WO2006046394A1

WO2006046394A1 - 冷凍装置

Info

Publication number: WO2006046394A1
Application number: PCT/JP2005/018645
Authority: WO
Inventors: Yuichi Terada; Katsumi Suzuki; Takahiro Yamaguchi; Shinichi Kasahara; Tsuyoshi Yonemori
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2006-05-04
Also published as: TW200619573A; JP2006153418A; TWI272361B

Abstract

　圧縮機（11）の吐出冷媒が少なくとも上記凝縮器（12）及び膨張弁（13）をバイパスして流れるホットガスバイパス回路（15）を設け、このホットガスバイパス回路（15）に流量調整弁（16）を設ける。

Description

明細書

冷凍装置

技術分野

[0001] 本発明は、可変容量圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器とが順に接続された冷媒回路を備え、上記蒸発器が、熱媒体の循環する利用側回路に接続される冷凍装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来より、この種の冷凍装置は、例えば特開 2001 - 165058号公報に開示されているように、工作機械の主軸を冷却する冷却油が熱媒体として循環する冷却油回路 (利用側回路）に接続して、該冷却油を所定温度に冷却するために用いられている。この冷凍装置では、圧縮機としてインバータによる可変容量制御を行うものを用いて、冷却油の温度制御を行うようにしている。

[0003] —解決課題一

しかし、上記冷凍装置では、圧縮機の容量制御範囲でし力蒸発器の冷却能力を調整することができないという問題があった。例えば、圧縮機を最小容量にしたときに、さらに冷却能力を落とす必要がある場合等では、制御を行えなくなるという問題があつた o

[0004] 本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、可変容量圧縮機を用いた冷媒回路で利用側回路の熱媒体を冷却する冷凍装置において、圧縮機の容量制御範囲外までも冷却能力を調整可能とし、従来より広範囲に調整でさるよう〖こすることである。

発明の開示

[0005] 本発明が講じた解決手段は、以下に示すものである。

[0006] 第 1の解決手段は、可変容量圧縮機 (11)と凝縮器 (12)と膨張機構 (13)と蒸発器（ 14)とが順に接続された冷媒回路 (10)を備え、上記蒸発器 (14)が、熱媒体の循環する利用側回路 (20)に接続される冷凍装置を前提としている。

[0007] そして、第 1の解決手段の冷凍装置は、上記蒸発器（14)の冷却能力を抑制し、利用側回路 (20)の冷却負荷の変動状態に応じて冷却能力の抑制量を調節する能力抑制手段（17)を備えていることを特徴としている。

[0008] 上記の解決手段では、冷媒回路（10)内で冷媒が圧縮機（11)、凝縮器 (12)、膨張機構（13)、及び蒸発器（14)を順に流れることにより蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。その際、蒸発器 (14)において冷媒が利用側回路 (20)の熱媒体力も吸熱し、該熱媒体が冷却される。この発明では、圧縮機（11)の運転容量を可変にしているので、冷媒回路（10)における冷媒の循環量を調整して熱媒体の温度制御を行うことができる。

[0009] さらに、この解決手段では、例えば圧縮機（11)の容量を固定した状態でも、能力抑制手段（17)が蒸発器（14)における冷却能力の抑制量を調節することにより、蒸発器 (14)で発揮される冷却能力が調節される。すなわち、能力抑制手段（17)は、圧縮機 (11)の所定の容量に基いて蒸発器（14)で発揮されるべき冷却能力の一部を抑制し、その抑制量を利用側回路 (20)の冷却負荷に応じて増減させる。したがって、圧縮機（11)の容量制御が及ばない範囲まで冷却能力の調整が可能となる。

[0010] また、第 2の解決手段は、可変容量圧縮機 (11)と凝縮器 (12)と膨張機構 (13)と蒸発器 (14)とが順に接続された冷媒回路 (10)を備え、上記蒸発器 (14)が、熱媒体の循環する利用側回路 (20)に接続される冷凍装置を前提としている。

[0011] そして、第 2の解決手段の冷凍装置は、上記圧縮機（11)の吐出冷媒が少なくとも上記凝縮器（12)及び膨張機構（13)をバイパスして流れるホットガスバイパス回路（15 )を備え、該ホットガスバイパス回路（15)に流量調整弁（16)が設けられて、ることを特徴としている。

[0012] 上記の解決手段では、冷媒回路（10)内で冷媒が圧縮機（11)、凝縮器 (12)、膨張機構（13)、及び蒸発器（14)を順に流れることにより蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。その際、蒸発器 (14)において冷媒が利用側回路 (20)の熱媒体力も吸熱し、該熱媒体が冷却される。この解決手段では、圧縮機（11)の運転容量を可変にしているので、冷媒回路（10)における冷媒の循環量を調整して熱媒体の温度制御を行うことができるうえ、ホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)の開度を調整することにより、冷媒回路（10)の流量を調整することもできる。例えば、圧縮機（11)を所定容量で固定した場合では、流量調整弁（16)を開度調整してホットガスバイパス回路（15 )の流量を増減させると、蒸発器（14)の冷却能力を増減させる制御が可能となる。また、圧縮機（11)を最小容量にしたときに流量調整弁（16)の開度を大きくしてホットガスパイパス回路（15)の流量を増やすようにすると、蒸発器（14)の冷却能力をさらに落とす制御が可能となる。したがって、圧縮機（11)の容量制御が及ばない範囲まで冷却能力の調整が可能となる。

[0013] また、第 3の解決手段は、上記第 1の解決手段において、能力抑制手段（17)が、圧縮機 (11)の吐出冷媒が少なくとも凝縮器 (12)及び膨張機構 (13)をバイパスして流れて蒸発器（14)の冷却能力を抑制するホットガスバイパス回路（15)を備え、該ホットガスバイパス回路（15)に流量調整弁（16)が設けられてヽる。

[0014] そして、上記流量調整弁（16)は、利用側回路 (20)の冷却負荷が増大すると、流量を減少させて冷却能力の抑制量が減少するように調整され、利用側回路 (20)の冷却負荷が減少すると、流量を増大させて冷却能力の抑制量が増大するように調整されることを特徴としている。

[0015] 上記の解決手段では、流量調整弁（16)の開度調整により、蒸発器（14)における冷却能力の抑制量が調節される。つまり、圧縮機（11)を所定容量で固定した状態においても、冷却負荷が増大した場合は、冷却能力の抑制量が減少させて発揮される冷却能力を増大させ、冷却負荷が減少した場合は、冷却能力の抑制量を増大させて発揮される冷却能力を減少させる。

[0016] また、第 4の解決手段は、上記第 2又は第 3の解決手段において、ホットガスバイパス回路（15)の出口側が蒸発器（14)の入口側に接続されていることを特徴としている

[0017] 上記の解決手段では、圧縮機（11)力も吐出された冷媒は、一部が凝縮器 (12)、膨張機構 (13)及び蒸発器 (14)を順に流れて再び圧縮機 (11)に吸入され、他の一部が凝縮器 (12)及び膨張機構 (13)を流れずに、蒸発器 (14)のみを通って圧縮機 (11) に吸入される。すなわち、本発明では、流量調整弁（16)を開度調整することにより、蒸発器（14)を流れる冷媒のェンタルビが増減し、蒸発器（14)における冷却能力の抑制量が調節される。 [0018] また、第 5の解決手段は、上記第 2又は第 3の解決手段において、ホットガスノィパス回路（15)の出口側が圧縮機（11)の吸入側に接続されていることを特徴としている

[0019] 上記の解決手段では、圧縮機（11)力も吐出された冷媒は、一部が凝縮器 (12)、膨張機構 (13)及び蒸発器 (14)を順に流れて再び圧縮機 (11)に吸入され、他の一部が凝縮器 (12)、膨張機構 (13)及び蒸発器 (14)を流れずに圧縮機 (11)に吸入される。すなわち、本発明では、流量調整弁（16)を開度調整することにより、蒸発器 (14)を流れる冷媒流量が増減し、蒸発器（14)における冷却能力の抑制量が調節される。

[0020] また、第 6の解決手段は、上記第 2又は第 3の解決手段において、冷媒回路（10)の膨張機構 (13)が開度を制御可能な膨張弁 (13)であることを特徴としている。

[0021] 上記の解決手段では、圧縮機（11)の運転容量を変化させるとともにホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)を調整し、さらに冷媒回路（10)の膨張弁 (13)を開度調整することにより、蒸発器（14)の冷却能力を正確に制御できるため、利用側回路（ 20)の熱媒体をより正確に温度調整することが可能となる。

[0022] また、第 7の解決手段は、上記第 2又は第 3の解決手段において、利用側回路 (20) の冷却負荷が比較的大きい高負荷領域ではホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)が閉じられ、該冷却負荷が高負荷領域よりも小さい低負荷領域ではホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)が開かれることを特徴としている。

[0023] 上記の解決手段では、低負荷領域においてホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)の開度を大きくすることにより、蒸発器（14)の冷却能力を簡単に低下させることが可能となる。

[0024] また、第 8の解決手段は、上記圧縮機（11)力インバータによる容量制御を行うインバータ圧縮機（11)により構成されるとともに、上記膨張機構 (13)が開度を制御可能な膨張弁 (13)により構成され、上記圧縮機（11)の吐出冷媒が上記凝縮器 (12)及び膨張機構（13)をバイパスして流れるように蒸発器（14)の入口側に接続されたホットガスバイパス回路（15)を備え、該ホットガスバイパス回路（15)に流量調整弁（16)が設けられ、利用側回路 (20)が、工作機械の主軸を冷却する冷却油を熱媒体とする回路であることを特徴として、る。 [0025] 上記の解決手段では、圧縮機（11)の運転容量をインバータにより制御するとともに、ホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)を制御することにより、圧縮機（11) の運転容量だけを制御する場合に比べて冷却能力を広範囲に亘つて制御することが可能となる。また、さらに冷媒回路（10)の膨張弁 (13)の開度を制御することにより、工作機械の冷却油を正確な温度に制御することが可能となる。

[0026] 効果

したがって、第 1の解決手段によれば、圧縮機（11)の運転容量を変更して蒸発器（ 14)の冷却能力を調節することができるうえ、蒸発器（14)における冷却能力を抑制し、その抑制量を冷却負荷の変動に応じて調節するようにしたので、圧縮機（11)の容量を固定した状態においても、蒸発器（14)の冷却能力を調節することができる。したがって、圧縮機（11)の容量制御が及ばない範囲まで冷却能力を制御することができ、冷却能力を従来より広範囲に調整することができる。

[0027] また、第 2または第 3の解決手段によれば、圧縮機（11)の運転容量を変更することにより、冷媒回路（10)における冷媒の循環量を調整して熱媒体の温度制御を行うことができるうえ、ホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)の開度を調整することにより冷媒回路（10)の冷媒流量を調整することもできる。そして、例えば、圧縮機（11 )を最小容量にしたときにホットガスバイパス回路（15)を開き、該ホットガスノィパス回路（15)の流量を増やすようにすると、蒸発器（14)の冷却能力をさらに落とす制御が可能となるので、冷却能力を従来より広範囲に調整することが可能となる。

[0028] また、ホットガスバイパス回路（15)は、圧縮機（11)の最小容量においてのみ使用するのに限らず、圧縮機（11)の最大容量から最小容量まで任意の運転容量で使用することも可能であるため、冷媒回路の制御の自由度が高くなる。

[0029] また、ホットガスバイパス回路（15)を用いると、圧縮機（11)の能力を最小容量まで絞っても過度に低温低圧にならないので、圧縮機の信頼性を高めることができるとともに、熱媒体が水である場合に凍結も防止できる。

[0030] また、圧縮機（11)力ンバータによって周波数制御される場合、その周波数制御を行うよりも、流量調整弁 (16)を制御した方が応答性が速ぐ蒸発器 (14)の冷却能力を速やかに増減させることができる。したがって、特に急激な冷却負荷の変動に対する冷却能力の追従性を向上させることができる。この結果、利用側回路 (20)の熱媒体の制御温度を安定させることができる。

[0031] また、第 4の解決手段によれば、ホットガスバイパス回路（15)の出口側を蒸発器（14 )の入口側に接続することにより、冷却能力を圧縮機（11)の容量制御が及ばない範囲まで調整できると共に、速やかに調整できる。したがって、従来より広範囲で且つ応答性の高い冷却能力の制御が可能となる。

[0032] また、第 5の解決手段によれば、ホットガスバイパス回路（15)の出口側を圧縮機（11 )の吸入側に接続することにより、冷却能力を圧縮機（11)の容量制御が及ばない範囲まで調整できると共に、速やかに調整できる。したがって、従来より広範囲で且つ応答性の高い冷却能力の制御が可能となる。

[0033] また、第 6の解決手段によれば、冷媒回路 (10)の膨張機構 (13)を開度制御可能な膨張弁 (13)にしているので、圧縮機（11)の運転容量を変化させるとともにホットガスバィパス回路（15)の流量調整弁（16)を調整し、さらに冷媒回路（10)の膨張弁 (13)を開度調整することができる。こうすることにより、蒸発器（14)の冷却能力を正確に制御できるため、利用側回路 (20)の熱媒体をより正確に温度調整することが可能となる。

[0034] また、第 7の解決手段によれば、高負荷領域ではホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)を開かず、低負荷領域においてだけ該流量調整弁（16)を開くことにより蒸発器 (14)の能力制御を簡素化できる。また、一般に可変容量圧縮機 (11)を大容量で使用する高負荷領域ではホットガスバイパス回路（15)を開力ないので、圧縮機の動力の無駄も生じない。

[0035] また、第 8の解決手段によれば、冷媒回路（10)の圧縮機（11)をインバータ圧縮機（ 11)により構成するとともに膨張機構 (13)を開度制御可能な膨張弁 (13)により構成し、さらに流量調整弁（16)を有するホットガスバイパス回路（15)を設けて、るので、蒸発器（14)の冷却能力を広範囲で正確に制御することが可能になる。

図面の簡単な説明

[0036] [図 1]図 1は、実施形態 1に係る冷凍装置の冷媒回路図である。

[図 2]図 2は、インバータ圧縮機と流量調整弁の制御状態を示すグラフである。

[図 3]図 3は、負荷変動に対するインバータ圧縮機及び流量調整弁の制御を示す特 '性図である。

[図 4]図 4は、圧縮機の周波数と能力との関係を示すグラフである。

[図 5]図 5は、実施形態 2に係る冷凍装置の冷媒回路図である。

[図 6]図 6は、実施形態 3に係る負荷変動に対するインバータ圧縮機及び流量調整弁の制御を示す特性図である。

[図 7]図 7は、その他の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。

[図 8]図 8は、その他の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。

[図 9]図 9は、その他の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。

[図 10]図 10は、その他の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。

[図 11]図 11は、その他の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。

[図 12]図 12は、その他の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。

符号の説明

[0037] (1) 冷凍装置

(10) 冷媒回路

(11) インバータ圧縮機 (可変容量圧縮機）

(12) 凝縮器

(13) 電動膨張弁 (膨張機構）

(14) 蒸発器

(15) ホットガスバイパス回路

(16) 流量調整弁 (電動弁）

(17) 能力抑制手段

(20) 冷却油回路 (利用側回路）

(21) 工作機械 (主軸）

発明を実施するための最良の形態

[0038] 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

[0039] 《発明の実施形態 1》

本実施形態 1の冷凍装置（1)は、図 1に示すように、工作機械の回転部分である主軸 (21)を冷却するための冷却油が熱媒体として循環する利用側回路としての冷却油回路 (20)に接続して、該冷却油を所定温度に冷却する冷媒回路（10)を備えている。この冷媒回路 (10)は、可変容量圧縮機 (11)と凝縮器 (12)と膨張機構 (13)と蒸発器 ( 14)とを順に接続することにより構成された閉回路であり、上記冷却油回路 (20)が上記蒸発器（14)に接続されている。

[0040] 上記圧縮機（11)は、電動機をインバータ制御することにより運転容量を制御することのできるインバータ圧縮機（11)により構成されている。また、上記膨張機構（13)は、開度を連続的に制御可能な電動膨張弁（13)により構成されている。

[0041] 上記冷媒回路（10)には、ホットガスバイパス回路（15)が設けられている。このホットガスバイパス回路（15)は、圧縮機（11)の吐出冷媒が凝縮器 (12)及び電動膨張弁（1 3)をバイパスして流れる回路である。この実施形態 1では、該ホットガスバイパス回路 (15)の出口側が蒸発器（14)の入口側に接続されている。また、このホットガスバイパス回路（15)の途中には、流量調整弁（16)として、開度を連続的に変化させることができる電動弁力^つ設けられている。そして、上記ホットガスバイパス回路（15)及び流量調整弁（16)は、蒸発器 (14)における冷却能力の抑制量を調節する能力抑制手段 (17)を構成している。

[0042] この冷凍装置（1)は、図 2 (B)に示すように、上記ホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16) (図中では、「HG弁」と記載する。）を、冷却油回路 (20)の冷却負荷が比較的大きい高負荷領域では閉じる一方、その冷却負荷が高負荷領域よりも小さい低負荷領域では開度調節するように構成されている。また、図 2 (A)に示すように、ィンバータ圧縮機（11)については、高負荷領域でのみ容量制御を行い、低負荷領域では容量制御を行わないようにしている。以上の制御を行うことにより、図 2 (C)に示すように負荷の変動に対して冷却能力を無段階で連続的に変化させることができる。

[0043] つまり、上記能力抑制手段（17)は、低負荷領域において、その冷却負荷が増大した場合、流量調整弁（16)の開度を小さくして冷却能力の抑制量を減少させ、逆に冷却負荷が減少した場合、流量調整弁 (16)の開度を大きくして冷却能力の抑制量を増大させるように構成されている。要するに、上記能力抑制手段（17)は、ホットガスバィパス回路（15)の流量を調節することにより、蒸発器（14)を流れる冷媒のェンタルピを増減させて冷却能力の抑制量を調節して、る。 [0044] 運転動作

次に、この冷凍装置（1)の運転動作について説明する。

[0045] 上記冷媒回路（10)において、圧縮機（11)力も吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器（12)を流れるときに空気と熱交換をして凝縮し、液化する。この液冷媒は電動膨張弁（13)において膨張し、低圧の気液二相冷媒となる。そして、この気液二相冷媒が蒸発器（14)を流れるときに冷却油回路 (20)の冷却油から吸熱してガス化するとともに、その際に上記冷却油が所定温度に冷却される。上記蒸発器（14)でガス化した冷媒は、圧縮機（11)に戻り、以上の圧縮、凝縮、膨張、蒸発の各行程が順に繰り返される。

[0046] 本実施形態では、図 2に示すように、高負荷領域では、ホットガスバイパス回路（15) の流量調整弁（16)を「閉」にした状態でインバータの周波数制御を行うことで、蒸発器（14)の冷却能力を調整する。つまり、この高負荷領域では、能力抑制手段（17)による冷却能力の抑制量はゼロである。

[0047] 一方、負荷がそれよりも小さい低負荷領域では、例えば、インバータの周波数を最小周波数に固定した状態でホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)の開度制御を行うことで、蒸発器（14)の冷却能力を調整する。このように、本実施形態では、低負荷側では流量調整弁（16)のみを調整し、高負荷側ではインバータの周波数のみを調整することで、能力を連続的に変化させることができる。すなわち、上記圧縮機 (11)の容量制御が及ばな!/、低能力の範囲まで蒸発器 (14)の冷却能力を調節することができる。

[0048] 次に、上記低負荷領域の流量調整弁（16)の開度制御範囲において、例えば、図 3 に示すように、冷却負荷が急激に増大した場合（図 3(A)参照）について説明する。なお、この冷却負荷の増大は、高負荷領域まで及ぶものではない。

[0049] この場合、インバータの周波数を最小周波数に固定したまま（図 3(B)参照）、流量調整弁（16)の開度を小さくする（図 3(C)参照)。つまり、上記ホットガスバイパス回路（ 15)の流量が減少し、蒸発器（14)における冷却能力の抑制量が減少する。これにより、蒸発器 (14)で発揮される冷却能力が速やかに増大する（図 3(D)参照)。したがって、冷却油の制御温度を安定させることができる（図 3(E)参照)。また、図示しないが、冷却負荷が急激に減少した場合は、蒸発器（14)で発揮される冷却能力が速やかに減少し、上記と同様に冷却油の制御温度を安定させることができる。すなわち、本実施形態では、インバータ圧縮機（11)の容量制御と比べて、急激な冷却負荷の変動に対する能力制御の応答性が向上する。インバータの周波数制御では、圧縮機を保護するという理由力周波数の変化速度が制限されるので、容量が段階的に変化することになる。これにより、蒸発器（14)の冷却能力の追従が遅れてしまう。ところが、本実施形態では、冷却能力を速やかに変化させることができる。

[0050] なお、本実施形態では、低負荷領域で且つインバータの周波数を最小周波数に固定した状態で流量調整弁（16)の開度制御を行うようにしたが、例えば、高負荷領域で且つインバータの周波数を最大周波数に固定した状態で流量調整弁（16)の開度制御を行うようにしてもよい。この場合も、圧縮機（11)の容量制御が及ばない範囲まで冷却能力の調整が可能になると共に、急激な負荷変動に対する冷却能力の応答性が向上する。

[0051] 一実施形態 1の効果

従来はインバータ圧縮機（11)の容量可変範囲でしか蒸発器 (14)の冷却能力を制御できな力つたのに対し、本実施形態 1では、図 4 (A)に示すように、インバータ周波数を下限値に設定することで圧縮機（11)の運転容量を最小にした状態でホットガスノィパス回路（15)を開き、該ホットガスバイパス回路（15)の流量を増やすようにすることで、蒸発器（14)の冷却能力をさらに低下させる制御が可能となる。こうすることにより、インバータ圧縮機（11)のみを用いた従来の冷凍装置（1)に比べて、蒸発器（14 )における冷却能力の下限値をさらに低下させ、制御可能範囲を拡げることが可能になる。

[0052] また、インバータ圧縮機（11)の運転容量を制御しながら冷却能力をさらに低下させる制御を行うには、ホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)を制御しても、冷媒回路（10)の電動膨張弁（13)を制御してもよ、が、流量調整弁（16)を制御する方が電動膨張弁（13)を制御するよりも分解能が高ぐ正確な制御が可能となる。

[0053] なお、上記実施形態では、ホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)を圧縮機（11)の運転容量が最小容量になって、るときにだけ制御するようにして、るが、流量調整弁（16)の制御はインバータの周波数全域で行ってもよぐそうすると図 4 (B) に斜線で示す範囲で冷却能力を制御できる。

[0054] その場合、インバータ圧縮機（11)の周波数制御を行うよりも、流量調整弁（16)を制御した方が応答性が速ぐ蒸発器（14)の冷却能力を速やかに増減させることができる。したがって、特に急激な冷却負荷の変動に対しても迅速且つ正確な制御が可能となり、冷却油の制御温度を安定させることができる。つまり、本実施形態 1では、蒸発器（14)で発揮されるべき冷却能力を抑制し、その抑制量を調節するようにしたので、冷却能力を速やかに変化させることができる。ただし、インバータ圧縮機（11)を制御した方がエネルギ効率は向上する。

[0055] また、インバータ圧縮機（11)の周波数とホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁

(16)と冷媒回路（10)の電動膨張弁（13)の 3つを同時に制御すると、ホットガスバイパス回路（15)による対応能力幅が広がるため、制御の応答性が向上する。さらに、このようにすると、図 4 (C)に示すようにその周波数での最大冷却能力からゼロ能力以下（加熱）にまで能力を制御することも可能になる。

[0056] 《発明の実施形態 2》

本実施形態 2の冷凍装置（1)は、実施形態 1の能力抑制手段（17)のホットガスバイパス回路（15)の構成を変更した例である。

[0057] 図 5に示すように、この実施形態 2のホットガスバイパス回路（15)は、出口側が圧縮機（11)の吸入側に接続されており、上記圧縮機（11)の吐出冷媒が上記凝縮器 (12) 、膨張機構（13)及び蒸発器（14)をバイパスして流れるようになつている。また、このホットガスバイパス回路（15)の途中には、流量調整弁（16)として、上記実施形態 1と同様に開度を連続的に調整することのできる電動弁が 1つ設けられている。つまり、上記能力抑制手段（17)は、ホットガスバイパス回路（15)の流量を調節することにより、蒸発器（14)を流れる冷媒流量を増減させて冷却能力の抑制量を調節して、る。

[0058] この実施形態 2においても、上記ホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)を、冷却油回路 (20)の冷却負荷が比較的大きい高負荷領域で閉じる一方、その冷却負荷が高負荷領域よりも小さヽ低負荷領域で開くようにしてヽる。

[0059] 次に、この冷凍装置（1)の運転動作について説明する。 [0060] 上記冷媒回路（10)において、圧縮機（11)力も吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器（12)を流れるときに空気と熱交換をして凝縮し、液化する。この液冷媒は電動膨張弁（13)において膨張し、低圧の気液二相冷媒となる。そして、この気液二相冷媒が蒸発器（14)を流れるときに冷却油回路 (20)の冷却油から吸熱してガス化するとともに、その際に上記冷却油が所定温度に冷却される。蒸発器（14)でガス化した冷媒は圧縮機（11)に戻り、以上の圧縮、凝縮、膨張、蒸発の各行程が順に繰り返される。

[0061] この実施形態 2においても、インバータ圧縮機 (15)の容量制御と、ホットガスバイパス回路（15)における流量調整弁（16)の開度制御とを行うとともに、さらに冷媒回路の電動膨張弁 (13)の開度制御を行うことにより、蒸発器 (14)の冷却能力を連続的に制御することができる。

[0062] 本実施形態においても、インバータ圧縮機（11)を用いた冷媒回路にホットガスバイノス回路（15)を設けたことによって、インバータ圧縮機（11)のみを用いた従来の冷凍装置（1)に比べて、蒸発器（14)における冷却能力の下限値をさらに低下させ、制御可能範囲を拡げることが可能になると共に、急激な冷却負荷の変動に対する冷却能力の応答性が向上する。その他の構成、作用及び効果は上記実施形態 1と同様である。

[0063] 《発明の実施形態 3》

本実施形態 3の冷凍装置（1)は、実施形態 1の能力抑制手段（17)の制御方法を変更した例である。つまり、本実施形態 3は、図 6に示すように、工作機械側から冷却負荷の変動信号を事前に受け取るようにしたものである。

[0064] 具体的に、本実施形態では、冷却負荷が例えば増大する所定時間前に増大の変動信号を受け取ると、インバータの周波数を例えば最大周波数まで増大させて固定する（図 6(B)参照)。その際、流量調整弁 (16)の開度も大きくする（図 6(C)参照)。そして、実際に冷却負荷が増大すると（図 6(A)参照）、インバータを最大周波数で固定したまま、流量調整弁（16)の開度を小さくする（図 6(C)参照)。続いて、冷却負荷が減少すると、再び流量調整弁（16)の開度を大きくして所定時間が経過するまで保持する。この所定時間が経過するまで、インバータを最大周波数で固定させる。この場合も、蒸発器 (14)で発揮される冷却能力が速や力に増大し (図 6(D)参照)、冷却油の制御温度を安定させることができる（図 6(E)参照)。なお、冷却負荷が減少する場合は、予めインバータを所定周波数まで減少させることになる。

[0065] このように、本実施形態では、冷却負荷が変動する前にインバータの周波数を変動状態に応じて予め変更するようにしたので、冷却能力を無駄に抑制することがなぐ圧縮機（11)のエネルギー効率を向上させることができる。その他の構成、作用及び効果は実施形態 1と同様である。

[0066] 《その他の実施形態》

本発明は、上記各実施形態について、以下のような構成としてもよい。

[0067] 例えば、上記ホットガスバイパス回路（15)の途中に流量調整弁（16)として電動弁を用いたのに代えて、図 7及び図 8に示すようにホットガスバイパス回路（15)の入口側の接続点や、図 9及び図 10に示すようにホットガスバイノス回路（15)の出口側の接続点の一方に、流量調整が可能な三方弁を設けるようにしてもよい。

[0068] また、上記ホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)は、図 11及び図 12に示すように、例えば 3つの電磁弁（16a, 16b,16c)を並列にして設けるようにしてもよい。この場合、各電磁弁（16a,16b,16c)を開閉させることにより、ホットガスバイパス回路（15 )の流量が段階的に増減され、冷却能力の抑制量が調節される。なお、電磁弁の数量はこれに限らず、多いほど連続的に近い流量制御を行うことができる。また、電磁弁とキヤビラリチューブを直列に接続したものを複数並列にして設けてもよい。

[0069] さらに、上記実施形態では利用側回路 (20)の熱媒体が工作機械の冷却油である場合について説明したが、熱媒体は、放電加工の加工液 (水や油）、工作機械のヮークを移動させるベッドのァクチユエータ（リニアモータなど）の冷却液、レーザー加工機の発振部の冷却液、あるいは半導体の冷却液など、発熱体を直接的あるいは間接的に冷却する各種液体としてもょヽ。

産業上の利用可能性

[0070] 以上説明したように、本発明は、可変容量圧縮機 (11)と凝縮器 (12)と膨張機構 (13 )と蒸発器 (14)とが順に接続された冷媒回路 (10)を備え、上記蒸発器 (14)が、熱媒体の循環する利用側回路に接続される冷凍装置（ 1 )につ 1、て有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 可変容量圧縮機 (11)と凝縮器 (12)と膨張機構 (13)と蒸発器 (14)とが順に接続された冷媒回路 (10)を備え、上記蒸発器 (14)が、熱媒体の循環する利用側回路 (20) に接続される冷凍装置であって、

上記蒸発器 (14)の冷却能力を抑制し、利用側回路 (20)の冷却負荷の変動状態に応じて冷却能力の抑制量を調節する能力抑制手段（17)を備えていることを特徴とする冷凍装置。

[2] 可変容量圧縮機 (11)と凝縮器 (12)と膨張機構 (13)と蒸発器 (14)とが順に接続された冷媒回路 (10)を備え、上記蒸発器 (14)が、熱媒体の循環する利用側回路 (20) に接続される冷凍装置であって、

上記圧縮機 (11)の吐出冷媒が少なくとも上記凝縮器 (12)及び膨張機構 (13)をバイパスして流れるホットガスバイパス回路（15)を備え、該ホットガスノィパス回路（15 )に流量調整弁（16)が設けられていることを特徴とする冷凍装置。

[3] 請求項 1に記載の冷凍装置において、

能力抑制手段 (17)は、圧縮機 (11)の吐出冷媒が少なくとも凝縮器 (12)及び膨張機構（13)をバイパスして流れて蒸発器（14)の冷却能力を抑制するホットガスバイパス回路（15)を備え、該ホットガスバイパス回路（15)に流量調整弁（16)が設けられ、上記流量調整弁（16)は、利用側回路 (20)の冷却負荷が増大すると、流量を減少させて冷却能力の抑制量が減少するように調整され、利用側回路 (20)の冷却負荷が減少すると、流量を増大させて冷却能力の抑制量が増大するように調整されることを特徴とする冷凍装置。

[4] 請求項 2又は 3に記載の冷凍装置において、

ホットガスバイパス回路（15)の出口側が蒸発器（14)の入口側に接続されていることを特徴とする冷凍装置。

[5] 請求項 2又は 3に記載の冷凍装置において、

ホットガスバイパス回路（15)の出口側が圧縮機（11)の吸入側に接続されていることを特徴とする冷凍装置。

[6] 請求項 2又は 3に記載の冷凍装置において、冷媒回路 (10)の膨張機構 (13)が開度を制御可能な膨張弁 (13)であることを特徴とする冷凍装置。

[7] 請求項 2又は 3に記載の冷凍装置において、

利用側回路 (20)の冷却負荷が比較的大き!/、高負荷領域ではホットガスバイパス回路（15)の流量調整弁（16)が閉じられ、該冷却負荷が高負荷領域よりも小さ!/、低負荷領域ではホットガスノィパス回路（15)の流量調整弁（16)が開かれることを特徴とする冷凍装置。

[8] 可変容量圧縮機 (11)と凝縮器 (12)と膨張機構 (13)と蒸発器 (14)とが順に接続された冷媒回路 (10)を備え、上記蒸発器 (14)が、熱媒体の循環する利用側回路 (20) に接続される冷凍装置であって、

上記圧縮機（11)力 Sインバータによる容量制御を行うインバータ圧縮機（11)により構成されるとともに、上記膨張機構 (13)が開度を制御可能な膨張弁（13)により構成され、

上記圧縮機 (11)の吐出冷媒が上記凝縮器 (12)及び膨張機構 (13)をバイパスして流れるように蒸発器（14)の入口側に接続されたホットガスバイノス回路（15)を備え、該ホットガスバイパス回路（15)に流量調整弁（16)が設けられ、

利用側回路 (20)が、工作機械の主軸を冷却する冷却油を熱媒体とする回路であることを特徴とする冷凍装置。