ハイブリッドチラーの凍結防止装置
【課題】 熱交換器及びその周辺に対する凍結防止を確実に行うとともに、省エネルギ性を高め、かつ夜間の騒音問題を回避する。また、資源節減を図るとともに、経済性をより高める。
【解決手段】 冷却液Ｌを通す熱交換器５における冷却液管Ｐの上端部位Ｐｕから下端部位Ｐｄまでの全部位を下降傾斜又は水平に形成し、かつ冷却液タンク２及びこの冷却液タンク２と冷却液管Ｐの下端部位Ｐｄ間を接続する配管７を熱交換器５の下方に配設するとともに、熱交換器５の上端内部又は熱交換器５に接続される配管における当該熱交換器５よりも上方位置の内部を大気に対して開放又は閉塞可能な給気弁９を備える。
【解決手段】 冷却液Ｌを通す熱交換器５における冷却液管Ｐの上端部位Ｐｕから下端部位Ｐｄまでの全部位を下降傾斜又は水平に形成し、かつ冷却液タンク２及びこの冷却液タンク２と冷却液管Ｐの下端部位Ｐｄ間を接続する配管７を熱交換器５の下方に配設するとともに、熱交換器５の上端内部又は熱交換器５に接続される配管における当該熱交換器５よりも上方位置の内部を大気に対して開放又は閉塞可能な給気弁９を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外気と冷却液の熱交換を行うフリークーリング機能を備えるハイブリッドチラーの凍結防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外気の低温環境を直接利用するフリークーリング機能を備えるハイブリッドチラーは、特許文献１に開示される冷却装置及び特許文献２で開示される冷却装置が知られている。
【０００３】
前者の冷却装置は、冷却効率を高めることを目的として、送風装置を備えた冷却塔内に、冷却水を冷却する冷却水コイルと冷凍機の冷媒を冷却するコンデンサコイルとを同じプレートフィンチューブ型熱交換器内に配管した熱交換ユニットを設け、外気温度が低いときは冷凍機の運転を停止して熱交換ユニット内に冷却水のみを通し、外気温度が高いときは冷凍機を運転して冷却水を冷凍機の蒸発器にのみ通して熱交換ユニット内に冷凍機の冷媒のみを通し、外気温度によって冷却水と冷媒のいずれか一方を冷却塔で冷却する構成を備えたものであり、また、後者の冷却装置は、同様に冷却効率を高めることを目的として、伝熱パイプに被冷却流体を通し、ファンによって伝熱パイプを冷却する冷却塔において、被冷却流体が通過する伝熱パイプにフィンを設けたラジエターを冷却塔の外側部に設け、圧縮機、コンデンサ、膨張弁、蒸発器からなり、冷媒を圧縮、膨張を繰り返し運転するチラーを設け、コンデンサは、伝熱パイプにフィンを設けたフィン付コンデンサに設けてラジエターの内側に配置し、冷却塔のファンによってラジエターとコンデンサに送風し、冷却すべき機器から戻る被冷却流体をラジエターからチラーの蒸発器を通して冷却し、冷却すべき機器に送り出すことができるようにしたものである。
【０００４】
ところで、このような冷却装置に備えるフリークーリング用の熱交換器は、冬季等の低温期において外気との熱交換により冷却液を冷却する機能を有するため、常に外気に晒された状態となるなど、本来的に凍結しやすい環境に置かれる。したがって、熱交換器の凍結防止対策は重要となり、例えば、上述した特許文献２には、冬季等で冷却装置の運転が停止中の場合、設定した温度（５℃以下）になったなら循環ポンプを起動させる信号を出し、被冷却水を冷却装置内で循環させることにより凍結を防止する手段が開示され、また、特許文献３には、密閉型冷却筒において、流入電動駆動弁、流出電動駆動弁及び排水用電動駆動弁を閉弁し、圧縮空気導入口から圧縮空気を導入する工程と、圧力センサで検知した圧力値を所定の圧力値と比較する工程と、圧力センサで検知した圧力値が、所定の圧力値と同じ又は上回ったときに排水用電動駆動弁を開弁する工程とからなり、ほぼボタン１つで確実に被冷却水を外部に排出（水抜き）するための手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２３４０５５号公報
【特許文献２】特開２０００−２６６４４７号公報
【特許文献３】特開２００８−３０９４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来のハイブリッドチラー（冷却装置等）における凍結防止対策は、次のような問題点があった。
【０００７】
まず、被冷却水を冷却装置内で循環させるタイプ（特許文献２）は、循環ポンプを運転させる必要がある。したがって、電力消費を伴うことになり省エネルギ性に劣る。特に、運転効率を高めて省エネルギ性を向上させることを目的としたこの種のハイブリッドチラーにおける凍結防止手段としては望ましいものでない。また、冷却装置の運転を停止させる夜間に行われることから、夜間での騒音発生原因となり、この観点からも望ましいものではない。
【０００８】
一方、被冷却水を外部に排出するタイプ（特許文献３）は、被冷却水の無駄を招くため、資源節減の観点から望ましい手法ではないとともに、被冷却水が減少した際には、被冷却水を頻繁に追加する煩わしい工程が必要になるとともに、ランニングコストも増加することになり、経済性の観点からも望ましいものではない。
【０００９】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したハイブリッドチラーの凍結防止装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するため、冷却液Ｌを収容した冷却液タンク２と、冷却液Ｌを冷却する冷却装置３を用いた第一冷却系Ｍ１と、送風ファン４により送風される外気Ｗと冷却液Ｌの熱交換を行う熱交換器５を有する第二冷却系Ｍ２と、少なくとも第一冷却系Ｍ１又は第二冷却系Ｍ２を用いて冷却液Ｌを冷却する制御を行う制御系Ｍｃとを有してなるハイブリッドチラーＨにおける少なくとも熱交換器５の凍結を防止するハイブリッドチラーの凍結防止装置１を構成するに際して、冷却液Ｌを通す熱交換器５における冷却液管Ｐの上端部位Ｐｕから下端部位Ｐｄまでの全部位を下降傾斜又は水平に形成し、かつ冷却液タンク２及びこの冷却液タンク２と冷却液管Ｐの下端部位Ｐｄ間を接続する配管７を熱交換器５の下方に配設するとともに、熱交換器５の上端内部又は熱交換器５に接続される配管における当該熱交換器５よりも上方位置の内部を大気に対して開放又は閉塞可能な給気弁９を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
この場合、発明の好適な態様により、給気弁９は、手動操作又は電動操作により開閉する開閉弁を用いてもよいし、熱交換器５の内部における正圧により閉じ、かつ負圧により開く逆止弁を用いてもよい。開閉弁を用いる場合、制御系Ｍｃには、外気温度Ｔｔが設定温度（凍結防止温度）Ｔｃ以下になったときに、開閉弁を開側に制御する制御機能を設けることができる。また、熱交換器５は、四つの熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの組合わせにより構成し、かつ各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの一辺側を近接させることにより、Ｘ形に配設するとともに、四つの各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにより区画される四つの空間Ｓａｂ，Ｓｂｃ，Ｓｃｄ，Ｓｄａにおける相対向する位置関係にある任意の二つの空間Ｓａｂ，Ｓｃｄをケーシング１１の送風入口１２に連通させ、かつ他の二つの空間Ｓｂｃ，Ｓｄａをケーシング１１の送風出口１３に連通させることができる。さらに、熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、冷却液管Ｐをジグザグ形状に湾曲形成したパスＱｐを複数備えるとともに、順次配列させた複数のパスＱｐ…における各流出口Ｑｐｅ…を流出側ヘッダ部５ｐｅに接続し、かつ各流入口Ｑｐｉ…を流入側ヘッダ部５ｐｉに接続して構成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
このような構成を有する本発明に係るハイブリッドチラーＨの凍結防止装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１３】
（１） 少なくとも熱交換器５に残存する冷却液Ｌを全て抜くことができるため、熱交換器５、更にはその周辺に対する凍結防止を確実に行うことができる。加えて、循環ポンプ等の運転は行わないため、電力消費を伴わず、更なる省エネルギ性に優れるとともに、夜間における騒音問題も発生しない。したがって、特に、運転効率を高めて省エネルギ性を向上させることを目的としたこの種のハイブリッドチラーＨにおける凍結防止対策として最適となる。
【００１４】
（２） 熱交換器５に残存する冷却液Ｌを全て冷却液タンク２に戻すため、冷却液Ｌの無駄が生じない。したがって、資源節減に寄与できるとともに、冷却液Ｌの減少に伴って冷却液Ｌを頻繁に追加するなどの煩わしい工程が不要になり、しかも、冷却液Ｌの追加に伴うランニングコストも発生しないため、経済性にも優れる。
【００１５】
（３） 好適な態様により、給気弁９には、手動操作又は電動操作により開閉する開閉弁、或いは熱交換器５の内部における正圧により閉じ、かつ負圧により開く逆止弁を用いることができるなど、使用環境等に応じたオプション設定が可能となる。したがって、例えば、手動操作により開閉する開閉弁を用いれば、滅多に凍結が発生しない地域において、コストメリットの観点から好適となる。また、電動操作により開閉する開閉弁を用いれば、頻繁に凍結が発生する地域において、外気温度又はタイマ等と連動させた自動開閉が可能となる。さらに、逆止弁を用いれば、滅多に使用しないケースにおいて、電源ＯＦＦ／ＯＮ（循環ポンプＯＦＦ／ＯＮ）により自動開閉が可能となる。
【００１６】
（４） 好適な態様により、制御系Ｍｃに、外気温度Ｔｔが設定温度（凍結防止温度）Ｔｃ以下になったときに、開閉弁を開側に制御する制御機能を設ければ、設定温度Ｔｃに基づく自動開側制御により凍結を確実に防止できる。
【００１７】
（５） 好適な態様により、熱交換器５を、四つの熱交換盤部５ａ…の組合わせにより構成し、かつ各熱交換盤部５ａ…の一辺側を近接させることにより、Ｘ形に配設するとともに、四つの各熱交換盤部５ａ…により区画される四つの空間Ｓａｂ…における相対向する位置関係にある任意の二つの空間Ｓａｂ，Ｓｃｄをケーシング１１の送風入口１２に連通させ、かつ他の二つの空間Ｓｂｃ，Ｓｄａをケーシング１１の送風出口１３に連通させれば、フリークーリング機能を構築する観点から熱交換器５の熱交換面積を可及的に大きくすることができ、ハイブリッドチラーＨの熱交換効率、更には省エネルギ性をより高めることができる。しかも、熱交換器５の送風方向上流側には十分な配設スペースを確保できるため、例えば、散水ノズル等を配設するに際しても、別途、配設スペースを確保することなく、散水によるミストをより広い範囲に拡散できる最適位置を選定できる。したがって、ハイブリッドチラーＨが大型化する不具合を回避できるとともに、散水ノズル等の付属機構を利用した本来の冷却能力を十分に確保できる。
【００１８】
（６） 好適な態様により、熱交換盤部５ａ…を構成するに際し、冷却液管Ｐ…をジグザグ形状に湾曲形成したパスＱｐを複数備えるとともに、順次配列させた複数のパスＱｐ…における各流出口Ｑｐｅ…を流出側ヘッダ部５ｐｅ…に接続し、かつ各流入口Ｑｐｉ…を流入側ヘッダ部５ｐｉ…に接続すれば、比較的短い長さとなる１パスＱｐ当たりの液抜き時間が全体の液抜き時間となり、迅速かつ円滑な液抜きを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の好適実施形態に係る凍結防止装置を含むハイブリッドチラーの概略構成図、
【図２】同ハイブリッドチラーの主要部を明示する模式的斜視図、
【図３】同ハイブリッドチラーの主要部を明示する模式的断面平面図、
【図４】同ハイブリッドチラーに備える熱交換盤部の一部破断正面図、
【図５】同ハイブリッドチラーに備える熱交換盤部の下部一部を拡大及び破断して示す側面図、
【図６】同ハイブリッドチラーの送風経路を明示する模式的斜視図、
【図７】同ハイブリッドチラーの系統回路図、
【図８】同ハイブリッドチラーの動作を示すフローチャート、
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００２１】
まず、本実施形態に係る凍結防止装置１を含むハイブリッドチラーＨの全体構造について、図２〜図７を参照して説明する。
【００２２】
ハイブリッドチラーＨは、図２に示すように、全体を直方体状に形成したケーシング１１を備え、このケーシング１１の上部内部は熱交換室Ｒｃとして構成するとともに、下部内部は収納室Ｒｉとして構成する。そして、熱交換室Ｒｃの内部には、第一冷却系Ｍ１の凝縮器１６と第二冷却系Ｍ２の熱交換器５を配設する。この場合、凝縮器１６は、図７に示すように、冷媒が循環する冷凍サイクルＣの一部となり、この冷凍サイクルＣは第一冷却系Ｍ１における冷却装置３を構成する。一方、熱交換器５は、図７に示すように、外気Ｗと冷却液Ｌの熱交換を行う第二冷却系Ｍ２を構成する。冷却装置３（第一冷却系Ｍ１）及び第二冷却系Ｍ２は、いずれも後述する冷却液Ｌを冷却する機能を備え、特に、第二冷却系Ｍ２はフリークーリング機能を有している。
【００２３】
凝縮器１６は、図３に示すように、くの字形に折曲した二つの凝縮ユニット部１６ｘ，１６ｙの組合わせにより構成し、中央の山折部Ｅｘ，Ｅｙを対向させて配設する。したがって、平面視による凝縮器１６の全体形状はＸ形となる。一方の凝縮ユニット部１６ｘは、一般的な凝縮器構造、即ち、冷媒を通す冷媒管をジグザグ形状に湾曲形成した冷媒管ユニットの外周面に多数の放熱用フィンを付設し、冷媒管ユニットの中央をくの字形に折曲させた形態を有している。他方の凝縮ユニット部１６ｙも凝縮ユニット部１６ｘと同様に構成し、二つの凝縮ユニット部１６ｘと１６ｙは並列接続により使用する。
【００２４】
一方、熱交換器５は、四つの熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの組合わせにより構成し、かつ各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの一辺側を近接させることによりＸ形に配設する。したがって、図３に示すように、四つの熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、二つの凝縮ユニット部１６ｘと１６ｙにおける山折部Ｅｘ，Ｅｙの両側位置にそれぞれ対面させて配設する。なお、Ｘ形とは厳密なＸ形状を意味するものではなく、Ｘ形に類似する各種形状を含む概念である。この場合、各熱交換盤部５ａ…は、各凝縮ユニット部１６ｘ，１６ｙに対して後述する送風ファン４の送風方向Ｆｗにおける上流側に配する。このように、各熱交換盤部５ａ…を、送風ファン４の送風方向Ｆｗにおける上流側から凝縮器１６（凝縮ユニット部１６ｘ，１６ｙ）に対面させれば、凝縮器１６及び各熱交換盤部５ａ…を配設する際のデッドスペースが無くなり、全体の小型化に寄与できるとともに、送風ファン４の共用化を容易に実現できる。加えて、通常、熱交換盤部５ａ…の温度は、凝縮器１６の温度よりも低くなるため、より効率的な熱交換を行わせることができる。
【００２５】
また、この熱交換器５には、本実施形態に係る凍結防止装置１の主要部を付設する。以下、凍結防止装置１の主要部を含む熱交換器５の具体的な構成及びその周辺構造について説明する。
【００２６】
一つの熱交換盤部５ａは、図４及び図５に示すように、冷却液Ｌを通す冷却液管Ｐをジグザグ形状に湾曲形成した１パスＱｐを複数パス（例示は５パス）用意し、順次配列させた複数のパスＱｐ…の外周面に多数の放熱用フィン１７…を付設して単位熱交換盤部Ｃｓを構成するとともに、図４に示すように、二つの単位熱交換盤部Ｃｓ，Ｃｓを上下に連結し、熱交換盤部５ａとして構成する。この場合、１パスＱｐは、図５に示すように、自然落下により内部の冷却液Ｌが流出する際に、冷却液Ｌが内部に残存しないように、冷却液管Ｐの上側に位置する流出口Ｑｐｅから下側に位置する流入口Ｑｐｉまでの全ての部位で下降傾斜又は水平となるように形成する。
【００２７】
さらに、単位熱交換盤部Ｃｓは、流入側ヘッダ部５ｐｉと流出側ヘッダ部５ｐｅを備え、各パスＱｐ…の流入口Ｑｐｉ…を流入側ヘッダ部５ｐｉに接続するとともに、各パスＱｐ…の流出口Ｑｐｅ…を流出側ヘッダ部５ｐｅに接続する。なお、上下に配する各単位熱交換盤部Ｃｓ…における流入側ヘッダ部５ｐｉ…と流出側ヘッダ部５ｐｅ…の形態は異ならせている。特に、流入側ヘッダ部５ｐｉの上端は終端となるように閉塞構成とする。また、上側の単位熱交換盤部Ｃｓの流入側ヘッダ部５ｐｉ及び流出側ヘッダ部５ｐｅと、下側の単位熱交換盤部Ｃｓの流入側ヘッダ部５ｐｉ及び流出側ヘッダ部５ｐｅは相互に接続する。他の熱交換盤部５ｂ，５ｃ及び５ｄも、上述した熱交換盤部５ａと同様に構成する。そして、各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにおける流入側ヘッダ部５ｐｉ…同士及び流出側ヘッダ部５ｐｅ…同士は並列に接続する。
【００２８】
このように、熱交換盤部５ａ…は、冷却液管Ｐをジグザグ形状に湾曲形成したパスＱｐを複数備えるとともに、順次配列させた複数のパスＱｐ…における各流出口Ｑｐｅ…を流出側ヘッダ部５ｐｅに接続し、かつ各流入口Ｑｐｉ…を流入側ヘッダ部５ｐｉに接続して構成するため、熱交換盤部５ａ…の全体の冷却液管Ｐにおける上端部位Ｐｕから下端部位Ｐｄまでの全部位も、自然落下により内部の冷却液Ｌが流出する際に、冷却液Ｌが内部に残存しない形状となる。特に、複数のパスＱｐ…を、流入側ヘッダ部５ｐｉと流出側ヘッダ部５ｐｅに接続した形態となるため、比較的短い長さとなる１パスＱｐ当たりの液抜き時間が全体の液抜き時間となり、迅速かつ円滑な液抜きを行える利点がある。
【００２９】
また、図４に示すように、一つの流出側ヘッダ部５ｐｅの上端には給気弁９を付設する。これにより、熱交換器５の上端内部（又は熱交換器５に接続される配管における当該熱交換器５よりも上方位置の内部）を大気に対して開放又は閉塞可能にする。給気弁９には、手動操作又は電動操作により開閉する開閉弁、或いは熱交換器５の内部における正圧により閉じ、かつ負圧により開く逆止弁を用いることができる。これにより、給気弁９は、使用環境等に応じたオプション設定が可能となる。この場合、例えば、手動操作により開閉する開閉弁を用いれば、滅多に凍結が発生しない地域において、コストメリットの観点から好適となる。一方、電動操作により開閉する開閉弁を用いれば、頻繁に凍結が発生する地域において、外気温度Ｔｔ又はタイマ等と連動させた自動開閉が可能となる。他方、逆止弁を用いれば、滅多に使用しないケースにおいて、電源ＯＦＦ／ＯＮ（循環ポンプＯＦＦ／ＯＮ）により自動開閉が可能となる。例示の給気弁９は、電動操作により開閉する開閉弁（電磁開閉弁）である。
【００３０】
そして、四つの熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを取付けた二つの凝縮ユニット部１６ｘと１６ｙは、図２に示すように、熱交換室Ｒｃの底面を構成する底面パネル部Ｒｃｄの上に一体に設置（固定）する。この際、凝縮器１６は、くの字形に折曲した二つの凝縮ユニット部１６ｘ，１６ｙの組合わせにより構成し、中央の山折部Ｅｘ，Ｅｙを対向させて配設するとともに、四つの熱交換盤部５ａ…は、二つの凝縮ユニット部１６ｘ，１６ｙにおける山折部Ｅｘ，Ｅｙの両側位置にそれぞれ配設するため、組付性、更には組付時の機械的剛性を高めることができるとともに、凝縮器１６及び熱交換器５に係わる位置決めも容易かつ正確に行うことができる。この場合、各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、図３に示すように、平面視において、ケーシング１１の対角線位置に配設する。このように、各熱交換盤部５ａ…は、平面視においてケーシング１１の対角線位置に配設できるため、ハイブリッドチラーＨの小型化にも寄与できる。
【００３１】
さらに、図１及び図２に示すように、冷却液タンク２及びこの冷却液タンク２と冷却液管Ｐの下端部位Ｐｄ間を接続する配管７は、熱交換器５の下方に配設する。この場合、配管７には、各構成部品を接続する配管をはじめ、この配管に接続される循環ポンプ２９等も含まれる。このため、図２に示すように、冷却液タンク２は、熱交換器５を配設する熱交換室Ｒｃの下方に設けた収納室Ｒｉの内部に配設するとともに、循環ポンプ２９等を含む配管７も収納室Ｒｉの内部に配される。また、この収納室Ｒｉの内部には、凝縮器１６を除く冷凍サイクルＣ（第一冷却系Ｍ１）の構成部品類，熱交換器５を除く第二冷却系Ｍ２の構成部品類及び後述する圧送ポンプ２９等も配設する。
【００３２】
一方、四つの各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにより区画される四つの空間Ｓａｂ，Ｓｂｃ，Ｓｃｄ，Ｓｄａにおける相対向する位置関係にある二つの空間Ｓａｂ，Ｓｃｄは送風入口側となり、この空間Ｓａｂ，Ｓｃｄに臨むケーシング１１の左右両側に位置する側面パネル部１１ｓ，１１ｔに、外気Ｗが流入する側面送風入口１２ｓ，１２ｔをそれぞれ形成する。さらに、ケーシング１１の上面パネル部１１ｕの中央には送風出口１３を形成するとともに、この送風出口１３の両側に、上面送風入口１２ｓｕ，１２ｔｕをそれぞれ形成する。この場合、送風出口１３は、残りの二つの空間Ｓｂｃ，Ｓｄａに対して上方から連通する。このように、送風入口１２は、側面パネル部１１ｓ，１１ｔの側面送風入口１２ｓ，１２ｔと上面パネル部１１ｕの上面送風入口１２ｓｕ，１２ｔｕの計四つの開口似より構成されるため、送風入口１２の全体の面積をより大きくできるとともに、外気Ｗの流入方向の選択が可能になるため、ハイブリッドチラーＨの最適な設置態様を選択できる。例えば、上面送風入口１２ｓｕ，１２ｔｕのみを選択すれば、複数台のハイブリッドチラーＨ…を隙間無く並べて連結使用することができる。
【００３３】
また、送風出口１３の内側には空冷用の送風ファン４を配設する。これにより、送風ファン４は、送風出口１３に連通する二つの空間Ｓｂｃ，Ｓｄａに対して共用される。このように、送風ファン４を、送風出口１３に連通する二つの空間Ｓｂｃ，Ｓｄａに対して共用する位置に配設すれば、基本的には一台の送風ファン４で足りるため、全体の小型化，コストダウン及び省電力化に寄与できる。したがって、このような送風経路を構築するため、図６に示すように、凝縮ユニット部１６ｘと１６ｙの上端に、三角形状の水平仕切プレート３１ｓ，３１ｔを取付けることにより、二つの空間Ｓａｂ，Ｓｃｄの上方を覆うとともに、送風入口１２ｓ，１２ｔ側に位置する水平仕切プレート３１ｓ，３１ｔの端辺から垂直仕切プレート３２ｓ，３２ｔを上方に起立し、垂直仕切プレート３２ｓの上端を上面パネル部１１ｕにおける送風出口１３と上面送風入口１２ｓｕ間の内面に当接させ、かつ垂直仕切プレート３２ｔの上端を上面パネル部１１ｕにおける送風出口１３と上面送風入口１２ｔｕ間の内面に当接させることにより、空間を仕切れば、側面送風入口１２ｓ，１２ｔは、空間Ｓａｂ，Ｓｃｄに対してそれぞれ側方から連通するとともに、上面送風入口１２ｓｕ，１２ｔｕは、空間Ｓａｂ，Ｓｃｄに対してそれぞれ上方から連通し、かつ水平仕切プレート３１ｓ，３１ｔ及び垂直仕切プレート３２ｓ，３２ｔにより送風出口１３側（空間Ｓｂｃ，Ｓｄａ側）から遮断される。図６の白抜矢印は送風方向Ｆｗを示している。
【００３４】
他方、送風入口１２に臨む空間Ｓａｂ，Ｓｃｄ内における底面パネル部Ｒｃｄの上には、散水機構１８を構成する散水ノズル１８ｓ，１８ｔを、各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに対して適度に離れた位置であって、送風方向Ｆｗに対して上流側に配設する。各散水ノズル１８ｓ，１８ｔは、斜め上方に散水できるように、熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに向けて配設し、特に、より広い範囲に拡散できる最適位置を選定する。散水機構１８は、各散水ノズル１８ｓ，１８ｔからの散水により冷却能力をより高める機能を備える。即ち、散水によるミストの水温及び蒸発時の潜熱の利用により送風がより冷却される。
【００３５】
このように、熱交換器５は、四つの熱交換盤部５ａ…の組合わせにより構成し、かつ各熱交換盤部５ａ…の一辺側を近接させることにより、Ｘ形に配設するとともに、四つの各熱交換盤部５ａ…により区画される四つの空間Ｓａｂ…における相対向する位置関係にある任意の二つの空間Ｓａｂ，Ｓｃｄをケーシング１１の送風入口１２に連通させ、かつ他の二つの空間Ｓｂｃ，Ｓｄａをケーシング１１の送風出口１３に連通させたため、フリークーリング機能を構築する観点から熱交換器５の熱交換面積を可及的に大きくすることができ、ハイブリッドチラーＨの熱交換効率、更には省エネルギ性をより高めることができる。しかも、熱交換器５の送風方向上流側には十分な配設スペースを確保できるため、例えば、散水ノズル等を配設するに際しても、別途、配設スペースを確保することなく、散水によるミストをより広い範囲に拡散できる最適位置を選定できる。したがって、ハイブリッドチラーＨが大型化する不具合を回避できるとともに、散水ノズル等の付属機構を利用した本来の冷却能力を十分に確保できる。
【００３６】
また、図７は、本実施形態に係るハイブリッドチラーＨの全体系統回路を示す。なお、図７において、図１〜図３と同一部分には、同一符号を付してその構成を明確にした。
【００３７】
図７において、Ｈはハイブリッドチラーを示すとともに、５０はこのハイブリッドチラーＨに接続することにより当該ハイブリッドチラーＨから供給される冷却液Ｌにより冷却される工作機械等の被冷却部を示す。また、ハイブリッドチラーＨにおいて、Ｍ１は第一冷却系、Ｍ２はフリークーリング機能を有する第二冷却系をそれぞれ示す。
【００３８】
第一冷却系Ｍ１は、前述した凝縮器１６を含む冷凍サイクルＣを用いた冷却装置３により構成し、この冷凍サイクルＣは冷媒Ｋが循環する一般的な冷凍サイクルにより構成可能である。２２は圧縮機であり、この圧縮機２２の吐出口は凝縮器１６の冷媒入口に接続するとともに、圧縮機２２の戻り口は冷媒Ｋと冷却液Ｌの熱交換を行う冷却器（熱交換器）２３における一次側２３ｆの冷媒出口に接続する。また、冷却器２３における一次側２３ｆの冷媒入口は電子膨張弁２４を介して凝縮器１６の冷媒出口に接続する。これにより、冷媒Ｋが循環する冷凍サイクルＣが構成される。なお、２５は制御弁２５ｖを接続したホットガスバイパス回路であり、圧縮機２２の吐出口と電子膨張弁２４の冷媒出口間に接続する。２２ｉは圧縮機インバータを示す。
【００３９】
さらに、冷却器２３における二次側２３ｓの冷却液入口は、圧送ポンプ２９を介して冷却液タンク２の第二冷却液槽２ｓに接続するとともに、冷却器２３における二次側２３ｓの冷却液出口は、被冷却部５０が接続される冷却液供給口２７ｓに接続する。また、被冷却部５０が接続される冷却液戻り口２７ｒは冷却液タンク２の第一冷却液槽２ｆに接続する。冷却液タンク２は、仕切壁２ｐにより第一冷却液槽２ｆと第二冷却液槽２ｓに区画され、第一冷却液槽２ｆ内における冷却液Ｌの上澄液が仕切壁２ｐの上端縁を乗り越えて第二冷却液槽２ｓに進入する構造を有する。なお、２８は冷却液供給口２７ｓと冷却液戻り口２７ｒ間に接続した開閉弁を示す。
【００４０】
他方、第二冷却系Ｍ２は、前述した熱交換器５を備え、この熱交換器５の冷却液流入口は、循環ポンプ２６を介して冷却液タンク２の第一冷却液槽２ｆに接続するとともに、熱交換器５の冷却液流出口は、冷却液タンク２の第二冷却液槽２ｓに接続する。また、１８は散水機構であり、前述した散水ノズル１８ｓ，１８ｔは、電磁開閉弁等を用いた散水バルブ１８ｖを介して水道管側に接続する。
【００４１】
一方、４１は制御系Ｍｃの主要部を構成するコントローラであり、このコントローラ４１は、ハイブリッドチラーＨの全体の制御を司る機能を備える。コントローラ４１は、図１に示すように、コントローラ本体４１ｍを備えるとともに、このコントローラ本体４１ｍに付属し、冷却液Ｌの設定温度Ｔｓ（例えば、２０〔℃〕），凍結防止温度Ｔｃ（例えば、４〔℃〕），設定時間等を含む各種設定を行う設定部（入力部）４１ｓと、外気温度Ｔｔ等の各種データの表示を行う表示部（ディスプレイ）４１ｄを備える。
【００４２】
また、コントローラ４１の制御出力ポートには、少なくとも前述した圧縮機インバータ２２ｉを接続するとともに、送風ファン４，電子膨張弁２４，循環ポンプ２６，圧送ポンプ２９，制御弁２５ｖ，給気弁９及び散水バルブ１８ｖを接続する。さらに、コントローラ４１の入力ポートには、外気乾球温度センサ４２ｔ，外気湿球温度センサ４２ｗ，チラー出口温度センサ４３，戻り温度センサ４４及び熱交換器出口温度センサ４５を接続する。これにより、外気乾球温度センサ４２ｔからは外気乾球温度となる外気Ｗの温度（外気温度）Ｔｔが検出され、外気湿球温度センサ４２ｗからは外気湿球温度Ｔｈが検出され、チラー出口温度センサ４３からはチラー出口温度Ｔｅが検出され、戻り温度センサ４４からは戻り液温度Ｔｒが検出され、それぞれコントローラ４１に付与される。コントローラ４１は、ＣＰＵ及び各種メモリ等を含むコンピュータ機能を備え、少なくともハイブリッドチラーＨに係わる温度制御（シーケンス制御）を実行する。したがって、コントローラ４１には、温度制御を実現するための制御プログラムを格納するとともに、少なくとも外気温度Ｔｔが冷却液Ｌの設定温度Ｔｓよりも低いときに第二冷却系Ｍ２により冷却液Ｌを冷却する制御を行う制御機能、及び本実施形態に係る凍結防止装置１を機能させるための後述する凍結防止モードに係わる制御機能を備えている。
【００４３】
次に、本実施形態に係るハイブリッドチラーＨの全体動作及び凍結防止装置１の動作について説明する。
【００４４】
まず、ハイブリッドチラーＨの電源ＯＮにより圧送ポンプ２９が運転を開始する。圧送ポンプ２９の運転により、冷却液タンク２における第二冷却液槽２ｓ内の冷却液Ｌは、圧送ポンプ２９，冷却器２３の二次側２３ｓ，冷却液供給口２７ｓを経て、被冷却部５０に供給される。これにより、被冷却部５０は冷却液Ｌにより冷却されるとともに、熱交換により温められた冷却水Ｌは、冷却液戻り口２７ｒを介して冷却液タンク２における第一冷却液槽２ｆ内に戻される。
【００４５】
一方、コントローラ４１は、チラー出口温度Ｔｅ，戻り液温度Ｔｒ，外気温度Ｔｔ，湿球温度Ｔｈを監視する。この際、チラー出口温度Ｔｅが、予め設定された冷却液Ｌの設定温度Ｔｓよりも高く、かつ戻り液温度Ｔｒが外気温度Ｔｔ以下であれば、通常のチラー運転制御（冷却装置３の制御）を行い、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓになるようにフィードバック制御する。
【００４６】
この際、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高く、かつ外気温度Ｔｔが戻り液温度Ｔｒよりも低いときは、チラー運転制御を行うことなく、循環ポンプ２６に対する運転制御を行う。循環ポンプ２６の運転により、冷却液タンク２における第一冷却液槽２ｆ内の冷却液Ｌは、循環ポンプ２６，熱交換器５を経て、冷却液タンク２における第二冷却液槽２ｓ内に戻される。循環ポンプ２６の運転制御中に、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、循環ポンプ２６の運転を停止する。
【００４７】
また、循環ポンプ２６の運転制御中において、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高ければ、送風ファン４に対する運転制御を行う。この際、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、送風ファン４の運転を停止する。さらに、送風ファン４の運転制御中において、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高く、かつ外気温度Ｔｔが湿球温度Ｔｈよりも高いときは、散水バルブ１８ｖを開側に切換え、散水ノズル１８ｓ，１８ｔから散水する。これにより、散水ノズル１８ｓ，１８ｔから散水されるミストの水温及び蒸発する際の潜熱を利用して冷却能力がより高められる。散水バルブ１８ｖが開側に切換えられている際に、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、散水バルブ１８ｖを閉側に切換える。また、散水バルブ１８ｖが開側においてチラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高くなり、或いは散水バルブ１８ｖが閉側において外気温度Ｔｔが湿球温度Ｔｈ以下になれば、圧縮機２２の運転制御を行う。この際、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、圧縮機２２の運転を停止する。なお、循環ポンプ２６、送風ファン４、圧縮機２２のそれぞれの運転中に、ハイブリッドチラーＨが電源ＯＦＦになれば全動作が停止する。
【００４８】
他方、凍結防止モードがＯＮのときは凍結防止モードによる凍結防止処理が行われる。以下、凍結防止処理について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。なお、凍結防止モードは、モード選択スイッチ等によりＯＮ（実行）／ＯＦＦ（解除）することができる。また、凍結防止モードは、電源ＯＮ又は電源ＯＦＦに拘わらず実行される。
【００４９】
今、凍結防止モードがＯＮされている場合を想定する（ステップＳ１）。凍結防止モードのＯＮにより、コントローラ４１は、検出される外気温度Ｔｔを取り込み、外気温度Ｔｔが予め設定した設定温度（凍結防止温度）Ｔｃ以下であるか否かを常時監視する（ステップＳ２）。そして、外気温度Ｔｔが設定温度Ｔｃ以下になった場合には、閉側の給気弁９を開側に切換える（ステップＳ３，Ｓ４）。即ち、給気弁９は電動操作により開閉する開閉弁（電磁開閉弁）を例示するため、この場合、コントローラ４１は切換信号を給気弁９に付与し、開閉弁を開側に切換える。このように、コントローラ４１（制御系Ｍｃ）に、外気温度Ｔｔが設定温度Ｔｃ以下になったときに、開閉弁を開側に制御する制御機能を設ければ、設定温度Ｔｃに基づく自動開側制御により凍結を確実に防止できる。
【００５０】
これにより、流出側ヘッダ部５ｐｅの内部、更には熱交換器５の内部には給気弁９を通して外気Ｗが進入する（ステップＳ５）。この結果、流出側ヘッダ部５ｐｅ及び流入側ヘッダ部５ｐｉを含む熱交換器５の内部に残存する冷却液Ｌは、配管７を通して冷却液タンク２に流入する（ステップＳ６）。即ち、熱交換器５を構成する冷却液管Ｐ、具体的には各パスＱｐ…における各冷却液管Ｐ…は、自然落下により内部の冷却液Ｌが流出する際に、冷却液Ｌが内部に残存しないように、流出口Ｑｐｅ…から流入口Ｑｐｉ…までの全ての部位で下降傾斜又は水平となるように形成されるため、全パスＱｐ…の内部に残存する全冷却液Ｌ…は、流出側ヘッダ部５ｐｅ…及び配管７を通して冷却液タンク２に戻される。
【００５１】
そして、全ての冷却液Ｌの抜取りが完了する時間を考慮して設定した設定時間が経過したなら給気弁９を閉側に切換える（ステップＳ７，Ｓ８）。この後は熱交換器５の空状態が維持される（ステップＳ９）。
【００５２】
このように、本実施形態に係る凍結防止装置１によれば、少なくとも熱交換器５に残存する冷却液Ｌを全て抜くことができるため、熱交換器５、更にはその周辺に対する凍結防止を確実に行うことができる。加えて、循環ポンプ等の運転は行わないため、電力消費を伴わず、省エネルギ性に優れるとともに、夜間における騒音問題も発生しない。したがって、特に、運転効率を高めて省エネルギ性を向上させることを目的としたこの種のハイブリッドチラーＨにおける凍結防止対策として最適となる。また、熱交換器５に残存する冷却液Ｌを全て冷却液タンク２に戻すため、冷却液Ｌの無駄が生じない。したがって、資源節減に寄与できるとともに、冷却液Ｌの減少に伴って冷却液Ｌを頻繁に追加するなどの煩わしい工程が不要になり、しかも、冷却液Ｌの追加に伴うランニングコストも発生しないため、経済性にも優れる。
【００５３】
他方、熱交換器５が空状態において、外気温度Ｔｔが設定温度（凍結防止温度）Ｔｃを越えた場合には、循環ポンプ２６を予め設定した一定時間だけ予備運転し、熱交換器５を含む第二冷却系Ｍ２の配管内に冷却液Ｌを満たす予備処理を行う（ステップＳ１０，Ｓ１１）。そして、この後は、外気温度Ｔｔの監視に基づく同様の凍結防止モード（凍結防止処理）が、凍結防止モードをＯＦＦにしない限り実行される（ステップＳ１２，Ｓ２…）。また、ハイブリッドチラーＨ自身は、凍結防止モードのＯＮ／ＯＦＦ状態に拘わらず通常モードの運転が行われる。なお、このような凍結防止モードは一例であり、予備運転は必ずしも行う必要はない。
【００５４】
以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。
【００５５】
例えば、給気弁９は、流出側ヘッダ部５ｐｅの上端に付設した場合を示したが、その他、流入側ヘッダ部５ｐｉの上端や冷却液管Ｐの上端であってもよいし、熱交換器５に接続される配管における当該熱交換器５よりも上方位置に付設してもよい。また、熱交換器５は、四つの熱交換盤部５ａ…の組合わせにより構成し、かつ各熱交換盤部５ａ…の一辺側を近接させることにより、Ｘ形に配設した形態を示したが、このような形態に限定されるものではない。さらに、複数のパスＱｐ…を組合わせた場合を示したが、交換器５の全体を連続する一体の形態により構成する場合を排除するものではない。他方、冷却装置３は、冷凍サイクルＣにより構成した場合を示したが、ペルチェ素子を利用したサーモモジュール等の他の冷却系により構成する場合を排除するものではない。したがって、サーモモジュールを利用する場合には、凝縮器１６は不要となる。また、凝縮器１６は、くの字形に折曲させた二つの凝縮ユニット部１６ｘ，１６ｙの組合わせにより構成した場合を示したが、熱交換盤部５ａ…の場合と同様に四つの凝縮ユニット部により構成してもよいし、連続する単体のユニットとして構成してもよい。同様に熱交換器５の場合も単体となる四つの熱交換器の組合わせにより構成する場合のみならず、くの字形に折曲させた単体の熱交換器の当該折曲部の両側を二つの熱交換盤部５ａ…として利用してもよいし、或いは一本の冷却液管を所謂一筆書き状に折曲してＸ形に形成した一つの熱交換器の四面をそれぞれ熱交換盤部５ａ…として利用してもよい。したがって、熱交換盤部とは、単一（一ブロック）の盤に対して複数の熱交換盤部エリアを区画する場合を含む概念である。さらに、給気弁９を電動操作により開閉制御するに際し、外気温度Ｔｔに基づいて制御する場合を示したが、タイマー（設定時刻）に基づいて制御してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係るハイブリッドチラーの凍結防止装置は、外気の温度が冷却液の設定温度よりも低いときに外気と冷却液の熱交換を行うフリークーリング機能を備える各種ハイブリッドチラー、より広くは各種冷却装置に利用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１：凍結防止装置，２：冷却液タンク，３：冷却装置，４：送風ファン，５：熱交換器，５ａ：熱交換盤部，５ｂ：熱交換盤部，５ｃ：熱交換盤部，５ｄ：熱交換盤部，７：配管，９：給気弁，１１：ケーシング，１２：送風入口，１３：送風出口，５ｐｉ：流入側ヘッダ部，５ｐｅ：流出側ヘッダ部，Ｌ：冷却液，Ｍ１：第一冷却系，Ｍ２：第二冷却系，Ｍｃ：制御系，Ｗ：外気，Ｔｔ：外気温度，Ｈ：ハイブリッドチラー，Ｐ：冷却液管，Ｐｕ：上端部位，Ｐｄ：下端部位，Ｑｐ…：パス，Ｑｐｅ…：流出口，Ｑｐｉ…：流入口，Ｓａｂ：空間，Ｓｂｃ：空間，Ｓｃｄ：空間，Ｓｄａ：空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外気と冷却液の熱交換を行うフリークーリング機能を備えるハイブリッドチラーの凍結防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外気の低温環境を直接利用するフリークーリング機能を備えるハイブリッドチラーは、特許文献１に開示される冷却装置及び特許文献２で開示される冷却装置が知られている。
【０００３】
前者の冷却装置は、冷却効率を高めることを目的として、送風装置を備えた冷却塔内に、冷却水を冷却する冷却水コイルと冷凍機の冷媒を冷却するコンデンサコイルとを同じプレートフィンチューブ型熱交換器内に配管した熱交換ユニットを設け、外気温度が低いときは冷凍機の運転を停止して熱交換ユニット内に冷却水のみを通し、外気温度が高いときは冷凍機を運転して冷却水を冷凍機の蒸発器にのみ通して熱交換ユニット内に冷凍機の冷媒のみを通し、外気温度によって冷却水と冷媒のいずれか一方を冷却塔で冷却する構成を備えたものであり、また、後者の冷却装置は、同様に冷却効率を高めることを目的として、伝熱パイプに被冷却流体を通し、ファンによって伝熱パイプを冷却する冷却塔において、被冷却流体が通過する伝熱パイプにフィンを設けたラジエターを冷却塔の外側部に設け、圧縮機、コンデンサ、膨張弁、蒸発器からなり、冷媒を圧縮、膨張を繰り返し運転するチラーを設け、コンデンサは、伝熱パイプにフィンを設けたフィン付コンデンサに設けてラジエターの内側に配置し、冷却塔のファンによってラジエターとコンデンサに送風し、冷却すべき機器から戻る被冷却流体をラジエターからチラーの蒸発器を通して冷却し、冷却すべき機器に送り出すことができるようにしたものである。
【０００４】
ところで、このような冷却装置に備えるフリークーリング用の熱交換器は、冬季等の低温期において外気との熱交換により冷却液を冷却する機能を有するため、常に外気に晒された状態となるなど、本来的に凍結しやすい環境に置かれる。したがって、熱交換器の凍結防止対策は重要となり、例えば、上述した特許文献２には、冬季等で冷却装置の運転が停止中の場合、設定した温度（５℃以下）になったなら循環ポンプを起動させる信号を出し、被冷却水を冷却装置内で循環させることにより凍結を防止する手段が開示され、また、特許文献３には、密閉型冷却筒において、流入電動駆動弁、流出電動駆動弁及び排水用電動駆動弁を閉弁し、圧縮空気導入口から圧縮空気を導入する工程と、圧力センサで検知した圧力値を所定の圧力値と比較する工程と、圧力センサで検知した圧力値が、所定の圧力値と同じ又は上回ったときに排水用電動駆動弁を開弁する工程とからなり、ほぼボタン１つで確実に被冷却水を外部に排出（水抜き）するための手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２３４０５５号公報
【特許文献２】特開２０００−２６６４４７号公報
【特許文献３】特開２００８−３０９４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来のハイブリッドチラー（冷却装置等）における凍結防止対策は、次のような問題点があった。
【０００７】
まず、被冷却水を冷却装置内で循環させるタイプ（特許文献２）は、循環ポンプを運転させる必要がある。したがって、電力消費を伴うことになり省エネルギ性に劣る。特に、運転効率を高めて省エネルギ性を向上させることを目的としたこの種のハイブリッドチラーにおける凍結防止手段としては望ましいものでない。また、冷却装置の運転を停止させる夜間に行われることから、夜間での騒音発生原因となり、この観点からも望ましいものではない。
【０００８】
一方、被冷却水を外部に排出するタイプ（特許文献３）は、被冷却水の無駄を招くため、資源節減の観点から望ましい手法ではないとともに、被冷却水が減少した際には、被冷却水を頻繁に追加する煩わしい工程が必要になるとともに、ランニングコストも増加することになり、経済性の観点からも望ましいものではない。
【０００９】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したハイブリッドチラーの凍結防止装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するため、冷却液Ｌを収容した冷却液タンク２と、冷却液Ｌを冷却する冷却装置３を用いた第一冷却系Ｍ１と、送風ファン４により送風される外気Ｗと冷却液Ｌの熱交換を行う熱交換器５を有する第二冷却系Ｍ２と、少なくとも第一冷却系Ｍ１又は第二冷却系Ｍ２を用いて冷却液Ｌを冷却する制御を行う制御系Ｍｃとを有してなるハイブリッドチラーＨにおける少なくとも熱交換器５の凍結を防止するハイブリッドチラーの凍結防止装置１を構成するに際して、冷却液Ｌを通す熱交換器５における冷却液管Ｐの上端部位Ｐｕから下端部位Ｐｄまでの全部位を下降傾斜又は水平に形成し、かつ冷却液タンク２及びこの冷却液タンク２と冷却液管Ｐの下端部位Ｐｄ間を接続する配管７を熱交換器５の下方に配設するとともに、熱交換器５の上端内部又は熱交換器５に接続される配管における当該熱交換器５よりも上方位置の内部を大気に対して開放又は閉塞可能な給気弁９を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
この場合、発明の好適な態様により、給気弁９は、手動操作又は電動操作により開閉する開閉弁を用いてもよいし、熱交換器５の内部における正圧により閉じ、かつ負圧により開く逆止弁を用いてもよい。開閉弁を用いる場合、制御系Ｍｃには、外気温度Ｔｔが設定温度（凍結防止温度）Ｔｃ以下になったときに、開閉弁を開側に制御する制御機能を設けることができる。また、熱交換器５は、四つの熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの組合わせにより構成し、かつ各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの一辺側を近接させることにより、Ｘ形に配設するとともに、四つの各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにより区画される四つの空間Ｓａｂ，Ｓｂｃ，Ｓｃｄ，Ｓｄａにおける相対向する位置関係にある任意の二つの空間Ｓａｂ，Ｓｃｄをケーシング１１の送風入口１２に連通させ、かつ他の二つの空間Ｓｂｃ，Ｓｄａをケーシング１１の送風出口１３に連通させることができる。さらに、熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、冷却液管Ｐをジグザグ形状に湾曲形成したパスＱｐを複数備えるとともに、順次配列させた複数のパスＱｐ…における各流出口Ｑｐｅ…を流出側ヘッダ部５ｐｅに接続し、かつ各流入口Ｑｐｉ…を流入側ヘッダ部５ｐｉに接続して構成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
このような構成を有する本発明に係るハイブリッドチラーＨの凍結防止装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１３】
（１） 少なくとも熱交換器５に残存する冷却液Ｌを全て抜くことができるため、熱交換器５、更にはその周辺に対する凍結防止を確実に行うことができる。加えて、循環ポンプ等の運転は行わないため、電力消費を伴わず、更なる省エネルギ性に優れるとともに、夜間における騒音問題も発生しない。したがって、特に、運転効率を高めて省エネルギ性を向上させることを目的としたこの種のハイブリッドチラーＨにおける凍結防止対策として最適となる。
【００１４】
（２） 熱交換器５に残存する冷却液Ｌを全て冷却液タンク２に戻すため、冷却液Ｌの無駄が生じない。したがって、資源節減に寄与できるとともに、冷却液Ｌの減少に伴って冷却液Ｌを頻繁に追加するなどの煩わしい工程が不要になり、しかも、冷却液Ｌの追加に伴うランニングコストも発生しないため、経済性にも優れる。
【００１５】
（３） 好適な態様により、給気弁９には、手動操作又は電動操作により開閉する開閉弁、或いは熱交換器５の内部における正圧により閉じ、かつ負圧により開く逆止弁を用いることができるなど、使用環境等に応じたオプション設定が可能となる。したがって、例えば、手動操作により開閉する開閉弁を用いれば、滅多に凍結が発生しない地域において、コストメリットの観点から好適となる。また、電動操作により開閉する開閉弁を用いれば、頻繁に凍結が発生する地域において、外気温度又はタイマ等と連動させた自動開閉が可能となる。さらに、逆止弁を用いれば、滅多に使用しないケースにおいて、電源ＯＦＦ／ＯＮ（循環ポンプＯＦＦ／ＯＮ）により自動開閉が可能となる。
【００１６】
（４） 好適な態様により、制御系Ｍｃに、外気温度Ｔｔが設定温度（凍結防止温度）Ｔｃ以下になったときに、開閉弁を開側に制御する制御機能を設ければ、設定温度Ｔｃに基づく自動開側制御により凍結を確実に防止できる。
【００１７】
（５） 好適な態様により、熱交換器５を、四つの熱交換盤部５ａ…の組合わせにより構成し、かつ各熱交換盤部５ａ…の一辺側を近接させることにより、Ｘ形に配設するとともに、四つの各熱交換盤部５ａ…により区画される四つの空間Ｓａｂ…における相対向する位置関係にある任意の二つの空間Ｓａｂ，Ｓｃｄをケーシング１１の送風入口１２に連通させ、かつ他の二つの空間Ｓｂｃ，Ｓｄａをケーシング１１の送風出口１３に連通させれば、フリークーリング機能を構築する観点から熱交換器５の熱交換面積を可及的に大きくすることができ、ハイブリッドチラーＨの熱交換効率、更には省エネルギ性をより高めることができる。しかも、熱交換器５の送風方向上流側には十分な配設スペースを確保できるため、例えば、散水ノズル等を配設するに際しても、別途、配設スペースを確保することなく、散水によるミストをより広い範囲に拡散できる最適位置を選定できる。したがって、ハイブリッドチラーＨが大型化する不具合を回避できるとともに、散水ノズル等の付属機構を利用した本来の冷却能力を十分に確保できる。
【００１８】
（６） 好適な態様により、熱交換盤部５ａ…を構成するに際し、冷却液管Ｐ…をジグザグ形状に湾曲形成したパスＱｐを複数備えるとともに、順次配列させた複数のパスＱｐ…における各流出口Ｑｐｅ…を流出側ヘッダ部５ｐｅ…に接続し、かつ各流入口Ｑｐｉ…を流入側ヘッダ部５ｐｉ…に接続すれば、比較的短い長さとなる１パスＱｐ当たりの液抜き時間が全体の液抜き時間となり、迅速かつ円滑な液抜きを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の好適実施形態に係る凍結防止装置を含むハイブリッドチラーの概略構成図、
【図２】同ハイブリッドチラーの主要部を明示する模式的斜視図、
【図３】同ハイブリッドチラーの主要部を明示する模式的断面平面図、
【図４】同ハイブリッドチラーに備える熱交換盤部の一部破断正面図、
【図５】同ハイブリッドチラーに備える熱交換盤部の下部一部を拡大及び破断して示す側面図、
【図６】同ハイブリッドチラーの送風経路を明示する模式的斜視図、
【図７】同ハイブリッドチラーの系統回路図、
【図８】同ハイブリッドチラーの動作を示すフローチャート、
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００２１】
まず、本実施形態に係る凍結防止装置１を含むハイブリッドチラーＨの全体構造について、図２〜図７を参照して説明する。
【００２２】
ハイブリッドチラーＨは、図２に示すように、全体を直方体状に形成したケーシング１１を備え、このケーシング１１の上部内部は熱交換室Ｒｃとして構成するとともに、下部内部は収納室Ｒｉとして構成する。そして、熱交換室Ｒｃの内部には、第一冷却系Ｍ１の凝縮器１６と第二冷却系Ｍ２の熱交換器５を配設する。この場合、凝縮器１６は、図７に示すように、冷媒が循環する冷凍サイクルＣの一部となり、この冷凍サイクルＣは第一冷却系Ｍ１における冷却装置３を構成する。一方、熱交換器５は、図７に示すように、外気Ｗと冷却液Ｌの熱交換を行う第二冷却系Ｍ２を構成する。冷却装置３（第一冷却系Ｍ１）及び第二冷却系Ｍ２は、いずれも後述する冷却液Ｌを冷却する機能を備え、特に、第二冷却系Ｍ２はフリークーリング機能を有している。
【００２３】
凝縮器１６は、図３に示すように、くの字形に折曲した二つの凝縮ユニット部１６ｘ，１６ｙの組合わせにより構成し、中央の山折部Ｅｘ，Ｅｙを対向させて配設する。したがって、平面視による凝縮器１６の全体形状はＸ形となる。一方の凝縮ユニット部１６ｘは、一般的な凝縮器構造、即ち、冷媒を通す冷媒管をジグザグ形状に湾曲形成した冷媒管ユニットの外周面に多数の放熱用フィンを付設し、冷媒管ユニットの中央をくの字形に折曲させた形態を有している。他方の凝縮ユニット部１６ｙも凝縮ユニット部１６ｘと同様に構成し、二つの凝縮ユニット部１６ｘと１６ｙは並列接続により使用する。
【００２４】
一方、熱交換器５は、四つの熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの組合わせにより構成し、かつ各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの一辺側を近接させることによりＸ形に配設する。したがって、図３に示すように、四つの熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、二つの凝縮ユニット部１６ｘと１６ｙにおける山折部Ｅｘ，Ｅｙの両側位置にそれぞれ対面させて配設する。なお、Ｘ形とは厳密なＸ形状を意味するものではなく、Ｘ形に類似する各種形状を含む概念である。この場合、各熱交換盤部５ａ…は、各凝縮ユニット部１６ｘ，１６ｙに対して後述する送風ファン４の送風方向Ｆｗにおける上流側に配する。このように、各熱交換盤部５ａ…を、送風ファン４の送風方向Ｆｗにおける上流側から凝縮器１６（凝縮ユニット部１６ｘ，１６ｙ）に対面させれば、凝縮器１６及び各熱交換盤部５ａ…を配設する際のデッドスペースが無くなり、全体の小型化に寄与できるとともに、送風ファン４の共用化を容易に実現できる。加えて、通常、熱交換盤部５ａ…の温度は、凝縮器１６の温度よりも低くなるため、より効率的な熱交換を行わせることができる。
【００２５】
また、この熱交換器５には、本実施形態に係る凍結防止装置１の主要部を付設する。以下、凍結防止装置１の主要部を含む熱交換器５の具体的な構成及びその周辺構造について説明する。
【００２６】
一つの熱交換盤部５ａは、図４及び図５に示すように、冷却液Ｌを通す冷却液管Ｐをジグザグ形状に湾曲形成した１パスＱｐを複数パス（例示は５パス）用意し、順次配列させた複数のパスＱｐ…の外周面に多数の放熱用フィン１７…を付設して単位熱交換盤部Ｃｓを構成するとともに、図４に示すように、二つの単位熱交換盤部Ｃｓ，Ｃｓを上下に連結し、熱交換盤部５ａとして構成する。この場合、１パスＱｐは、図５に示すように、自然落下により内部の冷却液Ｌが流出する際に、冷却液Ｌが内部に残存しないように、冷却液管Ｐの上側に位置する流出口Ｑｐｅから下側に位置する流入口Ｑｐｉまでの全ての部位で下降傾斜又は水平となるように形成する。
【００２７】
さらに、単位熱交換盤部Ｃｓは、流入側ヘッダ部５ｐｉと流出側ヘッダ部５ｐｅを備え、各パスＱｐ…の流入口Ｑｐｉ…を流入側ヘッダ部５ｐｉに接続するとともに、各パスＱｐ…の流出口Ｑｐｅ…を流出側ヘッダ部５ｐｅに接続する。なお、上下に配する各単位熱交換盤部Ｃｓ…における流入側ヘッダ部５ｐｉ…と流出側ヘッダ部５ｐｅ…の形態は異ならせている。特に、流入側ヘッダ部５ｐｉの上端は終端となるように閉塞構成とする。また、上側の単位熱交換盤部Ｃｓの流入側ヘッダ部５ｐｉ及び流出側ヘッダ部５ｐｅと、下側の単位熱交換盤部Ｃｓの流入側ヘッダ部５ｐｉ及び流出側ヘッダ部５ｐｅは相互に接続する。他の熱交換盤部５ｂ，５ｃ及び５ｄも、上述した熱交換盤部５ａと同様に構成する。そして、各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにおける流入側ヘッダ部５ｐｉ…同士及び流出側ヘッダ部５ｐｅ…同士は並列に接続する。
【００２８】
このように、熱交換盤部５ａ…は、冷却液管Ｐをジグザグ形状に湾曲形成したパスＱｐを複数備えるとともに、順次配列させた複数のパスＱｐ…における各流出口Ｑｐｅ…を流出側ヘッダ部５ｐｅに接続し、かつ各流入口Ｑｐｉ…を流入側ヘッダ部５ｐｉに接続して構成するため、熱交換盤部５ａ…の全体の冷却液管Ｐにおける上端部位Ｐｕから下端部位Ｐｄまでの全部位も、自然落下により内部の冷却液Ｌが流出する際に、冷却液Ｌが内部に残存しない形状となる。特に、複数のパスＱｐ…を、流入側ヘッダ部５ｐｉと流出側ヘッダ部５ｐｅに接続した形態となるため、比較的短い長さとなる１パスＱｐ当たりの液抜き時間が全体の液抜き時間となり、迅速かつ円滑な液抜きを行える利点がある。
【００２９】
また、図４に示すように、一つの流出側ヘッダ部５ｐｅの上端には給気弁９を付設する。これにより、熱交換器５の上端内部（又は熱交換器５に接続される配管における当該熱交換器５よりも上方位置の内部）を大気に対して開放又は閉塞可能にする。給気弁９には、手動操作又は電動操作により開閉する開閉弁、或いは熱交換器５の内部における正圧により閉じ、かつ負圧により開く逆止弁を用いることができる。これにより、給気弁９は、使用環境等に応じたオプション設定が可能となる。この場合、例えば、手動操作により開閉する開閉弁を用いれば、滅多に凍結が発生しない地域において、コストメリットの観点から好適となる。一方、電動操作により開閉する開閉弁を用いれば、頻繁に凍結が発生する地域において、外気温度Ｔｔ又はタイマ等と連動させた自動開閉が可能となる。他方、逆止弁を用いれば、滅多に使用しないケースにおいて、電源ＯＦＦ／ＯＮ（循環ポンプＯＦＦ／ＯＮ）により自動開閉が可能となる。例示の給気弁９は、電動操作により開閉する開閉弁（電磁開閉弁）である。
【００３０】
そして、四つの熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを取付けた二つの凝縮ユニット部１６ｘと１６ｙは、図２に示すように、熱交換室Ｒｃの底面を構成する底面パネル部Ｒｃｄの上に一体に設置（固定）する。この際、凝縮器１６は、くの字形に折曲した二つの凝縮ユニット部１６ｘ，１６ｙの組合わせにより構成し、中央の山折部Ｅｘ，Ｅｙを対向させて配設するとともに、四つの熱交換盤部５ａ…は、二つの凝縮ユニット部１６ｘ，１６ｙにおける山折部Ｅｘ，Ｅｙの両側位置にそれぞれ配設するため、組付性、更には組付時の機械的剛性を高めることができるとともに、凝縮器１６及び熱交換器５に係わる位置決めも容易かつ正確に行うことができる。この場合、各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、図３に示すように、平面視において、ケーシング１１の対角線位置に配設する。このように、各熱交換盤部５ａ…は、平面視においてケーシング１１の対角線位置に配設できるため、ハイブリッドチラーＨの小型化にも寄与できる。
【００３１】
さらに、図１及び図２に示すように、冷却液タンク２及びこの冷却液タンク２と冷却液管Ｐの下端部位Ｐｄ間を接続する配管７は、熱交換器５の下方に配設する。この場合、配管７には、各構成部品を接続する配管をはじめ、この配管に接続される循環ポンプ２９等も含まれる。このため、図２に示すように、冷却液タンク２は、熱交換器５を配設する熱交換室Ｒｃの下方に設けた収納室Ｒｉの内部に配設するとともに、循環ポンプ２９等を含む配管７も収納室Ｒｉの内部に配される。また、この収納室Ｒｉの内部には、凝縮器１６を除く冷凍サイクルＣ（第一冷却系Ｍ１）の構成部品類，熱交換器５を除く第二冷却系Ｍ２の構成部品類及び後述する圧送ポンプ２９等も配設する。
【００３２】
一方、四つの各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにより区画される四つの空間Ｓａｂ，Ｓｂｃ，Ｓｃｄ，Ｓｄａにおける相対向する位置関係にある二つの空間Ｓａｂ，Ｓｃｄは送風入口側となり、この空間Ｓａｂ，Ｓｃｄに臨むケーシング１１の左右両側に位置する側面パネル部１１ｓ，１１ｔに、外気Ｗが流入する側面送風入口１２ｓ，１２ｔをそれぞれ形成する。さらに、ケーシング１１の上面パネル部１１ｕの中央には送風出口１３を形成するとともに、この送風出口１３の両側に、上面送風入口１２ｓｕ，１２ｔｕをそれぞれ形成する。この場合、送風出口１３は、残りの二つの空間Ｓｂｃ，Ｓｄａに対して上方から連通する。このように、送風入口１２は、側面パネル部１１ｓ，１１ｔの側面送風入口１２ｓ，１２ｔと上面パネル部１１ｕの上面送風入口１２ｓｕ，１２ｔｕの計四つの開口似より構成されるため、送風入口１２の全体の面積をより大きくできるとともに、外気Ｗの流入方向の選択が可能になるため、ハイブリッドチラーＨの最適な設置態様を選択できる。例えば、上面送風入口１２ｓｕ，１２ｔｕのみを選択すれば、複数台のハイブリッドチラーＨ…を隙間無く並べて連結使用することができる。
【００３３】
また、送風出口１３の内側には空冷用の送風ファン４を配設する。これにより、送風ファン４は、送風出口１３に連通する二つの空間Ｓｂｃ，Ｓｄａに対して共用される。このように、送風ファン４を、送風出口１３に連通する二つの空間Ｓｂｃ，Ｓｄａに対して共用する位置に配設すれば、基本的には一台の送風ファン４で足りるため、全体の小型化，コストダウン及び省電力化に寄与できる。したがって、このような送風経路を構築するため、図６に示すように、凝縮ユニット部１６ｘと１６ｙの上端に、三角形状の水平仕切プレート３１ｓ，３１ｔを取付けることにより、二つの空間Ｓａｂ，Ｓｃｄの上方を覆うとともに、送風入口１２ｓ，１２ｔ側に位置する水平仕切プレート３１ｓ，３１ｔの端辺から垂直仕切プレート３２ｓ，３２ｔを上方に起立し、垂直仕切プレート３２ｓの上端を上面パネル部１１ｕにおける送風出口１３と上面送風入口１２ｓｕ間の内面に当接させ、かつ垂直仕切プレート３２ｔの上端を上面パネル部１１ｕにおける送風出口１３と上面送風入口１２ｔｕ間の内面に当接させることにより、空間を仕切れば、側面送風入口１２ｓ，１２ｔは、空間Ｓａｂ，Ｓｃｄに対してそれぞれ側方から連通するとともに、上面送風入口１２ｓｕ，１２ｔｕは、空間Ｓａｂ，Ｓｃｄに対してそれぞれ上方から連通し、かつ水平仕切プレート３１ｓ，３１ｔ及び垂直仕切プレート３２ｓ，３２ｔにより送風出口１３側（空間Ｓｂｃ，Ｓｄａ側）から遮断される。図６の白抜矢印は送風方向Ｆｗを示している。
【００３４】
他方、送風入口１２に臨む空間Ｓａｂ，Ｓｃｄ内における底面パネル部Ｒｃｄの上には、散水機構１８を構成する散水ノズル１８ｓ，１８ｔを、各熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに対して適度に離れた位置であって、送風方向Ｆｗに対して上流側に配設する。各散水ノズル１８ｓ，１８ｔは、斜め上方に散水できるように、熱交換盤部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに向けて配設し、特に、より広い範囲に拡散できる最適位置を選定する。散水機構１８は、各散水ノズル１８ｓ，１８ｔからの散水により冷却能力をより高める機能を備える。即ち、散水によるミストの水温及び蒸発時の潜熱の利用により送風がより冷却される。
【００３５】
このように、熱交換器５は、四つの熱交換盤部５ａ…の組合わせにより構成し、かつ各熱交換盤部５ａ…の一辺側を近接させることにより、Ｘ形に配設するとともに、四つの各熱交換盤部５ａ…により区画される四つの空間Ｓａｂ…における相対向する位置関係にある任意の二つの空間Ｓａｂ，Ｓｃｄをケーシング１１の送風入口１２に連通させ、かつ他の二つの空間Ｓｂｃ，Ｓｄａをケーシング１１の送風出口１３に連通させたため、フリークーリング機能を構築する観点から熱交換器５の熱交換面積を可及的に大きくすることができ、ハイブリッドチラーＨの熱交換効率、更には省エネルギ性をより高めることができる。しかも、熱交換器５の送風方向上流側には十分な配設スペースを確保できるため、例えば、散水ノズル等を配設するに際しても、別途、配設スペースを確保することなく、散水によるミストをより広い範囲に拡散できる最適位置を選定できる。したがって、ハイブリッドチラーＨが大型化する不具合を回避できるとともに、散水ノズル等の付属機構を利用した本来の冷却能力を十分に確保できる。
【００３６】
また、図７は、本実施形態に係るハイブリッドチラーＨの全体系統回路を示す。なお、図７において、図１〜図３と同一部分には、同一符号を付してその構成を明確にした。
【００３７】
図７において、Ｈはハイブリッドチラーを示すとともに、５０はこのハイブリッドチラーＨに接続することにより当該ハイブリッドチラーＨから供給される冷却液Ｌにより冷却される工作機械等の被冷却部を示す。また、ハイブリッドチラーＨにおいて、Ｍ１は第一冷却系、Ｍ２はフリークーリング機能を有する第二冷却系をそれぞれ示す。
【００３８】
第一冷却系Ｍ１は、前述した凝縮器１６を含む冷凍サイクルＣを用いた冷却装置３により構成し、この冷凍サイクルＣは冷媒Ｋが循環する一般的な冷凍サイクルにより構成可能である。２２は圧縮機であり、この圧縮機２２の吐出口は凝縮器１６の冷媒入口に接続するとともに、圧縮機２２の戻り口は冷媒Ｋと冷却液Ｌの熱交換を行う冷却器（熱交換器）２３における一次側２３ｆの冷媒出口に接続する。また、冷却器２３における一次側２３ｆの冷媒入口は電子膨張弁２４を介して凝縮器１６の冷媒出口に接続する。これにより、冷媒Ｋが循環する冷凍サイクルＣが構成される。なお、２５は制御弁２５ｖを接続したホットガスバイパス回路であり、圧縮機２２の吐出口と電子膨張弁２４の冷媒出口間に接続する。２２ｉは圧縮機インバータを示す。
【００３９】
さらに、冷却器２３における二次側２３ｓの冷却液入口は、圧送ポンプ２９を介して冷却液タンク２の第二冷却液槽２ｓに接続するとともに、冷却器２３における二次側２３ｓの冷却液出口は、被冷却部５０が接続される冷却液供給口２７ｓに接続する。また、被冷却部５０が接続される冷却液戻り口２７ｒは冷却液タンク２の第一冷却液槽２ｆに接続する。冷却液タンク２は、仕切壁２ｐにより第一冷却液槽２ｆと第二冷却液槽２ｓに区画され、第一冷却液槽２ｆ内における冷却液Ｌの上澄液が仕切壁２ｐの上端縁を乗り越えて第二冷却液槽２ｓに進入する構造を有する。なお、２８は冷却液供給口２７ｓと冷却液戻り口２７ｒ間に接続した開閉弁を示す。
【００４０】
他方、第二冷却系Ｍ２は、前述した熱交換器５を備え、この熱交換器５の冷却液流入口は、循環ポンプ２６を介して冷却液タンク２の第一冷却液槽２ｆに接続するとともに、熱交換器５の冷却液流出口は、冷却液タンク２の第二冷却液槽２ｓに接続する。また、１８は散水機構であり、前述した散水ノズル１８ｓ，１８ｔは、電磁開閉弁等を用いた散水バルブ１８ｖを介して水道管側に接続する。
【００４１】
一方、４１は制御系Ｍｃの主要部を構成するコントローラであり、このコントローラ４１は、ハイブリッドチラーＨの全体の制御を司る機能を備える。コントローラ４１は、図１に示すように、コントローラ本体４１ｍを備えるとともに、このコントローラ本体４１ｍに付属し、冷却液Ｌの設定温度Ｔｓ（例えば、２０〔℃〕），凍結防止温度Ｔｃ（例えば、４〔℃〕），設定時間等を含む各種設定を行う設定部（入力部）４１ｓと、外気温度Ｔｔ等の各種データの表示を行う表示部（ディスプレイ）４１ｄを備える。
【００４２】
また、コントローラ４１の制御出力ポートには、少なくとも前述した圧縮機インバータ２２ｉを接続するとともに、送風ファン４，電子膨張弁２４，循環ポンプ２６，圧送ポンプ２９，制御弁２５ｖ，給気弁９及び散水バルブ１８ｖを接続する。さらに、コントローラ４１の入力ポートには、外気乾球温度センサ４２ｔ，外気湿球温度センサ４２ｗ，チラー出口温度センサ４３，戻り温度センサ４４及び熱交換器出口温度センサ４５を接続する。これにより、外気乾球温度センサ４２ｔからは外気乾球温度となる外気Ｗの温度（外気温度）Ｔｔが検出され、外気湿球温度センサ４２ｗからは外気湿球温度Ｔｈが検出され、チラー出口温度センサ４３からはチラー出口温度Ｔｅが検出され、戻り温度センサ４４からは戻り液温度Ｔｒが検出され、それぞれコントローラ４１に付与される。コントローラ４１は、ＣＰＵ及び各種メモリ等を含むコンピュータ機能を備え、少なくともハイブリッドチラーＨに係わる温度制御（シーケンス制御）を実行する。したがって、コントローラ４１には、温度制御を実現するための制御プログラムを格納するとともに、少なくとも外気温度Ｔｔが冷却液Ｌの設定温度Ｔｓよりも低いときに第二冷却系Ｍ２により冷却液Ｌを冷却する制御を行う制御機能、及び本実施形態に係る凍結防止装置１を機能させるための後述する凍結防止モードに係わる制御機能を備えている。
【００４３】
次に、本実施形態に係るハイブリッドチラーＨの全体動作及び凍結防止装置１の動作について説明する。
【００４４】
まず、ハイブリッドチラーＨの電源ＯＮにより圧送ポンプ２９が運転を開始する。圧送ポンプ２９の運転により、冷却液タンク２における第二冷却液槽２ｓ内の冷却液Ｌは、圧送ポンプ２９，冷却器２３の二次側２３ｓ，冷却液供給口２７ｓを経て、被冷却部５０に供給される。これにより、被冷却部５０は冷却液Ｌにより冷却されるとともに、熱交換により温められた冷却水Ｌは、冷却液戻り口２７ｒを介して冷却液タンク２における第一冷却液槽２ｆ内に戻される。
【００４５】
一方、コントローラ４１は、チラー出口温度Ｔｅ，戻り液温度Ｔｒ，外気温度Ｔｔ，湿球温度Ｔｈを監視する。この際、チラー出口温度Ｔｅが、予め設定された冷却液Ｌの設定温度Ｔｓよりも高く、かつ戻り液温度Ｔｒが外気温度Ｔｔ以下であれば、通常のチラー運転制御（冷却装置３の制御）を行い、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓになるようにフィードバック制御する。
【００４６】
この際、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高く、かつ外気温度Ｔｔが戻り液温度Ｔｒよりも低いときは、チラー運転制御を行うことなく、循環ポンプ２６に対する運転制御を行う。循環ポンプ２６の運転により、冷却液タンク２における第一冷却液槽２ｆ内の冷却液Ｌは、循環ポンプ２６，熱交換器５を経て、冷却液タンク２における第二冷却液槽２ｓ内に戻される。循環ポンプ２６の運転制御中に、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、循環ポンプ２６の運転を停止する。
【００４７】
また、循環ポンプ２６の運転制御中において、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高ければ、送風ファン４に対する運転制御を行う。この際、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、送風ファン４の運転を停止する。さらに、送風ファン４の運転制御中において、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高く、かつ外気温度Ｔｔが湿球温度Ｔｈよりも高いときは、散水バルブ１８ｖを開側に切換え、散水ノズル１８ｓ，１８ｔから散水する。これにより、散水ノズル１８ｓ，１８ｔから散水されるミストの水温及び蒸発する際の潜熱を利用して冷却能力がより高められる。散水バルブ１８ｖが開側に切換えられている際に、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、散水バルブ１８ｖを閉側に切換える。また、散水バルブ１８ｖが開側においてチラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高くなり、或いは散水バルブ１８ｖが閉側において外気温度Ｔｔが湿球温度Ｔｈ以下になれば、圧縮機２２の運転制御を行う。この際、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、圧縮機２２の運転を停止する。なお、循環ポンプ２６、送風ファン４、圧縮機２２のそれぞれの運転中に、ハイブリッドチラーＨが電源ＯＦＦになれば全動作が停止する。
【００４８】
他方、凍結防止モードがＯＮのときは凍結防止モードによる凍結防止処理が行われる。以下、凍結防止処理について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。なお、凍結防止モードは、モード選択スイッチ等によりＯＮ（実行）／ＯＦＦ（解除）することができる。また、凍結防止モードは、電源ＯＮ又は電源ＯＦＦに拘わらず実行される。
【００４９】
今、凍結防止モードがＯＮされている場合を想定する（ステップＳ１）。凍結防止モードのＯＮにより、コントローラ４１は、検出される外気温度Ｔｔを取り込み、外気温度Ｔｔが予め設定した設定温度（凍結防止温度）Ｔｃ以下であるか否かを常時監視する（ステップＳ２）。そして、外気温度Ｔｔが設定温度Ｔｃ以下になった場合には、閉側の給気弁９を開側に切換える（ステップＳ３，Ｓ４）。即ち、給気弁９は電動操作により開閉する開閉弁（電磁開閉弁）を例示するため、この場合、コントローラ４１は切換信号を給気弁９に付与し、開閉弁を開側に切換える。このように、コントローラ４１（制御系Ｍｃ）に、外気温度Ｔｔが設定温度Ｔｃ以下になったときに、開閉弁を開側に制御する制御機能を設ければ、設定温度Ｔｃに基づく自動開側制御により凍結を確実に防止できる。
【００５０】
これにより、流出側ヘッダ部５ｐｅの内部、更には熱交換器５の内部には給気弁９を通して外気Ｗが進入する（ステップＳ５）。この結果、流出側ヘッダ部５ｐｅ及び流入側ヘッダ部５ｐｉを含む熱交換器５の内部に残存する冷却液Ｌは、配管７を通して冷却液タンク２に流入する（ステップＳ６）。即ち、熱交換器５を構成する冷却液管Ｐ、具体的には各パスＱｐ…における各冷却液管Ｐ…は、自然落下により内部の冷却液Ｌが流出する際に、冷却液Ｌが内部に残存しないように、流出口Ｑｐｅ…から流入口Ｑｐｉ…までの全ての部位で下降傾斜又は水平となるように形成されるため、全パスＱｐ…の内部に残存する全冷却液Ｌ…は、流出側ヘッダ部５ｐｅ…及び配管７を通して冷却液タンク２に戻される。
【００５１】
そして、全ての冷却液Ｌの抜取りが完了する時間を考慮して設定した設定時間が経過したなら給気弁９を閉側に切換える（ステップＳ７，Ｓ８）。この後は熱交換器５の空状態が維持される（ステップＳ９）。
【００５２】
このように、本実施形態に係る凍結防止装置１によれば、少なくとも熱交換器５に残存する冷却液Ｌを全て抜くことができるため、熱交換器５、更にはその周辺に対する凍結防止を確実に行うことができる。加えて、循環ポンプ等の運転は行わないため、電力消費を伴わず、省エネルギ性に優れるとともに、夜間における騒音問題も発生しない。したがって、特に、運転効率を高めて省エネルギ性を向上させることを目的としたこの種のハイブリッドチラーＨにおける凍結防止対策として最適となる。また、熱交換器５に残存する冷却液Ｌを全て冷却液タンク２に戻すため、冷却液Ｌの無駄が生じない。したがって、資源節減に寄与できるとともに、冷却液Ｌの減少に伴って冷却液Ｌを頻繁に追加するなどの煩わしい工程が不要になり、しかも、冷却液Ｌの追加に伴うランニングコストも発生しないため、経済性にも優れる。
【００５３】
他方、熱交換器５が空状態において、外気温度Ｔｔが設定温度（凍結防止温度）Ｔｃを越えた場合には、循環ポンプ２６を予め設定した一定時間だけ予備運転し、熱交換器５を含む第二冷却系Ｍ２の配管内に冷却液Ｌを満たす予備処理を行う（ステップＳ１０，Ｓ１１）。そして、この後は、外気温度Ｔｔの監視に基づく同様の凍結防止モード（凍結防止処理）が、凍結防止モードをＯＦＦにしない限り実行される（ステップＳ１２，Ｓ２…）。また、ハイブリッドチラーＨ自身は、凍結防止モードのＯＮ／ＯＦＦ状態に拘わらず通常モードの運転が行われる。なお、このような凍結防止モードは一例であり、予備運転は必ずしも行う必要はない。
【００５４】
以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。
【００５５】
例えば、給気弁９は、流出側ヘッダ部５ｐｅの上端に付設した場合を示したが、その他、流入側ヘッダ部５ｐｉの上端や冷却液管Ｐの上端であってもよいし、熱交換器５に接続される配管における当該熱交換器５よりも上方位置に付設してもよい。また、熱交換器５は、四つの熱交換盤部５ａ…の組合わせにより構成し、かつ各熱交換盤部５ａ…の一辺側を近接させることにより、Ｘ形に配設した形態を示したが、このような形態に限定されるものではない。さらに、複数のパスＱｐ…を組合わせた場合を示したが、交換器５の全体を連続する一体の形態により構成する場合を排除するものではない。他方、冷却装置３は、冷凍サイクルＣにより構成した場合を示したが、ペルチェ素子を利用したサーモモジュール等の他の冷却系により構成する場合を排除するものではない。したがって、サーモモジュールを利用する場合には、凝縮器１６は不要となる。また、凝縮器１６は、くの字形に折曲させた二つの凝縮ユニット部１６ｘ，１６ｙの組合わせにより構成した場合を示したが、熱交換盤部５ａ…の場合と同様に四つの凝縮ユニット部により構成してもよいし、連続する単体のユニットとして構成してもよい。同様に熱交換器５の場合も単体となる四つの熱交換器の組合わせにより構成する場合のみならず、くの字形に折曲させた単体の熱交換器の当該折曲部の両側を二つの熱交換盤部５ａ…として利用してもよいし、或いは一本の冷却液管を所謂一筆書き状に折曲してＸ形に形成した一つの熱交換器の四面をそれぞれ熱交換盤部５ａ…として利用してもよい。したがって、熱交換盤部とは、単一（一ブロック）の盤に対して複数の熱交換盤部エリアを区画する場合を含む概念である。さらに、給気弁９を電動操作により開閉制御するに際し、外気温度Ｔｔに基づいて制御する場合を示したが、タイマー（設定時刻）に基づいて制御してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係るハイブリッドチラーの凍結防止装置は、外気の温度が冷却液の設定温度よりも低いときに外気と冷却液の熱交換を行うフリークーリング機能を備える各種ハイブリッドチラー、より広くは各種冷却装置に利用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１：凍結防止装置，２：冷却液タンク，３：冷却装置，４：送風ファン，５：熱交換器，５ａ：熱交換盤部，５ｂ：熱交換盤部，５ｃ：熱交換盤部，５ｄ：熱交換盤部，７：配管，９：給気弁，１１：ケーシング，１２：送風入口，１３：送風出口，５ｐｉ：流入側ヘッダ部，５ｐｅ：流出側ヘッダ部，Ｌ：冷却液，Ｍ１：第一冷却系，Ｍ２：第二冷却系，Ｍｃ：制御系，Ｗ：外気，Ｔｔ：外気温度，Ｈ：ハイブリッドチラー，Ｐ：冷却液管，Ｐｕ：上端部位，Ｐｄ：下端部位，Ｑｐ…：パス，Ｑｐｅ…：流出口，Ｑｐｉ…：流入口，Ｓａｂ：空間，Ｓｂｃ：空間，Ｓｃｄ：空間，Ｓｄａ：空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液を収容した冷却液タンクと、前記冷却液を冷却する冷却装置を用いた第一冷却系と、送風ファンにより送風される外気と前記冷却液の熱交換を行う熱交換器を有する第二冷却系と、少なくとも前記第一冷却系又は前記第二冷却系を用いて前記冷却液を冷却する制御を行う制御系とを有してなるハイブリッドチラーにおける少なくとも前記熱交換器の凍結を防止するハイブリッドチラーの凍結防止装置であって、前記冷却液を通す前記熱交換器における冷却液管の上端部位から下端部位までの全部位を下降傾斜又は水平に形成し、かつ前記冷却液タンク及びこの冷却液タンクと前記下端部位間を接続する配管を前記熱交換器の下方に配設するとともに、前記熱交換器の上端内部又は前記熱交換器に接続される配管における当該熱交換器よりも上方位置の内部を大気に対して開放又は閉塞可能な給気弁を備えてなることを特徴とするハイブリッドチラーの凍結防止装置。
【請求項２】
前記給気弁は、手動操作又は電動操作により開閉する開閉弁を用いることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドチラーの凍結防止装置。
【請求項３】
前記制御系は、外気温度が予め設定した設定温度（凍結防止温度）以下になったときに、前記開閉弁を開側に制御する制御機能を備えることを特徴とする請求項２記載のハイブリッドチラーの凍結防止装置。
【請求項４】
前記給気弁は、前記熱交換器の内部における正圧により閉じ、かつ負圧により開く逆止弁を用いることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドチラーの凍結防止装置。
【請求項５】
前記熱交換器は、四つの熱交換盤部の組合わせにより構成し、かつ前記各熱交換盤部の一辺側を近接させることにより、Ｘ形に配設するとともに、四つの前記各熱交換盤部により区画される四つの空間における相対向する位置関係にある任意の二つの前記空間をケーシングの送風入口に連通させ、かつ他の二つの前記空間を前記ケーシングの送風出口に連通させてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッドチラーの凍結防止装置。
【請求項６】
前記熱交換盤部は、前記冷却液管をジグザグ形状に湾曲形成したパスを複数備えるとともに、順次配列させた複数のパスにおける各流出口を流出側ヘッダ部に接続し、かつ各流入口を流入側ヘッダ部に接続して構成することを特徴とする請求項５記載のハイブリッドチラーの凍結防止装置。
【請求項１】
冷却液を収容した冷却液タンクと、前記冷却液を冷却する冷却装置を用いた第一冷却系と、送風ファンにより送風される外気と前記冷却液の熱交換を行う熱交換器を有する第二冷却系と、少なくとも前記第一冷却系又は前記第二冷却系を用いて前記冷却液を冷却する制御を行う制御系とを有してなるハイブリッドチラーにおける少なくとも前記熱交換器の凍結を防止するハイブリッドチラーの凍結防止装置であって、前記冷却液を通す前記熱交換器における冷却液管の上端部位から下端部位までの全部位を下降傾斜又は水平に形成し、かつ前記冷却液タンク及びこの冷却液タンクと前記下端部位間を接続する配管を前記熱交換器の下方に配設するとともに、前記熱交換器の上端内部又は前記熱交換器に接続される配管における当該熱交換器よりも上方位置の内部を大気に対して開放又は閉塞可能な給気弁を備えてなることを特徴とするハイブリッドチラーの凍結防止装置。
【請求項２】
前記給気弁は、手動操作又は電動操作により開閉する開閉弁を用いることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドチラーの凍結防止装置。
【請求項３】
前記制御系は、外気温度が予め設定した設定温度（凍結防止温度）以下になったときに、前記開閉弁を開側に制御する制御機能を備えることを特徴とする請求項２記載のハイブリッドチラーの凍結防止装置。
【請求項４】
前記給気弁は、前記熱交換器の内部における正圧により閉じ、かつ負圧により開く逆止弁を用いることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドチラーの凍結防止装置。
【請求項５】
前記熱交換器は、四つの熱交換盤部の組合わせにより構成し、かつ前記各熱交換盤部の一辺側を近接させることにより、Ｘ形に配設するとともに、四つの前記各熱交換盤部により区画される四つの空間における相対向する位置関係にある任意の二つの前記空間をケーシングの送風入口に連通させ、かつ他の二つの前記空間を前記ケーシングの送風出口に連通させてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッドチラーの凍結防止装置。
【請求項６】
前記熱交換盤部は、前記冷却液管をジグザグ形状に湾曲形成したパスを複数備えるとともに、順次配列させた複数のパスにおける各流出口を流出側ヘッダ部に接続し、かつ各流入口を流入側ヘッダ部に接続して構成することを特徴とする請求項５記載のハイブリッドチラーの凍結防止装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−９３０６８（Ｐ２０１２−９３０６８Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４２８０６（Ｐ２０１０−２４２８０６）
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００１０３９２１）オリオン機械株式会社 (450)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００１０３９２１）オリオン機械株式会社 (450)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]