JP2008075920A - Chiller device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定の温度のクーラントを負荷に送り、負荷の温度を調節するためのチラー装置に関するものである。 The present invention relates to a chiller device for sending a coolant having a predetermined temperature to a load and adjusting the temperature of the load.
従来より、冷凍回路の冷媒で負荷側の冷媒液回路のクーラントを熱交換により冷却して、所定の温度のクーラントで冷媒液回路の負荷を冷却または加熱するチラー装置が知られている（例えば、下記特許文献１，２）。
図４（ａ）は、前記特許文献１に開示されたチラー装置の一例を示す。
このチラー装置は、負荷２９において温度が上昇した冷媒液（クーラント）を冷却するための冷凍回路１と、冷凍回路１によって冷却した冷媒液を所定の温度に調節した後、負荷２９に供給して循環させる冷媒液回路２とを備えている。前記冷凍回路１は、適宜の冷媒を圧縮して高温高圧のガスとする圧縮機１１と、このガスを冷却凝縮して高圧の冷媒液とする凝縮器１２と、この冷媒液を減圧して低温化する減圧器９７と、減圧した冷媒を蒸発させる蒸発器３ａと、アキュムレータ９６とを順次直列に接続して構成されている。
FIG. 4A shows an example of the chiller device disclosed in
The chiller device is configured to cool the refrigerant liquid (coolant) whose temperature has increased in the
前記冷媒液回路２は、ヒータ２３を組み込んだ冷媒液のタンク２１と、ヒータ２３で所定の温度に加熱した冷媒液を負荷２９に供給して循環させるポンプ２２と、前記負荷２９と、負荷２９によって温度が上昇した冷媒液を冷却する熱交換器３とを順次直列に接続したものとして構成されている。そして、負荷２９によって温度が上昇した冷媒液は、熱交換器３に設けた蒸発器３ａを流れる冷凍回路１の冷媒によって冷却される。タンク２１は、その出口近くの冷媒液の温度を検出して信号を出力する温度センサ２４を備え、負荷２に供給される冷媒液の温度は、温度センサ２４が検出した温度と所定の設定温度とを対比してヒータ２３の通電量を制御する温度コントローラ１０５によって調節される。
The refrigerant
このチラー装置では、冷凍回路１の圧縮機１１は常時１００％の一定出力で運転されており、また、蒸発器３ａに導入される冷媒の流量は減圧器９７により一定となっている。したがって、この装置では熱交換器３における冷却量は一定であり、ヒータ２３による加熱量を変動することで負荷に供給されるクーラントの温度を調節することになる。そのため、クーラントを昇温させる場合は冷凍回路１による冷却能力以上のヒータ加熱能力が求められるので、広い範囲にわたってクーラントの温度を制御するには大型のヒータが必要になり、装置の大型化、消費電力の多さ、精度の低下等の問題がある。
In this chiller apparatus, the
図３（ｂ）は、前記特許文献２に開示されたチラー装置の一例を示す。
このチラー装置は、負荷２９から還流する冷媒液を所定の温度に冷却して負荷２９に供給する冷媒液回路２と、該冷媒液を冷却するための冷凍回路１と、負荷２９に供給する冷媒液の温度を制御するための制御部１０５とを備えている。前記冷凍回路１は、圧縮機１１、凝縮器１２、第１電子膨張弁１３および蒸発器３ａを直列に接続するメイン回路９０と、該メイン回路９０に設けられた圧力センサ９５及び温度センサ９４と、凝縮器１２及び第１電子膨張弁１３をバイパスして圧縮機１１の下流側と熱交換器３の上流側とを接続し、上記圧縮機１１から吐出される高温の冷媒の一部を蒸発器３ａに供給する第２電子膨張弁９２を有するホットガスバイパス回路９１とを備えている。
FIG. 3B shows an example of the chiller device disclosed in
This chiller device includes a refrigerant
前記冷媒液回路２は、冷媒液のタンク２１と、負荷２９から還流する冷媒液を前記蒸発器３ａで冷却する熱交換器３と、所定の温度に調整された冷媒液を負荷２９に供給して循環させるポンプ２２と、冷媒液の温度を検出する温度センサ２４とを備えているが、ヒータは設けられていない。前記制御部１０５は、温度センサ、圧力センサの信号によって、上記電子膨張弁１３，９２の開度を個別に制御する。
The refrigerant
この装置は、制御部１０５により第１及び第２の電子膨張弁１３，９２の開度を制御して冷凍回路１の冷凍能力を制御し、これにより負荷２に供給する冷媒液の温度を制御するため、前記図３（ａ）の装置における所定の温度の冷媒液にするためのヒータ２７が不要となる。しかし、この装置は、第１及び第２の電子膨張弁１３，９２の開度を制御して蒸発器の冷媒を調節するだけで、つまり、冷凍回路１の冷凍能力を制御するだけで冷媒液の温度を制御しているために、フィードバック制御しても応答が遅いので、温度制御の精度が低下するという問題があった。
This apparatus controls the refrigerating capacity of the refrigerating
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の１つは、大型のヒータを必要とせず、かつ、クーラントの温度を精度良く制御できるチラー装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems, and one of the objects of the present invention is to provide a chiller device that does not require a large heater and can control the temperature of the coolant with high accuracy.
本発明のある態様のチラー装置は、冷凍回路の冷媒で冷媒液回路のクーラントを熱交換器において冷却して、所定の温度のクーラントで冷媒液回路の負荷を冷却または加熱するチラー装置であって、前記冷凍回路は、熱交換器からの冷媒が、圧縮機に導入されて圧縮された後、凝縮器および電子膨張弁を経て前記熱交換器に還流するように構成されており、前記冷媒液回路は、前記クーラントを加熱して昇温させるヒータと、前記クーラントを循環させるポンプと前記クーラントの温度を検出する温度センサとを備え、前記温度センサで検出された検出温度が所定の設定温度に対し高くなるに従い、前記熱交換器における前記クーラントの冷却量が増大するように前記冷凍回路を制御する第１制御手段と、前記検出温度が前記設定温度に対し低くなるに従い、前記ヒータへの供給電力を増大させる第２制御手段とを備えている。 A chiller device according to an aspect of the present invention is a chiller device that cools or heats a load of a refrigerant liquid circuit with a coolant having a predetermined temperature by cooling the coolant of the refrigerant liquid circuit with a refrigerant of a refrigeration circuit in a heat exchanger. The refrigeration circuit is configured so that the refrigerant from the heat exchanger is introduced into the compressor and compressed, and then flows back to the heat exchanger via the condenser and the electronic expansion valve. The circuit includes a heater that heats the coolant to raise the temperature, a pump that circulates the coolant, and a temperature sensor that detects the temperature of the coolant, and the detected temperature detected by the temperature sensor becomes a predetermined set temperature. The first control means for controlling the refrigeration circuit so that the amount of cooling of the coolant in the heat exchanger increases as the temperature rises, and the detected temperature with respect to the set temperature According Kunar, and a second control means for increasing the electric power supplied to the heater.
本発明では、検出温度が設定温度よりも低くなるにつれて、冷凍回路によるクーラントの冷却量が減少するので、従来の一定冷却量の冷凍回路に比べて、クーラントを昇温させる際にヒータによる必要加熱量が減るのでヒータを小型化でき省電力化を図り得る。 In the present invention, as the detected temperature becomes lower than the set temperature, the cooling amount of the coolant by the refrigeration circuit decreases. Therefore, compared to the conventional refrigeration circuit having a constant cooling amount, the required heating by the heater is required when raising the coolant temperature. Since the amount is reduced, the heater can be miniaturized and power can be saved.
また、冷凍回路による冷却量およびヒータによる加熱量の双方を検出温度と設定温度との差に基づいて制御する。すなわち、クーラントを昇温させる場合には、前記冷却量を減少させた状態で加熱量を増加させるように冷凍回路およびヒータを制御し、クーラントを冷却する場合には、前記冷却量を増加させた状態で加熱量を低下させるように冷凍回路およびヒータを制御する。そのため、前記図４（ｂ）のように冷却量のみを調整する装置よりも応答速度の良好な装置とすることができ、温度制御の精度が向上する。更に、前記ヒータの小型化によって、温度制御の精度を更に向上させ得る。また、冷凍回路およびヒータの出力を効率的にすることができるため、消費電力を削減できる。 Further, both the cooling amount by the refrigeration circuit and the heating amount by the heater are controlled based on the difference between the detected temperature and the set temperature. That is, when the temperature of the coolant is increased, the refrigeration circuit and the heater are controlled so as to increase the heating amount while the cooling amount is decreased, and when the coolant is cooled, the cooling amount is increased. The refrigeration circuit and the heater are controlled so as to reduce the heating amount in the state. Therefore, it is possible to obtain a device having a better response speed than the device that adjusts only the cooling amount as shown in FIG. 4B, and the accuracy of temperature control is improved. Furthermore, the accuracy of temperature control can be further improved by downsizing the heater. Moreover, since the output of a refrigeration circuit and a heater can be made efficient, power consumption can be reduced.
本発明においては、電子膨張弁の開度を増減させることにより、前記冷凍回路による前記クーラントの冷却量を増減するようにしてもよい。この場合、熱交換器を流れる冷媒の流量を調整して冷凍回路による冷却量を調整するので、高価なインバータ式の圧縮機を用いずとも冷凍回路の出力を調整できる。
なお、電子膨張弁の開度の調整に代えて、あるいは、これと合わせてインバータ式の圧縮機を用いてもよい。この場合、圧縮機の回転数（回転角速度）の制御を行うことで、冷凍回路の出力が調整されてもよい。
In the present invention, the cooling amount of the coolant by the refrigeration circuit may be increased or decreased by increasing or decreasing the opening of the electronic expansion valve. In this case, since the amount of cooling by the refrigeration circuit is adjusted by adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the heat exchanger, the output of the refrigeration circuit can be adjusted without using an expensive inverter type compressor.
Instead of adjusting the opening of the electronic expansion valve, or in combination with this, an inverter type compressor may be used. In this case, the output of the refrigeration circuit may be adjusted by controlling the rotation speed (rotational angular velocity) of the compressor.
本発明の好ましい態様においては、前記検出温度と前記設定温度との差が所定の範囲内の場合に、前記クーラントの冷却量についての前記第１制御手段による前記冷凍回路の制御を固定した状態で前記第２制御手段が前記ヒータへの供給電力を変動させて前記クーラントの温度を前記設定温度に近づけるように制御し、前記検出温度と前記設定温度との差が所定の範囲外の場合に、前記クーラントの冷却量についての前記第１制御手段による前記冷凍回路の制御を変動させると共に前記第２制御手段が前記ヒータへの供給電力を変動させて前記クーラントの温度を前記設定温度に近づけるように制御する第１の制御モードを備えている。 In a preferred aspect of the present invention, when the difference between the detected temperature and the set temperature is within a predetermined range, the control of the refrigeration circuit by the first control means for the cooling amount of the coolant is fixed. The second control means controls the power supplied to the heater to vary so that the temperature of the coolant approaches the set temperature, and when the difference between the detected temperature and the set temperature is outside a predetermined range, The control of the refrigeration circuit by the first control unit with respect to the cooling amount of the coolant is varied, and the second control unit varies the power supplied to the heater so that the temperature of the coolant approaches the set temperature. A first control mode for controlling is provided.
この第１の制御モードにおいては、検出温度と設定温度との差が所定の範囲内の場合に（たとえば、検出温度が設定温度の近傍にある場合に）、応答の遅い冷凍回路の制御を固定して、応答の速いヒータの加熱量を変動させて、クーラントの温度調節を行うので、クーラントの温度制御の精度を更に向上させることができる。 In the first control mode, when the difference between the detected temperature and the set temperature is within a predetermined range (for example, when the detected temperature is in the vicinity of the set temperature), the control of the slow-response refrigeration circuit is fixed. Then, the coolant temperature is adjusted by changing the heating amount of the heater that has a quick response, so that the accuracy of the coolant temperature control can be further improved.
なお、前記第１制御手段による前記冷凍回路の制御の固定は、たとえば、電子膨張弁の開度を固定することで行われ（インバータ式の圧縮機を用いる場合は、更に圧縮機の回転数をも固定してもよい）、一般に冷凍回路によるクーラントの冷却量が固定されるが、外乱等により冷却量が変動する場合もある。一方、「第１制御手段による冷凍回路の制御の変動」とは、前記冷凍回路の制御を固定しない状態であり、この状態では、クーラントの温度に応じて冷凍回路による冷却量を増減させるように冷凍回路を制御する。かかる冷凍回路の制御の変動は、たとえば、電子膨張弁の開度および圧縮機の回転数の少なくとも一方を変動させることで行うことができる。 The control of the refrigeration circuit by the first control means is fixed by, for example, fixing the opening of the electronic expansion valve (if an inverter type compressor is used, the rotation speed of the compressor is further increased). In general, the amount of cooling of the coolant by the refrigeration circuit is fixed, but the amount of cooling may vary due to disturbance or the like. On the other hand, the “variation in the control of the refrigeration circuit by the first control means” is a state in which the control of the refrigeration circuit is not fixed. In this state, the amount of cooling by the refrigeration circuit is increased or decreased according to the coolant temperature. Control the refrigeration circuit. The control of the refrigeration circuit can be changed, for example, by changing at least one of the opening degree of the electronic expansion valve and the rotational speed of the compressor.
前記第１の制御モードにおいては、前記検出温度と前記設定温度との差が前記所定範囲外の場合に、前記検出温度が前記設定温度に対し高くなるに従い、前記電子膨張弁の開度を大きくすることで前記冷凍回路による前記クーラントの冷却量が増大するように、前記第１制御手段が前記電子膨張弁の開度を制御するのが好ましい。 In the first control mode, when the difference between the detected temperature and the set temperature is outside the predetermined range, the opening degree of the electronic expansion valve is increased as the detected temperature becomes higher than the set temperature. Thus, it is preferable that the first control means controls the opening degree of the electronic expansion valve so that the amount of cooling of the coolant by the refrigeration circuit increases.
本態様においては、前記第１制御モードに加え、前記検出温度と前記設定温度との差が前記所定の範囲内外にあるか否かにかかわらず、前記クーラントの冷却量についての前記第１制御手段による前記冷凍回路の制御を変動させると共に前記第２制御手段が前記ヒータへの供給電力を変動させて前記クーラントの温度を前記設定温度に近づけるように制御する第２の制御モードを更に備えていてもよい。 In this aspect, in addition to the first control mode, the first control means for the cooling amount of the coolant regardless of whether or not the difference between the detected temperature and the set temperature is within or outside the predetermined range. And a second control mode in which the second control means controls the temperature of the coolant to be close to the set temperature by changing the power supplied to the heater. Also good.
この第２の制御モードにおいては、設定温度の近傍においても前記冷凍回路による冷却量およびヒータによる加熱量が変動してクーラントの温度が調節されるので、設定温度への到達速度を短くすることができる。かかる第２の制御モードを前記第１の制御モードに加えて設けているので、１台のチラー装置で、必要に応じて、精度の高い第１の制御モードと、設定温度への到達時間の短い第２の制御モードとを選択的に切り替えて用いることができる。 In the second control mode, the coolant temperature is adjusted by changing the cooling amount by the refrigeration circuit and the heating amount by the heater even in the vicinity of the set temperature, so that the speed at which the set temperature is reached can be shortened. it can. Since the second control mode is provided in addition to the first control mode, a single chiller device can be used for the first control mode with high accuracy and the time for reaching the set temperature as required. The short second control mode can be selectively switched and used.
また、本態様においては、前記第１制御モードに加え、前記検出温度が前記設定温度よりも低い場合に、前記冷凍回路による前記クーラントの冷却量を極めて低く固定した状態で前記第２制御手段が前記ヒータへの供給電力を変動させて前記クーラントの温度を前記設定温度に近づけるように制御し、前記検出温度が前記設定温度よりも高い場合に、前記ヒータによる加熱を停止した状態で前記第１制御手段が前記冷凍回路による前記クーラントの冷却量を変動させて前記クーラントの温度を前記設定温度に近づけるように制御する第３の制御モードを更に備えていてもよい。 Further, in this aspect, in addition to the first control mode, when the detected temperature is lower than the set temperature, the second control means keeps the cooling amount of the coolant by the refrigeration circuit fixed to be extremely low. Controlling the temperature of the coolant to be close to the set temperature by changing the power supplied to the heater, and when the detected temperature is higher than the set temperature, the heating by the heater is stopped. The control unit may further include a third control mode for controlling the coolant temperature to be close to the set temperature by changing a cooling amount of the coolant by the refrigeration circuit.
この第３の制御モードにおいては、クーラントを昇温させる場合には、冷凍回路による冷却量を低い状態でヒータによる加熱量を増減させてクーラントの温度を調節し、一方、クーラントを冷却する場合には、ヒータによる加熱を停止した状態で冷凍回路による冷却量を増減させてクーラントの温度を調節する。したがって、実質的に冷凍回路による冷却またはヒータによる加熱のいずれか一方を作動させるので、省電力を実現することができる。かかる第３の制御モードを前記第１の制御モードに加えて設けているので、１台のチラー装置で、必要に応じて、精度の高い第１の制御モードと、省エネを図る第３の制御モードとを選択的に切り替えて用いることができる。 In the third control mode, when the temperature of the coolant is increased, the temperature of the coolant is adjusted by increasing / decreasing the amount of heating by the heater while the amount of cooling by the refrigeration circuit is low, while the coolant is cooled. Adjusts the temperature of the coolant by increasing or decreasing the amount of cooling by the refrigeration circuit while the heating by the heater is stopped. Therefore, since either one of the cooling by the refrigeration circuit or the heating by the heater is operated substantially, power saving can be realized. Since the third control mode is provided in addition to the first control mode, the first control mode with high accuracy and the third control for energy saving can be performed as needed with one chiller device. The mode can be selectively switched and used.
なお、冷凍回路によるクーラントの冷却量を極めて低く固定した状態とは、冷凍回路の運転を停止しない範囲で冷凍回路によるクーラントの冷却量を実質的にゼロ近くに抑えた状態をいい、例えば、電子膨張弁の開度を全開の１／４程度の状態に固定することで実現される。 The state in which the cooling amount of the coolant by the refrigeration circuit is fixed to be extremely low refers to a state in which the cooling amount of the coolant by the refrigeration circuit is substantially suppressed to zero within a range where the operation of the refrigeration circuit is not stopped. This is realized by fixing the opening degree of the expansion valve to about 1/4 of the fully open state.
以下、本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
全体構成：
図１に示すように、本チラー装置は、フロンなどの冷媒が循環する冷凍回路１と、ブラインなどのクーラント（冷媒液）が循環する負荷側の冷媒液回路２と、前記冷凍回路１および冷媒液回路２に接続された制御装置５（図２）とを備える。本装置は、前記冷凍回路１の冷媒と冷媒液回路２のクーラントとを熱交換器３において熱交換させて、所定の温度のクーラントで冷媒液回路２の負荷２９を冷却または加熱するものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
overall structure:
As shown in FIG. 1, the chiller apparatus includes a
冷凍回路：
前記冷凍回路１は、メイン回路Ｍと第１および第２バイパス回路１４，１５とを備える。
メイン回路Ｍは、圧縮機１１と、凝縮器１２と、電子膨張弁（主制御弁）１３と、熱交換器３とを、導管により順次接続して構成されている。メイン回路Ｍの圧縮機１１の上流側には、圧縮機１１の入口側の冷媒の圧力および温度を検出する第１圧力温度センサ１８が設けられている。メイン回路Ｍの圧縮機１１の下流側には、圧縮機１１の出口側の冷媒の圧力および温度を検出する第２圧力温度センサ１９が設けられている。
Refrigeration circuit:
The
The main circuit M is configured by sequentially connecting a
メイン回路Ｍでは、熱交換器３（蒸発器）において気体となった冷媒は、圧縮機１１で圧縮されて凝縮器１２に圧送され、凝縮器１２の冷却ファン１２ａにより冷却されて液化する。凝縮器６で冷却、液化された冷媒は電子膨張弁１３を通って低圧化された状態で熱交換器３に送られ、ここで再び気化して熱を奪うことで熱交換器３内のクーラントを冷却する。このように、冷凍回路１のメイン回路Ｍは、矢印Ｘ１に示すように、熱交換器３からの冷媒が、圧縮機１１に導入されて圧縮された後、前記凝縮器１２および電子膨張弁１３を経て前記熱交換器３に還流するように構成されている。電子膨張弁１３は、通過する冷媒を膨張させて冷媒の圧力を低下させて熱交換器３に導入するものである。電子膨張弁１３は、後述する温度センサの検出温度や設定温度に応じて開度を調整して、メイン回路Ｍの熱交換器３における冷媒の流量を制御する。
In the main circuit M, the refrigerant that has become gas in the heat exchanger 3 (evaporator) is compressed by the
第１バイパス回路１４は、電子膨張弁１３の上流側の導管と熱交換器３の下流側（圧縮機１１の上流側）の導管とを接続して、矢印Ｘ２に示すように、凝縮器１２からの冷媒を電子膨張弁１３および熱交換器３を通らずに圧縮機１１に導入することを可能とするものである。第１バイパス回路１４には、該第１バイパス回路１４を通って圧縮機１１に導入される冷媒の流量を調整するための温度制御弁１４ａが設けられている。この温度制御弁１４ａは、常閉の弁であり、後述する所定の場合に開かれて、凝縮器１２からの低温の冷媒を直接圧縮機１１の上流側に導入することで、圧縮機１１を流れる冷媒の温度を低下させる。
The
第２バイパス回路１５は、圧縮機１１の上流側の導管と下流側の導管とを接続して、矢印Ｘ３に示すように、圧縮機１１から吐出された冷媒を凝縮器１２、電子膨張弁１３および熱交換器３を通らずに圧縮機１１の上流側に導入することを可能とするものである。第２バイパス回路１５には、該第２バイパス回路１５を通って圧縮機１１に導入される冷媒の流量を調整するための圧力制御弁１５ａが設けられている。この圧力制御弁１５ａは常閉の弁であり、後述する所定の場合に開かれて圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒を圧縮機１１の上流側に導入することで、圧縮機１１に流入する冷媒の圧力を上昇させる。
The
なお、前記圧縮機１１としては、常時一定出力の圧縮機が用いられてもよいし、出力を増減可能なインバータ式の圧縮機を用いてもよい。なお、本装置は電子膨張弁１３の開度を調整するため、高価なインバータ式の圧縮機を用いずに冷却量を調整できる。
前記電子膨張弁１３、各制御弁１４ａ，１５ａとしては、各センサで検出された温度や圧力に応じて、開度が調整可能な制御弁が用いられてもよい。
The
As the
冷媒液回路：
冷媒液回路２は、クーラントを貯留するタンク２１と、タンク２１内のクーラントを循環させるためのポンプ２２と、熱交換器３と、クーラントを加熱して昇温させるヒータ２３と、負荷２９とを、導管により順次接続して構成されている。冷媒液回路２のヒータ２３の下流側には、クーラントの温度を検出するクーラント温度センサ２４が設けられている。クーラント温度センサ２４は、熱交換器３で冷却されヒータ２３で加熱された後であって、負荷２９に導入される直前のクーラントの温度を検出する。
Refrigerant liquid circuit:
The refrigerant
冷媒液回路２は、前記熱交換器３で冷却されたクーラントをヒータで加熱し、所定の設定温度にして負荷２９に導入することで、負荷２９の温度を所定の温度に調節する。この冷媒液回路２では、温度センサ２４を負荷２９の直前で検出しているので、負荷２９に導入されるクーラントの温度安定性が高い。
また、前記ヒータ２３は、前記小型の制御用タンク２３ａに収容されており、ヒータ２３は該制御用タンク２３ａ内のクーラントを加熱する。そのため、大型のタンクのクーラントを加熱する場合に比べて温度ムラによる影響が少なくなり、温度制御の精度が向上する。
The refrigerant
The
制御装置：
制御装置５（図２）は、例えば、マイクロコンピュータからなり、前記冷凍回路１や前記冷媒液回路２の制御を行う。制御装置５は、弁を制御する弁制御手段（第１制御手段）５１およびヒータを制御するヒータ制御手段（第２制御手段）５２などを有する。
Control device:
The control device 5 (FIG. 2) is composed of, for example, a microcomputer, and controls the
制御装置５には、冷凍回路１の第１および第２圧力温度センサ１８，１９や、冷媒液回路２のクーラント温度センサ２４が接続されており、各センサから冷凍回路１の冷媒の温度や圧力、冷媒液回路２のクーラントの温度が制御装置５に出力される。また、制御装置５には、クーラントの設定温度を入力する入力部７が接続されている。
The control device 5 is connected to the first and second
また、制御装置５の弁制御手段５１は、冷凍回路１の電子膨張弁１３、温度制御弁１４ａおよび圧力制御弁１５ａに接続されており、前記設定温度や検出された温度や圧力に応じて、各弁の開度を制御する。制御装置５のヒータ制御手段５２は、冷媒液回路２のヒータに接続されており、前記設定温度や検出された温度に応じて、ヒータへの通電量を制御する。
Further, the valve control means 51 of the control device 5 is connected to the
動作：
次に、本チラー装置の制御動作について説明する。
クーラントの温度制御：
冷凍回路１によるクーラントの冷却量および冷媒液回路２のヒータ２３によるクーラントの加熱量は、前記入力部７から入力された設定温度と前記クーラント温度センサ２４で検出された検出温度との温度差に基づいて制御装置５により制御される。すなわち、前記制御装置５の弁制御手段５１は、前記温度差に基づいて電子膨張弁１３の開度を調整して冷凍回路１による冷却量を増減し、ヒータ制御手段５２は、前記温度差に基づいてヒータ２３への通電量を調整して、ヒータ２３による加熱量を増減し、これにより、クーラントの温度がフィードバック制御される。電子膨張弁１３およびヒータ２３はＰＩＤ制御されてもよい。
Operation:
Next, the control operation of the chiller apparatus will be described.
Coolant temperature control:
The amount of coolant cooled by the
本装置におけるクーラントの温度制御は３つの制御モードを切り替えて行うことが可能である。各制御モードでは、所定の温度域において前記クーラント温度センサ２４で検出された検出温度が所定の設定温度に対し高くなるに従い、熱交換器３におけるクーラントの冷却量が増大するように冷凍回路１が制御され、前記検出温度が設定温度に対し低くなるに従い、前記ヒータ２３への供給電力を増大させるよう制御されて、クーラントの温度を設定温度に近づける。
以下、各制御モードについて、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
Coolant temperature control in this apparatus can be performed by switching between three control modes. In each control mode, as the detected temperature detected by the
Hereinafter, each control mode will be described with reference to FIGS.
高速応答モード：
図３（ａ）は高速応答モード（第２の制御モードの一例）を示す。本モードにおいては、検出温度が設定温度Ｔｓの前後の所定の温度域ＴＡ（例えば、設定温度の±３℃以内）にある場合に、ヒータ２３への通電量および電子膨張弁１３の開度が変動されて、ヒータ２３の出力量（加熱量）および冷凍回路１の出力量（冷却量）が比例的に変動する。この出力量は図３（ａ）のマップに基づいて制御される。すなわち、ヒータ２３の出力量は検出温度が上昇するに従い徐々に低下するように制御され、冷凍回路１の出力量は検出温度が上昇するに従い徐々に増大するように制御される。一方、前記温度域ＴＡ外では、冷凍回路１またはヒータ２３の出力量のいずれか一方が１００％に制御され、他方は０％ないしその近傍に制御される。
Fast response mode:
FIG. 3A shows a fast response mode (an example of the second control mode). In this mode, when the detected temperature is in a predetermined temperature range TA before and after the set temperature Ts (for example, within ± 3 ° C. of the set temperature), the energization amount to the
高精度モード：
図３（ｂ）は高精度モード（第１の制御モードの一例）を示す。本モードにおいては、前記温度域ＴＡのうち検出温度と設定温度との差が所定の範囲内にある場合、すなわち、検出温度が弁固定範囲（例えば、設定温度Ｔｓの±０．５℃以内）にある場合には、電子膨張弁１３の開度が固定されて冷凍回路１の出力量が一定に固定され、ヒータ２３への通電量のみが変動されてヒータ２３の出力量が比例的に変動する。かかる弁の開度の固定は検出温度が弁固定範囲にある状態が所定の時間（例えば、１２０秒）継続した場合に行われてもよい。電子膨張弁１３の固定の解除は、検出温度が弁固定範囲外にある状態が、所定の時間（例えば、６０秒）継続した場合に行われてもよい。
一方、検出温度が弁固定範囲外の場合には、前記高速応答モードと同様に冷凍回路およびヒータの双方の出力量が比例的に変動する。前記温度域ＴＡの外では前記高速応答モードと同様に出力量が制御される。
High accuracy mode:
FIG. 3B shows the high accuracy mode (an example of the first control mode). In this mode, when the difference between the detected temperature and the set temperature in the temperature range TA is within a predetermined range, that is, the detected temperature is within the valve fixing range (for example, within ± 0.5 ° C. of the set temperature Ts). In this case, the opening degree of the
On the other hand, when the detected temperature is outside the valve fixing range, the output amounts of both the refrigeration circuit and the heater fluctuate proportionally as in the fast response mode. Outside the temperature range TA, the output amount is controlled as in the high-speed response mode.
エコモード：
図３（ｃ）はエコモード（第３の制御モードの一例）を示す。本モードにおいては、前記温度域ＴＡにおいて、検出温度によって実質的に冷凍回路による冷却またはヒータによる加熱のいずれか一方のみが行われる。すなわち、温度域ＴＡのうち検出温度が設定温度Ｔｓよりも低い場合には、電子膨張弁１３の開度を全開の１／４程度の状態に固定して冷凍回路１の出力量を極めて低く固定した状態でヒータ２３への供給電力を変動させてヒータ２３の出力量を比例的に変動させる。一方、検出温度が設定温度Ｔｓよりも高い場合には、ヒータ２３による加熱を停止した状態で電子膨張弁１３の開度を変動させて冷凍回路１の出力量を比例的に変動させる。前記温度域ＴＡの外では前記高速応答モードと同様に出力量が制御される。
Eco-mode:
FIG. 3C shows an eco mode (an example of a third control mode). In this mode, only one of cooling by the refrigeration circuit or heating by the heater is substantially performed in the temperature range TA depending on the detected temperature. That is, when the detected temperature is lower than the set temperature Ts in the temperature range TA, the output of the
なお、前記いずれのモードにおいても、弁制御手段５１が電子膨張弁１３の開度を制御することで冷凍回路１によるクーラントの冷却量が制御される。すなわち、冷凍回路１によるクーラントの冷却量を増大させる場合には、電子膨張弁１３の開度を大きくするように制御され、冷凍回路１によるクーラントの冷却量を低下させる場合には、電子膨張弁１３の開度を小さくするように制御される。
In any of the above modes, the amount of coolant cooled by the
各制御モードにおいては、設定温度Ｔｓが検出温度より高い場合には、冷凍回路１による冷却量よりもヒータ２３による加熱量が大きくなるように、電子膨張弁１３の開度およびヒータ２３への通電量が制御されて、クーラントが昇温されてもよい。一方、設定温度Ｔｓが検出温度より低い場合には、冷凍回路１による冷却量よりもヒータ２３による加熱量が小さくなるように、電子膨張弁１３の開度およびヒータ２３への通電量が制御されて、クーラントが冷却されてもよい。
In each control mode, when the set temperature Ts is higher than the detected temperature, the opening degree of the
温度制御弁の制御：
クーラントが高温で循環している場合や、周囲温度が高い場合などに圧縮機１１に流入する冷媒の温度が圧縮機１１の許容範囲を超えるおそれがある。前記温度制御弁１４ａ（図１）は、かかる事態を防止して圧縮機１１の安定運転を図るためのものであり、所定の場合に開かれて、凝縮器１２の下流側の低温の冷媒を第１バイパス回路１４を経由して圧縮機１１の上流側の導管に導入して、圧縮機１１に流入する冷媒の温度を低下させる。温度制御弁１４ａの開閉は下記のように制御装置５（図２）により制御される。
Temperature control valve control:
When the coolant circulates at a high temperature or when the ambient temperature is high, the temperature of the refrigerant flowing into the
制御装置５は、第１圧力温度センサ１８により検出された圧縮機１１の入口の冷媒の温度（入口温度）が所定の第１基準温度より高いか否かを判別する共に、第２圧力温度センサ１９により検出された圧縮機１１の出口の冷媒の温度（出口温度）が所定の第２基準温度より高いか否かを判別する。
The control device 5 determines whether or not the refrigerant temperature (inlet temperature) at the inlet of the
通常の場合、すなわち、入口温度が第１基準温度よりも低く、かつ、出口温度が第２基準温度よりも低い場合は、圧縮機１１に導入される冷媒の温度は圧縮機１１の許容範囲を超えないので、温度制御弁１４ａは閉状態に制御される。
In a normal case, that is, when the inlet temperature is lower than the first reference temperature and the outlet temperature is lower than the second reference temperature, the temperature of the refrigerant introduced into the
一方、入口温度が第１基準温度よりも高い場合、または、出口温度が第２基準温度よりも高い場合、あるいは、その双方が満たされる場合、圧縮機１１に導入される冷媒の温度が圧縮機１１の許容範囲を超えて上昇してしまう可能性があるため、これを防止するために、温度制御弁１４ａを開状態に制御し、圧縮機１１に流入する冷媒の温度を低下させる。この開状態は、入口温度が第１基準温度よりも低く、かつ、出口温度が第２基準温度よりも低い状態となるまで継続する。
On the other hand, when the inlet temperature is higher than the first reference temperature, or when the outlet temperature is higher than the second reference temperature, or when both are satisfied, the temperature of the refrigerant introduced into the
このようにすることで、クーラントが高温の場合や周囲温度が高い場合でも、温度制御弁１４ａを開いて、凝縮器１２において冷却された冷媒を第１バイパス回路１４を通って圧縮機１１に導入することで、圧縮機１１の冷媒が過熱するのを防止でき、圧縮機１１を安定して運転できる。したがって、広い温度範囲にわたってクーラントの温度を制御できる。
By doing so, even when the coolant is hot or the ambient temperature is high, the temperature control valve 14a is opened and the refrigerant cooled in the
なお、本実施例では、入口温度および出口温度の双方に基づいて温度制御弁１４ａを制御するようにしたが、入口温度または出口温度のどちらか一方のみに基づいて温度制御弁１４ａの開閉を制御してもよい。 In the present embodiment, the temperature control valve 14a is controlled based on both the inlet temperature and the outlet temperature, but the opening / closing of the temperature control valve 14a is controlled based only on either the inlet temperature or the outlet temperature. May be.
圧力制御弁の制御：
前記電子膨張弁１３の開度を絞って熱交換器３からの冷媒が減少した場合に、圧縮機１１に流入する冷媒の圧力が過小になり圧縮機１１の許容範囲を超えるおそれがある。前記圧力制御弁１５ａ（図１）は、かかる事態を防止して圧縮機の安定運転を図るためのものであり、所定の場合に開かれて、圧縮機１１から吐出される高圧の冷媒を再び圧縮機の上流側に流入させることで、圧縮機１１に流入する冷媒の圧力を上昇させる。圧力制御弁１５ａの開閉は下記のように制御装置５（図２）により制御される。
Pressure control valve control:
When the degree of opening of the
制御装置５は、第１圧力温度センサ１８により検出された圧縮機１１の入口の冷媒の圧力（入口圧力）が所定の第１基準圧力より高いか否かを判別する。通常の場合、すなわち、入口圧力が第１基準圧力よりも高い場合は、圧縮機１１に導入される冷媒の圧力は圧縮機１１の許容範囲を超えないので、圧力制御弁１５ａは閉状態に制御される。
The control device 5 determines whether the refrigerant pressure (inlet pressure) at the inlet of the
一方、入口圧力が第１基準圧力よりも低い場合、圧縮機１１に導入される冷媒の圧力が圧縮機１１の許容範囲を超えて低下してしまう可能性があるため、これを防止するために、圧力制御弁１５ａを開状態に制御し、これにより、圧縮機１１に流入する冷媒の圧力を上昇させる。この開状態は、入口圧力が第１基準圧力よりも高い状態となるまで継続する。
On the other hand, when the inlet pressure is lower than the first reference pressure, the pressure of the refrigerant introduced into the
このように所定の場合に圧力制御弁１５ａを開いて圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒を圧縮機１１の上流側に導入することで、圧縮機１１の冷媒の圧力を上昇させることができる。したがって、前記電子膨張弁１３が絞られて熱交換器３から導入される冷媒の量が減少した場合でも、圧力制御弁１５ａを開いて圧縮機１１の冷媒の圧力を許容範囲内に保つことができる。
Thus, the pressure of the refrigerant of the
なお、本実施例では、入口圧力のみに基づいて圧力制御弁１５ａを制御するようにしたが、入口圧力と圧縮機１１の出口側の出口圧力の双方とに基づいて圧力制御弁１５ａを制御してもよい。
また、圧縮機１１から流出する冷媒の圧力が圧縮機１１の許容範囲を超えて上昇してしまうのを防止するために、第２圧力温度センサ１９により検出された出口圧力に基づいて前記電子膨張弁１３を制御してもよい。すなわち、制御装置５が、出口圧力が所定の第２基準圧力よりも低いか否かを判別して、出口圧力が第２基準圧力よりも高い場合、電子膨張弁１３の開度を小さくして圧縮機１１の冷媒の圧力を下げるように制御してもよい。
In this embodiment, the
Further, in order to prevent the pressure of the refrigerant flowing out of the
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。
たとえば、冷媒液回路の各機器の配置は前記実施例のものに限られず、熱交換器やヒータをタンクの上流側に配置する構成としてもよい。
また、各制御モードにおける冷凍回路の出力量が変動する温度域とヒータの出力量が変動する温度域とが互いに異なっていてもよい。また、各出力量は必ずしも比例的に変動する必要はない。
したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。
As described above, the preferred embodiments have been described with reference to the drawings. However, those skilled in the art will readily understand various changes and modifications within the obvious scope by looking at the present specification.
For example, the arrangement of each device of the refrigerant liquid circuit is not limited to that of the above embodiment, and a heat exchanger or a heater may be arranged on the upstream side of the tank.
In addition, the temperature range in which the output amount of the refrigeration circuit varies in each control mode may be different from the temperature range in which the output amount of the heater varies. Also, each output quantity does not necessarily vary proportionally.
Accordingly, such changes and modifications are to be construed as within the scope of the present invention as defined by the claims.
本発明は、チラー装置に利用することができる。 The present invention can be used for a chiller device.
１：冷凍回路
１１：圧縮機
１２：凝縮器
１３：電子膨張弁
２：冷媒液回路
２３：ヒータ
２４：クーラント温度センサ
２９：負荷
３：熱交換器
５：制御装置
1: Refrigeration circuit 11: Compressor 12: Condenser 13: Electronic expansion valve 2: Refrigerant liquid circuit 23: Heater 24: Coolant temperature sensor 29: Load 3: Heat exchanger 5: Controller
Claims (6)
前記冷凍回路は、熱交換器からの冷媒が、圧縮機に導入されて圧縮された後、凝縮器および電子膨張弁を経て前記熱交換器に還流するように構成されており、
前記冷媒液回路は、前記クーラントを加熱して昇温させるヒータと、前記クーラントを循環させるポンプと前記クーラントの温度を検出する温度センサとを備え、
前記温度センサで検出された検出温度が所定の設定温度に対し高くなるに従い、前記熱交換器における前記クーラントの冷却量が増大するように前記冷凍回路を制御する第１制御手段と、
前記検出温度が前記設定温度に対し低くなるに従い、前記ヒータへの供給電力を増大させる第２制御手段とを備えたチラー装置。 A chiller device that cools a coolant of a refrigerant liquid circuit with a refrigerant of a refrigeration circuit in a heat exchanger and cools or heats a load of the refrigerant liquid circuit with a coolant having a predetermined temperature,
The refrigeration circuit is configured such that the refrigerant from the heat exchanger is introduced into the compressor and compressed, and then flows back to the heat exchanger via a condenser and an electronic expansion valve.
The refrigerant liquid circuit includes a heater that heats the coolant to raise the temperature, a pump that circulates the coolant, and a temperature sensor that detects the temperature of the coolant,
First control means for controlling the refrigeration circuit so that the amount of cooling of the coolant in the heat exchanger increases as the detected temperature detected by the temperature sensor becomes higher than a predetermined set temperature;
A chiller device comprising: second control means for increasing power supplied to the heater as the detected temperature becomes lower than the set temperature.
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