JP5762493B2 - Circulating fluid temperature control method using area-specific parameter control hybrid chiller - Google Patents
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Description
本発明は半導体製造装置等の各種装置やプロセス等の温度を制御するために用いられるチラーを用いた循環液温度調節方法に係り、より詳しくは、設定温度に応じて、コンプレッサーを用いて循環液を冷却する方法と冷却水を用いて循環液を冷却する方法を使い分けることを特徴としたエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーを用いた循環液温度調節方法に関する。 The present invention relates to a circulating fluid temperature adjustment method using a chiller used for controlling the temperature of various devices such as semiconductor manufacturing devices and processes, and more specifically, the circulating fluid using a compressor according to a set temperature. The present invention relates to a circulating fluid temperature control method using an area-specific parameter control type hybrid chiller characterized in that a cooling method and a cooling method using cooling water are selectively used .
周知の通り、半導体製造に際しては、各工程内において、温度を一定に制御する必要があり、そのために、液温を管理した循環液を循環させることで温度制御を行うチラーが用いられている。 As is well known, during semiconductor manufacturing, it is necessary to control the temperature at a constant level in each process. For this purpose, a chiller that controls the temperature by circulating a circulating fluid whose temperature is controlled is used.
そして、従来から半導体業界で用いられているチラーでは、一定速のコンプレッサーを使用しているとともに、このコンプレッサーを最大能力で設定することにより、チラーの冷却能力の設定を行っていた。 Conventionally, the chiller used in the semiconductor industry uses a constant speed compressor and sets the cooling capacity of the chiller by setting the compressor at the maximum capacity.
即ち、チラーでは、温度制御の対象となるプロセス等に供給する循環液の温度を所定温度に調節するための冷凍サイクルを有しており、この冷凍サイクルでは、コンプレッサー、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器間で冷媒を循環させながら、この冷媒と、温度調節の対象となるプロセス等から戻ってきた循環液とを熱交換することで、循環液温度を必要温度以下に下げて、その後に、循環液を、ヒーターで加熱することで必要温度にすることとしている。 That is, the chiller has a refrigeration cycle for adjusting the temperature of the circulating fluid supplied to a process or the like subject to temperature control to a predetermined temperature. In this refrigeration cycle, a compressor, a condenser, an expansion valve, and While circulating the refrigerant between the evaporators, heat exchange between this refrigerant and the circulating fluid returned from the process subject to temperature control, etc., to lower the circulating fluid temperature below the required temperature, The circulating fluid is heated to a required temperature by a heater.
一方、例えば半導体のエッチングのプロセスはポリ、メタル、オキサイドの３種類で代表されるが、各プロセスで必要とされる循環液の温度は異なっているために、従来は、チラーの設定に際しては、すべてのプロセスに対応できるように、コンプレッサーを最大能力で設定することで、チラーの冷却能力が最大になるようにしていた。即ち、従来の使用に際しては、循環液の設定温度にかかわらず、コンプレッサーを最大能力で運転することでチラーの冷却能力を最大にして循環液の冷却を行い、その後に、ヒーターによって循環液の温度を上昇させることで、循環液の温度を所定の温度にしていた。 On the other hand, for example, semiconductor etching processes are represented by three types of poly, metal, and oxide. However, since the temperature of the circulating fluid required for each process is different, conventionally, when setting a chiller, The chiller cooling capacity was set to the maximum by setting the compressor at the maximum capacity so that it could handle all processes. That is, in the conventional use, regardless of the set temperature of the circulating fluid, the circulating fluid is cooled by maximizing the cooling capacity of the chiller by operating the compressor at the maximum capacity, and then the temperature of the circulating fluid is heated by the heater. By raising the temperature, the temperature of the circulating fluid was set to a predetermined temperature.
ところが、半導体製造における多数のプロセスの中には、チラーの冷却能力が必要冷却能力を大幅に上回る場合も出てきており、即ち、循環液を、必要冷却温度を大幅に下回る温度に冷却してしまい、その結果、必要以上の冷却を行うことになり、それに伴い必要以上の加熱が必要になってしまい、エネルギーを無駄にしてしまう事態が発生していた。そのために、特に昨今は、省エネルギーを求められることが多くなっているために、従来の、いわゆる力任せの制御は敬遠されている。 However, among many processes in semiconductor manufacturing, the cooling capacity of the chiller has sometimes greatly exceeded the required cooling capacity. That is, the circulating fluid is cooled to a temperature that is significantly lower than the required cooling temperature. As a result, more than necessary cooling is performed, and accordingly, more heating than necessary is required, resulting in a situation where energy is wasted. Therefore, especially in recent years, since energy saving is often demanded, conventional so-called power control is avoided.
そこで、本発明は、コンプレッサーの能力を可変することで、省エネルギー化を達成可能な循環液温度調節方法を提供することを課題としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a circulating fluid temperature adjusting method that can achieve energy saving by changing the capacity of a compressor.
また、本発明のエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーを用いた循環液温度調節方法は、
各種の装置、プロセス等の温度制御を必要とする制御対象に循環液を循環させることで前記制御対象を予め設定した設定温度に維持する循環液温度調節方法であって、
冷媒を循環させる循環回路の途上に、気化した冷媒を圧縮して高圧にするためのインバータ制御可能なコンプレッサーと、該コンプレッサーにより高圧にされた冷媒を熱交換により凝縮するための凝縮器と、該凝縮器で液化にされた冷媒を低圧にするための電子膨張弁と、該膨張弁で低圧にされた冷媒を熱交換により気体にする熱交換器と、を具備した冷凍サイクルと、
前記凝縮器に冷却水を供給するための冷却水循環回路と、
前記熱交換器と前記制御対象間で循環液を循環させながら、予め設定された液温に制御された循環液を前記制御対象に供給する循環液循環回路と、を具備するとともに、
前記制御対象に供給する循環液を予め設定した温度に制御するための第２の熱交換器と、
該第２の熱交換器と前記制御対象との間で循環液を循環させながら、予め設定された液温に制御された循環液を前記制御対象に供給する第２の循環液循環回路と、
前記第２の熱交換器に冷却水を供給する第２の冷却水循環回路と、
該第２の冷却水循環回路の途上に配置した電磁弁と、を具備したエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーを用いて、
予め、設定される可能性のある循環液の設定温度を複数のエリアに分割しておくとともに、それぞれのエリアに応じて、コンプレッサー（４）の運転周波数、電子膨張弁（６、１２、１４）の開度、電磁弁（１８ｂ）のオンタイムをパラメータ化して設定しておき、
前記制御対象に供給する循環液温度が予め設定した温度よりも低い場合には、前記冷凍サイクル（２）を作動させるとともに、前記冷却水循環回路（８）を介して前記凝縮器（５）に冷却水を供給し、熱交換器（７）において循環液を所定の温度に調整し、前記循環液循環回路（９）を用いて制御対象に循環液を循環させ、前記予め設定したパラメータに従って、コンプレッサー（４）の運転周波数と電子膨張弁（６）の開度を調節し、
前記制御対象に供給する循環液温度が予め設定した温度よりも高い場合には、前記冷凍サイクル（２）を停止するとともに、凝縮器（５）への冷却水の供給を停止し、更に、前記第２の冷却水循環回路（１６）を介して第２の熱交換器（１５）に冷却水を供給し、前記第２の熱交換器（１５）において循環液を所定の温度に調整しながら、前記第２の循環液循環回路（１７）を用いて制御対象に循環液を循環させ、前記予め設定したパラメータに従って、前記第２の熱交換器（１５）に冷却水を供給する時間を調節することとした、ことを特徴としている。
In addition, the circulating fluid temperature adjustment method using the area-specific parameter control system hybrid chiller of the present invention,
A circulating fluid temperature adjustment method for maintaining the control target at a preset temperature by circulating the circulating fluid to a control target requiring temperature control of various devices, processes, etc.,
In the middle of the circulation circuit for circulating the refrigerant, an inverter controllable compressor for compressing the vaporized refrigerant to a high pressure, a condenser for condensing the refrigerant made high pressure by the compressor by heat exchange, A refrigeration cycle comprising: an electronic expansion valve for reducing the pressure of the refrigerant liquefied by the condenser; and a heat exchanger for converting the pressure of the refrigerant reduced by the expansion valve into a gas by heat exchange;
A cooling water circulation circuit for supplying cooling water to the condenser;
A circulating fluid circulation circuit that circulates the circulating fluid between the heat exchanger and the controlled object, and supplies the circulating fluid controlled to a preset liquid temperature to the controlled object, and
A second heat exchanger for controlling the circulating fluid supplied to the controlled object to a preset temperature;
A second circulating fluid circulation circuit for supplying a circulating fluid controlled to a preset fluid temperature to the controlled object while circulating the circulating fluid between the second heat exchanger and the controlled object;
A second cooling water circulation circuit for supplying cooling water to the second heat exchanger;
Using an area-specific parameter control type hybrid chiller having a solenoid valve arranged in the middle of the second cooling water circulation circuit ,
The set temperature of the circulating fluid that may be set in advance is divided into a plurality of areas, and the operating frequency of the compressor (4), the electronic expansion valve (6, 12, 14) according to each area. The opening degree and the on-time of the solenoid valve (18b) are parameterized and set,
When the circulating fluid temperature supplied to the controlled object is lower than a preset temperature, the refrigeration cycle (2) is activated and the condenser (5) is cooled via the cooling water circulation circuit (8). Water is supplied, the circulating fluid is adjusted to a predetermined temperature in the heat exchanger (7), the circulating fluid is circulated to the controlled object using the circulating fluid circulation circuit (9) , and the compressor is compressed according to the preset parameters. Adjust the operating frequency of (4) and the opening of the electronic expansion valve (6),
When the circulating fluid temperature supplied to the controlled object is higher than a preset temperature, the refrigeration cycle (2) is stopped, the cooling water supply to the condenser (5) is stopped, and the Cooling water is supplied to the second heat exchanger (15) via the second cooling water circulation circuit (16), and the circulating fluid is adjusted to a predetermined temperature in the second heat exchanger (15). The circulating fluid is circulated through the control target using the second circulating fluid circulation circuit (17), and the time for supplying the cooling water to the second heat exchanger (15) is adjusted according to the preset parameter. It is characterized by that.
本発明のエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーを用いた循環液温度調節方法では、冷凍サイクルによって所定温度まで下げた循環液を制御対象に供給する循環液循環回路と、冷却水によって所定温度まで下げた循環液を制御対象に供給する第２の循環液循環回路を有しており、制御対象に供給する循環液の設定温度が、コンプレッサーの運転を必要とする低温域の場合には、冷凍サイクルを作動させて所定温度まで下げた循環液を制御対象に供給し、一方、制御対象に供給する循環液の設定温度が冷却水で冷却可能な高温域の場合には、冷凍サイクルを使用せずに、冷却水によって所定温度まで下げた循環液を制御対象に供給することとしている。 In the circulating fluid temperature control method using the area-specific parameter control method hybrid chiller of the present invention, the circulating fluid that has been lowered to a predetermined temperature by the refrigeration cycle is supplied to the control target, and the circulating fluid is reduced to the predetermined temperature by the cooling water A second circulating fluid circulation circuit for supplying the circulating fluid to the controlled object is provided. When the set temperature of the circulating fluid supplied to the controlled object is in a low temperature range that requires the operation of the compressor, the refrigeration cycle is set. If the circulating fluid that has been operated and lowered to the specified temperature is supplied to the control target, and the set temperature of the circulating fluid supplied to the control target is in a high temperature range that can be cooled with cooling water, do not use the refrigeration cycle. The circulating fluid lowered to a predetermined temperature by cooling water is supplied to the controlled object.
従って、循環液の設定温度にかかわらず、即ち、チラーの冷却能力が必要冷却能力を大幅に上回る場合であっても、冷凍サイクルを最大能力で運転することでチラーの冷却能力を最大にして循環液の冷却を行い、それにより、循環液を必要冷却温度を大幅に下回る温度に冷却するとともに、それに伴い必要以上の加熱を行っていた従来のチラーと異なり、制御対象に供給する循環液の設定温度が冷却水で冷却可能な高温域の場合には、冷凍サイクルの稼働が不要であるとともにヒーターの負担も少なくて済むために、省エネルギーを達成することが可能である。 Therefore, regardless of the set temperature of the circulating fluid, that is, even when the cooling capacity of the chiller greatly exceeds the required cooling capacity, the cooling capacity of the chiller can be maximized by operating the refrigeration cycle at the maximum capacity. Unlike conventional chillers, which cool the liquid and thereby cool the circulating liquid to a temperature well below the required cooling temperature, and heat it more than necessary, setting the circulating liquid to be supplied to the control target When the temperature is in a high temperature range that can be cooled with cooling water, it is not necessary to operate the refrigeration cycle and the burden on the heater can be reduced, so that energy saving can be achieved.
本発明に用いるエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーでは、一般的なチラーと同様にコンプレッサーを有しており、このコンプレッサーも、一般的なチラーと同様に、気化した冷媒を高圧に圧縮するためのコンプレッサーと、このコンプレッサーにより高圧にされた冷媒を熱交換により凝縮するための凝縮器と、この凝縮器で液体にされた冷媒を低圧にするための膨張弁と、膨張弁で低圧にされた冷媒を熱交換により気体にする熱交換器を具しており、コンプレッサーはインバータ制御可能とし、更に、膨張弁は電子膨張弁を用いている。 The area-specific parameter control type hybrid chiller used in the present invention has a compressor in the same way as a general chiller, and this compressor is also a compressor for compressing vaporized refrigerant to a high pressure, as in a general chiller. And a condenser for condensing the refrigerant having a high pressure by the compressor by heat exchange, an expansion valve for lowering the refrigerant liquefied by the condenser, and a refrigerant having a low pressure by the expansion valve. A heat exchanger that converts the heat into gas is provided, the compressor is inverter-controllable, and the expansion valve is an electronic expansion valve.
また、本発明に用いるエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーでは、前記凝縮器に冷却水を供給するための冷却水循環回路を有しており、この冷却水循環回路は、例えばクーリングタワーと凝縮器間を循環して、凝縮器に冷却水を供給している。 Further, the area-specific parameter control type hybrid chiller used in the present invention has a cooling water circulation circuit for supplying cooling water to the condenser, and this cooling water circulation circuit circulates between the cooling tower and the condenser, for example. Cooling water is supplied to the condenser.
更に、本発明に用いるエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーでは循環液循環回路を具備しており、この循環液循環回路は、熱交換器と制御対象間で循環液を循環させながら、熱交換器とヒーターによって予め設定された温度に制御された循環液を制御対象に供給するために用いられる。 Furthermore, the area-specific parameter control type hybrid chiller used in the present invention includes a circulating fluid circulation circuit, which circulates the circulating fluid between the heat exchanger and the control target, It is used to supply a circulating fluid controlled to a temperature preset by a heater to a controlled object.
そして、本発明に用いるエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーでは、第２の熱交換器、第２の循環液循環回路、及び第２の冷却水循環回路を有しており、この第２の熱交換器、第２の循環液循環回路、第２の冷却水循環回路によって、冷凍サイクルを使用することなく、循環液を所定温度に制御することを可能にしている。 The area-specific parameter control type hybrid chiller used in the present invention has a second heat exchanger, a second circulating liquid circulation circuit, and a second cooling water circulation circuit, and this second heat exchanger. The second circulating fluid circulating circuit and the second cooling water circulating circuit can control the circulating fluid to a predetermined temperature without using a refrigeration cycle.
そして、本発明に用いるエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーでは、第２の熱交換器を有しており、この第２の熱交換器には、例えばクーリングタワー等から供給される冷却水を供給する第２の冷却水循環回路が構成されており、第２の熱交換器と制御対象との間で循環液を循環させるための第２の循環液循環回路が連結されており、第２の冷却水循環回路の途上には電磁弁が配置されている。そして、循環液は、第２の熱交換器内において冷却水との熱交換によって液温が下げられ、その後、ヒーターによって設定温度に調整された後に制御対象に供給される。 The area-specific parameter control type hybrid chiller used in the present invention has a second heat exchanger, and the second heat exchanger is supplied with, for example, a cooling water supplied from a cooling tower or the like. The second cooling water circulation circuit is configured, and the second circulating liquid circulation circuit for circulating the circulating liquid between the second heat exchanger and the control target is connected to the second cooling water circulation circuit. A solenoid valve is arranged on the way. Then, the circulating fluid is cooled in the second heat exchanger by heat exchange with the cooling water, and then adjusted to the set temperature by the heater and then supplied to the controlled object.
そして、このように構成されるエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーによって循環液の温度制御を行う場合には、制御対象に供給する循環液温度が予め設定した温度よりも低い場合には、冷凍サイクルを作動させるとともに、冷却水循環回路を介して凝縮器に冷却水を供給し、熱交換器において循環液を所定の温度に調整しながら、循環液循環回路を用いて制御対象に循環液を循環させる。 When the temperature control of the circulating fluid is performed by the area-specific parameter control system hybrid chiller configured as described above, if the circulating fluid temperature supplied to the controlled object is lower than the preset temperature, the refrigeration cycle is set. While being operated, the cooling water is supplied to the condenser via the cooling water circulation circuit, and the circulating liquid is circulated to the controlled object using the circulating liquid circulation circuit while adjusting the circulating liquid to a predetermined temperature in the heat exchanger.
一方、制御対象に供給する循環液温度が予め設定した温度よりも高い場合には、冷凍サイクルを停止するとともに、凝縮器への冷却水の供給を停止し、更に、第２の冷却水循環回路を介して第２の熱交換器に冷却水を供給する。そして、第２の熱交換器において循環液を所定温度に調整しながら、第２の循環液循環回路を用いて制御対象に循環液を循環させる。 On the other hand, when the circulating fluid temperature supplied to the controlled object is higher than the preset temperature, the refrigeration cycle is stopped, the cooling water supply to the condenser is stopped, and the second cooling water circulation circuit is further connected. The cooling water is supplied to the second heat exchanger. Then, while adjusting the circulating fluid to a predetermined temperature in the second heat exchanger, the circulating fluid is circulated to the controlled object using the second circulating fluid circulating circuit.
ここで、循環液循環回路を使用して制御対象に循環液を供給している場合において、制御対象に供給する循環液温度に応じて、予め設定したパラメータに従って、コンプレッサーの周波数と電子膨張弁の開度を調節するとよく、これにより、コンプレッサーを最大能力で運転することを防止でき、また、循環液温度に適した冷媒の蒸発温度を設定する事も出来、省エネルギーと最適な蒸発温度での運転を実現する事が可能となる。 Here, when the circulating fluid is supplied to the controlled object using the circulating fluid circulation circuit, the frequency of the compressor and the electronic expansion valve are set according to the preset parameters according to the circulating fluid temperature supplied to the controlled object. It is better to adjust the opening, which can prevent the compressor from operating at its maximum capacity, and can also set the refrigerant evaporation temperature suitable for the circulating fluid temperature, saving energy and operating at the optimal evaporation temperature Can be realized.
また、第２循環液循環回路を使用して制御対象に循環液を供給している場合において、制御対象に供給する循環液温度に応じて、第２の冷却水循環回路の途上に配置した電磁弁の作動を制御し、それにより、予め設定したパラメータに従って、第２の熱交換器に冷却水を供給する時間を調節するとよく、これにより、循環液の液温を必要以上に下げることを回避し、ヒーターの負担を少なくし、それによっても省エネルギーを達成する事が出来る。 In addition, when the circulating fluid is supplied to the controlled object using the second circulating fluid circulating circuit, the solenoid valve disposed in the middle of the second cooling water circulating circuit according to the circulating fluid temperature supplied to the controlled object The time for supplying the cooling water to the second heat exchanger may be adjusted according to preset parameters, thereby avoiding lowering the circulating fluid temperature more than necessary. , The burden on the heater is reduced, and energy saving can also be achieved.
本発明のエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラー（以下単に「チラー」と言う。）を用いた循環液温度調節方法の実施例について、図面を参照して説明すると、図１は、本実施例に用いるチラーの構成を示すブロック図であり、図において１が本実施例に用いるチラーである。 An embodiment of a circulating fluid temperature control method using an area-specific parameter control type hybrid chiller (hereinafter simply referred to as “chiller”) of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is used in this embodiment. It is a block diagram which shows the structure of a chiller, and 1 is a chiller used for a present Example in a figure.
また、図において２は冷凍サイクルであり、本実施例において前記チラーに用いられる冷凍サイクル２は一般的に用いられている冷凍サイクルと同様に、冷媒を循環させる循環回路３を有しており、この循環路３の途上には、気化した冷媒を圧縮して高圧にするためのコンプレッサー４と、このコンプレッサー４により高圧にされた冷媒を熱交換により凝縮するための凝縮器５と、この凝縮器５で液化された冷媒を低圧にするための膨張弁６と、膨張弁６で低圧にされた冷媒を熱交換により気化させる蒸発器としての熱交換器７を具備している。そして、本実施例において前記コンプレッサー４はインバータ制御可能なコンプレッサーを用いており、更に、前記膨張弁６は電子膨張弁としている。 Also, 2 is a refrigeration cycle in FIG refrigeration cycle 2 to be used in the chiller in the present embodiment, as in the refrigeration cycle that is generally used, has a circulation circuit 3 for circulating a refrigerant, In the middle of the circulation path 3, a compressor 4 for compressing the vaporized refrigerant to a high pressure, a condenser 5 for condensing the refrigerant made high pressure by the compressor 4 by heat exchange, and the condenser 5 is provided with an expansion valve 6 for lowering the pressure of the refrigerant liquefied in 5 and a heat exchanger 7 as an evaporator for vaporizing the pressure of the refrigerant reduced by the expansion valve 6 by heat exchange. In this embodiment, the compressor 4 is a compressor capable of inverter control, and the expansion valve 6 is an electronic expansion valve.
次に、図において８は冷却水循環回路であり、この冷却水循環回路８は、コンプレッサー４で高圧高温にされた気体状の冷媒を熱交換によって凝縮するために用いられている。
Next, in the figure, 8 is a cooling water circulation circuit, and this cooling
即ち、前記冷却水循環回路８は、クーリングタワー等で冷却された冷却水を前記凝縮器５へ供給する冷却水供給路８０１と、凝縮器５において冷媒との間で熱交換を行い温度が上昇した後の冷却水を再びクーリングタワー等に戻す冷却水戻り路８０２とを有しており、クーリングタワー等と凝縮器との間を循環する循環路としている。
That is, the cooling
次に、図において９は循環液循環路であり、この循環液循環回路９は、半導体のエッチングプロセス等の、温度制御を行う制御対象と、前記熱交換器７との間で循環液を循環させながら、この循環液を、予め設定された液温に制御して前記制御対象に供給するために用いられている。 Next, in the figure, 9 is a circulating fluid circulation path, and this circulating fluid circulation circuit 9 circulates the circulating fluid between a control target for temperature control, such as a semiconductor etching process, and the heat exchanger 7. The circulating fluid is used to control the circulating fluid to a preset fluid temperature and supply the circulating fluid to the controlled object.
即ち、この循環液循環回路９は、熱交換器７で温度が下げられた循環液を制御対象に供給するための循環液供給路９０１と、制御対象に置いて温度が上昇された循環液を熱交換器７に戻すための循環液戻り路９０２を有しており、循環液供給路９０１の途上には、熱交換器で温度が下げられた循環液を加熱して設定温度にするためのヒーター９０３が配置され、循環液戻り路９０２の途上にはポンプ９０４が配置されている。
In other words, the circulating fluid circulation circuit 9 supplies a circulating fluid supply path 901 for supplying the circulating fluid whose temperature has been lowered by the heat exchanger 7 to the controlled object, and the circulating fluid whose temperature has been increased by being placed on the controlled object. A circulating fluid return path 902 for returning to the heat exchanger 7 is provided. In the middle of the circulating fluid supply path 901, the circulating fluid whose temperature has been lowered by the heat exchanger is heated to a set temperature. A
なお、図において１１は、前記熱交換器７の手前において熱交換器７にホットガスを供給するためのホットガス供給路で、１２はホットガスの流量等を調節するための電子膨張弁である。また、図において１３は、コンプレッサー４を冷却するためにコンプレッサー４に冷媒を供給するための冷却用冷媒供給路であり、１４は、コンプレッサー４に供給する冷却用冷媒の流量等を調節するための電子膨張弁である。
In the figure, 11 is a hot gas supply path for supplying hot gas to the heat exchanger 7 before the
また、図において２０は循環液タンク、２１はフロートスイッチ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄは電磁弁、更に、２４は温度センサー、２３、２５は圧力センサー、１９は制水弁、２６はドレイン用バルブである。 In the figure, 20 is a circulating fluid tank, 21 is a float switch, 18a, 18b, 18c and 18d are solenoid valves, 24 is a temperature sensor, 23 and 25 are pressure sensors, 19 is a water control valve, and 26 is for drainage. It is a valve.
次に、図において１５は、第２の熱交換器である。即ち、本実施例に用いるチラー１では、冷凍サイクル２を用いて循環液の温度を下げる蒸発器としての熱交換器の他に、冷凍サイクルを用いずに冷却水によって循環液の液温を下げるための第２の熱交換器１５を有しており、制御対象に供給する循環液の設定温度が、コンプレッサー４の運転を必要とする低温域の場合には、冷凍サイクル２を作動させて循環液の液温を所定温度まで下げ、一方、制御対象に供給する循環液の設定温度が、コンプレッサー４の運転を必要としない高温域の場合には、冷凍サイクル２を使用せずに、冷却水によって循環液の液温を所定温度まで下げることとしている。
Next, in the figure,
即ち、前記第２の熱交換器１５には、クーリングタワー等で冷却された冷却水を前記第２の熱交換器１５へ供給する第２の冷却水循環回路１６と、温度制御を行う制御対象と前記第２の熱交換器１５との間で循環液を循環させる第２の循環液循環回路１６が連結されている。
That is, the
そして、前記第２の冷却水循環回路１６は、クーリングタワー等で冷却された冷却水を前記第２の熱交換器１５へ供給する第２の冷却水供給路１６０１と、第２の熱交換器１５において、設定温度よりも高温になって制御対象から戻ってきた循環液の間で熱交換を行って温度が上昇した後の冷却水を、再びクーリングタワー等に戻す第２の冷却水戻り路１６０２とを有しており、クーリングタワー等と第２の熱交換器１５との間を循環する循環路としている。
The second cooling water circulation circuit 16 includes a second cooling
また、前記第２の循環液循環回路１７は、第２の熱交換器１５で温度が下げられた循環液を制御対象に供給するための第２の循環液供給路１７０１と、制御対象において温度が上昇された循環液を第２の熱交換器１５に戻すための第２の循環液戻り路１７０２を有している。
The second circulating fluid circulation circuit 17 includes a second circulating
そして、この構成において、制御対象に供給され、制御対象において設定温度よりも高温になって戻ってきた循環液は、第２の熱交換器１５において、第２の冷却水供給路１６０１によって供給されてきた冷却水との間で熱交換が行われて、液温が所定温度まで下げられる。
In this configuration, the circulating fluid that is supplied to the controlled object and has returned to a temperature higher than the set temperature in the controlled object is supplied by the second cooling
従って、本実施例に用いるチラーでは、制御対象に供給する循環液の設定温度が、コンプレッサー４の運転を必要としない高温域の場合には、第２の熱交換器１５において循環液の液温を下げることができるので、これにより、コンプレッサー４の作動を不要として、省エネを達成することが可能である。
Therefore, in the chiller used in this embodiment, when the set temperature of the circulating fluid supplied to the controlled object is in a high temperature range that does not require the operation of the compressor 4, the liquid temperature of the circulating fluid in the
なお、本実施例に用いるチラーでは、図にも示されているように、冷却水供給路８０１を分岐させて第２の冷却水供給路１６０１を構成するとともに、第２の冷却水戻り路１６０２は前記冷却水戻り路８０２に合流させ、冷却水供給路８０１における第２の冷却水供給路１６０１の分岐箇所よりも凝縮器５側と、第２の第２の冷却水供給路１６０１の途上に電磁弁１８ａ、１８ｂを配置し、電磁弁１８ａ、１８ｂの切り替えによって冷却水の供給先を凝縮器５と第２の熱交換器１５のいずれかに切り替え可能としている。また１９は制水弁でコンプレッサー４の圧力に応じて冷却水の流量を調整している。
In the chiller used in the present embodiment, as shown in the figure, the cooling
更に、本実施例に用いるチラーおける前記第２の循環液循環回路１７では、循環液戻り路９０２におけるポンプ９０４よりも熱交換器７側を分岐させて第２の循環液戻り路１７０２を構成するとともに、第２の循環液供給路１７０１を前記循環液供給路９０１におけるヒーター９０３の手前側に合流させて、循環液戻り路９０２における第２の循環液戻り路１７０２の分岐箇所よりも熱交換器側と、第２の循環液戻り路１７０２の途上に電磁弁１８ｃ、１８ｄを配置し、電磁弁１８ｃ、１８ｄの切り替えによって循環液の戻り先を熱交換器（蒸発器）７と第２の熱交換器１５のいずれかに切り替え可能としている。そのため、本実施例のチラー１では、コンプレッサー４の運転を行っている場合とコンプレッサー４を停止している場合の双方において、ポンプ９０４とヒーター９０３を共有可能とし、コスト削減を達成可能としている。
Further, in the second circulating fluid circulation circuit 17 in the chiller used in the present embodiment, the second circulating fluid return path 1702 is configured by branching the heat exchanger 7 side from the
但し、必ずしもこのように構成する必要は無く、第２の冷却水循環回路１６、第２の循環液循環回路１７を冷却水循環回路８、循環液循環回路９とは別に構成しても良い。
However, this configuration is not necessarily required, and the second cooling water circulation circuit 16 and the second circulation liquid circulation circuit 17 may be configured separately from the cooling
次に、このように構成されるチラーを用いて、制御対象に供給する循環液の温度を調節する本発明のエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーを用いた循環液温度調節方法（以下単に「循環液温度調節方法」という。）の実施例について説明すると、本実施例の循環液温度調節方法では、予め、冷凍サイクル２によって循環液の液温を下げる場合と冷却水によって循環液の液温を下げる場合の境となる循環液の設定温度（基準温度）を設定しておく。即ち、循環液の設定温度が基準温度よりも低い場合には冷凍サイクル２を作動させ、冷凍サイクル２によって循環液の液温を下げ、一方、循環液の設定温度が基準温度よりも高い場合には、冷凍サイクル２は作動させず、冷却水によって循環液の液温を下げることとしている。 Next, using the chiller configured as described above, the circulating fluid temperature adjusting method (hereinafter simply referred to as “circulating fluid”) using the area-specific parameter control type hybrid chiller of the present invention that adjusts the temperature of the circulating fluid supplied to the controlled object The temperature control method of the present embodiment will be described . In the circulating fluid temperature adjusting method of this embodiment, the circulating fluid temperature is lowered in advance by the refrigeration cycle 2 and the circulating fluid temperature is lowered by the cooling water. Set the set temperature (reference temperature) of the circulating fluid that is the boundary of the case. That is, when the set temperature of the circulating fluid is lower than the reference temperature, the refrigeration cycle 2 is operated, and the liquid temperature of the circulating fluid is lowered by the refrigeration cycle 2, while the set temperature of the circulating fluid is higher than the reference temperature. Does not operate the refrigeration cycle 2 and lowers the temperature of the circulating fluid with cooling water.
また、本実施例の循環液温度調節方法では、設定される可能性のある循環液の設定温度を、予め複数のエリアに分割しておくとともに、それぞれのエリアに応じて、コンプレッサー４の運転周波数、電子膨張弁６、１２、１４の開度、第２の冷却水供給路の途上に配置した電磁弁１８ｂのオンタイム等をパラメータ化して予め設定しておく。
Further, in the circulating fluid temperature adjustment method of the present embodiment, the circulating fluid set temperature that may be set is divided into a plurality of areas in advance, and the operating frequency of the compressor 4 is determined according to each area. The opening of the
そして、制御対象に供給する循環液の設定温度が基準温度よりも低い場合には、前記電磁弁１８ａ、１８ｂを切り替えて冷却水が凝縮器５に循環されるようにするとともに、循環液は熱交換器７と制御対象間を循環するように、電磁弁１８ｃと１８ｄを切り替える。そして、冷凍サイクル２を作動させるとともに、ポンプ９０４を駆動して熱交換器７と制御対象間で循環液を循環させ、冷却水循環回路８を介して凝縮器５に冷却水を供給し、熱交換器７において、循環液を所定温度迄下げ、更に所定温度まで下げた循環液をヒーター９０３によって設定温度まで上昇させながら、循環液循環回路９を用いて制御対象に循環液を供給する。
When the set temperature of the circulating fluid supplied to the controlled object is lower than the reference temperature, the
また、このとき、本実施例の循環液温度調節方法では、設定された循環液の温度が属するエリアに応じて、コンプレッサー４の運転周波数、電子膨張弁６、１２、１４の開度等のパラメータを、手動、あるいは自動で設定することとしている。
At this time, in the circulating fluid temperature adjusting method of the present embodiment, parameters such as the operating frequency of the compressor 4 and the opening degrees of the
そのために、本実施例の循環液温度調節方法では、循環液の設定温度にかかわらずにコンプレッサー４を最大能力で運転してチラーの冷却能力を最大にしていた従来の方法と異なり、循環液の設定温度に応じてコンプレッサーの運転を制御することができ、省エネルギーを達成することが可能である。なおこのとき、前述したように、本実施例のチラー１では、前記熱交換器７の手前において熱交換器７にホットガスを供給するためのホットガス供給路１１と、ホットガスの流量等を調節するための電子膨張弁１２を有しているため、コンプレッサー４の運転周波数の調整だけでは希望の冷却能力に冷却能力の調整ができない場合等のときに、電子膨張弁１２を用いて熱交換器７に流入するホットガスの流量を制御することで、冷却能力を希望の冷却能力に調整することが可能である。
Therefore, the circulating fluid temperature adjustment method of this embodiment differs from the conventional method in which the compressor 4 is operated at the maximum capacity to maximize the cooling capacity of the chiller regardless of the circulating fluid set temperature. The operation of the compressor can be controlled according to the set temperature, and energy saving can be achieved. At this time, as described above, in the chiller 1 of this embodiment, the hot gas supply path 11 for supplying the hot gas to the heat exchanger 7 before the heat exchanger 7 and the flow rate of the hot gas are set. Since the
次に、本実施例の循環液温度調節方法では、制御対象に供給する循環液の設定温度が基準温度よりも高い場合には、前記冷凍サイクル２を作動させず、前記電磁弁１８ａ、１８ｂを切り替えて冷却水が第２の熱交換器１５に循環されるようにするとともに、電磁弁１８ｃ、１８ｄを切り替えて、循環液は第２の熱交換器１５と制御対象間を循環するようにする。そして、ポンプ９０４を駆動して第２の熱交換器１５と制御対象間で循環液を循環させ、第２の冷却水循環回路１６を介して第２の熱交換器１５に冷却水を供給し、第２の熱交換器１５において、冷却水との熱交換で循環液を所定温度まで下げ、更に所定温度まで下げた循環液をヒーター９０３によって設定温度に調整しながら、制御対象に循環液を供給する。
Next, in the circulating fluid temperature adjustment method of the present embodiment, when the circulating fluid set temperature to be controlled is higher than the reference temperature, the refrigeration cycle 2 is not operated and the
また、このとき、本実施例の循環液温度調節方法では、前記予め決めたパラメータに従って、設定された循環液の温度が属するエリアに応じて、オンタイムによる冷却水供給の時間を設定し、それにより、必要以上の循環液の冷却を回避することにより省エネルギーを達成する事が可能である。 At this time, in the circulating fluid temperature adjusting method of the present embodiment, on-time cooling water supply time is set according to the predetermined parameter according to the area to which the set circulating fluid temperature belongs. Therefore, it is possible to achieve energy saving by avoiding cooling of the circulating fluid more than necessary.
即ち、循環液の設定温度が高温の場合には、冷却水を継続して第２の熱交換器１５に供給して循環液との熱交換を行うと、循環液を必要以上に冷却してしまい、それによりヒーター容量が大きくなってしまうことが考えられる。そこで、本実施例の循環液温度調節方法では、予め循環液の設定温度を複数のエリアに分割するとともにそれぞれのエリアに応じて電磁弁１８ｂのオンタイムによる冷却水供給の時間を決めておき、設定された循環液の温度が属するエリアに応じて、電磁弁１８ｂのオンタイムによる冷却水供給の時間を、自動、あるいは手動で設定することとしている。
That is, when the set temperature of the circulating fluid is high, if the cooling water is continuously supplied to the
そのために、本実施例の循環液温度調節方法では、循環液を必要以上に冷却してヒーター容量を大きくしてしまうことを回避でき、それにより、省エネルギーを達成することが可能である。 Therefore, in the circulating fluid temperature adjustment method of the present embodiment, it is possible to avoid cooling the circulating fluid more than necessary and increase the heater capacity, thereby achieving energy saving.
なお、冷却水によって循環液の冷却を行う従来のヒートイクスチェンジャーにおいては、広い温度範囲を制御するために、複数の熱交換器を使って対応していたが、この点、本実施例では、第２の熱交換器に冷却水を供給する時間を時間比例制御するために、熱交換器を複数設置する必要が無くなり、装置をコンパクトにすることが可能である。 In the conventional heat exchanger that cools the circulating fluid with cooling water, in order to control a wide temperature range, a plurality of heat exchangers were used, but in this respect, in this embodiment, Since the time for supplying the cooling water to the second heat exchanger is controlled in proportion to time, it is not necessary to install a plurality of heat exchangers, and the apparatus can be made compact.
このように、本実施例の循環液温度調節方法では、冷凍サイクルによって循環液の温度を下げる回路と、冷凍サイクルを使用せずに、冷却水によって循環液の温度を下げる回路の２系統の回路を有しており、制御対象に供給する循環液の設定温度が、予め設定した基準温度よりも低い場合には冷凍サイクルを作動させて循環液の温度を下げ、一方、制御対象に供給する循環液の設定温度が基準温度よりも高い場合には冷凍サイクルを使用せずに冷却水によって循環液の温度を下げることとしているために、無駄なエネルギーの使用を回避することが可能である。 As described above, in the circulating fluid temperature adjustment method of the present embodiment , two circuits, a circuit for lowering the temperature of the circulating fluid by the refrigeration cycle and a circuit for lowering the temperature of the circulating fluid by the cooling water without using the refrigeration cycle. When the set temperature of the circulating fluid supplied to the control target is lower than a preset reference temperature, the refrigeration cycle is operated to lower the temperature of the circulating fluid, while the circulation supplied to the control target When the set temperature of the liquid is higher than the reference temperature, the temperature of the circulating liquid is lowered by the cooling water without using the refrigeration cycle, so that useless energy can be avoided.
またそのとき、本実施例の循環液温度調節方法では、循環液の設定温度を複数のエリアに分割するとともに、それぞれのエリアにおいて、コンプレッサーの運転周波数、電磁膨張弁６、１２、１４の開度、更に、第２の熱交換器１５に冷却水を供給する電磁弁１８ｂのオンタイム等のパラメータを決めておき、設定された循環液の温度が属するエリアに応じて、冷凍サイクルを作動させているときにはコンプレッサー４の周波数と電子膨張弁６、１２、１４の開度を設定し、冷凍サイクルを作動していないときには第２の熱交換器１５に循環液を供給する電磁弁１８ｂのオンタイムを設定することとしているために、循環液を必要以上に冷却してヒーターの出力を大きくすることを回避でき、それにより、省エネルギーを達成することが可能である。
At that time, in the circulating fluid temperature adjustment method of the present embodiment, the circulating fluid set temperature is divided into a plurality of areas, and in each area, the operating frequency of the compressor and the opening degree of the
本発明は、各種装置、プロセス等の制御対象の温度を制御するに際して、冷凍サイクルによって循環液の温度を下げる回路と冷凍サイクルを使用せずに冷却水によって循環液の温度を下げる回路の２系統の回路を有したチラーを用いて、循環液の設定温度に応じて２系統の回路を使い分け、且つ循環液の設定温度に応じて設定温度のエリア別にコンプレッサーの運転周波数、電子膨張弁の開度、電磁弁のオンタイムの時間等をパラメータ化して運転する事で省エネルギーを達成可能としているため、所定温度の循環液を制御対象に供給する循環液温度調節方法の全般に適用可能である。 The present invention provides two systems: a circuit for lowering the temperature of the circulating fluid by a refrigeration cycle and a circuit for lowering the temperature of the circulating fluid by cooling water without using the refrigeration cycle when controlling the temperature of a control target such as various devices and processes. Using the chiller with this circuit, two circuits are used according to the set temperature of the circulating fluid, and the compressor operating frequency and the electronic expansion valve are opened according to the set temperature area according to the set temperature of the circulating fluid. Since energy saving can be achieved by operating the solenoid valve by parameterizing the on-time time of the solenoid valve, the method can be applied to the circulating fluid temperature adjustment method for supplying the circulating fluid having a predetermined temperature to the controlled object.
１ チラー
２ 冷凍サイクル
３ 循環路
４ コンプレッサー
５ 凝縮器
６ 電子膨張弁
７ 熱交換器（蒸発器）
８ 冷却水循環回路
８０１ 冷却水供給路
８０２ 冷却水戻り路
９ 循環液循環回路
９０１ 循環液供給路
９０２ 循環液戻り路
９０３ ヒーター
９０４ ポンプ
１１ ホットガス供給路
１２ 電子膨張弁
１３ コンプレッサー冷却用冷媒供給路
１４ 電子膨張弁
１５ 第２の熱交換器
１６ 第２の冷却水循環回路
１６０１ 第２の冷却水供給路
１６０２ 第２の冷却水戻り路
１７ 第２の循環液循環回路
１７０１ 第２の循環液供給路
１７０２ 第２の循環液戻り路
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ 電磁弁
１９ 制水弁
２０ 循環液タンク
２１ フロートスイッチ
２２ 電磁弁
２３ 圧力センサー
２４ 温度センサー
２５ 圧力センサー
２６ ドレイン用バルブ
1 Chiller 2 Refrigeration cycle 3 Circulation path 4 Compressor 5 Condenser 6 Electronic expansion valve 7 Heat exchanger (evaporator)
8 Cooling
Claims (1)
冷媒を循環させる循環回路（３）の途上に、気化した気体状の冷媒を圧縮して高圧にするためのインバータ制御可能なコンプレッサー（４）と、該コンプレッサー（４）により高圧にされた冷媒を熱交換により凝縮するための凝縮器（５）と、該凝縮器（５）で液化された冷媒を低圧にするための電子膨張弁（６）と、該電子膨張弁（６）で低圧にされた冷媒を熱交換により気体にする熱交換器（７）と、を具備した冷凍サイクル（２）と、
前記凝縮器（５）に冷却水を供給するための冷却水循環回路（８）と、
前記熱交換器（７）と前記制御対象間で循環液を循環させながら、予め設定された液温に制御された循環液を前記制御対象に供給する循環液循環回路（９）と、
前記制御対象に供給する循環液を予め設定した温度に制御するための第２の熱交換器（１５）と、
該第２の熱交換器（１５）と前記制御対象との間で循環液を循環させながら、予め設定された液温に制御された循環液を前記制御対象に供給する第２の循環液循環回路（１７）と、
前記第２の熱交換器（１５）に冷却水を供給する第２の冷却水循環回路（１６）と、
該第２の冷却水循環回路（１６）の途上に配置した電磁弁（１８ｂ）と、を具備したエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーを用いて、
予め、設定される可能性のある循環液の設定温度を複数のエリアに分割しておくとともに、それぞれのエリアに応じて、コンプレッサー（４）の運転周波数、電子膨張弁（６、１２、１４）の開度、電磁弁（１８ｂ）のオンタイムをパラメータ化して設定しておき、
前記制御対象に供給する循環液温度が予め設定した温度よりも低い場合には、前記冷凍サイクル（２）を作動させるとともに、前記冷却水循環回路（８）を介して前記凝縮器（５）に冷却水を供給し、熱交換器（７）において循環液を所定の温度に調整し、前記循環液循環回路（９）を用いて制御対象に循環液を循環させ、前記予め設定したパラメータに従って、コンプレッサー（４）の運転周波数と電子膨張弁（６）の開度を調節し、
前記制御対象に供給する循環液温度が予め設定した温度よりも高い場合には、前記冷凍サイクル（２）を停止するとともに、凝縮器（５）への冷却水の供給を停止し、更に、前記第２の冷却水循環回路（１６）を介して第２の熱交換器（１５）に冷却水を供給し、前記第２の熱交換器（１５）において循環液を所定の温度に調整しながら、前記第２の循環液循環回路（１７）を用いて制御対象に循環液を循環させ、前記予め設定したパラメータに従って、前記第２の熱交換器（１５）に冷却水を供給する時間を調節することとした、ことを特徴とするエリア別パラメータ制御方式ハイブリッドチラーを用いた循環液温度調節方法。 A circulating fluid temperature adjustment method for maintaining the control target at a preset temperature by circulating the circulating fluid to a control target requiring temperature control of various devices, processes, etc.,
In the course of the circulation circuit (3) for circulating the refrigerant, an inverter-controllable compressor (4) for compressing the vaporized gaseous refrigerant to a high pressure, and a refrigerant having a high pressure by the compressor (4) A condenser (5) for condensing by heat exchange, an electronic expansion valve (6) for reducing the pressure of the refrigerant liquefied by the condenser (5), and a low pressure by the electronic expansion valve (6). A refrigeration cycle (2) comprising: a heat exchanger (7) that converts the obtained refrigerant into a gas by heat exchange;
A cooling water circulation circuit (8) for supplying cooling water to the condenser (5);
A circulating fluid circulation circuit (9) for supplying a circulating fluid controlled to a preset fluid temperature to the controlled object while circulating the circulating fluid between the heat exchanger (7) and the controlled object;
A second heat exchanger (15) for controlling the circulating fluid supplied to the control target to a preset temperature;
Second circulating fluid circulation for supplying a circulating fluid controlled to a preset liquid temperature to the controlled object while circulating the circulating fluid between the second heat exchanger (15) and the controlled object. A circuit (17);
A second cooling water circulation circuit (16) for supplying cooling water to the second heat exchanger (15);
Using an area-specific parameter control type hybrid chiller having a solenoid valve (18b) disposed in the middle of the second coolant circulation circuit (16) ,
The set temperature of the circulating fluid that may be set in advance is divided into a plurality of areas, and the operating frequency of the compressor (4), the electronic expansion valve (6, 12, 14) according to each area. The opening degree and the on-time of the solenoid valve (18b) are parameterized and set,
When the circulating fluid temperature supplied to the controlled object is lower than a preset temperature, the refrigeration cycle (2) is activated and the condenser (5) is cooled via the cooling water circulation circuit (8). Water is supplied, the circulating fluid is adjusted to a predetermined temperature in the heat exchanger (7), the circulating fluid is circulated to the controlled object using the circulating fluid circulation circuit (9) , and the compressor is compressed according to the preset parameters. Adjust the operating frequency of (4) and the opening of the electronic expansion valve (6),
When the circulating fluid temperature supplied to the controlled object is higher than a preset temperature, the refrigeration cycle (2) is stopped, the cooling water supply to the condenser (5) is stopped, and the Cooling water is supplied to the second heat exchanger (15) via the second cooling water circulation circuit (16), and the circulating fluid is adjusted to a predetermined temperature in the second heat exchanger (15). The circulating fluid is circulated through the control target using the second circulating fluid circulation circuit (17), and the time for supplying the cooling water to the second heat exchanger (15) is adjusted according to the preset parameter. A circulating fluid temperature control method using an area-specific parameter control system hybrid chiller characterized by that.
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