(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
冷凍装置では、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器が熱媒体をこの順で循環させるように配管により接続されている。このような冷凍装置における凝縮器は、空冷式と液冷式とに大別することができる。空冷式の凝縮器は、一般に、送風機からの風によって熱媒体を冷却し、主に家庭用の空気調和装置で採用されている。一方、液冷式の凝縮器は、水道水や地下水等の冷却水によって熱媒体を冷却し、主に工場等の大型設備で採用されている。空冷式の凝縮器では、送風機による塵埃の巻き上げが生じ得ることから、これが問題となり得る半導体製造設備等では、通常、液冷式の凝縮器が用いられる。
【0003】
冷凍装置においては、液冷式の凝縮器として、プレート式熱交換器が用いられる場合がある。プレート式熱交換器の形式には、熱媒体と冷却水とが熱交換器内で隔壁を介して互いに逆方向に通流する対流式や、熱媒体と冷却水とが熱交換器内で隔壁を介して互いに同方向に通流する並流式等がある。対流式は、熱交換率が高いため、小型化等の点で有利である。なお、蒸発器が液体の冷却のために用いられる場合には、蒸発器をプレート式熱交換器によって構成する場合もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
プレート式熱交換器を凝縮器として用いる場合、凝縮器で通流させる熱媒体の圧力は、通常、冷却水の圧力よりも大きくなる。これにより、例えば腐食箇所等を起点として熱媒体が隔壁を破って冷却水に混入し易くなる。仮に熱媒体が隔壁を破った場合には、例えば、冷却水に混入した熱媒体が排水として流出することによって不所望な環境破壊が生じ得る。また冷凍装置における熱媒体が減ることによって、圧縮機の焼付けが生じ易くなる。そのため、隔壁の破損が生じた場合には、熱媒体の外部への流出を迅速に停止する必要性が生じる。
【0006】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、凝縮器又は蒸発器からの熱媒体の漏れを簡易な構成で迅速に検出することができる冷凍装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器が熱媒体をこの順で循環させるように配管により接続された冷凍装置であって、前記配管を通流する熱媒体の圧力を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部が検出した圧力が所定値以下となった場合に、前記凝縮器又は前記蒸発器からの熱媒体の漏れが発生したものと判定する制御部と、を備えている、ことを特徴とする冷凍装置、である。
【0008】
本発明に係る冷凍装置によれば、凝縮器又は蒸発器からの熱媒体の漏れによって生じる圧力低下を、制御部が、冷凍装置に設けられた圧力検出部の検出結果に基づいて検出することで、複雑な演算処理を要することなく凝縮器又は蒸発器からの熱媒体の漏れの発生を判定することが可能となる。これにより、凝縮器又は蒸発器からの熱媒体の漏れを簡易な構成で迅速に検出することができる。
【0009】
また本発明に係る冷凍装置において、前記凝縮器は、主面を対向させて隣り合うプレート部材の間に形成される熱媒体の流路と冷却水の流路とが交互に並ぶように、複数のプレート部材が間隔を空けて配置されたプレート式熱交換器であり、前記プレート部材は、二枚のプレートを積層させてなる構成を有していてもよい。
【0010】
この場合、プレート部材における二枚のプレートのうちの一方が破損したとしても、熱媒体と冷却水とが混合しないため、熱媒体又は冷却水の漏れを効果的に抑制することができる。
【0011】
また本発明に係る冷凍装置において、前記圧力検出部は、前記配管における前記凝縮器と前記膨張弁との間の部分を通流する熱媒体の圧力を検出するようになっていてもよい。
【0012】
また、本発明に係る冷凍装置において、前記圧力検出部は、前記配管における前記蒸発器と前記圧縮機との間の部分を通流する熱媒体の圧力を検出するようになっていてもよい。
【0013】
また本発明に係る冷凍装置において、前記制御部は、前記圧力検出部が検出した圧力が予備判定用所定値以下となった場合に、前記凝縮器における前記プレート部材のうちの熱媒体の流路の側のプレートから二枚のプレートの間に熱媒体が漏れたものと判定し、前記圧力検出部が検出した圧力が前記予備判定用所定値よりも小さい主判定用所定値以下となった場合に、前記凝縮器における熱媒体の流路から前記プレート部材を介して冷却水の流路に熱媒体が漏れたものと判定するようになっていてもよい。
【0014】
この場合、予備判定用所定値の段階で、熱媒体の漏れが検出されることで、その後に、熱媒体が多量に漏れる事態を回避することができる。
【0015】
また本発明に係る冷凍装置において、前記圧力検出部は、前記配管における前記凝縮器と前記膨張弁との間の部分を通流する熱媒体の圧力を検出する高圧側圧力検出部と、前記配管における前記蒸発器と前記圧縮機との間の部分を通流する熱媒体の圧力を検出する低圧側圧力検出部と、を含み、前記制御部は、前記高圧側圧力検出部が検出した圧力が第1所定値以下となり、且つ、前記低圧側圧力検出部が検出した圧力が第2所定値以下となった場合に、前記凝縮器又は前記蒸発器からの熱媒体の漏れが発生したものと判定するようになっていてもよい。
【0016】
また本発明に係る冷凍装置において、前記圧力検出部は、前記配管における前記圧縮機と前記凝縮器との間の部分を通流する熱媒体の圧力を検出する第1高圧側圧力検出部と、前記配管における前記凝縮器と前記膨張弁との間の部分を通流する熱媒体の圧力を検出する第2高圧側圧力検出部と、を含み、前記制御部は、前記第1高圧側圧力検出部が検出した圧力と前記第2高圧側圧力検出部が検出した圧力との差分が、第3所定値以上となった場合に、前記凝縮器からの熱媒体の漏れが発生したものと判定するようになっていてもよい。
【0017】
この場合、前記制御部は、前記第1高圧側圧力検出部が検出した圧力と前記第2高圧側圧力検出部が検出した圧力との差分が、前記第3所定値未満であり、且つ、前記第1高圧側圧力検出部が検出した圧力及び前記第2高圧側圧力検出部が検出した圧力のそれぞれが、第4所定値以下である場合に、前記蒸発器からの熱媒体の漏れが発生したものと判定する、ようになっていてもよい。
【0018】
また本発明に係る冷凍装置において、前記圧力検出部は、前記配管における前記膨張弁と前記蒸発器との間の部分を通流する熱媒体の圧力を検出する第1低圧側圧力検出部と、前記配管における前記蒸発器と前記圧縮機との間の部分を通流する熱媒体の圧力を検出する第2低圧側圧力検出部と、を含み、前記制御部は、前記第1低圧側圧力検出部が検出した圧力と前記第2低圧側圧力検出部が検出した圧力との差分が、第5所定値以上となった場合に、前記蒸発器からの熱媒体の漏れが発生したものと判定するようになっていてもよい。
【0019】
この場合、前記制御部は、前記第1低圧側圧力検出部が検出した圧力と前記第2低圧側圧力検出部が検出した圧力との差分が、前記第5所定値未満であり、且つ、前記第1低圧側圧力検出部が検出した圧力及び前記第2低圧側圧力検出部が検出した圧力のそれぞれが、第6所定値以下である場合に、前記凝縮器からの熱媒体の漏れが発生したものと判定するようになっていてもよい。
【0020】
以上の構成によれば、圧力検出部の個数を抑えつつ、凝縮器からの熱媒体の漏れと、蒸発器からの熱媒体の漏れと、を分けて判定できるため、効率的に異常が生じた箇所を特定することができ、その後の補修作業を円滑に進めることができる。
【0021】
また、本発明に係る冷凍装置において、前記制御部は、熱媒体の漏れが発生したものと判定した場合に、冷凍装置における熱媒体の循環を停止させるか、又は、警告を通知するようになっていてもよい。
【0022】
この構成によれば、熱媒体の漏れの進行を抑制できる。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、凝縮器又は蒸発器からの熱媒体の漏れを簡易な構成で迅速に検出することができる。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の各実施の形態を詳細に説明する。
【0026】
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る冷凍装置1の回路図を示している。冷凍装置1は、圧縮機11、凝縮器12、膨張弁13、及び蒸発器14が熱媒体をこの順で循環させるように配管15により接続されて構成されている。配管15は、圧縮機11と凝縮器12とを接続する第1部分15A、凝縮器12と膨張弁13とを接続する第2部分15B、膨張弁13と蒸発器14とを接続する第3部分15C、及び蒸発器14と圧縮機11とを接続する第4部分15Dを有している。また本実施の形態に係る冷凍装置1は、熱媒体の漏れを検出するための異常検出装置21をさらに備えている。異常検出装置21は、圧力検出部31,32と、制御部41とを有している。
【0027】
圧縮機11は、蒸発器14から流出した低温且つ低圧の気体の状態の熱媒体を圧縮し、高温(例えば80℃)且つ高圧の気体の状態として、凝縮器12に供給するようになっている。凝縮器12は、圧縮機11で圧縮された熱媒体を冷却水によって冷却すると共に凝縮し、所定の冷却温度(例えば、40℃)の高圧の液体の状態として、膨張弁13に供給するようになっている。凝縮器12の冷却水には、水が用いられてよいし、その他の冷媒が用いられてもよい。
【0028】
本実施の形態における凝縮器12は、プレート式熱交換器によって構成され、熱媒体を通流させる第1流路12Aと、冷却水を通流させる第2流路12Bと、を有する。このうち、第1流路12Aの上流端に配管15の第1部分15Aが接続され、第1流路12Aの下流端に配管15の第2部分15Bが接続されている。また第2流路12Bに冷却水用配管18が接続され、凝縮器12は、冷却水用配管18から冷却水を供給される。このような凝縮器12では、熱媒体と冷却水とを熱交換させることにより、熱媒体を冷却水によって冷却すると共に凝縮することができる。
【0029】
図4はプレート式熱交換器として構成された凝縮器12の断面図を示している。
図4に示すように、凝縮器12は、主面を対向させて隣り合うプレート部材121の間に形成される熱媒体用の第1流路12Aと冷却水用の第2流路12Bとが交互に並ぶように、複数のプレート部材121が間隔を空けて配置されて構成されたプレート式熱交換器である。ここで、本実施の形態では、プレート部材121が、二枚のプレート122,122を積層させてなる構成を有する。より詳しくは、二枚のプレート122,122は、外周縁を互いにろう付け等で接合される一方で、外周縁の内側に設定される熱交換領域は非接合状態となっている。そのため、二枚のプレート122,122の間には微小な空気層が形成されるようになっている。
【0030】
図1に戻り、膨張弁13は、凝縮器12から供給された熱媒体を膨張させることにより減圧させて、低温(例えば、2℃)且つ低圧の液体状態として、蒸発器14に供給するようになっている。蒸発器14は、本実施の形態において、供給された熱媒体を温度制御対象の空気と熱交換させて空気を冷却するようになっている。空気と熱交換した熱媒体は、低温且つ低圧の気体の状態となって蒸発器14から流出して再び圧縮機11で圧縮される。なお、蒸発器14は、熱媒体によって液体を冷却するように構成されてもよい。この場合、蒸発器14は、プレート式熱交換器によって構成されてもよい。
【0031】
また本実施の形態では、異常検出装置21が、配管15における凝縮器12と膨張弁13との間の部分(第2部分15B)を通流する熱媒体の圧力を検出する高圧側圧力検出部31と、配管15における蒸発器14と圧縮機11との間の部分(第3部分15C)を通流する熱媒体の圧力を検出する低圧側圧力検出部32と、を有する。圧力検出部31,32は、制御部41に電気的に接続されている。本実施の形態では、これら圧力検出部31,32及び制御部41が、異常検出装置21を構成している。圧力検出部31,32は、本実施の形態において、検出した圧力を電圧信号に変換して、制御部41に出力する。制御部41は、圧力検出部31,32が検出した圧力に基づいて、凝縮器12又は蒸発器14からの熱媒体の漏れが発生したか否かを判定するようになっている。制御部41は、例えばCPU等を含む演算装置であってもよい。
【0032】
より詳しくは、本実施の形態における制御部41は、高圧側圧力検出部31が検出した圧力が第1所定値以下となった場合、又は、低圧側圧力検出部32が検出した圧力が第2所定値以下となった場合に、凝縮器12又は蒸発器14からの熱媒体の漏れが発生したものと判定する。また制御部41は、熱媒体の漏れが発生したものと判定した場合に、冷凍装置1における熱媒体の循環を停止させるとともに、警告を通知するようにもなっている。
【0033】
図1において、符号16は、配管15の第1部分15Aに設けられた遮断弁16を示している。具体的に本実施の形態では、高圧側圧力検出部31が検出した圧力が第1所定値以下となった場合、又は、低圧側圧力検出部32が検出した圧力が第2所定値以下となった場合に、制御部41が遮断弁16を遮断状態として、熱媒体の循環を停止させる。また同時に、制御部41は、警告音を出力(通知)するとともに、圧縮機11を停止させる。なお、制御部41は、表示装置等において警告を表示(通知)してもよい。ここで、上述の第1所定値は、熱媒体の漏れのない通常の運転状態において圧縮機11によって圧縮された熱媒体の圧力よりも小さい圧力の値であり、上述の第2所定値は、通常の運転状態において膨張弁13が膨張させた後に蒸発器14を出る熱媒体の圧力よりも小さい圧力の値である。これら第1所定値及び第2所定値は、凝縮器12又は蒸発器14からの熱媒体の漏れが発生している可能性が高いと見做すことのできる値に設定されている。これらの所定値は、熱媒体の種別等に応じて適正な値が変動するため、制御部41においては所定値の設定を任意に変更可能となっている。
【0034】
なお凝縮器12又は蒸発器14からの熱媒体の漏れが生じている場合、低圧側圧力検出部32で検出される圧力、特に蒸発器14の下流の圧力は、高圧側圧力検出部31で検出される圧力よりも、漏れの影響に応じて変動し易くなることを、本件発明者は鋭意研究によって見出した。したがって、高圧側圧力検出部31が検出した圧力が第1所定値以下となった場合には、制御部41によって漏れの虞があるものと判定し、低圧側圧力検出部32が検出した圧力が第2所定値以下となった場合に、漏れが発生したと判定する構成が採用されてもよい。
【0035】
以上に説明した本実施の形態に係る冷凍装置1によれば、凝縮器12又は蒸発器14からの熱媒体の漏れによって生じる圧力低下を、制御部41が、冷凍装置1に設けられた圧力検出部31,32の検出結果に基づいて検出することで、複雑な演算処理を要することなく凝縮器12又は蒸発器14からの熱媒体の漏れの発生を判定することが可能となる。これにより、凝縮器12又は蒸発器14からの熱媒体の漏れを簡易な構成で迅速に検出することができる。
【0036】
また本実施の形態では、凝縮器12が、主面を対向させて隣り合うプレート部材121の間に形成される熱媒体の流路と冷却水の流路とが交互に並ぶように、複数のプレート部材121が間隔を空けて配置されたプレート式熱交換器であり、プレート部材121は、二枚のプレート122,122を積層させてなる。これにより、プレート部材121における二枚のプレートのうちの一方が破損したとしても、熱媒体と冷却水とが混合しないため、熱媒体又は冷却水の漏れを効果的に抑制することができる。
【0037】
なお、本実施の形態では、高圧側圧力検出部31が検出した圧力が第1所定値以下となった場合、又は、低圧側圧力検出部32が検出した圧力が第2所定値以下となった場合に、熱媒体の漏れが発生したものと判定される。しかしながら、これに代えて、高圧側圧力検出部31が検出した圧力が第1所定値以下となり、且つ、低圧側圧力検出部32が検出した圧力が第2所定値以下となった場合に、熱媒体の漏れが発生したと判定されてもよい。
【0038】
以下においては、第1の実施の形態の変形例について説明する。本変形例では、制御部41の構成が第1の実施の形態と異なっている。
【0039】
すなわち、本変形例に係る制御部41は、低圧側圧力検出部32が検出した圧力が予備判定用所定値以下となった場合に、凝縮器12におけるプレート部材121のうちの第1流路12Aの側のプレート122から二枚のプレート122,122の間に熱媒体が漏れたものと判定し、低圧側圧力検出部32が検出した圧力が予備判定用所定値よりも小さい主判定用所定値以下となった場合に、凝縮器12における第1流路12Aからプレート部材121を介して第2流路12Bに熱媒体が漏れたものと判定するようになっている。
【0040】
このような本例においては、第1流路12Aの側のプレート122から二枚のプレート122,122の間に熱媒体が漏れたものと判定された場合と、凝縮器12における第1流路12Aからプレート部材121を介して第2流路12Bに熱媒体が漏れたものと判定された場合とで、制御部41が異なる処理を行ってもよい。例えば、制御部41は、前者が生じた場合にその旨の警告のみを通知し、後者が生じた場合にその旨の警告を通知し且つ熱媒体の循環を停止させてもよい。また制御部41は、前者及び後者の場合の両方で、熱媒体の循環を停止させてもよい。
【0041】
以上の構成によれば、予備判定用所定値の段階で、熱媒体の漏れが検出されることで、その後に熱媒体が多量に漏れる事態を回避することができるようになる。なお、本変形例に係る構成は、高圧側圧力検出部31に対して適用されてもよい。
【0042】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態における構成部分のうちの第1の実施の形態の構成部分と同様のものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態では、圧力検出部の構成が第1の実施の形態と異なっている。
【0043】
図2に示すように、本実施の形態に係る異常検出装置22は、配管15における圧縮機11と凝縮器12との間の部分(第1部分15A)を通流する熱媒体の圧力を検出する第1高圧側圧力検出部31Aと、配管15における凝縮器12と膨張弁13との間の部分(第2部分15B)を通流する熱媒体の圧力を検出する第2高圧側圧力検出部31Bと、これら圧力検出部31A,31Bと電気的に接続された制御部41と、で構成されている。
【0044】
制御部41は、第1高圧側圧力検出部31Aが検出した圧力と第2高圧側圧力検出部31Bが検出した圧力との差分が、第3所定値以上となった場合に、凝縮器12からの熱媒体の漏れが発生したものと判定する。第1高圧側圧力検出部31Aが検出した圧力と第2高圧側圧力検出部31Bが検出した圧力との差分が大きい場合、凝縮器12から熱媒体が漏れた可能性が高いものと推認できる。したがって、第3所定値は、凝縮器12からの熱媒体の漏れが発生している可能性が高いと見做すことのできる値に設定されている。
【0045】
また本実施の形態における制御部41は、第1高圧側圧力検出部31Aが検出した圧力と第2高圧側圧力検出部31Bが検出した圧力との差分が、第3所定値未満であり、且つ、第1高圧側圧力検出部31Aが検出した圧力及び第2高圧側圧力検出部31Bが検出した圧力のそれぞれが、第4所定値以下である場合に、蒸発器14からの熱媒体の漏れが発生したものと判定するようになっている。
【0046】
本実施の形態では、第1高圧側圧力検出部31Aが検出した圧力と第2高圧側圧力検出部31Bが検出した圧力との差分が、第3所定値未満である場合には、凝縮器12からの熱媒体の漏れが発生しているとは判定されない。しかしながら、この場合であっても、蒸発器14からの熱媒体の漏れが発生している可能性がある。仮に、蒸発器14からの熱媒体の漏れが発生している場合には、第1高圧側圧力検出部31Aが検出する圧力及び第2高圧側圧力検出部31Bが検出する圧力は、熱媒体の漏れのない通常の運転状態における熱媒体の圧力よりも小さい圧力となる。
【0047】
そこで本実施の形態では、熱媒体の漏れのない通常の運転状態において圧縮機11によって圧縮された熱媒体の圧力よりも小さい値であって、蒸発器14からの熱媒体の漏れが発生している可能性が高いと見做すことのできる圧力の値に、第4所定値が設定されている。これにより、第1高圧側圧力検出部31Aが検出した圧力及び第2高圧側圧力検出部31Bが検出した圧力のそれぞれが、第4所定値以下である場合に、蒸発器14からの熱媒体の漏れが発生したものと判定することが可能となる。
【0048】
このような第2の実施の形態によっても、凝縮器12又は蒸発器14からの熱媒体の漏れを簡易な構成で迅速に検出することができる。とりわけ圧力検出部の個数を抑えつつ、凝縮器12からの熱媒体の漏れと、蒸発器14からの熱媒体の漏れと、を分けて判定できるため、効率的に異常が生じた箇所を特定することができ、その後の補修作業を円滑に進めることができる。
【0049】
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態における構成部分のうちの第1及び第2の実施の形態の構成部分と同様のものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態では、圧力検出部の構成が第1及び第2の実施の形態と異なっている。
【0050】
図3に示すように、本実施の形態に係る異常検出装置23は、配管15における膨張弁13と蒸発器14との間の部分(第3部分15C)を通流する熱媒体の圧力を検出する第1低圧側圧力検出部32Aと、配管15における蒸発器14と圧縮機11との間の部分(第4部分15D)を通流する熱媒体の圧力を検出する第2低圧側圧力検出部32Bと、これら圧力検出部32A,32Bと電気的に接続された制御部41と、で構成されている。
【0051】
制御部41は、第1低圧側圧力検出部32Aが検出した圧力と第2低圧側圧力検出部32Bが検出した圧力との差分が、第5所定値以上となった場合に、蒸発器14からの熱媒体の漏れが発生したものと判定する。第1低圧側圧力検出部32Aが検出した圧力と第2低圧側圧力検出部32Bが検出した圧力との差分が大きい場合、蒸発器14から熱媒体が漏れた可能性が高いものと推認できる。したがって、第5所定値は、蒸発器14からの熱媒体の漏れが発生している可能性が高いと見做すことのできる値に設定されている。
【0052】
また本実施の形態における制御部41は、第1低圧側圧力検出部32Aが検出した圧力と第2低圧側圧力検出部32Bが検出した圧力との差分が、第5所定値未満であり、且つ、第1低圧側圧力検出部32Aが検出した圧力及び第2低圧側圧力検出部32Bが検出した圧力のそれぞれが、第6所定値以下である場合に、凝縮器12からの熱媒体の漏れが発生したものと判定する。このような第3の実施の形態によれば、第2の実施の形態と同様の効果が得られる。