JP2005180822A - Cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a cooling device that cools a load medium such as a liquid such as water or a gas such as air.
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。 Conventionally, as this type of cooling device, for example, Patent Document 1 (Japanese Utility Model Publication No. 62-171744 (Japanese Utility Model Publication No. 1-75769) microfilm) and Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-4816) are disclosed. What has been described is known.
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。 The configuration described in Patent Document 1 includes a refrigerant cycle in which a compressor, a condenser, and an expansion valve are connected to circulate the refrigerant. In the evaporator, the refrigerant and the load medium exchange heat, The compressor motor is controlled by an inverter, and an evaporation pressure adjusting valve for detecting the cooling temperature of the cooling load and controlling the evaporation pressure of the evaporator is provided on the outlet side of the evaporator. . Normally, the pressure of the refrigerant sent to the compressor after heat exchange is detected, and the operation of the compressor is controlled by the inverter based on the pressure, and the amount of refrigerant sent to the evaporator is adjusted. When the temperature of the water is low or the flow rate is reduced and the load is below the lower limit of the load control of the compressor motor, the refrigerant flow into the compressor is reduced by the evaporation pressure adjustment valve, and the evaporation pressure of the evaporator is reduced. It is designed to suppress heat exchange by the evaporator.
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。
However, when the compressor is controlled by an inverter as in Patent Document 1, depending on the type of the compressor, the compression efficiency may decrease or cause a failure, and the cost may increase. There's a problem. In
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。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a cooling device that can stably use a compressor at a low cost and can cool a load medium whose flow rate and temperature can fluctuate greatly. Is to provide. Another object of the present invention is to provide a cooling device capable of accurately cooling a load medium to a desired temperature.
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。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present invention includes a refrigerant cycle in which a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are connected to circulate refrigerant, In the cooling device for performing heat exchange between the refrigerant and the load medium in the evaporator of the refrigerant cycle and cooling the load medium,
A plurality of expansion valves are provided as the expansion valve, and
A temperature sensor for detecting the temperature of the load medium on the inlet side;
A flow sensor for detecting the flow rate of the load medium;
A controller that receives detection signals from the temperature sensor and the flow rate sensor and performs selection control of an expansion valve to be used among the plurality of expansion valves; and
The expansion valve to be used is switched in accordance with the temperature of the load medium on the inlet side detected by the temperature sensor and the flow rate of the load medium detected by the flow sensor.
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。 Switching between multiple expansion valves may be done by switching the number of use by providing multiple expansion valves with the same throttling capacity, or by switching the capacity of using expansion valves with different throttling capacities. Good.
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。
The invention according to
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。
The invention described in
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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the controller according to any one of the first to third aspects, the controller selects the two parameters of the load medium temperature and the load medium flow rate on the inlet side. A sequencer for determining an expansion valve to be operated is provided.
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。
According to the present invention, the load medium is controlled by switching the expansion valve to be used from among the plurality of expansion valves according to the temperature on the inlet side of the load medium and the flow rate of the load medium, and adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the refrigerant cycle. The load medium can be cooled to a desired temperature in response to large fluctuations in the temperature or flow rate.
According to the second aspect of the present invention, the refrigerant pressure in the evaporator is kept constant by using the evaporation pressure adjusting valve, and a constant amount of refrigerant is caused to flow to the evaporator using the constant pressure expansion valve. Thus, the temperature of the refrigerant in the evaporator can be kept constant, and thus the cooling temperature of the load medium can be made constant.
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。 According to the third aspect of the invention, the load medium can be cooled to a desired temperature by changing the adjustment pressure of the evaporation pressure adjustment valve.
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。 According to the fourth aspect of the present invention, the expansion valve to be quickly selected can be determined by the sequencer with respect to fluctuations in two parameters, the temperature of the load medium on the inlet side and the flow rate of the load medium.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 is a circuit diagram of a cooling device according to an embodiment of the present invention. In the figure, the
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。
A water pipe 22 through which the load medium flows is provided, the inlet side of the water pipe 22 is connected to a water supply source, the outlet side is connected to a faucet, a valve, and the like, and the water flowing through the water pipe 22 is supplied to the
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。
The water pipe 22 is not provided with a water storage tank or the like, and is provided with a
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。
The
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。
The
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。
Here, the expansion valves 16-1, 16-2, 16-3 are preferably constant pressure expansion valves, and the pressure of the
また、符号44はアキュムレータである。
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。
The
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。
The
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。
The operation of the
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。
The detection signals from the
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。
The evaporation
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。
Since the constant pressure expansion valve is used as the
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。
With the configuration as described above, it is possible to cope with large fluctuations in the flow rate of water by switching between the plurality of expansion valves 16-1, 16-2, 16-3, and further, the evaporation
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。 In the above embodiment, one expansion valve is always selected and used from among the plurality of expansion valves 16-1, 16-2, 16-3. However, the present invention is not limited to this, and one or more arbitrary combinations of expansion valves can be used at the same time.
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
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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。 A compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are connected to each other to have a refrigerant cycle in which the refrigerant circulates. The refrigerant and the load medium exchange heat in the evaporator of the refrigerant cycle, In the cooling device for cooling
A plurality of expansion valves are provided as the expansion valve, and
A temperature sensor for detecting the temperature of the load medium on the inlet side;
A flow sensor for detecting the flow rate of the load medium;
A controller that receives detection signals from the temperature sensor and the flow rate sensor and performs selection control of an expansion valve to be used among the plurality of expansion valves; and
The cooling apparatus according to claim 1, wherein the expansion valve to be used is switched according to the temperature of the load medium on the inlet side detected by the temperature sensor and the flow rate of the load medium detected by the flow sensor.
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2003
- 2003-12-19 JP JP2003423368A patent/JP2005180822A/en active Pending
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