WO2022224689A1 - 冷凍式チラー - Google Patents

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足立真
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    • F25B2700/21171—Temperatures of an evaporator of the fluid cooled by the evaporator
    • F25B2700/21173—Temperatures of an evaporator of the fluid cooled by the evaporator at the outlet

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration chiller that adjusts the temperature of a load by supplying temperature-controlled coolant to the load.
  • Refrigeration chillers or coolant circulation devices that keep the temperature of a load constant by supplying a temperature-regulated coolant to the load are known, for example, as described in US Pat.
  • This known coolant circulation system includes a coolant circuit that supplies coolant to a load, a refrigeration circuit that adjusts the temperature of the coolant through heat exchange between the coolant and the coolant, and a circuit that connects the coolant and the coolant. and a heat exchanger for heat exchange.
  • the refrigeration circuit includes a compressor that compresses the refrigerant, a condenser that cools the high-temperature refrigerant discharged from the compressor, and a first electronic expansion valve that sends the low-temperature refrigerant sent from the condenser to the heat exchanger.
  • the temperature of the cooling liquid is maintained at a constant temperature suitable for cooling or heating the load, and the cooling liquid The temperature of the load is kept constant by cooling or heating the load.
  • the known cooling liquid circulation system is suitable for cooling or heating the load. Since it is configured to keep the temperature of the load constant by keeping the temperature constant, it cannot be immediately applied to usage in which the temperature of the load is gradually changed, and some improvement is required to apply it. I needed to do it.
  • a technical problem of the present invention is to provide a refrigeration chiller suitable for gradually changing the temperature of the load to the target temperature over a certain period of time.
  • a refrigeration chiller includes a cooling liquid circuit that supplies temperature-controlled cooling liquid to a load, and adjusts the temperature of the cooling liquid by heat exchange between the cooling liquid and refrigerant.
  • a calculation unit that calculates the gradient of the temperature change as a target temperature gradient from the It is characterized by having a part.
  • the refrigeration circuit includes a compressor that compresses refrigerant, a condenser that cools high-temperature refrigerant discharged from the compressor, and a first refrigerant that sends low-temperature refrigerant sent from the condenser to the heat exchanger.
  • an electronic expansion valve and a second electronic expansion valve for sending high-temperature refrigerant discharged from the compressor to the heat exchanger, wherein the control unit divides the adjustment time into a plurality of time zones, For each zone, the current target temperature in the time zone is calculated from the target temperature gradient and the elapsed time in the time zone, and the current target temperature is compared with the current temperature of the coolant measured by the temperature sensor.
  • the temperature of the refrigerant supplied to the heat exchanger is adjusted by adjusting the opening degrees of the first electronic expansion valve and the second electronic expansion valve based on the comparison result.
  • a refrigeration chiller includes a coolant circuit that supplies a temperature-controlled coolant to a load, a refrigeration circuit that adjusts the temperature of the coolant by heat exchange between the coolant and the refrigerant, and the It has a heat exchanger that exchanges heat between the cooling liquid and the refrigerant, and a control unit that controls the entire chiller.
  • control unit includes a temperature setting unit that sets an initial setting temperature and an adjustment target temperature of the load, and a time setting unit for setting an adjustment time for changing the temperature from the initial temperature to the adjustment target temperature; a calculation unit for calculating a gradient of temperature change as a target temperature gradient from the set initial temperature, the adjustment target temperature, and the adjustment time; and a temperature control unit that adjusts the temperature of the coolant supplied to the heat exchanger so that the temperature of the load changes following the target temperature gradient to change the temperature of the cooling liquid. do.
  • the refrigerating circuit includes a compressor for compressing refrigerant, a condenser for cooling high-temperature refrigerant discharged from the compressor, and a first electronic circuit for sending low-temperature refrigerant sent from the condenser to the heat exchanger.
  • control unit divides the adjustment time into a plurality of time zones, each time, the current target temperature in the time domain is calculated from the target temperature gradient and the elapsed time in the time domain, and the current target temperature is compared with the current temperature of the load measured by the load temperature sensor, It is desirable that the temperature of the refrigerant supplied to the heat exchanger is adjusted by adjusting the opening degrees of the first electronic expansion valve and the second electronic expansion valve based on the comparison result.
  • the target temperature gradient is calculated from the adjustment target temperature and the adjustment time when adjusting the temperature of the load, and the load is adjusted to the target temperature by changing the coolant temperature following this target temperature gradient. Since the temperature is changed, the temperature of the load can be changed gradually and precisely over a long period of time to the target temperature.
  • Fig. 1 shows one embodiment of a refrigeration chiller according to the present invention.
  • This chiller 1 changes the temperature of the load 2 from the temperature at the start of adjustment to a target temperature, and supplies the load 2 with a cooling liquid whose temperature is adjusted to suit the temperature adjustment of the load 2.
  • a circuit 3 a refrigeration circuit 4 that adjusts the temperature of the cooling liquid by heat exchange between the cooling liquid and the refrigerant, a heat exchanger 5 that exchanges heat between the cooling liquid and the refrigerant, and a control that controls the entire chiller a part 6;
  • the heat exchanger 5 has a refrigerant pipe 5a (evaporator) through which the refrigerant flows, and a cooling liquid pipe 5b through which the cooling liquid flows.
  • the coolant not only cools the load 2, but also heats the load 2 by making the temperature of the coolant higher than the temperature of the load 2.
  • the load 2 is a liquid, such as a concentrate of craft beer.
  • the cooling liquid circuit 3 includes a tank 7 containing the cooling liquid, a pump 8 for supplying the cooling liquid in the tank 7 to the load 2, and a supply line for connecting a supply side load pipe 2a of the load 2.
  • a return-side connection port 9b for connecting the side connection port 9a and the return-side load pipe 2b, a supply-side temperature sensor 10 for detecting the temperature of the cooling liquid supplied to the load 2, and the cooling returned from the load 2. and a return-side temperature sensor 11 for detecting the temperature of the liquid.
  • the suction port 8a of the pump 8 is connected to the outlet 7b of the tank 7 by a first supply pipe 12, the discharge port 8b of the pump 8 is connected to the supply side connection port 9a by a second supply pipe 13, The supply-side temperature sensor 10 and the pressure sensor 14 are connected to the second supply pipe 13 .
  • the return-side connection port 9b is connected to one end of the coolant pipe 5b of the heat exchanger 5 via a first return pipe 15, and the other end of the coolant pipe 5b is connected to the tank via a second return pipe 16. 7 and the return side temperature sensor 11 is connected to the first return pipe 15 .
  • a level switch 17 for monitoring the liquid level of the coolant is provided inside the tank 7.
  • a drain discharge pipe 18 is connected to the first supply pipe 12, and the drain discharge pipe 18 is connected to a drain discharge port. 19 are provided.
  • the pump 8, supply-side temperature sensor 10, return-side temperature sensor 11, pressure sensor 14, and level switch 17 are electrically connected to the control unit 6, and the control unit 6 controls or monitors each device.
  • the coolant in the tank 7 is supplied to the load 2 by the pump 8 through the second supply pipe 13 and the supply-side load pipe 2a to adjust the temperature of the load 2.
  • the coolant whose temperature is changed by adjusting the temperature of the load 2 flows back to the first return pipe 15 through the return side load pipe 2b, and the heat exchanger 5 performs heat exchange with the refrigerant to adjust the temperature. After that, it returns to the inside of the tank 7 .
  • the refrigerating circuit 4 includes a compressor 20 that compresses a gaseous refrigerant and discharges it as a high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant, and a compressor 20 that cools the gaseous refrigerant sent through a first pipe 21 from the compressor 20 to a low temperature.
  • a first electronic expansion valve 24 that expands the refrigerant sent from the condenser 22 through a second pipe 23 and converts it into a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant; 3.
  • the evaporator 5a evaporates the liquid refrigerant sent through the pipe 25 by heat exchange with the cooling liquid to produce a low-pressure gaseous refrigerant.
  • the gaseous refrigerant coming out of the evaporator 5a is returned to the compressor 20 through the fourth pipe 26.
  • the first pipe 21 and the third pipe 25 are connected by a bypass pipe 27, through which the high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 20 is sent to the evaporator 5a.
  • a two-electron expansion valve 28 is connected.
  • the condenser 22 is an air-cooled condenser that cools the refrigerant by a fan 22b driven by an electric motor 22a, and its rotation speed is controlled according to the pressure of the refrigerant measured by a first refrigerant pressure sensor 31, which will be described later. .
  • the pump 8 and the compressor 20 are fully operated at a fixed number of revolutions by a commercial power source.
  • a first refrigerant temperature sensor 29 for detecting the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 20 is connected to the first pipe 21, and gaseous refrigerant returning to the compressor 20 is connected to the fourth pipe 26.
  • a second refrigerant temperature sensor 30 is connected to detect the temperature.
  • the first refrigerant pressure sensor 31 for measuring the pressure of the high-pressure refrigerant is connected to the second pipe 23, and the second refrigerant pressure sensor for measuring the pressure of the low-pressure refrigerant is connected to the fourth pipe 26. 32 are connected.
  • the refrigerant temperature sensor 30 is electrically connected to the control section 6, and the control section 6 controls or monitors each device.
  • the high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 20 is sent to the condenser 22 through the first pipe 21, and cooled by the condenser 22 to become a low-temperature and high-pressure liquid refrigerant.
  • the refrigerant is sent through the second pipe 23 to the first electronic expansion valve 24, where the refrigerant is expanded at a flow rate corresponding to the opening degree of the first electronic expansion valve 24.
  • the refrigerant becomes a low-temperature, low-pressure liquid refrigerant and is sent to the evaporator 5 a of the heat exchanger 5 through the third pipe 25 .
  • a part of the high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 20 is also sent to the second electronic expansion valve 28 through the bypass pipe 27.
  • the refrigerant with a flow rate corresponding to the opening degree of the electronic expansion valve 28 is expanded into a high-temperature and low-pressure gaseous refrigerant, it is sent to the third pipe 25, and the low-temperature liquid refrigerant from the first electronic expansion valve 24 is supplied. and then sent to the evaporator 5 a of the heat exchanger 5 .
  • the refrigerant which has become a low-pressure gas by exchanging heat with the cooling liquid in the heat exchanger 5 , returns to the compressor 20 through the fourth pipe 26 . Therefore, the first electronic expansion valve 24 and the second electronic expansion valve 28 constitute a refrigerant temperature adjusting mechanism for adjusting the temperature of the refrigerant supplied to the heat exchanger 5 .
  • the control unit 6 includes a microcomputer (not shown), which adjusts the temperature of the coolant from a set initial temperature (set initial temperature) to a target temperature (adjusted target temperature ) over a certain period of time to gradually change (rise or decrease) the temperature of the load 2 to the same target temperature over a certain period of time.
  • a microcomputer not shown
  • the temperature of the load 2 is raised to the same target temperature by raising the temperature of the coolant from the set initial temperature (for example, 0°C) to the adjustment target temperature (for example, 30°C).
  • the control unit 6 includes a temperature setting unit 33 for setting the initial setting temperature Ho and the adjustment target temperature Hg of the cooling liquid, and a temperature setting unit 33 for setting the temperature of the cooling liquid to the initial setting
  • a time setting unit 34 for setting an adjustment time Tg for changing the temperature from the temperature Ho to the adjustment target temperature Hg, and the gradient of the temperature change is calculated as the target temperature gradient from the set initial temperature Ho, the adjustment target temperature Hg, and the adjustment time Tg.
  • a temperature control unit 36 that adjusts the opening degrees of the first electronic expansion valve 24 and the second electronic expansion valve 28 so that the temperature of the coolant changes following the target temperature gradient. have.
  • FIG. 3 shows a flow chart when the temperature control of the load 2 is performed by the control section 6 .
  • step S1 the set initial temperature Ho and the adjustment target temperature Hg of the coolant are input to the temperature setting unit 33, and the time setting unit 34 sets the An adjustment time Tg (for example, 24 hours) is entered, after which temperature control is started.
  • the set initial temperature Ho may be the one that has been previously set, and the input here may be omitted.
  • the set initial temperature Ho, the adjustment target temperature Hg, and the adjustment time Tg are determined based on the relationship between the temperature change of the cooling liquid and the temperature change of the load 2, which is obtained in advance through experiments, calculations, or the like. can be determined by Further, the adjustment time Tg is divided into a plurality of time zones ta as shown in FIG. It has become.
  • the time ranges ta may have the same time width or different time widths.
  • step S1 When the temperature control is started after step S1, the process proceeds to step S2, and the calculation unit 35 calculates the target temperature gradient from the set initial temperature Ho, the adjustment target temperature Hg, and the adjustment time Tg. Calculated as ⁇ H.
  • the target temperature gradient ⁇ H is 0.02° C./min.
  • step S3 for the first time region ta in the adjustment time Tg, the current target temperature at the end of the time region ta is calculated from the target temperature gradient ⁇ H and the elapsed time t of the time region ta,
  • step S4 the current temperature of the coolant supplied to load 2 is measured by said supply temperature sensor 10, and this current temperature is compared with said current target temperature in step S5.
  • step S6 the temperature control unit 36 reduces the degree of opening of the first electronic expansion valve 24.
  • the degree of opening of the second electronic expansion valve 28 is increased, and as a result, the flow rate of the low-temperature refrigerant supplied to the heat exchanger 5 decreases and the flow rate of the high-temperature refrigerant increases, thereby increasing the temperature of the refrigerant. rises and the heating capacity of the heat exchanger 5 increases, so that the temperature of the coolant rises.
  • step S5 the process proceeds from step S5 to step S7, where the temperature control unit 36 increases the opening of the first electronic expansion valve 24 and increases the opening of the first electronic expansion valve 24.
  • the degree of opening of the second electronic expansion valve 28 is reduced, and as a result, the flow rate of the low-temperature refrigerant supplied to the heat exchanger 5 increases and the flow rate of the high-temperature refrigerant decreases, thereby lowering the temperature of the refrigerant. Since the cooling capacity of the heat exchanger 5 is enhanced, the temperature of the coolant drops.
  • step 8 When the operation of step 6 or step 7 is completed, it is determined in step 8 whether or not the adjustment time Tg has passed. , the operations of steps 3, 4, 5, 6 or 7, and 8 are sequentially repeated.
  • step 9 the temperature adjustment of the cooling liquid is completed, and the temperature of the cooling liquid is maintained at the adjustment target temperature Hg.
  • the temperature of the load 2 is also maintained at substantially the same temperature as the adjustment target temperature Hg.
  • the temperature of the load 2 can be constantly monitored and the temperature of the load 2 can be compared with the current temperature of the coolant. Further, an electric heater may be provided in the tank 7 so that the temperature of the coolant can be increased by using the heater as an auxiliary means when the cooling liquid is insufficiently heated by the coolant.
  • the temperature of the load 2 is increased by one step from 0° C. to 30° C.
  • the temperature of the load 2 can be adjusted in a plurality of steps. can. For example, by setting the adjustment target temperature Hg to two levels of 30° C. and 60° C., the temperature of the load 2 is raised to 30° C., maintained at that temperature for the required time, and then further raised to 60° C. It is also possible to perform control such as allowing
  • the temperature of the load 2 is raised, but control to lower the temperature of the load 2 can also be performed.
  • the set initial temperature Ho of the coolant is set to 30° C. and the adjustment target temperature Hg is set to 0° C., as shown in FIG.
  • the control should be performed according to the flow chart.
  • the current temperature of the coolant is equal to the current target temperature in step 5, it is necessary to lower the temperature of the coolant along the target temperature gradient.
  • the opening degree of the first electronic expansion valve 24 is enlarged and the opening degree of the second electronic expansion valve 28 is reduced.
  • the temperature of the load 2 is adjusted by adjusting the temperature of the coolant supplied from the coolant circuit 3 to the load 2. It is also possible to adjust the temperature of the load 2 by adjusting the temperature of the refluxing coolant. In this case, in the flow chart shown in FIG. 3, the current temperature of the coolant in step 4 is measured by the return side temperature sensor 11 connected to the first return pipe 15 .
  • the set initial temperature Ho and the adjustment target temperature Hg of the cooling liquid are set, and the temperature of the cooling liquid is adjusted along the temperature gradient, thereby increasing the temperature of the load 2 to the target temperature.
  • the set initial temperature Ho and adjustment target temperature Hg of the load 2 are set, and the temperature of the coolant is adjusted so that the temperature of the load 2 changes along the temperature gradient.
  • the load temperature sensor 37 is provided for the load 2, and the load temperature sensor 37 measures the temperature of the load 2 as the current temperature. is compared with The opening degrees of the first electronic expansion valve 24 and the second electronic expansion valve 28 are adjusted so that the current temperature of the load 2 follows the target temperature gradient, whereby the temperature of the coolant is is adjusted.
  • the pump 8, the compressor 20, and the electric motor 22a used in the refrigeration chiller 1 of FIG. 1 can be inverter-controlled. By doing so, in step S6 and step S7 of the flowchart shown in FIG.
  • inverter-controlling the rotation speed of the compressor 20 to change the circulation amount of the refrigerant responsiveness can be improved, and at the same time, energy can be saved by reducing the circulation amount of the refrigerant.
  • the number of rotations of the pump 8 can also be reduced according to the load, which leads to energy saving.

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Abstract

【課題】負荷の温度を一定の時間をかけて目標温度にまで徐々に変化させるのに適した冷凍式チラーを得る。 【解決手段】冷却液を負荷２に供給する冷却液回路３と、冷却液の温度を調整する冷凍回路４と、チラー全体を制御する制御部６とを有し、制御部６は、負荷２を目標温度にするための冷却液の温度を調整目標温度として設定する温度設定部３３と、冷却液の温度を調整目標温度まで変化させる調整時間を設定する時間設定部３４と、調整目標温度及び調整時間から温度変化の勾配を目標温度勾配として算出する演算部３５と、目標温度勾配に追従して冷却液の温度が変化するように第１電子膨張弁２４及び第２電子膨張弁２８の開度を調整する温度制御部３６とを有する。

Description

冷凍式チラー
　本発明は、温度調整された冷却液を負荷に供給することによって該負荷の温度を調整する冷凍式チラーに関するものである。
　温度調整された冷却液を負荷に供給することによって該負荷の温度を一定に保つ冷凍式チラー即ち冷却液循環装置は、例えば特許文献１に記載されているように公知である。この公知の冷却液循環装置は、冷却液を負荷に供給する冷却液回路と、前記冷却液の温度を冷媒と該冷却液との熱交換により調整する冷凍回路と、前記冷媒と冷却液との熱交換を行う熱交換器とを有している。前記冷凍回路は、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機から吐出された高温の冷媒を冷却するコンデンサと、該コンデンサから送られる低温の冷媒を前記熱交換器に送る第１電子膨張弁と、前記圧縮機から吐出された高温の冷媒を前記熱交換器に送る第２電子膨張弁とを有していて、これら第１電子膨張弁及び第２電子膨張弁の開度を調整して前記熱交換器に供給される高温の冷媒の流量及び低温の冷媒の流量を制御することにより、前記冷却液の温度を負荷の冷却又は加熱に適した一定の温度に保ち、この冷却液で前記負荷を冷却又は加熱することによって該負荷の温度を一定に保つものである。
　一方、発酵や熟成等を伴う飲食物の加工においては、その工程中に繊細且つ精密な温度管理を長時間継続して行うことが要求される場合がある。例えば、クラフトビールの製造工程中には、高温（例えば３０℃）の原液を低温（例えば０℃）まで冷却する工程があるが、この加熱工程においては、酵母を生きたまま取り出すため、前記原液を長時間（例えば２４－４８時間）かけて徐々に且つ精密に冷却する必要がある。また、その逆に、低温の原液を高温まで加熱する工程もある。
　前記冷却液循環装置は、このように負荷の温度を変化させる用途にも使用することが可能であるが、公知の冷却液循環装置は、前記冷却液の温度を負荷の冷却又は加熱に適した一定の温度に保つことによって前記負荷の温度を一定に保つように構成されているため、負荷の温度を徐々に変化させるような使い方に直ちに適用できるものではなく、適用するためには何らかの改善を施す必要があった。
特開２０１５－１４４１７号公報
　本発明の技術的課題は、負荷の温度を一定の時間をかけて目標温度にまで徐々に変化させるのに適した冷凍式チラーを提供することにある。
　前記目的を達成するため、本発明に係る冷凍式チラーは、温度調整された冷却液を負荷に供給する冷却液回路と、前記冷却液の温度を該冷却液と冷媒との熱交換により調整する冷凍回路と、前記冷却液と冷媒との熱交換を行う熱交換器と、チラー全体を制御する制御部とを有し、前記冷却液回路は、前記冷却液を収容するタンクと、該タンク内の冷却液を負荷に供給するポンプと、前記冷却液の温度を測定する温度センサとを有し、前記制御部は、負荷の温度を目標温度まで変化させるための冷却液の設定初期温度及び調整目標温度を設定する温度設定部と、前記冷却液の温度を設定初期温度から調整目標温度まで変化させるための調整時間を設定する時間設定部と、前記設定初期温度と調整目標温度及び調整時間とから温度変化の勾配を目標温度勾配として算出する演算部と、前記目標温度勾配に追従して前記冷却液の温度が変化するように前記熱交換器に供給される冷媒の温度を調整する温度制御部とを有することを特徴とする。
　本発明において、前記冷凍回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機から吐出された高温の冷媒を冷却するコンデンサと、該コンデンサから送られる低温の冷媒を前記熱交換器に送る第１電子膨張弁と、前記圧縮機から吐出された高温の冷媒を前記熱交換器に送る第２電子膨張弁とを有し、前記制御部は、前記調整時間を複数の時間域に区分し、時間域毎に、前記目標温度勾配と時間域での経過時間とからその時間域における現在目標温度を算出すると共に、該現在目標温度と前記温度センサで測定された冷却液の現在温度とを比較し、比較結果に基づいて前記第１電子膨張弁及び第２電子膨張弁の開度を調整することにより前記熱交換器に供給される冷媒の温度を調整するように構成されていることが望ましい。
　また、本発明に係る冷凍式チラーは、温度調整された冷却液を負荷に供給する冷却液回路と、前記冷却液の温度を該冷却液と冷媒との熱交換により調整する冷凍回路と、前記冷却液と冷媒との熱交換を行う熱交換器と、チラー全体を制御する制御部とを有し、前記冷却液回路は、前記冷却液を収容するタンクと、該タンク内の冷却液を負荷に供給するポンプと、前記負荷の温度を測定する負荷温度センサとを有し、前記制御部は、負荷の設定初期温度及び調整目標温度を設定する温度設定部と、前記負荷の温度を前記設定初期温度から前記調整目標温度まで変化させるための調整時間を設定する時間設定部と、前記設定初期温度と調整目標温度及び調整時間とから温度変化の勾配を目標温度勾配として算出する演算部と、前記目標温度勾配に追従して前記負荷の温度が変化するように前記熱交換器に供給される冷媒の温度を調整して前記冷却液の温度を変化させる温度制御部とを有することを特徴とする。
　この場合、前記冷凍回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機から吐出された高温の冷媒を冷却するコンデンサと、該コンデンサから送られる低温の冷媒を前記熱交換器に送る第１電子膨張弁と、前記圧縮機から吐出された高温の冷媒を前記熱交換器に送る第２電子膨張弁とを有し、前記制御部は、前記調整時間を複数の時間域に区分し、時間域毎に、前記目標温度勾配と時間域での経過時間とからその時間域における現在目標温度を算出すると共に、該現在目標温度と前記負荷温度センサで測定された負荷の現在温度とを比較し、比較結果に基づいて前記第１電子膨張弁及び第２電子膨張弁の開度を調整することにより前記熱交換器に供給される冷媒の温度を調整するように構成されていることが望ましい。
　本発明によれば、負荷を温度調整する際の調整目標温度と調整時間とから目標温度勾配を算出し、この目標温度勾配に追従して冷却液の温度を変化させることによって負荷を目標温度まで変化させるようにしたので、該負荷の温度を目標温度まで長時間をかけて徐々に且つ精密に変化させることができる。
本発明に係る冷凍式チラーの一実施形態を模式的に示す構成図である。 温度変化と時間との関係を示す線図である。 温度制御のためのフローチャートである。
　図１は本発明に係る冷凍式チラーの一実施形態を示すものである。このチラー１は、負荷２の温度を調整開始時の温度から目標温度にまで変化させるもので、前記負荷２の温度調整に適するように温度調整された冷却液を該負荷２に供給する冷却液回路３と、前記冷却液の温度を該冷却液と冷媒との熱交換により調整する冷凍回路４と、前記冷却液と冷媒との熱交換を行う熱交換器５と、チラー全体を制御する制御部６とを有している。前記熱交換器５は、前記冷媒が流れる冷媒管５ａ（蒸発器）と、前記冷却液が流れる冷却液管５ｂとを有している。
　前記冷却液は、前記負荷２を冷却するだけではなく、該冷却液の温度を負荷２の温度より高くすることにより、該負荷２を加熱することができるものである。
　また、本実施形態において、前記負荷２は、例えばクラフトビールの原液のような液体である。
　前記冷却液回路３は、前記冷却液を収容するタンク７と、該タンク７内の冷却液を前記負荷２に供給するポンプ８と、前記負荷２の供給側負荷配管２ａを接続するための供給側接続口９ａ及び戻り側負荷配管２ｂを接続するための戻り側接続口９ｂと、前記負荷２に供給される冷却液の温度を検出する供給側温度センサ１０と、前記負荷２から還流する冷却液の温度を検出する戻り側温度センサ１１とを有している。
　前記ポンプ８の吸込口８ａは、第１供給管１２によって前記タンク７の出口７ｂに接続され、該ポンプ８の吐出口８ｂは、第２供給管１３によって前記供給側接続口９ａに接続され、該第２供給管１３に、前記供給側温度センサ１０と圧力センサ１４とが接続されている。
　また、前記戻り側接続口９ｂは、第１戻り管１５によって前記熱交換器５の冷却液管５ｂの一端に接続され、該冷却液管５ｂの他端は、第２戻り管１６によって前記タンク７の入口７ａに接続され、前記第１戻り管１５に前記戻り側温度センサ１１が接続されている。
　更に、前記タンク７の内部には、冷却液の液位を監視するレベルスイッチ１７が設けられ、前記第１供給管１２にはドレン排出管１８が接続され、このドレン排出管１８にドレン排出ポート１９が設けられている。
　前記ポンプ８、供給側温度センサ１０、戻り側温度センサ１１、圧力センサ１４、レベルスイッチ１７は、前記制御部６に電気的に接続され、該制御部６によって各々の機器の制御あるいは監視が行われる。
　前記冷却液回路３において、前記タンク７内の冷却液は、前記ポンプ８によって前記第２供給管１３及び供給側負荷配管２ａを通じて負荷２に供給され、該負荷２の温度を調整する。負荷２の温度を調整することにより温度が変化した冷却液は、前記戻り側負荷配管２ｂを通じて第１戻り管１５に還流し、前記熱交換器５で冷媒との熱交換を行うことにより温度調整されたあと、前記タンク７内に戻る。
　一方、前記冷凍回路４は、ガス状冷媒を圧縮して高温高圧のガス状冷媒にして吐出する圧縮機２０と、該圧縮機２０から第１配管２１を通じて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２２と、該コンデンサ２２から第２配管２３を通じて送られる冷媒を膨張させて低温低圧の液状冷媒にする第１電子膨張弁２４と、該第１電子膨張弁２４から第３配管２５を通じて送られる液状冷媒を前記冷却液との熱交換により蒸発させて低圧のガス状冷媒にする前記蒸発器５ａとを有している。前記蒸発器５ａから出たガス状冷媒は、第４配管２６を通じて前記圧縮機２０に戻される。また、前記第１配管２１と第３配管２５とは、バイパス管２７により接続され、このバイパス管２７に、前記圧縮機２０から吐出された高温高圧のガス状冷媒を前記蒸発器５ａに送る第２電子膨張弁２８が接続されている。
　前記コンデンサ２２は、電動モータ２２ａで駆動されるファン２２ｂによって冷媒を冷却する空冷式のコンデンサであり、後述する第１冷媒圧力センサ３１が測定した冷媒の圧力に応じてその回転数が制御される。
　一方、前記ポンプ８、圧縮機２０は、商用電源による固定の回転数でフル運転されるものである。
　前記第１配管２１には、前記圧縮機２０から吐出された冷媒の温度を検出する第１冷媒温度センサ２９が接続され、前記第４配管２６には、前記圧縮機２０に戻るガス状冷媒の温度を検出する第２冷媒温度センサ３０が接続されている。更に、前記第２配管２３には、高圧の冷媒の圧力を測定する前記第１冷媒圧力センサ３１が接続され、前記第４配管２６には、低圧の冷媒の圧力を測定する第２冷媒圧力センサ３２が接続されている。
　前記圧縮機２０、コンデンサ２２の電動モータ２２ａ、第１電子膨張弁２４、第２電子膨張弁２８、第１冷媒圧力センサ３１、第２冷媒圧力センサ３２、第１冷媒温度センサ２９、及び第２冷媒温度センサ３０は、前記制御部６に電気的に接続され、該制御部６によって各々の機器の制御あるいは監視が行われる。
　前記冷凍回路４において、前記圧縮機２０から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、前記第１配管２１を通じて前記コンデンサ２２に送られ、該コンデンサ２２で冷却されることにより低温高圧の液状冷媒になったあと、前記第２配管２３を通じて前記第１電子膨張弁２４に送られ、この第１電子膨張弁２４において、該第１電子膨張弁２４の開度に応じた流量の冷媒が膨張されることにより低温低圧の液状冷媒になり、前記第３配管２５を通じて前記熱交換器５の蒸発器５ａに送られる。
　また、前記圧縮機２０から吐出された高温高圧のガス状冷媒の一部は、前記バイパス管２７を通じて前記第２電子膨張弁２８にも送られ、この第２電子膨張弁２８により、該第２電子膨張弁２８の開度に応じた流量の冷媒が膨張されて高温低圧のガス状冷媒にされたあと、前記第３配管２５に送られ、前記第１電子膨張弁２４からの低温の液状冷媒と混合することにより温度調整され、そのあと前記熱交換器５の蒸発器５ａに送られる。そして、この熱交換器５で前記冷却液との熱交換を行うことにより低圧のガス状になった冷媒は、前記第４配管２６を通じて前記圧縮機２０に戻る。
　従って、前記第１電子膨張弁２４及び第２電子膨張弁２８は、前記熱交換器５に供給される冷媒の温度を調整する冷媒温度調整機構を構成するものである。
　前記制御部６は、不図示のマイクロコンピュータを備えていて、このマイクロコンピューターは、前記冷却液の温度を、設定した初期温度（設定初期温度）から調整後の温度である目標温度（調整目標温度）まで一定の時間をかけて徐々に変化（上昇又は下降）させることにより、前記負荷２の温度を同じ目標温度まで一定の時間をかけて徐々に変化（上昇又は下降）させるように構成されている。以下に述べる制御例は、前記冷却液の温度を設定初期温度（例えば０℃）から調整目標温度（例えば３０℃）まで上昇させることにより、前記負荷２の温度を同じ目標温度まで上昇させる場合である。
　このため、前記制御部６は、図１及び図２に示すように、前記冷却液の設定初期温度Ｈｏ及び調整目標温度Ｈｇを設定する温度設定部３３と、前記冷却液の温度を前記設定初期温度Ｈｏから調整目標温度Ｈｇまで変化させるための調整時間Ｔｇを設定する時間設定部３４と、前記設定初期温度Ｈｏと調整目標温度Ｈｇ及び調整時間Ｔｇとから温度変化の勾配を目標温度勾配として算出する演算部３５と、前記目標温度勾配に追従して前記冷却液の温度が変化するように前記第１電子膨張弁２４及び第２電子膨張弁２８の開度を調整する温度制御部３６とを有している。
　図３には、前記制御部６によって負荷２の温度制御を行う場合のフローチャートが示されている。このフローチャートにおいては、温度制御の開始前に、ステップＳ１で、前記温度設定部３３に、前記冷却液の設定初期温度Ｈｏ及び調整目標温度Ｈｇが入力されると共に、前記時間設定部３４に、前記調整時間Ｔｇ（例えば２４時間）が入力され、その後に温度制御が開始される。ただし、前記設定初期温度Ｈｏは、従前から設定されていたものを利用し、ここでの入力を省略するようにしても良い。
　なお、前記設定初期温度Ｈｏ、調整目標温度Ｈｇ、及び調整時間Ｔｇは、前記冷却液の温度変化と負荷２の温度変化との関係を、実験や計算等によって予め知得し、そのデータに基づいて決めることができる。
　また、前記調整時間Ｔｇは、図２に示すように複数の時間域ｔａに区分されていて、時間域ｔａ毎に冷却液の温度変化が確認され、確認結果に基づいた温度制御が行われるようになっている。前記時間域ｔａは、互いに同じ時間幅であっても、異なる時間幅であっても良い。
　前記ステップＳ１のあと温度制御が開始されると、ステップＳ２に移行し、前記演算部３５において、前記設定初期温度Ｈｏと調整目標温度Ｈｇ及び調整時間Ｔｇとから、温度変化の勾配が目標温度勾配ΔＨとして算出される。例えば、前記設定初期温度Ｈｏを０℃、調整目標温度Ｈｇを３０℃、前記調整時間Ｔｇを２４時間とした場合、前記目標温度勾配ΔＨは０．０２℃／ｍｉｎである。
　続いて、ステップＳ３で、前記調整時間Ｔｇ中の最初の時間域ｔａについて、前記目標温度勾配ΔＨと該時間域ｔａの経過時間ｔとからその時間域ｔａの終端における現在目標温度が算出され、それと同時に、ステップＳ４で、負荷２に供給される冷却液の現在温度が前記供給側温度センサ１０により測定され、この現在温度が、ステップＳ５で前記現在目標温度と比較される。
　そして、前記現在温度が前記現在目標温度より低いか又は現在目標温度に等しい場合には、ステップＳ６に進み、前記温度制御部３６により、前記第１電子膨張弁２４の開度が縮小されると共に、前記第２電子膨張弁２８の開度が拡大され、その結果、前記熱交換器５に供給される低温の冷媒の流量が減少して高温の冷媒の流量が増大することにより該冷媒の温度が上昇し、該熱交換器５の加熱能力が高められるため、前記冷却液の温度は上昇する。
　その逆に、前記現在温度が前記現在目標温度より高い場合には、ステップＳ５からステップＳ７に進み、前記温度制御部３６により、前記第１電子膨張弁２４の開度が拡大されると共に、前記第２電子膨張弁２８の開度が縮小され、その結果、前記熱交換器５に供給される低温の冷媒の流量が増大して高温の冷媒の流量が減少することにより該冷媒の温度が低下し、該熱交換器５の冷却能力が高められるため、前記冷却液の温度は下降する。
　前記ステップ６又はステップ７の動作が終了すると、ステップ８において前記調整時間Ｔｇが経過したか否かが判断され、経過していない場合には、前記ステップ３に戻り、２番目以降の時間域ｔａについて、前記ステップ３、ステップ４、ステップ５、ステップ６又はステップ７、及びステップ８の動作が順次繰り返される。
　一方、前記調整時間Ｔｇが経過している場合には、ステップ９に移って冷却液の温度調整は終了し、該冷却液の温度は前記調整目標温度Ｈｇに維持される。これにより、前記負荷２の温度も、前記調整目標温度Ｈｇと実質的に同温度に維持されることになる。
　なお、前記負荷２に負荷温度センサ３７を設けることにより、該負荷２の温度を常時監視し、この負荷２の温度を前記冷却液の現在温度と比較することもできる。
　また、前記タンク７内に電気ヒーターを設け、前記冷媒による冷却液の加熱が不十分である場合に、このヒーターを補助的に使用して冷却液の温度を上昇させるようにすることもできる。
　前記制御例では、前記負荷２の温度を０℃から３０℃まで１段階上昇させているが、前記調整目標温度Ｈｇを複数段階設定することにより、負荷２の温度を複数段階に調整することもできる。例えば、前記調整目標温度Ｈｇを３０℃と６０℃の２段階に設定することにより、前記負荷２の温度を３０℃まで上昇させてその温度に必要な時間維持したあと、更に６０℃までに上昇させるというような制御も行うことができる。
　また、前記制御例では、前記負荷２の温度を上昇させているが、該負荷２の温度を低下させる制御を行うこともできる。例えば、負荷２の温度を３０℃から０℃に低下させる場合には、前記冷却液の設定初期温度Ｈｏを３０℃に設定すると共に、調整目標温度Ｈｇを０℃に設定し、図３に示すフローチャートに沿った制御を行えば良い。但し、この場合には、ステップ５において、冷却液の現在温度が現在目標温度に等しい場合には、目標温度勾配に沿って該冷却液の温度を下げる必要があるため、ステップ７に移行し、第１電子膨張弁２４の開度が拡大されると共に、第２電子膨張弁２８の開度が縮小されるようにする。
　更に、前述したように負荷２の温度を上昇させるか又は低下させるだけではなく、温度を上昇させる制御と、温度を低下させる制御と、温度を一定時間維持する制御とを、組み合わせて行うこともできる。
　また、前述した制御例では、前記冷却液回路３から負荷２に供給される冷却液の温度を調整することによって負荷２の温度を調整しているが、前記負荷２から前記冷却液回路３に還流する冷却液の温度を調整することによって負荷２の温度を調整することも可能である。この場合、図３に示すフローチャートにおいて、ステップ４における冷却液の現在温度は、前記第１戻り管１５に接続された戻り側温度センサ１１によって測定される。
　更に、前述した制御例では、前記冷却液の設定初期温度Ｈｏ及び調整目標温度Ｈｇを設定し、該冷却液の温度をその温度勾配に沿うように調整することによって前記負荷２の温度を目標温度に調整しているが、前記負荷２の設定初期温度Ｈｏ及び調整目標温度Ｈｇを設定し、該負荷２の温度がその温度勾配に沿って変化するように前記冷却液の温度を調整するように構成することもできる。この場合、前記負荷２に前記負荷温度センサ３７が設けられ、この負荷温度センサ３７で負荷２の温度が現在温度として測定され、この現在温度が、図３に示すフローチャートのステップＳ５において現在目標温度と比較される。そして、この負荷２の現在温度が前記目標温度勾配に追従して変化するように、前記第１電子膨張弁２４及び第２電子膨張弁２８の開度が調整されることによって前記冷却液の温度が調整される。
　また、図１の冷凍式チラー１で使用されているポンプ８、圧縮機２０、及び電動モータ２２ａは、インバータ制御方式のものを使用することができる。そうすることで、図３に示すフローチャートのステップＳ６及びステップＳ７において、冷媒の温度を調整するために第１電子膨張弁２４及び第２電子膨張弁２８の開度を変更するのに併せて、前記圧縮機２０の回転数をインバータ制御して冷媒の循環量を変更することにより、応答性を高めることができると同時に、冷媒の循環量を減らすことによって省エネルギー化を図ることもできる。同様に、前記ポンプ８についても、負荷に応じて回転数を減少させることができるので、省エネルギー化につながる。
　　１　　　チラー
　　２　　　負荷
　　３　　　冷却液回路
　　４　　　冷凍回路
　　５　　　熱交換器
　　６　　　制御部
　　７　　　タンク
　　８　　　ポンプ
　１０　　　供給側温度センサ
　１１　　　戻り側温度センサ
　２０　　　圧縮機
　２２　　　コンデンサ
　２４　　　第１電子膨張弁
　２８　　　第２電子膨張弁
　３３　　　温度設定部
　３４　　　時間設定部
　３５　　　演算部
　３６　　　温度制御部
　３７　　　負荷温度センサ
　Ｈｇ　　　調整目標温度
　Ｈｏ　　　初期温度
　Ｔｇ　　　調整時間
　ｔａ　　　時間域
　ｔ　　　　経過時間
　ΔＨ　　　目標温度勾配

Claims (4)

  1. 　温度調整された冷却液を負荷に供給する冷却液回路と、前記冷却液の温度を該冷却液と冷媒との熱交換により調整する冷凍回路と、前記冷却液と冷媒との熱交換を行う熱交換器と、チラー全体を制御する制御部とを有し、
    　前記冷却液回路は、前記冷却液を収容するタンクと、該タンク内の冷却液を負荷に供給するポンプと、前記冷却液の温度を測定する温度センサとを有し、
    　前記制御部は、負荷の温度を目標温度まで変化させるための冷却液の設定初期温度及び調整目標温度を設定する温度設定部と、前記冷却液の温度を設定初期温度から調整目標温度まで変化させるための調整時間を設定する時間設定部と、前記設定初期温度と調整目標温度及び調整時間とから温度変化の勾配を目標温度勾配として算出する演算部と、前記目標温度勾配に追従して前記冷却液の温度が変化するように前記熱交換器に供給される冷媒の温度を調整する温度制御部とを有する、
    　ことを特徴とする冷凍式チラー。
  2. 　前記冷凍回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機から吐出された高温の冷媒を冷却するコンデンサと、該コンデンサから送られる低温の冷媒を前記熱交換器に送る第１電子膨張弁と、前記圧縮機から吐出された高温の冷媒を前記熱交換器に送る第２電子膨張弁とを有し、
    　前記制御部は、前記調整時間を複数の時間域に区分し、時間域毎に、前記目標温度勾配と時間域での経過時間とからその時間域における現在目標温度を算出すると共に、該現在目標温度と前記温度センサで測定された冷却液の現在温度とを比較し、比較結果に基づいて前記第１電子膨張弁及び第２電子膨張弁の開度を調整することにより前記熱交換器に供給される冷媒の温度を調整する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍式チラー。
  3. 　温度調整された冷却液を負荷に供給する冷却液回路と、前記冷却液の温度を該冷却液と冷媒との熱交換により調整する冷凍回路と、前記冷却液と冷媒との熱交換を行う熱交換器と、チラー全体を制御する制御部とを有し、
    　前記冷却液回路は、前記冷却液を収容するタンクと、該タンク内の冷却液を負荷に供給するポンプと、前記負荷の温度を測定する負荷温度センサとを有し、
    　前記制御部は、負荷の設定初期温度及び調整目標温度を設定する温度設定部と、前記負荷の温度を前記設定初期温度から前記調整目標温度まで変化させるための調整時間を設定する時間設定部と、前記設定初期温度と調整目標温度及び調整時間とから温度変化の勾配を目標温度勾配として算出する演算部と、前記目標温度勾配に追従して前記負荷の温度が変化するように前記熱交換器に供給される冷媒の温度を調整して前記冷却液の温度を変化させる温度制御部とを有する、
    　ことを特徴とする冷凍式チラー。
  4. 　前記冷凍回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機から吐出された高温の冷媒を冷却するコンデンサと、該コンデンサから送られる低温の冷媒を前記熱交換器に送る第１電子膨張弁と、前記圧縮機から吐出された高温の冷媒を前記熱交換器に送る第２電子膨張弁とを有し、
    　前記制御部は、前記調整時間を複数の時間域に区分し、時間域毎に、前記目標温度勾配と時間域での経過時間とからその時間域における現在目標温度を算出すると共に、該現在目標温度と前記負荷温度センサで測定された負荷の現在温度とを比較し、比較結果に基づいて前記第１電子膨張弁及び第２電子膨張弁の開度を調整することにより前記熱交換器に供給される冷媒の温度を調整する、
    　ことを特徴とする請求項３に記載の冷凍式チラー。
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