特許 7572045 冷凍装置、冷凍装置の制御方法及び温度制御システム

(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】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】冷凍装置、冷凍装置の制御方法及び温度制御システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20241016BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 101E

F25B1/00 399Y

F25B1/00 101H

F25B1/00 101J

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021013566

(22)【出願日】2021-01-29

(65)【公開番号】P2022117074

(43)【公開日】2022-08-10

【審査請求日】2024-01-12

(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】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(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】森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２８０６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０６６０００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１３４０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１６１７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４０３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０５８２００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／００

(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当該順序で配管により接続された冷凍回路と、
前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記膨張弁の上流側の部分から分岐し、前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される液バイパス流路、及び、前記液バイパス流路に設けられ前記液バイパス流路における前記冷媒の通流を制御する液バイパス制御弁を有する液バイパス回路と、
前記液バイパス制御弁及び前記圧縮機の回転数を制御する制御装置と、
前記冷凍回路における前記圧縮機の下流側で且つ前記凝縮器の上流側の部分から分岐し、前記膨張弁の下流側で且つ前記蒸発器の上流側の部分に接続されるガスバイパス流路、及び、前記ガスバイパス流路に設けられ前記ガスバイパス流路における前記冷媒の通流を制御するガスバイパス制御弁を有するガスバイパス回路と、を備え、
前記制御装置は、前記圧縮機から吐出され前記凝縮器に流入する前の前記冷媒の吐出温度が閾値を上回る際に、前記液バイパス制御弁を開き、前記吐出温度が前記閾値以下である際に、前記液バイパス制御弁を閉じ、前記冷凍回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分であって、前記液バイパス流路の下流端の接続位置の下流側の部分を流れる前記冷媒の蒸発圧力が予め設定された目標蒸発圧力になるように前記圧縮機の回転数を調節し、前記冷媒の蒸発圧力が前記目標蒸発圧力を上回る際に、前記圧縮機の回転数を上げ、前記冷媒の蒸発圧力が前記目標蒸発圧力を下回る際に、前記圧縮機の回転数を下げ、
前記圧縮機の回転数が下限値まで低下され且つ前記冷媒の蒸発圧力が前記目標蒸発圧力を下回る際に、前記制御装置は、前記冷媒の蒸発圧力が前記目標蒸発圧力以上になるように前記ガスバイパス制御弁を開く、冷凍装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記吐出温度と前記閾値との差分に応じて前記液バイパス制御弁の開度を調節する、請求項１に記載の冷凍装置。

【請求項3】

アキュムレータを備えていない、請求項１又は２に記載の冷凍装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記冷媒の吐出温度が前記閾値以下になるように、前記吐出温度と前記閾値との差分に応じて前記液バイパス制御弁の開度をＰＩＤ制御により調節し、前記冷媒の蒸発圧力が前記目標蒸発圧力になるように前記圧縮機の回転数をＰＩ制御により調節する、請求項２に記載の冷凍装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記冷媒の蒸発圧力と前記目標蒸発圧力との差分に応じて前記ガスバイパス制御弁の開度を調節する、請求項１乃至３のいずれかに記載の冷凍装置。

【請求項6】

定格冷凍能力がＰ（Ｋｗ）であり、前記冷媒の充填量（Ｋｇ）が、０．１５５×Ｐ以上０．２２２×Ｐ以下である、請求項１乃至５のいずれかに記載の冷凍装置。

【請求項7】

定格冷凍能力が４．５Ｋｗであり、前記冷媒の充填量が、０．７０Ｋｇ以上１．０Ｋｇ以下である、請求項１乃至６のいずれかに記載の冷凍装置。

【請求項8】

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当該順序で配管により接続された冷凍回路と、前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記膨張弁の上流側の部分から分岐し、前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される液バイパス流路、及び、前記液バイパス流路に設けられ前記液バイパス流路における前記冷媒の通流を制御する液バイパス制御弁を有する液バイパス回路と、前記冷凍回路における前記圧縮機の下流側で且つ前記凝縮器の上流側の部分から分岐し、前記膨張弁の下流側で且つ前記蒸発器の上流側の部分に接続されるガスバイパス流路、及び、前記ガスバイパス流路に設けられ前記ガスバイパス流路における前記冷媒の通流を制御するガスバイパス制御弁を有するガスバイパス回路と、を備える冷凍装置の制御方法であって、
前記冷凍装置を運転させる工程と、
前記圧縮機から吐出され前記凝縮器に流入する前の前記冷媒の吐出温度が閾値を上回る際に、前記液バイパス制御弁を開き、前記吐出温度が前記閾値以下である際に、前記液バイパス制御弁を閉じ、前記冷凍回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分であって、前記液バイパス流路の下流端の接続位置の下流側の部分を流れる前記冷媒の蒸発圧力が予め設定された目標蒸発圧力になるように前記圧縮機の回転数を調節する工程と、
前記冷媒の蒸発圧力が前記目標蒸発圧力を上回る際に、前記圧縮機の回転数を上げ、前記冷媒の蒸発圧力が前記目標蒸発圧力を下回る際に、前記圧縮機の回転数を下げる工程と、
前記圧縮機の回転数が下限値まで低下され且つ前記冷媒の蒸発圧力が前記目標蒸発圧力を下回る際に、前記冷媒の蒸発圧力が前記目標蒸発圧力以上になるように前記ガスバイパス制御弁を開く工程と、を備える、冷凍装置の制御方法。

【請求項9】

請求項１乃至７のいずれかに記載の冷凍装置と、
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。

【請求項10】

前記制御装置は、前記流体循環装置も制御し、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、請求項９に記載の温度制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有する冷凍装置、冷凍装置の制御方法及び冷凍装置を備える温度制御システムに関する。

【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。

【0005】

しかしながら、上記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。

【0006】

また、冷凍装置では、圧縮機が吸入する冷媒の温度が過度に上昇した場合に、圧縮機の焼損が生じ得る。また、圧縮機が吸入する冷媒の温度が過度に上昇することで吐出温度が過度に上昇した場合には、回路全体に望ましくない。そこで、凝縮器の下流側の冷媒を圧縮機の上流側にバイパスする液バイパス回路が用いられる場合がある。しかし、液バイパス回路で冷媒をバイパスした場合には、蒸発器側に流れる冷媒の量が減るため、冷凍能力が低下し得る。この際、圧縮機の回転数を上げて冷媒の吐出量を増やしてもよい。このように蒸発器側に流れる冷媒の量の減少を圧縮機からの冷媒の吐出量で補償する場合、適正なバイパス及び冷凍能力の両立のために、通常、冷凍装置には余剰分を十分に確保した量の冷媒が充填される。

【0007】

しかしながら、上記余剰分の冷媒の使用も、システム全体の大型化の一因となり得る。また、多くの冷媒の使用は、環境負荷を考慮すると回避することが望ましい。また、液バイパス回路は、気液混合状態の冷媒を圧縮機上流側に送るため、液バックのリスクを高め得る。そのため、液バイパス回路は、アキュムレータと併用されることが多い。ただし、この場合は、システム全体が大型化し得る。

【0008】

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とともに、使用する冷媒の量を抑制しつつも圧縮機に吸入される冷媒の温度の過度な上昇を好適に抑制でき且つ適正な冷却動作を行うことができる冷凍装置、冷凍装置の制御方法及び温度制御システム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】

【0009】

本発明の一実施の形態に係る冷凍装置は、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当該順序で配管により接続された冷凍回路と、前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記膨張弁の上流側の部分から分岐し、前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される液バイパス流路、及び、前記液バイパス流路に設けられ前記液バイパス流路における前記冷媒の通流を制御する液バイパス制御弁を有する液バイパス回路と、前記液バイパス制御弁及び前記圧縮機の回転数を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記圧縮機から吐出され前記凝縮器に流入する前の前記冷媒の吐出温度が閾値を上回る際に、前記液バイパス制御弁を開き、前記吐出温度が前記閾値以下である際に、前記液バイパス制御弁を閉じ、前記冷凍回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分であって、前記液バイパス流路の下流端の接続位置の下流側の部分を流れる前記冷媒の蒸発圧力が予め設定された目標蒸発圧力になるように前記圧縮機の回転数を調節する。

【0010】

本発明の一実施の形態に係る冷凍装置の制御方法は、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当該順序で配管により接続された冷凍回路と、前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記膨張弁の上流側の部分から分岐し、前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される液バイパス流路、及び、前記液バイパス流路に設けられ前記液バイパス流路における前記冷媒の通流を制御する液バイパス制御弁を有する液バイパス回路と、を備える冷凍装置の制御方法であって、
前記冷凍装置を運転させる工程と、
前記圧縮機から吐出され前記凝縮器に流入する前の前記冷媒の吐出温度が閾値を上回る際に、前記液バイパス制御弁を開き、前記吐出温度が前記閾値以下である際に、前記液バイパス制御弁を閉じ、前記冷凍回路における前記蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分であって、前記液バイパス流路の下流端の接続位置の下流側の部分を流れる前記冷媒の蒸発圧力が予め設定された目標蒸発圧力になるように前記圧縮機の回転数を調節する工程と、を備える。

【0011】

本発明の一実施の形態に係る温度制御システムは、前記の冷凍装置と、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。

【発明の効果】

【0012】

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できるとともに、使用する冷媒の量を抑制しつつも圧縮機に吸入される冷媒の温度の過度な上昇を好適に抑制でき且つ適正な冷却動作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一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】図１に示す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3A】図１に示す温度制御システムを構成する制御装置の動作の一例であって、冷凍装置の液バイパス制御弁を制御する際の動作の一例を説明するフローチャートである。

【図3B】図１に示す温度制御システムを構成する制御装置の動作の一例であって、冷凍装置の圧縮機の回転数及びガスバイパス制御弁を制御する際の動作の一例を説明するフローチャートである。

【図4】図１に示す温度制御システムを構成する制御装置の動作の一例であって、流量循環装置を制御する際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】

【0014】

以下、本発明の一実施の形態を説明する。

【0015】

図１は、本発明の一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、を備え、制御装置３０によって冷凍装置１０及び流体循環装置２０を制御する。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

制御装置３０は、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冷凍装置１０及び流体循環装置２０の各部を制御したりする。以下、冷凍装置１０、流体循環装置２０及び制御装置３０について詳述する。

【0019】

（冷凍装置）
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る冷凍回路１０Ａと、冷凍回路１０Ａに接続される液バイパス回路１６及びガスバイパス回路１７と、吐出温度センサ１８と、蒸発圧力センサ１９と、を備えている。

【0020】

冷凍回路１０Ａにおいて、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。

【0021】

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５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。

【0022】

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。

【0023】

液バイパス回路１６は、冷凍回路１０Ａにおける凝縮器１２の下流側で且つ膨張弁１３の上流側の部分から分岐し、蒸発器１４の下流側で且つ圧縮機１１の上流側の部分に接続される液バイパス流路１６Ａ、及び、液バイパス流路１６Ａに設けられ液バイパス流路１６Ａにおける冷媒の通流を制御する液バイパス制御弁１６Ｂを有する。

【0024】

液バイパス制御弁１６Ｂが開いた際には、冷媒が、凝縮器１２の下流側で且つ膨張弁１３の上流側の部分から蒸発器１４の下流側で且つ圧縮機１１の上流側の部分に通流する。

【0025】

ガスバイパス回路１７は、冷凍回路１０Ａにおける圧縮機１１の下流側で且つ凝縮器１２の上流側の部分から分岐し、膨張弁１３の下流側で且つ蒸発器１４の上流側の部分に接続されるガスバイパス流路１７Ａ、及び、ガスバイパス流路１７Ａに設けられガスバイパス流路１７Ａにおける冷媒の通流を制御するガスバイパス制御弁１７Ｂを有する。

【0026】

ガスバイパス制御弁１７Ｂが開いた際には、冷媒が、圧縮機１１の下流側で且つ凝縮器１２の上流側の部分から膨張弁１３の下流側で且つ蒸発器１４の上流側の部分に通流する。

【0027】

吐出温度センサ１８は、圧縮機１１から吐出され凝縮器１２に流入する前の冷媒の温度を検出する。

【0028】

蒸発圧力センサ１９は、冷凍回路１０Ａにおける蒸発器１４の下流側で且つ圧縮機１１の上流側の部分であって、液バイパス流路１６Ａの下流端の接続位置の下流側の部分を流れる冷媒の圧力を、蒸発圧力として検出する。

【0029】

吐出温度センサ１８が検出した情報及び蒸発圧力センサ１９が検出した情報は、制御装置３０に入力される。詳細は後述するが、液バイパス回路１６の液バイパス制御弁１６Ｂは、吐出温度センサ１８が検出した吐出温度に応じて制御装置３０により制御され、ガスバイパス回路１７のガスバイパス制御弁１７Ｂは、蒸発圧力センサ１９が検出した蒸発圧力に応じて制御装置３０により制御される。また、圧縮機１１の回転数も蒸発圧力センサ１９が検出した蒸発圧力に応じて制御装置３０により制御される。

【0030】

また、本実施の形態における冷凍装置１０では、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。

【0031】

（流体循環装置）
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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

また、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。

【0037】

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。

【0038】

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、各センサ２５～２７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。

【0039】

（制御装置）
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。

【0040】

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、流体循環装置制御モジュール３０Ａと、冷凍装置制御モジュール３５と、を有する。なお、流体循環装置制御モジュール３０Ａ及び冷凍装置制御モジュール３５は、例えば単一のコンピュータ内に構成されてもよいし、それぞれの別のコンピュータ内に構成されてもよい。

【0041】

「流体循環装置制御モジュール」
まず、流体循環装置制御モジュール３０Ａについて詳しく説明する。

【0042】

流体循環装置制御モジュール３０Ａ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、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。

【0043】

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。

【0044】

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。目標温度は、冷凍装置１０の冷凍能力、冷媒の種類、後述する冷媒の目標蒸発温度等に応じて適宜設定されるものである。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。

【0045】

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り、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及び冷凍装置制御モジュール３５側に送るようになっている。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。また、状態判定部３３は、第１温度センサ２５が検出する温度情報と設定温度とを比較して冷凍能力不足を検出する。

【0053】

また、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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

「冷凍装置制御モジュール」
つづいて、冷凍装置制御モジュール３５について詳しく説明する。

【0061】

冷凍装置制御モジュール３５は、流体温度情報取得部３５１と、目標値設定部３５２と、吐出温度取得部３５３と、蒸発圧力取得部３５４と、膨張弁制御部３５５と、圧縮機制御部３５６と、液バイパス制御部３５７と、ガスバイパス制御部３５８と、を有する。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。

【0062】

流体温度情報取得部３５１は、流体循環装置制御モジュール３０Ａ側の温度設定部３１が設定した上述の設定温度を取得するとともに、流体循環装置２０側の第１温度センサ２５が検出する流体の検出温度を取得するものである。流体温度情報取得部３５１は、取得した上記設定温度を目標値設定部３５２及び膨張弁制御部３５５に送信するとともに、取得した上記検出温度を膨張弁制御部３５５に送信するようになっている。

【0063】

目標値設定部３５２は、流体温度情報取得部３５１から送信される上記設定温度を基づいて、圧縮機１１の基準回転数を設定するとともに、基準回転数に対応する目標蒸発圧力を設定し、さらには圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出温度の閾値を設定するものである。

【0064】

流体の温度の制御目標値である上記設定温度は、例えば１０℃、０℃、－１０℃等に設定され得る。目標値設定部３５２は、例えば、このような設定温度に応じて圧縮機１１の基準回転数及びこれに対応する目標蒸発圧力を設定する。これにより、所望される冷凍能力が調節される。基準回転数及び目標蒸発圧力は、設定温度が低いほど、大きい値に設定されるものである。また、吐出温度の閾値は、本実施の形態では、例えば８０℃等の一定の値に設定され、予め記録されている。

【0065】

また、吐出温度取得部３５３は、圧縮機１１から吐出され凝縮器１２に流入する前の冷媒の温度を吐出温度センサ１８から取得し、取得した冷媒の温度に関する情報を液バイパス制御部３５７に送信するものである。

【0066】

また、蒸発圧力取得部３５４は、蒸発器１４から流出した冷媒の蒸発圧力を蒸発圧力センサ１９から取得し、取得した蒸発圧力に関する情報を、圧縮機制御部３５６及びガスバイパス制御部３５８に送信するものである。

【0067】

膨張弁制御部３５５は、上述したように流体温度情報取得部３５１から、温度設定部３１が設定した設定温度を取得するとともに、流体循環装置２０側の第１温度センサ２５が検出する流体の検出温度を取得するようになっている。そして、膨張弁制御部３５５は、これら設定温度と検出温度との差分に応じて、検出温度が設定温度になるように膨張弁１３の開度を調節するようになっている。

【0068】

膨張弁制御部３５５は、本実施の形態ではＰＩＤ制御により膨張弁１３の開度を調節する。ただし、膨張弁制御部３５５による膨張弁１３の制御方式は特に限られるものではない。

【0069】

また、圧縮機制御部３５６は、目標値設定部３５２が設定した圧縮機１１の基準回転数とこれに対応する目標蒸発圧力の情報を取得するとともに、蒸発器１４から流出した冷媒の蒸発圧力の情報を上述したように蒸発圧力取得部３５４から取得する。そして、圧縮機制御部３５６は、これらの情報に基づいて圧縮機１１の回転数を制御するようになっている。

【0070】

詳しくは、冷凍装置１０の運転が開始されると、圧縮機制御部３５６は、まず圧縮機１１の回転数を、目標値設定部３５２が設定した基準回転数に制御する。そして、圧縮機１１の回転数が基準回転数に制御された後（起動後）、圧縮機制御部３５６は、蒸発圧力取得部３５４から取得した冷媒の蒸発圧力を常時監視し、当該蒸発圧力が目標蒸発圧力から逸れた場合に、圧縮機１１の回転数を調節するようになっている。

【0071】

より詳しくは、圧縮機制御部３５６は、冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力を上回る際に、圧縮機１１の回転数を上げ、冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回る際に、圧縮機１１の回転数を下げて、冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力になるように圧縮機１１の回転数を制御する。すなわち、制御装置３０は、冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力になるように圧縮機１１の回転数を、圧縮機制御部３５６により調節するようになっている。

【0072】

本実施の形態における圧縮機制御部３５６は、冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力になるように圧縮機１１の回転数をＰＩ制御により調節する。これにより、回転数の過剰な変動により制御安定性が損なわれることを抑制している。ただし、圧縮機制御部３５６による制御方式は、特に限られるものではない。

【0073】

なお、圧縮機制御部３５６は、冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回る際に、圧縮機１１の回転数を下げるが、回転数の下限値を有する。すなわち、仮に圧縮機１１の回転数が下限値まで下げられた際には、冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回っている場合でも、圧縮機１１の回転数を下限値よりも下げることはない。

【0074】

また、液バイパス制御部３５７は、目標値設定部３５２が設定した吐出温度の閾値（例えば８０℃等）の情報を取得するとともに、圧縮機１１から吐出され凝縮器１２に流入する前の冷媒の温度の情報を吐出温度センサ１８から取得する。そして、液バイパス制御部３５７は、吐出温度センサ１８からの情報に基づく冷媒の吐出温度が閾値を上回る際に、液バイパス制御弁１６Ｂを開き、冷媒の吐出温度が閾値以下である際には、液バイパス制御弁１６Ｂを閉じるようになっている。

【0075】

すなわち、制御装置３０は、圧縮機１１から吐出され凝縮器１２に流入する前の冷媒の吐出温度が閾値を上回る際に、液バイパス制御弁１６Ｂを開き、吐出温度が閾値以下である際に、液バイパス制御弁１６Ｂを閉じる又は閉状態を維持するようになっている。

【0076】

本実施の形態における液バイパス制御部３５７は、冷媒の吐出温度が閾値を上回る際、吐出温度と閾値との差分に応じて吐出温度が閾値以下になるように、本実施の形態では閾値になるように液バイパス制御弁１６Ｂの開度を調節し、具体的にはＰＩＤ制御により開度を調節する。このようにＰＩＤ制御を用いることで、吐出温度の調整の応答性を高めているが、制御方式は特に限られるものではない。

【0077】

また、ガスバイパス制御部３５８は、蒸発器１４から流出した冷媒の蒸発圧力の情報を上述したように蒸発圧力取得部３５４から取得し、取得した蒸発圧力の情報に基づいてガスバイパス制御弁１７Ｂを制御するようになっている。

【0078】

詳しくは、本実施の形態におけるガスバイパス制御部３５８は、圧縮機１１の回転数が下限値まで下げられ且つ冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回る際に、冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力又はそれ以上になるようにガスバイパス制御弁１７Ｂを開く。ガスバイパス制御弁１７Ｂを開く際には、冷媒の蒸発圧力と目標蒸発圧力との差分に応じてガスバイパス制御弁１７Ｂの開度を調節し、詳しくはＰＩＤ制御により開度を調節する。ただし、ガスバイパス制御弁１７Ｂの制御方式は特に限られるものではない。

【0079】

（冷凍装置を制御する際の動作）
次に、以上のような構成を有する制御装置３０が冷凍装置１０を制御する際の動作の例を説明する。

【0080】

図３Ａは、液バイパス制御弁１６Ｂを制御する際の動作の一例を説明するフローチャートである。図３Ｂは、圧縮機１１の回転数及びガスバイパス制御弁１７Ｂを制御する際の動作の一例を説明するフローチャートである。

【0081】

本実施の形態における制御装置３０は、液バイパス制御弁１６Ｂの制御と、圧縮機１１の回転数及びガスバイパス制御弁１７Ｂの制御と、を並行して行うようになっている、言い換えると、別ループで行うようになっている。

【0082】

本実施の形態では、制御装置３０が、まず圧縮機１１の回転数を基準回転数に制御することにより冷凍装置１０を起動させる。この起動後に、図３Ａに示す液バイパス制御弁１６Ｂの制御及び図３Ｂに示す圧縮機１１の回転数及びガスバイパス制御弁１７Ｂが開始する。

【0083】

図３Ａに示す液バイパス制御弁１６Ｂの制御では、ステップＳ１１に示すように、制御装置３０が、まず吐出温度センサ１８からの情報に基づく冷媒の吐出温度が閾値を上回るか否かを監視する。

【0084】

ステップＳ１１で吐出温度が閾値を上回ると判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、制御装置３０は、液バイパス制御部３５７により液バイパス制御弁１６Ｂを開く。この際、液バイパス制御部３５７は、吐出温度と閾値との差分に応じて吐出温度が閾値以下になるように、ＰＩＤ制御により液バイパス制御弁１６Ｂの開度を調節する。

【0085】

一方で、ステップＳ１１で吐出温度が上回らない、すなわち閾値以下であると判定された場合には（ＮＯ）、ステップＳ１３において、制御装置３０は、液バイパス制御弁１６Ｂを閉状態にする。この際、液バイパス制御弁１６Ｂが開いている場合には、液バイパス制御弁１６Ｂが閉じられ、液バイパス制御弁１６Ｂが閉じられている場合には、閉状態が維持される。

【0086】

ステップＳ１１及びステップＳ１２の処理の後、制御装置３０は、ステップＳ１４において冷凍装置１０の運転停止指令が生じたか否かを監視し、運転停止指令が生じた場合（ＹＥＳ）には冷凍装置１０の運転を停止する（エンド）。一方で、運転停止指令が生じていない場合には（ＮＯ）、処理がステップＳ１１に戻り、吐出温度の監視が行われる。

【0087】

一方、図３Ｂに示す圧縮機１１の回転数及びガスバイパス制御弁１７Ｂの制御では、制御装置３０が、まずステップＳ２１において、圧縮機制御部３５６により冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力になるように圧縮機１１の回転数を調節する。この回転数の調節の際、冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力を上回る際には、圧縮機１１の回転数が上げられ、冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回る際には、圧縮機１１の回転数が下げられる。

【0088】

上記ステップＳ２１における回転数の調節後、制御装置３０は、ステップＳ２２において圧縮機１１の回転数が下限値か否かを判定する。下限値ではない場合には（ＮＯ）、ステップＳ２３において、制御装置３０はガスバイパス制御弁１７Ｂを閉状態にする。この際、ガスバイパス制御弁１７Ｂが開いている場合には、ガスバイパス制御弁１７Ｂが閉じられ、ガスバイパス制御弁１７Ｂが閉じられている場合には、閉状態が維持される。

【0089】

一方で、ステップＳ２２において圧縮機１１の回転数が下限値であると判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、制御装置３０は冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回るか否かを判定する。そして、ステップＳ２４で冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回ると判定された場合、制御装置３０はステップＳ２５で、蒸発圧力が目標蒸発圧力と一致するようにガスバイパス制御弁１７Ｂを開状態に制御する。これにより、蒸発圧力が増加する。

【0090】

そして、ステップＳ２３の処理後、ステップＳ２４で冷媒の蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回っていない場合、及びステップＳ２５の処理後においては、制御装置３０は、ステップＳ２６において冷凍装置１０の運転停止指令が生じたか否かを監視し、運転停止指令が生じた場合（ＹＥＳ）には冷凍装置１０の運転を停止する（エンド）。一方で、運転停止指令が生じていない場合には（ＮＯ）、処理がステップＳ２１に戻る。

【0091】

以上のような図３Ａ及び図３Ｂの処理が行われることで、冷凍装置１０では、蒸発器１４における適正な冷凍能力の確保しつつ、圧縮機１１の吐出温度が過度に高温になる状況を回避し、さらに液バックのリスクを抑制できる。

【0092】

すなわち、流体循環装置２０が通流させる流体の温度が変動した場合（負荷が変動した場合）、冷凍能力の過不足が、検出される蒸発圧力と目標蒸発圧力との差分から判定され、適正な冷凍能力が確保されるように圧縮機１１の回転数が調節される。詳しくは、検出される蒸発圧力が目標蒸発圧力を上回る場合、冷凍能力が不足していると判定され、回転数が上げられる。検出される蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回る場合、冷凍能力が過剰と判定され、回転数が下げられる。そして、蒸発圧力と目標蒸発圧力との差分をなくすことにより、制御装置３０は、適正な冷凍能力が確保されたことを判定する。また、過剰に圧力が高い冷媒が圧縮機１１に流入して吐出温度が過度に高温になること、及び、圧力が低い冷媒が圧縮機１１に流入して圧縮比が増加する結果、吐出温度が過度に高温になることが抑制される。そして、蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回る場合、液バックのリスクが高まるが、圧縮機１１の回転数の調節により蒸発圧力が目標蒸発圧力に制御されるため、液バックのリスクも抑制できる。

【0093】

一方、例えば急激な負荷変動等により、上記のような回転数制御で蒸発圧力を適正に制御できず吐出温度が高温になった場合には、液バイパス制御弁１６Ｂにより圧縮機１１への冷媒の吸入温度を下げることで、圧縮機１１の吐出温度が過度に高温になる状況を回避できる。ただし、このような液バイパス制御弁１６Ｂの作動回数は、回転数制御による蒸発圧力の制御が行われることで抑制できる。その結果、液バックのリスクを抑制できる。

【0094】

なお、本実施の形態では、液バイパス制御弁１６Ｂの制御と、圧縮機１１の回転数及びガスバイパス制御弁１７Ｂとを別ループで行うが、この場合、各制御の応答性を高めることができる。一方で、これら制御は一連のシーケンスで行われてもよい。

【0095】

（流体循環装置を制御する際の動作）
次に、図４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４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。

【0096】

図４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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

以上に説明した本実施の形態では、冷凍装置１０における制御装置３０が、圧縮機１１から吐出され凝縮器１２に流入する前の冷媒の吐出温度が閾値を上回る際に、液バイパス制御弁１６Ｂを開き、吐出温度が閾値以下である際に、液バイパス制御弁１６Ｂを閉じる。また、制御装置３０は、冷凍回路１０Ａにおける蒸発器１４の下流側で且つ圧縮機１１の上流側の部分であって、液バイパス流路１６Ａの下流端の接続位置の下流側の部分を流れる冷媒の蒸発圧力が予め設定された目標蒸発圧力になるように圧縮機１１の回転数を調節する。

【0102】

この場合、流体循環装置２０が通流させる流体の温度が変動した場合（負荷が変動した場合）、冷凍能力の過不足が、検出される蒸発圧力と目標蒸発圧力との差分から判定され、適正な冷凍能力が確保されるように圧縮機１１の回転数が調節される。詳しくは、検出される蒸発圧力が目標蒸発圧力を上回る場合、冷凍能力が不足していると判定され、回転数が上げられる。検出される蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回る場合、冷凍能力が過剰と判定され、回転数が下げられる。そして、蒸発圧力と目標蒸発圧力との差分をなくすことにより、制御装置３０は、適正な冷凍能力が確保されたことを判定する。また、過剰に圧力が高い冷媒が圧縮機１１に流入して吐出温度が過度に高温になること、及び、圧力が低い冷媒が圧縮機１１に流入して圧縮比が増加する結果、吐出温度が過度に高温になることが抑制される。そして、蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回る場合、液バックのリスクが高まるが、圧縮機１１の回転数の調節により蒸発圧力が目標蒸発圧力に制御されるため、液バックのリスクも抑制できる。
なお、蒸発圧力が目標蒸発圧力を上回る状況は、例えば負荷が増加した場合に生じ得る。一方で、蒸発圧力が目標蒸発圧力を下回る状況は、例えば負荷が低下した場合に生じ得る。

【0103】

一方、例えば急激な負荷変動等により、上記のような回転数制御で蒸発圧力を適正に制御できず吐出温度が高温になった場合には、液バイパス制御弁１６Ｂにより圧縮機１１への冷媒の吸入温度を下げることで、圧縮機１１の吐出温度が過度に高温になる状況を回避できる。ただし、このような液バイパス制御弁１６Ｂの作動回数は、回転数制御による蒸発圧力の制御が行われることで抑制できる。その結果、液バックのリスクを抑制できる。

【0104】

そして、本実施の形態では、蒸発圧力の制御及び液バイパス制御弁１６Ｂの作動回数の抑制により、液バックのリスクが抑制されることでアキュムレータの容量を抑制し得るか又はアキュムレータを省略し得る。そして、これにより、使用する冷媒の量を抑制できる。

【0105】

また、本実施の形態では、圧縮機１１からの冷媒の吐出温度を指標として、液バイパス制御弁１６Ｂの作動が制御される。この場合、液バイパス制御弁１６Ｂは、外乱の影響で作動し難くなり、頻繁な作動が効果的に抑制される。これにより、冷媒の使用量の抑制を図ることができる。これまで圧縮機吸入温度を指標として液バイパスを行う回路も存在したが、この構成では、吸入温度は変化し易く外乱も含み得るため、頻繁に液バイパスが行われる傾向があった。そのため、蒸発器において適正な熱交換を行うべく（冷凍能力を確保すべく）、冷媒の余剰量を十分に確保することがあった。このような構成よりも、本実施の形態の構成は冷媒の使用量を抑制し易くなる。

【0106】

したがって、本実施の形態によれば、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１０における冷媒の液バックを好適に抑制できるとともに、使用する冷媒の量を抑制しつつも圧縮機１１に吸入される冷媒の温度の過度な上昇を好適に抑制でき且つ適正な冷却動作を行うことができる。

【0107】

また、本実施の形態では、流体循環装置２０側で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（つまり、蒸発圧力が下がり）、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１０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。

【0108】

（冷媒の使用量について）
上述したように、本実施の形態にかかる冷凍装置１０によれば、使用する冷媒の量を抑制しつつも圧縮機１１に吸入される冷媒の温度の過度な上昇を好適に抑制でき且つ適正な冷却動作を行うことができる。具体的に、本件発明者は、冷凍装置１０の定格冷凍能力がＰ（Ｋｗ）であるときに、冷媒の充填量（Ｋｇ）を、０．１５５×Ｐ以上０．２２２×Ｐ以下とした場合でも、適正な運転を実施できることを確認している。なお、本件発明者の知見では、アキュムレータ及びレシーバタンクを有する一般的な冷凍装置では、定格冷凍能力がＰ（Ｋｗ）であるときに、（１．２×Ｐ）Ｋｇ以上の冷媒が使用される。これに比較すると、本実施の形態にかかる冷凍装置１０によれば、使用する冷媒の量を大幅に抑制できると言える。より詳しくは、定格冷凍能力が４．５（Ｋｗ）とする実施の形態にかかる冷凍装置１０では、冷媒の充填量が、０．７０Ｋｇ以上１．０Ｋｇ以下でも適正な運転が実施され得る。具体的に本件発明者は、定格冷凍能力が４．５（Ｋｗ）であり、冷媒の充填量を０．７５Ｋｇとして上述の実施の形態にかかる冷凍装置１０を作製し運転したが、これまでに不具合が生じていないことを確認している。

【0109】

なお、上記定格冷凍能力は、ＪＩＳ Ｂ ８６２１：２０１１に準拠して計算されるものである。

【0110】

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。

【0111】

例えば、上述の実施の形態における流体循環装置２０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。この態様に代えて、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ようにしてもよい。すなわち、上述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を作動させてもよい。

【0112】

このような変形例において、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）から算出してもよい。
Ｑ＝ｍ×Ｃｐ×（Ｔｔ－Ｔｂ）…（２）

【0113】

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してもよい。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。

【符号の説明】

【0114】

１…温度制御システム、５…冷却水管、１０…冷凍装置、１０Ａ…冷凍回路、１１…圧縮機、１２…凝縮器、１３…膨張弁、１４…蒸発器、１５…配管、１６…液バイパス回路、１６Ａ…液バイパス流路、１６Ｂ…液バイパス制御弁、１７…ガスバイパス回路、１７Ａ…ガスバイパス流路、１７Ｂ…ガスバイパス制御弁、１８…吐出温度センサ、１９…蒸発圧力センサ、
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、３０Ａ…流体循環装置制御モジュール、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…冷凍装置制御モジュール、３５１…流体温度情報取得部、３５２…目標値設定部、３５３…吐出温度取得部、３５４…蒸発圧力取得部、３５５…膨張弁制御部、３５６…圧縮機制御部、３５７…液バイパス制御部、３５８…ガスバイパス制御部、Ｔ…温度制御対象

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】