JP5726485B2 - 温度調節装置及び恒温恒湿装置 - Google Patents

Description

本発明は、温度調節装置に関するものであり、特に恒温恒湿装置に搭載する冷却装置用の温度調節装置として好適なものである。また本発明は、恒温恒湿装置に関するものである。

機器や部品の耐久性等をテストする方策として環境試験が知られている。環境試験は、例えば恒温恒湿装置を使用して行われる。ここで恒温恒湿装置１００は、例えば図１５に示すような構造を有するものである。即ち恒温恒湿装置１００は、断熱材（図示せず）で覆われた試験室２と、加熱器（ヒータ）３と、加湿器５及び冷却装置１０１を備え、試験室２内に例えば摂氏６０度、相対湿度８０パーセントという様な所望の試験環境を作ることができるものである。

恒温恒湿装置１００に使用される冷却装置（温度調節装置）１０１は、相変化する冷媒を使用して冷凍サイクルを実現する冷凍サイクル回路６を有している。
公知の通り、冷凍サイクル回路６は、圧縮機７と、凝縮部１０２と、膨張手段８及び蒸発装置１０を有している。そして圧縮機７で気体状の冷媒を圧縮して凝縮部１０２に送り出し、凝縮部１０２で冷媒を冷却して液化する。そして膨張手段８を経て冷媒を蒸発装置１０に導入し、蒸発装置１０内で冷媒を気化して蒸発装置１０の表面温度を低下させる。

また図１５に示す冷却装置１０１で採用する凝縮部１０２は水冷式であり、一次側に冷却水が通水される。
即ち図１５に示す冷却装置１０２では、クーリングタワー１２と凝縮部１０２の一次側及びポンプ１３を含む冷却水循環回路１５を備えている。そしてクーリングタワー１２で冷却された水をポンプ１３で加圧して凝縮部１０２の一次側に通水し、凝縮部１０２の二次側を流れる冷媒を冷却して液化する。

特開２００６−２８５４５４号公報

ところで恒温恒湿装置１００は、前記した様に機器や部品の耐久性等をテストするものであるため、試験室２内の温度や湿度を精密にコントロールする必要がある。そのため恒温恒湿装置１００に搭載する冷却装置１０１では、凝縮部１０２から吐出される冷媒の圧力が一定となる様に、冷却水循環回路１５に水量調整弁１７が設けられている。
そして冷凍サイクル回路６側の凝縮部１０２の二次側下流の冷媒の圧力を検知し、この圧力が一定となる様に水量調整弁１７の開度を調整して凝縮部１０２の凝縮量を制御している。

図１６は、凝縮部１０２及びその周辺の構造を模式的に表したものである。
凝縮部１０２は例えば二重管型の凝縮部１０２であり、内管２０と、これを取り巻く外管２１を有している。そのため内管２０内に内側流路２２があり、内管２０の外周面と外管２１の内周面との間に外側流路２３が形成されている。そして二つの隣接する流路２２，２３の一方に一次側流体たる冷却水を通過させ、他方に二次側流体たる冷媒（相変化する熱媒体）を通過させる。図１６の例では、内側流路２２に冷却水を通過させ、隣接する外側流路２３に冷媒を通過させる構造となっている。

そして冷却水流路たる内側流路２２の出口近傍に水量調整弁１７が設けられている。水量調整弁１７は、パイロット圧によって弁本体の開度が調整される弁である。そして冷媒流路たる外側流路２３の出口近傍と、水量調整弁１７のパイロットポートとの間にパイロット配管１４が設けられている。そのため冷凍サイクル回路６における凝縮部１０２の出口近傍の圧力に応じて凝縮部１０２の一次側に供給される冷却水の量が増減され、膨張手段８に供給される冷媒の圧力が一定に制御される。

ところで、市場において、より大きな冷却能力を持つ恒温恒湿装置の需要がある。大きな冷却能力を確保するためには、搭載する凝縮部は、通常のものよりも大きな容量を有するものであることが必要である。
凝縮部の容量を増加させる方策としては、図１７の様に、二重管の全長を長くした凝縮部１１０を採用する方策、図１８の様に通常長さの二重管を備えた凝縮部１０６を並列に接続してそれぞれに水量調整弁１７を設ける方策、図１９の様に通常長さの二重管を備えた凝縮部１０６を並列に接続すると共に大容量の水量調整弁１１３を設ける方策が考えられる。

しかしながら、図１７の様に、二重管の全長を長くした凝縮部１１０を採用する方策は、凝縮部１１０自体の製造が困難であるという問題がある。
また図１８の様に通常長さの二重管を備えた凝縮部１０６を並列に接続してそれぞれに水量調整弁１７を設ける方策は、二つの制御弁１７が干渉してしまい、適切な量の冷却水を流すことができないという問題がある。

図１９の様に通常長さの二重管を備えた凝縮部１０６を並列に接続すると共に大容量の水量調整弁１１３を設ける方策は、全体の凝縮部１０６の稼働量が少ない場合の制御が困難であるという問題がある。
即ち試験室２内の現在の環境や、目標とする環境、あるいは被試験物の状態によって、冷却装置１０１の仕事量（冷熱の供給量）が刻々変化する。従って凝縮部１０６は凝縮するべき冷媒の量が時間と共に変化し、適切な冷却水の量も変化する。そしてこの変化量は、はなはだ大きいものである。
例えば試験開始直後の場合や、被試験物が発熱する性質を持つものであり、且つ試験室を極低温に維持して試験を行う様な場合ならば、試験室２内の温度を低温に維持するために、冷却装置１０１はフル運転状態となり、凝縮部１０６における熱交換量も多い。そのため大量の冷却水を一次側に流す必要がある。

これに対して、試験室２内を常温よりも高い温度に保って試験を行う場合であって、且つ被試験物自身は発熱せず、さらに当該試験が継続中であり、試験室２内の温度が安定している様な場合には、冷却装置１０１の稼働量は低く、凝縮部１０６における熱交換量が少ない。そのため一次側に流れる冷却水の量を絞る必要がある。

しかしながら、水量調整弁１１３は制御可能な水量に下限があり、大容量の水量調整弁１１３は、小流量領域を円滑に制御することができない。
例えば、最大通水量を１００パーセント通水量とした場合、増減可能な通水量は、例えば２０パーセントから１００パーセントの範囲であり、最大通水量の２０パーセント未満に水量を絞ることができない。
また仮に２０パーセント未満に水量を絞ることができたとしても、通水量が安定せず、信頼性を欠くという問題がある。

そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、少量の冷媒を安定して凝縮することも、大量の冷媒を安定して凝縮することもできる凝縮部を開発し、この凝縮部を使用した温度調節装置を提供することを課題とするものである。

上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、相変化する冷媒を使用して冷凍サイクル又はヒートポンプサイクルを実現する温度調節装置において、液冷式の凝縮部と膨張手段を備え、前記凝縮部は冷媒を通過させる冷媒通過流路と、前記冷媒を冷却するために冷却媒体を通過させる冷却媒体通過部とを有し、前記冷媒と冷却媒体との間で熱交換して冷媒を凝縮するものであり、前記凝縮部は複数の冷媒通過流路と複数の冷却媒体通過部を有し、前記複数の冷媒通過流路は並列に接続され、複数の冷媒通過流路には液化した冷媒を排出するのに要する圧力が常に高くなる様に構成された高抵抗側流路と、液化した冷媒を排出するのに要する圧力が低い低抵抗側流路とがあり、前記高抵抗側流路の末端側または末端側の延長上に前記高抵抗側流路で液化した冷媒を滞留させる冷媒滞留部があり、前記冷却媒体は共通の冷却媒体供給装置から凝縮部の冷却媒体通過部に供給され、冷却媒体の通過量を制御する冷却媒体量制御手段を有し、複数の冷却媒体通過部を通過する冷却媒体の通過量が共通の冷却媒体量制御手段で制御され、要求される冷熱量が少ない場合は、高抵抗側流路を流れる液化した冷媒が冷媒滞留部に滞留し、もっぱら低抵抗側流路を流れる冷媒が膨張手段に流れることを特徴とする温度調節装置である。

本発明の凝縮部では、複数の冷媒通過流路を有し、複数の冷媒通過流路は並列に接続されている。
そのため冷媒は、それぞれの冷媒通過流路において個別に冷却水等の冷却媒体と熱交換され、個別に液化する。また複数の冷媒通過流路は並列に接続されているから、凝縮した冷媒は、他の冷媒通過流路の状態に係わらず、個別に流れる。即ち他方の冷媒通過流路に液化した冷媒が満たされていても、これとは関係なく、冷媒を通過させることができる。
そして本発明では、複数の冷媒通過流路に液化した冷媒を排出するのに要する圧力が異なるものが混在しているから、液化した冷媒は冷媒通過流路によって流れやすさが違う。そのため液化した冷媒は、液化した冷媒を排出するのに要する圧力が低い側の冷媒通過流路（以下、低抵抗側流路と称する）を流れるものの方が、液化した冷媒を排出するのに要する圧力が高い側の冷媒通過流路（以下、高抵抗側流路と称する）を流れるものよりも優先的に排出されていくこととなる。
そのため要求される冷熱量が少ない場合は、高抵抗側流路を流れる冷媒が冷媒滞留部に滞留し、もっぱら低抵抗側流路を流れる冷媒が、膨張手段側に流れる。
一方、冷却水に注目すると、低抵抗側流路で凝縮された液状冷媒は、次々に膨張手段側に送られ、新たに高温の熱媒ガスが供給されるので、冷却水は、これらと熱交換して下流に流れる。
これに対して高抵抗側流路で凝縮された冷媒は、もはや温度が低下しており、冷却水との間で熱交換を行うことは無い。そのため冷却水は、熱交換することなく通過することとなる。
しかしながら、複数の冷媒通過流路を冷却するための冷却水の総量は、大きなものとなる。即ち冷却水の総量が嵩上げされる。そのため水量調整弁によって制御することができる程度の冷却水量を確保することができる。

請求項２に記載の発明は、凝縮部は複数の水冷式の凝縮装置を回路上、並列に接続して一つの凝縮部としたものであり、前記高抵抗側流路の末端側または末端側の延長上に冷媒を排出するのに要する圧力を増加させる機能のある部位があることを特徴とする請求項１に記載の温度調節装置である。

請求項３の発明は、冷媒通過流路の一部またはその延長上に立ち上げ部があり、当該立ち上げ部で冷媒滞留部が構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度調節装置である。

本発明の温度調節装置では、冷媒通過流路の一部またはその延長上に立ち上げ部がある。そのため当該立ち上げ部が液状冷媒を滞留させるトラップとして機能し、冷媒滞留部が形成される。
また立ち上げ部は、液状冷媒を通過させるのに圧力が必要であるから、冷媒を排出するのに要する圧力を増加させる機能もある。即ち立ち上げ部が設けられた側の冷媒通過流路は、高抵抗流路となる。

請求項４に記載の発明は、複数の冷媒通過流路が高低差をつけて配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の温度調節装置である。

本発明では、冷媒通過流路が高低差をつけて配置されているから、両者内で液化した冷媒は、位置水頭が異なる。即ち上方に配された冷媒通過流路で凝縮された液状冷媒の位置水頭は、下方に配された冷媒通過流路で凝縮された液状冷媒の位置水頭よりも高い。
そのため液状冷媒を排出するのに要する圧力は、下方に配された冷媒通過流路で凝縮された液状冷媒の方が大きい。
即ち本発明では、上方に配された冷媒通過流路が低抵抗流路として機能し、下方に配された冷媒通過流路が高抵抗流路として機能する。
そのため液化した冷媒は、上方に配された冷媒通過流路を流れるものの方が下方側を流れるものよりも優先的に排出されていくこととなる。
そのため要求される冷熱量が少ない場合は、下側に配された冷媒通過流路の中に液化した冷媒が滞留し、もっぱら、上側の冷媒通過流路で凝縮された冷媒が膨張手段側に流れる。

請求項５に記載の発明は、凝縮部は、一つの冷媒導入流路と一つの冷媒排出流路とを有し、前記一つの冷媒導入流路から分岐された導入側分岐部を経由してそれぞれの冷媒通過流路に冷媒が供給され、冷媒通過流路から排出された冷媒は排出側集合部を経由して前記一つの冷媒排出流路から排出され、排出側集合部は下側に配された冷媒通過流路の最下部よりも高い位置にあることを特徴とする請求項４に記載の温度調節装置である。

本発明によると、複数の冷媒通過流路を流れる冷媒に対して、より明確に位置水頭の差を付けることができる。

請求項６に記載の発明は、排出側集合部は、上部に配された冷媒通過流路の最下部よりも低い位置にあることを特徴とする請求項５に記載の温度調節装置である。

請求項７に記載の発明は、凝縮部は水冷式であって冷媒通過流路に隣接してそれぞれ冷却媒体通過部があり、前記冷却媒体通過部は冷媒通過流路ごとに独立しており、且つ並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の温度調節装置である。

本発明の凝縮部では、冷却水通過部は冷媒通過流路ごとに独立しており、且つ並列に接続されている。そのため冷媒通過流路は他の冷媒通過流路の熱交換量に影響されず、独立的に熱交換される。

凝縮部の形式は任意であるが、凝縮部は二重管構造であって内管と内管を取り巻く外管を有し、前記内管と外管との間に外側流路が形成され、前記内管又は外側流路の一方に冷媒が通過し、前記内管又は外側流路の他方に冷却水が通過する構造のものが推奨される。

請求項８に記載の発明は、前記凝縮部は二つの同一の凝縮装置によって構成され、一方の凝縮装置が液化した冷媒を排出するのに要する圧力が常に高くなる様に構成された前記冷媒通過流路たる高抵抗側流路を構成し、他方の凝縮装置が液化した冷媒を排出するのに要する圧力が低い冷媒通過流路たる低抵抗側流路を構成し、液化した冷媒は、低抵抗側流路を流れるものの方が、高抵抗側流路を流れるものよりも優先的に排出されていくことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の温度調節装置である。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の温度調節装置を備えていることを特徴とする恒温恒湿装置である。

本発明の恒温恒湿装置は、冷却装置の動作範囲が広く、安定した恒温恒湿環境を作ることができる。

本発明で採用する凝縮部は、少量の冷媒を安定して凝縮することも、大量の冷媒を安定して凝縮することもできる。そのため本発明の温度調節装置は、大きな負荷にも小さな負荷にも対応することができる効果がある。また本発明の恒温恒湿装置は、温度調節装置の動作範囲が広く、安定した恒温恒湿環境を作ることができる効果がある。

本発明の実施形態の恒温恒湿装置の概念図である。 図１の恒温恒湿装置で採用する凝縮装置の斜視図である。 図２の凝縮装置を構成する上部凝縮装置と下部凝縮装置を分離した状態における斜視図である。 図２の凝縮装置を構成する上部凝縮装置の一部の断面斜視図である。 図２の凝縮装置の概念図である。 図５の凝縮装置を中程度の負荷で使用した場合の概念図である。 図５の凝縮装置が冷媒の循環を停止した場合の概念図である。 図５の凝縮装置を低負荷で使用した場合の概念図である。 凝縮装置の熱交換量と冷却水量との関係を示すグラフである。 本発明の他の実施形態の凝縮装置の概念図である。 本発明のさらに他の実施形態の凝縮装置の斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態の凝縮装置の斜視図である。 図１２の凝縮装置の概念図である。 本発明のさらに他の実施形態の凝縮装置の概念図である。 従来技術の恒温恒湿装置の概念図である。 図１５の恒温恒湿装置で採用する凝縮装置の概念図である。 本発明者らが検討した凝縮装置の概念図である。 本発明者らが検討した他の凝縮装置の概念図である。 本発明者らが検討したさらに他の凝縮装置の概念図である。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の恒温恒湿装置１は、凝縮部３２の構造を除いて先に説明した恒温恒湿装置１００と同一である。
即ち恒温恒湿装置１は、図１のように試験室２と、加熱器（ヒータ）３と、加湿器５及び冷却装置（温度調節装置）３１を備え、試験室２内に所望の試験環境を作ることができるものである。

恒温恒湿装置１に使用される冷却装置（温度調節装置）３１は、相変化する冷媒を使用して冷凍サイクルを実現する冷凍サイクル回路６を有している。
冷凍サイクル回路６は、圧縮機７と、凝縮部３２と、膨張手段８と、蒸発装置１０とを有している。そして圧縮機７で気体状の冷媒を圧縮して凝縮部３２に送り出し、凝縮部３２で冷媒を液化する。さらに液化した冷媒は膨張手段８を経て蒸発装置１０に導入され、蒸発装置１０内で冷媒を気化して蒸発装置１０の表面温度を低下させる。

また本実施形態で採用する凝縮部３２は水冷式であり、一次側に冷却媒体たる冷却水が通水される。
即ち本実施形態では、クーリングタワー１２と凝縮部３２の一次側及びポンプ１３を含む冷却水循環回路１５を備えている。そしてクーリングタワー１２で冷却された水をポンプ１３で加圧して凝縮部３２の一次側に通水し、凝縮部３２の二次側を流れる冷媒を冷却して液化する。

本実施形態で採用する凝縮部３２は、特有の構造を備えたものであり、詳細に説明する。
本実施形態で採用する凝縮部３２は、図２のように通常の容量の凝縮装置３５，３６を回路上、２個並列に接続して一つの凝縮部３２としたものである。凝縮装置３５，３６は、図２，３の様に上下に積んで設置されるので、便宜上、上部側の凝縮装置３５を上部凝縮装置３５と称し、下部側の凝縮装置３６を下部凝縮装置３６と称する。

二つの凝縮装置３５，３６の構造は、同一であり、いずれも二重管型の構造を備えたものである。
具体的には、図４，図５の様に内管２０と、これを取り巻く外管２１を有している。そのため内管２０内に内側流路２２があり、内管２０の外周面と外管２１の内周面との間に外側流路２３が形成されている。そして二つの流路の一方に一次側流体たる冷却水を通過させ、他方に二次側流体たる冷媒（相変化する熱媒体）を通過させる。本実施形態では、内側流路２２に冷却水を通過させ、外側流路２３に冷媒を通過させる構造となっている。

即ち本実施形態で採用する凝縮装置３５，３６は、二重管で螺旋を形成したものであり、両端は図４の様に上下に離れた位置にある。
そして二重管の上側の端部４１では、外管２１の上側の端部が縮径されて外部と連通している。即ち外側流路２３は上側の端部４１側が外部と連通している。
また二重管の上側の端部４１の近傍では、内管２０が曲げられ、外管２１の外に突出している。即ち内側流路２２は上側の端部４１の近傍が外部と連通している。

二重管の下側の端部４２も同様であり、外管２１の下側の端部４２が縮径されて外部と連通している。即ち外側流路２３は下側の端部４２が外部と連通している。
また二重管の下側の端部４２近傍では、内管２０が曲げられ、外管２１の外に突出している。即ち内側流路２２は下側の端部４２の近傍が外部と連通している。

本実施形態の凝縮部３２は、図２、図３のように二つの凝縮装置３５，３６に高低差を設けるべく、二つの凝縮装置３５，３６を縦に積み上げた配置となっている。
即ち本実施形態では、上部凝縮装置３５と下部凝縮装置３６を上下且つ同心状に配置したものである。

上部凝縮装置３５と下部凝縮装置３６との間の配管接続系統は、図５の通りであり、それぞれの内側流路２２と外側流路２３が共に並列に接続している。
より具体的には、冷却水供給口４５が分岐管４６を介して下部凝縮装置３６の下側の端部４２側の内側流路２２と、上部凝縮装置３５の下側の端部４２側の内側流路２２とに接続されている。
また下部凝縮装置３６の上側の端部４１側の内側流路２２と、上部凝縮装置３５の上側の端部４１側の内側流路２２とが接続管５０，５１を介して集合冷却水管５２に接続されている。また集合冷却水管５２の下流側に、水量調整弁（冷却媒体量制御手段）１７が取り付けられている。

水量調整弁１７は、パイロット圧によって弁本体の開度が調整される弁である。そして凝縮部３２の冷媒流路の出口近傍と、水量調整弁１７のパイロットポートとの間にパイロット配管１４が設けられている。そのため冷凍サイクル回路６における凝縮部３２の出口近傍の圧力に応じて凝縮部３２の一次側に供給される冷却水の量が増減され、膨張手段８に供給される冷媒の圧力が一定に制御される。

また、図５のように一つの冷媒導入流路５５が導入側分岐部５６で分岐され、各分岐管５７，５８がそれぞれの上側の端部４１側の外側流路２３に接続されている。より具体的には、導入側分岐部５６で分岐された一方の分岐管５７は、上部凝縮装置３５の上側の端部４１側の外側流路２３に接続されている。一方、他方の分岐管５８は、下部凝縮装置３６の上側の端部４１側の外側流路２３に接続されている。

また冷媒の吐出側に注目すると、それぞれの凝縮装置３５，３６の冷媒排出部たる下側の端部４２の外側流路２３は、排出側集合部６０を経由して一本の熱媒排出流路６１に集められている。
即ち上部凝縮装置３５の下側の端部４２側の外側流路２３には、上側集合用管６２が接続され、下部凝縮装置３６の下側の端部４２側の外側流路２３には、下側集合用管６３が接続され、両者が排出側集合部６０で合流して一本の熱媒排出流路６１に連通している。

また本実施形態では、凝縮装置３５，３６の冷媒排出側を合流させる排出側集合部６０の高さは、下部凝縮装置３６の冷媒排出部たる下側の端部４２よりも高く、上部凝縮装置３５の冷媒排出部たる下側の端部４２よりも低い位置にある。
即ち下部凝縮装置３６の冷媒吐出口と、排出側集合部６０とを接続する下側集合用管６３は、配管の立ち上げ部８０となっている。そのため排出側集合部６０の高さは、上部凝縮装置３５の底部６５と下部凝縮装置３６の底部６６の間にあり、少なくとも排出側集合部６０は、下部凝縮装置３６の下側に配された冷媒通過流路（外側流路２３）の最下部よりも高い位置にある。

本実施形態では、クーリングタワー１２側から供給される冷却水は、それぞれの凝縮装置３５，３６の下部側からそれぞれの内側流路２２を通過し、それぞれの上部側に抜ける。そして接続管５０，５１を介して集合冷却水管５２に集められ、クーリングタワー１２側に戻る。そして本実施形態では、集合冷却水管５２の下流側に水量調整弁１７が取り付けられており、二つの凝縮装置３５，３６を通過する冷却水の総量が制御される。

また冷凍サイクル回路６側では、圧縮機７で加圧された気体状の冷媒が、それぞれの凝縮装置３５，３６の上部側からそれぞれの外側流路（冷媒通過流路）２３を通過し、それぞれの下部側に抜ける。またこの間に冷媒は隣接する流路（内側流路２２）を流れる冷却水と熱交換して冷却され、液化する。そして液化した冷媒は、上側集合用管６２と下側集合用管６３によって排出側集合部６０で合流し、一本の熱媒排出流路６１を流れて膨張手段８に至る。

次に本実施形態の恒温恒湿装置１の機能について説明する。
本実施形態の恒温恒湿装置１は、前記した様に試験室２と、加熱器（ヒータ）３と、加湿器５及び冷却装置３１を備え、試験室２内に所望の試験環境を作るものであるが、本実施形態の恒温恒湿装置１は、冷却装置３１の制御可能範囲が広い。より端的に説明すると、凝縮部３２の制御範囲が広く、低負荷にも高負荷にも適応することができる。

即ち本実施形態で採用する凝縮部３２は、２台の凝縮装置３５，３６の冷媒通過流路たる外側流路２３が並列に接続されたものである。また外側流路２３には冷却水が通過する内側流路２２が隣接している。そのため冷媒は、それぞれの冷媒流路（外側流路２３）を流れ、個別に熱交換され、個別に液化する。
また２台の凝縮装置３５，３６が並列に接続されており、冷媒流路（外側流路２３）は並列に接続されているから、凝縮装置３５，３６の一方で凝縮した冷媒は、他の凝縮装置３５，３６の他方の稼働状態に係わらず、個別に流れる。即ち下部凝縮装置３６に液化した冷媒が満たされていても、これとは関係なく、上部凝縮装置３５の外側流路２３に冷媒を通過させることができる。
そして本発明では、２台の凝縮装置３５，３６が高低差をつけて配置されているから、両者内で液化した冷媒は、位置水頭が異なる。即ち上部凝縮装置３５で凝縮された液状冷媒の位置水頭は、下部凝縮装置３６で凝縮された液状冷媒の位置水頭よりも高い。
加えて下部凝縮装置３６の冷媒吐出口と、排出側集合部６０とを接続する下側集合用管６３は、配管の立ち上げ部８０となっている。
そのため下部凝縮装置３６で凝縮された液状冷媒を排出するのに要する圧力は、上部凝縮装置３５で凝縮された液状冷媒を排出するのに要する圧力よりも高い。

従って仮に冷媒の循環を停止した状態を想定すると、図７の様な様子となり、下部凝縮装置３６に液状冷媒が残留する。即ち本実施形態では、下部凝縮装置３６の下部に液化した冷媒を滞留させる冷媒滞留部８１（図６，７，８）が形成される。より詳細に説明すると、下部凝縮装置３６の冷媒通過流路たる外側流路２３の末端部分に冷媒滞留部８１が形成される。
なお、図６、図７、図８について、黒塗り部分は液化した冷媒を表している。
即ちそれぞれの凝縮装置３５，３６で凝縮された冷媒は、排出側集合部６０を経由して外部に排出されるが、排出側集合部６０の高さは、下部凝縮装置３６の冷媒排出部たる下側の端部４２よりも高い。そのため凝縮装置３５，３６内の圧力が仮に大気圧と同じであるとするならば、下部凝縮装置３６の液位が排出側集合部６０の高さを越えなければ、下部凝縮装置３６内の液状冷媒が外部に排出されることはない。
一方、上部凝縮装置３５の底部６５は、排出側集合部６０よりも高い位置にあるから、上部凝縮装置３５内に液状冷媒が溜まることはない。
即ち上部凝縮装置３５で凝縮した冷媒は、抵抗無く排出されるのに対し、下部凝縮装置３６内の冷媒は、内圧が、位置水頭Ｐｈを越えなければ外部に排出されない。

そのため液化した冷媒は、上部凝縮装置３５を流れるものの方が下部凝縮装置３６を流れるものよりも優先的に排出されていくこととなる。
そのため要求される冷熱量が少ない場合は、図８の様に下部凝縮装置３６の中の冷媒滞留部８１に液化した冷媒が滞留し、もっぱら、上部凝縮装置３５を流れる冷媒が膨張手段８側に流れる。

もちろん、冷媒の循環量が増え、下部凝縮装置３６の内圧と排出側集合部６０近傍との圧力差が、前記した位置水頭Ｐｈを越える状態となれば、下部凝縮装置３６内の冷媒も排出される。即ち図６に示すように、上部凝縮装置３５と下部凝縮装置３６の双方から冷媒が排出される。

一方、冷却水に注目すると、上部凝縮装置３５で凝縮された液状冷媒は、次々に膨張手段８側に送られ、新たに高温の熱媒ガスが供給されるので、冷却水は、これらと熱交換して下流に流れる。
これに対して下部凝縮装置３６で凝縮された冷媒は、もはや温度が低下しており、冷却水との間で熱交換を行うことは無い。そのため冷却水は熱交換することなく下部凝縮装置３６の内側流路２２を通過することとなる。
しかしながら、冷却水の総量は、下部凝縮装置３６を通過する冷却水量によって嵩上げされ、大きなものとなる。そのため水量調整弁１７によって制御することができる冷却水量が確保され、実際に凝縮機能を発揮している上部凝縮装置３５に対する通水量を正確に制御することができる。

図９は、本実施形態の凝縮部３２を採用した場合（本実施例）と、前記した図１６の構成を採用した場合（比較例）の熱交換量（凝縮量）と通水量との関係を実測したグラフである。このグラフによると、本実施形態を採用した場合の通水量の変化幅が図１６の構成を採用した場合よりも小さく、水量調整弁１７によって制御できる事実が理解される。

次に本発明の他の実施形態について説明する。なお以下の実施形態において、先の実施形態と同様の機能を果たす部材には、同一の番号を付している。
以上説明した実施形態では、二重管式の凝縮装置を例示し、内側流路２２に冷却水を流し、外側流路２３に冷媒を通過させたが、逆に内側流路２２に冷媒を通過させ、外側流路２３に冷却水を流してもよい。

また本発明は、二重管式の凝縮装置に限定されるものではなく、公知のあらゆる構造の熱交換器を凝縮装置として使用することができる。
例えばプレート式の熱交換器の様な構造を有するものであってもよい。

また上記した実施形態では冷却水を各凝縮装置に対して並列に流したが、冷却水については、図１０のように直列に流しても良い。

また以上に説明した実施形態では、二つの凝縮装置３５，３６を同軸上に配置したが、両者が横方向にずれた位置関係にあってもよい。また図１１に示すように、上下の熱交換器３５，３６が高さ方向に重複するものであってもよい。

さらに図１２、図１３の凝縮部８２の様に二つの凝縮装置３５，３６を同一の高さに並べ、一方の凝縮装置３６の冷媒流路に立ち上げ部８３を設けてもよい。
即ち図１２、図１３に示した凝縮部８２では、凝縮装置３５，３６の冷媒排出部たる下側の端部４２の外側流路２３は、排出側集合部６０を経由して一本の熱媒排出流路６１に集められているが、一方の凝縮装置３６と排出側集合部６０を結ぶ流路には、故意に立ち上げ部８３が設けられている。そのため下部凝縮装置３６で凝縮された液状冷媒を排出するのに要する圧力は、凝縮装置３５で凝縮された液状冷媒を排出するのに要する圧力よりも高い。
そのため図１２、図１３に示す凝縮部８２においても、液化した冷媒は、凝縮装置３５を流れるものが凝縮装置３６を流れるものよりも優先的に排出されていくこととなる。
そのため要求される冷熱量が少ない場合は、一方の凝縮装置３６の末端部分に液化した冷媒が滞留し、もっぱら、他方の凝縮装置３５を流れる冷媒が膨張手段８側に流れる。
即ち本実施形態では、凝縮装置３６の末端部分が冷媒滞留部８６として機能する。

以上の構成では、冷媒の配管に立ち上げ部８０，８３を設けて、低抵抗側流路と高抵抗側流路を作り、さら立ち上げ部８０，８３を冷媒滞留部８１，８６の一部として機能させたが、凝縮装置３５，３６の設置高さを異ならせるのであれば、必ずしも立ち上げ部８０，８３は必要ではない。
例えば図１４に示す凝縮部８５は、凝縮装置３５，３６を上下に設置したものであって、冷媒配管に立ち上げ部は無いが、上部凝縮装置３５で凝縮された液状冷媒の位置水頭は、下部凝縮装置３６で凝縮された液状冷媒の位置水頭よりも高い。そのため上部凝縮装置３５と下部凝縮装置３６では、液状冷媒を排出するのに要する圧力が異なる。
本実施形態では、下部凝縮装置３６の末端部分が冷媒滞留部８７として機能する。

上記した実施形態では、凝縮装置の数がいずれも２個であるが、凝縮装置の数は複数であればよい。

１ 恒温恒湿装置
２ 試験室
３ 加熱器（ヒータ）
５ 加湿器
６ 冷凍サイクル回路
７ 圧縮機
８ 膨張手段
１２ クーリングタワー
１３ ポンプ
１７ 水量調整弁（冷却媒体量制御手段）
２０ 内管
２１ 外管
２２ 内側流路（冷却媒体通過部）
２３ 外側流路（冷媒通過流路）
３１ 冷却装置（温度調節装置）
３２ 凝縮部
３５ 上部凝縮装置
３６ 下部凝縮装置
４５ 冷却水供給口
４６，４７ 分岐管
５０，５１ 接続管
５２ 集合冷却水管
５５ 冷媒導入流路
５６ 導入側分岐部
５７，５８ 分岐管
６０ 排出側集合部
６１ 熱媒排出流路
８０，８３ 立ち上げ部
８２ 凝縮部
８１，８６，８７ 冷媒滞留部

Claims (9)

1. 相変化する冷媒を使用して冷凍サイクル又はヒートポンプサイクルを実現する温度調節装置において、液冷式の凝縮部と膨張手段を備え、前記凝縮部は冷媒を通過させる冷媒通過流路と、前記冷媒を冷却するために冷却媒体を通過させる冷却媒体通過部とを有し、前記冷媒と冷却媒体との間で熱交換して冷媒を凝縮するものであり、
   前記凝縮部は複数の冷媒通過流路と複数の冷却媒体通過部を有し、
   前記複数の冷媒通過流路は並列に接続され、複数の冷媒通過流路には液化した冷媒を排出するのに要する圧力が常に高くなる様に構成された高抵抗側流路と、液化した冷媒を排出するのに要する圧力が低い低抵抗側流路とがあり、
   前記高抵抗側流路の末端側または末端側の延長上に前記高抵抗側流路で液化した冷媒を滞留させる冷媒滞留部があり、
   前記冷却媒体は共通の冷却媒体供給装置から凝縮部の冷却媒体通過部に供給され、冷却媒体の通過量を制御する冷却媒体量制御手段を有し、
   複数の冷却媒体通過部を通過する冷却媒体の通過量が共通の冷却媒体量制御手段で制御され、
   要求される冷熱量が少ない場合は、高抵抗側流路を流れる液化した冷媒が冷媒滞留部に滞留し、もっぱら低抵抗側流路を流れる冷媒が膨張手段に流れることを特徴とする温度調節装置。
2. 凝縮部は複数の水冷式の凝縮装置を回路上、並列に接続して一つの凝縮部としたものであり、前記高抵抗側流路の末端側または末端側の延長上に冷媒を排出するのに要する圧力を増加させる機能のある部位があることを特徴とする請求項１に記載の温度調節装置。
3. 冷媒通過流路の一部またはその延長上に立ち上げ部があり、当該立ち上げ部で冷媒滞留部が構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度調節装置。
4. 複数の冷媒通過流路が高低差をつけて配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の温度調節装置。
5. 凝縮部は、一つの冷媒導入流路と一つの冷媒排出流路とを有し、前記一つの冷媒導入流路から分岐された導入側分岐部を経由してそれぞれの冷媒通過流路に冷媒が供給され、冷媒通過流路から排出された冷媒は排出側集合部を経由して前記一つの冷媒排出流路から排出され、排出側集合部は下側に配された冷媒通過流路の最下部よりも高い位置にあることを特徴とする請求項４に記載の温度調節装置。
6. 排出側集合部は、上部に配された冷媒通過流路の最下部よりも低い位置にあることを特徴とする請求項５に記載の温度調節装置。
7. 凝縮部は水冷式であって冷媒通過流路に隣接してそれぞれ冷却媒体通過部があり、前記冷却媒体通過部は冷媒通過流路ごとに独立しており、且つ並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の温度調節装置。
8. 前記凝縮部は二つの同一の凝縮装置によって構成され、一方の凝縮装置が液化した冷媒を排出するのに要する圧力が常に高くなる様に構成された前記冷媒通過流路たる高抵抗側流路を構成し、他方の凝縮装置が液化した冷媒を排出するのに要する圧力が低い冷媒通過流路たる低抵抗側流路を構成し、液化した冷媒は、低抵抗側流路を流れるものの方が、高抵抗側流路を流れるものよりも優先的に排出されていくことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の温度調節装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の温度調節装置を備えていることを特徴とする恒温恒湿装置。

Images