CN108474594A - 制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制冷装置，其具有如下功能：结构的成本低且不会损害冷却性能，不会向压缩机施加过负载，能够同时且高精度地对保温范围条件不同的工作对象进行保温控制。在该装置中，在使被冷却降温的制冷剂经过与制冷循环(100)连接的由第1流路～第4流路构成的旁路流路而流向连接了工作对象(W2)的制冷剂循环(200‑2)的蒸发器(101‑2)时，CPU对循环(100)的传感器(P)的制冷剂压力、传感器(T3)的制冷剂温度进行PID运算，并根据基于该PID运算的结果生成的脉冲信号，以将第2流路的阀(EV2)的开度设为固定而使从此处经由第1流路的一部分向电动式压缩机(102)循环的制冷剂流量收敛于目标值的方式，对第3流路的阀(EV3)的开度进行可调设定，输出驱动控制信号并在规定的范围内对压缩机(102)的运转频率进行可调控制，其中，所述制冷循环(100)与连接了工作对象(W1)的制冷剂循环(200‑1)共用蒸发器(101‑1)。

Description

制冷装置
技术领域
本发明涉及一种制冷装置，该制冷装置用于将成为保温对象的各种用户设备作为工作对象，由使用者在规定的温度范围(例如，-10℃～100℃)内选择性地设定温度来进行保温，具体而言，涉及一种具有如下功能的制冷装置，即：根据设定温度与工作对象温度的温差，用控制装置对冷却用的制冷循环所具有的电动式压缩机的转数和加热用的制冷剂循环所具有的加热装置的加热温度进行控制。
背景技术
在现有技术的这种制冷装置中，作为由本申请人提出的单一型(single type)，可列举出改善了以下结构及功能的“制冷装置”(参见专利文献1)：在设定温度与工作对象温度接近的温差(例如5℃～10℃)小的保温设定时，特别是在制冷循环中的蒸发器的制冷剂进入侧和制冷剂排出侧的制冷剂温差几乎不存在的状态下，尽管不需要使制冷剂流过蒸发器，但是电动式压缩机仍会继续工作。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5721875号公报。
发明内容
发明要解决的课题
在上述专利文献1所涉及的制冷装置中，在制冷循环中应用了电动式压缩机，当使用高效率的氟化烃气体(R410A等)作为制冷剂时，制冷功能相对于以前的产品有显著提高，能够用蒸发器将制冷剂循环的液体制冷剂(由于在实际使用中使被称为盐水的热介质循环，所以制冷剂循环也可以称为盐水供给回路)冷却而有效地进行热交换，作为基本功能，根据热负荷进行电动式压缩机的旋转控制，并且实现了针对使冷却、加热成为两级结构的用户装置(工作对象)进行的高精度的保温控制。
然而，在专利文献1所涉及的制冷装置的情况下，由于在基本结构上采用了由被称为单一型的1个系统的制冷循环和1个系统的制冷剂循环共用1台蒸发器、在制冷剂循环侧能够对作为用户装置的1个工作对象进行保温的规格，所以在用户装置例如为半导体蚀刻装置那样同时需要不同的保温范围条件这样的使用目的的情况下，存在难以应对的问题。
因此，虽然也设想采用使制冷剂循环侧成为多级而构成多个系统、并由各系统分别与工作对象能够单独连接的结构，但实际上即使想要将包含蒸发器的制冷剂循环单纯地做成多级结构，使用由管道构成的旁路流路进行的制冷剂的导引、流量控制也会变得复杂，而且与用增设的蒸发器对液体制冷剂进行冷却对应地会损失制冷循环中的冷却性能，并且电动式压缩机的旋转控制中也会增加与热负荷增加量相对应的负担，因此难以简单地对其进行改造。因而，虽然期望具有结构的成本低且不会损害冷却性能、不会向压缩机施加过负载、并能够同时且高精度地对保温范围条件不同的工作对象进行保温控制的功能的制冷装置的产品化，但是目前尚未实现。
本发明是为了解决像这样的问题点而完成的，其技术课题在于提供一种具有结构的成本低且不会损害冷却性能、不会向压缩机施加过负载、并能够同时且高精度地对保温范围条件不同的工作对象进行保温控制的功能的制冷装置。
用于解决课题的方案
为了完成上述技术课题，本发明的一个方式具有：制冷循环，其循环有冷却用的制冷剂；第1制冷剂循环，其循环有加热用的液体制冷剂，并共用制冷循环所具有的第1蒸发器；第2制冷剂循环，其使制冷剂经过在制冷循环的规定位置通过管道进行了旁路连接的旁路流路而在不同于第1蒸发器的第2蒸发器内循环，并且在另一系统循环有加热用的液体制冷剂；以及控制装置，其将分别接入到第1制冷剂循环和第2制冷剂循环而成为保温对象的各种用户装置作为工作对象，面向使用者在规定的温度范围内提供选择性的温度设定，并且根据使用者设定的设定温度与通过第1温度传感器检测的工作对象温度的温差来控制制冷循环所具有的电动式压缩机的转数、以及用于对在该第1制冷剂循环和该第2制冷剂循环中循环的液体制冷剂进行加热的加热装置的加热温度，其中，所述第1温度传感器分别设置在该第1制冷剂循环和该第2制冷剂循环的靠近该工作对象侧的位置，所述制冷装置的特征在于，第1制冷剂循环和第2制冷剂循环具有：第2温度传感器，分别设置在第1蒸发器和第2蒸发器的制冷剂排出侧且液体制冷剂相对于加热装置进行流入的稍前侧，并检测液体制冷剂温度；和第4温度传感器，分别设置在第1蒸发器和第2蒸发器的制冷剂吸入侧且液体制冷剂相对于工作对象的流出侧，并检测液体制冷剂温度，制冷循环具有第3温度传感器，其设置在电动式压缩机的制冷剂吸入侧且第1蒸发器的制冷剂排出侧，并用于检测制冷剂温度；压力传感器，其设置在电动式压缩机的制冷剂吸入侧的第3温度传感器附近，并检测制冷剂压力；以及第1制冷剂供给用电子膨胀阀，其接入到第1蒸发器的制冷剂吸入侧，并用于调节流量，旁路流路形成为具有：第1流路，其从第2制冷剂循环中的第2蒸发器的制冷剂排出侧起，连接到制冷循环中的第1蒸发器的制冷剂排出侧与电动式压缩机的制冷剂吸入侧之间的位置；第2流路，其从第1流路的中途位置起经由流量调节用的高压制冷剂用电子膨胀阀而连接到制冷循环所具有的冷凝器的制冷剂吸入侧与电动式压缩机的制冷剂排出侧之间的位置；第3流路，其从第1流路延伸，并经由流量调节用的注入用电子膨胀阀而连接到制冷循环中的冷凝器的制冷剂排出侧与第1蒸发器的制冷剂吸入侧之间的第1制冷剂供给用电子膨胀阀的制冷剂流入稍前侧的位置；第4流路，其从制冷循环中的第1制冷剂供给用电子膨胀阀的制冷剂流入稍前侧的比第3流路更靠近第1蒸发器的制冷剂吸入侧的位置，经由流量调节用的第2制冷剂供给用电子膨胀阀而连接到第2制冷剂循环中的第2蒸发器的制冷剂吸入侧，控制装置对由第1温度传感器分别检测出的工作对象温度进行包括比例、积分、微分的PID运算，并根据基于该PID运算的结果生成的控制信号来控制第1制冷剂循环和第2制冷剂循环中的加热装置的各自的加热量，对由第2温度传感器分别检测出的液体制冷剂温度进行包括比例、积分、微分的PID运算，并根据基于该PID运算的结果生成的脉冲信号来分别控制第1制冷剂供给用电子膨胀阀和第2制冷剂供给用电子膨胀阀的开闭，从而控制制冷循环和旁路流路中的制冷剂流量，对由压力传感器检测出的制冷剂压力进行包括比例、积分、微分的PID运算，并对由第3温度传感器检测出的制冷剂温度进行包括比例、积分、微分的PID运算，根据基于这两个PID运算的结果生成的脉冲信号，以将高压制冷剂用电子膨胀阀的开度保持为固定而使从该旁路流路中的第2流路经由第1流路的一部分向该制冷循环的电动式压缩机的制冷剂吸入侧进行循环的高压制冷剂旁路操作流量收敛于作为目标的规定值的方式，对注入用电子膨胀阀的开度进行可调设定，从而控制该旁路流路和该制冷循环的整体的制冷剂流量，并且将为了驱动该电动式压缩机而生成的驱动控制信号输出到变频器，根据该制冷剂温度在规定的范围内对该电动式压缩机的运转频率进行可调控制。
发明效果
根据本发明的制冷装置，通过上述结构能够得到如下功能：结构的成本低且不会损害冷却性能，不会向压缩机施加过负载，能够同时且高精度地对保温范围条件不同的工作对象进行保温控制。通过以下的实施方式的说明使上述以外的课题、结构以及效果变得清楚。
附图说明
图1是示出本发明的实施例所涉及的制冷装置的基本结构和用于在制冷剂循环中与工作对象的连接和在制冷循环中对冷凝器进行冷却的冷却回路的整体概要图。
图2是为了说明以图1所示的制冷装置具有的旁路流路为中心的制冷剂的流动而示出的主要部分的概要图。
图3是为了说明由图1所示的制冷装置所具有的控制装置实施的电动式压缩机的运转频率的可调控制而示出的、将高压制冷剂旁路操作流量-压缩机运转频率特性相对于经过时间对比地表示的示意图，所电动式压缩机运转频率与流过旁路流路中的第2流路和第1流路的一部分而向制冷循环的电动式压缩机的制冷剂吸入侧进行循环的高压制冷剂旁路操作流量对应。
图4是为了说明图1所示的制冷装置的冷却性能而示出的莫里尔图。
具体实施方式
以下，举出实施例并参照附图对本发明的制冷装置进行详细说明。
实施例
图1是示出本发明的实施例所涉及的制冷装置的基本结构和用于在制冷剂循环200-1、200-2中与工作对象W1、W2进行连接和在制冷循环100中对冷凝器103进行冷却的冷却回路300的整体概要图。
参照图1，该制冷装置在基本结构上具有：制冷循环100，其循环有冷却用的制冷剂(R410等)；第1制冷剂循环200-1，其循环有加热用的液体制冷剂，并共用制冷循环100所具有的第1蒸发器(热交换器)101-1；第2制冷剂循环200-2，其使制冷剂经过在制冷循环100的规定位置通过管道进行了旁路连接的旁路流路而在不同于第1蒸发器101-1的第2蒸发器(热交换器)101-2内循环，并且在另一系统循环有加热用的液体制冷剂；以及控制装置，其构成为具有CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)功能的设备控制单元，所述CPU功能为将分别接入到第1制冷剂循环200-1和第2制冷剂循环200-2而成为保温对象的各种用户装置作为工作对象W1、W2，面向使用者在规定的温度范围内提供选择性的温度设定(能够例示工作对象W1为-10℃～+100℃、工作对象W2为+30℃～+100℃的情况)，并且根据使用者设定的设定温度与通过第1温度传感器T1-1、T1-2检测的工作对象温度的温差，控制制冷循环100所具有的电动式压缩机102的转数以及用于对在第1制冷剂循环200-1和第2制冷剂循环200-2中循环的液体制冷剂进行加热的加热装置(加热器)202-1、202-2的加热温度，其中，所述第1温度传感器T1-1、T1-2分别设置在第1制冷剂循环200-1和第2制冷剂循环200-2的靠近工作对象W1、W2侧的位置。
此处的工作对象W1、W2假设是与将用户装置设为半导体蚀刻装置的情况下那样同时需要不同的保温范围条件的使用目的所对应的，能够使工作对象W1的保温用的设定温度范围-10℃～+100℃应用于下部电极，使工作对象W2的保温用的设定温度范围+30℃～+100℃应用于上部电极。用于对这些工作对象W1、W2的工作对象温度进行检测的第1温度传感器T1-1、T1-2设置在作为从制冷剂循环200-1、200-2所具有的制冷剂罐201-1、201-2吸入液体制冷剂的泵203-1、203-2的制冷剂排出侧，并且靠近工作对象W1、W2的制冷剂流入侧，检测液体制冷剂温度并将其发送到设备控制单元(CPU)，但除此之外也可以将来自第4温度传感器T4-1、T4-2的液体制冷剂温度输入到设备控制单元(CPU)，一起使用两者的检测结果来检测工作对象温度，所述第4温度传感器T4-1、T4-2设置在蒸发器101-1、101-2的制冷剂进入侧，并且靠近工作对象W1、W2的液体制冷剂流出侧。此外，对于第1温度传感器T1-1、T1-2要求高检测精度，因此优选使用采用了能够使电阻值在从100欧姆至0欧姆的范围内可变的铂电阻带的Pt传感器。相对于此，第4温度传感器T4-1、T4-2由于检测精度不要求达到第1温度传感器T1-1、T1-2程度，因此考虑到制造成本，优选使用普通的采用了热电偶的热电偶传感器。
其中，制冷循环100构成为如下回路结构的一次温度调节回路，即：利用电动式压缩机102将制冷剂的气体压缩成高压气体并输送到排出侧的冷凝器103，在冷凝器103中对高压气体进行冷凝并经由减压机构中的省略图示的膨胀阀使其减压，然后输送到蒸发器101-1，在蒸发器101-1中通过使减压后的低压气体蒸发而被吸入到电动式压缩机102的吸入侧，由此再次反复进行压缩。此外，在此配备有如下结构的冷却装置300，即：针对冷凝器103以折回的方式连接管道，经由设置在入口侧的管中的省略图示的阀而导入冷却水在冷凝器103内进行冷却，然后经由设置在出口侧的管的控水阀(WPR)返回到外部。另外，关于在此说明的冷却回路300对冷凝器103的冷却功能，也可以设为使用冷却风扇以冷风进行冷却的结构。
制冷剂循环200-1构成为如下回路结构的1系统的二次温度调节回路，即：共用制冷循环100的蒸发器101-1，用制冷剂罐201-1回收并储存液体制冷剂，并且用安装在制冷剂罐201-1的加热装置(加热器)202-1对液体制冷剂进行适当加热或者不进行加热而使利用泵203-1从制冷剂罐201-1吸入的液体制冷剂经由工作对象W1返回到蒸发器101-1。此外，在泵203-1的液体制冷剂的流出侧的管道设置有流量检测传感器F，由该流量检测传感器F检测的液体制冷剂的流量被输入到设备控制单元(CPU)，设备控制单元(CPU)驱动附设的变频器INV来控制泵203-1的液体制冷剂的吸入量。由此，在制冷剂罐201-1内，液体制冷剂通过逻辑电路(LG)大体上保持为固定量。
制冷剂循环200-2也为相同的结构，其构成为如下回路结构的另一系统的二次温度调节回路，即：使制冷剂经过在制冷循环100的规定位置通过管道进行了旁路连接的、在后文详细叙述的旁路流路而在蒸发器101-2内循环，除此之外，用制冷剂罐201-2回收并储存液体制冷剂，并且用安装在制冷剂罐201-2的加热装置(加热器)202-2对液体制冷剂进行适当加热或者不进行加热而使利用泵203-2从制冷剂罐201-2吸入的液体制冷剂经由工作对象W2返回到蒸发器101-2。此处，在泵203-2的液体制冷剂的流出侧的管道也设置流量检测传感器F，由该流量检测传感器F检测的液体制冷剂的流量被输入到设备控制单元(CPU)，设备控制单元(CPU)驱动附设的变频器INV来控制泵203-2的液体制冷剂的吸入量，在制冷剂罐201-2内，液体制冷剂通过逻辑电路(LG)而大体上保持为固定量。此外，省略了详细结构的图示，但在实际使用中优选采用在蒸发器101-1、101-2的液体制冷剂排出侧的管和连接于制冷剂罐201-1、201-2的管中设置省略图示的阀而与共同的管道连接之后，并与排液处理用的排液装置相连来进行排液的结构，或者采用在工作对象W1、W2中的液体制冷剂的流入侧的管道和流出侧的管道中设置省略图示的阀来防止在将工作对象W1、W2与制冷剂循环200-1、200-2的局部进行管道连接时的液体制冷剂泄漏的结构。
进而，制冷剂循环200-1、200-2具有检测液体制冷剂温度的第2温度传感器T2-1、T2-2，所述第2温度传感器T2-1、T2-2分别设置在蒸发器101-1、101-2的液体制冷剂排出侧且液体制冷剂相对于加热装置202-1、202-2进行流入的稍前侧。此外，制冷循环100具有用于检测制冷剂温度的第3温度传感器T3、检测制冷剂压力的压力传感器P以及用于调节流量的第1制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-1，所述第3温度传感器T3设置在电动式压缩机102的制冷剂吸入侧且蒸发器101-1的制冷剂排出侧，所述压力传感器P设置在电动式压缩机102的制冷剂吸入侧的第3温度传感器T3附近，所述第1制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-1插入连接在蒸发器101-1的制冷剂吸入侧。此外，由于此处的第2温度传感器T2-1、T2-2也要求高的检测精度，所以优选采用使用了铂电阻带的Pt传感器。此外，关于第3温度传感器T3，优选与第4温度传感器T4-1、T4-2同样地采用使用了热电偶的热电偶传感器。
以上的功能结构能够通过应用公知技术来实现，以下对实施例所涉及的特征进行说明。其结构上的特征为上述的旁路流路，具体而言，所述旁路流路构成为具有：第1流路，其从第2制冷剂循环200-2中的蒸发器101-2的制冷剂排出侧起，连接到制冷循环100中的蒸发器101-1的制冷剂排出侧与电动式压缩机102的制冷剂吸入侧之间的位置；第2流路，其从第1流路的中途位置起经由用于调节流量的高压制冷剂用电子膨胀阀EV2连接到制冷循环100所具有的冷凝器103的制冷剂吸入侧与电动式压缩机102的制冷剂排出侧之间的位置；第3流路，其从第1流路延伸，并经由用于调节流量的注入(injection)用电子膨胀阀EV3，连接到制冷循环100中的冷凝器103的制冷剂排出侧与蒸发器101-1的制冷剂吸入侧之间的制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-1的制冷剂流入稍前侧的位置；第4流路，其在制冷循环100中的制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-1的制冷剂流入稍前侧的比第3流路更靠近蒸发器101-1的制冷剂吸入侧的位置，经由流量调节用的第2制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-2连接到第2制冷剂循环200-2中的蒸发器101-2的制冷剂吸入侧。此外，这些制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-1、EV1-2、高压制冷剂用电子膨胀阀EV2、以及注入用电子膨胀阀EV3均优选应用与专利文献1所公开的具有步进电机的结构相同的电子膨胀阀。
此外，以这种旁路流路结构为前提的控制方面的特征是由上述设备控制单元(CPU)的处理功能所发挥的。具体而言，对由第1温度传感器T1-1、T1-2分别检测出的工作对象温度进行包括比例、积分、微分的PID运算，并根据基于该PID运算的结果生成的控制信号来控制制冷剂循环200-1、200-2中的加热装置202-1、202-2的各自的加热量，对由第2温度传感器T2-1、T2-2分别检测出的液体制冷剂温度进行包括比例、积分、微分的PID运算，并根据基于该PID运算的结果生成的脉冲信号来分别控制制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-1、EV1-2的开闭，从而控制制冷循环100和旁路流路中的制冷剂流量，对由压力传感器P检测出的制冷剂压力进行包括比例、积分、微分的PID运算，对由第3温度传感器T3检测出的制冷剂温度进行包括比例、积分、微分的PID运算，并根据基于这两个PID运算的结果生成的脉冲信号，以将高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的开度保持为固定(能够例示例如相对于全开100％而成为20％的情况)而使从旁路流路中的第2流路经由第1流路的一部分向制冷循环100的电动式压缩机102的制冷剂吸入侧循环的高压制冷剂旁路操作流量收敛于作为目标的规定值的方式，对注入用电子膨胀阀EV3的开度进行可调设定，从而控制旁路流路和制冷循环100的整体的制冷剂流量，并且将为了驱动电动式压缩机102而生成的驱动控制信号输出到变频器INV，根据由第3温度传感器T3检测出的制冷剂温度而在规定的范围内对电动式压缩机102的运转频率进行可调控制。
此外，设备控制单元(CPU)进行如下的前馈控制：基于由制冷剂循环200-1、200-2中的第1温度传感器T1-1、T1-2和第4温度传感器T4-1、T4-2分别检测出的液体制冷剂温度的差值来单独计算工作对象W1、W2侧的热负荷量，将该计算结果分别反映至基于由压力传感器P检测出的制冷剂压力进行PID运算而得到的结果、和基于由第3温度传感器T3检测出的制冷剂温度进行PID运算而得到的结果，从而对冷却控制进行校正。具体而言，对于注入用电子膨胀阀EV3的开度，设备控制单元(CPU)根据计算热负荷量的结果使存在热负荷的情况下的开度大于不存在热负荷的情况下的开度，除此以外，使降温工作中的注入用电子膨胀阀EV3的开度大于升温工作中的注入用电子膨胀阀EV3的开度，所述降温工作是由于驱动制冷循环100的电动式压缩机102而在蒸发器101-1、101-2中进行热交换所造成的使工作对象W1、W2降温的工作，所述升温工作是由于制冷剂循环200-1、200-2中的加热装置202-1、202-2的加热而造成的使工作对象W1、W2升温的工作。
图2是为了说明以实施例所涉及的制冷装置所具有的旁路流路作为中心的制冷剂的流动而示出的主要部分的概要图。
参照图2，示出了在本实施例所涉及的制冷装置中，利用设备控制单元(CPU)执行以上述旁路流路的结构为对象的各种控制，被制冷循环100的电动式压缩机102压缩成高压气体的制冷剂气体(被称为热气体)经过旁路流路的第2流路中的将开度保持为固定(20％)的高压制冷剂用电子膨胀阀EV2，并经由第1流路的一部分向制冷循环100的电动式压缩机102的制冷剂吸入侧进行循环。此外，此时如图2中的虚线框内所示的那样，注入用电子膨胀阀EV3的开度被可调设定，来自冷凝器103的制冷剂气体经由第3流路向电动式压缩机102的制冷剂吸入侧流动，但该开度的设定依赖于电动式压缩机102的性能来进行。例如作为电动式压缩机102的基本性能，设想在120℃以下产生排出压力、吸入压力在-24℃下为0.23MPa以上的使用范围，并假定如下的控制条件：在向制冷循环200-1的工作对象W1供给的液体制冷剂的目标值为0℃以下时，高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的相对于电动式压缩机102的吸入压力的目标值在-20℃下为0.3MPa，注入用电子膨胀阀EV3的相对于电动式压缩机102的吸入温度的目标值为-15℃，在向制冷剂循环200-1的工作对象W1供给的液体制冷剂的目标值超过0℃时，高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的相对于电动式压缩机102的吸入压力的目标值在-10℃下为0.47MPa，注入用电子膨胀阀EV3的相对于电动式压缩机102的吸入温度的目标值为-5℃。
在这样的控制条件下能够例示出如下情况，即：在制冷装置运转中，向制冷循环200-1的工作对象W1供给的液体制冷剂的目标值设定为-10℃，如果没有热负荷，则高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的相对于电动式压缩机102的吸入压力为0.30Mpa，高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的开度为20％，注入用电子膨胀阀EV3的相对于电动式压缩机102的吸入温度为-15℃，注入用电子膨胀阀EV3的开度为20％。此外，能够例示如下情况，即：在制冷装置运转中，向制冷循环200-1的工作对象W1供给的液体制冷剂的目标值设定为-10℃，如果有热负荷，则高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的相对于电动式压缩机102的吸入压力为0.30MPa，高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的开度为20％，注入用电子膨胀阀EV3的相对于电动式压缩机102的吸入温度为-15℃，注入用电子膨胀阀EV3的开度为50％。进而，能够例示如下情况，即：在制冷装置运转中，向制冷循环200-1的工作对象W1供给的液体制冷剂的目标值设定为0℃以上，如果没有热负荷，则高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的相对于电动式压缩机102的吸入压力为0.47MPa，高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的开度为20％，注入用电子膨胀阀EV3的相对于电动式压缩机102的吸入温度为-5℃，注入用电子膨胀阀EV3的开度为20％。此外，能够例示如下情况，即：在制冷装置运转中，制冷循环200-1向工作对象W1供给的液体制冷剂的目标值设定为0℃以上，如果没有热负荷，则高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的相对于电动式压缩机102的吸入压力为0.47MPa，高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的开度为20％，注入用电子膨胀阀EV3的相对于电动式压缩机102的吸入温度为-5℃，注入用电子膨胀阀EV3的开度为50％。此外，还能够例示如下情况，即：当制冷装置在由于制冷循环200-1中的加热装置202-1的加热而使工作对象W1升温的工作中将液体制冷剂供给的目标值从-10℃设定为100℃时，高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的相对于电动式压缩机102的吸入压力为0.47MPa，高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的开度为20％，注入用电子膨胀阀EV3的相对于电动式压缩机102的吸入温度为-5℃，注入用电子膨胀阀EV3的开度为20％。与此相对，能够例示如下情况，即：当相反地制冷装置在由于驱动制冷循环100的电动式压缩机102而在蒸发器101-1中进行热交换所造成的使工作对象W1降温的工作中将液体制冷剂供给的目标值从+100℃设定为-10℃时，高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的相对于电动式压缩机102的吸入压力为0.47MPa，高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的开度为20％，注入用电子膨胀阀EV3的相对于电动式压缩机102的吸入温度为-15℃，注入用电子膨胀阀EV3的开度为50％。
总而言之，高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的作用在于，以相对于电动式压缩机102的吸入压力成为0.3MPa的方式，使被电动式压缩机102压缩成高压的制冷剂气体向电动式压缩机102的制冷剂吸入侧汇合而使压力上升。如果高压制冷剂旁路操作流量多，则电动式压缩机102白白地工作其多出的部分，因此为了成为所需要的最小限度的冷却能力，以高压制冷剂电子膨胀阀EV2的开度成为20％的方式，对电动压缩机102的运转频率进行可调控制，使得即使在任何运转条件下都能够实施最佳的节能运转。注入用电子膨胀阀EV3的作用在于，以相对于电动式压缩机102的吸入温度总是固定的方式，使被电动式压缩机102压缩成高压的制冷剂气体向电动式压缩机102的制冷剂吸入侧汇合而使温度上升。但是，相对于电动式压缩机102的吸入压力、吸入温度会根据使用环境条件而改变，因此目标值会根据其而改变。例如能够例示相对于电动式压缩机102的吸入温度的目标值被改变至+5℃的情况。
此外，图2中所示的制冷循环100中的蒸发器101-1的制冷剂吸入侧的制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-1的作用在于，调节从冷凝器103向蒸发器101-1流动的制冷剂的流量，利用蒸发器101-1中的热交换使在制冷剂循环200-1中循环的液体制冷剂适度地冷却。进而，在制冷循环100中的旁路流路的第4流路中接入的制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-2的作用也是相同的，调节从冷凝器103向蒸发器101-2流动的制冷剂的流量，利用蒸发器101-2中的热交换使在制冷剂循环200-2中循环的液体制冷剂适度地冷却。对于任一个制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-1、EV1-2，均能够通过流量调节而用蒸发器101-1、101-2中的热交换将制冷剂循环200-1、200-2的液体制冷剂冷却2℃左右。特别是对于第4流路中的制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-2，承担了如下的辅助作用，即：与制冷循环100中的蒸发器101-1的热交换功能无关，通过使用以上述旁路流路的结构为前提的设备控制单元(CPU)实施将第2流路中的高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的开度设为固定、对第3流路中的注入用电子膨胀阀EV3的开度进行可调设定的制冷循环100和旁路流路中的制冷剂的流量控制，从而有意地降低蒸发器101-2中的冷却功能，实现能够在双重结构的制冷剂循环200-1、200-2中同时且高精度地对不同的保温范围条件的工作对象W1、W2进行保温控制的功能。
图3是为了说明由实施例涉及的制冷装置所具有的作为控制装置的设备控制单元(CPU)实施的电动式压缩机102的运转频率的可调控制而示出的、将高压制冷剂旁路操作流量-压缩机运转频率特性相对于经过时间的对比地示出的示意图，所电动式压缩机运转频率与流过旁路流路中的第2流路和第1流路的一部分而向制冷循环100的电动式压缩机102的制冷剂吸入侧进行循环的高压制冷剂旁路操作流量对应。
参照图3，在此关于由设备控制单元(CPU)实施的流过旁路流路中的第2流路和第1流路的一部分而向制冷循环100的电动式压缩机102的制冷剂吸入侧进行循环的高压制冷剂旁路操作流量，示出了以下情况：以将作为特性上的一个示例而用实线示出的测定值与目标值的20％进行比较并收敛于目标值的20％的方式，对来自第3温度传感器T3的制冷剂温度、以及来自压力传感器P的制冷剂压力进行PID运算，并将基于该PID运算的结果生成的驱动控制信号向变频器INV输出，根据制冷剂温度在与流量0％～100％对应的7Hz～140Hz的频率范围内对电动式压缩机102的运转频率进行可调控制，此时将第2流路中的高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的开度维持在20％，而对第3流路中的注入用电子膨胀阀EV3的开度进行可调设定。在此，关于高压制冷剂旁路操作流量的测定值与目标值的差值，实施了进行移动平均而使变化量变得平缓的处理，但例示出的目标值20％、驱动控制信号的频率范围7Hz～140Hz能够根据使用条件而变化。
根据实施例所涉及的制冷装置，在对接入到第4流路中的制冷剂供给电子膨胀阀EV1-2的开度进行控制而使被冷却降低的制冷剂经过与制冷循环100连接的由第1流路～第4流路构成的旁路流路而流向连接了工作对象W2的制冷剂循环200-2的蒸发器101-2时，设备控制单元(CPU)对由制冷剂循环200-1、200-2中的第1温度传感器T1-1、T1-2检测出的液体制冷剂温度进行PID运算，并根据基于该PID运算的结果生成的控制信号来控制加热装置202-1、202-2的加热量，并且对由第2温度传感器T2-1、T2-2检测出的液体制冷剂温度进行PID运算，并根据基于该PID运算的结果生成的脉冲信号来控制制冷循环100的蒸发器101-1的制冷剂吸入侧的制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-1的开度、以及在第4流路中接入的制冷剂供给用电子膨胀阀EV1-2的开度，进而对制冷循环100中的压力传感器P的制冷剂压力、第3温度传感器T3的制冷剂温度进行PID运算，并根据基于该PID运算的结果生成的脉冲信号，以将第2流路的高压制冷剂用电子膨胀阀EV2的开度设为固定而使从此处经由第1流路的一部分向电动式压缩机102进行循环的高压制冷剂旁路操作流量收敛于目标值的方式，对第3流路的注入用电子膨胀阀EV3的开度进行可调设定，输出驱动控制信号并根据制冷剂温度在规定的范围内对压缩机102的运转频率进行可调控制，其中，所述制冷循环100与连接了工作对象W1的制冷剂循环200-1共用蒸发器101-1，因此，结构的成本低且不会损害冷却性能，不会向电动式压缩机102施加过负载，能够同时且高精度地对保温范围条件不同的工作对象W1、W2进行保温控制。其结果为，如果例如将与第1制冷剂循环200-1连接的工作对象W1用于对半导体蚀刻装置中的下部电极进行保温，并且将与第2制冷剂循环200-2连接的工作对象W2用于对半导体蚀刻装置中的上部电极进行保温，则能够没有温度波动且高精度地进行对靶材的半导体蚀刻。
图4是为了说明实施例所涉及的制冷装置中的冷却性能而示出的莫里尔图。但是，设想将高效率的氟利昂气体(R410A)用于在实施例所涉及的制冷装置中的制冷循环100和旁路流路中循环的制冷剂的情况。
参照图4可知，在实施例所涉及的制冷装置中，在用压力p[MPa]与比焓h[kJ/kg]的关系表示的莫里尔图上的制冷循环中，点A到点B之间表示电动式压缩机102中的制冷剂的状态变化，点B到点C之间表示冷凝器103中的制冷剂的状态变化，点C到点D之间表示膨胀阀中的制冷剂的状态变化，点D到点A表示蒸发器101-1中的制冷剂的状态变化，点B涉及的压缩刚结束时的比焓h为h3＝470kJ/kg，点A涉及的热交换刚结束时的比焓h为h2＝420kJ/kg，点C至点D涉及的冷凝后的膨胀时的比焓h为h1＝255kJ/kg。
当基于上述结果来分析冷却性能时，如果表示制冷效果的h2-h1为420-255＝165kJ/kg，冷却侧循环流量为174kg/小时，则由将这些值相乘并进行换算成以秒为单位的除法运算的计算结果可知，冷却性能为165×174/3600＝8kW。此外，当分析加热性能时，如果表示高压的压缩制冷剂气体的h3-h2为470-420＝50kJ/kg，旁路循环流量为50kg/小时，则由将这些值相乘并进行换算成以秒为单位的除法运算的计算结果可知，加热性能为50×50/3600＝0.7kW。此外，在专利文献1所涉及的制冷装置中，由于具有被电动式压缩机压缩成高压的制冷剂气体向蒸发器的制冷剂吸入侧返回的旁路流路，所以减去与上述加热性能对应的加热量，冷却性能为8-0.7＝7.3kW。相对于此，在实施例所涉及的制冷装置中，由于具有向蒸发器101-1的制冷剂排出侧返回的旁路流路，所以能够使用8kW的冷却能力。即，在实施例所涉及的制冷装置中，由于被制冷循环100中的电动式压缩机102压缩成高压的制冷剂气体不会流入蒸发器101-1，所以能够使用100％的冷冻效果，不需要额外地使制冷剂流动，由此，实施例所涉及的制冷装置与专利文献1的冷却装置相比，结果实现了约10％～15％的节能效果。
另外，在实施例所涉及的制冷装置中，说明了设备控制单元(CPU)对设置在制冷循环100内的第3温度传感器T3、以及由压力传感器P检测出的制冷剂压力进行PID运算，并将基于该PID运算的结果生成的驱动控制信号向变频器INV输出，根据由第3温度传感器T3检测出的制冷剂温度在规定的范围内对电动式压缩机102的运转频率进行可调控制的功能，但是也能够使所述制冷装置具有以下功能：对于用于生成驱动控制信号的PID运算像专利文献1中说明的那样，在由使用者设定的设定温度与由第1温度传感器T1-1、T1-2检测出的工作对象温度的温差少的保温设定时，将由设置在制冷剂循环200-1、200-2内的第2温度传感器T2-1、T2-2检测出的液体制冷剂温度作为对象来生成驱动控制信号，根据由第1温度传感器T1-1、T1-2检测出的工作对象温度在规定的范围内对电动式压缩机102的运转频率进行可调控制，因此本发明的制冷装置并不限定于实施例中说明的方式。但是，本发明的制冷装置的技术思想为，通过如上述那样具有两个系统的制冷剂循环200-1、200-2，不会损害制冷循环100的冷却性能，有效利用旁路流路控制制冷剂流量，从而提高冷却性能，并且实现节能化，因此如实施例中说明的那样对成为自循环内的制冷循环100内的第3温度传感器T3的制冷剂温度、以及由压力传感器P检测出的制冷剂压力进行PID运算而生成驱动控制信号的方法从跟踪性、准确度方面可以说是有利的。
附图标记说明
100：制冷循环；
101-1、101-2：蒸发器(热交换器)；
102：电动式压缩机；
103：冷凝器；
200-1、200-2：制冷剂循环；
201-1、201-2：制冷剂罐；
202-1、202-2：加热装置(加热器)；
203-1、203-2：泵；
300：冷却回路；
EV1-1、EV1-2：制冷剂供给用电子膨胀阀；
EV2：高压制冷剂用电子膨胀阀；
EV3：注入用电子膨胀阀；
F：流量检测传感器；
P：压力传感器；
T1-1、T1-2：第1温度传感器；
T2-1、T2-2：第2温度传感器；
T3：第3温度传感器；
T4-1、T4-2：第4温度传感器；
W1、W2：工作对象。

Claims (7)

1.一种制冷装置，其具有：
制冷循环，其循环有冷却用的制冷剂；
第1制冷剂循环，其循环有加热用的液体制冷剂，并共用所述制冷循环所具有的第1蒸发器；
第2制冷剂循环，其使所述制冷剂经过在所述制冷循环的规定位置通过管道进行了旁路连接的旁路流路而在不同于所述第1蒸发器的第2蒸发器内循环，并且在另一系统循环有加热用的液体制冷剂；以及
控制装置，其将分别接入到所述第1制冷剂循环和所述第2制冷剂循环而成为保温对象的各种用户装置作为工作对象，面向使用者在规定的温度范围内提供选择性的温度设定，并且根据使用者设定的设定温度与通过第1温度传感器检测的工作对象温度的温差来控制所述制冷循环所具有的电动式压缩机的转数、以及用于对在该第1制冷剂循环和该第2制冷剂循环中循环的所述液体制冷剂进行加热的加热装置的加热温度，其中，所述第1温度传感器分别设置在该第1制冷剂循环和该第2制冷剂循环的靠近该工作对象侧的位置，
所述制冷装置的特征在于，
所述第1制冷剂循环和所述第2制冷剂循环具有：第2温度传感器，分别设置在所述第1蒸发器和所述第2蒸发器的制冷剂排出侧且液体制冷剂相对于所述加热装置进行流入的稍前侧，并检测液体制冷剂温度；和第4温度传感器，分别设置在所述第1蒸发器和所述第2蒸发器的制冷剂吸入侧且液体制冷剂相对于所述工作对象的流出侧，并检测液体制冷剂温度，
所述制冷循环具有：第3温度传感器，其设置在所述电动式压缩机的制冷剂吸入侧且所述第1蒸发器的制冷剂排出侧，并用于检测制冷剂温度；压力传感器，其设置在所述电动式压缩机的制冷剂吸入侧的所述第3温度传感器附近，并检测制冷剂压力；以及第1制冷剂供给用电子膨胀阀，其接入到所述第1蒸发器的制冷剂吸入侧，并用于调节流量，
所述旁路流路形成为具有：第1流路，其从所述第2制冷剂循环中的所述第2蒸发器的制冷剂排出侧起，连接到所述制冷循环中的所述第1蒸发器的制冷剂排出侧与所述电动式压缩机的制冷剂吸入侧之间的位置；第2流路，其从所述第1流路的中途位置起经由流量调节用的高压制冷剂用电子膨胀阀而连接到所述制冷循环所具有的冷凝器的制冷剂吸入侧与所述电动式压缩机的制冷剂排出侧之间的位置；第3流路，其从所述第1流路延伸，并经由流量调节用的注入用电子膨胀阀而连接到所述制冷循环中的所述冷凝器的制冷剂排出侧与所述第1蒸发器的制冷剂吸入侧之间的所述第1制冷剂供给用电子膨胀阀的制冷剂流入稍前侧的位置；以及第4流路，其从所述制冷循环中的所述第1制冷剂供给用电子膨胀阀的制冷剂流入稍前侧的比所述第3流路更靠近所述第1蒸发器的制冷剂吸入侧的位置，经由流量调节用的第2制冷剂供给用电子膨胀阀而连接到所述第2制冷剂循环中的所述第2蒸发器的制冷剂吸入侧，
所述控制装置对由所述第1温度传感器分别检测出的所述工作对象温度进行包括比例、积分、微分的PID运算，并根据基于该PID运算的结果生成的控制信号来控制所述第1制冷剂循环和所述第2制冷剂循环中的所述加热装置的各自的加热量，对由所述第2温度传感器分别检测出的所述液体制冷剂温度进行包括比例、积分、微分的PID运算，并根据基于该PID运算的结果生成的脉冲信号来分别控制所述第1制冷剂供给用电子膨胀阀和所述第2制冷剂供给用电子膨胀阀的开闭，从而控制所述制冷循环和所述旁路流路中的制冷剂流量，对由所述压力传感器检测出的所述制冷剂压力进行包括比例、积分、微分的PID运算，并对由所述第3温度传感器检测出的所述制冷剂温度进行包括比例、积分、微分的PID运算，根据基于这两个PID运算的结果生成的脉冲信号，以将所述高压制冷剂用电子膨胀阀的开度保持为固定而使从该旁路流路中的所述第2流路经由所述第1流路的一部分向该制冷循环的所述电动式压缩机的制冷剂吸入侧进行循环的高压制冷剂旁路操作流量收敛于作为目标的规定值的方式，对所述注入用电子膨胀阀的开度进行可调设定，从而控制该旁路流路和该制冷循环的整体的制冷剂流量，并且将为了驱动该电动式压缩机而生成的驱动控制信号输出到变频器，根据该制冷剂温度在规定的范围内对该电动式压缩机的运转频率进行可调控制。
2.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，
所述控制装置进行以下的前馈控制：基于由所述第1制冷剂循环和所述第2制冷剂循环中的所述第1温度传感器和所述第4温度传感器分别检测出的所述液体制冷剂温度的差值来单独计算所述工作对象侧的热负荷量，将该计算结果分别反映至基于由所述压力传感器检测出的所述制冷剂压力进行所述PID运算而得到的结果、和基于由所述第3温度传感器检测出的所述制冷剂温度进行所述PID运算而得到的结果，从而对冷却控制进行校正。
3.根据权利要求2所述的制冷装置，其特征在于，
对于所述注入用电子膨胀阀的开度，所述控制装置根据计算所述热负荷量的结果而使存在热负荷的情况下的开度大于不存在热负荷的情况下的开度。
4.根据权利要求2所述的制冷装置，其特征在于，
所述控制装置使降温工作中的所述注入用电子膨胀阀的开度大于升温工作中的所述注入用电子膨胀阀的开度，所述降温工作是由于驱动所述制冷循环的所述电动式压缩机而在所述第1蒸发器中进行热交换所造成的使所述工作对象降温的工作，所述升温工作是由于所述第1制冷剂循环和所述第2制冷剂循环中的所述加热装置的加热而造成的使该工作对象升温的工作。
5.根据权利要求3所述的制冷装置，其特征在于，
所述控制装置使降温工作中的所述注入用电子膨胀阀的开度大于升温工作时的所述注入用电子膨胀阀的开度，所述降温工作是由于驱动所述制冷循环的所述电动式压缩机而在所述第1蒸发器中进行热交换所造成的使所述工作对象降温的工作，所述升温工作是由于所述第1制冷剂循环和所述第2制冷剂循环中的所述加热装置的加热而造成的使该工作对象升温的工作。
6.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，
所述第1温度传感器和所述第2温度传感器是使用了铂电阻带的Pt传感器，所述第3温度传感器和所述第4温度传感器是使用了热电偶的热电偶传感器。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的制冷装置，其特征在于，
将与所述第1制冷剂循环连接的所述工作对象用于对半导体蚀刻装置中的下部电极进行保温，并且将与所述第2制冷剂循环连接的所述工作对象用于对该半导体蚀刻装置中的上部电极进行保温。
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