JP2008159762A - 熱媒体供給装置及び温度調節機器 - Google Patents

Abstract

【課題】恒温装置等の温度調節機器から戻る冷熱を有効利用することができ、省エネルギーを達成できる熱媒体供給装置の開発することを目的とする.
【解決手段】戻り側渡り配管８は二重構造を有し、中心管７５と当該中心管７５を包囲する外郭管７６によって構成されている。外郭管７６は、ティ８０、フレキシブルチューブ８１、ティ８２が順次接続されたものである。外郭管７６の両端は閉塞されている。一方、中心管７５は、直管８３、フレキシブルチューブ８５、直管８６が順次接続されたものである。中心管７５の外径は、外郭管７６の内径よりも小さく、両者の間には空隙がある。この空隙が戻り側補助流路７７として機能する。一方、中心管７５は戻り側流路として機能する。外郭管７６の両端近傍の側面には冷媒導入口８７と冷媒排出口８８が設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエハの性能試験等に使用される恒温機器等の温度調節機器に関するものである。また本発明は、前記した恒温機器等の温度調節機器に対して熱媒体を供給する熱媒体供給装置に関するものである。

携帯電話やパソコン等に代表される電子機器が広く普及している。これらの電子機器は、近年、多様な用途や多様な環境で使用される。そのため電子機器そのものや、これらの部品たる集積回路等が環境から受ける影響を試験する必要がある。
これらの電子部品等を高温環境や低温環境に晒す試験装置としては、特許文献１や特許文献２に開示された構造のものが知られている。
特許文献１，２に開示された試験装置は、サーマルプレートや高低温チャックと称される恒温機器（温度調節機器）を備え、当該恒温機器に半導体ウエハを載置または固定して試験を行うものである。
サーマルプレートや高低温チャックと称される恒温機器は、被試験物を載置又は固定する物品載置面を持つ。多くの場合、恒温機器の一部には電気ヒータが取り付けられている。また恒温機器の内部にはキャビティが形成されている。当該キャビティには所定の温度の流体（熱媒体）が流される。
そして電気ヒータの制御と、キャビティ内へ流体を流す動作を併用し、物品載置面の温度を所望の温度に維持する。例えば物品載置面の温度を低温にしたい場合は、キャビティに低温の流体を流す。
特開２００５−４５０３９号公報 特開平１０−２８８６４６号公報

ところで近年、より過酷な状況で試験を行いたいという要求や、より大面積の物品載置面を備えた試験装置を使用したいという要求がある。
そのためキャビティに流す流体の温度調節を行う装置がより大型化する傾向にある。そこで本発明者らは、キャビティに流す流体の温度調節を行う装置が恒温機器から独立化した試験装置を試作した。
即ち冷却装置を備え、供給された空気を冷却して排出する熱媒体供給装置と、サーマルプレートを備えた試験部を別々の筐体に組み込み、両者の間をチューブ等の管路で配管接続した。具体的には、熱媒体供給装置と試験部の間を往き側配管と戻り側配管で接続した。
そして熱媒体供給装置で低温の空気を製造し、往き側配管（往き側流路）を経由して試験部の恒温機器に低温の空気を供給し、恒温機器から排出された空気を戻り側配管（戻り側流路）で熱媒体供給装置側に回収した。

試作した熱媒体供給装置は旧来のものに比べて大容量の冷却能力を持ち、試験部の恒温機器は旧来の物に比べてより低温化することができた。
しかしながら、省エネルギーの観点からは、なお改善の必要が認められた。即ち試作した装置においては、恒温装置から戻る空気は加熱装置で再熱されて、そのまま大気中に放出されていた。すなわち、恒温装置から戻る空気はまだ相当に温度が低いにもかかわらず、その冷熱が再利用されることなく放出されていた。もし、恒温装置から戻る空気の冷熱を回収および再利用することができれば、優れた省エネルギー効果が得られる。その結果、冷却装置の小型化が可能となり、消費電量も小さくできる。
また恒温機器には高温の空気等を供給する場合もあり、この場合は、恒温装置から戻る空気は高温である。もし、恒温装置から戻る空気の熱を回収および再利用することができれば、優れた省エネルギー効果が得られる。

そこで本発明は上記した問題点の解消を課題とするものであり、恒温装置等の温度調節機器から戻る冷熱や熱を有効利用することができ、省エネルギーを達成できる熱媒体供給装置を開発することを目的とするものである。

上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、特定の部位の温度を所定の温度に調節する温度調節機器に対して熱媒体を供給する熱媒体供給装置において、低温を作る冷却装置又は高温を作る昇温装置と、温度調節された熱媒体を温度調節機器に供給する往き側流路と、温度調節機器から熱媒体を戻す戻り側流路とを備え、前記冷却装置又は昇温装置は外部から導入された熱媒体又は温度調節機器から戻された熱媒体を温度調節する熱媒体温度調節用熱交換器を有し、当該熱媒体温度調節用熱交換器を通過した熱媒体が往き側流路に供給され、さらに戻り側流路に隣接する戻り側補助流路を備え、外部から導入された熱媒体又は温度調節機器から戻された熱媒体は前記戻り側補助流路を通過した後に熱媒体温度調節用熱交換器に流れることを特徴とする熱媒体供給装置である。

本発明の熱媒体供給装置は、恒温機器等の温度調節機器から排出された熱媒体から冷熱を回収するものである。
例えば低温の熱媒体を恒温機器に供給するケースでは、多くの場合、恒温機器から排出される熱媒体は、常温よりも低温である。また高温の熱媒体を恒温機器に供給するケースでは、多くの場合、恒温機器から排出される熱媒体は、常温よりも高温である。そこで本発明は、恒温機器等の温度調節機器から排出される熱媒体から冷熱や熱を回収し、装置全体の熱効率を向上させんとするものである。
本発明の熱媒体供給装置では、外部から導入された熱媒体又は温度調節機器から戻された熱媒体は戻り側補助流路を通過した後に熱媒体温度調節用熱交換器に流れる。ここで戻り側補助流路は戻り側流路に隣接するものであり、戻り側流路には恒温機器等の温度調節機器から排出された低温又は高温の熱媒体が流れる。そのため戻り側補助流路を流れる熱媒体は、戻り側流路を流れる熱媒体によって冷却又は昇温される。戻り側流路を出た熱媒体は、さらに熱媒体温度調節用熱交換器によって冷却又は昇温される。

請求項２に記載の発明は、戻り側流路から戻された熱媒体と、外部から導入された熱媒体との間で熱交換する冷熱回収用熱交換器を有することを特徴とする請求項１に記載の熱媒体供給装置である。

本発明の熱媒体供給装置では、外部から導入された熱媒体との間で熱交換する熱回収用熱交換器を有するので、恒温機器等の温度調節機器から排出される熱媒体から冷熱や熱が回収され、装置全体の熱効率が高い。

請求項３に記載の発明は、冷却装置を有し、冷却装置は冷媒を圧縮する圧縮機を備え、圧縮機を出た冷媒と熱交換する冷媒冷却用熱交換器を備え、前記冷媒冷却用熱交換器においては戻り側流路から戻された熱媒体と圧縮機を出た冷媒とが熱交換されることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱媒体供給装置である。

本発明の熱媒体供給装置では、冷媒冷却用熱交換器においては戻り側流路から戻された熱媒体と圧縮機を出た冷媒とが熱交換される。そのため本発明の熱媒体供給装置では、戻り側流路から戻された低温の熱媒体によって冷媒が凝縮される。この様に本発明の熱媒体供給装置は、恒温機器等の温度調節機器から排出される熱媒体から冷熱が回収され、装置全体の熱効率が高い。

請求項４に記載の発明は、戻り側流路及び戻り側補助流路は、中心管と当該中心管の一部又は全部を包囲する外郭管を有する多重構造物によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱媒体供給装置である。

本発明の熱媒体供給装置では、戻り側流路及び戻り側補助流路が中心管とこれを包囲する外郭管を有する多重構造物によって構成されている。そのため戻り側流路及び戻り側補助流路との接触面積が大きく、両者の間の熱交換効率が高い。

請求項５に記載の発明は、中心管は、内部に冷媒又は熱媒体を導入又は排出する挿入管を備え、当該挿入管は中心管の奥部に開口することを特徴とする請求項４に記載の熱媒体供給装置である。

本発明の熱媒体供給装置では、中心管が内部に冷媒又は熱媒体を導入又は排出する挿入管を備え、当該挿入管は中心管の奥部に開口する。そのため挿入管から導入される冷媒等は、挿入管を通って中心管の奥部に至り、奥部で放出されて往復する。そのため熱媒体供給装置で採用する多重構造物では、冷媒等の滞留時間が長く、冷媒と熱媒体との熱交換効率が高い。

熱媒体は気体であることが望ましい。また温度調節機器の代表的な例として、キャビティ内に気体を導入して特定の温度調節面の温度を所定の温度にする恒温機器が挙げられる（請求項６）。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱媒体供給装置によって低温の熱媒体が供給されることを特徴とする温度調節機器である。

本発明の温度調節機器では、温度調節機器から排出された熱媒体の冷熱を回収および再利用することができるので、優れた省エネルギー効果が得られる。

本発明の熱媒体供給装置によると、恒温装置等の温度調節機器のから戻る冷熱を有効利用することができ、省エネルギーを達成できる。
本発明の温度調節機器も、省エネルギーを達成できるものとなる。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図１は、熱媒体供給装置と恒温機器を有する試験装置の一例を示す斜視図である。図２は、図１の試験装置の配管系統図である。

図１に示す試験装置１は、半導体ウエハを高温環境に置いたり、低温環境に置くことができるものである。

図１に示すように、試験装置１は、大きく二つの装置に分割されている。即ち試験装置１は、サーマルプレート（温度調節機器、恒温機器）２が内蔵された試験部３と、熱媒体供給装置５に分かれており、両者の間が往き側渡り配管７と戻り側渡り配管８とによって配管結合されている。試験部３はウエハプローバーに属するものである。
図２は、前記した様に試験装置の配管系統図であり、枠Ａ内が試験部３内の配管系統であり、枠Ｂ内は熱媒体供給装置５内の配管系統である。また図２において、枠Ａと枠Ｂを結ぶ二つのラインが往き側渡り配管７と戻り側渡り配管８を表している。

サーマルプレート（恒温機器）２は、高低温チャックとも称される部材であり、全体形状が円柱形をしている。そしてその頂面が被試験物を載置する物品載置面１０であり、物品載置面１０が所望の温度に調節される。即ちサーマルプレート（恒温機器）２には図示しない電気ヒータが取り付けられており、さらに内部にキャビティ１１が設けられている。そして電気ヒータを制御すると共にキャビティ１１内に冷却された空気を循環させて、物品載置面１０を温度調節する。
またサーマルプレート（恒温機器）２には図示しない真空配管が施されており、真空力によって被試験物を物品載置面１０に保持する機能を備えている。

サーマルプレート（恒温機器）２は、図１の様に熱媒体供給装置５から独立した筐体１２に収納されている。
なおサーマルプレート（恒温機器）２はＸ−Ｙテーブル１５に載置されており、図示しないモータによってＸ−Ｙに移動可能である。
試験部３の筐体１２内には、配管１６，１７があり、配管１６，１７によってキャビティ１１と筐体１２外が連通している。
また試験部３の筐体１２内には、空気導入路の一部が設けられている。即ち図２の枠Ａの下部に図示されている様に、筐体１２には空気導入口１８が設けられおり、空気導入口１８の先端側は分岐され、その一方が電磁弁１９を介して後記する戻り側渡り配管８の空気導入口７８に接続されている。
また空気導入口１８の先端側であって他方に分岐された部位は、電磁弁１３を介して大気中に開放されている。

なお前記した筐体１２の空気導入口１８には、図示しない圧縮機から乾燥空気が供給される。即ち空気導入口１８には、減圧弁を介して乾燥空気源２９が配管接続されている。

熱媒体供給装置５は、空気を冷却する装置であり、内部に冷却装置が内蔵されている。冷却装置は、２系統の冷凍サイクルを有するものである。
即ち熱媒体供給装置５は第一段側圧縮機２０、第一段側凝縮器２１、流量調節弁２２、第一段側膨張弁２３及び冷媒冷却用熱交換器２５の一次側によって構成される一段目の冷凍サイクルと、第二段側圧縮機３０、第二段側凝縮器３１、冷媒冷却用熱交換器２５の二次側、第二段側膨張弁３３及び熱媒体温度調節用熱交換器３５によって構成される二段目の冷凍サイクルを備えている。

二つの冷凍サイクルには例えば代替フロンの様な相変化し、冷凍サイクルを実現する冷媒が流通する。
即ち第一冷凍サイクルにおいては、第一段側圧縮機２０で冷媒が圧縮され、第一段側凝縮器２１では図示しないファンで冷却されて冷媒が凝縮する。そして冷媒は第一段側膨張弁２３を通過し、冷媒冷却用熱交換器２５の一次側内で気化して熱を奪う。気化した冷媒は、第一段側圧縮機２０に戻る。

一方、第二冷凍サイクルにおいては、第二段側圧縮機３０で冷媒が圧縮され、第二段側凝縮器３１ではファンで冷却されて冷媒の温度が低下する。そして冷媒は、前記した冷媒冷却用熱交換器２５の二次側に入り、前記した第一冷凍サイクルの作用によって急激に冷却されて液化する。第二冷凍サイクルを流れる冷媒は第二段側膨張弁３３を通過し、熱媒体温度調節用熱交換器３５の一次側で気化して熱を奪う。気化した冷媒は、第二段側圧縮機３０に戻る。

また本実施形態では、熱媒体供給装置５内に、補助の冷媒冷却用熱交換器４１と冷熱回収用熱交換器４３が設けられている。補助の冷媒冷却用熱交換器４１の二次側流路は、第一段側凝縮器２１の流路の中間部と直列に接続されている。

次に往き側渡り配管７について説明する。
図３は、図２の配管系統図の往き側渡り配管部分の詳細図である。図４は、図１の試験装置で採用する往き側渡り配管の断面図である。
往き側渡り配管７は、図３に示すような多重構造を有する。即ち往き側渡り配管７は、中心管５０と外郭管５１及び挿入管５２を備える三重構造物である。
往き側渡り配管７は、中心管５０の周囲を外郭管５１が取り囲み、さらに中心管５０の中に挿入管５２が挿入されたものである。

中心管５０は、後端部を残してその大部分が外郭管５１の中に埋没している。中心管５０の外郭管５１からはみ出したはみ出し部分５３には、冷媒排出口５５が設けられている。中心管５０の先端部は閉塞している。
中心管５０の外径は、外郭管５１の内径よりも小さく、両者の間に環状の空隙がある。本実施形態では、この空隙が、往き側流路７３として機能する。

挿入管５２は、前記したはみ出し部分５３から中心管５０内に挿入され、その先端は中心管５０の最奥部に至って開口している。挿入管５２の外径は中心管５０の内径よりも小さく、両者の間には空隙がある。本実施形態では、空隙が往き側補助流路７２として機能する。すなわち、往き側補助流路７２は往き側流路７３に隣接しており、かつ熱的に接触している。
また外郭管５１の基端部には空気導入口５６が開口し、先端部には空気排出口５７が開口している。

往き側渡り配管７の実際の構造は、図４の通りであり、外郭管５１は、レジューサ５８、ティ５９、フレキシブルチューブ６０、短管６１、レジューサ６２が順次接続され、両端が細く、中央部が太い形状であり、かつ曲げることができる構造である。

中心管５０は、短管６４、ティ６５、短管６６、及び先端が閉塞した樹脂チューブ６７が順次接続されたものであり、その外径は、外郭管５１の中心部分の内径よりも小さく、両者の隙間によって往き側流路７３が形成される。

中心管５０の短管６６の中央部分から先端側は、外郭管５１の中に挿入されている。そして短管６６の中央部分と外郭管５１のレジューサ５８との間は密閉されている。

挿入管５２は短管７０及び可撓性のある細管７１が順次接続されたものである。そして挿入管５２の短管７０の部分は中心管５０の短管６６部分に至り、細管７１は中心管５０の先端近傍にまで至っている。
挿入管５２の外径はいずれの部分についても中心管５０の内径よりも小さく、両者の間には空隙があり、この空隙が往き側補助流路７２として機能する。
ただし挿入管５２と中心管５０の基端たる短管６４との間は溶接されていて気密性が保たれている。
なお往き側渡り配管７には断熱材（図示せず）が巻かれている。

次に戻り側渡り配管８について説明する。図５は、図１の試験装置で採用する戻り側渡り配管の断面図である。
図５に示す様に、戻り側渡り配管８は二重構造を有し、中心管７５と当該中心管７５を包囲する外郭管７６によって構成されている。外郭管７６は、ティ８０、フレキシブルチューブ８１、ティ８２が順次接続されたものである。外郭管７６の両端は閉塞されている。一方、中心管７５は、直管８３、フレキシブルチューブ８５、直管８６が順次接続されたものである。中心管７５及び外郭管７６は共に可撓性を有している。
中心管７５の外径は、外郭管７６の内径よりも小さく、両者の間には空隙がある。本実施例では、この空隙が戻り側補助流路７７として機能する。一方、中心管７５は戻り側流路として機能する。
また外郭管７６の両端近傍の側面には空気導入口７８と空気排出口７９が設けられている。

次に、試験部３と、熱媒体供給装置５に跨がる配管について説明する。
前記した様に、試験部３と、熱媒体供給装置５とは往き側渡り配管７と戻り側渡り配管８とによって配管結合されている。即ち往き側渡り配管７と戻り側渡り配管８の一端は、いずれも試験部３の筐体１２内にあり、他端はいずれも熱媒体供給装置５の筐体内にある。
試験部３と熱媒体供給装置５に跨がる配管系統を空気の流れに沿って説明すると次の通りである。
即ち試験部３の筐体１２内には、前記した様に空気導入路の一部が設けられており、空気導入口１８の先端側は分岐されて、電磁弁１９が取り付けられている。そして電磁弁１９の下流側が戻り側渡り配管８の空気導入口７８に接続されている。即ち電磁弁１９の下流側が戻り側渡り配管８の戻り側補助流路７７に接続されている。

また戻り側渡り配管８の空気排出口７９は、冷熱回収用熱交換器４３の二次側入口に連通している。冷熱回収用熱交換器４３の二次側出口は、熱媒体温度調節用熱交換器３５の二次側入口に入り、熱媒体温度調節用熱交換器３５の二次側出口は、往き側渡り配管７の空気導入口５６に接続されている。即ち熱媒体温度調節用熱交換器３５の二次側出口は、往き側流路７３に接続されている。
往き側渡り配管７の空気排出口５７は、試験部３の筐体１２内の配管１６によってサーマルプレート２のキャビティ１１の空気導入口に接続されている。
またサーマルプレート２の空気排出口は、配管１７を介して戻り側渡り配管８の中心管７５の一端に接続されている。即ちサーマルプレート２の空気排出口は、戻り側流路に接続されている。
戻り側渡り配管８の中心管７５の他端は、冷熱回収用熱交換器４３の一次側入口に連通している。冷熱回収用熱交換器４３の一次側出口は、さらに補助の冷媒冷却用熱交換器４１の一次側流路入り口に接続されている。補助の冷媒冷却用熱交換器４１の一次側流路出口は、大気中に開放されている。

また二次側冷凍サイクルの一部が分岐されて、往き側渡り配管７の冷媒入口及び冷媒出口（冷媒排出口５５）に接続されている。
即ち二次側冷凍サイクルには、熱媒体温度調節用熱交換器３５をバイパスするバイパス流路３６が設けられ、バイバス流路３６に往き側渡り配管７の中心管５０が接続されている。
より具体的には、二次側冷凍サイクル中の二次側膨張弁３３と、熱媒体温度調節用熱交換器３５との間が分岐されて往き側渡り配管７の冷媒入口に接続されている。そして、往き側渡り配管７の冷媒出口（冷媒排出口５５）は、二次側冷凍サイクル中の熱媒体温度調節用熱交換器３５と、第二段側圧縮機３０との間に接続されている。従って往き側渡り配管７の中心管５０は、熱媒体温度調節用熱交換器３５と並列であり、往き側渡り配管７の中心管５０には、熱媒体温度調節用熱交換器３５と同じ温度の冷媒が通過する。

次に本実施形態における試験装置１の作用について説明する。
本実施形態における試験装置１はサーマルプレート（恒温機器）２の物品載置面１０をマイナス６５℃程度の低温から２００℃以上の高温まで変化させることができる。試験装置１は、物品載置面１０を低温に温調する場合に特有の機能を発揮する。
即ち物品載置面１０を低温に温調する場合には、一次側冷凍サイクルの第一段側圧縮機２０と、二次側冷凍サイクルの第二段側圧縮機３０とを運転すると共に、乾燥空気源２９から乾燥空気を導入する。
一次側冷凍サイクルの第一段側圧縮機２０と、二次側冷凍サイクルの第二段側圧縮機３０とを運転すると、各冷凍サイクルが機能して、二次側冷凍サイクルの熱媒体温度調節用熱交換器３５の一次側に低温の冷媒が通過し、熱媒体温度調節用熱交換器３５の二次側が冷却される。
また熱媒体温度調節用熱交換器３５をバイパスするバイパス流路３６に冷媒が流れ、往き側補助流路７２（往き側渡り配管７の中心管５０と挿入管５２との間）に冷媒が流通する。より具体的に説明すると、冷媒は、挿入管５２の端部から中心管５０内に導入される。挿入管５２は中心管５０の奥側で開口しているから、冷媒は、挿入管５２を通過して中心管５０の奥側に至り、奥側の位置で開放される。
ここで中心管５０の先端側は閉塞されており、且つ挿入管５２と中心管５０との間には空隙（往き側補助流路７２）があるから、冷媒は、往き側補助流路７２を流れて基端側に戻る。即ち冷媒は、中心管５０の中を往復して中心管５０の基端側に戻り、冷媒排出口５５から排出される。

空気の流れは、前記した通りであり、乾燥空気源２９から試験部３内に導入された乾燥空気は、電磁弁１９を経て戻り側渡り配管８の空気導入口７８に入り、戻り側渡り配管８の外郭管７６と中心管７５の間に形成された空隙（戻り側補助流路７７）を流れる。そして戻り側渡り配管８の空隙（戻り側補助流路７７）を通過した空気は、冷熱回収用熱交換器４３の二次側を通過し、熱媒体温度調節用熱交換器３５の二次側を流れる。さらに熱媒体温度調節用熱交換器３５の二次側を通過した空気は、往き側渡り配管７の空気導入口５６に入り、往き側渡り配管７の外郭管５１と中心管５０との間に形成された空隙（往き側流路７３）を流れ、試験部３内に至る。そして配管１６を経てサーマルプレート２のキャビティ１１に入り、さらにキャビティ１１を出た空気は、配管１７を介して戻り側渡り配管８の中心管（戻り側流路）７５を通過する。戻り側渡り配管８の中心管（戻り側流路）７５を通過した空気は、冷熱回収用熱交換器４３の一次側を流れ、さらに補助の冷媒冷却用熱交換器４１の一次側を流れ、大気中に開放される。

次に、前記した一連の空気の流れに際し、各部位を通過する空気の温度について検証する。
即ち乾燥空気源２９から供給される乾燥空気は、常温である。この空気は、電磁弁１９を経て戻り側渡り配管８の外郭管７６と中心管７５との間に形成された空隙（戻り側補助流路７７）を流れる（以下、「往き側空気」と称する。）が、この際に、戻り側渡り配管８の中心管（戻り側流路）７５を流れる排気（以下、「戻り側空気」と称する。）によって冷却される。
即ち前記した様に、戻り側渡り配管８の中心管７５には、サーマルプレート２のキャビティ１１から排出された戻り側空気が流れているが、戻り側空気の温度は常温よりも低く、往き側空気の温度よりも低い。
そのため外郭管７６と中心管７５との間（戻り側補助流路７７）を流れる往き側空気は、中心管７５の壁面を介して熱を奪われ、温度が低下する。

また、戻り側渡り配管８の空隙（戻り側補助流路７７）を通過した往き側空気は、冷熱回収用熱交換器４３の二次側を通過するが、戻り側渡り配管８の空隙を通過した往き側空気は、冷熱回収用熱交換器４３内においても戻り側空気と熱交換して冷却される。
即ち、冷熱回収用熱交換器４３の一次側には戻り側空気が流れており、戻り側空気は往き側空気よりも低温であるから、往き側空気は冷却される。

冷熱回収用熱交換器４３を通過した往き側空気は、熱媒体温度調節用熱交換器３５に入り、熱媒体温度調節用熱交換器３５によって強烈に冷却される。即ち、往き側空気は熱媒体温度調節用熱交換器３５の二次側を流れるが、熱媒体温度調節用熱交換器３５には冷却装置によって冷却された冷媒が通過する。そのため往き側空気は、熱媒体温度調節用熱交換器３５を通過する際に極めて低温となる。

熱媒体温度調節用熱交換器３５の二次側を通過した空気は、往き側渡り配管７の空気導入口５６に入り、往き側渡り配管７の外郭管５１と中心管５０との間に形成された空隙（往き側流路７３）を流れて試験部３内に至るが、この間、往き側渡り配管７内の往き側流路７３を通過する空気は、冷媒によって保冷される。
即ち往き側空気は、往き側渡り配管７の外郭管５１と中心管５０との間に形成された空隙（往き側流路７３）を流れるが、往き側流路７３と隣接して中心管５０によって構成される流路（往き側補助流路７２）があり、往き側補助流路７２に冷媒が流れる。往き側補助流路７２は往き側流路７３に隣接し、かつ熱的に接触している。そのため往き側空気は、往き側渡り配管７を通過する際にも冷媒で冷却され続け、昇温が抑制される。
加えて、中心管５０を流れる冷媒の温度は、前記した様に、熱媒体温度調節用熱交換器３５を通過する冷媒の温度と同一であるから、往き側空気の温度変化は少ない。

そして往き側空気は、サーマルプレート２のキャビティ１１に入り、サーマルプレート２の表面を冷却し、自らは昇温する。しかしながら、キャビティ１１から排出される空気は、依然として常温よりも低い。

さらにキャビティを出た空気は、配管１７を介して戻り側渡り配管８の中心管（戻り側流路）７５を通過し、前記した様に往き側空気に冷熱を与えて自らは昇温する。
さらに戻り側渡り配管８の中心管（戻り側流路）７５を通過した空気は、冷熱回収用熱交換器４３の一次側を流れて往き側空気に冷熱を与えて自らは昇温する。
さらに戻り側空気は、補助の冷媒冷却用熱交換器４１の一次側を流れ、一次側冷凍サイクルにおける冷媒の凝縮に寄与する。
この様に本実施形態では、３回に渡って冷熱の回収が行われるので、熱効率が高い。また最終的に排出される排気は、室温に近い温度となるので、室内環境を変化させにくい。即ち旧来の試験装置であれば、サーマルプレートのキャビティから排出された空気をそのまま大気に開放していたので、排気口に結露が生じる場合もあったが、本実施形態によると、排気の温度が室温に近いので、結露が生じることはない。

以上説明した実施形態では、往き側渡り配管７の中心管５０に冷媒を流し、周囲の空隙（往き側流路７３）に往き側空気を通過させた。
この理由は、冷媒の温度が往き側空気のそれよりも低いためであり、大気への冷熱の放散を抑制する効果がある。また中心管５０内では冷媒が往復するので、冷媒の滞留時間が長く、往き側空気との熱交換効率が高いためである。
さらに中心管５０側は、前記した様に内部で流路が往復するので、内部の圧力損失が大きい。これに対して中心管５０の周囲に形成される空隙（往き側流路７３）は、直線状の流路であるから圧力損失が小さい。そこで本実施形態では、往き側空気の圧力損失を低下させるために、周囲の空隙に往き側空気を通過させることとした。
しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではなく、往き側空気を中心管５０に流し、その周囲に形成される流路に冷媒を流してもよい。

戻り側配管に関しても同様であり、本実施形態では、中心管７５に戻り側空気を流通させ、その周囲に往き側空気を通過させたが、逆に中心管７５に往き側空気を通過させ、その周囲に戻り側空気を通過させてもよい。
なお、戻り側渡り配管８において、中心管７５側に戻り側空気を通過させ、その周囲に往き側空気を通過させた理由は、往き側渡り配管７の場合と同様であり、往き側空気の温度が戻り側よりも高いためである。

また本実施形態では、往き側渡り配管７に図３，４に示す様な往復流路を有する構造のものを採用し、戻り側渡り配管８に図５に示す直線流路だけを有する構造のものを採用したが、双方とも図３，４又は図５に示す構造のものを採用してよく、また往き側渡り配管７に図５に示す構造のものを採用し、戻り側渡り配管８に図３，４に示す構造のものを採用してもよい。戻り側渡り配管８に図３，４に示す構造のものを採用する場合には、例えば、キャビティ部と、当該キャビティ部の一部又は全部を包囲する外郭管を有する多重構造物によって構成する。そして、当該キャビティ部の内部に冷媒又は気体を導入又は排出する挿入管を備え、かつ当該挿入管がキャビティ部の奥部に開口する構成とする。

また上記した実施形態では、往き側渡り配管７及び戻り側渡り配管８は、いずれも内外二重構造の配管であり、中心側の流路と周辺側の流路が隣接するものを例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、左右に隣接する流路をもって往き側渡り配管あるいは戻り側渡り配管を構成することもできる。図６（ａ）は往き側渡り配管の変形例を示す断面斜視図、図６（ｂ）は戻り側渡り配管の変形例を示す断面斜視図である。図６（ａ）に示す往き側渡り配管９１では、往き側流路９２と往き側補助流路９３とが左右に隣接している。また図６（ｂ）に示す戻り側渡り配管９６では、戻り側流路９７と戻り側補助流路９８とが左右に隣接している。

以上説明した実施形態では、熱媒体温度調節用熱交換器３５をバイパスするバイパス流路３６を設け、バイバス流路３６に往き側渡り配管７の中心管５０を接続した。しかし、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば図７に示す様な構成でもよい。
図７は、本発明の第二の実施形態に係る試験装置の配管系統図である。図７の配管系統では、往き側渡り配管７の中心管５０と熱媒体温度調節用熱交換器３５を直列に接続している。
なお図７の構成では、第二段側膨張弁３３の下流側に往き側渡り配管７の中心管を接続し、その下流側に熱媒体温度調節用熱交換器３５を接続したが、熱媒体温度調節用熱交換器３５を先に接続してもよい。
さらに第二段側凝縮器３１と、第二段側膨張弁３３の間を分岐して往き側渡り配管７の中心管５０に接続してもよい。この構成を採用する場合は、中心管５０内の挿入管５２が膨張手段（キャピラリーチューブ）として機能する。
また本実施形態では、冷却装置は、２系統の冷凍サイクルを構成しており、二段目の冷凍サイクルによって作られた低温冷媒を往き側渡り配管７に導入したが、一段目の冷凍サイクルによって作られた低温冷媒を往き側渡り配管７に導入してもよい。ただしこの場合は、冷媒の温度が第一実施形態の場合よりも高いので、外側の流路に冷媒を流すことが望ましい。

上記した各実施形態では、サーマルプレート２のキャビティ１１に温度調節された空気を導入した。即ち上記した各実施形態では、熱媒体として空気を利用した。しかし空気に代わって窒素等の気体を熱媒体としてもよい。またさらに液体の熱媒体を採用することもできる。

熱媒体供給装置と恒温機器を有する試験装置の一例を示す斜視図である。 図１の試験装置の配管系統図である。 図２の配管系統図の往き側渡り配管部分の詳細図である。 図１の試験装置で採用する往き側渡り配管の断面図である。 図１の試験装置で採用する戻り側渡り配管の断面図である。 （ａ）は往き側渡り配管の変形例を示す断面斜視図、（ｂ）は戻り側渡り配管の変形例を示す断面斜視図である。 本発明の第二の実施形態に係る試験装置の配管系統図である。

符号の説明

２ サーマルプレート（温度調節機器、恒温機器）
５ 熱媒体供給装置
１１ キャビティ
２０ 第一段側圧縮機（圧縮機）
３５ 熱媒体温度調節用熱交換器
４１ 冷媒冷却用熱交換器
４３ 冷熱回収用熱交換器
７３ 往き側流路
７５ 中心管（戻り側流路）
７６ 外郭管
７７ 戻り側補助流路
９７ 戻り側流路
９８ 戻り側補助流路

Claims (7)

1. 特定の部位の温度を所定の温度に調節する温度調節機器に対して熱媒体を供給する熱媒体供給装置において、低温を作る冷却装置又は高温を作る昇温装置と、温度調節された熱媒体を温度調節機器に供給する往き側流路と、温度調節機器から熱媒体を戻す戻り側流路とを備え、前記冷却装置又は昇温装置は外部から導入された熱媒体又は温度調節機器から戻された熱媒体を温度調節する熱媒体温度調節用熱交換器を有し、当該熱媒体温度調節用熱交換器を通過した熱媒体が往き側流路に供給され、さらに戻り側流路に隣接する戻り側補助流路を備え、外部から導入された熱媒体又は温度調節機器から戻された熱媒体は前記戻り側補助流路を通過した後に熱媒体温度調節用熱交換器に流れることを特徴とする熱媒体供給装置。
2. 戻り側流路から戻された熱媒体と、外部から導入された熱媒体との間で熱交換する冷熱回収用熱交換器を有することを特徴とする請求項１に記載の熱媒体供給装置。
3. 冷却装置を有し、冷却装置は冷媒を圧縮する圧縮機を備え、圧縮機を出た冷媒と熱交換する冷媒冷却用熱交換器を備え、前記冷媒冷却用熱交換器においては戻り側流路から戻された熱媒体と圧縮機を出た冷媒とが熱交換されることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱媒体供給装置。
4. 戻り側流路及び戻り側補助流路は、中心管と当該中心管の一部又は全部を包囲する外郭管を有する多重構造物によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱媒体供給装置。
5. 中心管は、内部に冷媒又は熱媒体を導入又は排出する挿入管を備え、当該挿入管は中心管の奥部に開口することを特徴とする請求項４に記載の熱媒体供給装置。
6. 熱媒体は気体であり、温度調節機器はキャビティ内に気体を導入して特定の温度調節面の温度を所定の温度にする恒温機器であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱媒体供給装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱媒体供給装置によって低温の熱媒体が供給されることを特徴とする温度調節機器。

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