JP2013190162A

JP2013190162A - 冷却装置

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Publication number: JP2013190162A
Application number: JP2012057200A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukui; 孝史福井; Makoto Saito; 信齊藤; Fumitake Unezaki; 史武畝崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: JP5484503B2

Abstract

【課題】被冷却流体として凝固点を低下させる添加物を混ぜたブラインを使用した場合において、濃度計などの計測器を使用することなく、被冷却流体の添加物の含有濃度を管理することができ、含有濃度低下に起因する被冷却流体の凍結を未然に防止することが可能であって、信頼性の高い冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却装置１００は、該冷却装置１００の運転情報を検出する運転情報検出手段と、運転情報検出手段からの運転情報に基づいて被冷却流体の物性値を演算し、この演算値に基づいて被冷却流体の濃度の状態を検出する被冷却流体濃度検出手段（濃度状態判定部１０１）を備えたものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、液体である被冷却流体を冷却する冷却装置に関するものである。

従来より被冷却流体を冷却する冷却装置において、被冷却流体の凍結を防止することは冷却装置の信頼性を確保する上で重要な課題であり、凍結を防止するための技術がいくつか提案されている。

そのようなものとして、圧縮機、凝縮器、主膨張弁、蒸発器を配管にて接続し冷媒を蒸発器にて蒸発することにより蒸発器を流通するブラインを冷却する冷却装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この冷却装置は、ブライン流量に応じて、蒸発器でのブラインの内部凍結を防止するように、スクリュー圧縮機の容量を制御する容量制御手段を備えたものである。

また、蒸発器の低圧側の冷媒温度と蒸発器に流入する被冷却流体の温度とを検出し、その検出結果に基づき被冷却流体の「凍結の有無」又は「凍結の可能性」を判定する冷却装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。この冷却装置は、判定結果に基づいて凍結防止制御を作動させることで、被冷却流体の凍結を未然に防止するようにしたものである。

特許第３６３７７８６号公報（第５、６ページなど）特許第４８２３２６４号公報（第７ページなど）

特許文献１、２に記載されているような技術は、被冷却流体の温度や流量の低下による凍結を防止するものである。また、被冷却流体として凝固点を低下させる添加物を混ぜたブラインを使用する場合、添加物の含有濃度が低下することでブラインが凍結する可能性もある。しかしながら、特許文献１、２に記載されているような技術においては、濃度計などの計測器を用いることでしか、添加物の含有濃度低下を判別することができず、被冷却流体（ブライン）が凍結してしまうといった課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、被冷却流体として凝固点を低下させる添加物を混ぜたブラインを使用した場合において、濃度計などの計測器を使用することなく、被冷却流体の添加物の含有濃度を管理することができ、含有濃度低下に起因する被冷却流体の凍結を未然に防止することが可能であって、信頼性の高い冷却装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を減圧する減圧装置、前記減圧装置によって減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器が順次配管接続されて構成された冷媒回路と、被冷却流体を被冷却流体送出装置により前記蒸発器に送出し、前記蒸発器を流れる冷媒と熱交換して冷却する被冷却流体流路と、を有する冷却装置であって、該冷却装置の運転情報を検出する運転情報検出手段と、前記運転情報検出手段からの運転情報に基づいて前記被冷却流体の物性値を演算し、この演算値に基づいて前記被冷却流体の濃度の状態を検出する被冷却流体濃度検出手段と、を備えたものである。

本発明に係る冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を減圧する減圧装置、前記減圧装置によって減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器が順次配管接続されて構成された冷媒回路と、被冷却流体を被冷却流体送出装置により前記蒸発器に送出し、前記蒸発器を流れる冷媒と熱交換して冷却する被冷却流体流路と、を有する冷却装置であって、該冷却装置の運転情報を検出する運転情報検出手段と、前記被冷却流体の物性情報を記憶する物性情報記憶手段と、前記運転情報検出手段からの運転情報と、前記物性情報記憶手段からの前記被冷却流体の物性情報と、を用いて前記被冷却流体の濃度の絶対値を演算し、この絶対値に基づいて前記被冷却流体の濃度の状態を検出する被冷却流体濃度検出手段と、を備えたものである。

本発明によれば、冷却装置の運転状態を用いて蒸発器に流れる被冷却流体における添加物の濃度変化を検出することができる。このため、被冷却流体の添加物濃度管理において、濃度計等の計測器を使用することなく、濃度変化を検出することができるため、安価に機能を構成できる。また、本発明によれば、被冷却流体の添加物濃度の状況を常時監視できるため、濃度低下に起因する熱交換器内での被冷却流体の凍結を未然に防止することが可能であり、信頼性が向上した冷却装置を実現できる。

本発明の実施の形態１に係る冷却装置の構成図である。本発明の実施の形態１に係る冷却装置における情報・制御信号の伝送方法の概念図である。本発明の実施の形態１に係る冷却装置の被冷却流体濃度に対する被冷却流体の密度と比熱の積の相関関係を示した図である。本発明の実施の形態１に係る冷却装置の被冷却流体の濃度状態判定の処理の流れを示したフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る冷却装置の被冷却流体の濃度状態判定の処理の流れを示したフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る冷却装置の被冷却流体（ブライン）の凍結判定の処理の流れを示したフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る冷却装置の蒸発器における被冷却流体（ブライン）と冷媒との温度プロファイルを示した概念図である。本発明の実施の形態１に係る冷却装置の別の構成図である。

実施の形態１．
《機器構成》
本発明の実施の形態１に係る冷却装置１００の構成を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る冷却装置１００の構成図である。図１及び後述の図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。

本実施の形態１に係る冷却装置１００は、冷媒が循環する冷媒回路Ａと、冷媒回路Ａを循環する冷媒と熱交換する被冷却流体が循環する被冷却流体流路Ｂとを備えている。

冷媒回路Ａは、圧縮機１、凝縮器２、減圧装置３及び蒸発器４が順次配管接続されて構成されている。冷媒回路Ａは、蒸発器４を介して被冷却流体流路Ｂに冷熱を供給する機能を有している。

被冷却流体流路Ｂは、蒸発器４と、冷蔵庫や室内機などの冷熱負荷５００とが接続されて構成されている。被冷却流体流路Ｂには、更に、被冷却流体流路Ｂに被冷却流体を循環させるための例えばポンプ等のような被冷却流体送出手段５が接続されている。被冷却流体流路Ｂは、被冷却流体を、蒸発器４を流れる冷媒との熱交換により冷却し、冷却した被冷却流体を冷熱負荷５００へと導く機能を有している。

（圧縮機）
圧縮機１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。圧縮機１は、運転容量（周波数）を可変することが可能な容積式圧縮機で構成されている。運転容量を可変させる制御方法は、例えば、インバータにより制御されるモータの駆動による方法やスライドバルブを用いた方法がある。なお、図１においては、圧縮機１が１台のみ搭載されている状態を例に示しているが、これに限定されず、２台以上の圧縮機が並列もしくは直列に接続されたものであってもよい。

（凝縮器）
凝縮器２は、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒と外部からの熱源として供給される被熱交換媒体とが熱交換し、外部の熱源に放熱するものである。凝縮器２は、例えば、伝熱管と多数のフィンで構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成するとよい。フィン・アンド・チューブ型熱交換器を用いる場合は、熱交換媒体は空気であり、媒体の送出装置はファン等の駆動手段（図示せず）を用いる。

ただし、凝縮器２は、フィン・アンド・チューブ型熱交換器に限定されず、間隔をおいて薄板を多数並べて、周縁部をシールし、各薄板間に形成された空間を交互に冷媒流路と水流路としてなるプレート式熱交換器で構成してもよい。プレート式熱交換器を用いる場合であって、被熱交換媒体が例えば水のような流体である場合、ポンプ等の送出装置（図示せず）を用いて被熱交換媒体を凝縮器２に供給すればよい。この被熱交換媒体を水に限定するものではなく、同様な作用を示す流体であれば、別の流体であってもよい。

なお、図１においては、凝縮器２が１台のみ搭載されている状態を例に示しているが、これに限定されず２台以上の凝縮器が並列又は直列に接続して搭載するようにしてもよい。さらに、凝縮器２は、ヒートパイプ式熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、二重管式熱交換器等で構成してもよい。

（減圧装置）
減圧装置３は、冷媒を減圧して膨張させるものである。減圧装置３は、冷媒回路Ａ内を流れる冷媒の流量の調節等を行うもので、ステッピングモータ（図示せず）により絞りの開度を調整することが可能な電子膨張弁で構成するとよい。なお、電子膨張弁以外にも、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、又は温度式膨張弁、キャピラリーチューブ等、同様な役割を成すものであれば、他の形式のものを用いてもよい。

（蒸発器）
蒸発器４は、減圧装置３で減圧された低温低圧の冷媒と被冷熱流体とが熱交換するものである。蒸発器４は、例えば間隔をおいて薄板を多数並べて、周縁部をシールし、各薄板間に形成された空間を交互に冷媒流路と被冷却流体流路としてなるプレート式熱交換器で構成するとよい。

なお、被冷却流体流路Ｂを流れる被冷熱流体の流れ方向は図１の実線の矢印で表した対向流（冷媒と被冷却流体が対向で流れる形式）であってもよいし、実線の矢印の逆方向である破線の矢印で表した方向に流れる並行流（冷媒と被冷却流体が並行に流れる形式）であってもよい。

また、蒸発器４は、プレート式熱交換器に限定されず、冷媒と熱交換する熱交換媒体として液体の被冷却流体を用いることができるものであれば他の形式の熱交換器であってもよい。例えば、シェルアンドチューブ式熱交換器で蒸発器４を構成してもよい。

（被冷却流体）
被冷却流体流路Ｂを循環する被冷却流体には、水に凝固点を降下させる添加物を混ぜたブラインを用いる。被冷却流体の凍結温度（凝固点）は、添加物の含有濃度（以下、ブライン濃度という）によって異なるため、冷却装置１００の使用時においては冷熱負荷５００に供給する被冷却流体流出温度よりも低い凝固点になるようにブライン濃度が調整されて使用される。例えば、被冷却流体流出温度が−５℃であれば、凝固点が−１５℃となるようにブライン濃度を調整して使用される。添加物の含有濃度を高めてブライン濃度を高くするほど凝固点は低くなり、添加物の含有濃度を低くしてブライン濃度を低くするほど凝固点は高くなる。

（被冷却流体送出手段）
被冷却流体送出手段５は、前述のような被冷却流体を被冷却流体流路Ｂを循環させるため、ポンプ等の流体送出装置で構成するとよい。ただし、被冷却流体送出手段５を、ポンプ等の流体送出装置に限定するものではなく、同様な役割を成すものであれば、他形式の送出装置で構成してもよい。

（冷媒）
冷却装置１００に用いられる冷媒には、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ等のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒、Ｒ２２、Ｒ１３４ａ等のＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）冷媒、もしくは炭化水素、ヘリウムのような自然冷媒等があるが、これらに限定されず同様の冷媒作用をするものであれば、上記以外のものであってもよい。

（運転情報検出手段）
冷却装置１００の運転情報検出手段について説明する。冷却装置１００は、運転情報検出手段として、吸入冷媒温度検出手段４０と、被冷却流体流入温度検出手段４１と、被冷却流体流出温度検出手段４２と、運転容量検出手段２０と、低圧圧力検出手段３０と、被冷却流体流量検出手段５０と、を有している。

吸入冷媒温度検出手段４０は、例えば図１に示すように圧縮機１の吸入側に設置され、圧縮機１の吸入冷媒温度を検出するものである。被冷却流体流入温度検出手段４１は、例えば図１に示すように被冷却流体流路Ｂにおける蒸発器４の流入口側に設置され、蒸発器４に流入する被冷却流体の温度を検出するものである。被冷却流体流出温度検出手段４２は、例えば図１に示すように被冷却流体流路Ｂにおける蒸発器４の流出口側に設置され、蒸発器４から流出する被冷却流体の温度を検出するものである。これらの温度検出手段は、例えば温度センサで構成するとよい。

運転容量検出手段２０は、例えば図１に示すような位置に設置され、圧縮機１の運転容量（周波数）を検出するものである。低圧圧力検出手段３０は、例えば図１に示すように圧縮機１の吸入側に設置され、冷媒回路Ａにおける低圧側の冷媒圧力を検出するものである。低圧圧力検出手段３０は、例えば圧力センサで構成するとよい。被冷却流体流量検出手段５０は、例えば図１に示すような位置に設置され、被冷却流体流路Ｂにおける被冷却流体の流量を検出するものである。

なお、冷却装置１００の各運転情報検出手段の設置位置は、図１に示す位置に限定されず、対応する温度や圧力、圧縮機１の運転容量（周波数）、被冷却流体の流量を検出することが可能な範囲で別の位置に設置されていてももちろんよい。

図２は、冷却装置１００における情報・制御信号の伝送方法の概念図である。図２に基づいて、冷却装置１００の制御系について説明する。

（制御系）
図２に示すように、冷却装置１００は、各検出手段（各運転情報検出手段）によって検出された各検出値に基づいて、ブラインの濃度状態判定を行う濃度状態判定部（被冷却流体濃度検出手段）１０１、濃度状態判定部１０１の判定結果に基づいて冷却装置１００の各アクチュエータを操作し凍結を防止する制御部１５０、濃度状態判定部１０１の判定結果を外部に報知する報知部１６０を有している。

濃度状態判定部１０１は、測定部１１０、演算部１２０、記憶部１３０、判定部１４０を備えている。各運転情報検出手段により検出された運転情報は、まず測定部１１０へ入力される。次に、測定部１１０に入力された検出値は、演算部１２０に入力される。演算部１２０では、予め与えられた式等を用いて検出値の演算を行い、その演算結果が記憶部１３０へ入力され記憶される。

記憶部１３０は、演算部１２０より得られた演算結果、予め与えられた定数、演算に用いる式、機器仕様等を記憶でき、必要に応じてこれらの記憶内容を参照、書き換えることが可能になっている。

演算部１２０は、それぞれの検出値を用いて、判定部１４０での濃度状態判定に用いるブラインの密度と比熱の積の値を演算する。具体的には、演算部１２０は、それぞれの検出値と、記憶部１３０に予め記憶されている冷却装置１００の機種情報、例えば圧縮機１や蒸発器４の仕様や、演算に用いる定数等の値と、に基づいて被冷却流体の密度と比熱の積となる値（物性値）を演算する。

判定部１４０では、演算部１２０で演算された演算結果に基づいて、ブラインの「濃度低下」、「濃度上昇」または「濃度正常」を判定する。そして、判定部１４０での判定結果が制御部１５０へ入力される。

制御部１５０は、判定部１４０での判定結果に基づいてブラインの凍結を防止するため、圧縮機１、減圧装置３、被冷却流体送出手段５のうち、少なくともいずれかの制御を行う。また、判定部１４０の判定結果において凍結が発生していると判断された場合は、報知部１６０によって警報を発報する。

測定部１１０、演算部１２０、判定部１４０、制御部１５０は、例えばマイクロコンピュータ等のデータ処理手段により構成され、記憶部１３０は半導体メモリ等の記憶手段によって構成されている。また、報知部１６０では、マイクロコンピュータ等による処理結果をＬＥＤやモニタ等によって表示したり、警告音等を出力したり、電話回線、ＬＡＮ回線、無線等の通信手段（図示せず）により遠隔地へ情報を出力することができる。なお、測定部１１０、演算部１２０、記憶部１３０、判定部１４０、制御部１５０及び報知部１６０を冷却装置１００に内蔵する構成としてもよいし、冷却装置１００の外部に別置きする形態としてもよい。

《冷却装置の運転動作》
続いて、冷却装置１００の運転動作について図１に基づき説明する。
冷媒回路Ａにおいては、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器２へ至り、外部からの被熱交換媒体との熱交換作用により凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は、減圧装置３にて減圧されて二相冷媒となって、蒸発器４に送られる。蒸発器４に送られた二相冷媒は、被冷却流体送出手段５により供給される被冷却流体との熱交換作用により蒸発し、低圧のガス冷媒となる。

減圧装置３は、圧縮機１の吸入側における冷媒の圧縮機吸入過熱度が所定値となるように開度調整され、蒸発器４を流れる冷媒の流量を制御している。このため、蒸発器４の出口のガス冷媒は、所定の過熱度を有する状態となる。そして、蒸発器４にてガス化された低圧ガス冷媒は、再び圧縮機１へ戻る。なお、圧縮機吸入過熱度は、吸入冷媒温度検出手段４０の検出値から冷媒の蒸発温度を引くことにより求められる。また、蒸発温度は、低圧圧力検出手段３０の圧力を飽和温度換算することにより求められる。

一方、被冷却流体流路Ｂでは、被冷却流体送出手段５によって被冷却流体が蒸発器４に供給され、冷媒回路Ａの冷媒との熱交換作用により冷却された後、冷熱負荷５００に導かれる。蒸発器４内には、冷熱負荷５００からの要求に応じ、かつ、被冷却流体が凍結しない範囲での流量の冷媒が流れるように、制御部１５０によって圧縮機１の運転容量が制御される。

《被冷却流体濃度状態の判定方法（フローチャート）》
続いて、図３及び図４に基づいて冷却装置１００の被冷却流体（ブライン）の濃度状態の判定方法について説明する。図３は、冷却装置１００の被冷却流体濃度に対する被冷却流体の密度と比熱の積の相関関係を示した図である。図４は、冷却装置１００の被冷却流体の濃度状態判定の処理の流れを示したフローチャートである。なお、図３では、縦軸が被冷却流体の密度と比熱の積を、横軸が被冷却流体濃度を、それぞれ示している。

上述したように、濃度状態判定部１０１は、冷却装置１００の運転情報と記憶部１３０に記憶された機種情報に基づいてブラインの密度と比熱の積を演算する。ここで例えば、ブラインの中で代表的なエチレングリコール系やプロピレングリコール系を被冷却流体として用いた場合、ブライン濃度と、ブラインの密度と比熱の積において図３に示すような相関関係がある。このような相関関係に基づいて、冷却装置１００ではブライン密度と比熱の積の値の大小により相対的にブライン濃度変化を判定する。

ＳＴ１では、濃度状態判定部１０１は、記憶部１３０に予め記憶された冷却装置１００の機種情報を取得する。機種情報としては、例えば、圧縮機１のストロークボリュームや蒸発器４の仕様（伝熱面積、伝熱壁の熱伝導率、伝熱壁の厚さなど）がある。また、その他にも機種情報として、蒸発器４における冷媒と被冷却流体との熱伝達率の算出式（式の内容については後述）に用いる比例係数βｒとβｗ、累乗係数γｒとγｗを機種情報として保持しておく。ここで、比例係数βｒとβｗ、累乗係数γｒとγｗは実測データ、もしくはシミュレーションデータ、熱伝達の理論式等より、それぞれ予め算出しておき、定数として記憶部１３０にて記憶保持しておく。

なお、本実施の形態１では、濃度状態判定部１０１の記憶部１３０には判定対象の冷却装置１００単体の機種情報を記憶しているとして説明しているが、これに限定されず、記憶部１３０には上記のような冷却装置１００の機種情報を複数記憶して、データベースとして保持しておいてもよい。このようにすれば、例えば、濃度状態判定部１０１を外部に別置きする場合において、濃度判定対象の冷却装置１００が変更された場合でも、それに対応して変更後の冷却装置１００の機種のブラインの濃度状態判定が可能となる。

ＳＴ２では、濃度状態判定部１０１は、冷却装置１００の運転情報（圧縮機１の運転容量、冷媒圧力、冷媒温度、被冷却流体の流量等）を取得する。

ＳＴ３では、濃度状態判定部１０１は、ＳＴ１で取得した冷却装置１００の機種情報とＳＴ２で取得した冷却装置１００の運転情報を用いて冷媒循環量を演算する。

冷媒循環量Ｇｒ［ｋｇ／ｈ］は、例えば、圧縮機１の押しのけ量（ストロークボリューム）Ｖｓｔ［ｍ³］、圧縮機周波数Ｆ［Ｈｚ］、圧縮機吸入ガス比容積Ｖｇ［ｍ³／ｋｇ］、体積効率ηｖ［−］より次式（１）から求める。

圧縮機吸入ガス比容積Ｖｇの算出方法は、例えば、低圧圧力検出手段３０と吸入冷媒温度検出手段４０の検出値のうち少なくともどちらか一方を用いて、冷媒物性値を求める近似式やテーブルなどにより演算して求める方法がある。体積効率ηｖは０．８〜０．９程度の値を定数として与える。

ＳＴ４では、濃度状態判定部１０１は、蒸発器４の熱伝達特性を求めるために冷媒側熱伝達率αｒ［ｋＷ／（ｍ²・Ｋ）］と被冷却流体側熱伝達率αｗ［ｋＷ／（ｍ²・Ｋ）］を演算する。

冷媒側熱伝達率αｒは、冷媒循環量Ｇｒ、機種情報として取得した比例係数βｒ、累乗係数γｒを用いて、被冷却流体側熱伝達率αｗは、運転情報として取得した被冷却流体の流量Ｇｗ、機種情報として取得した比例係数βｗ、累乗係数γｗを用いてそれぞれ次式（２）、（３）より求めることができる。

ＳＴ５では、濃度状態判定部１０１は、ＳＴ４で演算した熱伝達率を用いて、蒸発器４における熱通過率Ｋを演算する。

熱通過率Ｋは、冷媒側熱伝達率αｒと被冷却流体側熱伝達率αｗを用いて、次式（４）より求めることができる。

なお、式（４）は熱通過率Ｋの定義式から熱伝導抵抗の項を省略したものであるが、もちろん次式（５）で示す熱通過率Ｋの定義式を用いてもよい。

ここで、
δ：伝熱壁の厚さ［ｍ］、
λ：伝熱壁の熱伝導率［ｋＷ／（ｍ・Ｋ）］である。

ＳＴ６では、濃度状態判定部１０１は、被冷却流体の密度ρｗと比熱Ｃｐｗの積ρｗＣｐｗを演算する。

被冷却流体の密度ρｗと比熱Ｃｐｗの積ρｗＣｐｗは、ＳＴ５で求めた熱通過率Ｋ、ＳＴ１で取得した機種情報及びＳＴ２で取得した運転情報とを用いて、次式（６）で求めることができる。

ここで、
Ａ：蒸発器の伝熱面積［ｍ²］、
Ｇｗ：被冷却流体の流量［ｍ³／ｈ］、
ΔＴｍ：蒸発器における対数平均温度差［Ｋ］、
ΔＴｗ：蒸発器における被冷却流体の出入口温度差［Ｋ］である。

ΔＴｗは、被冷却流体流入温度検出手段４１と被冷却流体流出温度検出手段４２の検出値の差により求められる。対数平均温度差ΔＴｍは、被冷却流体流入温度検出手段４１の検出値Ｔｗｉと被冷却流体流出温度検出手段４２の検出値Ｔｗｏ、及び、低圧圧力検出手段３０の検出値を飽和温度換算した値（蒸発温度）ＥＴとを用いて、例えば次式（７）より求められる。

ここで、
Ｔｗｉ：被熱交換流体流入温度［℃］、
Ｔｗｏ：被熱交換流体流出温度［℃］、
ＥＴ：蒸発温度［℃］である。

ＳＴ７では、濃度状態判定部１０１は、冷却装置１００のブライン濃度の初期状態を記憶する初期学習がなされているか判定する。判定結果がＹＥＳであれば、そのままＳＴ９へ移動する。判定結果がＮＯであれば、ＳＴ８へ移動する。ＳＴ８では、ＳＴ６で演算した被冷却流体の密度と比熱の積ρｗＣｐｗを、初期値ρｗＣｐｗ₀として記憶部１３０に記憶してＳＴ９へ移動する。ここで定めた初期値ρｗＣｐｗ₀が冷却装置１００のブライン濃度の初期状態に相当するとして、以後の濃度状態判定の基準値として使用する。

ＳＴ９では、濃度状態判定部１０１は、ＳＴ６で演算した被冷却流体の密度と比熱の積ρｗＣｐｗと、ρｗＣｐｗ₀が等しいかどうか判定する。判定結果がＹＥＳであれば、初期状態からブライン濃度変化が無いと判断できるので「濃度正常」と判定し、ＳＴ１０へ移動して報知部１６０にて「濃度正常」出力を行い、被冷却流体の濃度状態判定を終了する。

判定結果がＮＯであれば、ＳＴ１１へ移動する。ＳＴ１１では、濃度状態判定部１０１は、ρｗＣｐｗがρｗＣｐｗ₀より小さいかどうか判定する。判定結果がＹＥＳであれば、初期状態から濃度が上昇していると判断できるので「濃度上昇」状態と判定し、ＳＴ１２へ移動して報知部１６０にて「濃度上昇」出力を行い、被冷却流体の濃度状態判定を終了する。判定結果がＮＯであれば、初期状態から濃度が低下していると判断できるので「濃度低下」状態と判定し、ＳＴ１３へ移動して報知部１６０にて「濃度低下」出力を行い、被冷却流体の濃度状態判定を終了する。

なお、ＳＴ１３にて「濃度低下」となって判定が終了した場合、図２に示すように濃度状態判定部１０１から制御部１５０に保護制御信号を伝送し、冷却装置１００における被冷却流体の凍結を防止する凍結防止制御を実施させるようにするとよい。制御動作としては、例えば圧縮機１の即時運転停止、増速禁止、又は数秒ごとに圧縮機１の周波数を数Ｈｚずつ減速、又は圧縮機１の運転容量アップ禁止、数秒ごとに圧縮機１の運転容量を数％ずつダウン等のような運転制御がある。

また、これらの保護制御動作は、上記の運転制御の１つを行う単一設定でもよいし、上記の運転制御のうちの複数を行う併用設定であってもよい。保護制御動作を併用設定とする場合は、例えば、ρｗＣｐｗとρｗＣｐｗ₀との乖離度合いに応じて各運転制御の閾値を設定し、段階的に各運転制御を行ってもよい。このように連動して保護制御動作となる各運転制御を実施することで、ブライン濃度低下による蒸発器４の凍結をより確実に防止することができる。

判定結果が「濃度正常」の場合の出力は、報知部１６０での表示により行う。判定結果が正常でない濃度異常状態（「濃度低下」、「濃度上昇」）となった場合の出力は、正常の場合と同様、報知部１６０での表示により行う。また、異常状態の場合は緊急を要するため、電話回線、ＬＡＮ回線、無線等の通信手段を通じて、サービスマンやユーザーへ異常発生を直接出力し、報知してもよい。

《作用効果》
本実施の形態１に係る冷却装置１００によれば、被冷却流体であるブラインの濃度管理において、濃度計等の計測器を使用することなく、ブライン濃度状態を把握することが可能となるため、安価に冷却装置１００の保守管理、メンテナンス技術を実現できる。

また、冷却装置１００においては、被冷却流体として使用されるブラインの物性情報を用いることなく、ブライン濃度状態を把握できるため、様々なブライン種類に対応して濃度状態判定を行うことができる。

さらに、冷却装置１００においては、常時ブライン濃度を管理できるため、濃度低下に起因する水熱交換器内でのブライン凍結を未然に防止することが可能であり、冷却装置１００の信頼性が向上する。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る冷却装置（以下、便宜的に冷却装置２００と称するものとする）の構成を説明する。なお、この実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。

冷却装置２００は、実施の形態１に係る冷却装置１００の構成に加えて、被冷却流体流路Ｂで使用する被冷却流体（ブライン）の物性情報を予め保持しておき、濃度状態判定部１０１において冷却装置２００の運転情報と、ブラインの物性情報から求められるブライン濃度の絶対値に基づいて濃度状態を判定するようにしたものである。その他の構成は実施の形態１と同様である。なお、実施の形態２に係る冷却装置２００が備える記憶部１３０が本発明の物性情報記憶手段に相当するものである。

冷却装置２００において使用するブラインの物性情報を記憶部１３０に予め記憶しておく。記憶する形式は関数式や近似式のような式の形態でもよいし、テーブル形式で記憶保持してももちろんよい。記憶部１３０に記憶されたブラインの物性情報と、冷却装置２００の運転情報とを用いて、演算部１２０でブライン濃度の絶対値を演算する。判定部１４０は演算部１２０で演算されたブライン濃度の絶対値に基づいてブライン濃度の状態を判定する。以下にブライン濃度状態の判定方法を説明する。

《被冷却流体濃度状態の判定方法（フローチャート）》
図５に基づいて冷却装置２００の被冷却流体（ブライン）の濃度状態の判定方法について説明する。図５は、冷却装置２００の被冷却流体の濃度状態判定の処理の流れを示したフローチャートである。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。図５に示すＳＴ２２〜ＳＴ２６の処理は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

ＳＴ２１では、濃度状態判定部１０１は、実施の形態１の冷却装置１００と同様、冷却装置の機種情報を取得する。このときに、濃度状態判定部１０１は、実施の形態１で説明したような機種情報に加えて、予め記憶しておいた冷却装置２００のブライン物性情報を取得する。

ＳＴ２７では、濃度状態判定部１０１は、ＳＴ２６にて算出したρｗＣｐｗの値と、ブラインの物性情報とに基づいてブライン濃度φを算出する。予め記憶しておいた冷却装置２００のブライン物性情報に基づいて、ブライン密度ρｗとブライン比熱Ｃｐｗの積を算出し、ブライン濃度φとの相関関係（例えば図３に示す特性）を求めておけば、ＳＴ２６にて算出したρｗＣｐｗの値からブライン濃度φの絶対値を算出できる。

ＳＴ２８では、濃度状態判定部１０１は、冷却装置２００のブライン濃度の初期状態を記憶する初期学習がなされているか判定する。判定結果がＹＥＳであれば、そのままＳＴ３０へ移動する。判定結果がＮＯであれば、ＳＴ２９へ移動する。ＳＴ２９では、ＳＴ２７で算出したブライン濃度φを、初期値φ₀として記憶部１３０に記憶してＳＴ３０へ移動する。ここで定めた初期値φ₀が冷却装置２００のブライン濃度の初期状態に相当するとして、以後の濃度状態判定の基準値として使用する。

ＳＴ３０では、濃度状態判定部１０１は、ＳＴ２７で算出した濃度φと、φ₀が等しいかどうか判定する。判定結果がＹＥＳであれば、初期状態からブライン濃度変化が無いと判断できるので「濃度正常」と判定し、ＳＴ３１へ移動して報知部１６０にて「濃度正常」出力を行い、被冷却流体の濃度状態判定を終了する。

判定結果がＮＯであれば、ＳＴ３２へ移動する。ＳＴ３２では、φがφ₀より大きいかどうか判定する。判定結果がＹＥＳであれば、ブライン濃度が上昇していると判断できるので「濃度上昇」状態と判定し、ＳＴ３３へ移動して報知部１６０にて「濃度上昇」出力を行い、ブラインの濃度状態判定を終了する。判定結果がＮＯであれば、ブライン濃度は低下していると判断できるので「濃度低下」状態と判定し、ＳＴ３４へ移動して報知部１６０にて「濃度低下」出力を行い、ブラインの濃度状態判定を終了する。

なお、ＳＴ２９で設定したブライン濃度の初期値φ₀を報知部１６０にて表示させるようにしてもよい。このようにすることで、例えば冷却装置２００の初期設置後に、サービスマンやユーザーが冷却装置２００の運転開始時のブラインの初期濃度チェックをすることが可能となる。

また、ＳＴ２７で算出したブライン濃度φと、ブラインの物性情報として得られるブライン濃度と凍結点の関係からブライン凝固点Ｔｆを求め、得られたブライン凝固点Ｔｆを用いて蒸発器４におけるブラインの凍結判定を行ってもよい。以下に、ブライン濃度φを凍結判定に用いた場合の凍結判定方法を説明する。

《被冷却流体の凍結判定方法（フローチャート）》
図６は、冷却装置２００の被冷却流体（ブライン）の凍結判定の処理の流れを示したフローチャートである。図７は、蒸発器４における被冷却流体（ブライン）と冷媒との温度プロファイルを示した概念図である。図６及び図７に基づいて、冷却装置２００の被冷却流体の凍結判定方法について説明する。なお、実施の形態１でも同様の流れで凍結判定が実行できる。

被冷却流体の凍結判定は、蒸発器４において被冷却流体が通過する流路と冷媒が通過する流路との間の壁面の温度（以下、壁面温度）Ｔｗｌと、凍結壁面温度（被冷却流体が凍結する限界の壁面温度）Ｔｗｆとを比較し、壁面温度Ｔｗｌが凍結壁面温度Ｔｗｆより高ければ、凍結は発生していないと判定し、壁面温度Ｔｗｌが凍結壁面温度Ｔｗｆ以下であれば、凍結により流路の閉塞が発生していると判断する。

ＳＴ４１では、濃度状態判定部１０１は、冷却装置２００の機種情報と、ブライン物性を取得する。冷却装置２００の記憶部１３０にブライン濃度φとブライン凝固点Ｔｆの関係を近似式やテーブル形式等で予め記憶しておき、ブラインの物性情報として取得できるようにしておく。

ＳＴ４２では、濃度状態判定部１０１は、冷却装置２００の運転情報より壁面温度Ｔｗｌを算出する。図７に示すように、壁面温度Ｔｗｌは、被冷却流体温度Ｔｗ、冷媒温度Ｔｅ、冷媒側熱伝達率αｒ、被冷却流体側熱伝達率αｗｌの関係から求められる。例えば、図５のＳＴ２４で求めた冷媒側熱伝達率αｒと被冷却流体側熱伝達率αｗから冷媒側熱伝達率αｒと被冷却流体側熱伝達率αｗの比を求めて、その比から壁面温度Ｔｗｌを演算することができる。

具体的には、被冷却流体温度が１０℃、冷媒温度が４℃、被冷却流体側熱伝達率αｗと冷媒側熱伝達率αｒの比が例えば２：１の場合、壁面温度Ｔｗｌは１０−｛（１０−４）×２｝／３＝６℃として求められる。なお、壁面内の熱移動の温度低下分は、被冷却流体（ブライン）及び冷媒の熱伝達に起因する温度変化に対して非常に小さいため、無視するものとする。

なお、被冷却流体温度Ｔｗは、ここではＴｗｉとＴｗｏとの平均として、Ｔｗ＝（Ｔｗｉ＋Ｔｗｏ）／２として与える。また、冷媒温度Ｔｅには低圧圧力検出手段３０により検出される低圧圧力の飽和温度を低圧冷媒温度として用いるとよい。ここでは、壁面温度Ｔｗｌの算出を被冷却流体流入温度Ｔｗｉ、被冷却流体流出温度Ｔｗｏ及び冷媒温度Ｔｅを用いて算出したが、これらのうち何れか一つを用いて算出するようにしてもよい。

ＳＴ４３では、濃度状態判定部１０１は、ＳＴ２７で算出したブライン濃度φを取得する。

ＳＴ４４では、濃度状態判定部１０１は、ＳＴ４１で取得したブライン濃度とブライン凝固点との関係と、ＳＴ４３で取得したブライン濃度φより、ブライン凝固点Ｔｆを算出する。

ＳＴ４５では、濃度状態判定部１０１は、凍結判定の閾値となる凍結壁面温度Ｔｗｆを算出する。なお、具体的な算出方法は後述する。

ＳＴ４６では、濃度状態判定部１０１は、壁面温度Ｔｗｌと凍結壁面温度Ｔｗｆとを比較し、壁面温度Ｔｗｌが凍結壁面温度Ｔｗｆより高くなっていれば、凍結による流路の閉塞は発生していないと判断し、そのまま判定を終了する。そうでない場合は、凍結により流路の閉塞が発生していると判断し、ＳＴ４７へ移動し、凍結異常出力を行う。

ここで、凍結により流路の閉塞が発生していると判定された場合に、被冷却流体の凍結を防止する凍結防止制御を行ってもよい。凍結防止制御としては、例えば、圧縮機１の即時運転停止、増速禁止、又は数秒ごとに圧縮機１の周波数を数Ｈｚずつ減速、又は圧縮機１の運転容量アップ禁止、数秒ごとに圧縮機１の運転容量を数％ずつダウン等のような運転制御がある。

また、これらの保護制御動作は上記の運転制御の１つを行う単一設定でもよいし、上記の運転制御のうちの複数を行う併用設定であってもよい。保護制御動作を併用設定とする場合は、例えば、ＴｗｌとＴｗｆとの乖離度合いに応じて各運転制御の閾値を設定し、段階的に各運転制御を行ってもよい。このように連動して保護制御動作となる各運転制御を実施することで、ブライン濃度低下による蒸発器４の凍結をより確実に防止することができる。

（凍結壁面温度Ｔｗｆの算出）
次に、凍結判定の閾値となる凍結壁面温度Ｔｗｆの算出方法について説明する。凍結壁面温度Ｔｗｆは、冷却開始からの時間（冷却運転時間）ｔｃ、被冷却流体流入温度Ｔｗｉ、被冷却流体流出温度Ｔｗｏ、被冷却流体の流速Ｕｗ、被冷却流体の凝固点Ｔｆに応じて変化することが知られている。また、被冷却流体の物性（熱伝導率λｗ、比熱Ｃｐｗ、密度ρｗ、動粘度νｗ等）によっても異なったものとなることが知られている。ここでは、まず、凍結壁面温度Ｔｗｆの算出に用いる蒸発器４の凍結限界冷却温度比θｃ^*の算出方法について説明する。

（凍結限界冷却温度比θｃ^*の算出）
まず、被冷却流体流入温度検出手段４１により検出される被冷却流体流入温度Ｔｗｉと、被冷却流体流出温度検出手段４２により検出される被冷却流体流出温度Ｔｗｏとにより定常運転時での凍結限界冷却温度比θｃｓ^*を算出する。また、被冷却流体流入温度Ｔｗｉと、被冷却流体流出温度Ｔｗｏと、冷却運転時間ｔｃとより、冷却開始時点での過渡運転時（圧縮機起動時等）における凍結限界冷却温度比θｃｔ^*を算出する。そして、θｃｓ^*とθｃｔ^*の何れか高い方を蒸発器４の凍結限界冷却温度比θｃ^*とする。θｃｓ^*、θｃｔ^*は次式（８）、（９）より求めることができる。

ここで、
Ｆｏ：管内閉塞開始時刻のフーリエ数（＝ａｗ×ｔｃ／ｄｈ²）[無次元]、
ａｗ：被冷却流体の温度拡散率（＝λｗ／（Ｃｐｗ×ρｗ））[ｍ²／ｓ]、
ｔｃ：冷却開始より閉塞開始までの時間[ｓｅｃ]、
λｗ：被冷却流体の熱伝導率[Ｗ／ｍ・Ｋ]、
Ｃｐｗ：被冷却流体の定圧比熱[Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）]、
ρｗ：被冷却流体の密度[ｋｇ／ｍ³]、
Ｒｅｗ：被冷却流体レイノルズ数（＝Ｕｗ×ｄｈ／νｗ）[無次元]、
Ｕｗ：被冷却流体の流速[ｍ／ｓ]、
ｄｈ：水力相当直径[ｍ]、
νｗ：被冷却流体の動粘度[ｍ²／ｓ]である。

上式において、ａｗ、λｗ、Ｃｐｗ、ρｗ、νｗは被冷却流体の物性を用いて被冷却流体温度Ｔｗより求まり、ｄｈは熱交換器（蒸発器）の仕様によって決まる。被冷却流体温度Ｔｗは、上述したように、ここではＴｗｉとＴｗｏとの平均として、Ｔｗ＝（Ｔｗｉ＋Ｔｗｏ）／２として与える。被冷却流体の流速Ｕｗは被冷却流体の流量によって決まり、ここでは被冷却流体流量検出手段５０の検出値と被冷却流体の流量として用いる。定常運転時の凍結限界冷却温度比θｃｓ^*はＴｗｉ、Ｔｗｏ及びＵｗによって求めることができ、過渡運転時の凍結限界冷却温度比θｃｔ^*はＴｗｉ、Ｔｗｏ、Ｕｗ及びｔｃによって求めることができる。なお、被冷却流体温度ＴｗをＴｗｉとＴｗｏとの平均値としたが、凍結壁面温度Ｔｗｆの算出においても、ＴｗｉとＴｗｏのどちらか一方としてもよい。

以上のようにして求められた凍結限界冷却温度比θｃ^*を用いて次式（１０）より凍結壁面温度Ｔｗｆが算出される。被冷却流体の凝固点Ｔｆは、ＳＴ４４にてブライン濃度φより求めたブライン凝固点Ｔｆを用いる。

ここで、
Ｔｗ：被冷却流体温度（＝（Ｔｗｉ＋Ｔｗｏ）／２）[℃]である。

上記のように凍結壁面温度Ｔｗｆ算出において、ブライン濃度φより求めたブライン凝固点Ｔｆを用いることでブライン濃度変化に対応した凍結壁面温度Ｔｗｆを求めることができる。

なお、ここで説明した一連の凍結判定処理は冷却装置２００における測定部１１０、演算部１２０、記憶部１３０、判定部１４０で行われる。従って、図２に示した濃度状態判定部１０１が凍結判定の処理を行う。また、上記で説明した凍結防止制御は制御部１５０が行う。凍結異常出力は報知部１６０で行われる。

《作用効果》
本実施の形態２に係る冷却装置２００によれば、被冷却流体であるブラインの濃度管理において、濃度計等の計測器を使用することなく、ブライン濃度の絶対値を把握することが可能となるため、安価に冷却装置２００の保守管理、メンテナンス技術を実現できる。

また、冷却装置２００によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られると共に、上記のようにして得られたブライン濃度の絶対値からその時のブライン凝固点を常時把握することもでき、得られたブライン凝固点の情報を水熱交換器内でのブライン凍結判定に用いることが可能となるため、凍結判定の高精度化を図ることができる。

《冷却装置の変形例》
各実施の形態の冷却装置における冷媒回路Ａの構成は、図に示した構成に限定されず、上記機器構成に記載した以外の冷媒回路要素、例えば、四方弁やアキュームレータ、レシーバ、油分離器、内部熱交換器（冷媒−冷媒熱交換器）等が接続された冷媒回路であってももちろんよい。

《対数平均温度差ΔＴｍの算出方法の変形例》
上記の説明では、対数平均温度差ΔＴｍを、被冷却流体流入温度Ｔｗｉ、被冷却流体流出温度Ｔｗｏ及び蒸発温度ＥＴを用いて算出するとしたが、以下のように算出してもよい。すなわち、図８に示すように、図１の構成に加えてさらに冷媒流入温度検出手段４３及び冷媒流出温度検出手段４４を設け、これらの各検出値も用いて次式（１１）により算出してもよい。なお、図８は、本発明の実施の形態１に係る冷却装置１００の別の構成図である。

ここで、
Ｔｅｉ：蒸発器の冷媒流入温度［℃］、
Ｔｅｏ：蒸発器の冷媒流出温度［℃］である。

上記のように蒸発器４の出入口で生じる冷媒の温度勾配を考慮した対数平均温度差ΔＴｍを求めることで推算値の高精度化を図ることができる。

例えば、Ｒ４１０Ａのような疑似非共沸混合冷媒の場合には蒸発器４の出入口の冷媒で温度勾配はほとんど生じないが、例えばＲ４０７Ｃのような非共沸混合冷媒の場合には蒸発器４の出入口で冷媒の温度勾配が生じる。このように、特にＲ４０７Ｃのような非共沸混合冷媒を使用する冷却装置においては、上述の演算方法を適用することで、推算精度を向上させることが可能となる。

なお、ここでは冷媒流入温度検出手段４３と、冷媒流出温度検出手段４４の両方が設置されるとしたが、例えば冷媒流出温度検出手段４４は設置せず、冷媒流入温度検出手段４３のみを設置するとしてもよい。その場合、冷媒流出温度検出手段４４として吸入冷媒温度検出手段４０を代用すると上式で対数平均温度差ΔＴｍを求めることができる。

本発明の特徴事項を各実施の形態において説明したが、上述したように例えば、冷媒の流路構成（配管接続）、被冷却流体の流路構成、圧縮機・熱交換器・減圧手段等の冷媒回路要素の構成、各運転情報検出手段の設置位置等の内容は、各実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の技術の範囲内で適宜変更が可能である。

１圧縮機、２凝縮器、３減圧装置、４蒸発器、５被冷却流体送出手段、２０運転容量検出手段、３０低圧圧力検出手段、４０吸入冷媒温度検出手段、４１被冷却流体流入温度検出手段、４２被冷却流体流出温度検出手段、４３冷媒流入温度検出手段、４４冷媒流出温度検出手段、５０被冷却流体流量検出手段、１００冷却装置、１０１濃度状態判定部、１１０測定部、１２０演算部、１３０記憶部、１４０判定部、１５０制御部、１６０報知部、２００冷却装置、５００冷熱負荷、Ａ冷媒回路、Ｂ被冷却流体流路。

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を減圧する減圧装置、前記減圧装置によって減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器が順次配管接続されて構成された冷媒回路と、
被冷却流体を被冷却流体送出装置により前記蒸発器に送出し、前記蒸発器を流れる冷媒と熱交換して冷却する被冷却流体流路と、を有する冷却装置であって、
該冷却装置の運転情報を検出する運転情報検出手段と、
前記運転情報検出手段からの運転情報に基づいて前記被冷却流体の物性値を演算し、この演算値に基づいて前記被冷却流体の濃度の状態を検出する被冷却流体濃度検出手段と、を備えた
ことを特徴とする冷却装置。
前記運転情報検出手段は、
前記冷媒回路における低圧側の冷媒圧力を検出する低圧圧力検出手段、
前記圧縮機の吸入側の冷媒温度を検出する吸入冷媒温度検出手段、
前記蒸発器に流入する被冷却流体の温度を検出する被冷却流体流入温度検出手段、
前記蒸発器から流出する被冷却流体の温度を検出する被冷却流体流出温度検出手段、
前記圧縮機の運転容量を検出する運転容量検出手段、
前記被冷却流体流路における被冷却流体の流量を検出する被冷却流体流量検出手段で構成され、
前記被冷却流体濃度検出手段は、
前記低圧圧力検出手段で検出された低圧冷媒圧力、前記吸入冷媒温度検出手段で検出された吸入冷媒温度、前記被冷却流体流入温度検出手段で検出された被冷却流体流入温度、前記被冷却流体流出温度検出手段で検出された被冷却流体流出温度、前記運転容量検出手段で検出された前記圧縮機の運転容量、前記被冷却流体流量検出手段で検出された前記被冷却流体流量を用いて被冷却流体密度と被冷却流体比熱の積を演算する演算部と、
前記演算部での演算結果と前記被冷却流体の濃度との相関に基づいて前記被冷却流体の濃度の状態を判定する判定部と、を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
前記被冷却流体濃度検出手段は、
前記被冷却流体密度と被冷却流体比熱との積の初期値を記憶しておき、
冷却運転中に、前記初期値を基準として、前記被冷却流体密度と被冷却流体比熱との積が前記初期値よりも大きくなった場合に濃度低下状態と判定し、
前記初期値よりも小さくなった場合に濃度上昇状態と判定し、
前記初期値に対して変化がなければ濃度一定状態、と判定する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を減圧する減圧装置、前記減圧装置によって減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器が順次配管接続されて構成された冷媒回路と、
被冷却流体を被冷却流体送出装置により前記蒸発器に送出し、前記蒸発器を流れる冷媒と熱交換して冷却する被冷却流体流路と、を有する冷却装置であって、
該冷却装置の運転情報を検出する運転情報検出手段と、
前記被冷却流体の物性情報を記憶する物性情報記憶手段と、
前記運転情報検出手段からの運転情報と、前記物性情報記憶手段からの前記被冷却流体の物性情報と、を用いて前記被冷却流体の濃度の絶対値を演算し、この絶対値に基づいて前記被冷却流体の濃度の状態を検出する被冷却流体濃度検出手段と、を備えた
ことを特徴とする冷却装置。
前記運転情報検出手段は、
前記冷媒回路における低圧側の冷媒圧力を検出する低圧圧力検出手段、
前記圧縮機の吸入側の冷媒温度を検出する吸入冷媒温度検出手段、
前記蒸発器に流入する被冷却流体の温度を検出する被冷却流体流入温度検出手段、
前記蒸発器から流出する被冷却流体の温度を検出する被冷却流体流出温度検出手段、
前記圧縮機の運転容量を検出する運転容量検出手段、
前記被冷却流体流路における被冷却流体の流量を検出する被冷却流体流量検出手段で構成され、
前記被冷却流体濃度検出手段は、
前記低圧圧力検出手段で検出された低圧冷媒圧力、前記吸入冷媒温度検出手段で検出された吸入冷媒温度、前記被冷却流体流入温度検出手段で検出された被冷却流体流入温度、前記被冷却流体流出温度検出手段で検出された被冷却流体流出温度、前記運転容量検出手段で検出された前記圧縮機の運転容量、前記被冷却流体流量検出手段で検出された前記被冷却流体流量を用いて被冷却流体密度と被冷却流体比熱の積を演算する演算部と、
前記演算部での演算結果と前記物性情報記憶手段からの前記被冷却流体の物性情報とを用いて前記被冷却流体の濃度の絶対値を算出し、前記被冷却流体の濃度の絶対値に基づいて前記被冷却流体の濃度の状態を判定する判定部と、を備えている
ことを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
前記被冷却流体濃度検出手段は、
前記被冷却流体の濃度の絶対値の初期値を記憶しておき、
冷却運転中に、前記初期値を基準として、前記被冷却流体の濃度の絶対値が前記初期値よりも小さくなった場合に濃度低下状態と判定し、
前記初期値よりも大きくなった場合に濃度上昇状態と判定し、
前記初期値に対して変化がなければ濃度一定状態と判定する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の冷却装置。
前記被冷却流体の凍結を防止する凍結防止運転を実行する制御部を備え、
前記被冷却流体濃度検出手段は、
前記運転情報検出手段からの運転情報を用いて前記蒸発器の壁面温度を演算し、
前記被冷却流体の物性情報と、前記被冷却流体の濃度の絶対値と、を用いて前記被冷却流体の凝固点を演算し、
前記被冷却流体の凝固点と、前記運転情報検出手段からの運転情報と、を用いて凍結壁面温度を演算し、
前記演算部で演算された前記壁面温度と前記凍結壁面温度とを比較し、この比較結果に基づいて前記被冷却流体の凍結の状況を判定し、
前記制御部は、
前記被冷却流体濃度検出手段により凍結による流路の閉塞が発生していると判定された場合に前記凍結防止運転を実行する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷却装置。
前記被冷却流体濃度検出手段により前記被冷却流体の濃度が低下していると判定された場合に、前記被冷却流体の凍結を防止する凍結防止制御を行う制御部を備えた
ことを特徴とする請求項３又は６に記載の冷却装置。
前記制御部は、
前記凍結防止制御として、前記圧縮機の回転数を連続的に又は段階的に低下させる制御、もしくは前記圧縮機の運転容量を連続的に又は段階的に低下させる制御をする
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の冷却装置。
前記制御部は、
前記凍結防止制御として、前記圧縮機の運転を停止させる運転停止指令を発する
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の冷却装置。
前記被冷却流体濃度検出手段の濃度状態判定結果に基づいて、警報を報知する報知部を備えた
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の冷却装置。
前記判定部の凍結判定結果に基づいて、警報を報知する報知部を備えた
ことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の冷却装置。