JPS62166268A - 冷凍装置の異常検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

この発明は、例えば水を冷却媒体として半導体素子の冷
却を行う水冷式冷却装置等、被冷却体の精密な温度制御
が要求される冷却装置を対象として温度制御と容量制御
を行う冷凍装置の異常を検知する装置に関する。 なお以下各図の説明において同一の符号は同一または相
当部分を示す。

【従来技術とその問題点】

前記の半導体冷却装置では、半導体素子の使用温度が厳
しく規定されていることから、半導体素子の冷却を行う
冷凍装置は熱負荷の変動に対応して冷却媒体である冷却
水の精密な温度制御が要求される。 第２図は例えばこのような半導体冷却装置の全体の配管
系統図、第３図は第２図における冷凍装置の冷媒回路図
、第４図は第３図回路の冷凍サイクルにおけるモリエー
ル線図である。 第２図において、冷凍部２で冷却された冷却水Ｗ１はバ
イブ１を通り最終の被冷却負荷としての電子装置りに供
給され、電子装置りの熱を奪い、タンク３．ポンプ４を
経て再度冷凍部２で冷却される。本冷却装置では信頬性
を高めるため、冷凍部２内には２組の冷凍装置を備え、
常時１組の冷凍装置を例えば交互に運転し、一方の冷凍
装置の運転中に異常を生じた場合には、休止中の冷凍装
置が直ちにこれに置換わるというように冷凍系がＡ、Ｂ
の２系統に２重化されている。 ここで０１（ＯＩＡ、　０ＩＢ）はそれぞれ各系統の冷
凍装置の圧縮器、０２は２系統共通の凝縮器、０２ａは
凝縮器０２の能力を可変しつつ冷却する凝縮ファン、０
４（０４Ａ、　０４Ｂ）はそれぞれ各系統の冷凍装置の
膨張弁、０５（０５Ａ、　０５Ｂ）は同じく蒸発器、０
６（０６Ａ、　０６Ｂ）は同じく後述の温度式蒸発圧力
調整弁である。 この冷却装置では熱負荷（電子装置Ｌ）に大幅な変動が
あっても、被冷却体（冷却水Ｗｌ）の高精度な温度制御
と冷凍装置の広範囲な容量制御を行いつつ、しかも軽負
荷時には充分に高い省エネルギ効果も得られるように第
３図のような冷媒回路構成の冷凍装置が用いられている
。同図は基本的には圧縮機０１．凝縮器０２．膨張弁０
４．蒸発器ｏ５を基本構成要素とする冷凍サイクルによ
って被冷却体としての冷却水Ｗ１を冷却する回路である
が、本回路ではさらに、冷却水Ｗ１の検出温度を入力制
御信号とする電子式温度コントローラｏ９を介し、ＰＩ
動作あるいはＰＩＤ動作によって、制御される温度式蒸
発圧力調整弁（以下圧力調整弁とも略す）０６を蒸発器
０５の出口と圧縮器０１の吸込側との間の管路に設ける
とともに、圧縮機ｏ１の吐出側と蒸発器０５の入口との
間を結ぶバイパス管路ｏ８に圧縮機０１の吸込圧力を入
力信号として所定の設定圧力で開弁動作するホットガス
バイパス弁０７（以下バイパス弁とも略す）を設け、前
記圧力調整弁ｏ６とバイパス弁０７との併用により熱負
荷の変動に対応して冷却水Ｗ１の温度制御と圧縮機０１
の容量制御を行っている。なお前記ホットガスバイパス
弁０７は常時は閉じており、圧縮機０１の吸入圧力を入
力信号として該圧力が図示されてない低圧スイッチの動
作圧力よりも僅か大きめに定めた所定の設定圧力以下に
低下すると開弁動作するように設定されている。 また凝縮ファン０２ａは図外の手段を介し、回転数ある
いは運転台数の可変等により凝縮器０２の能力を可変し
圧縮器の吐出側の圧力を所定値に保つように制御されて
いる。但しこのような凝縮圧制御方法にはこの他にも各
種の方法がある。 次に第３図の動作を簡単に説明する。まず温度コントロ
ーラ０９と蒸発圧力調整弁０６との制御系により、蒸発
器０５における冷却水Ｗ１の出口温度を検出して蒸発圧
力調整弁０６の弁開度を加減し、これにより冷却水Ｗ１
の精密な温度制御が行われる。 すなわち熱負荷が減少して冷却水の温度が低下し始める
と、温度コントローラ０９の温度センサ０９ａがこの温
度変化を感知して蒸発圧力調整弁０６の弁開度を下げ、
圧縮機０１の冷凍能力を熱負荷とバランスさせるように
低減させる。一方、この能力低減に伴って圧縮機０１の
吸入能力が低下する。そして吸入圧力が先記したホット
ガスバイパス弁０７の設定圧力まで低下すると、ホット
ガスバイパス弁０７が開弁動作して圧縮ａＯ１から吐き
出すホントガスの一部をバイパス管路０８を通じて蒸発
器ｏ５にバイパスさせて蒸発器０５に模擬負荷を与え、
この状態で冷凍能力と冷凍負荷とをバランスさせるよう
にする。この制御方式によりほぼ１００〜０％までの容
量制御が可能である。またこの容量制御を行っている状
態では、蒸発圧力調整弁０６の動作により圧縮機の能力
を落としているので、軽負荷時の消費電力が軽減され、
省エネルギ効果が得られる。 ところで第３図の冷凍サイクルに対応するモリエール線
図が第４図の実線の閉ループである。同図上の点線の閉
ループはホットガスバイパス弁ｏ７及び圧力調整弁０６
が無いときのものである。なお第４図の横軸は冷媒のエ
ンタルピ（全熱ｆｆ１）ｉ、縦軸は冷媒の圧力ｐ、ｔ１
．ｔ２は冷媒の等温線で、温度ｔ１＜ｔ２の関係にある
。このように第３図回路の冷凍サイクル（第４図実線閉
ループ）では、圧縮機０１を介して、点線閉ループにお
ける圧縮行程の始点ａよりも低圧の始点ａ１がら所定圧
力の終点すまで圧縮を行うため、この圧縮仕事ニヨるエ
ンタルピｉの増加がより大になり、終点ｂの冷媒温度、
即ち圧縮機０１の吐出側温度が高くなる性質を持ってい
る。 さらに圧縮機０１の吸込側は圧力調整弁０６の絞り動作
によって低圧（冷媒ガスが希薄）となり、この冷媒によ
る圧縮ｍ０１の冷却や潤滑の能力も低下して圧縮機０１
の発熱による温度上昇も高くなる性質を持っているので
、冷却ガスの漏洩（いわゆるスローリーク）３周囲温度
の高温化等により圧縮機吐出側温度ｔ２が許容温度を越
える可能性があるこのような冷凍装置の異常を検知する
のに一般的には圧縮［０１の吸込側圧力が設定圧力を下
回ったとき、又は圧縮機０１の吐出側の圧力が設定圧力
を上回ったとき冷凍装置を停止させるいわゆる高圧／低
圧圧力スイッチが用いられている。このような圧力スイ
ツチを用いた場合、ガス漏れ異常の際は圧縮機０１の吸
込側と吐出側圧力は共に下る方向にあり、従って低圧圧
力スイフチの異常検知に依存することになる。 しかしながら低圧圧力スイッチによっては一般には異常
が大幅に進行した状態（圧縮機破損またはこれに近く、
冷凍装置の交換が必要となる状態）でなければ検出でき
ず、冷却装置全体の高い信頼性を常時維持しようとする
観点からは問題がある。

【発明の目的】

本発明は蒸発器の出口と圧縮機の吸込口との間に被冷却
体の温度を制御入力信号とする温度式蒸発圧力調整弁を
設けるとともに、圧縮機の吐出側、　　と蒸発器の入口
との間を結ぶバイパス管路に圧縮機の吸込圧力を入力信
号として所定の設定圧力で開弁動作するホットガスバイ
パス弁を設けて被冷却体の高精度な温度制御と冷凍装置
の広範囲な容量制御を行うと共に、凝縮圧制御を行う冷
凍装置において、冷凍系に発生しうる異常の徴候を軽微
な段階で速やかに検知し、冷凍装置の長時間の停止を防
止することを目的とする。

【発明の要点】

本発明の要点は圧縮機の吐出側温度を検出する温度セン
サを設け、この検出温度が設定温度を上回ったとき異常
信号を出力させ、警報出力又は冷凍装置の短時間停止を
行わせるようにした点にある。 換言すれば本発明の要点は、圧ｍ機の吐出側の圧力が所
定圧力となるように（凝縮圧）制御される冷凍回路にお
ける蒸発器と圧縮機吸い込み側との間に被冷却体（冷却
水など）の検出温度を入力信号として動作する温度式蒸
発圧力調整弁を介装するとともに、圧縮機の吐出側と蒸
発器入口との間を結ぶバイパス管路に圧縮機の吸入圧力
を入力信号として所定の設定圧力で開弁動作するホット
ガスバイパス弁を介装し、前記蒸発圧力調整弁とホット
ガスバイパス弁との併用により熱負荷の変動に対応して
被冷却体の温度制御と冷凍機の容量制御を行う冷凍装置
において、 圧縮機の吐出側温度を検出する手段（温度センサなど）
と、該温度が所定の上限値に達したとき異常信号を出力
する手段（抵抗／電圧変換回路。 比較器、オアゲートなど）とを備えるようにした点にあ
る。

【発明の実施例】

次に第１図に基づいて本発明の詳細な説明する。第１図
は本発明装置の一実施例としての要部構成を示すブロッ
ク回路図で、同図中の冷凍装置の冷媒回路の構成は第３
図と同様である。 第１図において１００は前記の高圧／低圧圧力スイッチ
で、圧縮機０１の吸込側と吐出側の圧力を検出し何れか
の圧力が設定値に達すると論理“Ｈ′の圧力異常検出信
号１００ａを出力する。１０１は圧縮機０１の吐出側温
度を検出する熱電対などからなる温度センサ、１０２は
抵抗／電圧変換回路で温度センサ１０１の抵抗変化を電
圧に変換する。 １０３は比較器で、変換回路１０２の出力電圧１０２ａ
を、圧縮機吐出側許容限界温度（この例では１３５’ｃ
）に対応する所定の設定電圧ＶＫと比較し、変換回路出
力電圧１０２ａが設定電圧■イを越えたと−き、論理“
Ｈ”の温度異常検出信号１０３ａを出力する。１０４は
オアゲートで、“Ｈ”の前記信号１００ａ又は１０３ａ
を入力すると異常信号１０４２を出力して警報発生又は
冷凍装置の停止を行わせるものである。 なお図示実施例は液冷式冷却装置への本発明装置の適用
に付いて述べたが、用途はこれに限られるものではなく
、空気調和機、ショーケース等に対しても実施適用でき
ることは勿論である。

【発明の効果】

以上の説明から明らかなように、本発明によれば圧縮機
吐出側圧力が所定圧力となるように制御される冷凍回路
における蒸発器と圧縮機吸込側との間に被冷却体の検出
温度を人力信号として動作する温度式蒸発圧力調整弁を
介装するとともに、圧縮機の吐出側と蒸発器入口との間
を結ぶバイパス管路に圧縮機の吸入圧力を入力信号とし
て所定の設定圧力で開弁動作するホットガスバイパス弁
を介装し、前記蒸発圧力調整弁とバイパス弁との併用に
より熱負荷の変動に対応して被冷却体の温度制御と冷凍
機の容量制御を行うようにした冷凍装置において、圧縮
機の吐出側に温度センサを設は精密な温度制御と広範囲
な容量制御を実施する結果、発生しうる可能性がある冷
媒の高温異常をすみやかに検知し、警報発生又は冷凍装
置の停止を行うことにしたので、冷凍装置が破損に到る
前の軽微な異常段階の検出ができるため、異常の除去を
速やかに行うことができ、冷凍装置の停止期間も短時間
で足り、冷却装置全体の信頼性を高く維持することが可
能となる。 またこの温度センサ１０１の異常検出温度の設定値（設
定電圧■Ｋ）により、冷凍系の起動／停止不良も簡単に
判定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例としての要部構成を示す
ブロック回路図、第２図は半厚体冷却装置の全体の配管
系統図、第３図は第２図における冷凍装置の冷媒回路図
、第４図は第３図回路の冷凍サイクルのモリエール線図
である。 ０１：圧′Ｉ＠機、０２　：　ｉ縮器、０２ａ：凝縮フ
ァン、０４：膨張弁、０５：蒸発器、０６：ｉ！度式蒸
発圧力調整弁、０７：ホットガスバイパス弁、０８：バ
イパス管路、０９：温度コントローラ、１０１：温度セ
ンサ、１０２：抵抗／電圧変換回路、１０３：比較器、
■０４第１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧縮機の吐出側の圧力が所定圧力となるように制御
   される冷凍回路における蒸発器と圧縮機吸い込み側との
   間に被冷却体の検出温度を入力信号として動作する温度
   式蒸発圧力調整弁を介装するとともに、圧縮機の吐出側
   と蒸発器入口との間を結ぶバイパス管路に圧縮機の吸入
   圧力を入力信号として所定の設定圧力で開弁動作するホ
   ットガスバイパス弁を介装し、前記蒸発圧力調整弁とホ
   ットガスバイパス弁との併用により熱負荷の変動に対応
   して被冷却体の温度制御と冷凍機の容量制御を行う冷凍
   装置において、 圧縮機の吐出側温度を検出する手段と、該温度が所定の
   上限値に達したとき異常信号を出力する手段とを備えた
   ことを特徴とする冷凍装置の異常検知装置。