(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータが圧縮機の回転数を所定回転数に維持した状態でも、圧縮機の運転を続行して、冷却水の精密な温度調整を容易に行うことができる温度調整装置を提供する。【解決手段】インバータ１８付の圧縮機１０、第１熱交換器１２、冷熱媒と冷却水との熱交換を行う第２熱交換器１４を具備し、前記冷却水の冷却サイクル回路と加熱サイクル回路とを切り替える四方弁２４を設けた冷却水の温度調整装置であって、四方弁２４と第１熱交換器１２との間に設けられ、圧縮機１０から吐出された冷熱媒又は第１熱交換器１２を通過した冷熱媒が供給される第３熱交換器２６と、第２熱交換器１４に直接供給される冷却水と、第３熱交換器２６に供給する冷却水とに分流する比例三方弁２８とを設け、比例三方弁２８を駆動し、第３熱交換器２６側に分流する冷却水量を調整する制御部３０が設けられている。【選択図】図１
2009052869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷熱媒を圧縮する圧縮機と、前記冷熱媒を加熱又は冷却する第１熱交換器と、前記冷熱媒と冷却水との熱交換を行う第２熱交換器と、前記冷熱媒を断熱的に膨張する膨張弁と、前記冷却水の温度と設定温度との温度差に基づいて前記圧縮機の回転数を制御し、前記回転数が所定回転数まで低下したとき、前記圧縮機の回転数を前記所定回転数に維持するインバータとを具備し、
前記圧縮機で圧縮して第１熱交換器で冷却した冷熱媒を、前記膨張弁で断熱的に膨張し冷却してから第２熱交換器に供給する冷却水の冷却サイクル回路と、前記圧縮機で圧縮し第２熱交換器に供給して前記冷却水を加熱し放熱した冷熱媒を、前記膨張弁で断熱的に膨張し冷却してから第１熱交換器に供給して昇温する冷却水の加熱サイクル回路とを切り替える四方弁が設けられた冷却水の温度調整装置であって、
前記四方弁と第１熱交換器との間に設けられ、前記圧縮機から吐出された冷熱媒又は第１熱交換器を通過した冷熱媒が供給される第３熱交換器と、前記第２熱交換器に供給される冷却水のうち、前記第２熱交換器に直接供給される直接供給冷却水と合流し、前記第２熱交換器に供給される冷却水を温度調整するように温度調整用冷却水を、前記第３熱交換器に分流して加熱又は冷却する制御弁部とが設けられ、
前記四方弁が冷却サイクル回路側に切り替えられ、前記圧縮機の回転数が所定回転数に到達している場合であって、前記冷却水を更に冷却する際に、或いは前記四方弁が加熱サイクル回路側に切り替えられ、前記圧縮機の回転数が所定回転数に到達している場合であって、前記冷却水を更に加熱する際に、前記制御弁部を制御し、前記第２熱交換器を通過した冷却水の温度と設定温度との温度差とに基づいて、前記第３熱交換器側に分流する冷却水量を調整する制御部が設けられていることを特徴とする冷却水の温度調整装置。
【請求項２】
第１熱交換器には、冷熱媒が通過する配管に向かって外部空気を吹き付けるファンが設けられている請求項１記載の冷却水の温度調整装置。
【請求項３】
制御弁部が、比例三方弁である請求項１又は請求項２記載の冷却水の温度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却水の温度調整装置に関し、更に詳細には産業機械等に用いられる冷却水の温度を所定温度に調整する冷却水の温度調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、広く産業機械として用いられている大型化コンピュータのＬＳＩを冷却する冷却水の温度調整装置として、下記特許文献１には、図３に示す温度調整装置が提案されている。
図３に示す温度調整装置は、空調機１００で空調されている室１０２内に載置されているＬＳＩの温度調整装置として用いられている。
かかる温度調整装置では、図３（ａ）に示す様に、ＬＳＩを冷却する冷却水を循環するポンプ１０３が設けられた冷却水流路１０４と、冷熱媒を圧縮する圧縮機１０６、冷熱媒と室内１０２の空気との熱交換を行う第1熱交換器１０８、膨張弁１１０及び四方弁１１２が設けられた冷熱媒流路１１４とを、第２熱交換器１１６を介して熱交換可能に配設してヒートポンプサイクルを形成している。
更に、圧縮機１０６には、圧縮機１０６の回転数を制御するインバータ１１８が設けられている。このインバータ１１８は、冷却水流路１０４の第２熱交換器１１６の出口側に設けられた温度センサ１２０で測定された冷却水温に基づいて圧縮機１０６の回転数を制御し、冷却水流路の第２熱交換器１１６の出口側の冷却水温を所定値に維持する。
【特許文献１】特開昭６３−１７６９５６号公報
【０００３】
図３（ａ）に示す四方弁１１２は、第２熱交換器１１６において、冷却水を加熱する加熱サイクル回路側と冷却水を冷却する冷却サイクル回路側とに切り換えることができる。
図３（ａ）に示す四方弁１１２の位置では、冷却水を加熱する加熱サイクル回路側に切り替えられている。この加熱サイクル回路側では、圧縮機１０６で圧縮された冷熱媒を第２熱交換器１１６に供給して冷却水を加熱する。この様に、第２熱交換器１１６で冷却水を加熱して放熱した冷熱媒は、膨張弁１１０で断熱的に膨張されて冷却された後、第１熱交換器１０８で室内空気と熱交換し昇温してから圧縮機１０６に再供給される。
冷却水流路１０４の温度センサ１２０で測定された冷却水温が設定値よりも高温となった場合には、図３（ｂ）に示す様に、四方弁１１２によって冷却水を冷却する冷却サイクル回路側に切り替えられる。
図３（ｂ）に冷却水を冷却する冷却サイクル回路側では、圧縮機１０６で圧縮された冷熱媒を、第１熱交換器１０８で放熱して冷却した後、膨張弁１１０によって断熱的に膨張し更に冷却してから第２熱交換器１１６に供給して冷却水を冷却する。冷却水を冷却して昇温された冷熱媒は、再度圧縮機１０６で圧縮される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図３に示す温度調整装置では、四方弁１１２によって切り替えられた、加熱サイクル回路側又は冷却サイクル回路側においても、冷却水流路１０４の第２熱交換器１１６の出口側に設けられた温度センサ１２０で測定された冷却水温に基づいて、インバータ１１８は圧縮機１０６の回転数を制御し、冷却水流路１０４の第２熱交換器１１６の出口側での冷却水温を所定値に維持できる。
ところで、インバータ１１８による圧縮機１０６の回転数の制御は、図４に示す様に、冷却水流路１０４の第２熱交換器１１６の出口側に設けられた温度センサ１２０で測定された冷却水温と設定温度との温度差が小となるほど、圧縮機１０６の回転数を低下するように制御する。
しかし、圧縮機１０６の回転数が所定回転数まで低下したとき、温度センサ１２０の測定温度と設定温度との温度差が更に小さくなっても、インバータ１１８は所定回転数を維持する。圧縮機１０６の回転数を所定回転数よりも低下した場合には、圧縮機１０６が不安定化するおそれがあるからである。
従って、図４に示す斜線部の範囲では、圧縮機１０６の回転数変更による冷却水の温度調整はできなくなり、冷却水の精密な温度調整はできない。
このため、図４に示す斜線部での冷却水の温度調整を図るべく、温度センサ１２０の測定温度と設定温度との温度差に基づいて圧縮機１０６をＯＮ−ＯＦＦ制御することが考えられる。
しかしながら、圧縮機１０６を頻繁にＯＮ−ＯＦＦすることは、圧縮機１０６のメンテナンス上問題であり、系に与える変動も大きい。
【０００５】
また、図５に示す様に、冷却水流路１０４に補助ヒータ２００を設けることによって、冷却水の精密な温度調整を可能にできる。
つまり、冷却水の冷却サイクル回路側に切り替えられており、図４に示す冷却側の斜線部の範囲に位置する場合には、所定回転数で回転する圧縮機１０６によって冷却水に加えられる過剰な冷熱を、補助ヒータ２００の加熱によって除去し、冷却水を設定温度に近づけることができる。
他方、冷却水の加熱サイクル回路側に切り替えられており、図４に示す加熱側の斜線部の範囲に位置する場合には、圧縮機１０６を停止して、不足する熱量を補助ヒータ２００によって補うことによって、冷却水を設定温度に近づけることができる。
しかしながら、図５に示す様に、補助ヒータ２００を設けた温度調整装置でも、圧縮機１０６のＯＮ―ＯＦＦによって系が不安定となる懸念が依然として存在し、且つ冷却水を冷却しつつ加熱するため、省エネルギーの観点からも好ましくない。
そこで、本発明の課題は、圧縮機の回転数が所定回転数まで低下したとき、インバータが圧縮機の回転数を所定回転数に維持し、圧縮機の回転数の調整によって冷却水の精密温度制御が困難となる従来の冷却水の温度調整装置の課題を解決し、圧縮機の回転数が所定回転数まで低下し、インバータが圧縮機の回転数を所定回転数に維持した状態でも、圧縮機の運転を続行して、冷却水の精密な温度調整を容易に行うことができ、且つ省エネルギーを図ることのできる温度調整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】
【０００６】
本発明者等は、前記課題を解決すべく検討した結果、図３（ｂ）に示す冷却水の冷却サイクル回路側であって、インバータ１１８が圧縮機１０６の回転数を所定回転数に維持している場合（図４に示す冷却側の斜線部に位置している場合）には、所定回転数で回転している圧縮機１０６による冷却能力が大きいため、第２熱交換器１１６に供給される冷却水の一部を、圧縮機１０６から吐出されて加熱された冷熱媒で加熱して、第２熱交換器１１６に供給する冷却水を温度調整することによって、第２熱交換器１１６を通過した冷却水の温度を所定温度に調整できることを知った。
また、図３（ａ）に示す冷却水の加熱サイクル回路側であって、インバータ１１８が圧縮機１０６の回転数を所定回転数に維持している場合（図４に示す加熱側の斜線部に位置している場合）には、所定回転数で回転している圧縮機１０６による加熱能力が大きいため、第２熱交換器１１６に供給される冷却水の一部を、膨張弁１１０で断熱的に膨張されて冷却された後、第１熱交換器１０８で室内空気と熱交換し昇温された冷熱媒で冷却して、第２熱交換器１１６に供給する冷却水を温度調整することによって、第２熱交換器１１６を通過した冷却水の温度を所定温度に調整できることを知り、本発明に到達した。
【０００７】
すなわち、本発明は、冷熱媒を圧縮する圧縮機と、前記冷熱媒を加熱又は冷却する第１熱交換器と、前記冷熱媒と冷却水との熱交換を行う第２熱交換器と、前記冷熱媒を断熱的に膨張する膨張弁と、前記冷却水の温度と設定温度との温度差に基づいて前記圧縮機の回転数を制御し、前記回転数が所定回転数まで低下したとき、前記圧縮機の回転数を前記所定回転数に維持するインバータとを具備し、前記圧縮機で圧縮して第１熱交換器で冷却した冷熱媒を、前記膨張弁で断熱的に膨張し冷却してから第２熱交換器に供給する冷却水の冷却サイクル回路と、前記圧縮機で圧縮し第２熱交換器に供給して前記冷却水を加熱し放熱した冷熱媒を、前記膨張弁で断熱的に膨張し冷却してから第１熱交換器に供給して昇温する冷却水の加熱サイクル回路とを切り替える四方弁が設けられた冷却水の温度調整装置であって、前記四方弁と第１熱交換器との間に設けられ、前記圧縮機から吐出された冷熱媒又は第１熱交換器を通過した冷熱媒が供給される第３熱交換器と、前記第２熱交換器に供給される冷却水のうち、前記第２熱交換器に直接供給される直接供給冷却水と合流し、前記第２熱交換器に供給される冷却水を温度調整するように温度調整用冷却水を、前記第３熱交換器に分流して加熱又は冷却する制御弁部とが設けられ、前記四方弁が冷却サイクル回路側に切り替えられ、前記圧縮機の回転数が所定回転数に到達している場合であって、前記冷却水を更に冷却する際に、或いは前記四方弁が加熱サイクル回路側に切り替えられ、前記圧縮機の回転数が所定回転数に到達している場合であって、前記冷却水を更に加熱する際に、前記制御弁部を制御し、前記第２熱交換器を通過した冷却水の温度と設定温度との温度差とに基づいて、前記第３熱交換器側に分流する冷却水量を調整する制御部が設けられていることを特徴とする冷却水の温度調整装置にある。
かかる本発明において、第１熱交換器として、冷熱媒が通過する配管に向かって外部空気を吹き付けるファンが設けられている熱交換器を用いることによって、外部空気の温度を吸収するヒートポンプとしても用いることができる。
また、制御弁部としては、比例三方弁を好適に用いることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る冷却水の温度調整装置では、四方弁と第１熱交換器との間に第３熱交換器を設け、且つ冷却水の加熱サイクル回路側であって、インバータが圧縮機の回転数を所定回転数に維持している場合（図４示す加熱側の斜線部に位置している場合）には、第２熱交換器に供給される冷却水を、制御弁部によって第２熱交換器に直接供給する直接供給冷却水と、膨張弁で断熱的に膨張して冷却した後、第１熱交換器を通過して昇温した冷熱媒が供給される第３熱交換器に供給する供給水とに分流し、第３熱交換器で冷却した冷却水を直接供給冷却水と合流することによって、第２熱交換器に供給する冷却水を温度調整できる。
一方、冷却水の冷却サイクル回路側であって、インバータが圧縮機の回転数を所定回転数に維持している場合（図４に示す冷却側の斜線部に位置している場合）には、第２熱交換器に供給される冷却水を、制御弁部によって第２熱交換器に直接供給する直接供給冷却水と、圧縮機で圧縮された冷熱媒が供給される第３熱交換器に供給する供給水とに分流し、第３熱交換器で加熱した冷却水を直接供給冷却水と合流することによって、第２熱交換器に供給する冷却水を温度調整できる。
その結果、本発明に係る冷却水の温度調整装置によれば、図４示す斜線部の領域に位置している場合でも、圧縮機を所定回転数に維持して連続運転しつつ、冷却水流路に補助ヒータ等を設置することなく冷却水の精密温度調整を可能にでき、省エネルギーも図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係る冷却水の温度制御装置の概要を図１に示す。図１に示す冷却水の温度制御装置には、インバータ１８によって回転数が制御されている圧縮機１０、四方弁２４、第３熱交換器２６、第1熱交換器１２、第２熱交換器１４、膨張弁１６及び制御弁部としての比例三方弁２８が設けられている。
かかる比例三方弁２８は、第２熱交換器１４に供給される冷却水のうち、第２熱交換器１４に直接供給する直接供給用冷却水と第３熱交換器２６に供給する温度調整用冷却水とを比例的に分流する。
この比例三方弁２８では、供給された冷却水の全量を、直接供給用冷却水と温度調整用冷却水とに分流でき、直接供給用冷却水と温度調整用冷却水とに分流する分流比率を連続的に変更できる。
また、第３熱交換器２６は、四方弁２４と第１熱交換器１２との間に設けられており、圧縮機１０で圧縮された冷熱媒又は第１熱交換器１２を通過した冷熱媒が供給され、比例三方弁２８で分流された温度調整用冷却水を加熱又は冷却する。第３熱交換器２６で加熱又は冷却された冷却水は、第２熱交換器１４に直接される直接供給用冷却水と合流し、第２熱交換器１４に供給する冷却水を所定温度に調整する。
更に、第２熱交換器１４には、比例三方弁２８で分流された直接供給用冷却水と第３熱交換器２６で加熱された温度調整用冷却水とが合流されて温度調整されて供給された冷却水と、第1熱交換器１２及び膨張弁１６を経由して冷却された冷熱媒又は圧縮機１０で圧縮された冷熱媒とが供給される。
この第２熱交換器１４を通過して所定温度に調整された冷却水は、ユーザに供給され、ユーザから戻って貯留槽２０に貯留された冷却水は、送液ポンプ２２によって比例三方弁２８に供給される。
尚、第1熱交換器１２としては、冷熱媒が通過する配管に向かって外部空気を吹き付けるファン１２ａが設けられている熱交換器が用いられている。
【００１０】
かかる図１に示す冷却水の温度調整装置には、圧縮機１０で圧縮して第１熱交換器１２で冷却した冷熱媒を、膨張弁１６で断熱的に膨張し冷却してから第２熱交換器１４に供給する冷却水の冷却サイクル回路と、圧縮機１０で圧縮し第２熱交換器１４に供給して冷却水を加熱し放熱した冷熱媒を、膨張弁１６で断熱的に膨張し冷却してから第１熱交換器１２に供給して昇温する冷却水の加熱サイクル回路とを切り替える四方弁２４が設けられている。
図１に示す冷却水の温度調整装置に設けられた膨張弁１６、インバータ１８、四方弁２４及び比例三方弁２８は、制御部３０によって制御されている。この制御部３０には、第２熱交換器１４で温度調整された冷却水が通水される配管に設けられた温度センサ３４で測定された冷却水の温度データが送信される。
尚、圧縮機１０には、アキュームレータ３２に貯留された冷熱媒が供給される。
【００１１】
図１に示す冷却水の温度調整装置では、ユーザの産業機械等の加熱負荷が大きく冷却水を冷却すべく、四方弁２４によって冷却サイクル回路側に切り替えられている。この冷却サイクル回路では、圧縮機１０で圧縮された冷熱媒は、四方弁２４及び第３熱交換器２６を通過して第１熱交換器１２によって冷却された後、膨張弁１６によって断熱的に膨張されて更に冷却され、第２熱交換器１４に供給される。第２熱交換器１４では、冷却水を冷却して吸熱した冷熱媒は、四方弁２４を通過してアキュームレータ３２に一旦貯留されて圧縮機１０に供給される。
図１に示す様に、冷却サイクル回路側に切り替えられた温度調整装置では、温度センサ３４からの冷却水の温度データと設定温度との温度差に基づいて制御部３０は、インバータ１８を介して圧縮機１０の回転数を制御する。このため、例えば、冷却水の温度データと設定温度との温度差が大きい程（ユーザからの熱負荷が大きい程）、圧縮機１０の回転数を増加する。他方、冷却水の温度データと設定温度との温度差が小さい程（ユーザからの熱負荷が小さい程）、圧縮機１０の回転数を減少する。
しかし、圧縮機１０の回転数が所定回転数まで低下すると、図４に示す様に、インバータ１８は圧縮機１０の回転数を所定回転数に維持するように圧縮機１０を制御する。この様に、圧縮機１０の回転数が所定回転数に維持されている状態で、冷却水の温度データと設定温度との温度差が更に小さくなった場合（ユーザからの熱負荷が更に低下し、図４に示す冷却側の斜線部に位置している場合）、圧縮機１０の回転数は必要回転数よりも過大となり、第２熱交換器１４で冷却水が過剰に冷却されることになる。
【００１２】
この場合、制御部３０は、比例三方弁２８を駆動し、第２熱交換器１４を通過した冷却水の温度と設定温度との温度差とに基づいて、第３熱交換器２６側に分流する温度調整用冷却水の水量を調整する。
かかる第３熱交換器２６には、圧縮機１０で圧縮された冷熱媒が供給されており、供給される比例三方弁２８で分流された温度調整用冷却水を加熱する。加熱された温度調整用冷却水は、第２熱交換器１４に直接供給される直接供給用冷却水と合流し、第２熱交換器１４に供給される冷却水を所定温度に調整できる。このため、冷却水は第２熱交換器１４で過剰に冷却されることなく、所定の温度に調整できる。
一方、ユーザとしての産業機械等を冬季に起動した際に、産業機械等を冷却する冷却水が低温すぎて加熱することが必要となる場合がある。この場合、制御部３０からの切替信号によって四方弁２４は、図２に示す様に、加熱サイクル回路側に切り替えられる。この加熱サイクル回路では、圧縮機１０で圧縮された冷熱媒は、第２熱交換器１４に供給されて冷却水を加熱して放熱した後、膨張弁１６によって断熱的に膨張されて冷却される。冷却された冷熱媒は、第1熱交換器１２に供給されて、ファン１２ａによって吹き付けられる室内空気流から吸熱して昇温された後、第３熱交換器２６を通過してアキュームレータ３２に一旦貯留され、圧縮機１０に再供給される。
【００１３】
図２に示す様に、加熱サイクル回路側に切り替えられた温度調整装置では、温度センサ３４からの冷却水の温度データと設定温度との温度差に基づいて制御部３０は、インバータ１８を介して圧縮機１０の回転数を制御する。このため、例えば、冷却水の温度データと設定温度との温度差が大きい程（ユーザからの冷却水が低温である程）、圧縮機１０の回転数を増加する。他方、冷却水の温度データと設定温度との温度差が小さい程（ユーザからの冷却水が昇温されている程）、圧縮機１０の回転数を減少する。
しかし、圧縮機１０の回転数が所定回転数まで低下すると、図４に示す様に、インバータ１８は圧縮機１０の回転数を所定回転数に維持するように圧縮機１０を制御する。この様に、圧縮機１０の回転数が所定回転数に維持されている状態で、冷却水の温度データと設定温度との温度差が更に小さくなった場合（ユーザからの冷却水が更に昇温され、図４に示す加熱側の斜線部に位置している場合）、圧縮機１０の回転数は必要回転数よりも過大となり、第２熱交換器１４で冷却水が過剰に加熱されることになる。
この場合、制御部３０は、比例三方弁２８を駆動し、第２熱交換器１４を通過した冷却水の温度と設定温度との温度差とに基づいて、第３熱交換器２６側に分流する温度調整用冷却水の水量を調整する。
かかる第３熱交換器２６には、膨張弁１６によって断熱的に膨張されて冷却された後、第1熱交換器１２に供給されて、ファン１２ａによって吹き付けられる室内空気流から吸熱して昇温された冷熱媒が供給されており、供給される比例三方弁２８で分流された温度調整用冷却水を冷却する。冷却された温度調整用冷却水は、第２熱交換器１４に直接供給される直接供給用冷却水と合流し、第２熱交換器１４に供給される冷却水を所定温度に調整できる。このため、冷却水は第２熱交換器１４で過剰に加熱されることなく、所定の温度に調整できる。
【００１４】
この様に、図1及び図２に示す温度調整装置では、冷却サイクル回路及び加熱サイクル回路でも、圧縮機１０の回転数が所定回転数まで低下し、所定回転数で維持する状態の領域内（図５に示す斜線の領域内）でも、圧縮機１０を連続運転して冷却水の温度調整ができる。このため、圧縮機１０のメンテナンスの観点からは勿論のこと、圧縮機１０のＯＮ−ＯＦＦに伴う系の変動を解消できる。
しかも、図５に示す斜線の領域内での冷却水の温度調整に、予備加熱ヒータ等を用いることを要しないため、省エネルギーを図ることができる。
尚、図１及び図２に示す温度調整装置で用いた制御弁ぶとしての比例三方弁２８に代えて、二方弁である二個の制御弁を用いて温度調整用冷却水を比例的に分流してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る冷却水の温度調整装置の一例であって、冷却サイクル回路側に切り替えられている状態を説明するための概略図である。
【図２】図１に示す冷却水の温度調整装置が加熱サイクル回路側に切り替えられている状態を説明するための概略図である。
【図３】従来の冷却水の温度調整装置を説明するための概略図である。
【図４】冷却水の設定温度との温度差と圧縮機の回転数との関係について説明する説明図である。
【図５】改良した冷却水の温度調整装置を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０  圧縮機
１２  第1熱交換器
１２ａ  ファン
１４  第２熱交換器
１６  膨張弁
１８  インバータ
２０  貯留槽
２２  送液ポンプ
２４  四方弁
２６  第３熱交換器
２８  比例三方弁
３０  制御部
３２  アキュームレータ
３４  温度センサ
【図１】
2009052869.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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