TWI695149B - 溫度控制系統及溫度控制裝置 - Google Patents

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日商伸和控制工業股份有限公司
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Abstract

可將控制對象空間簡易地在安定的狀態下進行溫度控制成溫度控制範圍內的所希望的溫度。

溫度控制系統係具備有：第1溫度控制裝置(1)、及第2溫度控制裝置(101)。在第1溫度控制裝置(1)中，位於冷凍裝置(2)的冷凍電路(10)中的膨脹閥下游側、且為蒸發器上游側的部分、與位於鹵水循環裝置(3)的鹵水循環路(31)中的加熱部(32)的下游側的部分，構成冷凍能力調節機構(FC)，以冷凍電路(10)的蒸發器進行冷卻。在第2溫度控制裝置(101)中，冷凍裝置(102)具有：將凝縮後的冷媒旁通至壓縮機上游的噴射電路(120)、及將壓縮後的高溫冷媒旁通至壓縮機上游的熱氣電路(124)。鹵水循環裝置(103)的鹵水循環路(131)的一部分、與冷凍裝置(102)的蒸發器(114)，構成加熱能力調節用熱交換器(HC)，藉由鹵水循環路(131)的負荷部，進行加熱或冷卻。

Description

溫度控制系統及溫度控制裝置
本發明係關於用以進行藉由冷卻及加熱所為之溫度控制的溫度控制系統。此外，本發明係關於可被使用在如上所示之溫度控制系統的溫度控制裝置及冷凍裝置。
在例如對試驗體進行大溫度差的循環試驗的溫度控制系統中，通常使用具有複數冷凍電路的多元冷凍裝置(參照例如專利文獻1)。多元冷凍裝置一般可進行比單元式冷凍裝置更為低溫的溫度控制，因此被使用在執行例如在-40℃以下的超低溫的溫度控制的情形等。另一方面，關於加熱裝置，採用：藉由電氣式的加熱器，直接將溫度控制對象空間或溫度控制對象物加熱的構成、或藉由以加熱器被加熱的鹵水，將溫度控制對象空間或溫度控制對象物加熱的構成等。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本特開2007-240105號公報
但是，以需要進行大溫度差之循環試驗的試驗體而言，列舉例如燃料電池車的氫氣槽。燃料電池車在今後被期待在眾多地域普及。為實現該期待，必須對氫氣槽進行假想各種環境的試驗，在用以進行如上所示之試驗的溫度控制系統中，圖求可確保充分寬的溫度控制範圍、及可有彈性地將試驗體的溫度在安定的狀態下控制成所希望的溫度。
本發明係考慮到如上所示之實際情形而完成者，目的在提供可確保由低溫遍及高溫之充分大的溫度控制範圍，可將溫度控制對象空間或溫度控制對象物，簡易地在安定的狀態下進行溫度控制成溫度控制範圍內的所希望的溫度的溫度控制系統。
此外，本發明之目的在提供無須操作冷凍電路的構成要素，可簡易地大範圍調節該冷凍電路的冷凍能力的溫度控制裝置。
此外，本發明之目的在提供可進行安定的溫度控制的冷凍裝置及具備其之溫度控制裝置。
本發明之溫度控制系統係具備有：第1溫度 控制裝置、及第2溫度控制裝置，將溫度控制對象空間或溫度控制對象物進行溫度控制的溫度控制系統，前述第1溫度控制裝置係包含：低溫側冷凍裝置、及低溫側鹵水循環裝置，前述低溫側冷凍裝置係具有：第1低溫側冷凍電路，其係第1低溫側壓縮機、第1低溫側凝縮器、第1低溫側膨脹閥、及第1低溫側蒸發器以依此順序使第1低溫側冷媒作循環的方式相連接，前述低溫側鹵水循環裝置係具有：用以使低溫側鹵水作循環的低溫側鹵水循環路；及構成前述低溫側鹵水循環路的一部分而且可將被接受到的前述低溫側鹵水加熱的低溫側加熱部，位於前述第1低溫側冷凍電路中的前述第1低溫側膨脹閥的下游側且為前述第1低溫側蒸發器的上游側的部分、與位於前述低溫側鹵水循環路中的前述低溫側加熱部的下游側的部分，構成可互相作熱交換的冷凍能力調節機構，前述第1低溫側蒸發器係可在於該第1低溫側蒸發器通流的前述第1低溫側冷媒，將前述溫度控制對象空間或前述溫度控制對象物的熱吸熱，前述第2溫度控制裝置係包含：高溫側冷凍裝置、及高溫側鹵水循環裝置，前述高溫側冷凍裝置係具有：高溫側冷凍電路，其係高溫側壓縮機、高溫側凝縮 器、高溫側膨脹閥、及高溫側蒸發器以依此順序使高溫側冷媒作循環的方式相連接；噴射電路，其係具有：將位於前述高溫側冷凍電路中的前述高溫側凝縮器的下游側且為前述高溫側膨脹閥的上游側的部分、及位於前述高溫側冷凍電路中的前述高溫側蒸發器的下游側且為前述高溫側壓縮機的上游側的部分，以前述高溫側冷媒可通流的方式相連通的噴射流路；及可調節在前述噴射流路通流的前述高溫側冷媒的流量的噴射閥；及熱氣電路，其係具有：將位於前述高溫側冷凍電路中的前述高溫側壓縮機的下游側且為前述高溫側凝縮器的上游側的部分、及位於前述噴射流路中的前述噴射閥的下游側的部分，以前述高溫側冷媒可通流的方式相連通的熱氣流路；及可調節在前述熱氣流路通流的前述高溫側冷媒的流量的熱氣閥，前述高溫側鹵水循環裝置係具有：用以使高溫側鹵水作循環的高溫側鹵水循環路；構成前述高溫側鹵水循環路的一部分而且可將被接受到的前述高溫側鹵水加熱的高溫側加熱部；及在前述高溫側加熱部的下游側構成前述高溫側鹵水循環路的一部分而且可將被接受到的前述高溫側鹵水的熱放熱至前述溫度控制對象空間或前述溫度控制對象物、或可在前述高溫側鹵水將前述溫度控制對象空間或前述溫度控制對象物的熱吸熱的負荷部， 前述高溫側鹵水循環路的一部分、與前述高溫側冷凍裝置的前述高溫側蒸發器，構成可互相作熱交換的加熱能力調節用熱交換器。
藉由本發明之溫度控制系統，在第1溫度控制裝置中，在低溫側冷凍裝置的第1低溫側冷凍電路中的第1低溫側蒸發器的上游側的部分，可將第1低溫側冷媒藉由低溫側鹵水進行加熱，此時，可按照低溫側鹵水的加熱能力來調節第1低溫側蒸發器中的冷凍能力。因此，無須操作低溫側冷凍電路的構成要素，可簡易地大範圍調節該冷凍電路的冷凍能力。
此外，在第2溫度控制裝置中，可將藉由高溫側凝縮器被凝縮的高溫側冷媒，以不會流入至高溫側蒸發器的方式通過噴射電路而旁通至高溫側蒸發器的下游側，而且，可將藉由高溫側壓縮機被吐出的高溫的高溫側冷媒，通過熱氣電路而旁通至高溫側蒸發器的下游側。藉此，可控制流入至高溫側蒸發器的高溫側冷媒的流量，且可有彈性地調節在高溫側蒸發器被輸出的冷凍能力。此時，不會有流入至高溫側蒸發器的高溫側冷媒被混合在高壓的高溫側冷媒的情形，因此可使被輸出的冷凍能力安定。此外，藉由調節通過噴射電路而被旁通之經凝縮的高溫側冷媒、與通過熱氣電路而被旁通之高溫的高溫側冷媒的比例，可將流入至高溫側壓縮機的高溫側冷媒的狀態或溫度輕易地控制成所希望的狀態。藉此，可一邊有彈性地調節冷凍能力一邊進行安定的溫度控制。藉此，藉由高溫側冷凍裝置所輸 出之在安定狀態下經調節的冷凍能力，可控制高溫側鹵水循環裝置的高溫側鹵水的溫度，來調節負荷部的加熱能力或冷凍能力，因此可藉由負荷部來進行安定的溫度控制。
接著，以第1溫度控制裝置與第2溫度控制裝置來改變溫度控制範圍，藉此可確保由低溫遍及高溫之充分大的溫度控制範圍。
本發明之溫度控制系統亦可另外具備有：控制部，其係控制前述第1溫度控制裝置、及前述第2溫度控制裝置，前述控制部係使得：當將前述溫度控制對象空間或前述溫度控制對象物，進行溫度控制成低溫域中的所希望的溫度時，以前述低溫側冷凍裝置使前述第1低溫側冷媒作循環，以前述低溫側鹵水循環裝置使前述低溫側鹵水作循環，而且以前述高溫側鹵水循環裝置使前述高溫側鹵水作循環，另一方面，不以前述高溫側冷凍裝置使前述高溫側冷媒作循環，當將前述溫度控制對象空間或前述溫度控制對象物，進行溫度控制成被設定為比前述低溫域為更高的範圍的中溫域中的所希望的溫度時，不以前述低溫側冷凍裝置使前述第1低溫側冷媒作循環，而且不以前述低溫側鹵水循環裝置使前述低溫側鹵水作循環，另一方面，以前述高溫側冷凍裝置使前述高溫側冷媒作循環，而且以前述高溫側鹵水循環裝置使前述高溫側鹵水作循環，當將前述溫度控制對象空間或前述溫度控制對象物， 進行溫度控制成被設定為比前述中溫域為更高的範圍的高溫域中的所希望的溫度時，不以前述低溫側冷凍裝置使前述第1低溫側冷媒作循環，而且不以前述低溫側鹵水循環裝置使前述低溫側鹵水作循環，另一方面，以前述高溫側冷凍裝置使前述高溫側冷媒作循環，而且以前述高溫側鹵水循環裝置使前述高溫側鹵水作循環，以前述高溫側鹵水循環裝置作循環的前述高溫側鹵水的流量，比前述中溫域的情形下的流量更為增加。
此時，以低溫側冷凍裝置使第1低溫側冷媒作循環，且以低溫側鹵水循環裝置使低溫側鹵水作循環，進行對低溫域中的所希望的溫度的溫度控制時，以高溫側鹵水循環裝置使高溫側鹵水作循環，藉此切換成由低溫域對中溫域或高溫域的溫度控制時，可迅速實施藉由高溫側鹵水所為之溫度控制，藉此可有效縮短由低溫域對中溫域或高溫域中之所希望的溫度的到達時間。此外，若由中溫域至高溫域切換溫度控制時，使以高溫側鹵水循環裝置作循環的高溫側鹵水的流量，比中溫域之情形下的流量更為增加，藉此可有效縮短由中溫域對高溫域中之所希望的溫度的到達時間。
在本發明之溫度控制系統中，亦可在前述第1溫度控制裝置中，位於前述第1低溫側冷凍電路中的前述第1低溫側膨脹閥的下游側且為前述第1低溫側蒸發器的上游側的部分、及位於前述第1低溫側冷凍電路中的前述第1低溫側蒸發器的下游側且為前述 第1低溫側壓縮機的上游側的部分，構成可互相作熱交換的內部熱交換器，前述內部熱交換器係以前述第1低溫側冷媒流動的方向，被配置在前述冷凍能力調節機構的上游側。
此時，通過第1低溫側蒸發器而升溫的第1低溫側冷媒在被吸入至第1低溫側壓縮機之前，藉由第1低溫側膨脹閥所吐出的低溫的第1低溫側冷媒被冷卻，藉此可抑制具有過量的過熱度的第1低溫側冷媒被吸入至第1低溫側壓縮機。藉此，可抑制第1低溫側冷媒的熱分解及第1低溫側壓縮機的燒毀，可提升溫度控制的安定性。
尤其，若在進行藉由第2溫度控制裝置所為之加熱之後，進行藉由第1溫度控制裝置所為之冷卻時，在第1溫度控制裝置中以第1低溫側蒸發器作熱交換的第1低溫側冷媒具有過量的過熱度的風險會增高，但是可抑制如上所示之第1低溫側冷媒被吸入至第1低溫側壓縮機。因此，可確保併用第1溫度控制裝置與第2溫度控制裝置的系統中的溫度控制的適當安定性。
此外，在本發明之溫度控制系統中，亦可前述第2溫度控制裝置係另外具備有過冷卻電路，其係具有：將位於前述高溫側冷凍電路中的前述高溫側凝縮器的下游側且為與前述噴射流路的連接位置的上游側的部分、及位於前述高溫側冷凍電路中的前述高溫側壓縮機或前述高溫側壓縮機的上游側且為前述高溫側蒸發器的下游側的部分，以前述高溫側冷媒可通流的方式相連通 的過冷卻用旁通流路；及控制在前述過冷卻用旁通流路通流的前述冷媒的流量的過冷卻控制閥，位於前述過冷卻用旁通流路中的前述過冷卻控制閥的下游側的部分、與位於前述高溫側冷凍電路中與前述過冷卻用旁通流路的連接位置的下游側且為與前述噴射流路的連接位置的上游側的部分，構成可互相作熱交換的過冷卻用熱交換器。
此時，藉由過冷卻用熱交換器，可使高溫側冷媒的冷凍能力增大，藉此可使冷凍能力的調節範圍放大。此外，由過冷卻用熱交換器被吐出的高溫側冷媒通過噴射電路而被旁通，因此可使通過熱氣電路而被旁通至高溫側蒸發器的下游側的高溫的高溫側冷媒的溫度有效率地降低。
尤其，若在進行藉由第1溫度控制裝置所為之冷卻之後進行藉由第2溫度控制裝置所為之加熱時，若無過冷卻用熱交換器，在第2溫度控制裝置中以高溫側蒸發器與高溫側鹵水作熱交換的高溫側冷媒無法充分確保過熱度，冷凍能力降低的風險增高，但是可藉由過冷卻用熱交換器來補償冷凍能力。因此，可抑制高溫側蒸發器中的非希望的冷凍能力的降低的發生，且可確保併用第1溫度控制裝置與第2溫度控制裝置的系統中的溫度控制的適當安定性。
此外，本發明之溫度控制裝置係具備有：冷凍裝置，其係具有第1壓縮機、第1凝縮器、第1膨脹閥、及第1蒸發器以依此順序使第1冷媒作循環的方式相 連接的第1冷凍電路；及鹵水循環裝置，其係具有：用以使鹵水作循環的鹵水循環路；及構成前述鹵水循環路的一部分而且可將被接受到的前述鹵水加熱的加熱部，位於前述第1冷凍電路中的前述第1膨脹閥的下游側且為前述第1蒸發器的上游側的部分、與位於前述鹵水循環路中的前述加熱部的下游側的部分，構成可互相作熱交換的冷凍能力調節機構。
藉由本發明之溫度控制裝置，在冷凍裝置的第1冷凍電路中的第1蒸發器的上游側的部分，可將第1冷媒藉由鹵水進行加熱，此時，可按照鹵水的加熱能力來調節第1蒸發器中的冷凍能力。因此，無須操作冷凍電路的構成要素，可簡易地大範圍調節該冷凍電路的冷凍能力。
在本發明之溫度控制裝置中，亦可位於前述第1冷凍電路中的前述第1膨脹閥的下游側且為前述第1蒸發器的上游側的部分、與位於前述第1冷凍電路中的前述第1蒸發器的下游側且為前述第1壓縮機的上游側的部分，構成可互相作熱交換的內部熱交換器，前述內部熱交換器係以前述第1冷媒流動的方向，被配置在前述冷凍能力調節機構的上游側。
此時，通過第1蒸發器而升溫的第1冷媒在被吸入至第1壓縮機之前，藉由第1膨脹閥所吐出的低溫的第1冷媒被冷卻，藉此可抑制具有過量的過熱度的第1冷媒被吸入至第1壓縮機。藉此，可抑制第1冷媒的熱分 解及第1壓縮機的燒毀，可提升溫度控制的安定性。
此外，在本發明之溫度控制裝置中，亦可前述冷凍裝置係二元冷凍裝置，另外具有第2壓縮機、第2凝縮器、第2膨脹閥、及第2蒸發器以依此順序使第2冷媒作循環的方式相連接的第2冷凍電路，前述第1凝縮器與前述第2蒸發器，構成可互相作熱交換的級聯冷凝器。
此時，與冷凍裝置為單元式的構成相比較，可將冷凍裝置中之冷凍能力確保較高，而且可加寬可調節的冷凍能力的範圍。藉此，可放大溫度控制裝置可控制的溫度範圍，且可使其通用性放大。
此外，本發明之冷凍裝置係具備有：冷凍電路，其係以壓縮機、凝縮器、膨脹閥、及蒸發器以依此順序使冷媒作循環的方式相連接；噴射電路，其係具有：將位於前述冷凍電路中的前述凝縮器的下游側且為前述膨脹閥的上游側的部分、及位於前述冷凍電路中的前述蒸發器的下游側且為前述壓縮機的上游側的部分，以前述冷媒可通流的方式相連通的噴射流路；及可調節在前述噴射流路通流的前述冷媒的流量的噴射閥；及熱氣電路，其係具有：將位於前述冷凍電路中的前述壓縮機的下游側且為前述凝縮器的上游側的部分、及位於前述噴射流路中的前述噴射閥的下游側的部分，以前述冷媒可通流的方式相連通的熱氣流路；及可調節在前述熱氣流路通流的前述冷媒的流量的熱氣閥。
藉由本發明之冷凍裝置，可將藉由凝縮器被凝縮的冷媒，以不會流入至蒸發器的方式通過噴射電路而旁通至蒸發器的下游側，而且可將藉由壓縮機被吐出的高溫的冷媒，通過熱氣電路而旁通至蒸發器的下游側。藉此，可控制流入至蒸發器的冷媒的流量，且可有彈性地調節以蒸發器被輸出的冷凍能力。此時，不會有流入至蒸發器的冷媒被混合在高壓的冷媒的情形，因此可使被輸出的冷凍能力安定。此外，藉由調節通過噴射電路而被旁通之經凝縮的冷媒、與通過熱氣電路而被旁通的高溫的冷媒的比例，可將流入至壓縮機的冷媒的狀態或溫度輕易地控制成所希望的狀態。藉此，可一邊有彈性地調節冷凍能力，一邊進行安定的溫度控制。
本發明之冷凍裝置亦可另外具備有過冷卻電路，其係具有：將位於前述冷凍電路中的前述凝縮器的下游側且為與前述噴射流路的連接位置的上游側的部分、及位於前述冷凍電路中的前述壓縮機或前述壓縮機的上游側且為前述蒸發器的下游側的部分，以前述冷媒可通流的方式相連通的過冷卻用旁通流路；及控制在前述過冷卻用旁通流路通流的前述冷媒的流量的過冷卻控制閥，位於前述過冷卻用旁通流路中的前述過冷卻控制閥的下游側的部分、與位於前述冷凍電路中與前述過冷卻用旁通流路的連接位置的下游側且為與前述噴射流路的連接位置的上游側的部分，構成可互相作熱交換的過冷卻用熱交換器。
此時，藉由過冷卻用熱交換器，可使冷媒的 冷凍能力增大，藉此可使冷凍能力的調節範圍放大。此外，由過冷卻用熱交換器被吐出的冷媒會通過噴射電路而被旁通，因此可使通過熱氣電路而被旁通至蒸發器的下游側的高溫的冷媒的溫度有效率地降低。
此外，本發明之冷凍裝置亦可另外具備有控制前述噴射閥的開度及前述熱氣閥的開度的控制部，前述控制部係根據所被設定的目標冷凍能力，調節前述噴射閥的開度及前述熱氣閥的開度，藉此調節流入至前述蒸發器的前述冷媒的流量，使前述目標冷凍能力輸出至前述蒸發器。
此外，本發明之冷凍裝置亦可另外具備有：溫度感測器，其係檢測由前述蒸發器的下游側流入至前述壓縮機之前的前述冷媒的溫度；及壓力感測器，其係檢測由前述蒸發器的下游側流入至前述壓縮機之前的前述冷媒的壓力，前述控制部係根據前述溫度感測器所檢測到的溫度及前述壓力感測器所檢測到的壓力，調節前述噴射閥的開度及前述熱氣閥的開度，藉此將流入至前述壓縮機的前述冷媒形成為氣相狀態且為預定的溫度以下。
此外，本發明之溫度控制裝置係具備有：前述冷凍裝置；及鹵水循環裝置，其係具有：用以使鹵水作循環的鹵水循環路；構成前述鹵水循環路的一部分而且可將被接受到的前述鹵水加熱的加熱部；及在前述加熱部的下游側構成前述鹵水循環路的一部分而且可將被接受到的前述鹵水的 熱放熱、或可在前述鹵水將熱吸熱的負荷部，前述鹵水循環路的一部分、與前述冷凍裝置的前述蒸發器，構成可互相作熱交換的加熱能力調節用熱交換器。
藉由本發明之溫度控制裝置，藉由冷凍裝置所輸出之在安定狀態下經調節的冷凍能力，可控制鹵水循環裝置的鹵水的溫度，來調節負荷部的加熱能力或冷凍能力。藉此，可藉由負荷部來進行安定的溫度控制。
藉由本發明之溫度控制系統，可確保由低溫遍及高溫之充分大的溫度控制範圍，可將溫度控制對象空間或溫度控制對象物，簡易地在安定的狀態下進行溫度控制成溫度控制範圍內的所希望的溫度。
藉由本發明之溫度控制裝置，無須操作冷凍電路的構成要素，可簡易地大範圍調節該冷凍電路的冷凍能力。
藉由本發明之冷凍裝置，可進行安定的溫度控制。
1‧‧‧第1溫度控制裝置
2‧‧‧低溫側冷凍裝置
3‧‧‧低溫側鹵水循環裝置
4‧‧‧腔室
10‧‧‧第1低溫側冷凍電路
11‧‧‧第1低溫側壓縮機
12‧‧‧第1低溫側凝縮器
13‧‧‧第1低溫側膨脹閥
14‧‧‧第1低溫側蒸發器
20‧‧‧第2低溫側冷凍電路
21‧‧‧第2低溫側壓縮機
22‧‧‧第2低溫側凝縮器
23‧‧‧第2低溫側膨脹閥
24‧‧‧第2低溫側蒸發器
30‧‧‧低溫側鹵水循環裝置
31‧‧‧低溫側鹵水循環路
32‧‧‧低溫側加熱部
33‧‧‧低溫側泵
34‧‧‧低溫側鹵水槽
40‧‧‧控制部
101‧‧‧第2溫度控制裝置
102‧‧‧高溫側冷凍裝置
103‧‧‧高溫側鹵水循環裝置
110‧‧‧高溫側冷凍電路
111‧‧‧高溫側壓縮機
112‧‧‧高溫側凝縮器
113‧‧‧高溫側膨脹閥
114‧‧‧高溫側蒸發器
115A‧‧‧接受槽
115B‧‧‧過濾乾燥器
116‧‧‧過冷卻電路
117‧‧‧過冷卻用旁通流路
118‧‧‧過冷卻控制閥
120‧‧‧噴射電路
121‧‧‧噴射流路
122‧‧‧噴射閥
124‧‧‧熱氣電路
125‧‧‧熱氣流路
126‧‧‧熱氣閥
128‧‧‧溫度感測器
129‧‧‧壓力感測器
131‧‧‧高溫側鹵水循環路
131A‧‧‧第1分歧部
131B‧‧‧第2分歧部
132‧‧‧高溫側主加熱部
133‧‧‧高溫側泵
134A‧‧‧第1高溫側次加熱部
134B‧‧‧第2高溫側次加熱部
135A‧‧‧第1負荷部
135B‧‧‧第2負荷部
136‧‧‧高溫側鹵水槽
200‧‧‧溫度控制系統
CC‧‧‧級聯冷凝器
FC‧‧‧冷凍能力調整機構
IC‧‧‧內部熱交換器
S‧‧‧溫度控制對象空間
SC‧‧‧過冷卻用熱交換器
HC‧‧‧加熱能力調節用熱交換器
圖1係顯示本發明之一實施形態之溫度控制系統的概略構成的圖。
圖2係圖1所示之溫度控制系統的第2溫度控制裝置中之高溫側冷凍裝置的放大圖。
圖3係顯示圖1所示之溫度控制系統的第1溫度控制 裝置中之低溫側冷凍電路之莫利爾線圖(Mollier diagram)之一例的圖。
圖4係顯示圖1所示之溫度控制系統的第2溫度控制裝置中之高溫側冷凍裝置之莫利爾線圖之一例的圖。
圖5係顯示在圖1所示之溫度控制系統中進行低溫域之溫度控制時的狀態的圖。
圖6係顯示在圖1所示之溫度控制系統中進行中溫域或高溫域之溫度控制時的狀態的圖。
以下說明本發明之一實施形態。
圖1係顯示本發明之一實施形態之溫度控制系統200的概略構成的圖。如圖1所示，本實施形態之溫度控制系統200係具備有：第1溫度控制裝置1；第2溫度控制裝置101；及規定溫度控制對象空間S的腔室4。該溫度控制系統200係可藉由第1溫度控制裝置1及第2溫度控制裝置101，將溫度控制對象空間S的溫度進行溫度控制成由低溫遍及高溫的溫度控制範圍內的所希望的溫度。以下詳述溫度控制系統200的各構成。
<第1溫度控制裝置>
如圖1所示，本實施形態中之第1溫度控制裝置1係具有：低溫側冷凍裝置2、及低溫側鹵水循環裝置3。第1溫度控制裝置1係藉由低溫側鹵水循環裝置3來調節低 溫側冷凍裝置2的冷凍能力，藉此可將溫度控制對象空間S冷卻。
本實施形態中之低溫側冷凍裝置2係二元冷凍裝置，具備有：第1低溫側壓縮機11、第1低溫側凝縮器12、第1低溫側膨脹閥13、及第1低溫側蒸發器14以依該順序使第1低溫側冷媒作循環的方式相連接的第1低溫側冷凍電路10；及第2低溫側壓縮機21、第2低溫側凝縮器22、第2低溫側膨脹閥23、及第2低溫側蒸發器24以依該順序使第2低溫側冷媒作循環的方式相連接的第2低溫側冷凍電路20，第1低溫側凝縮器12與第2低溫側蒸發器24構成可互相作熱交換的級聯冷凝器CC。
在第1低溫側冷凍電路10中，藉由第1低溫側壓縮機11被壓縮的第1低溫側冷媒流入至構成級聯冷凝器CC的第1低溫側凝縮器12，藉由第2低溫側冷凍電路20的第2低溫側蒸發器24被凝縮。之後，第1低溫側冷媒係藉由第1低溫側膨脹閥13被減壓而成為低溫，且流入至第1低溫側蒸發器14。在圖示之例中，第1低溫側蒸發器14被配置在腔室4內，流入至第1低溫側蒸發器14的第1低溫側冷媒係將溫度控制對象空間S的熱進行吸熱，而流入至第1低溫側壓縮機11。
在本實施形態中，位於第1低溫側冷凍電路10中的第1低溫側膨脹閥13的下游側且為第1低溫側蒸發器14的上游側的部分、與位於第1低溫側冷凍電路10中的第1低溫側蒸發器14的下游側且為第1低溫側壓縮 機11的上游側的部分，構成可互相作熱交換的內部熱交換器IC。藉此，在通過第1低溫側蒸發器14而升溫的第1低溫側冷媒被吸入至第1低溫側壓縮機11之前，藉由第1低溫側膨脹閥13所吐出的低溫的第1低溫側冷媒被冷卻。
在第2低溫側冷凍電路20中，藉由第2低溫側壓縮機21，使以級聯冷凝器CC將第1低溫側冷媒的熱進行吸熱的第2低溫側冷媒被壓縮。被壓縮的第2低溫側冷媒係流入至第2低溫側凝縮器22，且藉由例如在第2低溫側凝縮器22流通的冷卻水被凝縮。之後，第2低溫側冷媒係藉由第2低溫側膨脹閥23被減壓而成為低溫，且流入至構成級聯冷凝器CC的第2低溫側蒸發器24，將流入至第1低溫側凝縮器12的第1低溫側冷媒冷卻。
低溫側鹵水循環裝置3係具有：用以使低溫側鹵水作循環的低溫側鹵水循環路31；構成低溫側鹵水循環路31的一部分而且可將接受到的低溫側鹵水加熱的低溫側加熱部32；構成低溫側鹵水循環路31的一部分而且賦予用以使低溫側鹵水在低溫側鹵水循環路31內作循環的驅動力的低溫側泵33；及被連接在低溫側加熱部32的低溫側鹵水槽34。
在圖示之例中，當藉由低溫側泵33的驅動，低溫側鹵水在低溫側鹵水循環路31內以圖中順時鐘方向作循環時，低溫側加熱部32可將伴隨低溫側鹵水的循環被接受到的低溫側鹵水，以所希望的加熱量進行加熱。低 溫側加熱部32係具有：使低溫側鹵水流入的外殼部；及被配置在外殼部內的加熱器，可藉由調節加熱器的加熱量，來調節低溫側鹵水的加熱能力。在本實施形態中，低溫側加熱部32係可將低溫側鹵水加熱至比藉由第1低溫側膨脹閥13被減壓而且以內部熱交換器IC被熱交換的第1低溫側冷媒的溫度更為高溫。在低溫側鹵水槽34內係貯留有低溫側鹵水，在被貯留的低溫側鹵水的液面與低溫側鹵水槽34的上壁之間形成有氣層部分。低溫側加熱部32的外殼部係以流體式地連接於鹵水槽34中的氣層部分與低溫側鹵水的液層部分。
在此，在本實施形態中，位於第1低溫側冷凍電路10中的第1低溫側膨脹閥13的下游側且為第1低溫側蒸發器14的上游側的部分、與位於低溫側鹵水循環路31中的低溫側加熱部32的下游側的部分，構成可互相作熱交換的冷凍能力調節機構FC。在圖示之例中，冷凍能力調節機構FC係以第1低溫側冷媒流動的方向，被配置在內部熱交換器IC的下游側。亦即，內部熱交換器IC係以第1低溫側冷媒流動的方向，被配置在冷凍能力調節機構FC的上游側。更詳言之，在由第1低溫側冷凍電路10中的第1低溫側膨脹閥13被吐出的第1低溫側冷媒至第1低溫側蒸發器14的部分中，內部熱交換器IC係被配置在冷凍能力調節機構FC的上游側。藉此，在低溫側冷凍裝置2的第1低溫側冷凍電路10中的第1低溫側蒸發器14的上游側的部分中，可將第1低溫側冷媒藉由鹵水 加熱。
<第2溫度控制裝置>
如圖1所示，本實施形態之第2溫度控制裝置101係具有：高溫側冷凍裝置102、及高溫側鹵水循環裝置103。在該第2溫度控制裝置101中，高溫側鹵水循環裝置103可將溫度控制對象空間S的溫度進行加熱或冷卻。高溫側冷凍裝置102係構成為：若調節高溫側鹵水循環裝置103的加熱能力或冷凍能力，將在高溫側鹵水循環裝置103內作循環的高溫側鹵水進行冷卻。
本實施形態中之高溫側冷凍裝置102係單元式的冷凍裝置，具備有：以高溫側壓縮機111、高溫側凝縮器112、高溫側膨脹閥113、及高溫側蒸發器114以依該順序使高溫側冷媒作循環的方式相連接的高溫側冷凍電路110；設成用以使在高溫側冷凍電路110通流的高溫側冷媒進行旁通的噴射電路120及熱氣電路124；及用以將在高溫側冷凍電路110通流的高溫側冷媒進行過冷卻的過冷卻電路116。圖2係高溫側冷凍裝置102的放大圖。以下一邊參照圖2，一邊詳述高溫側冷凍裝置102的各構成。
在圖2所示之高溫側冷凍電路110中，以基本的冷媒流而言，藉由高溫側壓縮機111被壓縮的高溫側冷媒流入至高溫側凝縮器112，流入至高溫側凝縮器112的高溫側冷媒係例如藉由冷卻水被凝縮。之後，高溫側冷 媒係藉由高溫側膨脹閥113被減壓而成為低溫，且流入至高溫側蒸發器114。流入至高溫側蒸發器114的冷媒係在進行熱交換之後，流入至高溫側壓縮機111。詳情後述，本實施形態中之高溫側冷凍裝置102係構成為藉由高溫側蒸發器114，將在高溫側鹵水循環裝置103內作循環的高溫側鹵水進行冷卻。
噴射電路120係具有：將位於高溫側冷凍電路110中的高溫側凝縮器112的下游側且為高溫側膨脹閥113的上游側的部分、及位於高溫側冷凍電路110中的高溫側蒸發器114的下游側且為高溫側壓縮機111的上游側的部分，以高溫側冷媒可通流的方式進行連通(連接)的噴射流路121；及可調節在噴射流路121通流的冷媒的流量的噴射閥122。在該噴射電路120中，係藉由調節噴射閥122的開度，可使在高溫側凝縮器112的下游側通流之經凝縮的高溫側冷媒旁通至高溫側壓縮機111的上游側。
熱氣電路124係具有：將位於高溫側冷凍電路110中的高溫側壓縮機111的下游側且為高溫側凝縮器112的上游側的部分、及位於噴射流路121中的噴射閥122的下游側的部分，以冷媒可通流的方式進行連通(連接)的熱氣流路125；及可調節在熱氣流路125通流的冷媒的流量的熱氣閥126。該熱氣電路124係可藉由調節熱氣閥126的開度，使在高溫側壓縮機111的下游側通流的高溫高壓的冷媒旁通至高溫側壓縮機111的上游側。
此外在本實施形態中，過冷卻電路116係具 有：將位於高溫側冷凍電路110中的高溫側凝縮器112的下游側且為與噴射流路121的連接位置的上游側的部分及高溫側冷凍電路110中的高溫側壓縮機111，以高溫側冷媒可通流的方式進行連通(連接)的過冷卻用旁通流路117；及控制在過冷卻用旁通流路117通流的冷媒的流量的過冷卻控制閥118。在本實施形態中，位於過冷卻用旁通流路117中的過冷卻控制閥118的下游側的部分、與位於高溫側冷凍電路110中與過冷卻用旁通流路117的連接位置的下游側且為與噴射流路121的連接位置的上游側的部分，構成可互相作熱交換的過冷卻用熱交換器SC。
在過冷卻用熱交換器SC中，藉由打開過冷卻控制閥118，使在高溫側凝縮器112的下游側通流之經凝縮的高溫側冷媒，在過冷卻用旁通流路117中的過冷卻控制閥118的下游側膨脹而成為低溫，藉此可對由高溫側凝縮器112透過過冷卻用熱交換器SC而通流至高溫側膨脹閥113側的冷媒賦予過冷卻度。另一方面，在過冷卻用旁通流路117通流的高溫側冷媒係流入至位於高溫側冷凍電路110中的高溫側壓縮機111的上游側且為高溫側蒸發器114的下游側的部分。具體而言，在本實施形態中，在過冷卻用旁通流路117通流的冷媒在藉由高溫側壓縮機111所為之高溫側冷媒的壓縮中，與通過在高溫側壓縮機111中被壓縮的高溫側蒸發器114的高溫側冷媒合流。
此外，在圖示之例中，接受槽115A與過濾乾燥器115B依此順序被設在位於高溫側冷凍電路110中的 高溫側凝縮器112的下游側且為與過冷卻用旁通流路117的連接位置的上游側的部分。
返回至圖1，高溫側鹵水循環裝置103係具有：為了使高溫側鹵水作循環而形成環狀的高溫側鹵水循環路131；構成高溫側鹵水循環路131的一部分，而且可將接受到的高溫側鹵水加熱的高溫側主加熱部132；構成高溫側鹵水循環路131的一部分，而且賦予用以使鹵水在高溫側鹵水循環路131內作循環的驅動力的高溫側泵133；被配置在高溫側泵133的下游側，且構成高溫側鹵水循環路131的一部分，而且可將接受到的高溫側鹵水加熱的第1高溫側次加熱部134A及第2高溫側次加熱部134B；被配置在第1高溫側次加熱部134A的下游側，而構成高溫側鹵水循環路131的一部分的第1負荷部135A；被配置在第2高溫側次加熱部134B的下游側，而構成高溫側鹵水循環路131的一部分的第2負荷部135B；及連接於高溫側主加熱部132的高溫側鹵水槽136。高溫側鹵水係不會作相變化或在不會相變化的範圍內，在負荷部135A、135B中可將熱進行放熱或吸熱的物質，按照所希望的溫度控制範圍，選擇其種類。高溫側鹵水亦可為例如乙二醇水溶液、氯化鈣水溶液、水等。
在本實施形態中，高溫側鹵水循環路131中的高溫側泵133的下游側的部分分歧為：第1分歧部131A、及2分歧部131B，第1高溫側次加熱部134A及第1負荷部135A的各個係構成第1分歧部131A的一部 分，第2高溫側次加熱部134B及第2負荷部135B的各個係構成第2分歧部131B的一部分。第1分歧部131A與第2分歧部131B係在第1負荷部135A及第2負荷部135B的下游側合流。通過第1分歧部131A與第2分歧部131B的合流位置的鹵水係在通過後述之加熱能力調節用熱交換器HC之後，流至高溫側主加熱部132側，在通過高溫側主加熱部132之後，再度流入至第1分歧部131A與第2分歧部131B。
高溫側主加熱部132、第1高溫側次加熱部134A、及第2高溫側次加熱部134B的各個係當藉由高溫側泵133的驅動，高溫側鹵水在高溫側鹵水循環路131內作循環時，可以所希望的加熱量將伴隨高溫側鹵水的循環被接受到的高溫側鹵水加熱。各加熱部132、134A、134B係具有：使高溫側鹵水流入的外殼部；及被配置在外殼部內的加熱器，藉由調節加熱器的加熱量，可調節高溫側鹵水的加熱能力。在圖示之例中，在高溫側主加熱部132配置複數加熱器，在第1高溫側次加熱部134A及第2高溫側次加熱部134B係分別配置1個加熱器。但是，如上所示之加熱器的個數並未被特別限定，若按照在溫度控制對象空間S所設定的最大的控制溫度來設定即可。
如圖1所示，在本實施形態中，第1負荷部135A及第2負荷部135B係被配置在腔室4內，可在溫度控制對象空間S中將鹵水的熱進行放熱、或在鹵水將溫度控制對象空間S的熱進行吸熱。亦即，第2溫度控制裝置 101係當將溫度控制對象空間S加熱時，由第1負荷部135A及第2負荷部135B，在溫度控制對象空間S將熱進行放熱，另一方面，當將溫度控制對象空間S冷卻時，則在第1負荷部135A及第2負荷部135B，將溫度控制對象空間S的熱進行吸熱。
此外，在高溫側鹵水槽136內係貯留有鹵水，在被貯留的鹵水的液面與高溫側鹵水槽136的上壁之間係形成有氣層部分。高溫側主加熱部132的外殼部係流體式地連接在高溫側鹵水槽136中的氣層部分與高溫側鹵水的液層部分。
在此，在本實施形態中，如圖1所示，高溫側鹵水循環路131的一部分與高溫側冷凍裝置的高溫側蒸發器114，構成可互相作熱交換的加熱能力調節用熱交換器HC。詳言之，在本實施形態中，位於高溫側鹵水循環路131中的第1負荷部135A及第2負荷部135B的下游側且為高溫側主加熱部132的上游側的部分、與高溫側蒸發器114，構成加熱能力調節用熱交換器HC。藉此，可將高溫側鹵水循環裝置103中的高溫側鹵水，藉由高溫側冷凍裝置102冷卻。接著在本實施形態中，因藉由高溫側冷凍裝置102被冷卻的高溫側鹵水藉由高溫側主加熱部132、第1高溫側次加熱部134A、及第2高溫側次加熱部134B被加熱、或未被加熱而通過該等，藉此可以所希望的加熱能力或冷凍能力，將溫度控制對象空間S進行溫度控制。
<控制部>
接著說明控制溫度控制系統200中的各部的控制部40。在圖1中係顯示控制部40、及被設在第1溫度控制裝置1及第2溫度控制裝置101的複數溫度感測器及壓力感測器。在本實施形態中，控制部40構成為：根據複數溫度感測器及壓力感測器的檢測，控制第1溫度控制裝置1的各部(低溫側泵33、第1低溫側壓縮機11、第2低溫側壓縮機21、低溫側加熱部32等)及第2溫度控制裝置101中的各部(高溫側泵133、高溫側壓縮機111、噴射閥122、熱氣閥126、加熱部132、134A、134B等)。
例如，本實施形態中之控制部40係可切換低溫側泵33、第1低溫側壓縮機11、及第2低溫側壓縮機21的驅動與停止，並且可切換高溫側泵133、及高溫側壓縮機111的驅動與停止。此外，控制部40係根據所被設定的目標冷凍能力來調節噴射閥122的開度及熱氣閥126的開度，藉此調節流入至高溫側蒸發器114的高溫側冷媒的流量，使目標冷凍能力輸出至高溫側蒸發器114。在此，目標冷凍能力亦可按照被使用者設定在溫度控制對象空間S的目標溫度等，藉由控制部40來進行運算。
此外在圖2中，符號128係表示檢測由高溫側蒸發器114的下游側流入至高溫側壓縮機111之前的高溫側冷媒的溫度的溫度感測器，符號129係表示檢測由高溫側蒸發器114的下游側流入至高溫側壓縮機111之前的 高溫側冷媒的壓力的壓力感測器。在圖示之例中，高溫側溫度感測器128及高溫側壓力感測器129係被配置在比噴射電路120及熱氣電路124對高溫側冷凍電路110的連接位置更為下游側。在本實施形態中，如上所述調節高溫側冷凍裝置102的冷凍能力時，控制部40根據溫度感測器128所檢測到的溫度及壓力感測器129所檢測到的壓力，來調節噴射閥122的開度及熱氣閥126的開度，藉此將流入至高溫側壓縮機111的高溫側冷媒形成為氣相狀態且為預定的溫度以下。預定的溫度係例如在高溫側壓縮機111不會發生燒毀的程度的溫度。
<動作>
接著使用圖3~圖6，說明本實施形態之溫度控制系統200的動作。溫度控制系統200係構成為：藉由控制部40的控制，切換第1溫度控制裝置1及第2溫度控制裝置101的運轉狀態，藉此將溫度控制對象空間S的溫度調節為低溫域、中溫域、或高溫域中的所希望的溫度。在本實施形態中，以一例而言，低溫域係-60℃~-20℃的範圍，中溫域係-19℃~+25℃的範圍，高溫域係+26℃~+120℃的範圍，但是如上所示之各範圍並非為特別限定者。
圖3係顯示第1溫度控制裝置1中之第1低溫側冷凍電路10之莫利爾線圖之一例的圖，圖4係顯示第2溫度控制裝置101中之高溫側冷凍裝置102之莫利爾 線圖之一例的圖。圖5係顯示進行低溫域的溫度控制時的狀態的圖，圖6係顯示進行中溫域或高溫域的溫度控制時的狀態的圖。以下係低溫域、中溫域、及高溫域的控制態樣依此順序被說明。
(低溫域的溫度控制)
若進行低溫域的溫度控制，在第1溫度控制裝置1中，第1低溫側壓縮機11、第2低溫側壓縮機21、及低溫側泵33被驅動。另一方面，在第2溫度控制裝置101中，在高溫側鹵水循環裝置103中，高溫側泵133被驅動，高溫側冷凍裝置102係形成為停止狀態，高溫側冷媒並未作循環。在圖5中，配管上所記載的粗線係表示冷媒或鹵水作循環的管線(line)，顯示低溫域的溫度控制時的動作狀態。
此時，在第1低溫側冷凍電路10中，藉由第1低溫側壓縮機11被壓縮的第1低溫側冷媒流入至構成級聯冷凝器CC的第1低溫側凝縮器12，藉由第2低溫側冷凍電路20的第2低溫側蒸發器24被凝縮。之後，第1低溫側冷媒係藉由第1低溫側膨脹閥13被減壓而成為低溫，且流入至第1低溫側蒸發器14。接著，流入至第1低溫側蒸發器14的第1低溫側冷媒係將溫度控制對象空間S的熱吸熱而流入至第1低溫側壓縮機11。
在本實施形態中，藉由設有內部熱交換器IC，通過第1低溫側蒸發器14而升溫的第1低溫側冷媒 在被吸入至第1低溫側壓縮機11之前，即藉由第1低溫側膨脹閥13所吐出的低溫的第1冷媒被冷卻。藉此，可抑制具有過量的過熱度的第1低溫側冷媒被吸入至第1低溫側壓縮機11。
另一方面，在第2低溫側冷凍電路20中，在級聯冷凝器CC將第1低溫側冷媒的熱吸熱後的第2低溫側冷媒藉由第2低溫側壓縮機21被壓縮。經壓縮的第2低溫側冷媒係流入至第2低溫側凝縮器22，藉由在第2低溫側凝縮器22流動的冷卻水被凝縮。之後，第2低溫側冷媒係藉由第2低溫側膨脹閥23被減壓而成為低溫，且流入至構成級聯冷凝器CC的第2低溫側蒸發器24，將流入至第1低溫側凝縮器12的第1冷媒再次冷卻。其中，在本實施形態中，第1低溫側壓縮機11及第2低溫側壓縮機21係為了控制的安定性而以一定的輸出予以運轉。
此外，在低溫側鹵水循環裝置3中，低溫側鹵水在低溫側鹵水循環路31內作循環，且可藉由低溫側加熱部32，將低溫側鹵水適當加熱。
接著在本實施形態中，藉由設置冷凍能力調節機構FC，可在低溫側冷凍裝置2的第1低溫側冷凍電路10中之第1低溫側蒸發器14的上游側的部分中，將第1低溫側冷媒，利用藉由低溫側加熱部32被加熱的鹵水進行加熱。接著，此時可按照鹵水的加熱能力，來調節第1低溫側蒸發器14中的冷凍能力。
另一方面，在高溫側鹵水循環裝置103中，高溫側鹵水在高溫側鹵水循環路131內作循環，可藉由高溫側主加熱部132等，將高溫側鹵水適當加熱。若藉由第1溫度控制裝置1來進行在低溫域的溫度控制，若藉由如上所示使高溫側鹵水作循環的構成，切換成由低溫域至中溫域或高溫域的溫度控制時，可有效地縮短由低溫域至中溫域或高溫域中之所希望的溫度的到達時間。其中，若進行低溫域的溫度控制，高溫側鹵水並未被加熱。
在此，使用圖3，詳述在第1溫度控制裝置1中所進行的冷凍能力的調節。如圖3所示，在第1溫度控制裝置1中的冷凍循環中，被吸入至第1低溫側壓縮機11的第1低溫側冷媒係如由點A移至點B所示被壓縮。藉由第1低溫側壓縮機11被吐出的第1低溫側冷媒係藉由第1低溫側凝縮器12被凝縮而藉此被冷卻，如由點B移至點C所示，其比焓減低。
接著，藉由第1低溫側凝縮器12被凝縮的第1低溫側冷媒係如由點C移至點D所示，藉由第1低溫側膨脹閥13被減壓，成為低溫。之後，由第1低溫側膨脹閥13被吐出的第1低溫側冷媒係在內部熱交換器IC中，與流入至第1低溫側壓縮機11之瞬前的第1低溫側冷媒作熱交換，如由點D移至點E所示進行吸熱，其比焓增加。之後，第1低溫側冷媒係在冷凍能力調節機構FC中，與經加熱的低溫側鹵水作熱交換，如由點E移至點F所示進行吸熱，其比焓增加。
接著，第1低溫側冷媒係流入至第1低溫側蒸發器14，將溫度控制對象空間S的熱進行吸熱，如由點F移至點G所示，其比焓增加。接著，通過第1低溫側蒸發器14的第1低溫側冷媒係在內部熱交換器IC中，與由第1低溫側膨脹閥13被吐出的低溫的第1低溫側冷媒作熱交換，如由點G移至點H所示被冷卻，其比焓減低。藉此，可抑制具有過量之過熱度的第1低溫側冷媒被吸入至第1低溫側壓縮機11。之後，第1低溫側冷媒係流入至第1低溫側壓縮機11而被壓縮。
在上述之莫利爾線圖中，點F係可按照被加熱的低溫側鹵水的加熱能力，使該位置如箭號所示進行變動。在此，第1低溫側冷凍電路10的冷凍能力係和以符號W表示之流入至第1低溫側蒸發器14之瞬前的第1低溫側冷媒的比焓、與由第1低溫側蒸發器14流出瞬後的第1低溫側冷媒的比焓的差成正比。因此，在本實施形態中，藉由調節經加熱的低溫側鹵水的加熱能力，可調節第1低溫側冷凍電路10的冷凍能力。
(中溫域的溫度控制)
若進行中溫域的溫度控制，在第1溫度控制裝置1中，第1低溫側壓縮機11、第2低溫側壓縮機21、及低溫側泵33未被驅動。另一方面，第2溫度控制裝置101中，在高溫側鹵水循環裝置103中，高溫側泵133被驅動，且在高溫側冷凍裝置102中，高溫側壓縮機111被驅 動。在圖6中，配管上所記載的粗線係表示冷媒或鹵水正在作循環的管線，表示中溫域的溫度控制時的動作狀態。
此時，在高溫側冷凍裝置102的高溫側冷凍電路110中，藉由高溫側壓縮機111被壓縮的高溫側冷媒流入至高溫側凝縮器112而被凝縮。之後，高溫側冷媒係通過過冷卻用熱交換器SC。此時，若過冷卻控制閥118呈打開，使在高溫側凝縮器112的下游側通流之經凝縮的高溫側冷媒，在過冷卻用旁通流路117中的過冷卻控制閥118的下游側膨脹而成為低溫，藉此可對由高溫側凝縮器112透過過冷卻用熱交換器SC而通流至高溫側膨脹閥113側的高溫側冷媒賦予過冷卻度。藉由過冷卻控制閥118被膨脹的冷媒係在吸熱的狀態下流入至高溫側壓縮機111側。
之後，通過高溫側膨脹閥113的高溫側冷媒係被減壓而成為低溫，且流入至高溫側蒸發器114。在此，流入至高溫側蒸發器114的冷媒係可在加熱能力調節用熱交換器HC，與高溫側鹵水作熱交換，若高溫側鹵水比高溫側冷媒更為高溫，即吸熱而流入至高溫側壓縮機111。
接著，在本實施形態中，由於設有噴射電路120及熱氣電路124，可將藉由高溫側凝縮器112被凝縮的高溫側冷媒，以不會流入至高溫側蒸發器114的方式通過噴射電路120而旁通至高溫側蒸發器114的下游側，而且，可將藉由高溫側壓縮機111被吐出的高溫的高溫側冷 媒，通過熱氣電路124而旁通至高溫側蒸發器114的下游側。藉此，可控制流入至高溫側蒸發器114的高溫側冷媒的流量，且可有彈性地調節在高溫側蒸發器114被輸出的冷凍能力。
此時，在本實施形態中，控制部40根據被設定的目標冷凍能力，調節噴射閥122的開度及熱氣閥126的開度，藉此調節流入至高溫側蒸發器114的冷媒的流量，且使目標冷凍能力輸出至高溫側蒸發器114。此時，控制部40係根據溫度感測器128所檢測到的溫度及壓力感測器129所檢測到的壓力，調節噴射閥122的開度及熱氣閥126的開度，藉此將流入至高溫側壓縮機111的冷媒形成為氣相狀態且為預定的溫度以下。
在此，為獲得上述之目標冷凍能力，若調節在高溫側蒸發器114通流的高溫側冷媒的流量即可，因此為使其達成而進行旁通的高溫側冷媒的量係可在噴射電路120及熱氣電路124中任意分配。因此，可將流入至高溫側壓縮機111的冷媒，輕易地形成為氣相狀態且為預定的溫度以下。此外，在本實施形態中，來自熱氣電路124的高溫側冷媒係在至高溫側冷凍電路110之前，流入至噴射流路121，因此可抑制在高溫側冷凍電路110及高溫側壓縮機111中高溫側冷媒形成為過量高溫，可抑制高溫側壓縮機111等的燒毀。
圖4係顯示使噴射電路120及熱氣電路124進行動作而且使過冷卻電路116進行動作，將高溫側鹵水 冷卻時的第2溫度控制裝置101中的高溫側冷凍裝置102的莫利爾線圖。如圖4所示，在第2溫度控制裝置101中的冷凍循環中，被吸入至高溫側壓縮機111的高溫側冷媒係如由點A移至點B所示被壓縮。藉由高溫側壓縮機111被吐出的冷媒係藉由高溫側凝縮器112被凝縮而藉此被冷卻，如由點B移至點C所示，其比焓減低。
接著，藉由高溫側凝縮器112被凝縮的高溫側冷媒的一部分係在過冷卻用熱交換器SC中，被賦予過冷卻度，如由點C移至點D所示，其比焓減低。另一方面，在過冷卻用熱交換器SC中，在賦予過冷卻度的過冷卻用旁通流路117通流的冷媒係藉由過冷卻控制閥118被膨脹，如由點C移至點G所示，例如被減壓至中壓程度，之後，以過冷卻用熱交換器SC作熱交換，且如由點G至點H所示進行吸熱，其比焓增加。
接著，在過冷卻用熱交換器SC中被賦予過冷卻度的冷媒係如由點D移至點E所示，藉由高溫側膨脹閥113被減壓而成為低溫。之後，由高溫側膨脹閥113被吐出的高溫側冷媒係在高溫側蒸發器114亦即加熱能力調節用熱交換器HC中，與高溫側鹵水作熱交換，如由點E移至點F所示，進行吸熱，其比焓增加。通過高溫側蒸發器114的冷媒係藉由控制部40控制噴射電路120及熱氣電路124的各閥而使未通過蒸發器114的高溫側冷媒產生，藉此被控制流量而被調節其冷凍能力。
在此，在圖4中，通過熱氣電路124而被旁 通至高溫側壓縮機111的上游側的高溫側冷媒係如點B至點I所示，藉由熱氣閥126被減壓。此外，通過噴射電路120而被旁通至高溫側壓縮機111的上游側的高溫側冷媒係如由點D延伸的虛線所示，藉由噴射閥122被減壓。接著，在高溫側壓縮機111的上游側，通過高溫側蒸發器114的點F的狀態的高溫側冷媒、通過熱氣電路124而被旁通的高溫側冷媒、及通過噴射電路120而被旁通的高溫側冷媒被混合(點A)。在此，控制部40藉由調節通過熱氣電路124而被旁通的高溫側冷媒、與通過噴射電路120而被旁通的高溫側冷媒的比例，可調節點A的位置，因此可輕易地將流入至高溫側壓縮機111的高溫側冷媒形成為氣相狀態且為預定的溫度以下。之後，高溫側冷媒係藉由高溫側壓縮機111被壓縮，而由點A移至高壓側，在其途中與來自過冷卻用旁通流路117的高溫側冷媒混合，在達至點J之後，被壓縮至點B。
另一方面，在高溫側鹵水循環裝置103中，高溫側鹵水在高溫側鹵水循環路131內作循環，可藉由高溫側主加熱部132、第1高溫側次加熱部134A、及第2高溫側次加熱部134B，將高溫側鹵水適當加熱。在此，在本實施形態中，位於高溫側鹵水循環路131中的第1負荷部135A及第2負荷部135B的下游側且為高溫側主加熱部132的上游側的部分、與高溫側蒸發器114，構成加熱能力調節用熱交換器HC。藉此，可將高溫側鹵水循環裝置103中的高溫側鹵水藉由高溫側冷凍裝置102進行冷 卻。接著在本實施形態中，藉由高溫側冷凍裝置102被冷卻的高溫側鹵水，依藉由高溫側主加熱部132、第1高溫側次加熱部134A、及第2高溫側次加熱部134B被加熱、或未被加熱而通過該等，以所希望的加熱能力或冷凍能力，溫度控制對象空間S被進行溫度控制。
(高溫域的溫度控制)
若進行高溫域的溫度控制，與中溫域的情形同樣地，在第1溫度控制裝置1中，第1低溫側壓縮機11、第2低溫側壓縮機21、及低溫側泵33未被驅動。另一方面，在第2溫度控制裝置101中，在高溫側鹵水循環裝置103中，高溫側泵133被驅動，且在高溫側冷凍裝置102中，高溫側壓縮機111被驅動。但是，使在高溫側鹵水循環裝置103作循環的高溫側鹵水的流量，比中溫域之情形下的流量更為增加。進行高溫域的溫度控制時作循環的高溫側鹵水的流量亦可為例如中溫域之情形下的流量的1.5~3倍左右。
如以上說明所示，藉由本實施形態之溫度控制系統200，在第1溫度控制裝置1中，可在低溫側冷凍裝置2的第1低溫側冷凍電路10中的第1低溫側蒸發器14的上游側的部分，將第1低溫側冷媒藉由低溫側鹵水進行加熱，此時，可按照低溫側鹵水的加熱能力來調節第1低溫側蒸發器14中的冷凍能力。因此，無須操作第1低溫側冷凍電路10的構成要素，可簡易地以大範圍調節 該冷凍電路10的冷凍能力。此外，在第2溫度控制裝置101中，可將藉由高溫側凝縮器112被凝縮的高溫側冷媒，以不會流入至高溫側蒸發器114的方式通過噴射電路120而旁通至高溫側蒸發器114的下游側，而且，可將藉由高溫側壓縮機111被吐出的高溫的高溫側冷媒，通過熱氣電路124而旁通至高溫側蒸發器114的下游側。藉此，可控制流入至高溫側蒸發器114的高溫側冷媒的流量，可有彈性地調節在高溫側蒸發器114被輸出的冷凍能力。此時，流入至高溫側蒸發器114的高溫側冷媒不會有被混合在高壓的高溫側冷媒的情形，因此可使被輸出的冷凍能力安定。此外，藉由調節通過噴射電路120而被旁通之經凝縮的高溫側冷媒、與通過熱氣電路124而被旁通的高溫的高溫側冷媒的比例，可將流入至高溫側壓縮機111的高溫側冷媒的狀態或溫度輕易地控制成所希望的狀態。藉此，可一邊有彈性地調節冷凍能力，一邊進行安定的溫度控制。藉此，藉由高溫側冷凍裝置102所輸出之在安定的狀態下被調節的冷凍能力，可控制高溫側鹵水循環裝置103的高溫側鹵水的溫度而調節負荷部135A、135B的加熱能力或冷凍能力，因此可藉由負荷部135A、135B來進行安定的溫度控制。接著，以第1溫度控制裝置1與第2溫度控制裝置101改變溫度控制範圍，藉此可確保由低溫遍及高溫之充分大的溫度控制範圍。
因此，可確保由低溫遍及高溫之充分大的溫度控制範圍，且可將溫度控制對象空間或溫度控制對象 物，簡易地在安定的狀態下進行溫度控制成溫度控制範圍內的所希望的溫度。
此外，在本實施形態中，在低溫側冷凍裝置2使第1低溫側冷媒作循環，且在低溫側鹵水循環裝置3使低溫側鹵水作循環，而當進行對低溫域中之所希望的溫度的溫度控制時，藉由在高溫側鹵水循環裝置103使高溫側鹵水作循環，切換成由低溫域對中溫域或高溫域的溫度控制時，可迅速實施藉由高溫側鹵水所為之溫度控制，藉此可有效地縮短由低溫域對中溫域或高溫域中之所希望的溫度的到達時間。此外，若由中溫域對高溫域切換溫度控制，使在高溫側鹵水循環裝置103作循環的高溫側鹵水的流量，比中溫域之情形下的流量更為增加，藉此可有效地縮短由中溫域對高溫域中之所希望的溫度的到達時間。
此外，在本實施形態中，通過第1低溫側蒸發器14而升溫的第1低溫側冷媒在被吸入至第1低溫側壓縮機11之前，藉由第1低溫側膨脹閥13所吐出的低溫的第1低溫側冷媒被冷卻，藉此可抑制具有過量的過熱度的第1低溫側冷媒被吸入至第1低溫側壓縮機11。藉此，可抑制第1低溫側冷媒的熱分解及第1低溫側壓縮機11的燒毀，且可提升溫度控制的安定性。尤其，若在進行藉由第2溫度控制裝置101所為之加熱之後進行藉由第1溫度控制裝置1所為之冷卻時，在第1溫度控制裝置1中在第1低溫側蒸發器14作熱交換的第1低溫側冷媒具有過量的過熱度的風險提高，但是可抑制如上所示之第1 低溫側冷媒被吸入至第1低溫側壓縮機11。因此，可確保併用第1溫度控制裝置1與第2溫度控制裝置101的系統中的溫度控制的適當安定性。
此外，在本實施形態中，藉由過冷卻用熱交換器SC，可使高溫側冷媒的冷凍能力增大，藉此可使冷凍能力的調節範圍放大。此外，由過冷卻用熱交換器SC被吐出的高溫側冷媒通過噴射電路120而被旁通，因此可使通過熱氣電路124而被旁通至高溫側蒸發器114的下游側的高溫的高溫側冷媒的溫度有效率地降低。尤其，若在進行藉由第1溫度控制裝置1所為之冷卻之後進行藉由第2溫度控制裝置101所為之加熱，若無過冷卻用熱交換器SC，在第2溫度控制裝置101中在高溫側蒸發器114與高溫側鹵水作熱交換的高溫側冷媒無法充分確保過熱度，冷凍能力降低的風險變高，但是可藉由過冷卻用熱交換器SC來補償冷凍能力。因此，可抑制高溫側蒸發器114中非希望的冷凍能力的降低的發生，且可確保併用第1溫度控制裝置1與第2溫度控制裝置101的系統中的溫度控制的適當安定性。
此外，由於低溫側冷凍裝置2成為二元冷凍裝置，因此與低溫側冷凍裝置2為單元式之構成相比較，可將低溫側冷凍裝置2中的冷凍能力確保為較高，而且可加大可調節的冷凍能力的範圍而擴大可控制的溫度範圍。藉此，可使溫度控制系統的通用性擴大。
以上說明本發明之實施形態，惟本發明並非 為限定於上述實施形態者。例如，在上述實施形態中，低溫側冷凍裝置2為二元冷凍裝置，但是亦可為單元式的冷凍裝置或三元冷凍裝置等。此外，在上述之實施形態中，溫度控制系統200將空間進行冷卻或加熱，但是溫度控制系統200亦可構成為將直接或間接接觸第1蒸發器14或負荷部135A、135B的物體進行冷卻或加熱的裝置。
此外，在上述之實施形態中，在各鹵水循環裝置3、103中設有複數加熱部，但是加熱部的數量並非為特別限定者。此外，在上述之實施形態中，在過冷卻用旁通流路117通流的冷媒在藉由高溫側壓縮機111所為之高溫側冷媒的壓縮中，與在高溫側壓縮機111中被壓縮之通過高溫側蒸發器114的高溫側冷媒合流。取而代之，亦可在過冷卻用旁通流路117通流的高溫側冷媒流入至位於高溫側冷凍電路110中的高溫側壓縮機111的上游側且為高溫側蒸發器114的下游側的部分，且在與來自噴射電路120或熱氣電路124的高溫側冷媒合流之後，在高溫側壓縮機111被壓縮。
1:第1溫度控制裝置
2:低溫側冷凍裝置
3:低溫側鹵水循環裝置
4:腔室
10:第1低溫側冷凍電路
11:第1低溫側壓縮機
12:第1低溫側凝縮器
13:第1低溫側膨脹閥
14:第1低溫側蒸發器
20:第2低溫側冷凍電路
21:第2低溫側壓縮機
22:第2低溫側凝縮器
23:第2低溫側膨脹閥
24:第2低溫側蒸發器
31:低溫側鹵水循環路
32:低溫側加熱部
33:低溫側泵
34:低溫側鹵水槽
40:控制部
101:第2溫度控制裝置
102:高溫側冷凍裝置
103:高溫側鹵水循環裝置
110:高溫側冷凍電路
111:高溫側壓縮機
112:高溫側凝縮器
113:高溫側膨脹閥
114:高溫側蒸發器
116:過冷卻電路
120:噴射電路
124:熱氣電路
131:高溫側鹵水循環路
131A:第1分歧部
131B:第2分歧部
132:高溫側主加熱部
133:高溫側泵
134A:第1高溫側次加熱部
134B:第2高溫側次加熱部
135A:第1負荷部
135B:第2負荷部
136:高溫側鹵水槽
200:溫度控制系統
CC:級聯冷凝器
FC:冷凍能力調整機構
IC:內部熱交換器
S:溫度控制對象空間
SC:過冷卻用熱交換器
HC:加熱能力調節用熱交換器

Claims (7)

  1. 一種溫度控制系統，其係具備有：第1溫度控制裝置、及第2溫度控制裝置，將溫度控制對象空間或溫度控制對象物進行溫度控制的溫度控制系統，其特徵為：前述第1溫度控制裝置係包含：低溫側冷凍裝置、及低溫側鹵水循環裝置，前述低溫側冷凍裝置係具有：第1低溫側冷凍電路，其係第1低溫側壓縮機、第1低溫側凝縮器、第1低溫側膨脹閥、及第1低溫側蒸發器以依此順序使第1低溫側冷媒作循環的方式相連接，前述低溫側鹵水循環裝置係具有：用以使低溫側鹵水作循環的低溫側鹵水循環路；及構成前述低溫側鹵水循環路的一部分而且可將被接受到的前述低溫側鹵水加熱的低溫側加熱部，位於前述第1低溫側冷凍電路中的前述第1低溫側膨脹閥的下游側且為前述第1低溫側蒸發器的上游側的部分、與位於前述低溫側鹵水循環路中的前述低溫側加熱部的下游側的部分，構成可互相作熱交換的冷凍能力調節機構，前述第1低溫側蒸發器係可在於該第1低溫側蒸發器通流的前述第1低溫側冷媒，將前述溫度控制對象空間或前述溫度控制對象物的熱吸熱，前述第2溫度控制裝置係包含：高溫側冷凍裝置、及高溫側鹵水循環裝置， 前述高溫側冷凍裝置係具有：高溫側冷凍電路，其係高溫側壓縮機、高溫側凝縮器、高溫側膨脹閥、及高溫側蒸發器以依此順序使高溫側冷媒作循環的方式相連接；噴射電路，其係具有：將位於前述高溫側冷凍電路中的前述高溫側凝縮器的下游側且為前述高溫側膨脹閥的上游側的部分、及位於前述高溫側冷凍電路中的前述高溫側蒸發器的下游側且為前述高溫側壓縮機的上游側的部分，以前述高溫側冷媒可通流的方式相連通的噴射流路；及可調節在前述噴射流路通流的前述高溫側冷媒的流量的噴射閥；及熱氣電路，其係具有：將位於前述高溫側冷凍電路中的前述高溫側壓縮機的下游側且為前述高溫側凝縮器的上游側的部分、及位於前述噴射流路中的前述噴射閥的下游側的部分，以前述高溫側冷媒可通流的方式相連通的熱氣流路；及可調節在前述熱氣流路通流的前述高溫側冷媒的流量的熱氣閥，前述高溫側鹵水循環裝置係具有：用以使高溫側鹵水作循環的高溫側鹵水循環路；構成前述高溫側鹵水循環路的一部分而且可將被接受到的前述高溫側鹵水加熱的高溫側加熱部；及在前述高溫側加熱部的下游側構成前述高溫側鹵水循環路的一部分而且可將被接受到的前述高溫側鹵水的熱放熱至前述溫度控制對象空間或前述溫度控制對象物、或可在前述高溫側鹵水將前述 溫度控制對象空間或前述溫度控制對象物的熱吸熱的負荷部，前述高溫側鹵水循環路的一部分、與前述高溫側冷凍裝置的前述高溫側蒸發器，構成可互相作熱交換的加熱能力調節用熱交換器。
  2. 如申請專利範圍第1項之溫度控制系統，其中，另外具備有：控制部，其係控制前述第1溫度控制裝置、及前述第2溫度控制裝置，前述控制部係使得：當將前述溫度控制對象空間或前述溫度控制對象物，進行溫度控制成低溫域中的所希望的溫度時，以前述低溫側冷凍裝置使前述第1低溫側冷媒作循環，以前述低溫側鹵水循環裝置使前述低溫側鹵水作循環，而且以前述高溫側鹵水循環裝置使前述高溫側鹵水作循環，另一方面，不以前述高溫側冷凍裝置使前述高溫側冷媒作循環，當將前述溫度控制對象空間或前述溫度控制對象物，進行溫度控制成被設定為比前述低溫域為更高的範圍的中溫域中的所希望的溫度時，不以前述低溫側冷凍裝置使前述第1低溫側冷媒作循環，而且不以前述低溫側鹵水循環裝置使前述低溫側鹵水作循環，另一方面，以前述高溫側冷凍裝置使前述高溫側冷媒作循環，而且以前述高溫側鹵水循環裝置使前述高溫側鹵水作循環，當將前述溫度控制對象空間或前述溫度控制對象物，進行溫度控制成被設定為比前述中溫域為更高的範圍的高 溫域中的所希望的溫度時，不以前述低溫側冷凍裝置使前述第1低溫側冷媒作循環，而且不以前述低溫側鹵水循環裝置使前述低溫側鹵水作循環，另一方面，以前述高溫側冷凍裝置使前述高溫側冷媒作循環，而且以前述高溫側鹵水循環裝置使前述高溫側鹵水作循環，以前述高溫側鹵水循環裝置作循環的前述高溫側鹵水的流量，比前述中溫域的情形下的流量更為增加。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之溫度控制系統，其中，在前述第1溫度控制裝置中，位於前述第1低溫側冷凍電路中的前述第1低溫側膨脹閥的下游側且為前述第1低溫側蒸發器的上游側的部分、及位於前述第1低溫側冷凍電路中的前述第1低溫側蒸發器的下游側且為前述第1低溫側壓縮機的上游側的部分，構成可互相作熱交換的內部熱交換器，前述內部熱交換器係以前述第1低溫側冷媒流動的方向，被配置在前述冷凍能力調節機構的上游側。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之溫度控制系統，其中，前述第2溫度控制裝置係另外具備有過冷卻電路，其係具有：將位於前述高溫側冷凍電路中的前述高溫側凝縮器的下游側且為與前述噴射流路的連接位置的上游側的部分、及位於前述高溫側冷凍電路中的前述高溫側壓縮機或前述高溫側壓縮機的上游側且為前述高溫側蒸發器的下游側的部分，以前述高溫側冷媒可通流的方式相連通的過冷卻用旁通流路；及控制在前述過冷卻用旁通流路通 流的前述冷媒的流量的過冷卻控制閥，位於前述過冷卻用旁通流路中的前述過冷卻控制閥的下游側的部分、與位於前述高溫側冷凍電路中與前述過冷卻用旁通流路的連接位置的下游側且為與前述噴射流路的連接位置的上游側的部分，構成可互相作熱交換的過冷卻用熱交換器。
  5. 一種溫度控制裝置，其特徵為：具備有：冷凍裝置，其係具有第1壓縮機、第1凝縮器、第1膨脹閥、及第1蒸發器以依此順序使第1冷媒作循環的方式相連接的第1冷凍電路；及鹵水循環裝置，其係具有：用以使鹵水作循環的鹵水循環路；及構成前述鹵水循環路的一部分而且可將被接受到的前述鹵水加熱的加熱部，位於前述第1冷凍電路中的前述第1膨脹閥的下游側且為前述第1蒸發器的上游側的部分、與位於前述鹵水循環路中的前述加熱部的下游側的部分，構成可互相作熱交換的冷凍能力調節機構，按照前述冷凍能力調節機構中的前述鹵水的加熱能力，來調節前述第1蒸發器中的冷凍能力。
  6. 如申請專利範圍第5項之溫度控制裝置，其中，位於前述第1冷凍電路中的前述第1膨脹閥的下游側且為前述第1蒸發器的上游側的部分、與位於前述第1冷凍電路中的前述第1蒸發器的下游側且為前述第1壓縮機的上 游側的部分，構成可互相作熱交換的內部熱交換器，前述內部熱交換器係以前述第1冷媒流動的方向，被配置在前述冷凍能力調節機構的上游側。
  7. 如申請專利範圍第5項或第6項之溫度控制裝置，其中，前述冷凍裝置係二元冷凍裝置，另外具有第2壓縮機、第2凝縮器、第2膨脹閥、及第2蒸發器以依此順序使第2冷媒作循環的方式相連接的第2冷凍電路，前述第1凝縮器與前述第2蒸發器，構成可互相作熱交換的級聯冷凝器。
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