(57)【要約】【課題】吐出された温度調整された空気の湿度が未調整の従来の温度調整装置の課題を解決する。【解決手段】圧縮機１８で圧縮されて加熱された熱媒体を、加熱器１４を具備する加熱回路側と、自動膨張弁２８で断熱膨張されて冷却された熱媒体が供給される冷却器１６を具備する冷却回路側と、ヒートポンプ手段とを備えた温湿度調整装置であって、加熱回路側と冷却回路側とに分配する分配する二方弁２０ａ，２０ｂを制御し、温湿度調整対象の空気を目標温度に調整する温度調整制御部２２と、気体流路１０内に配設した加熱器１４及び冷却器１６を通過した空気を目標湿度に調整するように、二流体ノズル１５から噴霧する噴霧水量を制御し、且つ二流体ノズル１５の飽和効率を超える水分量を供給するとき、二流体ノズル１５と水蒸気供給装置６０とを併用し、二流体ノズル１５からの噴霧水量を飽和効率以下に抑制すると共に、不足する水分量を水蒸気供給手段６０によって補うように制御する湿度制御部２２とが設けられている。【選択図】図２
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【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、
空気入口から吸引されて前記加熱手段及び冷却手段を通過する空気を所定の温度に調整するように、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、
前記加熱手段及び冷却手段を通過して空気出口から吐出される空気を所定湿度に調湿する調湿手段とが設けられ、
且つ前記加熱流路、冷却流路及びヒートポンプ手段の各々を通過した第１熱媒体が圧縮機に再供給される温湿度調整装置であって、
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度調整対象の空気を所定温度に制御する温度制御部と、
前記調湿手段には、湿度調整対象の空気に対し、水を噴霧して加湿する水噴霧手段と水蒸気を供給して加湿する水蒸気供給手段とが設けられ、前記加熱手段及び冷却手段を通過した空気を所定湿度に調湿するように前記水噴霧手段を制御し、且つ前記水噴霧手段の飽和効率を超える水分量を供給して調湿するとき、前記水噴霧手段と水蒸気供給手段とを併用し、前記水噴霧手段からの噴霧水量を前記飽和効率以下に抑制すると共に、不足する水分量を前記水蒸気供給手段によって補うように、前記水噴霧手段及び水蒸気供給手段を制御する湿度制御部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】
水噴霧手段及び水蒸気供給手段が、水を圧縮空気によって噴霧する水噴霧ノズル及び加熱ヒータによって水を加熱して水蒸気を発生する水蒸気発生装置であって、
前記水噴霧ノズルから供給する噴霧水量が飽和効率の近傍に到達したとき、前記水蒸気発生装置の加熱ヒータによる水の予熱を開始するように、前記水蒸気発生装置が温度制御部によって制御されている請求項１記載の温湿度調整装置。
【請求項３】
温湿度調整対象の空気の入口側から冷却手段、水噴霧手段、加熱手段及び水蒸気発生手段の順序で設けられている請求項１又は請求項２記載の温湿度調整装置。
【請求項４】
水蒸気発生手段が、浅容器内に貯留された水を電気ヒータによって加熱して水蒸気を発生する水蒸気発生装置であって、前記水蒸気発生装置が、冷却手段、水噴霧手段及び加熱手段を通過した空気が水蒸気を発生する水面に沿って流れる位置に載置されている請求項１〜３のいずれか一項記載の温湿度調整装置。
【請求項５】
第１膨張手段に自動膨張弁が用いられ、冷却手段に供給される熱媒温度と圧縮機の過熱度とが所定範囲となるように、前記自動膨張弁の開度を制御する膨張弁制御部とが設けられている請求項１〜４のいずれか一項記載の温湿度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温湿度調整装置に関する。
【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調整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、例えば下記特許文献１には、図９に示す温度調整装置が提案されている。
図９に示す温度調整装置は、圧縮機１００で圧縮されて加熱された高温の熱媒体の一部が冷却器１０２に供給される加熱流路と、高温の熱媒体の残余部が凝縮器１０４で冷却されてから第１膨張弁１０６で断熱的に膨張して更に冷却されて加熱器１０８に供給される冷却流路とが設けられ、ファン１１２によって空気流路１１０内に吸引された温度調整対象の空気が冷却器１０２と加熱器１０８とを通過して所定温度に調整されるように、高温の熱媒体が加熱流路と冷却流路とに分配され、且つ加熱流路と冷却流路との各々を通過した熱媒体が圧縮機１００に再供給される温度調整装置である。
この温度調整装置では、圧縮機１００から吐出された高温の熱媒体の一部を加熱流路側に分配すると共に、高温の熱媒体の残余部を冷却流路側に分配し、且つ加熱流路と冷却流路とに分配される高温の熱媒体の分配比率を変更可能な比例三方弁１１４と、加熱流路の加熱能力が向上するように、冷却器１０２で熱を放出して冷却されてから第２膨張弁１１６で断熱的に膨張されて更に冷却された熱媒体が、外部熱源である水から吸熱する吸熱器１１８を具備するヒートポンプ手段と、比例三方弁１１４を制御し、加熱流路と冷却流路とに分配される高温の熱媒体の分配比率を調整して、冷却器１０２と加熱器１０８とを通過する温度調整対象の空気を所定温度に制御する制御部１２０とが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０７８５２５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９に示す温度調整装置では、空気流路１１０から吐出される空気の温度を目標温度に対して±０．１℃の精度で制御でき、省エネルギーも図ることができる。
ところで、図９に示す温度調整装置では、温度調整対象の空気が冷却器１０２を通過するため、温度調整装置から空気流路１１０から吐出される空気は、温度調整装置に吸引された空気よりも除湿されている。
しかし、温度調整装置から吐出される空気の湿度は未調整である。このため、温度調整装置から吐出される空気の湿度には、バラツキが存在する。
そこで、本発明の課題は、吐出された温度調整された空気の湿度が未調整の従来の温度調整装置の課題を解決し、温度と湿度とが調整された空気を吐出できる温湿度調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、前記課題を解決すべく、冷却器１０２と加熱器１０８との間に、水を圧縮空気によって噴霧する水噴霧ノズルを設けた温湿度調整装置によれば、温度調整された空気を所定湿度に調湿できることを知った。
しかしながら、冷却器１０２と加熱器１０８とは、一台の圧縮機１００から供給される熱媒体によって冷却・加熱されており、常に、冷却器１０２に熱媒体の一部を供給することが必要である。
従って、加熱器１０８の加熱能力には、制限が存在するため、外気温が低く且つ乾燥している冬季等には、水噴霧ノズルから噴霧した噴霧水の全量が蒸発できず、空気出口のダクト近傍に水滴が発生し、吐出する空気を所定湿度に調整できないことが判明した。
かかる現象は、水噴霧ノズルから噴霧した噴霧水量の全量が、加熱器１０８からの熱によって蒸発できる飽和効率を超えていることに起因する。
このため、本発明者らは、湿度調整対象の空気を所定湿度に調湿する際に、水噴射ノズルの飽和効率を超えた水分量が必要な場合には、水噴射ノズルと水蒸気発生装置とを併用することによって、水噴射ノズルからの噴霧水量を飽和効率以下に抑制しつつ、空気を所定湿度に調湿でき、且つ空気出口のダクト近傍に水滴が発生することを防止できることを見出した。
【０００６】
すなわち、本発明者らは、前記課題を解決する手段として、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、空気入口から吸引されて前記加熱手段及び冷却手段を通過する空気を所定の温度に調整するように、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、前記加熱手段及び冷却手段を通過して空気出口から吐出される空気を所定湿度に調湿する調湿手段とが設けられ、且つ前記加熱流路、冷却流路及びヒートポンプ手段の各々を通過した第１熱媒体が圧縮機に再供給される温湿度調整装置であって、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度調整対象の空気を所定温度に制御する温度制御部と、前記調湿手段には、湿度調整対象の空気に対し、水を噴霧して加湿する水噴霧手段と水蒸気を供給して加湿する水蒸気供給手段とが設けられ、前記加熱手段及び冷却手段を通過した空気を所定湿度に調湿するように前記水噴霧手段を制御し、且つ前記水噴霧手段の飽和効率を超える水分量を供給して調湿するとき、前記水噴霧手段と水蒸気供給手段とを併用し、前記水噴霧手段からの噴霧水量を前記飽和効率以下に抑制すると共に、不足する水分量を前記水蒸気供給手段によって補うように、前記水噴霧手段及び水蒸気供給手段を制御する湿度制御部とが設けられている温湿度調整装置を提供できる。
【０００７】
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。
水噴霧手段及び水蒸気供給手段として、水を圧縮空気によって噴霧する水噴霧ノズル及び加熱ヒータによって水を加熱して水蒸気を発生する水蒸気発生装置を用い、前記水噴霧ノズルから供給する噴霧水量が飽和効率の近傍に到達したとき、前記水蒸気発生装置の加熱ヒータによる水の予熱を開始するように、前記水蒸気発生装置を温度制御部によって制御することにより、水噴霧ノズルから供給する噴霧水量が飽和効率に到達したとき、直ちに水蒸気発生装置から水蒸気を発生させることができる。
また、温湿度調整対象の空気の入口側から冷却手段、水噴霧手段、加熱手段及び水蒸気発生手段の順序で設けることによって、水噴霧手段からの水分と水蒸気発生手段からの水分とを充分に拡散混合し、空気の湿度の偏りを解消して均一化できるため、空気の温湿度を精度よく調整できる。
この水蒸気発生手段としては、浅容器内に貯留された水を電気ヒータによって加熱して水蒸気を発生する水蒸気発生装置であって、前記水蒸気発生装置を、冷却手段、水噴霧手段及び加熱手段を通過した空気が水蒸気を発生する水面に沿って流れる位置に載置することによって、空気と水蒸気とを充分に接触できる。
更に、第１膨張手段に自動膨張弁を用い、冷却手段に供給する熱媒温度と圧縮機の過熱度とが所定範囲となるように、前記自動膨張弁の開度を制御する膨張弁制御部とを設けることによって、圧縮機の安定運転を図り且つ冷却器の着霜を防止して、温湿度調整対象の空気の温度及び湿度を所望値に調整できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明者らが提案した温湿度調整装置によれば、水噴霧手段の飽和効率を超える水分量を供給することが必要となったとき、水噴霧手段と水蒸気発生手段とを併用する。このため、水噴霧手段から供給される噴霧水量を全量が蒸発できる飽和効率以下に抑制しつつ、不足する水分量を水蒸気発生手段によって補うことによって、吐出する空気を所定湿度に調湿できる。
更に、かかる温湿度調整装置には、ヒートポンプ手段が設けられており、加熱手段の加熱能力を向上できる。
尚、水蒸気発生手段は、水噴霧手段の飽和効率を超える水分量を供給することが必要となったとき、すなわち加湿量が不足するときのみに用いるため、常時、水蒸気発生手段を用いる場合に比較して、その省エネルギーを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明者らが提案した温湿度調整装置の一例について、その概略を説明する説明図である。
【図２】図１に示す温湿度調整装置の概略図である。
【図３】図２に示すコントロール部３８を説明するブロック図である。
【図４】図２に示す二方弁２０ａ，２０ｂの流量特性を示すグラフである。
【図５】図１及び図２に示す水蒸気発生装置６０による効果を説明するためのグラフである。
【図６】図２に示す制水弁４０の内部構造を説明する概略断面図である。
【図７】図２に示す加熱器１４、冷却器１６及び二流体ノズル１５の配置を説明する説明図である。
【図８】本発明者らが提案した温湿度調整装置の他の例についての概略図である。
【図９】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】
【００１０】
本発明者らが提案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では、空気流路１０内に、空気入口１０ａから空気出口１０ｂの方向に、冷却手段としての冷却器１６、水噴霧手段としての二流体ノズル１５、加熱手段としての加熱器１４、水蒸気発生手段としての水蒸気発生装置６０及びファン１２が順次設けられている。かかる空気流路１０の空気出口１０ｂの外側には、吐出する空気の温度と湿度とを測定する温度センサー２４と湿度センサー２９とが設けられている。
図１に示す二流体ノズル１５には、圧縮空気と水とが供給され、冷却器１６と加熱器１４との間に、噴霧水を供給する。
また、水蒸気発生装置６０は、浅容器６２内に貯留された水を電気ヒータ６４によって７０〜９５℃程度に加熱して水蒸気を発生させる。かかる水蒸気発生装置６０は、冷却器１６、二流体ノズル１５及び加熱器１４を通過した空気が水蒸気を発生する水面に沿って流れる位置に載置する。
更に、図１に示す様に、加熱器１４の出側に誘導プレート１４ａを設け、加熱器１４を通過した空気流を、水蒸気発生装置６０の水蒸気が発生する水面に沿って流れるように誘導することが好ましい。
【００１１】
図１に示す温湿度調整装置の構成を図２に示す。図２に示す温湿度調整装置には、ファン１２によって温湿度調整対象の空気を空気入口から吸い込んだ空気流を空気出口から吐出する空気流路１０が設けられている。かかる空気流路１０内には、加熱流路を形成する加熱器１４と、冷却流路を形成する冷却器１６とが設けられている。この加熱器１４と冷却器１６とには、空気流路１０内にファン１２によって空気入口から吸込んだ温湿度調整対象の空気が通過する。
加熱器１４及び冷却器１６には、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、炭酸ガス等の第１熱媒体が供給される。かかる第１熱媒体の蒸発・液化によって、加熱器１４及び冷却器１６を通過する空気流を加熱・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、分配手段として二方弁２０ａ，２０ｂ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される。
【００１２】
二方弁２０ａ，２０ｂ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、空気流路１０内に吸引されて冷却器１６で冷却された空気流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膨張弁としての自動膨張弁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、空気流路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。
【００１３】
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に供給されて空気流路１０内の空気流から吸熱した第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。
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た熱媒体と、冷却器１６に供給されて空気流路１０内に吸込まれた気体から吸熱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。
【００１４】
図１及び図２に示す温湿度調整装置では、圧縮機１８から吐出された高温の第１熱媒体を加熱流路側と冷却流路側とに分配する二方弁２０ａ，２０ｂは、コントロール部３８に設けられた温度制御部２２によって制御されている。
温度制御部２２では、図３に示す様に、ファン１２から吐出される温湿度調整された空気の温度を測定する温度センサー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温度到達判定部２２ａで比較する。測定温度と設定温度とが相違していたとき、測定温度が設定温度と一致するように、温度到達判定部２２ａからの情報を受けた熱媒分配制御部２２ｂは、二方弁２０ａ，２０ｂの各開度を実施的に連続して変更する。
かかる二方弁２０ａ，２０ｂの各開度の変更によって、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され、空気流路１０内に吸込まれた空気を所定温度に調整できる。
この二方弁２０ａ，２０ｂの各々は、図４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の熱媒分配制御部２２ｂには、図４に示す二方弁２０ａ，２０ｂの各々についての流量特性データを保持している。従って、熱媒分配制御部２２ｂからは、二方弁２０ａ，２０ｂの各流量特性に基づいて各二方弁２０ａ，２０ｂへの開度信号を発信する。
【００１５】
ここで、「実質的に連続して変更」するとは、二方弁２０ａ，２０ｂの開度をステップ制御によって調整し、高温の第１熱媒体を加熱流路と冷却流路とに分配する際に、二方弁２０ａ，２０ｂの開度が、微視的にはステップ的に変更されているものの、全体として高温の第１熱媒体の加熱流路と冷却流路とへの分配率を連続して変更している場合を含むことを意味する。
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及び図２に示す温度センサー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。
尚、二方弁２０ａ，２０ｂの各開度の変更によっても、測定温度と設定温度とが依然として相違しているときは、図３に示す様に、後述する湿度制御部２７の圧縮機回転数制御部２７ｂからの信号によって圧縮機１８の回転数を変更することもある。
【００１６】
また、図１及び図２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、二流体ノズル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。この二流体ノズル１５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を経由して二流体ノズル１５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。
二流体ノズル１５から噴霧される噴霧水量は、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、図３に示す様に、湿度到達判定部２７ａからの情報に基づいて水分供給制御部２７ｃからの信号によって制御弁２３，５０を所定開度に開き、所定量の水を二流体ノズル１５から冷却器１６と加熱器１４との間に噴霧して、ファン１２から吐出される空気流を所定湿度に調整する。
【００１７】
冷却器１６と加熱器１４との間に噴霧された水滴は、冷却器１６，１６を通過してきた空気流を調湿し、加熱器１４によって蒸発される。
かかる加熱器１４は、前述したヒートポンプ手段によって加熱能力が向上されているため、噴霧中の水滴は加熱器１４内で蒸発でき、空気中に所定量の水分を確実に供給できる。
ところで、二流体ノズル１５は、通常、広い空間の調湿用として使用されているものであり、温湿度調整装置等の狭い空間での使用は、噴霧された水滴の蒸発が困難である。
この点、図１及び図２に示す温湿度調整装置では、ヒートポンプ手段によって加熱力が強化された加熱器１４と、応答性が良好な分配手段とを組み合わせることによって、温湿度調整装置等の狭い空間であっても、二流体ノズル１５から噴霧された水滴を充分に蒸発させることができる。
尚、二流体ノズル１５からの噴霧水のみでは、湿度調整不可能と判断されたときは、湿度到達判定部２７ａからの情報に基づいて圧縮機回転数制御部２７ｂから圧縮機１８の回転数を変更する信号を発信する。
【００１８】
図１及び図２に示す温湿度調整装置には、図５に示す様に、二流体ノズル１５からの噴霧水の全量が加熱器１４によって蒸発して空気流の調湿が可能の領域は、飽和効率以下の領域である。
かかる飽和効率を超えて二流体ノズル１５から噴霧水を供給しても、供給した噴霧水量が相対湿度１００％未満であっても、噴霧水の全量が加熱器１４によって蒸発しない。このため、空気流を所望湿度に調湿することができず、且つ空気流路１０の内壁面に水滴が付着する。この飽和効率は、二流体ノズル１５から噴射された噴霧水中の水粒子の大きさ等に起因して発生するものであって、水噴射手段特有の特性である。飽和効率は、水噴射手段として採用する噴霧方式、噴霧の噴出方向等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。
図１及び図２に示す温湿度調整装置では、加熱器１４とファン１２との間に水蒸気供給装置６０を配設した。ファン１２は、冷却器１６及び加熱器１４よりも上方に設けられており、加熱器１４からファン１２に至る空気流路１０は、カギ状に曲折されている。
【００１９】
また、水蒸気発生装置６０は加熱器１４のファン１２側の近傍に位置し、加熱器１４を通過した空気は水蒸気発生装置６０を通過してから上昇してファン１２に吸引される。
この様に、加熱器１４からファン１２に至る空気流路１０を複雑に曲折して長くすることによって、二流体ノズル１５からの水分と水蒸気発生装置６０からの水分とを充分に拡散混合でき、空気の湿度の偏りを解消して均一化できる。
更に、水蒸気発生装置６０を加熱器１４のファン１２側の近傍に設置することによって、水蒸気発生装置６０からの熱によって上昇気流が発生する。このため、空気通路１０の下方に滞留気流が生じることに因って水分が再凝縮することを防止できる。
かかる水蒸気発生装置６０は、図５に示す様に、二流体ノズル１５の飽和効率を超える水分量を供給することが必要となったとき、二流体ノズル１５と併用され、二流体ノズル１５の飽和効率を超える水分量を水蒸気供給装置６０からの蒸気によって補っている。
従って、図１及び図２に示す温湿度調整装置では、図５に示す様に、二流体ノズル１５の飽和効率を超える水分量を供給することが必要となったとき、二流体ノズル１５による噴霧水量を飽和効率以下に抑制しつつ、不足する水分を水蒸気供給装置６０によって補うことによって、必要な水分量を供給できる。
この水蒸気供給装置６０は、図３に示す様に、湿度制御部２７の水分供給制御部２７ｃによって制御されている。かかる水分供給制御部２７ｃでは、二流体ノズル１５への水の供給量を、例えば制御弁２３の開度によって把握できる。このため、制御弁２３の開度が所定開度に到達したとき、二流体ノズル１５から供給する噴霧水が飽和効率に到達したものと判断し、制御弁２３の開度を飽和効率以下となるように抑制しつつ、不足する水分を水蒸気供給装置６０からの水蒸気によって供給する。
水分供給制御部２７ｃでは、制御弁２３の開度が、飽和効率の噴霧水量に到達しないが、その近傍（例えば、飽和効率の７０〜９０％程度）に到達したとき、図５に示す様に、水蒸気供給装置６０の電気ヒータ６４をＯＮして予熱開始することが好ましい。
この様に、図１及び図２に示す温湿度調整装置では、図５に示す様に、水蒸気供給装置６０は、二流体ノズル１５の飽和効率を超える水分量を供給することが必要となったとき、すなわち加湿量が不足するときのみに用いる。このため、常時、水蒸気供給装置６０を用いる場合に比較して、その省エネルギーを図ることができる。
【００２０】
ところで、圧縮機１８の回転数及び二方弁２０ａ，２０ｂによって、加熱流路と冷却流路とに分配してファン１２から吐出される空気流の温湿度を調整していると、設定温度や設定湿度を変更し、圧縮機１８の回転数が急激に増加した場合には、冷却器１６，１６に供給される熱媒体量が急増し、冷却器１６，１６で熱媒体が蒸発できず液バック現象が発生したり、冷却器１６，１６の熱媒体の出口温度が低下して着霜現象が発生するおそれがある。
他方、圧縮機１８の回転数が急減した場合には、冷却器１６，１６に供給される熱媒体量が急減し、冷却器１６，１６への熱媒体温度が低下してファン１２から吐出される空気流の温湿度が大幅に乱れる現象が発生し、安定するまでに時間がかかるおそれがある。  
かかる現象を防止すべく、圧縮機１８の回転数を変更する際には、目標とする回転数までに回転数をステップ的に徐々に変更しているが、圧縮機１８の回転数変更による影響を更に一層少なくすべく、図１及び図２に示す温湿度調整装置では、自動膨張弁２８をコントロール部３８の膨張弁制御部４２によって制御している。
【００２１】
この膨張弁制御部４２では、冷却器１６への供給配管に設けられた入口熱媒温度センサー４４によって測定された冷却器入口熱媒温度が予め設定された所定温度範囲内にあるか否か入口熱媒温度判定部４２ａで判断する。
ここで、冷却器入口熱媒温度が所定温度範囲よりも高い場合には、入口熱媒温度判定部４２ａからの情報に基づいて開度調整部４２ｃから自動膨張弁２８の開度を減少する信号を発信し、冷却器入口熱媒温度が所定温度範囲よりも低い場合には、開度調整部４２ｃから自動膨張弁２８の開度を増加する信号を発信する。
また、膨張弁制御部４２では、過熱度判定部４２ｂにおいて、圧縮機１８の入口側（吹込側）に設けられた入口熱媒温度センサー４６によって測定された圧縮機入口熱媒温度と、入口熱媒温度センサー４４によって測定された冷却器入口熱媒温度との温度差に基づく過熱度を算出し、予め設定された所定過熱度範囲内にあるか否か判断する。
ここで、算出された過熱度が所定過熱度範囲よりも高い場合には、過熱度判定部４２ｂからの情報に基づいて開度調整部４２ｃから自動膨張弁２８の開度を減少する信号を発信し、算出された過熱度が所定過熱度範囲よりも低い場合には、開度調整部４２ｃから自動膨張弁２８の開度を増加する信号を発信する。
尚、図２に示す様に、冷却器１６の出口側に出口熱媒温度センサー４８を設け、出口熱媒温度を測定し、出口熱媒温度が着霜するおそれのない２℃以上となるように、自動膨張弁２８の開度を調整してもよい。
【００２２】
図１及び図２に示す温湿度調整装置では、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。
更に、図１及び図２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に供給されており、凝縮器２６で除去した高温の第１熱媒体から除去した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。
【００２３】
この様に、図１及び図２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、且つ二方弁２０ａ，２０ｂ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、空気流路１０から吐出される空気の温度に応じて実質的に連続して変更できる。
また、ファン１２から吐出される空気の湿度は、二流体ノズル１５の噴霧水によって調整できる。しかも、二流体ノズル１５の噴霧水量が、飽和効率を超えて供給することが必要な場合には、水蒸気発生装置６０からの水蒸気によって補うことができる結果、二流体ノズル１５のみでは調整できなかった領域の調湿を可能にできる。
更に、図１及び図２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、二方弁２０ａ，２０ｂによる加熱流路と冷却流路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率及び圧縮機１８の回転数の微小調整によって迅速に対応でき、応答性を向上できる。
かかる圧縮機１８の回転数の調整の際に、膨張弁制御部４２によって自動膨張弁２８を制御して、圧縮機１８の回転数調整による温湿度調整装置に対する影響やファン１２から吐出される空気流の温湿度に対する影響を可及的に小さくできる。
【００２４】
以上、説明してきた図１及び図２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、冷水制御手段としての制水弁４０が設けられている。この制水弁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。かかる制水弁４０は、図６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。
【００２５】
図１及び図２に示す温湿度調整装置で用いる二流体ノズル１５は、加熱器１４と冷却器１６との間に設けているが、図７（ａ）に示す様に、加熱器１４の空気の出口側に二流体ノズル１５を配設してもよい。この様に、二流体ノズル１５を加熱器１４の空気の出口側に配設しても、二流体ノズル１５から噴霧された水滴は加熱器１４で加熱された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７（ｂ）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との間に二流体ノズル１５を配設してもよい。この場合も、二流体ノズル１５から噴霧された水滴は加熱器１４で加熱された空気流によって加熱されて蒸発できる。
更に、図７（ｂ）に示す加熱器１４と冷却器１６との配設であって、図７（ｃ）に示す様に、加熱器１４の空気の入口側に二流体ノズル１５を配設してもよい。この場合、二流体ノズル１５から噴霧された水滴は加熱器１４で直接加熱されて蒸発できる。
但し、例えば、図７（ａ）に示す加熱器１４と冷却器１６との配設であって、図７（ｄ）に示す如く、冷却器１６の空気の入口側に二流体ノズル１５を配設した場合には、二流体ノズル１５から噴霧された水滴は、冷却器１６内で凝縮されて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７（ｂ）及び図７（ｃ）の様に、二流体ノズル１５が加熱器１４又は冷却器１６の上流側に設けられている場合には、二流体ノズル１５よりも下流側の加熱器１４又は冷却器１６が、二流体ノズル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１４又は冷却器１６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。
【００２６】
図１及び図２に示す温湿度調整装置では、凝縮器２６及び吸熱器３２には、外部からの水を用いた水冷方式であった、図８に示す様に、凝縮器２６及び吸熱器３２にファン５２からの空気流を用いる空冷方式であってもよい。
また、図１、図２及び図８に示す温湿度調整装置では、分配手段として二方弁２０ａ，２０ｂを用いたが、比例三方弁を用いてもよく、膨張弁３４としては、キャピラリーチューブを用いてもよい。
更に、二流体ノズル１５に代えて、水の圧力のみで噴霧する一流体ノズルや遠心式水噴射装置、或いは超音波調湿装置を用いることができる。これらの噴霧手段では、噴霧方式によって飽和効率が異なるため、採用する噴霧方式についての飽和効率を予め求めておくことが好ましい。
【符号の説明】
【００２７】
１０  空気流路
１０ａ  空気入口
１０ｂ  空気出口
１２  ファン
１４  加熱器
１５  二流体ノズル
１６  冷却器
１８  圧縮機
２０ａ，２０ｂ  二方弁
２２  温度制御部
２４  温度センサー
２６  凝縮器
２７  湿度制御部
２８  自動膨張弁
３２  吸熱器
３４  膨張弁
３８  コントロール部
４０  制水弁
【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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