(57)【要約】【課題】冷媒ポンプのキャビテーションを防止し、適正な空調能力制御を行える空調システムとその運転方法を提供する。【解決手段】  空調対象の室内空気との熱交換によって冷媒を気化する蒸発器と、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを液化させる凝縮器と、前記凝縮器で液化した冷媒液を前記蒸発器に送る冷媒ポンプと、前記凝縮器と前期冷媒ポンプとの間に設置され、前記凝縮器で液化した冷媒液を一時貯留する冷媒液タンクと、熱源機で発生した冷水を前記凝縮器に供給する第１冷水配管と、熱源機で発生した冷水を前記冷媒液タンクに供給する第２冷水配管と、前記冷媒液タンクの冷媒液の温度を測定するタンク液温度センサと、前記凝縮器に冷媒の凝縮に必要な冷水を供給すると共に、前記冷媒ポンプの吸込圧力から算出される蒸発温度より前記冷媒液タンクの冷媒液温度が低くなるように前記冷媒液タンクに冷水を供給する制御部を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調対象の室内空気との熱交換によって冷媒を気化する蒸発器と、
前記蒸発器で気化した冷媒ガスを液化させる凝縮器と、
前記凝縮器で液化した冷媒液を前記蒸発器に送る冷媒ポンプと、
前記凝縮器と前期冷媒ポンプとの間に設置され、前記凝縮器で液化した冷媒液を一時貯留する冷媒液タンクと、
熱源機で発生した冷水を前記凝縮器に供給する第１冷水配管を備えた空調システムにおいて、
熱源機で発生した冷水を前記冷媒液タンクに供給する第２冷水配管と、
前記冷媒液タンクの冷媒液の温度を測定するタンク液温度センサと、
前記凝縮器に冷媒ガスの凝縮に必要な冷水を供給する制御部を設けたことを特徴とする空調システム。
【請求項２】
請求項１に記載の空調システムにおいて、
前記第１冷水配管と第２冷水配管を直列に接続し、前記熱源機からの冷水を前記凝縮器と冷媒液タンクに直列に流すことを特徴とする空調システム。
【請求項３】
請求項２に記載の空調システムにおいて、
前記第１と第２の冷水配管は、前記熱源機からの冷水が前記冷媒液タンクを経由して前記凝縮器に流れるように接続されたことを特徴とする空調システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の空調システムにおいて、
さらに、前記冷媒ポンプの吐出圧力と吸込み圧力を測定する圧力センサと、前記冷媒ポンプの運転周波数を変えるインバータを設け、
前記制御部により吐出圧力と吸込み圧力の差圧が設定値になるように冷媒ポンプの運転周波数を制御することを特徴とする空調システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の空調システムにおいて、
さらに、空調対象室内の露点温度を検出する露点温度検出手段と、前記凝縮器で液化された冷媒液の温度を測定する凝縮液温度センサとを設け、
前記制御部により前記冷媒液タンクの冷媒液温度が前記露点温度検出手段で検出された露点温度以下の場合には、冷媒液タンクの冷媒液温度が室内露点温度以上になるように冷媒液タンクへの冷水の流量を調整するとともに、前記凝縮器の液冷媒温度が該冷媒液タンクの冷媒液温度以上になるように前記凝縮器への冷水の流量を調整することを特徴とする空調システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の空調システムにおいて、
前記制御部により前記冷媒ポンプの吸込圧力から蒸発温度を計算し、この計算された蒸発温度より前記冷媒液タンクの冷媒液温度が低くなるように前記冷媒液タンクに冷水を供給することを特徴とする空調システム。
【請求項７】
空調対象の室内空気との熱交換によって冷媒を気化する蒸発器と、
前記蒸発器で気化した冷媒ガスを液化させる凝縮器と、
前記凝縮器で液化した冷媒液を前記蒸発器に送る冷媒ポンプと、
前記凝縮器と前期冷媒ポンプとの間に設置され、前記凝縮器で液化した冷媒液を一時貯留すると共に冷媒液を冷却する冷媒液タンクと、
熱源機で発生した冷水を前記凝縮器と冷媒液タンクに供給する冷水配管を備え、
制御部により前記各部を動作制御する空調システムの運転方法において、
前記凝縮器に冷媒の凝縮に必要な冷水を供給することを特徴とする空調システムの運転方法。
【請求項８】
請求項７に記載の空調システムの運転方法において、
前記凝縮器へ冷水を供給する冷水配管と前記冷却機構に供給する冷水配管を直列に接続し、熱源機からの冷水を前記凝縮器と前記冷媒液タンクに直列に流すことを特徴とする空調システムの運転方法。
【請求項９】
請求項８に記載の空調システムの運転方法において、
熱源機からの冷水を前記冷媒液タンクを経由して前記凝縮器へ供給することを特徴とする空調システムの運転方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれかに記載の空調システムの運転方法において、
前記冷媒ポンプの吐出圧力と吸込み圧力を測定し、吐出圧力と吸込み圧力の差圧が設定値になるように冷媒ポンプの回転周波数を制御することを特徴とする空調システムの運転方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれかに記載の空調システムの運転方法において、
さらに、空調対象室内の露点温度を検出する露点温度検出手段と、前記凝縮器で液化された冷媒液の温度を測定する凝縮液温度センサとを設け、
前記冷媒液タンクの冷媒液温度が前記露点温度検出手段で検出された露点温度以下の場合には、冷媒液タンクの冷媒液温度が室内露点温度以上になるように冷媒液タンクへの冷水の流量を調整するとともに、前記凝縮器の液冷媒温度が該冷媒液タンクの冷媒液温度以上になるように前記凝縮器への冷水の流量を調整することを特徴とする空調システムの運転方法。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれかに記載の空調システムの運転方法において、
前記冷媒ポンプ入口での吸込圧力から蒸発温度を計算し、この計算された蒸発温度より前記冷媒液タンクの冷媒液温度が低くなるように前記冷媒液タンクに冷水を供給することを特徴とする空調システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調対象の室内に設置される空調装置に必要な冷媒を冷媒ポンプにより循環させる方式の空調システムとその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、潜熱輸送による熱搬送効率の向上や、空調対象の室内での冷水循環を嫌う用途での対応策として、１次側で作成した冷水と冷媒を熱交換し、熱交換された冷媒を冷媒ポンプにより２次側で循環して冷却を行う冷媒強制循環式冷却システムが採用されている。このような冷却システムでは、負荷変動により冷媒ポンプの運転状態や冷水の供給量を変えて能力制御が行われるが、この制御の中で冷媒循環系内圧力と冷媒温度のバランスが崩れると冷媒ポンプの吸込み側でキャビテーションが起こり、冷媒ポンプの性能が急激に低下する可能性がある。
【０００３】
このような背景から、冷媒強制循環式冷却システムにおける冷媒ポンプのキャビテーションを防止する様々な技術が提案されている。たとえば、特許文献１に記載される冷却システムのキャビテーション防止制御では、負荷が増大して冷水供給量を増加させるときに、冷水供給量を段階的に増加させることにより、冷媒循環系内の圧力低下速度と温度低下速度に差をもたせてキャビテーションを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８１２１８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、上記特許文献１に示される冷水供給量の増加速度を段階的に調整してキャビテーションを防止するシステムでは、図７に示すように、負荷変動に対して冷水により凝縮器６ａの冷媒液温度を低下させて対応しているため、凝縮器６ａでの冷媒圧力が低下し、空調対象室の蒸発器７ａの蒸発温度の低下を引き起こす恐れがある。蒸発器７ａの蒸発温度の低下が起こると、空調対象室内が過剰冷却され適正な空調がなされなくなると共に、省エネ運転に反する。したがって、適正な空調能力制御を行うためには、冷媒温度の過冷却時に系内圧力の制御が重要になる。
【０００６】
本発明は上記従来の技術に鑑み、冷媒ポンプのキャビテーションを防止するとともに、適正な空調能力制御を行える空調システムとその運転方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、空調対象の室内空気との熱交換によって冷媒を気化する蒸発器と、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを液化させる凝縮器と、前記凝縮器で液化した冷媒液を前記蒸発器に送る冷媒ポンプと、前記凝縮器と前期冷媒ポンプとの間に設置され、前記凝縮器で液化した冷媒液を一時貯留する冷媒液タンクと、熱源機で発生した冷水を前記凝縮器に供給する第１冷水配管を備えた空調システムにおいて、
熱源機で発生した冷水を前記冷媒液タンクに供給する第２冷水配管と、
前記冷媒液タンクの冷媒液の温度を測定するタンク液温度センサと、
前記凝縮器に冷媒ガスの凝縮に必要な冷水を供給する制御部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、上記に記載の空調システムにおいて、前記第１冷水配管と第２冷水配管を直列に接続し、前記熱源機からの冷水を前記凝縮器と冷媒液タンクに直列に流すことを特徴とする。
【０００９】
また、上記に記載の空調システムにおいて、前記第１と第２の冷水配管は、前記熱源機からの冷水が前記冷媒液タンクを経由して前記凝縮器に流れるように接続されたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記に記載の空調システムにおいて、さらに、前記冷媒ポンプの吐出圧力と吸込み圧力を測定する圧力センサと、前記冷媒ポンプの運転周波数を変えるインバータを設け、
前記制御部により吐出圧力と吸込み圧力の差圧が設定値になるように冷媒ポンプの運転周波数を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、上記に記載の空調システムにおいて、さらに、空調対象室内の露点温度を検出する露点温度検出手段と、前記凝縮器で液化された冷媒液の温度を測定する凝縮液温度センサとを設け、前記制御部により前記冷媒液タンクの冷媒液温度が前記露点温度検出手段で検出された露点温度以下の場合には、冷媒液タンクの冷媒液温度が室内露点温度以上になるように冷媒液タンクへの冷水の流量を調整するとともに、前記凝縮器の液冷媒温度が該冷媒液タンクの冷媒液温度以上になるように前記凝縮器への冷水の流量を調整することを特徴とする。
【００１２】
また、上記に記載の空調システムにおいて、前記制御部により前記冷媒ポンプの吸込圧力から蒸発温度を計算し、この計算された蒸発温度より前記冷媒液タンクの冷媒液温度が低くなるように前記冷媒液タンクに冷水を供給することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するため、空調対象の室内空気との熱交換によって冷媒を気化する蒸発器と、前記蒸発器で気化した冷媒ガスを液化させる凝縮器と、前記凝縮器で液化した冷媒液を前記蒸発器に送る冷媒ポンプと、前記凝縮器と前期冷媒ポンプとの間に設置され、前記凝縮器で液化した冷媒液を一時貯留すると共に冷媒液を冷却する冷媒液タンクと、熱源機で発生した冷水を前記凝縮器と冷媒液タンクに供給する冷水配管を備え、制御部により前記各部を動作制御する空調システムの運転方法において、前記凝縮器に冷媒の凝縮に必要な冷水を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、適正な空調能力制御によりキャビテーションの防止と、省エネ運転を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１のブロック構成図である。
【図２】本発明の実施例２のブロック構成図である。
【図３】本発明の実施例３のブロック構成図である。
【図４】本発明の実施例４のブロック構成図である。
【図５】本発明の実施例の凝縮器への冷水の流量制御のフロー図である。
【図６】本発明の実施例の冷媒液タンクへの冷水の流量制御のフロー図である。
【図７】従来装置のブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の各実施例を説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１に本発明の実施例１のブロック構成図を示す。空調システムは、空調対象の室内空気との熱交換によって冷媒を気化する蒸発器２１ａ、２１ｂと、この蒸発器で気化した冷媒ガスを液化させる凝縮器１０と、凝縮器１０で液化した冷媒液を前記蒸発器２１ａ、２１ｂに循環させる冷媒ポンプ５０と、凝縮器１０の冷媒液温度を測定する凝縮液温度センサ１１と、前記凝縮器１０と前期冷媒ポンプ５０との間に設置され、前記凝縮器１０で液化した冷媒液を一時貯留する冷媒液タンク６０と、熱源機７０で発生した冷水を冷水ポンプ７２で前記凝縮器５０に供給する第１冷水配管７１ａなどで構成される。
【００１８】
さらに、空調システムには、冷媒液タンク６０内の冷媒液を冷やすための冷媒冷却機構６２、熱源機７０で発生した冷水を冷媒冷却機構６２に供給する第２冷水配管７１ｂと、冷媒液タンク６０の冷媒液の温度を測定するためのタンク液温度センサ６１と、冷水ポンプ７２で凝縮器１０に冷媒の凝縮に必要な量の冷水を熱源機７０から供給すると共に、冷媒ポンプ５０の吸込圧力に相当する蒸発温度よりも冷媒液タンク６０の冷媒液温度が低くなるように冷媒液タンク６０に所定量の冷水を供給する制御部７４が設けられている。
【００１９】
蒸発器２１ａ、２１ｂは、送風機２２ａ、２２ｂとともに冷却装置２０ａ、２０ｂに組み込まれ、空調対象の室内に設置される。蒸発器２１ａ、２１ｂの内部には冷媒液が循環し、送風機２２ａ、２２ｂによって室内の高温空気２３ａ、２３ｂが吹付けられることにより、内部の冷媒液が蒸発して吹付けられた高温空気から熱を奪う。これによって、室内の高温空気２３ａ、２３ｂが冷却され、冷却空気２４ａ、２４ｂとして室内に吹出される。
【００２０】
一方、蒸発器２１ａ、２１ｂで蒸発によりガス化された冷媒ガスは、冷媒ガス管３０を経由して凝縮器１０に送られ、熱源機７０からの冷水と熱交換して液化される。液化された冷媒は、一旦冷媒タンク６０に貯蔵され、ここから冷媒ポンプ５０により冷媒液管３１を通り、蒸発器２１ａ、２１ｂへ送られる。このとき、凝縮液温度センサ１１で測定された凝縮器冷媒液温度が、冷却装置２０ａ、２０ｂでの冷却に必要な設計値になるように、冷水流量が調整される。このときの調整は、凝縮器冷媒液温度を過剰に低下させないように、制御部７４によって冷水ポンプ７２の流量の制御か、または、三方弁７３の開度による流量制御でなされる。
【００２１】
この調整動作は、図５に示す動作フローによってなされる。すなわち、ステップ（Ｓ）１０１で開始後、Ｓ１０２でセンサ１１により凝縮器１０の凝縮液温度が測定され、Ｓ１０３で凝縮液温度が冷却装置２０ａ、２０ｂでの冷却に必要な設計値より高いか否か比較され、ＮＯ（低い）の場合はＳ１０５で冷水量が減少制御されてＳ１０２に戻る。Ｓ１０３でＹＥＳの場合、次のＳ１０４で凝縮液温度と設計値とほぼ同じか否か判断され、ＹＥＳの場合はＳ１０７で制御を終了する。Ｓ１０４でＮＯ（高い）の場合はＳ１０６で冷水量が増大制御されてＳ１０２に戻る。
【００２２】
また、制御部７４により、冷媒液温度センサ６１で冷媒液タンク６０内の冷媒液の温度が測定されると共に、吸込圧力センサ５１で測定された吸込側圧力値から、冷媒ポンプ５０の吸込部分の蒸発温度が算出される。そして、上記で測定されたタンク内の冷媒液温度が、算出された冷媒ポンプ５０の吸込部分の蒸発温度よりも１〜２℃低い温度になるように、制御部７４により冷媒液タンク６０に流れる冷水流量を調整する。この調整動作は、図６に示す動作フローによってなされる。
【００２３】
ステップ（Ｓ）２０１で開始後、Ｓ２０２でタンクの冷媒液の温度測定と、冷媒ポンプの吸込側の圧力値から蒸発温度が算出される。次いで、Ｓ２０３でタンクの冷媒液温度が上記で算出された蒸発温度より例えば、ほぼ２℃低いか否かが判定される。ＹＥＳの場合、Ｓ２０７で制御を終了し、ＮＯの場合、Ｓ２０４でタンクの冷媒液温度が蒸発温度より例えば、２℃以上低いか否かが判定される。ＹＥＳの場合、Ｓ２０５で冷水量を減少制御してＳ２０２に戻り、ＮＯの場合、Ｓ２０６で冷水量を増大制御してＳ２０２に戻る。
【００２４】
本実施例は上記したように、冷媒液タンクで冷媒液の過冷却を行い、凝縮器で冷媒ガスの液化と冷却装置で必要な分の熱交換を行うことで、熱交換を分担するようにしたので、凝縮器１０での冷媒圧力の低下を抑えることができる。したがって、冷媒系内の圧力低下を抑制することができ、空調対象室内での過剰冷却を防止して適正な運転を行うことができる。また、冷媒ポンプ５０の吸込側の蒸発温度と冷媒液タンクの冷媒液温度との関係を制御することにより、キャビテーションを防止することができる。
【００２５】
（実施例２）
図２に本発明の実施例２のブロック構成図を示す。上記実施例1で説明したように、凝縮器１０で液化された冷媒温度に対し、冷媒液タンク６０で過冷却された冷媒温度が低くなるように制御されるので、本実施例では、制御が容易なように凝縮器１０に流す冷水温度より低い温度の冷水を冷媒液タンク６０に流すようにしたものである。
【００２６】
具体的には、凝縮器１０と冷媒液タンク６０にそれぞれ冷水を供給する第１冷水配管７１ａと、第２冷水配管７１ｂを直列に接続している。この接続において、熱原機７０からの冷水を、先に冷媒タンク６０に供給して冷媒液と熱交換し、この熱交換で温度上昇した冷水をさらに、凝縮器１０に供給して冷媒ガスと熱交換して冷媒を液化するように、カスケード利用している。この冷水のカスケード利用により、冷水による冷媒液タンク６０と凝縮器１０へ効率よく熱分配できると共に、熱原機の省エネ運転が可能となる。
【００２７】
（実施例３）
図３に本発明の実施例３のブロック構成図を示す。５１は冷媒ポンプ５０の吸込圧力を測定する冷媒ポンプの吸込圧力センサ、５２は冷媒ポンプ５０の吐出圧力を測定する冷媒ポンプの吐出圧力センサ、５３は冷媒ポンプ５０の運転周波数を変えるインバータである。制御部７４は、吸込圧力センサ５１の測定値と吐出圧力センサ５２の測定値の差が設定値になるように、インバータ５３の運転周波数を制御する。本実施例では、冷媒ポンプ５０の吸込圧力と吐出圧力の差圧を設定値に維持できるので、部分負荷時の系内圧力上昇を抑制することで、蒸発圧力の上昇が抑制できるので、システムの適正な冷却能力制御が可能となる。
【００２８】
（実施例４）
図４に本発明の実施例４のブロック構成図を示す。本実施例では、空調対象室２６の露点温度を検出する室内露点温度検出手段８０を設けている。上記構成において、制御部７４は、露点温度検出手段８０の検出値が、前記冷媒液タンク６０内の冷媒液温度よりも高い場合、冷媒液タンク６０の冷媒液温度を室内露点温度以上になるように、冷媒液タンク６０への冷水流量を減少させるように制御する。同時に制御部７４は、凝縮器１０の出口冷媒温度が冷媒液タンク６０の上記で設定された冷媒温度以上になるように冷水流量を減少させるように制御する。
【００２９】
本実施例では、冷媒液タンク６０内の冷媒液温度を制御することにより、結露防止が可能となると共に、前記した各実施例の効果を有する。すなわち、冷媒系内の圧力低下を抑制しながらキャビテーションを防止することが可能となるとともに、冷水のカスケード利用により省エネ運転が可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１０…凝縮器、１１…凝縮液温度センサ、２０ａ、２０ｂ…冷却装置、２１ａ、２１ｂ…蒸発器、２２ａ、２２ｂ…送風機、２６…空調対象室、３０…冷媒ガス管、３１…冷媒液管、５０…冷媒ポンプ、５１…吸込圧力センサ、５２…吐出圧力センサ、５３…インバータ、６０…冷媒液タンク、６１…冷媒液温度センサ、６２…冷媒冷却機構、７０…熱源機、７１ａ…第１冷水配管、７１ｂ…第２冷水配管、７２…冷水ポンプ、７３…三方弁、７４…制御部、８０…室内露点温度検出手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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