(57)【要約】【課題】蒸発器における空気の通過速度を均一化させることである。【解決手段】通過する空気が冷却されて温度調節される蒸発器（20）を有する冷媒回路（30）を備えている。そして、蒸発器（20）の空気の下流側に、格子状に組まれて空気が通過する複数の隙間が形成された網目構造体（24）が配設されている。これにより、蒸発器（20）全体に亘って空気の流通抵抗が均一となり、通過風速がほぼ均一化される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器（20）を通過する空気と熱交換器（20）を流れる熱媒体とが熱交換して温度調節された空気を生成する冷凍装置であって、
上記熱交換器（20）における空気の通過速度を熱交換器（20）の全体に亘って均一化するための風速調節手段（24）を備えている
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記風速調節手段（24）は、空気が通過する複数の隙間が形成された網目構造体（24）であり、
該網目構造体（24）は、熱交換器（20）の空気の上流側および下流側の少なくとも何れか一方に配設されている
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記熱交換器（20）の空気の下流側には、空気が通過し且つ該通過時に空気と熱交換する蓄熱体（25）が配設されている
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項２において、
上記熱交換器（20）の下流側に配設される網目構造体（24）は、金属で形成されて空気の通過時に空気と熱交換するように構成されている
ことを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置に関し、特に、利用側へ供給する空気の高精度な温度制御対策に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、温度調節した空気を住居の室内や工作機械室などへ供給する空気調和装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の空気調和装置は、室内の天井に設置された室内機より温度調節した空気を室内へ吹き出している。
【０００３】
上記空気調和装置の室内機は、ケーシング内に、ファンと利用側の熱交換器とが収納されている。この熱交換器は、室外機に収納された圧縮機や熱源側の熱交換器と配管接続され、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路を構成している。そして、この熱交換器は、多数の板状のフィンと、該フィンを貫通する伝熱管とにより形成される、いわゆるクロスフィン式熱交換器である。
【０００４】
上記室内機では、ファンによってケーシング内に取り込まれた室内空気が熱交換器へ送られる。この室内空気は、熱交換器における伝熱管とフィンとの間を流通して通過する。この通過の際に、室内空気は伝熱管を流れる冷媒と熱交換して所定温度に冷却または加熱され温度調節される。そして、空気調和装置は、冷却または加熱された室内空気をケーシング外へ吹き出して室内の冷房または暖房を行う。
【特許文献１】特開２００４−１５０７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の空気調和装置において、熱交換器における空気の通過風速が全体に亘って不均一であるため、通過後の空気温度が安定せず、特に温度調節した空気を半導体製造装置などの高精度な温度管理が求められる対象物へ供給する場合、温度制御が困難になるという問題があった。以下に、熱交換器を通過する空気の状態について説明する。
【０００６】
図５に示すように、熱交換器を左側から右側へ空気が通過する場合について説明する。なお、この熱交換器は、通過する空気を冷却する蒸発器として機能している。この熱交換器における通過風速は、中央部で大きく、端部で小さくなる。これは、熱交換器において、中央部より端部の通過抵抗が大きいためである。空気の通過風速が大きいと、冷媒と熱交換する時間が短くなるので、空気が冷却されにくくなる。したがって、通過後の空気温度は、中央部より端部の方が低くなる。このように、通過風速が熱交換器全体に亘って不均一になると、通過後の空気の温度分布が不均一になる。この結果、空気温度の制御が安定しないという問題があった。
【０００７】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱交換器における空気の通過風速を全体に亘って均一化することにより、通過した空気の温度分布を均一化して温度制御を高精度に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
具体的に、第１の発明は、熱交換器（20）を通過する空気と熱交換器（20）を流れる熱媒体とが熱交換して温度調節された空気を生成する冷凍装置を前提としている。そして、この冷凍装置は、上記熱交換器（20）における空気の通過速度を熱交換器（20）の全体に亘って均一化するための風速調節手段（24）を備えている。
【０００９】
上記の発明では、熱交換器（20）を流れる冷媒や冷却水などの熱媒体が熱交換器（20）を通過する空気と熱交換し、空気が冷却または加熱されて温度調節される。この温度調節された空気は、利用側である、例えば半導体製造装置などへ供給される。
【００１０】
ところで、上記熱交換器（20）における空気の通過速度は、流通抵抗の差により熱交換器（20）の中央部で大きく、端部で小さくなる傾向にあるが、風速調節手段（24）により熱交換器（20）全体に亘って空気の通過速度がほぼ均一化される。空気の通過速度が均一化されると、熱交換器（20）における空気と熱媒体との熱交換量が全体に亘って均一となるので、熱交換器（20）を通過した空気温度のばらつきが抑制される。したがって、空気の温度制御が安定する。
【００１１】
また、第２の発明は、上記第１の発明において、上記風速調節手段（24）が、空気が通過する複数の隙間が形成された網目構造体（24）である。そして、該網目構造体（24）は、熱交換器（20）の空気の上流側および下流側の少なくとも何れか一方に配設されている。
【００１２】
上記の発明では、例えば、熱交換器（20）の中央部を通過する、または通過した空気が流れる位置にのみ網目構造体（24）を配設した場合、中央部を通過する空気の流通抵抗が網目構造体（24）の隙間によって生じる抵抗の分だけ増大するので、熱交換器（20）全体に亘って空気の流通抵抗がほぼ均一化される。また、上記熱交換器（20）全体に亘って網目構造体（24）を配設した場合、該網目構造体（24）の隙間は、熱交換器（20）の端部より中央部に対応する部分が小さく形成される。つまり、この場合の網目構造体（24）は、隙間が熱交換器（20）の端部より中央部に対応する部分の空気流通抵抗が大きくなるように形成される。これにより、熱交換器（20）全体に亘って空気の流通抵抗がほぼ均一化される。このように、熱交換器（20）全体に亘って空気の流通抵抗がほぼ均一化されると、熱交換器（20）における風速がほぼ均一化される。
【００１３】
また、上述した作用は、網目構造体（24）を熱交換器（20）の空気の上流側および下流側のいずれに配設した場合でも同様である。さらに、上記網目構造体（24）を熱交換器（20）の上下流の両方に配設した場合では、熱交換器（20）における空気の流通抵抗がより一層調節されるので、風速の調節が確実に行われる。
【００１４】
また、第３の発明は、上記第２の発明において、上記熱交換器（20）の空気の下流側に、空気が通過し且つ該通過時に空気と熱交換する蓄熱体（25）が配設されている。
【００１５】
上記の発明では、熱交換器（20）を通過した空気の温度変動が抑制される。一般的に、上記熱交換器（20）においては、外乱等によって冷却能力や加熱能力が微妙に変動するので、通過後の空気の温度変動が多少発生する。特に、温度調節した空気を半導体製造装置などの高精度な温度制御が要求されるものへ供給する場合には、上記の微妙な空気温度の変動でさえ大きな影響を及ぼすことになる。
【００１６】
ところが、本発明では、熱交換器（20）を通過した空気が蓄熱体（25）と熱交換することにより、空気の温度変動が緩和される。例えば、温度が所定温度より高めに変動した空気は、蓄熱体（25）に対して放熱して温度が低下し、蓄熱体（25）が蓄熱する。また、温度が所定温度より低めに変動した空気は、蓄熱体（25）から吸熱して温度が上昇する。このように、本発明では、熱交換器（20）における通過風速が均一化されることと相まって、より一層の高精度な温度制御が可能になる。
【００１７】
また、第４の発明は、上記第２の発明において、上記熱交換器（20）の下流側に配設される網目構造体（24）が金属で形成されて空気の通過時に空気と熱交換するように構成されている。
【００１８】
上記の発明では、熱交換器（20）の下流側の網目構造体（24）が上記第３の発明における蓄熱体（25）を兼ねている。つまり、上記網目構造体（24）が他の樹脂等に比べて比熱が割と大きい金属で形成されるので、通過する空気との熱交換が促進される。したがって、１つの網目構造体（24）を設けるだけで、通過した空気の温度が均一化されると共に温度変動が緩和される。
【発明の効果】
【００１９】
したがって、第１の発明によれば、熱交換器（20）における空気の通過速度を全体に亘って均一化するための風速調節手段（24）を設けるようにしたので、熱交換器（20）において空気を熱媒体とほぼ均一に熱交換させることができる。したがって、熱交換器（20）の通過後の空気の温度むらを抑制でき、空気温度の制御を高精度に行うことができる。
【００２０】
また、第２の発明によれば、蒸発器（20）の空気の上流側および下流側の少なくとも何れか一方に空気が通過する複数の隙間を有する網目構造体（24）を設けるようにしたので、熱交換器（20）全体に亘って空気の流通抵抗を均一化させることができる。これにより、熱交換器（20）における通過風速をほぼ均一化させることができる。
【００２１】
また、第３の発明によれば、熱交換器（20）の下流側に空気と熱交換させる蓄熱体（25）を設けるようにしたので、外乱等によって熱交換器（20）の能力変動が生じた場合でも、空気温度の変動分を蓄熱体（25）との熱交換によって緩和することができる。したがって、空気温度の制御をより一層高精度に行うことができる。
【００２２】
また、第４の発明によれば、熱交換器（20）の下流側の網目構造体（24）を金属製とし、上記第３の発明における蓄熱体（25）を兼ねるようにしたので、設置スペースを縮小しながらも、通過した空気の温度を均一化させると共に温度変動を緩和させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
《発明の実施形態》
本実施形態の空気調和装置（1）は、本発明の冷凍装置を構成しており、温度調節された空気を温度制御対象の半導体製造装置に供給し、この半導体製造装置の温度を一定に保持するためのものである。図１に示すように、上記空気調和装置（1）は、利用側系統（10）と冷媒回路（30）と冷却水回路（40）とを備えている。
【００２５】
上記利用側系統（10）は、横長のケーシング（10a）内に空気が流通する空気通路（11）を備えている。このケーシング（10a）には、空気が空気通路（11）に導入される流入口（12）と、空気通路（11）の空気が温度制御対象に供給される流出口（13）とが形成されている。
【００２６】
上記空気通路（11）には、概ね上流側より順に、蒸発器（20）、ファン（21）、ヒータ（22）およびフィルタ（23）が配設されている。
【００２７】
上記蒸発器（20）は、冷媒回路（30）に接続され、流入口（12）より導入された空気が通過し、その通過時に冷媒回路（30）の冷媒と熱交換して冷却される冷却器として機能するものである。そして、この蒸発器（20）は、例えばフィンコイル型熱交換器であり、空気を温度調節する熱交換器を構成している。
【００２８】
上記ファン（21）は、流入口（12）より空気通路（11）に空気を吸引し、この空気を流出口（13）より温度制御対象に供給するものである。
【００２９】
上記ヒータ（22）は、蒸発器（20）で温度調節された空気を加熱してさらに温度調節するためのものである。このヒータ（22）は、空気通路（11）の流通断面に亘って配置形成されている。
【００３０】
上記フィルタ（23）は、ヒータ（22）で温調された空気中の塵埃を捕集するためのものである。このフィルタ（23）は、例えば、ＵＬＰＡフィルタ（ultra low penetration airfilter）などで構成され、空気中の微細な粉塵までも捕集可能となっている。
【００３１】
また、上記ヒータ（22）とフィルタ（23）との間には第１空気温度センサ（2a）が、上記フィルタ（23）の下流側には第２空気温度センサ（2b）がそれぞれ配置されている。上記第１空気温度センサ（2a）は、ヒータ（22）によって温調された空気の温度を検出し、上記第２空気温度センサ（2b）は、フィルタ（23）通過後の空気の温度を検出する。そして、これら空気温度センサ（2a,2b）の検出温度に基づいてヒータ（22）の能力が調整される。なお、上記空気温度センサ（2a,2b）は、例えば白金（Ｐｔ）材料からなる測温抵抗体で構成されている。
【００３２】
上記冷媒回路（30）は、上記蒸発器（20）、アキュムレータ（31）、圧縮機（32）、凝縮器（33）および膨張機構である膨張弁（34）が順に配管接続されて閉回路に形成され、熱媒体である冷媒が充填されている。この冷媒回路（30）は、充填された冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されている。
【００３３】
上記圧縮機（32）は、例えば、全密閉型の高圧ドーム型スクロール圧縮機で構成されている。この圧縮機（32）は、電動機がインバータ制御されて容量が段階的又は連続的に可変となる可変容量圧縮機である。
【００３４】
上記凝縮器（33）は、いわゆるプレート式熱交換器により構成されている。この凝縮器（33）には、圧縮機（32）で圧縮された高温高圧の冷媒が流れる冷媒通路（33a）と、冷却水が流れる冷却水通路（33b）とが形成されている。そして、この凝縮器（33）は、冷媒通路（33a）の冷媒が冷却水通路（33b）の冷却水と熱交換して凝縮するように構成されている。
【００３５】
上記冷媒回路（30）には、ガス冷媒導入管（36）が設けられている。このガス冷媒導入管（36）の一端は、圧縮機（32）の吐出配管に接続され、他端は、圧縮機（32）の吸入側であるアキュムレータ（31）の上流側配管に接続されている。そして、上記ガス冷媒導入管（36）には、上述の膨張弁により構成された導入弁（35）が設けられている。
【００３６】
上記冷却水回路（40）は、凝縮器（33）の冷却水通路（33b）に接続されている。この冷却水回路（40）では、冷却塔（図示せず）より送られた冷却媒体である冷却水が冷却水通路（33b）へ流れて冷媒と熱交換し、再び冷却塔へ戻る循環を繰り返す。
【００３７】
上記空気調和装置（1）は、本発明の特徴として、空気通路（11）における蒸発器（20）の下流側近傍に網目構造体（24）が配設されている。そして、この網目構造体（24）は、空気通路（11）の流通断面に亘って配設されている。
【００３８】
図２に示すように、上記網目構造体（24）は、矩形状に形成された外枠（24a）と、該外枠（24a）内に形成されたメッシュ部材（24b）とを備えている。このメッシュ部材（24b）は、外枠（24a）内に空気が通過する複数の隙間を形成している。具体的に、このメッシュ部材（24b）は、いわゆる格子状に組まれており、隙間が矩形状に形成されている。      
【００３９】
また、上記メッシュ部材（24b）の隙間の大きさは、端部より中央部の方が小さくなっている。つまり、上記網目構造体（24）は、隙間が蒸発器（20）の端部より中央部に対応する部分の空気流通抵抗が大きくなるように形成される。これにより、図３に示すように、蒸発器（20）全体に亘って空気の流通抵抗がほぼ均一化される。したがって、上記蒸発器（20）における風速をほぼ均一化させることができる。つまり、上記網目構造体（24）は、蒸発器（20）全体に亘って空気の通過速度を均一化するための風速調節手段を構成している。
【００４０】
なお、本実施形態では、メッシュ部材（24b）を格子状に形成するようにしたが、これに限らず、メッシュ部材（24b）の隙間の形状は如何なるものであってもよい。
【００４１】
また、上記網目構造体（24）は、外枠（24a）およびメッシュ部材（24b）がステンレス製である。このステンレスは、金属の中でも割と比熱の大きい金属である。この網目構造体（24）は、蒸発器（20）で冷却された空気が通過する際に該空気と熱交換するように構成されている。図４に示すように、例えば、外乱等によって蒸発器（20）の冷却能力が変動し、空気の冷却温度が所定温度より高めに変動した場合、その空気は網目構造体（24）に放熱して温度が低下し、網目構造体（24）が蓄熱する。逆に、空気の冷却温度が所定温度より低めに変動した場合、その空気は網目構造体（24）から吸熱して温度が上昇する。つまり、上記網目構造体（24）は、通過する空気と熱交換して蓄熱および放熱を行う蓄熱体（25）を兼ねている。このように、外乱等によって蒸発器（20）の冷却能力が変動した場合であっても、空気の冷却温度の変動量を緩和させることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、網目構造体（24）をステンレスで形成したが、これに代えて、ニッケルめっきを施した銅で形成するようにしてもよい。すなわち、特に比熱の割と大きな金属であれば如何なるものであってもよい。
【００４３】
−運転動作−
次に、本実施形態に係る空気調和装置（1）の運転動作について説明する。
【００４４】
この空気調和装置（1）の運転時には、ファン（21）が起動し、空気がケーシング（10a）の流入口（12）より空気通路（11）へ吸引される。一方、上記冷媒回路（30）では、圧縮機（32）が起動し、冷媒が冷媒回路（30）内を循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。
【００４５】
具体的に、上記冷媒回路（30）では、圧縮機（32）から吐出されたガス冷媒が凝縮器（33）で冷却水と熱交換して凝縮し、膨張弁（34）で減圧された後、蒸発器（20）で空気通路（11）の空気と熱交換して蒸発し、再び圧縮機（32）に戻る。この蒸発器（20）を通過する空気は、冷媒により吸熱されて所定温度に冷却される。この蒸発器（20）および網目構造体（24）を通過した空気は、ヒータ（22）で所定温度に温度調節される。そして、この空気は、フィルタ（23）によって塵埃が捕集された後、流出口より温度制御対象に供給される。
【００４６】
ここで、上記蒸発器（20）を通過する空気は、網目構造体（24）の風速調節作用により、蒸発器（20）全体に亘って通過風速がほぼ均一化されるので、冷媒とほぼ均一に熱交換することができる。これにより、蒸発器（20）および網目構造体（24）を通過した空気温度をほぼ均一化させることができる。さらに、上記蒸発器（20）で冷却された空気は、網目構造体（24）で熱交換し、蒸発器（20）の冷却能力の変動による冷却された空気温度の変動量を緩和させることができる。これらの結果、供給する空気温度を安定させることができ、温度対象物の温度制御を高精度に行うことができる。
【００４７】
−実施形態の効果−
以上のように、本実施形態によれば、蒸発器（20）の空気の下流側に蒸発器（20）における空気の通過速度を均一化させるための網目構造体（24）を配設するようにしたので、蒸発器（20）を通過する空気全体をほぼ均一に冷却することができ、冷却後の空気の温度むらを抑制することができる。したがって、装置における空気温度の制御を高精度に行うことができる。
【００４８】
さらに、上記網目構造体（24）を樹脂等よりも比熱の比較的高い金属で形成するようにし、網目構造体（24）を通過する空気と熱交換させるようにしたので、外乱等によって蒸発器（20）の能力変動が生じた場合でも、空気の冷却温度の変動量を緩和させることができる。これにより、空気温度の制御をより一層高精度に行うことができる。
【００４９】
また、上記網目構造体（24）において、金属の中でも比熱の比較的高いステンレスで形成するようにしたため、空気との熱交換を促進させることができ、上記の作用をより一層を期待することができる。
【００５０】
《その他の実施形態》
上記実施形態において、網目構造体（24）を蒸発器（20）の下流側に設けたのに代えて、上流側に設けるようにしても同様の風速調節作用を期待できる。その場合、網目構造体（24）を金属ではなく、樹脂等で形成するようにしてもよい。
【００５１】
また、上記網目構造体（24）を蒸発器（20）の上下流の両方に設けるようにしてもよいことは勿論である。その場合、蒸発器（20）における風速を一層精度よく調節することができる。
【００５２】
また、上記網目構造体（24）を金属ではなく樹脂等で形成し、この網目構造体（24）とは別に、空気が通過し且つ該通過時に空気と熱交換する蓄熱体（25）を蒸発器（20）の下流側に設けるようにしてもよい。その場合、この蓄熱体（25）の形状は、網目構造体（24）と同様にしなくてもよい。
【００５３】
また、本実施形態では、網目構造体（24）に代えて、空気が通過し且つ該通過時に空気と熱交換する蓄熱体（25）のみを蒸発器（20）の下流側に設けるようにしてもよい。その場合は、少なくとも冷却後の空気温度の変動を緩和することができる。
【００５４】
上記実施形態では、冷媒回路（30）に設けられた蒸発器（20）について説明したが、本発明は、熱媒体として冷却水が流れて該冷却水が空気と熱交換する熱交換器に適用してもよい。つまり、熱媒体が流れ、該熱媒体が通過する空気と熱交換して温度調節された空気を生成する熱交換器であれば如何なるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上説明したように、本発明は、半導体製造装置などの温度制御対象物に対して高精度に温度制御した空気を供給する冷凍装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施形態に係る空気調和装置の全体を示す概略構成図である。
【図２】網目構造体を示す概略図である。
【図３】実施形態に係る蒸発器における通過風速と空気温度との関係を示す模式図である。
【図４】実施形態に係る蒸発器における空気温度の変動状態を示す模式図である。
【図５】従来の熱交換器における通過風速と空気温度との関係を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
1          空気調和装置（冷凍装置）
20         蒸発器（熱交換器）
24         網目構造体（風速調節手段）
25         蓄熱体
【図１】
2006084161.tif 000003
【図２】
2006084161.tif 000004
【図３】
2006084161.tif 000005
【図４】
2006084161.tif 000006
【図５】
2006084161.tif 000007