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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025008810
(43)【公開日】2025-01-20
(54)【発明の名称】加熱機構
(51)【国際特許分類】
F25B 1/00 20060101AFI20250109BHJP
F25B 30/02 20060101ALI20250109BHJP
【ＦＩ】
F25B1/00 304T
F25B1/00 361A
F25B1/00 371J
F25B1/00 396D
F25B30/02 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023111330
(22)【出願日】2023-07-06
(71)【出願人】
【識別番号】000134051
【氏名又は名称】株式会社ディスコ
(74)【代理人】
【識別番号】110003524
【氏名又は名称】弁理士法人愛宕綜合特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 秀幸
(57)【要約】
【課題】成績係数を高めることができる加熱機構を提供する。
【解決手段】加熱機構２の制御手段４は、第一の温度センサー３８または第二の温度センサー４０の値が設定温度になるように、ＣＯ２冷媒が臨界温度３１．１℃および臨界圧力７．３８ＭＰａで特定される臨界点を囲繞する設定圧力値と設定温度とで規定される経路にしたがって可変膨張弁３２の開度と圧縮機６の回転数と制水弁２０の開度を制御する。
【選択図】図１
【解決手段】加熱機構２の制御手段４は、第一の温度センサー３８または第二の温度センサー４０の値が設定温度になるように、ＣＯ２冷媒が臨界温度３１．１℃および臨界圧力７．３８ＭＰａで特定される臨界点を囲繞する設定圧力値と設定温度とで規定される経路にしたがって可変膨張弁３２の開度と圧縮機６の回転数と制水弁２０の開度を制御する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
加工装置で使用する加工寄与液を加熱する加熱機構であって、
制御手段と、
ＣＯ２冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機が圧縮した圧縮熱を帯びたＣＯ２冷媒から熱を奪い加工装置で使用する加工寄与液に熱を与える水冷式ガスクーラと、
熱が奪われたＣＯ２冷媒が送り込まれる内部熱交換器と、
該内部熱交換器から送り出されたＣＯ２冷媒を気化させ気化熱を生成する蒸発器と、
該圧縮機と該水冷式ガスクーラとを連結する第一の経路と、
該水冷式ガスクーラと該蒸発器とを連結する第二の経路と、
該蒸発器と該圧縮機とを連結する第三の経路と、
該蒸発器に工業用水または加工装置で使用された排水が導入されＣＯ２冷媒に熱を与える制水弁を備えた第四の経路と、
該第一の経路に連結する第一の連結部と該第二の経路に連結する第二の連結部とによって連結され可変バイパス弁を備えたバイパス経路と、を含み、
該内部熱交換器は、該蒸発器から送り出されたＣＯ２冷媒が該水冷式ガスクーラから送り出されたＣＯ２冷媒から熱を奪うように該第二の経路と該第三の経路とに跨り配設され、
該第二の経路には、熱が奪われたＣＯ２冷媒の流量を調整する可変膨張弁が該内部熱交換器と該第二の連結部との間に配設され、
該可変膨張弁と該圧縮機との間の該第二の経路と該第三の経路とのいずれかにＣＯ２冷媒の圧力を計測する第一の圧力センサーが配設され、
該圧縮機と該可変膨張弁との間の該第一の経路と該第二の経路とのいずれかに該圧縮機によって圧縮されたＣＯ２冷媒の圧力を計測する第二の圧力センサーが配設され、
加工装置で使用する加工寄与液が該水冷式ガスクーラから流出する温度を計測する第一の温度センサーと、
該水冷式ガスクーラに流入する加工寄与液の温度を計測する第二の温度センサーと、
該蒸発器から流出する工業用水または加工装置で使用された排水の温度を計測する第三の温度センサーと、
該蒸発器に流入する工業用水または加工装置で使用された排水の温度を計測する第四の温度センサーと、
該圧縮機から送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する第五の温度センサーと、
該水冷式ガスクーラから送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する第六の温度センサーと、
該内部熱交換器から送り出され該圧縮機に至るＣＯ２冷媒の温度を計測する該第三の経路に配設される第七の温度センサーと、が配設され、
該制御手段は、該第一の圧力センサーが検出すべき第一の圧力値と、該第二の圧力センサーが検出すべき第二の圧力値と、該第一の温度センサーが検出すべき第一の温度または該第二の温度センサーが検出すべき第二の温度と、該第五の温度センサーが検出すべき第五の温度と、該第七の温度センサーが検出すべき第七の温度と、を少なくとも設定する設定部を備え、
該第一の温度センサーまたは該第二の温度センサーの値が該設定された温度になるように、ＣＯ２冷媒が臨界温度３１．１℃および臨界圧力７．３８ＭＰａで特定される臨界点を囲繞する該設定された圧力値と温度とで規定される経路にしたがって該可変膨張弁の開度と該圧縮機の回転数と該制水弁の開度を制御する加熱機構。
制御手段と、
ＣＯ２冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機が圧縮した圧縮熱を帯びたＣＯ２冷媒から熱を奪い加工装置で使用する加工寄与液に熱を与える水冷式ガスクーラと、
熱が奪われたＣＯ２冷媒が送り込まれる内部熱交換器と、
該内部熱交換器から送り出されたＣＯ２冷媒を気化させ気化熱を生成する蒸発器と、
該圧縮機と該水冷式ガスクーラとを連結する第一の経路と、
該水冷式ガスクーラと該蒸発器とを連結する第二の経路と、
該蒸発器と該圧縮機とを連結する第三の経路と、
該蒸発器に工業用水または加工装置で使用された排水が導入されＣＯ２冷媒に熱を与える制水弁を備えた第四の経路と、
該第一の経路に連結する第一の連結部と該第二の経路に連結する第二の連結部とによって連結され可変バイパス弁を備えたバイパス経路と、を含み、
該内部熱交換器は、該蒸発器から送り出されたＣＯ２冷媒が該水冷式ガスクーラから送り出されたＣＯ２冷媒から熱を奪うように該第二の経路と該第三の経路とに跨り配設され、
該第二の経路には、熱が奪われたＣＯ２冷媒の流量を調整する可変膨張弁が該内部熱交換器と該第二の連結部との間に配設され、
該可変膨張弁と該圧縮機との間の該第二の経路と該第三の経路とのいずれかにＣＯ２冷媒の圧力を計測する第一の圧力センサーが配設され、
該圧縮機と該可変膨張弁との間の該第一の経路と該第二の経路とのいずれかに該圧縮機によって圧縮されたＣＯ２冷媒の圧力を計測する第二の圧力センサーが配設され、
加工装置で使用する加工寄与液が該水冷式ガスクーラから流出する温度を計測する第一の温度センサーと、
該水冷式ガスクーラに流入する加工寄与液の温度を計測する第二の温度センサーと、
該蒸発器から流出する工業用水または加工装置で使用された排水の温度を計測する第三の温度センサーと、
該蒸発器に流入する工業用水または加工装置で使用された排水の温度を計測する第四の温度センサーと、
該圧縮機から送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する第五の温度センサーと、
該水冷式ガスクーラから送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する第六の温度センサーと、
該内部熱交換器から送り出され該圧縮機に至るＣＯ２冷媒の温度を計測する該第三の経路に配設される第七の温度センサーと、が配設され、
該制御手段は、該第一の圧力センサーが検出すべき第一の圧力値と、該第二の圧力センサーが検出すべき第二の圧力値と、該第一の温度センサーが検出すべき第一の温度または該第二の温度センサーが検出すべき第二の温度と、該第五の温度センサーが検出すべき第五の温度と、該第七の温度センサーが検出すべき第七の温度と、を少なくとも設定する設定部を備え、
該第一の温度センサーまたは該第二の温度センサーの値が該設定された温度になるように、ＣＯ２冷媒が臨界温度３１．１℃および臨界圧力７．３８ＭＰａで特定される臨界点を囲繞する該設定された圧力値と温度とで規定される経路にしたがって該可変膨張弁の開度と該圧縮機の回転数と該制水弁の開度を制御する加熱機構。
【請求項2】
該制御手段は、加工装置で使用する加工寄与液の加熱量を減少させる場合、該圧縮機の回転数を低下させて該水冷式ガスクーラを流れるＣＯ２冷媒の流量を減少させ、その際に該圧縮機の回転数が下限値を下回らないように該バイパス経路の該可変バイパス弁の開度を大きくして該水冷式ガスクーラを流れるＣＯ２冷媒の流量を減少させる請求項１記載の加熱機構。
【請求項3】
該制御手段は、加工装置で使用する加工寄与液の加熱量を増大させる場合、該可変膨張弁の開度を大きくするとともに該圧縮機の回転数を増大させて該蒸発器を流れるＣＯ２冷媒の流量を増大させ、それに伴って該蒸発器から送り出されるＣＯ２冷媒に残存する液状ＣＯ２を該内部熱交換器において気化させ該圧縮機の負担を軽減する請求項１記載の加熱機構。
【請求項4】
該制御手段は、該第三の温度センサーによって検出される工業用水または加工装置で使用された排水の温度と、該第四の温度センサーによって検出される工業用水または加工装置で使用された排水の温度との温度差が所定の値になるように該制水弁の開度を調整してＣＯ２冷媒に熱を与える請求項１記載の加熱機構。
【請求項5】
該制御手段は、該可変膨張弁の開度を小さくすることで該第二の圧力センサーの値を大きくし、該可変膨張弁の開度を大きくすることで該第二の圧力センサーの値を小さくして該設定された圧力値に調整し成績係数（加熱能力／圧縮仕事）を制御する請求項１記載の加熱機構。
【請求項6】
該圧縮機の出口をＡ点、
該水冷式ガスクーラの出口をＢ点、
該内部熱交換器における該第二の経路の出口をＣ点、
該可変膨張弁の出口をＤ点、
該蒸発器の出口をＥ点、
該内部熱交換器における該第三の経路の出口をＦ点、
該Ａ点における温度をＴＡ、圧力をＰＡ、エンタルピーをＥＡ、
該Ｂ点における温度をＴＢ、圧力をＰＢ、エンタルピーをＥＢ、
該Ｃ点における温度をＴＣ、圧力をＰＣ、エンタルピーをＥＣ、
該Ｄ点における温度をＴＤ、圧力をＰＤ、エンタルピーをＥＤ、
該Ｅ点における温度をＴＥ、圧力をＰＥ、エンタルピーをＥＥ、
該Ｆ点における温度をＴＦ、圧力をＰＦ、エンタルピーをＥＦ、とした場合、
該Ｆ点から該圧縮機に送り込まれたＣＯ２冷媒は該圧縮機によって圧縮されて臨界点を超える該Ａ点に至り、温度はＴＦからＴＡに、圧力はＰＦからＰＡに、エンタルピーはＥＦからＥＡにそれぞれ変化し、
該Ａ点から該水冷式ガスクーラに送り込まれたＣＯ２冷媒は該水冷式ガスクーラによって熱が奪われて該Ｂ点に至り、温度はＴＡからＴＢに変化し、圧力は変化せず（ＰＡ＝ＰＢ）、エンタルピーはＥＡからＥＢに変化し、ＴＡとＴＢとの温度差およびＥＡとＥＢとのエンタルピー差は、該水冷式ガスクーラによって加工寄与液の加熱に使用され、温度ＴＢは臨界温度を下回りＣＯ２冷媒は亜臨界状態となることで液状に近づき、
該Ｂ点から該内部熱交換器に送り込まれたＣＯ２冷媒は該蒸発器から送り込まれるＣＯ２冷媒によって熱が奪われて該Ｃ点に至り、温度はＴＢからＴＣに変化し、圧力は変化せず（ＰＢ＝ＰＣ）、エンタルピーはＥＢからＥＣに変化し、温度ＴＣは臨界温度を更に下回りＣＯ２冷媒は更に液状に近づき、
該Ｃ点から該可変膨張弁に送り込まれたＣＯ２冷媒は該可変膨張弁によって減圧されて該Ｄ点に至り、温度はＴＣからＴＤに変化し、圧力はＰＣからＰＤに変化し、エンタルピーは変化せず（ＥＣ＝ＥＤ）、ＣＯ２冷媒は飽和液線に達し、
該Ｄ点から該蒸発器に送り込まれたＣＯ２冷媒は該蒸発器によって工業用水または加工装置で使用された排水からエネルギーを奪い該Ｅ点に至り、温度および圧力は変化せず（ＴＤ＝ＴＥ、ＰＤ＝ＰＥ）、エンタルピーはＥＤからＥＥに変化し、該Ｅ点は飽和蒸気線の内側でＣＯ２冷媒は液体を含む気体となり、
該Ｅ点から該内部熱交換器に送り込まれたＣＯ２冷媒は該Ｂ点から該内部熱交換器に送り込まれたＣＯ２冷媒から熱を奪い気体となって該Ｆ点に至り、温度はＴＥからＴＦに変化し、圧力は変化せず（ＰＥ＝ＰＦ）、エンタルピーはＥＥからＥＦに変化し、該Ａ点に至り、
該制御手段は、
成績係数（加熱能力／圧縮仕事）＝（ＥＡ－ＥＢ）／（ＥＡ－ＥＦ）が最大となるように温度、圧力、エンタルピーを制御する請求項１から５までのいずれかに記載の加熱機構。
該水冷式ガスクーラの出口をＢ点、
該内部熱交換器における該第二の経路の出口をＣ点、
該可変膨張弁の出口をＤ点、
該蒸発器の出口をＥ点、
該内部熱交換器における該第三の経路の出口をＦ点、
該Ａ点における温度をＴＡ、圧力をＰＡ、エンタルピーをＥＡ、
該Ｂ点における温度をＴＢ、圧力をＰＢ、エンタルピーをＥＢ、
該Ｃ点における温度をＴＣ、圧力をＰＣ、エンタルピーをＥＣ、
該Ｄ点における温度をＴＤ、圧力をＰＤ、エンタルピーをＥＤ、
該Ｅ点における温度をＴＥ、圧力をＰＥ、エンタルピーをＥＥ、
該Ｆ点における温度をＴＦ、圧力をＰＦ、エンタルピーをＥＦ、とした場合、
該Ｆ点から該圧縮機に送り込まれたＣＯ２冷媒は該圧縮機によって圧縮されて臨界点を超える該Ａ点に至り、温度はＴＦからＴＡに、圧力はＰＦからＰＡに、エンタルピーはＥＦからＥＡにそれぞれ変化し、
該Ａ点から該水冷式ガスクーラに送り込まれたＣＯ２冷媒は該水冷式ガスクーラによって熱が奪われて該Ｂ点に至り、温度はＴＡからＴＢに変化し、圧力は変化せず（ＰＡ＝ＰＢ）、エンタルピーはＥＡからＥＢに変化し、ＴＡとＴＢとの温度差およびＥＡとＥＢとのエンタルピー差は、該水冷式ガスクーラによって加工寄与液の加熱に使用され、温度ＴＢは臨界温度を下回りＣＯ２冷媒は亜臨界状態となることで液状に近づき、
該Ｂ点から該内部熱交換器に送り込まれたＣＯ２冷媒は該蒸発器から送り込まれるＣＯ２冷媒によって熱が奪われて該Ｃ点に至り、温度はＴＢからＴＣに変化し、圧力は変化せず（ＰＢ＝ＰＣ）、エンタルピーはＥＢからＥＣに変化し、温度ＴＣは臨界温度を更に下回りＣＯ２冷媒は更に液状に近づき、
該Ｃ点から該可変膨張弁に送り込まれたＣＯ２冷媒は該可変膨張弁によって減圧されて該Ｄ点に至り、温度はＴＣからＴＤに変化し、圧力はＰＣからＰＤに変化し、エンタルピーは変化せず（ＥＣ＝ＥＤ）、ＣＯ２冷媒は飽和液線に達し、
該Ｄ点から該蒸発器に送り込まれたＣＯ２冷媒は該蒸発器によって工業用水または加工装置で使用された排水からエネルギーを奪い該Ｅ点に至り、温度および圧力は変化せず（ＴＤ＝ＴＥ、ＰＤ＝ＰＥ）、エンタルピーはＥＤからＥＥに変化し、該Ｅ点は飽和蒸気線の内側でＣＯ２冷媒は液体を含む気体となり、
該Ｅ点から該内部熱交換器に送り込まれたＣＯ２冷媒は該Ｂ点から該内部熱交換器に送り込まれたＣＯ２冷媒から熱を奪い気体となって該Ｆ点に至り、温度はＴＥからＴＦに変化し、圧力は変化せず（ＰＥ＝ＰＦ）、エンタルピーはＥＥからＥＦに変化し、該Ａ点に至り、
該制御手段は、
成績係数（加熱能力／圧縮仕事）＝（ＥＡ－ＥＢ）／（ＥＡ－ＥＦ）が最大となるように温度、圧力、エンタルピーを制御する請求項１から５までのいずれかに記載の加熱機構。
【請求項7】
該Ａ点における温度ＴＡは該第五の温度センサーによって検出し、
該Ｂ点における温度ＴＢは該第六の温度センサーによって検出し、
該Ｆ点における温度ＴＦは該第七の温度センサーによって検出し、
該Ａ点における圧力ＰＡは該第二の圧力センサーによって検出し、
該Ｂ点における圧力ＰＢは該第二の圧力センサーによって検出し、
該Ｆ点における圧力ＰＦは該第一の圧力センサーによって検出し、
該Ａ点におけるエンタルピーＥＡはｐ－ｈ線図に基づいて検出し、
該Ｂ点におけるエンタルピーＥＢはｐ－ｈ線図に基づいて検出し、
該Ｆ点におけるエンタルピーＥＦはｐ－ｈ線図に基づいて検出し、
該制御手段は、
成績係数（加熱能力／圧縮仕事）＝（ＥＡ－ＥＢ）／（ＥＡ－ＥＦ）
の式によって加熱能力を高くし圧縮仕事を小さくして成績係数を向上させる請求項６記載の加熱機構。
該Ｂ点における温度ＴＢは該第六の温度センサーによって検出し、
該Ｆ点における温度ＴＦは該第七の温度センサーによって検出し、
該Ａ点における圧力ＰＡは該第二の圧力センサーによって検出し、
該Ｂ点における圧力ＰＢは該第二の圧力センサーによって検出し、
該Ｆ点における圧力ＰＦは該第一の圧力センサーによって検出し、
該Ａ点におけるエンタルピーＥＡはｐ－ｈ線図に基づいて検出し、
該Ｂ点におけるエンタルピーＥＢはｐ－ｈ線図に基づいて検出し、
該Ｆ点におけるエンタルピーＥＦはｐ－ｈ線図に基づいて検出し、
該制御手段は、
成績係数（加熱能力／圧縮仕事）＝（ＥＡ－ＥＢ）／（ＥＡ－ＥＦ）
の式によって加熱能力を高くし圧縮仕事を小さくして成績係数を向上させる請求項６記載の加熱機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、加工装置で使用する加工寄与液を加熱する加熱機構に関する。
【背景技術】
【0002】
ＩＣ、ＬＳＩなどの複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、裏面が研削装置によって研削され所定の厚みに形成された後、ダイシング装置、レーザー加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、分割された各デバイスチップは携帯電話、パソコンなどの電気機器に利用される。
【0003】
ウエーハを加工している際に、研削装置またはダイシング装置を構成する加工具が装着されたスピンドルユニットが発熱して熱膨張すると、高精度な研削または切削ができなくなる。そのため、温度制御装置によって、スピンドルユニットの温度を一定するための制御が行われている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の温度制御装置は、ＣＯ２を冷媒として使用するタイプの装置であり、高い冷却効率を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１７－４０３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
研削装置やダイシング装置が寒冷地で使用される場合、加工寄与液の温度が所定の温度よりも低くなってしまうことがある。このようなときには、電気ヒーターによって加工寄与液を所定の温度まで加熱する必要がある。しかし、電気ヒーターの加熱能力は、消費電力に対応しており、成績係数（加熱能力／消費電力）が１と小さいという問題がある。
【0006】
本発明の課題は、成績係数を高めることができる加熱機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明によれば、上記課題を解決する以下の加熱機構が提供される。すなわち、
「加工装置で使用する加工寄与液を加熱する加熱機構であって、
制御手段と、
ＣＯ２冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機が圧縮した圧縮熱を帯びたＣＯ２冷媒から熱を奪い加工装置で使用する加工寄与液に熱を与える水冷式ガスクーラと、
熱が奪われたＣＯ２冷媒が送り込まれる内部熱交換器と、
該内部熱交換器から送り出されたＣＯ２冷媒を気化させ気化熱を生成する蒸発器と、
該圧縮機と該水冷式ガスクーラとを連結する第一の経路と、
該水冷式ガスクーラと該蒸発器とを連結する第二の経路と、
該蒸発器と該圧縮機とを連結する第三の経路と、
該蒸発器に工業用水または加工装置で使用された排水が導入されＣＯ２冷媒に熱を与える制水弁を備えた第四の経路と、
該第一の経路に連結する第一の連結部と該第二の経路に連結する第二の連結部とによって連結され可変バイパス弁を備えたバイパス経路と、を含み、
該内部熱交換器は、該蒸発器から送り出されたＣＯ２冷媒が該水冷式ガスクーラから送り出されたＣＯ２冷媒から熱を奪うように該第二の経路と該第三の経路とに跨り配設され、
該第二の経路には、熱が奪われたＣＯ２冷媒の流量を調整する可変膨張弁が該内部熱交換器と該第二の連結部との間に配設され、
該可変膨張弁と該圧縮機との間の該第二の経路と該第三の経路とのいずれかにＣＯ２冷媒の圧力を計測する第一の圧力センサーが配設され、
該圧縮機と該可変膨張弁との間の該第一の経路と該第二の経路とのいずれかに該圧縮機によって圧縮されたＣＯ２冷媒の圧力を計測する第二の圧力センサーが配設され、
加工装置で使用する加工寄与液が該水冷式ガスクーラから流出する温度を計測する第一の温度センサーと、
該水冷式ガスクーラに流入する加工寄与液の温度を計測する第二の温度センサーと、
該蒸発器から流出する工業用水または加工装置で使用された排水の温度を計測する第三の温度センサーと、
該蒸発器に流入する工業用水または加工装置で使用された排水の温度を計測する第四の温度センサーと、
該圧縮機から送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する第五の温度センサーと、
該水冷式ガスクーラから送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する第六の温度センサーと、
該内部熱交換器から送り出され該圧縮機に至るＣＯ２冷媒の温度を計測する該第三の経路に配設される第七の温度センサーと、が配設され、
該制御手段は、該第一の圧力センサーが検出すべき第一の圧力値と、該第二の圧力センサーが検出すべき第二の圧力値と、該第一の温度センサーが検出すべき第一の温度または該第二の温度センサーが検出すべき第二の温度と、該第五の温度センサーが検出すべき第五の温度と、該第七の温度センサーが検出すべき第七の温度と、を少なくとも設定する設定部を備え、
該第一の温度センサーまたは該第二の温度センサーの値が該設定された温度になるように、ＣＯ２冷媒が臨界温度３１．１℃および臨界圧力７．３８ＭＰａで特定される臨界点を囲繞する該設定された圧力値と温度とで規定される経路にしたがって該可変膨張弁の開度と該圧縮機の回転数と該制水弁の開度を制御する加熱機構」が提供される。
「加工装置で使用する加工寄与液を加熱する加熱機構であって、
制御手段と、
ＣＯ２冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機が圧縮した圧縮熱を帯びたＣＯ２冷媒から熱を奪い加工装置で使用する加工寄与液に熱を与える水冷式ガスクーラと、
熱が奪われたＣＯ２冷媒が送り込まれる内部熱交換器と、
該内部熱交換器から送り出されたＣＯ２冷媒を気化させ気化熱を生成する蒸発器と、
該圧縮機と該水冷式ガスクーラとを連結する第一の経路と、
該水冷式ガスクーラと該蒸発器とを連結する第二の経路と、
該蒸発器と該圧縮機とを連結する第三の経路と、
該蒸発器に工業用水または加工装置で使用された排水が導入されＣＯ２冷媒に熱を与える制水弁を備えた第四の経路と、
該第一の経路に連結する第一の連結部と該第二の経路に連結する第二の連結部とによって連結され可変バイパス弁を備えたバイパス経路と、を含み、
該内部熱交換器は、該蒸発器から送り出されたＣＯ２冷媒が該水冷式ガスクーラから送り出されたＣＯ２冷媒から熱を奪うように該第二の経路と該第三の経路とに跨り配設され、
該第二の経路には、熱が奪われたＣＯ２冷媒の流量を調整する可変膨張弁が該内部熱交換器と該第二の連結部との間に配設され、
該可変膨張弁と該圧縮機との間の該第二の経路と該第三の経路とのいずれかにＣＯ２冷媒の圧力を計測する第一の圧力センサーが配設され、
該圧縮機と該可変膨張弁との間の該第一の経路と該第二の経路とのいずれかに該圧縮機によって圧縮されたＣＯ２冷媒の圧力を計測する第二の圧力センサーが配設され、
加工装置で使用する加工寄与液が該水冷式ガスクーラから流出する温度を計測する第一の温度センサーと、
該水冷式ガスクーラに流入する加工寄与液の温度を計測する第二の温度センサーと、
該蒸発器から流出する工業用水または加工装置で使用された排水の温度を計測する第三の温度センサーと、
該蒸発器に流入する工業用水または加工装置で使用された排水の温度を計測する第四の温度センサーと、
該圧縮機から送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する第五の温度センサーと、
該水冷式ガスクーラから送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する第六の温度センサーと、
該内部熱交換器から送り出され該圧縮機に至るＣＯ２冷媒の温度を計測する該第三の経路に配設される第七の温度センサーと、が配設され、
該制御手段は、該第一の圧力センサーが検出すべき第一の圧力値と、該第二の圧力センサーが検出すべき第二の圧力値と、該第一の温度センサーが検出すべき第一の温度または該第二の温度センサーが検出すべき第二の温度と、該第五の温度センサーが検出すべき第五の温度と、該第七の温度センサーが検出すべき第七の温度と、を少なくとも設定する設定部を備え、
該第一の温度センサーまたは該第二の温度センサーの値が該設定された温度になるように、ＣＯ２冷媒が臨界温度３１．１℃および臨界圧力７．３８ＭＰａで特定される臨界点を囲繞する該設定された圧力値と温度とで規定される経路にしたがって該可変膨張弁の開度と該圧縮機の回転数と該制水弁の開度を制御する加熱機構」が提供される。
【0008】
好ましくは、該制御手段は、加工装置で使用する加工寄与液の加熱量を減少させる場合、該圧縮機の回転数を低下させて該水冷式ガスクーラを流れるＣＯ２冷媒の流量を減少させ、その際に該圧縮機の回転数が下限値を下回らないように該バイパス経路の該可変バイパス弁の開度を大きくして該水冷式ガスクーラを流れるＣＯ２冷媒の流量を減少させる。
【0009】
該制御手段は、加工装置で使用する加工寄与液の加熱量を増大させる場合、該可変膨張弁の開度を大きくするとともに該圧縮機の回転数を増大させて該蒸発器を流れるＣＯ２冷媒の流量を増大させ、それに伴って該蒸発器から送り出されるＣＯ２冷媒に残存する液状ＣＯ２を該内部熱交換器において気化させ該圧縮機の負担を軽減するのが望ましい。
【0010】
該制御手段は、該第三の温度センサーによって検出される工業用水または加工装置で使用された排水の温度と、該第四の温度センサーによって検出される工業用水または加工装置で使用された排水の温度との温度差が所定の値になるように該制水弁の開度を調整してＣＯ２冷媒に熱を与えるのが好適である。
【0011】
該制御手段は、該可変膨張弁の開度を小さくすることで該第二の圧力センサーの値を大きくし、該可変膨張弁の開度を大きくすることで該第二の圧力センサーの値を小さくして該設定された圧力値に調整し成績係数（加熱能力／圧縮仕事）を制御するのがよい。
【0012】
該圧縮機の出口をＡ点、
該水冷式ガスクーラの出口をＢ点、
該内部熱交換器における該第二の経路の出口をＣ点、
該可変膨張弁の出口をＤ点、
該蒸発器の出口をＥ点、
該内部熱交換器における該第三の経路の出口をＦ点、
該Ａ点における温度をＴＡ、圧力をＰＡ、エンタルピーをＥＡ、
該Ｂ点における温度をＴＢ、圧力をＰＢ、エンタルピーをＥＢ、
該Ｃ点における温度をＴＣ、圧力をＰＣ、エンタルピーをＥＣ、
該Ｄ点における温度をＴＤ、圧力をＰＤ、エンタルピーをＥＤ、
該Ｅ点における温度をＴＥ、圧力をＰＥ、エンタルピーをＥＥ、
該Ｆ点における温度をＴＦ、圧力をＰＦ、エンタルピーをＥＦ、とした場合、
該Ｆ点から該圧縮機に送り込まれたＣＯ２冷媒は該圧縮機によって圧縮されて臨界点を超える該Ａ点に至り、温度はＴＦからＴＡに、圧力はＰＦからＰＡに、エンタルピーはＥＦからＥＡにそれぞれ変化し、
該Ａ点から該水冷式ガスクーラに送り込まれたＣＯ２冷媒は該水冷式ガスクーラによって熱が奪われて該Ｂ点に至り、温度はＴＡからＴＢに変化し、圧力は変化せず（ＰＡ＝ＰＢ）、エンタルピーはＥＡからＥＢに変化し、ＴＡとＴＢとの温度差およびＥＡとＥＢとのエンタルピー差は、該水冷式ガスクーラによって加工寄与液の加熱に使用され、温度ＴＢは臨界温度を下回りＣＯ２冷媒は亜臨界状態となることで液状に近づき、
該Ｂ点から該内部熱交換器に送り込まれたＣＯ２冷媒は該蒸発器から送り込まれるＣＯ２冷媒によって熱が奪われて該Ｃ点に至り、温度はＴＢからＴＣに変化し、圧力は変化せず（ＰＢ＝ＰＣ）、エンタルピーはＥＢからＥＣに変化し、温度ＴＣは臨界温度を更に下回りＣＯ２冷媒は更に液状に近づき、
該Ｃ点から該可変膨張弁に送り込まれたＣＯ２冷媒は該可変膨張弁によって減圧されて該Ｄ点に至り、温度はＴＣからＴＤに変化し、圧力はＰＣからＰＤに変化し、エンタルピーは変化せず（ＥＣ＝ＥＤ）、ＣＯ２冷媒は飽和液線に達し、
該Ｄ点から該蒸発器に送り込まれたＣＯ２冷媒は該蒸発器によって工業用水または加工装置で使用された排水からエネルギーを奪い該Ｅ点に至り、温度および圧力は変化せず（ＴＤ＝ＴＥ、ＰＤ＝ＰＥ）、エンタルピーはＥＤからＥＥに変化し、該Ｅ点は飽和蒸気線の内側でＣＯ２冷媒は液体を含む気体となり、
該Ｅ点から該内部熱交換器に送り込まれたＣＯ２冷媒は該Ｂ点から該内部熱交換器に送り込まれたＣＯ２冷媒から熱を奪い気体となって該Ｆ点に至り、温度はＴＥからＴＦに変化し、圧力は変化せず（ＰＥ＝ＰＦ）、エンタルピーはＥＥからＥＦに変化し、該Ａ点に至り、
該制御手段は、
成績係数（加熱能力／圧縮仕事）＝（ＥＡ－ＥＢ）／（ＥＡ－ＥＦ）が最大となるように温度、圧力、エンタルピーを制御することができる。
該水冷式ガスクーラの出口をＢ点、
該内部熱交換器における該第二の経路の出口をＣ点、
該可変膨張弁の出口をＤ点、
該蒸発器の出口をＥ点、
該内部熱交換器における該第三の経路の出口をＦ点、
該Ａ点における温度をＴＡ、圧力をＰＡ、エンタルピーをＥＡ、
該Ｂ点における温度をＴＢ、圧力をＰＢ、エンタルピーをＥＢ、
該Ｃ点における温度をＴＣ、圧力をＰＣ、エンタルピーをＥＣ、
該Ｄ点における温度をＴＤ、圧力をＰＤ、エンタルピーをＥＤ、
該Ｅ点における温度をＴＥ、圧力をＰＥ、エンタルピーをＥＥ、
該Ｆ点における温度をＴＦ、圧力をＰＦ、エンタルピーをＥＦ、とした場合、
該Ｆ点から該圧縮機に送り込まれたＣＯ２冷媒は該圧縮機によって圧縮されて臨界点を超える該Ａ点に至り、温度はＴＦからＴＡに、圧力はＰＦからＰＡに、エンタルピーはＥＦからＥＡにそれぞれ変化し、
該Ａ点から該水冷式ガスクーラに送り込まれたＣＯ２冷媒は該水冷式ガスクーラによって熱が奪われて該Ｂ点に至り、温度はＴＡからＴＢに変化し、圧力は変化せず（ＰＡ＝ＰＢ）、エンタルピーはＥＡからＥＢに変化し、ＴＡとＴＢとの温度差およびＥＡとＥＢとのエンタルピー差は、該水冷式ガスクーラによって加工寄与液の加熱に使用され、温度ＴＢは臨界温度を下回りＣＯ２冷媒は亜臨界状態となることで液状に近づき、
該Ｂ点から該内部熱交換器に送り込まれたＣＯ２冷媒は該蒸発器から送り込まれるＣＯ２冷媒によって熱が奪われて該Ｃ点に至り、温度はＴＢからＴＣに変化し、圧力は変化せず（ＰＢ＝ＰＣ）、エンタルピーはＥＢからＥＣに変化し、温度ＴＣは臨界温度を更に下回りＣＯ２冷媒は更に液状に近づき、
該Ｃ点から該可変膨張弁に送り込まれたＣＯ２冷媒は該可変膨張弁によって減圧されて該Ｄ点に至り、温度はＴＣからＴＤに変化し、圧力はＰＣからＰＤに変化し、エンタルピーは変化せず（ＥＣ＝ＥＤ）、ＣＯ２冷媒は飽和液線に達し、
該Ｄ点から該蒸発器に送り込まれたＣＯ２冷媒は該蒸発器によって工業用水または加工装置で使用された排水からエネルギーを奪い該Ｅ点に至り、温度および圧力は変化せず（ＴＤ＝ＴＥ、ＰＤ＝ＰＥ）、エンタルピーはＥＤからＥＥに変化し、該Ｅ点は飽和蒸気線の内側でＣＯ２冷媒は液体を含む気体となり、
該Ｅ点から該内部熱交換器に送り込まれたＣＯ２冷媒は該Ｂ点から該内部熱交換器に送り込まれたＣＯ２冷媒から熱を奪い気体となって該Ｆ点に至り、温度はＴＥからＴＦに変化し、圧力は変化せず（ＰＥ＝ＰＦ）、エンタルピーはＥＥからＥＦに変化し、該Ａ点に至り、
該制御手段は、
成績係数（加熱能力／圧縮仕事）＝（ＥＡ－ＥＢ）／（ＥＡ－ＥＦ）が最大となるように温度、圧力、エンタルピーを制御することができる。
【0013】
該Ａ点における温度ＴＡは該第五の温度センサーによって検出し、
該Ｂ点における温度ＴＢは該第六の温度センサーによって検出し、
該Ｆ点における温度ＴＦは該第七の温度センサーによって検出し、
該Ａ点における圧力ＰＡは該第二の圧力センサーによって検出し、
該Ｂ点における圧力ＰＢは該第二の圧力センサーによって検出し、
該Ｆ点における圧力ＰＦは該第一の圧力センサーによって検出し、
該Ａ点におけるエンタルピーＥＡはｐ－ｈ線図に基づいて検出し、
該Ｂ点におけるエンタルピーＥＢはｐ－ｈ線図に基づいて検出し、
該Ｆ点におけるエンタルピーＥＦはｐ－ｈ線図に基づいて検出し、
該制御手段は、
成績係数（加熱能力／圧縮仕事）＝（ＥＡ－ＥＢ）／（ＥＡ－ＥＦ）
の式によって加熱能力を高くし圧縮仕事を小さくして成績係数を向上させるのが好都合である。
該Ｂ点における温度ＴＢは該第六の温度センサーによって検出し、
該Ｆ点における温度ＴＦは該第七の温度センサーによって検出し、
該Ａ点における圧力ＰＡは該第二の圧力センサーによって検出し、
該Ｂ点における圧力ＰＢは該第二の圧力センサーによって検出し、
該Ｆ点における圧力ＰＦは該第一の圧力センサーによって検出し、
該Ａ点におけるエンタルピーＥＡはｐ－ｈ線図に基づいて検出し、
該Ｂ点におけるエンタルピーＥＢはｐ－ｈ線図に基づいて検出し、
該Ｆ点におけるエンタルピーＥＦはｐ－ｈ線図に基づいて検出し、
該制御手段は、
成績係数（加熱能力／圧縮仕事）＝（ＥＡ－ＥＢ）／（ＥＡ－ＥＦ）
の式によって加熱能力を高くし圧縮仕事を小さくして成績係数を向上させるのが好都合である。
【発明の効果】
【0014】
本発明の加熱機構は、
制御手段と、
ＣＯ２冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機が圧縮した圧縮熱を帯びたＣＯ２冷媒から熱を奪い加工装置で使用する加工寄与液に熱を与える水冷式ガスクーラと、
熱が奪われたＣＯ２冷媒が送り込まれる内部熱交換器と、
該内部熱交換器から送り出されたＣＯ２冷媒を気化させ気化熱を生成する蒸発器と、
該圧縮機と該水冷式ガスクーラとを連結する第一の経路と、
該水冷式ガスクーラと該蒸発器とを連結する第二の経路と、
該蒸発器と該圧縮機とを連結する第三の経路と、
該蒸発器に工業用水または加工装置で使用された排水が導入されＣＯ２冷媒に熱を与える制水弁を備えた第四の経路と、
該第一の経路に連結する第一の連結部と該第二の経路に連結する第二の連結部とによって連結され可変バイパス弁を備えたバイパス経路と、を含み、
該内部熱交換器は、該蒸発器から送り出されたＣＯ２冷媒が該水冷式ガスクーラから送り出されたＣＯ２冷媒から熱を奪うように該第二の経路と該第三の経路とに跨り配設され、
該第二の経路には、熱が奪われたＣＯ２冷媒の流量を調整する可変膨張弁が該内部熱交換器と該第二の連結部との間に配設され、
該可変膨張弁と該圧縮機との間の該第二の経路と該第三の経路とのいずれかにＣＯ２冷媒の圧力を計測する第一の圧力センサーが配設され、
該圧縮機と該可変膨張弁との間の該第一の経路と該第二の経路とのいずれかに該圧縮機によって圧縮されたＣＯ２冷媒の圧力を計測する第二の圧力センサーが配設され、
加工装置で使用する加工寄与液が該水冷式ガスクーラから流出する温度を計測する第一の温度センサーと、
該水冷式ガスクーラに流入する加工寄与液の温度を計測する第二の温度センサーと、
該蒸発器から流出する工業用水または加工装置で使用された排水の温度を計測する第三の温度センサーと、
該蒸発器に流入する工業用水または加工装置で使用された排水の温度を計測する第四の温度センサーと、
該圧縮機から送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する第五の温度センサーと、
該水冷式ガスクーラから送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する第六の温度センサーと、
該内部熱交換器から送り出され該圧縮機に至るＣＯ２冷媒の温度を計測する該第三の経路に配設される第七の温度センサーと、が配設され、
該制御手段は、該第一の圧力センサーが検出すべき第一の圧力値と、該第二の圧力センサーが検出すべき第二の圧力値と、該第一の温度センサーが検出すべき第一の温度または該第二の温度センサーが検出すべき第二の温度と、該第五の温度センサーが検出すべき第五の温度と、該第七の温度センサーが検出すべき第七の温度と、を少なくとも設定する設定部を備え、
該第一の温度センサーまたは該第二の温度センサーの値が該設定された温度になるように、ＣＯ２冷媒が臨界温度３１．１℃および臨界圧力７．３８ＭＰａで特定される臨界点を囲繞する該設定された圧力値と温度とで規定される経路にしたがって該可変膨張弁の開度と該圧縮機の回転数と該制水弁の開度を制御するので、成績係数を高めることができる。
制御手段と、
ＣＯ２冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機が圧縮した圧縮熱を帯びたＣＯ２冷媒から熱を奪い加工装置で使用する加工寄与液に熱を与える水冷式ガスクーラと、
熱が奪われたＣＯ２冷媒が送り込まれる内部熱交換器と、
該内部熱交換器から送り出されたＣＯ２冷媒を気化させ気化熱を生成する蒸発器と、
該圧縮機と該水冷式ガスクーラとを連結する第一の経路と、
該水冷式ガスクーラと該蒸発器とを連結する第二の経路と、
該蒸発器と該圧縮機とを連結する第三の経路と、
該蒸発器に工業用水または加工装置で使用された排水が導入されＣＯ２冷媒に熱を与える制水弁を備えた第四の経路と、
該第一の経路に連結する第一の連結部と該第二の経路に連結する第二の連結部とによって連結され可変バイパス弁を備えたバイパス経路と、を含み、
該内部熱交換器は、該蒸発器から送り出されたＣＯ２冷媒が該水冷式ガスクーラから送り出されたＣＯ２冷媒から熱を奪うように該第二の経路と該第三の経路とに跨り配設され、
該第二の経路には、熱が奪われたＣＯ２冷媒の流量を調整する可変膨張弁が該内部熱交換器と該第二の連結部との間に配設され、
該可変膨張弁と該圧縮機との間の該第二の経路と該第三の経路とのいずれかにＣＯ２冷媒の圧力を計測する第一の圧力センサーが配設され、
該圧縮機と該可変膨張弁との間の該第一の経路と該第二の経路とのいずれかに該圧縮機によって圧縮されたＣＯ２冷媒の圧力を計測する第二の圧力センサーが配設され、
加工装置で使用する加工寄与液が該水冷式ガスクーラから流出する温度を計測する第一の温度センサーと、
該水冷式ガスクーラに流入する加工寄与液の温度を計測する第二の温度センサーと、
該蒸発器から流出する工業用水または加工装置で使用された排水の温度を計測する第三の温度センサーと、
該蒸発器に流入する工業用水または加工装置で使用された排水の温度を計測する第四の温度センサーと、
該圧縮機から送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する第五の温度センサーと、
該水冷式ガスクーラから送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する第六の温度センサーと、
該内部熱交換器から送り出され該圧縮機に至るＣＯ２冷媒の温度を計測する該第三の経路に配設される第七の温度センサーと、が配設され、
該制御手段は、該第一の圧力センサーが検出すべき第一の圧力値と、該第二の圧力センサーが検出すべき第二の圧力値と、該第一の温度センサーが検出すべき第一の温度または該第二の温度センサーが検出すべき第二の温度と、該第五の温度センサーが検出すべき第五の温度と、該第七の温度センサーが検出すべき第七の温度と、を少なくとも設定する設定部を備え、
該第一の温度センサーまたは該第二の温度センサーの値が該設定された温度になるように、ＣＯ２冷媒が臨界温度３１．１℃および臨界圧力７．３８ＭＰａで特定される臨界点を囲繞する該設定された圧力値と温度とで規定される経路にしたがって該可変膨張弁の開度と該圧縮機の回転数と該制水弁の開度を制御するので、成績係数を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明に係る加熱機構の好適実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0017】
（加熱機構２）
図１には、加工装置で使用する加工寄与液をＣＯ２冷媒によって加熱するための加熱機構２が示されている。加熱機構２は、制御手段４と、圧縮機６と、水冷式ガスクーラ８と、内部熱交換器１０と、蒸発器１２とを含む。
図１には、加工装置で使用する加工寄与液をＣＯ２冷媒によって加熱するための加熱機構２が示されている。加熱機構２は、制御手段４と、圧縮機６と、水冷式ガスクーラ８と、内部熱交換器１０と、蒸発器１２とを含む。
【0018】
（制御手段４）
制御手段４は、プロセッサおよびメモリを有するコンピュータから構成されている。本実施形態の制御手段４は、設定部４ａと、制御部４ｂとを備える。設定部４ａは、オペレータによって入力された指示（たとえば、加工装置で使用する加工寄与液の温度）に基づいて、ＣＯ２冷媒の圧力・温度を設定する。制御部４ｂは、実際の加工寄与液の温度が設定温度（オペレータによって入力された温度）となるように、可変膨張弁３２の開度や圧縮機６の回転数、制水弁２０の開度などを制御する。制御部４ｂによる制御内容については、後で詳しく説明する。
制御手段４は、プロセッサおよびメモリを有するコンピュータから構成されている。本実施形態の制御手段４は、設定部４ａと、制御部４ｂとを備える。設定部４ａは、オペレータによって入力された指示（たとえば、加工装置で使用する加工寄与液の温度）に基づいて、ＣＯ２冷媒の圧力・温度を設定する。制御部４ｂは、実際の加工寄与液の温度が設定温度（オペレータによって入力された温度）となるように、可変膨張弁３２の開度や圧縮機６の回転数、制水弁２０の開度などを制御する。制御部４ｂによる制御内容については、後で詳しく説明する。
【0019】
（圧縮機６）
圧縮機６は、加熱機構２を循環するＣＯ２冷媒を圧縮する。図１に示すとおり、圧縮機６を駆動するモータ６ａには、インバータ６ｂが設けられている。インバータ６ｂは、モータ６ａに供給される電力の周波数を所定範囲（たとえば、２０Ｈｚ～１２０Ｈｚ）で変更する。これによって、モータ６ａの回転数が変更されるとともに、圧縮機６の回転数が許容回転数の範囲（下限値と上限値との間）で変更される。なお、インバータ６ｂは、制御手段４に電気的に接続されており、制御手段４の制御部４ｂによって制御される。
圧縮機６は、加熱機構２を循環するＣＯ２冷媒を圧縮する。図１に示すとおり、圧縮機６を駆動するモータ６ａには、インバータ６ｂが設けられている。インバータ６ｂは、モータ６ａに供給される電力の周波数を所定範囲（たとえば、２０Ｈｚ～１２０Ｈｚ）で変更する。これによって、モータ６ａの回転数が変更されるとともに、圧縮機６の回転数が許容回転数の範囲（下限値と上限値との間）で変更される。なお、インバータ６ｂは、制御手段４に電気的に接続されており、制御手段４の制御部４ｂによって制御される。
【0020】
（水冷式ガスクーラ８）
水冷式ガスクーラ８は、圧縮機６が圧縮した圧縮熱を帯びたＣＯ２冷媒から熱を奪い、加工装置で使用する加工寄与液に熱を与える。図３に示すとおり、水冷式ガスクーラ８の内部には、ＣＯ２冷媒が流れる冷媒通路８ａと、加工寄与液が流れる加工寄与液通路８ｂとが形成されている。そして、水冷式ガスクーラ８においては、冷媒通路８ａ内のＣＯ２冷媒と、加工寄与液通路８ｂ内の加工寄与液との間で熱交換をさせることにより、ＣＯ２冷媒の熱を加工寄与液に与える。
水冷式ガスクーラ８は、圧縮機６が圧縮した圧縮熱を帯びたＣＯ２冷媒から熱を奪い、加工装置で使用する加工寄与液に熱を与える。図３に示すとおり、水冷式ガスクーラ８の内部には、ＣＯ２冷媒が流れる冷媒通路８ａと、加工寄与液が流れる加工寄与液通路８ｂとが形成されている。そして、水冷式ガスクーラ８においては、冷媒通路８ａ内のＣＯ２冷媒と、加工寄与液通路８ｂ内の加工寄与液との間で熱交換をさせることにより、ＣＯ２冷媒の熱を加工寄与液に与える。
【0021】
（内部熱交換器１０）
内部熱交換器１０には、水冷式ガスクーラ８において熱が奪われたＣＯ２冷媒が送り込まれる。図３に示すとおり、内部熱交換器１０には、水冷式ガスクーラ８において熱が奪われたＣＯ２冷媒が通る第一の通路１０ａと、蒸発器１２を通過した後のＣＯ２冷媒が通る第二の通路１０ｂとが形成されている。そして、内部熱交換器１０においては、第一の通路１０ａ内のＣＯ２冷媒と、第二の通路１０ｂ内のＣＯ２冷媒との間で熱交換が行われる。これによって、蒸発器１２から送り出された第二の通路１０ｂ内のＣＯ２冷媒が、水冷式ガスクーラ８から送り出された第一の通路１０ａ内のＣＯ２冷媒から熱を奪うようになっている。
内部熱交換器１０には、水冷式ガスクーラ８において熱が奪われたＣＯ２冷媒が送り込まれる。図３に示すとおり、内部熱交換器１０には、水冷式ガスクーラ８において熱が奪われたＣＯ２冷媒が通る第一の通路１０ａと、蒸発器１２を通過した後のＣＯ２冷媒が通る第二の通路１０ｂとが形成されている。そして、内部熱交換器１０においては、第一の通路１０ａ内のＣＯ２冷媒と、第二の通路１０ｂ内のＣＯ２冷媒との間で熱交換が行われる。これによって、蒸発器１２から送り出された第二の通路１０ｂ内のＣＯ２冷媒が、水冷式ガスクーラ８から送り出された第一の通路１０ａ内のＣＯ２冷媒から熱を奪うようになっている。
【0022】
（蒸発器１２）
蒸発器１２は、内部熱交換器１０から送り出されたＣＯ２冷媒を気化させて気化熱を生成する。図３に示すとおり、蒸発器１２の内部には、ＣＯ２冷媒が流れる冷媒通路１２ａと、工業用水または加工装置で使用された排水が流れる水路１２ｂとが設けられている。そして、蒸発器１２においては、冷媒通路１２ａ内のＣＯ２冷媒と、水路１２ｂ内の工業用水または排水との間で熱交換をさせることにより、工業用水または排水の熱をＣＯ２冷媒に与える。
蒸発器１２は、内部熱交換器１０から送り出されたＣＯ２冷媒を気化させて気化熱を生成する。図３に示すとおり、蒸発器１２の内部には、ＣＯ２冷媒が流れる冷媒通路１２ａと、工業用水または加工装置で使用された排水が流れる水路１２ｂとが設けられている。そして、蒸発器１２においては、冷媒通路１２ａ内のＣＯ２冷媒と、水路１２ｂ内の工業用水または排水との間で熱交換をさせることにより、工業用水または排水の熱をＣＯ２冷媒に与える。
【0023】
（第一～第四の経路１４、１６、１８、２２、バイパス経路３０）
図１を参照して説明を続けると、加熱機構２は、さらに、圧縮機６と水冷式ガスクーラ８とを連結する第一の経路１４と、水冷式ガスクーラ８と蒸発器１２とを連結する第二の経路１６と、蒸発器１２と圧縮機６とを連結する第三の経路１８と、蒸発器１２に工業用水（または、加工装置で使用された排水でもよい。）が導入されＣＯ２冷媒に熱を与える制水弁２０を備えた第四の経路２２と、第一の経路１４に連結する第一の連結部２４と第二の経路１６に連結する第二の連結部２６とによって連結され、可変バイパス弁２８を備えたバイパス経路３０とを含む。第二の経路１６には、熱が奪われたＣＯ２冷媒の流量を調整する可変膨張弁３２が、内部熱交換器１０と第二の連結部２６との間に配設されている。また、第二の経路１６と第三の経路１８とに跨って内部熱交換器１０が配設されている。
図１を参照して説明を続けると、加熱機構２は、さらに、圧縮機６と水冷式ガスクーラ８とを連結する第一の経路１４と、水冷式ガスクーラ８と蒸発器１２とを連結する第二の経路１６と、蒸発器１２と圧縮機６とを連結する第三の経路１８と、蒸発器１２に工業用水（または、加工装置で使用された排水でもよい。）が導入されＣＯ２冷媒に熱を与える制水弁２０を備えた第四の経路２２と、第一の経路１４に連結する第一の連結部２４と第二の経路１６に連結する第二の連結部２６とによって連結され、可変バイパス弁２８を備えたバイパス経路３０とを含む。第二の経路１６には、熱が奪われたＣＯ２冷媒の流量を調整する可変膨張弁３２が、内部熱交換器１０と第二の連結部２６との間に配設されている。また、第二の経路１６と第三の経路１８とに跨って内部熱交換器１０が配設されている。
【0024】
（制水弁２０、可変バイパス弁２８、可変膨張弁３２）
図１に示すように、制水弁２０、可変バイパス弁２８および可変膨張弁３２のそれぞれには、開度を調整するためのモータ２０ａ、２８ａ、３２ａが設けられている。モータ２０ａ、２８ａ、３２ａは、いずれも制御手段４に電気的に接続されている。そして、制水弁２０、可変バイパス弁２８および可変膨張弁３２のそれぞれの開度は、制御手段４の制御部４ｂからの指示に基づき、モータ２０ａ、２８ａ、３２ａによって調整される。
図１に示すように、制水弁２０、可変バイパス弁２８および可変膨張弁３２のそれぞれには、開度を調整するためのモータ２０ａ、２８ａ、３２ａが設けられている。モータ２０ａ、２８ａ、３２ａは、いずれも制御手段４に電気的に接続されている。そして、制水弁２０、可変バイパス弁２８および可変膨張弁３２のそれぞれの開度は、制御手段４の制御部４ｂからの指示に基づき、モータ２０ａ、２８ａ、３２ａによって調整される。
【0025】
加熱機構２のＣＯ２冷媒は、第一～第三の経路１４、１６、１８を順に通り、圧縮機６、水冷式ガスクーラ８、内部熱交換器１０、蒸発器１２、内部熱交換器１０の順に循環する。すなわち、本実施形態では、圧縮機６から送り出されたＣＯ２冷媒が、再び圧縮機６に戻るまでの間に、内部熱交換器１０を原則として２回通過する。具体的には、水冷式ガスクーラ８を出たＣＯ２冷媒が内部熱交換器１０を通り、次いで、蒸発器１２を通過した後、再び内部熱交換器１０を通るようになっている。
【0026】
ただし、可変バイパス弁２８が開いた場合には、圧縮機６によって圧縮されたＣＯ２冷媒の一部が、水冷式ガスクーラ８および内部熱交換器１０を通らずに、バイパス経路３０を通って蒸発器１２へと送られる。
【0027】
（圧力センサー）
加熱機構２には、ＣＯ２冷媒の圧力を計測するセンサーとして、第一・第二の圧力センサー３４、３６が配設されている。第一・第二の圧力センサー３４、３６で計測された値は、制御手段４に送られる。
加熱機構２には、ＣＯ２冷媒の圧力を計測するセンサーとして、第一・第二の圧力センサー３４、３６が配設されている。第一・第二の圧力センサー３４、３６で計測された値は、制御手段４に送られる。
【0028】
（第一の圧力センサー３４）
第一の圧力センサー３４は、可変膨張弁３２によって膨張されたＣＯ２冷媒の圧力を計測する。第一の圧力センサー３４は、可変膨張弁３２と圧縮機６との間の、第二の経路１６と第三の経路１８とのいずれかに配設され得る。本実施形態では、第三の経路１８において、内部熱交換器１０と圧縮機６との間に第一の圧力センサー３４が配設されている。
第一の圧力センサー３４は、可変膨張弁３２によって膨張されたＣＯ２冷媒の圧力を計測する。第一の圧力センサー３４は、可変膨張弁３２と圧縮機６との間の、第二の経路１６と第三の経路１８とのいずれかに配設され得る。本実施形態では、第三の経路１８において、内部熱交換器１０と圧縮機６との間に第一の圧力センサー３４が配設されている。
【0029】
（第二の圧力センサー３６）
第二の圧力センサー３６は、圧縮機６によって圧縮されたＣＯ２冷媒の圧力を計測する。第二の圧力センサー３６は、圧縮機６と可変膨張弁３２との間の、第一の経路１４と第二の経路１６とのいずれかに配設され得る。本実施形態では、第一の経路１４において、圧縮機６と水冷式ガスクーラ８との間に第二の圧力センサー３６が配設されている。
第二の圧力センサー３６は、圧縮機６によって圧縮されたＣＯ２冷媒の圧力を計測する。第二の圧力センサー３６は、圧縮機６と可変膨張弁３２との間の、第一の経路１４と第二の経路１６とのいずれかに配設され得る。本実施形態では、第一の経路１４において、圧縮機６と水冷式ガスクーラ８との間に第二の圧力センサー３６が配設されている。
【0030】
（温度センサー）
加熱機構２には、加工寄与液と、工業用水（または加工装置で使用された排水）と、ＣＯ２冷媒とのそれぞれの温度を計測するための複数の温度センサーが配設されている。各温度センサーで計測された値は、いずれも制御手段４に送られる。
加熱機構２には、加工寄与液と、工業用水（または加工装置で使用された排水）と、ＣＯ２冷媒とのそれぞれの温度を計測するための複数の温度センサーが配設されている。各温度センサーで計測された値は、いずれも制御手段４に送られる。
【0031】
（加工寄与液の温度を計測するセンサー）
加工寄与液の温度を計測するためのセンサーとして、第一・第二の温度センサー３８、４０が配設されている。第一の温度センサー３８は、水冷式ガスクーラ８から流出する加工寄与液の温度を計測する。一方、第二の温度センサー４０は、水冷式ガスクーラ８に流入する加工寄与液の温度を計測する。
加工寄与液の温度を計測するためのセンサーとして、第一・第二の温度センサー３８、４０が配設されている。第一の温度センサー３８は、水冷式ガスクーラ８から流出する加工寄与液の温度を計測する。一方、第二の温度センサー４０は、水冷式ガスクーラ８に流入する加工寄与液の温度を計測する。
【0032】
（工業用水または排水の温度を計測するセンサー）
工業用水または排水の温度を計測するためのセンサーとして、第三・第四の温度センサー４２、４４が配設されている。第三の温度センサー４２は、蒸発器１２から流出する工業用水または加工装置の排水の温度を計測する。一方、第四の温度センサー４４は、蒸発器１２に流入する工業用水または加工装置の排水の温度を計測する。
工業用水または排水の温度を計測するためのセンサーとして、第三・第四の温度センサー４２、４４が配設されている。第三の温度センサー４２は、蒸発器１２から流出する工業用水または加工装置の排水の温度を計測する。一方、第四の温度センサー４４は、蒸発器１２に流入する工業用水または加工装置の排水の温度を計測する。
【0033】
（ＣＯ２冷媒の温度を計測するセンサー）
ＣＯ２冷媒の温度を計測するセンサーとして、第五～第七の温度センサー４６、４８、５０が配設されている。第五の温度センサー４６は、圧縮機６から送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する。第六の温度センサー４８は、水冷式ガスクーラ８から送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する。第七の温度センサー５０は、内部熱交換器１０から送り出され圧縮機６に至るＣＯ２冷媒の温度を計測する。
ＣＯ２冷媒の温度を計測するセンサーとして、第五～第七の温度センサー４６、４８、５０が配設されている。第五の温度センサー４６は、圧縮機６から送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する。第六の温度センサー４８は、水冷式ガスクーラ８から送り出されるＣＯ２冷媒の温度を計測する。第七の温度センサー５０は、内部熱交換器１０から送り出され圧縮機６に至るＣＯ２冷媒の温度を計測する。
【0034】
（加工寄与液）
加熱機構２によって加熱される加工寄与液は、たとえば、半導体ウエーハを切削するダイシング装置で使用される。図１に示すように、ダイシング装置は、半導体ウエーハを切削するための切削手段５２を備えている。切削手段５２は、管路５４によって水冷式ガスクーラ８に連結されている。また、水冷式ガスクーラ８には、管路５６を介して純水設備５８が連結されている。そして、純水設備５８から管路５６を介して水冷式ガスクーラ８に加工寄与液としての純水が送られ、水冷式ガスクーラ８において所定の温度に純水が加熱された後、所定の温度に加熱された純水が管路５４を介して切削手段５２に送られる。
加熱機構２によって加熱される加工寄与液は、たとえば、半導体ウエーハを切削するダイシング装置で使用される。図１に示すように、ダイシング装置は、半導体ウエーハを切削するための切削手段５２を備えている。切削手段５２は、管路５４によって水冷式ガスクーラ８に連結されている。また、水冷式ガスクーラ８には、管路５６を介して純水設備５８が連結されている。そして、純水設備５８から管路５６を介して水冷式ガスクーラ８に加工寄与液としての純水が送られ、水冷式ガスクーラ８において所定の温度に純水が加熱された後、所定の温度に加熱された純水が管路５４を介して切削手段５２に送られる。
【0035】
ただし、加熱機構２によって加熱される加工寄与液が使用される加工装置は、ダイシング装置に限定されず、半導体ウエーハを研削して薄化するための研削装置など様々な加工装置が対象となり得る。なお、加工寄与液には、切削水のように加工水として使用され捨てられる流体のほか、加工装置および加熱機構２で循環する循環液も含まれる。
【0036】
（加熱機構２の作動）
ここからは、上述した加熱機構２の作動について説明する。はじめに、基本的な加熱機構２の作動を説明し、次に、加工寄与液の加熱量を増減させる場合の作動について説明する。
ここからは、上述した加熱機構２の作動について説明する。はじめに、基本的な加熱機構２の作動を説明し、次に、加工寄与液の加熱量を増減させる場合の作動について説明する。
【0037】
（基本的な作動）
まず、加熱機構２においては、オペレータによって制御手段４に作動指示が入力されると、入力された作動指示に応じて、制御手段４の設定部４ａが、各センサーで検出すべき値（設定値）を設定する。具体的には、加工寄与液の設定温度と、ＣＯ２冷媒の設定圧力・設定温度を設定部４ａが設定する。加工寄与液の設定温度は、オペレータによって入力された温度である。ＣＯ２冷媒の設定圧力・設定温度は、加工寄与液の設定温度に基づいて、制御手段４によって決定される。
まず、加熱機構２においては、オペレータによって制御手段４に作動指示が入力されると、入力された作動指示に応じて、制御手段４の設定部４ａが、各センサーで検出すべき値（設定値）を設定する。具体的には、加工寄与液の設定温度と、ＣＯ２冷媒の設定圧力・設定温度を設定部４ａが設定する。加工寄与液の設定温度は、オペレータによって入力された温度である。ＣＯ２冷媒の設定圧力・設定温度は、加工寄与液の設定温度に基づいて、制御手段４によって決定される。
【0038】
（加工寄与液の設定温度：第一・第二の温度）
まず、設定部４ａは、加工寄与液の設定温度として、第一の温度センサー３８が検出すべき第一の温度または第二の温度センサー４０が検出すべき第二の温度を設定する。第一の温度は、水冷式ガスクーラ８から流出する加工寄与液の設定温度である。一方、第二の温度は、水冷式ガスクーラ８に流入する加工寄与液の設定温度である。たとえば、第一の温度は２３℃、第二の温度は２０℃に設定され得る。
まず、設定部４ａは、加工寄与液の設定温度として、第一の温度センサー３８が検出すべき第一の温度または第二の温度センサー４０が検出すべき第二の温度を設定する。第一の温度は、水冷式ガスクーラ８から流出する加工寄与液の設定温度である。一方、第二の温度は、水冷式ガスクーラ８に流入する加工寄与液の設定温度である。たとえば、第一の温度は２３℃、第二の温度は２０℃に設定され得る。
【0039】
図１に示すように、加工寄与液を使い捨てる場合には、第一の温度のみを設定する。すなわち、純水設備５８の純水（加工寄与液）を所定温度に加熱して切削手段５２に送り、切削手段５２で使用した純水を純水設備５８に戻さない場合には、水冷式ガスクーラ８から流出する純水の温度（第一の温度）のみを設定する。
【0040】
一方、加工装置と加熱機構２との間で加工寄与液を循環させる場合には、第一・第二の温度の両方を設定することができる。たとえば、加工装置に供給する前の加工寄与液の温度よりも、加工装置から排出された加工寄与液の温度の方が低くなる場合である。このような場合には、加工装置と加熱機構２との間で加工寄与液を循環させて、加熱機構２で加熱した加工寄与液を加工装置に送ることになるため、第一・第二の温度の両方を設定してもよい。
【0041】
（ＣＯ２冷媒の設定圧力：第一・第二の圧力値）
また、設定部４ａは、ＣＯ２冷媒の設定圧力として、第一の圧力センサー３４が検出すべき第一の圧力値と、第二の圧力センサー３６が検出すべき第二の圧力値と、を設定する。第一の圧力値は、可変膨張弁３２によって膨張されたＣＯ２冷媒の設定圧力である。第一の圧力値は、たとえば４ＭＰａ（絶対圧）程度でよい。一方、第二の圧力値は、圧縮機６によって圧縮されたＣＯ２冷媒の設定圧力である。第二の圧力値は、圧縮後のＣＯ２冷媒の圧力であるから、圧縮前のＣＯ２冷媒の設定圧力（第一の圧力値）よりも大きい値に設定される。具体的には、第二の圧力値は１０ＭＰａ（絶対圧）程度でよい。
また、設定部４ａは、ＣＯ２冷媒の設定圧力として、第一の圧力センサー３４が検出すべき第一の圧力値と、第二の圧力センサー３６が検出すべき第二の圧力値と、を設定する。第一の圧力値は、可変膨張弁３２によって膨張されたＣＯ２冷媒の設定圧力である。第一の圧力値は、たとえば４ＭＰａ（絶対圧）程度でよい。一方、第二の圧力値は、圧縮機６によって圧縮されたＣＯ２冷媒の設定圧力である。第二の圧力値は、圧縮後のＣＯ２冷媒の圧力であるから、圧縮前のＣＯ２冷媒の設定圧力（第一の圧力値）よりも大きい値に設定される。具体的には、第二の圧力値は１０ＭＰａ（絶対圧）程度でよい。
【0042】
（ＣＯ２冷媒の設定温度：第五・第七の温度）
さらに、設定部４ａは、ＣＯ２冷媒の設定温度として、第五の温度センサー４６が検出すべき第五の温度と、第七の温度センサー５０が検出すべき第七の温度と、を設定する。第五の温度は、圧縮機６から送り出されるＣＯ２冷媒の設定温度である。第五の温度は、たとえば８０℃に設定され得る。第七の温度は、内部熱交換器１０から送り出され圧縮機６に至るＣＯ２冷媒の設定温度である。第七の温度は、たとえば１０℃程度でよい。
さらに、設定部４ａは、ＣＯ２冷媒の設定温度として、第五の温度センサー４６が検出すべき第五の温度と、第七の温度センサー５０が検出すべき第七の温度と、を設定する。第五の温度は、圧縮機６から送り出されるＣＯ２冷媒の設定温度である。第五の温度は、たとえば８０℃に設定され得る。第七の温度は、内部熱交換器１０から送り出され圧縮機６に至るＣＯ２冷媒の設定温度である。第七の温度は、たとえば１０℃程度でよい。
【0043】
このように設定部４ａは、第一の圧力センサー３４が検出すべき第一の圧力値と、第二の圧力センサー３６が検出すべき第二の圧力値と、第一の温度センサー３８が検出すべき第一の温度または第二の温度センサー４０が検出すべき第二の温度と、第五の温度センサー４６が検出すべき第五の温度と、第七の温度センサー５０が検出すべき第七の温度と、を少なくとも設定する。
【0044】
なお、設定部４ａは、第六の温度センサー４８が検出すべき温度については、設定してもよく、あるいは設定しなくてもよい。水冷式ガスクーラ８から送り出されるＣＯ２冷媒の温度は、水冷式ガスクーラ８に送り込まれる加工寄与液の温度や流量、ＣＯ２冷媒の流量によって変化するため、特定の温度に定まらないからである。
【0045】
（制御部４ｂによる制御）
設定部４ａによって、加工寄与液の設定温度、ＣＯ２冷媒の設定圧力・設定温度が設定されたら、制御部４ｂは、第一の温度センサー３８または第二の温度センサー４０の値が設定された温度（第一の温度または第二の温度）になるように、ＣＯ２冷媒が臨界点を囲繞する設定された圧力値（第一・第二の圧力値）と温度（第五・第七の温度）とで規定される経路にしたがって可変膨張弁３２の開度と圧縮機６の回転数と制水弁２０の開度とを制御する。
設定部４ａによって、加工寄与液の設定温度、ＣＯ２冷媒の設定圧力・設定温度が設定されたら、制御部４ｂは、第一の温度センサー３８または第二の温度センサー４０の値が設定された温度（第一の温度または第二の温度）になるように、ＣＯ２冷媒が臨界点を囲繞する設定された圧力値（第一・第二の圧力値）と温度（第五・第七の温度）とで規定される経路にしたがって可変膨張弁３２の開度と圧縮機６の回転数と制水弁２０の開度とを制御する。
【0046】
（可変膨張弁３２の開度）
可変膨張弁３２の開度を制御することにより、ＣＯ２冷媒の圧力を調整することができる。可変膨張弁３２の開度が大きくなると、可変膨張弁３２を通過するＣＯ２冷媒の流量が増加するので、第二の圧力センサー３６の値が小さくなる。一方、可変膨張弁３２の開度が小さくなると、可変膨張弁３２を通過するＣＯ２冷媒の流量が減少するので、第二の圧力センサー３６の値が大きくなる。
可変膨張弁３２の開度を制御することにより、ＣＯ２冷媒の圧力を調整することができる。可変膨張弁３２の開度が大きくなると、可変膨張弁３２を通過するＣＯ２冷媒の流量が増加するので、第二の圧力センサー３６の値が小さくなる。一方、可変膨張弁３２の開度が小さくなると、可変膨張弁３２を通過するＣＯ２冷媒の流量が減少するので、第二の圧力センサー３６の値が大きくなる。
【0047】
（圧縮機６の回転数）
また、圧縮機６の回転数を制御することにより、ＣＯ２冷媒の圧力および加工寄与液の温度を調整することができる。圧縮機６の回転数が高まると、圧縮機６に吸引されるＣＯ２冷媒の量が多くなるため、第一の圧力センサー３４の値が下がる。また、圧縮機６の回転数が高まると、水冷式ガスクーラ８におけるＣＯ２冷媒の流量が増大するため、第一・第二の温度センサー３８、４０の値（加工寄与液の温度）が上がる。反対に、圧縮機６の回転数が低くなると、第一の圧力センサー３４の値が上がるとともに、第一・第二の温度センサー３８、４０の値が下がる。
また、圧縮機６の回転数を制御することにより、ＣＯ２冷媒の圧力および加工寄与液の温度を調整することができる。圧縮機６の回転数が高まると、圧縮機６に吸引されるＣＯ２冷媒の量が多くなるため、第一の圧力センサー３４の値が下がる。また、圧縮機６の回転数が高まると、水冷式ガスクーラ８におけるＣＯ２冷媒の流量が増大するため、第一・第二の温度センサー３８、４０の値（加工寄与液の温度）が上がる。反対に、圧縮機６の回転数が低くなると、第一の圧力センサー３４の値が上がるとともに、第一・第二の温度センサー３８、４０の値が下がる。
【0048】
（制水弁２０の開度）
制水弁２０の開度を制御することにより、蒸発器１２の熱交換能力を適正に保つことができる。つまり、第三の温度センサー４２の値と第四の温度センサー４４の値との差を所定値に維持できる。
制水弁２０の開度を制御することにより、蒸発器１２の熱交換能力を適正に保つことができる。つまり、第三の温度センサー４２の値と第四の温度センサー４４の値との差を所定値に維持できる。
【0049】
制水弁２０の開度を大きくするのは、圧縮機６の回転数を高める場合である。圧縮機６の回転数を高めると、水冷式ガスクーラ８におけるＣＯ２冷媒の流量が増大するとともに、蒸発器１２においてもＣＯ２冷媒の流量が増大する。そうすると、蒸発器１２においてＣＯ２冷媒による工業用水または排水の冷却量が増大するため、第三の温度センサー４２の値と第四の温度センサー４４の値との差が大きくなる。このような場合に、制水弁２０の開度を大きくすることにより、第三の温度センサー４２の値と第四の温度センサー４４の値との差を所定値に維持でき、蒸発器１２の熱交換能力を適正に保つことができる。
【0050】
一方、制水弁２０の開度を小さくするのは、圧縮機６の回転数を低くする場合である。圧縮機６の回転数を低くすると、水冷式ガスクーラ８におけるＣＯ２冷媒の流量が減少するとともに、蒸発器１２においてもＣＯ２冷媒の流量が減少する。そうすると、蒸発器１２においてＣＯ２冷媒による工業用水または排水の冷却量が減少するため、第三の温度センサー４２の値と第四の温度センサー４４の値との差が小さくなる。このような場合に、制水弁２０の開度を小さくすることにより、第三の温度センサー４２の値と第四の温度センサー４４の値との差を所定値に維持でき、蒸発器１２の熱交換能力を適正に保つことができる。
【0051】
すなわち、制御手段４の制御部４ｂは、第三の温度センサー４２によって検出される工業用水または加工装置で使用された排水の温度と、第四の温度センサー４４によって検出される工業用水または加工装置で使用された排水の温度との温度差が所定の値になるように制水弁２０の開度を調整してＣＯ２冷媒に熱を与えるようになっている。
【0052】
（臨界点）
また、上記の臨界点とは、一般に、物質が超臨界状態になる温度と圧力で特定される点である。本実施形態における臨界点は、冷媒のＣＯ２が超臨界状態になる臨界温度３１．１℃および臨界圧力７．３８ＭＰａで特定される点である。図２において、ＣＯ２の臨界点を符号Ｐで示している。図２は、ＣＯ２のｐ－ｈ線図（モリエル線図）であり、縦軸が圧力、横軸がエンタルピーを示す。
また、上記の臨界点とは、一般に、物質が超臨界状態になる温度と圧力で特定される点である。本実施形態における臨界点は、冷媒のＣＯ２が超臨界状態になる臨界温度３１．１℃および臨界圧力７．３８ＭＰａで特定される点である。図２において、ＣＯ２の臨界点を符号Ｐで示している。図２は、ＣＯ２のｐ－ｈ線図（モリエル線図）であり、縦軸が圧力、横軸がエンタルピーを示す。
【0053】
（臨界点Ｐを囲繞する経路）
臨界点Ｐを囲繞する経路（ＣＯ２冷媒が臨界点Ｐを囲繞する設定された圧力値と温度とで規定される経路）とは、たとえば、図２におけるＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点、Ｆ点を通る経路Ｒである。図２におけるＡ点～Ｆ点は、図１に示すＡ点～Ｆ点のそれぞれにおける温度および圧力に基づいてプロットした点である。
臨界点Ｐを囲繞する経路（ＣＯ２冷媒が臨界点Ｐを囲繞する設定された圧力値と温度とで規定される経路）とは、たとえば、図２におけるＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点、Ｆ点を通る経路Ｒである。図２におけるＡ点～Ｆ点は、図１に示すＡ点～Ｆ点のそれぞれにおける温度および圧力に基づいてプロットした点である。
【0054】
本実施形態では、図１に示すように、圧縮機６の出口をＡ点、水冷式ガスクーラ８の出口をＢ点、内部熱交換器１０における第二の経路１６の出口をＣ点、可変膨張弁３２の出口をＤ点、蒸発器１２の出口をＥ点、内部熱交換器１０における第三の経路１８の出口をＦ点としている。
【0055】
Ａ～Ｆ点の圧力・温度の具体的な数値は、たとえば、図２に示すとおりである。すなわち、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点の圧力は、たとえば１０ＭＰａであり、Ｄ点、Ｅ点、Ｆ点の圧力は、たとえば４ＭＰａである。また、Ａ点～Ｆ点の温度の具体例については、Ａ点の温度が８０℃程度、Ｂ点の温度が２０℃程度、Ｃ点の温度が８℃程度、Ｄ点およびＥ点の温度が５℃程度、Ｆ点の温度が１０℃程度である。
【0056】
ここからはＡ点～Ｆ点のそれぞれにおける温度、圧力・エンタルピーを下記のように符号を用いて説明する。すなわち、
Ａ点における温度をＴＡ、圧力をＰＡ、エンタルピーをＥＡ、
Ｂ点における温度をＴＢ、圧力をＰＢ、エンタルピーをＥＢ、
Ｃ点における温度をＴＣ、圧力をＰＣ、エンタルピーをＥＣ、
Ｄ点における温度をＴＤ、圧力をＰＤ、エンタルピーをＥＤ、
Ｅ点における温度をＴＥ、圧力をＰＥ、エンタルピーをＥＥ、
Ｆ点における温度をＴＦ、圧力をＰＦ、エンタルピーをＥＦ、
として説明する。
Ａ点における温度をＴＡ、圧力をＰＡ、エンタルピーをＥＡ、
Ｂ点における温度をＴＢ、圧力をＰＢ、エンタルピーをＥＢ、
Ｃ点における温度をＴＣ、圧力をＰＣ、エンタルピーをＥＣ、
Ｄ点における温度をＴＤ、圧力をＰＤ、エンタルピーをＥＤ、
Ｅ点における温度をＴＥ、圧力をＰＥ、エンタルピーをＥＥ、
Ｆ点における温度をＴＦ、圧力をＰＦ、エンタルピーをＥＦ、
として説明する。
【0057】
（ＣＯ２冷媒の流れ：Ｆ点→Ａ点）
上記のとおりの制御が開始されると、まず、Ｆ点から圧縮機６に送り込まれたＣＯ２冷媒が圧縮機６によって圧縮されて臨界点Ｐを超えるＡ点に至る。この際、ＣＯ２冷媒の温度はＴＦからＴＡに変化（上昇）し、ＣＯ２冷媒の圧力はＰＦからＰＡに変化（上昇）し、ＣＯ２冷媒のエンタルピーはＥＦからＥＡに変化（上昇）する。
上記のとおりの制御が開始されると、まず、Ｆ点から圧縮機６に送り込まれたＣＯ２冷媒が圧縮機６によって圧縮されて臨界点Ｐを超えるＡ点に至る。この際、ＣＯ２冷媒の温度はＴＦからＴＡに変化（上昇）し、ＣＯ２冷媒の圧力はＰＦからＰＡに変化（上昇）し、ＣＯ２冷媒のエンタルピーはＥＦからＥＡに変化（上昇）する。
【0058】
（Ａ点→Ｂ点）
次いで、Ａ点から水冷式ガスクーラ８に送り込まれたＣＯ２冷媒は、水冷式ガスクーラ８によって熱が奪われてＢ点に至る。この際、ＣＯ２冷媒の温度はＴＡからＴＢに変化（低下）し、ＣＯ２冷媒の圧力は変化せず（ＰＡ＝ＰＢ）、ＣＯ２冷媒のエンタルピーはＥＡからＥＢに変化（低下）する。ＴＡとＴＢとの温度差およびＥＡとＥＢとのエンタルピー差は、水冷式ガスクーラ８によって加工寄与液の加熱に使用される。また、ＣＯ２冷媒の温度ＴＢは臨界温度を下回り、Ｂ点におけるＣＯ２冷媒は亜臨界状態となることで液状に近づく。
次いで、Ａ点から水冷式ガスクーラ８に送り込まれたＣＯ２冷媒は、水冷式ガスクーラ８によって熱が奪われてＢ点に至る。この際、ＣＯ２冷媒の温度はＴＡからＴＢに変化（低下）し、ＣＯ２冷媒の圧力は変化せず（ＰＡ＝ＰＢ）、ＣＯ２冷媒のエンタルピーはＥＡからＥＢに変化（低下）する。ＴＡとＴＢとの温度差およびＥＡとＥＢとのエンタルピー差は、水冷式ガスクーラ８によって加工寄与液の加熱に使用される。また、ＣＯ２冷媒の温度ＴＢは臨界温度を下回り、Ｂ点におけるＣＯ２冷媒は亜臨界状態となることで液状に近づく。
【0059】
（Ｂ点→Ｃ点）
次いで、Ｂ点から内部熱交換器１０に送り込まれたＣＯ２冷媒は、蒸発器１２から送り込まれるＣＯ２冷媒によって熱が奪われてＣ点に至る。この際、ＣＯ２冷媒の温度はＴＢからＴＣに変化（低下）し、ＣＯ２冷媒の圧力は変化せず（ＰＢ＝ＰＣ）、ＣＯ２冷媒のエンタルピーはＥＢからＥＣに変化（低下）する。また、ＣＯ２冷媒の温度ＴＣが臨界温度を更に下回るため、Ｃ点におけるＣＯ２冷媒は更に液状に近づく。
次いで、Ｂ点から内部熱交換器１０に送り込まれたＣＯ２冷媒は、蒸発器１２から送り込まれるＣＯ２冷媒によって熱が奪われてＣ点に至る。この際、ＣＯ２冷媒の温度はＴＢからＴＣに変化（低下）し、ＣＯ２冷媒の圧力は変化せず（ＰＢ＝ＰＣ）、ＣＯ２冷媒のエンタルピーはＥＢからＥＣに変化（低下）する。また、ＣＯ２冷媒の温度ＴＣが臨界温度を更に下回るため、Ｃ点におけるＣＯ２冷媒は更に液状に近づく。
【0060】
（Ｃ点→Ｄ点）
次いで、Ｃ点から可変膨張弁３２に送り込まれたＣＯ２冷媒は、可変膨張弁３２によって減圧されてＤ点に至る。この際、ＣＯ２冷媒の温度はＴＣからＴＤに変化（低下）し、ＣＯ２冷媒の圧力はＰＣからＰＤに変化（低下）し、ＣＯ２冷媒のエンタルピーは変化しない（ＥＣ＝ＥＤ）。また、Ｄ点におけるＣＯ２冷媒は、飽和液線に達し、気体と液体とが混在した状態である。
次いで、Ｃ点から可変膨張弁３２に送り込まれたＣＯ２冷媒は、可変膨張弁３２によって減圧されてＤ点に至る。この際、ＣＯ２冷媒の温度はＴＣからＴＤに変化（低下）し、ＣＯ２冷媒の圧力はＰＣからＰＤに変化（低下）し、ＣＯ２冷媒のエンタルピーは変化しない（ＥＣ＝ＥＤ）。また、Ｄ点におけるＣＯ２冷媒は、飽和液線に達し、気体と液体とが混在した状態である。
【0061】
（Ｄ点→Ｅ点）
次いで、Ｄ点から蒸発器１２に送り込まれたＣＯ２冷媒は、蒸発器１２によって工業用水または加工装置で使用された排水からエネルギーを奪いＥ点に至る。この際、工業用水または排水から奪った熱が液状のＣＯ２冷媒の気化に使われるため、ＣＯ２冷媒の温度は変化しない（ＴＤ＝ＴＥ）。また、ＣＯ２冷媒の圧力も変化しない（ＰＤ＝ＰＥ）。ただし、ＣＯ２冷媒のエンタルピーは、ＥＤからＥＥに変化（上昇）する。Ｅ点は飽和蒸気線の内側である。このため、Ｅ点におけるＣＯ２冷媒は、わずかに液体を含む気体となる。
次いで、Ｄ点から蒸発器１２に送り込まれたＣＯ２冷媒は、蒸発器１２によって工業用水または加工装置で使用された排水からエネルギーを奪いＥ点に至る。この際、工業用水または排水から奪った熱が液状のＣＯ２冷媒の気化に使われるため、ＣＯ２冷媒の温度は変化しない（ＴＤ＝ＴＥ）。また、ＣＯ２冷媒の圧力も変化しない（ＰＤ＝ＰＥ）。ただし、ＣＯ２冷媒のエンタルピーは、ＥＤからＥＥに変化（上昇）する。Ｅ点は飽和蒸気線の内側である。このため、Ｅ点におけるＣＯ２冷媒は、わずかに液体を含む気体となる。
【0062】
（Ｅ点→Ｆ点）
次いで、Ｅ点から内部熱交換器１０に送り込まれたＣＯ２冷媒は、Ｂ点から内部熱交換器１０に送り込まれたＣＯ２冷媒から熱を奪う。このため、Ｅ点においてＣＯ２冷媒中に液体が残存していても、内部熱交換器１０においてＣＯ２冷媒中の液体が気体となる。すなわち、飽和蒸気線の外にあるＦ点に到達したＣＯ２冷媒は、すべて気体となる。したがって、Ｆ点から圧縮機６に流入するＣＯ２冷媒は気体のみとなる。そして、圧縮機６の負荷を軽減できる。ＣＯ２冷媒がＥ点からＦ点に至る際は、ＣＯ２冷媒の温度はＴＥからＴＦに変化（上昇）し、ＣＯ２冷媒の圧力は変化せず（ＰＥ＝ＰＦ）、ＣＯ２冷媒のエンタルピーはＥＥからＥＦに変化（上昇）する。
次いで、Ｅ点から内部熱交換器１０に送り込まれたＣＯ２冷媒は、Ｂ点から内部熱交換器１０に送り込まれたＣＯ２冷媒から熱を奪う。このため、Ｅ点においてＣＯ２冷媒中に液体が残存していても、内部熱交換器１０においてＣＯ２冷媒中の液体が気体となる。すなわち、飽和蒸気線の外にあるＦ点に到達したＣＯ２冷媒は、すべて気体となる。したがって、Ｆ点から圧縮機６に流入するＣＯ２冷媒は気体のみとなる。そして、圧縮機６の負荷を軽減できる。ＣＯ２冷媒がＥ点からＦ点に至る際は、ＣＯ２冷媒の温度はＴＥからＴＦに変化（上昇）し、ＣＯ２冷媒の圧力は変化せず（ＰＥ＝ＰＦ）、ＣＯ２冷媒のエンタルピーはＥＥからＥＦに変化（上昇）する。
【0063】
このように加熱機構２においては、第一の温度センサー３８または第二の温度センサー４０の値が設定された温度になるように、ＣＯ２冷媒が臨界点Ｐを囲繞する設定された圧力値と温度とで規定される経路Ｒにしたがって可変膨張弁３２の開度と圧縮機６の回転数と制水弁２０の開度とを制御部４ｂが制御する。これによって、Ｆ点から圧縮機６に流入するＣＯ２冷媒が気体のみとなるため液圧縮が生じることがない。
【0064】
（成績係数）
次に、加熱機構２の成績係数について説明する。成績係数とは、エネルギー消費効率の目安として使われる係数であり、加熱能力を圧縮仕事で除したものである。
次に、加熱機構２の成績係数について説明する。成績係数とは、エネルギー消費効率の目安として使われる係数であり、加熱能力を圧縮仕事で除したものである。
【0065】
加熱能力とは、水冷式ガスクーラ８においてＣＯ２冷媒が加工寄与液を加熱する能力である。したがって、水冷式ガスクーラ８前後のエンタルピーを用いて、下記式１のように加熱能力を表すことができる。
加熱能力＝ＥＡ－ＥＢ・・・式１
ＥＡは、水冷式ガスクーラ８を通過する前のＡ点におけるＣＯ２冷媒のエンタルピーである。また、ＥＢは、水冷式ガスクーラ８を通過した後のＢ点におけるＣＯ２冷媒のエンタルピーである。
加熱能力＝ＥＡ－ＥＢ・・・式１
ＥＡは、水冷式ガスクーラ８を通過する前のＡ点におけるＣＯ２冷媒のエンタルピーである。また、ＥＢは、水冷式ガスクーラ８を通過した後のＢ点におけるＣＯ２冷媒のエンタルピーである。
【0066】
圧縮仕事とは、圧縮機６で行われる仕事のことである。圧縮仕事は、Ａ点のエンタルピーＥＡ（圧縮後のエンタルピー）と、Ｆ点のエンタルピーＥＦ（圧縮前のエンタルピー）とを用いて、式７のように表すことができる。
圧縮仕事＝ＥＡ－ＥＦ・・・式２
圧縮仕事＝ＥＡ－ＥＦ・・・式２
【0067】
上記式１および２から、成績係数は、式３のように表すことができる。
成績係数（加熱能力／圧縮仕事）＝（ＥＡ－ＥＢ）／（ＥＡ－ＥＦ）・・・式３
成績係数（加熱能力／圧縮仕事）＝（ＥＡ－ＥＢ）／（ＥＡ－ＥＦ）・・・式３
【0068】
そして、制御手段４は、式３から導かれる成績係数が最大となるように、ＣＯ２冷媒の温度、圧力、エンタルピーを制御する。具体的には、加熱能力（ＥＡ－ＥＢ）を高くし圧縮仕事（ＥＡ－ＥＦ）を小さくして成績係数を向上させる。
【0069】
Ａ点、Ｂ点、Ｆ点におけるエンタルピーＥＡ、ＥＢ、ＥＦは、各点の温度・圧力を検出し、検出した温度・圧力を用いてｐ－ｈ線図に基づき求めることができる。
【0070】
Ａ点、Ｂ点、Ｆ点におけるＣＯ２冷媒の温度は、下記のセンサーによって検出可能である。すなわち、Ａ点における温度ＴＡは第五の温度センサー４６によって検出し、Ｂ点における温度ＴＢは第六の温度センサー４８によって検出し、Ｆ点における温度ＴＦは第七の温度センサー５０によって検出できる。
【0071】
また、Ａ点、Ｂ点、Ｆ点におけるＣＯ２冷媒の圧力は、下記のセンサーによって検出可能である。すなわち、Ａ点における圧力ＰＡは第二の圧力センサー３６によって検出し、Ｂ点における圧力ＰＢは第二の圧力センサー３６によって検出し、Ｆ点における圧力ＰＦは第一の圧力センサー３４によって検出できる。
【0072】
Ａ点、Ｂ点、Ｆ点におけるエンタルピーは、上記の温度・圧力を用いてｐ－ｈ線図に基づき求めることができる。すなわち、Ａ点におけるエンタルピーＥＡは、Ａ点の温度ＴＡ、圧力ＰＡを用いてｐ－ｈ線図に基づいて検出し、Ｂ点におけるエンタルピーＥＢは、Ｂ点の温度ＴＢ、圧力ＰＢを用いてｐ－ｈ線図に基づいて検出し、Ｆ点におけるエンタルピーＥＦは、Ｆ点の温度ＴＦ、圧力ＰＦを用いてｐ－ｈ線図に基づいて検出することができる。
【0073】
そして、制御手段４は、加工寄与液の温度を設定温度にするための上記制御を行う際、上記のとおりにして検出可能なＥＡ、ＥＢ、ＥＦを用いて、加熱能力（ＥＡ－ＥＢ）を高くし圧縮仕事（ＥＡ－ＥＦ）を小さくして成績係数を向上させるようになっている。たとえば、制御手段４は、可変膨張弁３２の開度を小さくすることで第二の圧力センサー３６の値を大きくし、あるいは可変膨張弁３２の開度を大きくすることで第二の圧力センサー３６の値を小さくして、設定された圧力値にＣＯ２冷媒の圧力を調整し、成績係数（加熱能力／圧縮仕事）を制御することができる。
【0074】
次に、加工装置で使用される加工寄与液の加熱量を増減させる場合（すなわち、加工寄与液の設定温度を変更する場合）の作動について説明する。
【0075】
（加工寄与液の加熱量を減少させる場合）
まず、加工装置で使用される加工寄与液の加熱量を減少させる場合（加工寄与液の設定温度を下げる場合）から説明する。この場合、制御手段４の制御部４ｂは、圧縮機６の回転数を低下させる。これによって、水冷式ガスクーラ８におけるＣＯ２冷媒の流量が減少するため、加工寄与液の加熱量を減少させることができる。この結果、第一の温度センサー３８または第二の温度センサー４０の値が下がる。
まず、加工装置で使用される加工寄与液の加熱量を減少させる場合（加工寄与液の設定温度を下げる場合）から説明する。この場合、制御手段４の制御部４ｂは、圧縮機６の回転数を低下させる。これによって、水冷式ガスクーラ８におけるＣＯ２冷媒の流量が減少するため、加工寄与液の加熱量を減少させることができる。この結果、第一の温度センサー３８または第二の温度センサー４０の値が下がる。
【0076】
この場合において、圧縮機６の回転数が許容回転数の下限値まで達しているにもかかわらず、第一の温度センサー３８の値または第二の温度センサー４０の値が設定温度（第一の温度または第二の温度）まで下がらないときがある。このようなときには、制御部４ｂは更に、通常は閉じている可変バイパス弁２８を閉から開に作動し開度を大きくして、水冷式ガスクーラ８におけるＣＯ２冷媒の流量を減らす。これによって、圧縮機６の回転数を、許容回転数の下限値よりも低い回転数に下げることなく、第一の温度センサー３８の値または第二の温度センサー４０の値を設定温度（第一の温度または第二の温度）まで低下させることができる。
【0077】
しかし、水冷式ガスクーラ８におけるＣＯ２冷媒の流量を減少させると、ＣＯ２冷媒の圧力が設定値から大きく外れてしまうことがある。すなわち、第一の圧力センサー３４の値が第一の圧力値を上回るとともに、第二の圧力センサー３６の値が第二の圧力値を下回ってしまうことがある。
【0078】
そこで、制御部４ｂは、加工寄与液の設定温度の下げ幅に応じて、可変膨張弁３２の開度を適宜小さくする。これによって、第一の圧力センサー３４の値を第一の圧力値まで低下させるとともに、第二の圧力センサー３６の値を第二の圧力値まで上昇させることができる。したがって、加熱機構２においては、加工寄与液の設定温度を下げても、圧縮機６の吸入圧力と吐出圧力が大きく変動することがないので、効率の高い加熱制御を実現することができる。
【0079】
このように制御部４ｂは、加工寄与液の加熱量を減少させる場合、圧縮機６の回転数を低下させて水冷式ガスクーラ８を流れるＣＯ２冷媒の流量を減少させ、その際に圧縮機６の回転数が下限値を下回らないようにバイパス経路３０の可変バイパス弁２８の開度を大きくして水冷式ガスクーラ８を流れるＣＯ２冷媒の流量を減少させるようになっている。
【0080】
（加工寄与液の加熱量を増大させる場合）
上記とは反対に、加熱機構２において、加工装置で使用される加工寄与液の加熱量を増大させる場合（加工寄与液の設定温度を上げる場合）、制御手段４の制御部４ｂは、圧縮機６の回転数を増大させる。これによって、水冷式ガスクーラ８におけるＣＯ２冷媒の流量が増大するので、加工寄与液の加熱量を増大させることができる。この結果、第一の温度センサー３８または第二の温度センサー４０の値が上がる。
上記とは反対に、加熱機構２において、加工装置で使用される加工寄与液の加熱量を増大させる場合（加工寄与液の設定温度を上げる場合）、制御手段４の制御部４ｂは、圧縮機６の回転数を増大させる。これによって、水冷式ガスクーラ８におけるＣＯ２冷媒の流量が増大するので、加工寄与液の加熱量を増大させることができる。この結果、第一の温度センサー３８または第二の温度センサー４０の値が上がる。
【0081】
けれども、水冷式ガスクーラ８におけるＣＯ２冷媒の流量が増大させると、ＣＯ２冷媒の圧力が設定値から大きく外れてしまうことがある。すなわち、第一の圧力センサー３４の値が第一の圧力値を下回るとともに、第二の圧力センサー３６の値が第二の圧力値を上回ってしまうことがある。
【0082】
そこで、制御部４ｂは、加工寄与液の設定温度の上げ幅に応じて、可変膨張弁３２の開度を適宜大きくする。これによって、第一の圧力センサー３４の値を第一の圧力値まで上昇させるとともに、第二の圧力センサー３６の値を第二の圧力値まで低下させることができる。したがって、加熱機構２においては、加工寄与液の設定温度を上げても、圧縮機６の吸入圧力と吐出圧力が大きく変動することがないので、効率の高い加熱制御を実現することができる。
【0083】
ところで、可変膨張弁３２の開度を大きくすると、蒸発器１２におけるＣＯ２冷媒の流量が増大する。そうすると、液状のＣＯ２冷媒が圧縮機６に吸い込まれるおそれが高まる。しかし、本実施形態の加熱機構２では、蒸発器１２から出たＣＯ２冷媒と、水冷式ガスクーラ８から出たＣＯ２冷媒とが内部熱交換器１０において熱交換を行なうことになる。この熱交換においては、蒸発器１２から出たＣＯ２冷媒が、水冷式ガスクーラ８から出たＣＯ２冷媒から熱を奪うことになる。このため、蒸発器１２から出たＣＯ２冷媒中に液体が残存していても、内部熱交換器１０においてＣＯ２冷媒中の液体が気体となる。
【0084】
このように制御部４ｂは、加工寄与液の加熱量を増大させる場合、可変膨張弁３２の開度を大きくするとともに圧縮機６の回転数を増大させて蒸発器１２を流れるＣＯ２冷媒の流量を増大させ、それに伴って蒸発器１２から送り出されるＣＯ２冷媒に残存する液状ＣＯ２を内部熱交換器１０において気化させ圧縮機６の負担を軽減するようになっている。
【0085】
以上のとおりであり、加熱機構２においては、第一の温度センサー３８または第二の温度センサー４０の値が設定された温度になるように、ＣＯ２冷媒が臨界点Ｐを囲繞する設定された圧力値と温度とで規定される経路Ｒにしたがって可変膨張弁３２の開度と圧縮機６の回転数と制水弁２０の開度とを制御するので、成績係数を高めることができる。
【0086】
なお、圧縮機６、水冷式ガスクーラ８、内部熱交換器１０および蒸発器１２の配置については、図３に示すように、圧縮機６、内部熱交換器１０および蒸発器１２よりも上方に、水冷式ガスクーラ８を設置するのが好ましい。
【0087】
ＣＯ２冷媒は、超臨界状態に達すると、圧縮機６内の潤滑油がＣＯ２冷媒に溶解して圧縮機６から流出しやすくなる傾向がある。超臨界状態のＣＯ２冷媒に溶解した圧縮機６内の潤滑油が、水冷式ガスクーラ８や内部熱交換器１０などに滞留し、圧縮機６に戻ってこないと、圧縮機６に異常摩耗が生じるおそれがある。
【0088】
そこで、図３に示すように、水冷式ガスクーラ８を圧縮機６などの上方に設置することにより、加熱機構２全体の設置面積を抑えつつ、水冷式ガスクーラ８および内部熱交換器１０における超臨界状態のＣＯ２冷媒の流れ方向を、重力方向（つまり、上から下）にすることができる。したがって、超臨界状態のＣＯ２冷媒に溶解した圧縮機６内の潤滑油が、水冷式ガスクーラ８や内部熱交換器１０などに滞留するのを抑制し、潤滑油を圧縮機６に戻すことができる。この結果、圧縮機６に異常摩耗が生じるのを防止することができる。
【0089】
可変膨張弁３２によって膨張されたＣＯ２冷媒は、蒸発器１２および内部熱交換器１０において、流れ方向が反重力方向（下から上）となるが、圧縮機６、内部熱交換器１０および蒸発器１２のそれぞれの下端位置を同じ高さにすることにより、蒸発器１２出口から圧縮機６までの高低差をできるだけ小さくして、潤滑油が圧縮機６に戻りやすくするのが好適である。
【0090】
また、圧縮機６の停止した後、圧縮機６の作動を再開する際は、可変膨張弁３２および可変バイパス弁２８を所定の開度に維持しつつ、図４に示すように、中間速度での運転と最低速度での運転とを所定時間ずつ何度か繰り返すのがよい。これによって、圧縮機６の停止時に内部熱交換器１０および蒸発器１２に滞留した潤滑油を圧縮機６に効率的に戻すことができる。
【符号の説明】
【0091】
２：加熱機構
４：制御手段
４ａ：設定部
４ｂ：制御部
６：圧縮機
８：水冷式ガスクーラ
１０：内部熱交換器
１２：蒸発器
１４：第一の経路
１６：第二の経路
１８：第三の経路
２０：制水弁
２２：第四の経路
２４：第一の連結部
２６：第二の連結部
２８：可変バイパス弁
３０：バイパス経路
３２：可変膨張弁
３４：第一の圧力センサー
３６：第二の圧力センサー
３８：第一の温度センサー
４０：第二の温度センサー
４２：第三の温度センサー
４４：第四の温度センサー
４６：第五の温度センサー
４８：第六の温度センサー
５０：第七の温度センサー
Ｐ：臨界点
Ｒ：臨界点を囲繞する経路
４：制御手段
４ａ：設定部
４ｂ：制御部
６：圧縮機
８：水冷式ガスクーラ
１０：内部熱交換器
１２：蒸発器
１４：第一の経路
１６：第二の経路
１８：第三の経路
２０：制水弁
２２：第四の経路
２４：第一の連結部
２６：第二の連結部
２８：可変バイパス弁
３０：バイパス経路
３２：可変膨張弁
３４：第一の圧力センサー
３６：第二の圧力センサー
３８：第一の温度センサー
４０：第二の温度センサー
４２：第三の温度センサー
４４：第四の温度センサー
４６：第五の温度センサー
４８：第六の温度センサー
５０：第七の温度センサー
Ｐ：臨界点
Ｒ：臨界点を囲繞する経路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】