(57)【要約】【課題】できるだけバイパスファクタを小さくすることを意図した熱交換装置を提供し、通過後の空気温度の空間的なばらつきを低減すること。【解決手段】流入流路３０ａから流入した空気を、流入流路からの空気流に対して横断する方向に並ぶように配置された複数の温調エレメント５０との熱交換を通じて温調して流出させる熱交換装置。温調エレメントが配置されている各領域に流入する空気の流れを当該温調エレメントの方に方向づける内側偏向板ユニット２３が各温調エレメント５０に対応付けられた熱交換流路領域に設けられている熱交換装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入流路から流入した空気を、前記流入流路からの空気流に対して横断する方向に並ぶように配置された複数の温調エレメントとの熱交換を通じて温調して流出させる熱交換装置において、
前記温調エレメントが配置されている各領域に流入する空気の流れを当該温調エレメントの方に方向づける内側偏向板ユニットが各温調エレメントに対応付けられた熱交換流路領域に設けられている熱交換装置。
【請求項２】
前記流入流路を流れる空気を各前記内側偏向板ユニットに対してその流量を調整可能に分配する外側偏向板ユニットが各前記内側偏向板ユニットに対応づけて設けられている請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記外側偏向板ユニットを構成する外側偏向板の空気流方向での長さ又は対応する前記内側偏向板ユニットに対する角度あるいはその両方が調整可能である請求項２に記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流入流路から流入した空気を、複数の温調エレメントとの熱交換を通じて温調して流出させる熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような熱交換装置を電気ヒータとして構成した場合での適用例として、クリーンルームなどの恒温ブースの温度を調節する温度調整装置に組み込まれるものが挙げられる。そのような電気ヒータが組み込まれる温度調整装置として、温調対象空気を電気ヒータによって目標温度に温度調節し、その温度調節した温調対象空気をクリーンルーム等の温度調節対象空間に供給して、温度調節対象空間の温度を調節するものがある（例えば特許文献１を参照）。この従来の温度調整装置の電気ヒータは電流を通電することにより熱を発する複数のヒータエレメント（発熱部）を有し、送風装置にて吹き出された温調対象空気を加熱することにより、目標温度に温度調節する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４００７０号公報（段落番号００１７、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような電気ヒータを構成する複数のヒータエレメントは温調対象空気の流れ断面において分布配置されているので、この流れ断面において空気流の速度分布に差がある場合、電気ヒータを通過後の空気温度にばらつきが発生する。このような空気温度の空間的なばらつきは温度調節対象空間の温度分布精度に悪影響を及ぼす。このことは、温度調節対象空間がクリーンルームなどのような高い精度での温調制御が要求される恒温ブースである場合、解決すべき問題となる。上記電気ヒータのような温調用熱交換装置を通過後の空気に温度ばらつきが生じる大きな原因は、直接流入空気との間で熱交換を行うヒータエレメントのような温調エレメントにまったく触れずに素通りした空気量の全通過空気量の割合であるバイパスファクタが大きいことである。
従って、本発明は、できるだけバイパスファクタを小さくすることを意図した熱交換装置を提供し、通過後の空気温度の空間的なばらつきを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、流入流路から流入した空気を、前記流入流路からの空気流に対して横断する方向に並ぶように配置された複数の温調エレメントとの熱交換を通じて温調して流出させる、本発明による熱交換装置は、前記温調エレメントが配置されている各領域に流入する空気の流れを当該温調エレメントの方に方向づける内側偏向板ユニットが各温調エレメントに対応付けられた熱交換流路領域に設けられている。
【０００６】
この構成によれば、空気流れ方向に沿った熱交換装置のハウジングと温調エレメントとの間の熱交換流路領域や隣接する温調エレメント同士の間の熱交換流路領域を流れる空気のうち温調エレメントに近い位置を流れていく空気はもちろん、温調エレメントから離れた位置を流れていく空気も、内側偏向板ユニットによって温調エレメントの方に向きを変えられ、結果的にこの熱交換装置に流入した空気の大部分が温調エレメントに近接した位置を通り抜けることになる。これにより、バイパスファクタが小さくなり、通過後の空気温度の空間的なばらつきを低減することができる。
【０００７】
本発明に係る熱交換装置は、さらに、前記流入流路を流れる空気を各前記内側偏向板ユニットに対してその流量を調整可能に分配する外側偏向板ユニットが各前記内側偏向板ユニットに対応づけて設けられている。これは、流入流路の流れ断面において、単位面積あたりの風量にばらつきがあることが多いが、流入流路に外側偏向板ユニットが各前記内側偏向板ユニットに対応づけて設け、その外側偏向板ユニット、場合によっては流入流路の壁体との協働によって規定される開口の流れ断面積を調整することにより、各前記内側偏向板ユニットに流入する空気の単位面積あたりの風量を一様化することができる。その結果、この熱交換装置を通過した後の空気の空気温度の空間的なばらつきをさらに低減させることができる。
【０００８】
さらに、外側偏向板ユニットによって規定される開口の流れ断面積を外側偏向板ユニットの姿勢や位置を最適に調整することが望ましい。そのために、本発明に係る熱交換装置では、さらに、前記外側偏向板ユニットを構成する外側偏向板の空気流方向での長さ又は対応する前記内側偏向板ユニットに対する角度あるいはその両方が調整可能に構成されている。その結果、各前記内側偏向板ユニットに流入する空気の単位面積あたりの風量がさらに一様なものとなり、この熱交換装置を通過した後の空気の空気温度の空間的なばらつきをさらに低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。この実施の形態では、本発明による熱交換装置は加熱装置として構成され、クリーンルームＲなどの恒温ブースの温度を調節する温度調整装置１００に構成要素として組み込まれている。また、後で詳しく説明されるが、流入空気との間で熱交換を行う温調エレメントは電気ヒータエレメント（以後、単にヒータエレメントと称する）として形成されている。
【００１０】
温度調整装置１００は、図１に示すように、空気吸込口７から吸い込んだ温調対象空気Ａを冷却及び加熱して目標温度に精密に温調し、その精密に温調した温調対象空気Ａを空気吹出口８から吹き出すように構成している。空気吹出口８から吹き出した温調対象空気ＡをクリーンルームＲ等の温度調節対象空間へ導くことにより、温度調節対象空間の温度を精密に調節している。また、空気吸込口７は、例えば、温度調節対象空間の空気を温調対象空気Ａとして温度調整装置１００に戻す空気循環路に連通接続されている。これにより、温調対象空気Ａを、温度調整装置１００と温度調節対象空間との間で循環しながら、温度調節対象空間の温度を精密に調節している。
【００１１】
温度調整装置１００は、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４の順に冷媒Ｃが循環するように構成された冷却回路を備え、蒸発器４を冷媒Ｃが通過することにより温調対象空気Ａを冷却するように構成してあり、蒸発器４が冷却手段として機能する。温度調整装置１００は、温調対象空気Ａを吸引して吹き出す送風装置３０を備え、蒸発器４と送風装置３０との間に、温調対象空気Ａを加熱する第１加熱装置２０（以下単に加熱装置２０と呼ぶ）と、送風装置３０から吹き出された温調対象空気Ａを加熱する第２加熱装置２７（以下単に加熱装置２７と呼ぶ）とを備えている。
【００１２】
温度調整装置１００の制御装置４０には、蒸発器４の下流側に設けられた温度センサ１０からの検出信号と、各加熱装置２０、２７の下流側に設けられた温度センサ９からの検出信号が入力される。制御装置４０は、蒸発器４の下流側の温度センサ１０の検出温度が目標温度よりも低温の冷却用目標温度になるように、蒸発器４に供給する冷媒Ｃの流量を調整すべく、圧縮機１の回転速度を制御し、且つ、各加熱装置２０、２７の下流側の温度センサ９の検出温度が目標温度になるように、各加熱装置２０、２７による加熱（熱交換能力）を制御する。これにより、温度調整装置１００は、温調対象空気Ａを蒸発器４にて冷却した後、両加熱装置２０、２７により加熱することで、温調対象空気Ａを目標温度に精密に調節することとなる。
【００１３】
温度調整装置１００は、外気を内部に取り込む外気流入口６を備え、場合によっては、外気流入口６から吸引した外気を温調対象空気Ａに混合させる状態で、温調対象空気Ａを目標温度に温度調節するようにしている。
【００１４】
以下に加熱装置２０について、図１〜図３を用いて詳細に説明する。
この加熱装置２０は、図に示すように、矩形断面を有する貫通式の熱交換流路２１を作り出しているハウジング２２と、この熱交換流路２１内に配置された複数のヒータエレメント５０とから構成されている。この実施形態では、加熱装置２０は、斜めに取り付けられているが、このように斜めに取り付ける目的は、装置の幅（図１における左右方向の幅）をできるだけ短くすることにある。ただし、空気流れ方向に対して直交する方向に取り付けてもよい。このヒータエレメント５０は電流を通電することにより熱を発生するタイプのものである。ヒータエレメント５０は、空気の流れ方向に直交する方向に伸びており、両端をハウジング２２に支持されている。互いのヒータエレメント５０は実質的に等しい間隔をあけている。
【００１５】
図２で例示された構成では、熱交換流路２１の空気流れ方向でほぼ中央の横断面に互いに平行に４本のヒータエレメント５０、図２において左から第１ヒータエレメント５０ａ、第２ヒータエレメント５０ｂ、第３ヒータエレメント５０ｃ、第４ヒータエレメント５０ｄが配置されている。なお、このヒータエレメント５０の数は説明のために仮に用いられており、その数はこの発明を限定するものではない。
【００１６】
この加熱装置２０の熱交換流路２１内で、各ヒータエレメント５０に、空気流れ方向上流側に開口を広げている内側偏向板ユニット２３が配置されている。その一端をヒータエレメント５０の左側部からわずかに隙間をあけて、そこから斜めに上流側に延びている第１偏向板２３ａと、その一端をヒータエレメント５０の右側部からわずかに隙間をあけて、そこから斜めに上流側に延びている第２偏向板２３ｂとが設けられている。第１偏向板２３ａと第２偏向板２３ｂはハウジング２２の一方の内面から対向する他方の内面まで延びており、ハウジング２２によって支持されている。また、各内側偏向板ユニット２３の第１偏向板２３ａと第２偏向板２３ｂはその上流側の開口面積が加熱装置２０の熱交換流路２１の上流端側の開口面積を、区分けするような形状となっている。従って、この加熱装置２０に流入する空気は、各内側偏向板ユニット２３に分配され、それぞれ分配された空気は、各ヒータエレメント５０のごく近傍を熱交換しながら通り抜け、加熱装置２０から流出する。これにより、この加熱装置２０のバイパスファクタはきわめて低いものとなる。
【００１７】
以上述べたように、熱交換流路２１の上流端側の開口面積は４つの内側偏向板ユニット２３によって分割区分けされていたが、この実施形態では、さらに流入流路３０ａにも外側偏向板ユニット２４が設けられている。この外側偏向板ユニット２４は、各ヒータエレメントと５０の内側偏向板ユニット２３の上流側先端部と接続して、空気流れ方向に延びている３つの外側偏向板、第１外側偏向板２４ａ、第２外側偏向板２４ｂ、第３外側偏向板２４ｃからなる。なお、流入通路３０ａを形成している側壁も外側偏向板ユニット２４の両側端の外側偏向板として機能する。
【００１８】
第１外側偏向板２４ａの空気流れ方向上流側の端部の位置は、流路側壁とともに第１ヒートエレメント５０ａに流れ込む温調対象空気Ａの流れ断面Ａ１を規定する。同様に、第２外側偏向板２４ｂの空気流れ方向上流側の端部の位置は、第１外側偏向板２４ａとともに、第２ヒートエレメント５０ｂに流れ込む温調対象空気Ａの流れ断面Ａ２を規定する。第３外側偏向板２４ｃの空気流れ方向上流側の端部の位置は、第２外側偏向板２４ｂとともに第３ヒートエレメント５０ｃに流れ込む温調対象空気Ａの流れ断面Ａ３を規定する。さらに、第３外側偏向板２４ｃの空気流れ方向上流側の端部の位置は、流路側壁とともに第４ヒートエレメント５０ｄに流れ込む温調対象空気Ａの流れ断面Ａ４も規定する。
【００１９】
この加熱装置２０の流入流路３０ａの空気流れ断面における単位面積あたりの風量が一般的には異なっている。このためこの外側偏向板ユニット２４に流れ込む温調対象空気Ａの流れ断面における風力分布に応じて、第１外側偏向板２４ａ、第２外側偏向板２４ｂ、第３外側偏向板２４ｃの姿勢を調整し、流れ断面Ａ１、流れ断面Ａ２、流れ断面Ａ３、流れ断面Ａ４の面積を変更して、第１ヒータエレメント５０ａ、第２ヒータエレメント５０ｂ、第３ヒータエレメント５０ｃ、第４ヒータエレメント５０ｄに流れ込む風量を可能な限り一定にする。これにより、この加熱装置２０を通過後の温調対象空気Ａの空気温度の空間的なばらつきをさらに低減させることができる。
【００２０】
なお、この加熱装置２０の流入流路３０ａの空気流れ断面における単位面積あたりの風量は、時期や温調目的によって変動する可能性がある。このため、第１外側偏向板２４ａ、第２外側偏向板２４ｂ、第３外側偏向板２４ｃは、それぞれ流れ方向に横断する方向に延びたピン軸周りで揺動し、任意の揺動角度でクランプ等によって固定できるような構成を採用することが好ましい。さらには、各外側偏向板の偏向板長さを長孔を介して連結する方法などによって変更できるようにすることも好都合である。
【００２１】
なお、この実施形態では、加熱装置２０の熱交換流路２１においても、第１ヒータエレメント５０ａ、第２ヒータエレメント５０ｂ、第３ヒータエレメント５０ｃ、第４ヒータエレメント５０ｄごとの空気流空間を作り出すため、隔壁板２５が設けられている。各隔壁板２５は第１外側偏向板２４ａ、第２外側偏向板２４ｂ、第３外側偏向板２４ｃの端部領域から延びており、加熱装置２０のハウジング２２の外まで延びている。
【００２２】
送風装置３０は、蒸発器４で冷却された温調対象空気Ａを吸引して吹き出す送風ファン３２と、当該送風ファン３２を回転させる原動機３３（図１に図示）と、当該送風ファン３２を外囲すると共に吸引された温調対象空気Ａを吹き出すファンケーシング３１とから構成されている。
【００２３】
〔別実施形態〕
（１）
上述した実施形態では、ヒータエレメント５０として電流を通電することにより熱を発生するタイプのものを用いたが、熱媒体を受け取って熱を発生させるタイプのものを用いてもよい。
（２）
上述した実施形態では、内側偏向板ユニット２３を構成する偏向板２３ａ、２３ｂは、ヒータエレメント５０から空気流れ方向上流側に末広がりに延びていたが、この形態に限定されるわけではない。例えば、ヒータエレメント５０から空気流れ方向下流側又は、空気流れ方向に直交する方向に延ばし、ヒータエレメント５０と隣接する端部が空気流の絞りとして機能させるようにしてもよい。
（３）
上述した実施形態では、熱交換装置は加熱装置として構成されていたが、冷却装置として構成されることも可能である。その場合は、温調エレメント５０が冷却機能を有するものにするとよい。例えば、冷却媒体を受け取って温調対象空気Ａから熱を奪い取るような熱交換エレメントが適している。
（４）
温度調整装置１００内における熱交換装置２０のレイアウトは温調目的に合わせて種々改変可能であり、例えば、熱交換装置２０と送風装置３０を離してもよいし、単数台の熱交換装置２０を配置してもよい。
（５）
上述した実施形態では、加熱装置２０の熱交換流路２１の流れ断面の形状を矩形形状としているが、楕円形状や多角形状等、任意の形状のものを用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本願発明の熱交換装置は、複数の温調エレメントによって熱交換され流出する温調対象空気Ａの温度を均一にして、温調対象空気Ａの空間的な温度ばらつきを低減することができる装置として、クリーンルームなどの温度調整装置などに有効に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本願発明の熱交換装置を組み込んだ温度調整装置の側断面図
【図２】送風装置に取り付けられている加熱装置の詳細を模式的に示す側面図
【図３】加熱装置を模式的に示す斜視図
【符号の説明】
【００２６】
２０：熱交換装置（加熱装置）
２１：熱交換流路
２２：ハウジング
２３：内側偏向版ユニット
２３ａ：第１内側偏向板
２３ｂ：第２内側偏向板
２４：外側変更板ユニット
２４ａ：第１外側偏向板
２４ｂ：第２外側偏向板
２４ｃ：第３外側偏向板
２５：隔壁板
３０：送風装置
３１：ファンケーシング
４０：制御装置
５０：温調エレメント（ヒータエレメント）
５０ａ：第１ヒータエレメント
５０ｂ：第２ヒータエレメント
５０ｃ：第３ヒータエレメント
５０ｄ：第４ヒータエレメント
１００：温度調整装置
Ａ：温調対象空気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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