佳冷卻塔容量關(guān)系為在外部空氣濕球溫度和所述渦輪冷凍機部分負(fù)載率的關(guān)系中的、表示考慮了所述渦輪冷凍機、所述冷卻水泵、所述冷卻塔、所述冷卻塔風(fēng)扇及所述冷水泵的熱源系統(tǒng)效率高的所述冷卻塔的冷卻塔容量的關(guān)系，所述控制部根據(jù)運轉(zhuǎn)時的外部空氣濕球溫度和所述渦輪冷凍機的所述部分負(fù)載率并參照所述最佳冷卻塔容量關(guān)系來確定所述冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。在多臺冷卻塔相對于多臺渦輪冷凍機共通地連接的熱源系統(tǒng)中，能夠使成為與一臺渦輪冷凍機的額定容量相對應(yīng)的以上的冷卻能力的冷卻塔啟動。例如，在僅運轉(zhuǎn)一臺渦輪冷凍機的情況下，通過使多臺冷卻塔運轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)這種狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，由于冷卻水溫度下降，從而能夠期待渦輪冷凍機的消耗電力減少。另一方面，當(dāng)使多臺冷卻塔啟動時，較多冷卻塔風(fēng)扇被啟動，從而可以想到因冷卻塔風(fēng)扇導(dǎo)致消耗電力的增大。因此，存在考慮了渦輪冷凍機、冷卻水泵、冷卻塔、冷卻塔風(fēng)扇及冷水泵的、熱源系統(tǒng)的整體效率變高的運轉(zhuǎn)區(qū)域。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)了存在因外部空氣濕球溫度和渦輪冷凍機部分負(fù)載率而熱源系統(tǒng)效率變高的冷卻塔的冷卻塔容量(例如啟動的冷卻塔的臺數(shù))。因此，預(yù)先獲得在外部空氣濕球溫度和渦輪冷凍機部分負(fù)載率的關(guān)系方面的熱源系統(tǒng)效率高的冷卻塔容量，并據(jù)此而實施了運轉(zhuǎn)。由此，從而能夠?qū)崿F(xiàn)熱源系統(tǒng)的整體效率高的運轉(zhuǎn)。另外，由于僅獲得外部空氣濕球溫度和渦輪冷凍機部分負(fù)載率就能夠確定冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)，所以可實現(xiàn)極為簡便的運轉(zhuǎn)控制。為了獲得外部空氣濕球溫度，例如優(yōu)選使用濕度傳感器?；蛘撸部梢蕴娲鷿穸葌鞲衅鞫愿汕驕囟?、相對濕度和外部氣壓來得出外部空氣濕球溫度。此外，在本發(fā)明的第一形態(tài)的熱源系統(tǒng)中，可構(gòu)成為，在外部空氣濕球溫度為第一規(guī)定溫度以下的情況下，所述控制部根據(jù)所述最佳冷卻塔容量關(guān)系，以成為比運轉(zhuǎn)中的所述渦輪冷凍機的額定容量大的第一容量的方式來確定所述冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。當(dāng)以外部濕球溫度和渦輪冷凍機部分負(fù)載率的關(guān)系研究熱源系統(tǒng)效率高的冷卻塔容量的過程中，在外部空氣濕球溫度為第一規(guī)定溫度以下的情況下，發(fā)現(xiàn)了以成為比運轉(zhuǎn)中的渦輪冷凍機的額定容量大的第一容量的方式確定冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)的方式更使熱源系統(tǒng)的整體效率變高。因此，當(dāng)在外部空氣濕球溫度低的冬季或中間季節(jié)進(jìn)行上述熱源系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)時，可實現(xiàn)高效率的運轉(zhuǎn)。需要說明的是，無論渦輪冷凍機部分負(fù)載率如何，都存在熱源系統(tǒng)整體的效率變高的冷卻塔容量，當(dāng)將第一規(guī)定溫度設(shè)定為該狀態(tài)的上限值時，則可與渦輪冷凍機部分負(fù)載率無關(guān)地僅通過外部空氣濕球溫度來確定冷卻塔運轉(zhuǎn)臺數(shù)，從而可實現(xiàn)簡便的運轉(zhuǎn)控制。而且，在上述結(jié)構(gòu)的熱源系統(tǒng)中，可以構(gòu)成為，在外部空氣濕球溫度為第二規(guī)定溫度以上且所述渦輪冷凍機部分負(fù)載率為規(guī)定負(fù)載率以下的情況下，所述控制部以成為與運轉(zhuǎn)中的所述渦輪冷凍機的額定容量同等的同等容量的方式來確定所述冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。在外部空氣濕球溫度為第二規(guī)定溫度以上且渦輪冷凍機部分負(fù)載率為規(guī)定負(fù)載率以下的情況下，當(dāng)以成為與運轉(zhuǎn)中的渦輪冷凍機的額定容量同等容量的方式來確定冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)時，發(fā)現(xiàn)了熱源系統(tǒng)的整體效率變高。因此，當(dāng)在如中間季節(jié)那樣外部空氣濕球溫度比較高而外部負(fù)載的要求熱量小時進(jìn)行上述熱源系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)時，可實現(xiàn)高效率的運轉(zhuǎn)。需要說明的是，若將上述結(jié)構(gòu)的“第二規(guī)定溫度”設(shè)定成與“第一規(guī)定溫度”相同的值，由于僅以該規(guī)定溫度作為閾值而變更冷卻塔臺數(shù)即可，從而可進(jìn)一步實現(xiàn)簡便的運轉(zhuǎn)控制，其中，所述“第一規(guī)定溫度”被用作以成為第一容量的方式來確定冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)時的閾值。而且，在上述結(jié)構(gòu)的熱源系統(tǒng)中，可以構(gòu)成為，在外部空氣濕球溫度為所述第二規(guī)定溫度以上且所述渦輪冷凍機部分負(fù)載率為所述規(guī)定負(fù)載率以上的情況下，所述控制部以所述第一容量以下且所述同等容量以上的第二容量的方式來確定所述冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。在外部空氣濕球溫度為所述第二規(guī)定溫度以上且所述渦輪冷凍機部分負(fù)載率為所述規(guī)定負(fù)載率以上的情況下，當(dāng)以成為所述第一容量以下且所述同等容量以上的方式來確定冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)時，發(fā)現(xiàn)了熱源系統(tǒng)的整體效率變高的情況。因此，在如夏季那樣外部空氣濕球溫度比較高而外部負(fù)載的要求熱量大時，若進(jìn)行上述熱源系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，則可實現(xiàn)高效率的運轉(zhuǎn)。另外，在外部空氣濕球溫度為第二規(guī)定溫度以上的情況下，通過以規(guī)定負(fù)載率為閾值而適當(dāng)選擇上述結(jié)構(gòu)的第二容量或同等容量即可，從而能夠進(jìn)一步實現(xiàn)簡便的運轉(zhuǎn)控制。需要說明的是，若將上述結(jié)構(gòu)的“第二規(guī)定溫度”設(shè)定為與“第一規(guī)定溫度”相同的值，則僅通過以第一規(guī)定溫度(=第二規(guī)定溫度)及規(guī)定負(fù)載率為閾值而選擇同等容量、 第一容量、上述結(jié)構(gòu)的第二容量這三種模式中的任意一種即可，從而可進(jìn)一步實現(xiàn)簡便的運轉(zhuǎn)控制，其中，所述“第一規(guī)定溫度”被作用以成為第一容量的方式來確定冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)時的閾值。此外，在上述任意一個熱源系統(tǒng)中，可以構(gòu)成為，所述控制部不根據(jù)外部空氣濕球溫度及所述冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)、而是根據(jù)所述渦輪冷凍機部分負(fù)載率來控制所述冷卻水泵的流量。關(guān)于冷卻水泵，若流量減少，則可期待消耗電力減少而效率提高。另一方面，由于冷卻水的溫度上升，所以可以想到渦輪冷凍機的消耗電力有所增加。本發(fā)明者在針對熱源系統(tǒng)的整體效率研究冷卻水流量的過程中，發(fā)現(xiàn)沒有那么依賴外部空氣濕球溫度及冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)，而是較大地依賴渦輪冷凍機部分負(fù)載率。因此，不根據(jù)外部空氣濕球溫度及冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)、而是根據(jù)渦輪冷凍機部分負(fù)載率來控制冷卻水泵的流量。由此，能夠進(jìn)一步實現(xiàn)簡便的運轉(zhuǎn)控制。
另外，通過將冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)與出于效率觀點而設(shè)定為最佳的上述的各結(jié)構(gòu)相組合，能夠進(jìn)一步以高效率運轉(zhuǎn)熱源系統(tǒng)。另外，本發(fā)明的第二形態(tài)的熱源系統(tǒng)的控制方法，該熱源系統(tǒng)具備渦輪冷凍機， 其包括利用電氣驅(qū)動使旋轉(zhuǎn)頻率可變而壓縮制冷劑的渦輪壓縮機、使被該渦輪壓縮機壓縮的制冷劑冷凝液化的冷凝器、使被該冷凝器冷凝液化的制冷劑膨脹的膨脹閥及使被該膨脹閥膨脹的制冷劑蒸發(fā)的蒸發(fā)器；冷卻水泵，其被電氣驅(qū)動而供給通過利用所述冷凝器進(jìn)行熱交換而冷卻制冷劑的冷卻水；冷卻塔，其使利用該冷卻水泵從所述冷凝器導(dǎo)出的冷卻水與外部空氣接觸而進(jìn)行熱交換來實施冷卻；冷卻塔風(fēng)扇，其設(shè)置在該冷卻塔上，且被電氣驅(qū)動而向該冷卻塔內(nèi)引導(dǎo)外部空氣；冷水泵，其被電氣驅(qū)動而向外部負(fù)載側(cè)供給通過利用所述蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換而被冷卻的冷水；控制部，其控制所述渦輪冷凍機、所述冷卻水泵、 所述冷卻塔、所述冷卻塔風(fēng)扇及所述冷水泵，所述渦輪冷凍機設(shè)有多臺，所述冷卻塔以具有與各所述渦輪冷凍機的額定容量的合計容量相對應(yīng)的冷卻塔容量的方式設(shè)有多臺，并且與多個所述渦輪冷凍機共通地連接，在該熱源系統(tǒng)的控制方法中，所述冷卻塔通過所述控制部能夠切換運轉(zhuǎn)臺數(shù)，而能夠變更所述冷卻塔容量，在所述控制部中預(yù)先儲存有最佳冷卻塔容量關(guān)系，該最佳冷卻塔容量關(guān)系為在外部空氣濕球溫度和所述渦輪冷凍機部分負(fù)載率的關(guān)系中的、表示考慮了所述渦輪冷凍機、所述冷卻水泵、所述冷卻塔、所述冷卻塔風(fēng)扇及所述冷水泵的熱源系統(tǒng)效率高的所述冷卻塔的冷卻塔容量的關(guān)系，所述控制部根據(jù)運轉(zhuǎn)時的外部空氣濕球溫度和所述渦輪冷凍機的所述部分負(fù)載率并參照所述最佳冷卻塔容量關(guān)系來確定所述冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。在多臺冷卻塔相對于多臺渦輪冷凍機共通地連接的熱源系統(tǒng)中，能夠使冷卻能力比與一臺渦輪冷凍機的額定容量相對應(yīng)的冷卻能力大的冷卻塔啟動。例如，在僅運轉(zhuǎn)一臺渦輪冷凍機的情況下，通過使多臺冷卻塔運轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)這種狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，由于冷卻水溫度下降，所以可期待渦輪冷凍機的消耗電力減少。另一方面，若使多臺冷卻塔啟動， 較多的冷卻塔風(fēng)扇被啟動，所以可以想到因冷卻塔風(fēng)扇導(dǎo)致消耗電力的增大。因此，存在考慮了渦輪冷凍機、冷卻水泵、冷卻塔、冷卻塔風(fēng)扇及冷水泵的、熱源系統(tǒng)的整體效率變高的運轉(zhuǎn)區(qū)域。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)存在因外部空氣濕球溫度和渦輪冷凍機部分負(fù)載率而熱源系統(tǒng)效率變高的冷卻塔的冷卻塔容量(例如啟動的冷卻塔的臺數(shù))。因此，預(yù)先獲得在外部空氣濕球溫度與渦輪冷凍機部分負(fù)載率的關(guān)系方面的熱源系統(tǒng)效率高的冷卻塔容量，并據(jù)此實施運轉(zhuǎn)。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)熱源系統(tǒng)整體的高效運轉(zhuǎn)。另外，由于能夠通過僅獲得外部空氣濕球溫度和渦輪冷凍機部分負(fù)載率來確定冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)，從而可進(jìn)行極簡便的運轉(zhuǎn)控制。為了獲得外部空氣濕球溫度，例如優(yōu)選使用濕度傳感器?；蛘?，可以替代濕度傳感器而通過干球溫度、相對濕度、外部氣壓得出外部空氣濕球溫度。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的熱源系統(tǒng)及其控制方法，可獲得以下的效果。根據(jù)相對于外部空氣濕球溫度和渦輪冷凍機部分負(fù)載率而示出熱源系統(tǒng)的整體效率高的冷卻塔的冷卻塔容量的關(guān)系來確定冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。因此，可通過極為簡便的運轉(zhuǎn)控制來實現(xiàn)熱源系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)。
另外，通過冷卻水流量減少，能夠進(jìn)一步實現(xiàn)高效的熱源系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。


圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的熱源系統(tǒng)的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖2是儲存在控制部的、以與外部空氣濕球溫度及渦輪冷凍機部分負(fù)載率的關(guān)系來表示最佳冷卻塔容量的映射的概念圖。圖3是儲存在控制部的、以與渦輪冷凍機部分負(fù)載率的關(guān)系來表示最佳冷卻水泵流量的概念圖。圖4是表示本發(fā)明的一實施方式的熱源系統(tǒng)的控制方法的流程圖。圖5是關(guān)于冷卻塔能力為100%及300%時的、渦輪冷凍機單體相對于渦輪冷凍機部分負(fù)載率的COP的模擬結(jié)果的曲線圖。圖6是關(guān)于冷卻塔能力為100%及300%時的、熱源系統(tǒng)整體相對于渦輪冷凍機部分負(fù)載率的COP的模擬結(jié)果的曲線圖。圖7是關(guān)于冷卻塔能力為100^^200%及300%時的、熱源系統(tǒng)整體的COP變得最高的區(qū)域的曲線圖。圖8是關(guān)于對冷卻水流量進(jìn)行了減少流量的情況下的渦輪冷凍機單體的COP的模擬結(jié)果示出相對于渦輪冷凍機部分負(fù)載率的曲線圖。圖9是關(guān)于對冷卻水流量進(jìn)行了減少流量的情況下的熱源系統(tǒng)整體的COP的模擬結(jié)果而示出相對于渦輪冷凍機部分負(fù)載率的曲線圖。圖10是關(guān)于組合進(jìn)行冷卻塔容量的增大和冷卻水流量的減少流量的情況下的系統(tǒng)COP的模擬結(jié)果而示出相對于渦輪冷凍機部分負(fù)載率的曲線圖。
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的實施方式。圖1表示本發(fā)明的熱源系統(tǒng)的一實施方式。熱源系統(tǒng)1具備并列設(shè)有多臺(在本實施方式中為6臺)的渦輪冷凍機3和并列設(shè)有多臺(在本實施方式為6臺)的冷卻塔 5。渦輪冷凍機3具備壓縮制冷劑的渦輪壓縮機7、使被該渦輪壓縮機7壓縮的制冷劑冷凝液化的冷凝器9、使被該冷凝器9冷凝液化的制冷劑膨脹的膨脹閥(未圖示)、使被該膨脹閥膨脹的制冷劑蒸發(fā)的蒸發(fā)器11。渦輪壓縮機7由電動機13驅(qū)動，該電動機13可通過變換器裝置改變旋轉(zhuǎn)頻率。向冷凝器9導(dǎo)入由冷卻水泵15供給的冷卻水。冷卻水泵15在本實施方式中并列使用2臺，其分別通過利用變換器裝置使旋轉(zhuǎn)頻率可變的電動機(未圖示)進(jìn)行驅(qū)動，其分別設(shè)有僅在一方進(jìn)行運轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行開閉的冷卻水泵切換閥(未圖示)。需要說明的是， 可以使冷卻水泵15的一方為固定速度，通過變換器驅(qū)動僅使另一方速度可變。各冷卻水泵15吸入從冷卻水返水箱17引導(dǎo)的冷卻水，向冷凝器9側(cè)噴出。從冷凝器9側(cè)噴出的冷卻水向冷卻水去水箱19被引導(dǎo)。冷卻水返水箱17與所有的渦輪冷凍機 3及所有的冷卻塔5共通地連接。冷卻水去水箱19也與所有的渦輪冷凍機3及所有的冷卻塔5共通地連接。
由冷水泵21供給的冷水被向蒸發(fā)器11引導(dǎo)。冷水泵21在本實施方式中并列使用2臺，其分別利用通過變換器裝置使旋轉(zhuǎn)頻率可變的電動機(未圖示)來驅(qū)動，且分別設(shè)有在僅一方運轉(zhuǎn)的情況下開閉的冷水泵切換閥(未圖示)。需要說明的是，可以使冷水泵 21的一方為固定速度，而通過變換器驅(qū)動僅使另一方速度可變。各冷水泵21吸入從冷水返水箱23引導(dǎo)的冷水，向蒸發(fā)器11側(cè)噴出。從蒸發(fā)器11 側(cè)噴出的冷水被引導(dǎo)向冷水去水箱25。冷水返水箱23與所有的渦輪冷凍機3共通地連接。 冷水去水箱25也與所有的渦輪冷凍機3共通地連接。冷水返水箱23及冷水去水箱25與未圖示的外部負(fù)載連接。利用蒸發(fā)器11冷卻的冷水(例如7°C )經(jīng)由冷水去水箱25向外部負(fù)載供給，在外部負(fù)載使用而升溫的冷水(例如12°C )經(jīng)由冷水返水箱23而返回蒸發(fā)器11側(cè)。冷卻塔5具備冷卻塔風(fēng)扇30、灑水水箱32、冷卻水存儲箱34。冷卻塔風(fēng)扇30用于向冷卻塔5內(nèi)導(dǎo)入外部空氣，其由電動機36驅(qū)動。作為該電動機36，優(yōu)選采用可通過變換器裝置來改變旋轉(zhuǎn)頻率的電動機。灑水水箱32從上方散布冷卻水，沿著設(shè)在灑水水箱32的下部的表面積大的填充材料(未圖示)使冷卻水流下，通過與外部空氣接觸而利用顯熱及蒸發(fā)潛熱將冷卻水冷卻。 在灑水水箱32與冷卻水去水箱19之間設(shè)有冷卻水出去用開閉閥38。在冷卻水存儲箱34中貯存有被散布而由外部空氣冷卻的冷卻后的冷卻水。貯存在冷卻水存儲箱；34內(nèi)的冷卻水經(jīng)由冷卻水返回用開閉閥40被導(dǎo)向冷卻水返水箱17。通過開閉冷卻水出去用開閉閥38和冷卻水返回用開閉閥40，來進(jìn)行冷卻塔5的啟動停止。由此，能夠變更冷卻塔5的啟動臺數(shù)。在冷卻塔5設(shè)有濕度傳感器(未圖示)。通過該濕度傳感器獲得外部空氣濕球溫度。濕度傳感器的輸出被向后述的控制部輸送。需要說明的是，也可以替代濕度傳感器，通過干球溫度、相對濕度、外部氣壓而得出外部空氣濕球溫度。熱源系統(tǒng)具備未圖示的控制部，該控制部控制渦輪冷凍機3、冷卻水泵15、冷卻塔風(fēng)扇30、冷卻水出去用開閉閥38、冷卻水返回用開閉閥40、及冷水泵21、冷水泵切換閥(未圖示)、冷卻水泵切換閥(未圖示)的動作。所有的渦輪冷凍機3的合計額定容量與所有的冷卻塔5的合計額定容量同等。例如，在6臺渦輪冷凍機中的3臺的額定容量設(shè)為370Rt而剩余3臺的額定容量設(shè)為750Rt 的情況下，6臺冷卻塔中的3臺的額定容量為370Rt，而剩余3臺的額定容量為750Rt。其中，各個合計額定容量形成為同等即可，對于各個渦輪冷凍機的額定容量，各個冷卻塔無需具有相同的額定容量。控制部在其存儲區(qū)域具備圖2及圖3所示的映射乃至關(guān)系式。圖2的橫軸表示渦輪冷凍機的部分負(fù)載率，縱軸表示作為熱源系統(tǒng)的整體效率的系統(tǒng)COP。該映射(最佳冷卻塔容量關(guān)系)是在渦輪冷凍機部分負(fù)載率和外部空氣濕球溫度的關(guān)系中示出熱源系統(tǒng)的整體效率最高的冷卻塔5的冷卻塔容量。該圖中的曲線Ll表示成為閾值的外部空氣濕球溫度(第一溫度)。在外部空氣濕球溫度比該外部空氣濕球溫度低的情況下，冷卻塔容量為300%而使效率最高(該圖中的上方區(qū)域)。在此，冷卻塔容量300%是指，成為正啟動的渦輪冷凍機3的額定容量的合計 3倍(300% )的合計容量的冷卻塔容量。
該圖中的線L2表示成為閾值的渦輪冷凍機部分負(fù)載率(規(guī)定負(fù)載率)。在比該負(fù)載率低的情況下，冷卻塔容量為100%而使效率變得最高(在該圖中的左下區(qū)域)。另外，在比該負(fù)載率高的情況下，冷卻塔容量為200%而使效率變得最高(在該圖中的右下區(qū)域)。在該圖中，為了參考而示出了外部空氣濕球溫度的等溫線La、Lb、Lc、Ld。外部空氣濕球溫度按照La、Lb、Li、Lc、Ld的順序變高。在圖3中示出了冷卻水泵15的流量與渦輪冷凍機部分負(fù)載率的關(guān)系。冷卻水泵流量的100%表示標(biāo)準(zhǔn)流量。如該圖所示，無論外部空氣濕球溫度及冷卻塔5的運轉(zhuǎn)臺數(shù)如何，控制部僅根據(jù)渦輪冷凍機部分負(fù)載率來控制冷卻水泵流量。另外，如該圖所示，若將冷卻水泵流量和渦輪冷凍機部分負(fù)載率作為線性關(guān)系的線性式來表示，則可實現(xiàn)極為簡便的控制。接下來，使用圖4對上述的熱源系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行說明。首先，在步驟Sl中，獲得負(fù)載和外部空氣條件。具體而言，控制部通過溫度傳感器來獲得流入蒸發(fā)器11的冷水的冷水入口溫度和從蒸發(fā)器11流出的冷水出口溫度。然后， 通過流量計獲得由冷水泵21供給的冷水流量?？刂撇客ㄟ^將從溫度傳感器得到的冷水入口出口溫度差、冷水流量、冷水的比熱、冷水的比重相乘而算出在外部負(fù)載消耗的負(fù)載。另外，控制部通過設(shè)在冷卻塔5上的濕度傳感器獲得外部空氣濕球溫度。接下來，在步驟S2中，渦輪冷凍機3的運轉(zhuǎn)臺數(shù)通過如下方式確定，S卩，通過以冷水入口溫度成為規(guī)定值以下的方式確定的如以往那樣的運轉(zhuǎn)手法(1)來確定，或者，以能夠維持冷水入口溫度為規(guī)定值以下且成為渦輪冷凍機單體的最高COP的運轉(zhuǎn)的方式被確定(2)(此處的最高COP運轉(zhuǎn)是指，在日本特開2009-204262中記載的使用運轉(zhuǎn)手法確定運轉(zhuǎn)臺數(shù)的運轉(zhuǎn))。這樣，在本實施方式中，渦輪冷凍機3的啟動臺數(shù)與冷卻塔5的啟動臺數(shù)無關(guān)地作為渦輪冷凍機單體來確定。在步驟S3中，控制冷水泵21的流量。冷水泵21的冷水流量根據(jù)外部負(fù)載的冷水需要而被確定。此時，如步驟S4那樣， 通過以在能夠滿足冷水需要的范圍內(nèi)盡量對冷水泵21的流量進(jìn)行減少流量，能夠盡量抑制冷水泵21的消耗電力。對冷水進(jìn)行的減少流量可以通過利用變換器裝置使驅(qū)動冷水泵 21的電動機的旋轉(zhuǎn)頻率減少的方式來進(jìn)行。外部的冷水在如下情況下是重要的，即，需要冷水水量的情況和能夠根據(jù)必要進(jìn)行送水的冷水去水箱25與冷水返水箱23存在壓差的情況。在步驟S5中，控制冷卻水泵15的流量。在步驟S6中，如圖3所示，冷卻水泵15的流量可根據(jù)預(yù)先得到的關(guān)系式來獲得。 該關(guān)系式被記述為相對于渦輪冷凍機部分負(fù)載率的一次函數(shù)，而保持在控制部的存儲區(qū)域。具體而言，控制成如下方式，即，在標(biāo)準(zhǔn)冷卻水出入溫度差為5°C的情況下，當(dāng)渦輪冷凍機部分負(fù)載率為100% (標(biāo)準(zhǔn))時，冷卻水流量成為100%，當(dāng)渦輪冷凍機部分負(fù)載率為最低的20%時，冷卻水流量成為50%，隨著渦輪冷凍機部分負(fù)載率減少而冷卻水流量單調(diào)地減少。這樣，冷卻水泵15的流量與冷卻塔的臺數(shù)分別獨立地被控制。在步驟S7中，確定冷卻塔5的啟動臺數(shù)。在外部空氣濕球溫度不足10°C的情況下，相對于冷卻塔5的要求容量QCTd被設(shè)定為300% (步驟S8)。在這種情況下，要求比圖2所示的映射的曲線Ll更靠上的上方區(qū)域。 在此，要求容量QCTd是指，在以相當(dāng)于運轉(zhuǎn)中的一臺渦輪冷凍機3的額定容量相當(dāng)?shù)睦鋮s 塔的容量為100%的情況下所要求的冷卻塔容量。因此，QCTd = 300%是指對冷卻塔要求 運轉(zhuǎn)中的一臺渦輪冷凍機3的額定容量的3倍的冷卻塔容量的情況。在外部空氣濕球溫度為10で以上且渦輪冷凍機部分負(fù)載率為60%以上的情況 下，將相對于冷卻塔5的要求容量QCTd設(shè)定為200% (步驟S8)。在這種情況下，要求比圖 2所示的映射的曲線Ll靠下方且比線L2靠右方的右下區(qū)域。在外部空氣濕球溫度為10で以上且渦輪冷凍機部分負(fù)載率不足60%的情況下， 相對于冷卻塔5的要求容量QCTd為100% (步驟S8)。在這種情況下，要求圖2所示的比 映射的曲線Ll靠下方且比線L2靠左方的左下區(qū)域。接下來，進(jìn)入步驟S9，計算合計要求容量E QCTd，該合計要求容量E QCTd成為 運轉(zhuǎn)中的渦輪冷凍機3所分別要求的冷卻塔5的要求容量的合計量。在該合計要求容量 E QCTd成為所設(shè)置的冷卻塔的合計容量(作為熱源系統(tǒng)1而具備的所有的冷卻塔5的合 計容量)的設(shè)置冷卻塔合計容量E QCTi以下的情況下，進(jìn)人步驟S10，采用在步驟S8中所 要求的冷卻塔的要求容量。另ー方面，在合計要求容量E QCTd超過設(shè)置冷卻塔合計容量E QCTi的情況下，進(jìn) 入步驟S11，對合計要求容量E QCTd進(jìn)行修正而使其與設(shè)置冷卻塔合計容量！ QCTi相等。 此外，運轉(zhuǎn)中的渦輪冷凍機3中的一臺可要求的冷卻塔能力QCTd’為將設(shè)置冷卻塔合計容 量E QCTi除以渦輪冷凍機3的運轉(zhuǎn)臺數(shù)N后的值(步驟S12)。接下來，將在以下對在圖2及圖3所示的映射乃至關(guān)系式的獲得方法進(jìn)行說明。以 下所說明的方法是通過模擬進(jìn)行的方法。如式(1)那樣，表示熱源系統(tǒng)1的整體效率的熱源系統(tǒng)COP是將從渦輪冷凍機輸 出的熱量減去冷水泵的熱輸入后的熱量除以渦輪冷凍機、冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)扇的
能量消耗量的和之后的值。式1
「0089"! dp^ —- * 置{1)
P. +Pc 一+pCiP キ h在此，Qtb 渦輪冷凍機的冷熱輸出[kW]Ptb 渦輪冷凍機能量消耗量[kW]Pchp 冷水泵能量消耗量[kW]Pclp 冷卻水泵能量消耗量[kW]Pct 冷卻塔(相當(dāng)于風(fēng)扇動カ)能量消耗量[kW]nmp 泵用電動機的效率[_]以下，示出關(guān)于各設(shè)備的能量消耗量的原理式。(i)熱源系統(tǒng)熱輸出通過冷水泵將nmp Pchp作為熱輸入供給冷水，由此，熱源系統(tǒng)的熱輸出為從渦輪 冷凍機的熱輸出Qtb減去nmp-Pdip后的值。另外，冷水泵的剩余(i-nmp) -Pdip的熱量向大 氣排出。(ii)渦輪冷凍機能量消耗量
用渦輪冷凍機的熱輸出Qtb除以根據(jù)冷卻水溫度、渦輪冷凍機部分負(fù)載率和性能特性而求出的COPtb,從而算出能量消耗量Ptb。(iii)冷水泵能量消耗量P。hp及冷卻水泵能量消耗量Pdp若泵的噴出量為Q[m3/S]、全揚程為H[m]、揚液的密度為P [kg/m3]、重力加速度為 g[m/s2]，則利用泵提供給液體的動力Pw[kW]成為式⑵所示那樣。式2
權(quán)利要求
1.一種熱源系統(tǒng)，其具備渦輪冷凍機，其具備利用電氣驅(qū)動使旋轉(zhuǎn)頻率可變而壓縮制冷劑的渦輪壓縮機、使由該渦輪壓縮機壓縮的制冷劑冷凝液化的冷凝器、使由該冷凝器冷凝液化的制冷劑膨脹的膨脹閥及使由該膨脹閥膨脹的制冷劑蒸發(fā)的蒸發(fā)器；冷卻水泵，其被電氣驅(qū)動而供給通過利用所述冷凝器進(jìn)行熱交換而冷卻制冷劑的冷卻水；冷卻塔，其使利用該冷卻水泵從所述冷凝器導(dǎo)出的冷卻水與外部空氣接觸而進(jìn)行熱交換來冷卻；冷卻塔風(fēng)扇，其設(shè)置在該冷卻塔上，且被電氣驅(qū)動而向該冷卻塔內(nèi)引導(dǎo)外部空氣；冷水泵，其被電氣驅(qū)動而向外部負(fù)載側(cè)供給通過利用所述蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換而被冷卻的冷水；控制部，其控制所述渦輪冷凍機、所述冷卻水泵、所述冷卻塔、所述冷卻塔風(fēng)扇及所述冷水泵，所述渦輪冷凍機設(shè)有多臺，所述冷卻塔以具有與各所述渦輪冷凍機的額定容量的合計容量相對應(yīng)的冷卻塔容量的方式設(shè)有多臺，并且相對于多個所述渦輪冷凍機共通連接，在所述熱源系統(tǒng)中，所述冷卻塔通過所述控制部能夠切換運轉(zhuǎn)臺數(shù)，而能夠變更所述冷卻塔容量，在所述控制部中預(yù)先儲存有最佳冷卻塔容量關(guān)系，該最佳冷卻塔容量關(guān)系為在外部空氣濕球溫度和所述渦輪冷凍機部分負(fù)載率的關(guān)系中的、表示考慮了所述渦輪冷凍機、所述冷卻水泵、所述冷卻塔、所述冷卻塔風(fēng)扇及所述冷水泵的熱源系統(tǒng)效率高的所述冷卻塔的冷卻塔容量的關(guān)系，所述控制部根據(jù)運轉(zhuǎn)時的外部空氣濕球溫度和所述渦輪冷凍機的所述部分負(fù)載率，并參照所述最佳冷卻塔容量關(guān)系來確定所述冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱源系統(tǒng)，其特征在于，在外部空氣濕球溫度為第一規(guī)定溫度以下的情況下，所述控制部根據(jù)所述最佳冷卻塔容量關(guān)系，以成為比運轉(zhuǎn)中的所述渦輪冷凍機的額定容量大的第一容量的方式來確定所述冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱源系統(tǒng)，其特征在于，在外部空氣濕球溫度為第二規(guī)定溫度以上且所述渦輪冷凍機部分負(fù)載率為規(guī)定負(fù)載率以下的情況下，所述控制部以成為與運轉(zhuǎn)中的所述渦輪冷凍機的額定容量同等的同等容量的方式來確定所述冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱源系統(tǒng)，其特征在于，在外部空氣濕球溫度為所述第二規(guī)定溫度以上且所述渦輪冷凍機部分負(fù)載率為所述規(guī)定負(fù)載率以上的情況下，所述控制部以成為所述第一容量以下且所述同等容量以上的第二容量的方式來確定所述冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的熱源系統(tǒng)，其特征在于，所述控制部不根據(jù)外部空氣濕球溫度及所述冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)、而是根據(jù)所述渦輪冷凍機部分負(fù)載率來控制所述冷卻水泵的流量。
6. 一種熱源系統(tǒng)的控制方法，該熱源系統(tǒng)具備渦輪冷凍機，其具備利用電氣驅(qū)動使旋轉(zhuǎn)頻率可變而壓縮制冷劑的渦輪壓縮機、使由該渦輪壓縮機壓縮的制冷劑冷凝液化的冷凝器、使由該冷凝器冷凝液化的制冷劑膨脹的膨脹閥及使由該膨脹閥膨脹的制冷劑蒸發(fā)的蒸發(fā)器；冷卻水泵，其被電氣驅(qū)動而供給通過利用所述冷凝器進(jìn)行熱交換而冷卻制冷劑的冷卻水；冷卻塔，其使利用該冷卻水泵從所述冷凝器導(dǎo)出的冷卻水與外部空氣接觸而進(jìn)行熱交換來冷卻；冷卻塔風(fēng)扇，其設(shè)置在該冷卻塔上，且被電氣驅(qū)動而向該冷卻塔內(nèi)引導(dǎo)外部空氣； 冷水泵，其被電氣驅(qū)動而向外部負(fù)載側(cè)供給通過利用所述蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換而被冷卻的冷水；控制部，其控制所述渦輪冷凍機、所述冷卻水泵、所述冷卻塔、所述冷卻塔風(fēng)扇及所述冷水泵，所述渦輪冷凍機設(shè)有多臺，所述冷卻塔以具有與各所述渦輪冷凍機的額定容量的合計容量相對應(yīng)的冷卻塔容量的方式設(shè)有多臺，并且相對于多個所述渦輪冷凍機共通連接， 在所述熱源系統(tǒng)的控制方法中，所述冷卻塔通過所述控制部能夠切換運轉(zhuǎn)臺數(shù)，而能夠變更所述冷卻塔容量， 在所述控制部中預(yù)先儲存有最佳冷卻塔容量關(guān)系，該最佳冷卻塔容量關(guān)系為在外部空氣濕球溫度和所述渦輪冷凍機部分負(fù)載率的關(guān)系中的、表示考慮了所述渦輪冷凍機、所述冷卻水泵、所述冷卻塔、所述冷卻塔風(fēng)扇及所述冷水泵的熱源系統(tǒng)效率高的所述冷卻塔的冷卻塔容量的關(guān)系，所述控制部根據(jù)運轉(zhuǎn)時的外部空氣濕球溫度和所述渦輪冷凍機的所述部分負(fù)載率，并參照所述最佳冷卻塔容量關(guān)系來確定所述冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠通過適當(dāng)選擇冷卻塔的啟動臺數(shù)來提高熱源系統(tǒng)的整體效率的熱源系統(tǒng)。其具備渦輪冷凍機、冷卻水泵、冷卻塔、冷卻塔風(fēng)扇、冷水泵、控制它們的控制部，冷卻塔以具有與各渦輪冷凍機的額定容量的合計容量相對應(yīng)的冷卻塔容量的方式設(shè)有多臺，并且相對于多個渦輪冷凍機共通連接，其中，預(yù)先準(zhǔn)備在外部空氣濕球溫度和渦輪冷凍機部分負(fù)載率的關(guān)系中的、表示考慮了渦輪冷凍機、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)扇及冷水泵的熱源系統(tǒng)效率高的冷卻塔容量的關(guān)系的最佳冷卻塔容量關(guān)系，根據(jù)運轉(zhuǎn)時的外部空氣濕球溫度和渦輪冷凍機的部分負(fù)載率并參照最佳冷卻塔容量關(guān)系來確定冷卻塔的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。
文檔編號F24F11/02GK102341656SQ20108000983
公開日2012年2月1日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者上田憲治 申請人:三菱重工業(yè)株式會社