JP5098046B2

JP5098046B2 - 温度調整システム

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Publication number: JP5098046B2
Application number: JP2008167892A
Authority: JP
Inventors: 信西島; 美博鈴木; 栄治瀧澤
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-06-26
Also published as: JP2010007956A

Description

本発明は温度調整システムに関し、更に詳細には１台の圧縮機で圧縮されて加熱された高温の第１熱媒体が複数の温度調整装置の各々に、制御弁が設けられた分流配管を介して分流され、前記温度調整装置の各々から流出した前記第１熱媒体が合流して前記圧縮機に再供給される温度調整システムに関する。

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。この空間ユニットは、クリーンルーム内に複数個所設置されることがある。
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９に示す温度調整装置が記載されている。
図９に示す温度調整装置には、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。この冷却器１０８と加熱器１１０とによって、ファン１１２により送風される温度調整対象の空気流の温度が調整される。

かかる温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の第１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第１熱媒体は、凝縮器１０４で冷却・凝縮される。この冷却・凝縮された第１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により送風される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第１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第１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、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第１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９に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温第１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により送風される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第１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、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４に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の第１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により送風される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で圧縮された高温第１熱媒体の再加熱によって行われる。

従って、図９に示す温度調整装置で採用された温度制御方式では、加熱に使用した第１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の熱量のみとなり、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９に示す温度調整装置の加熱量不足を補うべく、図１０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、図９又は図１０に示す温度調整装置を、クリーンルーム内に設置された複数の空間ユニットの各々に設置して、複数の空間ユニット内を同時に所定温度に調整する温度調整システムを構築しようとすると、温度調整装置毎に圧縮機を設けることを要し、クリーンルーム内が著しく手狭となるおそれがある。
そこで、本発明では、複数の空間ユニットの各々に設置すると、温度調整装置毎に圧縮機を設けることを必要とする従来の温度調整システムの課題を解決し、１台の圧縮機によって複数の空間ユニットの各々に設置した温度調整装置が必要とするエネルギーを賄うことのできる温度調整システムを提供することにある。

本発明者等は、前記課題を達成すべく検討したところ、複数の空間ユニットの各々に設置する温度調整装置として、１台の圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体の一部が分流されて加熱器に供給される加熱回路と、分流された高温の第１熱媒体の残余部が凝縮器で冷却されてから第１膨張弁で断熱的に膨張して更に冷却されて冷却器に供給される冷却回路と、加熱器と冷却器とを通過する温度調整対象の空気を所定温度に調整するように、高温の第１熱媒体を加熱回路と冷却回路とに分配すると共に、高温の第１熱媒体の残余部を冷却回路側に分配し、且つ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できる比例三方弁と、加熱回路の加熱能力が向上するように、加熱器で放熱されてから第２膨張弁で断熱的に膨張されて冷却された第１熱媒体が、外部空気から吸熱する吸熱器を具備するヒートポンプと、比例三方弁を制御し、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、加熱器と冷却器とを通過する温度調整対象の空気を所定温度に制御する制御部とを具備する温度調整装置が好適であることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、１台の圧縮機で圧縮されて加熱されて吐出された高温の第１熱媒体が、分流手段によって分流されて複数の温度調整装置の各々に供給され、前記温度調整装置の各々から流出した前記第１熱媒体が合流して前記圧縮機に再供給される温度調整システムであって、前記温度調整装置の各々には、前記分流手段で分流された高温の第１熱媒体の一部が加熱手段に供給される加熱回路と、前記分流手段で分流された高温の第１熱媒体の残余部が凝縮器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、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熱媒体を加熱回路と冷却回路とに分配すると共に、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、前記加熱手段で放熱されてから第２膨張手段で断熱的に膨張されて冷却された第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器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流体を所定温度に制御する温度制御部とを具備し、前記温度調整装置の一つが休止したとき、前記分流手段を介して、休止した温度調整装置への高温の第１熱媒体の分流を停止し、且つ前記圧縮機の回転を制御する回転制御手段を介して、休止した前記温度調整装置に供給していた高温の第１熱媒体量に相当する前記圧縮機の回転数を減少するメイン制御部が設けられていることを特徴とする温度調整システムにある。

かかる本発明において、分流手段として、圧縮機の吐出側に接続された吐出配管から分岐され、温度調整装置の各々に設けられた分配手段に至る分岐配管と、前記分岐配管の各々に設けられた制御弁とを具備する分流手段を用いることによって、圧縮機から吐出される高温の第１熱媒体を容易に各温度調整装置に分流でき、休止した温度調整装置への高温の第１熱媒体の分流を容易に停止できる。
また、温度調整装置の各々に設けられ冷却流路の凝縮手段に供給される冷却媒体として、液状媒体を用い、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を設けることによって、分配手段に供給される高温の第１熱媒体の圧力を一定に保持でき、温度調整装置の温度調整対象の流体の温度調整の精度を向上できる。
更に、回転制御手段としては、インバータを好適に用いることができる。

本発明で用いる温度調整装置では、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て分流された高温の第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流体に対する加熱量と冷却量とを容易に調整できる。
更に、本発明で用いる温度調整装置では、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器によって、外部熱源（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。
従って、本発明で用いる温度調整装置では、圧縮機から吐出されて分流された高温の第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（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。このため、加熱手段及び冷却手段を通過する温度調整対象の流体を迅速に所定温度に調整できる。

しかも、本発明では、かかる複数の温度調整装置の各々に分流手段によって、圧縮機で圧縮された高温の第１熱媒体を分流して、温度調整装置の各々で温度調整対象の流体の温度を調整している。
一方、複数の温度調整装置の一つが休止したとき、メイン制御部によって、分流手段を介して、休止した温度調整装置への高温の第１熱媒体の分流を停止し、且つ圧縮機の回転を制御する回転制御手段を介して、休止した温度調整装置に供給していた高温の第１熱媒体量に相当する圧縮機の回転数を減少して、稼動中の温度調整装置に合った圧縮機の回転数とすることができ、省エネルギーを図ることができる。
また、本発明では、１台の圧縮機によって複数の温度調整装置を賄うため、温度調整システムの小型化を図ることができる。

本発明に係る温度調整システムの一例を説明する概略図を図１に示す。図１に示す温度調整システムには、１台の圧縮機１８に対して、温度調整が成されたクリーンルーム内に二つの温度調整装置Ａ，Ｂが設けられている。
温度調整装置Ａ，Ｂには、クリーンルーム内に設置された空間ユニット１０，１０内に、ファン１２，１２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、空間ユニット１０内にファン１２によって吸引されたクリーンルーム内の空気を加熱した後、冷却して温度調整する。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温度調整を精密に行うことができる。
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熱媒体は、分流手段を構成する、圧縮機１８の吐出側に接続された吐出配管１９から分岐された分岐配管２１，２１と、分岐配管２１，２１に設けられた制御弁２３，２３とを経由して分流され、温度調整装置Ａ，Ｂの各々に設けられた分配手段としての比例三方弁２０，２０に至る。
以下、主として温度調整装置Ａの構成について説明する。温度調整装置Ｂの構成部材については、温度調整装置Ａの構成部材と同一構成部材を、図１で同一番号を付して詳細な説明を省略する。

比例三方弁２０では、制御弁２３を経由して分流された高温の第１熱媒体を加熱器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、制御弁２３を経由して分流された高温の第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、温度制御部２２によって制御されている。この温度制御部２２では、空間ユニット１０内に設けられた温度センサー２４によって測定された温度信号と目標設定温度とを比較判定手段によって比較して、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、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。
かかる温度制御部２２に設定する目標設定温度は、任意に設定できるようにしてもよい。また、図１に示す温度センサー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、空間ユニット１０内に、ファン１２によって吸引された空気流を加熱する。その際に、高温の第１熱媒体は、加熱器１４で放熱して冷却されて凝縮液を含む第１熱媒体となる。
加熱器１４で放熱した第１熱媒体は、膨張弁３４によって断熱的に膨張され、外部雰囲気温度よりも低温（１０℃程度）に冷却される。冷却された第１熱媒体は、吸熱器３２に供給されて、吸熱器用ファンであるファン３０ａによって供給される第２熱媒体である外部雰囲気温度の空気流との温度差に基づいて空気流から吸熱できる。
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され、外部雰囲気温度よりも低温に冷却される（例えば、１０℃に冷却）。冷却された第１熱媒体は、冷却器１６に供給されて加熱器１４で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。
かかる凝縮器２６には、冷却器１６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、外部雰囲気温度の空気流が凝縮用ファンとしてのファン３０ｂによって供給される。
この様に、温度調整装置Ａの吸熱器３２と冷却器１６とで吸熱した第１熱媒体は合流してアキュームレータ３６を経由して、温度調整装置Ｂのアキュームレータ３６を経由してきた第１熱媒体と合流して圧縮機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、蓄圧器用タイプのアキュームレータを用いた。
アキュームレータ３６としては、確実に第１熱媒体のガス成分のみを圧縮機１８に供給すべく、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と冷却器１６とを通過した第１熱媒体を合流して、圧縮機１８に再供給できればよい。

図１に示す温度調整装置Ａでは、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熱媒体と外部雰囲気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、ファン３０ｂによって外部から外部雰囲気温度の空気流が凝縮器２６を経由して吸熱器３２に供給された空気流から吸熱できる。
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外部雰囲気温度の空気流から吸熱したエネルギーを加えることができる。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に示す温度調整装置Ａでは、その加熱回路の加熱能力を向上でき、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、空間ユニット１０内の温度に応じて実質的に変更できる。
このため、図１に示す温度調整装置Ａ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Ａでは、加熱回路の加熱能力が向上されているため、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することによって、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９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Ａ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に示す温度調整装置Ａでは、加熱回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１０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１０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Ａ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１０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Ａ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。

図１に示す温度調整システムでは、圧縮機１８の回転数を制御する回転制御手段として、インバータ１７が設けられている。このインバータ１７は、メイン制御部１５によって制御されている。このメイン制御部１５は、分岐配管２１，２１に設けられた制御弁２３，２３もＯＮ−ＯＦＦ制御する。
かかるメイン制御部１５は、温度調整装置Ａ，Ｂの各々に設けられた温度制御部２２と接続されており、温度調整装置Ａ，Ｂの運転状況を把握している。このため、温度調整装置Ａ，Ｂの一方を休止する必要が発生した場合も、他方の温度調整装置を運転した状態で対応できる。
例えば、温度調整装置Ｂを運転した状態で、温度調整装置Ａを休止する場合には、温度調整装置Ａの温度制御部２２から送信された温度調整装置Ａの運転休止の信号を受信したメイン制御部１５は、温度調整装置Ａに高温の第１熱媒体を分流する制御弁２３にＯＦＦ信号を発信して、制御弁２３を閉とし、温度調整装置Ａへの高温の第１熱媒体の分流を停止する。
更に、メイン制御部１５からは、インバータ１７に圧縮機１８の回転数を１／２に低下する信号を発信し、温度調整装置Ａに高温の第１熱媒体を供給していた圧縮機１８の負荷を低下する。このため、圧縮機１８の省エネルギーを図ることができる。
他方、休止していた温度調整装置Ａの運転を開始する際には、温度調整装置Ａの温度制御部２２から送信された運転開始の信号を受信したメイン制御部１５では、インバータ１７に圧縮機１８の回転数を２倍とする信号を発信し、圧縮機１８の回転数を増加する。更に、メイン制御部１５は、温度調整装置Ａに高温の第１熱媒体を分流する制御弁２３にＯＮ信号を発信して、制御弁２３を開とし、温度調整装置Ａへの高温の第１熱媒体の分流を開始する。

図１の温度調整装置Ａ，Ｂに用いた分配手段としての比例三方弁２０に代えて、図２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、温度制御部２２によって制御されている。かかる温度制御部２２によって、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々の開度を調整し、制御弁２３を経由して高温の第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、制御弁２３を経由して分流された高温の第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３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、温度制御部２２では、図３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、温度制御部２２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、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂ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、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。
また、図１では、温度調整装置Ａ，Ｂの凝縮器２６と吸熱器３２との各々には、個別にファン３０ａ，３０ｂが設けられていたが、図４に示す様に、凝縮器２６と吸熱器３２とが重ね合わされるように配設し、１台のファン３０を配設してもよい。この場合、ファン３０からの空気流が凝縮器２６を通過して吸熱器３２に供給されるように、凝縮器２６と吸熱器３２とを配設することが、凝縮器２６で高温の第１熱媒体から除去された熱を吸熱器３２で吸熱でき、省エネルギー的に有利である。

図１及び図４に示す温度調整装置Ａ，Ｂでは、凝縮器２６と吸熱器３２とにファンによって空気を送風するいわゆる空冷式熱交換器を用いたが、凝縮器２６と吸熱器３２として、図５に示す様に、水冷式熱交換器を用いることができる。
図５に示す温度調整装置Ａの凝縮器２６は、高温の第１熱媒体が導通されるコイル状の凝縮用熱交換配管４６が筒状の容器３３内に収容されている熱交換器であり、吸熱器３２は、冷却された第１熱媒体が導通されるコイル状の吸熱用熱交換配管４４が筒状の容器３１内に収容されている熱交換器である。
かかる凝縮器２６の容器３３の一端部には、外部からの水が水供給配管３７を経由して供給され、供給された水は容器３３の他端部に接続された接続配管３５から排出されて、吸熱器３２に供給される。
この様に、凝縮器２６及び吸熱器３２としては、筒状の容器内にコイル状の熱交換配管を配設した熱交換器を用いているため、外部から供給された水中に異物が混入されていても、異物によって熱交換器内の流路が閉塞される事態を回避できる。
かかる水供給配管３７の途中に、制御弁２３と比例三方弁２０との間の高温の第１熱媒体の圧力を一定に制御する制御手段としての制水弁４８が設けられている。この制水弁４８は、凝縮器２６に供給する水量を制御する。
かかる制水弁４８は、図６に示す様に、水の供給通路４８ａの開口面積を調整する弁体４８ｂが形成された棒状部材４８ｃと、供給通路４８ａが弁体４８ｂによって閉塞される方向に棒状部材４８ｃを付勢する付勢部材としてのバネ４８ｄと、圧縮機１８の吐出圧力によってバネ４８ｄの付勢力に抗して棒状部材４８ｃを押圧し、弁体４８ｂで閉塞した供給通路４８ａを圧縮機１８の吐出圧力に応じて開放する押圧部材としてのベローズ４８ｅとから成る。

この制水弁４８によれば、比例三方弁２０と制御弁２３との間の高温の第１熱媒体の圧力がバネ４８ｃの付勢力以上となったとき、ベローズ４８ｅによって弁体４８ｂが供給通路４８ａを開放する方向に移動し、凝縮器２６に供給される水量が増加して、凝縮用熱交換配管４６の冷却能力が向上される。このため、比例三方弁２０と制御弁２３との間の高温の第１熱媒体の圧力が低下する。
他方、比例三方弁２０と制御弁２３との間の高温の第１熱媒体の圧力がバネ４８ｄの付勢力以下となったとき、弁体４８ｂが供給通路４８ａを閉じる方向に移動し、熱交換器４０に供給される水量が減少して、凝縮用熱交換配管４６の冷却能力が低下する。このため、比例三方弁２０と制御弁２３との間の高温の第１熱媒体の圧力が高くなる。
この様に、比例三方弁２０と制御弁２３との間の高温の第１熱媒体の圧力を一定に保持することによって、温度調整装置Ａを安定して運転できる。また、凝縮器２６に水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。

ここで、温度調整対象の空気流の調整温度の設定を変更し、高温の第１熱媒体の分配率が加熱回路側に大幅に偏ったとき、冬季等において、外気温の低下に伴って供給水温も低下したとき、或いは冬季に温度調整装置の運転を開始したときには、比例三方弁２０と制御弁２３との間の高温の第１熱媒体の圧力が低下する場合がある。この場合、制水弁４８は閉まる方向となって、吸熱器３２に供給する水量が著しく低下し、吸熱器３２に供給する水量が不足する。この様に、吸熱器３２に供給される熱媒体量に対して供給水量が著しく不足したとき、吸熱器３２での吸熱量が不十分となり、且つ吸熱器３２内で水が凍結するおそれがある。
ところで、吸熱器３２内で水が凍結するおそれがある場合には、吸熱器３２からの排水温度が低下する。このため、吸熱器３２の排水温度が所定温度以下となったとき、強制的に凝縮器２６に水を供給することによって、吸熱器３２での凍結を防止できる。
このため、図５に示す温度調整装置には、制水弁４８をバイパスするバイパス配管５３に、バイパス制御部６２によって制御されている制御弁５１が設けられている。このバイパス制御部６２には、吸熱器３２に接続された水排出配管３９に設けられた水温センサー６１によって測定された排水温度が入力される。

従って、水温センサー６１で測定された温度が予め設定された所定温度以下に低下したとき、吸熱器３２に供給される水量が不足しているものとバイパス制御部６２が判断し、制御弁５１に「開」信号を発信する。このため、水供給配管３７からバイパス配管５３及び凝縮器２６を経過して吸熱器３２に水が供給され、吸熱器３２の凍結を防止できる。
また、水温センサー６１で測定された温度が予め設定された所定温度よりも高くなったとき、吸熱器３２に充分な水量が供給されているものとバイパス制御部６２が判断し、制御弁５１に「閉」信号を発信する。
ここで、図５に示す温度調整装置Ａにおいて、図１に示す温度調整装置Ａの構成部材と同一構成部材については、図１に示す構成部材と同一番号を付して詳細な説明を省略した。
更に、図５及びその説明については、温度調整装置Ａについて説明したが、温度調整装置Ｂも温度調整装置Ａと同様な構成であるため、温度調整装置Ｂについては詳細な説明を省略した。
尚、図５に示す温度調整装置Ａでも、比例三方弁２０に代えて、図３及び図４に示すゲートバルブ３８ａ，３８ｂを用いることができることは勿論である。

図１及び図５では、温度調整対象の流体として空気の場合の温度調整システムについて説明したが、温度調整対象の流体として液体の場合の温度調整システムについて図７に示す。
図７においても、温度調整装置Ａについて示したが、温度調整装置Ｂも温度調整装置Ａと同一構成であるため、詳細な説明を省略する。
図７に示す温度調整装置Ａでは、ＵＳＥＲから戻ってきた液体を貯留するタンク６４からポンプ６６によって、温度調整対象の液体をプレート式熱交換器である冷却器６０に供給する。冷却器６０を通過した液体は、プレート式熱交換である加熱器５４に供給され、所定温度に調整されてＵＳＥＲに供給される。
図７に示す温度調整装置Ａでは、加熱器５４の出口配管に温度センサー６３が設けられている。温度センサー６３で測定された液体温度は温度制御部２２に送信されて、温度制御部２２は、設定温度との温度差に基づいて比例三方弁２０による高温の第１熱媒体の配分比率を決定する。
また、図７に示す温度調整装置Ａでも、比例三方弁２０に代えて、図３及び図４に示すゲートバルブ３８ａ，３８ｂを用いることができることは勿論である。
尚、図９に示す温度調整装置において、図１に示す温度調整装置と同一構成の構成部材については、図１と同一番号を付して詳細な説明を省略した。

ところで、図１，図５及び図７に示す温度調整システムでは、１台の圧縮機１８によって温度調整装置Ａ，Ｂに高温の第１熱媒体を供給しているが、温度調整システムで更なる省エネルギーを図るには、圧縮機１８の回転数の最適化を図ることが好ましい。
このため、図９に示す様に、温度調整装置Ａ，Ｂの温度制御部２２の各々とメイン制御部１５とを通信インターフェイスによって接続し、温度制御部２２の各々からの各温度調整装置の状況に基づいてメイン制御部１５の統括制御手段において、圧縮機１８の回転数の変更の要否を判断する。この統括制御手段で圧縮機１８の回転数の変更要が判断されたとき、圧縮機回転数変更手段からインバータ１７に回転数変更の信号が発信される。かかる回転数変更は、予め設定されている最小変更回転数で変更される。この最小変更回転数は、温度調整装置によって異なり、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２０００〜３０００ｒｐｍのとき、最小変更回転数を３〜１０％の範囲とすることが好ましい。
ここで、温度調整装置Ａ，Ｂの温度制御部２２の比較判定手段において、目標設定温度と温度センサー２４によって測定された温度調整対象の空気温度とを比較して、温度調整装置Ａ，Ｂの各々の空気温度が目標設定温度の範囲内にある場合には、圧縮機１８の現在の回転数に対して温度調整装置Ａ，Ｂの負荷が過少であると判断し、圧縮機回転変更手段はインバータ１７を介して圧縮機１８の回転数を低下する方向に調整する。
一方、温度調整装置Ａ，Ｂの一方の空気温度が目標設定温度の範囲外にある場合には、圧縮機１８の現在の回転数に対して温度調整装置Ａ，Ｂの負荷が過大であると判断し、圧縮機回転変更手段はインバータ１７を介して圧縮機１８の回転数を増加する方向に調整する。
この様に、圧縮機１８の回転数を、温度調整装置Ａ，Ｂに加えられる負荷に対応して変更することによって、温度調整システムの更なる省エネルギーを図ることができる。

本発明に係る温度調整システムの一例を説明するための概略図である。図１に示す温度調整システムで用いる他の分配手段について説明する概略図である。図２に示すゲートバルブ３８ａ，３８ｂの開度と流量との関係を示すグラフである。図１に示す温度調整システムで採用できる、凝縮器２６と吸熱器３２との他の配列とファンとの関係を説明する概略図である。本発明に係る温度調整システムの他の例を説明するための概略図である。図５に示す制水弁４８の内部構造を説明する概略断面図である。本発明に係る温度調整システムの他の例を説明するための概略図である。図１に示す温度調整システムの制御を説明するブロック図である。従来の温度調整装置を説明する概略図である。図６に示す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空間ユニット
１２ファン
１４，５４加熱器
１５メイン制御部
１６，６０冷却器
１７インバータ
１８圧縮機
１９吐出配管
２０比例三方弁
２１分岐配管
２２温度制御部
２３，５１制御弁
２４，６３温度センサー
２６凝縮器
２８，３４膨張弁
３０，３０ａ，３０ｂファン
３１，３２容器
３２吸熱器
３５接続配管
３６アキュームレータ
３７水供給配管
３８ａ，３８ｂゲートバルブ
３９水排出配管
４０熱交換器
４４吸熱用熱交換配管
４６凝縮用熱交換配管
４８制水弁
５３バイパス配管
６１水温センサー
６２バイパス制御部
６３温度センサー
６４タンク
６６ポンプ
Ａ，Ｂ温度調整装置

Claims

１台の圧縮機で圧縮されて加熱されて吐出された高温の第１熱媒体が、分流手段によって分流されて複数の温度調整装置の各々に供給され、前記温度調整装置の各々から流出した前記第１熱媒体が合流して前記圧縮機に再供給される温度調整システムであって、
前記温度調整装置の各々には、前記分流手段で分流された高温の第１熱媒体の一部が加熱手段に供給される加熱回路と、
前記分流手段で分流された高温の第１熱媒体の残余部が凝縮器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、
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熱媒体を加熱回路と冷却回路とに分配すると共に、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、前記加熱手段で放熱されてから第２膨張手段で断熱的に膨張されて冷却された第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器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流体を所定温度に制御する温度制御部とを具備し、
前記温度調整装置の一つが休止したとき、前記分流手段を介して、休止した温度調整装置への高温の第１熱媒体の分流を停止し、且つ前記圧縮機の回転を制御する回転制御手段を介して、休止した前記温度調整装置に供給していた高温の第１熱媒体量に相当する前記圧縮機の回転数を減少するメイン制御部が設けられていることを特徴とする温度調整システム。
分流手段が、圧縮機の吐出側に接続された吐出配管から分岐され、温度調整装置の各々に設けられた分配手段に至る分岐配管と、前記分岐配管の各々に設けられた制御弁とを具備する請求項１記載の温度調整システム。
温度調整装置の各々に設けられ冷却流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、分配手段に供給される高温の第１熱媒体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又は請求項２記載の温度調整システム。
回転制御手段が、インバータである請求項１〜３のいずれか一項記載の温度調整システム。