(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮されて加熱された高温の第１熱媒体の一部が加熱手段に供給される加熱回路と、前記高温の第１熱媒体の残余部が凝縮手段で冷却されてから第１膨張手段で断熱的に膨張して更に冷却されて冷却手段に供給される冷却回路とが設けられ、前記加熱手段と冷却手段とを通過する温度調整対象の流体を所定温度に調整するように、前記高温の第１熱媒体が加熱回路と冷却回路とに分配され、且つ前記加熱回路と冷却回路との各々を通過した第1熱媒体が合流して圧縮機に再供給される精密温度調整装置であって、
前記高温の第１熱媒体の一部を前記加熱回路側に分配すると共に、前記高温の第１熱媒体の残余部を冷却回路側に分配し、且つ前記加熱回路と冷却回路との各々に分配される高温の第１熱媒体の分配比率を変更可能な分配手段と、
前記分配手段を制御し、前記加熱回路と冷却回路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、前記加熱手段と冷却手段とを通過する温度調整対象の流体を所定温度に制御する温度制御部と、
前記加熱回路の加熱能力が向上するように、前記加熱手段で熱を放出して冷却してから第２膨張手段で断熱的に膨張して更に冷却された第１熱媒体が、外部熱源である第２熱媒体から吸熱する吸熱手段を具備するヒートポンプ手段と、
前記加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と前記冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを表示する表示部とが設けられていることを特徴とする精密温度調整装置。
【請求項２】
加熱回路と冷却回路とを含む回路のうち、分配手段から第1熱媒体が合流するまでの回路が、回路的に独立して設けられている請求項１記載の精密温度調整装置。
【請求項３】
分配手段が、加熱回路と冷却回路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を実質的に連続して変更可能な分配手段である請求項１又は請求項２記載の精密温度調整装置。
【請求項４】
分配手段が、圧縮機からの高温の第１熱媒体を加熱回路側と冷却回路側とに分岐する分岐配管の各々に設けられた二方弁であり、
温度制御部が、前記二方弁の各々の開度を調整し、前記加熱回路と冷却回路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、加熱手段と冷却手段とを通過する温度調整対象の流体を所定温度に制御する温度制御部であって、
前記温度制御部には、前記二方弁の各々の開度と流量との関係が記憶されている記憶部と、前記記憶部に記憶された二方弁の各々の開度と流量との関係から、表示部に表示する加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを演算する演算部とを具備する請求項１〜３のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項５】
分配手段が、加熱回路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却回路側に分配する高温の第１熱媒体との合計量が圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体量と等しくなるように、加熱回路側吐出口の開度と冷却回路側吐出口の開度を調整して、前記高温の第１熱媒体を比例分配する比例三方弁であり、
且つ温度制御部が、前記比例三方弁の加熱回路側吐出口の開口度と冷却回路側吐出口の開口度とを調整して、加熱手段と冷却手段とを通過する温度調整対象の流体を所定温度に制御する温度制御部であって、
前記温度制御部には、前記比例三方弁の加熱回路側吐出口の開口度と冷却回路側吐出口の開口度とから、表示部に表示する加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを演算する演算部とを具備する請求項１〜３のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項６】
第２熱媒体が、外部から加熱又は冷却されることなく供給された第２熱媒体である請求項１〜５のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項７】
冷却回路の凝縮手段に供給されて高温の第1熱媒体を冷却する冷却媒体とヒートポンプ手段の吸熱手段に供給される第２熱媒体とが、同一熱媒体であって、前記凝縮手段に供給されてからヒートポンプ手段の吸熱手段に供給される請求項１〜６のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項８】
表示部には、加熱手段と冷却手段とを通過した温度調整対象の流体の現在温度と設定温度とを切り替えて表示する温度表示部と、前記設定温度を所望温度に設定する設定部とが設けられている請求項１〜７のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項９】
表示部には、複数のＬＥＤが設けられており、加熱回路側と冷却回路側との各々の分配比率が、前記ＬＥＤの点灯によって表示される請求項１〜８のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は精密温度調整装置に関し、更に詳細には加熱手段が設けられた加熱回路と冷却手段が設けられた冷却回路とに供給する熱媒体の供給量を調整し、加熱手段と冷却手段とを通過する温度調整対象の流体温度を調整する精密温度調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体装置の製造工程等の精密加工分野では、その殆どが温度制御されたクリーンルーム内に設置されている。
しかし、近年、精密加工分野でも、従来よりも更に加工精度の高い精密加工等が要求される工程が出現しつつある。
かかる高い精密加工等が要求される工程では、通常、クリーンルームの温度変化よりも更に小さな温度変化の環境であることが要求される。このため、高い精密加工等が要求される工程は、精密な温度管理がなされている空間ユニット内に設けられる。
この様な空間ユニットの温度調整に用いられる温度調整装置としては、例えば下記特許文献１に図９に示す温度調整装置が記載されている。
図９に示す温度調整装置には、圧縮機１００、三方弁１０２、凝縮器１０４及び膨張弁１０６及び冷却器１０８から成る冷却回路と、圧縮機１００、三方弁１０２、加熱器１１０及び膨張弁１０６から成る加熱回路とが設けられている。
冷却器１０８と加熱器１１０とによって、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流の温度が調整される。
【０００３】
かかる温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の第１熱媒体を三方弁１０２によって、冷却回路と加熱回路とに分配する。冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体は、凝縮器１０４で冷却・凝縮される。この冷却・凝集された熱媒体は、膨張弁１０６によって断熱的に膨張されて更に冷却され、冷却器１０８に供給される。冷却器１０８では、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流を冷却しつつ吸熱して昇温された熱媒体は圧縮機１００に供給される。
一方、加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体は加熱器１１０に供給され、冷却器１０８で冷却された温度調整対象の空気流を加熱して所望の温度に調整する。この様に、加熱器１１０において、冷却器１０８で冷却された温度調整対象の空気流を加熱しつつ放熱して降温された熱媒体は、膨張弁１０６及び冷却器１０８を通過して圧縮機１００に供給される。
【特許文献１】特開昭５１−９７０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の第１熱媒体の全量が膨張弁１０６を通過して断熱的に膨張されて冷却され、冷却器１０８に供給されるため、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流を冷却する冷却エネルギー量は一定である。
一方、三方弁１０２によって加熱回路側に分配する高温の第１熱媒体量を調整することによって、冷却器１０８で冷却された温度調整対象の空気流に対する加熱器１１０での加熱量を調整できる。
従って、冷却器１０８及び加熱器１１０を通過する温度調整対象の空気流の温度を調整でき、精密な温度管理がなされている空間ユニット内の温度管理を狭い温度範囲で行うことは可能である。
しかし、図９に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の第１熱媒体の全量が膨張弁１０６を通過して断熱的に膨張されて冷却され、冷却器１０８に供給されるため、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流に対する温度調整は、専ら加熱器１１０に供給する圧縮機１００で圧縮された高温の第１熱媒体量によって行われる。
【０００５】
このため、冷却器１０８及び加熱器１１０を通過する温度調整対象の空気流の設定温度を大幅に高くする場合には、温度調整対象の空気流に対する加熱量が不足する。
従って、冷却器１０８及び加熱器１１０を通過する温度調整対象の空気流の設定温度を大幅に高くした場合、温度調整対象の空気流の温度が設定温度に到達しなかったり、設定温度に到達するまでに著しく時間がかかることがある。
この様な、図９に示す温度調整装置の加熱量不足を補うべく、図１０に示す様に、補助電気ヒータ１１４を設けることが考えられるが、エネルギー的に無駄である。
更に、図９及び図１０に示す温度調整装置では、加熱回路と冷却回路とに分配された高温の第１熱媒体の分配比率が表示されず、温度調整装置の作動状況が容易に把握できず管理上問題であった。
そこで、本発明では、温度調整対象の流体に対する加熱能力が不足し、且つ加熱回路と冷却回路とに分配された高温の熱媒体の分配比率が表示されずに作動状況が視認でき難い従来の温度調整装置の課題を解決し、温度調整対象の流体に対する加熱能力を向上できると共に、省エネルギーを図ることができ、且つ加熱回路と冷却回路とに分配された高温の熱媒体の分配比率が表示される精密温度調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、前記課題を達成するには、冷却回路と加熱回路とを設けること、冷却手段及び加熱手段を通過する温度調整対象の流体に対する冷却量と加熱量とを変更可能な分配手段を設けること、加熱回路の加熱能力を向上すべく、低温の部分から温度の高い部分へ熱を移動できるヒートポンプ手段を設けること、及び加熱回路と冷却回路とに分配された高温の熱媒体の分配比率を表示する表示部を設けることが有効であると考え検討した結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、圧縮機で圧縮されて加熱された高温の第１熱媒体の一部が加熱手段に供給される加熱回路と、前記高温の第１熱媒体の残余部が凝縮手段で冷却されてから第１膨張手段で断熱的に膨張して更に冷却されて冷却手段に供給される冷却回路とが設けられ、前記加熱手段と冷却手段とを通過する温度調整対象の流体を所定温度に調整するように、前記高温の第１熱媒体が加熱回路と冷却回路とに分配され、且つ前記加熱回路と冷却回路との各々を通過した第1熱媒体が合流して圧縮機に再供給される精密温度調整装置であって、前記高温の第１熱媒体の一部を前記加熱回路側に分配すると共に、前記高温の第１熱媒体の残余部を冷却回路側に分配し、且つ前記加熱回路と冷却回路との各々に分配される高温の第１熱媒体の分配比率を変更可能な分配手段と、前記分配手段を制御し、前記加熱回路と冷却回路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、前記加熱手段と冷却手段とを通過する温度調整対象の流体を所定温度に制御する温度制御部と、  前記加熱回路の加熱能力が向上するように、前記加熱手段で熱を放出して冷却してから第２膨張手段で断熱的に膨張して更に冷却された第１熱媒体が、外部熱源である第２熱媒体から吸熱する吸熱手段を具備するヒートポンプ手段と、前記加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と前記冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを表示する表示部とが設けられていることを特徴とする精密温度調整装置にある。
【０００７】
かかる本発明において、加熱回路と冷却回路とを含む回路のうち、分配手段から第１熱媒体が合流されるまでの回路を、回路的に独立して設けることによって、温度調整対象の流体の温度調整幅を広くできる。
この加熱回路と冷却回路とに高温の第１熱媒体を分配する分配手段としては、加熱回路と冷却回路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を実質的に連続して変更可能な分配手段を用いることによって、温度調整対象の流体の温度調整を更に一層精密調整できる。
この「実質的に連続して変更可能な分配手段」とは、分配手段として二方弁又は比例三方弁を用い、二方弁又は比例三方弁がステップ制御で駆動が制御されているとき、二方弁又は比例三方弁は微視的にはステップ的に駆動されているものの、全体的には連続的に駆動されている場合を含むことを意味する。
【０００８】
かかる分配手段としては、圧縮機からの高温の第１熱媒体を加熱回路側と冷却回路側とに分岐する分岐配管の各々に設けた二方弁を用い、温度制御部として、前記二方弁の各々の開度を調整し、前記加熱回路と冷却回路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、加熱手段と冷却手段とを通過する温度調整対象の流体を所定温度に制御する温度制御部を用い、前記温度制御部には、前記二方弁の各々の開度と流量との関係が記憶されている記憶部と、前記記憶部に記憶された二方弁の各々の開度と流量との関係から、表示部に表示する加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを演算する演算部とを具備することによって、加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを表示部に容易に表示できる。
或いは、分配手段として、加熱回路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却回路側に分配する高温の第１熱媒体との合計量が圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体量と等しくなるように、加熱回路側吐出口の開度と冷却回路側吐出口の開度を調整して、前記高温の第１熱媒体を比例分配する比例三方弁を用い、且つ温度制御部として、前記比例三方弁の加熱回路側吐出口の開口度と冷却回路側吐出口の開口度とを調整して、加熱手段と冷却手段とを通過する温度調整対象の流体を所定温度に制御する温度制御部を採用し、前記温度制御部に、前記比例三方弁の加熱回路側吐出口の開口度と冷却回路側吐出口の開口度とから、表示部に表示する加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを演算する演算部とを具備することにより、熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを表示部に容易に表示できる。
【０００９】
これらの表示部には、加熱手段と冷却手段とを通過した温度調整対象の流体の現在温度と設定温度とを切り替えて表示する温度表示部と、前記設定温度を所望温度に設定する設定部とを設けることによって、精密温度調整装置の操作パネルの小型化を図ることができる。
かかる表示部には、複数のＬＥＤを設け、加熱回路側と冷却回路側との各々の分配比率をＬＥＤの点灯によって表示することによって、現在の加熱回路側と冷却回路側との各分配比率を一目で把握できる。
また、第２熱媒体として、外部から加熱又は冷却されることなく供給された第２熱媒体を用いることが、省エネルギーの観点から好ましい。
更に、冷却回路の凝縮手段に供給されて高温の第1熱媒体を冷却する冷却媒体とヒートポンプ手段の吸熱手段に供給される第２熱媒体とを、同一熱媒体とし、前記凝縮手段に供給してからヒートポンプ手段の吸熱手段に供給することによって、凝縮手段で除去された高温の第１熱媒体の熱を有効利用でき好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る精密温度調整装置では、加熱回路の加熱手段と冷却回路の冷却手段との各々に、圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体が供給される。更に、分配手段によって、加熱回路と冷却回路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を変更して、加熱手段と冷却手段とを通過する温度調整対象の流体に対する加熱量と冷却量とを容易に調整できる。
しかも、本発明の精密温度調整装置では、ヒートポンプ手段を設けている。このヒートポンプ手段は、低温の部分から温度の高い部分へ熱を移動できる手段であるため、圧縮機によって圧縮されて加熱された高温の第１熱媒体（温度の高い部分）のうち、加熱回路の加熱手段で熱を放出して冷却してから第２膨張手段で断熱的に膨張して更に冷却した第１熱媒体を、ヒートポンプ手段を構成する吸熱手段によって、外部熱源の第２熱媒体（温度の低い部分）から吸熱し昇温して圧縮機に戻すことができる。
このため、本発明の精密温度調整装置では、圧縮機から吐出される高温の第１熱媒体（温度の高い部分）には、圧縮機による圧縮動力エネルギーに、ヒートポンプ手段によって外部熱源の第２熱媒体（温度の低い部分）から吸熱されたエネルギーを加えることができ、高温の第１熱媒体が供給される加熱手段の加熱能力を向上できる。
従って、本発明の精密温度調整装置では、加熱手段と冷却手段とを通過する温度調整対象の流体の微小な負荷変動は、加熱回路と冷却回路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を微小調整することによって迅速に対応でき、応答性の向上を図ることができる。
また、加熱手段と冷却手段とを通過する温度調整対象の流体の設定温度を大幅に高くする場合でも、高温の第１熱媒体の分配比率を冷却回路よりも加熱回路に分配する分配比率を大幅に高くすることによって、温度調整対象の流体を所定温度に調整できる。
この様に、本発明の精密温度調整装置では、補助電気ヒータ等の補助ヒータの不要化或いは小型化を図っても、温度調整対象の流体を所定温度に調整でき、省エネルギーを図ることができる。
更に、加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを表示する表示部を設けているため、現在の温度調整装置の作動状況を容易に把握でき、温度調整装置の管理上都合がよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る精密温度調整装置の一例を図１に示す。図１に示す精密温度調整装置は、工作機械等に用いられる冷却液の精密温度調整装置である。この冷却液の精密温度調整装置では、インバータによって所定回転数で回転するように制御されている圧縮機１０で圧縮されて吐出された高温の第１熱媒体は分配手段１２によって加熱回路と冷却回路とに分配される。かかる加熱回路と冷却回路との各回路を通過した第1熱媒体は、合流されて圧縮機１０に再供給される。この加熱回路と冷却回路とを含む回路のうち、分配手段１２から第１熱媒体が合流するまでの回路は、回路的に独立して設けられている。
図１に示す圧縮機１０で圧縮する第１熱媒体としては、例えばプロパン、イソブタンやシクロペンタン等の炭化水素、フロン類、アンモニア、炭酸ガスが供給され、熱媒体の気化・液化によって温度調整対象の冷却液を加熱・冷却して所定の温度に調整する。
かかる分配手段１２には、高温の第１熱媒体を加熱回路側と冷却回路側とに分岐する分岐配管の各々に二方弁１２ａ，１２ｂが設けられている。この二方弁１２ａ，１２ｂは、各々の開度を制御し、加熱回路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却回路側に分配する高温の第１熱媒体との合計量が圧縮機１０から吐出された高温の第１熱媒体量と等しくなるように、高温の第１熱媒体を比例分配する温度制御部１５が設けられている。かかる温度制御部１５では、後述する様に、精密温度調整装置の出口の冷却液の温度を測定する温度センサ２２からの信号に基づいて、二方弁１２ａ，１２ｂの各開度を制御し、加熱回路と冷却回路とに分配する高温の第１熱媒体の分配率を実質的に連続に変更して、冷却液を所定温度に調整する。
ここで、「実質的に変更」とは、二方弁１２ａ，１２ｂの各々をステップ制御で駆動するとき、微視的には二方弁１２ａ，１２ｂがステップ的に駆動されているものの、全体的には連続して駆動されている場合を含む意味である。
かかる二方弁１２ａ，１２ｂの各々は、図２に示す様に、バルブ開度と流量との関係は直線状でない。このため、温度制御部１２ｃでは、図２に示す二方弁１２ａ，１２ｂの各々についての流量特性データを保持し、温度制御部１２ｃからは、二方弁１２ａ，１２ｂの各流量特性に基づいて各二方弁１２ａ，１２ｂへの開度信号を発信する。
【００１２】
圧縮機１０から吐出された高温の第１熱媒体の一部が分配された加熱回路には、高温の第１熱媒体が供給される加熱手段としての加熱器１４が設けられている。この加熱器１４には、貯留槽２４に貯留されているＵＳＥＲから戻った、温度調整対象としての冷却液がポンプ２６によって供給され、分配された高温の第１熱媒体によって加熱される。
また、冷却回路には、分配された高温の第１熱媒体を、冷却する凝縮手段として、高温の第１熱媒体を凝縮する凝縮器１６と、凝縮器１６によって冷却された第１熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却する第１膨張手段としての膨張弁１８と、更に冷却された第１熱媒体が供給される冷却器２０とが設けられている。冷却器２０には、加熱器１４によって加熱された温度調整対象の冷却液が供給され、この冷却液を、所定温度に冷却された第１熱媒体によって冷却して所定温度に調整する。
この様に、加熱器１４と冷却器２０とを通過した冷却液は、温度制御部１２ｃに設定した温度に調整されて、ＵＳＥＲに送液される。
かかる加熱回路及び冷却回路には、ヒートポンプ手段の吸熱手段としての加熱用熱交換器２８が設けられている。この加熱用熱交換器２８には、加熱器１４で放熱して冷却されてから第２膨張手段としての膨張弁３０で断熱的に膨張されて更に冷却された第１熱媒体と、冷却回路に設けられた凝縮器１６に冷却用媒体として供給されて、高温の第１熱媒体の熱を吸熱して昇温された第２熱媒体としての冷却水とが供給され、昇温された冷却水から吸熱した第１熱媒体はアキュームレータ３１に戻り圧縮機１０に供給される。このアキュームレータ３１には、冷却器２０で冷却水から吸熱した第１熱媒体も供給される。かかるアキュームレータ３１としては、蓄圧器用タイプのアキュームレータを用いた。
尚、アキュームレータ３１を設置しなくても、加熱用熱交換器２８で冷却水から吸熱して昇温された第１熱媒体と、冷却器２０で温度調整対象としての冷却液から吸熱した第１熱媒体とを合流して、圧縮機１０に再供給できればよい。
【００１３】
図１に示す精密温度調整装置では、加熱器１４で放熱した第１熱媒体を、膨張弁３０によって断熱的に膨張して冷却しているが、膨張弁３０での断熱膨張による冷却では、第１熱媒体と外部との間での熱の遣り取りはない。このため、断熱的に冷却された第１熱媒体は、外部から凝縮器１６を経由して加熱用熱交換器２８に供給された第２熱媒体としての冷却水から吸熱できる。
従って、圧縮機１０から吐出される高温の第１熱媒体には、圧縮機１０による圧縮動力エネルギーに、ヒートポンプ手段の加熱用熱交換器２８によって外部から供給された第２熱媒体としての冷却水より吸熱したエネルギーを加えることができる。更に、図１に示す精密温度調整装置では、外部から供給された冷却水が凝縮器１６を経由して加熱用熱交換器２８に供給されており、凝縮器１６で除去した高温の第１熱媒体から除去したエネルギーの一部も、圧縮機１０から吐出される高温の第１熱媒体に加えることができる。その結果、加熱回路の加熱能力を向上できる。その結果、補助ヒータ等の他の加熱手段を用いることを不要化或いは小型化できる。
【００１４】
かかる図１に示す精密温度調整装置では、凝縮器１６に供給される冷却水の配管途中に、圧縮機１０の吐出側の圧力が一定に保持されるように、凝縮器１６に供給される冷却水の供給量を制御する冷却媒体制御手段としての制御弁３２が設けられている。この制御弁３２は、圧縮機１０の吐出圧が一定となるように制御されている。
つまり、圧縮機１０の吐出圧が所定圧以上となったとき、制御弁３２の開度が大きくなり、凝縮器１６に供給される冷却水量が増加して、凝縮器１６の冷却能力が向上される。このため、圧縮機１０の吐出圧が低下する。他方、圧縮機１０の吐出圧が所定圧以下となったとき、制御弁３２の開度が小さくなり、凝縮器１６に供給される冷却水量が減少して、凝縮器１６の冷却能力が低下する。このため、圧縮機１０の吐出圧が高くなる。
この様に、圧縮機１０の吐出圧を一定に保持することによって、温度調整装置を安定して運転できる。また、凝縮器１６に冷却水量が必要以上に供給され、系外に排出されないように調整できる。
【００１５】
ところで、温度制御部１５に接続されている設定・表示部１７の温度設定を大幅に昇温した場合、温度制御部１５では、二方弁１２ｂを全閉状態又は全閉状態に近い状態とすると共に、二方弁１２ａを全開状態又は全開状態に近い状態とし、加熱回路側に殆どの高温の第１熱媒体を分配する。
しかし、加熱回路の加熱器１４に供給された高温の第１熱媒体は加熱器１４で凝縮され、圧縮機１０の吐出圧が所定圧よりも低圧となるため、制御弁３２が閉じて凝縮器１６に冷却水が供給されなくなる。
この様に、凝縮器１６に冷却水が供給されなくなると、凝縮器１６からヒートポンプ手段の加熱用熱交換器２８に供給される冷却水も供給されなくなる。このため、加熱用熱交換器２８が稼働停止状態となって、ヒートポンプ手段が機能しなくなる。
しかも、加熱器１４で放熱して冷却・凝縮されてから膨張弁３０で断熱的に膨張して更に冷却した第１熱媒体と冷却水との熱交換が行われず、加熱用熱交換器２８が凍結するおそれがある。
この点、図１に示す精密温度調整装置では、加熱用熱交換器２８への冷却水の供給手段として、制御弁３２のバイパス配管３４に制御弁３６を設けている。この制御弁３６は、二方弁１２ａが全開状態又は全開状態に近い状態（或いは、二方弁１２ｂが全閉状態又は全閉状態に近い状態）となったとき、温度制御部１５からの信号によって開き、強制的に冷却水を凝縮器１６に供給し、加熱用熱交換器２８を稼働状態としている。
このため、設定・表示部１７の温度設定を大幅に昇温した場合の様に、冷却回路側に分配される高温の第１熱媒体の分配率がゼロ又はその近傍となったときでも、加熱用熱交換器２８に所定量の冷却水を供給でき、加熱用熱交換器２８の凍結を防止し且つヒートポンプ手段の機能を発揮させることができる。
圧縮機１０の吐出圧が上昇し所定圧近傍に到達したとき、制御弁３６を温度制御部１５からの信号によって閉じる。その後は、制御弁３２によって圧縮機１０の吐出側の圧力が一定に保持されるように、凝縮器１６に供給される冷却水の供給量を制御する。
【００１６】
図１に示す精密温度調整装置の温度制御部１５は、図３に示す様に、設定・表示部１７が接続されている。この設定・表示部１７は、加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率(圧縮機１０から吐出される高温の第１熱媒体に対する比率をいう。以下、単に分配比率と称することがある。)と冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを表示する表示部１７ａと、冷却水の設定温度を所望温度に設定する設定部１７ｂとが設けられている。
この設定・表示部１７は、図４に示す様に、精密温度調整装置に設けられた操作パネル２１に設けられている。図４に示す操作パネル２１の表示部１７ａには、上下二段に表示が設けられており、上段の表示が加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率を表示するＬＥＤ表示部１９ａであり、下段の表示が冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率を表示するＬＥＤ表示部１９ｂである。かかるＬＥＤ表示部１９ａ，１９ｂは、加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と前記冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを複数のＬＥＤが棒状に点灯して表示する。このＬＥＤは、外観半円状に点灯されるように、表示部の略半分が遮蔽されている。
更に、設定・表示部１７には、加熱器１４と冷却器２０とを通過した冷却水の現在温度と設定温度とを切り替えて表示する温度表示部１７ｃと、この設定温度を所望温度に設定する設定部１７ｂとが設けられている。設定部１７ｂを操作し、設定温度を変更する際には、温度表示部１７ｃには、現在温度から設定温度に自動的に変更される。
【００１７】
図３及び図４に示す設定・表示部１７は、図３に示す様に、温度制御部１５の演算部１５ａに接続されており、設定部１７ｂで設定した設定温度は演算部１５ａを経由して表示部１７ａの温度表示部１７ｃに表示される。また、温度センサ２２で測定された加熱器１４と冷却器２０とを通過した冷却水の現在温度も、演算部１５ａを経由して温度表示部１７ｃに表示される。
かかる演算部１５ａでは、温度センサ２２で測定された加熱器１４と冷却器２０とを通過した冷却水の現在温度と設定部１７ｂで設定された設定温度との比較と、記憶部１５ｂに記憶されている二方弁１２ａ，１２ｂの各開度と流量との関係（図２）とを基にして、加熱回路と冷却回路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を演算する。この際に、演算部１５ａでは、加熱回路側に分配される高温の第１熱媒体量と冷却回路側に分配される高温の第１熱媒体量との合計量が圧縮機１０から吐出される高温の第１熱媒体量と等しくなるように、二方弁１２ａ，１２ｂの各開度を決定し、二方弁１２ａ，１２ｂの各々に出力する。
この様に、演算部１５ａでは、二方弁１２ａ，１２ｂの各開度を制御し、加熱回路と冷却回路とに分配する高温の第１熱媒体の分配率を実質的に連続して変更し、加熱器１４と冷却器２０とを通過した冷却液を所定温度に調整する。更に、演算部１５ａでは、演算した加熱回路と冷却回路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を温度表示部１７ｃに表示する。
また、演算部１５ａでは、演算部１５ａで演算した結果、二方弁１２ａが全開状態又は全開状態に近い状態（或いは、二方弁１２ｂが全閉状態又は全閉状態に近い状態）となったとき、制御弁３６を開く信号を発信し、強制的に冷却水を凝縮器１６に供給して加熱用熱交換器２８を稼働状態としている。
【００１８】
図１に示す精密温度調整装置では、その加熱回路の加熱能力をヒートポンプ手段の設置によって向上でき、且つ二方弁１２ａ，１２ｂによって加熱回路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却回路に分配する高温の第１熱媒体との分配比率を、冷却器２０から吐出された冷却液の温度に応じて実質的に連続して変更できる。
このため、図１に示す精密温度調整装置では、加熱回路及び冷却回路に高温の第１熱媒体が常時供給されており、加熱回路の加熱器１４と冷却回路の冷却器２０とを通過する温度調整対象の冷却液の微小な負荷変動は、加熱回路と冷却回路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を二方弁１２ａ，１２ｂによって直ちに微小調整することによって迅速に対応でき、応答性を向上できる。
その結果、加熱回路の加熱器１４と冷却回路の冷却器２０とを通過する温度調整対象の冷却液の温度を設定温度に対して±０．１℃以下の精度で制御できる。
【００１９】
また、図１に示す温度調整装置では、上述した様に、加熱回路の加熱能力が向上され、且つ加熱回路と冷却手段とを含む回路のうち、分配手段としての二方弁１２ａ，１２ｂから冷却器２０及び加熱用熱交換器２８の各々を通過した第１熱媒体がアキュームレータ３１で合流されるまでの回路が、回路的に独立して設けられている。このため、加熱器１４と冷却器２０とを通過する温度調整対象の冷却液の設定温度を大幅に高くする場合でも、二方弁１２ａ，１２ｂによって高温の第１熱媒体の分配比率を冷却回路よりも加熱回路に分配する分配比率を大幅に高くして、温度調整対象の冷却液を所定温度に迅速に調整できる。
更に、図１に示す温度調整装置では、加熱回路の加熱能力が向上され、補助ヒータ等の他の加熱手段を用いることを要しないため、補助ヒータ等を設けた温度調整装置に比較して、大幅な省エネルギーを図ることができる。
【００２０】
図１に示す精密温度調整装置では、分配手段として二方弁１２ａ，１２ｂを設けていたが、図５に示す様に、比例三方弁３８を用いてもよい。この比例三方弁３８は、加熱回路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却回路側に分配する高温の第１熱媒体との合計量が圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体量と等しくなるように、加熱回路側吐出口の開度と冷却回路側吐出口の開度を調整して、高温の第１熱媒体を比例分配するものである。この比例三方弁３８も、温度制御部１５によって制御されている。
かかる温度制御部１５の演算部１５ａでは、温度センサ２２で測定された加熱器１４と冷却器２０とを通過した冷却水の現在温度と設定部１７ｂで設定された設定温度との比較基づいて、比例三方弁３８の加熱回路側吐出口の開口度と冷却回路側吐出口の開口度とを演算し、その結果を比例三方弁３８に発信する。
この様に、演算部１５ａでは、比例三方弁３８を制御し、加熱回路と冷却回路とに分配する高温の第１熱媒体の分配率を連続的に変更して、加熱器１４と冷却器２０とを通過した温度調整対象の冷却液を所定温度に調整する。
更に、演算部１５ａでは、比例三方弁３８の加熱回路側吐出口の開口度と冷却回路側吐出口の開口度とから、加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを演算し、温度表示部１７ｃに表示する。
【００２１】
図１は冷却液の温度調整を施す温度調整装置について説明しているが、空気用の温度調整装置についても本発明を適用できる。その一例を図６に示す。図６に示す空気用の温度調整装置では、圧縮機４０で圧縮された高温の第１熱媒体は分配手段４２によって加熱回路と冷却回路とに分配される。この加熱回路に設けられた加熱器４４と冷却回路に設けられた冷却器４６とは、空間ユニット４８内に設けられている。かかる加熱器４４と冷却器４６とに温度調整対象の空気流が通過するようにファン４９が設けられている。
かかる加熱回路と冷却回路とに圧縮機４０で圧縮された高温の第１熱媒体を分配する分配手段４２には、高温の第１熱媒体を加熱回路側と冷却回路側とに分岐する分岐配管の各々に二方弁４２ａ，４２ｂが設けられている。この二方弁４２ａ，４２ｂは、各々の開度を制御し、加熱回路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却回路側に分配する高温の第１熱媒体との合計量が圧縮機４０から吐出された高温の第１熱媒体量と等しくなるように、高温の第１熱媒体を比例分配する温度制御部４３が設けられている。かかる温度制御部４３には、図３に示す温度制御部１５と同様に、演算部４３ａと記憶部４３ｂとが設けられている。この温度制御部４３では、温度調整された空気流が吐出されるファン４９の吐出側に設けられた温度センサ５２からの信号に基づいて、二方弁４２ａ，４２ｂの各開度を制御し、加熱回路と冷却回路とに分配する高温の第１熱媒体の分配率を実質的に連続して変更し、空間ユニット４８内に吸込まれた空気流を所定温度に調整する。
【００２２】
加熱回側に分配された高温の第１熱媒体は、加熱器４４に直接供給され、空間ユニット４８内に吸引された外気を加熱し、その際に、高温の第１熱媒体は放熱して冷却される。
一方、冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体は、凝縮器５０によって冷却され、更に第１膨張手段としての膨張弁５２によって断熱膨張して更に冷却される。断熱膨張して冷却された第１熱媒体は、冷却器４６に供給される。
冷却器４６に供給された第１熱媒体は、空間ユニット４８内に吸込まれて加熱器４４によって加熱された空気流を冷却し、所定の温度に温度調整する。その際に、冷却器４６に供給された第１熱媒体は空気流から吸熱する。
冷却回路に設けられた凝縮器５０には、外部から加熱又は冷却されることなく配管５１を経由して第２熱媒体としての冷却水が供給されている。かかる冷却水は、凝縮器５０内で高温の第１熱媒体によって加熱されて配管５４から排出される。この配管５４から排出された冷却水は、ヒートポンプ手段の加熱用熱交換器５７に加熱源として供給される。
この加熱用熱交換器５７には、加熱器４４で放熱して冷却してから膨張弁５８によって断熱膨張されて更に冷却された低温の第１熱媒体が供給される。このため、加熱用熱交換器５７では、凝縮器５０を経由して供給された冷却水から、加熱器４４で放熱し更に断熱膨張して冷却された低温の第１熱媒体が吸熱して昇温される。
昇温された第１熱媒体は、アキュームレータ６０に供給される。このアキュームレータ６０には、冷却器４６に供給され、空間ユニット４８内に吸込まれた流体から吸熱した第１熱媒体も供給され、加熱用熱交換器５７を通過した第１熱媒体と合流されて、圧縮機４０に再供給される。このアキュームレータ６０は、液体成分を貯めてガス成分のみを圧縮機１０に確実に再供給できるタイプのアキュームレータである。このため、アキュームレータ６０の設置によって、圧縮機４０に供給する第１熱媒体の状態を安定させることができる。
【００２３】
この様に、図６に示す温度調整装置でも、その加熱回路の加熱能力をヒートポンプ手段の設置によって向上でき、且つ二方弁４２ａ，４２ｂによって加熱回路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却回路に分配する高温の第１熱媒体との分配比率を、加熱器４４と冷却器４６とを通過した温度調整対象の空気流の温度に応じて実質的に連続して変更できる。
このため、図６に示す精密温度調整装置では、加熱回路及び冷却回路に高温の第１熱媒体が常時供給されており、加熱器４４と冷却器４６とを通過する温度調整対象の空気流の微小な負荷変動は、加熱回路と冷却回路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を二方弁４２ａ，４２ｂによって直ちに微小調整することによって迅速に対応でき、応答性を向上できる。
その結果、加熱回路の加熱器４４と冷却回路の冷却器４６とを通過する温度調整対象の空気流の温度を設定温度に対して±０．１℃以下の精度で制御でき、図６に示す温度調整装置が設置された空間ユニット４８の温度変化をクリーンルームの温度変化よりも小さくでき、精密加工が要求される工程を設置できる。
【００２４】
また、図６に示す温度調整装置では、上述した様に、加熱回路の加熱能力が向上され、且つ加熱回路と冷却手段とを含む回路のうち、分配手段としての二方弁４２ａ，４２ｂから冷却器４６及び加熱用熱交換器５７の各々を通過した第１熱媒体がアキュームレータ６０で合流されるまでの回路が、回路的に独立して設けられている。このため、加熱器４４と冷却器４６とを通過する温度調整対象の空気流の設定温度を大幅に高くする場合でも、二方弁４２ａ，４２ｂによって高温の第１熱媒体の分配比率を冷却回路よりも加熱回路に分配する分配比率を大幅に高くして、温度調整対象の冷却液を所定温度に迅速に調整できる。
その結果、例えば、図１０に示す温度調整装置では、その温度設定範囲が２０〜２６℃程度であるが、図６に示す温度調整装置では、その温度設定範囲を１８〜３５℃と大幅に拡大できる。
更に、図６に示す温度調整装置では、加熱回路の加熱能力が向上され、補助ヒータ等の他の加熱手段を用いることを要しないため、図１０に示す補助ヒータ１１４を設けた温度調整装置に比較して、大幅な省エネルギーを図ることができる。
例えば、図１０に示す補助ヒータ１１４を設けた温度調整装置では、全消費エネルギーの内訳は、圧縮機１００が１８％、補助ヒータ１１４が６９％、及び送風機１１２が１３％である。この点、図６に示す温度調整装置では、補助ヒータ１１４の消費エネルギーをカットできる。
このため、吐出量が２０ｍ３／min程度の水冷式空調機に、図１０に示す温度調整装置の方式を適用した場合には、最大消費電力が１１．７KWであったが、図６に示す温度調整装置の方式を適用すると、最大消費電力を２．４KW程度とすることができる。
【００２５】
また、図６に示す温度調整装置には、凝縮器５０に冷却媒体を供給する配管５１に、冷媒制御手段としての制御弁６２が設けられている。この制御弁６２は、圧縮機４０の吐出圧が一定となるように制御されている。
つまり、圧縮機４０の吐出圧が一定値以上となったとき、制御弁６２の開度が大きくなり、凝縮器５０に供給される冷却媒体量が増加して、凝縮器５０の冷却能力が向上される。このため、圧縮機４０の吐出圧が低下する。他方、圧縮機４０の吐出圧が一定値以下となったとき、制御弁６２の開度が小さくなり、凝縮器５０に供給される冷却媒体量が減少して、凝縮器５０の冷却能力が低下する。このため、圧縮機４０の吐出圧が高くなる。
この様に、圧縮機４０の吐出圧を一定に保持することによって、温度調整装置を安定して運転できる。
【００２６】
ところで、空気用の温度調整装置では、温度制御部４３に接続されている設定・表示部４５の温度設定を大幅に昇温することが頻繁に行われることがある。この様に、設定・表示部４５の温度設定を大幅に昇温すると、温度制御部４３では、二方弁４２ｂを全閉状態又は全閉状態に近い状態とすると共に、二方弁４２ａを全開状態又は全開状態に近い状態とし、加熱回路側に殆どの高温の第１熱媒体を分配する。
この際に、加熱回路の加熱器４４に供給された高温の第１熱媒体は加熱器４４で凝縮され、圧縮機４０の吐出圧が所定圧よりも低圧となるため、制御弁６２が閉じて凝縮器５０に冷却水が供給されなくなる。
この様に、凝縮器５０に冷却水が供給されなくなると、凝縮器５０からヒートポンプ手段を構成する加熱用熱交換器５６に供給される冷却水も供給されなくなる。このため、加熱用熱交換器５６が稼働停止状態となって、ヒートポンプ手段が機能しなくなる。
しかも、加熱器４４で放熱して凝縮した熱媒体を膨張弁５８で断熱的に膨張して冷却された熱媒体と冷却水との熱交換が行われず、加熱用熱交換器５６が凍結するおそれがある。
この点、図６に示す精密温度調整装置では、加熱用熱交換器５６への冷却水の供給手段として、制御弁６２のバイパス配管６４に制御弁６６を設けている。この制御弁６６は、二方弁４２ａが全開状態又は全開状態に近い状態（或いは、二方弁４２ｂが全閉状態又は全閉状態に近い状態）となったとき、温度制御部４３からの信号によって開き、強制的に冷却水を凝縮器１６に供給し、加熱用熱交換器５６を稼働状態としている。
このため、温度制御部４３に接続されている設定・表示部４５の温度設定を大幅に昇温した場合の様に、冷却回路側に分配される高温の第１熱媒体の分配率がゼロ又はその近傍となったときでも、加熱用熱交換器５６に所定量の冷却水を供給でき、加熱用熱交換器５６の凍結を防止し且つヒートポンプ手段の機能を発揮させることができる。
圧縮機４０の吐出圧が上昇し所定圧近傍に到達したとき、制御弁６６を温度制御部４３からの信号によって閉じる。その後は、制御弁６６によって圧縮機４０の吐出側の圧力が一定に保持されるように、凝縮器５０に供給される冷却水の供給量を制御する。
【００２７】
かかる図６に示す精密温度調整装置でも、図５に示す比例三方弁３８を用いてもよい。この比例三方弁３８は、加熱回路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却回路側に分配する高温の第１熱媒体との合計量が圧縮機４０から吐出される高温の第１熱媒体量と等しくなるように、高温の第１熱媒体を比例分配するものである。かかる比例三方弁３８も、ファン４９の吐出側に設けられた温度センサ５２からの信号に基づいて温度制御部４３によって制御されており、加熱回路と冷却回路とに分配する高温の第１熱媒体の分配率を連続的に変更できる。
また、図６に示す温度調整装置では、凝縮器５０に冷却水を供給する配管５１に設けた制御弁６２のバイパス配管６４に制御弁６６を設けているが、図７に示す様に、バイパス配管６４を設け、常時、加熱用熱交換器５６が稼働できる最小流量の冷却水を供給できるように、オリフィス６８を設けてもよい。
尚、温度制御部４３及び設定・表示部４５の構成は、図３に示す温度制御部１５及び設定・表示部１７と同一構成であるため、図３に温度制御部４３及び設定・表示部４５の構成部材の番号を括弧書で記載した。
【００２８】
以上、説明した図１〜図７に示す温度調整装置に用いた設定・表示部１７のＬＥＤ表示部１９ａ，１９ｂでは、図４に示す様に、加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率とを複数のＬＥＤが棒状に点灯して表示しているが、図８に示す様に、一対のＬＥＤが点灯して表示してもよい。図８に示す設定・表示部１７のＬＥＤ表示部１９ａ，１９ｂでは、加熱回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率と冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体の分配比率との変化に応じて、点灯する一対のＬＥＤが左右方向に移動する。
この場合、点灯表示する部位のＬＥＤまで、表示部１９ａに複数個並設されているＬＥＤでは左側から右側方向に、表示部１９ｂに複数個並設されているＬＥＤでは右側から左側方向に、例えば０．５秒程度の間隔で順次点灯させて到達するようにしてもよい。この様に、複数個並設されているＬＥＤを順次点灯させて到達するように構成すると、いわゆる「フラッシャー」的な表示効果が得られ、ユーザは体感的に表示内容を認識でき、ユニークで且つ効果的な設定・表示部１７とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る温度調整装置の一例を説明する回路図である。
【図２】図１に示す分配手段を構成する二方弁１２ａ，１２ｂの流量特性を説明するグラフである。
【図３】図１に示す温度調整装置の温度制御部１５及び設定・表示部１７の構成を説明する概略図である。
【図４】図１に示す温度調整装置の設定・表示部１７の正面図である。
【図５】二方弁１２ａ，１２ｂに代えて用いることができる比例三方弁を説明する説明図である。
【図６】本発明に係る温度調整装置の他の例を説明する回路図である。
【図７】凝縮器に冷却水を供給する配管の制御弁のバイパス配管６４に設けた制御弁に代えて用いることのできるオリフィスについて説明する説明図である。
【図８】図１に示す温度調整装置の温度制御部１５及び設定・表示部１７の他の構成を説明する概略図である。
【図９】従来の温度調整装置の概略図である。
【図１０】従来の温度調整装置の改良例を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０，４０  圧縮機
１２，４２  分配手段
１２ａ，１２ｂ，４２ａ，４２ｂ  二方弁
１２ｃ，４２ｃ  温度制御部
１４，４４  加熱器
１５，４３  温度制御部
１６，５０  凝縮器
１７，４５  設定・表示部
１８，３０，５２，５８  膨張弁
２０，４６  冷却器
２２，５２  温度センサ
２４  貯留槽
２６  ポンプ
２８，５６  加熱用熱交換器
３１，６０  アキュームレータ
３２，３６，６２，６６  制御弁
３４，６４  バイパス配管
３８  比例三方弁
４０  空間ユニット
４９  ファン
【図１】
0004790685.tif 000002
【図２】
0004790685.tif 000003
【図３】
0004790685.tif 000004
【図５】
0004790685.tif 000005
【図６】
0004790685.tif 000006
【図７】
0004790685.tif 000007
【図４】
0004790685.tif 000008
【図８】
0004790685.tif 000009
【図９】
0004790685.tif 000010
【図１０】
0004790685.tif 000011