(57)【要約】  本発明に係る冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機及び圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する第１熱交換器を有する熱源装置と、熱源装置に冷媒配管を介して接続され、負荷設備からの水あるいは不凍液を冷媒配管から流入する冷媒により冷却する第２熱交換器を有する負荷冷却装置とを備え、負荷冷却装置は、熱源装置よりも負荷設備に近い場所に設置され、負荷設備からの水あるいは不凍液を循環させるポンプを有する負荷側配管と接続されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機及び前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する第１熱交換器を有する熱源装置と、
前記熱源装置に冷媒配管を介して接続され、負荷設備からの水あるいは不凍液を前記冷媒配管から流入する冷媒により冷却する第２熱交換器を有する負荷冷却装置と
を備え、
前記負荷冷却装置は、前記熱源装置よりも前記負荷設備に近い場所に設置され、前記負荷設備からの水あるいは不凍液を循環させるポンプを有する負荷側配管と接続された冷却装置。
【請求項２】
前記負荷冷却装置は、異なる場所に設置された負荷設備に対応してそれぞれ配置され、前記熱源装置からの前記冷媒配管にそれぞれ接続された請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記熱源装置と前記負荷冷却装置は、複数設けられ、
前記複数の熱源装置に対して複数の負荷冷却装置がそれぞれ接続された請求項１記載の冷却装置。
【請求項４】
前記複数の負荷冷却装置は、共通の負荷設備に前記負荷側配管を介して接続された請求項３記載の冷却装置。
【請求項５】
前記ポンプは、ユニットに内蔵されている請求項１〜４の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第１熱交換器は、前記熱源装置から分離して当該熱源装置と異なる位置に設置された請求項１〜５の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記熱源装置に設けられ、前記負荷設備に応じて、少なくとも前記圧縮機の運転周波数を制御し、前記ポンプの運転周波数を個々に制御する制御装置を備えた請求項１〜６の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記複数の負荷冷却装置が独立して制御される請求項２又は３記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷設備を冷却する冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷却装置として、冷媒を圧縮機により圧縮する圧縮部分と、圧縮された冷媒を凝縮する熱交換部分と、凝縮された不凍液を冷却する冷却部分とを一体としたものがある（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、従来の冷却装置として、蒸発器により蒸発された不凍液を、ポンプによってショーケースなどの負荷設備に配管を介して搬送するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１９８９３４号公報
【特許文献２】特開平１１−１０１５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１における冷却装置は、負荷設備や用途に応じて冷却装置を、その都度検証し、設計する必要があった。また、現地でのシステム構築、検証が必要となるため、冷却装置そのもののコスト増加、現地施工、計装工事によるシステム設計などが必要となり、設置検討が煩雑となり、コストが増加するという課題があった。【０００６】
特許文献２における冷却装置では、ポンプにより実際の冷却場所まで不凍液を搬送する必要があるため、搬送動力が大きくなり、冷却装置全体の効率が低下するという課題があった。また、重要施設や食品や薬品等の製造設備を冷却する場合は、冷却装置が冷却できなくなる状態を避ける必要があるため、バックアップシステムを現地設備や負荷設備毎に検討し、設計した上で施工する必要がある。この場合、計装設備の設計の煩雑化、複雑化による設計期間の長期化及び施工費用の増加、施工期間の長期化という課題があった。【０００７】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、工事が容易で冷却装置全体の運転を高効率に行うことができる冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機及び圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する第１熱交換器を有する熱源装置と、熱源装置に冷媒配管を介して接続され、負荷設備からの水あるいは不凍液を冷媒配管から流入する冷媒により冷却する第２熱交換器を有する負荷冷却装置とを備え、負荷冷却装置は、熱源装置よりも負荷設備に近い場所に設置され、負荷設備からの水あるいは不凍液を循環させるポンプを有する負荷側配管と接続されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、負荷冷却装置を熱源装置よりも負荷設備に近い場所に設置しているので、ポンプによる不凍液の搬送動力を大幅に低減することができ、冷却装置全体の運転を高効率に行うことができる。また、負荷設備に応じてポンプの容量を最適に制御することにより、更なるポンプの搬送動力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷却装置の概略系統図である。
【図２】本発明の実施の形態１の変形例１を示す冷却装置の概略系統図である。
【図３】本発明の実施の形態１の変形例２を示す冷却装置の概略系統図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る冷却装置の概略系統図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る冷却装置の概略系統図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る冷却装置の概略系統図である。
【図７】本発明の実施の形態４の変形例を示す冷却装置の概略系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る冷却装置の概略系統図である。
本実施の形態１に係る冷却装置は、例えば機械室に設置された熱源装置１０と、熱源装置１０に冷媒配管１５を介して接続され、負荷設備側に設置された負荷冷却装置２０とで構成されている。
【００１２】
熱源装置１０は、１つのユニットとして、冷媒を圧縮する圧縮機１１、送風機１３、圧縮機１１により圧縮された冷媒を送風機１３からの空気と熱交換する第１熱交換器である空気熱交換器１２、制御装置１４などを備えている。また、圧縮機１１の吸入側には、余剰冷媒を貯留するアキュムレータ（図示せず）が設けられている。制御装置１４は、圧縮機１１の運転周波数、送風機１３の回転数、後述する減圧装置２２の弁開度、ポンプであるブラインポンプ２５の容量などを制御する。なお、圧縮機１１の運転周波数の制御は、制御装置１４により、インバーターを介して行われる。
【００１３】
負荷冷却装置２０は、冷媒配管１５を介して流入する冷媒を膨張させて減圧する減圧装置２２、負荷設備からの不凍液を減圧装置２２により減圧された冷媒と熱交換して冷却する第２熱交換器である冷却用熱交換器２１、冷却用熱交換器２１により冷却された不凍液の温度を検出する温度センサー２３などを備えている。
【００１４】
この負荷冷却装置２０は、熱源装置１０よりも負荷設備である例えば冷凍機に近い位置に設置されている。負荷冷却装置２０は、負荷側配管２４を介して冷凍機と接続されている。負荷側配管２４には、負荷冷却装置２０と冷凍機との間の不凍液を循環させるブラインポンプ２５が接続されている。なお、冷凍機の冷却媒体に不凍液を用いたことを一例として示しているが、不凍液に代えて水を用いても良い。
【００１５】
前述した制御装置１４は、信号の送受信が可能な通信線１６を介して減圧装置２２、温度センサー２３、ブラインポンプ２５などと接続されている。制御装置１４は、例えば、冷凍機の冷凍能力に応じて、圧縮機１１の運転周波数を制御すると共に、ブラインポンプ２５の容量を制御する。また、制御装置１４は、温度センサー２３により検出された不凍液の温度が冷凍機の目標温度となるように、減圧装置２２の弁開度を制御する。なお、減圧装置２２が負荷冷却装置２０内に設置されている場合を一例として示したが、その減圧装置２２を熱源装置１０内に設置しても良い。
【００１６】
以上のように本実施の形態１においては、負荷冷却装置２０を熱源装置１０よりも冷凍機に近い位置に設置しているだけであるため、工事が容易であり、ブラインポンプ２５による不凍液の搬送動力を大幅に低減することができ、冷却装置全体の運転を高効率に行うことができる。
【００１７】
また、冷凍機の冷凍能力に応じてブラインポンプ２５の容量を最適に制御することにより、更なるブラインポンプ２５の搬送動力の低減を図ることができる。
【００１８】
（変形例１）
図２は本発明の実施の形態１の変形例１を示す冷却装置の概略系統図である。なお、実施の形態１と同様の部分には、同じ符号を付している。
実施の形態１では、熱源装置１０を１つのユニットとして、機械室に設置したことを一例として説明したが、実施の形態１の変形例１として、図２に示すようにしても良い。
【００１９】
つまり、変形例１における冷却装置は、空気熱交換器１２に接続される冷媒配管１５ａを延長し、その空気熱交換器１２と送風機１３とを屋外に設置した熱源装置１０ａを用いるようにしたものである。この変形例１においては、空気熱交換器１２が屋外に設置されているので、機械室に設置された実施の形態１と比べ、熱交換効率が向上する。
【００２０】
（変形例２）
図３は本発明の実施の形態１の変形例２を示す冷却装置の概略系統図である。なお、実施の形態１と同様の部分には、同じ符号を付している。
実施の形態１及び変形例１で説明した空気熱交換器１２は、送風機１３からの空気で熱交換するようにしたが、変形例２として、水で熱交換する水熱交換器１２ａ（第１熱交換器に相当）を用いたものである。
【００２１】
つまり、変形例２における冷却装置は、水循環回路が形成されている水配管１２ｂと接続される水熱交換器１２ａを備えた熱源装置１０ｂを用いるようにしたものである。この水熱交換器１２ａは、機械室あるいは屋外の何れかに設置され、冷媒配管１５ａを介して流入する圧縮機１１からの冷媒を水と熱交換する。この変形例２においては、圧縮機１１により圧縮された冷媒を水熱交換器１２ａにより熱交換するようにしているので、変形例１と比べ、さらに熱交換効率が向上する。
【００２２】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係る冷却装置の概略系統図である。なお、実施の形態１と同様の部分には同じ符号を付し、実施の形態１と異なる部分のみを説明する。
本実施の形態２に係る冷却装置は、熱源装置１０からの冷媒配管１５に、それぞれ分岐管１５ｂを介して接続された複数の負荷冷却装置２０を備えている。
【００２３】
複数の負荷冷却装置２０は、異なる場所に設けられた負荷設備の近くに設置されている。つまり、複数の負荷冷却装置２０は、熱源装置１０よりも負荷設備である冷凍機に近い位置に設置されている。複数の負荷冷却装置２０は、それぞれ負荷側配管２４を介して冷凍機と接続されている。それぞれの負荷側配管２４には、負荷冷却装置２０と冷凍機との間の不凍液を循環させるブラインポンプ２５が接続されている。なお、冷凍機の冷却媒体に不凍液を用いたことを一例として示しているが、不凍液に代えて水を用いても良い。
【００２４】
以上のように本実施の形態２においては、複数の負荷冷却装置２０を熱源装置１０からの冷媒配管１５にそれぞれ分岐管１５ｂを介して接続した構成としている。このため、負荷設備である冷凍機の設置場所の選択自由度が大幅に向上し、従来、設置が困難であった場所にも設置することができる。また、冷凍機の設置場所の選択自由度が大幅に向上するので、冷却装置におけるシステムの構築が容易となる。
【００２５】
また、複数の負荷冷却装置２０を熱源装置１０よりも冷凍機に近い位置に設置しているので、ブラインポンプ２５による不凍液の搬送動力を大幅に低減することができ、冷却装置全体の運転を高効率に行うことができる。
【００２６】
また、冷凍機の冷凍能力に応じてブラインポンプ２５の容量を最適に制御することにより、更なるブラインポンプ２５の搬送動力の低減を行うことができる。
【００２７】
実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３に係る冷却装置の概略系統図である。なお、実施の形態２と同様の部分には同じ符号を付し、実施の形態２と異なる部分のみを説明する。
本実施の形態３は、熱源装置１０からの冷媒配管１５に、それぞれ分岐管１５ｂを介して接続された複数の負荷冷却装置２０を備えた冷却装置において、熱源装置１０の制御装置１４から配線された１本の通信線１６に、それぞれ負荷冷却装置２０側に配線された分岐通信線１６ａが接続されている。それぞれの分岐通信線１６ａは、負荷冷却装置２０に設けられた減圧装置２２及び温度センサー２３、ブラインポンプ２５に接続されている。
【００２８】
前記のように通信線１６と分岐通信線１６ａとで配線を構築することにより、熱源装置１０の制御装置１４は、それぞれの負荷設備である冷凍機の冷凍能力に応じて、圧縮機１１の運転周波数の制御、ブラインポンプ２５の容量の制御、温度センサー２３により検出された不凍液の温度が目標温度になるように減圧装置２２の弁開度を制御する。つまり、複数の負荷冷却装置２０は、制御装置１４により独立して制御される。
【００２９】
以上のように本実施の形態３においては、それぞれの負荷冷却装置２０側に配線された分岐通信線１６ａを、熱源装置１０の制御装置１４から配線された１本の通信線１６にそれぞれ接続する構成である。このため、熱源装置１０と複数の負荷冷却装置２０とを、共通のコントローラにより制御することができる。これにより、従来、負荷設備ごとに設計、施工を行う必要があった計装設備の設計が殆ど不要となり、冷却装置におけるシステム制御の構築が容易となる。
【００３０】
また、熱源装置１０と複数の負荷冷却装置２０との間の配線を通信線１６及び分岐通信線１６ａで接続しているので、配線工事を容易に行うことができ、施工期間の短縮及びコストの削減を図ることができる。
【００３１】
実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４に係る冷却装置の概略系統図である。なお、実施の形態１と同様の部分には同じ符号を付し、実施の形態１と異なる部分のみを説明する。
本実施の形態４に係る冷却装置は、例えば２台の熱源装置１０と、２台の熱源装置１０に対応して２台設けられ、個々に熱源装置１０に冷媒配管１５を介して接続された負荷冷却装置２０ａを１つのユニットとして備えている。
【００３２】
負荷冷却装置２０ａは、２台の熱源装置１０にそれぞれ冷媒配管１５を介して接続された２台の冷却用熱交換器２１（第２熱交換器に相当）、それぞれ冷媒配管１５に接続された２台の減圧装置２２、それぞれの冷却用熱交換器２１により冷却された不凍液の温度を検出する２個の温度センサー２３などを備えている。冷却用熱交換器２１は、負荷側配管２４を介して冷凍機と接続されている。この冷凍機は、異なる場所に設置されている。
【００３３】
また、本実施の形態４に係る冷却装置は、熱源装置１０にそれぞれ設けられた制御装置１４からの通信線１６が負荷冷却装置２０側に配線されている。それぞれの通信線１６は、負荷冷却装置２０ａに設けられた減圧装置２２及び温度センサー２３、ブラインポンプ２５に接続されている。
【００３４】
前記のような配線を構築することにより、各熱源装置１０の制御装置１４は、異なる冷凍機の冷凍能力に応じて、それぞれ圧縮機１１の運転周波数を制御し、個々にブラインポンプ２５の容量を制御する。また、各制御装置１４は、各温度センサー２３により検出された不凍液の温度がそれぞれの目標温度になるように減圧装置２２の弁開度をそれぞれ制御する。
【００３５】
以上のように本実施の形態４によれば、各熱源装置１０の制御装置１４により、異なる冷凍機の冷凍能力に応じて、それぞれ圧縮機１１の運転周波数を制御し、個々にブラインポンプ２５の容量を制御し、また、各温度センサー２３により検出された不凍液の温度がそれぞれの目標温度になるように減圧装置２２の弁開度をそれぞれ制御するようにしている。これにより、異なる冷凍機をそれぞれの冷凍能力に応じて制御することができ、このため、冷凍機に応じた最も効率の良い容量で運転を行うことができる。
【００３６】
なお、本実施の形態４では、１つのユニットとする負荷冷却装置２０ａに、２台の異なる冷凍機が負荷側配管２４を介して接続されていることを一例として説明したが、その負荷冷却装置２０ａに共通の冷凍機を接続するようにしても良い。つまり、負荷冷却装置２０ａに設けられた２台の冷却用熱交換器２１からの２系統の負荷側配管２４を１台の冷凍機に接続する。
【００３７】
この場合、一方の熱源装置１０により、１台の冷凍機を冷却するようにし、他方の熱源装置１０を停止状態とする。仮に一方の熱源装置１０が故障した場合には、この故障に連動して他方の熱源装置１０が運転を開始して、その共通の冷凍機の運転を継続する。
【００３８】
このように構成することにより、冷凍運転を停止させたくない冷凍機に適用でき、信頼性が向上する。
【００３９】
（変形例）
図７は本発明の実施の形態４の変形例を示す冷却装置の概略系統図である。
実施の形態４では、ブラインポンプ２５を負荷冷却装置２０ａの外側に設けているが、図７に示すように、負荷冷却装置２０ａ内にブラインポンプ２５を設けて、ブラインポンプ２５の運転を周波数制御で行うようにしても良い。ブラインポンプ２５を周波数制御で運転できるようにした場合、必要最小限の電力量での運転ができ、冷却装置としての高効率の運転を行うことができる。
【００４０】
実施の形態１〜４では、圧縮機１１をインバーターで運転するようにしたが、これに加えて、空気熱交換器１２の送風機１３もインバーターで運転できるようにしても良い。圧縮機１１と送風機１３とを負荷設備に合わせた最適な周波数で運転を行うことにより、不凍液の温度に応じた高効率な運転を行うことができる。
【００４１】
また、実施の形態１〜４で示す冷却用熱交換器２１として、負荷冷却装置２０、２０ａ、２０ｂの用途、負荷設備の大きさに応じて、プレート式熱交換器あるいはシェルアンドチューブ熱交換器の何れかを用いるようにしても良い。この場合、負荷冷却装置２０、２０ａ、２０ｂの用途、負荷設備の大きさに応じた最適の冷却装置とすることができ、負荷設備に必要な最小減の容量と設置スペースでの対応が可能となる。
【００４２】
図６及び図７に示すように、複数の熱源装置１０を組み合わせて運転する場合、負荷設備に応じた運転ではなく、圧縮機１１の周波数を効率の高いポイントで運転を行うように圧縮機１１の台数を制御するようにしても良い。この制御により、冷却装置全体としての高効率の運転ができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０、１０ａ、１０ｂ  熱源装置、１１  圧縮機、１２  空気熱交換器、１２ａ  水熱交換器、１２ｂ  水配管、１３  送風機、１４  制御装置、１５、１５ａ  冷媒配管、１５ｂ  分岐管、１６  通信線、１６ａ  分岐通信線、２０、２０ａ、２０ｂ  負荷冷却装置、２１  冷却用熱交換器、２２  減圧装置、２３  温度センサー、２４  負荷側配管、２５  ブラインポンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018003099.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018003099.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年9月21日(2018.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機及び圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する第１熱交換器を有する熱源装置と、熱源装置に２本の冷媒配管を介して接続され、負荷設備からの水あるいは不凍液を２本の冷媒配管のうちの一方の冷媒配管から流入する冷媒により冷却する複数の第２熱交換器を有する負荷冷却装置とを備え、負荷冷却装置は、熱源装置よりも負荷設備に近い場所に設置され、負荷設備からの水あるいは不凍液を循環させるポンプを有する負荷側配管と接続されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機及び前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する第１熱交換器を有する熱源装置と、
前記熱源装置に２本の冷媒配管を介して接続され、負荷設備からの水あるいは不凍液を前記２本の冷媒配管のうちの一方の冷媒配管から流入する冷媒により冷却する複数の第２熱交換器を有する負荷冷却装置と
を備え、
前記負荷冷却装置は、前記熱源装置よりも前記負荷設備に近い場所に設置され、前記負荷設備からの水あるいは不凍液を循環させるポンプを有する負荷側配管と接続された冷却装置。
【請求項２】
前記負荷冷却装置は、前記第１熱交換器で凝縮された冷媒を減圧する減圧装置を有し、前記熱源装置の下方に設置された請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記負荷冷却装置は、当該負荷冷却装置の下方に設置された前記負荷設備と接続された請求項１又は２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記ポンプは、前記負荷設備よりも上方で前記負荷側配管に接続され、前記負荷設備からの水あるいは不凍液を前記負荷冷却装置に送る請求項１〜３の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記負荷冷却装置は、異なる場所に設置された負荷設備に対応してそれぞれ配置され、前記熱源装置からの前記冷媒配管にそれぞれ接続された請求項１〜４の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記熱源装置と前記負荷冷却装置は、複数設けられ、
前記複数の熱源装置に対して前記複数の負荷冷却装置がそれぞれ接続された請求項１〜４の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記複数の負荷冷却装置は、共通の負荷設備に前記負荷側配管を介して接続された請求項６記載の冷却装置。
【請求項８】
前記ポンプは、前記負荷冷却装置に内蔵されている請求項１〜７の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記第１熱交換器は、前記圧縮機と異なる位置に設置された請求項１〜８の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記熱源装置に設けられ、前記負荷設備に応じて、少なくとも前記圧縮機の運転周波数を制御し、前記ポンプの運転周波数を個々に制御する制御装置を備えた請求項１〜９の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記複数の負荷冷却装置が独立して制御される請求項５又は６記載の冷却装置。
【国際調査報告】
2018003099.tif 000010
2018003099.tif 000011
2018003099.tif 000012
2018003099.tif 000013