(57)【要約】【課題】冷媒回路を備えた冷凍装置において、蒸発器での冷媒と熱媒体との温度差の変化をできるだけ小さくして該蒸発器が熱応力によって損傷を受けにくくすることで、該蒸発器の耐久性を向上する。【解決手段】冷媒回路（10）において、蒸発器（14）と圧縮機（11）の吸入側との間に、該蒸発器（14）を流れる冷媒と該蒸発器（14）で熱交換する熱媒体との温度差が所定値以下になるように、上記蒸発器（14）での冷媒の蒸発圧力を調整する蒸発圧力調整弁（17）を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えた冷凍装置であって、
上記冷媒回路（10）の蒸発器（14）と圧縮機（11）の吸入側との間には、該蒸発器（14）内を流れる冷媒と該蒸発器（14）で冷媒と熱交換する熱媒体との温度差が所定値以下になるように、上記蒸発器（14）での冷媒の蒸発圧力を調整する蒸発圧力調整手段（17）が設けられていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記蒸発器（14）に接続され、該蒸発器（14）で冷媒と熱交換する上記熱媒体が循環する利用側回路（40）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記利用側回路（40）における熱媒体の蒸発器出口温度を検出する熱媒体温度検出手段（PT）と、
上記熱媒体温度検出手段（PT）によって検出された上記熱媒体の蒸発器出口温度に基づいて該蒸発器（14）での冷媒の蒸発圧力を調整するように、上記蒸発圧力調整手段（17）を制御する制御手段（50）とを備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項３において、
上記制御手段（50）は、上記熱媒体の蒸発器出口での温度が高くなるほど該蒸発器（14）での冷媒と熱媒体との温度差が大きくなるように、上記蒸発圧力調整手段（17）を制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つにおいて、
上記蒸発圧力調整手段は、電動弁（17）を備えていることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが順に接続されてなる冷媒回路を備えた冷凍装置に関し、特に蒸発器の耐久性向上の対策に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが順に接続されてなる冷媒回路を備えた冷凍装置は知られている。このような冷凍装置では、上記凝縮器において、該凝縮器内を流れる冷媒が外部（他の熱媒体）に放熱して凝縮するとともに、上記蒸発器において、該蒸発器内を流れる冷媒が外部（他の熱媒体）から吸熱して蒸発することで、室内や庫内の空気に対して放熱若しくは吸熱し、室内の空調や庫内の冷却等を行うように構成されている。
【０００３】
また、例えば特許文献１に開示されるように、それぞれ冷媒回路を形成する１次側回路と２次側回路とを、該１次側回路の蒸発器で接続し、該蒸発器で１次側回路内の冷媒と２次側回路内の冷媒との間で熱交換を行うように構成されたものも知られている。ここで、上記蒸発器としては、一般的に、内部に熱交換可能な２つの流路が形成されたプレート式熱交換器などが用いられている。
【０００４】
さらに、最近では、冷媒回路からなる１次側回路に対し、水やブライン等の熱媒体が循環する２次側回路を設け、上記１次側回路の蒸発器で、該１次側回路の冷媒から上記２次側回路内で循環する熱媒体に対して放熱するように構成されたチリングユニットが知られている。このようなチリングユニットは、例えば、半導体製造工程でシリコンウェハー等を冷却するために利用されている。
【特許文献１】特開２００６−５７８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のように蒸発器内を流れる冷媒と他の熱媒体との間で熱交換を行う場合、該冷媒と熱媒体との温度差によって上記蒸発器には熱応力が発生するため、両者の温度差が大きいと、該蒸発器には大きな熱応力が生じることになる。そして、２次側回路内の熱媒体の温度が利用側の負荷によって大きく変動すると、上記蒸発器に熱応力が繰り返し発生することになり、該熱応力によって蒸発器が損傷する可能性がある。
【０００６】
特に、上述のような半導体冷却用のチリングユニットの場合には、利用側の熱負荷が大きく変動し、２次側回路内の熱媒体の温度も大きく変わるため、蒸発器での冷媒と熱媒体との温度差が大きく変化しやすく、熱応力によって該蒸発器が損傷を受けやすい。
【０００７】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷媒回路を備えた冷凍装置において、蒸発器での冷媒と熱媒体との温度差の変化をできるだけ小さくして該蒸発器が熱応力によって損傷を受けにくくすることで、該蒸発器の耐久性を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る冷凍装置（1）では、蒸発器（14）と圧縮機（11）の吸入側との間に、該蒸発器（14）での蒸発圧力を調整するための蒸発圧力調整手段（17）を設けて、該蒸発器（14）を流れる冷媒と該蒸発器（14）で冷媒と熱交換する熱媒体との温度差がなるべく大きくならないようにした。
【０００９】
具体的には、第１の発明は、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、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えた冷凍装置を対象とする。
【００１０】
そして、上記冷媒回路（10）の蒸発器（14）と圧縮機（11）の吸入側との間には、該蒸発器（14）内を流れる冷媒と該蒸発器（14）で冷媒と熱交換する熱媒体との温度差が所定値以下になるように、上記蒸発器（14）での冷媒の蒸発圧力を調整する蒸発圧力調整手段（17）が設けられているものとする。
【００１１】
以上の構成により、蒸発器（14）と圧縮機（11）の吸入側との間に設けられた蒸発圧力調整手段（17）によって、該蒸発器（14）を流れる冷媒の蒸発圧力を調整して、該冷媒の蒸発温度を蒸発器（14）で熱交換器する熱媒体に合わせて変化させることができる。すなわち、上述の構成により、上記蒸発器（14）を流れる冷媒の温度と該蒸発器（14）で熱交換する熱媒体との温度差を、該蒸発器（14）が熱応力で損傷を受けないような所定値以下にすることができるため、該蒸発器（14）の耐久性の向上を図れる。
【００１２】
上述の構成において、上記蒸発器（14）に接続され、該蒸発器（14）で冷媒と熱交換する上記熱媒体が循環する利用側回路（40）を備えているものとする（第２の発明）。このように、１次側回路である冷媒回路（10）に対し、該冷媒回路（10）の蒸発器（14）で冷媒と熱交換するように利用側回路（40）を設けた場合、該利用側回路（40）内を循環する熱媒体の温度変化が大きいと、その分、上記蒸発器（17）の温度変化も大きくなって、該蒸発器（14）で発生する熱応力の変動が大きくなる。したがって、このような構成において、上記第１の発明のような構成を適用することで、蒸発器（14）の耐久性を効果的に向上させることができる。
【００１３】
また、上記利用側回路（40）における熱媒体の蒸発器出口温度を検出する熱媒体温度検出手段（PT）と、上記熱媒体温度検出手段（PT）によって検出された上記熱媒体の蒸発器出口温度に基づいて該蒸発器（14）での冷媒の蒸発圧力を調整するように、上記蒸発圧力調整手段（17）を制御する制御手段（50）とを備えているのが好ましい（第３の発明）。
【００１４】
これにより、蒸発器（14）での熱媒体の温度を正確に検出できるとともに、該熱媒体の温度に応じて、該熱媒体と蒸発器（14）内を流れる冷媒との温度差ができる限り小さくなるように該蒸発器（14）での冷媒の蒸発圧力を調整することが可能となる。したがって、蒸発器（14）での熱応力の変動をできるだけ小さくすることができる。
【００１５】
特に、上記制御手段（50）は、上記熱媒体の蒸発器出口での温度が高くなるほど該蒸発器（14）での冷媒と熱媒体との温度差が大きくなるように、上記蒸発圧力調整手段（17）を制御するのが好ましい（第４の発明）。
【００１６】
利用側回路（40）を流れる熱媒体の温度が高い場合、その温度まで１次側回路（10）内の冷媒の温度を上昇させるのは難しいため、蒸発器（14）での冷媒と熱媒体との温度差を一定に保つのは困難である。そのため、上述のように、上記蒸発器（14）の出口での熱媒体の温度が高いほど、該蒸発器（14）での冷媒と熱媒体との温度差が大きくなるのを許容するように、該蒸発器（14）での冷媒の蒸発圧力を調整することで、上記熱媒体の温度が低いときには冷媒との温度差をできるだけ小さくする一方、該熱媒体の温度が高いときには実現可能な冷媒の温度の範囲内で、該冷媒と熱媒体との温度差をできるだけ小さくすることができる。したがって、上記熱媒体が比較的、広範囲で温度変化を生じるような場合でも、蒸発器（14）に発生する熱応力をできるだけ低減することができる。
【００１７】
また、上記蒸発圧力調整手段は、電動弁（17）を備えているのが好ましい（第５の発明）。こうすることで、蒸発器（14）と圧縮機（11）の吸入側との間に設けられた蒸発圧力調整手段（17）によって、該蒸発器（14）の蒸発圧力を確実に調整することができ、上記第１から第４の発明の構成を実現することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、蒸発器（14）と圧縮機（11）の吸入側との間に、該蒸発器（14）での冷媒と熱媒体との温度差が所定値以下になるように、該蒸発器（14）における冷媒の蒸発圧力を調整する蒸発圧力調整手段（17）を設けたため、上記蒸発器（14）における冷媒と熱媒体との温度差に起因する熱応力によって該蒸発器（14）が損傷を受けるのを極力防止できる。したがって、上記蒸発器（14）の耐久性の向上を図れる。
【００１９】
また、第２の発明によれば、上記蒸発器（14）に熱媒体の循環する利用側回路（40）が接続される構成において、上記第１の発明の構成を適用することで、上記蒸発器（14）の耐久性を効果的に向上することができる。
【００２０】
また、第３の発明によれば、上記蒸発圧力調整手段（17）は、熱媒体の蒸発器出口温度に基づいて、蒸発器（14）の蒸発圧力を調整するため、該蒸発器（14）での冷媒の蒸発温度を熱媒体の温度に応じて適切な温度にすることが可能となり、より確実に蒸発器（14）の耐久性の向上を図れる。特に、第４の発明によれば、上記蒸発圧力調整手段（17）は、上記熱媒体の蒸発器（14）の出口温度が高くなるほど該蒸発器（14）での冷媒と熱媒体との温度差が大きくなるように、該蒸発器（14）における冷媒の蒸発圧力を調整するため、可能な範囲で熱媒体と冷媒との温度差を小さくして、蒸発器（14）が熱応力によって受ける損傷を低減することができる。
【００２１】
さらに、第５の発明によれば、上記蒸発圧力調整手段は、電動弁（17）を備えているため、上記第１から第４の発明の構成を確実に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２３】
−構成−
図１に、本発明の実施形態に係る冷凍装置の配管系統図の概略を示す。この図１に示す冷凍装置は、例えば、半導体製造工程において、シリコンウェハーを冷却するブラインのチリングユニット（1）として構成されている。このチリングユニット（1）は、冷媒が循環する冷媒回路（10）と、冷却水が循環する冷却水回路（30）と、上記冷媒回路（10）内の冷媒によって冷却されるブライン（熱媒体）が循環する利用側回路（40）と、制御手段としてのコントローラ（50）とを備えている。すなわち、上記チリングユニット（1）は、上記冷媒回路（10）内の冷媒によって冷却されたブラインを、上記利用側回路（40）を介して利用側である半導体の生産設備に供給するように構成されている。
【００２４】
（冷媒回路）
上記冷媒回路（10）は、圧縮機（11）、凝縮器（12）、膨張弁（13）、蒸発器（14）に加え、過冷却熱交換器（15）及び過冷却用膨張弁（16）、蒸発圧力調整弁（17）（蒸発圧力調整手段）を配管によって接続してなる。これにより、上記冷媒回路（10）では、該回路（10）内を冷媒が循環して、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われるようになっている。
【００２５】
上記圧縮機（11）は、高圧ドーム式のスクロール型圧縮機によって構成されている。この圧縮機（11）は、インバータ制御によって回転速度が可変な可変容量型の圧縮機として構成されている。上記圧縮機（11）の吐出側は、吐出ガス配管（21）を介して上記凝縮器（12）に接続されている。一方、上記圧縮機（11）の吸入側は、吸入ガス配管（22）を介して上記蒸発器（14）に接続されている。また、上記圧縮機（11）の中間圧の圧縮室（以下、中間圧室ともいう）には、後述するインジェクション管（27）が接続されている。すなわち、上記圧縮機（11）は、中間圧室内に中間圧の冷媒をインジェクション可能に構成されている。このように、中間圧室内に冷媒をインジェクション可能な構成にすることで、上記圧縮機（11）の吐出温度を調節することができ、該圧縮機（11）の保護を図れる。
【００２６】
上記凝縮器（12）は、複数のプレートがプレート間に流路を形成するように積層された、いわゆるプレート式熱交換器によって構成されている。この凝縮器（12）には、冷媒流路（12a）と冷却水流路（12b）とが形成されていて、該冷媒流路（12a）が冷媒回路（10）側に、上記冷却水流路（12b）が冷却水回路（30）側に、それぞれ接続されている。具体的には、上記凝縮器（12）は、冷媒流路（12a）の一端側が上記冷媒回路（10）の吐出配管（21）を介して圧縮機の吐出側に接続されている一方、該冷媒流路（12a）の他端側が第１液配管（23）を介して過冷却熱交換器（15）に接続されている。また、上記凝縮器（12）の冷却水流路（12b）は、その両端側が、上記冷却水回路（30）の冷却水配管（31）に接続されている。すなわち、上記凝縮器（12）は、これらの流路（12a,12b）内を流れる冷媒と冷却水との間で熱交換させるように構成されている。この熱交換により、上記凝縮器（12）では、上記冷媒回路（10）内を流れる冷媒を凝縮させることができる。なお、上記冷却水回路（30）の冷却水配管（31）には、図示しない冷却塔やポンプ等に接続されていて、該冷却塔で冷却された冷却水が流れるようになっている。
【００２７】
上記膨張弁（13）は、開度が調節可能な電子膨張弁によって構成されている。この膨張弁（13）は、上記過冷却熱交換器（15）と蒸発器（14）とを接続する第２液配管（24）上に設けられている。
【００２８】
上記蒸発器（14）も、上記凝縮器（12）と同様、いわゆるプレート式熱交換器によって構成されている。この蒸発器（14）には、１次側流路（14a）と２次側流路（14b）とが形成されていて、該１次側流路（14a）が冷媒回路（10）側に、上記２次側流路（14b）が利用側回路（40）に、それぞれ接続されている。具体的には、上記蒸発器（14）は、１次側流路（14a）の一端側が第２液配管（24）を介して膨張弁（13）に接続されている一方、該１次側流路（14a）の他端側が吸入ガス配管（22）を介して圧縮機（11）の吸入側に接続されている。また、上記蒸発器（14）の２次側流路（14b）の一端側は、利用側回路（40）の送出管（46）に接続されている一方、２次側流路（14b）の他端側は、利用側回路（40）の第２戻り管（43）を介してタンク（41）に接続されている。上記蒸発器（14）は、これらの流路（14a,14b）を流れる冷媒とブラインとの間で熱交換させるように構成されている。この熱交換により、上記蒸発器（14）では、上記利用側回路（40）内のブラインを冷媒によって冷却することができる。
【００２９】
上記過冷却熱交換器（15）は、上記凝縮器（12）及び蒸発器（14）と同様、いわゆるプレート式熱交換器であって、冷媒と冷媒との間で熱交換を行うように構成されている。具体的には、上記過冷却熱交換器（15）には、第１流路（15a）と第２流路（15b）とが形成されていて、該第１流路（15a）の一端側が第１液配管（23）に接続され、他端側が第２液配管（24）にそれぞれ接続されている。上記第２流路（15b）の一端側は、上記第２液配管（24）から分岐した分岐管（26）に接続され、他端側は、上記圧縮機（11）の中間圧室に繋がるインジェクション管（27）に接続されている。これにより、上記過冷却熱交換器（15）は、上記第１流路（15a）内を流れる冷媒と、上記第２流路（15b）内を流れる冷媒との間で熱交換を行って、該第１流路（15a）を流れる冷媒を冷却するように構成されている。
【００３０】
上記過冷却用膨張弁（16）は、開度が調節可能な電子膨張弁によって構成されている。この過冷却用膨張弁（16）は、上記分岐管（26）上に設けられている。この過冷却用膨張弁（16）によって減圧された冷媒は、上記過冷却熱交換器（15）の第２流路（15b）内を流れる際に、該過冷却熱交換器（15）の第１流路（15a）内の冷媒から吸熱して蒸発する。
【００３１】
そして、本発明の特徴部分として、上記蒸発器（14）と圧縮機（11）との間の吸入ガス配管（22）上には、蒸発圧力調整手段としての蒸発圧力調整弁（17）が設けられている。この蒸発圧力調整弁（17）は、開度が調節可能な電子膨張弁（電動弁）によって構成されている。このような上記蒸発圧力調整弁（17）を圧縮機（11）の吸入側（蒸発器（14）と圧縮機（11）との間）に設けることによって、該蒸発圧力調整弁（17）よりも冷媒流路上流側に位置する上記蒸発器（14）の冷媒の蒸発圧力を調整することができ、該蒸発器（14）での冷媒の蒸発温度を調整することができる。
【００３２】
なお、上記冷媒回路（10）には、各種センサや圧力スイッチが設けられている。具体的には、吐出ガス配管（21）には、吐出温度センサ（61）、吐出圧力センサ（62）及び高圧圧力スイッチ（63）が設けられている。また、第２液配管（24）の過冷却熱交換器（15）の出口側には出口冷媒温度センサ（64）が、吸入ガス配管（22）の蒸発器（14）の出口側には出口冷媒温度センサ（65）及び低圧側圧力センサ（66）が、それぞれ、設けられている。ここで、上記吐出温度センサ（61）及び出口冷媒温度センサ（64,65）は、吐出ガス配管（21）などの各配管の温度を検出するものであり、高圧圧力スイッチ（63）は吐出圧力を検出して異常高圧時にはチリングユニット（1）を緊急停止させるものである。また、上記吐出圧力センサ（62）は圧縮機（11）の吐出圧力を、低圧側圧力センサ（66）は冷媒回路（10）内の低圧側の圧力を、それぞれ検出するものである。
【００３３】
（利用側回路）
上記利用側回路（40）は、タンク（41）、蒸発器（14）及び利用側（図示省略）を順に配管で接続してなる。この利用側回路（40）には、熱媒体であるブラインが充填されていて、該ブラインが上記蒸発器（14）と利用側との間で循環することにより、所定の設定温度になるように温度調節されたブラインが利用側へ供給される。
【００３４】
上記利用側回路（40）において、利用側から延びるブラインの第１戻り管（42）は、上記タンク（41）に接続されている。該タンク（41）には、上記蒸発器（14）へ延びる第２戻り管（43）も接続されている。
【００３５】
上記タンク（41）には、その内部を２つの空間（41a,41b）に区画しつつ、該タンク（41）の下部ではそれらの空間（41a,41b）を互いに連通させるように、該タンクの上部から所定の深さまで延びる仕切板（41c）が設けられている。この仕切板（41c）によって区画される空間（41a,41b）のうち一方の空間（41a）内には、ヒータ（44）が配設されており、他方の空間（41b）内には、ポンプ（45）が配設されている。このポンプ（45）は、上記タンク（41）の空間（41b）内のブラインを、第２戻り管（43）を介して蒸発器（14）へ送出するように構成されている。
【００３６】
上記蒸発器（14）の２次側流路（14b）の一端側には、送出管（46）が接続されている一方、他端側には上記第２戻り管（43）が接続されている。これにより、上記タンク（41）内のポンプ（45）によって送出されたブラインは、上記蒸発器（14）の２次側流路（14b）内を流れて、該蒸発器（14）の１次側流路（14a）内を流れる冷媒によって冷却された後、上記送出管（46）によって、利用側へ送られる。なお、上記送出管（46）には、逆止弁（CV）が設けられている。この逆止弁（CV）は、図１に示す矢印方向の冷媒の流れのみを許容するものである。
【００３７】
上記利用側回路（40）には、各種センサが設けられている。具体的には、第１戻り管（42）には、ブラインの温度を検出するためのブライン温度センサ（71）が設けられていて、タンク（41）内には、ヒータ（44）の温度を検出するためのヒータ温度センサ（72）が設けられている。また、第２戻り管（43）にはブライン圧力センサ（73）及び蒸発器入口温度センサ（74）が、送出管（46）には蒸発器（14）の出口側に白金温度計（PT）（熱媒体温度検出手段）が、それぞれ設けられている。さらに、上記タンク（41）には、該タンク（41）内の液面高さを検出するための液面検出センサ（75,76）が設けられている。ここで、上記ブライン圧力センサ（73）は、利用側回路（40）内のブラインの圧力を検出するためのものであり、蒸発器入口温度センサ（74）は、第２戻り管（43）の蒸発器（14）入口側の温度を検出するためのものである。また、上記白金温度計（PT）は、上記蒸発器（14）の出口におけるブラインの温度を検出するためのものであり、白金温度抵抗体を用いた温度センサである。
【００３８】
（コントローラ）
上記コントローラ（50）は、上記冷媒回路（20）や利用側回路（40）内の各種センサ（61,62,…）やスイッチ（63）から出力された信号に基づいて、圧縮機（11）や膨張弁（13,16）、蒸発圧力調整弁（17）、ポンプ（45）などの駆動制御を行うように構成されている。上記蒸発圧力調整弁（17）の制御以外は、従来のチリングユニットのコントローラ（50）と同様なので、該蒸発圧力調整弁（17）の制御に関する部分のみを以下で説明する。
【００３９】
上記コントローラ（50）は、利用側回路（40）のブラインの蒸発器出口の温度（白金温度計（PT）での検出結果）に基づいて、蒸発器（14）でのブラインと冷媒との温度差が、該蒸発器で熱応力による損傷を受けにくい所定の温度差以下になるように、上記蒸発圧力調整弁（17）の開度を制御する。具体的には、上記コントローラ（50）は、上記蒸発圧力調整弁（17）の開度を調整するタイミングを決定するためのタイマー部（51）と、上記ブラインの蒸発器出口の温度に基づいて上記蒸発圧力調整弁（17）の制御量を算出する弁制御量算出部（52）とを備えている。すなわち、上記コントローラ（50）は、上記タイマー部（51）によって上記蒸発圧力調整弁（17）の制御量を算出して駆動制御するタイミングであることを検知すると、上記弁制御量算出部（52）で後述する方法によって上記蒸発圧力調整弁（17）の制御量を求めて、該蒸発圧力調整弁（17）を制御するように構成されている。
【００４０】
−運転動作−
次に、上述のような構成を有するチリングユニット（1）の運転動作について説明する。
【００４１】
（冷媒回路）
冷媒回路（10）において、圧縮機（11）を運転すると、圧縮されたガス冷媒が該圧縮機（11）から吐出される。このガス冷媒は、吐出ガス配管（21）内を流れて凝縮器（12）の冷媒流路（12a）に導入される。この凝縮器（12）の冷媒流路（12a）では、導入された冷媒が該凝縮器（12）の冷却水流路（12b）内を流れる冷却水に放熱して凝縮する。上記凝縮器（12）で凝縮した冷媒は、該凝縮器（12）から流れ出て、第１液配管（23）を介して過冷却熱交換器（15）の第１流路（15a）へ流れる。
【００４２】
上記過冷却熱交換器（15）の第１流路（15a）を流れた冷媒は、第２液配管（24）を流れて膨張弁（13）を通過する際に減圧される一方、一部の冷媒は該膨張弁（13）の上流側で分岐管（26）へ流入する。この分岐管（26）に流入した冷媒の一部は、過冷却用膨張弁（16）を通って減圧され、上記過冷却熱交換器（15）の第２流路（15b）に流入して上記第１流路（15a）を流れる液冷媒と熱交換して蒸発し、該第１流路（15a）を流れる液冷媒を所定の低温度に冷却する。上記過冷却熱交換器（15）で蒸発した冷媒は、インジェクション管（27）を流れて、圧縮機（11）の中間圧室にインジェクションされる。
【００４３】
一方、上記膨張弁（13）で減圧された冷媒は、蒸発器（14）の１次側流路（14a）に流入する。この１次側流路（14a）では、流入した冷媒が２次側流路（14b）を流れるブラインから吸熱して蒸発する。上記蒸発器（14）で蒸発した冷媒は、該蒸発器（14）から流れ出て、蒸発圧力調整弁（17）を通過した後、吸入ガス配管（22）を介して圧縮機（11）に吸入される。この圧縮機（11）では、吸入した冷媒を圧縮して再び吐出する。これにより、上記冷媒回路（10）では、該回路（10）内を冷媒が循環して、冷凍サイクルが行われる。
【００４４】
（利用側回路）
利用側回路（40）において、ポンプ（45）を運転すると、該利用側回路（40）内をブラインが循環する。具体的には、利用側で対象物から吸熱したブラインは、第１戻り管（42）を流れてタンク（41）内に導入される。該タンク（41）内に導入されたブラインは、タンク（41）内でヒータ（44）によって加熱された後、ポンプ（45）によって第２戻り管（43）を介して蒸発器（14）の２次側流路（14b）に送出される。なお、上記ヒータ（44）による加熱が不要の場合には、該ヒータ（44）は作動しない。
【００４５】
上記蒸発器（14）の２次側流路（14b）に流入したブラインは、該蒸発器（14）の１次側流路（14a）内を流れる冷媒と熱交換する。これにより、上記ブラインは、冷媒に放熱して冷却される。上記蒸発器（14）で冷却されたブラインは、送出管（46）へ流れ、利用側へ供給される。利用側で対象物から吸熱したブラインは、第１戻り管（42）を介して再びタンク（41）内へ戻る。
【００４６】
（蒸発圧力制御）
上述のような運転動作において、上記冷媒回路（10）の蒸発器（14）では、１次側流路（14a）内を流れる冷媒と２次側流路（14b）内を流れるブラインとの温度差によって、熱応力が発生する。そして、図２に示すように、上記蒸発器（14）での冷媒の蒸発温度はほぼ一定（図中の破線）であるのに対して、例えば半導体製造工程に用いられるチリングユニットのように、運転状態に応じて上記利用側回路（40）内を流れるブラインの温度が大きく変動する場合がある（図中の実線参照）。そうすると、プレート熱交換器からなる上記蒸発器（14）には、大きな熱応力の変動が生じ、この熱応力の変動によって該蒸発器（14）が損傷を受ける可能性がある。
【００４７】
そのため、本発明では、上記蒸発器（14）でのブラインの温度変化に応じて、冷媒の蒸発温度も変化させることにより、該蒸発器（14）でのブラインと冷媒との温度差をできるだけ小さくして、該蒸発器（14）に大きな熱応力の変動が発生しないようにした。
【００４８】
具体的には、上記蒸発器（14）と圧縮機（11）との間に設けられた蒸発圧力調整弁（17）の開度を、ブラインの蒸発器出口側の温度（白金温度計（PT）で検出される温度）に応じて調節することで、該蒸発器（14）での冷媒の蒸発圧力を調整する。すなわち、上記図２に示すように、上記ブラインの蒸発器出口側の温度（図中の細実線）に応じて、上記蒸発圧力調整弁（17）の開度を小さくし、通常の場合（破線）よりも上記蒸発器（14）での冷媒の蒸発圧力を大きくすることで、該冷媒の蒸発温度（図中の太実線）を上昇させ、上記ブラインの温度にできるだけ近づける。
【００４９】
詳しくは、上記コントローラ（50）では、上記蒸発圧力調整弁（17）の制御量ｐｌｓを以下のようにして求める。
【００５０】
図３に示す蒸発圧力調整弁（17）の制御量算出フローがスタートすると、まず、ステップＳ１において、タイマー部（51）でタイマーをスタートさせて時間をカウントする。続くステップＳ２で上記タイマー部（51）でカウントした時間が５秒経過したかどうかを判定し、このステップＳ２で５秒経過したと判定された場合（ＹＥＳの場合）に、ステップＳ３に進んで、蒸発器（14）での冷媒とブラインとの温度差（ΔＴ２）に基づいて、蒸発圧力調整弁（17）の開度調整量ｄｐｌｓを計算する。
【００５１】
具体的には、上記ステップＳ３において、上記ΔＴ２及びｄｐｌｓは、下式によって求められる。
【００５２】
ΔＴ２＝ＰＴ１−ｆ（ＬＰ１）        ・・・（１）
ｄｐｌｓ＝ａ×Ｐ＋ｂ×Ｉ＋ｃ×Ｄ    ・・・（２）
ここで、上記（１）式において、ＰＴ１は蒸発器（14）でのブラインの温度（白金温度計（PT）での検出温度）、ｆ（ＬＰ１）は冷媒の圧力相当飽和温度を意味し、上記（２）式において、例えばａ＝１．０、ｂ＝０．２、ｃ＝０．１５であり、Ｐ、Ｉ、Ｄの各値は、下式によって与えられる。なお、下式において、ΔＴ２_５は現在から５秒前のΔＴ２、ΔＴ２_１０は現在から１０秒前のΔＴ２、ΔＴ２_２０は現在から２０秒前のΔＴ２をそれぞれ意味する。
【００５３】
Ｐ＝１×｛（ΔＴ２−目標ΔＴ２）−（ΔＴ２_２０−目標ΔＴ２）｝
Ｉ＝１×｛（ΔＴ２−目標ΔＴ２）＋２×（ΔＴ２_５−目標ΔＴ２）
＋（ΔＴ２_１０−目標ΔＴ２）｝
Ｄ＝１×｛（ΔＴ２−目標ΔＴ２）−２×（ΔＴ２_１０−目標ΔＴ２）
＋（ΔＴ２_２０−目標ΔＴ２）｝
なお、本実施形態では、上記各式を用いて、蒸発圧力調整弁（17）の弁開度をＰＩＤ制御しているが、この限りではなく、上記各式とは異なる関係式で制御を行うようにしてもよい。
【００５４】
上記目標ΔＴ２は、図４に示すように、上記蒸発器（14）でのブラインの温度に応じて算出されるもので、該ブラインの温度が低い場合には、目標ΔＴ２が小さく、すなわち上記蒸発器（14）での冷媒とブラインとの温度差がなるべく小さくなるようにする一方、上記ブラインの温度が高い場合には、その温度の近傍まで冷媒の温度を上昇させるのは不可能なので、目標ΔＴ２を大きく、すなわち上記蒸発器（14）での冷媒とブラインとの温度差を大きくする。
【００５５】
上記図４に示す関係を式で表すと、以下のような関係式になる。
【００５６】
＜ブライン温度がＰＴ１≧１００℃の場合＞
目標ΔＴ２＝５０
＜ブライン温度が−３０≦ＰＴ１＜１００℃の場合＞
目標ΔＴ２＝４５×（ＰＴ１−１００）／１３０＋５０
＜ブライン温度がＰＴ１＜−３０℃の場合＞
目標ΔＴ２＝５
上記ステップＳ３でｄｐｌｓを算出した後、ステップＳ４では、算出したｄｐｌｓを用いて上記蒸発圧力調整弁（17）を開度制御する。具体的には、上記ｄｐｌｓを現在のｐｌｓに足して制御量としてのｐｌｓを求め、このｐｌｓによって上記蒸発圧力調整弁（17）を制御する。その後、このフローを終了して、スタートに戻り（リターン）、再度、上記フローを開始する。
【００５７】
−実施形態の効果−
以上より、この実施形態によれば、半導体製造工程などで用いられるチリングユニット（1）において、１次回路側の冷媒回路（10）の蒸発器（14）と圧縮機（11）の吸入側との間に蒸発圧力調整弁（17）を設けて、該蒸発器（14）での１次回路側の冷媒の温度と２次回路側のブラインの温度との温度差がなるべく小さくなるように、上記蒸発圧力調整弁（17）を制御するようにしたため、上記蒸発器（14）での冷媒とブラインとの温度差によって発生する熱応力が、大きく変動するのを極力防止することができ、これにより、該熱応力によって上記蒸発器（14）が損傷を受けるのをできるだけ防止することができる。
【００５８】
具体的には、上記圧力調整弁（17）を、２次回路側の利用側回路（40）における蒸発器出口のブライン温度に基づいて開度制御するようにしたため、該ブラインの温度変化によって冷媒の蒸発圧力を調整することができ、これにより、上記蒸発器（17）での冷媒の蒸発温度を調整することができる。
【００５９】
また、上記利用側回路（40）の蒸発器出口のブライン温度に応じて、目標とするブラインと冷媒との温度差ΔＴ２を変更することで、実現可能な冷媒温度の範囲で、ブラインと冷媒との温度差をできるだけ小さくすることが可能となり、上記蒸発器（14）に生じる熱応力の変動をできるだけ小さくすることができる。
【００６０】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００６１】
上記実施形態では、蒸発圧力調整弁として電子膨張弁を用いているが、この限りではなく、蒸発圧力の調整ができるような手段であれば、どのようなものであってもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、２次側回路としての利用側回路（40）において、ブラインがヒータ（44）を通過した後、蒸発器（14）の２次側流路（14b）に流れ込むように構成されているが、この限りではなく、ブラインが上記蒸発器（14）の２次側流路（14b）を通過した後、ヒータ（44）に流れ込むようにしてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、１次側回路としての冷媒回路（10）に、２次側回路としての利用側回路（40）を設けることで、冷凍装置としてチリングユニット（1）を構成しているが、この限りではなく、上記冷媒回路（10）のみによって構成される、一般的な空気調和装置や冷凍装置であってもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、１次側回路としての冷媒回路（10）において、圧縮機（11）の中間圧に冷媒をインジェクションするように構成されているが、この限りではなく、圧縮機に対して冷媒をインジェクションしないような構成にしてもよい。この場合には、過冷却熱交換器（15）や過冷却用膨張弁（16）が不要になる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上説明したように、本発明は、例えば、冷媒回路内を循環する冷媒と利用側回路内を循環するブラインとの間の熱交換を、該冷媒回路の蒸発器によって行うブラインのチリングユニットなどに特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、実施形態に係るチリングユニットの概略構成を示す配管系統図である。
【図２】図２は、蒸発器におけるブラインの温度、従来構成の場合の冷媒の蒸発温度、及び本発明を適用した場合の冷媒の蒸発温度を、それぞれ模式的に示すグラフである。
【図３】図３は、蒸発圧力調整弁の開度制御のフローを示す図である。
【図４】図４は、ブライン温度と目標とするΔＴ２との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
1           チリングユニット（冷凍装置）
10          冷媒回路
11          圧縮機
12          凝縮器
13          膨張弁
14          蒸発器
17          蒸発圧力調整弁（蒸発圧力調整手段）
40          利用側回路
50          コントローラ（制御手段）
PT          白金温度計（熱媒体温度検出手段）
【図１】
2010025412.tif 000003
【図２】
2010025412.tif 000004
【図３】
2010025412.tif 000005
【図４】
2010025412.tif 000006