JP7019212B1 - 冷温同時温度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却処理負荷が大きい／小さい使用環境下においても冷却処理および加熱処理を正常に実行可能とする。【解決手段】冷却処理負荷が小さいとの第１条件が満たされ、かつ外気温が第１温度以下との第２条件が満たされたときに、第３流路を閉鎖させ、かつ熱媒液Ｗ３の第１流路および第２流路の流量を調整させつつ、低温側冷媒Ｒｃが熱交換器１６を通過する通過量が多くなるように調整させる第１制御態様と、第１条件が満たされ、かつ外気温が第２温度以上との第３条件が満たされたときに、第３流路を閉鎖させ、かつ熱媒液Ｗ３の第１流路および第２流路の流量を調整させつつ、低温側冷媒Ｒｃが蒸発器１４を通過する通過量が多くなるように調整させる第２制御態様と、冷却処理負荷が大きいとの第４条件が満たされたときに、第１流路および第２流路を閉鎖させ、かつ熱媒液Ｗ３の熱交換器２４への流入を許容させる第３制御態様とで制御可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、多元冷凍サイクルを備えて冷却対象に供給される第１熱交換流体を低温側冷凍回路によって冷却しつつ加熱対象に供給される第２熱交換流体を高温側冷凍回路によって加熱可能に構成された冷温同時温度調整装置に関するものである。

この種の冷温同時温度調整装置として、ヒートポンプ式給湯装置（以下、単に「給湯装置」ともいう）の発明が下記の特許文献に開示されている。この給湯装置は、低段側の冷媒回路内の第１の冷媒（以下、「低段側回路」内の「低段側冷媒」ともいう）と、高段側の冷媒回路内の第２の冷媒（以下、「高段側回路」内の「高段側冷媒」ともいう）とが第１熱交換器において相互に熱交換可能に構成された二元式冷凍サイクルを備えている。また、この給湯装置は、給湯運転（給湯を目的とし、冷暖房を行わない運転）、給湯および暖房運転（以下、「給湯暖房運転」ともいう）、給湯および冷房運転（以下、「給湯冷房運転」ともいう）、暖房運転（暖房を目的とし、給湯を行わない運転）、並びに冷房運転（冷房を目的とし、給湯を行わない運転）の５種類の運転が可能に構成されている。

この給湯装置では、給湯運転時に、第１圧縮機から吐出される低段側冷媒のすべてが第１熱交換器および第２熱交換器をこの順で通過した後に室外熱交換器を通過して第１圧縮機に吸入されるように低段側回路の冷媒流路が切り替えられる。この際には、低段側回路の第２熱交換器によって予熱された後に高段側回路の凝縮器によって加熱されることで給湯水が温度上昇させられる。また、給湯暖房運転時には、給湯運転時における低段側冷媒の上記の流路に加え、第１圧縮機から吐出される低段側冷媒の一部が室内熱交換器を通過した後に室外熱交換器を通過して第１圧縮機に吸入されるように冷媒流路が形成される。この際には、給湯運転時と同様に給湯水が温度上昇させられると共に、室内熱交換器において室内の空気が温度上昇させられて室内が暖房される。

さらに、給湯冷房運転時には、第１圧縮機から吐出される低段側冷媒の一部が第１熱交換器および第２熱交換器をこの順で通過した後に室内熱交換器を通過して第１圧縮機に吸入され、第１圧縮機から吐出される低段側冷媒の他の一部が室外熱交換器を通過した後に室内熱交換器を通過して第１圧縮機に吸入されるように冷媒流路が切り替えられる。この際には、低段側回路の第２熱交換器によって予熱された後に高段側回路の凝縮器によって加熱されることで給湯水が十分に温度上昇させられると共に、室内熱交換器において室内の空気が温度低下させられて室内が冷房される。

また、暖房運転時には、第１圧縮機から吐出される低段側冷媒のすべてが室内熱交換器を通過した後に室外熱交換器を通過して第１圧縮機に吸入されるように冷媒流路が切り替えられることで、室内熱交換器において室内の空気が温度上昇させられて室内が暖房される。さらに、冷房運転時には、第１圧縮機から吐出される低段側冷媒のすべてが室外熱交換器を通過した後に室内熱交換器を通過して第１圧縮機に吸入されるように冷媒流路が切り替えられることで、室内熱交換器において室内の空気が温度低下させられて室内が冷房される。このように、この給湯装置では、低段側冷媒の流路の切り替えによって用途に応じた加熱処理および／または冷却処理を行うことが可能となっている。

特開平４－２６３７５８号公報（第２－４頁、第１図）

ところが、上記特許文献に開示の給湯装置には、以下のような課題が存在する。具体的には、上記の給湯装置では、給湯のみを目的とした給湯運転、および空調のみを目的とした暖房運転や冷房運転に加え、給湯および空調の並行処理を目的とした給湯暖房運転や給湯冷房運転を行うことが可能な構成が採用されている。この場合、給湯冷房運転時に室内を規定時間内に冷房設定温度まで冷房するには、低段側回路の室内熱交換器における空気の冷却に必要な量の低段側冷媒を第１熱交換器において凝縮させる必要があり、そのためには、十分な量の高段側冷媒が第１熱交換器に供給されるように、十分な量の高段側冷媒を凝縮器において凝縮させる必要がある。

このため、給湯冷房運転に際して、冷房設定温度が低いとき、室内の空気が高温のとき、および短時間で室内を冷房設定温度まで冷房するとき（冷房設定温度まで室内を冷房するための冷房処理負荷が大きいときの一例）や、給湯（加熱）設定温度が低いとき、給湯水の温度が高いとき、および単位時間当りに加熱すべき給湯水の量が少ないとき（給湯設定温度まで給湯水を加熱するための加熱処理負荷が小さいときの一例）に、室内熱交換器において必要とされる多量の低段側冷媒を第１熱交換器において凝縮させたときには、高段側回路の凝縮器において大量の高段側冷媒を凝縮させることに起因して、給湯水が給湯設定温度よりも高温まで加熱されることがある。また、給湯冷房運転時に給湯設定温度よりも高温まで給湯水を加熱しない場合には、第１熱交換器における高段側冷媒の蒸発量が少量となることで必要量の低段側冷媒を第１熱交換器において凝縮させることができなくなり、室内熱交換器における低段側冷媒の蒸発量が少量となって、室内を冷房設定温度まで冷房するのが困難となったり、冷房設定温度まで冷房するのに長い時間を要したりすることがある。

これとは逆に、給湯冷房運転に際して、冷房設定温度が高いとき、室内の空気が低温のとき、およびある程度長い時間をかけて室内を冷房設定温度まで冷房するとき（冷房処理負荷が小さいときの一例）や、給湯（加熱）設定温度が高いとき、給湯水の温度が低いとき、および単位時間当りに加熱すべき給湯水の量が多いとき（加熱処理負荷が大きいときの一例）に、室内熱交換器において必要とされる低段側冷媒のすべてを第１熱交換器において凝縮させたとしても、第１熱交換器における高段側冷媒の蒸発量が少量となって凝縮器に対して供給可能な高段側冷媒の量が少量となり、給湯水を給湯設定温度まで十分に加熱するのが困難となったり、給湯設定温度まで加熱するのに長い時間を要したりすることがある。また、給湯冷房運転時に給湯設定温度よりも高温まで給湯水を加熱した場合には、第１熱交換器における高段側冷媒の蒸発量が多量となることで多量の低段側冷媒が第１熱交換器において蒸発させられることとなり、室内熱交換器における低段側冷媒の蒸発量が多量となって、室内が冷房設定温度よりも低い温度まで冷房されることがある。

このように、上記特許文献に開示の給湯装置では、低段側回路（低温側冷凍回路）における室内の空気（第１熱交換流体）の冷却と、高段側回路（高温側冷凍回路）における給湯水（第２熱交換流体）の加熱とを並行して行う給湯冷房運転において、使用環境によっては、冷房設定温度に冷房するのが困難となったり、冷房設定温度に冷房するのに長い時間を要したり、規定量の給湯水を規定時間内に給湯設定温度に加熱するのが困難となったりすることがある。

本発明は、かかる解決すべき課題に鑑みてなされたものであり、第１熱交換流体の冷却処理負荷が大きい使用環境下、および第１熱交換流体の冷却処理負荷が小さい使用環境下のいずれにおいても第１熱交換流体の冷却および第２熱交換流体の加熱を正常に実行し得る冷温同時温度調整装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、請求項１記載の冷温同時温度調整装置は、低温側冷凍回路および高温側冷凍回路を有して当該低温側冷凍回路内の低温側冷媒と当該高温側冷凍回路内の高温側冷媒とが第１熱交換器において熱交換可能に構成されると共に、冷却対象に供給される第１熱交換流体を前記低温側冷凍回路の第２熱交換器において冷却可能に構成され、かつ加熱対象に供給される第２熱交換流体を前記高温側冷凍回路の第３熱交換器において加熱可能に構成された多元冷凍サイクルと、前記第１熱交換流体を冷却すべき冷却設定温度、および前記第２熱交換流体を加熱すべき加熱設定温度に応じて前記多元冷凍サイクルの動作を制御する制御部とを備えた冷温同時温度調整装置であって、第３熱交換流体の循環が可能に構成された流体循環路と、前記第３熱交換流体および外部熱源の熱交換が可能に配設された第４熱交換器と、前記冷却対象を冷却した前記第１熱交換流体、および前記第４熱交換器において前記外部熱源と熱交換した前記第３熱交換流体の両流体の熱交換が可能に配設された第５熱交換器と、前記第１熱交換器において前記高温側冷媒と熱交換した前記低温側冷媒、および前記第４熱交換器において前記外部熱源と熱交換する前記第３熱交換流体の両流体の熱交換が可能に配設された第６熱交換器と、前記第１熱交換器において前記低温側冷媒と熱交換する前記高温側冷媒、および前記第４熱交換器において前記外部熱源と熱交換する前記第３熱交換流体の熱交換が可能に配設された第７熱交換器と、前記第１熱交換器において前記高温側冷媒と熱交換した前記低温側冷媒の前記第２熱交換器の通過量、および当該低温側冷媒の前記第６熱交換器の通過量を調整する第１調整部と、前記第４熱交換器において前記外部熱源と熱交換した前記第３熱交換流体の前記第５熱交換器の通過量、当該第３熱交換流体の前記第６熱交換器の通過量、および当該第３熱交換流体の前記第７熱交換器の通過量を調整する第２調整部とを備え、前記流体循環路は、前記第４熱交換器において前記外部熱源と熱交換した前記第３熱交換流体が前記第５熱交換器を通過した後に前記第６熱交換器を通過すると共に前記第７熱交換器を通過しない第１流路と、当該第３熱交換流体が当該第５熱交換器を通過せずに当該第６熱交換器を通過すると共に前記第７熱交換器を通過しない第２流路と、当該第３熱交換流体が当該第５熱交換器および当該第６熱交換器を通過せずに当該第７熱交換器を通過する第３流路とを備え、前記第２調整部は、前記第３熱交換流体の前記第１流路の流量、当該第３熱交換流体の前記第２流路の流量、および当該第３熱交換流体の前記第３流路の流量を調整することによって当該第３熱交換流体の前記第５熱交換器の通過量、当該第３熱交換流体の前記第６熱交換器の通過量、および当該第３熱交換流体の前記第７熱交換器の通過量を調整可能に構成され、前記制御部は、前記第１熱交換流体を前記冷却設定温度まで冷却するための当該冷温同時温度調整装置の冷却処理負荷が、前記第２熱交換流体を前記加熱設定温度まで加熱するための当該冷温同時温度調整装置の加熱処理負荷よりも小さいとの第１条件が満たされ、かつ前記外部熱源の温度が、前記冷却設定温度以下の予め規定された第１温度以下との第２条件が満たされたときに、前記第２調整部に前記第３流路を閉鎖させ、かつ前記冷却設定温度に応じて前記第３熱交換流体の前記第１流路の流量、および当該第３熱交換流体の前記第２流路の流量を当該第２調整部に調整させつつ、前記低温側冷媒が前記第２熱交換器を通過する通過量よりも当該低温側冷媒が前記第６熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように前記第１調整部に調整させる第１制御態様と、前記第１条件が満たされ、かつ前記外部熱源の温度が、前記冷却設定温度よりも高い予め規定された第２温度以上との第３条件が満たされたときに、前記第２調整部に前記第３流路を閉鎖させ、かつ前記冷却設定温度に応じて前記第３熱交換流体の前記第１流路の流量、および当該第３熱交換流体の前記第２流路の流量を前記第２調整部に調整させつつ、前記低温側冷媒が前記第６熱交換器を通過する通過量よりも当該低温側冷媒が前記第２熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように前記第１調整部に調整させる第２制御態様と、前記冷却処理負荷が前記加熱処理負荷よりも大きいとの第４条件が満たされたときに、前記第２調整部に前記第１流路および前記第２流路を閉鎖させ、かつ前記第３熱交換流体の前記第７熱交換器への流入を許容させる第３制御態様とで当該冷温同時温度調整装置を制御可能に構成されている。

請求項２記載の冷温同時温度調整装置は、請求項１記載の冷温同時温度調整装置において、前記第４熱交換器に対して前記外部熱源としての周囲の空気を送風する送風ファンを備え、前記制御部は、前記送風ファンを制御して送風量を変更することで前記第４熱交換器における前記第３熱交換流体と前記空気との熱交換量を調整する。

請求項１記載の冷温同時温度調整装置では、制御部が、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さいとの第１条件が満たされ、かつ外部熱源の温度が、冷却設定温度以下の予め規定された第１温度以下との第２条件が満たされたときに、第２調整部に第３流路を閉鎖させ、かつ冷却設定温度に応じて第３熱交換流体の第１流路の流量、および第３熱交換流体の第２流路の流量を第２調整部に調整させつつ、低温側冷媒が第２熱交換器を通過する通過量よりも低温側冷媒が第６熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように第１調整部に調整させる第１制御態様と、第１条件が満たされ、かつ外部熱源の温度が、冷却設定温度よりも高い予め規定された第２温度以上との第３条件が満たされたときに、第２調整部に第３流路を閉鎖させ、かつ冷却設定温度に応じて第３熱交換流体の第１流路の流量、および第３熱交換流体の第２流路の流量を第２調整部に調整させつつ、低温側冷媒が第６熱交換器を通過する通過量よりも低温側冷媒が第２熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように第１調整部に調整させる第２制御態様と、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも大きいとの第４条件が満たされたときに、第２調整部に第１流路および第２流路を閉鎖させ、かつ第３熱交換流体の第７熱交換器への流入を許容させる第３制御態様とで冷温同時温度調整装置を制御する。

したがって、請求項１記載の冷温同時温度調整装置によれば、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さく、第１熱交換対象流体の過冷却や第２熱交換対象流体の加熱不足を招くおそれのある使用環境下において、外部熱源の温度が冷却設定温度以下のとき（第２条件が満たされる状態のとき）には、第１制御態様で冷温同時温度調整装置が制御されて、外部熱源との熱交換によって温度低下した第３熱交換対象流体によって第１熱交換対象流体を冷却設定温度まで冷却しつつ、第１熱交換対象流体の冷却によって温度上昇した第３熱交換対象流体熱を第６熱交換器において低温側冷媒に吸熱させて、この熱と、圧縮機における圧縮によって生じた熱とを第１熱交換器において高温側冷媒に吸熱させることで第３熱交換器において第２熱交換対象流体を加熱設定温度まで十分に加熱することができる。また、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さく、第１熱交換対象流体の過冷却や第２熱交換対象流体の加熱不足を招くおそれのある使用環境下において、外部熱源の温度が冷却設定温度よりも高いとき（第３条件が満たされる状態のとき）には、第２制御態様で冷温同時温度調整装置が制御されて、第２熱交換器による冷却に先立ち、第４熱交換器において外部熱源から第３熱交換対象流体に吸熱した熱を第５熱交換器において第３熱交換対象流体から第１熱交換対象流体に吸熱させることにより、第２熱交換器において第１熱交換対象流体の熱を低温側冷媒に十分に吸熱させても第１熱交換対象流体の過冷却を招くことなく第１熱交換対象流体を冷却設定温度まで冷却することができ、第２熱交換器において低温側冷媒に吸熱した熱と、圧縮機における圧縮によって生じた熱とを第１熱交換器において高温側冷媒に吸熱させることで第３熱交換器において第２熱交換対象流体を加熱設定温度まで十分に加熱することができる。さらに、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも大きく、第２熱交換対象流体の過加熱や第１熱交換対象流体の冷却不足を招くおそれのある使用環境下においては、第３制御態様で冷温同時温度調整装置が制御されて、高温側冷凍回路において第３熱交換器を介して第２熱交換対象流体に放熱することのできない熱が、第７熱交換器を介して第３熱交換対象流体に放熱されて第４熱交換器において第３熱交換対象流体から外部熱源に放熱されるため、高温側冷凍回路における第２熱交換対象流体の過加熱を招くことなく、第１熱交換対象流体を冷却設定温度まで冷却するのに必要な十分な量の低温側冷媒を第２熱交換器に供給させて第１熱交換対象流体を冷却設定温度まで十分に冷却することができる。

請求項２記載の冷温同時温度調整装置によれば、制御部が、第４熱交換器に対して外部熱源としての周囲の空気を送風する送風ファンを制御して送風量を変更することで第４熱交換器における第３熱交換流体と空気との熱交換量を調整することにより、例えば、ポンプによる第３熱交換対象流体の圧送量を変化させることで第５熱交換器や第６熱交換器における熱交換量を変化させる構成と比較して、低温側冷媒や第１熱交換対象流体と熱交換させる第３熱交換対象流体の温度を比較的容易に所望の温度に調整することができるため、第５熱交換器や第６熱交換器における熱交換量を確実かつ容易に所望の熱交換量に制御することができる。

冷温同時温度調整装置１の構成を示す構成図である。 冷温同時温度調整装置１の始動時の動作、および冷却処理負荷と加熱処理負荷とがバランスしている状態の動作について説明するための説明図である。 第１吸熱モードでの動作について説明するための説明図である。 第２吸熱モードでの動作について説明するための説明図である。 放熱モードでの動作について説明するための説明図である。

以下、添付図面を参照して、冷温同時温度調整装置の実施の形態について説明する。

最初に、冷温同時温度調整装置１の構成について、添付図面を参照して説明する。

図１に示す冷温同時温度調整装置１は、「冷温同時温度調整装置」に相当し、一例として、高温の洗浄液によって対象物を洗浄する洗浄装置（図示せず）において洗浄液を加熱する加熱器（「加熱対象」の一例：以下、「加熱対象ＸＨ」ともいう）に熱媒液循環路ＬＨを介して高温の熱媒液Ｗｈ（「第２熱交換流体」の一例）を供給すると共に、加熱対象ＸＨ（加熱器）における加熱によって気化した洗浄液を冷却して液化させる冷却器（「冷却対象」の一例：以下、「冷却対象ＸＣ」ともいう）に対して熱媒液循環路ＬＣを介して低温の熱媒液Ｗｃ（「第１熱交換流体」の一例）を供給することができるように構成されている。

この冷温同時温度調整装置１は、二元冷凍サイクル２、熱媒液循環路３、操作部４、表示部５、制御部６および記憶部７を備えている。なお、本例では、洗浄装置の付帯設備である熱媒液循環路ＬＨ，ＬＣを利用して加熱対象ＸＨに対する熱媒液Ｗｈの供給や冷却対象ＸＣに対する熱媒液Ｗｃの供給を行う例について説明するが、「第１熱交換流体」を供給する供給用配管（上記の熱媒液循環路ＬＣ）や、「第２熱交換流体」を供給する供給用配管（上記の熱媒液循環路ＬＨ）を「冷温同時温度調整装置」の構成要素として備えることもできる。

一方、二元冷凍サイクル２は、「多元冷凍サイクル」の一例であって、「低温側冷凍回路」の一例である低温側冷凍回路（低段側冷凍回路）２Ｃと、「高温側冷凍回路」の一例である高温側冷凍回路（高段側冷凍回路）２Ｈとを備えている。この二元冷凍サイクル２は、低温側冷凍回路２Ｃ内を循環させられる低温側冷媒Ｒｃ（「低温側冷媒」の一例）と、高温側冷凍回路２Ｈ内を循環させられる高温側冷媒Ｒｈ（「高温側冷媒」の一例）とが「第１熱交換器」の一例であるカスケードコンデンサ１２において相互に熱交換可能に構成されている。

低温側冷凍回路２Ｃは、高温側冷凍回路２Ｈと共用の上記のカスケードコンデンサ１２に加え、圧縮機１１、流量調整弁１３、蒸発器１４、流量調整弁１５、熱交換器１６および開閉弁１７ａ，１７ｂを備えて構成されている。圧縮機１１は、制御部６の制御に従って低温側冷媒Ｒｃを圧縮（圧送）する。カスケードコンデンサ１２は、前述したように、低温側冷凍回路２Ｃ内の低温側冷媒Ｒｃと高温側冷凍回路２Ｈ内の高温側冷媒Ｒｈとの熱交換が可能に配設されると共に、高温側冷媒Ｒｈとの熱交換によって低温側冷媒Ｒｃを凝縮させる「凝縮器」として機能する。

流量調整弁１３は、低温側冷媒Ｒｃの流路における蒸発器１４の上流側に配設されており、「膨張弁」の１つとして機能すると共に、蒸発器１４を通過させる（蒸発器１４において蒸発させる）低温側冷媒Ｒｃの流量を制御部６の制御に従って調整する。蒸発器１４は、「第２熱交換器」の一例であって、後述するように流量調整弁１３を通過させられた低温側冷媒Ｒｃと熱媒液循環路ＬＣ内の熱媒液Ｗｃ（冷却対象ＸＣに対して供給される熱媒液Ｗｃ）との熱交換によって熱媒液Ｗｃを冷却すると共に低温側冷媒Ｒｃを蒸発させる。

流量調整弁１５は、低温側冷媒Ｒｃの流路における熱交換器１６の上流側に配設されており、「膨張弁」の他の１つとして機能すると共に、熱交換器１６を通過させる（熱交換器１６において蒸発または凝縮させる）低温側冷媒Ｒｃの流量を制御部６の制御に従って調整する。熱交換器１６は、「第６熱交換器」の一例であって、カスケードコンデンサ１２において高温側冷媒Ｒｈと熱交換した低温側冷媒Ｒｃ、および後述の熱媒液循環路３内の熱媒液Ｗ３（「第３熱交換流体」の一例）の両流体の熱交換が可能に配設されている。

開閉弁１７ａ，１７ｂは、制御部６の制御に従い、圧縮機１１によって圧送されてカスケードコンデンサ１２において高温側冷媒Ｒｈと熱交換した低温側冷媒Ｒｃの蒸発器１４の通過量、および熱交換器１６の通過量を調整する。この場合、本例の冷温同時温度調整装置１（低温側冷凍回路２Ｃ）では、流量調整弁１３，１５および開閉弁１７ａ，１７ｂが相俟って「第１調整部」が構成されている。

高温側冷凍回路２Ｈは、低温側冷凍回路２Ｃと共用の前述のカスケードコンデンサ１２に加え、圧縮機２１、凝縮器２２、流量調整弁２３および熱交換器２４を備えて構成されている。圧縮機２１は、制御部６の制御に従って高温側冷媒Ｒｈを圧縮（圧送）する。凝縮器２２は、「第３熱交換器」の一例であって、圧縮機２１によって圧送された（圧縮機２１から吐出された）高温側冷媒Ｒｈと熱媒液循環路ＬＨ内の熱媒液Ｗｈ（加熱対象ＸＨに対して供給される熱媒液Ｗｈ）との熱交換によって熱媒液Ｗｈを加熱すると共に高温側冷媒Ｒｈを凝縮させる。

流量調整弁２３は、高温側冷媒Ｒｈの流路におけるカスケードコンデンサ１２の上流側に配設されており、制御部６の制御に従ってカスケードコンデンサ１２を通過させる高温側冷媒Ｒｈの流量を調整する。熱交換器２４は、「第７熱交換器」の一例であって、カスケードコンデンサ１２において低温側冷媒Ｒｃと熱交換する高温側冷媒Ｒｈと、熱媒液循環路３内の熱媒液Ｗ３（後述の熱交換器３２において外気と熱交換する熱媒液Ｗ３）との熱交換によって高温側冷媒Ｒｈを凝縮させる。なお、高温側冷凍回路２Ｈにおいては、流量調整弁２３が「膨張弁」として機能すると共に、カスケードコンデンサ１２が低温側冷媒Ｒｃとの熱交換によって高温側冷媒Ｒｈを蒸発させる「蒸発器」として機能し、かつ熱交換器２４が「補助凝縮器」として機能する。

熱媒液循環路３は、「流体循環路」の一例であって、熱媒液Ｗ３を循環可能に構成されている。具体的には、熱媒液循環路３は、低温側冷凍回路２Ｃと共用の前述の熱交換器１６、および高温側冷凍回路２Ｈと共用の前述の熱交換器２４に加え、ポンプ３１、熱交換器３２，３３および三方弁３４ａ，３４ｂを備えて構成されている。ポンプ３１は、制御部６の制御下で熱媒液Ｗ３を循環させる。なお、本例の冷温同時温度調整装置１（熱媒液循環路３）では、一例として、圧送量固定型の液送ポンプでポンプ３１が構成されている。

熱交換器３２は、「第４熱交換器」の一例であって、熱媒液Ｗ３と、「外部熱源」の一例である「外気（熱交換器３２の周囲の空気）」との熱交換（外気が有する熱の熱媒液Ｗ３への吸熱、または、熱媒液Ｗ３が有する熱の外気への放熱）が可能に配設されている。この熱交換器３２には、制御部６の制御下で熱交換器３２に対して外気を送風する回転数可変型の送風機３２ａ（「送風ファン」の一例）が配設されている。これにより、本例の冷温同時温度調整装置１（熱媒液循環路３）では、熱交換器３２に対する送風量を変更することで熱交換器３２における熱媒液Ｗ３と外気との熱交換量を調整することができるように構成されている。熱交換器３３は、「第５熱交換器」の一例であって、冷却対象ＸＣの冷却によって温度上昇した熱媒液Ｗｃ、および熱交換器３２において外気と熱交換した熱媒液Ｗ３の両流体の熱交換が可能に配設されている。

三方弁３４ａ，３４ｂは、「第２調整部」の一例であって、制御部６の制御下で、熱交換器３２において外気と熱交換した熱媒液Ｗ３の熱交換器３３の通過量、熱媒液Ｗ３の熱交換器１６の通過量、および熱媒液Ｗ３の熱交換器２４の通過量を調整可能に配設されている。この場合、本例の熱媒液循環路３では、熱交換器３２において外気と熱交換した熱媒液Ｗ３が熱交換器３３を通過した後に熱交換器１６を通過すると共に熱交換器２４を通過しない「第１流路」と、熱媒液Ｗ３が熱交換器３３を通過せずに熱交換器１６を通過すると共に熱交換器２４を通過しない「第２流路」と、熱媒液Ｗ３が熱交換器３３，１６を通過せずに熱交換器２４を通過する「第３流路」とを備えている。

また、本例の熱媒液循環路３では、三方弁３４ａ，３４ｂが、制御部６の制御に従い、熱媒液Ｗ３の「第１流路」の流量、熱媒液Ｗ３の「第２流路」の流量、および熱媒液Ｗ３の「第３流路」の流量を調整することによって、「第３熱交換流体の第５熱交換器の通過量（熱媒液Ｗ３の熱交換器３３の通過量）」）、「第３熱交換流体の第６熱交換器の通過量（熱媒液Ｗ３の熱交換器１６の通過量）」、および「第３熱交換流体の第７熱交換器の通過量（熱媒液Ｗ３の熱交換器２４の通過量）」を調整する構成が採用されている。

操作部４は、熱媒液循環路ＬＣを介して冷却対象ＸＣに供給する熱媒液Ｗｃの温度（冷温同時温度調整装置１による熱媒液Ｗｃの冷却設定温度）や、熱媒液循環路ＬＨを介して加熱対象ＸＨに供給する熱媒液Ｗｈの温度（冷温同時温度調整装置１による熱媒液Ｗｈの加熱設定温度）などの各種の動作条件を設定するための操作スイッチを備え、スイッチ操作に応じた操作信号を制御部６に出力する。表示部５は、制御部６の制御下で、冷温同時温度調整装置１の動作条件を設定するための動作条件設定画面や、冷温同時温度調整装置１の動作状態を示す動作状態表示画面（いずれも図示せず）などを表示する。

制御部６は、「制御部」の一例であって、冷温同時温度調整装置１を総括的に制御する。具体的には、制御部６は、熱媒液Ｗｃを冷却すべき冷却設定温度（利用者によって指定される冷却目標温度）、および熱媒液Ｗｈを加熱すべき加熱設定温度（利用者によって指定される加熱目標温度）に応じて二元冷凍サイクル２や熱媒液循環路３の動作を制御する。この場合、制御部６は、主として、熱媒液Ｗｃを冷却設定温度まで冷却するための冷温同時温度調整装置１の冷却処理負荷と、熱媒液Ｗｈを加熱設定温度まで加熱するための冷温同時温度調整装置１の加熱処理負荷との大小関係に応じて各部を制御する。

この冷却処理負荷や加熱処理負荷は、冷却設定温度、加熱設定温度、熱媒液Ｗｃの冷却処理前の温度、熱媒液Ｗｈの加熱処理前の温度、熱媒液Ｗｃの流量、熱媒液Ｗｈの流量および外気温など（以下、これらのパラメータを総称して「使用環境」ともいう）に応じて変化する。したがって、本例の冷温同時温度調整装置１では、一例として、低温側冷凍回路２Ｃにおける低温側冷媒Ｒｃの凝縮温度に基づいて冷却処理負荷を逐次特定すると共に、高温側冷凍回路２Ｈにおける高温側冷媒Ｒｈの凝縮温度に基づいて加熱処理負荷を逐次特定する構成が採用されている。なお、制御部６による二元冷凍サイクル２（低温側冷凍回路２Ｃおよび高温側冷凍回路２Ｈ）や熱媒液循環路３の各構成要素の制御については、後に具体的な例を挙げて詳細に説明する。記憶部７は、制御部６の動作プログラムや、制御部６の演算結果などを記憶する。

なお、冷温同時温度調整装置１は、実際には、低温側冷凍回路２Ｃ内の低温側冷媒Ｒｃの圧力や温度、高温側冷凍回路２Ｈ内の高温側冷媒Ｒｈの圧力や温度、熱媒液循環路３内の熱媒液Ｗ３の温度、外気温、熱媒液Ｗｃの温度、および熱媒液Ｗｈの温度などを検出する各種センサが配設されているが、冷温同時温度調整装置１の構成に関する理解を容易とするために、これらのセンサについての図示や詳細な説明を省略する。

この冷温同時温度調整装置１による熱媒液Ｗｃの冷却処理および熱媒液Ｗｈの加熱処理に際して、制御部６は、図２に示すように、まず、熱媒液循環路３のポンプ３１を制御して熱媒液Ｗ３の圧送を開始させ、かつ送風機３２ａを制御して送風を開始させると共に、低温側冷凍回路２Ｃおよび高温側冷凍回路２Ｈの動作を開始させる。なお、同図および後に参照する図３～５では、低温側冷凍回路２Ｃにおいて低温側冷媒Ｒｃの通過が許容されている流路を実線で図示し、かつ低温側冷媒Ｒｃの通過が規制されている流路を破線で図示すると共に、熱媒液循環路３において熱媒液Ｗ３の通過が許容されている流路を実線で図示し、かつ熱媒液Ｗ３の通過が規制されている流路を破線で図示している。

具体的には、制御部６は、ポンプ３１による熱媒液Ｗ３の圧送、および送風機３２ａによる送風を開始させると共に、熱媒液Ｗ３が前述の「第２流路」を通過し、かつ「第１流路」および「第３流路」を通過しないように三方弁３４ａ，３４ｂを制御する。また、制御部６は、開閉弁１７ａを開口状態に制御し、かつ開閉弁１７ｂを閉塞状態に制御すると共に、流量調整弁１５を最小の開度（閉塞状態）に制御し、かつ流量調整弁１３を「膨張弁」として機能させるのに必要な開度に制御することにより、圧縮機１１によって圧縮（圧送）される低温側冷媒Ｒｃが、カスケードコンデンサ１２、開閉弁１７ａ、流量調整弁１３および蒸発器１４を経て圧縮機１１に吸引される冷媒流路を形成する。

この際には、圧縮機１１から吐出された高温の低温側冷媒Ｒｃがカスケードコンデンサ１２において高温側冷媒Ｒｈに放熱して温度低下させられることで凝縮させられると共に高温側冷媒Ｒｈを蒸発（温度上昇）させる。また、凝縮させられた低温側冷媒Ｒｃが流量調整弁１３を通過後に蒸発器１４内において熱媒液Ｗｃから吸熱して温度上昇させられることで蒸発すると共に熱媒液Ｗｃを冷却する。

また、カスケードコンデンサ１２における吸熱によって温度上昇して蒸発させられ、圧縮機２１における圧縮によってさらに温度上昇させられた高温の高温側冷媒Ｒｈが凝縮器２２において熱媒液Ｗｈに放熱して凝縮させられると共に熱媒液Ｗｈを加熱する。さらに、凝縮させられた高温側冷媒Ｒｈは、流量調整弁２３の通過後に、上記のようにカスケードコンデンサ１２において低温側冷媒Ｒｃから吸熱して蒸発させられる。これにより、低温側冷凍回路２Ｃによって冷却された低温の熱媒液Ｗｃが冷却対象ＸＣに供給されると共に、高温側冷凍回路２Ｈによって加熱された高温の熱媒液Ｗｈが加熱対象ＸＨに供給される。

なお、圧縮機１１の回転数（低温側冷媒Ｒｃの圧送量）や「膨張弁（この時点では、流量調整弁１３）」の開度などを冷却設定温度および熱媒液Ｗｃの温度に応じて変化させる制御、並びに圧縮機２１の回転数（高温側冷媒Ｒｈの圧送量）や流量調整弁２３の開度などを加熱設定温度および熱媒液Ｗｈの温度に応じて変化させる制御については、多元冷凍サイクルを有する冷温同時温度調整装置において一般的に行われる制御と同様のため、これらの制御に関する詳細な説明を省略する。

この場合、本例の冷温同時温度調整装置１では、前述したように、制御部６が、主として冷却処理負荷および加熱処理負荷の大小関係に基づいて二元冷凍サイクル２や熱媒液循環路３の各部の動作を制御する。具体的には、制御部６は、冷温同時温度調整装置１の動作を開始したときから、低温側冷媒Ｒｃや高温側冷媒Ｒｈの凝縮温度を特定し、特定した温度に基づいて冷却処理負荷および加熱処理負荷をそれぞれ特定する。この際に、特定される冷却処理負荷および加熱処理負荷の両負荷が、予め規定された許容相違範囲内でバランスするような使用環境であるときに、制御部６は、熱媒液Ｗ３や低温側冷媒Ｒｃの流路を始動時の状態（図２に示す状態）のまま維持する（通常モードでの動作）。なお、このような使用環境で長時間に亘って動作を継続したとき（後述の吸熱モードや放熱モードでの動作に直ちに移行しない可能性が高いとき）には、熱媒液循環路３のポンプ３１や送風機３２ａを停止させてもよい。

一方、冷却設定温度と冷却処理前の熱媒液Ｗｃの温度差が小さい使用環境下や、加熱設定温度と加熱処理前の熱媒液Ｗｈとの温度差が大きいような使用環境下では、特定される冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さくなる（「第１条件」が満たされたときの一例）。このような使用環境下において、制御部６は、外気の温度と冷却設定温度との関係に応じて、第１吸熱モードおよび第２吸熱モードのいずれかで冷温同時温度調整装置１を動作させる。

具体的には、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さいときに、制御部６は、図３，４に示すように、まず、ポンプ３１および送風機３２ａが停止しているときには、これらの動作を開始させると共に、熱媒液Ｗ３が前述の「第１流路」および「第２流路」の双方を通過し、かつ「第３流路」を通過しないように三方弁３４ａ，３４ｂを制御する（「第２調整部に第３流路を閉鎖させ」との制御の一例）。また、制御部６は、一例として、熱交換器３２を通過した直後の熱媒液Ｗ３の温度が外気の温度と同程度となるように送風機３２ａを制御して熱交換器３２に対する外気の送風量を調整させる。これにより、外気温と同程度の温度の熱媒液Ｗ３がポンプ３１によって圧送された状態となる。

また、外気の温度が冷却設定温度以下の予め規定された第１温度以下（一例として、「第１温度」＝「冷却設定温度」）のときに（「第２条件」が満たされたときの一例）、制御部６は、二元冷凍サイクル２および熱媒液循環路３を制御して第１吸熱モードで動作させる（「第１制御態様」の一例）。具体的には、制御部６は、図３に示すように、開閉弁１７ａを閉塞状態に制御し、かつ開閉弁１７ｂを開口状態に制御すると共に、流量調整弁１３を最小の開度（閉塞状態）に制御し、かつ流量調整弁１５を低温側冷凍回路２Ｃの「膨張弁」として機能させるのに必要な開度に制御する。

これにより、低温側冷凍回路２Ｃにおいて、圧縮機１１によって圧縮（圧送）される低温側冷媒Ｒｃが、カスケードコンデンサ１２、流量調整弁１５、熱交換器１６および開閉弁１７ｂを経て圧縮機１１に吸引される（蒸発器１４を通過することなく熱交換器１６を通過する）冷媒流路が形成される（「低温側冷媒が第２熱交換器を通過する通過量よりも低温側冷媒が第６熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように第１調整部に調整させる」との制御の一例）。また、制御部６は、熱交換器３３の通過後の熱媒液Ｗ３の温度に応じて三方弁３４ａ，３４ｂを制御して熱媒液Ｗ３の「第１流路」の流量および「第２流路」の流量を調整させる。これにより、冷温同時温度調整装置１が第１吸熱モードで動作した状態となる。

この第１吸熱モードにおいて、熱媒液循環路３では、熱交換器３２における外気との熱交換によって外気の温度と同程度の温度となった熱媒液Ｗ３がポンプ３１によって圧送され、その一部が熱交換器３３を通過させられる際に、冷却対象ＸＣの冷却によって温度上昇させられた熱媒液Ｗｃと熱交換させられる。これにより、熱媒液Ｗｃが冷却設定温度まで冷却されると共に、熱媒液Ｗ３が外気の温度よりも高い温度（冷却対象ＸＣの冷却処理後の熱媒液Ｗｃの温度と同程度の温度）まで上昇させられる。

また、低温側冷凍回路２Ｃでは、圧縮機１１から吐出された高温の低温側冷媒Ｒｃがカスケードコンデンサ１２において高温側冷媒Ｒｈに放熱して凝縮させられると共に高温側冷媒Ｒｈを蒸発（温度上昇）させ、凝縮させられた低温側冷媒Ｒｃが流量調整弁１５を通過後に熱交換器１６内において熱媒液Ｗ３から吸熱して温度上昇させられる。また、高温側冷凍回路２Ｈでは、カスケードコンデンサ１２において蒸発させられて圧縮機２１における圧縮によってさらに温度上昇させられた高温の高温側冷媒Ｒｈが凝縮器２２において熱媒液Ｗｈに放熱して凝縮させられると共に熱媒液Ｗｈを加熱する。

つまり、冷却処理負荷が小さく、かつ外気の温度がある程度低い使用環境下において移行させられる第１吸熱モードでは、冷却対象ＸＣの冷却によって温度上昇した熱媒液Ｗｃの熱が熱媒液Ｗ３を介して低温側冷媒Ｒｃに吸熱され、この熱がカスケードコンデンサ１２において高温側冷媒Ｒｈに吸熱される。これにより、低温側冷凍回路２Ｃを過冷却が生じる動作状態で動作させることなく、カスケードコンデンサ１２において十分な量の高温側冷媒Ｒｈを蒸発させることができるため、熱媒液Ｗｃを冷却設定温度に冷却しつつ（過冷却することなく）、熱媒液Ｗｈを加熱設定温度まで十分に加熱することが可能となっている。

この場合、本例の冷温同時温度調整装置１では、熱媒液Ｗｈと熱媒液Ｗ３との間の熱交換が可能な熱交換器２４が高温側冷凍回路２Ｈに配設されており、高温側冷凍回路２Ｈの動作中には、圧縮機２１によって圧縮（圧送）される高温側冷媒Ｒｈが、凝縮器２２を通過させられた後に熱交換器２４を通過させられて、流量調整弁２３およびカスケードコンデンサ１２を経て圧縮機２１に吸引される状態が維持される。しかしながら、第１吸熱モードや第２吸熱モードに移行させられている状態においては、前述したように熱媒液Ｗ３が「第３流路」を通過しないように三方弁３４ａ，３４ｂが制御されており、熱交換器２４に熱媒液Ｗ３が供給されない状態となるため、熱交換器２４において熱媒液Ｗｈが熱媒液Ｗ３との熱交換によって大きく温度変化することはない。

なお、上記の第１吸熱モードでの動作時に外気の温度が冷却設定温度よりも十分に低いときには、三方弁３４ａ，３４ｂによって熱交換器３３を通過させる熱媒液Ｗ３の通過量を減少させることで熱媒液Ｗｃの過冷却を阻止する。また、外気の温度が冷却設定温度に近い温度のときには、三方弁３４ａ，３４ｂによって熱交換器３３を通過させる熱媒液Ｗ３の通過量を増加させることで、熱媒液Ｗｃを外気の温度（冷却設定温度）まで十分に冷却させる。これにより、冷却設定温度まで冷却された低温の熱媒液Ｗｃが冷却対象ＸＣに供給されると共に、加熱設定温度まで加熱された高温の熱媒液Ｗｈが加熱対象ＸＨに供給される。この場合、この第１吸熱モードで動作させる際の判別条件の１つである前述の「第１温度」については、冷却設定温度と同じ温度から、冷却設定温度よりも１０℃程度低い温度までの範囲内の温度（一例として、冷却設定温度よりも５℃程度低い温度）に規定することで、熱媒液Ｗｃの過冷却や、熱媒液Ｗｈの加熱不足を好適に回避することができる。

また、特定される冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さく、かつ外気の温度が、冷却設定温度よりも高い予め規定された第２温度以上のときに（「第３条件」が満たされたときの一例）、制御部６は、二元冷凍サイクル２および熱媒液循環路３を制御して第２吸熱モードで動作させる（「第２制御態様」の一例）。具体的には、制御部６は、図４に示すように、開閉弁１７ａを開口状態に制御し、かつ開閉弁１７ｂを閉塞状態に制御すると共に、流量調整弁１５を最小の開度（閉塞状態）に制御し、かつ流量調整弁１３を低温側冷凍回路２Ｃの「膨張弁」として機能させるのに必要な開度に制御する。

これにより、低温側冷凍回路２Ｃにおいて、圧縮機１１によって圧縮（圧送）される低温側冷媒Ｒｃが、カスケードコンデンサ１２、開閉弁１７ａ、流量調整弁１３および蒸発器１４を経て圧縮機１１に吸引される（熱交換器１６を通過することなく蒸発器１４を通過する）冷媒流路が形成される（「低温側冷媒が第６熱交換器を通過する通過量よりも低温側冷媒が第２熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように第１調整部に調整させる」との制御の一例）。また、制御部６は、熱交換器３３の通過後の熱媒液Ｗ３の温度に応じて三方弁３４ａ，３４ｂを制御して熱媒液Ｗ３の「第１流路」の流量および「第２流路」の流量を調整させる。これにより、冷温同時温度調整装置１が第２吸熱モードで動作した状態となる。

この第２吸熱モードにおいて、熱媒液循環路３では、熱交換器３２における外気との熱交換によって外気の温度と同程度の温度（冷却設定温度よりも高い温度）となった熱媒液Ｗ３がポンプ３１によって圧送され、その一部が熱交換器３３を通過させられる際に、冷却対象ＸＣの冷却によって温度上昇させられた熱媒液Ｗｃと熱交換させられる。これにより、冷却対象ＸＣの冷却、および熱媒液Ｗ３との熱交換によって熱媒液Ｗｃが十分に温度上昇させられると共に、熱媒液Ｗ３がある程度温度低下させられる。この熱媒液Ｗ３は、熱交換器３２を通過させられる際に外気と熱交換させられることで外気の温度と同程度の温度まで再び加熱される。

また、低温側冷凍回路２Ｃでは、圧縮機１１から吐出された高温の低温側冷媒Ｒｃがカスケードコンデンサ１２において高温側冷媒Ｒｈに放熱して凝縮させられると共に高温側冷媒Ｒｈを蒸発（温度上昇）させ、凝縮させられた低温側冷媒Ｒｃが流量調整弁１３を通過後に蒸発器１４内において熱媒液Ｗｃから吸熱して温度上昇させられる。この際に、熱交換器３３において熱媒液Ｗ３の熱を吸熱した熱媒液Ｗｃが、蒸発器１４内における低温側冷媒Ｒｃとの熱交換によって冷却設定温度まで冷却される。また、高温側冷凍回路２Ｈでは、カスケードコンデンサ１２において蒸発させられて圧縮機２１における圧縮によってさらに温度上昇させられた高温の高温側冷媒Ｒｈが凝縮器２２において熱媒液Ｗｈに放熱して凝縮させられると共に熱媒液Ｗｈを加熱する。

つまり、冷却処理負荷が小さく、かつ外気の温度がある程度高い使用環境下において移行させられる第２吸熱モードでは、低温側冷凍回路２Ｃ（蒸発器１４）による冷却に先立ち、熱交換器３２において外気から熱媒液Ｗ３に吸熱した熱を熱交換器３３において熱媒液Ｗ３から熱媒液Ｗｃに吸熱させることにより、蒸発器１４において熱媒液Ｗｃの熱を低温側冷媒Ｒｃに十分に吸熱させても熱媒液Ｗｃの過冷却を招くことなく冷却設定温度に冷却することが可能となっている。また、蒸発器１４において吸熱した熱の分だけ、カスケードコンデンサ１２において高温側冷媒Ｒｈを十分に蒸発させることができる結果、凝縮器２２において熱媒液Ｗｈを加熱設定温度まで十分に加熱することが可能となっている。

なお、上記の第２吸熱モードでの動作時に外気の温度が冷却設定温度よりも十分に高いときには、三方弁３４ａ，３４ｂによって熱交換器３３を通過させる熱媒液Ｗ３の通過量を減少させることで低温側冷凍回路２Ｃに対する放熱量（熱媒液Ｗ３から低温側冷媒Ｒｃへの吸熱量）が過剰に多くなる（低温側冷媒Ｒｃが過剰に温度上昇する）のを回避する。また、外気の温度が冷却設定温度に近い温度のときには、三方弁３４ａ，３４ｂによって熱交換器３３を通過させる熱媒液Ｗ３の通過量を増加させることで、蒸発器１４において低温側冷媒Ｒｃを十分に蒸発させ得る高温の熱媒液Ｗｃを蒸発器１４に供給させる。これにより、冷却設定温度まで冷却された低温の熱媒液Ｗｃが冷却対象ＸＣに供給されると共に、加熱設定温度まで加熱された高温の熱媒液Ｗｈが加熱対象ＸＨに供給される。この場合、この第２吸熱モードで動作させる際の判別条件の１つである前述の「第２温度」については、一例として、冷却設定温度を超える温度であって、冷却設定温度よりも１０℃程度高い温度を上限とする範囲内の温度（一例として、冷却設定温度よりも５℃程度高い温度）に規定することで、熱媒液Ｗｃの過冷却や、熱媒液Ｗｈの加熱不足を好適に回避することができる。

一方、冷却設定温度と冷却処理前の熱媒液Ｗｃの温度差が大きい使用環境や、加熱設定温度と加熱処理前の熱媒液Ｗｈとの温度差が小さいような使用環境下では、特定される冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも大きくなる（「第４条件」が満たされたときの一例）。このような使用環境下で、かつ外気の温度がある程度低いときに、制御部６は、放熱モードで冷温同時温度調整装置１を動作させる。

具体的には、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも大きいときに、制御部６は、図５に示すように、まず、ポンプ３１および送風機３２ａが停止しているときには、これらの動作を開始させると共に、熱媒液Ｗ３が前述の「第１流路」および「第２流路」の双方を通過せずに「第３流路」を通過するように（熱媒液Ｗ３が「第３流路」だけを通過するように）三方弁３４ａ，３４ｂを制御する（「第２調整部に第１流路および第２流路を閉鎖させ、かつ第３熱交換流体の第７熱交換器への流入を許容させる」との制御の一例）。これにより、熱媒液Ｗ３が高温側冷凍回路２Ｈの熱交換器２４を通過させられる状態となる。また、制御部６は、一例として、熱交換器３２を通過した直後の熱媒液Ｗ３の温度が外気の温度と同程度となるように送風機３２ａを制御して熱交換器３２に対する外気の送風量を調整させる。これにより、外気温と同程度の温度の熱媒液Ｗ３がポンプ３１によって圧送される状態となる。

また、冷却処理負荷が大きく、かつ外気の温度が、外気と熱交換する熱媒液Ｗ３の温度（熱交換器３２の入口における熱媒液Ｗ３の温度）よりも低い予め規定された温度（以下、「第３温度」ともいう）以下のときに、制御部６は、開閉弁１７ａを開口状態に制御し、かつ開閉弁１７ｂを閉塞状態に制御すると共に、流量調整弁１５を最小の開度（閉塞状態）に制御し、かつ流量調整弁１３を低温側冷凍回路２Ｃの「膨張弁」として機能させるのに必要な開度に制御する。これにより、低温側冷凍回路２Ｃにおいて、圧縮機１１によって圧縮（圧送）される低温側冷媒Ｒｃが、カスケードコンデンサ１２、開閉弁１７ａ、流量調整弁１３および蒸発器１４を経て圧縮機１１に吸引される冷媒流路が形成される。また、高温側冷凍回路２Ｈでは、前述したように、圧縮機２１によって圧縮（圧送）される高温側冷媒Ｒｈが、凝縮器２２、熱交換器２４、流量調整弁２３およびカスケードコンデンサ１２を経て圧縮機２１に吸引される状態となっている。これにより、冷温同時温度調整装置１が放熱モードで動作した状態となる（「第３制御態様」の一例）。

この放熱モードにおいて、熱媒液循環路３では、熱交換器３２における外気との熱交換によって外気の温度と同程度の温度となった熱媒液Ｗ３がポンプ３１によって圧送されて熱交換器３３や熱交換器１６を通過させられることなく、熱交換器２４だけを通過させられる。また、高温側冷凍回路２Ｈでは、圧縮機２１から吐出された高温の高温側冷媒Ｒｈが凝縮器２２において熱媒液Ｗｈに放熱して凝縮させられると共に熱媒液Ｗｈを加熱する。これにより、高温側冷媒Ｒｈとの熱交換によって加熱設定温度まで加熱された熱媒液Ｗｈが加熱対象ＸＨに供給される。

さらに、凝縮器２２において凝縮させられた高温側冷媒Ｒｈ、および凝縮器２２において凝縮し切れなかった気化状態の高温側冷媒Ｒｈが熱交換器２４を通過させられる際に、外気の温度と同程度の温度の熱媒液Ｗ３に放熱して十分に凝縮させられる。これにより、カスケードコンデンサ１２に対して十分な量の高温側冷媒Ｒｈが供給される状態となる。また、高温側冷媒Ｒｈとの熱交換によって温度上昇した熱媒液Ｗ３は、熱交換器３２において外気と熱交換（外気に放熱）して外気と同程度の温度まで冷却された後にポンプ３１によって再び圧送される。さらに、カスケードコンデンサ１２に供給された高温側冷媒Ｒｈは、低温側冷媒Ｒｃとの熱交換によって温度上昇させられて蒸発させられ、圧縮機２１に吸引される。

また、低温側冷凍回路２Ｃでは、圧縮機１１から吐出された高温の低温側冷媒Ｒｃがカスケードコンデンサ１２において高温側冷媒Ｒｈに放熱して凝縮させられると共に高温側冷媒Ｒｈを蒸発（温度上昇）させられる。この際には、上記のように高温側冷凍回路２Ｈにおいて十分な量の高温側冷媒Ｒｈがカスケードコンデンサ１２に供給された状態となっている。したがって、冷却処理負荷が大きいことで蒸発器１４に対して大量の低温側冷媒Ｒｃを供給する必要がある本例の使用環境下において、必要とされる低温側冷媒Ｒｃをカスケードコンデンサ１２において十分に凝縮させることが可能となっている。

また、カスケードコンデンサ１２において凝縮させられた低温側冷媒Ｒｃは、流量調整弁１３を経て蒸発器１４を通過させられる際に、熱媒液Ｗｃとの熱交換によって温度上昇させられて蒸発させられ、再び圧縮機１１によって圧縮される。これにより、低温側冷媒Ｒｃとの熱交換によって冷却設定温度まで冷却された熱媒液Ｗｃが冷却対象ＸＣに供給される。

つまり、冷却処理負荷が大きく、かつ外気の温度がある程度低い使用環境下において移行させられる放熱モードでは、高温側冷凍回路２Ｈにおいて凝縮器２２を介して熱媒液Ｗｈに放熱することのできない熱（熱媒液Ｗｈの過加熱を招くおそれのある放熱）が、熱交換器２４において熱媒液Ｗ３に放熱され、この熱が熱交換器３２を介して外気に放熱される。これにより、高温側冷凍回路２Ｈにおける熱媒液Ｗｈの過加熱を招くことなく、低温側冷凍回路２Ｃにおいて熱媒液Ｗｃを冷却設定温度まで冷却するのに必要な十分な量の低温側冷媒Ｒｃを蒸発器１４に供給させることが可能となっている。

なお、この放熱モードで動作させる際の判別条件の１つである前述の「第３温度」については、外気と熱交換させられる熱媒液Ｗ３の温度を下回る温度であって、熱媒液Ｗ３の温度よりも１０℃程度低い温度を下限とする範囲内の温度（一例として、熱交換器３２の入口における熱媒液Ｗ３の温度よりも５℃程度低い温度）に規定することで、熱交換器２４において高温側冷媒Ｒｈの熱を十分に放熱することができる。

このように、この冷温同時温度調整装置１では、制御部６が、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さいとの「第１条件」が満たされ、かつ外気の温度が、冷却設定温度以下の予め規定された「第１温度」以下との「第２条件」が満たされたときに、「第２調整部」に「第３流路」を閉鎖させ、かつ冷却設定温度に応じて熱媒液Ｗ３の「第１流路」の流量、および熱媒液Ｗ３の「第２流路」の流量を「第２調整部」に調整させつつ、低温側冷媒Ｒｃが蒸発器１４を通過する通過量よりも低温側冷媒Ｒｃが熱交換器１６を通過する通過量の方が多くなるように「第１調整部」に調整させる「第１制御態様」と、「第１条件」が満たされ、かつ外気の温度が、冷却設定温度よりも高い予め規定された「第２温度」以上との「第３条件」が満たされたときに、「第２調整部」に「第３流路」を閉鎖させ、かつ冷却設定温度に応じて熱媒液Ｗ３の「第１流路」の流量、および熱媒液Ｗ３の「第２流路」の流量を「第２調整部」に調整させつつ、低温側冷媒Ｒｃが熱交換器１６を通過する通過量よりも低温側冷媒Ｒｃが蒸発器１４を通過する通過量の方が多くなるように「第１調整部」に調整させる「第２制御態様」と、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも大きいとの「第４条件」が満たされたときに、「第２調整部」に「第１流路」および「第２流路」を閉鎖させ、かつ熱媒液Ｗ３の熱交換器２４への流入を許容させる「第３制御態様」とで冷温同時温度調整装置１を制御する。

したがって、この冷温同時温度調整装置１によれば、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さく、熱媒液Ｗｃの過冷却や熱媒液Ｗｈの加熱不足を招くおそれのある使用環境下において、外気の温度が冷却設定温度以下のとき（「第２条件」が満たされる状態のとき）には、「第１制御態様」で冷温同時温度調整装置１が制御されて、外気との熱交換によって温度低下した熱媒液Ｗ３によって熱媒液Ｗｃを冷却設定温度まで冷却しつつ、熱媒液Ｗｃの冷却によって温度上昇した熱媒液Ｗ３熱を熱交換器１６において低温側冷媒Ｒｃに吸熱させて、この熱と、圧縮機１１における圧縮によって生じた熱とをカスケードコンデンサ１２において高温側冷媒Ｒｈに吸熱させることで凝縮器２２において熱媒液Ｗｈを加熱設定温度まで十分に加熱することができる。また、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも小さく、熱媒液Ｗｃの過冷却や熱媒液Ｗｈの加熱不足を招くおそれのある使用環境下において、外気の温度が冷却設定温度よりも高いとき（「第３条件」が満たされる状態のとき）には、「第２制御態様」で冷温同時温度調整装置１が制御されて、蒸発器１４による冷却に先立ち、熱交換器３２において外気から熱媒液Ｗ３に吸熱した熱を熱交換器３３において熱媒液Ｗ３から熱媒液Ｗｃに吸熱させることにより、蒸発器１４において熱媒液Ｗｃの熱を低温側冷媒Ｒｃに十分に吸熱させても熱媒液Ｗｃの過冷却を招くことなく熱媒液Ｗｃを冷却設定温度まで冷却することができ、蒸発器１４において低温側冷媒Ｒｃに吸熱した熱と、圧縮機１１における圧縮によって生じた熱とをカスケードコンデンサ１２において高温側冷媒Ｒｈに吸熱させることで凝縮器２２において熱媒液Ｗｈを加熱設定温度まで十分に加熱することができる。さらに、冷却処理負荷が加熱処理負荷よりも大きく、熱媒液Ｗｈの過加熱や熱媒液Ｗｃの冷却不足を招くおそれのある使用環境下においては、「第３制御態様」で冷温同時温度調整装置１が制御されて、高温側冷凍回路２Ｈにおいて凝縮器２２を介して熱媒液Ｗｈに放熱することのできない熱が、熱交換器２４を介して熱媒液Ｗ３に放熱されて熱交換器３２において熱媒液Ｗ３から外気に放熱されるため、高温側冷凍回路２Ｈにおける熱媒液Ｗｈの過加熱を招くことなく、熱媒液Ｗｃを冷却設定温度まで冷却するのに必要な十分な量の低温側冷媒Ｒｃを蒸発器１４に供給させて熱媒液Ｗｃを冷却設定温度まで十分に冷却することができる。

また、この冷温同時温度調整装置１によれば、制御部６が、熱交換器３２に対して外気（周囲の空気）を送風する送風機３２ａを制御して送風量を変更することで熱交換器３２における熱媒液Ｗ３と外気（空気）との熱交換量を調整することにより、例えば、ポンプ３１による熱媒液Ｗ３の圧送量を変化させることで熱交換器１６や熱交換器３３における熱交換量を変化させる構成と比較して、低温側冷媒Ｒｃや熱媒液Ｗｃと熱交換させる熱媒液Ｗ３の温度を比較的容易に所望の温度に調整することができるため、熱交換器１６や熱交換器３３における熱交換量を確実かつ容易に所望の熱交換量に制御することができる。

なお、「冷温同時温度調整装置」の構成は、上記の冷温同時温度調整装置１の構成の例に限定されない。例えば、冷媒の凝縮温度に基づいて冷却処理負荷や加熱処理負荷を特定する構成を例に挙げて説明したが、このような構成に代えて、冷媒の凝縮圧力、冷凍回路内の任意の部位における冷媒温度、冷凍回路内の任意の部位における冷媒圧力、冷凍回路内の任意の２点における冷媒温度差、冷凍回路内の任意の２点における冷媒圧力差、冷媒圧縮機における電動機の単位時間当りの消費電力量、および冷媒圧縮機の任意の部位の温度などの各種のパラメータに基づいて特定する構成を採用することができる。また、蒸発器１４の入口および出口における熱媒液Ｗｃの温度差と蒸発器１４を通過する熱媒液Ｗｃの単位時間当りの流量とに基づいて冷却処理負荷を特定する構成や、凝縮器２２の入口および出口における熱媒液Ｗｈの温度差と凝縮器２２を通過する熱媒液Ｗｈの単位時間当りの流量とに基づいて加熱処理負荷を特定する構成を採用することもできる。

また、「第１制御態様」において低温側冷媒Ｒｃが蒸発器１４（第２熱交換器）を通過することなく熱交換器１６（第６熱交換器）を通過させられる構成を例に挙げて説明したが、「低温側冷媒が第２熱交換器を通過する通過量よりも第６熱交換器を通過する通過量の方が多い」との条件を満たす範囲内において「低温側冷媒」が「第２熱交換器」および「第６熱交換器」の双方を通過させられる構成を採用することもできる。同様にして、「第２制御態様」において低温側冷媒Ｒｃが熱交換器１６を通過することなく蒸発器１４を通過させられる構成を例に挙げて説明したが、「低温側冷媒が第６熱交換器を通過する通過量よりも第２熱交換器を通過する通過量の方が多い」との条件を満たす範囲内において「低温側冷媒」が「第２熱交換器」および「第６熱交換器」の双方を通過させられる構成を採用することもできる。

さらに、開閉弁１７ａ，１７ｂの開閉、および流量調整弁１３，１５の開度の変更によって低温側冷媒Ｒｃが蒸発器１４を通過する量、および低温側冷媒Ｒｃが熱交換器１６を通過する量を調整する構成を例に挙げて説明したが、「第１調整部」の構成はこれに限定されない。例えば、「第２熱交換器を通過させられる低温側冷媒の流路」、および「第６熱交換器を通過させられる低温側冷媒の流路」に「流量調整弁」をそれぞれ配設して「第１調整部」を構成し、各「流量調整弁」の開度の変更によって「低温側冷媒」の通過量を調整する構成を採用することもできる。また、三方弁３４ａ，３４ｂによって熱媒液Ｗ３の「第１流路」の流量、「第２流路」の流量、および「第３流路」の流量を変化させる構成を例に挙げて説明したが、「第２調整部」の構成はこれに限定されない。例えば、「第１流路」、「第２流路」および「第３流路」に「流量調整弁」をそれぞれ配設して「第２調整部」を構成し、各「流量調整弁」の開度の変更によって「第１流路」の流量、「第２流路」の流量、および「第３流路」の流量を調整する構成を採用することもできる。

また、圧送量固定型の液送ポンプで構成されたポンプ３１を備えた例について説明したが、圧送量可変型の液送ポンプによって熱媒液Ｗ３を圧送させる構成を採用することもできる。さらに、「第１熱交換流体」、「第２熱交換流体」および「第３熱交換流体」として、熱媒液Ｗｃ，Ｗｈ，Ｗ３などの「液体」を使用する構成を例に挙げて説明したが、「第１熱交換流体」、「第２熱交換流体」および「第３熱交換流体」のいずれか、またはすべてについて、不活性ガスや空気などの「気体」を使用する構成を採用することもできる。

また、「第３制御態様」での制御（放熱モードでの動作）だけでなく、「第１制御態様」での制御（第１吸熱モードでの動作）、および「第２制御態様」での制御（第２吸熱モードでの動作）が可能な冷温同時温度調整装置１の構成を例に挙げて説明したが、「第１制御態様」および／または「第２制御態様」での制御を行わない（第１吸熱モードや第２吸熱モードで動作させない）構成を採用することもできる。さらに、「外部熱源」として外気（冷温同時温度調整装置１の周囲の空気）を利用する構成の冷温同時温度調整装置１を例に挙げて説明したが、このような構成に代えて、水道水、河川の水、井戸水および貯水した水などの各種の液体（水）や、雪および氷などを「外部熱源」として利用する構成を採用することもできる。また、「冷温同時温度調整装置」の設置場所の床、壁および天井や、動作時に発熱する機械設備などを「外部熱源」として利用する構成を採用することもできる。

加えて、低温側冷凍回路２Ｃおよび高温側冷凍回路２Ｈを有する二元冷凍サイクル２を備えて構成した例について説明したが、「二元冷凍サイクル」に代えて「三元冷凍サイクル」や「四元冷凍サイクル」などの「多元冷凍サイクル」を備えて「冷温同時温度調整装置」を構成することもできる。この場合、例えば、「低温冷凍回路（低段冷凍回路）」、「中温冷凍回路（中段冷凍回路）」および「高温冷凍回路（高段冷凍回路）」の３つの冷凍回路を備えた「三元冷凍サイクル」では、「低温冷凍回路」を「低温側冷凍回路」としたときには「中温冷凍回路」が「高温側冷凍回路」に相当し、「中温冷凍回路」を「低温側冷凍回路」としたときには「高温冷凍回路」が「高温側冷凍回路」に相当する。

１ 冷温同時温度調整装置
２ 二元冷凍サイクル
２Ｃ 低温側冷凍回路
２Ｈ 高温側冷凍回路
３ 熱媒液循環路
４ 操作部
５ 表示部
６ 制御部
７ 記憶部
１１，２１ 圧縮機
１２ カスケードコンデンサ
１３，１５，２３ 流量調整弁
１４ 蒸発器
１６，３２，３３ 熱交換器
１７ａ，１７ｂ 開閉弁
２２ 凝縮器
２４ 熱交換器
３１ ポンプ
３２ａ 送風機
３４ａ，３４ｂ 三方弁
ＬＣ，ＬＨ 熱媒液循環路
Ｒｃ 低温側冷媒
Ｒｈ 高温側冷媒
Ｗ３，Ｗｃ，Ｗｈ 熱媒液
ＸＣ 冷却対象
ＸＨ 加熱対象

Claims (2)

1. 低温側冷凍回路および高温側冷凍回路を有して当該低温側冷凍回路内の低温側冷媒と当該高温側冷凍回路内の高温側冷媒とが第１熱交換器において熱交換可能に構成されると共に、冷却対象に供給される第１熱交換流体を前記低温側冷凍回路の第２熱交換器において冷却可能に構成され、かつ加熱対象に供給される第２熱交換流体を前記高温側冷凍回路の第３熱交換器において加熱可能に構成された多元冷凍サイクルと、
   前記第１熱交換流体を冷却すべき冷却設定温度、および前記第２熱交換流体を加熱すべき加熱設定温度に応じて前記多元冷凍サイクルの動作を制御する制御部とを備えた冷温同時温度調整装置であって、
   第３熱交換流体の循環が可能に構成された流体循環路と、
   前記第３熱交換流体および外部熱源の熱交換が可能に配設された第４熱交換器と、
   前記冷却対象を冷却した前記第１熱交換流体、および前記第４熱交換器において前記外部熱源と熱交換した前記第３熱交換流体の両流体の熱交換が可能に配設された第５熱交換器と、
   前記第１熱交換器において前記高温側冷媒と熱交換した前記低温側冷媒、および前記第４熱交換器において前記外部熱源と熱交換する前記第３熱交換流体の両流体の熱交換が可能に配設された第６熱交換器と、
   前記第１熱交換器において前記低温側冷媒と熱交換する前記高温側冷媒、および前記第４熱交換器において前記外部熱源と熱交換する前記第３熱交換流体の熱交換が可能に配設された第７熱交換器と、
   前記第１熱交換器において前記高温側冷媒と熱交換した前記低温側冷媒の前記第２熱交換器の通過量、および当該低温側冷媒の前記第６熱交換器の通過量を調整する第１調整部と、
   前記第４熱交換器において前記外部熱源と熱交換した前記第３熱交換流体の前記第５熱交換器の通過量、当該第３熱交換流体の前記第６熱交換器の通過量、および当該第３熱交換流体の前記第７熱交換器の通過量を調整する第２調整部とを備え、
   前記流体循環路は、前記第４熱交換器において前記外部熱源と熱交換した前記第３熱交換流体が前記第５熱交換器を通過した後に前記第６熱交換器を通過すると共に前記第７熱交換器を通過しない第１流路と、当該第３熱交換流体が当該第５熱交換器を通過せずに当該第６熱交換器を通過すると共に前記第７熱交換器を通過しない第２流路と、当該第３熱交換流体が当該第５熱交換器および当該第６熱交換器を通過せずに当該第７熱交換器を通過する第３流路とを備え、
   前記第２調整部は、前記第３熱交換流体の前記第１流路の流量、当該第３熱交換流体の前記第２流路の流量、および当該第３熱交換流体の前記第３流路の流量を調整することによって当該第３熱交換流体の前記第５熱交換器の通過量、当該第３熱交換流体の前記第６熱交換器の通過量、および当該第３熱交換流体の前記第７熱交換器の通過量を調整可能に構成され、
   前記制御部は、前記第１熱交換流体を前記冷却設定温度まで冷却するための当該冷温同時温度調整装置の冷却処理負荷が、前記第２熱交換流体を前記加熱設定温度まで加熱するための当該冷温同時温度調整装置の加熱処理負荷よりも小さいとの第１条件が満たされ、かつ前記外部熱源の温度が、前記冷却設定温度以下の予め規定された第１温度以下との第２条件が満たされたときに、前記第２調整部に前記第３流路を閉鎖させ、かつ前記冷却設定温度に応じて前記第３熱交換流体の前記第１流路の流量、および当該第３熱交換流体の前記第２流路の流量を当該第２調整部に調整させつつ、前記低温側冷媒が前記第２熱交換器を通過する通過量よりも当該低温側冷媒が前記第６熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように前記第１調整部に調整させる第１制御態様と、
   前記第１条件が満たされ、かつ前記外部熱源の温度が、前記冷却設定温度よりも高い予め規定された第２温度以上との第３条件が満たされたときに、前記第２調整部に前記第３流路を閉鎖させ、かつ前記冷却設定温度に応じて前記第３熱交換流体の前記第１流路の流量、および当該第３熱交換流体の前記第２流路の流量を前記第２調整部に調整させつつ、前記低温側冷媒が前記第６熱交換器を通過する通過量よりも当該低温側冷媒が前記第２熱交換器を通過する通過量の方が多くなるように前記第１調整部に調整させる第２制御態様と、
   前記冷却処理負荷が前記加熱処理負荷よりも大きいとの第４条件が満たされたときに、前記第２調整部に前記第１流路および前記第２流路を閉鎖させ、かつ前記第３熱交換流体の前記第７熱交換器への流入を許容させる第３制御態様とで当該冷温同時温度調整装置を制御可能に構成されている冷温同時温度調整装置。
2. 前記第４熱交換器に対して前記外部熱源としての周囲の空気を送風する送風ファンを備え、
   前記制御部は、前記送風ファンを制御して送風量を変更することで前記第４熱交換器における前記第３熱交換流体と前記空気との熱交換量を調整する請求項１記載の冷温同時温度調整装置。

Images