JP2003202175A

JP2003202175A - チラー装置

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Publication number: JP2003202175A
Application number: JP2002082936A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Ogawara; 芳男大河原
Original assignee: Innotech Corp USA
Current assignee: Innotech Corp USA
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2003-07-18
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP4183430B2

Abstract

(57)【要約】【課題】消費エネルギーが少ないチラー装置を提供す
ることである。【解決手段】冷媒を冷却する冷却器２１および該冷媒
を循環させる第１循環機構Ｐ１を備えた一次側回路Ｃ１
と、この一次側回路Ｃ１に設けた冷却器２１の作動を制
御するコントローラ３２とを備え、上記コントローラ３
２は、一次側回路Ｃ１に設けた冷却器２１を、二次側回
路Ｃ２の冷媒が下限設定温度に下がるまで作動させ、当
該下限設定温度に達すると作動を停止すると共に、該二
次側回路Ｃ２の冷媒が上限設定温度に上昇するまでこの
作動停止状態に保つように制御することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体製造装置
などにおける冷却すべき負荷を冷却するためのチラー装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のチラー装置として、例えば特許
第３０９５３７７号に記載されたチラー装置が知られて
いる。この従来の装置における実施形態を図４に図示す
る。この従来のチラー装置は、各々冷媒が循環する一次
側回路Ｃ1、二次側回路Ｃ2及び負荷側回路Ｃ3から構成
されている。一次側回路Ｃ1は、圧縮器を構成する冷却
器１及び一次側ポンプＰ1を備えている。また、二次側
回路Ｃ2は、二次側ポンプＰ2、バッファタンク３及び抵
抗流路１０を備えている。上記一次側回路Ｃ1及び二次
側回路Ｃ2は、熱交換器４を介して接続されており、一
次側回路Ｃ1において冷却された冷媒と二次側回路Ｃ2の
冷媒との熱交換を可能にしている。

【０００３】負荷側回路Ｃ3は、負荷Ｗを冷却するため
の回路であり、ヒータ９、負荷側ポンプＰ3、抵抗流路
１１を備えている。上記二次側回路Ｃ2及び負荷側回路
Ｃ3は、連絡流路５、６を介して接続されている。この
うちの一方の連絡流路５には、制御バルブ８が設けられ
ており、該制御バルブ８は、負荷側回路Ｃ3の冷媒温度
の変動を検出する温度調節器７の出力信号に対応するパ
ルス数に応じてその開度が制御される。

【０００４】上記した従来のチラー装置において、冷却
器１、ポンプＰ1、Ｐ2、Ｐ3を駆動すると冷却器１で冷
却された一次側回路Ｃ1の冷媒が熱交換器４において二
次側回路Ｃ2の冷媒と熱交換され、二次側回路Ｃ2の冷媒
が冷却される。冷却された二次側回路Ｃ2の冷媒はバッ
ファタンク３に蓄えられ、制御バルブ８の開度に応じて
抵抗流路１０を介して二次側回路Ｃ2を循環し、或いは
一部の冷媒が負荷側回路Ｃ3に流入することとなる。

【０００５】制御バルブ８は、負荷側回路Ｃ3の冷媒温
度を検出する温度検出器７の出力によって制御されてい
るので、負荷側回路Ｃ3の冷媒温度が設定温度であると
きには閉じられ、これにより二次側冷媒はバッファタン
ク３、抵抗流路１０、ポンプＰ2及び熱交換器４を経由
して二次側回路Ｃ2 を循環し、他方負荷側回路Ｃ3の冷
媒も負荷Ｗ、ポンプＰ3及び抵抗流路１１を経由して負
荷側回路Ｃ3を循環する。一方、負荷側回路Ｃ3の冷媒が
負荷Ｗによって加熱されるなどして設定温度より上昇す
ると、温度検出器７の出力に対応したパルス数に応じて
制御バルブ８が開かれ、これにより二次側回路Ｃ2の冷
媒はバッファタンク３、ヒータ９、抵抗流路１０、ポン
プＰ2及び熱交換器４を経由して二次側回路Ｃ2 を循環
すると共に、一部が連絡流路５を介して負荷側回路Ｃ3
に流入して負荷側回路Ｃ3の冷媒と混合されこれを冷却
することとなる。他方、負荷側回路Ｃ3の冷媒は二次側
回路Ｃ2の冷媒が負荷側回路Ｃ3に流入した流量に対応し
て連絡流路６を介して二次側回路に還流され、二次側冷
媒に混合される。

【０００６】上記したように、従来のチラー装置は、負
荷側回路Ｃ3の冷媒温度と設定温度の差信号をパルス数
に変換し、当該パルス数に対応して制御バルブ８の開度
を制御して二次側回路Ｃ2の冷媒を負荷側回路Ｃ3へ供給
する量を制御し、これによって負荷側回路Ｃ3冷媒温度
を設定温度に近づける制御を行っている。従来のチラー
装置において、このような制御を行うためには実際には
二次側回路Ｃ2の冷媒温度を設定温度に対して厳密に制
御を行う必要があった。例えば、二次側回路Ｃ2のタン
ク３内の冷媒温度を設定温度よりも僅かに低い温度であ
る、例えば、設定温度に対して３℃（±１〜０．５℃）
となるように二次側回路Ｃ2の冷媒を一定温度となるよ
うに厳密に制御する必要があった。

【０００７】二次側回路Ｃ2の冷媒温度を厳密に保つた
めの手段として、タンク３内の温度と二次側回路Ｃ2の
冷媒の目標温度との差信号をパルス数に変換して一次側
回路Ｃ1の冷却器１の冷却動作を制御することが行われ
る。例えば、一次側回路Ｃ1に図示しないホットガスバ
イパス回路と呼ばれる制御手段を設け、冷却器１で圧縮
された高温・高圧ガスを凝縮・膨張させて熱交換器４に
導く冷却回路と、上記高温・高圧ガスを凝縮・膨張させ
ることなく熱交換器４に導く非冷却回路（ホットガスバ
イパス回路）の流量を制御することが行われる。これに
よって、熱交換器４において二次側回路Ｃ2の冷媒の冷
却制御及び加熱制御が行われる。また、他の制御手段と
しては、冷却器１としてインバータ制御が可能な冷却器
を用い、冷却器１の冷却能力を低下させるように制御す
ることが行われている。

【０００８】また、従来のチラー装置においては、上記
二次側回路Ｃ2の冷媒温度を負荷側回路Ｃ3の冷媒の設定
温度に対して極端に低い温度に制御することができな
い。このように、二次側回路Ｃ2の冷媒温度を極端に低
い温度に設定すると、二次側回路Ｃ2から負荷側回路Ｃ3
への僅かな冷媒の供給によって負荷側回路Ｃ3の冷媒温
度が設定温度を越えて低下してしまう。このように、負
荷側回路Ｃ3の冷媒温度が設定温度より低下すると、負
荷側回路Ｃ3の冷媒に対してヒータ９を適用して温度を
上げる操作が必要となってくる。そこで、現実には、上
記二次側（タンク内）冷媒温度は、負荷側冷媒の設定温
度に対して僅かに低い一定温度、例えば、設定温度に対
して−３℃（±１〜０．５℃）、に設定されることが通
常である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のチラー装置によれば、二次側回路Ｃ2の冷媒温度を負
荷側回路Ｃ3の冷媒に要求される設定温度より僅かに低
い一定温度に制御することによって、負荷側回路Ｃ3の
冷媒を設定温度に制御するものであるから、第一に、一
次側回路Ｃ1の冷却器１を常時運転状態に維持しておく
と共に、当該一次側回路Ｃ1のホットガスバイパス制御
或いは冷却器１のインバータ制御により二次側回路Ｃ2
との熱交換器４へ供給される一次側回路Ｃ1の冷媒温度
を制御すると共に、第二、に負荷側回路Ｃ3の冷媒温度
が設定温度よりも下回らないように負荷側回路Ｃ3の冷
媒に対してヒータ９による加熱制御を頻繁に行う必要が
あった。これらの制御はいずれにしても、チラー装置に
求められる消費エネルギーの立場から好ましいものでは
ない。

【００１０】本発明者は、二次側回路から負荷側回路へ
の冷媒の供給量を制御する制御バルブの流量制御を大流
量から微細流量まで制御することにより、冷却器を停止
させることが可能であること及びこのように制御するこ
とにより通常の動作においてはヒータを用いない制御が
可能であることを見出した。即ち、このように制御する
ことによって、例えば、二次側回路の冷媒を負荷側回路
の冷媒に要求される設定温度に対して−２５℃になるま
で一次側回路の冷却器を駆動した後に停止し、その後、
二次側冷媒が温度上昇して設定温度に対して−５℃とな
るまで冷却器１と停止させることが可能となることを見
出した。

【００１１】さらに本発明者は、上記に加え、負荷側冷
媒を一次冷却水との間で熱交換する熱交換器を設けれ
ば、負荷側冷媒の温度上昇を抑えることができ、その結
果、冷却器の運転停止期間を長くすることができること
を見出した。又、二次側回路の冷媒の温度設定範囲を、
制御バルブの制御によって負荷側冷媒の設定温度に制御
可能な温度範囲に設定すれば、負荷側冷媒が当該設定温
度よりも低下することがなくなり、通常の運転状態にお
いて負荷側冷媒を加熱するヒータを使用する必要がなく
なることを見出した。

【００１２】さらに付随的な効果として、二次側回路の
冷媒の冷却温度を負荷側冷媒に要求される設定温度より
も遥かに低い温度になるまで冷却することが行われるの
で、冷却器における冷却効率のよい領域で冷却器を運転
させることができ、消費エネルギーを少なくする効果が
大きくなる。従って、この発明の目的は、消費エネルギ
ーが少ないチラー装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、冷媒を冷
却する冷却器および該冷媒を循環させる第１循環機構を
備えた一次側回路と、上記一次側回路の冷媒と熱交換す
る冷媒を循環させる第２循環機構および冷媒を貯留する
タンクを備えた二次側回路と、負荷を冷却する負荷側の
冷媒を循環させる第３循環機構を備えた負荷側回路と、
二次側回路の冷媒を負荷側回路に供給する供給流路と、
負荷側回路の冷媒を二次側回路に戻す戻り流路と、上記
供給流路に設けられ負荷側回路の設定温度に対する冷媒
温度の差に応じて開度が制御され二次側冷媒を負荷側回
路に供給する制御バルブと、上記二次側回路の冷媒の温
度を検出する温度センサーと、一次側回路に設けた冷却
器の作動を制御するコントローラとを備え、上記コント
ローラは前記冷却器を二次側回路の冷媒が下限設定温度
に下がるまで作動させ当該下限設定温度に達すると作動
を停止すると共に、該二次側回路の冷媒が上限設定温度
に上昇するまでこの作動停止状態に保つように制御する
ことを特徴とする。

【００１４】第２の発明は、上記第１の発明において、
負荷側回路に放熱機構を設け、この放熱機構によって負
荷側回路の冷媒を冷却するように構成にしたことを特徴
とする。

【００１５】第３の発明は、上記第１の発明又は第２の
発明において、制御バルブをニードル式の制御バルブを
用いるとともに、この制御バルブの開度をパルス信号に
よって制御するようにしたことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に示した第１実施形態におい
ては、一次側回路Ｃ1と、二次側回路Ｃ2と、負荷側回路
Ｃ3とが備えられている。上記一次側回路Ｃ1には、この
発明の第１循環機構に相当する一次側ポンプＰ1および
冷却器２１が設けられるとともに、熱交換機２２が設け
られており、該一次側回路Ｃ1の冷媒を上記二次側回路
Ｃ2の冷媒と熱交換するようにしている。

【００１７】上記二次側回路Ｃ2には、この発明の第２
循環機構に相当する二次側ポンプＰ2を設けるととも
に、この二次側ポンプＰ2の下流側に、前記熱交換器２
２及びバイパス流路２３と供給流路２４とが並列接続さ
れている。上記バイパス流路２３には、バルブ２５が設
けられ、このバルブ２５の下流側がメインタンクＴに接
続されている。

【００１８】供給流路２４には、制御バルブ２６が設け
られるとともに、この制御バルブ２６の下流側が合流タ
ンク２７に接続されている。合流タンク２７は、流路３
０を介してタンクＴに接続されるとともに、負荷側回路
Ｃ3に設けられた負荷側ポンプＰ3の吸い込み側の流路２
８と、負荷Ｗよりも下流側である戻り側の流路２９とに
接続している。なお、この合流タンク２７内には、図示
していないヒータが組み込まれている。

【００１９】上記バルブ２５はバイパス流路２３を抵抗
流路として機能させるもので、二次側ポンプＰ2の吐出
冷媒を、制御バルブ２６が閉じられるときには二次側回
路Ｃ2を循環させ、制御バルブ２６が開かれたときには
制御バルブ２６を介して合流タンク２７に導くためのも
のである。したがって、このバルブ２５の開度は、制御
バルブ２６の開度制御範囲に応じて決定される。上記負
荷側回路Ｃ3には、負荷Ｗに供給される冷媒の温度を検
出する温度センサー３１が設けられ、該温度センサー３
１はコントローラ３２に接続されている。又、前記制御
バルブ２６は、該コントローラ３２の出力信号に応じて
その開度が制御されるようになっている。

【００２０】上記コントローラ３２には、タンクＴから
流出する冷媒の温度を検出する温度センサー４０も接続
されている。温度センサー４０は、タンクＴ内の冷媒の
温度を直接検出するようにしてもよい。更に、上記コン
トローラ３２の出力には、一次側回路Ｃ1の一次側ポン
プＰ1および冷却器２１も接続されており、これらの作
動制御も行われる。

【００２１】次に、この第１実施形態の作用を説明す
る。冷却器２１とともに各回路Ｃ1〜Ｃ3のポンプＰ１〜
Ｐ３が駆動されると、冷却器２１によって冷却された一
次側回路Ｃ1の冷媒と、二次側回路Ｃ2の冷媒とが、熱交
換器２２を介して熱交換される。このとき、温度センサ
ー３１によって検出される負荷Ｗに供給される冷媒の温
度が、予め設定した温度以下であれば制御バルブ２６は
閉じられる。そのため、二次側ポンプＰ2から吐出され
た冷媒の全量がバイパス流路２３を経由してメインタン
クＴに戻される。このとき、負荷側回路Ｃ3において
は、負荷側ポンプＰ3から吐出された冷媒がこの負荷側
回路Ｃ3を循環することになる。

【００２２】一方、負荷Ｗに供給される冷媒の温度が設
定した温度以上になると、コントローラ３２はその検出
温度に応じたパルス数の信号を出力し、制御バルブ２６
の開度を制御する。このとき、コントローラ３２は検出
した温度と設定した温度との差が大きいほど制御バルブ
２６の開度を大きくするように制御する。制御バルブ２
６が開くと、その開度に応じた流量の冷媒が二次側回路
Ｃ2から合流タンク２７に流入する。また、このとき制
御バルブ２６を通過しない二次側回路Ｃ2の冷媒は抵抗
バルブ２５を通過してタンクＴに戻される。

【００２３】二次側回路Ｃ2から冷媒が流入する合流タ
ンク２７内では、二次側回路Ｃ2の冷媒と負荷側回路Ｃ3
の冷媒とが合流してミキシングされ、供給流路２４から
の冷却された冷媒と流路２９からの温度が上昇した冷媒
との混合された温度になる。そして、この冷媒が、合流
タンク２７から負荷側ポンプＰ3に吸い込まれて負荷Ｗ
に導かれ負荷Ｗを冷却することになる。このようにし
て、負荷Ｗによって加熱されて温度が上昇した負荷側冷
媒の温度が温度センサー３１によって検出され、コント
ローラ３２は該負荷側回路の冷媒温度が予め設定された
温度になるまで制御バルブ２６の開度を制御し、二次側
回路の冷媒を負荷側回路に供給する制御を行う。

【００２４】負荷Ｗによって加熱され温度が上昇した負
荷側回路の冷媒は、制御バルブ２６を経由して新たに供
給された冷媒流量に相当する流量が流路２９から再び合
流タンク２７、流路３０を経由してタンクＴに戻され
る。このようにして、負荷側回路Ｃ3の冷媒が温度制御
される。

【００２５】コントローラ３２によって、メインタンク
Ｔから流出する冷媒の温度に応じて冷却器２１及び一次
側ポンプＰ１の制御も行われる。即ち、コントローラ３
２はメインタンクＴから流出する冷媒の温度を検出する
温度センサー４０の検出信号に応じ、この温度が予め設
定した下限設定温度に冷却されるまで冷却器２１および
一次側ポンプＰ１を作動させ、下限設定温度まで下がっ
た時点で冷却器２１および一次側ポンプＰ1の作動を停
止する。つまり、冷却器２１は冷媒が設定した下限設定
温度に冷却されるまで二次側回路Ｃ2の冷媒を冷却し続
ける制御を行う。

【００２６】このようにして冷却器２１の作動を停止す
ると、時間の経過とともにタンクＴ内の冷媒の温度が徐
々に上昇してくるが、コントローラ３２はタンクＴ内の
冷媒の温度が予め設定した上限設定温度を越えると冷却
器２１および一次側ポンプＰ1を作動させる。このよう
にして、タンクＴ内の温度が予め設定した下限設定温度
に達するまで二次側回路の冷媒を冷却し、該下限設定温
度に達したら冷却器２１および一次側ポンプＰ1の作動
を停止し、その後タンクＴ内の温度が予め設定した上限
設定温度を越えると冷却器２１および一次側ポンプＰ1
を作動させる制御を繰り返すことにより二次側回路の冷
媒温度の制御が行われる。

【００２７】この第１実施形態では、上記したように、
下限設定温度に達するまで冷却器２１によって冷媒を冷
却し続けるので、冷却器２１を冷却効率のよい領域で運
転することができる。また、下限設定温度まで冷媒が冷
却された時点から、タンクＴ内の冷媒の温度が上限設定
温度に達するまでの期間、冷却器２１の作動を停止させ
ることができるので消費エネルギーを少なくする効果は
大きい。

【００２８】上記下限設定温度は、二次側回路の冷媒を
負荷側回路に流入させたとき、負荷側回路の冷媒温度が
設定温度を越えて冷却されることがないように制御バル
ブ２６の制御可能範囲に基づいて定められることが好ま
しい。例えば、制御バルブ２６として流量制御を大流量
から微細流量まで制御可能なニードル式のバルブ、例え
ば、株式会社鷺宮製作所製の汎用型電子膨張弁ＰＫＶ形
またはＥＫＶ形にするとともにこの制御バルブの開度を
パルス信号によって制御することによって、二次側回路
Ｃ2の冷媒を負荷側回路Ｃ3の冷媒に要求される設定温度
に対して、例えば−２５℃になるまで一次側回路の冷却
器２１を駆動した後に停止し、その後、二次側冷媒が温
度上昇して設定温度に対して−５℃となるまで冷却器２
１を停止させることが可能となる。この下限設定温度を
二次側回路から負荷側回路への冷媒の供給量を制御する
制御バルブ２６の流量制御によって負荷側回路の冷媒が
設定温度を越えて低下することがない範囲に設定したの
で、通常の冷却動作において合流タンク２７内に設けら
れたヒータを用いる必要がなくなる。

【００２９】また、上記上限設定温度は、負荷側回路Ｃ
3が要求する温度に応じて決めればよい。ただし、この
上限設定温度は、負荷側回路Ｃ3が要求する設定温度よ
りも低いことが要求され、例えば、負荷側回路の冷媒設
定温度に対して−５℃とすることができる。以上のよう
に冷却器２１および一次ポンプＰ１を制御すれば、冷却
器２１の冷却能力を十分発揮させると共に冷却器２１を
二次側回路の冷媒が下限設定温度に達してから上限設定
温度に加熱するまでの期間停止させることができるの
で、チラー装置の消費エネルギーを低下させることがで
きる。また、上記のように下限設定温度を負荷側回路の
冷媒温度が設定温度を越えて冷却されることがないよう
制御バルブ２６の制御可能範囲に基づいて定められるの
で、通常の使用状態においては合流タンク内に設けられ
たヒータを用いることもなく、従ってこの点からもチラ
ー装置の消費エネルギーを低下させることができる。

【００３０】図２に示す第２実施形態は、一次側回路Ｃ
1の構成を変更した点と、外部から導いた工業用水や水
道水などを一次冷却水として利用する点とに特徴を有す
るものであり、上記第１実施形態と同じ構成要素につい
ては同じ符号を付して説明する。

【００３１】一次側回路Ｃ1には、圧縮器３３と、凝縮
器４２と、膨張弁４３及び熱交換器３５とを備えてい
る。一次側回路Ｃ1内の冷媒ガスは、上記圧縮器３３に
よって圧縮されて高圧・高温になり、この高圧・高温に
なった冷媒ガスが、凝縮器４２によって液化された後、
膨張弁４３によってガス化した後、熱交換器３５を通し
て二次側回路Ｃ2の冷媒を冷却するようになっている。
上記圧縮器３３の作動は、コントローラ３２によって制
御されており、この圧縮器３３と凝縮器４２、膨張弁４
３及び熱交換器３５とによって、冷却器および第１循環
機構が構成されている。

【００３２】上記凝縮器４２には、外部から工業用水や
水道水などの一次冷却水が導かれる配管３６が接続され
ている。この一次冷却水は、季節に応じて温度差がある
ものの、通常１０〜３０℃の範囲である。そして、この
一次冷却水を凝縮器４２に導くことによって、高圧・高
温の冷媒ガスが凝縮され液化される。

【００３３】また、上記配管３６には、分岐管３７が接
続されており負荷側回路Ｃ3の熱交換機３８に一次冷却
水を導くようになっている。この熱交換機３８は、負荷
側回路Ｃ3の冷媒を冷却する放熱機構として作用する。
上記分岐管３７には、コントローラ３２によってその開
度が制御される制御バルブ３９が接続されている。この
制御バルブ３９は、温度センサー４１によって検出され
た負荷Ｗの戻り側の冷媒温度が設定温度よりも高く、か
つ分岐管３７を介して導かれた一次冷却水の温度が上記
戻り側の冷媒温度よりも低いことを条件として開き、一
次冷却水を熱交換機３８に導くようになっている。この
ようにして一次冷却水を熱交換機３８に導くことによっ
て、上記戻り側の冷媒を冷却する。

【００３４】このように熱交換機３８によって冷媒が冷
却されるので、流路２９を介して合流タンク２７に導か
れる冷媒の温度が低下するので、二次側回路Ｃ2から供
給される冷媒の供給量を減少させることができると共
に、タンクＴに還流される負荷側回路Ｃ3の冷媒が二次
側回路Ｃ2の冷媒の温度を高めることが少なくなり、結
果的に二次側回路Ｃ2の冷媒の温度を上記第１実施形態
よりも長時間低温に保つことができる。このように二次
側回路Ｃ2の冷媒の温度を長時間低温に保つことができ
るので、圧縮器３３の作動停止時間を、より長く維持す
ることができ、消費エネルギーをさらに少なくすること
ができる。発明者らによる実験の結果では、通常のチラ
ー装置の駆動状態において、平均的に冷却器を約６０％
の時間停止することができ、チラー装置全体の消費エネ
ルギーを約３５％減少することが可能となることがわか
っている。

【００３５】なお、この第２実施形態においても、上記
第１実施形態と同様に負荷Ｗに供給される冷媒の温度を
温度センサー３１によって検出し、この検出した温度が
予め設定した温度以下であれば制御バルブ２６を閉じ、
設定した温度以上になると、制御バルブ２６を開くよう
にしている。そして、負荷Ｗに供給される冷媒の温度が
設定した温度になるように、コントローラ３２が制御バ
ルブ２６の開度を常に制御するようにしている。この制
御バルブ２６の制御方法としては、上記の方法に限られ
るものではなく以下の方法を採用することが可能であ
る。

【００３６】第１の方法は、負荷Ｗの戻り側の冷媒温度
を温度センサー４１によって検出し、この戻り側の冷媒
温度と設定温度との差に基づいて、制御バルブ２６の開
度を制御する方法である。すなわち、設定温度よりも戻
り側の冷媒温度が低い場合には制御バルブ２６は閉じら
れ、戻り側の冷媒温度が設定温度よりも高い場合には制
御バルブ２６は開かれるように制御が行われる。このよ
うな制御方法によっても、負荷側回路Ｃ3の冷媒を設定
した温度に制御することができる。

【００３７】第２の方法は、負荷Ｗに供給される冷媒の
温度と設定温度との差、あるいは負荷Ｗからの戻り冷媒
の温度と設定温度との差を求めるとともに、温度センサ
ー４０によってタンクＴ内の冷媒温度も検出し、このタ
ンクＴ内の冷媒の温度を考慮して制御バルブ２６の開度
を制御する方法である。すなわち、タンクＴ内の冷媒を
合流させて、負荷側回路Ｃ3の冷媒をある温度に冷却す
る際、合流させるタンクＴ内の冷媒の温度を特定するこ
とにより、負荷側回路の冷媒を設定温度にするための二
次側回路の冷媒の供給量を計算によって求めることが可
能となる。このようにして、タンクＴ内の冷媒の温度
と、設定温度との差との関係を予め求めておき、そのデ
ータをコントローラ３２に記憶させ、この記憶したデー
タと、各センサー３１，４０，４１の検出値とに基づい
て制御バルブの開度を制御する方法である。このように
すれば、負荷側回路Ｃ3の冷媒を設定温度に高速に精度
よく制御することが可能となる。なお、上記２つの制御
方法は第１実施形態にも適用することができ、また、以
下に説明する第３実施形態にも適用することができる。

【００３８】上記第１、第２実施形態では、二次側回路
Ｃ2に単一の負荷側回路Ｃ3を接続した例を示している
が、二次側回路Ｃ2に複数の負荷側回路Ｃ3を接続するこ
とが可能である。例えば、図３に示す第３実施形態は、
第２実施形態の二次側回路Ｃ2に２つの負荷側回路Ｃ３
を接続した例を示す。この第３実施形態では、二次側回
路Ｃ2に２つの制御バルブ２６，２６を介して各々に合
流タンク２７，２７を接続し、各々負荷側回路Ｃ3、Ｃ3
を接続したものである。また、各負荷側回路Ｃ3には各
々熱交換器３８が設けられている。このように１つの二
次側回路Ｃ2に複数の負荷側回路Ｃ3を接続した場合にお
いても、タンクＴ内に蓄えた冷媒を必要な量だけ各負荷
側回路Ｃ3、Ｃ3に供給することにより各負荷側回路Ｃ
3、Ｃ3の温度を個別に制御することが可能となる。

【００３９】上記第１〜第３実施形態では、二次側回路
Ｃ2の冷媒を合流させることによって負荷側の温度を制
御しているため、冷媒を供給する制御バルブ１８の開度
の制御が重要となる。一般に、液体の流量を制御するバ
ルブとして、ボール弁とバタフライ弁があるが、これら
のバルブは、微少流量の制御には精度が低く好ましいも
のではない。本発明においては、制御バルブ２６として
ニードル式のバルブが有利に用いられ、バルブの開度が
コントローラから出力されるパルス信号によって比例的
に制御するようにしている。このようにすれば、微少流
量から大流量まで、高い精度で流量制御することがで
き、その結果、二次側冷媒を負荷側冷媒の設定温度に対
して例えば−２５℃になるまで一次側回路の冷却器１を
駆動した後に停止し、その後、二次側冷媒が温度上昇し
て設定温度に対して例えば−５℃となるまで冷却器を停
止させることが可能となる。このニードル式のバルブと
しては、株式会社鷺宮製作所製の汎用型電子膨張弁ＰＫ
Ｖ形またはＥＫＶ形が適している。

【００４０】

【発明の効果】第１の発明によれば、二次側回路の冷媒
が下限設定温度に下がるまで冷却器を作動させ、二次側
回路の冷媒が下限設定温度に達すると冷却器の作動を停
止して、二次側回路の冷媒が上限設定温度に上昇するま
でこの作動停止状態に保つようにしたので、消費エネル
ギーを少なくすることができる。また、冷却器を冷却効
率の高い領域で動作させることができるので、上記消費
エネルギーを更に少なくすることができる。

【００４１】第２の発明によれば、負荷側回路に一次冷
却水との間で熱交換する放熱機構を設け負荷側回路の冷
媒を冷却する構成にしたので、二次側回路の冷媒を長時
間低温に保つことができ、冷却器の作動停止状態をより
長く保つことができる。したがって、消費エネルギーを
更に少なくすることができる。

【００４２】第３の発明によれば、制御バルブをニード
ル式にするとともに、この制御バルブの開度をパルス信
号によって制御する構成にしたので、微少流量から大流
量まで制御することができるので、二次側冷媒の下限設
定温度と上限設定温度の範囲を広く設定することが可能
となり、その結果、冷却器１を長時間停止させることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態を示す回路図である。

【図２】この発明の第２実施形態を示す回路図である。

【図３】この発明の第３実施形態を示す回路図である。

【図４】従来のチラー装置の回路図である。

【符号の説明】

Ｃ1 一次側回路Ｃ2 二次側回路Ｃ3 負荷側回路Ｐ１この発明の第１循環機構に相当する一次側ポン
プＰ２この発明の第２循環機構に相当する二次側ポン
プＰ３この発明の第３循環機構に相当する負荷側ポン
プＴタンクＷ負荷２１冷却器２６制御バルブ３２コントローラ４０温度センサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を冷却する冷却器および該冷媒を循
環させる第１循環機構を備えた一次側回路と、上記一次
側回路の冷媒と熱交換する冷媒を循環させる第２循環機
構および冷媒を貯留するタンクを備えた二次側回路と、
負荷を冷却する負荷側の冷媒を循環させる第３循環機構
を備えた負荷側回路と、二次側回路の冷媒を負荷側回路
に供給する供給流路と、負荷側回路の冷媒を二次側回路
に戻す戻り流路と、上記供給流路に設けられ負荷側回路
の設定温度に対する冷媒温度の差に応じて開度が制御さ
れ二次側冷媒を負荷側回路に供給する制御バルブと、上
記二次側回路の冷媒の温度を検出する温度センサーと、
一次側回路に設けた冷却器の作動を制御するコントロー
ラとを備え、上記コントローラは前記冷却器を二次側回
路の冷媒が下限設定温度に下がるまで作動させ当該下限
設定温度に達すると作動を停止すると共に、該二次側回
路の冷媒が上限設定温度に上昇するまでこの作動停止状
態に保つように制御することを特徴とするチラー装置。
【請求項２】負荷側回路に放熱機構を設け、この放熱
機構によって負荷側回路の冷媒を冷却するように構成に
したことを特徴とする請求項１記載のチラー装置。
【請求項３】制御バルブをニードル式の制御バルブを
用いるとともに、この制御バルブの開度をパルス信号に
よって制御するようにしたことを特徴とする請求項２ま
たは３に記載のチラー装置。