(57)【要約】【課題】  蒸発器で冷却される熱搬送媒体の温度が高い場合であっても、冷媒回路内の高低差圧を所定値以上保つことで、圧縮機がオーバーロード状態となってしまうことを抑制する。【解決手段】  膨張弁（42）の開度制御手段（50）に制限制御部（52）を設ける。そして、蒸発器で冷却される熱搬送媒体の温度が高くなり、膨張弁（42）の開度が開き過ぎる場合には、制限制御部（52）によって膨張弁（42）の開度を所定値以下に絞って制限できるようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が循環する冷媒回路（1）に、圧縮機（40）、凝縮器（41）、膨張弁（42）、及び蒸発器（43）と、該凝縮器（41）を通過した冷媒を圧縮機（40）の吸入側に環流させるとともに制御弁（44）を有する液インジェクション配管（1a）と、上記圧縮機（40）の吸入側に環流される冷媒の温度を検出する第１温度センサ（45）とが設けられ、上記制御弁（44）は、上記第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて開度が調整されるように構成され、上記蒸発器（43）は、循環通路（2）を循環しながら冷却対象（S）に供給される熱搬送媒体を冷却するように構成されている冷凍装置であって、
膨張弁（42）の開度を調整する開度制御手段（50）を備え、
上記開度制御手段（50）は、上記蒸発器（43）の冷却能力を調整するべく膨張弁（42）の開度を調整する通常制御部（51）と、上記膨張弁（42）の開度を所定値以下に絞って制限する制限制御部（52）とを備えている冷凍装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍装置において、
圧縮機（40）の吸入側の冷媒圧力を検出する第１圧力センサ（61）と、圧縮機（40）の吐出側の冷媒圧力を検出する第２圧力センサ（62）とを備え、
制限制御部（52）は、上記第１，第２圧力センサ（61,62）の検出圧力差を所定値以上とするべく膨張弁（42）の開度を絞るように構成されている冷凍装置。
【請求項３】
請求項２に記載の冷凍装置において、
制限制御部（52）は、第１，第２圧力センサ（61,62）の検出圧力差に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V1）を算出する第１算出部（52a）と、第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V2）を算出する第２算出部（52b）とを備え、第１，第２算出部（52a,52b）で算出された絞り量（V1,V2）のうち大きい方の絞り量で上記膨張弁（42）の開度を絞るように構成されている冷凍装置。
【請求項４】
請求項１に記載の冷凍装置において、
循環経路（2）には、冷却対象（S）より返送された熱搬送媒体が蒸発器（43）で冷却されるまでの流入経路（2a）に流入温度センサ（11）が設けられる一方、蒸発器（43）で冷却された熱搬送媒体が冷却対象（S）に供給されるまでの流出経路（2b）に流出温度センサ（12）が設けられ、
制限制御部（52）は、上記流入及び流出温度センサ（11,12）の検出温度差を所定値以下とするべく膨張弁（42）の開度を絞るように構成されている冷凍装置。
【請求項５】
請求項４に記載の冷凍装置において、
制限制御部（52）は、流入及び流出温度センサ（11,12）の検出温度差に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V1）を算出する第１算出部（52a）と、第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V2）を算出する第２算出部（52b）とを備え、第１，第２算出部（52a,52b）で算出された絞り量（V1,V2）のうち大きい方の絞り量で上記膨張弁（42）の開度を絞るように構成されている冷凍装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１に記載の冷凍装置において、
膨張弁（42）は、電子膨張弁で構成されている冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒回路に接続された蒸発器で熱搬送媒体を冷却し、この熱搬送媒体を冷却対象に供給する冷凍装置に係り、特に、上記冷媒回路に設けられる膨張弁の開度調整技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体製造装置などの冷却対象に冷却した熱搬送媒体を供給し、冷却対象の冷却（温調）を行う冷凍装置（チラー装置）が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている冷凍装置は、図８に示すような冷媒回路（70）を備えている。冷媒回路（70）は、圧縮機（71）、凝縮器（72）、膨張弁（73）、及び蒸発器（74）が接続されて閉回路を構成しており、冷媒回路（70）内で冷媒が循環することによって蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。また、冷媒回路（70）には、上記凝縮器（72）を流通した液冷媒の一部を、上記膨張弁（73）や蒸発器（74）を介さずにバイパスさせて圧縮機（71）の吸入側に環流させる、いわゆる液インジェクション配管（70a）が接続されている。なお、液インジェクション配管（70a）には、この液インジェクション配管（70a）に流れる液冷媒の量を調整するための制御弁（75）が設けられている。さらに、冷媒回路（70）には、圧縮機（71）に吸入される冷媒の温度を検出する温度センサ（76）が設けられている。また、この冷凍装置には、熱搬送媒体と上記蒸発器（74）を循環する冷媒とを熱交換させて冷却するとともに、該蒸発器（74）によって冷却された熱搬送媒体を冷却対象に供給する循環経路（77）が設けられている。
【０００４】
以上の構成において、この冷凍装置の冷媒回路（70）では、例えば蒸発器（74）によって冷却される熱搬送媒体の温度が高く、その結果、蒸発器（74）を流通して圧縮機（71）に吸入される冷媒の温度が上昇してしまった場合に、この冷媒の温度を上記温度センサ（76）で検出し、この検出温度に基づいて制御弁（75）の開度を大きくするように構成されている。そして、凝縮器（72）を通過した直後の液冷媒の一部を上記液インジェクション配管（70a）を介して圧縮機（71）の吸入側の配管に導入し、この冷媒と上述した高温の冷媒とを混合させることで、圧縮機（71）に吸入される冷媒の温度を低下させ、圧縮機（71）がオーバーロード状態となることを抑制するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−８１７９３号公報、図２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示されているような冷凍装置の冷媒回路（70）は、膨張弁（73）の開度を調整することで、蒸発器（74）の冷却能力を変更するようにしている。一般的に、この膨張弁（73）の開度は、蒸発器（74）を通過した直後の冷媒温度（過熱度）に基づく、いわゆるスーパーヒート制御によって行われる。したがって、この膨張弁（73）の開度は、例えば蒸発器（74）を通過した後の冷媒の過熱度が所定値より高くなると、大きく調整される一方、蒸発器（74）を通過した後の冷媒の過熱度が所定値より低くなると、小さく調整される。
【０００６】
ここで、この冷凍装置が非常に高温の冷却対象に適用される場合には、蒸発器（74）で冷却される熱搬送媒体の温度も非常に高温となる。したがって、この熱搬送媒体と熱交換されて蒸発器（74）を通過した冷媒の過熱度も大きくなり、その結果、上記膨張弁（73）が全開、あるいは開き過ぎとなってしまい、圧縮機（71）の吐出側と吸入側との差圧（高低差圧）が小さくなってしまう可能性がある。そして、この高低差圧が所定値以下となってしまうと、圧縮機（71）がオーバーロード状態となってしまう恐れがある。また、このようにして膨張弁（73）の開度が開きすぎると、仮に液インジェクション回路（70a）の制御弁（75）を開けた場合にも、液冷媒のほとんどが膨張弁（73）側に流れてしまい、液インジェクション回路（70a）を流れる冷媒の量が減ってしまう。このため、液インジェクションによって圧縮機（71）に吸入される冷媒の温度を低減することも困難となってしまう。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、蒸発器で冷却される熱搬送媒体の温度が所定値より高い場合であっても、冷媒回路内の高低差圧を所定値以上保つことによって圧縮機がオーバーロード状態となってしまうことを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、蒸発器で冷却される熱搬送媒体の温度が所定値より高い場合には、膨張弁の開度を所定値以下に絞って制限することができる制限制御部を設けるようにしたものである。
【０００９】
具体的に、第１の発明は、冷媒が循環する冷媒回路（1）に、圧縮機（40）、凝縮器（41）、膨張弁（42）、及び蒸発器（43）と、該凝縮器（41）を通過した冷媒を圧縮機（40）の吸入側に環流させるとともに制御弁（44）を有する液インジェクション配管（1a）と、上記圧縮機（40）の吸入側に環流される冷媒の温度を検出する第１温度センサ（45）とが設けられ、制御弁（44）は、上記第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて開度が調整されるように構成され、上記蒸発器（43）は、循環通路（2）を循環しながら冷却対象（S）に供給される熱搬送媒体を冷却するように構成されている冷凍装置を前提としている。そして、この冷凍装置は、膨張弁（42）の開度を調整する開度制御手段（50）を備え、上記開度制御手段（50）は、上記蒸発器（43）の冷却能力を調整するべく膨張弁（42）の開度を調整する通常制御部（51）と、上記膨張弁（42）の開度を所定値以下に絞って制限する制限制御部（52）とを備えているものである。
【００１０】
上記第１の発明では、冷媒回路（1）内で冷媒が循環することで、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。そして、循環経路（2）を循環する熱搬送媒体が、冷媒回路（1）の蒸発器（43）で冷却され、冷却対象（S）に供給されることで、冷却対象（S）の冷却（温調）が行われる。
【００１１】
また、冷媒回路（1）には、液インジェクション配管（1a）が設けられているため、例えば蒸発器（43）によって冷却される熱搬送媒体の温度が高くなり、その結果、圧縮機（40）に吸入される冷媒温度が所定値より高くなってしまう場合、この冷媒の温度を第１温度センサ（45）で検出し、制御弁（44）の開度を大きくすることができる。そして、凝縮器（41）を流通した液冷媒の一部を液インジェクション配管（1a）を介して圧縮機（40）の吸入側に導入し、高温となった液冷媒と混合させることで、圧縮機（40）に吸入される液冷媒の温度を低下することができる。
【００１２】
ここで、本発明では、膨張弁（42）の開度を調整する開度制御手段（50）に通常制御部（51）と制限制御部（52）とが設けられている。よって、例えば蒸発器（43）で冷却される熱搬送媒体の温度が比較的低い場合には、通常制御部（51）が例えばスーパーヒート制御を行うことで、膨張弁（42）の開度が所定の開度に調整され、蒸発器（43）の冷却能力を変更できる。一方、例えば蒸発器（43）で冷却される熱搬送媒体の温度が比較的高い場合には、制限制御部（52）によって膨張弁（42）の開度を所定値以下に絞って制限することができる。このようにすると、従来の冷凍装置においては、比較的温度が高い熱搬送媒体を冷却する際、膨張弁（42）の開度が全開、あるいは開き過ぎとなり、圧縮機（40）前後の高低差圧が低くなってしまうことがあったのに対し、本発明では、制限制御部（52）によって、膨張弁（42）の開度を所定値以下に制限することができるため、上記高低差圧が所定値より低くなってしまうことを事前に防ぐことができる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明の冷凍装置において、圧縮機（40）の吸入側の冷媒圧力を検出する第１圧力センサ（61）と、圧縮機（40）の吐出側の冷媒圧力を検出する第２圧力センサ（62）とを備え、制限制御部（52）は、上記第１，第２圧力センサ（61,62）の検出圧力差を所定値以上とするべく膨張弁（42）の開度を絞るように構成されているものである。
【００１４】
上記第２の発明では、圧縮機（40）の前後に第１と第２の圧力センサ（61,62）が設けられる。このため、例えば蒸発器（43）で冷却される熱搬送媒体の温度が所定値より高い場合において、通常制御部（51）が膨張弁（42）の開度を大きくした際に生じる高低差圧の低下を上記第１、第２圧力センサ（61,62）で検知することができる。したがって、制限制御部（52）によって、これら第１，第２圧力センサ（61,62）の検出圧力差に基づいて膨張弁（42）の開度を所定値以下に制限することができるため、冷媒回路（1）における高低差圧を所定値以上確保することができる。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明の冷凍装置において、制限制御部（52）が、第１，第２圧力センサ（61,62）の検出圧力差に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V1）を算出する第１算出部（52a）と、第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V2）を算出する第２算出部（52b）とを備え、第１，第２算出部（52a,52b）で算出された絞り量（V1,V2）のうち大きい方の絞り量で上記膨張弁（42）の開度を絞るように構成されているものである。
【００１６】
上記第３の発明では、制限制御部（52）に、第１と第２の算出部（52a,52b）が設けられる。そして、第１算出部（52a）は、圧縮機（40）の前後の高低差圧を所定値以上確保するために必要な膨張弁（42）の絞り量（V1）を算出する。
【００１７】
ところで、上述したように膨張弁（42）の絞り量が開きすぎると、液インジェクション配管（1a）の制御弁（44）を開の状態にしても、凝縮器（41）を通過した液冷媒のほとんどが膨張弁（42）側に流れてしまい、液インジェクション配管（1a）を流れる液冷媒の量が不足してしまうことがある。したがって、圧縮機（40）に吸入される冷媒の温度を液インジェクションによって低減することができなくなる可能性がある。
【００１８】
一方、本発明では、第２算出部（52b）が圧縮機（40）に吸入される冷媒の温度、すなわち第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V2）を算出するようにしている。このようにすると、例えば圧縮機（40）に吸入される冷媒温度が高くなり、制御弁（44）の開度を大きくしたにも拘わらず、液インジェクション配管（1a）を流れる液冷媒が不足して液インジェクションが良好に行われていないことを上記第１温度センサ（45）の検出温度によって判定し、液インジェクションを行うために必要な膨張弁（42）の絞り量（V2）を算出することができる。
【００１９】
そして、制限制御部（52）は、以上のようにして第１算出部（52a）で算出された絞り量（V1）と第２算出部（52b）で算出された絞り量（V2）との大小を比較し、このうち大きい方の絞り量で膨張弁（42）の開度を制限する。よって、例えば絞り量（V1）が絞り量（V2）より大きい場合、膨張弁（42）の開度を絞り量（V1）とすることで、圧縮機（40）の高低差圧を所定値以上確保できる。また、仮にこの絞り量（V1）では液インジェクションを効果的に行うことができない（すなわち、絞り量（V2）が絞り量（V1）より大きい）場合に、さらに膨張弁（42）の開度を絞る（絞り量（V1）より大きい絞り量（V2）とする）ことで、液インジェクション配管（1a）を流れる液冷媒の量を増やし、圧縮機（40）に吸入される冷媒温度の低減効果を確実に得ることができる。
【００２０】
第４の発明は、第１の発明の冷凍装置において、循環経路（2）には、熱搬送媒体が蒸発器（43）に流入するまでの流入経路（2a）に流入温度センサ（11）が設けられる一方、熱搬送媒体が蒸発器（43）を流出した後の流出経路（2b）に流出温度センサ（12）が設けられ、制限制御部（52）は、上記流入及び流出温度センサ（11,12）の検出温度差を所定値以下とするべく膨張弁（42）の開度を絞るように構成されているものである。
【００２１】
上記第４の発明では、熱搬送媒体が循環する循環経路（2）において、蒸発器（43）の上流側である流入経路（2a）に流入温度センサ（11）が設けられる一方、蒸発器（43）の下流側である流出経路（2b）に流出温度センサ（12）が設けられる。
【００２２】
ここで、例えば蒸発器（43）で冷却される熱搬送媒体の温度が上昇するなどの理由で、
蒸発器（43）における冷媒と熱搬送媒体との熱交換量が多くなると、蒸発器（43）を通過した冷媒の温度も高くなってしまう。その結果、例えばスーパーヒート制御などによって開度が調整される膨張弁（42）の開度が全開、あるいは開き過ぎとなってしまい、圧縮機（40）の前後の高低差圧が小さくなってしまうことがある。
【００２３】
一方、本発明では、流入/流出温度センサ（11,12）が、循環経路（2）における蒸発器（43）前後の熱搬送媒体の温度を検出し、この検出温度差が所定値より大きくならないように（熱交換量が所定値より大きくならないように）、膨張弁（42）の開度を絞るするようにしている。したがって、熱交換量の増大に伴って、膨張弁（42）の開度が大きくなり過ぎて圧縮機（40）の前後の高低差圧が低くなってしまうことを抑制できる。
【００２４】
第５の発明は、第４の発明の冷凍装置において、制限制御部（52）が、流入及び流出温度センサ（11,12）の検出温度差に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V1）を算出する第１算出部（52a）と、第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V2）を算出する第２算出部（52b）とを備え、第１，第２算出部（52a,52b）で算出された絞り量（V1,V2）のうち大きい方の絞り量で上記膨張弁（42）の開度を絞るように構成されているものである。
【００２５】
上記第５の発明では、制限制御部（52）に、第１と第２の算出部（52a,52b）が設けられる。本発明では、第３の発明と異なり、第１算出部（52a）が、流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度差に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V1）を算出する。すなわち、第１算出部（52a）では、蒸発器（43）における熱交換量が所定値以上になり、その結果、膨張弁（42）の開度が大きくならないように膨張弁（42）の絞り量（V1）を算出する。
【００２６】
一方、第２算出部（52b）は、第３の発明と同様に、圧縮機（40）に吸入される冷媒の温度、すなわち第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて液インジェクションを行うために必要な膨張弁（42）の絞り量（V2）を算出でする。
【００２７】
そして、制限制御部（52）は、以上のようにして第１算出部（52a）で算出された絞り量（V1）と第２算出部（52b）で算出された絞り量（V2）との大小を比較し、このうち大きい方の絞り量で膨張弁（42）の開度を制限する。よって、例えば絞り量（V1）が絞り量（V2）より大きい場合、膨張弁（42）の開度を絞り量（V1）とすることで、膨張弁（42）の開度が大きくなり過ぎ、圧縮機（40）の高低差圧が所定値を下回ってしまうことを抑制できる。また、仮にこの絞り量（V1）では液インジェクションを効果的に行うことができない（すなわち、絞り量（V2）が絞り量（V1）より大きい）場合に、さらに膨張弁（42）の開度を絞る（絞り量（V1）より大きい絞り量（V2）とする）ことで、液インジェクション配管（1a）を流れる液冷媒の量を増やし、圧縮機（40）に吸入される冷媒温度の低減効果を確実に得ることができる。
【００２８】
第６の発明は、第１から第５のいずれか１の発明の冷凍装置において、膨張弁（42）が、電子膨張弁で構成されているものである。
【００２９】
上記第６の発明では、膨張弁（42）が電子膨張弁で構成される。このため、上述した第１，第２圧力センサ（61,62）や流入/流出温度センサ（11,12）の検出値に基づき制限制御部（52）が膨張弁（42）にパルス信号を発信することで、膨張弁（42）の開度を所定開度に絞って制限することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明では、以下の効果が発揮される。
【００３１】
上記第１の発明によれば、膨張弁（42）の開度制御手段（50）に制限制御部（52）を設けるようにしている。そして、例えば蒸発器（43）で冷却される熱搬送媒体の温度が上昇した場合に、膨張弁（42）の開度を所定値以下に制限できるようにしている。よって、膨張弁（42）の開度が大きくなり過ぎて、圧縮機（40）の前後の高低差圧が小さくなってしまうことを抑制することができる。したがって、高低差圧を所定値以上確保することができ、圧縮機（40）がオーバーロード状態となってしまうことを抑制できる。
【００３２】
また、このようにして膨張弁（42）の開度を絞って制限すると、液冷媒の一部を液インジェクション配管（1a）を介して圧縮機（40）の吸入側にバイパスさせやすくなる。よって、圧縮機（40）に吸入される冷媒温度を液インジェクションによって効果的に低減させることができる。
【００３３】
以上のように本発明では、蒸発器（43）で冷却される熱搬送媒体の温度が高い場合、すなわち、冷却対象（S）の温度が高い場合において、圧縮機（40）のオーバーロードを事前に防ぐことができる。よって、比較的温度が高い冷却対象（S）に対しても、この冷凍装置を適用し、信頼性の高い運転を行うことができる。
【００３４】
上記第２の発明によれば、第１，第２圧力センサ（61,62）を圧縮機（40）の前後に設け、これら第１，第２圧力センサ（61,62）の検出圧力差に基づいて膨張弁（42）の開度を制限している。よって、圧縮機（40）の前後の高低差圧を所定値以上に確保することができる。したがって、第１の発明で上述したように、圧縮機（40）のオーバーロードを確実に防ぐことができるとともに、液インジェクションの効果を十分得ることができる。
【００３５】
上記第３の発明によれば、第１算出部（52a）においては、圧縮機（40）の前後の高低差圧を所定値以上確保するために必要な膨張弁（42）の絞り量（V1）を算出する一方、第２算出部（52b）においては、液インジェクションに必要な膨張弁（42）の絞り量（V2）を算出できるようにしている。そして、第１算出部（52a）で算出された絞り量（V1）と第２算出部（52b）で算出された絞り量（V2）とのうち大きい絞り量で膨張弁（42）の開度を絞るようにしている。
【００３６】
このため、圧縮機（40）の高低差圧を所定値以上確保して圧縮機（40）のオーバーロードを防ぐことができるとともに、このようにしてもなお、液インジェクションの効果が低い場合には、さらに膨張弁（42）の開度を絞り（絞り量（V1）から絞り量(V2）とし）、液インジェクションの効果を高めることができる。
【００３７】
上記第４の発明によれば、流入/流出温度センサ（11,12）を循環経路（2）における蒸発器（43）の前後に設け、これら流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度差が所定値より大きくならないように、膨張弁（42）の開度を絞るようにしている。すなわち、熱交換量の増大に伴い膨張弁（42）の開度が大きくなり過ぎて圧縮機（40）の前後の高低差圧が所定値より小さくなってしまうことを抑制できるようにしている。したがって、圧縮機（40）の前後の高低差圧を所定値以上に確保することができ、圧縮機（40）のオーバーロードを確実に防ぐことができるとともに、液インジェクションの効果を十分得ることができる。
【００３８】
上記第５の発明によれば、第１算出部（52a）においては、蒸発器（43）における熱搬送媒体と冷媒との熱交換量が所定値より多くなって膨張弁（42）の開度が大きくなり過ぎないよう、流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度差に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V1）を算出できる一方、第２算出部（52b）においては、液インジェクションを行うために必要な膨張弁（42）の絞り量（V2）を算出できるようにしている。そして、第１算出部（52a）で算出された絞り量（V1）と第２算出部（52b）で算出された絞り量（V2）とのうち大きい絞り量で膨張弁（42）の開度を絞るようにしている。
【００３９】
このため、圧縮機（40）の高低差圧を所定値以上確保して圧縮機（40）のオーバーロードを防ぐことができるとともに、このようにしてもなお、液インジェクションの効果が低い場合には、さらに膨張弁（42）の開度を絞り（絞り量（V1）から絞り量(V2）とし）、液インジェクションの効果を高めることができる。
【００４０】
上記第６の発明によれば、膨張弁（42）を電子膨張弁で構成しているため、各センサの検出値に基づいた膨張弁（42）の開度調整を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
《実施形態１》
実施形態１に係る冷凍装置は、半導体製造装置を冷却対象（S）とし、熱搬送媒体である循環水によって上記半導体製造装置の冷却（温調）を行う、いわゆる水冷式のチラー装置である。
【００４３】
図１に示すように、冷凍装置（10）は、冷却対象（S）に供給される循環水を冷却する蒸発器（43）を備えた冷媒回路（1）と、上記循環水が循環する循環経路（2）とを備えている。
【００４４】
上記循環経路（2）は、冷却対象（S）より返送された循環水が蒸発器（43）で冷却されるまでの流入経路（2a）と、上記蒸発器（43）で冷却された循環水が冷却対象（S）に供給されるまでの流出経路（2b）とを備えている。さらに、循環経路（2）には、蒸発器（43）の近傍に第１熱交換通路（43b）が備えられている。そして、蒸発器（43）の蒸発通路（43a）を流れる冷媒と、上記第１熱交換通路（43b）を流れる循環水とが熱交換することで、この循環水の冷却が行われる。
【００４５】
また、流出経路（2b）には、循環水を一時的に貯留することで、循環水の温度を均一化させるバッファタンク（5）が設けられている。このバッファタンク（5）には、循環水を循環経路（2）内で循環させるポンプ（7）が設けられている。なお、上記ポンプ（7）は、いわゆる浸漬型ポンプで構成されている。そして、ポンプ（7）の吸入口がバッファタンク（5）内に貯留された循環水に浸漬されている一方、ポンプ（7）のモータ部及び吐出口は、バッファタンク（5）の上部に積載されている。
【００４６】
上記蒸発器（43）を備える冷媒回路（1）は、冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うように構成されている。この冷媒回路（1）は、圧縮機（40）、凝縮器（41）、膨張弁（42）、及び上記蒸発器（43）が順に接続されることで閉回路を構成している。なお、上記凝縮器（41）の近傍には、凝縮器（41）の凝縮通路（41a）を流れる冷媒を凝縮させる冷却水が流通する第２熱交換通路（41b）が設けられている。また、上記膨張弁（42）は、本実施形態において電子膨張弁で構成されている。
【００４７】
また、冷媒回路（1）には、一端が凝縮器（41）と膨張弁（42）との間の配管に接続され、他端が蒸発器（43）と圧縮機（40）との間の配管に接続されている液インジェクション配管（1a）を備えている。そして、液インジェクション配管（1a）は、上記凝縮器（41）を通過した液冷媒の一部を上記圧縮機（40）の吸入側に環流させるように構成されている。なお、液インジェクション配管（1a）には、制御弁（44）が設けられている。この制御弁（44）は、上記液インジェクション配管（1a）の下流側で、かつ圧縮機（40）の吸入側近傍に設けられた第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて、その開度が調整されるように構成されている。具体的に、制御弁（44）は、第１温度センサ（45）の検出温度が所定温度より高い場合、その開度が大きくなるように調整され、液インジェクション配管（1a）に導入される液冷媒の量を増加させる一方、第１温度センサ（45）の検出温度が所定温度より低い場合、その開度が小さくなるように調整され、液インジェクション配管（1a）に導入される液冷媒の量を減少させるように構成されている。なお、この制御弁（44）は、本実施形態において温度自動式（感温式）の制御弁で構成されているが、第１温度センサ（45）の検出温度に連動して発信されるパルス信号によって開度が調整される電子式の制御弁であってもよい。
【００４８】
また、冷媒回路（1）における蒸発器（43）の直後の配管には、該蒸発器（43）で蒸発及び加熱された冷媒の温度を測定する第２温度センサ（46）が設けられている。さらに、冷媒回路（1）には、圧縮機（40）の吸入側近傍に該圧縮機（40）に吸入される冷媒の圧力を検出する第１圧力センサ（61）が設けられる一方、圧縮機（40）の吐出側近傍に該圧縮機（40）から吐出される冷媒の圧力を検出する第２圧力センサ（62）が設けられている。
【００４９】
さらに、この冷凍装置（10）には、冷媒回路（1）の膨張弁（42）の開度を調整する開度制御手段（50）を備えている。この開度制御手段（50）は、通常運転時において膨張弁（42）の開度を調整して蒸発器（43）の冷却能力を変更する通常制御部（51）と、このよな通常運転時において、圧縮機（40）の前後の高低差圧を所定値以上確保するために膨張弁（42）の開度を所定値以下に絞って制限する制限制御部（52）とを備えている。
【００５０】
本実施形態において、通常制御部（51）は、上記第２温度センサ（46）の検出温度（過熱度）に応じて膨張弁（42）の開度を調整する、いわゆるスーパーヒート制御を行うものである。よって、通常制御部（51）は、第２温度センサ（46）の検出温度が所定温度より大きくなると、膨張弁（42）の開度を大きくする一方、第２温度センサ（46）の検出温度が所定温度より小さくなると、膨張弁（42）の開度を小さくするように構成されている。
【００５１】
一方、本発明の特徴である制限制御部（52）は、第１，第２圧力センサ（61,62）の検出圧力差を所定値以上とするべく膨張弁（42）の開度を絞るように構成されている。この制限制御部（52）は、第１，第２圧力センサ（61,62）の検出圧力差に基づいて膨張弁（42）の絞り量（S1）を算出する第１算出部（52a）と、上記第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて膨張弁（42）の絞り量（S2）を算出する第２算出部（52b）とを備えている。そして、この制限制御部（52）は、第１算出部（52a）で算出された絞り量（S1）と第２算出部（52b）で算出された絞り量（S2）とのうち、大きい方の絞り量で膨張弁（42）の開度を絞るように構成されている（詳細は後述）。
【００５２】
−運転動作−
次に、実施形態１に係る冷凍装置（10）の運転動作について説明する。
【００５３】
図１に示すように、冷凍装置（10）の通常運転時には、循環経路（2）のポンプ（7）、及び冷媒回路（1）の圧縮機（40）が起動する。そして、循環水が循環経路（2）内を循環すると同時に、冷媒回路（1）内では冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
【００５４】
循環経路（2）においては、冷却対象（S）から返送された循環水が流入経路（2a）を流通した後、第１熱交換通路（43b）に流入する。そして、第１熱交換通路（43）を流通する循環水の熱が、蒸発器（43）の蒸発通路（43a）を流れる冷媒に奪われることで、循環水が冷却される。以上のようにして冷却された循環水は、流出経路（2b）を流通する。この循環水は、バッファタンク（5）で一時的に貯留されて温度が均一化された後、ポンプ（7）に汲み上げられて冷却対象（S）に供給される。そして、冷却対象（S）の温度が所定温度に調整される。
【００５５】
−膨張弁の制御動作−
次に、実施形態１に係る冷凍装置の冷媒回路（1）における膨張弁（42）の制御動作について説明する。
【００５６】
この冷凍装置（10）の通常運転時においては、図１に示すように、通常制御部（51）が第２温度センサ（46）の検出温度に基づいて膨張弁（42）の開度を調整する。また、液インジェクション配管（1a）に設けられた制御弁（44）は、第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて開度が調整されることで、液インジェクション配管（1a）に導入される液冷媒の量が適宜調整される。
【００５７】
ここで、例えばこの冷凍装置（10）が非常に高温となる冷却対象（S）に適用される場合、あるいは、冷却対象（S）の温度が何らかの理由で非常に高温となった場合、蒸発器（43）で冷却される循環水の温度も非常に高くなる。そして、この場合には、蒸発器（43）で蒸発された冷媒の温度、すなわち第２温度センサ（46）の検出温度も非常に高温となるため、通常制御部（51）によって調整される膨張弁（42）の開度が大きくなり過ぎてしまう、あるいは全開になってしまう可能性がある。その結果、冷媒回路（1）における圧縮機（40）の前後の高低差圧が小さくなってしまい、圧縮機（40）がオーバーロードしてしまう可能性がある。
【００５８】
このような問題を解決するために、本実施形態の冷凍装置（10）では、冷媒回路（1）の高低差圧を所定値以上確保するため、制限制御部（52）によって膨張弁（42）の開度を所定値以下に絞って制限するようにしている。
【００５９】
制限制御部（52）のフローチャートである図２に示すように、冷凍装置（10）が上述したような通常運転を開始すると（ステップＳ１）、第１算出部（52a）による膨張弁（42）の絞り量（V1）の算出プロセス（ステップＳ２からステップＳ５）と、第２算出部（52b）による膨張弁（42）の絞り量（V2）の算出プロセス（ステップＳ６からステップＳ８）とが並行して行われる。
【００６０】
上記絞り量（V1）の算出プロセスでは、第１圧力センサ（61）が圧縮機（40）の吸入側の圧力（P1）を検出する（ステップＳ２）。また、第２圧力センサ（62）が圧縮機（40）の吐出側の圧力（P2）を検出する（ステップＳ３）。その後、ステップＳ４において、上記第１圧力センサ（61）の検出圧力（P1）と、第２圧力センサ（62）の検出圧力（P2）との検出圧力差（P2-P1）が設定値以上であるか、否かの判定が行われる。ここで、この検出圧力差（P2-P1）が設定値より小さい場合、冷媒回路（1）における高低差圧が所定値より小さいとみなされ、ステップＳ５が実行される。そしてステップＳ５においては、上記検出圧力差（P2-P1）に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V1）が算出される。
【００６１】
一方、絞り量（V2）の算出プロセスでは、第１温度センサ（45）が圧縮機（40）に吸入される冷媒の温度（T1）を検出する（ステップＳ６）。その後、ステップＳ７において、この検出温度（T1）が設定値以下であるか、否かの判定が行われる。ここで、この検出温度（T1）が設定値より高い場合、液インジェクションによる冷媒温度の低減効果が低い、すなわち液インジェクション配管（1a）を流れる液冷媒の量が不足しているとみなされ、ステップＳ８が実行される。そしてステップＳ８においては、第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V2）が算出される。
【００６２】
以上のようにして第１，第２算出部（52a,52b）による絞り量（V1,V2）の算出プロセスが終了すると、ステップＳ９において、両者の絞り量（V1,V2）の大小比較が行われる。そして、制限制御部（52）は、膨張弁（42）の開度を、第１算出部（52a）の絞り量（V1）と第２算出部（52b）の絞り量（V2）とのうち大きい方の絞り量で調整する。
【００６３】
−実施形態１の効果−
実施形態１では、膨張弁（42）の開度制御手段（50）に制限制御部（52）を設けることで、例えば蒸発器（43）で冷却される循環水の温度が高くなった際にも、膨張弁（42）の開度が大きくなり過ぎる、あるいは全開になってしまうことを抑制できるようにしている。よって、冷媒回路（1）における高低差圧を所定値以上確保することができ、圧縮機（40）がオーバーロード状態となってしまうことを抑制できる。
【００６４】
ここで、制限制御部（52）は、第１算出部（52a）によって、高低差圧を所定値以上確保するために必要な膨張弁（42）の絞り量（V1）を算出する一方、第２算出部（52b）によって、液インジェクションを行うために必要な膨張弁（42）の絞り量（V2）を算出するようにしている。そして、第１算出部（52a）で算出された絞り量（V1）と第２算出部（52b）で算出された絞り量（V2）とのうち大きい絞り量で膨張弁（42）の開度を絞るようにしている。
【００６５】
このため、圧縮機（40）の高低差圧を所定値以上確保して圧縮機（40）のオーバーロードを防ぐことができるとともに、このようにしてもなお、液インジェクション配管（1a）を流れる液冷媒が不足する場合（絞り量（V2）が絞り量（V1）より大きい場合）には、膨張弁（42）の開度をさらに絞って（絞り量（V2）として）、液インジェクションの効果を高めることができる。
【００６６】
以上のように、本実施形態においては、非常に高温となる冷却対象（S）に対しても圧縮機（40）のオーバーロードを抑制し、安定した運転を行うことが可能となる。したがって、この冷凍装置の信頼性の向上を図ることができる。
【００６７】
<実施形態１の変形例>
次に、上記実施形態１の変形例について図３を基に説明する。この変形例は、上記実施形態１と通常制御部（51）による膨張弁（42）の開度調整方法が異なるものである。
【００６８】
この変形例の冷凍装置（10）には、循環経路（2）の流入経路（2a）に流入温度センサ（11）が設けられている一方、流出経路（2b）に流出温度センサ（12）が設けられている。そして、上述した実施形態１では、通常制御部（51）が膨張弁（42）の開度をスーパーヒート制御によって調整するようにしているのに対し、この変形例の通常制御部（51）は、上記流入/流出温度センサ（11,12）に基づくＰＩＤ制御によって膨張弁（42）の開度を調整するようにしている。
【００６９】
この変形例においても、例えば上記流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度が非常に高くなり、膨張弁（42）の開度が大きくなり過ぎる場合に、制限制御部（52）が膨張弁（42）の開度を絞って制限することで、冷媒回路（1）における高低差圧を所定値以上確保でき、圧縮機（40）のオーバーロードを防ぐことができる。
【００７０】
《実施形態２》
次に、実施形態２に係る冷凍装置について図４を基に説明する。実施形態２の冷凍装置は、上述した実施形態１と第１算出部（52a）の構成が異なるものである。
【００７１】
実施形態２の冷凍装置（10）には、循環経路（2）の流入経路（2a）に流入温度センサ（11）が設けられている一方、流出経路（2b）に流出温度センサ（12）が設けられている。そして、開度制御手段（50）の通常制御部（51）は、実施形態１と同様、第２温度センサ（46）の検出温度に基づくスーパーヒート制御によって膨張弁（42）の開度を調整するように構成されている。一方、制限制御部（52）は、上記流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度差を所定値以下とするべく膨張弁（42）の開度を絞って制限するように構成されている。この制限制御部（52）は、上記流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度差に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V1）を算出する第１算出部（52a）と、実施形態１と同様、第１温度センサ（45）の検出温度に基づいて膨張弁（42）の絞り量（S2）を算出する第２算出部（52b）とを備えている。そして、この制限制御部（52）は、第１算出部（52a）で算出された絞り量（V1）と第２算出部（52b）で算出された絞り量（V2）とのうち、大きい方の絞り量で膨張弁（42）の開度を絞るように構成されている。
【００７２】
−膨張弁の制御動作−
次に、実施形態２に係る冷凍装置の冷媒回路（1）における膨張弁（42）の制御動作について説明する。
【００７３】
この冷凍装置（10）の通常運転時においては、図４に示すように、通常制御部（51）が第２温度センサ（46）の検出温度に基づいて膨張弁（42）の開度を調整する。また、液インジェクション配管（1a）に設けられた制御弁（44）の開度が、第１温度センサ（46）の検出温度に基づいて調整されることで、液インジェクション配管（1a）に導入される液冷媒の量が調整される。
【００７４】
一方、制限制御部（52）では、図５に示すフローチャートに示すように、第１算出部（52a）による膨張弁（42）の絞り量（V1）の算出プロセス（ステップＳ１２からステップＳ１５）と、第２算出部（52b）による膨張弁（42）の絞り量（V2）の算出プロセス（ステップＳ１６からステップＳ１８）とが並行して行われる。
【００７５】
上記絞り量（V1）の算出プロセスでは、循環経路（2）における流入温度センサ（11）が蒸発器（43）で冷却される前の循環水の温度（A1）を検出する（ステップＳ１２）。また、流出温度センサ（12）は、蒸発器（43）で冷却された後の循環水の温度（A2）を検出する（ステップＳ１３）。その後、ステップＳ１４において、上記流入温度センサ（11）の検出温度（A1）と、上記流出温度センサ（12）の検出温度（A2）との検出温度差（A1-A2）が設定値以下であるか、否かの判定が行われる。ここで、この検出温度差（A1-A2）が設定値より大きい場合、蒸発器（43）における熱交換量が多過ぎて（蒸発器（43）で冷媒に吸熱される熱量が多過ぎて）膨張弁（42）の開度が大きくなり過ぎてしまうとみなされ、ステップＳ１５が実行される。そしてステップＳ１５においては、上記検出温度差（A1-A2）に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V1）が算出される。
【００７６】
一方、絞り量（V2）の算出プロセスでは、第１温度センサ（45）が圧縮機（40）に吸入される冷媒の温度（T1）を検出する（ステップＳ１６）。その後、ステップＳ１７において、上記第１温度センサ（45）の検出温度（T1）が設定値以下であるか、否かの判定が行われる。ここで、この検出温度（T1）が設定値より高い場合、液インジェクションによる冷媒温度の低減効果が低い、すなわち液インジェクション配管（1a）を流れる液冷媒が不足しているとみなされ、ステップＳ１８が実行される。そしてステップＳ１８においては、第１温度センサ（45）の検出温度（T1）に基づいて膨張弁（42）の絞り量（V2）が算出される。
【００７７】
以上のようにして第１，第２算出部（52a,52b）による絞り量（V1,V2）の算出プロセスが終了すると、ステップＳ１９において、両者の絞り量（V1,V2）の大小比較が行われる。そして、制限制御部（52）は、膨張弁（42）の開度を、第１算出部（52a）の絞り量（V1）と第２算出部（52b）の絞り量（V2）とのうち大きい方の絞り量で調整する。
【００７８】
−実施形態２の効果−
実施形態２では、流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度差が所定値より大きくならないように、膨張弁（42）の開度を絞るようにしている。そして、蒸発器（43）における熱交換量の増大に伴い膨張弁（42）の開度が大きくなり過ぎとなり、その結果、圧縮機（40）の前後の高低差圧が所定値より小さくなってしまうことを抑制できるようにしている。したがって、圧縮機（40）の前後の高低差圧を所定値以上に確保することができ、圧縮機（40）のオーバーロードを確実に防ぐことができる。
【００７９】
ここで、制限制御部（52）は、第１算出部（52a）によって、流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度差に基づき、高低差圧を所定値以上確保するために必要な膨張弁（42）の絞り量（V1）を算出する一方、第２算出部（52b）によって、液インジェクションを行うために必要な膨張弁（42）の絞り量（V2）を算出するようにしている。そして、第１算出部（52a）で算出された絞り量（V1）と第２算出部（52b）で算出された絞り量（V2）とのうち大きい絞り量で膨張弁（42）の開度を絞るようにしている。
【００８０】
このため、圧縮機（40）の高低差圧を所定値以上確保して圧縮機（40）のオーバーロードを防ぐことができるとともに、このようにしてもなお、液インジェクション配管（1a）を流れる液冷媒量が不足する場合（絞り量（V2）が絞り量（V1）より大きい場合）には、膨張弁（42）の開度をさらに絞って（絞り量（V2）として）、液インジェクションの効果を高めることができる。
【００８１】
<実施形態２の変形例>
次に、上記実施形態２の変形例について図６を基に説明する。この変形例は、実施形態２と通常制御部（51）による膨張弁（42）の開度調整方法が異なるものである。
【００８２】
具体的に、この変形例では、上述した実施形態２の通常制御部（51）が、膨張弁（42）の開度をスーパーヒート制御によって調整するようにしているのに対し、この変形例の通常制御部（51）は、流入/流出温度センサ（11,12）に基づくＰＩＤ制御によって膨張弁（42）の開度を調整するようにしている。
【００８３】
この変形例においても、例えば上記流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度が非常に高くなり、膨張弁（42）の開度が大きくなり過ぎとなってしまう場合に、制限制御部（52）が膨張弁（42）の開度を絞って制限することで、冷媒回路（1）における高低差圧を所定値以上確保でき、圧縮機（40）のオーバーロードを防ぐことができる。
【００８４】
また、この変形例では、通常制御部（51）による膨張弁（42）の開度調整と、制限制御部（52）による膨張弁（42）の開度制限との双方を上記流入/出温度センサ（11,12）を利用して行うことができる。したがって、例えば上述した実施形態２と比較して冷凍装置に用いられるセンサの数を減らすことができる。
【００８５】
《その他の実施形態》
本発明は、上述した実施形態について以下のような構成としてもよい。
【００８６】
実施形態２においては、流出温度センサ（12）を流出経路（2b）における第１熱交換通路（43b）の下流近傍に配置している。しかしながら、例えば図７に示すように、この流出温度センサ（12）を流出経路（2b）におけるバッファタンク（5）の下流側に配置してもよい。この場合にも、制限制御部（52）によって、流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度に基づく膨張弁（42）の開度制限を行うことができる。また、実施形態２の変形例のように、通常制御部（51）によって、流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度に基づく膨張弁（42）の開度調整を行うことができる。
【００８７】
また、上記実施形態２において、第１算出部（52a）は、流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度差（A1-A2）に基づいて絞り量（V1）を算出するようにしている。しかしながら、この絞り量（V1）は、流入温度センサ（11）の検出温度（A1）に基づいて算出してもよいし、例えば流入/流出温度センサ（11,12）の検出温度差（A1-A2）を、流入温度センサ（11）の検出温度（A1）で補正して算出するようにしてもよい。このようにしても、蒸発器（43）における熱交換量の増大を抑制でき、その結果、膨張弁（42）の開度が大きくなり過ぎて冷媒回路（1）における高低差圧が小さくなってしまうことを抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、比較的温度の高い冷却対象（S）に適用される冷凍装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施形態１に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。
【図２】実施形態１に係る冷凍装置の制限制御部の制御フローチャートである。
【図３】実施形態１の変形例に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。
【図４】実施形態２に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。
【図５】実施形態２に係る冷凍装置の制限制御部の制御フローチャートである。
【図６】実施形態２の変形例に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。
【図７】その他の実施形態に係る冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。
【図８】従来例の冷凍装置の全体構成を示す概略回路図である。
【符号の説明】
【００９０】
（1)    冷媒回路
(1a)   インジェクション配管
（2）   循環経路
(2a)   流入経路
(2b)   流出経路
（11）  流入温度センサ
(12)   流出温度センサ
(40)   圧縮機
(41)   凝縮器
(42）  膨張弁
（43）  蒸発器
(44)   制御弁
(45）  第１温度センサ
(46)   第２温度センサ
（50)   開度制御手段
（51）  通常制御部
（52）  制限制御部
(52a)  第１算出部
（52b)  第２算出部
（61)   第１圧力センサ
（62）  第２圧力センサ
【図１】
2005351494.tif 000003
【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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