JP6972358B2

JP6972358B2 - フリークーリングシステム

Info

Publication number: JP6972358B2
Application number: JP2020537345A
Authority: JP
Inventors: 直也向谷; 昂仁彦根; 善生山野; 仁隆門脇; 拓也伊藤; 靖大越
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2038-08-17
Also published as: US20210123650A1; JPWO2020035942A1; US11384972B2; EP3839373B1; EP3839373A4; EP3839373A1; WO2020035942A1

Description

本発明は、フリークーリング室外機を複数備えたフリークーリングシステムに関するものである。

従来、ビルなどの空気調和設備に使用される冷凍機の凝縮器は冷却用水によって冷却されるが、その冷却用水を冷却するために用いられる冷却塔がある（例えば、特許文献１参照）。このような冷却塔は、設置場所での最大負荷量に応じて容量が選定される。

実開昭６０−２１９８号公報

外気温度および空調設備の設定などの条件に応じて負荷は変動するが、特許文献１のような従来の冷却塔では、負荷変動によらず同じ運転を行っていた。そのため、条件によってはエネルギーを無駄に消費してしまうという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、省エネルギー化を実現することができるフリークーリングシステムを提供することを目的としている。

本発明に係るフリークーリングシステムは、熱媒体ポンプ、第一熱交換器、および、第二熱交換器の熱源側が配管で接続されて、熱媒体が循環する熱媒体回路と、前記熱媒体ポンプを制御する制御装置と、互いに通信を行う通信部と、を有するフリークーリング室外機を複数備え、各前記フリークーリング室外機は、各前記第二熱交換器の負荷側に負荷側熱媒体を流入出させる負荷側配管で連結されており、負荷に応じて前記フリークーリング室外機の運転台数を変え、各前記フリークーリング室外機は、前記負荷側配管を流れる負荷側熱媒体の温度を検知する負荷側温度検知センサを備え、運転中の前記フリークーリング室外機において、前記制御装置は、前記負荷側温度検知センサで検知した温度があらかじめ設定された目標温度に達していないと判定した場合、前記熱媒体ポンプの駆動周波数を上げ、複数の前記制御装置の中からあらかじめ決められた前記制御装置は、前記熱媒体ポンプの駆動周波数があらかじめ設定された基準駆動周波数以上の場合、前記通信部を介して運転が停止されているうちの少なくとも一つの前記フリークーリング室外機の前記制御装置に、前記フリークーリング室外機の運転開始を指示するものである。

本発明に係るフリークーリングシステムによれば、複数のフリークーリング室外機で構成されており、各フリークーリング室外機が通信部により互いに通信を行うことで、負荷に応じたきめ細かい制御が可能となるため、省エネルギー化を実現することができる。

本発明の実施の形態に係るフリークーリングシステムの外観模式図である。本発明の実施の形態に係るフリークーリングシステムの構成図である。本発明の実施の形態に係るフリークーリングシステムの第一変形例の構成図である。本発明の実施の形態に係るフリークーリングシステムの第二変形例の構成図である。本発明の実施の形態に係るフリークーリングシステムの第三変形例の構成図である。本発明の実施の形態に係るフリークーリングシステムの動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係るフリークーリングシステム１００の外観模式図である。図２は、本発明の実施の形態に係るフリークーリングシステム１００の構成図である。図３は、本発明の実施の形態に係るフリークーリングシステム１００の第一変形例の構成図である。図４は、本発明の実施の形態に係るフリークーリングシステム１００の第二変形例の構成図である。

図１は、フリークーリング室外機１を側面視した図であり、図２〜図４は、フリークーリング室外機１を平面視した図である。なお、図１〜図４では、２つのフリークーリング室外機１が連結されている様子を図示しているが、それに限定されず、３つ以上のフリークーリング室外機１が連結されていてもよい。

図１に示すように、本実施の形態に係るフリークーリングシステム１００は、複数のフリークーリング室外機１が負荷側配管２０で連結されることにより構成されている。

図２に示すように、フリークーリング室外機１は、フリークーリング運転を行う熱媒体回路１０と、被冷却対象となる負荷側熱媒体が流れる負荷側配管２０と、制御装置５０と、通信部６０とを備えている。負荷側熱媒体は、例えば水である。なお、本実施の形態に係るフリークーリング室外機１は、熱媒体回路１０を２つ備えているが、それに限定されず、少なくとも１つ備えていればよい。

熱媒体回路１０は、熱媒体ポンプ１１、第一熱交換器１２、および、第二熱交換器１３の熱源側が配管で順次接続されて構成されており、回路内を、熱媒体が循環する。熱媒体は、例えば水に凝固点を降下させる添加物を混ぜたブラインである。また、第一熱交換器１２の近傍には、第一熱交換器１２に送風する送風機３が設けられている。

また、負荷側配管２０は、負荷側熱媒体が流れるものである。図２に示すように、フリークーリング室外機１同士は、正面視してそれらの側面で負荷側配管２０によって連結されている。また、負荷側配管２０のフリークーリング室外機１の流入側には、負荷側ポンプ２１が設けられている。

なお、本実施の形態に係るフリークーリングシステム１００では、負荷側配管２０のフリークーリング室外機１の流入側に負荷側ポンプ２１が１つ設けられている構成であるが、それに限定されない。図３に示すフリークーリングシステム１００Ａのように、各フリークーリング室外機１は筐体２内に負荷側ポンプ２１を備え、その負荷側ポンプ２１が負荷側配管２０の負荷側熱媒体の流入側に設けられている構成としてもよい。そうすることで、フリークーリング室外機１毎での負荷側熱媒体の流れの制御が可能となる。

また、本実施の形態に係るフリークーリングシステム１００では、フリークーリング室外機１同士は、正面視してそれらの側面で負荷側配管２０によって連結されているものとしたが、それに限定されない。図４および図５に示すフリークーリングシステム１００Ｂ、１００Ｃのように、フリークーリング室外機１同士は、正面視してそれらの間で負荷側配管２０によって連結されている構成としてもよい。そうすることで、負荷側配管２０がフリークーリング室外機１同士の間の空間に内蔵され、フリークーリング室外機１の側面に出てこないため、サービススペースを確保することができる。

なお、図２に示すフリークーリングシステム１００の構成が、標準タイプであり、図３に示すフリークーリングシステム１００Ａの構成が、負荷側ポンプ内蔵タイプである。また、図４に示すフリークーリングシステム１００Ｂの構成が、負荷側配管内蔵タイプであり、図５に示すフリークーリングシステム１００Ｃの構成が、負荷側ポンプおよび負荷側配管内蔵タイプである。

熱媒体ポンプ１１は、熱媒体回路１０の熱媒体を加圧して回路内を移送するものであり、例えば、インバータ回路を有しており、回転数を変化させて流量を可変できるタイプで構成されている。第一熱交換器１２は、熱媒体と送風機３から送られる空気との間で熱交換を行い、熱媒体を冷却するものである。第二熱交換器１３は、熱媒体と負荷側配管２０を流れる負荷側熱媒体との間で熱交換を行い、負荷側熱媒体を冷却するものである。

負荷側ポンプ２１は、負荷側配管２０の負荷側熱媒体を加圧して移送するものであり、例えば、回転数が一定の定速タイプで構成されている。この負荷側ポンプ２１は、図２および図４に示す構成の場合、複数の制御装置５０の中からあらかじめ決められた一つの制御装置５０（以下、メインの制御装置５０と称する）によって制御され、図３および図５に示す構成の場合、各負荷側ポンプ２１は同じ筐体２内の制御装置５０によってそれぞれ制御される。

制御装置５０は、熱媒体ポンプ１１の回転数とＯＮ／ＯＦＦ、送風機３の回転数、負荷側ポンプ２１の回転数とＯＮ／ＯＦＦ、および、通信部６０の送受信などを制御するものである。制御装置５０は、例えば、専用のハードウェア、またはメモリーに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）で構成されるものである。

通信部６０は、他のフリークーリング室外機１に設けられている通信部６０との間で通信を行うものである。通信部６０は、互いに情報の送受信が可能な構成であればよく、電線および光ファイバーなどの有線通信であってもよいし、無線ＬＡＮおよびＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）などの無線通信であってもよい。なお、通信部６０は、制御装置５０と別体ではなく、制御装置５０が備える構成であってもよい。

また、各フリークーリング室外機１は、筐体２内に負荷側配管２０を流れる負荷側熱媒体の温度を検知する負荷側温度検知センサ２２を備え、その負荷側温度検知センサ２２が負荷側配管２０の負荷側熱媒体の少なくとも流出側に設けられている。この負荷側温度検知センサ２２は、例えばサーミスタである。なお、負荷側温度検知センサ２２は、筐体２外に設けられていてもよい。

図６は、本発明の実施の形態に係るフリークーリングシステム１００の動作を示すフローチャートである。
次に、本実施の形態に係るフリークーリングシステム１００の動作について図６を用いて説明する。なお、以下では、負荷に応じてフリークーリング室外機１の運転台数を増やす制御がされている場合について説明する。

フリークーリングシステム１００が運転を開始すると、例えばある一つのフリークーリング室外機１から運転が開始される。このとき、他のフリークーリング室外機１は運転が停止されている。

（ステップＳ１）
メインの制御装置５０は、計時を行い、あらかじめ設定された所定時間が経過したかどうかを判定する。メインの制御装置５０が、所定時間が経過したと判定した場合は、ステップＳ２へ進む。一方、メインの制御装置５０が、所定時間が経過していないと判定した場合は、再度ステップＳ１の処理を行う。

（ステップＳ２）
運転中のフリークーリング室外機１の制御装置５０は、同じ筐体２内の負荷側温度検知センサ２２が検知した温度に基づいて、負荷側熱媒体があらかじめ設定された目標温度に達しているかどうかを判定する。運転中のフリークーリング室外機１の制御装置５０が、負荷側熱媒体が目標温度に達していると判定した場合は、ステップＳ７へ進む。一方、運転中のフリークーリング室外機１の制御装置５０が、負荷側熱媒体が目標温度に達していないと判定した場合は、ステップＳ３へ進む。

（ステップＳ３）
運転中のフリークーリング室外機１の制御装置５０は、同じ筐体２内の熱媒体ポンプ１１の駆動周波数ＦＮを上げる。例えば同じ筐体２内の熱媒体ポンプ１１の駆動周波数ＦＮを、あらかじめ設定された値、つまり一定値上げるようにしてもよいし、負荷側熱媒体と目標温度との差に応じた値、つまり可変値上げるようにしてもよい。

（ステップＳ４）
運転中のフリークーリング室外機１の制御装置５０は、同じ筐体２内の熱媒体ポンプ１１の駆動周波数ＦＮがあらかじめ設定された基準駆動周波数Ｆｘ（例えば、最高駆動周波数）であるかどうかを判定する。運転中のフリークーリング室外機１の制御装置５０が、同じ筐体２内の熱媒体ポンプ１１の駆動周波数ＦＮが基準駆動周波数Ｆｘ以上であると判定した場合は、ステップＳ５へ進む。一方、運転中のフリークーリング室外機１の制御装置５０が、同じ筐体２内の熱媒体ポンプ１１の駆動周波数ＦＮが基準駆動周波数Ｆｘ未満であると判定した場合は、ステップＳ１へ戻る。

（ステップＳ５）
メインの制御装置５０は、通信部６０を介して運転が停止されているフリークーリング室外機１のうちの一つの制御装置５０に、フリークーリング室外機１の運転開始を指示する。

（ステップＳ６）
運転開始の指示を受けたフリークーリング室外機１の制御装置５０は、対象機の運転を開始する。

（ステップＳ７）
運転中のフリークーリング室外機１の制御装置５０は、負荷側熱媒体が目標温度に維持されるように同じ筐体２内の熱媒体ポンプ１１の駆動周波数ＦＮを調整する、または、運転中のフリークーリング室外機１に運転の停止を指示する。具体的には、運転中のフリークーリング室外機１の制御装置５０は、負荷側熱媒体が目標温度から所定範囲内の間は同じ筐体２内の熱媒体ポンプ１１の駆動周波数ＦＮを維持する、または、フリークーリング室外機１の運転を停止する。一方、運転中のフリークーリング室外機１の制御装置５０は、負荷側熱媒体が目標温度から所定範囲内ではなくなったら同じ筐体２内の熱媒体ポンプ１１の駆動周波数ＦＮを変える。このとき、運転中のフリークーリング室外機１の制御装置５０は、負荷側熱媒体の温度が上昇によって所定範囲の上限を上回ったら同じ筐体２内の熱媒体ポンプ１１の熱媒体ポンプ１１の駆動周波数ＦＮを下げ、負荷側熱媒体の温度が下降によって所定範囲の下限を下回ったら同じ筐体２内の熱媒体ポンプ１１の熱媒体ポンプ１１の駆動周波数ＦＮを上げる。

以上のようにして、負荷側配管２０を流れる負荷側熱媒体が目標温度になるように処理を行う。

このように、本実施の形態に係るフリークーリングシステム１００では、フリークーリング室外機１を少なくとも１台ずつ運転し、通信部６０によって各フリークーリング室外機１が連動しているため、負荷に応じて運転台数を変えることができる。そのため、負荷に応じたきめ細かい制御が可能となり、省エネルギー化を実現することができる。

なお、ステップＳ５では、メインの制御装置５０は、運転が停止されているフリークーリング室外機１のうちの一つの制御装置５０に、フリークーリング室外機１の運転開始を指示しているが、それに限定されず、運転が停止されているフリークーリング室外機１のうちの複数の制御装置５０に、フリークーリング室外機１の運転開始を指示してもよい。

以上、本実施の形態に係るフリークーリングシステム１００は、熱媒体ポンプ１１、第一熱交換器１２、および、第二熱交換器１３の負荷側が配管で接続されて、例えばブラインが循環する熱媒体回路１０と、熱媒体ポンプ１１を制御する制御装置５０と、互いに通信を行う通信部６０と、を有するフリークーリング室外機１を複数備え、各フリークーリング室外機１は、各第二熱交換器１３の負荷側に負荷側熱媒体を流入出させる負荷側配管２０で連結されているものである。

本実施の形態に係るフリークーリングシステム１００によれば、複数のフリークーリング室外機１で構成されており、各フリークーリング室外機１が通信部６０により互いに通信を行うことで、負荷に応じたきめ細かい制御が可能となるため、省エネルギー化を実現することができる。

なお、上記では、負荷に応じてフリークーリング室外機１の運転台数を変える設定について説明したが、負荷に関わらずフリークーリング室外機１を全台数運転させる設定を有していてもよい。

１フリークーリング室外機、２筐体、３送風機、１０熱媒体回路、１１熱媒体ポンプ、１２第一熱交換器、１３第二熱交換器、２０負荷側配管、２１負荷側ポンプ、２２負荷側温度検知センサ、５０制御装置、６０通信部、１００フリークーリングシステム、１００Ａフリークーリングシステム、１００Ｂフリークーリングシステム、１００Ｃフリークーリングシステム。

Claims

熱媒体ポンプ、第一熱交換器、および、第二熱交換器の熱源側が配管で接続されて、熱媒体が循環する熱媒体回路と、前記熱媒体ポンプを制御する制御装置と、互いに通信を行う通信部と、を有するフリークーリング室外機を複数備え、
各前記フリークーリング室外機は、各前記第二熱交換器の負荷側に負荷側熱媒体を流入出させる負荷側配管で連結されており、
負荷に応じて前記フリークーリング室外機の運転台数を変え、
各前記フリークーリング室外機は、前記負荷側配管を流れる負荷側熱媒体の温度を検知する負荷側温度検知センサを備え、
運転中の前記フリークーリング室外機において、
前記制御装置は、
前記負荷側温度検知センサで検知した温度があらかじめ設定された目標温度に達していないと判定した場合、
前記熱媒体ポンプの駆動周波数を上げ、
複数の前記制御装置の中からあらかじめ決められた前記制御装置は、
前記熱媒体ポンプの駆動周波数があらかじめ設定された基準駆動周波数以上の場合、
前記通信部を介して運転が停止されているうちの少なくとも一つの前記フリークーリング室外機の前記制御装置に、前記フリークーリング室外機の運転開始を指示する
フリークーリングシステム。
前記制御装置は、
運転開始の指示を受けたら前記熱媒体ポンプの駆動を開始する
請求項１に記載のフリークーリングシステム。