JP2010043855A

JP2010043855A - 精密温度調整装置及び精密温度調整方法

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Publication number: JP2010043855A
Application number: JP2009228074A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Kobayashi; 正一小林; Masuo Yoshioka; 万寿男吉岡
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2027-12-06
Also published as: CN101558270A; TWI387716B; WO2008078525A1; JP2009300077A; JP4875714B2; JPWO2008078525A1; KR101453924B1; CN101558270B; TW200827639A; KR20090106452A; JP4435278B2

Abstract

【課題】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る精密温度調整装置及び精密温度調整方法を提供する。
【解決手段】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流体を温度調整するように、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に供給すると共に、冷却流路に供給した高温の第１熱媒体の残余部を冷却してから断熱膨張し冷却して冷却器１６に供給する比例三方弁２０と、加熱器を通過し断熱的に膨張されて冷却された第１熱媒体が、外部から供給された冷却水から吸熱するヒートポンプ手段の吸熱器３２と、高温の第1熱媒体の分配比率を、加熱器から温度調整対象の流体に加えられる加熱量と冷却器から温度調整対象の流体に加えられる冷却量とのうち、互いに打ち消し合う熱量分を少なくできる分配比率となるように、圧縮機の回転数を変更する第２制御部２２ｂとを具備する。
【選択図】図９

Description

本発明は精密温度調整装置及び精密温度調整方法に関する。

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１３に示す温度調整装置が記載されている。
図１３に示す温度調整装置には、圧縮機１００、三方弁１０２、凝縮器１０４、膨張弁１０６、冷却器１０８及び加熱器１１０が設けられており、冷却器１０８を具備する冷却流路と加熱器１１０を具備する加熱流路とが設けられている。
かかる冷却器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。

この図１３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、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。

特開昭５１−９７０４８号公報

図１３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の流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、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１３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の再加熱によって行われる。
従って、図１３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、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１３に示す温度調整装置の加熱量不足を補うべく、図１４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に対する加熱能力が不足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及び精密温度調整方法を提供することにある。

本発明者らは、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、及び加熱流路の加熱手段によって温度調整対象の流体に加えられる加熱量と冷却流路の冷却手段によって温度調整対象の流体に加えられる冷却量とのうち、互いに打ち消し合う熱量分を少なくすることが有効であると考え検討した。その結果、下記に示す様に、前記課題を解決する手段を見出した。

すなわち、本発明者らは、前記課題を解決する手段として、圧縮機で圧縮されて加熱された高温の第1熱媒体の一部が供給される加熱手段を具備する加熱流路と、前記高温の第1熱媒体の残余部が供給される凝縮手段と、前記凝縮手段で冷却された第１熱媒体が第１膨張手段で断熱的に膨張して更に冷却されて供給される冷却手段とを具備す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第1制御部と、前記圧縮機の回転数を制御する回転数制御手段が設けられ、前記第1制御部によって制御される高温の第1熱媒体の分配比率が、前記加熱手段によって温度調整対象の流体に加えられる加熱量と冷却手段によって温度調整対象の流体に加えられる冷却量とのうち、互いに打ち消し合う熱量分を少なくできる分配比率となるように、前記回転数制御手段を介して圧縮機の回転数を変更する第２制御部とが設けられている精密温度調整装置を提供できる。

また、本発明者らは、前記課題を解決する手段として、圧縮機で圧縮されて加熱された高温の第1熱媒体の一部が供給される加熱手段を具備する加熱流路と、前記高温の第1熱媒体の残余部が供給される凝縮手段と、前記凝縮手段で冷却された第１熱媒体が第１膨張手段で断熱的に膨張して更に冷却されて供給される冷却手段とを具備する冷却流路と、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が設けられ、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を用い、前記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しつつ、前記高温の第1熱媒体の分配比率を、前記加熱手段によって温度調整対象の流体に加えられる加熱量と冷却手段によって温度調整対象の流体に加えられる冷却量とのうち、互いに打ち消し合う熱量分を少なくできる分配比率となるように、前記圧縮機の回転数を変更する精密温度調整方法を提供できる。

本発明者らが提供した課題を解決する手段において、下記の好ましい態様を上げることができる。
第２制御部では、高温の第１熱媒体の加熱手段又は冷却手段への分配比率を５〜１５％の範囲となるように、回転数制御手段を介して圧縮機の回転数を制御すること、特に、高温の第1熱媒体の分配比率を、温度調整対象の流体に対して加熱側の場合、高温の第1熱媒体の９５〜８５％を加熱手段に分配し且つ残余の高温の第1熱媒体の５〜１５％を冷却手段に分配する範囲となるように、他方、前記温度調整対象の流体に対して冷却側の場合、高温の第1熱媒体の９５〜８５％を冷却手段に分配し且つ残余の高温の第1熱媒体の５〜１５％を加熱手段に分配する範囲となるように、回転数制御手段を介して圧縮機の回転数を制御することによって、精密温度調整装置の省エネルギーを図りつつ、精密温度調整装置を安定して運転できる。この回転数制御手段としては、インバータを好適に用いることができる。

また、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熱媒体とを、同一熱媒体とし、前記凝縮手段に供給され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。
この第２熱媒体としては、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、分配手段から第１熱媒体が合流されるまでの流路のうち、冷却流路を含む流路と加熱流路及びヒートポンプ手段を含む流路との各々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。この加熱流路を含む流路には、加熱手段、第２膨張手段及び吸熱手段が設けられ、冷却流路を含む流路には、凝縮手段、第１膨張手段及び冷却手段が設けられている。

ここで、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。
かかる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、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。
或いは、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と、前記分岐配管の各々に設けた二方弁とを具備し、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。
更に、冷却流路の凝縮手段には、高温の第１熱媒体を冷却する液状媒体を供給し、圧縮機の吐出側の圧力を一定に保持するように、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、凝縮手段に無駄に冷却媒体を流すことを防止できる。
また、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。

本発明者らが提案した精密温度調整装置及び精密温度調整方法によれば、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。
かかる精密温度調整装置及び精密温度調整方法では、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、本発明者らが提案した精密温度調整装置及び精密温度調整方法によれば、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、本発明者らが提案した精密温度調整装置及び精密温度調整方法では、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、温度調整対象の流体に対して精密な温度調整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。
しかも、本発明者らが提案した精密温度調整装置及び精密温度調整方法において、圧縮機の回転数を変更して、高温の第1熱媒体の分配比率を調整し、加熱手段によって温度調整対象の流体に加えられる加熱量と冷却手段によって温度調整対象の流体に加えられる冷却量とのうち、互いに打ち消し合う熱量分を少なくできる。このため、ヒートポンプ手段を設けたことと相俟って更に一層の省エネルギーを図ることができる。
この様に、本発明者らが提案した精密温度調整装置及び精密温度調整方法では、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精密に調整でき、且つ省エネルギーを図ることができる。

精密温度調整装置の参考例を説明する概略図である。図１に示す精密温度調整装置に用いる制御弁４０の内部構造を説明する説明図である。精密温度調整装置の他の参考例を説明する概略図である。精密温度調整装置の他の参考例を説明する概略図である。図１〜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５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。本発明者らが提供した課題を解決する手段としての精密温度調整装置を説明する概略図である。図９に示す温度調整装置の第１制御部２２ａと第２制御部２２ｂ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。精密温度調整装置の他の参考例を説明する概略図である。精密温度調整装置の他の参考例を説明する概略図である。従来の温度調整装置を説明する概略図である。従来の温度調整装置の改良例を説明する概略図である。

精密温度調整装置の参考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。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、第1制御部２２ａによって制御されている。この第1制御部２２ａ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、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。

かかる第1制御部２２ａ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に供給されて空間ユニット１０内に吸込まれた空気流から吸熱した第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で冷却水から吸熱して昇温された熱媒体と、冷却器１６に供給されて空間ユニット１０内に吸込まれた流体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で高温の第１熱媒体から除去され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。

この様に、図１に示す精密温度調整装置では、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に示す精密温度調整装置では、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。

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加熱流路を含む流路と冷却流路を含む流路との各々が、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。
尚、加熱流路を含む流路には、加熱器１４、第２膨張弁４３及び吸熱器３２が設けられており、冷却流路を含む流路には、凝縮器２６、第１膨張弁２８及び冷却器１６が設けられている。

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、補助ヒータ等の他の加熱手段を用いることを要しないため、図１４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１４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２０ｍ^３／min程度の水冷式空調機に、図１４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２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の開口部を解放する方向に弁体４０ｂを付勢している。
従って、圧縮機１８の吐出圧がバネ４０ｃの付勢力以上となったとき、制御弁４０のベローズ４０ｄによって弁体４０ｂ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の吐出圧が制御弁４０のバネ４０ｃの付勢力以下となったとき、弁体４０ｂ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、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、第1制御部２２ａでは、比例三方弁２０の冷却流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、加熱流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。
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３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の冷却流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、加熱流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、第１制御部２２ａ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を第１制御部２２ａ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３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に吹き付けている。この様に、最初に空気流を冷却器１６に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。
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１及び図３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４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４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。
尚、図４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。

また、図１〜図４に示す温度調整装置に用いた分配手段としての比例三方弁２０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。２個のゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々は、第１制御部２２ａによって制御されている。かかる第１制御部２２ａ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１８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、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６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、第１制御部２２ａでは、図６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、第１制御部２２ａ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。

図１〜図４に示す精密温度調整装置では、加熱器１４と冷却器１６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７（ａ）に示す様に、冷却器１６で冷却した空気を加熱器１４で加熱している。図７（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７（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。
一方、温度調整対象の空気流に対して加熱側にある場合、空気温度が安定する運転状態では、図８（ａ）に示す様に、加熱器１４で加熱した空気流を冷却器１６で冷却している。図８（ａ）に示す運転状態では、空気流を加熱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。
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。

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、本発明者らが提案した精密温度調整装置では、図９に示す様に、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可及的に少なくするように、回転数制御手段としてのインバータ１９を介して圧縮機１８の回転数を第２制御部２２ｂによって制御している。
尚、図９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。

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１０のフローチャートに示す。
図９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１０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１０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１０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。

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１９に向けて、インバータ１９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。

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１９に向けて、インバータ１９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１６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１９に向けて、インバータ１９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。
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。
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。
以上、説明してきた図１０に示すフローチャートの第１制御部２２ａでは、加熱器１４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１６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。

図１〜図１０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を温度調整対象とする精密温度調整装置にも適用できる。かかる温度調整対象としての冷却液の精密温度調整装置の一例を図１１に示す。
図１１に示す冷却液の精密温度調整装置では、インバータ５１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。
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、第1制御部５５ａ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て、冷却液を所定温度に調整する。

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に供給される。

かかる図１１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２に示す制御弁４０と同一構造であって、圧縮機５０の吐出圧が一定となるように制御する。
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の冷却流路内に設けられた弁部の開口部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の冷却流路内に設けられた弁部の開口部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。

ところで、冷却液の温度設定を大幅に昇温した場合、第1制御部５５ａでは、比例三方弁５２の冷却流路側の吐出口を全閉状態又は全閉状態に近い状態とすると共に、加熱流路側の吐出口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。
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。
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１１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又は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又は全閉状態に近い状態)となったとき、第1制御部５５ａ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熱媒体の分配率がゼロ又はその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を第1制御部５５ａ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。
図１１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１１に示す冷却液の精密温度調整装置では、凝縮器５６及びヒートポンプ手段の吸熱器６８に供給する第２熱媒体として冷却水を用いていたが、図１２に示す様に、凝縮器５６及びヒートポンプ手段の吸熱器６８に供給する第２熱却媒体としてファン７８による空気流を用いることができる。図１２に示す精密温度調整装置では、加熱器５４で放熱した第１熱媒体を、第２膨張手段としての膨張弁７０によって断熱膨張し更に冷却して供給している吸熱器６８に、ファン７８によって凝縮器５６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６８では、加熱器５４で放熱・凝縮し膨張弁７０で断熱膨張して冷却した第１熱媒体が空気流から吸熱できる。
尚、図１２に示す精密温度調整装置では、その構成部材が図１１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１１の構成部材と同一番号を付し、詳細な説明を省略した。

以上、説明した図１１及び図１２に示す精密温度調整装置にも、冷却器６０と加熱器５４との重複するエネルギーを少なくできるように、図９に示す精密温度調整装置と同様に、第２制御部を設けて圧縮機５０を制御するインバータ５１を介して圧縮機５０の回転数を制御するようにしてもよい。この場合も。第1制御部５５ａと協働して図１０に示すフローチャートに従って加熱器５４に加えられる加熱量と冷却器６０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、温度調整対象の冷却液の精密温度制御を行う。
また、図１〜図１２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１２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１２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。

１０空間ユニット
１２，４６ファン
１４，５４加熱器
１６，６０冷却器
１８，５０圧縮機
１９，５１インバータ
２０，５２比例三方弁
２２ａ，５５ａ第１制御部
２２ｂ第２制御部
２４，６２温度センサ
２６，５６凝縮器
２８，５８第１膨張弁
３２，６８吸熱器
３４，７０第２膨張弁
３６アキュームレータ
４０制御弁
４６ファン

Claims

圧縮機で圧縮されて加熱された高温の第1熱媒体の一部が供給される加熱手段を具備する加熱流路と、
前記高温の第1熱媒体の残余部が供給される凝縮手段と、前記凝縮手段で冷却された第１熱媒体が第１膨張手段で断熱的に膨張して更に冷却されて供給される冷却手段とを具備す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第1制御部と、
前記圧縮機の回転数を制御する回転数制御手段が設けられ、前記第1制御部によって制御される高温の第1熱媒体の分配比率が、前記加熱手段によって温度調整対象の流体に加えられる加熱量と冷却手段によって温度調整対象の流体に加えられる冷却量とのうち、互いに打ち消し合う熱量分を少なくできる分配比率となるように、前記回転数制御手段を介して圧縮機の回転数を変更する第２制御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。
第２制御部では、高温の第１熱媒体の加熱手段又は冷却手段への分配比率が５〜１５％の範囲となるように、回転数制御手段を介して圧縮機の回転数を制御する請求項１記載の精密温度調整装置。
第２制御部では、高温の第1熱媒体の分配比率が、温度調整対象の流体が加熱される加熱側の場合、高温の第1熱媒体の９５〜８５％が加熱手段に分配され且つ残余の高温の第1熱媒体の５〜１５％が冷却手段に分配される範囲となるように、他方、前記温度調整対象の流体が冷却される冷却側の場合、高温の第1熱媒体の９５〜８５％が冷却手段に分配され且つ残余の高温の第1熱媒体の５〜１５％が加熱手段に分配される範囲となるように、回転数制御手段を介して圧縮機の回転数を制御する請求項１又は請求項２記載の精密温度調整装置。
回転数制御手段が、インバータである請求項１〜３のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
冷却流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前記吸熱手段に供給される請求項１〜４のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
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。
分配手段から第１熱媒体が合流されるまでの流路のうち、冷却流路を含む流路と加熱流路及びヒートポンプ手段を含む流路との各々が流路的に独立して設けられている請求項１〜６のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
加熱流路及びヒートポンプ手段を含む流路には、加熱手段、第２膨張手段及び吸熱手段が設けられ、冷却流路を含む流路には、凝縮手段、第１膨張手段及び冷却手段が設けられている請求項７記載の精密温度調整装置。
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１〜８のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
分配手段には、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が用いられている請求項１〜９のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
分配手段には、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と、分岐配管の各々に設けられた二方弁とを具備し、
第１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第1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。
冷却流路の凝縮手段には、高温の第１熱媒体を冷却する液状媒体が供給され、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１〜１１のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
温度調整対象の流体が、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１〜１２のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
温度調整対象の流体が、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１〜１２のいずれか一項記載の精密温度調整装置。
圧縮機で圧縮されて加熱された高温の第1熱媒体の一部が供給される加熱手段を具備する加熱流路と、前記高温の第1熱媒体の残余部が供給される凝縮手段と、前記凝縮手段で冷却された第１熱媒体が第１膨張手段で断熱的に膨張して更に冷却されて供給される冷却手段とを具備する冷却流路と、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が設けられ、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を用い、
前記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しつつ、
前記高温の第1熱媒体の分配比率を、前記加熱手段によって温度調整対象の流体に加えられる加熱量と冷却手段によって温度調整対象の流体に加えられる冷却量とのうち、互いに打ち消し合う熱量分を少なくできる分配比率となるように、前記圧縮機の回転数を変更することを特徴とする精密温度調整方法。
高温の第１熱媒体の加熱手段又は冷却手段への分配比率を、５〜１５％の範囲となるように、回転数制御手段を介して圧縮機の回転数を制御する請求項１５記載の精密温度調整方法。
高温の第1熱媒体の分配比率を、温度調整対象の流体を加熱する加熱側の場合、高温の第１熱媒体の９５〜８５％を加熱手段に分配し且つ残余の高温の第1熱媒体の５〜１５％を冷却手段に分配する範囲となるように、他方、前記温度調整対象の流体を冷却する冷却側の場合、高温の第1熱媒体の９５〜８５％を冷却手段に分配し且つ残余の高温の第1熱媒体の５〜１５％を加熱手段に分配する範囲となるように、回転数制御手段を介して圧縮機の回転数を制御する請求項１５又は請求項１６記載の精密温度調整方法。
圧縮機の回転数を、インバータによって行う請求項１５〜１７のいずれか一項記載の精密温度調整方法。