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1、(10)申请公布号 CN 103168204 A (43)申请公布日 2013.06.19 CN 103168204 A *CN103168204A* (21)申请号 201280003294.2 (22)申请日 2012.02.16 2011-081186 2011.03.31 JP F25B 1/00(2006.01) F25B 49/00(2006.01) (71)申请人 三菱重工业株式会社 地址 日本东京 (72)发明人 松尾实 上田宪治 新家利彦 小野仁意 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 雒运朴 (54) 发明名称 热媒流量估计装置、 热源机。
2、以及热媒流量估 计方法 (57) 摘要 不使用流量计地对热媒的流量进行计算。冷 水流量推算部 (70) 所具备的要求制冷剂循环流 量计算部 (74) 基于冷水流量计划值以及蒸发器 中流动的冷水的温度的测量值， 来计算蒸发器中 制冷剂与冷水之间所交换的蒸发器交换热量， 并 基于该蒸发器交换热量对蒸发器制冷剂流量进行 计算。并且， 冷水循环流量逆运算部 (78) 基于冷 凝器与蒸发器的差压的设定值与该差压的测量值 之比、 以及计算出的蒸发器制冷剂流量， 对蒸发器 制冷剂流量进行逆运算， 根据逆运算得到的蒸发 器制冷剂流量对蒸发器中制冷剂与冷水之间所交 换的蒸发器交换热量进行逆运算， 并基于逆运算 。
3、得到的蒸发器交换热量以及蒸发器中流动的冷水 的温度的测量值对冷水的流量进行逆运算。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.04.10 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2012/053625 2012.02.16 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/132605 JA 2012.10.04 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 14 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书14页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103168204 A CN 103168204 A *CN10。
4、3168204A* 1/2 页 2 1. 一种热媒流量估计装置， 其用于对热源机的热媒的流量进行估计， 该热源机具备对 制冷剂进行压缩的压缩机、 通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行凝结的冷凝器、 使被凝结 的制冷剂蒸发并使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器、 和使被积存于所述冷凝器的液相 的制冷剂进行膨胀的膨胀阀， 所述热媒流量估计装置具备 ： 制冷剂流量计算部， 其基于热媒的流量的计划值以及所述蒸发器中流动的热媒的温度 的测量值， 对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行计算， 并根据该热量对所 述蒸发器中流动的制冷剂的流量进行计算 ； 和 热媒流量逆运算部， 其基于所述冷凝器与所述蒸发器。
5、的差压的设定值和该差压的测量 值之比、 以及通过所述制冷剂流量计算部所计算出的制冷剂的流量， 对所述蒸发器中流动 的制冷剂的流量进行逆运算， 根据逆运算得到的制冷剂的流量对所述蒸发器中制冷剂与热 媒之间所交换的热量进行逆运算， 并基于逆运算得到的热量以及所述蒸发器中流动的热媒 的温度的测量值， 对热媒的流量进行逆运算。 2. 一种热源机， 其具备 ： 对制冷剂进行压缩的压缩机 ； 通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行凝结的冷凝器 ； 使所凝结的制冷剂进行蒸发并且使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器 ； 使积存于所述冷凝器的液相的制冷剂膨胀的膨胀阀 ； 和 权利要求 1 所述的热媒流量估计装置， 所述。
6、热源机基于所述热媒流量逆运算部逆运算得到的热媒的流量来进行更新所述热 媒的流量的计划值的更新处理， 由所述制冷剂流量计算部基于更新后的该计划值对制冷剂 的流量进行计算， 并根据计算出的制冷剂的流量来控制所述膨胀阀的开度。 3. 根据权利要求 2 所述的热源机， 其中， 所述更新处理中， 将所述热媒的流量的计划值更新为所述热媒的流量的计划值与所述 热媒流量逆运算部逆运算得到的热媒的流量之间的内分点。 4. 根据权利要求 2 或 3 所述的热源机， 其中， 所述更新处理是在所述热媒的流量的计划值与所述热媒流量逆运算部逆运算得到的 热媒的流量之间的偏离的状态与本机中所产生的现象的状态一致的情况下进行。
7、的。 5. 根据权利要求 2 至 4 中任意一项所述的热源机， 其中， 所述更新处理是在根据所述热源机的性能系数的理论值所求取的所述压缩机的动力 与所述压缩机的动力的测量值之间的差为规定值以上的情况下进行的。 6. 根据权利要求 2 至 4 中任意一项所述的热源机， 其中， 所述更新处理是在热媒载荷与根据使所述压缩机驱动的电动机中流动的电流所求取 的载荷之间的差为规定值以上的情况下进行的。 7. 根据权利要求 2 至 4 中任意一项所述的热源机， 其中， 所述更新处理是在热媒从所述蒸发器中流出的温度与所述蒸发器内的饱和温度之间 的差、 或者热源媒介从所述冷凝器中流出的温度与所述冷凝器内的饱和温。
8、度之间的差不在 预先确定的范围内的情况下进行的。 8. 一种热媒流量估计方法， 其用于对热源机的热媒的流量进行估计， 该热源机具备对 权 利 要 求 书 CN 103168204 A 2 2/2 页 3 制冷剂进行压缩的压缩机、 通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行凝结的冷凝器、 使被凝结 的制冷剂蒸发并使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器、 以及使被积存于所述冷凝器的液 相的制冷剂膨胀的膨胀阀， 所述热媒流量估计方法包括 ： 第 1 工序， 基于热媒的流量的计划值以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量值， 对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行计算， 并根据该热量对所述蒸发器中 流动的制冷。
9、剂的流量进行计算 ； 和 第 2 工序， 基于所述冷凝器与所述蒸发器的差压的设定值和该差压的测量值之比、 以 及通过所述第 1 工序所计算出的制冷剂的流量， 对所述蒸发器中流动的制冷剂的流量进行 逆运算， 根据逆运算得到的制冷剂的流量对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量 进行逆运算， 并基于逆运算得到的热量以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量值， 对 热媒的流量进行逆运算。 权 利 要 求 书 CN 103168204 A 3 1/14 页 4 热媒流量估计装置、 热源机以及热媒流量估计方法 技术领域 0001 本发明涉及热媒流量估计装置、 热源机以及热媒流量估计方法。 背景技术 00。
10、02 为了使热源机例如冷冻机以设计值进行运行， 需要对流入蒸发器的热媒 ( 冷水 ) 的流量进行管理， 但由于对流量进行测量的流量计价格高昂以及减少部件件数等的理由， 存在有不在冷冻机中设置用于测量热媒的流量的流量计的情况。 0003 在未设置有用于测量热媒的流量的流量计的冷冻机中， 例如在用于控制膨胀阀开 度的运算中利用的热媒的流量与实际的热媒的流量上存在乖离， 从而， 由于通过运算所计 算出的膨胀阀的开度与真正必要的膨胀阀的开度之间的偏离， 存在将产生以下那样的故障 的可能性。 0004 在膨胀阀的开度过大的情况下， 制冷剂的流量过大， 冷冻机的动力成为过大， 其结 果， 将产生冷冻机的性。
11、能系数 (COP(Coefficient Of Performance) 降低或压缩机中卷入 液相的制冷剂的所谓液回流， 由于在凝结机的过冷却不够充分而在凝结机中制冷剂的一部 分不成为液相， 从而存在产生以气相流入到蒸发器中的气体旁路这样的可能性。 0005 另一方面， 在膨胀阀的开度过小的情况下， 冷凝器与蒸发器之间的压力差过大， 冷 冻机的动力成为过大， 其结果， 存在 COP 降低的可能性。 0006 由此， 作为对流量进行测量的技术， 在专利文献 1 中记载有如下的冷却水流量估 计方式， 即， 基于冷水出口温度、 冷水入口温度以及冷水流量的测量值， 对冷冻载荷进行计 算， 基于冷却水入。
12、口温度以及冷冻载荷， 对热交换系数进行计算， 根据从传感器群传送来的 测量值与热交换系数， 对冷却水流量进行计算并输出的冷却水流量估计方式。 0007 另外， 在专利文献 2 中记载有如下的技术， 即， 具备对多个空气调和机的各个空气 调和机的冷温水入口出口间的差压进行测量的多个差压传感器、 以及对整体的冷温水流量 进行测量的流量传感器， 在制冷运行前， 通过阀切换等来形成仅一个差压传感器进行动作 的流路， 求取流量与差压的关系， 在制冷运行时， 通过该差压传感器来求取冷温水的流量的 技术。 0008 在先技术文献 0009 专利文献 0010 专利文献 1 ： JP 特开平 7-91764 。
13、号公报 0011 专利文献 2 ： JP 特开 2005-155973 号公报 发明概要 0012 发明所要解决的课题 0013 但是， 在专利文献 1 所记载的技术中， 为了对冷却水流量进行计算， 利用了对冷水 流量进行测量的流量计。另外， 在专利文献 2 所记载的技术中， 为了对各个空气调和机的冷 温水的流量进行测量， 利用了对整体的冷温水的流量进行测量的流量传感器以及多个差压 说 明 书 CN 103168204 A 4 2/14 页 5 传感器。 0014 如上所述， 在专利文献 1、 2 所记载的技术中， 为了对规定的流体的流量进行计算， 利用对其他的流体的流量进行测量的流量计， 或。
14、者利用对其他的流体的差压进行测量的差 压计， 如此， 不能以低成本掌握流体的流量。 0015 发明内容 0016 本发明是鉴于这样的情况而开发的， 其目的在于提供一种能够不使用流量计地对 热媒的流量进行计算的热媒流量估计装置、 热源机以及热媒流量估计方法。 0017 解决课题的手段 0018 为了解决上述课题， 本发明的热媒流量估计装置、 热源机以及热媒流量估计方法 采用了以下的手段。 0019 即， 本发明的第 1 方式所涉及的热媒流量估计装置用于对热源机的热媒的流量进 行估计， 该热源机具备对制冷剂进行压缩的压缩机、 通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行 凝结的冷凝器、 使被凝结的制冷剂蒸发并。
15、使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器、 以及使 被积存于所述冷凝器的液相的制冷剂进行膨胀的膨胀阀， 所述热媒流量估计装置具备 ： 制 冷剂流量计算部， 其基于热媒的流量的计划值以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量 值对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行计算， 并根据该热量对所述蒸发器 中流动的制冷剂的流量进行计算 ； 和热媒流量逆运算部， 其基于所述冷凝器与所述蒸发器 的差压的设定值和该差压的测量值之比、 以及通过所述制冷剂流量计算部所计算出的制冷 剂的流量， 对所述蒸发器中流动的制冷剂的流量进行逆运算， 根据逆运算得到的制冷剂的 流量对所述蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行逆。
16、运算， 并基于逆运算得到的热 量以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量值， 对热媒的流量进行逆运算。 0020 根据上述第 1 方式， 热媒流量估计装置是对热源机的热媒的流量进行估计的装 置， 该热源机具备对制冷剂进行压缩的压缩机、 通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行凝结 的冷凝器、 以及使所被凝结的制冷剂进行蒸发并且使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发 器。 0021 由热媒流量估计装置所具备的制冷剂流量计算部基于热媒的流量的计划值以及 蒸发器中流动的热媒的温度的测量值， 计算蒸发器中制冷剂与热媒之间所交换的热量， 并 根据该热量来计算蒸发器中流动的制冷剂的流量。 0022 另外， 通过制冷剂流量。
17、计算部计算出的制冷剂的流量被用在计算用于控制膨胀阀 的开度的指令值中。 0023 接下来， 由热媒流量逆运算部基于冷凝器与蒸发器的差压的设定值和该差压的测 量值之比、 以及制冷剂流量计算部计算出的制冷剂的流量， 对蒸发器中流动的制冷剂的流 量进行逆运算。 0024 而且， 由热媒流量逆运算部根据上述逆运算得到的制冷剂的流量来对蒸发器中制 冷剂与热媒之间所交换的热量进行逆运算， 并基于逆运算得到的热量以及蒸发器中流动的 热媒的温度的测量值来对热媒的流量进行逆运算。 0025 由此， 上述第 1 方式能够不使用流量计地对热媒的流量进行计算。另外， 本发明利 用基于逆运算所获得的热媒流量的热媒流量计。
18、划值， 由此， 能够将用于控制膨胀阀的开度 的指令值设为适当的值， 能够将制冷剂的流量设为适当。 说 明 书 CN 103168204 A 5 3/14 页 6 0026 另一方面， 本发明的第 2 方式所涉及的热源机具备 ： 对制冷剂进行压缩的压缩机 ； 通过热源媒介使被压缩的制冷剂进行凝结的冷凝器 ； 使所凝结的制冷剂进行蒸发并且使该 制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器 ； 使积存于所述冷凝器的液相的制冷剂膨胀的膨胀阀 ； 和上述记载的热媒流量估计装置， 所述热源机基于所述热媒流量逆运算部逆运算得到的热 媒的流量来进行使所述热媒的流量的计划值进行更新的更新处理， 由所述制冷剂流量计算 部基于更。
19、新得到的该计划值对制冷剂的流量进行计算， 并根据计算出的制冷剂的流量来控 制所述膨胀阀的开度。 0027 根据上述第 2 方式， 热源机根据由热媒流量估计装置所具备的热媒流量逆运算部 逆运算得到的热媒的流量， 进行对热媒的流量的计划值进行更新的更新处理， 并基于更新 后的该计划值， 由制冷剂流量计算部对制冷剂的流量进行计算， 根据计算出的制冷剂的流 量来控制膨胀阀的开度。 0028 由此， 能够将实际循环的制冷剂的流量设为适当的值， 其结果， 能够以高的 COP 进 行运行。 0029 另外， 上述第 2 方式所涉及的热源机也可以是 ： 在所述更新处理中， 将所述热媒的 流量的计划值更新为所述。
20、热媒的流量的计划值与所述热媒流量逆运算部逆运算得到的热 媒的流量之间的内分点。 0030 根据上述第 2 方式， 新的热媒的流量的计划值被更新为热媒的流量的计划值与热 媒流量逆运算部逆运算得到的热媒的流量之间的内分点， 因此， 成为对热媒的流量进行缓 慢地补正， 能够防止热媒的流量急剧变化。 0031 另外， 上述第 2 方式所涉及的热源机也可以在所述热媒的流量的计划值与所述热 媒流量逆运算部逆运算得到的热媒的流量之间的偏离的状态与本机中所产生的现象的状 态一致的情况下进行所述更新处理。 0032 热媒的流量的计划值与逆运算得到的热媒的流量的偏离的状态与热源机中所产 生的现象的状态不一致的情况。
21、被认为是 ： 在热源媒介的流量上产生了异常的情形。在这样 的情况下， 即使对热媒的流量的计划值进行更新， 也不能使热源机适当运行。由此， 根据本 发明， 对热媒的流量的计划值进行更新的更新处理是在热媒的流量的计划值与逆运算得到 的热媒的流量的偏离的状态与热源机中所产生的现象的状态一致的情况下进行的， 因此， 能够有效地进行热媒流量的控制。 0033 另外， 上述第 2 方式所涉及的热源机也可以在根据所述热源机的性能系数的理论 值所求取的所述压缩机的动力与所述压缩机的动力的测量值之间的差为规定值以上的情 况下， 进行所述更新处理。 0034 在根据热源机的性能系数的理论值所求取的压缩机的动力与压。
22、缩机的动力的测 量值之间产生偏离的情况被认为是 ： 制冷剂的流量不适当， 即， 用在计算制冷剂流量的热媒 流量的计划值是不适当的。在此， 上述第 2 方式中， 使对热媒的流量的计划值进行更新的更 新处理是在根据热源机的性能系数的理论值所求取的压缩机的动力与压缩机的动力的测 量值之间的差为规定值以上的情况下进行的， 因此， 能够以更有效的定时进行热媒流量的 更新处理。 0035 另外， 上述第 2 方式所涉及的热源机也可以在热媒载荷与根据使所述压缩机驱动 的电动机中流动的电流所求取的载荷之间的差为规定值以上的情况下进行所述更新处理。 说 明 书 CN 103168204 A 6 4/14 页 7。
23、 0036 “热媒载荷与根据使压缩机驱动的电动机中流动的电流所求取的载荷之间的偏 离” 被认为是由于制冷剂的流量不适当， 即， 用在计算制冷剂的流量中的热媒的流量的计划 值不适当而产生的。在此， 上述第 2 方式中， 对热媒流量的计划值进行更新的更新处理在热 媒载荷与根据使压缩机驱动的电动机中流动的电流所求取的载荷之间的差为规定值以上 的情况下进行， 因此， 能够以更有效的定时进行热媒的流量的更新处理。 0037 另外， 上述第 2 方式所涉及的热源机也可以在热媒从所述蒸发器中流出的温度与 所述蒸发器内的饱和温度之间的差、 或者热源媒介从所述冷凝器中流出的温度与所述冷凝 器内的饱和温度之间的差。
24、不在预先确定的范围内的情况下进行所述更新处理。 0038 在热媒从蒸发器中流出的温度与蒸发器内的饱和温度之间的差、 或者热源媒介从 冷凝器中流出的温度与冷凝器内的饱和温度之间的差过大或者过小时， 则认为热源机的运 行状态不适当， 即， 制冷剂的流量不适当。在此， 上述第 2 方式中， 在热媒从蒸发器中流出的 温度与蒸发器内的饱和温度之间的差、 或者热源媒介从冷凝器中流出的温度与冷凝器内的 饱和温度之间的差不在预先确定的范围内的情况下进行对热媒的流量的计划值进行更新 的更新处理， 所以， 能够以更有效的定时进行热媒的流量的更新处理。 0039 而且， 本发明的第 3 形态所涉及的热媒流量估计方法。
25、用于对热源机的热媒的流量 进行估计， 该热源机具备对制冷剂进行压缩的压缩机、 通过热源媒介使被压缩的制冷剂进 行凝结的冷凝器、 使被凝结的制冷剂蒸发并使该制冷剂与热媒进行热交换的蒸发器、 以及 使被积存于所述冷凝器的液相的制冷剂膨胀的膨胀阀， 所述热媒流量估计方法包括 ： 第 1 工序， 基于热媒的流量的计划值以及所述蒸发器中流动的热媒的温度的测量值对所述蒸发 器中制冷剂与热媒之间所交换的热量进行计算， 并根据该热量对所述蒸发器中流动的制冷 剂的流量进行计算 ； 和第 2 工序， 基于所述冷凝器与所述蒸发器的差压的设定值和该差压 的测量值之比、 以及通过所述第 1 工序所计算出的制冷剂的流量，。
26、 对所述蒸发器中流动的 制冷剂的流量进行逆运算， 根据逆运算得到的制冷剂的流量对所述蒸发器中制冷剂与热媒 之间所交换的热量进行逆运算， 并基于逆运算得到的热量以及所述蒸发器中流动的热媒的 温度的测量值， 对热媒的流量进行逆运算。 0040 发明效果 0041 根据本发明， 具有能够不使用流量计地对热媒的流量进行计算这样的优越效果。 附图说明 0042 图 1 是本发明的第 1 实施方式所涉及的涡轮式冷冻机的构成图。 0043 图 2 是表示本发明的第 1 实施方式所涉及的冷水流量推算部的构成的功能块图。 0044 图 3A 是在计算本发明的第 1 实施方式所涉及的蒸发器制冷剂流量中利用的焓 (。
27、enthalpy) 的说明中所需的图。 0045 图 3B 是在计算本发明的第 1 实施方式所涉及的蒸发器制冷剂流量中利用的焓的 说明中所需的图。 0046 图 4 是表示本发明的第 1 实施方式所涉及的冷冻机控制程序的处理流程的流程 图。 0047 图5是表示本发明的第3实施方式所涉及的冷水出口温度与蒸发器饱和温度之间 的差和载荷比例的关系的曲线图。 说 明 书 CN 103168204 A 7 5/14 页 8 0048 图6是表示本发明的第3实施方式所涉及的冷却水出口温度与冷凝器饱和温度之 间的差和载荷比例的关系的曲线图。 0049 图7A是在计算具备有节热器(economizer)的冷。
28、冻机相关的蒸发器制冷剂流量中 利用的焓的说明中所需的图。 0050 图 7B 是在计算具备有节热器的冷冻机相关的蒸发器制冷剂流量中利用的焓的说 明中所需的图。 具体实施方式 0051 以下， 参照附图， 对本发明所涉及的热媒流量估计装置、 热源机以及热媒流量估计 方法的一实施方式进行说明。 0052 第 1 实施方式 0053 以下， 对本发明的第 1 实施方式进行说明。 0054 图 1 示出了作为本第 1 实施方式所涉及的热源机的一个示例的涡轮式冷冻机 10 的构成。 0055 涡轮式冷冻机 10 具备 ： 压缩制冷剂的涡轮式压缩机 12 ； 通过热源媒介 ( 冷却水 ) 使涡轮式压缩机 。
29、12 压缩后的高温高压的气体制冷剂进行凝结的冷凝器 14 ； 使经过冷凝器 14 凝结后的液相的制冷剂 ( 液体制冷剂 ) 发生过冷却的副冷却器 16 ； 使来自副冷却器 16 的液体制冷剂膨胀的高压膨胀阀 18 ； 与高压膨胀阀 18 连接并且与涡轮式压缩机 12 的中间 段以及低压膨胀阀 20 连接的中间冷却器 22 ； 以及使通过低压膨胀阀 20 而膨胀后的液体制 冷剂进行蒸发并且使该制冷剂与热媒 ( 冷水 ) 进行热交换的蒸发器 24。 0056 涡轮式压缩机12是离心式的2段压缩机， 其由未图示的逆变器所进行转速控制的 电动电机 28 所驱动。在涡轮式压缩机 12 的制冷剂吸入口设置。
30、有用于控制吸入制冷剂流量 的压缩机入口叶片 (IGV)32， 成为能够进行涡轮式冷冻机 10 的容量控制。 0057 在冷凝器 14 设置有用于测量冷凝器 14 内的压力 ( 以下， 称为 “冷凝器压力” 。) 的 冷凝器压力传感器 50。 0058 按照在冷凝器 14 的制冷剂流动下游侧使凝结后的制冷剂发生过冷却的方式而设 置有副冷却器16。 紧接副冷却器16的制冷剂流动下游侧， 设置有用于测量过冷却后的制冷 剂温度的制冷剂温度传感器 52。 0059 对于冷凝器14以及副冷却器16， 插通有用于冷却冷凝器14以及副冷却器16的冷 却传热管34。 冷却传热管34内的从冷凝器14流出的冷却水的。
31、温度(以下， 称为 “冷却水出 口温度” ) 是由冷却水出口温度传感器 54 测量得到的。另外， 冷却传热管 34 内的流向冷凝 器 14 的冷却水的温度 ( 以下， 称为 “冷却水入口温度” ) 是由冷却水入口温度传感器 56 所 测量得到的。另外， 冷却水在未图示的冷却塔中向外部进行排热后， 再次导至冷凝器 14 以 及副冷却器 16。 0060 在中间冷却器 22 设置有用于测量中间压力的中间压力传感器 58。 0061 另外， 在作为热交换器的蒸发器 24， 设置有用于测量蒸发器 24 内的压力 ( 以下， 称为 “蒸发器压力” ) 的蒸发器压力传感器 60。在蒸发器 24 中通过吸热。
32、而获得额定温度 ( 例如 7 ) 的制冷剂。在蒸发器 24 中插通有用于冷却向外部载荷供给的冷水的冷水传热 管 36。另外， 冷水传热管 36 内的从蒸发器 24 流出的冷水的温度 ( 以下， 称为 “冷水出口温 说 明 书 CN 103168204 A 8 6/14 页 9 度” ) 是由冷水出口温度传感器 62 所测量得到的， 冷水传热管 36 内的流向蒸发器 24 的冷 水的温度 ( 以下， 称为 “冷水入口温度” ) 是由冷水入口温度传感器 64 所测量得到的。 0062 另外， 在冷凝器14的气相部与蒸发器24的气相部之间， 设置有热气旁通管38。 并 且， 在热气旁通管 38 设置。
33、有用于控制在热气旁通管 38 内流动的制冷剂的流量的热气旁通 阀 40。通过由热气旁通阀 40 来调整热气旁通流量， 由此， 成为能够进行通过压缩机入口叶 片 32 而不能充分控制的非常小的区域的容量控制。 0063 另外， 涡轮式冷冻机 10 具备控制装置 30。 0064 控制装置30具备CPU(Central Processing Unit)、 RAM(Random Access Memory)、 ROM(Read Only Memory) 以及外部接口等， 分别与系统总线连接， 能够进行各种信息的收 发。 0065 控制装置 30 经由外部接口而被输入通过各温度传感器、 压力传感器等所。
34、测量得 到的信号， 并基于该信号等， 通过 CPU 来生成用于控制涡轮式压缩机 12 和各种阀的控制信 号。接下来， 控制装置 30 将生成的控制信号经由外部接口向涡轮式压缩机 12 和各种阀进 行输出， 由此， 执行涡轮式冷冻机 10 整体的控制。 0066 在此， 关于本第 1 实施方式所涉及的涡轮式冷冻机 10， 由于用于测量流量的流量 计价格高昂且减少部件件数等的理由， 不具备用于测量冷水、 冷却水的流量的流量传感器。 但是， 为了使冷冻机以设计值进行运行， 需要进行冷水的流量的管理。 0067 为此， 本第1实施方式所涉及的控制装置30进行用于将冷水的流量设为适当的值 的冷水流量推算。
35、处理。 0068 图 2 是表示执行本第 1 实施方式所涉及的控制装置 30 中所进行冷水流量推算处 理的冷水流量推算部 70 构成的功能块图。 0069 冷水流量推算部70具备差压设定部72、 要求制冷剂循环流量计算部74、 膨胀阀开 度指令计算部 76 以及冷水循环流量逆运算部 78。 0070 差压设定部 72 对根据冷却水的温度而设定的冷凝器压力设定值与根据冷水的温 度而设定的蒸发器压力设定值之间的差压进行计算。 0071 差压设定部 72 为了计算冷凝器压力设定值， 而计算冷凝器饱和温度 Tc 。 0072 数式 1 0073 0074 在此， Tcli是冷却水入口温度， Qe是冷水。
36、载荷kW， Qstd是额定制冷能力kW， Tcl是冷却水额定温度差 ， Tc是冷凝器额定温度差 。冷水载荷 Qe是基于冷 水入口温度与冷水出口温度之间的差、 以及涡轮式冷冻机 10 的控制运算中使用的冷水的 流量的计划值 ( 以下， 称为 “冷水流量计划值” ) 而计算出的。 0075 另外， P(T) 是饱和温度 T( ) 的情况下的饱和压力 MPaabs， 差压设定部 72 利用通过 (1) 式所计算出的冷凝器饱和温度 Tc ， 根据下述 (2) 式对冷凝器压力设定值 Pc MPaabs 进行计算。 0076 数式 2 0077 P c P(Tc)(2) 说 明 书 CN 10316820。
37、4 A 9 7/14 页 10 0078 另外， 差压设定部72为了计算蒸发器压力设定值而对蒸发器饱和温度Te 进 行计算。 0079 数式 3 0080 0081 在此， Tset是冷水出口温度设定值 ， Te是蒸发器额定温度差 。 0082 接下来， 差压设定部72利用通过(3)式所计算出的蒸发器饱和温度Te ， 根据下述 (4) 式对蒸发器压力设定值 Pe MPaabs 进行计算。 0083 数式 4 0084 P eP(Te)(4) 0085 差压设定部 72 将以上那样地计算出的冷凝器压力设定值与蒸发器压力设定值之 间的差 (Pc -Pe ) 作为差压设定值而向冷水循环流量逆运算部 。
38、78 输出。 0086 要求制冷剂循环流量计算部74基于冷水流量计划值以及在蒸发器24中流动的冷 水的温度的测量值， 对蒸发器24中制冷剂与冷水之间所交换的热量(以下， 称为 “蒸发器交 换热量” ) 进行计算， 并基于蒸发器交换热量， 对蒸发器 24 中流动的制冷剂的流量 ( 以下， 称为 “蒸发器制冷剂流量” ) 进行计算。 0087 具体而言， 首先， 要求制冷剂循环流量计算部 74 利用在控制运算中使用的冷水流 量计划值 Gewm3/sec， 对蒸发器交换热量 Qe进行计算。 0088 数式 5 0089 Qe cpGew(Twi-Two)(5) 0090 在此， cp是水的比热 kJ。
39、/(kg )， 是水的密度 kg/m3， Twi是通过冷水入口 温度传感器 64 测量得到的冷水入口温度 ， Two是通过冷水出口温度传感器 62 测量得 到的冷水出口温度 。 0091 接下来， 要求制冷剂循环流量计算部74利用通过(5)式所计算出的蒸发器交换热 量 Qe， 对蒸发器制冷剂流量 Ge进行计算。 0092 数式 6 0093 0094 在此， h1 是蒸发器 24 的出口处的焓， h5 是蒸发器 24 的入口处的焓， 根据制冷剂的 压力以及温度来计算焓 h1、 h5。 0095 图 3A 是具有中间冷却器 22 的涡轮式冷冻机 10 的制冷剂回路图， 与图 3A 中的 “1” 。
40、相当的蒸发器 24 的出口处的焓 h1 是图 3B 所示的循环线图 (p-h 线图 ) 中的 “1” 。另一方 面， 与图 3A 中的 “5” 相当的蒸发器 24 的入口处的焓 h5 是图 3B 所示的循环线图中的 “5” 。 0096 膨胀阀开度指令计算部76计算与通过要求制冷剂循环流量计算部74计算出的蒸 发器制冷剂流量 Ge相应的膨胀阀的 Cv 值。 0097 数式 7 说 明 书 CN 103168204 A 10 8/14 页 11 0098 0099 在此， Pc是通过冷凝器压力传感器 50 测量得到的冷凝器压力， Pe是通过蒸发器压 力传感器 60 测量得到的蒸发器压力。 010。
41、0 通过(7)式所计算出的Cv值被用于计算指令值， 该指令值是用于控制高压膨胀阀 18 以及低压膨胀阀 20 的开度的指令值 ( 以下， 称为 “膨胀阀开度指令值” )。另外， 膨胀阀 开度指令值与 Cv 值的大小对应地设为大的值。另外， 以下的说明中， 在不区分高压膨胀阀 18 以及低压膨胀阀 20 的情况下， 简单地称之为膨胀阀。 0101 冷水循环流量逆运算部 78 基于由差压设定部 72 计算出的差压设定值、 由要求制 冷剂循环流量计算部 74 计算出的蒸发器制冷剂流量、 以及由各种传感器得到的测量结果， 对冷水的流量进行逆运算。 0102 具体而言， 首先， 冷水循环流量逆运算部78。
42、基于通过差压设定部72计算出的差压 设定值与冷凝器压力及蒸发器压力间的差压的测量值 ( 以下， 称为 “差压测量值” ) 之比、 以 及通过要求制冷剂循环流量计算部 74 计算出的蒸发器制冷剂流量 Ge， 对蒸发器 24 中流动 的冷水的流量即蒸发器制冷剂流量 Ge 进行逆运算。 0103 数式 8 0104 0105 接下来， 冷水循环流量逆运算部78根据通过(8)式所逆运算得到的蒸发器制冷剂 流量 Ge ， 对蒸发器 24 中制冷剂与冷水之间所交换的蒸发器交换热量 Qe 进行逆运算。 0106 数式 9 0107 Q e Ge(hl-h5)(9) 0108 接下来， 冷水循环流量逆运算部7。
43、8基于通过(9)式逆运算得到的蒸发器交换热量 Qe 以及蒸发器 24 中流动的冷水的温度的测量值， 对冷水流量 Gew m3/sec 进行逆运算。 0109 数式 10 0110 0111 即， 根据 (8) 式也可知， 在差压设定值与差压测量值一致时， 冷水流量计划值与通 过逆运算所求取的冷水流量的推算值 ( 以下， 称为 “冷水流量推算值” ) 变得一致， 可知冷水 流量计划值是适当的。 0112 另一方面， 在差压设定值与差压测量值不同时， 冷水流量计划值与冷水流量推算 值不同， 可知冷水流量计划值不适当。 0113 在这样的情况下， 控制装置 30 为了使差压设定值与差压测量值成为一致。
44、， 要将制 冷剂的流量设为适当的值， 从而进行更新处理， 即， 进行对用在计算膨胀阀开度指令值中的 冷水流量计划值进行更新 ( 变更 ) 的更新处理。 0114 图 4 是表示包含对冷水流量计划值进行更新的更新处理在内的冷冻机控制程序 说 明 书 CN 103168204 A 11 9/14 页 12 的处理流程的流程图， 冷冻机控制程序预先存储在控制装置 30 所具备的未图示的存储部 的规定区域中。另外， 本程序是由控制装置 30 所具备的 CPU 来执行的， 在指示涡轮式冷冻 机 10 的运行开始的同时开始执行， 在指示涡轮式冷冻机 10 的运行结束的同时结束。 0115 首先， 在步骤 。
45、100 中， 开始涡轮式压缩机 12 的运行。 0116 在下一步骤 102 中， 在经过了规定时间之前成为等待状态， 在经过了规定时间时 转移至步骤 104。另外， 规定时间是指， 制冷剂的循环至稳定为止的时间， 例如 3 分钟。 0117 在步骤 104 中， 开始涡轮式冷冻机 10 的自动控制。另外， 自动控制中， 按照将用在 各种运算中的温度以及压力设为恒定的方式， 对于有变动的温度以及压力， 利用平均值来 进行各种运算。 0118 在接下来的步骤 106 中， 对通过冷却水入口温度传感器 56 测量得到的冷却水入 口温度的变动幅宽是否在规定幅宽内进行判定， 在成为了肯定判定的情况下，。
46、 转移至步骤 108， 在成为了否定判定的情况下， 转移至步骤 112。另外， 规定幅宽例如是指 2。 0119 在步骤108中， 对通过冷却水出口温度传感器54测量得到的冷却水出口温度的变 动幅宽是否在规定幅宽内进行判定， 在成为了肯定判定的情况下， 转移至步骤 110， 在成为 了否定判定的情况下， 转移至步骤 112。另外， 规定幅宽例如是 2。 0120 在步骤 110 中， 对是否满足冷水流量计划值更新条件进行判定， 在成为了肯定判 定的情况下， 转移至步骤 114， 在成为了否定判定的情况下， 返回至步骤 106。 0121 另外， 满足本第 1 实施方式所涉及的冷水流量计划值更新。
47、条件的情况是指， 根据 涡轮式冷冻机 10 的性能系数的理论值 ( 理论 COP) 所求取的涡轮式压缩机 12 的动力与涡 轮式压缩机 12 的动力的测量值之间的差成为了规定值 ( 例如 5 ) 以上的情况。这是由 于， 在根据理论 COP 所求取的涡轮式压缩机 12 的动力与涡轮式压缩机 12 的动力的测量值 产生了偏离的情况下， 认为制冷剂的流量不适当， 即， 用在计算制冷剂的流量中的冷水流量 计划值成为不适当。 0122 为此， 利用其中利用了涡轮式冷冻机 10 的理论 COP(COPcal) 的下述 (11) 式， 来计 算涡轮式压缩机 12 的动力 W。 0123 数式 11 012。
48、4 0125 另一方面， 涡轮式压缩机 12 的动力的测量值是根据对用于驱动涡轮式压缩机 12 的电动电机 28 供给的电力来计算的。 0126 另外， 理论 COP 基于涡轮式冷冻机 10 的设备特性来导出， 是通过第 1 运算式、 第 2 运算式以及第 3 运算式来计算的。该第 1 运算式是用于计算将当前的冷却水入口温度的当 前的载荷率相对于作为基准运行点所设定的规定的冷却水入口温度的规定的载荷率而相 对地表现的相对载荷率 Qfr的运算式， 第 2 运算式是表现相对载荷率 Qfr与补正系数 Cf 的 关系的运算式， 第 3 运算式是以上述补正系数 Cf 对根据逆卡诺循环而导出的 COP 计算式进 行补正的运算式。 0127 更具体而言， 首先， 根据逆卡诺循环而导出的COP计算式例如通过以下的(A)式来 进行表现。 说 明 书 CN 103168204 A 12 10/14 页 13 0128 COPcarnot (TLO+273.15)/(THO-TLO) (A) 0129 上述 (A) 式中， TLO是冷水出口温度 ， THO是冷却水出口温度 。 0130 接下来， 第 。