JP2005315488A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却対象の熱負荷変動に対して冷凍装置の冷却能力を追随でき、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度を向上できるようにする。
【解決手段】 温度センサ（45）を通過した熱媒体が冷却器（40）に到達するまでの到達時間（ts）を設定する手段としてプレタンク（36）を設け、上記温度センサ（45）の検出温度によって冷却器（40）の冷却能力が変動するタイミングと、熱媒体が冷却器（40）に到達するタイミングとを実質的に一致させるようにする。さらに、冷却器（40）の下流側にバッファタンク（34）を設けることで、熱媒体の温度変動を緩和させるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却器によって冷却された熱媒体を冷却対象に供給する冷凍装置に係り、特に、冷却対象の温度を一定温度に保持する制御方法に関するものである。

従来より、例えば冷媒回路に接続された蒸発器を冷却器として用い、該冷却器によって冷却された熱媒体（ブライン）を半導体製造装置などの冷却対象に供給する冷凍装置（チラー）が知られている。

例えば特許文献１に開示されている冷凍装置は、図９に示すように、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路（70）と、該冷媒回路（70）と冷却対象との間で熱媒体を循環させる循環経路（71）と、上記冷媒回路（70）の蒸発器として設けられて熱媒体を冷却する冷却器（72）とを備えている。

また、この冷凍装置には、循環経路（71）における冷却器（72）の上流側に戻り温度センサ（74）が設けられている一方、循環経路（71）における冷却器（72）の下流側に出口温度センサ（75）が設けられている。上記戻り温度センサ（74）は、冷却対象から冷却器（72）へ向かう熱媒体の戻り温度Ｔ１を検出する。一方、上記出口温度センサ（75）は、冷却器（72）の出口温度Ｔ２を検出する。そして、この冷凍装置は、両温度センサ（74,75）の検知温度に基づいて冷媒回路（70）の圧縮機容量や膨張弁開度を調整し、冷却器（72）の冷却能力を調整するようにしている。

さらに、冷凍装置には、循環経路（71）における出口温度センサ（75）の下流側にバッファタンク（73）が設けられている。そして、このバッファタンク（73）に冷却器（72）で冷却された熱媒体を一時的に貯留することにより、冷却対象に供給される熱媒体の温度変動を抑制し、この熱媒体の温度精度を向上できるようにしている。
特開２００２−１１５９２０号公報

ところで、近年、半導体製造装置における半導体製造工程においては、製品の品質の向上を図るため、特に高い温度精度での温度制御が要求されている。このため、特許文献１に開示されているような冷凍装置によって、冷却対象である半導体製造装置の温度を一定に保持する場合、バッファタンク（73）による温度変動の抑制効果のみでは、上記温度精度の要求に対応できないという問題が生じている。特に、冷却対象の熱負荷が著しく変動する条件化においては、この問題が顕在化し易くなる。このことについて、図１０を参照しながら具体的に説明する。なお、図１０は、従来の冷凍装置において、冷却対象の熱負荷が著しく変動した場合における循環経路（71）内の熱媒体の温度変化、及び冷却器（72）の冷却能力の変化を示すグラフである。

例えば図１０(Ａ)に示すように、時刻ｔ１において仮想的に示す冷却対象の熱負荷が段階的に大きくなった際には、冷却対象で加熱された熱媒体が戻り温度センサ（74）に到達する時刻ｔ２に、この熱媒体の戻り温度Ｔ１の昇温が検出される（図１０(Ｂ)参照）。そして、冷媒回路（70）では、この検出結果に基づいて冷却器（72）の冷却能力を増大させる制御が行われる。

しかしながら、上記冷却器（72）の冷却能力の調整は、冷媒回路（70）の圧縮機容量、あるいは膨張弁開度の調整によって行われる。このため、戻り温度センサ（74）で熱媒体の戻り温度Ｔ１が検出され、冷却器（72）の冷却能力がこの戻り温度Ｔ１に対応して増大するのは、時刻ｔ２より所定時間遅れた時刻ｔ３になってからとなる（図１０(Ｃ)参照）。したがって、昇温された熱媒体は、冷却器（72）が十分な冷却能力を発揮する状態の前に該冷却器（72）に流入することとなり、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間において、出口温度センサ（75）で検出される出口温度Ｔ２が急激に上昇してしまう（図１０(Ｄ)参照）。その結果、例えば時刻ｔ４後より、冷却対象に供給される熱媒体の供給温度Ｔ３も急激に上昇し、この供給温度Ｔ３が冷却対象の要求温度に対して高くなり過ぎることになってしまう。

また、上述したように出口温度Ｔ２が急激に上昇すると、この出口温度Ｔ２を低下させるため、冷却器（72）の冷却能力を急激に増大させる制御が行われる。ところが、今度は冷却器（72）の冷却能力が一時的に過大となってしまい、いわゆるアンダーシュートが発生し、出口温度Ｔ２が急激に低下してしまうことになる。その結果、冷却対象に供給される熱媒体の供給温度Ｔ３も急激に低下し、この供給温度Ｔ３が冷却対象の要求温度に対して低くなり過ぎることになる。

このように、従来の冷凍装置では、戻り温度センサ（74）で検出された温度変化に対応する冷却器（72）の冷却能力の変化に時間的遅れが生じるため、特に、冷却対象の急激な熱負荷変動に対して追随した冷却能力を得ることできず、その結果、この冷凍装置における熱媒体の供給温度を高精度に制御することが困難となるという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、冷却対象の熱負荷変動に対して冷凍装置の冷却能力を追随でき、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度を向上できるようにすることである。

本発明は、温度センサを通過した熱媒体が冷却器に到達するまでの到達時間を所定の時間に設定することにより、熱媒体の温度変化に対応して冷却器の冷却能力が十分発揮できるタイミングと、温度センサを通過した熱媒体が冷却器に到達するまでのタイミングとを一致させるようにしたものである。

具体的に、第１の発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）に接続されるとともに熱媒体の冷却を行う冷却器（40）と、該冷却器（40）で冷却された熱媒体を冷却対象に供給する供給側経路（30a）と、該冷却対象に供給された熱媒体を冷却器（40）に返送する返送側経路（30b）とを備え、上記供給側経路（30a）と上記返送側経路（30b）とが接続されて熱媒体の循環経路（30）を構成する冷凍装置を前提としている。そして、この冷凍装置は、上記供給側経路（30a）にバッファタンク（34）が接続され、上記返送側経路（30b）に温度センサ（45）が設けられ、上記温度センサ（45）の検出温度に基づいて上記冷却器（40）の冷却能力を調整する制御手段（51）と、上記温度センサ（45）を通過した熱媒体が上記冷却器（40）に到達するまでの到達時間（ts）を所定時間に設定する設定手段（35）とを備えるものである。

上記第１の発明では、冷媒回路（20）に接続された蒸発器が冷却器（40）として機能し、循環経路（30）を循環する熱媒体を冷却する。そして、冷却器（40）を通過することで冷却された熱媒体は、供給側経路（30a）のバッファタンク（34）を介して冷却対象に供給され、冷却対象の温度が所定の温度に保持される。ここで、上記バッファタンク（34）を供給側経路（30a）に設けることによって、冷却対象に供給する熱媒体の温度変動が緩和され、この熱媒体の温度精度が向上する。

一方、冷却対象に供給された熱媒体は、返送側経路（30b）を流通して再び冷却器（40）を流通する。この際、制御手段（51）は、温度センサ（45）で検出された熱媒体の戻り温度Ｔ１に基づいて冷却器（40）の冷却能力を調整する。ここで、設定手段（35）によって、上記温度センサ（45）を通過した熱媒体が上記冷却器（40）に到達するまでの到達時間（ts）と、冷却器（40）の冷却能力が上記戻り温度Ｔ１に対応して変動するまでの必要時間とを実質的に同一に設定することで、冷却器（40）の冷却能力が十分発揮できるタイミングと、温度センサ（45）を通過した熱媒体が冷却器（40）に到達するまでのタイミングとを一致させることができる。

第２の発明は、第１の発明の冷凍装置において、設定手段（35）は、返送側経路（30b）における温度センサ（45）の下流側に接続され、熱媒体を一時的に貯留する設定容量（Vs）を有するプレタンク（36）で構成されているものである。

上記第２の発明では、冷却対象に供給された熱媒体が、温度センサ（45）の下流側に設けられたプレタンク（36）で一時的に貯留され、その後、冷却器（40）に流入する。ここで、本発明では、プレタンク（36）の設定容量（Vs）によって熱媒体がプレタンク（36）内に滞留する時間が決定され、熱媒体が温度センサ（45）を通過してから冷却器（40）に到達するまでの到達時間（ts）が設定される。そして、この設定容量（Vs）に基づく到達時間（ts）と、冷却器（40）の冷却能力が戻り温度Ｔ１に対応して変動するまでの必要時間とを実質的に同一に設定することで、冷却器（40）の冷却能力が十分発揮できるタイミングと、温度センサ（45）を通過した熱媒体が冷却器（40）に到達するまでのタイミングとを一致させることができる。

第３の発明は、第２の発明の冷凍装置において、循環経路（30）には、一端が供給側経路（30a）における冷却器（40）の下流側に接続され、他端が返送側経路（30b）におけるプレタンク（36）の上流側に接続されるバイパス経路（31）が設けられているものである。

上記第３の発明では、冷却器（40）によって冷却された熱媒体の一部をバイパス経路（31）を介して再びプレタンク（36）の上流側に返送することができる。このようにすると、例えば冷却対象の熱負荷が急激に変動し、冷却器（40）によって冷却された熱媒体の温度と目標温度との間にずれが生じた場合にも、一部の熱媒体を冷却対象に供給せず、この熱媒体を再び冷却器（40）によって目標温度に調整することができる。

第４の発明は、第２の発明の冷凍装置において、循環経路（30）には、一端が供給側経路（30a）における冷却器（40）の下流側に接続され、他端がプレタンク（36）に接続されるバイパス経路（31）が設けられているものである。

上記第４の発明では、冷却器（40）によって冷却された熱媒体の一部をバイパス経路（31）を介して再びプレタンク（36）に直接返送することができる。このようにすると、第３の発明と同様に、例えば冷却対象の熱負荷が急激に変動し、冷却器（40）によって冷却された熱媒体の温度と目標温度との間にずれが生じた場合にも、一部の熱媒体を冷却対象に供給せず、この熱媒体を再び冷却器（40）によって目標温度に調整することができる。

第５の発明は、第２から第４のいずれか１の発明の冷凍装置において、熱媒体を循環経路（30）内で循環させるポンプ（37）を備え、上記ポンプ（37）は、プレタンク（36）に設けられているものである。

上記第５の発明では、プレタンク（36）内に一時的に貯留された熱媒体がポンプ（37）によって汲み上げられ、循環経路（30）内を循環する。

第６の発明は、第１の発明の冷凍装置において、設定手段（35）は、返送側経路（30b）における温度センサ（45）の下流側に接続され、設定経路長さ（Ls）を有する管状部材（60）で構成されているものである。

上記第６の発明では、冷却対象に供給された熱媒体が、温度センサ（45）の下流側に設けられた管状部材（60）内に滞留し、その後、冷却器（40）に流入する。ここで、本発明では、管状部材（60）の設定経路長さ（Ls）によって熱媒体が管状部材（60）を滞留する時間が決定され、熱媒体が温度センサ（45）を通過してから冷却器（40）に到達するまでの到達時間（ts）が設定される。そして、この設定経路長さ（Ls）に基づく到達時間（ts）と、冷却器（40）の冷却能力が上記戻り温度Ｔ１に対応して変動するまでの必要時間とを実質的に同一に設定することで、冷却器（40）の冷却能力が十分発揮できるタイミングと、温度センサ（45）を通過した熱媒体が冷却器（40）に到達するまでのタイミングとを一致させることができる。

本発明では、以下の効果が発揮される。

上記第１の発明によれば、設定手段（35）によって、冷却器（40）の冷却能力が十分発揮できるタイミングと、温度センサ（45）を通過した熱媒体が冷却器（40）に到達するまでのタイミングとを実質的に一致させるようにしている。よって、例えば冷却対象の熱負荷が急激に上昇した場合にも、この熱負荷に対して過不足なく、冷却器（40）の冷却能力を調整することができる。したがって、冷却対象の熱負荷に追随した温度制御を行うことができ、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度を向上できる。

また、このように急激な熱負荷の上昇に対して過不足なく冷却器（40）の冷却能力を調整できるようにすると、例えば従来の冷凍装置のように、熱負荷に対して冷却能力が過剰となり、アンダーシュートが発生してしまうことも抑制できる。また、逆に熱負荷に対して冷却能力が過小となり、オーバーシュートが発生してしまうことも抑制できる。

さらに、本発明によれば、バッファタンク（34）を設けることで、冷却対象に供給する熱媒体の温度変動を緩和できるようにしている。したがって、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度を一層向上できる。

上記第２の発明によれば、設定手段（35）としてプレタンク（36）を設けている。このため、プレタンク（36）の設定容量（Vs）によって容易に到達時間（ts）を設定することができ、冷却器（40）の冷却能力が十分発揮できるタイミングと、温度センサ（45）を通過した熱媒体が冷却器（40）に到達するまでのタイミングとを確実に一致させることができる。

上記第３又は第４の発明によれば、冷却器（40）によって冷却された熱媒体の一部をバイパス経路（31）を介してプレタンク（36）側に再び返送することで、一部の熱媒体を冷却対象に供給せず、この熱媒体を再び冷却器（40）で冷却できるようにしている。よって、冷却対象の熱負荷が急激に変動した際にも、冷却対象に供給する熱媒体の温度変動を緩和させることができる。したがって、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度を更に向上できる。

ここで、第３の発明によれば、バイパス経路（31）の他端を温度センサ（45）の上流側に接続している。このため、バイパス経路（31）から返送される熱媒体と、冷却対象より返送される熱媒体との混合体の温度を上記温度センサ（45）で検出でき、この混合体の温度変動に追随させて冷却器（40）の冷却能力を調整することができる。

また、第４の発明によれば、バイパス経路（31）をプレタンク（36）に直接接続している。このため、プレタンク（36）内において、バイパス経路（31）より返送された熱媒体と冷却対象から返送された熱媒体とを確実に混合することができる。

上記第５の発明によれば、プレタンク（36）にポンプ（37）を設けることで、熱媒体を循環経路（30）内で循環させることができる。ここで、例えばポンプ（37）をバッファタンク（34）に設けた場合、ポンプ（37）の運転時における発熱によって熱媒体の温度が上昇してしまい、冷却対象に供給する熱媒体の温度精度が損なわれてしまう可能性がある。一方、本発明によれば、プレタンク（36）にポンプ（37）を設けているため、ポンプ（37）の発熱によって熱媒体の温度が上昇してしまった場合にも、この熱媒体を冷却器（40）で冷却することができる。したがって、熱媒体におけるポンプ（37）からの入熱の影響を低減することができる。

上記第６の発明によれば、設定手段（35）として管状部材（60）を設けている。このため、管状部材（60）の設定経路長さ（Ls）によって容易に到達時間（ts）を決定することができ、冷却器（40）の冷却能力が十分発揮できるタイミングと、温度センサ（45）を通過した熱媒体が冷却器（40）に到達するまでのタイミングとを確実に一致させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
図１に示すように、本発明の実施形態１に係る冷凍装置（チラー）（10）は、冷却器（40）によって熱媒体としてのブラインの冷却を行い、この熱媒体を冷却対象に供給することで、冷却対象の温度を一定に制御するものである。なお、本実施形態では、冷凍装置（10）が冷却対象としての半導体製造装置に適用される。

冷凍装置（10）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）に接続された冷却器（蒸発器）（40）と、上記ブラインが冷却器（40）と冷却対象との間で循環する循環経路（30）とを備えている。

上記冷媒回路（20）は、図示しない圧縮機、凝縮器、及び膨張弁と、蒸発器である冷却器（40）とが接続された閉回路となっており、冷媒回路（20）内の冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うものである。なお、蒸発器として機能する冷却器（40）は、例えばプレート型熱交換器で構成されている。そして、冷却器（40）は、冷媒回路（20）内の冷媒が流通する冷媒用流路（40a）と、循環経路（30）を流れるブラインが流通する熱媒体用流路（40b）とを備え、上記冷媒とブラインとを熱交換させることでブラインを冷却するように構成されている。

循環経路（30）は、上記冷却器（40）と冷却対象との間に接続された閉回路で構成されている。この循環経路（30）は、冷却器（40）で冷却されたブラインを冷却対象に供給する供給側経路（30a）と、冷却対象に供給されたブラインを冷却器（40）に返送する返送側経路（30b）とで構成されている。上記供給側経路（30a）は、その流入端が冷却器（40）に接続されている一方、その流出端が冷却対象に接続される。また、上記返送側経路（30b）は、その流入端が冷却対象に接続される一方、その流出端が冷却器（40）に接続されている。

供給側経路（30a）には、冷却器（40）の下流側より順に電気ヒータ（33）、出口温度センサ（46）、バッファタンク（34）、供給温度センサ（47）が接続されている。

電気ヒータ（33）は、例えば運転立ち上げ時などにおいて、ブラインの温度が著しく低い場合に、ブラインを加熱するためのものであり、冷凍装置（10）の通常運転時においては停止状態となっている。また、出口温度センサ（46）は、冷却器（40）及び電気ヒータ（33）を流通した後のブラインの出口温度Ｔ２を検出するものである。

バッファタンク（34）は、冷却対象へ供給するブラインを一時的に貯留するものである。このバッファタンク（34）内には、ポンプ（37）が配置されている。このポンプ（37）は、いわゆる浸漬型ポンプであり、バッファタンク（34）内に貯留するブラインを汲み上げて循環経路（30）内で循環させるように構成されている。なお、ポンプ（37）は一定流量のブラインを吐出する構成となっている。したがって、通常運転時において、循環経路（30）内で循環するブラインの流量も一定となる。

上記供給温度センサ（47）は、バッファタンク（34）の下流側に位置し、バッファタンク（34）より流出して冷却対象に供給されるブラインの供給温度Ｔ３を検出するものである。

一方、返送側経路（30b）における冷却対象の下流側には、戻り温度センサ（温度センサ）（45）が接続されている。戻り温度センサ（45）は、冷却対象の熱を吸熱して加熱されたブラインの戻り温度Ｔ１を検出するものである。

また、返送側経路（30b）において戻り温度センサ（45）の下流側には、この戻り温度センサ（45）を通過したブラインが冷却器（40）に到達するまでの到達時間（ts）を所定時間に設定する設定手段（35）が設けられている。具体的に、設定手段（35）は、ブラインを一時的に貯留する設定容量（Vs）を有するプレタンク（36）で構成されている。そして、プレタンク（36）は、設定容量（Vs）を所定の容量とすることで、プレタンク（36）内で貯留されるブラインの滞留時間を所定時間とし、これによって上記到達時間（ts）を設定可能に構成されている。

また、この冷凍装置（10）には、コントローラ（50）が設けられている。このコントローラ（50）は、各温度センサ（45,46,47）からの検出信号を受信し、この検出信号に基づいて冷却器（40）の冷却能力を調整するように構成されている。

具体的に、コントローラ（50）は、戻り温度センサ（45）の検出温度（戻り温度Ｔ１）に基づいて冷却器（40）の冷却能力を調整する冷却能力制御部（制御手段）（51）を備えている。そして、冷却能力制御部（51）は、戻り温度Ｔ１が所定温度よりも上昇すると、上述した冷媒回路（20）の圧縮機容量や膨張弁開度を調整し、冷却器（40）の冷却能力を増大させる一方、戻り温度Ｔ１が所定温度よりも低下すると、冷却器（40）の冷却能力を低減させるように構成されている。

さらに、コントローラ（50）は、出口温度センサ（46）の検出温度（出口温度Ｔ２）及び供給温度センサ（47）の検出温度（供給温度Ｔ３）に基づいて冷却器（40）の冷却能力を補正する出口温度制御部（52）を備えている。この出口温度制御部（52）は、バッファタンク（34）の上流側で検知された出口温度Ｔ２が目標温度より高くなると、冷却器（40）の冷却能力を増大補正する一方、上記出口温度Ｔ２が目標温度よりも低くなると、冷却器（40）の冷却能力を減少補正するように構成されている。また、出口温度制御部（52）は、バッファタンク（34）の下流側で検知された供給温度Ｔ３と目標温度とのずれを検知することによって、上記目標温度の補正を行い、冷却対象に供給されるブラインの温度を目標温度に近づけるように構成されている。

以上の構成において、上述した設定手段（35）であるプレタンク（36）の設定容量（Vs）は、この設定容量（Vs）によって決定される到達時間（ts）と、上記戻り温度センサ（45）に対応して冷却器（40）の冷却能力が変動するまでの時間とがほぼ同一となるように設定される。

−運転動作−
次に、実施形態１に係る冷凍装置（10）の運転動作について説明する。

冷媒回路（20）では、図示しない圧縮機が起動し、冷媒が循環することで冷凍サイクルが行われる。一方、循環経路（30）では、バッファタンク（34）内のポンプ（37）が起動し、ブラインが循環経路（30）内を循環する。また、通常運転においては、電気ヒータ（33）は停止状態となっている。

以上の状態において、冷却対象から返送側経路（30b）に返送されたブラインは、戻り温度センサ（45）を流通する。この際、コントローラ（50）の制御手段（51）は、上記戻り温度センサ（45）で検出された戻り温度Ｔ１の上昇を検出し、冷却器（40）の冷却能力を増大させる。なお、この際、冷却器（40）の冷却能力が上記戻り温度Ｔ１に対応して変動するまでに所定の時間を要する。

一方、戻り温度センサ（45）を流通したブラインは、プレタンク（36）に一時的に貯留される。ここで、プレタンク（36）の設定容量（Vs）は、ブラインが戻り温度センサ（45）を通過してから冷却器（40）に到達するまでの到達時間（ts）と、上記冷却器（40）の冷却能力が戻り温度Ｔ１に対応して変動するまでの時間とがほぼ同一となるように設定されている。したがって、プレタンク（36）内を滞留した後、このブラインが冷却器（40）に流入する際には、冷却器（40）の冷却能力が十分発揮できる状態となる。

このようにして、冷却器（40）によって所定温度に冷却されたブラインは、供給側経路（30a）に流入する。そして、ブラインは、停止状態である電気ヒータ（33）、及び出口温度センサ（46）を通過した後、バッファタンク（34）内に流入する。ここで、バッファタンク（34）内では、ブラインが一時的に貯留されるため、例えばバッファタンク（34）に流入するブラインの温度が急激に変動した場合にも、この温度変動が緩和される。

その後、バッファタンク（34）内に貯留されたブラインは、ポンプ（37）によって汲み上げられ、供給温度センサ（47）を通過した後、冷却対象に供給される。

以上のように、冷凍装置（10）では、冷却器（40）によって冷却されたブラインを冷却対象に供給し、冷却対象によって加熱されたブラインを再び冷却器（40）で冷却して循環させることで、冷却対象の温度を一定に保持できるようにしている。

−実施形態１の効果−
上記実施形態１では、以下の効果が発揮される。

上記実施形態１では、設定手段（35）であるプレタンク（36）の設定容量（Vs）を所定容量とすることで、冷却器（40）の冷却能力が十分発揮できるタイミングと、温度センサを通過した冷媒が冷却器（40）に到達するまでのタイミングとを一致できるようにしている。

このことについて、図２を用いながら更に詳細に説明する。なお、図２は、実施形態１に係る冷凍装置（1）において、冷却対象の熱負荷が著しく変動した場合における循環経路（30）内のブラインの温度変化、及び冷却器（40）の冷却能力の変化を示すグラフである。

例えば図２(Ａ)に示すように、時刻ｔ１において仮想的に示す熱負荷が段階的に大きくなった際には、冷却対象で加熱されたブラインが戻り温度センサ（45）に到達する時刻ｔ２において、ブラインの戻り温度Ｔ１の昇温が検出される（図２(Ｂ)参照）。そして、冷媒能力制御部（51）は、戻り温度Ｔ１に応じて冷却器（40）の冷却能力を増大させる制御を行う。ここで、冷却器（40）は、冷媒回路（20）の圧縮機容量や膨張弁開度によって制御されるため、冷却器（40）の冷却能力は、時刻ｔ２より遅れた時刻ｔ３になってから次第に上昇する（図２(Ｃ)参照）。

一方、戻り温度センサ（45）を通過したブラインは、プレタンク（36）内を所定時間滞留することで、冷却器（40）に到達する。ここで、プレタンク（36）の設定容量（Vs）は、戻り温度センサ（45）を通過したブラインが冷却器（40）に到達するまでの到達時間（ts）と、上記冷却器（40）の冷却能力が上昇し始めるまでの時間とが実質的に同じになるように決定されている。したがって、ブラインは温度変動に対応する適正な冷却能力で冷却されることとなり、ブラインの出口温度Ｔ２の変動が可能な限り抑制される（図２(Ｄ)参照）。さらに、このブラインは、バッファタンク（34）内に一時的に貯留されるため、このブラインの温度変動がバッファタンク（34）内で緩和される。したがって、冷却対象に供給されるブラインの供給温度Ｔ３の温度変動も緩和される（図２(Ｅ)参照)。

以上のように、本実施形態では、設定手段（35）としてのプレタンク（36）を設けることで、急激な熱負荷変動に対して冷凍装置の冷却能力を追随させることができる。さらに、バッファタンク（34）を設けることで、ブラインの温度変動を緩和することができる。したがって、この冷凍装置によって冷却対象に供給するブラインの温度精度を向上させることができる。

−実施形態１の変形例−
次に、上述した実施形態１に係る冷凍装置の変形例１から変形例３について図面に基づいて説明する。

<変形例１>
変形例１の冷凍装置（10）は、実施形態１の冷凍装置（10）とほぼ同様の構成において、ポンプ（37）の配置が異なるものである。図３に示すように、変形例１では、ポンプ（37）がプレタンク（36）内に配置されている。

この変形例１では、 プレタンク（36）内のポンプ（37）を起動することで、ブラインを循環経路（30）内で循環させることができる。ここで、例えばポンプ（37）をバッファタンク（34）に設けた場合、ポンプ（37）の運転時における発熱によってブラインの温度が上昇してしまい、冷却対象に供給するブラインの温度精度が損なわれてしまう可能性がある。一方、この変形例１では、プレタンク（36）側にポンプ（37）を設けているため、ポンプ（37）の発熱によってブラインの温度が上昇してしまった場合にも、このブラインを冷却器（40）で冷却することができる。したがって、ブラインに対するポンプ（37）からの入熱の影響を低減することができる。

<変形例２>
変形例２の冷凍装置（10）は、図４に示すように、実施形態１の冷凍装置（10）とほぼ同様の構成において、供給側経路（30a）に出口温度センサ（46）が設けられておらず、供給温度センサ（47）のみが設けられているものである。

この変形例２では、コントローラ（50）の出口温度制御部（52）が、供給温度センサ（47）の検出温度（供給温度Ｔ３）に基づいて冷却器（40）の冷却能力を補正するように構成されている。具体的に、出口温度制御部（52）は、供給温度Ｔ３が目標温度より高くなると、冷却器（40）の冷却能力を増大補正する一方、供給温度Ｔ３が目標温度よりも低くなると、冷却器（40）の冷却能力を減少補正するように構成されている。

<変形例３>
変形例３の冷凍装置（10）は、図５に示すように、実施形態１の冷凍装置（10）とほぼ同様の構成において、供給側経路（30a）に設けられた出口温度センサ（46）が電気ヒータ（33）の上流側に配置されているものである。この変形例３においても、設定手段（35）としてのプレタンク（36）を設けることで、急激な熱負荷変動に対して冷凍装置の冷却能力を追随させることができる。さらに、バッファタンク（34）を設けることで、ブラインの温度変動を緩和することができる。したがって、この冷凍装置によって冷却対象に供給するブラインの温度精度を向上させることができる。

《発明の実施形態２》
次に、実施形態２に係る冷凍装置（10）について図６を参照しながら説明する。なお、以下の説明では実施形態１と異なる点のみについて説明する。

実施形態２では、循環経路（30）にバイパス経路（31）が接続されている。このバイパス経路（31）は、一端が供給側経路（30a）における冷却器（40）と電気ヒータ（33）の間に接続され、他端がプレタンク（36）の上流側に接続されている。なお、ブラインを循環経路（30）内で循環させるポンプ（37）は、上述した実施形態１の変形例１と同様、プレタンク（36）内に配置されている。

以上の構成において、この実施形態２では、冷却器（40）によって冷却されたブラインの一部を上記バイパス経路（31）を介してプレタンク（36）の上流側に返送するようにしている。このようにすると、例えば冷却対象の熱負荷が急激に変動し、冷却器（40）によって冷却されたブラインの温度と目標温度との間にずれが生じた場合にも、一部の熱媒体を冷却対象に供給せず、この熱媒体を再び冷却器（40）によって目標温度に近づけることができる。したがって、上述したようなプレタンク（36）やバッファタンク（34）による供給ブラインの温度精度の向上効果に加え、更に温度精度を向上できる効果を得ることができる。

−実施形態２の変形例−
次に、上記実施形態２に係る冷凍装置の変形例について説明する。この変形例は、図７に示すように、実施形態２の冷凍装置（10）とほぼ同様の構成において、バイパス経路（31）の接続位置が異なるものである。具体的に、この変形例では、バイパス経路（31）の一端がプレタンク（36）に直接接続されている。このため、プレタンク（36）内において、バイパス経路（31）より返送されたブラインと冷却対象から返送されたブラインとを確実に混合することができる。

《発明の実施形態３》
次に、実施形態３に係る冷凍装置（10）について図８を参照しながら説明する。なお、以下の説明では実施形態１と異なる点のみについて説明する。

実施形態３の冷凍装置（10）は、実施形態１と設定手段（35）の構成が異なるものである。具体的に、実施形態３の設定手段（35）は、設定経路長さ（Ls）を有する管状部材（60）で構成されている。この管状部材（60）は、返送側経路（30b）における戻り温度センサ（45）の下流側に接続されている。そして、管状部材（60）には、戻り温度センサ（45）で温度検出されたブラインが流入するようになっている。この管状部材（60）はスパイラル状に形成されたパイプで構成されている。

以上の構成において管状部材（60）は、その設定経路長さ（Ls）を所定の長さとすることで、管状部材（60）内を流通するブラインの滞留時間を所定時間とし、これによって上述した到達時間（ts）を設定可能に構成されている。したがって、冷却対象の熱負荷が急激に変動した際、ブラインの温度上昇が検知されて冷却器（40）の冷却能力が上昇するタイミングと、このブラインが冷却器（40）に到達するタイミングとを一致させることができ、急激な熱負荷変動に追随した冷却器（40）の冷却能力を得ることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態では、いわゆる浸漬型のポンプ（37）を用いてブラインを循環させるようにしている。しかしながら、これに代えて、他のポンプを設けるようにしてもよい。

また、上述した実施形態１から実施形態３、あるいは各実施形態の変形例は、本発明の冷凍装置（10）の代表的な例を示すものである。したがって、各実施形態や各変形例の組み合わせを変えて冷凍装置（10）を構成してもよいことは無論のことである。

さらに、上記実施形態２では、バイパス経路（31）の一端を供給側経路（30a）における冷却器（40）と電気ヒータ（33）の間に接続しているが、これ以外に、バイパス経路（31）の一端を供給側経路（30a）におけるバッファタンク（34）の下流側に接続してもよい。この場合にも、冷却器（40）で冷却されたブラインの一部をプレタンク（36）側に返送でき、上述した温度精度の向上効果を得ることができる。

実施形態１に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。 実施形態１に係る冷凍装置における熱媒体の温度と冷却能力の変化を示す説明図である。 実施形態１の変形例１に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。 実施形態１の変形例２に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。 実施形態１の変形例３に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。 実施形態２に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。 実施形態２の変形例に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。 実施形態３に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。 従来の冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。 従来の冷凍装置に係る冷凍装置におけるの熱媒体の温度と冷却能力の変化を示す説明図である。

符号の説明

（10） 冷凍装置（チラー）
（20） 冷媒回路
（30） 循環経路
（30a） 供給側経路
（30b） 返送側経路
（35） 設定手段
（36） プレタンク
(37） ポンプ
(40) 冷却器
(45) 温度センサ
（51) 制御手段

Claims (6)

1. 冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）に接続されるとともに熱媒体の冷却を行う冷却器（40）と、該冷却器（40）で冷却された熱媒体を冷却対象に供給する供給側経路（30a）と、該冷却対象に供給された熱媒体を冷却器（40）に返送する返送側経路（30b）とを備え、上記供給側経路（30a）と上記返送側経路（30b）とが接続されて熱媒体の循環経路（30）を構成する冷凍装置であって、
   上記供給側経路（30a）には、バッファタンク（34）が接続され、
   上記返送側経路（30b）には、温度センサ（45）が設けられ、
   上記温度センサ（45）の検出温度に基づいて上記冷却器（40）の冷却能力を調整する制御手段（51）と、上記温度センサ（45）を通過した熱媒体が上記冷却器（40）に到達するまでの到達時間（ts）を所定時間に設定する設定手段（35）とを備える冷凍装置。
2. 請求項１に記載の冷凍装置において、
   設定手段（35）は、返送側経路（30b）における温度センサ（45）の下流側に接続され、熱媒体を一時的に貯留する設定容量（Vs）を有するプレタンク（36）で構成されている冷凍装置。
3. 請求項２に記載の冷凍装置において、
   循環経路（30）には、一端が供給側経路（30a）における冷却器（40）の下流側に接続され、他端が返送側経路（30b）におけるプレタンク（36）の上流側に接続されるバイパス経路（31）が設けられている冷凍装置。
4. 請求項２に記載の冷凍装置において、
   循環経路（30）には、一端が供給側経路（30a）における冷却器（40）の下流側に接続され、他端がプレタンク（36）に接続されるバイパス経路（31）が設けられている冷凍装置。
5. 請求項２から４のいずれか１に記載の冷凍装置において、
   熱媒体を循環経路（30）内で循環させるポンプ（37）を備え、
   上記ポンプ（37）は、プレタンク（36）に設けられている冷凍装置。
6. 請求項１に記載の冷凍装置において、
   設定手段（35）は、返送側経路（30b）における温度センサ（45）の下流側に接続され、設定経路長さ（Ls）を有する管状部材（60）で構成されている冷凍装置。

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