(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風機を備えた空気流路に、その空気導入口から空気供給口に向かって、空気冷却器と空気加熱器と加湿器とを配設して成る恒温恒湿空気供給装置において、前記空気導入口を複数の開口部に分画し、これらの開口部の夫々には、前記空気冷却器として、熱良導性素材から成る冷却洞と該冷却洞の外面に熱授受自在に接触する熱電変換素子と該熱電変換素子に熱授受自在に接触する放熱器とによって構成される複数の空気冷却器を着脱自在に装着し、夫々の空気冷却器には、空気温度検出器と該空気温度検出器の空気温度検出信号により該空気温度検出器が所属する空気冷却器の熱電変換素子の作動を制御する制御器とが、夫々設けられていることを特徴とする恒温恒湿空気供給装置。
【請求項２】
送風機が、夫々の冷却洞の空気入口に着脱自在に接続可能な複数の送気口を持つ送気ダクトを介して、夫々の空気冷却器に着脱自在に接続している請求項１の恒温恒湿空気供給装置。
【請求項３】
空気導入口を分画して設けた複数の開口部を、同一形状に構成すると共に、複数の空気冷却器を、同一仕様にユニット化された空気冷却器モジュールによって構成することにより、空気冷却器を交換自在に構成したことを特徴とする請求項１又は２の恒温恒湿空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリーンルームや半導体素子の各種試験装置などの目的空間に、高精度に、温度湿度を調整した空気を供給するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
この種の装置の一例としては、図４に示すような装置が知られている。これは、箱形のケースから成る空気流路１１３の空気取入口１２３から空気供給口１１０に向かって、空気冷却器１１２、電熱ヒータから成る空気加熱器１０６、空気流路中に設置した加湿皿中に電熱ヒータ１１７を備えた加湿器１０７、送風機１０８を、この順序に配設した構成を有する。
【０００３】
この種の装置は、目標の温度、湿度を、実現する場合、空気線図等によって、目標の温湿度をもつ空気の露点を知り、取り入れた空気を、空気冷却器によって、当該目標空気の露点より低い温度に一旦冷却し、次いで、空気加熱器によって目標の温度まで加熱すると共に、不足する湿度を加湿器によって補うことにより、目標の条件を実現する方法によって行う。
【０００４】
空気冷却器としては、冷媒蒸気（フロンなど）圧縮式の冷凍機や、熱電冷凍サイクルなどが用いられている。特に、熱電冷凍サイクルを用いる場合は、空気冷却器１１２は、ダクトを横断して、ブライン導管の外面に多数の伝熱フィンを形成して成るフィンチューブ１０２を配設することにより、空気冷却用の熱交換面積を大きくとって、冷却効率を高めると共に、該フィンチューブを、送液ポンプ１０１と熱電冷凍装置１０５を冷却熱源とする熱交換器１０４とが介装されている管路によって、ブラインを収容した貯留槽１０３に連結して、ブラインの循環流路を作るように構成している。
【０００５】
空気取入口１２３から入った空気は、フィンチューブ間を通過する間に、所定の温度に冷却されて、空気加熱器１０６に入る。空気加熱器１０６は、電熱ヒータから成り、空気供給口１１０に装着された温度センサ１０９の検出信号を空気加熱器の制御器Ｃ1に入力し、目標温度である設定値と比較して、その偏差出力を空気加熱器にフィードバックすることにより、空気温度を目標温度に維持する。温度調整された空気は、同様に、湿度センサ１１９の検出信号により、制御器Ｃ2が電熱ヒータ１１７の作動を制御することにより、目標湿度に加湿され、目的空間に供給される。１１４は、熱電変換素子の放熱用熱交換器である。
【０００６】
このような従来の恒温恒湿空気供給装置においては、通過する空気中に酸性ガスなどの腐食性成分が含まれていると、フィンチューブの表面に付着する結露水に溶解した腐食成分が、管体を侵食して循環液を漏液させる原因となる。更に、空気冷却器の温度調節動作は、ブラインの温度を熱電冷凍装置によって、温度変化させる間接方式により行うため、温、湿度変化要求に対して、応答速度が遅くなる欠点がある。従って、応答速度の早さを特徴とする熱電冷凍装置の特性を十分に発揮できない欠点がある。
【０００７】
このようなフィンチューブに、熱電冷凍装置によって冷却したブラインを循環させるタイプの空気冷却器の欠点を回避するために、アルミニウムブロック中に空気流路を貫通させて成る冷却洞の外面に、熱電変換素子の一側を接触させて、熱電変換素子の他側２は、放熱用熱交換器を接触させて、該冷却洞を通過する空気を目標供給空気条件を持つ空気の露点より低い温度まで冷却する構成を持つ空気冷却器を用いて、フィードバック制御の応答速度を早くする装置が用いられている。
【０００８】
しかしながら、従来装置の能力をこの方式で発揮させようとする場合、従来装置に比べて、冷却器が大型化すると共に、重量が増大し、熱電冷凍装置の断線による故障や素子の不具合による故障等に対応して、修理や部品交換が容易ではなく、空気冷却器の着脱を、一人の作業者で行うことができない上に重いために作業に危険が伴い、又、恒温恒湿空気供給装置を長時間にわたって、停止させなければならない不都合があった。
【０００９】
【解決すべき課題】
本発明の第１の目的は、応答性がよく、高精度に調整された恒温恒湿空気の供給ができる恒温恒湿空気供給装置を開示することにある。
本発明の第２の目的は、万一の故障に対して、一人の作業者によって、修理が容易、且つ、迅速に行える恒温恒湿空気供給装置を開示することにある。
【００１０】
【課題の解決手段】
本発明の第一の要旨は、送風機を備えた空気流路に、その空気導入口から空気供給口に向かって、空気冷却器と空気加熱器と加湿器とを配設して成る恒温恒湿空気供給装置において、前記空気導入口を複数の開口部に分画し、これらの開口部の夫々には、前記空気冷却器として、熱良導性素材から成る冷却洞と該冷却洞の外面に熱授受自在に接触する熱電変換素子と該熱電変換素子に熱授受自在に接触する放熱器とによって構成される複数の空気冷却器を着脱自在に装着し、夫々の空気冷却器には、空気温度検出器と該空気温度検出器の空気温度検出信号により該空気温度検出器が所属する空気冷却器の熱電変換素子の作動を制御する制御器とが夫々設けられていることを特徴とする恒温恒湿空気供給装置にある。
【００１１】
上記において、冷却洞としては、アルミニウムや銅、これらの金属を含む合金、或いは、グラファイトなどから成る厚板で囲んで設けた空気冷却流路を形成したもの、或いは、ブロック状をなすこれらの素材に、空気冷却流路を穿設したものなどが、例示できる。外面は、熱電変換素子が密接して熱授受可能な平滑平面を備えていることが必要である。空気冷却流路には、熱交換効率を向上させるために、該空気冷却流路を横断するか、若しくは、空気冷却流路の流心に向かって、冷却洞の内周面から伝熱フィンを一体的に延設してもよい。
【００１２】
このような冷却洞が、送風機によって気流が確保される空気流路の空気導入口に、その複数の区画の夫々に接続して、これら複数の冷却洞と空気流路とが、一連の空気流路を構成する。冷却洞に接触する熱電変換素子の他側に接触する放熱器は、例えば、内部に冷却水の蛇行流路が形成されている熱交換器などで、空気冷却器は、冷却洞と熱電変換素子と放熱器とが、適宜な固定手段により一体固定されたもので構成されている。
【００１３】
これら空気冷却器の冷却洞は、たとえ同一寸法に構成されていても、取付位置の相違により、ここを流れる空気の流量や流速は、微妙に異なってくるため、夫々の冷却洞の空気冷却流路若しくはその出口付近に、温度センサーを設置し、その検出信号で熱電変換素子をフィードバック制御することにより、空気導入口に装着された複数の空気冷却器の送出空気の温度は、同一温度になる。
【００１４】
本発明の第二の要旨は、上記第一要旨によって規定される恒温恒湿空気供給装置において、送風機が、夫々の冷却洞の空気入口に着脱自在に接続可能な複数の送気口を持つ送気ダクトを介して、夫々の空気冷却器に着脱自在に接続していることを特徴とする恒温恒湿空気供給装置にある。
【００１５】
送風機は、空気流路の何れの場所に設けてもよいが、装置の小型化を考慮すれば、空気流路の末端が好適であり、複数の空気冷却器への気流の均一分配を考慮すれば、空気冷却器の上流に設けることが望ましい。送気口と冷却器の冷却洞とが、着脱自在であることにより、空気冷却器は、必要に応じて容易に取り外し、取り付けが可能となる。
【００１６】
本発明の第三の要旨は、上記第一要旨又は第二要旨に規定される恒温恒湿空気供給装置において、空気導入口を分画して設けた複数の開口部を、同一形状に構成すると共に、複数の空気冷却器を、同一仕様にユニット化された空気冷却器モジュールによって構成することにより、空気冷却器を交換自在に構成したことを特徴とする恒温恒湿空気供給装置にある。
【００１７】
空気冷却器は、一基の恒温恒湿空気供給装置において、仕様の異なるものが、併設されていても、夫々の仕様のものが、ユニット化されておれば、本願の目的を達成できる。しかしながら、ユニット化を更に推し進めて、複数の空気冷却器をモジュールとしてユニット化すれば、生産、物流及びメンテナンスの各面において、極めて効率的となる。
【００１８】
【発明の実施形態】
図１〜３は、本発明の一実施態様を概念的に示す説明図である。断熱壁で構成された箱形のケース７０の一側の側面７１に、上下一対の同形同大の開口部７２ａ、７２ｂが形成されて、空気導入口をなしている。又、この空気導入口から最も遠いケース側面には、送風機６０の吸入口６１が開口しており、前記開口部７２から該送風機６０の吐出側流路６２にかけて、一連の空気流路７５が、ケース７０内に形成されている。
【００１９】
開口部７２ａ，ｂの夫々を囲むように、方形の取付枠７３ａ、７３ｂがケース外方に突設されており、該取付枠には、断熱性と気密性とを確保するために、ゴム、プラスチック、或いはそれらの発泡体製などの伸縮弾性素材から成るパッキング７４ａ，ｂが、固設されている。この上下一対の開口部７２ａ，ｂに臨んで、多孔板から成る気流分散板８１が、ケース天井部から垂設されており、該気流分散板８１に若干の間隙をおいて、シーズヒータの表面に多数の伝熱フィンを一体形成した構造の空気加熱器８２が、配設されている。５３は、空気加熱器８２から送風機吸入口６１に至る空気流路の途中に開口する加湿口で、該加湿口５３は、ケース側壁を貫通してケース外に突出する水蒸気供給管５４を介して、ケース外に設けられた水蒸気発生槽５１の上部空間から成る水蒸気室５２に連通している。
【００２０】
水蒸気発生槽５１内には、電熱ヒータ５７、水補給管５８、及び、水蒸気発生槽の水位を所定のレベルに維持するレベルスイッチ５６を内蔵しており、レベルスイッチ５６は、水位が所定のレベル以下になると、水補給管５８に介装した電磁開閉弁を開閉して、水位を回復する。９１、９５は、夫々、供給空気の温度検出器と湿度検出器で、その検出信号は、温度制御器９３、湿度制御器９６に入力され、温度設定器９４及び湿度設定器９８に予め設定した目標空気の温度、湿度と比較され、その偏差信号により、電流調節器９２、９６が、空気加熱器８２と加湿器用電熱ヒータ５７の動作を調節する。
【００２１】
このような構成を持つ空気流路の空気導入口をなす開口部７２ａ，ｂに、空気冷却器１ａ、１ｂが、設けられている。空気冷却器１ａ，ｂは、共に全くの同一仕様で構成されており、図２に示すように、アルミニウム合金等で作られた肉厚の角筒２ａ中に、該角筒の対向内面間を一体連結するように設けた多数の伝熱フィン２ｂを備えた冷却洞２と、該冷却洞２の左右側面に密接するように固定した熱電変換素子３、３、…と、該熱電変換素子３を冷却洞２と共に挟圧するように、該素子の他側に密接する放熱器５、５とによって、構成されている。
【００２２】
冷却洞２は、互いに一体的に連結して格子状をなすように交差する多数の薄板状の伝熱フィンが、厚い伝熱板で構成される角筒中に一体的に収納されている構成を備えている。これは、鋳造等により容易に製造できるが、伝熱フィンは、冷却効率の向上と、冷却洞内を通過する気流が、その通過域によって、大幅な温度差を生じないようにするためのもので、熱電変換素子の取付位置や圧力損失或いは製造、メンテナンスの容易性等を考慮して適宜な形状に定められる。放熱器５は、一面に平滑平面を有するアルミニウム製密閉容器中に、液体の蛇行流路を設けたもので、循環ポンプ（図示せず）により送出された冷却水が、ホース取付口を兼ねた入口５ａから放熱器５内に入り、蛇行しつつ熱電変換素子３、…と熱交換して、同様に、冷却水導管と着脱自在な出口５ｂから、冷却水槽（図示せず）に戻る。これら空気冷却器を構成する部材は、図示を省略した固定フレームによって、一体的に固定されている。
【００２３】
このような構成から成る空気冷却器１ａ、１ｂは、空気流路７５の空気導入口をなす上下一対の開口部７２ａ，ｂ付近に設けられた支持枠７５ａ，ｂによって、若干開口部側へ傾斜した状態で支持され、前記開口部の取付枠７３ａ，ｂに、冷却洞の空気出口側端部２ｃ、２ｃが、パッキング７４ａ，ｂを介して、隙間なく当接して固定されている。６、６は、空気冷却器の下方に設けたドレンパンである。
【００２４】
空気冷却器１ａ，ｂの夫々には、冷却洞２ａ、２ａを通過した空気の温度を検出する温度検出器７ａ、７ｂが、冷却洞の出口付近に設置されており、その検出信号は、供給空気の露点より数度低い温度が設定されている冷却器温度設定器８の信号が入力している冷却器温度制御器９ａ、９ｂに入力して、設定値と比較され、その偏差信号に基づいて、直流電流の調整器１０ａ、１０ｂが、夫々の空気冷却器１ａ、１ｂの熱電変換素子３、３、…の動作をコントロールする。
【００２５】
上記実施態様では、送風機６０を空気流路７５の末端に設けた例を示したが、これは、図３に示すように、送風機２０の吹出口２０ａに、上方に立ち上がる送気ダクト２２を、送風機基盤２１の端部に設けた枢支部２３によって、送風機吹出口２０ａに対して、回動自在に支持する。送気ダクト２２には、気流分配口２４ａ、２４ｂが、開口しており、この気流分配口２４ａ，ｂを囲むように、接続枠２５ａ，ｂが、突設されている。このような送気ダクトが、直立状態で送風機吹出口２０ａと連結しているとき、ケース７０の上下開口部７２ａ，ｂに接続する空気冷却器１ａ、１ｂの冷却洞の空気入口２ｄ、２ｄに、前記接続枠２５ａ，ｂが、その内周面に設けたパッキング（図示せず）を介して、接続できるように分配口２４ａ，ｂが位置決めされている。７９、７９は、邪魔板で、温湿度の均一化の為に設けられている。尚、図３においては、図１の実施態様と同一機能の部材には、同一の符号を付して、説明を省略している。
【００２６】
【作用】
このような構成から成る本願恒温恒湿空気供給装置は、空気冷却器１ａ、１ｂを通過する時点で、供給空気の目標温度湿度条件を持つ空気の露点より若干（２〜５℃の範囲で適宜選択される）低い温度に冷却される。上下方向に設置されている空気冷却器（勿論、左右方向、或いは上下左右方向に設置されてもよい）の温度は、制御器９ａ、９ｂによって、ほぼ同一の温度に調整されて、気流分散板８１によって、更に均一に混合されて、空気加熱器８２を通過する。（図３の実施態様では、空気加熱器８２の上流に設けられた合流チャンバが、両空気冷却器からの気流の混合均一化の役割をする。）
【００２７】
空気加熱器８２を通過した空気は、目標温度に正確に到達し、次いで加湿口５３から放出される水蒸気により、不足する水分の補給を受けて、空気供給口７７から、所定の空間に向けて供給される。勿論、温、湿度検出器９１、９５により、加湿器５０及び加熱器８２の動作が、制御されることは前述のとおりである。ここで、万一、空気冷却器が、熱電変換素子の断線等により故障した場合は、空気冷却器の配管と及び電気配線との接続部を分離して、空気冷却器全体を取り外し、代わりに、同一仕様に製造された空気冷却器ユニットを取り付けることにより、直ちに、修理が完了する。図３の実施態様においては、送気ダクトを回動してから、同様の操作をすればよい。
【００２８】
【効果】
本願恒温恒湿空気供給装置は、ペルチェ素子を利用した電子冷凍装置と冷却洞と放熱器とから成る複数の小型空気冷却器によって、構成されているので、最も故障の多い空気冷却器の修理が、空気冷却器ユニットを交換するだけで済み、応急修理に当たって、熟練技術者を必要とせず、一人の作業者で対応できる。又、修理に要する時間が大幅に短縮される。又、ユニット化することにより、組み立てが容易になり、コストダウンも達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を示す概念図である。
【図２】図１の空気冷却器を空気入口方向から見た説明図である。
【図３】本発明の他の実施態様の要部を示す概念図である。
【図４】従来技術の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
１ａ，ｂ              空気冷却器
２                    冷却洞
３                    熱電変換素子
５                    放熱器
６                    ドレンパン
７ａ，ｂ              温度検出器
８                    冷却器温度設定器
９ａ、ｂ              温度制御器
１０ａ，ｂ            直流電流調整器
２２                  送気ダクト
２３                  枢支部
５０                  加湿器
５３                  加湿口
２０、６０            送風機
７０                  ケース
７５                  空気流路
８１                  気流分散板
８２                  空気加熱器
９１                  温度検出器
９５                  湿度検出器
【図１】
0003810890.tif 000002
【図２】
0003810890.tif 000003
【図３】
0003810890.tif 000004
【図４】
0003810890.tif 000005