JP7014988B1 - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被冷却対象を迅速に冷却できる冷凍装置を提供する。【解決手段】冷凍装置は、圧縮機21、圧縮機21によって圧縮された第1熱媒体の放熱を行う第1熱交換器23、第1熱媒体と被冷却対象を冷却する第2熱媒体との熱交換を行う第2熱交換器26、第2熱交換器26での第2熱媒体の温度を検出する第1温度センサ32、及び圧縮機21の運転周波数を制御する制御装置50を備え、制御装置50は、第2熱交換器26での第2熱媒体の所定時間当たりの上昇温度ΔTが第1閾値Tth1以下となる第1条件が満たされたとき、運転周波数を第1増加速度で変化させる第1運転モードを実行し、第2熱交換器26での第2熱媒体の所定時間当たりの温度変化ΔTが第1閾値Tth1を超える第2条件が満たされたとき、運転周波数を第1増加速度よりも高い第2増加速度で変化させる第2運転モードを実行する。【選択図】図5
Description
本開示は、冷凍装置に関する。
特許文献1には、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒が内部を流れる第1熱交換器と、冷媒及び水が内部を流れ冷媒と水との間で熱交換を行う第2熱交換器と、を備えた冷凍装置が開示されている。水は、ポンプによって水回路を循環し、循環の過程で被冷却対象を冷却する(例えば、特許文献1参照)。
上記のような冷凍装置においては、被冷却対象の温度が急激に上昇した場合、冷却効率の低下を抑制するために圧縮機の運転周波数を増大させることが求められる。しかしながら、被冷却対象等の温度が上昇したとしても即座に水の温度は上昇しないため、被冷却対象の温度上昇に基づいて圧縮機の運転周波数を高めると、第2熱交換器において水が過度に冷却され、凍結してしまう可能性がある。
本開示は、適切に被冷却対象の迅速な冷却を行うことができる冷凍装置を提供することを目的とする。
(1)本開示の冷凍装置は、
圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された第1熱媒体が流れ、かつ前記第1熱媒体の放熱を行う第1熱交換器と、
前記第1熱交換器を通過した前記第1熱媒体、及び、被冷却対象を冷却する第2熱媒体が流れ、かつ前記第1熱媒体と前記第2熱媒体との熱交換を行う第2熱交換器と、
前記第2熱交換器における前記第2熱媒体の温度を検出する第1温度センサと、
前記圧縮機の運転周波数を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記第2熱交換器における前記第2熱媒体の所定時間当たりの上昇温度が第1閾値以下となる第1条件が満たされたとき、前記運転周波数を第1増加速度で変化させる第1運転モードを実行し、前記第2熱交換器における前記第2熱媒体の所定時間当たりの上昇温度が前記第1閾値を超える第2条件が満たされたとき、前記運転周波数を前記第1増加速度よりも高い第2増加速度で変化させる第2運転モードを実行する。
圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された第1熱媒体が流れ、かつ前記第1熱媒体の放熱を行う第1熱交換器と、
前記第1熱交換器を通過した前記第1熱媒体、及び、被冷却対象を冷却する第2熱媒体が流れ、かつ前記第1熱媒体と前記第2熱媒体との熱交換を行う第2熱交換器と、
前記第2熱交換器における前記第2熱媒体の温度を検出する第1温度センサと、
前記圧縮機の運転周波数を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記第2熱交換器における前記第2熱媒体の所定時間当たりの上昇温度が第1閾値以下となる第1条件が満たされたとき、前記運転周波数を第1増加速度で変化させる第1運転モードを実行し、前記第2熱交換器における前記第2熱媒体の所定時間当たりの上昇温度が前記第1閾値を超える第2条件が満たされたとき、前記運転周波数を前記第1増加速度よりも高い第2増加速度で変化させる第2運転モードを実行する。
以上の構成によれば、例えば第1運転モードの実行中、被冷却対象の温度が急激に上昇した場合に、当該被冷却対象の温度ではなく、これよりも遅れて急激に上昇する第2熱媒体の温度に基づき第1運転モードから切り替えて第2運転モードを実行することができる。そのため、迅速に第2熱媒体の温度を低下させ、被冷却対象を短時間で冷却することができる。
(2)好ましくは、前記第1温度センサが、前記第2熱交換器における前記第2熱媒体の入口において前記第2熱媒体の温度を検出する。
第2熱交換器における第2熱媒体の入口での第2熱媒体の温度は、被冷却対象の温度の上昇を反映した温度となるため、より適切なタイミングで第2運転モードを実行することができる。
第2熱交換器における第2熱媒体の入口での第2熱媒体の温度は、被冷却対象の温度の上昇を反映した温度となるため、より適切なタイミングで第2運転モードを実行することができる。
(3)好ましくは、前記第2熱交換器における前記第2熱媒体の出口において前記第2熱媒体の温度を検出する第2温度センサを備え、
前記制御装置は、前記第1運転モードの実行中、前記第2条件が満たされ、かつ、前記第2温度センサの検出温度から前記第2熱媒体の設定温度を引いた差分が第2閾値を超える第3条件が満たされたとき、前記第1運転モードから切り替えて前記第2運転モードを実行する。
第2熱交換器における第2熱媒体の出口の温度が、設定温度に対して所定値(第2閾値)を超えて高くない場合(第3条件を満たさない場合)は、第2条件が満たされていても第2運転モードを実行せず、第2熱媒体の凍結や被冷却対象の過度の冷却を抑制することができる。
前記制御装置は、前記第1運転モードの実行中、前記第2条件が満たされ、かつ、前記第2温度センサの検出温度から前記第2熱媒体の設定温度を引いた差分が第2閾値を超える第3条件が満たされたとき、前記第1運転モードから切り替えて前記第2運転モードを実行する。
第2熱交換器における第2熱媒体の出口の温度が、設定温度に対して所定値(第2閾値)を超えて高くない場合(第3条件を満たさない場合)は、第2条件が満たされていても第2運転モードを実行せず、第2熱媒体の凍結や被冷却対象の過度の冷却を抑制することができる。
(4)好ましくは、前記第2熱交換器における前記第2熱媒体の出口において前記第2熱媒体の温度を検出する第2温度センサを備え、
前記制御装置は、前記第1運転モードの実行中、前記第2条件が満たされ、かつ、前記第2温度センサの検出温度が第3閾値を超える第4条件が満たされたとき、前記第1運転モードから切り替えて前記第2運転モードを実行する。
第2熱交換器における第2熱媒体の出口の温度が、第3閾値(例えば被冷却対象の下限温度)よりも低い場合、言い換えると、第4条件を満たさない場合は、第2条件が満たされていても第2運転モードを実行せず、第2熱媒体の凍結や被冷却対象の過度の冷却を抑制することができる。
前記制御装置は、前記第1運転モードの実行中、前記第2条件が満たされ、かつ、前記第2温度センサの検出温度が第3閾値を超える第4条件が満たされたとき、前記第1運転モードから切り替えて前記第2運転モードを実行する。
第2熱交換器における第2熱媒体の出口の温度が、第3閾値(例えば被冷却対象の下限温度)よりも低い場合、言い換えると、第4条件を満たさない場合は、第2条件が満たされていても第2運転モードを実行せず、第2熱媒体の凍結や被冷却対象の過度の冷却を抑制することができる。
(5)好ましくは、前記第2増加速度は、前記第1増加速度の1.5倍以上2.5倍以下である。
(6)好ましくは、前記制御装置は、前記第2運転モードの実行中、前記第2熱交換器における前記第2熱媒体の所定時間当たりの温度変化が前記第1閾値よりも小さい第4閾値以下となる第5条件が満たされたとき、前記第2運転モードから切り替えて前記第1運転モードを実行する。
第2運転モードの実行中、例えば第2熱交換器における第2熱媒体の温度が上昇から低下に転じ、第5条件が満たされた場合には、第2熱媒体の温度を迅速に下げる必要がないので、第2運転モードから第1運転モードに移行して第2熱媒体の温度の低下を緩和することができる。
第2運転モードの実行中、例えば第2熱交換器における第2熱媒体の温度が上昇から低下に転じ、第5条件が満たされた場合には、第2熱媒体の温度を迅速に下げる必要がないので、第2運転モードから第1運転モードに移行して第2熱媒体の温度の低下を緩和することができる。
以下、添付図面を参照しつつ、冷凍装置の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本開示の一実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。
本実施形態の冷凍装置10は、チラー装置である。チラー装置10は、冷凍サイクル運転を行う冷媒回路11を備える。この冷媒回路11は、熱媒体(第2熱媒体)としての水を冷却する。冷却された水は、冷却設備における水回路12を循環し、この循環の過程で被冷却対象を冷却する。
図1は、本開示の一実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。
本実施形態の冷凍装置10は、チラー装置である。チラー装置10は、冷凍サイクル運転を行う冷媒回路11を備える。この冷媒回路11は、熱媒体(第2熱媒体)としての水を冷却する。冷却された水は、冷却設備における水回路12を循環し、この循環の過程で被冷却対象を冷却する。
冷媒回路11は、圧縮機21、四路切換弁22、第1熱交換器23、第1膨張弁24、第2膨張弁25、第2熱交換器26、アキュームレータ27、及びこれらを接続する冷媒配管28を備える。冷媒配管28には、第1熱媒体としての冷媒が流れる。
圧縮機21は、低圧のガス冷媒を吸引し高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機21は、インバータ制御によって運転回転数を調整可能なモータを備えている。圧縮機21は、モータがインバータ制御されることによって容量(能力)を変更可能な可変容量型(能力可変型)である。
四路切換弁22は、冷媒配管28における冷媒の流れを反転させ、圧縮機21から吐出される冷媒を第1熱交換器23と第2熱交換器26との一方に切り換えて供給する。これにより、チラー装置10は、水回路12を循環する水の冷却と加熱とを切り換えて行うことができる。本実施形態のチラー装置10は、水の冷却のみを行うものであってもよい。以下の説明では、四路切換弁22が、圧縮機21から吐出された冷媒を第1熱交換器23へ流し、チラー装置10が、水の冷却を行う場合について説明する。
第1膨張弁24及び第2膨張弁25は、冷媒流量の調節を行うことが可能な電動膨張弁により構成されている。特に、チラー装置10が水の冷却を行う場合、第1膨張弁24は、全開の状態となり、第2膨張弁25は、後述する制御装置50により開度が制御され、冷媒の流量を調整する。
第1熱交換器23は、例えばクロスフィンチューブ式又はマイクロチャネル式の熱交換器により構成されている。第1熱交換器23は、外気と冷媒とを熱交換する。チラー装置10が水の冷却を行う場合、第1熱交換器23は、冷媒の凝縮器(放熱器)として機能し、冷媒の放熱を行う。チラー装置10は、第1熱交換器23に外気を供給するファン29と、外気の温度を検出する外気温度センサ30とをさらに備える。
第2熱交換器26は、例えばプレート型熱交換器により構成されている。第2熱交換器26は、冷媒流路26aと、水流路26bとを備えている。冷媒流路26aには、冷媒回路の冷媒配管28が接続されている。水流路26bには、冷却設備の水回路12が接続されている。第2熱交換器26は、冷媒流路26aを流れる冷媒と水流路26bを流れる水とを熱交換させる。チラー装置10が水の冷却を行う場合、第2熱交換器26は、冷媒の蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させる。
第2熱交換器26は、冷却設備における水回路12の入口配管12aが接続される水入口26cと、水回路12の出口配管12bが接続される水出口26dとを有する。冷却設備の水回路12は、入口配管12a及び出口配管12bを含む水の循環路に、水を流動させるポンプ、水を貯留するタンク、被冷却対象となる冷却器(冷蔵室、冷凍室等)を備えている。
アキュームレータ27は、冷媒をガス相と液相とに分離し、ガス相のみを圧縮機21に吸引させる。アキュームレータ27によって、圧縮機21が冷媒の液相を吸引してしまうのを抑制し、圧縮機21の故障を防止することができる。
チラー装置10は、冷媒温度センサ31、入口温度センサ32、及び出口温度センサ33等を備えている。冷媒温度センサ31は、第2熱交換器26の冷媒流路26aを流れる冷媒の温度を検出する。第2熱交換器26が蒸発器として機能するとき、冷媒温度センサ31は、冷媒の蒸発温度を検出する。
入口温度センサ32は、第2熱交換器26の水流路26bに流入する水の温度を検出する。言い換えると、入口温度センサ32は、冷却設備の水回路12において被冷却対象を冷却した後の水の温度を検出する。出口温度センサ33は、第2熱交換器26の水流路26bから流出する水の温度を検出する。言い換えると、出口温度センサ33は、第2熱交換器26において冷却され、水回路12に供給される水の温度を検出する。
図2は、制御装置50の構成を示すブロック図である。
チラー装置10は、制御装置50を備えている。制御装置50は、演算機能を有する制御部51と、データを記憶するRAM,ROM等の記憶部52とを有する。制御部51は、記憶部に記憶された制御プログラムを実行することによって所定の機能を発揮する。具体的に、制御装置50は、チラー装置10に設けられた駆動部品である、圧縮機21、四路切換弁22、第1膨張弁24、第2膨張弁25、ファン29等の動作を制御する。制御装置50には、外気温度センサ30、冷媒温度センサ31、入口温度センサ32、及び出口温度センサ33の検出情報が入力される。制御装置50は、これらの検出情報を利用して、各駆動部品の動作を制御する。制御部51は、CPU、GPU、ASIC、FPGA等の演算機能を有するものであればよく、特に限定されるものではない。
チラー装置10は、制御装置50を備えている。制御装置50は、演算機能を有する制御部51と、データを記憶するRAM,ROM等の記憶部52とを有する。制御部51は、記憶部に記憶された制御プログラムを実行することによって所定の機能を発揮する。具体的に、制御装置50は、チラー装置10に設けられた駆動部品である、圧縮機21、四路切換弁22、第1膨張弁24、第2膨張弁25、ファン29等の動作を制御する。制御装置50には、外気温度センサ30、冷媒温度センサ31、入口温度センサ32、及び出口温度センサ33の検出情報が入力される。制御装置50は、これらの検出情報を利用して、各駆動部品の動作を制御する。制御部51は、CPU、GPU、ASIC、FPGA等の演算機能を有するものであればよく、特に限定されるものではない。
[被冷却対象の温度変化と第2熱媒体の温度変化との関係]
図3は、被冷却対象の温度変化と第2熱媒体の温度変化との関係を示すグラフである。
図3に示す例では、被冷却対象の温度(例えば、冷却設備における冷却器の温度)が周期的に上昇と下降を繰り返している。このような温度変化は、例えば、冷却設備の起動と停止とを所定時間ごとに繰り返し行ったり、冷却される物品を所定時間ごとに入れ替えたりすることによって発生する。一方、冷却設備の水回路12における水の温度は、被冷却対象の温度の上昇に伴って上昇する。具体的に、第2熱交換器26の水入口26c及び水出口26dにおける水の温度は、いずれも被冷却対象の温度の上昇よりも遅れて上昇する。図3には、この時間の遅れをt1で示している。このような時間の遅れt1が発生する理由は、被冷却対象を冷却した後の水は水回路12に設けられたタンク等を経由してから第2熱交換器26に戻り、被冷却対象の温度上昇が第2熱交換器26の水入口26c及び水出口26dにおける水の温度に即座には反映されないからである。
図3は、被冷却対象の温度変化と第2熱媒体の温度変化との関係を示すグラフである。
図3に示す例では、被冷却対象の温度(例えば、冷却設備における冷却器の温度)が周期的に上昇と下降を繰り返している。このような温度変化は、例えば、冷却設備の起動と停止とを所定時間ごとに繰り返し行ったり、冷却される物品を所定時間ごとに入れ替えたりすることによって発生する。一方、冷却設備の水回路12における水の温度は、被冷却対象の温度の上昇に伴って上昇する。具体的に、第2熱交換器26の水入口26c及び水出口26dにおける水の温度は、いずれも被冷却対象の温度の上昇よりも遅れて上昇する。図3には、この時間の遅れをt1で示している。このような時間の遅れt1が発生する理由は、被冷却対象を冷却した後の水は水回路12に設けられたタンク等を経由してから第2熱交換器26に戻り、被冷却対象の温度上昇が第2熱交換器26の水入口26c及び水出口26dにおける水の温度に即座には反映されないからである。
[制御装置50による圧縮機制御]
本実施形態における制御装置50は、図3に示すように、被冷却対象の温度が上昇し、水出口26dにおける水の温度が、当該水の設定温度(目標温度)以上となった場合に、圧縮機21の運転周波数を増大させることによって第2熱交換器26における冷媒の蒸発温度を低下させ、第2熱交換器26の水の冷却能力を高める。以下、このような圧縮機21の制御を行う制御装置50の運転モードを、「第1運転モード」又は「第2運転モード」という。
本実施形態における制御装置50は、図3に示すように、被冷却対象の温度が上昇し、水出口26dにおける水の温度が、当該水の設定温度(目標温度)以上となった場合に、圧縮機21の運転周波数を増大させることによって第2熱交換器26における冷媒の蒸発温度を低下させ、第2熱交換器26の水の冷却能力を高める。以下、このような圧縮機21の制御を行う制御装置50の運転モードを、「第1運転モード」又は「第2運転モード」という。
第1運転モードと第2運転モードとは、圧縮機21の運転周波数を増加させる際の増加速度が異なる。具体的に、第1運転モードは、第1増加速度で圧縮機21の運転周波数を増加させる運転モードであり、第2運転モードは、第1増加速度よりも高い第2増加速度で運転周波数を増加させる運転モードである。第1運転モードは、定常運転時に実行される運転モードであり、第2運転モードは、冷却設備の負荷が高くなった場合に実行される運転モードである。そして、第1運転モードと第2運転モードとは、水入口26cにおける水の温度上昇の程度、言い換えると、所定時間当たりの水の上昇温度に応じて選択され、実行される。具体的には、所定時間当たりの水の上昇温度が小さい場合に第1運転モードが選択され、水の上昇温度が大きい場合に第2運転モードが選択される。
本実施形態における制御装置50は、被冷却対象の温度が低下し、水出口26dにおける水の温度が、当該水の設定温度(目標温度)を下回った場合に、圧縮機21の運転周波数を減少させることによって第2熱交換器26における冷媒の蒸発温度を上昇させ、第2熱交換器26の水の冷却能力を抑える。以下、このような圧縮機21の制御を行う制御装置50の運転モードを、「第3運転モード」という。この第3運転モードも、第1運転モードと同様に、定常運転時に実行される運転モードである。
以下、上記のような圧縮機21の制御を含め、制御装置50によるチラー装置10の運転制御について説明する。図4は、制御装置50によるチラー装置10の運転制御の手順を示すフローチャートである。
制御装置50は、運転開始の指示を受信すると(ステップS1)、第1運転モードによる制御で圧縮機21を起動する(ステップS2)。第1運転モードによる圧縮機21の運転が安定すると(例えば、所定時間が経過すると)、続けて、制御装置50は、圧縮機制御のための運転モードの選択処理を行い、選択された運転モードを実行する(ステップS3)。その後、制御装置50は、チラー装置10の運転停止の指示を受信するまで(ステップS4)、運転モードの選択処理を繰り返し実行し、運転を継続する。
制御装置50は、運転開始の指示を受信すると(ステップS1)、第1運転モードによる制御で圧縮機21を起動する(ステップS2)。第1運転モードによる圧縮機21の運転が安定すると(例えば、所定時間が経過すると)、続けて、制御装置50は、圧縮機制御のための運転モードの選択処理を行い、選択された運転モードを実行する(ステップS3)。その後、制御装置50は、チラー装置10の運転停止の指示を受信するまで(ステップS4)、運転モードの選択処理を繰り返し実行し、運転を継続する。
図5は、運転モードの選択処理の手順を示すフローチャートである。図4のステップS3における処理は、図5に示す手順で行われる。
本実施形態におけるチラー装置10では、外気温度センサ30が外気の温度を検出し、冷媒温度センサ31が第2熱交換器26における冷媒の温度を検出し、出口温度センサ33及び入口温度センサ32が、第2熱交換器26における水の温度を検出する。これらの検出情報は、制御装置50に入力される(図5のステップS11)。
本実施形態におけるチラー装置10では、外気温度センサ30が外気の温度を検出し、冷媒温度センサ31が第2熱交換器26における冷媒の温度を検出し、出口温度センサ33及び入口温度センサ32が、第2熱交換器26における水の温度を検出する。これらの検出情報は、制御装置50に入力される(図5のステップS11)。
制御装置50は、ステップS12において、出口温度センサ33の検出温度T1が、水出口26dにおける水の設定温度(目標温度)Tm以上であるか否かを判断する。ステップS12における判断が肯定的(Yes)である場合、制御装置50は、処理をステップS13に進め、否定的(No)である場合、制御装置50は、処理をステップS18に進める。
出口温度センサ33の検出温度が、水出口26dにおける水の設定温度(目標温度)よりも低い場合、ステップS18において、制御装置50は、第3運転モードを実行する。第3運転モードは、制御装置50が圧縮機21の運転周波数を減少させる制御を行うものである。この第3運転モードを実行するのは、出口温度センサ33の検出温度が設定温度よりも低い場合、それ以上水の温度を下げなくてもよいからである。
出口温度センサ33の検出温度が、水出口26dにおける水の設定温度(目標温度)よりも高い場合、ステップS13において、制御装置50は、水入口26cにおける所定時間当たりの水の温度変化(上昇温度)ΔTを求め、この温度変化ΔTが、所定の第1閾値Tth1よりも大きいか否かを判断する。
温度変化ΔTは、入口温度センサ32で検出される水入口26cにおける水の温度から、その所定時間前に取得した水入口26cにおける水の温度を引いた差分である。被冷却対象の温度が次第に上昇しこれが水の温度にも反映されると、温度変化ΔTは正の値となる。ステップS13の第1閾値Tth1も正の値とされる。
温度変化ΔTは、例えば、現在の入口温度センサ32の検出温度と1分前の入口温度センサ32の検出温度の差分(℃/分)とすることができる。第1閾値Tth1は、例えば、1≦Tth1≦2(℃/分)の範囲で設定することができる。
この温度変化ΔTが、第1閾値Tth1よりも大きい場合、水入口26cにおける水の温度が急激に上昇しているといえる。そのため、水を急速に冷却することが望ましい。逆に、温度変化ΔTが、第1閾値以下である場合、水入口26cのおける水の温度が比較的緩やかに上昇しているといえる。そのため、水を急速に冷却する必要性は低い。
制御装置50は、ステップS13における判断が肯定的(Yes)であるとき、処理をステップS14に進め、ステップS13における判断が否定的(No)であるとき、ステップS17に処理を進める。このステップS17では、制御装置50は、第1運転モードを実行し、圧縮機21の運転周波数を第1増加速度で増大させ、第2熱交換器26における水の冷却能力を高める。
ステップS14において、制御装置50は、水出口26dにおける水の温度T1と、水の設定温度Tmとの差分が、所定の第2閾値Tth2を超えるか否かを判断する。この判断を行うのは、ステップS13の判断が肯定的であり、その観点では水を急速に冷却することが望まれたとしても、水の温度T1と設定温度Tmとの差が所定よりも小さければ、水を急速に冷却する必要性は低くなるからである。制御装置50は、ステップS14の判断が肯定的(Yes)であるとき、処理をステップS15に進め、ステップS14の判断が否定的(No)であるとき、処理をステップS17に進める。このステップS17では、上述したように、制御装置50は、第1運転モードを実行する。
ステップS15において、制御装置50は、水出口26dにおける水の温度T1が、所定の第3閾値Tth3を超えるか否かを判断する。この判断を行うのは、ステップS13及びステップS14の判断が肯定的であり、これらの観点では水を急速に冷却することが望まれたとしても、例えば水の温度が被冷却対象の下限温度を下回るような場合など、水出口26dにおける水の温度T1が所定よりも低ければ、水を急速に冷却する必要性は低くなるからである。制御装置50は、ステップS15の判断が肯定的(Yes)であるとき、処理をステップS16に進め、ステップS15の判断が否定的(No)であるとき、処理をステップS17に進める。このステップS17では、上述したように、制御装置50は、第1運転モードを実行する。
ステップS16では、圧縮機21の運転周波数を第2増加速度で増大させ、第2熱交換器26における水の冷却能力を急速に高める。第2増加速度は、例えば第1増加速度の1.5以上2.5倍以下であり、好ましくは2倍である。制御装置50が、第2運転モードを実行すると、図3に示すように、水の温度が上昇し始めてから再び元の温度に低下するまでの時間t2を短くすることができる。そのため、被冷却対象の温度が上昇と下降とを周期的に繰り返すような使用形態では、そのサイクルを短くすることが可能となる。
以上のように、本実施形態では、図3に示すように、被冷却対象の温度が急激に上昇した場合に、制御装置50は、これよりも遅れて急激に上昇する水入口26cの水温に基づいて、運転モードを選択し、実行する。そのため、第2熱交換器26において第2熱媒体を凍結させることなく迅速に水の温度を低下させ、被冷却対象を短時間で冷却することができる。
制御装置50は、以上の手順で運転モードを選択、実行し、チラー装置10が停止されるまで(図4のステップS3)、同様の手順を繰り返し実行する。
図5に示す手順では、ステップS11の前に実行されている運転モードが第1~第3運転モードのいずれであっても、同様の処理が繰り返される。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、図6に示すように、特定の運転モードから他の運転モードに移行する場合には、上記とは異なる処理によって運転モードを選択してもよい。
図5に示す手順では、ステップS11の前に実行されている運転モードが第1~第3運転モードのいずれであっても、同様の処理が繰り返される。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、図6に示すように、特定の運転モードから他の運転モードに移行する場合には、上記とは異なる処理によって運転モードを選択してもよい。
[運転モード選択処理の他の手順]
図6は、運転モードの選択処理の他の手順を示すフローチャートである。
図6に示す手順は、図5に示す手順により第2運転モードが選択された後に適用することができるものである。そのため、図6のステップS21において、制御装置50は、第2運転モードを実行しているか否かを判断する。この判断が肯定的(Yes)である場合、制御装置50は、ステップS22に処理を進め、否定的(No)である場合は、処理を終了し、図5に示す手順を進める。
図6は、運転モードの選択処理の他の手順を示すフローチャートである。
図6に示す手順は、図5に示す手順により第2運転モードが選択された後に適用することができるものである。そのため、図6のステップS21において、制御装置50は、第2運転モードを実行しているか否かを判断する。この判断が肯定的(Yes)である場合、制御装置50は、ステップS22に処理を進め、否定的(No)である場合は、処理を終了し、図5に示す手順を進める。
ステップS22において、制御装置50は、温度センサ31,32,33の検出温度を取得する。そして、制御装置50は、ステップS23において、出口温度センサ33の検出温度T1が、水出口26dにおける水の設定温度(目標温度)Tm以上であるか否かを判断する。ステップS23における判断が肯定的(Yes)である場合、制御装置50は、処理をステップS24に進め、ステップS23における判断が否定的(No)である場合、制御装置50は、処理をステップS28に進める。
出口温度センサ33の検出温度が、水出口26dにおける水の設定温度(目標温度)よりも低い場合、ステップS28において、図5に示す手順(ステップS18)と同様に、制御装置50は、第3運転モードを実行する。
出口温度センサ33の検出温度が、水出口26dにおける水の設定温度(目標温度)よりも高い場合、ステップS24において、制御装置50は、水入口26cにおける所定時間当たりの水の温度変化ΔTを求め、この温度変化ΔTが、所定の第4閾値Tth4以下か否かを判断する。第4閾値Tth4は、前述の第1閾値Tth1よりも小さい値である。
水入口26cにおける水の温度が徐々に下がっている場合、温度変化ΔTは0℃よりも小さくなる。本実施形態の第4閾値Tth4は、0℃よりも小さい値、例えば-1<Tth4<0(℃/分)、より好ましくは、Tth4=-0.5(℃/分)に設定することができる。ステップS24の条件が満たされた場合、水入口26cの水の温度は次第に下がっていることになる。したがって、水を緩やかに冷却することが望ましい。なお、第4閾値Tth4は、0又は正の値であってもよい。
制御装置50は、ステップS24における判断が肯定的(Yes)であるとき、処理をステップS25に進め、ステップS24における判断が否定的(No)であるとき、ステップS27に処理を進める。このステップS27では、制御装置50は、第2運転モードの実行を維持し、圧縮機21の運転周波数を第2増加速度で増大させ、第2熱交換器26における水の冷却能力を高める。
ステップS25において、制御装置50は、水出口26dにおける水の温度T1と、水の設定温度Tmとの差分が、所定の第2閾値Tth2未満であるか否かを判断する。この判断を行うのは、ステップS24の判断が肯定的であり、その観点では水を緩やかに冷却することが望まれたとしても、水の温度T1と設定温度Tmとの差が所定よりも大きければ、水を急速に冷却する必要性が高くなるからである。制御装置50は、ステップS25の判断が肯定的(Yes)であるとき、処理をステップS26に進め、ステップS25の判断が否定的(No)であるとき、処理をステップS27に進める。このステップS27では、上述したように、制御装置50は、第2運転モードの実行を維持する。
ステップS26において、制御装置50は、第1運転モードを実行する。言い換えると、制御装置50は、第2運転モードから第1運転モードに制御を切り替える。これにより、制御装置50は、第2増加速度よりも低い第1増加速度で圧縮機の運転周波数を増大させ、第2熱交換器26における水の冷却能力を緩やかに高める。
以上より、図6に示す手順では、第2運転モードの実行中、第2熱交換器26における水の温度が上昇から低下に転じた場合、水の温度を迅速に下げる必要がないので、第2運転モードから第1運転モードに移行して水の温度の低下を緩和することができる。
[他の実施形態]
図4に示す手順において、運転開始指示を受信した後のステップS2では、制御装置50は、まず、第2運転モードによる制御で圧縮機21を起動し、その後、運転が安定してから第1運転モードに移行する制御を行ってもよい。この場合も、上記実施形態と同様に、最初のステップS3の処理は、第1運転モードの状態から行われる。
図5に示す手順において、第1運転モード又は第2運転モードを選択するためのステップS13~S15のうち、ステップS14及びステップS15の一方又は双方を省略することができる。図6に示す手順において、第1運転モード又は第2運転モードを選択するためのステップS25を省略することができる。
図4に示す手順において、運転開始指示を受信した後のステップS2では、制御装置50は、まず、第2運転モードによる制御で圧縮機21を起動し、その後、運転が安定してから第1運転モードに移行する制御を行ってもよい。この場合も、上記実施形態と同様に、最初のステップS3の処理は、第1運転モードの状態から行われる。
図5に示す手順において、第1運転モード又は第2運転モードを選択するためのステップS13~S15のうち、ステップS14及びステップS15の一方又は双方を省略することができる。図6に示す手順において、第1運転モード又は第2運転モードを選択するためのステップS25を省略することができる。
図5のステップS13及び図6のステップS24において、制御装置50は、水入口26cでの所定時間当たりの水の温度変化ΔTを所定の閾値Tth1,Tth4と比較しているが、出口温度センサ33を用いて求めた水出口26dでの所定時間当たりの水の温度変化を所定の閾値と比較してもよい。
第2熱媒体は、水に限定されるものではなく、ブライン等の他の熱媒体であってもよい。
第2熱媒体は、水に限定されるものではなく、ブライン等の他の熱媒体であってもよい。
[実施形態の作用効果]
(1)上記実施形態の冷凍装置は、圧縮機21と、圧縮機21によって圧縮された冷媒などの第1熱媒体が流れ、かつ第1熱媒体の放熱を行う第1熱交換器23と、第1熱交換器23を通過した第1熱媒体、及び、被冷却対象を冷却する水などの第2熱媒体が流れ、かつ第1熱媒体と第2熱媒体との熱交換を行う第2熱交換器26と、第2熱交換器26における第2熱媒体の温度を検出する温度センサ(第1温度センサ)32,33と、圧縮機21の運転周波数を制御する制御装置50とを備える。制御装置50は、図5のステップS13に示すように、第2熱交換器26における第2熱媒体の所定時間当たりの上昇温度ΔTが第1閾値Tth1以下となる条件(第1条件)が満たされたとき、圧縮機21の運転周波数を第1増加速度で変化させる第1運転モードを実行する。制御装置50は、第2熱交換器26における第2熱媒体の所定時間当たりの上昇温度ΔTが第1閾値Tth1を超える条件(第2条件)が満たされたとき、圧縮機21の運転周波数を第1増加速度よりも高い第2増加速度で変化させる第2運転モードを実行する。そのため、例えば第1運転モードの実行中、被冷却対象の温度が急激に上昇した場合に、当該被冷却対象の温度ではなく、これよりも遅れて急激に上昇する第2熱媒体の温度に基づき第1運転モードから切り替えて第2運転モードを実行することができる。そのため、第2熱交換器26において第2熱媒体を凍結させることなく迅速に第2熱媒体の温度を低下させ、被冷却対象を短時間で冷却することができる。
(1)上記実施形態の冷凍装置は、圧縮機21と、圧縮機21によって圧縮された冷媒などの第1熱媒体が流れ、かつ第1熱媒体の放熱を行う第1熱交換器23と、第1熱交換器23を通過した第1熱媒体、及び、被冷却対象を冷却する水などの第2熱媒体が流れ、かつ第1熱媒体と第2熱媒体との熱交換を行う第2熱交換器26と、第2熱交換器26における第2熱媒体の温度を検出する温度センサ(第1温度センサ)32,33と、圧縮機21の運転周波数を制御する制御装置50とを備える。制御装置50は、図5のステップS13に示すように、第2熱交換器26における第2熱媒体の所定時間当たりの上昇温度ΔTが第1閾値Tth1以下となる条件(第1条件)が満たされたとき、圧縮機21の運転周波数を第1増加速度で変化させる第1運転モードを実行する。制御装置50は、第2熱交換器26における第2熱媒体の所定時間当たりの上昇温度ΔTが第1閾値Tth1を超える条件(第2条件)が満たされたとき、圧縮機21の運転周波数を第1増加速度よりも高い第2増加速度で変化させる第2運転モードを実行する。そのため、例えば第1運転モードの実行中、被冷却対象の温度が急激に上昇した場合に、当該被冷却対象の温度ではなく、これよりも遅れて急激に上昇する第2熱媒体の温度に基づき第1運転モードから切り替えて第2運転モードを実行することができる。そのため、第2熱交換器26において第2熱媒体を凍結させることなく迅速に第2熱媒体の温度を低下させ、被冷却対象を短時間で冷却することができる。
(2)上記実施形態では、第1温度センサが、第2熱交換器26における第2熱媒体の入口26cにおいて第2熱媒体の温度を検出する入口温度センサ32である。第2熱交換器26における第2熱媒体の入口26cでの第2熱媒体の温度は、被冷却対象の温度の上昇を反映した温度となるため、より適切なタイミングで第2運転モードを実行することができる。
(3)上記実施形態では、第2熱交換器26における第2熱媒体の出口26dにおいて第2熱媒体の温度を検出する出口温度センサ33を備え、制御装置50は、図5のステップS14に示すように、第1運転モードの実行中、前記第2条件が満たされ、かつ、出口温度センサ33の検出温度から第2熱媒体の設定温度を引いた差分が第2閾値Tth2を超える条件(第3条件)が満たされたとき、第1運転モードから切り替えて前記第2運転モードを実行する。そのため、第2熱交換器26における第2熱媒体の出口26dの温度が、設定温度に対して所定値(第2閾値Tth2)を超えて高くない場合(第3条件を満たさない場合)は、第2条件が満たされていても第2運転モードを実行せず、第2熱媒体の凍結や被冷却対象の過度の冷却を抑制することができる。
(4)上記実施形態では、第2熱交換器26における第2熱媒体の出口26dにおいて第2熱媒体の温度を検出する出口温度センサ(第2温度センサ)33を備え、制御装置50は、図5のステップS15のように、第1運転モードの実行中、前記第2条件が満たされ、かつ、出口温度センサ33の検出温度が第3閾値Tth3を超える条件(第4条件)が満たされたとき、第1運転モードから切り替えて第2運転モードを実行する。
第2熱交換器26における第2熱媒体の出口26dの温度が、第3閾値Tth3(例えば被冷却対象の下限温度)よりも低い場合、言い換えると、第4条件を満たさない場合は、第2条件が満たされていても第2運転モードを実行せず、第2熱媒体の凍結や被冷却対象の過度の冷却を抑制することができる。
第2熱交換器26における第2熱媒体の出口26dの温度が、第3閾値Tth3(例えば被冷却対象の下限温度)よりも低い場合、言い換えると、第4条件を満たさない場合は、第2条件が満たされていても第2運転モードを実行せず、第2熱媒体の凍結や被冷却対象の過度の冷却を抑制することができる。
(5)上記実施形態では、第2増加速度は、第1増加速度の1.5倍以上2.5倍以下である。これにより、急激に温度が上昇した第2熱媒体を効率的に冷却することができる。
(6)上記実施形態では、制御装置50は、図6のステップS24のように、第2運転モードの実行中、第2熱交換器26における第2熱媒体の所定時間当たりの温度変化ΔTが第1閾値Tth1よりも小さい第4閾値Tth4以下となる条件(第5条件)が満たされたとき、第2運転モードから切り替えて第1運転モードを実行する。第2運転モードの実行中、第2熱交換器26における第2熱媒体の温度が上昇から低下に転じた場合には、第2熱媒体の温度を迅速に下げる必要がないので、第2運転モードから第1運転モードに移行して第2熱媒体の温度の低下を緩和することができる。
なお、本開示は、以上の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 :チラー装置(冷凍装置)
21 :圧縮機
23 :第1熱交換器
26 :第2熱交換器
26c :水入口
26d :水出口
32 :入口温度センサ
33 :出口温度センサ
50 :制御装置
T1 :温度
T1 :検出温度
Tm :設定温度
Tth1 :第1閾値
Tth2 :第2閾値
Tth3 :第3閾値
Tth4 :第4閾値
t2 :時間
ΔT :温度変化
21 :圧縮機
23 :第1熱交換器
26 :第2熱交換器
26c :水入口
26d :水出口
32 :入口温度センサ
33 :出口温度センサ
50 :制御装置
T1 :温度
T1 :検出温度
Tm :設定温度
Tth1 :第1閾値
Tth2 :第2閾値
Tth3 :第3閾値
Tth4 :第4閾値
t2 :時間
ΔT :温度変化
Claims (6)
- 圧縮機(21)と、
前記圧縮機(21)によって圧縮された第1熱媒体が流れ、かつ前記第1熱媒体の放熱を行う第1熱交換器(23)と、
前記第1熱交換器(23)を通過した前記第1熱媒体、及び、被冷却対象を冷却する第2熱媒体が流れ、かつ前記第1熱媒体と前記第2熱媒体との熱交換を行う第2熱交換器(26)と、
前記第2熱交換器(26)における前記第2熱媒体の温度を検出する第1温度センサ(32,33)と、
前記圧縮機(21)の運転周波数を制御する制御装置(50)と、を備え、
前記制御装置(50)は、
前記第2熱交換器(26)における前記第2熱媒体の所定時間当たりの上昇温度(ΔT)が第1閾値(Tth1)以下となる第1条件が満たされたとき、前記運転周波数を第1増加速度で変化させる第1運転モードを実行し、前記第2熱交換器(26)における前記第2熱媒体の所定時間当たりの上昇温度(ΔT)が前記第1閾値(Tth1)を超える第2条件が満たされたとき、前記運転周波数を前記第1増加速度よりも高い第2増加速度で変化させる第2運転モードを実行する、冷凍装置。 - 前記第1温度センサ(32)が、前記第2熱交換器(26)における前記第2熱媒体の入口(26c)において前記第2熱媒体の温度を検出する、請求項1に記載の冷凍装置。
- 前記第2熱交換器(26)における前記第2熱媒体の出口(26d)において前記第2熱媒体の温度を検出する第2温度センサ(33)を備え、
前記制御装置(50)は、前記第1運転モードの実行中、前記第2条件が満たされ、かつ、前記第2温度センサ(33)の検出温度から前記第2熱媒体の設定温度を引いた差分が第2閾値(Tth2)を超える第3条件が満たされたとき、前記第1運転モードから切り替えて前記第2運転モードを実行する、請求項1又は2に記載の冷凍装置。 - 前記第2熱交換器(26)における前記第2熱媒体の出口(26d)において前記第2熱媒体の温度を検出する第2温度センサ(33)を備え、
前記制御装置(50)は、前記第1運転モードの実行中、前記第2条件が満たされ、かつ、前記第2温度センサ(33)の検出温度が第3閾値(Tth3)を超える第4条件が満たされたとき、前記第1運転モードから切り替えて前記第2運転モードを実行する、請求項1~3のいずれか1項に記載の冷凍装置。 - 前記第2増加速度は、前記第1増加速度の1.5倍以上2.5倍以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の冷凍装置。
- 前記制御装置(50)は、前記第2運転モードの実行中、前記第2熱交換器(26)における前記第2熱媒体の所定時間当たりの温度変化(ΔT)が前記第1閾値(Tth1)よりも小さい第4閾値(Tth4)以下となる第5条件が満たされたとき、前記第2運転モードから切り替えて前記第1運転モードを実行する、請求項1~5のいずれか1項に記載の冷凍装置。
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