(57)【要約】【課題】冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置の提供。【解決手段】本発明の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置は、インバータ圧縮機１、凝縮器２、膨脹装置３、蒸発器６を備える。前記インバータ圧縮機は更に、第一バイパス回路８及び流量制御バルブを備え、インバータ圧縮機１の出力する高温高圧の気体冷媒を受け取り、蒸発器の入力端に出力する。また第二バイパス回路９及び流量制御バルブは、インバータ圧縮機の出力する高温高圧の気体冷媒を受け取り、前記インバータ圧縮機の入力端に出力する。ホットガスバイバス回路及び第一流量制御バルブ４、第二流量制御バルブ５のそれぞれが容量制御を行い蒸発器に連結した工作機械の作業流体温度の変動に迅速に反応して、正確な恒温制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ圧縮機、凝縮器、膨脹装置、第一ホットガスバイパス回路、第二ホットガスバイパス回路及び蒸発器を含み、
前記インバータ圧縮機はインバータ効率調整機能を備え、並びにインバータ圧縮機の入力端の冷媒圧縮を高温高圧の気体冷媒とし、前記冷媒を出力し、
前記凝縮器は、前記インバータ圧縮機の出力する高温高圧の気体冷媒を受け取り、凝縮器の放熱を経て高圧液体冷媒を出力し、
前記膨脹装置は、バルブを備え、前記凝縮器が出力した高圧液体冷媒を受け取り、膨脹作業を経て低圧液体冷媒を出力し、
前記第一ホットガスバイパス回路は、前記インバータ圧縮機の出力した高温高圧の気体冷媒を受け取り、前記蒸発器の入力端に出力し、
前記第二ホットガスバイパス回路は、前記インバータ圧縮機の出力した高温高圧の気体冷媒を受け取り、前記インバータ圧縮機の入力端に出力し、
前記蒸発器は、蒸発器の入力端と工作機械の作業流体とは相互に繋がり、並びに別の入力端は同時に前記膨脹装置、第一流量制御バルブ、及び第二流量制御バルブと連結し、前記蒸発器は二つの入力端の熱量を交換する為のものであることを特徴とする冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置。
【請求項２】
前記インバータ圧縮機は駆動制御装置によって回転速度及び容量制御を行うことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置。
【請求項３】
前記膨脹装置は、調節バルブの開き具合によって液体冷媒流通量を制御するバルブ装置であることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置。
【請求項４】
前記第一ホットガスバイパスは低負荷もしくは負荷の急激な低下時に補充となる熱源を提供することにより、恒温制御を急速に安定させることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置。
【請求項５】
前記第二ホットガスバイパスは前記インバータ圧縮機が低負荷である時でも停止させず恒温制御を安定化させることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置。
【請求項６】
前記第一ホットガスバイパスには更に流量調節バルブを設置し、前記流量調節バルブは作業流体の負荷が急激に低下した場合または低負荷である場合、前記蒸発器に流入する作業流体の温度が低くなって開かれ、補充熱源を提供することにより、作業流体の温度は設定した恒温に戻ることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置。
【請求項７】
前記第二ホットガスバイパスには更に流量調節バルブを設置し、前記流量調節バルブは
前記インバータ圧縮機の調節可能最低周波負荷を下回った場合に開かれ、冷媒は前記凝縮器、前記膨脹装置、及び前記蒸発器を経由せず低圧気体冷媒と直接混合した後、前記インバータ圧縮機に戻り負荷遮断作用を起こし、これにより前記インバータ圧縮機は停止せずに最低周波において省エネ運転を制御することが可能であることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置。
【請求項８】
前記第一ホットガスバイパスは前記インバータ圧縮機の排出端の後方を入り口とし、前記蒸発器の前方端を出口として連結することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置。
【請求項９】
前記第二ホットガスバイパスは前記インバータ圧縮機の排出端の後方を入り口とし、前記蒸発器の後方を出口として連結することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置。
【請求項１０】
前記作業流体とは、純水、にがり、及び冷却油の何れか一つとすることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置に関し、特にインバータ圧縮機をホットガスバイパス回路に組み合わせてそれぞれが流量及び温度制御を行うものであり、省エネ効果を有する他、温度制御反応の迅速性を持ち、恒温制御を行い、低負荷には流量制御と精密温度制御機能を同時に達成する。
【背景技術】
【０００２】
例えばマシンツール、半導体製造工程の冷凍機等の産業用製造工程設備は、加工作業時に高温が発生し熱変位現象が生じることにより、これらの設備加工平台が中心位置からずれて加工精度に影響を与えている。よって産業上の精密化傾向に応じて、適当な製造工程用冷凍機を使って高温を抑制し加工精度を制御し高品質、高付加価値製品を製作することが必要となる。
【０００３】
前述の製造工程設備においては工業用冷凍機は高精度温度制御機能を備えており、公知の固定周波温度制御ではこの要求を達成することはできず、インバータ高温制御技術を応用して更に高精密な加工効果を保ち環境保護及び省エネの要望を実現することがあたかも未来の製造工程用冷凍機の趨勢となっているかのようである。
【０００４】
伝統的な冷凍システムは固定周波圧縮機、凝縮器、膨脹装置、及び蒸発器を含み、作業流体を設定した作業温度まで冷却して恒温を維持し、恒温冷却の要望を達成している。伝統的なローレベル冷凍装置においては通常、固定周波圧縮機を膨脹装置に組み合わせて流量及び温度制御を行っており、低負荷流量である時、圧縮機を停止させる。圧縮機が停止した後は圧縮機を保護する為に通常は圧縮機の再起動を遅らせる。このように圧縮機のオン／オフ方式は温度制御の不安定を引き起こす故、温度の特性曲線には鋸歯状が出現し（図２参照）、実際には恒温制御機能を達成していないことがわかる。
【０００５】
伝統的な冷凍装置においても固定周波圧縮機をホットガスバイパス回路に組み合わせて流量及び温度制御を行うものがあるが、低負荷流量である時でも圧縮機はまだ停止しない。しかし負荷遮断の関係で、圧縮機出口の高温の高熱気体冷媒が大量に膨脹装置後部端の蒸発器前方端箇所に直接入り込む故、温度制御が不安定となり温度を容易に向上させる結果となる。
【０００６】
伝統的な高レベルの冷凍装置において、インバータ圧縮機を膨脹装置に組み合わせて流量及び温度制御を行うシステムは、負荷が安定している時、省エネ運転と最良の流量及び温度制御が可能であるという長所を持っている。しかし低負荷状態の運転においてインバータ圧縮機の流量調節可能範囲を下回った時、圧縮機は停止してしまう可能性があり、同じようにオン／オフ式の欠点を有し、温度制御を不安定にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
伝統的な高レベル冷凍装置において、インバータ圧縮機、膨脹装置をバイパス回路装置に組み合わせて流量及び温度制御を行うシステムもある（図３参照）。このようなシステムは同様に負荷が安定している時に、省エネ運転と最良の流量及び温度制御が可能であるという長所を持っている。しかし低負荷状態の運転においてインバータ圧縮機の流量調節可能範囲を下回った時圧縮機を停止させ、ホットガスバイパスバルブを開いて流量を調節して負荷遮断を目的とする大量の熱冷媒気体を直接蒸発器に流入させる為、温度に変動現象が発生して温度制御を不安定にする。また、対応する膨脹装置が起動すると、多くの冷媒が通過して温度を制御するが、低負荷である時にはやはりインバータ圧縮機が高回転速度（周波）で運転する為に、エネルギー浪費の欠点が生じる。本発明はインバータ圧縮機の構造上に応用することが可能であり前述の欠点を改善するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記公知技術の欠点を解決すべく本発明の主な目的は、インバータ圧縮機を第一バイパス回路及びその流量制御バルブ、第二バイパス回路及びその流量制御バルブに組み合わせ、それぞれが流量及び温度制御を行い、低負荷時に圧縮機が停止することにより引き起こされる温度制御の不安定を解決し、並びに低負荷容量時にホットガスバイパスバルブが負荷遮断を目的として開かれることが原因で引き起こされる温度の変動現象を取り除くことが可能な冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置を提供することにある。これにより本発明は、省エネ効果を備える他、温度制御反応の迅速性を有し恒温制御を備え、低負荷時に流量制御と精密温度制御機能を同時に達成する。
【０００９】
前述目的を達成する為、本発明の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置は、インバータ圧縮機、凝縮器、膨脹装置、蒸発器を備え、前記インバータ省エネ温度制御装置は更に第一バイパス回路及び流量制御バルブを備え、インバータ圧縮機の出力する高温高圧の気体冷媒を受け取り、蒸発器の入力端に出力して温度制御用熱源とする。また第二バイパス回路及び流量制御バルブは、インバータ圧縮機の出力する高温高圧の気体冷媒を受け取り、インバータ圧縮機の入力端に出力して負荷遮断制御用とする。第一流量制御バルブ及び第二流量制御バルブがホットガスバイパス回路の熱冷媒蒸気流量を制御することにより、蒸発器に連結した工作機械の作業流体温度の変動に迅速に反応し、並びに低負荷時の負荷遮断制御が圧縮機の停止を起因とする温度制御不安定現象を防止して、正確な恒温制御を行わせる。
【００１０】
以下に図面、符号の説明、及び詳細説明を用いて本発明に対する更なる説明を行う。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置は、低負荷時に圧縮機が停止することにより引き起こされる温度制御の不安定を解決し、並びに低負荷容量時にホットガスバイパスバルブが負荷遮断を目的として開かれることが原因で引き起こされる温度の変動現象を取り除く効果を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に図面を用いて本発明の実施形態についての詳細説明を行う。図１に本発明冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置の実施形態を示す。それはインバータ圧縮機１、凝縮器２、膨脹装置３、第一バイパス回路８及びその上の第一流量制御バルブ４、第二バイパス回路９及びその上の第二流量制御バルブ５、蒸発器６を備えるものである。前記インバータ圧縮機１はインバータ効率調整機能を備え、並びにインバータ圧縮機１の入力端１１の冷媒圧縮を高温高圧の気体冷媒とする。前記凝縮器２は、インバータ圧縮機１出力端１２の高温高圧の気体冷媒を受け取り、凝縮器２の放熱を経て出力端２２から高圧液体冷媒を出力する。前記膨脹装置３は、凝縮器２から出力された高圧液体冷媒を受け取り、膨脹作業を経て低圧液体冷媒を出力する。前記第一バイパス回路８及びその上の第一流量制御バルブ４においてインバータ圧縮機１の出力端１２が出力した高温高圧の気体冷媒は蒸発器６の第一入力端６１に繋がり、第一流量制御バルブ４は冷媒流量を制御する。前記第二バイパス回路９及びその上の第二流量制御バルブ５においてインバータ圧縮機１の出力端１２が出力した高温高圧の気体冷媒はインバータ圧縮機１の入力端１１に繋がる。前記蒸発器６において、蒸発器６の第二入力端６３及び第二出力端６４と工作機械７の作業流体は相互に繋がり、前記作業流体とは、純水、にがり、及び冷却油の何れか一つとし、前記蒸発器６は二つの第一入力端６１、第二入力端６３の熱量を交換する為のものである。
【００１３】
本発明の作業原理とは、インバータ圧縮機１の出力端を膨脹装置３の出力端に連結することと蒸発器６入力端間の温度制御用第一（ホットガス）バイパス回路８とが負荷激烈変動もしくは低（零）負荷である時の臨時補充代替熱源となることにより、膨脹装置を激烈変動させず、温度制御精度を高める。インバータ圧縮機１の出力端を蒸発器６の第一出力端６２に連結することとインバータ圧縮機１入力端１１前の負荷遮断用第二（ホットガス）バイパス回路９とが負荷遮断用となる為、インバータ圧縮機１は負荷が回転最低周波の負荷を下回ったとしても停止せず、負荷遮断量の大きい気体熱冷媒は蒸発器を通過せずに作業流体の温度制御妨害を防止する。
【００１４】
冷媒はインバータ圧縮機１を経て圧縮されて高温高圧気体冷媒となり、凝縮器２を経て放熱されて高圧液体冷媒となり、膨脹装置３に流入して低圧液体冷媒となり、蒸発器６によって作業流体が運んできた工作機械７発生の熱量を吸収し、更にインバータ圧縮機１に進入することにより一つのサイクルを形成する。膨脹装置３は液体冷媒の流量を制御して蒸発器６の第一入力端６１の冷媒進入量を決定すると、蒸発器６の第二入力端６３の作業流体温度を制御することが可能となり、インバータ圧縮機１は回転速度を変化させて冷媒流量を制御して省エネ目的を達成する。
【００１５】
負荷激減状況において、これに対応して第一流量制御バルブ４が開かれ、第一バイパス回路８は、適量の高温の気体冷媒を蒸発器６の第一入力端６１から直接進入させ、元々の負荷熱源を臨時補足し、更にゆっくりと第一流量制御バルブ４（ホットガスバイパスバルブ）を閉じて膨脹装置３の開きを縮め、最後に膨脹装置は直接温度制御を行う状態に戻る。冷媒源（液体冷媒）及び補充する発熱源（高温気体冷媒）を制限することにより、蒸発器６の負荷激減状態に迅速に反応し、正確な恒温制御を行う。インバータ圧縮機１の最低周波運転の負荷を下回った場合、第二流量制御バルブ５（第二ホットガスバイパス回路）が開かれ、インバータ圧縮機１の最低周波運転を継続させ、省エネ効果を達成する。
【００１６】
負荷が急激に上昇した場合（即ち工作機械７が高負荷状態である場合）、第一流量制御バルブ４、第二流量制御バルブ５は閉じた状態を維持し、膨脹装置３の開きが大きくなり、適量の液体冷媒を蒸発器に流入させ、これにより、蒸発器６の負荷の急激上昇に迅速に反応し、正確な恒温制御を行う。
【００１７】
負荷の低下がインバータ圧縮機１の負荷遮断量を超えた時（即ち工作機械７が低負荷もしくは無負荷状態である時）、インバータ圧縮機１は最低回転速度（流量）で運転を続け、この時第二流量制御バルブ５が開かれ、余分な冷媒は凝縮器２、膨脹装置３、蒸発器６を経て直接インバータ圧縮機１の吸入端に流れ戻ってショートサイクルを形成し、インバータ圧縮機１を停止させないようにする。負荷遮断をする大量の高温気体冷媒は蒸発器６を通過しない為に温度制御に影響を与えず、恒温状態を保つことができる。また、蒸発器６の温度制御に影響を与えず、膨脹装置３の開きを増加させることもなく、低負荷である時にインバータ圧縮機１が高速回転速度（高周波）で運転を行うことによるエネルギー浪費現象を発生させない。
【００１８】
前述の図１に示した通り、本発明は主にインバータ圧縮機を第一流量制御バルブ及び第二流量制御バルブに組み合わせてそれぞれが温度及び流量制御を行うものであり、省エネ効果を備える他、温度制御反応の迅速性、恒温制御効果を持ち、低負荷である時、同時に流量制御と精密な温度制御を行う。産業用の製造工程設備の領域において、非常に高度な効果を有する故、ここに特許権の保護を求め出願を行う。
【００１９】
本発明の構造特徴及び各実施例は前記に詳細開示した通りであり、本発明の目的及び効果では実施における進歩性、産業利用価値、現在市場では嘗て見られない運用性を充分に顕示している。よって、特許法の精神に基づいて開示された本発明は特許要件に符合するものであると言える。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の冷凍装置のインバータ省エネ温度制御装置に関する構造図である。
【図２】公知のホットガスバイパスシステム図である。
【図３】負荷の急激な変化が生じた場合の対応する流量調節バルブの作動制御特性図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  インバータ圧縮機
１１  入力端
１２  出力端
２  凝縮器
２１  入力端
２２  出力端
３  膨脹装置
４  第一流量制御バルブ
４１  制御バルブ
４２    螺形管バルブ
５  第二流量制御バルブ
６  蒸発器
６１  第一入力端
６２  第一出力端
６３  第二入力端
６４  第二出力端
７  工作機械
８  第一バイパス回路
９  第二バイパス回路
【図１】
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【図２】
2010133689.tif 000004
【図３】
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