温度控制系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及利用制冷装置对流体循环装置所循环的流体进行冷却，并使用冷却后的流体进行温度控制的温度控制系统及其控制方法。


背景技术：

2.公知有一种温度控制系统，该温度控制系统具有：制冷装置，其具有压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器；以及流体循环装置，其使水、盐水等流体循环，利用制冷装置的蒸发器对流体循环装置所循环的流体进行冷却(例如，参照jp2014-145565a)。


技术实现要素：

3.由于上述那样的温度控制系统具有制冷装置和流体循环装置，因此有时会变得比较大型。但是，如果考虑搬送的容易化、占有空间的抑制等，则优选这样的系统是紧凑的。这里，有时在制冷装置中设置有例如用于抑制回液的储液器，但由于储液器的尺寸比较大，因此会成为系统整体的大型化的一个原因。例如，如果能够不使用这样的储液器而抑制回液，则在紧凑化这一点上是有利。
4.本发明是考虑上述情况而完成的，其目的在于，提供即使在抑制了储液器的容量的情况下或者不使用储液器的情况下，也能够适当地抑制制冷装置中的制冷剂的回液的温度控制系统及其控制方法。
5.本发明的一个实施方式的温度控制系统(1)具有：制冷装置，其将压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器以使制冷剂循环的方式依次连接；流体循环装置，其使流体在所述蒸发器中进行热交换之后将所述流体输送至温度控制对象，并使通过了所述温度控制对象的所述流体在所述蒸发器中再次进行热交换，该流体循环装置在所述温度控制对象的下游侧且所述蒸发器的上游侧的位置具有加热器；以及控制装置，所述控制装置在所述流体循环装置的状态成为所述流体与所述温度控制对象不进行热交换的无负荷运转或者用于向所述无负荷运转转移的无负荷运转转移运转的情况下，使所述加热器进行动作而利用所述加热器对所述流体进行加热。
6.在一个实施方式的温度控制系统(1)中，也可以为，将向所述温度控制对象提供的所述流体的设定温度设为ts(℃)，将在所述流体循环装置中在所述加热器的下游侧流通的、通过所述蒸发器之前的所述流体的目标温度设为tt(℃)，将所述流体循环装置使所述流体流通的重量流量设为m(kg/s)，将所述流体的比热设为cp(j/kg℃)，在成为所述无负荷运转或者所述无负荷运转转移运转的情况下，根据以下的式(1)计算用于使通向所述蒸发器的所述流体的温度成为所述目标温度tt的加热能力q，q＝m
×
cp
×
(tt-ts)
…
(1)
7.所述控制装置根据通过所述式(1)计算出的加热能力q而对所述加热器的加热能力进行控制。
8.在一个实施方式的温度控制系统(1)中，也可以为，在成为所述无负荷运转或者所述无负荷运转转移运转而使所述加热器进行动作的情况下，所述控制装置将所述加热器的
加热能力控制为通过所述式(1)计算出的加热能力q以上。
9.另外，也可以为，所述控制装置在将所述加热器的加热能力控制为通过所述式(1)计算出的加热能力q以上之后，在所述加热器的下游侧流通的、通过所述蒸发器之前的所述流体的温度未成为所述目标温度以上的情况下，调节所述加热器。
10.另外，也可以为，在通过所述式(1)计算出的加热能力q超过所述加热器的最大加热能力的情况下，所述控制装置将所述加热器控制为最大加热能力。
11.另外，在一个实施方式的温度控制系统(1)中，也可以为，在通过所述温度控制对象之后在所述加热器的上游侧流通的所述流体的温度比规定的温度小的情况下，所述控制装置判定为所述流体循环装置的状态成为所述无负荷运转或者所述无负荷运转转移运转。
12.另外，本发明的一个实施方式的温度控制系统(2)具有：制冷装置，其将压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器以使制冷剂循环的方式依次连接；流体循环装置，其使流体在所述蒸发器中进行热交换之后将所述流体输送至所述温度控制对象，并使通过了所述温度控制对象的所述流体在所述蒸发器中再次进行热交换，该流体循环装置在所述温度控制对象的下游侧且所述蒸发器的上游侧的位置具有加热器；以及控制装置，在所述流体循环装置中在所述加热器的下游侧流通的、通过所述蒸发器之前的所述流体的返回温度比目标温度小的情况下，所述控制装置使所述加热器进行动作而利用所述加热器对所述流体进行加热。
13.在一个实施方式的温度控制系统(2)中，也可以为，将所述返回温度设为tb(℃)，将所述目标温度设为tt(℃)，将所述流体循环装置使所述流体流通的重量流量设为m(kg/s)，将所述流体的比热设为cp(j/kg℃)，在所述返回温度tb比所述目标温度tt小的情况下，所述控制装置通过基于所述返回温度tb与所述目标温度tt的差值的反馈控制来进行用于使所述返回温度tb成为所述目标温度tt的所述加热器的控制。
14.此时，控制装置根据以下的式(2)计算用于使所述返回温度tb成为所述目标温度tt的加热能力q，q＝m
×
cp
×
(tt-tb)
…
(2)
15.根据通过所述式(2)计算出的加热能力q来控制所述加热器的加热能力。
16.在一个实施方式的温度控制系统(2)中，也可以为，在所述返回温度tb比所述目标温度tt小而使所述加热器进行动作的情况下，所述控制装置将所述加热器的加热能力控制为通过所述式(2)计算出的加热能力q以上。
17.另外，也可以为，在通过所述式(2)计算出的加热能力q超过所述加热器的最大加热能力的情况下，所述控制装置将所述加热器控制为最大加热能力。
18.另外，在一个实施方式的温度控制系统(1)和(2)中，也可以为，在所述制冷装置中不设置储液器。
19.另外，也可以为，所述目标温度被设定在使与所述流体进行热交换而从所述蒸发器流出的所述制冷剂成为过热蒸汽的温度范围内。
20.另外，在一个实施方式的温度控制系统的控制方法中，该温度控制系统具有：制冷装置，其将压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器以使制冷剂循环的方式依次连接；以及流体循环装置，其使流体在所述蒸发器中进行热交换之后将所述流体输送至所述温度控制对象，并使通过了所述温度控制对象的所述流体在所述蒸发器中再次进行热交换，该流体循环装置在所述温度控制对象的下游侧且所述蒸发器的上游侧的位置具有加热器，其中，该温度控制系统的控制方法具有如下的工序：判定所述流体循环装置的状态是否成为所述流
体与所述温度控制对象不进行热交换的无负荷运转或者用于向所述无负荷运转转移的无负荷运转转移运转的工序；以及在判定为成为所述无负荷运转或者所述无负荷运转转移运转的情况下，使所述加热器进行动作而利用所述加热器对所述流体进行加热的工序。
21.在另一实施方式的温度控制系统的控制方法中，该温度控制系统具有：制冷装置，其将压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器以使制冷剂循环的方式依次连接；以及流体循环装置，其使流体在所述蒸发器中进行热交换之后将所述流体输送至所述温度控制对象，并使通过了所述温度控制对象的所述流体在所述蒸发器中再次进行热交换，该流体循环装置在所述温度控制对象的下游侧且所述蒸发器的上游侧的位置具有加热器，其中，该温度控制系统的控制方法具有如下的工序：判定在所述流体循环装置中在所述加热器的下游侧流通的、通过所述蒸发器之前的所述流体的返回温度是否比目标温度小的工序；以及在判定为所述返回温度比所述目标温度小的情况下，使所述加热器进行动作而利用所述加热器对所述流体进行加热的工序。
22.根据本发明，即使在抑制了储液器的容量的情况下或者不使用储液器的情况下，也能够适当地抑制制冷装置中的制冷剂的回液。
附图说明
23.图1是示出本发明的第1实施方式的温度控制系统的概略结构的图。
24.图2是示出构成第1实施方式的温度控制系统的控制装置的功能结构的框图。
25.图3是对构成第1实施方式的温度控制系统的控制装置的动作的一例进行说明的流程图。
26.图4是对构成本发明的第2实施方式的温度控制系统的控制装置的动作的一例进行说明的流程图。
具体实施方式
27.以下，对本发明的各实施方式进行说明。
28.＜第1实施方式＞
29.图1是本发明的第1实施方式的温度控制系统1的概略图。图1所示的温度控制系统1具有制冷装置10、流体循环装置20以及控制装置30。
30.制冷装置10利用制冷剂对流体循环装置20所流通的流体进行温度控制。流体循环装置20将由制冷装置10进行了温度控制的流体提供给温度控制对象t。
31.流体循环装置20使通过了温度控制对象t的流体循环。然后，从温度控制对象t返回的流体由制冷装置10再次进行温度控制。在流体循环装置20中循环的流体例如是盐水，但也可以是水等其他流体。
32.控制装置30构成为对制冷装置10和流体循环装置20进行控制，例如根据用户的操作设定向温度控制对象t提供的流体的温度，或者对各部分进行控制以使流体的温度成为设定的温度。以下，对温度控制系统1的各部分进行详细叙述。
33.制冷装置10是通过将压缩机11、冷凝器12、膨胀阀13以及蒸发器14以使制冷剂循环的方式按照该顺序由配管15连接而构成的。这里，本实施方式的制冷装置10没有设置储液器。但是，制冷装置10也可以具有储液器。
34.压缩机11对从蒸发器14流出的低温且低压的气体的状态的制冷剂进行压缩，以高温且高压的气体的状态提供至冷凝器12。冷凝器12利用冷却水对由压缩机11压缩后的制冷剂进行冷却并且冷凝，以规定的冷却温度的高压的液体的状态提供至膨胀阀13。冷凝器12的冷却水可以使用水，也可以使用其他制冷剂。图中的标号16表示向冷凝器12提供冷却水的冷却水管。另外，冷凝器12也可以是空冷式。
35.膨胀阀13通过使从冷凝器12提供的制冷剂膨胀而减压，以低温且低压的气液混合状态提供至蒸发器14。蒸发器14使从膨胀阀13提供的制冷剂与流体循环装置20的流体进行热交换。这里，与流体进行了热交换的制冷剂成为低温且低压的气体的状态而从蒸发器14流出，并再次被压缩机11压缩。
36.流体循环装置20具有包含返回口部21u和提供口部21d的主流路管21，经由分别与返回口部21u和提供口部21d连接的流路管而与温度控制对象t连接。流体循环装置20将主流路管21与蒸发器14连接，在使在主流路管21中流通的流体在蒸发器14中进行热交换之后输送至温度控制对象t。然后，流体循环装置20使通过了温度控制对象t的流体在蒸发器14中再次进行热交换。
37.另外，流体循环装置20还具有设置在主流路管21上的泵22、罐23、加热器24以及第1～第3温度传感器25～27。
38.泵22构成主流路管21的一部分，产生用于使流体流通的驱动力。泵22配置于比主流路管21的与蒸发器14连接的部分靠上游侧的位置，但其位置没有特别限定。
39.罐23和加热器24配置于比主流路管21的与蒸发器14连接的部分靠上游侧的位置，即，罐23和加热器24在与温度控制对象t连接的流体循环装置20中配置于温度控制对象t的下游侧且蒸发器14的上游侧的位置。
40.罐23是为了贮存一定量的流体而设置的，并且构成主流路管21的一部分，加热器24是为了对流体进行加热而设置的。在本实施方式中，加热器24配置在罐23内，但加热器24也可以设置在罐23之外。加热器24与控制装置30电连接，通过控制装置30对加热能力进行控制。
41.第1温度传感器25对在主流路管21的与蒸发器14连接的部分的下游侧流通的流体的温度进行检测，第2温度传感器26对通过温度控制对象t之后在加热器24的上游侧流通的流体的温度进行检测。详细而言，第2温度传感器26对通过温度控制对象t之后在加热器24的上游侧流通的、流入罐23之前的流体的温度进行检测。
42.另外，第3温度传感器27对在流体循环装置20中在加热器24的下游侧流通的、通过蒸发器14之前的流体的温度进行检测。
43.这些第1～第3温度传感器25～27与控制装置30电连接，控制装置30所检测的温度信息被发送到控制装置30。
44.控制装置30是对制冷装置10和流体循环装置20的动作进行控制的控制器，例如也可以由具有cpu、rom等的计算机构成。在该情况下，根据存储在rom中的程序来进行各种处理。另外，控制装置30也可以由其他处理器或电路(例如fpga(field programmable gate alley：现场可编程门阵列)等)构成。
45.图2是示出控制装置30的功能结构的框图。如图2所示，控制装置30具有温度设定部31、温度取得部32、状态判定部33、加热器控制部34以及制冷装置控制部35。这些各功能
部例如通过执行程序来实现。
46.温度设定部31根据用户的操作，将向温度控制对象t提供的流体的温度设定并保持为设定温度。另外，温度设定部31根据用户的操作，设定并保持在加热器24的下游侧流通的、通过蒸发器14之前的流体的返回温度的目标温度。
47.上述目标温度被设定在使与流体循环装置20的流体进行热交换而从蒸发器14流出的制冷剂成为过热蒸汽的温度范围内。在加热器24的下游侧流通的、通过蒸发器14之前的流体的返回温度成为这样的目标温度以上的情况下，能够避免制冷剂在包含液相的状态下返回到压缩机11的风险、即回液。
48.温度取得部32取得第1～第3温度传感器25～27所检测的温度信息。温度取得部32将从第1～第3温度传感器25～27取得的温度信息发送至状态判定部33、加热器控制部34、制冷装置控制部35。
49.状态判定部33根据第1～第3温度传感器25～27所检测的温度信息，判定流体循环装置20的状态。
50.在本实施方式中，状态判定部33根据第2温度传感器26所检测的温度信息，判定流体循环装置20的状态是否成为无负荷运转或者用于向该无负荷运转转移的无负荷运转转移运转。详细而言，状态判定部33根据第2温度传感器26所检测的温度信息，判定通过温度控制对象t之后在加热器24的上游侧流通的流体的温度是否比规定的温度小，在小于规定的温度的情况下，判定为流体循环装置20的状态成为无负荷运转或者无负荷运转转移运转。
51.无负荷运转是指温度控制对象t不与流体进行热交换的状态，无负荷运转转移运转是指向无负荷运转的转移中途的状态，即与通常的情况相比温度控制对象t不与流体进行热交换的状态。
52.例如在温度控制对象t是发热的装置的情况下，在流体循环装置20进行通常运转时，进行了温度控制的流体与温度控制对象t进行热交换，在通过温度控制对象t之后，与热交换前相比成为高温。另一方面，在装置即温度控制对象t停止而成为发热逐渐降低的状态时，与通常运转的情况相比，成为温度控制对象t变得不再与流体进行热交换的状态，最终成为温度控制对象t不与流体进行热交换的状态。
53.即，无负荷运转转移运转是指例如在装置即温度控制对象t停止的情况下，起因于此而温度控制对象t成为与通常情况相比不与流体进行热交换的状态。另外，无负荷运转是指例如在装置即温度控制对象t停止的情况下，温度控制对象t成为实质上不与流体进行热交换的状态。
54.作为判定是否成为无负荷运转或者无负荷运转转移运转的基准的上述规定的温度例如是向温度控制对象t提供的流体的设定温度以上的温度，根据与温度控制对象t的温度的关系而适当选择。
55.另外，本实施方式的状态判定部33根据第3温度传感器27所检测的温度信息，判定在加热器24的下游侧流通的、通过蒸发器14之前的流体的返回温度是否比上述目标温度小，在小于目标温度的情况下，生成回液风险信号。在生成了这样的回液风险信号时，例如也可以通知警告。
56.接着，在状态判定部33判定为流体循环装置20的状态成为无负荷运转或者无负荷
运转转移运转的情况下，加热器控制部34使加热器24进行动作而利用加热器24对流体进行加热。
57.制冷装置控制部35对由温度设定部31设定的向温度控制对象t提供的流体的设定温度和基于第1温度传感器25的检测温度进行比较，对制冷装置10的各部分进行控制以使第1温度传感器25所检测的检测温度与设定温度一致。设定温度可以被设定为例如10℃、0℃、-10℃等。制冷装置控制部35例如根据这样的设定温度使制冷装置10中的压缩机11的转速增减来调节蒸发器14中的蒸发压力，由此，将流体的温度调节为设定温度。
58.以下，对加热器控制部34进行详细叙述。如上所述，在流体循环装置20的状态成为无负荷运转或者无负荷运转转移运转的情况下，本实施方式的加热器控制部34使加热器24进行动作。之后，加热器控制部34对加热器24的加热能力进行控制。
59.在对加热器24的加热能力进行控制时，本实施方式的控制装置30通过加热器控制部34，首先，根据以下的式(1)计算用于使通向蒸发器14的流体的温度成为目标温度tt的加热能力q。
60.q＝m
×
cp
×
(tt-ts)
…
(1)
61.这里，将向温度控制对象t提供的流体的设定温度设为ts(℃)，将在流体循环装置20中在加热器24的下游侧流通的、通过蒸发器14之前的流体的目标温度设为tt(℃)，将流体循环装置20使流体流通的重量流量设为m(kg/s)，将流体的比热设为cp(j/kg℃)。另外，设定温度ts和目标温度tt由温度设定部31设定。另外，重量流量m可以由流量传感器检测，也可以根据泵22的状态来确定。另外，流体的比热cp被预先保持于控制装置30。
62.然后，控制装置30根据由加热器控制部34通过式(1)计算出的加热能力q来控制加热器24的加热能力。具体而言，加热器控制部34将加热器24的加热能力控制为通过式(1)计算出的加热能力q以上的加热能力。成为这样的控制目标值的该加热能力也可以根据通过式(1)预先计算出的加热能力q而预先确定，并预先存储在控制装置30内。
63.另外，也可能产生通过式(1)计算出的加热能力q超过加热器24的最大加热能力的情况。在该情况下，控制装置30将加热器24控制为其最大加热能力。
64.如上所述，在本实施方式中，对加热器24进行控制以使加热器24的加热能力成为通过式(1)计算出的加热能力q以上，但加热器24也可以被控制为其加热能力成为通过式(1)计算出的加热能力q自身。另外，在将加热器24的加热能力控制为通过式(1)计算出的加热能力q以上的情况下，优选设定不过分大于加热能力q的值(例如2q以下)。
65.在流体循环装置20的状态成为无负荷运转或者无负荷运转转移运转的情况下使加热器24进行动作的理由在于，避免流体在低温的状态下通过蒸发器14而制冷装置10侧的制冷剂的蒸发不充分，由此产生回液。这里，加热器24的加热能力越大，则回液的风险越降低。但是，如果加热器24的加热能力过大，则可能产生压缩机11的烧坏等不良情况。因此，优选加热器24的加热能力不过大。
66.另外，控制装置30也可以在将加热器24的加热能力控制为通过式(1)计算出的加热能力q以上之后，在加热器24的下游侧流通的、通过蒸发器14之前的流体的温度未成为目标温度tt以上的情况下，调节加热器24。
67.即，也可以在控制加热器24的加热能力之后，根据第3温度传感器27所检测的温度信息，判定在加热器24的下游侧流通的、通过蒸发器14之前的流体的返回温度是否比上述
目标温度小，在生成了回液风险信号时，调节加热器24。此时，也可以与加热器24的调节同时地通知警告。
68.接着，图3是对控制装置30的动作的一例进行说明的流程图。以下，参照图3对控制装置30(加热器控制部34)的动作的一例进行说明。
69.图3所示的动作在由状态判定部33判定为流体循环装置20的状态成为无负荷运转或者无负荷运转转移运转的情况下开始。当动作开始时，首先，在步骤s101中，加热器控制部34使加热器24进行动作。
70.接着，在步骤s102中，加热器控制部34根据上述式(1)，计算用于使通向蒸发器14的流体的温度成为目标温度tt的加热能力q。
71.接着，在步骤s103中，加热器控制部34根据通过式(1)计算出的加热能力q对加热器24的加热能力进行控制。具体而言，加热器24被控制为其加热能力成为加热能力q以上。
72.接着，在步骤s104中，状态判定部33监视无负荷运转或者无负荷运转转移运转是否继续。这里，在无负荷运转或者无负荷运转转移运转继续的情况下，重复进行监视。另一方面，在判定为脱离了无负荷运转或者无负荷运转转移运转的情况下，在步骤s105中，加热器控制部34停止加热器24，动作结束。
73.另外，脱离了无负荷运转或者无负荷运转转移运转的状态能够通过根据第2温度传感器26所检测的温度信息检测通过温度控制对象t之后在加热器24的上游侧流通的流体的温度成为规定的温度以上的情况来判定。
74.在以上说明的本实施方式中，在判定为无负荷运转或者无负荷运转转移运转时，控制装置30通过加热器控制部34使加热器24进行动作。在该情况下，能够避免流体循环装置20所循环的流体在低温的状态下通过蒸发器14而制冷装置10侧的制冷剂的蒸发不充分，其结果为，能够避免产生回液。由此，即使在抑制了储液器的容量的情况下或者不使用储液器的情况下，也能够适当地抑制制冷装置中的制冷剂的回液。其结果为，容易实现温度控制系统1的紧凑化。
75.＜第2实施方式＞
76.接着，对第2实施方式进行说明。在第2实施方式中，控制装置30中的加热器控制部34的动作与第1实施方式不同。其他结构与第1实施方式相同。
77.详细而言，第2实施方式的控制装置30在加热器24的下游侧流通的、通过蒸发器14之前的流体的返回温度比由温度设定部31设定的目标温度小的情况下，通过加热器控制部34使加热器24进行动作而利用加热器24对流体进行加热。即，在生成了在第1实施方式中说明的回液风险信号时，使加热器24进行动作。
78.此时，将返回温度设为tb(℃)，将目标温度设为tt(℃)，将流体循环装置20使流体流通的重量流量设为m(kg/s)，将流体的比热设为cp(j/kg℃)，控制装置30的加热器控制部34根据以下的式(2)计算用于使返回温度tb成为目标温度tt的加热能力q。
79.q＝m
×
cp
×
(tt-tb)
…
(2)
80.然后，控制装置30根据通过式(2)计算出的加热能力q对加热器的加热能力进行控制。此时，加热器控制部34将加热器24的加热能力控制为通过式(2)计算出的加热能力q以上的加热能力。这样的加热能力的控制是每次检测到在加热器24的下游侧流通的、通过蒸发器14之前的流体的返回温度小于由温度设定部31设定的目标温度时进行的。即，加热器
24通过用于使返回温度tb成为目标温度tt的、基于它们的差分的反馈控制而被控制。但是，加热器24的加热能力控制并不限于这样的方式。
81.图4是对第2实施方式的控制装置30的动作的一例进行说明的流程图。以下，参照图4对第2实施方式的控制装置30(加热器控制部34)的动作的一例进行说明。
82.图4所示的动作在发出了回液风险信号的情况下开始。当动作开始时，首先，在步骤s201中，加热器控制部34根据上述式(2)，计算用于使返回温度tb成为目标温度tt的加热能力q。
83.接着，在步骤s202中，加热器控制部34根据通过式(2)计算出的加热能力q对加热器24的加热能力进行控制。具体而言，加热器24被控制为其加热能力成为计算出的加热能力q以上。
84.接着，在步骤s203中，状态判定部33判定流体循环装置20的状态是否为无负荷运转或者无负荷运转转移运转。这里，在判定为无负荷运转或者无负荷运转转移运转的情况下，重复进行判定处理。另一方面，在判定为不是无负荷运转或者无负荷运转转移运转的情况下，在步骤s204中，加热器控制部34停止加热器24，动作结束。
85.根据这样的第2实施方式，能够避免流体循环装置20所循环的流体在低温的状态下通过蒸发器14而制冷装置10侧的制冷剂的蒸发不充分，其结果为，能够避免产生回液。而且，即使在抑制了储液器的容量的情况下或者不使用储液器的情况下，也能够适当地抑制制冷装置中的制冷剂的回液。其结果为，容易实现温度控制系统1的紧凑化。
86.以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于以上说明的实施方式，能够对上述的实施方式施加各种变更。