(57)【要約】【課題】安定した温度制御を行うことができる冷凍装置を提供する。【解決手段】本発明にかかる温度制御装置は、冷凍装置２と、ブライン循環装置３と、チャンバ４とを備える。冷凍装置２は、冷凍回路１０と、インジェクション回路２０と、ホットガス回路２４と、を備える。ブライン循環装置３は、ブライン循環路３１と、ブラインを加熱可能なメイン加熱部３２及びメイン加熱部３２の下流側のサブ加熱部３４Ａ，３４Ｂと、サブ加熱部３４Ａ，３４Ｂの下流側の負荷部３５Ａ，３５Ｂと、を有する。ブライン循環路は、第１分岐部３１Ａと第２分岐部３１Ｂとを含む。サブ加熱部は、第１サブ加熱部３４Ａと第２サブ加熱部３４Ｂとを含む。負荷部は、第１負荷部３５Ａと第２負荷部３５Ｂとを含む。第１サブ加熱部３４Ａ及び第１負荷部３５Ａは第１分岐部３１Ａを構成し、第２サブ加熱部３４Ｂ及び第２負荷部３５Ｂは第２分岐部３１Ｂを構成する。【選択図】図１
2020063905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍装置と、
ブラインを循環させるためのブライン循環路と、前記ブライン循環路の一部を構成し且つ受け入れた前記ブラインを加熱可能なメイン加熱部及び前記メイン加熱部の下流側に配置されるサブ加熱部と、前記サブ加熱部の下流側で前記ブライン循環路の一部を構成し且つ受け入れた前記ブラインの熱を放熱可能又は前記ブラインに熱を吸熱可能な負荷部と、を有するブライン循環装置と、
チャンバと、を備え、
前記ブライン循環路は、前記メイン加熱部の下流側で分岐する第１分岐部と第２分岐部とを含み、前記サブ加熱部は、第１サブ加熱部と第２サブ加熱部とを含み、前記負荷部は、第１負荷部と第２負荷部とを含み、前記第１サブ加熱部及び前記第１負荷部は前記第１分岐部を構成し、前記第２サブ加熱部及び前記第２負荷部は前記第２分岐部を構成し、前記第１分岐部及び前記第２分岐部は前記負荷部の下流側で合流しており、
前記第１負荷部及び前記第２負荷部は、前記チャンバ内に配置され、
前記冷凍装置は、
圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が、この順に冷媒を循環させるように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に位置する部分および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に位置する部分を、前記冷媒が通流可能に連通するインジェクション流路と、前記インジェクション流路を通流する前記冷媒の流量を調節可能なインジェクション弁と、を有するインジェクション回路と、
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に位置する部分および前記インジェクション流路における前記インジェクション弁の下流側に位置する部分を、前記冷媒が通流可能に連通するホットガス流路と、前記ホットガス流路を通流する前記冷媒の流量を調節可能なホットガス弁と、を有するホットガス回路と、を備え、
前記ブライン循環路における前記メイン加熱部の上流側の部分と、前記冷凍装置の前記蒸発器とが、互いに熱交換可能な加熱能力調節用熱交換器を構成しており、
前記ブラインにおいて加熱能力及び冷凍能力を調節可能となっており、
前記冷凍回路において前記蒸発器の下流側から前記圧縮機に流入する前の前記冷媒の温度を検出する温度センサ及び圧力を検出する圧力センサが検出する温度及び圧力に基づいて、前記インジェクション弁及び前記ホットガス弁を調節することを特徴とする温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍能力を調節可能な冷凍装置を備える温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機が吐出した高温高圧の冷媒を例えば膨張弁の下流側にパイパスするホットガスバイパス回路を備える冷凍装置が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。ホットガスバイパス回路が冷媒をバイパスする位置は任意に設定することができ、例えば、圧縮機からの冷媒を蒸発器の下流側にバイパスするホットガスバイパス回路も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２０６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のようなホットガスバイパス回路を備える冷凍装置では、例えば、バイパスする高温高圧の冷媒によって膨張弁から吐出される低温の冷媒の温度を上げることにより、冷凍能力を下げることで、蒸発器から出力される冷凍能力を調節することができる。
【０００５】
しかしながら、低圧の冷媒と高温高圧の冷媒とが混合することにより、蒸発器で出力される冷凍能力が不安定となる虞がある。また、蒸発器を通過した冷媒の温度を制御し難くなるため、過剰に高温の冷媒が圧縮機に流入しないようにするための対策を講じる必要性が生じ得る。
【０００６】
本発明は、このような実情を考慮してなされたものであって、安定した温度制御を行うことができる温度制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、洗浄及び除去を効果的に行うことができるガス供給方法、基板処理方法及びガス供給装置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】
【０００８】
本発明の冷凍装置は、
圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が、この順に冷媒を循環させるように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に位置する部分および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に位置する部分を、前記冷媒が通流可能に連通するインジェクション流路と、前記インジェクション流路を通流する前記冷媒の流量を調節可能なインジェクション弁と、を有するインジェクション回路と、
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に位置する部分および前記インジェクション通路における前記インジェクション弁の下流側に位置する部分を、前記冷媒が通流可能に連通するホットガス流路と、前記ホットガス流路を通流する前記冷媒の流量を調節可能なホットガス弁と、を有するホットガス回路と、を備える。
【０００９】
本発明の冷凍装置によれば、凝縮器によって凝縮された冷媒を、蒸発器に流入しないようにインジェクション回路を通し蒸発器の下流側にバイパスでき、且つ、圧縮機によって吐出された高温の冷媒を、ホットガス回路を通し蒸発器の下流側にバイパスできる。これにより、蒸発器に流入する冷媒の流量を制御でき、蒸発器で出力される冷凍能力を柔軟に調節することができる。この際、蒸発器に流入する冷媒が高圧の冷媒に混合されることがないため、出力される冷凍能力を安定させることができる。またインジェクション回路を通してバイパスされる凝縮された冷媒と、ホットガス回路を通してバイパスされる高温の冷媒との割合を調節することにより、圧縮機に流入する冷媒の状態や温度を所望の状態に容易に制御することができる。これにより、冷凍能力を柔軟に調節しつつ安定した温度制御を行うことができる。
【００１０】
本発明の冷凍装置は、前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記インジェクション流路との接続位置の上流側に位置する部分および前記冷凍回路における前記圧縮機又は前記圧縮機の上流側で且つ前記蒸発器の下流側に位置する部分を、前記冷媒が通流可能に連通する過冷却用バイパス流路と、前記過冷却用バイパス流路を通流する前記冷媒の流量を制御する過冷却制御弁と、を有する過冷却回路をさらに備え、前記過冷却用バイパス流路における前記過冷却制御弁の下流側に位置する部分と、前記冷凍回路における前記過冷却用バイパス流路との接続位置の下流側で且つ前記インジェクション流路との接続位置の上流側に位置する部分とが、互いに熱交換可能な過冷却用熱交換器を構成していてもよい。
【００１１】
この場合、過冷却用熱交換器によって、冷媒の冷凍能力を増大させることができることで、冷凍能力の調節範囲を拡大させることができる。また、過冷却用熱交換器から吐出された冷媒がインジェクション回路を通してバイパスされるため、ホットガス回路を通し蒸発器の下流側にバイパスされる高温の冷媒の温度を効率的に低下させることができる。
【００１２】
また本発明の冷凍装置は、前記インジェクション弁の開度及び前記ホットガス弁の開度を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、設定された目標冷凍能力に基づいて前記インジェクション弁の開度及び前記ホットガス弁の開度を調節することにより、前記蒸発器に流入する前記冷媒の流量を調節し、前記蒸発器に前記目標冷凍能力を出力させる、ようになっていてもよい。
【００１３】
また本発明の冷凍装置は、前記蒸発器の下流側から前記圧縮機に流入する前の前記冷媒の温度を検出する温度センサと、前記蒸発器の下流側から前記圧縮機に流入する前の前記冷媒の圧力を検出する圧力センサと、をさらに備え、前記制御部は、前記温度センサが検出した温度及び前記圧力センサが検出した圧力に基づいて前記インジェクション弁の開度及び前記ホットガス弁の開度を調節することにより、前記圧縮機に流入する前記冷媒を気相状態で且つ所定の温度以下とする、ようになっていてもよい。
【００１４】
また本発明の温度制御装置は、
前記冷凍装置と、
ブラインを循環させるためのブライン循環路と、前記ブライン循環路の一部を構成し且つ受け入れた前記ブラインを加熱可能な加熱部と、前記加熱部の下流側で前記ブライン循環路の一部を構成し且つ受け入れた前記ブラインの熱を放熱可能又は前記ブラインに熱を吸熱可能な負荷部と、を有するブライン循環装置と、を備え、
前記ブライン循環路の一部と、前記冷凍装置の前記蒸発器とが、互いに熱交換可能な加熱能力調節用熱交換器を構成している。
【００１５】
本発明の温度制御装置によれば、冷凍装置が出力する安定した状態で調節された冷凍能力によって、ブライン循環装置のブラインの温度を制御して負荷部の加熱能力又は冷凍能力を調節できる。これにより、負荷部によって安定した温度制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、安定した温度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る温度制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す温度制御装置の冷凍装置の拡大図である。
【図３】図１に示す温度制御装置の冷凍装置のモリエル線図の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態に係る温度制御装置１の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係る温度制御装置１は、冷凍装置２と、ブライン循環装置３と、温度制御対象空間Ｓを規定するチャンバ４と、を備えている。この温度制御装置１では、ブライン循環装置３が温度制御対象空間Ｓの温度を加熱又は冷却することにより、当該空間Ｓの温度を所望の温度に制御することが可能となっている。冷凍装置２は、ブライン循環装置３の加熱能力又は冷凍能力を調節する場合に、ブライン循環装置３内を循環するブラインを冷却するように構成されている。
【００２０】
本実施の形態における冷凍装置２は、単元式の冷凍装置であり、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３及び蒸発器１４が、この順に冷媒を循環させるように接続された冷凍回路１０と、冷凍回路１０を通流する冷媒をバイパスするために設けられたインジェクション回路２０及びホットガス回路２４と、冷凍回路１０を通流する冷媒を過冷却するための過冷却回路１６と、を備えている。図２は冷凍装置２の拡大図である。以下、図２を参照しつつ冷凍装置２の各構成を詳述する。
【００２１】
図２に示す冷凍回路１０では、基本的な冷媒の流れとして、圧縮機１１によって圧縮された冷媒が、凝縮器１２に流入し、凝縮器１２に流入した冷媒は、例えば冷却水によって凝縮される。その後、冷媒は、膨張弁１３によって減圧されて低温となり、蒸発器１４に流入する。蒸発器１４に流入した冷媒は、熱交換を行った後に、圧縮機１１に流入する。
詳細は後述するが、本実施の形態における冷凍装置２は、蒸発器１４によってブライン循環装置３内を循環するブラインを冷却するように構成されている。
【００２２】
インジェクション回路２０は、冷凍回路１０における凝縮器１２の下流側で且つ膨張弁１３の上流側に位置する部分および冷凍回路１０における蒸発器１４の下流側で且つ圧縮機１１の上流側に位置する部分を、冷媒が通流可能に連通（接続）するインジェクション流路２１と、インジェクション流路２１を通流する冷媒の流量を調節可能なインジェクション弁２２と、を有している。このインジェクション回路２０では、インジェクション弁２２の開度を調節することにより、凝縮器１２の下流側を通流する凝縮された冷媒を圧縮機１１の上流側にバイパスすることが可能となっている。
【００２３】
ホットガス回路２４は、冷凍回路１０における圧縮機１１の下流側で且つ凝縮器１２の上流側に位置する部分およびインジェクション通路２１におけるインジェクション弁２２の下流側に位置する部分を、冷媒が通流可能に連通（接続）するホットガス流路２５と、ホットガス流路２５を通流する冷媒の流量を調節可能なホットガス弁２６と、を有している。このホットガス回路２４は、ホットガス弁２６の開度を調節することにより、圧縮機１１の下流側を通流する高温高圧の冷媒を圧縮機１１の上流側にバイパスすることが可能となっている。
【００２４】
本実施の形態において、過冷却回路１６は、冷凍回路１０における凝縮器１２の下流側で且つインジェクション流路２１との接続位置の上流側に位置する部分および冷凍回路１０における圧縮機１１を、冷媒が通流可能に連通（接続）する過冷却用バイパス流路１７と、過冷却用バイパス流路１７を通流する冷媒の流量を制御する過冷却制御弁１８と、を有している。本実施の形態では、過冷却用バイパス流路１７における過冷却制御弁１８の下流側に位置する部分と、冷凍回路１０における過冷却用バイパス流路１７との接続位置の下流側で且つインジェクション流路２１との接続位置の上流側に位置する部分とが、互いに熱交換可能な過冷却用熱交換器ＳＣを構成している。
【００２５】
過冷却用熱交換器ＳＣでは、過冷却制御弁１８を開くことで、凝縮器１２の下流側を通流する凝縮された冷媒を、過冷却用バイパス流路１７における過冷却制御弁１８の下流側で膨張させて低温とすることで、凝縮器１２から過冷却用熱交換器ＳＣを介して膨張弁１４側へ通流する冷媒に対して過冷却度を付与できるようになっている。一方、過冷却用バイパス流路１７を通流した冷媒は、冷凍回路１０における圧縮機１１の上流側で且つ蒸発器１４の下流側に位置する部分に流入する。具体的に本実施の形態においては、過冷却用バイパス流路１７を通流した冷媒が、圧縮機１１による冷媒の圧縮中に、圧縮機１１において圧縮されている蒸発器１４を通過した冷媒に合流するようになっている。
【００２６】
また、図示の例では、冷凍回路１０における凝縮器１２の下流側で且つ過冷却用バイパス流路１７との接続位置の上流側に位置する部分に、レシーバータンク１５Ａとフィルタードライヤ１５Ｂとが、この順で設けられている。
【００２７】
図１に戻り、ブライン循環装置３は、ブラインを循環させるために環状をなすブライン循環路３１と、ブライン循環路３１の一部を構成し且つ受け入れたブラインを加熱可能なメイン加熱部３２と、ブライン循環路３１の一部を構成し且つブラインをブライン循環路３１内で循環させるための駆動力を付与するポンプ３３と、ポンプ３３の下流側に配置されてブライン循環路３１の一部を構成し且つ受け入れたブラインを加熱可能な第１サブ加熱部３４Ａ及び第２サブ加熱部３４Ｂと、第１サブ加熱部３４Ａの下流側に配置されてブライン循環路３１の一部を構成する第１負荷部３５Ａと、第２サブ加熱部３４Ｂの下流側に配置されてブライン循環路３１の一部を構成する第２負荷部３５Ｂと、メイン加熱部３２に接続されたブラインタンク３６と、を有している。ブラインは、相変化せずに又は相変化しない範囲で、負荷部３５Ａ，３５Ｂにおいて熱を放熱又は吸熱可能な物質であり、所望される温度制御範囲に応じて、その種類が選択される。ブラインは、例えばエチレングリコール水溶液、塩化カルシウム水溶液、水等であってもよい。
【００２８】
本実施の形態では、ブライン循環路３１におけるポンプ３３の下流側の部分が、第１分岐部３１Ａと第２分岐部３１Ｂとに分岐しており、第１サブ加熱部３４Ａ及び第１負荷部３５Ａの各々は、第１分岐部３１Ａの一部を構成し、第２サブ加熱部３４Ｂ及び第２負荷部３５Ｂの各々は、第２分岐部３１Ｂの一部を構成している。第１分岐部３１Ａと第２分岐部３１Ｂとは、第１負荷部３５Ａ及び第２負荷部３５Ｂの下流側で合流している。第１分岐部３１Ａと第２分岐部３１Ｂとの合流位置を通過したブラインは、後述する加熱能力調節用熱交換器ＨＣを通った後、メイン加熱部３２側に流れ、メイン加熱部３２を通過後に、再度、第１分岐部３１Ａと第２分岐部３１Ｂとに流入するようになっている。
【００２９】
メイン加熱部３２、第１サブ加熱部３４Ａ及び第２サブ加熱部３４Ｂの各々は、ポンプ３３の駆動によりブラインがブライン循環路３１内を循環した際に、ブラインの循環に伴って受け入れたブラインを所望の加熱量で加熱することが可能となっている。各加熱部３２，３４Ａ，３４Ｂは、ブラインを流入させるケース部と、ケース部内に配置されたヒータとを有し、ヒータの加熱量を調節することにより、ブラインの加熱能力を調節可能となっている。図示の例では、メイン加熱部３２に複数のヒータが配置され、第１サブ加熱部３４Ａ及び第２サブ加熱部３４Ｂには、それぞれ１つのヒータが配置される。しかしながら、このようなヒータの個数は特に限定されるものではなく、温度制御対象空間Ｓに設定される最大の制御温度に応じて設定されればよい。
【００３０】
図１に示すように、本実施の形態において、第１負荷部３５Ａ及び第２負荷部３５Ｂは、チャンバ４内に配置され、温度制御対象空間Ｓにおいてブラインの熱を放熱するか、又は、ブラインに温度制御対象空間Ｓの熱を吸熱することが可能となっている。すなわち、温度制御装置１は、温度制御対象空間Ｓを加熱するときには、第１負荷部３５Ａ及び第２負荷部３５Ｂから温度制御対象空間Ｓに熱を放熱する一方、温度制御対象空間Ｓを冷却するときには、第１負荷部３５Ａ及び第２負荷部３５Ｂに温度制御対象空間Ｓの熱を吸熱する。
【００３１】
またブラインタンク３６内には、ブラインが貯留されており、貯留されたブラインの液面とブラインタンク３６の上壁との間には気層部分が形成されている。メイン加熱部３２のケース部は、ブラインタンク３６における気層部分とブラインの液層部分とに流体的に接続している。
【００３２】
ここで、本実施の形態では、図１に示すように、ブライン循環路３１の一部と、冷凍装置の蒸発器１４とが、互いに熱交換可能な加熱能力調節用熱交換器ＨＣを構成している。
詳しくは、本実施の形態においては、ブライン循環路３１における第１負荷部３５Ａ及び第２負荷部３５Ｂの下流側で且つメイン加熱部３２の上流側に位置する部分と、蒸発器１４とが、加熱能力調節用熱交換器ＨＣを構成している。これにより、ブライン循環装置３におけるブラインを冷凍装置２によって冷却することができる。そして本実施の形態では、冷凍装置２によって冷却されたブラインが、メイン加熱部３２、第１サブ加熱部３４Ａ及び第２サブ加熱部３４Ｂによって加熱されるか、又は、加熱されずにこれらを通過することにより、所望の加熱能力又は冷凍能力で、温度制御対象空間Ｓを温度制御することが可能となっている。
【００３３】
また、図１においては、制御部４０と、複数の温度センサ及び圧力センサと、が示されている。制御部４０は、複数の温度センサ及び圧力センサの検出に基づいて、温度制御装置１における各部（インジェクション弁２２、ホットガス弁２６、加熱部３２，３４Ａ，３４Ｂ等）を制御するように構成されている。
【００３４】
例えば、本実施の形態における制御部４０は、設定された目標冷凍能力に基づいてインジェクション弁２２の開度及びホットガス弁２６の開度を調節することにより、蒸発器１４に流入する冷媒の流量を調節し、蒸発器１４に目標冷凍能力を出力させるようになっている。ここで、目標冷凍能力は、ユーザによって温度制御対象空間Ｓに設定される目標温度等に応じて、制御部４０によって演算されてもよい。
【００３５】
また図２において、符号２８は、蒸発器１４の下流側から圧縮機１１に流入する前の冷媒の温度を検出する温度センサを示し、符号２９は、蒸発器１４の下流側から圧縮機１１に流入する前の冷媒の圧力を検出する圧力センサを示している。図示の例において、温度センサ２８及び圧力センサ２９は、インジェクション回路２０及びホットガス回路２４の冷凍回路１０への接続位置よりも下流側に配置されている。本実施の形態では、上述のように冷凍能力を調節する際に、制御部４０が、温度センサ２８が検出した温度及び圧力センサ２９が検出した圧力に基づいてインジェクション弁２２の開度及びホットガス弁２６の開度を調節することにより、圧縮機１１に流入する冷媒を気相状態で且つ所定の温度以下とするようになっている。所定の温度は、例えば、圧縮機１１に焼損が生じない程度の温度である。
【００３６】
次に本実施の形態に係る温度制御装置１の動作について説明する。
【００３７】
温度制御装置１を動作させる際には、まず、圧縮機１１及びポンプ３３が駆動される。
これにより、冷凍装置２の冷凍回路１０では、圧縮機１１によって圧縮された冷媒が、凝縮器１２に流入し、凝縮される。その後、冷媒は、過冷却用熱交換器ＳＣを通過する。この際、過冷却制御弁１８が開いている場合には、凝縮器１２の下流側を通流する凝縮された冷媒を、過冷却用バイパス流路１７における過冷却制御弁１８の下流側で膨張させて低温とすることで、凝縮器１２から過冷却用熱交換器ＳＣを介して膨張弁１４側へ通流する冷媒に対して過冷却度を付与できる。過冷却制御弁１８によって膨張された冷媒は、吸熱した状態で圧縮機１１側へ流入する。
【００３８】
その後、膨張弁１３を通過する冷媒は、減圧されて低温となり、蒸発器１４に流入する。ここで、蒸発器１４に流入した冷媒は、加熱能力調節用熱交換器ＨＣにて、ブラインと熱交換することができ、ブラインが冷媒よりも高温である場合には、吸熱して圧縮機１１に流入する。
【００３９】
そして本実施の形態では、インジェクション回路２０及びホットガス回路２４が設けられているため、凝縮器１２によって凝縮された冷媒を、蒸発器１４に流入しないようにインジェクション回路２０を通し蒸発器１４の下流側にバイパスでき、且つ、圧縮機１１によって吐出された高温の冷媒を、ホットガス回路２４を通し蒸発器１４の下流側にバイパスできる。これにより、蒸発器１４に流入する冷媒の流量を制御でき、蒸発器１４で出力される冷凍能力を柔軟に調節することができる。
【００４０】
この際、本実施の形態では、制御部４０が、設定された目標冷凍能力に基づいてインジェクション弁２２の開度及びホットガス弁２６の開度を調節することにより、蒸発器１４に流入する冷媒の流量を調節し、蒸発器１４に目標冷凍能力を出力させる。この際、制御部４０は、温度センサ２８が検出した温度及び圧力センサ２９が検出した圧力に基づいてインジェクション弁２２の開度及びホットガス弁２６の開度を調節することにより、圧縮機１１に流入する冷媒を気相状態で且つ所定の温度以下とする。
【００４１】
ここで、上述の目標冷凍能力を得るには、蒸発器１４を通流する冷媒の流量を調節すればよいため、これを達成させるためにバイパスする冷媒の量は、インジェクション回路２０及びホットガス回路２４において任意に振り分けることができる。そのため、圧縮機１１に流入する冷媒を、容易に気相状態で且つ所定の温度以下とすることができる。また、本実施の形態では、ホットガス回路２４からの冷媒は、冷凍回路１０に至る前に、インジェクション流路２１に流入するようになっているため、冷凍回路１０及び圧縮機１１において冷媒が過剰に高温となることを抑制でき、圧縮機１１等の焼損を抑制できる。
【００４２】
図３は、インジェクション回路２０及びホットガス回路２４を動作させ且つ過冷却回路１６を動作させ、ブラインを冷却する場合の温度制御装置１のモリエル線図を示している。図３に示すように、温度制御装置１における冷凍サイクルでは、圧縮機１１に吸入された第１冷媒は、点Ａから点Ｂへの移行に示されるように、圧縮される。圧縮機１１によって吐出された冷媒は、凝縮器１２によって凝縮されることで冷却されて、点Ｂから点Ｃへの移行に示されるように、その比エンタルピーが低減する。
【００４３】
次いで、凝縮器１２によって凝縮された冷媒の一部は、過冷却用熱交換器ＳＣにおいて、過冷却度を付与されて、点Ｃから点Ｄへの移行に示されるように、その比エンタルピーが低減する。一方で、過冷却用熱交換器ＳＣにおいて、過冷却度を付与する過冷却用バイパス流路１７を通流する冷媒は、過冷却制御弁１８によって膨張され、点Ｃから点Ｇへの移行に示されるように、例えば中圧程度に減圧され、その後、過冷却用熱交換器ＳＣで熱交換し、点Ｇから点Ｈに示されるように、吸熱して、その比エンタルピーが増加する。
【００４４】
そして、過冷却用熱交換器ＳＣにおいて過冷却度を付与された冷媒は、点Ｄから点Ｅへの移行に示されるように、膨張弁１３によって減圧されて低温となる。その後、膨張弁１３から吐出された冷媒は、蒸発器１４つまり加熱能力調節用熱交換器ＨＣにおいて、ブラインと熱交換し、点Ｅから点Ｆへの移行に示されるように、吸熱して、その比エンタルピーが増加する。蒸発器１４を通過する冷媒は、制御部４０がインジェクション回路２０及びホットガス回路２４の各弁を制御することによって蒸発器１４を通過しない冷媒を生じさせることより、流量を制御されて、その冷凍能力を調節される。
【００４５】
ここで、図３において、ホットガス回路２４を通して圧縮機１１の上流側にバイパスされる冷媒は、点Ｂから点Ｉに示されるように、ホットガス弁２６によって減圧される。また、インジェクション回路２０を通して圧縮機１１の上流側にバイパスされる冷媒は、点Ｄから延びる破線に示すように、インジェクション弁２２によって減圧される。そして、圧縮機１１の上流側において、蒸発器１４を通過した点Ｆの状態の冷媒と、ホットガス回路２４を通してバイパスされた冷媒と、インジェクション回路２０を通してバイパスされた冷媒と、が混合される（点Ａ）。ここで、制御部４０が、ホットガス回路２４を通してバイパスされた冷媒と、インジェクション回路２０を通してバイパスされた冷媒との割合を調節することにより、点Ａの位置を調節可能なため、容易に圧縮機１１に流入する冷媒を気相状態で且つ所定の温度以下とすることができる。その後、冷媒は、圧縮機１１によって圧縮されて、点Ａから高圧側に移行し、その途中で過冷却用バイパス流路１７からの冷媒と混合して、点Ｊに至った後、点Ｂまで圧縮される。
【００４６】
一方、ブライン循環装置３では、ブライン循環路３１内をブラインが循環し、メイン加熱部３２、第１サブ加熱部３４Ａ及び第２サブ加熱部３４Ｂによってブラインを適宜加熱することが可能となっている。ここで、本実施の形態では、ブライン循環路３１における第１負荷部３５Ａ及び第２負荷部３５Ｂの下流側で且つメイン加熱部３２の上流側に位置する部分と、蒸発器１４とが、加熱能力調節用熱交換器ＨＣを構成している。これにより、ブライン循環装置３におけるブラインを冷凍装置２によって冷却することができる。そして本実施の形態では、冷凍装置２によって冷却されたブラインが、メイン加熱部３２、第１サブ加熱部３４Ａ及び第２サブ加熱部３４Ｂによって加熱されるか、又は、加熱されずにこれらを通過することにより、所望の加熱能力又は冷凍能力で、温度制御対象空間Ｓが温度制御される。
【００４７】
以上に説明した本実施の形態に係る温度制御装置１によれば、冷凍装置２において、凝縮器１２によって凝縮された冷媒を、蒸発器１４に流入しないようにインジェクション回路２０を通し蒸発器１４の下流側にバイパスでき、且つ、圧縮機１１によって吐出された高温の冷媒を、ホットガス回路２４を通し蒸発器１４の下流側にバイパスできる。これにより、蒸発器１４に流入する冷媒の流量を制御でき、蒸発器１４で出力される冷凍能力を柔軟に調節することができる。この際、蒸発器１４に流入する冷媒が高圧の冷媒に混合されることがないため、出力される冷凍能力を安定させることができる。またインジェクション回路２０を通してバイパスされる凝縮された冷媒と、ホットガス回路２４を通してバイパスされる高温の冷媒との割合を調節することにより、圧縮機１１に流入する冷媒の状態や温度を所望の状態に容易に制御することができる。これにより、冷凍能力を柔軟に調節しつつ安定した温度制御を行うことができる。
【００４８】
そして冷凍装置２が出力する安定した状態で調節された冷凍能力によって、ブライン循環装置３のブラインの温度を制御して負荷部３５Ａ，３５Ｂの加熱能力又は冷凍能力を調節できる。これにより、負荷部３５Ａ，３５Ｂによって温度制御対象空間Ｓに対して安定した温度制御を行うことができる。
【００４９】
また過冷却用熱交換器ＳＣによって、冷媒の冷凍能力を増大させることができることで、冷凍能力の調節範囲を拡大させることができる。また、過冷却用熱交換器ＳＣから吐出された冷媒がインジェクション回路２０を通してバイパスされるため、ホットガス回路２４を通してバイパスされる高温の冷媒の温度を効率的に低下させることができる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施の形態においては、ブライン循環装置３において、複数の加熱部が設けられているが、加熱部の数は、特に限定されるものではない。また、上述の実施の形態では、過冷却用バイパス流路１７を通流した冷媒が、圧縮機１１による冷媒の圧縮中に、圧縮機１１において圧縮されている蒸発器１４を通過した冷媒に合流する。
これに代えて、過冷却用バイパス流路１７を通流した冷媒が、冷凍回路１０における圧縮機１１の上流側で且つ蒸発器１４の下流側に位置する部分に流入し、インジェクション回路２０やホットガス回路２４からの冷媒と合流した後に、圧縮機１１で圧縮されてもよい。また、上述の実施の形態においては、温度制御装置１が、ブライン循環装置３の負荷部３５Ａ，３５Ｂによって空間を冷却又は加熱するが、温度制御装置１は、負荷部３５Ａ，３５Ｂに直接又は間接的に接触する物体を冷却又は加熱する装置として構成されてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１  温度制御装置
２  冷凍装置
３  ブライン循環装置
４  チャンバ
１０  冷凍回路
１１  圧縮機
１２  凝縮器
１３  膨張弁
１４  蒸発器
１６  過冷却回路
１７  過冷却用バイパス流路
１８  過冷却制御弁
２０  インジェクション回路
２１  インジェクション流路
２２  インジェクション弁
２４  ホットガス回路
２５  ホットガス流路
２６  ホットガス弁
３１  ブライン循環路
３２  メイン加熱部
３３  ポンプ
３４Ａ  第１サブ加熱部
３４Ｂ  第２サブ加熱部
３５Ａ  第１負荷部
３５Ｂ  第２負荷部
ＳＣ  過冷却用熱交換器
ＨＣ  加熱能力調節用熱交換器
Ｓ  温度制御対象空間
【図１】
2020063905.tif 000003
【図２】
2020063905.tif 000004
【図３】
2020063905.tif 000005