(57)【要約】【課題】冷凍サイクルを構成する凝縮器の放熱を再利用する際における冷却能力，動作の安定性及び信頼性を高めるとともに、加えてコンプレッサの寿命低下を回避する。【解決手段】空気Ａを冷却する冷凍サイクルＣを用いた冷却器２と、この冷却器２の冷媒流入側に再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流出側を接続して冷却器２により冷却された空気Ａを加熱する加熱部３と、コンプレッサ４の吐出側，凝縮器５の冷媒流入側及び再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流入側のそれぞれに接続し、コンプレッサ４から吐出する冷媒を凝縮器５及び再加熱用熱交換器３ｃに分流させる分流比を制御可能な制御弁６と、温調された空気Ａの温度を温度センサ７ｓにより検出し、この検出結果により少なくとも制御弁６を制御するコントローラ７を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被空調空間に温調した空気を供給するエアプロセッサにおいて、空気を冷却する冷凍サイクルを用いた冷却器と、この冷却器の冷媒流入側に再加熱用熱交換器の冷媒流出側を接続して前記冷却器により冷却された空気を加熱する加熱部と、コンプレッサの吐出側，凝縮器の冷媒流入側及び前記再加熱用熱交換器の冷媒流入側のそれぞれに接続し、前記コンプレッサから吐出する冷媒を前記凝縮器及び前記再加熱用熱交換器に分流させる分流比を制御可能な制御弁と、温調された空気の温度を温度センサにより検出し、この検出結果に基づいて少なくとも前記制御弁を制御するコントローラを備えることを特徴とするエアプロセッサ。
【請求項２】
前記冷却器の冷媒流入側における冷媒圧力は、前記再加熱用熱交換器の冷媒流出側における冷媒圧力及び前記凝縮器の冷媒流出側における冷媒圧力よりも低く設定することを特徴とする請求項１記載のエアプロセッサ。
【請求項３】
前記再加熱用熱交換器の冷媒流出側と前記冷却器の冷媒流入側間に、前記冷却器の冷媒流入側と前記再加熱用熱交換器の冷媒流出側の冷媒圧力を設定する第一減圧器を接続するとともに、前記冷却器の冷媒流入側と前記凝縮器の冷媒流出側間に、前記冷却器の冷媒流入側と前記凝縮器の冷媒流出側の冷媒圧力を設定する第二減圧器を接続することを特徴とする請求項２記載のエアプロセッサ。
【請求項４】
前記再加熱用熱交換器の冷媒流入側と前記凝縮器の冷媒流入側間に接続し、前記再加熱用熱交換器の冷媒流入側における冷媒圧力が設定圧に達したなら、当該冷媒を前記凝縮器の冷媒流入側に供給する圧力制御弁を備えることを特徴とする請求項１記載のエアプロセッサ。
【請求項５】
前記冷却器により冷却された空気を補助的に加熱する補助加熱器を備えることを特徴とする請求項１記載のエアプロセッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリーンルーム，試験室，試験槽等の被空調空間に温調した空気を供給（循環）するエアプロセッサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シリコンウェーハにレジストをコーティングする半導体の製造工程等では、シリコンウェーハをセットする被空調空間（クリーンルーム）における温度の変動が、コーティング被膜の厚さに直接影響し、被膜の均一性及び品質を損なう原因となるため、通常、このような製造工程には、温度を高度に調整した空気を被空調空間に供給するエアプロセッサを備えている。
【０００３】
この種のエアプロセッサは、空気処理通路に冷却器と加熱器を配設し、送風機により送られる空気を冷却又は加熱することにより空気の温調を行っており、この冷却器には、冷媒が循環する冷凍サイクルを用いる場合も少なくない。冷凍サイクルの場合、コンプレッサから吐出する高温の冷媒を、この下流に接続する凝縮器（コンデンサ）により冷却するため、凝縮器では熱交換による放熱が行われる。したがって、この凝縮器の放熱を空気処理通路内における空気の加熱に利用すれば、エネルギの再利用を図ることができ、既に、このような凝縮器の一部を空気処理通路に配設することにより加熱器として利用した精密温調装置（エアプロセッサ）も、特許第３２８３２４５号公報により知られている。この精密温調装置は、チャンバに設置した凝縮器の空気吹き出し側に再加熱器を配置し、圧縮機から凝縮器に至るホットガスの一部を再加熱器に分流させることにより、チャンバ内の空気を加熱するものである。
【特許文献１】
特許第３２８３２４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報による従来の精密温調装置（エアプロセッサ）は、次のような難点があった。
【０００５】
即ち、通常、冷凍サイクルでは、圧力差（温度差）により冷媒の流れが確保されるが、従来の装置では、一方の冷媒流路を形成する三方比例制御弁−再加熱器−凝縮器間と他方の冷媒流路を形成する三方比例制御弁−凝縮器間が並列になるとともに、直列接続した再加熱器（前凝縮器）と凝縮器（後凝縮器）からなる前後一対の凝縮器により構成されるため、再加熱器内で冷媒温度が低下すると、再加熱器の冷媒流入側と冷媒流出側間の冷媒圧力差が小さいときなどは、再加熱器内に冷媒が凝縮滞留して流れなくなる現象、いわゆる「冷媒の寝込み」現象が生じ易くなる。この現象が生じた場合には、冷媒循環量の減少により冷却能力が低下するのみならず、コンプレッサの温度が上昇することにより冷凍サイクル動作の停止を招くなど、動作の安定性及び信頼性を確保できないとともに、コンプレッサの寿命を低下させる要因にもなる。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、冷凍サイクルを構成する凝縮器の放熱を再利用する際における冷却能力，動作の安定性及び信頼性を高めるとともに、加えてコンプレッサの寿命低下を回避できるエアプロセッサの提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明は、被空調空間Ｐに温調した空気Ａを供給するエアプロセッサ１を構成するに際して、空気Ａを冷却する冷凍サイクルＣを用いた冷却器２と、この冷却器２の冷媒流入側に再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流出側を接続して冷却器２により冷却された空気Ａを加熱する加熱部３と、コンプレッサ４の吐出側，凝縮器５の冷媒流入側及び再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流入側のそれぞれに接続し、コンプレッサ４から吐出する冷媒を凝縮器５及び再加熱用熱交換器３ｃに分流させる分流比を制御可能な制御弁６と、温調された空気Ａの温度を温度センサ７ｓにより検出し、この検出結果に基づいて少なくとも制御弁６を制御するコントローラ７を備えることを特徴とする。
【０００８】
この場合、好適な実施の形態により、冷却器２の冷媒流入側における冷媒圧力は、再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流出側における冷媒圧力及び凝縮器５の冷媒流出側における冷媒圧力よりも低く設定することが望ましい。具体的には、再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流出側と冷却器２の冷媒流入側間に、冷却器２の冷媒流入側と再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流出側の冷媒圧力を設定する第一減圧器１１を接続するとともに、冷却器２の冷媒流入側と凝縮器５の冷媒流出側間に、冷却器２の冷媒流入側と凝縮器５の冷媒流出側の冷媒圧力を設定する第二減圧器１２を接続することができる。一方、再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流入側と凝縮器５の冷媒流入側間には、再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流入側における冷媒圧力が設定圧に達したなら、当該冷媒を凝縮器５の冷媒流入側に供給する圧力制御弁１３を接続することができる。また、必要により、冷却器２により冷却された空気Ａを補助的に加熱する補助加熱器１４を設けることができる。
【０００９】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１０】
まず、本実施例に係るエアプロセッサ１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本実施例に係るエアプロセッサ１の冷媒回路図を示す。エアプロセッサ１は、冷凍サイクルＣを備え、この冷凍サイクルＣは、コンプレッサ（圧縮機）４，凝縮器（コンデンサ）５，冷媒ドライヤ２１，冷却器（エバポレータ）２，アキュムレータ２２を順次接続することにより、冷媒が循環する冷凍サイクルＣの基本回路を構成する。この場合、凝縮器５は、水冷式により構成し、冷却水の流入部５ｉ及び流出部５ｏを有するとともに、この流出部５ｏには制水弁２３を接続する。なお、２４はアキュムレータ２２の冷媒流入側とコンプレッサ４の吐出側間に接続した定圧膨張弁（ＣＣＶ），２５はコンプレッサ４の吐出側に接続した圧力ゲージ，２６はコンプレッサ４の吐出側に接続した高圧圧力スイッチ（保護スイッチ）をそれぞれ示す。
【００１２】
そして、このように構成される冷凍サイクルＣの基本回路に対して、冷却器２の冷媒流入側に再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流出側を接続する。この場合、再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流出側は、減圧弁（ベローズバルブ）を用いた第一減圧器１１を介して冷却器２の冷媒流入側に接続する。また、コンプレッサ４の吐出側，凝縮器５の冷媒流入側及び再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流入側のそれぞれに三方制御弁（三方比例制御弁）６を接続する。即ち、三方制御弁６は、入口ポートをコンプレッサ４の吐出側に、第一出力ポートを凝縮器５の冷媒流入側に、第二出力ポートを再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流入側にそれぞれ接続する。これにより、コンプレッサ４から吐出する冷媒を凝縮器５及び再加熱用熱交換器３ｃに対して分流制御可能になるため、三方制御弁６の分流比を制御することにより再加熱用熱交換器３ｃ側の開度を大きくし、かつ凝縮器５側の開度を小さくすれば、加熱モードになるとともに、凝縮器５側の開度を大きくし、かつ再加熱用熱交換器３ｃ側の開度を小さくすれば冷却モードになる。
【００１３】
さらに、冷却器２の冷媒流入側と凝縮器５の冷媒流出側間となる冷却器２と冷媒ドライヤ２１間には、減圧弁（ベローズバルブ）を用いた第二減圧器１２を接続するとともに、再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流入側と凝縮器５の冷媒流入側間には、逆止弁を用いた圧力制御弁１３を接続する。凝縮器５は制水弁によって凝縮が制御されているため、再加熱用熱交換器３ｃ内の冷媒圧力（温度）が高ければ、圧力制御弁１３を介して冷媒が凝縮器５に流入するため、高圧側の圧力を安定させることができる。なお、圧力制御弁１３には、再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流入側における冷媒圧力が設定圧に達したなら、当該冷媒を凝縮器５の冷媒流入側に供給するリリーフ弁を用いてもよい。
【００１４】
また、第二減圧器１２と前述した第一減圧器１１により、凝縮器５の冷媒流出側における冷媒圧力と再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流出側における冷媒圧力を次の関係に設定する。即ち、三方制御弁６の分流比を０：１００〜１００：０まで変化させた際に、第一減圧器１１の位置における冷媒が再加熱用熱交換器３ｃに逆流しないように設定する。具体的には、冷却器２の冷媒流入側における冷媒圧力を、再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流出側における冷媒圧力及び凝縮器５の冷媒流出側における冷媒圧力よりも低く設定する。特に、第一減圧器１１の冷媒流出側における冷媒圧力よりも第二減圧器１２の冷媒流出側における冷媒圧力が僅かに低く維持されていれば、再加熱用熱交換器３ｃ側に冷媒が逆流することはない。したがって、相対的に第一減圧器１１が開き気味で第二減圧器１２が絞り気味の傾向に設定することができる。これにより、加熱モード及び冷却モード共に冷媒の循環を安定に行わせることができる。
【００１５】
一方、図１において、仮想線は空気処理通路Ｒを示す。この空気処理通路Ｒは、図２に示すように、空気入口Ｒｉと空気吹出口Ｒｏを有するボックス状に構成し、空気入口Ｒｉには送風機２７から送風することができる。また、空気処理通路Ｒ内の上流側に冷却器３を配設するとともに、この冷却器３の下流側に再加熱用熱交換器３ｃを配設する。さらに、空気吹出口Ｒｏ（或いは空調を行うユースポイント等）には、温調された空気Ａの温度を検出する温度センサ７ｓを配設する。他方、７はコンピュータ処理機能及びシーケンス制御機能等を有するコントローラであり、温度センサ７ｓは、このコントローラ７の入力部に接続するとともに、前述した送風機２７，コンプレッサ４及び三方制御弁６等は、コントローラ７の出力部に接続する。
【００１６】
図２は、空気処理通路Ｒの断面を含むエアプロセッサ１の内部構造を示す。エアプロセッサ１は、底面にキャスタ３２…を有するハウジング３１を備え、このハウジング３１の正面パネル３１ｐの下部に、外気（空気Ａ）を吸込む空気吸込口３３を配設する。そして、この空気吸込口３３に、ハウジング３１の内部に配設した送風機２７の吸気口を接続するとともに、送風機２７の送気口は、ダクト３４を介して空気処理通路Ｒの空気入口Ｒｉに接続する。一方、ハウジング３１の正面パネル３１ｐの上部には、空調した空気Ａを外部に放出する前述した空気吹出口Ｒｏを配設する。また、空気処理通路Ｒの内部には上述した冷却器２及び再加熱用熱交換器３ｃを配設する。なお、実施例は、再加熱用熱交換器３ｃの下流側に、さらに、補助加熱器１４を配設することができる場合を示している。この補助加熱器１４には、独立した加熱器である電熱ヒータ等を利用することができる。その他、図２中、４はコンプレッサである。
【００１７】
次に、本実施例に係るエアプロセッサ１の動作について、図１及び図２を参照しつつ図３に示すフローチャートに従って説明する。
【００１８】
まず、不図示の電源スイッチをＯＮにしてエアプロセッサ１の運転を開始する（ステップＳ１）。運転開始によりコンプレッサ４が作動するとともに、送風機２７が作動し、外気（空気Ａ）が、空気吸込口３３から吸込まれる。なお、送風機２７には不図示の送風量調整用シャッタが付属し、送風量を調整することができる。空気吸込口３３から吸込まれた空気Ａは、送風機２７，ダクト３４，空気入口Ｒｉを通り、空気処理通路Ｒ内に流入する。そして、流入した空気Ａは、冷却器２，再加熱用熱交換器３ｃ（加熱部３），必要により設けた補助加熱器１４の順に通過した後、空気吹出口Ｒｏから外部に放出される。この際、温度センサ７ｓにより空気吹出口Ｒｏを通過する空気Ａの温度が検出され、この検出結果がコントローラ７に付与される。コントローラ７は、温度センサ７ｓに基づいて得られる検出温度を監視する（ステップＳ２）。
【００１９】
検出温度の監視により、検出温度が設定温度よりも低い場合には、空気Ａを加熱する制御を行う。即ち、コントローラ７は、三方制御弁６の分流比を制御することにより、再加熱用熱交換器３ｃ側の開度を大きくし、かつ凝縮器５側の開度を小さくする（ステップＳ３，Ｓ４）。これにより、コンプレッサ４から吐出する冷媒が主に再加熱用熱交換器３ｃ側へ供給される加熱モードとなり、再加熱用熱交換器３ｃによる熱交換作用により空気処理通路Ｒ内の空気Ａが加熱される（ステップＳ５）。したがって、再加熱用熱交換器３ｃの放熱が空気Ａの加熱に再利用されることになり、再加熱用熱交換器３ｃは加熱部３として機能する。一方、再加熱用熱交換器３ｃを通過した冷媒は、第一減圧器１１を通って冷却器２に供給されるとともに、冷却器２を通過した冷媒は、アキュムレータ２２を通ってコンプレッサ４に戻される。図１中、矢印Ｆｈは、加熱モードにおける冷媒の主たる循環経路を示している。このような加熱モードにより空気Ａに対する加熱が行われるため、コントローラ７は、検出温度を監視し、検出温度が設定温度に達したなら、三方制御弁６を中立位置に戻す（ステップＳ６）。
【００２０】
他方、検出温度の監視により、検出温度が設定温度よりも高い場合には、空気Ａを冷却する制御を行う。即ち、コントローラ７は、三方制御弁６の分流比を制御することにより、凝縮器５側の開度を大きくし、かつ再加熱用熱交換器３ｃ側の開度を小さくする（ステップＳ７，Ｓ８）。これにより、コンプレッサ４から吐出する冷媒が主に凝縮器５側へ供給される冷却モードとなり、冷却器２による熱交換作用により空気処理通路Ｒ内の空気Ａが冷却される（ステップＳ９）。冷却モードでは、通常の冷凍サイクルＣによる冷却が行われるため、コンプレッサ４から吐出した冷媒は、三方制御弁６を介して主に凝縮器５に供給されるとともに、さらに、冷媒ドライヤ２１，第二減圧器１２，冷却器２，アキュムレータ２２を通ってコンプレッサ４に戻される。図１中、矢印Ｆｃは、冷却モードにおける冷媒の主たる循環経路を示している。このような冷却モードによる空気Ａに対する冷却が行われるため、コントローラ７は、検出温度を監視し、検出温度が設定温度に達したなら、三方制御弁６を中立位置に戻す（ステップＳ１０）。
【００２１】
そして、コントローラ７は、常時、検出温度を監視し、検出温度が設定温度に一致するように、加熱モード又は冷却モードに対する制御を繰り返す（ステップＳ１１）。これにより、被空調空間Ｐには、エアプロセッサ１により高度に温調された空気Ａが供給される。
【００２２】
なお、高圧圧力スイッチ２６は、コンプレッサ４の吐出側の冷媒圧力を監視し、予め設定した過大圧力（設定圧）を検出したならコンプレッサ４の動作を強制的に停止させてコンプレッサ４を保護する。一方、長時間、加熱モードが継続するなどにより、再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流出側における冷媒圧力が過大になった場合、即ち、冷媒圧力が圧力制御弁１３の設定圧を越えた場合には、冷媒を圧力制御弁１３を通して凝縮器５側にリリーフさせ、強制的に冷却を行う。これにより、より安定した動作が確保される。また、補助加熱器１４を設けた場合には、コントローラ７は、必要により補助加熱器１４を制御し、補助的な加熱を行う。これにより、使用環境等に対する適応性（汎用性）を高めることができるとともに、融通性の高い制御を行うことができる。
【００２３】
このような本実施例に係るエアプロセッサ１によれば、加熱モードでは、三方制御弁６が制御されることにより、コンプレッサ４から吐出する冷媒が、冷却器２の下流側に配設した再加熱用熱交換器３ｃに主に供給され、この再加熱用熱交換器３ｃによる熱交換作用により空気処理通路Ｒ内の空気Ａが加熱されるとともに、再加熱用熱交換器３ｃを通過した冷媒は、第一減圧器１１を通って冷却器２に供給されるため、再加熱用熱交換器３ｃにおけるいわゆる「冷媒の寝込み」現象が回避される。したがって、冷凍サイクルＣを構成する凝縮器（再加熱用熱交換器３ｃ）の放熱を再利用する際における冷却能力，動作の安定性及び信頼性を高めることができるとともに、加えてコンプレッサ４の寿命低下を回避できる利点がある。
【００２４】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、実施例は、補助加熱器１４を設けた場合を示したが、必ずしも設けることを要しない。また、実施例は三方制御弁６を用いた場合を例示したが、二方制御弁を用いてもよく、この場合には、再加熱用熱交換器３ｃの冷媒流入側における冷媒圧力が凝縮器５の冷媒流入側における冷媒圧力よりも常時高くなるように設定する。さらに、三方制御弁６（二方制御弁）は、単純切換形式の切換弁であってもよく、この場合には、冷媒を再加熱用熱交換器３ｃ側又は凝縮器５側へ選択的に供給することができる。したがって、本発明における分流比には、０：１００〔％〕も含まれる。
【００２５】
【発明の効果】
このように、本発明に係るエアプロセッサは、空気を冷却する冷凍サイクルを用いた冷却器と、この冷却器の冷媒流入側に再加熱用熱交換器の冷媒流出側を接続して冷却器により冷却された空気を加熱する加熱部と、コンプレッサの吐出側，凝縮器の冷媒流入側及び再加熱用熱交換器の冷媒流入側のそれぞれに接続し、コンプレッサから吐出する冷媒を凝縮器及び再加熱用熱交換器に分流させる分流比を制御可能な制御弁と、温調された空気の温度を温度センサにより検出し、この検出結果に基づいて少なくとも制御弁を制御するコントローラを備えるため、次のような顕著な効果を奏する。
【００２６】
（１）  再加熱用熱交換器におけるいわゆる「冷媒の寝込み」現象を回避できるため、冷凍サイクルを構成する凝縮器（再加熱用熱交換器）の放熱を再利用する際における冷却能力，動作の安定性及び信頼性を高めることができるとともに、加えてコンプレッサの寿命低下を回避できる。
【００２７】
（２）  好適な実施の形態により、再加熱用熱交換器の冷媒流出側と冷却器の冷媒流入側間に、冷却器の冷媒流入側と再加熱用熱交換器の冷媒流出側の冷媒圧力を設定する第一減圧器を接続するとともに、冷却器の冷媒流入側と凝縮器の冷媒流出側間に、冷却器の冷媒流入側と凝縮器の冷媒流出側の冷媒圧力を設定する第二減圧器を接続することにより、冷却器の冷媒流入側における冷媒圧力を、再加熱用熱交換器の冷媒流出側における冷媒圧力及び凝縮器の冷媒流出側における冷媒圧力よりも低く設定すれば、加熱モード及び冷却モード共に冷媒の循環を安定に行わせることができる。
【００２８】
（３）  好適な実施の形態により、再加熱用熱交換器の冷媒流入側と凝縮器の冷媒流入側間に、再加熱用熱交換器の冷媒流入側における冷媒圧力が設定圧に達したなら、当該冷媒を凝縮器の冷媒流入側に供給する圧力制御弁を接続すれば、強制的に冷却を行わせることにより、より安定した動作を確保できる。
【００２９】
（４）  好適な実施の形態により、冷却器により冷却された空気を補助的に加熱する補助加熱器を設ければ、使用環境等に対する適応性（汎用性）を高めることができるとともに、融通性の高い制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係るエアプロセッサの冷媒回路図、
【図２】同エアプロセッサの内部構造図、
【図３】同エアプロセッサの動作を説明するためのフローチャート、
【符号の説明】
１    エアプロセッサ
２    冷却器
３    加熱部
３ｃ  再加熱用熱交換器
４    コンプレッサ
５    凝縮器
６    切換弁
７    コントローラ
７ｓ  温度センサ
１１  第一減圧器
１２  第二減圧器
１３  圧力制御弁
１４  補助加熱器
Ａ    空気
Ｃ    冷凍サイクル
【図１】
2004211942.tif 000003
【図２】
2004211942.tif 000004
【図３】
2004211942.tif 000005