JP3326141B2 - 恒温冷媒液循環装置 - Google Patents

恒温冷媒液循環装置

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    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

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２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定圧膨張弁９と、定圧膨張弁
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。また、この冷
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１
２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。
【０００４】上記冷凍回路部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。また、圧
縮機７と凝縮器８との間の流路に、この流路を流れる冷
媒の圧力を検出する圧力計１９と、該圧力計１９が検出
した圧力が所定の圧力以上になると信号を出力する高圧
冷媒カットスイッチ２０が設けられている。
【０００５】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。
【０００６】ポンプ２８の吐出口に連結された供給管３
６には、該供給管内を流れる冷媒液の温度を検出する冷
媒液出口温度センサ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
を出力する低圧冷媒カットスイッチ３９とが設けられて
いる。また、タンク２４の底壁には、該タンク２４内の
冷媒液を排出するためのドレン管４０が設けられてい
る。
【０００７】上記制御部５は、装置全体を制御するもの
で、冷媒液出口温度センサ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ブル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４
４、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。
【０００８】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に供給されて負荷を冷却する。
【０００９】上記恒温冷媒液循環装置１は、冷凍回路部
３を流れる冷媒の量が、定圧膨張弁９によって常に一定
であるために、冷凍回路部３の冷却能力は一定である。
このため、冷媒液回路部４を循環する冷媒液の熱負荷が
小さい場合は、熱交換器２５において冷媒液が必要以上
に冷却されてその温度を所定の温度にすることが困難に
なるので、温度が低下した冷媒液をヒータ２７によって
加熱する必要がある。また、冷媒液の温度が高い場合
は、熱交換器２５において冷却される以外に、循環中に
おける外部放熱によって冷媒液の温度が低下するので、
外部放熱による温度低下を補うことが必要になる。した
がって、ヒータ２７の加熱能力を冷媒液の過度の冷却に
よる加熱能力以上に大きくする必要があるので、必要な
電力量が多くなってランニングコストが高くなるという
問題がある。
【００１０】
【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、冷凍回路部の冷却能力を変更可能とするこ
とにより、ヒータを冷媒液の外部放熱による温度低下を
補うための発熱量の小さいものとして、ランニングコス
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。
【００１１】また、本発明が解決しようとする他の課題
は、負荷の設定温度の変更に対応することができる、上
記恒温液循環装置を提供することにある。
【００１２】
【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、該冷凍回路部の蒸発器に供給する冷媒の量を調整し
て冷却能力を調整する電子膨張弁を備え、上記冷媒液回
路部が、冷媒液タンクと、負荷から還流する冷媒液を上
記蒸発器で冷却する熱交換器と、該熱交換器で冷却され
た冷媒液の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出
手段が検出した温度が所定の温度より低いときに、その
温度低下を補って所定の温度の冷媒液とする発熱量の小
さいヒータと、所定の温度の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、上記温度検
出手段の信号によって電子膨張弁の開度とヒータの通電
とを制御するコントローラを備え、更に、上記熱交換
器、ヒータ、循環手段が、上記冷媒液タンク内に設けら
れ、上記温度検出手段が、上記ヒータ付近に設けられた
冷媒液入口温度センサと、循環手段と負荷との間に設け
られた冷媒液出口温度センサとを備えていることを特徴
としている。
【００１３】また、他の課題を解決するため、上記恒温
冷媒液循環装置における制御部が、負荷の設定温度の変
更と、これによるコントローラの制御域の変更ができる
操作表示部を備えていることを特徴としている。
【００１４】上記構成を有する恒温冷媒液循環装置は、
冷媒液の外部放熱が少ない通常の運転状態においては、
温度検出手段の信号によりコントローラが作動して電子
膨張弁の開度が制御され、これによって冷凍回路におけ
る冷媒の冷却能力が冷媒液の温度に応じて調整される。
したがって、冷媒液の熱負荷が小さい場合であっても、
ヒータによって加熱することなく冷媒液を所望の温度に
維持することができる。
【００１５】冷媒液の外部放熱が大きいために、熱交換
器で冷却された冷媒液の温度が所定の温度より低下した
場合は、温度検出手段の信号によりコントローラを介し
てヒータに通電されて冷媒液が加熱されるので、これに
より外部放熱による冷媒液の温度低下を補って所定の温
度にすることができる。この場合、ヒータへの通電量
は、外部放熱による冷媒液の温度低下を補うための少な
いものでよいから、ヒータを小形にすることができ、こ
れによって装置のランニングコストを低減することがで
きるとともに、装置を省エネルギーのものとすることが
できる。
【００１６】また、制御部に設けた操作表示部によっ
て、負荷に供給する冷媒液の設定温度を変更すると、こ
れによってコントローラによる電子膨張弁及びヒータの
制御域を変更することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示し、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電子膨張弁５
６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、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温度式膨張弁１３とを備えてい
る。この温度式膨張弁１３は、圧縮機７に還流される冷
媒の温度を検出する温度センサ１４によって制御され、
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。
【００１８】上記冷凍回路部５２における圧縮機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、冷媒ガスの圧力が所定の
圧力以上に上昇したときに信号を出力する高圧冷媒カッ
トスイッチ２０とが設けられており、圧縮機７における
冷媒ガスの入口（還流）側には、低圧の冷媒ガスの圧力
を検出する低圧冷媒圧力計２１が設けられている。ま
た、凝縮器８には、それに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。
【００１９】冷媒液回路部５３は、冷媒液のタンク２４
と、該タンク２４内に設けた熱交換器２５、ヒータユニ
ット２６、ポンプ２８及びヒータカバー３０を有し、ヒ
ータユニット２６に、ヒータカバー３０内の冷媒液の液
位を検出して信号を出力するヒータカバーレベルスイッ
チ５８が、配管３３のヒータカバー３０への開口部に、
ヒータカバー３０に流出する冷媒液の温度を検出して信
号を出力する温度検出手段を構成する冷媒液入口温度セ
ンサ５９が、それぞれ設けられている。また、ヒータユ
ニット２６に設けたヒータ６０は、冷媒液の外部放熱量
が大きいときにその放熱量を補うための発熱量が小さい
小形のものとされている。冷媒液回路部５３の他の構成
は、図２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。
【００２０】上記制御部５４は、ＰＬＣ６１と、電磁接
触器・電磁開閉器・ソリットステートリレー（以下、
「電磁接触器等」と略記し、ソリットステートリレーを
「ＳＳＲ」と略記する。）６２と、電子膨張弁５６の開
度を制御するコントローラ６３と、操作表示部６４とを
備えている。
【００２１】上記ＰＬＣ６１は、タンク２４内のレベル
スイッチ２９、ヒータカバーレベルスイッチ５８、低圧
冷媒カットスイッチ３９及び高圧冷媒カットスイッチ２
０からの信号によって、電磁接触器等６２と操作表示部
６４とに信号を出力するものとして構成されている。ま
た、コントローラ６３は、冷媒液出口温度センサ３７及
び冷媒液入口温度センサ５９からの信号によって、電子
膨張弁５６に信号を出力してその開度を制御するととも
に、電磁接触器等６２と操作表示部６４に信号を出力す
るものとして構成されている。
【００２２】上記電磁接触器等６２は、ＰＬＣ６１とコ
ントローラ６３との信号によって、圧縮機７とポンプ２
８の運転、及びヒータ６０への通電を制御するものとし
て構成されており、操作表示部６４は、負荷２の設定温
度が表示され、パネルへのタッチによって負荷２の設定
温度を変更することができる。そして操作表示部６４に
よる負荷２の設定温度の変更は、ＰＬＣ６１とコントロ
ーラ６３に出力されて、これらの設定値が変更される。
【００２３】上記実施例は、冷媒液の外部放熱が少ない
通常の運転状態においては、冷媒液回路部５３から負荷
２に供給される冷媒液の温度は、冷媒液出口温度センサ
３７と冷媒液入口温度センサ５９からの信号によりコン
トローラ６３が電子膨張弁５６の開度を制御することに
よって、所定の設定温度に保たれる。即ち、冷媒液の熱
負荷が大きくて、負荷から還流した冷媒液の温度が高い
ときは、コントローラ６３が電子膨張弁５６の開度を大
きくして液冷媒の量を多くすることによって、また、冷
媒液の熱負荷が小さかったりまたはゼロで冷媒液の温度
が低いときは、コントローラ６３が電子膨張弁５６の開
度を小さくして液冷媒の量を少なくすることによって、
負荷２に供給する冷媒液の温度を所定の温度に維持する
ことができる。したがって、通常の運転状態において
は、ヒータ６０には通電されない。
【００２４】冷媒液の温度が高くなると循環中における
大気中への放熱量が多くなるために、熱交換器２５で冷
却された冷媒液の温度が低下して所定の設定温度を維持
することができなくなるが、この場合は、大気中への放
熱量をヒータ６０への通電による冷媒液の加熱によって
補うことができる。即ち、熱交換器２５からヒータカバ
ー３０に流出する冷媒液の温度が低下すると、冷媒液入
口温度センサ５９が出力する信号によりコントローラ６
３を介して電磁接触器等６２のＳＳＲが作動してヒータ
６０に通電されるので、冷媒液が加熱されて所望の温度
に上昇する。したがって、大気中への放熱量が大きい場
合であっても、冷媒液の温度を所定の設定温度に維持す
ることができる。この場合のヒータ６０の発熱量は、大
気への放熱分を補うだけの少ないものでよいので、ラン
ニングコストが低減するとともに、装置を省エネルギー
のものとすることができる。
【００２５】ユーザーによっては、負荷２に供給する冷
媒液の設定温度を変更することが必要な場合がある。こ
の場合は、負荷２に供給する冷媒液の設定温度が表示さ
れている操作表示部６４のパネルにタッチすると、これ
によって負荷２の設定温度を変更することができ、また
これにより信号がＰＬＣ６１とコントローラ６３に出力
されて、これらの設定域を変更することができる。負荷
２に供給する冷媒液の設定温度を変更した後の作用は、
上述の作用と同じであるから、説明は省略する。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、冷凍回路に設けた電子
膨張弁の制御によって、負荷に供給する冷媒液の温度を
所定の温度に維持することができる。また、負荷に供給
される冷媒液の外部放熱が大きい場合は、冷媒液回路部
に設けたヒータで加熱することによって冷媒液の温度を
所定の設定温度に維持することができ、しかもこのヒー
タは、冷媒液の外部放熱量を補うだけの発熱量が小さい
小形のものにできるので、ランニングコストを低減する
ことができ、かつ省エネルギーの装置とすることができ
る。
【００２７】さらに、操作表示部の操作によって、負荷
に供給する冷媒液の温度を変更することができるため
に、冷媒液の温度設定の範囲が広くなるので、ユーザー
の使い勝手が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の構成図である。
【図２】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】
２ 負荷 ２５ 熱交換器 ２８ ポンプ ５１ 恒温冷媒液循環装置 ５２ 冷凍回路部 ５３ 冷媒液回路部 ５４ 制御部 ５６ 電子膨張弁 ５９ 冷媒液入口温度センサ ６０ ヒータ ６３ コントローラ ６４ 操作表示部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F24F 5/00 F25B 1/00 399

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、該冷凍回路部の蒸発器に供給する冷
    媒の量を調整して冷却能力を調整する電子膨張弁を備
    え、 上記冷媒液回路部が、冷媒液タンクと、負荷から還流す
    る冷媒液を上記蒸発器で冷却する熱交換器と、該熱交換
    器で冷却された冷媒液の温度を検出する温度検出手段
    と、該温度検出手段が検出した温度が所定の温度より低
    いときに、その温度低下を補って所定の温度の冷媒液と
    する発熱量の小さいヒータと、所定の温度の冷媒液を負
    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、上記温度検出手段の信号によって電子膨
    張弁の開度とヒータの通電とを制御するコントローラを
    備え、更に、上記熱交換器、ヒータ、循環手段が、上記冷媒液
    タンク内に設けられ、上記温度検出手段が、上記ヒータ
    付近に設けられた冷媒液入口温度センサと、循環手段と
    負荷との間に設けられた冷媒液出口温度センサとを備え
    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】制御部が、負荷の設定温度の変更と、これ
    によるコントローラの制御域の変更ができる操作表示部
    を備えている、 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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