JP2006284001A - 温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒による冷却と電熱ヒータの加熱とによって温度制御する温度制御装置において、温度制御対象を低温から高温に昇温して温度制御するとき、温度制御対象の熱容量が大きくならず、温度制御対象の昇温時間を短縮し、また、冷媒の蒸発や酸化あるいは有毒ガスが発生することがなく、使用する冷媒の選択幅を広げることにある。
【解決手段】 温度制御対象Ｐを低温から高温に昇温して温度制御するとき、温度制御対象Ｐ１、Ｐ２，Ｐ３の冷却通路８，２９に残る冷媒４を冷却通路８，２９から排出する冷媒排出手段を設けたことにある。冷媒排出手段には、温度制御対象Ｐ１の冷却通路入口８ａからエアーを冷却通路８に送るエアー供給ライン１１や温度制御対象Ｐ２の冷却通路出口８ｂに接続されたポンプ３７や冷却通路２９内の冷媒２４が自然に排出されるように温度制御対象Ｐ３を設置する構成などがある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷媒循環装置の冷媒による冷却と電熱ヒータによる加熱によって伝熱盤等の温度制御対象の温度制御を行う温度制御装置に関する。

従来、伝熱盤等の温度制御対象の温度を制御することを目的とした温度制御装置は、低温に温度制御する場合、冷媒循環装置の低温冷媒を温度制御対象に形成した冷却通路に流し、高温に制御する場合は、温度制御対象に取り付けられている電熱ヒータで加熱するという方法が一般的であり、例えば、−７０°Ｃ〜２００°Ｃの範囲で温度制御されている。図４に、従来の冷媒循環装置を備えた温度制御装置の概念図を示す。

図４において、符号Ｐ’は、伝熱盤等の温度制御対象（以下、「伝熱盤Ｐ’」という）であり、この伝熱盤Ｐ’は、冷凍機１０１によって冷却された冷媒循環装置の冷媒１０４（以下、「冷却液１０４」という）を伝熱盤Ｐ’に形成された冷却通路１０８に流すことや伝熱盤Ｐ’に取り付けられた電熱ヒータからなる伝熱盤ヒータ１０９で加熱することによって温度制御されている。この伝熱盤Ｐ’は、通常、冷却通路１０８がほぼ水平になるよう配置されている。

冷凍機１０1は、圧縮機１０２と、熱交換器１０３を備えており、冷媒（以下、「冷凍機側冷媒」という）が、図４に示す矢印の方向に、圧縮機１０２→熱交換器１０３→圧縮機１０２と流れる循環回路が形成されている。熱交換器１０３は、冷凍機側冷媒が流れる冷凍機側冷媒通路１０３ａと、伝熱盤Ｐ’を冷却する冷却液１０４が流れる冷却液通路１０３ｂとを備えており、冷却液１０４は、この冷却液通路１０３ｂを通ることによって、冷凍機１０１で冷やされた冷凍機側冷媒と熱交換して温度を下げる。

伝熱盤Ｐ’の温度制御を行う冷媒循環装置は、冷却液１０４を貯留する低温タンク１０５と、冷却液１０４を循環させる循環ポンプ１０６と、低温タンク１０５内の冷却液１０４を加熱する電熱ヒータからなる冷却液ヒータ１０７と、伝熱盤Ｐ’に形成された冷却通路１０８と、熱交換器１０３に設けた冷却液通路１０３ｂとから構成されており、循環ラインＬ’によって、冷却液１０４が、図４の矢印で示す方向に、低温タンク１０５→循環ポンプ１０６→伝熱盤Ｐ’の冷却通路１０８→熱交換器１０３の冷却液通路１０３ｂ→冷却液ヒータ１０７→低温タンク１０５と流れる循環回路を構成している。また、伝熱盤Ｐ’には、伝熱盤Ｐ’に設置した温度センサー１０９ａの検知する温度に基づいて制御され、伝熱盤Ｐが予め定めた設定温度になるように伝熱盤Ｐを加熱する伝熱盤ヒータ１０９が取り付けられている。

図４に示した冷媒循環装置は次のように動作する。伝熱盤Ｐ’を４０°Ｃを超えて温度制御するときは、循環ポンプ１０６の運転を停止し、伝熱盤Ｐ’に取り付けた伝熱盤ヒータ１０９を駆動する。伝熱盤ヒータ１０９は、伝熱盤Ｐ’に取り付けた温度センサー１０９ａが検知する温度に基づいて、伝熱盤Ｐ’の温度が設定温度になるように制御される。

伝熱盤Ｐ’を４０°Ｃ以下に温度制御するときは、循環ポンプ１０６を運転する。循環ポンプ１０６は、低温タンク１０５内の冷却液１０４を伝熱盤Ｐ’の冷却通路１０８に送り出す。冷却通路１０８に送り出された冷却液１０４は、伝熱盤Ｐ’と熱交換したのち、熱交換器１０３の冷却液通路１０３ｂに送られ、熱交換器１０３の冷凍機側冷媒通路１０３ａを流れる冷凍機側冷媒と熱交換して温度を下げ、冷却液ヒータ１０７を通して低温タンク１０５に戻される。このようにして、冷却液１０４が循環ラインＬ’を循環することによって、低温タンク１０５内の冷却液１０４は、徐々にその温度を下げていく。また、低温タンク１０５内の冷却液１０４の温度は、低温タンク１０５に設けた温度センサー１０７ａでモニターされており、低温タンク１０５内の冷却液１０４が冷却されすぎたときは、温度センサー１０７ａの検知温度に基づいて冷却液ヒータ１０７を駆動し、低温タンク１０５内の冷却液１０４を設定温度に維持する。なお、低温タンク１０５の冷却液１０４の温度制御の具体例としては、後掲する特許文献１の図１に示された流量調整弁によるものや同じく図２に示された低温タンクに設けたヒータによるものがある。

伝熱盤Ｐ’は、この設定温度に維持された低温タンク１０５内の冷却液１０４が伝熱盤Ｐ’の冷却通路１０８を流れることによって冷却される。同時に、伝熱盤Ｐ’の温度は、温度センサー１０９ａでモニターされており、温度センサー１０９ａの検知温度に基づいて伝熱盤ヒータ１０９を制御し、冷却液１０４による冷却と伝熱盤ヒータ１０９による加熱とによって、伝熱盤を設定温度に制御する。

温度制御装置に関連する先行技術文献として次の特許文献１があり、伝熱盤に関する先行技術文献として、次の特許文献２，３がある。
特開２００３−１４８８５２号公報 特開２００２-１２４５５８号公報 特開２００２−３５３２９７号公報

前述のように構成された従来の伝熱盤の温度制御装置は、伝熱盤Ｐ’を高温、例えば４０°Ｃを超えて温度制御する場合、循環ポンプ１０６の運転を停止し、伝熱盤ヒータ１０９を使って温度制御を行うが、伝熱盤Ｐ’の冷却通路１０８に冷却液１０４が残っているため、伝熱盤Ｐ’の熱容量が大きく、伝熱盤ヒータ１０８による伝熱盤Ｐ’の昇温に時間がかかってしまうという問題があった。

また、伝熱盤Ｐ’をさらに高温、例えば、１５０°Ｃを超えて２００°Ｃまでの高温に制御する場合、冷却液の種類や冷却液の温度条件によっては、伝熱盤Ｐ’の冷却通路１０８に冷却液１０４が残っているため、冷却液の蒸発や酸化、あるいは、有毒なガスが発生するおそれがあるなどの不具合が生じることがある。特に、低温領域（０°Ｃ以下）で能力が高い冷媒は、高温制御時に前述した不具合が生じるおそれがあり、使用できない等の問題があった。

本発明の課題は、大気開放型の冷媒循環ラインと、温度制御対象を加熱する電熱ヒータとを有し、温度制御対象を低温に温度制御するときは、冷媒による冷却と電熱ヒータによる加熱とによって温度制御し、温度制御対象を高温に温度制御するときは、冷媒の循環を停止し、電熱ヒータによって温度制御するようにした温度制御装置において、温度制御対象を低温から高温に昇温して温度制御する場合、温度制御対象の熱容量が大きくならず、電熱ヒータによる温度制御対象の昇温時間を短縮し、また、温度制御対象を高温に温度制御しても冷媒の蒸発や酸化あるいは有毒ガスが発生することがなく、使用する冷媒の選択幅を広げることのできる温度制御装置を提供することにある。

本発明の課題を解決するための手段は、特許請求の範囲の請求項１（以下、「請求項1」などという）のように、冷凍機で冷却された冷媒タンク内の冷媒を温度制御対象に形成した冷却通路に送り、該冷却通路で前記温度制御対象を冷却した冷媒を前記冷媒タンクに戻すようにした大気開放型の冷媒循環ラインと、前記温度制御対象を加熱する電熱ヒータとを有し、前記温度制御対象を低温に温度制御するときは、前記冷媒による冷却と前記電熱ヒータによる加熱とによって温度制御し、前記温度制御対象を低温から高温に昇温して温度制御するときは、前記冷媒の循環を停止し、前記電熱ヒータによって温度制御するようにした温度制御装置において、前記温度制御対象を高温に制御するとき、前記温度制御対象に設けた前記冷却通路内に残る冷媒を前記冷却通路内から排出する冷媒排出手段を設けたことにある。

請求項１の構成によれば、温度制御対象を低温から高温に昇温して温度制御するとき、循環ポンプの運転を停止し、冷媒排出手段によって温度制御対象の冷却通路に残っている冷媒を冷却通路から排出する。同時に、電熱ヒータを駆動して温度制御対象の昇温及び温度制御を行う。したがって、温度制御対象の冷却通路には、冷媒が存在しないので、温度制御対象の熱容量が大きくなることがない。また、温度制御対象の冷却通路内に残っていた冷媒が、該冷却通路から排出されているので、冷媒循環ラインの冷媒が電熱ヒータによって加熱されて高温になることがない。

また、請求項１の冷媒排出手段を、請求項２のように、前記冷却通路の冷媒入口側から加圧されたエアーを前記冷却通路内に送るエアー供給ラインから構成するとよい。

請求項２の構成によれば、温度制御対象を低温から高温に昇温して温度制御するとき、循環ポンプの運転を停止し、エアー供給ラインから加圧されたエアーを温度制御対象の冷却通路に供給し、加圧されたエアーによって冷却通路に残っている冷媒を冷却通路から強制的に押し出す。同時に、電熱ヒータを駆動して温度制御対象の昇温及び温度制御を行う。したがって、冷却通路には、冷媒が存在しないから、温度制御対象の熱容量が大きくなることがない。また、冷却通路内に残っていた冷媒が、冷却通路から排出されているので、冷媒循環ラインの冷媒が電熱ヒータによって加熱されて高温になることがない。

また、請求項１の冷媒排出手段を、請求項３のように、前記冷却通路の冷媒出口側に設けたポンプで構成することもできる。

請求項３のような構成にすると、温度制御対象を低温から高温に昇温して温度制御するとき、循環ポンプの運転を停止し、温度制御対象の冷却通路の冷媒出口側に設けたポンプを運転し、冷却通路に残っている冷媒を強制的に抜き取り、冷却通路から排出する。同時に、電熱ヒータを駆動して温度制御対象の昇温及び温度制御を行う。したがって、冷却通路には、冷媒が存在しないから、温度制御対象の熱容量が大きくなることがない。また、冷却通路内に残っていた冷媒が、冷却通路から排出されているので、冷媒循環ラインにある冷媒が電熱ヒータによって加熱されて高温になることがない。

また、請求項１の冷媒排出手段を、請求項４のように、循環ポンプの運転を停止すると、前記冷却通路内の冷媒が自然に排出されるように温度制御対象を設置する構成とすることもできる。

請求項４のような構成にすると、温度制御対象を低温から高温に昇温して温度制御するとき、循環ポンプの運転を停止すると、温度制御対象に形成した冷却通路に残っていた冷媒が自然に排出される。同時に、電熱ヒータを駆動して温度制御対象の昇温及び温度制御を行う。したがって、温度制御対象の冷却通路には、冷媒が存在しないから、温度制御対象の熱容量が大きくなることがない。また、冷却通路内に残っている冷媒は、冷却通路から排出されているので、冷媒循環ラインの冷媒が電熱ヒータによって加熱されて高温になることがない。

本発明によれば、冷凍機で冷却された冷媒タンク内の冷媒を循環ポンプによって温度制御対象に形成した冷却通路に送り、冷却通路で温度制御対象を冷却した冷媒を冷媒タンクに戻すようにした大気開放型の冷媒循環ラインと、温度制御対象を加熱する電熱ヒータとを有し、温度制御対象を低温に温度制御するときは、冷媒による冷却と電熱ヒータによる加熱とによって温度制御し、温度制御対象を高温に温度制御するときは、循環ポンプの運転を停止し、電熱ヒータによって温度制御するようにした温度制御装置において、温度制御対象を低温から高温に昇温して温度制御するとき、温度制御対象に設けた冷却通路内に留まる冷媒を冷却通路から排出する冷媒排出手段を設けたので、電熱ヒータによって温度制御対象を高温に制御するとき、温度制御対象に設けた冷却通路には冷媒が存在しないから、温度制御対象の熱容量が大きくならない。したがって、電熱ヒータで温度制御対象を昇温させる時間を短縮できる。

また、電熱ヒータにより温度制御対象を高温に制御しても、温度制御対象に設けた冷却通路の冷媒は、冷却通路から排出されているので、冷媒循環ラインの冷媒が、電熱ヒータによって高温に加熱されることがない。したがって、低温領域（０°Ｃ以下）で能力が高い冷媒を使用しても、冷媒の蒸発や酸化あるいは有毒ガスが発生することがないから、使用する冷媒の選択幅を広げることができる。

さらに、冷媒循環装置を大気開放型としたので、冷媒排出手段は、循環ポンプの運転を停止したとき、冷却通路にある冷媒を容易に冷却通路から排出することができる。

以下、本発明の冷媒排出手段を備えた温度制御装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は，冷媒排出手段をエアー供給ラインから構成した第１の実施の形態の温度制御装置のフローの概念図である。なお、このエアー供給ラインは、図２や３に示すような循環ラインＬ２を採用した場合には、循環ラインＬ２の冷却液供給ホース３３に設けられることはいうまでもない。

図１において、符号Ｐ１は、伝熱盤等の温度制御対象（以下、「伝熱盤Ｐ１」という）であり、この伝熱盤Ｐ１は、冷凍機１によって温度を下げられた冷媒循環装置の冷媒４、（以下、「冷却液４」という）を伝熱盤Ｐ１に形成された冷却通路８に流すことや伝熱盤Ｐ１に取り付けられた電熱ヒータからなる伝熱盤ヒータ９で加熱することによって、例えば、−７０°Ｃ〜２００°Ｃの範囲で温度制御される。冷却液４は、ガルデン（商品名）やフロリナート（商品名）等のフッ素系の冷媒が使用されている。

伝熱盤Ｐ１は、通常、伝熱盤Ｐ１に形成した冷却通路８がほぼ水平になるように設置されている。伝熱盤ヒータ９は、伝熱盤Ｐ１に設けた温度センサー９ａの検知する温度に基づいて制御され、伝熱盤Ｐ１が予め定めた設定温度になるように伝熱盤Ｐ１を加熱する。伝熱盤ヒータ９の制御は、図示したコントローラＣＲや前掲した特許文献１に記載された測温抵抗体等、適宜の手段によって行われる。なお、図１に示した伝熱盤Ｐ１は模式図であり、その具体的な構成としては、例えば、前掲した特許文献２や３に示されたものがある。

冷凍機1は、圧縮機２と熱交換器３を備えており、冷媒（以下、「冷凍機側冷媒」という）が、図１に示す矢印の方向に、圧縮機２→熱交換器３→圧縮機２と流れるようになっている。熱交換器３は、冷凍機側冷媒が流れる冷凍機側冷媒通路３ａと、伝熱盤Ｐ１を冷却する冷却液４が流れる冷却液通路３ｂとを備えており、冷却液４は、冷却液通路３ｂを通ることによって、冷凍機１で冷やされた冷凍機側冷媒と熱交換して温度を下げる。

伝熱盤Ｐ１の温度制御を行う大気開放型の冷媒循環装置は、冷却液４を貯留する大気開放型の低温タンク５（前述した解決手段でいう「冷媒タンク」に相当する）と、冷却液４を循環させる循環ポンプ６と、低温タンク５内の冷却液４が所定の設定温度になるように加熱する電熱ヒータからなる冷却液ヒータ７と、伝熱盤Ｐ１に形成された冷却通路８と、熱交換器３に設けた冷却液通路３ｂとを備えており、循環ラインＬ（前述した解決手段でいう「大気開放型の冷媒循環ライン」に相当する）によって、冷却液４が、図１の矢印で示すように、低温タンク５→循環ポンプ６→伝熱盤Ｐ１の冷却通路８→熱交換器３の冷却液通路３ｂ→冷却液ヒータ７→低温タンク５と流れるようになっている。

低温タンク５は、ほぼ密閉された断熱構造とされており、低温タンク５の上部空間は、大気開放チューブ５ａによって大気に開放されている。また、低温タンク５の上部空間には、０°Ｃ以下の低温に温度制御したとき、低温タンク５内の冷却液４が低温タンク２５の上部空間にある空気から水分を吸収し、この水分が０°Ｃ以下の低温に温度制御したとき、結露して氷になるのを防止するため、後述するドライエアー供給ラインのドライエアーがスピードコントローラ（図示せず）によって弱い正圧まで減圧されて供給されるようになっている。

伝熱盤Ｐ１の冷却通路入口８ａ側には、伝熱盤Ｐ１を低温から高温に温度制御するとき、エアー供給源１０からの加圧されたエアーを伝熱盤のＰ１の冷却通路８に供給し、この冷却通路８に残っている冷却液４を排出するためのエアー供給ライン１１が接続されている。エアー供給ライン１１には、開閉弁１２が設けられており、この開閉弁１２を開操作することにより、エアー供給源１０のエアーを伝熱盤Ｐ１の冷却通路８に送り込むようにしている。また、循環ポンプ６の吐出側には、逆止弁１３が設けられている。

エアー供給源１０は、エアポンベによるもの、加圧ポンプによるものなど種々のものが使用できるが、特に、低温に温度制御する装置では、結露防止のため圧力が５ｋｇ／ｃｍ２程度のドライエアーを使っていることが多く、このドライエアー供給ラインから分岐してエアー供給源１０とすれば、新たにエアー供給源を設ける必要がない。

開閉弁１２は、手動で操作するものも含め適宜の弁が使用できるが、好ましくは電磁弁とするのがよい。図１に示すものは、電磁弁からなる開閉弁１２であり、コントローラＣＲによって制御される。コントローラＣＲ内に構成した開閉弁駆動指令手段は、循環ポンプ６と、伝熱盤ヒータ９と、伝熱盤Ｐ１に設けた温度センサー９ａに電気的に接続されており、循環ポンプ６の運転停止信号と、伝熱盤ヒータ９の運転開始信号と、伝熱盤Ｐ１に設けた温度センサー９ａのからの検知温度信号に基づいて開閉弁１２を駆動するようになっている。

開閉弁駆動指令手段は、循環ポンプ運転停止信号と伝熱盤ヒータ駆動開始信号が入力され、かつ、温度センサー９ａが所定の温度、例えば、数度〜１０数度の間の温度、好ましくは１０°Ｃ前後以上を検知したとき、開閉弁１２に駆動指令信号を出力するようになっている。なお、前記所定の温度は、予めコントローラＣＲの記憶手段に記憶されており、開閉弁駆動指令手段は、この予め記憶された所定の温度と温度センサー９ａの検知温度を比較して、温度センサー９ａの温度が所定の温度以上にあるかを判断している。また、開閉弁１２を駆動する時間は、伝熱盤Ｐ１の冷却通路８にある冷却液４を低温タンク５まで送れるような時間、例えば、数秒〜数１０秒程度に設定されている。

このように構成された第１の実施の形態の温度制御装置は、次のように作動する。伝熱盤Ｐ１を低温、例えば、４０°Ｃ以下に温度制御するときは、循環ポンプ６を運転する。循環ポンプ６は、低温タンク５内の冷却液４を伝熱盤Ｐ１の冷却通路８に送り出す。冷却通路８に送り出された冷却液４は、伝熱盤Ｐ１と熱交換したのち、熱交換器３の冷却液通路３ｂに送られ、熱交換器３の冷凍機側冷媒通路３ａを流れる冷凍機側冷媒と熱交換して温度を下げ、冷却液ヒータ７を通して低温タンク５に戻される。このようにして、冷却液４が循環ラインＬを循環することによって、低温タンク５内の冷却液４は、徐々にその温度を下げていく。また、低温タンク５内の冷却液４の温度は、低温タンク５に設けた温度センサー７ａでモニターされており、低温タンク５内の冷却液４が冷却されすぎたときは、温度センサー７ａの検知温度に基づいて冷却液ヒータ７を駆動し、低温タンク５内の冷却液４を設定温度にする。温度センサー７ａによる冷却液ヒータ７の制御は、例えば、コントローラＣＲや前掲した特許文献１に記載された測温抵抗体など、適宜の手段によって行われる。

伝熱盤Ｐ１は、この設定温度に維持された低温タンク５内の冷却液４が伝熱盤Ｐ１の冷却通路８を流れることによって冷却される。同時に、伝熱盤Ｐ１の温度は、温度センサー９ａでモニターされており、温度センサー９ａの検知温度に基づいて伝熱盤ヒータ９を制御し、冷却液４による冷却と伝熱盤ヒータ９による加熱とによって、伝熱盤Ｐ１を設定温度に制御する。

伝熱盤Ｐ１を、例えば、０°Ｃ以下の低温から４０°Ｃを超える高温まで昇温して温度制御するときは、循環ポンプ６の運転を停止し、伝熱盤ヒータ９を駆動する。コントローラＣＲに構成した開閉弁駆動指令手段には、循環ポンプ運転停止信号と伝熱盤ヒータ駆動開始信号が入力、保持される。また、開閉弁駆動指令手段には、温度センサー９ａが検知する温度が入力されており、開閉弁駆動指令手段は、前述した予め記憶されている所定の温度と、入力された温度センサー９ａの検知温度を比較し、この検知温度が所定の温度より低い場合は、循環ポンプ運転停止信号と伝熱盤ヒータの駆動開始信号が入力、保持されていても、開閉弁１２に駆動指令信号を出力しない。

伝熱盤Ｐ１が伝熱盤ヒータ９の加熱によって昇温し、温度センサー９ａが前述した所定の温度を検知すると、開閉弁駆動指令手段には、既に循環ポンプ運転停止信号と伝熱盤ヒータの駆動開始信号が入力、保持されているので、開閉弁駆動指令手段は、開閉弁１２に駆動指令信号を出力し、開閉弁１２を一定時間駆動する。

なお、伝熱盤Ｐ１を、前述した所定温度より高い温度から４０°Ｃを超える高温まで昇温して温度制御するときは、温度センサー９ａの検知温度が既に前述した所定の温度を超えているから、循環ポンプ６の運転を停止し、伝熱盤ヒータ９を駆動したとき、開閉弁駆動指令手段は、開閉弁１２に直ちに駆動指令信号を出力し、開閉弁１２を一定時間駆動する。開閉弁駆動指令手段は、開閉弁１２の駆動が終了するとリセットされる。

開閉弁１２が駆動されると、エアー供給源１０からの加圧されたエアーがエアー供給ライン１１、循環ラインＬ１を通して伝熱盤Ｐ１の冷却通路入口８ａから冷却通路８に供給される。この冷却通路８に供給された加圧エアーは、低温タンク５が大気開放型とされているので、冷却通路８内に残っている冷却液４を冷却通路出口８ｂから容易に押し出し、低温タンク５まで送る。

なお、循環ポンプ６の吐出側には、逆止弁１３が設けられているので、加圧されたエアーが冷却液ヒータ７、ポンプ６を通って、低温タンク５に流れ込むことはない。また、加圧されたエアーは、伝熱盤Ｐ１の温度が前述した所定の温度、例えば１０°Ｃ前後以上でないと冷却通路８に供給されないので、エアーが水分を含んでいても、この水分が結露するということはない。

このようにして、冷却通路８の冷却液４が排出された後も、伝熱盤ヒータ９は、さらに伝熱盤Ｐ１を昇温し、温度センサー９ａの検知温度に基づいて伝熱盤Ｐ１を所定の設定温度に制御する。伝熱盤Ｐ１が高温に制御されても、伝熱盤Ｐ１の冷却通路８には、冷却液４が残っていないので、循環ラインＬの冷却液４の温度が大きく上昇することはない。

なお、加圧されたエアーの結露を問題としないときは、開閉弁駆動指令手段に温度センサー１３の検知信号を入力しない構成として、開閉弁駆動指令手段に循環ポンプ運転停止信号と伝熱盤ヒータ駆動開始信号が入力されたとき、開閉弁１２に駆動指令を出力するようにしてもよい。また、開閉弁１２は手動弁としてもよい。この場合、循環ポンプ６の運転を停止し、伝熱盤ヒータ９の運転を開始したとき、温度センサー９ａの検知温度をモニターして、手動で開閉操作をすればよい。

この第１の実施の形態の温度制御装置によれば、伝熱盤Ｐ１を低温から高温に昇温して温度制御するとき、エアー供給ライン１１からの加圧されたエアーによって伝熱盤Ｐ１の冷却通路８には冷却液４が存在しないから、伝熱盤Ｐ１の熱容量が大きくならず、伝熱盤ヒータ９による伝熱盤Ｐ１の昇温時間を短縮することができる。

また、伝熱盤ヒータ９により伝熱盤Ｐ１を高温に制御しても、伝熱盤ヒータ９の冷却通路８には冷却液４が存在しないから、循環ラインＬの冷却液４が高温に加熱されることがない。したがって、低温領域（０°Ｃ以下）で能力が高い冷媒を使用しても、冷媒の蒸発や酸化あるいは有毒ガスが発生せず、使用する冷媒の選択幅を広げることができる。

さらに、伝熱盤Ｐ１の冷却通路８に残っている冷却液４は、加圧された空気によって強制的に押し出されるので、冷却通路８に残っている冷却液４を確実に排出することができる。

また、エアーの供給は、伝熱盤Ｐ１の温度が所定の温度、例えば、１０°Ｃ前後以上で行うので、エアーに含まれる水分が結露せず、冷媒排出手段として、エアーを使用しても、循環ラインＬに悪影響を及ぼすことがない。

次に、第２の実施の形態の冷媒排出手段を備えた温度制御装置を図２に基づいて説明する。この第２の実施の形態は、冷媒排出手段としてポンプを採用し、また第1の実施の形態とは異なる循環回路としている。

図２において、符号Ｐ２は、伝熱盤等の温度制御対象（以下、「伝熱盤Ｐ２」という）であり、この伝熱盤Ｐ２は、チラーユニットＣの筺体２１内に収納された冷凍機２２の熱交換器２３で温度を下げられた冷媒循環装置の冷媒(液)２４（以下、「冷却液２４」という）を伝熱盤Ｐ２内に形成された冷却通路２９に流すことや伝熱盤Ｐ２に取り付けられた伝熱盤ヒータ３０で加熱することによって、例えば、−７０°Ｃ〜２００°Ｃの広い温度範囲で温度制御される。冷却液２４は、ガルデンやフロリナート等のフッ素系の冷媒が使用されている。

伝熱盤Ｐ２は、通常、伝熱盤Ｐ２に形成した冷却通路２９がほぼ水平になるように配置されている。伝熱盤ヒータ３０は、伝熱盤Ｐ２に設置した温度センサー３０ａの検知する温度に基づいて制御され、伝熱盤Ｐ２が予め定めた設定温度になるように伝熱盤Ｐ２を加熱する。伝熱盤ヒータ３０の制御は、前述した伝熱盤ヒータ９の制御と同様に行われる。なお、図２に示した伝熱盤Ｐ２は模式図であり、その具体的な構成としては、例えば、前掲した特許文献２や３に示されたものがある。

伝熱盤Ｐ２の温度制御を行う冷媒循環装置は、冷却液２４を貯留する大気開放型の低温タンク２５（前述した解決手段でいう「冷媒タンク」に相当する）と、冷却液２４を循環させる循環ポンプ２７と、熱交換器２３で冷却される冷却液の流量を調整する流量調整弁２８と、伝熱盤Ｐ２に形成された冷却通路２９と、熱交換器２３に設けた冷却液通路（図示せず）を備えており、後述する循環ラインＬ１とＬ２によって循環回路が構成されている。

熱交換器２３は、二重管で構成されており、その内管が冷凍機２２側冷媒の流れる冷媒通路とされ、内管と外管との間に形成される通路が冷却液２４の流れる冷却液通路とされており、冷却液２４は、ここで冷凍機側冷媒と熱交換して冷却されるようになっている。また、低温タンク２５からの冷却液２４を内管の中へ、内管と外管との間に形成される流路に冷凍機側冷媒を流すようにしてもよい。

低温タンク２５は、チラーユニットＣの筺体２１内に収納されており、ほぼ密閉された断熱構造とされている。低温タンク２５内の上部空間には、この上部空間を大気に開放する大気開放チューブ２６が設けられており、低温タンク２５の液面２５ａが上昇や下降して、低温タンク２５に圧力の変動が生じたとき、その圧力の変動を吸収するようにしている。

循環ポンプ２７は、低温タンク２５に取り付けられており、そのポンプ部が、低温タンク２５内の冷却液２４の中に位置し、駆動部が低温タンク２５の外部に位置するよう配置されている。循環ポンプ２７の吸入口は、低温タンク２５内に開口し、その吐出口は、熱交換器２３に冷却液２４を送る冷却液循環ホース３１（往き管）に接続されるとともに、伝熱盤Ｐ２の冷却通路２９に冷却液２４を送る冷却液供給ホース３３に接続されている。循環ポンプ２７は、適宜のものが使用できるが、ギアポンプを用いるのが好ましい。

流量調整弁２８は、低温タンク２５に取り付けられており、駆動部が低温タンク２５の外部に位置し、弁部が低温タンク２５内に位置するよう配置されている。流量調整弁２８の冷媒入口は、熱交換器２３の出口に接続された冷却液循環ホース３２（戻り管）に接続されている。流量調整弁２８の冷媒出口は、低温タンク２５の上部空間に開口している。流量調整弁２８は、低温タンク２５に設けた温度センサー２８ａによって制御され、低温タンク２５内の冷却液２４が所定の設定温度になるように熱交換器２３を流れる冷却液２４の流量を調整する。なお、温度センサー２８ａによる流量調整弁２８の制御は、例えば、コントローラ等適宜の手段で行うことができる。

伝熱盤Ｐ２に形成された冷却通路２９は、その冷却液入口２９ａが伝熱盤接続ホース３５（往き管）に接続され、その冷却液出口２９ｂが伝熱盤接続ホース３６（戻り菅）に接続されている。伝熱盤接続ホース３５は、循環ポンプ２７の吐出口に接続する冷却液供給ホース３３に接続され、伝熱盤接続ホース３６は、低温タンク２５内に連通する冷却液供給ホース３４（戻り菅）に接続されている。

伝熱盤Ｐ２の冷却通路出口２９ｂには、循環ポンプ２７の運転を停止したとき、伝熱盤Ｐ２の冷却通路２９に残っている冷却液２４を低温タンク２５に送る排出ポンプ３７が接続されている。排出ポンプ３７は、好ましくは、図１に示すように冷却液供給ホース３４（戻り管）の水平部に設置するのがよい。また、排出ポンプ３７の能力は、伝熱盤Ｐ２の冷却通路２９に残っている冷却液２４を低温タンク２５に送るだけであり、小さい能力でよい。

排出ポンプ３７は、前述した開閉弁１２と同様にコントローラ（図示せず）によって制御される。コントローラ内に構成した排出ポンプ駆動指令手段（図示せず）は、循環ポンプ２７と、伝熱盤ヒータ３０に電気的に接続されており、循環ポンプ２７の運転停止信号と、伝熱盤ヒータ３０の運転開始信号が送られてきたとき、排出ポンプ３７に駆動指令信号を送って、排出ポンプ３７を所定時間、駆動するようになっている。また、排出ポンプ３７を駆動する時間は、伝熱盤Ｐ２の冷却通路２９にある冷却液２４を低温タンク２５まで送れるような時間が適宜設定される。

したがって、冷媒循環装置は、冷却液２４が、低温タンク２５→循環ポンプ２７→冷却液循環ホース３１→熱交換器２３の冷却液通路→冷却液循環ホース３２→流量調整弁２８→低温タンク２５と流れる循環ラインＬ１と、冷却液２４が、低温タンク２５→循環ポンプ２７→冷却液供給ホース３３→伝熱盤接続ホース３５→伝熱盤Ｐ２の冷却通路２９→伝熱盤接続ホース３６→冷却液供給ホース３４→排出ポンプ３７→冷却液供給ホース３４→低温タンク２５と流れる循環ラインＬ２（前述した解決手段でいう「大気開放型の冷媒循環ライン」に相当する）とを構成している。循環ラインＬ１とＬ２を有する冷媒循環装置は、低温タンク２５内の冷却液２４や伝熱盤Ｐ２の温度追従性が向上し、また、伝熱盤Ｐ２に設ける伝熱盤ヒータ３０の容量を小さくすることができる。

このように構成された第２の実施の形態の温度制御装置は、次のように作動する。伝熱盤Ｐ２を低温、例えば、４０°Ｃ以下に温度制御するときは、循環ポンプ２７を駆動する。循環ポンプ２７は、低温タンク２５内の冷却液２４を、冷却液循環ホース３１を通して熱交換器２３の冷却液通路に送るとともに、冷却液供給ホース３３及び伝熱盤接続ホース３５を通して伝熱盤Ｐ２の冷却通路２９に送る。

熱交換器２３の冷却液通路に送られた冷却液２４は、熱交換器２３の冷媒通路を流れる冷凍機２２側冷媒と熱交換して温度を下げ、冷却液循環ホース３２、流量調整弁２８を通って低温タンク２５に戻される。このようにして、循環ラインＬ１を流れる冷却液２４は熱交換器２３によって徐々に温度が下げられていく。他方、伝熱盤Ｐ２の冷却通路２９に送られた冷却液２４は、冷却通路２９を通る間に温度を上げ、伝熱盤接続ホース３６、冷却液供給ホース３４を通って低温タンク２５に戻される。

流量調整弁２８は、低温タンク２５内に設けた温度センサー２８ａの検知温度に基づいて制御され、低温タンク２５内の冷却液２４の温度が伝熱盤Ｐ２の設定温度に対応した所定の設定温度になるように循環ラインＬ１を流れる冷却液２４の液量を調整する。伝熱盤Ｐ２は、このようにして所定の温度に調整された低温タンク２５からの冷却液２４が冷却通路２９流れることによって冷却される。同時に、伝熱盤Ｐ２の温度は、温度センサー３０ａでモニターされており、温度センサー３０ａで検知した伝熱盤Ｐ２の温度が設定温度より低い場合には、伝熱盤ヒータ３０に通電して、伝熱盤Ｐ２の温度が設定温度になるように制御する。

伝熱盤Ｐ２を低温、例えば、０°Ｃ以下から高温、例えば、４０°Ｃを超えて昇温して温度制御する場合、循環ポンプ２７の運転を停止し、伝熱盤ヒータ３０を駆動する。コントローラに構成した排出ポンプ駆動指令手段には、循環ポンプ運転停止信号と伝熱盤ヒータ駆動開始信号が入力、保持される。排出ポンプ駆動指令手段は、循環ポンプ運転停止信号と伝熱盤ヒータ駆動開始信号を受けて、排出ポンプ３７に駆動指令を出力し、排出ポンプ３７を所定の時間駆動する。排出ポンプ３７が駆動されると、排出ポンプ３７は、低温タンク２５が大気開放型とされているので、冷却通路２９に残っている冷却液２４を冷却通路２９から容易に抜き取り、低温タンク２５に戻すようになる。排出ポンプ３７の駆動が終了すると、開閉弁駆動指令手段はリセットされる。

伝熱盤ヒータ３０は、さらに伝熱盤Ｐ２を昇温し、温度センサー３０ａの検知温度に基づいて伝熱盤Ｐ２を所定の設定温度に制御する。伝熱盤Ｐ２が高温に制御されても、伝熱盤Ｐ２の冷却通路２９には冷却液２４が残っていないので、循環ラインＬ２の冷却液２４の温度が大きく上昇することはない。

この第２の実施の形態の温度制御装置によれば、伝熱盤Ｐ２を低温から高温に昇温して温度制御するため、循環ポンプ２７の運転を停止し、伝熱盤ヒータ３０を駆動するとき、伝熱盤Ｐ２の冷却通路２９に残っている冷却液２４は、排出ポンプ３７によって排出されており、伝熱盤Ｐ２の熱容量が大きくならないので、伝熱盤ヒータ３０による伝熱盤Ｐ２の昇温時間を短縮することができる。

また、伝熱盤ヒータ３０により伝熱盤Ｐ２を高温に制御しても、伝熱盤ヒータ３０の冷却通路２９には冷却液２４が存在しないので、循環ラインＬ２の冷却液２４が高温に加熱されることがない。したがって、低温領域（０°Ｃ以下）で能力が高い冷媒を使用しても、冷媒の蒸発や酸化あるいは有毒ガスが発生せず、使用する冷媒の選択幅を広げることができる。

さらに、伝熱盤ヒータ３０の冷却通路出口２９ｂ側の冷却液供給ホース３４の途中に排出ポンプ３７を挿入するだけでよいので、簡単な構造で冷却通路２９の冷却液２４を排出できる。また、ポンプで排出するので、確実に冷却通路２９の冷却液２４を排出できる。

次に、第３実施の冷媒排出手段を備えた温度制御装置を図３に基づいて説明する。この第３の実施の形態は、冷媒排出手段を、循環ポンプの運転を停止すると、冷却通路の冷媒が自然に排出されるように温度制御対象を設置した構成としたものである。

図３において、図２と同一符号を付した部材は、特段の説明がない限り図２に示した部材と同一構成であり、同一構成については、前述した図２説明を援用し、その詳細な説明は省略する。図３の温度制御装置が、図２の温度制御装置と異なる点は、図２に設けた排出ポンプを設けない構成とした点と、温度制御対象である伝熱盤の配置にある。

図３のものは、図２における排出ポンプ３７が設けられていないから、図３の冷媒循環装置は、冷却液２４が、低温タンク２５→循環ポンプ２７→冷却液循環ホース３１→熱交換器２３の冷却液通路→冷却液循環ホース３２→流量調整弁２８→低温タンク２５と流れる循環ラインＬ１と、冷却液２４が、低温タンク２５→循環ポンプ２７→冷却液供給ホース３３→伝熱盤接続ホース３５→伝熱盤Ｐ３の冷却通路２９→伝熱盤接続ホース３６→冷却液供給ホース３４→低温タンク２５と流れる循環ラインＬ２（前述した解決手段でいう「大気開放型の冷媒循環ライン」に相当する）とを構成している。なお、排出ポンプを設けない構成であるので、第２の実施の形態のように、コントローラに排出ポンプ駆動指令手段を構成する必要はない。

前述した循環ラインＬ１，Ｌ２を有する温度制御装置の伝熱盤Ｐ３は、低温タンク２５の上方に配置され、かつ、循環ポンプ２７の運転を停止したとき、伝熱盤Ｐ３の冷却通路２９に残っている冷却液２４が、重力によって自然に、冷却液供給ホース３３，３４側に流れ落ちるように、傾斜して設置されている。また、伝熱盤Ｐ３に形成される冷却通路２９は、循環ポンプ２７の運転を停止したとき、この冷却通路２９にある冷却液２４が冷却液供給ホース３３，３４に流れ落ちることができるような形状、流路とされている。

伝熱盤Ｐ３の設置の例として、例えば、伝熱盤Ｐ３の冷却通路入口２９ａと冷却通路出口２９ｂが、図３や前掲した特許文献２や３の発明に示されるように同じ方向にあるときは、冷却通路入口２９ａと冷却通路出口２９ｂが下方に向くように傾斜して伝熱盤Ｐ３が設置され、特許文献２，３に従来技術として示されているように、冷却通路出口２９ｂが冷却通路入口２９ａの１８０°反対側にあるような場合は、冷却通路出口２９ｂが下方を向き、冷却通路入口２９ａが上方を向くように傾斜して伝熱盤Ｐ３が設置される。なお、特許文献２や３の発明のように、冷却通路２９を放射状に形成した場合には、この放射状の冷却通路２９は、循環ポンプ２７を停止したとき、冷却液２４が冷却通路出口２９ｂから自然に流れ落ちるような形状、配置とされることはもちろんである。

また、冷却液供給ホース３３，３４や伝熱盤接続ホース３５，３６も、循環ポンプ２７の運転を停止したとき、伝熱盤Ｐ３の冷却通路２９から流れ落ちる冷却液２４が低温タンク２５側へ向けて重力で流れるように配管されている。図３では、伝熱盤接続ホース３５，３６を傾斜させ、冷却液供給ホース３３，３４はほぼ垂直に立ち上がる立ち上げ部とほぼ水平に伸びる水平部とから形成してある。

このように構成された第３の実施の形態の温度制御装置において、冷媒循環装置は第２の実施の形態の冷媒循環装置と同様に運転される。そして、伝熱盤Ｐ３を低温、例えば、０°Ｃ以下から高温、例えば、４０°Ｃを超えて昇温して温度制御する場合、伝熱盤Ｐ３が低温タンク２５より高い位置に傾斜して設置され、しかも、低温タンク２５は大気開放型とされているので、循環ポンプ２７の運転を停止すると、伝熱盤Ｐ３の冷却通路２９にある冷却液２４は、重力によって自然に伝熱盤接続ホース３５，３６を通って、冷却液供給ホース３３，３４側に流れ落ち、低温タンク２５側に運ばれる。同時に、伝熱盤ヒータ９を駆動して、伝熱盤Ｐ３を昇温し、伝熱盤Ｐ３を設定温度に制御する。伝熱盤Ｐ３が高温に制御されても、伝熱盤Ｐ３の冷却通路２９には冷却液２４が残っていないので、循環ラインＬ２の冷却液２４の温度が大きく上昇することはない。

この第３の実施の形態の温度制御装置によれば、伝熱盤Ｐ３を低温から高温に昇温して温度制御するとき、伝熱盤Ｐ３の冷却通路２９の冷却液２４は、循環ポンプ２７を停止したとき、伝熱盤Ｐ３の設置構造によって自然に排出されるので、伝熱盤Ｐ３の熱容量が大きくならず、伝熱盤ヒータ３０による伝熱盤Ｐ３の昇温時間を短縮することができる。

また、伝熱盤ヒータ３０により伝熱盤Ｐ３を高温に制御しても、伝熱盤ヒータ３０の冷却通路２９には冷却液４が存在しないから、循環ラインＬ２の冷却液４が高温に加熱されることがない。したがって、低温領域（０°Ｃ以下）で能力が高い冷媒を使用しても、冷媒の蒸発や酸化あるいは有毒ガスが発生せず、使用する冷媒の選択幅を広げることができる。

さらに、伝熱盤Ｐ３を低温タンク２５の上方に傾けて設置するだけでよいので、別途格別の装置を必要とせず、冷媒排出手段を簡単な構造とすることができ、しかも特別な操作も必要としないので、温度制御装置の運転が容易である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の設計変更が可能であり、それらはいずれも本発明に含まれる。例えば、本発明の温度制御装置は、伝熱盤の温度制御を行うものに限られないし、循環ラインも前述した実施例のものに限定されず、適宜の循環ラインであってよい。

本発明の第１の実施の形態の冷媒排出手段を備えた温度制御装置のフローの概念図。 本発明の第２の実施の形態の冷媒排出手段を備えた温度制御装置のフロー図。 本発明の第３の実施の形態の冷媒排出手段を備えた温度制御装置のフロー図。 従来の温度制御装置のフローの概念図。

符号の説明

Ｐ１ 伝熱盤
Ｌ 循環ライン
ＣＲ コントローラ
１ 冷凍機
２ 圧縮機
３ 熱交換器
４ 冷却液
５ 低温タンク
６ 循環ポンプ
７ 冷却液ヒータ
８ 冷却通路
９ 伝熱盤ヒータ
１０ エアー供給源
１１ エアー供給ライン
１２ 開閉弁
Ｐ２，Ｐ３ 伝熱盤
Ｌ１，Ｌ２ 循環ライン
２２ 圧縮機
２３ 熱交換器
２４ 冷却液
２５ 低温タンク
２７ 循環ポンプ
２８ 流量調整弁
２９ 冷却通路
３０ 伝熱盤ヒータ
３７ 排出ポンプ

Claims (4)

1. 冷凍機で冷却された冷媒タンク内の冷媒を温度制御対象に形成した冷却通路に送り、該冷却通路で前記温度制御対象を冷却した冷媒を前記冷媒タンクに戻すようにした大気開放型の冷媒循環ラインと、前記温度制御対象を加熱する電熱ヒータとを有し、前記温度制御対象を低温に温度制御するときは、前記冷媒による冷却と前記電熱ヒータによる加熱とによって温度制御し、前記温度制御対象を低温から高温に昇温して温度制御するときは、前記冷媒の循環を停止し、前記電熱ヒータによって温度制御するようにした温度制御装置において、前記温度制御対象を高温に制御するとき、前記温度制御対象に設けた前記冷却通路内に残る冷媒を前記冷却通路内から排出する冷媒排出手段を設けたことを特徴とする温度制御装置。
2. 前記冷媒排出手段が、前記冷却通路の冷媒入口から加圧されたエアーを前記冷却通路内に送るエアー供給ラインである請求項１の温度制御装置。
3. 前記冷媒排出手段が、前記冷却通路の冷媒出口側に設けたポンプである請求項１の温度制御装置。
4. 前記冷媒排出手段が、循環ポンプの運転を停止すると、前記冷却通路内の冷媒が自然に排出されるように前記温度制御対象を設置した構成である請求項１の温度制御装置。

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