JP2019095085A - Air conditioning system and system control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フリークーリング型の空調ユニットと冷凍サイクル型の空調ユニットを並行駆動させる空調システムの技術に関する。 The present invention relates to a technology of an air conditioning system which drives a free cooling type air conditioning unit and a refrigeration cycle type air conditioning unit in parallel.
近年の情報社会の進展に伴い、扱うべき情報量が大幅に増加している。データセンタは、その大量の情報を取り扱うために、情報処理能力の高いサーバなどの電子機器(情報処理装置)を多数設置した施設である。このデータセンタを安定的かつ経済的に運用する要求がある。 With the development of the information society in recent years, the amount of information to be handled has increased significantly. A data center is a facility where a large number of electronic devices (information processing apparatuses) such as servers with high information processing capability are installed in order to handle the large amount of information. There is a need to operate this data center stably and economically.
一般に、情報処理能力の高い電子機器は消費電力が多く、その消費電力のほとんどが熱となる。そのため、データセンタ内に情報処理能力の高い多数の電子機器を設置すると、電子機器から発せられた排熱のためにデータセンタ内の温度が上昇する。電子機器の周囲の環境温度が上昇すると、電子機器からの放熱量が少なくなり、電子機器の温度が上昇してしまう。電子機器には機能維持に適切な温度範囲があるため、その温度範囲よりも電子機器の温度が上昇してしまうと、電子機器が正常に動作しなくなる虞がある。この事態の発生を防止するために、データセンタ内の温度を空調機によって下げる必要がある。しかしながら、空調機での消費電力が多く、経済的な面により、空調機の消費電力を削減することが課題となっている。 Generally, electronic devices with high information processing capability consume much power, and most of the power consumption is heat. Therefore, if many electronic devices having high information processing capability are installed in the data center, the temperature in the data center rises due to the exhaust heat generated from the electronic devices. When the environmental temperature around the electronic device rises, the amount of heat released from the electronic device decreases, and the temperature of the electronic device rises. Since the electronic device has a temperature range suitable for function maintenance, if the temperature of the electronic device rises above the temperature range, the electronic device may not operate normally. In order to prevent the occurrence of this situation, the temperature in the data center needs to be lowered by the air conditioner. However, the power consumption of the air conditioner is large, and it is an issue to reduce the power consumption of the air conditioner from the economical aspect.
特許文献1には、消費電力を抑制しつつデータセンタ内を冷却する手法として、フリークーリング型冷却ユニットと冷凍サイクル型冷却ユニットを併設する空調システムが提案されている。この空調システムでは、外気温の低い寒冷期にはフリークーリング型冷却ユニットが利用される。これにより、寒冷期に冷凍サイクル型冷却ユニットを利用する場合に比べて、冷却に要する電力量が1/10〜1/100程度に抑制される。一方で、外気温が高くなるにしたがってフリークーリング型冷却ユニットの冷却能力は低下する。特許文献1における空調システムでは、その不足した冷却能力分を補填するために、冷凍サイクル型冷却ユニットが利用される。これにより、特許文献1における空調システムは、外気温が変動しても、データセンタ内を所定の温度域に維持できる。このように、特許文献1の空調システムは、フリークーリング型冷却ユニットと冷凍サイクル型冷却ユニットを備え、季節や外気温に応じてそれぞれの冷却ユニットの駆動状態を調整することにより、要求に応じた冷却能力を維持しつつ、年間の消費電力を抑制できる。 Patent Document 1 proposes an air conditioning system in which a free cooling type cooling unit and a refrigeration cycle type cooling unit are provided side by side as a method of cooling the inside of a data center while suppressing power consumption. In this air conditioning system, a free cooling type cooling unit is used during a cold season when the outside air temperature is low. Thus, the amount of power required for cooling is suppressed to about 1/10 to 1/100 as compared to the case where the refrigeration cycle type cooling unit is used in the cold season. On the other hand, the cooling capacity of the free cooling type cooling unit decreases as the outside air temperature rises. In the air conditioning system in Patent Document 1, a refrigeration cycle type cooling unit is used to compensate for the insufficient cooling capacity. Accordingly, the air conditioning system in Patent Document 1 can maintain the inside of the data center in a predetermined temperature range even if the outside air temperature changes. As described above, the air conditioning system of Patent Document 1 includes the free cooling type cooling unit and the refrigeration cycle type cooling unit, and adjusts the driving states of the respective cooling units according to the season and the outside air temperature to meet the request. Annual power consumption can be reduced while maintaining cooling capacity.
なお、特許文献2には、蒸気圧縮式冷媒回路に重力式熱サイフォン冷媒回路を中間熱交換器を介して熱接続し、蒸気圧縮式冷媒回路の熱を重力式熱サイフォン冷媒回路によって室外に運んで放熱する構成が示されている。 In Patent Document 2, a gravity type thermal siphon refrigerant circuit is thermally connected to a vapor compression type refrigerant circuit through an intermediate heat exchanger, and heat of the vapor compression type refrigerant circuit is carried outside by a gravity type thermal siphon refrigerant circuit. The heat dissipation configuration is shown.
特許文献1のように複数の冷却ユニット(空調ユニット)を並行駆動する場合に、特許文献1の構成では、寒冷期には、フリークーリング型冷却ユニットが主な冷却手段となり、冷凍サイクル型冷却ユニットに求められる冷却能力は低くなる。反対に、温暖期にはフリークーリング型冷却ユニットがほとんど機能しなくなり、主に、冷凍サイクル型冷却ユニットが駆動する。このようにフリークーリング型冷却ユニットと冷凍サイクル型冷却ユニットはそれぞれ1年のうち半分程度あるいはそれ以上の期間で定格よりも低い冷却能力でしか稼働しておらず、装置の能力が無駄になっている、という課題がある。 When a plurality of cooling units (air conditioning units) are driven in parallel as in Patent Document 1, in the configuration of Patent Document 1, the free cooling type cooling unit is the main cooling means in the cold season, and the refrigeration cycle type cooling unit The required cooling capacity is reduced. On the contrary, in the warm season, the free cooling type cooling unit hardly functions and mainly the refrigeration cycle type cooling unit is driven. Thus, the free cooling type cooling unit and the refrigeration cycle type cooling unit operate only with a cooling capacity lower than the rated capacity for about half or more of the year, and the capacity of the apparatus is wasted. There is a problem called.
本発明は上記課題を解決するために考え出された。すなわち、本発明の主な目的は、複数の空調ユニットを並行駆動する場合に、各空調ユニットを効率良く稼働し、かつ、年間の消費電力を抑制できる技術を提供することにある。 The present invention has been devised to solve the above problems. That is, the main object of the present invention is to provide a technology capable of efficiently operating each air conditioning unit and suppressing annual power consumption when driving a plurality of air conditioning units in parallel.
上記目的を達成するために、本発明の空調システムは、
冷却対象の流体と冷媒との熱交換により前記冷却対象の流体を冷却する受熱器と、前記冷媒の熱を放熱させる放熱器とを通って前記冷媒が循環する第1の循環回路および第2の循環回路と、
前記第1の循環回路と前記第2の循環回路とのうちの一方側における前記受熱器から前記放熱器に向かう前記冷媒の通路である気相通路を流れている前記冷媒が、前記第1の循環回路と前記第2の循環回路とのうちの他方側における前記放熱器から前記受熱器に向かう前記冷媒の通路である液相通路を流れている前記冷媒の熱を吸収可能な内部熱交換器と
を備える。
In order to achieve the above object, the air conditioning system of the present invention
First and second circulation circuits in which the refrigerant circulates through a heat receiver that cools the fluid to be cooled by heat exchange between the fluid to be cooled and the refrigerant, and a radiator that dissipates the heat of the refrigerant Circulation circuit,
The refrigerant flowing in a gas phase passage which is a passage of the refrigerant from the heat receiver to the radiator on one side of the first circulation circuit and the second circulation circuit is the first refrigerant. An internal heat exchanger capable of absorbing the heat of the refrigerant flowing in a liquid phase passage, which is a passage of the refrigerant from the radiator toward the heat receiver from the radiator on the other side of the circulation circuit and the second circulation circuit And
本発明のシステム制御方法は、
冷却対象の流体と冷媒との熱交換により前記冷却対象の流体を冷却する受熱器と、前記冷媒の熱を放熱させる放熱器とを通って前記冷媒が循環する第1の循環回路と第2の循環回路とのうちの一方側における前記受熱器から前記放熱器に向かう前記冷媒の通路である気相通路を流れている前記冷媒が、前記第1の循環回路と前記第2の循環回路とのうちの他方側における前記放熱器から前記受熱器に向かう前記冷媒の通路である液相通路を流れている前記冷媒の熱を吸収可能な内部熱交換器を設け、
前記気相通路を流れている前記冷媒の温度を温度センサにより検知し、
また、前記液相通路を流れている前記冷媒の温度を温度センサにより検知し、
検知した前記気相通路の前記冷媒の温度が前記液相通路の前記冷媒の温度よりも低い場合に、前記内部熱交換器によって前記気相通路の前記冷媒が前記液相通路の前記冷媒の熱を吸収し当該液相通路から受熱器に向かう前記冷媒をさらに冷却する。
The system control method of the present invention is
First circulation circuit and second one in which the refrigerant circulates through a heat receiver for cooling the fluid to be cooled by heat exchange between the fluid to be cooled and the refrigerant, and a radiator for radiating the heat of the refrigerant The refrigerant flowing in the gas phase passage, which is the passage of the refrigerant from the heat receiver to the radiator on one side of the circulation circuit, comprises the first circulation circuit and the second circulation circuit. There is provided an internal heat exchanger capable of absorbing the heat of the refrigerant flowing in a liquid phase passage which is a passage of the refrigerant from the radiator to the heat receiver on the other side thereof.
Detecting the temperature of the refrigerant flowing in the gas phase passage with a temperature sensor;
Further, the temperature of the refrigerant flowing in the liquid phase passage is detected by a temperature sensor,
When the detected temperature of the refrigerant in the gas phase passage is lower than the temperature of the refrigerant in the liquid phase passage, the refrigerant in the gas phase passage is heat of the refrigerant in the liquid phase passage by the internal heat exchanger To further cool the refrigerant directed from the liquid phase passage to the heat receiver.
本発明によれば、複数の空調ユニットを並行駆動する場合に、各空調ユニットを効率良く稼働し、かつ、年間の消費電力を抑制できる。 According to the present invention, when driving a plurality of air conditioning units in parallel, each air conditioning unit can be efficiently operated, and annual power consumption can be suppressed.
以下に、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は本発明に係る第1実施形態の空調システムの概略構成が示されている。この空調システム1は、冷凍サイクル型の循環回路3と、フリークーリング型の循環回路4と、熱交換部5と、制御装置6とを備えている。
First Embodiment
FIG. 1 shows a schematic configuration of an air conditioning system according to a first embodiment of the present invention. The air conditioning system 1 includes a refrigeration cycle
冷凍サイクル型の循環回路3は、受熱器10と、蒸気管11と、圧縮機12と、蒸気管13と、放熱器14と、液管15と、膨張弁16と、液管17と、受熱器10とが順に接続され、冷媒が循環する循環路である。この循環回路3は、冷凍サイクル型の空調ユニットを構成する。
The refrigeration cycle
受熱器10は、空調対象(第1実施形態では、冷却対象)の流体である室内の空気に接触可能な場所に配置され、冷媒が空調対象の空気と熱交換することにより、当該空気を冷却可能な構成を備えている。受熱器10では、液体の冷媒(液冷媒)が液管17から流入し、当該冷媒が空調対象の空気との熱交換により吸収した熱によって液体から気体に相変化する。この気体の冷媒(気体冷媒)は、受熱器10から気相通路である蒸気管11を通して圧縮機12に流れる。圧縮機12は、気体冷媒を圧縮する構成を備えている。圧縮機12の圧縮により高温になった気体冷媒は、蒸気管13を通って放熱器14に流入する。放熱器14は、気体冷媒が放熱し易い構成を備えている。放熱器14では、気体冷媒が放熱により気体から液体に相変化する。この液体の冷媒(液冷媒)が、液相通路である液管15を介して膨張弁16に流れ、当該膨張弁16にて減圧され、さらに、液管17を通って受熱器10に流入する。
The
フリークーリング型の循環回路4は、受熱器20と、蒸気管21と、放熱器22と、液管23と、ポンプ24と、液管25と、受熱器20とが順に接続され、冷媒が循環する循環路である。この循環回路4は、フリークーリング型の空調ユニットを構成する。
In the free cooling
受熱器20は、受熱器10と同様に、冷却対象の流体である室内の空気に接触可能な場所に配置され、冷媒が冷却対象の空気と熱交換することにより、当該空気を冷却可能な構成を備えている。受熱器20では、液体の冷媒(液冷媒)が液管25から流入し、当該液冷媒が空調対象の空気から吸熱することにより冷媒が蒸発し、冷媒は液体から気体に相変化する。相変化による気体冷媒は、受熱器20から気相通路である蒸気管21を通して放熱器22に流れる。放熱器22は、気体冷媒が放熱し易い構成を備えている。放熱器22では、気体冷媒が放熱により気体から液体に相変化する。相変化による液冷媒は放熱器22から液相通路である液管23を通ってポンプ24に導入されポンプ24により液管25を通って受熱器20に流入する。なお、受熱器20と放熱器22に大きな高低差が有る場合には、冷媒は、重力によって循環回路4を自然循環できるが、冷媒を安定的に循環させるためにポンプ24が設けられる。
Similar to the
循環回路3,4における放熱器14,22と圧縮機12と膨張弁16とポンプ24などは、筐体31内に収容されて室外機30を構成する。室外機30は空調対象の施設(部屋)の外に配置される。筐体31には、空気(給気)を筐体31の外部から内部に導入する給気口32が設けられている。また、筐体31には、当該筐体31の内部の空気を外部に排気するファン33が設けられている。ファン33の駆動により給気口32から筐体31の内部に外部の空気が強制的に導入され、給気口32からファン33に向かう通風(冷却用通風とも記す)が生じる。この通風が通る経路上に放熱器14,22が配設されている。ファン33の駆動による通風が、放熱器14,22を流れている冷媒と熱交換することにより、冷媒を冷却し、また、冷媒から受け取った熱をファン33を通して筐体31の外部に運搬して排出する。
The
受熱器10,20は、室内機35として空調対象の室内側に配置される。図2には、受熱器10,20の設置例が表されている。この設置例では、第1実施形態の空調システム1は、複数の情報処理装置(コンピュータ)41が設置されているデータセンタの室内40を冷却するシステムである。この例では、情報処理装置41が配設されている室内40に連通するダクト42が設けられている。データセンタの室内40からダクト42に空気を導入する還気口には排気ファン44が設けられ、ダクト42から室内40に空気を供給する給気口には給気ファン45が設けられている。排気ファン44と給気ファン45の駆動によって、ダクト42には排気ファン44から給気ファン45に向かう方向の通風が生じ、この通風の経路に受熱器10,20が介設される。なお、受熱器10,20(換言すれば室内機35)は、前述した循環回路3,4を構成する蒸気管11,21および液管17,25によって室外機30と接続されている。
The
受熱器10,20は、排気ファン44からダクト42に導入された室内40の空気との熱交換により当該空気を冷却する。この冷却された空気(通風)が給気ファン45を介して室内に戻され、室内40を冷却する。
The
第1実施形態では、空調システム1は、冷凍サイクル型とフリークーリング型の循環回路3,4に加えて、図1に表される熱交換部5を備えている。熱交換部5は、冷凍サイクル型の循環回路3における液管15に設けられたバイパス通路(液相バイパス通路)47と、フリークーリング型の循環回路4における蒸気管21に設けられたバイパス通路(気相バイパス通路)48とを備えている。バイパス通路47,48の一部は、バイパス通路47の液冷媒とバイパス通路48の気体冷媒が熱交換可能な内部熱交換器である熱交換器50を構成する。
In the first embodiment, the air conditioning system 1 includes the heat exchange unit 5 shown in FIG. 1 in addition to the
また、バイパス通路47にはバルブ52が介設されている。バルブ52は、開閉動作により、バイパス通路47に冷媒が流れる状態と、流れない状態とを切り替える構成を備えている。さらに、液管15には、バイパス通路47との接続部M,N間となる部位にバルブ53が介設されている。バルブ53は、開閉動作により、液管15におけるバイパス通路47との接続部M,N間となる部位に冷媒が流れる状態と、流れない状態とを切り替える構成を備えている。さらに、液管15には、バイパス通路47との接続部Mよりも冷媒の流れの上流側に、冷媒の温度を計測する温度センサ57が配設されている。
Further, a
さらに、バイパス通路48にはバルブ54が介設されている。バルブ54は、開閉動作により、バイパス通路48に冷媒が流れる状態と、流れない状態とを切り替える構成を備えている。さらに、蒸気管21には、バイパス通路48との接続部M,N間となる部位にバルブ55が介設されている。バルブ55は、開閉動作により、蒸気管21におけるバイパス通路48との接続部M,N間となる部位に冷媒が流れる状態と、流れない状態とを切り替える構成を備えている。さらに、蒸気管21には、バイパス通路48との接続部Mよりも冷媒の流れの上流側に、冷媒の温度を計測する温度センサ58が配設されている。
Further, a
制御装置6は、空調システム1の動作を制御する装置であり、圧縮機12、膨張弁16、ポンプ24およびファン33の駆動制御や、各バルブ52〜55の開閉制御などを行う機能を備えている。図3には制御装置6の構成が表されている。制御装置6は、大概構成として、CPU(Central Processing Unit)60と、記憶装置61とを備えている。
The
記憶装置61は、各種データやコンピュータプログラム(プログラム)を記憶する構成を備えている。なお、制御装置6には、半導体メモリやハードディスク装置などの記憶装置が複数種設けられてもよく、この場合には、それら複数種の記憶装置をまとめて記憶装置61と称する。
The
CPU60は、記憶装置61に格納されているコンピュータプログラムを実行することにより、当該コンピュータプログラムに応じた機能を実現する。第1実施形態では、CPU60は、機能部として、取得部71と比較部72と判断部73とバルブ駆動部74と冷凍サイクル制御部75とフリークーリング制御部76を備えている。
The
冷凍サイクル制御部75は、圧縮機12と膨張弁16の動作を制御する機能を備え、圧縮機12と膨張弁16を制御することによって、冷凍サイクル型の循環回路3における冷媒の流れ(循環)を制御する。なお、冷凍サイクル型の循環回路3における圧縮機12と膨張弁16の制御手法に関しては様々な手法があり、ここでは、何れの手法を採用してもよく、その説明は省略する。
The refrigeration
フリークーリング制御部76は、フリークーリング型の循環回路4におけるポンプ24の動作を制御する機能を備え、ポンプ24を制御することによって、フリークーリング型の循環回路4における冷媒の流れ(循環)を制御する。例えば、フリークーリング型の循環回路4における受熱器20での冷却能力は、冷却対象の室内40の気温Troomに対する室外機30に取り込まれる冷却用通風の温度Tambientの差分(Troom−Tambient)に比例する。また、冷却用通風の温度Tambientが上昇し冷却対象の室内40の気温Troom以上になると、冷媒が設計通りに相変化しなくなり、受熱器20は冷却能力を発揮しなくなる。このことにより、冷却用通風の温度Tambientが冷却対象の室内40の気温Troom以上に上昇した場合には、フリークーリング制御部76は、ポンプ24を停止し、フリークーリング型の循環回路4における冷媒の循環(つまり、受熱器20での冷却)を停止する。このように受熱器20での冷却が停止しても、冷凍サイクル型の循環回路3における受熱器10での冷却は継続されるので、空調システム1における冷却能力は維持される。なお、フリークーリング型の循環回路4におけるポンプ24を制御する手法に関しては様々な手法があり、ここでは、上述したようなポンプ24の制御手法に限定されずに何れの手法を採用してもよく、その説明は省略する。
The free
取得部71と比較部72と判断部73とバルブ駆動部74は、バルブ52〜55の開閉制御に関わる機能部であり、バルブ52〜55の開閉を制御することによって、熱交換器50でのバイパス通路47の液冷媒とバイパス通路48の気体冷媒との熱交換の有無を制御する。
The acquisition unit 71, the
すなわち、取得部71は、温度センサ57,58から出力される出力値(センサ出力値)を取得(受信)する機能を備えている。なお、取得部71は、取得したセンサ出力値を記憶装置61に格納する機能を備えていてもよい。記憶装置61に格納されるセンサ出力値には、例えばセンサ出力値の出力元である温度センサ57,58を識別する識別情報と、取得時間とが取得部71によって関連付けられる。
That is, the acquisition unit 71 has a function of acquiring (receiving) output values (sensor output values) output from the
比較部72は、取得部71によって同時刻あるいはほぼ同時刻に取得された温度センサ57による出力値(つまり、放熱器14から流れ出た液冷媒の温度)と、温度センサ58による出力値(つまり、受熱器20から流れ出た気体冷媒の温度)とを比較する。なお、比較部72は、設定の時間間隔毎に温度センサ58,57の出力値を比較してもよいし、連続的に温度センサ58,57の出力値を比較してもよい。
The
判断部73は、比較部72による比較結果に応じたバルブ52〜55の開閉状態を判断(決定)する機能を備えている。第1実施形態では、その判断に用いる次のような参照データが記憶装置61に格納されている。
The
つまり、参照データには、温度センサ58による気体冷媒の温度Tvap4が温度センサ57による液冷媒の温度Tliq3以上(Tvap4≧Tliq3)である場合には、バルブ53,55を開状態とし、バルブ52,54を閉状態に制御することを表すデータが含まれている。バルブ52〜55がそのような開閉状態である場合には、バイパス通路47,48には冷媒は流れず、熱交換器50において冷凍サイクル型の循環回路3とフリークーリング型の循環回路4との冷媒間での熱交換は行われない。このようなバルブ52〜55の動作モードをここではモード1(換言すれば、熱交換無しモード)と記すこととする。
That is, when the temperature Tvap4 of the gaseous refrigerant from the
また、温度センサ58による温度Tvap4が温度センサ57による温度Tliq3以上でない(つまり、温度Tvap4が温度Tliq3未満(Tvap4<Tliq3)である)場合には、バルブ53,55を閉状態とし、バルブ52,54を開状態に制御することを表すデータも参照データに含まれている。バルブ52〜55がそのような開閉状態である場合には、バイパス通路47,48に冷媒が流れ、熱交換器50において冷凍サイクル型の循環回路3とフリークーリング型の循環回路4との冷媒間での熱交換が行われる。このようなバルブ52〜55の動作モードをここではモード2(換言すれば、熱交換有りモード)と記すこととする。
When the temperature Tvap4 by the
バルブ駆動部74は、判断部73による判断結果に応じてバルブ52〜55を開状態あるいは閉状態とする機能を備えている。つまり、バルブ52〜55は、使用環境等を考慮して適宜に選択された種類の電磁弁により構成されており、バルブ駆動部74は、バルブ52〜55を構成している電磁弁の種類に応じて当該電磁弁への通電を制御しバルブ52〜55の開閉状態を制御する。
The
第1実施形態の空調システム1は上記のように構成されている。以下に、この空調システム1における制御装置6の制御動作の一例を図4のフローチャートに基づいて説明する。例えば、まず、制御装置6の取得部71が温度センサ57,58のセンサ出力値を取得する(図4におけるステップS101)。その後、比較部72が、取得されたセンサ出力値に基づいて、フリークーリング型の循環回路4における気体冷媒の温度Tvap4が冷凍サイクル型の循環回路3における液冷媒の温度Tliq3以上(Tvap4≧Tliq3)であるか否かを判断する(ステップS102)。
The air conditioning system 1 of the first embodiment is configured as described above. Below, an example of control operation of the
そして、例えば放熱器22での冷媒の放熱量(冷却量)が少なくなる温暖期などにおいて、温度Tvap4が温度Tliq3以上(Tvap4≧Tliq3)となる場合がある。この場合には、判断部73は、比較部72の比較結果に基づいてバルブ52〜55の動作モードはモード1(熱交換無しモード)であると判断する。さらに、バルブ駆動部74が、その判断結果に応じてバルブ52〜55の開閉状態を制御する(ステップS103)。つまり、バルブ駆動部74が、バルブ53,55を開状態とし、バルブ52,54を閉状態に制御する。この状態では、バイパス通路47,48には冷媒は流れず、熱交換器50において、循環回路3,4を循環している冷媒(循環冷媒とも記す)間の熱交換は行われない。その後、制御装置6は、ステップS101以降の動作を繰り返す。
Then, for example, in a warm season in which the amount of heat release (cooling amount) of the refrigerant in the
一方、例えば放熱器22での冷媒の放熱量(冷却量)が多くなる寒冷期などにおいて、温度Tvap4が温度Tliq3以上(Tvap4≧Tliq3)でない場合には、判断部73は、バルブ52〜55の動作モードはモード2(熱交換有りモード)であると判断する。換言すれば、温度Tvap4が温度Tliq3未満である(Tvap4<Tliq3)場合には、判断部73は、その比較結果に基づいて、バルブ52〜55の動作モードはモード2(熱交換有りモード)であると判断する。そして、バルブ駆動部74が、その判断結果に応じてバルブ52〜55の開閉状態を制御する(ステップS104)。つまり、バルブ駆動部74が、バルブ53,55を閉状態とし、バルブ52,54を開状態に制御する。この状態では、バイパス通路47,48に冷媒が流れ、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われる。すなわち、熱交換器50における循環冷媒間の熱交換によって、冷凍サイクル型の循環回路3におけるバイパス通路47の液冷媒の熱がフリークーリング型の循環回路4におけるバイパス通路48の気体冷媒に奪われる。これにより、受熱器10に供給される液冷媒の温度が低下するため、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換が行われない場合に比べて、受熱器10は冷却対象の空気の冷却効果を高めることができる。その後、制御装置6は、ステップS101以降の動作を繰り返す。
On the other hand, if the temperature Tvap4 is not equal to or higher than the temperature Tliq3 (Tvap4 ≧ Tliq3), for example, in the cold season when the amount of heat release (cooling amount) of the refrigerant in the
上記のように、第1実施形態の空調システム1は、フリークーリング型の循環回路4における気体冷媒が冷凍サイクル型の循環回路3における液冷媒から吸熱することにより当該液冷媒の温度低下(追加冷却)を図る構成を備えている。これにより、空調システム1は、複数の空調ユニットを並行駆動する場合において、各空調ユニットを効率良く稼働し、かつ、年間の消費電力を抑制できるという効果を得ることができる。このような効果を空調システム1が得られることを以下に詳細に説明する。
As described above, in the air conditioning system 1 according to the first embodiment, the gas refrigerant in the free cooling
図5には、図2におけるダクト42の通風が受熱器20,10を順に通って冷却されたことによる通風の温度変化が実線Aにより表されると共に、受熱器20,10での空気の冷却量がイメージにより表されている。ここでは、フリークーリング型の循環回路4における受熱器20での液冷媒の温度を温度T20L1であると仮定する。また、冷凍サイクル型の循環回路3における受熱器10での液冷媒の温度を、受熱器20での液冷媒の温度T20L1よりも低い温度T10L1であると仮定する。
In FIG. 5, the temperature change of the ventilation caused by the ventilation of the
ダクト42の通風は、まず、受熱器20において液冷媒との熱交換により冷却される。ここでは、受熱器20による通風の冷却量は、通風の温度(図5における実線A)と受熱器20の液冷媒の温度T20L1との差分に応じた冷却量Qrec20と表す。図5では、その冷却量のイメージが領域Qrec20により表されている。さらに、受熱器20で冷却されたダクト42の通風は受熱器10の液冷媒との熱交換により冷却される。ここでは、受熱器10による通風の冷却量は、通風の温度(図5における実線A)と受熱器10の液冷媒の温度T10L1との差分に応じた冷却量Qrec10と表す。図5では、その冷却量のイメージが領域Qrec10により表されている。
The ventilation of the
第1実施形態では、温度センサ58により検知される温度Tvap4が温度センサ57により検知される温度Tliq3未満である場合には、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われる。つまり、温度Tvap4が温度Tliq3未満である場合とは、放熱器22に向かう気体冷媒の温度が受熱器10に向かう液冷媒の温度よりも低い場合である。この場合には、放熱器22に向かう気体冷媒が受熱器10に向かう液冷媒の熱を奪う。このため、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換が行われない場合に比べて、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換によって受熱器10への液冷媒の温度が低下し、かつ、放熱器22への気体冷媒の温度が上昇する。これにより、受熱器10に流入する液冷媒の温度が例えば図5における温度T10L1から温度T10L2に低下するように変化する。このため、空調システム1は、ダクト42における冷却対象の通風の冷却量を、例えば温度T10L1と温度T10L2の差分に応じた冷却量ΔQ(図5では、領域ΔQのイメージにより表されている)分、増加させることができる。この増加した冷却量ΔQは熱交換器50において循環冷媒間で熱交換された熱量に相当する。なお、ここでは、説明の煩雑化を避けるために、受熱器10による通風の冷却量が増加しても、受熱器10により冷却される通風の温度は図5における実線Aのままとする。
In the first embodiment, when the temperature Tvap4 detected by the
一方、図6には、図1における給気口32からファン33に向かう冷却用通風が放熱器22,14を順に通って吸熱したことによる冷却用通風の温度変化が実線Bにより表されている。また、図6には、冷却用通風による放熱器22,14での冷媒の放熱量もイメージにより表されている。ここでは、フリークーリング型の循環回路4における放熱器22での気体冷媒の温度を温度T22V1であると仮定する。また、冷凍サイクル型の循環回路3における放熱器14での液冷媒の温度を、放熱器22での気体冷媒の温度T22V1よりも高い温度T14V1であると仮定する。
On the other hand, in FIG. 6, the temperature change of the cooling ventilation caused by the cooling ventilation from the
冷却用通風は、まず、放熱器22において気体冷媒との熱交換により気体冷媒から熱を奪い当該気体冷媒を冷却する。冷却用通風による気体冷媒の放熱量は、冷却用通風の温度(図6における実線B)と放熱器22の気体冷媒の温度T22V1との差分に応じた放熱量Qrad22である。図6では、その放熱量のイメージが領域Qrad22により表されている。さらに、放熱器22の気体冷媒を冷却した冷却用通風は放熱器14の気体冷媒との熱交換により気体冷媒から熱を奪って当該気体冷媒を冷却する。この際の冷却用通風による気体冷媒の放熱量は、冷却用通風の温度(図6における実線B)と放熱器14の気体冷媒の温度T14V1との差分に応じた放熱量Qrad14である。図6では、その放熱量のイメージが領域Qrad14により表されている。
At first, the cooling air ventilates heat from the gaseous refrigerant by heat exchange with the gaseous refrigerant in the
上記のような温度状態から、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換によって、放熱器22における気体冷媒の温度が温度T22V1よりも高い温度T22V2に変化したとする。この温度上昇により、放熱器22での気体冷媒の放熱量は、例えば温度T22V1と温度T22V2の差分に応じた放熱量ΔQ(図6では領域ΔQのイメージにより表されている)分、増加する。この増加した放熱量ΔQは熱交換器50において循環冷媒間で熱交換された熱量に相当する。これにより、放熱器22から受熱器20に流れる液冷媒の温度は、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換が行われない場合と同様の温度となる。なお、ここでは、説明の煩雑化を避けるために、放熱器22における気体冷媒の放熱量が増加しても、冷却用通風の温度は図6における実線Bのままとする。また、上述したような熱交換器50での循環冷媒間の熱交換により、受熱器10に流入する液冷媒の温度が低下するが、受熱器10から流出する相変化後の気体冷媒の温度は、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換が行われない場合と同様である。さらに、冷凍サイクル型の循環回路3においては、受熱器10から流出した気体冷媒は圧縮機12によって設定温度まで上昇するので、設定温度の気体冷媒が放熱器14に流入する。このため、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われる場合も行われない場合も放熱器14での放熱量は同様である。
It is assumed that the temperature of the gaseous refrigerant in the
すなわち、空調システム1におけるシステム全体での冷却対象の空気の冷却量は、受熱器10,20での冷却量であるから、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換が行われない場合に比べて、受熱器10での冷却量増加ΔQ分、増加する。
That is, since the amount of cooling of the air to be cooled in the entire system in the air conditioning system 1 is the amount of cooling in the
また、上述したように、受熱器10において液冷媒が気体冷媒に相変化して受熱器10から圧縮機12に流入する気体冷媒の温度は、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換が行われる場合も行われない場合も同様である。このため、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換が行われる場合も行われない場合も、圧縮機12が気体冷媒の温度を設定値まで上昇させるために必要な電力は変化しない。ここでは、圧縮機12に投入される電力を電力Wcompと表す。
Further, as described above, the temperature of the gas refrigerant flowing from the
ところで、冷却のエネルギー消費効率の目安として使われる指標として、成績係数COP(Coefficient Of Performance)と呼ばれる係数がある。この空調システム1における冷却の成績係数COP(Coefficient Of Performance)は、システム全体の冷却量と、圧縮機12に投入する投入電力Wcompとの比によって表される。ここで、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換が行われていない場合におけるシステム全体の冷却量を冷却量Qcoolとする。この場合には、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換が行われていない場合における冷却の成績係数COPは、次式(1)により表される。
COP=Qcool/Wcomp ・・・・・ (1)
熱交換器50での循環冷媒間の熱交換が行われる場合には、前述したように、熱交換が行われない場合に比べて、システム全体の冷却量は冷却量ΔQ分、増加する。これにより、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換が行われる場合におけるシステム全体の冷却量は、Qcool+ΔQとなり、成績係数は次式(2)に表される成績係数COPαに変化する。
COPα=(Qcool+ΔQ)/Wcomp ・・・・・ (2)
式(2)は式(1)を利用すると、次式(3)のように書き改めることができる。
COPα=COP+(ΔQ/Wcomp) ・・・・・ (3)
すなわち、空調システム1は、システム全体の成績係数を、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換を行うことにより、熱交換が行われない場合に比べて、(ΔQ/Wcomp)分、上昇(改善)することができる。
By the way, as an index used as a measure of the energy consumption efficiency of cooling, there is a coefficient called coefficient of performance COP (Coefficient Of Performance). The coefficient of performance COP (Coefficient Of Performance) of the cooling in the air conditioning system 1 is represented by the ratio between the amount of cooling of the entire system and the input power Wcomp input to the
COP = Qcool / Wcomp ... (1)
When heat exchange between the circulating refrigerants in the
COPα = (Qcool + ΔQ) / Wcomp ... (2)
The equation (2) can be rewritten as the following equation (3) by using the equation (1).
COPα = COP + (ΔQ / Wcomp) (3)
That is, the air conditioning system 1 raises the coefficient of performance of the entire system by (ΔQ / Wcomp) by performing heat exchange between circulating refrigerants in the
上記のように、第1実施形態の空調システム1は、フリークーリング型の循環回路4における気体冷媒が冷凍サイクル型の循環回路3における液冷媒から熱を奪うこと(追加冷却)が可能な構成を備えることにより、成績係数COPを向上させることができる。
As described above, in the air conditioning system 1 of the first embodiment, the gas refrigerant in the free cooling
<第2実施形態>
以下に、本発明に係る第2実施形態を図面を参照しつつ説明する。なお、第2実施形態の説明において、第1実施形態の空調システムを構成する構成部分と同一名称部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
Second Embodiment
Hereinafter, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the second embodiment, the same reference numerals are assigned to components having the same names as components constituting the air conditioning system of the first embodiment, and redundant description of the common components is omitted.
図7には第2実施形態における空調システムの構成が簡略化して表されている。前述した第1実施形態では、熱交換部5は、冷凍サイクル型の循環回路3における液冷媒と、フリークーリング型の循環回路4における気体冷媒との熱交換が可能な構成を備えている。これに対し、第2実施形態では、熱交換部5は、冷凍サイクル型の循環回路3における気体冷媒と、フリークーリング型の循環回路4における液冷媒との熱交換が可能な構成を備えている。つまり、冷凍サイクル型の循環回路3における蒸気管11(換言すれば、圧縮機12よりも冷媒の上流側の蒸気管)には冷媒の迂回路であるバイパス通路(気相バイパス通路)47が接続されている。蒸気管11におけるバイパス通路47との接続部M,N間の部位にはバルブ53が介設されている。また、フリークーリング型の循環回路4における液管23には冷媒の迂回路であるバイパス通路(液相バイパス通路)48が接続されている。液管23におけるバイパス通路48との接続部M,N間の部位にはバルブ55が介設されている。さらに、バイパス通路47,48には、それぞれ、バルブ52,54が介設されている。さらにまた、バイパス通路47,48の一部はバイパス通路47の気体冷媒とバイパス通路48の液冷媒が熱交換可能な熱交換器(内部熱交換器)50を構成する。
The structure of the air conditioning system in 2nd Embodiment is simplified and represented to FIG. In the first embodiment described above, the heat exchange unit 5 is configured to be able to exchange heat between the liquid refrigerant in the refrigeration cycle
さらに、蒸気管11には、バイパス通路47との接続部Mよりも冷媒の流れの上流側に、冷媒の温度を計測する温度センサ57が配設されている。液管23には、バイパス通路48との接続部Mよりも冷媒の流れの上流側に、冷媒の温度を計測する温度センサ58が配設されている。
Further, a
第2実施形態の空調システム1は、上記のような熱交換部5を備えていることにより、制御装置6は、次のように、バルブ52〜55の開閉動作を制御する。すなわち、制御装置6は、図3に表されるような制御構成を備えている。また、記憶装置61には、判断部73が参照する参照データが格納されている。第2実施形態では、参照データには、温度センサ57により検知される気体冷媒の温度Tvap3が温度センサ58により検知される液冷媒の温度Tliq4以上(Tvap3≧Tliq4)である場合には、バルブ53,55を開状態とし、バルブ52,54を閉状態に制御することを表すデータが含まれている。バルブ52〜55がそのような開閉状態である場合には、バイパス通路47,48には冷媒は流れず、熱交換器50において冷凍サイクル型の循環回路3とフリークーリング型の循環回路4との冷媒間での熱交換は行われない。つまり、バルブ52〜55は、モード1(換言すれば、熱交換無しモード)でもって開閉動作する。
Since the air conditioning system 1 according to the second embodiment includes the heat exchange unit 5 as described above, the
また、参照データには、温度センサ57による温度Tvap3が温度センサ58による温度Tliq4以上でない(つまり、温度Tvap3が温度Tliq4未満(Tvap3<Tliq4)である)場合には、バルブ53,55を閉状態とし、バルブ52,54を開状態に制御することを表すデータも含まれている。バルブ52〜55がそのような開閉状態である場合には、バイパス通路47,48に冷媒が流れ、熱交換器50において冷凍サイクル型の循環回路3とフリークーリング型の循環回路4との冷媒間での熱交換が行われる。つまり、バルブ52〜55はモード2(換言すれば、熱交換有りモード)でもって開閉動作する。
In the reference data, when the temperature Tvap3 by the
第2実施形態では、制御装置6は、上記のような参照データを利用してバルブ52〜55の開閉動作を次のように制御する。なお、図8には第2実施形態におけるバルブ52〜55の開閉動作に関する制御装置6の制御動作の一例がフローチャートにより表されている。
In the second embodiment, the
例えば、まず、制御装置6の取得部71が温度センサ57,58のセンサ出力値を取得する(図8におけるステップS201)。その後、比較部72が、取得されたセンサ出力値に基づいて、冷凍サイクル型の循環回路3における気体冷媒の温度Tvap3がフリークーリング型の循環回路4における液冷媒の温度Tliq4以上(Tvap3≧Tliq4)であるか否かを判断する(ステップS202)。
For example, first, the acquisition unit 71 of the
そして、例えば放熱器22での冷媒の放熱量(冷却量)が多くなる寒冷期などにおいては放熱器22から流れ出る液冷媒の温度が低下する。このような場合に、温度Tvap3が温度Tliq4以上(Tvap3≧Tliq4)になると、判断部73は、比較部72の比較結果に基づいてバルブ52〜55の動作モードはモード1(熱交換無しモード)であると判断する。さらに、バルブ駆動部74が、その判断結果に応じてバルブ52〜55の開閉状態を制御する(ステップS203)。つまり、バルブ駆動部74が、バルブ53,55を開状態とし、バルブ52,54を閉状態に制御する。この状態では、バイパス通路47,48には冷媒は流れず、熱交換器50において、循環回路3,4を循環している循環冷媒間の熱交換は行われない。その後、制御装置6は、ステップS201以降の動作を繰り返す。
Then, for example, in the cold season where the amount of heat radiation (cooling amount) of the refrigerant in the
一方、例えば放熱器22での冷媒の放熱量(冷却量)が少なくなる温暖期などにおいて、温度Tvap3が温度Tliq4以上(Tvap3≧Tliq4)でなくなると、判断部73は、バルブ52〜55の動作モードはモード2(熱交換有りモード)であると判断する。換言すれば、温度Tvap3が温度Tliq4未満である(Tvap3<Tliq4)場合には、判断部73は、その比較結果に基づいて、バルブ52〜55の動作モードはモード2(熱交換有りモード)であると判断する。そして、バルブ駆動部74が、その判断結果に応じてバルブ52〜55の開閉状態を制御する(ステップS204)。つまり、バルブ駆動部74が、バルブ53,55を閉状態とし、バルブ52,54を開状態に制御する。この状態では、バイパス通路47,48に冷媒が流れ、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われる。すなわち、熱交換器50における循環冷媒間の熱交換によって、冷凍サイクル型の循環回路3におけるバイパス通路47の気体冷媒がフリークーリング型の循環回路4におけるバイパス通路48の液冷媒の熱を奪う。これにより、受熱器20に供給される液冷媒の温度が低下するため、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換が行われない場合に比べて、受熱器20は冷却対象の空気の冷却効果を高めることができる。その後、制御装置6は、ステップS201以降の動作を繰り返す。
On the other hand, if the temperature Tvap3 is not equal to or higher than the temperature Tliq4 (Tvap3liTliq4), for example, in the warm season when the amount of heat release (cooling amount) of the refrigerant in the
第2実施形態の空調システム1における上記以外の構成は第1実施形態で説明した構成と同様である。 The configuration other than the above in the air conditioning system 1 of the second embodiment is the same as the configuration described in the first embodiment.
第2実施形態の空調システム1は、冷凍サイクル型の循環回路3における気体冷媒がフリークーリング型の循環回路4における液冷媒から吸熱することにより当該液冷媒の温度低下(追加冷却)を図る構成を備えている。これにより、第2実施形態の空調システム1は、第1実施形態と同様に、複数の空調ユニットを並行駆動する場合において、各空調ユニットを効率良く稼働し、かつ、年間の消費電力を抑制できるという効果を得ることができる。
The air conditioning system 1 according to the second embodiment is configured to reduce the temperature (additional cooling) of the liquid refrigerant by absorbing heat from the liquid refrigerant in the free cooling
すなわち、第2実施形態の空調システム1では、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われる場合には、行われない場合に比べて、受熱器20に流入する液冷媒の温度が例えば図9に表される温度T20L1から温度T20L2に低下する。このため、受熱器20における冷媒の冷却量は、図9に表す冷却量Qrec20から、その温度低下に応じた冷却量ΔQ分増加する。一方、受熱器10においては、熱交換器50での循環冷媒間の熱交換の有無によらずに冷却量はほぼ変化せずに例えば冷却量Qrec10である。
That is, in the air conditioning system 1 of the second embodiment, when heat exchange between circulating refrigerants is performed in the
つまり、第2実施形態の空調システム1においては、システム全体の冷却量は、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われる場合には、行われない場合に比べて、冷却量ΔQ分増加する。
That is, in the air conditioning system 1 of the second embodiment, when the heat exchange between the circulating refrigerants is performed in the
また、第2実施形態では、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われる場合も行われない場合も、放熱器22に流入する冷媒の温度はほぼ変化しないため、放熱器22における冷媒の放熱量は変化せず例えば図10に表す放熱量Qrad22である。さらに、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われることにより、行われない場合に比べて、バイパス通路47から流れ出る気体冷媒の温度が上昇する。しかし、圧縮機12によって気体冷媒の温度は設定温度まで上昇するので、放熱器14に流入する気体冷媒の温度は、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われる場合も行われない場合もほぼ同様である。このため、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われる場合も行われない場合も、放熱器14における冷媒の放熱量は変化せず例えば図10に表す放熱量Qrad14である。
Further, in the second embodiment, the temperature of the refrigerant flowing into the
ところで、上述したように、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われる場合には、行われない場合に比べて、圧縮機12に流入する気体冷媒の温度が上昇する。このため、空調システム1は、気体冷媒の温度を設定温度まで上昇させるために必要な圧縮機12への投入電力Wcompを削減することができる。その投入電力Wcompの削減量は、熱交換器50において循環冷媒間での熱交換された熱量に相当するので、ここでは、削減量ΔQと表す。つまり、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われることにより、圧縮機12への投入電力は、電力(Wcomp−ΔQ)となる。
By the way, as described above, when heat exchange between circulating refrigerants is performed in the
ここで、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換が行われない場合における冷却の成績係数COPを、COP=Qcool/Wcompとすると、第2実施形態の空調システム1における成績係数COPαは、次式(4)のように書き表すことができる。
COPα=(Qcool+ΔQ)/(Wcomp−ΔQ)
=COP+ΔQ×(Wcomp+Qcool)/Wcomp×(Wcomp−ΔQ)・・・(4)
すなわち、第2実施形態の空調システム1は、熱交換器50において循環冷媒間の熱交換を行うことにより、行わない場合に比べて、成績係数COPを(ΔQ×(Wcomp+Qcool)/Wcomp×(Wcomp−ΔQ))分、増加(改善)することができる。
Here, assuming that the coefficient of performance COP of cooling when heat exchange between circulating refrigerants is not performed in the
COPα = (Qcool + ΔQ) / (Wcomp−ΔQ)
= COP + ΔQ × (Wcomp + Qcool) / Wcomp × (Wcomp-ΔQ) (4)
That is, the air conditioning system 1 according to the second embodiment performs the heat exchange between the circulating refrigerants in the
<その他の実施形態>
なお、本発明は第1と第2の実施形態に限定されず、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第1と第2の実施形態では、冷媒が流れる通路にバルブ52〜55が設けられている。これに代えて、例えば、バルブの一種である三方弁が利用可能である場合には、三方弁を設けてもよく、この場合には、バルブの設置数を削減することができる。
<Other Embodiments>
The present invention is not limited to the first and second embodiments, and various embodiments can be adopted. For example, in the first and second embodiments, the
また、本発明に係る空調システムは図11に表されるような構成をも採り得る。つまり、図11に表される空調システムは、第1の循環回路80と、第2の循環回路90と、内部熱交換器100とを備える。第1の循環回路80は受熱器81と放熱器82を備える。受熱器81は冷却対象の流体と冷媒との熱交換により冷却対象の流体を冷却する構成を備える。放熱器82は冷媒の熱を放熱させる機能を備える。受熱器81と放熱器82は、受熱器81から放熱器82に向かう冷媒を流す気相通路83によって接続されている。また、受熱器81と放熱器82は、放熱器82から受熱器81に向かう冷媒を流す液相通路84によっても接続されている。すなわち、受熱器81と放熱器82と気相通路83と液相通路84は、冷媒を循環させる第1の循環回路80を構成する。
The air conditioning system according to the present invention can also adopt the configuration as shown in FIG. That is, the air conditioning system shown in FIG. 11 includes the
第2の循環回路90は受熱器91と放熱器92を備える。受熱器91は冷却対象の流体と冷媒との熱交換により冷却対象の流体を冷却する構成を備える。放熱器92は冷媒の熱を放熱させる機能を備える。受熱器91と放熱器92は、受熱器91から放熱器92に向かう冷媒を流す気相通路93によって接続されている。また、受熱器91と放熱器92は、放熱器92から受熱器91に向かう冷媒を流す液相通路94によっても接続されている。すなわち、受熱器91と放熱器92と気相通路93と液相通路94は、冷媒を循環させる第2の循環回路90を構成する。
The
内部熱交換器100は、第1と第2の循環回路80,90のうちの一方側における気相通路(図11の例では気相通路93)を流れている冷媒が、他方側における液相通路(図11の例では液相通路84)を流れている冷媒の熱を吸収可能な構成を備える。
In the
図11における空調システムにおいても、第1や第2の実施形態と同様に、放熱器82で冷却された冷媒を内部熱交換器100においてさらに冷却(追加冷却)することが可能であるから、受熱器81における冷却能力を高めることができる。また、冷媒間の熱交換により受熱器81に流入する冷媒を追加冷却できることから、空調システムは、追加冷却のために大きな電力を用いなくとも済む。これにより、この空調システムは、複数の空調ユニットを並行駆動する場合において、各空調ユニットを効率良く稼働し、かつ、年間の消費電力を抑制できるという効果を得ることができる。
Also in the air conditioning system in FIG. 11, as in the first and second embodiments, the refrigerant cooled by the
1 空調システム
3 冷凍サイクル型の循環回路
4 フリークーリング型の循環回路
10,20 受熱器
14,22 放熱器
47,48 バイパス通路
50 熱交換器
57,58 温度センサ
Reference Signs List 1
Claims (8)
前記第1の循環回路と前記第2の循環回路とのうちの一方側における前記受熱器から前記放熱器に向かう前記冷媒の通路である気相通路を流れている前記冷媒が、前記第1の循環回路と前記第2の循環回路とのうちの他方側における前記放熱器から前記受熱器に向かう前記冷媒の通路である液相通路を流れている前記冷媒の熱を吸収可能な内部熱交換器と
を備える空調システム。 First and second circulation circuits in which the refrigerant circulates through a heat receiver that cools the fluid to be cooled by heat exchange between the fluid to be cooled and the refrigerant, and a radiator that dissipates the heat of the refrigerant Circulation circuit,
The refrigerant flowing in a gas phase passage which is a passage of the refrigerant from the heat receiver to the radiator on one side of the first circulation circuit and the second circulation circuit is the first refrigerant. An internal heat exchanger capable of absorbing the heat of the refrigerant flowing in a liquid phase passage, which is a passage of the refrigerant from the radiator toward the heat receiver from the radiator on the other side of the circulation circuit and the second circulation circuit An air conditioning system comprising
前記液相通路に接続され前記液相通路を流れる前記冷媒の迂回路である液相バイパス通路と
をさらに備え、
前記内部熱交換器は、前記気相バイパス通路と前記液相バイパス通路の一部により構成される請求項1に記載の空調システム。 A gas phase bypass passage connected to the gas phase passage and a bypass of the refrigerant flowing in the gas phase passage;
And a liquid bypass passage that is a bypass of the refrigerant that is connected to the liquid passage and flows through the liquid passage;
The air conditioning system according to claim 1, wherein the internal heat exchanger is configured by the gas phase bypass passage and a part of the liquid phase bypass passage.
前記第2の循環回路はフリークーリング型の空調ユニットを構成し、
前記内部熱交換器は、前記第2の循環回路における前記気相通路を流れている前記冷媒が、前記第1の循環回路における前記放熱器から前記膨張弁までの前記液相通路を流れている前記冷媒の熱を吸収可能な構成を備える請求項1に記載の空調システム。 A compressor for compressing a refrigerant is further interposed in the gas phase passage in the first circulation circuit, and an expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant is further interposed in the liquid phase passage in the first circulation circuit. The first circulation circuit constitutes a refrigeration cycle type air conditioning unit;
The second circulation circuit constitutes a free cooling type air conditioning unit,
In the internal heat exchanger, the refrigerant flowing in the gas phase passage in the second circulation circuit flows in the liquid phase passage from the radiator to the expansion valve in the first circulation circuit. The air conditioning system according to claim 1, comprising a configuration capable of absorbing the heat of the refrigerant.
前記第1の循環回路における前記放熱器から前記膨張弁までの前記液相通路の部分に接続され前記液相通路を流れる前記冷媒の迂回路である液相バイパス通路と
をさらに備え、
前記内部熱交換器は、前記気相バイパス通路と前記液相バイパス通路の一部により構成される請求項3に記載の空調システム。 A gas phase bypass passage which is a bypass of the refrigerant which is connected to the gas phase passage in the second circulation circuit and flows in the gas phase passage;
The liquid circulation system further comprises: a liquid phase bypass passage connected to a portion of the liquid phase passage from the radiator to the expansion valve in the first circulation circuit and flowing through the liquid phase passage;
The air conditioning system according to claim 3, wherein the internal heat exchanger is configured by the gas phase bypass passage and a part of the liquid phase bypass passage.
前記第2の循環回路はフリークーリング型の空調ユニットを構成し、
前記内部熱交換器は、前記第1の循環回路における前記受熱器から前記圧縮機までの前記気相通路を流れている前記冷媒が、前記第2の循環回路における前記液相通路を流れている前記冷媒の熱を吸収可能な構成を備える請求項1に記載の空調システム。 A compressor for compressing a refrigerant is further interposed in the gas phase passage in the first circulation circuit, and an expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant is further interposed in the liquid phase passage in the first circulation circuit. The first circulation circuit constitutes a refrigeration cycle type air conditioning unit;
The second circulation circuit constitutes a free cooling type air conditioning unit,
In the internal heat exchanger, the refrigerant flowing in the gas phase passage from the heat receiver to the compressor in the first circulation circuit flows in the liquid phase passage in the second circulation circuit The air conditioning system according to claim 1, comprising a configuration capable of absorbing the heat of the refrigerant.
前記第2の循環回路における前記液相通路に接続され前記液相通路を流れる前記冷媒の迂回路である液相バイパス通路と
をさらに備え、
前記内部熱交換器は、前記気相バイパス通路と前記液相バイパス通路の一部により構成される請求項5に記載の空調システム。 A gas phase bypass passage connected to the gas phase passage portion from the heat receiver to the compressor in the first circulation circuit, which is a bypass of the refrigerant flowing in the gas phase passage;
The liquid circulation system further includes a liquid bypass passage which is connected to the liquid passage in the second circulation circuit and is a bypass of the refrigerant flowing through the liquid passage.
The air conditioning system according to claim 5, wherein the internal heat exchanger is configured by the gas phase bypass passage and a part of the liquid phase bypass passage.
前記液相バイパス通路における前記冷媒の流れを制御するバルブと、
前記気相バイパス通路よりも受熱器側の前記気相通路を流れる前記冷媒の温度を検知する温度センサと、
前記液相バイパス通路よりも放熱器側の前記液相通路を流れる前記冷媒の温度を検知する温度センサと、
前記温度センサの検知温度を利用して前記気相通路を流れる前記冷媒の温度が前記液相通路を流れる前記冷媒の温度よりも低下した場合に、前記バルブの動作を制御することにより、前記気相バイパス通路と前記液相バイパス通路のそれぞれに前記冷媒を流し、前記内部熱交換器において前記冷媒間での熱交換を行わせる制御装置と
をさらに備える請求項2又は請求項4又は請求項6に記載の空調システム。 A valve for controlling the flow of the refrigerant in the gas phase bypass passage;
A valve for controlling the flow of the refrigerant in the liquid phase bypass passage;
A temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant flowing through the gas phase passage closer to the heat receiver than the gas phase bypass passage;
A temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant flowing through the liquid phase passage closer to the radiator than the liquid phase bypass passage;
When the temperature of the refrigerant flowing through the gas phase passage is lower than the temperature of the refrigerant flowing through the liquid phase passage using the temperature detected by the temperature sensor, the air is controlled by controlling the operation of the valve. 7. The control device according to claim 2, further comprising: a control device for causing the refrigerant to flow in each of the phase bypass passage and the liquid phase bypass passage, and performing heat exchange between the refrigerants in the internal heat exchanger. Air conditioning system as described in.
前記気相通路を流れている前記冷媒の温度を温度センサにより検知し、
また、前記液相通路を流れている前記冷媒の温度を温度センサにより検知し、
検知した前記気相通路の前記冷媒の温度が前記液相通路の前記冷媒の温度よりも低い場合に、前記内部熱交換器によって前記気相通路の前記冷媒が前記液相通路の前記冷媒の熱を吸収し当該液相通路から受熱器に向かう前記冷媒をさらに冷却するシステム制御方法。 First circulation circuit and second one in which the refrigerant circulates through a heat receiver for cooling the fluid to be cooled by heat exchange between the fluid to be cooled and the refrigerant, and a radiator for radiating the heat of the refrigerant The refrigerant flowing in the gas phase passage, which is the passage of the refrigerant from the heat receiver to the radiator on one side of the circulation circuit, comprises the first circulation circuit and the second circulation circuit. There is provided an internal heat exchanger capable of absorbing the heat of the refrigerant flowing in a liquid phase passage which is a passage of the refrigerant from the radiator to the heat receiver on the other side thereof.
Detecting the temperature of the refrigerant flowing in the gas phase passage with a temperature sensor;
Further, the temperature of the refrigerant flowing in the liquid phase passage is detected by a temperature sensor,
When the detected temperature of the refrigerant in the gas phase passage is lower than the temperature of the refrigerant in the liquid phase passage, the refrigerant in the gas phase passage is heat of the refrigerant in the liquid phase passage by the internal heat exchanger And cooling the refrigerant further from the liquid phase passage toward the heat receiver.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021005705A1 (en) * | 2019-07-09 | 2021-01-14 | 日本電気株式会社 | Cooling system, surge generation prevention device, surge generation prevention method, and surge generation prevention program |
WO2022265140A1 (en) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | 주식회사 삼화에이스 | Localized data center cooling system provided with free cooling chiller |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6146350U (en) * | 1984-08-30 | 1986-03-27 | 日本電信電話株式会社 | Separate air conditioner |
JP2009300000A (en) * | 2008-06-13 | 2009-12-24 | Sharp Corp | Refrigerator-freezer and cooling storage |
-
2017
- 2017-11-17 JP JP2017222123A patent/JP7069660B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6146350U (en) * | 1984-08-30 | 1986-03-27 | 日本電信電話株式会社 | Separate air conditioner |
JP2009300000A (en) * | 2008-06-13 | 2009-12-24 | Sharp Corp | Refrigerator-freezer and cooling storage |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021005705A1 (en) * | 2019-07-09 | 2021-01-14 | 日本電気株式会社 | Cooling system, surge generation prevention device, surge generation prevention method, and surge generation prevention program |
JPWO2021005705A1 (en) * | 2019-07-09 | 2021-01-14 | ||
JP7251628B2 (en) | 2019-07-09 | 2023-04-04 | 日本電気株式会社 | Cooling system, surge prevention device, surge prevention method and surge prevention program |
WO2022265140A1 (en) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | 주식회사 삼화에이스 | Localized data center cooling system provided with free cooling chiller |
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