JP2003028515A - 恒温液循環装置 - Google Patents
恒温液循環装置Info
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Abstract
く、外乱に対しても制御性が良く、装置を小形にするこ
とができる恒温液循環装置を提供する。 【解決手段】 恒温液回路部4と、冷凍回路部3と、制
御部5とを備えた恒温液循環装置1において、上記冷凍
回路部3は、インバータ電源で回転数制御される圧縮機
7、凝縮器8、電子膨張弁56、蒸発器10からなるメ
イン回路部50と、該凝縮器8をバイパスし電子膨張弁
59を有するホットガス回路部58とを備え、上記恒温
液回路部4は、熱交換器25と、温度センサ37と、循
環手段28とを備え、上記制御部5は、温度センサ37
からの信号により電子膨張弁56,59の開度及び圧縮
機7の回転数を制御して、負荷に供給する恒温液の温度
を所定の温度に制御する。
Description
給して循環させる恒温液循環装置に関するものである。
を示し、この恒温液循環装置101は、負荷2において
温度が上昇した恒温液を冷却するための冷凍回路部10
3と、該冷凍回路部103の冷媒によって冷却した上記
恒温液を所定の温度に調整した後、負荷2に供給して循
環させる恒温液回路部104と、負荷2に供給する恒温
液の温度を制御する制御部105とを備えている。
て高温高圧の冷媒ガスとする圧縮機7と、この冷媒ガス
を冷却凝縮して高圧の液冷媒とする凝縮器8と、この液
冷媒を減圧して低温化する減圧器9と、減圧器9で減圧
した液冷媒を蒸発させる蒸発器10とを順次直列に接続
したものとして構成されている。上記恒温液回路部10
4は、恒温液のタンク24と、負荷2において温度が上
昇した恒温液を冷却する熱交換器25と、熱交換器25
において冷却された恒温液を所定の温度に加熱するヒー
タ27を有するヒータユニット26と、ヒータ27によ
って所定の温度に調整されたタンク24内の恒温液を負
荷2に供給して循環させるポンプ28と、タンク24内
の恒温液の水位を検出するレベルスイッチ29とを備
え、熱交換器25、ヒータユニット26及びポンプ28
は、いずれもタンク24に組み付けられている。また、
ヒータ27の外周には、これを取り囲み有底筒状で上部
が開口するヒータカバー30が設けられている。
もので、温度センサ37の温度信号に応じて必要な信号
を出力する温度コントローラ42と、タンク24内のレ
ベルスイッチ29と低圧カットスイッチ39及び冷媒高
圧カットスイッチ20の信号に応じて必要な信号を出力
するプログラマロジックコントローラ(以下、PLCと
略記する。)43と、温度コントローラ42とPLC4
3とが出力する信号によって圧縮機7とポンプ28の運
転、ヒータ27への通電、インジェクションバルブ16
を制御する電磁接触器・電磁開閉器44、及び必要な表
示を行う操作表示パネル45とを備えている。
って温度が上昇した恒温液を熱交換器25により冷却
し、この恒温液をヒータ27により加熱して所定の温度
の恒温液とするので、恒温液の温度調整が容易なもので
ある。しかしながら、上記恒温液循環装置101は、熱
交換器25において冷却した恒温液をヒータ27によっ
て加熱するために、運転に必要な電力量が多くなり、特
に、循環装置101の運転状態によっては、圧縮機7、
ポンプ28及びヒータ27に同時に通電されることがあ
るが、これに対応するためには循環装置101への通電
許容量を多くする必要があり、通電のための設備コスト
も大きくなる。
4に示す恒温液循環装置がある。図4に示す恒温液循環
装置91は、負荷2から還流する恒温液を所定の温度に
冷却して負荷2に供給する恒温液回路部93と、該恒温
液を冷却するための冷凍回路部92と、該負荷2に供給
する恒温液の温度を制御するための制御部94とを備え
ている。上記冷凍回路部92は、圧縮機7、凝縮器8、
第1電子膨張弁56、蒸発器10、及びこれらを直列に
接続する配管からなるメイン回路部50と、該メイン回
路部50に設けられた圧力センサ61及び温度センサ6
2と、上記凝縮器8及び第1電子膨張弁56をバイパス
して上記圧縮機7から吐出される高温の冷媒の一部を蒸
発器10に供給する第2電子膨張弁59を有するホット
ガス回路部58と、電子膨張弁57を有する還流回路1
2とを備えている。
24と、該タンク24内のオーバーフロータンク64
と、負荷2から還流する恒温液を上記蒸発器10で冷却
する熱交換器25と、恒温液の温度を検出する温度セン
サ37と、レベルスイッチ29と、所定の温度に調整さ
れた恒温液を負荷2に供給して循環させるポンプ28と
を備えている。上記制御部94は、PLC43、電磁接
触器・電磁開閉器67、操作表示パネル45及び膨張弁
コントローラ96を備え、該膨張弁コントローラ96
は、上記温度センサ37、62及び圧力センサ61の信
号によって、上記電子膨張弁56,57,59の開度を
個別に制御して恒温液を所定の温度に調整している。
は、制御部94により第1及び第2の電子膨張弁56,
59の開度を制御して冷凍回路部92の冷凍能力を制御
し、負荷2に供給する恒温液の温度を正確に制御できる
ため、図3に示す恒温液循環装置1における、所定の温
度の恒温液にするためのヒータ27が必要でなくなる。
しかし、図4に示す恒温液循環装置91は、第1及び第
2の電子膨張弁56,59の開度を制御するだけで冷凍
回路部92の冷凍能力を制御しているために、目標温度
への到達時間が短いとはいえず、外乱(恒温液流量の変
化、外部の熱負荷の変化、凝縮器の冷却水温度の変化な
ど)に対しても制御性が良いとはいえなかった。
する課題は、省エネルギーで、目標温度への到達時間が
短く、外乱に対しても制御性が良く、装置を小形にする
ことができる恒温液循環装置を提供することにある。
め、本発明の恒温液循環装置は、負荷から還流する恒温
液を所定の温度に冷却または加熱して負荷に供給する恒
温液回路部と、該恒温液を冷却または加熱するための冷
凍回路部と、制御部とを備えた恒温液循環装置におい
て、上記冷凍回路部が、インバータ電源で回転数が制御
される圧縮機と、凝縮器と、第1電子膨張弁と、蒸発器
と、これらを直列に接続する配管とからなるメイン回路
部と、上記凝縮器及び第1電子膨張弁をバイパスして上
記圧縮機から吐出される高温の冷媒の一部を蒸発器に供
給する第2電子膨張弁を有するホットガス回路部とを備
え、上記恒温液回路部が、恒温液のタンクと、負荷から
還流する恒温液を上記蒸発器で冷却または加熱する熱交
換器と、恒温液の温度を検出する少なくとも1つ以上の
温度センサと、所定の温度に調整した恒温液を負荷に供
給して循環させる循環手段とを備え、上記制御部が、上
記温度センサからの信号により上記第1及び第2の電子
膨張弁の開度及び上記圧縮機の回転数を制御して、負荷
に供給する恒温液の温度を所定の温度に制御することを
特徴としている。
冷媒の温度または圧力を検出する少なくとも1つの温度
センサまたは圧力センサを有し、上記制御部が、上記恒
温液温度センサからの信号に代えて、あるいは上記恒温
液温度センサからの信号と共に、上記冷凍回路部の温度
センサまたは圧力センサからの信号により上記第1電子
膨張弁の開度を制御するが適切であり、上記冷凍回路部
の温度センサまたは圧力センサが上記メイン回路部の蒸
発器の流入側及び流出側にそれぞれ設けられ、上記制御
部が、該蒸発器の流入側及び流出側に設けた温度センサ
または圧力センサからの信号に基づく偏差信号により上
記第1電子膨張弁の開度を制御し、上記恒温液温度セン
サからの信号により上記第2電子膨張弁の開度を制御す
るのが好ましい。
する恒温液を所定の温度に冷却または加熱して負荷に供
給する恒温液回路部と、該恒温液を冷却または加熱する
ための冷凍回路部と、制御部とを備えた恒温液循環装置
において、上記冷凍回路部が、インバータ電源で回転数
が制御される圧縮機と、凝縮器と、第1電子膨張弁と、
蒸発器と、これらを直列に接続する配管とからなるメイ
ン回路部と、上記凝縮器及び第1電子膨張弁をバイパス
して上記圧縮機から吐出される高温の冷媒の一部を蒸発
器に供給する第2電子膨張弁を有するホットガス回路部
とを備え、上記恒温液回路部が、恒温液のタンクと、負
荷から還流する恒温液を上記蒸発器で冷却または加熱す
る熱交換器と、恒温液の温度を検出する少なくとも1つ
以上の温度センサと、所定の温度に調整した恒温液を負
荷に供給して循環させる循環手段とを備え、上記制御部
が、上記温度センサからの信号により上記第1及び第2
の電子膨張弁の開度及び上記圧縮機の回転数を制御し
て、負荷に供給する恒温液の温度を所定の温度に制御す
るため、上記冷凍回路部の冷凍能力は、上記第1及び第
2の電子膨張弁による制御に加え、上記圧縮機の回転数
を制御することによっても制御される。すなわち、上記
制御部は、上記圧縮機のインバータ電源の周波数を制御
することにより、上記圧縮機の回転数を制御してホット
ガスの温度や圧力を制御し、該ホットガスを上記第1及
び第2の電子膨張弁の制御と関連させながら上記蒸発器
に供給するため、上記冷凍回路部の冷凍能力を制御する
ことができる。
上記第1及び第2の電子膨張弁による制御だけでなく、
上記圧縮機の回転数を制御することによっても上記冷凍
回路部の冷凍能力を制御しているため、負荷に供給する
恒温液を所定の温度に正確に制御することができると共
に、目標温度への到達時間が格段に早くなり、外乱に対
しても制御性が良い。また、上記圧縮機は高周波数で運
転させることにより小型の圧縮機でも冷媒循環量を従来
のものと同等にすることができるから、装置を小型にす
ることができ、冷媒循環量が少なくてもよいときには低
周波数で運転させることにより回転数を減少させること
ができるから、圧縮機の騒音を抑えることができると共
に、消費電力も少なくて済む。また、本発明の恒温液循
環装置は、負荷に供給する恒温液を所定の温度に正確に
制御することができるため、恒温液を加熱するためのヒ
ータを必要としない。したがって、本発明の恒温液循環
装置は、省エネルギーを達成することができると共に、
装置を小形にすることができる。
置の一実施例を示し、この恒温液循環装置1は、負荷2
から還流する恒温液を所定の温度に冷却または加熱して
負荷に供給する恒温液回路部4と、該恒温液を冷却また
は加熱するための冷凍回路部3と、該負荷2に供給する
恒温液の温度を制御するための制御部5とを備えてい
る。上記冷凍回路部3は、適宜の冷媒を圧縮して高温高
圧の冷媒ガスとするインバータ電源で回転数制御される
圧縮機7と、この冷媒ガスを冷却凝縮して高圧の液冷媒
とする凝縮器(図示の例は水冷式凝縮器)8と、この液
冷媒を減圧して低温低圧の冷媒とする、弁開度が調整可
能な電子膨張弁56からなる減圧器と、電子膨張弁56
で減圧した低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器10と、
これらを直列に接続する配管からなるメイン回路部50
と、上記凝縮器8及び電子膨張弁56をバイパスして上
記圧縮機7から吐出される高温の冷媒の一部を蒸発器1
0に供給する弁開度が調整可能な電子膨張弁59を有す
るホットガス回路部58とを備えている。
出口温度が高いときに、凝縮器8で凝縮した冷媒を、凝
縮器8と電子膨張弁56間の流路から圧縮機7の入口側
に還流させる還流回路12と、該還流回路12中の冷媒
循環量が調整可能な膨張弁(図示の例は電子膨張弁)5
7とを備えている。そして、これらの電子膨張弁56,
57,59は、いずれも制御部5によって制御される。
また、蒸発器10の出口側と還流回路12との交差部間
の流路には、この流路を流れる冷媒ガスの圧力を検出す
る圧力センサ61が設けられており、上記交差部と圧縮
機7の入口側との間の流路には、圧縮機7に還流する冷
媒ガスの温度を検出して信号を出力する温度センサ62
が設けられている。そして、該圧力センサ61及び温度
センサ62は、上記制御部5に信号を出力するものとし
て構成されている。また、上記圧縮機7にはその回転数
を検出して信号を出力する回転数検出器65が設けられ
ており、該回転数検出器65からの信号は上記制御部5
に出力される。なお、上記圧力センサ61及び温度セン
サ62に代えて、温度センサ60及び圧力センサ49を
それぞれ用いることもできる。
8の間の流路には、高温高圧の冷媒ガスの圧力を検出す
る高圧冷媒圧力計19と、この圧力計の圧力が所定の圧
力以上に上昇したときに信号を出力する高圧冷媒カット
スイッチ20とが設けられており、圧縮機7における冷
媒ガスの入口(還流)側には、低圧の冷媒ガスの圧力を
検出する低圧冷媒圧力計21が設けられている。また、
凝縮器8には、供給される冷却水の流量を調節する圧力
制水弁22が設けられている。上記恒温液回路部4は、
恒温液のタンク24と、負荷2から還流する恒温液を上
記蒸発器10で冷却または加熱する熱交換器25と、恒
温液の温度を検出する温度センサ37と、所定の温度に
冷却された恒温液を負荷2に供給して循環させるポンプ
28とを備えている。
内の恒温液の水位を検出するレベルスイッチ29と、タ
ンク24内のオーバーフロータンク64とを備え、冷凍
回路部3の蒸発器10が組み込まれた上記熱交換器25
は、入口に負荷2から還流する恒温液の戻り管32が、
出口にオーバーフロータンク64の下部に連通する配管
30が、それぞれ連結されている。上記温度センサ37
はポンプ28の吐出口に連結された供給管36内に設け
られており、その下流に、恒温液の出口側圧力を検出す
る圧力計38と、該圧力計38が検出した圧力が所定の
圧力以下になると信号を出力する低圧カットスイッチ3
9とが設けられている。また、タンク24の底壁には、
該タンク24内の恒温液を排出するためのドレン管40
が設けられている。
圧力センサ61及び回転数検出器65から送られてくる
入力信号を処理して上記電子膨張弁56,57,59の
開度を個別に制御すると共に、該電子膨張弁56,5
7,59の制御と関連させて上記圧縮機7の回転数を制
御している。上記制御部5は、恒温液の温度を検出する
温度センサ37からの信号により上記電子膨張弁56,
57,59の開度を個別に制御しているが、上記温度セ
ンサ37からの信号に代えて、あるいは上記温度センサ
37からの信号と共に、冷媒ガスの温度と圧力を個別に
検出する上記温度センサ62(または圧力センサ4
9)、または圧力センサ61(または温度センサ60)
からの信号により上記電子膨張弁56,57,59の開
度を個別に制御してもよい。
制御される圧縮機であるため、インバータ電源の周波数
を変えることにより冷媒ガスを圧縮する圧縮機7の回転
数を正確に制御することができ、該圧縮機7で圧縮され
る冷媒ガスの温度と圧力は、圧縮機7の回転数が増加す
れば増加し、圧縮機7の回転数が減少すればすれば減少
する。そして、上記制御部5は、温度センサ37,6
0,62、圧力センサ61及び回転数検出器65から送
られてくる入力信号を処理して、上記電子膨張弁56,
57,59の開度を個別に制御すると共に上記圧縮機7
の回転数を制御し、該圧縮機7で発生するホットガスを
上記電子膨張弁56,57,59の制御と関連させなが
ら蒸発器10に供給するから、上記冷凍回路部3の冷凍
能力を制御することができる。したがって、本発明の恒
温液循環装置1は、電子膨張弁56,59による制御だ
けでなく、圧縮機7の回転数を制御することによっても
冷凍回路部3の冷凍能力を制御しているため、負荷2に
供給する恒温液を所定の温度に正確に制御することがで
きると共に、目標温度への到達時間が格段に早くなり、
外乱に対しても制御性が良い。
機7を高周波数で運転させることにより小型の圧縮機で
も冷媒循環量を従来のものと同等にすることができるか
ら、装置を小型にすることができ、冷媒循環量が少なく
てもよいときには低周波数で運転させることにより回転
数を減少させることができるから、圧縮機の騒音を抑え
ることができると共に消費電力も少なくて済み、負荷に
供給する恒温液を所定の温度に正確に制御することがで
きるため、恒温液を加熱するためのヒータを必要としな
い。したがって、上記恒温液循環装置1は、省エネルギ
ーを達成することができると共に、装置を小形にするこ
とができる。また、上記制御部5は、その内部にPLC
(図示せず)、操作表示パネル(図示せず)及び電磁接
触器・電磁開閉器(図示せず)を有し、制御部5にレベ
ルスイッチ29や低圧カットスイッチ39や冷媒高圧カ
ットスイッチ20からの信号が入力されると、PLCは
電磁接触器・電磁開閉器に信号を出力し、電磁接触器・
電磁開閉器はこの信号によって圧縮機7とポンプ28の
運転を制御する。
実施例を示し、恒温液回路部4が、タンク24内のオー
バーフロータンク64を省略することによりタンク24
を小形にすると共に、熱交換器25の流出側付近に恒温
液の温度を検出する温度センサ46を設け、冷凍回路部
3が、蒸発器10の流入側及び流出側に冷媒ガスの温度
を検出する温度センサ47及び60をそれぞれ設けてい
る点で図1の装置と構造上相違し、そのほかの構造は図
1の装置と同様である。そして、上記温度センサ37、
46、47、60は上記制御部5に信号を出力し、該制
御部5は、蒸発器10の流入側及び流出側に設けた温度
センサ47,60でそれぞれ検出した冷媒ガスの温度の
差に基づく偏差信号により電子膨張弁56の開度を制御
し、温度センサ37からの信号により上記圧縮機7の回
転数を制御し、温度センサ46からの信号により電子膨
張弁59の開度を制御している。なお、上記温度センサ
47,60に代えて圧力センサ48、61を用いること
もでき、上記温度センサ47,60からの信号に基づく
偏差信号の代わりに、蒸発器10の流入側及び流出側に
設けた圧力センサ48,61でそれぞれ検出した冷媒ガ
スの圧力の差に基づく偏差信号を用いて電子膨張弁56
の開度を制御してもよい。
べる。 (イ).恒温液の目標温度(設定温度)に対して温度セ
ンサ37あるいは温度センサ46で検出した恒温液の温
度が高くなると、温度センサ47,60でそれぞれ検出
した冷媒ガスの温度の差、あるいは圧力センサ48,6
1でそれぞれ検出した冷媒ガスの圧力の差が大きくなる
ことから、上記制御部5は、温度センサ47,60から
の信号に基づく偏差信号あるいは圧力センサ48,61
からの信号に基づく偏差信号により電子膨張弁56を開
く方向に制御する。また、上記制御部5は、温度センサ
46からの信号により電子膨張弁59を閉じる方向に制
御すると共に圧縮機7の回転数を上げるように制御す
る。そして、これらの動作が同時に起きて、蒸発器10
で冷却される恒温液は目標温度に近づく。
ンサ37あるいは温度センサ46で検出した恒温液の温
度が低くなると、温度センサ47,60でそれぞれ検出
した冷媒ガスの温度の差、あるいは圧力センサ48,6
1でそれぞれ検出した冷媒ガスの圧力の差が小さくなる
ことから、上記制御部5は、温度センサ47,60から
の信号に基づく偏差信号あるいは圧力センサ48,61
からの信号に基づく偏差信号により電子膨張弁56を閉
じる方向に制御する。また、上記制御部5は、温度セン
サ46からの信号により電子膨張弁59を開く方向に制
御すると共に圧縮機7の回転数を下げるように制御す
る。そして、これらの動作が同時に起きて、恒温液は目
標温度に近づく。
温度センサ37あるいは温度センサ46で検出した恒温
液の温度よりもかなり高い場合は、上記制御部5は、設
定温度が温度センサ37、46で検出した温度よりも予
め設定した基準値以上に高いことを判断することによ
り、電子膨張弁56を閉じ、電子膨張弁59を開き、圧
縮機7の回転数を上げるように制御する。したがって、
蒸発器10は、電子膨張弁56が閉じられることにより
冷熱の供給が遮断されると共に、圧縮機7のホットガス
がホットガス回路部58を通って供給されるから、恒温
液は蒸発器10で加熱されて急速に目標温度に近づく。
恒温液の温度が目標温度に近づいたら、上記(ロ)の状
態の制御に移る。
側及び流出側に設けた温度センサ47,60からの偏差
信号、あるいは蒸発器10の流入側及び流出側に設けた
圧力センサ48,61からの偏差信号により電子膨張弁
56の開度を制御しているため、凍回路部3における電
子膨張弁56の制御が単純化されるという効果を有す
る。また、熱交換器25の流出側付近の恒温液の温度を
検出した温度センサ46からの信号により電子膨張弁5
9の開度を制御し、温度センサ37からの信号により圧
縮機7の回転数の制御をしているので、温度センサ37
からの信号だけで電子膨張弁59の開度及び圧縮機7の
回転数の制御を制御する場合に比して、熱負荷の変動に
対する追従性が更に良くなる。
実施例に限定されるものではなく、例えば図2に示す実
施例では、冷凍回路部3の蒸発器10の流入側及び流出
側に冷媒ガスの温度と圧力とを個別に検出する温度セン
サ47、60と圧力センサ48、61の2種類のセンサ
ーを設けているが、温度センサ47、60あるいは圧力
センサ48、61のどちらか1種類のセンサーを設ける
だけでもよく、センサの数、センサが配置される個所、
センサの種類、センサからの信号による制御対象は、必
要に応じ適宜変更することができる。
56、59による制御に加え、圧縮機7の回転数を制御
することによっても冷凍回路部3の冷凍能力を制御して
いるから、負荷2に供給する恒温液を所定の温度に正確
に制御できると共に、目標温度への到達時間が格段に早
くなり、外乱に対しても制御性が良く、恒温液を加熱す
るためのヒータが必要なく、省エネルギーを達成するこ
とができると共に装置を小形にすることができる。
省エネルギーで、目標温度への到達時間が短く、外乱に
対しても制御性が良く、装置を小形にすることができる
恒温液循環装置を提供することができる。
構成図である。
Claims (3)
- 【請求項1】負荷から還流する恒温液を所定の温度に冷
却または加熱して負荷に供給する恒温液回路部と、該恒
温液を冷却または加熱するための冷凍回路部と、制御部
とを備えた恒温液循環装置において、 上記冷凍回路部は、インバータ電源で回転数が制御され
る圧縮機と、凝縮器と、第1電子膨張弁と、蒸発器と、
これらを直列に接続する配管とからなるメイン回路部
と、上記凝縮器及び第1電子膨張弁をバイパスして上記
圧縮機から吐出される高温の冷媒の一部を蒸発器に供給
する第2電子膨張弁を有するホットガス回路部とを備
え、 上記恒温液回路部は、恒温液のタンクと、負荷から還流
する恒温液を上記蒸発器で冷却または加熱する熱交換器
と、恒温液の温度を検出する少なくとも1つ以上の温度
センサと、所定の温度に調整した恒温液を負荷に供給し
て循環させる循環手段とを備え、 上記制御部は、上記温度センサからの信号により上記第
1及び第2の電子膨張弁の開度及び上記圧縮機の回転数
を制御して、負荷に供給する恒温液の温度を所定の温度
に制御する、ことを特徴とする恒温液循環装置。 - 【請求項2】上記冷凍回路部は冷媒の温度または圧力を
検出する少なくとも1つの温度センサまたは圧力センサ
を有し、 上記制御部は、上記恒温液温度センサからの信号に代え
て、あるいは上記恒温液温度センサからの信号と共に、
上記冷凍回路部の温度センサまたは圧力センサからの信
号により上記第1電子膨張弁の開度を制御する、ことを
特徴とする請求項1に記載の恒温液循環装置。 - 【請求項3】上記冷凍回路部の温度センサまたは圧力セ
ンサは上記メイン回路部の蒸発器の流入側及び流出側に
それぞれ設けられ、 上記制御部は、該蒸発器の流入側及び流出側に設けた温
度センサまたは圧力センサからの信号に基づく偏差信号
により上記第1電子膨張弁の開度を制御し、上記恒温液
温度センサからの信号により上記第2電子膨張弁の開度
を制御する、ことを特徴とする請求項2に記載の恒温液
循環装置。
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