JP2010117087A - Refrigerating device - Google Patents

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Hiroshi Komano
宏 駒野
Koichi Kita
宏一 北
Naohiro Tanaka
直宏 田中
Daisuke Suzuki
大輔 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refrigerating device capable of accurately controlling a temperature of a refrigerant by quickly coping with load fluctuation in an object to be cooled. <P>SOLUTION: The refrigerating device includes a refrigerating circuit 21 having a plate-shaped evaporator 29, a tank 33, a refrigerant circuit 31 having a first pipe P1 for feeding brine from the tank 33 to the plate-shaped evaporator 29, a second pipe P2 for feeding the brine from the plate-shaped evaporator 29 to the object to be cooled, a third pipe P3 for feeding the brine from the object to be cooled to the tank 33, and a downstream-side temperature sensor T1 arranged at the downstream side of a position p where the brine flowing in the second pipe P2 forms a turbulent flow, and a control means 61 for adjusting the temperature of the brine by controlling the refrigerating circuit 21 and the refrigerant circuit 31 based on a downstream-side temperature Ta measured by the downstream-side temperature sensor T1. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば半導体製造装置などの冷却対象に恒温の冷媒を供給して冷却対象の温度を調節する冷凍装置に関するものである。   The present invention relates to a refrigeration apparatus that adjusts the temperature of a cooling target by supplying a constant temperature refrigerant to the cooling target such as a semiconductor manufacturing apparatus.

従来から、冷却対象の温度を調節するための冷凍装置が知られている。この冷凍装置は、一次冷媒が相変化しながら循環する冷凍サイクルからなる冷凍回路と、二次冷媒(ブライン)が循環する冷媒回路とを備えている。   Conventionally, a refrigeration apparatus for adjusting the temperature of an object to be cooled is known. This refrigeration apparatus includes a refrigeration circuit including a refrigeration cycle in which a primary refrigerant circulates while changing phase, and a refrigerant circuit in which a secondary refrigerant (brine) circulates.

冷凍回路は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを有し、これらがこの順に配管で接続されている。冷媒回路は、ブラインを蒸発器から冷却対象へ送る供給側通路と、ブラインを冷却対象から蒸発器へ送る戻り側通路とを有している。   The refrigeration circuit includes a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, which are connected by piping in this order. The refrigerant circuit has a supply side passage for sending brine from the evaporator to the cooling target and a return side passage for sending brine from the cooling target to the evaporator.

冷凍回路における蒸発器としては、種々のタイプの蒸発器が用いられている。例えばプレート形蒸発器は、同程度の能力を有する他のタイプの蒸発器と比較して小型化することができるという利点がある。プレート形蒸発器は、複数のプレートを有しており、各プレートにおいて冷凍回路の冷媒と冷媒回路のブラインとの間で熱交換が行われ、ブラインが冷却されて温度調節される。   Various types of evaporators are used as the evaporator in the refrigeration circuit. For example, plate evaporators have the advantage that they can be miniaturized compared to other types of evaporators with comparable capabilities. The plate-type evaporator has a plurality of plates, and heat exchange is performed between the refrigerant of the refrigeration circuit and the brine of the refrigerant circuit in each plate, and the brine is cooled to adjust the temperature.

ところが、プレート形蒸発器の各プレートにおいて冷却されるブラインの温度にはばらつきが生じることがある。したがって、各プレートを通過して冷却されたブラインが1本の配管に集約されて蒸発器から排出されるときには、その配管内のブラインに温度むらや温度ノイズが生じることがある。このため、プレート形蒸発器から排出されたブラインが冷却対象に送られる手前、すなわちプレート形蒸発器よりも下流側で冷却対象よりも上流側に位置する供給側通路にタンクを配置して、このタンクにブラインを一旦貯留することにより、ブラインの温度むらを解消している。   However, the temperature of the brine cooled in each plate of the plate evaporator may vary. Therefore, when the brine cooled after passing through each plate is collected in one pipe and discharged from the evaporator, temperature unevenness and temperature noise may occur in the brine in the pipe. Therefore, before the brine discharged from the plate evaporator is sent to the object to be cooled, that is, the tank is arranged in the supply side passage located downstream from the plate evaporator and upstream from the object to be cooled. By storing the brine once in the tank, the temperature unevenness of the brine is eliminated.

このタンクは、ブラインを貯留するタンク本体と、タンク本体内のブラインの温度を調節するヒーターと、タンク本体内のブラインをタンク本体の外部に送り出してブラインを冷媒回路内で循環させるポンプと、タンク本体から送り出されるブラインの温度を測定する温度センサとを備えている。この温度センサによりブラインの温度が測定され、その温度データに基づいて膨張弁、ヒーターなどが制御されることによって、ブラインの温度が調節される(例えば特許文献1)。
特開平10−220947号公報
This tank has a tank body for storing brine, a heater for adjusting the temperature of the brine in the tank body, a pump for sending the brine in the tank body to the outside of the tank body and circulating the brine in the refrigerant circuit, And a temperature sensor for measuring the temperature of the brine sent out from the main body. The temperature of the brine is measured by this temperature sensor, and the temperature of the brine is adjusted by controlling an expansion valve, a heater, and the like based on the temperature data (for example, Patent Document 1).
JP-A-10-220947

ところで、近年、冷凍装置は、冷却対象における負荷の変動に迅速に対応して高精度な温度制御をすることが求められており、特に、半導体業界ではその要求レベルが高い。   By the way, in recent years, refrigeration apparatuses are required to perform temperature control with high accuracy by quickly responding to fluctuations in the load on the object to be cooled, and the requirement level is particularly high in the semiconductor industry.

しかしながら、上記したような従来の冷凍装置の構成では、負荷の変動に対する応答性は必ずしも高いとは言えない。すなわち、タンク本体には多量のブラインが貯留されているので、蒸発器で温度調節されてタンク本体に供給されたブラインがタンク本体から排出されるまでにはある程度の時間(滞留時間)が必要になる。したがって、温度センサが測定するブラインの温度は、蒸発器で温度調節されてから前記滞留時間が経過した後のブラインの温度を測定していることになる。その結果、蒸発器でブラインが温度調節される時点と、この温度調節されたブラインの温度を実際に測定する時点とでは大きなタイムラグが生じることになる。このようなタイムラグが生じると、負荷の変動に迅速に対応して高精度な温度制御をすることができない。   However, in the conventional refrigeration apparatus configuration as described above, the responsiveness to load fluctuations is not necessarily high. That is, since a large amount of brine is stored in the tank body, a certain amount of time (residence time) is required until the brine whose temperature is adjusted by the evaporator and supplied to the tank body is discharged from the tank body. Become. Therefore, the temperature of the brine measured by the temperature sensor is the temperature of the brine after the residence time has elapsed since the temperature was adjusted by the evaporator. As a result, a large time lag occurs between the time when the temperature of the brine is adjusted by the evaporator and the time when the temperature of the temperature-adjusted brine is actually measured. When such a time lag occurs, it is impossible to perform temperature control with high accuracy by quickly responding to load fluctuations.

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却対象における負荷の変動に迅速に対応して冷媒を高精度に温度制御できる冷凍装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to provide a refrigeration apparatus capable of controlling the temperature of a refrigerant with high accuracy in response to a change in load on a cooling target. It is in.

本発明の冷凍装置は、圧縮機(23)と、凝縮器(25)と、減圧機構(27)と、プレート形蒸発器(29)とを有する冷凍回路(21)と、冷媒を収容するタンク本体(41)と前記タンク本体(41)内の前記冷媒の温度を調節するヒーター(45)と前記タンク本体(41)から前記冷媒を送液するポンプ(47)とを含むタンク(33)と、前記タンク(33)から前記プレート形蒸発器(29)へ前記冷媒を送る第1の配管(P1)と、前記プレート形蒸発器(29)から冷却対象へ前記冷媒を送る第2の配管(P2)と、前記冷却対象から前記タンク(33)へ前記冷媒を送る第3の配管(P3)と、前記第2の配管(P2)内を流れる前記冷媒が乱流となる位置(p)よりも下流側の前記第2の配管(P2)に配設され、前記冷媒の温度を測定する下流側温度センサ(T1)と、を有し、前記タンク(33)、前記プレート形蒸発器(29)および前記冷却対象の順に前記冷媒が循環する冷媒回路(31)と、前記下流側温度センサ(T1)により測定される下流側温度(Ta)に基づいて前記冷凍回路(21)および前記冷媒回路(31)のうち少なくとも前記冷凍回路(21)を制御して前記冷媒の温度を調節する制御手段(61)と、を備えている。   The refrigeration apparatus of the present invention includes a compressor (23), a condenser (25), a decompression mechanism (27), a refrigeration circuit (21) having a plate-type evaporator (29), and a tank for storing refrigerant. A tank (33) including a main body (41), a heater (45) for adjusting the temperature of the refrigerant in the tank main body (41), and a pump (47) for feeding the refrigerant from the tank main body (41); A first pipe (P1) for sending the refrigerant from the tank (33) to the plate evaporator (29), and a second pipe (P1) for sending the refrigerant from the plate evaporator (29) to the object to be cooled ( P2), a third pipe (P3) for sending the refrigerant from the object to be cooled to the tank (33), and a position (p) where the refrigerant flowing in the second pipe (P2) becomes turbulent. Is also disposed in the second pipe (P2) on the downstream side, A downstream temperature sensor (T1) for measuring the temperature of the refrigerant, and the refrigerant circuit (31) in which the refrigerant circulates in the order of the tank (33), the plate evaporator (29), and the cooling target. The refrigerant is controlled by controlling at least the refrigeration circuit (21) of the refrigeration circuit (21) and the refrigerant circuit (31) based on the downstream temperature (Ta) measured by the downstream temperature sensor (T1). And a control means (61) for adjusting the temperature.

この構成では、タンク(33)は、蒸発器(29)の上流側に配置されており、蒸発器(29)により冷却されて温度調節された冷媒は、タンク(33)を経由することなく冷却対象に送られる。   In this configuration, the tank (33) is disposed on the upstream side of the evaporator (29), and the temperature-controlled refrigerant cooled by the evaporator (29) is cooled without passing through the tank (33). Sent to subject.

また、この構成では、プレート形蒸発器(29)から冷却対象へ冷媒を送る第2の配管(P2)に、冷媒の温度を測定する下流側温度センサ(T1)が配設されており、この下流側温度センサ(T1)により測定される温度(下流側温度(Ta))に基づいて冷凍回路(21)を制御して冷媒の温度が調節される。下流側温度センサ(T1)により測定される下流側温度(Ta)は、プレート形蒸発器(29)により温度調節された後、第2の配管(P2)を流れる冷媒の温度であり、従来のようにタンク(33)で一旦貯留されて前記滞留時間を経過した冷媒の温度ではない。したがって、プレート形蒸発器(29)で冷媒が温度調節される時点と、この温度調節された冷媒の温度を実際に測定する時点との間のタイムラグを小さくすることができる。これにより、下流側温度センサ(T1)により測定された冷媒の下流側温度(Ta)をプレート形蒸発器(29)での冷媒の温度調節に迅速に反映させることができる。   In this configuration, a downstream temperature sensor (T1) that measures the temperature of the refrigerant is disposed in the second pipe (P2) that sends the refrigerant from the plate evaporator (29) to the object to be cooled. The refrigerant temperature is adjusted by controlling the refrigeration circuit (21) based on the temperature (downstream temperature (Ta)) measured by the downstream temperature sensor (T1). The downstream temperature (Ta) measured by the downstream temperature sensor (T1) is the temperature of the refrigerant flowing through the second pipe (P2) after the temperature is adjusted by the plate evaporator (29). Thus, it is not the temperature of the refrigerant once stored in the tank (33) and after the residence time has elapsed. Therefore, the time lag between the time when the temperature of the refrigerant is adjusted by the plate evaporator (29) and the time when the temperature of the temperature-adjusted refrigerant is actually measured can be reduced. Thereby, the downstream temperature (Ta) of the refrigerant measured by the downstream temperature sensor (T1) can be quickly reflected in the temperature adjustment of the refrigerant in the plate evaporator (29).

さらに、この構成では、前記下流側温度センサ(T1)は、第2の配管(P2)内を流れる冷媒が乱流となる位置(p)よりも下流側の位置に配設されている。このような位置(p)に温度センサを配設することにより、下流側温度センサ(T1)により測定される温度データが安定するので、安定的な冷媒の温度制御を行うことができる。すなわち、プレート形蒸発器(29)を用いることにより第2の配管(P2)内に生じる冷媒の温度むらは、各プレートを通過した各冷媒が1本の配管に集約されて蒸発器(29)から排出される時点では十分に混合されておらず、各冷媒が温度差を維持したまま層流の状態で流れていることに起因していると考えられる。したがって、下流側温度センサ(T1)を上記位置(p)よりも下流側に配設することにより、温度むらが解消された冷媒の温度を測定できるので、下流側温度の測定データが安定する。   Further, in this configuration, the downstream temperature sensor (T1) is disposed at a position downstream of the position (p) where the refrigerant flowing in the second pipe (P2) becomes turbulent. By arranging the temperature sensor at such a position (p), the temperature data measured by the downstream temperature sensor (T1) is stabilized, so that stable refrigerant temperature control can be performed. That is, the temperature unevenness of the refrigerant generated in the second pipe (P2) by using the plate-type evaporator (29) causes the refrigerant that has passed through each plate to be collected in one pipe so that the evaporator (29). This is considered to be due to the fact that the refrigerant is not sufficiently mixed at the time of being discharged from the refrigerant and flows in a laminar flow state while maintaining the temperature difference. Therefore, by disposing the downstream temperature sensor (T1) on the downstream side of the position (p), the temperature of the refrigerant from which the temperature unevenness has been eliminated can be measured, so that the downstream temperature measurement data is stabilized.

上記の各構成を兼ね備えていることにより、負荷の変動に迅速に対応して冷媒を高精度に温度制御することが可能になる。   By combining the above-described components, it becomes possible to control the temperature of the refrigerant with high accuracy by quickly responding to load fluctuations.

前記冷媒が乱流となる位置(p)は、前記第2の配管(P2)の上流側端部から下式(1)に基づいて算出される距離xだけ下流側の位置であるのが好ましい。   The position (p) at which the refrigerant becomes turbulent is preferably a position downstream from the upstream end of the second pipe (P2) by a distance x calculated based on the following equation (1). .

Figure 2010117087
Figure 2010117087

この構成では、第2の配管(P2)中の冷媒が乱流となる位置(p)を上記式(1)に基づいて算出している。これにより、冷媒が乱流となる位置(p)を容易に決定することができるので、冷凍装置の設計に要する時間を削減することができる。   In this configuration, the position (p) where the refrigerant in the second pipe (P2) becomes a turbulent flow is calculated based on the above formula (1). Thereby, the position (p) at which the refrigerant becomes turbulent can be easily determined, so that the time required for designing the refrigeration apparatus can be reduced.

前記冷媒回路(31)は、前記第1の配管(P1)または前記第3の配管(P3)に配設されて前記プレート形蒸発器(29)よりも上流側の前記冷媒の温度を測定する上流側温度センサ(T2)をさらに有し、前記制御手段(61)は、前記下流側温度(Ta)および前記上流側温度センサ(T2)により測定される上流側温度(Tb)に基づいて前記冷凍回路(21)および前記冷媒回路(31)のうち少なくとも前記冷凍回路(21)を制御するのが好ましい。   The refrigerant circuit (31) is disposed in the first pipe (P1) or the third pipe (P3), and measures the temperature of the refrigerant upstream from the plate evaporator (29). The control unit (61) further includes an upstream temperature sensor (T2), and the control means (61) is based on the downstream temperature (Ta) and the upstream temperature (Tb) measured by the upstream temperature sensor (T2). It is preferable to control at least the refrigeration circuit (21) among the refrigeration circuit (21) and the refrigerant circuit (31).

この構成では、前記下流側温度センサ(T1)に加え、さらに前記上流側温度センサ(T2)を有し、これらにより測定される下流側温度(Ta)および上流側温度(Tb)に基づいて冷凍回路(21)が制御されるので、より高精度な温度調節が可能になる。   In this configuration, in addition to the downstream temperature sensor (T1), the upstream temperature sensor (T2) is further provided, and the refrigeration is performed based on the downstream temperature (Ta) and the upstream temperature (Tb) measured thereby. Since the circuit (21) is controlled, temperature adjustment with higher accuracy becomes possible.

具体的には、前記制御手段(61)は、前記冷凍回路(21)の前記制御を所定時間毎に行い、前回の制御時に測定された前記上流側温度(Tb)を基準温度(Tbs)とし、前記基準温度(Tbs)と今回の制御時に測定される前記上流側温度(Tb)との差である温度変化量(dTb)に基づいて前回の制御時からの負荷熱量の変化量(dLW)を算出し、前記負荷熱量の変化量(dLW)に基づいて前記負荷熱量の変化に対応するための前記膨張弁(27)の開度の第1操作量(dEv1)を算出し、前記下流側温度(Ta)に基づいてフィードバック制御により前記膨張弁(27)の開度の第2操作量(dEv2)を算出し、前記第1操作量(dEv1)と前記第2操作量(dEv2)を足して前記膨張弁(27)の開度操作量(dEv)を算出し、前記膨張弁(27)の開度(Ev)に前記開度操作量(dEv)を加え、前記今回の制御時に測定された前記上流側温度(Tb)を前記基準温度(Tbs)として保存するのが好ましい。   Specifically, the control means (61) performs the control of the refrigeration circuit (21) every predetermined time, and uses the upstream temperature (Tb) measured during the previous control as a reference temperature (Tbs). Based on the temperature change (dTb) that is the difference between the reference temperature (Tbs) and the upstream temperature (Tb) measured during the current control, the amount of change in load heat (dLW) from the previous control And calculating a first manipulated variable (dEv1) of the opening of the expansion valve (27) for coping with the change in the load heat quantity based on the change in the load heat quantity (dLW), Based on the temperature (Ta), a second operation amount (dEv2) of the opening degree of the expansion valve (27) is calculated by feedback control, and the first operation amount (dEv1) and the second operation amount (dEv2) are added. Opening operation amount (d) of the expansion valve (27) v) is calculated, the opening operation amount (dEv) is added to the opening (Ev) of the expansion valve (27), and the upstream temperature (Tb) measured at the time of the current control is calculated as the reference temperature ( Preferably it is stored as Tbs).

一般に、プレート形蒸発器内の冷媒の流れは膨張弁などの減圧機構の微妙な開度変化にも敏感に反応して影響を受ける。したがって、膨張弁の開度が変わると各プレートでの熱交換量が変化して各プレートを通過した後の蒸発器出口における冷媒の温度が変化する。冷凍装置のシステムとしては、蒸発器の出口の冷媒の温度をトータルで制御するだけであり、各プレートを通過する冷媒の温度までは制御できない。このため、温度制御を安定させるためには膨張弁の開度変更は最低限にとどめるのがよい。   In general, the flow of refrigerant in the plate evaporator is sensitively affected by sensitive changes in opening of a decompression mechanism such as an expansion valve. Therefore, when the opening degree of the expansion valve changes, the amount of heat exchange in each plate changes, and the temperature of the refrigerant at the evaporator outlet after passing through each plate changes. The refrigeration system only controls the temperature of the refrigerant at the outlet of the evaporator in total, and cannot control the temperature of the refrigerant passing through each plate. For this reason, in order to stabilize the temperature control, it is preferable to change the opening of the expansion valve to a minimum.

この構成では、下流側温度(Ta)に基づくフィードバック制御による膨張弁(27)の開度調節だけでなく、上流側温度センサ(T2)により測定される上流側温度(Tb)に基づいて負荷変動を考慮した膨張弁(27)の開度調節も行うので、負荷の変動を事前にとらえて膨張弁(27)の余分な開度操作を抑えることができる。これにより、膨張弁(27)の開度変更を低減することができるので、蒸発器(29)を通過する冷媒の温度変動を低減することができる。その結果、負荷の変動に対するより適切な応答ができるので、より高精度な温度調節ができる。   In this configuration, not only the opening degree of the expansion valve (27) is adjusted by feedback control based on the downstream temperature (Ta) but also the load fluctuation based on the upstream temperature (Tb) measured by the upstream temperature sensor (T2). Since the opening degree of the expansion valve (27) is adjusted in consideration of the above, it is possible to prevent the opening degree of the expansion valve (27) from being manipulated by detecting the load fluctuation in advance. Thereby, since the opening degree change of an expansion valve (27) can be reduced, the temperature fluctuation of the refrigerant | coolant which passes an evaporator (29) can be reduced. As a result, a more appropriate response to load fluctuations can be achieved, and more accurate temperature control can be performed.

以上説明したように、本発明によれば、蒸発器としてプレート形蒸発器が用いられ、タンクがプレート形蒸発器よりも上流側に配置され、第2の配管内を流れる冷媒が乱流となる位置よりも下流側の第2の配管に配設された下流側温度センサを備え、下流側温度センサにより測定される下流側温度に基づいて少なくとも冷凍回路を制御して冷媒の温度を調節する制御手段を備えているので、下流側温度センサにより測定された冷媒の温度データをプレート形蒸発器での温度調節に迅速に反映させることができるとともに、下流側温度センサにより測定される温度データを安定させることができる。これにより、負荷の変動に迅速に対応して冷媒を高精度に温度制御することができる。   As described above, according to the present invention, the plate-type evaporator is used as the evaporator, the tank is disposed on the upstream side of the plate-type evaporator, and the refrigerant flowing in the second pipe becomes a turbulent flow. Control comprising a downstream temperature sensor disposed in a second pipe downstream from the position, and controlling at least the refrigeration circuit based on the downstream temperature measured by the downstream temperature sensor to adjust the temperature of the refrigerant Since the temperature data of the refrigerant measured by the downstream temperature sensor can be quickly reflected in the temperature adjustment of the plate evaporator, the temperature data measured by the downstream temperature sensor can be stabilized. Can be made. As a result, the temperature of the refrigerant can be controlled with high accuracy in response to load fluctuations.

<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態にかかる冷凍装置について図面を参照して詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態にかかる冷凍装置11は、一次冷媒が循環する冷凍サイクルからなる冷凍回路21と、二次冷媒としての冷媒液(ブライン)が循環する冷媒回路31と、これらの冷凍回路21および冷媒回路31を制御してブラインの温度を調節する制御部(制御手段)61とを備えている。
<First Embodiment>
Hereinafter, a refrigeration apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the refrigeration apparatus 11 according to this embodiment includes a refrigeration circuit 21 including a refrigeration cycle in which a primary refrigerant circulates, a refrigerant circuit 31 in which a refrigerant liquid (brine) as a secondary refrigerant circulates, and these The refrigeration circuit 21 and the refrigerant circuit 31 are controlled to adjust the temperature of the brine (control means) 61.

この冷凍装置11は、温度調節されたブラインを冷却対象37に供給し、この冷却対象37とブラインとの間で熱交換して冷却対象37の温度調節を行うためのものである。本実施形態では、冷却対象37が半導体製造装置である場合を例に挙げて説明する。   The refrigeration apparatus 11 is for supplying temperature-adjusted brine to the cooling object 37 and exchanging heat between the cooling object 37 and the brine to adjust the temperature of the cooling object 37. In the present embodiment, a case where the cooling target 37 is a semiconductor manufacturing apparatus will be described as an example.

冷凍回路21は、圧縮機23と凝縮器25と膨張弁(減圧機構)27と蒸発器29とを有し、これらがこの順に配管により接続されている。一次冷媒は、この冷凍回路21内において相変化しながら循環する。   The refrigeration circuit 21 has a compressor 23, a condenser 25, an expansion valve (decompression mechanism) 27, and an evaporator 29, which are connected by a pipe in this order. The primary refrigerant circulates while changing phase in the refrigeration circuit 21.

蒸発器29は、プレート形蒸発器であり、冷凍回路21を循環する一次冷媒が流れる流路と冷媒回路31を循環するブラインが流れる流路とが区画されたプレートを複数備えている。この蒸発器29は、一次冷媒とブラインとの間で熱交換する熱交換器である。   The evaporator 29 is a plate-type evaporator, and includes a plurality of plates in which a flow path through which the primary refrigerant circulating in the refrigeration circuit 21 flows and a flow path through which the brine circulating in the refrigerant circuit 31 flows are partitioned. The evaporator 29 is a heat exchanger that exchanges heat between the primary refrigerant and brine.

冷媒回路31は、タンク33と、一次冷媒このタンク33からプレート形蒸発器29へブラインを送る第1の配管P1と、プレート形蒸発器29から冷却対象37へブラインを送る第2の配管P2と、冷却対象37からタンク33にブラインを送る第3の配管P3とを備えている。   The refrigerant circuit 31 includes a tank 33, a first pipe P1 for sending brine from the tank 33 to the plate evaporator 29, and a second pipe P2 for sending brine from the plate evaporator 29 to the cooling target 37. And a third pipe P3 for sending brine from the cooling object 37 to the tank 33.

タンク33は、略直方体の形状を有してブラインが貯留されたタンク本体41と、このタンク本体41内にブラインを供給する供給配管43と、タンク本体41内のブラインの温度を調節するヒーター45と、タンク本体41内のブラインを吸い込み、このブラインをタンク本体41の外部に送り出してプレート形蒸発器29に送液するポンプ47とを備えている。   The tank 33 has a substantially rectangular parallelepiped shape and a tank main body 41 in which brine is stored, a supply pipe 43 that supplies the brine into the tank main body 41, and a heater 45 that adjusts the temperature of the brine in the tank main body 41. And a pump 47 that sucks in the brine in the tank body 41, sends this brine to the outside of the tank body 41, and feeds it to the plate-type evaporator 29.

図1に示すように、第2の配管P2には、プレート形蒸発器29において温度調節されたブラインの温度を測定する下流側温度センサT1が配設されている。制御部61は、下流側温度センサT1により測定される下流側温度Taに基づいて冷凍回路21および冷媒回路31を制御する。   As shown in FIG. 1, a downstream temperature sensor T <b> 1 that measures the temperature of the brine whose temperature is adjusted in the plate evaporator 29 is disposed in the second pipe P <b> 2. The controller 61 controls the refrigeration circuit 21 and the refrigerant circuit 31 based on the downstream temperature Ta measured by the downstream temperature sensor T1.

下流側温度センサT1は、第2の配管P2内を流れるブラインが乱流となる位置pよりも下流側に配設されている。冷媒回路31の配管の長さを短くするほど冷媒回路31を流れるブラインの量を少なくできるので、下流側温度センサT1は、位置pよりも下流側で、かつ、位置pに近い方が好ましい。   The downstream temperature sensor T1 is disposed on the downstream side of the position p where the brine flowing in the second pipe P2 becomes a turbulent flow. Since the amount of brine flowing through the refrigerant circuit 31 can be reduced as the length of the piping of the refrigerant circuit 31 is shortened, the downstream temperature sensor T1 is preferably downstream of the position p and closer to the position p.

ブラインが乱流となる位置pは、下記の式(1)に基づいて算出されて決定されたものである。すなわち、この位置pは、第2の配管P2の上流側端部から下式(1)に基づいて算出される距離xだけ下流側の位置である。   The position p at which the brine becomes turbulent is calculated and determined based on the following equation (1). That is, this position p is a position downstream from the upstream end of the second pipe P2 by a distance x calculated based on the following equation (1).

Figure 2010117087
Figure 2010117087

上記式(1)は、次のようにして導き出される。まず、プレート形蒸発器29を出た直後の流速Uは下式(2)となる。   The above equation (1) is derived as follows. First, the flow velocity U immediately after exiting the plate evaporator 29 is expressed by the following equation (2).

Figure 2010117087
Figure 2010117087

第2の配管P2でのレイノルズ数Reは、流速U、ブラインの動粘度vおよび配管径Dを使って下式(3)のように表される。   The Reynolds number Re in the second pipe P2 is expressed by the following equation (3) using the flow velocity U, the kinematic viscosity v of the brine, and the pipe diameter D.

Figure 2010117087
Figure 2010117087

第2の配管P2内を流れるブラインのほぼ全体が乱流となる位置pは、第2の配管P2内の助走区間を算出することで求められる。Latzkoの式によれば、助走区間xは下式(4)で表される。   The position p at which almost the entire brine flowing in the second pipe P2 becomes a turbulent flow can be obtained by calculating a running section in the second pipe P2. According to the Latzko equation, the run-up section x is expressed by the following equation (4).

Figure 2010117087
Figure 2010117087

図2に模式的に示すように、プレート形蒸発器29から第2の配管P2に排出された直後のブライン(図2の左側)は、各プレートを通過して温度差を有する各ブラインが集約された直後であるため、第2の配管P2内において各ブラインが温度差を有したまま層流の状態で流れる領域が多くを占めている(図2中の2本の破線Bで挟まれた領域)。その後、ブラインが第2の配管P2内を下流側(図2の右側)に向かって流れるにつれて、乱流の領域の占める割合が次第に増加していく。   As schematically shown in FIG. 2, the brine immediately after being discharged from the plate evaporator 29 to the second pipe P <b> 2 (the left side in FIG. 2) passes through each plate and gathers each brine having a temperature difference. Since it is just after being done, the area where each brine flows in a laminar flow state with a temperature difference in the second pipe P2 occupies a lot (between the two broken lines B in FIG. 2). region). Thereafter, as the brine flows in the second pipe P2 toward the downstream side (the right side in FIG. 2), the proportion of the turbulent region gradually increases.

プレート形蒸発器29と第2の配管P2との接続部分(図2中の第2の配管P2の左端)では、第2の配管P2の径方向の大半が層流の領域であり、第2の配管P2の内壁面近傍の領域が乱流となっている。ブラインが第2の配管P2内を下流側に向かって流れるにつれて、層流と乱流の境界Bが第2の配管P2の中心寄りに移動して乱流の領域が増加する。ブラインのほぼ全体が乱流となる位置pは、ブラインがさらに下流側に進み、第2の配管P2の内壁面から境界Bまでの距離δが第2の配管P2の半径とほぼ一致するところである。   At the connection portion between the plate evaporator 29 and the second pipe P2 (the left end of the second pipe P2 in FIG. 2), the majority of the radial direction of the second pipe P2 is a laminar flow region. A region near the inner wall surface of the pipe P2 is turbulent. As the brine flows toward the downstream side in the second pipe P2, the boundary B between the laminar flow and the turbulent flow moves closer to the center of the second pipe P2, and the turbulent flow area increases. The position p at which almost the whole of the brine becomes turbulent is where the brine further proceeds downstream, and the distance δ from the inner wall surface of the second pipe P2 to the boundary B substantially coincides with the radius of the second pipe P2. .

次に、本実施形態にかかる冷凍装置11の運転動作について説明する。冷凍回路21において圧縮機23を運転すると、圧縮されたガス状の一次冷媒が圧縮機23から吐出される。この一次冷媒は、配管を通って凝縮器25に導入される。凝縮器25では、導入された一次冷媒が冷却水に放熱して凝縮する。凝縮した一次冷媒は、凝縮器25から排出される。排出された一次冷媒は、膨張弁27で減圧された後に、プレート形蒸発器29に導入される。   Next, the operation of the refrigeration apparatus 11 according to this embodiment will be described. When the compressor 23 is operated in the refrigeration circuit 21, the compressed gaseous primary refrigerant is discharged from the compressor 23. This primary refrigerant is introduced into the condenser 25 through a pipe. In the condenser 25, the introduced primary refrigerant dissipates heat to the cooling water and condenses. The condensed primary refrigerant is discharged from the condenser 25. The discharged primary refrigerant is decompressed by the expansion valve 27 and then introduced into the plate evaporator 29.

プレート形蒸発器29は、上述したように冷媒回路31のブラインの温度調節を行う。この蒸発器29内において一次冷媒がブラインから熱を奪って蒸気になり、ブラインが冷却される。蒸発器29でガス状になった一次冷媒は、再び圧縮機23に送られて圧縮される。   The plate evaporator 29 adjusts the temperature of the brine in the refrigerant circuit 31 as described above. In the evaporator 29, the primary refrigerant takes heat from the brine to become steam, and the brine is cooled. The primary refrigerant that has become gaseous in the evaporator 29 is sent again to the compressor 23 and compressed.

一方、冷媒回路31においてポンプ47を駆動すると、タンク31内で温度調節されたブラインがタンク31から吐出されて第1の配管P1を通じてプレート形蒸発器29に送られる。このプレート形蒸発器29においてブラインの温度が所定の設定温度に調節される。その後、プレート形蒸発器29を通過したブラインは、第2の配管P2を通じて冷却対象37に送られる。   On the other hand, when the pump 47 is driven in the refrigerant circuit 31, the brine whose temperature is adjusted in the tank 31 is discharged from the tank 31 and sent to the plate evaporator 29 through the first pipe P1. In the plate evaporator 29, the temperature of the brine is adjusted to a predetermined set temperature. Thereafter, the brine that has passed through the plate evaporator 29 is sent to the cooling object 37 through the second pipe P2.

第2の配管P2の前記位置pよりも下流側に配設された下流側温度センサT1は、プレート形蒸発器29において温度調節されたブラインの下流側温度Taを測定する。制御部61は、この下流側温度Taに基づいて冷凍回路21の膨張弁27を制御し、必要に応じて冷媒回路31のヒーター45などを制御してブラインの温度を設定温度に調節する。具体的には、例えば下流側温度Taと設定温度を比較し、これらを一致させるように訂正動作を行うフィードバック制御によりブラインの温度を調節する。フィードバック制御としては、例えばPID制御などが挙げられる。   The downstream temperature sensor T1 disposed on the downstream side of the position p of the second pipe P2 measures the downstream temperature Ta of the brine whose temperature is adjusted in the plate evaporator 29. The control unit 61 controls the expansion valve 27 of the refrigeration circuit 21 based on the downstream temperature Ta, and controls the heater 45 of the refrigerant circuit 31 and the like as necessary to adjust the brine temperature to the set temperature. Specifically, for example, the downstream temperature Ta is compared with the set temperature, and the temperature of the brine is adjusted by feedback control that performs a correction operation so as to match them. Examples of feedback control include PID control.

冷却対象37に送られたブラインは、冷却対象37を冷却して温度調節する。本実施形態では、冷却対象37は半導体製造装置であり、例えば−30℃〜100℃程度の幅広い温度域で冷却対象37を温度調節することが要求される。また、半導体製造装置においては、負荷が短い周期で変動しても設定温度からの誤差が例えば±1℃を超えてしまうと製造工程に不具合が生じるという場合もあるので、それ以上の温度調節精度が要求されることもある。このように冷却対象37が半導体製造装置の場合には、空調などの場合と違って高い精度の温度調節が要求されるので、本実施形態のように負荷の変動に迅速に対応してブラインを高精度に温度制御することは重要である。   The brine sent to the cooling target 37 cools the cooling target 37 and adjusts the temperature. In the present embodiment, the cooling object 37 is a semiconductor manufacturing apparatus, and it is required to adjust the temperature of the cooling object 37 in a wide temperature range of, for example, about −30 ° C. to 100 ° C. In semiconductor manufacturing equipment, even if the load fluctuates in a short cycle, if the error from the set temperature exceeds ± 1 ° C, for example, there may be a problem in the manufacturing process. May be required. As described above, when the cooling object 37 is a semiconductor manufacturing apparatus, unlike the case of air conditioning or the like, highly accurate temperature control is required. It is important to control the temperature with high accuracy.

冷却対象37を通過したブラインは、第3の配管P3を通じて再びタンク33に送られる。ブラインは、供給配管43を通じてタンク本体41に供給される。タンク本体41内に供給されたブラインは、必要に応じてヒーター45により加熱されて温度調節され、ポンプ47によりタンク本体41から吐出されて第1の配管P1を通じてプレート形蒸発器29に送られる。   The brine that has passed through the cooling object 37 is sent again to the tank 33 through the third pipe P3. The brine is supplied to the tank body 41 through the supply pipe 43. The brine supplied into the tank main body 41 is heated by the heater 45 to adjust the temperature as necessary, discharged from the tank main body 41 by the pump 47, and sent to the plate evaporator 29 through the first pipe P1.

<第2の実施形態>
図3は、本発明の第2の実施形態にかかる冷凍装置11を示す構成図である。本実施形態の冷凍装置11は、第1の配管P1に上流側温度センサT2を備えている点で第1の実施形態と相違している。なお、第1の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Second Embodiment>
FIG. 3 is a configuration diagram showing the refrigeration apparatus 11 according to the second embodiment of the present invention. The refrigeration apparatus 11 of the present embodiment is different from the first embodiment in that an upstream temperature sensor T2 is provided in the first pipe P1. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

上流側温度センサT2は、第1の配管P1に設けられており、プレート形蒸発器29よりも上流側のブラインの温度を測定する。   The upstream temperature sensor T <b> 2 is provided in the first pipe P <b> 1 and measures the temperature of the brine upstream from the plate evaporator 29.

制御部61は、下流側温度センサT1により測定される下流側温度Taおよび上流側温度センサT2により測定される上流側温度Tbに基づいて、例えば図4に示すフローチャートの流れに沿って冷凍回路21および冷媒回路31を制御する。   Based on the downstream temperature Ta measured by the downstream temperature sensor T1 and the upstream temperature Tb measured by the upstream temperature sensor T2, the control unit 61, for example, along the flow of the flowchart shown in FIG. And the refrigerant circuit 31 is controlled.

図4は、本実施形態の具体的な制御の流れを示すフローチャートである。本実施形態では、制御部61は、冷凍回路21および冷媒回路31の制御を所定時間毎に行う。したがって、まず、ステップ1(図4中に「S1」と図示。ステップ2以降も同様。)において、制御部61は、前回の制御時から所定時間が経過(処理インターバルが経過)しているか否かを判断する。   FIG. 4 is a flowchart showing a specific control flow of the present embodiment. In the present embodiment, the control unit 61 controls the refrigeration circuit 21 and the refrigerant circuit 31 every predetermined time. Therefore, first, in step 1 (shown as “S1” in FIG. 4, the same applies to step 2 and subsequent steps), the control unit 61 determines whether or not a predetermined time has elapsed (the processing interval has elapsed) since the previous control. Determine whether.

ステップ1の判別結果が「NO」の場合、すなわち前回の制御時から所定時間経過していないときには、制御部61は、スタートに戻って再びステップ1の判別を行う。ステップ1の判別結果が「YES」の場合、制御部61はステップ2に進む。   When the determination result of step 1 is “NO”, that is, when the predetermined time has not elapsed since the previous control, the control unit 61 returns to the start and performs the determination of step 1 again. If the determination result of step 1 is “YES”, the controller 61 proceeds to step 2.

ステップ2において、制御部61は、下流側温度センサT1により測定された下流側温度Taおよび上流側温度センサT2により測定された上流側温度Tbを読み込む。   In step 2, the controller 61 reads the downstream temperature Ta measured by the downstream temperature sensor T1 and the upstream temperature Tb measured by the upstream temperature sensor T2.

ステップ3において、制御部61は、基準温度Tbsと今回の制御時に測定された上流側温度Tbとの差である温度変化量dTbに基づいて、前回の制御時からの負荷熱量の変化量dLWを算出する。基準温度Tbsは、前回の制御時に読み込まれた上流側温度Tbの値が設定されている。負荷熱量の変化量dLW[J]は、下式(5)に基づいて算出される。   In Step 3, the control unit 61 calculates the change amount dLW of the load heat amount from the previous control based on the temperature change amount dTb that is the difference between the reference temperature Tbs and the upstream temperature Tb measured during the current control. calculate. As the reference temperature Tbs, the value of the upstream temperature Tb read during the previous control is set. The change amount dLW [J] of the load heat amount is calculated based on the following equation (5).

Figure 2010117087
Figure 2010117087

ステップ4において、制御部61は、負荷熱量の変化量dLWに基づいて負荷熱量の変化に対応するための膨張弁の開度の第1操作量dEv1を算出する。   In step 4, the control unit 61 calculates a first manipulated variable dEv1 of the opening degree of the expansion valve to cope with the change in the load heat amount based on the load heat amount change dLW.

具体的には、冷凍装置11の冷凍能力Rは、圧縮機の特性、膨張弁の開度、蒸発器の能力などから事前に求められるものであり、例えば下式(6)の関数fで表される。冷凍能力Rを有する本システムが、ステップ3で算出した負荷熱量の変化量dLWに対応するには、膨張弁27の開度EvをdEv1だけ変化させればよいと仮定すると下記(7)が成り立つ。この下式(7)から、制御部61は膨張弁の第1操作量dEv1を逆算する。   Specifically, the refrigeration capacity R of the refrigeration apparatus 11 is obtained in advance from the characteristics of the compressor, the opening degree of the expansion valve, the capacity of the evaporator, and the like, for example, expressed by the function f in the following equation (6). Is done. Assuming that the present system having the refrigerating capacity R can change the opening degree Ev of the expansion valve 27 by dEv1 in order to cope with the change amount dLW of the load heat amount calculated in step 3, the following (7) holds. . From the following equation (7), the control unit 61 back-calculates the first operation amount dEv1 of the expansion valve.

Figure 2010117087
Figure 2010117087

ステップ5において、制御部61は、下流側温度Taに基づいてPID制御により膨張弁の開度の第2操作量dEv2[%]を算出する。PID制御による制御量の演算処理は、下式(8)の関数PIDで表される。   In step 5, the control unit 61 calculates a second operation amount dEv2 [%] of the opening degree of the expansion valve by PID control based on the downstream temperature Ta. The control amount calculation process by PID control is represented by the function PID in the following equation (8).

Figure 2010117087
Figure 2010117087

ステップ6において、制御部61は、第1操作量dEv1と第2操作量dEv2を足して膨張弁の開度操作量dEv[%]を算出する。   In step 6, the control unit 61 adds the first operation amount dEv1 and the second operation amount dEv2, and calculates the opening operation amount dEv [%] of the expansion valve.

ステップ7において、制御部61は、膨張弁の開度EvをEv+dEvに変更する。   In step 7, the control unit 61 changes the opening degree Ev of the expansion valve to Ev + dEv.

最後に、ステップ8において、制御部61は、今回の制御時に測定された上流側温度Tbを基準温度Tbsとして保存してスタートに戻る。なお、下流側温度Taの保存は、必要に応じて関数PIDの中で行われている。   Finally, in step 8, the controller 61 stores the upstream temperature Tb measured during the current control as the reference temperature Tbs and returns to the start. The downstream temperature Ta is stored in the function PID as necessary.

以上のステップ1〜8に沿って冷凍装置11を制御することによって、上流側温度Tbに基づいて負荷変動を考慮した膨張弁27の開度調節を行うので、負荷の変動を事前にとらえて膨張弁27の余分な開度操作を抑えることができる。冷却対象37において、負荷の変動がなければ(負荷が一定であれば)、下流側温度Taに基づくPID制御のみでプレート形蒸発器29の出口のブライン温度は安定する。   By controlling the refrigeration apparatus 11 along the above steps 1 to 8, the opening degree of the expansion valve 27 is adjusted in consideration of load fluctuations based on the upstream temperature Tb. Extra opening operation of the valve 27 can be suppressed. If there is no load variation in the cooling object 37 (if the load is constant), the brine temperature at the outlet of the plate evaporator 29 is stabilized only by PID control based on the downstream temperature Ta.

以上説明したように、第1の実施形態にかかる冷凍装置11は、冷凍回路21と、冷媒回路31と、下流側温度センサT1により測定される下流側温度Taに基づいて冷凍回路21および冷媒回路31を制御してブラインの温度を調節する制御部61と、を備えているので、冷却対象37における負荷の変動に迅速に対応してブラインを高精度に温度制御することができる。   As described above, the refrigeration apparatus 11 according to the first embodiment includes the refrigeration circuit 21 and the refrigerant circuit based on the refrigeration circuit 21, the refrigerant circuit 31, and the downstream temperature Ta measured by the downstream temperature sensor T1. And the control unit 61 that adjusts the temperature of the brine by controlling the temperature of the brine 31, the temperature of the brine can be controlled with high accuracy in response to a change in the load on the cooling target 37.

また、第1の実施形態では、第2の配管P2内においてブラインが乱流となる位置pを上記式(1)に基づいて算出しているので、ブラインが乱流となる位置pを容易に決定することができるので、冷凍装置11の設計に要する時間を削減することができる。   Further, in the first embodiment, the position p where the brine becomes turbulent in the second pipe P2 is calculated based on the above formula (1), so the position p where the brine becomes turbulent can be easily determined. Since it can be determined, the time required for designing the refrigeration apparatus 11 can be reduced.

第2の実施形態では、冷媒回路31は、第1の配管P1に配設されてプレート形蒸発器29よりも上流側のブラインの温度を測定する上流側温度センサT2をさらに有し、制御部61は、下流側温度Taおよび上流側温度Tbに基づいて冷凍回路21および冷媒回路31を制御しているので、より高精度な温度調節が可能になる。   In the second embodiment, the refrigerant circuit 31 further includes an upstream temperature sensor T2 that is disposed in the first pipe P1 and measures the temperature of the brine upstream of the plate evaporator 29, and includes a control unit. Since 61 controls the refrigeration circuit 21 and the refrigerant circuit 31 based on the downstream temperature Ta and the upstream temperature Tb, temperature adjustment with higher accuracy is possible.

具体的には、第2の実施形態では、制御部61は、冷凍回路21および冷媒回路31の制御を所定時間毎に行い、前回の制御時に測定された上流側温度Tbを基準温度Tbsとし、基準温度Tbsと今回の制御時に測定される上流側温度Tbとの差である温度変化量dTbに基づいて前回の制御時からの負荷熱量の変化量dLWを算出し、負荷熱量の変化量dLWに基づいて負荷熱量の変化に対応するための膨張弁27の開度の第1操作量dEv1を算出する。   Specifically, in the second embodiment, the control unit 61 controls the refrigeration circuit 21 and the refrigerant circuit 31 every predetermined time, sets the upstream temperature Tb measured during the previous control as the reference temperature Tbs, Based on the temperature change amount dTb that is the difference between the reference temperature Tbs and the upstream temperature Tb measured during the current control, the load heat amount change dLW from the previous control is calculated, and the load heat amount change dLW is calculated. Based on this, the first manipulated variable dEv1 of the opening degree of the expansion valve 27 to cope with the change in the load heat quantity is calculated.

一方で、制御部61は、下流側温度Taに基づいてPID制御により膨張弁27の開度の第2操作量dEv2を算出し、第1操作量dEv1と第2操作量dEv2を足して膨張弁27の開度操作量dEvを算出する。ついで、制御部61は、膨張弁27の開度Evに開度操作量dEvを加え、今回の制御時に測定された上流側温度Tbを基準温度Tbsとして保存する。   On the other hand, the control unit 61 calculates the second operation amount dEv2 of the opening degree of the expansion valve 27 by PID control based on the downstream temperature Ta, and adds the first operation amount dEv1 and the second operation amount dEv2 to the expansion valve. An opening operation amount dEv of 27 is calculated. Next, the controller 61 adds the opening manipulated variable dEv to the opening Ev of the expansion valve 27, and stores the upstream temperature Tb measured during the current control as the reference temperature Tbs.

この構成では、下流側温度Taに基づくPID制御による膨張弁27の開度調節だけでなく、上流側温度Tbに基づいて負荷変動を考慮した膨張弁27の開度調節も行うので、負荷の変動を事前にとらえて膨張弁27の余分な開度操作を抑えることができる。これにより、膨張弁27の開度変更を低減することができるので、プレート形蒸発器29を通過するブラインの温度変動を低減することができる。その結果、負荷の変動に対するより適切な応答ができるので、より高精度な温度調節ができる。   In this configuration, not only the opening degree adjustment of the expansion valve 27 by PID control based on the downstream side temperature Ta but also the opening degree adjustment of the expansion valve 27 considering load fluctuations based on the upstream side temperature Tb is performed. Therefore, it is possible to suppress the excessive opening operation of the expansion valve 27. Thereby, since the opening degree change of the expansion valve 27 can be reduced, the temperature fluctuation of the brine passing through the plate evaporator 29 can be reduced. As a result, a more appropriate response to load fluctuations can be achieved, and more accurate temperature control can be performed.

<他の実施形態>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、上記実施形態では、上流側温度センサT2をタンク33と蒸発器29をつなぐ第1の配管P1に設けた場合を例に挙げて説明したが、上流側温度センサT2は、第3の配管P3に設けてもよい。この場合には、冷却対象37から戻ってきたブラインがタンク33に貯留される前にブラインの温度を測定するので、冷却対象37における負荷の変動をより迅速にとらえることができる。
<Other embodiments>
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the meaning. For example, in the above-described embodiment, the case where the upstream temperature sensor T2 is provided in the first pipe P1 that connects the tank 33 and the evaporator 29 has been described as an example. However, the upstream temperature sensor T2 is a third pipe. You may provide in P3. In this case, since the temperature of the brine is measured before the brine that has returned from the cooling target 37 is stored in the tank 33, fluctuations in the load on the cooling target 37 can be captured more quickly.

また、上記実施形態では、下流側温度Taおよび上流側温度Tbに基づいて膨張弁27の開度Evを制御する場合を例に挙げて説明したが、膨張弁27の開度Evの制御に加え、下流側温度Taおよび上流側温度Tbに基づいて圧縮機23の回転数、ヒーター45などを制御することも可能である。   Further, in the above embodiment, the case where the opening degree Ev of the expansion valve 27 is controlled based on the downstream temperature Ta and the upstream temperature Tb has been described as an example, but in addition to the control of the opening degree Ev of the expansion valve 27, It is also possible to control the rotational speed of the compressor 23, the heater 45, and the like based on the downstream temperature Ta and the upstream temperature Tb.

上記実施形態では、下流側温度Taに基づくフィードバック制御として、比例制御(P)、積分制御(I)および微分制御(D)を併用したPID制御を用いた場合を例に挙げて説明したが、フィードバック制御としては例えば比例制御と積分制御を併用したPI制御、比例制御と微分制御を併用したPD制御などの他のフィードバック制御を用いてもよい。   In the above embodiment, the feedback control based on the downstream temperature Ta has been described by taking as an example the case of using PID control in combination with proportional control (P), integral control (I), and differential control (D). As feedback control, for example, other feedback control such as PI control using both proportional control and integral control, and PD control using both proportional control and differential control may be used.

上記実施形態では、冷却対象が半導体製造装置である場合を例に挙げて説明したが、冷却対象は半導体製造装置に限定されるものではなく、本発明の冷凍装置は種々の冷却対象の温度調節に適用可能である。   In the above embodiment, the case where the object to be cooled is a semiconductor manufacturing apparatus has been described as an example. However, the object to be cooled is not limited to the semiconductor manufacturing apparatus, and the refrigeration apparatus of the present invention adjusts the temperature of various objects to be cooled. It is applicable to.

また、上記実施形態では、冷凍回路が基本的な構成からなる場合を例に挙げて説明したが、本発明における冷凍回路は上記実施形態に限定されるものではない。   In the above embodiment, the case where the refrigeration circuit has a basic configuration has been described as an example. However, the refrigeration circuit in the present invention is not limited to the above embodiment.

本発明の第1の実施形態にかかる冷凍装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the freezing apparatus concerning the 1st Embodiment of this invention. 図1の冷凍装置における第2の配管内の冷媒の流れを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the flow of the refrigerant | coolant in 2nd piping in the freezing apparatus of FIG. 本発明の第2の実施形態にかかる冷凍装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the freezing apparatus concerning the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態にかかる冷凍装置の制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of control of the freezing apparatus concerning 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

11 冷凍装置
21 冷凍回路
23 圧縮機
25 凝縮器
27 膨張弁
29 蒸発器
31 冷媒回路
33 タンク
41 タンク本体
43 供給配管
45 ヒーター
47 ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Refrigeration apparatus 21 Refrigeration circuit 23 Compressor 25 Condenser 27 Expansion valve 29 Evaporator 31 Refrigerant circuit 33 Tank 41 Tank main body 43 Supply piping 45 Heater 47 Pump

Claims (4)

圧縮機(23)と、凝縮器(25)と、減圧機構(27)と、プレート形蒸発器(29)とを有する冷凍回路(21)と、
冷媒を収容するタンク本体(41)と前記タンク本体(41)内の前記冷媒の温度を調節するヒーター(45)と前記タンク本体(41)から前記冷媒を送液するポンプ(47)とを含むタンク(33)と、前記タンク(33)から前記プレート形蒸発器(29)へ前記冷媒を送る第1の配管(P1)と、前記プレート形蒸発器(29)から冷却対象へ前記冷媒を送る第2の配管(P2)と、前記冷却対象から前記タンク(33)へ前記冷媒を送る第3の配管(P3)と、前記第2の配管(P2)内を流れる前記冷媒が乱流となる位置(p)よりも下流側の前記第2の配管(P2)に配設され、前記冷媒の温度を測定する下流側温度センサ(T1)と、を有し、前記タンク(33)、前記プレート形蒸発器(29)および前記冷却対象の順に前記冷媒が循環する冷媒回路(31)と、
前記下流側温度センサ(T1)により測定される下流側温度(Ta)に基づいて前記冷凍回路(21)および前記冷媒回路(31)のうち少なくとも前記冷凍回路(21)を制御して前記冷媒の温度を調節する制御手段(61)と、を備えた冷凍装置。
A refrigeration circuit (21) having a compressor (23), a condenser (25), a decompression mechanism (27), and a plate evaporator (29);
A tank main body (41) for storing the refrigerant; a heater (45) for adjusting the temperature of the refrigerant in the tank main body (41); and a pump (47) for feeding the refrigerant from the tank main body (41). A tank (33), a first pipe (P1) for sending the refrigerant from the tank (33) to the plate evaporator (29), and a refrigerant to be cooled from the plate evaporator (29) The second pipe (P2), the third pipe (P3) for sending the refrigerant from the object to be cooled to the tank (33), and the refrigerant flowing in the second pipe (P2) are turbulent. A downstream temperature sensor (T1) that is disposed in the second pipe (P2) on the downstream side of the position (p) and measures the temperature of the refrigerant, the tank (33), the plate The evaporator (29) and the cooling object in this order Refrigerant circuit serial refrigerant circulates and (31),
Based on the downstream temperature (Ta) measured by the downstream temperature sensor (T1), at least the refrigeration circuit (21) of the refrigeration circuit (21) and the refrigerant circuit (31) is controlled to control the refrigerant. And a control means (61) for adjusting the temperature.
前記冷媒が乱流となる位置(p)は、前記第2の配管(P2)の上流側端部から下式(1)に基づいて算出される距離xだけ下流側の位置である、請求項1に記載の冷凍装置。
Figure 2010117087
The position (p) at which the refrigerant becomes a turbulent flow is a position downstream from the upstream end of the second pipe (P2) by a distance x calculated based on the following equation (1). The refrigeration apparatus according to 1.
Figure 2010117087
前記冷媒回路(31)は、前記第1の配管(P1)または前記第3の配管(P3)に配設されて前記プレート形蒸発器(29)よりも上流側の前記冷媒の温度を測定する上流側温度センサ(T2)をさらに有し、
前記制御手段(61)は、前記下流側温度(Ta)および前記上流側温度センサ(T2)により測定される上流側温度(Tb)に基づいて前記冷凍回路(21)および前記冷媒回路(31)のうち少なくとも前記冷凍回路(21)を制御する、請求項1または2に記載の冷凍装置。
The refrigerant circuit (31) is disposed in the first pipe (P1) or the third pipe (P3), and measures the temperature of the refrigerant upstream from the plate evaporator (29). An upstream temperature sensor (T2);
The control means (61) includes the refrigeration circuit (21) and the refrigerant circuit (31) based on the downstream temperature (Ta) and the upstream temperature (Tb) measured by the upstream temperature sensor (T2). The refrigeration apparatus according to claim 1 or 2, wherein at least the refrigeration circuit (21) is controlled.
前記制御手段(61)は、
前記冷凍回路(21)の前記制御を所定時間毎に行い、
前回の制御時に測定された前記上流側温度(Tb)を基準温度(Tbs)とし、
前記基準温度(Tbs)と今回の制御時に測定される前記上流側温度(Tb)との差である温度変化量(dTb)に基づいて前回の制御時からの負荷熱量の変化量(dLW)を算出し、
前記負荷熱量の変化量(dLW)に基づいて前記負荷熱量の変化に対応するための前記膨張弁(27)の開度の第1操作量(dEv1)を算出し、
前記下流側温度(Ta)に基づいてフィードバック制御により前記膨張弁(27)の開度の第2操作量(dEv2)を算出し、
前記第1操作量(dEv1)と前記第2操作量(dEv2)を足して前記膨張弁(27)の開度操作量(dEv)を算出し、
前記膨張弁(27)の開度(Ev)に前記開度操作量(dEv)を加え、
前記今回の制御時に測定された前記上流側温度(Tb)を前記基準温度(Tbs)として保存する、請求項3に記載の冷凍装置。
The control means (61)
The control of the refrigeration circuit (21) is performed every predetermined time,
The upstream temperature (Tb) measured during the previous control is set as a reference temperature (Tbs),
Based on a temperature change amount (dTb) that is a difference between the reference temperature (Tbs) and the upstream temperature (Tb) measured at the time of the current control, a change amount (dLW) of the load heat amount from the previous control time is calculated. Calculate
Calculating a first operation amount (dEv1) of the opening of the expansion valve (27) to cope with the change in the load heat amount based on the change in the load heat amount (dLW);
Based on the downstream temperature (Ta), a second manipulated variable (dEv2) of the opening of the expansion valve (27) is calculated by feedback control,
The opening operation amount (dEv) of the expansion valve (27) is calculated by adding the first operation amount (dEv1) and the second operation amount (dEv2),
The opening operation amount (dEv) is added to the opening (Ev) of the expansion valve (27),
The refrigeration apparatus according to claim 3, wherein the upstream temperature (Tb) measured during the current control is stored as the reference temperature (Tbs).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017227021A (en) * 2016-06-22 2017-12-28 ケミカルグラウト株式会社 Pasted freezing pipe and fitting method thereof
CN112414000A (en) * 2021-01-25 2021-02-26 北京京仪自动化装备技术有限公司 Temperature control system and control method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017227021A (en) * 2016-06-22 2017-12-28 ケミカルグラウト株式会社 Pasted freezing pipe and fitting method thereof
CN112414000A (en) * 2021-01-25 2021-02-26 北京京仪自动化装备技术有限公司 Temperature control system and control method thereof

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