特許 7475043 温度制御システム及びその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-18

(45)【発行日】2024-04-26

(54)【発明の名称】温度制御システム及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20240419BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 399Y

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020155730

(22)【出願日】2020-09-16

(65)【公開番号】P2022049500

(43)【公開日】2022-03-29

【審査請求日】2023-04-03

(73)【特許権者】

【識別番号】594185097

【氏名又は名称】伸和コントロールズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100164688

【弁理士】

【氏名又は名称】金川 良樹

(72)【発明者】

【氏名】山脇 正勝

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 勇

(72)【発明者】

【氏名】酒井 勝敏

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 圭輔

【審査官】西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０５８２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６０５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４５５１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が冷媒を循環させるようにこの順で接続された冷凍装置と、
流体を前記蒸発器で熱交換させた後、温度制御対象に送り、前記温度制御対象を通過した前記流体を前記蒸発器で再度熱交換させ、前記温度制御対象の下流側で且つ前記蒸発器の上流側の位置にヒータを有する流体循環装置と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記流体循環装置の状態が前記流体と前記温度制御対象とが熱交換しない無負荷運転又は前記無負荷運転へ移行させるための無負荷運転移行運転になった場合に、前記ヒータを作動させて前記ヒータにより前記流体を加熱し、
前記温度制御対象へ供給する前記流体の設定温度をＴｓ（℃）とし、前記流体循環装置において前記ヒータの下流側を通流する前記流体であって前記蒸発器を通過する前の前記流体の目標温度をＴｔ（℃）とし、前記流体循環装置が前記流体を通流させる重量流量を、ｍ（ｋｇ／ｓ）とし、前記流体の比熱を、Ｃｐ（Ｊ／ｋｇ℃）とし、
前記無負荷運転又は前記無負荷運転移行運転になった場合において前記蒸発器に通過させる前記流体の温度を前記目標温度Ｔｔにするための加熱能力Ｑを、以下の式（１）から算出し、
Ｑ＝ｍ×Ｃｐ×（Ｔｔ－Ｔｓ）…（１）
前記制御装置は、前記式（１）で算出した加熱能力Ｑに基づいて前記ヒータの加熱能力を制御する、温度制御システム。

【請求項2】

圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が冷媒を循環させるようにこの順で接続された冷凍装置と、
流体を前記蒸発器で熱交換させた後、温度制御対象に送り、前記温度制御対象を通過した前記流体を前記蒸発器で再度熱交換させ、前記温度制御対象の下流側で且つ前記蒸発器の上流側の位置にヒータを有する流体循環装置と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記流体循環装置の状態が前記流体と前記温度制御対象とが熱交換しない無負荷運転又は前記無負荷運転へ移行させるための無負荷運転移行運転になった場合に、前記ヒータを作動させて前記ヒータにより前記流体を加熱し、
前記制御装置は、前記温度制御対象を通過した後、前記ヒータの上流側を通流する前記流体の温度が所定温度よりも小さくなった場合に、前記流体循環装置の状態が前記無負荷運転又は前記無負荷運転移行運転になったものと判定する、温度制御システム。

【請求項3】

前記制御装置は、前記無負荷運転又は前記無負荷運転移行運転になって前記ヒータを作動させる場合に、前記ヒータの加熱能力を、前記式（１）で算出した加熱能力Ｑ以上に制御する、請求項１に記載の温度制御システム。

【請求項4】

前記制御装置は、前記ヒータの加熱能力を、前記式（１）で算出した加熱能力Ｑ以上に制御した後、前記ヒータの下流側を通流する前記流体であって前記蒸発器を通過する前の前記流体の温度が前記目標温度以上にならない場合、前記ヒータを調節する、請求項３に記載の温度制御システム。

【請求項5】

前記式（１）で算出した加熱能力Ｑが前記ヒータの最大加熱能力を越えている場合、前記制御装置は、前記ヒータを最大加熱能力に制御する、請求項１、又は３又は４に記載の温度制御システム。

【請求項6】

圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が冷媒を循環させるようにこの順で接続された冷凍装置と、
流体を前記蒸発器で熱交換させた後、温度制御対象に送り、前記温度制御対象を通過した前記流体を前記蒸発器で再度熱交換させ、前記温度制御対象の下流側で且つ前記蒸発器の上流側の位置にヒータを有する流体循環装置と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記流体循環装置において前記ヒータの下流側を通流する前記流体であって、前記蒸発器を通過する前の前記流体の戻り温度が目標温度よりも小さい場合に、前記ヒータを作動させて前記ヒータにより前記流体を加熱する、温度制御システム。

【請求項7】

前記戻り温度をＴｂ（℃）とし、前記目標温度をＴｔ（℃）とし、前記流体循環装置が前記流体を通流させる重量流量を、ｍ（ｋｇ／ｓ）とし、前記流体の比熱を、Ｃｐ（Ｊ／ｋｇ℃）とし、
前記戻り温度Ｔｂが前記目標温度Ｔｔよりも小さい場合において前記戻り温度Ｔｂを前記目標温度Ｔｔにするための加熱能力Ｑを、以下の式（２）から算出し、
Ｑ＝ｍ×Ｃｐ×（Ｔｔ－Ｔｂ）…（２）
前記制御装置は、前記式（２）で算出した加熱能力Ｑに基づいて前記ヒータの加熱能力を制御する、請求項６に記載の温度制御システム。

【請求項8】

前記冷凍装置にアキュムレータを設けない、請求項１乃至７のいずれかに記載の温度制御システム。

【請求項9】

前記目標温度は、前記流体と熱交換して前記蒸発器から流出する前記冷媒を過熱蒸気に至らしめる温度範囲にて設定される、請求項１又は６に記載の温度制御システム。

【請求項10】

圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が冷媒を循環させるようにこの順で接続された冷凍装置と、流体を前記蒸発器で熱交換させた後、温度制御対象に送り、前記温度制御対象を通過した前記流体を前記蒸発器で再度熱交換させ、前記温度制御対象の下流側で且つ前記蒸発器の上流側の位置にヒータを有する流体循環装置と、を備える温度制御システムの制御方法であって、
前記流体循環装置の状態が前記流体と前記温度制御対象とが熱交換しない無負荷運転又は前記無負荷運転へ移行させるための無負荷運転移行運転になったか否かを判定する工程と、
前記無負荷運転又は前記無負荷運転移行運転になったことが判定された場合に、前記ヒータを作動させて前記ヒータにより前記流体を加熱する工程と、を備え、
前記温度制御対象へ供給する前記流体の設定温度をＴｓ（℃）とし、前記流体循環装置において前記ヒータの下流側を通流する前記流体であって前記蒸発器を通過する前の前記流体の目標温度をＴｔ（℃）とし、前記流体循環装置が前記流体を通流させる重量流量を、ｍ（ｋｇ／ｓ）とし、前記流体の比熱を、Ｃｐ（Ｊ／ｋｇ℃）とし、
前記無負荷運転又は前記無負荷運転移行運転になった場合において前記蒸発器に通過させる前記流体の温度を前記目標温度Ｔｔにするための加熱能力Ｑを、以下の式（１）から算出し、
Ｑ＝ｍ×Ｃｐ×（Ｔｔ－Ｔｓ）…（１）
前記前記流体を加熱する工程では、前記式（１）で算出した加熱能力Ｑに基づいて前記ヒータの加熱能力を制御するか、
又は
前記判定する工程では、前記温度制御対象を通過した後、前記ヒータの上流側を通流する前記流体の温度が所定温度よりも小さくなった場合に、前記流体循環装置の状態が前記無負荷運転又は前記無負荷運転移行運転になったものと判定する、温度制御システムの制御方法。

【請求項11】

圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が冷媒を循環させるようにこの順で接続された冷凍装置と、流体を前記蒸発器で熱交換させた後、温度制御対象に送り、前記温度制御対象を通過した前記流体を前記蒸発器で再度熱交換させ、前記温度制御対象の下流側で且つ前記蒸発器の上流側の位置にヒータを有する流体循環装置と、を備える温度制御システムの制御方法であって、
前記流体循環装置において前記ヒータの下流側を通流する前記流体であって、前記蒸発器を通過する前の前記流体の戻り温度が目標温度よりも小さいか否かを判定する工程と、
前記戻り温度が前記目標温度よりも小さいことが判定された場合に、前記ヒータを作動させて前記ヒータにより前記流体を加熱する工程と、を備える、温度制御システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体循環装置が循環させる流体を冷凍装置によって冷却し、冷却した流体を用いて温度制御を行う温度制御システム及びその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有する冷凍装置と、水、ブライン等の流体を循環させる流体循環装置とを備え、流体循環装置が循環させる流体を冷凍装置の蒸発器によって冷却する温度制御システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１４５５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のような温度制御システムは、冷凍装置と流体循環装置とを備えるため、比較的大型になる場合がある。しかし、このようなシステムは、搬送の容易化、占有スペースの抑制等を考慮すると、コンパクトであることが望ましい。ここで、冷凍装置には例えば液バック抑制のためのアキュムレータが設けられる場合があるが、アキュムレータは比較的サイズが大きいため、システム全体の大型化の一因となっている。例えば、このようなアキュムレータを用いずに液バックを抑制可能であれば、コンパクト化の点で有利となる。

【0005】

本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、アキュムレータの容量を抑制した場合又はアキュムレータを用いない場合であっても、冷凍装置における冷媒の液バックを好適に抑制できる温度制御システム及びその制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施の形態にかかる温度制御システム（１）は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が冷媒を循環させるようにこの順で接続された冷凍装置と、流体を前記蒸発器で熱交換させた後、温度制御対象に送り、前記温度制御対象を通過した前記流体を前記蒸発器で再度熱交換させ、前記温度制御対象の下流側で且つ前記蒸発器の上流側の位置にヒータを有する流体循環装置と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記流体循環装置の状態が前記流体と前記温度制御対象とが熱交換しない無負荷運転又は前記無負荷運転へ移行させるための無負荷運転移行運転になった場合に、前記ヒータを作動させて前記ヒータにより前記流体を加熱する。

【0007】

一実施の形態にかかる温度制御システム（１）において、前記温度制御対象へ供給する前記流体の設定温度をＴｓ（℃）とし、前記流体循環装置において前記ヒータの下流側を通流する前記流体であって前記蒸発器を通過する前の前記流体の目標温度をＴｔ（℃）とし、前記流体循環装置が前記流体を通流させる重量流量を、ｍ（ｋｇ／ｓ）とし、前記流体の比熱を、Ｃｐ（Ｊ／ｋｇ℃）とし、前記無負荷運転又は前記無負荷運転移行運転になった場合において前記蒸発器に通過させる前記流体の温度を前記目標温度Ｔｔにするための加熱能力Ｑを、以下の式（１）から算出し、
Ｑ＝ｍ×Ｃｐ×（Ｔｔ－Ｔｓ）…（１）
前記制御装置は、前記式（１）で算出した加熱能力Ｑに基づいて前記ヒータの加熱能力を制御してもよい。

【0008】

一実施の形態にかかる温度制御システム（１）において、前記制御装置は、前記無負荷運転又は前記無負荷運転移行運転になって前記ヒータを作動させる場合に、前記ヒータの加熱能力を、前記式（１）で算出した加熱能力Ｑ以上の加熱能力に制御してもよい。
また、前記制御装置は、前記ヒータの加熱能力を、前記式（１）で算出した加熱能力Ｑ以上に制御した後、前記ヒータの下流側を通流する前記流体であって前記蒸発器を通過する前の前記流体の温度が前記目標温度以上にならない場合、前記ヒータを調節してもよい。
また、前記式（１）で算出した加熱能力Ｑが前記ヒータの最大加熱能力を越えている場合、前記制御装置は、前記ヒータを最大加熱能力に制御してもよい。

【0009】

また、一実施の形態にかかる温度制御システム（１）において、前記制御装置は、前記温度制御対象を通過した後、前記ヒータの上流側を通流する前記流体の温度が所定温度よりも小さくなった場合に、前記流体循環装置の状態が前記無負荷運転又は前記無負荷運転移行運転になったものと判定してもよい。

【0010】

また、本発明の一実施の形態にかかる温度制御システム（２）は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が冷媒を循環させるようにこの順で接続された冷凍装置と、流体を前記蒸発器で熱交換させた後、温度制御対象に送り、前記温度制御対象を通過した前記流体を前記蒸発器で再度熱交換させ、前記温度制御対象の下流側で且つ前記蒸発器の上流側の位置にヒータを有する流体循環装置と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記流体循環装置において前記ヒータの下流側を通流する前記流体であって、前記蒸発器を通過する前の前記流体の戻り温度が目標温度よりも小さい場合に、前記ヒータを作動させて前記ヒータにより前記流体を加熱する。

【0011】

一実施の形態にかかる温度制御システム（２）において、前記戻り温度をＴｂ（℃）とし、前記目標温度をＴｔ（℃）とし、前記流体循環装置が前記流体を通流させる重量流量を、ｍ（ｋｇ／ｓ）とし、前記流体の比熱を、Ｃｐ（Ｊ／ｋｇ℃）とし、前記戻り温度Ｔｂが前記目標温度Ｔｔよりも小さい場合、前記制御装置は、前記戻り温度Ｔｂを前記目標温度Ｔｔにするための前記ヒータの制御を、前記戻り温度Ｔｂと前記目標温度Ｔｔとの差分に基づくフィードバック制御により行ってもよい。
この際、制御装置は、前記戻り温度Ｔｂを前記目標温度Ｔｔにするための加熱能力Ｑを、以下の式（２）から算出し、
Ｑ＝ｍ×Ｃｐ×（Ｔｔ－Ｔｂ）…（２）
前記式（２）で算出した加熱能力Ｑに基づいて前記ヒータの加熱能力を制御してもよい。

【0012】

一実施の形態にかかる温度制御システム（２）において、前記制御装置は、前記戻り温度Ｔｂが前記目標温度Ｔｔよりも小さくなって前記ヒータを作動させる場合に、前記ヒータの加熱能力を、前記式（２）で算出した加熱能力Ｑ以上に制御してもよい。
また、前記式（２）で算出した加熱能力Ｑが前記ヒータの最大加熱能力を越えている場合、前記制御装置は、前記ヒータを最大加熱能力に制御してもよい。

【0013】

また、一実施の形態にかかる温度制御システム（１）及び（２）においては、前記冷凍装置にアキュムレータを設けなくてもよい。

【0014】

また、前記目標温度は、前記流体と熱交換して前記蒸発器から流出する前記冷媒を過熱蒸気に至らしめる温度範囲にて設定されてもよい。

【0015】

また、一実施の形態にかかる温度制御システムの制御方法は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が冷媒を循環させるようにこの順で接続された冷凍装置と、流体を前記蒸発器で熱交換させた後、温度制御対象に送り、前記温度制御対象を通過した前記流体を前記蒸発器で再度熱交換させ、前記温度制御対象の下流側で且つ前記蒸発器の上流側の位置にヒータを有する流体循環装置と、を備える温度制御システムの制御方法であって、
前記流体循環装置の状態が前記流体と前記温度制御対象とが熱交換しない無負荷運転又は前記無負荷運転へ移行させるための無負荷運転移行運転になったか否かを判定する工程と、
前記無負荷運転又は前記無負荷運転移行運転になったことが判定された場合に、前記ヒータを作動させて前記ヒータにより前記流体を加熱する工程と、を備える。

【0016】

他の実施の形態にかかる温度制御システムの制御方法は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が冷媒を循環させるようにこの順で接続された冷凍装置と、流体を前記蒸発器で熱交換させた後、温度制御対象に送り、前記温度制御対象を通過した前記流体を前記蒸発器で再度熱交換させ、前記温度制御対象の下流側で且つ前記蒸発器の上流側の位置にヒータを有する流体循環装置と、を備える温度制御システムの制御方法であって、
前記流体循環装置において前記ヒータの下流側を通流する前記流体であって、前記蒸発器を通過する前の前記流体の戻り温度が目標温度よりも小さいか否かを判定する工程と、
前記戻り温度が前記目標温度よりも小さいことが判定された場合に、前記ヒータを作動させて前記ヒータにより前記流体を加熱する工程と、を備える。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、アキュムレータの容量を抑制した場合又はアキュムレータを用いない場合であっても、冷凍装置における冷媒の液バックを好適に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施の形態にかかる温度制御システムの概略構成を示す図である。

【図2】第１の実施の形態にかかる温度制御システムを構成する制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【図3】第１の実施の形態にかかる温度制御システムを構成する制御装置の動作の一例を説明するフローチャートである。

【図4】本発明の第２の実施の形態にかかる温度制御システムを構成する制御装置の動作の一例を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の各実施の形態を説明する。

【0020】

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる温度制御システム１の概略図である。図１に示す温度制御システム１は、冷凍装置１０と、流体循環装置２０と、制御装置３０と、を備えている。

【0021】

冷凍装置１０は、流体循環装置２０が通流させる流体を冷媒によって温度制御する。流体循環装置２０は、冷凍装置１０によって温度制御された流体を温度制御対象Ｔへ供給する。

【0022】

流体循環装置２０は、温度制御対象Ｔを通過した流体を循環させるようになっている。そして、温度制御対象Ｔから戻った流体は、冷凍装置１０によって再度温度制御される。流体循環装置２０で循環させる流体は、例えばブラインであるが、水等の他の流体でもよい。

【0023】

制御装置３０は、冷凍装置１０及び流体循環装置２０を制御するように構成され、例えばユーザの操作に応じて温度制御対象Ｔへ供給する流体の温度を設定したり、流体の温度が設定された温度になるように各部を制御したりする。以下、温度制御システム１の各部について詳述する。

【0024】

冷凍装置１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３及び蒸発器１４が冷媒を循環させるようにこの順序で配管１５により接続されることで構成されている。ここで、本実施の形態における冷凍装置１０は、アキュムレータを設けていない。ただし、冷凍装置１０は、アキュムレータを備えてもよい。

【0025】

圧縮機１１は、蒸発器１４から流出した低温且つ低圧の気体の状態の冷媒を圧縮し、高温且つ高圧の気体の状態として、凝縮器１２に供給するようになっている。凝縮器１２は、圧縮機１１で圧縮された冷媒を冷却水によって冷却すると共に凝縮し、所定の冷却温度の高圧の液体の状態として、膨張弁１３に供給するようになっている。凝縮器１２の冷却水には、水が用いられてよいし、その他の冷媒が用いられてもよい。図中の符号１６は、凝縮器１２に冷却水を供給する冷却水管を示している。なお、凝縮器１２は空冷式でもよい。

【0026】

膨張弁１３は、凝縮器１２から供給された冷媒を膨張させることにより減圧させて、低温且つ低圧の気液混合状態として、蒸発器１４に供給するようになっている。蒸発器１４は、膨張弁１３から供給された冷媒を、流体循環装置２０の流体と熱交換させる。ここで、流体と熱交換した冷媒は、低温且つ低圧の気体の状態となって蒸発器１４から流出して再び圧縮機１１で圧縮されることになる。

【0027】

流体循環装置２０は、戻し口部２１Ｕと供給口部２１Ｄとを有するメイン流路管２１を備えており、戻し口部２１Ｕ及び供給口部２１Ｄのそれぞれに接続した流路管を介して温度制御対象Ｔに接続している。流体循環装置２０は、メイン流路管２１を蒸発器１４に接続しており、メイン流路管２１を通流する流体を蒸発器１４で熱交換させた後、温度制御対象Ｔに送る。そして、流体循環装置２０は、温度制御対象Ｔを通過した流体を蒸発器１４で再度熱交換させるようになっている。

【0028】

また、流体循環装置２０は、メイン流路管２１上に設けられたポンプ２２、タンク２３及びヒータ２４と、第１～第３温度センサ２５～２７と、をさらに備えている。

【0029】

ポンプ２２は、メイン流路管２１の一部を構成し、流体を通流させるための駆動力を発生させる。ポンプ２２は、メイン流路管２１の蒸発器１４との接続部分よりも上流側に配置されているが、その位置は特に限られるものではない。

【0030】

タンク２３及びヒータ２４は、メイン流路管２１の蒸発器１４との接続部分よりも上流側に配置されており、すなわち、タンク２３及びヒータ２４は、温度制御対象Ｔと接続した流体循環装置２０において、温度制御対象Ｔの下流側で且つ蒸発器１４の上流側の位置に配置されている。

【0031】

タンク２３は、一定量の流体を貯留するために設けられ且つメイン流路管２１の一部を構成し、ヒータ２４は、流体を加熱するために設けられている。本実施の形態では、ヒータ２４がタンク２３内に配置されるが、ヒータ２４は、タンク２３の外に設けられてもよい。ヒータ２４は、制御装置３０と電気的に接続されており、制御装置３０によって加熱能力を制御されるようになっている。

【0032】

第１温度センサ２５は、メイン流路管２１の蒸発器１４との接続部分の下流側を通流する流体の温度を検出し、第２温度センサ２６は、温度制御対象Ｔを通過した後、ヒータ２４の上流側を通流する流体の温度を検出する。第２温度センサ２６は、詳しくは、温度制御対象Ｔを通過した後、ヒータ２４の上流側を通流する流体であって、タンク２３に流入する前の流体の温度を検出する。

【0033】

また、第３温度センサ２７は、流体循環装置２０においてヒータ２４の下流側を通流する流体であって、蒸発器１４を通過する前の流体の温度を検出する。

【0034】

これら第１～第３温度センサ２５～２７は、制御装置３０に電気的に接続されており、制御装置３０が検出する温度情報は、制御装置３０に送信されることになる。

【0035】

制御装置３０は、冷凍装置１０及び流体循環装置２０の動作を制御するコントローラであって、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ等を有するコンピュータで構成されてもよい。この場合、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、各種処理を行う。なお、制御装置３０は、その他のプロセッサや電気回路（例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｌｌｅｙ）等）で構成されてもよい。

【0036】

図２は、制御装置３０の機能構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置３０は、温度設定部３１と、温度取得部３２と、状態判定部３３と、ヒータ制御部３４と、冷凍装置制御部３５と、を有している。これら各機能部は、例えばプログラムが実行されることにより実現される。

【0037】

温度設定部３１は、ユーザの操作に応じて、温度制御対象Ｔへ供給する流体の温度を設定温度として設定して保持するものである。また、温度設定部３１は、ユーザの操作に応じて、ヒータ２４の下流側を通流する流体であって、蒸発器１４を通過する前の流体の戻り温度の目標温度を設定して保持するものである。

【0038】

上記目標温度は、流体循環装置２０の流体と熱交換して蒸発器１４から流出する冷媒を過熱蒸気に至らしめる温度範囲にて設定される。ヒータ２４の下流側を通流する流体であって蒸発器１４を通過する前の流体の戻り温度が、このような目標温度以上になる場合には、冷媒が液相を含む状態で圧縮機１１に戻るリスク、すなわち液バックを回避できる。

【0039】

温度取得部３２は、第１～第３温度センサ２５～２７が検出する温度情報を取得するものである。温度取得部３２は、第１～第３温度センサ２５～２７から取得した温度情報を、状態判定部３３、ヒータ制御部３４、冷凍装置制御部３５に送る。

【0040】

状態判定部３３は、第１～第３温度センサ２５～２７が検出する温度情報に基づいて、流体循環装置２０の状態を判定するものである。

【0041】

本実施の形態では、状態判定部３３が、第２温度センサ２６が検出する温度情報に基づいて、流体循環装置２０の状態が無負荷運転又はこの無負荷運転へ移行させるための無負荷運転移行運転になったか否かを判定するようになっている。詳しくは、状態判定部３３は、第２温度センサ２６が検出する温度情報に基づき、温度制御対象Ｔを通過した後、ヒータ２４の上流側を通流する流体の温度が、所定温度よりも小さくなった否かを判定し、小さくなった場合に、流体循環装置２０の状態が無負荷運転又は無負荷運転移行運転になったものと判定する。

【0042】

無負荷運転は、温度制御対象Ｔが流体と熱交換しない状態を意味し、無負荷運転移行運転は、無負荷運転への移行途中の状態であって、温度制御対象Ｔが流体と通常の場合よりも熱交換しない状態を意味する。

【0043】

例えば温度制御対象Ｔが発熱する装置である場合に、流体循環装置２０が通常運転のとき、温度制御された流体が、温度制御対象Ｔと熱交換し、温度制御対象Ｔを通過した後、熱交換前に比べて高温になる。一方で、装置である温度制御対象Ｔが停止され発熱が次第に低下していく状態になったときには、通常運転の場合よりも、温度制御対象Ｔが流体と熱交換しなくなる状態になり、最終的には、温度制御対象Ｔが流体と熱交換しない状態になる。

【0044】

すなわち、無負荷運転移行運転は、例えば装置である温度制御対象Ｔが停止された場合において、これに起因して、温度制御対象Ｔが、通常の場合よりも流体と熱交換しない状態になることを意味する。また、無負荷運転は、例えば装置である温度制御対象Ｔが停止された場合において、温度制御対象Ｔが、実質的に流体と熱交換しない状態になることを意味する。

【0045】

無負荷運転又は無負荷運転移行運転になったか否かを判定する基準である上記所定温度は、例えば温度制御対象Ｔへ供給する流体の設定温度以上の温度であり、温度制御対象Ｔの温度との関係で適宜選択される。

【0046】

また、本実施の形態における状態判定部３３は、第３温度センサ２７が検出する温度情報に基づいて、ヒータ２４の下流側を通流する流体であって、蒸発器１４を通過する前の流体の戻り温度が、上記目標温度よりも小さいか否かを判定し、小さい場合に、液バックリスク信号を生成する。このような液バックリスク信号が生成された際においては、例えば警告が報知されてもよい。

【0047】

続いて、ヒータ制御部３４は、流体循環装置２０の状態が無負荷運転又は無負荷運転移行運転になったものと状態判定部３３が判定した場合に、ヒータ２４を作動させてヒータ２４により流体を加熱するものである。

【0048】

冷凍装置制御部３５は、温度設定部３１によって設定された温度制御対象Ｔへ供給する流体の設定温度と、第１温度センサ２５に基づく検出温度とを比較して、第１温度センサ２５が検出する検出温度が設定温度と一致するように冷凍装置１０の各部を制御するものである。設定温度は、例えば１０℃、０℃、－１０℃等に設定され得る。冷凍装置制御部３５は、例えば、このような設定温度に応じて冷凍装置１０における圧縮機１１の回転数を増減させて蒸発器１４における蒸発圧力を調節し、これにより、流体の温度を設定温度に調節する。

【0049】

以下、ヒータ制御部３４について詳述する。本実施の形態におけるヒータ制御部３４は、上述したように、流体循環装置２０の状態が無負荷運転又は無負荷運転移行運転になった場合に、ヒータ２４を作動させる。その後、ヒータ制御部３４は、ヒータ２４の加熱能力を制御するようになっている。

【0050】

ヒータ２４の加熱能力を制御する際、本実施の形態における制御装置３０は、ヒータ制御部３４によって、まず、蒸発器１４に通過させる流体の温度を目標温度Ｔｔにするための加熱能力Ｑを、以下の式（１）から算出する。
Ｑ＝ｍ×Ｃｐ×（Ｔｔ－Ｔｓ）…（１）
ここで、温度制御対象Ｔへ供給する流体の設定温度をＴｓ（℃）とし、流体循環装置２０においてヒータ２４の下流側を通流する流体であって蒸発器１４を通過する前の流体の目標温度をＴｔ（℃）とし、流体循環装置２０が流体を通流させる重量流量を、ｍ（ｋｇ／ｓ）とし、流体の比熱を、Ｃｐ（Ｊ／ｋｇ℃）とする。なお、設定温度Ｔｓと目標温度Ｔｔは、温度設定部３１によって設定される。また、重量流量ｍは、流量センサで検出してもよいし、ポンプ２２の状態から特定してもよい。また、流体の比熱Ｃｐは、予め制御装置３０に保持されている。

【0051】

そして、制御装置３０は、ヒータ制御部３４により式（１）で算出した加熱能力Ｑに基づいてヒータ２４の加熱能力を制御する。具体的に、ヒータ制御部３４は、ヒータ２４の加熱能力を、式（１）で算出した加熱能力Ｑ以上の加熱能力に制御する。このような制御目標値となる当該加熱能力は、式（１）で予め算出した加熱能力Ｑに基づき予め決定され、予め制御装置３０内に記憶されていてもよい。

【0052】

なお、式（１）で算出した加熱能力Ｑがヒータ２４の最大加熱能力を越える場合も生じ得る。この場合、制御装置３０は、ヒータ２４をその最大加熱能力に制御する。

【0053】

以上のように本実施の形態では、ヒータ２４の加熱能力が、式（１）で算出した加熱能力Ｑ以上になるようにヒータ２４が制御されるが、ヒータ２４は、その加熱能力が、式（１）で算出した加熱能力Ｑそのものになるように制御されてもよい。また、ヒータ２４の加熱能力が式（１）で算出した加熱能力Ｑ以上に制御される場合、加熱能力Ｑよりも過剰に大きくない値（例えば２Ｑ以下）を設定することが望ましい。

【0054】

流体循環装置２０の状態が無負荷運転又は無負荷運転移行運転になった場合にヒータ２４を作動させる理由は、流体が低温の状態で蒸発器１４を通過して冷凍装置１０側の冷媒の蒸発が不十分になり、これにより液バックが生じることを回避することにある。ここで、ヒータ２４の加熱能力が大きくなる程、液バックのリスクは低減する。ただし、ヒータ２４の加熱能力が過剰に大きくなると、圧縮機１１の焼き付き等の不都合が生じ得る。したがって、ヒータ２４の加熱能力は過剰に大きくないことが望ましい。
また、制御装置３０は、ヒータ２４の加熱能力を、式（１）で算出した加熱能力Ｑ以上に制御した後、ヒータ２４の下流側を通流する流体であって蒸発器１４を通過する前の流体の温度が目標温度Ｔｔ以上にならない場合、ヒータ２４を調節してもよい。
つまり、ヒータ２４の加熱能力の制御後、第３温度センサ２７が検出する温度情報に基づいて、ヒータ２４の下流側を通流する流体であって、蒸発器１４を通過する前の流体の戻り温度が、上記目標温度よりも小さいか否かを判定し、液バックリスク信号が生成された際、ヒータ２４が調節されてもよい。この際、ヒータ２４の調節と同時に警告が報知されてもよい。

【0055】

次に、図３は制御装置３０の動作の一例を説明するフローチャートである。以下、図３を参照しつつ、制御装置３０（ヒータ制御部３４）の動作の一例を説明する。

【0056】

図３に示す動作は、流体循環装置２０の状態が無負荷運転又は無負荷運転移行運転になったことが状態判定部３３によって判定された場合に開始する。動作が開始されると、まず、ステップＳ１０１において、ヒータ制御部３４は、ヒータ２４を作動させる。

【0057】

次いで、ステップＳ１０２において、ヒータ制御部３４は、上記式（１）に従い、蒸発器１４に通過させる流体の温度を目標温度Ｔｔにするための加熱能力Ｑを算出する。

【0058】

次いで、ステップＳ１０３において、ヒータ制御部３４は、式（１）で算出した加熱能力Ｑに基づいてヒータ２４の加熱能力を制御する。具体的に、ヒータ２４は、その加熱能力が、加熱能力Ｑ以上になるように制御される。

【0059】

次いで、ステップＳ１０４においては、状態判定部３３が、無負荷運転又は無負荷運転移行運転が継続している否かを監視する。ここで、無負荷運転又は無負荷運転移行運転が継続している場合には、監視を繰り返す。一方で、無負荷運転又は無負荷運転移行運転を脱したと判定された場合には、ステップＳ１０５において、ヒータ制御部３４がヒータ２４を停止し、動作が終了する。

【0060】

なお、無負荷運転又は無負荷運転移行運転を脱した状態は、第２温度センサ２６が検出する温度情報に基づき、温度制御対象Ｔを通過した後、ヒータ２４の上流側を通流する流体の温度が、所定温度以上になったことを検出することで判定できる。

【0061】

以上に説明した本実施の形態では、無負荷運転又は無負荷運転移行運転が判定された際に、制御装置３０が、ヒータ制御部３４によりヒータ２４を作動させる。この場合、流体循環装置２０が循環させる流体が低温の状態で蒸発器１４を通過して冷凍装置１０側の冷媒の蒸発が不十分になり、その結果、液バックが生じることを回避することができる。これにより、アキュムレータの容量を抑制した場合又はアキュムレータを用いない場合であっても、冷凍装置における冷媒の液バックを好適に抑制できる。その結果、温度制御システム１のコンパクト化を図り易くなる。

【0062】

＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では制御装置３０におけるヒータ制御部３４の動作が第１の実施の形態と相違する。その他の構成は、第１の実施の形態と同一である。

【0063】

詳しくは、第２の実施の形態における制御装置３０は、ヒータ２４の下流側を通流する流体であって、蒸発器１４を通過する前の流体の戻り温度が、温度設定部３１で設定された目標温度よりも小さい場合に、ヒータ制御部３４によりヒータ２４を作動させてヒータ２４により流体を加熱する。すなわち、第１の実施の形態で説明した液バックリスク信号が生成された際に、ヒータ２４を作動させる。

【0064】

この際、制御装置３０のヒータ制御部３４は、戻り温度をＴｂ（℃）とし、目標温度をＴｔ（℃）とし、流体循環装置２０が流体を通流させる重量流量を、ｍ（ｋｇ／ｓ）とし、流体の比熱を、Ｃｐ（Ｊ／ｋｇ℃）とし、戻り温度Ｔｂを目標温度Ｔｔにするための加熱能力Ｑを、以下の式（２）から算出する。
Ｑ＝ｍ×Ｃｐ×（Ｔｔ－Ｔｂ）…（２）

【0065】

そして、制御装置３０は、式（２）で算出した加熱能力Ｑに基づいてヒータの加熱能力を制御する。この際、ヒータ制御部３４は、ヒータ２４の加熱能力を、式（２）で算出した加熱能力Ｑ以上の加熱能力に制御する。このような加熱能力の制御は、ヒータ２４の下流側を通流する流体であって、蒸発器１４を通過する前の流体の戻り温度が、温度設定部３１で設定された目標温度よりも小さいことが検出されるたびに行われる。すなわち、ヒータ２４は、戻り温度Ｔｂを目標温度Ｔｔにするための、これらの差分に基づくフィードバック制御により制御されている。ただし、ヒータ２４の加熱能力制御は、このような態様に限られるものではない。

【0066】

図４は、第２の実施の形態における制御装置３０の動作の一例を説明するフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、第２の実施の形態における制御装置３０（ヒータ制御部３４）の動作の一例を説明する。

【0067】

図４に示す動作は、液バックリスク信号された場合に開始する。動作が開始されると、まず、ステップＳ２０１において、ヒータ制御部３４は、上記式（２）に従い、戻り温度Ｔｂを目標温度Ｔｔにするための加熱能力Ｑを算出する。

【0068】

次いで、ステップＳ２０２において、ヒータ制御部３４は、式（２）で算出した加熱能力Ｑに基づいてヒータ２４の加熱能力を制御する。具体的に、ヒータ２４は、その加熱能力が算出した加熱能力Ｑ以上になるように制御される。

【0069】

次いで、ステップＳ２０３においては、状態判定部３３が、流体循環装置２０の状態が無負荷運転又は無負荷運転移行運転であるか否かを判定する。ここで、無負荷運転又は無負荷運転移行運転と判定された場合には、判定処理が繰り返される。一方で、無負荷運転又は無負荷運転移行運転ではない判定された場合には、ステップＳ２０４において、ヒータ制御部３４がヒータ２４を停止し、動作が終了する。

【0070】

このような第２の実施の形態によっても、流体循環装置２０が循環させる流体が低温の状態で蒸発器１４を通過して冷凍装置１０側の冷媒の蒸発が不十分になり、その結果、液バックが生じることを回避することができる。そして、アキュムレータの容量を抑制した場合又はアキュムレータを用いない場合であっても、冷凍装置における冷媒の液バックを好適に抑制できる。その結果、温度制御システム１のコンパクト化を図り易くなる。

【0071】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は以上に説明した実施の形態に限られるものではなく、上述の実施の形態には種々の変更を加えることができる。

【符号の説明】

【0072】

１…温度制御システム、１０…冷凍装置、１１…圧縮機、１２…凝縮器、１３…膨張弁、１４…蒸発器、１５…配管、１６…冷却水管、２０…流体循環装置、２１…メイン流路管、２１Ｕ…戻し口部、２１Ｄ…供給口部、２２…ポンプ、２３…タンク、２４…ヒータ、２５…第１温度センサ、２６…第２温度センサ、２７…第３温度センサ、３０…制御装置、３１…温度設定部、３２…温度取得部、３３…状態判定部、３４…ヒータ制御部、３５…冷凍装置制御部、Ｔ…温度制御対象

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】