JP3150117B2 - 恒温冷媒液循環装置 - Google Patents

恒温冷媒液循環装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、負荷に恒温の冷媒
液を供給して循環させる恒温冷媒液循環装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】図３は、既提案の恒温冷媒液循環装置の
一例を示し、この恒温冷媒液循環装置１は、負荷２にお
いて温度が上昇した冷媒液を冷却するための冷凍回路部
３と、該冷凍回路部３の冷媒によって冷却した上記冷媒
液を所定の温度に調整した後、負荷２に供給して循環さ
せる冷媒液回路部４と、負荷２に供給する冷媒液の温度
を制御する制御部５とを備えている。
【０００３】上記冷凍回路部３は、適宜の冷媒を圧縮し
て高温高圧の冷媒ガスとする圧縮機７と、この冷媒ガス
を冷却凝縮して高圧の液冷媒とする凝縮器８と、この液
冷媒を減圧して低温化する減圧器９と、減圧器９で減圧
した液冷媒を蒸発させる蒸発器１０とを順次直列に接続
したものとして構成されている。減圧器９はその下流側
の冷媒の圧力を制御するものである。上記冷凍回路部３
は、蒸発器１０の出口温度が高いときに、凝縮器８にお
いて凝縮した液冷媒を、凝縮器８の出口から圧縮機７の
入口に還流させる還流回路１２と、該回路１２中の温度
式膨張弁１３とを備え、温度式膨張弁１３は、圧縮機７
に還流される冷媒の温度を検出して信号を出力する温度
センサ１４によって制御される。また、冷凍回路部３
は、還流回路１２における温度式膨張弁１３の上流側
に、圧縮機７の過熱を防止するための過熱防止回路１５
が設けられており、この過熱防止回路１５に、インジェ
クションバルブ１６とキャピラリチューブ１７が直列に
設けられている。
【０００４】上記冷媒液回路部４は、冷媒液のタンク２
４と、負荷２において温度が上昇した冷媒液を冷却する
熱交換器２５と、熱交換器２５において冷却された冷媒
液を所定の温度に加熱するヒータ２７を有するヒータユ
ニット２６と、ヒータ２７によって所定の温度に調整さ
れたタンク２４内の冷媒液を負荷２に供給して循環させ
るポンプ２８と、タンク２４内の冷媒液の水位を検出す
るレベルスイッチ２９とを備え、熱交換器２５、ヒータ
ユニット２６及びポンプ２８は、いずれもタンク２４に
組み付けられている。また、ヒータ２７の外周には、こ
れを取り囲み有底筒状で上部が開口するヒータカバー３
０が設けられている。冷凍回路部３の蒸発器１０が組み
込まれた上記熱交換器２５は、入口に負荷２から還流す
る冷媒液の戻り管３２が、出口にヒータカバー３０の下
部に連通する配管３３が、それぞれ連結されている。
【０００５】ポンプ２８の吐出口に連結された供給管３
６には、該管内を流れる冷媒液の温度を検出する温度セ
ンサ３７が設けられており、その下流に、冷媒液の出口
側圧力を検出する圧力計３８と、該圧力計３８が検出し
た圧力が所定の圧力以下になると信号を出力する低圧カ
ットスイッチ３９とが設けられている。また、タンク２
４の底壁には、該タンク２４内の冷媒液を排出するため
のドレン管４０が設けられている。
【０００６】上記制御部５は、装置全体を制御するもの
で、温度センサ３７の温度信号に応じて必要な信号を出
力する温度コントローラ４２と、タンク２４内のレベル
スイッチ２９と低圧カットスイッチ３９及び冷媒高圧カ
ットスイッチ２０の信号に応じて必要な信号を出力する
プログラマロジックコントローラ（以下、ＰＬＣと略記
する。）４３と、温度コントローラ４２とＰＬＣ４３と
が出力する信号によって圧縮機７とポンプ２８の運転、
ヒータ２７への通電、インジェクションバルブ１６を制
御する電磁接触器・電磁開閉器４４、及び必要な表示を
行う操作表示パネル４５とを備えている。
【０００７】上記冷媒液回路部４においては、負荷２に
よって温度が上昇した冷媒液が、戻り管３２を通って熱
交換器２５内を流れるときに、蒸発器１０を流れる冷凍
回路部３の低温の冷媒で冷却されて、ヒータカバー３０
内に流入する。そして、ヒータ２７により所定の温度に
加熱された冷媒液は、ヒータカバー３０の上部開口から
タンク２４内に流出し、この冷媒液はポンプ２８によっ
て負荷２に供給され、その負荷を冷却する。
【０００８】上記恒温冷媒液循環装置１は、負荷２によ
って温度が上昇した冷媒液を熱交換器２５により冷却
し、この冷媒液をヒータ２７により加熱して所定の温度
の冷媒液とするので、冷媒液の温度調整が容易なもので
ある。しかしながら、上記恒温冷媒液循環装置１は、熱
交換器２５において冷却した冷媒液をヒータ２７によっ
て加熱するために、運転に必要な電力量が多くなり、特
に、循環装置１の運転状態によっては、圧縮機７、ポン
プ２８及びヒータ２７に同時に通電されることがある
が、これに対応するためには循環装置１への通電許容量
を多くする必要があり、通電のための設備コストも大き
くなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、省エネルギーで、運転コスト及び設備コス
トを低減することができる恒温冷媒液循環装置を提供す
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の恒温冷媒液循環装置は、負荷から還流する
冷媒液を所定の温度に冷却して負荷に供給する冷媒液回
路部と、上記冷媒液を冷却するための冷凍回路部と、負
荷に供給する冷媒液の温度を制御するための制御部とを
備えた恒温冷媒液循環装置において、上記冷凍回路部
が、圧縮機から吐出される高温の冷媒の一部を蒸発器に
供給される低温の冷媒に混合させて、蒸発器に供給する
冷媒の冷却能力を調整するホットガス回路と、該ホット
ガス回路の冷媒循環量を調整するための電子膨張弁とを
備え、上記冷媒液回路部が、冷媒液のタンクと、負荷か
ら還流する冷媒液を上記蒸発器で冷却する冷却能力が制
御可能な熱交換器と、該熱交換器で冷却された冷媒液と
負荷から還流する冷媒液との混合割合を調整することに
よって、負荷に供給する冷媒液を所定の温度とする温度
調整手段と、所定の温度に冷却された冷媒液を負荷に供
給して循環させる循環手段とを備え、上記制御部が、上
記温度調整手段を制御する温度コントローラと、該温度
コントローラからの信号によって上記電子膨張弁の開度
を制御する膨張弁コントローラを備えていることを特徴
としている。
【００１１】上記恒温冷媒液循環装置においては、上記
ホットガス回路と並列に設けられて いる冷凍回路部のメ
イン回路に上記膨張弁コントローラにより開度が制御さ
れる電子膨張弁を設けることができる。
【００１２】
【作用及び発明の効果】負荷から還流した冷媒液は、熱
交換器において冷凍回路部の蒸発器を流れる低温の冷媒
と、ホットガス回路を流れる高温の冷媒ガスとを混合し
た冷媒により冷却されて所定の温度の冷媒液となり、こ
の冷媒液はポンプによって負荷に供給される。この場
合、冷凍回路がホットガス回路の冷媒循環量を調整する
ための電子膨張弁を、冷媒液循環回路が、熱交換器で冷
却された冷媒液と、負荷から還流された冷媒液とを混合
して所定の温度の冷媒液とする温度調整手段を備え、制
御部が、電子膨張弁の開度を制御する膨張弁コントロー
ラと、温度調整手段を制御する温度コントローラとを備
えていることにより、冷媒液を所定の温度に正確に制御
することができる。上記ホットガス回路と並列に設けら
れている冷凍回路部のメイン回路に上記膨張弁コントロ
ーラにより開度が制御される電子膨張弁を設けると、負
荷に供給する冷媒液の温度を更に適切に制御することが
できる。
【００１３】したがって、従来の恒温冷媒液循環装置の
ように、熱交換器で冷却した冷媒液をヒータで加熱する
ことなく、熱交換器において冷媒液の温度を所定の温度
にすることができるために、冷媒液を加熱するためのヒ
ータを必要とせず、装置の運転に必要な電力が少なくな
って省エネルギーを達成することができ、これによって
運転コスト及び設備コストを低減することができる。ま
た、冷媒液循環回路におけるタンクの容量を小さくする
ことができ、循環装置を小形にすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施例を示
し、この恒温冷媒液循環装置５１は、冷凍回路部５２、
冷媒液回路部５３及び制御部５４を備えている。上記冷
凍回路部５２は、適宜の冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒
ガスとする圧縮機７と、この冷媒ガスを冷却凝縮して高
圧の液冷媒とする凝縮器（図示の例は水冷式凝縮器）８
と、この液冷媒を減圧して低温低圧の冷媒とする、弁開
度が調整可能な電子膨張弁５６からなる減圧器と、電子
膨張弁５６で減圧した低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発
器１０とを、順次直列に接続したものとして構成されて
いる。また、上記冷凍回路部５２は、蒸発器１０の出口
温度が高いときに、凝縮器８で凝縮した冷媒を、凝縮器
８と電子膨張弁５６間の流路から圧縮機７の入口側に還
流させる還流回路１２と、該還流回路１２中の冷媒循環
量が調整可能な膨張弁（図示の例は電子膨張弁）５７と
を備えている。
【００１５】上記冷凍回路部５２には、圧縮機７から出
力される高温高圧の冷媒ガスを、直接蒸発器１０に供給
するホットガス回路５８が設けられており、ホットガス
回路５８中に電子膨張弁５９が設けられている。そし
て、これらの電子膨張弁５６，５７，５９は、いずれも
制御部５４の膨張弁コントローラ６９によって制御され
る。また、蒸発器１０の出口側と還流回路１２との交差
部間の流路には、この流路を流れる冷媒ガスの温度と圧
力とを個別に検出する温度センサ６０と圧力センサ６１
が設けられている。さらに、上記交差部と圧縮機７の入
口側との間の流路には、圧縮機７に還流する冷媒ガスの
温度を検出して信号を出力する温度センサ６２が設けら
れている。そして、温度センサ６０，６２及び圧力セン
サ６１は、上記膨張弁コントローラ６９に信号を出力す
るものとして構成されている。
【００１６】冷凍回路部５２において、圧縮機７と凝縮
器８の間の流路には、高温高圧の冷媒ガスの圧力を検出
する高圧冷媒圧力計１９と、この圧力計の圧力が所定の
圧力以上に上昇したときに信号を出力する上記高圧冷媒
カットスイッチ２０とが設けられており、圧縮機７にお
ける冷媒ガスの入口（還流）側には、低圧の冷媒ガスの
圧力を検出する低圧冷媒圧力計２１が設けられている。
また、凝縮器８には、供給される冷却水の流量を調節す
る圧力制水弁２２が設けられている。
【００１７】冷媒液回路部５３は、冷媒液のタンク２４
と、該タンク２４内のオーバーフロータンク６４と、温
度調整手段を構成する電動三方弁６５とを備えている。
この電動三方弁６５は、配管３０から供給される熱交換
器２５において冷却された冷媒液と、冷媒液の戻り管３
２から直接供給される冷媒液とを混合してオーバーフロ
ータンク６４に供給するものであって、オーバーフロー
タンク６４の近くに設けられている。そして、タンク２
４内の所定の温度の冷媒液は、循環装置を構成するポン
プ２８によって負荷２に供給されて負荷を冷却する。冷
媒液回路部５３の他の構成は図５に示す冷媒液回路部４
と同じであるから、図の同一の箇所に同一の符号を付し
て、詳細な説明は省略する。
【００１８】なお、上記オーバーフロータンク６４は省
略することができ、この場合は、オーバーフロータンク
６４の底部に連通している電動三方弁６５のポートを、
直接タンク２４の底面近くに開口させる。このオーバー
フロータンク６４を省略すると、タンク２４の容積を小
さくすることができるので、高価な冷媒液（完全フッ素
化液）の量が少なくなってイニシアルコストを一層少な
くすることができるとともに、冷媒液恒温冷媒液循環装
置５１をさらに小形にすることができる。
【００１９】上記制御部５４は、ＰＬＣ４３、電磁接触
器・電磁開閉器６７、温度コントローラ６８、操作表示
パネル４５、及び上記膨張弁コントローラ６９を備え、
ＰＬＣ４３は、レベルスイッチ２９と冷媒低圧カットス
イッチ３９及び冷媒高圧カットスイッチ２０の信号によ
って電磁接触器・電磁開閉器６７に信号を出力するもの
として構成されており、電磁接触器・電磁開閉器６７
は、この信号によって圧縮機７とポンプ２８の運転を制
御する。上記温度コントローラ６８は、温度センサ３７
の信号によって、膨張弁コントローラ６９と操作表示パ
ネル４５とに信号を出力するとともに、電動三方弁６５
に信号を出力して、熱交換器２５で冷却された冷媒液
と、負荷２から還流する冷媒液との混合の割合を調整す
ることにより、タンク２４内に流出する冷媒液の温度を
所望の温度に制御するものとして構成されている。上記
膨張弁コントローラ６９は、温度コントローラ６８、温
度センサ６０，６２、及び圧力センサ６１からの信号に
よって、電子膨張弁５６，５７，５９にこれらを個別に
制御する信号を出力し、電子膨張弁５６，５７，５９は
この出力信号によって開度が個別に制御される。
【００２０】上記第１実施例は、冷凍回路部５２の蒸発
器１０に、電子膨張弁５６により減圧された低温の冷媒
と、電子膨張弁５９により減圧されたホットガスとを混
合した冷媒が供給され、この冷媒の冷却能力は、膨張弁
コントローラ６９から出力される信号で制御される電子
膨張弁５６，５９によって所望の冷却能力に調整され
る。一方、戻り管３２から還流される冷媒液は、熱交換
器２５を流れるときに、蒸発器１０を流れる上記冷媒で
冷却され、次いで電動三方弁６５によって、熱交換器２
５で冷却された冷媒液と負荷２から還流する冷媒液とが
混合されて所定の温度の冷媒液となり、オーバーフロー
タンク６４の上部開口から或いは直接タンク２４内に流
出し、ポンプ２８により負荷２に供給されて循環する。
【００２１】この場合、タンク２４内の冷媒液の温度
は、蒸発器１０を流れる冷媒の冷却能力が低温の冷媒の
みが流れるものに比べて低いために、熱交換器２５によ
って高温の冷媒液が大きく冷却されないことと、電動三
方弁６５によって高温の冷媒液が混合することとによっ
て所定の温度とすることができ、膨張弁コントローラ６
９による電子膨張弁５６，５９の制御と、温度コントロ
ーラ６８による電動三方弁６５の制御とによって、所定
の温度に調整される。
【００２２】上記第１実施例は、冷媒液を所定の温度に
調整する際にヒータを使用しないために、恒温冷媒液循
環装置５１の運転に必要な電力を少なくすることがで
き、循環装置５１の運転コスト及び設備コストを低減す
ることができる。さらに、ヒータカバーやオーバーフロ
ータンク６４を省略することができるために、タンク２
４の容積を一層小さくすることができ、タンク２４内の
冷媒液の量を少なくすることができて、イニシアルコス
トを一層低減することができるとともに、装置全体を小
形にすることができる。
【００２３】図２は本発明の第２実施例を示し、この恒
温冷媒液循環装置７１は、冷凍回路部７２と、冷媒液回
路部５３と、制御部７３とを備えている。上記冷凍回路
部７２は、適宜の冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒ガスと
する圧縮機７と、この冷媒ガスを冷却凝縮して高圧の液
冷媒とする凝縮器（図示の例は水冷式凝縮器）８と、電
磁弁７５と、液冷媒を減圧して低温低圧の冷媒とする減
圧器（図示の例は温度膨張弁７６）と、温度膨張弁７６
で減圧した低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器１０を、
順次直列に接続したものとして構成されている。
【００２４】上記冷凍回路部７２は、蒸発器１０の出口
温度が高いときに、凝縮器８で凝縮したた液冷媒を、凝
縮器８と電磁弁７５との間の流路から圧縮機７の入口側
に還流させる還流回路１２と、還流回路１２中の膨張弁
（図示の例は温度膨張弁７７）とを備えている。また、
冷凍回路部７２は、第１実施例と同様にホットガス回路
５８を備え、ホットガス回路５８中に定圧膨張弁７８が
設けられている。上記温度膨張弁７６は、蒸発器１０の
出口側の温度を検出する温度センサ８０の信号によっ
て、温度膨張弁７７は圧縮機７の入口側の温度を検出す
る温度センサ８１の信号によって、定圧膨張弁７８はそ
の出力側の圧力を検出する圧力センサ８２の信号によっ
て、それぞれ制御される。このため、第１実施例におけ
る温度センサ６０，６２と圧力センサ６１は省略されて
いる。上記温度膨張弁７７は、圧縮機７の吸い込み温度
が高くなったときに、開度を大にして吸い込み温度を低
下させるものである。
【００２５】上記制御部７３は、ＰＬＣ４３、電磁接触
器・電磁開閉器８４、温度コントローラ６８、及び操作
表示パネル４５を備え、電磁接触器・電磁開閉器８４
は、ＰＬＣ４３の信号によって圧縮器７及びポンプ２８
の運転、並びに電磁弁７５の開閉を制御するものとして
構成されている。第２実施例の他の構成は第１実施例と
同じであるから、図の同一の箇所に同一の符号を付し
て、詳細な説明は省略する。
【００２６】第２実施例の恒温冷媒液循環装置７１は、
冷凍回路部７２に、第１実施例の電子膨張弁５６，５
７，５９に代わる温度膨張弁７６，７７、定圧膨張弁７
８及び電磁弁７５を設けて、これらの膨張弁をセンサ８
０〜８２によって個別に制御するとともに、電磁接触器
・電磁開閉器８４によって電磁弁７５を制御することに
より、膨張弁コントローラを省略することができるの
で、恒温冷媒液循環装置７１の構成が簡単で一層安価な
ものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の構成図である。
【図２】第２実施例の構成図である。
【図３】既提案の恒温冷媒液循環装置の構成図である。
【符号の説明】
７ 圧縮機 １０ 蒸発器 ２４ タンク ２５ 熱交換器 ２８ ポンプ ５１，７１ 恒温冷媒液循環装置 ５２，７２ 冷凍回路部 ５３ 冷媒液回路部 ５４，７３ 制御部 ５８ ホットガス回路 ５９ 電子膨張弁 ６５ 電動三方弁 ６８ 温度コントローラ ６９ 膨張弁コントローラ ７８ 定圧膨張弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 1/00 399 F25B 1/00 101

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】負荷から還流する冷媒液を所定の温度に冷
    却して負荷に供給する冷媒液回路部と、上記冷媒液を冷
    却するための冷凍回路部と、負荷に供給する冷媒液の温
    度を制御するための制御部とを備えた恒温冷媒液循環装
    置において、 上記冷凍回路部が、圧縮機から吐出される高温の冷媒の
    一部を蒸発器に供給される低温の冷媒に混合させて、蒸
    発器に供給する冷媒の冷却能力を調整するホットガス回
    路と、該ホットガス回路の冷媒循環量を調整するための
    電子膨張弁とを備え、 上記冷媒液回路部が、冷媒液のタンクと、負荷から還流
    する冷媒液を上記蒸発器で冷却する冷却能力が制御可能
    な熱交換器と、該熱交換器で冷却された冷媒液と負荷か
    ら還流する冷媒液との混合割合を調整することによっ
    て、負荷に供給する冷媒液を所定の温度とする温度調整
    手段と、所定の温度に冷却された冷媒液を負荷に供給し
    て循環させる循環手段とを備え、 上記制御部が、上記温度調整手段を制御する温度コント
    ローラと、該温度コントローラからの信号によって上記
    電子膨張弁の開度を制御する膨張弁コントローラを備え
    ている、 ことを特徴とする恒温冷媒液循環装置。
  2. 【請求項２】上記ホットガス回路と並列に設けられてい
    る冷凍回路部のメイン回路に上記膨張弁コントローラに
    より開度が制御される電子膨張弁を設けている、 ことを特徴とする請求項１に記載した恒温冷媒液循環装
    置。
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