JPH0833241B2 - 冷却装置 - Google Patents

冷却装置

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JPH0833241B2
JPH0833241B2 JP2168093A JP16809390A JPH0833241B2 JP H0833241 B2 JPH0833241 B2 JP H0833241B2 JP 2168093 A JP2168093 A JP 2168093A JP 16809390 A JP16809390 A JP 16809390A JP H0833241 B2 JPH0833241 B2 JP H0833241B2
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功 野村
哲 荒井
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ブライン等の流体を所定の低温度に調節し
て冷却対象に供給する冷却装置に関する。
〔従来の技術〕
例えば、プラズマエッチング装置のような半導体製造
装置では、半導体製造装置を経由して返ってくるブライ
ンを、冷凍機で所定の低温度に調節して半導体製造装置
に送り返す冷却装置で冷却が行われている。ここに使用
される冷凍機としては、冷却能力が比較的小さい小容量
のものが用いられているが、ブラインの送出温度は低
く、その制御精度も高いことが必要とされる。
このような要求を実現するために、例えば冷却能力が
一定以下に自己管理される定能力型の冷凍機を用い、そ
の冷凍機で冷却されたブラインを逆負荷加熱ヒータで温
度調節して冷却対象に送出することが考えられる。冷却
能力を安定させるために、圧縮機の吸入側に吸入圧力調
節弁を設けた冷凍機は、例えば、新版「冷凍空調便覧」
第4版基礎編(社団法人 日本冷凍協会発行)に開示さ
れている。そして、これに逆負荷電気ヒータを追加して
ブライン送出温度を制御する考え方も従来からあった。
また、高精度な吸入圧力調節弁またはホットガスバイ
パス弁で比例制御を行うことにより、逆負荷電気ヒータ
を追加することなくブラインの送出温度を制御する冷却
装置も、非常に限られた分野ではあるが既に使用されて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、吸入圧力調節弁を用いた定能力型の冷凍機
と逆負荷電気ヒータとの組合せでは、吸入圧力調節弁の
特性上、逆負荷電気ヒータの容量を必要以上に大きくせ
ざるを得ないという問題がある。
すなわち、吸入圧力調節弁によると、圧縮機の吸込圧
力を一定以上に上昇させないように弁開度が調節される
わけであるが、吸入圧力調節弁の特性上、吸込圧力は一
定以下にはならず、弁全開から最小弁開度までの間で目
標値を超えて変動し、その変動幅は通常の簡易な自力調
節弁等では2kg/cm2程度に達する。そして、吸込圧力が2
kg/cm2も変動すると、冷却能力も目標値を超えて目立っ
た変動を生じ、その変動は低圧圧力の低い低温域ほど顕
著になる。従って、逆負荷電気ヒータは、負荷温度変動
を吸収する以外に、この冷却能力が一定以上になる変動
を吸収し得る大容量のものが必要になる。
また、高精度な吸入圧力調節弁またはホットガスバイ
パス弁で比例制御等の自動制御を行う場合には、逆負荷
電気ヒータが省略できるものの、制御装置が高コストと
なり、さらには温度上昇時の制御性の問題や、冷凍機の
運転条件の変動が激しいために、冷凍機の信頼性に支障
をきたすといった問題も起こりやすい。
本発明の目的は、逆負荷電気ヒータと簡易な自力調節
弁等とを組合せる構成でありながら、冷却能力が一定以
上になる変動が小さく、逆負荷電気ヒータの容量低下が
可能な冷却装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕 請求項1に記載の本発明冷却装置は、圧縮機、凝縮
器、膨張機構、蒸発器の順で冷媒が循環する冷媒回路を
有し、冷却能力を一定以下に自己管理するために前記圧
縮機の吸入側配管に吸入圧力調節弁を設けた定能力型の
冷凍機と、該冷凍機の蒸発器で冷却された流体を逆負荷
電気ヒータで温度調節して冷却対象に供給する循環機と
を具備し、前記吸入圧力調節弁の全開から最小開度まで
の間で変動する圧力が、その変動範囲内の所定圧力以上
となったときに開放するホットガスバイパス弁をもつバ
イパスラインを、高圧ガス配管と蒸発器を含む低圧液配
管との間に設けたことを特徴としてなる。
請求項2に記載の本発明冷却装置は、圧縮機、凝縮
器、膨張機構、蒸発器の順で冷媒が循環する冷媒回路を
有し、冷却能力を一定以下に自己管理するために前記圧
縮機の吸入側配管に吸入圧力調節弁を設けた定能力型の
冷凍機と、該冷凍機の蒸発器で冷却されたブラインを逆
負荷電気ヒータで温度調節して冷却対象に供給する循環
機とを具備し、前記吸入圧力調節弁の全開から最小開度
までの間で変動する高圧圧力が、その変動範囲内の所定
圧力以上となったときに開放するホットガスバイパス弁
をもつバイパスラインを、高圧ガス配管と蒸発器を含む
低圧液配管との間に設けたことを特徴としてなる。
〔作用〕
請求項1に記載の本発明冷却装置では、冷凍機で冷却
された流体が逆負荷電気ヒータで温度調節されて冷却対
象へ送出される。このとき、冷凍機では冷却能力を一定
以下に自己管理するため吸入圧力調節弁が作動するが、
通常の吸入圧力調節弁では吸入圧力調節弁が閉じるに連
れて圧縮機の冷却能力が一定以上に上昇してしまう。し
かし、最小開度になるまでの所定開度のところでホット
ガスバイパス弁が開放するので、それ以上に吸入圧力調
節弁が閉じても、冷却能力は上昇しない。その結果、吸
入圧力調節弁の開閉に伴う圧力変動に対して冷却能力が
一定以上になる変動幅が小さくなる。
請求項2に記載の本発明冷却装置では、冷凍機で冷却
されたブラインが逆負荷温度ヒータで温度調節されて冷
却対象へ送出される。冷凍機では、冷却能力を一定以下
に自己管理するための吸入圧力調節弁が作動するが、通
常の吸入圧力調節弁では吸入圧力調節弁が閉じるに連れ
て高圧圧力が上昇する。しかし、その高圧圧力が、最小
開度になるまでの途中の圧力になったときに、ホットガ
スバイパス弁が開放するので、それ以上に吸入圧力調節
弁が閉じても冷却能力は一定以上に上昇しない。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
1図は本発明の一実施例を示す冷却装置の系統図であ
る。
この冷却装置は、冷凍機10と、該冷凍機10にて冷却さ
れたブライン等の流体を冷却対象に供給する循環機20と
を備えている。
冷凍機10は、冷凍サイクルを実行する圧縮機11、凝縮
器12、膨張弁13、蒸発器14およびアキュムレータ15と、
さらに、冷却能力の安定化を図るための吸入圧力調節弁
16およびホットガスバイパスライン17を有する。凝縮器
12を通過する冷媒は、冷却水と熱交換されて冷却され
る。
吸入圧力調節弁16は、圧縮機11の吸入側に位置する蒸
発器14の出口配管に介装されている。この吸入圧力調節
弁16は、通常に使用すると例えば2kg/cm2程度の吸込圧
力変動を生じる簡易な自力調節弁等であって、必要な冷
却能力を出すことのできる最小圧力が最小弁開度で得ら
れるような設定になっている。
バイパスライン17は、圧縮機11と凝縮器12との間の高
圧ガス配管から膨張弁13と蒸発器14との間の低圧液配管
(蒸発器14内の配管でも可)にかけて設けられている。
該バイパスライン17に介装されたホットガスバイパス弁
17aは、凝縮器12に所定量および所定温度の冷却水が通
流された状態で、吸入圧力調節弁16が全開から最小開度
へ変化したときに生じる凝縮圧力変動の途中の圧力で弁
が開放して、凝縮圧力をこの圧力以上に大幅上昇させな
いようにするもので、凝縮圧力または凝縮温度に基づい
て開閉される簡易弁(例えば、圧力上昇時に開状態とな
る定圧弁や、圧力スイッチで作動する電磁弁等)とさ
れ、凝縮圧力を常に所定値にコントロールするような高
精度な弁は用いられていない。
凝縮器12と膨張弁13との間の高圧液配管から、蒸発器
14とアキュムレータ15との間の低圧ガス配管にかけて
は、リキッドインジェクションライン18が設けられてい
る。これは、吸入ガスへのホットガスバイパスに伴って
吸入ガスの過熱度が上がることにより、吐出ガス温度が
上昇して圧縮機11の潤滑油粘度が低下するのを抑制する
ためのもので、吐出ガス温度を検出し、その上昇時に吸
入ガスヘリキッドインジェクションを行う構成になって
おり、ホットガスバイパスに伴う潤滑油粘度の低下が問
題にならない場合は、省略することができる。
循環機20は、冷却対象から返流されたブライン等の流
体を冷凍機10の蒸発器14で冷媒と熱交換させて冷却した
後、タンク21に一時貯留するようになっている。タンク
21内の流体は、ポンプ22により加圧されて冷却対象に送
出される。タンク21には、タンク21内の流体を加熱する
逆負荷電気ヒータ23が設けられている。逆負荷電気ヒー
タ23は、所定温度の流体が冷却対象へ送出されるよう
に、ポンプ21出口側の配管に設けられた温度センサ24の
信号に基づいて温度調節器25が制御されることにより出
力調節される。
このような構成の冷却装置では、冷凍機10が自己管理
運転を行い、もっぱら循環機20の逆負荷電気ヒータ23が
流体の温度を制御することにより、所定温度の流体が冷
却対象へ循環される。このときの冷凍機10における圧縮
機11の冷却能力Qと蒸発温度Te(吸込圧力Pe)との関係
を第2図に示す。
圧縮機11の冷却能力Qは、蒸発温度Te(吸込圧力Pe)
の変化によって、凝縮温度Tcをパラメータとした変動を
示す。凝縮器12に供給される冷却水の量および温度を一
定とすると、第2図に太実線で示す曲線に沿って冷却能
力Qが目標値を超えて変動し、吸入圧力調節弁16の全開
点をTe1(Pe1)、最小開度点をTe2(Pe2)とすると、ホ
ットガスバイパスが実施されない場合は、冷却能力Qは
Q1〜Q2の範囲で変動することになる。前述したように、
この変動の原因になる吸込圧力Peの変動ΔPe(Pe2−Pe
1)は、通常一般の吸入圧力調節弁では2.0kg/cm2程度に
達し、これによる冷却能力Qの変動ΔQ(Q2−Q1)は小
さくなく、とりわけ低温域で大きくなる。
しかるに、ホットガスバイパスが併用される第1図の
冷却装置では、そのホットガスバイパスにより、冷却能
力Qの変動はΔQからΔQ′に抑制される。すなわち、
吸入圧力調節弁16の全開点における凝縮温度Tc1と、最
小開度点における凝縮温度Tc2との間にある凝縮温度Tc3
または対応する凝縮圧力Pc3をホットガスバイパス弁17a
の動作点とすれば、Tc3またはPc3(実際は、これより若
干大きい)以上に凝縮温度または凝縮圧力が上昇しない
ようにホットガスバイパス弁17aが開放するので、冷却
能力Qの増大は、Tc3およびPc3(実際は、これより若干
大きい)に対応するQ3以下に抑制され、冷却能力Qの変
動はΔQ(Q2−Q1)からΔQ′(Q3−Q1)へと小さくな
る。
その結果、循環機20に備わる逆負荷電気ヒータの容量
は、ΔQ−ΔQ′に見合う分だけ低減され、しかも、そ
の小容量の逆負荷電気ヒータ23により、ブラインの送出
温度が高精度に制御される。また、吸入圧力調節弁16が
全開のときにも必要な冷却能力Qが確保される設定にな
っているので、冷却能力Qの不足を生じるおそれがな
い。さらに、吸入圧力調節弁16およびホットガスバイパ
ス弁17aは、いずれも所定の圧力範囲内で開閉する簡易
な自力調節弁とし得るので、装置コストも安い。
また、吸入圧力調節弁16の使用で圧縮機11の過負荷が
なくなり、その信頼性が向上すると共に、冷却能力の制
御のほとんどがこの吸入圧力調節弁16で行われるので圧
縮機11の動力も節約される。さらに、ホットガスバイパ
スにより、高圧圧力の上昇が抑えられ、省エネルギー運
転および圧縮機11の軸受荷重の軽減が可能になると共
に、凝縮器12に供給される吐出ガス量が減少し、吐出ガ
ス量が減った分、冷却水量が節約されるので、半導体製
造装置の如き冷却水量が制限される箇所での使用に対応
しやすいという利点もある。
第3図は本発明の別の実施例を示す冷却装置の系統図
である。
この冷却装置は、第1図の冷却装置とは冷凍機10が異
なった構成になっている。この冷凍機10は高段冷凍機10
aと低段冷凍機10bとを組合せた2元冷凍機で、高段冷凍
機10aが蒸発器として使用するカスケードコンデンサ19
を低段冷凍機19bが凝縮器として使用する構成になって
いる。11aおよび11bは圧縮機、12aは凝縮器、13aおよび
13bは膨張弁、14は蒸発器、15aおよび15bはアキュムレ
ータ、19′は油分離器である。吸入圧力調節弁16、ホッ
トガスバイパス用のバイパスライン17およびリキッドイ
ンジェクションライン18は、いずれもブライン等の流体
を冷却する低段冷凍機10bの側に設けられている。
この冷却装置は、第1図の冷却装置に比してさらに低
温のブラインを送出でき、しかも、その低温域で第1図
の冷却装置と同様に高精度な温度制御を行うことができ
る。さらに、吸入圧力調節弁16およびホットガスバイパ
ス弁17aに簡易弁の使用が可能なことも第1図の冷却装
置と同様である。
循環機20から冷却対象へ送給される流体は、ブライン
に限らず、空気、水等であってもよい。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、請求項1に記載の本
発明冷却装置は、冷却能力を一定以下に自己管理する冷
凍機の側で冷却能力変動を小さく抑えることができるの
で、負荷温度制御を行う逆負荷電気ヒータの側でその容
量を小さくできる。また、吸入圧力調節弁およびホット
ガスバイパス弁を使用するものの、高精度な比例制御等
を行わないので、簡易弁が使用でき装置コストが安い。
請求項2に記載の本発明冷却装置は、逆負荷電気ヒー
タの容量を小さくできることに加え、ホットガスバイパ
ス弁が高圧圧力を検出して開放動作を行う構成になって
いるので、バネ式の自力調節弁といった特に簡易な弁を
使用できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す冷却装置の系統図、第
2図はその作動を説明するための冷却特性図、第3図は
本発明の別の実施例を示す冷却装置の系統図である。 10:冷凍機、16:吸入圧力調節弁、17:バイパスライン、1
7a:ホットガスバイパス弁、20:循環機、23:逆負荷電気
ヒータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−161645(JP,A) 実開 昭63−162282(JP,U)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮機(11)、凝縮器(12)、膨張機構
    (13)、蒸発器(14)の順で冷媒が循環する冷媒回路を
    有し、冷却能力を一定以下に自己管理するために前記圧
    縮機(11)の吸入側配管に吸入圧力調節弁(16)を設け
    た定能力型の冷凍機(10)と、該冷凍機(10)の蒸発器
    (14)で冷却された流体を逆負荷電気ヒータ(23)で温
    度調節して冷却対象に供給する循環機(20)とを具備
    し、前記吸入圧力調節弁(16)の全開から最小開度まで
    の間で変動する圧力が、その変動範囲内の所定圧力以上
    となったときに開放するホットガスバイパス弁(17a)
    をもつバイパスライン(17)を、高圧ガス配管と蒸発器
    (14)を含む低圧液配管との間に設けたことを特徴とす
    る冷却装置。
  2. 【請求項2】圧縮機(11)、凝縮器(12)、膨張機構
    (13)、蒸発器(14)の順で冷媒が循環する冷媒回路を
    有し、冷却能力を一定以下に自己管理するために前記圧
    縮機(11)の吸入側配管に吸入圧力調節弁(16)を設け
    た定能力型の冷凍機(10)と、該冷凍機(10)の蒸発器
    (14)で冷却されたブラインを逆負荷電気ヒータ(23)
    で温度調節して冷却対象に供給する循環機(20)とを具
    備し、前記吸入圧力調節弁(16)の全開から最小開度ま
    での間で変動する高圧圧力が、その変動範囲内の所定圧
    力以上となったときに開放するホットガスバイパス弁
    (17a)をもつバイパスライン(17)を、高圧ガス配管
    と蒸発器(14)を含む低圧液配管との間に設けたことを
    特徴とする冷却装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0230427B2 (ja) * 1983-03-03 1990-07-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Reitokinoseigyosochi
JPS63162282U (ja) * 1987-04-13 1988-10-24

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