(57)【要約】  冷却装置は、冷媒と熱媒体との熱交換を行う熱交換器と、熱交換器に流入する熱媒体の流入温度を検出する流入温度検出部と、熱交換器から流出する熱媒体の流出温度を検出する流出温度検出部と、熱媒体の流量を開度で調節する流量調節部と、流量調節部の動作を制御する制御部と、を有し、制御部は、流入温度検出部で検出された流入温度と流出温度検出部で検出された流出温度との温度差に基づいて、熱媒体の流量が適正量であるか否かを判定する流量判定手段と、流量判定手段で判定された判定結果に基づいて、流量調節部の開度を自動で調整する開度調整手段と、を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒と熱媒体との熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器に流入する熱媒体の流入温度を検出する流入温度検出部と、
前記熱交換器から流出する熱媒体の流出温度を検出する流出温度検出部と、
前記熱媒体の流量を開度で調節する流量調節部と、
前記流量調節部の動作を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記流入温度検出部で検出された流入温度と前記流出温度検出部で検出された流出温度との温度差に基づいて、前記熱媒体の流量が適正量であるか否かを判定する流量判定手段と、
前記流量判定手段で判定された判定結果に基づいて、前記流量調節部の開度を自動で調整する開度調整手段と、を有する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記流量判定手段は、
前記流入温度と前記流出温度との温度差が、予め決められた最大閾値と予め決められた最小閾値との間の範囲である場合、前記熱媒体の流量が適正量であると判定し、
前記流入温度と前記流出温度との温度差が、前記最大閾値よりも大きい場合、前記熱媒体の流量が適正量よりも少ないと判定し、
前記流入温度と前記流出温度との温度差が、前記最小閾値よりも小さい場合、前記熱媒体の流量が適正量よりも多いと判定するものであり、
前記開度調整手段は、
前記熱媒体の流量が適正量であると前記流量判定手段で判定された場合、前記流量調節部の開度を維持し、
前記熱媒体の流量が適正量よりも少ないと前記流量判定手段で判定された場合、前記流量調節部の開度を上げ、
前記熱媒体の流量が適正量よりも多いと前記流量判定手段で判定された場合、前記流量調節部の開度を下げるものである
ことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記熱媒体は、水である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記開度調整手段は、
前記熱媒体の凍結を防止する流量を確保するように、前記流量調節部の開度を調整する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記流量判定手段で判定された判定結果に基づいて、異常を報知する報知手段を更に有する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却装置を有する
ことを特徴とする熱源機。
【請求項７】
前記冷媒を圧縮する圧縮機を更に有し、
前記制御部は、
前記冷却装置の試験動作の際に、前記圧縮機を予め決められた周波数で運転させる
ことを特徴とする請求項６記載の熱源機。
【請求項８】
前記開度調整手段は、
前記冷却装置の運転状態に基づいて、前記冷却装置の能力を確保する範囲で、前記流量調節部の開度を調整する
ことを特徴とする請求項６又は７記載の熱源機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置及びその冷却装置を備えた熱源機に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器を備えた冷却装置及び熱源機は、その熱交換器の冷却方式として、空気で冷却する空冷方式と、水で冷却する水冷方式とが挙げられる。このうち、水冷方式の従来技術として、特許文献１には、熱交換器に流入する水の入口水温及び熱交換器から流出する水の出口水温に基づいて、入口水温と水の流量とが適正であるか否かを判定する水冷式熱源機が開示されている。この特許文献１においては、入口水温又は水の流量が不適当なものであると判定された場合、装置の運転が停止され、その判定結果が報知される。この従来技術は、工事担当者が、報知された判定結果に基づいて機器を調整することにより、水冷式熱源機の手動調整を簡便化しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１５２３３３号公報（特許請求の範囲、第３頁〜第４頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水冷方式の熱源機において、熱源機の熱交換器に取り込む必要がある最低水量は、一般的に、水路（水配管）の異物による詰まりの防止、水の凍結の防止、熱源機の（冷却）能力の確保の観点から、決定される。これらの観点を考慮して決定された必要最低水量は、一般的に、熱源機を現地に据え付ける際に使用される説明書に記載されている。しかしながら、工事担当者が熱源機を現地に据え付ける際、この説明書を参照しながら手動で動作調整を行うため、煩雑である。また、これらの３個の条件を全て満たす水量にするため、これらの３個の条件のなかで、もっとも水量を消費する条件に合わせる必要がある。この場合、そのほかの２個の条件における必要最低水量よりも、多くの水量を浪費してしまう。【０００５】
また、特許文献１に開示された水冷式熱源機も、工事担当者が、報知された判定結果に基づいて、現地で直接手動調整を行う必要があるため、煩わしい。【０００６】
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、装置の運転状態に応じて、水等の熱媒体の流量を自動で調整し、また、熱媒体の量の消費を抑制する冷却装置及びその冷却装置を備えた熱源機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る冷却装置は、冷媒と熱媒体との熱交換を行う熱交換器と、熱交換器に流入する熱媒体の流入温度を検出する流入温度検出部と、熱交換器から流出する熱媒体の流出温度を検出する流出温度検出部と、熱媒体の流量を開度で調節する流量調節部と、流量調節部の動作を制御する制御部と、を有し、制御部は、流入温度検出部で検出された流入温度と流出温度検出部で検出された流出温度との温度差に基づいて、熱媒体の流量が適正量であるか否かを判定する流量判定手段と、流量判定手段で判定された判定結果に基づいて、流量調節部の開度を自動で調整する開度調整手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、開度調整手段が、流量判定手段で判定された判定結果に基づいて、流量調節部の開度を自動で調整するため、手動調整が不要である。このため、現地での作業の利便性が向上する。更に、流入温度と流出温度との温度差から判定された熱媒体の流量に基づいて、流量調節部の開度が調整されるため、熱媒体の量の消費を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る熱源機１を示す模式図である。
【図２】実施の形態１における制御部２１を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１における熱媒体の温度差と熱媒体の流量との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る冷却装置及び熱源機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る熱源機１を示す模式図である。この図１に基づいて、熱源機１について説明する。熱源機１は、冷媒と熱媒体との熱交換を行う水冷式の熱交換器３を備えた熱源機であり、その熱交換器３に、熱媒体が流入する流入管４と、熱媒体が流出する流出管５とが接続されている。冷媒は、熱交換器３、圧縮機９、四方弁１０及びアキュムレータ１１を備えた冷媒回路に流通している。そして、流入管４には、流入温度検出部６が設置されている。この流入温度検出部６は、熱交換器３に流入する熱媒体の流入温度を検出するものであり、例えば、サーミスタで構成されている。また、流出管５には、流出温度検出部７が設置されており、この流出温度検出部７は、熱交換器３から流出する熱媒体の流出温度を検出するものである。この流出温度検出部７も、流入温度検出部６と同様に、例えば、サーミスタで構成されている。なお、使用する熱媒体は、水としているが、それ以外の熱媒体を使用してもよい。
【００１２】
流入管４には、例えば、流入温度検出部６が設置された場所よりも上流側に、流量調節部８が設置されている。この流量調節部８は、流入管４を流通する熱媒体の流量を開度で調節するものであり、例えばバルブ等で構成されている。なお、この流量調節部８の開度は、例えば２５５段階で調節することができる。また、熱源機１には冷媒を圧縮する圧縮機９が内蔵されており、この圧縮機９と熱交換器３とが配管により接続され、その配管に冷媒が流通して、冷凍サイクルが形成されている。更に、熱源機１は、制御部２１を有しており、この制御部２１は、流入温度検出部６の検出結果及び流出温度検出部７の検出結果に基づいて、流量調節部８の動作を制御するものである。
【００１３】
次に、制御部２１について詳細に説明する。図２は、実施の形態１における制御部２１を示すブロック図である。図２に示すように、制御部２１は、制御基板２２と、インバータ基板２８と、Ｉ／Ｏ基板３０とを備えている。このうち、制御基板２２は、温度検知手段２６、流量判定手段２４、開度調整手段２５及び圧縮機制御手段２７を備えている。温度検知手段２６は、流入温度検出部６又は流出温度検出部７から出力された信号が入力された場合に、流入する熱媒体の流入温度又は流出する熱媒体の流出温度に関する信号を、流量判定手段２４に出力するものである。
【００１４】
流量判定手段２４は、温度検知手段２６から入力される信号の情報、即ち、流入温度検出手段で検出された流入温度と流出温度検出部７で検出された流出温度との温度差に基づいて、熱媒体の流量が適正量であるか否かを判定するものである。ここで、流入する熱媒体の流入温度をＴ１（℃）、流出する熱媒体の流出温度をＴ２（℃）、予め決められた最大閾値をＴｓＨ（℃）、予め決められた最小閾値をＴｓＬ（℃）とする。
【００１５】
図３は、実施の形態１における熱媒体の温度差と熱媒体の流量との関係を示すグラフ図である。図３において、横軸は、流入する熱媒体の流入温度と流出する熱媒体の流出温度との温度差を示すものであり、縦軸は、熱媒体の流量を示すものである。図３に示すように、流入温度と流出温度との温度差が大きいほど、熱媒体の流量が少ない。なお、この関係は、例えばシミュレーション又は試験結果等から得られる。流量判定手段２４は、流入温度検出部６で検出された流入温度と流出温度検出部７で検出された流出温度との温度差が、最大閾値と最小閾値との間の範囲（ＴｓＨ≧｜Ｔ２−Ｔ１｜≧ＴｓＬ）である場合、熱媒体の流量が適正量であると判定する。
【００１６】
また、流量判定手段２４は、流入温度検出部６で検出された流入温度と流出温度検出部７で検出された流出温度との温度差が、最大閾値よりも大きい（｜Ｔ２−Ｔ１｜＞ＴｓＨ）場合、熱媒体の流量が適正量よりも少ないと判定する。更に、流量判定手段２４は、流入温度検出部６で検出された流入温度と流出温度検出部７で検出された流出温度との温度差が、最小閾値よりも小さい（｜Ｔ２−Ｔ１｜＜ＴｓＬ）場合、熱媒体の流量が適正量よりも多いと判定する。
【００１７】
そして、開度調整手段２５は、流量判定手段２４で判定された判定結果に基づいて、流量調節部８の開度を自動で調整するものである。開度調整手段２５は、熱媒体の流量が適正量であると流量判定手段２４で判定された場合、流量調節部８の開度を維持する。即ち、ＴｓＨ≧｜Ｔ２−Ｔ１｜≧ＴｓＬの場合、流通する熱媒体の量が適正量であると流量判定手段２４が判定し、開度調整手段２５が流量調節部８の開度を現状のまま維持する。
【００１８】
また、開度調整手段２５は、熱媒体の流量が適正量よりも少ないと流量判定手段２４で判定された場合、流量調節部８の開度を上げる。即ち、｜Ｔ２−Ｔ１｜＞ＴｓＨの場合、熱交換器３から流出する熱媒体の温度が高くなり過ぎており、流通する熱媒体の量が不足していると流量判定手段２４が判定し、開度調整手段２５が流量調節部８の開度を例えば１段階上げる。
【００１９】
更に、開度調整手段２５は、熱媒体の流量が適正量よりも多いと流量判定手段２４で判定された場合、流量調節部８の開度を下げる。即ち、｜Ｔ２−Ｔ１｜＜ＴｓＬの場合、熱交換器３に流入する熱媒体の温度と、熱交換器３から流出する熱媒体の温度とが近接しており、流通する熱媒体の量が過剰であると流量判定手段２４が判定し、開度調整手段２５が流量調節部８の開度を例えば１段階下げる。
【００２０】
一方、制御基板２２における圧縮機制御手段２７は、圧縮機９の動作を制御するものであり、その制御信号をインバータ基板２８に出力する。そして、このインバータ基板２８は、圧縮機駆動手段２９を備えており、圧縮機駆動手段２９は、圧縮機制御手段２７から入力された制御信号に基づいて、圧縮機９を駆動する駆動信号を、圧縮機９に出力するものである。これにより、制御部２１は、圧縮機９の動作を制御する。なお、本実施の形態１において、制御部２１は、例えば熱源機１の現場据え付け時に行われる熱源機１の試験動作の際に、圧縮機９を予め決められた周波数で運転させている。
【００２１】
制御部２１に備わるＩ／Ｏ基板３０は、例えば、開度調整手段２５から出力された信号に基づいて、流量調節部８の開度を調節する駆動信号を生成するアナログ出力回路である。このＩ／Ｏ基板３０のアナログ出力電圧は、例えば０Ｖ〜１０Ｖの範囲内で設定可能であり、そのアナログ出力電圧に応じて、流量調節部８の開度が決定される。例えば、アナログ出力電圧が０Ｖの場合、流量調節部８の開度を全開とし、０Ｖ〜１０Ｖに上昇するに従って、徐々に流量調節部８の開度を下げていき、アナログ出力電圧が１０Ｖの場合、流量調節部８の開度を全閉とする。その際、例えば、２５５段階で連続的に開度を制御するように構成してもよい。
【００２２】
なお、制御部２１に記憶手段を設け、流入温度及び流出温度の温度差と、熱媒体の流速との関係を示すテーブルを、記憶手段に記憶させるように構成してもよい。なお、単位時間当たりの熱媒体の流量（体積流量）Ｑ（ｍ３／ｈ）は、単位時間当たりの熱媒体の流速Ｓ（ｍ／ｈ）に、流入管４及び流出管５の断面積Ａ（ｍ２）を乗算したものである。このように、流量は流速に比例するため、温度差と流速との関係の代わりに、温度差と流量との関係をテーブル化してもよい。この場合、図３に示すグラフ図をテーブル化して使用することができる。そして、開度調整手段２５が、熱媒体の流量に基づいて、流量調節部８の開度を調整するように構成してもよい。
【００２３】
次に、本実施の形態１に係る熱源機１の作用について説明する。熱源機１は、前述の如く、制御部２１における開度調整手段２５が、流入温度と流出温度との温度差から判定された熱媒体の流量に基づいて、流量調節部８の開度を自動で調整する。このため、例えば熱源機１を現地に設置する際、手動調整が不要であり、現地での作業の利便性が向上する。また、流入温度と流出温度との温度差から判定された熱媒体の流量に基づいて、流量調節部８の開度が調整されるため、熱媒体の量の消費を抑えることができる。
【００２４】
また、流入温度検出部６で検出された流入温度と流出温度検出部７で検出された流出温度との温度差が、最大閾値よりも大きい場合、流通する熱媒体の量が不足していると流量判定手段２４が判定し、開度調整手段２５が流量調節部８の開度を上げる。これにより、熱媒体の量を適正量に復旧することができる。そして、その温度差が最小閾値よりも小さい場合、流通する熱媒体の量が過多であると流量判定手段２４が判定し、開度調整手段２５が流量調節部８の開度を下げる。この場合も、これにより、熱媒体の量を適正量に復旧することができる。更に、その温度差が最大閾値と最小閾値との間の範囲である場合、熱媒体の量が適正量であると流量判定手段２４が判定し、開度調整手段２５が流量調節部８の開度を維持する。このように、本実施の形態１に係る熱源機１は、流通する熱媒体の量に過不足が生じても、流量調節部８を自動で調整して、熱媒体の量を適正量に保つことができる。
【００２５】
なお、本実施の形態１に係る熱源機１は、空気調和装置の室外機として構成することもできる。また、本実施の形態１では、開度調整手段２５の具体的な動作を説明しているが、流入温度検出部６で検出された流入温度、及び流出温度検出部７で検出された流出温度の温度差が、最大閾値の２倍よりも大きい場合（｜Ｔ２−Ｔ１｜＞２ＴｓＨ）、流量調節部８の開度を２段階上げるように構成してもよい。更に、この温度差が、最小閾値の２倍よりも小さい場合（｜Ｔ２−Ｔ１｜＜２ＴｓＬ）、流量調節部８の開度を２段階下げるように構成することもできる。
【００２６】
また、上記実施の形態１では、Ｉ／Ｏ基板３０のアナログ出力電圧が１０Ｖのときに、流量調節部８の開度を０、即ち全閉としているが、このアナログ出力電圧の上限値を、例えば８Ｖ、６Ｖ、４Ｖ等に設定してもよい。これにより、いずれの場合においても、流量調節部８の開度が０、即ち全閉とならず、熱媒体の最低流量を確保することができる。なお、このアナログ出力電圧の上限値の設定は、例えばスイッチ等の切り換えにより行うように構成してもよい。
【００２７】
また、Ｉ／Ｏ基板３０は、アナログ電圧を出力するアナログ出力回路を有しているが、更に、電流を出力する電流出力回路を有するように構成することも可能である。この電流出力回路における電流は、例えば４ｍＡ〜２０ｍＡの範囲内で設定可能であり、その電流に応じて、流量調節部８の開度が決定される。このように、Ｉ／Ｏ基板３０が、複数の出力回路を有する構成とすることによって、多様な流量調節部８を使用することができる。
【００２８】
更に、熱源機１は、その熱源機１の運転状態に基づいて、熱源機１の（冷却）能力を確保する範囲で、流量調節部８の開度を調整するように構成してもよい。これにより、消費する熱媒体の量を更に低減することも可能である。
【００２９】
更にまた、開度調整手段２５は、流量判定手段２４で判定された判定結果に基づいて、熱媒体が凍結することを抑制するように、流量調節部８の開度を調整することもできる。熱源機１が使用される季節、又は熱源機１が設置される場所の周囲環境によって、熱媒体の温度が変動し、流入温度と流出温度との温度差も変動する。このとき、熱媒体が凍結することを抑制するように、流量調節部８の開度を調節することによって、必要最小限の熱媒体の流量で、熱媒体の凍結を抑制することができる。これにより、節水にも資する。
【００３０】
また、制御部２１が、流量判定手段２４で判定された判定結果に基づいて、異常を検知する報知手段を備えていてもよい。例えば、流入温度検出部６で検出された流入温度、及び流出温度検出部７で検出された流出温度の温度差が、極めて大きい場合、流量調節部８の不良、流量調節部８を駆動するＩ／Ｏ基板３０の不良、又は流入管４、流出管５の異物による詰まり等が想定される。このため、その温度差が大きい場合、報知手段が異常を報知することによって、これらの不具合に迅速に対応することができる。
【００３１】
また、流量調節部８を熱源機１内に有するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  熱源機、３  熱交換器、４  流入管、５  流出管、６  流入温度検出部、７  流出温度検出部、８  流量調節部、９  圧縮機、１０  四方弁、１１  アキュムレータ、２１  制御部、２２  制御基板、２４  流量判定手段、２５  開度調整手段、２６  温度検知手段、２７  圧縮機制御手段、２８  インバータ基板、２９  圧縮機駆動手段、３０  Ｉ／Ｏ基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2015114839.tif 000006
2015114839.tif 000007
2015114839.tif 000008
2015114839.tif 000009