JP2010266118A - 温度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設定温度を大幅に変更した場合、或いは冬季に空気温や水温が低下しても、圧縮機の運転が不安定となり易い傾向のある従来の温度調整装置の課題を解決する。
【解決手段】圧縮機１８から吐出される高温熱媒体を加熱手段側と冷却手段側とに分配する比例三方弁２０と、加熱手段で熱を放出して冷却・凝縮された熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却した低温熱媒体を供給し、外部熱源から吸熱するヒートポンプ手段と、比例三方弁２０を制御して加熱手段と冷却手段とを通過する空気流の温度を調整する温度調整部が設けられた制御部２２とを具備し、冷却手段に設けられた凝縮手段に、水を冷却源とする水冷式凝縮器２６が用いられていると共に、ヒートポンプ手段に、空気を加熱源とする吸熱器３２が用いられ、且つ制御部２２には、圧縮機２８に液状の熱媒体が供給される液バック現象を防止できるように、吸熱器３２に供給する空気量を調整する液バック防止部が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は温度調整装置に関する。

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、下記特許文献１に図８及び図９に示す温度調整装置が提案されている。
図８に示す温度調整装置では、空間ユニット１００内に配設されたファン１０２によって吸引された空気流が加熱器１０４及び冷却器１０６を通過して所定温度に温度調整する。

この温度調整装置には、圧縮機１０８で圧縮されて加熱された気体状の高温熱媒体を加熱器１０４側と冷却器１０６側とに分配する比例三方弁１１０と、冷却器１０６側に分配された高温熱媒体を凝縮器１１２で冷却・凝縮した熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却した冷却媒体を冷却器１０６に供給する膨張弁１１４と、加熱器１０４で熱を放出して冷却・凝縮された熱媒体を膨張弁１１６によって断熱的に膨張して更に冷却した低温熱媒体を供給するヒートポンプ手段としての吸熱器１１８と、冷却器１０４及び吸熱器１１８で吸熱した熱媒体を圧縮機１０８に供給するアクチュエータ１２０とを具備する。
更に、加熱器１０４と冷却器１０６とを通過する空気流の温度を測定する温度センサー１２４の信号に基づいて、加熱器１０４と冷却器１０６とに供給する高温熱媒体の分配比率を変更して、加熱器１０４と冷却器１０６とを通過する温度調整対象の空気流の温度を目標温度に調整する制御部１２２が設けられている。
この温度調整装置では、凝縮器１１２に外部から冷却水が供給され、凝縮器１１２で高温熱媒体を冷却して加温された水は吸熱器１１８に加熱源として供給される。凝縮器１１２を経由して吸熱器１１８に供給された水は、膨張弁１１６で断熱的に膨張されて冷却された低温熱媒体を加温して排出される。
また、図９に示す温度調整装置では、凝縮器１１２及び吸熱器１１８には、ファン１３０によって空気流が送風され、凝縮器１１２で高温熱媒体から吸熱した空気流は吸熱器１１８では、冷却された熱媒体の加熱源として作用する。

国際公開第２００４０７８５２５号パンフレット

図８及び図９に示す温度調整装置によれば、加熱器１０４と冷却器１０６とを通過する空気流を、目標温度に対して±０．１℃の精度で調整できる。しかも、ヒートポンプ手段の採用によって、省エネルギーも図ることができる。
しかし、図８及び図９に示す温度調整装置では、凝縮器１１２及び吸熱器１１８に対して、水や空気流が凝縮器１１２を通過してから吸熱器１１８に供給されている。このため、制御部１２２の設定温度を大幅に変更した場合や、冬季に空気温や水温が低下した場合に、圧縮機１８の運転が不安定になり易い傾向にあることが判明した。
そこで、本発明は、設定温度を大幅に変更した場合、或いは冬季に空気温や水温が低下しても、圧縮機の運転が不安定となり易い傾向のある従来の温度調整装置の課題を解決し、設定温度を大幅に変更した場合、或いは冬季に空気温や水温が低下しても、圧縮機を安定して運転できる温度調整装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記課題を解決すべく検討した結果、凝縮器と吸熱器との各々に、独立して水又は空気流を供給することによって、制御部の温度設定を大幅に変更しても、容易に対応できることを知った。
また、圧縮機の運転が不安定となる場合には、圧縮機に液状の熱媒体が供給される液バック現象が発生し易くなっているため、圧縮機に戻る熱媒体の温度を昇温して液バック現象を防止することによって、圧縮機を安定して運転できることを見出した。
すなわち、前記課題を解決できる手段としては、圧縮機で圧縮されて加熱された気体状の高温熱媒体の一部が供給される加熱手段と、前記高温熱媒体の残余部を冷却・凝縮する凝縮手段と、前記凝縮手段で冷却された熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却した冷却媒体が供給される冷却手段と、前記高温熱媒体を前記加熱手段側と冷却手段側とに分配する分配手段と、前記加熱手段で熱を放出して冷却・凝縮された熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却した低温熱媒体を供給するヒートポンプ手段と、前記冷却手段及びヒートポンプ手段で吸熱した熱媒体を、前記圧縮機に供給する供給手段と、前記加熱手段と冷却手段とに供給する高温熱媒体の分配比率を変更して、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の温度を調整する温度調整部が設けられた制御部とを具備する温度調整装置であって、前記凝縮手段に、水を冷却源とする水冷式凝縮器が用いられていると共に、前記ヒートポンプ手段に、空気を加熱源とする吸熱器が用いられ、且つ前記制御部には、前記圧縮機に液状の熱媒体が供給される液バック現象を防止できるように、前記吸熱器に供給する空気量を調整する液バック防止部が設けられている温度調整装置を提供できる。
この温度調整装置では、圧縮機の出口側圧力を一定に調整できるように、水冷式凝縮器に供給する冷却水の水量を調整する冷却水調整手段を設けることによって、温度調整対象の流体の温度を更に一層精密に調整できる。
更に、吸熱器を屋内に設けることによって、吸熱器に霜が付着することを防止でき、温度調整装置を安定して運転できる。

また、前記課題を解決できる手段としては、圧縮機で圧縮されて加熱された気体状の高温熱媒体の一部が供給される加熱手段と、前記高温熱媒体の残余部を冷却・凝縮する凝縮手段と、前記凝縮手段で冷却された熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却した冷却媒体が供給される冷却手段と、前記高温熱媒体を前記加熱手段側と冷却手段側とに分配する分配手段と、前記加熱手段で熱を放出して冷却・凝縮された熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却した低温熱媒体を供給するヒートポンプ手段と、前記冷却手段及びヒートポンプ手段で吸熱した熱媒体を、前記圧縮機に供給する供給手段と、前記加熱手段と冷却手段とに供給する高温熱媒体の分配比率を変更して、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の温度を調整する温度調整部が設けられた制御部とを具備する温度調整装置であって、前記凝縮手段に、空気を冷却源とする空冷式凝縮器が設けられていると共に、前記ヒートポンプ手段に、水を加熱源とする吸熱器が用いられ、且つ前記制御部には、前記圧縮機に液状の熱媒体が供給される液バック現象を防止できるように、前記空冷式凝縮器に供給する空気量を調整する液バック防止部が設けられている温度調整装置を提供できる。
この温度調整装置では、空冷式凝縮器を屋外に設けることによって、空冷式凝縮器から熱交換されて温度の高い空気を屋内に排出することを防止でき、屋内環境の改善を図ることができる。

これらの本発明者らが提供した温度調整装置では、屋外に、凝縮器又は吸熱器から排出された水と屋外空気とが接触されて温度調整された水を、前記凝縮器又は吸熱器に供給するクーリングタワーを設けることによって、凝縮器又は吸熱器に供する水を循環使用できる。
また、吸熱器に供給する加熱源としての水を、クーリングタワーで温度調整された水と地下水とに切り換えて供給できるように、切換手段を設けることによって、夏季と冬季とで吸熱器に適した温度の水を供給できる。
更に、温度調整対象の流体が空気であって、空気と接触する加熱手段、冷却手段、凝縮器及び吸熱器に、複数本の熱交換チューブの水平部分が平行に積層されていると共に、前記熱交換チューブの各々に放熱フィンが設けられているフィンアンドチューブ方式の熱交換器を用いることによって、両者の熱交換を充分に行うことができる。
かかるフィンアンドチューブ方式の熱交換器では、前記熱交換器の熱媒体の供給口を熱媒体の排出口よりも上方に設けることによって、熱媒体中に含有されたオイルが熱交換器中で凝縮した凝集体を、容易に熱交換器から自重によって排出できる。
一方、水が供給される凝縮器又は吸熱器には、二重管方式の熱交換器を用い、前記熱交換器の内管と外管との間に水を通水することによって、凝縮器又は吸熱器の小型化を図ることができる。

本発明者らが提供した温度調整装置によれば、凝縮器とヒートポンプ手段の吸熱器との各々に、独立して水又は空気流を供給している。このため、制御部の温度設定を大幅に変更しても、凝縮器と吸熱器とに供給する水又は空気流の流量等を独自に変更して対応できる。
かかる水又は空気流の流量等の変更は、変更した凝縮器と吸熱器との一方側のみに影響を与え、他方側には直接の影響を与えることがないため、制御部の温度設定を大幅に変更にしても、容易に対応できる。
更に、本発明者らが提供した温度調整装置の制御部に設けられた液バック防止部によって、凝縮器又はヒートポンプ手段の吸熱器に供給する空気流量を調整して、圧縮機に液状の熱媒体が供給される液バック現象を防止でき、温度調整装置の安定運転を図ることができる。

本発明者らが提供した温度調整装置の一例を説明する概略図である。 図１に示す温度調整装置に設けられた制御部２２での制御について説明するブロック図である。 図１に示す温度調整装置に設けられている制水弁４０を説明する部分断面図である。 本発明者らが提供した温度調整装置の他の例を説明する概略図である。 図４に示す温度調整装置に設けられた制御部２２での制御について説明するブロック図である。 図１及び図４に示す温度調整装置に用いられているフィンアンドチューブ方式の熱交換器を説明する説明図である。 図１及び図４に示す温度調整装置に用いられている分配手段の他の例を示す概略図及びグラフである。 従来の温度調整装置の一例を説明する概略図である。 従来の温度調整装置の他の例を説明する概略図である。

本発明者らが提案した温度調整装置の一例の概略図を図１に示す。図１に示す温度調整装置の本体部の全体は屋内に設けられている。かかる温度調整装置には、空間ユニット１０内に、ファン１２によって吸込んだ温度調整対象の流体としての空気流を温度調整する加熱手段と冷却手段とが設けられている。
かかる加熱手段としての加熱器１４を具備する加熱回路と冷却手段としての冷却器１６を具備する冷却回路とが設けられ、空間ユニット１０内にファン１２によって吸引された空気流を加熱した後、冷却して精密に温度調整する。
かかる加熱器１４及び冷却器１６には、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、熱媒体の気化・液化によって空気流を加熱・冷却して所定の温度に調整する。
この様な熱媒体は、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熱媒体を、分配手段としての比例三方弁２０によって、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熱媒体と冷却回路側に分配する高温熱媒体との合計量が圧縮機１８から吐出された高温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、制御部２２によって制御されている。この制御部２２では、図２に示す様に、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温度調整部によって比較して、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。
かかる制御部２２の温度調整部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によって吸引されて加熱器１４で加熱された空気流を、冷却器１６で冷却して所定温度に調整する。その際に、高温熱媒体は、加熱器１４で放熱して冷却されて凝縮液を含む熱媒体となる。
加熱器１４で放熱した熱媒体は、膨張弁３４によって断熱的に膨張され、屋内の空気温度よりも低温（１０℃程度）に冷却される。冷却された熱媒体は、屋内の空気を加熱源としてファン３０によって吹き付ける吸熱器３２に供給され、ファン３０によって供給される空気流との温度差に基づいて吸熱できる。
一方、冷却回路側に分配された高温熱媒体は、二重管方式の凝縮器２６に供給されて冷却される。かかる凝縮器２６には、屋外に設置されたクーリングタワー５０によって外気と接触して冷却された冷却水がポンプ５２によって供給される。冷却水は、凝縮器２６の内管と外管との間に、熱媒体と向流方向となるように通水され、熱媒体と熱交換されて加熱された冷却水は、クーリングタワー５０に戻されて冷却される。

凝縮器２６で冷却された熱媒体は、膨張手段としての膨張弁２８によって断熱的に膨張され、屋内空気温度よりも低温に冷却される（例えば、１０℃に冷却）。冷却された低温熱媒体は、冷却器１６に供給され、空間ユニット１０内に吸込まれた空気流を冷却し、その際に、冷却器１６に供給された低温熱媒体は空気流から吸熱して昇温される。
吸熱器３２と冷却器１６とで吸熱した熱媒体は、合流してアキュームレータ３６を経由して圧縮機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内に吸込まれた空気流から吸熱した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では、加熱器１４で放熱した熱媒体を、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、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低温熱媒体は、ファン３０によって吸熱器３２に供給された屋内空気温度の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。

この様に、図１に示す温度調整装置では、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熱媒体と冷却回路側に分配する高温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では、加熱回路及び冷却回路に高温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、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調整できる。
しかも、凝縮器２６及び吸熱器３２には、独立して水又は空気流が供給されているため、設定温度を変更に基づいて、冷却回路と加熱回路とに分配する高温熱媒体の分配比率が変更されても、凝縮器２６及び吸熱器３２は独自に従動できる。このため、空気流の温度を、変更した設定温度に迅速に調整できる。

図１に示す温度調整装置において、高温熱媒体の分配率が冷却回路側と加熱回路側との一方側に大きく偏ったとき、圧縮機１８に液状の熱媒体が供給される事態が生じることがある。
例えば、高温熱媒体の分配率が冷却回路側よりも加熱回路側に大きく偏って、吸熱器３２に供給される空気量が過少であるとき、圧縮機１８の入口温度が入口圧力での熱媒体の飽和温度又はその近傍温度となり、圧縮機１８に液状の熱媒体が供給される現象（液バック現象）のおそれが生じる場合がある。
このため、図１に示す温度調整装置では、液バック防止手段として、圧縮機１８の入口付近に、圧縮機１８に供給される熱媒体の温度を測定する温度センサー３８と、圧縮機１８に供給される熱媒体の圧力を測定する圧力センサー４２とを設け、温度センサー３８と圧力センサー４２との測定値は、図２に示す制御部２２の液バック防止部に送信される。制御部２２の液バック防止部では、予め入力されている熱媒体の圧力（飽和圧力）と温度との関係データ（以下、単に温度―圧力関係データと称する）から、受信した圧縮機１８の入口近傍の温度における圧力を推定し、推定圧力と受信した圧縮機１８の入口近傍の圧力とを比較する。

圧縮機１８の入口近傍の温度における圧力が、受信した圧縮機１８の入口近傍の温度における推定圧力以下である場合には、液バック現象が発生するおそれがある。
このため、制御部２２の液バック防止部からは、ファン３０の回転数を増加する信号を発信し、吸熱器３２での吸熱能力を高め、低温熱媒体の蒸発を促して液バック現象を防止する。
かかるファン３０の回転数の制御には、スピードコントローラを用いることが好ましい。スピードコントローラによれば、ファン３０は回転数の急激な変動を避けて滑らかに制御でき、応答性を向上できる。
他方、高温熱媒体の分配率が加熱回路側よりも冷却回路側に大きく偏って、冷却器１６での熱媒体の蒸発が不充分の場合にも、液バック現象が発生するおそれがある。この場合は、膨張弁２８によって断熱膨張されて冷却された熱媒体が冷却器１６に過大に供給されている。このため、制御部２２の液バック防止部からは、温度調整部を介して比例三方弁２０に対して、冷却回路側への高温熱媒体の分配率を低下する信号が発信され、冷却器１６で蒸発できる適正な熱媒体量が供給される。
この様に、冷却回路側への高温熱媒体の分配率を低下することによって、冷却器１６での熱媒体の蒸発が不充分な状態、すなわち冷却器１６での熱交換に必要とされるよりも過剰な熱媒体が供給されている状態を、冷却器１６での熱交換に必要とされる熱媒体量に調整できる。このため、加熱器１４及び冷却器１６を通過する空気流を所定温度に調整するに要する時間は、冷却回路側への高温熱媒体の分配率を低下することなく維持した場合と殆ど変わらない。

図１に示す温度調整装置では、クーリングタワー５０から凝縮器２６に水を供給する供給配管には、制水弁４０が設けられている。
かかる制水弁４０は、図３に示す様に、水の供給通路４０ａの開口面積を調整する弁体４０ｂが形成された棒状部材４０ｃと、供給通路４０ａが弁体４０ｂによって閉塞される方向に棒状部材４０ｃを付勢する付勢部材としてのバネ４０ｄと、圧縮機１８の吐出圧力によってバネ４０ｄの付勢力に抗して棒状部材４０ｃを押圧し、弁体４０ｂで閉塞した供給通路４０ａ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４０ｅとから成る。

この制水弁４０によれば、圧縮機１８の吐出圧がバネ４０ｃの付勢力以上となったとき、ベローズ４０ｅによって弁体４０ｂが供給通路４０ａを開放する方向に移動し、凝縮器２６に供給される冷却水量が増加して、凝縮器２６の冷却能力が向上される。このため、圧縮機１８の吐出圧が低下する。
他方、圧縮機１８の吐出圧がバネ４０ｄの付勢力以下となったとき、弁体４０ｂが供給通路４０ａを閉じる方向に移動し、凝縮器２６に供給される冷却水量が減少して、凝縮器２６の冷却能力が低下する。このため、圧縮機１８の吐出圧が高くなる。
この様に、圧縮機１８の吐出圧を一定に保持することによって、温度調整装置を安定して運転できる。

図１に示す温度調整装置では、凝縮器２６として、水を冷却源とする水冷式凝縮器を用い、吸熱器３２として、空気を加熱源とする吸熱器を用いているが、図４に示す温度調整装置の様に、凝縮器２６として、空気を冷却源とする空冷式凝縮器を用い、吸熱器３２として、水を加熱源とする吸熱器を用いることができる。
図４に示す温度調整装置では、吸熱器３２を屋内に設置しているが、凝縮器２６は屋外に設置している。凝縮器２６から熱交換されて温度の高い空気を屋内に排出することを防止し、屋内環境の改善を図るためである。この様に、凝縮器２６を屋外に設置しても、凝縮器２６には圧縮機１８から吐出された高温熱媒体が供給されるため、冬季でも霜が付着することはない。従って、凝縮器２６に付着した霜を取るデフロスト作業は不要である。
かかる凝縮器２６に空気流を吹き付けるファン３０の回転数は、図５に示す制御部２２の圧縮機１８の吐出圧調整部（以下、単に吐出圧調整部と称する）によって圧縮機１８の吐出圧が一定となるように制御されている。すなわち、圧縮機１８の吐出部側の配管に設けられた圧力センサー３１で測定された圧力が吐出圧調整部に設定されている設定圧よりも高くなった場合、吐出圧調整部からはファン３０に対して回転数を増加する信号を発信し、凝縮器２６での凝縮量を増加して、圧縮機１８の吐出圧を設定圧に調整する。他方、圧力センサー３１で測定された圧縮機１８の吐出圧が吐出圧調整部の設定圧よりも低くなった場合、吐出圧調整部からはファン３０に対して回転数を減少する信号を発信し、ファン３０の回転数を減少し、凝縮器２６での凝縮量を減少して、圧縮機１８の吐出圧を設定圧に調整する。この様に、圧縮機１８の吐出圧を所定圧に保持することによって、加熱器１４と冷却器１６とを通過する空気流の温度の調整精度を向上できる。

また、吸熱器３２には、二重管方式の熱交換器が用いられ、屋外に設置されたクーリングタワー５０によって外気と接触して温度調整された水がポンプ５２によって加熱源として供給される。水は、吸熱器３２の内管と外管との間に、熱媒体と向流方向となるように通水され、熱媒体と熱交換されて冷却された水は、クーリングタワー５０に戻されて温度調整される。
かかる吸熱器３２から排出された水の排出配管には、制御弁５６が設けられている。この制御弁５６は、図５に示す様に、制御部２２に設けられた液バック防止部によって制御されている。
すなわち、圧縮機１８の入口近傍に設けられた圧力センサー４２及び温度センサー３８から圧縮機１８の入口近傍の温度における圧力が制御部２２の液バック防止部に送信される。液バック防止部では、受信した圧縮機１８の入口近傍の温度での圧力を、予め入力されていた温度―圧力関係データから推定し、推定圧力を受信した圧縮機１８の入口圧力と比較する。
ここで、受信した圧縮機１８の入口圧力が推定圧力以下である場合は、液バック現象が発生するおそれがあるため、制御部２２の液バック防止部からは、制御弁５６の開度を大きくする信号を発信する。かかる信号によって制御弁５６の開度が大きくなって、吸熱器３２に供給される水量が増加し吸熱器３２の加熱能力を高めることができる。このため、吸熱器３２での熱媒体の蒸発量が増加し、圧縮機１８の液バック現象を防止できる。
尚、液バック現象が発生するおそれが解消されたとき、制御部２２の液バック防止部からは、制御弁５６の開度を通常開度とする信号を発信する。

他方、高温熱媒体の分配率が加熱回路側よりも冷却回路側に大きく偏って、冷却器１６での熱媒体の蒸発が不充分の場合にも、制御部２２の液バック防止部からは、温度調整部を介して比例三方弁２０に対して、冷却回路側への高温熱媒体の分配率を低下する信号が発信され、冷却器１６で蒸発できる適正な熱媒体量が供給される。
また、図４に示す温度調整装置では、クーリングタワー５０の水又は地下水を吸熱器３２に供給できるように、ポンプ５２の入口側に切換弁５４を設けている。このため、冬季にクーリングタワー５０の水の温度が所定温度以下に低下したとき、クーリングタワー５０の水よりも暖かい地下水を吸熱器３２に供給できる。
尚、図４に示す温度調整装置を構成する構成部材のうち、図１に示す温度調整装置の構成部材と同一部材は、図１の符号と同一番号を付して、詳細な説明を省略する。

これまで説明してきた図１及び図４に示す温度調整装置では、空気流と接触する加熱器１４、冷却器１６及び吸熱器３２には、図６（ａ）に示すフィンアンドチューブ方式の熱交換器６０が用いられている。この熱交換器６０には、図６（ｂ）に示す様に、複数本の熱交換チューブ６２，６２・・が用いられており、熱交換チューブ６２，６２・・の各々は、図６（ｂ）に示す様に、水平部分が平行に積層されるように曲折されている。
かかる熱交換チューブ６２，６２・・の各々には、その水平部分に対して直交するように、複数枚の放熱フィン６４，４６・・が設けられている。
かかる熱交換器６０の熱媒体の入口６６，６６・・は、熱交換器６０の上部に設けられており、熱媒体の出口６８，６８・・は熱交換器６０の下部に設けられている。この様に、熱媒体の入口６６，６６・・を熱媒体の出口６８，６８・・よりも上部に設けることによって、熱媒体中に同伴して熱交換チューブ６２内で凝縮したオイル等の凝縮液を自重によって出口６８，６８・・から排出できる。

また、図１及び図４に示す温度調整装置では、加熱回路と冷却回路とに熱媒体を分配する分配手段として比例三方弁２０を用いていたが、分配手段として、図７（ａ）に示す様に、２個の二方弁としてのゲートバルブ４４ａ，４４ｂを用いることができる。
２個のゲートバルブ４４ａ，４４ｂの各々は、制御部２２によって制御されている。かかる制御部２２によって、ゲートバルブ４４ａ，４４ｂの各々の開度を調整し、圧縮機１８で圧縮・加熱された気体状の高温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側に分配する高温熱媒体量と冷却器１６側に分配する高温熱媒体量との合計量が、圧縮機１８から吐出された高温熱媒体量と等しくなるように、ゲートバルブ４４ａ，４４ｂ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４４ａ，４４ｂの各々は、図７（ｂ）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、制御部２２では、図７（ｂ）に示すゲートバルブ４４ａ，４４ｂの各々についての流量特性データを保持し、制御部２２からは、ゲートバルブ４４ａ，４４ｂの各流量特性に基づいて各ゲートバルブ４４ａ，４４ｂ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４４ａ，４４ｂをステップ制御によって駆動し、加熱手段側と冷却手段側との分配比率を調整する際に、ゲートバルブ４４ａ，４４ｂ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。
以上の説明では、図１及び図４に示す温度調整装置では、屋外にクーリングタワー５０を設けているが、クーリングタワー５０を経由することなく水を凝縮器２６又は吸熱器３２に供給してもよい。
更に、図１及び図２に示す温度調整装置において、加熱器１４と冷却器１６とを通過した空気流の湿度を調整すべく、加湿器等の湿度調整手段を設けてもよい。

１２ ファン
１４ 加熱器
１６ 冷却器
１８ 圧縮機
２０ 比例三方弁
２２ 制御部
２４，３８ 温度センサー
２６ 凝縮器
２８，３４ 膨張弁
３０ ファン
３２ 吸熱器
３６ アキュームレータ
３８ 温度センサー
４０ 制水弁
４２ 圧力センサー
５０ クーリングタワー
５２ ポンプ
５４ 切換弁
５６ 制御弁

Claims (10)

1. 圧縮機で圧縮されて加熱された気体状の高温熱媒体の一部が供給される加熱手段と、前記高温熱媒体の残余部を冷却・凝縮する凝縮手段と、前記凝縮手段で冷却された熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却した冷却媒体が供給される冷却手段と、前記高温熱媒体を前記加熱手段側と冷却手段側とに分配する分配手段と、前記加熱手段で熱を放出して冷却・凝縮された熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却した低温熱媒体を供給するヒートポンプ手段と、前記冷却手段及びヒートポンプ手段で吸熱した熱媒体を、前記圧縮機に供給する供給手段と、前記加熱手段と冷却手段とに供給する高温熱媒体の分配比率を変更して、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の温度を調整する温度調整部が設けられた制御部とを具備する温度調整装置であって、
   前記凝縮手段に、水を冷却源とする水冷式凝縮器が用いられていると共に、前記ヒートポンプ手段に、空気を加熱源とする吸熱器が用いられ、
   且つ前記制御部には、前記圧縮機に液状の熱媒体が供給される液バック現象を防止できるように、前記吸熱器に供給する空気量を調整する液バック防止部が設けられていることを特徴とする温度調整装置。
2. 圧縮機の出口側圧力が一定に調整されるように、水冷式凝縮器に供給される冷却水の水量を調整する冷却水調整手段が設けられている請求項１記載の温度調整装置。
3. 吸熱器が、屋内に設けられている請求項１又は請求項２記載の温度調整装置。
4. 圧縮機で圧縮されて加熱された気体状の高温熱媒体の一部が供給される加熱手段と、前記高温熱媒体の残余部を冷却・凝縮する凝縮手段と、前記凝縮手段で冷却された熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却した冷却媒体が供給される冷却手段と、前記高温熱媒体を前記加熱手段側と冷却手段側とに分配する分配手段と、前記加熱手段で熱を放出して冷却・凝縮された熱媒体を断熱的に膨張して更に冷却した低温熱媒体を供給するヒートポンプ手段と、前記冷却手段及びヒートポンプ手段で吸熱した熱媒体を、前記圧縮機に供給する供給手段と、前記加熱手段と冷却手段とに供給する高温熱媒体の分配比率を変更して、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の温度を調整する温度調整部が設けられた制御部とを具備する温度調整装置であって、
   前記凝縮手段に、空気を冷却源とする空冷式凝縮器が設けられていると共に、前記ヒートポンプ手段に、水を加熱源とする吸熱器が用いられ、
   且つ前記制御部には、前記圧縮機に液状の熱媒体が供給される液バック現象を防止できるように、前記空冷式凝縮器に供給する空気量を調整する液バック防止部が設けられていることを特徴とする温度調整装置。
5. 空冷式凝縮器が、屋外に設けられている請求項４記載の温度調整装置。
6. 屋外には、凝縮器又は吸熱器から排出された水と屋外空気とが接触されて温度調整された水を、前記凝縮器又は吸熱器に供給するクーリングタワーが設けられている請求項１〜５のいずれか一項記載の温度調整装置。
7. 吸熱器に供給される加熱源としての水が、クーリングタワーで温度調整された水と地下水とに切り換えて供給できるように、切換手段が設けられている請求項６記載の温度調整装置。
8. 温度調整対象の流体が空気であって、空気と接触する加熱手段、冷却手段、凝縮器及び吸熱器には、複数本の熱交換チューブの水平部分が平行に積層されていると共に、前記熱交換チューブの各々に放熱フィンが設けられているフィンアンドチューブ方式の熱交換器が用いられている請求項１〜７のいずれか一項記載の温度調整装置。
9. 温度調整対象の流体が空気であって、空気と接触する加熱手段、冷却手段、凝縮器及び吸熱器には、複数本の熱交換チューブの水平部分が平行に積層されていると共に、前記熱交換チューブの各々に放熱フィンが設けられているフィンアンドチューブ方式の熱交換器が用いられ、前記熱交換器の熱媒体の供給口が熱媒体の排出口よりも上方に設けられている請求項１〜７のいずれか一項記載の温度調整装置。
10. 水が供給される凝縮器又は吸熱器には、二重管方式の熱交換器が用いられ、前記熱交換器の内管と外管との間に水が通水される請求項１〜９のいずれか一項記載の温度調整装置。

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