| 【発明の名称】 |
冷凍装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】上倉 正教
【氏名】青山 貢
【氏名】三島 晃
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| 【要約】 |
【課題】冷水を循環供給する冷凍装置において、循環路に異物が詰まる等で冷水の循環が止まった時、冷凍装置の熱交換器内で冷水が凍結するのを防止する。
【解決手段】圧縮機、凝縮器、減圧装置、熱交換器から冷凍サイクルを構成し、熱交換器内で冷媒と熱交換して冷却された冷水を水循環用ポンプにより熱負荷に循環させる冷凍装置(図示なし)であって、熱交換器として下側に水入口８、上側に水出口９を有するシェル・アンド・チューブ式熱交換器を用い、水入口部８及び水出口部９にサーミスタ１３、１４を配設し、水入口温度が水出口温度より所定値以上低いときに冷凍サイクルを停止させる制御機能を設けて、これで冷水循環停止時、より低温の冷水が沈下して水入口部８で起きる凍結を防止し、冷凍装置を保護する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機、凝縮器、減圧装置、熱交換器を順次接続し冷媒を循環させる冷凍サイクルを構成し、前記熱交換器内で前記冷媒と熱交換して冷却された冷水を熱負荷に送給し再び前記熱交換器に戻るように循環させる水循環用ポンプの運転信号を検知して前記冷凍サイクルを運転させるポンプインターロック機能を有する冷凍装置において、前記熱負荷からの水を流入させる前記熱交換器の水入口は該熱交換器の下部に、前記熱交換器から冷水を前記熱負荷に流出させる水出口は前記熱交換器の上部に設け、前記水入口部及び前記水出口部にそれぞれ水温検知用サーミスタを配設し、水入口温度が水出口温度より所定値以上低いときに前記冷凍サイクルを停止させる制御機能を設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】 圧縮機、凝縮器、減圧装置、熱交換器を順次接続し冷媒を循環させる冷凍サイクルを構成し、前記熱交換器内で前記冷媒と熱交換して冷却された冷水を熱負荷に送給し再び前記熱交換器に戻るように循環させる水循環用ポンプの運転信号を検知して前記冷凍サイクルを運転させるポンプインターロック機能を有する冷凍装置において、前記熱負荷からの水を流入させる前記熱交換器の水入口部及び前記熱交換器から冷水を前記熱負荷に流出させる水出口部にそれぞれ水温検知用サーミスタを配設し、水出口温度または水入口温度が所定値以下に低下したとき、冷凍サイクルの運転を停止させる保護制御機能を設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】 圧縮機、凝縮器、減圧装置、熱交換器を順次接続し冷媒を循環させる冷凍サイクルを構成し、前記熱交換器内で前記冷媒と熱交換して冷却された冷水を熱負荷に送給し再び前記熱交換器に戻るように循環させる水循環用ポンプの運転信号を検知して前記冷凍サイクルを運転させるポンプインターロック機能を有する冷凍装置において、前記熱負荷からの水を流入させる前記熱交換器の水入口部及び前記熱交換器から冷水を前記熱負荷に流出させる水出口部にそれぞれ水温検知用サーミスタを配設し、前記冷凍サイクルの停止中で前記水循環用ポンプが運転中のとき水出口温度または水入口温度が所定値以上に上昇したとき水循環用ポンプを停止させる保護制御機能を設けたことを特徴とする冷凍装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷水を循環供給するための冷凍装置にかかり、特に水と冷媒が熱交換する熱交換器の水側での凍結防止に好適な冷凍装置、及び水循環用ポンプの発熱による水の過度昇温防止に好適な冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平５−２８８４３７号公報に記載の冷凍装置は、熱交換器の上部にある水出口部に凍結防止用サーモスタットを設け、その検出温度を基に熱交換器の凍結防止を行っていた。また、冷凍装置の冷凍サイクルが停止中に、水循環用ポンプ運転による発熱で、循環する水が過度に温度上昇することに対する保護制御は行っていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の冷凍装置では、冷凍装置運転中に、例えば異物の詰まり又はバルブの誤操作により冷水の循環路が閉塞して、冷水が循環しない場合などで、水出口温度より水入口温度が低下した時、熱交換器上部にある水出口部に配設した凍結防止用サーモスタットでは、凍結保護ができない問題点があった。これは、冷水の循環が止まったとき、より低温の冷水が対流で沈降して熱交換器下部にある水入口近傍が低温になり、凍結が起きるからである。
【０００４】本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その目的は、冷凍装置運転中に水の循環が止まった場合など、熱交換器内で水入口部の水温が最も低下したとき、凍結からの保護を可能とすることである。
【０００５】また、本発明の別の目的は、冷凍サイクル停止中に水循環用ポンプ運転の発熱により、循環する水の過度の温度上昇に対する冷凍装置の保護制御を可能とすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、冷凍装置の運転中に水の循環が止まった場合など、水出口温度より水入口温度が低下した時に、熱交換器の上部にある水出口部に設けた凍結防止用サーモスタットでは、熱交換器の凍結保護ができない事実を見出し、この事実を基に発明したものである。
【０００７】上記目的を達成するために、本発明の第１の冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置、熱交換器を順次接続し冷媒を循環させる冷凍サイクルを構成しており、熱交換器内で冷媒と熱交換して冷却された冷水を熱負荷に送給し再び熱交換器に戻るように循環させる水循環用ポンプの運転信号を検知して冷凍サイクルを運転させるポンプインターロック機能を有する冷凍装置において、熱負荷からの水を流入させる熱交換器の水入口は熱交換器の下部に設け、熱交換器から冷水を熱負荷に流出させる水出口は熱交換器の上部に設けて、水入口部及び水出口部にそれぞれ水温検知用サーミスタを配設し、冷凍サイクル運転中に水入口温度が水出口温度より所定値以上低いときに冷凍サイクルを停止させる制御機能を設けたことを特徴とする。
【０００８】また、本発明の第２の冷凍装置は、第１の冷凍装置の制御機能、すなわち水入口温度が水出口温度より所定値以上低いときに冷凍サイクルを停止させる制御機能を設ける代わりに、水出口温度または水入口温度が所定値以下に低下したとき、冷凍サイクルの運転を停止させる保護制御機能を設けたものである。なお、この制御機能は、熱交換器の水入口及び水出口の位置に関係なく、例えば水入口が上側で、水出口が下側にあるような場合でも、有効である。
【０００９】上記別の目的を達成するために、本発明の第３の冷凍装置は、第１の冷凍装置と同様に、冷凍サイクルを構成し、ポンプインターロック機能を有し、熱交換器の水入口部、水出口部に水温検知用サーミスタを配設した装置であって、冷凍サイクルの停止中でかつ水循環用ポンプが運転中のとき水出口温度または水入口温度が所定値以上に上昇したとき水循環用ポンプを停止させる保護制御機能を設けたものである。なお、この制御機能は、熱交換器の水入口及び水出口の位置に関係なく、用いることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に図面により具体的に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となる冷凍装置の冷凍サイクル構成を示す図である。
【００１１】冷凍サイクルは、高温・高圧のガス冷媒を吐出する圧縮機１と、吐出されたガス冷媒を凝縮し高圧の液冷媒とする凝縮器２と、液冷媒を断熱膨張させる減圧装置３と、膨張した液冷媒を蒸発させ低温・低圧ガス冷媒とする熱交換器４とが順次に配管接続され、それから圧縮機１に戻るように構成されている。冷凍装置の熱交換器４は、一例としてシェル・アンド・チューブ式熱交換器の場合を示す。
【００１２】図２に、本発明の冷凍装置の熱交換器の内部構造を示す。この熱交換器４は、シェル１１(胴)内に複数の伝熱管７が並行して設けられ、これら伝熱管７は両端が開口し、伝熱管７の両端部がシェル１１内で管板に接続されて構成されている。胴１１の一端側（図の左側）の端板に冷媒入口５及び冷媒出口６が設けられ、胴１１内の一端側には冷媒入口５が半数の伝熱７管に連通するように、冷媒出口６が他の半数の伝熱管６に連通するように隔壁が設けられている。また胴１１内にはその長手方向に、あるピッチで複数バッフルプレート１０が配置されている。バッフルプレート１０は略半円形の板(円形板から円弧の一部を含む弓形部分を開口として切り取ってなる半円板)で伝熱７管を貫通させており、かつ弓形の開口をバッフルプレートの一枚ごとに上下に位置するように配置されている。
【００１３】減圧装置３(図１参照)により減圧された冷媒は、実線で図示するように、冷媒入口部５より熱交換器４の内部に流入し、胴１１の下半分にある伝熱管７を通って胴の一端から多端に流れ、胴１１の上半分にある伝熱管を通って胴の他端から一端に流れて、冷媒出口から流出する。一方、冷媒と熱交換する水の流れは、熱交換器４の下部に配設された水入口部８から流入し、バッフルプレート１０とシェル１１にて囲まれた空間を熱交換器４の下方から上方へ上下蛇行しながら流れ、熱交換器４の上部に配設された水出口部９から流出される。
【００１４】ところで、従来技術の項で述べた冷凍装置は、熱交換器４の上部に配設された水出口部９の近傍に配設した凍結防止用サーモスタット１２で凍結保護を行っている。このため、冷凍装置運転中に水循環用ポンプ１６が停止し水入口温度が水出口温度より低下した場合など、水出口部９に配設された凍結防止用サーモスタット１２では、熱交換器４内の最も低い水温（水入口部８）を検知できず、水の凍結を防止できない。
【００１５】本発明では、従来より配設されている凍結防止用サーモスタット１２に加え、水入口部８に入口水温検知用サーミスタ１３、水出口部９に出口水温検知用サーミスタ１４をそれぞれ配設することにより、水入口部８の水温が熱交換器４内で最も低下した場合でも水の凍結を防止することが可能となる。なお、熱交換器としてシェル・アンド・チューブ式を用いたが、代わりに、複数の伝熱板を並列に配置し、隣合う伝熱板間の間隙を交互に冷媒、水が流れるプレート式熱交換器を用いてもよい。
【００１６】図３に入口水温と出口水温の正常運転時と冷凍装置が正常運転中に水循環用ポンプ１６が停止した場合の水温変化を示す。正常運転時では、入口水温は出口水温に対して３〜８℃程度高い温度にて運転している。この時、水循環用ポンプ１６が停止した場合、熱交換器内の水の流れが停止するため、熱交換器４の下部に配設された水入口部８の水温が上部に配設された水出口部９に対して低下し、熱交換器４内で最も低い水温となる。
【００１７】これより本発明では、入口水温検知用サーミスタ１３と出口水温検知用サーミスタ１４にて検知した水温に対して演算処理を行い、（出口水温）−（入口水温）≧２℃となり、かつ冗長性を持たせるため１分間継続した時、凍結に対する保護制御作動として警報表示し、冷凍装置を停止させる。
【００１８】また、本発明の第２の実施の形態２の冷凍装置は、上記第１の実施の形態と同様に、従来の凍結防止用サーモスタット１２による凍結に対する保護制御に加え、入口水温検知用サーミスタ１３と出口水温検知用サーミスタ１４にそれぞれ凍結防止用サーモスタット１２と同様の、水が凍結する所定の水温以下となったとき冷凍装置を停止させる機能を付加している。
【００１９】これにより、入口水温が熱交換器４内で最も低下した場合でも従来熱交換器４の水出口部９に配設した凍結防止用サ−モスタット１２ではできなかった水の凍結保護が可能となるばかりでなく、水温変化に対し追従性の良いサーミスタにて検知することにより、凍結に対する保護について信頼性向上が図れる。
【００２０】図４に本発明の冷凍装置１５と水循環用ポンプ１６のシステム系統図を示す。冷凍装置１５内の熱交換器４により熱交換された水は、水循環用ポンプ１６によりシステム系統内を循環し、負荷１７に送り込まれ熱交換された後、冷凍装置１５に戻るシステム系統になっている。そして冷凍装置１５は、水循環用ポンプ１６の運転信号を検知して、冷凍サイクルを運転させるポンプインターロック機能を有する。
【００２１】図５に冷凍装置停止中で水循環用ポンプ運転の発熱による、入口水温と出口水温の水温変化を示す。冷凍装置が停止中のため、入口水温と出口水温は同一温度となる。また、冷凍装置１５は停止しているため、冷凍装置による水温の変化は見られない。
【００２２】この時、水循環用ポンプ１６は運転しているため、時間の経過と共にポンプは発熱し循環している水と熱交換するため、水温は徐々に上昇する。上昇した水温は、冷凍装置１５内の熱交換器４を伝達し冷凍サイクル配管を介して、冷凍サイクル配管または、熱交換器４の冷媒入口部５に配設している可溶栓１８に熱が伝わり最悪の場合、可溶栓１８が溶解し冷凍サイクル内の冷媒が吹き出す重大事故につながる恐れがある。
【００２３】本発明の第３の実施の形態の冷凍装置は、入口水温検知用サーミスタ１３及び出口水温検知用サーミスタ１４にて冷凍装置１５運転中又は停止中にかかわらず常に水温を監視し、検知した入口水温または出口水温が所定の水温以上となった場合、冷水循環用ポンプ１６を停止することにより、ポンプの発熱による水の過昇を防止することができ、可溶栓１８が溶解し冷凍サイクル内の冷媒が吹き出すことを防止する。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、熱交換器の水入口温度と出口温度を検知し水入口温度が、水出口温度より所定値以下の水温に低下したとき冷凍サイクルの運転を停止させることにより、熱交換器内で水入口部の水温が最も低下した場合に、水入口部で生じる凍結に対する保護が可能となる。
【００２５】また、上記のように水入口温度が水出口温度より所定値以下の水温に低下したとき冷凍サイクルの運転を停止させる代わりに、水出口温度または水入口温度が所定値以下に低下したとき冷凍サイクルの運転を停止させるように制御しても、水入口部での凍結に対する保護が可能となる。
【００２６】また本発明の別の発明によれば、冷凍サイクル停止で水循環用ポンプの運転中に水入口温度と出口温度をサーミスタにより常に監視し、水入口温度又は出口温度がある値以上に上昇したときに水循環用ポンプを停止することにより、冷凍装置停止中の水循環用ポンプ運転の発熱に対する冷凍装置の保護が可能となる。
【００２７】以上より、水入口温度が低下した時の水の凍結による熱交換器の保護及び、水循環用ポンプ発熱による冷凍装置の保護が可能となり、信頼性の向上が図れる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１０年１０月１５日（１９９８．１０．１５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６６９７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜沼 辰之
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１２１１７５（Ｐ２０００−１２１１７５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年４月２８日（２０００．４．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２９３３４７ |
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