JPS629461Y2

JPS629461Y2 -

Info

Publication number: JPS629461Y2
Application number: JP1980057059U
Authority: JP
Priority date: 1980-04-24
Filing date: 1980-04-24
Publication date: 1987-03-05
Also published as: JPS56157533U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は、冷凍機等を水冷する水冷システム
を設けてある空調設備等において、水冷システム
において冷却水を送水する冷却水ポンプの作動を
制御するポンプ作動制御装置に、関するものであ
る。

空調設備とか冷凍システムにおいて電動機によ
り駆動される送風フアンとか冷却水ポンプ等の回
転体の回転数を制御するために従来は周波数変換
器、流体継手、うず電流継手、或はインバータが
用いられて来ている。このうち流体継手及びうず
電流継手を用いる制御方式はロス馬力が大きくエ
ネルギー効率が低く、また周波数変換器及びイン
バータは大容量のものとすることが困難である。
周波数変換器による制御方式はまた、回転数の変
更時に送風フアンとか冷却水ポンプ等の慣性回転
によるモータ逆駆動が起きるのを防止するため
に、モータの電源を一旦切りフアン等が停止する
まで待たねばならないといつた問題も有してい
る。

大容量の送風フアンとか冷却水ポンプ等の回転
数を無段に変更制御するために大容量のものを容
易に製作できるスリツピング・クラツチを用いる
制御方式も提案されているが、スリツピング・ク
ラツチは摩擦熱の発生によるロス馬力が大で、エ
ネルギー効率が流体継手とかうず電流継手による
場合と大差がない。

この考案は最初に述べたように水冷システムを
設けてある空調設備等において、冷却水ポンプの
駆動回転数をロス馬力が小さい制御方式によつて
適確に制御して高いエネルギー効率、したがつて
高い省エネルギー効果を得させる、空調設備等に
おける新規なポンプ作動制御装置を提供しようと
するものである。

図示の実施例について、この考案に係るポンプ
作動制御装置の構成を説明すると、先ず、第１−
４図に図示の第１の実施例は、第１図に示すよう
な空調設備においてこの考案を実施した例に係
る。第１図においてＣは、冷暖房が行なわれる空
調空間であつて、この空調空間Ｃ内を冷房するた
めにはターボ冷凍機１が、また該空調空間Ｃ内を
暖房するためにはボイラ２が、それぞれ設置され
ている。ターボ冷凍機１からは冷水が、またボイ
ラ２からは温水が、それぞれ選択的にフアン・コ
イル・ユニツト３のフアンコイル４へと送られ、
フアンコイル４背後のフアン５により冷風または
温風が、ライン６を介して空調空間Ｃへと供給さ
れる。ターボ冷凍機１とフアン・コイル・ユニツ
ト３間の水循環路及びボイラ２とフアン・コイ
ル・ユニツト３間の水循環路は互に一部を共通と
されていて、先ずターボ冷凍機１とフアン・コイ
ル・ユニツト３間の水循環路は、冷水ポンプ７を
挿入してあるライン８から往路共通ライン９を経
てフアンコイル４へと冷水が供給され、復路共通
ライン１０及びライン１１を経てターボ冷凍機１
に水が戻されるように、形成されている。またボ
イラ２とフアン・コイル・ユニツト３間の水循環
路は、ライン１２及び上記の往路共通ライン９を
経てフアンコイル４へと温水が供給され、上記の
復路共通ライン１０及び温水ポンプ１３を挿入さ
れたライン１４を経てボイラ２に水が戻されるよ
うに、形成されている。上記したライン８及び１
２にはそれぞれ、該各ライン８，１２を選択的に
往路共通ライン９へと接続するための開閉弁１
５，１６を設けてあり、また上記したライン１
１，１４にはそれぞれ、復路共通ライン１０を該
各ライン１１，１４へと選択的に接続するための
開閉弁１７，１８を設けてある。往路共通ライン
９と復路共通ライン１０間には、フアン・コイ
ル・ユニツト３を迂回するバイパスライン１９
も、設けられており、このバイパスライン１９の
分岐点よりも下流側の往路共通ライン９とバイパ
スライン１９とにはそれぞれ、開口度を変更制御
可能な制御弁２０，２１を挿入してあり、往路共
通ライン９内を送られて来る冷水或は温水の一部
を、フアンコイル４に導通させることなく復路共
通ライン１０へと流入させ、温度制御を行なえる
こととしてある。フアン・コイル・ユニツト３に
は、外気中に開口する窓３ａを設けてあり、また
空調空間Ｃには換気フアン２２を装備させてあつ
て、この換気フアン２２により外気中にライン２
３を介し放出される空気の一部を、該ライン２３
から分岐させた分岐ライン２３ａによりフアン・
コイル・ユニツト３内に戻す構造が、採られてい
る。

同様に第１図に示すように、クーリングタワー
２４が設けられており、このクーリングタワー２
４とターボ冷凍機１間で往路ライン２５及び復路
ライン２６を介し、ターボ冷凍機１用の冷却水
を、往路ライン２５に設けられた冷却水ポンプ２
７により循環させることと、してある。そして第
１−４図に図示の第１の実施例に係るポンプ作動
制御装置は、上記した冷却水ポンプ２７の作動を
制御するためのものとして、次のように構成され
ている。

すなわち先ず、同様に第１図に示すように、上
記した冷却水ポンプ２７は、その駆動源を構成す
るモータ２８によつて直接に駆動を受けるように
されてはおらず、モータ２８と冷却水ポンプ２７
間の駆動径路中に変速機２９を挿入設置して、冷
却水ポンプ２７を、該変速機２９を介しモータ２
８にて駆動させることと、してある。

上記した変速機２９は、第２図に示すように、
変速ケース３０に互に平行する入力軸３１と出力
軸３２とを回転自在に支持させ、これらの入力軸
３１と出力軸３２間に、入力軸３１に１対のボー
ルベアリング３３を介して遊嵌して設けた遊転歯
車３４と出力軸３２に嵌着して設けた伝動歯車３
５とを噛合せてなる第１の歯車列と、入力軸３１
に嵌着して設けた伝動歯車３６と出力軸３２に１
対のボールベアリング３７を介し遊嵌して設けた
遊転歯車３８とを噛合せてなる第２の歯車列と
を、設けてある。第１の歯車列における両歯車３
４，３５間のギヤ比と第２の歯車列における両歯
車３６，３８間のギヤ比との関係は、第１の歯車
列における遊転歯車３４を入力軸３１に結合し、
該第１の歯車列を介して入力軸３１と出力軸３２
間を連動連結した場合に、出力軸３２に得られる
回転数n₁の方が、第２の歯車列における遊転歯車
３８を出力軸３２に結合し、該第２の歯車列を介
して入力軸３１と出力軸３２間を連動連結した場
合に、出力軸３２に得られる回転数n₂よりも大
（n₁＞n₂）であるように、設定されている。

第１の歯車列における遊転歯車３４を入力軸３
１に選択的に結合するための結合手段として、該
遊転歯車３４と入力軸３１間に、次のような油圧
クラツチ３９を配設してある。すなわち、伝動歯
車３６に固定してクラツチハウジング４０を、入
力軸３１上に設けてあり、このクラツチハウジン
グ４０内へと延出させてある、遊転歯車３４のボ
ス部延長部３４ａとクラツチハウジング４０とに
それぞれ、複数枚宛の一方及び他方の摩擦エレメ
ント４１，４２を、交互に配し且つクラツチ３９
軸線方向に沿い摺動のみ自在に支持させて、それ
自体は周知の多板式油圧クラツチ３９が、構成さ
れている。この油圧クラツチ３９は、クラツチハ
ウジング４０内に設けられたピストン４３であつ
て入力軸３１上のばね受リング４４と該ピストン
４３とに両端を受けさせて入力軸３１上に設けて
あるリターンばね４５にて後退附勢されているピ
ストン４３を、該ピストン４３背後の油室４６へ
の作動油の供給で前進させ、クラツチハウジング
４０に支持させた受圧板４７に対し摩擦エレメン
ト４１，４２を押付けると共に該摩擦エレメント
４１，４２間を摩擦係合させることで、係合作動
せしめられる。油圧クラツチ３９の作動によつて
は、遊転歯車３４が入力軸３１に結合されて、入
力軸３１と出力軸３２間が第１の歯車３４，３５
列を介し連動連結され、出力軸３２が比較的高速
で回転せしめられる。

第２の歯車列における遊転歯車３８を選択的に
出力軸３２に結合するための結合手段として、前
記両ボールベアリング３７間において遊転歯車３
８と出力軸３２間に、オーバランニング・クラツ
チ４８を配設してある。このオーバランニング・
クラツチ４８は、これが遊転歯車３８側から、し
たがつて入力軸３１側から、駆動されるとクラツ
チ係合するものと、されている。したがつて、油
圧クラツチ３９が作動し、第１の歯車３４，３５
列を介し入力軸３１により出力軸３２が回転せし
められている状態では、出力軸３２が前記した回
転数n₁で回転しているのに対し遊転歯車３８がよ
り小な前記回転数n₂で回転していて、オーバラン
ニング・クラツチ４８は、相対的に出力軸３２側
から駆動されて、クラツチ係合しない。このた
め、オーバランニング・クラツチ４８は、油圧ク
ラツチ３９の非作動状態でのみクラツチ係合し
て、遊転歯車３８を出力軸３２に結合するものと
なつており、油圧クラツチ３９が非作動状態をと
ると自動的に、第２の歯車３６，３８列を介して
入力軸３１と出力軸３２間が連動連結され、出力
軸３２が比較的低速で回転せしめられる。

変速機２９における油圧クラツチ３９に対する
作動油の給排を制御するためには、第３図に示す
ような油圧回路が設けられている。この油圧回路
は、図示のように３ポート・２位置のものに構成
された電磁切換弁４９であつて、前記変速ケース
３０内の低部でもつて兼用させてある油タンク５
０から油圧ポンプ５１により油圧クラツチ３９方
向に作動油を供給する給油回路５２と油圧クラツ
チ３９方向から油タンク５０へと作動油を戻す排
油回路５３とに一次側の２ポートを接続してある
電磁切換弁４９を、設けてあるものに、構成され
ている。電磁切換弁４９は、図示の中立位置Ｎで
は、給油回路５２と油圧クラツチ３９とを共に排
油回路５３へと接続して、油圧クラツチ３９を離
脱させ、逆に、ソレノイドSLの励磁により作用
位置Ｉへと移されると、給油回路５２を油圧クラ
ツチ３９へと接続すると共に排油回路５３端をブ
ロツクして、油圧クラツチ３９を係合作動させ
る。したがつて、電磁切換弁４９の中立位置Ｎで
は前記第２の歯車３６，３８列により変速伝動が
行なわれ、同切換弁４９の作用位置Ｉでは前記第
１の歯車３４，３５列により変速伝動が行なわれ
る。第３図において５４は、電磁切換弁４９の作
用位置Ｉにおいて油圧クラツチ３９に作用せしめ
られる油圧を設定するリリーフ弁である。なお、
上記した油圧ポンプ５１は、第２図に示すよう
に、変速ケース３０の一端開口部を閉鎖するケー
ス蓋３０ａの外面上に設置されていて、前記入力
軸３１により駆動を受けるものと、されている。

電磁切換弁４９の位置切替え制御を行なうため
には、次のような電気制御回路が設けられてい
る。すなわち、先ず第１図に示すように、前記し
たターボ冷凍機１における冷却水の出口と入口に
はそれぞれ、該出口及び入口での冷却水の水温を
測定して水温に応じた電気信号を出力する温度セ
ンサー５５，５６を設けてあり、これらの温度セ
ンサー５５，５６は、変速機２９に附設された制
御ボツクス５７内へと接続されている。制御ボツ
クス５７内において温度センサー５５，５６はそ
れぞれ、第４図に示すように、増巾器５８，５９
を介して演算器６０へと接続されており、演算器
６０は、両温度センサー５５，５６の出力信号の
差を演算するものに、構成されている。演算器６
０の二次側は、増巾器６１を介して比較器６２の
プラス側入力端子へと、接続されている。比較器
６２のマイナス側入力端子には、電源電圧Vccを
可変抵抗器６３にて適宣に落してセツト可能とさ
れている。したがつて比較器６２は、温度センサ
ー５５，５６にて検出される温度の差が可変抵抗
器６３にてセツトされた設定値より高くなると、
ハイレベルの信号を出力する。

他方、電磁切換弁４９の前記ソレノイドSL
は、サージ吸収用のダイオードＤと並列接続した
上で、一端を電源端子に接続すると共に他端をア
ースして、第４図に示す制御回路中に挿入されて
おり、そのアース回路中には、エミツタ接地の
NPNトランジスタTrを挿入してある。そして、
プルダウン抵抗器RPを介してアースされている
該NPNトランジスタTrのベースに対し、上記し
た比較器６２の二次側が接続されている。したが
つて、比較器６２からのハイレベルの信号出力が
行なわれている状態ではNPNトランジスタTrが
オン状態となり、ソレノイドSLに電流が導通し
て、該ソレノイドSLが励磁状態にあり電磁切換
弁４９が作用位置Ｉをとり、逆に比較器６２から
の上記の信号出力が行なわれていない状態では
NPNトランジスタTrがオフ状態をとり、ソレノ
イドSLが解磁していて電磁切換弁４９が中立位
置Ｎをとる。

前記の両温度センサー５５，５６の検出温度の
差に対応して比較器６２にセツトされる温度差の
設定値は、例えば６℃とされる。このような温度
差値を比較器６２にセツトしておいて、図示空調
設備の冷房運転を行なうときは、上に説明した構
成からして、ターボ冷凍機１の冷却水の出入口間
の水温差が設定値より大きい場合には、電磁切換
弁４９が作用位置Ｉをとることで、変速機２９に
おいて前記第１の歯車３４，３５列により変速伝
動が行なわれて、冷却水ポンプ２７が比較的高回
転数で運転され、逆に上記の水温差が設定値より
小さい場合には、電磁切換弁４９が中立位置Ｎを
とることで、変速機２９におい前記第２の歯車３
６，３８列により変速伝動が行なわれて、冷却水
ポンプ２７が比較的低回転数で運転されることに
なる。したがつて、サーボ冷凍機１の冷却水の出
入口間の水温差が大きい場合には比較的多量の冷
却水が該サーボ冷凍機１へと供給され、逆に上記
の水温差が小さい場合には比較的少量の冷却水が
サーボ冷凍機１へと供給されることとなる。そし
て、サーボ冷凍機１の冷却水の出入口間の水温差
が小さいということは、とりもなおさず、該サー
ボ冷凍機１に対し過剰気味の冷却水が供給されて
いることを意味するから、このような場合に冷却
水ポンプ２７の運転回転数をおとす制御を行なう
ことで、冷却水ポンプ２７においての無駄な動力
消費が避けられることとなる。

なお、第１図に図示の空調設備においては、冷
房運転用の前記冷水ポンプ７を駆動するためのモ
ータ６４と該冷水ポンプ７間に変速機６５を、ま
た暖房運転用の前記温水ポンプ１３を駆動するた
めのモータ６６と該温水ポンプ１３間に変速機６
７を、さらにフアン・コイル・ユニツト３の前記
フアン５を駆動するためのフアンモータ６８と該
フアン５間に変速機６９を、それぞれ介挿し、こ
れらの各変速機６５，６７，６９にはそれぞれ制
御ボツクス７０，７１，７２を附設して、各変速
機６５，６７，６９の変速段を適宣に切替えるこ
とで、空調設備の動作制御をさらに省エネルギー
的に行なうことと、されている。すなわち、制御
ボツクス７０内のコントロール機構は、フアン・
コイル・ユニツト３の出口側及び入口側の水温を
それぞれ検出する温度センサー７３，７４並びに
空調空間Ｃの温度を検出する温度センサー７５の
検出温度に応じて変速機６５の変速段を適宣に切
替え、冷水ポンプ７の駆動回転数の制御を行なう
ものに、また制御ボツクス７１内のコントロール
機構は、ボイラ２の出口側及び入口側の水温をそ
れぞれ検出する温度センサー７６Ａ，７６Ｂ並び
に空調空間Ｃの温度を検出する上記温度センサー
７５の検出温度に応じ変速機６７の変速段を適宣
に切替え、温水ポンプ１３の駆動回転数の制御を
行なうものに、さらに制御ボツクス７２内のコン
トロール機構は、空調空間Ｃの温度を検出する上
記温度センサー７５の検出値に応じ変速機６９の
変速段を適宣に切替えフアン５の駆動回転数の制
御を行なうものに、それぞれ構成されている。

次に、第５図に図示の第２の実施例について説
明すると、この第２の実施例は、生鮮食品小売業
者の店内等におかれるシヨーケースＳの冷凍シス
テムにおいて、この考案を実施した例に係る。第
５図に図示の冷凍システムにおいては、４個の冷
凍機７７を並設してあり、各冷凍機７７は、第５
図において１個の冷凍機７７について図示のよう
に、モータ７８にて駆動されて冷媒ガスを圧縮す
るコンプレツサー７９と、水冷を受けて圧縮後の
冷媒ガスを液化凝縮させるコンデンサー８０と
を、内蔵している。冷凍機７７外の冷媒回路中に
は、液化冷媒を膨張気化させる膨張弁８１と、シ
ヨーケースＳ内に捲回された冷却コイル８２と
を、設けてあり、冷媒は、冷却コイル８２内を流
れた後に冷凍機７７へと戻される。第５図におい
て８３は、クーリングタワーであつて、このクー
リングタワー８３にて冷却を受けた冷却水は、冷
却水ポンプ８４により、分配弁８５を介して各冷
凍機７７のコンデンサー８０へと送られ、上記の
ように冷媒を冷却した上で、冷却のためにクーリ
ングタワー８３へと戻される。

このような冷凍システムにおいて、上記した冷
却水ポンプ８４は、通例の場合と異なり、該ポン
プ８４駆動用のモータ８６にて直接に駆動を受け
るようにはされておらず、上記のモータ８６と冷
却水ポンプ８４間に変速機８７を介装して、この
変速機８７を介しモータ８６により駆動を受ける
ように、なされている。変速機８７は、例えば第
２図に図示の前記変速機２９と同様に構成され、
その変速段切替えのためには、制御ボツクス８８
を設けてある。

各冷凍機７７の冷却水出口には温度センサー８
９Ａ，８９Ｂ，８９Ｃ，８９Ｄを設けてあり、ま
た全冷凍機からの流出冷却水の合流路にも温度セ
ンサー９０を設けてあつて、これらの温度センサ
ー８９Ａ−９０により冷凍機７７を出る冷却水の
水温が検出される。また分配弁８５の上流側で、
冷凍機７７へと供給される冷却水の水温を検出す
る温度センサー９１も、設けられている。これら
の温度センサー８９Ａ−９１は図示のように、制
御ボツクス８８内へと接続されている。

第５図に図示の制御ボツクス８８内に設けられ
たコントロール機構は、例えば第４図に図示のよ
うなものとされ、冷凍機７７を出る冷却水の水温
と冷凍機７７へ入る冷却水の水温との差に応じ、
この差が小であれば変速機８７の変速段を低速段
方向へ切替えるものに、構成される。この場合
に、冷凍機７７へ入る水温と比較される、該冷凍
機７７を出る冷却水の水温としては、例えば、温
度センサー８９Ａ，８９Ｂ，８９Ｃ，８９Ｄによ
る各検出温度と、温度センサー９０による検出温
度に４を乗じた値とを、加算して８で除した値
が、用いられる。

以上よりして、第５図に図示の第２の実施例に
おいても、冷凍機７７に過剰気味の冷却水が供給
され上記のような水温差が過小となるときは、冷
却水ポンプ８４の回転数がおとされて、省エネル
ギーが図られる。なおコンプレツサー７９も、変
速機９３を介して前記モータ７８により駆動させ
る構成が、採られている。

以上の実施例の説明から明らかなようにこの考
案は、冷凍機等を水冷する水冷システムを設けて
ある空調設備等において、電動機による冷却水ポ
ンプ２７或は８４の駆動径路中に複数列の変速ギ
ヤトレーン３４，３５及び３６，３８の択一的な
変速伝動により複数段の変速比を得させる有段の
変速機２９或は８７を設けると共に、冷凍機等の
被冷却部の冷却水出口と冷却水入口とにそれぞ
れ、水温検出用の温度センサーを設けて、上記冷
却水出口の水温と上記冷却水入口の水温との差に
応じ、この差が小であれば冷却水ポンプの駆動回
転数を低減するように、上記変速機の変速段を切
替えるように構成してなるもので、冷凍機等へ供
給される冷却水量の過剰、不足を、該冷凍機等の
冷却水出入口間の水温差から検出して、適正量の
冷却水が供給される方向に冷却水ポンプの駆動回
転数を制御することで、冷凍機等に対する過剰冷
却水の供給を抑制し冷却水ポンプのエネルギー消
費を抑えて、省エネルギーを達成するものとなつ
ている。

そして冷却水ポンプはその消費動力が回転数の
３乗に比例する特性を有し比較的小さな幅での回
転数低減によつても大幅な動力節減が達成される
（回転数を80％に落とせば消費動力は約50％とな
る。）ことから逆に、ポンプ回転数を無段ではな
く有段に制御する本考案方式によつても例えば回
転数を１：0.8といつた比較的小幅の範囲で変更
することとして精密な温度制御を得る回転数制御
を省エネルギー的に達成することができ、複数変
速ギヤトレーンを用いる有段変速機のロス馬力が
極めて小さいことからして、温度制御精度上の不
具合を伴なわずに極く高い省エネルギー効果を達
成できる。また有段変速機は何らの困難なく大容
量のものとできるから、大容量の冷却水ポンプの
駆動制御上にも問題がない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の第１の実施例を装備した空
調設備の系統図、第２図は同第１の実施例におけ
る変速機の縦断側面図、第３図は同第１の実施例
における油圧回路の回路図、第４図は同第１の実
施例における電気制御回路のブロツク線図及び回
路図、第５図はこの考案の第２の実施例を装備し
た冷凍システムの系統図である。Ｃ……空調空間、１……ターボ冷凍機、３……
フアン・コイル・ユニツト、２４……クーリング
タワー、２５……往路ライン、２６……復路ライ
ン、２７……冷却水ポンプ、２８……モータ、２
９……変速機、３１……入力軸、３２……出力
軸、３４……遊転歯車、３５……伝動歯車、３６
……伝動歯車、３８……遊転歯車、３９……油圧
クラツチ、４８……オーバランニング・クラツ
チ、４９……電磁切換弁、５１……油圧ポンプ、
SL……ソレノイド、５５，５６……温度センサ
ー、５７……制御ボツクス、５８，５９……増巾
器、６０……演算器、６２……比較器、６３……
可変抵抗器、Tr……NPNトランジスタ、Ｓ……
シヨーケース、７７……冷凍機、７９……コンプ
レツサー、８０……コンデンサー、８１……膨張
弁、８２……冷却コイル、８３……クーリングタ
ワー、８４……冷却水ポンプ、８５……分配弁、
８６……モータ、８７……変速機、８８……制御
ボツクス、８９Ａ，８９Ｂ，８９Ｃ，８９Ｄ……
温度センサー、９０……温度センサー、９１……
温度センサー。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

冷凍機等を水冷する水冷システムを設けてある
空調設備等において、電動機による冷却水ポンプ
の駆動径路中に、複数列の変速ギヤトレーンの択
一的な変速伝動により複数段の変速比を得させる
有段の変速機を設けると共に、冷凍機等の被冷却
部の冷却水出口と冷却水入口とにそれぞれ、水温
検出用の温度センサーを設けて、上記冷却水出口
の水温と上記冷却水入口の水温との差に応じ、こ
の差が小であれば冷却水ポンプの駆動回転数を低
減するように、上記変速機の変速段を切替えるよ
うに構成してなる、空調設備等におけるポンプ作
動制御装置。