JP2001228924A - 熱交換器における温調流体温度の高速設定変更方法及びその装置を備えたサーキュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器における温調流体の設定温度を高速
で変更できるようにした方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 熱交換器１４に、温調流体を所要の温度
にするための温調用熱媒体を送給する第１の循環系１
と、温調流体の変更しようとする温度にした温度変更用
熱媒体が循環する第２の循環系２と、第２の循環系２を
熱交換器１４に連通させる連通管路５と、切り換えによ
り、第２の循環系２に流れる温度変更用熱媒体を熱交換
器１４に送給する三方弁６とを設ける。三方弁６を切り
換えると、変更しようとする温度に調整されている第２
の循環系の温度変更用熱媒体が、第１の循環系１の熱交
換器１４に送給されるので、温調流体の設定温度の変更
をを速やかに行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温調流体を所要の
温度に精度よく調節するための熱交換器に温調用熱媒体
を流すサーキュレータにおいて、その温調流体の温度を
変更する必要が生じた場合に、高速でそれを設定変更で
きるようにするための温調流体温度の高速設定変更方
法、及びその設定変更を行うための装置を備えたサーキ
ュレータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】温調流体を所要の温度に精度よく調節す
るための熱交換器を含む熱媒体の循環系を、熱媒体タン
クから導出した管路に、該熱媒体を圧送するポンプ、及
びこの熱媒体を所要の温度に調節する温調手段を設ける
と共に、それらの下流側に熱交換器を配し、該熱交換器
を経た熱媒体を上記熱媒体タンクに還流させるように構
成したサーキュレータは、従来から知られている。

【０００３】上記公知の熱交換器を含むサーキュレータ
においては、熱交換器により温調流体を所要の温度に調
節することができるという点では問題がないが、条件の
変更等により熱交換器における温調流体の温度を変更し
ようとする場合には、その変更に長時間を要するという
問題がある。即ち、熱媒体を所要の温度に調節する前記
温調手段は、定常的な稼動状態においては、該熱媒体が
ほぼ所要の温度にあるためにそれを僅かに温度調節でき
る能力を有していればよく、したがって、高い温調能力
を持たせる必要がないものである。しかしながら、上記
熱交換器における温調流体の温度を変更しようとする場
合には、待機時間を短くするため、できるだけ短時間に
その熱媒体の温度を変更することが要求される。これを
実現するためには、上記温調手段の温度調節能力を十分
に高めておく必要があるが、設定温度の変更のみのため
に温度調節能力を高めておくことは、極めて不経済であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、温調流体を所要の温度に精度よく調節する
ための熱交換器に温調用熱媒体を流すサーキュレータに
おいて、その温調流体の温度を変更する必要が生じた場
合に、高速でそれを設定変更できるようにするための温
調流体温度の高速設定変更方法及びその装置を備えたサ
ーキュレータを提供することにある。本発明の他の課題
は、設定温度の変更のみのために温調手段の温度調節能
力を十分に高めておく必要をなくし、したがって、小電
力の温調手段によって設備を簡単なものにできるように
したサーキュレータを提供することにある。本発明の更
に他の課題は、上記小電力の温調手段を用いながらも温
調精度の向上を図れるようにした高速設定変更方法及び
その装置を備えたサーキュレータを提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の温調流体温度の高速設定変更方法は、熱交換
器に恒温の温調用熱媒体を循環して流す第１の循環系
と、変更すべき設定温度に温度調節された設定温度変更
用熱媒体を循環して流す第２の循環系とを備え、上記熱
交換器における温調流体温度の設定変更に際し、第１の
循環系に、その熱交換器を流れる温調用熱媒体に代えて
第２の循環系における温度変更用熱媒体を導入すること
を特徴とするものである。

【０００６】上記高速設定変更方法においては、第２の
循環系を循環する温度変更用熱媒体の量を、第１の循環
系を循環する温調用熱媒体の量よりも十分に多くし、熱
交換器における温調流体の設定温度の変更に際して、第
２の循環系からの温度変更用熱媒体の導入により生じた
第１の循環系の余剰の熱媒体を、第２の循環系の温度変
更用熱媒体タンクに流入させるのが適切である。

【０００７】また、上記方法を実施するための装置を備
えた本発明のサーキュレータは、熱交換器に、温度調節
のための恒温の温調用熱媒体を循環して流す第１の循環
系と、変更しようとする設定温度に温度調節した恒温の
温度変更用熱媒体を循環して流す第２の循環系とを備
え、上記熱交換器における温調流体温度の高速設定変更
装置として、第２の循環系における温度変更用熱媒体を
圧送するポンプの吐出側の管路に、該管路を通して圧送
される上記温度変更用熱媒体を第１の循環系における熱
交換器側に切換えて送給する切換え手段を設けたことを
特徴とするものである。

【０００８】上記サーキュレータにおいては、複数の第
２の循環系を備え、それらの循環系における温度変更用
熱媒体を第１の循環系に切換えて送給する切換え手段
を、第１の循環系の熱交換器側に選択的に切り換え可能
にすることができ、更に、上記切換え手段としては、温
度変更用熱媒体を、第１の循環系における熱交換器側と
第２の循環系における温度変更用熱媒体タンク側とに切
換えて送給する三方弁を備えるのが適切である。

【０００９】また、サーキュレータとしては、第１の循
環系を、温調用熱媒体タンクから導出した管路に、温調
用熱媒体を圧送する温調用ポンプ、及びその温調用熱媒
体を所要の温度に調節する温調手段を設けると共に、そ
れらの下流側に熱交換器を配し、該熱交換器を経た温調
用熱媒体を、上記温調用熱媒体タンクに還流させる管路
を設けることにより構成し、上記温調用熱媒体タンク
に、余剰の熱媒体を第２の循環系における温度変更用熱
媒体タンクに流すオーバーフロー管を設けたものとする
ことができる。

【００１０】上記構成を有する本発明のサーキュレータ
において、熱交換器における温調流体温度を条件の変更
等によって設定変更しようとする場合には、第１の循環
系を利用して所要の温度に調整した温調用熱媒体を熱交
換器に供給している段階で、予め、第２の循環系を流れ
る温度変更用熱媒体をその変更すべき温度に調整してお
き、設定温度の切換えを行う段階で、切換え手段を構成
する三方弁を切り換えて、第２の循環系を流れる恒温の
温度変更用熱媒体を第１の循環系の熱交換器側に供給す
る。この場合、第２の循環系における温度変更用熱媒体
は、予め変更しようとする温度にされているために、こ
の温度変更用熱媒体を熱交換器に送給して第１の循環系
の温調用熱媒体と入れ換えることによって、熱交換器を
流れる温調流体の設定温度の変更を速やかに行うことが
できる。

【００１１】そして、第２の循環系を流れる温度変更用
熱媒体の送給によって、第１の循環系に生じた余剰の熱
媒体は、オーバーフロー管により第２の循環系の温度変
更用熱媒体タンクに還流されるので、これらの循環系に
おける熱媒体の循環に支障を生ずることはない。この場
合に、第２の循環系の温度変更用熱媒体の量を、第１の
循環系を循環する温調用熱媒体の量よりも十分に多くす
ることにより、第１の循環系における温調用熱媒体が第
２の循環系の温度変更用熱媒体タンクに還流しても、そ
の温度に殆ど影響を与えることがない。

【００１２】第１の循環系の熱交換器における熱媒体の
温度が、変更しようとする温度変更用熱媒体の温度に達
したときには、三方弁をもとの状態に切換え、再び第１
の循環系において所要の変更後の温度に調整した温調用
熱媒体を熱交換器に供給することができる。この場合
に、第１の循環系における温調手段の設定温度を、予め
変更しようとする温度に変更しておくことは勿論であ
る。第２の循環系を複数設けて、これらの第２の循環系
を流れる温度変更用熱媒体の温度を、変更しようとする
温度と、その次に変更しようとする温度とに調整してお
くと、熱交換器を流れる温調流体の設定温度の変更を一
層速やかに行うことができる。

【００１３】このようにして、第１の循環系と第２の循
環系との切換えによりサーキュレータにおける温調流体
の温度を変更すると、高速でそれを設定変更することが
できるばかりでなく、設定温度の変更のために温調手段
の温度調節能力を十分に高めておく必要がなく、したが
って、小電力の温調手段によって設備を簡単なものと
し、しかも、温調精度の向上を図ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の温調流体温度の
高速設定変更方法を実施するためのサーキュレータの第
１実施例を示し、このサーキュレータは、所要の温度に
調整する必要があるレジスト等の温調流体を所望の温度
に調整するためのもので、恒温の温調用熱媒体を循環さ
せる第１の循環系１と、変更しようとする温調流体の温
度に調整した温度変更用熱媒体を循環させる第２の循環
系２と、その第２の循環系２を流れる温度変更用熱媒体
を、第１の循環系１の熱交換器１４に送給するための連
通管路５と、上記温度変更用熱媒体を、第２の循環系２
における循環と、熱交換器１４への送給とに切換える切
換え手段としての三方弁６と、その三方弁６の切換えに
よって生ずる第１の循環系１の余剰の熱媒体を第２の循
環系に流出させるオーバーフロー管７とを備えている。
上記第１の循環系１における温調用熱媒体と第２の循環
系２における温度変更用熱媒体としては、いずれも水を
用いることができるが、他の熱媒体であっても差し支え
ない。

【００１５】上記第１の循環系１は、温調流体を加熱ま
たは冷却して恒温にする温調用熱媒体のための密閉形の
温調用熱媒体タンク１１と、この熱媒体を圧送して循環
させるための温調用ポンプ１２と、上記熱媒体を加熱ま
たは冷却して所要の温度に調節するための温調用熱交換
器１３と、温調流体と熱交換する二重管形の熱交換器１
４とを備え、これらは、管路１７ａ〜１７ｄで順次接続
されて、タンク１１からタンク１１に戻る循環系を構成
している。そして、上記温調用熱交換器１３において設
定温度に温度調節された温調用熱媒体は、熱交換器１４
に送給され、該熱交換器１４を流れる温調流体を所要の
温度に調節するものである。

【００１６】上記温調用熱交換器１３は、２個の熱交換
部１３ａ，１３ｂとこれらの間の複数個のペルチェ素子
１３ｃとを備えたサーモモジュールとして構成されてお
り、ペルチェ素子１３ｃへの通電方向の切り換えによっ
て一方の熱交換部１３ａを流れる温調用熱媒体を加熱或
いは冷却するもので、他方の熱交換部１３ｂには、該熱
媒体の加熱または冷却に対応して、冷水または温水が流
される。そして、この温調用熱交換器１３を流れる温調
用熱媒体の温度は、該熱交換器１３の出口側の熱媒体の
温度を検出して、ペルチェ素子１３ｃへの通電量及び通
電方向を制御する温調用コントローラ１５によって調節
される。

【００１７】一方、第１の循環系１の下方に設けられた
第２の循環系２は、温度変更用熱媒体のための開放形の
温度変更用熱媒体タンク２１と、該タンク２１の上記熱
媒体を圧送して循環させるための温度変更用ポンプ２２
と、この熱媒体を加熱または冷却して、上記温調流体の
変更しようとする温度に調節するための温度変更用熱交
換器２３と、切換え手段を構成する前記三方弁６とを備
え、これらは、管路２７ａ〜２７ｄにより順次接続され
て、熱媒体タンク２１から同タンク２１に戻る循環系を
構成している。

【００１８】上記三方弁６は、第２の循環系２における
温度変更用熱交換器２３の出口側管路２７ｃを、熱媒体
タンク２１に至る管路２７ｄと第１の循環系１における
熱交換器１４側に連通する連通管路５とに切り換えるも
のである。また、温度変更用熱媒体タンク２１の容量
は、温調用熱媒体タンク１１の容量よりも十分に大きく
されており、温調用熱媒体タンク１１に設けた上記オー
バーフロー管７は、温度変更用熱媒体タンク２１内に開
口している。上記温度変更用熱交換器２３は、前記温調
用熱交換器１３と同一の構成及び同一の作用を奏するも
のであり、温度変更用熱媒体の温度は、該熱交換器２３
の出口側の熱媒体の温度を検出して、ペルチェ素子２３
ｃへの通電量と通電方向とを制御する温度変更用コント
ローラ２５によって調節される。

【００１９】上記第１実施例のサーキュレータにおい
て、温調流体の設定温度の変更がないときは、三方弁６
によって、第２の循環系２を流れる温度変更用熱媒体を
温度変更用熱交換器２３の出口側管路２７ｃから熱媒体
タンク２１に至る管路２７ｄに流し、それによって第１
の循環系１と第２の循環系２との間の連通が遮断されて
いるので、熱交換器１４には、温調用熱交換器１３によ
って所要の温度に調節された温調用熱媒体が送給されて
いる。一方、第２の循環系２には、温度変更用熱交換器
２３によって、次に変更しようとする温度に調節された
温度変更用熱媒体が循環している。

【００２０】条件の変更等により、熱交換器１４を流れ
る温調流体の設定温度を変更するときは、三方弁６を切
り換えて、第２の循環系２を流れる温度変更用熱媒体
を、連通管路５によって第１の循環系１の熱交換器１４
に送給するとともに、温調用コントローラ１５によっ
て、第１の循環系１を流れる温調用熱媒体の温度を、上
記温度変更用熱媒体の温度になるように制御する。第１
の循環系１の温調用ポンプ１２は、熱媒体タンク１１内
の熱媒体の温度が変更しようとする温度に近くなるまで
一時的に停止させるのが望ましい。この場合、第２の循
環系２の熱媒体タンク２１の容量を第１の循環系１の熱
媒体タンク１１よりも十分に大きくし、そのため、第２
の循環系２を流れる温度変更用熱媒体の全体量が多く、
しかもその温度が温調流体の変更しようとする温度に調
整されているので、第１の循環系１を流れる温調用熱媒
体の温度を温調用熱交換器１３によって変更する場合に
比べて、熱交換器１４に送給される熱媒体の温度を、速
やかに変更することができる。従って、熱交換器１４を
流れる温調流体の温度を、速やかに変更しようとする温
度にすることができる。

【００２１】上記三方弁６の切り換えによって、第２の
循環系２を流れる温度変更用熱媒体が熱交換器１４に送
給されると、第１の循環系１を流れる熱媒体の量が増加
するが、この余剰熱媒体は、オーバーフロー管７によっ
て第２の循環系２の温度変更用熱媒体タンク２１に流出
するので、第２の循環系２を流れる温度変更用熱媒体の
熱交換器１４への送給に支障はない。

【００２２】所定の時間の経過により、第１の循環系１
を循環する温調用熱媒体の温度が、温調流体の変更しよ
うとする温度になったときは、三方弁６を切り換えて、
第２の循環系２と熱交換器１４との連通を遮断し、第１
の循環系１を稼動させる。これにより、変更しようとす
る温度になった第１の循環系１の温調用熱媒体が熱交換
器１４に送給され、この温調用熱媒体によって温調流体
の温度が調節される。この場合に、第１の循環系１にお
ける温調用コントローラ１５の設定温度を、変更しよう
とする温度に変更しておくことは勿論である。また、三
方弁６の切り換えによって、第２の循環系２の温度変更
用熱媒体が熱交換器１４と関係なく循環するので、温度
変更用コントローラ２５と温度変更用熱交換器２３とに
よって、温度変更用熱媒体の温度を、次に変更しようと
する設定温度にすることができる。

【００２３】なお、第２の循環系２における温度変更用
熱媒体は、必ずしも常時循環させる必要はなく、設定温
度の変更が必要になるまでの時間が、温度変更用熱媒体
が次の変更しようとする温度に調整できるまでの時間よ
りも長いときは、第２の循環系２の稼動を止めておくこ
とが好ましい。また、熱媒体の補給は、第２の循環系２
のみに行えばよく、それによって第１の循環系１に必要
量の熱媒体が補給される。

【００２４】図２は本発明に係るサーキュレータの第２
実施例を示し、この実施例は、第１の循環系１と、２個
並設した第２の循環系２Ａ及び２Ｂを備えている。この
実施例における第１の循環系１は、第１実施例と実質的
に同一であり、また、第２の循環系２Ａ，２Ｂは、いず
れも第１実施例における第２の循環系２と実質的に同じ
構成を備えているから、図の同一の箇所に同一の符号を
付しそれらの詳細な説明は省略する。

【００２５】上記第２の循環系２Ａ，２Ｂは、これらの
循環系を流れる温度変更用熱媒体の温度を互いに異なる
ものとし、これらの循環系２Ａ，２Ｂにおける温度変更
用熱媒体を第１の循環系１に切換えて送給する三方弁
（切換え手段）６Ａ，６Ｂを、それぞれ選択的に切り換
え可能に構成している。そのため、一方の循環系を流れ
る温度変更用熱媒体の温度は変更しようとする温度に設
定し、他方の循環系を流れる温度変更用熱媒体の温度
を、その次に変更しようとする温度に設定することによ
り、高頻度の設定温度の変更に対応させることができ
る。なお、熱媒体タンク１１からのオーバーフロー管７
は三方弁８によって分岐された分岐管７Ａ，７Ｂを有す
るものとし、第１の循環系１からオーバーフローする余
剰の熱媒体を、稼動している第２の循環系２Ａ，２Ｂの
いずれかの熱媒体タンク２１に切り換えて流出させるよ
うにしている。

【００２６】上記構成を有する第２実施例のサーキュレ
ータにおいて、温調流体の温度を変更する場合は、三方
弁６Ａまたは６Ｂ、及び三方弁８を切り換えて、第２の
循環系２Ａまたは２Ｂを流れるいずれか一方の温度変更
用熱媒体を熱交換器１４に送給すると共に、第１の循環
系１における余剰の熱媒体を、これと同じ側の第２の循
環系の熱媒体タンク２１に流出させる。さらに温調流体
の温度を変更する場合には、これらの三方弁６Ａ，６Ｂ
をそれぞれ切り換えて、他方の循環系２Ａまたは２Ｂを
流れる温度変更用熱媒体を熱交換器１４に送給し、余剰
の熱媒体は他方のタンクに流出される。第２実施例のそ
の他の作用は、第１実施例の場合と実質的に同じである
から、その説明は省略する。

【００２７】図３は第２実施例の変形例を示し、この変
形例は、２個並設した第２の循環系２Ａ，２Ｂにおける
温度設定用熱媒体タンク２１Ａ，２１Ｂを、連通管３０
で連通させたものとして構成している。また、図２の実
施例のように、第１の循環系１におけるオーバーフロー
管７に分岐管及び三方弁を設けることなく、オーバーフ
ロー管７の先端は一方のタンク２１Ａに開口させてい
る。上記変形例の他の構成は、図２の第２実施例と同じ
であるから、図の主要な同一の構成に同一の符号を付し
て、詳細な説明は省略する。上記構成を有する変形例で
は、２個の温度設定用熱媒体タンク２１Ａと２１Ｂを連
通管３０で連通させているので、オーバーフロー管７か
らの熱媒体を熱媒体タンク２１Ａ，２１Ｂのいずれに還
流させる場合であっても、直接または連通管３０を通し
て、稼動している側の第２循環系のタンクに戻すことが
でき、両熱媒体タンク２１Ａ，２１Ｂ内の熱媒体が混合
しても、その温度差が格別大きいものでなければ、その
影響を無視することができる。また、図２の実施例の分
岐管と三方弁を省略することができるので、該実施例に
比べて構成が簡単で安価なものとすることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、温調用熱媒体が循環する第１の循環系と、変更しよ
うとする温度に設定した変更用熱媒体が循環する１つま
たは複数の第２の循環系を設けると共に、切換え手段に
よって、これらの第２の循環系を流れる変更用熱媒体を
第１の循環系の熱交換器に切り換えて送給するようにし
たので、条件の変更等による温調流体の設定温度の変更
を速やかに行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図である。

【図２】本発明の第２実施例の構成図である。

【図３】上記第２実施例の変形例の構成図である。

【符号の説明】

１ 第１の循環系 ２，２Ａ，２Ｂ 第２の循環系 ５ 連通管路 ６Ａ，６Ｂ，８ 三方弁 ７ オーバーフロー管 １１ 温調用熱媒体タンク １２ 温調用ポンプ １３ 温調用熱交換器 １４ 熱交換器 ２１，２１Ａ，２１Ｂ 温度変更用熱媒体タンク ２２ 温度変更用ポンプ ２３ 温度変更用熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3L060 AA04 CC05 DD08 EE45 5H323 BB02 BB04 CA04 CB12 CB23 CB35 CB42 CB43 CB44 DA01 EE03 FF04 HH02 KK05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換器に恒温の温調用熱媒体を循環して
   流す第１の循環系と、変更すべき設定温度に温度調節さ
   れた設定温度変更用熱媒体を循環して流す第２の循環系
   とを備え、 上記熱交換器における温調流体温度の設定変更に際し、
   第１の循環系に、その熱交換器を流れる温調用熱媒体に
   代えて第２の循環系における温度変更用熱媒体を導入す
   る、ことを特徴とする熱交換器における温調流体温度の
   高速設定変更方法。
2. 【請求項２】第２の循環系を循環する温度変更用熱媒体
   の量を、第１の循環系を循環する温調用熱媒体の量より
   も十分に多くし、 熱交換器における温調流体の設定温度の変更に際して、
   第２の循環系からの温度変更用熱媒体の導入により生じ
   た第１の循環系の余剰の熱媒体を、第２の循環系の温度
   変更用熱媒体タンクに流入させる、ことを特徴とする請
   求項１に記載の熱交換器における温調流体温度の高速設
   定変更方法。
3. 【請求項３】熱交換器に、温度調節のための恒温の温調
   用熱媒体を循環して流す第１の循環系と、変更しようと
   する設定温度に温度調節した恒温の温度変更用熱媒体を
   循環して流す第２の循環系とを備え、 上記熱交換器における温調流体温度の高速設定変更装置
   として、第２の循環系における温度変更用熱媒体を圧送
   するポンプの吐出側の管路に、該管路を通して圧送され
   る上記温度変更用熱媒体を第１の循環系における熱交換
   器側に切換えて送給する切換え手段を設けた、ことを特
   徴とする熱交換器における温調流体温度の高速設定変更
   装置を備えたサーキュレータ。
4. 【請求項４】複数の第２の循環系を備え、それらの循環
   系における温度変更用熱媒体を第１の循環系に切換えて
   送給する切換え手段を、第１の循環系の熱交換器側に選
   択的に切り換え可能にした、ことを特徴とする請求項３
   に記載の熱交換器における温調流体温度の高速設定変更
   装置を備えたサーキュレータ。
5. 【請求項５】切換え手段として、温度変更用熱媒体を、
   第１の循環系における熱交換器側と第２の循環系におけ
   る温度変更用熱媒体タンク側とに切換えて送給する三方
   弁を備えた、ことを特徴とする請求項３または請求項４
   に記載の熱交換器における温調流体温度の高速設定変更
   装置を備えたサーキュレータ。
6. 【請求項６】第１の循環系を、温調用熱媒体タンクから
   導出した管路に、温調用熱媒体を圧送する温調用ポン
   プ、及びその温調用熱媒体を所要の温度に調節する温調
   手段を設けると共に、それらの下流側に熱交換器を配
   し、該熱交換器を経た温調用熱媒体を、上記温調用熱媒
   体タンクに還流させる管路を設けることにより構成し、 上記温調用熱媒体タンクに、余剰の熱媒体を第２の循環
   系における温度変更用熱媒体タンクに流すオーバーフロ
   ー管を設けた、ことを特徴とする請求項３ないし請求項
   ５のいずれかに記載の熱交換器における温調流体温度の
   高速設定変更装置を備えたサーキュレータ。