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JP2000028208A - 冷凍装置の制御装置 - Google Patents

冷凍装置の制御装置

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Publication number
JP2000028208A
JP2000028208A JP10194329A JP19432998A JP2000028208A JP 2000028208 A JP2000028208 A JP 2000028208A JP 10194329 A JP10194329 A JP 10194329A JP 19432998 A JP19432998 A JP 19432998A JP 2000028208 A JP2000028208 A JP 2000028208A
Authority
JP
Japan
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hot gas
gas bypass
valve
pressure
bypass pipe
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10194329A
Other languages
English (en)
Inventor
Norio Takahashi
典夫 高橋
Toshiyuki Kamei
利之 亀井
Tsutomu Hatanaka
勉 畠中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP10194329A priority Critical patent/JP2000028208A/ja
Priority to US09/348,459 priority patent/US6311506B1/en
Publication of JP2000028208A publication Critical patent/JP2000028208A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F25B41/24—Arrangement of shut-off valves for disconnecting a part of the refrigerant cycle, e.g. an outdoor part
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19—Pressures
    • F25B2700/197—Pressures of the evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2117—Temperatures of an evaporator
    • F25B2700/21171—Temperatures of an evaporator of the fluid cooled by the evaporator

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ホットガスをバイパスさせる機能を維持しつつ
も、要求される能力以上の冷凍能力を確保する。 【解決手段】ホットガスバイパス管路１８上に、ブライ
ン１７の設定温度Ｔrが所定の温度（０゜Ｃ）以上にな
るとホットガスパイパス管路１８を開路するとともにブ
ライン１７の設定温度Ｔrが所定の温度（０゜Ｃ）より
も小さくなるとホットガスバイパス管路１８を閉路する
開閉弁２０が、冷却容量調整弁１９以外にさらに設けら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷凍装置の制御装置
に関し、特に冷凍能力を要求能力以上に確保することが
できる制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図８は冷凍装置としてのチラー１０を組
み込んだ温度制御装置の全体構成を示す。この温度制御
装置は、大きくはチラー１０と、被温度制御対象１と、
これらチラー１０と被温度制御対象１との間を循環する
流体循環路３とから構成されている。被温度制御対象１
は、たとえば半導体ウエハに対して所望の温度下で表面
処理等を施す真空チャンバである。
【０００３】チラー１０は、圧縮機１２と凝縮器１３と
膨張弁１４と蒸発器１１とを直列に管路（液ライン）１
５を介して接続し、この管路１５に冷媒１６を流して冷
凍サイクルを実行するものである。蒸発器１１では、流
体循環路３を循環するブライン（不凍液）１７と冷媒１
６との間で熱交換が行われることによりブライン１７が
冷却されて設定温度に保持される。これにより被温度制
御対象１が目標温度に制御される。
【０００４】図１１にチラー１０の管路構成をより詳細
に示す。
【０００５】同図１１に示すように、チラー１０には、
圧縮機１２から吐出されるホットガスをバイパスして蒸
発器１１に供給するホットガスバイパス管路１８が設け
られている。
【０００６】そして、このホットガスバイパス管路１８
上には、蒸発器１１内の冷媒１６の蒸発圧力が所定圧力
以下になるとホットガスバイパス管路１８を開路してホ
ットガスを通過させるとともに蒸発器１１内の冷媒１６
の蒸発圧力が上記所定圧力よりも大きくなるとホットガ
スバイパス管路１８を閉路してホットガスを遮断する冷
却容量調整弁１９が配設されている。
【０００７】このように冷却容量調整弁１９を設けて蒸
発圧力を所定圧力よりも大きい圧力に保持している理由
は、蒸発圧力が所定圧力（大気圧）以下になってしまう
と蒸発器１１で冷媒１６が充分に気化せず、液状のまま
圧縮機１２に戻ってくるといういわゆる液バック現象が
発生してしまい、圧縮機１２の破損等の問題が発生する
おそれがあるからである。
【０００８】ここで冷却容量調整弁１９は、流入する蒸
発圧力とばね力との差圧に応じて作動する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の容量調
整弁１９は、流入する蒸発圧力とばね力との差圧に応じ
て作動するという機械的な構造上、蒸発圧力が所定圧力
よりも大きくなっても弁１９がわずかに開いており、ホ
ットガスバイパス管路１８を介してホットガスが蒸発器
１１へバイパスされている状態となっている。
【００１０】ホットガスのバイパスが不要なときにホッ
トガスをバイパスさせて蒸発器１１へ導くことは、冷凍
能力の低下を招来する。そしてブライン１７の設定温度
（被温度制御対象１の目標温度）が低くなるにつれて冷
凍能力が低くなるので、ブライン１７の設定温度が低い
ときにホットガスが不要にバイパスしてしまうと、冷凍
能力の低下は顕著なものとなる。
【００１１】本発明で想定しているチラー１０では、ブ
ライン１７の温度が−２０゜Ｃのときには冷凍能力とし
て１ｋＷ以上が要求され、ブライン１７の温度が０゜Ｃ
のときには冷凍能力として２ｋＷ以上が要求される。
【００１２】図１０はホットガスをバイパスさせていな
いとき（これを破線で示す）とホットガスをバイパスさ
せたとき（これを実線で示す）のブライン温度と冷凍能
力の関係を示す。
【００１３】同図１０に示すようにブライン１７の温度
が０゜Ｃと高い温度のときにはホットガスのバイパスの
有無にかかわらずに冷凍能力は２ｋＷ以上を確保してお
り、要求性能を満足している。
【００１４】しかし、ブライン１７の温度が低下するに
つれてホットガスをバイパスさせたときの冷凍能力の低
下は顕著なものとなり、ブライン１７の温度が−２０゜
Ｃのときには、冷凍能力は要求される能力１ｋＷを大き
く下回ってしまい、要求性能を満足することができな
い。ここで、圧縮機１０を容量が十分に大きいものに代
えれば、冷凍能力を高めることができ、ホットガスをバ
イパスさせたとしても要求される冷凍能力を確保するこ
とができる。
【００１５】しかし圧縮機１０の容量を十分に大きくす
ることはコスト上昇を招いたり、装置の大型化により場
積がかさむことになるという新たな問題点が発生する。
また消費電力が上昇するという問題点も新たに発生す
る。したがって圧縮機１０の容量増大による対処は、こ
れを採用することはできない。
【００１６】本発明の第１発明はこうした実状に鑑みて
なされたものであり、コスト上昇、装置の大型化、消費
電力増大といった問題を発生することなく、要求される
冷凍能力を確保することができるようにすることを第１
の解決課題とするものである。
【００１７】また従来の容量調整弁１９は、上述したよ
うに蒸発圧力に応じて機械的に作動する弁の構造上、蒸
発圧力が所定圧力よりも大きくなっても弁１９がわずか
に開いてしまうという本質的な問題を有している。弁１
９の開きによってホットガスを不要にバイパスさせるこ
とは冷凍能力の低下につながる。特に蒸発圧力が低い場
合には冷媒１６の循環量が少ないため冷却能力の低下は
顕著なものとなる。
【００１８】本発明の第２発明は従来の容量調整弁１９
よりも蒸発圧力に応じて正確に作動できるようにして冷
凍能力の低下を招かないようにすることを第２の解決課
題とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段および作用効果】そこで本
発明の第１発明では、上記第１の解決課題達成のため
に、圧縮機と凝縮器と蒸発器を直列に管路を介して接続
した冷凍装置であって、当該冷凍装置に、前記圧縮機か
ら吐出されるホットガスをバイパスして供給するホット
ガスバイパス管路を設け、当該ホットガスバイパス管路
上に、前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力が所定圧力以下に
なると前記ホットガスバイパス管路を開路してホットガ
スを通過させるとともに前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力
が前記所定圧力よりも大きくなると前記ホットガスバイ
パス管路を閉路してホットガスを遮断する冷却容量調整
弁を設け、前記蒸発器を通過するブラインとの間で熱交
換を行い当該ブラインを設定温度に保持するようにした
冷凍装置において、前記ホットガスバイパス管路上に、
前記ブラインの設定温度が所定の温度以上になると前記
ホットガスパイパス管路を開路するとともに前記ブライ
ンの設定温度が前記所定の温度よりも小さくなると前記
ホットガスバイパス管路を閉路する開閉弁をさらに設け
るようにしている。
【００２０】上記第１発明によれば、図１に示すよう
に、ホットガスバイパス管路１８上に、ブライン１７の
設定温度Ｔrが所定の温度（０゜Ｃ）以上になるとホッ
トガスパイパス管路１８を開路するとともにブライン１
７の設定温度Ｔrが所定の温度（０゜Ｃ）よりも小さく
なるとホットガスバイパス管路１８を閉路する開閉弁２
０がさらに設けられる。
【００２１】このためブライン設定温度が所定温度０゜
Ｃ以上のときホットガスバイパス管路１８が開かれ、容
量調整弁１９は機能しホットガスはバイパスされる。こ
のとき図１０においてブライン温度と冷凍能力の関係は
実線に示す関係をとる。このためブライン１７の設定温
度Ｔrが０゜Ｃ以上のときは、要求される冷凍能力であ
る２ｋＷを上回る。またブライン１７の設定温度Ｔrが
所定温度０゜Ｃよりも小さいときはホットガスバイパス
管路１８が閉じられ、容量調整弁１９は機能せずホット
ガスはバイパスしない。このとき図１０においてブライ
ン温度と冷凍能力の関係は破線に示す関係をとる。この
ためブライン１７の設定温度Ｔrが−２０゜Ｃのときで
あっても要求される冷凍能力である１ｋＷを上回る。
【００２２】以上のように第１発明によれば、ホットガ
スをバイパスさせる機能を維持しつつも、要求される性
能以上の冷凍能力を確保することができる。
【００２３】第２発明では、第１発明において、前記開
閉弁は、オンオフ指令に応じて開閉する制御弁であると
している。
【００２４】第３発明では、第１の解決課題達成のため
に、圧縮機と凝縮器と蒸発器を直列に管路を介して接続
した冷凍装置であって、当該冷凍装置に、前記圧縮機か
ら吐出されるホットガスをバイパスして供給するホット
ガスバイパス管路を設け、当該ホットガスバイパス管路
上に、前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力が所定圧力以下に
なると前記ホットガスバイパス管路を開路してホットガ
スを通過させるとともに前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力
が前記所定圧力よりも大きくなると前記ホットガスバイ
パス管路を閉路してホットガスを遮断する冷却容量調整
弁を設け、前記蒸発器を通過するブラインとの間で熱交
換を行い当該ブラインを設定温度に保持するようにした
冷凍装置において、前記ホットガスバイパス管路上に、
前記ブラインの実際の温度が所定の温度以上になると前
記ホットガスパイパス管路を開路するとともに前記ブラ
インの実際の温度が前記所定の温度よりも小さくなると
前記ホットガスバイパス管路を閉路する開閉弁をさらに
設けるようにしている。
【００２５】第４発明では、第３発明において、前記開
閉弁は、オンオフ指令に応じて開閉する制御弁であると
している。
【００２６】第５発明では、第２の解決課題達成のため
に、圧縮機と凝縮器と蒸発器を直列に管路を介して接続
した冷凍装置であって、当該冷凍装置に、前記圧縮機か
ら吐出されるホットガスをバイパスして供給するホット
ガスバイパス管路を設け、当該ホットガスバイパス管路
上に、前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力が所定圧力以下に
なると前記ホットガスバイパス管路を開路してホットガ
スを通過させるとともに前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力
が前記所定圧力よりも大きくなると前記ホットガスバイ
パス管路を閉路してホットガスを遮断する冷却容量調整
弁を設けた冷凍装置において、前記蒸発器内の冷媒の蒸
発圧力を検出する圧力検出手段を設け、前記ホットガス
バイパス管路上に、前記冷却容量調整弁の代わりに、前
記圧力検出手段で検出した蒸発圧力が前記所定圧力以下
になると前記ホットガスパイパス管路を開路するととも
に前記圧力検出手段で検出した蒸発圧力が前記所定圧力
よりも大きくなると前記ホットガスバイパス管路を閉路
する開閉弁を設けるようにしている。
【００２７】第５発明によれば、図５に示すように、蒸
発器１１内の冷媒１６の蒸発圧力Ｐを検出する圧力検出
手段２５が設けられ、ホットガスバイパス管路１８上
に、冷却容量調整弁１９の代わりに、圧力検出手段２５
で検出した蒸発圧力Ｐが所定圧力（たとえば大気圧）以
下になるとホットガスパイパス管路１８を開路するとと
もに圧力検出手段２５で検出した蒸発圧力Ｐが所定圧力
（たとえば大気圧）よりも大きくなるとホットガスバイ
パス管路１８を閉路する開閉弁２３が設けられる。
【００２８】このように第５発明によれば、圧力検出手
段２５によって検出した蒸発圧力Ｐが所定圧力（たとえ
ば大気圧）以下になると開閉弁２３を開くようにしたの
で、蒸発圧力Ｐが所定圧力（たとえば大気圧）よりも大
きな圧力に保持される。このため従来の容量調整弁１９
と同様にして、蒸発圧力がたとえば大気圧以下になって
蒸発器１１で冷媒１６が充分に気化せず液状のまま圧縮
機１２に戻ってくるといういわゆる液バック現象の発生
を防ぐことができる。つまり圧縮機１２の破損等の危険
を防止することができる。
【００２９】そして第５発明によれば圧力検出手段２５
によって検出した蒸発圧力Ｐに応じて開閉弁２３が正確
に開閉作動するので、蒸発圧力Ｐが所定圧力（たとえば
大気圧）よりも大きくなったときに開閉弁２３が開いて
しまうことがない。よってホットガスが不要にバイパス
してしまうことがないので冷凍能力の低下を防ぐことが
できる。
【００３０】第６発明では、第５発明において、前記開
閉弁は、オンオフ指令に応じて開閉する制御弁であると
している。
【００３１】第７発明では、第５発明において、前記開
閉弁は、指令内容に応じた開閉量だけ開閉する制御弁で
あるとしている。
【００３２】第８発明では、第２の解決課題達成のため
に、圧縮機と凝縮器と蒸発器を直列に管路を介して接続
した冷凍装置であって、当該冷凍装置に、前記圧縮機か
ら吐出されるホットガスをバイパスして供給するホット
ガスバイパス管路を設け、当該ホットガスバイパス管路
上に、前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力が所定圧力以下に
なると前記ホットガスバイパス管路を開路してホットガ
スを通過させるとともに前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力
が前記所定圧力よりも大きくなると前記ホットガスバイ
パス管路を閉路してホットガスを遮断する冷却容量調整
弁を設けた冷凍装置において、前記蒸発器内の冷媒の温
度を検出する温度検出手段を設け、前記ホットガスバイ
パス管路上に、前記冷却容量調整弁の代わりに、前記温
度検出手段で検出した冷媒の温度が所定温度以下になる
と前記ホットガスパイパス管路を開路するとともに前記
温度検出手段で検出した冷媒の温度が前記所定温度より
も大きくなると前記ホットガスバイパス管路を閉路する
開閉弁を設けるようにしている。
【００３３】第９発明では、第８発明において、前記開
閉弁は、オンオフ指令に応じて開閉する制御弁であると
している。
【００３４】第１０発明では、第８発明において、前記
開閉弁は、指令内容に応じた開閉量だけ開閉する制御弁
であるとしている。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る冷凍装置の制御装置の実施の形態について説明する。
【００３６】図８は、実施形態で想定している全体シス
テムを示している。この全体システムは温度制御装置で
あり、冷凍装置としてのチラー１０が組み込まれてい
る。
【００３７】この温度制御装置は、大きくは、チラー１
０と、被温度制御対象１と、これらチラー１０と被温度
制御対象１との間を循環する流体循環路３とから構成さ
れている。
【００３８】被温度制御対象１は、たとえば半導体ウエ
ハに対して所望の温度下で表面処理等を施す真空チャン
バである。なおこの図８では省略しているが、流体循環
路３上には、温度制御に必要な蓄熱タンク、ハロゲンラ
ンプ等が配設される。
【００３９】チラー１０は、圧縮機１２と凝縮器１３と
膨張弁１４と蒸発器１１とを直列に管路（液ライン）１
５を介して接続し、この管路１５に冷媒１６を流して冷
凍サイクルを実行するものである。
【００４０】すなわち圧縮機１２では冷媒１６が高温、
高圧に圧縮される。圧縮機１２の作動により高温、高圧
となった冷媒蒸気は、圧縮機１２の吐出口１２ａから吐
出され、凝縮器１３に送られる。凝縮器１３では、冷媒
蒸気が外気に熱を与える。冷媒蒸気は冷却水によって冷
却され液冷媒（飽和液ないしは過冷却液）となる。この
液冷媒は温度膨張弁１４に送られる。温度膨張弁１４
で、液冷媒は絞り膨張され低圧の湿り蒸気となる。この
湿り蒸気は蒸発器１１に送られる。蒸発器１１では冷媒
１６と被冷却流体であるブライン１７との間で熱交換が
なされる。つまり冷媒１６は、流体循環路３を循環する
ブライン１７から熱を奪って蒸発して、乾き飽和蒸気な
いしは過熱蒸気となる。そして冷媒１６は圧縮機１２の
吸込口１２ｂに戻される。以上がチラー１０で実行され
る冷凍サイクルの内容である。
【００４１】こうしてブライン１７が冷却されて設定温
度に保持される。そして図示せぬハロゲンランプ等によ
ってブライン１７が加熱されることによって被温度制御
対象１が目標温度となるよう制御される。
【００４２】なおこの実施形態では膨脹弁１４として温
度（式）膨脹弁を想定しているが、もちろんこの代わり
に手動膨脹弁、低圧膨脹弁、フロート膨脹弁を使用して
もよい。また膨脹弁１４の代わりにキャピラリチューブ
を使用してもよい。
【００４３】また冷媒１６としてはたとえばＨＣＦＣ−
２２が使用される。もちろんアンモニア、Ｒ−１２、Ｒ
２２、Ｒ−５００、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０
Ａ等を使用してもよい。
【００４４】またブライン１７としてはフロリナート
（登録商標）が使用される。もちろんエチレングリコー
ル、オイル、水等の他の液体を使用してもよく、窒素、
空気、ヘリウム等の気体を使用してもよい。要は制御す
べき目標温度に適合する種類のブラインを適宜選択する
ことができる。また凝縮器１３は冷却水による水冷式以
外に空冷式の凝縮器を使用してもよい。
【００４５】図１に本実施形態のチラー１０の管路構成
をより詳細に示す。
【００４６】同図１に示すように、チラー１０には、圧
縮機１２の吐出口１２ａを、温度膨脹弁１４と蒸発器１
１との間の管路に連通させることにより、圧縮機１２か
ら吐出されるホットガスをバイパスさせて蒸発器１１の
入り口に供給するホットガスバイパス管路１８が設けら
れている。
【００４７】そして、このホットガスバイパス管路１８
上には、蒸発器１１内の冷媒１６の蒸発圧力が所定圧力
（たとえば大気圧）以下になるとホットガスバイパス管
路１８を開路してホットガスを通過させるとともに蒸発
器１１内の冷媒１６の蒸発圧力が上記所定圧力（大気
圧）よりも大きくなるとホットガスバイパス管路１８を
閉路してホットガスを遮断する冷却容量調整弁１９が配
設されている。ここで冷却容量調整弁１９は、流入する
蒸発圧力とばね力との差圧に応じて作動する弁である。
なお、この実施形態ではホットガスバイパス管路１８を
開閉させるためのしきい値である所定圧力を大気圧とし
ているが、大気圧以外のしきい値を設定してもよい。
【００４８】本実施形態では、ホットガスバイパス管路
１８上であって、容量調整弁１９と圧縮機１２の吐出口
１２ａとの間の管路上に、ブライン１７の設定温度Ｔr
が所定の温度（０゜Ｃ）以上になるとホットガスパイパ
ス管路１８を開路するとともにブライン１７の設定温度
Ｔrが上記所定の温度（０゜Ｃ）よりも小さくなるとホ
ットガスバイパス管路１８を閉路する開閉弁である電磁
弁２０がさらに配設されている。
【００４９】なお電磁弁２０は周知のようにコイルに電
流が流れたときの電磁力で弁を開閉する弁であり、本実
施形態では、外部のコントローラ２１から送られるオン
/オフ指令電流に応じて弁がオン/オフ作動され、ホット
ガスバイパス管路１８を開閉する電磁弁を想定してい
る。
【００５０】つぎに図１に示すコントローラ２１で行わ
れる制御内容について説明する。
【００５１】すなわちコントローラ２１には、ブライン
１７の設定温度Ｔrが入力される。なお入力手段として
はたとえばキーボードが使用される。
【００５２】そしてコントローラ２１では、入力された
ブライン１７の設定温度Ｔrが上記所定温度（０゜Ｃ）
以上であるか否かが判断される。
【００５３】この結果、入力されたブライン１７の設定
温度Ｔrが上記所定温度（０゜Ｃ）以上である場合には
電磁弁２０をオン作動させるためのオン指令電流が電磁
弁２０に対して出力される。この結果電磁弁２０はオン
作動され、ホットガスバイパス管路１８は開かれる。
【００５４】これに対して、コントローラ２１に入力さ
れたブライン１７の設定温度Ｔrが上記所定温度（０゜
Ｃ）よりも小さい場合には電磁弁２０をオフ作動させる
ためのオフ指令電流が電磁弁２０に対して出力される。
この結果電磁弁２０はオフされ、ホットガスバイパス管
路１８は閉じられる。
【００５５】ここで本実施形態による効果について、す
でに説明した図１０を併せ参照して説明する。
【００５６】本実施形態で想定しているチラー１０で
は、ブライン１７の温度が−２０゜Ｃのときには冷凍能
力として１ｋＷ以上で、ブライン１７の温度が０゜Ｃの
ときには冷凍能力として２ｋＷ以上の性能が要求され
る。
【００５７】本実施形態によればブライン１７の設定温
度Ｔrが０゜Ｃ以上のときはホットガスバイパス管路１
８が開かれる。このため容量調整弁１９によって冷却容
量が調整される（ホットガスバイパス有）。
【００５８】このとき図１０においてブライン温度と冷
凍能力の関係は、実線（ホットガスバイパス有）で示す
関係をとる。このためブライン１７の設定温度Ｔrが０
゜Ｃのときは、要求される冷凍能力である２ｋＷを上回
る。
【００５９】またブライン１７の設定温度Ｔrが０゜Ｃ
よりも小さいときはホットガスバイパス管路１８が閉じ
られ、容量調整弁１９の冷却容量調整機能は機能しない
（ホットガスバイパス無）。このとき図１０においてブ
ライン温度と冷凍能力の関係は破線（ホットガスバイパ
ス無）で示す関係をとる。このためブライン１７の設定
温度Ｔrが−２０゜Ｃのときは要求される冷凍能力であ
る１ｋＷを上回る。
【００６０】以上のように本実施形態によれば、ホット
ガスをバイパスさせる機能を維持しつつも、要求される
能力以上の冷凍能力を確保することができる。
【００６１】つぎに図１に示す装置構成の変形例につい
て図２を参照して説明する。
【００６２】この図２に示す装置では、ブライン１７の
設定温度Ｔrに応じて電磁弁２０が制御されるのではな
く、ブライン１７の実際の温度Ｔに応じて電磁弁２０が
制御される。
【００６３】すなわち本実施形態ではブライン１７が循
環する流体循環路３上に温度センサ２２が配設され、ブ
ライン１７の実際の温度Ｔが検出される。
【００６４】温度センサ２２で検出されたブライン１７
の実際の温度Ｔはコントローラ２１に入力される。
【００６５】コントローラ２１では図３に示す処理が実
行される。
【００６６】すなわち、まずブライン１７の実際の温度
Ｔが上記所定温度（０゜Ｃ）以上であるか否かが判断さ
れる（ステップ１０１）。
【００６７】この結果、ブライン１７の実際の温度Ｔが
上記所定温度（０゜Ｃ）以上であると判断された場合に
は（ステップ１０１の判断ＹＥＳ）、電磁弁２０をオン
作動させるためのオン指令電流が電磁弁２０に対して出
力される。この結果電磁弁２０はオン作動され、ホット
ガスバイパス管路１８が開かれる。
【００６８】これに対して、ステップ１０１で、コント
ローラ２１に入力されたブライン１７の検出温度Ｔが上
記所定温度（０゜Ｃ）よりも小さいと判断された場合に
は（ステップ１０１の判断ＮＯ）、電磁弁２０をオフ作
動させるためのオフ指令電流（電流オフ）が電磁弁２０
に対して出力される。この結果電磁弁２０はオフされ、
ホットガスバイパス管路１８は閉じられる。
【００６９】この図２に示す実施形態においても、図１
の実施形態と同様に、ホットガスをバイパスさせる機能
を維持しつつも、要求される能力以上の冷凍能力を確保
することができるという効果が得られる。
【００７０】なお図１、図２に示す実施形態では、ホッ
トガスバイパス管路１８上であって、容量調整弁１９と
圧縮機１２の吐出口１２ａとの間の管路上に、電磁弁２
０を配設するようにしているが、もちろん電磁弁２０
を、容量調整弁１９と蒸発器１１の入口との間の管路上
に配設してもよい。
【００７１】ところで、従来の容量調整弁１９は、前述
したように蒸発圧力とばね力との差圧に応じて機械的に
作動する弁の構造上、蒸発圧力が所定圧力（大気圧）よ
りも大きくなっても弁１９がわずかに開いてしまうとい
う本質的な問題を有している。弁１９の開きによってホ
ットガスを不要にバイパスさせることは冷凍能力の低下
につながる。特に蒸発圧力が低い場合には冷媒１６の循
環量が少ないため冷却能力の低下は顕著なものとなる。
【００７２】そこで以下に説明する実施形態では、従来
の容量調整弁１９よりも正確に作動できるようにして冷
凍能力の低下を招かないようにしている。
【００７３】図５に示すチラー１０では、従来の容量調
整弁１９の代わりに、圧力センサ２５によって検出した
蒸発圧力に応じて開閉作動する比例制御弁２３が使用さ
れる。
【００７４】すなわちこの図５に示すチラー１０では、
ホットガスバイパス管路１８上に、容量調整弁１９の代
わりに、比例制御弁２３が設けられる。
【００７５】この比例制御弁２３はモータ２４によって
駆動され、モータ２４の駆動量に応じた弁開度に調整さ
れる。モータ２４はコントローラ２１から出力される指
令電流に応じて駆動される。
【００７６】また蒸発器１１と圧縮機１２の吸込口１２
ｂとの間の管路１５上には、蒸発器１１内の冷媒１６の
蒸発圧力Ｐを検出する圧力センサ２５が配設される。な
お「蒸発圧力」とは、蒸発器１１内で冷媒１６が蒸発す
るときのガス圧力のことである。
【００７７】圧力センサ２５で検出された蒸発圧力Ｐは
コントローラ２１に入力される。
【００７８】コントローラ２１では図４に示す処理が実
行される。
【００７９】すなわち、まず圧力センサ２５で検出され
た実際の蒸発圧力Ｐが所定圧力Ｐmin（たとえば大気
圧：ゲージ圧力で０ｋｇ/ｃｍ2に設定される）よりも小
さいか否かが判断される（ステップ２０１）。
【００８０】この結果、実際の蒸発圧力Ｐがゲージ圧力
で大気圧Ｐmin（０ｋｇ/ｃｍ2）よりも小さいと判断さ
れた場合には（ステップ２０１の判断ＹＥＳ）、比例制
御弁２３の開口量を所定量だけ増加させるための開指令
電流がモータ２４に対して出力される。この結果モータ
２４が駆動され、比例制御弁２３が所定量だけ開かれ、
ホットガスバイパス管路１８の開口面積が増やされる
（ステップ２０２）。
【００８１】これに対して、ステップ２０１で、実際の
蒸発圧力Ｐがゲージ圧力で大気圧Ｐmin（０ｋｇ/ｃｍ
2）以上であると判断されると（ステップ２０１の判断
ＮＯ）、さらに、検出された実際の蒸発圧力Ｐが上記Ｐ
minよりも十分大きな圧力Ｐmax（ゲージ圧力で０．５ｋ
ｇ/ｃｍ2）よりも大きいか否かが判断される（ステップ
２０３）。
【００８２】この結果、実際の蒸発圧力Ｐがゲージ圧力
で大気圧よりも十分大きな圧力Ｐmax（０．５ｋｇ/ｃｍ
2）以下であると判断された場合には（ステップ２０３
の判断ＮＯ）、以後一定時間だけモータ２４に対して指
令電流は出力されることなく待機される。つまり比例制
御弁２３の弁開度はそのままに維持され、ホットガスバ
イパス管路１８の開度が以後一定時間保持される（ステ
ップ２０５）。
【００８３】そして一定時間が経過すると手順は再びス
テップ２０１に移行される。
【００８４】一方、ステップ２０３で、実際の蒸発圧力
Ｐがゲージ圧力で大気圧よりも十分大きな圧力Ｐmax
（０．５ｋｇ/ｃｍ2）よりも大きいと判断された場合に
は（ステップ２０３の判断ＹＥＳ）、比例制御弁２３の
開口量を所定量だけ減少させるための閉指令電流がモー
タ２４に対して出力される。この結果モータ２４が駆動
され、比例制御弁２３が所定量だけ閉じられ、ホットガ
スバイパス管路１８の開口面積が減らされる（ステップ
２０４）。
【００８５】このように本実施形態によれば、圧力セン
サ２５によって検出した蒸発圧力Ｐが所定圧力（大気
圧）以下になると比例制御弁２３を開くようにしたの
で、蒸発圧力Ｐが所定圧力（大気圧）よりも大きな圧力
に保持される。このため従来の容量調整弁１９と同様に
して、蒸発圧力が大気圧以下になって蒸発器１１で冷媒
１６が充分に気化せず液状のまま圧縮機１２に戻ってく
るといういわゆる液バック現象の発生を防ぐことができ
る。つまり圧縮機１２の破損等の危険を防止することが
できる。
【００８６】さらに本実施形態によれば圧力センサ２５
によって検出した蒸発圧力Ｐに応じて比例制御弁２３が
正確に開閉作動するので、蒸発圧力Ｐが所定圧力（大気
圧）よりも大きくなったときに比例制御弁２３が不要に
開いてしまうことがない。よってホットガスが不要にバ
イパスしてしまうことがないので冷凍能力の低下を防ぐ
ことができる。
【００８７】なお、この実施形態では比例制御弁２３を
開かせるためのしきい値である所定圧力Ｐminを大気圧
としているが、大気圧以外のしきい値を設定してもよ
い。
【００８８】なお図４では比例制御弁２３を所定量ずつ
開閉させる制御を想定しているが、比例制御弁２３を目
標開度になるように開閉させる制御を採用してもよい。
この場合図４のステップ２０２では比例制御弁２３が目
標開度（大きな開度）まで開かれ、ステップ２０４では
比例制御弁２３が目標開度（小さな開度）まで閉じられ
る。
【００８９】つぎに図５に示す装置構成の変形例につい
て図６を参照して説明する。
【００９０】この図６に示す装置では、比例制御弁２３
の代わりに電磁弁２０が使用される。
【００９１】コントローラ２１では図７に示す処理が実
行される。
【００９２】すなわち、まず圧力センサ２５で検出され
た実際の蒸発圧力Ｐが所定圧力Ｐmin（大気圧：ゲージ
圧力で０ｋｇ/ｃｍ2）よりも小さいか否かが判断される
（ステップ３０１）。
【００９３】この結果、実際の蒸発圧力Ｐがゲージ圧力
で大気圧Ｐmin（０ｋｇ/ｃｍ2）よりも小さいと判断さ
れた場合には（ステップ３０１の判断ＹＥＳ）、電磁弁
２０をオン作動させるためのオン指令電流が電磁弁２０
に対して出力される。この結果電磁弁２０がオン作動さ
れ、ホットガスバイパス管路１８が開路される（ステッ
プ３０２）。
【００９４】これに対して、ステップ３０１で、実際の
蒸発圧力Ｐがゲージ圧力で大気圧Ｐmin（０ｋｇ/ｃｍ
2）以上であると判断されると（ステップ３０１の判断
ＮＯ）、さらに、検出された実際の蒸発圧力Ｐが上記Ｐ
minよりも十分大きな圧力Ｐmax（ゲージ圧力で０．５ｋ
ｇ/ｃｍ2）よりも大きいか否かが判断される（ステップ
３０３）。
【００９５】この結果、実際の蒸発圧力Ｐがゲージ圧力
で大気圧よりも十分大きな圧力Ｐmax（０．５ｋｇ/ｃｍ
2）以下であると判断された場合には（ステップ３０３
の判断ＮＯ）、以後一定時間だけ電磁弁２０に対して指
令電流は出力されることなく待機される。つまり電磁弁
２０の開状態ないしは閉状態はそのままに維持され、ホ
ットガスバイパス管路１８の開路状態、閉路状態が以後
一定時間だけ保持される（ステップ３０５）。
【００９６】そして一定時間が経過すると手順は再びス
テップ３０１に移行される。
【００９７】一方、ステップ３０３で、実際の蒸発圧力
Ｐがゲージ圧力で大気圧よりも十分大きな圧力Ｐmax
（０．５ｋｇ/ｃｍ2）よりも大きいと判断された場合に
は（ステップ３０３の判断ＹＥＳ）、電磁弁２０をオフ
させるためのオフ指令電流（電流オフ）が電磁弁２０に
対して出力される。この結果電磁弁２０がオフされ、ホ
ットガスバイパス管路１８が閉路される（ステップ３０
４）。
【００９８】このように図６に示す実施形態においても
図５に示す実施形態と同様に、圧力センサ２５の検出蒸
発圧力Ｐに応じて電磁弁２０が正確に開閉作動するの
で、従来の容量制御弁１９と変わらず蒸発圧力を大気圧
よりも大きい圧力に保持でき液バッグ現象等の不都合を
防止できるとともに、ホットガスが不要にバイパスして
しまうことによる冷凍能力の低下を防ぐことができる。
【００９９】なお、この実施形態では電磁弁２０を開か
せるためのしきい値である所定圧力Ｐminを大気圧とし
ているが、大気圧以外のしきい値を設定してもよい。
【０１００】なお図５、図６に示す実施形態では、圧力
センサ２５によって蒸発圧力Ｐを直接検出しているが、
蒸発器１１と圧縮機１２の吸込口１２ｂとの間の管路１
５上に、圧力センサ２５の代わりに温度センサを設け、
蒸発圧力Ｐを間接的に検出してもよい。これは蒸発器１
１を通過した冷媒１６の温度から蒸発圧力Ｐが一義的に
定まるからである。
【０１０１】この場合図５、図６において温度センサの
検出温度がコントローラ２１に入力される。そして図
４、図７において、圧力Ｐminの代わりに、圧力Ｐminに
対応する温度Ｔminが使用され、圧力Ｐmaxの代わりに、
圧力Ｐmaxに対応する温度Ｔmaxが使用されて、同様の処
理が実行される。
【０１０２】なお、以上説明した実施形態では、圧縮機
１２の吐出口１２ａを、温度膨脹弁１４と蒸発器１１の
入口との間の管路に連通させるホットガスバイパス管路
１８を設けるようにしているが、図９に示すようにホッ
トガスバイパス管路を配置構成してもよい。
【０１０３】図９（ａ）では、圧縮機１２の吐出口１２
ａを、蒸発器１１と圧縮機１２の吸込口１２ｂとの間の
管路に連通させるホットガスバイパス管路１８を設ける
ようにしている。
【０１０４】図９（ｂ）では、圧縮機１２の吐出口１２
ａを、蒸発器１１の出口近傍に連通させるホットガスバ
イパス管路１８を設けるようにしている。
【０１０５】図９（ｃ）では、圧縮機１２の吐出口１２
ａを、蒸発器１１と圧縮機１２の吸込口１２ｂとの間の
管路に連通させるホットガスバイパス管路１８を設ける
とともに、ホットガスを冷却するための膨脹弁１４′を
別途設けるようにしている。
【０１０６】なお本実施形態では蒸発器１１を通過する
ブライン１７を冷却することを目的とする冷凍機を想定
しているが、凝縮器１１で外気に熱を与えることを目的
とする熱ポンプに対しても本発明は適用可能である。す
なわち本発明の「冷凍装置」は、冷凍機のみならず熱ポ
ンプを含む概念である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る冷凍装置の制御装置の実施
形態の構成例を示す図である。
【図２】図２は図１に示す実施形態の変形例を示す図で
ある。
【図３】図３は図２に示すコントローラで実行される処
理の手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は図５に示すコントローラで実行される処
理の手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は本発明に係る冷凍装置の制御装置の別の
実施形態の構成例を示す図である。
【図６】図６は図５に示す実施形態の変形例を示す図で
ある。
【図７】図７は図６に示すコントローラで実行される処
理の手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は本実施形態で想定している温度制御装置
の全体構成を概念的に示す図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はホットガスバイ
パス管路の管路構成の変形例を示す図である。
【図１０】図１０はブラインの温度と冷凍能力の関係を
示すグラフである。
【図１１】図１１は従来の冷凍装置の構成を示す図であ
る。
【符号の説明】 １ 被温度制御対象 ３ 流体循環路 １０ チラー １１ 蒸発器 １２ 圧縮機 １３ 凝縮器 １４ 膨脹弁 １５ 管路（液ライン） １６ 冷媒 １７ ブライン １８ ホットガスバイパス管路 １９ 冷却容量調整弁 ２０ 電磁弁 ２１ コントローラ ２２ 温度センサ ２３ 比例制御弁 ２４ モータ ２５ 圧力センサ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮機と凝縮器と蒸発器を直列に管
    路を介して接続した冷凍装置であって、当該冷凍装置
    に、前記圧縮機から吐出されるホットガスをバイパスし
    て供給するホットガスバイパス管路を設け、当該ホット
    ガスバイパス管路上に、前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力
    が所定圧力以下になると前記ホットガスバイパス管路を
    開路してホットガスを通過させるとともに前記蒸発器内
    の冷媒の蒸発圧力が前記所定圧力よりも大きくなると前
    記ホットガスバイパス管路を閉路してホットガスを遮断
    する冷却容量調整弁を設け、前記蒸発器を通過するブラ
    インとの間で熱交換を行い当該ブラインを設定温度に保
    持するようにした冷凍装置において、 前記ホットガスバイパス管路上に、前記ブラインの設定
    温度が所定の温度以上になると前記ホットガスパイパス
    管路を開路するとともに前記ブラインの設定温度が前記
    所定の温度よりも小さくなると前記ホットガスバイパス
    管路を閉路する開閉弁をさらに設けるようにした冷凍装
    置の制御装置。
  2. 【請求項２】 前記開閉弁は、オンオフ指令に応じ
    て開閉する制御弁である請求項１記載の冷凍装置の制御
    装置。
  3. 【請求項３】 圧縮機と凝縮器と蒸発器を直列に管
    路を介して接続した冷凍装置であって、当該冷凍装置
    に、前記圧縮機から吐出されるホットガスをバイパスし
    て供給するホットガスバイパス管路を設け、当該ホット
    ガスバイパス管路上に、前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力
    が所定圧力以下になると前記ホットガスバイパス管路を
    開路してホットガスを通過させるとともに前記蒸発器内
    の冷媒の蒸発圧力が前記所定圧力よりも大きくなると前
    記ホットガスバイパス管路を閉路してホットガスを遮断
    する冷却容量調整弁を設け、前記蒸発器を通過するブラ
    インとの間で熱交換を行い当該ブラインを設定温度に保
    持するようにした冷凍装置において、 前記ホットガスバイパス管路上に、前記ブラインの実際
    の温度が所定の温度以上になると前記ホットガスパイパ
    ス管路を開路するとともに前記ブラインの実際の温度が
    前記所定の温度よりも小さくなると前記ホットガスバイ
    パス管路を閉路する開閉弁をさらに設けるようにした冷
    凍装置の制御装置。
  4. 【請求項４】 前記開閉弁は、オンオフ指令に応じ
    て開閉する制御弁である請求項３記載の冷凍装置の制御
    装置。
  5. 【請求項５】 圧縮機と凝縮器と蒸発器を直列に管
    路を介して接続した冷凍装置であって、当該冷凍装置
    に、前記圧縮機から吐出されるホットガスをバイパスし
    て供給するホットガスバイパス管路を設け、当該ホット
    ガスバイパス管路上に、前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力
    が所定圧力以下になると前記ホットガスバイパス管路を
    開路してホットガスを通過させるとともに前記蒸発器内
    の冷媒の蒸発圧力が前記所定圧力よりも大きくなると前
    記ホットガスバイパス管路を閉路してホットガスを遮断
    する冷却容量調整弁を設けた冷凍装置において、 前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力を検出する圧力検出手段
    を設け、 前記ホットガスバイパス管路上に、前記冷却容量調整弁
    の代わりに、 前記圧力検出手段で検出した蒸発圧力が前記所定圧力以
    下になると前記ホットガスパイパス管路を開路するとと
    もに前記圧力検出手段で検出した蒸発圧力が前記所定圧
    力よりも大きくなると前記ホットガスバイパス管路を閉
    路する開閉弁を設けるようにした冷凍装置の制御装置。
  6. 【請求項６】 前記開閉弁は、オンオフ指令に応じ
    て開閉する制御弁である請求項５記載の冷凍装置の制御
    装置。
  7. 【請求項７】 前記開閉弁は、指令内容に応じた開
    閉量だけ開閉する制御弁である請求項５記載の冷凍装置
    の制御装置。
  8. 【請求項８】 圧縮機と凝縮器と蒸発器を直列に管路
    を介して接続した冷凍装置であって、当該冷凍装置に、
    前記圧縮機から吐出されるホットガスをバイパスして供
    給するホットガスバイパス管路を設け、当該ホットガス
    バイパス管路上に、前記蒸発器内の冷媒の蒸発圧力が所
    定圧力以下になると前記ホットガスバイパス管路を開路
    してホットガスを通過させるとともに前記蒸発器内の冷
    媒の蒸発圧力が前記所定圧力よりも大きくなると前記ホ
    ットガスバイパス管路を閉路してホットガスを遮断する
    冷却容量調整弁を設けた冷凍装置において、 前記蒸発器内の冷媒の温度を検出する温度検出手段を設
    け、 前記ホットガスバイパス管路上に、前記冷却容量調整弁
    の代わりに、 前記温度検出手段で検出した冷媒の温度が所定温度以下
    になると前記ホットガスパイパス管路を開路するととも
    に前記温度検出手段で検出した冷媒の温度が前記所定温
    度よりも大きくなると前記ホットガスバイパス管路を閉
    路する開閉弁を設けるようにした冷凍装置の制御装置。
  9. 【請求項９】 前記開閉弁は、オンオフ指令に応じ
    て開閉する制御弁である請求項８記載の冷凍装置の制御
    装置。
  10. 【請求項１０】 前記開閉弁は、指令内容に応じた開
    閉量だけ開閉する制御弁である請求項８記載の冷凍装置
    の制御装置。
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