JP2023159767A - 冷却システム及び水中ビークル - Google Patents

Abstract

【課題】海水によって間接的に冷却される凝縮器を含む冷凍装置を備えた冷却システムにおいて、冷凍装置の熱負荷の変動を抑制する構成を提供する。【解決手段】冷却システムは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び、蒸発器が順に配管で接続されて冷媒が循環する冷凍回路を有する冷凍装置と、凝縮器で冷媒と熱交換する一次側冷却水が流れる一次側冷却水回路と、蒸発器で冷媒と熱交換する二次側冷却水が流れる二次側冷却水回路と、海水が流れる海水ラインと、海水と一次側冷却水とを熱交換させる熱交換器と、凝縮器へ流入する一次側冷却水の温度を検出する第１温度センサと、熱交換器を流れる海水又は一次側冷却水の流量を調整する第１流量調整弁と、第１温度センサで検出された一次側冷却水の検出温度に基いて一次側冷却水の温度が所定の目標温度となるように第１流量調整弁の弁開度を調整するコントローラと、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、水中ビークルに搭載される冷却システムに関する。

従来から、水中作業船や潜水艇などの水中を航走する水中ビークルでは、発熱機器の冷却や生活空間の空調のための冷却システムに海水が利用される。冷却システムには、冷凍サイクルを実現する冷凍装置を備えるものがある。冷凍装置は、低圧ガス状の冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮により高圧ガス状となった冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮により高圧液体状となった冷媒を膨張する膨張弁と、膨張により低圧液体状となった冷媒を蒸発させる蒸発器とが順に配管で接続されて冷媒が循環する冷凍回路を備える。凝縮器では海水を利用して冷媒が冷却され、蒸発器では冷媒の蒸発により被冷却流体が冷却される。例えば、特許文献１では、この種の冷却システムを備えた水中ビークルが開示されている。

特許文献１に開示された水中ビークルは、海水を利用する冷凍装置を備えた潜水艦である。この潜水艦は、内殻と外殻からなる二重殻の艦体を備え、内殻と外殻の間に海水が充填された空間を有する。冷凍装置は、この空間に配置された冷却器と、内殻内に配置された冷凍回路とを備える。冷却器と冷凍回路の凝縮器との間には、流体（海水又は清水）が強制循環される密閉循環路が設けられている。密閉循環路を循環する流体は、冷却器で海水によって冷却され、凝縮器へ流入して凝縮器を冷却する。つまり、凝縮器は、海水によって間接的に冷却される。

実開昭５６－１６８４９４号公報

特許文献１に記載の冷凍装置のように、海水を直接的又は間接的に利用して凝縮器を冷却する構成においては、凝縮器における冷媒の冷却度合が周囲の海水温度の影響を受けて変動することから、冷凍装置の熱負荷が変動するおそれがある。冷凍装置の熱負荷が変動すると、冷凍装置の冷却能力が不安定となる。

本開示は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、海水によって間接的に冷却される凝縮器を含む冷凍装置を備えた冷却システムにおいて、冷凍装置の熱負荷の変動を抑制する構成を提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る冷却システムは、
低圧ガス状の冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮により高圧ガス状となった前記冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮により高圧液体状となった前記冷媒を膨張する膨張弁、及び、膨張により低圧液体状となった前記冷媒を蒸発させる蒸発器が順に配管で接続されて前記冷媒が循環する冷凍回路を有する冷凍装置と、
前記凝縮器で前記冷媒と熱交換する一次側冷却水が流れる一次側冷却水回路と、
前記蒸発器で前記冷媒と熱交換する二次側冷却水が流れる二次側冷却水回路と、
海水が流れる海水ラインと、
前記海水ラインを流れる海水と前記一次側冷却水回路を流れる前記一次側冷却水とを熱交換させる熱交換器と、
前記凝縮器へ流入する前記一次側冷却水の温度を検出する第１温度センサと、
前記熱交換器を流れる海水又は前記一次側冷却水の流量を調整する第１流量調整弁と、
前記第１温度センサで検出された前記一次側冷却水の検出温度を取得し、当該検出温度に基いて前記一次側冷却水の温度が所定の目標温度となるように前記第１流量調整弁の弁開度を調整するコントローラと、を備えるものである。

本開示によれば、海水によって間接的に冷却される凝縮器を含む冷凍装置を備えた冷却システムにおいて、冷凍装置の熱負荷の変動を抑制する構成を提供できる。

図１は、本開示の一実施形態に係る冷却システムの概略構成を示すブロック図である。 図２は、冷却システムの制御系統の構成を示す図である。 図３は、一次側冷却水の温度のフィードバック制御の流れを説明する図である。 図４は、実施形態の変形例１に係る冷却システムの概略構成を示すブロック図である。 図５は、実施形態の変形例２に係る冷却システムの概略構成を示すブロック図である。 図６は、実施形態の変形例２に係る冷却システムの制御系統の構成を示す図である。 図７は、実施形態の変形例３に係る冷却システムの概略構成を示すブロック図である。 図８は、実施形態の変形例３に係る冷却システムの制御系統の構成を示す図である。 図９は、実施例１に係る冷却システムの概略構成を示すブロック図である。 図１０は、実施例２に係る冷却システムの概略構成を示すブロック図である。 図１１は、本開示に係る冷却システムが適用される水中ビークルの概略構成図である。

次に、図面を参照して本開示の実施の形態を説明する。図１１は、本開示に係る冷却システム１が適用される水中ビークル１００の一例を示す図である。図１１に例示する水中ビークル１００は、船体１０１と、船体１０１に搭載された冷却システム１とを備える。水中ビークル１００は、水中及び水上を航走可能な船舶であり、水中作業船や潜水艇が例示される。冷却システム１は、水中ビークル１００内の居住空間９８の空調装置（例えば、ファンコイルユニット８５）や発熱機器類９９で使用される冷却水（以下に説明する二次側冷却水１２）を生成する。

図１は、本開示に係る冷却システム１の概略構成を示すブロック図である。図１に示す冷却システム１は、冷凍装置２と、海水ライン３と、一次側冷却水回路４と、二次側冷却水回路５と、熱交換器３０と、コントローラ６とを備える。

〔冷凍装置２〕
冷凍装置２は、冷凍回路２０を備える。冷凍回路２０は、冷媒１３が封入され、冷媒１３が循環する。冷凍回路２０は、圧縮機２１、凝縮器２２、膨張弁２３、及び蒸発器２４が順に配管で接続されてなる閉回路である。

圧縮機２１は、冷媒１３を圧縮して吐出する。低圧ガス状の冷媒１３が圧縮機２１へ流入し、冷媒１３は圧縮機２１で圧縮されることにより高圧ガス状となる。高圧ガス状となった冷媒１３は凝縮器２２へ送られる。

凝縮器２２には、冷凍回路２０と一次側冷却水回路４が接続されている。凝縮器２２は、冷凍回路２０を流れる冷媒１３と一次側冷却水回路４を流れる一次側冷却水１１とを熱交換させる水冷式の凝縮器である。凝縮器２２は、例えば、シェルアンドチューブ熱交換式の凝縮器であって、シェル内を冷媒１３が流れ、チューブ内を一次側冷却水１１が流れる。高圧ガス状の冷媒１３が凝縮器２２へ流入し、冷媒１３は凝縮器２２で一次側冷却水１１と熱交換することにより冷却されて高圧液体状となる。凝縮器２２で高圧液体状となった冷媒１３は、膨張弁２３へ流入する。

膨張弁２３は、例えば、温度自動膨張弁である。高圧液体状の冷媒１３は、膨張弁２３を通過することにより低圧液体状となる。

膨張弁２３で低圧液体状となった冷媒１３は、蒸発器２４へ流入する。蒸発器２４には、冷凍回路２０と二次側冷却水回路５とが接続されている。蒸発器２４は、冷凍回路２０を流れる冷媒１３と二次側冷却水回路５を流れる二次側冷却水１２を熱交換させる。低圧液体状の冷媒１３は、蒸発器２４で二次側冷却水１２と熱交換することにより温められて低圧ガス状となる。

〔一次側冷却水回路４〕
一次側冷却水回路４は、一次側冷却水１１が封入され、一次側冷却水１１が循環する。一次側冷却水１１は、清水、海水、又は冷媒であってよい。一次側冷却水回路４は、凝縮器２２、熱交換器３０、及びポンプ４０が順に配管等で接続されてなる閉回路である。熱交換器３０は、一次側冷却水回路４と海水ライン３とが接続されている。熱交換器３０は、例えば、シェルアンドチューブ式の熱交換器であって、シェル内を海水１４が流れ、チューブ内を一次側冷却水１１が流れる。ポンプ４０は、所定流量で一次側冷却水１１を吐出する。一次側冷却水回路４において、熱交換器３０の下流且つポンプ４０の上流の部分に膨張タンク４９が接続されていてよい。膨張タンク４９には一次側冷却水１１が充填されており、一次側冷却水回路４から膨張タンク４９へ余剰の一次側冷却水１１が流入したり、膨張タンク４９から一次側冷却水回路４へ不足の一次側冷却水１１が流出したりする。

一次側冷却水１１は、ポンプ４０によって一次側冷却水回路４を強制的に循環させられる。一次側冷却水回路４を循環する一次側冷却水１１は、凝縮器２２で冷媒１３と熱交換することにより温められ、熱交換器３０で海水１４と熱交換することにより冷却される。一次側冷却水回路４において、ポンプ４０より下流且つ凝縮器２２より上流の部分に、温度センサ７１が接続されている。温度センサ７１は、凝縮器２２へ流入する一次側冷却水１１の温度を検出する。

〔海水ライン３〕
海水ライン３は、水中ビークル１００の外部と熱交換器３０とを接続する配管でなる。海水ライン３には、水中ビークル１００の周囲の海水がポンプにより流れる。海水ライン３に流入した海水１４は、熱交換器３０へ流入して一次側冷却水１１と熱交換することにより温められ、温められた海水１４は海水ライン３を通って水中ビークル１００の外へ排出される。なお、水中ビークル１００が海を航走する際には海水１４が海水ライン３を流れるが、水中ビークル１００が湖沼や河川を航走する場合には汽水又は淡水が海水ライン３を流れる。

海水ライン３には、熱交換器３０を通さずに熱交換器３０の上流側から下流側へ海水１４を流すバイパス流路３１が接続されている。バイパス流路３１の上流端部は海水ライン３の熱交換器３０の入口より上流側部分と接続されており、バイパス流路３１の下流端部は海水ライン３の熱交換器３０の出口より下流側部分と接続されている。バイパス流路３１には流量調整弁８１が設けられている。流量調整弁８１は、通過流量を連続的に調整可能、或いは、段階的に調整可能な弁であってよい。流量調整弁８１は、例えば、電磁二方弁である。流量調整弁８１の弁開度変化によってバイパス流路３１を通過する海水１４の流量が増減することによって、熱交換器３０を流れる海水１４の流量が調整される。

〔二次側冷却水回路５〕
二次側冷却水回路５は、二次側冷却水１２が封入され、二次側冷却水１２が循環する。二次側冷却水１２は、清水、海水、又は冷媒１３であってよい。二次側冷却水回路５は、蒸発器２４、ファンコイルユニット８５、及びポンプ８７が順に配管等で接続されてなる閉回路である。ファンコイルユニット８５は、例えば、二次側冷却水１２が流れるコイルと、コイルで冷やされた空気を送り出すファンから成る。ファンコイルユニット８５から送り出された冷風は、水中ビークル内部の空調や、発熱体の冷却に利用される。

二次側冷却水１２は、ポンプ８７によって強制的に二次側冷却水回路５を循環させられる。二次側冷却水回路５を循環する二次側冷却水１２は、蒸発器２４で冷媒１３と熱交換することにより冷やされ、ファンコイルユニット８５で空気と熱交換することにより温められる。

〔制御系統の構成〕
図２は、冷却システム１の制御系統の構成を示す図である。図１及び図２に示すように、コントローラ６には、温度センサ７１及び流量調整弁８１が有線又は無線で電気的に接続されている。温度センサ７１で検出された一次側冷却水１１の温度情報は、コントローラ６へ出力される。コントローラ６は、流量調整弁８１の弁開度を変化させることにより、熱交換器３０を流れる海水の流量を制御する第１流量制御部６１を有する。

本明細書で開示するコントローラ６の機能は、開示された機能を実行するように構成又はプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、及び／又は、それらの組み合わせを含む回路、又は、処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路又は回路と見做される。本開示において、回路、ユニット、又は手段は、列挙された機能を実行するハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、或いは、列挙された機能を実行するようにプログラム又は構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェア及び／又はプロセッサの構成に使用される。

コントローラ６は、一次側冷却水１１の温度を制御する。コントローラ６は、例えば、一次側冷却水１１の温度をフィードバック制御する。図３は、一次側冷却水１１の温度の制御の流れを説明する図である。図３に示すように、コントローラ６の第１流量制御部６１には、一次側冷却水１１の目標温度が予め与えられている。温度センサ７１で検出された一次側冷却水１１の温度と目標温度の偏差が第１流量制御部６１へ入力される。第１流量制御部６１では、偏差に基いて予め記憶された演算式に基いて操作量が算出され、算出された操作量が流量調整弁８１（詳細には、流量調整弁８１の操作部）へ出力される。流量調整弁８１では、操作量に基いて弁開度が操作される。熱交換器３０を流れる海水１４の流量が変化し、これに伴い一次側冷却水１１の温度が変化する。

温度センサ７１で検出された一次側冷却水１１の温度が目標温度よりも低い場合には、熱交換器３０を流れる海水１４の流量が低減するように流量調整弁８１が操作され、その結果、一次側冷却水１１の温度が上昇する。なお、温度センサ７１で検出された一次側冷却水１１の温度が目標温度よりも著しく低い場合には、一次側冷却水回路４においてポンプ４０の下流且つ凝縮器２２の上流の部分にヒータ７５を配置し、ヒータ７５で一次側冷却水回路４を流れる一次側冷却水１１を温めるようにしてもよい。温度センサ７１で検出された一次側冷却水１１の温度が目標温度よりも高い場合には、熱交換器３０を流れる海水１４の流量が増加するように流量調整弁８１が操作され、その結果、一次側冷却水１１の温度が低下する。このようにして、温度センサ７１で検出される一次側冷却水１１の温度が目標温度となるように、即ち、一定温度となるように、一次側冷却水１１の温度が制御される。これにより、冷凍装置２の熱負荷の変動を抑えることが可能であり、冷凍装置２は安定した冷却機能を発揮できる。

［変形例１］
図４は、実施形態の変形例１に係る冷却システム１Ａの概略構成を示すブロック図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。

上記実施形態に係る冷却システム１では、熱交換器３０を通る海水１４の流量を調整することにより、一次側冷却水１１の温度が制御される。但し、熱交換器３０を通る一次側冷却水１１の量を調整することによっても、一次側冷却水１１の温度を制御することが可能である。そこで、図４に示すように、変形例１に係る冷却システム１Ａは、実施形態に係る冷却システム１を、熱交換器３０を通る一次側冷却水１１の量を調整することによって、一次側冷却水１１の温度を制御するように変形したものである。

具体的には、一次側冷却水回路４には、熱交換器３０を通さずに熱交換器３０の上流側から下流側へ一次側冷却水１１を流すバイパス流路４４が接続されている。バイパス流路４４の上流端部は一次側冷却水回路４の熱交換器３０の入口より上流側部分と接続されており、バイパス流路４４の下流端部は一次側冷却水回路４の熱交換器３０の出口より下流側部分と接続されている。バイパス流路４４には流量調整弁８４が設けられている。流量調整弁８４は、通過流量を連続的に調整可能、或いは、段階的に調整可能な弁であってよい。流量調整弁８４は、例えば、一次側冷却水回路４とバイパス流路４４の上流端部との接続部に配置された、電磁三方弁である。流量調整弁８４の弁開度変化によってバイパス流路４４を通過する海水１４の流量が増減することによって、熱交換器３０を流れる一次側冷却水１１の流量が調整される。

変形例１に係る冷却システム１においては、コントローラ６の第１流量制御部６１は、熱交換器３０を流れる一次側冷却水１１の流量を調整することにより、温度センサ７１で検出される一次側冷却水１１の温度を目標温度に制御する。具体的には、コントローラ６の第１流量制御部６１は、温度センサ７１で検出された一次側冷却水１１の温度と目標温度の偏差を取得し、偏差に基いて予め記憶された演算式に基いて操作量を算出し、算出した操作量を流量調整弁８４（詳細には、流量調整弁８４の操作部）へ出力する。流量調整弁８４では、操作量に基いて弁開度が操作される。熱交換器３０を流れる一次側冷却水１１の流量が変化し、これに伴い一次側冷却水１１の温度が変化する。ここで、温度センサ７１で検出された一次側冷却水１１の温度が目標温度よりも低い場合には、熱交換器３０を流れる一次側冷却水１１の流量が低減するように流量調整弁８４が操作され、その結果、一次側冷却水１１の温度が上昇する。温度センサ７１で検出された一次側冷却水１１の温度が目標温度よりも高い場合には、熱交換器３０を流れる海水１４の流量が増加するように流量調整弁８４が操作され、その結果、一次側冷却水１１の温度が低下する。このようにして、温度センサ７１で検出される一次側冷却水１１の温度が目標温度となるように、即ち、一定温度となるように、一次側冷却水１１の温度が制御される。これにより、冷凍装置２の熱負荷の変動を抑えることが可能であり、冷凍装置２は安定した冷却機能を発揮できる。

［変形例２］
図５は、実施形態の変形例２に係る冷却システム１Ｂの概略構成を示すブロック図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。変形例２に係る冷却システム１Ｂは、実施形態に係る冷却システム１を、一次側冷却水１１を凝縮器２２と発熱機器４８とで共用できるように変形したものである。

より詳細には、一次側冷却水回路４に発熱機器冷却ライン４２が接続されている。発熱機器冷却ライン４２の上流端部は、一次側冷却水回路４のポンプ４０の下流且つ凝縮器２２の上流の部分と接続されている。発熱機器冷却ライン４２の下流端部は、一次側冷却水回路４の凝縮器２２の下流且つ熱交換器３０の上流の部分と接続されている。発熱機器冷却ライン４２上には、流量調整弁８３と発熱機器４８とが設けられている。流量調整弁８３は、例えば、電磁二方弁である。一次側冷却水回路４を流れる一次側冷却水１１の一部は、発熱機器冷却ライン４２へ流入して、発熱機器４８を流れて当該発熱機器４８を冷却し、一次側冷却水回路４の流れへ戻る。

更に、一次側冷却水回路４には、凝縮器２２を通さずに凝縮器２２の上流側から下流側へ一次側冷却水１１を流すバイパス流路４１が接続されている。バイパス流路４１の上流端部は、一次側冷却水回路４の、発熱機器冷却ライン４２の上流端部の接続部より下流且つ凝縮器２２の入口より上流の部分と接続されている。バイパス流路４１の下流端部は、一次側冷却水回路４の、凝縮器２２の出口より下流且つ発熱機器冷却ライン４２の下流端部の接続部より上流の部分と接続されている。バイパス流路４１には流量調整弁８２が設けられている。流量調整弁８２は、例えば、電磁二方弁である。流量調整弁８２の弁開度変化によって、バイパス流路４１を通過する一次側冷却水１１の流量を増減させることで、凝縮器２２を流れる一次側冷却水１１の流量が一定に保持される。

図６は、変形例２に係る冷却システム１Ｂの制御系統の構成を示す図である。図６に示すように、コントローラ６は、流量調整弁８３及び流量調整弁８２の動作を制御する第２流量制御部６２を有する。第２流量制御部６２には、凝縮器２２へ流入する一次側冷却水１１の目標流量ｆ1が予め与えられている。ポンプ４０は、流量ｆ0の一次側冷却水１１を吐出する。第２流量制御部６２は、発熱機器４８からの要求に応じて発熱機器４８への一次側冷却水１１の供給量ｆ2を決定し、当該供給量ｆ2を実現するように流量調整弁８３の弁開度を調整する。また、第２流量制御部６２は、凝縮器２２へ流入する一次側冷却水１１の流量が目標流量ｆ1となるように、バイパス流路４１を流れる流量ｆ3を決定する。ｆ3＝ｆ0－ｆ1－ｆ2で求め得る。そして、第２流量制御部６２は、バイパス流路４１を流量ｆ3の一次側冷却水１１が流れるように流量調整弁８２の弁開度を調整する。このようにして、発熱機器４８への一次側冷却水１１の供給量ｆ2が変化しても、凝縮器２２へ流入する一次側冷却水１１の流量は目標流量ｆ1に維持される。これにより、冷凍装置２の熱負荷の変動を抑えることが可能であり、冷凍装置２は安定した冷却機能を発揮できる。

［変形例３］
図７は、実施形態の変形例３に係る冷却システム１Ｃの概略構成を示すブロック図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。変形例３に係る冷却システム１Ｃは、実施形態に係る冷却システム１を、二次側冷却水１２が冷凍装置２へ与える熱負荷を調整できるように変形したものである。

より詳細には、二次側冷却水回路５に、蒸発器２４を通さずに蒸発器２４の上流側から下流側へ二次側冷却水１２を流すバイパス流路５１が接続されている。バイパス流路５１の上流端部は二次側冷却水回路５の蒸発器２４より上流の部分と接続されている。バイパス流路５１の下流端部は二次側冷却水回路５の蒸発器２４より下流の部分と接続されている。バイパス流路５１には、流量調整弁８６が設けられている。流量調整弁８６は、例えば、二次側冷却水回路５とバイパス流路５１の下流端部との接続部に配置された、電磁三方弁である。流量調整弁８６の弁開度変化によってバイパス流路５１を通過する二次側冷却水１２の流量が増減することによって、蒸発器２４を流れる二次側冷却水１２の流量が調整される。

更に、二次側冷却水回路５には、ポンプ８７より下流且つ蒸発器２４より上流の部分に温度センサ７２が接続されている。温度センサ７２は、蒸発器２４へ流入する二次側冷却水１２の温度を検出する。

図８は変形例３に係る冷却システム１Ｃの制御系統の構成を示す図である。図８に示すように、変形例３に係る冷却システム１Ｃにおいて、コントローラ６には温度センサ７２及び流量調整弁８６が電気的に接続されている。コントローラ６は、温度センサ７１の検出値に基いて、流量調整弁８６の動作を制御する第３流量制御部６３を有する。

冷却システム１Ｃの運転開始直後には、二次側冷却水回路５を循環する二次側冷却水１２は十分に冷却されていないことから、定常運転時と比較して温度の高い二次側冷却水１２が蒸発器２４へ流入する。ここで、定常運転時と同様の流量の二次側冷却水１２が蒸発器２４へ流入すると、一時的に冷凍装置２の熱負荷が高まり、冷凍装置２の動作が不安定となるおそれがある。そこで、温度センサ７２で検出される二次側冷却水１２の温度（即ち、蒸発器２４へ流入する二次側冷却水１２の温度）が所定の閾値よりも高い場合に、蒸発器２４へ流入する二次側冷却水１２の流量を定常運転時と比較して制限するようにしている。

第３流量制御部６３には、二次側冷却水１２の温度の閾値と、二次側冷却水１２の温度と蒸発器２４へ流入が許容される二次側冷却水１２の流量との関係を表す温度－流量情報が、予め記憶されている。この温度－流量情報は、例えば、二次側冷却水１２の温度が所定の閾値よりも高い場合に、二次側冷却水１２の温度の上昇に伴って蒸発器２４へ流入が許容される二次側冷却水１２の流量が減少するものであり、蒸発器２４へ流入する二次側冷却水１２からの入熱により冷凍装置２の熱負荷が過剰とならないように定められている。第３流量制御部６３は、温度センサ７２で検出された二次側冷却水１２の温度を監視し、その温度が所定の閾値よりも高い場合に、温度－流量情報から検出された温度に対応する流量を導出し、当該流量の二次側冷却水１２が蒸発器２４へ流入するように流量調整弁８６の弁開度を調整する。これにより、冷凍装置２の熱負荷の変動を抑えることが可能であり、冷凍装置２は安定した冷却機能を発揮できる。

以上に本開示の好適な実施形態及びその変形例１乃至３を説明したが、変形例で変形又は追加された機能は適宜組み合わされてもよい。

図９は、実施例１に係る冷却システム１Ｄの概略構成を示すブロック図である。図９では、前述の実施形態及び変形例で説明したものと同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。図９に示す実施例１に係る冷却システム１Ｄでは、実施形態の変形例２に係る冷却システム１Ｂ及び変形例３に係る冷却システム１Ｃの特徴が組み合わされている。

図１０は、実施例２に係る冷却システム１Ｅの概略構成を示すブロック図である。図１０では、前述の実施形態及び変形例で説明したものと同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。図１０に示す実施例２に係る冷却システム１Ｅでは、実施形態の変形例１に係る冷却システム１Ａ、変形例２に係る冷却システム１Ｂ、及び変形例３に係る冷却システム１Ｃの特徴が組み合わされている。

〔総括〕
本開示の第１の項目に係る冷却システム１は、
低圧ガス状の冷媒１３を圧縮する圧縮機２１、圧縮により高圧ガス状となった冷媒１３を凝縮する凝縮器２２、凝縮により高圧液体状となった冷媒１３を膨張する膨張弁２３、及び、膨張により低圧液体状となった冷媒１３を蒸発させる蒸発器２４が順に配管で接続されて冷媒が循環する冷凍回路２０を有する冷凍装置２と、
凝縮器２２で冷媒１３と熱交換する一次側冷却水１１が流れる一次側冷却水回路４と、
蒸発器２４で冷媒１３と熱交換する二次側冷却水１２が流れる二次側冷却水回路５と、
海水１４が流れる海水ライン３と、
海水ライン３を流れる海水１４と一次側冷却水回路４を流れる一次側冷却水１１とを熱交換させる熱交換器３０と、
凝縮器２２へ流入する一次側冷却水１１の温度を検出する温度センサ７１（第１温度センサ）と、
熱交換器３０を流れる海水１４又は一次側冷却水１１の流量を調整する流量調整弁８１又は流量調整弁８４（第１流量調整弁）と、
温度センサ７１で検出された一次側冷却水１１の検出温度を取得し、当該検出温度に基いて一次側冷却水１１の温度が所定の目標温度となるように流量調整弁８１，８４の弁開度を調整するコントローラ６と、を備える。

上記構成の冷却システム１によれば、凝縮器２２の冷媒１３は海水と直接に熱交換するのではなく、海水１４で冷却された一次側冷却水１１と熱交換する。よって、海水１４の温度変動がダイレクトに凝縮器２２の冷媒１３に伝わらないので、凝縮器２２の冷媒１３の冷却度合の変動を抑制できる。そのうえ、熱交換器３０における一次側冷却水１１の熱交換量を調整することにより凝縮器２２へ流入する一次側冷却水１１の温度が目標温度に制御されることによって、凝縮器２２には略一定温度の一次側冷却水１１が流入する。このように、凝縮器２２の冷媒１３へ与えられる熱負荷の変動が抑えられることにより、冷凍装置２は安定した冷却機能を発揮できる。

本開示の第２の項目に係る冷却システム１は、第１の項目に係る冷却システム１において、
海水ライン３に熱交換器３０を回避して当該熱交換器３０の下流へ海水１４を流すバイパス流路３１が接続されており、流量調整弁８１（第１流量調整弁）がバイパス流路３１に配置されているものである。

本開示の第３の項目に係る冷却システム１は、第１の項目に係る冷却システム１において、
一次側冷却水回路４に熱交換器３０を回避して当該熱交換器３０の下流へ一次側冷却水１１を流すバイパス流路４４が接続されており、流量調整弁８４（第１流量調整弁）がバイパス流路４１に配置されているものである。

本開示の第４の項目に係る冷却システム１は、第１乃至３のいずれか一つの項目に係る冷却システム１において、
一次側冷却水回路４において、凝縮器２２の下流且つ熱交換器３０の上流の第１部分に接続された下流端部と、熱交換器３０の下流且つ凝縮器２２の上流の第２部分に接続された上流端部とを有し、発熱機器４８を冷却する一次側冷却水１１が流れる発熱機器冷却ライン４２と、
一次側冷却水回路４において、第１部分の下流且つ熱交換器３０の上流の第３部分に接続された下流端部と、熱交換器３０の下流且つ第２部分の上流の第４部分に接続された上流端部とを有し、凝縮器２２を回避して当該凝縮器２２の下流へ一次側冷却水１１を流すバイパス流路４１と、
発熱機器冷却ライン４２に配置された流量調整弁８３（第２流量調整弁）と、
バイパス流路４１に配置された流量調整弁８２（第３流量調整弁）とを備え、
コントローラ６は、凝縮器２２へ流入する一次側冷却水１１が一定流量となるように、流量調整弁８３及び流量調整弁８２の弁開度を調整するものである。

冷凍装置２と一次側冷却水１１を共有する発熱機器４８は負荷に応じて一次側冷却水１１の供給量が変動する可能性があるが、発熱機器４８への一次側冷却水１１の供給量によらず一定の流量で凝縮器２２へ一次側冷却水１１が流入する。このように、凝縮器２２の冷媒１３へ与えられる熱負荷の変動が抑えられることにより、冷凍装置２は安定した冷却機能を発揮できる。

本開示の第５の項目に係る冷却システム１は、第１乃至４のいずれか一つの項目に係る冷却システム１において、
蒸発器２４へ流入する二次側冷却水１２の温度を検出する温度センサ７２（第２温度センサ）と、
蒸発器２４へ流入する二次側冷却水１２の流量を調整する流量調整弁８６（第４流量調整弁）と、を更に備え、
コントローラ６は、温度センサ７２で検出された二次側冷却水１２の検出温度を取得し、当該検出温度が所定の閾値を超えていれば、流量調整弁８６の弁開度を調整することにより二次側冷却水１２の蒸発器２４への流入量を制限するものである。

本開示の第６の項目に係る冷却システム１は、第５の項目に係る冷却システム１において、
二次側冷却水回路５に蒸発器２４を回避して当該蒸発器２４の下流へ二次側冷却水１２を流すバイパス流路５１が接続されており、流量調整弁８６（第４流量調整弁）がバイパス流路５１に配置されているものである。

本開示の第７の項目に係る冷却システム１は、第５又は６の項目に係る冷却システム１において、
コントローラ６に、二次側冷却水１２の閾値と、二次側冷却水１２の温度の上昇に伴って蒸発器２４へ流入が許容される二次側冷却水１２の流量が減少する温度と流量の関係を表す温度－流量情報が、予め記憶されており、
コントローラ６は、温度センサ７２で検出された二次側冷却水１２の温度が所定の閾値よりも高い場合に、温度－流量情報から検出された温度に対応する流量を導出し、当該流量の二次側冷却水１２が蒸発器２４へ流入するように流量調整弁８６（第４流量調整弁）の弁開度を調整する。

定常運転時と比較して著しく温度の高い二次側冷却水１２が蒸発器２４へ流入すると、冷凍装置２の熱負荷が一時的に過剰となるが、このように定常運転時と比較して二次側冷却水１２の温度が高い場合に蒸発器２４へ流入する二次側冷却水１２の流量が制限されることによって、冷凍装置２への入熱が抑制され、冷凍装置２の安定した運転が行われる。

本開示の第８の項目に係る水中ビークル１００は、船体１０１と、船体１０１に搭載された第１乃至７のいずれか一つの項目に係る冷却システム１とを備えるものである。

本開示に係る冷却システム１は、水中を航走する水中ビークル１００に搭載される冷却システムとして好適である。

以上の本開示の議論は、例示及び説明の目的で提示されたものであり、本開示を本明細書に開示される形態に限定することを意図するものではない。

１，１Ａ～１Ｅ：冷却システム
２ ：冷凍装置
３ ：海水ライン
４ ：一次側冷却水回路
５ ：二次側冷却水回路
６ ：コントローラ
１１ ：一次側冷却水
１２ ：二次側冷却水
１３ ：冷媒
１４ ：海水
２０ ：冷凍回路
２１ ：圧縮機
２２ ：凝縮器
２３ ：膨張弁
２４ ：蒸発器
３０ ：熱交換器
３１ ：バイパス流路
４１ ：バイパス流路
４２ ：発熱機器冷却ライン
４４ ：バイパス流路
４８ ：発熱機器
５１ ：バイパス流路
７１ ：温度センサ（第１温度センサ）
７２ ：温度センサ（第２温度センサ）
８１ ：流量調整弁（第１流量調整弁）
８２ ：流量調整弁（第３流量調整弁）
８３ ：流量調整弁（第２流量調整弁）
８４ ：流量調整弁（第１流量調整弁）
８６ ：流量調整弁（第４流量調整弁）
１００ ：水中ビークル
１０１ ：船体

Claims (8)

1. 低圧ガス状の冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮により高圧ガス状となった前記冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮により高圧液体状となった前記冷媒を膨張する膨張弁、及び、膨張により低圧液体状となった前記冷媒を蒸発させる蒸発器が順に配管で接続されて前記冷媒が循環する冷凍回路を有する冷凍装置と、
   前記凝縮器で前記冷媒と熱交換する一次側冷却水が流れる一次側冷却水回路と、
   前記蒸発器で前記冷媒と熱交換する二次側冷却水が流れる二次側冷却水回路と、
   海水が流れる海水ラインと、
   前記海水ラインを流れる海水と前記一次側冷却水回路を流れる前記一次側冷却水とを熱交換させる熱交換器と、
   前記凝縮器へ流入する前記一次側冷却水の温度を検出する第１温度センサと、
   前記熱交換器を流れる海水又は前記一次側冷却水の流量を調整する第１流量調整弁と、
   前記第１温度センサで検出された前記一次側冷却水の検出温度を取得し、当該検出温度に基いて前記一次側冷却水の温度が所定の目標温度となるように前記第１流量調整弁の弁開度を調整するコントローラと、を備える、
   冷却システム。
2. 前記海水ラインに前記熱交換器を回避して当該前記熱交換器の下流へ海水を流すバイパス流路が接続されており、前記第１流量調整弁が前記バイパス流路に配置されている、
   請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記一次側冷却水回路に前記熱交換器を回避して当該前記熱交換器の下流へ前記一次側冷却水を流すバイパス流路が接続されており、前記第１流量調整弁が前記バイパス流路に配置されている、
   請求項１に記載の冷却システム。
4. 前記一次側冷却水回路において、前記凝縮器の下流且つ前記熱交換器の上流の第１部分に接続された下流端部と、前記熱交換器の下流且つ前記凝縮器の上流の第２部分に接続された上流端部とを有し、発熱機器を冷却する前記一次側冷却水が流れる発熱機器冷却ラインと、
   前記一次側冷却水回路において、前記第１部分の下流且つ前記熱交換器の上流の第３部分に接続された下流端部と、前記熱交換器の下流且つ前記第２部分の上流の第４部分に接続された上流端部とを有し、前記凝縮器を回避して前記凝縮器の下流へ前記一次側冷却水を流すバイパス流路と、
   前記発熱機器冷却ラインに配置された第２流量調整弁と、
   前記バイパス流路に配置された第３流量調整弁と、を更に備え、
   前記コントローラは、前記凝縮器へ流入する前記一次側冷却水が一定流量となるように、前記第２流量調整弁及び前記第３流量調整弁の弁開度を調整するように構成されている、
   請求項１に記載の冷却システム。
5. 前記蒸発器へ流入する前記二次側冷却水の温度を検出する第２温度センサと、
   前記蒸発器へ流入する前記二次側冷却水の流量を調整する第４流量調整弁と、を更に備え、
   前記コントローラは、前記第２温度センサで検出された前記二次側冷却水の検出温度を取得し、当該検出温度が所定の閾値を超えていれば、前記第４流量調整弁の弁開度を調整することにより前記二次側冷却水の前記蒸発器への流入量を制限するように構成されている、
   請求項１に記載の冷却システム。
6. 前記二次側冷却水回路に前記蒸発器を回避して当該前記蒸発器の下流へ前記二次側冷却水を流すバイパス流路が接続されており、前記第４流量調整弁が前記バイパス流路に配置されている、
   請求項５に記載の冷却システム。
7. 前記コントローラに、前記二次側冷却水の閾値と、前記二次側冷却水の温度の上昇に伴って前記蒸発器へ流入が許容される前記二次側冷却水の流量が減少する温度と流量の関係を表す温度－流量情報が、予め記憶されており、
   前記コントローラは、前記第２温度センサで検出された前記二次側冷却水の温度が所定の閾値よりも高い場合に、温度－流量情報から検出された温度に対応する流量を導出し、当該流量の前記二次側冷却水が前記蒸発器へ流入するように前記第４流量調整弁の弁開度を調整するように構成されている、
   請求項５又は６に記載の冷却システム。
8. 船体と、
   前記船体に搭載された請求項１に記載の冷却システムと、を備える、
   水中ビークル。

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