(57)【要約】  【課題】  貯水タンクを設けることなく、流量及び温度が大きく変動し得る水を冷却して冷水を生成することができる冷却装置を提供する。  【解決手段】  圧縮機１２と、凝縮器１４と、膨張弁１６と、蒸発器１８とが接続されて、冷媒が循環する冷媒サイクル２０を有し、該冷媒サイクル２０の蒸発器１８と水とが熱交換を行い、水を冷却する。前記膨張弁１６は、複数個の膨張弁１６−１，１６−２，１６−３が並列に設けられ、さらに、入口側の水の温度を検出する温度センサ３２と、水の流量を検出する流量センサ３４と、温度センサ３２及び流量センサ３４からの検出信号が入力されて前記複数個の膨張弁のうちで使用する膨張弁の選択制御を行うコントローラ５０と、が設けられ、入口側の水の温度と水の流量によって、使用する膨張弁が切り替えられる。【選択図】  図１
2005180822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが接続されて、冷媒が循環する冷媒サイクルを有し、該冷媒サイクルの蒸発器において冷媒と負荷媒体とが熱交換を行い、負荷媒体を冷却する冷却装置において、
前記膨張弁として複数の膨張弁が設けられ、さらに、
入口側の負荷媒体の温度を検出する温度センサと、
負荷媒体の流量を検出する流量センサと、
温度センサ及び流量センサからの検出信号が入力されて前記複数の膨張弁のうちで使用する膨張弁の選択制御を行うコントローラと、が設けられ、
前記温度センサによって検出される入口側の負荷媒体の温度と前記流量センサによって検出される負荷媒体の流量に応じて、使用する膨張弁が切り替えられることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記膨張弁は定圧膨張弁であり、且つ前記冷媒サイクルには蒸発器内の蒸発圧力の調整を行う蒸発圧力調整弁が設けられることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記蒸発圧力調整弁の調整圧力は、出口側の負荷媒体の温度に応じて制御されることを特徴とする請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記コントローラには、前記入口側の負荷媒体の温度と負荷媒体の流量の２つのパラメータに対して選択する膨張弁を決定するシーケンサが設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水等の液体または空気等の気体といった負荷媒体を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷却装置としては、例えば、特許文献１（実願昭６２−１７１７４４号（実開平１−７５７６９号）のマイクロフィルム）や、特許文献２（特開平7−４８１６号公報）に記載されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載された構成は、圧縮機、凝縮器と、膨張弁とが接続されて、冷媒が循環する冷媒サイクルを有し、蒸発器において冷媒と負荷媒体とが熱交換を行い、水を冷却するようになったものにおいて、圧縮機モータをインバータによって制御すると共に蒸発器の出口側に冷却負荷の冷却温度を検出して蒸発器の蒸発圧力を制御する蒸発圧力調整弁を設けている。通常は、熱交換後圧縮機に送り込まれる冷媒の圧力を検出し、その圧力に基づいてインバータによって圧縮機の運転が制御されて、蒸発器に送り込まれる冷媒量が調節されるが、冷却前の水の温度が低温であったり、流量が少なくなったりして、圧縮機モータの負荷制御の下限以下となると、蒸発圧力調整弁によって圧縮機への冷媒流入量を絞り、蒸発器の蒸発圧力を高めて蒸発器による熱交換を抑制するようにしている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１のようなインバータで圧縮機の制御を行う場合には、圧縮機のタイプによっては圧縮効率が落ちたり故障の原因になったりすることがあり、また、コストの上昇を招くという問題がある。特許文献２においても同様の問題がある。
【０００５】
【特許文献１】実願昭６２−１７１７４４号（実開平１−７５７６９号）のマイクロフィルム）
【特許文献２】特開平7−４８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、その目的は、圧縮機を低コストで安定的に使用することができ、流量及び温度が大きく変動し得る負荷媒体を冷却することができる冷却装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、負荷媒体を所望の温度に精度良く冷却することができる冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とが接続されて、冷媒が循環する冷媒サイクルを有し、該冷媒サイクルの蒸発器において冷媒と負荷媒体とが熱交換を行い、負荷媒体を冷却する冷却装置において、
前記膨張弁として複数の膨張弁が設けられ、さらに、
入口側の負荷媒体の温度を検出する温度センサと、
負荷媒体の流量を検出する流量センサと、
温度センサ及び流量センサからの検出信号が入力されて前記複数の膨張弁のうちで使用する膨張弁の選択制御を行うコントローラと、が設けられ、
前記温度センサによって検出される入口側の負荷媒体の温度と前記流量センサによって検出される負荷媒体の流量に応じて、使用する膨張弁が切り替えられることを特徴とする。
【０００８】
複数の膨張弁の切り替えは、同じ絞り能力を持つ膨張弁を複数設けて使用数の切り替えを行ってもよいし、または、異なる絞り能力を持つ膨張弁をそれぞれ設けて使用する能力を切り替えてもよい。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記膨張弁が定圧膨張弁であり、且つ前記冷媒サイクルには蒸発器内の蒸発圧力の調整を行う蒸発圧力調整弁が設けられることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の蒸発圧力調整弁の調整圧力が、出口側の負荷媒体の温度に応じて制御されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか1項に記載のものにおいて、前記コントローラには、前記入口側の負荷媒体の温度と負荷媒体の流量の２つのパラメータに対して選択する膨張弁を決定するシーケンサが設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、負荷媒体の入口側の温度と負荷媒体の流量とによって、複数の膨張弁の中から使用する膨張弁を切り替えて、冷媒サイクルを流れる冷媒流量を調整することによって、負荷媒体の温度または流量の大きな変動にも対応して、負荷媒体を所望の温度に冷却することができるようになる。
また、請求項２記載の発明によれば、蒸発圧力調整弁を用いることにより蒸発器内の冷媒圧力を一定に保持し、定圧膨張弁を用いて一定量の冷媒を蒸発器に流すようにすることにより、蒸発器内の冷媒の温度を一定に保ち、よって、負荷媒体の冷却温度を一定にすることができる。
【００１３】
また、請求項３記載の発明によれば、蒸発圧力調整弁の調整圧力を変化させることで、負荷媒体を所望の温度に冷却することができるようになる。
【００１４】
また、請求項４記載の発明によれば、入口側の負荷媒体の温度と負荷媒体の流量の２つのパラメータの変動に対してシーケンサによって迅速に選択するべき膨張弁の決定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る冷却装置の回路図である。図において、冷却装置１０は、圧縮機１２と、凝縮器１４と、膨張弁１６と、蒸発器１８とが接続されて、冷媒が循環する冷媒サイクル２０を有している。
【００１７】
また、負荷媒体が流れる水配管２２が設けられ、水配管２２の入口側は給水源に連結され、出口側は蛇口、バルブ等に連結されており、水配管２２を流れる水が、冷媒サイクル２０の蒸発器１８において、冷媒と熱交換されるようになっている。
【００１８】
水配管２２には、貯水タンクなどは設けられておらず、蒸発器１８に対して入口側に、温度センサ３２及び流量センサ３４が設けられており、蒸発器１８に対して出口側に、温度センサ３６が設けられている。温度センサ３２は、蒸発器１８で熱交換する前の水の温度（入口温度という）を逐次検出するもので、流量センサ３４は、水配管２２を流れる水の流量を逐次検出するものである。また、温度センサ３６は、蒸発器１８で熱交換した後の水の温度(出口温度という)を逐次検出するものである。温度センサ３２及び流量センサ３４からの検出信号はコントローラ５０へ、温度センサ３６からの検出信号はコントローラ５２へと入力される。
【００１９】
冷媒サイクル２０には、その蒸発器１８の出口側に蒸発圧力調整弁４０が設けられている。該蒸発圧力調整弁４０は、コントローラ５２からの設定制御信号によって、その調整圧力が制御される。
【００２０】
前記膨張弁１６は、複数個の膨張弁１６−１、１６−２、１６−３からなる。これらの複数個の膨張弁１６−１、１６−２、１６−３は並列に接続されており、各膨張弁１６−１、１６−２、１６−３には、電磁弁４２−１、４２−２、４２−３が直列に接続されている。電磁弁４２−１、４２−２、４２−３はコントローラ５０からの指令信号によって開閉制御される開閉弁である。膨張弁１６−１、１６−２、１６−３は、それぞれその処理能力、即ち通過させる冷媒の流量が異なるものとなっており、後述のように、水の流量の低下、給水温度の低下によって、過熱度が低下することを防ぐべく、切り替えて使用され、その能力としては、膨張弁１６−１＜膨張弁１６−２＜膨張弁１６−３となっている。
【００２１】
ここで、膨張弁１６−１、１６−２、１６−３は好ましくは定圧膨張弁であり、蒸発器１８出口である蒸発圧力調整弁４０出口に接続された均圧管１７の圧力を設定圧力になるように動作する。この設定圧力は、蒸発圧力調整弁４０で設定される調整圧力程度に設定されるとよいが、厳密に一致させる必要はない。膨張弁１６−１、１６−２、１６−３として温度膨張弁を使用することも可能ではあるが、その場合には、蒸発器１８出口の過熱度を一定に保持するように動作するために、蒸発器１８入口における冷媒温度の変動が大きくなり、熱交換する水を所定の温度に冷却することが難しいため、定圧膨張弁とすることが望ましい。
【００２２】
また、符号４４はアキュムレータである。
【００２３】
コントローラ５０は、水配管２２に設けられた温度センサ３２及び流量センサ３４からの逐次の検出信号を受け取り、電磁弁４２−１、４２−２、４２−３の開閉のための切替信号を出力するものである。
【００２４】
また、コントローラ５２は、水配管２２に設けられた温度センサ３６からの逐次の検出信号を受け取り、蒸発圧力調整弁４０への設定制御信号を出力するものである。所望の水の出口温度である設定温度は、コントローラ５２で設定される。
【００２５】
以上のように構成される冷却装置１０の作用を説明する。水配管２２には、給水源からの水が流れ、該水は蒸発器１８において冷媒と熱交換を行う。温度センサ３２によって、蒸発器１８手前の温度が逐次検出され、流量センサ３４によって水配管２２を流れる水の流量が逐次検出される。
【００２６】
これらの温度センサ３２及び流量センサ３４からの検出信号は、コントローラ５０へ入力されて、アナログ・ディジタル変換された後、この温度及び流量のディジタル値に対応して、シーケンサで設定されたディジタルマッピングに基づき、電磁弁４２−１、４２−２、４２−３の開閉の切替信号が出力される。このディジタルマッピングの一例を図２に示す。一般的には、流量Ｑが多く、温度Ｔが高くなるに従って、能力が高く多くの冷媒を流すことができる膨張弁１６が選択される。このようなディジタルマッピングを利用して、水の流量及び入口温度の２つのパラメータに応じて膨張弁１６を逐次、切り替えることで、例えば、水の流量が低い場合または水の温度が低い場合に、蒸発器１８出口における過熱度が不足となって圧縮機１２における液圧縮が発生することを防ぐ。
【００２７】
蒸発圧力調整弁４０は、蒸発器１８内の蒸発圧力を所定の圧力に調整して、蒸発器１８内の温度を一定温度に調整する。温度センサ３６で検出された水の出口温度の検出信号は、コントローラ５２へと入力されて、コントローラ５２において、温度センサ３６で検出された出口温度と設定温度とが比較され、ＰＩＤ制御等の制御に基き、設定制御信号を出力し蒸発圧力調整弁４０で調整する圧力を変化させる。こうして、出口温度が設定温度となるように制御される。
【００２８】
膨張弁１６として定圧膨張弁を用いており、均圧管１７付近の圧力は蒸発圧力調整弁４０によって所定の圧力に調整されているので、前記コントローラ５０によって選択された膨張弁１６は定流量を流し、蒸発圧力調整弁４０出口における過熱度とは無関係に冷媒を流す。このために、蒸発器１８において、熱交換された水を０℃に近い温度まで凍結させずに冷却することができるようになる。一方、膨張弁として温度膨張弁を用いた場合には、蒸発器１８出口における過熱度が一定になるように絞り動作をするために、蒸発器１８を流れる冷媒が減少し、結果として水と熱交換する熱源の量が減るため、所望の温度の水を取り出すことは困難となる。この効果の相違を図３のグラフにより表す。グラフにおいて、（ａ）の部分は、温度膨張弁を用いた場合、（ｂ）の部分は同じ条件で定圧膨張弁を用いて設定温度を２℃とした場合の、水の入口温度（２５℃付近）と出口温度との推移を表している。このグラフから分かるように、温度膨張弁を用いた場合は、温度の変動が大きく、さらに水の温度を設定温度に近づけることが困難であるのに対して、定圧膨張弁を用いた場合は、温度の変動が小さく、水の温度を０℃に近い設定温度２℃の近傍に制御することができる。
【００２９】
以上のような構成によって、水の流量の大きな変動に対して複数の膨張弁１６−１、１６−２、１６−３の切替によって対応することができ、さらには、蒸発圧力調整弁４０で蒸発圧力を調整し、膨張弁１６として定圧膨張弁を使用することによって、過熱度にかかわらず一定温度の冷媒を流すために、負荷媒体を所望の温度に冷却することができる。
【００３０】
尚、以上の実施形態では、複数個設けられた膨張弁１６−１、１６−２、１６−３のうちの中から、常に、１つの膨張弁を選択して使用するようになっていたが、これに限るものではなく、１つ以上の任意の組み合わせの膨張弁を同時に使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却装置の回路図である。
【図２】シーケンサで設定されたディジタルマッピングの一例である。
【図３】水の入口温度と出口温度との推移を表すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１０  冷却装置
１２  圧縮機
１４  凝縮器
１６  膨張弁
１６−１、１６−２、１６−３  膨張弁
１８  蒸発器
２０  冷媒サイクル
２２  水配管
３２  温度センサ
３４  流量センサ
４０  蒸発圧力調整弁
５０  コントローラ
【図１】
2005180822.tif 000003
【図２】
2005180822.tif 000004
【図３】
2005180822.tif 000005