JP3651370B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、利用側回路を循環する熱媒体を冷却する冷凍装置に関し、特に、熱媒体の冷却温度を適温に制御する技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、いわゆるチリングユニットとして、利用側回路を循環する熱媒体（ブライン）を冷媒回路の冷凍サイクルにより冷却する冷凍装置が知られている。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に設けた利用側回路でブラインを循環させ、蒸発器で冷媒がブラインから吸熱することによってブラインの冷却を行っている。
【０００３】
この種の冷凍装置は、工場の生産設備を冷却するために設けられることが多い。そして、工場等では、異なる対象物を冷却する必要性から、異なる温度のブラインを供給しなければならない場合もある。このような場合、従来は、対象物ごとに冷凍装置を設け、各冷凍装置において異なる温度のブラインを生成し、対応する対象物へ供給していた。例えば２種類の冷却温度に対応して２系統の回路を設ける場合、低温側系統については冷媒回路の冷凍サイクルにより熱媒体を冷却し、高温側系統については冷却水が循環する冷却水回路により熱媒体を冷却したりしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の装置では、それぞれの利用側回路でブラインの温度を一定に保つのは容易ではなく、特に、半導体の製造工程でシリコンウェハーをブラインで冷却する場合などのようにブラインの温度制御に正確性が要求される場合には、その要求に応えることは困難であった。
【０００５】
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、その目的とするところは、利用側の装置に供給するブライン等の熱媒体の温度を正確に制御できるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、利用側回路（50，60）のブライン等の熱媒体を冷却する冷凍装置（10）において、熱媒体の冷却負荷と流量とから求められる冷凍能力に応じて、冷媒回路の圧縮機容量制御や冷却水回路の冷却水流量制御と膨張機構の制御を行うようにしたものである。
【０００７】
具体的に、本発明が講じた解決手段は、圧縮機（21）、凝縮器（22）、膨張機構（E1）、及び蒸発器（23）を有して冷媒が循環する冷媒回路（20）と、冷却水が循環する冷却水回路（40）と、上記蒸発器（23）に接続されて熱媒体が循環する利用側回路（50）と、冷却水回路（40）と利用側回路（50）とを蒸発器（23）の上流側で接続する冷却熱交換器（41）とを備えた冷凍装置を前提としている。そして、この冷凍装置は、上記熱媒体の冷却負荷と流量とから求められる冷凍能力に応じて冷却水量を制御するとともに、冷媒回路（20）を駆動し、かつ熱媒体の温度が蒸発器（23）の出口側で設定温度となるように冷媒回路（20）の膨張機構（E1）を制御する制御手段（80）を備えている。
【０００８】
この構成において、冷媒回路（20）では、充填された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。また、冷却水回路（40）では冷却水が循環し、利用側回路（60）では充填された熱媒体が循環する。この構成では、冷却水回路（40）だけを使って熱媒体を冷却したり、冷却水回路（40）と冷媒回路（20）の両方を使って熱媒体を冷却したりすることが可能となる。そして、冷却水回路（40）と冷媒回路（20）の両方を使う場合は、上記冷却熱交換器（41）において冷却水が熱媒体から吸熱し、さらに蒸発器（23）において冷媒が熱媒体から吸熱する。以上により、熱媒体が冷却されて利用側へ送られる。
【０００９】
なお、熱媒体の冷却を冷却熱交換器（41）及び蒸発器（23）の両方で常に行わなければならない訳ではなく、例えば、冷却熱交換器（41）における冷却で第１熱媒体の温度が設定温度に達する場合には、蒸発器（23）による熱媒体の冷却は行う必要はない。つまり、冷却熱交換器（41）の出口において、熱媒体の温度が既に設定温度となっていれば、蒸発器（23）に対する冷媒の供給を停止し、蒸発器（23）における冷却を行わないようにしてもよい。
【００１０】
この構成の冷凍装置（10）では、冷却水回路（40）だけを使う場合と、冷却水回路（40）と冷媒回路（20）の両方を使う場合のいずれも、熱媒体の冷却負荷と流量に応じて冷却水回路（40）における冷却水の流量が制御される。したがって、どれだけの熱媒体を何度冷やすかに合わせて冷却水回路（40）での熱媒体の吸熱量が制御され、熱媒体は予め定められた設定温度に維持される。
【００１１】
また、この構成においては、冷却水回路（40）と冷媒回路（20）を共に使用しているときに、膨張機構（E1）を制御することにより、蒸発器（24）への冷媒の流入量を調整して、熱媒体の温度を微調整することができる。
【００１２】
ここで、従来は一般に感温式膨張弁を用いており、蒸発器（23）の負荷の変化に合わせて過熱度を所定の値にするように冷媒の流入量が調整されるため、圧縮機（21）の周波数の変化に若干遅れて開度が調整されるが、この構成において電子膨張弁（E1）を用いて圧縮機（21）の周波数の変化と同時に開度を調整するようにすれば、熱媒体の温度をより正確に調整できる。この場合、熱媒体の流量との関係で圧縮機（21）の周波数に応じた電子膨張弁（E1）の開度を予め設定しておき、圧縮機の運転周波数に応じて開度が調整される。
【００１３】
また、上記構成において、利用側回路（50）に、該利用側回路（50）の熱媒体を加熱する加熱手段（52）を設け、制御手段（80）を、蒸発器（23）の出口側での熱媒体の温度が設定温度よりも低いときに、加熱手段（52）による熱媒体の加熱を行うようにするとよい。
【００１４】
このようにすれば、熱媒体が過剰に冷却されて温度が下がりすぎたときなどに、上記加熱手段（52）により熱媒体を加熱して、熱媒体を設定温度に維持することができる。つまり、利用側回路（50）を循環する熱媒体は、冷却水及び冷媒との熱交換によって冷却されるが、冷却後の熱媒体の温度が設定温度を下回る場合もあり得る。そこで、このような場合には加熱手段（52）で冷却後の熱媒体を加熱することで、熱媒体の温度を設定温度とした上で利用側へ供給することが可能となる。
【００１５】
また、上記構成において、上記圧縮機（21）を容量可変に構成し、制御手段（80）を、熱媒体の冷却負荷と流量とから求められる冷凍能力に応じて圧縮機（21）の容量を補助的に制御するように構成するとよい。
【００１６】
また、上記解決手段の構成において、冷媒回路（20）は、互いに並列に接続された第１蒸発器（23）と第２蒸発器（24）とを有し、利用側回路（50，60）は、第１蒸発器（23）と冷却熱交換器（41）とに接続された第１回路（50）と第２蒸発器（24）に接続された第２回路（60）とからなるものとすることができる。
【００１７】
また、上記解決手段の構成において、制御手段（80）は、第１回路（50）の熱媒体を第２回路（60）の熱媒体よりも高い第１設定温度に制御するものとして用いるとよい。
【００１８】
このように構成すれば、冷媒回路（20）で循環する冷媒は、第１蒸発器（23）と第２蒸発器（24）の両方に送られる。第１蒸発器（23）では、冷媒が第１回路（50）の熱媒体から吸熱し、この熱媒体が冷却される。第２蒸発器（24）では、冷媒が第２回路（60）の熱媒体から吸熱し、この熱媒体が冷却される。即ち、１つの冷媒回路（20）で循環する冷媒によって、第１回路（50）と第２回路（60）の各熱媒体が冷却される。
【００１９】
そして、上記解決手段では、第１回路（50）の熱媒体を第２回路（60）の熱媒体よりも高い第１設定温度に制御するために、冷却水回路（40）において冷却水の流量が制御される。以上により、各熱媒体が所定の設定温度に維持される。
【００２０】
また、第１蒸発器（23）と第２蒸発器（24）とを用いる場合には、冷媒の膨張機構（E1,E2）は第１膨張弁（E1）と第２膨張弁（E2）とによって構成するとよい。その場合、第１膨張弁（E1）は、冷媒回路（20）における第１蒸発器（23）の流入側に設けられ、第２膨張弁（E2）は、冷媒回路（20）における第２蒸発器（24）の流入側に設けられる。そして、圧縮機（21）から吐出され、凝縮器（22）で凝縮した冷媒は、二手に分流して第１膨張弁（E1）と第２膨張弁（E2）とに向けて流れる。第１膨張弁（E1）では流入した冷媒が減圧され、この第１膨張弁（E1）で減圧された冷媒が第１蒸発器（23）へ導入される。第２膨張弁（E2）では流入した冷媒が減圧され、この第２膨張弁（E2）で減圧された冷媒が第２蒸発器（24）へ導入される。そして、第１蒸発器（23）と第２蒸発器（24）に対する冷媒の分配割合は、第１膨張弁（E1）及び第２膨張弁（E2）の開度を調節することによって、適切な値に設定される。以上により、第１回路（50）と第２回路（60）で、それぞれ熱媒体が適温に冷却される。
【００２１】
したがって、第１膨張弁（E1）及び第２膨張弁（E2）の開度調節によって、第１蒸発器（23）に流入する冷媒量と第２蒸発器（24）に流入する冷媒量との割合、即ち第１蒸発器（23）と第２蒸発器（24）に対する冷媒の分配割合を任意に設定できる。このため、第１蒸発器（23）で冷媒が第１熱媒体から吸熱する熱量と、第２蒸発器（24）で冷媒が第２熱媒体から吸熱する熱量とを適切な値に設定でき、利用側へ供給する第１熱媒体及び第２熱媒体の温度調節を的確に行うことができる。
【００２２】
また、上記解決手段の冷却水回路（40）においては、冷却熱交換器（41）と凝縮器（22）とを並列に接続するとよい。そうすると、冷却水回路（40）を流れる冷却水は、二手に分流されて、一方が冷却熱交換器（41）に導入され、他方が凝縮器（22）に導入される。冷却熱交換器（41）に導入された冷却水は、第１回路（50）の熱媒体から吸熱し、凝縮器（22）に導入された冷却水は、冷媒回路（20）の冷媒から吸熱する。そして、冷却熱交換器（41）で吸熱した冷却水と凝縮器（22）で吸熱した冷却水は、例えば、合流後に冷却塔に送られて冷却される。
【００２３】
さらに、冷却水回路（40）には、第１調節弁（S1）と第２調節弁（S2）とを設けるとよい。その場合、第１調節弁（S1）は、冷却水回路（40）における冷却熱交換器（41）の流入側に設けられ、第２調節弁（S2）は、冷却水回路（40）における凝縮器（22）の流入側に設けられる。冷却水回路（40）を流れる冷却水は、二手に分流されて、一方が第１調節弁（S1）を通って冷却熱交換器（41）へ導入され、他方が第２調節弁（S2）を通って凝縮器（22）に導入される。したがって、冷却熱交換器（41）と凝縮器（22）に対する冷却水の分配割合は、第１調節弁（S1）及び第２調節弁（S2）の開度を調節することによって、適切な値に設定され、各回路（50，60）の熱媒体が適温に冷却される。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の各解決手段によれば、利用側回路を流れる熱媒体の冷却負荷と流量とから求められる冷凍能力に応じて、冷媒回路（20）の圧縮機（21）の容量を制御したり、冷却水回路（40）を流れる冷却水の流量を制御するとともに、熱媒体の温度が蒸発器（24）の出口側で設定温度となるように冷媒回路（20）の膨張機構（E2）を制御している。したがって、熱媒体の温度を常に設定温度に維持することができる。
【００２５】
従来のこの種のチリングユニット（10）において冷媒回路で熱媒体を冷却する場合には、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）の容量を間接的に調節していた。このため、熱媒体の温度を設定温度に維持するのが困難なだけでなく、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、例えば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）の容量を直接調整すれば、圧縮機（21）の容量を小さくしたときに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。また、圧縮機（21）を容量可変とすれば、冷媒回路（20）での冷凍サイクルにより得られる冷却能力を調節でき、熱媒体の冷却を適切に行うことができる。
【００２６】
また、冷媒回路（20）を用いる場合に、冷媒回路（20）での蒸発器（24）の出口側の冷媒の過熱度と利用側回路（60）での蒸発器（24）の出口側の熱媒体の温度とから圧縮機（21）の容量を調整したり、加熱手段（62）による熱媒体の加熱を行うようにしたりすると、熱媒体をより正確に設定温度に冷却できる。また、圧縮機（21）の能力を無駄にすることもない。
【００２７】
さらに、冷媒回路（20）と冷却水回路（40）の両方を用いて利用側回路（50）の熱媒体を冷却できるようにする場合でも、冷媒回路（20）の膨張機構（E1）の開度を制御したり、加熱手段（52）を設けて利用側回路（50）の熱媒体を加熱する構成にすると、熱媒体の温度を正確に設定温度とした上で利用側へ供給することができる。
【００２８】
この場合、利用側回路（50）に冷却熱交換器（41）と蒸発器（23）を接続し、冷媒との熱交換だけでなく、冷却水との熱交換によっても熱媒体が冷却される。つまり、先ず冷却水との熱交換で熱媒体が冷却され、その後に冷媒との熱交換で熱媒体が更に冷却される。したがって、蒸発器（23）に導入された冷媒は、冷却熱交換器（41）で冷却水が吸熱しきれなかった分の熱量を熱媒体から吸熱すればよいこととなる。このため、冷凍サイクルにより得られた冷熱のみを用いて熱媒体を冷却する場合に比べ、熱媒体の冷却に要するエネルギを大幅に低減できる。このため、冷凍装置（10）の運転に要するエネルギを削減でき、消費電力を低減できる。
【００２９】
また、上記各構成において、冷媒回路（20）を、互いに並列に接続された第１蒸発器（23）と第２蒸発器（24）とから構成し、利用側回路（50，60）を、第１蒸発器（23）（及び冷却熱交換器（41））に接続された第１回路（50）と第２蒸発器（24）に接続された第２回路（60）とから構成すると、１つの冷媒回路（20）で循環する冷媒によって、第１回路（50）と第２回路（60）の各熱媒体を冷却できる。
【００３０】
この場合でも、第１回路（50）の熱媒体は、冷媒回路（20）と共に冷却水回路（40）を用いて上述の制御をすることにより第２回路（60）の熱媒体よりも高い設定温度に正確に冷却でき、第２回路（60）の熱媒体は、冷媒回路（20）を用いて上述の制御をすることにより第１回路（50）の熱媒体よりも低い設定温度に正確に冷却できる。
【００３１】
この場合、第１の熱媒体の冷却を行う冷媒回路と第２の熱媒体の冷却を行う冷媒回路とを別個に設ける必要はなく、１つの冷媒回路（20）で冷媒を循環させることによって、２系統の利用側回路（50，60）で熱媒体を利用側へ供給できる。従って、冷凍装置の構成を簡素化でき、構成機器の数を削減することによってトラブルの可能性を低減できるため、信頼性の向上を図ることが可能となる。また、冷媒回路（20）と共に冷却水回路（40）を用いると、熱媒体の設定温度が高い第１回路（50）では冷媒回路（20）を用いないことも可能となり、熱媒体の冷却に要するエネルギを低減できる。
【００３２】
【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。
【００３３】
−回路構成−
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）、利用側回路である第１回路（50）及び第２回路（60）、そして制御手段であるコントローラ（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。
【００３４】
《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（23）、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（23）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、Ｒ４０７Ｃ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。
【００３５】
上記冷媒回路（20）において、圧縮機（21）の吐出側は、吐出ガス配管（31）を介して凝縮器（22）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（23）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。なお、第１蒸発器（23）及び第２蒸発器（24）については、後述する。
【００３６】
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。
【００３７】
上記第１膨張弁（E1）及び第２膨張弁（E2）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、いわゆる電子膨張弁が用いられている。
【００３８】
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。この凝縮器（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。
【００３９】
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。この第１蒸発器（23）は、１次側流路（23a）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。
【００４０】
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。この第２蒸発器（24）は、１次側流路（24a）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。
【００４１】
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。
【００４２】
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（E3）、及び第４膨張弁（E4）が設けられている。
【００４３】
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液冷媒導入管路を構成している。液冷媒導入管（34）には、第３膨張弁（E3）が液側調節弁として設けられている。この第３膨張弁（E3）は、上述の電子膨張弁によって構成されている。
【００４４】
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ガス冷媒導入管路を構成している。ガス冷媒導入管（35）には、第４膨張弁（E4）がガス側調節弁として設けられている。この第４膨張弁（E4）は、上述の電子膨張弁によって構成されている。
【００４５】
《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。
【００４６】
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（S1）を介して冷却熱交換器（41）における冷却水流路（41b）の下端に接続されている。この第１電動弁（S1）は、第１調節弁を構成している。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。この第２電動弁（S2）は、第２調節弁（S2）を構成している。なお、冷却熱交換器（41）については、後述する。
【００４７】
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（43a）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（22b）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。
【００４８】
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。この冷却熱交換器（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。
【００４９】
《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ている。この第１回路（50）には、第１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。なお、第１ブラインには、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。
【００５０】
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（23b）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。
【００５１】
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（53）から利用側へ向かう方向へのみ第１ブラインの流通を許容する。
【００５２】
上記第２回路（60）は、第２蒸発器（24）、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ている。この第２回路（60）には、第２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。なお、第２ブラインには、第１ブラインと同様に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℃〜６０℃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。
【００５３】
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。
【００５４】
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（63）から利用側へ向かう方向へのみ第２ブラインの流通を許容する。
【００５５】
《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。
【００５６】
上記第１タンク（53）には、電極式の液面センサ（56）が、第１液面検出手段として設けられている。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。
【００５７】
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。
【００５８】
上記第２タンク（63）には、電極式の液面センサ（66）が、第２液面検出手段として設けられている。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。
【００５９】
上記第１タンク（53）及び第２タンク（63）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。
【００６０】
《センサ》
また、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。
【００６１】
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（33）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（21）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。
【００６２】
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（Pt4）、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（51）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（50）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。
【００６３】
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（62）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。なお、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。
【００６４】
《コントローラ》
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（56,66）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って、第１回路（50）と第２回路（60）のブラインを適温に調節する制御を行う。具体的な制御の内容については後述する。
【００６５】
《その他の構成》
上記第１回路（50）と第２回路（60）には、ガス導入手段である窒素導入管（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（78）を構成している。
【００６６】
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（SV2）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。
【００６７】
−運転動作−
次に、上記チリングユニット（10）の運転動作について説明する。
【００６８】
《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（22）の冷媒流路（22a）に導入される。凝縮器（22）の冷媒流路（22a）では、導入された冷媒が冷却水流路（22b）の冷却水に放熱して凝縮する。凝縮した冷媒は、凝縮器（22）から出て液配管（32）を流れる。その後、液配管（32）の冷媒は、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。
【００６９】
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）では、導入された冷媒が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。
【００７０】
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）では、導入された冷媒が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（33b）に流入する。
【００７１】
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。
【００７２】
なお、以上は、第１蒸発器（23）と第２蒸発器（24）の両方へ冷媒を流すときの動作であり、蒸発器（23，24）の一方への冷媒の流れを停止する場合、停止側の膨張弁（E1，E2）は閉鎖される。
【００７３】
一方、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）を流れる。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。
【００７４】
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。冷却熱交換器（41）では、導入された冷却水がブライン流路（41a）の第１ブラインから吸熱する。吸熱後の冷却水は、冷却熱交換器（41）から出て流出配管（43）の第１分岐管（43a）を流れる。
【００７５】
また、流入配管（42）の第２分岐管（42b）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。凝縮器（22）では、導入された冷却水が冷媒流路（22a）の冷媒から吸熱する。吸熱後の冷却水は、凝縮器（22）から出て流出配管（43）の第２分岐管（43b）を流れる。
【００７６】
流出配管（43）において、第１分岐管（43a）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）を通じて冷却熱交換器（41）及び凝縮器（22）に送り込まれる。
【００７７】
《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。冷却熱交換器（41）では、ブライン流路（41a）の第１ブラインが冷却水流路（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。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。第１蒸発器（23）では、２次側流路（23b）の第１ブラインが１次側流路（23a）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。なお、１次側流路（23a）を冷媒が流通していないとき、第１ブラインは単に２次側流路（23b）を通過する。
【００７８】
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。また、加熱が不要の場合、第１ヒータ（52）は作動しない。
【００７９】
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（41）へ送り込まれる。
【００８０】
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（61）を流れて第２蒸発器（24）の２次側流路（24b）に導入される。第２蒸発器（24）では、２次側流路（24b）の第２ブラインが１次側流路（24a）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。
【００８１】
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。また、加熱が不要の場合、第２ヒータ（62）は作動しない。
【００８２】
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。
【００８３】
《コントローラの制御動作の概要》
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。
【００８４】
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該第１ブラインの流量に応じて調節する。
【００８５】
また、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。
【００８６】
なお、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停止する。
【００８７】
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（Pt4）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。なお、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。
【００８８】
また、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。
【００８９】
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。
【００９０】
上記コントローラ（80）は、冷媒回路（20）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。
【００９１】
また、上記コントローラ（80）は、冷媒回路（20）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。
【００９２】
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。
【００９３】
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（21）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。
【００９４】
一方、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。
【００９５】
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（35）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。
【００９６】
《ブラインの温度制御の詳細》
次に、本実施形態の特徴とする制御動作について説明する。上記コントローラ（80）は、第１回路（50）の第１ブラインと第２回路（60）の第２ブラインとを適温に調節するため、以下のような制御を行う。
【００９７】
まず、第２回路（60）において第２ブラインを適温に制御するための制御について図２のフローチャートを参照して説明する。
【００９８】
コントローラ（80）は、ステップST１において、冷凍能力（Ｑ）に応じた圧縮機（21）の周波数（Hz）と、その周波数（Hz）に応じた第２膨張弁（E2）の開度を求めて、圧縮機（21）と第２膨張弁（E2）とを制御する。つまり、第５白金温度計（Pt5）で測定した第２蒸発器（24）の入口側でのブライン温度と第２設定温度（Set）との差（第２ブラインの冷却負荷）と、第２ブラインの流量（Fw）との関数として、必要な冷凍能力（Ｑ）を求め（Ｑ＝ｆ(Pt5−Set，Fw)）、その能力（Ｑ）に見合った容量が得られるように圧縮機（21）の運転周波数（Hz）を算出する（Hz＝ｆ(Ｑ)）。また、この周波数（Hz）に合わせて第２膨張弁（E2）の開度を制御する（E2＝ｆ(Hz)）。つまり、感温式膨張弁では、蒸発器（24）の負荷の変化に合わせて過熱度を所定の値にするように冷媒の流入量が調整されるため、圧縮機（21）の周波数の変化に若干遅れて開度が調整されるが、この実施形態では電子膨張弁（E2）を用いて圧縮機（21）の周波数の変化と同時に開度を調整するようにしている。なお、第２ブラインの流量（Fw）は、第４圧力センサ（P4）の圧力と、第２ブラインポンプ（64）の運転周波数とから求められるが、流量計を設けてもよい。
【００９９】
次に、ステップST２において、第２膨張弁（E2）を制御して能力の微調整を行う。つまり、第２蒸発器（24）の出口側のブライン温度（Pt7）を第２設定温度（Set）に近づけるように膨張弁（E2）を制御する（E2＝ｆ(Pt7−Set)）。
【０１００】
以上の制御を行って能力が過剰になっているときには、圧縮機（21）の周波数（Hz）を垂下させる。具体的には、蒸発器出口の冷媒が湿り状態でなく、蒸発器（24）を最適な状態で使用していないのに、第２ブラインが十分に冷却されているときである。このとき、ステップST３で、第２蒸発器（24）において冷媒の過熱度（SH）が所定値（具体的には７℃）以上であり、かつ、第２回路（60）において蒸発器（24）の出口側のブラインの温度（Pt7）が第２設定温度（Set）よりも低いかどうかを判別することで、能力が過剰かどうかを検出する。そして、判別結果が「Ｙｅｓ」である時に能力が過剰であると判断し、ステップST４で圧縮機（21）の周波数（Hz）を垂下させ、圧縮機（21）の容量を小さくする制御を行う。
【０１０１】
逆に能力が不足しているときは、圧縮機（21）の周波数（Hz）を上昇させる。具体的には、蒸発器出口の冷媒が湿り状態で、蒸発器を最適または好ましい状態で使用しているのに、第２ブラインが十分に冷却されていないときである。このとき、ステップST５で、第２蒸発器（24）において冷媒の過熱度（SH）が所定値（具体的には０℃）以下であり、かつ、第２回路（60）において蒸発器（24）の出口側のブラインの温度（Pt7）が第２設定温度（Set）よりも高いかどうかを判別することで、能力が不足しているかどうかを検出する。そして、判別結果が「Ｙｅｓ」であるときに能力が不足していると判断し、ステップST６で圧縮機（21）の周波数（Hz）を上昇させて圧縮機（21）の容量を増やす制御を行う。
【０１０２】
また、ステップST７では、第７白金温度計の測定値（Pt7）と第２設定温度（Set）との差に基づいて、図２ではＨ２と表している第２ヒータ（62）を制御する。このことにより、能力の微調整や、ブラインが設定温度よりも低温に冷却されたときの温度調整を行う。
【０１０３】
そして、以上のステップST１からステップST７の動作を常時行うことにより、第２ブラインを第２設定温度に維持するようにしている。
【０１０４】
次に、第１回路（50）において第１ブラインを適温に制御するための制御について図３，図４のフローチャートを参照して説明する。
【０１０５】
まず、第１回路（50）のみで第１ブラインを循環させる状態で、冷媒回路（20）により第１ブラインの温度を調節する場合の制御について図３を用いて説明する。ステップST11では、冷凍能力（Ｑ）に応じた圧縮機（21）の周波数（Hz）と、その周波数（Hz）に合わせた第１膨張弁（E1）の開度とを求め、圧縮機（21）と第１膨張弁（E1）とを制御する。つまり、第２白金温度計（Pt2）で測定した第１蒸発器（23）の入口側でのブライン温度と第１設定温度（Set）との差（第１ブラインの冷却負荷）と、第１ブラインの流量（Fw）との関数として、必要な冷凍能力（Ｑ）を求め（Ｑ＝ｆ(Pt2−Set，Fw)）、その能力（Ｑ）に見合った圧縮機の周波数（Hz）を算出する（Hz＝ｆ(Ｑ)）。また、圧縮機（21）の周波数（Hz）に応じた第１膨張弁（E1）の開度を求め、第１膨張弁（E1）をその開度に設定する。この場合も、感温式膨張弁では蒸発器（23）の負荷の変化に合わせて過熱度を所定の値にするように冷媒の流入量が調整されるため、圧縮機（21）の周波数の変化に若干遅れて開度が調整されるが、この実施形態では電子膨張弁（E1）を用いて圧縮機（21）の周波数の変化と同時に開度を調整するようにしている。また、第１ブラインの流量（Fw）は、第３圧力センサ（P3）の圧力と、第１ブラインポンプ（54）の運転周波数とから求められるが、流量計を設けてもよい。
【０１０６】
次にステップST12において、第１膨張弁（E1）を制御して能力の微調整を行う。つまり、第１蒸発器（23）の出口側のブライン温度（Pt4）を第１設定温度（Set）に近づけるように第１膨張弁（E1）を制御する（E1＝ｆ(Pt4−Set)）。
【０１０７】
以上の制御を行って能力が過剰になっているときには、圧縮機（21）の周波数（Hz）を垂下させる。具体的には、蒸発器出口の冷媒が湿り状態でなく、蒸発器（23）を最適な状態で使用していないのに、第１ブラインが十分に冷却されているときである。このとき、ステップST13で、第１蒸発器（23）において冷媒の過熱度（SH）が所定値（具体的には７℃）以上であり、かつ、第１回路（50）において蒸発器（23）の出口側のブラインの温度（Pt4）が第１設定温度（Set）よりも低いかどうかを判別することで、能力が過剰かどうかを検出する。そして、判別結果が「Ｙｅｓ」である時に能力が過剰であると判断し、ステップST14で圧縮機（21）の周波数（Hz）を垂下させ、圧縮機（21）の容量を小さくする制御を行う。
【０１０８】
逆に能力が不足しているときは、圧縮機（21）の周波数（Hz）を上昇させる。具体的には、蒸発器出口の冷媒が湿り状態で、蒸発器を最適または好ましい状態で使用しているのに、第１ブラインが十分に冷却されていないときである。このとき、ステップST15で、第１蒸発器（23）において冷媒の過熱度（SH）が所定値（具体的には０℃）以下であり、かつ、第１回路（50）において蒸発器（23）の出口側のブラインの温度（Pt4）が第１設定温度（Set）よりも高いかどうかを判別することで、能力が不足しているかどうかを検出する。そして、判別結果が「Ｙｅｓ」であるときに能力が不足していると判断し、ステップST16で圧縮機（21）の周波数（Hz）を上昇させて圧縮機（21）の容量を増やす制御を行う。
【０１０９】
また、ステップST17では、第４白金温度計の測定値（Pt4）と第１設定温度（Set）との差に基づいて、図３ではＨ１と表示している第１ヒータ（52）を制御する。このことにより、能力の微調整や、ブラインが設定温度よりも低温に冷却されたときの温度調整を行う。
【０１１０】
そして、以上のステップST11からステップST17の動作を常時行うことにより、第１ブラインを第２設定温度に維持する。
【０１１１】
第１回路（50）の第１ブラインについては、第１蒸発器（23）の１次側流路（23a）に冷媒回路（20）の冷媒を流しているかどうかに関わらず、冷却水回路（40）における冷却水の流量を制御することで温度を調整することができる。この場合の制御を図４に示している。
【０１１２】
このフローチャートのステップST21では、冷凍能力（Ｑ）に応じた冷却水の水量を求め、冷却水回路（40）の第１電動弁（S1）を制御する。つまり、第１白金温度計（Pt1）で測定した冷却熱交換器（41）の入口側でのブライン温度と第１設定温度（Set）との差（第１ブラインの冷却負荷）と、第１ブラインの流量（Fw）とに基づいて、必要な冷凍能力（Ｑ）を求め（Ｑ＝ｆ(Pt1−Set，Fw)）、その能力（Ｑ）に見合った冷却水の水量を算出する（S1＝ｆ(Ｑ)）。
【０１１３】
また、冷却水回路（40）と同時に冷媒回路（20）も利用している場合には、ステップST22で、第１膨張弁（E1）を制御して能力の微調整を行う。つまり、第１蒸発器（23）の出口側のブライン温度（Pt4）を設定温度（Set）に近づけるように、圧縮機（21）の周波数に応じた第１膨張弁（E1）の開度を求め、第１膨張弁（E1）を制御する（E1＝ｆ(Pt4−Set)）。
【０１１４】
さらに、ステップST23では、第４白金温度計の測定値（Pt4）と第１設定温度（Set）との差に基づいて、第１ヒータ（52）を制御する。このことにより、能力の微調整や、ブラインが設定温度よりも低温に冷却されたときの温度調整を行う。
【０１１５】
なお、図４のフローチャートの制御は、第１回路（50）と共に第２回路（60）でもブラインを冷却する状態を想定しており、圧縮機（21）の運転周波数は調整しないようにしている。これは、圧縮機（21）の周波数を調整すると低温側である第２回路（60）で第２ブラインの温度が変化することが考えられるためであり、圧縮機（21）は主として低温側の第２回路（60）において第２ブラインの温度制御をするために用いながら、高温側の第１回路（50）では補助的に用いるようにしたものである。
【０１１６】
《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（53,63）に回収する動作を行う。なお、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。
【０１１７】
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（72）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。
【０１１８】
このように、本実施形態では、第１，第２回路（50,60）からのブラインの抜き取りを容易に且つ確実に行うことができる。このため、チリングユニット（10）の保守作業に要する工数を抑えられる。また、第１，第２タンク（53,63）からブラインを抜き出すことができるため、抜き出したブライン（フロリナート）を再使用することも可能となる。
【０１１９】
−実施形態の効果−
本実施形態では、高温側の第１回路（50）と低温側の第２回路（60）のいずれも、ブラインの温度を監視しながら冷却負荷に基づいて必要な冷凍能力（Ｑ）を算出し、その冷凍能力（Ｑ）が得られるように冷媒回路（20）や冷却水回路（40）を制御している。したがって、ブラインの温度を常に設定温度に維持することができる。
【０１２０】
ここで、急激な負荷変動があった場合などには、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設定温度から若干ずれてしまう場合も想定される。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。したがって、このことによっても、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。
【０１２１】
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（10）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）の容量を小さくすることで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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
また、本実施形態では、従来の装置における次のような問題も解消できる。この問題点について、第１回路（50）における第１設定温度が３０℃程度であり、第２回路（60）における第２設定温度が−５℃程度である場合を例に説明する。
【０１２４】
この場合、第２ブラインを第２設定温度とするためには、１年を通じて冷媒回路（20）における冷凍サイクルを行う必要がある。一方、第１ブラインの冷却については、夏期を除けば、冷却塔などで冷却した冷却水により行うことも可能である。このように冷却水を利用すれば、第１ブラインの冷却に要するエネルギを削減できる。しかしながら、夏期においては、冷却水のみによる冷却では、第１ブラインを第１設定温度とすることができない。このため、従来の冷凍装置では、夏期における第１ブラインの冷却だけのために専用の冷媒回路（20）を設ける必要があった。つまり、１年を通じて運転される第２ブライン用の冷媒回路に加え、１年のうち夏期だけに運転される第１ブライン用の冷媒回路をも設けなければならなかった。
【０１２５】
これに対し、上記実施形態では、１つの冷媒回路（20）での冷凍サイクルによって第１ブラインと第２ブラインの両方を冷却し、更には第１ブラインを冷却水によっても冷却する構成としている。従って、上記の場合において、夏期以外には冷却水のみで第１ブラインを冷却する一方、夏期には冷媒回路（20）で循環する冷媒をも用いて第１ブラインの冷却できる。このため、冷媒回路（20）を１つだけとして構成の簡素化を図りつつ、冷却水を利用することによって、第１ブラインの冷却に要するエネルギを削減できる。
【０１２６】
【発明のその他の実施の形態】
上記実施形態では、冷媒回路（20）に２系統の利用側回路（50，60）を接続しているが、各利用側回路（50，60）は冷却系統が互いに独立していてもよい。その場合でも、冷却水回路（40）をメインとして冷媒回路（20）を補助的に用いる高温側の利用側回路（第１回路）（50）では、冷却負荷に応じて冷却水の流量を調整することによりブラインの温度を適温に維持でき、冷媒回路（20）をブラインの冷却に用いる低温側の利用側回路（第２回路）（60）では、冷却負荷に応じて圧縮機（21）の容量を調整することによりブラインの温度を適温に維持できる。
【０１２７】
また、上記実施形態では、第１，第２ブラインとして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。
【０１２８】
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、容量可変の圧縮機であれば、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。
【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】 第２回路のブライン温度制御を示すフローチャートである。
【図３】 第１回路のブライン温度制御を示すフローチャートである。
【図４】 第１回路の他のブライン温度制御を示すフローチャートである。
【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）
（40） 冷却水回路
（41） 冷却熱交換器
（50） 第１回路（利用側回路）
（52） 第１ヒータ（加熱手段）
（60） 第２回路（利用側回路）
（62） 第２ヒータ（加熱手段）
（80） コントローラ（制御手段）
（E1） 第１膨張弁（膨張機構）
（E2） 第２膨張弁（膨張機構）

Claims (4)

1. 圧縮機（ 21 ）、凝縮器（ 22 ）、膨張機構（ E1 ）、及び蒸発器（ 23 ）を有して冷媒が循環する冷媒回路（ 20 ）と、冷却水が循環する冷却水回路（ 40 ）と、上記蒸発器（ 23 ）に接続されて熱媒体が循環する利用側回路（ 50 ）と、冷却水回路（ 40 ）と利用側回路（ 50 ）とを蒸発器（ 23 ）の上流側で接続する冷却熱交換器（ 41 ）とを備えた冷凍装置であって、
   上記熱媒体の冷却負荷と流量とから求められる冷凍能力に応じて冷却水量を制御するとともに、冷媒回路（ 20 ）を駆動し、かつ熱媒体の温度が蒸発器（ 23 ）の出口側で設定温度となるように冷媒回路（ 20 ）の膨張機構（ E1 ）を制御する制御手段（ 80 ）を備えている冷凍装置。
2. 利用側回路（ 50 ）は、該利用側回路（ 50 ）の熱媒体を加熱する加熱手段（ 52 ）を備え、
   制御手段（ 80 ）は、蒸発器（ 23 ）の出口側の熱媒体の温度が設定温度よりも低いときに加熱手段（ 52 ）による熱媒体の加熱を行う請求項１記載の冷凍装置。
3. 上記圧縮機（ 21 ）は容量可変に構成され、
   制御手段（ 80 ）は、熱媒体の冷却負荷と流量とから求められる冷凍能力に応じて圧縮機（ 21 ）の容量を補助的に制御する請求項１または２記載の冷凍装置。
4. 冷媒回路（ 20 ）は、互いに並列に接続された第１蒸発器（ 23 ）と第２蒸発器（ 24 ）とを有し、利用側回路（ 50 ， 60 ）は、第１蒸発器（ 23 ）と冷却熱交換器（ 41 ）とに接続された第１回路（ 50 ）と第２蒸発器（ 24 ）に接続された第２回路（ 60 ）とからなり、
   制御手段（ 80 ）は、第１回路（ 50 ）の熱媒体を第２回路（ 60 ）の熱媒体よりも高い第１設定温度に制御する請求項１ないし３の何れか１記載の冷凍装置。

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