JPH03105157A - 冷凍機の運転制御装置及び運転制御方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷水を作る冷凍機の運転制御装置及び制御方
法に関し、特に、水流停止時に冷凍機の運転を停止させ
るようにしたものに関する。

（従来の技術） 従来より、冷凍機における蒸発器を水冷却器として使用
することにより、冷凍機によって冷水を作るようにする
ことはよく知られている。このように冷凍機で水を冷却
する場合、水の流れが停止すると、蒸発器で生じた冷熱
により水が凍結する虞れがあることから、水流停止を検
出し、その検出峙には冷凍機の運転を停止して、凍結事
故を回避するようにする必要がある。その一例として、
従来、水流停止を送水ポンプの停止に基づいて検出し、
該送水ボンブの停止時に冷凍機の運転を停止する方法が
あり、具体的には、■送水ボンブのインタロックを利用
する方法と、■断水リレーを利用する方法とがある。

しかし、■の方法では、現地工事を必要とし、しかも水
の流れを直接検知していないので、信頼性の面で不利で
ある。一方、■の方広では、水の流れを直接検知してい
るので、信頼性は高い。しかし、反面、冷凍機に断水リ
レーを別途取り付けることを要し、コストアップするの
は免れ得ない。

他方、水が流れていないにも拘らず冷凍機を運転したと
き、又は冷凍機の運転中に水流停止が生じたときに作動
するものとして凍結防止サーそがある。この凍結防止サ
ーモによる場合、例えば実公昭４８−３９１３７号公報
に開示されているように、水配管系に水温を検知する凍
結防止サーモを配設し、冷凍機の運転時、水温が凍結温
度付近に低下して凍結防止サーモが作動したときに、圧
縮機を停止させて冷凍機の運転を停止させる方法である
。

（発明が解決しようとする課題） ところが、この方法の場合、実際には、水流停止時に水
冷却器の中での凍結開始部位が不定であり、水の凍結を
正確に検知することは難しい。しかも、水温が高いとき
に水流が停止すると、それから水温が低下して凍結が開
始するまで水流停止を検知できないこととなり、運転停
止までに時間がかかる難がある。

本発明の目的とするところは、水冷却器内の水の温度分
布を利用して水流停止を検出するようにすることにより
、現地工事を要することなく、かつ冷凍機の信頼性を向
上させつつ、水流停止を早期に検出し得るようにして、
冷凍機の運転を確実に停止させるようにすることにある
。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成すべく、この発明の解決手段は、水冷
却器では通常、空気混入等を防止するために水の流れを
下部から上部に流れる構造としており、水が正常に流れ
ているときには、蒸発器による冷却により出口付近の水
温が入口付近の水温以下になるのに対し、水流停止が発
生すると、冷却された水の沈下により温度分布が逆転し
て、出口付近の水温が入口付近の水温よりも高くなるこ
とに着目し、この温度分布の逆転をもって水流停止を検
出して、冷凍機の運転を停止することとする。

具体的には、請求項（１）に係る発明では、第１図に示
すように、圧縮機（ｌ〉、凝縮器（２）、減圧機構（３
）及び蒸発器（８）を順次接続してなる冷媒回路（１０
）と、下部に水入口（５）が、また上部に水出口（６）
がそれぞれ開口され、内部に上記蒸発器（８）が熱交換
可能に配設された密閉シェル（７）を有し、蒸発器（８
）により水を冷却する水冷却器（４）とを備えた冷凍機
を前提とする。

そして、上記シェル（７）内の水入口（５）近傍の入口
水温Ｔｖ１を検出する入口水温検出手段（２０）と、シ
ェル（７）内の水出口（６）近傍の出口水温Ｔｗｏを検
出する出口水温検出手段（２１）とを設けるとともに、
これら両水温検出手段（２０），　（２１）の出力を受
け、出口水温Ｔｗｏが人日水？ｍＴｖＩよりも高いとき
に上記圧縮機（１〉の運転を停止させる制御手段（２４
）を設ける。

また、請求項（２に係る発明では、上記構成の冷凍機の
運転を制御する方法として、水冷却器（４）のシェル（
７）内の水入口（５）近傍及び水出口（６〉近傍の水温
Ｔｖｌ，　Ｔｗｏをそれぞれ検出し、水出口（６）近傍
の出口水温Ｔｗｏが水入口（５）近傍の入口水温Ｔｗｉ
よりも高いときに、上記圧縮機（１）１の運転を停止さ
せる。

（作用） 上記の構或により、請求項（１）に係る発明では、冷凍
機の運転に伴い、圧縮機（１〉が運転されて冷媒回路（
ｌＯ）を冷媒が循環することにより、その蒸発器（８）
で冷熱が発生する。また、水冷却器（４）のシェル（７
）内にその下部の水入口（５）から水が流入し、この水
は上記蒸発器（８）の冷媒と熱交換して冷却されたのち
上部の水出口（６）から流出し、このことにより冷水が
作られる。この冷凍機の運転中、上記シェル（７）内の
水入口（５）近傍の入口水温Ｔｗｉが入口水温検出手段
（２０）により、またシェル（７）内の水出口（６〉近
傍の出口水温Ｔｗｏが出口水温検出手段（２１）により
それぞれ検出され、制御手段（２４）では、これら両水
温が比較される。そして、水流停止がないときには、蒸
発器（８）による冷却により出口水温Ｔｗｏが入口水温
Ｔｖｉ以下になるが、水流が停止すると、冷却された水
の沈下により温度分布が逆転して、出口水温Ｔｗｏが入
口水温Ｔｗｉよりも高くなり、このときに圧縮機（１）
の運転が停止される。

また、請求項（２）に係る発明の方法では、水冷却器（
４〉のシェル（７）内の水入口（５）近傍及び水出口（
６〉近傍の水温Ｔｖｌ，　Ｔｗｏをそれぞれ検出して、
出口水温Ｔｗｏが入口水温Ｔｖｌよりも高いときに圧縮
機０〉の運転を停止する。

したがって、水冷却器（４〉の水入口（５）と水出口（
６）との温度差を利用して水流停止を検知するので、構
造が簡単であり、また、現地工事に頼ることなく、冷凍
機側だけで水流停止を判断するので、冷凍機に対する信
頼性が向上する。しかも、温度差を相対的に検出するの
で、水温が全体として高いときでも迅速に検出でき、水
流停止を素早く検出して冷凍機を確実に保護することが
できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第４図は本発明の実施例に係る冷水用のエコノマイザ付
冷凍機（Ａ）の全体構或を示し、（１）は夕一ボ式、ス
クリュー式、スクロール式等の圧縮機、（２）は凝縮器
、（３〉は主減圧機構としての゛外部均圧式の蒸発器用
自動膨張弁である。（４）は水を冷却するための水冷却
器であって、この水冷却器（４）は第２図に拡大詳示す
るように、下部に水入口（５）が、また上部に水出口（
６）がそれぞれ開口された密閉シェル（７）と、該シェ
ル（７〉内に熱交換可能に配設された伝熱管からなる蒸
発器（８）とで構或されたシェルアンドチューブ構造と
されている。そして、上記圧縮機（ｌ）、凝縮器（２〉
、膨張弁〈３〉及び蒸発器（８）（伝熱管）は順次液管
（９ａ）及びガス管（９ｂ〉からなる配管（９）によっ
て冷媒循環可能に接続されており、凝縮器（２）で奪っ
た冷熱を蒸発器（８）に移動させて水冷却器（４）内の
水を冷却するようにした冷媒回路（１０）が構或されて
いる。（３ａ）は蒸発器（８）の出口側ガス管（９ｂ）
に配設された感温筒で、−上記自動膨張弁（３〉の開度
を制御するものである。

上記冷媒回路（ｌＯ）の液管（９ａ）には、冷凍能力を
ｊ曽大させるためのエコノマイザとしての中間冷却器（
ｌ１）が配設されている。この中間冷却器（１１〉は、
内管（Ｉ２）とその周りに密閉円環状の環状空間（１４
）をあけて同心状に配置された外管（ｌ３）との２重管
からなり、内管（ｌ２）内が冷媒回路（ｌＯ）の一部と
されている。また、内管〈１２〉と外管（ｌ３）との間
の環状空間（１４）のうち、その凝縮器（２）側の端部
は中間冷却器（１１）と自動膨張弁（３）との間の液管
（９ａ）に配管（Ｉ５）を介して、また膨張弁（３〉側
の端部は圧縮機（１）の中間圧となる箇所に配管（ｌＢ
〉を介してそれぞれ接続されており、この両配管（１５
）．　（１６〉ないし中間冷却器（１１）の環状空間（
ｌ４〉により、凝縮器（２〉から自動膨張弁（３〉に流
れる冷媒の一部を膨張弁（３）及び蒸発器（８）をバイ
パスさせて圧縮機（１）の中間圧となる箇所に吐出させ
るようにしたバイパス路（ｌ７）が構成されている。

また、上記配管（ｌ５）の途中にはバイパス路（ｌ７）
の冷媒の流れを開閉制御する電磁弁（ｌ８）と、バイパ
ス路（ｌ７〉を流れる冷媒を減圧する減圧機構としての
冷却器用自動膨張弁〈１９）とが液管（９ａ〉側から順
に配設されている。また、上記圧縮機（１）吐出側のガ
ス管（９ｂ）には上記冷却器用自動膨張弁（ｌ９〉の開
度を制御する感温筒（１９ａ）が配設されている。

そして、冷媒回路（ｌＯ）の液管（９ａ）を流れる液冷
媒を中間冷却器（１１）で冷却して過冷却状態とすると
ともに、その過冷却された岐冷媒の一部を配管（ｌ５）
により取り出して自動膨張弁（【９）により減圧し、こ
の減圧された冷媒を中間冷却器（１１）の環状空間（１
４）内で内管（ｌ２）内の液冷媒と熱交換させた後、圧
縮機（１）の中間圧となる部分にインジエクションする
ようになされている。

さらに、上記水冷却器〈４〉におけるシェル（７）内で
水の流れが停止したときの冷凍機（Ａ）の保護システム
について説明するに、シェル（７）には、シェル（ア）
内下部の水入口（５）近傍の入口水温Ｔｖ１を検出する
入口水温検出手段としての入口水温センサ（２０）と、
シェル（７）内上部の水出口（６）近傍の出口水温Ｔｗ
ｏを検出する出門水温検出手段としての出口水温センサ
（２１）とがそれぞれ先端検出部をシェル（７）内に臨
ませて取り付けられている。

〈２２）は凍結防止サーモである。そして、第４図に示
す如く、上記両水温センサ（２０），　（２１）及び凍
結防止サーモ（２２）の出力信号は制御装置（２３）に
人力されており、これらの入力信号に基づいて冷凍機（
＾）における圧縮機（１）の運転を制御するようにして
いる。上記制御装置（２３）における制御手順について
第３図のフローチャート図により説明すると、まず、最
初のステップＳ１で圧縮機（１）が運転されているかど
うかを判定し、この判定が圧縮機ＯＦＦのＮＯのとき（
冷凍機（＾）の運転停止状態）には同ステップＳ１を繰
り返す。圧縮機（１）がＯＮとなって冷凍機（＾）の運
転が開始されると、ステップＳ２で圧縮機０）の起動後
の経過時間αを計測し、次のステップＳ３で経過時間α
が所定値ｔｘ　（例えば３０秒）よりも短いかどうかを
判定し、この判定がαくｔ×のＹＥＳのときには最初の
ステップＳＩに戻る。圧縮機（１〉の起動後、暫くして
判定がα≧ｔ×のＮｏとなると、水流停止の監視を行う
ためにステップＳ４に進む。このステップＳ４では、上
記入口水温Ｔ　Ｗ　Ｉと出口水温Ｔｗｏとを比較して出
口水温Ｔｗｏが入口水温Ｔ　ｖ］よりも高いかどうかを
判定する。この判定がＴｗｉ≧ＴｗｏのＮｏのときには
、シェル（７）内を水が流れている正常状態と判断して
、ステップＳ１に戻って圧縮機（１）の運転を続行する
。これに対し、シェル（７）内を水が流れていないとき
には、蒸発器（８）により冷却された水がシェル（７）
内で沈下し、上記判定がＴｖｌ＜ＴｗｏのＹＥＳとなる
。この状態を異常状態とし、ステップＳ５に進んで圧縮
機（１）を強制停止させて冷凍機（＾）の運転を停止さ
せる。

すなわち、この実施例では、上記フローにおけるステッ
プＳ４及びＳ５により、両水温センサ（２０），　（２
１）の出力を受け、水出口（６）近傍の出口水；ＭＴｗ
ｏが水入口（５）近傍の入口水温Ｔｖｌよりも高いとき
に、圧縮機（１）の運転を停止させるようにした制御手
段（２４〉が構成されている。

したがって、上記実施例においては、冷凍機（＾）の運
転中、電磁弁（１８）が開弁状態にあるとき、冷媒回路
〈１０）の圧縮機（１）から吐出された高圧ガス冷媒は
凝縮器（２）で液化した後、中間冷却器（１ｌ）の内管
（｛２）内で冷却されて過冷却状態となる。

この液冷媒は凝縮器用膨張弁（３）で減圧されたのち、
水冷却器（４）の蒸発器（８）で蒸発し、この蒸発した
ガス冷媒は圧縮機（１）に吸い込まれて再圧縮される。

そして、上記中間冷却器（１１）でのｌ＆冷媒の過冷却
により冷凍機（Ａ）の冷凍能力か増大する。

また、上記凝縮器（２）から凝縮器用膨張弁（３）に流
れる冷媒の一部がバイパス路（ｌ７）に流れ、この冷媒
は冷却器用膨張弁（Ｉ９）で減圧された後、中間冷却器
（ｌ１）の環状空間（１４）内を通り、そこで冷媒回路
（１０）の液冷媒を過冷却する。そして、この中間冷却
器（ｌ１）を通過した冷媒は圧縮機（１）の中間圧とな
る箇所に吐出され、このリキッドインジェクションによ
り圧縮機（１）の吐出ガス温度が一定温度に制御される
。

この場合、上記バイパス路（ｌ７）は冷媒回路（１０）
に対し、中間冷却器（１１）により過冷却された液冷媒
を取り出すように中間冷却器（１１）と自動膨張弁（３
〉との間の液管（９ａ）に接続されているので、バイパ
ス路（ｌ７）には常に過冷却された液冷媒が流れること
となり、この液冷媒によってインジ・エクション用液冷
媒が確保される。このため、インジエクション用冷媒を
溜めるためのレシーバ等の液溜りか不要となり、この液
溜りの省略により、冷凍機（Ａ）の回路構成を簡単にし
かつ冷凍機（Ａ）を小形化しつつ、リキッドインジェク
ションにより吐出ガス温度制御を安定して行って圧縮機
（１）の耐久性、信頼性を向上させることができる。

また、冷媒回路（１０）において中間冷却器（１１）に
より過冷却された液冷媒がインジエクション用の液冷媒
として使用されるので、この過冷却された渣冷媒のイン
ジエクションによる冷却効果が大きくなり、その分、イ
ンジェクション用冷媒の量は比較的少量で済むこととな
る。従って、上記冷却器用自動膨張弁（ｌ９）で減圧さ
れる冷媒量も少なくなり、この冷媒量の少ない分だけ膨
張弁（１９）を小形化でき、よってコストダウン化を図
るとともに、膨張弁（ｌ９〉の耐久性、信頼性を向上さ
せることができる。

このような冷凍機（＾〉の運転中、圧縮機（１）の起動
から所定時間ｔ×が経過して定常運転状態になると、水
冷却器（４）における水流停止の監視が行われる。すな
わち、入口水温センサ（２ａ）により検出された入口水
温ＴνＩと出口水温センサ（２１）により検出された出
口水温Ｔν０とが制御装置（２３）において比較され、
出口水温Ｔｗｏが入口水温Ｔｖｌよりも高いかどうかが
判定される。シェル（７〉内を水が流れている正常状態
では、シェル（７）下部の水入口（５）から流入した水
が蒸発器（８）で冷却された後、シェル（７）上部の水
出口（６〉から流出するので、上記判定はＴｖｌ≧Ｔｗ
ｏとなり、この正常状態には圧縮機（１）は停止しない
。

これに対し、シェル（７）内を水が流れていない異常状
態では、シェル（７）内で水が停留しているため、蒸発
器（８）により冷却されて重くなった水がシェル（７）
内で沈下する一方、温度の高い水が対流によりシェル（
７）上部に移動し、その結果、上記判定が正常時と逆転
してＴｖｉ＜Ｔｗｏとなる。

この異常状態では圧縮機（１）か強制停止されて冷凍機
（＾）の運転が停止する。

この場合、水冷却器〈４）の水入口（５）と水出口（６
〉との温度差を利用して水流停止を検知するので、水流
停止を簡単な構造で検出することができる。

また、現地工事に頼ることなく、冷凍機（＾）側だけで
水流停止を判断するので、冷凍機（Ａ）に対する信頼性
を向上させることができる。

しかも、温度差を相対的に検出するので、水温が全体と
して高いときでも迅速に険出でき、水流停止を索早く検
出して冷凍機＜ｈ＞を確実に保護することができる。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）及び（２）に係る発
明によると、下部に水入口が、上部に水出口がそれぞれ
開口されたシェルを有し、該シェル内に冷凍機における
冷媒回路の蒸発器が配設された水冷却器に対し、水入口
及び水出口付近の水温をそれぞれ検出し、出口水温が入
口水温よりも高くなったときを水流停止として、冷凍機
の運転を停ＩＬするようにしたことにより、簡単な構造
で水流停止を検出できるとともに、現地工事に頼ること
なく、冷凍機側だけで水流停止を判断するので、冷凍機
に対する信頼性を向上させることができる。また、水温
が高いときでも水流停止を迅速に検出して冷凍機を確実
に保護することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す図である。第２図以下の図
面は本発明の実施例を示し、第２図は水冷却器の拡大断
面図、第３図は制御手順を示すフローチャート図、第４
図は冷凍機の冷媒配管系統図である。 （Ａ）・・・冷凍装置 （１）・・・圧縮機 （２〉・・・凝縮器 （３）・・・膨張弁（減圧機溝） （４〉・・・水冷却器 （５）・・・水入口 （６）・・・水出口 （７）・・・シェル （８）・・・蒸発器 （ＩＯ）・・・冷媒回路 （２０）・・・入口水温センサ（入口水温検出手段）（
２１）・・・出口水温センサ （２４）・・・制御手段 （出口水温検出手段） 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機（１）、凝縮器（２）、減圧機構（３）及
   び蒸発器（８）を順次接続してなる冷媒回路（１０）と
   、 下部に水入口（５）が、上部に水出口（６）がそれぞれ
   開口され、内部に上記蒸発器（８）が熱交換可能に配設
   された密閉シェル（７）を有し、蒸発器（８）により水
   を冷却する水冷却器（４）とを備えた冷凍機において、 上記シェル（７）内の水入口（５）近傍の入口水温Ｔｗ
   ｉを検出する入口水温検出手段（２０）と、上記シェル
   （７）内の水出口（６）近傍の出口水温Ｔｗｏを検出す
   る出口水温検出手段（２１）と、上記両水温検出手段（
   ２０）、（２１）の出力を受け、出口水温Ｔｗｏが入口
   水温Ｔｗｉよりも高いときに上記圧縮機（１）の運転を
   停止させる制御手段（２４）とを設けたことを特徴とす
   る冷凍機の運転制御装置。
2. （２）圧縮機（１）、凝縮器（２）、減圧機構（３）及
   び蒸発器（８）を順次接続してなる冷媒回路（１０）と
   、 下部に水入口（５）が、また上部に水出口（６）がそれ
   ぞれ開口され、内部に上記蒸発器（８）が熱交換可能に
   配設された密閉シェル（７）を有し、蒸発器（８）によ
   り水を冷却する水熱交換器とを備えた冷凍機の運転制御
   方法であって、 上記シェル（７）内の水入口（５）近傍及び水出口（６
   ）近傍の水温Ｔｗｉ、Ｔｗｏをそれぞれ検出し、水出口
   （６）近傍の出口水温Ｔｗｏが水入口（５）近傍の入口
   水温Ｔｗｉよりも高いときに、上記圧縮機（１）の運転
   を停止させることを特徴とする冷凍機の運転制御方法。