JP2007085712A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高安定温度の空気を弱風〜強風で供給し、精密機器に与える振動も削減した空調装置を提供することを目的としている。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明に係る空調装置の代表的な構成は、冷凍機２０の蒸発器２２と熱交換する二次冷媒の液槽４０と、液槽４０と接続され二次冷媒が循環される空気冷却コイル４２と、二次冷媒を加熱する加熱手段４３とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に精密機器やレンズなどの測定室に用いられる高安定温度の空調装置に関するものである。

一般に空調装置は、設定温度を維持するように構成される。維持するための構成は様々であるが、感温筒にサーモスタットを接続して動作をＯＮ／ＯＦＦしたり、膨張弁（温度自動膨張弁）の開閉を制御したりする構成が知られている。感温筒については、例えば特開平１１−０３７５７３（特許文献１）に記載されている。

中でも、レーザーなどで精密機器やレンズなどを測定する測定室においては、高精度に測定するために、高度に安定した温度環境が要求される。また、風は可能な限り弱く、振動も極力減らす必要がある。

図４は、従来の測定室の空調装置を説明する図である。測定室５０には仕切られた空調室５１が隣接して設けられており、測定室５０と空調室５１とは吸込口５２および吹出口５３によって接続されている。冷凍機６０は空調室５１内において空気を冷却するものであって、膨張弁６１、蒸発器６２、圧縮機６３、凝縮器６４を備えている。また蒸発器６２の膨張弁６１と反対側の冷媒流路には感温筒６５が取り付けられており、感温筒６５の内部の冷媒の過熱度により膨張弁６１の開閉を制御して温度を一定に保つように構成されている。

空調室５１には、空気加熱ヒータ７０、送風機７１、フィルター７５が設けられている。測定室の吹出口５３近傍には温度センサ７２が配置されており、温度調節計７３、電力調節器７４に接続され、電力調節器７４は空気加熱ヒータ７０に接続されている。

測定室５０内部の空気（例えば２４℃）は吸込口５２から空調室５１へと流入し、蒸発器６２において設定温度（例えば２０℃）より低めに冷却される。そして空気加熱ヒータ７０によって温度を均一化し、フィルター７５を介して粉塵を除去された後に送風機７１（シロッコファン）により吹出口５３から測定室５０へと戻される。温度センサ７２で検知した温度によって制御されるのは空気加熱ヒータ７０のみであって、冷凍機６０の動作は感温筒６５および膨張弁６１によって制御される。
特開平１１−０３７５７３号公報

しかし、上記従来の空調装置においては、感温筒６５および膨張弁６１を用いて冷媒の流量を調整しているが、負荷の変動に即応するには十分な反応速度が得られない。また空気加熱ヒータ７０の反応も遅れが生じるため、測定室５０内の温度に変動を生じる。これらのことから測定室５０内における測定精度に誤差が生じることとなり、不良品の発生を招いてしまう。ひいては製品の歩留まりが悪く生産コストが上昇し、需要が伸び悩む要因となっていた。

また、送風機７１が吹出口５３に設けられているために、蒸発器６２および空気加熱ヒータ７０によって温度調節した後に送風機の発熱が加えられることとなる。このため、その下流に温度センサ７２が設置されているものの、温度の微調整を行うのが困難であるという問題があった。

また、送風機７１の排気が測定室５０内に直接吹き出されることにより、気流の指向性が強く、室温が均一化しにくいという問題があった。

また、送風機７１が測定室５０の上方に設けられていることから構造的に振動が伝わりやすく、測定精度の低下の要因となっていた。

上記のように、従来は、冷凍機６０の能力の変動、感温筒６５および膨張弁６１の感度と精度の悪さ、送風機７１の発熱の変動や振動などが要因となり、温度制御精度が±５／１０００℃（設定温度２０℃でセンサ位置）が限界である。

また、冷凍機６０の運転上、常に高風量（強風）で空気を流通させる必要があった。これは蒸発器６２が冷えるにつれて膨張弁６１が締められていくが、限界があるため、液バック等により、冷凍機６０の損傷を招いてしまうことから、蒸発器６２においてある程度吸熱する必要があるからである。

そこで本発明は、高安定温度の空気を弱風〜強風で供給し、精密機器に与える振動も削減した空調装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る空調装置の代表的な構成は、冷凍機の蒸発器と熱交換する二次冷媒の液槽と、前記液槽と接続され前記二次冷媒が循環される空気冷却コイルと、前記二次冷媒を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする。冷凍機は常に二次冷媒を設定温度より低めに冷却させておき、加熱手段によって二次冷媒を設定温度に加熱して、二次冷媒によって空気を冷却する。上記構成によって負荷変動（温度変化）に対して十分な反応速度を得ることができ、冷凍機の能力の変動を吸収し、温度制御精度を格段に向上させることができる。

前記加熱手段は前記液槽の出口側に配置することが好ましい。二次冷媒を効率的に加熱することができるからである。

また、前記加熱手段は前記液槽の出口側であって前記空気冷却コイルの上流側に配置することが好ましい。空気冷却コイル内に流入する二次冷媒の温度を効率的に加熱することができるからである。

前記二次冷媒の温度を検知する温度検知手段を備えた場合には、被冷却室内の室温のみでなく、二次冷媒の温度を直接的に制御することにより、二次冷媒の温度の安定化を図ることができる。

前記液槽の外部であって前記空気冷却コイルの上流側に、温度を検知する温度検知手段を備えた場合には、空気冷却コイルの上流側、すなわちコイルの入口において温度を計測することにより、二次冷媒の温度の安定化を図ることができる。

また本発明に係る空調装置の他の代表的な構成は、内部に空気冷却コイルを配置した空調室と、被冷却室内の空気を空調室へ吸い込む吸込口と、空調室内の空気を被冷却室に吹き出す吹出口と、前記空気冷却コイルよりも前記吸込口側に配置された送風機とを備えたことを特徴とする。これにより、送風機が発散する熱が空気冷却コイルによって吸収されるため、温度制御精度を向上させることができる。また吹出口近傍に送風機を配置した場合と比して、吹出口から噴出する気流の指向性を緩和することができる。

前記吸込口は被冷却室の下方に配置し、前記吹出口は被冷却室の上方に配置してもよい。これにより送風機は被冷却室の下方に配置されることとなるため、送風機は空調室の土台により堅固に設置することができ、その振動が被冷却室に与える影響を減少することができる。

本発明によれば、室温の温度制御精度を飛躍的に向上させることができ、また送風機による振動も減少させることができる。従って精密機器やレンズなどを測定する測定室に用いた場合には、測定精度を飛躍的に向上させることができる。

本発明に係る空調装置の一実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施例に係る空調装置の全体構成図、図２は空調装置の要部説明図である。

図１に示すように、被冷却室の例としての測定室１０には、測定室１０と仕切られた空調室１１が隣接して設けられている。測定室１０と空調室１１とは吸込口１２および吹出口１３によって接続されており、吸込口１２は測定室１０の下方に配置され、吹出口１３は測定室１０の上方に配置されている。なお、測定室１０自体は空調装置には含まれない。

冷凍機２０は空調室１１内において二次冷媒を冷却するものであって、膨張弁２１、蒸発器２２、圧縮機２３、凝縮器２４を備えている。また蒸発器２２の膨張弁２１と反対側の冷媒流路には感温筒２５が取り付けられており、感温筒２５の内部の冷媒の過熱度により膨張弁２１の開閉を制御して温度を一定に保つように構成されている。

空調室１１には、空気加熱ヒータ３０、送風機３１、フィルター３５が設けられている。測定室の吹出口１３近傍には温度センサ３２が配置されており、温度調節計３３、電力調節器３４ａに接続され、電力調節器３４ａは空気加熱ヒータ３０に接続されている。

ここで図２に示すように、蒸発器２２は液槽４０に収納されており、液槽４０に充填された二次冷媒と熱交換するように構成されている。二次冷媒としては水やブライン（塩化ナトリウムや塩化カルシウム）を好適に用いることができる。液槽４０内部の二次冷媒は下部に接続されたポンプ４１によって空気冷却コイル４２へと送り出され、液槽４０の上部に戻される。送風機３１によって送り出された空気は、空気冷却コイル４２を通過する間に冷却される。

液槽４０の空気冷却コイル４２に対する出口側には、加熱手段の例としてのヒータ４３が配置されている。すなわちヒータ４３は液槽４０の内部かつ下部に配置され、空気冷却コイル４２の上流側に位置している。従って二次冷媒は、空気冷却コイル４２に流入する直前にヒータ４３によって加熱される。液槽４０の外部かつ下方には温度検知手段の例としての温度センサ４４が配置されている。従って温度センサ４４は空気冷却コイル４２に流入する直前の二次冷媒の温度を検知することができる。なお、ヒータ４３は二次冷媒との熱交換面積が大きいほど、二次冷媒の加熱の反応速度が速くなる。このため大容量のヒータを１つ設けるよりは、図２に示すように小容量のヒータを二つ設けることが好ましい。また、ヒータに表面積の大きな伝熱板（放熱板）やヒートシンクを設けることも有効である。

また図１に示すように、温度センサ４４は温度センサ３２と同様に温度調節計３３に接続されている。そして温度調節計３３は電力調節器３４ｂを介してヒータ４３に接続され、ヒータ４３が制御される。

上記構成において、冷凍機２０は設定温度（測定室１０の目標室温）に対し、２段階低い温度となるように液槽４０内の二次冷媒を冷却する。このときの制御は感温筒２５と膨張弁２１によって冷媒（一次冷媒）の温度に基づいて行われる。

次に、ヒータ４３が液槽４０内において、二次冷媒を設定温度に対して１段階低い温度となるように加熱する。このときの加熱制御は液槽４０の下部に設けられた温度センサ４４で検知した温度に基づいて行われる。

そして空気加熱ヒータ３０は、空気冷却コイル４２を通過した空気を設定温度となるように加熱する。このときの加熱制御は吹出口１３近傍に設けられた温度センサ３２で検知した温度に基づいて行われる。加熱された空気はフィルター３５を介して粉塵を除去された後に吹出口１３から測定室１０へと戻される。

上記構成において、冷凍機２０は膨張弁２１によって制御されるため、負荷の変動（室温の変化）に対して遅れが生じるため、過熱と過冷却を繰り返す。しかし冷凍機２０は二次冷媒を冷却するようにし、二次冷媒をヒータ４３で加熱することにより、空気冷却コイル４２内に送り出される二次冷媒は極めて安定した温度（以下、高安定温度と称する）とすることができる。そして空気冷却コイル４２を通過した空気も安定した温度となっているために、空気加熱ヒータ３０による加熱制御によって、最終的に空気を極めて高度に安定した温度に調節することができ、冷却空気の温度制御精度は±１／１０００℃（設定温度２０℃でセンサ位置）まで高めることができた。

また、二次冷媒となる液体は熱容量が大きいことから、蒸発器２２によって直接冷却する場合よりも温度変動が緩やかになる。また、ヒータ４３の熱によって蒸発器２２に吸熱させることができるため、風量を少なくしても冷凍機２０を十分に稼働させることができる。従って送風機３１の風量を弱風にすることも可能となり、弱風〜強風まで自在な風量制御をすることができる。

また送風機３１は吸込口１２の近傍、すなわち空気冷却コイルよりも吸込口１２側に配置されている。従って、送風機３１の発熱の変動を空気冷却コイル４２で吸収し、その影響を排除することができる。また送風機３１を吹出口１３に設けた場合に比して、気流の指向性を緩和することができ、室温の均一化を向上させることができる。さらに送風機３１は測定室１０の下方に配置されることとなるため、送風機３１は空調室１１の土台により堅固に設置することができ、その振動が測定室１０に与える影響を減少することができる。

これらのことから、本実施例に係る空調装置は測定室１０の室温を極めて高度に安定させることができ、風量も自在に制御可能であって、かつ室内に与える振動も減少させることができる。従って測定室１０内においてレーザーなどで精密機器やレンズなどを測定するに際し、温度変化や気流および振動による影響を排除し、高精度な測定を行うことが可能となる。従って製品の歩留まりの改善を図ることができ、生産コストの削減、および製品価格の低廉化による需要増大の助けとすることができる。

なお、上記実施例において冷凍機２０は感温筒２５と膨張弁２１を用いて制御するよう説明したが、サーミスタや電磁弁を用いてもよく、またファジー制御などを行ってもよい。また蒸発器２２および液槽４０が空調室１１の内部にあるように図示しているが、少なくとも空気冷却コイル４２が空調室１１の内部にあればよく、液槽４０は空調室１１の外部にあってもよい。

また、上記実施例においてはヒータ４３を液槽４０の内部かつ下部に配置するよう説明した。しかし、ヒータ４３を空気冷却コイル４２につながる流路に設けることでもよく、これによりさらに二次冷媒の加熱の反応速度を速めることができ、空気の温度制御精度を高めることができる。

また図３に示すように、液槽４０の下部に加熱槽４５を設け、この加熱槽４５の内部にヒータ４３を収納するよう構成してもよい。加熱槽４５は、液槽４０と分離され、かつ流路によって接続された室である。ポンプ４１は加熱槽４５から二次冷媒を吸引し、空気冷却コイル４２へと送出する。これによりヒータ４３が温める二次冷媒の量が限定されるため、より二次冷媒の加熱の反応速度を速めることができる。

また図３に示すように、ポンプ４１の下流側に流路分岐４６を設け、分岐した流路の一方を空気冷却コイル４２に導くと共に、他方を液槽４０へと導くことでもよい。これにより温度の下がっていない二次冷媒を液槽４０に流入させることができるため、その熱を蒸発器２２が吸収することにより、冷凍機２０の動作をさらに安定させることができる。

さらに上記実施例において温度センサ４４は液槽４０の外部かつ下方に設けるよう説明したが、図３に示すようにポンプ４１より下流側の流路に対して設置することでもよい。これにより、空気冷却コイル４２に流入する二次冷媒の温度をより正確に測定することができ、温度制御精度を高めることができる。

本発明は空調装置であって、特に高度な温度制御が必要な被冷却室に対して有益である。

実施例に係る空調装置の全体構成図である。 実施例に係る空調装置の要部説明図である。 他の実施例に係る空調装置の要部説明図である。 従来の測定室の空調装置を説明する図である。

符号の説明

１０ …測定室
１１ …空調室
１２ …吸込口
１３ …吹出口
２０ …冷凍機
２１ …膨張弁
２２ …蒸発器
２３ …圧縮機
２４ …凝縮器
２５ …感温筒
３０ …空気加熱ヒータ
３１ …送風機
３２ …温度センサ
３３ …温度調節計
３４ａ …電力調節器
３４ｂ …電力調節器
３５ …フィルター
４０ …液槽
４１ …ポンプ
４２ …空気冷却コイル
４３ …ヒータ
４４ …温度センサ
４５ …加熱槽
４６ …流路分岐
５０ …測定室
５１ …空調室
５２ …吸込口
５３ …吹出口
６０ …冷凍機
６１ …膨張弁
６２ …蒸発器
６３ …圧縮機
６４ …凝縮器
６５ …感温筒
７０ …空気加熱ヒータ
７１ …送風機
７２ …温度センサ
７３ …温度調節計
７４ …電力調節器
７５ …フィルター

Claims (7)

1. 冷凍機の蒸発器と熱交換する二次冷媒の液槽と、
   前記液槽と接続され前記二次冷媒が循環される空気冷却コイルと、
   前記二次冷媒を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする空調装置。
2. 前記加熱手段は前記液槽の出口側に配置したことを特徴とする請求項１記載の空調装置。
3. 前記加熱手段は前記液槽の出口側であって前記空気冷却コイルの上流側に配置したことを特徴とする請求項２記載の空調装置。
4. 前記二次冷媒の温度を検知する温度検知手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の空調装置。
5. 前記液槽の外部であって前記空気冷却コイルの上流側に、温度を検知する温度検知手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の空調装置。
6. 内部に空気冷却コイルを配置した空調室と、
   被冷却室内の空気を空調室へ吸い込む吸込口と、
   空調室内の空気を被冷却室に吹き出す吹出口と、
   前記空気冷却コイルよりも前記吸込口側に配置された送風機とを備えたことを特徴とする空調装置。
7. 前記吸込口は被冷却室の下方に配置し、
   前記吹出口は被冷却室の上方に配置したことを特徴とする請求項６記載の空調装置。

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