JP3635831B2

JP3635831B2 - Refrigeration equipment

Info

Publication number: JP3635831B2
Application number: JP35134096A
Authority: JP
Inventors: 義康東; 孝至川岸; 克好松浦; 茂己楠本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: JPH10197131A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、所望の温度まで冷却される冷水などの冷却液を供給する冷凍装置、特に冷却液の凍結温度付近まで冷却する冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、たとえば特公平８−１６５５８号公報などに開示されているように、冷水を供給するためにチラーが設けられる。冷凍装置であるチラーは、冷水の温度制御を、温度設定値の上下に一定の制御幅でデファレンシャルを設定し、圧縮機の複数段の容量制御を行っている。デファレンシャルを設定するのは、一旦容量が切換えられた後で、短時間で逆方向に切換わる事態を避けるためである。単なるＯＮ／ＯＦＦ制御でも、デファレンシャルを設ける場合が多い。なおデファレンシャルと温度制御幅とは同じ意味で使用しているところがある。
【０００３】
図９は、冷却液として水を用い、その出口側の温度設定値を４．２℃として、冷凍能力が最低である４０％と、最高である１００％およびその中間の７０％を含む多段階で冷凍装置を運転させる際の水温変化を示す。この例では、設定値４．２℃の上下±１℃の制御幅の上限５．２℃および下限３．２℃の間で、デファレンシャルＤＩＦＦ＝２℃として温度制御を行う場合を想定する。しかしながら、冷却液である冷水は、０℃以下で凍結し、一旦冷水が凍結すると熱交換器の内部で伝熱管が損傷したりするおそれがあるので、デファレンシャルとは別に、凍結防止のために冷凍装置の能力を最低限の４０％に強制的に低下させるための温度が３．５℃に設定されている。また、さらに低温側には、別系統の安全対策が施されている。
【０００４】
たとえば、時刻ｔ０で冷凍装置が１００％の能力で運転され、冷水の温度が時刻ｔ１で３．５℃未満となると、冷凍装置は強制的に４０％の能力で運転される。冷凍能力が４０％に低下して、時刻ｔ２で冷水の温度が３．５℃以上となると、冷凍装置の能力は７０％に回復する。冷凍能力が７０％では冷水の温度が上昇する場合は、時刻ｔ３でデファレンシャルの上限の５．２℃以上となり、冷凍装置の能力は１００％に上昇する。冷凍装置の能力が１００％となると、冷水の温度が再び低下する場合は、時刻ｔ４で上限温度５．２℃未満となり、そのまま温度低下が続く。時刻ｔ５で３．５℃未満となると、強制的に４０％の冷凍能力となり、時刻ｔ６で３．５℃を超えると、再び冷凍能力は７０％となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
たとえば、冷水を供給するチラーでは、ユーザができるだけ低温の冷水を得ようとするので、水温の設定値は低くなりやすく、さらに設定される水温に対して上下に一定の制御幅をデファレンシャルとして設定すると、デファレンシャルの下限が凍結防止のために設けられるセンサなどの設定値に近くなってしまう。冷凍装置では、凍結防止のための安全機構が、複数段階設けられ、より低温で作動する安全装置ほど、一旦作動した後の回復を慎重に行う必要がある。
【０００６】
図９に示す例では、冷水の温度が３．５℃未満となると、冷凍装置の能力が最低限の４０％となるだけであり、冷水の温度が３．５℃以上となると、冷凍装置の能力は７０％に回復するので、他の凍結防止のための安全機構が作動する場合のような復帰の困難性はない。しかも、１００％で冷凍装置が動作して、冷凍能力が過剰となり、デファレンシャルの下限である３．２℃で冷凍能力が１段階低下して７０％となるときには、３．５℃で冷凍能力が強制的に４０％に低下する場合に比較して、冷水の温度上昇が緩やかとなり、水温の変化のより少ない状態での冷水の供給が可能な状態となる。しかしながら凍結防止のために強制的に４０％まで冷凍能力を低下させると、冷水の温度上昇が冷凍能力７０％のときよりも急になり、デファレンシャルの上限の温度５．２℃に達して冷凍能力１００％に切換わりやすい。冷凍能力が一旦１００％に切換わると、デファレンシャルの下限に向けて１００％の冷凍能力で冷水の温度が低下する。このように１００％→強制４０％→７０％→１００％→強制４０％→…の変化を繰返すと、冷凍能力が７０％で一定している場合に比較し、冷水の温度変化が激しくなり、温度変化の下限近くで冷水が凍結したり、凍結防止用の別系統の安全装置が作動する可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、デファレンシャルを伴う温度制御を行っても、冷却液の凍結防止機能を作動させることが少ない冷凍装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷却液を供給する冷凍装置（１）において、
供給する冷却液の温度を設定するための温度設定手段（１２）と、
温度設定手段（１２）に設定される温度に対して、予め定める温度制御幅（１８）となるデファレンシャルを設定し、デファレンシャルの下限が冷却液の凍結回避のための所定温度（１７）より小さくなるか否かを判断し、デファレンシャルの下限が凍結回避のための所定温度（１７）より小さくなるとき、温度設手段（１２）に対する温度の設定値を無効にして、温度設定手段（１２）に対する温度の設定値を許容する最低値に修正するデファレンシャル設定手段（１１）とを含むことを特徴とする冷凍装置である。
本発明に従えば、デファレンシャル設定手段（１１）は、温度設定手段（１２）に設定される温度に対して、予め定める制御幅（１８）となるデファレンシャルを設定する。設定されるデファレンシャルの下限が、冷却液の凍結回避のための所定温度（１７）より小さくなるときには、温度設定手段（１２）に設定される温度を無効とするので、デファレンシャルの下限が凍結回避のための所定温度（１７）より小さくなるような冷却液温度の設定を防ぐことができる。無効にならない温度であればデファレンシャルが設定され、凍結防止機能を作動させることが少ない状態で冷却液を供給することができる。
【０００９】
また、予め定める温度制御幅（１８）となるデファレンシャルの下限が凍結回避のための所定温度よりも小さくなるときは、温度設定手段（１２）に対する温度設定値を無効にして、許容する最低値を設定することができる。
【００１０】
また本発明は、前記デファレンシャル設定手段（１１）は、前記温度制御幅（１８）を設定するためのディップスイッチ（２０）を含むことを特徴とする。
本発明に従えば、温度設定手段（１２）に設定される冷却液の温度は、デファレンシャルの下限が冷却液の凍結回避のための所定温度（１７）より小さくならないように修正されるけれども、ユーザはデファレンシャル設定手段（１１）に温度制御幅（１８）をディップスイッチ（２０）で設定することもできる。したがって、冷凍装置のユーザは所望の温度を設定することができるようにデファレンシャルを設定して、所望の設定温度付近で安定した動作を行うことができる。
【００１１】
また本発明で前記冷凍装置（１）は、冷凍能力を変更可能であり、
前記デファレンシャル設定手段（１１）によって設定されるデファレンシャルの下限よりも、供給する冷却液の温度が低くなるとき冷凍能力を所定量小さくし、デファレンシャルの上限よりも冷却液の温度が高くなるとき冷凍能力を所定量大きくするように制御する制御手段（１０）を備えることを特徴とする。
本発明に従えば、設定温度に対してデファレンシャルを設け、冷却液の温度が、デファレンシャルの下限よりも小さくなるときに冷凍能力を所定量小さくし、冷凍能力のデファレンシャルの上限よりも大きくなるときに冷凍能力を所定量大きくするので、冷凍装置の運転を停止させないで安定な温度制御を続けることができる。特にデファレンシャルの下限は、凍結防止の機能が作動する温度よりは高く設定されるので、凍結防止機能が作動して冷凍能力が急激に減少し、冷却液の温度が上昇して冷却能力が増大して冷却液の温度が低下するような事態の繰返しを避けて、安定な温度制御を続けることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態による冷凍装置（１）の概略的な配管系統および制御のための概略的な電気的構成を示す。チラーとも呼ばれる冷凍装置（１）で冷却液である水を冷却する水側熱交換器（２）では、たとえばＲ２２やＲ１３４ａなどの冷媒が蒸発して冷却液である水を冷却する。水側熱交換器（２）内の冷媒の圧力を低い圧力に保つため、水側熱交換器（２）内の冷媒は圧縮機（３）に吸入される。圧縮機（３）は、水側熱交換器（２）から吸入する低圧の冷媒を圧縮し、高圧の冷媒として四路切換弁（４）を介し空気側熱交換器（５）に吐出する。
【００１３】
四路切換弁（４）は、実線で示す状態と破線で示す状態とを切換え可能であり、実線で示す状態では圧縮機（３）から吐出する冷媒を空気側熱交換器（５）に導く。破線で示す状態に切換えると、吐出する冷媒を水側熱交換器（２）に導き、空気側熱交換器（５）から冷媒を吸引する。すなわち、実線で示す状態では冷凍運転を行い、破線で示す状態では水側熱交換器（２）での水の加温などを行う。実線で示す冷凍運転では、空気側熱交換器（５）は凝縮器として動作し、冷媒は凝縮して液体となる。凝縮した液体冷媒は、膨張弁（６）を通過する際に絞られて高圧から低圧に変化し、水側熱交換器（２）内で蒸発して水から熱を奪い、水を冷却する。膨張弁（６）は、圧縮機（３）の吸入側の温度が一定になるように、開度が自動的に調整される。水側熱交換器（２）で水を冷却または加温するために、冷温水入口（８）から水を供給し、冷温水出口（９）から水を取出す。
【００１４】
圧縮機（３）は、複数の切換弁などを含むアンロード装置（７）を制御することによって、複数段階で冷凍能力を切換え可能である。切換え可能な冷凍能力として、最低限の４０％、最大限の１００％および中間の７０％などの容量が、たとえばスクリュー圧縮機では機械的に切換え可能である。また、連続的に能力を調整可能なターボ方式の圧縮機などを用いたり、インバータなどを用いて、電気的に圧縮機の能力を無段階で制御するような構成も可能である。
【００１５】
圧縮機（３）の容量制御は、コンピュータを含む制御手段（１０）によって行われる。制御手段（１０）は、温度制御のデファレンシャルを設定するためのデファレンシャル設定手段（１１）によって設定される温度制御範囲に基づいて、アンロード装置（７）を制御する。デファレンシャル設定手段（１１）には、ユーザが冷水の温度を設定するための温度設定手段（１２）から設定された温度および温度制御幅が入力される。制御手段（１０）には、冷温水入口（８）付近で冷水ポンプ（１９）から与えられる水の温度を検出する入口水温検出器（１３）および冷温水出口（９）付近で水の温度を検出する出口水温検出器（１４）の検出温度が入力される。制御手段（１０）は、デファレンシャル設定手段（１１）に対して設定される温度制御幅に基づいて、入口水温検出器（１３）や出口水温検出器（１４）の検出温度が変化すると、アンロード装置（７）を制御する。
【００１６】
空気側熱交換器（５）には、空気との熱交換を促進するためのファン（１５）が設けられる。デファレンシャル設定手段（１１）は、温度設定手段（１２）にユーザによって設定される温度が、適切であるか否かを判断し、不適切であるときにはその設定値を無効にし、その旨を表示手段（１６）によって表示する。デファレンシャル設定手段（１１）が、温度設定手段（１２）に設定される温度を無効にするのは、凍結回避のための所定温度（１７）よりも、制御幅（１８）を設定温度に付加してデファレンシャルを設定したときの下限が下まわるような場合である。凍結回避のための所定温度（１７）は、冷却液が水であれば０℃で凍結するので、それよりもやや高いたとえば３℃を凍結防止温度と定める。冷却液の温度が凍結防止温度以下になると冷凍装置（１）は圧縮機（３）を停止させるサーモオフ状態となる。冷却液の温度が凍結防止温度まで下がると、冷却液が部分的に凍結するおそれが生じる。このため、圧縮機（３）を再起動し、冷凍装置（１）の冷凍能力を復旧させる際には、慎重な手順で行うように定められる。凍結防止温度よりもさらに低い、たとえば１．５℃を異常停止温度として設定し、冷却液の温度がこの温度まで低下したら、冷凍装置（１）の動作を直ちに停止させる。いったん異常停止になると、自動的には復旧しない。冷却液の温度が凍結防止温度まで下がらない複数の温度で、段階的に凍結回避のための処理が行われる。冷却水の温度が凍結防止温度に近づくほど凍結の危険度が高くなるので、凍結回避処理も簡易に復旧可能なものから慎重な復旧手順を要するものまで用意する。たとえば、簡易なものから順に列挙すると、▲１▼単に警報を出すだけ、▲２▼冷凍能力を強制的に低下させる、▲３▼冷凍能力を事実上停止させるのと同様の運転にする、▲４▼圧縮機（３）を停止させて冷凍能力を停止させる、などの処理が行われる。凍結回避のための所定温度（１７）は、冷却液が水のときに３．８℃、ブラインのときに−１５℃に設定する。制御幅（１８）は、たとえば１．５℃、２℃、４℃を選択可能とする。
【００１７】
図２は、制御幅（１８）として２℃を選択し、設定値の上下に１℃ずつデファレンシャルの上限および下限を設けて可変水量制御を行う状態で、デファレンシャルの下限温度が、凍結防止用に設けられ、冷却能力を最低限に落とすための４０％冷却運転の強制温度である３．５℃よりも０．３℃以上高くなるデファレンシャル設定の状態を示す。このとき温度設定手段（１２）の設定値は４．８℃であり、−１℃の下限は３．８℃、＋１℃の上限は５．８℃となる。圧縮機（３）の容量に関し、上限以上ではアップ域、中間ではキープ域、下限以下ではダウン域となる。このような設定温度であれば、前述の図９で説明したと同様に、時刻ｔ１０で１００％の冷凍能力で運転し、水温が低下して時刻ｔ１１でデファレンシャルの下限３．８℃以下になれば、冷凍能力は７０％に１段階だけ低下して水温の低下が緩慢になり、あるいは水温が上昇するので、強制的な４０％までの低下は生じない。したがって、仮想線で示すように外乱がない限り４０％の強制的な運転は生じにくく、安定した温度で冷水を供給することができる。一旦、４０％の強制運転が開始されると、冷却液の温度が急速に上昇する。
【００１８】
図３は、本実施形態の温度設定手段（１２）、表示手段（１６）および制御幅（１８）の設定のためのディップスイッチ（２０）を示す。温度設定手段（１２）は、下降および上昇ボタン（１２ｄ），（１２ｕ）を備え、表示手段（１６）に表示される設定温度を下降または上昇させることができる。制御幅（１６）をディップスイッチ（２０）で設定するようにしているのは、一度設定したら冷凍装置（１）のユーザが変更する可能性は小さいからである。設定温度は、ユーザが表示手段（１６）を見ながら下降ボタン（１２ｄ）または上昇ボタン（１２ｕ）を押す操作を行うことによって、容易に変更することができる。
【００１９】
図４は、図１の実施形態でデファレンシャルを設定する手順を示す。ステップａ１から手順を開始し、ステップａ２では、図３のディップスイッチ（２０）の設定状態による選択結果に従って、制御幅（１８）が設定される。ステップａ３では、設定温度が図３の表示手段（１６）に表示される。ステップａ４では、温度設定手段（１２）のうち、下降ボタン（１２ｄ）が操作されているか否かを判断する。操作されていればステップａ５で設定温度を一定量ずつ下降させる。ステップａ４で下降ボタン（１２ｄ）が操作されていないと判断されるときは、ステップａ６で上昇ボタン（１２ｕ）が操作されているか否かを判断する。操作されているときはステップａ７で設定温度を一定量ずつ上昇させる。
【００２０】
ステップａ５またはステップａ６の次にはステップａ８に移る。ステップａ８では、制御幅（１８）に基づき、次の第１式および第２式に従ってデファレンシャルの下限および上限をそれぞれ設定する。
【００２１】
デファレンシャル下限＝設定温度−制御幅／２ …（１）
デファレンシャル上限＝設定温度＋制御幅／２ …（２）
ステップａ９では、デファレンシャル下限が凍結回避のための所定温度（１７）よりも小さいか否かを判断する。実際には、デファレンシャル下限が凍結回避のための所定温度（１７）以下であるか否かで判断するか、あるいは未満であるか否かで判断する。条件が成立するときは、ステップａ１０でそのときの設定温度を無効とし、ステップａ１１で許容される最低温度を設定温度としてステップａ３に戻る。ステップａ６で上昇ボタン（１２ｕ）が操作されていないと判断されるとき、またはステップａ９で条件が成立しないとき、ステップａ１２でデファレンシャル設定の手順を終了する。
【００２２】
ステップａ１１で設定される最低温度は、デファレンシャル下限が凍結回避のための所定温度（１７）である３．８℃になる温度であり、制御幅（１８）が２℃である図２の例では４．８℃である。図５に示すように、制御幅（１８）が４℃である場合は、最低温度は５．８℃となる。このように本実施形態では、デファレンシャルが制御幅（１８）に一致するように優先し、必要に応じて設定温度を変化させている。また、ステップａ１０で設定温度を無効にした後、ステップａ１１で許容される最低温度に設定する代わりに、ステップａ５で下降させた設定温度を元に戻すようにしてもよい。
【００２３】
図６は、本発明に関連する他の形態として、設定温度を優先してデファレンシャルを変化させる考え方を示す。たとえば、ユーザが設定する温度設定値が４．５℃であるとき、上限と下限との温度差を１．４℃としてデファレンシャルを設定する。
【００２４】
図７は、図６のようにデファレンシャルを設定する手順を示す。ステップｂ１〜ステップｂ７までの手順は図４のステップａ１〜ステップａ７までの各ステップとそれぞれ対応するので説明を省略する。ステップｂ８では、設定温度が凍結回避のための設定温度（１７）より大きいことを確認する。大きくないときは、ステップｂ９で設定温度を無効にして、ステップｂ１０で許容される最低温度を設定し、ステップｂ３に戻る。ステップｂ８で設定温度が凍結回避のための所定温度（１７）より大きいことを確認すると、ステップｂ６で上昇ボタン（１２ｕ）が操作されていないと判断される場合とともに、ステップｂ１１に移る。ステップｂ１１では、制御幅（１８）に基づき、前述の第１式および第２式に従って上限および下限が算出され、デファレンシャルが設定される。ステップｂ１２でデファレンシャルの下限が凍結回避のための所定温度（１７）よりも小さいか否かを判断し、小さいときにはステップｂ１３でデファレンシャルを修正する。
【００２５】
デファレンシャルの修正は、設定温度を中心として上下に設けるデファレンシャルのうちの下限が凍結回避のための所定温度（１７）より小さくなることがないように行われる。図６では、デファレンシャル下限を凍結回避のための所定温度（１７）に一致させ、デファレンシャル上限を設定温度と下限との差だけ設定温度より高い温度に設定する。デファレンシャルとして設定可能な温度差が制御幅（１８）として選択可能な温度差に限られるときは、デファレンシャルの下限が凍結回避のための所定温度（１７）より小さくならない範囲で温度差が最大となるものを選択する。ステップｂ１３の修正が終了するとき、あるいはステップｂ１２でデファレンシャル下限が凍結回避のための所定温度（１７）より小さくないときは、ステップｂ１４でデファレンシャル設定手順を終了する。
【００２６】
図４の手順と図７の手順とは、異なる冷凍装置でそれぞれ実施してもよいし、図４の手順を主制御とし、操作者が設定した制御幅（１８）および設定温度ではデファレンシャルの下限が凍結回避のための所定温度（１７）より小さくなってしまうことを条件として、同一の冷凍装置（１）の制御手段（１０）が自動的に図７の手順に切換えるようにしてもよい。これらの実施形態によれば、冷凍装置（１）のユーザが低水温を要求し、温度設定手段（１２）に制御幅（１８）をそのままデファレンシャルとすることができないような低い温度を設定するときであっても、過低温設定を防止することができる。
【００２７】
図８は、本発明に関連するさらに他の形態として、出口水温制御を行う場合に、設定値の上側にデファレンシャルを設定して冷水の温度を制御する考え方を示す。図８（ａ）に示すように、出口水温をたとえば４℃に設定する。出口水温が設定値である４℃未満となると、冷凍装置（１）の冷凍能力を１段階低下させる。出口水温が設定値である４℃よりもデファレンシャルである２℃高い６℃を超えるアップ域では、冷凍装置（１）の能力を１段階上昇させる。温度設定値は、強制的な４０％運転の温度である３．５℃よりは高くなるように設定する。圧縮機（３）を停止状態から起動する際には、通常運転領域の最低ステップである４０％よりもさらに低い能力であるたとえば１０％で２分間運転した後、４０％で３分間運転し、強制的なアンロード運転が行われる。この強制的アンロード運転は、圧縮機（３）での液圧縮を防ぎ、運転停止中に冷媒が寒冷部分に偏在している状態を解除するために必要である。通常運転では、４０％の冷凍能力でも出口水温が設定値未満となるときに、圧縮機（３）の運転が停止するサーモオフ状態となる。一旦サーモオフすると冷凍装置（１）の冷凍能力がなくなるので、入口水温と出口水温とは等しくなる。サーモオフした時点から、水温が２℃上昇すると、圧縮機（３）は再起動する。
【００２８】
以上の説明では、冷却液として水を用いる場合を示している。ブラインなどより低温の冷却液を用いる場合であっても、その凍結防止に本発明を同様に適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、デファレンシャル設定手段（１１）は、温度設定手段（１２）に設定される冷却液の温度に対し、予め設定される温度の制御幅（１８）でデファレンシャルを設定し、設定されるデファレンシャルの下限が予め設定される凍結回避のための所定温度（１７）よりも小さくならないような温度設定値のみを用いて、冷却液の温度を安定に制御することができる。これによって、温度設定手段（１２）への温度設定のミスや、設備の冷却液の流量変化などが発生しても、復旧に慎重な手順を要する凍結の防止機能が作動することを防ぎ、低温でも安定した温度の冷却液を得ることが可能となる。
【００３０】
また、温度設定手段（１２）への設定温度が許容される最低温度より低下することはないので、適切な範囲で温度設定を行うことができる。
【００３１】
さらに本発明によれば、冷凍装置（１）のユーザは、デファレンシャル設定手段（１１）に、温度設定手段（１２）に設定される冷却液の温度に対して、デファレンシャルの下限が凍結回避のための所定温度（１７）より小さくならないような温度制御幅（１８）をディップスイッチ（２０）で設定することもできる。
【００３２】
また本発明によれば、デファレンシャル設定手段（１１）によって温度設定手段（１２）に設定される温度に対して制御幅（１８）に基づくデファレンシャルを設定し、デファレンシャルの下限が凍結回避のための所定温度（１７）よりも小さくならないので、冷却液の温度がデファレンシャルの下限未満となるときに冷凍装置の冷凍能力を１段階下降させることができ、急激な冷却液の温度変化を避けて安定な温度で冷却液を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の配管系統および制御のための概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１の実施形態の温度設定および温度制御の状態を示すタイムチャートである。
【図３】図１の実施形態の温度設定手段（１２）、表示手段（１６）および制御幅設定のためのディップスイッチ（２０）の正面図である。
【図４】図１の実施形態のデファレンシャル設定手順を示すフローチャートである。
【図５】図１の実施形態の温度設定および温度制御の状態を示すタイムチャートである。
【図６】本発明に関連する他の形態の温度設定および温度制御の状態を示すタイムチャートである。
【図７】図６の関連形態のデファレンシャル設定手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明に関連するさらに他の形態の入口温度制御の状態を示すタイムチャートである。
【図９】従来からのデファレンシャル制御の状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１冷凍装置
２水側熱交換器
３圧縮機
５空気側熱交換器
７アンロード装置
８冷温水入口
９冷温水出口
１０制御手段
１１デファレンシャル設定手段
１２温度設定手段
１３入口水温検出器
１４出口水温検出器
１６表示手段
１７凍結回避のための所定温度
１８制御幅[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a refrigeration apparatus that supplies a cooling liquid such as cold water that is cooled to a desired temperature, and more particularly to a refrigeration apparatus that cools to a temperature near the freezing temperature of the cooling liquid.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a chiller is provided to supply cold water as disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 8-16558. A chiller, which is a refrigeration system, controls the temperature of cold water by setting a differential with a certain control width above and below a temperature set value, and performing a multistage capacity control of the compressor. The reason for setting the differential is to avoid a situation where the capacity is switched once and then switched in the reverse direction in a short time. Even with simple ON / OFF control, a differential is often provided. The differential and the temperature control width are used in the same meaning.
[0003]
FIG. 9 shows a multi-stage process in which water is used as the cooling liquid, the temperature setting value on the outlet side is 4.2 ° C., and the refrigerating capacity is 40% at the lowest, 100% at the highest and 70% in the middle. Shows the change in water temperature when operating the refrigeration system. In this example, it is assumed that the temperature control is performed with the differential DIFF = 2 ° C. between the upper limit 5.2 ° C. and the lower limit 3.2 ° C. of the control range of the upper and lower limits ± 1 ° C. of the set value 4.2 ° C. However, the chilled water that is the cooling liquid freezes below 0 ° C, and once the chilled water freezes, the heat transfer tubes may be damaged inside the heat exchanger. The temperature for forcibly reducing the capacity of the apparatus to a minimum of 40% is set to 3.5 ° C. In addition, another system of safety measures is taken on the low temperature side.
[0004]
For example, when the refrigeration apparatus is operated with a capacity of 100% at time t0 and the temperature of the cold water becomes less than 3.5 ° C. at time t1, the refrigeration apparatus is forcibly operated with a capacity of 40%. When the refrigeration capacity is reduced to 40% and the temperature of the cold water becomes 3.5 ° C. or higher at time t2, the capacity of the refrigeration apparatus is restored to 70%. When the temperature of the chilled water rises when the refrigeration capacity is 70%, the upper limit of the differential becomes 5.2 ° C. or higher at time t3, and the capacity of the refrigeration apparatus rises to 100%. When the capacity of the refrigeration apparatus reaches 100%, when the temperature of the cold water decreases again, the upper limit temperature is less than 5.2 ° C. at time t4, and the temperature continues to decrease. When the temperature falls below 3.5 ° C. at time t5, the refrigeration capacity is forcibly 40%. When the temperature exceeds 3.5 ° C. at time t6, the refrigeration capacity becomes 70% again.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
For example, in a chiller that supplies cold water, since the user tries to obtain cold water as low as possible, the set value of the water temperature tends to be low, and when a certain control width is set as a differential up and down with respect to the set water temperature The lower limit of the differential is close to the set value of a sensor or the like provided for preventing freezing. In the refrigeration apparatus, a safety mechanism for preventing freezing is provided in a plurality of stages, and the safety apparatus that operates at a lower temperature needs to be carefully recovered after being activated once.
[0006]
In the example shown in FIG. 9, when the temperature of the chilled water is less than 3.5 ° C., the capacity of the refrigeration apparatus is only 40%, which is the minimum, and when the temperature of the chilled water is 3.5 ° C. or more, Since the capacity is restored to 70%, there is no difficulty in returning as in the case where another safety mechanism for preventing freezing is activated. In addition, when the refrigeration system operates at 100%, the refrigeration capacity becomes excessive, and when the refrigeration capacity decreases by one step at the differential lower limit of 3.2 ° C. and becomes 70%, the refrigeration capacity at 3.5 ° C. Compared with the case where the temperature is forcibly reduced to 40%, the temperature rise of the chilled water is moderate, and the chilled water can be supplied in a state where the change in the water temperature is smaller. However, if the refrigeration capacity is forcibly reduced to 40% to prevent freezing, the temperature rise of the chilled water will be more steep than when the refrigeration capacity is 70%, reaching the upper limit of the differential temperature of 5.2 ° C. Easy to switch to 100%. Once the refrigeration capacity is switched to 100%, the temperature of the chilled water decreases with the refrigeration capacity of 100% toward the lower limit of the differential. If the change of 100% → force 40% → 70% → 100% → force 40% →... Is repeated in this way, the temperature change of the cold water becomes more intense than when the refrigeration capacity is constant at 70%. There is a possibility that the cold water freezes near the lower limit of the temperature change, or another safety device for preventing freezing operates.
[0007]
An object of the present invention is to provide a refrigeration apparatus that rarely activates an anti-freezing function of a coolant even when temperature control with a differential is performed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a refrigeration apparatus (1) for supplying a coolant,
Temperature setting means (12) for setting the temperature of the coolant to be supplied;
A differential having a predetermined temperature control width (18) is set for the temperature set in the temperature setting means (12), and the lower limit of the differential is smaller than a predetermined temperature (17) for avoiding freezing of the coolant. When the differential lower limit is smaller than the predetermined temperature (17) for avoiding freezing, the temperature setting value for the temperature setting means (12) is invalidated and the temperature for the temperature setting means (12) is invalidated. And a differential setting means (11) for correcting the set value to a minimum value that allows the set value.
According to the present invention, the differential setting means (11) sets a differential having a predetermined control width (18) for the temperature set in the temperature setting means (12). When the lower limit of the set differential is smaller than the predetermined temperature (17) for avoiding freezing of the coolant, the temperature set in the temperature setting means (12) is invalidated. Therefore, it is possible to prevent the coolant temperature from being set lower than the predetermined temperature (17). If the temperature does not become invalid, a differential is set, and the coolant can be supplied in a state where the anti-freezing function is rarely operated.
[0009]
Further, when the lower limit of the differential within the predetermined temperature control width (18) is smaller than the predetermined temperature for avoiding freezing, the temperature setting value for the temperature setting means (12) is invalidated and the allowable minimum value is set. Can be set.
[0010]
Further, the present invention is characterized in that the differential setting means (11) includes a dip switch (20) for setting the temperature control width (18).
According to the present invention, the temperature of the coolant set in the temperature setting means (12) is corrected so that the lower limit of the differential is not smaller than the predetermined temperature (17) for avoiding freezing of the coolant. Can also set the temperature control width (18) in the differential setting means (11) with the dip switch (20). Accordingly, the user of the refrigeration apparatus can set a differential so that a desired temperature can be set, and can perform a stable operation near the desired set temperature.
[0011]
In the present invention, the refrigeration apparatus (1) can change the refrigeration capacity,
The refrigeration capacity is reduced by a predetermined amount when the temperature of the coolant supplied is lower than the lower limit of the differential set by the differential setting means (11), and the refrigeration capacity when the temperature of the coolant is higher than the upper limit of the differential. And a control means (10) for controlling to increase the value by a predetermined amount.
According to the present invention, when the differential is provided for the set temperature, the cooling capacity is decreased by a predetermined amount when the temperature of the coolant is lower than the lower limit of the differential, and the upper limit of the differential of the cooling capacity is increased. Since the refrigeration capacity is increased by a predetermined amount, stable temperature control can be continued without stopping the operation of the refrigeration apparatus. In particular, the lower limit of the differential is set higher than the temperature at which the anti-freezing function is activated, so the anti-freezing function is activated and the refrigeration capacity is rapidly reduced, and the cooling liquid temperature is increased and the cooling capacity is increased. Thus, it is possible to continue the stable temperature control by avoiding the repetition of the situation in which the temperature of the coolant decreases.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a schematic piping system and a schematic electrical configuration for control of a refrigeration apparatus (1) according to an embodiment of the present invention. In the water-side heat exchanger (2) that cools the water that is the coolant in the refrigeration apparatus (1), which is also called a chiller, for example, the refrigerant such as R22 and R134a evaporates to cool the water that is the coolant. In order to keep the pressure of the refrigerant in the water side heat exchanger (2) at a low pressure, the refrigerant in the water side heat exchanger (2) is sucked into the compressor (3). The compressor (3) compresses the low-pressure refrigerant sucked from the water-side heat exchanger (2) and discharges it as a high-pressure refrigerant to the air-side heat exchanger (5) through the four-way switching valve (4).
[0013]
The four-way switching valve (4) can switch between a state indicated by a solid line and a state indicated by a broken line. In the state indicated by a solid line, the refrigerant discharged from the compressor (3) is guided to the air-side heat exchanger (5). . When switched to the state indicated by the broken line, the refrigerant to be discharged is guided to the water-side heat exchanger (2), and the refrigerant is sucked from the air-side heat exchanger (5). That is, the refrigeration operation is performed in the state indicated by the solid line, and the water is heated in the water-side heat exchanger (2) in the state indicated by the broken line. In the freezing operation indicated by the solid line, the air-side heat exchanger (5) operates as a condenser, and the refrigerant condenses into a liquid. The condensed liquid refrigerant is squeezed when passing through the expansion valve (6), changes from high pressure to low pressure, evaporates in the water-side heat exchanger (2), takes heat from the water, and cools the water. The opening of the expansion valve (6) is automatically adjusted so that the temperature on the suction side of the compressor (3) is constant. In order to cool or warm water in the water-side heat exchanger (2), water is supplied from the cold / hot water inlet (8) and water is taken out from the cold / hot water outlet (9).
[0014]
The compressor (3) can switch the refrigerating capacity in a plurality of stages by controlling an unload device (7) including a plurality of switching valves. As switchable refrigeration capacities such as a minimum of 40%, a maximum of 100% and an intermediate 70% can be mechanically switched, for example in a screw compressor. Further, it is possible to use a turbo type compressor whose capacity can be continuously adjusted, or an inverter or the like to electrically control the capacity of the compressor steplessly.
[0015]
The capacity control of the compressor (3) is performed by control means (10) including a computer. The control means (10) controls the unload device (7) based on the temperature control range set by the differential setting means (11) for setting the temperature control differential. The differential setting means (11) receives the temperature and temperature control range set by the user from the temperature setting means (12) for setting the temperature of the cold water. The control means (10) includes an inlet water temperature detector (13) for detecting the temperature of water supplied from the cold water pump (19) in the vicinity of the cold / hot water inlet (8) and the temperature of water in the vicinity of the cold / hot water outlet (9). The detected temperature of the outlet water temperature detector (14) to be detected is input. The control means (10) unloads when the detected temperature of the inlet water temperature detector (13) or the outlet water temperature detector (14) changes based on the temperature control range set for the differential setting means (11). Control the device (7).
[0016]
The air side heat exchanger (5) is provided with a fan (15) for promoting heat exchange with air. The differential setting means (11) determines whether or not the temperature set by the user in the temperature setting means (12) is appropriate. If the temperature is not appropriate, the differential setting means (11) invalidates the set value and displays that effect. Display by (16). The differential setting means (11) invalidates the temperature set in the temperature setting means (12) by adding a control width (18) to the set temperature rather than the predetermined temperature (17) for avoiding freezing. This is a case where the lower limit when the differential is set falls below. If the coolant is water, the predetermined temperature (17) for avoiding freezing is frozen at 0 ° C., and therefore, for example, 3 ° C., which is slightly higher than that, is set as the anti-freezing temperature. When the temperature of the coolant falls below the freezing prevention temperature, the refrigeration apparatus (1) enters a thermo-off state in which the compressor (3) is stopped. When the temperature of the cooling liquid falls to the freezing prevention temperature, the cooling liquid may partially freeze. Therefore, when the compressor (3) is restarted and the refrigeration capacity of the refrigeration apparatus (1) is restored, it is determined that the procedure should be performed with caution. When the temperature of the coolant is lowered to this temperature, for example, 1.5 ° C., which is lower than the freezing prevention temperature, for example, 1.5 ° C. is set as the abnormal stop temperature. Once an abnormal stop occurs, it will not recover automatically. Processing for avoiding freezing is performed step by step at a plurality of temperatures at which the temperature of the coolant does not drop to the freezing prevention temperature. Since the risk of freezing increases as the temperature of the cooling water approaches the anti-freezing temperature, freezing avoidance processing is prepared from those that can be easily recovered to those that require careful recovery procedures. For example, listed in order from simple ones: (1) simply issue an alarm, (2) forcibly reduce the refrigeration capacity, (3) make the operation substantially the same as stopping the refrigeration capacity, 4 ▼ Processing such as stopping the compressor (3) to stop the refrigerating capacity is performed. The predetermined temperature (17) for avoiding freezing is set to 3.8 ° C. when the coolant is water and −15 ° C. when the coolant is brine. As the control width (18), for example, 1.5 ° C., 2 ° C., and 4 ° C. can be selected.
[0017]
FIG. 2 shows that when the control range (18) is set to 2 ° C. and the differential upper limit and the lower limit are set to 1 ° C. above and below the set value and the variable water volume control is performed, the differential lower limit temperature is set to prevent freezing. The state of the differential setting which is provided and becomes 0.3 degreeC or more higher than 3.5 degreeC which is the forced temperature of 40% cooling operation for reducing cooling capacity to the minimum is shown. At this time, the set value of the temperature setting means (12) is 4.8 ° C, the lower limit of -1 ° C is 3.8 ° C, and the upper limit of + 1 ° C is 5.8 ° C. With regard to the capacity of the compressor (3), it is an up region above the upper limit, a keep region at the middle, and a down region below the lower limit. At such a set temperature, as explained in FIG. 9 above, operation is performed at 100% refrigeration capacity at time t10, the water temperature decreases, and the lower limit of the differential is not more than 3.8 ° C. at time t11. For example, the refrigeration capacity decreases by one step to 70%, and the decrease in water temperature becomes slow, or the water temperature increases, so that the forced decrease to 40% does not occur. Therefore, as indicated by the phantom line, 40% forced operation is unlikely to occur unless there is a disturbance, and cold water can be supplied at a stable temperature. Once 40% forced operation is initiated, the coolant temperature rises rapidly.
[0018]
FIG. 3 shows a dip switch (20) for setting the temperature setting means (12), the display means (16) and the control width (18) of the present embodiment. The temperature setting means (12) includes lowering and raising buttons (12d) and (12u), and can lower or raise the set temperature displayed on the display means (16). The reason why the control width (16) is set by the dip switch (20) is that once set, the possibility that the user of the refrigeration apparatus (1) will change is small. The set temperature can be easily changed by performing an operation in which the user presses the lower button (12d) or the upper button (12u) while looking at the display means (16).
[0019]
FIG. 4 shows a procedure for setting a differential in the embodiment of FIG. The procedure starts from step a1, and in step a2, the control width (18) is set according to the selection result according to the setting state of the dip switch (20) in FIG. In step a3, the set temperature is displayed on the display means (16) in FIG. In step a4, it is determined whether or not the lowering button (12d) of the temperature setting means (12) is operated. If it is operated, the set temperature is lowered by a certain amount in step a5. If it is determined in step a4 that the lower button (12d) is not operated, it is determined in step a6 whether or not the up button (12u) is operated. When it is being operated, the set temperature is increased by a certain amount in step a7.
[0020]
Step a5 or step a6 is followed by step a8. In step a8, based on the control width (18), the lower and upper limits of the differential are set according to the following first and second expressions, respectively.
[0021]
Differential lower limit = Set temperature-Control width / 2 (1)
Differential upper limit = Set temperature + Control width / 2 (2)
In step a9, it is determined whether or not the differential lower limit is lower than a predetermined temperature (17) for avoiding freezing. Actually, it is determined whether or not the differential lower limit is equal to or lower than a predetermined temperature (17) for avoiding freezing. When the condition is satisfied, the set temperature at that time is invalidated in step a10, and the minimum temperature allowed in step a11 is set as the set temperature, and the process returns to step a3. If it is determined in step a6 that the up button (12u) has not been operated, or if the condition is not satisfied in step a9, the differential setting procedure is terminated in step a12.
[0022]
The minimum temperature set in step a11 is a temperature at which the differential lower limit becomes 3.8 ° C., which is a predetermined temperature (17) for avoiding freezing, and in the example of FIG. 2 where the control width (18) is 2 ° C. 4.8 ° C. As shown in FIG. 5, when the control width (18) is 4 ° C., the minimum temperature is 5.8 ° C. Thus, in this embodiment, priority is given so that the differential coincides with the control width (18), and the set temperature is changed as necessary. Further, after invalidating the set temperature in step a10, the set temperature lowered in step a5 may be returned to the original instead of setting the lowest temperature allowed in step a11.
[0023]
FIG. 6 shows a concept of changing the differential in preference to the set temperature as another embodiment related to the present invention. For example, when the temperature set value set by the user is 4.5 ° C., the differential is set by setting the temperature difference between the upper limit and the lower limit to 1.4 ° C.
[0024]
FIG. 7 shows a procedure for setting a differential as shown in FIG. The procedure from step b1 to step b7 corresponds to each step from step a1 to step a7 in FIG. In step b8, it is confirmed that the set temperature is higher than the set temperature (17) for avoiding freezing. If not, the set temperature is invalidated in step b9, the lowest temperature allowed in step b10 is set, and the process returns to step b3. When it is confirmed in step b8 that the set temperature is higher than the predetermined temperature (17) for avoiding freezing, it is determined in step b6 that the ascending button (12u) is not operated, and the process proceeds to step b11. In step b11, based on the control width (18), the upper limit and the lower limit are calculated according to the above-described first and second expressions, and a differential is set. In step b12, it is determined whether or not the lower limit of the differential is lower than a predetermined temperature (17) for avoiding freezing. If it is lower, the differential is corrected in step b13.
[0025]
The differential correction is performed so that the lower limit of the differentials provided above and below the set temperature is not lower than the predetermined temperature (17) for avoiding freezing. In FIG. 6, the differential lower limit is made to coincide with a predetermined temperature (17) for avoiding freezing, and the differential upper limit is set to a temperature higher than the set temperature by the difference between the set temperature and the lower limit. When the temperature difference that can be set as the differential is limited to the temperature difference that can be selected as the control width (18), the temperature difference becomes the maximum in a range in which the lower limit of the differential is not smaller than the predetermined temperature (17) for avoiding freezing. Choose one. When the correction of step b13 is completed, or when the differential lower limit is not smaller than the predetermined temperature (17) for avoiding freezing in step b12, the differential setting procedure is terminated in step b14.
[0026]
The procedure shown in FIG. 4 and the procedure shown in FIG. 7 may be performed by different refrigeration apparatuses. The procedure shown in FIG. 4 is the main control, and the control range (18) and the set temperature set by the operator are the lower limit of the differential. May be automatically switched to the procedure of FIG. 7 on the condition that the temperature becomes lower than a predetermined temperature (17) for avoiding freezing. According to these embodiments, when the user of the refrigeration apparatus (1) requests a low water temperature and sets a low temperature at which the control width (18) cannot be made differential as it is in the temperature setting means (12). Even so, it is possible to prevent excessively low temperature setting.
[0027]
FIG. 8 shows, as yet another form related to the present invention, a concept of controlling the temperature of cold water by setting a differential above the set value when performing outlet water temperature control. As shown in FIG. 8A, the outlet water temperature is set to 4 ° C., for example. When the outlet water temperature is lower than the set value of 4 ° C., the refrigeration capacity of the refrigeration apparatus (1) is lowered by one step. In the up range where the outlet water temperature exceeds 6 ° C., which is 2 ° C. higher than the set value of 4 ° C., the capacity of the refrigeration apparatus (1) is increased by one step. The temperature set value is set to be higher than 3.5 ° C. which is a forced 40% operation temperature. When the compressor (3) is started from a stopped state, it is operated for 2 minutes at, for example, 10%, which is lower than 40% which is the lowest step in the normal operation region, and then is operated for 3 minutes at 40%. Forced unload operation is performed. This forced unloading operation is necessary to prevent liquid compression in the compressor (3) and to release the state where the refrigerant is unevenly distributed in the cold part during the operation stop. In the normal operation, even when the refrigeration capacity is 40%, when the outlet water temperature becomes lower than the set value, the thermo-off state in which the operation of the compressor (3) is stopped. Once the thermo-off is performed, the refrigeration capacity of the refrigeration apparatus (1) is lost, so the inlet water temperature and the outlet water temperature become equal. When the water temperature rises by 2 ° C. from the time of thermo-off, the compressor (3) is restarted.
[0028]
In the above description, the case where water is used as the coolant is shown. Even in the case of using a coolant having a lower temperature such as brine, the present invention can be similarly applied to prevent freezing.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the differential setting means (11) sets the differential with the temperature control width (18) set in advance with respect to the coolant temperature set in the temperature setting means (12). In addition, the temperature of the coolant can be stably controlled using only the temperature set value that does not make the lower limit of the set differential lower than the preset predetermined temperature (17) for avoiding freezing. As a result, even if a temperature setting error to the temperature setting means (12) or a change in the flow rate of the coolant of the equipment occurs, the freeze prevention function that requires a careful procedure for recovery is prevented from operating. However, it becomes possible to obtain a coolant having a stable temperature.
[0030]
Further, since the temperature set for the temperature setting means (12) does not fall below the minimum allowable temperature, the temperature can be set within an appropriate range.
[0031]
Furthermore, according to the present invention, the user of the refrigeration apparatus (1) sets the differential lower limit to the temperature of the coolant set in the temperature setting means (12) in the differential setting means (11) so that the differential lower limit is avoided. The temperature control width (18) that does not become lower than the predetermined temperature (17) can be set by the dip switch (20).
[0032]
According to the present invention, the differential setting means (11) sets the differential based on the control width (18) for the temperature set in the temperature setting means (12), and the lower limit of the differential is a predetermined value for avoiding freezing. Since the temperature does not become lower than the temperature (17), the cooling capacity of the refrigeration apparatus can be lowered by one step when the temperature of the cooling liquid is lower than the lower limit of the differential, and a stable temperature that avoids a sudden temperature change of the cooling liquid. Can supply the coolant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic electrical configuration for a piping system and control according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart showing the temperature setting and temperature control states of the embodiment of FIG. 1;
3 is a front view of a temperature setting means (12), a display means (16), and a dip switch (20) for setting a control width according to the embodiment of FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing a differential setting procedure of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 5 is a time chart showing the temperature setting and temperature control states of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 6 is a time chart showing a state of temperature setting and temperature control according to another embodiment of the present invention.
7 is a flowchart showing a differential setting procedure according to the related embodiment of FIG. 6;
FIG. 8 is a time chart showing a state of inlet temperature control according to still another embodiment related to the present invention.
FIG. 9 is a time chart showing a state of conventional differential control.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Refrigeration apparatus 2 Water side heat exchanger 3 Compressor 5 Air side heat exchanger 7 Unload apparatus 8 Cold / hot water inlet 9 Cold / hot water outlet 10 Control means 11 Differential setting means 12 Temperature setting means 13 Inlet water temperature detector 14 Outlet water temperature detection 16 Display means 17 Predetermined temperature 18 for avoiding freezing Control width

Claims

In the refrigeration apparatus (1) for supplying the coolant,
Temperature setting means (12) for setting the temperature of the coolant to be supplied;
A differential having a predetermined temperature control width (18) is set for the temperature set in the temperature setting means (12), and the lower limit of the differential is smaller than a predetermined temperature (17) for avoiding freezing of the coolant. When the differential lower limit is smaller than the predetermined temperature (17) for avoiding freezing, the temperature setting value for the temperature setting means (12) is invalidated and the temperature for the temperature setting means (12) is invalidated. And a differential setting means (11) for correcting the set value to a minimum value allowing the set value.

The refrigeration apparatus according to claim 1, wherein the differential setting means (11) includes a dip switch (20) for setting the temperature control width (18).

The refrigeration apparatus (1) can change the refrigeration capacity,
The refrigeration capacity is reduced by a predetermined amount when the temperature of the coolant supplied is lower than the lower limit of the differential set by the differential setting means (11), and the refrigeration capacity when the temperature of the coolant is higher than the upper limit of the differential. The refrigeration apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a control means (10) for controlling the value to be increased by a predetermined amount.