JP2005003322A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】空気熱交換器における冷媒の寝込み現象を生じることなく、温水熱交換器の温度制御を高精度に行なうことができる冷凍装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機１の吐出側を温水熱交換器３および空気熱交換器６の少なくとも１つに連通する吐出三方弁８と、圧縮機１の吸入側を空気熱交換器６および冷水熱交換器４の少なくとも１つに連通する吸入三方弁９を備える。冷却主体運転を行なう際、制御装置１９は、外気の温度に基いて定めた最小流量Ｑｓ以上の流量の冷媒が空気熱交換器６に流れるように、吐出三方弁８の開度を調節する。空気熱交換器６の凝縮圧に応じて、冷媒の寝込み現象が生じない最小流量の冷媒を空気熱交換器６に供給できるので、温水熱交換器３に供給する冷媒の流量の範囲を従来よりも拡大でき、その結果、この温水熱交換器３による温水の温度制御を高精度にできる。
【選択図】 図１
【解決手段】圧縮機１の吐出側を温水熱交換器３および空気熱交換器６の少なくとも１つに連通する吐出三方弁８と、圧縮機１の吸入側を空気熱交換器６および冷水熱交換器４の少なくとも１つに連通する吸入三方弁９を備える。冷却主体運転を行なう際、制御装置１９は、外気の温度に基いて定めた最小流量Ｑｓ以上の流量の冷媒が空気熱交換器６に流れるように、吐出三方弁８の開度を調節する。空気熱交換器６の凝縮圧に応じて、冷媒の寝込み現象が生じない最小流量の冷媒を空気熱交換器６に供給できるので、温水熱交換器３に供給する冷媒の流量の範囲を従来よりも拡大でき、その結果、この温水熱交換器３による温水の温度制御を高精度にできる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液熱交換器と空気熱交換器を有する冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、温水と冷水とを同時に供給する冷凍装置としては、冷媒を圧縮する圧縮機と、温水熱交換器と、膨張器と、冷水熱交換器と、空気熱交換器とを備え、上記圧縮機の吐出側に吐出三方弁を設けると共に、上記圧縮機の吸入側に吸入三方弁を設けたものがある（特開昭５６−７９５５号公報：特許文献１）。
【０００３】
上記従来の冷凍装置は、上記冷水熱交換器の熱負荷が温水熱交換器の熱負荷よりも大きい冷却主体運転を行なうとき、上記吐出三方弁について、上記圧縮機から吐出冷媒を上記温水熱交換器と空気熱交換器とに所定割合の流量で供給する弁開度とする一方、上記吸入三方弁について、上記圧縮機に上記冷水熱交換器のみから冷媒を供給する弁開度とする。これによって、上記空気熱交換器を凝縮器として機能させて、熱負荷が比較的大きい冷水熱交換器と、熱負荷が比較的小さい温水熱交換器との間で、熱負荷のバランスを行なうようにしている。
【０００４】
一方、上記温水熱交換器の熱負荷が冷水熱交換器の熱負荷よりも大きい加熱主体運転を行なうとき、上記吐出三方弁について、上記圧縮機からの吐出冷媒を上記温水熱交換器のみに供給うする弁開度とする一方、上記吸入三方弁について、上記圧縮機に上記冷水熱交換器と空気熱交換器とから所定割合の流量で冷媒を供給する弁開度とする。これによって、上記空気熱交換器を蒸発器として機能させて、熱負荷が比較的大きい温水熱交換器と、熱負荷が比較的小さい冷水熱交換器との間で、熱負荷のバランスを行なうようにしている。
【０００５】
上記吐出三方弁および吐出三方弁は電磁三方弁で構成し、その弁開度を制御装置で各々制御している。この制御装置は、上記冷水熱交換器で熱交換される水の実温度と、上記温水熱交換器で熱交換される水の実温度と、上記各実温度が目標温度に対して有する温度差とに基いて熱負荷を検出し、各々の熱負荷のバランスを行なうように、上記吐出三方弁および吐出三方弁の開度を制御している。
【０００６】
この種の冷凍装置では、上記冷却主体運転を行なう場合、上記温水熱交換器における冷媒の凝縮圧が上記空気熱交換器における冷媒の凝縮圧よりも大幅に大きい場合、この空気熱交換器に冷媒が滞留するいわゆる寝込み現象が生じる。
【０００７】
そこで、従来、上記制御装置によって、上記吐出三方弁の上記空気熱交換器側の弁開度が３０％以上１００％以下となるように制御することによって、上記冷媒の寝込み現象を防止することが考えられる。すなわち、上記空気熱交換器が位置する外気が所定の最低温度であり、かつ、上記温水熱交換器からの水の目標温度が最高温度に設定されている場合であって、上記温水熱交換器の凝縮圧と空気熱交換器の凝縮圧との間に最大の圧力差が生じる場合を想定して、上記吐出三方弁の空気熱交換器側の最小弁開度が、上記空気熱交換器に冷媒の寝込み現象が生じない弁開度である３０％よりも大きくなるように制御することが考えられる。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５６−７９５５号公報（第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記冷凍装置は、上記吐出三方弁の空気熱交換器側の弁開度を３０％以上１００％以下の範囲で制御するので、上記吐出三方弁の温水熱交換器側の弁開度を０％以上７０％以下の範囲で制御することになる。したがって、上記温水熱交換器で加熱する水を、高精度に温度制御し難いという問題がある。
【００１０】
そこで、上記空気熱交換器における冷媒の寝込み現象を生じることなく、温水交換器の温度制御を高精度に行なうことができる冷凍装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、
上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器と、
上記冷媒を膨張させる膨張手段と、
上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器と、
上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器と、
上記第１液熱交換器、第２液熱交換器および空気熱交換器の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段と、
上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度に基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記冷媒流量調節手段を制御する制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
請求項１の冷凍装置によれば、上記圧縮機で圧縮された冷媒が、上記冷媒流量調節手段による流量調節の下で、上記第１液熱交換器、膨張手段および第２液熱交換器を順次循環する。この場合、上記第１液熱交換器が凝縮器として働いて上記第１液熱媒体を加熱し、上記第２液熱交換器が蒸発器として働いて上記第２液熱媒体を冷却する。また、上記冷媒流量調節手段によって上記空気熱交換器への冷媒流量が調節されて、この空気熱交換器が凝縮器または蒸発器として働く。これによって、上記第１液熱交換器と第２液熱交換器との間の熱負荷のバランス調節が行なわれる。
【００１３】
上記冷媒流量調節手段は、上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度に基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記制御手段によって制御される。したがって、上記外気温度に応じて変化する上記空気熱交換器の凝縮圧に応じて、この空気熱交換器に必要かつ十分な流量の冷媒が供給される。例えば、外気温度が比較的高温の場合には、上記空気熱交換器の凝縮圧は比較的高いので、この空気熱交換器に供給される冷媒流量が比較的少なくなる。これによって、従来の低外気温度に応じて弁開度の最小値を３０％に固定する場合よりも、上記空気熱交換器に供給される冷媒流量が少なくなる。すなわち、上記空気熱交換器に、上記外気温に応じて必要最小限の流量の冷媒を供給できるのである。したがって、上記空気熱交換器と共に上記冷媒が供給される第１液熱交換器には、従来よりも広い流量の範囲に亘って調節された流量の冷媒が供給されるから、この第１液熱交換器で熱交換される第１液熱媒体は、従来よりも高精度に温度調節される。また、上記空気熱交換器の冷媒の寝込み現象が効果的に防止される。
【００１４】
請求項２の発明の冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、
上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器と、
上記冷媒を膨張させる膨張手段と、
上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器と、
上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器と、
上記第１液熱交換器、第２液熱交換器および空気熱交換器の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段と、
上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度とに基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記冷媒流量調節手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴としている。
【００１５】
請求項２の冷凍装置によれば、上記圧縮機で圧縮された冷媒が、上記冷媒流量調節手段による流量調節の下で、上記第１液熱交換器、膨張手段および第２液熱交換器を順次循環する。この場合、上記第１液熱交換器が凝縮器として働いて上記第１液熱媒体を加熱し、上記第２液熱交換器が蒸発器として働いて上記第２液熱媒体を冷却する。また、上記冷媒流量調節手段によって上記空気熱交換器への冷媒流量が調節されて、この空気熱交換器が凝縮器または蒸発器として働く。これによって、上記第１液熱交換器と第２液熱交換器との間の熱負荷のバランス調節が行なわれる。
【００１６】
上記冷媒流量調節手段は、上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度とに基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記制御手段によって制御される。つまり、上記空気熱交換器に流す冷媒の最小流量が、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器における第１液熱媒体の目標温度とに基いて定められる。これによって、上記空気熱交換器に供給される冷媒の流量が、上記外気温度に応じて変化する上記空気熱交換器の凝縮圧に対応した流量となり、かつ、上記第１液熱交換器に供給される冷媒の流量が、上記第１液熱媒体を上記目標温度にするのに必要な流量となる。したがって、上記空気熱交換器における冷媒の寝込みが防止され、かつ、上記第１液熱交換器による第１液熱媒体の温度調節が高精度になる。
【００１７】
請求項３の発明の冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、
上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器と、
上記冷媒を膨張させる膨張手段と、
上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器と、
上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器と、
上記第１液熱交換器、第２液熱交換器および空気熱交換器の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段と、
上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換された第１液熱媒体の温度とに基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記冷媒流量調節手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴としている。
【００１８】
請求項３の冷凍装置によれば、上記圧縮機で圧縮された冷媒が、上記冷媒流量調節手段による流量調節の下で、上記第１液熱交換器、膨張手段および第２液熱交換器を順次循環する。この場合、上記第１液熱交換器が凝縮器として働いて上記第１液熱媒体を加熱し、上記第２液熱交換器が蒸発器として働いて上記第２液熱媒体を冷却する。また、上記冷媒流量調節手段によって上記空気熱交換器への冷媒流量が調節されて、この空気熱交換器が凝縮器または蒸発器として働く。これによって、上記第１液熱交換器と第２液熱交換器との間の熱負荷のバランス調節が行なわれる。
【００１９】
上記冷媒流量調節手段は、上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換された第１液熱媒体の温度とに基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記制御手段によって制御される。つまり、上記空気熱交換器に流す冷媒の最小流量が、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換された第１液熱媒体の温度とに基いて定められる。これによって、上記空気熱交換器に供給される冷媒の流量が、上記外気温度に応じて変化する上記空気熱交換器の凝縮圧に対応した流量となる。さらに、上記第１液熱交換器に供給される冷媒の流量が、上記第１液熱媒体の目標温度と、この第１液熱媒体の実際の温度とで求められる負荷に応じた流量となる。したがって、上記空気熱交換器における冷媒の寝込みが防止され、かつ、上記第１液熱交換器による第１液熱媒体の温度調節が高精度になる。
【００２０】
なお、いずれの上記冷凍装置において、上記冷媒流量調節手段は、三方弁で形成してもよく、また、複数の二方弁を組み合わせて形成してもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態の冷凍装置を示す概略図である。
【００２３】
この冷凍装置は、冷水と温水とを同時に供給する冷凍装置であり、冷媒を圧縮する圧縮機１と、第１液熱交換器としての温水熱交換器３と、第２液熱交換器としての冷水熱交換器４と、空気熱交換器６を備える。
【００２４】
上記圧縮機１の吐出配管に吐出三方弁８を接続し、この吐出三方弁８の開度を変えることによって、上記圧縮機１からの高圧冷媒を、上記温水熱交換器３と空気熱交換器６とに流量の割合を変えて供給するようにしている。一方、上記圧縮機１の吸入配管に吸入三方弁９を接続し、この吸入三方弁９の開度を変えることにより、上記空気熱交換器６からの低圧冷媒と冷水熱交換器４からの低圧冷媒とを、流量の割合を変えて圧縮機１に供給するようにしている。上記吐出三方弁８および吸入三方弁９は、いずれも電磁三方弁を用いて構成しており、本発明の冷媒流量調節手段として機能する。
【００２５】
上記温水熱交換器３は、上記圧縮機１からの高温・高圧の冷媒と、第１液熱媒体としての水とを熱交換して、この水を加熱する。上記冷水熱交換器４は、膨張手段としての第１電子膨張弁１１で膨張された低温・低圧の冷媒と、第２液熱媒体としての水とを熱交換して、この水を冷却する。
【００２６】
上記空気熱交換器６は、上記吐出三方弁８および吸入三方弁９の開度に応じて、凝縮器または蒸発器として働く。この空気熱交換器６は、凝縮器として働く場合、上記圧縮機１からの高温・高圧の冷媒の一部が吐出三方弁８を介して供給され、この冷媒と空気とを熱交換する。この空気熱交換器６で熱交換された冷媒は、逆止弁が介設された冷媒配管を経て受液器１４に導かれる。一方、上記空気熱交換器６が蒸発器として働く場合、上記温水熱交換器３から受液器１４に導かれた冷媒の一部が、膨張手段としての第２電子膨張弁１２で膨張・減圧され、この膨張・減圧された冷媒が上記空気熱交換器６に導かれて、この冷媒を空気と熱交換する。この空気熱交換器６で熱交換された冷媒は、上記吸入三方弁９を介して上記圧縮機１に吸入される。
【００２７】
上記空気熱交換器６は、送風機１６による送風を受けて、内部の冷媒の凝縮圧が調節されるようになっている。この送風機１６は、ファンと、このファンを駆動する可変速モータを備え、この可変速モータの回転数が制御されて、上記空気熱交換器６への送風量が制御される。
【００２８】
この冷凍装置は、上記温水熱交換器３が加熱する水の目標温度Ｔｓ１と、上記冷水熱交換器４が冷却する水の目標温度Ｔｓ２とに応じて冷凍装置の動作を制御する制御装置１９を備える。この制御装置１９は、上記温水熱交換器３から排出される水の温度Ｔｍ１を検出する温水温度センサ１７と、上記冷水熱交換器４から排出される水の温度Ｔｍ２を検出する冷水温度センサと、上記空気熱交換器６が配置された外気の温度Ｔｏを検出する外気温度センサ１８とに各々接続されている。この制御装置１９は、上記各センサからの信号に基いて、上記吐出三方弁８の開度と、上記吸入三方弁９の開度と、上記第１電子膨張弁１１の開度と、上記第２電子膨張弁の開度とを制御するようになっている。また、図示しないインバータを制御して、このインバータから上記圧縮機１のモータに供給される電力の周波数を変更して、上記圧縮機１の冷媒吐出量を制御するようになっている。さらに、図示しないインバータを制御して、このインバータから上記送風機１６のモータに供給される電力の周波数を変更して、上記送風機１６から空気熱交換器６への送風量を制御するようになっている。
【００２９】
上記制御装置１９は、上記温水熱交換器３の目標温度および熱負荷と、上記冷水熱交換器４の目標温度および熱負荷に応じて、大略５つのモードの運転を行なう。
【００３０】
まず、第１のモードは、冷却専用モードであり、上記冷水熱交換器４のみに目標温度Ｔｓ２が設定されている場合の運転モードである。このモードでは、上記吐出三方弁８の開度を、上記圧縮機１の吐出冷媒の全てが空気熱交換器６に供給される開度にする。また、上記吸入三方弁９の開度を、上記冷水熱交換器４のみからの冷媒が圧縮機１に供給される開度にする。これによって、上記圧縮機１、空気熱交換器６、受液器１４、第１電子膨張弁１１および冷水熱交換器４を循環する冷媒サイクルが形成され、上記空気熱交換器６のみが凝縮器として働いて、上記冷水熱交換器４で水の冷却のみを行なう。
【００３１】
第２のモードは、冷却主体モードであり、上記冷水熱交換器４および温水熱交換器６のいずれにも目標温度が設定されており、かつ、上記冷水熱交換器４の熱負荷が温水熱交換器６の熱負荷よりも大きい場合の運転モードである。このモードでは、上記吐出三方弁８の開度を、上記圧縮機１の吐出冷媒が、上記温水熱交換器３と空気熱交換機６とに所定割合で導かれる開度にする。また、上記吸入三方弁９の開度を、上記冷水熱交換器４からの冷媒のみが圧縮機１に導かれる開度にする。これによって、上記温水熱交換器３および空気熱交換器６の両方が凝縮器として働いて、上記温水熱交換器３で水の加熱を行なうと共に、上記冷水熱交換器４で水の冷却を行なう。上記吐出三方弁８の開度は、上記空気熱交換器６で温水熱交換器６の熱負荷と冷水熱交換器４の熱負荷とのバランスを行なう開度に、調節される。
【００３２】
第３のモードは、冷却加熱均一モードであり、上記冷水熱交換器４および温水熱交換器６のいずれにも目標温度が設定されており、かつ、上記冷水熱交換器４の熱負荷と温水熱交換器６の熱負荷とが略同じ場合の運転モードである。このモードでは、上記吐出三方弁８の開度を、上記圧縮機１の吐出冷媒の全てが温水熱交換器３に供給される開度にする。また、上記吸入三方弁９の開度を、上記冷水熱交換器４からの冷媒のみが圧縮機１に導かれる開度にする。これによって、上記圧縮機１、温水熱交換器３、受液器１４、第１電子膨張弁１１および冷水熱交換器４を循環する冷媒サイクルが形成され、上記温水熱交換器３で水の加熱を行なうと共に、上記冷水熱交換器４で水の冷却を行なう。
【００３３】
第４のモードは、加熱主体モードであり、上記冷水熱交換器４および温水熱交換器６のいずれにも目標温度が設定されており、かつ、上記冷水熱交換器４の熱負荷が温水熱交換器６の熱負荷よりも小さい場合の運転モードである。このモードでは、上記吐出三方弁８の開度を、上記圧縮機１の吐出冷媒の全てが温水熱交換器３に供給される開度にする。また、上記吸入三方弁９の開度を、上記空気熱交換機６からの冷媒と、上記冷水熱交換器４からの冷媒とが所定割合で圧縮機１に導かれる開度にする。これによって、上記冷水熱交換器４および空気熱交換器６の両方が蒸発器として働く。上記吸入三方弁９の開度は、上記空気熱交換器６が温水熱交換器３の熱負荷と冷水熱交換器４の熱負荷とのバランスを行なう開度に、調節される。
【００３４】
第５のモードは、加熱専用モードであり、上記温水熱交換器３のみに目標温度が設定されている場合の運転モードである。このモードでは、上記吐出三方弁８の開度を、上記圧縮機１の吐出冷媒の全てが温水熱交換器３に供給される開度にする。また、上記吸入三方弁９の開度を、上記空気熱交換器６のみから冷媒が圧縮機１に供給される開度にする。これによって、上記圧縮機１、温水熱交換器３、受液器１４、第２電子膨張弁１２および空気熱交換器６を循環する冷媒サイクルが形成され、上記空気熱交換器６のみが蒸発器として働いて、上記温水熱交換器３で水の加熱のみを行なう。
【００３５】
図２は、上記制御装置１９が、上記第２のモードである冷却主体モードを行なう際、この冷凍装置に形成される冷媒回路を示す図である。この冷却主体モードにおいて、上記制御装置１９は、上記外気温度センサ１８が検出した外気温度Ｔｏに基いて、上記空気熱交換器６への冷媒の最小流量Ｑｓを算出する。そして、この最小流量Ｑｓ以上の流量であって、上記温水熱交換器３の熱負荷と冷水熱交換器４の熱負荷とのバランスを行なう流量の冷媒が空気熱交換器６に流れるように、上記吐出三方弁８の開度を調節する。
【００３６】
上記所定開度に調節された上記吐出三方弁８によって、上記圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒が、上記温水熱交換器３と空気熱交換器６とに分流される。上記温水熱交換器３に導かれた冷媒は、この温水熱交換器３に導かれる水と熱交換し、この水を加熱して降温する。一方、上記空気熱交換器６に導かれた所定流量の冷媒は、この空気熱交換器６にファン１６で導かれる空気と熱交換して降温する。上記温水熱交換器３からの冷媒と、上記空気熱交換器６からの冷媒は、上記受液器１４で合流する。この受液器１４の冷媒は、上記第１電子膨張弁で断熱膨張し、低温・低圧になり、上記冷水熱交換器で水を冷却して昇温し、上記圧縮機１に吸入される。
【００３７】
上記空気熱交換器６に供給される冷媒の最小流量Ｑｓは、上記外気温度Ｔｏに応じて決定されるので、この外気温度Ｔｏに応じて変化する凝縮圧に対応する最小流量Ｑｓとなる。したがって、この空気熱交換器６は、冷媒の寝込み現象が効果的に防止される。また、上記最小流量Ｑｓは、上記外気温度Ｔｏに応じて算出されるので、例えばこの外気温度Ｔｏが比較的高い場合には、従来の吐出三方弁の最小弁開度を３０％に固定した場合の最小流量よりも、小さい値に設定することができる。したがって、上記吐出三方弁８を経て上記空気熱交換器６と共に冷媒が供給される温水熱交換器３に、従来よりも広い範囲に亘って流量を調節して冷媒を供給できる。その結果、この温水熱交換器３では、水と冷媒との間で熱交換される熱量の範囲が従来よりも広くなるので、従来よりも高精度に上記水を温度調節することができる。
【００３８】
また、この冷凍装置は、上記空気熱交換器６の冷媒の寝込み現象が防止できるので、冷媒回路内に保持すべき冷媒量が、従来よりも大幅に削減できる。また、上記空気熱交換器６の冷媒の寝込み現象が防止できるので、上記冷却主体モードから加熱主体モードに転換したときに、上記空気熱交換器６内に滞留した液冷媒が圧縮機１に流入して、この圧縮機１が液圧縮を起こして故障に至る不都合が防止できる。
【００３９】
上記実施形態において、上記制御装置１９は、上記外気温度センサ１８が検出した外気温度Ｔｏに基いて、上記空気熱交換器６への冷媒の最小流量Ｑｓを算出したが、上記外気温度Ｔｏと共に、上記温水熱交換器３の目標温度Ｔｓ１に基いて上記最小流量Ｑｓを定めてもよい。これによって、上記空気熱交換器６に供給される冷媒の最小流量Ｑｓが、上記外気温度に応じて空気熱交換器６に生じる凝縮圧に適した流量となり、かつ、上記温水熱交換器３に供給される冷媒の流量が、上記水を目標温度Ｔｓ１にするのに必要な流量となる。その結果、上記空気熱交換器６の冷媒の寝込み現象を、効果的に防止できる。また、上記温水熱交換器３による温度制御を、従来よりも高精度に行なうことができる。
【００４０】
さらに、上記外気温度Ｔｏと共に、上記温水熱交換器３の目標温度Ｔｓ１と、上記温水温度センサ１７が検出した温水温度Ｔｍ１とに基いて、上記最小流量Ｑｓを算出してもよい。この場合、上記外気温度Ｔｏと、上記目標温度Ｔｓと、上記温水温度Ｔｍ１とに基くＰＩＤ（比例・積分・微分）制御によって、上記三方弁８の開度を制御する。これによって、上記空気熱交換器６に供給される冷媒の最小流量Ｑｓが、上記外気温度に応じて空気熱交換器６に生じる凝縮圧に適した流量となり、かつ、上記温水熱交換器３に供給される冷媒の流量が、この温水熱交換器３の負荷に応じた流量となる。その結果、上記空気熱交換器６の冷媒の寝込み現象を効果的に防止でき、また、上記温水熱交換器３による温度制御を、さらに高精度に行なうことができる。
【００４１】
上記実施形態において、上記吐出三方弁８および吸入三方弁９は、１つのポートを、他の２つのポートに開度を変えて連通する機能を有するものであれば、どのような形式のものでもよい。また、三方弁の機能と同一の機能を奏するように、複数の切換弁等を組み合わせて用いてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態において、上記第１液熱媒体および第２液熱媒体として、いずれも水を用いたが、上記第１液熱媒体および第２液熱媒体のいずれか一方または両方に、水以外の例えばエチレングリコール系液などのブラインを用いてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の冷凍装置によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器と、上記冷媒を膨張させる膨張手段と、上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器と、上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器と、上記第１液熱交換器、第２液熱交換器および空気熱交換器の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段と、上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度に基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記冷媒流量調節手段を制御する制御手段とを備えるので、上記外気温度に応じて変化する上記空気熱交換器の冷媒の凝縮圧に応じて、この空気熱交換器に、寝込み現象が生じない流量以上の流量の冷媒を供給できる。また、上記第１液熱交換器に、従来よりも広い範囲に亘って流量を調節して冷媒を供給できるので、この第１液熱交換器で熱交換される第１液熱媒体を、従来よりも高精度に温度調節でき、また、上記空気熱交換器の冷媒の寝込み現象を防止できる。
【００４４】
請求項２の発明の冷凍装置によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器と、上記冷媒を膨張させる膨張手段と、上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器と、上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器と、上記第１液熱交換器、第２液熱交換器および空気熱交換器の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段と、上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度とに基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記冷媒流量調節手段を制御する制御手段とを備えるので、上記空気熱交換器に、冷媒の寝込み現象が生じない流量以上の流量の冷媒を供給できる。また、上記第１液熱交換器に、従来よりも広い範囲に亘って流量を調節して冷媒を供給でき、さらに、この第１液熱交換器への冷媒流量を、上記第１液熱媒体を目標温度にするのに必要な流量にできる。その結果、上記空気熱交換器の冷媒の寝込み現象を防止できると共に、上記第１液熱媒体を高精度に温度調節できる。
【００４５】
請求項３の発明の冷凍装置によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器と、上記冷媒を膨張させる膨張手段と、上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器と、上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器と、上記第１液熱交換器、第２液熱交換器および空気熱交換器の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段と、上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換された第１液熱媒体の温度とに基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記冷媒流量調節手段を制御する制御手段とを備えるので、この空気熱交換器に、冷媒の寝込み現象が生じない流量以上の流量の冷媒を供給できる。また、上記第１液熱交換器に、従来よりも広い範囲に亘って流量を調節して冷媒を供給でき、さらに、この第１液熱交換器への冷媒流量を、この第１液熱交換器の負荷に応じた流量にできる。その結果、上記空気熱交換器の冷媒の寝込み現象を防止できると共に、上記第１液熱媒体を高精度に温度調節できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の冷凍装置を示す概略図である。
【図２】冷却主体モードを行なう際、冷凍装置に形成される冷媒回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
３ 温水熱交換器
４ 冷水熱交換器
６ 空気熱交換器
８ 吐出三方弁
９ 吸入三方弁
１１ 第１電子膨張弁
１２ 第２電子膨張弁
１４ 受液器
１６ 送風機
１７ 温水温度センサ
１８ 外気温度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、液熱交換器と空気熱交換器を有する冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、温水と冷水とを同時に供給する冷凍装置としては、冷媒を圧縮する圧縮機と、温水熱交換器と、膨張器と、冷水熱交換器と、空気熱交換器とを備え、上記圧縮機の吐出側に吐出三方弁を設けると共に、上記圧縮機の吸入側に吸入三方弁を設けたものがある（特開昭５６−７９５５号公報：特許文献１）。
【０００３】
上記従来の冷凍装置は、上記冷水熱交換器の熱負荷が温水熱交換器の熱負荷よりも大きい冷却主体運転を行なうとき、上記吐出三方弁について、上記圧縮機から吐出冷媒を上記温水熱交換器と空気熱交換器とに所定割合の流量で供給する弁開度とする一方、上記吸入三方弁について、上記圧縮機に上記冷水熱交換器のみから冷媒を供給する弁開度とする。これによって、上記空気熱交換器を凝縮器として機能させて、熱負荷が比較的大きい冷水熱交換器と、熱負荷が比較的小さい温水熱交換器との間で、熱負荷のバランスを行なうようにしている。
【０００４】
一方、上記温水熱交換器の熱負荷が冷水熱交換器の熱負荷よりも大きい加熱主体運転を行なうとき、上記吐出三方弁について、上記圧縮機からの吐出冷媒を上記温水熱交換器のみに供給うする弁開度とする一方、上記吸入三方弁について、上記圧縮機に上記冷水熱交換器と空気熱交換器とから所定割合の流量で冷媒を供給する弁開度とする。これによって、上記空気熱交換器を蒸発器として機能させて、熱負荷が比較的大きい温水熱交換器と、熱負荷が比較的小さい冷水熱交換器との間で、熱負荷のバランスを行なうようにしている。
【０００５】
上記吐出三方弁および吐出三方弁は電磁三方弁で構成し、その弁開度を制御装置で各々制御している。この制御装置は、上記冷水熱交換器で熱交換される水の実温度と、上記温水熱交換器で熱交換される水の実温度と、上記各実温度が目標温度に対して有する温度差とに基いて熱負荷を検出し、各々の熱負荷のバランスを行なうように、上記吐出三方弁および吐出三方弁の開度を制御している。
【０００６】
この種の冷凍装置では、上記冷却主体運転を行なう場合、上記温水熱交換器における冷媒の凝縮圧が上記空気熱交換器における冷媒の凝縮圧よりも大幅に大きい場合、この空気熱交換器に冷媒が滞留するいわゆる寝込み現象が生じる。
【０００７】
そこで、従来、上記制御装置によって、上記吐出三方弁の上記空気熱交換器側の弁開度が３０％以上１００％以下となるように制御することによって、上記冷媒の寝込み現象を防止することが考えられる。すなわち、上記空気熱交換器が位置する外気が所定の最低温度であり、かつ、上記温水熱交換器からの水の目標温度が最高温度に設定されている場合であって、上記温水熱交換器の凝縮圧と空気熱交換器の凝縮圧との間に最大の圧力差が生じる場合を想定して、上記吐出三方弁の空気熱交換器側の最小弁開度が、上記空気熱交換器に冷媒の寝込み現象が生じない弁開度である３０％よりも大きくなるように制御することが考えられる。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５６−７９５５号公報（第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記冷凍装置は、上記吐出三方弁の空気熱交換器側の弁開度を３０％以上１００％以下の範囲で制御するので、上記吐出三方弁の温水熱交換器側の弁開度を０％以上７０％以下の範囲で制御することになる。したがって、上記温水熱交換器で加熱する水を、高精度に温度制御し難いという問題がある。
【００１０】
そこで、上記空気熱交換器における冷媒の寝込み現象を生じることなく、温水交換器の温度制御を高精度に行なうことができる冷凍装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、
上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器と、
上記冷媒を膨張させる膨張手段と、
上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器と、
上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器と、
上記第１液熱交換器、第２液熱交換器および空気熱交換器の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段と、
上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度に基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記冷媒流量調節手段を制御する制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
請求項１の冷凍装置によれば、上記圧縮機で圧縮された冷媒が、上記冷媒流量調節手段による流量調節の下で、上記第１液熱交換器、膨張手段および第２液熱交換器を順次循環する。この場合、上記第１液熱交換器が凝縮器として働いて上記第１液熱媒体を加熱し、上記第２液熱交換器が蒸発器として働いて上記第２液熱媒体を冷却する。また、上記冷媒流量調節手段によって上記空気熱交換器への冷媒流量が調節されて、この空気熱交換器が凝縮器または蒸発器として働く。これによって、上記第１液熱交換器と第２液熱交換器との間の熱負荷のバランス調節が行なわれる。
【００１３】
上記冷媒流量調節手段は、上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度に基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記制御手段によって制御される。したがって、上記外気温度に応じて変化する上記空気熱交換器の凝縮圧に応じて、この空気熱交換器に必要かつ十分な流量の冷媒が供給される。例えば、外気温度が比較的高温の場合には、上記空気熱交換器の凝縮圧は比較的高いので、この空気熱交換器に供給される冷媒流量が比較的少なくなる。これによって、従来の低外気温度に応じて弁開度の最小値を３０％に固定する場合よりも、上記空気熱交換器に供給される冷媒流量が少なくなる。すなわち、上記空気熱交換器に、上記外気温に応じて必要最小限の流量の冷媒を供給できるのである。したがって、上記空気熱交換器と共に上記冷媒が供給される第１液熱交換器には、従来よりも広い流量の範囲に亘って調節された流量の冷媒が供給されるから、この第１液熱交換器で熱交換される第１液熱媒体は、従来よりも高精度に温度調節される。また、上記空気熱交換器の冷媒の寝込み現象が効果的に防止される。
【００１４】
請求項２の発明の冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、
上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器と、
上記冷媒を膨張させる膨張手段と、
上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器と、
上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器と、
上記第１液熱交換器、第２液熱交換器および空気熱交換器の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段と、
上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度とに基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記冷媒流量調節手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴としている。
【００１５】
請求項２の冷凍装置によれば、上記圧縮機で圧縮された冷媒が、上記冷媒流量調節手段による流量調節の下で、上記第１液熱交換器、膨張手段および第２液熱交換器を順次循環する。この場合、上記第１液熱交換器が凝縮器として働いて上記第１液熱媒体を加熱し、上記第２液熱交換器が蒸発器として働いて上記第２液熱媒体を冷却する。また、上記冷媒流量調節手段によって上記空気熱交換器への冷媒流量が調節されて、この空気熱交換器が凝縮器または蒸発器として働く。これによって、上記第１液熱交換器と第２液熱交換器との間の熱負荷のバランス調節が行なわれる。
【００１６】
上記冷媒流量調節手段は、上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度とに基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記制御手段によって制御される。つまり、上記空気熱交換器に流す冷媒の最小流量が、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器における第１液熱媒体の目標温度とに基いて定められる。これによって、上記空気熱交換器に供給される冷媒の流量が、上記外気温度に応じて変化する上記空気熱交換器の凝縮圧に対応した流量となり、かつ、上記第１液熱交換器に供給される冷媒の流量が、上記第１液熱媒体を上記目標温度にするのに必要な流量となる。したがって、上記空気熱交換器における冷媒の寝込みが防止され、かつ、上記第１液熱交換器による第１液熱媒体の温度調節が高精度になる。
【００１７】
請求項３の発明の冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、
上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器と、
上記冷媒を膨張させる膨張手段と、
上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器と、
上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器と、
上記第１液熱交換器、第２液熱交換器および空気熱交換器の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段と、
上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換された第１液熱媒体の温度とに基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記冷媒流量調節手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴としている。
【００１８】
請求項３の冷凍装置によれば、上記圧縮機で圧縮された冷媒が、上記冷媒流量調節手段による流量調節の下で、上記第１液熱交換器、膨張手段および第２液熱交換器を順次循環する。この場合、上記第１液熱交換器が凝縮器として働いて上記第１液熱媒体を加熱し、上記第２液熱交換器が蒸発器として働いて上記第２液熱媒体を冷却する。また、上記冷媒流量調節手段によって上記空気熱交換器への冷媒流量が調節されて、この空気熱交換器が凝縮器または蒸発器として働く。これによって、上記第１液熱交換器と第２液熱交換器との間の熱負荷のバランス調節が行なわれる。
【００１９】
上記冷媒流量調節手段は、上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換された第１液熱媒体の温度とに基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記制御手段によって制御される。つまり、上記空気熱交換器に流す冷媒の最小流量が、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換された第１液熱媒体の温度とに基いて定められる。これによって、上記空気熱交換器に供給される冷媒の流量が、上記外気温度に応じて変化する上記空気熱交換器の凝縮圧に対応した流量となる。さらに、上記第１液熱交換器に供給される冷媒の流量が、上記第１液熱媒体の目標温度と、この第１液熱媒体の実際の温度とで求められる負荷に応じた流量となる。したがって、上記空気熱交換器における冷媒の寝込みが防止され、かつ、上記第１液熱交換器による第１液熱媒体の温度調節が高精度になる。
【００２０】
なお、いずれの上記冷凍装置において、上記冷媒流量調節手段は、三方弁で形成してもよく、また、複数の二方弁を組み合わせて形成してもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態の冷凍装置を示す概略図である。
【００２３】
この冷凍装置は、冷水と温水とを同時に供給する冷凍装置であり、冷媒を圧縮する圧縮機１と、第１液熱交換器としての温水熱交換器３と、第２液熱交換器としての冷水熱交換器４と、空気熱交換器６を備える。
【００２４】
上記圧縮機１の吐出配管に吐出三方弁８を接続し、この吐出三方弁８の開度を変えることによって、上記圧縮機１からの高圧冷媒を、上記温水熱交換器３と空気熱交換器６とに流量の割合を変えて供給するようにしている。一方、上記圧縮機１の吸入配管に吸入三方弁９を接続し、この吸入三方弁９の開度を変えることにより、上記空気熱交換器６からの低圧冷媒と冷水熱交換器４からの低圧冷媒とを、流量の割合を変えて圧縮機１に供給するようにしている。上記吐出三方弁８および吸入三方弁９は、いずれも電磁三方弁を用いて構成しており、本発明の冷媒流量調節手段として機能する。
【００２５】
上記温水熱交換器３は、上記圧縮機１からの高温・高圧の冷媒と、第１液熱媒体としての水とを熱交換して、この水を加熱する。上記冷水熱交換器４は、膨張手段としての第１電子膨張弁１１で膨張された低温・低圧の冷媒と、第２液熱媒体としての水とを熱交換して、この水を冷却する。
【００２６】
上記空気熱交換器６は、上記吐出三方弁８および吸入三方弁９の開度に応じて、凝縮器または蒸発器として働く。この空気熱交換器６は、凝縮器として働く場合、上記圧縮機１からの高温・高圧の冷媒の一部が吐出三方弁８を介して供給され、この冷媒と空気とを熱交換する。この空気熱交換器６で熱交換された冷媒は、逆止弁が介設された冷媒配管を経て受液器１４に導かれる。一方、上記空気熱交換器６が蒸発器として働く場合、上記温水熱交換器３から受液器１４に導かれた冷媒の一部が、膨張手段としての第２電子膨張弁１２で膨張・減圧され、この膨張・減圧された冷媒が上記空気熱交換器６に導かれて、この冷媒を空気と熱交換する。この空気熱交換器６で熱交換された冷媒は、上記吸入三方弁９を介して上記圧縮機１に吸入される。
【００２７】
上記空気熱交換器６は、送風機１６による送風を受けて、内部の冷媒の凝縮圧が調節されるようになっている。この送風機１６は、ファンと、このファンを駆動する可変速モータを備え、この可変速モータの回転数が制御されて、上記空気熱交換器６への送風量が制御される。
【００２８】
この冷凍装置は、上記温水熱交換器３が加熱する水の目標温度Ｔｓ１と、上記冷水熱交換器４が冷却する水の目標温度Ｔｓ２とに応じて冷凍装置の動作を制御する制御装置１９を備える。この制御装置１９は、上記温水熱交換器３から排出される水の温度Ｔｍ１を検出する温水温度センサ１７と、上記冷水熱交換器４から排出される水の温度Ｔｍ２を検出する冷水温度センサと、上記空気熱交換器６が配置された外気の温度Ｔｏを検出する外気温度センサ１８とに各々接続されている。この制御装置１９は、上記各センサからの信号に基いて、上記吐出三方弁８の開度と、上記吸入三方弁９の開度と、上記第１電子膨張弁１１の開度と、上記第２電子膨張弁の開度とを制御するようになっている。また、図示しないインバータを制御して、このインバータから上記圧縮機１のモータに供給される電力の周波数を変更して、上記圧縮機１の冷媒吐出量を制御するようになっている。さらに、図示しないインバータを制御して、このインバータから上記送風機１６のモータに供給される電力の周波数を変更して、上記送風機１６から空気熱交換器６への送風量を制御するようになっている。
【００２９】
上記制御装置１９は、上記温水熱交換器３の目標温度および熱負荷と、上記冷水熱交換器４の目標温度および熱負荷に応じて、大略５つのモードの運転を行なう。
【００３０】
まず、第１のモードは、冷却専用モードであり、上記冷水熱交換器４のみに目標温度Ｔｓ２が設定されている場合の運転モードである。このモードでは、上記吐出三方弁８の開度を、上記圧縮機１の吐出冷媒の全てが空気熱交換器６に供給される開度にする。また、上記吸入三方弁９の開度を、上記冷水熱交換器４のみからの冷媒が圧縮機１に供給される開度にする。これによって、上記圧縮機１、空気熱交換器６、受液器１４、第１電子膨張弁１１および冷水熱交換器４を循環する冷媒サイクルが形成され、上記空気熱交換器６のみが凝縮器として働いて、上記冷水熱交換器４で水の冷却のみを行なう。
【００３１】
第２のモードは、冷却主体モードであり、上記冷水熱交換器４および温水熱交換器６のいずれにも目標温度が設定されており、かつ、上記冷水熱交換器４の熱負荷が温水熱交換器６の熱負荷よりも大きい場合の運転モードである。このモードでは、上記吐出三方弁８の開度を、上記圧縮機１の吐出冷媒が、上記温水熱交換器３と空気熱交換機６とに所定割合で導かれる開度にする。また、上記吸入三方弁９の開度を、上記冷水熱交換器４からの冷媒のみが圧縮機１に導かれる開度にする。これによって、上記温水熱交換器３および空気熱交換器６の両方が凝縮器として働いて、上記温水熱交換器３で水の加熱を行なうと共に、上記冷水熱交換器４で水の冷却を行なう。上記吐出三方弁８の開度は、上記空気熱交換器６で温水熱交換器６の熱負荷と冷水熱交換器４の熱負荷とのバランスを行なう開度に、調節される。
【００３２】
第３のモードは、冷却加熱均一モードであり、上記冷水熱交換器４および温水熱交換器６のいずれにも目標温度が設定されており、かつ、上記冷水熱交換器４の熱負荷と温水熱交換器６の熱負荷とが略同じ場合の運転モードである。このモードでは、上記吐出三方弁８の開度を、上記圧縮機１の吐出冷媒の全てが温水熱交換器３に供給される開度にする。また、上記吸入三方弁９の開度を、上記冷水熱交換器４からの冷媒のみが圧縮機１に導かれる開度にする。これによって、上記圧縮機１、温水熱交換器３、受液器１４、第１電子膨張弁１１および冷水熱交換器４を循環する冷媒サイクルが形成され、上記温水熱交換器３で水の加熱を行なうと共に、上記冷水熱交換器４で水の冷却を行なう。
【００３３】
第４のモードは、加熱主体モードであり、上記冷水熱交換器４および温水熱交換器６のいずれにも目標温度が設定されており、かつ、上記冷水熱交換器４の熱負荷が温水熱交換器６の熱負荷よりも小さい場合の運転モードである。このモードでは、上記吐出三方弁８の開度を、上記圧縮機１の吐出冷媒の全てが温水熱交換器３に供給される開度にする。また、上記吸入三方弁９の開度を、上記空気熱交換機６からの冷媒と、上記冷水熱交換器４からの冷媒とが所定割合で圧縮機１に導かれる開度にする。これによって、上記冷水熱交換器４および空気熱交換器６の両方が蒸発器として働く。上記吸入三方弁９の開度は、上記空気熱交換器６が温水熱交換器３の熱負荷と冷水熱交換器４の熱負荷とのバランスを行なう開度に、調節される。
【００３４】
第５のモードは、加熱専用モードであり、上記温水熱交換器３のみに目標温度が設定されている場合の運転モードである。このモードでは、上記吐出三方弁８の開度を、上記圧縮機１の吐出冷媒の全てが温水熱交換器３に供給される開度にする。また、上記吸入三方弁９の開度を、上記空気熱交換器６のみから冷媒が圧縮機１に供給される開度にする。これによって、上記圧縮機１、温水熱交換器３、受液器１４、第２電子膨張弁１２および空気熱交換器６を循環する冷媒サイクルが形成され、上記空気熱交換器６のみが蒸発器として働いて、上記温水熱交換器３で水の加熱のみを行なう。
【００３５】
図２は、上記制御装置１９が、上記第２のモードである冷却主体モードを行なう際、この冷凍装置に形成される冷媒回路を示す図である。この冷却主体モードにおいて、上記制御装置１９は、上記外気温度センサ１８が検出した外気温度Ｔｏに基いて、上記空気熱交換器６への冷媒の最小流量Ｑｓを算出する。そして、この最小流量Ｑｓ以上の流量であって、上記温水熱交換器３の熱負荷と冷水熱交換器４の熱負荷とのバランスを行なう流量の冷媒が空気熱交換器６に流れるように、上記吐出三方弁８の開度を調節する。
【００３６】
上記所定開度に調節された上記吐出三方弁８によって、上記圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒が、上記温水熱交換器３と空気熱交換器６とに分流される。上記温水熱交換器３に導かれた冷媒は、この温水熱交換器３に導かれる水と熱交換し、この水を加熱して降温する。一方、上記空気熱交換器６に導かれた所定流量の冷媒は、この空気熱交換器６にファン１６で導かれる空気と熱交換して降温する。上記温水熱交換器３からの冷媒と、上記空気熱交換器６からの冷媒は、上記受液器１４で合流する。この受液器１４の冷媒は、上記第１電子膨張弁で断熱膨張し、低温・低圧になり、上記冷水熱交換器で水を冷却して昇温し、上記圧縮機１に吸入される。
【００３７】
上記空気熱交換器６に供給される冷媒の最小流量Ｑｓは、上記外気温度Ｔｏに応じて決定されるので、この外気温度Ｔｏに応じて変化する凝縮圧に対応する最小流量Ｑｓとなる。したがって、この空気熱交換器６は、冷媒の寝込み現象が効果的に防止される。また、上記最小流量Ｑｓは、上記外気温度Ｔｏに応じて算出されるので、例えばこの外気温度Ｔｏが比較的高い場合には、従来の吐出三方弁の最小弁開度を３０％に固定した場合の最小流量よりも、小さい値に設定することができる。したがって、上記吐出三方弁８を経て上記空気熱交換器６と共に冷媒が供給される温水熱交換器３に、従来よりも広い範囲に亘って流量を調節して冷媒を供給できる。その結果、この温水熱交換器３では、水と冷媒との間で熱交換される熱量の範囲が従来よりも広くなるので、従来よりも高精度に上記水を温度調節することができる。
【００３８】
また、この冷凍装置は、上記空気熱交換器６の冷媒の寝込み現象が防止できるので、冷媒回路内に保持すべき冷媒量が、従来よりも大幅に削減できる。また、上記空気熱交換器６の冷媒の寝込み現象が防止できるので、上記冷却主体モードから加熱主体モードに転換したときに、上記空気熱交換器６内に滞留した液冷媒が圧縮機１に流入して、この圧縮機１が液圧縮を起こして故障に至る不都合が防止できる。
【００３９】
上記実施形態において、上記制御装置１９は、上記外気温度センサ１８が検出した外気温度Ｔｏに基いて、上記空気熱交換器６への冷媒の最小流量Ｑｓを算出したが、上記外気温度Ｔｏと共に、上記温水熱交換器３の目標温度Ｔｓ１に基いて上記最小流量Ｑｓを定めてもよい。これによって、上記空気熱交換器６に供給される冷媒の最小流量Ｑｓが、上記外気温度に応じて空気熱交換器６に生じる凝縮圧に適した流量となり、かつ、上記温水熱交換器３に供給される冷媒の流量が、上記水を目標温度Ｔｓ１にするのに必要な流量となる。その結果、上記空気熱交換器６の冷媒の寝込み現象を、効果的に防止できる。また、上記温水熱交換器３による温度制御を、従来よりも高精度に行なうことができる。
【００４０】
さらに、上記外気温度Ｔｏと共に、上記温水熱交換器３の目標温度Ｔｓ１と、上記温水温度センサ１７が検出した温水温度Ｔｍ１とに基いて、上記最小流量Ｑｓを算出してもよい。この場合、上記外気温度Ｔｏと、上記目標温度Ｔｓと、上記温水温度Ｔｍ１とに基くＰＩＤ（比例・積分・微分）制御によって、上記三方弁８の開度を制御する。これによって、上記空気熱交換器６に供給される冷媒の最小流量Ｑｓが、上記外気温度に応じて空気熱交換器６に生じる凝縮圧に適した流量となり、かつ、上記温水熱交換器３に供給される冷媒の流量が、この温水熱交換器３の負荷に応じた流量となる。その結果、上記空気熱交換器６の冷媒の寝込み現象を効果的に防止でき、また、上記温水熱交換器３による温度制御を、さらに高精度に行なうことができる。
【００４１】
上記実施形態において、上記吐出三方弁８および吸入三方弁９は、１つのポートを、他の２つのポートに開度を変えて連通する機能を有するものであれば、どのような形式のものでもよい。また、三方弁の機能と同一の機能を奏するように、複数の切換弁等を組み合わせて用いてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態において、上記第１液熱媒体および第２液熱媒体として、いずれも水を用いたが、上記第１液熱媒体および第２液熱媒体のいずれか一方または両方に、水以外の例えばエチレングリコール系液などのブラインを用いてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の冷凍装置によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器と、上記冷媒を膨張させる膨張手段と、上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器と、上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器と、上記第１液熱交換器、第２液熱交換器および空気熱交換器の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段と、上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度に基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記冷媒流量調節手段を制御する制御手段とを備えるので、上記外気温度に応じて変化する上記空気熱交換器の冷媒の凝縮圧に応じて、この空気熱交換器に、寝込み現象が生じない流量以上の流量の冷媒を供給できる。また、上記第１液熱交換器に、従来よりも広い範囲に亘って流量を調節して冷媒を供給できるので、この第１液熱交換器で熱交換される第１液熱媒体を、従来よりも高精度に温度調節でき、また、上記空気熱交換器の冷媒の寝込み現象を防止できる。
【００４４】
請求項２の発明の冷凍装置によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器と、上記冷媒を膨張させる膨張手段と、上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器と、上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器と、上記第１液熱交換器、第２液熱交換器および空気熱交換器の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段と、上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度とに基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記冷媒流量調節手段を制御する制御手段とを備えるので、上記空気熱交換器に、冷媒の寝込み現象が生じない流量以上の流量の冷媒を供給できる。また、上記第１液熱交換器に、従来よりも広い範囲に亘って流量を調節して冷媒を供給でき、さらに、この第１液熱交換器への冷媒流量を、上記第１液熱媒体を目標温度にするのに必要な流量にできる。その結果、上記空気熱交換器の冷媒の寝込み現象を防止できると共に、上記第１液熱媒体を高精度に温度調節できる。
【００４５】
請求項３の発明の冷凍装置によれば、冷媒を圧縮する圧縮機と、上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器と、上記冷媒を膨張させる膨張手段と、上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器と、上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器と、上記第１液熱交換器、第２液熱交換器および空気熱交換器の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段と、上記第１液熱交換器と空気熱交換器との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度と、上記第１液熱交換器で冷媒と熱交換された第１液熱媒体の温度とに基いて定めた最小流量以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器に流れるように、上記冷媒流量調節手段を制御する制御手段とを備えるので、この空気熱交換器に、冷媒の寝込み現象が生じない流量以上の流量の冷媒を供給できる。また、上記第１液熱交換器に、従来よりも広い範囲に亘って流量を調節して冷媒を供給でき、さらに、この第１液熱交換器への冷媒流量を、この第１液熱交換器の負荷に応じた流量にできる。その結果、上記空気熱交換器の冷媒の寝込み現象を防止できると共に、上記第１液熱媒体を高精度に温度調節できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の冷凍装置を示す概略図である。
【図２】冷却主体モードを行なう際、冷凍装置に形成される冷媒回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
３ 温水熱交換器
４ 冷水熱交換器
６ 空気熱交換器
８ 吐出三方弁
９ 吸入三方弁
１１ 第１電子膨張弁
１２ 第２電子膨張弁
１４ 受液器
１６ 送風機
１７ 温水温度センサ
１８ 外気温度センサ
Claims (3)
- 冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、
上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器（３）と、
上記冷媒を膨張させる膨張手段（１１，１２）と、
上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器（４）と、
上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器（６）と、
上記第１液熱交換器（３）、第２液熱交換器（４）および空気熱交換器（６）の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段（８，９）と、
上記第１液熱交換器（３）と空気熱交換器（６）との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器（６）が位置する外気の温度に基いて定めた最小流量（Ｑｓ）以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器（６）に流れるように、上記冷媒流量調節手段（８，９）を制御する制御手段（１９）と
を備えることを特徴とする冷凍装置。 - 冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、
上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器（３）と、
上記冷媒を膨張させる膨張手段（１１，１２）と、
上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器（４）と、
上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器（６）と、
上記第１液熱交換器（３）、第２液熱交換器（４）および空気熱交換器（６）の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段（８，９）と、
上記第１液熱交換器（３）と空気熱交換器（６）との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器（６）が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器（３）で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度（Ｔｓ１）とに基いて定めた最小流量（Ｑｓ）以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器（６）に流れるように、上記冷媒流量調節手段（８，９）を制御する制御手段（１９）と
を備えることを特徴とする冷凍装置。 - 冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、
上記冷媒と第１液熱媒体との熱交換を行なう第１液熱交換器（３）と、
上記冷媒を膨張させる膨張手段（１１，１２）と、
上記冷媒と第２液熱媒体との熱交換を行なう第２液熱交換器（４）と、
上記冷媒と空気との熱交換を行なう空気熱交換器（６）と、
上記第１液熱交換器（３）、第２液熱交換器（４）および空気熱交換器（６）の冷媒流量を調節する冷媒流量調節手段（８，９）と、
上記第１液熱交換器（３）と空気熱交換器（６）との両方に冷媒を流す状態で、上記空気熱交換器（６）が位置する外気の温度と、上記第１液熱交換器（３）で冷媒と熱交換される第１液熱媒体の目標温度（Ｔｓ１）と、上記第１液熱交換器（３）で冷媒と熱交換された第１液熱媒体の温度（Ｔｍ１）とに基いて定めた最小流量（Ｑｓ）以上の流量の冷媒が上記空気熱交換器（６）に流れるように、上記冷媒流量調節手段（８，９）を制御する制御手段（１９）と
を備えることを特徴とする冷凍装置。
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