(57)【要約】【課題】本発明は、高精度な温調空間を確保することができる温度調節室の壁構造体を提供する。【解決手段】本発明の壁構造体１６は、壁を構成する鋼板６０と、鋼板６０の室内側面６０Ａに貼り付けられた多数の冷熱モジュール６２、６２…と、鋼板６０の温度が室内１１の設定温度になるように冷熱モジュール６２、６２…の温度を制御する温度コントローラ６４とを有する。この壁構造体１６によれば、鋼板６０の室内側面６０Ａに貼り付けた冷熱モジュール６２、６２…によって鋼板６０を冷却、又は加熱する。この際、温度コントローラ６４は、鋼板６０の温度が室内１１の設定温度になるように冷熱モジュール６２、６２…の温度を制御する。これにより、クリーンルーム１４の温度変動が精密環境チャンバ１０の壁を介して室内１１に伝導するのを防止できるので、高精度な温調空間に室内１１を確保することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内を画成するための壁を構成する金属板と、
前記金属板の室内側面に貼り付けられた冷熱モジュールと、
前記金属板の温度が前記室内の設定温度になるように前記冷熱モジュールの温度を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする温度調節室の壁構造体。
【請求項２】
前記冷熱モジュールの室内側面には、冷熱モジュールと室内空間とを隔離する隔離材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の温度調節室の壁構造体。
【請求項３】
前記金属板の室外側面には断熱材が取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度調節室の壁構造体。
【請求項４】
前記冷熱モジュールは、ペルチェモジュールであることを特徴とする請求項１、２又は３のうちいずれかに記載の温度調節室の壁構造体。
【請求項５】
前記冷熱モジュールは、前記金属板の高さ方向に沿って複数貼り付けられるとともに、冷熱モジュールの高さ位置に対応して温度センサが前記室内に複数設置され、前記制御手段は、前記設定温度から外れた温度を検出した前記温度センサに対応する冷熱モジュールの温度を設定温度になるようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の温度調節室の壁構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度調節室の壁構造体に係り、特にクリーンルームの精密環境チャンバのように室内温度が高精度に管理される温度調節室の壁構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工場等で用いられるクリーンルームにおいては、作業環境の条件が厳しく求められる傾向にある。たとえば精密環境チャンバでは室内の温度管理が厳しく要求され、特に、実際にその室内で検査作業等が行われる空間においてはその温度変化の変動を±１／１０００度以下に納めることが要求されるなど、空調設備の高精度な温度管理が要求されている。
【０００３】
これを実現するために従来までの空調設備には、室内の温度を所望温度に維持するために加熱器や冷却器が設けられ、室温を温度センサ等によって監視しつつ、これら加熱器や冷却器をフィードバック制御して、室内を一定の温度に維持している。
【０００４】
特許文献１において本願出願人は、温度制御に対する即応性を向上させた精密環境チャンバ用の空気調和制御装置を提案している。この空気調和制御装置は、熱源を内部に備え、精密環境チャンバに供給されるエアを加熱する加熱器であって、前記熱源としてフィラメントを備えた電球を用いるとともに、フィラメントに通電させて電球を点灯させ、これにより生じる熱を前記熱源として用いている。この空気調和制御装置によれば、電球の点灯により生じる熱を加熱器の熱源として用いたので、温度制御に対する即応性が向上するという利点がある。
【特許文献１】特許第３６３４８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の如く、特許文献１の空気調和制御装置は、精密環境チャンバに供給されるエアの温度を高精度に制御することができるが、精密環境チャンバの室外であるクリーンルームの温度制御は、精密環境チャンバと比較して例えば±２℃と高く、この温度変動（外乱）が精密環境チャンバの壁を介して精密環境チャンバ内に伝導し、精密環境チャンバの室内温度制御に悪影響を与えてしまい、高精度な温調空間を確保することができないという問題があった。従来の精密環境チャンバの壁構造は、図４に示すようにポリウレタン系の断熱材１を鋼板２、２で挟んだ断熱パネル構造体（例えば断熱材の厚みは４０ｍｍ、鋼板の厚みは１ｍｍ）であり、断熱材１により温度変動を低減させているが、室内外の温度差を解消することは基本的に困難であるため上記問題は解決することはできなかった。特に壁に近い作業空間では、温度変動が±１／１００度以上になっていた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高精度な温調空間を確保することができる温度調節室の壁構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、室内を画成するための壁を構成する金属板と、前記金属板の室内側面に貼り付けられた冷熱モジュールと、前記金属板の温度が前記室内の設定温度になるように前記冷熱モジュールの温度を制御する制御手段と、を有することを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、壁を構成する金属板の室内側面に貼り付けられた冷熱モジュールによって金属板を冷却、又は加熱する。この際、制御手段は、金属板の温度が室内の設定温度になるように冷熱モジュールの温度を制御する。これにより、室外の温度変動（外乱）が温度調節室の壁を介して温度調節室内に伝導するのを防止できるので、高精度な温調空間を確保することができる。
【０００９】
金属板としては、伝熱性、及び熱拡散性の高い鉄板、鋼板を使用することが好ましい。これにより、熱容量の小さい冷熱モジュールを使用することもできるのでイニシャルコスト、ランニングコストを削減できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記冷熱モジュールの室内側面には、冷熱モジュールと室内空間とを隔離する隔離材が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、冷熱モジュールの室内側面に隔離材を設け、冷熱モジュールと室内空間とを隔離することが好ましい。これにより、冷熱モジュールの熱による室内温度の変動や、室内温度を乱す原因となる室内空気の対流等の発生を防止できる。隔離材としては、板材でもよく、冷熱モジュールの室内側面をコーティング材によりコーティングして隔離してもよい。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記金属板の室外側面には断熱材が取り付けられていることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、金属板の室外側面に断熱材を取り付けることが好ましい。断熱材は、室外の温度変動を緩衝する機能を有しているため、金属板に伝わる室外の温度変動が緩やかになり、これによって、制御手段による冷熱モジュールの温度制御が容易になる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３において、前記冷熱モジュールは、ペルチェモジュールであることを特徴としている。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、冷熱モジュールとして、板状のペルチェモジュールを使用することが好ましい。ペルチェモジュールは、直流電流により冷却、加熱、温度制御を自由に行うことができる半導体素子であり、このペルチェモジュールに流す電流の極性を変えることによって冷却と加熱とを切り換えることができる。また、与える電流の大きさを変えることによって熱量の大きさを変えることができる。更に、温度応答性がよいため、直ぐに冷却したり、加熱したりすることができるとともに、可動部分が無いため、振動、騒音が無く、また、疲労、破損する機械部品が無いため、冷熱モジュールとして長寿命で信頼性が高い。更に、電気配線のみのため、取り扱いが簡単になる等の利点がある。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１、２、３又は４において、前記冷熱モジュールは、前記金属板の高さ方向に沿って複数貼り付けられるとともに、冷熱モジュールの高さ位置に対応して温度センサが前記室内に複数設置され、前記制御手段は、前記設定温度から外れた温度を検出した前記温度センサに対応する冷熱モジュールの温度を設定温度になるようにフィードバック制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、金属板の高さ方向に沿って冷熱モジュールを複数貼り付け、冷熱モジュールの高さ位置に対応して温度センサを室内に複数設置し、室内の設定温度から外れた温度を検出した温度センサに対応する冷熱モジュールの温度を設定温度になるように制御手段がフィードバック制御することが好ましい。これにより、壁の局部的な温度管理が可能となるので、室内全体の温調を高精度に確保することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る温度調節室の壁構造体によれば、壁を構成する金属板の室内側面に貼り付けられた冷熱モジュールによって金属板を冷却、又は加熱するとともに、金属板の温度が室内の設定温度になるように冷熱モジュールの温度を制御手段が制御するので、室外の温度変動が温度調節室の壁を介して温度調節室内に伝導するのを防止でき、これによって、高精度な温調空間を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下添付図面に従って、本発明に係る温度調節室の壁構造体の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２０】
図１は、実施の形態の温度調節室に相当するクリーンルームの精密環境チャンバ１０、及び精密環境チャンバ１０に設けられる空調設備１２の構成を示したブロック図である。
【００２１】
同図に示す精密環境チャンバ１０は、クリーンルーム１４に設置されるとともに、クリーンルーム１４に対し壁構造体１６によって隔離され、その室内１１には例えば精密機械の製造ライン、検査装置などが設置されている。この精密環境チャンバ１０では、例えば許容誤差±１／１０００度オーダ以内で一定に温度が維持されることが要求される。なお、図１には図示していないが、壁構造体１６には、開閉扉を有した作業員立ち入り用の出入口が設けられている。
【００２２】
壁構造体１６の壁面の図１上で右壁面には、エア供給パネル１８が設けられるとともに、左壁面にはエア吸気パネル２０が設けられている。これらのパネル１８、２０には、エアを通過させるとともに整流の作用もある多数の孔が形成された、例えばパンチングメタルのような多孔式パネルが用いられている。
【００２３】
吸気パネル２０にはエアダクト２２が接続されている。このエアダクト２２の上流側には、送風機２４に加えて冷却器２６、第１の加熱器２８、及び第２の加熱器３０等の熱源系統が設けられ、エアダクト２２の下流側が供給パネル１８に接続されることにより、精密環境チャンバ１０の室内１１のエアが循環される構成となっている。
【００２４】
送風機２４は、室内１１のエアを循環させる機能を有する。送風機２４が作動すると、室内１１のエアがエア吸気パネル２０からエアダクト２２を介して吸引され、このエアは送風機２４によってエアダクト２２、及びエア供給パネル１８を介して室内１１に供給される。
【００２５】
冷却器２６は、送風機２４によって送出されたエアを所定の温度まで冷却する。この冷却器２６の内部には不図示の冷却コイルが設けられ、送出されたエアがこの冷却コイルに接触することにより冷却される。
【００２６】
第１の加熱器２８は、その内部に電球（不図示：特許第３６３４８９６号公報参照）を備えたダクトユニットによって構成されている。この第１の加熱器２８の直後でエアダクト２２内には第１の温度センサ３２が設けられ、第１の加熱器２８の直後のエアダクト２２内の温度が第１の温度センサ３２によって検出されている。第１の温度センサ３２によって検出された温度情報は、デジタル調節計３４に出力される。このデジタル調節計３４は、前記温度情報に基づきサイリスタ３６を制御し、サイリスタ３６は、電源部（不図示）から第１の加熱器２８に所定の電圧の電力を供給させる。なお、デジタル調節計３４の分解能は、±１／１００度である。このような構成の第１の加熱器２８によって、冷却器２６にて冷却されたエアを要求される温度の近傍まで加熱する。例えば、要求温度（設定温度）が摂氏２３．２度である場合には、第１の加熱器２８によってエアを摂氏２２．９度まで加熱する。
【００２７】
第２の加熱器３０も前記ダクトユニットから構成され、その内部に電球（不図示：特許第３６３４８９６号公報参照）を備えている。また、精密環境チャンバ１０の室内１１には第２の温度センサ３８が設けられ、精密環境チャンバ１０の室内１１の温度が検出されている。第２の温度センサ３８によって検出された温度情報は、デジタル調節計４０に出力される。このデジタル調節計４０は、前記温度情報に基づきサイリスタ４２を制御し、サイリスタ４２は、電源部（不図示）から第２の加熱器３０に所定の電圧の電力を供給させる。ここで、デジタル調節計４０における分解能は、デジタル調節計３４よりも分解能が高く、精密環境チャンバ１０における温度の±１／１０００度である。このような構成の第２の加熱器３０は、第１の加熱器２８により要求温度の近傍まで加熱されたエアを再度加熱して、精密環境チャンバ１０にて要求される温度まで加熱する。これにより、第２の加熱器３０では、制御熱量の変動が少ないため、制御が行い易くなる。
【００２８】
次に、空調設備４０の作用について説明する。
【００２９】
エア供給パネル１８から吹き出された空調エアは、エア吸気パネル２０から吸引されることにより、精密環境チャンバ１０の室内１１でサイドフロー（水平層流）となって流れる。また、精密環境チャンバ１０の室内１１は厳しく温度が管理され、室内１１の温度が摂氏２３．２度で許容誤差１／１０００度以内の温度で維持されている。特に、室内１１におけるサイドフローによって、室内１１にエアが滞留せず、室内１１の温度分布が均等になり易く、乱流の発生も防止できるので、温度制御性が向上している。
【００３０】
また、エアダクト２２に第１の加熱器２８と第２の加熱器３０とを夫々設け、これらを制御するための温度センサ３２をエアダクト２２に取り付けるとともに温度センサ３８を精密環境チャンバ１０の室内１１に設けることにより、温度分解能の異なる２段階の温度制御が可能になり、制御性の優れた空調設備１２を提供できる。特に、第１の加熱器２８によって、要求される温度まで近づけておき、第２の加熱器３０によって要求される温度を維持するので、加熱器３０の制御熱量の変動が少なくなり、室内１１の温度制御が行い易くなる。
【００３１】
次に、冷却器２６と、これを制御する冷水温度制御手段について説明する。冷却器２６の内部には不図示の冷却用コイルが設けられ、前述したように送出されたエアがこの冷却用コイルに接触して冷却される。冷却用コイルには冷水パイプ４４が接続されている。この冷水パイプ４４にはクッションタンク４６、冷水製造装置４８、加熱器５０などが備えられ、ポンプＰにて冷水パイプ４４内の冷水を循環する構成を呈している。
【００３２】
クッションタンク４６は、区画された２層の冷水層からなり、冷却器４８から送り出された冷水を一方の冷水層４６ａに蓄積する。また、冷水製造装置４８で製造された冷水も他方の冷水層４６ｂにて蓄積する。
【００３３】
ポンプＰは冷水パイプ４４内の冷水を循環する。ポンプＰが作動されると、クッションタンク４６の他方の冷水層から冷水が吸引され、冷水パイプ４４内の冷水が加熱器５０まで連続して供給される。
【００３４】
加熱器５０は、伝熱ワイヤをコイル状（または板状）に備えたものが用いられ、不図示の電源部から伝熱ワイヤに通電させることで伝熱ワイヤが加熱され、ポンプＰによって搬送される冷水が伝熱ワイヤに接触されることによって、冷水が所望の温度まで加熱される。この加熱器５０の直後で冷水パイプ４４内には温度センサ５２が設けられ、加熱器５０直後の冷水パイプ４４内の温度が検出されている。この温度センサ５２からの温度情報はデジタル調節計５４に出力される。デジタル調節計５４は、前記温度情報に基づきサイリスタ５６にフィードバック制御による制御信号を出力させ、電源部（不図示）から加熱器５０に所定の電圧値で電力を供給させる。このような構成の冷却器４８によって、少なくとも要求される温度よりも１／１００度程度の誤差範囲内まで冷水を冷却することができる。
【００３５】
次に、精密環境チャンバ１０の壁構造体１６について説明する。
【００３６】
実施の形態の壁構造体１６は図２に示すように、室内１１を画成するための壁を構成する鋼板（金属板）６０と、鋼板６０の室内側面６０Ａに貼り付けられた多数の冷熱モジュール６２、６２…と、鋼板６０の温度が室内１１の設定温度になるように冷熱モジュール６２、６２…の温度を制御する温度コントローラ（制御手段）６４とを有する。なお、符号６６は、温度コントローラ６４に室内１１の設定温度を入力するための入力手段である。
【００３７】
この壁構造体１６によれば、鋼板６０の室内側面６０Ａに貼り付けた冷熱モジュール６２、６２…によって鋼板６０を冷却、又は加熱する。この際、温度コントローラ６４は、鋼板６０の温度が室内１１の設定温度になるように冷熱モジュール６２、６２…の温度を制御する。これにより、クリーンルーム１４（室外）の温度変動（外乱）が精密環境チャンバ１０の壁を介して室内１１に伝導するのを防止できるので、高精度な温調空間に室内１１を確保することができる。
【００３８】
実施例では金属板として鋼板６０を例示したが、これに限定されるものではなく、伝熱性、及び熱拡散性の高い金属板であれば鉄板、銅板等を使用することもできる。これにより、熱容量の小さい冷熱モジュール６２、６２…を使用することもできるのでイニシャルコスト、ランニングコストを削減できる。なお、コスト的には銅板よりも鉄板の方が好ましい。
【００３９】
また、実施の形態の壁構造体１６は、冷熱モジュール６２、６２…の室内側面６２Ａ、６２Ａ…に、冷熱モジュール６２、６２…と室内１１とを隔離する隔離材６８が設けられている。
【００４０】
このように、冷熱モジュール６２、６２…の室内側面６２Ａ、６２Ａ…に隔離材６８を設け、冷熱モジュール６２、６２…と室内１１の空間とを隔離することにより、冷熱モジュール６２、６２…の熱による室内１１の温度変動や、室内温度を乱す原因となる室内１１の空気の対流等の発生を防止できる。隔離材６８としては、板材でもよく、冷熱モジュール６２の室内側面６２Ａをコーティング材によりコーティングして隔離してもよい。
【００４１】
更に、実施の形態の壁構造体１６は、鋼板６０の室外側面にポリウレタン系の断熱材７０が取り付けられている。このように断熱材７０を取り付ければ、断熱材７０は、クリーンルーム１４の温度変動を緩衝する機能を有しているため、鋼板６０に伝わるクリーンルーム１４の温度変動が緩やかになる。これによって、温度コントローラ６４による冷熱モジュール６２、６２…の温度制御が容易になる。なお、符号７２は鋼板６０との間で断熱材７０を挟み込むための鋼板である。
【００４２】
また、実施の形態の冷熱モジュール６２は、ペルチェモジュール（例えば、株式会社アンペール製：モジュール型名「ＵＴ４０４０−ＣＦ」、「ＵＴ４０４０−ＰＦ」、「ＵＴ７０７０−ＣＦ」、「ＵＴ７０７０−ＰＦ」）が適用されている。ペルチェモジュールは、直流電流により冷却、加熱、温度制御を自由に行うことができる半導体素子であり、このペルチェモジュールに流す電流の極性を温度コントローラ６４によって変えるこれにより、冷却と加熱とを切り換えることができる。また、温度コントローラ６４によって、与える電流の大きさを変えることにより、熱量の大きさを変えることができる。更に、ペルチェモジュールは、温度応答性がよいため、直ぐに冷却したり、加熱したりすることができるとともに、可動部分が無いため、振動、騒音が無く、また、疲労、破損する機械部品が無いため、冷熱モジュール６２として長寿命で信頼性が高い。更に、電気配線のみのため、取り扱いが簡単になる等の利点がある。
【００４３】
図３は、冷熱モジュール６２による室内１１の温度制御系の一例を示したブロック図である。なお、この精密環境チャンバ１０は、天井部にエア供給パネル１８が設けられ、壁面下部にエア吸気パネル（不図示）が設けられた、ダウンフロー型の精密環境チャンバである。
【００４４】
同図によれば、冷熱モジュール６２は、鋼板６０に碁盤目の如く縦方向、及び横方向に多数枚貼り付けられている。また、冷熱モジュール６２の室内１１における高さ位置に対応して温度センサ７２が室内１１に５個設置されている。具体的には横方向に配置された最上段の冷熱モジュール６２ａ、６２ａ…と最上段に設置された温度センサ７２ａとが室内１１の高さ位置において対応しており、上から二段目の冷熱モジュール６２ｂ、６２ｂ…と上から二段目に設置された温度センサ７２ｂとが高さ位置において対応し、中段の冷熱モジュール６２ｃ、６２ｃ…と中段に設置された温度センサ７２ｃとが高さ位置において対応し、下から二段目の冷熱モジュール６２ｄ、６２ｄ…と下から二段目に設置された温度センサ７２ｄとが高さ位置において対応し、最下段の冷熱モジュール６２ｅ、６２ｅ…と最下段に設置された温度センサ７２ｅとが高さ位置において対応している。そして、温度コントローラ６４は、前記設定温度から外れた温度を検出した温度センサ７２ａ〜７２ｅに対応する冷熱ジュール６２ａ〜６２ｅの温度を設定温度になるようにフィードバック制御する。
【００４５】
この温度制御系によれば、壁構造体１６の局部的な温度管理が可能となるので、室内全体の温調を高精度に確保することができる。
【００４６】
なお、実施の形態では、クリーンルーム１４の精密環境チャンバ１０の壁構造体１６について説明したが、精密環境チャンバ１０の天井壁構造にも適用できる。また、用途は精密環境チャンバ１０の壁、天井に限定されるものではなく、高精度な温度制御を要する温度調節室の壁に適用することができる。更に、壁温度を室内温度に制御する実施の形態の壁構造体１７であれば、特に寒冷地における結露防止用壁として利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施の形態のクリーンルームの精密環境チャンバの構成を示したブロック図
【図２】図１に示した精密環境チャンバの壁構造体の断面図
【図３】壁構造体を構成する冷熱モジュールの温度制御系を示したブロック図
【図４】従来の精密環境チャンバの壁構造体を示した断面図
【符号の説明】
【００４８】
１０…精密環境チャンバ、１１…室内、１２…空調設備、１４…クリーンルーム、１６…壁構造体、１８…エア供給パネル、２０…吸気パネル、２２…エアダクト、２４…送風機、２６…冷却器、２８…第１の加熱器、３０…第２の加熱器、６０…鋼板、６２…冷熱モジュール、６４…温度コントローラ、６６…隔離材、７０…断熱材、７２…鋼板
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009002609.tif 000005
【図４】
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