(57)【要約】      （修正有）【課題】温度調整対象の流体に対する加熱能力の向上と省エネルギーとを図ることができ、潤滑油の飛沫が吐出流体に同伴する圧縮機を用いても、潤滑油が確実に圧縮機に戻る精密温度調整装置を提供。【解決手段】加熱回路の加熱器１４と冷却回路の冷却器１６とを通過する温度調整対象の流体を温度調整するように、潤滑油の飛沫が吐出流体に同伴する圧縮機１８から吐出した高温の第１熱媒体の一部を加熱器１４に供給し、その残余部を凝縮・冷却してから断熱膨張して冷却器１６に供給する比例三方弁２０を制御し、加熱器１４で冷却・凝縮してから断熱膨張して冷却した第１熱媒体が外部供給水から吸熱して、加熱回路の加熱能力を向上するヒートポンプ手段の吸熱器３２を設け、圧縮機１８から吐出した第１熱媒体に飛沫同伴した潤滑油が圧縮機１８に戻れるように、第１熱媒体が通過する構成部材の各々を圧縮機１８よりも高い位置とする。【選択図】図１
2009103436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油の飛沫が吐出流体に同伴する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・凝縮してから第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熱媒体が、外部熱源としての第２熱媒体から吸熱可能の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制御部とが設けられ、
前記圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体と同伴する潤滑油が、前記圧縮機に戻るように、前記第１熱媒体が通過する構成部材の各々が前記圧縮機以上の高さ位置に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】
加熱手段としての加熱器と冷却手段としての冷却器とが、最も高い位置に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】
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、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１〜３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１〜４のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項６】
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、
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１〜４のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項７】
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１〜６のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項８】
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、同一熱媒体であって、前記凝縮手段に供給されてから前記吸熱手段に供給される請求項１〜７のいずれか一項記載の精密温度調整装。
【請求項９】
加熱手段を構成する加熱器、冷却手段を構成する凝縮器及び冷却器、及びヒートポンプ手段の吸熱手段を構成する吸熱器の各々には、第１熱媒体の出口が第１熱媒体の入口よりも下部に設けられている請求項１〜８のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項１０】
制御部が、加熱流路と冷却流路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率が、前記加熱流路と冷却流路との一方の流路に分配比率が偏っても、他方の流路の分配比率を第１熱媒体に伴って潤滑油の飛沫が圧縮機に戻れる最低分配比率に保持するように、分配手段を制御する制御部である請求項１〜９のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
【請求項１１】
分配手段の最低分配比率が、圧縮機から吐出される第１熱媒体量の５％である請求項１０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、その殆どが温度及び湿度が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１２に示す温度調整装置が記載されている。
図１２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から送風される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熱媒体は、凝縮器１０４で冷却される。この冷却された熱媒体は、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から送風された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１２に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温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１２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で圧縮された高温熱媒体の再加熱によって行われる。
【０００５】
従って、図１２に示す温度調整装置で採用された温度制御方式では、加熱に使用した熱媒体も冷却流路に流すため、加熱できる熱量は圧縮機の動力の熱量のみとなり、冷却器１０８及び加熱器１１０に対する負荷変動への対応が困難となっている。
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１２に示す温度調整装置の加熱量不足を補うべく、図１３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。
このため、本発明者は、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、及び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によって、温度調整対象の流体に対する加熱能力を向上でき、且つ省エネルギーを図ることができることを見出した。
唯、本発明者は、圧縮機として、潤滑油の飛沫が吐出された第１熱媒体に同伴する圧縮機を用いた場合、圧縮機の潤滑油が装置内の構成部材内に溜まることによって、圧縮機に戻る潤滑油が不足し易くなる傾向があることを知った。潤滑油が不足すると、圧縮機の故障原因となり、第１熱媒体を圧縮機で適正に圧縮できなくなるおそれがある。
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、且つ潤滑油の飛沫が吐出流体に同伴する圧縮機を用いても、潤滑油が確実に圧縮機に戻る精密温度調整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】
【０００６】
本発明者は、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、及び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、且つ第１熱媒体が通過する構成部材を圧縮機以上の高い位置に設けることによって、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、且つ潤滑油の飛沫が吐出流体に同伴する圧縮機を用いても、潤滑油が確実に圧縮機に戻れることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、潤滑油の飛沫が吐出流体に同伴する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・凝縮してから第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熱媒体が、外部熱源としての第２熱媒体から吸熱可能の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制御部とが設けられ、前記圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体と同伴する潤滑油が、前記圧縮機に戻るように、前記第１熱媒体が通過する構成部材の各々が前記圧縮機以上の高さ位置に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、加熱手段としての加熱器と冷却手段としての冷却器とを、最も高い位置に設けることによって、熱効率の観点から第１熱媒体が通過する流路が複雑に形成され、第１熱媒体の流速が低下して同伴した潤滑油が溜まり易い加熱器及び冷却器から、潤滑油を容易に排出できる。
また、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の駆動がステップ制御で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。
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。
【０００８】
かかる分配手段として、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、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。
【０００９】
本発明において、加熱手段を構成する加熱器、冷却手段を構成する冷却器及び吸熱手段を構成する吸熱器の各々に、第１熱媒体の出口を第１熱媒体の入口よりも下部に設けることによって、加熱器、冷却器及び吸熱器の各々に貯められる潤滑油量を可及的に少なくできる。
また、制御部によって、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、前記加熱流路と冷却流路との一方の流路に分配比率が偏っても、他方の流路の分配比率を第１熱媒体に伴って潤滑油の飛沫が圧縮機に戻れる最低分配比率に保持するように制御することによって、分配比率がゼロとなった流路に潤滑油が溜まることを防止できると共に、分配比率が偏った流路内の急激な圧力上昇を防止できる。
この第１熱媒体に伴って潤滑油の飛沫が圧縮機に戻れる最低分配比率を、圧縮機から吐出される第１熱媒体量の５％とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の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。
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、加熱流路の加熱手段で熱を放出して冷却・凝縮してから第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、加熱手段等の第１熱媒体が通過する構成部材の各々は、圧縮機以上の高い位置に設けられているため、潤滑油の飛沫が吐出流体に同伴する圧縮機を用いても、圧縮機から吐出された第１熱媒体に同伴された潤滑油の飛沫は、第１熱媒体に伴って或いは自重によって流下して圧縮機に戻ることができる。
その結果、本発明の精密温度調整装置によれば、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、補助電気ヒータ等の補助ヒータを設けることなく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もできる。更に、本発明の精密温度調整装置によれば、潤滑油の飛沫が吐出流体に同伴する圧縮機を用いても、潤滑油が確実に圧縮機に戻るため、潤滑油が不足する懸念を解消できる。
【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説明する概略図を図１に示す。図１に示す精密温度調整装置には、温度調整が成されたクリーンルーム内に設置された空間ユニット１０内に、ファン１２によって吸込んだ流体としてのクリーンルーム内の温度及び湿度が調整された空気を更に精密に温度調整する加熱流路と冷却流路とが設けられている。
かかる加熱流路を構成する加熱手段としての加熱器１４と冷却流路を構成する冷却手段としての冷却器１６とが設けられ、空間ユニット１０内に吸引したクリーンルーム内の空気を冷却した後、加熱して精密に温度調整する。この冷却器１６と加熱器１４との空気流に対する配置によれば、加熱器１４及び冷却器１６を通過する空気流の除湿を更に向上できる。
かかる加熱器１４及び冷却器１６には、第１熱媒体として、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・液化によってクリーンルーム内の空気を加熱・冷却して所定の温度に調整する。
この様な第１熱媒体は、圧縮機１８によって圧縮・加熱されて高温（例えば７０℃）の気体状となって吐出される。この圧縮機１８は、潤滑油の飛沫が吐出される第１熱媒体に伴って同伴する圧縮機である。かかる圧縮機１８から吐出された高温の第１熱媒体を、分配手段としての比例三方弁２０によって、加熱器１４が設けられた加熱流路側と冷却器１６が設けられた冷却流路側とに分配する。
この比例三方弁２０では、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１８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分配する。
かかる比例三方弁２０は、制御部２２によって制御されている。この制御部２２では、空間ユニット１０内に設けられた温度センサ２４によって測定された温度信号に基づいて、加熱流路側と冷却流路側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して、空間ユニット１０内に吸込まれた流体を所定温度に調整する。
この「実質的に連続して変更」とは、比例三方弁２０の駆動をステップ制御で制御するとき、微視的には比例三方弁２０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。
【００１２】
加熱流路側に分配された高温の第１熱媒体は、加熱器１４に直接供給され、空間ユニット１０内に吸引されて冷却器１６によって冷却された空気流を加熱して所定温度に調整する。その際に、高温の第１熱媒体は放熱して冷却されて凝縮液を含む第１熱媒体となる。
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２６によって冷却されてから膨張手段としての膨張弁２８によって断熱的に膨張して更に冷却（例えば、１０℃に冷却）される。冷却された第１熱媒体は、冷却器１６に供給され、空間ユニット１０内に吸込まれた空気流を冷却し、その際に、冷却器１６に供給された第１熱媒体は空気流から吸熱して昇温される。
かかる凝縮器２６には、加熱器１４側に分配された高温の第１熱媒体を冷却する冷却用として配管３０を経由して、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２６内で７０℃程度の第１熱媒体によって３０℃程度に加熱されて配管３１から吐出される。この配管３１から吐出される冷却水は、ヒートポンプ手段の吸熱手段としての吸熱器３２に加熱源として供給される。
この吸熱器３２には、加熱器１４で放熱した第１熱媒体を、膨張弁３４によって断熱的に膨張して更に冷却した１０℃程度の第１熱媒体が供給されている。このため、吸熱器３２では、凝縮器２６で吸熱して３０℃程度に昇温された冷却水と１０℃程度に冷却された第１熱媒体との温度差に基づいて、第１熱媒体が冷却水から吸熱できる。
吸熱器３２で冷却水から吸熱して昇温された第１熱媒体は、アキュームレータ３６を経由して圧縮機１８に再供給される。このアキュームレータ３６には、冷却器１６に供給されて空間ユニット１０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を用いた。
アキュームレータ３６としては、確実に熱媒体のガス成分のみを圧縮機１８に供給すべく、液体成分を貯めてガス成分のみを圧縮機１８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、吸熱器３２を通過して、凝縮器２６で加熱された冷却水から吸熱した熱媒体と、冷却器１６を通過して、ファン１２によって空間ユニット１０内に吸込まれた空気流から吸熱した熱媒体とを合流して、圧縮機１８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及び冷却器１６として、いわゆるフィンアンドチューブ式の熱交換器を使用している。かかる熱交換器では、その伝熱面積を可及的に広くすべく、Ｕ字状に複数回曲折されたチューブが複数本分岐して並列に配置されて、流路断面積の総計が拡大する。
この様な、熱交換器のチューブ内を潤滑油が同伴された第1熱媒体が通過するとき、第1熱媒体の流速が低下して同伴した潤滑油が溜まり易い。
更に、図１に示す精密温度調整装置では、加熱流路と冷却流路とに一台の圧縮機１８によって供給し、且つ加熱流路と冷却流路とに供給する第1熱媒体の配分が随時変動する。  しかも、圧縮機１８から吐出された第１熱媒体が、潤滑油が溜まり易い曲折部が多数存在している加熱器１４、冷却器１６、凝縮器２６、吸熱器３２を通過するため、流路断面積の拡大によって第1熱媒体の流速が低下し易い。
また、加熱流路と冷却流路とに供給する第1熱媒体の配分変更によって、加熱流路と冷却流路との一方が、他方の流路に比較して極端に第１熱媒体の供給量が低下し、熱交換器のチューブ等に溜まった潤滑油を排出する圧力が大幅に低下することがある。
このため、第１熱媒体が通過する加熱器１４、冷却器１６、凝縮器２６、吸熱器３２等の構成部材の各々に潤滑油が溜まり易い。この様に、熱交換器のチューブ等に溜まった潤滑油を放置しておくと、潤滑油が固化して圧縮機１８に戻ることができなくなる。
【００１４】
この点、図１に示す精密温度調整装置では、図２に示す様に、第１熱媒体が通過する加熱器１４、冷却器１６、凝縮器２６、吸熱器３２等の構成部材の各々を圧縮機１８以上の高い位置に設け、特に圧縮機１８から吐出された直後の第１熱媒体が供給される加熱器１４及び冷却器１６を、最も高い位置に設けることによって、加熱器１４、冷却器１６、凝縮器２６、吸熱器３２等の構成部材内に溜まった潤滑油を、その自重によって排出し易くできる。
また、図２に示す様に、加熱器１４、冷却器１６、凝縮器２６、吸熱器３２においては、第1熱媒体の排出口を供給口よりも低い位置に設けることによって、各構成部材内に溜まった潤滑油を更に一層排出し易くできる。
更に、加熱器１４、凝縮器２６及び冷却器１６、及び吸熱器３２の各々には、図２に示す様に、第１熱媒体の出口を第１熱媒体の入口よりも下部に設けることによって、加熱器１４、凝縮器２６、冷却器１６及び吸熱器３２内から潤滑油が排出され易くなり、加熱器１４、凝縮器２６、冷却器１６及び吸熱器３２の内部で溜まる潤滑油を可及的に少なくできる。
ここで、各構成部材の位置関係、配管経路について更に詳細に説明すると、各構成部材の位置関係としては、最も潤滑油が溜まりやすいのはフィンアンドチューブ式の熱交換器を使用している加熱器１４と冷却器１６であるため、前述した様に、加熱器１４と冷却器１６を頂点に、潤滑油が戻る圧縮機１８を底辺に配置する。
かかる加熱器１４と冷却器１６を頂点として圧縮機１８までの鉛直方向のエリア内で、圧縮機１８以上の高さとなるように他の構成部材をピラミッド型やタワー型などの階層的に配置する。
この階層的な配置には、第１熱媒体が通過する加熱器１４と冷却器１６以外の全ての構成部材を同一平面状とする二段構造の場合も含む。この場合には、加熱器１４と冷却器１６との階層と、それ以外の圧縮機１８を含む構成部材の階層とのみとなるため、コンパクトな構成となり省スペースな構成となる。
【００１５】
図１及び図２に示す精密温度調整装置では、第１熱媒体の各構成部材を通過する流路は、圧縮機１８から潤滑油の飛沫を取り込んだ気体状の第１熱媒体が比例三方弁２０によって、互いに独立した加熱流路と冷却流路とに分離されて流れる。このため、潤滑油の飛沫を含む第１熱媒体は、加熱流路と冷却流路とを流れる間は、流路相互間で干渉することはない。
従って、加熱流路と冷却流路との各々について、潤滑油の飛沫が溜まらないように各構成部材を配置することができる。
かかる構成部材の各々を配置する位置は、潤滑油が溜まり易い凝縮器２６及び吸熱器３２は可及的に上方に配置し、潤滑油が戻されて分離されるアキュームレータ３６は可及的に下方に配置することが好ましい。
最も好ましい配置としては４層構造である。かかる４層構造では、最上階層の第１階層に加熱器１４と冷却器１６を配置し、次の第２階層に凝縮器２６と吸熱器３２を配置する。更に、第３階層には、アキュームレータ３６及びサブアキュームレータ３６ａを配置し、最下階層の第４階層に圧縮機１８を配置する。その他の補器類（比例三方弁２０、膨張弁２８，３４等）は、配管の立ち上がり部が生じない任意の部位に配置する。
この様に、吸熱器３２と凝縮器２６とを、加熱器１４と冷却器１６とを配置した第１階層と圧縮機１８を配置した第４階層との中間階層である第３階層よりも高い階層の第２階層に配することによって、潤滑油を加熱器１４、冷却器１６、凝縮器２６及び吸熱器３２内に溜まり難い構造にできる。
また、加熱器１４と冷却器１６から出た第１熱媒体の各配管は、第１熱媒体の流れが低所から高所に流れることがないように、圧縮機１８に向かって下降する配管経路とする。かかる配管経路において、水平方向へ伸びる配管には、下流側が低くなるように若干の傾斜（例えば１／１００〜１／１０）を設けることが好ましい。
【００１６】
高温の第１熱媒体を加熱器１４と冷却器１６とに供給する供給配管内では、第１熱媒体が気体状態であるため、潤滑油の飛沫は拡散しており第１熱媒体と分離することは少ない。これに対して、加熱器１４と冷却器１６とから排出される第１熱媒体の排出配管内では、第１熱媒体が凝集されて液体状態となり、潤滑油の飛沫は第１熱媒体と比重差等によって分離され易く、配管内に溜まり易くなる。
このため、前述したように、第１熱媒体が低所から高所に流れることのないように、圧縮機１８に向かって下降する配管経路や、水平方向へ伸びる配管でも下流側が下がるように若干の傾斜を設けることによって、加熱器１４と冷却器１６とから排出される第１熱媒体の排出配管内に潤滑油が溜まることを効果的に防止できる。
尚、構成部材の鉛直方向の高さ位置は、通常、構成部材の最も低い位置となる底面又は座面を基準にして決定するが、構成部材の重心や図心或いは第１熱媒体の排出口の位置で決定してもよい。
【００１７】
また、制御部２２によって、加熱流路と冷却流路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率が、加熱流路と冷却流路との一方の流路に分配比率が偏っても、他方の流路の分配比率を第１熱媒体に伴って潤滑油の飛沫が圧縮機１８に戻れる最低分配比率に保持するように制御することが好ましい。かかる制御によれば、加熱流路と冷却流路とには常時第１熱媒体が流れているため、第１熱媒体の流れに伴って潤滑油は圧縮機１８に戻ることができると共に、分配比率が偏った流路内の急激な圧力上昇を防止できる。かかる最低分配比率としては、圧縮機１８から吐出される第１熱媒体量の５％程度とすることが好ましい。
この様に、図１に示す精密温度調整装置では、圧縮機１８で吐出された第１熱媒体に同伴した殆どの潤滑油は、第１熱媒体に伴って或いは自重によって最も低い位置に設けられた圧縮機１８に戻ることができる。このため、圧縮機１８に潤滑油の補給をすることなく長時間運転できる。
尚、加熱器１４、冷却器１６、凝縮器２６、吸熱器３２等の構成部材等から排出された潤滑油は、図２に示す様に、アキュームレータ３６及び圧縮器８の供給側に設けられているサブアキュームレータ３６ａ内に一旦蓄積され、一定量が第１熱媒体に伴って圧縮機１８に供給される。
【００１８】
ところで、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３４によって断熱的に膨張して冷却している。この膨張弁３４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２６を経由して吸熱器３２に供給された冷却水から吸熱できる。
従って、圧縮機１８から吐出される高温の第１熱媒体には、圧縮機１８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３２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２６を経由して吸熱器３２に供給されており、凝縮器２６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１８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。
【００１９】
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向上でき、比例三方弁２０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、空間ユニット１０内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１６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２０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１６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１に示す温度調整装置が設置された空間ユニット１０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。
【００２０】
また、図１に示す精密温度調整装置では、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手段とを含む流路のうち、分配手段としての比例三方弁２０から冷却器１６及び吸熱器３２の各々を通過した第１熱媒体がアキュームレータ３６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。このため、加熱器１４と冷却器１６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２０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１３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１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１に示す精密温度調整装置では、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１３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１３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１に示す精密温度調整装置では、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１３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１に示す精密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。
【００２１】
以上、説明してきた図１に示す精密温度調整装置では、凝縮器２６に冷却水を供給する配管３０に、冷媒制御手段としての制御弁４０が設けられている。この制御弁４０は、圧縮機１８の吐出圧が一定となるように制御されている。かかる制御弁４０は、図３に示す様に、冷却水の流路内に設けられた弁部４０ａの開口部を開閉する弁体４０ｂを具備する棒状部が設けられている。この棒状部は、その先端面が当接するバネ４０ｃによって弁体４０ｂが弁部４０ａの開口部を閉じる方向に付勢されている。また、棒状部の他端面は、圧縮機１８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４０ｄに当接し、棒状部をバネ４０ｃの付勢力に抗して弁部４０ａの開口部を開放する方向に弁体４０ｂを付勢している。
このため、圧縮機１８の吐出圧がバネ４０ｃの付勢力以上となったとき、ベローズ４０ｄによって弁体４０ｄが弁部４０ａの開口部を開放する方向に移動し、凝縮器２６に供給される冷却水量が増加して、凝縮器２６の冷却能力が向上される。この様に、凝縮器２６の冷却能力が向上されて、圧縮機１８の吐出圧が低下する。
他方、圧縮機１８の吐出圧がバネ４０ｃの付勢力以下となったとき、弁体４０ｄが弁部４０ａの開口部を閉じる方向に移動し、凝縮器２６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１８の吐出圧が高くなる。
この様に、圧縮機１８の吐出圧を一定に保持することによって、温湿度調整装置を安定して運転できる。また、凝縮器２６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。
【００２２】
ところで、加熱器１４及び冷却器１６を通過する空気流の温度設定を大幅に昇温した場合、図１に示す制御部２２では、冷却流路側に配分される第１熱媒体量が、圧縮機１８から吐出される第１熱媒体量の５％程度となるように、比例三方弁２０の冷却流路側の吐出口の開度を全閉状態に近い状態とし、且つ加熱流路側に配分される第１熱媒体量を、圧縮機１８から吐出される第１熱媒体量の９５％程度となるように、加熱流路側の吐出口を全開状態に近い状態とする。
また、温度調整対象の空気流の温度が低温である場合、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で低温の空気流によって凝縮され、圧縮機１８の吐出圧が所定圧よりも低圧となるため、制御弁４０が閉じて凝縮器２６に冷却水が供給されなくなる。
かかる状態下では、凝縮器２６に冷却水が供給されなくなる事態が生じるおそれがある。この様に、凝縮器２６に冷却水が供給されなくなると、凝縮器２６からヒートポンプ手段の吸熱器３２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３２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３４で断熱的に膨張して冷却した第１熱媒体と冷却水との熱交換が行われず、吸熱器３２が凍結するおそれがある。
【００２３】
この点、図１に示す精密温度調整装置では、吸熱器３２への冷却水の供給手段として、制御弁４０のバイパス配管４２に制御弁４４を設けている。この制御弁４４は、比例三方弁２０の冷却流路側の吐出口の開度が全閉状態に近い状態となり、加熱流路側の吐出口が全開状態に近い状態となったとき、制御部２２からの信号によって開き、強制的に冷却水を凝縮器２６に供給し、吸熱器３２を稼働状態としている。
このため、加熱器１４及び冷却器１６を通過する空気流の温度設定を大幅に昇温した場合や加熱器１４及び冷却器１６を通過する空気流が低温の場合の様に、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３２に所定量の冷却水を供給でき、吸熱器３２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１８の吐出圧が上昇し所定圧近傍に到達したとき、制御弁４４を制御部２２からの信号によって閉じる。その後は、制御弁４０によって圧縮機１８の吐出側の圧力が一定に保持されるように、凝縮器２６に供給される冷却水の供給量を制御する。
【００２４】
かかる図１の精密温度調整装置では、分配手段として比例三方弁２０を用いているが、比例三方弁２０に代えて、図４に示す様に、２個の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。２個のゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々は、制御部２２によって制御されている。かかる制御部２２によって、二方弁としてのゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々の開度を調整し、圧縮機１８で圧縮・加熱された気体状の高温の熱媒体を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し、加熱器１４と冷却器１６とを通過する空気流を所定温度に制御する。その際に、加熱器１４側に分配する高温の熱媒体量と冷却器１６側に分配する高温の熱媒体量との合計量が、圧縮機１８から吐出された高温の熱媒体量と等しくなるように、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの開度を調整して実質的に連続して比例分配される。
その際に、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々は、図５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、制御部２２では、図５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、制御部２２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。
尚、「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」するとは、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの駆動をステップ制御しているとき、微視的にはゲートバルブ３８ａ，３８ｂ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という意味である。
【００２５】
図１に示す精密温度調整装置では、凝縮器２６及びヒートポンプ手段の吸熱器３２に供給する第２熱媒体として冷却水を用いていたが、図６に示す様に、凝縮器２６及びヒートポンプ手段の吸熱器３２に供給する第２熱媒体としてファン４６による空気流を用いることができる。
図６に示す精密温度調整装置では、加熱器１４で放熱した第１熱媒体が膨張弁３４によって断熱膨張して更に冷却されて供給されている吸熱器３２に、ファン４６によって凝縮器２６に吹き付けられて加熱された空気流が吹き付けられる。このため、吸熱器３２では、加熱器１４で放熱・凝縮し断熱膨張して更に冷却した第１熱媒体が空気流から吸熱して昇温される。
かかる図６に示す精密温度調整装置でも、第１熱媒体が通過する加熱器１４等の構成部材の各々を圧縮機１８以上の高い位置に設ける。特に、加熱器１４及び冷却器１６を最も高い位置に設ける。この様に、加熱器１４等の構成部材を圧縮機１８以上の高い位置に設けることによって、圧縮機１８から吐出された高温の第１熱媒体と同伴する潤滑油が、圧縮機１８に戻り易くなる。
また、配管についても、水平方向の配管については、圧縮機１８側に傾斜（例えば１／１００〜１／１０）を設け、且つ上向きの配管についても、急な立ち上がり部分を設けないようにすることによって、圧縮機１８から吐出された高温の第１熱媒体と同伴した潤滑油が、圧縮機１８に更に戻り易くできる。
尚、図６に示す精密温度調整装置において、その他の構成部材の高さ位置や配管経路については、図１及び図２に示す精密温度調整装置と同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００２６】
図１〜図６に示す精密温度調整装置では、温度調整対象が空気流であったが、工作機械等に用いられる冷却液の精密温度調整装置にも適用できる。かかる冷却液の精密温度調整装置の一例を図７に示す。
図７に示す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５０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５２によって加熱流路と冷却流路とに分配される。この圧縮機５０からは、潤滑油の飛沫が高温の第１熱媒体に同伴して吐出される。
かかる比例三方弁５２は、加熱流路側に分配する高温の第１熱媒体量と冷却流路側に分配する高温の第１熱媒体量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、圧縮機５０で圧縮された高温の第１熱媒体を比例分配する。この比例三方弁５２は、制御部５５で制御されており、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６２からの信号に基づいて、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、冷却液を所定温度に調整する。
【００２７】
圧縮機５０から吐出された高温の第１熱媒体の一部が分配された冷却流路には、分配された高温の第１熱媒体を冷却する冷却手段として、高温の第１熱媒体を凝縮する凝縮器５６と、凝縮器５６によって凝縮された第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５８と、この冷却された第１熱媒体が供給される冷却器６０とが設けられている。この冷却器６０には、貯留槽６４に貯留されているＵＳＥＲから戻った温度調整対象の冷却液がポンプ６６によって供給されて冷却される。冷却器６０で吸熱して昇温された第１熱媒体は、アキュームレータ７１に戻り圧縮機５０に供給される。
また、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５４が設けられている。この加熱器５４には、冷却器６０で冷却された温度調整対象の冷却液が供給され、供給された高温の第１熱媒体によって所定温度に調整されてＵＳＥＲに送液される。
かかる加熱流路及び冷却流路には、ヒートポンプ手段の吸熱器６８が設けられている。この吸熱器６８には、加熱器５４で放熱して凝縮した第１熱媒体を第２膨張手段としての膨張弁７０で断熱的に膨張して更に冷却して供給され、且つ冷却流路に設けられた凝縮器５６で高温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７１に戻り圧縮機５０に再供給される。
この図７に示す精密温度調整装置でも、第１熱媒体が通過する構成部材の各々を圧縮機５０以上の高い位置に設ける。特に、加熱器５４及び冷却器６０を最も高い位置に設ける。
この様に、構成部材を圧縮機５０以上の高い位置に設けることによって、圧縮機５０から吐出された高温の第１熱媒体と同伴する潤滑油が、圧縮機５０に戻り易くなる。
【００２８】
かかる図７に示す精密温度調整装置では、凝縮器５６に供給される第２熱媒体としての冷却水の配管途中に、圧縮機５０の吐出側の圧力が一定に保持されるように、凝縮器５６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７２が設けられている。この制御弁７２は、図３に示す制御弁４０と同一構成であって、圧縮機５０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５０の吐出圧が所定圧以上となったとき、制御弁７２の開度が大きくなり、凝縮器５６に供給される冷却水量が増加して、凝縮器５６の冷却能力が向上される。このため、圧縮機５０の吐出圧が低下する。他方、圧縮機５０の吐出圧が所定圧以下となったとき、制御弁７２の開度が小さくなり、凝縮器５６に供給される冷却水量が減少して、凝縮器５６の冷却能力が低下する。このため、圧縮機５０の吐出圧が高くなる。
この様に、圧縮機５０の吐出圧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５６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。
【００２９】
ところで、図７に示す精密温度調整装置では、冷却液の温度設定を大幅に昇温した場合、その制御部５５では、冷却流路側に配分される第１熱媒体量が、圧縮機５０から吐出される第１熱媒体量の５％程度となるように、比例三方弁５２の冷却流路側の吐出口の開度を全閉状態に近い状態とし、且つ加熱流路側に配分される第１熱媒体量を、圧縮機５０から吐出される第１熱媒体量の９５％程度となるように、加熱流路側の吐出口を全開状態に近い状態とする。
また、貯留槽６４の冷却液が低温である場合、加熱流路の加熱器５４に供給された高温の第１熱媒体は加熱器５４で低温の冷却液で凝縮され、圧縮機５０の吐出圧が所定圧よりも低圧となるため、制御弁７２が閉じて凝縮器５６に冷却水が供給されなくなる。
かかる状態下では、凝縮器２６に冷却水が供給されなくなる事態が生じるおそれがある。この様に、凝縮器５６に冷却水が供給されなくなると、凝縮器５６からヒートポンプ手段を構成する吸熱器６８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６８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５４で放熱して凝縮した第１熱媒体を膨張弁７０で断熱的に膨張して更に冷却された第１熱媒体と冷却水との熱交換が行われず、吸熱器６８が凍結するおそれがある。
この点、図７に示す精密温度調整装置では、吸熱器６８への冷却水の供給手段として、制御弁７２のバイパス配管７４に制御弁７６を設けている。この制御弁７６は、比例三方弁５２の加熱流路側の吐出口が全開状態に近い状態(或いは冷却流路側の吐出口を全閉状態に近い状態)となったとき、制御部５５からの信号によって開き、強制的に冷却水を凝縮器５６に供給し、吸熱器６８を稼働状態としている。
このため、冷却液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、圧縮機５０から吐出される第１熱媒体量の５％近傍となったときでも、吸熱器６８に所定量の冷却水を供給でき、吸熱器６８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５０の吐出圧が上昇し所定圧近傍に到達したとき、制御弁７６を制御部５５からの信号によって閉じる。その後は、制御弁７２によって圧縮機５０の吐出側の圧力が一定に保持されるように、凝縮器５６に供給される冷却水の供給量を制御する。
この様な、図７に示す冷却液の精密温度調整装置でも、比例三方弁５２に代えて、図４に示す様に、２個の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。
尚、図７に示す精密温度調整装置において、その他の構成部材の高さ位置や配管経路については、図１及び図２に示す精密温度調整装置と同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００３０】
図１〜図７に示す精密温度調整装置では、加熱器１４，５４と冷却器１６，６０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８（ａ）に示す様に、冷却器１６で冷却した空気流を加熱器１４で加熱している。図８（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１４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８（ｂ）に示す様に、冷却器１４と加熱器１６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９（ａ）に示す様に、加熱器１４で加熱した空気を冷却器１６で冷却している。図９（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１６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９（ｂ）に示す様に、冷却器１６と加熱器１４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１４と冷却器１６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１４に加えられる加熱量と冷却器１６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１６と加熱器１４との重複するエネルギーを少なくできるように、図１０に示す精密温度調整装置では、加熱器１４に加えられる加熱量と冷却器１６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１８の回転数をインバータ１９を介して第２制御部２２ｂによって制御している。かかる第２制御部２２ｂは、比例三方弁２０を制御する第１制御部２２ａと制御部２２を構成する。
ここで、図１０に示す精密温度調整装置を構成する構成部材のうち、図１に示す精密温度調整装置の構成部材と同一部材は、図１の符号と同一番号を付して、詳細な説明を省略する。
また、図１０に示す精密温度調整装置において、その他の構成部材の高さ位置や配管経路については、図１及び図２に示す精密温度調整装置と同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００３２】
かかる第２制御部２２ｂは、比例三方弁２０を制御する第１制御部２２ａと協働して、加熱器１４に加えられる加熱量と冷却器１６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２２ａによる比例三方弁２０の制御と第２制御部２２ｂによる圧縮機１８の回転数の制御とを図１１のフローチャートに示す。
図１０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１４に加えられる加熱量として、比例三方弁２０による加熱器１４側への高温の第１熱媒体の分配率を５〜１５％（比例三方弁２０による冷却器１６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１４側に加えられる加熱量として、比例三方弁２０による加熱器１４側への高温の第１熱媒体の分配率を９５〜８５％（比例三方弁２０による冷却器１６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。
このため、図１１のフローチャートに示す制御では、加熱器１４側に加えられる加熱量、具体的には比例三方弁２０による加熱器１４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１８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１８の回転数を制御することにした。
図１１に示すフローチャートでは、ステップＳ１０で圧縮機１８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２４によって測定された温度信号に基づいて、比例三方弁２０による加熱器１４側と冷却器１６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２０による加熱器１４側と冷却器１６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２２ａで行う。
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１４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２２ｂで行う。
尚、図１１に示す高温の第１熱媒体の平均分配率とは、加熱器１４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。
【００３３】
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１４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１４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。
一方、加熱器１４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１４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１４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１８の回転数を増加する。ステップＳ２４では、第２制御部２２ｂからインバータ１８に向けて、インバータ１８に設定されている圧縮機１８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１８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１８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１８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。
【００３４】
また、加熱器１４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１４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１４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１４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１４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１４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１８の回転数を増加する。ステップＳ２４では、第２制御部２２ｂからインバータ１８に向けて、インバータ１８に設定されている圧縮機１８の回転数を最小変化量で増加する増加信号を発信する。
また、加熱器１４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１４に加えられる加熱量と冷却器４４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１８の回転数を低下する。ステップＳ２６では、第２制御部２２ｂからインバータ１８に向けて、インバータ１８に設定されている圧縮機１８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１８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。
【００３５】
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１８が運転中か否か判断して、圧縮機１８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１８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１４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。
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２０による加熱器１４側と冷却器１６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１８が運転状態にない場合には、第１制御部２２ａ及び第２制御部２２ｂによる制御は停止する。
【００３６】
図１０に示す精密温度調整装置でも、比例三方弁５２に代えて、図５に示す様に、２個の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。
また、図１０に示す精密温度調整装置では、凝縮器２６及びヒートポンプ手段の吸熱器３２に供給する第２熱媒体として冷却水を用いていたが、凝縮器２６及びヒートポンプ手段の吸熱器３２に供給する第２熱却媒体としてファンによる空気流を用いることができる。
また、図１〜図１０に示す精密温度調整装置で用いた加熱器１４，５４、冷却器１６，６０、凝縮器２６，５６、吸熱器３２，６８は、温度差を有する二つの流体が向流又は並流として流れる公知の熱交換器を用いることができる。例えば、二重管、フィン付き管或いはプレート式熱交換器等を好適に用いることができる。
特に、凝縮器２６，５６に第２熱媒体として冷却水が供給される場合は、その使用温度がスケールの発生し易い温度帯であるため、比較的詰まりが発生し難い、二重管の内管と外管とに異なる温度の流体を流して熱交換を行う二重管式熱交換器を好適に用いることができる。
一方、熱効率が要求される吸熱器３２，６８としては、複数枚のプレート状のフィンを積層した積層体に複数本の伝熱管を挿通したプレート式熱交換器を好適に用いることができる。
更に、図１〜図１０に示す精密温度調整装置では、凝縮器２６，５６と吸熱器３２，６８とに供給される第２熱媒体として冷却水又は空気流であったが、凝縮器２６，５６と吸熱器３２，６８との一方に冷却水を供給し、他方に空気流を供給してもよい。
また、図１〜図１０に示す精密温度調整装置では、凝縮器２６，５６で高温の第１熱媒体から除去した熱量の一部を回収すべく、第２熱媒体を凝縮器２６，５６を経由して吸熱器３２，６８に供給している。しかし、第２熱媒体の流速等によっては、その回収が殆ど期待できない場合がある。この場合、凝縮器２６，５６と吸熱器３２，６８との各々に個別に第２熱媒体を供給するようにしてもよい。具体的には、凝縮器２６，５６と吸熱器３２，６８とに各々に個別に冷却水を供給したり、凝縮器２６，５６と吸熱器３２，６８との各々に個別に冷却ファンを設けて個々に空気流を供給してもよい。
尚、本発明で適用できる温度調整対象の流体及び第２熱媒体は、空気又は水に限定されず、オイルや気液混合体であってもよい。
【００３７】
以上、説明してきた本発明の精密温度調整装置では、構成部材の全てを同一筐体内に格納することは要せず、構成部材や配管の一部は筐体外に配設してもよいことは勿論のことである。
また、例えば、工場建屋を用いて、本発明に係る精密温度調整装置を構成する構成部材を地下や屋上等に配設してもよい。この場合も、潤滑油が同伴した熱媒体が通過する構成部材の各々を圧縮機以上の高さ位置に設けることによって、圧縮機から吐出された熱媒体と同伴する潤滑油を、圧縮機に戻り易くすることができる。
尚、図１２又は図１３に示す従来の温度調整装置においても、圧縮機から吐出された熱媒体と同伴する潤滑油を、圧縮機に戻り易くするには、潤滑油が同伴した熱媒体が通過する構成部材の各々を圧縮機以上の高さ位置に設けることによって達成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る精密温度調整装置の一例を説明する概略図である。
【図２】図１に示す精密温度調整装置の高さ位置を説明する説明図である。
【図３】図１に示す凝縮器２６に冷却水を供給する配管３０に設けられた、冷媒制御手段としての制御弁４０の内部構造を説明する概略図である。
【図４】図１に示す精密温度調整装置で用いることのできる他の分配手段を説明する説明図である。
【図５】図３に示す分配手段で用いるゲートバルブの流量特性を示すグラフである。
【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】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８】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９】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１０】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１１】図１０に示す制御部２２の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】従来の温度調整装置を説明する概略図である。
【図１３】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】
【００３９】
１０  空間ユニット
１２  ファン
１４，５４  加熱器
１６，６０  冷却器
１８，５０  圧縮機
２０，５２  比例三方弁
２２，５５  制御部
２４，６２  温度センサ
２６，５６  凝縮器
２８，３４，５８，７０  膨張弁
３２，６８  吸熱器
３６，７１  アキュームレータ
３８ａ，３８ｂ  ゲートバルブ
４０，４４，７２，７６  制御弁
４２，７４  バイパス配管
４６  ファン
６４  貯留槽
６６  ポンプ
【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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【図１３】
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