(57)【要約】  空気流等の気体流の温度調整できる範囲が狭いと共に、湿度調整を施すことができず、且つエネルギー的に無駄がある従来の温度調整装置の課題を解決する。  圧縮機１８で圧縮した第1熱媒体の一部を加熱器１４に供給する加熱流路と、第1熱媒体の残余部を凝縮し断熱膨張して冷却してから冷却器１６に供給する冷却流路と、加熱器１４と冷却器１４との間に設け、空気に所定量の水分を供給する噴霧ノズル群１５とを具備し、加熱器１４及び冷却器１６を通過する空気を所定温度とする温湿度調整装置であって、第１熱媒体の冷却流路と加熱流路とへの分配比率を変更可能な比例三方弁２０と、加熱流路の加熱能力を高めるヒートポンプ手段と、比例三方弁２０を制御し、第１熱媒体の分配比率を調整して、加熱器１４と冷却器１６とを通過する空気を所定温度に制御する温度制御部２２と、加熱器１４及び冷却器１６を通過した空気を所定湿度に制御するように、噴霧ノズル群１５に供給する水量を制御する湿度制御部２７とが設けられている。
2009125776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮されて加熱された高温の第1熱媒体の一部が加熱手段に供給される加熱流路と、前記高温の第1熱媒体の残余部が凝縮手段で冷却されてから第１膨張手段で断熱的に膨張して更に冷却されて冷却手段に供給される冷却流路と、前記高温の第1熱媒体が分配されて前記加熱流路と冷却流路との各々を通過した第１熱媒体が圧縮機に再供給される循環回路とを具備し、
前記加熱手段及び冷却手段を通過する温湿度調整対象の気体を所定の温度及び湿度に調整する温湿度調整装置であって、
前記圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体の一部を前記加熱流路側に分配すると共に、前記高温の第１熱媒体の残余部を冷却流路側に分配し、且つ前記加熱流路と冷却流路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を変更可能な分配手段と、
前記加熱流路の加熱能力が向上するように、前記加熱手段で熱を放出して冷却されてから第２膨張手段で断熱的に膨張されて更に冷却された第１熱媒体が、外部熱源である第２熱媒体から吸熱する吸熱手段を具備するヒートポンプ手段と、
前記分配手段を制御し、前記加熱流路と冷却流路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、前記加熱手段と冷却手段とを通過する温湿度調整対象の気体を所定温度に制御する温度制御部と、
前記加熱手段及び冷却手段を通過する気体を所定湿度に制御する湿度制御手段とが設けられていることを特徴とする温湿度調整装置。
【請求項２】
湿度制御手段が、温湿度調整対象の気体に所定量の水分を供給する水分供給手段であって、前記水分供給手段から供給された水分中の液滴が加熱手段によって直接又は加熱手段で加熱された気体によって加熱されて蒸発するように、前記水分供給手段が加熱手段の前記気体の入口側又は出口側に設けられている請求項１記載の温湿度調整装置。
【請求項３】
水分供給手段は、水を噴射する水噴霧ノズルと、前記水噴霧ノズルに水を供給する水供給配管に設けられた制御弁と、前記制御弁を調整し、前記水噴霧ノズルに供給する水量を制御する湿度制御部とを具備する請求項２記載の温湿度調整装置。
【請求項４】
湿度調整手段が、加熱ヒータによって水蒸気を発生させる水蒸気発生手段である請求項１記載の温湿度調整装置。
【請求項５】
水蒸気発生手段には、加熱ヒータの加熱量を調整して水蒸気発生量を制御する湿度制御部が設けられている請求項４記載の温湿度調整装置。
【請求項６】
冷却流路の凝縮手段に供給されて第１熱媒体を冷却する冷却媒体とヒートポンプ手段の吸熱手段に供給される第２熱媒体とが、同一熱媒体であって、前記同一熱媒体は凝縮手段に供給されてから前記吸熱手段に供給される請求項１〜５のいずれか一項記載の温湿度調整装置。
【請求項７】
第２熱媒体が、外部から加熱又は冷却されることなく供給される第２熱媒体である請求項６記載の温湿度調整装置。
【請求項８】
圧縮機の回転数を制御する回転数制御手段が設けられ、温度制御部によって制御される高温の第1熱媒体の分配比率が、加熱手段によって温湿度調整対象の気体に加えられる加熱量と冷却手段によって温湿度調整対象の気体に加えられる冷却量とのうち、互いに打ち消し合う熱量分を少なくできる分配比率となるように、前記回転数制御手段を介して圧縮機の回転数を変更する圧縮機制御部が設けられている請求項1〜７のいずれか一項記載の温湿度調整装置。
【請求項９】
圧縮機制御部では、高温の第1熱媒体の分配比率が、温湿度調整対象の気体が加熱される加熱側の場合、高温の第1熱媒体の９５〜８５％が加熱手段に分配され且つ残余の高温の第1熱媒体の５〜１５％が冷却手段に分配される範囲となるように、他方、前記温湿度調整対象の気体が冷却される冷却側の場合、高温の第1熱媒体の９５〜８５％が冷却手段に分配され且つ残余の高温の第1熱媒体の５〜１５％が加熱手段に分配される範囲となるように、回転数制御手段を介して圧縮機の回転数を制御する請求項８記載の温湿度調整装置。
【請求項１０】
回転数制御手段が、インバータである請求項８又は請求項９記載の温湿度調整装置。
【請求項１１】
加熱流路と冷却流路との各々を通過した第１熱媒体が合流して圧縮機に再供給される第１熱媒体の流路のうち、分配手段から前記第１熱媒体が合流されるまでの前記加熱流路を含む流路と冷却流路を含む流路との各々が、流路的に独立して設けられている請求項１〜１０のいずれか一項記載の温湿度調整装置。
【請求項１２】
分配手段が、加熱流路と冷却流路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を実質的に連続して変更可能な分配手段である請求項１〜１１のいずれか一項記載の温湿度調整装置。
【請求項１３】
分配手段が、加熱流路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却流路側に分配する高温の第１熱媒体との合計量が圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体量と等しくなるように、前記高温の第１熱媒体を比例分配する比例三方弁である請求項１〜１２のいずれか一項記載の温湿度調整装置。
【請求項１４】
分配手段が、高温の第１熱媒体を加熱流路側と冷却流路側とに分岐する分岐配管の各々に設けられた二方弁であって、
温度制御部が、前記加熱流路と冷却流路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、加熱手段と冷却手段とを通過する温湿度調整対象の気体を所定温度に制御すると共に、前記加熱流路側に分配される高温の第１熱媒体と冷却流路側に分配される高温の第１熱媒体との合計量が圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体量と等しくなるように、前記二方弁の各々の開度を調整する温度制御部でもある請求項１〜１３のいずれか一項記載の温湿度調整装置。
【請求項１５】
冷却流路の凝縮手段に供給される冷却媒体が、液状媒体であって、圧縮機の吐出側の圧力が一定に保持されるように、前記凝縮手段に供給される前記液状媒体の供給量を制御する冷媒制御手段が設けられている請求項１〜１４のいずれか一項記載の温湿度調整装置。
【請求項１６】
圧縮機で圧縮して加熱した高温の第1熱媒体の一部を直接供給する加熱手段と、前記第１熱媒体の残余部を凝縮手段で冷却した後、第１膨張手段で断熱的に膨張させて更に冷却して供給する冷却手段とを、順次通過する温湿度調整対象の気体に対し、前記加熱手段と冷却手段とに分配する前記第１熱媒体の分配率を変更して、前記気体を所定温度に調整すると共に、
前記温湿度調整対象の気体が通過する流路に設けた湿度制御手段によって前記気体を所定の湿度に調整し、
且つ前記加熱手段を通過した第１熱媒体を、第２膨張手段によって断熱的に膨張させて冷却して、外部熱源である第２熱媒体から吸熱する吸熱手段を具備するヒートポンプ手段を通過させた後、前記冷却手段を通過した第１熱媒体と共に前記圧縮機に戻すことを特徴とする温湿度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温湿度調整装置及び温湿度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、例えば特開昭５１−９７０４８号公報には、図１３に示す温度調整装置が記載されている。
図１３に示す温度調整装置には、圧縮機１００、三方弁１０２、凝縮器１０４、膨張弁１０６、冷却器１０８及び加熱器１１０が設けられており、冷却器１０８を具備する冷却流路と加熱器１１０を具備する加熱流路とが設けられている。
かかる冷却器１０８と加熱器１１０とによって、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流の温度が調整される。
この図１３に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の熱媒体を三方弁１０２によって、冷却流路と加熱流路とに分配する。冷却流路側に分配された高温の熱媒体は、凝縮器１０４で冷却される。この冷却された熱媒体は、膨張弁１０６によって断熱的に膨張されて冷却され、冷却器１０８に供給される。冷却器１０８では、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流を冷却しつつ吸熱して昇温された熱媒体は圧縮機１００に供給される。
一方、加熱流路側に分配された高温の熱媒体は加熱器１１０に供給され、冷却器１０８で冷却された温度調整対象の空気流を加熱して所望の温度に調整する。この様に、加熱器１１０において、温度調整対象の空気流を加熱しつつ放熱して降温された熱媒体は、膨張弁１０６及び冷却器１０８を通過して圧縮機１００に供給される。
【発明の概要】
【０００３】
図１３に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の熱媒体の全量が膨張弁１０６を通過して断熱的に膨張されて冷却され、冷却器１０８に供給されるため、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流を冷却する冷却エネルギー量は一定である。
一方、三方弁１０２によって加熱流路側に分配する高温の熱媒体の流量を調整することによって、冷却器１０８で冷却された温度調整対象の空気流に対する加熱器１１０での加熱量を調整できる。
従って、冷却器１０８及び加熱器１１０を通過する温度調整対象の空気流の温度を調整でき、空間ユニット内の温度管理を狭い温度範囲で行うことは可能である。
しかし、図１３に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の熱媒体の全量が膨張弁１０６を通過して断熱的に膨張されて冷却され、冷却器１０８に供給されるため、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流に対する温度調整は、専ら加熱器１１０に供給する圧縮機１００で圧縮された高温の熱媒体の再加熱によって行われる。
この様に、図１３に示す温度調整装置で採用された温度制御方式では、加熱に使用した熱媒体も冷却流路に流すため、加熱できる熱量は圧縮機の動力による熱量のみとなり、冷却器１０８及び加熱器１１０に対する負荷変動への対応が困難である。
このため、冷却器１０８及び加熱器１１０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、温度調整対象の空気流の温度が設定温度に到達しなかったり、設定温度に到達するまでに著しく時間がかかることがある。
更に、図１３に示す温度調整装置では、冷却器１０８及び加熱器１１０を通過する温度調整対象の空気流の湿度を調整する湿度調整機能が設けられておらず、空気流に湿度調整を施すことはできない。
そこで、本発明は、空気流等の気体流の温度調整できる範囲が狭いと共に、湿度調整を施すことができず、且つエネルギー的に無駄がある従来の温度調製装置の課題を解決し、気体流の温度調整と湿度調整とを同時に行うことのできる範囲が広く、且つ省エネルギーを図ることのできる温湿度調整装置及び温湿度調整方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、前記課題を解決するには、冷却流路及び加熱流路を設け、冷却流路の冷却手段及び加熱流路の加熱手段を通過する温湿度調整対象の空気に対する冷却量と加熱量とを変更可能な分配手段を設けること、加熱流路の加熱能力を向上すべく、低温の部分から温度の高い部分へ熱を移動できるヒートポンプ手段を設けること、及び気体流の流路内に湿度調整手段を設けることが有効であることを見出した。
すなわち、前記課題を解決する手段としては、圧縮機で圧縮されて加熱された高温の第1熱媒体の一部が加熱手段に供給される加熱流路と、前記高温の第1熱媒体の残余部が凝縮手段で冷却されてから第１膨張手段で断熱的に膨張して更に冷却されて冷却手段に供給される冷却流路と、前記高温の第1熱媒体が分配されて前記加熱流路と冷却流路との各々を通過した第１熱媒体が圧縮機に再供給される循環回路とを具備し、前記加熱手段及び冷却手段を通過する温湿度調整対象の気体を所定の温度及び湿度に調整する温湿度調整装置であって、前記圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体の一部を前記加熱流路側に分配すると共に、前記高温の第１熱媒体の残余部を冷却流路側に分配し、且つ前記加熱流路と冷却流路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を変更可能な分配手段と、前記加熱流路の加熱能力が向上するように、前記加熱手段で熱を放出して冷却されてから第２膨張手段で断熱的に膨張されて更に冷却された第１熱媒体が、外部熱源である第２熱媒体から吸熱する吸熱手段を具備するヒートポンプ手段と、前記分配手段を制御し、前記加熱流路と冷却流路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、前記加熱手段と冷却手段とを通過する温湿度調整対象の気体を所定温度に制御する温度制御部と、前記加熱手段及び冷却手段を通過する気体を所定の湿度に制御する湿度制御手段とが設けられている温湿度調整装置を提供できる。
また、前記課題を解決する手段としては、圧縮機で圧縮して加熱した高温の第1熱媒体の一部を直接供給する加熱手段と、前記第１熱媒体の残余部を凝縮手段で冷却した後、第１膨張手段で断熱的に膨張させて更に冷却して供給する冷却手段とを、順次通過する温湿度調整対象の気体に対し、前記加熱手段と冷却手段とに分配する前記第１熱媒体の分配率を変更して、前記気体を所定温度に調整すると共に、前記温湿度調整対象の気体が通過する流路に設けた湿度制御手段によって前記気体を所定湿度に調整し、且つ前記加熱手段を通過した第１熱媒体を、第２膨張手段によって断熱的に膨張させて冷却して、外部熱源である第２熱媒体から吸熱する吸熱手段を具備するヒートポンプ手段を通過させた後、前記冷却手段を通過した第１熱媒体と共に前記圧縮機に戻す温湿度調整方法を提供できる。
本発明者らが提供した課題を解決する手段において、下記の好ましい態様を上げることができる。
湿度制御手段として、温湿度調整対象の気体に所定量の水分を供給する水分供給手段を用い、前記水分供給手段から供給した水分中の液滴を加熱手段によって直接又は加熱手段で加熱した気体によって加熱して蒸発するように、前記水分供給手段を加熱手段の前記気体の入口側又は出口側に設けることによって、湿度調整を行うことができる。
この水分供給手段として、水を噴射する水噴霧ノズルと、前記水噴霧ノズルに水を供給する水供給配管に設けた制御弁と、前記制御弁を調整し、前記水噴霧ノズルに供給する水量を制御する湿度制御部とを具備する水分供給手段を用いることによって、湿度制御を容易に行うことができる。
或いは、湿度調整手段として、加熱ヒータによって水蒸気を発生させる水蒸気発生手段を用いることができる。
この水蒸気発生手段には、加熱ヒータの加熱量を調整して水蒸気発生量を制御する湿度制御部を設けることによって、湿度制御を容易に行うことができる。
冷却流路の凝縮手段に供給されて第１熱媒体を冷却する冷却媒体とヒートポンプ手段の吸熱手段に供給される第２熱媒体とを、同一熱媒体とし、前記同一熱媒体を凝縮手段に供給してから前記吸熱手段に供給することによって、凝縮手段で除去された高温の第１熱媒体の熱を有効利用できる。
この第２熱媒体として、外部から加熱又は冷却されることなく供給された第２熱媒体を用いることが、省エネルギーの観点から有効である。
また、圧縮機の回転数を制御する回転数制御手段を設け、温度制御部によって制御される高温の第1熱媒体の分配比率が、加熱手段によって温湿度調整対象の気体に加えられる加熱量と冷却手段によって温湿度調整対象の気体に加えられる冷却量とのうち、互いに打ち消し合う熱量分を少なくできる分配比率となるように、前記回転数制御手段を介して圧縮機の回転数を変更する圧縮機制御部を設けることによって、加熱手段と冷却手段との各々に加えられる熱量のうち、互いに打ち消し合う熱量を少なくできるため、ヒートポンプ手段を設けたことと相俟って更に一層の省エネルギーを図ることができる。
かかる圧縮機制御部では、高温の第1熱媒体の分配比率が、温湿度調整対象の気体が加熱される加熱側の場合、高温の第1熱媒体の９５〜８５％が加熱手段に分配され且つ残余の高温の第1熱媒体の５〜１５％が冷却手段に分配される範囲となるように、他方、前記温湿度調整対象の気体が冷却される冷却側の場合、高温の第1熱媒体の９５〜８５％が冷却手段に分配され且つ残余の高温の第1熱媒体の５〜１５％が加熱手段に分配される範囲となるように、回転数制御手段を介して圧縮機の回転数を制御することによって、温湿度調整装置の省エネルギーを図りつつ、温湿度調整装置を安定して運転できる。この回転数制御手段としては、インバータを好適に用いることができる。
更に、加熱流路と冷却流路との各々を通過した第１熱媒体が合流して圧縮機に再供給される第１熱媒体の流路のうち、分配手段から前記第１熱媒体が合流されるまでの前記加熱流路を含む流路と冷却流路を含む流路とを、流路的に独立して設けることによって、温湿度調整対象の気体の温度調整幅を広くできる。
この加熱流路と冷却流路とに高温の第１熱媒体を分配する分配手段としては、加熱流路と冷却流路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を実質的に連続して変更可能な分配手段を用いることによって、温湿度調整対象の気体の温度調整を更に一層精密調整できる。
かかる分配手段としては、加熱流路と冷却流路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を実質的に連続して変更可能な分配手段を用いることによって、温湿度調整対象の気体の温度調整を更に一層精密調整できる。
この「実質的に連続して変更可能な分配手段」とは、分配手段として二方弁又は比例三方弁を用い、二方弁又は比例三方弁がステップ制御で駆動が制御されているとき、二方弁又は比例三方弁は微視的にはステップ的に駆動されているものの、全体的には連続的に駆動されている場合を含むことを意味する。
分配手段としては、加熱流路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却流路側に分配する高温の第１熱媒体との合計量が圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体量と等しくなるように、前記高温の第１熱媒体を比例分配する比例三方弁を用いることによって、圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体の分配比率をスムーズに変更できる。
また、分配手段として、高温の第１熱媒体を加熱流路側と冷却流路側とに分岐する分岐配管の各々に設けた二方弁とし、温度制御部を、前記加熱流路と冷却流路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、加熱手段と冷却手段とを通過する温湿度調整対象の気体を所定温度に制御すると共に、前記加熱流路側に分配される高温の第１熱媒体と冷却流路側に分配される高温の第１熱媒体との合計量が圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体量と等しくなるように、前記二方弁の各々の開度を調整する温度制御部とすることによっても、圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体の分配比率をスムーズに変更できる。
更に、冷却流路の凝縮手段に供給する冷却媒体を液状媒体とし、圧縮機の吐出側の圧力が一定に保持されるように、前記凝縮手段に供給する前記液状媒体の供給量を制御する冷媒制御手段を設けることによって、温湿度調整装置を安定して運転でき、凝縮手段に液状媒体が必要以上に供給されることを防止できる。
【０００４】
発明の効果
本発明者らが提供した温湿度調整装置及び温湿度調整方法では、加熱流路の加熱手段と冷却流路の冷却手段との各々に、圧縮機から吐出された高温の第１熱媒体が供給される。更に、加熱流路と冷却流路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を変更して、加熱手段と冷却手段とを通過する温湿度調整対象の気体に対する加熱量と冷却量とを容易に調整でき、加熱手段及び冷却手段を通過する気体の温度を所定温度に調整できる。
しかも、かかる加熱手段及び冷却手段を通過した気体を所定湿度に制御する湿度制御手段を設けているため、加熱手段及び冷却手段を通過した気体の湿度も所定湿度に同時に調整できる。
また、本発明者らが提供した温湿度調整装置及び温湿度調整方法には、ヒートポンプ手段を具備している。このヒートポンプ手段は、低温の部分から温度の高い部分へ熱を移動できる手段であるため、圧縮機によって圧縮されて加熱された高温の第１熱媒体（温度の高い部分）のうち、加熱流路の加熱手段で熱を放出して冷却してから第２膨張手段で断熱的に膨張して更に冷却した第１熱媒体を、ヒートポンプ手段を構成する吸熱手段によって、外部熱源の第２熱媒体（温度の低い部分）から吸熱し昇温して気化させて圧縮機に戻すことができる。このため、単位電力当たりの加熱能力を大幅に増加でき、省エネルギーを図ることができる。
従って、この温湿度調整装置及び温湿度調整方法では、圧縮機から吐出される高温の第１熱媒体（温度の高い部分）には、圧縮機による圧縮動力エネルギーに、ヒートポンプ手段によって外部熱源の第２熱媒体（温度の低い部分）から吸熱されたエネルギーを加えることができ、高温の第１熱媒体が供給される加熱手段の加熱能力を向上できる。
この様な温湿度調整装置及び温湿度調整方法では、加熱手段及び冷却手段を通過する温湿度調整対象の気体の微小な負荷変動は、加熱流路と冷却流路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を微小調整することによって迅速に対応できると共に、負荷変動による気体の湿度変化も湿度制御手段によって迅速に対応でき、温湿度調整対象の気体に対して温度及び湿度の調整を図ることができる。
また、本発明者らが提供した温湿度調整装置及び温湿度調整方法において、加熱手段と冷却手段とを通過する温湿度調整対象の気体の設定温度を大幅に高くする場合でも、高温の第１熱媒体の分配比率を冷却流路よりも加熱流路に分配する分配比率を大幅に高くすることによって、温湿度調整対象の気体を所定の温度に調整でき、温湿度調整対象の気体の温度調整幅を広げることができる。
この場合、温湿度調整対象の気体の湿度も、湿度制御手段によって所定湿度に保持できる。
この様に、本発明者らが提供した温湿度調整装置及び温湿度調整方法では、図１３に示す従来の温度調整装置やこの温度調整装置を用いた温度調整方法では不可能であった、温湿度調整対象の気体を所定の温度及び湿度に調整でき、且つ省エネルギーを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明者らが提供した温湿度調整装置の一例を説明する概略図である。
【図２】図１に示す温湿度調整装置に用いる制御弁４０の内部構造を説明する説明図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄは、図１に示す加熱器１４、冷却器１６及び噴霧ノズル群１５の配列について説明する説明図である。
【図４】図１に示す温湿度調整装置で用いることのできる他の分配手段を説明する説明図である。
【図５】図４に示す分配手段で用いる二方弁の流量特性を示すグラフである。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、図１に示す温湿度調整装置において、冷却側にある場合の省エネルギーの原理を説明する説明図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、図１に示す温湿度調整装置において、加熱側にある場合の省エネルギーの原理を説明する説明図である。
【図８】本発明者らが提供した温湿度調整装置の他の例を説明する概略図である。
【図９】図８に示す温湿度調整装置の温度制御部２２とCOMP制御部４４とによる制御手順を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明者らが提供した温湿度調整装置の他の例を説明する概略図である。
【図１１】本発明者らが提供した温湿度調整装置の他の例を説明する概略図である。
【図１２】本発明者らが提供した温湿度調整装置の他の例を説明する概略図である。
【図１３】従来の温度調整装置を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明者らが提供した温湿度調整装置の一例を説明する概略図を図１に示す。図１に示す温湿度調整装置には、温度及び湿度の調整がなされたクリーンルーム内に設置された空間ユニット１０内に、ファン１２によって吸込んだ温湿度調整対象の気体としての空気の温度及び湿度を調整する加熱流路、冷却流路及び湿度制御手段としての水分供給手段が設けられている。
かかる加熱流路を構成する加熱手段としての加熱器１４と冷却流路を構成する冷却手段としての冷却器１６とが設けられ、クリーンルーム内の空気は冷却器１６を通過して除湿された後、加熱器１４を通過するように、冷却器１６と加熱器１４とが配設されている。
この冷却器１６と加熱器１４との間に、水分供給装置を構成する噴霧ノズル群１５が配設されており、冷却器１６によって除湿された空気に、所定量の水を噴霧する。この噴霧ノズル群１５を構成する噴霧ノズル１５ａ，１５ａ・・には、水タンク１７に貯留されている純水がポンプ１９及び水供給配管２１に設けられた制御弁２３を経由して供給される。更に、供給された純水を噴霧するための圧縮空気も、配管２５を経由して噴霧ノズル１５ａ，１５ａ・・に供給される。
かかる水タンク１７には、配管３３を経由して供給された通常水を純水器３５に供給して得た純水が貯留されている。この水タンク１７の純水の貯留量は、純水供給配管３７に設けられた制御弁３９によって一定に保持されている。
この噴霧ノズル１５ａとしては、公知の噴霧ノズル、例えば、空気と水とを同時に噴射して水を霧状態とする二流体ノズルを用いることができる。或いは、噴霧ノズル群１５に代えて、一個の二流体ノズルを用いることができる。
図１に示す温湿度調整装置には、圧縮機１８から吐出された第１熱媒体が、加熱器１４を含む加熱流路と冷却器１６を含む冷却流路とに分配され、加熱流路及び冷却流路の各々を通過した第１熱媒体が圧縮機１８に再供給される循環回路が設けられている。
この第１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、炭酸ガスを用いることができる。かかる第１熱媒体が供給され、第１熱媒体の気化・液化によってクリーンルーム内の空気を加熱・冷却して所定の温度に調整する。
この様な第１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の第１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が設けられた加熱流路側と冷却器１６が設けられた冷却流路側とに分配する。
この比例三方弁２０では、加熱流路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却流路側に分配する高温の第１熱媒体との合計量が圧縮機１８から吐出された高温の第１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、温度制御部２２によって制御されている。この温度制御部２２では、空間ユニット１０の空気吹出口に設けられた温度センサ２４によって測定された測定温度と設定された設定温度とを比較し、測定温度が設定温度と一致するように、加熱流路側と冷却流路側とに分配する高温の第１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内に吸込まれた空気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。
かかる温度制御部２２に設定する設定温度は、任意に設定できるようにしてもよい。更に、図１に示す温度センサ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。
また、噴霧ノズル群１５から噴霧される純水量は、湿度制御部２７によって制御されている。この湿度制御部２７では、空間ユニット１０の空気吹出口に設けられた湿度センサ２９によって測定された測定湿度と設定された設定湿度と比較し、測定湿度が設定湿度と一致するように制御弁２３を調整し、空間ユニット１０内に吸込まれた空気を所定湿度に調整する。
かかる湿度制御部２７に設定する設定湿度は、任意に設定できるようにしてもよい。更に、図１に示す湿度センサ２９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。
比例三方弁２０によって加熱流路側に分配された高温の第１熱媒体は、加熱器１４に直接供給され、空間ユニット１０内に吸引されて冷却器１６で冷却された空気流及び噴霧ノズル群１５から噴霧された水分を加熱して所定温度に調整する。その際に、高温の第１熱媒体は放熱して冷却されて凝縮液を含む第１熱媒体となる。
一方、冷却流路側に分配された高温の第１熱媒体は、凝縮手段としての凝縮器２６によって冷却されてから第1膨張手段としての膨張弁２８によって断熱的に膨張して更に冷却（例えば、１０℃に冷却）される。冷却された第１熱媒体は、冷却器１６に供給されて気化し、空間ユニット１０内に吸込まれた空気流を冷却する。
かかる凝縮器２６には、加熱器１４側に分配された高温の第１熱媒体を冷却する冷却用として配管３０を経由して、外部から加熱又は冷却されることなく供給された第２熱媒体として冷却水が供給されている。かかる冷却水は、凝縮器２６内で７０℃程度の第１熱媒体によって３０℃程度に加熱されて配管３１から吐出される。この配管３１から吐出される冷却水は、ヒートポンプ手段の吸熱手段としての吸熱器３２に加熱源として供給される。
この吸熱器３２には、加熱器１４で放熱した第１熱媒体を、第2膨張手段としての膨張弁３４によって断熱的に膨張して更に冷却した１０℃程度の第１熱媒体が供給されている。このため、吸熱器３２では、凝縮器２６で吸熱して３０℃程度に昇温された冷却水と気化により１０℃程度に冷却された第１熱媒体との温度差に基づいて、第１熱媒体が冷却水から吸熱できる。
吸熱器３２で冷却水から吸熱して昇温されて気化した第１熱媒体は、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て気化した第１熱媒体も供給される。
かかるアキュームレータ３６は、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であるため、確実に第1熱媒体のガス成分のみを圧縮機１８に供給できる。
このアキュームレータ３６としては、蓄圧器用タイプのアキュームレータを用いることができる。
また、吸熱器３２から排出された冷却水を、純水器３５に供給して、噴霧ノズル群１５の噴霧ノズル１５ａから噴霧するようにしてもよい。吸熱器３２から排出された冷却水が、配管３３から供給される冷却水よりも温度が高い場合には、噴霧ノズル１５ａから噴霧された水の蒸発潜熱が小さいため、空気流の温度低下を小さくできる。
尚、アキュームレータ３６を設置しなくても、吸熱器３２で空気流から吸熱して昇温されて気化した熱媒体と、冷却器１６に供給されて空間ユニット１０内に吸込まれた気体から吸熱して蒸発した熱媒体とを合流して、圧縮機１８に再供給できればよい。
ところで、加熱器１４で放熱した第１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、第１熱媒体と外部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第１熱媒体は、外部から凝縮器２６を経由して吸熱器３２に供給された第２熱媒体としての冷却水から吸熱できる。
従って、圧縮機１８から吐出される高温の第１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冷却水より吸熱したエネルギーを加えることができる。この吸熱器３２による吸熱は、第1熱媒体を循環させる圧縮機１８の駆動エネルギーのみによって行うことができる。
更に、図１に示す温湿度調整装置では、外部から供給された冷却水が凝縮器２６を経由して吸熱器３２に供給されている。このため、凝縮器２６で除去した高温の第１熱媒体からのエネルギーの一部も、圧縮機１８から吐出される高温の第１熱媒体に加えることができ、加熱流路の加熱能力を向上できる。このため、ヒートポンプ手段の吸熱器３２によって吸熱したエネルギーに加えて、凝縮器２６で除去した高温の第１熱媒体からのエネルギーの一部も圧縮機１８から吐出される高温の第１熱媒体に加えることができ、加熱流路の加熱能力を向上できる結果、空気流の温度調整範囲を広げることができ、且つ大幅な省エネルギーを図ることができる。
しかも、かかる加熱器１４は、その空気流に対する加熱能力のみならず、噴霧ノズル１５ａから噴霧された水分の加熱能力も大幅に増加でき、加湿能力も大幅に増加できるため、空気流の湿度調整範囲も広げることができる。
この様に、加熱能力が向上された加熱器１４の空気の供給側に設けられた噴霧ノズル群１５から所定量の純水が噴霧されたことによる空気流温度の低下に対しても、ヒートポンプ手段での吸熱によって空気流温度を所定温度に昇温できる加熱能力を有することができる。
ここで、ヒートポンプ手段を設けることなく噴霧ノズル群１５を設置して湿度調整を試みた場合、空気流を所定温度に調整できない事態や空気流を所定温度に調整するに長時間かかる事態が発生するおそれがある。
つまり、噴霧ノズル群１５から噴霧された水による空気流温度の低下に対して、圧縮機１８から吐出された高温の第１熱媒体の一部が供給されている加熱器１４での加熱量を増加することが必要となる。
しかし、加熱器１４に供給される第１熱媒体には、圧縮機１８によって加えられる熱量のみである。
従って、湿度調整のために噴霧ノズル群１５から供給される水分量が急増した場合、空気流を所定温度に昇温するに充分な熱量を加熱器１４に直ちに供給できないからである。
この様に、図１に示す温湿度調整装置では、その加熱流路の加熱能力をヒートポンプ手段の設置によって向上できるため、所定電力当たりの加熱能力及び加湿能力を大幅に増加させることができ、且つ省エネルギーを図ることができる。
また、図１に示す温湿度調整装置では、比例三方弁２０によって加熱流路側に分配する高温の第１熱媒体と冷却流路側に分配する高温の第１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連続して変更できる。
このため、図１に示す温湿度調整装置では、加熱流路及び冷却流路に高温の第１熱媒体が常時供給されており、加熱流路の加熱器１４と冷却流路の冷却器１６とを通過する温湿度調整対象の空気流の微小な負荷変動は、加熱流路と冷却流路とに分配する高温の第１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。
また、図１に示す温湿度調整装置の様に、加熱器１４の空気入口側に設けられた噴霧ノズルから純水が噴霧されて、空気中の湿度を所定値に維持できる。更に、クリーンルーム内の空気を循環すると、循環空気はファン１２等によって加熱されるが、噴霧ノズル群１５からの純水の噴霧によって除熱されるため、冷却器１６に対する負荷を小さくできる。
その結果、加熱流路の冷却器１６、噴霧ノズル群１５及び加熱器１４を通過する温湿度調整対象の空気流の温度及び湿度を設定値に対して高精度に制御でき、図１に示す空間ユニット１０の温度変化及び湿度変化を小さくでき、精密加工が要求される工程を設置できる。
図１に示す温湿度調整装置では、上述した様に、加熱流路の加熱能力が向上され、且つ加熱流路と冷却手段とを含む流路のうち、分配手段としての比例三方弁２０から冷却器１６及び吸熱器３２の各々を通過した第１熱媒体がアキュームレータ３６で合流されるまでの加熱流路を含む流路と冷却流路を含む流路との各々が、流路的に独立して設けられている。このため、温度の異なる第1熱媒体が混合されることがなく、温湿度調整対象の温度調整幅を広くできる。
また、加熱器１４と冷却器１６とを通過する温湿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によって高温の第１熱媒体の分配比率を冷却流路よりも加熱流路に分配する分配比率を大幅に高くして、温湿度調整対象の空気流を所定温度に迅速に調整できる。
かかる空気流の温度調整の際にも、空気流の湿度を設定湿度に調整するように、湿度制御部２７は噴霧ノズル群１５からの純水の噴霧量を調整する。
更に、図１に示す温湿度調整装置では、加熱流路の加熱能力が向上され、加熱水蒸気発生装置等の他の水分供給手段や加熱手段を用いることを要しないため、大幅な省エネルギーを図ることができる。
尚、図１に示す温湿度調整装置では、温度制御部２２と湿度制御部２７とが独立して温度・湿度を調整しているが、設定温度や設定湿度を変更した場合でも、空気流の温度・湿度は比較的短時間で設定温度・設定湿度に到達する。
以上、説明してきた図１に示す温湿度調整装置では、凝縮器２６に冷却水を供給する配管３０に、冷媒制御手段としての制御弁４０が設けられている。この制御弁４０は、圧縮機１８の吐出圧が一定となるように制御されている。かかる制御弁４０は、図２に示す様に、冷却水の流路内に設けられた弁部４０ａの開口部を開閉する弁体４０ｂを具備する棒状部が設けられている。この棒状部は、その先端面が当接するバネ４０ｃによって弁体４０ｂが弁部４０ａの開口部を閉じる方向に付勢されている。また、棒状部の他端面は、圧縮機１８から吐出された第１熱媒体の圧力が供給されるベローズ４０ｄに当接し、棒状部をバネ４０ｃの付勢力に抗して弁部４０ａの開口部を開放する方向に弁体４０ｂを付勢している。
このため、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４０ｄによって弁体４０ｄが弁部４０ａの開口部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。この様に、凝縮器２６の冷却能力が向上されて、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４０ｃの付勢力以下となったとき、弁体４０ｄが弁部４０ａの開口部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、温湿度調整装置を安定して運転できる。また、凝縮器２６に冷却水量が必要以上に供給され、系外に排出されないように調整できる。
かかる制御弁４０には、図１に示す様に、制御弁４０のバイパス配管にバルブ４１が設けられている。このバルブ４１は、制御弁４０が故障した場合や加熱器１４に供給される高温の第１熱媒体の供給量が増加して、圧縮機１８の吐出圧が低下し、供給水の不足によって吸熱器３２が実質的に機能しなくなった場合等に、凝縮器２６及び吸熱器３２に強制的に水を供給するためのものである。
図１に示す温湿度調整装置では、冷却器１６と加熱器１４との間に、純水を噴霧する噴霧ノズル群１５が配設されているが、図３Ａに示す様に、加熱器１４の空気の出口側に噴霧ノズル群１５を配設してもよい。この様に、噴霧ノズル群１５を加熱器１４の空気の出口側に配設しても、噴霧ノズル群１５から噴霧された水滴は加熱器１４で加熱され空気流によって加熱されて蒸発できる。
また、冷却器１６と加熱器１４とを、図３Ｂに示す様に、空気が加熱器１４に供給された後、冷却器１６に供給されるように配設し、冷却器１６と加熱器１４との間に噴霧ノズル群１５を配設してもよい。この場合も、噴霧ノズル群１５から噴霧された水滴は加熱器１４で加熱され空気流によって加熱されて蒸発できる。
更に、図３Ｂに示す加熱器１４と冷却器１６との配設であって、図３Ｃに示す様に、加熱器１４の空気の入口側に噴霧ノズル群１５を配設してもよい。この場合は、噴霧ノズル群１５から噴霧された水滴を加熱器１４によって直接加熱して蒸発できる。
但し、例えば、図３Ａに示す加熱器１４と冷却器１６との配設であって、図３Ｄに示す如く、冷却器１６の空気の入口側に噴霧ノズル群１５を配設した場合には、噴霧ノズル群１５から噴霧された水滴は、冷却器１６内で凝縮されて蒸発されることなく空気流から除去されるため、空気流を所定の湿度に調整することが困難となる。
尚、図３Ｂ及び図３Ｃの様に、噴霧ノズル群１５が加熱器１６又は冷却器１４の上流側に設けられている場合には、噴霧ノズル群１５よりも下流側の加熱器１６又は冷却器１４が、噴霧ノズル群１５から噴霧された水滴のエリミネータとしても機能し、下流側の加熱器１６又は冷却器１４を通過した空気流に含有される水滴の大きさを一定にできる。
図１に示す温湿度調整装置に用いた分配手段としての比例三方弁２０に代えて、図４に示す様に、２個の二方弁としての二方弁３８ａ，３８ｂを用いることができる。２個の二方弁３８ａ，３８ｂの各々は、温度制御部２２によって制御されている。かかる温度制御部２２によって、二方弁３８ａ，３８ｂ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の第１熱媒体を加熱流路と冷却流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側に分配する高温の第１熱媒体量と冷却器１６側に分配する高温の第１熱媒体量との合計量が、圧縮機１８から吐出された高温の第１熱媒体量と等しくなるように、二方弁３８ａ，３８ｂの開度を調整して連続的に比例分配される。
その際に、二方弁３８ａ，３８ｂの各々は、図５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、温度制御部２２では、図５に示す二方弁３８ａ，３８ｂの各々についての流量特性データを保持し、温度制御部２２からは、二方弁３８ａ，３８ｂの各流量特性に基づいて各二方弁３８ａ，３８ｂへの開度信号を発信する。
ここで、「加熱流路と冷却流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、二方弁３８ａ，３８ｂをステップ制御によって駆動し、加熱流路と冷却流路との分配比率を調整する際に、二方弁３８ａ，３８ｂ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。
図１に示す温湿度調整装置では、加熱器１４と冷却器１６とによる温湿度調整対象としての空気流の温湿度調整では、例えば、温湿度調整対象の空気流に対して加熱側にある場合、空気温度が安定する運転状態では、図６Ａに示す様に、冷却器１６で冷却した空気流を加熱器１４で加熱している。図６Ａに示す運転状態では、空気流を加熱するに要するエネルギーＡに比較して、加熱器１４で加熱するエネルギーが大きくなる場合がある。この場合、図６Ｂに示す様に、加熱器１４と冷却器１６との重複するエネルギーを可及的に少なくできれば、省エネルギーを図ることができる。
一方、温湿度調整対象の空気流に対して冷却側にある場合、空気流の温度が安定する運転状態では、図７Ａに示す様に、加熱器１４で加熱した空気を冷却器１６で冷却している。図７Ａに示す運転状態では、空気流を冷却するに要するエネルギーＢに比較して、冷却器１６で冷却するエネルギーが大きくなる場合がある。この場合、図７Ｂに示す様に、冷却器１６と加熱器１４との重複するエネルギーを少なくできれば、省エネルギーを図ることができる。
但し、互いに打ち消し合う熱量分をゼロとすべく、加熱器１４と冷却器１６とに高温の第1熱媒体の供給をＯＮ−ＯＦＦ制御すると、温湿度調整装置の運転が不安定となり、空気流を所定温度で安定するまで時間が掛かる。このため、温湿度調整装置を安定運転できる程度には、加熱器１４に加えられる加熱量と冷却器１６に加えられる冷却量のうち、互いに打ち消し合う熱量分を最小限存在させることが必要である。
尚、この必要最小限の互いに打ち消し合う熱量分は、温湿度調整装置によって多少異なるため、実験的に求めておくことが好ましい。
この様に、冷却器１６と加熱器１４との重複するエネルギーを少なくできるように、図８に示す温湿度調整装置では、加熱器１４に加えられる加熱量と冷却器１６に加えられ冷却量のうち、互いに打ち消し合う熱量分を可及的に少なくするように、圧縮機１８の回転数を制御する回転数制御部としてのインバータ４２を介して圧縮機制御部４４（以下、COMP制御部４４と称することがある）によって制御している。
図８に示す温湿度調整装置を構成する構成部材のうち、図１に示す温湿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。
かかるCOMP制御部４４は、比例三方弁２０を制御する温度制御部２２と協働して、加熱器１４に加えられる加熱量と冷却器１６に加えられ冷却量のうち、互いに打ち消し合う熱量分を可及的に少なくしつつ、空気流の温湿度制御を行う。
温度制御部２２による比例三方弁２０の制御とCOMP制御部４４による圧縮機１８の回転数の制御とを図９のフローチャートに示す。
図８に示す温湿度調整装置を試運転したところ、空気流に対して冷却側で運転する場合は、加熱器１４に加えられる加熱量として、比例三方弁２０による加熱器１４側への高温の第１熱媒体の分配率を５〜１５％（比例三方弁２０による冷却器１６側への高温の第１熱媒体の分配率を９５〜８５％）とすることが安定運転上から好ましいことが判明した。
他方、空気流に対して加熱側で運転する場合は、加熱器１４側に加えられる加熱量として、比例三方弁２０による加熱器１４側への高温の第１熱媒体の分配率を９５〜８５％（比例三方弁２０による冷却器１６側への高温の第１熱媒体の分配率を５〜１５％）とすることが安定運転上から好ましいことが判明した。
このため、図９のフローチャートに示す制御では、加熱器１４側に加えられる加熱量、具体的には比例三方弁２０による加熱器１４側への高温の第１熱媒体の分配率を、空気流に対して冷却側で運転する場合は、５〜１５％となるように圧縮機１８の回転数を制御し、空気流に対して加熱側で運転する場合は、９５〜８５％の分配率となるように圧縮機１８の回転数を制御することにした。
図９に示すフローチャートでは、ステップＳ１０で圧縮機１８を起動した後、ステップＳ１２で空気流を所定温度とするように、空間ユニット１０内に設けられた温度センサ２４によって測定された温度信号に基づいて、比例三方弁２０による加熱器１４側と冷却器１６側とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を連続的に変更し、空間ユニット１０内に吸込まれた空気流を所定温度に調整する。
かかる空気流が所定温度に到達して安定しているかをステップＳ１４で判断し、空気流の温度が安定していない場合は、ステップＳ１２に戻り、比例三方弁２０による加熱器１４側と冷却器１６側とに分配する高温熱媒体の分配比率を連続的に変更する。かかるステップＳ１２及びステップＳ１４は温度制御部２２で行う。
一方、空間ユニット１０内の空気流が所定温度に到達して安定している場合は、ステップＳ１６〜Ｓ２２で加熱器１４側に分配される高温の第１熱媒体の分配比率が所定の範囲内であるか否か判断する。このステップＳ１６〜Ｓ２２はCOMP制御部４４で行う。
尚、図９に示す高温の第１熱媒体の平均分配率とは、加熱器１４側に分配される高温の第１熱媒体の分配比率にはばらつきがあるため、所定時間内の第１熱媒体の分配率の平均をとった値であって、以下、単に第１熱媒体の平均分配率と称することがある。
先ず、ステップＳ１６とステップＳ１８とでは、空気流に対して冷却側にあると仮定したとき、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率が５〜１５％内にあるか否か判断する。
ここで、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率が５〜１５％内にある場合は、空気流に対して冷却側にあり、且つ温湿度調整装置の運転が安定する範囲内であるため、ステップＳ１６を通過しステップＳ１８からステップＳ１６に戻る。
一方、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率が５％未満である場合には、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率が低過ぎるため、温湿度調整装置の運転が不安定となり易い。このため、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率を増加すべく、ステップＳ１６からステップＳ２４に移行し、圧縮機１８の回転数を増加する。ステップＳ２４では、COMP制御部４４からインバータ４２に向けて、インバータ４２に設定されている圧縮機１８の回転数を最小変化量で増加する増加信号を発信する。圧縮機１８の回転数を最小変化量で増加することによって、温湿度調整装置を安定して運転できるからである。
尚、圧縮機１８の回転数を変化させる最小変化量は、温湿度調整装置によって異なるため、実験的に求めておくことが好ましいが、圧縮機１８の回転数が２０００〜５０００ｒｐｍのとき、最小変化量を３〜１０%の範囲とすることが好ましい。
また、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率が１５％を越えている場合には、ステップＳ１６とステップＳ１８とを通過して、空気流が冷却側にないと判断し、ステップＳ２０とステップＳ２２とに移行する。ステップＳ２０とステップＳ２２とでは、空気流が加熱側にあると仮定したとき、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率が９５〜８５％内にあるか否か判断する。
ここで、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率が８５〜９５％内にある場合は、空気流が加熱側にあり、且つ温湿度調整装置の運転が安定する範囲内であるため、ステップＳ２０を通過しステップＳ２２からステップＳ１６に戻る。
一方、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率が９５％を超えている場合には、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率が高過ぎ、温湿度調整装置の運転が不安定となり易い。このため、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率を減少すべく、ステップＳ２０からステップＳ２４に移行し、圧縮機１８の回転数を増加する。ステップＳ２４では、COMP制御部４４からインバータ４２に向けて、インバータ４２に設定されている圧縮機１８の回転数を最小変化量で増加する増加信号を発信する。
また、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率が８５％未満の場合には、ステップＳ２２において、空気流は加熱側でもなく且つ冷却側でもない状態、すなわち加熱器１４に加えられる加熱量と冷却器１６に加えられる冷却量のうち、互いに打ち消し合う熱量が多い状態と判断される。このため、ステップＳ２６に移行し、圧縮機１８の回転数を低下する。ステップＳ２６では、COMP制御部４４からインバータ４２に向けて、インバータ４２に設定されている圧縮機１８の回転数を最小変化量で低下する低下信号を発信する。圧縮機１８の回転数を最小変化量で低下し、空気流を加熱側又は冷却側に移行させるためである。
次いで、ステップＳ２４又はステップＳ２６を通過してステップＳ２８に移行し、圧縮機１８が運転中か否か判断して、圧縮機１８が運転中であれば、ステップＳ１４に戻る。ステップＳ１４では、ステップＳ２４又はステップＳ２６において、圧縮機１８の回転数を最小変化量で増加又は低下した状態で、空間ユニット１０内の空気流が所定温度に到達して安定しているかを判断する。空間ユニット１０内の空気流が所定温度に到達して安定している場合には、ステップＳ１６〜Ｓ２６によって、再度、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率が所定範囲内に在るか否か判断する。
一方、ステップＳ１４において、空間ユニット１０内の空気流の温度が安定していないと判断した場合は、ステップＳ１２に戻り、比例三方弁２０による加熱器１４側と冷却器１６側とに分配する第１熱媒体の分配比率を連続的に変更する。空間ユニット１０内の空気流が所定温度に到達して安定してからステップＳ１６〜Ｓ２６に移行する。
尚、ステップＳ２８において、圧縮機１８が運転状態にない場合には、温度制御部２２及びCOMP制御部４４による制御は停止する。
以上、説明してきた図９に示すフローチャートでは、温度制御部２２では、加熱器１４側への第１熱媒体の平均分配率に注目して制御しているが、冷却器１６側への第１熱媒体の平均分配率に注目して制御してもよい。
また、設定温度や設定湿度を入力する入力手段や運転状態を表示する表示手段等を、温度制御部２２や湿度制御部２７と一体又は別体に設けてもよい。
図１〜図９に示す温湿度調整装置では、凝縮器２６及び吸熱器３２では、冷却水や加熱源として水を用いていたが、図１０に示す様に、凝縮器２６及び吸熱器３２の冷却源と加熱源として、ファン５０で室内空気を吹き付ける方式であってもよい。
図１０に示す温湿度調整装置を構成する構成部材のうち、図１に示す温湿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。
また、図１〜図９に示す温湿度調整装置では、湿度制御手段として水を噴霧する噴霧ノズル群１５を配設したが、図１１に示す様に、噴霧ノズル群１５に代えて、空気流の流路内に蒸気発生器５２を配設してもよい。蒸気発生器５２は、加熱器１４、冷却器１６を通過して空気流に水分を供給する装置であって、容器５４内に貯留された純水を加熱ヒータ５６によって加熱して蒸気を発生する。この加熱ヒータ５６は、湿度制御部２７によって制御されている。
つまり、湿度制御部２７では、ファン１２から吐出される空気流中の湿度と目標湿度との相違に応じて、蒸気発生器５２の加熱ヒータ５６の加熱量を調整し、ファン１２から吐出される空気流中の湿度を目標湿度に調整する。
この様に、湿度制御手段として蒸気発生器５２を用いても、図１１に示す温湿度調整装置では、省エネルギーを図ることができる。
すなわち、ヒートポンプ手段の設置で加熱能力が高められた加熱器１４によって空気流を加熱して、空気流中の露点を高め、多くの水分を空気流中に含有できる。
この図１１に示す温湿度調整装置を構成する構成部材のうち、図１に示す温湿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。
更に、図１２に示す様に、凝縮器２６と吸熱器３２とに別配管で水を供給するようにしてもよい。例えば、凝縮器２６には、配管３３を経由して供給し、吸熱器３２には、配管３２ａを経由して供給するようにしてもよい。かかる凝縮器２６と吸熱器３２とを通過した水は、共に系外に排出される。
この図１２に示す温湿度調整装置を構成する構成部材のうち、図１に示す温湿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。
また、凝縮器２６に供給する水と純水器３５に供給する水とを別配管で供給するようにしてもよい。例えば、凝縮器２６には、通常の水を供給し、純水器３５には純水を供するようにしてもよい。
尚、図１〜１２に示す温湿度調整装置に用いる湿度制御手段としては、温湿度調整対象の空気よりも乾燥された乾燥空気を、水分供給手段と併用して、或いは水分供給手段に代えて空気流の流路に吹き込む手段を用いることができる。
これまで説明してきた図１〜図１２に示す温湿度調整装置を採用した温湿度調整対象の空気流の温湿度調整方法では、温湿度調整装置の奏する、気体流の温度と湿度とを同時に調整できる範囲が広く、且つ省エネルギーを図ることができるという作用・効果を享有できる。
かかる温湿度調整方法では、圧縮機１８で圧縮して加熱した高温の第1熱媒体の一部を直接供給する加熱器１４と、第１熱媒体の残余部を凝縮器２６で冷却した後、膨張弁２８で断熱的に膨張させて更に冷却して供給する冷却器１６とを、順次通過する空気流に対し、加熱器１４と冷却器１６とに分配する三方弁２０又は二方弁３８ａ，３８ｂによって第１熱媒体の分配率を変更して、空気流を所定温度に調整すると共に、空気流が通過する流路に設けた湿度制御手段によって空気流を所定湿度に調整する。
更に、加熱器１４を通過した第１熱媒体を、膨張弁３４によって断熱的に膨張させて冷却して、外部熱源である水又は空気から吸熱する吸熱器３２を具備するヒートポンプ手段を通過させた後、冷却器１６を通過した第１熱媒体と共に圧縮機１８に戻す。
以上、説明してきた温湿度調整装置及び温湿度調整方法は、半導体装置の製造工程等の精密加工分野でのクリーンルームの温湿度調整用に用いているが、他の分野で用いられているクリーンルームの温湿度調整用に用いることができることは勿論のことである。
また、説明してきた温湿度調整装置及び温湿度調整方法は、他の分野、例えば塗装ブース、塗装ブース、ソーラーシュミレータ、プリント基板ストッカ、電子顕微鏡、打錠機、三次元測定機、クロマトグラフ、ドラフトチャンバー、露光装置、スピンコータ、液晶ガラス基板、スクリーン印刷機、画像診断装置、セメント養生、成形用金型、射出成形機、細胞培養、植物栽培、食品の保存や熟成、ＤＮＡ固定化等の分野の温湿度調整装用としても用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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