JP2009122357A - 板状部材の温度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度調整対象の気体に対する加熱能力が不足する板状部材の温度調整装置の課題を解決する。
【解決手段】精密温度調整装置で所定温度に調整した空気流によってガラス基板の温度を精密調整する温度調整装置であって、加熱回路の加熱器１４と冷却回路の冷却器１６とを通過する空気流を温度調整するように、高温の第１熱媒体の一部を加熱器１４に供給すると共に、冷却回路に供給された高温の第１熱媒体の残余部を冷却してから冷却器１６に供給する比例三方弁２０と、加熱器１４で冷却してから第１熱媒体に吸熱するヒートポンプ手段の吸熱器３２と、吸熱器３２を通過した第１熱媒体と冷却器１６を通過した第１熱媒体とを供給するアキュームレータ３６と、高温の第１熱媒体の分配比率を連続的に変更して、温度調整対象の空気流を所定温度に調整するように、比例三方弁２０を制御する制御部２２とが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は板状部材の温度調整装置に関し、更に詳細には精密温度調整装置によって所定温度に温度調整された気体流を板状部材に吹き付けて、前記板状部材の温度を精密調整する板状部材の温度調整装置に関する。

液晶ディスプレイに用いられる板状部材としてのガラス基板には、クリーンルーム内で種々の微細加工が施される。かかるクリーンルーム内は温度調整がなされているものの、ガラス基板に許容される温度変動範囲はクリーンルーム内の温度変動範囲よりも狭い。具体的には、クリーンルーム内の許容温度変化が２〜３℃程度であるが、ガラス基板の許容温度変化は±０．１℃程度である。
このため、下記特許文献には、予め温度調整されたクリーンルーム内の空気を、精密温度調整装置によって精密に温度調整してガラス基板に吹き付けるガラス基板の温度調整装置が提案されている。
かかるガラス基板の温度調整装置の概略を図７（ａ）（ｂ）に示す。図７（ａ）に示すガラス基板の温度調整装置２００では、昇降装置２０４によって昇降する基台２０２に載置されたガラス基板２０１に、クリーンルーム内の空気を精密温度調整装置によって厳格に温度調整した空気をヘッダー２０８に送り、ヘッダー２０８に設けられた複数本のノズル２１０，２１０・・から吹き付ける。
また、図７（ｂ）に示すガラス基板の温度調整装置３００では、精密温度調整装置によって厳格に温度調製された空気が送り込まれるヘッダー３０２，３０２の間に板状部材としてのガラス基板２０１が挟み込まれ、精密温度調整装置で精密に温度調整されてヘッダー３０２，３０２の各々に設けられた調整空気貯留室３０４ａに蓄えられた空気がノズル２１０，２１０・・からガラス基板２０１を挟み込むように吹き出し、吹き出された空気はヘッダー３０２，３０２の各々に設けられた貯留室３０４ｂを経由して精密温度調整装置に再供給される。

かかる精密温度調整装置としては、ヘッダー２０８，３０２に送り込む空気を±０．１℃程度に精密に温度調整するには、加熱状態の加熱器と冷却状態の冷却器とに温度調整対象の空気流を連続して通過させつつ、加熱器の加熱温度と冷却器の冷却温度とを調整して行うことを要する。加熱器と冷却器とを切り替えて空気流を温度調整すると、精密温度調整装置から吹き出される空気流の温度のバラツキが大きくなり易く、±０．１℃程度に精密に温度調整することは困難だからである。
この様な精密温度調整装置としては、例えば特許文献２に記載されている図８に示す精密温度調整装置を用いることが考えられる。
図８に示す精密温度調整装置には、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。

かかる精密温度調整装置では、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で冷却器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。
特開２００２−７２４９２号公報 特開昭５１−９７０４８号公報

図８に示す精密温度調整装置では、圧縮機１００以外に加熱源が用いられておらず、図９に示す精密温度調整装置を具備するガラス基板の温度調整装置を、原則として火気厳禁のクリーンルーム内に容易に設置できる。
また、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によって加熱回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、図８に示すヘッダー２０８，３００から吹き出す空気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８に示す精密温度調整装置では、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。

従って、図８に示す精密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回路に流すため、加熱できる熱量は圧縮機の動力による熱量のみとなり、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、図８に示す精密温度調整装置を具備するガラス基板の温度調整装置では、図８に示すヘッダー２０８，３００から吹き出す空気流の設定温度を大幅に高くする場合、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８に示す精密温度調整装置の加熱量不足を補うべく、図９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。また、原則として火気厳禁のクリーンルーム内に、電気ヒータが設けられた精密温度調整装置を具備するガラス基板の温度調整装置を設置することは安全上問題である。
そこで、本発明では、温度調整対象の気体に対する加熱能力が不足する従来の精密温度調整装置を具備する板状部材の温度調整装置の課題を解決し、温度調整対象の気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る精密温度調整装置を具備する板状部材の温度調整装置を提供することにある。

本発明者等は、前記課題を達成するには、板状部材の温度調整装置の精密温度調整装置には、冷却回路と加熱回路とを設けること、冷却回路の冷却手段及び加熱回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、精密温度調整装置によって所定温度に温度調整された気体流を板状部材に吹き付けて、前記板状部材の温度を精密調整する板状部材の温度調整装置であって、前記精密温度調整装置として、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気体流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が用いられ、前記精密温度調整装置には、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気体を、前記板状部材に吹き付ける温度に制御する制御部とが設けられていることを特徴する板状部材の温度調整装置にある。

かかる本発明に用いた精密温度調整装置の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、温度調整対象の気体流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。
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る冷却媒体とヒートポンプ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前記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。
ここで、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。

本発明に係る板状部材の温度調整装置において、その精密温度調整装置に用いた分配手段として、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、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とし、制御部として、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と共に、前記加熱回路側に分配される高温の第１熱媒体と冷却回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。
更に、冷却回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熱媒体とを、同一熱媒体とし、圧縮機の吐出側の圧力を一定に保持すべく、前記凝縮手段に供給する前記液状媒体の供給量を制御する冷媒制御手段を設けることによって、精密温度調整装置を安定して運転できる。
本発明において、温度調整対象の流体を、空気流である場合、冷却手段に吹き付けられて低湿度化された空気流が加熱手段に吹き付けられるように、前記冷却手段と加熱手段とを配設することによって、温度調整対象の空気流の除湿も併せて行うことができる。
他方、この場合、加熱手段に吹き付けられて昇温された空気流を冷却手段に吹き付けるように、前記加熱手段と冷却手段とを配設することによって、空気流の温度調整の精度を更に向上できる。

本発明に係る板状部材の温度調整装置に用い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気体流に対する加熱量と冷却量とを容易に調整できる。
しかも、かかる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、かかる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、本発明に係る板状部材の温度調整装置に用いる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気体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気体流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、温度調整対象の気体流を所定温度に調整できる。
この様に、かかる精密温度調整装置によって板状部材に吹き付ける気体流の温度を精密に調整できる結果、この精密温度調整装置を用いた本発明に係る板状部材の温度調整装置によれば、精密に温度調整された気体流を板状部材に吹き付けることができ、板状部材の温度を精密に調整できる。
更に、この精密温度調整装置では、補助電気ヒータ等の補助電気ヒータの不要化及び小型化を図ることができる。このため、かかる精密温度調整装置を具備する板状部材の温度調整装置では、省エネルギーを図ることができ、且つ火気厳禁で狭いクリーンルーム等の場所に配設できる。

本発明に係る板状部材の温度調整装置は、その概略図である図７（ａ）（ｂ）に示す様に、ヘッダー２０８，３０２に設けられた複数本のノズル２１０，２１０・・から板状部材としてのガラス基板２０１に吹き付ける空気流の温度を精密温度調整装置によって調整している。
図７（ａ）（ｂ）に示す板状部材の温度調整装置に用いる精密温度調整装置としては、図１に示す精密温度調整装置を用いる。
図１に示す精密温度調整装置には、図７（ａ）（ｂ）に示す板状部材の温度調整装置を構成するヘッダー２０８，３００に温度調整空気を供給する供給部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回路と冷却回路とが設けられている。
かかる加熱回路を構成する加熱手段としての加熱器１４と冷却回路を構成する冷却手段としての冷却器１６とが設けられ、供給部１０内に吸引したクリーンルーム内の空気を加熱した後、冷却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、供給部１０からヘッダー２０８，３００に供給する空気流の温度を更に精密に調整できる。
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。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が設けられた加熱回路側と冷却器１６が設けられた冷却回路側とに分配する。
この比例三方弁２０では、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、供給部１０内に設けられた温度センサ２４によって測定された測定温度と設定された設定温度と比較し、測定温度が設定温度と一致するように、加熱回路側と冷却回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、供給部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をステップ制御で駆動するとき、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。
かかる制御部２２に設定する設定温度は、任意に設定できるようにしてもよい。また、図１に示す温度センサ２４は、ファン１２の吐出側に設置されているが、ファン１２の吸入側に設置してもよく、ファン１２の吐出側及び吸入側に設けてもよい。

加熱回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、供給部１０内に吸引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、冷却回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、供給部１０内に吸込まれて加熱器１４によって加熱された空気流を冷却して所定温度に調整する。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。この様に、加熱器１４に吹き付けられて昇温された空気流を冷却器１６に吹き付けることによって、空気流の温度調整の精度を向上できる。
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に供給されて供給部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、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であるため、確実に第1熱媒体のガス成分のみを圧縮機１８に供給できる。
このアキュームレータ３６としては、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３６を設置しなくても、吸熱器３２において、凝縮器２６で吸熱して３０℃程度に昇温された冷却水から吸熱して昇温された熱媒体と、冷却器１６に供給されて供給部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。

ところで、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が、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２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、加熱回路の加熱能力を向上できる。その結果、補助電気ヒータ等の他の加熱手段を用いることを要しない。

この様に、図２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、且つ比例三方弁２０によって加熱回路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却回路側に分配する高温の第１熱媒体との分配比率を、供給部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に示す供給部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る。このため、図２に示す精密温度調整装置の供給部１０からヘッダー２０８，３０２（図７）に温度調整された空気流を供給し、ヘッダー２０８，３０２に設けられたノズル２１０，２１０・・から空気流をガラス基板２０１に吹き付けることによって、ガラス基板２０１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る。

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８に示す精密温度調整装置では、その温度設定範囲が２０〜２６℃程度であるが、図１に示す精密温度調整装置では、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、加熱回路の加熱能力が向上され、補助電気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９に示す補助電気ヒータ１１４を設けた精密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９に示す補助電気ヒータ１１４を設けた精密温度調整装置では、全消費エネルギーの内訳は、圧縮機１００が１８％、補助電気ヒータ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、補助電気ヒータ１１４の消費エネルギーをカットできる。
このため、吐出量が２０ｍ^３／min程度の水冷式空調機に、図９に示す精密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。

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。
つまり、圧縮機１８の吐出圧が一定値以上となったとき、制御弁４０の開度が大きくなり、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。このため、圧縮機１８の吐出圧が低下する。他方、圧縮機１８の吐出圧が一定値以下となったとき、制御弁４０の開度が小さくなり、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、精密温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。

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、制御部２２では、比例三方弁２０の冷却回路側の吐出口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、加熱回路側の吐出口を全開状態又は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。
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。

このため、図１に示す精密温度調整装置の様に、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の冷却回路側の吐出口の開度が全閉状態又は全閉状態に近い状態となり、加熱回路側の吐出口が全開状態又は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、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。
図１に示す精密温度調整装置では、加熱器１４に吹き付けられて冷却された空気流を冷却器１６に吹き付けている。この様に、加熱器１４に最初に空気流を吹き付けることによって、供給部１０から吐出される空気流の温度調整を更に精密にできる。

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２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３０による空気流を用いることができる。
図２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３０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。
図２に示す精密温度調整装置では、冷却器１６に吹き付けられて冷却された空気流を加熱器１４，１６に吹き付けている。この様に、最初に冷却器１６に空気流を吹き付けることによって、空気流中の水分を凝縮して除湿を行うことができる。
図２に示す精密温度調整装置では、１台のファン３０による空気流の流れ方向に対して凝縮器２６と吸熱器３２とが直列に配列されている。かかる図２に示すファン３０では、常時同一回転で回転している。このため、凝縮器２６と吸熱器３２とに加えられる負荷に応じた制御が困難となる傾向があるが、実用上大きな問題とならず、簡易な制御を採用することができ、小型で且つ安価な精密温度調整装置を提供できる。
また、図２に示す様に、圧縮機１８の入口付近に、圧縮機１８に供給される熱媒体の温度を測定する温度センサ３８と、圧縮機１８に供給される熱媒体の圧力を測定する圧力センサ４５とを設け、温度センサ３８と圧力センサ４５との測定値は制御部２２に送信される。制御部２２では、受信した圧縮機の入口近傍の温度と圧力とに基づいてファン３０の回転数を制御する。ファン３０の回転数の制御には、スピードコントローラを用いることが好ましい。スピードコントローラによれば、ファン３０は回転数の急激な変動を避けて滑らかに制御されるため、応答性を向上でき、温度調整の精度を向上できる。
尚、図２に示す精密温度調整装置では、その構成部材が図１に示す精密温度調整装置の構成部材と同一部材である場合には、図１の構成部材と同一番号を付し、詳細な説明を省略した。

図２に示す精密温度調整装置では、１台のファン３０による空気流の流れ方向に対して凝縮器２６と吸熱器３２とが直列に配列されている。かかる図２に示すファン３０では、常時同一回転で回転している。
従って、凝縮器２６と吸熱器３２とに加えられる負荷にかかわらず、１台のファン３０が常時同一回転で回転している場合は、凝縮器２６と吸熱器３２とに加えられる負荷に応じた制御が困難となる傾向にある。
かかる制御を容易にするには、図３に示す様に、凝縮器２６と吸熱器３２との各々にファン３０ａ，３０ｂを設け、凝縮器２６と吸熱器３２との各々に外部雰囲温度の空気流を送風することによって、凝縮器２６と吸熱器３２とに加えられる負荷に応じてファン３０ａ，３０ｂの回転数を制御できる。
尚、図３に示す精密温度調整装置では、その構成部材が図１に示す精密温度調整装置の構成部材と同一部材である場合には、図１の構成部材と同一番号を付し、詳細な説明を省略した。

図３に示す精密温度調整装置では、圧縮機１８の入口付近に、圧縮機１８に供給される熱媒体の温度を測定する温度センサ３８と、圧縮機１８に供給される熱媒体の圧力を測定する圧力センサ４５とが設けられている。
かかる温度センサ３８と圧力センサ４５との測定値は制御部２２に送信され、制御部２２では、受信した圧縮機の入口近傍の温度と圧力とに基づいて、凝縮器２６と吸熱器３２との各々に設けられたファン３０ａ，３０ｂの各回転数を制御する。
具体的には、高温の熱媒体の分配率が冷却回路側よりも加熱回路側が高く、且つ圧縮機１８の入口温度が入口圧力における熱媒体の蒸発温度又はその近傍温度である場合、吸熱器３２に空気流を送風するファン３０ａの回転数を増加する。このため、吸熱器３２での熱媒体の蒸発が促進され、圧縮機１８に液状の熱媒体が供給される事態を防止できる。
他方、高温の熱媒体の分配率が加熱回路側よりも冷却回路側が高く、且つ圧縮機１８の入口温度が入口圧力における熱媒体の蒸発温度又はその近傍温度である場合、凝縮器２６に空気流を送風するファン３０ｂの回転数を低下する。このため、冷却器１６への熱媒体の供給量が減少し、冷却器１６での熱媒体の蒸発が促進され、圧縮機１８に液状の熱媒体が供給される事態を防止できる。
尚、制御部２２では、温度センサ２４で測定した冷却器１６と加熱器１４とを通過した温度調整対象の空気流の温度に基づいて、比例三方弁２０を制御し、加熱回路と冷却回路とに分配される高温の熱媒体の分配比率を調整して、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を所定温度に制御する。

図１〜図３に示す精密温度調整装置に用いた分配手段としては比例三方弁２０を用いていたが、図４に示す様に、比例三方弁２０に代えて、２個の二方弁としての二方弁３９ａ，３９ｂを用いることができる。２個の二方弁３９ａ，３９ｂ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３９ａ，３９ｂ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第１熱媒体を加熱回路と冷却回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第１熱媒体量と冷却器１６側に分配する高温の第１熱媒体量との合計量が、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、二方弁３９ａ，３９ｂの開度を調整して連続的に比例分配される。
その際に、二方弁３９ａ，３９ｂ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に示す二方弁３９ａ，３９ｂ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、二方弁３９ａ，３９ｂの各流量特性に基づいて各二方弁３９ａ，３９ｂへの開度信号を発信する。
ここで、「加熱回路と冷却回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、二方弁３９ａ，３９ｂをステップ制御によって駆動し、加熱回路と冷却回路との分配比率を調整する際に、二方弁３９ａ，３９ｂ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。

また、図１〜図５に示す精密温度調整装置を具備する板状部材の温度調整装置として、図７（ａ）（ｂ）に示す様に、ガラス基板２０１に対して直角方向から温度調整された空気流を噴射する板状部材の温度調整装置を示したが、図６に示す様に、ガラス基板２０１，２０１・・に対して平行方向から温度調整された空気流を吹き付ける板状部材の温度調整装置４００であってもよい。
板状部材の温度調整装置４００では、ガラス基板２０１，２０１・・の各々を複数本のピン４０２，４０２・・で支承して平行に載置されている載置空間４０８内に、精密温度調整装置から温度調整された空気流を貯留空間部４０４内に貯め、貯留空間部４０４の壁部の一部を形成するフィルター（ＨＥＰＡ）部４０６，４０６から、ガラス基板２０１，２０１・・の各々に平行に吹き込む。載置空間４０８内に吹き込まれた空気流は、ガラス基板２０１，２０１・・の各々の両面に沿って流れ、ガラス基板２０１，２０１・・を所定温度に温度調整する。
ガラス基板２０１，２０１・・に沿って流れた空気流は、載置空間部４０８から精密温度調整装置に循環してもよい。

本発明に係る板状部材の温度調整装置に用いる精密温度調整装置の一例を説明する概略図である。 図１に示す板状部材の温度調整装置に用い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１に示す板状部材の温度調整装置に用い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２〜図４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４に示す分配手段で用いる二方弁の流量特性を示すグラフである。 本発明に係る板状部材の温度調整装置の他の例を説明する概略図である。 板状部材の温度調整装置を説明する概略図である。 従来の板状部材の温度調整装置に用いられる精密温度調整装置の一例を説明する概略図である。 図８に示す精密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

１０ 供給部
１２ ファン
１４ 加熱器
１６ 冷却器
１８ 圧縮機
２０ 比例三方弁
２２ 制御部
２４，３８ 温度センサ
２６ 凝縮器
２８，３４ 膨張弁
３０，３０ａ，３０ｂ ファン
３０ 配管
３１ 配管
３２ 吸熱器
３６ アキュームレータ
３９ａ，３９ｂ 二方弁
４０ 制御弁
４２ バイパス配管
４４ 制御弁
４５ 圧力センサ
２００，３００，４００ 板状部材の温度調整装置
２０１ ガラス基板（板状部材）
２０２ 基台
２０４ 昇降装置
２０８，３００ ヘッダー
２１０ ノズル

Claims (11)

1. 精密温度調整装置によって所定温度に温度調整された気体流を板状部材に吹き付けて、前記板状部材の温度を精密調整する板状部材の温度調整装置であって、
   前記精密温度調整装置として、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気体流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が用いられ、
   前記精密温度調整装置には、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気体を、前記板状部材に吹き付ける温度に制御する制御部とが設けられていることを特徴する板状部材の温度調整装置。
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熱媒体が合流されるまでの回路が、回路的に独立して設けられている請求項１記載の板状部材の温度調整装置。
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記載の板状部材の温度調整装置。
4. 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１〜３のいずれか一項記載の板状部材の温度調整装置。
5. 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１〜４のいずれか一項記載の板状部材の温度調整装置。
6. 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、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１〜５のいずれか一項記載の板状部材の温度調整装置。
7. 分配手段が、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って、
   制御部が、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と共に、前記加熱回路側に分配される高温の第１熱媒体と冷却回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１〜５のいずれか一項記載の板状部材の温度調整装置。
8. 冷却回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板状部材の温度調整装置。
9. 冷却回路の凝縮手段に供給される冷却媒体が、液状媒体であって、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前記液状媒体の供給量を制御する冷媒制御手段が設けられている請求項１〜８のいずれか一項記載の板状部材の温度調整装置。
10. 温度調整対象の気体流が、空気流であって、冷却手段に吹き付けられて低湿度化された空気流が加熱手段に吹き付けられるように、前記冷却手段と加熱手段とが配設されている請求項１〜９のいずれか一項記載の板状部材の温度調整装置。
11. 温度調整対象の気体流が、空気流であって、加熱手段に吹き付けられて昇温された空気流が冷却手段に吹き付けられるように、前記加熱手段と冷却手段とが配設されている請求項１〜９のいずれか一項記載の板状部材の温度調整装置。

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