(57)【要約】【課題】  チャンバの温度変動を効率良く制御した空調温度を提供する空調制御システムを提供する。【解決手段】  チャンバ内の温度変動を抑制する前処理温度制御機器１４と蓄熱体１６とを備えた空調制御システムである。前記蓄熱体１６の排出側に接続した調整用ヒータ１８と、ダクト２０の吹出口２２の温度を検知するセンサ２４と、前記センサ２４の測定値に基づいて前処理温度制御機器１４の設定温度と前記ダクト吹出口２２の温度との差を前記調整用ヒータ１８の加熱によって制御する制御部２５と、を備える構成とした。この場合において、前記蓄熱体１６と前記調整用ヒータ１８との流体通路間に縮流部２６を形成した構成とすることもできる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内の温度変動を抑制する温度制御部と蓄熱体とを備えた空調制御システムであって、前記蓄熱体の排出側に接続した調整用ヒータと、ダクト吹出口の温度を検知するセンサと、前記センサの測定値に基づいて前記温度制御部の設定温度と前記ダクト吹出口の温度との差を前記調整用ヒータの加熱によって制御する制御部と、を備えてなることを特徴とする空調制御システム。
【請求項２】
前記蓄熱体と前記調整用ヒータとの流体通路間に縮流部を形成してなることを特徴とする請求項１記載の空調制御システム。
【請求項３】
チャンバ内の温度変動を抑制する温度制御部と蓄熱体とを備えた空調制御システムであって、ダクト内で分岐した複数の流体通路毎に調整用ヒータと、ダクト吹出口の温度を検知するセンサと、前記センサの測定値に基づいて前記温度制御部の設定温度と前記ダクト吹出口の温度との差を前記調整用ヒータの加熱によって制御する制御部と、を備えてなることを特徴とする空調制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空調制御システムに係り、特に精密計測機器が設置される環境チャンバの温度変動を効率良く抑制した空調温度を提供する空調制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の著しい大規模集積化に伴い、半導体製造用クリーンルームでは、清浄度とともに温度、湿度、圧力などの環境条件の精度向上が望まれている。精密環境チャンバ内の精密機器は、加工または測定する際、室内空気の温度、湿度、圧力の変化による影響を受けやすいため、精密環境チャンバにおいて供給空気温度を高精度に制御する必要がある。そしてこの温度精度には、平均温度の絶対値（以下温度絶対値という）と、平均温度からの変動幅（以下温度変動という）の二つの要素が挙げられる。
【０００３】
温度精度は精密環境チャンバの用途によって、温度絶対値の管理を重視する場合、あるいは温度変動の抑制を重視する場合、さらに双方必要となる場合がある。また、装置の配置構成等による制約上、チャンバ内に空気を供給する吹出口が複数系統となる場合がある。この場合、吹出口系統毎の温度絶対値が異なると、系統の異なる空気が混合し温度変動の要因となるため、各系統の温度絶対値及び温度変動ともに精度を上げる必要がある。
【０００４】
温度変動を抑制する空調装置として特許文献１あるいは２に示す装置が開示されている。特に特許文献１の空調設備では、空気通路に気流混合手段と再混合手段を設けた構成によって気流を混合し±０．０１℃の温度分布を達成したことが開示されている。
【０００５】
従来の空調システムを図８に示す。同図（１）は温度変動抑制を重視した場合の空調システム模式図を示す。同図（２）は温度絶対値管理を重視した場合の空調システム模式図を示す。まず（１）の空調システム１ａは、空気通気経路の上流側から、送風機２、ヒータ３、制御用センサ４、蓄熱体５、ダクト６、吹出口７の順番に配置した構成としている。また、（２）の空調システム１ｂは、空気通気経路の上流側から順番に、送風機２、ヒータ３、ダクト６、吹出口７、制御用センサ４の順番に配置した構成としている。
【特許文献１】特開平０６−６６４３４号公報
【特許文献２】特開平１１−８３１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の空調システム１ａによる空気温度制御は、ヒータ３及び制御用センサ４で一旦温度の制御を行い、この制御では除去できない高周波数の温度変動を蓄熱体５によって除去する方式である。しかし、空調システム１ａの制御用センサ４は蓄熱体５よりも空気供給経路の上流側に配置してあり、そのため制御用センサ４以降の蓄熱体５、ダクト６において進入する外乱に対する補正ができなかった。一般に蓄熱体５、ダクト６は十分な断熱を施して外乱を防いでいるが、非常に低周波数の温度変動（日単位・年単位）や定常的な温度の上昇、低下は完全には防止できない。その結果として制御用センサ４の指示値と吹出口７との間で０.０１℃レベルの温度差が発生する。したがって空調システム１ａでは温度変動は低いレベルに抑制できるものの、温度絶対値では設定値とのずれが発生することになる。
【０００７】
一方、空調システム１ｂでは、制御用センサ４はダクト６の吹出口７よりも下流側に配置してあるため、ダクト６での外乱の影響を制御することができ、温度絶対値を設定値通りに維持することができる。しかし、吹出口７に設置した制御用センサ４の制御では除去できない高周波数の温度変動が吹出口７においても残り、温度変動は空調システム１ａよりも大きくなってしまう。
【０００８】
また、図８（３）に示すような、ダクト６内部で複数の吹出口７ａ〜７ｃを有する空気通気経路に空気を送風する場合には、ダクト６での外乱による影響が経路毎に異なるため、吹出口７間に温度差が発生する。この場合、温度絶対値、温度変動の双方で十分な性能が得られない。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、チャンバの温度変動を効率良く制御した空調温度を提供する空調制御システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る空調制御システムは、チャンバ内の温度変動を抑制する温度制御部と蓄熱体とを備えた空調制御システムであって、前記蓄熱体の排出側に接続した調整用ヒータと、ダクト吹出口の温度を検知するセンサと、前記センサの測定値に基づいて前記温度制御部の設定温度と前記ダクト吹出口の温度との差を前記調整用ヒータの加熱によって制御する制御部と、を備えてなることを特徴としている。
【００１１】
前処理として温度制御部及び蓄熱体によって空気の温度変動を抑制する。また、温度制御後生じる前処理制御精度と、ダクトに対する外乱によって生じる振幅と、からなるダクト吹出口の設定温度との温度差を制御用ヒータでの最小となる昇温幅によって解消している。したがって、吹出口の温度変動を抑制することができる。
【００１２】
この場合において、前記蓄熱体と前記調整用ヒータとの流体通路間に縮流部を形成してなることを特徴としている。これにより、ヒータの過熱やダクト内部の局所的な伝熱の偏りを抑制して温度ムラを抑制することができる。また、ヒータでの風速を高めてヒータと空気との熱交換率が向上する。したがって、温度変動を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明に係る空調制御システムは、チャンバ内の温度変動を抑制する温度制御部と蓄熱体とを備えた空調制御システムであって、ダクト内で分岐した複数の流体通路毎に調整用ヒータと、ダクト吹出口の温度を検知するセンサと、前記センサの測定値に基づいて前記温度制御部の設定温度と前記ダクト吹出口の温度との差を前記調整用ヒータの加熱によって制御する制御部と、を備えてなることを特徴としている。これにより、通路毎によって異なるダクトの外乱による温度差を、通路毎で前述同様に制御して、吹出口の温度差を解消して温度変動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
上述した本発明によれば、チャンバ内の温度変動を抑制する温度制御部と蓄熱体とを備えた空調制御システムであって、前記蓄熱体の排出側に接続した調整用ヒータと、ダクト吹出口の温度を検知するセンサと、前記センサの測定値に基づいて前記温度制御部の設定温度と前記ダクト吹出口の温度との差を前記調整用ヒータの加熱によって制御する制御部と、を備えた構成としたので、チャンバの温度変動を効率良く制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る空調制御システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。図１に本発明に係る空調制御システムの模式図を示す。空調制御システム１０は流体通路の上流側から送風機１２、前処理温度制御機器１４、蓄熱体１６、調整用ヒータ１８、ダクト２０、吹出口２２、センサ２４の順番で配置し空気が流通する構成である。
【００１６】
流体通路上流側の送風機１２はチャンバ内を循環した空気を後段側の流体経路に送風する。温度制御部である前処理温度制御機器１４は図示しない冷却コイルと、特殊ヒータとを備えている。冷却コイルはチラーと配管で接続され、配管内部を冷媒が循環して、冷却コイル外表面に接触する空気の熱交換を行い、空気の温度を下げる。また、特殊ヒータは電球等を用いて加熱する。これにより前処理温度制御機器１４の設定温度と空気との温度差を解消する温度調整を行う。
【００１７】
前処理温度制御機器１４の後段には蓄熱体１６が設けられている。蓄熱体１６は複数の多孔通路部材からなり、この多孔通路部材に形成した孔を空気が通過する際、空気と蓄熱体との間で熱交換が行われる。これにより、空気の温度変動を小さくできる。蓄熱体は用途に応じて、表面積が大きいもの、あるいは熱容量の大きいものを選定し、用いることができる。温度変動の低い周波数を小さくしたい場合には、熱容量の大きい蓄熱体を用いるとよい。また、温度変動の高い周波数を小さくしたい場合には、表面積の大きい蓄熱体を用いるとよい。空調制御システム１０は前段で前処理温度制御機器１４とその下流側に配置した蓄熱体１６とによって流入した空気の温度変動を抑制している。
【００１８】
蓄熱体１６の後段には調整用ヒータ１８が設けられている。調整用ヒータ１８は後述するダクト２０の外乱等による温度差を抑制するための加熱に用いている。調整用ヒータ１８の後段にはダクト２０が設けられている。ダクト２０に流入する空気の排出側の吹出口２２にはセンサ２４を形成してある。センサ２４は吹出口２２から排出する空気温度を検知する。センサ２４および調整用ヒータ１８には制御部２５が接続している。制御部２５はセンサ２４が検知した吹出口２２の温度と、あらかじめ設定してある前処理温度制御機器１４の設定温度との差を解消するように調整用ヒータ１８に加熱制御を行う構成としている。
【００１９】
蓄熱体１６と調整用ヒータ１８との間の流体経路には縮流部２６を形成してある。図２は実施形態に係る縮流部２６の模式図である。同図（１）に示すように、縮流部２６は蓄熱体１６から調整用ヒータ１８への接続部でテーパ状に縮径させてある。
【００２０】
また、同図（２）は（１）に示す縮流部２６の変形例である。図示のように、（１）で形成した縮流部２６の後段側のダクト２０の管径を、上流側の管径よりも小さく形成してある。
同図（３）は図示のように、調整用ヒータ１８の下流側にヒータ通過後に空気を再度縮流させる縮流部２６ａを形成してある。
【００２１】
上記構成による空調制御システム１０の作用について説明する。送風機１２に流入した空気は後段の前処理温度制御機器１４及び蓄熱体１６に送られる。前処理温度制御機器１４及び蓄熱体１６では空気の温度変動の抑制を行う。前処理温度制御機器１４に流入した空気は、前処理温度制御機器１４の設定温度よりも温度が高い場合には冷却コイルによって溶媒と熱交換が行われ一定温度まで冷却される。また、温度が低い場合には特殊ヒータによって一定温度まで加熱される。
【００２２】
温度調整を行った空気は微小な温度変動を持って蓄熱体１６に出力される。蓄熱体１６はこの微小な温度変動を抑制している。すなわち、空気の温度が高い場合には蓄熱体１６に対して熱を放出して、空気の温度が低い場合には蓄熱体１６に対して熱を吸収する。この熱交換によって空気温度の温度変動を抑制することができる。
【００２３】
図３に前処理温度制御機器の出口温度とダクト吹出口の温度の関係を示す。図示のように、前処理温度制御機器１４で前処理設定温度に温度調整した空気温度は前処理温度制御機器１４出口で前処理制御精度（Ａ）となる。また、ダクト２０で侵入する外乱によって外乱振幅（Ｂ）が発生している。この前処理制御精度（Ａ）と外乱振幅（Ｂ）の和が前処理設定温度との温度差となる。なお、この温度差は前処理の方式や、ダクトの長さ等による設定環境によって異なる。
【００２４】
図４にヒータ上流側の温度変動と時間の関係を示す。図４に示すように、実施形態に係る前処理温度制御機器１４及び蓄熱体１６によって前処理設定温度に制御した空気温度に対し、前述の前処理制御精度と外乱振幅による温度変動が生じていることがわかる。
【００２５】
調整用ヒータ１８は、この温度差を＋αの安全率を付加させた昇温幅で昇温して外乱を解消するように設定してある。吹出口２２の後段側に設置したセンサ２４はダクト２０の排出空気温度を検知する。センサ２４で検知した測定値は制御部２５に送られる。制御部２５では、吹出口２２の排出空気温度と、あらかじめ設定してある前処理温度制御機器１４の設定温度との間に外乱による温度差が生じている場合には、この温度差をヒータでの平均昇温幅（Ｃ）で解消するように調整用ヒータ１８に加熱するフィードバック制御を行う。
【００２６】
図５に温度変動と時間の関係を示す。図３は上から順番にヒータ出力を１５％、３０％、４５％に固定出力したときの温度変動と時間の関係を示している。図５に示すように、調整用ヒータ１８の出力を変動させた場合、調整用ヒータ１８出力の低下とともに温度変動も低下していることがわかる。
【００２７】
このように蓄熱体１６の下流側にある調整用ヒータ１８は、前処理温度制御機器１４及び蓄熱体１６による温度変動の抑制には関与せず、前処理設定温度と吹出口２２の排出温度との差を解消する加熱に用いている。また、調整用ヒータ１８は昇温幅を必要最低限に抑えることによって、調整用ヒータ１８で空気を加熱する際に不可避的に現れる温度変動を抑制することができる。その結果として吹出口２２において温度変動を抑制しつつ、温度絶対値を設定値と同じにすることができるようになる。
【００２８】
また、調整用ヒータ１８の加熱によって温度差を解消するときに、ヒータ表面付近の温度とヒータから離れた箇所では空気の大きな温度差が生じてダクト２０内部で温度分布ができる。
【００２９】
本実施形態では図２で示すように、蓄熱体１６から調整用ヒータ１８への接続部でテーパ状に縮径させた縮流部２６を形成してある。これにより、縮流部２６の絞りによって調整用ヒータ１８を通過する空気の風速が高まり、加熱による熱伝達係数が上がり、調整用ヒータ１８と空気との熱伝達が良好となる。結果として調整用ヒータ１８の過熱や場所による伝熱ムラを抑制することができる。
【００３０】
また、図２（２）は（１）で形成した縮流部２６下流側のダクト２０の断面積を小さくし、ダクト風速を大きくすることで、空気が調整用ヒータ１８から吹出口２２及びセンサ２４に至るまでの空気の到達時間を短縮している。前述のように熱伝達が良好となるとともに、調整用ヒータ１８とセンサ２４に接続する制御部２５の応答時間が短縮されて制御性能が格段に向上する。これにより、設定温度に制御する際のオーバーシュート、アンダーシュートを低減することができ、空気温度変動を抑制することができる。
【００３１】
図２（３）は、調整用ヒータ１８の下流側にヒータ通過後に空気を再度縮流させる縮流部２６ａを形成してあるので、ダクト２０内の温度変動・温度の偏りを抑制する効果がある。縮流により断面内での温度不均一が解消され、均一な温度の空気を送風できるようになる。
【００３２】
図６は縮流の有無による温度変動を示す図である。同図（１）は縮流部がない空調システムを示し、同図（２）は縮流部を形成した空調システムを示す。これにより、縮流部を形成した場合、（１）に示すように、空気通路に縮流部２６を形成していない場合に比べ、温度変動を抑制できることがわかる。
【００３３】
さらに、前述の調整用ヒータ１８の昇温幅を小さく設定し、空気通路に縮流部２６を形成することによって、同図（３）に示すように、温度変動を格段に減少させることができる。また、この構成によれば、昇温幅を小さく設定してあるので調整用ヒータ１８による増幅がなく、高周波の温度変動が発生することがない。
【００３４】
次に本発明に係る第２実施形態を図７に示す。第１実施形態と、同様の構成は同一符号を付してその説明を省略する。図示のように、空調制御システム１０ａはダクト２０内において、空気通路を複数分岐させてある。各分岐通路には調整用ヒータ１８ａ，１８ｂ，１８ｃと、吹出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃにはそれぞれセンサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃとを設けてある。また、各通路毎には調整用ヒータ１８ａ，１８ｂ，１８ｃと吹出口２２ａ，２２ｂ，２２ｃとに接続する制御部２５ａ，２５ｂ，２５ｃを形成してある。また、蓄熱体１６と調整用ヒータ１８との間には各通路毎に図示しない縮流部を形成してある。これにより、各通路毎に発生する外乱の違いによる温度差を各通路毎に設置した調整用ヒータ１８によって個別に温度差を補正することができる。よって、ダクト吹出口２２全体に発生する温度変動を前述同様に抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る空調制御システムは、温度絶対値を補償し、かつ温度変動を最小限に抑えた空気を供給でき、精密加工・計測用環境チャンバ等に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施形態に係る空調システムの模式図である。
【図２】実施形態に係る縮流部の説明図である。
【図３】前処理温度制御機器の出口温度とダクト吹出口温度の関係を示す図である。
【図４】ヒータ上流側の温度変動を示す図である。
【図５】温度変動と時間の関係を示す図である。
【図６】縮流の有無による温度変動を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る空調システムの模式図である。
【図８】従来の空調システムの模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１………空調システム、２………送風機、３………ヒータ、４………制御用センサ、５………蓄熱体、６………ダクト、７………吹出口、１０………空調制御システム、１２………送風機、１４………前処理温度制御機器、１６………蓄熱体、１８………調整用ヒータ、２０………ダクト、２２………吹出口、２４………センサ、２５………制御部、２６………縮流部。
【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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