JP6512596B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体を加熱して供給対象に供給可能に構成された加熱装置に関するものである。

この種の加熱装置として、シリコン材料に付着した水分を蒸発させて乾燥させるシリコン用乾燥装置（真空乾燥装置：以下、単に「乾燥装置」ともいう）が下記の特許文献に開示されている。この乾燥装置は、乾燥対象のシリコン材料（以下、「乾燥対象物」ともいう）を収容可能なチャンバと、チャンバに供給する空気を浄化する空気清浄系と、空気清浄系によって浄化された空気を加熱する加熱手段と、空気清浄系および加熱手段を連結している空気流路を開閉可能な開閉弁と、チャンバ内を減圧する減圧配管系と、チャンバ内の空気を吸引・排出する排気配管系とを備えている。また、この乾燥装置は、上記の加熱手段が、加熱対象の空気を通過可能に構成されたケーシング内に熱交換エレメントが収容されると共に、ケーシングの外に配設されて熱交換エレメントを加熱するヒータ（セラミックヒータ）を備えて構成されている。

この乾燥装置によって乾燥対象物を乾燥させる際には、まず、乾燥対象物をチャンバ内に収容すると共に、ヒータに対する通電を開始する。次いで、ヒータの温度が６００℃前後の所定の温度に達したときに、開閉弁および排気開閉弁を開くと共に、減圧開閉弁を閉じる。この際には、空気清浄系によって浄化された空気が開閉弁を通過して加熱手段のケーシング内に導入され、ヒータによって温度上昇させられている熱交換エレメントとの熱交換によって１５０℃前後まで加熱された後にチャンバ内に供給される。これにより、チャンバ内に収容されている乾燥対象物が徐々に温度上昇させられる。続いて、チャンバ内が７０℃前後の所定の温度に達したときに、チャンバ内の減圧を開始する。これにより、乾燥対象物に付着している水分が蒸発して、乾燥対象物が乾燥させられる。

特開２０１０−１４１２６０号公報（第４−６頁、第１−３図）

ところが、従来の乾燥装置には、以下のような解決すべき問題点が存在する。すなわち、従来の乾燥装置では、ヒータによって加熱した熱交換エレメントとの熱交換によって空気の温度を上昇させてチャンバ内に供給することで乾燥対象物を温度上昇させて乾燥させる構成が採用されている。この場合、この種の装置において採用されるヒータは、対象物を非常に高い温度まで加熱することができるものの、その際に、大量の電力が消費されることが知られている。このため、ヒータによって熱交換エレメントを加熱して空気を温度上昇させる構成の従来の乾燥装置では、乾燥対象物を十分に乾燥させるのに必要な電力量が極めて多いため、ランニングコストの低減が困難となっているという問題点がある。

本発明は、かかる解決すべき問題点に鑑みてなされたものであり、供給対象に供給する気体を低コストで十分に高い温度まで加熱し得る加熱装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、請求項１記載の加熱装置は、供給対象に供給する気体を加熱して当該供給対象に供給可能に構成された加熱装置であって、圧縮機、第１凝縮器、第２凝縮器、膨張弁および蒸発器を有すると共に、当該圧縮機から吐出された冷媒が、当該第１凝縮器、当該第２凝縮器、当該膨張弁および当該蒸発器をこの順で通過して当該圧縮機に吸入されるように冷媒流路が構成された冷凍サイクルと、前記供給対象から前記気体を導入するための導入用ダクト、および当該供給対象に当該気体を供給するための供給用ダクトを介して当該供給対象に接続されて、前記第１凝縮器内の冷媒および当該気体を相互に熱交換させる熱交換器と、前記供給対象および前記熱交換器の間で前記導入用ダクトおよび前記供給用ダクトを介して前記気体を循環させる送風機とを備え、前記供給対象から、前記導入用ダクト、前記熱交換器および前記供給ダクトを経て当該供給対象に至る前記気体の循環路の外に前記第２凝縮器および前記蒸発器が配設されると共に、前記送風機によって前記導入用ダクトを介して前記熱交換器内に導入される前記気体を前記第１凝縮器内の前記冷媒との熱交換によって加熱した後に前記供給用ダクトを介して前記供給対象に供給可能に構成されている。

請求項２記載の加熱装置は、請求項１記載の加熱装置において、前記圧縮機から吐出された前記冷媒の温度を検出してセンサ信号を出力する温度センサと、前記膨張弁としての電子膨張弁と、前記センサ信号に基づいて前記冷媒の温度を特定すると共に、特定した当該温度が予め規定された温度調整範囲の上限を超えるとの第１条件を満たしているときに前記電子膨張弁を制御して開度を増加させ、当該特定した温度が当該温度調整範囲の下限を下回るとの第２条件を満たしているときに当該電子膨張弁を制御して開度を減少させ、かつ当該特定した温度が当該第１条件および当該第２条件のいずれも満たしていないときに当該電子膨張弁の開度を維持させる開度調整処理を実行する制御部とを備えている。

請求項３記載の加熱装置は、請求項２記載の加熱装置において、前記制御部は、前記第１の条件および前記第２の条件のいずれかが満たされて前記電子膨張弁の開度を変化させてから、変化させた当該開度を維持させた状態で予め規定された待機時間が経過したときに、前記センサ信号に基づいて前記冷媒の温度を特定すると共に、特定した当該温度に応じて前記開度調整処理を実行する。

請求項４記載の加熱装置は、請求項１から３のいずれかに記載の加熱装置において、前記冷凍サイクルは、前記冷媒としての二酸化炭素を使用して前記気体を加熱可能に構成されている。

請求項１記載の加熱装置によれば、圧縮機から吐出された冷媒が、第１凝縮器、第２凝縮器、膨張弁および蒸発器をこの順で通過して圧縮機に吸入されるように冷媒流路を構成し冷凍サイクルと、第１凝縮器内の冷媒および気体を相互に熱交換させる熱交換器と、供給対象および熱交換器の間で気体を循環させる送風機とを備えて、熱交換器内に導入される気体を第１凝縮器内の冷媒との熱交換によって加熱可能に構成したことにより、セラミックヒータによって気体を加熱する構成よりも少ない電力消費量で十分に高い温度まで気体を加熱することができるため、供給対象に対して十分に高い温度の気体を低コストで供給することができる。

請求項２記載の加熱装置によれば、制御部が、センサ信号に基づいて圧縮機から吐出された冷媒の温度を特定すると共に、特定した温度に応じて電子膨張弁の開度を調整する開度調整処理を実行することにより、圧縮機から吐出された冷媒の温度以外の情報に基づいて冷凍サイクルの動作状態を制御する構成とは異なり、圧縮機から吐出された冷媒の温度、すなわち、熱交換器内の第１凝縮器に流入する冷媒の温度に基づいて冷凍サイクルの動作状態を制御することで、熱交換器において加熱する気体の温度を正確に目標温度まで加熱することができる。また、この加熱装置によれば、電子膨張弁の開度の変更以外の制御方法で冷凍サイクルの動作状態を変化させる構成とは異なり、蒸発器における熱交換度を短時間で変化させることが可能な電子膨張弁の開度の調整によって冷凍サイクルの動作状態を変化させる構成を採用したことで、冷媒温度を迅速に変化させて、第１凝縮器内に流入する冷媒の温度を正確に調整することができるため、熱交換器において加熱する気体の温度を一層正確に目標温度まで加熱することができる。

請求項３記載の加熱装置によれば、制御部が、電子膨張弁の開度を変化させてから、変化させた開度を維持させた状態で予め規定された待機時間が経過したときに、センサ信号に基づいて冷媒の温度を特定すると共に、特定した温度に応じて開度調整処理を実行することにより、電子膨張弁の開度を必要以上に低下させたり、必要以上に増加させたりすることなく、蒸発器における熱交換度を好適に制御して、第１凝縮器内に流入する冷媒の温度を一層正確に調整することができる。

請求項４記載の加熱装置によれば、冷媒としての二酸化炭素を使用して気体を加熱可能に冷凍サイクルを構成したことにより、圧縮機から吐出される冷媒の温度、すなわち、第１凝縮器内に流入する冷媒の温度を十分に高くすることができるため、供給対象に供給する気体を十分に高い温度まで加熱することができる。

本発明の実施の形態に係る加熱装置１の構成図である。 本発明の実施の形態に係る加熱装置１における制御部６が実行する加熱処理２０のフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、加熱装置の実施の形態について説明する。

最初に、「加熱装置」の一例である加熱装置１の構成について、添付図面を参照して説明する

図１に示す加熱装置１は、「気体」の一例である空気（大気）を加熱して、「供給対象」の一例である乾燥室Ｘに供給することができるように構成されている。具体的には、加熱装置１は、冷凍サイクル２、熱交換器３、送風機４、温度センサ５および制御部６を備えている。また、冷凍サイクル２は、圧縮機１１、凝縮器１２ａ（「第１凝縮器」の一例）、凝縮器１２ｂ（「第２凝縮器」の一例）、膨張弁１３および蒸発器１４を備え、後述するように、制御部６の制御に従い、送風機４によって熱交換器３内に送風された空気を加熱する。

この場合、本例の冷凍サイクル２では、冷媒として二酸化炭素を使用可能に構成されると共に、圧縮機１１から吐出された冷媒が、凝縮器１２ａ、凝縮器１２ｂ、膨張弁１３および蒸発器１４をこの順で通過して圧縮機１１に吸入されるように「冷媒流路」が構成されている。また、本例の冷凍サイクル２では、上記の膨張弁１３が「電子膨張弁」で構成されている。さらに、本例の冷凍サイクル２では、凝縮器１２ｂにファンＦ１２ｂが配設されると共に蒸発器１４にファンＦ１４が配設されている。

熱交換器３は、「熱交換器」の一例であって、上記の凝縮器１２ａを備えてダクト３ａ，３ｂ（ダクト３ａは、「導入用ダクト」の一例。ダクト３ｂは、「供給用ダクト」の一例。）を介して乾燥室Ｘに接続されると共に、ダクト３ａを介して導入される空気を凝縮器１２ａ内の冷媒との熱交換によって加熱することができるように構成されている。この場合、本例の加熱装置１では、矢印Ｌで示すように、上記のダクト３ａ，３ｂによって熱交換器３と乾燥室Ｘとの間で空気を循環させる循環路が形成されている。

送風機４は、「送風機」の一例であって、後述するように、制御部６の制御に従い、ダクト３ａを介して乾燥室Ｘ内の空気を熱交換器３内に送風することでダクト３ｂを介して熱交換器３内の空気を乾燥室Ｘに送風する。温度センサ５は、「温度センサ」の一例であって、冷凍サイクル２の上記の「冷媒流路」における圧縮機１１と凝縮器１２ａとの間に配設されて、圧縮機１１から吐出された冷媒の温度を検出してセンサ信号Ｓ５を出力する。

制御部６は、加熱装置１を総括的に制御する。具体的には、制御部６は、「制御部」の一例であって、送風機４を制御して空気を送風させると共に、温度センサ５からのセンサ信号Ｓ５に応じて冷凍サイクル２の各部の動作を制御する。より具体的には、制御部６は、圧縮機１１およびファンＦ１２ｂ，Ｆ１４を動作させると共に、図２に示す加熱処理２０を実行して膨張弁１３の開度を調整することにより、乾燥室Ｘに対して規定温度範囲内の温度まで加熱した空気を供給する。

次に、加熱装置１によって乾燥室Ｘに高温の空気を供給する際の各処理について、添付図面を参照して説明する。

この加熱装置１では、図示しない操作部のスイッチ操作によって処理開始を指示されたときに、制御部６が、圧縮機１１の動作を開始させると共に、膨張弁１３を予め規定された基準開度（一例として、５０％の開度）に制御する（ステップ２１）。この際には、圧縮機１１から高温高圧の冷媒が吐出され、この冷媒が凝縮器１２ａ，１２ｂ、膨張弁１３および蒸発器１４をこの順で通過して圧縮機１１に吸引されて再び圧縮される。これにより、冷凍サイクル２における上記の冷媒流路内の冷媒の温度が徐々に上昇する。また、制御部６は、上記のステップ２１の処理を開始してから、予め規定された時間（冷媒流路内の冷媒の温度が十分に上昇するのに要する時間：一例として、５分）が経過したか否かを監視する（ステップ２２）。

一方、経過時間が規定時間に達したときに、制御部６は、送風機４の動作を開始させて空気の送風を開始させる（ステップ２３）。この際には、乾燥室Ｘ内の空気がダクト３ａを介して熱交換器３内に送風されると共に、熱交換器３内に空気が送風されることで、熱交換器３内の空気がダクト３ｂを介して乾燥室Ｘに送風される。なお、送風機４の動作を開始させるタイミングについては、上記の例に限定されず、一例として、加熱処理２０の開始時点で動作を開始させることもできる。また、圧縮機１１および送風機４を動作させている状態においては、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度上昇に伴って凝縮器１２ａ内（熱交換器３内）の冷媒温度が上昇し、これにより、送風機４によって送風される空気が熱交換器３内において加熱されるが、この熱交換器３内での冷媒と空気との熱交換（空気の加熱）については、後に詳細に説明する。

次いで、制御部６は、温度センサ５からのセンサ信号Ｓ５に基づいて圧縮機１１から吐出された冷媒の温度を特定すると共に（ステップ２４）、特定した冷媒温度が予め規定された「温度調整範囲（一例として、１１０℃以上１２０℃以下の範囲）」の上限温度（この例では、１２０℃）以下であるか否かを判別する（ステップ２５）。この際に、運転開始からの経過時間が上記の規定時間を経過したばかりで、冷媒温度が上限温度の１２０℃を下回っているときに、制御部６は、上記のステップ２４において特定した冷媒温度が「温度調整範囲」の下限温度（この例では、１１０℃）以上であるか否かを判別する（ステップ２６）。この際に、例えば、厳寒期の運転開始時には、運転開始から５分が経過しても、冷媒温度が「温度調整範囲」の下限温度に達しないことがある。

したがって、特定した冷媒温度が下限温度の１１０℃を下回っているときに（「第２条件を満たしているとき」の一例）、制御部６は、まず、膨張弁１３の開度が予め規定された最小開度（一例として、１２．５％の開度）を超えているか否かを判別する（ステップ２７）。この際に、本例では、上記のステップ２１において膨張弁１３を５０％の開度に調整したばかりであり、膨張弁１３の開度が最小開度を超えているため、制御部６は、膨張弁１３の開度を予め規定された開度（一例として、０．７５％）だけ小さく制御する（膨張弁１３を規定量閉じる処理：「電子膨張弁を制御して開度を減少させる」との処理の一例：ステップ２８）。これにより、膨張弁１３から蒸発器１４に吐出される冷媒の量が減少し、蒸発器１４における大気と冷媒との熱交換度が低下する結果、膨張弁１３を閉じる前の状態よりも短い時間で冷凍サイクル２内の冷媒温度を上昇させることが可能な状態となる。

次いで、制御部６は、上記のステップ２８において膨張弁１３の開度を変化させてから、変化させた開度を維持させた状態で予め規定された待機時間（一例として、３０秒）が経過したとき（膨張弁１３の開度を変化させずに３０秒を待機したとき）に（ステップ２９）、ステップ２４に戻って温度センサ５からのセンサ信号Ｓ５に基づいて圧縮機１１から吐出された冷媒の温度を特定する。この際に、上記の待機時間を設けることなく、ステップ２８において膨張弁１３の開度を変化させた直後にステップ２４に戻ったときには、上記したように膨張弁１３を閉じたことによる冷媒温度の上昇量が極く僅かのため、結果として、膨張弁１３を閉じる前に特定された冷媒温度と同程度の温度が特定される。この結果、膨張弁１３を規定量閉じる上記のステップ２８の処理を短時間で繰り返し実行することとなり、膨張弁１３を必要以上に閉じてしまうこととなる。これに対して、上記の待機時間を設けることで、膨張弁１３を閉じたことによる冷媒温度への影響が現れてから冷媒温度を特定することが可能となり、膨張弁１３を必要以上に閉じてしまう事態が好適に回避される。

また、上記の待機時間が経過した後に（ステップ２９）、センサ信号Ｓ５に基づいて特定した温度が下限温度の１１０℃を下回り（「第２条件を満たしているとき」の他の一例：ステップ２４〜２６）、かつ膨張弁１３の開度が予め規定された最小開度の１２．５％を超えているときに（ステップ２７）、制御部６は、膨張弁１３の開度を再び０．７５％だけ小さく制御する（「電子膨張弁を制御して開度を減少させる」との処理の他の一例：ステップ２８）。これにより、膨張弁１３から蒸発器１４に吐出される冷媒の量が減少し、冷凍サイクル２内の冷媒温度が一層短時間で上昇する状態となる。

また、上記のような処理を繰り返し実行することにより、ステップ２４においてセンサ信号Ｓ５に基づいて特定した温度が上限温度の１２０℃以下で（ステップ２５）、かつ下限温度の１１０℃以上のときに（「第１条件および当該第２条件のいずれも満たしていないとき」の一例：ステップ２６）、制御部６は、膨張弁１３の開度を変化させずに（「電子膨張弁の開度を維持させる」との処理の一例）、上記のステップ２４に戻って冷媒温度を特定する。これにより、例えば、後述するような乾燥処理（乾燥室Ｘにおける物品の乾燥処理）を行っていないとき（凝縮器１２ａにおける冷媒と空気との熱交換量が少ないとき）には、センサ信号Ｓ５に基づいて特定される冷媒温度が、経過時間に応じて徐々に上昇する。

一方、例えば上記のような状態で冷凍サイクル２の運転を継続したときには、ステップ２４においてセンサ信号Ｓ５に基づいて特定される冷媒温度が「温度調整範囲」の上限温度を超える状態となる。この場合、制御部６は、特定した温度が上限温度の１２０℃を超えているときに（「第１条件を満たしているとき」の一例）、まず、膨張弁１３の開度が予め規定された最大開度（１００％の開度）未満であるか否かを判別する（ステップ３０）。この際に、膨張弁１３の開度が１００％未満のときに、制御部６は、膨張弁１３の開度を予め規定された開度（一例として、０．７５％）だけ大きく制御する（膨張弁１３を規定量開く処理：「電子膨張弁を制御して開度を増加させる」との処理の一例：ステップ３１）。これにより、膨張弁１３から蒸発器１４に吐出される冷媒の量が増加し、蒸発器１４における大気と冷媒との熱交換度が上昇する結果、膨張弁１３を開く前の状態よりも冷凍サイクル２内の冷媒温度を低下させることが可能な状態となる。

次いで、制御部６は、上記のステップ３１において膨張弁１３の開度を変化させてから予め規定された待機時間（一例として、３０秒）が経過したときに（ステップ２９）、ステップ２４に戻って温度センサ５からのセンサ信号Ｓ５に基づいて圧縮機１１から吐出された冷媒の温度を特定する。この際に、上記の待機時間を設けることなく、ステップ３１において膨張弁１３の開度を変化させた直後にステップ２４に戻ったときには、上記したように膨張弁１３を開くことによる冷媒温度の低下量が極く僅かのため、結果として、膨張弁１３を開く前に特定された冷媒温度と同程度の温度が特定される。この結果、膨張弁１３を規定量開く上記のステップ３１の処理を短時間で繰り返し実行することとなり、膨張弁１３を必要以上に開いてしまうこととなる。これに対して、上記の待機時間を設けることで、膨張弁１３を開いたことによる冷媒温度への影響が現れてから冷媒温度を特定することが可能となり、膨張弁１３を必要以上に開いてしまう事態が好適に回避される。

また、上記の待機時間が経過した後に（ステップ２９）、センサ信号Ｓ５に基づいて特定した温度が下限温度の１２０℃を超え（「第１条件を満たしているとき」の他の一例：ステップ２４，２５）、かつ膨張弁１３の開度が予め規定された最大開度の１００％を下回っているときに（ステップ３０）、制御部６は、膨張弁１３の開度を再び０．７５％だけ大きく制御する（「電子膨張弁を制御して開度を増加させる」との処理の他の一例：ステップ３１）。これにより、膨張弁１３から蒸発器１４に吐出される冷媒の量が増加し、冷凍サイクル２内の冷媒温度が一層短時間で低下する状態となる。

また、上記のような処理を繰り返し実行することにより、ステップ２４においてセンサ信号Ｓ５に基づいて特定した温度が上限温度の１２０℃以下で（ステップ２５）、かつ下限温度の１１０℃以上のときに（「第１条件および当該第２条件のいずれも満たしていないとき」の他の一例：ステップ２６）、制御部６は、膨張弁１３の開度を変化させずに（「電子膨張弁の開度を維持させる」との処理の他の一例）、上記のステップ２４に戻って冷媒温度を特定する。

このように、本例の加熱装置１では、制御部６が、温度センサ５からのセンサ信号Ｓ５に基づいて特定した冷媒温度に応じて膨張弁１３を制御することで膨張弁１３から蒸発器１４に吐出される冷媒量を調整し、これにより、冷凍サイクル２内の冷媒温度が「温度調整範囲」内の温度に維持される。なお、本例の加熱装置１では、制御部６による上記のステップ２５以降の各処理が「開度調整処理」に相当する。

一方、本例の加熱装置１では、上記のような冷媒温度管理と並行して、圧縮機１１の動作を開始させてから５分が経過した時点において（ステップ２２）、送風機４による送風が開始されている（ステップ２５）。この場合、上記したように圧縮機１１から吐出された冷媒の温度が「温度調整範囲」である１１０℃以上１２０℃以下の範囲内となっている状態では、送風機４によって熱交換器３内に空気が送風されることにより、この空気が凝縮器１２ａ内の冷媒との熱交換によって加熱される。また、熱交換器３内において加熱された空気は、ダクト３ｂを介して乾燥室Ｘに供給される。さらに、送風機４による送風が継続して実行されることで、乾燥室Ｘ内の高温の空気（ダクト３ｂを介して供給された空気）がダクト３ａを介して熱交換器３に送風されて加熱される。

このように、送風機４によって乾燥室Ｘと熱交換器３との間で空気が循環させられることにより、熱交換器３（加熱装置１）から乾燥室Ｘに対して供給される温度が１００℃程度まで温度上昇する結果、乾燥室Ｘ内が１００℃程度まで十分に温度上昇する。したがって、乾燥室Ｘ内に乾燥対象物（一例として、純水によって洗浄されたシリコンウエハ）を収容することで、乾燥対象物を好適に乾燥させることができる。

また、上記のように乾燥室Ｘに対して１００℃程度の高温の空気を供給している状態、すなわち、乾燥室Ｘから１００℃よりもやや低い程度の非常に高い温度の空気がダクト３ａを介して熱交換器３に送風されている状態では、圧縮機１１から吐出された時点（凝縮器１２ａに流入する以前）において１１０℃以上１２０℃以下の温度範囲内の温度となっている冷媒が凝縮器１２ａに流入させられて熱交換器３内において空気と熱交換させられても、その温度が殆ど低下することなく凝縮器１２ａから流出することとなる。この結果、凝縮器１２ａ内における冷媒の凝縮量が少量となる。

したがって、乾燥室Ｘと熱交換器３との間を循環させている空気の温度が十分に高くなっている状態では、冷凍サイクル２内の冷媒圧力が過剰に高くなり、圧縮機１１や膨張弁１３の動作不良を招くおそれがある。このため、本例の加熱装置１（冷凍サイクル２）では、「冷媒流路」における凝縮器１２ａの下流に凝縮器１２ｂを配設することで、凝縮器１２ａにおいて凝縮させることのできなかった高温の冷媒を凝縮器１２ｂにおいて凝縮させ、冷凍サイクル２内の冷媒圧力が過剰に高くなる事態を回避する構成が採用されている。これにより、乾燥室Ｘに対して十分に高い温度の空気を継続的に供給することが可能となっている。

なお、前述した従来の乾燥装置では、加熱手段（セラミックヒータ）によって加熱した空気をチャンバ内に１回供給することでチャンバ内の乾燥対象物を乾燥させる構成が採用されているため、本例の加熱装置１のように乾燥室Ｘ（チャンバ）内に高温の空気を継続的に供給することができないが、従来の乾燥装置の構成を変更して、チャンバ内に高温の空気を継続的に供給可能とした場合、そのような構成（セラミックヒータによって空気を加熱する構成）によって１００℃程度の空気を継続的に供給するには、非常に多くの電力が消費されることとなる。

これに対して、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度を上記の「温度調整範囲」内の温度に維持することで熱交換器３（凝縮器１２ａ）によって空気を１００℃程度まで加熱して乾燥室Ｘに供給する本例の加熱装置１では、この高温の空気を乾燥室Ｘに対して継続的に供給するのに要する電力量が、セラミックヒータによって加熱した空気を乾燥室Ｘに対して継続的に供給するのに要する電力量よりも十分に少ないことが確認されている。

このように、この加熱装置１によれば、圧縮機１１から吐出された冷媒が、凝縮器１２ａ、凝縮器１２ｂ、膨張弁１３および蒸発器１４をこの順で通過して圧縮機１１に吸入されるように「冷媒流路」を構成した冷凍サイクル２と、凝縮器１２ａ内の冷媒および気体を相互に熱交換させる熱交換器３と、「供給対象」および熱交換器３の間で気体を循環させる送風機４とを備えて、熱交換器３内に導入される気体を凝縮器１２ａ内の冷媒との熱交換によって加熱可能に構成したことにより、セラミックヒータによって空気を加熱する構成よりも少ない電力消費量で十分に高い温度まで空気を加熱することができるため、「供給対象（本例では、乾燥室Ｘ）」に対して十分に高い温度の空気を低コストで供給することができる。

また、この加熱装置１によれば、制御部６が、温度センサ５からのセンサ信号Ｓ５に基づいて圧縮機１１から吐出された冷媒の温度を特定すると共に、特定した温度に応じて膨張弁１３の開度を調整する開度調整処理を実行することにより、圧縮機１１から吐出された冷媒の温度以外の情報に基づいて冷凍サイクル２の動作状態を制御する構成とは異なり、圧縮機１１から吐出された冷媒の温度、すなわち、熱交換器３内の凝縮器１２ａに流入する冷媒の温度に基づいて冷凍サイクル２の動作状態を制御することで、熱交換器３において加熱する空気の温度を正確に目標温度まで加熱することができる。また、この加熱装置１によれば、膨張弁１３の開度の変更以外の制御方法で冷凍サイクル２の動作状態を変化させる構成とは異なり、蒸発器１４における熱交換度を短時間で変化させることが可能な膨張弁１３の開度の調整によって冷凍サイクル２の動作状態を変化させる構成を採用したことで、冷媒温度を迅速に変化させて、凝縮器１２ａ内に流入する冷媒の温度を正確に調整することができるため、熱交換器３において加熱する空気の温度を一層正確に目標温度まで加熱することができる。

さらに、この加熱装置１によれば、制御部６が、膨張弁１３の開度を変化させてから、変化させた開度を維持させた状態で予め規定された待機時間（本例では、３０秒）が経過したときに、センサ信号Ｓ５に基づいて冷媒の温度を特定すると共に、特定した温度に応じて開度調整処理を実行することにより、膨張弁１３の開度を必要以上に低下させたり、必要以上に増加させたりすることなく、蒸発器１４における熱交換度を好適に制御して、凝縮器１２ａ内に流入する冷媒の温度を一層正確に調整することができる。

また、この加熱装置１によれば、冷媒としての二酸化炭素を使用して空気を加熱可能に冷凍サイクル２を構成したことにより、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度、すなわち、凝縮器１２ａ内に流入する冷媒の温度を十分に高くすることができるため、乾燥室Ｘに供給する空気を十分に高い温度まで加熱することができる。

なお、「加熱装置」の構成は、上記の加熱装置１の構成に限定されるものではない。例えば、「冷媒」として「二酸化炭素」を使用する冷凍サイクル２を備えた構成を例に挙げて説明したが、「供給対象」に供給する「気体」の温度が上記の例のような非常に高い温度ではないときには、「冷媒」として「フロン」を使用する構成の「冷凍サイクル」を採用して「加熱装置」を構成することもできる。また、「気体」としての「空気（大気）」を「供給対象」に供給する構成を例に挙げて説明したが、「窒素」や「不活性ガス」などの各種の「気体」を加熱して供給する構成を採用することもできる。

また、圧縮機１１と凝縮器１２ａとの間に配設した温度センサ５からのセンサ信号Ｓ５に基づいて圧縮機１１から吐出された冷媒の温度を特定し、特定した冷媒温度に応じて冷凍サイクル２の動作状態を変化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（または、このような構成に加えて）、「冷凍サイクル」における「冷媒流路」の任意の位置の「冷媒温度」や「冷媒圧力」を検出し、その検出結果に応じて「冷凍サイクル」の動作状態を変化させる構成を採用することもできる。さらに、膨張弁１３の開度を変化させることで冷凍サイクル２の動作状態を変化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（または、このような構成に加えて）「圧縮機」の回転数（冷媒の圧縮量）を変化させて「冷凍サイクル」の動作状態を変化させる構成を採用することもできる。

１ 加熱装置
２ 冷凍サイクル
３ 熱交換器
４ 送風機
５ 温度センサ
６ 制御部
１１ 圧縮機
１２ａ，１２ｂ 凝縮器
１３ 膨張弁
１４ 蒸発器
２０ 加熱処理
Ｓ５ センサ信号
Ｘ 乾燥室

Claims (4)

1. 供給対象に供給する気体を加熱して当該供給対象に供給可能に構成された加熱装置であって、
   圧縮機、第１凝縮器、第２凝縮器、膨張弁および蒸発器を有すると共に、当該圧縮機から吐出された冷媒が、当該第１凝縮器、当該第２凝縮器、当該膨張弁および当該蒸発器をこの順で通過して当該圧縮機に吸入されるように冷媒流路が構成された冷凍サイクルと、
   前記供給対象から前記気体を導入するための導入用ダクト、および当該供給対象に当該気体を供給するための供給用ダクトを介して当該供給対象に接続されて、前記第１凝縮器内の冷媒および当該気体を相互に熱交換させる熱交換器と、
   前記供給対象および前記熱交換器の間で前記導入用ダクトおよび前記供給用ダクトを介して前記気体を循環させる送風機とを備え、
   前記供給対象から、前記導入用ダクト、前記熱交換器および前記供給ダクトを経て当該供給対象に至る前記気体の循環路の外に前記第２凝縮器および前記蒸発器が配設されると共に、前記送風機によって前記導入用ダクトを介して前記熱交換器内に導入される前記気体を前記第１凝縮器内の前記冷媒との熱交換によって加熱した後に前記供給用ダクトを介して前記供給対象に供給可能に構成されている加熱装置。
2. 前記圧縮機から吐出された前記冷媒の温度を検出してセンサ信号を出力する温度センサと、
   前記膨張弁としての電子膨張弁と、
   前記センサ信号に基づいて前記冷媒の温度を特定すると共に、特定した当該温度が予め規定された温度調整範囲の上限を超えるとの第１条件を満たしているときに前記電子膨張弁を制御して開度を増加させ、当該特定した温度が当該温度調整範囲の下限を下回るとの第２条件を満たしているときに当該電子膨張弁を制御して開度を減少させ、かつ当該特定した温度が当該第１条件および当該第２条件のいずれも満たしていないときに当該電子膨張弁の開度を維持させる開度調整処理を実行する制御部とを備えている請求項１記載の加熱装置。
3. 前記制御部は、前記第１の条件および前記第２の条件のいずれかが満たされて前記電子膨張弁の開度を変化させてから、変化させた当該開度を維持させた状態で予め規定された待機時間が経過したときに、前記センサ信号に基づいて前記冷媒の温度を特定すると共に、特定した当該温度に応じて前記開度調整処理を実行する請求項２記載の加熱装置。
4. 前記冷凍サイクルは、前記冷媒としての二酸化炭素を使用して前記気体を加熱可能に構成されている請求項１から３のいずれかに記載の加熱装置。

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