JP2005282935A - Cooling device - Google Patents

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Fukuichi Mochizuki
福一 望月
Tsuyoshi Maruyama
強志 丸山
Junichi Fujisawa
淳一 藤澤
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Orion Machinery Co Ltd
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    • F25B2600/02Compressor control
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve energy saving characteristic and controllability by improving operation efficiency as a whole and to easily realize high cooling characteristic corresponding to a cooled object. <P>SOLUTION: This cooling device comprises a cooling liquid tank 2 for storing the cooling liquid W returned from the cooled object M, a liquid feed pump 3 for supplying the cooling liquid W stored in the cooling liquid tank 2 to the cooled object M, a cooling part 4 having a cooler 4c connected with a refrigerating cycle 8 comprising a digital control refrigerant compressor 7 mounted on a digital switching mechanism part 6, and cooling the cooling liquid W supplied to the cooled object M by heat exchanging, and a control system 9 for switching and controlling the digital switching mechanism part 6 on the basis of, at least, a temperature of the cooling liquid W supplied to the cooled object M and variably controlling the temperature of the cooling liquid W. The digital switching mechanism part 6 switches a loading state for compressing the refrigerant in operating a compressor motor 5, and an unloading state for releasing the compression of the refrigerant in operating the compressor motor 5. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、被冷却物に対して冷却液を循環させることにより当該被冷却物を冷却する冷却装置に関する。   The present invention relates to a cooling device that cools an object to be cooled by circulating a coolant to the object to be cooled.

一般に、レーザ加工機では、加工精度に大きく影響するミラー等の光学部品に対する熱的安定性を確保し、加工品質の低下を回避する必要があるため、使用する冷却装置には、温度変動の少ない高度の冷却精度と、ワークの材質,板厚,加工速度及び加工面粗度等による比較的大きな負荷変動に対しても十分に追従可能な冷却性能が要求され、既に、本出願人も、このような要求に応える冷却装置(冷却装置の温度制御方法)を特開平9−134220号公報により提案した。この冷却装置は、冷却液を貯留する冷却液タンクの供給口に、送液ポンプを接続し、この送液ポンプの吐出口に、レーザ加工機等の被冷却物の冷却液入口を接続するとともに、冷却液タンクの戻口に、冷却器を接続し、この冷却器の流入口に、被冷却物の冷却液出口を接続したものである。   In general, in a laser processing machine, it is necessary to ensure thermal stability for optical components such as mirrors, which greatly affect the processing accuracy, and to avoid deterioration in processing quality. High cooling accuracy and cooling performance that can sufficiently follow relatively large load fluctuations due to workpiece material, plate thickness, machining speed, and machined surface roughness, etc. are required. Japanese Patent Laid-Open No. 9-134220 proposed a cooling device (temperature control method for a cooling device) that meets such requirements. In this cooling device, a liquid feed pump is connected to a supply port of a coolant tank that stores a coolant, and a coolant inlet of an object to be cooled such as a laser processing machine is connected to a discharge port of the liquid feed pump. A cooler is connected to the return port of the coolant tank, and the coolant outlet of the object to be cooled is connected to the inlet of the cooler.

しかし、この冷却装置は、冷却液タンクに、冷却された冷却液を貯留するため、常に、安定した温度の冷却液を被冷却物に供給できる利点があるものの、反面、凍結温度付近の冷却能力が制限されること、冷媒回路のCOP(成績係数=冷却能力/入力電力)の低下を招くこと、被冷却物側に比較的大きな耐圧が要求されることなどの解決すべき課題が存在し、既に、本出願人は、この課題を解決した冷却装置を、特開2003−329355号公報により提案した。   However, since this cooling device stores the cooled cooling liquid in the cooling liquid tank, there is an advantage that a cooling liquid with a stable temperature can always be supplied to the object to be cooled. Are limited, there is a problem to be solved such as a reduction in COP (coefficient of performance = cooling capacity / input power) of the refrigerant circuit, a relatively large pressure resistance required on the object to be cooled, The present applicant has already proposed a cooling device that has solved this problem in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-329355.

この冷却装置は、被冷却物から戻された冷却液を貯留する冷却液タンクと、この冷却液タンクの供給口から流出する冷却液を送出する送液ポンプと、この送液ポンプから吐出する冷却液を熱交換により冷却して被冷却物に供給する冷却器を設けるとともに、冷却器から流出した冷却液の温度を温度センサにより検出し、検出した温度に基づいて冷却器の冷却温度を制御する制御系、より具体的には、温度センサにより検出した温度に基づいて、冷却器に冷媒を循環させる冷凍サイクルにおけるコンプレッサの回転周波数をインバータ制御する制御機能を備える制御系を設けたものである。
特開平9−134220号 特開2003−329355号
The cooling device includes a cooling liquid tank that stores the cooling liquid returned from the object to be cooled, a liquid feeding pump that sends out the cooling liquid flowing out from the supply port of the cooling liquid tank, and a cooling liquid that is discharged from the liquid feeding pump. A cooler that cools the liquid by heat exchange and supplies it to the object to be cooled is provided. The temperature of the coolant flowing out of the cooler is detected by a temperature sensor, and the cooling temperature of the cooler is controlled based on the detected temperature. A control system, more specifically, a control system having an inverter control of the rotation frequency of the compressor in the refrigeration cycle for circulating the refrigerant in the cooler based on the temperature detected by the temperature sensor is provided.
JP-A-9-134220 JP 2003-329355 A

しかし、このようなコンプレッサの回転周波数をインバータ制御する冷凍サイクルを用いた従来の冷却装置は、次のような解決すべき課題が存在した。   However, the conventional cooling device using the refrigeration cycle in which the rotation frequency of the compressor is inverter-controlled has the following problems to be solved.

第一に、コンプレッサのインバータ制御は、制御部からインバータ回路に付与される制御信号によりコンプレッサの回転周波数を可変するため、制御できる回転周波数の範囲に限界があり、通常、最大冷却能力の30〔%〕以下の低負荷領域では、インバータ制御が困難になる。このため、低負荷領域では、ホットガスバイパス回路の開閉制御により対応しているのが実情であり、全体の動作効率の低下を招くなど、省エネルギ性及び制御性に難がある。   First, the inverter control of the compressor varies the rotation frequency of the compressor by a control signal given to the inverter circuit from the control unit, so there is a limit to the range of the rotation frequency that can be controlled. %] In the low load region below, inverter control becomes difficult. For this reason, in the low load region, the actual situation is that the hot gas bypass circuit is controlled by opening and closing, which causes a decrease in the overall operation efficiency, and there are difficulties in energy saving and controllability.

第二に、コンプレッサの回転周波数を可変して温度制御を行うため、冷却液を速やかに冷却したり或いは冷却液に対する冷却を速やかに停止させる際における的確な制御応答性を確保するには限界がある。したがって、被冷却物に高度で複雑な冷却特性が要求される場合や何らかの原因により急峻な温度変動が発生した場合等に対して正確かつ柔軟性のある制御を行うことができず、被冷却物に対応した高度な冷却特性を実現しにくい。   Secondly, since temperature control is performed by changing the rotation frequency of the compressor, there is a limit to ensuring accurate control responsiveness when cooling the coolant quickly or when cooling to the coolant is stopped quickly. is there. Therefore, accurate and flexible control cannot be performed when the object to be cooled requires sophisticated and complicated cooling characteristics or when a sudden temperature fluctuation occurs due to some cause. It is difficult to realize advanced cooling characteristics corresponding to

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した冷却装置の提供を目的とするものである。   The object of the present invention is to provide a cooling device that solves the problems in the background art.

本発明は、上述した課題を解決するため、被冷却物Mに対して冷却液Wを循環させることにより当該被冷却物Mの冷却を行う冷却装置1を構成するに際して、被冷却物Mから戻された冷却液Wを貯留する冷却液タンク2と、この冷却液タンク2に貯留した冷却液Wを被冷却物Mに供給する送液ポンプ3と、圧縮機モータ5の動作時に冷媒圧縮を行うロード状態又は圧縮機モータ5の動作時に冷媒圧縮を解除するアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部6を設けたデジタル制御冷媒圧縮機7を備える冷凍サイクル8に接続した冷却器4cを有し、かつ被冷却物Mに供給する冷却液Wを熱交換により冷却する冷却部4と、少なくとも被冷却物Mに供給する冷却液Wの温度に基づきデジタル切換機構部6を切換制御して当該冷却液Wの温度を可変制御する制御系9とを具備することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the present invention returns from the object to be cooled M when configuring the cooling device 1 that cools the object to be cooled M by circulating the coolant W to the object to be cooled M. The coolant is stored in the coolant tank 2 for storing the coolant W, the liquid feed pump 3 for supplying the coolant W stored in the coolant tank 2 to the object to be cooled M, and the compressor motor 5 during refrigerant operation. A cooler 4c connected to a refrigeration cycle 8 provided with a digitally controlled refrigerant compressor 7 provided with a digital switching mechanism section 6 for switching to an unloaded state in which refrigerant compression is released when the compressor motor 5 is in operation in the loaded state or A cooling unit 4 that cools the coolant W supplied to the object to be cooled M by heat exchange, and at least the digital switching mechanism 6 based on the temperature of the coolant W supplied to the object to be cooled M to control the coolant W Temperature Characterized by comprising a control system 9 to change control.

この場合、発明の好適な態様により、デジタル制御冷媒圧縮機7は、軌道スクロール12と固定スクロール13を用いた冷媒圧縮部11を有するとともに、固定スクロール13又は軌道スクロール12を軸方向Fcに変位させてロード状態又はアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部6を有している。また、デジタル制御冷媒圧縮機7の上流側及び/又は下流側には、逆止弁14,15を直列接続する。   In this case, according to a preferred aspect of the invention, the digitally-controlled refrigerant compressor 7 has the refrigerant compression unit 11 using the orbiting scroll 12 and the fixed scroll 13 and displaces the fixed scroll 13 or the orbiting scroll 12 in the axial direction Fc. And a digital switching mechanism 6 for switching to a loaded state or an unloaded state. Further, check valves 14 and 15 are connected in series on the upstream side and / or the downstream side of the digitally controlled refrigerant compressor 7.

このような構成を有する本発明に係る冷却装置1によれば、次のような顕著な効果を奏する。   According to the cooling device 1 according to the present invention having such a configuration, the following remarkable effects can be obtained.

(1) 冷却液Wに対する温度制御は、デジタル制御冷媒圧縮機7をロード状態又はアンロード状態となるように時間軸により切換えるデジタル制御を用いるため、制御範囲を飛躍的に拡大することができる。特に、従来のインバータ制御では限界であった最大冷却能力に対して30〔%〕以下の低負荷領域であっても制御が可能となり、しかも、インバータ回路が不要になることから、全体の動作効率が向上し、省エネルギ性及び制御性を高めることができる。   (1) The temperature control for the coolant W uses digital control that switches the digitally controlled refrigerant compressor 7 according to a time axis so as to be in a loaded state or an unloaded state, so that the control range can be dramatically expanded. In particular, control is possible even in a low load region of 30% or less with respect to the maximum cooling capacity, which was the limit in the conventional inverter control, and since no inverter circuit is required, the overall operating efficiency is reduced. Thus, energy saving and controllability can be improved.

(2) 冷却液を速やかに冷却したり或いは冷却液に対する冷却を速やかに停止させることが可能になるため、被冷却物Mに高度で複雑な冷却特性が要求される場合や何らかの原因により急峻な温度変動が発生した場合等であっても的確な制御応答性を確保することができる。これにより、正確かつ柔軟性のある制御が可能となり、被冷却物Mに対応した高度な冷却特性を容易に実現できる。   (2) Since it becomes possible to cool the coolant quickly or to stop cooling the coolant quickly, the cooling target M is required to have a sophisticated and complicated cooling characteristic or is sharp due to some cause. Even when temperature fluctuations occur, accurate control response can be ensured. Thereby, accurate and flexible control becomes possible, and advanced cooling characteristics corresponding to the object to be cooled M can be easily realized.

(3) 好適な態様により、軌道スクロール12と固定スクロール13を用いた冷媒圧縮部11を備えるとともに、固定スクロール13又は軌道スクロール12を軸方向Fcに変位させてロード状態又はアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部6を設けたデジタル制御冷媒圧縮機7を用いれば、比較的簡易な構成(原理)により、目的の冷却装置1を容易かつ低コストに実現できる。   (3) According to a preferred aspect, the refrigerant compression unit 11 using the orbiting scroll 12 and the fixed scroll 13 is provided, and the digital that switches the fixed scroll 13 or the orbiting scroll 12 in the axial direction Fc and switches to the loaded state or the unloaded state. If the digitally controlled refrigerant compressor 7 provided with the switching mechanism unit 6 is used, the target cooling device 1 can be realized easily and at low cost with a relatively simple configuration (principle).

(4) 好適な態様により、デジタル制御冷媒圧縮機7の上流側及び/又は下流側に、逆止弁14,15を直列接続すれば、ロード状態又はアンロード状態に切換えた際に発生する冷媒の圧力変動を抑制して冷媒圧力及び冷媒温度の安定化を図ることができる。   (4) According to a preferred embodiment, if the check valves 14 and 15 are connected in series on the upstream side and / or the downstream side of the digitally controlled refrigerant compressor 7, the refrigerant generated when switching to the loaded state or unloaded state. The refrigerant pressure and the refrigerant temperature can be stabilized by suppressing the pressure fluctuation.

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。   Next, the best embodiment according to the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.

まず、本実施形態に係る冷却装置1の構成について、図1〜図4を参照して具体的に説明する。   First, the configuration of the cooling device 1 according to the present embodiment will be specifically described with reference to FIGS.

図1中、1は本実施形態に係る冷却装置を示し、Mはこの冷却装置1に接続したレーザ加工機等の被冷却物を示す。冷却装置1は、被冷却物Mに接続し、この被冷却物Mに対して冷却液Wを循環させることにより当該被冷却物Mを冷却することができる。冷却装置1は、被冷却物Mから戻された冷却液Wを貯留する冷却液タンク2と、この冷却液タンク2に貯留した冷却液Wを被冷却物Mに供給する送液ポンプ3と、冷凍サイクル8に接続したプレート形熱交換器等の冷却器4cを有し、被冷却物Mに供給する冷却液Wを熱交換により冷却する冷却部4と、冷却装置1の全体の制御を司る制御系9を備える。   In FIG. 1, 1 indicates a cooling device according to the present embodiment, and M indicates an object to be cooled such as a laser processing machine connected to the cooling device 1. The cooling device 1 is connected to the object to be cooled M, and the object to be cooled M can be cooled by circulating the coolant W through the object to be cooled M. The cooling device 1 includes a coolant tank 2 that stores the coolant W returned from the object to be cooled M, a liquid feed pump 3 that supplies the coolant W stored in the coolant tank 2 to the object to be cooled M, It has a cooler 4c such as a plate heat exchanger connected to the refrigeration cycle 8, and controls the cooling unit 4 that cools the coolant W supplied to the object to be cooled M by heat exchange, and the overall control of the cooling device 1. A control system 9 is provided.

この場合、冷却液タンク2は、冷却水等の冷却液Wを貯留するものであり、その他、図示を省略した給液口,ドレン口,液面計,ボールタップ等を備えている。また、冷却液タンク2と被冷却物M間には、図1に示すように、送水路に接続した液圧計21、液温センサ22、バイパスバルブ23、配管ジョイント24a,24b等を備えている。   In this case, the cooling liquid tank 2 stores the cooling liquid W such as cooling water, and includes a liquid supply port, a drain port, a liquid level gauge, a ball tap, and the like which are not shown. Further, as shown in FIG. 1, a hydraulic pressure gauge 21, a liquid temperature sensor 22, a bypass valve 23, pipe joints 24a and 24b, etc. connected to the water supply path are provided between the coolant tank 2 and the object M to be cooled. .

一方、冷却部4は、冷却器4cとこの冷却器4cに接続した冷凍サイクル8を備える。これにより、冷却器4cでは、冷凍サイクル8の冷媒Kと冷却液Wとの熱交換が行われ、冷却液Wに対する冷却が行われる。冷凍サイクル8は、図1に示すように、主要機能部として、凝縮器25,冷媒ドライヤ26,電子膨張弁27,アキュムレータ28及びデジタル制御冷媒圧縮機7を備えており、冷却器4cの冷媒流入側に電子膨張弁27の冷媒流出側を接続し、冷却器4cの冷媒流出側にアキュムレータ28の冷媒流入側を接続する。これにより、矢印Fk方向に冷媒Kが循環する冷媒回路が構成される。なお、冷凍サイクル8の基本的な機能は公知の冷凍サイクルと同じである。   On the other hand, the cooling unit 4 includes a cooler 4c and a refrigeration cycle 8 connected to the cooler 4c. Thereby, in the cooler 4c, heat exchange between the refrigerant K and the coolant W of the refrigeration cycle 8 is performed, and the coolant W is cooled. As shown in FIG. 1, the refrigeration cycle 8 includes a condenser 25, a refrigerant dryer 26, an electronic expansion valve 27, an accumulator 28, and a digital control refrigerant compressor 7 as main functional units, and the refrigerant flow into the cooler 4c. The refrigerant outflow side of the electronic expansion valve 27 is connected to the side, and the refrigerant inflow side of the accumulator 28 is connected to the refrigerant outflow side of the cooler 4c. Thereby, a refrigerant circuit in which the refrigerant K circulates in the direction of the arrow Fk is configured. The basic function of the refrigeration cycle 8 is the same as that of a known refrigeration cycle.

その他、図1に示す冷凍サイクル8において、31は低圧圧力スイッチ、32は低圧圧力ゲージ、33は吸入温度センサ、34は高圧圧力スイッチ、35は目詰まり警報用圧力スイッチ、36は高圧圧力ゲージ、37は凝縮器出口温度センサ、38はエバポレータ入口温度センサをそれぞれ示す。これらの各圧力スイッチ31…は、主に保護スイッチとして機能する。また、39は凝縮器25を空冷する凝縮器ファン、40はこの凝縮器ファン39に接続したインバータ、41は周囲温度センサをそれぞれ示す。   In addition, in the refrigeration cycle 8 shown in FIG. 1, 31 is a low pressure switch, 32 is a low pressure gauge, 33 is a suction temperature sensor, 34 is a high pressure switch, 35 is a clogging alarm pressure switch, 36 is a high pressure gauge, Reference numeral 37 denotes a condenser outlet temperature sensor, and 38 denotes an evaporator inlet temperature sensor. Each of these pressure switches 31... Mainly functions as a protection switch. Reference numeral 39 denotes a condenser fan for cooling the condenser 25 by air, 40 denotes an inverter connected to the condenser fan 39, and 41 denotes an ambient temperature sensor.

他方、デジタル制御冷媒圧縮機7は、図2〜図4に示すように、軌道スクロール12と固定スクロール13を有する冷媒圧縮部11を備えるとともに、固定スクロール13を軸方向Fcに変位させることによりロード状態(図2参照)又はアンロード状態(図3参照)に切換えるデジタル切換機構部6を備えている。なお、このような機能を備えるデジタル制御冷媒圧縮機7としては、特開平8−334094号公報で開示される「容量調整機構を備えたスクロール式機械」を利用できる。   On the other hand, as shown in FIGS. 2 to 4, the digitally controlled refrigerant compressor 7 includes a refrigerant compression unit 11 having an orbiting scroll 12 and a fixed scroll 13 and is loaded by displacing the fixed scroll 13 in the axial direction Fc. A digital switching mechanism 6 for switching to a state (see FIG. 2) or an unloading state (see FIG. 3) is provided. As the digitally controlled refrigerant compressor 7 having such a function, a “scroll machine having a capacity adjusting mechanism” disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-334940 can be used.

次に、このようなデジタル切換機構部6を備えるデジタル制御冷媒圧縮機7の構成について、図2〜図4を参照して説明する。45は圧縮機本体を示す。この圧縮機本体45は、密閉されたケーシング46を備え、このケーシング46の下部には、回転軸5sを上方に突出させた圧縮機モータ5を内蔵する。また、圧縮機モータ5の上方には、冷媒圧縮部11とデジタル切換機構部6を配設する。この場合、圧縮機モータ5の上方空間は、隔壁48により上下の空間に仕切り、隔壁48の上側に吐出室Coを有するとともに、下側に吸入室Ciを有する。そして、ケーシング46の周面には、吐出室Coに臨む冷媒吐出口49を有するとともに、吸入室Ciに臨む冷媒吸入口50を有する。   Next, the structure of the digital control refrigerant compressor 7 provided with such a digital switching mechanism part 6 is demonstrated with reference to FIGS. Reference numeral 45 denotes a compressor body. The compressor main body 45 includes a hermetically sealed casing 46, and a compressor motor 5 having a rotary shaft 5s protruding upward is built in a lower portion of the casing 46. In addition, a refrigerant compressor 11 and a digital switching mechanism 6 are disposed above the compressor motor 5. In this case, the upper space of the compressor motor 5 is partitioned into upper and lower spaces by a partition wall 48, and has a discharge chamber Co on the upper side of the partition wall 48 and a suction chamber Ci on the lower side. The casing 46 has a refrigerant discharge port 49 facing the discharge chamber Co and a refrigerant suction port 50 facing the suction chamber Ci on the peripheral surface of the casing 46.

さらに、吸入室Ciの内部には固定された支持盤51を配し、この支持盤51の上面に軌道スクロール12を載置するとともに、この軌道スクロール12の上に固定スクロール13を被せて冷媒圧縮部11を構成する。この場合、軌道スクロール12は、上面に螺旋翼12fを有し、かつ下面中央に被係合部52を有する。この被係合部52には、回転軸5sの上端偏心位置に有する係合部53が係合する。これにより、回転軸5sが回転すれば、軌道スクロール12は、軌道上を旋回する。他方、固定スクロール13は、支持盤51に起設した複数のガイドポスト54…により軸方向Fcへ変位自在に支持され、かつ軸方向Fcに対する直角方向への位置は固定される。また、固定スクロール13は、下面に螺旋翼13fを有し、かつ上面中央に突設部55を有する。この突設部55は、隔壁48の中心に有する挿通孔48sを通して吐出室Coに至らせる。突設部55の内部には、固定スクロール13の下方に存在する中心空間Pcと吐出室Coを連通させる通気路55rを有するとともに、突設部55の上端にはラム部56を一体形成し、このラム部56は、ケーシング46の上面に取付けたシリンダ部57に収容する。これにより、シリンダ部57とラム部56間には、シリンダ室57rが設けられる。なお、ラム部56には、シリンダ室57rと吐出室Coを連通させるブリード孔56sを有する。   Further, a fixed support plate 51 is disposed inside the suction chamber Ci, and the orbiting scroll 12 is placed on the upper surface of the support plate 51, and the fixed scroll 13 is placed on the orbiting scroll 12 to compress the refrigerant. Part 11 is configured. In this case, the orbiting scroll 12 has a spiral blade 12f on the upper surface and an engaged portion 52 at the center of the lower surface. The engaged portion 53 is engaged with an engaging portion 53 that is located at the upper end eccentric position of the rotating shaft 5s. Thereby, if the rotating shaft 5s rotates, the orbital scroll 12 turns on the orbit. On the other hand, the fixed scroll 13 is supported so as to be displaceable in the axial direction Fc by a plurality of guide posts 54 provided on the support plate 51, and the position in the direction perpendicular to the axial direction Fc is fixed. The fixed scroll 13 has a spiral wing 13f on the lower surface and a protruding portion 55 at the center of the upper surface. The projecting portion 55 reaches the discharge chamber Co through an insertion hole 48 s provided at the center of the partition wall 48. Inside the protruding portion 55, there is an air passage 55r for communicating the central space Pc existing below the fixed scroll 13 and the discharge chamber Co, and a ram portion 56 is integrally formed at the upper end of the protruding portion 55, The ram portion 56 is accommodated in a cylinder portion 57 attached to the upper surface of the casing 46. Thus, a cylinder chamber 57r is provided between the cylinder portion 57 and the ram portion 56. The ram portion 56 has a bleed hole 56s that allows the cylinder chamber 57r and the discharge chamber Co to communicate with each other.

一方、シリンダ室57rと冷媒吸入口50は、連通配管58により接続し、連通配管58の中途に、この連通配管58を開閉する電磁バルブ59を接続するとともに、この電磁バルブ59とシリンダ室57r間の連通配管58には、この連通配管58を開閉する予備バルブ60を接続する。この予備バルブ60は、例示のような電磁バルブであってもよいし、手動バルブであってもよい。なお、61はデジタル制御冷媒圧縮機7から吐出する冷媒Kの温度を検出する吐出温度センサである。そして、圧縮機本体45における冷媒吸入口50は、直列接続した逆止弁14を介してアキュムレータ28の冷媒流出側に接続するとともに、圧縮機本体45における冷媒吐出口49は、直列接続した逆止弁15を介して凝縮器25の冷媒流入側に接続する。   On the other hand, the cylinder chamber 57r and the refrigerant suction port 50 are connected by a communication pipe 58, and an electromagnetic valve 59 for opening and closing the communication pipe 58 is connected in the middle of the communication pipe 58, and between the electromagnetic valve 59 and the cylinder chamber 57r. A spare valve 60 that opens and closes the communication pipe 58 is connected to the communication pipe 58. The spare valve 60 may be an electromagnetic valve as illustrated or a manual valve. Reference numeral 61 denotes a discharge temperature sensor that detects the temperature of the refrigerant K discharged from the digital control refrigerant compressor 7. The refrigerant suction port 50 in the compressor main body 45 is connected to the refrigerant outlet side of the accumulator 28 via the series-connected check valve 14, and the refrigerant discharge port 49 in the compressor main body 45 is connected in series to the check valve. It is connected to the refrigerant inflow side of the condenser 25 via the valve 15.

また、制御系9は、制御部65を備える。この制御部65は、主に、温度,圧力等のセンサ類から得る検出結果に基づいて、各部のアクチュエータ類をシーケンス制御する機能を有する。したがって、制御部65の入力ポートには、前述した液温センサ22,吸入温度センサ33,吐出温度センサ61,周囲温度センサ41,凝縮器出口温度センサ37及びエバポレータ入口温度センサ38等をそれぞれ接続するとともに、制御部65の出力ポートには、圧縮機本体45の圧縮機モータ5,電磁バルブ59,予備バルブ60,インバータ40及び電磁膨張弁27等をそれぞれ接続する。さらに、制御部65は、各種処理及び制御を実行することができるコンピュータ機能及び通信機能等を備えている。   The control system 9 includes a control unit 65. The controller 65 mainly has a function of controlling the actuators of each unit based on detection results obtained from sensors such as temperature and pressure. Therefore, the liquid temperature sensor 22, the suction temperature sensor 33, the discharge temperature sensor 61, the ambient temperature sensor 41, the condenser outlet temperature sensor 37, the evaporator inlet temperature sensor 38, and the like are connected to the input port of the control unit 65, respectively. At the same time, the compressor motor 5, the electromagnetic valve 59, the spare valve 60, the inverter 40, the electromagnetic expansion valve 27 and the like of the compressor main body 45 are connected to the output port of the control unit 65, respectively. Furthermore, the control unit 65 has a computer function and a communication function that can execute various processes and controls.

次に、本実施形態に係る冷却装置1の動作(使用方法)について、図1〜図11を参照して説明する。   Next, operation | movement (usage method) of the cooling device 1 which concerns on this embodiment is demonstrated with reference to FIGS.

最初に、本実施形態に係る冷却装置1に使用するデジタル制御冷媒圧縮機7の動作(原理)について、図2〜図6を参照して説明する。このデジタル制御冷媒圧縮機7は、上述したように、軌道スクロール12と固定スクロール13を有する冷媒圧縮部11を備えるとともに、固定スクロール13を軸方向Fcに変位させることにより、圧縮機モータ5の動作時に冷媒圧縮を行うロード状態(図2)又は圧縮機モータ5の動作時に冷媒圧縮を解除するアンロード状態(図3)に切換えるデジタル切換機構部6を備えている。   First, the operation (principle) of the digitally controlled refrigerant compressor 7 used in the cooling device 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. As described above, the digitally-controlled refrigerant compressor 7 includes the refrigerant compressor 11 having the orbiting scroll 12 and the fixed scroll 13, and the operation of the compressor motor 5 is performed by displacing the fixed scroll 13 in the axial direction Fc. A digital switching mechanism 6 is provided for switching to a load state (FIG. 2) where refrigerant compression is sometimes performed or an unload state (FIG. 3) where refrigerant compression is released when the compressor motor 5 is operated.

このデジタル制御冷媒圧縮機7は、圧縮機モータ5を作動させることにより回転軸5sが回転し、この回転軸5sの上端偏心位置に有する係合部53は、回転軸5sを中心にして旋回運動する。この結果、係合部53に係合して追従する被係合部52、更には軌道スクロール12も、軌道上を旋回運動する。他方、固定スクロール13は、軸方向Fcに対して直角方向の位置が固定(規制)されているため、軌道スクロール12の螺旋翼12fと固定スクロール13の螺旋翼13fは、図4(a),(b)に示すような相対運動を行う。   In the digitally controlled refrigerant compressor 7, the rotating shaft 5s rotates by operating the compressor motor 5, and the engaging portion 53 at the upper end eccentric position of the rotating shaft 5s is swiveled around the rotating shaft 5s. To do. As a result, the engaged portion 52 that engages and follows the engaging portion 53 and the orbital scroll 12 also orbit on the orbit. On the other hand, since the fixed scroll 13 is fixed (regulated) at a position perpendicular to the axial direction Fc, the spiral wing 12f of the orbiting scroll 12 and the spiral wing 13f of the fixed scroll 13 are shown in FIG. Relative motion as shown in (b) is performed.

一方、冷媒Kは、冷媒吸入口50から吸入室Ciに供給される。今、図2に示すように、電磁バルブ59のプランジャ59pが突出した状態、即ち、連通配管58が閉状態にある場合を想定する。なお、予備バルブ60は開状態に設定されている。この状態では、シリンダ室57rの内圧は、低圧側となる吸入室Ciの内圧よりも高くなるため、ラム部56を押し上げる不図示のスプリング等による付勢力に打ち勝ち、固定スクロール13の螺旋翼13fは、軌道スクロール12に圧接する。図2はこの状態を示している。   On the other hand, the refrigerant K is supplied from the refrigerant suction port 50 to the suction chamber Ci. Now, as shown in FIG. 2, it is assumed that the plunger 59p of the electromagnetic valve 59 protrudes, that is, the communication pipe 58 is in a closed state. The spare valve 60 is set in an open state. In this state, since the internal pressure of the cylinder chamber 57r is higher than the internal pressure of the suction chamber Ci on the low pressure side, the urging force by a spring (not shown) that pushes up the ram portion 56 is overcome, and the spiral blade 13f of the fixed scroll 13 , Press against the orbiting scroll 12. FIG. 2 shows this state.

したがって、固定スクロール13の螺旋翼13fに対する軌道スクロール12の螺旋翼12fの相対位置が、図4(a)に示す状態にあれば、吸入室Ciに存在する冷媒Kは、点線矢印方向に沿って外側から螺旋翼12fと13f間に進入する。軌道スクロール12が軌道上を旋回運動し、螺旋翼13fに対する螺旋翼12fの相対位置が、図4(b)に示す状態になれば、螺旋翼12fと13f間に進入した冷媒Kは、螺旋翼12fと13f間に形成される三日月形の密閉空間Pm…に封入される。そして、軌道スクロール12が旋回運動するに従って、三日月形の密閉空間Pm…の容積は、次第に小さくなり、冷媒Kに対する圧縮が行われるとともに、冷媒Kが中心空間Pcに達すれば、冷媒Kの圧力は最大になる。この後、中心空間Pcにおける圧縮された冷媒Kは、通気路55rを通って吐出室Coに至り、さらに、冷媒吐出口49から吐出する。このときの冷媒Kの流通経路を、図2中に点線矢印で示す。よって、この状態がデジタル制御冷媒圧縮機7により冷媒圧縮を行うロード状態となり、100〔%〕出力となる。   Therefore, if the relative position of the spiral blade 12f of the orbiting scroll 12 with respect to the spiral blade 13f of the fixed scroll 13 is in the state shown in FIG. 4A, the refrigerant K present in the suction chamber Ci is along the direction of the dotted arrow. It enters between the spiral wings 12f and 13f from the outside. When the orbiting scroll 12 orbits on the orbit and the relative position of the spiral blade 12f with respect to the spiral blade 13f reaches the state shown in FIG. 4B, the refrigerant K that has entered between the spiral blades 12f and 13f is It is enclosed in a crescent-shaped sealed space Pm ... formed between 12f and 13f. Then, as the orbiting scroll 12 rotates, the volume of the crescent-shaped sealed space Pm... Gradually decreases, the refrigerant K is compressed, and when the refrigerant K reaches the central space Pc, the pressure of the refrigerant K becomes Become the maximum. Thereafter, the compressed refrigerant K in the central space Pc reaches the discharge chamber Co through the air passage 55 r and is discharged from the refrigerant discharge port 49. The flow path of the refrigerant K at this time is indicated by a dotted arrow in FIG. Therefore, this state becomes a load state in which the refrigerant is compressed by the digitally controlled refrigerant compressor 7, and the output is 100%.

他方、電磁バルブ59を制御し、図3に示すように、プランジャ59pを引込めることにより連通配管58を開状態に切換えた場合を想定する。この状態では、低圧側となる吸入室Ciとシリンダ室57rが連通配管58により連通し、シリンダ室57rの内圧と吸入室Ciの内圧が同圧になるため、不図示のスプリング等により、ラム部56は上昇変位する。この結果、固定スクロール13の螺旋翼13fは、図3に示すように、軌道スクロール12から離間し、軌道スクロール12と固定スクロール13間に隙間G…が発生する。これにより、冷媒Kに対する圧縮は行われなくなる。このときの冷媒Kの流通経路を、図3中、点線矢印で示す。よって、この状態がデジタル制御冷媒圧縮機7による冷媒圧縮が解除されたアンロード状態となり、0〔%〕出力となる。   On the other hand, it is assumed that the electromagnetic valve 59 is controlled and the communication pipe 58 is switched to the open state by retracting the plunger 59p as shown in FIG. In this state, the suction chamber Ci on the low pressure side and the cylinder chamber 57r communicate with each other through the communication pipe 58, and the internal pressure of the cylinder chamber 57r and the internal pressure of the suction chamber Ci become the same pressure. 56 is displaced upward. As a result, the spiral wing 13 f of the fixed scroll 13 is separated from the orbiting scroll 12 as shown in FIG. 3, and a gap G is generated between the orbiting scroll 12 and the fixed scroll 13. As a result, the refrigerant K is not compressed. The distribution path of the refrigerant K at this time is indicated by a dotted arrow in FIG. Therefore, this state becomes an unload state in which the refrigerant compression by the digital control refrigerant compressor 7 is released, and the output is 0 [%].

図5は、電磁バルブ59に付与するバルブ制御信号Spを示している。なお、図5中、trはロード状態(100〔%〕出力状態)の制御区間を示すとともに、tnはアンロード状態(0〔%〕出力状態)の制御区間を示し、本実施形態に係る冷却装置1に用いるデジタル制御冷媒圧縮機7に対する制御は、ロード率Rr(=Tr/(Tr+Tn))を変化させることにより行われる。このように、本実施形態に係る冷却装置1に用いるデジタル制御冷媒圧縮機7に対する制御は、ロード状態「1」とアンロード状態「0」の時間軸を可変するデジタル制御となり、従来のインバータ制御、即ち、コンプレッサの回転周波数(大きさ)を可変するアナログ制御とは、制御形態が基本的に異なる。   FIG. 5 shows a valve control signal Sp applied to the electromagnetic valve 59. In FIG. 5, tr indicates a control section in the load state (100 [%] output state), and tn indicates a control section in the unload state (0 [%] output state), and the cooling according to the present embodiment. Control of the digitally controlled refrigerant compressor 7 used in the apparatus 1 is performed by changing the load rate Rr (= Tr / (Tr + Tn)). As described above, the control for the digital control refrigerant compressor 7 used in the cooling device 1 according to the present embodiment is a digital control in which the time axis of the load state “1” and the unload state “0” is varied, and the conventional inverter control That is, the control form is fundamentally different from the analog control that varies the rotation frequency (size) of the compressor.

次に、冷却装置1の全体動作(使用方法)について説明する。まず、冷却装置1は、図1に示すように、配管ジョイント24a,24bを介して被冷却物Mに接続し、また、冷却液タンク2には、冷却液(冷却水等)Wを収容する。これにより、送液ポンプ3を作動させれば、冷却液タンク2内の冷却液Wは、供給口2sから送液ポンプ3により送出され、冷却器4cに供給される。冷却器4cでは、供給された冷却液Wと冷凍サイクル8における冷却された冷媒K間で熱交換が行われ、冷却液Wは冷媒Kにより冷却される。冷却器4cにより冷却された冷却液Wは、配管ジョイント24bを介して被冷却物Mに供給され、被冷却物Mに対する冷却が行われる。そして、被冷却物Mの冷却(熱交換)により暖められた冷却液Wは、配管ジョイント24aを介して冷却液タンク2の戻り口2rに戻され、冷却液タンク2にそのまま貯留される。なお、図1中、矢印Fwは冷却液Wの流通方向を示す。   Next, the overall operation (usage method) of the cooling device 1 will be described. First, as shown in FIG. 1, the cooling device 1 is connected to an object to be cooled M via pipe joints 24 a and 24 b, and a cooling liquid (cooling water or the like) W is accommodated in the cooling liquid tank 2. . Thus, when the liquid feed pump 3 is operated, the coolant W in the coolant tank 2 is sent out from the supply port 2s by the liquid feed pump 3 and supplied to the cooler 4c. In the cooler 4 c, heat exchange is performed between the supplied coolant W and the coolant K cooled in the refrigeration cycle 8, and the coolant W is cooled by the coolant K. The coolant W cooled by the cooler 4c is supplied to the object to be cooled M through the pipe joint 24b, and the object to be cooled M is cooled. Then, the coolant W warmed by the cooling (heat exchange) of the cooled object M is returned to the return port 2r of the coolant tank 2 through the pipe joint 24a and stored in the coolant tank 2 as it is. In FIG. 1, an arrow Fw indicates the flow direction of the coolant W.

一方、冷却器4cから流出した冷却液Wの温度(液温Tw)は、液温センサ22により検出され、この検出信号は制御部65に付与される。制御部65では、検出信号に基づいてデジタル制御冷媒圧縮機7を制御、即ち、上述した電磁バルブ59を開閉するデジタル制御を行い、液温Twが目標温度になるようにフィードバック制御する。   On the other hand, the temperature (liquid temperature Tw) of the coolant W flowing out from the cooler 4 c is detected by the liquid temperature sensor 22, and this detection signal is given to the controller 65. The control unit 65 controls the digital control refrigerant compressor 7 based on the detection signal, that is, performs digital control for opening and closing the electromagnetic valve 59 described above, and performs feedback control so that the liquid temperature Tw becomes the target temperature.

よって、このような本実施形態に係る冷却装置1によれば、冷却液Wに対する温度制御には、デジタル制御冷媒圧縮機7をロード状態又はアンロード状態となるように時間軸を制御するデジタル制御を用いるため、制御範囲を飛躍的に拡大することができる。特に、従来のインバータ制御では限界であった最大冷却能力に対して30〔%〕以下の低負荷領域であっても制御が可能となり、しかも、インバータ回路が不要になることから、全体の動作効率が飛躍的に向上する。この結果、省エネルギ性及び制御性が高められ、従来のインバータ制御に対して、最大で略65〔%〕の改善を図ることができた。   Therefore, according to the cooling device 1 according to the present embodiment, for the temperature control on the coolant W, the digital control that controls the time axis so that the digitally controlled refrigerant compressor 7 is in the loaded state or the unloaded state. Therefore, the control range can be greatly expanded. In particular, control is possible even in a low load region of 30% or less with respect to the maximum cooling capacity, which was the limit in the conventional inverter control, and since no inverter circuit is required, the overall operating efficiency is reduced. Will improve dramatically. As a result, energy saving and controllability were improved, and improvement of about 65 [%] at maximum was achieved with respect to conventional inverter control.

ところで、デジタル制御冷媒圧縮機7をデジタル制御した際の液温センサ22から検出される液温Twの変化は、図6に示すようになり、液温Twは、細かくかつ高応答により制御される。したがって、被冷却物Mの手前(直前)に冷却器4cを接続するとともに、特に、デジタル制御の制御周波数を高くするなどの設定を行えば、冷却液Wを速やかに冷却したり或いは冷却液Wに対する冷却を速やかに停止させることができ、被冷却物Mに高度で複雑な冷却特性が要求される場合や何らかの原因により急峻な温度変動が発生した場合等であっても的確な制御応答性を確保することができる。この結果、正確かつ柔軟性のある制御を行うことができ、被冷却物Mに対応した高度な冷却特性を容易に実現可能となる。加えて、軌道スクロール12と固定スクロール13を用いた冷媒圧縮部11を有するとともに、固定スクロール13又は軌道スクロール12を軸方向Fcに変位させてロード状態又はアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部6を有するデジタル制御冷媒圧縮機7を用いたため、比較的簡易な構成(原理)により、目的の冷却装置1を容易かつ低コストに実現可能となる。   By the way, the change of the liquid temperature Tw detected from the liquid temperature sensor 22 when the digital control refrigerant compressor 7 is digitally controlled is as shown in FIG. 6, and the liquid temperature Tw is finely controlled with high response. . Therefore, when the cooler 4c is connected in front of the object to be cooled M (immediately before), and the setting of increasing the control frequency of the digital control is performed, the coolant W can be cooled quickly or the coolant W Cooling can be stopped quickly, and accurate control responsiveness can be achieved even when the object to be cooled M requires sophisticated and complex cooling characteristics, or when sudden temperature fluctuations occur for some reason. Can be secured. As a result, accurate and flexible control can be performed, and advanced cooling characteristics corresponding to the object to be cooled M can be easily realized. In addition, the digital switching mechanism 6 that has the refrigerant compression unit 11 using the orbiting scroll 12 and the fixed scroll 13 and switches the fixed scroll 13 or the orbiting scroll 12 in the axial direction Fc to switch to the loaded state or the unloaded state. Since the digitally controlled refrigerant compressor 7 is used, the target cooling device 1 can be realized easily and at low cost with a relatively simple configuration (principle).

以上の説明は、本実施形態に係る冷却装置1の基本動作であるが、冷却装置1は、更に次のような独自の構成及び機能を備えるとともに、独自の制御が行われる。   The above description is the basic operation of the cooling device 1 according to the present embodiment, but the cooling device 1 further includes the following unique configuration and functions, and performs unique control.

まず、デジタル制御冷媒圧縮機7の上流側及び下流側に直列接続した逆止弁14,15により冷媒圧力の急激な変動を軽減させている。デジタル制御冷媒圧縮機7は、デジタル切換機構部6によりロード状態(100〔%〕出力状態)又はアンロード状態(0〔%〕出力状態)に切換えられ、これにより、冷却液Wに対する温度制御が行われる。この場合、ロード状態からアンロード状態或いはアンロード状態からロード状態に切換えた際には、冷媒圧力が急激に変動するとともに、この変動は頻繁に発生するため、冷媒回路における圧力ゲージ32,36等の使用部品の寿命短縮を招いたり、温度センサ61,37等の検出精度の低下を招くなどの不具合を生じる。そこで、この不具合を解消するため、デジタル制御冷媒圧縮機7の上流側及び下流側に、それぞれ逆止弁14,15を直列に接続し、冷媒圧力の急激な変動を軽減している。これにより、冷媒圧力及び冷媒温度の安定化が図られ、冷媒回路における使用部品の長寿命化、更には検出精度の向上及び安定化を実現できる。   First, rapid fluctuations in the refrigerant pressure are reduced by the check valves 14 and 15 connected in series to the upstream side and the downstream side of the digital control refrigerant compressor 7. The digitally controlled refrigerant compressor 7 is switched to a load state (100 [%] output state) or an unload state (0 [%] output state) by the digital switching mechanism unit 6, whereby temperature control for the coolant W is performed. Done. In this case, when switching from the load state to the unload state or from the unload state to the load state, the refrigerant pressure fluctuates abruptly, and this fluctuation frequently occurs. Therefore, the pressure gauges 32 and 36 in the refrigerant circuit, etc. Inconveniences such as shortening of the service life of the parts used, and deterioration of detection accuracy of the temperature sensors 61, 37, etc. occur. Therefore, in order to eliminate this problem, check valves 14 and 15 are connected in series on the upstream side and the downstream side of the digitally controlled refrigerant compressor 7, respectively, to reduce rapid fluctuations in the refrigerant pressure. As a result, the refrigerant pressure and the refrigerant temperature can be stabilized, and the service life of the parts used in the refrigerant circuit can be extended, and further, the detection accuracy can be improved and stabilized.

一方、ロード率Rrを監視し、図7に示すように、ロード率Rrが設定値Xc(例示は30〔%〕)よりも低下したときは、二つの制御モードを選択できるようにした。冷却装置1は、デジタル制御冷媒圧縮機7を使用しているため、従来のインバータ制御とは異なり、30〔%〕以下の低負荷状態、更には無負荷状態であってもアンロード状態に切換えることにより温度制御が可能になる。この場合、低負荷領域であっても温度制御に対する高い精度及び制御性が得られる反面、圧縮機モータ5が作動状態となるため、電力消費が大きくなる。そこで、低負荷領域における省エネルギ性の確保よりも温度制御の精度及び制御性を重視する場合は、アンロード状態とロード状態の切換制御を継続して行う第一の制御モードを選択できるようにするとともに、低負荷領域における温度制御の精度及び制御性よりも省エネルギ性を重視する場合は、圧縮機モータ5をON/OFF制御する第二の制御モードを選択できるようにした。なお、図7における負荷〔%〕は、冷却器4cにおいて熱交換される熱量に対する冷却装置1の最大冷却能力の割合である。   On the other hand, the load rate Rr is monitored, and as shown in FIG. 7, when the load rate Rr falls below the set value Xc (illustration is 30 [%]), two control modes can be selected. Since the cooling device 1 uses the digitally controlled refrigerant compressor 7, unlike the conventional inverter control, the cooling device 1 is switched to a low load state of 30% or less, and further to an unload state even in a no-load state. This makes it possible to control the temperature. In this case, high accuracy and controllability with respect to temperature control can be obtained even in the low load region, but the compressor motor 5 is in an operating state, so that power consumption increases. Therefore, when the accuracy and controllability of temperature control are more important than ensuring energy saving in the low load region, the first control mode in which the switching control between the unload state and the load state is continuously performed can be selected. In addition, in the case where energy saving is more important than the accuracy and controllability of temperature control in the low load region, the second control mode for ON / OFF control of the compressor motor 5 can be selected. Note that the load [%] in FIG. 7 is the ratio of the maximum cooling capacity of the cooling device 1 to the amount of heat exchanged in the cooler 4c.

また、凝縮器25の放熱効率が低下した場合、即ち、周囲温度Tr(凝縮器25周辺の外気温度)が高い場合であっても、デジタル制御冷媒圧縮機7のロード率Rrを下げることにより、冷却装置1の動作を継続させることができるようにした。インバータ制御を用いた従来のコンプレッサでは、運転中(冷却動作中)に周囲温度Trが上昇すれば、凝縮器25の放熱効率が低下し、凝縮圧力が高くなるとともに、コンプレッサの吐出冷媒温度Toが上昇する。この場合、従来のコンプレッサでは、オーバロードを防止するために、運転を停止させていたが、本実施形態に係る冷却装置1では、デジタル制御冷媒圧縮機7の使用により、無負荷状態であっても、アンロード状態に切換えることにより温度制御が可能になるため、周囲温度センサ41から検出される周囲温度Trと吐出温度センサ61から検出される吐出冷媒温度Toを監視し、周囲温度Trが高くなった場合には、ロード率Rrを低下させて、凝縮器25の放熱量を減少させる。これにより、凝縮器25の圧力とデジタル制御冷媒圧縮機7の吐出冷媒温度Toの上昇を抑制でき、周囲温度Trが高い環境下であっても運転を継続することができる。   Further, even when the heat dissipation efficiency of the condenser 25 is reduced, that is, when the ambient temperature Tr (the outside air temperature around the condenser 25) is high, by reducing the load rate Rr of the digitally controlled refrigerant compressor 7, The operation of the cooling device 1 can be continued. In a conventional compressor using inverter control, if the ambient temperature Tr rises during operation (cooling operation), the heat dissipation efficiency of the condenser 25 decreases, the condensation pressure increases, and the discharge refrigerant temperature To of the compressor increases. Rise. In this case, in the conventional compressor, the operation was stopped in order to prevent overload. However, in the cooling device 1 according to the present embodiment, the use of the digitally controlled refrigerant compressor 7 causes no load. However, since the temperature can be controlled by switching to the unloaded state, the ambient temperature Tr detected from the ambient temperature sensor 41 and the discharge refrigerant temperature To detected from the discharge temperature sensor 61 are monitored, and the ambient temperature Tr is high. When it becomes, the load rate Rr is lowered and the heat radiation amount of the condenser 25 is reduced. Thereby, the rise of the pressure of the condenser 25 and the discharge refrigerant temperature To of the digitally controlled refrigerant compressor 7 can be suppressed, and the operation can be continued even in an environment where the ambient temperature Tr is high.

図8に、この場合の制御特性の一例を示す。同図中、Trは周囲温度,TAは保護装置作動温度,Tsは閾値をそれぞれ示している。また、判断値として、周囲温度40〔℃〕,吐出冷媒温度120〔℃〕を設定し、どちらかの温度が当該判断値に達したならロード率Rrを低下させる制御を行う。今、図8において、周囲温度Trが判断値よりも低い32〔℃〕であれば、吐出冷媒温度Toが判断値に達しない限り、ロード率Rrは100〔%〕で運転が継続する。しかし、吐出冷媒温度Toが判断値(120〔℃〕)に達した場合は、ロード率Rrを徐々に低下させる制御を行うことにより吐出冷媒温度Toを低下させる。一方、周囲温度Trが徐々に上昇し、図8中、制御特性線が閾値Tsに交差する温度まで上昇すれば、その交差するロード率Rrになるように、ロード率Rrを低下させる制御を行う。例えば、図8において、周囲温度Trが45〔℃〕に達した場合には、ロード率Rrが70〔%〕となるようにロード率Rrを低下させる制御を行う。また、何らかの原因により周囲温度Trが急激に上昇し、50〔℃〕に達したにも拘わらず、ロード率Rrの低下が追いつかない場合、即ち、図8において、周囲温度Trが50〔℃〕ときは、本来、ロード率Rrが50〔%〕にならなければならないが、60〔%〕を越えているような場合は、制御特性線が保護装置作動温度TAを越えてしまうため、保護装置を作動させることにより運転を停止させるなどの制御を行う。よって、周囲温度Trが高くなった場合でも、ロード率Rrを低下させることにより、凝縮器25の放熱量を減少させることができるため、凝縮器25とデジタル制御冷媒圧縮機7の吐出冷媒温度Toの上昇を抑え、高い周囲温度Trであっても運転を停止させることなく継続させることができる。   FIG. 8 shows an example of control characteristics in this case. In the figure, Tr represents the ambient temperature, TA represents the protective device operating temperature, and Ts represents the threshold value. Further, an ambient temperature of 40 [° C.] and a discharge refrigerant temperature of 120 [° C.] are set as judgment values, and if either temperature reaches the judgment value, control is performed to reduce the load rate Rr. In FIG. 8, if the ambient temperature Tr is 32 [° C.] lower than the determination value, the operation is continued at the load rate Rr of 100% unless the discharge refrigerant temperature To reaches the determination value. However, when the discharge refrigerant temperature To reaches the judgment value (120 [° C.]), the discharge refrigerant temperature To is lowered by performing control to gradually reduce the load rate Rr. On the other hand, when the ambient temperature Tr rises gradually and the control characteristic line in FIG. 8 rises to a temperature that intersects the threshold value Ts, control is performed to lower the load rate Rr so that the intersecting load rate Rr is obtained. . For example, in FIG. 8, when the ambient temperature Tr reaches 45 [° C.], control is performed to reduce the load rate Rr so that the load rate Rr becomes 70 [%]. Further, when the ambient temperature Tr suddenly rises for some reason and reaches 50 [° C.], the load rate Rr cannot keep up, that is, in FIG. 8, the ambient temperature Tr is 50 [° C.]. In some cases, the load rate Rr must be 50%, but if it exceeds 60%, the control characteristic line will exceed the protection device operating temperature TA. Controls such as stopping operation by operating. Therefore, even when the ambient temperature Tr becomes high, the amount of heat released from the condenser 25 can be reduced by reducing the load rate Rr. Therefore, the discharge refrigerant temperature To of the condenser 25 and the digitally controlled refrigerant compressor 7 is reduced. And the operation can be continued without stopping even at a high ambient temperature Tr.

他方、凝縮器25を空冷する凝縮器ファン39をインバータ制御することにより、凝縮器25から吐出する冷媒Kの温度(凝縮冷媒温度Tp)を一定に保ち、被冷却物Mの冷却温度に対する制御精度を確保できるようにした。デジタル制御冷媒圧縮機7を用いた場合、冷媒Kは流れたり停止したりするため、冷媒Kの温度変動が大きくなるが、凝縮器出口温度センサ37から検出される凝縮冷媒温度Tpが一定に保たれるように制御することにより、被冷却物Mの冷却温度を安定化させることができる。ところで、従来、凝縮器25に対する冷却は、周囲温度Trに対応した凝縮器ファンの基本回転周波数を3段階程度に設定し、凝縮冷媒温度Tpが基準値以上になったら1段階上の基本回転周波数に切換えるなどの制御を行っていたが、このような制御は、ロード率Rrの変化によりロード時の凝縮冷媒温度Tp(過冷却度)が変動した場合、それに伴って蒸発冷媒温度も変動するため、被冷却物Mの冷却温度に対する制御が不安定になりやすい。そこで、本実施形態に係る冷却装置1では、図9に示すように、周囲温度Trの範囲を、例えば、−10〔℃〕以上20〔℃〕までの第一温度領域,20〔℃〕以上30〔℃〕まで第二温度領域ように設定するとともに、各範囲毎に、凝縮冷媒温度Tpの基準値を設定し、凝縮冷媒温度Tpが基準値よりも高くなれば、凝縮器ファン39の回転周波数を高くする制御を行い、かつ基準値よりも低くなれば、凝縮器ファン39の回転周波数を低くする制御を行うことにより、常に、凝縮冷媒温度Tpを基準値付近に安定させている。図9において、30〔℃〕以上は第三温度領域となり、凝縮器ファン39の最大回転周波数(60〔Hz〕)に固定している。この場合、凝縮器ファン39の回転周波数は、1〜60〔Hz〕を複数のステップ(n段階)に分け、段階的に増減させてもよいし、凝縮冷媒温度Tpの基準値を中心にして連続的(無段階)に増減させてもよい。また、凝縮冷媒温度Tpの基準値を冷媒凝縮圧力(又は吐出圧力)に置換しても同様の制御を行うことができるとともに、同様の効果を得ることができる。なお、吐出圧力を監視する方法も可能ではあるが、圧力変動が大きくなるため、制御が不安定になりやすい。   On the other hand, by controlling the condenser fan 39 that cools the condenser 25 by air, the temperature of the refrigerant K discharged from the condenser 25 (condensed refrigerant temperature Tp) is kept constant, and the control accuracy with respect to the cooling temperature of the object to be cooled M is controlled. Was able to be secured. When the digitally controlled refrigerant compressor 7 is used, the refrigerant K flows or stops, so the temperature fluctuation of the refrigerant K increases, but the condensed refrigerant temperature Tp detected from the condenser outlet temperature sensor 37 is kept constant. By controlling so as to sag, the cooling temperature of the object M to be cooled can be stabilized. By the way, conventionally, the condenser 25 is cooled by setting the basic rotational frequency of the condenser fan corresponding to the ambient temperature Tr to about three stages, and when the condensed refrigerant temperature Tp becomes equal to or higher than the reference value, the basic rotational frequency one stage higher. However, when the condensing refrigerant temperature Tp (degree of supercooling) at the time of loading changes due to the change in the load rate Rr, the evaporating refrigerant temperature also changes accordingly. The control over the cooling temperature of the object M is likely to be unstable. Therefore, in the cooling device 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 9, the range of the ambient temperature Tr is, for example, a first temperature range from −10 ° C. to 20 ° C., 20 ° C. or more. The second temperature region is set up to 30 [° C.], and the reference value of the condensed refrigerant temperature Tp is set for each range. When the condensed refrigerant temperature Tp becomes higher than the reference value, the condenser fan 39 rotates. When the control for increasing the frequency is performed and the control frequency is lower than the reference value, the condensing refrigerant temperature Tp is always stabilized near the reference value by performing the control for decreasing the rotational frequency of the condenser fan 39. In FIG. 9, 30 [° C.] or more is the third temperature region, and is fixed at the maximum rotation frequency (60 [Hz]) of the condenser fan 39. In this case, the rotation frequency of the condenser fan 39 may be divided into a plurality of steps (n stages) from 1 to 60 [Hz], and may be increased or decreased in stages, or centered on the reference value of the condensed refrigerant temperature Tp. You may increase / decrease continuously (steplessly). Further, even if the reference value of the condensed refrigerant temperature Tp is replaced with the refrigerant condensation pressure (or discharge pressure), the same control can be performed and the same effect can be obtained. Although a method of monitoring the discharge pressure is possible, since the pressure fluctuation increases, the control tends to become unstable.

さらに、電子膨張弁27を制御するに際し、予め、デジタル制御冷媒圧縮機7のロード率Rrと液温Twに基づく目標過熱度を求め、この目標過熱度を得るための電子膨張弁27の開度Nを設定するとともに、運転時に、液温Tw及びロード率Rrを検出し、この液温Tw及びロード率Rrに対応する開度Nとなるように電子膨張弁27を制御するようにした。この場合、開度Nは、電子膨張弁27の開度に対応した制御パルス数により設定する。なお、過熱度は、冷却器(蒸発器)4cに対する流入側冷媒温度と流出側冷媒温度の偏差である。冷却装置1の場合、被冷却物Mの冷却温度は、広範囲となるため、単一のパラメータのみで目標過熱度を設定しても適正な冷凍サイクル8を維持できなくなる。そこで、図10に示すように、液温Twとロード率Rrを用いて目標過熱度を設定し、同じロード率Rrであっても液温Twによって目標過熱度が変更されるようにした。これにより、いかなる被冷却物Mの冷却温度領域に対しても適正な冷凍サイクル8を確保することができる。そして、目標過熱度を求めたなら、この目標過熱度を得るための電子膨張弁27の開度Nを設定する。   Further, when the electronic expansion valve 27 is controlled, a target superheat degree based on the load rate Rr and the liquid temperature Tw of the digital control refrigerant compressor 7 is obtained in advance, and the opening degree of the electronic expansion valve 27 for obtaining the target superheat degree is obtained. N is set, and at the time of operation, the liquid temperature Tw and the load rate Rr are detected, and the electronic expansion valve 27 is controlled so that the opening degree N corresponds to the liquid temperature Tw and the load rate Rr. In this case, the opening degree N is set by the number of control pulses corresponding to the opening degree of the electronic expansion valve 27. The degree of superheat is a deviation between the inflow side refrigerant temperature and the outflow side refrigerant temperature with respect to the cooler (evaporator) 4c. In the case of the cooling device 1, the cooling temperature of the object to be cooled M is in a wide range, so that it is impossible to maintain an appropriate refrigeration cycle 8 even if the target superheat degree is set only with a single parameter. Therefore, as shown in FIG. 10, the target superheat degree is set by using the liquid temperature Tw and the load rate Rr, and the target superheat degree is changed by the liquid temperature Tw even at the same load rate Rr. Thereby, an appropriate refrigeration cycle 8 can be secured for any cooling temperature region of the object M to be cooled. And if the target superheat degree is calculated | required, the opening degree N of the electronic expansion valve 27 for obtaining this target superheat degree is set.

また、電子膨張弁27に対する実際の制御においては、温度制御が的確に行われるように、液温Twとロード率Rrから、予め設定した開度Nが速やかに設定されるようにした。従来、電子膨張弁27の開度Nは、冷媒圧縮機を起動させた後、冷媒Kの温度などを検出しながら基本開度から適正開度Nへ徐々に調整する方法を採用していた。しかし、この方法は、負荷変動が大きい用途の場合、電子膨張弁27の開度Nの追従が遅れ、被冷却物Mの温度変化が大きくなってしまう。そこで、本実施形態に係る冷却装置1では、図11に示すように、例えば、ロード率Rrが80〔%〕、液温Twが20〔℃〕、電子膨張弁27の開度Nが200〔パルス〕で安定した運転中に、負荷が低下し、ロード率Rrが10〔%〕に急変した場合、電子膨張弁27の開度Nは、ロード率Rrが10〔%〕及び液温Twが20〔℃〕に対応して予め設定した70〔パルス〕の開度(適正開度)Nとなるように無条件に移行させるようにした。なお、より精度を高めるために、凝縮冷媒温度Tpや周囲温度Tr或いは水冷式の場合には、冷却水温度などをパラメータとして加えることにより、より効果的な制御を行うことができる。さらに、冷媒温度や冷媒圧力により開度を微調整するようにすれば、より適正な開度Nを設定できるとともに、大幅な負荷変動時であっても電子膨張弁27の開度Nを瞬時に適正開度に移行できる。   In actual control of the electronic expansion valve 27, the preset opening degree N is quickly set from the liquid temperature Tw and the load rate Rr so that the temperature control is accurately performed. Conventionally, the opening degree N of the electronic expansion valve 27 has been a method of gradually adjusting the basic opening degree to the appropriate opening degree N while detecting the temperature of the refrigerant K after starting the refrigerant compressor. However, in this method, when the load fluctuation is large, the follow-up of the opening degree N of the electronic expansion valve 27 is delayed, and the temperature change of the object to be cooled M becomes large. Therefore, in the cooling device 1 according to this embodiment, as shown in FIG. 11, for example, the load rate Rr is 80 [%], the liquid temperature Tw is 20 [° C.], and the opening degree N of the electronic expansion valve 27 is 200 [ When the load decreases and the load rate Rr suddenly changes to 10 [%] during stable operation with the pulse], the opening degree N of the electronic expansion valve 27 is such that the load rate Rr is 10 [%] and the liquid temperature Tw is Transition was made unconditionally so that the opening degree (appropriate opening degree) N of 70 [pulses] set in advance corresponding to 20 [° C.] N was obtained. In order to increase the accuracy, in the case of the condensed refrigerant temperature Tp, the ambient temperature Tr, or the water cooling type, more effective control can be performed by adding the cooling water temperature or the like as a parameter. Further, if the opening degree is finely adjusted according to the refrigerant temperature or the refrigerant pressure, a more appropriate opening degree N can be set, and the opening degree N of the electronic expansion valve 27 can be instantaneously set even during a large load fluctuation. It can shift to the proper opening.

他方、予備バルブ60は、電磁バルブ59の故障対策として接続したものである。電磁バルブ59は、デジタル制御に用いるため、かなりの頻度でON/OFF動作を繰り返すことになり、耐久性が問われる部品でもあるが、この電磁バルブ59が故障した場合、冷媒圧縮機7は、実質的に動作不能になる。したがって、予備バルブ60は、この対策として設けたものである。今、電磁バルブ59が開状態で故障した場合、液温センサ22により検出される液温Twは上昇し、上限値を越えてしまうため、異常として検出される。よって、制御部65は、予備バルブ60を閉側に制御し、圧縮機モータ5のON/OFF制御に切換える。他方、電磁バルブ59が閉状態で故障した場合、液温センサ22により検出される液温Twは下降し、下限値を越えてしまうため、異常として検出される。よって、制御部65は、圧縮機モータ5のON/OFF制御に切換える。この場合、アラームランプを点灯させるなどにより故障を報知するが、いずれの場合も暫定的に運転を継続させることができる。   On the other hand, the spare valve 60 is connected as a countermeasure against failure of the electromagnetic valve 59. Since the electromagnetic valve 59 is used for digital control, the ON / OFF operation is repeated with considerable frequency, and it is a part whose durability is questioned. However, when the electromagnetic valve 59 breaks down, the refrigerant compressor 7 It becomes virtually inoperable. Therefore, the spare valve 60 is provided as a countermeasure. Now, when the electromagnetic valve 59 fails in the open state, the liquid temperature Tw detected by the liquid temperature sensor 22 rises and exceeds the upper limit value, so that it is detected as an abnormality. Therefore, the control unit 65 controls the spare valve 60 to the closed side and switches to ON / OFF control of the compressor motor 5. On the other hand, when the electromagnetic valve 59 fails in the closed state, the liquid temperature Tw detected by the liquid temperature sensor 22 falls and exceeds the lower limit value, so that it is detected as abnormal. Therefore, the control unit 65 switches to ON / OFF control of the compressor motor 5. In this case, the failure is notified by turning on an alarm lamp or the like, but in any case, the operation can be continued temporarily.

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,素材,数量,数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。例えば、デジタル制御冷媒圧縮機7は、例示以外の他の形式の冷媒圧縮機にデジタル切換機構部6を備えたデジタル制御冷媒圧縮機であってもよい。また、デジタル制御冷媒圧縮機7の上流側及び下流側に、逆止弁14及び15をそれぞれ直列接続した場合を示したが、上流側又は下流側のいずれか一方に逆止弁14又は15を接続してもよい。なお、本発明における圧縮機モータ5は、電動機のみならず内燃機関(エンジン)等の各種動力により回転する機器類を全て含む概念である。   Although the best embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to such an embodiment, and departs from the gist of the present invention in the detailed configuration, shape, material, quantity, numerical value, and the like. It can be changed, added, or deleted as long as it is not. For example, the digitally-controlled refrigerant compressor 7 may be a digitally-controlled refrigerant compressor that includes the digital switching mechanism 6 in a refrigerant compressor other than that illustrated. Moreover, although the case where the check valves 14 and 15 were respectively connected in series to the upstream side and the downstream side of the digital control refrigerant compressor 7 was shown, the check valve 14 or 15 is provided on either the upstream side or the downstream side. You may connect. In addition, the compressor motor 5 in the present invention is a concept that includes not only an electric motor but also all devices that are rotated by various powers such as an internal combustion engine (engine).

本発明の最良の実施形態に係る冷却装置の回路構成図、The circuit block diagram of the cooling device which concerns on the best embodiment of this invention, 同冷却装置の冷凍サイクルに備えるデジタル制御冷媒圧縮機の一部を示すロード状態における断面構成図、A cross-sectional configuration diagram in a load state showing a part of a digitally controlled refrigerant compressor included in the refrigeration cycle of the cooling device, 同デジタル制御冷媒圧縮機の一部を示すアンロード状態における断面構成図、A cross-sectional configuration diagram in an unloaded state showing a part of the digitally controlled refrigerant compressor, 同デジタル制御冷媒圧縮機における起動スクロールと固定スクロールの関係を示す作用説明図、Action explanatory diagram showing the relationship between the start scroll and the fixed scroll in the digital control refrigerant compressor, 同デジタル制御冷媒圧縮機に付与するバルブ制御信号の信号波形図、Signal waveform diagram of valve control signal to be given to the digitally controlled refrigerant compressor, 同冷却装置を用いた際の時間に対する液温の変化特性図、Liquid temperature change characteristic diagram with respect to time when using the cooling device, 同冷却装置を用いた際のロード率対負荷特性図、Load rate vs. load characteristic diagram when using the same cooling device, 同冷却装置を用いた際のロード率に対する吐出冷媒温度の関係を示す制御特性図、Control characteristic diagram showing the relationship of the discharge refrigerant temperature with respect to the load rate when using the cooling device, 同冷却装置を用いた際の周囲温度に対する凝縮器ファンの回転周波数の関係を示す制御特性図、Control characteristic diagram showing the relationship of the rotation frequency of the condenser fan with respect to the ambient temperature when using the cooling device, 同冷却装置における液温をパラメータとした際のロード率に対する目標過熱度の特性図、The characteristic diagram of the target superheat degree with respect to the load rate when the liquid temperature in the cooling device is used as a parameter, 同冷却装置における液温をパラメータとした際のロード率に対する電子膨張弁の開度の特性図、The characteristic diagram of the opening of the electronic expansion valve with respect to the load rate when the liquid temperature in the cooling device is used as a parameter,

符号の説明Explanation of symbols

1 冷却装置
2 冷却液タンク
3 送液ポンプ
4 冷却部
4c 冷却器
5 圧縮機モータ
6 デジタル切換機構部
7 デジタル制御冷媒圧縮機
8 冷凍サイクル
9 制御系
11 冷媒圧縮部
12 軌道スクロール
13 固定スクロール
14 逆止弁
15 逆止弁
M 被冷却物
W 冷却液
Fc 軸方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cooling device 2 Coolant tank 3 Liquid feed pump 4 Cooling part 4c Cooler 5 Compressor motor 6 Digital switching mechanism part 7 Digital control refrigerant compressor 8 Refrigeration cycle 9 Control system 11 Refrigerant compression part 12 Orbit scroll 13 Fixed scroll 14 Reverse Stop valve 15 Check valve M Object to be cooled W Coolant Fc Axial direction

Claims (3)

被冷却物に対して冷却液を循環させることにより前記被冷却物の冷却を行う冷却装置において、前記被冷却物から戻された冷却液を貯留する冷却液タンクと、この冷却液タンクに貯留した冷却液を前記被冷却物に供給する送液ポンプと、圧縮機モータの動作時に冷媒圧縮を行うロード状態又は圧縮機モータの動作時に冷媒圧縮を解除するアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部を設けたデジタル制御冷媒圧縮機を備える冷凍サイクルに接続した冷却器を有し、かつ前記被冷却物に供給する冷却液を熱交換により冷却する冷却部と、少なくとも前記被冷却物に供給する冷却液の温度に基づき前記デジタル切換機構部を切換制御して当該冷却液の温度を可変制御する制御系とを具備することを特徴とする冷却装置。   In the cooling device that cools the object to be cooled by circulating the coolant to the object to be cooled, the coolant tank that stores the coolant returned from the object to be cooled, and the coolant stored in the coolant tank A liquid feed pump that supplies cooling liquid to the object to be cooled and a digital switching mechanism that switches to a loaded state in which refrigerant compression is performed during operation of the compressor motor or an unloaded state in which refrigerant compression is released during operation of the compressor motor are provided. A cooling unit connected to a refrigeration cycle including a digitally controlled refrigerant compressor, and a cooling unit that cools the coolant supplied to the object to be cooled by heat exchange, and at least a coolant supplied to the object to be cooled A cooling system comprising: a control system that variably controls the temperature of the coolant by switching and controlling the digital switching mechanism based on the temperature. 前記デジタル制御冷媒圧縮機は、軌道スクロールと固定スクロールを用いた冷媒圧縮部を有するとともに、前記固定スクロール又は前記軌道スクロールを軸方向に変位させて前記ロード状態又は前記アンロード状態に切換えるデジタル切換機構部を有することを特徴とする請求項1記載の冷却装置。   The digital control refrigerant compressor includes a refrigerant compression unit using an orbiting scroll and a fixed scroll, and a digital switching mechanism that switches the fixed scroll or the orbiting scroll in the axial direction to switch to the loading state or the unloading state. The cooling device according to claim 1, further comprising a portion. 前記デジタル制御冷媒圧縮機の上流側及び/又は下流側には、逆止弁を直列接続することを特徴とする請求項1記載の冷却装置。   The cooling device according to claim 1, wherein a check valve is connected in series to the upstream side and / or the downstream side of the digitally controlled refrigerant compressor.
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