以下、添付図面を参照して、冷温同時温度調整装置の実施の形態について説明する。
最初に、冷温同時温度調整装置1の構成について、添付図面を参照して説明する。
図1に示す冷温同時温度調整装置1は、「冷温同時温度調整装置」に相当し、一例として、高温の洗浄液によって対象物を洗浄する洗浄装置(図示せず)において洗浄液を加熱する加熱器(「加熱対象」の一例:以下、「加熱対象XH」ともいう)に熱媒液循環路LHを介して高温の熱媒液Wh(「第2熱交換流体」の一例)を供給すると共に、加熱対象XH(加熱器)における加熱によって気化した洗浄液を冷却して液化させる冷却器(「冷却対象」の一例:以下、「冷却対象XC」ともいう)に対して熱媒液循環路LCを介して低温の熱媒液Wc(「第1熱交換流体」の一例)を供給することができるように構成されている。
この冷温同時温度調整装置1は、二元冷凍サイクル2、熱媒液循環路3、操作部4、表示部5、制御部6および記憶部7を備えている。なお、本例では、洗浄装置の付帯設備である熱媒液循環路LH,LCを利用して加熱対象XHに対する熱媒液Whの供給や冷却対象XCに対する熱媒液Wcの供給を行う例について説明するが、「第1熱交換流体」を供給する供給用配管(上記の熱媒液循環路LC)や、「第2熱交換流体」を供給する供給用配管(上記の熱媒液循環路LH)を「冷温同時温度調整装置」の構成要素として備えることもできる。
一方、二元冷凍サイクル2は、「多元冷凍サイクル」の一例であって、「低温側冷凍回路」の一例である低温側冷凍回路(低段側冷凍回路)2Cと、「高温側冷凍回路」の一例である高温側冷凍回路(高段側冷凍回路)2Hとを備えている。この二元冷凍サイクル2は、低温側冷凍回路2C内を循環させられる低温側冷媒Rc(「低温側冷媒」の一例)と、高温側冷凍回路2H内を循環させられる高温側冷媒Rh(「高温側冷媒」の一例)とが「第1熱交換器」の一例であるカスケードコンデンサ12において相互に熱交換可能に構成されている。この場合、本例の冷温同時温度調整装置1では、カスケードコンデンサ12が「三流体熱交換器」で構成されており、後述するように熱媒液循環路3内を循環させられる熱媒液W3(「第3熱交換流体」の一例)と高温側冷媒Rhとの熱交換が可能に構成されている。
低温側冷凍回路2Cは、高温側冷凍回路2Hおよび熱媒液循環路3と共用の上記のカスケードコンデンサ12に加え、圧縮機11、流量調整弁13、蒸発器14、流量調整弁15、熱交換器16および開閉弁17a,17bを備えて構成されている。圧縮機11は、制御部6の制御に従って低温側冷媒Rcを圧縮(圧送)する。カスケードコンデンサ12は、前述したように、低温側冷凍回路2C内の低温側冷媒Rcと高温側冷凍回路2H内の高温側冷媒Rhとの熱交換が可能に配設されると共に、高温側冷媒Rhとの熱交換によって低温側冷媒Rcを凝縮させる「凝縮器」として機能する。
流量調整弁13は、低温側冷媒Rcの流路における蒸発器14の上流側に配設されており、「膨張弁」の1つとして機能すると共に、蒸発器14を通過させる(蒸発器14において蒸発させる)低温側冷媒Rcの流量を制御部6の制御に従って調整する。蒸発器14は、「第2熱交換器」の一例であって、後述するように流量調整弁13を通過させられた低温側冷媒Rcと熱媒液循環路LC内の熱媒液Wc(冷却対象XCに対して供給される熱媒液Wc)との熱交換によって熱媒液Wcを冷却すると共に低温側冷媒Rcを蒸発させる。
流量調整弁15は、低温側冷媒Rcの流路における熱交換器16の上流側に配設されており、「膨張弁」の他の1つとして機能すると共に、熱交換器16を通過させる(熱交換器16において蒸発または凝縮させる)低温側冷媒Rcの流量を制御部6の制御に従って調整する。熱交換器16は、「第7熱交換器」の一例であって、カスケードコンデンサ12において高温側冷媒Rhと熱交換した低温側冷媒Rc、および後述の熱媒液循環路3内の熱媒液W3の両流体の熱交換が可能に配設されている。
開閉弁17a,17bは、制御部6の制御に従い、圧縮機11によって圧送されてカスケードコンデンサ12において高温側冷媒Rhと熱交換した低温側冷媒Rcの蒸発器14の通過量、および熱交換器16の通過量を調整する。この場合、本例の冷温同時温度調整装置1(低温側冷凍回路2C)では、流量調整弁13,15および開閉弁17a,17bが相俟って「第1調整部」が構成されている。
高温側冷凍回路2Hは、低温側冷凍回路2Cおよび熱媒液循環路3と共用の前述のカスケードコンデンサ12に加え、圧縮機21、凝縮器22、流量調整弁23および熱交換器24を備えて構成されている。圧縮機21は、制御部6の制御に従って高温側冷媒Rhを圧縮(圧送)する。凝縮器22は、「第3熱交換器」の一例であって、圧縮機21によって圧送された(圧縮機21から吐出された)高温側冷媒Rhと熱媒液循環路LH内の熱媒液Wh(加熱対象XHに対して供給される熱媒液Wh)との熱交換によって熱媒液Whを加熱すると共に高温側冷媒Rhを凝縮させる。
流量調整弁23は、高温側冷媒Rhの流路におけるカスケードコンデンサ12の上流側に配設されており、制御部6の制御に従ってカスケードコンデンサ12を通過させる高温側冷媒Rhの流量を調整する。熱交換器24は、「第5熱交換器」の一例であって、カスケードコンデンサ12において低温側冷媒Rcと熱交換する高温側冷媒Rhと、熱媒液循環路3内の熱媒液W3(後述の熱交換器32において外気と熱交換する熱媒液W3)との熱交換によって高温側冷媒Rhを凝縮させる。
なお、高温側冷凍回路2Hにおいては、流量調整弁23が「膨張弁」として機能すると共に、カスケードコンデンサ12が低温側冷媒Rcとの熱交換によって高温側冷媒Rhを蒸発させる「蒸発器」として機能し、かつ熱交換器24が「補助凝縮器」として機能する。また、本例の冷温同時温度調整装置1では、前述したように、高温側冷凍回路2H内の高温側冷媒Rhと熱媒液循環路3内の熱媒液W3との熱交換が可能な「三流体熱交換器」でカスケードコンデンサ12が構成されており、これにより、カスケードコンデンサ12が、熱媒液W3との熱交換によって高温側冷媒Rhを蒸発させる「蒸発器」としても機能する。
熱媒液循環路3は、「流体循環路」の一例であって、熱媒液W3を循環可能に構成されている。具体的には、熱媒液循環路3は、高温側冷凍回路2Hおよび低温側冷凍回路2Cと共用の前述のカスケードコンデンサ12、低温側冷凍回路2Cと共用の前述の熱交換器16、並びに高温側冷凍回路2Hと共用の熱交換器24に加え、ポンプ31、熱交換器32,33および三方弁34a~34cを備えて構成されている。ポンプ31は、制御部6の制御下で熱媒液W3を循環させる。なお、本例の冷温同時温度調整装置1(熱媒液循環路3)では、一例として、圧送量固定型の液送ポンプでポンプ31が構成されている。
熱交換器32は、「第4熱交換器」の一例であって、熱媒液W3と、「外部熱源」の一例である「外気(熱交換器32の周囲の空気)」との熱交換(外気が有する熱の熱媒液W3への吸熱、または、熱媒液W3が有する熱の外気への放熱)が可能に配設されている。この熱交換器32には、制御部6の制御下で熱交換器32に対して外気を送風する回転数可変型の送風機32a(「送風ファン」の一例)が配設されている。これにより、本例の冷温同時温度調整装置1(熱媒液循環路3)では、熱交換器32に対する送風量を変更することで熱交換器32における熱媒液W3と外気との熱交換量を調整することができるように構成されている。熱交換器33は、「第6熱交換器」の一例であって、冷却対象XCの冷却によって温度上昇した熱媒液Wc、および熱交換器32において外気と熱交換した熱媒液W3の両流体の熱交換が可能に配設されている。
三方弁34a~34cは、「第2調整部」の一例であって、三方弁34aが、制御部6の制御下で、熱交換器32において外気と熱交換した熱媒液W3の熱交換器33の通過量を調整可能に配設され、三方弁34bが、制御部6の制御下で、熱媒液W3のカスケードコンデンサ12の通過量および熱交換器16の通過量を調整可能に配設され、三方弁34cが、制御部6の制御下で、熱媒液W3のカスケードコンデンサ12、または熱交換器16の通過量と熱媒液W3の熱交換器24の通過量とを調整可能に配設されている。
この場合、本例の熱媒液循環路3では、熱交換器32において外気と熱交換した熱媒液W3が熱交換器33を通過した後に熱交換器16を通過すると共にカスケードコンデンサ12および熱交換器24を通過しない「第1流路」と、熱媒液W3が熱交換器33を通過せずに熱交換器16を通過すると共にカスケードコンデンサ12および熱交換器24を通過しない「第2流路」と、熱媒液W3が熱交換器24、熱交換器33および熱交換器16を通過せずにカスケードコンデンサ12を通過する「第3流路」と、熱媒液W3がカスケードコンデンサ12、熱交換器33および熱交換器16を通過せずに熱交換器24を通過する「第4流路」とを備えている。
また、本例の熱媒液循環路3では、三方弁34a~34cが、制御部6の制御に従い、熱媒液W3の「第1流路」の流量、熱媒液W3の「第2流路」の流量、熱媒液W3の「第3流路」の流量、および熱媒液W3の「第4流路」の流量を調整することによって「第3熱交換流体の第1熱交換器の通過量(熱媒液W3のカスケードコンデンサ12の通過量)」、「第3熱交換流体の第5熱交換器の通過量(熱媒液W3の熱交換器24の通過量)」、「第3熱交換流体の第6熱交換器の通過量(熱媒液W3の熱交換器33の通過量)」、および「第3熱交換流体の第7熱交換器の通過量(熱媒液W3の熱交換器16の通過量)」を調整する構成が採用されている。
操作部4は、熱媒液循環路LCを介して冷却対象XCに供給する熱媒液Wcの温度(冷温同時温度調整装置1による熱媒液Wcの冷却設定温度)や、熱媒液循環路LHを介して加熱対象XHに供給する熱媒液Whの温度(冷温同時温度調整装置1による熱媒液Whの加熱設定温度)などの各種の動作条件を設定するための操作スイッチを備え、スイッチ操作に応じた操作信号を制御部6に出力する。表示部5は、制御部6の制御下で、冷温同時温度調整装置1の動作条件を設定するための動作条件設定画面や、冷温同時温度調整装置1の動作状態を示す動作状態表示画面(いずれも図示せず)などを表示する。
制御部6は、「制御部」の一例であって、冷温同時温度調整装置1を総括的に制御する。具体的には、制御部6は、熱媒液Wcを冷却すべき冷却設定温度(利用者によって指定される冷却目標温度)、および熱媒液Whを加熱すべき加熱設定温度(利用者によって指定される加熱目標温度)に応じて二元冷凍サイクル2や熱媒液循環路3の動作を制御する。この場合、制御部6は、低温側冷凍回路2Cによる熱媒液Wcの冷却処理、および高温側冷凍回路2Hによる熱媒液Whの加熱処理を並行して実行するか、或いは、加熱処理だけを単独で実行するかに応じて各部を制御する。また、冷却処理および加熱処理を並行して実行するときに、制御部6は、主として、熱媒液Wcを冷却設定温度まで冷却するための冷温同時温度調整装置1の冷却処理負荷と、熱媒液Whを加熱設定温度まで加熱するための冷温同時温度調整装置1の加熱処理負荷との大小関係に応じて各部を制御する。
この冷却処理負荷や加熱処理負荷は、冷却設定温度、加熱設定温度、熱媒液Wcの冷却処理前の温度、熱媒液Whの加熱処理前の温度、熱媒液Wcの流量、熱媒液Whの流量および外気温など(以下、これらのパラメータを総称して「使用環境」ともいう)に応じて変化する。したがって、本例の冷温同時温度調整装置1では、一例として、低温側冷凍回路2Cにおける低温側冷媒Rcの凝縮温度に基づいて冷却処理負荷を逐次特定すると共に、高温側冷凍回路2Hにおける高温側冷媒Rhの凝縮温度に基づいて加熱処理負荷を逐次特定する構成が採用されている。なお、制御部6による二元冷凍サイクル2(低温側冷凍回路2Cおよび高温側冷凍回路2H)や熱媒液循環路3の各構成要素の制御については、後に具体的な例を挙げて詳細に説明する。記憶部7は、制御部6の動作プログラムや、制御部6の演算結果などを記憶する。
なお、冷温同時温度調整装置1は、実際には、低温側冷凍回路2C内の低温側冷媒Rcの圧力や温度、高温側冷凍回路2H内の高温側冷媒Rhの圧力や温度、熱媒液循環路3内の熱媒液W3の温度、外気温、熱媒液Wcの温度、および熱媒液Whの温度などを検出する各種センサが配設されているが、冷温同時温度調整装置1の構成に関する理解を容易とするために、これらのセンサについての図示や詳細な説明を省略する。
この冷温同時温度調整装置1によって熱媒液Wcの冷却処理および熱媒液Whの加熱処理の双方を並行して実行するときに(「第1熱交換流体の冷却および第2熱交換流体の加熱の双方を必要とされ」との状態の一例)、制御部6は、図2に示すように、三方弁34aを制御して熱媒液W3の熱交換器33への流入を規制させると共に(「第1流路」を閉塞した状態)、三方弁34bを制御して熱媒液W3のカスケードコンデンサ12への流入を規制させ、かつ三方弁34cを制御して熱媒液W3の熱交換器24への流入を規制させた状態(「第3流路」および「第4流路」を閉塞した状態)において、熱媒液循環路3のポンプ31を制御して熱媒液W3の圧送を開始させ、かつ送風機32aを制御して送風を開始させる。
また、制御部6は、低温側冷凍回路2Cおよび高温側冷凍回路2Hの動作を開始させる。なお、同図および後に参照する図3~6では、低温側冷凍回路2Cにおいて低温側冷媒Rcの通過が許容されている流路を実線で図示し、かつ低温側冷媒Rcの通過が規制されている流路を破線で図示すると共に、熱媒液循環路3において熱媒液W3の通過が許容されている流路を実線で図示し、かつ熱媒液W3の通過が規制されている流路を破線で図示している。
具体的には、制御部6は、開閉弁17aを開口状態に制御し、かつ開閉弁17bを閉塞状態に制御すると共に、流量調整弁15を最小の開度(閉塞状態)に制御し、かつ流量調整弁13を「膨張弁」として機能させるのに必要な開度に制御することにより、圧縮機11によって圧縮(圧送)される低温側冷媒Rcが、カスケードコンデンサ12、開閉弁17a、流量調整弁13および蒸発器14を経て圧縮機11に吸引される冷媒流路を形成する。
この際には、圧縮機11から吐出された高温の低温側冷媒Rcがカスケードコンデンサ12において高温側冷媒Rhに放熱して温度低下させられることで凝縮させられると共に高温側冷媒Rhを蒸発(温度上昇)させる。また、凝縮させられた低温側冷媒Rcが流量調整弁13を通過後に蒸発器14内において熱媒液Wcから吸熱して温度上昇させられることで蒸発すると共に熱媒液Wcを冷却する。
また、カスケードコンデンサ12における吸熱によって温度上昇して蒸発させられ、圧縮機21における圧縮によってさらに温度上昇させられた高温の高温側冷媒Rhが凝縮器22において熱媒液Whに放熱して凝縮させられると共に熱媒液Whを加熱する。さらに、凝縮させられた高温側冷媒Rhは、熱交換器24および流量調整弁23の通過後に、上記のようにカスケードコンデンサ12において低温側冷媒Rcから吸熱して蒸発させられる。これにより、低温側冷凍回路2Cによって冷却された低温の熱媒液Wcが冷却対象XCに供給されると共に、高温側冷凍回路2Hによって加熱された高温の熱媒液Whが加熱対象XHに供給される。
なお、圧縮機11の回転数(低温側冷媒Rcの圧送量)や「膨張弁(この時点では、流量調整弁13)」の開度などを冷却設定温度および熱媒液Wcの温度に応じて変化させる制御、並びに圧縮機21の回転数(高温側冷媒Rhの圧送量)や流量調整弁23の開度などを加熱設定温度および熱媒液Whの温度に応じて変化させる制御については、多元冷凍サイクルを有する冷温同時温度調整装置において一般的に行われる制御と同様のため、これらの制御に関する詳細な説明を省略する。
この場合、本例の冷温同時温度調整装置1では、熱媒液Whと熱媒液W3との間の熱交換が可能な熱交換器24が高温側冷凍回路2Hに配設されており、高温側冷凍回路2Hの動作中には、圧縮機21によって圧縮(圧送)される高温側冷媒Rhが、凝縮器22を通過させられた後に熱交換器24を通過させられて、流量調整弁23およびカスケードコンデンサ12を経て圧縮機21に吸引される状態が維持される。しかしながら、この時点においては、前述したように熱媒液W3が「第4流路」を通過しないように三方弁34cが制御されており、熱交換器24に熱媒液W3が供給されない状態となるため、熱交換器24において熱媒液Whが熱媒液W3との熱交換によって大きく温度変化することはない。
また、本例の冷温同時温度調整装置1では、前述したように、熱媒液Wcの冷却処理および熱媒液Whの加熱処理を並行して実行するときに、制御部6が、主として冷却処理負荷および加熱処理負荷の大小関係に基づいて二元冷凍サイクル2や熱媒液循環路3の各部の動作を制御する。具体的には、制御部6は、冷温同時温度調整装置1の動作を開始したときから、低温側冷媒Rcや高温側冷媒Rhの凝縮温度を特定し、特定した温度に基づいて冷却処理負荷および加熱処理負荷をそれぞれ特定する。
この際に、特定される冷却処理負荷および加熱処理負荷の両負荷が、予め規定された許容相違範囲内でバランスするような使用環境であるときに、制御部6は、熱媒液W3のカスケードコンデンサ12、熱交換器24および熱交換器33への流入を規制した状態を維持すると共に、低温側冷媒Rcの流路を始動時の状態(図2に示す状態)のまま維持する(通常モードでの動作)。なお、このような使用環境で長時間に亘って動作を継続したとき(後述の吸熱モードや放熱モードでの動作に直ちに移行しない可能性が高いとき)には、熱媒液循環路3のポンプ31や送風機32aを停止させてもよい。
一方、冷却処理および加熱処理を並行して実行する際に、冷却設定温度と冷却処理前の熱媒液Wcの温度差が小さい使用環境下や、加熱設定温度と加熱処理前の熱媒液Whとの温度差が大きいような使用環境下では、特定される冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さくなる(「第1熱交換流体の冷却および第2熱交換流体の加熱の双方を必要とされ、かつ冷却処理負荷が加熱処理負荷以下」である状態:「第1条件」が満たされたときの一例)。このような使用環境下において、制御部6は、外気の温度と冷却設定温度との関係に応じて、第1吸熱モード、および第2吸熱モードのいずれかで冷温同時温度調整装置1を動作させる。
具体的には、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さいときに、制御部6は、図3,4に示すように、まず、三方弁34bを制御して熱媒液W3のカスケードコンデンサ12への流入を規制した状態を維持させ、かつ三方弁34cを制御して熱媒液W3の熱交換器24への流入を規制した状態を維持させつつ(「第3熱交換流体の第1熱交換器への流入、および第3熱交換流体の第5熱交換器への流入を規制しつつ」との制御、および「第2調整部に第3流路および第4流路を閉鎖させ」との制御の一例)、ポンプ31および送風機32aが停止しているときには、これらの動作を開始させると共に、三方弁34aを制御して熱媒液W3が前述の「第1流路」および「第2流路」の双方を通過するよう流路を切り替えさせる。また、制御部6は、一例として、熱交換器32を通過した直後の熱媒液W3の温度が外気の温度と同程度となるように送風機32aを制御して熱交換器32に対する外気の送風量を調整させる。これにより、外気温と同程度の温度の熱媒液W3がポンプ31によって圧送された状態となる。
また、外気の温度が冷却設定温度以下の予め規定された第1温度以下(一例として、「第1温度」=「冷却設定温度」)のときに(「第4条件」が満たされたときの一例)、制御部6は、二元冷凍サイクル2および熱媒液循環路3を制御して第1吸熱モードで動作させる(「第1制御態様」のうちの「第4制御態様」の一例)。具体的には、制御部6は、図3に示すように、開閉弁17bを開口状態に制御し、かつ開閉弁17aを閉塞状態に制御すると共に、流量調整弁13を最小の開度(閉塞状態)に制御し、かつ流量調整弁15を低温側冷凍回路2Cの「膨張弁」として機能させるのに必要な開度に制御する。
これにより、低温側冷凍回路2Cにおいて、圧縮機11によって圧縮(圧送)される低温側冷媒Rcが、カスケードコンデンサ12、流量調整弁15、熱交換器16および開閉弁17bを経て圧縮機11に吸引される(蒸発器14を通過することなく熱交換器16を通過する)冷媒流路が形成される(「低温側冷媒が第2熱交換器を通過する通過量よりも低温側冷媒が第7熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように第1調整部に調整させる」との制御の一例)。また、制御部6は、熱交換器33の通過後の熱媒液W3の温度に応じて三方弁34aを制御して熱媒液W3の「第1流路」の流量および「第2流路」の流量を調整させる。これにより、冷温同時温度調整装置1が第1吸熱モードで動作した状態となり、低温側冷凍回路2Cによる熱媒液Wcの冷却および高温側冷凍回路2Hによる熱媒液Whの加熱が並行して実行される。
この第1吸熱モードにおいて、熱媒液循環路3では、熱交換器32における外気との熱交換によって外気の温度と同程度の温度となった熱媒液W3がポンプ31によって圧送され、その一部が熱交換器33を通過させられる際に、冷却対象XCの冷却によって温度上昇させられた熱媒液Wcと熱交換させられる。これにより、熱媒液Wcが冷却設定温度まで冷却されると共に、熱媒液W3が外気の温度よりも高い温度(冷却対象XCの冷却処理後の熱媒液Wcの温度と同程度の温度)まで上昇させられる。
また、低温側冷凍回路2Cでは、圧縮機11から吐出された高温の低温側冷媒Rcがカスケードコンデンサ12において高温側冷媒Rhに放熱して凝縮させられると共に高温側冷媒Rhを蒸発(温度上昇)させ、凝縮させられた低温側冷媒Rcが流量調整弁15を通過後に熱交換器16内において熱媒液W3から吸熱して温度上昇させられる。また、高温側冷凍回路2Hでは、カスケードコンデンサ12において蒸発させられて圧縮機21における圧縮によってさらに温度上昇させられた高温の高温側冷媒Rhが凝縮器22において熱媒液Whに放熱して凝縮させられると共に熱媒液Whを加熱する。
つまり、冷却処理負荷が小さく、かつ外気の温度がある程度低い使用環境下において移行させられる第1吸熱モードでは、冷却対象XCの冷却によって温度上昇した熱媒液Wcの熱が熱媒液W3を介して低温側冷媒Rcに吸熱され、この熱がカスケードコンデンサ12において高温側冷媒Rhに吸熱される。これにより、低温側冷凍回路2Cを過冷却が生じる動作状態で動作させることなく、カスケードコンデンサ12において十分な量の高温側冷媒Rhを蒸発させることができるため、熱媒液Wcを冷却設定温度に冷却しつつ(過冷却することなく)、熱媒液Whを加熱設定温度まで十分に加熱することが可能となっている。
なお、上記の第1吸熱モードでの動作時に外気の温度が冷却設定温度よりも十分に低いときには、三方弁34aによって熱交換器33を通過させる熱媒液W3の通過量を減少させることで熱媒液Wcの過冷却を阻止する。また、外気の温度が冷却設定温度に近い温度のときには、三方弁34aによって熱交換器33を通過させる熱媒液W3の通過量を増加させることで、熱媒液Wcを外気の温度(冷却設定温度)まで十分に冷却させる。これにより、冷却設定温度まで冷却された低温の熱媒液Wcが冷却対象XCに供給されると共に、加熱設定温度まで加熱された高温の熱媒液Whが加熱対象XHに供給される。この場合、この第1吸熱モードで動作させる際の判別条件の1つである前述の「第1温度」については、冷却設定温度と同じ温度から、冷却設定温度よりも10℃程度低い温度までの範囲内の温度(一例として、冷却設定温度よりも5℃程度低い温度)に規定することで、熱媒液Wcの過冷却や、熱媒液Whの加熱不足を好適に回避することができる。
また、特定される冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さく、かつ外気の温度が、冷却設定温度よりも高い予め規定された第2温度以上のときに(「第5条件」が満たされたときの一例)、制御部6は、二元冷凍サイクル2および熱媒液循環路3を制御して第2吸熱モードで動作させる(「第1制御態様」のうちの「第5制御態様」の一例)。具体的には、制御部6は、図4に示すように、開閉弁17aを開口状態に制御し、かつ開閉弁17bを閉塞状態に制御すると共に、流量調整弁15を最小の開度(閉塞状態)に制御し、かつ流量調整弁13を低温側冷凍回路2Cの「膨張弁」として機能させるのに必要な開度に制御する。
これにより、低温側冷凍回路2Cにおいて、圧縮機11によって圧縮(圧送)される低温側冷媒Rcが、カスケードコンデンサ12、開閉弁17a、流量調整弁13および蒸発器14を経て圧縮機11に吸引される(熱交換器16を通過することなく蒸発器14を通過する)冷媒流路が形成される(「低温側冷媒が第7熱交換器を通過する通過量よりも低温側冷媒が第2熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように第1の調整部に調整させる」との制御の一例)。また、制御部6は、熱交換器33の通過後の熱媒液W3の温度に応じて三方弁34aを制御して熱媒液W3の「第1流路」の流量および「第2流路」の流量を調整させる。これにより、冷温同時温度調整装置1が第2吸熱モードで動作した状態となり、低温側冷凍回路2Cによる熱媒液Wcの冷却および高温側冷凍回路2Hによる熱媒液Whの加熱が並行して実行される。
この第2吸熱モードにおいて、熱媒液循環路3では、熱交換器32における外気との熱交換によって外気の温度と同程度の温度(冷却設定温度よりも高い温度)となった熱媒液W3がポンプ31によって圧送され、その一部が熱交換器33を通過させられる際に、冷却対象XCの冷却によって温度上昇させられた熱媒液Wcと熱交換させられる。これにより、冷却対象XCの冷却、および熱媒液W3との熱交換によって熱媒液Wcが十分に温度上昇させられると共に、熱媒液W3がある程度温度低下させられる。この熱媒液W3は、熱交換器32を通過させられる際に外気と熱交換させられることで外気の温度と同程度の温度まで再び加熱される。
また、低温側冷凍回路2Cでは、圧縮機11から吐出された高温の低温側冷媒Rcがカスケードコンデンサ12において高温側冷媒Rhに放熱して凝縮させられると共に高温側冷媒Rhを蒸発(温度上昇)させ、凝縮させられた低温側冷媒Rcが流量調整弁13を通過後に蒸発器14内において熱媒液Wcから吸熱して温度上昇させられる。この際に、熱交換器33において熱媒液W3の熱を吸熱した熱媒液Wcが、蒸発器14内における低温側冷媒Rcとの熱交換によって冷却設定温度まで冷却される。また、高温側冷凍回路2Hでは、カスケードコンデンサ12において蒸発させられて圧縮機21における圧縮によってさらに温度上昇させられた高温の高温側冷媒Rhが凝縮器22において熱媒液Whに放熱して凝縮させられると共に熱媒液Whを加熱する。
つまり、冷却処理負荷が小さく、かつ外気の温度がある程度高い使用環境下において移行させられる第2吸熱モードでは、低温側冷凍回路2C(蒸発器14)による冷却に先立ち、熱交換器32において外気から熱媒液W3に吸熱した熱を熱交換器33において熱媒液W3から熱媒液Wcに吸熱させることにより、蒸発器14において熱媒液Wcの熱を低温側冷媒Rcに十分に吸熱させても熱媒液Wcの過冷却を招くことなく冷却設定温度に冷却することが可能となっている。また、蒸発器14において吸熱した熱の分だけ、カスケードコンデンサ12において高温側冷媒Rhを十分に蒸発させることができる結果、凝縮器22において熱媒液Whを加熱設定温度まで十分に加熱することが可能となっている。
なお、上記の第2吸熱モードでの動作時に外気の温度が冷却設定温度よりも十分に高いときには、三方弁34aによって熱交換器33を通過させる熱媒液W3の通過量を減少させることで低温側冷凍回路2Cに対する放熱量(熱媒液W3から低温側冷媒Rcへの吸熱量)が過剰に多くなる(低温側冷媒Rcが過剰に温度上昇する)のを回避する。また、外気の温度が冷却設定温度に近い温度のときには、三方弁34aによって熱交換器33を通過させる熱媒液W3の通過量を増加させることで、蒸発器14において低温側冷媒Rcを十分に蒸発させ得る高温の熱媒液Wcを蒸発器14に供給させる。これにより、冷却設定温度まで冷却された低温の熱媒液Wcが冷却対象XCに供給されると共に、加熱設定温度まで加熱された高温の熱媒液Whが加熱対象XHに供給される。この場合、この第2吸熱モードで動作させる際の判別条件の1つである前述の「第2温度」については、一例として、冷却設定温度を超える温度であって、冷却設定温度よりも10℃程度高い温度を上限とする範囲内の温度(一例として、冷却設定温度よりも5℃程度高い温度)に規定することで、熱媒液Wcの過冷却や、熱媒液Whの加熱不足を好適に回避することができる。
さらに、冷却処理および加熱処理を並行して実行する際に、冷却設定温度と冷却処理前の熱媒液Wcの温度差が大きい使用環境や、加熱設定温度と加熱処理前の熱媒液Whとの温度差が小さいような使用環境下では、特定される冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも大きくなる(「第3条件」が満たされたときの一例)。このような使用環境下において、制御部6は、外気の温度がある程度低いときに放熱モードで冷温同時温度調整装置1を動作させる。
具体的には、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも大きいときに、制御部6は、図5に示すように、まず、三方弁34aを制御して熱媒液W3の熱交換器33への流入を規制させ(「第2調整部に第1流路を閉塞させる」との制御の一例」)、三方弁34cを制御して熱媒液W3の熱交換器16への流入、および熱媒液W3のカスケードコンデンサ12への流入を規制させ(「第3熱交換流体の第1熱交換器への流入を規制する」との制御、および「第2調整部に第2流路および第3流路を閉塞させる」との制御の一例」、かつ熱媒液W3の熱交換器24への流入を許容させる(「第3熱交換流体の第5熱交換器への流入を許容し」との制御の一例)。
また、制御部6は、ポンプ31および送風機32aが停止しているときには、これらの動作を開始させると共に、一例として、熱交換器32を通過した直後の熱媒液W3の温度が外気の温度と同程度となるように送風機32aを制御して熱交換器32に対する外気の送風量を調整させる。これにより、外気温と同程度の温度の熱媒液W3がポンプ31によって圧送される状態となる。
また、冷却処理負荷が大きい状態において、外気の温度が、外気と熱交換する熱媒液W3の温度(熱交換器32の入口における熱媒液W3の温度)よりも低い予め規定された温度(以下、「第3温度」ともいう)以下のときに、制御部6は、開閉弁17aを開口状態に制御し、かつ開閉弁17bを閉塞状態に制御すると共に、流量調整弁15を最小の開度(閉塞状態)に制御し、かつ流量調整弁13を低温側冷凍回路2Cの「膨張弁」として機能させるのに必要な開度に制御する。これにより、低温側冷凍回路2Cにおいて、圧縮機11によって圧縮(圧送)される低温側冷媒Rcが、カスケードコンデンサ12、開閉弁17a、流量調整弁13および蒸発器14を経て圧縮機11に吸引される冷媒流路が形成され、冷温同時温度調整装置1が放熱モードで動作した状態となる(「第3制御態様」の一例)。
この放熱モードにおいて、低温側冷凍回路2Cでは、圧縮機11から吐出された高温の低温側冷媒Rcがカスケードコンデンサ12において高温側冷媒Rhに放熱して凝縮させられると共に高温側冷媒Rhを蒸発(温度上昇)させる。また、カスケードコンデンサ12において凝縮させられた低温側冷媒Rcは、開閉弁17aおよび流量調整弁13を経て蒸発器14を通過させられる際に、熱媒液Wcとの熱交換によって温度上昇させられて蒸発させられ、再び圧縮機11によって圧縮される。これにより、低温側冷媒Rcとの熱交換によって冷却設定温度まで冷却された熱媒液Wcが冷却対象XCに供給される。
また、この放熱モードにおいて、熱媒液循環路3では、熱交換器32における外気との熱交換によって外気の温度と同程度の温度となった熱媒液W3がポンプ31によって圧送されて熱交換器24を通過させられる。さらに、高温側冷凍回路2Hでは、カスケードコンデンサ12における低温側冷媒Rcとの熱交換によって温度上昇させられて蒸発させられ、圧縮機21における圧縮によってさらに温度上昇させられた高温の高温側冷媒Rhが凝縮器22において熱媒液Whに放熱して凝縮させられると共に熱媒液Whを加熱する。これにより、高温側冷媒Rhとの熱交換によって加熱設定温度まで加熱された熱媒液Whが加熱対象XHに供給される。
また、冷却処理負荷が大きい低温側冷凍回路2Cにおいて必要とされる大量の低温側冷媒Rcを気化させるためにカスケードコンデンサ12に対して大量の低温側冷媒Rcが供給されるこの放熱モードでは、凝縮器22において凝縮し切れなかった気化状態の高温側冷媒Rhが、凝縮器22において凝縮させられた高温側冷媒Rhと共に熱交換器24を通過させられる際に、外気の温度と同程度の温度の熱媒液W3に放熱して十分に凝縮させられる。
この際に、高温側冷媒Rhとの熱交換によって温度上昇した熱媒液W3は、熱交換器32において外気と熱交換(外気に放熱)して外気と同程度の温度まで冷却された後に、ポンプ31によって再び圧送される。また、凝縮器22および熱交換器24において凝縮させられた高温側冷媒Rhは、流量調整弁23を経てカスケードコンデンサ12を通過させられる際に、圧縮機11によってカスケードコンデンサ12に圧送される大量の低温側冷媒Rcを十分に温度低下させた凝縮させると共に、低温側冷媒Rcからの吸熱によって蒸発させられて凝縮器22に吸引される。
つまり、冷却処理負荷が大きく、かつ外気の温度がある程度低い使用環境下において移行させられる放熱モードでは、高温側冷凍回路2Hにおいて凝縮器22を介して熱媒液Whに放熱することのできない熱(熱媒液Whの過加熱を招くおそれのある放熱)が、熱交換器24において熱媒液W3に放熱され、この熱が熱交換器32を介して外気に放熱される。これにより、高温側冷凍回路2Hにおける熱媒液Whの過加熱を招くことなく、熱媒液Wcを冷却設定温度まで冷却するのに必要な十分な量の低温側冷媒Rcを蒸発器14に供給させることが可能となっている。
なお、この放熱モードで動作させる際の判別条件の1つである前述の「第3温度」については、外気と熱交換させられる熱媒液W3の温度を下回る温度であって、熱媒液W3の温度よりも10℃程度低い温度を下限とする範囲内の温度(一例として、熱交換器32の入口における熱媒液W3の温度よりも5℃程度低い温度)に規定することで、熱交換器24において高温側冷媒Rhの熱を十分に放熱することができる。
一方、この種の「冷温同時温度調整装置」の用途のなかには、熱媒液Wcの冷却処理を不要としつつ、熱媒液Whの加熱処理を必要とする用途が存在する。一例として、洗浄装置において洗浄液を加熱する加熱器に高温の熱媒液Whを供給する本例の冷温同時温度調整装置1では、冷却器(冷却対象XC)に対する熱媒液Wcの供給を行うことなく、加熱器(加熱対象XH)に対して熱媒液Whを供給する処理を実行するときがこれに該当する。このような用途での動作に際して、制御部6は、第3吸熱モードで冷温同時温度調整装置1を動作させる(「第2制御態様」の一例)。
具体的には、操作部4の操作によって熱媒液Wcの冷却処理を行うことなく熱媒液Whの加熱処理を行うように指示されたとき(「第1熱交換流体の冷却が不要で第2熱交換流体の加熱を行うとの[第2条件]」が満たされたときの一例)に、制御部6は、図6に示すように、まず、三方弁34aを制御して熱媒液W3の熱交換器33への流入を規制させ(「第1流路」の閉鎖)、三方弁34bを制御して熱媒液W3のカスケードコンデンサ12への流入を許容させ(「第3流路」の開放:「第3熱交換流体の第1熱交換器への流入を許容する」との制御の一例)、かつ熱媒液W3の熱交換器16への流入を規制させる(「第2流路」の閉鎖)と共に、三方弁34cを制御して熱媒液W3の熱交換器24への流入を規制させる(「第4流路」の閉鎖:「第3熱交換流体の第5熱交換器への流入を規制し」との制御の一例)。
また、制御部6は、ポンプ31および送風機32aが停止しているときには、これらの動作を開始させる。さらに、制御部6は、一例として、熱交換器32を通過した直後の熱媒液W3の温度が外気の温度と同程度となるように送風機32aを制御して熱交換器32に対する外気の送風量を調整させる。これにより、外気温と同程度の温度の熱媒液W3がポンプ31によって圧送されて、三方弁34a~34cを経てカスケードコンデンサ12に供給される状態となる。
さらに、制御部6は、低温側冷凍回路2Cによる熱媒液Wcの冷却処理を実行していないときには、低温側冷凍回路2Cを停止させた状態を維持すると共に、低温側冷凍回路2Cによる熱媒液Wcの冷却処理を実行しているときには、低温側冷凍回路2Cを停止させる(「低温側冷凍回路を停止させ」との制御の一例)。また、制御部6は、高温側冷凍回路2Hによる熱媒液Whの加熱処理を実行しているときには、高温側冷凍回路2Hを制御して加熱処理を継続して実行させ、高温側冷凍回路2Hによる熱媒液Whの加熱処理を実行していないときには、高温側冷凍回路2Hを制御して加熱処理を開始させる(「高温側冷凍回路による第2熱交換流体の加熱を実行させる」との制御の一例)。これにより、冷温同時温度調整装置1が第3吸熱モードで動作した状態となる。
この第3吸熱モードにおいて、高温側冷凍回路2Hでは、圧縮機21によって圧縮(圧送)された高温側冷媒Rhが、凝縮器22において熱媒液Whに放熱して凝縮させられると共に熱媒液Whを加熱する。これにより、熱媒液循環路LHを介して加熱対象XHに高温の熱媒液Whが供給される。また、凝縮器22において凝縮させられた高温側冷媒Rhは、流量調整弁23を通過した後にカスケードコンデンサ12において熱媒液W3と熱交換させられる。この際に、熱交換器32における外気との熱交換(外気からの吸熱)によって十分に温度上昇した熱媒液W3と熱交換させられることで、熱媒液Whが十分に温度上昇させられて蒸発させられる。これにより、凝縮器22における熱媒液Whの加熱に必要な十分な量の高温側冷媒Rhを圧縮機21によって圧縮(圧送)することができる。
また、熱媒液循環路3では、カスケードコンデンサ12における高温側冷媒Rhとの熱交換によって温度低下した熱媒液W3が、熱交換器32において外気との熱交換によって外気から吸熱して十分に温度上昇させられた後に、再びカスケードコンデンサ12に供給されて高温側冷媒Rhと熱交換させられる。
つまり、冷却処理が不要で加熱処理だけを行う(冷却処理負荷がゼロで加熱処理負荷が生じる)使用環境下において移行させられる上記の第3吸熱モードでは、高温側冷凍回路2Hの凝縮器22における熱媒液Whの加熱に必要な高温側冷媒Rhをカスケードコンデンサ12において蒸発させる(温度上昇させる)ために、熱媒液循環路3の熱交換器32において外気の熱を吸熱した熱媒液W3をカスケードコンデンサ12に供給させる。これにより、低温側冷凍回路2Cを停止させた状態、すなわち、熱媒液Wcの冷却処理を行わない状態において、熱媒液Whを加熱設定温度まで十分に加熱することが可能となっている。
このように、この冷温同時温度調整装置1では、制御部6が、熱媒液Wcの冷却および熱媒液Whの加熱の双方を必要とされ、かつ冷却処理負荷が加熱処理負荷以下であるとの「第1条件」が満たされたときに、熱媒液W3のカスケードコンデンサ12への流入、および熱媒液W3の熱交換器24への流入を規制しつつ、低温側冷凍回路2Cによる熱媒液Wcの冷却および高温側冷凍回路2Hによる熱媒液Whの加熱を実行させる「第1制御態様」と、熱媒液Wcの冷却が不要で熱媒液Whの加熱を必要とするとの「第2条件」が満たされたときに、熱媒液W3のカスケードコンデンサ12への流入を許容すると共に熱媒液W3の熱交換器24への流入を規制しつつ、低温側冷凍回路2Cを停止させ、かつ高温側冷凍回路2Hによる熱媒液Whの加熱を実行させる「第2制御態様」と、熱媒液Wcの冷却および熱媒液Whの加熱の双方を必要とされ、かつ冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも大きいとの「第3条件」が満たされたときに、熱媒液W3のカスケードコンデンサ12への流入を規制すると共に熱媒液W3の熱交換器24への流入を許容しつつ、低温側冷凍回路2Cによる熱媒液Wcの冷却および高温側冷凍回路2Hによる熱媒液Whの加熱を実行させる「第3制御態様」とで冷温同時温度調整装置1を制御可能に構成されている。
したがって、この冷温同時温度調整装置1によれば、熱媒液Wcの冷却および熱媒液Whの加熱を並行して実行するときには、外気の温度に応じて「第1制御態様」および「第3制御態様」のいずれかで冷温同時温度調整装置1が制御されて低温側冷凍回路2Cによる冷却処理および高温側冷凍回路2Hによる加熱処理を並行して行うことができ、熱媒液Wcを冷却することなく熱媒液Whを加熱する必要があるときには、「第2制御態様」で冷温同時温度調整装置1が制御されて低温側冷凍回路2Cが停止させられ、熱媒液Wcの不要な冷却が行われる事態を回避することができると共に、外気から熱媒液W3に吸熱された熱を利用してカスケードコンデンサ12において高温側冷媒Rhを蒸発させる(熱媒液W3から高温側冷媒Rhに吸熱させる)ことで高温側冷凍回路2Hによる熱媒液Whの加熱処理についても確実に実行することができる。これにより、熱媒液Wcの冷却処理を実行することなく熱媒液Whの加熱を正常に実行して加熱設定温度の熱媒液Whを加熱対象XHに対して確実に供給することができる。
また、この冷温同時温度調整装置1では、制御部6が、「第1条件」が満たされ、かつ外気の温度が、冷却設定温度以下の予め規定された「第1温度」以下との「第4条件」が満たされたときに、「第2調整部」に「第3流路」および「第4流路」を閉鎖させ、かつ冷却設定温度に応じて熱媒液W3の「第1流路」の流量、および熱媒液W3の「第2流路」の流量を「第2調整部」に調整させつつ、低温側冷媒Rcが蒸発器14を通過する通過量よりも低温側冷媒Rcが熱交換器16を通過する通過量の方が多くなるように「第1調整部」に調整させる「第4制御態様」を「第1制御態様」として実行すると共に、「第1条件」が満たされ、かつ外気の温度が、冷却設定温度よりも高い予め規定された「第2温度」以上との「第5条件」が満たされたときに、「第2調整部」に「第3流路」および「第4流路」を閉鎖させ、かつ冷却設定温度に応じて熱媒液W3の「第1流路」の流量、および熱媒液W3の「第2流路」の流量を「第2調整部」に調整させつつ、低温側冷媒Rcが熱交換器16を通過する通過量よりも低温側冷媒Rcが蒸発器14を通過する通過量の方が多くなるように第1の調整部に調整させる「第5制御態様」を「第1制御態様」として実行し、「第3制御態様」において「第2調整部」に「第1流路」、「第2流路」および「第3流路」を閉塞させる。
したがって、請求項2記載の冷温同時温度調整装置1によれば、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さく、熱媒液Wcの過冷却や熱媒液Whの加熱不足を招くおそれのある使用環境下において、外気の温度が冷却設定温度以下のとき(「第4条件」が満たされる状態のとき)には、「第1制御態様」としての「第4制御態様」で冷温同時温度調整装置1が制御されて、外気との熱交換によって温度低下した熱媒液W3によって熱媒液Wcを冷却設定温度まで冷却しつつ、熱媒液Wcの冷却によって温度上昇した熱媒液W3熱を熱交換器16において低温側冷媒Rcに吸熱させて、この熱と、圧縮機11における圧縮によって生じた熱とをカスケードコンデンサ12において高温側冷媒Rhに吸熱させることで凝縮器22において熱媒液Whを加熱設定温度まで十分に加熱することができる。また、外気の温度が冷却設定温度よりも高いとき(「第5条件」が満たされる状態のとき)には、「第1制御態様」としての「第4制御態様」で冷温同時温度調整装置1が制御されて、蒸発器14による冷却に先立ち、熱交換器32において外気から熱媒液W3に吸熱した熱を熱交換器33において熱媒液W3から熱媒液Wcに吸熱させることにより、蒸発器14において熱媒液Wcの熱を低温側冷媒Rcに十分に吸熱させても熱媒液Wcの過冷却を招くことなく熱媒液Wcを冷却設定温度まで冷却することができ、蒸発器14において低温側冷媒Rcに吸熱した熱と、圧縮機11における圧縮によって生じた熱とをカスケードコンデンサ12において高温側冷媒Rhに吸熱させることで凝縮器22において熱媒液Whを加熱設定温度まで十分に加熱することができる。さらに、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも大きいとき(「第3条件」が満たされる状態のとき)には、「第4流路」だけが熱媒液W3の通過を許容される状態となるため、高温側冷媒Rhの熱を効率良く熱媒液W3に放熱しつつ、低温側冷媒Rcや熱媒液Wcが熱媒液W3との熱交換によって温度変化する事態を好適に回避することができる。
さらに、この冷温同時温度調整装置1によれば、制御部6が、熱交換器32に対して外気(周囲の空気)を送風する送風機32aを制御して送風量を変更することで熱交換器32における熱媒液W3と外気(空気)との熱交換量を調整することにより、例えば、ポンプ31による熱媒液W3の圧送量を変化させることでカスケードコンデンサ12、熱交換器16、熱交換器24および熱交換器33における熱交換量を変化させる構成と比較して、低温側冷媒Rc、高温側冷媒Rhおよび熱媒液Wcと熱交換させる熱媒液W3の温度を比較的容易に所望の温度に調整することができるため、カスケードコンデンサ12、熱交換器16、熱交換器24および熱交換器33における熱交換量を確実かつ容易に所望の熱交換量に制御することができる。
なお、「冷温同時温度調整装置」の構成は、上記の冷温同時温度調整装置1の構成の例に限定されない。例えば、第3吸熱モードでの動作時(第2制御態様での制御時)に、制御部6が、三方弁34aを制御して熱媒液W3が「第3流路」だけを通過するように流路を切り替えさせる構成を例に挙げて説明したが、このような構成に代えて、熱媒液W3が「第1流路」や「第2流路」を通過するように流路を切り替える構成を採用することもできる。この場合、低温側冷凍回路2Cによる冷却処理を行っていない熱媒液Wcが、冷却対象XCからの吸熱や外気からの吸熱によってある程度温度上昇しているときには、第3吸熱モードでの動作時(第2制御態様での制御時)に、「第3流路」に加え、少なくとも「第1流路(熱交換器33)」を通過するように流路を切り替えることにより、熱交換器32における外気から熱媒液W3への吸熱に加え、熱交換器33においても熱媒液Wcから熱媒液W3に吸熱させることができる。これにより、外気の温度がやや低めのときには、そのような構成を採用することで、カスケードコンデンサ12における熱交換によって高温側冷媒Rhを十分に温度上昇させることができる。
また、第1吸熱モードおよび第2吸熱モードでの動作時(第1制御態様での制御時)や、放熱モードでの動作時(第3制御態様での制御時)に、冷媒の凝縮温度に基づいて冷却処理負荷や加熱処理負荷を特定する構成を例に挙げて説明したが、このような構成に代えて、冷媒の凝縮圧力、冷凍回路内の任意の部位における冷媒温度、冷凍回路内の任意の部位における冷媒圧力、冷凍回路内の任意の2点における冷媒温度差、冷凍回路内の任意の2点における冷媒圧力差、冷媒圧縮機における電動機の単位時間当りの消費電力量、および冷媒圧縮機の任意の部位の温度などの各種のパラメータに基づいて特定する構成を採用することができる。また、蒸発器14の入口および出口における熱媒液Wcの温度差と蒸発器14を通過する熱媒液Wcの単位時間当りの流量とに基づいて冷却処理負荷を特定する構成や、凝縮器22の入口および出口における熱媒液Whの温度差と凝縮器22を通過する熱媒液Whの単位時間当りの流量とに基づいて加熱処理負荷を特定する構成を採用することもできる。
さらに、「第1制御態様」のうちの「第4制御態様」において低温側冷媒Rcが蒸発器14(第2熱交換器)を通過することなく熱交換器16(第7熱交換器)を通過させられる構成を例に挙げて説明したが、「低温側冷媒が第2熱交換器を通過する通過量よりも第7熱交換器を通過する通過量の方が多い」との条件を満たす範囲内において「低温側冷媒」が「第2熱交換器」および「第7熱交換器」の双方を通過させられる構成を採用することもできる。同様にして、「第1制御態様」のうちの「第5制御態様」において低温側冷媒Rcが熱交換器16を通過することなく蒸発器14を通過させられる構成を例に挙げて説明したが、「低温側冷媒が第7熱交換器を通過する通過量よりも第2熱交換器を通過する通過量の方が多い」との条件を満たす範囲内において「低温側冷媒」が「第2熱交換器」および「第7熱交換器」の双方を通過させられる構成を採用することもできる。
また、低温側冷媒Rc、高温側冷媒Rhおよび熱媒液W3の3つの流体間の熱交換が可能な「三流体熱交換器」で構成したカスケードコンデンサ12を備えた例について説明したが、「四流体熱交換器」や「五流体熱交換器」などの「多流体熱交換器(多流体式カスケードコンデンサ)」を「第1熱交換器」として採用することもできる。このような「多流体熱交換器」を採用することで、複数種類の「第3熱交換流体」を「第1熱交換器」に供給することができ、複数種類の「外部熱源」を対象として吸熱または放熱することが可能となる。
さらに、開閉弁17a,17bの開閉、および流量調整弁13,15の開度の変更によって低温側冷媒Rcが蒸発器14を通過する量、および低温側冷媒Rcが熱交換器16を通過する量を調整する構成を例に挙げて説明したが、「第1調整部」の構成はこれに限定されない。例えば、「第2熱交換器を通過させられる低温側冷媒の流路」、および「第7熱交換器を通過させられる低温側冷媒の流路」に「流量調整弁」をそれぞれ配設して「第1調整部」を構成し、各「流量調整弁」の開度の変更によって「低温側冷媒」の通過量を調整する構成を採用することもできる。
また、三方弁34aによって熱媒液W3の「第1流路」の流量および「第2流路」の流量を変化させ、三方弁34bによって熱媒液W3の「第3流路」の流量を変化させ、かつ三方弁34cによって熱媒液W3の「第4流路」の流量を変化させる構成を例に挙げて説明したが、「第2調整部」の構成はこれに限定されない。例えば、「第1流路」、「第2流路」、「第3流路」および「第4流路」に「流量調整弁」をそれぞれ配設して「第2調整部」を構成し、各「流量調整弁」の開度の変更によって「第1流路」の流量、「第2流路」の流量、「第3流路」の流量、および「第4流路」の流量を調整する構成を採用することもできる。
また、圧送量固定型の液送ポンプで構成されたポンプ31を備えた例について説明したが、圧送量可変型の液送ポンプによって熱媒液W3を圧送させる構成を採用することもできる。さらに、「第1熱交換流体」、「第2熱交換流体」および「第3熱交換流体」として、熱媒液Wc,Wh,W3などの「液体」を使用する構成を例に挙げて説明したが、「第1熱交換流体」、「第2熱交換流体」および「第3熱交換流体」のいずれか、またはすべてについて、熱媒液以外の各種「液体」や、不活性ガスや空気などの「気体」を使用する構成を採用することもできる。
また、「第1制御態様」として、「第4制御態様」での制御(第1吸熱モードでの動作)、および「第5制御態様」での制御(第2吸熱モードでの動作)に加え、「第3制御態様」での制御(放熱モードでの動作)が可能な冷温同時温度調整装置1の構成を例に挙げて説明したが、「第1制御態様」での制御を行わない(第1吸熱モードや第2吸熱モードで動作させない)構成や、「第3制御態様」での制御を行わない(放熱モードで動作させない)構成を採用することもできる。
さらに、「外部熱源」として外気(冷温同時温度調整装置1の周囲の空気)を利用する構成の冷温同時温度調整装置1を例に挙げて説明したが、このような構成に代えて、水道水、河川の水、井戸水および貯水した水などの各種の液体(水)や、雪および氷などを「外部熱源」として利用する構成を採用することもできる。また、「冷温同時温度調整装置」の設置場所の床、壁および天井や、動作時に発熱する機械設備などを「外部熱源」として利用する構成を採用することもできる。
加えて、低温側冷凍回路2Cおよび高温側冷凍回路2Hを有する二元冷凍サイクル2を備えて構成した例について説明したが、「二元冷凍サイクル」に代えて「三元冷凍サイクル」や「四元冷凍サイクル」などの「多元冷凍サイクル」を備えて「冷温同時温度調整装置」を構成することもできる。この場合、例えば、「低温冷凍回路(低段冷凍回路)」、「中温冷凍回路(中段冷凍回路)」および「高温冷凍回路(高段冷凍回路)」の3つの冷凍回路を備えた「三元冷凍サイクル」では、「低温冷凍回路」を「低温側冷凍回路」としたときには「中温冷凍回路」が「高温側冷凍回路」に相当し、「中温冷凍回路」を「低温側冷凍回路」としたときには「高温冷凍回路」が「高温側冷凍回路」に相当する。
請求項2記載の冷温同時温度調整装置は、請求項1記載の冷温同時温度調整装置において、前記冷却対象を冷却した前記第1熱交換流体、および前記第4熱交換器において前記外部熱源と熱交換した前記第3熱交換流体の両流体の熱交換が可能に配設された第6熱交換器と、前記第1熱交換器において前記高温側冷媒と熱交換した前記低温側冷媒、および前記第4熱交換器において前記外部熱源と熱交換する前記第3熱交換流体の両流体の熱交換が可能に配設された第7熱交換器と、前記第1熱交換器において前記高温側冷媒と熱交換した前記低温側冷媒の前記第2熱交換器の通過量、および当該低温側冷媒の前記第7熱交換器の通過量を前記制御部の制御に従って調整する第1調整部と、前記第4熱交換器において前記外部熱源と熱交換した前記第3熱交換流体の前記第1熱交換器の通過量、当該第3熱交換流体の前記第5熱交換器の通過量、当該第3熱交換流体の前記第6熱交換器の通過量、および当該第3熱交換流体の前記第7熱交換器の通過量を前記制御部の制御に従って調整する第2調整部とを備え、前記流体循環路は、前記第4熱交換器において前記外部熱源と熱交換した前記第3熱交換流体が前記第6熱交換器を通過した後に前記第7熱交換器を通過すると共に前記第1熱交換器および前記第5熱交換器を通過しない第1流路と、当該第3熱交換流体が当該第6熱交換器を通過せずに当該第7熱交換器を通過すると共に前記第1熱交換器および前記第5熱交換器を通過しない第2流路と、当該第3熱交換流体が当該第5熱交換器、当該第6熱交換器および当該第7熱交換器を通過せずに当該第1熱交換器を通過する第3流路と、当該第3熱交換流体が当該第1熱交換器、当該第6熱交換器および当該第7熱交換器を通過せずに当該第5熱交換器を通過する第4流路とを備え、前記第2調整部は、前記第3熱交換流体の前記第1流路の流量、当該第3熱交換流体の前記第2流路の流量、当該第3熱交換流体の前記第3流路の流量、および当該第3熱交換流体の前記第4流路の流量を調整することによって当該第3熱交換流体の前記第1熱交換器の通過量、当該第3熱交換流体の前記第5熱交換器の通過量、当該第3熱交換流体の前記第6熱交換器の通過量、および当該第3熱交換流体の前記第7熱交換器の通過量を調整可能に構成され、前記制御部は、前記第1条件が満たされ、かつ前記外部熱源の温度が、前記冷却設定温度以下の予め規定された第1温度以下との第4条件が満たされたときに、前記第2調整部に前記第3流路および前記第4流路を閉鎖させ、かつ前記冷却設定温度に応じて前記第3熱交換流体の前記第1流路の流量、および当該第3熱交換流体の前記第2流路の流量を当該第2調整部に調整させつつ、前記低温側冷媒が前記第2熱交換器を通過する通過量よりも当該低温側冷媒が前記第7熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように前記第1調整部に調整させる第4制御態様を前記第1制御態様として実行すると共に、前記第1条件が満たされ、かつ前記外部熱源の温度が、前記冷却設定温度よりも高い予め規定された第2温度以上との第5条件が満たされたときに、前記第2調整部に前記第3流路および前記第4流路を閉鎖させ、かつ前記冷却設定温度に応じて前記第3熱交換流体の前記第1流路の流量、および当該第3熱交換流体の前記第2流路の流量を当該第2調整部に調整させつつ、前記低温側冷媒が前記第7熱交換器を通過する通過量よりも当該低温側冷媒が前記第2熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように前記第1調整部に調整させる第5制御態様を前記第1制御態様として実行し、前記第3制御態様において前記第2調整部に前記第1流路、前記第2流路および前記第3流路を閉塞させる。
請求項2記載の冷温同時温度調整装置では、制御部が、第1条件が満たされ、かつ外部熱源の温度が、冷却設定温度以下の予め規定された第1温度以下との第4条件が満たされたときに、第2調整部に第3流路および第4流路を閉鎖させ、かつ冷却設定温度に応じて第3熱交換流体の第1流路の流量、および第3熱交換流体の第2流路の流量を第2調整部に調整させつつ、低温側冷媒が第2熱交換器を通過する通過量よりも低温側冷媒が第7熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように第1調整部に調整させる第4制御態様を第1制御態様として実行すると共に、第1条件が満たされ、かつ外部熱源の温度が、冷却設定温度よりも高い予め規定された第2温度以上との第5条件が満たされたときに、第2調整部に第3流路および第4流路を閉鎖させ、かつ冷却設定温度に応じて第3熱交換流体の第1流路の流量、および第3熱交換流体の第2流路の流量を第2調整部に調整させつつ、低温側冷媒が第7熱交換器を通過する通過量よりも低温側冷媒が第2熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように第1調整部に調整させる第5制御態様を第1制御態様として実行し、第3制御態様において第2調整部に第1流路、第2流路および第3流路を閉塞させる。
これにより、低温側冷凍回路2Cにおいて、圧縮機11によって圧縮(圧送)される低温側冷媒Rcが、カスケードコンデンサ12、開閉弁17a、流量調整弁13および蒸発器14を経て圧縮機11に吸引される(熱交換器16を通過することなく蒸発器14を通過する)冷媒流路が形成される(「低温側冷媒が第7熱交換器を通過する通過量よりも低温側冷媒が第2熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように第1調整部に調整させる」との制御の一例)。また、制御部6は、熱交換器33の通過後の熱媒液W3の温度に応じて三方弁34aを制御して熱媒液W3の「第1流路」の流量および「第2流路」の流量を調整させる。これにより、冷温同時温度調整装置1が第2吸熱モードで動作した状態となり、低温側冷凍回路2Cによる熱媒液Wcの冷却および高温側冷凍回路2Hによる熱媒液Whの加熱が並行して実行される。
また、この冷温同時温度調整装置1では、制御部6が、「第1条件」が満たされ、かつ外気の温度が、冷却設定温度以下の予め規定された「第1温度」以下との「第4条件」が満たされたときに、「第2調整部」に「第3流路」および「第4流路」を閉鎖させ、かつ冷却設定温度に応じて熱媒液W3の「第1流路」の流量、および熱媒液W3の「第2流路」の流量を「第2調整部」に調整させつつ、低温側冷媒Rcが蒸発器14を通過する通過量よりも低温側冷媒Rcが熱交換器16を通過する通過量の方が多くなるように「第1調整部」に調整させる「第4制御態様」を「第1制御態様」として実行すると共に、「第1条件」が満たされ、かつ外気の温度が、冷却設定温度よりも高い予め規定された「第2温度」以上との「第5条件」が満たされたときに、「第2調整部」に「第3流路」および「第4流路」を閉鎖させ、かつ冷却設定温度に応じて熱媒液W3の「第1流路」の流量、および熱媒液W3の「第2流路」の流量を「第2調整部」に調整させつつ、低温側冷媒Rcが熱交換器16を通過する通過量よりも低温側冷媒Rcが蒸発器14を通過する通過量の方が多くなるように第1調整部に調整させる「第5制御態様」を「第1制御態様」として実行し、「第3制御態様」において「第2調整部」に「第1流路」、「第2流路」および「第3流路」を閉塞させる。