(57)【要約】      （修正有）【課題】流体の温度を設定温度に短時間で到達でき、且つ省エネルギーを充分に図ることができる精密温度調整装置を提供する。【解決手段】圧縮機１０から吐出する高温の第１熱媒体の一部を加熱器１４側に分配すると共に、高温の第１熱媒体の残余部を凝縮器１６及び膨張弁１８側に分配し、且つ各々の流路に分配する高温の第１熱媒体の分配比率を変更する比例三方弁１２と、加熱器１４と膨張弁３０で冷却した第１熱媒体を、凝縮器１６で吸熱した冷却水を加熱源とする吸熱器２８で加熱する手段と、三方弁１２を制御し、冷却器２０の出口温度を所定温度に制御する温度制御部１１とが設けられ、凝縮器１６への冷却水の供給量を制御し、圧縮機１０の吐出圧を一定に保持する制御弁３２と、分配する高温の第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、凝縮器１６に所定量の冷却水を供給する開閉弁３６とを具備する。【選択図】図１
2009115446.tif 000002
【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流路と、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更に冷却されて冷却手段に供給される冷却流路とが設けられ、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熱媒体が加熱流路と冷却流路とに分配され、且つ前記加熱流路と冷却流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、
前記圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体の一部を前記加熱流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流路側に分配し、且つ前記加熱流路と冷却流路と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、
前記加熱流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されてから第２膨張手段で断熱的に膨張され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、
前記分配手段を制御し、前記加熱流路と冷却流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が設けられ、
前記冷却流路の凝縮手段に供給されて高熱の第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、同一の液状熱媒体であって、前記液状熱媒体が前記凝縮手段を経由して吸熱手段に供給され、
且つ前記圧縮機の吐出側の圧力が一定に保持されるように、前記凝縮手段に供給される液状熱媒体の供給量を制御する冷却媒体制御手段と、
前記冷却媒体制御手段から独立して設けられ、前記分配手段によって冷却流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、前記凝縮手段に所定量の前記液状熱媒体を強制的に供給する液状熱媒体の強制供給手段とを具備することを特徴とする精密温度調整装置。
【請求項２】
強制供給手段が、分配手段によって冷却流路側に分配される高温の第1熱媒体の分配率が５％以下となったとき、凝縮手段に所定量の液状熱媒体を強制的に供給する強制供給手段である請求項１記載の精密温度調整装置。
【請求項３】
強制供給手段には、凝縮手段に液状熱媒体を供給する供給配管に設けられた冷却媒体制御手段の制御弁をバイパスするバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、温度制御部からの信号によって開閉する開閉弁とを具備する請求項１又は請求項２記載の精密温度調整装置。
【請求項４】
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流路と、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更に冷却されて冷却手段に供給される冷却流路とが設けられ、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熱媒体が加熱流路と冷却流路とに分配され、且つ前記加熱流路と冷却流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、
前記圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体の一部を前記加熱流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流路側に分配し、且つ前記加熱流路と冷却流路と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、
前記加熱流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されてから第２膨張手段で断熱的に膨張され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、
前記分配手段を制御し、前記加熱流路と冷却流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が設けられ、
前記冷却流路の凝縮手段に供給されて高熱の第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、同一の液状熱媒体であって、前記液状熱媒体が前記凝縮手段を経由して吸熱手段に供給され、
且つ前記圧縮機の吐出側の圧力が一定に保持されるように、前記凝縮手段に供給される液状熱媒体の供給量を制御する冷却媒体制御手段と、
前記冷却媒体制御手段から独立して設けられ、前記凝縮手段に所定量の液状熱媒体を常時供給する常時供給手段とを具備することを特徴とする精密温度調整装置。
【請求項５】
常時供給手段には、凝縮手段に液状熱媒体を供給する供給配管に設けられた冷却媒体制御手段の制御弁をバイパスするバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられたオリフィスとを具備する請求項４記載の精密温度調整装置。
【請求項６】
加熱流路と冷却流路とを含む流路のうち、分配手段から第１熱媒体が合流されるまでの流路が、流路的に独立して設けられている請求項１〜５のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項７】
分配手段が、加熱流路と冷却流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１〜６のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項８】
液状熱媒体が、外部から加熱又は冷却されることなく供給された液状熱媒体である請求項１〜７のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項９】
冷却手段及びヒートポンプ手段で吸熱された第１熱媒体が、アキュームレータを経由して圧縮機に再供給される請求項１〜８のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項１０】
分配手段が、加熱流路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却流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、前記高温の第１熱媒体を比例分配する比例三方弁である請求項１〜９のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項１１】
分配手段が、高温の第１熱媒体を加熱流路側と冷却流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って、
温度制御部が、前記加熱流路と冷却流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と共に、前記加熱流路側に分配される高温の第１熱媒体と冷却流路側に分配される高温の第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、前記二方弁の各々の開度を調整する制御部でもある請求項１〜９のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項１２】
液状熱媒体が、水である請求項１〜１１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流路と冷却手段が設けられた冷却流路とに供給する熱媒体の供給量を調整し、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１１に示す温度調整装置が記載されている。
図１１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から成る冷却流路と、圧縮機１００、三方弁１０２、加熱器１１０及び膨張弁１０６から成る加熱流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、冷却流路と加熱流路とに分配する。冷却流路側に分配された高温の第１熱媒体は、凝縮器１０４で冷却・凝縮されて液状の熱媒体となる。この液状の熱媒体は、膨張弁１０６によって断熱的に膨張されて冷却され、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、加熱流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１１に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の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によって加熱流路側に分配する高温の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行うことは可能である。
しかし、図１１に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の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、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１１に示す温度調整装置の加熱量不足を補うべく、図１２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。
そこで、本発明では、温度調整対象の流体の設定温度を大幅に変更する場合、冷却手段及び加熱手段を通過した流体の温度が設定温度に到達するまでに時間がかかり、且つエネルギーの無駄が存在する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の設定温度を大幅に変更する場合でも、冷却手段及び加熱手段を通過した流体の温度を設定温度に短時間で到達でき、且つ省エネルギーを充分に図ることができ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、冷却流路と加熱流路とを設けること、冷却流路の冷却手段及び加熱流路の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、加熱流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が、省エネルギーを図りつつ、加熱流路の加熱能力を向上できるものと考えた。
更に、本発明者等は、外部から供給された冷却水を冷却流路の凝縮器を経由してヒートポンプ手段の吸熱手段に熱源として供給し、圧縮機の吐出側の圧力（以下、単に圧縮機の吐出圧力と称することがある）が一定に保持されるように、凝縮器に供給する冷却水量を制御する冷却水制御手段を設けることによって、冷却水の無駄を省き且つ温度調整対象の流体を精密温度調整できるものと考えて検討した。
しかしながら、分配手段によって冷却流路側に分配される高温の熱媒体の分配率がゼロ又はその近傍となったとき、凝縮器への熱媒体の供給量がゼロ又はその近傍となると共に、加熱手段としての加熱器による凝縮が増加して圧縮機の吐出側の圧力が低下し、冷却水制御手段によって凝縮器への冷却水の供給もゼロ又はその近傍となり、ヒートポンプ手段の吸熱器への熱源としての水の供給が停止する。この様に、ヒートポンプ手段の吸熱器への水の供給停止は、ヒートポンプ手段の機能停止状態を惹起し、温度調整装置の運転が不安的化することが判明した。
このため、本発明者等は、分配手段によって冷却流路側に分配される高温の熱媒体の分配率がゼロ又はその近傍となり、凝縮器への冷却水の供給もゼロ又はその近傍となったとき、凝縮器に強制的に冷却水を供給す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。
【０００７】
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流路と、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更に冷却されて冷却手段に供給される冷却流路とが設けられ、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熱媒体が加熱流路と冷却流路とに分配され、且つ前記加熱流路と冷却流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、前記圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体の一部を前記加熱流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流路側に分配し、且つ前記加熱流路と冷却流路と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、前記加熱流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されてから第２膨張手段で断熱的に膨張され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、前記分配手段を制御し、前記加熱流路と冷却流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が設けられ、前記冷却流路の凝縮手段に供給されて高熱の第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、同一の液状熱媒体であって、前記液状熱媒体が前記凝縮手段を経由して吸熱手段に供給され、且つ前記圧縮機の吐出側の圧力が一定に保持されるように、前記凝縮手段に供給される液状熱媒体の供給量を制御する冷却媒体制御手段と、前記冷却媒体制御手段から独立して設けられ、前記分配手段によって冷却流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、前記凝縮手段に所定量の前記液状熱媒体を強制的に供給する液状熱媒体の強制供給手段とを具備することを特徴とする精密温度調整装置にある。
【０００８】
かかる本発明において、強制供給手段として、分配手段によって冷却流路側に分配される高温の第1熱媒体の分配率が５％以下となったとき、凝縮手段に所定量の液状熱媒体を強制的に供給する液状熱媒体の強制供給手段を好適に用いることができる。
更に、この強制供給手段には、凝縮手段に液状熱媒体を供給する供給配管に設けられた冷却媒体制御手段の制御弁をバイパスするバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、温度制御部からの信号によって開閉する開閉弁とを設けることによって、冷却流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、凝縮器に確実に液状熱媒体を強制的に供給できる。
【０００９】
また、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流路と、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更に冷却されて冷却手段に供給される冷却流路とが設けられ、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熱媒体が加熱流路と冷却流路とに分配され、且つ前記加熱流路と冷却流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、前記圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体の一部を前記加熱流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流路側に分配し、且つ前記加熱流路と冷却流路と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、前記加熱流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されてから第２膨張手段で断熱的に膨張され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、前記分配手段を制御し、前記加熱流路と冷却流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が設けられ、前記冷却流路の凝縮手段に供給されて高熱の第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、同一の液状熱媒体であって、前記液状熱媒体が前記凝縮手段を経由して吸熱手段に供給され、且つ前記圧縮機の吐出側の圧力が一定に保持されるように、前記凝縮手段に供給される液状熱媒体の供給量を制御する冷却媒体制御手段と、前記冷却媒体制御手段から独立して設けられ、前記凝縮手段に所定量の液状熱媒体を常時供給する液状熱媒体の常時供給手段とを具備することを特徴とする精密温度調整装置にある。
かかる本発明において、常時供給手段には、凝縮手段に液状熱媒体を供給する供給配管に設けられた冷却媒体制御手段の制御弁をバイパスするバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられたオリフィスとを設けることによって、確実に凝縮手段に所定量の液状熱媒体を常時供給できる。
【００１０】
これらの本発明において、加熱流路と冷却流路とを含む流路のうち、分配手段から第１熱媒体が合流されるまでの流路を、流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。
この加熱流路と冷却流路とに高温の第１熱媒体を分配する分配手段としては、加熱流路と冷却流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。
ここで言う「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。
更に、液状熱媒体として、外部から加熱又は冷却されることなく供給された液状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。
また、冷却手段及びヒートポンプ手段で吸熱された第１熱媒体を、アキュームレータを経由して圧縮機に再供給することによって、圧縮機に供給する第１熱媒体の状態を安定させることができる。
【００１１】
本発明において用いる分配手段としては、加熱流路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却流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、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ることによって、圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体の分配比率をスムーズに変更できる。
また、分配手段として、高温の第１熱媒体を加熱流路側と冷却流路側とに分岐する分岐配管の各々に設けた二方弁とし、温度制御部として、前記加熱流路と冷却流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と共に、前記加熱流路側に分配される高温の第１熱媒体と冷却流路側に分配される高温の第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、前記二方弁の各々の開度を調整する制御部とすることによっても、圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体の分配比率をスムーズに変更できる。
尚、液状熱媒体としては、水を好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る精密温度調整装置では、加熱流路の加熱手段と冷却流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、加熱流路と冷却流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。
また、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、加熱流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、外部熱源の液状熱媒体（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。
更に、この液状熱媒体は、冷却流路の凝縮手段を経由してヒートポンプ手段の吸熱手段に供給されるため、凝縮手段で高温の第１熱媒体から除去された熱の一部も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液状熱媒体（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、加熱流路と冷却流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流路よりも加熱流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。
更に、圧縮機の吐出側の圧力が一定に保持されるように、冷却流路の凝縮手段に供給されて吸熱した冷却媒体の供給量を制御する冷却媒体制御手段が設けられており、圧縮機の吐出側の圧力を一定にでき、冷却手段及び加熱手段を通過した流体の温度を精密に制御できる。
【００１３】
かかる冷却媒体制御手段では、圧縮機の吐出圧力が所定圧よりも高くなったとき、冷却流路の凝縮手段に供給される冷却媒体の供給量を増加し、他方、圧縮機の吐出圧力が所定圧よりも低下したとき、冷却流路の凝縮手段に供給される冷却媒体の供給量を減少するように制御することによって、圧縮機の吐出圧力を所定圧に維持する。
ところで、冷却手段及び加熱手段を通過する温度調整対象の流体の設定温度を大幅に昇温する変更を行うと、分配手段によって冷却流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て、殆どの高温の第１熱媒体は加熱流路に分配される。この様に、加熱流路に分配された高温の第１熱媒体は加熱手段で大量に凝縮され、圧縮機の吐出圧力が所定圧よりも大幅に低下する場合がある。
【００１４】
この場合、冷却媒体制御手段では、冷却流路の凝縮手段に供給する液状熱媒体の供給量をゼロ又はその近傍にまで可及的に減少し、凝縮手段での第1熱媒体の凝縮量を減少して、圧縮機の吐出圧力を一定に保持するように制御する。
一方、冷却流路の凝縮手段に供給される液状媒体の供給量が、著しく減少してゼロ又はその近傍となったとき、ヒートポンプ手段の吸熱手段に加熱源としての液状媒体が供給されなくなり、ヒートポンプ手段が停止状態となる。この停止状態が継続されると、吸熱手段が凍結することがある。
この点、本発明の精密温度調整装置には、分配手段によって冷却流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は、冷却媒体制御手段から独立して設けられ、凝縮手段に所定量の液状熱媒体を強制的に供給する液状熱媒体の強制供給手段が設けられている。このため、液状熱媒体の供給が停止することに因るヒートポンプ手段の停止状態が継続して吸熱手段が凍結する事態を回避でき、精密温度調整装置の安定した運転を可能にできる。
また、本発明の精密温度調整装置では、冷却媒体制御手段から独立して設けられ、凝縮手段に所定量の液状熱媒体を常時供給する液状熱媒体の常時供給手段が設けられている。このため、分配手段によって冷却流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、凝縮手段に所定量の液状熱媒体を供給でき、ヒートポンプ手段の停止状態が継続して吸熱手段が凍結する事態を回避でき、精密温度調整装置の安定した運転を可能にできる。
ここで、本発明において言う「分配手段によって冷却流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」とは、冷却流路側に分配される高温の第１熱媒体量が著しく絞られ、ヒートポンプ手段の吸熱手段に加熱源としての液状媒体が実質的に供給されなくなって、ヒートポンプ手段の機能が停止状態に至る状態をいう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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によって加熱流路と冷却流路とに分配される。
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、第１熱媒体の気化・液化によって冷却液を加熱・冷却して所定の温度に調整する。
また、分配手段１２には、高温の第１熱媒体を加熱流路側と冷却流路側とに分岐する分岐配管の各々に分配手段としての比例三方弁１２が設けられている。この比例三方弁１２は、加熱流路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却流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ものである。かかる比例三方弁１２は、後述する様に、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温度制御部１１によって制御されており、加熱流路と冷却流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的に変更できる。
この「実質的に連続して変更」とは、比例三方弁１２をステップ制御で駆動するとき、微視的には比例三方弁１２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。
【００１６】
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流路には、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、圧縮機１０から吐出された高温の第１熱媒体の残部が分配される冷却流路には、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熱媒体を冷却する凝縮器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、この冷却された第１熱媒体が供給される冷却手段としての冷却器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冷却液が供給され、冷却された第１熱媒体によって温度制御部１１に設定された温度に調整されてＵＳＥＲに送られる。冷却器２０で吸熱した第１熱媒体は、アキュームレータ３１に戻り圧縮機１０に再供給される。
かかる加熱流路及び冷却流路には、ヒートポンプ手段を構成する吸熱手段としての吸熱器２８が設けられている。この吸熱器２８には、加熱器１４で放熱して冷却された第１熱媒体を第２膨張手段としての膨張弁３０で断熱的に膨張して更に冷却した第１熱媒体と、冷却流路に設けられた凝縮器１６に冷却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暖められた第２熱媒体としての冷却水とが供給される。吸熱器２８で加熱源である冷却水から吸熱した第１熱媒体は、アキュームレータ３１に戻って、冷却器２０で吸熱した第１熱媒体と合流して圧縮機１０に再供給される。
かかるアキュームレータ３６は、蓄圧器用タイプのアキュームレータであるが、液体成分を貯めてガス成分のみを圧縮機１０に再供給できるタイプのアキュームレータを用いることができる。
尚、アキュームレータ３６を設置しなくても、冷却器２０で吸熱した第１熱媒体と吸熱器２８で吸熱した第１熱媒体とを合流して、圧縮機１０に再供給できればよい。
【００１７】
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を経由して吸熱器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吸熱器２８によって外部から供給された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を経由して吸熱器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、加熱流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要しない。
【００１８】
この様に、図１に示す温度調整装置では、その加熱流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、且つ比例三方弁１２によって加熱流路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却流路側に分配する高温の第１熱媒体との分配比率を、温度調整対象の貯留槽２４から供給される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に示す温度調整装置では、加熱流路及び冷却流路に高温の第１熱媒体が常時供給されており、加熱流路の加熱器１４と冷却流路の冷却器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、加熱流路と冷却流路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を比例三方弁１２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、加熱流路の加熱器１４と冷却流路の冷却器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、加熱流路の加熱能力が向上され、且つ加熱流路と冷却流路とを含む流路のうち、分配手段としての比例三方弁１２から凝縮器１６、膨張弁１８及び冷却器２０を通過する第１熱媒体の流路と、比例三方弁１２から加熱器１４、膨張弁３０及び吸熱器２８を通過する第１熱媒体の流路とは、アキュームレータ３１で合流されるまでの流路が、流路的に独立して設けられている。従って、両流路は互いに干渉することはない。
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、比例三方弁１２によって高温の第１熱媒体の分配比率を冷却流路よりも加熱流路に分配する分配比率を大幅に高くして、温度調整対象の空気流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、加熱流路の加熱能力が向上され、補助ヒータ等の補助加熱手段を用いることを要しないため、大幅な省エネルギーを図ることができる。
【００２０】
以上、説明してきた図１に示す温度調整装置には、凝縮器１６に冷却水を供給する供給配管１６ａに、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の吐出圧力（圧縮機１０と比例三方弁１２との間の圧力）が一定となるように制御されている。
かかる制御弁３２は、図２に示す様に、冷却水の供給配管１６ａに接続された弁部３２ａの開口部を開閉する弁体３２ｂを具備する棒状部３２ｃが設けられている。この棒状部３２ｃは、その先端面が当接するバネ３２ｄによって弁体３２ｂが弁部３２ａの開口部を閉塞する方向に付勢されている。また、棒状部３２ｃの他端面は、圧縮器１８と比例三方弁１２との第１熱媒体の供給配管１０ａに接続された接続配管３２ａによって、圧縮機１０から吐出された第１熱媒体の圧力が供給されるベローズ３２ｅに当接し、棒状部３２ｃをバネ３２ｄの付勢力に抗して弁部３２ａの開口部を開く方向に弁体３２ｂを付勢している。
このため、圧縮機１０の吐出圧力がバネ３２ｄの付勢力以上となったとき、ベローズ３２ｅによって弁体３２ｂが弁部３２ａの開口部を開放する方向に移動し、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の吐出圧力が低下する。
他方、圧縮機１０の吐出圧力がバネ３２ｄの付勢力以下となったとき、バネ３２ｂが弁部３２ａの開口部を閉じる方向に移動し、凝縮器１６に供給される冷却水量が減少して、凝縮器２６の冷却能力が低下する。このため、圧縮機１０の吐出圧力が高くなる。
この様に、圧縮機１０の吐出圧力を一定に保持することによって、精密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。
【００２１】
ところで、図１に示す精密温度調整装置において、温度制御部１１の温度設定を大幅に昇温した場合、温度制御部１１では、比例三方弁１２の冷却流路側の開度を全閉状態又は全閉状態に近い状態とすると共に、比例三方弁１２の加熱流路側の開度を全開状態又は全開状態に近い状態とし、加熱流路側に殆どの高温の第１熱媒体を分配する。
このため、加熱流路の加熱器１４に供給された高温の第１熱媒体は加熱器１４で大量に凝縮され、圧縮機１０の吐出圧力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吸熱器２８に冷却水が供給されなくなる。このため、吸熱器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で放熱して凝縮した第１熱媒体を膨張弁３０で断熱的に膨張して冷却された第１熱媒体と冷却水との熱交換が行われず、吸熱器２８内が凍結するおそれがある。
【００２２】
この点、図１に示す精密温度調整装置では、吸熱器２８に強制的に冷却水を供給する強制供給手段として、制御弁３２のバイパス配管３４に開閉弁３６を設けている。この開閉弁３６は、比例三方弁１２が加熱流路側の開度を全開状態又は全開状態に近い状態（或いは、比例三方弁１２が冷却流路側の開度を全閉状態又は全閉状態に近い状態）となったとき（具体的には、冷却流路側に分配される高温の第１熱媒体の分配率が５％以下となったとき）、温度制御部１１からの信号によって開き、強制的に所定量の冷却水を凝縮器１６に供給し、吸熱器２８を稼働状態としている。
このため、温度制御部１１の温度設定を大幅に昇温した場合の様に、冷却流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、吸熱器２８に所定量の冷却水を強制的に供給でき、吸熱器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。
一方、圧縮機１０の吐出圧力が上昇し所定圧近傍に到達したとき、開閉弁３６を温度制御部１１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。
ここで、吸熱器２８が凍結してヒートポンプ手段の機能が停止する状態に至るおそれのある高温の第１熱媒体の冷却流路側への分配率は、冷却水の温度によっても変動する。例えば、冬場では、高温の第１熱媒体の冷却流路側への分配率がゼロとならない状態であっても、冷却水の温度が低温の場合には、吸熱器２８が凍結するおそれがある。このため、予め、高温の第１熱媒体の冷却流路側への分配率と使用する冷却水の温度との関係を調査しておくことが好ましい。
【００２３】
図１は温度調整対象としての冷却液の温度調整を施す精密温度調整装置について説明しているが、温度調整対象としての空気用の精密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３に示す。図３に示す空気用の精密温度調整装置では、圧縮機４０で圧縮された高温の第１熱媒体は分配手段としての比例三方弁４２によって加熱流路と冷却流路とに分配される。この加熱流路に設けられた加熱器４４と冷却流路に設けられた冷却手段としての冷却器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とには、ファン４９の吸引によって温度調整対象の空気流が送風される。
かかる比例三方弁４２は温度制御部４１によって制御されている。この温度制御部４１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５３からの信号に基づいて、比例三方弁４２によって加熱流路と冷却流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、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。
【００２４】
加熱流路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内に吸引された空気流を加熱し、その際に、高温の第１熱媒体は放熱して冷却される。
一方、冷却流路側に分配された高温の第１熱媒体は、凝縮手段としての凝縮器５０によって冷却され、更に第１膨張弁としての膨張弁５２によって断熱膨張して更に冷却されてされる。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熱媒体は吸熱する。
冷却流路に設けられた凝縮器５０には、配管５１を経由して冷却媒体としての冷却水が第２熱媒体として供給されている。この冷却水は、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、ヒートポンプ手段を構成する吸熱器５６に加熱源として供給される。
この吸熱器５６には、加熱器４４で放熱した第１熱媒体を、第２膨張手段としての膨張弁５８によって断熱膨張して更に冷却した第１熱媒体が供給される。このため、吸熱器５６では、凝縮器５０で吸熱した冷却水から、加熱器４４で放熱し膨張弁５８で断熱膨張して更に冷却された第１熱媒体が吸熱できる。
吸熱した第１熱媒体は、アキュームレータ６０に蓄圧され、圧縮機４０に供給される。このアキュームレータ６０には、冷却器４６に供給された冷却熱媒体であって、空間ユニット４８内に吸込まれた流体から吸熱した熱媒体も蓄圧される。かかるアキュームレータ６０の設置によって、圧縮機４０に供給する熱媒体の状態を安定させることができる。
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４０に再供給できるタイプのアキュームレータあるが、蓄圧器用タイプのアキュームレータを用いることができる。
尚、アキュームレータ６０を設置しなくても、冷却器４６で吸熱した第１熱媒体と吸熱器５６で吸熱した第１熱媒体とを合流して、圧縮機４０に再供給できればよい。
【００２５】
また、図３に示す精密温度調整装置には、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、図２に示す制御弁３２が設けられている。この制御弁３２によって、圧縮機４０の吐出圧力が一定となるように制御される。
制御弁３２の構造及びその機能については、前述したため詳細は省略するが、圧縮機４０の吐出圧力が一定値以上となったとき、制御弁３２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の吐出圧力が低下する。他方、圧縮機４０の吐出圧力が一定値以下となったとき、制御弁３２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の吐出圧力が高くなる。
この様に、圧縮機４０の吐出圧力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】
図３に示す空気用の温度調整装置では、温度制御部４１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、温度制御部４１の温度設定を大幅に昇温すると、温度制御部４１は、比例三方弁４２の加熱流路側の開度を全開状態又は全開状態に近い状態とすると共に。比例三方弁４２の冷却流路側の開度を全閉状態又は全閉状態に近い状態とし、加熱流路側に殆どの高温の第１熱媒体を分配する。
この際に、加熱流路の加熱器４４に供給された高温の第１熱媒体は加熱器４４で大量に凝縮され、圧縮機４０の吐出圧力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吸熱器５６に供給される冷却水も供給されなくなる。このため、吸熱器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、吸熱器５６が凍結するおそれがある。
この点、図３に示す精密温度調整装置では、吸熱器５６に冷却水を強制的に供給する強制供給手段として、制御弁３２のバイパス配管３４に開閉弁３６を設けている。この開閉弁３６については、前述したので省略する。
【００２７】
図３に示す精密温度調整装置では、図１に示す精密温度調整装置と同様に、圧縮機４０から吐出される高温の第１熱媒体には、圧縮機４０による圧縮動力エネルギーに、ヒートポンプ手段の吸熱器５６によって外部から供給された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３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５０を経由して吸熱器５６に供給されており、凝縮器５０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４０から吐出される高温の第１熱媒体に加えることができ、加熱流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要しない。
【００２８】
この様に、図３に示す温度調整装置では、その加熱流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、且つ加熱流路及び冷却流路に高温の第１熱媒体が常時供給されている。このため、加熱流路の加熱器４４と冷却流路の冷却器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、加熱流路と冷却流路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を比例三方弁４２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、加熱流路の加熱器４４と冷却流路の冷却器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３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。
【００２９】
また、図３示す温度調整装置では、上述した様に、加熱流路の加熱能力が向上され、且つ加熱流路と冷却流路とを含む流路のうち、分配手段としての比例三方弁４２から凝縮器５０、膨張弁５２及び冷却器４６を通過する第１熱媒体の流路と、比例三方弁４２から加熱器４４、膨張弁５８及び吸熱器５６を通過する第１熱媒体の流路とは、アキュームレータ６０で合流されるまでの流路が、流路的に独立して設けられている。従って、両流路は互いに干渉することはない。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、比例三方弁４２によって高温の第１熱媒体の分配比率を冷却流路よりも加熱流路に分配する分配比率を大幅に高くして、温度調整対象の空気流を所定温度に迅速に調整できる。
その結果、例えば、図１２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３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３に示す温度調整装置では、加熱流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１２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１２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３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１２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３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。
【００３０】
図３に示す精密温度調整装置において、加熱器４４と冷却器４６とによる温度調整対象としての空気流の温度調整では、例えば、温度調整対象の空気流に対して冷却側にある場合、空気温度が安定する運転状態では、図４（ａ）に示す様に、冷却器で冷却した空気流を加熱器で加熱している。図４（ａ）に示す運転状態では、空気流を冷却するに要するエネルギーＡに比較して、加熱器で加熱するエネルギーが大きくなる場合がある。この場合、図４（ｂ）に示す様に、冷却器と加熱器との重複するエネルギーを可及的に少なくできれば、省エネルギーを図ることができる。
一方、温度調整対象の空気流に対して加熱側にある場合、空気流の温度が安定する運転状態では、図５（ａ）に示す様に、加熱器で加熱した空気を冷却器で冷却している。図５（ａ）に示す運転状態では、空気流を加熱するに要するエネルギーＢに比較して、冷却器で冷却するエネルギーが大きくなる場合がある。この場合、図５（ｂ）に示す様に、冷却器と加熱器との重複するエネルギーを少なくできれば、省エネルギーを図ることができる。
但し、互いに打ち消し合う熱量分をゼロとすべく、加熱器と冷却器とに高温の第1熱媒体の供給をＯＮ−ＯＦＦ制御すると、精密温度調整装置の運転が不安定となり、空気流を所定温度で安定するまで時間が掛かる。このため、精密温度調整装置を安定運転できる程度には、加熱器に加えられる加熱量と冷却器に加えられる冷却量のうち、互いに打ち消し合う熱量分を最小限存在させることが必要である。
尚、この必要最小限の互いに打ち消し合う熱量分は、精密温度調整装置によって多少異なるため、実験的に求めておくことが好ましい。
【００３１】
この様に、冷却器と加熱器との重複するエネルギーを少なくできるように、図６に示す精密温度調整装置では、加熱器４４に加えられる加熱量と冷却器４６に加えられ冷却量のうち、互いに打ち消し合う熱量分を可及的に少なくするように、圧縮機４０の回転数をインバータ１９を介して第２制御部４３ｂによって制御している。
図６において、ファン４９の吐出側に設けられた温度センサ５３からの信号に基づいて、比例三方弁４２を制御する温度制御部４１を、図６では第１制御部４３ａとして表示している。この第１制御部４３ａの役割・機能は、図３に示す温度制御部４１と同一であるため、その詳細は省略する。
かかる第１制御部４３ａと第２制御部４３ｂとによって制御部４３を形成する。その他の図６に示す精密温度調整装置を構成する構成部材のうち、図３に示す精密温度調整装置の構成部材と同一部材は、図３に示す符号と同一番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００３２】
かかる第２制御部４３ｂは、比例三方弁４２を制御する第１制御部４３ａと協働して、加熱器４４に加えられる加熱量と冷却器４６に加えられ冷却量のうち、互いに打ち消し合う熱量分を可及的に少なくしつつ、空気流の精密温度制御を行う。
第１制御部４３ａによる比例三方弁４２の制御と第２制御部４３ｂによる圧縮機４０の回転数の制御とを図７のフローチャートに示す。
図６に示す温度調整装置を試運転したところ、空気流に対して冷却側で運転する場合は、加熱器４４に加えられる加熱量として、比例三方弁４２による加熱器４４側への高温の第１熱媒体の分配率を５〜１５％（比例三方弁４２による冷却器４６側への高温の第１熱媒体の分配率を９５〜８５％）とすることが安定運転上から好ましいことが判明した。
他方、空気流に対して加熱側で運転する場合は、加熱器４４側に加えられる加熱量として、比例三方弁４２による加熱器４４側への高温の第１熱媒体の分配率を９５〜８５％（比例三方弁４２による冷却器４６側への高温の第１熱媒体の分配率を５〜１５％）とすることが安定運転上から好ましいことが判明した。
【００３３】
このため、図７に示すフローチャートに示す制御では、加熱器４４側に加えられる加熱量、具体的には比例三方弁４２による加熱器４４側への高温の第１熱媒体の分配率を、空気流に対して冷却側で運転する場合は、５〜１５％となるように圧縮機１０の回転数を制御し、空気流に対して加熱側で運転する場合は、９５〜８５％の分配率となるように圧縮機４０の回転数を制御することにした。
図７に示すフローチャートでは、ステップＳ１０で圧縮機４０を起動した後、ステップＳ１２で空気流を所定温度とするように、空間ユニット１０内に設けられた温度センサ５３によって測定された温度信号に基づいて、比例三方弁４２による加熱器４４側と冷却器４６側とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を連続的に変更し、空間ユニット１０内に吸込まれた空気流を所定温度に調整する。
かかる空気流が所定温度に到達して安定しているかをステップＳ１４で判断し、空気流の温度が安定していない場合は、ステップＳ１２に戻り、比例三方弁４２による加熱器４４側と冷却器４６側とに分配する高温熱媒体の分配比率を連続的に変更する。かかるステップＳ１２及びステップＳ１４は第１制御部４３ａで行う。
【００３４】
一方、空間ユニット１０内の空気流が所定温度に到達して安定している場合は、ステップＳ１６〜Ｓ２２で加熱器４４側に分配される高温の第１熱媒体の分配比率が所定の範囲内であるか否か判断する。このステップＳ１６〜Ｓ２２は第２制御部４３ｂで行う。
図７に示す高温の第１熱媒体の平均分配率とは、加熱器４４側に分配される高温の第１熱媒体の分配比率にはばらつきがあるため、所定時間内の第１熱媒体の分配率の平均をとった値であって、以下、単に第１熱媒体の平均分配率と称することがある。
先ず、ステップＳ１６とステップＳ１８とでは、空気流に対して冷却側にあると仮定したとき、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率が５〜１５％内にあるか否か判断する。
ここで、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率が５〜１５％内にある場合は、空気流に対して冷却側にあり、且つ精密温度調整装置の運転が安定する範囲内であるため、ステップＳ１６を通過しステップＳ１８からステップＳ１６に戻る。
【００３５】
一方、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率が５％未満である場合には、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率が低過ぎるため、精密温度調整装置の運転が不安定となり易い。このため、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率を増加すべく、ステップＳ１６からステップＳ２４に移行し、圧縮機４０の回転数を増加する。ステップＳ２４では、第２制御部４３ｂからインバータ１９に向けて、インバータ１９に設定されている圧縮機４０の回転数を最小変化量で増加する増加信号を発信する。圧縮機４０の回転数を最小変化量で増加することによって、精密温度調整装置を安定して運転できるからである。
尚、圧縮機４０の回転数を変化させる最小変化量は、精密温度調整装置によって異なるため、実験的に求めておくことが好ましいが、圧縮機４０の回転数が２０００〜５０００ｒｐｍのとき、最小変化量を３〜１０%の範囲とすることが好ましい。
【００３６】
また、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率が１５％を越えている場合には、ステップＳ１６とステップＳ１８とを通過して、空気流が冷却側にないと判断し、ステップＳ２０とステップＳ２２とに移行する。ステップＳ２０とステップＳ２２とでは、空気流が加熱側にあると仮定したとき、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率が９５〜８５％内にあるか否か判断する。
ここで、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率が８５〜９５％内にある場合は、空気流が加熱側にあり、且つ精密温度調整装置の運転が安定する範囲内であるため、ステップＳ２０を通過しステップＳ２２からステップＳ１６に戻る。
一方、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率が９５％を超えている場合には、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率が高過ぎ、精密温度調整装置の運転が不安定となり易い。このため、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率を減少すべく、ステップＳ２０からステップＳ２４に移行し、圧縮機４０の回転数を増加する。ステップＳ２４では、第２制御部４３ｂからインバータ１９に向けて、インバータ１９に設定されている圧縮機４０の回転数を最小変化量で増加する増加信号を発信する。
【００３７】
また、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率が８５％未満の場合には、ステップＳ２２において、空気流は加熱側でもなく且つ冷却側でもない状態、すなわち加熱器４４に加えられる加熱量と冷却器４６に加えられる冷却量のうち、互いに打ち消し合う熱量が多い状態と判断される。このため、ステップＳ２６に移行し、圧縮機４０の回転数を低下する。ステップＳ２６では、第２制御部４３ｂからインバータ１９に向けて、インバータ１９に設定されている圧縮機４０の回転数を最小変化量で低下する低下信号を発信する。圧縮機４０の回転数を最小変化量で低下し、空気流を加熱側又は冷却側に移行させるためである。
次いで、ステップＳ２４又はステップＳ２６を通過してステップＳ２８に移行し、圧縮機４０が運転中か否か判断して、圧縮機４０が運転中であれば、ステップＳ１４に戻る。ステップＳ１４では、ステップＳ２４又はステップＳ２６において、圧縮機４０の回転数を最小変化量で増加又は低下した状態で、空間ユニット１０内の空気流が所定温度に到達して安定しているかを判断する。空間ユニット１０内の空気流が所定温度に到達して安定している場合には、ステップＳ１６〜Ｓ２６によって、再度、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率が所定範囲内に在るか否か判断する。
【００３８】
一方、ステップＳ１４において、空間ユニット１０内の空気流の温度が安定していないと判断した場合は、ステップＳ１２に戻り、比例三方弁４２による加熱器４４側と冷却器４６側とに分配する第１熱媒体の分配比率を連続的に変更する。空間ユニット１０内の空気流が所定温度に到達して安定してからステップＳ１６〜Ｓ２６に移行する。
尚、ステップＳ２８において、圧縮機４０が運転状態にない場合には、第１制御部４３ａ及び第２制御部４３ｂによる制御は停止する。
【００３９】
以上、説明してきた図７に示すフローチャートでは、第１制御部４３ａにおいて、加熱器４４側への第１熱媒体の平均分配率に注目して制御しているが、冷却器４６側への第１熱媒体の平均分配率に注目して制御してもよい。
更に、図７に示すフローチャートは、図６に示す精密温度調整装置に適用したが、図１に示す精密温度調整装置に適用してもよいことは勿論のことである。
また、図１、図３及び図６に示す精密温度調整装置において、凝縮器１６（５０）に冷却水を強制的に供給する強制供給手段として、制御弁３２をバイパスするバイパス配管３４に開閉弁３６を設けているが、開閉弁３６に代えて、常時、凝縮器１６（５０）に必要最小限の所定量の冷却水が流れる常時供給手段を設けてもよい。
かかる常時供給手段としては、図８に示す様に、バイパス配管３４にオリフィス６８を設けることが好ましい。或いは、バイパス配管３４に手動バルブを設け、手動バルブの開度を調整して所定流量の冷却水が常時流れるようにしてもよい。
また、開閉弁３６の弁座等に、所定径の貫通孔を形成して、制御弁３６が温度制御部１１（４１）からの信号によって閉じている間も、所定量の冷却水がバイパス配管３４に流れるようにしてもよい。
或いは、常時供給手段としては、開度が複数段階に切り替え可能な切替弁を採用し、温度制御部１１（４１）からの信号によって切替弁の開度を所定開度となるように調整してもよく、切替弁内に流れる冷却水量が異なる複数の流路を形成し、温度制御部１１（４１）からの信号によって所定流路に冷却水を流すようにしてもよい。この場合、切替弁の下流側に流量計を設け、測定した冷却水量が予め設定した設定値となるように切替弁を調整することが好ましい。
この様に、凝縮器１６（５０）に冷却水を常時供給する場合としては、工場等で排温水の熱を有効利用とする場合等が考えられる。
【００４０】
これまで説明してきた図１、図３及び図６に示す精密温度調整装置では、分配手段として比例三方弁１２（４２）を用いているが、図９に示す様に、二方弁としてのゲートバルブ３８ａ，３８ｂを用いることができる。ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々は、温度制御部１１（第１制御部４３ａ）によって制御されている。かかる温度制御部１１（第１制御部４３ａ）によって、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々の開度を調整し、圧縮機１０（４０）で圧縮・加熱された気体状の高温の第１熱媒体を加熱流路側と冷却流路側とに分配する分配比率を実質的に連続して調整し、加熱器１４（４４）と冷却器１６（４６）とを通過する温度調整対象の冷却液（空気流）を所定温度に制御する。その際に、加熱器１４（４４）側に分配する高温の第１熱媒体量と冷却器１６（４６）側に分配する高温の第１熱媒体量との合計量が、圧縮機１０（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、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの開度を調整して連続的に比例分配される。
その際に、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々は、図１０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１１（第１制御部４３ａ）では、図１０に示すゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々についての流量特性データを保持し、温度制御部１１（第１制御部４３ａ）からは、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各流量特性に基づいて各ゲートバルブ３８ａ，３８ｂへの開度信号を発信する。
ここで、「加熱流路と冷却流路とに分配する分配比率を実質的に連続して調整」或いは「分配比率を実質的に連続して調整」するとは、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂをステップ制御によって駆動し、加熱流路と冷却流路との分配比率を調整する際に、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの開度が、微視的にはステップ的に駆動されて調整されているものの、全体として連続して駆動されて調整されている場合を含むことを意味する。
尚、バイパス配管３４に設けた開閉弁３６を開くタイミングとしては、吸熱器２８に温度センサや凍結センサを設け、冷却流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であって、温度センサや凍結センサから吸熱器２８が凍結するおそれのある温度或いは凍結が発生した信号が発信されたとき、開閉弁３６を開くようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る精密温度調整装置の一例を説明する流路図である。
【図２】図１に示す制御弁３２の内部構造を説明する説明図である。
【図３】本発明に係る精密温度調整装置の他の例を説明する流路図である。
【図４】図１に示す精密温度調整装置において、冷却側にある場合の省エネルギーの原理を説明する説明図である。
【図５】図１に示す精密温度調整装置において、加熱側にある場合の省エネルギーの原理を説明する説明図である。
【図６】本発明に係る精密温度調整装置の他の例を説明する概略図である。
【図７】図６に示す精密温度調整装置の第１制御部４３ａと第２制御部４３ｂとによる制御手順を説明するためのフローチャートである。
【図８】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９】分配手段の比例三方弁に代えて用いることのできる二方弁であるゲートバルブ３８ａ，３８ｂを説明する説明図である。
【図１０】ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの流量特性を説明するグラフである。
【図１１】従来の温度調整装置の流路図である。
【図１２】従来の温度調整装置を改良した流路図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０，４０  圧縮機
１２，４２  比例三方弁
３８ａ，３８ｂ  ゲートバルブ
１１，４１  温度制御部
１４，４４  加熱器
１６，５０  凝縮器
１８，３０，５２，５８  膨張弁
２０，４６  冷却器
２２，５３  温度センサ
２６  ポンプ
２８，５６  吸熱器
３１，６０  アキュームレータ
３２，３６，６２，６６  制御弁
３４  バイパス配管
４０  空間ユニット
４３ａ  第１温度制御部
４３ｂ  第２温度制御部
４９  ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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