特許ウォッチ

公開番号2025126467
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-29
出願番号2024022666
出願日2024-02-19
発明の名称冷却システム
出願人株式会社神戸製鋼所,コベルコ・コンプレッサ株式会社
代理人弁理士法人三協国際特許事務所
主分類F25B 9/06 20060101AFI20250822BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】熱負荷が変動しても冷凍能力を容易にコントロールすることが可能な冷却システムを提供する。
【解決手段】冷却システム10は、高圧ガス流路部12aと低圧ガス流路部12bとを有する循環流路12と、冷媒ガスを吐出する圧縮機21と、プレクーラ28と、プレクーラ28で冷却された冷媒ガスを膨張させる膨張機22と、膨張機22から流出した冷媒ガスの冷熱を用いてブラインを冷却するブラインクーラ23と、高圧ガス流路部12aでの冷媒ガスの圧力を取得する圧力取得部45と、ブラインの熱負荷に応じて圧縮機22の回転数を制御するインバータと、圧力取得部45により得られた圧力が設定圧力になるように膨張機22の回転数を制御するインバータと、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
冷媒ガスを用いて冷却対象物を冷却する冷却システムであって、
高圧ガス流路部と低圧ガス流路部とを有し、冷媒ガスを循環させるための循環流路と、
前記高圧ガス流路部に向けて冷媒ガスを吐出する圧縮機と、
前記高圧ガス流路部内の冷媒ガスと、前記低圧ガス流路部内の冷媒ガスとの間で熱交換させるプレクーラと、
前記プレクーラで冷却された冷媒ガスを膨張させるとともに膨張した冷媒ガスを前記低圧ガス流路部に流出させる膨張機と、
前記低圧ガス流路部において、前記膨張機から流出した冷媒ガスの冷熱を用いて冷却対象物を冷却する冷却部と、
前記高圧ガス流路部に設けられ、冷媒ガスの圧力を取得する圧力取得部と、
前記冷却対象物の熱負荷に応じて前記圧縮機の回転数を制御する第１制御部と、
前記圧縮機の回転数に依存することなく、前記圧力取得部により得られた圧力が設定圧力になるように前記膨張機の回転数を制御する第２制御部と、
を備える、冷却システム。
続きを表示（約 480 文字）【請求項２】
前記冷媒ガスが窒素ガスである、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記低圧ガス流路部に設けられ、冷媒ガスの圧力を取得する他の圧力取得部をさらに備え、
前記第２制御部は、前記他の圧力取得部による取得圧力が第１閾値以下となった場合、または、前記圧力取得部による取得圧力が第２閾値以上となった場合に、前記膨張機の回転数を増大させる制御を実行する、請求項１または２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記圧縮機および前記膨張機がそれぞれオイルフリーのスクリュ式回転機械である、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記膨張機が窒素ガスをシールガスとする軸封部を備える、請求項４に記載の冷却システム。
【請求項６】
前記軸封部から窒素ガスを排出するガス排出路と、
前記ガス排出路に設けられる開閉弁と、
前記圧縮機および前記膨張機の運転時に前記開閉弁を開く制御を実行する弁制御部と、
をさらに備える、請求項５に記載の冷却システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒ガスを用いた冷却システムに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍機やチラーでは、冷媒ガスの液化プロセスを含まない、いわゆる空気冷凍サイクルが利用されることがある。
【０００３】
特許文献１に開示される冷凍装置は、循環ループを形成する作動回路を含む。この作動回路は、窒素などの作動流体を含む。作動回路は、作動流体を圧縮するための機構、作動流体を冷却するための機構、作動流体を膨張させるための機構、及び作動流体を加熱するための機構を直列に含むサイクルを形成する。作動流体を圧縮するための機構は、それぞれ２つの別々のモータにより駆動される直列の２つの圧縮機を含む。作動流体を膨張させるための機構は、一方の圧縮機のモータの駆動シャフトに連結されたタービンを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２０２２－５４４０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された冷凍装置では、圧縮機とタービンとが１つのモータで駆動される構成とされていることから、モータの回転数に応じて圧縮機の回転数及びタービンの回転数が一義的に決まる。このため、冷却対象物の熱負荷の変動に応じて冷凍能力をコントロールすることが難しい場合がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、熱負荷が変動しても冷凍能力を容易にコントロールすることが可能な冷却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】
【０００７】
本発明の一局面に係る冷却システムは、冷媒ガスを用いて冷却対象物を冷却する冷却システムであって、高圧ガス流路部と低圧ガス流路部とを有し、冷媒ガスを循環させるための循環流路と、前記高圧ガス流路部に向けて冷媒ガスを吐出する圧縮機と、前記高圧ガス流路部内の冷媒ガスと、前記低圧ガス流路部内の冷媒ガスとの間で熱交換させるプレクーラと、前記プレクーラで冷却された冷媒ガスを膨張させるとともに膨張した冷媒ガスを前記低圧ガス流路部に流出させる膨張機と、前記低圧ガス流路部において、前記膨張機から流出した冷媒ガスの冷熱を用いて冷却対象物を冷却する冷却部と、前記高圧ガス流路部に設けられ、冷媒ガスの圧力を取得する圧力取得部と、前記冷却対象物の熱負荷に応じて前記圧縮機の回転数を制御する第１制御部と、前記圧縮機の回転数に依存することなく、前記圧力取得部により得られた圧力が設定圧力になるように前記膨張機の回転数を制御する第２制御部と、を備える。
【０００８】
前記冷却システムでは、圧縮機の回転数を制御する第１制御部と膨張機の回転数を制御する第２制御部とが設けられており、圧縮機と膨張機とが独立して制御可能となっている。このため、圧縮機からの冷媒ガスの吐出量（循環流路の循環量）を任意に調整できるとともに、膨張機によって高圧ガス流路部の冷媒ガスの圧力を所望の設定圧力に調整できるため、循環流路における高圧側圧力と低圧側圧力との圧力比も任意に調整できる。その結果、冷却対象物の熱負荷（又は冷却対象物に対する冷却負荷）が変動しても冷凍能力を容易にコントロールすることができる。
【０００９】
前記冷媒ガスは窒素ガスであってもよい。この態様では、ＧＷＰ（地球温暖化係数）を０にすることができる。
【００１０】
前記冷却システムは、前記低圧ガス流路部に設けられ、冷媒ガスの圧力を取得する他の圧力取得部をさらに備えてもよい。この場合、前記第２制御部は、前記他の圧力取得部による取得圧力が第１閾値以下となった場合、または、前記圧力取得部による取得圧力が第２閾値以上となった場合に、前記膨張機の回転数を増大させる制御を実行してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許