JP3503583B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱媒体を冷却して
利用側へ供給するための冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、利用側との間で循環する熱媒
体（ブライン）の冷却を冷凍サイクルにより行う冷凍装
置が、いわゆるチリングユニットとして知られている。
例えば、特開平５−２８０８０９号公報には、冷却した
熱媒体で工作機械の冷却を行う冷凍装置が開示されてい
る。具体的に、上記冷凍装置では、冷媒回路の蒸発器と
利用側である工作機械との間でブラインを循環させる一
方、冷媒回路で冷凍サイクルを行ってブラインを冷却し
ている。

【０００３】上記冷凍装置の蒸発器は、冷媒とブライン
とを熱交換させている。この蒸発器は、二重管熱交換器
やプレート式熱交換器などによって構成される。そし
て、蒸発器では、ブラインから吸熱して冷媒が蒸発す
る。このため、蒸発器については、その下部から液冷媒
を流入させる一方で、蒸発した冷媒をその上部から流出
させる構成とするのが一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の冷凍装置では、蒸発器に冷凍機油が溜まり込んでし
まい、圧縮機の信頼性が低下するといった問題が生じ
る。この問題について説明する。

【０００５】圧縮機にはその潤滑のために冷凍機油が貯
留されており、この冷凍機油の一部は、圧縮機の吐出ガ
ス冷媒と共に流出する。圧縮機から流出した冷凍機油
は、冷媒と共に冷媒回路内を流れ、冷媒と共に圧縮機に
再び吸入される。これによって、圧縮機から冷凍機油が
流出するにも拘わらず、圧縮機における冷凍機油の貯留
量が一定に保たれる。

【０００６】ところが、蒸発器では下方から上方に向か
って冷媒が流れるため、相変化しない冷凍機油は、蒸発
器から流出できずに溜まり込むおそれがある。特に、蒸
発器における冷媒流速が低いような場合には、この問題
が顕著となる。そして、蒸発器に冷凍機油が溜まり込む
と、その分だけ圧縮機における冷凍機油の貯留量が減少
する。このため、圧縮機における潤滑が不充分となり、
焼き付きなどのトラブルを招くおそれがあった。

【０００７】本発明は、か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、運転条件の如何に関
わらず蒸発器への冷凍機油の溜まり込みを防止し、冷凍
装置の信頼性を確保することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明が講じた第１の解
決手段は、熱媒体を冷却して利用側へ供給するための冷
凍装置を対象としている。そして、圧縮機（21）、凝縮
器（22）、膨張機構（E1,E2）、及び蒸発器（23,24）を
有して冷媒が充填される冷媒回路（20）を備える一方、
上記蒸発器（23,24）は、多数の伝熱プレート（ PL1,PL
2 ）を積層して構成されたプレート式熱交換器から成
り、熱媒体と熱交換する冷媒が該蒸発器（23,24）の上
部から下部に向かって流れるように構成されるものであ
る。

【０００９】本発明が講じた第２の解決手段は、上記第
１の解決手段において、蒸発器（23,24）は、熱媒体が
該蒸発器（23,24）の下部から上部に向かって流れるよ
うに構成されるものである。

【００１０】本発明が講じた第３の解決手段は、上記第
１又は第２の解決手段において、冷媒回路（20）には、
第１の熱媒体を冷却するための第１の蒸発器（23）と、
第２の熱媒体を冷却するための第２の蒸発器（24）とが
互いに並列に接続されるものである。

【００１１】本発明が講じた第４の解決手段は、上記第
３の解決手段において、第１設定温度となった第１の熱
媒体を利用側へ供給するために該熱媒体の冷却を行うと
共に、第１設定温度よりも低温の第２設定温度となった
第２の熱媒体を利用側へ供給するために該熱媒体の冷却
を行うものである。

【００１２】本発明が講じた第５の解決手段は、上記第
３又は第４の解決手段において、利用側から第１の蒸発
器（23）へ送られる第１の熱媒体を、冷却水との熱交換
によって予め冷却するための冷却熱交換器（41）を備
え、上記冷却熱交換器（41）は、第１の熱媒体が該冷却
熱交換器（41）の下部から上部に向かって流れ、冷却水
が該冷却熱交換器（41）の下部から上部に向かって流れ
るように構成されるものである。

【００１３】本発明が講じた第６の解決手段は、上記第
１，第２又は第３の解決手段において、凝縮器（22）
は、冷媒が該凝縮器（22）の上部から下部に向かって流
れ、冷媒と熱交換する冷却水が該凝縮器（22）の下部か
ら上部に向かって流れるように構成されるものである。

【００１４】−作用−上記第１の解決手段では、冷媒回
路（20）において冷媒が相変化しつつ循環し、蒸気圧縮
式の冷凍サイクルが行われる。具体的に、圧縮機（21）
から吐出された冷媒は、凝縮器（22）で凝縮し、膨張機
構（E1,E2）で減圧された後に、蒸発器（23,24）へ導入
される。この蒸発器（23,24）では、導入された冷媒が
熱媒体から吸熱して蒸発する。この吸熱によって、熱媒
体が冷却される。冷却された熱媒体は、利用側へ供給さ
れて対象物の冷却などに利用される。

【００１５】上記蒸発器（ 23,24 ）は、プレート式熱交
換器により構成されている。この蒸発器（23,24）で
は、その上部から下部に向かって冷媒が流れる。即ち、
膨張機構（E1,E2）で減圧された冷媒は、蒸発器（23,2
4）の上部から導入され、該蒸発器（23,24）の下部に向
かって流れる間に熱媒体から吸熱して蒸発する。蒸発し
た冷媒は、蒸発器（23,24）の下部から流出し、再び圧
縮機（21）に吸入される。

【００１６】ここで、圧縮機（21）からは、圧縮後の冷
媒と共に冷凍機油も吐出される。この吐出された冷凍機
油は、冷媒と共に冷媒回路（20）を流れ、蒸発器（23,2
4）へ流入する。本解決手段の蒸発器（23,24）では、上
から下に向かって冷媒が流れる構成としている。このた
め、蒸発器（23,24）に流入した冷凍機油は、冷媒と共
に下方に向かって流れ落ち、蒸発後の冷媒と共に蒸発器
（23,24）から流出する。つまり、蒸発器（23,24）にお
ける冷媒流速の如何に拘わらず、蒸発器（23,24）に流
入した冷凍機油は、蒸発器（23,24）に溜まり込むこと
なく、そのほぼ全てが圧縮機（21）に向けて流れる。

【００１７】上記第２の解決手段では、蒸発器（23,2
4）において、その下部から熱媒体が流入する。蒸発器
（23,24）に流入した熱媒体は、その上部に向かって流
れる間に冷媒へ放熱する。つまり、蒸発器（23,24）で
は、その上部から下部に向かって流れる冷媒と、これと
は逆に下部から上部に向かって流れる熱媒体とが熱交換
を行う。放熱により冷却された熱媒体は、蒸発器（23,2
4）の上部から流出して利用側へ送られる。

【００１８】上記第３の解決手段では、冷媒回路（20）
に２つの蒸発器（23,24）が設けられる。第１及び第２
の蒸発器（23,24）は、冷媒回路（20）において互いに
並列に接続されている。つまり、冷媒回路（20）で循環
する冷媒は、二手に分流されて、一方が第１の蒸発器
（23）へ導入され、他方が第２の蒸発器（24）へ導入さ
れる。

【００１９】第１の蒸発器（23）には、第１の熱媒体が
送り込まれる。この第１の蒸発器（23）では、導入され
た冷媒と熱媒体とが熱交換を行い、第１の熱媒体が冷却
される。冷却された第１の熱媒体は、利用側へ供給され
る。また、第２の蒸発器（24）には、第２の熱媒体が送
り込まれる。この第２の蒸発器（24）では、導入された
冷媒と熱媒体とが熱交換を行い、第２の熱媒体が冷却さ
れる。冷却された第２の熱媒体は、利用側へ供給され
る。

【００２０】上記第４の解決手段では、互いに温度の相
違する第１，第２の熱媒体が利用側に供給される。具体
的に、第１の熱媒体は、第１設定温度とされた上で利用
側へ送られる。従って、第１の蒸発器（23）における第
１の熱媒体の冷却は、該熱媒体を第１設定温度とするた
めに行われる。一方、第２の熱媒体は、第１設定温度よ
りも低温の第２設定温度とされた上で利用側へ送られ
る。従って、第２の蒸発器（24）における第２の熱媒体
の冷却は、該熱媒体を第２設定温度とするために行われ
る。

【００２１】上記第５の解決手段では、冷却熱交換器
（41）が設けられる。この冷却熱交換器（41）は、利用
側から戻ってきた第１の熱媒体を冷却水で冷却するため
ものである。つまり、第１の熱媒体は、冷却熱交換器
（41）で予め冷却された後に第１の蒸発器（23）へ導入
され、冷媒との熱交換によって更に冷却される。

【００２２】上記冷却熱交換器（41）には、第１の熱媒
体と冷却水とが導入される。この冷却熱交換器（41）に
おいて、その下部から導入された第１の熱媒体が上部に
向かって流れ、その下部から導入された冷却水が上部に
向かって流れる。そして、冷却熱交換器（41）では、導
入された第１の熱媒体が冷却水に放熱して冷却される。
冷却された第１の熱媒体は、冷却熱交換器（41）の上部
から流出して、第１の蒸発器（23）へ送られる。

【００２３】上記第６の解決手段では、凝縮器（22）に
おいて、冷却水との熱交換によって冷媒が凝縮する。こ
の凝縮器（22）において、その上部から導入されたガス
冷媒が下部に向かって流れ、その下部から導入された冷
却水が上部に向かって流れる。そして、凝縮器（22）で
は、導入されたガス冷媒が冷却水に放熱して凝縮する。
凝縮した冷媒は、凝縮器（22）の下部から流出する。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、蒸発器（23,24）において
冷媒を上方から下方に向けて流通させている。従って、
蒸発器（23,24）へ冷媒と共に流入した冷凍機油を、ほ
ぼ完全に蒸発器（23,24）から流出させることができ、
蒸発器（23,24）における冷凍機油の溜まり込みを回避
することができる。

【００２５】このため、蒸発器（23,24）での冷媒流速
が低い場合であっても、圧縮機（21）から吐出されて蒸
発器（23,24）へ流入した冷凍機油を、確実に圧縮機（2
1）へ戻すことが可能となる。この結果、圧縮機（21）
における冷凍機油の貯留量を充分に確保することがで
き、潤滑不良によるトラブルを未然に防止して圧縮機
（21）の信頼性を高めることができ、ひいては冷凍装置
全体の信頼性の向上を図ることができる。

【００２６】また、本発明では、蒸発器（23,24）とし
てプレート式熱交換器を採用している。ここで、プレー
ト式熱交換器においては、例えば二重管式熱交換器に比
べて冷媒が流れる流路の容積が大きくなる。このため、
蒸発器（23,24）をプレート式熱交換器で構成すると、
冷媒の流速が低下することとなり、蒸発器（23,24）に
冷凍機油が溜まりやすくなる。これに対し、本発明で
は、蒸発器（23,24）において、冷媒を上から下に向け
て流すようにしている。従って、蒸発器（23,24）とし
てプレート式熱交換器を用いた場合であっても、蒸発器
（23,24）への冷凍機油の溜まり込みを確実に防止でき
る。

【００２７】上記第２の解決手段では、蒸発器（23,2
4）において、冷媒を上から下に向けて流す一方で、熱
媒体を下から上に向けて流している。つまり、蒸発器
（23,24）では、冷媒と熱媒体とが互いに対向方向へ流
れつつ熱交換を行う。従って、蒸発器（23,24）におけ
る冷媒と熱媒体の熱交換の態様を対向流とすることがで
き、蒸発器（23,24）の熱交換量を充分に確保できる。

【００２８】また、第２の解決手段では、蒸発器（23,2
4）において、熱媒体を下から上に向けて流している。
このため、液体である熱媒体と共に蒸発器（23,24）へ
空気等のガスが流入した場合であっても、この流入した
ガスは熱媒体と共に下から上に向けて流れ、速やかに蒸
発器（23,24）から排出される。従って、蒸発器（23,2
4）に空気などが溜まり込むのを回避でき、溜まり込ん
だガスによって熱交換が阻害されるのを防止できると共
に、熱媒体の流量を確保することができる。

【００２９】上記第３〜第５の解決手段では、冷媒回路
（20）に２つの蒸発器（23,24）を並列に接続し、各蒸
発器（23,24）において別々の熱媒体を冷却している。
このため、これらの解決手段によれば、別個の熱媒体を
それぞれ冷却して利用側へ供給することができる。特
に、第４の解決手段によれば、異なる温度の熱媒体を利
用側へ供給できる。

【００３０】また、上記第５の解決手段では、冷却熱交
換器（41）を設け、冷却水との熱交換によっても第１の
熱媒体の冷却を行うようにしている。このため、第１の
蒸発器（23）において冷媒が熱媒体から吸熱すべき熱量
を削減でき、冷凍装置の運転に要するエネルギを削減す
ることができる。

【００３１】更に、上記第５の解決手段では、冷却熱交
換器（41）において、熱媒体と冷却水の両方を下から上
に向けて流すようにしている。このため、液体である熱
媒体や冷却水と共に冷却熱交換器（41）へ空気等のガス
が流入した場合であっても、この流入したガスは熱媒体
と共に下から上に向けて流れ、速やかに冷却熱交換器
（41）から排出される。従って、冷却熱交換器（41）に
空気などが溜まり込むのを回避でき、溜まり込んだガス
によって熱交換が阻害されるのを防止できると共に、熱
媒体や冷却水の流量を確保することができる。

【００３２】上記第６の解決手段では、凝縮器（22）に
おいて、冷媒を上から下に向けて流す一方で、冷却水を
下から上に向けて流している。つまり、凝縮器（22）で
は、冷媒と冷却水とが互いに対向方向へ流れつつ熱交換
を行う。従って、凝縮器（22）における冷媒と冷却水の
熱交換の態様を対向流とすることができ、凝縮器（22）
の熱交換量を充分に確保できる。

【００３３】また、第６の解決手段では、凝縮器（22）
において、冷媒を上から下に向けて流している。従っ
て、凝縮した冷媒、即ち液冷媒のみを凝縮器（22）から
膨張機構（E1,E2）へ送ることができる。このため、膨
張機構（E1,E2）を開度可変の膨張弁で構成した場合に
は、この膨張弁を液封状態に保つことができ、膨張弁の
開度制御を容易化することができる。

【００３４】更に、第６の解決手段では、凝縮器（22）
において、冷却水を下から上に向けて流している。この
ため、冷却水と共に凝縮器（22）へ空気等のガスが流入
した場合であっても、この流入したガスは冷却水と共に
下から上に向けて流れ、速やかに凝縮器（22）から排出
される。従って、凝縮器（22）に空気などが溜まり込む
のを回避でき、溜まり込んだガスによって熱交換が阻害
されるのを防止できると共に、冷却水の流量を確保する
ことができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。本実施形態は、本発明に係る
冷凍装置により構成された、ブラインのチリングユニッ
トである。

【００３６】図１に示すように、上記チリングユニット
（10）は、冷媒回路（20）、冷却水回路（40）、第１回
路（50）、第２回路（60）、及びコントローラ（80）を
備えている。このチリングユニット（10）は、半導体の
製造工程におけるシリコンウェハーの冷却を行うため
に、温度レベルの異なる第１ブラインと第２ブラインと
を、利用側である半導体の生産設備に供給するためのも
のである。

【００３７】《冷媒回路》 上記冷媒回路（20）は、圧縮機（21）、凝縮器（22）、
第１膨張弁（E1）、第２膨張弁（E2）、第１蒸発器（2
3）、第２蒸発器（24）、及びアキュームレータ（25）
を配管接続して構成されている。また、第１蒸発器（2
3）と第２蒸発器（24）とは、冷媒回路（20）において
並列接続されている。この冷媒回路（20）には、Ｒ４０
７Ｃが冷媒として充填されている。冷媒回路（20）で
は、この冷媒が相変化しつつ循環し、冷凍サイクルが行
われる。

【００３８】上記冷媒回路（20）において、圧縮機（2
1）の吐出側は、吐出ガス配管（31）を介して凝縮器（2
2）における冷媒流路（22a）の上端に接続されている。
この凝縮器（22）については、後述する。凝縮器（22）
における冷媒流路（22a）の下端には、液配管（32）の
一端が接続されている。液配管（32）は、他端側で２つ
の分岐管に分岐されている。液配管（32）の第１分岐管
（32a）は、第１膨張弁（E1）を介して、第１蒸発器（2
3）における１次側流路（23a）の上端に接続されてい
る。一方、液配管（32）の第２分岐管（32b）は、第２
膨張弁（E2）を介して、第２蒸発器（24）における１次
側流路（24a）の上端に接続されている。尚、第１蒸発
器（23）及び第２蒸発器（24）については、後述する。

【００３９】第１蒸発器（23）と第２蒸発器（24）と
は、吸入ガス配管（33）を介して圧縮機（21）の吸入側
に接続されている。具体的に、吸入ガス配管（33）は、
一端側で２つの分岐管に分岐されている。そして、吸入
ガス配管（33）は、その第１分岐管（33a）が第１蒸発
器（23）における１次側流路（23a）の下端に接続さ
れ、その第２分岐管（33b）が第２蒸発器（24）におけ
る１次側流路（24a）の下端に接続されている。また、
吸入ガス配管（33）の他端は、アキュームレータ（25）
を介して圧縮機（21）の吸入側に接続されている。

【００４０】上記第１膨張弁（E1）及び第２膨張弁（E
2）は、冷媒の膨張機構を構成している。また、第１膨
張弁（E1）及び第２膨張弁（E2）としては、共に、モー
タで駆動されて開度が変更される、いわゆる電子膨張弁
が用いられている。

【００４１】上記凝縮器（22）は、いわゆるプレート式
熱交換器により構成されている。凝縮器（22）には、冷
媒流路（22a）と冷却水流路（22b）とが区画形成されて
いる。凝縮器（22）は、冷媒流路（22a）の冷媒と冷却
水流路（22b）の冷却水とを熱交換させ、この熱交換に
よって冷媒を凝縮させるためのものである。この凝縮器
（22）では、冷媒流路（22a）において冷媒が上から下
に向かって流れるのに対し、冷却水流路（22b）におい
て冷却水が下から上に向かって流れる。

【００４２】上記第１蒸発器（23）は、いわゆるプレー
ト式熱交換器により構成されている。第１蒸発器（23）
には、１次側流路（23a）と２次側流路（23b）とが区画
形成されている。第１蒸発器（23）は、１次側流路（23
a）の冷媒と２次側流路（23b）のブラインとを熱交換さ
せ、この熱交換によってブラインを冷却するためのもの
である。この第１蒸発器（23）では、１次側流路（23
a）において冷媒が上から下に向かって流れるのに対
し、２次側流路（23b）においてブラインが下から上に
向かって流れる。

【００４３】上記第２蒸発器（24）は、いわゆるプレー
ト式熱交換器により構成されている。第２蒸発器（24）
には、１次側流路（24a）と２次側流路（24b）とが区画
形成されている。第２蒸発器（24）は、１次側流路（24
a）の冷媒と２次側流路（24b）のブラインとを熱交換さ
せ、この熱交換によってブラインを冷却するためのもの
である。この第２蒸発器（24）では、１次側流路（24
a）において冷媒が上から下に向かって流れるのに対
し、２次側流路（24a）においてブラインが下から上に
向かって流れる。

【００４４】上記圧縮機（21）は、全密閉型のスクロー
ル圧縮機（21）によって構成されている。この圧縮機
（21）の電動機には、図外のインバータを介して電力が
供給される。そして、インバータの出力周波数を調節し
て電動機の回転数を変更することにより、圧縮機（21）
の容量が変更される。即ち、上記圧縮機（21）は、容量
可変に構成されている。

【００４５】更に、上記冷媒回路（20）には、液冷媒導
入管（34）、ガス冷媒導入管（35）、第３膨張弁（E
3）、及び第４膨張弁（E4）が設けられている。

【００４６】上記液冷媒導入管（34）の一端は、上記液
配管（32）における第１及び第２膨張弁（E1,E2）の上
流側に接続されている。また、液冷媒導入管（34）の他
端は、上記吸入ガス配管（33）におけるアキュームレー
タ（25）の上流側に接続されている。この液冷媒導入管
（34）は、凝縮器（22）で凝縮した冷媒を圧縮機（21）
の吸入側へ導入するためのものである。液冷媒導入管
（34）には、上述の電子膨張弁で構成された第３膨張弁
（E3）が設けられている。

【００４７】上記ガス冷媒導入管（35）の一端は、上記
吐出ガス配管（31）に接続されている。また、ガス冷媒
導入管（35）の他端は、上記吸入ガス配管（33）におけ
るアキュームレータ（25）の上流側に接続されている。
この液冷媒導入管（34）は、圧縮機（21）から吐出され
たガス冷媒を圧縮機（21）の吸入側へ導入するためのも
のである。ガス冷媒導入管（35）には、上述の電子膨張
弁で構成された第４膨張弁（E4）が設けられている。

【００４８】《冷却水回路》 上記冷却水回路（40）は、流入配管（42）及び流出配管
（43）を備えている。また、冷却水回路（40）には、冷
却熱交換器（41）が接続されている。この冷却水回路
（40）では、上記凝縮器（22）及び冷却熱交換器（41）
と、図外の冷却塔との間で冷却水が循環する。

【００４９】上記流入配管（42）の一端は、図外のポン
プを介して冷却塔に接続されている。また、流入配管
（42）は、他端側で２つの分岐管に分岐されている。流
入配管（42）の第１分岐管（42a）は、第１電動弁（S
1）を介して冷却熱交換器（41）における冷却水流路（4
1b）の下端に接続されている。一方、流入配管（42）の
第２分岐管（42b）は、第２電動弁（S2）を介して凝縮
器（22）における冷却水流路（22b）の下端に接続され
ている。尚、冷却熱交換器（41）については、後述す
る。

【００５０】上記冷却熱交換器（41）と凝縮器（22）と
は、流出配管（43）を介して冷却塔に接続されている。
具体的に、流出配管（43）は、その一端側で２つの分岐
管に分岐されている。流出配管（43）の第１分岐管（43
a）は、冷却熱交換器（41）における冷却水流路（41b）
の上端に接続されている。一方、流入配管（42）の第２
分岐管（43b）は、凝縮器（22）における冷却水流路（2
2b）の上端に接続されている。また、流入配管（42）
は、その他端が図外の冷却塔に接続されている。

【００５１】上記冷却熱交換器（41）は、いわゆるプレ
ート式熱交換器により構成されている。冷却熱交換器
（41）には、冷却水流路（41b）とブライン流路（41a）
とが区画形成されている。冷却熱交換器（41）は、冷却
水流路（41b）の冷却水とブライン流路（41a）のブライ
ンとを熱交換させ、この熱交換によってブラインを冷却
するためのものである。この冷却熱交換器（41）では、
冷却水流路（41b）において冷却水が下から上に向かっ
て流れ、ブライン流路（41a）においてブラインが下か
ら上に向かって流れる。

【００５２】《第１回路、第２回路》 上記第１回路（50）は、冷却熱交換器（41）、第１蒸発
器（23）、第１ヒータ（52）、及び第１タンク（53）を
順に配管接続して構成された閉回路である。この第１回
路（50）には、第１の熱媒体である第１ブラインが充填
されている。そして、第１回路（50）では、冷却熱交換
器（41）及び第１蒸発器（23）と利用側との間で第１ブ
ラインが循環し、第１設定温度とされた第１ブラインが
利用側へ供給される。尚、第１ブラインとしては、例え
ばフッ素系不活性液体である３Ｍ社のフロリナート（商
標）が用いられている。また、第１設定温度は、例えば
３０℃〜１２０℃の範囲内の所定値に設定される。

【００５３】上記第１回路（50）において、利用側から
延びるブラインの戻り管（51）は、冷却熱交換器（41）
におけるブライン流路（41a）の下端に接続されてい
る。冷却熱交換器（41）におけるブライン流路（41a）
の上端は、第１蒸発器（23）における２次側流路（23
b）の下端と配管接続されている。第１蒸発器（23）に
おける２次側流路（23b）の上端は、第１ヒータ（52）
を介して第１タンク（53）の下部と配管接続されてい
る。

【００５４】第１タンク（53）には、その底部に第１ブ
ラインポンプ（54）が設置されている。この第１ブライ
ンポンプ（54）には、利用側へ延びるブラインの送出管
（55）が接続されている。第１ブラインポンプ（54）
は、第１タンク（53）内の第１ブラインを吸入し、送出
管（55）を通じて利用側へ送り出すためのものである。
また、送出管（55）には、第１逆止弁（CV1）が設けら
れている。この第１逆止弁（CV1）は、第１タンク（5
3）から利用側へ向かう第１ブラインの流通のみを許容
する。

【００５５】上記第２回路（60）は、第２蒸発器（2
4）、第２ヒータ（62）、及び第２タンク（63）を順に
配管接続して構成された閉回路である。この第２回路
（60）には、第２の熱媒体である第２ブラインが充填さ
れている。そして、第２回路（60）では、第２蒸発器
（24）と利用側との間で第２ブラインが循環し、第２設
定温度とされた第２ブラインが利用側へ供給される。
尚、第２ブラインとしては、上記フロリナートが用いら
れている。また、第２設定温度は、例えば−３０℃〜６
０℃の範囲内の所定値に設定される。ただし、第２設定
温度は、上記第１設定温度よりも低い値に設定される。

【００５６】上記第２回路（60）において、利用側から
延びるブラインの戻り管（61）は、第２蒸発器（24）に
おける２次側流路（24b）の下端に接続されている。第
２蒸発器（24）における２次側流路（24b）の上端は、
第２ヒータ（62）を介して第２タンク（63）の下部と配
管接続されている。

【００５７】第２タンク（63）には、その底部に第２ブ
ラインポンプ（64）が設置されている。この第２ブライ
ンポンプ（64）には、利用側へ延びるブラインの送出管
（65）が接続されている。第２ブラインポンプ（64）
は、第２タンク（63）内の第２ブラインを吸入し、送出
管（65）を通じて利用側へ送り出すためのものである。
また、送出管（65）には、第２逆止弁（CV2）が設けら
れている。この第２逆止弁（CV2）は、第２タンク（6
3）から利用側へ向かう第２ブラインの流通のみを許容
する。

【００５８】《第１タンク、第２タンク》 上記第１タンク（53）は、直方体形状の容器で構成され
ている。この第１タンク（53）の大きさは、概ね一斗缶
程度とされている。第１タンク（53）には、第１ヒータ
（52）を通過した第１ブラインが貯留されている。つま
り、第１タンク（53）には、第１設定温度とされた第１
ブラインが貯留されている。

【００５９】上記第１タンク（53）には、電極式の液面
センサ（56）が設けられている。上記液面センサ（56）
は、下限検知部（56a）と、上限検知部（56b）とを備え
ている。下限検知部（56a）は、第１タンク（53）にお
ける液面の下限位置に設けられている。この液面の下限
位置は、第１タンク（53）内に設けられた第１ブライン
ポンプ（54）が空気を吸い込まないように、第１ブライ
ンポンプ（54）の吸入口の位置に対応して定められてい
る。また、上限検知部（56b）は、第１タンク（53）に
おける液面の上限位置に設けられている。この液面の上
限位置は、第１タンク（53）から第１ブラインがオーバ
ーフローしないように定められている。そして、上記液
面センサ（56）は、下限検知部（56a）が第１ブライン
の液面を検知すると検出信号として下限信号を出力し、
上限検知部（56b）が第１ブラインの液面を検知すると
検出信号として上限信号を出力する。

【００６０】上記第２タンク（63）は、直方体形状の容
器で構成されている。この第２タンク（63）の大きさ
は、概ね一斗缶程度とされている。第２タンク（63）に
は、第２ヒータ（62）を通過した第２ブラインが貯留さ
れている。つまり、第２タンク（63）には、第２設定温
度とされた第２ブラインが貯留されている。

【００６１】上記第２タンク（63）には、電極式の液面
センサ（66）が設けられている。上記液面センサ（66）
は、下限検知部（66a）と、上限検知部（66b）とを備え
ている。下限検知部（66a）は、第２タンク（63）にお
ける液面の下限位置に設けられている。この液面の下限
位置は、第２タンク（63）内に設けられた第２ブライン
ポンプ（64）が空気を吸い込まないように、第２ブライ
ンポンプ（64）の吸入口の位置に対応して定められてい
る。また、上限検知部（66b）は、第２タンク（63）に
おける液面の上限位置に設けられている。この液面の上
限位置は、第２タンク（63）から第２ブラインがオーバ
ーフローしないように定められている。そして、上記液
面センサ（66）は、下限検知部（66a）が第２ブライン
の液面を検知すると検出信号として下限信号を出力し、
上限検知部（66b）が第２ブラインの液面を検知すると
検出信号として上限信号を出力する。

【００６２】上記第１タンク（53）及び第２タンク（6
3）には、それぞれドレンポート（71）が１つずつ設け
られている。このドレンポート（71）は、第１，第２タ
ンク（53,63）の底部に接続している。また、各ドレン
ポート（71）には、ドレン弁（72）が１つずつ設けられ
ている。このドレンポート（71）は、第１，第２タンク
（53,63）からブラインを抜き取る際に用いられる。

【００６３】《その他》 上記第１回路（50）と第２回路（60）には、窒素導入管
（77）が接続されている。窒素導入管（77）は、その一
端に開閉弁（79）が設けられている。この窒素導入管
（77）の一端は、窒素ボンベが接続する接続ポート（7
8）を構成している。

【００６４】窒素導入管（77）は、他端側で２つの分岐
管に分岐されている。窒素導入管（77）の第１分岐管
（77a）は、第１回路（50）の送出管（55）における第
１逆止弁（CV1）の下流側に接続されている。この第１
分岐管（77a）には、該送出管（55）に向かって順に、
第１電磁弁（SV1）と第３逆止弁（CV3）とが設けられて
いる。第３逆止弁（CV3）は、接続ポート（78）から該
送出管（55）に向かう窒素ガスの流通のみを許容する。
一方、窒素導入管（77）の第２分岐管（77b）は、第２
回路（60）の送出管（65）における第２逆止弁（CV2）
の下流側に接続されている。この第２分岐管（77b）に
は、該送出管（65）に向かって順に、第２電磁弁（SV
2）と第４逆止弁（CV4）とが設けられている。第４逆止
弁（CV4）は、接続ポート（78）から該送出管（65）に
向かう窒素ガスの流通のみを許容する。

【００６５】上記冷媒回路（20）、第１回路（50）、及
び第２回路（60）には、各種のセンサが設けられてい
る。

【００６６】具体的に、上記冷媒回路（20）には、第１
圧力センサ（P1）、第２圧力センサ（P2）、第１サーミ
スタ（T1）、第２サーミスタ（T2）、及び第３サーミス
タ（T3）が設けられている。第１圧力センサ（P1）は、
吸入ガス配管（33）に接続され、圧縮機（21）が吸入す
る冷媒の圧力を検出する。第２圧力センサ（P2）は、吐
出ガス配管（31）に接続され、圧縮機（21）が吐出する
冷媒の圧力を検出する。第１サーミスタ（T1）は、吸入
ガス配管（33）に取り付けられ、この吸入ガス配管（3
3）の温度を検出することによって、圧縮機（21）が吸
入する冷媒の温度を検出する。第２サーミスタ（T2）
は、吐出ガス配管（31）に取り付けられ、この吐出ガス
配管（31）の温度を検出することによって、圧縮機（2
1）が吐出する冷媒の温度を検出する。第３サーミスタ
（T3）は、吸入ガス配管（33）の第２分岐管（33b）に
設けられ、この第２分岐管（33b）の温度を検出するこ
とによって、第２蒸発器（24）から流出した冷媒の温度
を検出する。

【００６７】上記第１回路（50）には、第１白金温度計
（Pt1）、第２白金温度計（Pt2）、第４白金温度計（Pt
4）、及び第３圧力センサ（P3）が設けられている。第
１白金温度計（Pt1）は、第１回路（50）の戻り管（5
1）に設けられ、利用側から戻ってきた第１ブラインの
温度を検出する。第２白金温度計（Pt2）は、第１回路
（50）における冷却熱交換器（41）の出口付近に設けら
れ、冷却熱交換器（41）から流出する第１ブラインの温
度を検出する。第４白金温度計（Pt4）は、第１回路（5
0）における第１ヒータ（52）の出口付近に設けられ、
第１ヒータ（52）から流出する第１ブラインの温度を検
出する。第３圧力センサ（P3）は、第１回路（50）の送
出管（55）に接続され、第１ブラインポンプ（54）から
吐出された第１ブラインの圧力を検出する。

【００６８】上記第２回路（60）には、第５白金温度計
（Pt5）、第７白金温度計（Pt7）、及び第４圧力センサ
（P4）が設けられている。第５白金温度計（Pt5）は、
第２回路（60）の戻り管（61）に設けられ、利用側から
戻ってきた第２ブラインの温度を検出する。第７白金温
度計（Pt7）は、第２回路（60）における第２ヒータ（6
2）の出口付近に設けられ、第２ヒータ（62）から流出
する第２ブラインの温度を検出する。第４圧力センサ
（P4）は、第２回路（60）の送出管（65）に接続され、
第２ブラインポンプ（64）から吐出された第２ブライン
の圧力を検出する。尚、上記の各白金温度計は、白金測
温抵抗体を用いた温度センサである。

【００６９】上記コントローラ（80）は、チリングユニ
ット（10）の運転制御を行うものである。このコントロ
ーラ（80）には、上記のサーミスタ（T1,…）、圧力セ
ンサ（P1,…）、白金温度計（Pt1,…）、液面センサ（5
6,66）の検出信号が入力される。そして、コントローラ
（80）は、入力された信号に基づき、第１〜第４膨張弁
（E1〜E4）の開度調節、第１，第２電動弁（S1,S2）の
開度調節、圧縮機（21）の容量調節、第１，第２ヒータ
（52,62）の出力調節などを行う。

【００７０】《プレート式熱交換器について》 上述のように、第１蒸発器（23）、第２蒸発器（24）、
凝縮器（22）、及び冷却熱交換器（41）は、何れもプレ
ート式熱交換器により構成されている。ここでは、プレ
ート式熱交換器の構成について、第１蒸発器（23）を例
に説明する。

【００７１】図２に示すように、プレート式熱交換器か
ら成る第１蒸発器（23）は、多数の伝熱プレート（ PL1,
PL2 ）を積層して構成され、縦長の直方体状に形成され
ている。具体的に、第１蒸発器（23）は、第１プレート
（ PL1 ）と第２プレート（ PL2 ）とを交互に積層して構成
されている。これら伝熱プレート（ PL1,PL2 ）は、一定
の間隔をおいて積層されており、各伝熱プレート（ PL1,
PL2 ）の間に１次側流路（23a）と２次側流路（23b）と
が交互に区画されている。つまり、１次側流路（23a）
を流れる冷媒と２次側流路（23b）を流れるブラインと
は、伝熱プレート（ PL1,PL2 ）を介して熱交換を行う。

【００７２】上記第１蒸発器（23）には、冷媒流入口
（91）と冷媒流出口（92）とが形成されている。冷媒流
入口（91）は、図２に示す第１蒸発器（23）の前面にお
ける右上隅部に形成されている。この冷媒流入口（91）
は、１次側流路（23a）の上端と連通している。そし
て、液配管（32）の第１分岐管（32a）は、この冷媒流
入口（91）に接続することによって、１次側流路（23
a）の上端と連通している。一方、冷媒流出口（92）
は、図２に示す第１蒸発器（23）の前面における左下隅
部に形成されている。この冷媒流出口（92）は、１次側
流路（23a）の下端と連通している。そして、吸入ガス
配管（33）の第１分岐管（33a）は、この冷媒流出口（9
2）に接続することによって、１次側流路（23a）の下端
と連通している。

【００７３】また、上記第１蒸発器（23）には、ブライ
ン流入口（93）とブライン流出口（94）とが形成されて
いる。ブライン流入口（93）は、図２に示す第１蒸発器
（23）の前面における右下隅部に形成されている。この
ブライン流入口（93）は、２次側流路（23b）の下端と
連通している。そして、冷却熱交換器（41）から延びる
第１回路（50）の配管は、このブライン流入口（93）に
接続することによって、２次側流路（23b）の下端と連
通している。一方、ブライン流出口（94）は、図２に示
す第１蒸発器（23）の前面における左上隅部に形成され
ている。このブライン流出口（94）は、２次側流路（23
b）の上端と連通している。そして、第１ヒータ（52）
に向けて延びる第１回路（50）の配管は、このブライン
流出口（94）に接続することによって、２次側流路（23
b）の上端と連通している。

【００７４】−運転動作− 上記チリングユニット（10）の運転動作について説明す
る。

【００７５】《冷媒回路、冷却水回路における動作》 冷媒回路（20）において、圧縮機（21）を運転すると、
圧縮されたガス冷媒が圧縮機（21）から吐出される。こ
のガス冷媒は、吐出ガス配管（31）を通って凝縮器（2
2）の冷媒流路（22a）に導入される。その際、ガス冷媒
は、冷媒流路（22a）の上端へ導入される。

【００７６】凝縮器（22）の冷媒流路（22a）に導入さ
れた冷媒は、下方に向けて流れつつ冷却水流路（22b）
の冷却水に放熱して凝縮する。凝縮した冷媒は、冷媒流
路（22a）を流れ落ち、その下端から液配管（32）へと
送り出される。液配管（32）に送り出された冷媒は、二
手に分流されて、一方が第１分岐管（32a）に流入し、
他方が第２分岐管（32b）に流入する。

【００７７】液配管（32）の第１分岐管（32a）に流入
した冷媒は、第１膨張弁（E1）で減圧された後に、第１
蒸発器（23）の１次側流路（23a）に導入される。この
１次側流路（23a）の上端に流入した冷媒は、下方に向
けて流れつつ２次側流路（23b）の第１ブラインから吸
熱して蒸発する。蒸発した冷媒は、第１蒸発器（23）か
ら出て吸入ガス配管（33）の第１分岐管（33a）に流入
する。その際、１次側流路（23a）には、圧縮機（21）
から吐出された冷凍機油が冷媒と共に流入する。この冷
凍機油は、１次側流路（23a）において下方に向かって
流れ落ち、蒸発後の冷媒と共に上記第１分岐管（33a）
へと流入する。

【００７８】一方、液配管（32）の第２分岐管（32b）
に流入した冷媒は、第２膨張弁（E2）で減圧された後
に、第２蒸発器（24）の１次側流路（24a）に導入され
る。この１次側流路（24a）の上端に流入した冷媒は、
下方に向けて流れつつ２次側流路（24b）の第２ブライ
ンから吸熱して蒸発する。蒸発した冷媒は、第２蒸発器
（24）から出て吸入ガス配管（33）の第２分岐管（33
b）に流入する。その際、１次側流路（24a）には、圧縮
機（21）から吐出された冷凍機油が冷媒と共に流入す
る。この冷凍機油は、１次側流路（24a）において下方
に向かって流れ落ち、蒸発後の冷媒と共に上記第２分岐
管（33b）へと流入する。

【００７９】吸入ガス配管（33）において、第１分岐管
（33a）の冷媒と第２分岐管（33b）の冷媒とが合流す
る。この合流後の冷媒は、アキュームレータ（25）を通
って圧縮機（21）に吸入される。圧縮機（21）は、吸入
した冷媒を圧縮して再び吐出する。冷媒回路（20）で
は、以上のように冷媒が循環して、冷凍サイクルが行わ
れる。

【００８０】冷却水回路（40）において、ポンプ（図
外）を運転すると、冷却塔（図外）で冷却された冷却水
が、流入配管（42）を通じて送り込まれる。流入配管
（42）を流れる冷却水は、二手に分流され、一方が第１
分岐管（42a）に流入し、他方が第２分岐管（42b）に流
入する。

【００８１】流入配管（42）の第１分岐管（42a）に入
った冷却水は、第１電動弁（S1）を通過して冷却熱交換
器（41）の冷却水流路（41b）に導入される。この冷却
水流路（41b）の下端に導入された冷却水は、上方に向
けて流れつつブライン流路（41a）の第１ブラインから
吸熱する。吸熱後の冷却水は、冷却水流路（41b）の上
端から流出配管（43）の第１分岐管（43a）へと流出す
る。

【００８２】一方、流入配管（42）の第２分岐管（42
b）に入った冷却水は、第２電動弁（S2）を通過して凝
縮器（22）の冷却水流路（22b）に導入される。この冷
却水流路（22b）の下端に導入された冷却水は、上方に
向けて流れつつ冷媒流路（22a）の冷媒から吸熱する。
吸熱後の冷却水は、冷却水流路（22b）の上端から流出
配管（43）の第２分岐管（43b）へと流出する。

【００８３】流出配管（43）において、第１分岐管（43
a）の冷却水と第２分岐管（43b）の冷却水とが合流す
る。この合流後の冷却水は、冷却塔（図外）に送られて
冷却され、再び流入配管（42）を通じて送り込まれる。

【００８４】《第１回路、第２回路における動作》 第１回路（50）において、第１ブラインポンプ（54）を
運転すると、第１ブラインが循環する。利用側で対象物
から吸熱した第１ブラインは、戻り管（51）を流れて冷
却熱交換器（41）のブライン流路（41a）に導入され
る。このブライン流路（41a）の下端へ流入した第１ブ
ラインは、上方に向かって流れつつ冷却水流路（41b）
の冷却水と熱交換する。この熱交換により、第１ブライ
ンは、冷却水に放熱して冷却される。

【００８５】冷却熱交換器（41）で冷却された第１ブラ
インは、第１蒸発器（23）の２次側流路（23b）に導入
される。この２次側流路（23b）の下端へ流入した第１
ブラインは、上方に向かって流れつつ１次側流路（23
a）の冷媒と熱交換する。この熱交換により、第１ブラ
インは、冷媒に放熱して更に冷却される。

【００８６】第１蒸発器（23）から出た第１ブライン
は、第１ヒータ（52）に導入される。第１ヒータ（52）
は、第１ブラインの温度が第１設定温度となるように、
第１ブラインに適当な熱量を付与する。つまり、第１蒸
発器（23）の出口において第１ブラインの温度が第１設
定温度よりも低くなった場合には、第１ヒータ（52）で
の加熱によって第１ブラインの温度を第１設定温度に合
わせる。

【００８７】第１ヒータ（52）において第１設定温度と
なった第１ブラインは、第１タンク（53）に流入して貯
留される。第１タンク（53）に貯留された第１設定温度
の第１ブラインは、第１ブラインポンプ（54）に吸入さ
れ、送出管（55）に送り出される。送出管（55）を通じ
て供給された第１ブラインは、利用側において対象物の
冷却に利用される。利用側で対象物から吸熱した第１ブ
ラインは、戻り管（51）を通じて再び冷却熱交換器（4
1）へ送り込まれる。

【００８８】第２回路（60）において、第２ブラインポ
ンプ（64）を運転すると、第２ブラインが循環する。利
用側で対象物から吸熱した第２ブラインは、戻り管（6
1）を流れて第２蒸発器（24）の２次側流路（24b）に導
入される。この２次側流路（24b）の下端へ流入した第
２ブラインは、上方に向かって流れつつ１次側流路（24
a）の冷媒と熱交換する。この熱交換により、第２ブラ
インは、冷媒に放熱して冷却される。

【００８９】第２蒸発器（24）から出た第２ブライン
は、第２ヒータ（62）に導入される。第２ヒータ（62）
は、第２ブラインの温度が第２設定温度となるように、
第２ブラインに適当な熱量を付与する。つまり、第２蒸
発器（24）の出口において第２ブラインの温度が第２設
定温度よりも低くなった場合には、第２ヒータ（62）で
の加熱によって第２ブラインの温度を第２設定温度に合
わせる。

【００９０】第２ヒータ（62）において第２設定温度と
なった第２ブラインは、第２タンク（63）に流入して貯
留される。第２タンク（63）に貯留された第２設定温度
の第２ブラインは、第２ブラインポンプ（64）に吸入さ
れ、送出管（65）に送り出される。送出管（65）を通じ
て供給された第２ブラインは、利用側において対象物の
冷却に利用される。利用側で対象物から吸熱した第２ブ
ラインは、戻り管（61）を通じて再び第２蒸発器（24）
へ送り込まれる。

【００９１】《コントローラの制御動作》 上述のように、上記コントローラ（80）は、チリングユ
ニット（10）の運転制御を行う。ここでは、その内容に
ついて説明する。

【００９２】上記コントローラ（80）は、冷却熱交換器
（41）における熱交換量の調節を行う。つまり、第１電
動弁（S1）の開度を調節し、冷却熱交換器（41）に対す
る冷却水の供給量を変更することによって、冷却熱交換
器（41）における第１ブラインからの放熱量を調節す
る。

【００９３】上記コントローラ（80）は、第１蒸発器
（23）及び第２蒸発器（24）における熱交換量の調節を
行う。つまり、第１膨張弁（E1）の開度を調節し、第１
蒸発器（23）に対する冷媒の供給量を変更することによ
って、第１蒸発器（23）における第１ブラインからの放
熱量を調節する。また、第２膨張弁（E2）の開度を調節
し、第２蒸発器（24）に対する冷媒の供給量を変更する
ことによって、第２蒸発器（24）における第２ブライン
からの放熱量を調節する。その際、コントローラ（80）
は、圧縮機（21）の容量調節も行う。つまり、第１，第
２蒸発器（24）における冷却能力の過不足に応じてイン
バータ（図外）の出力周波数を変更し、圧縮機（21）に
おける電動機の回転数を変更することによって、圧縮機
（21）の容量を調節する。

【００９４】尚、冷却熱交換器（41）の出口において、
第１ブラインの温度が既に第１設定温度以下となってい
る場合には、第１蒸発器（23）における第１ブラインの
冷却を停止する。つまり、このような場合には、上記コ
ントローラ（80）が第１膨張弁（E1）を全閉し、第１蒸
発器（23）に対する冷媒の供給を遮断する。

【００９５】上記コントローラ（80）は、第１ヒータ
（52）及び第２ヒータ（62）の出力調節を行う。つま
り、第１ヒータ（52）については、第４白金温度計（Pt
4）の検出温度が第１設定温度となるように、その出力
が調節される。また、第２ヒータ（62）については、第
７白金温度計（Pt7）の検出温度が第２設定温度となる
ように、その出力が調節される。尚、運転状態によって
は、第１ヒータ（52）や第２ヒータ（62）の出力をゼロ
とし、これらヒータ（52,62）におけるブラインの加熱
を行わない場合もある。

【００９６】上記コントローラ（80）は、第１ブライン
ポンプ（54）と第２ブラインポンプ（64）の発停制御を
行う。ここでは第１ブラインポンプ（54）の場合を例に
説明するが、第２ブラインポンプ（64）の場合も同様で
ある。

【００９７】この第１ブラインポンプ（54）は、原則と
して常時運転されるものである。ただし、第１タンク
（53）の液面センサ（56）が下限信号又は上限信号の何
れかを出力した場合には、上記コントローラ（80）が第
１ブラインポンプ（54）を緊急停止する。つまり、下限
信号が出力された場合、第１ブラインの流量が不足した
まま運転を継続すると、利用側の冷却対象物にダメージ
を与えるおそれがあるため、第１ブラインポンプ（54）
の運転を停止する。また、上限信号が出力された場合、
第１タンク（53）から第１ブラインが溢れ出すおそれが
あるため、第１ブラインポンプ（54）の運転を停止す
る。

【００９８】上記コントローラ（80）は、冷媒回路（2
0）における低圧の制御を行う。具体的に、コントロー
ラ（80）は、第２電動弁（S2）の開度を調節して凝縮器
（22）に対する冷却水の供給量を調節し、凝縮器（22）
における冷媒からの放熱量を調節する。そして、凝縮器
（22）における冷媒の圧力を変更することによって、冷
媒回路（20）の低圧を調節する。その際、コントローラ
（80）は、冷媒回路（20）の低圧を可能な範囲で最も低
くなるようにして、圧縮機（21）における消費電力の低
減を図る。

【００９９】上記コントローラ（80）は、冷媒回路（2
0）の運転状態が異常な状態となっても、圧縮機（21）
の運転を継続させつつ、圧縮機（21）を保護するための
動作を行う。

【０１００】具体的に、圧縮機（21）の吐出冷媒温度が
過度に上昇した場合において、コントローラ（80）は、
第３膨張弁（E3）を開き、液冷媒導入管（34）を通じて
液冷媒を圧縮機（21）の吸入側へ導入する。このように
液冷媒を導入すると、圧縮機（21）の吸入冷媒温度が低
下してその吐出冷媒温度も低下するため、圧縮機（21）
の破損を回避しつつ運転を継続できる。

【０１０１】また、圧縮機（21）の吸入冷媒圧力が過度
に低下した場合、あるいは圧縮機（21）の吸入冷媒が湿
り状態となった場合において、コントローラ（80）は、
第４膨張弁（E4）を開き、ガス冷媒導入管（35）を通じ
て圧縮機（21）の吐出冷媒を圧縮機（21）の吸入側へ導
入する。このように吐出冷媒を導入すると、圧縮機（2
1）の吸入冷媒圧力が上昇し、その吸入冷媒の湿り度も
低下するため、圧縮機（21）の破損を回避しつつ運転を
継続できる。

【０１０２】ここで、上述したように、上記チリングユ
ニット（10）は、半導体の生産設備にブラインを供給す
るものである。そして、この利用側の特性上、チリング
ユニット（10）においては、冷却負荷のある状態と冷却
負荷のない状態とが、比較的短い時間間隔で交互に繰り
返される。このため、例え冷却負荷が無くなった状態で
あっても、次に冷却負荷が生じる場合に備えて、圧縮機
（21）の運転を継続させる必要がある。ところが、冷却
負荷のない状態では、第１蒸発器（23）や第２蒸発器
（24）においてブラインを冷却する必要がなくなる。こ
のため、第１膨張弁（E1）及び第２膨張弁（E2）が全閉
されてしまい、このままでは圧縮機（21）の運転を継続
できなくなる。

【０１０３】そこで、上記コントローラ（80）は、第１
膨張弁（E1）及び第２膨張弁（E2）の両方が全閉された
状態であっても、圧縮機（21）の運転を継続するための
動作を行う。具体的に、コントローラ（80）は、第３膨
張弁（E3）と第４膨張弁（E4）の開度調節を行う。第３
膨張弁（E3）を開くと、凝縮器（22）で凝縮した冷媒
が、液冷媒導入管（34）を通じて吸入ガス配管（33）に
導入される。また、第４膨張弁（E4）を開くと、圧縮機
（21）から吐出されたガス冷媒が、ガス冷媒導入管（3
5）を通じて吸入ガス配管（33）に導入される。そし
て、液冷媒導入管（34）を通じて送り込まれた冷媒と、
ガス冷媒導入管（35）を通じて送り込まれた冷媒とは、
共にアキュームレータ（25）へ流入し、その後に圧縮機
（21）に吸入される。その際、コントローラ（80）は、
液バックの問題が生じないように、第３膨張弁（E3）と
第４膨張弁（E4）の開度をそれぞれ適当に調節する。以
上の動作によって、第１膨張弁（E1）及び第２膨張弁
（E2）が全閉されていても、圧縮機（21）の運転が可能
となる。

【０１０４】《その他の動作》 上記チリングユニット（10）の点検や修理の際には、第
１回路（50）や第２回路（60）からブラインを抜き取ら
なければならない場合もある。このような場合には、窒
素導入管（77）を通じて第１，第２回路（50,60）に窒
素ガスを導入し、ブラインを第１，第２タンク（53,6
3）に回収する動作を行う。尚、ここでは、この動作に
ついて第１回路（50）の場合を例に説明するが、第２回
路（60）についても同様である。

【０１０５】接続ポート（78）に窒素ボンベを接続し、
開閉弁（79）を開く。続いて第１電磁弁（SV1）を開放
すると、窒素ボンベから第１回路（50）へ窒素ガスが送
り込まれる。この時、窒素ガスは、第１回路（50）の送
出管（55）における第１逆止弁（CV1）の下流に導入さ
れる。このため、第１回路（50）における第１ブライン
の循環方向に沿って、この第１逆止弁（CV1）から第１
ヒータ（52）に至るまでの間の第１ブラインは、導入さ
れた窒素ガスによって押し流されて第１タンク（53）に
回収される。そして、第１タンク（53）のドレン弁（7
2）を開き、第１タンク（53）から第１ブラインを排出
することによって、第１回路（50）からほぼ完全に第１
ブラインが抜き取られる。

【０１０６】−実施形態の効果− 本実施形態では、第１，第２蒸発器（23,24）の１次側
流路（23a,24a）において、冷媒を上方から下方に向け
て流通させている。このため、第１，第２蒸発器（23,2
4）へ冷媒と共に流入した冷凍機油を、ほぼ完全に第
１，第２蒸発器（23,24）から流出させることができ、
第１，第２蒸発器（23,24）における冷凍機油の溜まり
込みを回避することができる。

【０１０７】従って、第１，第２蒸発器（23,24）での
冷媒流速が低いような場合であっても、圧縮機（21）か
ら吐出されて第１，第２蒸発器（23,24）へ流入した冷
凍機油を、確実に圧縮機（21）へ戻すことが可能とな
る。この結果、圧縮機（21）における冷凍機油の貯留量
を充分に確保することができ、潤滑不良によるトラブル
を未然に防止して圧縮機（21）の信頼性を高めることが
でき、ひいてはチリングユニット（10）全体の信頼性の
向上を図ることができる。

【０１０８】ここで、本実施形態では、第２回路（60）
における第２設定温度が、−３０℃といった低温に設定
される場合がある。このため、第２膨張弁（E2）の開度
を絞った状態で冷凍サイクルが行われる場合があり、第
２蒸発器（24）での冷媒流速がかなり低下することも想
定される。更に、本実施形態では、両蒸発器（23,24）
をプレート式熱交換器としているため、このことによっ
ても蒸発器（23,24）での冷媒流速の低下を招くおそれ
がある。

【０１０９】これに対し、上述のように、本実施形態に
よれば、蒸発器（23,24）において冷媒を上から下に向
けて流すことにより、蒸発器（23,24）への冷凍機油の
溜まり込みを防止できる。従って、圧縮機（21）におけ
る冷凍機油の貯留量を確保して圧縮機（21）の信頼性を
保持した上で、膨張弁（E1,E2）の開度を絞った運転
や、伝熱性能に優れたプレート式熱交換器で蒸発器（2
3,24）を構成することが可能となる。

【０１１０】また、本実施形態では、第１，第２蒸発器
（23,24）において、１次側流路（23a,24a）では冷媒を
上から下に向けて流す一方で、２次側流路（23b,24b）
では第１，第２ブラインを下から上に向けて流してい
る。従って、第１，第２蒸発器（23,24）における冷媒
と熱媒体の熱交換の態様を対向流とすることができ、第
１，第２蒸発器（23,24）の熱交換量を充分に確保でき
る。

【０１１１】ここで、例えば起動時等においては、第
１，第２蒸発器（23,24）の２次側流路（23b,24b）に対
して空気等がブラインと共に流入するおそれがある。こ
れに対し、本実施形態では、この２次側流路（23b,24
b）において、ブラインを下から上に向けて流してい
る。従って、２次側流路（23b,24b）に空気などが入り
込んだとしても、この空気をブラインによって速やかに
排出することが可能となる。このため、第１，第２蒸発
器（23,24）に空気などが溜まり込むのを回避でき、溜
まり込んだ空気等によって熱交換が阻害されるのを防止
できると共に、第１，第２回路（50,60）におけるブラ
イン流量を一定に保持することができる。

【０１１２】また、本実施形態では、第１回路（50）に
冷却熱交換器（41）を接続し、冷却水との熱交換によっ
ても第１ブラインを冷却するようにしている。従って、
冷凍サイクルにより得られた冷熱のみを用いて第１ブラ
インを冷却する場合に比べ、第１ブラインの冷却に要す
るエネルギを大幅に低減できる。このため、チリングユ
ニット（10）の運転に要するエネルギを削減でき、チリ
ングユニット（10）の消費電力を低減できる。

【０１１３】ここで、例えば起動時等においては、第
１，第２蒸発器（23,24）の場合と同様に、冷却熱交換
器（41）のブライン流路（41a）や冷却水流路（41b）に
対して、空気等がブラインや冷却水と共に流入するおそ
れがある。これに対し、本実施形態では、冷却熱交換器
（41）において、ブライン流路（41a）でブラインを下
から上に向けて流し、冷却水流路（41b）で冷却水を下
から上に向けて流している。従って、ブライン流路（41
a）や冷却水流路（41b）に空気などが入り込んだとして
も、この空気をブラインや冷却水によって速やかに排出
することが可能となる。このため、冷却熱交換器（41）
に空気などが溜まり込むのを回避でき、溜まり込んだ空
気等によって熱交換が阻害されるのを防止できると共
に、第１，第２回路（50,60）におけるブライン流量、
あるいは冷却水回路（40）における冷却水流量を一定に
保持することができる。

【０１１４】また、本実施形態では、凝縮器（22）にお
いて、冷媒流路（22a）では冷媒を上から下に向けて流
す一方で、冷却水流路（22b）では冷却水を下から上に
向けて流している。従って、凝縮器（22）における冷媒
と熱媒体の冷却水の態様を対向流とすることができ、凝
縮器（22）の熱交換量を充分に確保できる。

【０１１５】凝縮器（22）の冷媒流路（22a）において
冷媒を上から下に向けて流しているため、この冷媒流路
（22a）から液冷媒のみを確実に流出させることができ
る。このため、第１，第２，第３膨張弁（E1,E2,E3）を
確実に液封状態に保つことができ、これら膨張弁（E1,E
2,E3）の開度制御を容易化することができる。

【０１１６】ここで、例えば起動時等においては、第
１，第２蒸発器（23,24）の場合と同様に、凝縮器（2
2）の冷却水流路（22b）に対して、空気等が冷却水と共
に流入するおそれがある。これに対し、本実施形態で
は、この冷却水流路（22b）において、冷却水を下から
上に向けて流している。従って、冷却水流路（22b）に
空気などが入り込んだとしても、この空気を冷却水によ
って速やかに排出することが可能となる。このため、凝
縮器（22）に空気などが溜まり込むのを回避でき、溜ま
り込んだ空気等によって熱交換が阻害されるのを防止で
きると共に、冷却水回路（40）における冷却水流量を一
定に保持することができる。

【０１１７】また、本実施形態では、インバータの出力
周波数を変更することによって、圧縮機（21）の容量を
変更している。ここで、従来、この種のチリングユニッ
トでは、圧縮機（21）の吐出ガスをそのまま吸入側へ戻
す、いわゆるホットガスバイパスによって圧縮機（21）
の容量を調節していた。このため、圧縮機（21）の容量
は変更されても圧縮機（21）の消費電力は低下せず、エ
ネルギ効率の点で問題があった。これに対し、本実施形
態のようにインバータにより圧縮機（21）の容量を調節
すれば、圧縮機（21）の容量を小さくすれば消費電力も
低下するため、省エネルギ性に優れたチリングユニット
（10）を実現できる。

【０１１８】ここで、急激な負荷変動に制御が追従でき
ず、第１ヒータ（52）の出口における第１ブラインの温
度が第１設定温度からずれてしまう場合もあり得る。こ
れに対し、本実施形態に係る第１回路（50）では、第１
設定温度となった第１ブラインを一旦第１タンク（53）
に貯留し、その後に利用側へ送るようにしている。従っ
て、第１タンク（53）に流入する第１ブラインの温度が
一時的に第１設定温度でなくなったとしても、第１タン
ク（53）から利用側へ送られる第１ブラインの温度は、
ほとんど変動することなく第１設定温度に保たれる。こ
の点は、第２回路（60）についても同様である。このた
め、本実施形態によれば、利用側へ供給するブラインの
温度を確実に設定温度に保持することが可能となる。

【０１１９】

【発明のその他の実施の形態】上記実施形態では、第
１，第２ブラインとして上記フロリナートを用いている
が、これ以外の物質をブラインとして用いることも可能
である。

【０１２０】また、上記実施形態では、スクロール型の
圧縮機（21）を用いているが、その他の形式の圧縮機、
例えばローリングピストン型の圧縮機を用いてもよい。

【０１２１】また、上記実施形態では、第１蒸発器（2
3）、第２蒸発器（24）、凝縮器（22）、及び冷却熱交
換器（41）をプレート式熱交換器により構成している
が、その他の形式の熱交換器、例えば二重管式の熱交換
器を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係るチリングユニットの全体構成を
示す配管系統図である。

【図２】実施形態に係る第１蒸発器の概略斜視図であ
る。

【符号の説明】

（20） 冷媒回路 （21） 圧縮機 （22） 凝縮器 （23） 第１蒸発器（蒸発器） （24） 第２蒸発器（蒸発器） （41） 冷却熱交換器 （E1） 第１膨張弁（膨張機構） （E2） 第２膨張弁（膨張機構）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−267494（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−248995（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−233423（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−159599（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 5/02 F25D 13/00 F25B 39/02 F25B 43/02

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱媒体を冷却して利用側へ供給するため
   の冷凍装置であって、 圧縮機（21）、凝縮器（22）、膨張機構（E1,E2）、及
   び蒸発器（23,24）を有して冷媒が充填される冷媒回路
   （20）を備える一方、 上記蒸発器（23,24）は、多数の伝熱プレート（ PL1,PL
   2 ）を積層して構成されたプレート式熱交換器から成
   り、熱媒体と熱交換する冷媒が該蒸発器（23,24）の上
   部から下部に向かって流れるように構成されている冷凍
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の冷凍装置において、 蒸発器（23,24）は、熱媒体が該蒸発器（23,24）の下部
   から上部に向かって流れるように構成されている冷凍装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の冷凍装置におい
   て、 冷媒回路（20）には、第１の熱媒体を冷却するための第
   １の蒸発器（23）と、第２の熱媒体を冷却するための第
   ２の蒸発器（24）とが互いに並列に接続されている冷凍
   装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の冷凍装置において、 第１設定温度となった第１の熱媒体を利用側へ供給する
   ために該熱媒体の冷却を行うと共に、第１設定温度より
   も低温の第２設定温度となった第２の熱媒体を利用側へ
   供給するために該熱媒体の冷却を行う冷凍装置。
5. 【請求項５】 請求項３又は４記載の冷凍装置におい
   て、 利用側から第１の蒸発器（23）へ送られる第１の熱媒体
   を冷却水との熱交換によって予め冷却するための冷却熱
   交換器（41）を備え、 上記冷却熱交換器（41）は、第１の熱媒体が該冷却熱交
   換器（41）の下部から上部に向かって流れ、冷却水が該
   冷却熱交換器（41）の下部から上部に向かって流れるよ
   うに構成されている冷凍装置。
6. 【請求項６】 請求項１，２又は３記載の冷凍装置にお
   いて、 凝縮器（22）は、冷媒が該凝縮器（22）の上部から下部
   に向かって流れ、冷媒と熱交換する冷却水が該凝縮器
   （22）の下部から上部に向かって流れるように構成され
   ている冷凍装置。