KR20160146968A

KR20160146968A - 히트 펌프식 칠러

Info

Publication number: KR20160146968A
Application number: KR1020167032898A
Authority: KR
Inventors: 마사야 호리베; 코타로 미나미모토; 히로타카 나카무라
Original assignee: 얀마 가부시키가이샤
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2016-12-21
Also published as: EP3163218A4; AU2015282158B2; EP3163218B8; KR101902675B1; JP2016008771A; JP6318021B2; CN106471319B; AU2015282158A1; EP3163218B1; WO2015198750A1; EP3163218A1; CN106471319A

Abstract

히트 펌프식 칠러(100)는 압축기(10), 냉매-공기 열교환기(20), 팽창 밸브(40), 및 냉매-순환액 열교환기(50)를 구비하고 있으며, 냉매와 순환액의 열교환에 의해서 순환액을 냉각한다. 냉매-순환액 열교환기(50)의 순환액 입구부, 순환액 출구부, 및 표면부에는 각각 온도 센서(TWR, TWL, TWS)가 설치되고, 압축기(10)의 냉매 흡입 경로에는 압력 센서(PL)가 설치되어 있다. 3개의 온도 센서(TWR, TWL, TWS)에 의한 검지 온도, 또는 압력 센서(PL)에 의한 검지 압력으로부터 환산되는 냉매 증발 온도 중 어느 하나의 온도가 소정 온도 이하인 것을 검지한 경우에는, 압축기(10)를 정지시킴과 아울러 순환액을 순환시키기 위한 순환 펌프(300)를 동작시킨다.

Description

히트 펌프식 칠러{HEAT PUMP TYPE CHILLER}

본 발명은 냉동 사이클을 순환하는 냉매와의 열교환에 의해서 피냉각액의 냉각을 행하는 히트 펌프식 칠러에 관한 것이다.

종래의 히트 펌프식 칠러로서, 특허문헌 1은 냉동기를 이용한 칠러의 동결 방지를 위해서 도 9에 나타내는 구성을 개시하고 있다. 특허문헌 1의 칠러는 압축기(501), 응축기(502), 팽창 밸브(503), 및 증발기(504)에 의해 냉동 사이클을 실행하고, 그 사이클을 순환하는 냉매와의 열교환에 의해서 피냉각액의 냉각을 행하고 있다.

특허문헌 1의 칠러에서는 팽창 밸브(503)의 1차측에 액전자 밸브(505)를 형성하고, 기동시에는 액전자 밸브(505)의 1차측의 온도를 제 1 온도 센서(506)에서 감시하고 있다. 그리고, 제 1 온도 센서(506)에서의 검출 온도가 제 1 설정값 이하인 경우에는 액전자 밸브(505)를 닫은 채로 바이패스 밸브(507)를 열어서 압축기(501)로부터 토출되는 냉매를 팽창 밸브(503)의 2차측으로 바이패스한다. 이와 같이 냉매를 바이패스함으로써 냉매는 냉동 사이클을 순환하지 않고, 증발기(열교환기)(504)에 있어서의 냉수 탱크(510)로부터의 순환수(피냉각액)의 동결을 방지할 수 있다.

일본 특허 공보 「특허 제5098472호 공보」

그러나, 상기 특허문헌 1의 구성에서는 액전자 밸브(505)의 1차측의 온도는 정상 운전에 도달하면 온도가 상승하기 때문에 상기 기술을 운전 중의 동결 방지에 유용하는 것은 곤란하다.

본 발명은 기동부터 운전 중도 포함해서 피냉각액의 동결 방지를 도모할 수 있는 히트 펌프식 칠러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 히트 펌프식 칠러는 냉매를 흡입·토출하는 압축기, 냉매-공기 열교환기, 팽창 밸브, 및 순환액과 냉매가 열교환하는 냉매-순환액 열교환기를 구비하고, 상기 순환액의 흐름 경로에 순환 펌프를 설치한 히트 펌프식 칠러로서, 상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 입구부, 순환액 출구부 및 표면부에 각각 온도 센서를 설치하고, 상기 압축기의 냉매 흡입 경로에 압력 센서를 설치하고, 상기 3개의 온도 센서에 의한 검지 온도, 또는 상기 압력 센서에 의한 검지 압력으로부터 환산되는 냉매 증발 온도 중 어느 하나의 온도가 소정 온도 이하인 것을 검지한 경우에, 상기 압축기를 정지시킴과 아울러 상기 순환 펌프를 동작시키는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성에 의하면, 순환액의 온도에 상당하는 온도를 감시함으로써 칠러의 운전 기간 전반에 걸쳐서 순환액의 동결을 방지할 수 있다.

또한, 상기 히트 펌프식 칠러에 있어서는 상기 3개의 온도 센서 및 상기 압력 센서의 검지 신호를 복수의 컨트롤러가 분산하여 수신하는 구성으로 할 수 있다.

상기 구성에 의하면, 센서 신호의 수신 컨트롤러를 분산함으로써 컨트롤러 이상에 대한 리스크 저감이 도모된다.

또한, 상기 히트 펌프식 칠러에 있어서는 상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 입구부의 온도 센서, 및 상기 압축기의 냉매 흡입 경로의 압력 센서의 신호를 제 1 컨트롤러가 수신하고, 상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 출구부, 및 표면부의 온도 센서의 신호를 제 2 컨트롤러가 수신하고, 상기 제 1 컨트롤러는 수신한 신호 자체의 이상을 검지하는 기능을 갖고, 해당 칠러의 기동시에는 상기 압축기의 구동 전에 상기 순환 펌프를 동작시키고, 상기 순환 펌프의 동작 후이고 압축기의 구동 개시 전에 상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 입구부의 온도 센서에 의한 검지 온도와 순환액 출구부의 온도 센서에 의한 검지 온도의 온도차의 절대값이 제 1 소정값 이상, 또는 상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 입구부의 온도 센서에 의한 검지 온도와 표면부의 온도 센서에 의한 검지 온도의 온도차의 절대값이 제 1 소정값보다 큰 제 2 소정값 이상인 것을 검지한 경우에는, 상기 압축기의 구동을 중지하는 구성으로 할 수 있다.

상기 구성에 의하면, 압축기의 구동 전에 온도 센서의 이상 유무를 확인할 수 있어 동결 방지 검지의 신뢰성이 향상된다.

또한, 상기 히트 펌프식 칠러에 있어서는 상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 입구부의 온도 센서, 및 상기 압축기의 냉매 흡입 경로의 압력 센서의 신호를 제 1 컨트롤러가 수신하고, 상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 출구부, 및 표면부의 온도 센서의 신호를 제 2 컨트롤러가 수신하고, 상기 제 1 컨트롤러에 의해서 개폐되는 접속 릴레이로서 상기 순환 펌프와 전원의 사이에 설치되는 제 1 접속 릴레이와, 상기 제 2 컨트롤러에 의해서 개폐되는 접속 릴레이로서, 상기 순환 펌프와 전원의 사이에 설치되는 제 2 접속 릴레이를 병렬로 설치한 구성으로 할 수 있다.

상기 구성에 의하면, 제 1 컨트롤러 및 제 2 컨트롤러 중 어느 컨트롤러로부터나 순환 펌프에 급전이 가능해지므로, 컨트롤러 이상에 대한 순환 펌프의 동작 안전성이 향상된다.

(발명의 효과)

본 발명의 히트 펌프식 칠러는 냉매-순환액 열교환기의 순환액 입구부, 순환액 출구부 및 표면부에 각각 온도 센서를 설치하고, 상기 압축기의 냉매 흡입 경로에 압력 센서를 설치하고, 상기 3개의 온도 센서에 의한 검지 온도, 또는 상기 압력 센서에 의한 검지 압력으로부터 환산되는 냉매 증발 온도 중 어느 하나의 온도가 소정 온도 이하인 것을 검지한 경우에, 상기 압축기를 정지시킴과 아울러 상기 순환 펌프를 동작시킨다.

이것에 의해, 순환액의 온도에 상당하는 온도를 감시하고, 이들 온도에 의거해서 순환액의 동결 방지 제어를 행함으로써 칠러의 운전 기간 전반에 걸쳐서 순환액의 동결을 방지할 수 있다고 한 효과를 갖는다.

도 1은 본 실시형태에 의한 히트 펌프식 칠러의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 실시형태에 의한 히트 펌프식 칠러에 있어서의 순환액의 동결 방지 제어를 행하는 제어계를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 제어계에 있어서, 정상시에 있어서의 동결 방지 제어를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 2에 나타내는 제어계에 있어서, 메인 CPU의 이상시에 있어서의 동결 방지 제어를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 2에 나타내는 제어계에 있어서, 메인 CPU에 대한 센서 입력 이상시에 있어서의 동결 방지 제어를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 2에 나타내는 제어계에 있어서, 서브 CPU의 이상시에 있어서의 동결 방지 제어의 제어 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 2에 나타내는 제어계에 있어서, 서브 CPU에 대한 센서 입력 이상시에 있어서의 동결 방지 제어를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 실시형태에 의한 히트 펌프식 칠러에 있어서의 센서 이상 검지 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 9는 종래의 히트 펌프식 칠러의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 본 발명에 의한 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 의한 히트 펌프식 칠러(이하, 단지 칠러라고 칭한다)(100)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 칠러(100)는 대략적으로 냉매를 유통시키는 냉매 회로(110)와 순환액을 유통시키는 순환액 회로(200)를 구비하고 있다. 또한, 제어 장치(140)는 칠러(100) 전체의 동작을 제어한다.

냉매 회로(110)는 압축기(10), 냉매-공기 열교환기(20), 팽창 밸브(40), 및 냉매-순환액 열교환기(50)를 구비하여 구성되어 있다. 칠러(100)는 냉매를 압축기(10), 냉매-공기 열교환기(20), 팽창 밸브(40), 냉매-순환액 열교환기(50)의 순서대로 순환시킴으로써 냉동 사이클을 실행하고 있다. 그리고, 칠러(100)는 냉매-순환액 열교환기(50)에서의 열교환(순환액과 냉매 사이에서 열교환)에 의해서 순환액의 냉각을 행한다(냉각 운전).

냉매 회로(110)에 있어서, 압축기(10)는 흡입한 냉매를 압축하여 토출한다. 냉매-공기 열교환기(20)는 냉매와 공기(구체적으로는 외기)와의 사이에서 열교환시킨다. 팽창 밸브(40)는 압축기(10)에서 압축된 냉매를 팽창시킨다. 냉매-순환액 열교환기(50)는 순환액과 냉매의 사이에서 열교환시킨다. 압축기(10)는 복수대의 압축기를 병렬로 접촉한 것이어도 좋고, 마찬가지로 냉매-공기 열교환기(20)는 복수대의 냉매-공기 열교환기를 병렬로 접속한 것이어도 좋다.

팽창 밸브(40)는 제어 장치(140)로부터의 지시 신호에 의해 개방도를 조정할 수 있도록 되어 있다. 이것에 의해, 팽창 밸브(40)는 냉매 회로(110)에 있어서의 냉매의 순환량을 조정할 수 있다. 상세하게는, 팽창 밸브(40)는 폐색 가능한 복수의 팽창 밸브를 병렬로 접속한 것으로 되어 있다. 이렇게 함으로써, 팽창 밸브(40)는 개방하는 팽창 밸브를 장착해서 냉매 회로(110)에 있어서의 냉매의 순환량을 조정할 수 있다.

도 1에 나타내는 칠러(100)에 있어서, 냉매-공기 열교환기용 팬(30)은 냉매-공기 열교환기(20)에서의 열교환을 효율적으로 행하기 위해서 설치되어 있다. 엔진(60)은 압축기(10)를 구동하는 구동원으로서 설치되어 있다. 단, 본 발명에 있어서 압축기(10)를 구동하는 구동원은 엔진에 한정되는 것은 아니고, 다른 구동원(예를 들면, 모터)을 이용해도 좋다.

본 실시형태에 의한 칠러(100)는 냉각 운전 이외에 가열 운전을 실행할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 칠러(100)는 압축기(10)의 냉매 토출측에 사방 밸브(111)를 구비함과 아울러 브릿지 회로(112)를 구비하고 있다.

사방 밸브(111)는 제어 장치(140)로부터의 지시 신호에 의해 냉각 운전시와 가열 운전시에서 냉매의 흐름 방향을 스위칭한다. 즉, 냉각 운전시에는 유입구(도 1 중의 하측)와 일방의 접속구(도 1 중의 좌측)를 접속하고, 또한 타방의 접속구(도 1 중의 우측)와 유출구(도 1 중의 상측)를 접속한다(도 1에 나타내는 실선 경로). 또한, 가열 운전시에는 유입구(도 1 중의 하측)와 타방의 접속구(도 1 중의 우측)를 접속하고, 또한 일방의 접속구(도 1 중의 좌측)와 유출구(도 1 중의 상측)를 접속한다(도 1에 나타내는 파선 경로).

브릿지 회로(112)는 냉각 운전시와 가열 운전시에서 냉매의 흐름 방향이 자동적으로 스위칭되는 것이다. 브릿지 회로(112)는 4개의 체크 밸브(제 1 체크 밸브 (112a), 제 2 체크 밸브(112b), 제 3 체크 밸브(112c), 및 제 4 체크 밸브(112d))를 구비하고 있다. 제 1 체크 밸브(112a) 및 제 2 체크 밸브(112b)는 냉매가 흐르는 방향이 같게 되도록 직렬로 접속되어 제 1 체크 밸브열을 구성하고 있다. 제 3 체크 밸브(112c) 및 제 4 체크 밸브(112d)는 냉매가 흐르는 방향이 같게 되도록 직렬로 접속되어 제 2 체크 밸브열을 구성하고 있다. 그리고, 제 1 체크 밸브열 및 제 2 체크 밸브열은 냉매가 흐르는 방향이 같게 되도록 병렬로 접속되어 있다.

브릿지 회로(112)에 있어서는 제 1 체크 밸브(112a)와 제 2 체크 밸브(112b)의 사이의 접속점이 제 1 중간 접속점(P1)으로 되고, 제 1 체크 밸브(112a)와 제 3 체크 밸브(112c)의 사이의 접속점이 유출 접속점(P2)으로 되고, 제 3 체크 밸브(112c)와 제 4 체크 밸브(112d)의 사이의 접속점이 제 2 중간 접속점(P3)으로 되고, 제 2 체크 밸브(112b)와 제 4 체크 밸브(112d)의 사이의 접속점이 유입 접속점 (P4)으로 되어 있다.

칠러(100)의 냉각 운전시에는 냉매의 흐름 경로는 압축기(10), 사방 밸브(111), 냉매-공기 열교환기(20), 브릿지 회로(112)(P1로부터 P2), 팽창 밸브(40), 브릿지 회로(112)(P4로부터 P3), 냉매-순환액 열교환기(50), 사방 밸브(111), 압축기(10)로 되어 냉동 사이클을 실행한다. 또한, 칠러(100)의 가열 운전시에는 냉매의 흐름 경로는 압축기(10), 사방 밸브(111), 냉매-순환액 열교환기(50), 브릿지 회로(112)(P3으로부터 P2), 팽창 밸브(40), 브릿지 회로(112)(P4로부터 P1), 냉매-공기 열교환기(20), 사방 밸브(111), 압축기(10)로 되어 가열 사이클을 실행한다.

본 실시형태에서는 칠러(100)는 오일 세퍼레이터(81), 어큐뮬레이터(82), 및 리시버(83)를 더 구비하고 있다. 오일 세퍼레이터(81)는 냉매에 함유하는 압축기(10)의 윤활유를 분리하고, 또한 분리된 윤활유를 압축기(10)로 되돌린다. 어큐뮬레이터(82)는 증발기로서 작용하는 냉매-순환액 열교환기(50) 또는 증발기로서 작용하는 냉매-공기 열교환기(20)에서 완전히 증발되지 않았던 냉매액을 분리한다. 리시버(83)는 브릿지 회로(112)로부터의 고압액 냉매를 일시적으로 축적한다.

본 실시형태에 의한 칠러(100)는 사방 밸브(111)와 브릿지 회로(112)를 구비함으로써 냉각 운전과 가열 운전을 스위칭 가능한 구성으로 되어 있지만, 본 발명은 냉각 운전시의 동작에 특징을 갖는 것이다. 이 때문에, 본 발명은 냉각 운전만을 실시 가능한 칠러에 대해서도 적용 가능하다.

계속해서, 순환액 회로(200)에 대해서 설명한다. 순환액 회로(200)를 흐르는 순환액은 냉각 운전시에는 냉매-순환액 열교환기(50)에 있어서의 열교환에 의해서 냉각되는 피냉각액으로 된다. 또한, 가열 운전시에는 냉매-순환액 열교환기(50)에 있어서의 열교환에 의해서 가열되는 피가열액으로 된다. 상기 순환액은, 예를 들면 건물의 공조 시스템에서 이용되는 냉수나 온수로서 사용된다. 상기 순환액에는, 예를 들면 물이 사용되지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 물에 부동제 등을 혼입한 용액이어도 좋다.

순환액 회로(200)는 유입관(211)과 유출관(212)과 순환 펌프(300)를 구비해서 구성되어 있다. 순환액은 유입관(211)을 통해서 냉매-순환액 열교환기(50)에 도입되어 냉매-순환액 열교환기(50)에 있어서 온도를 조절한다. 온도 조절된 순환액은 유출관(212)을 통해서 칠러(100)로부터 배출된다. 또한, 칠러(100)에 포함되는 순환액 회로(200)는, 기본적으로는 순환액이 흐르는 폐회로의 일부를 형성하는 것이다. 즉, 본 실시형태에 의한 칠러(100)를 건물의 공조 시스템에 이용하는 경우에는 공조 시스템측의 순환액 회로와 칠러(100)측의 순환액 회로(200)가 접속되어 폐회로를 이루고, 이 폐회로 내를 순환액이 흐른다. 순환 펌프(300)는 상기 폐회로 내에서 순환액을 순환시키기 위한 펌프이다. 도 1에 나타내는 구성에서는 순환 펌프(300)는 유출관(212)에 설치되어 있지만, 유입관(211)에 설치되어 있어도 좋다.

본 실시형태에 의한 칠러(100)는 냉각 운전시에 있어서의 순환액의 동결 방지를 도모하기 위해서 유입 순환액 온도 센서(TWR), 유출 순환액 온도 센서(TWL), 열교환기 표면 온도 센서(TWS), 및 압력 센서(PL)를 구비하고 있다.

유입 순환액 온도 센서(TWR)는 유입관(211)에 설치되어 있으며, 냉매-순환액 열교환기(50)에 유입되는 순환액(구체적으로는, 유입관(211) 내의 순환액)의 온도를 검출한다. 유출 순환액 온도 센서(TWL)는 유출관(212)에 설치되어 있으며, 냉매-순환액 열교환기(50)로부터 유출되는 순환액(구체적으로는, 유출관(212) 내의 순환액)의 온도를 검출한다. 열교환기 표면 온도 센서(TWS)는 냉매-순환액 열교환기(50)의 표면에 설치되어, 그 표면 온도를 검출한다. 압력 센서(PL)는 압축기(10)의 냉매 흡입 경로에 설치되고, 냉매-순환액 열교환기(50)로부터 유출되는 냉매의 압력을 검출한다. 또한, 압력 센서(PL)에 의해서 검출되는 압력으로부터는 냉매-순환액 열교환기(50)로부터 유출되는 냉매의 냉매 증발 온도가 구해진다.

제어 장치(140)는 냉각 운전시에 있어서의 순환액의 동결 방지를 도모하기 위해서, 각종 센서로부터의 검지 신호에 의거해서 이하의 제어를 행한다. 구체적으로는, 유입 순환액 온도 센서(TWR), 유출 순환액 온도 센서(TWL), 및 열교환기 표면 온도 센서(TWS) 중 어느 하나에 의한 검지 온도, 또는 압력 센서(PL)의 검지 압력으로부터 환산되는 냉매 증발 온도가 소정 온도(예를 들면, 2℃) 이하인 것을 검지한 경우에, 압축기(10)를 정지함과 아울러 순환 펌프(300)를 동작시킨다.

즉, 상기 4개의 온도 중 어느 하나라도 소정 온도(예를 들면, 2℃) 이하인 것을 검지한 경우에는, 그대로 냉각 운전을 계속 실행하면 순환액의 동결의 우려가 있다고 판단되어 이것을 방지하기 위한 제어가 실행된다. 구체적으로는, 압축기(10)를 정지함으로써 냉매 회로(110)의 냉동 사이클을 정지시키고, 또한 순환 펌프(300)를 동작시킴으로써 순환액 회로(200) 내의 순환액을 동결시키기 어렵게 한다. 또한, 상기 동작은 상기 4개의 온도 모두가 소정 온도 이상으로 될 때까지 계속되는 것으로 한다. 이와 같이, 본 실시형태에 의한 칠러(100)에서는 순환액의 온도에 상당하는 온도를 항상 감시함으로써 칠러의 운전 기간 전반에 걸쳐서 동결을 방지할 수 있다.

본 실시형태에 의한 칠러(100)에 있어서, 제어 장치(140)는 복수의 컨트롤러에 의해서 형성되고, 상기 3개의 온도 센서 및 상기 압력 센서의 검지 신호를 복수의 컨트롤러에 의해 분산하여 수신하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 센서 신호의 수신 컨트롤러를 분산함으로써 컨트롤러 이상에 대한 리스크 저감을 도모할 수 있다. 수신 컨트롤러를 분산하는 구성에 대해서 이하에 상세하게 설명한다.

제어 장치(140)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 메인 보드(141)와 서브 보드(142)에 의해서 구성되어 있으며, 메인 보드(141)에는 메인 CPU(제 1 컨트롤러)(143)가 탑재되고, 서브 보드(142)에는 서브 CPU(제 2 컨트롤러)(144)가 탑재되어 있다. 메인 CPU(143)와 서브 CPU(144)는 통신 라인(145)을 통해서 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.

도 2의 예에서는 메인 CPU(143)에 유출 순환액 온도 센서(TWL)의 검지 신호와 압력 센서(PL)의 검지 신호가 입력되고, 서브 CPU(144)에 유입 순환액 온도 센서(TWR)의 검지 신호와 열교환기 표면 온도 센서(TWS)의 검지 신호가 입력되는 것으로 한다.

또한, 메인 CPU(143)는 파워 보드(146)에 있어서의 접속 릴레이(RY1)(제 1 접속 릴레이)를 제어하여 모터(301)에 동력을 공급하는 것이 가능하다. 서브 CPU(144)는 접속 릴레이(RY2)(제 2 접속 릴레이) 및 접속 릴레이(RY(MC))(제 2 접속 릴레이)를 제어하여 모터(301)에 동력을 공급하는 것이 가능하다. 모터(301)는 순환 펌프(300)를 구동하기 위한 모터이며, 모터(301)에 동력을 공급함으로써 순환 펌프(300)가 동작한다. 즉, 메인 CPU(143)에 의해서 개폐되는 제 1 접속 릴레이(접속 릴레이(RY1))와 서브 CPU(144)에 의해서 개폐되는 제 2 접속 릴레이(접속 릴레이(RY2) 및 접속 릴레이(RY(MC)))가 병렬로 설치되어 있으며, 모터(301)에 대해서는 메인 CPU(143) 및 서브 CPU(144) 중 어느 컨트롤러로부터나 순환 펌프에 급전이 가능해진다. 이것에 의해, 컨트롤러 이상에 대한 순환 펌프(300)의 동작 안전성이 향상된다.

우선, 정상시에 있어서의 동결 방지 제어의 제어 동작을 도 3을 참조하여 설명한다. 정상시에 있어서는 메인 CPU(143) 및 서브 CPU(144) 양쪽이 정상적으로 동작하고 있으며, 또한 유입 순환액 온도 센서(TWR), 유출 순환액 온도 센서(TWL), 열교환기 표면 온도 센서(TWS), 및 압력 센서(PL) 모두로부터 정상적인 검지 신호가 입력된다.

이 경우, 상술한 동결 방지 제어는 메인 CPU(143)에 의해서 행해진다. 메인 CPU(143)에는 유출 순환액 온도 센서(TWL) 및 압력 센서(PL)로부터의 검지 신호가 직접 입력됨과 아울러, 유입 순환액 온도 센서(TWR) 및 열교환기 표면 온도 센서(TWS)로부터의 검지 신호가 서브 CPU(144)를 통해서 입력된다. 메인 CPU(143)는 이들 4개의 신호로부터 검출되는 온도를 감시하고, 그 중 어느 하나가 소정 온도(예를 들면, 2℃) 이하로 되었을 경우에 상술한 동결 방지 제어를 행한다.

구체적으로는, 메인 CPU(143)는 접속 릴레이(RY1)를 제어하여 모터(301)에 동력을 공급하여 순환 펌프(300)를 동작시킨다. 또한, 메인 CPU(143)는 가스 밸브(GV)를 닫는 제어를 행한다. 본 예에서는, 가스 밸브(GV)는 엔진(60)으로의 연료 공급을 조정하는 밸브이며, 이것을 닫음으로써 엔진(60)이 정지하여 압축기(10)가 정지한다. 또한, 가스 밸브(GV)를 닫는 것은 압축기(10)를 정지시키기 위한 제어의 일례로서, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 압축기(10)의 구동원이 엔진이며, 엔진이 완전히 구동 개시하기 전에 압축기(10)를 정지시키는 경우에는 엔진의 스타터로의 전원을 정지하는 제어여도 좋다. 또는, 압축기(10)의 구동원이 모터인 경우에는 그 모터로의 급전을 정지하는 제어여도 좋다.

이어서, 메인 CPU(143)의 이상시에 있어서의 동결 방지 제어의 제어 동작을도 4를 참조하여 설명한다. 메인 CPU(143)의 이상시에 있어서는 메인 CPU(143)에 입력되는 유출 순환액 온도 센서(TWL) 및 압력 센서(PL)로부터의 검지 신호를 검출 할 수 없다. 이 경우, 나머지 검지 신호에만 의거해서 동결 방지 제어를 행하면, 불완전한 제어 때문에 순환액의 동결이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 메인 CPU(143)의 이상시에는 각 센서의 검지 결과에 관계없이 서브 CPU(144)가 동결 방지 제어를 행한다.

이 경우, 서브 CPU(144)는 메인 CPU(143)와의 통신 에러에 의해서 메인 CPU(143)의 이상을 검출한다. 그리고, 서브 CPU(144)는 메인 CPU(143)의 이상을 검출하면 접속 릴레이(RY2) 및 접속 릴레이(RY(MC))를 제어하여 모터(301)에 동력을 공급하여 순환 펌프(300)를 동작시킨다.

또한, 압축기(10)를 정지하는 제어로서는 서브 CPU(144)가 가스 밸브(GV)를 닫는 제어를 행해도 좋지만, 여기에서는 보조 CPU(147)가 그 제어를 행하는 경우를 예시한다. 즉, 보조 CPU(147)는 메인 CPU(143)와의 통신 에러에 의해서 메인 CPU(143)의 이상을 검출할 수 있다. 그리고, 보조 CPU(147)는 메인 CPU(143)의 이상을 검출하면 가스 밸브(GV)를 닫아서 압축기(10)를 정지시킨다.

이어서, 메인 CPU(143)에 대한 센서 입력 이상시에 있어서의 동결 방지 제어의 제어 동작을 도 5를 참조하여 설명한다. 메인 CPU(143)에 대한 센서 입력 이상이란 유출 순환액 온도 센서(TWL) 또는 압력 센서(PL)에 이상이 생겨서 검지 신호가 출력될 수 없게 된 경우나, 이들 센서의 검지 신호가 신호선의 단선에 의해서 메인 CPU(143)에 입력될 수 없게 된 경우를 가리킨다. 이 경우라도, 불완전한 센서 입력에만 의거해서 동결 방지 제어를 행하면, 불완전한 제어로 되어서 순환액의 동결이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 메인 CPU(143)는 각 센서의 검지 결과에 관계없이 이하의 동결 방지 제어를 행한다.

유출 순환액 온도 센서(TWL) 또는 압력 센서(PL)의 검지 신호가 메인 CPU(143)에 입력되지 않게 되면, 메인 CPU(143)는 센서 입력 이상을 검출한다. 센서 입력 이상을 검출한 메인 CPU(143)는 접속 릴레이(RY1)를 제어하여 순환 펌프(300)를 동작시킴과 아울러 가스 밸브(GV)를 닫아서 압축기(10)를 정지시킨다.

이어서, 서브 CPU(144)의 이상시에 있어서의 동결 방지 제어의 제어 동작을 도 6을 참조하여 설명한다. 서브 CPU(144)의 이상시에 있어서는 서브 CPU(144)에 입력되는 유입 순환액 온도 센서(TWR) 및 열교환기 표면 온도 센서(TWS)로부터의 검지 신호를 검출할 수 없다. 이 경우, 나머지 검지 신호에만 의거해서 동결 방지 제어를 행하면 불완전한 제어 때문에 순환액의 동결이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 서브 CPU(144)의 이상시에는 각 센서의 검지 결과에 관계없이 메인 CPU(143)가 동결 방지 제어를 행한다.

이 경우, 메인 CPU(143)는 서브 CPU(144)와의 통신 에러에 의해서 서브 CPU(144)의 이상을 검출한다. 그리고, 메인 CPU(143)는 서브 CPU(144)의 이상을 검출하면 접속 릴레이(RY1)를 제어하여 순환 펌프(300)를 동작시킴과 아울러 가스 밸브(GV)를 닫아서 압축기(10)를 정지시킨다.

이어서, 서브 CPU(144)에 대한 센서 입력 이상시에 있어서의 동결 방지 제어의 제어 동작을 도 7을 참조하여 설명한다. 서브 CPU(144)에 대한 센서 입력 이상은 유입 순환액 온도 센서(TWR) 또는 열교환기 표면 온도 센서(TWS)에 이상이 생겨서 검지 신호가 출력되지 않게 된 경우나, 이들 센서의 검지 신호가 신호선의 단선에 의해서 서브 CPU(144)에 입력되지 않게 된 경우를 가리킨다. 이 경우라도, 불완전한 센서 입력에만 의거해서 동결 방지 제어를 행하면, 불완전한 제어로 되어 순환액의 동결이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 메인 CPU(143)는 각 센서의 검지 결과에 관계없이 이하의 동결 방지 제어를 행한다.

유입 순환액 온도 센서(TWR) 또는 열교환기 표면 온도 센서(TWS)의 검지 신호가 서브 CPU(144)에 입력되지 않게 되면, 메인 CPU(143)에 대해서도 이들 검지 신호가 입력되지 않게 된다. 이것에 의해, 메인 CPU(143)는 센서 입력 이상을 검출한다. 센서 입력 이상을 검출한 메인 CPU(143)는 접속 릴레이(RY1)를 제어하여 순환 펌프(300)를 동작시킴과 아울러 가스 밸브(GV)를 닫아서 압축기(10)를 정지시킨다.

또한, 본 실시형태에 의한 칠러(100)는 그 기동시에 있어서 유입 순환액 온도 센서(TWR), 유출 순환액 온도 센서(TWL), 열교환기 표면 온도 센서(TWS) 및 압력 센서(PL)의 이상의 유무를 검지하는 기능을 갖는다. 이 센서 이상 검지 동작에 대해서, 도 8을 참조하여 설명한다. 즉, 제어 장치(140)는 칠러(100)의 기동시에는 센서 이상의 유무를 검지하기 위해서 도 8의 플로우 차트로 나타내는 동작을 행한다.

칠러(100)의 기동시에는 제어 장치(140)는 최초에 유출 순환액 온도 센서(TWL) 및 압력 센서(PL)의 이상 검지를 행한다(ST1). 즉, 제어 장치(140)는 메인 CPU(143)에 신호를 입력하는 유출 순환액 온도 센서(TWL)와 압력 센서(PL)에 대해서는 메인 CPU(143)가 수신한 신호 자체의 이상을 검지하는 자기 체크 기능을 갖는다. 이 경우의 유출 순환액 온도 센서(TWL) 및 압력 센서(PL)의 이상은 메인 CPU(143)에 의해서 검출된다. 이 이상 검지는, 예를 들면 유출 순환액 온도 센서(TWL) 및 압력 센서(PL)에 있어서의 검출 신호의 유무나, 신호값이 규정 범위 내에 있는지의 여부를 확인함으로써 판정할 수 있다. 구체적으로는, 검출 신호가 없는 경우나, 신호가 있어도 규정 범위에 없는 경우에는 센서 이상이라고 판정할 수 있다. 유출 순환액 온도 센서(TWL) 및 압력 센서(PL)에 이상이 없으면(ST1에서 YES) ST2로 처리를 이행하고, 이상이 있으면(ST1에서 NO) ST5로 이행한다. 또한, 센서의 이상 검지가 종료될 때까지, 압축기(10)는 구동하지 않는 것으로 한다.

ST2에서는 제어 장치(140)가 유입 순환액 온도 센서(TWR), 유출 순환액 온도 센서(TWL), 및 열교환기 표면 온도 센서(TWS)의 각각으로부터 검지 온도를 취득한다.

계속해서, 제어 장치(140)는 유입 순환액 온도 센서(TWR)와 유출 순환액 온도 센서(TWL)의 검지 온도차를 구하고, 그 온도차의 절대값이 제 1 소정값(예를 들면, 2.0℃) 이상인지의 여부를 판정한다(ST3). 칠러(100)의 기동 직후에서는 순환액은 냉각도 가열도 받고 있지 않기 때문에 유입 순환액 온도 센서(TWR)의 검지 온도와 유출 순환액 온도 센서(TWL)의 검지 온도에 거의 차는 없다고 생각된다. 이 때문에, ST3에 있어서 상기 온도차가 소정 온도 이상인 경우(ST3에서 YES)에는 유입 순환액 온도 센서(TWR)에 이상이 있다고 판단되어 ST5의 처리로 이행한다.

ST3에 있어서, 상기 온도차가 2.0 미만인 경우(ST3에서 NO)에는 제어 장치(140)는 유출 순환액 온도 센서(TWL)와 열교환기 표면 온도 센서(TWS)의 검지 온도차를 구하고, 그 온도차의 절대값이 제 2 소정값(＞제 1 소정값; 예를 들면, 3.0℃) 이상인지의 여부를 판정한다(ST4). ST4에 있어서, 상기 온도차가 소정 온도 이상인 경우(ST4에서 YES)에는 열교환기 표면 온도 센서(TWS)에 이상이 있다고 판단되어 ST5의 처리로 이행한다.

ST5에서는 제어 장치(140)는 가스 밸브(GV)를 닫아서 압축기(10)를 정지시키고(즉, 압축기(10)의 구동을 개시하지 않음), 또한 순환 펌프(300)의 운전을 개시함과 아울러 센서에 이상이 발생되어 있는 것을 통지하는 알람을 발한다. 또한, ST4에 있어서 상기 온도차가 소정 온도 미만인 경우(ST4에서 NO)에는 모든 센서에 이상이 없기 때문에 ST6으로 이행하여 칠러(100)의 운전을 개시한다.

이와 같이, 압축기(10)의 구동 전에 온도 센서의 이상 유무를 확인함으로써 동결 방지 검지의 신뢰성이 향상된다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일 없이 다른 여러가지의 형태로 실시할 수 있다. 이 때문에, 상술의 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않고, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것이며, 명세서 본문에는 조금도 구속되지 않는다. 또한, 특허청구의 범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

이 출원은 2014년 6월 24일에 일본에서 출원된 특원 2014-129484에 의거한 우선권을 청구한다. 이것에 언급함으로써, 그 모든 내용은 본 출원에 포함되는 것이다.

10: 압축기 20: 냉매-공기 열교환기
30: 냉매-공기 열교환기용 팬 40: 팽창 밸브
50: 냉매-순환액 열교환기 60: 엔진
100: 히트 펌프식 칠러 110: 냉매 회로
140: 제어 장치 143: 메인 CPU(제 1 컨트롤러)
144: 서브 CPU(제 2 컨트롤러) 147: 보조 CPU
200: 순환액 회로 211: 유입관
212: 유출관 300: 순환 펌프
TWR: 유입 순환액 온도 센서 TWL: 유출 순환액 온도 센서
TWS: 열교환기 표면 온도 센서 PL: 압력 센서
GV: 가스 밸브 RY1: 접속 릴레이(제 1 접속 릴레이)
RY2: 접속 릴레이(제 2 접속 릴레이)
RY(MC): 접속 릴레이(제 2 접속 릴레이)

Claims

냉매를 흡입·토출하는 압축기, 냉매-공기 열교환기, 팽창 밸브, 및 순환액과 냉매가 열교환하는 냉매-순환액 열교환기를 구비하고, 상기 순환액의 흐름 경로에 순환 펌프를 설치한 히트 펌프식 칠러에 있어서,
상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 입구부, 순환액 출구부 및 표면부에 각각 온도 센서를 설치하고, 상기 압축기의 냉매 흡입 경로에 압력 센서를 설치하고,
상기 3개의 온도 센서에 의한 검지 온도, 또는 상기 압력 센서에 의한 검지 압력으로부터 환산되는 냉매 증발 온도 중 어느 하나의 온도가 소정 온도 이하인 것을 검지한 경우에, 상기 압축기를 정지시킴과 아울러 상기 순환 펌프를 동작시키는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 칠러.
제 1 항에 있어서,
상기 3개의 온도 센서 및 상기 압력 센서의 검지 신호를 복수의 컨트롤러가 분산하여 수신하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 칠러.
제 2 항에 있어서,
상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 입구부의 온도 센서 및 상기 압축기의 냉매 흡입 경로의 압력 센서의 신호를 제 1 컨트롤러가 수신하고, 상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 출구부 및 표면부의 온도 센서의 신호를 제 2 컨트롤러가 수신하고,
상기 제 1 컨트롤러는 수신한 신호 자체의 이상을 검지하는 기능을 갖고,
해당 칠러의 기동시에는 상기 압축기의 구동 전에 상기 순환 펌프를 동작시키고,
상기 순환 펌프의 동작 후이고 압축기의 구동 개시 전에, 상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 입구부의 온도 센서에 의한 검지 온도와 순환액 출구부의 온도 센서에 의한 검지 온도의 온도차의 절대값이 제 1 소정값 이상, 또는 상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 입구부의 온도 센서에 의한 검지 온도와 표면부의 온도 센서에 의한 검지 온도의 온도차의 절대값이 제 1 소정값보다 큰 제 2 소정값 이상인 것을 검지한 경우에는, 상기 압축기의 구동을 정지하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 칠러.
제 2 항에 있어서,
상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 입구부의 온도 센서 및 상기 압축기의 냉매 흡입 경로의 압력 센서의 신호를 제 1 컨트롤러가 수신하고, 상기 냉매-순환액 열교환기의 순환액 출구부 및 표면부의 온도 센서의 신호를 제 2 컨트롤러가 수신하고,
상기 제 1 컨트롤러에 의해서 개폐되는 접속 릴레이로서 상기 순환 펌프와 전원의 사이에 설치되는 제 1 접속 릴레이와, 상기 제 2 컨트롤러에 의해서 개폐되는 접속 릴레이로서 상기 순환 펌프와 전원의 사이에 설치되는 제 2 접속 릴레이를 병렬로 설치한 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 칠러.