(57)【要約】【課題】  全体の動作効率を向上させて省エネルギ性及び制御性を高めるとともに、故障により圧縮機モータが動作不能になる不具合を回避する。【解決手段】  冷凍サイクル５に、圧縮機モータ７の動作時に冷媒圧縮を行うロード状態又は圧縮機モータ７の動作時に冷媒圧縮を解除するアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部８を設けたデジタル制御冷媒圧縮機６を使用し、かつ少なくとも被冷却物Ｍに供給する冷却液Ｗの温度に基づきデジタル切換機構部８を切換制御して冷却液Ｗの温度を可変制御する制御系９を備えるとともに、デジタル切換機構部８の切換不能時に、圧縮機モータ７をオン／オフ切換して温度制御を行う予備制御手段１０を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液を貯留する冷却液タンクと、この冷却液タンクに貯留する冷却液を前記被冷却物に供給する送液ポンプと、前記被冷却物から前記冷却液タンクに戻される冷却液又は前記冷却液タンクから前記被冷却物に供給する冷却液を冷却する冷却器と、前記冷却器に接続して冷却液を熱交換により冷却する冷凍サイクルとを備え、前記被冷却物に冷却液を循環させることにより前記被冷却物の冷却を行う冷却装置において、前記冷凍サイクルに、圧縮機モータの動作時に冷媒圧縮を行うロード状態又は圧縮機モータの動作時に冷媒圧縮を解除するアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部を設けたデジタル制御冷媒圧縮機を使用し、かつ少なくとも前記被冷却物に供給する冷却液の温度に基づき前記デジタル切換機構部を切換制御して冷却液の温度を可変制御する制御系を備えるとともに、前記デジタル切換機構部の切換不能時に、前記圧縮機モータをオン／オフ切換して温度制御を行う予備制御手段を設けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記予備制御手段は、前記デジタル切換機構部が前記アンロード状態に切換わった状態で切換不能になった際に、前記デジタル切換機構部を強制的に前記ロード状態に変更させる予備切換部を備えることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記デジタル制御冷媒圧縮機は、軌道スクロールと固定スクロールを用いた冷媒圧縮部を有するとともに、前記固定スクロール又は前記軌道スクロールを軸方向に変位させて前記ロード状態又は前記アンロード状態に切換えるデジタル切換機構部を有することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被冷却物に対して冷却液を循環させることにより当該被冷却物を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーザ加工機では、加工精度に大きく影響するミラー等の光学部品に対する熱的安定性を確保し、加工品質の低下を回避する必要があるため、使用する冷却装置には、温度変動の少ない高度の冷却精度と、ワークの材質，板厚，加工速度及び加工面粗度等による比較的大きな負荷変動に対しても十分に追従可能な冷却性能が要求され、既に、本出願人も、このような要求に応える冷却装置（冷却装置の温度制御方法）を特開平９−１３４２２０号公報により提案した。この冷却装置は、冷却液を貯留する冷却液タンクの供給口に、送液ポンプを接続し、この送液ポンプの吐出口に、レーザ加工機等の被冷却物の冷却液入口を接続するとともに、冷却液タンクの戻口に、冷却器を接続し、この冷却器の流入口に、被冷却物の冷却液出口を接続したものである。
【０００３】
しかし、この冷却装置は、冷却液タンクに、冷却された冷却液を貯留するため、常に、安定した温度の冷却液を被冷却物に供給できる利点があるものの、反面、凍結温度付近の冷却能力が制限されること、冷媒回路のＣＯＰ（成績係数＝冷却能力／入力電力）の低下を招くこと、被冷却物側に比較的大きな耐圧が要求されることなどの解決すべき課題が存在し、既に、本出願人は、この課題を解決した冷却装置を、特開２００３−３２９３５５号公報により提案した。
【０００４】
この冷却装置は、被冷却物から戻された冷却液を貯留する冷却液タンクと、この冷却液タンクの供給口から流出する冷却液を送出する送液ポンプと、この送液ポンプから吐出する冷却液を熱交換により冷却して被冷却物に供給する冷却器を設けるとともに、冷却器から流出した冷却液の温度を温度センサにより検出し、検出した温度に基づいて冷却器の冷却温度を制御する制御系、より具体的には、温度センサにより検出した温度に基づいて、冷却器に冷媒を循環させる冷凍サイクルにおけるコンプレッサの回転周波数をインバータ制御する制御機能を備える制御系を設けたものである。
【特許文献１】特開平９−１３４２２０号
【特許文献２】特開２００３−３２９３５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このようなコンプレッサの回転周波数をインバータ制御する冷凍サイクルを用いた従来の冷却装置は、次のような解決すべき課題が存在した。
【０００６】
第一に、コンプレッサのインバータ制御は、制御部からインバータ回路に付与される制御信号によりコンプレッサの回転周波数を可変するため、制御できる回転周波数の範囲に限界があり、通常、最大冷却能力の３０〔％〕以下の低負荷領域では、インバータ制御が困難になる。このため、低負荷領域では、ホットガスバイパス回路の開閉制御により対応しているのが実情であり、全体の動作効率の低下を招くなど、省エネルギ性及び制御性に難がある。
【０００７】
第二に、インバータ回路とコンプレッサの駆動モータは、回転駆動部として密接不可分の関係で構成されるため、インバータ回路が故障した場合、このインバータ回路に直結して制御される駆動モータも動作不能となり、結局、冷却装置自身が運転不能になる。
【０００８】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した冷却装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するため、冷却液Ｗを貯留する冷却液タンク２と、この冷却液タンク２に貯留する冷却液Ｗを被冷却物Ｍに供給する送液ポンプ３と、被冷却物Ｍから冷却液タンク２に戻される冷却液Ｗ又は冷却液タンク２から被冷却物Ｍに供給する冷却液Ｗを冷却する冷却器４と、冷却器４に接続して冷却液Ｗを熱交換により冷却する冷凍サイクル５とを備え、被冷却物Ｍに冷却液Ｗを循環させることにより被冷却物Ｍの冷却を行う冷却装置１を構成するに際して、冷凍サイクル５に、圧縮機モータ７の動作時に冷媒圧縮を行うロード状態又は圧縮機モータ７の動作時に冷媒圧縮を解除するアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部８を設けたデジタル制御冷媒圧縮機６を使用し、かつ少なくとも被冷却物Ｍに供給する冷却液Ｗの温度に基づきデジタル切換機構部８を切換制御して冷却液Ｗの温度を可変制御する制御系９を備えるとともに、デジタル切換機構部８の切換不能時に、圧縮機モータ７をオン／オフ切換して温度制御を行う予備制御手段１０を設けたことを特徴とする。
【００１０】
この場合、発明の好適な態様により、予備制御手段１０には、デジタル切換機構部８がアンロード状態に切換わった状態で切換不能になった際に、デジタル切換機構部８を強制的にロード状態に変更させる予備切換部１１を設けることができる。なお、デジタル制御冷媒圧縮機６は、軌道スクロール１３と固定スクロール１４を用いた冷媒圧縮部１２を有するとともに、固定スクロール１４又は軌道スクロール１３を軸方向Ｆｃに変位させてロード状態又はアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部８を有している。
【発明の効果】
【００１１】
このような構成を有する本発明に係る冷却装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１２】
（１）  冷却液Ｗに対する温度制御は、デジタル制御冷媒圧縮機６をロード状態又はアンロード状態となるように時間軸により切換えるデジタル制御を用いるため、制御範囲を飛躍的に拡大することができる。特に、従来のインバータ制御では限界であった最大冷却能力に対して３０〔％〕以下の低負荷領域であっても制御が可能となり、しかも、インバータ回路が不要になることから、全体の動作効率が向上し、省エネルギ性及び制御性を高めることができる。
【００１３】
（２）  冷却液Ｗに対する温度制御は、圧縮機モータ７を動作させた状態でロード状態又はアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部８を用いるため、デジタル切換機構部８が故障等により切換不能になった場合であっても、圧縮機モータ７のオン／オフ切換による温度制御が可能になるため、従来のようなインバータ回路の故障により冷却装置自身が運転不能になる不具合を回避できる。
【００１４】
（３）  好適な態様により、デジタル切換機構部８がアンロード状態に切換わった状態で切換不能になった際に、デジタル切換機構部８を強制的にロード状態に変更させる予備切換部１１を設ければ、基本的には、この予備切換部１１の追加部品により実施できるなど、実施の容易化及び低コスト化に貢献できる。
【００１５】
（４）  好適な態様により、軌道スクロール１３と固定スクロール１４を用いた冷媒圧縮部１２を備えるとともに、固定スクロール１４又は軌道スクロール１３を軸方向Ｆｃに変位させてロード状態又はアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部８を設けたデジタル制御冷媒圧縮機６を用いれば、比較的簡易な構成（原理）により、目的の冷却装置１を容易かつ低コストに実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
まず、本実施形態に係る冷却装置１の構成について、図１〜図５を参照して具体的に説明する。
【００１８】
図２中、１は本実施形態に係る冷却装置の全体構成を示し、Ｍはこの冷却装置１に接続したレーザ加工機等の被冷却物を示す。冷却装置１は、被冷却物Ｍに接続し、この被冷却物Ｍに対して冷却液Ｗを循環させることにより当該被冷却物Ｍを冷却することができる。冷却装置１は、冷却液Ｗを貯留する冷却液タンク２と、この冷却液タンク２に貯留する冷却液Ｗを被冷却物Ｍに供給する送液ポンプ３と、被冷却物Ｍから冷却液タンク２に戻される冷却液Ｗを冷却するプレート形熱交換器等の冷却器４と、この冷却器４に接続し、この冷却器４を通る冷却液Ｗを熱交換により冷却する冷凍サイクル５と、冷却装置１の全体の制御を司る制御系９とを備えている。
【００１９】
この場合、冷却液タンク２は、冷却水等の冷却液Ｗを貯留するものであり、その他、図示を省略した給液口，ドレン口，液面計，ボールタップ等を備えている。さらに、冷却液タンク２と被冷却物Ｍ間には、図２に示すように、送水路に接続した液圧計２１、液温センサ２２、バイパスバルブ２３、配管ジョイント２４ａ，２４ｂ等を備えている。
【００２０】
一方、冷凍サイクル５は、図２に示すように、主要機能部として、凝縮器２５，冷媒ドライヤ２６，電子膨張弁２７，アキュムレータ２８及びデジタル制御冷媒圧縮機６を備えており、冷却器４の冷媒流入側に電子膨張弁２７の冷媒流出側を接続し、冷却器４の冷媒流出側にアキュムレータ２８の冷媒流入側を接続する。これにより、矢印Ｆｋ方向に冷媒Ｋが循環する冷媒回路が構成される。なお、冷凍サイクル５の基本的な機能は公知の冷凍サイクルと同じである。
【００２１】
その他、図２に示す冷凍サイクル５において、３１は低圧圧力スイッチ、３２は低圧圧力ゲージ、３３は吸入温度センサ、３４は高圧圧力スイッチ、３５は目詰まり警報用圧力スイッチ、３６は高圧圧力ゲージ、３７は凝縮器出口温度センサ、３８はエバポレータ入口温度センサをそれぞれ示す。これらの各圧力スイッチ３１…は、主に保護スイッチとして機能する。また、３９は凝縮器２５を空冷する凝縮器ファン、４０はこの凝縮器ファン３９に接続したインバータ、４１は周囲温度センサをそれぞれ示す。
【００２２】
他方、デジタル制御冷媒圧縮機６は、図１及び図３〜図５に示すように、軌道スクロール１３と固定スクロール１４を有する冷媒圧縮部１２を備えるとともに、固定スクロール１４を軸方向Ｆｃに変位させることによりロード状態（図３参照）又はアンロード状態（図４参照）に切換えるデジタル切換機構部８を備えている。なお、このような機能を備えるデジタル制御冷媒圧縮機６としては、特開平８−３３４０９４号公報で開示される「容量調整機構を備えたスクロール式機械」を利用できる。
【００２３】
次に、このようなデジタル切換機構部８を備えるデジタル制御冷媒圧縮機６の構成について、図１〜図５を参照して説明する。４５は圧縮機本体を示す。この圧縮機本体４５は、密閉されたケーシング４６を備え、このケーシング４６の下部には、回転軸７ｓを上方に突出させた圧縮機モータ７を内蔵する。また、圧縮機モータ７の上方には、冷媒圧縮部１２とデジタル切換機構部８を配設する。この場合、圧縮機モータ７の上方空間は、隔壁４８により上下の空間に仕切り、隔壁４８の上側に吐出室Ｃｏを有するとともに、下側に吸入室Ｃｉを有する。そして、ケーシング４６の周面には、吐出室Ｃｏに臨む冷媒吐出口４９を有するとともに、吸入室Ｃｉに臨む冷媒吸入口５０を有する。
【００２４】
さらに、吸入室Ｃｉの内部には固定された支持盤５１を配し、この支持盤５１の上面に軌道スクロール１３を載置するとともに、この軌道スクロール１３の上に固定スクロール１４を被せて冷媒圧縮部１２を構成する。この場合、軌道スクロール１３は、上面に螺旋翼１３ｆを有し、かつ下面中央に被係合部５２を有する。この被係合部５２には、回転軸７ｓの上端偏心位置に有する係合部５３が係合する。これにより、回転軸７ｓが回転すれば、軌道スクロール１３は、軌道上を旋回する。他方、固定スクロール１４は、支持盤５１に起設した複数のガイドポスト５４…により軸方向Ｆｃへ変位自在に支持され、かつ軸方向Ｆｃに対する直角方向への位置は固定される。また、固定スクロール１４は、下面に螺旋翼１４ｆを有し、かつ上面中央に突設部５５を有する。この突設部５５は、隔壁４８の中心に有する挿通孔４８ｓを通して吐出室Ｃｏに至らせる。突設部５５の内部には、固定スクロール１４の下方に存在する中心空間Ｐｃと吐出室Ｃｏを連通させる通気路５５ｒを有するとともに、突設部５５の上端にはラム部５６を一体形成し、このラム部５６は、ケーシング４６の上面に取付けたシリンダ部５７に収容する。これにより、シリンダ部５７とラム部５６間には、シリンダ室５７ｒが設けられる。なお、ラム部５６には、シリンダ室５７ｒと吐出室Ｃｏを連通させるブリード孔５６ｓを有する。
【００２５】
一方、シリンダ室５７ｒと冷媒吸入口５０は、連通配管５８により接続し、連通配管５８の中途に、この連通配管５８を開閉する電磁バルブ５９を接続するとともに、この電磁バルブ５９とシリンダ室５７ｒ間の連通配管５８には、この連通配管５８を開閉する予備バルブ６０を接続する。この場合、電磁バルブ５９はデジタル切換機構部８の一部を構成する。なお、６１はデジタル制御冷媒圧縮機６から吐出する冷媒Ｋの温度を検出する吐出温度センサである。そして、圧縮機本体４５における冷媒吸入口５０は、直列接続した逆止弁１５ｒを介してアキュムレータ２８の冷媒流出側に接続するとともに、圧縮機本体４５における冷媒吐出口４９は、直列接続した逆止弁１５ｆを介して凝縮器２５の冷媒流入側に接続する。
【００２６】
また、制御系９は、制御部６５を備える。この制御部６５は、主に、温度，圧力等のセンサ類から得る検出結果に基づいて、各部のアクチュエータ類をシーケンス制御する機能を有する。したがって、制御部６５の入力ポートには、前述した液温センサ２２，吸入温度センサ３３，吐出温度センサ６１，周囲温度センサ４１，凝縮器出口温度センサ３７及びエバポレータ入口温度センサ３８等をそれぞれ接続するとともに、制御部６５の出力ポートには、圧縮機本体４５の圧縮機モータ７，電磁バルブ５９，予備バルブ６０，インバータ４０及び電磁膨張弁２７等をそれぞれ接続する。さらに、制御部６５は、各種処理及び制御を実行することができるコンピュータ機能及び通信機能等を備えている。
【００２７】
ところで、上述した予備バルブ６０は、電磁バルブ５９の故障対策として接続したものである。電磁バルブ５９は、デジタル制御に用いるため、かなりの頻度でＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返すことになり、耐久性が問われる部品でもあるが、この電磁バルブ５９が故障した場合、デジタル切換機構部８が切換不能になるため、デジタル制御冷媒圧縮機６も制御不能になる。この場合、電磁バルブ５９は、開側に切換わった状態で故障する場合と閉側に切換わった状態で故障する場合が発生する。即ち、デジタル切換機構部８がアンロード状態に切換わった状態で故障する場合とロード状態に切換わった状態で故障する場合が発生する。予備バルブ６０は、特に、デジタル切換機構部８がアンロード状態に切換わった状態で切換不能になった場合の対策として設けたものであり、デジタル切換機構部８を強制的にロード状態に変更させる予備切換部１１を構成する。そして、この予備切換部１１（予備バルブ６０），液温センサ２２及び制御部６５は、デジタル切換機構部８が切換不能になった際に、圧縮機モータ７をオン／オフ切換して温度制御を行う予備制御手段１０を構成する。なお、予備バルブ６０は、例示のような電磁バルブであってもよいし、手動バルブであってもよい。
【００２８】
次に、本実施形態に係る冷却装置１の動作（使用方法）について、図１〜図９を参照して説明する。
【００２９】
最初に、本実施形態に係る冷却装置１に使用するデジタル制御冷媒圧縮機６の動作（原理）について、図３〜図７を参照して説明する。このデジタル制御冷媒圧縮機６は、上述したように、軌道スクロール１３と固定スクロール１４を有する冷媒圧縮部１２を備えるとともに、固定スクロール１４を軸方向Ｆｃに変位させることにより、圧縮機モータ７の動作時に冷媒圧縮を行うロード状態（図３）又は圧縮機モータ７の動作時に冷媒圧縮を解除するアンロード状態（図４）に切換えるデジタル切換機構部８を備えている。
【００３０】
このデジタル制御冷媒圧縮機６は、圧縮機モータ７を作動させることにより回転軸７ｓが回転し、この回転軸７ｓの上端偏心位置に有する係合部５３は、回転軸７ｓを中心にして旋回運動する。この結果、係合部５３に係合して追従する被係合部５２、更には軌道スクロール１３も、軌道上を旋回運動する。他方、固定スクロール１４は、軸方向Ｆｃに対して直角方向の位置が固定（規制）されているため、軌道スクロール１３の螺旋翼１３ｆと固定スクロール１４の螺旋翼１４ｆは、図５（ａ），（ｂ）に示すような相対運動を行う。
【００３１】
一方、冷媒Ｋは、冷媒吸入口５０から吸入室Ｃｉに供給される。今、図３に示すように、電磁バルブ５９のプランジャ５９ｐが突出した状態、即ち、連通配管５８が閉状態にある場合を想定する。なお、予備制御手段１０における予備バルブ６０は開状態に設定されている。この状態では、シリンダ室５７ｒの内圧は、低圧側となる吸入室Ｃｉの内圧よりも高くなるため、ラム部５６を押し上げる不図示のスプリング等による付勢力に打ち勝ち、固定スクロール１４の螺旋翼１４ｆは、軌道スクロール１３に圧接する。図３はこの状態を示している。
【００３２】
したがって、固定スクロール１４の螺旋翼１４ｆに対する軌道スクロール１３の螺旋翼１３ｆの相対位置が、図５（ａ）に示す状態にあれば、吸入室Ｃｉに存在する冷媒Ｋは、点線矢印方向に沿って外側から螺旋翼１３ｆと１４ｆ間に進入する。軌道スクロール１３が軌道上を旋回運動し、螺旋翼１４ｆに対する螺旋翼１３ｆの相対位置が、図５（ｂ）に示す状態になれば、螺旋翼１３ｆと１４ｆ間に進入した冷媒Ｋは、螺旋翼１３ｆと１４ｆ間に形成される三日月形の密閉空間Ｐｍ…に封入される。そして、軌道スクロール１３が旋回運動するに従って、三日月形の密閉空間Ｐｍ…の容積は、次第に小さくなり、冷媒Ｋに対する圧縮が行われるとともに、冷媒Ｋが中心空間Ｐｃに達すれば、冷媒Ｋの圧力は最大になる。この後、中心空間Ｐｃにおける圧縮された冷媒Ｋは、通気路５５ｒを通って吐出室Ｃｏに至り、さらに、冷媒吐出口４９から吐出する。このときの冷媒Ｋの流通経路を、図３中に点線矢印で示す。よって、この状態がデジタル制御冷媒圧縮機６により冷媒圧縮を行うロード状態となり、１００〔％〕出力となる。
【００３３】
他方、電磁バルブ５９を制御し、図４に示すように、プランジャ５９ｐを引込めることにより連通配管５８を開状態に切換えた場合を想定する。この状態では、低圧側となる吸入室Ｃｉとシリンダ室５７ｒが連通配管５８により連通し、シリンダ室５７ｒの内圧と吸入室Ｃｉの内圧が同圧になるため、不図示のスプリング等により、ラム部５６は上昇変位する。この結果、固定スクロール１４の螺旋翼１４ｆは、図４に示すように、軌道スクロール１３から離間し、軌道スクロール１３と固定スクロール１４間に隙間Ｇ…が発生する。これにより、冷媒Ｋに対する圧縮は行われなくなる。このときの冷媒Ｋの流通経路を、図４中、点線矢印で示す。よって、この状態がデジタル制御冷媒圧縮機６による冷媒圧縮が解除されたアンロード状態となり、０〔％〕出力となる。
【００３４】
図６は、電磁バルブ５９に付与するバルブ制御信号Ｓｐを示している。なお、図６中、ｔｒはロード状態（１００〔％〕出力状態）の制御区間を示すとともに、ｔｎはアンロード状態（０〔％〕出力状態）の制御区間を示し、本実施形態に係る冷却装置１に用いるデジタル制御冷媒圧縮機６に対する制御は、ロード率Ｒｒ（＝Ｔｒ／（Ｔｒ＋Ｔｎ））を変化させることにより行われる。このように、本実施形態に係る冷却装置１に用いるデジタル制御冷媒圧縮機６に対する制御は、ロード状態「１」とアンロード状態「０」の時間軸を可変するデジタル制御となり、従来のインバータ制御、即ち、コンプレッサの回転周波数（大きさ）を可変するアナログ制御とは、制御形態が基本的に異なる。
【００３５】
次に、冷却装置１の全体動作（使用方法）について説明する。まず、冷却装置１は、図２に示すように、配管ジョイント２４ａ，２４ｂを介して被冷却物Ｍに接続し、また、冷却液タンク２には、冷却液（冷却水等）Ｗを収容する。これにより、送液ポンプ３を作動させれば、冷却液タンク２内の冷却液Ｗは、供給口２ｓから送液ポンプ３により送出されるとともに、配管ジョイント２４ａを介して被冷却物Ｍに供給され、被冷却物Ｍに対する冷却が行われる。一方、被冷却物Ｍの冷却（熱交換）により暖められた冷却液Ｗは、配管ジョイント２４ｂを介して冷却器４に供給される。冷却器４では、供給された冷却液Ｗと冷凍サイクル５における冷却された冷媒Ｋ間で熱交換が行われ、冷却液Ｗは冷媒Ｋにより冷却される。そして、冷却器４により冷却された冷却液Ｗは、冷却液タンク２の戻り口２ｒに戻され、冷却液タンク２に貯留される。なお、図２中、矢印Ｆｗは冷却液Ｗの流通方向を示す。
【００３６】
一方、被冷却物Ｍに供給される冷却液Ｗの温度（液温Ｔｗ）は、液温センサ２２により検出され、この検出信号は制御部６５に付与される。制御部６５では、検出信号に基づいてデジタル制御冷媒圧縮機６を制御、即ち、上述した電磁バルブ５９を開閉するデジタル制御を行い、液温Ｔｗが目標温度になるようにフィードバック制御する。
【００３７】
よって、このような冷却装置１によれば、冷却液Ｗに対する温度制御には、デジタル制御冷媒圧縮機６をロード状態又はアンロード状態となるように時間軸を制御するデジタル制御を用いるため、制御範囲を飛躍的に拡大することができる。特に、従来のインバータ制御では限界であった最大冷却能力に対して３０〔％〕以下の低負荷領域であっても制御が可能となり、しかも、インバータ回路が不要になることから、全体の動作効率が飛躍的に向上する。この結果、省エネルギ性及び制御性が高められ、従来のインバータ制御に対して、最大で略６５〔％〕の改善を図ることができた。
【００３８】
ところで、本実施形態に係る冷却装置１では、デジタル制御冷媒圧縮機６をロード状態（１００〔％〕出力状態）又はアンロード状態（０〔％〕出力状態）となるように時間軸上で選択的に切換えるデジタル制御を行うため、冷却器４から流出する冷却液Ｗの温度は、図７に仮想線で示す温度変化特性Ｑｓのように、大きな振幅となりかつ頻繁な周期（制御周波数）により変動してしまう。したがって、このような冷却装置１では、特開２００３−３２９３５５号公報のように、被冷却物Ｍの手前に冷却器４を接続する構成を採用した場合、冷却器４により冷却された冷却液Ｗがそのまま被冷却物Ｍに供給されることになり、冷却器４の冷却特性（挙動）が冷却液Ｗの温度に直接影響を及ぼす。特に、デジタル制御の周波数が高い（周期が短い）場合には、応答性故に液温も平均化されるが、省エネルギ性及び制御性等を考慮して周期が比較的長くなるように設定した場合には、冷却液Ｗに与える影響は大きくなる。しかし、本実施形態に係る冷却装置１では、デジタル制御冷媒圧縮機６を備える冷凍サイクル５を接続した冷却器４に対して、冷却液Ｗを一旦冷却液タンク２に貯留する構成を組み合わせたため、冷却液Ｗの温度を確実に平均化できることになり、上述した効果、即ち、全体の動作効率が飛躍的に向上し、省エネルギ性及び制御性が高められるという基本的効果を確保しつつ、図７に実線で示す温度変化特性Ｐｓのように、冷却精度の高い、しかも液温Ｔｗの安定した冷却液Ｗを得ることができる。
【００３９】
加えて、軌道スクロール１３と固定スクロール１４を用いた冷媒圧縮部１２を有するとともに、固定スクロール１４又は軌道スクロール１３を軸方向Ｆｃに変位させてロード状態又はアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部８を有するデジタル制御冷媒圧縮機６を用いたため、比較的簡易な構成（原理）により、目的の冷却装置１を容易かつ低コストに実現可能となる。
【００４０】
以上の説明は、本実施形態に係る冷却装置１の基本動作であるが、冷却装置１は、更に次のような独自の構成及び機能を備えるとともに、独自の制御が行われる。
【００４１】
まず、デジタル制御冷媒圧縮機６の上流側及び下流側に直列接続した逆止弁１５ｒ，１５ｆにより冷媒圧力の急激な変動を軽減させている。デジタル制御冷媒圧縮機６は、デジタル切換機構部８によりロード状態（１００〔％〕出力状態）又はアンロード状態（０〔％〕出力状態）に切換えられ、これにより、冷却液Ｗに対する温度制御が行われる。この場合、ロード状態からアンロード状態或いはアンロード状態からロード状態に切換えた際には、冷媒圧力が急激に変動するとともに、この変動は頻繁に発生するため、冷媒回路における圧力ゲージ３２，３６等の使用部品の寿命短縮を招いたり、温度センサ６１，３７等の検出精度の低下を招くなどの不具合を生じる。そこで、この不具合を解消するため、デジタル制御冷媒圧縮機６の上流側及び下流側にそれぞれ逆止弁１５ｒ，１５ｆを直列接続し、冷媒圧力の急激な変動を軽減している。これにより、冷媒圧力及び冷媒温度の安定化が図られ、冷媒回路における使用部品の長寿命化、更には検出精度の向上及び安定化を実現できる。
【００４２】
一方、ロード率Ｒｒを監視し、図８に示すように、ロード率Ｒｒが設定値Ｘｃ（例示は２８〔％〕）よりも低下したときは、二つの制御モードを選択できるようにした。冷却装置１は、デジタル制御冷媒圧縮機６を使用しているため、従来のインバータ制御とは異なり、２８〔％〕以下の低負荷状態、更には無負荷状態であってもアンロード状態に切換えることにより温度制御が可能になる。この場合、低負荷領域であっても温度制御に対する高い精度及び制御性が得られる反面、圧縮機モータ７が作動状態となるため、電力消費が大きくなる。そこで、低負荷領域における省エネルギ性の確保よりも温度制御の精度及び制御性を重視する場合は、アンロード状態とロード状態の切換制御を継続して行う第一の制御モードを選択できるようにするとともに、低負荷領域における温度制御の精度及び制御性よりも省エネルギ性を重視する場合は、圧縮機モータ７をＯＮ／ＯＦＦ制御する第二の制御モードを選択できるようにした。なお、図８における負荷〔％〕は、冷却器４において熱交換される熱量に対する冷却装置１の最大冷却能力の割合である。
【００４３】
他方、電磁バルブ５９が故障した場合には、予備制御手段１０による温度制御が行われる。この電磁バルブ５９が故障した場合の処理について、図９に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４４】
今、冷却装置１（デジタル制御冷媒圧縮機６）が正常に動作している状態において電磁バルブ５９が故障した場合を想定する（ステップＳ１，Ｓ２）。この場合、電磁バルブ５９は、開側に切換わった状態で故障する場合と閉側に切換わった状態で故障する場合が発生する。まず、開側に切換わった状態で故障した場合には、前述した図４の状態で固定され、デジタル切換機構部８は、アンロード状態に切換わったままの状態が継続するため、冷却器４は冷却不能になる。したがって、液温センサ２２により検出される液温Ｔｗが上昇し、予め設定した上限値を越えてしまうため、異常として検出され、制御部６５は、予備バルブ６０を閉側に制御する（ステップＳ３，Ｓ４）。この結果、デジタル切換機構部８は強制的にロード状態に変更させられることになる。そして、制御部６５は、圧縮機モータ７のオン／オフ切換による温度制御モードに切換える（ステップＳ５）。これにより、制御部６５は、液温センサ２２により検出される液温Ｔｗに基づいて、圧縮機モータ７をオン／オフ制御する。即ち、液温Ｔｗが目標温度よりも高くなった場合には、圧縮機モータ７をオン制御して冷却液Ｗを冷却するとともに、液温Ｔｗが目標温度よりも低くなった場合には、圧縮機モータ７をオフ制御して冷却液Ｗに対する冷却を解除する温度制御を行う（ステップＳ６）。この温度制御モードにおける状態を図１に示す。
【００４５】
一方、電磁バルブ５９が閉側に切換わった状態で故障した場合には、前述した図３の状態に固定され、デジタル切換機構部８は、ロード状態に切換わったままの状態が継続するため、冷却器４は過冷却になる。したがって、液温センサ２２により検出される液温Ｔｗが低下し、予め設定した下限値を越えてしまうため、異常として検出され、制御部６５は、圧縮機モータ７のオン／オフ切換による温度制御モードに切換える（ステップＳ３，Ｓ７，Ｓ５）。これにより、制御部６５は、液温センサ２２により検出される液温Ｔｗに基づいて、上記の場合と同様に、圧縮機モータ７をオン／オフ制御する（ステップＳ６）。いずれの故障であってもアラームランプを点灯させるなどにより故障を報知し、暫定的に運転を継続させることができる。なお、予備バルブ６０に手動バルブを用いた場合には、アラームランプの点灯に基づいて手動で操作すればよい。
【００４６】
このように、本実施形態に係る冷却装置１は、冷却液Ｗに対する温度制御を、圧縮機モータ７を動作させた状態でロード状態又はアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部８により行うため、デジタル切換機構部８が故障等により切換不能になった場合であっても、圧縮機モータ７に対するオン／オフ切換により温度制御を続行できるため、従来のようなインバータ回路の故障により冷却装置１自身が運転不能になる不具合を回避できる。また、予備バルブ６０（予備切換部１１）の追加部品により実施できるため、実施の容易化及び低コスト化に貢献できる。
【００４７】
なお、図１０には、本発明の変更実施形態に係る冷却装置１を示す。この変更実施形態に係る冷却装置１は、図２に示す実施形態に係る冷却装置１に対して、冷却器４の接続部位を変更したものである。即ち、変更実施形態に係る冷却装置１では、冷却液タンク２から被冷却物Ｍに供給する冷却液Ｗを冷却器４により冷却するようにした。変更実施形態に係る冷却装置１では、図２に示す実施形態に係る冷却装置１に対して、特に、デジタル制御の制御周波数を高くするなどの設定を行えば、冷却液Ｗを速やかに冷却したり或いは冷却液Ｗに対する冷却を速やかに停止させることができ、被冷却物Ｍに高度で複雑な冷却特性が要求される場合や何らかの原因により急峻な温度変動が発生した場合等には、的確な制御応答性を確保することができる。この結果、正確かつ柔軟性のある制御を行うことができ、被冷却物Ｍに対応した高度な冷却特性を容易に実現可能となる。なお、図１０において、符号４ｍは、図２に示す冷凍サイクル５から冷却器４を除いた冷凍サイクル本体を示している。その他、図１０において、図２と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、デジタル制御冷媒圧縮機６は、例示以外の他の形式の冷媒圧縮機にデジタル切換機構部８を設けた冷媒圧縮機であってもよい。また、予備切換部１１として予備バルブ６０を例示したが、同一機能を有する他の部品を用いてもよいし、デジタル切換機構部８が例示以外の構成の場合には、デジタル切換機構部８の構成に対応した同一機能を発揮する予備切換部１１を用いることができる。一方、デジタル制御冷媒圧縮機６の上流側及び下流側に、逆止弁１５ｒ及び１５ｆをそれぞれ直列接続した場合を示したが、上流側又は下流側のいずれか一方に逆止弁１５ｒ又は１５ｆを接続してもよい。なお、本発明における圧縮機モータ７は、電動機のみならず内燃機関（エンジン）等の各種動力により回転する機器類を全て含む概念である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る冷却装置の冷凍サイクルに備えるデジタル制御冷媒圧縮機の一部を示す故障時における温度制御モードの断面構成図、
【図２】同冷却装置の回路構成図、
【図３】同冷却装置の冷凍サイクルに備えるデジタル制御冷媒圧縮機の一部を示すロード状態の断面構成図、
【図４】同デジタル制御冷媒圧縮機の一部を示すアンロード状態の断面構成図、
【図５】同デジタル制御冷媒圧縮機における起動スクロールと固定スクロールの関係を示す作用説明図、
【図６】同デジタル制御冷媒圧縮機に付与するバルブ制御信号の信号波形図、
【図７】同冷却装置を用いた際の時間に対する液温の変化特性図、
【図８】同冷却装置を用いた際のロード率対負荷特性図、
【図９】同冷却装置の故障時における処理手順を説明するフローチャート、
【図１０】本発明の変更実施形態に係る冷却装置の一部を省略した回路構成図、
【符号の説明】
【００５０】
１    冷却装置
２    冷却液タンク
３    送液ポンプ
４    冷却器
５    冷凍サイクル
６    デジタル制御冷媒圧縮機
７    圧縮機モータ
８    デジタル切換機構部
９    制御系
１０  予備制御手段
１１  予備切換部
１２  冷媒圧縮部
１３  軌道スクロール
１４  固定スクロール
Ｗ    冷却液
Ｍ    被冷却物
Ｆｃ  軸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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