JP2004278975A - 空調用ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】空気の温度制御に対する即応性を向上させた空調用ヒータを提供することを目的とする。
【解決手段】実施の形態の空調用ヒータ１０は、ランプヒータ１２と金属製放熱板１４とから構成され、ダクト１６の所定の位置に取り付けられる。ランプヒータ１２は、ハロゲンランプ１８、１８…から構成され、ダクト１６に流れる空気に対してその表面部が対抗するように、矩形枠状の支持フレーム２０に固定されている。金属製放熱板１４は、ランプヒータ１２に対して空気流の上流側に所定量離間した位置に設けられる。金属製放熱板１４は、多数の空気通過孔を有するハニカム構造体であり、空気通過孔を通過する空気に熱を効率よく伝えるため、熱容量が小さいアルミニウムによって製作されている。この金属製放熱板１４は、ランプヒータ１２からの輻射熱によって加熱され、ランプヒータ１２と共に空気を加熱する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空調用ヒータに係り、特に、電球を点灯させたときに生じる熱によって、空調室に供給する空気の温度を制御する空調用ヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体製造用クリーンルームの精密環境チャンバ室は、半導体の大規模集積化に伴い、室内の温度管理が厳しく要求されている。特に、実際に検査解析作業を行なう空間では、検査解析精度を上げるために室温の変動を±１／１０００度以下に抑えることが要求されている。このため、精密環境チャンバ室用の空調設備においては、高精度な温度管理が実施されている。
【０００３】
従来の空調設備において、空調室に供給する空気をハロゲンランプヒータによって温度制御する空調用ヒータが提案されている（例えば、特許文献１）。この空調用ヒータによれば、ハロゲンランプヒータを通過した空気の温度を温度センサで検出し、この検出温度に基づいてハロゲンランプヒータの出力をヒータ制御部によってフィードバック制御するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１９４０４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載された空調用ヒータは、ハロゲンランプヒータの表面温度上昇のみで空気の温度を制御するものなので、急激な温度変動には対応できないという欠点があった。ハロゲンランプヒータの場合、±１／１００度以下の温度変動には、その出力を制御することで即応できると言われているが、冷たい空気や暑い空気がハロゲンランプヒータに突然供給された場合には、その出力を制御するだけでは即応できず、冷たい空気又は暑い空気がそのまま空調室に供給されるという問題があった。
【０００６】
なお、精密環境チャンバ室用の空調設備においては、取り込んだ外気をそのままハロゲンランプヒータにて温度制御するのではなく、空調用ヒータの前段に設けられた空調装置によって大まかな温度制御が行なわれている。よって、前述した冷たい空気又は暑い空気と言っても、前段の空調装置によって温度制御が行なわれているため、ハロゲンランプヒータに供給される際には約±３／１００度のバラツキになっている。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、空気の温度制御に対する即応性を向上させた空調用ヒータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、電球をダクト内に設置し、該電球を点灯させた際に生じる熱により、前記ダクト内に供給された空気を加熱して空調室に供給する空調用ヒータにおいて、前記電球の近傍のダクトに通気性を有する金属製放熱板を設け、前記電球からの輻射熱によって前記金属製放熱板を加熱することにより、金属製放熱板を通過する前記空気を加熱することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、点灯した電球表面から空気に熱を伝えるほか、電球からの輻射熱によって加熱された金属製放熱板から空気に熱を伝える。これにより、温度制御可能なレンジが広がり、空気の温度制御に対する即応性が向上する。
【００１０】
また、本発明によれば、前記電球及び前記金属製放熱板は、前記ダクトの一部を構成するとともに該ダクトに着脱自在に取り付けられる短尺ダクトに取り付けられてユニット化されていることを特徴とする。これにより、本発明は、電球や金属製放熱板を修理、交換する場合には、短尺ダクトをダクトの本体から取り外すだけでよい。よって、交換作業やメンテナンス作業が容易になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る空調用ヒータの好ましい実施の形態について詳説する。
【００１２】
図１、図２に示すように、実施の形態の空調用ヒータ１０は、ランプヒータ１２と金属製放熱板１４とから構成され、ダクト１６の所定の位置に取り付けられている。ランプヒータ１２は、図１の如く縦５列横３列に整列配置された１５個のハロゲンランプ（電球）１８、１８…から構成され、ダクト１６に流れる空気に対してその表面部が対向するように、矩形枠状の支持フレーム２０に固定されている。これらのハロゲンランプ１８、１８…は、ケーブル２２を介して、図３のサイリスタ７０に接続され、サイリスタ７０によって印加される電圧（出力）が制御され、発光量が制御されている。
【００１３】
図１、図２の如く金属製放熱板１４は、ランプヒータ１２に対して空気流の上流側に所定量離間した位置に設けられている。また、金属製放熱板１４は、多数の空気通過孔を有するハニカム構造体であり、空気通過孔を通過する空気に熱を効率よく伝えるため、熱容量が小さいアルミニウムによって作製されている。なお、金属製放熱板１４の材質はアルミニウムに限定されるものではなく、熱容量が小さい金属であれば適用できる。また、空気流に対する剛性が確保できるのであれば、金属に代えて紙によって放熱板を作製してもよい。更に、金属製放熱板１４は、金属製放熱板１４の熱を空気に充分に伝えることができるように、空気との接触面積が広めにとられている。具体的には、金属製放熱板１４の幅Ｂが長めに形成されている。
【００１４】
また、ランプヒータ１２と金属製放熱板１４とは、短尺ダクト２４に取り付けられてユニット化されている。この短尺ダクト２４は、ダクト１６の一部を構成し、上流側ダクト１６Ａ及び下流側ダクト１６Ｂの端部に留め金２６によって着脱自在に取り付けられている。よって、上流側ダクト１６Ａから供給されてきた空気は空調用ヒータ１０からの熱が伝えられた後、下流側ダクト１６Ｂに流される。なお、ダクト１６Ａ、１６Ｂの内壁及び外壁には、熱の遮断・保温に用いる断熱材２８、３０が貼り付けられている。
【００１５】
図４は、ランプヒータ１２のハロゲンランプ１８に印加する電圧と空気昇温との関係を示したグラフである。また、同グラフの横軸は電圧、縦軸は上昇した温度を示している。なお、同グラフは、ダクト径６５０×６５０ｍｍ、風速２．５ｍ／ｓにて実測して得られたものである。また、ハロゲンランプ１８としては、ウシオ電機製の８５ワットのものを１５個用いた。
【００１６】
同グラフに示すように、ハロゲンランプ１８に印加する電圧と空気昇温とは線形関係にあるので、ハロゲンランプ１８に印加する電圧を制御すれば温度制御を十分に行なうことができることが分かる。
【００１７】
また、図５は、波形のヒータ出力信号に対し、ランプヒータのみの従来の空調用ヒータと、ランプヒータ１２及び金属製放熱板１４を有する実施の形態の空調用ヒータ１０との即応性を、空調用ヒータの出口温度を測定することで比較したグラフである。同図によれば、横軸が経過時間、左横軸が空調用ヒータの出口温度、右横軸がヒータ出力信号（％）を示している。また、ヒータ出力信号Ｃに対する、従来の空調用ヒータによる温度変動が波形Ａで示され、実施の形態の空調用ヒータ１０による温度変動が波形Ｂで示されている。
【００１８】
同図に示すように従来の空調用ヒータは、その波形Ａの如く、ヒータ出力信号Ｃに若干反応しただけで温度変動は小さく即応性が悪い。これに対して実施の形態の空調用ヒータ１０は、その波形Ｂの如く、ヒータ出力信号Ｃに敏感に反応し温度変動は大きく即応性が良好であった。
【００１９】
そのメカニズムを説明すると、空調用ヒータ１０は、点灯したハロゲンランプ１８の表面から空気に熱を伝えるほか、ハロゲンランプ１８の輻射熱（図１上で矢印Ａ方向に伝播する輻射熱）によって加熱された金属製放熱板１４からも空気に熱を伝える。これにより、温度制御可能なレンジが広がり、空気の温度制御に対する即応性が向上する。これが、即応性が良好となるメカニズムである。
【００２０】
また、空調用ヒータ１０は、ランプヒータ１２と金属製放熱板１４とがダクト１６の一部を構成するとともにダクト１６に着脱自在に取り付けられる短尺ダクト２４に取り付けられてユニット化されているので、ハロゲンランプ１８や金属製放熱板１４を修理、交換する場合には、短尺ダクト２４をダクト１６から取り外すだけでよい。よって、交換作業やメンテナンス作業が容易になる。
【００２１】
次に、空調用ヒータ１０を用いた空調設備について説明する。
【００２２】
図３は、精密環境チャンバ室（空調室）用の空調設備４０の構成を示したブロック図である。同図に示す精密環境チャンバ室４２は、区画壁４４によって外部と隔離され、室内には精密機械の製造ライン、検査解析装置などが設置される。この精密環境チャンバ室４２では、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。
【００２３】
区画壁４４の壁面の図３上で右壁面には、空気供給パネル４６が設けられるとともに、左壁面には空気吸気パネル４８が設けられている。これらパネル４６、４８は空気を通過させるとともに整流の作用もあるパンチングメタルが用いられている。
【００２４】
吸気パネル４８にはダクト５０が接続されている。ダクト５０には、送風機５２、冷却器５４、及び加熱器５６からなる空調装置５８が連結されている。また、この空調装置５８の空気出口にはダクト１６Ａが接続され、これに空調用ヒータ１０が接続されるとともにダクト１６Ｂを介して供給パネル４６が接続されている。このダクト配管により、図４の空調設備４０は、精密環境チャンバ室４２内の空気を循環させる構成となっている。
【００２５】
送風機５２が作動されると、吸気パネル４８から精密環境チャンバ室４２内の空気がダクト５０を介して空調装置５８に吸引される。吸引された前記空気は、冷却器５４によって所定の温度まで冷却される。この冷却器５４の内部には不図示の冷却コイルが設けられ、吸引された空気がこの冷却コイルに接触して冷却される。
【００２６】
加熱器５６は、内部にハロゲンランプを備えたランプヒータであり、この加熱器５６の直後でダクト１６Ａ内には温度センサ６０が設けられ、加熱器５６を出た直後のダクト１６Ａ内の温度を検出している。温度センサ６０は、デジタル調節計６２に接続され、デジタル調節計６２は、温度センサ６０の温度情報に基づいてサイリスタ６４を制御し、サイリスタ６４によって、電源部（不図示）から加熱器５６に所定の電圧の電力を供給する。なお、デジタル調節計６２における分解能の性能としては±１／１００度である。このような構成の加熱器５６によって、冷却器５４にて冷却された空気を、要求される温度の近傍まで加熱する。たとえば、要求温度が摂氏２３．２度である場合には、加熱器５６によって摂氏２２．９度になるように空気を加熱制御する。
【００２７】
精密環境チャンバ室４２内には、精密環境チャンバ室４２内の温度を検出する温度センサ６６が設けられている。温度センサ６６は、デジタル調節計６８に接続され、デジタル調節計６８は、温度センサ６６の温度情報に基づいてサイリスタ７０を制御し、サイリスタ７０によって電源部（不図示）から空調用ヒータ１０のランプヒータ１２（図１参照）に所定の電圧の電力を供給する。ここで、デジタル調節計６８における分解能は、デジタル調節計６２よりも高いものが用いられ、精密環境チャンバ室４２における温度の±１／１０００度まで可能なものが用いられる。
【００２８】
かかる構造の空調設備４０によって、供給パネル４６から吹き出された空調空気は吸気パネル４８から吸引されることにより、精密環境チャンバ室４２内でサイドフロー（水平層流）となって流れる。また、精密環境チャンバ室４２では厳しく温度が管理され、精密環境チャンバ室４２を摂氏２３．２度で許容誤差１／１０００度以内の温度で維持している。特に、精密環境チャンバ室４２におけるサイドフローによって、精密環境チャンバ室４２内に空気の滞留が生じず、精密環境チャンバ室４２内の温度分布が均等となり易く、乱流などの発生を防止できるので、温度制御性が向上する。
【００２９】
また、空調装置５８と空調用ヒータ１０とを設け、これらを制御するための温度センサをダクトに取り付けることで、温度分解能の異なる２段階の温度制御を可能として、制御性の優れた空調設備４０を提供できる。特に、空調装置５８の加熱器５６によって、要求される温度まで近づけておき、空調用ヒータ１０によって、要求温度に維持させるので、加熱器５６や空調用ヒータ１０の制御熱量の変動が少なくなり、精密環境チャンバ室４２の室温の制御が行い易く、また室温の安定化も図れる。
【００３０】
一方、冷却器５４の内部には、不図示の冷却用コイルが設けられ、空調装置５８に吸引された空気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７２が接続されている。この冷水パイプ７２にはクッションタンク７４、冷水製造装置７６、加熱器７８などが連結され、ポンプＰにてクッションタンク７４内の冷水を循環させる構成となっている。
【００３１】
クッションタンク７４は、区分けされた２槽の冷水槽７４Ａ、７４Ｂからなり、冷却器５４から送り出された冷水は冷水槽７４Ａに溜められた後、パイプ８０を介して冷水製造装置７６に戻される。また、冷水製造装置７６で製造された冷水は、パイプ８２を介して冷水槽７４Ｂに溜められ、ポンプＰによって冷却器５４に供給される。
【００３２】
加熱器７８は、伝熱ワイヤをコイル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に熱を発生させ、ポンプＰによって搬送される冷水を伝熱ワイヤに接触させることで、所望の温度まで冷水を加熱させる。この加熱器７８の直後の冷水パイプ６４には温度センサ８４が設けられ、加熱器７８直後の冷水の温度を検出している。この温度センサ８４は、デジタル調節計８６に接続されており、デジタル調節計８６は、温度センサ８４の温度情報に基づいてサイリスタ８８に温度信号を出力し、サイリスタ８８によって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８２に所定の電圧で電力を供給させる。このような構成の冷却器５４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。
【００３３】
【実施例】
図６は、図３に示した空調設備４０において、空調用ヒータ１０による温度制御状況をグラフ化した図である。また、図７は、空調用ヒータ１０に代えて、ランプヒータのみの従来の空調用ヒータを適用したときの温度制御状況をグラフ化した図である。なお、図６、図７に示した温度制御状況確認テストは、略同一の外気環境下において実施されたものなので、双方を比較することによって、その制御精度の優劣が分かる。
【００３４】
図６に示す実施の形態の空調用ヒータ１０によれば、目標値である２２．１５２度に対して、±２／１０００度の制御が可能となるが、これに対して、図７に示す従来の空調用ヒータは、目標値である２２．１５２度に対して、±７／１０００度までの制御が限界である。
【００３５】
よって、ランプヒータ１２と金属製放熱板１４とを備えた実施の形態の空調用ヒータ１０は、ランプヒータのみの従来の空調用ヒータと比較して、温度制御精度が向上した。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る空調用ヒータによれば、電球の近傍のダクトに通気性を有する金属製放熱板を設け、電球からの輻射熱によって金属製放熱板を加熱することにより、金属製放熱板を通過する空気を加熱したので、温度制御可能なレンジが広がり、空気の温度制御に対する即応性が向上する。
【００３７】
また、本発明によれば、電球及び金属製放熱板を、ダクトの一部を構成するとともにダクトに着脱自在に取り付けられる短尺ダクトに取り付けてユニット化したので、電球や金属製放熱板を修理、交換する場合には、短尺ダクトをダクトの本体から取り外すだけでよい。よって、交換作業やメンテナンス作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る空調用ヒータを示した斜視図
【図２】図１の空調用ヒータが空調設備のダクトに取り付けられた状態を示す断面図
【図３】図１の空調用ヒータを用いた空調設備の構成図
【図４】ハロゲンランプに加える電圧と空気昇温との関係を示した図
【図５】ヒータ出力信号に対する温度変動の応答性を比較したグラフ
【図６】実施の形態の空調用ヒータによる温度制御状況を示したグラフ
【図７】従来の空調用ヒータによる温度制御状況を示したグラフ
【符号の説明】
１０…空調用ヒータ、１２…ランプヒータ、１４…金属製放熱板、１６…ダクト、１８…ハロゲンランプ、２４…短尺ダクト、４２…精密環境チャンバ室（空調室）、５４…冷却器、５６…加熱器、５８…空調装置、７６…冷水製造装置

Claims (2)

1. 電球をダクト内に設置し、該電球を点灯させた際に生じる熱により、前記ダクト内に供給された空気を加熱して空調室に供給する空調用ヒータにおいて、
   前記電球の近傍のダクトに通気性を有する金属製放熱板を設け、前記電球からの輻射熱によって前記金属製放熱板を加熱することにより、金属製放熱板を通過する前記空気を加熱することを特徴とする空調用ヒータ。
2. 前記電球及び前記金属製放熱板は、前記ダクトの一部を構成するとともに該ダクトに着脱自在に取り付けられる短尺ダクトに取り付けられてユニット化されていることを特徴とする請求項１に記載の空調用ヒータ。

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