(57)【要約】【課題】外部熱負荷装置の急激な温度変化にも対応できる熱応答性が高くしかも高精度の温度制御が可能な恒温維持装置を提供する。【解決の手段】恒温維持装置のメインユニット１の冷却側タンク４３から予め定められた温度に調整された低温循環液が供給配管１４によってサブユニット２の三方弁２０に供給される。一方、加熱側タンク４４から予め定められた温度に調整された高温循環液が供給配管１５によって三方弁２０に供給される。低温循環液と高温循環液は三方弁２０において外部熱負荷装置７の温度によって混合割合を調整された後、熱交換室７１に供給されて外部熱負荷装置７の温度を設定温度に維持する。外部熱負荷装置７の温度はプロセスチャンバーに設置された温度センサー７２，恒温循環液供給管に設置された温度センサー２３、恒温循環液戻り管に設置された温度センサー２４の何れかで計測されて、三方弁２０の弁開度をフィードバック制御する。【選択図】  図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部熱負荷装置の温度を熱媒体循環液との間接熱交換によって制御するための恒温維持装置であって、予め定められた温度に調整された高温熱媒体循環液を生成するための高温熱媒体循環液生成手段と予め定められた温度に調整された低温熱媒体循環液を生成するための低温熱媒体循環液生成手段とを備えたメインユニットと、上記高温熱媒体循環液と上記低温熱媒体循環液とを直接混合すると共に該高温熱媒体循環液と該低温熱媒体循環液との流量比を上記外部熱負荷装置の温度に応じて制御することによって予め定められた設定温度の熱媒体循環液を生成するための恒温熱媒体循環液生成手段を備えたサブユニットとより構成されていることを特徴とする恒温維持装置。
【請求項２】
上記高温熱媒体循環液生成手段の熱源としては冷凍機サイクルより得られる高温側の熱媒体、ヒーターおよび工場設備用水からなる群から選ばれたいずれか１つの熱源を使用し、上記低温熱媒体循環液生成手段の熱源としては冷凍機サイクルより得られる冷熱側の熱媒体および工場設備用水からなる群から選ばれた少なくとも１つの熱源を使用することを特徴とする請求項１記載の恒温維持装置。
【請求項３】
上記高温熱媒体循環液生成手段の熱源としては冷凍機サイクルより得られる高温側の熱媒体を使用し、上記低温熱媒体循環液生成手段の熱源として冷凍機サイクルより得られる冷熱側の熱媒体を使用することを特徴とする請求項２記載の恒温維持装置。
【請求項４】
上記高温熱媒体循環液生成手段の熱源としてヒーターを使用し、上記低温熱媒体循環液生成手段の熱源として工場設備用水を使用することを特徴とする請求項２記載の恒温維持装置。
【請求項５】
上記高温熱媒体循環液生成手段の熱源としてヒーターを使用し、上記低温熱媒体循環液生成手段の熱源として冷凍機サイクルより得られる冷熱側の熱媒体を使用することを特徴とする請求項２記載の恒温維持装置。
【請求項６】
上記高温熱媒体循環液生成手段の熱源として工場設備用水を使用し、上記低温熱媒体循環液生成手段の熱源として冷凍機サイクルより得られる冷熱側の熱媒体を使用することを特徴とする請求項２記載の恒温維持装置。
【請求項７】
上記恒温熱媒体循環液生成手段として、上記高温熱媒体循環液が流入する流入口、上記低温熱媒体循環液が流入する流入口、上記恒温熱媒体循環液が流出する流出口および上記高温熱媒体循環液と上記低温熱媒体循環液との流量比を制御するための制御弁とを備えた三方弁、上記恒温熱媒体循環液を攪拌混合して送出する攪拌混合送出手段並びに上記外部熱負荷装置の温度に応じて上記三方弁の制御弁の開度を制御するための三方弁制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の恒温維持装置。
【請求項８】
上記三方弁制御手段は、上記外部熱負荷装置に流入する側の恒温熱媒体循環液の温度、上記外部熱負荷装置から流出する側の恒温熱媒体循環液の温度、上記外部熱負荷装置の必要部位の温度の群から選ばれたいずれか１つの温度によって上記三方弁に流入する上記高温熱媒体循環液と上記低温熱媒体循環液との流量比をフィードバック制御する機能を有することを特徴とする請求項７記載の恒温維持装置。
【請求項９】
上記制御弁の動力部としては、スッテプモーター、サーボモーターおよび空気圧駆動ダイアフラムよりなる群から選ばれたいずれか１つを使用することを特徴とする請求項７記載の恒温維持装置。  
【請求項１０】
上記フィードバック制御する機能がＰＩＤ制御機能であることを特徴とする請求項８記載の恒温維持装置。
【請求項１１】
上記攪拌混合送出手段として、ターボ型流体ポンプを使用することを特徴とする請求項７記載の恒温維持装置。
【請求項１２】
上記ターボ型流体ポンプとして、インバータ駆動式のポンプを使用することを特徴とする請求項１１記載の恒温維持装置。
【請求項１３】
上記ターボ型流体ポンプとして、渦巻きポンプ、ディフューザポンプおよびカスケードポンプよりなる群から選ばれたいずれか１つのポンプを使用することを特徴とする請求項１１記載の恒温維持装置。
【請求項１４】
上記メインユニットと上記サブユニットとは上記高温熱媒体循環液の供給用管路、上記低温熱媒体循環液の供給用管路および上記恒温熱媒体循環液の戻り用管路で連結されて互いに隔離して設けられていると共に、上記サブユニットは上記外部熱負荷装置に近接して設けられていることを特徴とする請求項１記載の恒温維持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部熱負荷装置の温度を一定に保つための恒温維持装置に関し、特に、半導体製造装置等に使用されるチラー装置等の、一定温度の液体熱媒体を循環させて外部熱負荷装置の温度を一定に保つための恒温維持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
先進的な半導体メーカーにおいては、次世代の半導体装置として４５ｎｍプロセスのマイクロプロセッサの開発が進められている。この製造プロセスでは熱負荷の大きいプラズマエッチング装置等の温度を常に一定に保つために大型で高精度、特に熱応答性の高い温度制御装置が要求されている。温度制御装置としては、通常チラー装置と呼ばれる恒温維持装置が使用されている。
【０００３】
この種の恒温維持装置は、通常、冷却器、加熱器および外部熱負荷装置の間を循環する環状管路に液体の熱媒体を流し、外部熱負荷装置で加温された液媒体を冷却器で過冷却し、過冷却した液媒体を加熱器で外部熱負荷装置の要求する設定温度に迄加熱して外部熱負荷装置に供給している。
【０００４】
通常このような装置では、外部熱負荷装置の熱負荷があるなしに拘わらず、冷却器はその装置仕様の冷却能力を常に発揮している。そのために、冷却が仮に冷凍機であった場合などは常に大きな電力を浪費することになる。そこで、外部熱負荷装置の運転状況にあわせて、運転モードと省エネルギーモードとを切り換えできる恒温維持装置が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４-１６９９３３号公報
【０００５】
また、恒温維持装置の冷却器は通常冷却器の出口の液媒体の温度が冷却器の設定温度になるように制御されている。ところが、冷却器の冷凍サイクル内の冷媒ガス（フロンガス等）は熱伝達速度が遅いので、設定温度に到着してから設定温度を大きく超えたり（オーバーシュート）、設定温度を大きく下回ったり（アンダーシュート）することがしばしば起こる。これは加熱器への負担が大きくなり、大型で広い温度範囲の温度調節ができる加熱器が要求される。
【０００６】
そこで、恒温維持装置の外で外部熱負荷装置に近い位置に熱媒体の温度を微調節する温度調節装置を設けることが提案されている（特許文献２および特許文献３参照）。
【特許文献２】特開２００１-１５３５１８号公報
【特許文献３】米国公開特許第２００６０２３７１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記、特開２００４-１６９９３３号公報には、コンピュータでプラズマエッチング処理装置の工程シーケンスのレシピ情報を先読みして、一定以上の休止状態がある時またはそれが回復される時にチラー装置の運転モードと省エネルギーモードとを切り換えるチラー制御装置が開示されている。
【０００８】
しかしこの装置では、温度制御対象装置の稼働状況を常に把握し、その状況をチラー装置の制御系に送信するためのコンピュータやそれに付随する信号線等を必要とする。
【０００９】
上記特開２００１-１５３５１８号公報には、プロセス装置側の温度によってチラー装置の出口温度を設定すると共に、プロセス装置に供給する熱媒体の温度を微調整する第２温度制御部をチラー装置から分離してプロセス装置の近傍に設けた温度制御システムが開示されている。
【００１０】
そして、第１温度制御部では広範囲の温度制御に対応し、第２温度制御部では第１温度制御部で大まかに制御された温度を微調整するだけでよいので、大きな温度変化に追従できなくとも、小さな範囲内での精密な制御ができる機構を備えれば良いとして、第２温度制御部での温度制御用の装置として、チラー装置や、加熱にはヒーターを用い冷却には冷却機で冷却した流体を用いる装置が例示されている。
【００１１】
すなわち、この発明の方法では、急激な温度変化に対しては、第１温度制御部が対応しているので、タイムラグが発生し、熱応答性が悪く、急激な温度変化を伴う４５ｎｍプロセス級のマイクロプロセッサ製造のプロセスチャンバー用の温度制御には不適当であるという欠点がある。
【００１２】
上記米国公開特許第２００６０２３７１８１号公報記載の発明は、冷却機能のみを持った冷却ユニットと冷却ユニットからの冷却液と外部熱負荷装置を冷却するための循環液とを熱交換させる遠隔温度制御モジュール（ＲＴＣＭ）とより構成し、外部熱負荷装置の温度でＲＴＣＭの熱交換部の温度をフィードバック制御している。このようにＲＴＣＭを冷却ユニットと切り離して外部熱負荷装置の近くに置くことによって、温度制御の精度を高めることができる。
【００１３】
また、ＲＴＣＭは冷却ユニットと切り離されているので、冷却ユニット１台に対して多くのＲＴＣＭを増設できるので、例えば、半導体製造装置の複数個のプロセスチャンバー（マルチチャンバー）に、このＲＴＣＭを１個ずつ取り付けることができ、しかも、各ＲＴＣＭ毎に独立して温度制御を行うことができる等の利点を有している。
【００１４】
しかし、米国公開特許第２００６０２３７１８１号公報記載の発明では、ＲＴＣＭ中では、熱交換装置を用いて冷却液と循環液とを間接的に熱交換を行っている。一般的に間接熱交換方式では熱損失が大きいと共に、温度応答性が悪いので、急激な温度変化を伴う４５ｎｍプロセス級のマイクロプロセッサ製造のプロセスチャンバー用の温度制御には不適当である。
【００１５】
また、ＲＴＣＭの加熱用にヒーターを搭載しているので、各モジュール毎に大きな電力供給用の回線が必要となり、装置の大型化や複雑化が避けられない等の欠点がある。
【００１６】
本発明は、外部熱負荷装置の急激な温度変化にも対応できる熱応答性が高くしかも高精度の温度制御が可能な恒温維持装置を提供することを第１の目的としている。
【００１７】
本発明は、１つのメインユニットに対して多数のサブユニットを増設することが可能であると共に、各サブユニット毎に異なった温度を設定することが可能な恒温維持装置を安価に提供することを第２の目的としている。
【００１８】
本発明は、外部熱負荷装置から離れた場所にメインユニットを設置しても、温度応答性と温度精度を保証できる恒温維持装置を提供することを第３の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の恒温維持装置は、予め定められた温度に調整された高温熱媒体循環液を生成するための高温熱媒体循環液生成手段と予め定められた温度に調整された低温熱媒体循環液を生成するための低温熱媒体循環液生成手段とを備えたメインユニットと、上記高温熱媒体循環液と上記低温熱媒体循環液とを直接混合すると共に該高温熱媒体循環液と該低温熱媒体循環液との流量比を上記外部熱負荷装置の温度に応じて制御することによって予め定められた設定温度の熱媒体循環液を生成するための恒温熱媒体循環液生成手段を備えたサブユニットとより構成されていることを特徴とする。
【００２０】
上記高温熱媒体循環液生成手段の熱源としては冷凍機サイクルより得られる高温側の熱媒体、ヒーターおよび工場設備用水からなる群から選ばれた少なくとも１つの熱源を使用し、上記低温熱媒体循環液生成手段の熱源としては冷凍機サイクルより得られる冷熱側の熱媒体、ヒーターおよび工場設備用水からなる群から選ばれた少なくとも１つの熱源を使用することができる。
【００２１】
すなわち、高温熱媒体循環液生成手段の熱源としては冷凍機サイクルより得られる高温側の熱媒体を使用し、低温熱媒体循環液生成手段の熱源として冷凍機サイクルより得られる冷熱側の熱媒体を使用することができる。この方式では、高温熱媒体循環液または／および低温熱媒体循環液の温度を微調整するためにヒーターを併用することができる。また、この方式では廃熱を利用するので熱効率が高くなる。
【００２２】
また、高温熱媒体循環液生成手段の熱源としてヒーターを使用し、低温熱媒体循環液生成手段の熱源として工場設備用水を使用することもできる。
【００２３】
また、高温熱媒体循環液生成手段の熱源としてヒーターを使用し、低温熱媒体循環液生成手段の熱源として冷凍機サイクルより得られる冷熱側の熱媒体を使用することもできる。
【００２４】
さらに、高温熱媒体循環液生成手段の熱源として工場設備用水を使用し、低温熱媒体循環液生成手段の熱源として冷凍機サイクルより得られる冷熱側の熱媒体を使用することもできる。
【００２５】
さらにまた、高温の工場設備用水と低温の工場設備用水が確保できる事業所では、高温熱媒体循環液生成手段の熱源として高温の工場設備用水を使用し、低温熱媒体循環液生成手段の熱源として低温の工場設備用水を使用することもできる。
【００２６】
このように、冷凍機サイクルより得られる熱媒体、工場設備用水およびヒーターは高温側の熱源および低温側の熱源として上記以外の種々の組み合わせで使用することが可能である。特に、ヒーターは設定温度の微調整用に他の熱源と併用して使用すると便利である。
【００２７】
上記恒温熱媒体循環液生成手段として、高温熱媒体循環液が流入する流入口、低温熱媒体循環液が流入する流入口、恒温熱媒体循環液が流出する流出口および高温熱媒体循環液と低温熱媒体循環液との流量比を制御するための制御弁とを備えた三方弁と恒温熱媒体循環液を攪拌混合して送出する攪拌混合送出手段を備えた装置を使用することができる。低温熱媒体循環液との流量比を制御するための制御弁には外部熱負荷装置の温度に応じてその開度を制御するための三方弁制御手段を備える必要がある。
【００２８】
上記三方弁制御手段は、外部熱負荷装置に流入する側の恒温熱媒体循環液の温度、上記外部熱負荷装置から流出する側の恒温熱媒体循環液の温度、上記外部熱負荷装置の必要部位の温度の群から選ばれたいずれか１つの温度によって三方弁に流入する高温熱媒体循環液と低温熱媒体循環液との流量比をフィードバック制御する機能を有する。
【００２９】
外部熱負荷装置に直接測温用の温度センサーを取り付けて温度を制御する方式が最も熱応答性が高い。具体的には、外部熱負荷装置として半導体製造装置のプロセスチャンバーを対象とする場合は、半導体ウエハーの台座、高周波プラズマ装置の台座またはチャンバーの壁面の温度を測定するように温度センサーを取り付けるのが好ましい。
【００３０】
外部熱負荷装置に直接温度センサーを取り付けるのが困難な場合は、サブユニットから外部熱負荷装置に恒温熱媒体循環液を供給する管路、外部熱負荷装置からサブユニットに恒温熱媒体循環液が流出する戻り管路のいずれかに温度測定用のセンサーを設けてもよい。この場合、戻り管路に設けた方が熱応答性が高いので好ましい。
【００３１】
三方弁の制御弁の動力部にはスッテプモーター、サーボモーターまたは空気圧駆動ダイアフラムのいずれかを使用し、フィードバック制御にはＰＩＤ制御を使用することを推奨する。
【００３２】
上記攪拌混合送出手段としては、高温熱媒体循環液と低温熱媒体循環液とを短時間に均一に混合する必要があるので、特に撹拌力の強いターボ型流体ポンプを使用するのが好ましい。また、ポンプの流量又は圧力を調整しやすいインバータ駆動式のポンプを使用することを推奨する。
【００３３】
ターボ型流体ポンプとしては、渦巻きポンプ、ディフューザポンプまたはカスケードポンプを使用することができる。
【００３４】
メインユニットとサブユニットとは隔離されていて、高温熱媒体循環液の供給用管路、低温熱媒体循環液の供給用管路および恒温熱媒体循環液の戻り用管路で相互に連結されている。特に、サブユニットは外部熱負荷装置に近接して設けることが熱応答性を高めるために特に重要である。
【発明の効果】
【００３５】
（１）本発明の恒温維持装置は、高温熱媒体循環液と低温熱媒体循環液とを直接混合して恒温熱媒体循環液を生成しているので、外部熱負荷装置の急激な温度変化に対しても、瞬間的に所望の設定温度の熱媒体循環液を生成でき、熱応答性が極めて高い。
【００３６】
（２）本発明の恒温維持装置は、恒温熱媒体循環液生成手段として、高温熱媒体循環液と低温熱媒体循環液との流量比を制御するための制御弁を備えた三方弁と高温熱媒体循環液と低温熱媒体循環液との混合液を攪拌混合して送出する手段として撹拌力の強いターボ型流体ポンプを使用しているので、混合液を短時間で均一に混合して恒温熱媒体循環液を瞬間的に生成でき、例えば、次世代プロセスの半導体ウエハー処理中に急激に設定温度が変化するシステム（マルチステップシステム）に対しても瞬間的に対応できる、熱応答性および熱精度の極めて高い恒温維持装置を提供することができる。
【００３７】
（３）本発明の恒温維持装置は、メインユニットとサブユニットとは隔離されているので、１つのメインユニットに対してサブユニットを多数取り付けることができ、いわゆるマルチチャンバーシステムに容易に対応できる。
【００３８】
（４）本発明の恒温維持装置は、メインユニットとサブユニットとは隔離されているので、サブユニットを外部熱負荷装置の近傍に設置することができ、熱応答性、熱精度をさらに高めることができる。
【００３９】
（５）本発明の恒温維持装置は、メインユニットとサブユニットとに分離され、設定温度の異なる外部熱負荷装置が複数あっても、設定温度の異なる外部熱負荷装置毎にサブユニットを設置して、１つのメインユニットで対応できるので、メインユニットにおける循環液の補充・管理作業が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明を実施するための恒温維持装置の実施例を図面によって説明する。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
図１は本発明の恒温維持装置の概念図を示すもので、１はメインユニット、２はサブユニット、１２は低温熱媒体循環液生成手段、１３は高温熱媒体循環液生成手段、２０は三方弁、２１は撹拌混合送出手段としてのインバータ駆動ポンプ、２６は制御弁、７は外部熱負荷装置、７１は熱交換室である。
【００４２】
低温熱媒体循環液生成手段１２で生成された低温熱媒体循環液は低温循環液供給配管１４を通り、高温熱媒体循環液生成手段１３で生成された高温熱媒体循環液は高温循環液供給配管１５を通ってサブユニット２の三方弁２０に供給される。三方弁２０の制御弁２６は、外部熱負荷装置７の温度によって低温熱媒体循環液と高温熱媒体循環液との流量を制御して設定温度の熱媒体循環液を生成する。インバータ駆動ポンプ２１は設定温度の熱媒体循環液（恒温熱媒体循環液）を均一に撹拌して熱交換室７１に送り外部熱負荷装置７の温度を設定温度に維持する。
【００４３】
図２はメインユニット１のシステム構成図、図３はサブユニット２のシステム構成図を示している。
図２に示す実施例では、メインユニット１において、高温熱媒体循環液生成手段１３の熱源としては冷凍機サイクルより得られる高温側の熱媒体を使用し、低温熱媒体循環液生成手段１２の熱源として冷凍機サイクルより得られる冷熱側の熱媒体を使用している。
【００４４】
図２において、冷凍機サイクル３は、圧縮機３０、冷凍機吐出ガス熱交換器３１、コンデンサ３２、ドライヤ３４、循環液冷却用電子膨張弁３６、エバポレータ３９、気液分離器兼受液器３３、圧縮機３０で閉回路を構成している。図中３５はサイトグラス、３７は冷凍機吸込みガス冷却用電子膨張弁、３８は冷凍機直接冷却用電子膨張弁、４０は制水弁、５５は冷凍機用の冷却水出口、５６は冷凍機用の冷却水入口である。
【００４５】
サブユニット２より戻り配管１６によって送られてきた低温熱媒体循環液（以下低温循環液と略称する）はエバポレータ３９で冷熱を得て、冷却側タンク４３に貯留される。この際、冷却側温度センサー１０によって計測された低温循環液の温度によって循環液冷却用電子膨張弁３６の開度が調整されエバポレータ３９を介して低温循環液の温度が設定温度に保たれる。設定温度に保たれた低温循環液は冷却ポンプ４５によって低温循環液供給配管１４、冷却側マニホールド１７、低温循環液サブユニット供給用配管５０を経て、サブユニット２に送られる。なお、図中４２はリザーブタンク、４７は冷却側リリーフ弁である。
【００４６】
一方、ヒーター４１を備えた加熱側タンク４４内の高温熱媒体循環液（以下高温循環液と略称する）は加熱ポンプ４６で冷凍機吐出ガス熱交換器３１に送られそこで圧縮機３０から送られてくる高温熱媒体と熱交換して加熱されて、高温循環液供給配管１５、加熱側マニホールド１８、高温循環液サブユニット供給用配管５１を経て、サブユニット２に送られる。図中１１は加熱側温度センサー、１９は戻り側マニホールド、４８は加熱側リリーフ弁、５２はサブユニット戻り用配管、５７は低温循環液側ドレインバルブ、５８は高温循環液側ドレインバルブである。
【００４７】
図３はサブユニット２の構成図であって、低温循環液サブユニット供給用配管５０で送られてきた低温循環液と高温循環液サブユニット供給用配管５１で送られてきた高温循環液とは制御弁２６を備えた三方弁２０で混合され、インバータ駆動ポンプ２１で撹拌混合されて均一の恒温循環液となって恒温循環液供給口５３から外部熱負荷装置７の熱交換室７１に送られる。
【００４８】
熱交換室７１で熱交換した恒温循環液は恒温循環液戻り口５４からサブユニット２を経てサブユニット戻り用配管５２によってメインユニット１に送り返される。図中２２は恒温循環液吐出圧力センサー、２３は恒温循環液供給温度センサー、２４は恒温循環液戻り温度センサー、２５は恒温循環液流量センサーである。
【００４９】
ここで、三方弁２０の構造と動作について説明する。
図５は三方弁２０の断面図で、高温循環液流入口２０１、低温循環液流入口２０２、混合循環液吐出口２０３を有する弁箱２０４に、動力部２６１で駆動される制御弁２６が組み込まれている。動力部２６１にはサーボモーター、ステップモーターまたは圧縮空気で駆動されるダイアフラム等が内蔵されている。
【００５０】
昇温時は図６に示されるように、混合循環液吐出口２０３から流出する恒温循環液の温度が設定温度になるまで、高温循環液流入口２０１から流入する高温循環液が１００％になるように制御弁２６を下げて低温循環液流入口２０２の低温側弁座２０６を閉鎖する。
【００５１】
降温時は図７に示すように、混合循環液吐出口２０３から流出する恒温循環液の温度が設定温度になるまで、低温循環液流入口２０２から流入する低温循環液が１００％になるように制御弁２６を引き上げて高温循環液流入口２０１の高温側弁座２０５を閉鎖する。
【００５２】
調温時は図８に示すように、外部熱負荷装置７の熱負荷が大きくなった場合は、低温循環液の割合を高温循環液の割合よりも多くするために、制御弁２６を引き上げて、低温側弁座２０６の開度を高温側弁座２０５の開度よりも大きくする。反対に、外部熱負荷装置７の熱負荷が小さくなったり、瞬間的になくなった場合は、低温循環液の割合を高温循環液の割合よりも少なくするために、制御弁２６を下げて、低温側弁座２０６の開度を高温側弁座２０５の開度よりも小さくする。
【００５３】
図４は恒温維持装置を制御するためのコントローラの配線図を示すもので、コントローラはメインユニット１に設けられたメインコントローラ６１とサブユニット２に設けられたサブコントローラ６２の２個設けられている。メインコントローラ６１には表示・設定パネル６３が付設されていて、予めメインユニット１の設定値、すなわち、低温循環液設定温度ＬＳＶおよび高温循環液設定温度ＨＳＶと、サブユニット２の設定値、すなわち、恒温循環液供給側設定温度（または恒温循環液戻り側設定温度）ＳＳＶ、恒温循環液吐出圧力設定値ＳＰＳおよび恒温循環液吐出流量設定値ＳＦＳが入力される。なお、図中６４は電源である。
【００５４】
メインユニット１の低温循環液側では、冷却側温度センサー１０で計測された温度ＴＳ１によって、循環液冷却用電子膨張弁３６の開度が調整され、冷凍機サイクル３の出力が制御されて、低温循環液の温度を設定温度ＬＳＶに維持する。
【００５５】
一方、高温循環液側では、加熱側温度センサー１１で計測された温度ＴＳ２によって、ヒーター４１がＰＩＤ制御されて、高温循環液の温度を設定温度ＨＳＶに維持する。
【００５６】
サブユニット２では、インバータ駆動ポンプによる恒温循環液の吐出流量又は吐出圧力の管理と三方弁による恒温循環液の温度の管理を行っている。
すなわち、吐出圧力管理の場合は、恒温循環液吐出圧力センサー２２の吐出圧力ＰＳが設定圧力ＳＰＳになるように渦巻きポンプ２８の駆動周波数をインバータ２７で調整している。
【００５７】
また、吐出流量管理の場合は、恒温循環液吐出流量センサー２５の吐出流量ＦＳが設定流量ＳＦＳになるように渦巻きポンプ２８の駆動周波数をインバータ２７で調整している。
【００５８】
恒温循環液の温度を制御するためには、三方弁２０を用いて高温循環液量と低温循環液量の割合を変化させる。そのために、恒温循環液供給温度センサー２３の測定温度ＴＳ３が設定温度ＳＳＶになるようにＰＩＤ制御によって三方弁２０の開度を調整している。この場合、恒温循環液戻り温度センサー２４の測定温度ＴＳ４によって三方弁をＰＩＤ制御してもよい。
【００５９】
以上の操作を図９及び図１０のフローチャートを用いてさらに詳しく説明する。図９はメインユニットの循環液温度制御のフローチャートである。
ステップＳ１で、メインコントローラ６１の表示・設定パネル６３に低温循環液設定温度ＬＳＶおよび高温循環液設定温度ＨＳＶを設定する。次に、冷却側温度センサー１０の測定温度ＴＳ１および加熱側温度センサー１１の測定温度ＴＳ２を読み込む。
【００６０】
次にステップＳ２において、測定温度ＴＳ２が高温循環液設定温度ＨＳＶになるようにヒーター４１をＰＩＤ制御制御する。
【００６１】
次にステップＳ３において、低温側測定温度ＴＳ１と低温循環液設定温度ＬＳＶとを比較する。低温側測定温度ＴＳ１が低温循環液設定温度ＬＳＶと等しいかそれよりも高い場合は、ステップＳ４に行き、圧縮機３０を駆動させる。
【００６２】
再び、ステップＳ５において、低温側測定温度ＴＳ１と低温循環液設定温度ＬＳＶとを比較する。低温側測定温度ＴＳ１と低温循環液設定温度ＬＳＶが等しい場合は、ステップＳ６に行き、冷凍機サイクルの出力を現状維持にして、ステップＳ１に戻る。
【００６３】
ステップＳ５において、低温側測定温度ＴＳ１と低温循環液設定温度ＬＳＶが等しくない場合は、ステップＳ７行き、冷凍機サイクルの冷却能力を増加させ、ステップＳ１に戻る。
【００６４】
ステップＳ３において、低温側測定温度ＴＳ１が低温循環液設定温度ＬＳＶよりも低い場合は、ステップＳ８に行き、（低温循環液設定温度ＬＳＶ−５度）よりもさらに低温側測定温度ＴＳ１が低い場合は、冷凍機サイクルを停止させ、ステップＳ１に戻る。（低温循環液設定温度ＬＳＶ−５度）よりも低温側測定温度ＴＳ１が高い場合は、ステップＳ１０に行き、冷凍機サイクルの冷却能力を減少させ、ステップＳ１に戻る。
【００６５】
図１０はサブユニットの循環液温度制御のフローチャートである。
ステップＳ２１で、メインコントローラ６１の表示・設定パネル６３に恒温循環液供給口側設定温度ＳＳＶを設定する。次に、恒温循環液供給温度センサー２３の測定温度ＴＳ３または恒温循環液戻り温度センサー２４の測定温度ＴＳ４を読み込む。
【００６６】
次のステップＳ２２で流量制御を行うか否かを判断する。流量制御を行う場合はステップＳ２３に、流量制御を行わない場合はステップＳ３１に行く。
【００６７】
ステップＳ２３において、恒温循環液流量センサー２５の測定値ＦＳおよび恒温循環液吐出流量設定値ＳＦＳを読み込む。
【００６８】
ステップＳ２４において、恒温循環液流量センサー２５の測定値ＦＳを恒温循環液吐出流量設定値ＳＦＳと比較する。測定値ＦＳが設定値ＳＦＳと等しいかそれより小さい場合はステップＳ２５に行き、測定値ＦＳが設定値ＳＦＳと等しいか否かを比較して、等しい場合はステップ２６に行きインバータ駆動ポンプ２１のインバータ２７の周波数を現状維持にする。等しくない場合はステップＳ２８に行き、インバータ周波数を上昇させて、ポンプ回転量を増加させる。
【００６９】
ステップＳ２４において、測定値ＦＳが設定値ＳＦＳよりも大きい場合はステップ２７に行き、インバータ周波数を降下させて、ポンプ回転量を減少させる。
【００７０】
ステップＳ２２で流量制御を行わないと判断された場合はステップＳ３１に行き、恒温循環液吐出圧力センサー２２の測定値ＰＳおよび恒温循環液吐出圧力設定値ＳＰＳを読み込む。
【００７１】
ステップＳ３２において、恒温循環液吐出圧力センサー２２の測定値ＰＳを恒温循環液吐出圧力設定値ＳＰＳと比較する。測定値ＰＳが設定値ＳＰＳと等しいかそれよりも小さい場合はステップＳ３３に行き、測定値ＰＳが設定値ＳＰＳと等しいか否かを比較して、等しい場合はステップ３４に行ってインバータ周波数を現状維持にする。等しくない場合はステップＳ３５に行き、インバータ周波数を上昇させ、ポンプ回転量を増加させる。
【００７２】
ステップＳ３２において、測定値ＰＳが設定値ＳＰＳよりも大きい場合は、ステップＳ３６に行き、インバータ２７の周波数を降下させて、ポンプの回転量を減少させる。
【００７３】
ステップＳ２６〜ステップ２８またはステップＳ３４〜ステップ３６によって恒温循環液の流量又は液圧が安定した後、ステップ３０において三方弁２０の制御を行う。ここでは、恒温循環液供給温度センサー２３の測定温度ＴＳ３または恒温循環液戻り温度センサー２４の測定温度ＴＳ４が恒温循環液供給口側設定温度ＳＳＶに等しくなるように三方弁２０の制御弁２６の位置をＰＩＤ制御する。
【００７４】
（実施例２）
図１１は、メインユニットの冷却源としては工場設備用水を使用し、加熱源としてはヒーターを使用した例を示す。
【００７５】
４は工場設備用水冷却システムで、冷却水入口５６から導入された工場用水は設備用水熱交換器５９において、サブユニット２から戻り配管１６によって戻されてくる温度が高くなった低温循環液と熱交換して低温循環液を冷却する。冷却された低温循環液は冷却側タンク４３に貯留され、冷却ポンプ４５によって低温循環液供給配管１４を通り、低温循環液サブユニット供給用配管５０を経てサブユニット２に送られる。低温循環液の温度は冷却側温度センサー１０によって計測され、この計測された低温循環液の温度が設定温度に達する迄、冷却側タンク４３内に備えられた冷却側ヒーター６０をＰＩＤ制御する。なお、図中４７は冷却側リリーフ弁、５２はサブユニット戻り用配管、５７は低温循環液側ドレインバルブである。
【００７６】
一方、加熱側タンク４４においてヒーター４１で加熱された高温循環液は高温循環液供給配管１５を通り、高温循環液サブユニット供給用配管５１を経てサブユニット２に送られる。高温循環液の温度は加熱側温度センサー１１によって計測され、この計測された高温循環液の温度が設定温度に達する迄、加熱側タンク４４内に備えられたヒーター４１をＰＩＤ制御する。なお、図中４８は加熱側リリーフ弁、５８は高温循環液側ドレインバルブである。
【００７７】
低温循環液と高温循環液は三方弁２０で混合され、インバータ駆動ポンプ２１で撹拌混合された後、外部熱負荷装置７の熱交換室７１に送られる。この際、低温循環液と高温循環液の流量の割合は、設定温度になるように外部熱負荷装置７の温度に応じて調整される。この低温循環液と高温循環液の流量の割合は三方弁２０に設けられた制御弁２６を外部熱負荷装置７の温度によってフィードバック制御すればよい。
【００７８】
外部熱負荷装置７の温度は外部熱負荷装置に設けられた温度センサー７２、恒温循環液供給温度センサー２３、または恒温循環液戻り温度センサー２４のいずれかで計測される。なお、２２は恒温循環液吐出圧力センサー、２５は恒温循環液流量センサーである。
【００７９】
図１２は熱応答性について本願発明と従来法とを比較したグラフを示すものである。本願発明のシステムは、実施例２記載のシステムを使用し、従来システムとしては、冷却循環液を冷凍システムによっては過冷却し、外部熱負荷装置の温度によってフィードバック制御されるヒーターで微調整して冷却循環液の温度を設定温度に保つチラー装置を使用した。外部熱負荷装置、冷却循環液は同じものを使用し、冷却循環液の吐出流量を同一に設定した。本発明のシステムの特有な条件としては、低温側設定温度ＴＳ１は２５℃とし、２０〜２３℃の工場設備用水を冷却側ヒーターで加熱して調整する。高温側設定温度ＴＳ２は６０℃とした。
【００８０】
データ測定条件：
（１）外部熱負荷装置の設定温度を＋３０℃から＋５０℃に昇温した場合と、（２）外部熱負荷装置の設定温度を＋５０℃から＋３０℃に降温した場合の２つの温度変化に対応する両システムの熱応答性を比較検討した。
【００８１】
図１２において、上図（Ａ）は従来システムの冷却循環液の温度曲線を示すもの、下図（Ｂ）は本発明の冷却循環液の温度曲線を示すものである。昇温動作(Ramp UP)は設定温度を３０℃から５０℃に切り替えた時点を示し、降温動作(Ramp DOWN)は設定温度を５０℃から３０℃に切り替えた時点を示す。
【００８２】
従来システム（Ａ）において、設定温度を昇温した場合、ランプアップから冷却循環液の温度が５０℃に達するまで２００秒かかっている。しかも、温度曲線は設定温度に達した後上に盛り上がっている。これは、オーバーシュートを示すもので、液温が安定化するまでに更に８０秒かかっている。設定温度を降温した場合も、ランプダウンから冷却循環液の温度が３０℃に達するまでに１７０秒かかっている。しかも、設定温度に達した後に温度曲線は下方にふくらんでいる。これは、アンダーシュートを示すもので、液温が安定化するまでに更に１００秒かかっている。
【００８３】
本発明のシステム（Ｂ）において、設定温度を昇温する場合、ランプアップから冷却循環液の温度が５０℃に達する迄の時間は僅か４０秒で、しかも、設定温度の５０℃に達した後に液温は直ちに安定している。本発明のシステムでは、昇温動作において従来システムに比べて、液温が安定するまでの時間は１／７に短縮されている。
【００８４】
設定温度を降温する場合も、ランプダウンから冷却循環液の温度が３０℃に安定するまでの時間は僅か４０秒と極めて短く、しかも、設定温度の３０℃に達した後は液温は直ちに安定している。本発明のシステムでは、降温動作において従来システムに比べて、液温が安定するまでの時間は１／６．７５に短縮されている。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の恒温維持装置の概念図である。
【図２】本発明の実施例１のメインユニットのシステム構成図である。
【図３】本発明の実施例１のサブユニットのシステム構成図である。
【図４】本発明の実施例１のコントローラの配線図である。
【図５】三方弁の断面図である。
【図６】三方弁の昇温動作を示す説明図である。
【図７】三方弁の降温動作を示す説明図である。
【図８】三方弁の調温動作を示す説明図である。
【図９】メインユニットの動作を示すフローチャートである。
【図１０】サブユニットの動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例２のシステム構成図である。
【図１２】熱応答性について本発明と従来例との比較グラフである。
【符号の説明】
【００８６】
１  メインユニット
２  サブユニット
３  冷凍機サイクル
７  外部熱負荷装置
２０  三方弁
２１  インバータ駆動ポンプ
２２  恒温循環液吐出圧力センサー
２３  恒温循環液供給温度センサー
２４  恒温循環液戻り温度センサー
２５  恒温循環液流量センサー
４３  冷却側タンク
４４  加熱側タンク
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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