冷却システム
【課題】太陽熱集熱器と吸収式冷凍機を組み合わせた太陽熱冷熱源システムのランニングコストを減らす。
【解決手段】熱媒体を冷却する冷却システムにおいて，少なくとも太陽の熱エネルギーを集熱する太陽熱集熱器と吸収式冷凍機と外気の比エンタルピあるいは外気の湿球温度を検出する手段と太陽の直達日射量を検出する手段と冷却する熱媒体の冷却負荷する検出する手段と太陽熱集熱器内の圧力を検出する計測する手段と太陽熱集熱器内の圧力を調整する圧力調整手段とを備え外気の比エンタルピあるいは外気の湿球温度と太陽の直達日射量と冷却する熱媒体の冷却負荷に応じて太陽熱集熱器内の圧力を変更することにより解決できる。
【解決手段】熱媒体を冷却する冷却システムにおいて，少なくとも太陽の熱エネルギーを集熱する太陽熱集熱器と吸収式冷凍機と外気の比エンタルピあるいは外気の湿球温度を検出する手段と太陽の直達日射量を検出する手段と冷却する熱媒体の冷却負荷する検出する手段と太陽熱集熱器内の圧力を検出する計測する手段と太陽熱集熱器内の圧力を調整する圧力調整手段とを備え外気の比エンタルピあるいは外気の湿球温度と太陽の直達日射量と冷却する熱媒体の冷却負荷に応じて太陽熱集熱器内の圧力を変更することにより解決できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱を利用した熱媒体を冷却する冷却システムに係り、特に、省エネルギー、低運転コストに配慮した最適制御が可能な冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱を利用した集熱システムとして特許文献１と特許文献２に示す技術がある。特許文献１の技術では、太陽熱エネルギーを集熱し、この集熱した太陽エネルギーを熱媒体に与える太陽熱集熱装置と、太陽熱集熱装置での集熱により高温となった熱媒体と、給水タンクから移送される給水との熱交換を行なう第１の熱交換器と、この熱交換器での熱交換で高温となった給水と高温の作動媒体との熱交換を行い、当該作動媒体により給水を加熱してプロセス用の蒸気を発生させる第２の熱交換器とを備えている。
【０００３】
また、特許文献２の技術では、太陽熱を吸収液の加熱、濃縮に直接利用することによって、バーナ等の再生器を加熱する熱源を必要とせずに運転することができるとともに、天候の状況等により変化する太陽熱による吸収液の加熱状況を検知し、自動的に補助再生器を作動させることにより安定した空調効果と、小型化を図るため、希釈された吸収液を直接導入し加熱する太陽熱集熱管、該太陽熱集熱管で加熱された吸収液をフラッシングさせることにより濃縮するフラッシング再生器を有する吸収式冷暖房装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１８３３４６号公報
【特許文献２】特開２００１−８２８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、プロセス用の蒸気を発生させるため、昼間の太陽熱を利用しているものであり、悪天候時や夜間には温水ボイラによって温水を作っており、温水ボイラの燃料（ガス）費を節減しているものであるが、燃料費とポンプ等の電力費を合計したシステム全体の運転コストの節減のための最適制御にかかるものではない。
【０００６】
また、特許文献２では、臭化リチウム等の吸収液を熱媒体として配管内を流して加熱するため、吸収液を多量に必要として取扱及び管理が面倒であり、コストが高くなる。また、加熱時に吸収液に沸騰が起こると圧力が異常に高まって逆流を起こすおそれがあり、温度管理が難しくなる。そして、特許文献１と同様に太陽熱集熱管で加熱された吸収液の温度が低い場合、バーナ等の熱源で加熱するものであるが、バーナ等の燃料費とポンプ等の電力費を合計したシステム全体の運転コストの節減のための最適制御にかかるものではない。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、太陽熱をエネルギー源として熱媒体を冷却する際に、稼動コストを最小限にした冷却システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するため、熱媒体負荷を冷却する冷却システムにおいて、
太陽の熱エネルギーを集熱する太陽熱集熱器と、
太陽熱集熱器で集熱した熱を駆動エネルギーとする吸収式冷凍機と、
外気の比エンタルピあるいは外気の湿球温度の外気条件を検出する外気条件検出手段と、
太陽の直達日射量を検出する直達日射量検出手段と、
熱媒体の冷却負荷する検出する負荷検出手段と、
上記太陽熱集熱器の圧力を検出する集熱器圧力検出手段と、
上記太陽熱集熱器内の圧力を調整する集熱器圧力調整手段と、
上記各部を制御する制御装置を備え、
上記制御装置は、上記で検出された外気条件、太陽の直達日射量および冷却負荷に応じて、太陽熱集熱器内の圧力を変更することを特徴とする。
【０００９】
また、上記に記載の冷却システムにおいて、上記制御装置は、シミュレーションを用いて制御目標値を変更して繰り返し計算し、システム全体の稼動コストが最も小さくなる太陽熱集熱器内の圧力を求め、太陽熱集熱器内の圧力を制御することを特徴とする。
【００１０】
また、上記に記載の冷却システムにおいて、上記制御装置は、予め作成したデータベースを有すると共に、シミュレーションを用いて求められた太陽熱集熱器内の圧力を設定値として上記データベースに記憶することを特徴とする。
【００１１】
また、上記に記載の冷却システムにおいて、上記データベースは、外気条件、太陽の直達日射量および冷却負荷が決まると、少なくとも太陽熱集熱器内の圧力の設定値が求まる制御テーブルであることを特徴とする。
【００１２】
また、上記に記載の冷却システムにおいて、上記制御装置は、上記で検出された外気条件、太陽の直達日射量および冷却負荷に応じて、上記制御テーブルから上記太陽熱集熱器内の圧力の設定値を抽出し、太陽熱集熱器内の圧力を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、上記に記載の冷却システムにおいて、上記データベースはシミュレーションを用いて外気条件、太陽の直達日射量、冷却負荷の制御目標値を変更して繰り返し計算し、システム全体の稼動コストが最も小さくなる吸収式冷凍機の運転台数および太陽熱集熱器内の圧力が設定値として記憶されることを特徴とする。
【００１４】
また、上記に記載の冷却システムにおいて、冷却システムはさらに上記吸収式冷凍機への冷却水を冷却する冷却塔と、インバータで駆動される冷却水ポンプまたはインバータで駆動される冷却塔のファンを備え、上記データベースには、さらにシステム全体の稼動コストが最も小さくなる上記吸収式冷凍機の運転台数、上記各インバータの周波数が設定値として記憶されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、太陽熱をエネルギー源として熱媒体を冷却する冷却システムの稼動時の消費エネルギーコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明実施例のシステム構成図である。
【図２】同じく最適な設定値を求めるイメージ図である。
【図３】同じくデータベースの具体構成図である。
【図４】データベースの作成方法フローチャートである。
【図５】図４のシミュレーション計算のフローチャートである。
【図６】最適化制御動作を示した動作フローチャートである。
【図７】吸収式冷凍機の蒸気圧力と最大冷凍能力の関係図である。
【図８】太陽熱集熱器の蒸気圧力と集熱効率の関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、実施例である冷却システムのシステム構成図である。１は太陽熱集熱器で内部には熱媒体として水が流れ、下方の入口から導入された水が太陽熱で加熱され、上方の出口からは液体（温水）と気体（蒸気）の混合流体となって導出される。液体と気体の混合流体は、気液分離器２に流入して液体と気体に分離される。８０はシステム全体について、以下に説明する制御を実行する制御装置である。
【００１８】
温度センサ２１２は太陽熱集熱器１の出口の温度を計測するセンサで、圧力センナ２３２は太陽熱集熱器１出口の圧力を計測するセンサである。圧力調整弁２７２は太陽熱集熱器１の出口の圧力が制御装置８０からの指令値になるように制御する圧力調整弁である。圧力調整弁２７２は圧力センサ２３２の計測値および制御装置８０の指令に従い、ＰＩＤコントローラ２５２で調整される。これにより太陽熱集熱器１内の蒸気圧力が制御される。
【００１９】
２０１は分離された気体の温度センサ、２３１は分離された気体の圧力センサ、２０２は吸収式冷凍機（後述）の戻り液体の温度センサである。制御装置８０では、温度センサ２０１、２０２、圧力センサ２３１の計測値に基づいて、上記太陽熱集熱器１での太陽熱の集熱量を算出する。
【００２０】
２５０は太陽の直達日射量（太陽の光球の範囲からのみの日射量、直射日光を測定したもの）を計測する直達日射計（直達日射量検出手段）である。なお、全天日射計で計測した全天日射量から直達日射量を推定してもよい。
【００２１】
３は気液分離器２で分離した液体の水（熱媒体）を上記太陽熱集熱器１に送るポンプで、インバータ１０３によって駆動される。インバータ１０３の周波数を変更することで太陽熱集熱器１に流れる熱媒体の流量が制御される。太陽熱集熱器１に流れる熱媒体は、集熱量が大きいときは流量を大きくし、集熱量が小さいときは流量を小さくするよう効率良く熱量を取込むように制御される。
【００２２】
３１、３２、３３は吸収式冷凍機であり、上記気液分離器２で分離された蒸気が駆動エネルギーとして利用される。４は燃料（ガス）で蒸気が作られるボイラ４で、吸収式冷凍機３１〜３３で必要な蒸気量よりも、太陽熱で作られる蒸気量が少ないときに動作し、不足分の蒸気を作る。
【００２３】
１０は複数並べて設置された冷却塔であり、上記吸収式冷凍機３１〜３３の冷却水を冷却する。１０ａは各冷却塔のファンであり、回転数をインバータ１１０によって変えることにより、風量が変化して冷水の温度が制御される。
【００２４】
２１〜２３は、それぞれ上記吸収式冷凍機３１〜３３に冷却水を送る冷却水ポンプで、各冷却水の流量を変更するインバータ１２１〜１２３によって駆動される。
【００２５】
４１、４２、４３は、冷水槽５０（後述）からそれぞれ上記吸収式冷凍機３１〜３３に冷水を送る冷水ポンプであり、各ポンプはそれぞれインバータ１４１〜１４３によって冷水流量が制御される。
【００２６】
５０は上記吸収式冷凍機３１〜３３で冷却された冷水が蓄えられる冷水槽である。この冷水槽５０の冷水は、冷水二次ポンプ６０により熱媒体である負荷７０へ送られ、負荷７０での冷熱の消費により加熱された状態で、冷水槽５０へ戻る。２０３、２０４はそれぞれ負荷７０の入口と出口の温度センサで、２２１は流量センサである。上記温度センサ２０３、２０４と流量センサ２２１の計測値に基づいて、負荷７０の冷却負荷が計算される。冷水二次ポンプ６０には負荷７０に送る冷水の流量を変えるインバータ１６０が接続されている。
【００２７】
インバータ１６０の周波数により、温度センサ２０３と温度センサ２０４の温度差が一定になるように、冷水二次ポンプ６０が駆動制御される。また、インバータ１４１〜１４３は、吸収式冷凍機３１〜３３に送られる冷水の合計流量が、冷水二次ポンプ６０で負荷７０へ送る冷水の流量と同じになるように制御される。なお、インバータ１４１〜１４３の周波数と、吸収式冷凍機３１〜３３に送られる冷水の流量とは、一定の関係（ほぼ比例関係）があるため、試運転の時にその関係を制御装置８０内に求めておき、その関係で周波数を制御する。また、その時、インバータ１４１〜１４３の周波数と冷水ポンプ４１〜４３の消費電力との関係も制御装置８０内に求めておく。
【００２８】
２０５は外気の温度を計測する温度センサであり、２１１は外気の湿度を計測する湿度センサである。温度センサ２０５と湿度センサ２１１の計測値に基いて、外気の湿球温度（外気条件）が算出される。なお、ここでは湿球温度で説明するが、湿球温度と比エンタルピは一定の関係があるため、湿球温度の代わりに比エンタルピを外気条件に用いてもよい。
【００２９】
本実施例では、温度センサ２０１、温度センサ２０２、圧力センサ２３１及び流量センサ２２２の計測値により太陽熱集熱器１の集熱量を検出し、温度センサ２０３と温度センサ２０４と流量センサ２２１の計測値により冷却負荷を検出し、温度センサ２０５と湿度センサ２１１の計測値により外気の湿球温度を検出する。そして、検出された直達日射量、外気の湿球温度（外気条件）、冷却負荷に従って、制御装置８０に予め記憶されているデータベース（制御テーブルまたは近似曲線等））８０ａから、太陽熱集熱器１の圧力、吸収式冷凍機３１、３２、３３の運転台数、冷却塔１０のファンのインバータ１１０の周波数、および冷却水ポンプ２１〜２３のインバータ１２１〜１２３の周波数を求め、その値を各機器に送り制御する。
【００３０】
図７に吸収式冷凍機３１〜３３の蒸気圧力と最大冷凍能力の関係を示す。吸収式冷凍機３１〜３３は、蒸気圧力が高ければ高い程、最大冷凍能力が大きくなるという特性を有している。これは蒸気圧力が高いほど蒸気温度が高いため、吸収式冷凍機３１〜３３の再生器の熱交換器で多くの熱量が熱交換できるためである。
【００３１】
また、図８に太陽熱集熱器１の蒸気圧力と集熱効率の関係を示す。太陽熱集熱器１では、蒸気圧力が高いほど蒸気温度が高いため、太陽熱集熱器１の表面温度が高くなり、外部への放熱量が増加して損失が大きくなり、集熱効率が低くなる。従って、蒸気圧力が小さいほど太陽熱集熱器１の集熱効率が高いため、太陽熱の集熱量が大きくなる。
【００３２】
しかし、前述のように蒸気圧力が小さいほど、吸収式冷凍機３１〜３３の最大冷凍能力が小さくなるため、吸収式冷凍機３１〜３３で利用できる蒸気の熱量が小さくなる。そのため、吸収式冷凍機３１〜３３で利用できる蒸気の熱量の最大量より、太陽熱集熱器１で発生する蒸気の熱量のほうが大きい場合、蒸気を捨てる必要がある。
【００３３】
本実施例は、このようなことを考慮して無駄のない蒸気圧力を設定するべく、シミュレーションにより最適な蒸気圧力を計算し、その設定値で冷却システムを制御する。シミュレーションを用いた最適な蒸気圧力の計算方法については後述する。
【００３４】
図２は設定値を抽出するイメージを示した図である。外気湿球温度（Ｙ軸）、冷却負荷（Ｘ軸）、太陽の直達日射量（Ｚ軸）が決まったら、破線の交点の黒丸部分の設定値が決まり、その値で冷却システムを制御する。
【００３５】
図３は制御テーブル８０ａの具体構成を示した図である。制御テーブル８０ａは，外気湿球温度，冷却負荷，直達日射量が決まると設定値が決まるようなテーブルである。横軸に外気湿球温度（外気の比エンタルピ）と冷却負荷をとり、縦軸に太陽の直達日射量がとってあり、その交点に３種類の設定値８０ｂが設けられている。
【００３６】
３種類の設定値８０ｂは、吸収式冷凍機３１〜３３の運転台数、冷却塔１０のファンのインバータ１１０の周波数、冷却水ポンプ２１〜２３のインバータ１２１〜１２３の周波数、および太陽熱集熱器１の蒸気圧力である。上記設定値８０ｂは、システムを制御する中間的な設定値ではなく、システムを直接的に制御できる最終的な設定値となっている。したがって、抽出された設定値は変換することなく、直接的にインバータや圧力調整弁を制御することができるので、制御のレスポンスが良い。
【００３７】
上記設定値８０ｂは、予め、後述するシミュレーション計算により、太陽熱集熱量・外気湿球温度（外気条件）・冷却負荷を変化させたときのシステム全体の消費電力とガス消費量を計算して、その消費量と単価から稼動エネルギーコスト（ランニングコスト）が最小となるような値が求められている。
【００３８】
図４は制御テーブル８０ａの生成方法を示したフローチャートである。図４のフローチャートは図２に示す黒丸の一点，あるいは図３に示す一点（交差する１区画）の設定値を決めるフローチャートであり，このフローチャートを繰り返し計算を行なうことによりすべての点（区画）の設定値を決めていく。本実施例では，評価関数として稼動エネルギーコストで説明しているが，その他の評価関数を用いても良い。
【００３９】
図３でステップ４０１では，制御テーブル８０ａの決めたい一点に対応する直達日射量と外気の湿球温度と冷却負荷を入力する。次いで、ステップ４０２〜ステップ４０５により，太陽熱集熱器１の蒸気圧力，運転可能な吸収式冷凍機３１〜３３の運転台数，冷却塔１０のインバータ１１０の周波数，冷却水ポンプ２１〜２３のインバータ１２１〜１２３の周波数の各組み合わせが順次設定され，すべての組み合わせの計算が終了したら、ステップ４０５からステップ４０７に移る。なお，インバータ１１０，１２１〜１２３の周波数はある一定の刻み毎の値とする。
【００４０】
ステップ４０３では，直達日射量，外気の湿球温度，冷却負荷，冷凍機の運転台数，冷却塔１０のインバータ１１０の周波数，冷却水ポンプ２１〜２３のインバータ１２１〜１２３の周波数を入力とし，シミュレーション計算によりシステム全体の消費電力とガス消費量を計算する。ステップ４０３内のシミュレーション計算方法については後述する。
【００４１】
ステップ４０４では，評価関数の計算と比較を行なう。まず，電力単価とガス単価を使用して評価関数である稼動コストを計算する。次に評価関数の比較を行なう。評価関数の値が記憶されていない場合（１回目の計算）は，その時の冷凍機の運転台数とインバータ１１０，１２１〜１２３の周波数の組み合わせと評価関数の値を記憶する。評価関数の値が記憶されている場合（２回目以降）は，記憶されている評価関数と比較して，今回計算した評価関数の値が小さい場合には，その時の冷凍機の運転台数とインバータ１１０，１２１〜１２３の周波数の組み合わせと評価関数の値を更新記憶し，大きい場合にはそのままにしておく（更新記憶しない）。
【００４２】
すべての設定の計算が終了したら，ステップ４０７でステップ４０４で比較された評価関数を最も小さくする（ランニングコストを最も小さくする）ときの、冷凍機の運転台数とインバータ１１０，１２１〜１２３の周波数の組み合わせ、および太陽熱集熱器１の蒸気圧力を図３の制御テーブル８０ａに記憶する。
【００４３】
図５は、図４のステップ４０３内を詳細に説明したシミュレーションのフローチャートである。図５のシミュレーションにより消費電力とガス消費量を求め，電力とガスの単価を用いてランニングコストを計算する。
【００４４】
図５においてステップ５００では，直達日射量，外気の湿球温度，冷却負荷，冷凍機の運転台数，冷却塔１０のインバータ１１０の周波数，冷却水ポンプ２１〜２３のインバータ１２１〜１２３の周波数、太陽熱集熱器１内の蒸気圧力を入力する。
【００４５】
ステップ５０１では，太陽の直達日射量と太陽熱集熱器１の蒸気圧力から太陽熱の集熱量を計算する。図７に太陽熱集熱器の蒸気圧力と集熱効率を示すが、ステップ５０１での計算には、このような関係（太陽熱集熱器１は，蒸気圧力が高くなればなるほど集熱効率が小さくなる。）も用いる。
【００４６】
ステップ５０２では冷水ポンプの消費電力を計算する。冷却負荷と冷凍機３１〜３３の運転台数から冷水ポンプ４１〜４３の流量を求め、これらの流量からインバータ１４１〜１４３の周波数を求め、これらの周波数から冷水ポンプ４１〜４３の消費電力を求める。
【００４７】
ステップ５０３では，冷却水ポンプの消費電力と冷却水流量を計算する。冷凍機３１〜３３の運転台数とインバータ１２１〜１２３の周波数から、冷凍機３１〜３３に流れる冷水の流量と冷却水ポンプ２１〜２３の消費電力を計算する。なお，インバータ周波数と流量，消費電力には一定の関係があるため試運転の時に求めておく。あるいは，ポンプの特性曲線と流路の抵抗特性，およびポンプの流量，揚程，電力がそれぞれインバータ周波数の１乗，２乗，３乗に比例する法則を使って求めてもよい。以下，ポンプのインバータ周波数，流量，消費電力等の計算では同様の方法で計算するため，説明を省略する。
【００４８】
ステップ５０４では，冷却水の往温度を設定する。ここで冷却水の往温度は冷却水の温度が低いほうの温度で，高いほうの温度を冷却水の還温度と呼ぶこととする。
【００４９】
ステップ５０５では吸収式冷凍機３１〜３３の蒸気消費量と消費電力，冷却水の還温度を求める。吸収式冷凍機３１〜３３の蒸気消費量は，冷却水の往温度，冷却水流量，冷却負荷，冷水往温度，冷水流量で決まる。この関係式をサイクルシミュレーションで求めておいて，この関係式を利用して計算する。あるいは，吸収式冷凍機のメーカが関係式を公開している場合はその関係式を用いる。あるいは，実際に計測により関係式を求めておいてもよい。消費電力についてはほぼ一定のため，試運転の時に計測しておきその値を用いる。そして，熱収支から冷却水の還温度を求める。
【００５０】
ステップ５０６では冷却塔１０の消費電力と冷却水の往温度の計算を行なう。まず，インバータ１１０の周波数から冷却塔ファンの風量と消費電力を計算する。これらは一定の関係があるため、予め試運転の時に求めておく。あるいは，定格のインバータ周波数の時の風量，消費電力と風量，電力がそれぞれインバータ周波数の１乗，３乗にほぼ比例する法則から計算してもよい。
【００５１】
次にステップ５０５で計算された冷却水の還温度と、ステップ５０４で計算された冷却水の流量と、外気の湿球温度と冷却塔ファンの風量とから，冷却水の往温度を計算する。エンタルピ基準総括容積熱伝達係数を利用した計算方法で便覧等の文献に記載されているためここでは説明を省略する。
【００５２】
ステップの５０５，５０６は何回か繰り返し計算すると冷却水の往温度，還温度が変わらなくなり収束するため，ステップ５０７では収束判定を行い，収束したらステップ５０８に移る。
【００５３】
ステップ５０８ではボイラでのガス消費量を計算する。ステップ５０５で計算された吸収式冷凍機で必要とする蒸気量と、太陽熱の集熱量から生成できる蒸気量の差をとり，ボイラで生成する蒸気量を計算する。そしてその蒸気量を生成するのに必要なガス消費量を計算する。
【００５４】
ステップ５０９では，ポンプ３，５と，冷水二次ポンプ６０の消費電力を計算する。蒸気量からポンプ５で送る水の流量が計算できるため、その時のインバータ周波数と消費電力を計算する。また，太陽熱の集熱量から太陽熱集熱器１に送る水の流量が求まるため，その時のポンプ３の流量，インバータ周波数，電力を計算する。また，冷却負荷から冷水二次ポンプ６０の流量が求まるため，その時のインバータ周波数と消費電力を計算する。
【００５５】
ステップ５１０では，ステップ５０２から５０９で計算した消費電力とガス消費量のそれぞれを合計する。以上により，システム全体の消費電力とガス消費量からなる稼動エネルギーが計算できる。
【００５６】
本実施例によれば，外気と太陽と負荷の状態に応じて，システム全体のランニングコスト（稼動エネルギーコスト）が最小になるような、蒸気圧力，運転台数，インバータ周波数を設定することができる。
【００５７】
また，本実施例は直達日射計がある場合について説明したが，直達日射計がない場合は，流量センサ２２２，温度センサ２０１，２０２，圧力センサ２３１により，太陽熱集熱器１の集熱量を求め，圧力センサ２３２から太陽熱集熱器１の出口の蒸気圧力を計測し，これらの値と図７の太陽熱集熱器の集熱効率の特性を基に直達日射量を計算してもよい。この場合、上記各部が直達日射量を検出する直達日射量検出手段を構成する。
【００５８】
制御装置８０は、図４、図５のフローチャートによって生成された制御テーブル８０ａに基づいて冷却システムを動作制御する。図６は上記制御テーブル８０ａの設定値８０ｂに基いてシステム全体の最適化制御を示した動作フローチャートである。
【００５９】
まず、稼動中のシステムについて、直達日射計２５０、温度センサ２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２１２、流量センサ２２１、２２２、湿度センサ２１１および圧力センサ２３１の計測値を制御装置８０に取得する（ステップ７３０）。
【００６０】
次に、制御装置８０で直達日射量を保持すると共に、温度センサ２０３と温度センサ２０４と流量センサ２２１の計測値により冷却負荷を計算し、温度センサ２０５と湿度センサ２１１の計測値により外気の湿球温度を計算する（ステップ７３１）。
【００６１】
次に、図３の制御テーブル８０ａを参照して、前記ステップ７３１で得られた外気の湿球温度、冷却負荷および太陽の直達日射量に対応する各設定値８０ｂを抽出する。設定値としては、吸収式冷凍機３１〜３３の運転台数、冷却塔１０のファン１０ａのインバータ１１０の周波数、冷却水ポンプ２１〜２３のインバータ１２１〜１２３の周波数および太陽熱集熱器の蒸気圧力を抽出する（ステップ７３２）。そして、抽出された各設定値８０ｂを各機器に送出してシステムを動作制御する（ステップ７３３）。
【００６２】
この制御により、システム全体はランニングコストが最小となる運転が実行される。
【００６３】
なお、太陽熱の集熱量、外気の湿球温度、及び冷却負荷については、これまでの時系列データから予測値を作成して、それを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…太陽熱集熱器、２…気液分離機、４…ボイラ、１０…冷却塔、１０ａ…冷却塔のファン、２１〜２３…冷却水ポンプ、３１〜３３…吸収式冷凍機、７０…冷却負荷、８０…制御装置、８０ａ…制御テーブル、８０ｂ…設定値、１１０…ファンのインバータ、１２１〜１２３…冷却水ポンプのインバータ、２０１…分離された気体の温度センサ、２０２…吸収式冷凍機から戻る液体の温度センサ、２３１…分離された気体の圧力センサ、２０１、２０２、２２２、２３１…集熱量検出手段、２０５、２１１…外気条件検出手段、２１２…集熱器温度センサ、２０３、２０４、２２１…負荷検出手段、２３２…集熱器圧力検出手段、２５０…直達日射計（直達日射量検出手段）、２７２…集熱器圧力調整手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱を利用した熱媒体を冷却する冷却システムに係り、特に、省エネルギー、低運転コストに配慮した最適制御が可能な冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱を利用した集熱システムとして特許文献１と特許文献２に示す技術がある。特許文献１の技術では、太陽熱エネルギーを集熱し、この集熱した太陽エネルギーを熱媒体に与える太陽熱集熱装置と、太陽熱集熱装置での集熱により高温となった熱媒体と、給水タンクから移送される給水との熱交換を行なう第１の熱交換器と、この熱交換器での熱交換で高温となった給水と高温の作動媒体との熱交換を行い、当該作動媒体により給水を加熱してプロセス用の蒸気を発生させる第２の熱交換器とを備えている。
【０００３】
また、特許文献２の技術では、太陽熱を吸収液の加熱、濃縮に直接利用することによって、バーナ等の再生器を加熱する熱源を必要とせずに運転することができるとともに、天候の状況等により変化する太陽熱による吸収液の加熱状況を検知し、自動的に補助再生器を作動させることにより安定した空調効果と、小型化を図るため、希釈された吸収液を直接導入し加熱する太陽熱集熱管、該太陽熱集熱管で加熱された吸収液をフラッシングさせることにより濃縮するフラッシング再生器を有する吸収式冷暖房装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１８３３４６号公報
【特許文献２】特開２００１−８２８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、プロセス用の蒸気を発生させるため、昼間の太陽熱を利用しているものであり、悪天候時や夜間には温水ボイラによって温水を作っており、温水ボイラの燃料（ガス）費を節減しているものであるが、燃料費とポンプ等の電力費を合計したシステム全体の運転コストの節減のための最適制御にかかるものではない。
【０００６】
また、特許文献２では、臭化リチウム等の吸収液を熱媒体として配管内を流して加熱するため、吸収液を多量に必要として取扱及び管理が面倒であり、コストが高くなる。また、加熱時に吸収液に沸騰が起こると圧力が異常に高まって逆流を起こすおそれがあり、温度管理が難しくなる。そして、特許文献１と同様に太陽熱集熱管で加熱された吸収液の温度が低い場合、バーナ等の熱源で加熱するものであるが、バーナ等の燃料費とポンプ等の電力費を合計したシステム全体の運転コストの節減のための最適制御にかかるものではない。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、太陽熱をエネルギー源として熱媒体を冷却する際に、稼動コストを最小限にした冷却システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するため、熱媒体負荷を冷却する冷却システムにおいて、
太陽の熱エネルギーを集熱する太陽熱集熱器と、
太陽熱集熱器で集熱した熱を駆動エネルギーとする吸収式冷凍機と、
外気の比エンタルピあるいは外気の湿球温度の外気条件を検出する外気条件検出手段と、
太陽の直達日射量を検出する直達日射量検出手段と、
熱媒体の冷却負荷する検出する負荷検出手段と、
上記太陽熱集熱器の圧力を検出する集熱器圧力検出手段と、
上記太陽熱集熱器内の圧力を調整する集熱器圧力調整手段と、
上記各部を制御する制御装置を備え、
上記制御装置は、上記で検出された外気条件、太陽の直達日射量および冷却負荷に応じて、太陽熱集熱器内の圧力を変更することを特徴とする。
【０００９】
また、上記に記載の冷却システムにおいて、上記制御装置は、シミュレーションを用いて制御目標値を変更して繰り返し計算し、システム全体の稼動コストが最も小さくなる太陽熱集熱器内の圧力を求め、太陽熱集熱器内の圧力を制御することを特徴とする。
【００１０】
また、上記に記載の冷却システムにおいて、上記制御装置は、予め作成したデータベースを有すると共に、シミュレーションを用いて求められた太陽熱集熱器内の圧力を設定値として上記データベースに記憶することを特徴とする。
【００１１】
また、上記に記載の冷却システムにおいて、上記データベースは、外気条件、太陽の直達日射量および冷却負荷が決まると、少なくとも太陽熱集熱器内の圧力の設定値が求まる制御テーブルであることを特徴とする。
【００１２】
また、上記に記載の冷却システムにおいて、上記制御装置は、上記で検出された外気条件、太陽の直達日射量および冷却負荷に応じて、上記制御テーブルから上記太陽熱集熱器内の圧力の設定値を抽出し、太陽熱集熱器内の圧力を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、上記に記載の冷却システムにおいて、上記データベースはシミュレーションを用いて外気条件、太陽の直達日射量、冷却負荷の制御目標値を変更して繰り返し計算し、システム全体の稼動コストが最も小さくなる吸収式冷凍機の運転台数および太陽熱集熱器内の圧力が設定値として記憶されることを特徴とする。
【００１４】
また、上記に記載の冷却システムにおいて、冷却システムはさらに上記吸収式冷凍機への冷却水を冷却する冷却塔と、インバータで駆動される冷却水ポンプまたはインバータで駆動される冷却塔のファンを備え、上記データベースには、さらにシステム全体の稼動コストが最も小さくなる上記吸収式冷凍機の運転台数、上記各インバータの周波数が設定値として記憶されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、太陽熱をエネルギー源として熱媒体を冷却する冷却システムの稼動時の消費エネルギーコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明実施例のシステム構成図である。
【図２】同じく最適な設定値を求めるイメージ図である。
【図３】同じくデータベースの具体構成図である。
【図４】データベースの作成方法フローチャートである。
【図５】図４のシミュレーション計算のフローチャートである。
【図６】最適化制御動作を示した動作フローチャートである。
【図７】吸収式冷凍機の蒸気圧力と最大冷凍能力の関係図である。
【図８】太陽熱集熱器の蒸気圧力と集熱効率の関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、実施例である冷却システムのシステム構成図である。１は太陽熱集熱器で内部には熱媒体として水が流れ、下方の入口から導入された水が太陽熱で加熱され、上方の出口からは液体（温水）と気体（蒸気）の混合流体となって導出される。液体と気体の混合流体は、気液分離器２に流入して液体と気体に分離される。８０はシステム全体について、以下に説明する制御を実行する制御装置である。
【００１８】
温度センサ２１２は太陽熱集熱器１の出口の温度を計測するセンサで、圧力センナ２３２は太陽熱集熱器１出口の圧力を計測するセンサである。圧力調整弁２７２は太陽熱集熱器１の出口の圧力が制御装置８０からの指令値になるように制御する圧力調整弁である。圧力調整弁２７２は圧力センサ２３２の計測値および制御装置８０の指令に従い、ＰＩＤコントローラ２５２で調整される。これにより太陽熱集熱器１内の蒸気圧力が制御される。
【００１９】
２０１は分離された気体の温度センサ、２３１は分離された気体の圧力センサ、２０２は吸収式冷凍機（後述）の戻り液体の温度センサである。制御装置８０では、温度センサ２０１、２０２、圧力センサ２３１の計測値に基づいて、上記太陽熱集熱器１での太陽熱の集熱量を算出する。
【００２０】
２５０は太陽の直達日射量（太陽の光球の範囲からのみの日射量、直射日光を測定したもの）を計測する直達日射計（直達日射量検出手段）である。なお、全天日射計で計測した全天日射量から直達日射量を推定してもよい。
【００２１】
３は気液分離器２で分離した液体の水（熱媒体）を上記太陽熱集熱器１に送るポンプで、インバータ１０３によって駆動される。インバータ１０３の周波数を変更することで太陽熱集熱器１に流れる熱媒体の流量が制御される。太陽熱集熱器１に流れる熱媒体は、集熱量が大きいときは流量を大きくし、集熱量が小さいときは流量を小さくするよう効率良く熱量を取込むように制御される。
【００２２】
３１、３２、３３は吸収式冷凍機であり、上記気液分離器２で分離された蒸気が駆動エネルギーとして利用される。４は燃料（ガス）で蒸気が作られるボイラ４で、吸収式冷凍機３１〜３３で必要な蒸気量よりも、太陽熱で作られる蒸気量が少ないときに動作し、不足分の蒸気を作る。
【００２３】
１０は複数並べて設置された冷却塔であり、上記吸収式冷凍機３１〜３３の冷却水を冷却する。１０ａは各冷却塔のファンであり、回転数をインバータ１１０によって変えることにより、風量が変化して冷水の温度が制御される。
【００２４】
２１〜２３は、それぞれ上記吸収式冷凍機３１〜３３に冷却水を送る冷却水ポンプで、各冷却水の流量を変更するインバータ１２１〜１２３によって駆動される。
【００２５】
４１、４２、４３は、冷水槽５０（後述）からそれぞれ上記吸収式冷凍機３１〜３３に冷水を送る冷水ポンプであり、各ポンプはそれぞれインバータ１４１〜１４３によって冷水流量が制御される。
【００２６】
５０は上記吸収式冷凍機３１〜３３で冷却された冷水が蓄えられる冷水槽である。この冷水槽５０の冷水は、冷水二次ポンプ６０により熱媒体である負荷７０へ送られ、負荷７０での冷熱の消費により加熱された状態で、冷水槽５０へ戻る。２０３、２０４はそれぞれ負荷７０の入口と出口の温度センサで、２２１は流量センサである。上記温度センサ２０３、２０４と流量センサ２２１の計測値に基づいて、負荷７０の冷却負荷が計算される。冷水二次ポンプ６０には負荷７０に送る冷水の流量を変えるインバータ１６０が接続されている。
【００２７】
インバータ１６０の周波数により、温度センサ２０３と温度センサ２０４の温度差が一定になるように、冷水二次ポンプ６０が駆動制御される。また、インバータ１４１〜１４３は、吸収式冷凍機３１〜３３に送られる冷水の合計流量が、冷水二次ポンプ６０で負荷７０へ送る冷水の流量と同じになるように制御される。なお、インバータ１４１〜１４３の周波数と、吸収式冷凍機３１〜３３に送られる冷水の流量とは、一定の関係（ほぼ比例関係）があるため、試運転の時にその関係を制御装置８０内に求めておき、その関係で周波数を制御する。また、その時、インバータ１４１〜１４３の周波数と冷水ポンプ４１〜４３の消費電力との関係も制御装置８０内に求めておく。
【００２８】
２０５は外気の温度を計測する温度センサであり、２１１は外気の湿度を計測する湿度センサである。温度センサ２０５と湿度センサ２１１の計測値に基いて、外気の湿球温度（外気条件）が算出される。なお、ここでは湿球温度で説明するが、湿球温度と比エンタルピは一定の関係があるため、湿球温度の代わりに比エンタルピを外気条件に用いてもよい。
【００２９】
本実施例では、温度センサ２０１、温度センサ２０２、圧力センサ２３１及び流量センサ２２２の計測値により太陽熱集熱器１の集熱量を検出し、温度センサ２０３と温度センサ２０４と流量センサ２２１の計測値により冷却負荷を検出し、温度センサ２０５と湿度センサ２１１の計測値により外気の湿球温度を検出する。そして、検出された直達日射量、外気の湿球温度（外気条件）、冷却負荷に従って、制御装置８０に予め記憶されているデータベース（制御テーブルまたは近似曲線等））８０ａから、太陽熱集熱器１の圧力、吸収式冷凍機３１、３２、３３の運転台数、冷却塔１０のファンのインバータ１１０の周波数、および冷却水ポンプ２１〜２３のインバータ１２１〜１２３の周波数を求め、その値を各機器に送り制御する。
【００３０】
図７に吸収式冷凍機３１〜３３の蒸気圧力と最大冷凍能力の関係を示す。吸収式冷凍機３１〜３３は、蒸気圧力が高ければ高い程、最大冷凍能力が大きくなるという特性を有している。これは蒸気圧力が高いほど蒸気温度が高いため、吸収式冷凍機３１〜３３の再生器の熱交換器で多くの熱量が熱交換できるためである。
【００３１】
また、図８に太陽熱集熱器１の蒸気圧力と集熱効率の関係を示す。太陽熱集熱器１では、蒸気圧力が高いほど蒸気温度が高いため、太陽熱集熱器１の表面温度が高くなり、外部への放熱量が増加して損失が大きくなり、集熱効率が低くなる。従って、蒸気圧力が小さいほど太陽熱集熱器１の集熱効率が高いため、太陽熱の集熱量が大きくなる。
【００３２】
しかし、前述のように蒸気圧力が小さいほど、吸収式冷凍機３１〜３３の最大冷凍能力が小さくなるため、吸収式冷凍機３１〜３３で利用できる蒸気の熱量が小さくなる。そのため、吸収式冷凍機３１〜３３で利用できる蒸気の熱量の最大量より、太陽熱集熱器１で発生する蒸気の熱量のほうが大きい場合、蒸気を捨てる必要がある。
【００３３】
本実施例は、このようなことを考慮して無駄のない蒸気圧力を設定するべく、シミュレーションにより最適な蒸気圧力を計算し、その設定値で冷却システムを制御する。シミュレーションを用いた最適な蒸気圧力の計算方法については後述する。
【００３４】
図２は設定値を抽出するイメージを示した図である。外気湿球温度（Ｙ軸）、冷却負荷（Ｘ軸）、太陽の直達日射量（Ｚ軸）が決まったら、破線の交点の黒丸部分の設定値が決まり、その値で冷却システムを制御する。
【００３５】
図３は制御テーブル８０ａの具体構成を示した図である。制御テーブル８０ａは，外気湿球温度，冷却負荷，直達日射量が決まると設定値が決まるようなテーブルである。横軸に外気湿球温度（外気の比エンタルピ）と冷却負荷をとり、縦軸に太陽の直達日射量がとってあり、その交点に３種類の設定値８０ｂが設けられている。
【００３６】
３種類の設定値８０ｂは、吸収式冷凍機３１〜３３の運転台数、冷却塔１０のファンのインバータ１１０の周波数、冷却水ポンプ２１〜２３のインバータ１２１〜１２３の周波数、および太陽熱集熱器１の蒸気圧力である。上記設定値８０ｂは、システムを制御する中間的な設定値ではなく、システムを直接的に制御できる最終的な設定値となっている。したがって、抽出された設定値は変換することなく、直接的にインバータや圧力調整弁を制御することができるので、制御のレスポンスが良い。
【００３７】
上記設定値８０ｂは、予め、後述するシミュレーション計算により、太陽熱集熱量・外気湿球温度（外気条件）・冷却負荷を変化させたときのシステム全体の消費電力とガス消費量を計算して、その消費量と単価から稼動エネルギーコスト（ランニングコスト）が最小となるような値が求められている。
【００３８】
図４は制御テーブル８０ａの生成方法を示したフローチャートである。図４のフローチャートは図２に示す黒丸の一点，あるいは図３に示す一点（交差する１区画）の設定値を決めるフローチャートであり，このフローチャートを繰り返し計算を行なうことによりすべての点（区画）の設定値を決めていく。本実施例では，評価関数として稼動エネルギーコストで説明しているが，その他の評価関数を用いても良い。
【００３９】
図３でステップ４０１では，制御テーブル８０ａの決めたい一点に対応する直達日射量と外気の湿球温度と冷却負荷を入力する。次いで、ステップ４０２〜ステップ４０５により，太陽熱集熱器１の蒸気圧力，運転可能な吸収式冷凍機３１〜３３の運転台数，冷却塔１０のインバータ１１０の周波数，冷却水ポンプ２１〜２３のインバータ１２１〜１２３の周波数の各組み合わせが順次設定され，すべての組み合わせの計算が終了したら、ステップ４０５からステップ４０７に移る。なお，インバータ１１０，１２１〜１２３の周波数はある一定の刻み毎の値とする。
【００４０】
ステップ４０３では，直達日射量，外気の湿球温度，冷却負荷，冷凍機の運転台数，冷却塔１０のインバータ１１０の周波数，冷却水ポンプ２１〜２３のインバータ１２１〜１２３の周波数を入力とし，シミュレーション計算によりシステム全体の消費電力とガス消費量を計算する。ステップ４０３内のシミュレーション計算方法については後述する。
【００４１】
ステップ４０４では，評価関数の計算と比較を行なう。まず，電力単価とガス単価を使用して評価関数である稼動コストを計算する。次に評価関数の比較を行なう。評価関数の値が記憶されていない場合（１回目の計算）は，その時の冷凍機の運転台数とインバータ１１０，１２１〜１２３の周波数の組み合わせと評価関数の値を記憶する。評価関数の値が記憶されている場合（２回目以降）は，記憶されている評価関数と比較して，今回計算した評価関数の値が小さい場合には，その時の冷凍機の運転台数とインバータ１１０，１２１〜１２３の周波数の組み合わせと評価関数の値を更新記憶し，大きい場合にはそのままにしておく（更新記憶しない）。
【００４２】
すべての設定の計算が終了したら，ステップ４０７でステップ４０４で比較された評価関数を最も小さくする（ランニングコストを最も小さくする）ときの、冷凍機の運転台数とインバータ１１０，１２１〜１２３の周波数の組み合わせ、および太陽熱集熱器１の蒸気圧力を図３の制御テーブル８０ａに記憶する。
【００４３】
図５は、図４のステップ４０３内を詳細に説明したシミュレーションのフローチャートである。図５のシミュレーションにより消費電力とガス消費量を求め，電力とガスの単価を用いてランニングコストを計算する。
【００４４】
図５においてステップ５００では，直達日射量，外気の湿球温度，冷却負荷，冷凍機の運転台数，冷却塔１０のインバータ１１０の周波数，冷却水ポンプ２１〜２３のインバータ１２１〜１２３の周波数、太陽熱集熱器１内の蒸気圧力を入力する。
【００４５】
ステップ５０１では，太陽の直達日射量と太陽熱集熱器１の蒸気圧力から太陽熱の集熱量を計算する。図７に太陽熱集熱器の蒸気圧力と集熱効率を示すが、ステップ５０１での計算には、このような関係（太陽熱集熱器１は，蒸気圧力が高くなればなるほど集熱効率が小さくなる。）も用いる。
【００４６】
ステップ５０２では冷水ポンプの消費電力を計算する。冷却負荷と冷凍機３１〜３３の運転台数から冷水ポンプ４１〜４３の流量を求め、これらの流量からインバータ１４１〜１４３の周波数を求め、これらの周波数から冷水ポンプ４１〜４３の消費電力を求める。
【００４７】
ステップ５０３では，冷却水ポンプの消費電力と冷却水流量を計算する。冷凍機３１〜３３の運転台数とインバータ１２１〜１２３の周波数から、冷凍機３１〜３３に流れる冷水の流量と冷却水ポンプ２１〜２３の消費電力を計算する。なお，インバータ周波数と流量，消費電力には一定の関係があるため試運転の時に求めておく。あるいは，ポンプの特性曲線と流路の抵抗特性，およびポンプの流量，揚程，電力がそれぞれインバータ周波数の１乗，２乗，３乗に比例する法則を使って求めてもよい。以下，ポンプのインバータ周波数，流量，消費電力等の計算では同様の方法で計算するため，説明を省略する。
【００４８】
ステップ５０４では，冷却水の往温度を設定する。ここで冷却水の往温度は冷却水の温度が低いほうの温度で，高いほうの温度を冷却水の還温度と呼ぶこととする。
【００４９】
ステップ５０５では吸収式冷凍機３１〜３３の蒸気消費量と消費電力，冷却水の還温度を求める。吸収式冷凍機３１〜３３の蒸気消費量は，冷却水の往温度，冷却水流量，冷却負荷，冷水往温度，冷水流量で決まる。この関係式をサイクルシミュレーションで求めておいて，この関係式を利用して計算する。あるいは，吸収式冷凍機のメーカが関係式を公開している場合はその関係式を用いる。あるいは，実際に計測により関係式を求めておいてもよい。消費電力についてはほぼ一定のため，試運転の時に計測しておきその値を用いる。そして，熱収支から冷却水の還温度を求める。
【００５０】
ステップ５０６では冷却塔１０の消費電力と冷却水の往温度の計算を行なう。まず，インバータ１１０の周波数から冷却塔ファンの風量と消費電力を計算する。これらは一定の関係があるため、予め試運転の時に求めておく。あるいは，定格のインバータ周波数の時の風量，消費電力と風量，電力がそれぞれインバータ周波数の１乗，３乗にほぼ比例する法則から計算してもよい。
【００５１】
次にステップ５０５で計算された冷却水の還温度と、ステップ５０４で計算された冷却水の流量と、外気の湿球温度と冷却塔ファンの風量とから，冷却水の往温度を計算する。エンタルピ基準総括容積熱伝達係数を利用した計算方法で便覧等の文献に記載されているためここでは説明を省略する。
【００５２】
ステップの５０５，５０６は何回か繰り返し計算すると冷却水の往温度，還温度が変わらなくなり収束するため，ステップ５０７では収束判定を行い，収束したらステップ５０８に移る。
【００５３】
ステップ５０８ではボイラでのガス消費量を計算する。ステップ５０５で計算された吸収式冷凍機で必要とする蒸気量と、太陽熱の集熱量から生成できる蒸気量の差をとり，ボイラで生成する蒸気量を計算する。そしてその蒸気量を生成するのに必要なガス消費量を計算する。
【００５４】
ステップ５０９では，ポンプ３，５と，冷水二次ポンプ６０の消費電力を計算する。蒸気量からポンプ５で送る水の流量が計算できるため、その時のインバータ周波数と消費電力を計算する。また，太陽熱の集熱量から太陽熱集熱器１に送る水の流量が求まるため，その時のポンプ３の流量，インバータ周波数，電力を計算する。また，冷却負荷から冷水二次ポンプ６０の流量が求まるため，その時のインバータ周波数と消費電力を計算する。
【００５５】
ステップ５１０では，ステップ５０２から５０９で計算した消費電力とガス消費量のそれぞれを合計する。以上により，システム全体の消費電力とガス消費量からなる稼動エネルギーが計算できる。
【００５６】
本実施例によれば，外気と太陽と負荷の状態に応じて，システム全体のランニングコスト（稼動エネルギーコスト）が最小になるような、蒸気圧力，運転台数，インバータ周波数を設定することができる。
【００５７】
また，本実施例は直達日射計がある場合について説明したが，直達日射計がない場合は，流量センサ２２２，温度センサ２０１，２０２，圧力センサ２３１により，太陽熱集熱器１の集熱量を求め，圧力センサ２３２から太陽熱集熱器１の出口の蒸気圧力を計測し，これらの値と図７の太陽熱集熱器の集熱効率の特性を基に直達日射量を計算してもよい。この場合、上記各部が直達日射量を検出する直達日射量検出手段を構成する。
【００５８】
制御装置８０は、図４、図５のフローチャートによって生成された制御テーブル８０ａに基づいて冷却システムを動作制御する。図６は上記制御テーブル８０ａの設定値８０ｂに基いてシステム全体の最適化制御を示した動作フローチャートである。
【００５９】
まず、稼動中のシステムについて、直達日射計２５０、温度センサ２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２１２、流量センサ２２１、２２２、湿度センサ２１１および圧力センサ２３１の計測値を制御装置８０に取得する（ステップ７３０）。
【００６０】
次に、制御装置８０で直達日射量を保持すると共に、温度センサ２０３と温度センサ２０４と流量センサ２２１の計測値により冷却負荷を計算し、温度センサ２０５と湿度センサ２１１の計測値により外気の湿球温度を計算する（ステップ７３１）。
【００６１】
次に、図３の制御テーブル８０ａを参照して、前記ステップ７３１で得られた外気の湿球温度、冷却負荷および太陽の直達日射量に対応する各設定値８０ｂを抽出する。設定値としては、吸収式冷凍機３１〜３３の運転台数、冷却塔１０のファン１０ａのインバータ１１０の周波数、冷却水ポンプ２１〜２３のインバータ１２１〜１２３の周波数および太陽熱集熱器の蒸気圧力を抽出する（ステップ７３２）。そして、抽出された各設定値８０ｂを各機器に送出してシステムを動作制御する（ステップ７３３）。
【００６２】
この制御により、システム全体はランニングコストが最小となる運転が実行される。
【００６３】
なお、太陽熱の集熱量、外気の湿球温度、及び冷却負荷については、これまでの時系列データから予測値を作成して、それを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…太陽熱集熱器、２…気液分離機、４…ボイラ、１０…冷却塔、１０ａ…冷却塔のファン、２１〜２３…冷却水ポンプ、３１〜３３…吸収式冷凍機、７０…冷却負荷、８０…制御装置、８０ａ…制御テーブル、８０ｂ…設定値、１１０…ファンのインバータ、１２１〜１２３…冷却水ポンプのインバータ、２０１…分離された気体の温度センサ、２０２…吸収式冷凍機から戻る液体の温度センサ、２３１…分離された気体の圧力センサ、２０１、２０２、２２２、２３１…集熱量検出手段、２０５、２１１…外気条件検出手段、２１２…集熱器温度センサ、２０３、２０４、２２１…負荷検出手段、２３２…集熱器圧力検出手段、２５０…直達日射計（直達日射量検出手段）、２７２…集熱器圧力調整手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体負荷を冷却する冷却システムにおいて、
太陽の熱エネルギーを集熱する太陽熱集熱器と、
太陽熱集熱器で集熱した熱を駆動エネルギーとする吸収式冷凍機と、
外気の比エンタルピあるいは外気の湿球温度の外気条件を検出する外気条件検出手段と、
太陽の直達日射量を検出する直達日射量検出手段と、
熱媒体の冷却負荷する検出する負荷検出手段と、
上記太陽熱集熱器の圧力を検出する集熱器圧力検出手段と、
上記太陽熱集熱器内の圧力を調整する集熱器圧力調整手段と、
上記各部を制御する制御装置を備え、
上記制御装置は、上記で検出された外気条件、太陽の直達日射量および冷却負荷に応じて、太陽熱集熱器内の圧力を変更することを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却システムにおいて、
上記制御装置は、シミュレーションを用いて制御目標値を変更して繰り返し計算し、システム全体のランニングコストが最も小さくなる太陽熱集熱器内の圧力を求め、太陽熱集熱器内の圧力を制御することを特徴とする冷却システム。
【請求項３】
請求項２に記載の冷却システムにおいて、
上記制御装置は、予め作成したデータベースを有すると共に、シミュレーションを用いて求められた太陽熱集熱器内の圧力を設定値として上記データベースに記憶することを特徴とする冷却システム。
【請求項４】
請求項３に記載の冷却システムにおいて、
上記データベースは、外気条件、太陽の直達日射量および冷却負荷が決まると、少なくとも太陽熱集熱器内の圧力の設定値が求まる制御テーブルであることを特徴とする冷却システム。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却システムにおいて、
上記制御装置は、上記で検出された外気条件、太陽の直達日射量および冷却負荷に応じて、上記制御テーブルから上記太陽熱集熱器内の圧力の設定値を抽出し、太陽熱集熱器内の圧力をこの設定値に制御することを特徴とする冷却システム。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかに記載の冷却システムにおいて、
上記データベースはシミュレーションを用いて外気条件、太陽の直達日射量、冷却負荷の制御目標値を変更して繰り返し計算し、システム全体の稼動コスト最も小さくなる前記吸収式冷凍機の運転台数および太陽熱集熱器内の圧力が設定値として記憶されることを特徴とする冷却システム。
【請求項７】
請求項６に記載の冷却システムにおいて、
冷却システムはさらに上記吸収式冷凍機への冷却水を冷却する冷却塔と、インバータで駆動される冷却水ポンプまたはインバータで駆動される冷却塔のファンを備え、上記データベースには、さらにシステム全体の稼動コストが最も小さくなる上記吸収式冷凍機の運転台数、上記各インバータの周波数が設定値として記憶されることを特徴とする冷却システム。
【請求項１】
熱媒体負荷を冷却する冷却システムにおいて、
太陽の熱エネルギーを集熱する太陽熱集熱器と、
太陽熱集熱器で集熱した熱を駆動エネルギーとする吸収式冷凍機と、
外気の比エンタルピあるいは外気の湿球温度の外気条件を検出する外気条件検出手段と、
太陽の直達日射量を検出する直達日射量検出手段と、
熱媒体の冷却負荷する検出する負荷検出手段と、
上記太陽熱集熱器の圧力を検出する集熱器圧力検出手段と、
上記太陽熱集熱器内の圧力を調整する集熱器圧力調整手段と、
上記各部を制御する制御装置を備え、
上記制御装置は、上記で検出された外気条件、太陽の直達日射量および冷却負荷に応じて、太陽熱集熱器内の圧力を変更することを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却システムにおいて、
上記制御装置は、シミュレーションを用いて制御目標値を変更して繰り返し計算し、システム全体のランニングコストが最も小さくなる太陽熱集熱器内の圧力を求め、太陽熱集熱器内の圧力を制御することを特徴とする冷却システム。
【請求項３】
請求項２に記載の冷却システムにおいて、
上記制御装置は、予め作成したデータベースを有すると共に、シミュレーションを用いて求められた太陽熱集熱器内の圧力を設定値として上記データベースに記憶することを特徴とする冷却システム。
【請求項４】
請求項３に記載の冷却システムにおいて、
上記データベースは、外気条件、太陽の直達日射量および冷却負荷が決まると、少なくとも太陽熱集熱器内の圧力の設定値が求まる制御テーブルであることを特徴とする冷却システム。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却システムにおいて、
上記制御装置は、上記で検出された外気条件、太陽の直達日射量および冷却負荷に応じて、上記制御テーブルから上記太陽熱集熱器内の圧力の設定値を抽出し、太陽熱集熱器内の圧力をこの設定値に制御することを特徴とする冷却システム。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかに記載の冷却システムにおいて、
上記データベースはシミュレーションを用いて外気条件、太陽の直達日射量、冷却負荷の制御目標値を変更して繰り返し計算し、システム全体の稼動コスト最も小さくなる前記吸収式冷凍機の運転台数および太陽熱集熱器内の圧力が設定値として記憶されることを特徴とする冷却システム。
【請求項７】
請求項６に記載の冷却システムにおいて、
冷却システムはさらに上記吸収式冷凍機への冷却水を冷却する冷却塔と、インバータで駆動される冷却水ポンプまたはインバータで駆動される冷却塔のファンを備え、上記データベースには、さらにシステム全体の稼動コストが最も小さくなる上記吸収式冷凍機の運転台数、上記各インバータの周波数が設定値として記憶されることを特徴とする冷却システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１２７５６６（Ｐ２０１２−１２７５６６Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７９１４８（Ｐ２０１０−２７９１４８）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
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