JP7341391B2

JP7341391B2 - デュアルチラー

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Publication number: JP7341391B2
Application number: JP2020556582A
Authority: JP
Inventors: 哲郎坂口
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Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2023-09-11
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Description

本発明は、温度調整された冷却液を負荷に別々供給することによって該負荷の温度を一定に保つチラーに関するものであり、更に詳しくは、複数の負荷の温度を一定に保つことができるデュアルチラーに関するものである。

温度調整された冷却液を複数の負荷に供給することによって該複数の負荷の温度を一定に保つようにしたチラーは、特許文献１に開示されているように公知である。この公知のチラーは、１つの冷凍回路と、２つの負荷に冷却液を別々に供給する２つの冷却液回路とを有するもので、前記冷凍回路に２つの熱交換器が直列に接続され、一方の熱交換器で一方の冷却液回路の冷却液の温度を調整し、他方の熱交換器で他方の冷却液回路の冷却液の温度を調整するように構成されている。

更に詳しく述べると、前記公知のチラーは、タンク内に収容された冷却液の温度を、前記冷凍回路の熱交換器と電気ヒーターとによって設定温度に調整し、温度調整されたタンク内の冷却液を、前記熱交換器を通らない供給流路を通じて負荷に供給するようにしたものである。このため、前記チラーにおいては、前記タンク内の冷却液の温度を測定し、その温度が設定温度より高くなった場合に、該冷却液を、前記供給流路とは別の温調用流路を通じて前記冷凍回路の熱交換器に送り、該熱交換器で冷却したあと再び前記タンクに戻すようにし、また、前記タンク内の冷却液の温度が設定温度より低くなった場合には、該タンク内に設けた電気ヒーターで冷却液を昇温させるようにしている。

このように、前記公知のチラーは、熱交換器やヒーターで温度調整したあとの冷却液をそのまま直ちに負荷に供給するものではなく、温度調整したあと一旦タンクに収容し、該タンクから負荷に供給するようにしているため、前記冷却液の温度変化に対する応答性に難点があり、冷凍回路側からみた場合の負荷変動も大きいという問題を有していた。
また、前記冷凍回路の２つの熱交換器を直列に接続し、該２つの熱交換器を流れる冷媒の流量を１つの膨張弁で制御しているため、該２つの熱交換器を流れる冷媒の流量及び温度を、各々に接続された冷却液回路の冷却液の温度に合わせて別々に制御するのは困難であった。

実公平５－１７５３５号公報

本発明の技術的課題は、複数の熱交換器を流れる冷媒の流量及び温度を、各々の熱交換器に接続された冷却液回路の冷却液の温度に合わせて別々に制御することができるようにして、前記冷却液の温度変化に対する応答性を高めると共に温度制御の精度を高めたチラーを提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明のデュアルチラーは、第１負荷に第１冷却液を設定流量で供給する第１冷却液回路と、第２負荷に第２冷却液を設定流量で供給する第２冷却液回路と、前記第１冷却液及び第２冷却液の温度を設定温度に調整する１つの冷凍回路と、チラー全体を制御する制御装置とを有している。
前記冷凍回路は、ガス状冷媒を圧縮して高温高圧のガス状冷媒にする圧縮機と、該圧縮機から送られるガス状冷媒を冷却して低温高圧の液状冷媒にするコンデンサーと、該コンデンサーから送られる液状冷媒を膨張させて低温低圧の液状冷媒にする開度調整可能な第１主膨張弁及び第２主膨張弁と、前記第１主膨張弁から送られる液状冷媒を前記第１冷却液回路の第１冷却液と熱交換させて低圧のガス状冷媒にする第１熱交換器と、前記第２主膨張弁から送られる液状冷媒を前記第２冷却液回路の第２冷却液と熱交換させて低圧のガス状冷媒にする第２熱交換器とを有し、前記第１主膨張弁と第１熱交換器とは、相互に直列に接続されて第１熱交換流路部を形成し、前記第２主膨張弁と第２熱交換器とは、相互に直列に接続されて第２熱交換流路部を形成し、これら第１熱交換流路部と第２熱交換流路部とは相互に並列に接続されている。
前記冷凍回路はまた、前記圧縮機とコンデンサーとの間の分岐点と、前記第１熱交換流路部における第１主膨張弁と第１熱交換器との間の合流点とを、相互に接続する第１分岐流路を有すると共に、前記分岐点と、前記第２熱交換流路部における第２主膨張弁と第２熱交換器との間の合流点とを、相互に接続する第２分岐流路を有し、前記第１分岐流路に開度調整可能な第１副膨張弁が接続され、前記第２分岐流路に開度調整可能な第２副膨張弁が接続されている。
前記第１冷却液回路は、前記第１冷却液が収容された第１タンクと、該第１タンク内の第１冷却液を一次側供給管路を通じて前記第１熱交換器に送る第１ポンプと、該第１熱交換器で温度調整された第１冷却液を前記第１負荷に送る二次側供給管路と、該二次側供給管路に接続された第１温度センサーと、前記第１負荷からの第１冷却液を前記第１タンクに戻す戻り管路と、前記二次側供給管路の端部に形成された供給側の負荷接続口と、前記戻り管路の端部に形成された戻り側の負荷接続口とを有している。
前記第２冷却液回路は、前記第２冷却液が収容された第２タンクと、該第２タンク内の第２冷却液を一次側供給管路を通じて前記第２熱交換器に送る第２ポンプと、該第２熱交換器で温度調整された第２冷却液を前記第２負荷に送る二次側供給管路と、該二次側供給管路に接続された第２温度センサーと、前記第２負荷からの第２冷却液を前記第２タンクに戻す戻り管路と、前記二次側供給管路の端部に形成された供給側の負荷接続口と、前記戻り管路の端部に形成された戻り側の負荷接続口とを有している。
そして、前記第２冷却液の設定温度は前記第１冷却液の設定温度と同等か又は該第１冷却液の設定温度より高く、前記第１冷却液の設定流量は前記第２冷却液の設定流量より多く、前記第１タンクの容量は前記第２タンクの容量より大きい。

本発明において、前記第２冷却液回路は、前記第２冷却液の電気伝導率を調整するための伝導率調整機構を有し、該伝導率調整機構は、前記第２冷却液中のイオン性物質を除去するためのＤＩフィルターと、該第２冷却液の電気伝導率を測定するための伝導率センサーと、該伝導率センサーで測定される電気伝導率に応じて開閉する電磁弁とを有し、前記ＤＩフィルター及び電磁弁は、前記第２冷却液回路の前記二次側供給管路と戻り管路とを結ぶ濾過管路に接続され、前記伝導率センサーは、前記第２冷却液回路の前記戻り管路に接続されていることが好ましい。

また、本発明において、前記冷凍回路と前記第１冷却液回路及び第２冷却液回路とは、１つの筐体の内部に収容され、該筐体の外部に、前記第１冷却液回路における供給側の負荷接続口及び戻り側の負荷接続口と、前記第２冷却液回路における供給側の負荷接続口及び戻り側の負荷接続口とが、それぞれ設けられており、前記第１冷却液回路及び第２冷却液回路は、前記第１冷却液及び第２冷却液に含まれる物理的な不純物を除去するための第１フィルター及び第２フィルターを有し、該第１フィルター及び第２フィルターは、前記筐体の外部において、前記第１冷却液回路及び第２冷却液回路における供給側の負荷接続口にそれぞれ取り付けられていても良い。

さらに、本発明において、前記制御装置は、前記第１冷却液回路の第１温度センサー及び第２冷却液回路の第２温度センサーでそれぞれ測定された第１冷却液及び第２冷却液の温度に基づいて、前記第１熱交換器に接続された第１主膨張弁と第１副膨張弁との開度、及び、前記第２熱交換器に接続された第２主膨張弁と第２副膨張弁との開度を、それぞれ相関的に調整することにより、前記第１熱交換器及び第２熱交換器に流入する低温の冷媒と高温の冷媒との流量を調整し、それによって前記第１冷却液回路及び第２冷却液回路における前記第１冷却液及び第２冷却液の温度を設定温度に保持するように構成されていても良い。

また、本発明において、前記第１冷却液回路の第１ポンプは、前記第１タンクの内部に設置された浸漬式のポンプであり、前記第２冷却液回路の第２ポンプは、前記第２タンクの外部に設置された非浸漬式のポンプであることが好ましい。

本発明のチラーは、冷凍回路に２つの熱交換器を並列に接続すると共に、各々の熱交換器に、低温の冷媒を供給する主膨張弁と高温の冷媒を供給する副膨張弁とをそれぞれ接続し、該膨張弁の開度を相関的に調整することにより、各々の熱交換器の冷却能力を、該熱交換器に接続された２つの冷却液回路の冷却液の温度に応じて別々に調整することができるようにしているため、前記冷却液の温度変化に対する応答性に勝れ、温度制御の精度も高い。また、冷却液を電気ヒーターで加熱する必要がないため、電力消費量も少ない。
更に、前記２つの冷却液回路の冷却液の設定温度及び設定流量を互いに異なる値に設定したことにより、例えばレーザー溶接装置におけるレーザー発振器及びプローブのような温度の異なる２つの負荷の冷却に最適なチラーを得ることができる。

本発明に係るデュアルチラーの一実施形態を記号で示す回路図である。本発明に係るデュアルチラーの別実施形態の要部を示す回路図である。

図１に示すデュアルチラー（以下、単に「チラー」という。）１は、２つの負荷５，６の温度を一定に保つもので、２つの冷却液回路３，４と、１つの冷凍回路２と、チラー全体を制御する制御装置１０とを有している。前記２つの冷却液回路３，４は、前記２つの負荷５，６に冷却液７，８を別々に且つ循環的に供給して該負荷５，６を冷却するものであり、前記冷凍回路２は、前記２つの冷却液回路３，４の冷却液７，８の温度を冷媒との熱交換によって調整し、該冷却液７，８の温度を設定温度に保つものである。

図示した実施形態において、前記２つの負荷５，６のうち一方の第１負荷５は、レーザー溶接装置におけるレーザー発振器であって、低温の負荷であり、他方の第２負荷６は、レーザー光を照射するプローブであって、高温の負荷である。また、前記第１負荷５を第１冷却液７で冷却するのが第１冷却液回路３であり、前記第２負荷６を第２冷却液８で冷却するのが第２冷却液回路４である。

この場合、例えば、前記第１負荷５に供給される第１冷却液７としては清水が使用され、該清水の温度は、１０－３０℃の範囲、好ましくは１５－２５℃の範囲で、最適の温度に設定され、該清水の流量は、２０－８０Ｌ／ｍｉｎの範囲で最適の流量に設定される。一方、前記第２負荷６に供給される第２冷却液８としては純水が使用され、該純水の温度は、１０－５０℃の範囲、好ましくは２０－４０℃の範囲で、最適の温度に設定され、該純水の流量は、２－１０Ｌ／ｍｉｎの範囲で最適の流量に設定される。但し、前記第２冷却液８の設定温度は、前記第１冷却液７の設定温度と等しいか、又は該第１冷却液７の設定温度より高いことが必要である。

なお、前記純水とは、塩類や有機物等が全て除去された高純度の水のことであり、超純水もこれに含まれる。
一方、前記清水には、前記純水以外の水であって、負荷の冷却に適するように水質管理された水を使用することが望ましいが、水道水や工業用水を使用することもできる。

前記冷凍回路２と、前記第１冷却液回路３及び第２冷却液回路４とは、１つの筐体９の内部に収容され、前記第１負荷５及び第２負荷６は該筐体９の外部に配設されており、該筐体９の外側面に、前記第１負荷５を第１冷却液回路３に接続するための２つの負荷接続口１１，１２と、前記第２負荷６を第２冷却液回路４に接続するための２つの負荷接続口１３，１４とが、それぞれ設けられている。

前記冷凍回路２は、ガス状冷媒を圧縮して高温高圧のガス状冷媒にする圧縮機１６と、該圧縮機１６から送られる高温高圧のガス状冷媒を冷却して低温高圧の液状冷媒にするコンデンサー１７と、該コンデンサー１７から送られる低温高圧の液状冷媒を膨張させて低温低圧の液状冷媒にする第１主膨張弁１８及び第２主膨張弁１９と、該第１主膨張弁１８及び第２主膨張弁１９から送られる低温低圧の液状冷媒を前記第１冷却液回路３の第１冷却液７及び第２冷却液回路４の第２冷却液８との間で別々に熱交換させて低圧のガス状冷媒にする第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２とを、配管で順次直列かつループ状に接続することにより形成されている。

前記第１主膨張弁１８と第１熱交換器２１とは、相互に直列に接続されて第１熱交換流路部２３を形成し、前記第２主膨張弁１９と第２熱交換器２２も、相互に直列に接続されて第２熱交換流路部２４を形成しており、これら第１熱交換流路部２３と第２熱交換流路部２４とが、前記コンデンサー１７の出口から圧縮機１６の吸入口１６ｂに至るまでの回路部分に、分岐点２ａで互いに分岐して合流点２ｂで互いに合流するように、相互に並列に接続されている。

前記第１熱交換器２１は、ケース２１ａの内部に、前記冷媒が流れる冷媒流通部２１ｂと、前記冷却液７が流れる冷却液流通部２１ｃとを設け、前記冷媒流通部２１ｂ内を流れる冷媒と、前記冷却液流通部２１ｃ内を流れる冷却液７との間で、熱交換を行うようにしたものである。
また、前記第２熱交換器２２も同様に、ケース２２ａの内部に、前記冷媒が流れる冷媒流通部２２ｂと、前記冷却液８が流れる冷却液流通部２２ｃとを設け、前記冷媒流通部２２ｂ内を流れる冷媒と、前記冷却液流通部２２ｃ内を流れる冷却液８との間で、熱交換を行うようにしたものである。

前記第１熱交換器２１の冷媒流通部２１ｂ及び第２熱交換器２２の冷媒流通部２２ｂを流れる冷媒の流量は、前記第１主膨張弁１８及び第２主膨張弁１９の開度を増減させることによって増減し、それに伴い、前記第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２の冷却能力が調整される。前記第１主膨張弁１８及び第２主膨張弁１９は、低温の冷媒を前記第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２に供給するものであるため、冷却用の膨張弁であるということができる。

前記冷凍回路２の、前記圧縮機１６の吐出口１６ａとコンデンサー１７との間の分岐点２ｃと、前記第１熱交換流路部２３における前記第１主膨張弁１８と第１熱交換器２１との間の合流点２ｄには、第１分岐流路２５の一端と他端とが接続され、また、前記分岐点２ｃと、前記第２熱交換流路部２４における前記第２主膨張弁１９と第２熱交換器２２との間の合流点２ｅには、第２分岐流路２６の一端と他端とが接続されており、前記第１分岐流路２５には第１副膨張弁２７が接続され、前記第２分岐流路２６には第２副膨張弁２８が接続されている。

前記第１分岐流路２５及び第２分岐流路２６は、前記圧縮機１６から吐出された高温のガス状冷媒の一部を、加熱用冷媒として前記第１熱交換流路部２３及び第２熱交換流路部２４に供給するもので、この加熱用冷媒の供給により、前記第１熱交換流路部２３及び第２熱交換流路部２４の内部を前記第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２に向かう冷媒の温度が調整され、それにより、該第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２の冷却能力が調整される。
前記加熱用冷媒の流量は、前記第１副膨張弁２７及び第２副膨張弁２８の開度を増減させることにり増減し、それに伴い、前記第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２に向かう冷媒の温度が調整される。従って、前記第１副膨張弁２７及び第２副膨張弁２８は、加熱用の膨張弁であるということができる。

前記第１主膨張弁１８、第２主膨張弁１９、第１副膨張弁２７、及び第２副膨張弁２８は、ステッピングモータによって開度を全閉から全開までの範囲で任意に調整可能な電子膨張弁であり、これら膨張弁は前記制御装置１０に電気的に接続され、該制御装置１０で各々の開度が制御される。

前記コンデンサー１７は、電動モータ１７ａで駆動されるファン１７ｂによって冷媒を冷却する空冷式のコンデンサーであり、前記ファン１７ｂは、前記筐体９の上面に形成されたファン収容部９ａ内に配設され、該ファン収容部９ａに冷却風を上方に向けて排出する排気口９ｂが設けられている。また、前記筐体９の側面の前記コンデンサー１７に対面する位置には、外気を冷却風として吸入する吸気口９ｃが設けられ、該吸気口９ｃから吸入された冷却風が、前記コンデンサー１７を通過するとき冷媒を冷却し、そのあと前記排気口９ｂから筐体９の外部に排出されるように構成されている。
前記圧縮機１６及びファン１７ｂは、前記制御装置１０に電気的に接続され、該制御装置１０でインバーター制御されることによって各々の回転数や出力等が制御される。
しかし、前記コンデンサー１７は水冷式であっても良い。

また、前記冷凍回路２には、前記圧縮機１６の吐出口１６ａから前記分岐点２ｃに至るまでの部分に、該圧縮機１６から吐出された冷媒の温度を測定するため第１冷媒温度センサー３１が接続され、前記コンデンサー１７の出口１７ｃから、前記第１熱交換流路部２３と第２熱交換流路部２４とが分岐する前記分岐点２ａに至るまでの部分に、冷媒中の不純物を濾過するフィルター３２と、該冷媒の圧力を測定する第１冷媒圧力センサー３３とが順次接続され、前記第１熱交換流路部２３と第２熱交換流路部２４との合流点２ｂから前記圧縮機１６の吸入口１６ｂに至るまでの部分に、該圧縮機１６に吸入される冷媒の温度を測定する第２冷媒温度センサー３４と、該冷媒の圧力を測定する第２冷媒圧力センサー３５とが接続されている。
前記第１及び第２冷媒温度センサー３１，３４と、前記第１及び第２冷媒圧力センサー３３，３５とは、前記制御装置１０に電気的に接続され、それらの測定結果に基づいて、前記制御装置１０により、前記圧縮機１６やコンデンサー１７の電動モーター１７ａの回転数や出力等が制御される。

なお、前記冷凍回路２において、前記圧縮機１６の吐出口１６ａから前記コンデンサー１７を経て前記第１主膨張弁１８及び第２主膨張弁１９に至るまでの部分は、冷媒圧力が高い高圧側部分であり、これに対し、前記第１主膨張弁１８及び第２主膨張弁１９の出口から前記第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２を経て前記圧縮機１６の吸入口１６ｂに至るまでの部分は、冷媒圧力が低い低圧側部分である。

前記第１冷却液回路３は、前記第１冷却液７を収容した第１タンク４０と、該第１タンク４０に設置された浸漬式の第１ポンプ４１と、該第１ポンプ４１の吐出口４１ａと前記第１熱交換器２１の冷却液流通部２１ｃの入口とを結ぶ一次側供給管路４３と、前記冷却液流通部２１ｃの出口と供給側の前記負荷接続口１１とを結ぶ二次側供給管路４４と、戻り側の前記負荷接続口１２と第１タンク４０とを結ぶ戻り管路４５とを有し、前記供給側の負荷接続口１１と戻り側の負荷接続口１２とに、前記第１負荷５の供給側の負荷配管５ａと戻り側の負荷配管５ｂとが接続されている。
これにより前記第１冷却液回路３は、前記第１タンク４０内の第１冷却液７を前記第１ポンプ４１で前記第１熱交換器２１の冷却液流通部２１ｃに送り、この冷却液流通部２１ｃで、前記冷媒流通部２１ｂ内を流れる冷媒と熱交換させて設定温度に調整したあと、前記二次側供給管路４４を通じて直ちに前記第１負荷５に供給するように構成されている。

また、前記負荷接続口１１には、前記第１冷却液７中の物理的な不純物を除去するための第１フィルター４６が取り付けられ、該第１フィルター４６を通じて前記第１冷却液７が前記第１負荷５に供給される。前記第１フィルター４６は、前記筐体９の外部に配置されているが、該筐体９の内部に配置されていても良い。

前記第１タンク４０には、前記第１冷却液７の液位を外部から監視するための液位計４７と、前記液位の上限と下限とを検出するためのレベルスイッチ４８ａ，４８ｂとが設けられ、また、前記筐体９の外面に設けられたドレン口４９に連通するドレン管５０が接続されている。しかし、前記第１タンク４０内には、前記第１冷却液７の温度を調整するための電気ヒーターは設けられていない。

また、前記二次側供給管路４４には、第１熱交換器２１で温度調整されたあと第１負荷５に向かう前記第１冷却液７の温度を測定する第１温度センサー５１と、該第１冷却液７の圧力を測定する第１圧力センサー５２とが接続され、前記戻り管路４５には、第１負荷５から前記第１タンク４０に向かう第１冷却液７の温度を測定する戻り側温度センサー５３が接続されている。前記第１温度センサー５１、戻り側温度センサー５３、及び第１圧力センサー５２は、前記制御装置１０に電気的に接続され、測定された第１冷却液７の温度や圧力等に基づいて、該制御装置１０により、前記第１ポンプ４１や前記冷凍回路２の各膨張弁１８，１９，２７，２８等が制御される。

更に、前記二次側供給管路４４と戻り管路４５とには、流量調整用のバイパス管路５４が接続されている。このバイパス管路５４は、前記二次側供給管路４４における負荷接続口１１と第１温度センサー５１との間の位置と、前記戻り管路４５における負荷接続口１２と戻り側温度センサー５３との間の位置とに接続されていて、該バイパス管路５４に、開度調整可能な手動開閉式の二方弁５５が接続されている。

前記バイパス管路５４は、前記二次側供給管路４４を流れる第１冷却液７の一部を前記戻り管路４５に分流させることにより、前記二次側供給管路４４から前記第１負荷５に供給される第１冷却液７の流量を、該第１負荷５の冷却に最適な流量となるように調整することができるものである。前記二方弁５５が全閉しているときは、前記バイパス管路５４を第１冷却液７は流れず、該第１冷却液７の全量が前記第１負荷５に供給される。

前記第２冷却液回路４は、前記第２冷却液８を収容した第２タンク６０と、該第２タンク６０の外部に設置された非浸漬式の第２ポンプ６１と、該第２ポンプ６１の吐出口６１ａと前記第２熱交換器２２の冷却液流通部２２ｃの入口とを結ぶ一次側供給管路６３と、前記冷却液流通部２２ｃの出口と供給側の前記負荷接続口１３とを結ぶ二次側供給管路６４と、戻り側の前記負荷接続口１４と第２タンク６０とを結ぶ戻り管路６５とを有し、前記供給側の負荷接続口１３と戻り側の負荷接続口１４とに、前記第２負荷６の供給側の負荷配管６ａと戻り側の負荷配管６ｂとが接続されている。
これにより前記第２冷却液回路４は、前記第２タンク６０内の第２冷却液８を前記第２ポンプ６１で前記第２熱交換器２２の冷却液流通部２２ｃに送り、この冷却液流通部２２ｃで、前記冷媒流通部２２ｂ内を流れる冷媒と熱交換させて設定温度に調整したあと、前記二次側供給管路６４を通じて直ちに前記第２負荷６に供給するように構成されている。

なお、前記第１冷却液回路３における前記第１タンク４０の容量は、前記第２冷却液回路４における前記第２タンク６０の容量より大きい。図示した実施形態において、前記第１タンク４０の容量は６０Ｌ、前記第２タンク６０の容量は７Ｌであるが、該第１タンク４０及び第２タンク６０の容量はこれより大きくても小さくても構わない。

また、前記供給側の負荷接続口１３には、前記第２冷却液８中の物理的な不純物を除去するための第２フィルター６６が設けられ、該第２フィルター６６を通じて前記第２冷却液８が前記第２負荷６に供給される。前記第２フィルター６６は、前記筐体９の外部に配置されているが、該筐体９の内部に配置されていても良い。

前記第２タンク６０には、前記第２冷却液８の液位を外部から監視するための液位計６７と、前記液位の上限と下限とを検出するためのレベルスイッチ６８ａ，６８ｂとが設けられ、また、前記筐体９の外面に設けられたドレン口６９に連通するドレン管７０が接続されている。しかし、前記第２タンク６０内には、前記第２冷却液８の温度を調整するための電気ヒーターは設けられていない。

また、前記二次側供給管路６４には、第２熱交換器２２で温度調整されたあと第２負荷６に向かう第２冷却液８の温度を測定する第２温度センサー７１と、該第２冷却液８の圧力を測定する第２圧力センサー７２とが接続され、前記戻り管路６５には、第２負荷６から前記第２タンク６０に向かう第２冷却液８の流量を測定する流量計７３が接続されている。前記第２温度センサー７１、第２圧力センサー７２、及び流量計７３は、前記制御装置１０に電気的に接続され、測定された第２冷却液８の温度や圧力あるいは流量等に基づいて、該制御装置１０により、前記第２ポンプ６１や前記冷凍回路２の各膨張弁１８，１９，２７，２８等が制御される。

更に、前記二次側供給管路６４と戻り管路６５とには、バイパス管路７４と濾過管路７６とが接続されている。前記バイパス管路７４及び濾過管路７６は、前記二次側供給管路６４における前記負荷接続口１３と第２温度センサー７１との間の位置と、前記戻り管路６５における前記流量計７３と第２タンク６０との間の位置とに、相互に並列をなすように接続されている。

前記バイパス管路７４には、手動開閉式の二方弁７５が接続され、該二方弁７５の開度を調整して前記二次側供給管路６４を流れる第２冷却液８の一部を前記戻り管路６５に分流させることにより、前記二次側供給管路６４から前記第２負荷６に供給される第２冷却液８の流量を、該第２負荷６に最適な流量となるように調整することができる。

また、前記濾過管路７６は、前記第２冷却液（純水）８中のイオン性物質を除去するための管路であって、該濾過管路７６には、二方向電磁弁７７とＤＩフィルター７８とが直列に接続され、該濾過管路７６と前記戻り管路６５との合流点には、第２冷却液８の電気伝導率を測定する伝導率センサー７９が接続されており、前記二方向電磁弁７７とＤＩフィルター７８と伝導率センサー７９とによって伝導率調整機構８０が構成されている。

前記濾過管路７６は、通常は前記二方向電磁弁７７が閉鎖されることによって閉鎖している。しかし、前記第２冷却液８中のイオン性物質の量が増加することによって該第２冷却液８の電気伝導率が上昇したことを前記伝導率センサー７９が検出したとき、前記二方向電磁弁７７が開放されることによって開放し、前記二次側供給管路６４の第２冷却液８を、前記ＤＩフィルター７８を通じて前記戻り管路６５に流し、前記第２タンク６０に還流させる。これにより、前記第２冷却液８中のイオン性物質が、前記ＤＩフィルター７８において、イオン交換により樹脂表面に吸着されて除去される。

なお、図１の実施形態においては、前記ＤＩフィルター７８が筐体９の外部に配置されているが、該ＤＩフィルター７８は、図２に示すように、前記筐体９の内部に配置されていることが望ましい。

前記構成を有するチラー１は次のように動作する。
前記冷凍回路２において、前記圧縮機１６から吐出される高温高圧のガス状冷媒は、前記コンデンサー１７で冷却されて低温高圧の液状冷媒になったあと、前記分岐点２ａで前記第１熱交換流路部２３と第２熱交換流路部２４とに分流する。前記第１熱交換流路部２３に流入した液状冷媒は、前記第１主膨張弁１８で低温低圧の液状冷媒にされたあと、前記第１熱交換器２１において、前記第１冷却液回路３の第１冷却液７を冷却することにより昇温し、蒸発して低圧のガス状冷媒になり、また、前記第２熱交換流路部２４に流入した液状冷媒は、前記第２主膨張弁１９で低温低圧の液状冷媒にされたあと、前記第２熱交換器２２において、前記第２冷却液回路４の第２冷却液８を冷却することにより昇温し、蒸発して低圧のガス状冷媒になる。そして、前記第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２から出たガス状冷媒は、前記合流点２ｂで合流したあと、前記圧縮機１６の吸入口１６ｂに流入する。

また、前記圧縮機１６から吐出された高温高圧のガス状冷媒の一部は、前記第１分岐流路２５及び第２分岐流路２６を通じて、前記第１熱交換流路部２３及び第２熱交換流路部２４に加熱用冷媒として供給される。この加熱用冷媒の供給により、前記第１熱交換流路部２３及び第２熱交換流路部２４の内部を前記第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２に向かう冷媒の温度が調整され、その結果、該第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２の冷却能力が調整される。

一方、前記第１冷却液回路３においては、前記第１タンク４０内の第１冷却液７が、前記第１ポンプ４１から一次側供給管路４３を通じて前記第１熱交換器２１の冷却液流通部２１ｃに送られ、該第１熱交換器２１で前記冷凍回路２の冷媒と熱交換することにより設定温度に調整されたあと、前記二次側供給管路４４から前記供給側の負荷接続口１１を通じて前記第１負荷５に送られ、該第１負荷５を冷却する。このとき、前記第１負荷５に供給される第１冷却液７の流量を調整する必要がある場合には、前記二方弁５５を開放し、該第１冷却液７の一部を前記バイパス管路５４を通じて戻り管路４５に分流させるようにする。
前記第１負荷５を冷却することにより昇温した前記第１冷却液７は、前記戻り側の負荷接続口１２から前記戻り管路４５を通じて前記第１タンク４０に還流する。

前記第１冷却液７の温度は、供給側の前記第１温度センサー５１及び戻り側温度センサー５３により常時測定され、測定された該第１冷却液７の温度に基づいて前記冷凍回路２の第１主膨張弁１８及び第１副膨張弁２７の開度が制御されることにより、該第１冷却液７の温度が細かく調整されて設定温度に保たれる。

例えば、前記第１温度センサー５１により測定された第１冷却液７の温度が設定温度より高い場合には、前記第１熱交換器２１の冷却能力を高めて該第１冷却液７の温度を下げる必要があるため、前記冷凍回路２における第１主膨張弁１８の開度が拡大して前記第１熱交換流路部２３を流れる低温の冷媒の流量が増大すると共に、前記第１副膨張弁２７の開度が減少して前記第１分岐流路２５から第１熱交換流路部２３に流入する高温の加熱用冷媒の流量が減少する。その結果、前記第１熱交換器２１に流入する冷媒の温度が低下して該第１熱交換器２１の冷却能力が上昇するため、前記第１冷却液７は冷却され、その温度が低下して設定温度に保たれる。

その逆に、前記第１冷却液７の温度が設定温度より低い場合には、前記第１熱交換器２１で該第１冷却液７を加熱して温度を上げる必要があるため、前記第１主膨張弁１８の開度が減少して前記第１熱交換流路部２３を流れる低温の冷媒の流量が減少すると共に、前記第１副膨張弁２７の開度が増大して前記第１分岐流路２５から第１熱交換流路部２３に流入する高温の加熱用冷媒の流量が増大する。その結果、前記第１熱交換器２１に流入する冷媒の温度は上昇し、昇温した該冷媒によって前記第１冷却液７が加熱されるため、該第１冷却液７の温度は上昇して設定温度に保たれる。
この場合、前記第１冷却液７の温度を上昇させる目的のために、従来のチラーのように第１タンク４０に電気ヒーターを設けて該第１冷却液７を加熱する必要がなく、その分の電力消費量が少ない。

また、前記第２冷却液回路４においては、前記第２タンク６０内の第２冷却液８が、前記第２ポンプ６１から一次側供給管路６３を通じて前記第２熱交換器２２の冷却液流通部２２ｃに送られ、該第２熱交換器２２で前記冷凍回路２の冷媒と熱交換することにより設定温度に調整されたあと、前記二次側供給管路６４から前記供給側の負荷接続口１３を通じて前記第２負荷６に送られ、該第２負荷６を冷却する。このとき、前記第２負荷６に供給される第２冷却液８の流量を調整する必要がある場合には、前記二方弁７５を開放し、該第２冷却液８の一部を前記バイパス管路７４を通じて戻り管路６５に分流させるようにする。
前記第２負荷６を冷却することにより昇温した前記第２冷却液８は、前記戻り側の負荷接続口１４から前記戻り管路６５を通じて前記第２タンク６０に還流する。

前記第２冷却液８の温度は、前記第２温度センサー７１により常時測定され、測定された該第２冷却液８の温度に基づいて前記冷凍回路２の各膨張弁１９，２８の開度が制御されることにより、該第２冷却液８の温度が細かく調整されて設定温度に保たれる。

例えば、前記第２温度センサー７１により測定された第２冷却液８の温度が設定温度より高い場合には、前記第２熱交換器２２の冷却能力を高めて該第２冷却液８の温度を下げる必要があるため、前記冷凍回路２における第２主膨張弁１９の開度が拡大して前記第２熱交換流路部２４を流れる低温の冷媒の流量が増大すると共に、前記第２副膨張弁２８の開度が減少して前記第２分岐流路２６から第２熱交換流路部２４に流入する高温の加熱用冷媒の流量が減少する。その結果、前記第２熱交換器２２に流入する冷媒の温度が低下して該第２熱交換器２２の冷却能力が上昇するため、前記第２冷却液８は冷却され、その温度が低下して設定温度に保たれる。

その逆に、前記第２冷却液８の温度が設定温度より低い場合には、前記第２熱交換器２２で該第２冷却液８を加熱して温度を上げる必要があるため、前記第２主膨張弁１９の開度が減少して前記第２熱交換流路部２４を流れる低温の冷媒の流量が減少すると共に、前記第２副膨張弁２８の開度が増大して前記第２分岐流路２６から第２熱交換流路部２４に流入する高温の加熱用冷媒の流量が増大する。その結果、前記第２熱交換器２２に流入する冷媒の温度は上昇し、昇温した該冷媒によって前記第２冷却液８が加熱されるため、該第２冷却液８の温度は上昇して設定温度に保たれる。
この場合、前記第２冷却液８の温度を上昇させる目的のために、従来のチラーのように第２タンク６０に電気ヒーターを設けて該第２冷却液８を加熱する必要がなく、その分の電力消費量が少ない。

また、前記第２冷却液８中のイオン性物質の量が増加すると、前記伝導率センサー７９で測定される該第２冷却液８の電気伝導率が上昇するため、前記二方向電磁弁７７が開放して前記濾過管路７６が開放し、該濾過管路７６を前記第２冷却液８が流れることにより、該第２冷却液８中のイオン性物質が前記ＤＩフィルター７８で除去される。このとき、前記第２負荷６の冷却を続けながら、前記第２冷却液８の一部を前記濾過管路７６に流して濾過するようにすることも、前記第２負荷６の冷却を停止し、前記第２冷却液８の全部を前記濾過管路７６に流して濾過するようにすることもできる。

以上に説明したように、前記チラー１は、前記冷凍回路２に第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２を並列に接続すると共に、該第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２に、低温の冷媒を供給する冷却用の第１主膨張弁１８及び第２主膨張弁１９と、高温の冷媒を供給する加熱用の第１副膨張弁２７及び第２副膨張弁２８とをそれぞれ接続し、これら冷却用の第１主膨張弁１８及び第２主膨張弁１９と加熱用の第１副膨張弁２７及び第２副膨張弁２８との開度を相関的に調整することにより、各々の熱交換器２１，２２を冷却と加熱とに使い分け、各熱交換器２１，２２に接続された冷却液回路３，４の冷却液７，８の温度を別々に調整するようにしているので、前記冷却液７，８の温度変化に対する応答性に勝れ、温度制御の精度も高い。また、前記冷却液７，８を電気ヒーターで加熱する必要がないため、電力消費量も少ない。
更に、前記第１冷却液７と第２冷却液８との設定温度及び設定流量を互いに異なる値に設定することにより、例えばレーザー溶接装置におけるレーザー発振器及びプローブのような温度の異なる２つの負荷の冷却に適したチラーを得ることができる。

なお、前記実施形態では、前記第１冷却液７に清水を使用しているが、該第１冷却液７に純水を使用しても良い。あるいは、前記第１冷却液７及び第２冷却液８のうち少なくとも第２冷却液に、エチレングリコールを使用することもできる。

１チラー
２冷凍回路
２ｃ分岐点
２ｄ，２ｅ合流点
３第１冷却液回路
４第２冷却液回路
５第１負荷
６第２負荷
７第１冷却液
８第２冷却液
９筐体
１０制御装置
１１，１３供給側の負荷接続口
１２，１４戻り側の負荷接続口
１６圧縮機
１７コンデンサー
１８第１主膨張弁
１９第２主膨張弁
２１第１熱交換器
２２第２熱交換器
２３第１熱交換流路部
２４第２熱交換流路部
２５第１分岐流路
２６第２分岐流路
２７第１副膨張弁
２８第２副膨張弁
４０第１タンク
４１第１ポンプ
４３一次側供給管路
４４二次側供給管路
４５戻り管路
４６第１フィルター
５１第１温度センサー
６０第２タンク
６１第２ポンプ
６３一次側供給管路
６４二次側供給管路
６５戻り管路
６６第２フィルター
７１第２温度センサー
７６濾過管路
７７二方向電磁弁
７８ＤＩフィルター
７９伝導率センサー
８０伝導率調整機構

Claims

第１負荷に第１冷却液を設定流量で供給する第１冷却液回路と、第２負荷に第２冷却液を設定流量で供給する第２冷却液回路と、前記第１冷却液及び第２冷却液の温度を設定温度に調整する１つの冷凍回路と、チラー全体を制御する制御装置とを有し、
前記冷凍回路は、ガス状冷媒を圧縮して高温高圧のガス状冷媒にする圧縮機と、該圧縮機から送られるガス状冷媒を冷却して低温高圧の液状冷媒にするコンデンサーと、該コンデンサーから送られる液状冷媒を膨張させて低温低圧の液状冷媒にする開度調整可能な第１主膨張弁及び第２主膨張弁と、前記第１主膨張弁から送られる液状冷媒を前記第１冷却液回路の第１冷却液と熱交換させて低圧のガス状冷媒にする第１熱交換器と、前記第２主膨張弁から送られる液状冷媒を前記第２冷却液回路の第２冷却液と熱交換させて低圧のガス状冷媒にする第２熱交換器とを有し、前記第１主膨張弁と第１熱交換器とは、相互に直列に接続されて第１熱交換流路部を形成し、前記第２主膨張弁と第２熱交換器とは、相互に直列に接続されて第２熱交換流路部を形成し、これら第１熱交換流路部と第２熱交換流路部とは相互に並列に接続されており、
前記冷凍回路はまた、前記圧縮機とコンデンサーとの間の分岐点と、前記第１熱交換流路部における第１主膨張弁と第１熱交換器との間の合流点とを、相互に接続する第１分岐流路を有すると共に、前記分岐点と、前記第２熱交換流路部における第２主膨張弁と第２熱交換器との間の合流点とを、相互に接続する第２分岐流路を有し、前記第１分岐流路に開度調整可能な第１副膨張弁が接続され、前記第２分岐流路に開度調整可能な第２副膨張弁が接続されており、
前記第１冷却液回路は、前記第１冷却液が収容された第１タンクと、該第１タンク内の第１冷却液を一次側供給管路を通じて前記第１熱交換器に送る第１ポンプと、該第１熱交換器で温度調整された第１冷却液を前記第１負荷に送る二次側供給管路と、該二次側供給管路に接続された第１温度センサーと、前記第１負荷からの第１冷却液を前記第１タンクに戻す戻り管路と、前記二次側供給管路の端部に形成された供給側の負荷接続口と、前記戻り管路の端部に形成された戻り側の負荷接続口とを有し、
前記第２冷却液回路は、前記第２冷却液が収容された第２タンクと、該第２タンク内の第２冷却液を一次側供給管路を通じて前記第２熱交換器に送る第２ポンプと、該第２熱交換器で温度調整された第２冷却液を前記第２負荷に送る二次側供給管路と、該二次側供給管路に接続された第２温度センサーと、前記第２負荷からの第２冷却液を前記第２タンクに戻す戻り管路と、前記二次側供給管路の端部に形成された供給側の負荷接続口と、前記戻り管路の端部に形成された戻り側の負荷接続口とを有し、
前記第２冷却液の設定温度は前記第１冷却液の設定温度と同等か又は該第１冷却液の設定温度より高く、前記第１冷却液の設定流量は前記第２冷却液の設定流量より多く、前記第１タンクの容量は前記第２タンクの容量より大きい、
ことを特徴とするデュアルチラー。
前記第２冷却液回路は、前記第２冷却液の電気伝導率を調整するための伝導率調整機構を有し、該伝導率調整機構は、前記第２冷却液中のイオン性物質を除去するためのＤＩフィルターと、該第２冷却液の電気伝導率を測定するための伝導率センサーと、該伝導率センサーで測定された電気伝導率に応じて開閉する電磁弁とを有し、
前記ＤＩフィルター及び電磁弁は、前記第２冷却液回路の前記二次側供給管路と戻り管路とを結ぶ濾過管路に接続され、
前記伝導率センサーは、前記第２冷却液回路の前記戻り管路に接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のデュアルチラー。
前記冷凍回路と前記第１冷却液回路及び第２冷却液回路とは、１つの筐体の内部に収容され、該筐体の外部に、前記第１冷却液回路における供給側の負荷接続口及び戻り側の負荷接続口と、前記第２冷却液回路における供給側の負荷接続口及び戻り側の負荷接続口とが、それぞれ設けられており、
前記第１冷却液回路及び第２冷却液回路は、前記第１冷却液及び第２冷却液に含まれる物理的な不純物を除去するための第１フィルター及び第２フィルターを有し、該第１フィルター及び第２フィルターは、前記筐体の外部において、前記第１冷却液回路及び第２冷却液回路における供給側の負荷接続口にそれぞれ取り付けられている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデュアルチラー。
前記制御装置は、前記第１冷却液回路の第１温度センサー及び第２冷却液回路の第２温度センサーでそれぞれ測定された第１冷却液及び第２冷却液の温度に基づいて、前記第１熱交換器に接続された第１主膨張弁と第１副膨張弁との開度、及び、前記第２熱交換器に接続された第２主膨張弁と第２副膨張弁との開度を、それぞれ相関的に調整することにより、前記第１熱交換器及び第２熱交換器に流入する低温の冷媒と高温の冷媒との流量を調整し、それによって前記第１冷却液回路及び第２冷却液回路における前記第１冷却液及び第２冷却液の温度を設定温度に保持するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のデュアルチラー。
前記第１冷却液回路の第１ポンプは、前記第１タンクの内部に設置された浸漬式のポンプであり、前記第２冷却液回路の第２ポンプは、前記第２タンクの外部に設置された非浸漬式のポンプであることを特徴とする請求項１に記載のデュアルチラー。