JP2009169755A - 精密温度調節設備及び分散供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度調節対象空間における温度分布のムラを抑制する。
【解決手段】温調対象流体Ａを冷却手段３と加熱手段２とを通して温度調節して吹出す温度調節装置１と、温度調節装置１から吹出される温調対象流体Ａを温度調節対象空間２０へ導く流体流通路９とを備え、温度調節対象空間２０に温調対象流体Ａを供給する分散供給装置１を備えた精密温度調節設備１００であって、分散供給装置１０が、流体流通路９の異なった位置における温調対象流体Ａの流れを収束合流させる収束合流手段１２を設け、収束合流後の流れが温度調節対象空間２０側で拡散する。
【選択図】図１

Description

本発明は、温調対象流体を冷却手段と加熱手段とを通して温度調節して吹出す温度調節装置と、前記温度調節装置から吹出される前記温調対象流体を温度調節対象空間へ導く流体流通路とを備え、前記温度調節対象空間に前記温調対象流体を供給する分散供給装置を備えた精密温度調節設備及び分散供給装置に関する。

従来の精密温度調節設備は、例えば、温調対象流体を冷凍機等により冷却された冷媒を流通する冷却コイル等から成る冷却手段により冷却して、その冷却した後の温調対象流体を電気ヒータ等から成る加熱手段により加熱して温度調節した後、当該温度調節された温調対象流体を、流体流通路により温度調節対象空間に導き、分散供給装置にて温調対象流体を温度調節対象空間の全体に亘って温調対象流体が行き渡るようにしている（例えば、特許文献１を参照）。例えば、分散供給装置は、流体流通路から温度調節対象空間に温調対象流体を吹き出す吹き出し部に設けられた複数の孔を有する板体（例えば、パンチングメタル）にて構成されている。
特開２００３−３１６４４８号公報

上述した特許文献１に係る発明において、温度調節装置にて温度調節された温調対象流体を流体流通路にて温度調節対象空間に導くようにしているが、流体流通路の全体に亘って温調対象流体の温度を均一にすることは難しいものとなっている。例えば、冷却手段として、冷媒を通流させることにより温調対象流体を冷却する冷却コイルを用いると、冷媒の通流状態によって冷却された後の温調対象流体の温度が変化するので、どうしても温度調節された後の温調対象流体に温度差が生じてしまい、流体流通路の位置によって温調対象流体に温度差が生じてしまう。
上述した特許文献１に係る発明では、分散供給装置にて温調対象流体を分散させて温度調節対象空間に供給しているだけであるので、温度調節対象空間の位置によって温調対象流体に温度差が生じることになり、温度調節対象空間における温度分布にムラが生じる虞があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度調節対象空間における温度分布のムラを抑制することができる精密温度調節設備及び分散供給装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る精密温度調節設備は、温調対象流体を冷却手段と加熱手段とを通して温度調節して吹出す温度調節装置と、前記温度調節装置から吹出される前記温調対象流体を温度調節対象空間へ導く流体流通路とを備え、前記温度調節対象空間に前記温調対象流体を供給する分散供給装置を備えており、その特徴構成は、前記分散供給装置が、前記流体流通路の異なった位置における前記温調対象流体の流れを収束合流させる収束合流手段を設け、収束合流後の流れが温度調節対象空間側で拡散する点にある。

上記特徴構成によれば、温度調節装置によって温度調節された後、流体流通路にて温度調節対象空間に導かれる温調対象流体に対して、流体流通路の異なった位置の温調対象流体の流れを、分散供給装置の収束合流手段が収束させて合流させるので、流体流通路の位置によって温度差を生じていても、その温度差を緩和できることになる。これにより、上記分散供給装置から温度調節対象空間へ供給される温調対象流体を極力均一な温度とすることができ、温度調節対象空間における温度分布のムラを抑制できる。

本発明に係る精密温度調節設備の更なる特徴構成は、前記収束合流手段が、前記温調対象流体の流れを前記流体流通路の中央側に案内して、前記温調対象流体の流れを収束合流させる点にある。

上記特徴構成によれば、収束合流手段が、流体流通路の異なった位置の温調対象流体を、流体流通路の中央側に案内して、流体流通路の中央側で温調対象流体の流れを収束合流させることができる。これにより、収束合流後の温調対象流体の流れを温度調節対象空間へ拡散して供給させる際に、上記流体流通路の中央側で一旦均一化された流れをその周囲に向って拡散しながら供給できるので、温度調節対象空間の全体に亘って分散させ易くなり、温度調節対象空間における温度分布のムラを抑制できる。

本発明に係る精密温度調節設備の更なる特徴構成は、前記収束合流手段が、前記温調対象流体の流れを前記流体流通路の中央側に案内して衝突混合させる点にある。

上記特徴構成によれば、収束合流手段が、流体流通路の異なった位置の温調対象流体の流れを、流体流通路の中央側に案内して衝突させて混合することで、上記温調対象流体の温度差をより確実に解消することができる。これにより、温度調節対象空間における温度分布のムラをより一層抑制できる。

本発明に係る精密温度調節設備の更なる特徴構成は、前記収束合流手段が、前記流体流通路の一部部位であって、当該一部部位の異なった位置から前記温度調節対象空間側へ流れる前記温調対象流体の流れを収束合流させる部分収束合流機能を有する点にある。

上記特徴構成によれば、収束合流手段が、流体流通路における一部部位の異なった位置から温度調節対象空間へ流れる温調対象流体の流れを収束混合する部分収束合流機能を有することで、温調対象流体全てが収束合流する前に、流体流通路にける一部部位の異なった位置を流通する温調対象流体の流れを、部分的に収束合流させることで、温度調節対象空間に対して供給される温調対象流体の温度ムラをより一層低減して、温度調節対象空間の温度分布のムラを抑制できる。

本発明に係る精密温度調節設備の更なる特徴構成は、前記流体流通路の異なった位置から前記温度調節対象空間側へ流れる前記温調対象流体の流れが収束合流される収束合流空間を仕切る仕切部材を備え、前記仕切部材が、伝熱性の高い伝熱部材から構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、収束合流空間に伝熱性の高い伝熱部材が設けられていることで、流体流通路の異なった位置の温調対象流体の流れを、上記伝熱部材を介して積極的に熱交換させることができる。これにより、温度調節対象空間へ供給される温調対象流体の温度ムラを一層低減させて、温度調節対象空間の温度分布のムラを抑制できる。

本発明に係る分散供給装置は、温調対象流体を流体流通路により温度調節対象空間へ導くことにより前記温度対象空間の温度を精密に調節するために使用され、
その特徴構成は、前記流体流通路の異なった位置から前記温度調節対象空間側へ流れる前記温調対象流体の流れを収束合流させる収束合流手段を備え、収束合流後の流れが前記温度調節対象空間側で拡散する点にある。

上記特徴構成における分散供給装置によれば、収束合流手段が、流体流通路の異なった位置から温度調節対象空間側へ流れる温調対象流体の流れを収束合流させることができる。これにより、収束合流させることにより温度差を解消した温調対象流体を温度調節対象空間側で拡散し、温度調節対象空間の温度分布のムラを抑制できる。

本発明の第１実施形態について、図１及び図２に基づいて説明する。
図１に示す本発明の精密温度調節設備１００は、空気等の温調対象流体Ａを冷却手段と加熱手段とを通して温度調節して吹出す温度調節装置１と、当該温度調節装置１から吹出される温調対象流体Ａをクリーンブース等に利用可能な温度調節対象空間２０へ導く流体流通路９と、上記温度調節対象空間２０に温調対象流体Ａを供給する分散供給装置１０と、を備えて構成されている。

温度調節装置１は、圧縮機４から供給される冷媒Ｃを流通し冷却手段として機能する冷却コイル３（蒸発器）と、加熱手段として機能する電気ヒータ２とを備えている。ちなみに、図１では、圧縮機４、凝縮器、膨張弁、冷却コイル３（蒸発器）の順に冷媒を供給する冷媒回路において、凝縮器及び膨張弁を省略している。さらに、冷却コイル３と電気ヒータ２との夫々の下流側に温度センサ５を備え、冷却コイル３の下流側の温度センサ５の検出結果に基づいて、冷却コイル３に供給する冷媒Ｃの流通量を制御し、且つ、電気ヒータ２の下流側の温度センサ５の検出結果に基づいて、電気ヒータ２の加熱状態を制御する制御部６を備えている。このようにして、温度調節装置１は、温調対象流体Ａを冷却コイル３にて冷却した後、電気ヒータ２にて加熱することにより、温調対象流体Ａを目標温度に温度調節するようにしている。

温度調節装置１は、外気を吸気可能とするために、外気流通口２２を備えており、場合によって、温調対象流体Ａに外気流通口２２から吸気した外気を混合させる状態で、温調対象流体Ａを目標温度に温度調節するようにしている。

温度調節された温調対象流体Ａは、上記冷却コイル３及び電気ヒータ２の下流側に設けられたファン２１により流体流通路９を介して温度調節対象空間２０に導かれ、温度調節対象空間２０を通過した後、流体循環路７を介して温度調節装置１に導かれる形態で、温度調節装置１と温度調節対象空間２０とを循環する。温度調節装置１が、制御部６により温調対象流体Ａの温度を精密に調節しながら、当該温調対象流体Ａを循環させることで、温度調節対象空間２０内の温度を所望の温度に調節している。

温度調節対象空間２０は、断熱機能を有する断熱壁１３により外囲されている。流体流通路９は、温度調節装置１から吹き出された温調対象流体Ａを温度調節対象空間２０の上部に導いたのち、その温調対象流体Ａの流通方向を水平方向から上下方向に沿うように変更させて温度調節対象空間２０に向けて流動させるように構成されている。この流体流通路９において、温調対象流体Ａの流通方向の上流側に温調対象流体Ａに含まる粉塵等を除去する高精度フィルタ２３を設け、その下流側に温度調節対象空間２０に対して温調対象流体Ａを拡散して供給する分散供給装置１０を設ける。

以上が本発明の精密温度調節設備１００の基本構成であるが、以下に本発明の精密温度調節設備１００の特徴構成である分散供給装置１０について、図２（ａ）及び図２（ｂ）に基づいて説明する。

分散供給装置１０は、図２（ａ）に示すように、温調対象流体Ａを流通可能な複数の噴孔１１を有する板状の流通方向規制部１２を備えている。当該板状の流通方向規制部１２は、パンチングメタルにより成り、流体流通路９の異なった位置における温調対象流体Ａを収束合流させる形態で、収束合流手段として機能する。
そして、本発明に係る分散供給装置１０は、温調対象流体Ａを温度調節対象空間２０へ収束合流後の温調対象流体Ａを拡散して供給する。

さらに詳細には、流通方向規制部１２は、図２（ａ）に示すように、流体流通路９の通路幅の全体に亘る状態で、流体流通路９の中心側ほど温調対象流体Ａの流通方向の上流側となるように山型に形成されている。流通方向規制部１２において温調対象流体Ａを噴出する噴出面は、温調対象流体Ａを流体流通路９の中心側に向けて噴出するように、温調対象流体Ａの流通方向に対して所定の角度傾けて配置されている。これにより、流通方向規制部１２は、温調対象流体Ａの流れを流体流通路９の中心側に案内して衝突混合させるように機能する。このようにして、分散供給装置１０は、温度調節対象空間２０に亘る状態で一つ設けられている。

以上から、流通方向規制部１２は、流体流通路９の異なった位置における温調対象流体Ａを流体流通路９の中央側で衝突混合させることで、流体流通路９の位置によって温調対象流体Ａに温度差を生じていても、その温度差を解消することができる。そして、流通方向規制部１２は、流体流通路９の中央側で収束合流した後の温調対象流体Ａを拡散することにより、温度調節対象空間２０の全体に亘って温調対象流体Ａを行き渡らせるようにしている。この結果、流通方向規制部１２は、温度ムラが低減された温調対象流体Ａを温度調節対象空間２０に好適に拡散して、温度調節対象空間２０の温度分布のムラを抑制することができる。

尚、流通方向規制部１２の形状は、図２（ｂ）の斜視図に示すように、四角錐の側面に複数の噴孔１１を設けた形状とすることで、上述した分散供給装置１０の機能を十分に発揮できる。この他、分散供給装置１０の流通方向規制部１２の形状は、四角錐に替えて円錐や三角錐等の側面に複数の噴孔１１を設けた形状とすることができる。

以下、本発明の分散供給装置１０の他の実施形態について、図３、図４、及び図５に基づいて説明する。
尚、上述した実施形態と同様の構成には、同じ番号を付すこととし、説明が重複する部分については割愛する。

まず、図３（ａ）及び（ｂ）に基づいて、他の実施形態について説明する。
本発明の分散供給装置１０は、図３（ａ）の断面図に示すように、流体流通路９の中央部を中心として対称的に、温調対象流体Ａの流通方向に略垂直な面と温調対象流体Ａの流通方向に略平行な面とを有する階段状に形成された流通方向規制部１２を備えており、この流通方向規制部１２が収束合流手段として機能するように構成されている。流通方向規制部１２は、温調対象流体Ａの流通方向に略平行な面の夫々に複数の噴孔１１が形成され、温調対象流体Ａの流通方向に略垂直な面を温調対象流体Ａを流通させない非流通部１４としている。

上記流通方向規制部１２は、温調対象流体Ａの流れを温調対象流体Ａの流通方向に対して略垂直な方向において流体流通路９の中央側に導き、流体流通路９の中央側において衝突混合させる機能を有する。これにより、流体流通路９の異なった位置における温調対象流体Ａを衝突混合させ、この衝突により略均一な温度となった温調対象流体Ａを、温度調節対象空間２０へ拡散させることができる。そして、温調対象流体Ａの流通方向に略平行な面は、互いに対向するように形成されているので、対向する面の噴孔１１から噴出する温調対象流体Ａ同士が確実に衝突混合することになり、温調対象流体Ａを確実に均一な温度にすることができる。
分散供給装置１０は、図３（ｂ）の斜視図に示すように、流通方向規制部１２を、徐々に底面積が縮小する直方体を積層してできた立体の側面に複数の噴孔１１を設けた形状とすることができる。

次に、図３（ｃ）に基づいて、他の実施形態について説明する。
分散供給装置１０は、図３（ｃ）の断面図に示すように、図３（ａ）及び（ｂ）にて示した実施形態において、流通方向規制部１２における温調対象流体Ａを噴出する噴出面を、温調対象流体Ａの流通方向に平行な方向から所定の角度αだけ傾けるとともに、噴孔１１から噴出される温調対象流体Ａの噴出方向を温調対象流体Ａの流通方向の下流側に向けるようにしている。これにより、当該流通方向規制部１２を通過した後の温調対象流体Ａの流れを、温調対象流体Ａの流通方向に略垂直な方向から温調対象流体Ａの流通方向の下流側へ傾けることができる。よって、分散供装置１０は、温調対象流体Ａの流通方向への流量を一定以上に保つことができ、温調対象流体Ａを温度調節対象空間２０に対して良好に拡散できる。

次に、図３（ｄ）に基づいて、他の実施形態について説明する。
分散供給装置１０は、図３（ｄ）の断面図に示すように、流体流通路９の中央側ほど温調対象流体Ａの流通方向の上流側に位置するように湾曲された流通方向規制部１２を備えており、この流通方向規制部１２が収束合流手段として機能するように構成されている。流通方向規制部１２は、温調対象流体Ａの流通方向において上流側に突出する部分と下流側に突出する部分とが交互に配置された波型に形成されており、上流側に突出する先端部と下流側に突出する先端部とを繋ぐ面部１５ａの夫々に噴孔１１が形成されている。これにより、流通方向規制部１２は、流体流通路９の一部部位であって、当該一部部位の異なった位置から温度調節対象空間２０側へ流れる温調対象流体Ａの流れを収束合流させる部分収束合流機能を発揮する。つまり、流体流通路９の通路幅方向において隣接する一対の面部１５を流体流通路９の一部部位として、その一対の面部１５の夫々に形成された噴孔１１から噴出される温調対象流体Ａ同士を衝突混合させて収束合流させるようにしている。

次に、図４に基づいて、他の実施形態について説明する。
分散供給装置１０は、図４（ａ）の断面図に示すように、流体流通路６の中央部から両外側に向かう第１傾斜部１５ｂを有し、さらに、その第１傾斜部１５ｂの先端部で反転されて流体流通路６の中央部に向かう第２傾斜部１５ｃを有する流通方向規制部１２を備えており、この流通方向規制部１２が収束合流手段として機能するように構成されている。また、流通方向規制部１２は、第２傾斜部１５ｃの先端部で反転されて流体流通路９の端部側に向う非流通部１４を有しており、流体流通路９の中央部を中心として対称な形状となるように形成されている。第１傾斜部１５ｂ及び第２傾斜部１５ｃの夫々に複数の噴孔１１が形成されている。

流通方向規制部１２は、第１傾斜部１５ｂの噴孔１１から噴出される温調対象流体Ａと第２傾斜部１５ｃの噴孔１１から噴出される温調対象流体Ａとを、流体流通路９の中央側にて衝突混合させる機能を有する。これにより、流体流通路Ａの異なった位置の温度が異なる温調対象流体Ａを良好に混合して、温度ムラを低減することができる。
流通方向規制部１２は、図４（ｂ）の斜視図に示されているように、２つの四角錐をその底面を併せた立体の側面に複数の噴孔１１を設けた形状とすることができる。

次に、図５に基づいて、他の実施形態について説明する。
分散供給装置１０は、図２に示した実施形態において、流体流通路９の異なった位置から温度調節対象空間２０側へ流れる温調対象流体Ａの流れが収束合流される収束合流空間を仕切る仕切部材１６を備えている。当該仕切部材１６は、アルミニウムや銅等の熱伝導率の高い金属、又はその合金等の伝熱部材により形成することができる。

仕切部材１６は、温調対象流体Ａの流通方向に対して平行に設けられ、流体流通路９の異なった位置の温調対象流体Ａの流れを、その両側において積極的に熱交換させて、温調対象流体Ａの温度差を低減させる機能を発揮する。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態において、流体流通路９の全体に亘る状態で分散供給装置１０を設けて、温度調節対象空間２０に対して一つの分散供給装置１０を設けたが、例えば、流体流通路９において複数の分散供給装置１０を隣接する状態で複数設け、温度調節対象空間２０に対して複数の分散供給装置１０を設けることもできる。

（２）上記実施形態において、温度調節装置１は、温調対象流体Ａを冷却手段により冷却した後に、加熱手段により加熱する形態で温度調節する例を示したが、別に加熱手段により加熱した後に、冷却手段により冷却する形態で温度調節するようにしても構わない。

（３）図３に係る実施形態において、温調対象流体Ａの流通方向に対して略直角に設けられた非流通部１４は、噴孔１１を有さない構成としたが、その一部に噴孔１１を設け、衝突混合した後の温調対象流体Ａの拡散を促進するように構成しても構わない。

（４）図３に係る実施形態において、分散供給装置１０の流通方向規制部１２の形状は、底面積が徐々に縮小する直方体を積層した立体の側面形状としたが、底面積が徐々に縮小する円柱や多角柱を積層した立体の側面形状としても構わない。

本発明の精密温度調節設備及び分散供給装置は、温度調節対象空間における温度分布のムラを抑制することができる精密温度調節設備及び分散供給装置として、有効に利用可能である。

本発明の精密温度調節設備の断面図 本発明の分散供給装置の断面図及び斜視図 本発明の分散供給装置の他の実施形態に係る断面図及び斜視図 本発明の分散供給装置の他の実施形態に係る断面図及び斜視図 本発明の分散供給装置の他の実施形態に係る断面図、斜視図、及び上面図

符号の説明

１：温度調節装置
２：電気ヒータ（加熱手段の一例）
３：冷却コイル（冷却手段の一例）
４：圧縮機
９：流体流通路
１０：分散供給装置
１１：噴孔
１２：流通方向規制部（収束合流手段の一例）
１６：仕切部材
２０：温度調節対象空間
Ａ：温調対象流体
Ｃ：冷媒

Claims (6)

1. 温調対象流体を冷却手段と加熱手段とを通して温度調節して吹出す温度調節装置と、前記温度調節装置から吹出される前記温調対象流体を温度調節対象空間へ導く流体流通路とを備え、前記温度調節対象空間に前記温調対象流体を供給する分散供給装置を備えた精密温度調節設備であって、
   前記分散供給装置が、前記流体流通路の異なった位置における前記温調対象流体の流れを収束合流させる収束合流手段を設け、収束合流後の流れが温度調節対象空間側で拡散する精密温度調節設備。
2. 前記収束合流手段が、前記温調対象流体の流れを前記流体流通路の中央側に案内して、前記温調対象流体の流れを収束合流させる請求項１に記載の精密温度調節設備。
3. 前記収束合流手段が、前記温調対象流体の流れを前記流体流通路の中央側に案内して衝突混合させる請求項１に記載の精密温度調節設備。
4. 前記収束合流手段が、前記流体流通路の一部部位であって、当該一部部位の異なった位置から前記温度調節対象空間側へ流れる前記温調対象流体の流れを収束合流させる部分収束合流機能を有する請求項１乃至３の何れか一項に記載の精密温度調節設備。
5. 前記流体流通路の異なった位置から前記温度調節対象空間側へ流れる前記温調対象流体の流れが収束合流される収束合流空間を仕切る仕切部材を備え、
   前記仕切部材が、伝熱性の高い伝熱部材から構成されている請求項１乃至４の何れか一項に記載の精密温度調節設備。
6. 温調対象流体を流体流通路により温度調節対象空間へ導くことにより前記温度対象空間の温度を精密に調節するために使用される分散供給装置であって、
   前記流体流通路の異なった位置から前記温度調節対象空間側へ流れる前記温調対象流体の流れを収束合流させる収束合流手段を備え、収束合流後の流れが前記温度調節対象空間側で拡散する分散供給装置。

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