JPWO2016190232A1 - 温度調整用流体供給装置 - Google Patents

Abstract

冷媒の熱を温度調整用の流体に伝える熱交換器と、流体の熱を利用する温度調整対象との間で流体を循環させる温度調整用流体供給装置であって、流体の凍結を防止可能な温度調整用流体供給装置を提供する。温度調整用流体供給装置（１００）は、冷媒から供給される熱を温度調整用の流体に伝える熱交換器（２０）、熱交換器から温度調整対象へ向かう流体が流れる供給管（３２）、温度調整対象から戻る流体が流れる戻り管（４２）、流量調整可能なポンプ（５０）、フローセンサ（６０）、フロースイッチ（７０）、温度センサ（８０）、及び制御部（９０）を備える。フロースイッチは、フローセンサに比べ、検出可能な流量変化が粗く、流体の粘度変化による検出精度への影響が小さい。制御部は、温度センサが検出した流体の温度に基づき、フローセンサの検出結果に基づくポンプ制御と、フロースイッチの検出結果に基づくポンプ制御とを切り換える。

Description

本発明は、温度調整用流体供給装置に関する。本発明は、特に、冷媒から供給される熱を温度調整用の流体に伝える熱交換器から、流体の熱を利用する温度調整対象へと流体を送り、温度調整対象から戻ってくる流体を受け付けて再び熱交換器へと導く温度調整用流体供給装置に関する。

従来、冷媒から供給される熱を温度調整用の流体に伝える熱交換器から、流体の熱を利用する温度調整対象へと流体を送り、温度調整対象から戻ってくる流体を受け付けて再び熱交換器へと導く温度調整用流体供給装置が知られている。例えば、特許文献１（特開２０１０−１４４９６３号公報）には、熱交換器で冷媒と熱交換を行った流体を、室内に配置される温度調整対象（空調機器）に送る温度調整用流体供給装置が開示されている。

このような温度調整用流体供給装置では、温度調整対象の熱負荷等に応じて流体の流量を調整するため、流量調整可能なポンプが用いられる場合がある。流量調整可能なポンプを用いる場合、例えば特許文献１（特開２０１０−１４４９６３号公報）のように、流量センサにより流体の流量を検出し、その検出結果に基づいてポンプが制御される。

ところで、温度調整用流体供給装置に用いられる流体は、一般に温度の低下により粘度が上昇する。特に、ブラインを使用する場合には、温度低下によって比較的大きく粘度が上昇する。

そのため、通常の流量センサでは、装置の使用条件等によって流体温度が低下した時に流量検出誤差が大きくなり、流体の流量が、実際の流量よりも大きく検出される可能性がある。そして、この検出結果に基づいてポンプが制御されると、流体温度低下時に、熱交換器と温度調整対象との間を循環する流体の量が目標量より少なくなり、配管内で流体が凍結するおそれがある。

本発明の課題は、流量調整可能なポンプを用いて、冷媒から供給される熱を温度調整用の流体へと伝える熱交換器と、流体の熱を利用する温度調整対象との間で流体を循環させる温度調整用流体供給装置であって、流体温度低下時であっても、適切にポンプを制御し、配管内での流体の凍結を防止可能な温度調整用流体供給装置を提供することにある。

第１観点に係る温度調整用流体供給装置は、熱交換器と、供給管と、戻り管と、ポンプと、第１流量検出手段と、第２流量検出手段と、温度検出手段と、制御部と、を備える。熱交換器は、冷媒から供給される熱を温度調整用の流体に伝える。供給管には、熱交換器から温度調整対象へと向かう流体が流れる。戻り管には、温度調整対象から戻る流体が流れる。ポンプは、供給管又は戻り管に設けられる。ポンプは、流量調整可能である。第１流量検出手段は、供給管又は戻り管に設けられる。第１流量検出手段は、流体の流量を検出する。第２流量検出手段は、供給管又は戻り管に設けられる。第２流量検出手段は、流体の流量を検出する。第２流量検出手段は、検出可能な流量変化が第１流量検出手段よりも粗く、流体の粘度変化による検出精度への影響が第１流量検出手段よりも小さい。温度検出手段は、流体の温度を検出する。制御部は、温度検出手段が検出した流体の温度に基づいて、第１流量検出手段の検出結果に基づくポンプの制御と、第２流量検出手段の検出結果に基づくポンプの制御とを切り換える。

第１観点に係る温度調整用流体供給装置では、流体の温度に基づいて、ポンプの制御が、粘度変化による検出精度への影響が比較的小さい第２流量検出手段の検出結果に基づく制御に切り換えられる。そのため、流体温度低下時であっても、適切にポンプを制御して配管内での流体の凍結を防止することが可能である。また、第１観点に係る温度調整用流体供給装置では、流体の温度に基づいて、ポンプの制御が、検出可能な流量変化が比較的細かい第１流量検出手段の検出結果に基づく制御に切り換えられる。そのため、流体の温度が比較的高く、粘度が比較的低い場合には、流体の流量を細かく制御して効率よく装置を運転することが可能である。

第２観点に係る温度調整用流体供給装置は、第１観点に係る温度調整用流体供給装置であって、第１流量検出手段および第２流量検出手段は、供給管に設けられる。

第２観点に係る温度調整用流体供給装置では、流体の温度が比較的高い供給管に第１流量検出手段および第２流量検出手段が設けられるため、流量の検出位置において流体が高粘度になりにくい。そのため、戻り管に第１流量検出手段および第２流量検出手段を設ける場合に比べ、流体の粘度が流量の検出に与える影響を抑制することができる。

第３観点に係る温度調整用流体供給装置は、第２観点に係る温度調整用流体供給装置であって、温度検出手段は、供給管を流れる流体の温度を検出する。

第３観点に係る温度調整用流体供給装置では、温度検出手段が、第１流量検出手段および第２流量検出手段が設けられた供給管を流れる流体の温度を検出する。そのため、第１流量検出手段の検出結果に基づくポンプの制御と、第２流量検出手段の検出結果に基づくポンプの制御とを、適切に切り換えることが容易である。

第４観点に係る温度調整用流体供給装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係る温度調整用流体供給装置であって、第１流量検出手段は、流体の流量の検出結果をアナログ出力する。第２流量検出手段は、流体の流量の検出結果を二値出力する。

ここでは、第１流量検出手段により流体の流量を細かく検出可能で、第２流量検出手段でも流量が所定量以上であるかを検出することができる。

第５観点に係る温度調整用流体供給装置は、第１観点から第４観点のいずれかに係る温度調整用流体供給装置であって、屋外に設置される。

第５観点に係る温度調整用流体供給装置では、低外気温時に、流体の温度が低温となりやすい。しかし、流体の温度に基づいて、第１流量検出手段の検出結果に基づくポンプの制御と、第２流量検出手段の検出結果に基づくポンプの制御とが切り換えられるため、適切にポンプを制御して配管内での流体の凍結を防止することができる。

第１観点に係る温度調整用流体供給装置では、流体の温度に基づいて、ポンプの制御が、粘度変化による検出精度への影響が比較的小さい第２流量検出手段の検出結果に基づく制御に切り換えられる。そのため、流体温度低下時であっても、適切にポンプを制御して配管内での流体の凍結を防止することが可能である。また、第１観点に係る温度調整用流体供給装置では、流体の温度に基づいて、ポンプの制御が、検出可能な流量変化が比較的細かい第１流量検出手段の検出結果に基づく制御に切り換えられる。そのため、流体の温度が比較的高く、粘度が比較的低い場合には、流体の流量を細かく制御して、効率よく装置を運転することが可能である。

第２観点に係る温度調整用流体供給装置では、流体の粘度が流量の検出に与える影響を抑制することができる。

第３観点に係る温度調整用流体供給装置では、第１流量検出手段の検出結果に基づくポンプの制御と、第２流量検出手段の検出結果に基づくポンプの制御とを、適切に切り換えることが容易である。

第４観点に係る温度調整用流体供給装置では、第１流量検出手段により流体の流量を細かく検出可能で、第２流量検出手段でも流量が所定量以上であるかを検出することができる。

第５観点に係る温度調整用流体供給装置では、低外気温時に、流体の温度が低温となりやすい。しかし、流体の温度に基づいて、第１流量検出手段の検出結果に基づくポンプの制御と、第２流量検出手段の検出結果に基づくポンプの制御とが切り換えられるため、適切にポンプを制御して配管内での流体の凍結を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る温度調整用流体供給装置を含む空調システムの概略構成図である。 図１に係る温度調整用流体供給装置のポンプの最低流量制御に係るフローチャートである。

本発明の一実施形態に係る温度調整用流体供給装置１００について、図面に基づいて以下に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一実施形態に係る温度調整用流体供給装置の具体例にすぎず、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る温度調整用流体供給装置１００を含む空調システム１の概略構成図である。

空調システム１は、蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを利用して温度調整用流体を加熱／冷却する運転を行うことが可能なシステムである。本実施形態における温度調整用流体は、空調用の流体である。空調システム１では、冷媒により加熱／冷却された温度調整用流体の熱を利用して、空調対象空間の暖房／冷房が行われる。

空調システム１は、温度調整用流体供給装置１００および空調機器ユニット４００を含む。

（２）詳細構成
以下に、温度調整用流体供給装置１００および空調機器ユニット４００について詳細に説明する。

（２−１）温度調整用流体供給装置
温度調整用流体供給装置１００は、温度調整対象である空調機器ユニット４００の空調機器４３０に、冷媒により加熱／冷却された温度調整用流体（温度調整用の流体）を供給する装置である。

温度調整用流体供給装置１００は、屋外に設置される。

温度調整用流体供給装置１００は、主に、圧縮機１１と、切換機構１２と、熱源側熱交換器１３と、膨張弁１４と、利用側熱交換器２０と、流体供給部３１と、供給管３２と、流体戻り部４１と、戻り管４２と、ポンプ５０と、フローセンサ６０と、フロースイッチ７０と、温度センサ８０と、制御部９０と、を備える。

圧縮機１１と、切換機構１２と、熱源側熱交換器１３と、膨張弁１４と、利用側熱交換器２０とは、配管（後述する吐出管１２ａ，吸入管１２ｂ，第１ガス冷媒管１２ｃ，第２ガス冷媒管１２ｄおよび液冷媒管１５）により接続され、冷媒が循環する冷媒回路１０を構成している。冷媒回路１０には、例えばＲ−４１０Ａ等のＨＦＣ系の冷媒が封入されている。ただし、冷媒の種類は例であって、これに限定されるものではない。

利用側熱交換器２０と、温度調整対象（後述する空調機器ユニット４００の空調機器４３０）とは、供給管３２および戻り管４２を含む配管により接続され、温度調整用流体が循環する流体回路３００を構成している。流体回路３００には、温度調整用流体として、例えばエチレングリコール水溶液等のブラインが封入されている。ただし、温度調整用流体の種類は例であって、これに限定されるものではない。温度調整用流体は、温度が低下するに連れ、粘度が高くなる性質を有する。

利用側熱交換器２０では、冷媒回路１０を流れる冷媒から、流体回路３００を流れる温度調整用流体へと熱が伝えられる。後述する空調機器ユニット４００の空調機器４３０では、温度調整用流体供給装置１００が供給する温度調整用流体の熱を利用して、空調機器４３０の存在する空調対象空間の暖房／冷房が行われる。

以下に、温度調整用流体供給装置１００の各構成について説明する。

（２−１−１）圧縮機
圧縮機１１は、冷媒を圧縮する機構である。ここでは、圧縮機１１は、ケーシング（図示せず）内に収容されたロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）が、同じくケーシング内に収容された圧縮機モータ１１ａによって駆動される密閉式圧縮機である。圧縮機モータ１１ａは、インバータによって、その回転数（すなわち運転周波数）が可変に構成され、これにより圧縮機１１の容量が可変に構成されている。

（２−１−２）切換機構
切換機構１２は、熱源側熱交換器１３を冷媒の放熱器として機能させる熱源側放熱運転状態と、熱源側熱交換器１３を冷媒の蒸発器として機能させる熱源側蒸発運転状態とを切り換え可能に構成されている。切換機構１２は、ここでは四路切換弁である。

切換機構１２は、圧縮機１１から吐出された冷媒が流れる吐出管１２ａと、圧縮機１１に吸入される冷媒が流れる吸入管１２ｂと、一端が熱源側熱交換器１３のガス側に接続された第１ガス冷媒管１２ｃと、一端が利用側熱交換器２０のガス側に接続された第２ガス冷媒管１２ｄとに接続されている。

切換機構１２は、吐出管１２ａと第１ガス冷媒管１２ｃとを連通させるとともに、第２ガス冷媒管１２ｄと吸入管１２ｂとを連通させる切り換えを行うことが可能である（熱源側放熱運転状態に対応、図１の切換機構１２の破線参照）。また、切換機構１２は、吐出管１２ａと第２ガス冷媒管１２ｄとを連通させるとともに、第１ガス冷媒管１２ｃと吸入管１２ｂとを連通させる切り換えを行うことが可能である（熱源側蒸発運転状態に対応、図１の切換機構１２の実線参照）。

なお、切換機構１２は、四路切換弁に限定されるものではない。例えば、切換機構１２は、上記と同様に冷媒の流れ方向を切り換える機能を有するよう、複数の電磁弁を組み合わせて構成したものであってもよい。

（２−１−３）熱源側熱交換器
熱源側熱交換器１３は、冷媒と室外空気との熱交換を行うことで冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器１３の液側には、一端が利用側熱交換器２０の液側に接続された液冷媒管１５が接続されている。熱源側熱交換器１３のガス側には、一端が切換機構１２と接続された第１ガス冷媒管１２ｃが接続されている。熱源側熱交換器１３には、冷媒と熱交換を行う室外空気が、ファン１３ａによって供給される。

（２−１−４）膨張弁
膨張弁１４は、液冷媒管１５を流れる冷媒の減圧を行う、開度可変の電動膨張弁である。膨張弁１４は、液冷媒管１５に設けられている。

（２−１−５）利用側熱交換器
利用側熱交換器２０は、冷媒回路１０を流れる冷媒と、流体回路３００を流れる温度調整用流体との熱交換を行うことで、冷媒の蒸発器又は放熱器として機能する熱交換器である。また、利用側熱交換器２０は、冷媒回路１０を流れる冷媒から供給される熱（温熱／冷熱）を、温度調整用流体に伝える熱交換器である。

利用側熱交換器２０の冷媒が流れる流路の液側には、一端が熱源側熱交換器１３の液側に接続された液冷媒管１５が接続されている。利用側熱交換器２０の冷媒が流れる流路のガス側には、一端が切換機構１２と接続された第２ガス冷媒管１２ｄが接続されている。また、利用側熱交換器２０の温度調整用流体が流れる流路の入口側には、戻り管４２が接続されている。利用側熱交換器２０の温度調整用流体が流れる流路の出口側には、供給管３２が接続されている。

（２−１−６）流体供給部
流体供給部３１は、配管の接続部である。流体供給部３１には、空調機器ユニット４００の空調機器４３０へと向かう温度調整用流体が流れる、後述する空調機器ユニット４００の往き外部配管４１０が接続される。流体供給部３１は、フランジ型の接続部であるが、これに限定されるものではない。流体供給部３１は、例えばねじ込み型の接続部等であってもよい。

なお、本実施形態では、流体供給部３１において、往き外部配管４１０と供給管３２とが取り外し可能に接続されるが、これに限定されるものではない。例えば、温度調整用流体供給装置１００は、往き外部配管４１０と供給管３２とを取り外し可能に接続する流体供給部３１を有さなくてもよい。例えば、往き外部配管４１０と供給管３２とは、溶接により直接接続されてもよい。また、他の形態では、往き外部配管４１０は存在せず、供給管３２は、空調機器ユニット４００の空調機器４３０に直接接続されてもよい。

（２−１−７）供給管
供給管３２は、利用側熱交換器２０と、流体供給部３１とを結ぶ配管である。供給管３２には、利用側熱交換器２０から、温度調整対象である空調機器ユニット４００の空調機器４３０へと向かう温度調整用流体が流れる。供給管３２には、利用側熱交換器２０において冷媒から熱を供給された温度調整用流体が、流体供給部３１に向かって流れる（図１中の矢印参照）。

（２−１−８）流体戻り部
流体戻り部４１は、配管の接続部である。流体戻り部４１には、空調機器ユニット４００の空調機器４３０から戻る温度調整用流体が流れる、後述する空調機器ユニット４００の戻り外部配管４２０が接続される。流体戻り部４１は、フランジ型の接続部であるが、これに限定されるものではない。流体戻り部４１は、例えばねじ込み型の接続部等であってもよい。

なお、本実施形態では、流体戻り部４１において、戻り外部配管４２０と戻り管４２とが取り外し可能に接続されるが、これに限定されるものではない。例えば、温度調整用流体供給装置１００は、戻り外部配管４２０と戻り管４２とを取り外し可能に接続する流体戻り部４１を有さなくてもよい。例えば、戻り外部配管４２０と戻り管４２とは、溶接により直接接続されてもよい。また、他の形態では、戻り外部配管４２０は存在せず、戻り管４２は、空調機器ユニット４００の空調機器４３０に直接接続されてもよい。

（２−１−９）戻り管
戻り管４２は、利用側熱交換器２０と、流体戻り部４１とを結ぶ配管である。戻り管４２には、温度調整対象である空調機器ユニット４００の空調機器４３０から戻る温度調整用流体が流れる。戻り管４２には、空調対象空間の暖房／冷房のために空調機器ユニット４００の空調機器４３０により利用された温度調整用流体が、流体戻り部４１に向かって流れる（図１中の矢印参照）。

戻り管４２には、流体回路３００内の温度調整用流体の温度が上昇し、膨張した時に、温度調整用流体を収容する膨張タンク４３が設けられている。膨張タンク４３は、密閉式のタンクである。

（２−１−１０）ポンプ
ポンプ５０は、温度調整用流体の昇圧を行い、温度調整用流体を流体回路３００内で循環させるためのポンプである。ポンプ５０では、遠心式や容積式のポンプ要素（図示せず）がポンプモータ５１によって駆動される。ここでは、ポンプ５０は、供給管３２に設けられている。ただし、これに限定されるものではなく、ポンプ５０は、戻り管４２に設けられてもよい。ポンプモータ５１は、インバータによって、その回転数（すなわち、運転周波数）が可変に構成され、これによりポンプ５０の容量が可変に構成されている。

（２−１−１１）フローセンサ
フローセンサ６０は、第１流量検出手段の一例である。フローセンサ６０は、温度調整用流体の流量を検出する。フローセンサ６０は、供給管３２に設けられている。より具体的には、フローセンサ６０は、供給管３２の、ポンプ５０より上流側（利用側熱交換器２０とポンプ５０との間）に設けられている。

フローセンサ６０は、例えば、流れの中に配置された渦発生体の下流側に生じるカルマン渦の数を計測して流量を求める渦流量計である。

フローセンサ６０は、温度調整用流体の流量の検出結果をアナログ出力する。言い換えれば、フローセンサ６０は、温度調整用流体の流量を連続した数値で検出し、この検出結果を出力する。つまり、フローセンサ６０は、温度調整用流体の流量を多段階に検出し、この検出結果を出力する。

フローセンサ６０の検出結果は、後述する制御部９０へと出力される。なお、フローセンサ６０から出力される信号は、アナログ信号に限定されるものではない。例えば、フローセンサ６０はパルス信号を出力し、制御部９０は、変換器によりアナログ出力に変換されたパルス信号を受信するよう構成されてもよい。

渦流量計のようなフローセンサ６０では、温度調整用流体の粘度が高くなると、検出精度が低下しやすい。例えば具体的には、渦流量計のようなフローセンサ６０では、温度調整用流体の粘度が高くなると、検出精度を保証できる下限流量の値が大きくなる。そのため、フローセンサ６０では、温度調整用流体の温度が低下して粘度が高くなると、（特に流量が少ない場合に、）流量を検出できなくなったり、誤った流量が検出されたりする可能性がある。

（２−１−１２）フロースイッチ
フロースイッチ７０は、第２流量検出手段の一例である。フロースイッチ７０は、温度調整用流体の流量を検出する。フロースイッチ７０は、供給管３２に設けられている。より具体的には、フロースイッチ７０は、供給管３２の、ポンプ５０より下流側（ポンプ５０と流体供給部３１との間）に設けられている。

ここでは、フロースイッチ７０は、以下の様に構成されている。

温度調整用流体が流れるフロースイッチ７０内の流路には、図示しないパドルが設置されている。フロースイッチ７０では、フロースイッチ７０内の流路を所定量Ｆｓｗ以上の温度調整用流体が流れると、パドルが温度調整用流体により押されて検出スイッチが作動し、温度調整用流体の流量が検出される。

このような構成から、フロースイッチ７０は、温度調整用流体の流量の検出結果を二値出力する。言い換えれば、フロースイッチ７０は、温度調整用流体の流量を２段階で（流量が所定量Ｆｓｗ以上か否かを）検出し、この検出結果を出力する。そのため、フロースイッチ７０が検出可能な流量変化は、流量を多段階に検出するフローセンサ６０の検出可能な流量変化に比べて粗い。フロースイッチ７０の検出結果は、後述する制御部９０へと出力される。

上記のような構成のフロースイッチ７０では、温度調整用流体の粘度変化が、検出精度に影響を与えにくい。そのため、温度調整用流体の温度が低下して粘度が高くなり、フローセンサ６０では流量の検出が困難な場合にも、フロースイッチ７０により正しく流量を検出可能（所定量Ｆｓｗ以上の温度調整用流体が流れているか否かを検出可能）である。

（２−１−１３）温度センサ
温度センサ８０は、温度調整用流体の温度を検出する温度検出手段の一例である。温度センサ８０は、供給管３２に設けられている。温度センサ８０は、より具体的には、供給管３２の、フローセンサ６０より上流側（利用側熱交換器２０とフローセンサ６０との間）に設置される。温度センサ８０は、供給管３２を流れる温度調整用流体の温度を検出する。

温度センサ８０は、例えば、サーミスタであるが、これに限定されるものではなく、各種センサを利用可能である。

温度センサ８０の検出結果は、後述する制御部９０へと出力される。

（２−１−１４）制御部
制御部９０は、図示しないマイクロコンピュータやメモリ等を主な構成として有する。

制御部９０は、例えば、圧縮機モータ１１ａ、ファン１３ａのモータ（図示せず）、膨張弁１４、およびポンプモータ５１等と電気的に接続されている。制御部９０は、空調機器４３０のユーザが操作するリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりが行われるようになっている。

また、制御部９０は、冷媒回路１０の各部に設けられた図示しないセンサと電気的に接続され、センサから送信される冷媒の状態に関する検出結果（温度や圧力等）を取得する。また、制御部９０は、フローセンサ６０、フロースイッチ７０、および温度センサ８０と電気的に接続され、フローセンサ６０、フロースイッチ７０、および温度センサ８０から送信される温度調整用流体の流量や温度の検出結果を受け付ける。さらに、制御部９０は、流体回路３００の各部に設けられた、その他のセンサ（図示せず）と電気的に接続され、センサから送信される温度調整用流体の状態に関する検出結果（温度等）を取得する。

制御部９０は、マイクロコンピュータがメモリに記憶されたプログラムを実行することで、リモコンから受信した制御信号や、センサの検出結果等に基づき、温度調整用流体供給装置１００の各構成の動作を制御する。

制御部９０は、後述するように、温度センサ８０が検出した温度調整用流体の温度に基づいて、フローセンサ６０の検出結果に基づくポンプ５０の制御と、フロースイッチ７０の検出結果に基づくポンプ５０の制御とを切り換える。

（２−２）空調機器ユニット
空調機器ユニット４００は、屋内の空調対象空間に設置された空調機器４３０と、往き外部配管４１０と、戻り外部配管４２０と、を有する。

なお、図１では、空調機器４３０は１台であるが、これに限定されるものではなく、空調機器４３０は複数台設けられてもよい。複数台の空調機器４３０が設けられる場合、空調機器ユニット４００には、各空調機器４３０への温度調整用流体の供給／非供給を個別に切り換えるための弁等が設けられてもよい。

（２−２−１）往き外部配管
往き外部配管４１０は、空調機器４３０と流体供給部３１とを接続する配管である。往き外部配管４１０は、流体供給部３１において供給管３２と接続される。往き外部配管４１０には、流体供給部３１から、言い換えれば供給管３２から、空調機器４３０へと温度調整用流体が流れる。屋内に設置された空調機器４３０と、屋外に設置された温度調整用流体供給装置１００とを接続する往き外部配管４１０は、その一部が屋外に設置されてもよい。

（２−２−２）戻り外部配管
戻り外部配管４２０は、空調機器４３０と流体戻り部４１とを接続する配管である。戻り外部配管４２０は、流体戻り部４１において戻り管４２と接続される。戻り外部配管４２０には、空調機器４３０から流体戻り部４１へと、言い換えれば空調機器４３０から戻り管４２へと、温度調整用流体が流れる。屋内に設置された空調機器４３０と、屋外に設置された温度調整用流体供給装置１００とを接続する戻り外部配管４２０は、その一部が屋外に設置されてもよい。

（２−２−３）空調機器
空調機器４３０は、流体回路３００を循環する温度調整用流体の放熱器として機能する熱交換器である。空調機器４３０は、温度調整対象の一例である。空調機器４３０の温度調整用流体の入口には、往き外部配管４１０が接続されている。空調機器４３０の温度調整用流体の出口には、戻り外部配管４２０が接続されている。

空調機器４３０は、具体的には、ラジエータや床冷暖房パネル等である。

例えば、空調機器４３０がラジエータの場合、空調機器４３０は室内の壁際等に設けられる。例えば、空調機器４３０が床冷暖房パネルの場合、空調機器４３０は室内の床下等に設けられている。

（３）空調機器による暖房時の温度調整用流体供給装置の動作
空調機器４３０による暖房時の温度調整用流体供給装置１００の動作について説明する。

空調機器４３０による暖房時には、冷媒回路１０において、切換機構１２が熱源側蒸発運転状態（図１の切換機構１２において実線で示された状態）に切り換えられる。

このような状態の冷媒回路１０において、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管１２ｂを通じて圧縮機１１に吸入され、圧縮機１１において冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮され、吐出管１２ａに吐出される。制御部９０は、冷媒回路１０に設けられた、図示しない各種センサによる冷媒の状態に関する検出結果に基づいて、圧縮機１１の容量制御（圧縮機モータ１１ａの回転数の制御）を行う。吐出管１２ａに吐出された高圧の冷媒は、切換機構１２、第２ガス冷媒管１２ｄを通って、利用側熱交換器２０に送られる。利用側熱交換器２０に送られた高圧の冷媒は、利用側熱交換器２０において、ポンプ５０によって流体回路３００を循環する温度調整用流体と熱交換を行い、温度調整用流体に熱を供給（放熱）する。利用側熱交換器２０において温度調整用流体に熱を供給した冷媒は、液冷媒管１５を流れ、膨張弁１４において減圧されて低圧の気液二相状態になり、熱源側熱交換器１３に送られる。膨張弁１４の開度は、冷媒回路１０に設けられた図示しない各種センサによる冷媒の状態に関する検出結果に基づいて、制御部９０により制御される。熱源側熱交換器１３に送られた低圧の冷媒は、熱源側熱交換器１３において、ファン１３ａによって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発する。熱源側熱交換器１３において蒸発した低圧の冷媒は、第１ガス冷媒管１２ｃ、切換機構１２、および吸入管１２ｂを通って、再び、圧縮機１１に吸入される。

流体回路３００では、利用側熱交換器２０における冷媒の放熱によって、流体回路３００を循環する温度調整用流体が加熱される。利用側熱交換器２０において加熱された温度調整用流体は、供給管３２に流入し、ポンプ５０に吸入されて昇圧され、流体供給部３１から往き外部配管４１０に送られる。制御部９０は、流体回路３００に設けられた、各種センサによる温度調整用流体の状態に関する検出結果等に応じて、ポンプ５０の容量制御（ポンプモータ５１の回転数の制御）を行う。利用側熱交換器２０において加熱され、供給管３２を流れる温度調整用流体は、往き外部配管４１０を通って空調機器４３０へと向かう。空調機器４３０に送られた温度調整用流体は、空調機器４３０において放熱し、これにより、室内の壁際や床等を加熱する。空調機器４３０内の配管を通過した温度調整用流体は、戻り外部配管４２０を通って流体戻り部４１に送られ、戻り管４２を流れて利用側熱交換器２０へと戻る。

なお、温度調整用流体供給装置１００は屋外に設置される。また、空調機器ユニット４００の往き外部配管４１０および戻り外部配管４２０の一部は、屋外に設置されてもよい。そのため、空調機器４３０により暖房が行われる低外気温時に、配管内を温度調整用流体が循環していない場合、配管内で温度調整用流体が凍結するおそれがある。

そこで、制御部９０は、空調機器４３０による暖房時には、空調負荷等に関わらず、温度調整用流体の流量の検出結果に基づいて、流体回路３００内を許容最小水量Ｆｍｉｎの温度調整用流体が最低限流れるよう、ポンプ５０の容量制御を行う。

温度調整用流体の流量は、細かな流量変化を検出可能な（温度調整用流体の流量を連続した数値で検出可能な）フローセンサ６０により検出されることが好ましい。しかし、温度調整用流体の温度が低下して粘度が上昇すると、上述したように、フローセンサ６０による流量検出が困難になる。そのため、制御部９０は、例えば、以下に示すように、ポンプ５０の容量制御を行う（図２に示すフローチャート参照）。

制御部９０は、温度センサ８０から、温度調整用流体の温度Ｔを取得する（ステップＳ１）。制御部９０は、例えば、定期的に、温度センサ８０により検出された温度調整用流体の温度Ｔを取得する。

次に、ステップＳ２において、制御部９０は、現在行われているポンプ５０の制御が、後述する第１制御であるか否かを判定する。第１制御が行われている場合にはステップＳ３へ、第１制御が行われていない場合（後述する第２制御が行われている場合）にはステップＳ６へ進む。なお、温度調整用流体供給装置１００の起動時には、制御部９０は、例えば、第１制御を行うよう設定されている。

ステップＳ３では、制御部９０は、温度調整用流体の温度Ｔが、所定の閾値Ｔｔｈ１より高いか判定を行う。所定の閾値Ｔｔｈ１は、温度調整用流体の温度Ｔが閾値Ｔｔｈ１より高い場合、流体回路３００内を流れる許容最小水量Ｆｍｉｎの温度調整用流体を、フローセンサ６０で正しく検出可能な温度である。所定の閾値Ｔｔｈ１は、制御部９０のメモリに予め記憶されている。

ステップＳ３において、温度調整用流体の温度Ｔが閾値Ｔｔｈ１より高いと判定された場合、制御部９０は、第１制御を継続する（ステップＳ４）。第１制御は、フローセンサ６０の検出結果に基づくポンプ５０の制御である。具体的には、第１制御では、制御部９０は、流体回路３００に設けられたセンサによる温度調整用流体の状態に関する検出結果等に応じてポンプ５０の容量制御を行うと共に、フローセンサ６０により検出される温度調整用流体の流量が許容最小水量Ｆｍｉｎを下回ることが無いよう、ポンプ５０の容量制御を行う。

一方、ステップＳ３において、温度調整用流体の温度Ｔが閾値Ｔｔｈ１以下と判定された場合、制御部９０は、第１制御を第２制御に切り換える（ステップＳ５）。第２制御は、フロースイッチ７０の検出結果に基づくポンプ５０の制御である。具体的には、第２制御では、制御部９０は、流体回路３００に設けられたセンサによる温度調整用流体の状態に関する検出結果等に応じてポンプ５０の容量制御を行うと共に、フロースイッチ７０により検出される温度調整用流体の流量が許容最小水量Ｆｍｉｎを下回ることが無いよう、ポンプ５０の容量制御を行う。具体的には、制御部９０は、温度調整用流体の流量が、フロースイッチ７０が作動する（フロースイッチ７０により温度調整用流体が流れていると判定される）所定量Ｆｓｗを下回ることが無いよう、ポンプ５０の容量制御を行う。なお、フロースイッチ７０は、フロースイッチ７０が作動する所定量Ｆｓｗが、許容最小水量Ｆｍｉｎ以上となるよう設計されている。

ステップＳ６では、制御部９０は、温度調整用流体の温度Ｔが、所定の閾値Ｔｔｈ２以上か判定を行う。所定の閾値Ｔｔｈ２は、閾値Ｔｔｈ１以上の（通常は、閾値Ｔｔｈ２より高い）温度である。所定の閾値Ｔｔｈ２は、制御部９０のメモリに予め記憶されている。

ステップＳ６において、温度調整用流体の温度Ｔが閾値Ｔｔｈ２以上と判定された場合、制御部９０は、第２制御を第１制御に切り換える（ステップＳ７）。

一方、ステップＳ６において、温度調整用流体の温度Ｔが閾値Ｔｔｈ２より低いと判定された場合、制御部９０は、第２制御を継続する（ステップＳ８）。

ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８の終了後、処理はステップＳ１へ戻り、上記の処理が繰り返し実行される。

（４）特徴
（４−１）
温度調整用流体供給装置１００は、熱交換器の一例としての利用側熱交換器２０と、供給管３２と、戻り管４２と、ポンプ５０と、第１流量検出手段の一例としてのフローセンサ６０と、第２流量検出手段の一例としてのフロースイッチ７０と、温度検出手段の一例としての温度センサ８０と、制御部９０と、を備える。利用側熱交換器２０は、冷媒から供給される熱を温度調整用流体に伝える。供給管３２には、利用側熱交換器２０から、温度調整対象である空調機器ユニット４００の空調機器４３０へと向かう温度調整用流体が流れる。戻り管４２には、空調機器４３０から戻る温度調整用流体が流れる。ポンプ５０は、供給管３２に設けられる。ポンプ５０は、流量調整可能である。フローセンサ６０は、供給管３２に設けられる。フローセンサ６０は、温度調整用流体の流量を検出する。フロースイッチ７０は、供給管３２に設けられる。フロースイッチ７０は、温度調整用流体の流量を検出する。フロースイッチ７０は、検出可能な流量変化がフローセンサ６０よりも粗く、温度調整用流体の粘度変化による検出精度への影響がフローセンサ６０よりも小さい。温度センサ８０は、温度調整用流体の温度を検出する。制御部９０は、温度センサ８０が検出した温度調整用流体の温度に基づいて、フローセンサ６０の検出結果に基づくポンプ５０の制御と、フロースイッチ７０の検出結果に基づくポンプ５０の制御とを切り換える。

ここでは、温度調整用流体の温度に基づいて、ポンプ５０の制御が、粘度変化による検出精度への影響が比較的小さいフロースイッチ７０の検出結果に基づく制御に切り換えられる。そのため、流体温度低下時であっても、適切にポンプ５０を制御して配管内での温度調整用流体の凍結を防止することが可能である。また、ここでは、温度調整用流体の温度に基づいて、ポンプ５０の制御が、検出可能な流量変化が比較的細かいフローセンサ６０の検出結果に基づく制御に切り換えられる。そのため、温度調整用流体の温度が比較的高く、粘度が比較的低い場合には、温度調整用流体の流量を細かく制御して、効率よく装置を運転することが可能である。

（４−２）
温度調整用流体供給装置１００では、フローセンサ６０およびフロースイッチ７０は、供給管３２に設けられる。

温度調整用流体の温度が比較的高い供給管３２にフローセンサ６０およびフロースイッチ７０が設けられるため、流量の検出位置において流体が高粘度になりにくい。そのため、戻り管４２にフローセンサ６０およびフロースイッチ７０を設ける場合に比べ、温度調整用流体の粘度が流量の検出に与える影響を抑制することができる。

（４−３）
温度調整用流体供給装置１００では、温度センサ８０は、供給管３２を流れる温度調整用流体の温度を検出する。

温度センサ８０が、フローセンサ６０およびフロースイッチ７０が設けられた供給管３２を流れる温度調整用流体の温度を検出する。そのため、フローセンサ６０の検出結果に基づくポンプ５０の制御と、フロースイッチ７０の検出結果に基づくポンプ５０の制御とを、適切に切り換えることが容易である。

（４−４）
温度調整用流体供給装置１００では、フローセンサ６０は、温度調整用流体の流量の検出結果をアナログ出力する。フロースイッチ７０は、温度調整用流体の流量の検出結果を二値出力する。

そのため、フローセンサ６０により温度調整用流体の流量を細かく検出可能で、フロースイッチ７０でも流量が所定量以上であるかを検出することができる。

（４−５）
温度調整用流体供給装置１００は、屋外に設置される。そのため、低外気温時に温度調整用流体の温度が低温となりやすい。

しかし、温度調整用流体の温度に基づいて、フローセンサ６０の検出結果に基づくポンプ５０の制御と、フロースイッチ７０の検出結果に基づくポンプ５０の制御とが切り換えられるため、適切にポンプ５０を制御して配管内での温度調整用流体の凍結を防止することができる。

（５）変形例
以下に、上記実施形態の変形例を示す。なお、変形例は、互いに矛盾のない範囲で適宜組み合わされてもよい。

（５−１）変形例Ａ
上記実施形態では、温度調整用流体供給装置１００は、冷凍サイクルを構成する圧縮機１１、切換機構１２、熱源側熱交換器１３、および膨張弁１４を有するが、これに限定されるものではない。例えば、温度調整用流体供給装置１００は、冷凍サイクルを構成する圧縮機、切換機構、熱源側熱交換器、および膨張弁を有する別ユニットから利用側熱交換器２０に冷媒の供給を受け、利用側熱交換器２０を通過して出てくる冷媒を別ユニットへ戻すよう構成されてもよい。

（５−２）変形例Ｂ
上記実施形態では、温度調整用流体の流量の検出結果を二値出力するフロースイッチ７０が第２流量検出手段として用いられるが、これに限定されるものではない。例えば、第２流量検出手段は、温度調整用流体の粘度変化による検出精度への影響がフローセンサ６０よりも小さい、温度調整用流体の流量の検出結果をアナログ出力するセンサであってもよい。

（５−３）変形例Ｃ
上記実施形態では、フローセンサ６０およびフロースイッチ７０は、いずれも供給管３２に設けられているが、これに限定されるものではない。フローセンサ６０およびフロースイッチ７０の一方又は両方は、戻り管４２に設けられてもよい。ただし、温度調整用流体の粘度変化による検出精度への影響を抑制するためには、温度調整用流体の温度が戻り管４２よりも高く維持されやすい場所に、フローセンサ６０およびフロースイッチ７０が設けられることが好ましい。

また、フローセンサ６０、フロースイッチ７０、およびポンプ５０の位置関係は、図１に示すもの（温度調整用流体の流れ方向における上流側から、フローセンサ６０、ポンプ５０、フロースイッチ７０の順）に限定されるものではない。

例えば、フロースイッチ７０は、ポンプ５０より上流側に配置されてもよく、更にフローセンサ６０よりも上流側に配置されてもよい。

また、フローセンサ６０は、ポンプ５０より下流側に配置されてもよい。ただし、フローセンサ６０として渦流量計が用いられる場合等、ポンプ５０の下流側に、ポンプ５０と近接してフローセンサ６０が配置されると、フローセンサ６０の検出精度に影響が出る可能性がある場合には、フローセンサ６０はポンプ５０より上流側に配置されることが好ましい。

（５−４）変形例Ｄ
上記実施形態では、温度センサ８０は、供給管３２に設置されるが、これに限定されるものではなく、例えば戻り管４２に設置されてもよい。ただし、フローセンサ６０およびフロースイッチ７０により流量が検出される温度調整用流体の状態を把握し、ポンプ５０を適切に制御するためには、温度センサ８０は、フローセンサ６０およびフロースイッチ７０が設置されるのと同じ供給管３２に設けられることが好ましい。

なお、温度センサ８０は、フローセンサ６０と利用側熱交換器２０との間に設置される必要はなく、供給管３２の他の場所（例えば、フロースイッチ７０の下流側等）に設置されてもよい。

（５−５）変形例Ｅ
上記実施形態では、フローセンサ６０の検出結果に基づいてポンプ５０の制御を行うか、フロースイッチ７０の検出結果に基づいてポンプ５０の制御を行うかの判定に用いられる閾値Ｔｔｈ１，Ｔｔｈ２が、制御部９０のメモリに予め記憶されているが、これに限定されるものではない。

例えば、閾値Ｔｔｈ１，Ｔｔｈ２は、図示しない入力部を介して制御部９０のメモリに書き込まれてもよい。また、例えば、制御部９０のメモリには、温度調整用流体の種類別に複数の閾値が記憶され、温度調整用流体の種類に応じた（例えば図示しない入力部を介して入力された温度調整用流体の種類に応じた）閾値が用いられるように構成されてもよい。

（５−６）変形例Ｆ
上記実施形態では、温度調整用流体供給装置１００は、屋外に設置されるが、これに限定されるものではない。温度調整用流体供給装置１００は屋内に設置されてもよい。このような場合であっても、例えば、往き外部配管４１０や戻り外部配管４２０の一部が屋外に設置され、温度調整用流体が低温になりやすい場合等に、上記のような構成とすることで、配管内での空調量流体の凍結を防止することが容易である。

（５−７）変形例Ｇ
上記実施形態では、温度調整用流体が、温度調整対象である空調機器４３０へ向かって供給管３２を流れ、空調機器４３０において温度調整用流体の熱を利用して温度調整が行われる（空調機器４３０において温度調整用流体と熱交換する空気の温度調整が行われる）。しかし、温度調整用流体供給装置１００の流体回路３００を流れる温度調整用流体の熱は、空調用途以外の温度調整に利用されるものであってもよい。例えば、温度調整用流体は、各種製造工場において、製造工程の温度調整や、製造装置の冷却等を目的として、供給管３２を通り温度調整対象の製造工程や製造装置に送られるものであってもよい。

（５−８）変形例Ｈ
上記実施形態では、利用側熱交換器２０において加熱された温度調整用流体が温度調整対象へと流れる場合を例に、フローセンサ６０の検出結果に基づくポンプ５０の制御と、フロースイッチ７０の検出結果に基づくポンプ５０の制御との切り換えを説明したが、これに限定されるものではない。利用側熱交換器２０において冷却された温度調整用流体が温度調整対象へと流れる場合に、温度センサ８０が検出した温度調整用流体の温度に基づいて、フローセンサ６０の検出結果に基づくポンプ５０の制御と、フロースイッチ７０の検出結果に基づくポンプ５０の制御との切り換えが行われてもよい。

（５−９）変形例Ｉ
上記実施形態では、流体回路３００内を許容最小水量Ｆｍｉｎの温度調整用流体を流すために、フローセンサ６０の検出結果に基づくポンプ５０の制御と、フロースイッチ７０の検出結果に基づくポンプ５０の制御とが用いられているがこれに限定されるものではない。フローセンサ６０の検出結果に基づくポンプ５０の制御、および、フロースイッチ７０の検出結果に基づくポンプ５０の制御は、流体回路３００内を流れる温度調整用流体の量に応じてポンプ５０が制御される場合に広く適用できる。

本発明は、流量調整可能なポンプを用いて、冷媒から供給される熱を温度調整用の流体へと伝える熱交換器と、流体の熱を利用する温度調整対象との間で流体を循環させる温度調整用流体供給装置に広く適用でき有用である。

２０ 利用側熱交換器（熱交換器）
３２ 供給管
４２ 戻り管
５０ ポンプ
６０ フローセンサ（第１流量検出手段）
７０ フロースイッチ（第２流量検出手段）
８０ 温度センサ（温度検出手段）
９０ 制御部
１００ 温度調整用流体供給装置

特開２０１０−１４４９６３号公報

Claims (5)

1. 冷媒から供給される熱を温度調整用の流体に伝える熱交換器（２０）と、
   前記熱交換器から、温度調整対象へと向かう前記流体が流れる供給管（３２）と、
   前記温度調整対象から戻る前記流体が流れる戻り管（４２）と、
   前記供給管又は前記戻り管に設けられる、流量調整可能なポンプ（５０）と、
   前記供給管又は前記戻り管に設けられ、前記流体の流量を検出する第１流量検出手段（６０）と、
   前記供給管又は前記戻り管に設けられ、検出可能な流量変化が前記第１流量検出手段よりも粗く、前記流体の粘度変化による検出精度への影響が前記第１流量検出手段よりも小さい、前記流体の流量を検出する第２流量検出手段（７０）と、
   前記流体の温度を検出する温度検出手段（８０）と、
   前記温度検出手段が検出した前記流体の温度に基づいて、前記第１流量検出手段の検出結果に基づく前記ポンプの制御と、前記第２流量検出手段の検出結果に基づく前記ポンプの制御とを切り換える制御部（９０）と、
   を備える、温度調整用流体供給装置（１００）。
2. 前記第１流量検出手段および前記第２流量検出手段は、前記供給管に設けられる、
   請求項１に記載の温度調整用流体供給装置。
3. 前記温度検出手段は、前記供給管を流れる前記流体の温度を検出する、
   請求項２に記載の温度調整用流体供給装置。
4. 前記第１流量検出手段は、前記流体の流量の検出結果をアナログ出力し、
   前記第２流量検出手段は、前記流体の流量の検出結果を二値出力する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の温度調整用流体供給装置。
5. 屋外に設置される、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の温度調整用流体供給装置。

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