JP2019082280A - 液体温調装置及びそれを用いた温調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温調するために導入する液体の温度が大きく変動し得る場合でも、製造コスト及びランニングコストを抑制しつつ、この液体の温度を迅速に且つ精度良く目標温度に温調することができる液体温調装置を提供する。【解決手段】液体温調装置１は、圧縮機１１、凝縮器１２、第１膨張弁１３及び第１蒸発器１４が熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された冷凍回路１６と、冷凍回路１６における圧縮機１１の下流側で且つ凝縮器１２の上流側の部分から分岐し、第１膨張弁１３の下流側で且つ第１蒸発器１４の上流側の部分に接続されるインジェクション回路１７と、を有する冷凍装置１０と、第１の液体を通流させる第１液体供給装置１００と、を備える。インジェクション回路１７は、通流させる熱媒体の流量を調節する流量調節弁１７Ａを有する。そして、第１液体供給装置１００が通流させる第１の液体を第１蒸発器１４によって冷却する。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有する冷凍装置によって液体を温調し、当該液体を温度制御対象物側に供給可能な液体温調装置及びそれを用いた温調方法に関する。

圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有する冷凍装置と、ブライン等の液体を循環させる循環装置とを備え、冷凍装置の蒸発器によって循環装置の液体を冷却する液体温調装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の液体温調装置では、通常、循環装置にヒータが設けられ、蒸発器によって液体を冷却した後にヒータによって液体を加熱することで、循環させる液体の温度を高精度に所望の温度に調節することができる。

特開２０１５−１４４１７号公報

上述のような液体温調装置には、循環装置（循環式の液体供給装置）の代わりに放出式の液体供給装置を備えるものがある。このタイプの液体温調装置では、液体供給装置が通流させる液体を蒸発器によって冷却し、その後、液体供給装置から温度制御対象物側に液体を放出する。このタイプの液体温調装置は、例えば温度制御対象物に対する温調と同時に温度制御対象物を洗浄する際に利用されることがある。

このような放出式の液体供給装置を備える液体温調装置では、液体供給装置で放出する液体が大量となる傾向があり、液体として、水道水、水道水から生成される純水、大型のタンクに貯留された水等を利用する場合がある。

水道水の温度は環境変化に応じて比較的大きく変化し、大型のタンクに貯留される水の温度もタンクに温調装置が付設されない場合には、環境変化に応じて比較的大きく変化する。また、水道水や大型のタンクに貯留された水は、通常、液体供給装置に引き入れられるまでの間に温度を調節されることはない。そのため、放出式の液体供給装置において水道水等の液体を利用する液体温調装置では、温調前の液体の温度の変動に応じて、液体を目標温度に温調するために必要となる冷凍能力あるいは加熱能力が大きく変動する状況が生じ得る。

上記状況が生じた際の対策として、液体供給装置側のヒータの加熱能力の調節や、冷凍装置側の膨張弁の開度の調節及び圧縮機の回転数の調節が挙げられる。

しかしながら、ヒータの加熱能力の調節は、即応性に欠け、大きい加熱能力を出力しようとすると電力消費量が大きくなり、ランニングコストが過度に増大し得る。また、加熱能力の出力範囲を広げようとすると、製造コストが過度に増大する虞がある。

一方で、膨張弁の開度の調節は、冷凍能力を広範囲に調節することができず、温調の対象となる液体の温度変動が大きい場合に、十分に対応することが困難である。また、圧縮機の回転数の調節は、回転数の調節後の熱媒体の挙動が乱れ易く、外乱が生じ易くなるため、安定した冷凍能力を出力するまでに時間がかかり、即応性に欠ける。

本発明は上記実情を考慮してなされたものであり、温調するために導入する液体の温度が大きく変動し得る場合でも、製造コスト及びランニングコストを抑制しつつ、この液体の温度を迅速に且つ精度良く目標温度に温調することができる液体温調装置及びそれを用いた温調方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる液体温調装置は、圧縮機、凝縮器、第１膨張弁及び第１蒸発器が熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された冷凍回路と、前記冷凍回路における前記圧縮機の下流側で且つ前記凝縮器の上流側の部分から分岐し、前記第１膨張弁の下流側で且つ前記第１蒸発器の上流側の部分に接続されるインジェクション回路と、を有する冷凍装置と、第１の液体を通流させる第１液体供給装置と、を備え、前記インジェクション回路は、通流させる前記熱媒体の流量を調節する流量調節弁を有し、前記第１液体供給装置が通流させる前記第１の液体を前記第１蒸発器によって冷却する、ことを特徴とする。

この液体温調装置では、圧縮機から流出した高温の熱媒体を第１膨張弁の下流側で且つ第１蒸発器の上流側の部分にインジェクション回路を介して供給することができ、この際に供給する熱媒体の流量を流量調節弁によって調節することができる。これにより、第１蒸発器において出力する冷凍能力を広範囲に調節することが可能となる。また、低温の熱媒体に対する高温の熱媒体の混合割合の調節によって第１蒸発器に流入する熱媒体の温度を変化させることができ、高温の熱媒体の混合量を上げることで第１蒸発器に流入する熱媒体の温度が迅速に上がり、高温の熱媒体の混合量を下げることで第１蒸発器に流入する熱媒体の温度が迅速に下がる。このような熱媒体の温度調節によって、圧縮機の回転数の調節を行わずに冷凍能力を調節することで、所望の冷凍能力を迅速に且つ精度の良い状態で得ることができる。また、冷凍能力の調節を追加的な電力供給ではなく、冷凍回路を循環する熱媒体の一部を利用して行うため、製造コスト及びランニングコストを抑制することができる。したがって、温調するために導入する液体（第１の液体）の温度が大きく変動し得る場合でも、製造コスト及びランニングコストを抑制しつつ、この液体（第１の液体）の温度を迅速に且つ精度良く目標温度に温調することができる。

前記第１液体供給装置は、液体供給源から供給された前記第１の液体を温調後に放出する放出式の液体供給装置であってもよい。

また、前記液体供給源は、水道であり、前記第１の液体が水道水であるか、又は、前記液体供給源は、前記第１の液体を貯留し、貯留する前記第１の液体を温調する装置を有さないタンクであってもよい。
また、前記第１の液体は、水道水から生成された純水であってもよい。

この種の液体温調装置において放出式の液体供給装置が用いられる際には、液体供給装置から放出する液体が大量となる傾向があり、多くの場合、液体として、水道から供給される水道水や大型のタンクに貯留された水が利用される。この際、水道水や大型のタンクに貯留された水は、通常、液体供給装置に引き入れられるまでの間に温度を調節されることがない。そのため、第１液体供給装置が放出式の液体供給装置である場合、さらには第１液体供給装置に対する液体供給源が水道又は貯留する液体を温調する装置を有さないタンクである場合において、本発明にかかる液体温調装置は、特に効果的に製造コスト及びランニングコストを抑制しつつ、液体（第１の液体）の温度を迅速に且つ精度良く目標温度に温調することができる。
なお、水道とは、水を供給する施設のことを意味し、水道水は、水道から供給される水を意味する。例えば、水道は、国や地方公共団体等が管理する上水道であってもよいし、水道水は、上水道から供給される、特定の基準を満たすように清浄化された水であってもよい。
また、純水は、イオン交換樹脂等を用いた洗浄化工程を経て生成された純度の高い水を意味する。なお、純水が水道水から生成されている場合、その純水は、広義には水道水を意味する。したがって、液体供給源が水道であり、第１の液体が水道水から生成された純水であると言う場合、純水は、水道水から純水製造装置を経て生成された水のことを意味する。

また、前記冷凍装置は、前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記第１膨張弁の上流側の部分から分岐し、前記第１蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される並列配管をさらに有し、前記並列配管には、第２膨張弁及び第２蒸発器がこの順に設けられ、前記冷凍装置においては、前記熱媒体が、前記圧縮機、前記凝縮器、前記第２膨張弁及び前記第２蒸発器の順で循環するようになっていてもよい。

この場合、第２蒸発器によって、第１の液体とは異なる流体、すなわち第１の液体とは異なる液体や気体を温調することが可能となる。これにより、単一の冷凍装置を利用して、複数の温度制御対象物を効率的に温調することができる。

また、本発明にかかる液体温調装置は、第２の液体を通流させる第２液体供給装置をさらに備え、前記第２液体供給装置が通流させる前記第２の液体を前記第２蒸発器によって冷却してもよい。
この際、前記第２液体供給装置は、前記第２の液体を循環させる循環式の液体供給装置であってもよい。

この場合、単一の冷凍装置を利用して、二種の液体を効率的に温調することができる。例えば、一方の液体が温調のために導入される際の温度変動が大きく、他方の液体が温調のために導入される際の温度変動が小さい場合に、一方の液体を第１蒸発器によって冷却し、他方の液体を第２蒸発器によって冷却することで、効果的に製造コストを抑えつつ、二種の液体による所望の温調を実現することができる。なお、この場合、第２膨張弁と第２蒸発器との間に高温の熱媒体を供給するインジェクション回路を設けないようにする。
より具体的には、一般に、循環式の液体供給装置では温度制御対象物の温調後に循環されてくる液体の温度変動が小さい傾向となるため、第２液体供給装置が循環式の液体供給装置である場合に、この第２液体供給装置が循環させる第２の液体を第２蒸発器で冷却してもよい。この場合、特に効果的に製造コストを抑えつつ、二種の液体による所望の温調を実現することができる。

また、前記第２液体供給装置は、前記第２の液体を加熱するヒータを有していてもよい。

この場合、インジェクション回路からの高温の熱媒体の供給によって、第２蒸発器における冷凍能力が所望の値に対して減少する状況が生じたとしても、この減少分を補うようにヒータの加熱能力を下げることで、第２の液体に対する所望の温調状態を維持することが可能となる。なお、この場合には、ヒータに所定の加熱能力を常時出力させておく必要がある。

また、本発明にかかる液体温調装置を用いた温調方法においては、前記液体温調装置が、
圧縮機、凝縮器、第１膨張弁及び第１蒸発器が熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された冷凍回路と、前記冷凍回路における前記圧縮機の下流側で且つ前記凝縮器の上流側の部分から分岐し、前記第１膨張弁の下流側で且つ前記第１蒸発器の上流側の部分に接続されるインジェクション回路と、を有する冷凍装置と、
第１の液体を通流させる第１液体供給装置と、
第２の液体を通流させる第２液体供給装置と、を備え、
前記冷凍装置は、前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記第１膨張弁の上流側の部分から分岐し、前記第１蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される並列配管を備え、
前記並列配管には、第２膨張弁及び第２蒸発器がこの順に設けられ、
前記冷凍装置においては、前記熱媒体が、前記圧縮機、前記凝縮器、前記第２膨張弁、及び前記第２蒸発器の順で循環するようにもなっており、
前記インジェクション回路は、通流させる前記熱媒体の流量を調節する流量調節弁を有し、
前記第１液体供給装置は、液体供給源から供給された前記第１の液体を温調後に放出する放出式の液体供給装置であり、
前記第２液体供給装置は、前記第２の液体を循環させる循環式の液体供給装置であり、
前記第１液体供給装置が通流させる前記第１の液体を前記第１蒸発器によって冷却するとともに、前記第２液体供給装置が通流させる前記第２の液体を前記第２蒸発器によって冷却するようになっており、
当該温調方法は、
前記第１蒸発器によって冷却された前記第１の液体で、切削工具によって切削されるワーク及びその周辺領域を冷却するとともに洗浄する工程と、
前記第２蒸発器によって冷却された前記第２の液体で、切削工具の駆動部を冷却する工程と、を備えることを特徴とする。

この温調方法によれば、経済的に、切削工具によって切削されるワーク及びその周辺領域を冷却できるとともに、切削工具の駆動部を冷却することができる。

本発明によれば、温調するために導入する液体の温度が大きく変動し得る場合でも、製造コスト及びランニングコストを抑制しつつ、この液体の温度を迅速に且つ精度良く目標温度に温調することができる。

本発明の第１の実施の形態にかかる液体温調装置の概略図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる液体温調装置の概略図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる液体温調装置の概略図である。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の各実施の形態を詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる液体温調装置１の概略図である。図１に示されるように、本実施の形態にかかる液体温調装置１は、ヒートポンプ式の冷凍装置１０と、第１の液体を通流させる第１液体供給装置１００と、第２の液体を通流させる第２液体供給装置２００と、制御装置３００と、を備えている。

（冷凍装置）
冷凍装置１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、第１膨張弁１３及び第１蒸発器１４が熱媒体を循環させるように当該順序で配管１５により接続された冷凍回路１６と、インジェクション回路１７と、並列配管１８と、を有している。

インジェクション回路１７は、冷凍回路１６における圧縮機１１の下流側で且つ凝縮器１２の上流側の部分から分岐し、第１膨張弁１３の下流側で且つ第１蒸発器１４の上流側の部分に接続されている。並列配管１８は、冷凍回路１６における凝縮器１２の下流側で且つ第１膨張弁１３の上流側の部分から分岐し、第１蒸発器１４の下流側で且つ圧縮機１１の上流側の部分に接続されている。

並列配管１８には、第２膨張弁２３及び第２蒸発器２４がこの順に設けられ、冷凍装置１０においては、熱媒体が、圧縮機１１、凝縮器１２、第２膨張弁２３及び第２蒸発器２４の順で循環するようにもなっている。

圧縮機１１は、低温且つ低圧の気体の状態の熱媒体を圧縮し、高温且つ高圧の気体の状態として、凝縮器１２に供給するようになっている。凝縮器１２は、圧縮機１１で圧縮された熱媒体を冷却水によって冷却すると共に凝縮し、低温且つ高圧の液体の状態として、第１膨張弁１３及び第２膨張弁２３に供給するようになっている。

凝縮器１２の冷却水としては、水が用いられてよいし、その他の冷媒が用いられてもよい。図１には、凝縮器１２に供給する冷却水を通流させるとともに、凝縮器１２から流出する冷却水を排出する冷却水配管３１が示されている。冷却水配管３１内の冷却水は、図示しないポンプによって通流し、凝縮器１２内に流入して熱媒体と熱交換することにより、熱媒体を冷却する。

第１膨張弁１３は、凝縮器１２から供給された熱媒体を膨張させることにより減圧させ、低温且つ低圧の気液混合の状態として、第１蒸発器１４に供給するようになっている。第１蒸発器１４は、供給された熱媒体と第１液体供給装置１００が通流させる第１の液体とを熱交換させることで、第１の液体を熱媒体によって冷却するようになっている。

第１の液体と熱交換した熱媒体は、理想的には低温且つ低圧の気体の状態となって第１蒸発器１４から流出して再び圧縮機１１で圧縮される。本実施の形態では、第１膨張弁１３が機械式の自動膨張弁となっており、第１膨張弁１３の開度が第１蒸発器１４から流出した熱媒体の温度に応じて自動的に調節されるようになっている。

詳しくは、第１膨張弁１３の開度は、圧縮機１１への液バックが防止されるように自動的に調節される。なお、本実施の形態では、第１膨張弁１３が機械式の自動膨張弁であるが、第１膨張弁１３は、その開度を任意に調節自在な電子膨張弁であってもよい。

一方、第２膨張弁２３も、並列配管１８を介して凝縮器１２から供給された熱媒体を膨張させることにより減圧させ、低温且つ低圧の気液混合の状態として、第２蒸発器２４に供給する。第２蒸発器２４は、供給された熱媒体と第２液体供給装置２００が通流させる第２の液体とを熱交換させることで、第２の液体を熱媒体によって冷却するようになっている。

第２の液体と熱交換した熱媒体は、理想的には低温且つ低圧の気体の状態となって第２蒸発器２４から流出して再び圧縮機１１で圧縮される。本実施の形態では、第２膨張弁２３も機械式の自動膨張弁となっており、第２膨張弁２３の開度が第２蒸発器２４から流出した熱媒体の温度に応じて自動的に調節されるようになっている。

すなわち、第２膨張弁２３の開度も、圧縮機１１への液バックが防止されるように自動的に調節される。なお、第２膨張弁２３も、その開度を任意に調節自在な電子膨張弁であってもよい。

一方、インジェクション回路１７は、冷凍回路１６における圧縮機１１の下流側で且つ凝縮器１２の上流側の部分から第１膨張弁１３の下流側で且つ第１蒸発器１４の上流側の部分へ通流させる高温且つ高圧の熱媒体の流量を調節する流量調節弁１７Ａを有している。

これにより、インジェクション回路１７は、流量調節弁１７Ａの開度調節によって、圧縮機１１から流出した高温且つ高圧の気体の状態の熱媒体を第１膨張弁１３から流出した低温且つ低圧の気液混合状態の熱媒体に流量調整可能に混合させることができる。なお、流量調節弁１７Ａは電子膨張弁であり、その開度が制御装置３００によって調節されるようになっている。

（第１液体供給装置）
次に第１液体供給装置１００について説明する。第１液体供給装置１００は、液体供給源１２０から供給された第１の液体を温調後に放出する放出式の液体供給装置であり、冷凍装置１０の第１蒸発器１４及び自身に設けられた後述のヒータ１０４により第１の液体を温調した後、第１温度制御対象物１２１に向けて放出するようになっている。

第１液体供給装置１００は、上流端部１０１Ａと下流端部１０１Ｂとを有する第１側液体流路１０１を備え、上流端部１０１Ａにて液体供給源１２０からの第１の液体を受け入れ、第１の液体を下流端部１０１Ｂから第１温度制御対象物１２１に向けて放出するように構成されている。

第１側液体流路１０１には、上流側（液体供給源１２０側）から順に、ポンプ一体型タンク１０２と、第１蒸発器１４に接続される被冷却部１０３と、上述したヒータ１０４と、フィルタ１０５と、レギュレータ１０６と、吐出圧センサ１０７と、が設けられている。

ポンプ一体型タンク１０２は、第１の液体を貯留するタンク本体１０２Ａと、タンク本体１０２Ａ内に設けられた浸漬型のポンプ１０２Ｂと、を有し、ポンプ１０２Ｂを駆動することで、第１の液体を液体供給源１２０からタンク本体１０２Ａに引き込むとともに、タンク本体１０２Ａに貯留された第１の液体を被冷却部１０３側へ通流させるようになっている。

なお、本実施の形態では、ポンプ１０２Ｂがタンク本体１０２Ａ内に配置される浸漬型であるが、ポンプ１０２Ｂは、第１側液体流路１０１を構成する配管の途中に設けられる非浸漬型のポンプであってもよい。

被冷却部１０３は、第１蒸発器１４に接続されており、第１の液体は被冷却部１０３を通流する際に第１蒸発器１４によって冷却されることになる。ここで、本実施の形態における第１蒸発器１４は、異なる２種の流体を通流可能な形式の熱交換器から構成され、具体的にはプレート式の熱交換器から構成されている。

この場合、第１蒸発器１４においては、２種の流体を通流可能な２種の流路が設けられ、一方の流路を熱媒体が通流し、他方の流路を第１の液体が通流する。厳密に説明すると、本実施の形態で言う上記の被冷却部１０３は、第１の液体が通流する第１蒸発器１４内の上記他方の流路に相当するものである。

続いて、ヒータ１０４は例えば電気ヒータであり、その内部を通流する第１の液体を加熱することが可能となっている。ヒータ１０４の加熱能力は、制御装置３００によって調節されるようになっている。

また、フィルタ１０５は、第１の液体に含まれる異物を捕捉するために設けられている。レギュレータ１０６は、下流端部１０１Ｂから放出する第１の液体の圧力を一定の値に維持するために設けられ、吐出圧センサ１０７は、レギュレータ１０６を通過した第１の液体の圧力を検出するために設けられている。

本実施の形態にかかる液体温調装置１は、一例として、液体供給源１２０が水道であり、第１の液体が水道水であって厳密には水道水から生成された純水であり、第１温度制御対象物１２１が精密加工を施されるワークであり、且つ当該ワーク及びその周辺領域を純水によって温調するとともに洗浄するという条件下で、使用されることが想定されている。

この場合、第１の液体に異物が含まれたり、ワークに供給される第１の液体の圧力が予定された圧力よりも大きくなったりすると、精密加工を施されるワークの加工精度が低下する虞がある。したがって、本実施の形態では、上述のフィルタ１０５、レギュレータ１０６及び吐出圧センサ１０７が設けられている。

なお、吐出圧センサ１０７は、検出した第１の液体の圧力の情報を制御装置３００に送信するようになっていてもよい。この場合、制御装置３００は、検出された圧力が許容範囲から外れた際に警告を通知するようになっていてもよい。

また、本実施の形態における第１液体供給装置１００は、第１側液体流路１０１におけるヒータ１０４の下流側で且つフィルタ１０５の上流側の部分から分岐して、ポンプ一体型タンク１０２のタンク本体１０２Ａに接続される第１側バイパス流路１１０を有している。第１側バイパス流路１１０には、第１の液体の圧力に応じて開閉するリリーフ弁１１０Ａが設けられている。

レギュレータ１０６が第１の液体の圧力を一定の値に維持するために作動した際には、レギュレータ１０６の上流側の第１の液体の圧力が上昇する場合がある。この場合に、本実施の形態では、リリーフ弁１１０Ａが開放して第１の液体がタンク本体１０２Ａに流入することで、レギュレータ１０６の上流側の第１の液体の圧力が低下して、所望の状態に調節される。これにより、レギュレータ１０６の作動が安定し、放出される第１の液体の圧力も一層安定するようになる。

また、本実施の形態における第１液体供給装置１００は、第１側液体流路１０１における被冷却部１０３の下流側で且つヒータ１０４の上流側を通流する第１の液体の温度を検出する冷凍制御用温度センサ１１１と、第１側液体流路１０１におけるヒータ１０４の下流側で且つフィルタ１０５の上流側を通流する第１の液体の温度を検出する第１側加熱制御用温度センサ１１２と、を有する。

冷凍制御用温度センサ１１１及び第１側加熱制御用温度センサ１１２は、検出した第１の液体の温度を制御装置３００に送信するようになっている。

（第２液体供給装置）
次に第２液体供給装置２００について説明する。第２液体供給装置２００は、第２の液体を循環させる循環式の液体供給装置であり、冷凍装置１０の第２蒸発器２４及び自身に設けられた後述のヒータ２０４により第２の液体を温調した後、第２の液体を第２温度制御対象物２２１側に供給するようになっている。

第２液体供給装置２００は、上流端部２０１Ａと下流端部２０１Ｂとを有する第２側液体流路２０１を備え、上流端部２０１Ａ及び下流端部２０１Ｂをそれぞれ第２温度制御対象物２２１に直接的に接続して、第２の液体を循環させるように構成されている。

第２側液体流路２０１には、第２蒸発器２４に接続される被冷却部２０３と、タンク２０２と、上述したヒータ２０４と、ポンプ２０５と、が設けられている。第２の液体は、ポンプ２０５が駆動することで、被冷却部２０３、タンク２０２、ヒータ２０４、ポンプ２０５の順で通流し、ポンプ２０５から流出した後、第２温度制御対象物２２１側へ供給されるようになっている。

被冷却部２０３は、第２蒸発器２４に接続され、第２の液体は被冷却部２０３を通流する際に第２蒸発器２４によって冷却されることになる。ここで、本実施の形態における第２蒸発器２４は、異なる２種の流体を通流可能な形式の熱交換器から構成され、具体的にはプレート式の熱交換器から構成されている。

この場合、第２蒸発器２４においては、２種の流体を通流可能な２種の流路が設けられ、一方の流路を熱媒体が通流し、他方の流路を第２の液体が通流する。厳密に説明すると、本実施の形態で言う上記被冷却部２０３は、第２の液体が通流する第２蒸発器２４内の上記他方の流路に相当することになる。

続いて、タンク２０２は、被冷却部２０３から流出した第２の液体を貯留するとともに、ヒータ２０４と連通している。ヒータ２０４は例えば電気ヒータであり、タンク２０２から流出してその内部を通流する第２の液体を加熱することが可能となっている。ヒータ２０４の加熱能力は、制御装置３００によって調節されるようになっている。

ポンプ２０５は非浸漬型であり、第２側液体流路２０１を構成する配管の途中に設けられる。なお、本実施の形態では、ポンプ２０５がヒータ２０４の下流側で且つ下流端部２０１Ｂの上流側に設けられるが、ポンプ２０５の配置位置は特に限られるものではない。

ここで、本実施の形態では、上述したように本実施の形態にかかる液体温調装置１を、液体供給源１２０が水道であり、第１の液体が純水であり、第１温度制御対象物１２１が精密加工を施されるワークであり、且つ当該ワーク及びその周辺領域を純水によって温調するとともに洗浄するという条件下で、使用することを想定しているが、この際に、第２液体供給装置２００については、上記ワークを加工する切削工具の駆動部（モータ等）を冷却するために使用することを想定している。

この場合には、単一の液体温調装置１によって、経済的に、切削工具によって切削されるワーク及びその周辺領域を冷却できるとともに、切削工具の駆動部を冷却することができる。

なお、本実施の形態では、上流端部２０１Ａ及び下流端部２０１Ｂが直接的に第２温度制御対象物２２１に接続されるが、上流端部２０１Ａ及び下流端部２０１Ｂは、別体の配管を介して第２温度制御対象物２２１に間接的に接続されてもよい。あるいは、上流端部２０１Ａ及び下流端部２０１Ｂは、第２液体供給装置２００に含まれる温調部に接続され、温調部を介して液体温調装置１とは別体の第２温度制御対象物２２１を温調するようになっていてもよい。

また、本実施の形態における第２液体供給装置２００は、第２側液体流路２０１におけるポンプ２０５の下流側で且つ下流端部２０１Ｂの上流側の部分から分岐して、上流端部２０１Ａの下流側で且つ被冷却部２０３の上流側の部分に接続される第２側バイパス流路２１０を有している。第２側バイパス流路２１０には、第２の液体の圧力に応じて開閉するリリーフ弁２１０Ａが設けられている。

本実施の形態では、ポンプ２０５から流出する第２の液体の圧力が上昇した際に、リリーフ弁２１０Ａが開放して第２の液体が第２側液体流路２０１における上流端部２０１Ａの下流側で且つ被冷却部２０３の上流側の部分に流入する。これにより、第２の液体の圧力が所望の状態に調節されるようになっている。

また、本実施の形態における第２液体供給装置２００は、第２側液体流路２０１におけるポンプ２０５の下流側で且つ下流端部２０１Ｂの上流側を通流する第２の液体の温度を検出する第２側加熱制御用温度センサ２１２を有する。第２側加熱制御用温度センサ２１２は、検出した第２の液体の温度を制御装置３００に送信するようになっている。

（制御装置）
次に制御装置３００について説明する。制御装置３００は、上述した冷凍制御用温度センサ１１１、第１側加熱制御用温度センサ１１２及び第２側加熱制御用温度センサ２１２に電気的に接続される一方で、流量調節弁１７Ａ、ヒータ１０４及びヒータ２０４に電気的に接続されている。

制御装置３００は、冷凍制御用温度センサ１１１によって検出される第１の液体の温度と予め設定される第１の液体の冷却後目標温度との差分に応じて、流量調節弁１７Ａの開度を調節することで、第１膨張弁１３の下流側で且つ第１蒸発器１４の上流側の部分に供給する高温の熱媒体の流量を調節するようになっている。これにより、冷凍制御用温度センサ１１１によって検出された第１の液体の温度を冷却後目標温度にするための冷凍能力を第１蒸発器１４において得ることが可能となる。

また、制御装置３００は、第１側加熱制御用温度センサ１１２によって検出される第１の液体の温度と予め設定される第１の液体の加熱後目標温度との差分に応じて、ヒータ１０４の加熱能力を調節するようになっている。これにより、第１温度制御対象物１２１に対して所望の温度の第１の液体を供給することが可能となる。

また、制御装置３００は、第２側加熱制御用温度センサ２１２によって検出される第２の液体の温度と予め設定される第２の液体の加熱後目標温度との差分に応じて、ヒータ２０４の加熱能力を調節するようになっている。これにより、第２温度制御対象物２２１に対して所望の温度の第２の液体を供給することが可能となる。

（動作）
次に、本実施の形態にかかる液体温調装置１の動作について説明する。

液体温調装置１による温調動作を開始する際には、まず、冷凍装置１０の圧縮機１１が駆動されるとともに、第１液体供給装置１００のポンプ１０２Ｂが駆動され、且つ、第２液体供給装置２００のポンプ２０５が駆動される。

これにより、冷凍装置１０では、熱媒体が循環する。第１液体供給装置１００では、第１の液体が液体供給源１２０からタンク本体１０２Ａに引き込まれるとともに、タンク本体１０２Ａに貯留された第１の液体が被冷却部１０３側へ通流され、第１温度制御対象物１２１に向けて放出される。また、第２液体供給装置２００では、第２の液体が、被冷却部２０３、タンク２０２、ヒータ２０４、ポンプ２０５の順で通流し、ポンプ２０５から流出した後、第２温度制御対象物２２１側へ供給され、その後、被冷却部２０３に循環する。

上述のように各装置１０，１００，２００が運転されると、冷凍装置１０では、凝縮器１２で凝縮された熱媒体が、第１膨張弁１３と第２膨張弁２３とに分岐して流入し、分岐した各熱媒体はそれぞれ膨張されて、低温且つ低圧の気液混合状態となって、第１蒸発器１４及び第２蒸発器２４に流入する。そして、第１蒸発器１４は、供給された熱媒体と第１液体供給装置１００が通流させる第１の液体とを熱交換させることで、第１の液体を熱媒体によって冷却し、第２蒸発器２４は、供給された熱媒体と第２液体供給装置２００が通流させる第２の液体とを熱交換させることで、第２の液体を熱媒体によって冷却する。

ここで、本実施の形態では、インジェクション回路１７が、流量調節弁１７Ａの開度調節によって、圧縮機１１から流出した高温且つ高圧の気体の状態の熱媒体を第１膨張弁１３から流出した低温且つ低圧の気液混合状態の熱媒体に流量調整可能に混合させることが可能となっている。これにより、例えば液体供給源１２０における第１の液体の温度変動の影響で、被冷却部１０３に流入する第１の液体が大きく変動した場合であっても、高温且つ高圧の熱媒体を流入させるか否かを切り換えることにより、又は、当該熱媒体の流入量を調節することにより、第１の液体を所望の温度に調節するための第１蒸発器１４の冷凍能力を迅速に得ることが可能となる。これにより、第１の液体の温度を所望の温度に調節して、第１温度制御対象物１２１に迅速に供給することができる。

以上に説明したように、本実施の形態では、圧縮機１１から流出した高温の熱媒体を第１膨張弁１３の下流側で且つ第１蒸発器１４の上流側の部分にインジェクション回路１７を介して供給することができ、この際に供給する熱媒体の流量を流量調節弁１７Ａによって調節することができる。これにより、第１蒸発器１４において出力する冷凍能力を広範囲に調節することが可能となる。また、低温の熱媒体に対する高温の熱媒体の混合割合の調節によって第１蒸発器１４に流入する熱媒体の温度を変化させることができ、高温の熱媒体の混合量を上げることで第１蒸発器１４に流入する熱媒体の温度が迅速に上がり、高温の熱媒体の混合量を下げることで第１蒸発器１４に流入する熱媒体の温度が迅速に下がる。このような熱媒体の温度調節によって、圧縮機１１の回転数の調節を行わずに冷凍能力を調節することで、所望の冷凍能力を迅速に且つ精度の良い状態で得ることができる。また、冷凍能力の調節を追加的な電力供給ではなく、冷凍回路１６を循環する熱媒体の一部を利用して行うため、製造コスト及びランニングコストを抑制することができる。

したがって、温調するために導入する液体（第１の液体）の温度が大きく変動し得る場合でも、製造コスト及びランニングコストを抑制しつつ、この液体（第１の液体）の温度を迅速に且つ精度良く目標温度に温調することができる。具体的には例えば、第１の液体の温度変動幅が、１５℃〜３０℃であり、第１の液体を２０℃〜２７℃の範囲の目標温度に温調することが求められる場合等に、本実施の形態にかかる液体温調装置１は、有用に用いられ得る。

また、本実施の形態では、第１液体供給装置１００が、液体供給源１２０から供給された第１の液体を温調後に放出する放出式の液体供給装置である。また、液体供給源１２０が水道であり、第１の液体が水道水、特に水道水から生成される純水であるという使用条件下において、本実施の形態にかかる液体温調装置１を使用することを想定している。

この種の液体温調装置において放出式の液体供給装置が用いられる際には、液体供給装置から放出する液体が大量となる傾向があり、多くの場合、液体として、水道から供給される水道水や大型のタンクに貯留された水が利用される。この際、水道水や大型のタンクに貯留された水は、通常、液体供給装置に引き入れられるまでの間に温度を調節されることがない。そのため、本実施の形態にかかる液体温調装置１は、上述した想定される使用条件において使用されることで、特に効果的に製造コスト及びランニングコストを抑制しつつ、第１の液体の温度を迅速に且つ精度良く目標温度に温調することができることになる。なお、本実施の形態にかかる液体温調装置１は、液体供給源１２０が第１の液体を温調する装置を有さないタンクである場合において使用される際にも、有用に用いられ得る。

また、冷凍装置１０は、冷凍回路１６における凝縮器１２の下流側で且つ第１膨張弁１３の上流側の部分から分岐し、第１蒸発器１４の下流側で且つ圧縮機１１の上流側の部分に接続される並列配管１８をさらに有し、並列配管１８には、第２膨張弁２３及び第２蒸発器２４がこの順に設けられる。これにより、第２蒸発器２４によって、第１の液体とは異なる流体、すなわち第１の液体とは異なる液体や気体を温調することが可能となる。これにより、単一の冷凍装置１０を利用して、複数の温度制御対象物を効率的に温調することができる。

とりわけ、本実施の形態では、液体温調装置１が、第２の液体を通流させる第２液体供給装置２００を備え、第２の液体を第２蒸発器２４によって冷却する。これにより、単一の冷凍装置１０を利用して、二種の液体を効率的に温調することができる。

具体的に本実施の形態では、第１液体供給装置１００が通流させる第１の液体については、温調のために導入される際の温度変動が大きいことを想定しており、第２液体供給装置２００が循環式であり、温度制御対象物の温調後に循環されてくる第２の液体の温度変動は小さい傾向にあることを想定している。そのため、第１の液体を第１蒸発器１４によって冷却し、第２の液体を第２蒸発器２４によって冷却することで、効果的に製造コストを抑えつつ、二種の液体による所望の温調を実現している。

また、本実施の形態における第２液体供給装置２００は、第２の液体を加熱するヒータ２０４を有し、これにより、インジェクション回路１７からの高温の熱媒体の供給によって、第２蒸発器２４における冷凍能力が所望の値に対して減少する状況が生じたとしても、この減少分を補うようにヒータ２０４の加熱能力を下げることで、第２の液体に対する所望の温調状態を維持することが可能となる。なお、このような制御を実現する場合には、ヒータ２０４に所定の加熱能力を常時出力させておく必要がある。

＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について図２を参照しつつ説明する。本実施の形態における構成部分のうちの第１の実施の形態と同様の部分には、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図２に示されるように、第２の実施の形態にかかる液体温調装置２は、第１の実施の形態で説明した並列配管１８、第２膨張弁２３及び第２蒸発器２４を備えていない。

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態について図３を参照しつつ説明する。本実施の形態における構成部分のうちの第１及び第２の実施の形態と同様の部分には、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図３に示されるように、第３の実施の形態にかかる液体温調装置３は、第１の実施の形態で説明した並列配管１８を複数、具体的には２つ有し、一方の並列配管１８に第２膨張弁２３及び第２蒸発器２４が設けられ、他方の並列配管１８に第３膨張弁３３及び第３蒸発器３４が設けられている。なお、第１蒸発器１４に対して並列に設けられる蒸発器の数は、４つ以上であってもよい。

１，２，３…液体温調装置、１０…冷凍装置、１１…圧縮機、１２…凝縮器、１３…第１膨張弁、１４…第１蒸発器、１６…冷凍回路、１７…インジェクション回路、１７Ａ…流量調節弁、１８…並列配管、２３…第２膨張弁、２４…第２蒸発器、１００…第１液体供給装置、１２０…液体供給源、１２１…第１温度制御対象物、２００…第２液体供給装置、２０４…ヒータ、２２１…第２温度制御対象物、３００…制御装置

Claims (9)

1. 圧縮機、凝縮器、第１膨張弁及び第１蒸発器が熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された冷凍回路と、前記冷凍回路における前記圧縮機の下流側で且つ前記凝縮器の上流側の部分から分岐し、前記第１膨張弁の下流側で且つ前記第１蒸発器の上流側の部分に接続されるインジェクション回路と、を有する冷凍装置と、
   第１の液体を通流させる第１液体供給装置と、を備え、
   前記インジェクション回路は、通流させる前記熱媒体の流量を調節する流量調節弁を有し、
   前記第１液体供給装置が通流させる前記第１の液体を前記第１蒸発器によって冷却する、ことを特徴とする液体温調装置。
2. 前記第１液体供給装置は、液体供給源から供給された前記第１の液体を温調後に放出する放出式の液体供給装置である、ことを特徴とする請求項１に記載の液体温調装置。
3. 前記液体供給源は、水道であり、前記第１の液体が水道水であるか、又は、前記液体供給源は、前記第１の液体を貯留し、貯留する前記第１の液体を温調する装置を有さないタンクである、ことを特徴とする請求項２に記載の液体温調装置。
4. 前記第１の液体は、水道水から生成された純水である、ことを特徴とする請求項３に記載の液体温調装置。
5. 前記冷凍装置は、前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記第１膨張弁の上流側の部分から分岐し、前記第１蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される並列配管をさらに有し、
   前記並列配管には、第２膨張弁及び第２蒸発器がこの順に設けられ、
   前記冷凍装置においては、前記熱媒体が、前記圧縮機、前記凝縮器、前記第２膨張弁及び前記第２蒸発器の順で循環するようにもなっている、請求項１乃至４のいずれかに記載の液体温調装置。
6. 第２の液体を通流させる第２液体供給装置をさらに備え、
   前記第２液体供給装置が通流させる前記第２の液体を前記第２蒸発器によって冷却する、ことを特徴とする請求項５に記載の液体温調装置。
7. 前記第２液体供給装置は、前記第２の液体を循環させる循環式の液体供給装置である、ことを特徴とする請求項６に記載の液体温調装置。
8. 前記第２液体供給装置は、前記第２の液体を加熱するヒータを有する、ことを特徴とする請求項６又は７に記載の液体温調装置。
9. 液体温調装置を用いた温調方法であって、
   前記液体温調装置は、
   圧縮機、凝縮器、第１膨張弁及び第１蒸発器が熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された冷凍回路と、前記冷凍回路における前記圧縮機の下流側で且つ前記凝縮器の上流側の部分から分岐し、前記第１膨張弁の下流側で且つ前記第１蒸発器の上流側の部分に接続されるインジェクション回路と、を有する冷凍装置と、
   第１の液体を通流させる第１液体供給装置と、
   第２の液体を通流させる第２液体供給装置と、を備え、
   前記冷凍装置は、前記冷凍回路における前記凝縮器の下流側で且つ前記第１膨張弁の上流側の部分から分岐し、前記第１蒸発器の下流側で且つ前記圧縮機の上流側の部分に接続される並列配管を備え、
   前記並列配管には、第２膨張弁及び第２蒸発器がこの順に設けられ、
   前記冷凍装置においては、前記熱媒体が、前記圧縮機、前記凝縮器、前記第２膨張弁、及び前記第２蒸発器の順で循環するようにもなっており、
   前記インジェクション回路は、通流させる前記熱媒体の流量を調節する流量調節弁を有し、
   前記第１液体供給装置は、液体供給源から供給された前記第１の液体を温調後に放出する放出式の液体供給装置であり、
   前記第２液体供給装置は、前記第２の液体を循環させる循環式の液体供給装置であり、
   前記第１液体供給装置が通流させる前記第１の液体を前記第１蒸発器によって冷却するとともに、前記第２液体供給装置が通流させる前記第２の液体を前記第２蒸発器によって冷却するようになっており、
   前記第１蒸発器によって冷却された前記第１の液体で、切削工具によって切削されるワーク及びその周辺領域を冷却するとともに洗浄する工程と、
   前記第２蒸発器によって冷却された前記第２の液体で、切削工具の駆動部を冷却する工程と、を備える、ことを特徴とする、液体温調装置を用いた温調方法。

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