KR20150136613A - 칠러 장치 - Google Patents

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KR20150136613A
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시게오 아오키
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신와 콘트롤즈 가부시키가이샤
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Abstract

설정 온도와 공작물 온도와의 온도차가 작고, 또한 냉동 사이클(100)에서의 증발기(101)의 냉매 흡입측과 냉매 토출측과의 온도차가 거의 없는 경우라도 전동식 압축기(102)에 과부하를 걸지 않고 안정적으로 보온 동작하는 기능의 칠러 장치에서는, 회로 기판(PCB2)(106)이 설정 온도와 공작물 온도와의 온도차가 적은 보온 설정 시에, 냉매 사이클(200)에서의 가열 장치(202)의 냉매 유입 바로 앞쪽의 온도 센서(T2)에 의해 검출되는 냉매 검출 온도를 PID 연산하고, 회로 기판(PCB1)(105)이 그 결과에 기초하여 생성한 인버터(107)에 대한 구동 제어 신호를 시리얼 통신하여 압축기(102)의 회전수를 일정한 범위에서 공작물 온도에 따라 제어하는 외에, 회로 기판(106)이 온도 센서(T1)에 의해 검출된 공작물 온도에 대하여 PID 연산하고, 회로 기판(105)이 그 결과에 기초하여 생성한 펄스 신호에 의해 스테핑 모터(SM1)를 구동함으로써 전자 제어 밸브(EV1)에서의 개폐를 제어하여 냉매 유량을 제어한다.

Description

칠러 장치{CHILLER DEVICE}
본 발명은, 보온 대상이 되는 각종 장치를 공작물(workpiece)로 하여, 사용자(user)가 소정의 온도 범위(예를 들면 ―20℃∼60℃)에서 선택적으로 온도를 설정하여 보온하기 위한 칠러 장치에 관한 것이며, 상세하게는 설정 온도와 공작물 온도와의 온도차에 따라 냉각용의 냉동 사이클에 구비되는 전동식(電動式) 압축기의 회전수와 가열용의 냉매 사이클에 구비되는 가열 장치의 가열 온도를 제어 장치에 의해 제어하는 기능을 가지는 칠러 장치(chiller device)에 관한 것이다.
종래, 이 종류의 칠러 장치에서는, 냉각용의 냉동 사이클과 가열용의 냉매 사이클에 의해 냉매를 관내에서 순환시켜 냉매 사이클의 국부(局部)에서 보온 대상의 부하로 되는 공작물을 개재(介在) 접속시키는 회로 구성을 가진다. 냉동 사이클은, 냉매 가스를 전동식 압축기에 의해 압축하여 고압 가스로서 토출측의 응축기에 보내고, 응축기에서는 고압 가스를 응축하여 감압 기구(機構)의 팽창 밸브를 경유하여 감압시키고 나서 증발기에 보내고, 증발기에서는 감압된 저압인 기액(氣液) 혼합 상태의 냉매를 증발시켜 압축기의 흡입측으로 흡입시킴으로써 다시 압축을 반복하는 회로 구성의 1차 온도 조정 회로로 되어 있다. 냉매 사이클은, 냉동 사이클의 증발기를 공유하여 저압인 액체 상태의 냉매액을 냉매 탱크에 의해 회수하여 저장하는 동시에, 냉매 탱크에 장착된 가열 장치(히터)에 의해 냉매액을 적절히 가열하거나, 또는 가열시키지 않고 냉매 탱크로부터 펌프에 의해 흡인한 냉매액을 공작물을 개재시켜 증발기로 되돌리는 회로 구성의 2차 온도 조정 회로로 되어 있다.
여기서의 냉동 사이클에 구비되는 압축기의 회전수와 냉매 사이클에 구비되는 가열 장치의 가열 온도는, 사용자를 위한 소정의 온도 범위(예를 들면 ―20℃∼60℃)에서의 선택적인 온도 설정에 제공되는 제어 장치에 의해 설정 온도와 공작물 온도와의 온도차에 따라 제어된다. 냉동 사이클과 냉매 사이클에는 각각 온도 센서가 설치되고, 냉매 사이클의 펌프보다 공작물측의 개소(箇所)에 설치된 온도 센서로부터는 공작물 온도가 검출된다. 여기서 공작물 온도는, 통상 실온 정도의 주위 온도(예를 들면, 약 20℃∼25℃ 정도로 함)에 가까운 경우가 많은 것으로 간주할 수 있지만, 반드시 그렇지 않은 경우도 있으므로, 주위 온도와의 관계는 상관없는 것으로 한다.
제어 장치에서는, 초기적인 설정 온도와 공작물 온도와의 온도차에 따라 상이한 동작 모드의 제어를 행한다. 예를 들면, 설정 온도가 공작물 온도보다 매우 높은 온도차(예를 들면, 10℃ 초과)가 있는 고온 설정 시에는, 냉동 사이클의 냉각 기능이 불필요하므로, 압축기의 회전수를 낮게 억제하고, 냉매 사이클의 가열 장치의 가열 온도를 높게 설정하여 온도차가 없도록 가열 기능을 우선한 동작 모드를 실시한다. 또한, 설정 온도가 공작물 온도보다 매우 낮은 온도차(예를 들면, 10℃ 초과)가 있는 저온 설정 시에는, 냉매 사이클의 가열 장치에 의한 가열 기능이 불필요하므로, 가열 장치의 가열 설정을 행하지 않고 냉동 사이클의 압축기의 회전수를 높게 설정하여 온도차가 없도록 냉각 기능을 우선하는 동작 모드를 실시한다. 또한, 설정 온도가 공작물 온도에 가까운 온도차(예를 들면, 5℃∼10℃)가 적은 보온 설정 시(전술한 가열 기능을 우선한 동작 모드나 냉각 기능을 우선한 동작 모드가 계속하여 실시되어 온도차가 적게 된 경우나 미리 초기적으로 온도차가 없는 경우를 포함함)에는, 가열 장치에 의한 가열 기능과 냉동 사이클의 냉각 기능과의 양쪽을 실시하고, 구체적으로는 온도차가 없도록 압축기의 회전수를 소정값으로부터 약간 증감 변화시키거나, 또는 가열 장치의 가열을 소정값으로부터 약간 증감 변화시키도록 하여, 가열 기능이나 냉각 기능을 전환하는 동작 모드를 실시한다.
또한, 이와 같은 칠러 장치의 보온 기능와 관련된 주지 기술로서는, 예를 들면, 넓은 온도 범위에 걸쳐서 안정적으로 운전할 수 있어, 쿨란트(coolant)의 온도를 양호한 정밀도로 제어할 수 있는 「칠러 장치」(특허 문헌 1 참조)나, 대형의 히터를 필요로 하지 않고, 또한 쿨란트의 온도를 양호한 정밀도로 제어할 수 있는 「칠러 장치」(특허 문헌 2 참조) 등을 들 수 있다.
일본 공개특허 제2008―75919호 공보 일본 공개특허 제2008―75920호 공보
전술한 기존의 칠러 장치의 경우, 설정 온도가 공작물 온도에 가까운 온도차가 적은 보온 설정 시에 있어서, 특히 냉동 사이클에서의 증발기의 냉매 흡입측과 냉매 토출측과의 냉매 온도차가 거의 없는 상태에서는 냉매를 증발기에 흐르게 할 필요가 없음에도 불구하고 압축기가 계속 동작하는 구조이므로, 이러한 경우에는 압축기에 이상(異常)인 과부하(압력)가 걸려 압축기를 고장시킬 우려가 있는 것 외에, 냉동 사이클에서의 냉각 기능이 불안정하게 되어 보온 동작을 안정적으로 유지할 수 없게 된다는 문제(이러한 문제점은 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 개시된 기술을 적용해도 기본적으로 해소될 수 없음)가 있다.
본 발명은, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 기술적 과제는, 설정 온도와 공작물 온도와의 온도차가 작고, 또한 냉동 사이클에서의 증발기의 냉매 흡입측과 냉매 토출측과의 온도차가 거의 없는 경우라도 압축기에 과부하를 걸지 않고 안정적으로 보온 동작하는 기능의 칠러 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 문제점을 달성하기 위해, 본 발명은, 냉각용의 냉동 사이클과, 냉동 사이클에 구비되는 증발기를 공용하는 가열용의 냉매 사이클과, 냉매 사이클 중에 개재 접속되어 보온 대상이 되는 각종 장치를 공작물로 하여, 사용자를 위한 소정의 온도 범위에서의 선택적인 온도 설정에 제공되는 동시에, 냉동 사이클에 구비되는 전동식 압축기의 회전수, 및 상기 냉매 사이클에 구비되는 냉매에 대한 가열용의 가열 장치에 있어서의 가열 온도를, 사용자에 의해 설정된 설정 온도와 상기 냉매 사이클의 상기 공작물측 가까운 개소에 설치된 제1 온도 센서에 의해 검출된 공작물 온도와의 온도차에 따라 제어하는 제어 장치를 구비한 칠러 장치에 있어서, 냉매 사이클은, 증발기의 냉매 토출측에서 가열 장치에 대한 냉매 유입의 바로 앞쪽에 설치되어 냉매 온도를 검출하는 제2 온도 센서를 가지고, 제어 장치는, 설정 온도와 공작물 온도와의 온도차가 적은 보온 설정 시에는, 제2 온도 센서에 의해 검출되는 냉매 사이클측 냉매 검출 온도에 대하여 비례, 적분(積分), 미분(微分)을 포함하는 PID 연산한 결과에 기초하여 생성한 전동식 압축기를 구동시키기 위한 인버터에 대한 구동 제어 신호를 시리얼 통신하고, 상기 전동식 압축기에서의 압축기 회전수를 일정한 범위에서 상기 공작물 온도에 따라 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 칠러 장치에 의하면, 제어 장치에 의해 설정 온도와 공작물 온도와의 온도차가 적은 보온 설정 시에는, 냉매 사이클에서의 열교환 기능의 주요한 것으로 되는 증발기의 냉매 토출측에서 가열 장치에 대한 냉매 유입의 바로 앞쪽에 설치되어 냉매 온도를 검출하기 위한 제2 온도 센서에 의해 검출된 냉매 사이클측 냉매 온도에 대하여 PID 연산한 결과에 기초하여 생성한 전동식 압축기를 구동시키기 위한 인버터에 대한 구동 제어 신호를 시리얼 통신하고, 전동식 압축기에서의 압축기 회전수를 일정한 범위에서 공작물 온도에 따라 제어하므로, 설정 온도와 공작물 온도와의 온도차가 작고, 또한 냉동 사이클에서의 증발기의 냉매 흡입측과 냉매 토출측과의 온도차가 거의 없는 경우라도 전동식 압축기에 과부하를 걸지 않고 안정적으로 보온 동작하는 기능을 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 칠러 장치의 기본 구성을 냉매 사이클에서의 공작물에 대한 접속 및 냉동 사이클에서의 응축기에 대한 냉각을 행하는 냉각 장치를 포함하여 나타낸 전체적인 개략도이다.
이하에, 본 발명의 칠러 장치에 대하여, 실시예를 들어 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시예
도 1은, 본 발명의 실시예에 관한 칠러 장치의 기본 구성을 냉매 사이클(200)에서의 공작물(W)에 대한 접속 및 냉동 사이클(100)에서의 응축기(103)에 대한 냉각을 행하는 냉각 장치(300)를 포함하여 나타낸 전체적인 개략도이다.
도 1을 참조하면, 이 칠러 장치는, 종래와 같이 보온 대상이 되는 각종 장치를 공작물(W)로 하여, 사용자(유저)가 소정의 온도 범위(예를 들면 ―20℃∼60℃)에서 선택적으로 온도를 설정하여 보온하기 위한 기능을 가지는 점은 같다. 여기서는 냉각용의 냉동 사이클(100)과, 냉동 사이클(100)에 구비되는 증발기(열교환기)(101)를 공용하는 가열용의 냉매 사이클(200)과, 냉매 사이클(200) 중에 개재 접속되어 보온 대상이 되는 각종 장치(부하)를 공작물(W)로 하여, 사용자를 위한 소정의 온도 범위에서의 선택적인 온도 설정에 제공되는 동시에, 냉동 사이클(100)에 구비되는 전동식 압축기(102)의 회전수, 및 냉매 사이클(200)에 구비되는 냉매에 대한 가열용의 가열 장치(히터)(202)에서의 가열 온도를, 도시하지 않은 사용자 전용의 조작부에서 사용자에 의해 설정되는 설정 온도와 냉매 사이클(200)의 공작물(W)측에 가까운 개소에 설치된 제1 온도 센서(T1)에 의해 검출된 공작물 온도와의 온도차에 따라 제어하기 위한 CPU, ROM, RAM, IO 등을 구비한 제1 프린트 회로 기판(PCB1)(105), 및 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)에 의한 제어 장치를 구비하고, 냉동 사이클(100) 및 냉매 사이클(200)에 의해 냉매를 관내에서 순환시켜 공작물(W)을 보온하는 기능을 가진다.
또한, 여기서의 공작물 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서(T1)는, 냉매 사이클(200)에 구비되는 냉매 탱크(201)로부터 냉매를 흡인하는 펌프(203)의 냉매 토출측으로서, 공작물(W) 가까이의 냉매 유입측에 설치되어 냉매 사이클측 냉매 온도를 검출하여 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)에 송출하게 되어 있지만, 그 외에 증발기(101)의 냉매 흡입측으로서, 공작물(W) 가까이의 냉매 유출측에 설치된 제4 온도 센서(T4)로부터의 냉매 검출 온도를 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)에 입력하고, 양쪽의 검출 결과를 병용하여 공작물 온도를 검출하도록 해도 된다. 여기서의 제1 온도 센서(T1)에 대해서는, 높은 온도 검출 정밀도가 요구되므로, 저항값을 100Ω으로부터 0Ω으로 가변(可變)할 수 있는 백금 저항대(抵抗帶)를 사용한 Pt 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 대하여, 제4 온도 센서(T4)는, 제1 온도 센서(T1) 정도로는 검출 정밀도가 요구되지 않으므로, 제조 비용을 고려하여 일반적인 열전대를 사용한 열전대 센서를 사용하는 것이 바람직하다.
이 중, 냉동 사이클(100)은, 냉매의 가스를 전동식 압축기(102)에 의해 압축하여 고압 가스로서 토출측의 응축기(103)에 보내고, 응축기(103)에서는 고압 가스를 응축하여 감압 기구의 팽창 밸브(104)를 경유하여 감압시키고 나서 증발기(101)에 보내고, 증발기(101)에서는 감압된 저압 가스를 증발시켜 전동식 압축기(102)의 흡입측으로 흡입시킴으로써 다시 압축을 반복하는 회로 구성의 1차 온도 조정 회로로 되어 있다. 또한, 여기서는 응축기(103)에 대하여 배관을 되접도록 접속하고, 입구측의 관에 설치된 밸브(V5)를 경유하여 냉각수를 입수하여 응축기(103) 내를 냉각하고 나서 출구측의 관에 설치된 밸브(V7, V8)를 경유하여 외측으로 되돌리는 구조의 냉각 장치(300)가 배치되고, 압력 스위치(PSW)의 온(on) 상태에서 응축기(103)의 토출측에 접속된 압력 센서(P2)에 의해 검출된 결과에 따라 밸브(V7)의 개폐가 제어되고, 배관 내를 흐르는 냉각수의 유량(流量)이 제어되도록 되어 있다. 그리고, 밸브(V7)의 흡입측에 설치된 밸브(V6)는, 배수용의 밸브이다. 또한, 여기서 설명한 냉각 장치(300)에 의한 응축기(103)에 대한 냉각 기능은, 냉각팬을 사용하여 냉풍으로 냉각시키는 구성으로 해도 된다.
냉매 사이클(200)은, 냉동 사이클(100)의 증발기(101)를 공유하여 냉매액을 냉매 탱크(201)에 의해 회수하여 저장하는 동시에, 냉매 탱크(201)에 장착된 가열 장치(히터)(201)에 의해 냉매액을 적절히 가열하거나, 또는 가열시키지 않고 냉매 탱크(201)로부터 펌프(203)에 의해 흡인한 냉매액을 공작물(W)을 개재시켜 증발기(101)로 되돌리는 회로 구성의 2차 온도 조정 회로로 되어 있다.
또한, 제1 프린트 회로 기판(PCB1)(105)에 접속된 가열 제어 장치(207)는, 설정 온도와 제1 온도 센서(T1)에 의해 검출된 공작물 온도와의 온도차에 따라 제1 프린트 회로 기판(PCB1)(105)으로부터 제어를 받아 가열 장치(202)에 의한 가열 온도를 제어한다.
또한, 펌프(203)에서의 냉매액의 유출측의 배관에는 유량 검출 센서(204)가 설치되고, 이 유량 검출 센서(204)에 의해 검출된 냉매액의 유량은 제1 프린트 회로 기판(PCB1)(105)에 입력되고, 제1 프린트 회로 기판(PCB1)(105)이 인버터(206)를 구동하여 펌프(203)에서의 냉매액의 흡인량을 제어하도록 되어 있다. 이로써, 냉매 탱크(201) 내에서는, 냉매액이 로직(LG)에 의해 대략 일정량으로 유지되게 된다.
부가하여, 증발기(101)의 냉매 토출측의 관에 설치된 밸브(V1)와 냉매 탱크(201)에 접속된 관에 설치된 밸브(V2)와는 공통의 배관에 접속되고, 배액 처리용 드레인(D)에 연결되어 배액하기 위해 사용된다. 그 외에, 공작물(W)에서의 냉매액의 유입측의 배관에 설치된 밸브(V3)와 유출측의 배관에 설치된 밸브(V4)는, 주로 공작물(W)을 냉매 사이클(200)의 국부에 배관 접속할 때의 냉매액 누출을 방지하기 위해 사용된다.
이상에서 설명한 칠러 장치의 세부 구성은, 종래 제품에 공통된 것이며, 제1 프린트 회로 기판(PCB1)(105) 및 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)의 제어 장치에 의해 초기적인 설정 온도와 공작물 온도와의 온도차에 따라 상이한 동작 모드의 제어를 행하고, 설정 온도가 공작물 온도보다 매우 높은 온도차(예를 들면, 10℃ 초과)가 있는 고온 설정 시에는, 냉동 사이클(100)의 냉각 기능이 불필요하므로, 전동식 압축기(102)의 회전수를 낮게 억제하고, 냉매 사이클(200)의 가열 장치(202)의 가열 온도를 높게 설정하여 온도차가 없도록 가열 기능을 우선한 동작 모드를 실시하고, 설정 온도가 공작물 온도보다 매우 낮은 온도차(예를 들면, 10℃ 초과)가 있는 저온 설정 시에는, 냉매 사이클(200)의 가열 장치(202)에 의한 가열 기능이 불필요하므로, 가열 장치(202)의 가열 설정을 행하지 않고 냉동 사이클(100)의 전동식 압축기(102)의 회전수를 높게 설정하여 온도차가 없도록 냉각 기능을 우선한 동작 모드를 실시하는 점은 같다.
단, 본 실시예에서는 설정 온도가 공작물 온도에 가까운 온도차(예를 들면, 5℃∼10℃)가 적은 보온 설정 시에 있어서, 특히 냉동 사이클(100)에서의 증발기(101)의 냉매 흡입측과 냉매 토출측과의 냉매 온도차가 거의 없는 상태에 있어서, 냉매를 증발기(101)에 흐르게 할 필요가 없음에도 불구하고 전동식 압축기(102)가 계속 동작하는 구조 및 기능을 개선하고 있다.
구체적으로 말하자면, 본 실시예에 관한 칠러 장치에서 제1 번째의 특징으로 되는 것은, 냉매 사이클(200)에서의 증발기(101)의 냉매 토출측에서 가열 장치(202)에 대한 냉매 유입의 바로 앞쪽에 설치되어 냉매 온도를 검출하는 제2 온도 센서(T2)를 가지고, 설정 온도와 공작물 온도와의 온도차(예를 들면, 5℃∼10℃)가 적은 보온 설정 시에, 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)이 제2 온도 센서(T2)에 의해 검출되는 냉매 사이클측 냉매 검출 온도에 대하여 비례, 적분, 미분을 포함하는 PID 연산을 행하고, 제1 프린트 회로 기판(PCB1)(105)이 관계되는 PID 연산의 결과에 기초하여 생성한 전동식 압축기(102)를 구동시키기 위한 인버터(107)에 대한 구동 제어 신호를 시리얼 통신하고, 전동식 압축기(102)에서의 압축기 회전수를 일정한 범위에서 공작물 온도에 따라 제어하는 점에 있다. 또한, 여기서의 제2 온도 센서(T2)에 대해서도, 높은 온도 검출 정밀도가 요구되므로, 저항값을 100Ω으로부터 0Ω으로 가변할 수 있는 백금 저항대를 사용한 Pt 센서를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 기능 구성에 의하면, 설정 온도와 공작물 온도와의 온도차가 작고, 또한 냉동 사이클(100)에서의 증발기(101)의 냉매 흡입측과 냉매 토출측과의 온도차가 거의 없는 경우라도 전동식 압축기(102)에 과부하를 걸지 않고 운전을 행하게 하고, 증발기(101)에 흐르는 냉매량을 적절하게 유지하여, 안정적으로 보온 동작하는 기능을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서 제2 번째의 특징으로 되는 것은, 냉동 사이클(100)에서의 증발기(101)의 냉매 흡입측에 개재 접속되어 제1 스테핑 모터(SM1)에 의해 구동되는 제1 전자 팽창 밸브(EV1)를 가지고, 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)이 제1 온도 센서(T1)에 의해 검출된 공작물 온도에 대하여 비례, 적분, 미분을 포함하는 PID 연산을 행하고, 제1 프린트 회로 기판(PCB1)(105)이 관계되는 PID 연산의 결과에 기초하여 생성한 펄스 신호에 의해 제1 스테핑 모터(SM1)를 구동함으로써 제1 전자 제어 밸브(EV1)에서의 개폐를 제어하여 냉매 유량을 제어하는 점에 있다.
이러한 기능 구성에 의하면, 전술한 전동식 압축기(102)의 회전수 제어에 더하여, 냉동 사이클(100)에 있어서 별도로 증발기(101)에 흡입되는 냉매량을 별도 적절하게 제어할 수 있으므로, 한층 안정적으로 보온 동작하는 기능을 얻을 수 있다. 또한, 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)에서는, 제1 온도 센서(T1)와 전술한 제4 온도 센서(T4)[냉매 사이클(200)에서의 증발기(101)의 냉매 흡입측에서 공작물(W)에 대한 냉매 유출측에 설치되어 냉매 온도를 검출함]에 의해 검출된 냉매 온도의 차이의 값에 기초하여 공작물(W)측의 열 부하량을 산출하고, 제2 온도 센서(T2)에 의해 검출된 냉매 온도에 기초하여 PID 연산한 결과를 열 부하량의 산출 결과를 사용하여 보정한 후 제1 전자 팽창 밸브(EV1)에서의 개도(開度) 제어의 응답성을 향상시키기 위한 피드 포워드 제어[입열(入熱)에 대한 피드 포워드 제어]를 행하는 것이 바람직하다. 이러한 기능 구성을 더하여, 냉동 사이클(100)에서의 공작물(W)측의 열 부하량에 따른 냉매 유량의 제어를 확실하게 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 제3 번째의 특징으로 되는 것은, 전동식 압축기(102)의 냉매 흡입측에 있어서, 증발기(101)의 냉매 토출측에 설치되어 냉매 사이클(100)에서의 냉매 온도를 검출하기 위한 제3 온도 센서(T3)와, 증발기(101)의 냉매 흡입측에서 제1 전자 팽창 밸브(EV1)보다 냉동 사이클(100)에 구비되는 응축기(103)측에 위치하는 개소와 냉매 토출측을 연결하는 동시에, 제2 스테핑 모터(SM2)에 의해 구동되는 제2 전자 팽창 밸브(EV2)가 개재 접속된 냉매 하이패스용의 제1 바이패스(bypass) 유로(流路)(108)를 가지고, 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)이 제3 온도 센서(T3)에 의해 검출되는 냉동 사이클측 냉매 온도에 대하여 비례, 적분, 미분을 포함하는 PID 연산을 행하고, 제1 프린트 회로 기판(PCB1)(105)이 관계되는 PID 연산의 결과에 기초하여 생성한 펄스 신호에 의해 제2 스테핑 모터(SM2)를 구동함으로써 제2 전자 제어 밸브(EV2)에서의 개폐를 제어하여 제1 바이패스 유로(108)에서의 냉매 유량을 제어하는 점에 있다. 또한, 여기서의 제3 온도 센서(T3)의 경우도, 제2 온도 센서(T2) 정도로 높은 검출 정밀도가 요구되지 않으므로, 제조 비용을 고려하여 일반적인 열전대를 사용한 열전대 센서를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 기능 구성에 의하면, 앞서의 전동식 압축기(102)의 회전수 제어나 증발기(101)에 흡입되는 냉매량의 제어에 더하여, 냉동 사이클(100)에 있어서 제1 바이패스 유로(108)를 사용한 냉매의 바이패스 유량을 별도로 제어할 수 있으므로, 더 한층 증발기(101)에 대한 냉매의 유입량을 미세하게 제어할 수 있어, 보온 동작의 기능이 현저하게 향상된다.
부가하여, 본 실시예에서 제4 번째의 특징으로 되는 것은, 냉동 사이클(100)에서의 전동식 압축기(102)의 냉매 흡입측에 설치되어 냉매 압력을 검출하는 압력 센서(P1)와, 제1 전자 팽창 밸브(EV1)보다 증발기(101)의 냉매 흡입측에 위치하는 개소와 전동식 압축기(102)의 냉매 토출측을 연결하는 동시에, 제3 스테핑 모터(SM3)에 의해 구동되는 제3 전자 팽창 밸브(EV3)가 개재 접속된 냉매 하이패스용의 제2 바이패스 유로(109)를 가지고, 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)이 압력 센서(P1)에 의해 검출되는 냉매 압력에 대하여 비례, 적분, 미분을 포함하는 PID 연산을 행하고, 제1 프린트 회로 기판(PCB1)(105)이 관계되는 PID 연산의 결과에 기초하여 생성한 펄스 신호에 의해 제3 스테핑 모터(SM3)을 구동함으로써 제3 전자 제어 밸브(EV3)에서의 개폐를 제어하여 제2 바이패스 유로(109)에서의 냉매 유량을 제어하는 점에 있다.
이러한 기능 구성에 의하면, 전술한 전동식 압축기(102)의 회전수 제어나 증발기(101)에 흡입되는 냉매량의 제어, 제1 바이패스 유로(108)을 사용한 냉매의 바를 사용한 냉매의 바이패스 유량을 더욱 별도로 제어할 수 있으므로, 증발기(101)에 대한 냉매의 유입량을 극히 미세하게 제어할 수 있어, 보온 동작의 기능이 극히 양호한 것으로 된다. 또한, 제2 바이패스 유로(109)는, 냉각 부하가 적은 경우에 냉매가 완전히 기화하지 않고 액체 상태로 전동식 압축기(102)에 흡입되는 것을 방지하기 위한 것이며, 고온·고압 상태의 냉매 가스(핫 가스)를 바이패스시킴으로써 냉각량을 저하시키는 핫 가스 바이패스 회로의 역할을 한다. 그 외에, 여기서의 냉동 사이클(100)과 같이, 냉매 하이패스용의 제2 바이패스 유로(109)를 가지는 경우, 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)이 전술한 제3 온도 센서(T3)[냉동 사이클(100)에서의 전동식 압축기(102)의 냉매 흡입측에서 응축기(103)에 대한 냉매 토출측에 설치되어 냉매 온도를 검출함]에 의해 검출된 냉매 온도에 대하여 비례, 적분, 미분을 포함하는 PID 연산한 결과에 기초하여 생성한 펄스 신호에 의해 제3 스테핑 모터(SM3)를 구동함으로써 제3 전자 제어 밸브(EV3)에서의 개폐를 제어하는 동시에, 제3 전자 제어 밸브(EV3)에서의 개도를 소정량으로 유지하기 위해 생성한 전동식 압축기(102)를 구동시키기 위한 인버터에 대한 구동 제어 신호를 시리얼 통신하고, 전동식 압축기(102)에서의 압축기 회전수를 일정한 범위에서 공작물 온도에 따라 제어하도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 기능 구성을 더하여, 냉동 사이클(100)에서의 열 부하에 따른 전동식 압축기(102)의 압축기 회전수 제어가 양호한 정밀도로 실시되므로, 냉동 사이클(100)에서의 냉매 유량의 제어가 한층 신뢰성 높게 행해지게 된다.
그런데, 제4 번째의 특징에 대하여, 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)에 의한 PID 연산에 있어서, 압력 센서(P1)에 의해 검출되는 냉매 압력에 대응하는 냉동 사이클(100)측의 냉매 포화 온도를 근사(近似) 곡선으로 치환하여 산출하고, 산출된 냉동 사이클(100) 측의 냉매 온도를 사용자에 의한 설정 변경으로 설정 온도보다 소정의 온도 범위(예를 들면 ―4℃∼―50℃)만큼 낮게 하여 초기적인 설정 온도에 대한 자동 온도 설정 제어를 행하게 하고, 이러한 자동 온도 설정 제어로서, 제3 전자 제어 밸브(EV3)를 개폐 제어하기 위한 제2 바이패스 유로(109)에서의 냉매 유량의 제어를 행하도록 해도 된다. 또한, 여기서의 냉매 압력에 대응하는 냉매 포화 온도의 근사 곡선은, 미리 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)에 구비되는 ROM 등에 테이블 형식의 변환값으로서 저장하여 두는 것이 가능하며, CPU 등으로 판독할 수 있는 것이다.
이러한 기능 구성에 의하면, 설정 온도가 공작물 온도에 가까운 온도차(예를 들면, 5℃∼10℃)가 적은 보온 설정 시에 있어서, 사용자에 의한 설정 변경에서의 자동 온도 설정 제어는, 전술한 제1 프린트 회로 기판(PCB1)(105)에서의 전동식 압축기(102)의 압축기 회전수의 PID 연산 결과의 제어, 제2 전자 제어 밸브(EV2)를 개폐 제어하기 위한 제1 바이패스 유로(108)에서의 PID 연산 결과의 냉매 유량의 제어, 및 제3 전자 제어 밸브(EV3)를 개폐 제어하기 위한 제2 바이패스 유로(109)에서의 PID 연산 결과의 냉매 유량의 제어와는 별개의 기능이지만, 이들을 조합시켜 제어시키는 것도 가능하다. 이러한 경우에는, 특히 전동식 압축기(102)의 고압 토출측으로부터 제2 바이패스 유로(109)를 경유하여 제3 전자 제어 밸브(EV3)를 개폐 제어하여 증발기(101)의 냉매 흡입측으로 냉매를 효율적으로 흐르게 할 수 있으므로, 공작물(W)에 대한 급냉이 필요한 사태가 생긴 경우에 냉동 사이클(100)에서의 냉동 기능을 독자적으로 향상시킬 수 있고, 결과로서 공작물(W)을 사용자를 위한 기능으로서 종래와 달리 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 관한 칠러 장치의 세부 구성은, 냉각 장치(300)나 냉매 사이클(200), 또는 제어 장치 중 어느 쪽에 대해서도 여러 가지로 변경하는 것이 가능하며, 예를 들면, 제어 장치를 이루는 제1 프린트 회로 기판(PCB1)(105) 및 제2 프린트 회로 기판(PCB2)(106)은, 단일의 프린트 회로 기판(PCB)으로 구성하거나, 또는 3매 이상의 기판으로 기능 분류한 구성으로 하는 것도 가능하므로, 본 발명의 칠러 장치는, 실시예에서 개시한 것에 한정되지 않는다.
100; 냉동 사이클
101; 증발기(열교환기)
102; 전동식 압축기
103; 응축기
104; 팽창 밸브
105; 제1 프린트 회로 기판(PCB1)
106; 제2 프린트 회로 기판(PCB2)
107, 206; 인버터
108; 제1 바이패스 유로
109; 제2 바이패스 유로
200; 냉매 사이클
201; 냉매 탱크
202; 가열 장치(히터)
203; 펌프
204; 유량 검출 센서
207; 가열 제어 장치
300; 냉각 장치
D; 드레인
EV1; 제1 전자 팽창 밸브
EV2; 제2 전자 팽창 밸브
EV3; 제3 전자 팽창 밸브
P1, P2; 압력 센서
PSW; 압력 스위치
SM1; 제1 스테핑 모터
SM2; 제2 스테핑 모터
SM3; 제3 스테핑 모터
T1; 제1 온도 센서
T2; 제2 온도 센서
T3; 제3 온도 센서
T4; 제4 온도 센서
V1∼V8; 밸브
W; 공작물

Claims (8)

  1. 냉각용의 냉동 사이클과, 상기 냉동 사이클에 구비되는 증발기를 공용하는 가열용의 냉매 사이클과, 상기 냉매 사이클 중에 개재(介在) 접속되어 보온 대상이 되는 각종 장치를 공작물(workpiece)로 하여, 사용자를 위한 소정의 온도 범위에서의 선택적인 온도 설정에 제공되는 동시에, 상기 냉동 사이클에 구비되는 전동식(電動式) 압축기의 회전수, 및 상기 냉매 사이클에 구비되는 냉매에 대한 가열용의 가열 장치에 있어서의 가열 온도를, 사용자에 의해 설정된 설정 온도와 상기 냉매 사이클의 상기 공작물측 가까운 개소(箇所)에 설치된 제1 온도 센서에 의해 검출된 공작물 온도와의 온도차에 따라 제어하는 제어 장치를 포함하는 칠러 장치(chiller device)에 있어서,
    상기 냉매 사이클은, 상기 증발기의 냉매 토출측에서 상기 가열 장치 대한 냉매 유입의 바로 앞쪽에 설치되어 냉매 온도를 검출하는 제2 온도 센서를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 설정 온도와 상기 공작물 온도와의 온도차가 적은 보온 설정 시에는, 상기 제2 온도 센서에 의해 검출되는 냉매 사이클측 냉매 검출 온도에 대하여 비례, 적분(積分), 미분(微分)을 포함하는 PID 연산한 결과에 기초하여 생성한 상기 전동식 압축기를 구동시키기 위한 인버터에 대한 구동 제어 신호를 시리얼 통신하고, 상기 전동식 압축기에서의 압축기 회전수를 일정한 범위에서 상기 공작물 온도에 따라 제어하는,
    칠러 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉동 사이클은, 상기 증발기의 냉매 흡입측에 개재 접속되어 제1 스테핑 모터에 의해 구동되는 제1 전자 팽창 밸브를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 온도 센서에 의해 검출된 상기 공작물 온도에 대하여 비례, 적분, 미분을 포함하는 PID 연산한 결과에 기초하여 생성한 펄스 신호에 의해 상기 제1 스테핑 모터를 구동시킴으로써 상기 제1 전자 제어 밸브에서의 개폐를 제어하여 냉매 유량(流量)을 제어하는, 칠러 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉매 사이클은, 상기 증발기의 냉매 흡입측에서 상기 공작물에 대한 냉매 유출측에 설치되어 냉매 온도를 검출하는 제4 온도 센서를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 온도 센서와 상기 제4 온도 센서에 의해 검출된 냉매 온도의 차이의 값에 기초하여 상기 공작물측의 열 부하량을 산출하는 동시에, 상기 제2 온도 센서에 의해 검출된 냉매 온도에 기초하여 상기 PID 연산한 결과를 상기 열 부하량의 산출 결과를 사용하여 보정한 후 상기 제1 전자 팽창 밸브에서의 개도(開度) 제어의 응답성을 향상시키기 위한 피드 포워드 제어를 행하는, 칠러 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉동 사이클은, 상기 전동식 압축기의 냉매 흡입측에 있어서, 상기 증발기의 냉매 토출측에 설치되어 냉매 온도를 검출하기 위한 제3 온도 센서와, 상기 증발기의 냉매 흡입측에서 상기 제1 전자 팽창 밸브보다 상기 냉동 사이클에 구비되는 응축기측에 위치하는 개소와 냉매 토출측을 연결하는 동시에, 제2 스테핑 모터에 의해 구동되는 제2 전자 팽창 밸브가 개재 접속된 냉매 하이패스용의 제1 바이패스(bypass) 유로(流路)를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제3 온도 센서에 의해 검출되는 냉동 사이클측 냉매 온도에 대하여 비례, 적분, 미분을 포함하는 PID 연산한 결과에 기초하여 생성한 펄스 신호에 의해 상기 제2 스테핑 모터를 구동시킴으로써 상기 제2 전자 제어 밸브에서의 개폐를 제어하여 상기 제1 바이패스 유로에서의 냉매 유량을 제어하는, 칠러 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉동 사이클은, 상기 전동식 압축기의 냉매 흡입측에 설치되어 냉매 압력을 검출하는 압력 센서와, 상기 제1 전자 팽창 밸브보다 상기 증발기의 냉매 흡입측에 위치하는 개소와 상기 전동식 압축기의 냉매 토출측을 연결하는 동시에, 제3 스테핑 모터에 의해 구동되는 제3 전자 팽창 밸브가 개재 접속된 냉매 하이패스용의 제2 바이패스 유로를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 압력 센서에 의해 검출되는 상기 냉매 압력에 대하여 비례, 적분, 미분을 포함하는 PID 연산한 결과에 기초하여 생성한 펄스 신호에 의해 상기 제3 스테핑 모터를 구동시킴으로써 상기 제3 전자 제어 밸브에서의 개폐를 제어하여 상기 제2 바이패스 유로에서의 냉매 유량을 제어하는, 칠러 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 냉동 사이클은, 상기 제1 전자 팽창 밸브보다 상기 증발기의 냉매 흡입측에 위치하는 개소와 상기 전동식 압축기의 냉매 토출측을 연결하는 동시에, 제3 스테핑 모터에 의해 구동되는 제3 전자 팽창 밸브가 개재 접속된 냉매 하이패스용의 제2 바이패스 유로를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제3 온도 센서에 의해 검출된 냉매 온도에 대하여 비례, 적분, 미분을 포함하는 PID 연산한 결과에 기초하여 생성한 펄스 신호에 의해 상기 제3 스테핑 모터를 구동시킴으로써 상기 제3 전자 제어 밸브에서의 개폐를 제어하는 동시에, 상기 제3 전자 제어 밸브에서의 개도를 소정량으로 유지하기 위해 생성한 상기 전동식 압축기를 구동시키기 위한 인버터에 대한 구동 제어 신호를 시리얼 통신하고, 상기 전동식 압축기에서의 압축기 회전수를 일정한 범위에서 상기 공작물 온도에 따라 제어하는, 칠러 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 PID 연산에 있어서, 상기 압력 센서에 의해 검출되는 상기 냉매 압력에 대응하는 상기 냉동 사이클측의 냉매 포화 온도를 근사(近似) 곡선으로 치환하여 산출하고, 산출된 상기 냉동 사이클측의 냉매 온도를 사용자에 의한 설정 변경에 의해 상기 설정 온도보다 소정의 온도 범위만큼 낮게 하여 상기 설정 온도에 대한 자동 온도 설정 제어를 행하게 하고, 상기 자동 온도 설정 제어로서, 상기 제3 전자 제어 밸브를 개폐 제어하기 위한 상기 제2 바이패스 유로에서의 상기 냉매 유량의 제어를 행하는, 칠러 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서는, 백금 저항대(抵抗帶)를 사용한 Pt 센서이며, 상기 제3 온도 센서 및 상기 제4 온도 센서는, 열전대를 사용한 열전대 센서인, 칠러 장치.
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