专利名称：热源系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及使热源系统的整体效率提高的热源系统及其控制方法。
背景技术：
作为在半导体工厂的冷水供给或地域制冷供暖设备中使用的热源系统，已知有具备多台可根据外部负载要求的热量启动停止的涡轮冷冻机的系统。作为热源系统，除了涡轮冷冻机之外，还包括用于向涡轮冷冻机的冷凝器供给冷却水的冷却水泵、使由冷凝器回收冷凝热而升温的冷却水与外部空气接触来进行冷却的冷却塔、向外部负载供给由涡轮冷冻机的蒸发器冷却的冷水的冷水泵。另外，在冷却塔上设置有用于向冷却塔内导入外部空气的冷却塔风扇。对于这种热源系统，在下述专利文献1中公开有不仅考虑了冷冻机单体而且还考虑了冷却水泵、冷却塔、冷水泵等辅助装置的、可提高热源系统整体的运转效率的发明。具体而言，制成能够利用外部空气湿球温度和冷冻机负载率的关系来把握热源系统整体的 COP的表，从该表确定在热源系统整体的COP变得最好的运算式中使用的参数，根据该运算结果来控制冷冻机的运转台数及输出、冷却水的流量及温度。专利文献1日本特开2008-1；34013号公报然而，如图1所示那样，专利文献1中记载的热源系统是以各冷却塔与各冷冻机分别独立地连接的结构为前提的。相对于此，存在具备与各涡轮冷冻机共通地连接的多台冷却塔的热源系统。对于这种热源系统而言，在一部涡轮冷冻机停止的情况下，可使多台冷却塔启动，从而成为比与正运转的涡轮冷冻机相对应的容量大的冷却塔容量。例如在仅一个涡轮冷冻机运转的情况下，若不仅启动与该涡轮冷冻机对应的容量的冷却塔而且还启动其他冷却塔，则由于冷却能力增大而冷却水温度下降。若冷却水温度下降，则可期待涡轮冷冻机的消耗电力减少而效率上升。另一方面，若增加启动的冷却塔的台数，则冷却塔风扇的消耗电力变大，因此，可以想到热源系统的整体效率下降。或者，也可以想到，与其使冷却塔风扇的消耗电力的上升量相对减小，不如使涡轮冷冻机的消耗电力减少，从而使热源系统的整体效率上升。于是，在具备与各涡轮冷冻机共通地连接的多台冷却塔的热源系统中，可以考虑通过适当选择冷却塔的启动台数来实现热源系统的整体效率的提高。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而作出的，其目的在于提供一种可通过适当选择冷却塔的启动台数来提高热源系统的整体效率的热源系统及其控制方法。为了解决上述课题，本发明的热源系统及其控制方法采用以下机构。即，本发明的第一形态的热源系统具备涡轮冷冻机，其包括利用电气驱动使旋转频率可变而压缩制冷剂的涡轮压缩机、使被该涡轮压缩机压缩的制冷剂冷凝液化的冷凝器、使被该冷凝器冷凝液化的制冷剂膨胀的膨胀阀及使被该膨胀阀膨胀的制冷剂蒸发的蒸发器；冷却水泵，其被电气驱动而供给通过利用所述冷凝器进行热交换而冷却制冷剂的冷却水；冷却塔，其使利用该冷却水泵从所述冷凝器导出的冷却水与外部空气接触而进行热交换来实施冷却；冷却塔风扇，其设置在该冷却塔上，且被电气驱动而向该冷却塔内引导外部空气；冷水泵，其被电气驱动而向外部负载侧供给通过利用所述蒸发器进行热交换而被冷却的冷水；控制部，其控制所述涡轮冷冻机、所述冷却水泵、所述冷却塔、所述冷却塔风扇及所述冷水泵；所述涡轮冷冻机设有多台，所述冷却塔以具有与各所述涡轮冷冻机的额定容量的合计容量相对应的冷却塔容量的方式设有多台，并且与多个所述涡轮冷冻机共通地连接，在该热源系统中，所述冷却塔通过所述控制部能够切换运转台数，而能够变更所述冷却塔容量，在所述控制部中预先储存有最佳冷却塔容量关系，该最佳冷却塔容量关系为在外部空气湿球温度和所述涡轮冷冻机部分负载率的关系中的、表示考虑了所述涡轮冷冻机、所述冷却水泵、所述冷却塔、所述冷却塔风扇及所述冷水泵的热源系统效率高的所述冷却塔的冷却塔容量的关系，所述控制部根据运转时的外部空气湿球温度和所述涡轮冷冻机的所述部分负载率并参照所述最佳冷却塔容量关系来确定所述冷却塔的运转台数。在多台冷却塔相对于多台涡轮冷冻机共通地连接的热源系统中，能够使成为与一台涡轮冷冻机的额定容量相对应的以上的冷却能力的冷却塔启动。例如，在仅运转一台涡轮冷冻机的情况下，通过使多台冷却塔运转，能够实现这种状态。在这种状态下，由于冷却水温度下降，从而能够期待涡轮冷冻机的消耗电力减少。另一方面，当使多台冷却塔启动时，较多冷却塔风扇被启动，从而可以想到因冷却塔风扇导致消耗电力的增大。因此，存在考虑了涡轮冷冻机、冷却水泵、冷却塔、冷却塔风扇及冷水泵的、热源系统的整体效率变高的运转区域。本发明者发现了存在因外部空气湿球温度和涡轮冷冻机部分负载率而热源系统效率变高的冷却塔的冷却塔容量(例如启动的冷却塔的台数)。因此，预先获得在外部空气湿球温度和涡轮冷冻机部分负载率的关系方面的热源系统效率高的冷却塔容量，并据此而实施了运转。由此，从而能够实现热源系统的整体效率高的运转。另外，由于仅获得外部空气湿球温度和涡轮冷冻机部分负载率就能够确定冷却塔的运转台数，所以可实现极为简便的运转控制。为了获得外部空气湿球温度，例如优选使用湿度传感器。或者，也可以替代湿度传感器而以干球温度、相对湿度和外部气压来得出外部空气湿球温度。此外，在本发明的第一形态的热源系统中，可构成为，在外部空气湿球温度为第一规定温度以下的情况下，所述控制部根据所述最佳冷却塔容量关系，以成为比运转中的所述涡轮冷冻机的额定容量大的第一容量的方式来确定所述冷却塔的运转台数。当以外部湿球温度和涡轮冷冻机部分负载率的关系研究热源系统效率高的冷却塔容量的过程中，在外部空气湿球温度为第一规定温度以下的情况下，发现了以成为比运转中的涡轮冷冻机的额定容量大的第一容量的方式确定冷却塔的运转台数的方式更使热源系统的整体效率变高。因此，当在外部空气湿球温度低的冬季或中间季节进行上述热源系统的运转时，可实现高效率的运转。需要说明的是，无论涡轮冷冻机部分负载率如何，都存在热源系统整体的效率变高的冷却塔容量，当将第一规定温度设定为该状态的上限值时，则可与涡轮冷冻机部分负载率无关地仅通过外部空气湿球温度来确定冷却塔运转台数，从而可实现简便的运转控制。而且，在上述结构的热源系统中，可以构成为，在外部空气湿球温度为第二规定温度以上且所述涡轮冷冻机部分负载率为规定负载率以下的情况下，所述控制部以成为与运转中的所述涡轮冷冻机的额定容量同等的同等容量的方式来确定所述冷却塔的运转台数。在外部空气湿球温度为第二规定温度以上且涡轮冷冻机部分负载率为规定负载率以下的情况下，当以成为与运转中的涡轮冷冻机的额定容量同等容量的方式来确定冷却塔的运转台数时，发现了热源系统的整体效率变高。因此，当在如中间季节那样外部空气湿球温度比较高而外部负载的要求热量小时进行上述热源系统的运转时，可实现高效率的运转。需要说明的是，若将上述结构的“第二规定温度”设定成与“第一规定温度”相同的值，由于仅以该规定温度作为阈值而变更冷却塔台数即可，从而可进一步实现简便的运转控制，其中，所述“第一规定温度”被用作以成为第一容量的方式来确定冷却塔的运转台数时的阈值。而且，在上述结构的热源系统中，可以构成为，在外部空气湿球温度为所述第二规定温度以上且所述涡轮冷冻机部分负载率为所述规定负载率以上的情况下，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来确定所述冷却塔的运转台数。在外部空气湿球温度为所述第二规定温度以上且所述涡轮冷冻机部分负载率为所述规定负载率以上的情况下，当以成为所述第一容量以下且所述同等容量以上的方式来确定冷却塔的运转台数时，发现了热源系统的整体效率变高的情况。因此，在如夏季那样外部空气湿球温度比较高而外部负载的要求热量大时，若进行上述热源系统的运转，则可实现高效率的运转。另外，在外部空气湿球温度为第二规定温度以上的情况下，通过以规定负载率为阈值而适当选择上述结构的第二容量或同等容量即可，从而能够进一步实现简便的运转控制。需要说明的是，若将上述结构的“第二规定温度”设定为与“第一规定温度”相同的值，则仅通过以第一规定温度(=第二规定温度)及规定负载率为阈值而选择同等容量、 第一容量、上述结构的第二容量这三种模式中的任意一种即可，从而可进一步实现简便的运转控制，其中，所述“第一规定温度”被作用以成为第一容量的方式来确定冷却塔的运转台数时的阈值。此外，在上述任意一个热源系统中，可以构成为，所述控制部不根据外部空气湿球温度及所述冷却塔的运转台数、而是根据所述涡轮冷冻机部分负载率来控制所述冷却水泵的流量。关于冷却水泵，若流量减少，则可期待消耗电力减少而效率提高。另一方面，由于冷却水的温度上升，所以可以想到涡轮冷冻机的消耗电力有所增加。本发明者在针对热源系统的整体效率研究冷却水流量的过程中，发现没有那么依赖外部空气湿球温度及冷却塔的运转台数，而是较大地依赖涡轮冷冻机部分负载率。因此，不根据外部空气湿球温度及冷却塔的运转台数、而是根据涡轮冷冻机部分负载率来控制冷却水泵的流量。由此，能够进一步实现简便的运转控制。
另外，通过将冷却塔的运转台数与出于效率观点而设定为最佳的上述的各结构相组合，能够进一步以高效率运转热源系统。另外，本发明的第二形态的热源系统的控制方法，该热源系统具备涡轮冷冻机， 其包括利用电气驱动使旋转频率可变而压缩制冷剂的涡轮压缩机、使被该涡轮压缩机压缩的制冷剂冷凝液化的冷凝器、使被该冷凝器冷凝液化的制冷剂膨胀的膨胀阀及使被该膨胀阀膨胀的制冷剂蒸发的蒸发器；冷却水泵，其被电气驱动而供给通过利用所述冷凝器进行热交换而冷却制冷剂的冷却水；冷却塔，其使利用该冷却水泵从所述冷凝器导出的冷却水与外部空气接触而进行热交换来实施冷却；冷却塔风扇，其设置在该冷却塔上，且被电气驱动而向该冷却塔内引导外部空气；冷水泵，其被电气驱动而向外部负载侧供给通过利用所述蒸发器进行热交换而被冷却的冷水；控制部，其控制所述涡轮冷冻机、所述冷却水泵、 所述冷却塔、所述冷却塔风扇及所述冷水泵，所述涡轮冷冻机设有多台，所述冷却塔以具有与各所述涡轮冷冻机的额定容量的合计容量相对应的冷却塔容量的方式设有多台，并且与多个所述涡轮冷冻机共通地连接，在该热源系统的控制方法中，所述冷却塔通过所述控制部能够切换运转台数，而能够变更所述冷却塔容量，在所述控制部中预先储存有最佳冷却塔容量关系，该最佳冷却塔容量关系为在外部空气湿球温度和所述涡轮冷冻机部分负载率的关系中的、表示考虑了所述涡轮冷冻机、所述冷却水泵、所述冷却塔、所述冷却塔风扇及所述冷水泵的热源系统效率高的所述冷却塔的冷却塔容量的关系，所述控制部根据运转时的外部空气湿球温度和所述涡轮冷冻机的所述部分负载率并参照所述最佳冷却塔容量关系来确定所述冷却塔的运转台数。在多台冷却塔相对于多台涡轮冷冻机共通地连接的热源系统中，能够使冷却能力比与一台涡轮冷冻机的额定容量相对应的冷却能力大的冷却塔启动。例如，在仅运转一台涡轮冷冻机的情况下，通过使多台冷却塔运转，能够实现这种状态。在这种状态下，由于冷却水温度下降，所以可期待涡轮冷冻机的消耗电力减少。另一方面，若使多台冷却塔启动， 较多的冷却塔风扇被启动，所以可以想到因冷却塔风扇导致消耗电力的增大。因此，存在考虑了涡轮冷冻机、冷却水泵、冷却塔、冷却塔风扇及冷水泵的、热源系统的整体效率变高的运转区域。本发明者发现存在因外部空气湿球温度和涡轮冷冻机部分负载率而热源系统效率变高的冷却塔的冷却塔容量(例如启动的冷却塔的台数)。因此，预先获得在外部空气湿球温度与涡轮冷冻机部分负载率的关系方面的热源系统效率高的冷却塔容量，并据此实施运转。由此，能够实现热源系统整体的高效运转。另外，由于能够通过仅获得外部空气湿球温度和涡轮冷冻机部分负载率来确定冷却塔的运转台数，从而可进行极简便的运转控制。为了获得外部空气湿球温度，例如优选使用湿度传感器。或者，可以替代湿度传感器而通过干球温度、相对湿度、外部气压得出外部空气湿球温度。发明效果根据本发明的热源系统及其控制方法，可获得以下的效果。根据相对于外部空气湿球温度和涡轮冷冻机部分负载率而示出热源系统的整体效率高的冷却塔的冷却塔容量的关系来确定冷却塔的运转台数。因此，可通过极为简便的运转控制来实现热源系统的高效运转。
另外，通过冷却水流量减少，能够进一步实现高效的热源系统运转。
图1是表示本发明的一实施方式的热源系统的简要结构图。图2是储存在控制部的、以与外部空气湿球温度及涡轮冷冻机部分负载率的关系来表示最佳冷却塔容量的映射的概念图。图3是储存在控制部的、以与涡轮冷冻机部分负载率的关系来表示最佳冷却水泵流量的概念图。图4是表示本发明的一实施方式的热源系统的控制方法的流程图。图5是关于冷却塔能力为100%及300%时的、涡轮冷冻机单体相对于涡轮冷冻机部分负载率的COP的模拟结果的曲线图。图6是关于冷却塔能力为100%及300%时的、热源系统整体相对于涡轮冷冻机部分负载率的COP的模拟结果的曲线图。图7是关于冷却塔能力为100^^200%及300%时的、热源系统整体的COP变得最高的区域的曲线图。图8是关于对冷却水流量进行了减少流量的情况下的涡轮冷冻机单体的COP的模拟结果示出相对于涡轮冷冻机部分负载率的曲线图。图9是关于对冷却水流量进行了减少流量的情况下的热源系统整体的COP的模拟结果而示出相对于涡轮冷冻机部分负载率的曲线图。图10是关于组合进行冷却塔容量的增大和冷却水流量的减少流量的情况下的系统COP的模拟结果而示出相对于涡轮冷冻机部分负载率的曲线图。
具体实施例方式以下，参照
本发明的实施方式。图1表示本发明的热源系统的一实施方式。热源系统1具备并列设有多台(在本实施方式中为6台)的涡轮冷冻机3和并列设有多台(在本实施方式为6台)的冷却塔 5。涡轮冷冻机3具备压缩制冷剂的涡轮压缩机7、使被该涡轮压缩机7压缩的制冷剂冷凝液化的冷凝器9、使被该冷凝器9冷凝液化的制冷剂膨胀的膨胀阀(未图示)、使被该膨胀阀膨胀的制冷剂蒸发的蒸发器11。涡轮压缩机7由电动机13驱动，该电动机13可通过变换器装置改变旋转频率。向冷凝器9导入由冷却水泵15供给的冷却水。冷却水泵15在本实施方式中并列使用2台，其分别通过利用变换器装置使旋转频率可变的电动机(未图示)进行驱动，其分别设有仅在一方进行运转的情况下进行开闭的冷却水泵切换阀(未图示)。需要说明的是， 可以使冷却水泵15的一方为固定速度，通过变换器驱动仅使另一方速度可变。各冷却水泵15吸入从冷却水返水箱17引导的冷却水，向冷凝器9侧喷出。从冷凝器9侧喷出的冷却水向冷却水去水箱19被引导。冷却水返水箱17与所有的涡轮冷冻机 3及所有的冷却塔5共通地连接。冷却水去水箱19也与所有的涡轮冷冻机3及所有的冷却塔5共通地连接。
由冷水泵21供给的冷水被向蒸发器11引导。冷水泵21在本实施方式中并列使用2台，其分别利用通过变换器装置使旋转频率可变的电动机(未图示)来驱动，且分别设有在仅一方运转的情况下开闭的冷水泵切换阀(未图示)。需要说明的是，可以使冷水泵 21的一方为固定速度，而通过变换器驱动仅使另一方速度可变。各冷水泵21吸入从冷水返水箱23引导的冷水，向蒸发器11侧喷出。从蒸发器11 侧喷出的冷水被引导向冷水去水箱25。冷水返水箱23与所有的涡轮冷冻机3共通地连接。 冷水去水箱25也与所有的涡轮冷冻机3共通地连接。冷水返水箱23及冷水去水箱25与未图示的外部负载连接。利用蒸发器11冷却的冷水(例如7°C )经由冷水去水箱25向外部负载供给，在外部负载使用而升温的冷水(例如12°C )经由冷水返水箱23而返回蒸发器11侧。冷却塔5具备冷却塔风扇30、洒水水箱32、冷却水存储箱34。冷却塔风扇30用于向冷却塔5内导入外部空气，其由电动机36驱动。作为该电动机36，优选采用可通过变换器装置来改变旋转频率的电动机。洒水水箱32从上方散布冷却水，沿着设在洒水水箱32的下部的表面积大的填充材料(未图示)使冷却水流下，通过与外部空气接触而利用显热及蒸发潜热将冷却水冷却。 在洒水水箱32与冷却水去水箱19之间设有冷却水出去用开闭阀38。在冷却水存储箱34中贮存有被散布而由外部空气冷却的冷却后的冷却水。贮存在冷却水存储箱；34内的冷却水经由冷却水返回用开闭阀40被导向冷却水返水箱17。通过开闭冷却水出去用开闭阀38和冷却水返回用开闭阀40，来进行冷却塔5的启动停止。由此，能够变更冷却塔5的启动台数。在冷却塔5设有湿度传感器(未图示)。通过该湿度传感器获得外部空气湿球温度。湿度传感器的输出被向后述的控制部输送。需要说明的是，也可以替代湿度传感器，通过干球温度、相对湿度、外部气压而得出外部空气湿球温度。热源系统具备未图示的控制部，该控制部控制涡轮冷冻机3、冷却水泵15、冷却塔风扇30、冷却水出去用开闭阀38、冷却水返回用开闭阀40、及冷水泵21、冷水泵切换阀(未图示)、冷却水泵切换阀(未图示)的动作。所有的涡轮冷冻机3的合计额定容量与所有的冷却塔5的合计额定容量同等。例如，在6台涡轮冷冻机中的3台的额定容量设为370Rt而剩余3台的额定容量设为750Rt 的情况下，6台冷却塔中的3台的额定容量为370Rt，而剩余3台的额定容量为750Rt。其中，各个合计额定容量形成为同等即可，对于各个涡轮冷冻机的额定容量，各个冷却塔无需具有相同的额定容量。控制部在其存储区域具备图2及图3所示的映射乃至关系式。图2的横轴表示涡轮冷冻机的部分负载率，纵轴表示作为热源系统的整体效率的系统COP。该映射(最佳冷却塔容量关系)是在涡轮冷冻机部分负载率和外部空气湿球温度的关系中示出热源系统的整体效率最高的冷却塔5的冷却塔容量。该图中的曲线Ll表示成为阈值的外部空气湿球温度(第一温度)。在外部空气湿球温度比该外部空气湿球温度低的情况下，冷却塔容量为300%而使效率最高(该图中的上方区域)。在此，冷却塔容量300%是指，成为正启动的涡轮冷冻机3的额定容量的合计 3倍(300% )的合计容量的冷却塔容量。
该图中的线L2表示成为阈值的涡轮冷冻机部分负载率(规定负载率)。在比该负载率低的情况下，冷却塔容量为100%而使效率变得最高(在该图中的左下区域)。另外，在比该负载率高的情况下，冷却塔容量为200%而使效率变得最高(在该图中的右下区域)。在该图中，为了参考而示出了外部空气湿球温度的等温线La、Lb、Lc、Ld。外部空气湿球温度按照La、Lb、Li、Lc、Ld的顺序变高。在图3中示出了冷却水泵15的流量与涡轮冷冻机部分负载率的关系。冷却水泵流量的100%表示标准流量。如该图所示，无论外部空气湿球温度及冷却塔5的运转台数如何，控制部仅根据涡轮冷冻机部分负载率来控制冷却水泵流量。另外，如该图所示，若将冷却水泵流量和涡轮冷冻机部分负载率作为线性关系的线性式来表示，则可实现极为简便的控制。接下来，使用图4对上述的热源系统的控制方法进行说明。首先，在步骤Sl中，获得负载和外部空气条件。具体而言，控制部通过温度传感器来获得流入蒸发器11的冷水的冷水入口温度和从蒸发器11流出的冷水出口温度。然后， 通过流量计获得由冷水泵21供给的冷水流量。控制部通过将从温度传感器得到的冷水入口出口温度差、冷水流量、冷水的比热、冷水的比重相乘而算出在外部负载消耗的负载。另外，控制部通过设在冷却塔5上的湿度传感器获得外部空气湿球温度。接下来，在步骤S2中，涡轮冷冻机3的运转台数通过如下方式确定，S卩，通过以冷水入口温度成为规定值以下的方式确定的如以往那样的运转手法(1)来确定，或者，以能够维持冷水入口温度为规定值以下且成为涡轮冷冻机单体的最高COP的运转的方式被确定(2)(此处的最高COP运转是指，在日本特开2009-204262中记载的使用运转手法确定运转台数的运转)。这样，在本实施方式中，涡轮冷冻机3的启动台数与冷却塔5的启动台数无关地作为涡轮冷冻机单体来确定。在步骤S3中，控制冷水泵21的流量。冷水泵21的冷水流量根据外部负载的冷水需要而被确定。此时，如步骤S4那样， 通过以在能够满足冷水需要的范围内尽量对冷水泵21的流量进行减少流量，能够尽量抑制冷水泵21的消耗电力。对冷水进行的减少流量可以通过利用变换器装置使驱动冷水泵 21的电动机的旋转频率减少的方式来进行。外部的冷水在如下情况下是重要的，即，需要冷水水量的情况和能够根据必要进行送水的冷水去水箱25与冷水返水箱23存在压差的情况。在步骤S5中，控制冷却水泵15的流量。在步骤S6中，如图3所示，冷却水泵15的流量可根据预先得到的关系式来获得。 该关系式被记述为相对于涡轮冷冻机部分负载率的一次函数，而保持在控制部的存储区域。具体而言，控制成如下方式，即，在标准冷却水出入温度差为5°C的情况下，当涡轮冷冻机部分负载率为100% (标准)时，冷却水流量成为100%，当涡轮冷冻机部分负载率为最低的20%时，冷却水流量成为50%，随着涡轮冷冻机部分负载率减少而冷却水流量单调地减少。这样，冷却水泵15的流量与冷却塔的台数分别独立地被控制。在步骤S7中，确定冷却塔5的启动台数。在外部空气湿球温度不足10°C的情况下，相对于冷却塔5的要求容量QCTd被设定为300% (步骤S8)。在这种情况下，要求比图2所示的映射的曲线Ll更靠上的上方区域。 在此，要求容量QCTd是指，在以相当于运转中的一台涡轮冷冻机3的额定容量相当的冷却 塔的容量为100%的情况下所要求的冷却塔容量。因此，QCTd = 300%是指对冷却塔要求 运转中的一台涡轮冷冻机3的额定容量的3倍的冷却塔容量的情况。在外部空气湿球温度为10で以上且涡轮冷冻机部分负载率为60%以上的情况 下，将相对于冷却塔5的要求容量QCTd设定为200% (步骤S8)。在这种情况下，要求比图 2所示的映射的曲线Ll靠下方且比线L2靠右方的右下区域。在外部空气湿球温度为10で以上且涡轮冷冻机部分负载率不足60%的情况下， 相对于冷却塔5的要求容量QCTd为100% (步骤S8)。在这种情况下，要求图2所示的比 映射的曲线Ll靠下方且比线L2靠左方的左下区域。接下来，进入步骤S9，计算合计要求容量E QCTd，该合计要求容量E QCTd成为 运转中的涡轮冷冻机3所分別要求的冷却塔5的要求容量的合计量。在该合计要求容量 E QCTd成为所设置的冷却塔的合计容量(作为热源系统1而具备的所有的冷却塔5的合 计容量)的设置冷却塔合计容量E QCTi以下的情况下，进人步骤S10，采用在步骤S8中所 要求的冷却塔的要求容量。另ー方面，在合计要求容量E QCTd超过设置冷却塔合计容量E QCTi的情况下，进 入步骤S11，对合计要求容量E QCTd进行修正而使其与设置冷却塔合计容量！ QCTi相等。 此外，运转中的涡轮冷冻机3中的一台可要求的冷却塔能力QCTd’为将设置冷却塔合计容 量E QCTi除以涡轮冷冻机3的运转台数N后的值(步骤S12)。接下来，将在以下对在图2及图3所示的映射乃至关系式的获得方法进行说明。以 下所说明的方法是通过模拟进行的方法。如式(1)那样，表示热源系统1的整体效率的热源系统COP是将从涡轮冷冻机输 出的热量减去冷水泵的热输入后的热量除以涡轮冷冻机、冷水泵、冷却水泵、冷却塔风扇的
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 涡轮冷冻机的冷热输出[kW]Ptb 涡轮冷冻机能量消耗量[kW]Pchp 冷水泵能量消耗量[kW]Pclp 冷却水泵能量消耗量[kW]Pct 冷却塔(相当于风扇动カ)能量消耗量[kW]nmp 泵用电动机的效率[_]以下，示出关于各设备的能量消耗量的原理式。(i)热源系统热输出通过冷水泵将nmp Pchp作为热输入供给冷水，由此，热源系统的热输出为从涡轮 冷冻机的热输出Qtb减去nmp-Pdip后的值。另外，冷水泵的剩余(i-nmp) -Pdip的热量向大 气排出。(ii)涡轮冷冻机能量消耗量
用涡轮冷冻机的热输出Qtb除以根据冷却水温度、涡轮冷冻机部分负载率和性能特性而求出的COPtb,从而算出能量消耗量Ptb。(iii)冷水泵能量消耗量P。hp及冷却水泵能量消耗量Pdp若泵的喷出量为Q[m3/S]、全扬程为H[m]、扬液的密度为P [kg/m3]、重力加速度为 g[m/s2]，则利用泵提供给液体的动力Pw[kW]成为式⑵所示那样。式2
权利要求
1.一种热源系统，其具备涡轮冷冻机，其具备利用电气驱动使旋转频率可变而压缩制冷剂的涡轮压缩机、使由该涡轮压缩机压缩的制冷剂冷凝液化的冷凝器、使由该冷凝器冷凝液化的制冷剂膨胀的膨胀阀及使由该膨胀阀膨胀的制冷剂蒸发的蒸发器；冷却水泵，其被电气驱动而供给通过利用所述冷凝器进行热交换而冷却制冷剂的冷却水；冷却塔，其使利用该冷却水泵从所述冷凝器导出的冷却水与外部空气接触而进行热交换来冷却；冷却塔风扇，其设置在该冷却塔上，且被电气驱动而向该冷却塔内引导外部空气；冷水泵，其被电气驱动而向外部负载侧供给通过利用所述蒸发器进行热交换而被冷却的冷水；控制部，其控制所述涡轮冷冻机、所述冷却水泵、所述冷却塔、所述冷却塔风扇及所述冷水泵，所述涡轮冷冻机设有多台，所述冷却塔以具有与各所述涡轮冷冻机的额定容量的合计容量相对应的冷却塔容量的方式设有多台，并且相对于多个所述涡轮冷冻机共通连接，在所述热源系统中，所述冷却塔通过所述控制部能够切换运转台数，而能够变更所述冷却塔容量，在所述控制部中预先储存有最佳冷却塔容量关系，该最佳冷却塔容量关系为在外部空气湿球温度和所述涡轮冷冻机部分负载率的关系中的、表示考虑了所述涡轮冷冻机、所述冷却水泵、所述冷却塔、所述冷却塔风扇及所述冷水泵的热源系统效率高的所述冷却塔的冷却塔容量的关系，所述控制部根据运转时的外部空气湿球温度和所述涡轮冷冻机的所述部分负载率，并参照所述最佳冷却塔容量关系来确定所述冷却塔的运转台数。
2.根据权利要求1所述的热源系统，其特征在于，在外部空气湿球温度为第一规定温度以下的情况下，所述控制部根据所述最佳冷却塔容量关系，以成为比运转中的所述涡轮冷冻机的额定容量大的第一容量的方式来确定所述冷却塔的运转台数。
3.根据权利要求2所述的热源系统，其特征在于，在外部空气湿球温度为第二规定温度以上且所述涡轮冷冻机部分负载率为规定负载率以下的情况下，所述控制部以成为与运转中的所述涡轮冷冻机的额定容量同等的同等容量的方式来确定所述冷却塔的运转台数。
4.根据权利要求3所述的热源系统，其特征在于，在外部空气湿球温度为所述第二规定温度以上且所述涡轮冷冻机部分负载率为所述规定负载率以上的情况下，所述控制部以成为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来确定所述冷却塔的运转台数。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的热源系统，其特征在于，所述控制部不根据外部空气湿球温度及所述冷却塔的运转台数、而是根据所述涡轮冷冻机部分负载率来控制所述冷却水泵的流量。
6. 一种热源系统的控制方法，该热源系统具备涡轮冷冻机，其具备利用电气驱动使旋转频率可变而压缩制冷剂的涡轮压缩机、使由该涡轮压缩机压缩的制冷剂冷凝液化的冷凝器、使由该冷凝器冷凝液化的制冷剂膨胀的膨胀阀及使由该膨胀阀膨胀的制冷剂蒸发的蒸发器；冷却水泵，其被电气驱动而供给通过利用所述冷凝器进行热交换而冷却制冷剂的冷却水；冷却塔，其使利用该冷却水泵从所述冷凝器导出的冷却水与外部空气接触而进行热交换来冷却；冷却塔风扇，其设置在该冷却塔上，且被电气驱动而向该冷却塔内引导外部空气； 冷水泵，其被电气驱动而向外部负载侧供给通过利用所述蒸发器进行热交换而被冷却的冷水；控制部，其控制所述涡轮冷冻机、所述冷却水泵、所述冷却塔、所述冷却塔风扇及所述冷水泵，所述涡轮冷冻机设有多台，所述冷却塔以具有与各所述涡轮冷冻机的额定容量的合计容量相对应的冷却塔容量的方式设有多台，并且相对于多个所述涡轮冷冻机共通连接， 在所述热源系统的控制方法中，所述冷却塔通过所述控制部能够切换运转台数，而能够变更所述冷却塔容量， 在所述控制部中预先储存有最佳冷却塔容量关系，该最佳冷却塔容量关系为在外部空气湿球温度和所述涡轮冷冻机部分负载率的关系中的、表示考虑了所述涡轮冷冻机、所述冷却水泵、所述冷却塔、所述冷却塔风扇及所述冷水泵的热源系统效率高的所述冷却塔的冷却塔容量的关系，所述控制部根据运转时的外部空气湿球温度和所述涡轮冷冻机的所述部分负载率，并参照所述最佳冷却塔容量关系来确定所述冷却塔的运转台数。
全文摘要
本发明提供一种能够通过适当选择冷却塔的启动台数来提高热源系统的整体效率的热源系统。其具备涡轮冷冻机、冷却水泵、冷却塔、冷却塔风扇、冷水泵、控制它们的控制部，冷却塔以具有与各涡轮冷冻机的额定容量的合计容量相对应的冷却塔容量的方式设有多台，并且相对于多个涡轮冷冻机共通连接，其中，预先准备在外部空气湿球温度和涡轮冷冻机部分负载率的关系中的、表示考虑了涡轮冷冻机、冷却水泵、冷却塔风扇及冷水泵的热源系统效率高的冷却塔容量的关系的最佳冷却塔容量关系，根据运转时的外部空气湿球温度和涡轮冷冻机的部分负载率并参照最佳冷却塔容量关系来确定冷却塔的运转台数。
文档编号F24F11/02GK102341656SQ20108000983
公开日2012年2月1日 申请日期2010年3月29日 优先权日2009年3月30日
发明者上田宪治 申请人:三菱重工业株式会社