JP6937920B2 - Heat source machine - Google Patents
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Description
本発明は、チラーユニットとフリークーリングユニットとを備える熱源機、及び熱源機に用いられるフリークーリングユニットに関するものである。 The present invention relates to a heat source machine including a chiller unit and a free cooling unit, and a free cooling unit used in the heat source machine.
特許文献1には、複数の空冷式チラーが直列に並ぶように設けられた空冷式チラー群を2群以上並列に備える空冷式チラーシステムが記載されている。各空冷式チラーは、上部に設けられた空気側熱交換室と、下部に設けられた機械室と、空気側熱交換室及び機械室を覆う本体カバーと、からなる。空気側熱交換室には、冷媒の凝縮熱を空気に放熱する空気側熱交換器が設けられている。機械室には、冷媒の蒸発熱を水から吸熱する冷水側熱交換器が設けられている。
チラーユニットは、水方式の空調設備の熱源機として用いられる。空調負荷が高い場合には、特許文献1の記載のように複数のチラーユニットが設けられる。この場合、各チラーユニットの物理的な設置スペースに加えて、チラーユニット毎にサービススペースが確保される必要がある。一般に、データセンターのように単位面積当たりの空調負荷が高い場所では、熱源機を設置できるスペースが狭い場合が多い。このため、単位設置面積当たりの熱源機の能力が低い場合、空調負荷に応じた熱源機を設置するのが困難になるという課題があった。
The chiller unit is used as a heat source unit for water-based air conditioning equipment. When the air conditioning load is high, a plurality of chiller units are provided as described in
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、単位設置面積当たりの能力を向上できる熱源機及びフリークーリングユニットを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a heat source machine and a free cooling unit capable of improving the capacity per unit installation area.
本発明に係る熱源機は、第1液状熱媒体を循環させる熱媒体回路と、前記熱媒体回路に設けられ前記第1液状熱媒体と空気との熱交換を行う第1熱源側熱交換器と、前記第1熱源側熱交換器に空気を供給する第1ファンと、前記熱媒体回路に設けられ前記第1液状熱媒体と第2液状熱媒体との熱交換を行う第1負荷側熱交換器と、を有するフリークーリングユニットと、冷媒を循環させる冷媒回路と、前記冷媒回路に設けられ前記冷媒と空気との熱交換を行う第2熱源側熱交換器と、前記第2熱源側熱交換器に空気を供給する第2ファンと、前記冷媒回路に設けられ前記冷媒と前記第2液状熱媒体との熱交換を行う第2負荷側熱交換器と、を有し、鉛直方向に見たとき前記フリークーリングユニットの少なくとも一部と重なるように前記フリークーリングユニットの上方に設置されるチラーユニットと、を備えるものである。 The heat source machine according to the present invention includes a heat medium circuit that circulates the first liquid heat medium and a first heat source side heat exchanger that is provided in the heat medium circuit and exchanges heat between the first liquid heat medium and air. , A first fan that supplies air to the first heat source side heat exchanger, and a first load side heat exchange that is provided in the heat medium circuit and exchanges heat between the first liquid heat medium and the second liquid heat medium. A free cooling unit having a device, a refrigerant circuit for circulating a refrigerant, a second heat source side heat exchanger provided in the refrigerant circuit for heat exchange between the refrigerant and air, and the second heat source side heat exchange. It has a second fan that supplies air to the vessel and a second load side heat exchanger that is provided in the refrigerant circuit and exchanges heat between the refrigerant and the second liquid heat medium, and is viewed in the vertical direction. It is provided with a chiller unit installed above the free cooling unit so as to overlap at least a part of the free cooling unit .
本発明によれば、設置面積の拡大を抑えつつフリークーリングユニット及びチラーユニットの双方を設置できるため、熱源機の単位設置面積当たりの能力を向上できる。 According to the present invention, since both the free cooling unit and the chiller unit can be installed while suppressing the expansion of the installation area, the capacity per unit installation area of the heat source machine can be improved.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る熱源機及びフリークーリングユニットについて説明する。本実施の形態の熱源機は、水又はブライン等の液状熱媒体を用いて熱が搬送される、いわゆる水方式の空調設備に用いられる。当該空調設備の空調対象は、例えば、一年を通して冷房負荷が生じるデータセンター等の空調空間である。熱源機は、空調空間の外部に位置する熱源機設置スペースに設置されている。熱源機設置スペースは、例えば屋外に設けられている。
The heat source machine and the free cooling unit according to the first embodiment of the present invention will be described. The heat source machine of the present embodiment is used in a so-called water-type air-conditioning system in which heat is transferred using a liquid heat medium such as water or brine. The air-conditioning target of the air-conditioning equipment is, for example, an air-conditioning space such as a data center where a cooling load is generated throughout the year. The heat source machine is installed in the heat source machine installation space located outside the air conditioning space. The heat source machine installation space is provided outdoors, for example.
図1は、本実施の形態に係る熱源機10の構成を示す回路図である。図1に示すように、熱源機10は、フリークーリングユニット100と、チラーユニット200と、を有するハイブリッド型の熱源機である。熱源機10は、熱媒体回路300に接続されており、熱媒体回路300内を循環する熱媒体を冷却するように構成されている。熱媒体回路300内の熱媒体としては、水又はブライン等の液状熱媒体が用いられている。熱媒体回路300において、フリークーリングユニット100及びチラーユニット200は互いに直列に接続されており、チラーユニット200はフリークーリングユニット100の下流側に接続されている。熱媒体回路300内の熱媒体を圧送するポンプは、フリークーリングユニット100又はチラーユニット200の内部に設けられていてもよいし、フリークーリングユニット100及びチラーユニット200の外部に設けられていてもよい。熱媒体回路300は、空調空間を空調するファンコイルユニット等の室内機(図示せず)に接続されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a
フリークーリングユニット100は、熱媒体回路300内の熱媒体を流入させる流入口101と、当該熱媒体を流出させる流出口102と、を有している。フリークーリングユニット100は、熱媒体回路300とは別に、フリークーリングユニット100内で熱媒体を循環させる熱媒体回路110を有している。熱媒体回路110内の熱媒体としては、水又はブライン等の液状熱媒体が用いられている。以下、熱媒体回路110内の熱媒体を「第1液状熱媒体」という場合があり、熱媒体回路300内の熱媒体を「第2液状熱媒体」という場合がある。熱媒体回路110には、ポンプ111、熱源側熱交換器112a、熱源側熱交換器112b及び負荷側熱交換器113が設けられている。ポンプ111は、熱媒体回路110内の第1液状熱媒体を圧送する流体機械である。ポンプ111は、可変の周波数で駆動される。
The
熱源側熱交換器112a及び熱源側熱交換器112bのそれぞれは、第1液状熱媒体と室外空気との熱交換を行う、いわゆる水−空気熱交換器である。熱源側熱交換器112a及び熱源側熱交換器112bには、パラレルフロー型の熱交換器が用いられる。熱源側熱交換器112a及び熱源側熱交換器112bは、熱媒体回路110において互いに並列に接続されている。熱源側熱交換器112a及び熱源側熱交換器112bは、空気の流れに対しても互いに並列に配置されている。熱源側熱交換器112aは、図2を用いて後述するように、2列の熱交換器を有していてもよい。この場合、2列の熱交換器は、熱媒体回路110において互いに並列に接続され、空気の流れに対しても互いに並列に配置される。同様に、熱源側熱交換器112bは、2列の熱交換器を有していてもよい。
Each of the heat source
負荷側熱交換器113は、熱媒体回路110内の第1液状熱媒体と熱媒体回路300内の第2液状熱媒体との熱交換を行う、いわゆる水−水熱交換器である。負荷側熱交換器113は、第1液状熱媒体を流通させる第1流路113aと、第2液状熱媒体を流通させる第2流路113bと、を有している。第1流路113aと第2流路113bとは、隔板を介して互いに隣接して設けられている。負荷側熱交換器113は、第1流路113a内の第1液状熱媒体の流れと第2流路113b内の第2液状熱媒体の流れとが対向流となるように構成されている。これにより、第1液状熱媒体と第2液状熱媒体との温度差を確保できるため、負荷側熱交換器113での熱交換率を高めることができる。
The load-
熱媒体回路110には、熱源側熱交換器112a及び熱源側熱交換器112bを通らずに第1液状熱媒体を循環させるバイパス回路114が設けられている。バイパス回路114には、バイパス回路114を流通する第1液状熱媒体の流量を調節する流量調節弁115が設けられている。
The
また、フリークーリングユニット100は、熱源側熱交換器112aに空気を供給するファン116aと、熱源側熱交換器112bに空気を供給するファン116bと、を有している。ファン116a及びファン116bのそれぞれは、可変の回転速度で駆動される。
Further, the
さらに、フリークーリングユニット100は、ポンプ111、流量調節弁115、ファン116a及びファン116bを制御する制御部120を有している。制御部120は、CPU、ROM、RAM、I/Oポート等を備えたマイクロコンピュータを有している。制御部120は、後述するチラーユニット200の制御部220との間で相互に通信できるように構成されている。
Further, the
フリークーリングユニット100には、温度センサ121、122a、122bが設けられている。温度センサ121は、負荷側熱交換器113の第2流路113bから流出した第2液状熱媒体の出口温度を検出し、検出信号を制御部120に出力するように構成されている。温度センサ122aは、熱源側熱交換器112aを通過した空気の出口温度、すなわち排気温度を検出し、検出信号を制御部120に出力するように構成されている。温度センサ122bは、熱源側熱交換器112bを通過した空気の出口温度、すなわち排気温度を検出し、検出信号を制御部120に出力するように構成されている。また、フリークーリングユニット100には、室外空気の温度を検出する外気温度センサが必要に応じて設けられている。
The
フリークーリングユニット100は、冷凍サイクルを利用せず、熱媒体回路110内の第1液状熱媒体を介した室外空気との熱交換によって熱媒体回路300内の第2液状熱媒体を冷却するように構成されている。第1液状熱媒体は、相変化せずに液体のままで熱媒体回路110内を循環する。フリークーリングユニット100は、密閉式の冷却塔として機能する。
The
ポンプ111により圧送された熱媒体回路110内の第1液状熱媒体は、熱源側熱交換器112a及び熱源側熱交換器112bに流入する。熱源側熱交換器112aでは、流入した第1液状熱媒体と、ファン116aにより供給される室外空気との熱交換が行われ、第1液状熱媒体が冷却される。熱源側熱交換器112bでは、流入した第1液状熱媒体と、ファン116bにより供給される室外空気との熱交換が行われ、第1液状熱媒体が冷却される。必要に応じて、バイパス回路114を流通する第1液状熱媒体の流量が流量調節弁115によって調節される。
The first liquid heat medium in the
冷却された第1液状熱媒体は、負荷側熱交換器113の第1流路113aに流入する。一方、不図示の室内機から流出した熱媒体回路300内の第2液状熱媒体は、負荷側熱交換器113の第2流路113bに流入する。負荷側熱交換器113では、第1流路113aを流通する第1液状熱媒体と、第2流路113bを流通する第2液状熱媒体と、の熱交換が行われる。これにより、熱媒体回路300内の第2液状熱媒体が冷却される。
The cooled first liquid heat medium flows into the
チラーユニット200は、第2液状熱媒体を流入させる流入口201と、当該第2液状熱媒体を流出させる流出口202と、を有している。流入口201は、熱媒体回路300の一部を構成する熱媒体配管301を介して、フリークーリングユニット100の流出口102に接続されている。
The
チラーユニット200は、冷媒を循環させる冷媒回路210を有している。冷媒回路210では、圧縮、凝縮、膨張及び蒸発の4行程を含む冷凍サイクルが実行される。冷媒回路210には、圧縮機211a、圧縮機211b、熱源側熱交換器212a、熱源側熱交換器212b、減圧装置213a、減圧装置213b、負荷側熱交換器214及びアキュムレータ215が設けられている。圧縮機211a及び圧縮機211bのそれぞれは、アキュムレータ215内の低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、高圧のガス冷媒として吐出する流体機械である。圧縮機211a及び圧縮機211bは、冷媒回路210において互いに並列に接続されている。圧縮機211a及び圧縮機211bのそれぞれは、可変の周波数で駆動される。
The
熱源側熱交換器212a及び熱源側熱交換器212bのそれぞれは、冷媒と室外空気との熱交換を行う、いわゆる冷媒−空気熱交換器である。熱源側熱交換器212a及び熱源側熱交換器212bのそれぞれは、ガス冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。熱源側熱交換器212a及び熱源側熱交換器212bには、パラレルフロー型の熱交換器が用いられる。熱源側熱交換器212a及び熱源側熱交換器212bは、冷媒回路210において互いに並列に接続されている。熱源側熱交換器212a及び熱源側熱交換器212bは、空気の流れに対しても互いに並列に配置されている。熱源側熱交換器212aは、図2を用いて後述するように、2列の熱交換器を有していてもよい。この場合、2列の熱交換器は、冷媒回路210において互いに並列に接続され、空気の流れに対しても互いに並列に配置される。同様に、熱源側熱交換器212bは、2列の熱交換器を有していてもよい。
Each of the heat source
減圧装置213a及び減圧装置213bのそれぞれは、高圧の液冷媒を減圧して低圧の二相冷媒とするように構成されている。減圧装置213a及び減圧装置213bのそれぞれとしては、開度を調整可能な電子膨張弁が用いられている。
Each of the
負荷側熱交換器214は、冷媒回路210内の冷媒と熱媒体回路300内の第2液状熱媒体との熱交換を行う、いわゆる冷媒−水熱交換器である。負荷側熱交換器214は、二相冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。負荷側熱交換器214は、冷媒回路210内の冷媒を流通させる第1流路214a及び第1流路214bと、熱媒体回路300内の第2液状熱媒体を流通させる第2流路214cと、を有している。第2流路214cは、隔板を介して第1流路214a及び第1流路214bのいずれとも隣接して設けられている。第1流路214aには、減圧装置213aで減圧された冷媒が流入し、第1流路214bには、減圧装置213bで減圧された冷媒が流入する。減圧装置213a及び第1流路214aと、減圧装置213b及び第1流路214bとは、冷媒回路210において互いに並列に接続されている。負荷側熱交換器214は、第1流路214a内及び第1流路214b内の冷媒の流れと第2流路214c内の第2液状熱媒体の流れとが対向流となるように構成されている。ただし、負荷側熱交換器214は、第1流路214a内及び第1流路214b内の冷媒の流れと第2流路214c内の第2液状熱媒体の流れとが並行流となるように構成されていてもよい。
The load-
アキュムレータ215は、負荷側熱交換器214から流出した冷媒を気液分離するとともに、余剰の液冷媒を貯留するように構成されている。
The
また、チラーユニット200は、熱源側熱交換器212aに空気を供給するファン216aと、熱源側熱交換器212bに空気を供給するファン216bと、を有している。ファン216a及びファン216bのそれぞれは、可変の回転速度で駆動される。
Further, the
さらに、チラーユニット200は、圧縮機211a、圧縮機211b、減圧装置213a、減圧装置213b、ファン216a及びファン216bを制御する制御部220を有している。制御部220は、CPU、ROM、RAM、I/Oポート等を備えたマイクロコンピュータを有している。制御部220は、フリークーリングユニット100の制御部120との間で相互に通信できるように構成されている。
Further, the
チラーユニット200には、温度センサ221が設けられている。温度センサ221は、負荷側熱交換器214の第2流路214cから流出した第2液状熱媒体の出口温度を検出し、検出信号を制御部220に出力するように構成されている。また、チラーユニット200には、室外空気の温度を検出する外気温度センサが必要に応じて設けられている。
The
圧縮機211a及び圧縮機211bから吐出された高圧のガス冷媒は、凝縮器として機能する熱源側熱交換器212a又は熱源側熱交換器212bに流入する。熱源側熱交換器212aでは、流入したガス冷媒と、ファン216aにより供給される室外空気との熱交換が行われる。熱源側熱交換器212bでは、流入したガス冷媒と、ファン216bにより供給される室外空気との熱交換が行われる。これにより、熱源側熱交換器212a及び熱源側熱交換器212bのそれぞれでは、ガス冷媒が凝縮し、凝縮熱が室外空気に放熱される。熱源側熱交換器212a及び熱源側熱交換器212bで凝縮した液冷媒は、減圧装置213a又は減圧装置213bで減圧され、低圧の二相冷媒となる。
The high-pressure gas refrigerant discharged from the
減圧装置213aで減圧された二相冷媒は、負荷側熱交換器214の第1流路214aに流入する。減圧装置213bで減圧された二相冷媒は、負荷側熱交換器214の第1流路214bに流入する。一方、フリークーリングユニット100から流出した第2液状熱媒体は、負荷側熱交換器214の第2流路214cに流入する。負荷側熱交換器214では、第1流路214a及び第1流路214bを流通する二相冷媒と、第2流路214cを流通する第2液状熱媒体と、の熱交換が行われる。これにより、第1流路214a及び第1流路214bを流通する二相冷媒が蒸発するとともに、第2流路214cを流通する第2液状熱媒体が冷却される。負荷側熱交換器214で蒸発したガス冷媒は、アキュムレータ215を経由して圧縮機211a及び圧縮機211bに吸入される。
The two-phase refrigerant decompressed by the
図2は、本実施の形態に係る熱源機10の構成を示す正面図である。図2では、所定の熱源機設置スペースに実際に設置された熱源機10の構成を示している。図2中の上下方向は、鉛直上下方向を表している。図2中の太矢印は、フリークーリングユニット100及びチラーユニット200の双方が運転している場合の空気の流れを表している。
FIG. 2 is a front view showing the configuration of the
図2に示すように、フリークーリングユニット100は、図1に示した熱媒体回路110等を収容する筐体130を有している。筐体130は、下部筐体131と、下部筐体131上に配置された上部筐体132と、を有している。下部筐体131には、熱媒体回路110、ポンプ111、負荷側熱交換器113及び制御部120等が収容されている。上部筐体132には、熱源側熱交換器112a、熱源側熱交換器112b、ファン116a及びファン116bが収容されている。上部筐体132の2つの側面のそれぞれには、吸気口133が形成されている。上部筐体132の上面には、排気口134が形成されている。筐体130は、上部筐体132の上記2つの側面が斜め下向きに傾斜したY字形の構造を有している。
As shown in FIG. 2, the
熱源側熱交換器112aを構成する2列の熱交換器は、上部筐体132の上記2つの側面のそれぞれに沿って配置されている。図2では図示していないが、熱源側熱交換器112bを構成する2列の熱交換器も同様に、上部筐体132の上記2つの側面のそれぞれに沿って配置されている。ファン116a及びファン116bは、排気口134が形成された上部筐体132の上面に沿って配置されている。ファン116a及びファン116bが動作すると、筐体130の側方の空気が吸気口133を介して上部筐体132内に吸い込まれる。上部筐体132内に吸い込まれた空気は、熱源側熱交換器112a又は熱源側熱交換器112bを通過して第1液状熱媒体から吸熱し、排気口134から上向きに吹き出される。すなわち、フリークーリングユニット100は、側方から吸い込んだ空気を上方に吹き出すトップフロー型の構造を有している。
The two rows of heat exchangers constituting the heat source
チラーユニット200は、図1に示した冷媒回路210等を収容する筐体230を有している。筐体230は、下部筐体231と、下部筐体231上に配置された上部筐体232と、を有している。下部筐体231には、冷媒回路210、圧縮機211a、211b、減圧装置213a、213b、負荷側熱交換器214、アキュムレータ215及び制御部220が収容されている。上部筐体232には、熱源側熱交換器212a、熱源側熱交換器212b、ファン216a及びファン216bが収容されている。上部筐体232の2つの側面のそれぞれには、吸気口233が形成されている。上部筐体232の上面には、排気口234が形成されている。筐体230は、上部筐体232の上記2つの側面が斜め下向きに傾斜したY字形の構造を有している。
The
熱源側熱交換器212aを構成する2列の熱交換器は、上部筐体232の上記2つの側面のそれぞれに沿って配置されている。図2では図示していないが、熱源側熱交換器212bを構成する2列の熱交換器も同様に、上部筐体232の上記2つの側面のそれぞれに沿って配置されている。ファン216a及びファン216bは、排気口234が形成された上部筐体232の上面に沿って配置されている。ファン216a及びファン216bが動作すると、筐体230の側方の空気が吸気口233を介して上部筐体232内に吸い込まれる。上部筐体232内に吸い込まれた空気は、熱源側熱交換器212a又は熱源側熱交換器212bを通過して冷媒から吸熱し、排気口234から上向きに吹き出される。すなわち、チラーユニット200は、側方から吸い込んだ空気を上方に吹き出すトップフロー型の構造を有している。チラーユニット200の筐体230は、フリークーリングユニット100の筐体130と共通の仕様とすることができる。この場合、筐体230の形状及び外形寸法は、筐体130の形状及び外形寸法と同一となる。
The two rows of heat exchangers constituting the heat source
熱源機10は、チラーユニット200を下方から支持する架台20を有している。架台20は、チラーユニット200が設置される水平な台部21と、台部21の端部から下方に延びた複数の脚部22と、を有している。台部21の下方には、フリークーリングユニット100を設置可能な空間が確保されている。熱源機10を設置する際には、チラーユニット200は台部21上に設置され、フリークーリングユニット100は台部21の下方、すなわち架台20の内側に設置される。これにより、フリークーリングユニット100及びチラーユニット200は上下2段に設置され、チラーユニット200はフリークーリングユニット100の上方に設置される。鉛直方向に見ると、チラーユニット200の少なくとも一部は、フリークーリングユニット100の少なくとも一部と重なる。チラーユニット200は、フリークーリングユニット100の真上に設置されるようにしてもよい。この場合、鉛直方向に見ると、チラーユニット200の全体がフリークーリングユニット100の全体と重なる。
The
ここで、フリークーリングユニット100及びチラーユニット200のそれぞれの物理的な設置面積をいずれもA1とし、フリークーリングユニット100及びチラーユニット200のそれぞれのサービススペースの面積をいずれもA2とする。この場合、フリークーリングユニット100及びチラーユニット200のそれぞれに必要な設置面積A3は、A1とA2の和となる(A3=A1+A2)。本実施の形態では、チラーユニット200がフリークーリングユニット100の真上に設置され、チラーユニット200の全体がフリークーリングユニット100の全体と重なっている。このため、フリークーリングユニット100又はチラーユニット200の一方に必要な設置面積A3に相当するスペースに、フリークーリングユニット100及びチラーユニット200の双方を設置することができる。
Here, the physical installation area of each of the
フリークーリングユニット100及びチラーユニット200が設置された後、フリークーリングユニット100とチラーユニット200との間は、熱媒体配管301(図2では図示せず)及び必要な電気配線を介して接続される。
After the
次に、本実施の形態に係る熱源機10の動作について説明する。熱源機10の動作は、大別すると冬期、中間期及び夏期で異なっている。冬期、中間期及び夏期のいずれに該当するかは、例えば外気温度に基づいて判断される。
Next, the operation of the
図3は、本実施の形態に係る熱源機10の冬期における動作の例を示す図である。外気温度が低い冬期には、チラーユニット200が停止し、フリークーリングユニット100が運転する。フリークーリングユニット100のみによって熱媒体回路300内の第2液状熱媒体が冷却されるため、熱源機10の運転効率を極めて高くすることができる。フリークーリングユニット100の運転効率は、外気温度が低いほど高くなる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the operation of the
フリークーリングユニット100において、ポンプ111の駆動周波数、ファン116a及びファン116bの回転速度、並びに流量調節弁115の開度は、負荷側熱交換器113から流出した第2液状熱媒体の出口温度に基づき、制御部120により制御される。負荷側熱交換器113で冷却された第2液状熱媒体は、停止状態のチラーユニット200を経由して、不図示の室内機に供給される。
In the
図4は、本実施の形態に係る熱源機10の中間期における動作の例を示す図である。中間期には、フリークーリングユニット100及びチラーユニット200の双方が運転する。これにより、熱源機10の負荷の一部がフリークーリングユニット100で処理され、チラーユニット200の負荷が軽減されるため、熱源機10の運転効率を高めることができる。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the operation of the
熱源機10から流出する第2液状熱媒体の出口温度は、熱源機10の後段側のチラーユニット200によって調節される。このため、前段側のフリークーリングユニット100では、ポンプ111の駆動周波数及び流量調節弁115の開度がそれぞれ一定の値に設定されるようにしてもよい。本実施の形態では、ファン116a及びファン116bの回転速度は、図6を用いて後述するように、排気温度に基づいて制御される。
The outlet temperature of the second liquid heat medium flowing out of the
図5は、本実施の形態に係る熱源機10の夏期における動作の例を示す図である。外気温度が高い夏期には、フリークーリングユニット100が停止し、チラーユニット200が運転する。これにより、フリークーリングユニット100によって第2液状熱媒体を冷却するのが困難となる夏期にも、チラーユニット200によって第2液状熱媒体を冷却することができる。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the operation of the
図6は、本実施の形態に係る熱源機10のフリークーリングユニット100の制御部120で実行される制御の流れを示すフローチャートである。図6に示す制御は、フリークーリングユニット100の運転中に所定の時間間隔で繰り返し実行される。
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of control executed by the control unit 120 of the
ステップS1では、制御部120は、チラーユニット200の制御部220との通信によって取得される情報に基づき、チラーユニット200が運転中であるか否かを判定する。チラーユニット200が運転中である場合にはステップS2に進み、チラーユニット200が停止中である場合には処理を終了する。
In step S1, the control unit 120 determines whether or not the
ステップS2では、制御部120は、外気温度が10℃以下であるか否かを判定する。ここで、10℃という値は、第1閾値温度の一例である。外気温度が10℃以下である場合にはステップS3に進み、外気温度が10℃よりも高い場合にはステップS4に進む。 In step S2, the control unit 120 determines whether or not the outside air temperature is 10 ° C. or lower. Here, the value of 10 ° C. is an example of the first threshold temperature. If the outside air temperature is 10 ° C. or lower, the process proceeds to step S3, and if the outside air temperature is higher than 10 ° C., the process proceeds to step S4.
ステップS3では、制御部120は、温度センサ122aで検出される排気温度が15℃以上となるようにファン116aの回転速度を制御するとともに、温度センサ122bで検出される排気温度が15℃以上となるようにファン116bの回転速度を制御する。例えば、制御部120は、温度センサ122aで検出される排気温度が15℃未満である場合にはファン116aの回転速度を上昇させ、当該排気温度が15℃以上である場合にはファン116aの回転速度を維持する。ここで、15℃という値は、排気温度の目標温度範囲の下限値の一例である。
In step S3, the control unit 120 controls the rotation speed of the
ステップS4では、制御部120は、外気温度が20℃以上であるか否かを判定する。ここで、20℃という値は、第2閾値温度の一例である。外気温度が20℃以上である場合にはステップS5に進み、外気温度が20℃未満である場合には処理を終了する。 In step S4, the control unit 120 determines whether or not the outside air temperature is 20 ° C. or higher. Here, the value of 20 ° C. is an example of the second threshold temperature. If the outside air temperature is 20 ° C. or higher, the process proceeds to step S5, and if the outside air temperature is lower than 20 ° C., the process ends.
ステップS5では、制御部120は、温度センサ122aで検出される排気温度が25℃以下となるようにファン116aの回転速度を制御するとともに、温度センサ122bで検出される排気温度が25℃以下となるようにファン116bの回転速度を制御する。例えば、制御部120は、温度センサ122aで検出される排気温度が25℃よりも高い場合にはファン116aの回転速度を低下させ、当該排気温度が25℃以下である場合にはファン116aの回転速度を維持する。ここで、25℃という値は、排気温度の目標温度範囲の上限値の一例である。
In step S5, the control unit 120 controls the rotation speed of the
このように、ステップS2〜ステップS5では、温度センサ122a及び温度センサ122bで検出される排気温度に基づいて、ファン116a及びファン116bの回転速度がそれぞれ制御される。これにより、フリークーリングユニット100の排気口134から排出される空気の温度は、目標温度範囲に維持される。フリークーリングユニット100の排気口134から排出される空気は、室外空気よりも高温である。このため、図2の太矢印で示したように、フリークーリングユニット100の排気口134から排出された空気は上方に流れ、チラーユニット200に吸い込まれる。特に、本実施の形態ではフリークーリングユニット100及びチラーユニット200がいずれもトップフロー型であるため、フリークーリングユニット100の排気口134から排出された空気は、より円滑にチラーユニット200に吸い込まれる。チラーユニット200に吸い込まれた空気は、チラーユニット200の熱源側熱交換器212a及び熱源側熱交換器212bに供給される。
As described above, in steps S2 to S5, the rotation speeds of the
チラーユニット200の熱源側熱交換器212a及び熱源側熱交換器212bに供給される空気の温度が低すぎると、冷媒回路210の高圧圧力が低下し、冷媒回路210の運転継続が困難になる場合がある。一方、チラーユニット200の熱源側熱交換器212a及び熱源側熱交換器212bに供給される空気の温度が高すぎると、冷媒回路210の運転効率が低下してしまう場合がある。本実施の形態では、フリークーリングユニット100から排出される空気の温度が目標温度範囲に維持されるため、熱源側熱交換器212a及び熱源側熱交換器212bに供給される空気の温度を上記目標温度範囲と同程度に維持することができる。したがって、冷媒回路210の運転を安定して継続できるとともに、冷媒回路210の運転効率の低下を抑制することができる。
When the temperature of the air supplied to the heat source
以上説明したように、本実施の形態に係る熱源機10は、フリークーリングユニット100と、チラーユニット200と、を備えている。フリークーリングユニット100は、第1液状熱媒体を循環させる熱媒体回路110と、熱媒体回路110に設けられ第1液状熱媒体と空気との熱交換を行う熱源側熱交換器112a、112bと、第1熱源側熱交換器112a、112bに空気を供給するファン116a、116bと、熱媒体回路110に設けられ第1液状熱媒体と第2液状熱媒体との熱交換を行う負荷側熱交換器113と、を有している。チラーユニット200は、冷媒を循環させる冷媒回路210と、冷媒回路210に設けられ冷媒と空気との熱交換を行う熱源側熱交換器212a、212bと、熱源側熱交換器212a、212bに空気を供給するファン216a、216bと、冷媒回路210に設けられ冷媒と第2液状熱媒体との熱交換を行う負荷側熱交換器214と、を有している。チラーユニット200は、鉛直方向に見たときフリークーリングユニット100の少なくとも一部と重なるように、フリークーリングユニット100の上方に設置される。ここで、熱源側熱交換器112a、112bは、第1熱源側熱交換器の一例である。ファン116a、116bは、第1ファンの一例である。負荷側熱交換器113は、第1負荷側熱交換器の一例である。熱源側熱交換器212a、212bは、第2熱源側熱交換器の一例である。ファン216a、216bは、第2ファンの一例である。負荷側熱交換器214は、第2負荷側熱交換器の一例である。
As described above, the
この構成によれば、チラーユニット200は、鉛直方向に見たときフリークーリングユニット100の少なくとも一部と重なるように設置される。このため、熱源機10の設置面積の拡大を抑えつつ、フリークーリングユニット100及びチラーユニット200の双方を設置することができる。したがって、チラーユニットのみで構成された熱源機と比較して、熱源機10の単位設置面積当たりの能力を向上できる。
According to this configuration, the
また、チラーユニット200がフリークーリングユニット100の下方に設置される場合、チラーユニット200からの高温の排気がフリークーリングユニット100に吸気されてしまう。このため、フリークーリングユニット100の性能が大幅に低下してしまう。これに対し、本実施の形態では、チラーユニット200がフリークーリングユニット100の上方に設置されるため、チラーユニット200からの高温の排気がフリークーリングユニット100に吸気されるのを防ぐことができる。フリークーリングユニット100では冷媒が用いられていないため、熱源側熱交換器112a、112bでの熱交換量は比較的少なく、フリークーリングユニット100からの排気の温度はさほど高くならない。このため、フリークーリングユニット100からの排気がチラーユニット200に吸気されたとしても、チラーユニット200の性能低下はほとんど生じない。
Further, when the
また、本実施の形態では、上下2段に設置されるフリークーリングユニット100及びチラーユニット200をモジュール化し、そのモジュールを複数台並列して設置することにより、通常のチラーユニットの台数制御システムと同等のシステムを構築できる。
Further, in the present embodiment, the
さらに、チラーユニット200がフリークーリングユニット100の上方に設置されることから、チラーユニット200を高さの高い位置に設置することができる。一般にフリークーリングユニット100の高さ寸法は2m以上であるため、フリークーリングユニット100が地面上に設置されるとすると、チラーユニット200は地面からの高さが2m以上となる位置に設置される。このため、チラーユニット200内の圧縮機211a、211b等の音源から、規格で定められている騒音測定点までの3次元的な距離を長くすることができる。したがって、本実施の形態の熱源機10では、少なくともチラーユニット200に関し、規格上の騒音レベルを低下させることができる。また、本実施の形態の熱源機10では、チラーユニット200内の音源が人の頭上に位置するため、人が実際に感じる騒音レベルも低下させることができる。
Further, since the
また、本実施の形態に係る熱源機10は、台部21と、台部21から下方に延びた脚部22と、を有する架台20をさらに備えている。チラーユニット200は台部21上に設置され、フリークーリングユニット100は台部21の下方に設置される。この構成によれば、フリークーリングユニット100及びチラーユニット200の2段設置を容易に実現することができる。
Further, the
また、本実施の形態に係る熱源機10において、フリークーリングユニット100は、ファン116a、116bを制御するように構成された制御部120をさらに有している。制御部120は、チラーユニット200が運転している場合、熱源側熱交換器112a、112bを通過した空気の温度である排気温度に基づいてファン116a、116bの回転速度を制御する。この構成によれば、チラーユニット200に吸気される空気の温度を所定の温度範囲内に維持することができる。したがって、チラーユニット200において、冷媒回路210の運転を安定して継続できるとともに、冷媒回路210の運転効率の低下を抑制することができる。
Further, in the
また、本実施の形態に係る熱源機10において、制御部120は、外気温度が第1閾値温度以下である場合、排気温度が目標温度範囲の下限値以上となるようにファン116a、116bの回転速度を制御する。また制御部120は、外気温度が第1閾値温度よりも高い第2閾値温度以上である場合、排気温度が目標温度範囲の上限値以下となるようにファン116a、116bの回転速度を制御する。この構成によれば、チラーユニット200に吸気される空気の温度を所定の温度範囲内に維持することができる。
Further, in the
また、本実施の形態に係るフリークーリングユニット100は、第1液状熱媒体を循環させる熱媒体回路110と、熱媒体回路110に設けられ第1液状熱媒体と空気との熱交換を行う熱源側熱交換器112a、112bと、熱源側熱交換器112a、112bに空気を供給するファン116a、116bと、熱媒体回路110に設けられ第1液状熱媒体と第2液状熱媒体との熱交換を行う負荷側熱交換器113と、ファン116a、116bを制御するように構成された制御部120と、を備えている。制御部120は、熱源側熱交換器112a、112bを通過した空気の温度である排気温度に基づいてファン116a、116bの回転速度を制御する。この構成によれば、フリークーリングユニット100の上方にチラーユニット200が設置されたとしても、チラーユニット200に吸気される空気の温度を所定の温度範囲内に維持することができるため、チラーユニット200の性能低下を防ぐことができる。したがって、熱源機10の単位設置面積当たりの能力を向上できる。
Further, the
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、いずれもトップフロー型であるフリークーリングユニット100及びチラーユニット200を例示したが、フリークーリングユニット100及びチラーユニット200の少なくとも一方はサイドフロー型であってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment and can be modified in various ways. For example, in the above embodiment, the
10 熱源機、20 架台、21 台部、22 脚部、100 フリークーリングユニット、101 流入口、102 流出口、110 熱媒体回路、111 ポンプ、112a、112b 熱源側熱交換器、113 負荷側熱交換器、113a 第1流路、113b 第2流路、114 バイパス回路、115 流量調節弁、116a、116b ファン、120 制御部、121、122a、122b 温度センサ、130 筐体、131 下部筐体、132 上部筐体、133 吸気口、134 排気口、200 チラーユニット、201 流入口、202 流出口、210 冷媒回路、211a、211b 圧縮機、212a、212b 熱源側熱交換器、213a、213b 減圧装置、214 負荷側熱交換器、214a、214b 第1流路、214c 第2流路、215 アキュムレータ、216a、216b ファン、220 制御部、221 温度センサ、230 筐体、231 下部筐体、232 上部筐体、233 吸気口、234 排気口、300 熱媒体回路、301 熱媒体配管。 10 heat source machine, 20 pedestals, 21 units, 22 legs, 100 free cooling unit, 101 inlet, 102 outlet, 110 heat medium circuit, 111 pump, 112a, 112b heat source side heat exchanger, 113 load side heat exchange Instrument, 113a 1st flow path, 113b 2nd flow path, 114 bypass circuit, 115 flow control valve, 116a, 116b fan, 120 control unit, 121, 122a, 122b temperature sensor, 130 housing, 131 lower housing, 132 Upper housing, 133 intake port, 134 exhaust port, 200 chiller unit, 201 inlet, 202 outlet, 210 refrigerant circuit, 211a, 211b compressor, 212a, 212b heat source side heat exchanger, 213a, 213b decompression device, 214 Load side heat exchanger, 214a, 214b 1st flow path, 214c 2nd flow path, 215 accumulator, 216a, 216b fan, 220 control unit, 221 temperature sensor, 230 housing, 231 lower housing, 232 upper housing, 233 intake port, 234 exhaust port, 300 heat medium circuit, 301 heat medium piping.
Claims (4)
冷媒を循環させる冷媒回路と、前記冷媒回路に設けられ前記冷媒と空気との熱交換を行う第2熱源側熱交換器と、前記第2熱源側熱交換器に空気を供給する第2ファンと、前記冷媒回路に設けられ前記冷媒と前記第2液状熱媒体との熱交換を行う第2負荷側熱交換器と、を有し、鉛直方向に見たとき前記フリークーリングユニットの少なくとも一部と重なるように前記フリークーリングユニットの上方に設置されるチラーユニットと、
を備える熱源機。 A heat medium circuit that circulates the first liquid heat medium, a first heat source side heat exchanger that is provided in the heat medium circuit and exchanges heat between the first liquid heat medium and air, and the first heat source side heat exchange. A free cooling unit having a first fan that supplies air to the vessel and a first load side heat exchanger that is provided in the heat medium circuit and exchanges heat between the first liquid heat medium and the second liquid heat medium. When,
A refrigerant circuit that circulates the refrigerant, a second heat source side heat exchanger that is provided in the refrigerant circuit and exchanges heat between the refrigerant and air, and a second fan that supplies air to the second heat source side heat exchanger. A second load side heat exchanger provided in the refrigerant circuit for heat exchange between the refrigerant and the second liquid heat medium, and at least a part of the free cooling unit when viewed in the vertical direction. A chiller unit installed above the free cooling unit so as to overlap,
A heat source machine equipped with.
前記チラーユニットは前記台部上に設置され、前記フリークーリングユニットは前記台部の下方に設置される請求項1に記載の熱源機。 A pedestal having a pedestal and legs extending downward from the pedestal is further provided.
The heat source machine according to claim 1, wherein the chiller unit is installed on the base portion, and the free cooling unit is installed below the base portion.
前記制御部は、前記チラーユニットが運転している場合、前記第1熱源側熱交換器を通過した空気の温度である排気温度に基づいて前記第1ファンの回転速度を制御する請求項1又は請求項2に記載の熱源機。 The free cooling unit further includes a control unit configured to control the first fan.
The control unit controls the rotation speed of the first fan based on the exhaust temperature, which is the temperature of the air passing through the first heat source side heat exchanger when the chiller unit is operating. The heat source machine according to claim 2.
外気温度が第1閾値温度以下である場合、前記排気温度が目標温度範囲の下限値以上となるように前記第1ファンの回転速度を制御し、
前記外気温度が前記第1閾値温度よりも高い第2閾値温度以上である場合、前記排気温度が前記目標温度範囲の上限値以下となるように前記第1ファンの回転速度を制御する請求項3に記載の熱源機。 The control unit
When the outside air temperature is equal to or lower than the first threshold temperature, the rotation speed of the first fan is controlled so that the exhaust temperature is equal to or higher than the lower limit of the target temperature range.
3. Claim 3 in which the rotation speed of the first fan is controlled so that the exhaust temperature is equal to or less than the upper limit of the target temperature range when the outside air temperature is equal to or higher than the second threshold temperature higher than the first threshold temperature. The heat source machine described in.
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