JP2009257650A - 温湿度調整装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】空気流の温度調整と湿度調整とを同時に好適に行え、かつ省エネルギーを図ることのできる温湿度調整装置を提供する。
【解決】Ａの温度調整装置５０と、Ｂの加減湿整装置５２と、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４を通過した出口空気の温度を検出する第１温度センサ２４と、出口空気の湿度を検出する第１湿度センサ１３６を具備し、温湿度調整対象の空気が、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４を通過し、通過する空気が、Ｂの加減湿装置５２により必要な所要温度および水分量に調整されるとともに、Ａの温度調整装置５０により所望温度および湿度に調整される。
【選択図】図７
【解決】Ａの温度調整装置５０と、Ｂの加減湿整装置５２と、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４を通過した出口空気の温度を検出する第１温度センサ２４と、出口空気の湿度を検出する第１湿度センサ１３６を具備し、温湿度調整対象の空気が、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４を通過し、通過する空気が、Ｂの加減湿装置５２により必要な所要温度および水分量に調整されるとともに、Ａの温度調整装置５０により所望温度および湿度に調整される。
【選択図】図７
Description
本発明は温湿度調整装置に関する。
通常、半導体装置の製造工程等の精密加工分野では、その殆どが温度および湿度が制御されたクリーンルーム内に設置されている。
しかし、近年、精密加工分野でも、従来よりも更に加工精度の高い精密加工等が要求される工程が出現しつつある。
かかる高い精密加工等が要求される工程では、通常、クリーンルームの温度変化よりも更に小さな温度変化の環境であることが要求される。このため、高い精密加工等が要求される工程は、精密な温度管理がなされている空間ユニット内に設けられる。
しかし、近年、精密加工分野でも、従来よりも更に加工精度の高い精密加工等が要求される工程が出現しつつある。
かかる高い精密加工等が要求される工程では、通常、クリーンルームの温度変化よりも更に小さな温度変化の環境であることが要求される。このため、高い精密加工等が要求される工程は、精密な温度管理がなされている空間ユニット内に設けられる。
この様な空間ユニットの温度調整に用いられる温度調整装置としては、例えば下記特許文献１に図３５に示す温度調整装置が記載されている。
図３５に示す温度調整装置には、圧縮機１００、三方弁１０２、凝縮器１０４、膨張弁１０６、冷却器１０８および加熱器１１０が設けられており、冷却器１０８を具備する冷却流路と加熱器１１０を具備する加熱流路とが設けられている。
かかる冷却器１０８と加熱器１１０とによって、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流の温度が調整される。
図３５に示す温度調整装置には、圧縮機１００、三方弁１０２、凝縮器１０４、膨張弁１０６、冷却器１０８および加熱器１１０が設けられており、冷却器１０８を具備する冷却流路と加熱器１１０を具備する加熱流路とが設けられている。
かかる冷却器１０８と加熱器１１０とによって、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流の温度が調整される。
この図３５に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の熱媒体を三方弁１０２によって、冷却流路と加熱流路とに分配する。冷却流路側に分配された高温の熱媒体は、凝縮器１０４で冷却される。この冷却された熱媒体は、膨張弁１０６によって断熱的に膨張されて冷却され、冷却器１０８に供給される。冷却器１０８では、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流を冷却しつつ吸熱して昇温された熱媒体は圧縮機１００に供給される。
一方、加熱流路側に分配された高温の熱媒体は加熱器１１０に供給され、冷却器１０８で冷却された温度調整対象の空気流を加熱して所望の温度に調整する。このように、加熱器１１０において、温度調整対象の空気流を加熱しつつ放熱して降温された熱媒体は、膨張弁１０６および冷却器１０８を通過して圧縮機１００に供給される。
特開昭５１−９７０４８号公報
図３５に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の熱媒体の全量が膨張弁１０６を通過して断熱的に膨張されて冷却され、冷却器１０８に供給されるため、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流を冷却する冷却エネルギー量は一定である。
一方、三方弁１０２によって加熱流路側に分配する高温の熱媒体の流量を調整することによって、冷却器１０８で冷却された温度調整対象の空気流に対する加熱器１１０での加熱量を調整できる。
一方、三方弁１０２によって加熱流路側に分配する高温の熱媒体の流量を調整することによって、冷却器１０８で冷却された温度調整対象の空気流に対する加熱器１１０での加熱量を調整できる。
したがって、冷却器１０８および加熱器１１０を通過する温度調整対象の空気流の温度を調整でき、空間ユニット内の温度管理を狭い温度範囲で行うことは可能である。
しかし、図３５に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の熱媒体の全量が膨張弁１０６を通過して断熱的に膨張されて冷却され、冷却器１０８に供給されるため、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流に対する温度調整は、専ら加熱器１１０に供給する圧縮機１００で圧縮された高温の熱媒体の再加熱によって行われる。
しかし、図３５に示す温度調整装置では、圧縮機１００で圧縮された高温の熱媒体の全量が膨張弁１０６を通過して断熱的に膨張されて冷却され、冷却器１０８に供給されるため、ファン１１２から吹き出す温度調整対象の空気流に対する温度調整は、専ら加熱器１１０に供給する圧縮機１００で圧縮された高温の熱媒体の再加熱によって行われる。
このように、図３５に示す温度調整装置で採用された温度制御方式では、加熱に使用した熱媒体も冷却流路に流すため、加熱できる熱量は圧縮機の動力による熱量のみとなり、冷却器１０８および加熱器１１０に対する負荷変動への対応が困難である。
このため、冷却器１０８および加熱器１１０を通過する温度調整対象の空気流の設定温度を大幅に高くする場合、温度調整対象の空気流の温度が設定温度に到達しなかったり、設定温度に到達するまでに著しく時間がかかることがある。
さらに、図３５に示す温度調整装置では、冷却器１０８および加熱器１１０を通過する温度調整対象の空気流の湿度を調整する湿度調整機能が設けられておらず、空気流に湿度調整を施すことはできない。
このため、冷却器１０８および加熱器１１０を通過する温度調整対象の空気流の設定温度を大幅に高くする場合、温度調整対象の空気流の温度が設定温度に到達しなかったり、設定温度に到達するまでに著しく時間がかかることがある。
さらに、図３５に示す温度調整装置では、冷却器１０８および加熱器１１０を通過する温度調整対象の空気流の湿度を調整する湿度調整機能が設けられておらず、空気流に湿度調整を施すことはできない。
このような、図３５に示す温度調整装置の加熱量不足を補うと共に、空気流に湿度調整を施すべく、図３６に示す温湿度調整装置のように、加熱器１１０の出口側に複数の加熱水蒸気を噴霧する噴霧ノズル１１４、１１４、・・・を設け、噴霧ノズル１１４の各々に加熱水蒸気を供給する加熱蒸気発生装置を設けることが考えられる。
しかし、図３６に示す温湿度調整装置では、加熱水蒸気を発生するためのエネルギーがエネルギー的に無駄である。
しかも、図３６の温湿度調整装置の加熱量不足を補うことのできる量の加熱水蒸気を噴霧ノズル１１４、１１４、・・・から噴出すると、空気流の湿度調整が困難となる場合がある。
他方、空気流の湿度調整を行うことのできる量の加熱水蒸気を、噴霧ノズル１１４、１１４、・・・から噴出しても、温湿度調整装置の加熱量不足を補うことができない場合がある。
したがって、図３６に示す温湿度調整装置によって、空気流の温度および湿度を同時に調整できる範囲はさらに一層狭くなる。
しかも、図３６の温湿度調整装置の加熱量不足を補うことのできる量の加熱水蒸気を噴霧ノズル１１４、１１４、・・・から噴出すると、空気流の湿度調整が困難となる場合がある。
他方、空気流の湿度調整を行うことのできる量の加熱水蒸気を、噴霧ノズル１１４、１１４、・・・から噴出しても、温湿度調整装置の加熱量不足を補うことができない場合がある。
したがって、図３６に示す温湿度調整装置によって、空気流の温度および湿度を同時に調整できる範囲はさらに一層狭くなる。
そこで、本発明は、上記課題を解決し、空気流の温度調整と湿度調整とを同時に好適に行え、かつ省エネルギーを図ることのできる温湿度調整装置を提供することを目的とする。
本発明に係る温湿度調整装置は、
Ａ：第１圧縮機から送り出される第１熱媒体の一部が第１分配器により分配され、第１加熱器（凝縮器）、膨張弁、蒸発器、第１圧縮機の順に循環される第１ヒートポンプ回路と、第１圧縮機から送り出される第１熱媒体の残余部が前記第１分配器により分配され、凝縮器、膨張弁、第１冷却器（蒸発器）、第１圧縮機の順に循環される第１冷却回路と、前記第１分配器を制御し、第１ヒートポンプ回路と第１冷却回路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、第１加熱器と第１冷却器とを通過する温湿度調整対象の空気を設定温度に制御する第１制御部とを具備する温度調整装置；
Ｂ：第２圧縮機から送り出される第２熱媒体の一部が第２分配器により分配され、第２加熱器（凝縮器）、膨張弁、蒸発器、第２圧縮機の順に循環される第２ヒートポンプ回路と、第２圧縮機から送り出される第２熱媒体の残余部が前記第２分配器により分配され、凝縮器、膨張弁、第２冷却器（蒸発器）、第２圧縮機の順に循環される第２冷却回路と、通過する空気に加湿するための水を噴霧する噴霧ノズルと、該噴霧ノズルから噴出される水の量を調整する水量制御弁と、前記第２分配器を制御し、第２ヒートポンプ回路と第２冷却回路とに分配される高温の第２熱媒体の分配比率を調整して、第２加熱器と第２冷却器とを通過する温湿度調整対象の空気を必要な所要温度に制御する第２制御部とを具備する加減湿整装置；
Ｃ：前記第２冷却器、第２加熱器、第１冷却器、第１加熱器を通過した出口空気の温度を検出する第１温度センサ；
Ｄ：前記第２冷却器、第２加熱器、第１冷却器、第１加熱器を通過した出口空気の湿度を検出する第１湿度センサ；
を具備し、
温湿度調整対象の空気が、第２冷却器、第２加熱器、第１冷却器、第１加熱器を通過し、通過する空気が、Ｂの加減湿装置により必要な所要温度および水分量に調整されるとともに、Ａの温度調整装置により所望温度および湿度に調整されることを特徴とする。
Ａ：第１圧縮機から送り出される第１熱媒体の一部が第１分配器により分配され、第１加熱器（凝縮器）、膨張弁、蒸発器、第１圧縮機の順に循環される第１ヒートポンプ回路と、第１圧縮機から送り出される第１熱媒体の残余部が前記第１分配器により分配され、凝縮器、膨張弁、第１冷却器（蒸発器）、第１圧縮機の順に循環される第１冷却回路と、前記第１分配器を制御し、第１ヒートポンプ回路と第１冷却回路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、第１加熱器と第１冷却器とを通過する温湿度調整対象の空気を設定温度に制御する第１制御部とを具備する温度調整装置；
Ｂ：第２圧縮機から送り出される第２熱媒体の一部が第２分配器により分配され、第２加熱器（凝縮器）、膨張弁、蒸発器、第２圧縮機の順に循環される第２ヒートポンプ回路と、第２圧縮機から送り出される第２熱媒体の残余部が前記第２分配器により分配され、凝縮器、膨張弁、第２冷却器（蒸発器）、第２圧縮機の順に循環される第２冷却回路と、通過する空気に加湿するための水を噴霧する噴霧ノズルと、該噴霧ノズルから噴出される水の量を調整する水量制御弁と、前記第２分配器を制御し、第２ヒートポンプ回路と第２冷却回路とに分配される高温の第２熱媒体の分配比率を調整して、第２加熱器と第２冷却器とを通過する温湿度調整対象の空気を必要な所要温度に制御する第２制御部とを具備する加減湿整装置；
Ｃ：前記第２冷却器、第２加熱器、第１冷却器、第１加熱器を通過した出口空気の温度を検出する第１温度センサ；
Ｄ：前記第２冷却器、第２加熱器、第１冷却器、第１加熱器を通過した出口空気の湿度を検出する第１湿度センサ；
を具備し、
温湿度調整対象の空気が、第２冷却器、第２加熱器、第１冷却器、第１加熱器を通過し、通過する空気が、Ｂの加減湿装置により必要な所要温度および水分量に調整されるとともに、Ａの温度調整装置により所望温度および湿度に調整されることを特徴とする。
また、前記第２冷却器および第２加熱器を通過した空気の温度を検出する第２温度センサと、全体制御部とを具備し、該全体制御部により、入力されている出口空気の設定湿度と前記第１湿度センサによって計測した出口空気の湿度とにより、前記噴霧ノズルから噴霧される水分量が必要な水分量となるように、前記水量制御弁を制御し、入力されている出口空気設定温度と入力されている出口空気設定湿度とから出口空気露点温度を算出し、前記第２加熱器および第２冷却器を通過した空気の設定温度を、あらかじめ経験により求められた温度だけ前記算出露点温度からシフトした設定露点温度に設定し、前記第２温度センサで検出される温度が上記設定露点温度となるように、前記第２制御部により第２分配器による前記分配比率を調整し、前記第１温度センサで検出される温度が前記設定出口温度となるように、前記第１制御部により前記第１分配器による分配比率を調整することを特徴とする。
また、前記加減湿装置で、水分が除湿されるとともに、噴霧ノズルにより必要な水分量に加湿されることを特徴とする。
第１冷却回路の凝縮器で放熱される熱が第１ヒートポンプ回路の蒸発器で吸熱され利用されることを特徴とする。
第２冷却回路の凝縮器で放熱される熱が第２ヒートポンプ回路の蒸発器で吸熱され利用されることを特徴とする。
第１冷却回路の凝縮器で放熱される熱が第１ヒートポンプ回路の蒸発器で吸熱され利用されることを特徴とする。
第２冷却回路の凝縮器で放熱される熱が第２ヒートポンプ回路の蒸発器で吸熱され利用されることを特徴とする。
また、前記噴霧ノズルが、圧縮空気により水が噴霧される２流体ノズルであることを特徴とする。
また、第２冷却回路の第２冷却器に、該第２冷却器により冷やされ、周囲空気中の水分を凝縮して除湿する除湿用部材を配置したことを特徴とする。
また、第２冷却器、第２加熱器、第１冷却器、第１加熱器を、空気入口側からこの順に配置したことを特徴とする。
また、第２冷却回路の第２冷却器に、該第２冷却器により冷やされ、周囲空気中の水分を凝縮して除湿する除湿用部材を配置したことを特徴とする。
また、第２冷却器、第２加熱器、第１冷却器、第１加熱器を、空気入口側からこの順に配置したことを特徴とする。
また、第１分配器および第２分配器の少なくとも一方が、加熱器側に分配する高温の熱媒体と冷却器側に分配する高温の熱媒体との合計量が圧縮機から吐出された高温の熱媒体量と等しくなるように、高温の熱媒体を比例分配する比例三方弁であることを特徴とする。
あるいは、第１分配器および第２分配器の少なくとも一方が、高温の熱媒体を加熱器側と冷却器側とに分岐する分岐配管の各々に設けられた二方弁であることを特徴とする。
あるいは、第１分配器および第２分配器の少なくとも一方が、高温の熱媒体を加熱器側と冷却器側とに分岐する分岐配管の各々に設けられた二方弁であることを特徴とする。
本発明の温湿度調整装置では、温度調整装置および加減湿装置の双方に、加熱器としてヒートポンプ回路を採用して、外部熱源を有効に利用している。したがって、温度調節用の電気ヒータや加湿用の電気ヒータを用いる従来方式に比べて大幅な省エネを図ることができる。この場合に、冷却回路側で放熱する熱を外部熱源として吸熱、利用することによって、一層熱効率をよくすることができ、加熱能力を向上できる。また、加熱器と冷却器とを通過する温度調整対象の流体の微小な負荷変動は、加熱回路（ヒートポンプ回路）と冷却回路とに分配する高温の熱媒体の分配比率を微小調整することによって迅速に対応でき、温湿度調整対象の空気に対して精密な温湿度調整を図ることができる。
以下本発明に係る温湿度調整装置５４（図７）の好適な実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
まず、温湿度調整装置５４のうち、基本的な構成となる温度調整装置５０について、図１〜図６により説明する。
図１は温度調整装置５０の概略図である。
温度調整装置５０の概略は次のとおりである。すなわち、第１圧縮機１８から送り出される第１熱媒体の一部が第１分配器２０により分配され、第１加熱器（凝縮器）１４、膨張弁３４、蒸発器（吸熱器）３２、第１圧縮機１８の順に循環される第１ヒートポンプ回路と、第１圧縮機１８から送り出される第１熱媒体の残余部が前記第１分配器２０により分配され、凝縮器２６、膨張弁２８、第１冷却器（蒸発器）１６、第１圧縮機１８の順に循環される第１冷却回路と、前記第１分配器２０を制御し、第１ヒートポンプ回路と第１冷却回路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、第１加熱器１４と第１冷却器１６とを通過する温湿度調整対象の空気を設定温度に制御する第１制御部２２ａとを具備する。
まず、温湿度調整装置５４のうち、基本的な構成となる温度調整装置５０について、図１〜図６により説明する。
図１は温度調整装置５０の概略図である。
温度調整装置５０の概略は次のとおりである。すなわち、第１圧縮機１８から送り出される第１熱媒体の一部が第１分配器２０により分配され、第１加熱器（凝縮器）１４、膨張弁３４、蒸発器（吸熱器）３２、第１圧縮機１８の順に循環される第１ヒートポンプ回路と、第１圧縮機１８から送り出される第１熱媒体の残余部が前記第１分配器２０により分配され、凝縮器２６、膨張弁２８、第１冷却器（蒸発器）１６、第１圧縮機１８の順に循環される第１冷却回路と、前記第１分配器２０を制御し、第１ヒートポンプ回路と第１冷却回路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、第１加熱器１４と第１冷却器１６とを通過する温湿度調整対象の空気を設定温度に制御する第１制御部２２ａとを具備する。
以下、温度調整装置５０をさらに詳細に説明する。
図１に示す温度調整装置５０には、ファン１２によって、空間ユニット１０内に、後記する加減湿装置から吸込んだ空気を温度調整する第１加熱器（凝縮器）１４を備える第１ヒートポンプ回路と、第１冷却器（蒸発器）１６を備える第１冷却回路とが設けられている。
図１に示す温度調整装置５０には、ファン１２によって、空間ユニット１０内に、後記する加減湿装置から吸込んだ空気を温度調整する第１加熱器（凝縮器）１４を備える第１ヒートポンプ回路と、第１冷却器（蒸発器）１６を備える第１冷却回路とが設けられている。
空間ユニット１０内に吸引される空気流の入口側に第１加熱器１４が、その下流に第１冷却器１６が配設されている。この第１冷却器１６と第１加熱器１４との空気流に対する配置によれば、第１加熱器１４および第１冷却器１６を通過する空気流の除湿を更に向上できる。
かかる第１加熱器１４および第１冷却器１６には、第１熱媒体として、例えばプロパン、イソブタンやシクロペンタン等の炭化水素、フロン類、アンモニア、炭酸ガスが供給される。
かかる第１加熱器１４および第１冷却器１６には、第１熱媒体として、例えばプロパン、イソブタンやシクロペンタン等の炭化水素、フロン類、アンモニア、炭酸ガスが供給される。
このような第１熱媒体は、第１圧縮機１８によって圧縮・加熱されて高温（例えば７０℃）の気体状となって吐出される。第１圧縮機１８から吐出された高温の第１熱媒体を、第１分配器としての比例三方弁２０によって、第１加熱器１４が設けられた第１ヒートポンプ回路側と第１冷却器１６が設けられた第１冷却回路側とに分配する。
この比例三方弁２０では、第１ヒートポンプ回路側に分配する高温の第１熱媒体と第１冷却回路側に分配する高温の第１熱媒体との合計量が第１圧縮機１８から吐出された高温の第１熱媒体量と等しくなるように分配する。
かかる比例三方弁２０は、第１制御部２２ａによって制御されている。この第1制御部２２ａでは、空間ユニット１０内に設けられた出口側の第１温度センサ２４によって測定された測定温度と設定された設定温度と比較し、測定温度が設定温度と一致するように、第１加熱器１４側と第１冷却器１６側とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を実質的に連続して変更し、空間ユニット１０内に吸込まれた空気を所定温度に調整する。
かかる比例三方弁２０は、第１制御部２２ａによって制御されている。この第1制御部２２ａでは、空間ユニット１０内に設けられた出口側の第１温度センサ２４によって測定された測定温度と設定された設定温度と比較し、測定温度が設定温度と一致するように、第１加熱器１４側と第１冷却器１６側とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を実質的に連続して変更し、空間ユニット１０内に吸込まれた空気を所定温度に調整する。
この「実質的に連続して変更」とは、比例三方弁２０をステップ制御で駆動するとき、微視的には比例三方弁２０がステップ的に駆動されているものの、全体的には連続して駆動されている場合を含む意味である。
かかる第１制御部２２ａに設定する設定温度は、任意に設定できるようにしてもよい。また、図１に示す第１温度センサ２４は、ファン１２の吐出側に設置されているが、ファン１２の吸入側に設置してもよく、ファン１２の吐出側および吸入側に設けてもよい。
かかる第１制御部２２ａに設定する設定温度は、任意に設定できるようにしてもよい。また、図１に示す第１温度センサ２４は、ファン１２の吐出側に設置されているが、ファン１２の吸入側に設置してもよく、ファン１２の吐出側および吸入側に設けてもよい。
第１ヒートポンプ回路側に分配された高温の第１熱媒体は、第１加熱器１４に直接供給され、空間ユニット１０内に吸引された空気流を加熱して所定温度に調整する。その際に、高温の第１熱媒体は放熱して冷却されて凝縮液を含む第１熱媒体となる。
一方、第１冷却回路側に分配された高温の第１熱媒体は、凝縮器２６によって冷却されてから膨張弁２８によって断熱的に膨張して更に冷却（例えば、１０℃に冷却）される。冷却された第１熱媒体は、第１冷却器１６に供給され、空間ユニット１０内に吸込まれて第１加熱器１４によって加熱された空気流を冷却して所定温度に調整する。その際に、第１冷却器１６に供給された第１熱媒体は空気流から吸熱して昇温される。このように、第１加熱器１４に吹き付けられて昇温された空気流を第１冷却器１６に吹き付けることによって、空気流の温度調整の精度を向上できる。
かかる凝縮器２６には、第１加熱器１４側に分配された高温の第１熱媒体を冷却する冷却用として配管３０を経由して、冷却水が供給されている。かかる冷却水は、凝縮器２６内で７０℃程度の第１熱媒体によって３０℃程度に加熱されて配管３１から吐出される。この配管３１から吐出される冷却水は、吸熱手段としての吸熱器（蒸発器）３２に加熱源として供給される。
この吸熱器３２には、第１加熱器１４で放熱した第１熱媒体を、膨張弁３４によって断熱的に膨張して更に冷却した１０℃程度の第１熱媒体が供給されている。このため、吸熱器３２では、凝縮器２６で吸熱して３０℃程度に昇温された冷却水と１０℃程度に冷却された第１熱媒体との温度差に基づいて、第１熱媒体が冷却水から吸熱できる。すなわち、第１冷却回路の凝縮器２６で放熱された熱により、吸熱器３２でヒートポンプ回路側の第１熱媒体を加温するので、熱の有効利用が図れる。
吸熱器３２で冷却水から吸熱して昇温された第１熱媒体は、アキュームレータ３６を経由して第１圧縮機１８に供給される。このアキュームレータ３６には、第１冷却器１６に供給されて空間ユニット１０内に吸込まれた空気流から吸熱した第１熱媒体も供給される。かかるアキュームレータ３６は、液体成分を貯めてガス成分のみを第１圧縮機１８に再供給できるタイプのアキュームレータであるため、確実に第１熱媒体のガス成分のみを第１圧縮機１８に供給できる。
このアキュームレータ３６としては、蓄圧器用タイプのアキュームレータを用いることができる。
なお、アキュームレータ３６を設置しなくても、吸熱器３２で空気流から吸熱して昇温された熱媒体と、第１冷却器１６に供給されて空間ユニット１０内に吸込まれた空気流から吸熱した熱媒体とを合流して、第１圧縮機１８に再供給できればよい。
なお、アキュームレータ３６を設置しなくても、吸熱器３２で空気流から吸熱して昇温された熱媒体と、第１冷却器１６に供給されて空間ユニット１０内に吸込まれた空気流から吸熱した熱媒体とを合流して、第１圧縮機１８に再供給できればよい。
ところで、第１加熱器１４で放熱した第１熱媒体を、膨張弁３４によって断熱的に膨張して冷却しているが、膨張弁３４での断熱膨張による冷却では、第１熱媒体と外部との間での熱の遣り取りはない。このため、断熱的に冷却された第１熱媒体は、外部から凝縮器２６を経由して吸熱器３２に供給された冷却水から吸熱できる。
したがって、第１圧縮機１８から吐出される高温の第１熱媒体には、第１圧縮機１８による圧縮動力エネルギーに、吸熱器３２によって外部から供給された冷却水より吸熱したエネルギーを加えることができる。更に、図１に示す温度調整装置では、外部から供給された冷却水が凝縮器２６を経由して吸熱器３２に供給されており、凝縮器２６で除去した高温の第１熱媒体から除去したエネルギーの一部も、圧縮機１８から吐出される高温の第１熱媒体に加えることができ、加熱流路の加熱能力を向上できる。その結果、補助ヒータ等の他の加熱手段を用いることを要しない。
このように、図１に示す温度調整装置では、その第１加熱器１４の加熱能力をヒートポンプ回路の設置によって向上でき、かつ比例三方弁２０によって第１ヒートポンプ回路側に分配する高温の第１熱媒体と第１冷却回路側に分配する高温の第１熱媒体との分配比率を、空間ユニット１０内の温度に応じて実質的に連続して変更できる。
このため、図１に示す温度調整装置では、第１ヒートポンプ回路および第１冷却回路に高温の第１熱媒体が常時供給されており、第１加熱器１４と第１冷却器１６とを通過する温度調整対象の空気流の微小な負荷変動は、加熱流路と冷却流路とに分配する高温の第１熱媒体の分配比率を比例三方弁２０によって直ちに微小調整することによって迅速に対応でき、応答性を向上できる。
その結果、第１加熱器１４と第１冷却器１６とを通過する温度調整対象の空気流の温度を設定温度に対して±０．１℃以下の精度で制御でき、図１に示す温度調整装置が設置された空間ユニット１０の温度変化を、例えばクリーンルームの温度変化よりも小さくでき、精密加工が要求される工程を設置できる。
また、図１に示す温度調整装置では、上述した様に、第１ヒートポンプ回路の第１加熱器１４の加熱能力が向上され、かつ加熱流路と冷却手段とを含む流路のうち、第１分配器としての比例三方弁２０から第１冷却器１６および吸熱器３２の各々を通過した第１熱媒体がアキュームレータ３６で合流されるまでの加熱流路を含む流路と冷却流路を含む流路との各々が、流路的に独立して設けられている。
このため、第１加熱器１４と第１冷却器１６とを通過する温度調整対象の空気流の設定温度を大幅に高くする場合でも、比例三方弁２０によって高温の第１熱媒体の分配比率を冷却流路よりも加熱流路に分配する分配比率を大幅に高くして、温度調整対象の空気流を所定温度に迅速に調整できる。
その結果、例えば、図３５に示す温度調整装置では、その温度設定範囲が２０〜２６℃程度であるが、図１に示す温度調整装置では、その温度設定範囲を１８〜３５℃と大幅に拡大できる。
その結果、例えば、図３５に示す温度調整装置では、その温度設定範囲が２０〜２６℃程度であるが、図１に示す温度調整装置では、その温度設定範囲を１８〜３５℃と大幅に拡大できる。
更に、図１に示す温度調整装置では、加熱流路の加熱能力が向上され、補助ヒータ等の他の加熱手段を用いることを要しないため、図３５に示す補助ヒータ１１４を設けた温度調整装置に比較して、大幅な省エネルギーを図ることができる。
例えば、図３５に示す補助ヒータ１１４を設けた温度調整装置では、全消費エネルギーの内訳は、圧縮機１００が１８％、補助ヒータ１１４が６９％、および送風機１１２が１３％である。この点、図１に示す温度調整装置では、補助ヒータ１１４の消費エネルギーをカットできる。
このため、吐出量が２０ｍ３／min程度の水冷式空調機に、図３５に示す温度調整装置の方式を適用した場合には、最大消費電力が１１．７KWであったが、図１に示す温度調整装置の方式を適用すると、最大消費電力を２．４KW程度とすることができる。
例えば、図３５に示す補助ヒータ１１４を設けた温度調整装置では、全消費エネルギーの内訳は、圧縮機１００が１８％、補助ヒータ１１４が６９％、および送風機１１２が１３％である。この点、図１に示す温度調整装置では、補助ヒータ１１４の消費エネルギーをカットできる。
このため、吐出量が２０ｍ３／min程度の水冷式空調機に、図３５に示す温度調整装置の方式を適用した場合には、最大消費電力が１１．７KWであったが、図１に示す温度調整装置の方式を適用すると、最大消費電力を２．４KW程度とすることができる。
以上、説明してきた図１に示す温度調整装置では、凝縮器２６に冷却水を供給する配管３０に、冷媒制御手段としての制御弁４０が設けられている。この制御弁４０は、第１圧縮機１８の吐出圧が一定となるように制御されている。かかる制御弁４０は、図２に示す様に、冷却水の流路内に設けられた弁部４０ａの開口部を開閉する弁体４０ｂを具備する棒状部が設けられている。この棒状部は、その先端面が当接するバネ４０ｃによって弁体４０ｂが弁部４０ａの開口部を開放する方向に付勢されている。また、棒状部の他端面は、第１圧縮器１８から吐出された第１熱媒体の圧力が供給されるベローズ４０ｄに当接し、棒状部をバネ４０ｃの付勢力に抗して弁部４０ａの開口部を閉じる方向に弁体４０ｂを付勢している。
このため、第１圧縮機１８の吐出圧がバネ４０ｃの付勢力以上となったとき、ベローズ４０ｄによって弁体４０ｂが弁部４０ａの開口部を開放する方向に移動し、凝縮器２６に供給される冷却水量が増加して、凝縮器２６の冷却能力が向上される。このため、第１圧縮機１８の吐出圧が低下する。
他方、第１圧縮機１８の吐出圧がバネ４０ｃの付勢力以下となったとき、弁体４０ｂが弁部４０ａの開口部を閉じる方向に移動し、凝縮器２６に供給される冷却水量が減少して、凝縮器２６の冷却能力が低下する。このため、第１圧縮機１８の吐出圧が高くなる。
このように、第１圧縮機１８の吐出圧を一定に保持することによって、温度調整装置を安定して運転できる。また、凝縮器２６に冷却水量が必要以上に供給され、系外に排出されないように調整できる。
他方、第１圧縮機１８の吐出圧がバネ４０ｃの付勢力以下となったとき、弁体４０ｂが弁部４０ａの開口部を閉じる方向に移動し、凝縮器２６に供給される冷却水量が減少して、凝縮器２６の冷却能力が低下する。このため、第１圧縮機１８の吐出圧が高くなる。
このように、第１圧縮機１８の吐出圧を一定に保持することによって、温度調整装置を安定して運転できる。また、凝縮器２６に冷却水量が必要以上に供給され、系外に排出されないように調整できる。
ところで、加熱器１４および冷却器１６を通過する空気流の温度設定を大幅に昇温した場合、第1制御部２２ａでは、比例三方弁２０の冷却流路側の吐出口の開度を全閉状態又は全閉状態に近い状態とすると共に、加熱流路側の吐出口を全開状態又は全開状態に近い状態とする。
また、温度調整対象の空気流の温度が低温である場合、加熱流路の加熱器１４に供給された高温の第１熱媒体は、加熱器１４で低温の空気流によって凝縮され、第１圧縮機１８の吐出圧が所定圧よりも低圧となるため、制御弁４０が閉じて凝縮器２６に冷却水が供給されなくなる。
また、温度調整対象の空気流の温度が低温である場合、加熱流路の加熱器１４に供給された高温の第１熱媒体は、加熱器１４で低温の空気流によって凝縮され、第１圧縮機１８の吐出圧が所定圧よりも低圧となるため、制御弁４０が閉じて凝縮器２６に冷却水が供給されなくなる。
このように、凝縮器２６に冷却水が供給されなくなると、凝縮器２６から吸熱器３２に供給される冷却水も供給されなくなる。このため、吸熱器３２が稼働停止状態となって、ヒートポンプとして機能しなくなる。
しかも、第１加熱器１４で放熱して凝縮した第１熱媒体を膨張弁３４で断熱的に膨張して冷却した第１熱媒体と冷却水との熱交換が行われず、吸熱器３２が凍結するおそれがある。
しかも、第１加熱器１４で放熱して凝縮した第１熱媒体を膨張弁３４で断熱的に膨張して冷却した第１熱媒体と冷却水との熱交換が行われず、吸熱器３２が凍結するおそれがある。
このため、図３に示す温度調整装置のように、吸熱器３２への冷却水の供給手段として、制御弁４０のバイパス配管４２に制御弁４４を設けている。この制御弁４４は、比例三方弁２０の冷却流路側の吐出口の開度が全閉状態又は全閉状態に近い状態となり、加熱流路側の吐出口が全開状態又は全開状態に近い状態となったとき、第１制御部２２ａからの信号によって開き、強制的に冷却水を凝縮器２６に供給し、吸熱器３２を稼働状態としている。
このため、第１加熱器１４および第１冷却器１６を通過する空気流の温度設定を大幅に昇温した場合や第１加熱器１４および第１冷却器１６を通過する空気流が低温の場合の様に、冷却流路側に分配される高温の第１熱媒体の分配率がゼロ又はその近傍となったときでも、吸熱器３２に所定量の冷却水を供給でき、吸熱器３２の凍結を防止しかつヒートポンプとしての機能を発揮させることができる。
第１圧縮機１８の吐出圧が上昇し所定圧近傍に到達したとき、制御弁４４を第１制御部２２ａからの信号によって閉じる。その後は、制御弁４０によって第１圧縮機１８の吐出側の圧力が一定に保持されるように、凝縮器２６に供給される冷却水の供給量を制御する。
第１圧縮機１８の吐出圧が上昇し所定圧近傍に到達したとき、制御弁４４を第１制御部２２ａからの信号によって閉じる。その後は、制御弁４０によって第１圧縮機１８の吐出側の圧力が一定に保持されるように、凝縮器２６に供給される冷却水の供給量を制御する。
図３に示す温度調整装置では、第１冷却器１６に吹き付けられて冷却された空気流を第１加熱器１４に吹き付けている。このように、最初に空気流を第１冷却器１６に吹き付けることによって、空気流中の水分を凝縮して除湿を行うことができる。
なお、図３に示す温度調整装置では、その構成部材が図１に示す温度調整装置の構成部材と同一部材である場合には、図１の構成部材と同一番号を付し、詳細な説明を省略した。
なお、図３に示す温度調整装置では、その構成部材が図１に示す温度調整装置の構成部材と同一部材である場合には、図１の構成部材と同一番号を付し、詳細な説明を省略した。
図１〜図３に示す温度調整装置では、凝縮器２６および吸熱器３２に供給する熱媒体として冷却水を用いていたが、図４に示す様に、凝縮器２６およびヒートポンプ手段の吸熱器３２に供給する熱媒体としてファン４６による空気流を用いることができる。
図４に示す温度調整装置では、第１加熱器１４で放熱した第１熱媒体が膨張弁３４によって断熱膨張して更に冷却されて供給されている吸熱器３２に、ファン４６によって凝縮器２６に吹き付けられて加熱された空気流が吹き付けられる。このため、吸熱器３２では、第１加熱器１４で放熱・凝縮し断熱膨張して更に冷却した第１熱媒体が空気流から吸熱して昇温される。
なお、図４に示す温度調整装置では、その構成部材が図１に示す温度調整装置の構成部材と同一部材である場合には、図１の構成部材と同一番号を付し、詳細な説明を省略した。
図４に示す温度調整装置では、第１加熱器１４で放熱した第１熱媒体が膨張弁３４によって断熱膨張して更に冷却されて供給されている吸熱器３２に、ファン４６によって凝縮器２６に吹き付けられて加熱された空気流が吹き付けられる。このため、吸熱器３２では、第１加熱器１４で放熱・凝縮し断熱膨張して更に冷却した第１熱媒体が空気流から吸熱して昇温される。
なお、図４に示す温度調整装置では、その構成部材が図１に示す温度調整装置の構成部材と同一部材である場合には、図１の構成部材と同一番号を付し、詳細な説明を省略した。
また、図１〜図４に示す温度調整装置に用いた第１分配器としての比例三方弁２０に代えて、図５に示す様に、２個の二方弁としてのゲートバルブ３８ａ，３８ｂを用いることができる。２個のゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々は、第１制御部２２ａによって制御されている。かかる第１制御部２２ａによって、二方弁３８ａ，３８ｂの各々の開度を調整し、第１圧縮機１８で圧縮・加熱された気体状の高温の第１熱媒体を加熱流路（第１ヒートポンプ回路）と冷却流路（第１冷却回路）とに分配する分配比率を実質的に連続して調整し、第１加熱器１４と題１冷却器１６とを通過する空気流を所定温度に制御する。その際に、第１加熱器１４側に分配する高温の第１熱媒体量と第１冷却器１６側に分配する高温の第１熱媒体量との合計量が、第１圧縮機１８から吐出された高温の第１熱媒体量と等しくなるように、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの開度を調整して連続的に比例分配される。
その際に、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々は、図６に示す様に、バルブ開度と流量との関係は直線状でない。このため、第１制御部２２ａでは、図６に示すゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々についての流量特性データを保持し、第１制御部２２ａからは、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各流量特性に基づいて各ゲートバルブ３８ａ，３８ｂへの開度信号を発信する。
その際に、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々は、図６に示す様に、バルブ開度と流量との関係は直線状でない。このため、第１制御部２２ａでは、図６に示すゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各々についての流量特性データを保持し、第１制御部２２ａからは、ゲートバルブ３８ａ，３８ｂの各流量特性に基づいて各ゲートバルブ３８ａ，３８ｂへの開度信号を発信する。
次に、図７に、上記温度調整装置５０と、加減湿装置５２とを組み合わせた、本発明に係る温湿度調整装置５４の一実施形態を示す。
加減湿装置５２における熱媒体（第２熱媒体）の循環回路の基本構成は温度調整装置５０と同じである。
すなわち、加減湿装置５２は、第２圧縮機６８から送り出される第２熱媒体の一部が第２分配器７０により分配され、第２加熱器（凝縮器）６４、膨張弁８４、蒸発器８２、第２圧縮機６８の順に循環される第２ヒートポンプ回路と、第２圧縮機６８から送り出される第２熱媒体の残余部が前記第２分配器７０により分配され、凝縮器７６、膨張弁７８、第２冷却器（蒸発器）６６、第２圧縮機６８の順に循環される第２冷却回路と、第２分配器７０を制御し、第２ヒートポンプ回路と第２冷却回路とに分配される高温の第２熱媒体の分配比率を調整して、第２加熱器６４と第２冷却器６６とを通過する温湿度調整対象の空気を必要な所要温度に制御する第２制御部７２ａとを具備する。
加減湿装置５２における熱媒体（第２熱媒体）の循環回路の基本構成は温度調整装置５０と同じである。
すなわち、加減湿装置５２は、第２圧縮機６８から送り出される第２熱媒体の一部が第２分配器７０により分配され、第２加熱器（凝縮器）６４、膨張弁８４、蒸発器８２、第２圧縮機６８の順に循環される第２ヒートポンプ回路と、第２圧縮機６８から送り出される第２熱媒体の残余部が前記第２分配器７０により分配され、凝縮器７６、膨張弁７８、第２冷却器（蒸発器）６６、第２圧縮機６８の順に循環される第２冷却回路と、第２分配器７０を制御し、第２ヒートポンプ回路と第２冷却回路とに分配される高温の第２熱媒体の分配比率を調整して、第２加熱器６４と第２冷却器６６とを通過する温湿度調整対象の空気を必要な所要温度に制御する第２制御部７２ａとを具備する。
第２加熱器６４および第２冷却器６６は、空間ユニット（ダクト）１０の入口側に配置されている。すなわち、図７の例では、空間ユニット１０の入口側から第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４が所要間隔をおいてこの順に並んで配設されている。ファン１２に吸引されて空間ユニット１０内に進入した空気流は、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４の各熱交換器にこの順に接触することになる。
第１冷却器１６、第１加熱器１４による空気流の加熱制御は前記したとおりである。
第１冷却器１６、第１加熱器１４による空気流の加熱制御は前記したとおりである。
第２冷却器６６、第２加熱器６４での空気流の加熱制御も、制御条件は温度調整装置５０でのものと違うが、機能は同一である。したがって、その機能の説明は省略する。
加減湿装置５２は、さらに、第２加熱器の手前側に配置され、第２加熱器６４を通過する空気に加湿するための水を噴霧する噴霧ノズル８８と、該噴霧ノズル８８から噴出される水の量を調整する水量制御弁９２とを有する。
加減湿装置５２は、さらに、第２加熱器の手前側に配置され、第２加熱器６４を通過する空気に加湿するための水を噴霧する噴霧ノズル８８と、該噴霧ノズル８８から噴出される水の量を調整する水量制御弁９２とを有する。
噴霧ノズル８８の構成についてさらに詳細に説明する。
上記のように、噴霧ノズル８８は、第２冷却器６６と第２加熱器６４との間に配設されていて、第２冷却器６６によって除湿された空気に所定量の水を噴霧する。噴霧ノズル８８は、複数のノズルが配設されたものとなっていて、空間ユニット１０内に均一に水を噴霧できるようになっている。
噴霧ノズル８８には、水タンク１２０に貯留されている純水がポンプ１２２および水供給配管１２４に設けられた上記水量制御弁９２を経由して供給される。噴霧ノズル８８は圧縮空気によって水を霧状にして噴霧する２流体ノズルで形成され、この圧縮空気は配管１２８を経由して噴霧ノズル８８に供給される。
水タンク１２０には、前記配管３０を経由して供給された通常水を純水器１３０に供給して得た純水が貯留されている。この水タンク１２０の純水の貯留量は、純水供給配管１３２に設けられた制御弁１３４によって一定に保持されている。
なお、噴霧ノズル８８は、２流体ノズルでなく、超音波によって水を噴霧するノズルであってもよく、あるいは場合によっては工場排熱等による水蒸気そのものを噴出するノズルであってもよい。
上記のように、噴霧ノズル８８は、第２冷却器６６と第２加熱器６４との間に配設されていて、第２冷却器６６によって除湿された空気に所定量の水を噴霧する。噴霧ノズル８８は、複数のノズルが配設されたものとなっていて、空間ユニット１０内に均一に水を噴霧できるようになっている。
噴霧ノズル８８には、水タンク１２０に貯留されている純水がポンプ１２２および水供給配管１２４に設けられた上記水量制御弁９２を経由して供給される。噴霧ノズル８８は圧縮空気によって水を霧状にして噴霧する２流体ノズルで形成され、この圧縮空気は配管１２８を経由して噴霧ノズル８８に供給される。
水タンク１２０には、前記配管３０を経由して供給された通常水を純水器１３０に供給して得た純水が貯留されている。この水タンク１２０の純水の貯留量は、純水供給配管１３２に設けられた制御弁１３４によって一定に保持されている。
なお、噴霧ノズル８８は、２流体ノズルでなく、超音波によって水を噴霧するノズルであってもよく、あるいは場合によっては工場排熱等による水蒸気そのものを噴出するノズルであってもよい。
温湿度調整装置５４は、さらに、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４を通過した出口空気の温度を検出する第１温度センサ２４と、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４を通過した出口空気の湿度を検出する第１湿度センサ１３６とを有する。
上記のように構成される温湿度調整装置５４では、温湿度調整対象の空気が、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４を通過し、通過する空気が、加減湿装置５２により必要な所要温度および水分量に調整されるとともに、温度調整装置５０により所望温度および湿度に調整される。
上記のように構成される温湿度調整装置５４では、温湿度調整対象の空気が、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４を通過し、通過する空気が、加減湿装置５２により必要な所要温度および水分量に調整されるとともに、温度調整装置５０により所望温度および湿度に調整される。
この温湿度調整制御についてさらに具体例を説明する。
空間ユニット（ダクト）の出口側には、上記のように、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４を通過した出口空気の温度を検出する前記第１温度センサ２４が配設されていると共に、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４を通過した出口空気の湿度を検出する第１湿度センサ１３６が設けられている。この第１湿度センサ１３６の検出湿度に基づき、湿度制御部１３８によって水量制御弁９２の開度が調整され、噴霧ノズル８８からの噴霧水量が調整される。
空間ユニット（ダクト）の出口側には、上記のように、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４を通過した出口空気の温度を検出する前記第１温度センサ２４が配設されていると共に、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４を通過した出口空気の湿度を検出する第１湿度センサ１３６が設けられている。この第１湿度センサ１３６の検出湿度に基づき、湿度制御部１３８によって水量制御弁９２の開度が調整され、噴霧ノズル８８からの噴霧水量が調整される。
また、第２加熱器６４の下流には、第２冷却器６６および第２加熱器６４を通過した空気の温度を検出する第２温度センサ１４０が配設されている。この第２温度センサ１４０の検出温度に基づき、前記第２制御部７２ａにより第２分配器７０による加熱流路側（第２ヒートポンプ回路側）と冷却回路側への第２熱媒体の分配量を調節することによって、第２加熱器６４を出た空気の温度を所定温度となるように制御するのである。
図８、図９により、さらに具体的な温湿度制御について説明する。
以下に述べる制御の全体は、図示しない全体制御部によってなされる。
まず、出口空気の所望の設定温度と湿度を全体制御部に入力する（Ｓ１、Ｓ２）。
この入力された出口空気の設定湿度と第１湿度センサ１３６によって計測した出口空気の湿度とにより、噴霧ノズル８８から噴霧される水分量が必要な水分量となるように、湿度制御部１３８により水量制御弁９２を調整する（Ｓ３）。噴霧ノズル８８からは、必要十分な水分量が噴霧されればよく、不足にならないようにだけ噴霧され、余分な水分は冷却器で凝縮されて除湿されるので、多めに噴霧される。
以下に述べる制御の全体は、図示しない全体制御部によってなされる。
まず、出口空気の所望の設定温度と湿度を全体制御部に入力する（Ｓ１、Ｓ２）。
この入力された出口空気の設定湿度と第１湿度センサ１３６によって計測した出口空気の湿度とにより、噴霧ノズル８８から噴霧される水分量が必要な水分量となるように、湿度制御部１３８により水量制御弁９２を調整する（Ｓ３）。噴霧ノズル８８からは、必要十分な水分量が噴霧されればよく、不足にならないようにだけ噴霧され、余分な水分は冷却器で凝縮されて除湿されるので、多めに噴霧される。
また全体制御部では、入力された出口空気設定温度と入力された出口空気設定湿度とから出口空気露点温度（水分量）を算出する（Ｓ４）。
また、全体制御部には、第２冷却器６６および第２加熱器６４を通過して第２温度センサ１４０で計測される温度の設定値があらかじめ入力される（Ｓ５）。
この設定温度値は、あらかじめ試験によって求められる。すなわち、理論的には、設定温度は、上記算出された露点温度でよいはずであるが、実際に出口湿度を計測してみると、算出露点温度が高いほど計測される出口湿度が低いことが実験によって確かめられた。
また、全体制御部には、第２冷却器６６および第２加熱器６４を通過して第２温度センサ１４０で計測される温度の設定値があらかじめ入力される（Ｓ５）。
この設定温度値は、あらかじめ試験によって求められる。すなわち、理論的には、設定温度は、上記算出された露点温度でよいはずであるが、実際に出口湿度を計測してみると、算出露点温度が高いほど計測される出口湿度が低いことが実験によって確かめられた。
そこで、図９に示すように、理論露点温度（算出露点温度）よりも所要温度だけ高い（シフトした）露点温度（設定露点温度）を全体制御部に入力しておくのである。このオフセット露点温度（設定露点温度）は、設定露点温度と計測される出口湿度との関係であらかじめ求められる。このオフセット値は、第２加熱器６４の面積、通過空気の流速、噴霧ノズル８８の位置などによって装置ごとに相違するので、あらかじめ実験によって求められる。
そして、第２温度センサ１４０で検出される温度が上記算出露点温度からシフトした設定露点温度となるように、第２制御部７２ａにより第２分配器７０による第２熱媒体の分配比率を調整する（Ｓ６）。
この第２温度センサ１４０と第２制御部７２ａによる、第２加熱器６４の出口の空気温度制御、および前記噴霧ノズル８８から噴出される噴霧水量の制御によって、必要な水分量が通過空気中に含まれる。
この第２温度センサ１４０と第２制御部７２ａによる、第２加熱器６４の出口の空気温度制御、および前記噴霧ノズル８８から噴出される噴霧水量の制御によって、必要な水分量が通過空気中に含まれる。
そして、第１温度センサ２４で検出される温度が空間ユニット１０の出口の前記設定出口温度となるように、前記にように第１制御部２２ａにより第１分配器２０による分配比率を調整するのである（Ｓ７）。これにより、所望の出口温度に調整でき、また、第２加熱器６４を出た空気中の余分な水分は第１冷却器１６によって除湿されるので、空間ユニット１０の出口湿度も所望湿度に調整されるのである。
なお、本実施の形態では、加減湿装置５２で、第２冷却器６６により一旦水分が除湿されるとともに、噴霧ノズル８８により必要な水分量に加湿される。このように、一旦除湿され、その後加湿されることから、低い湿度設定も容易に行える。なお、図示しないが、この第２冷却器６６に、第２冷却器６６によって冷やされ、周囲空気の水分を凝縮して除湿するための、熱容量の大きな金属材等のメッシュ部材からなる除湿用部材を配設すると好適である。
図７では、噴霧ノズル８８を第２冷却器６６と第２加熱器６４との間に配設したが、図１０（ａ）に示すように、噴霧ノズル８８を第２加熱器６４の出口側に配設してもよい、この場合でも噴霧ノズル８８からの噴霧は第２加熱器で加熱され空気流によって十分に加熱できる。
また、第２冷却器６６と第２加熱器６４とを、図１０（ｂ）に示すように、空気が第２加熱器６４に供給された後、第２冷却器６６に供給されるように配設し、第２冷却器６６と第２加熱器６４との間に噴霧ノズル８８を配設してもよい。この場合も、噴霧ノズル８８からの噴霧は第２加熱器６４で加熱され、空気流によって十分に加熱できる。
また、第２冷却器６６と第２加熱器６４とを、図１０（ｂ）に示すように、空気が第２加熱器６４に供給された後、第２冷却器６６に供給されるように配設し、第２冷却器６６と第２加熱器６４との間に噴霧ノズル８８を配設してもよい。この場合も、噴霧ノズル８８からの噴霧は第２加熱器６４で加熱され、空気流によって十分に加熱できる。
さらに、図１０（ｂ）に示す第２加熱器６４と第２冷却器６６との配置であって、図１０（ｃ）に示すように、第２加熱器６４の空気の入口側に噴霧ノズル８８を配設してもよい。この場合も、噴霧ノズル８８からの噴霧は第２加熱器６４によって十分に加熱できる。
ただし、例えば、図１０（ａ）に示す第２加熱器６４と第２冷却器６６との配置であって、図１０（ｄ）に示すごとく、第２冷却器６６の空気の入口側に噴霧ノズル８８を配設した場合には、噴霧ノズル８８から噴霧された純水は、第２冷却器６６内で凝縮されて空気流から除去されるため、空気流を所定の温度に調整することが困難となる。
ただし、例えば、図１０（ａ）に示す第２加熱器６４と第２冷却器６６との配置であって、図１０（ｄ）に示すごとく、第２冷却器６６の空気の入口側に噴霧ノズル８８を配設した場合には、噴霧ノズル８８から噴霧された純水は、第２冷却器６６内で凝縮されて空気流から除去されるため、空気流を所定の温度に調整することが困難となる。
上記実施の形態では、空間ユニット（ダクト）１０内に、空気流の入口側から、加減湿装置５２の第２冷却器６６、第２加熱器６４、次いで温度調整装置５０の第１冷却器１６、第１加熱器１４の順に配設したが、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第１冷却器１６、第１加熱器１４の４つの熱交換器を入り乱れて配設してもよい。
図１１〜図３４は、これら４つの熱交換器、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０の配置例を示す。なお、各図で、Ｈ、Ｃ、ＤＨ、ＤＣはそれぞれ第１加熱器１４、第１冷却器１６、第２加熱器６４、第２冷却器６６を示し、白丸は第２温度センサを示す。また矢印は空気流の方向（入口から出口側）を示す。
図１１は、入口側から、第１冷却器１６、第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４の順に配設した例である。
以下、入口側からの配置で示す。
図１２：第１冷却器１６、第２加熱器６４、第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４。
図１３：第１冷却器１６、噴霧ノズル８８、第２加熱器６４、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４。
図１４：第１冷却器１６、第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４。
以下、入口側からの配置で示す。
図１２：第１冷却器１６、第２加熱器６４、第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４。
図１３：第１冷却器１６、噴霧ノズル８８、第２加熱器６４、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４。
図１４：第１冷却器１６、第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４。
図１５：第１冷却器１６、第２冷却器６６、第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４。
図１６：第１冷却器１６、噴霧ノズル８８、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４。
図１７：第１加熱器１４、第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６。
図１８：第１加熱器１４、第２加熱器６４、第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６。
図１９：第１加熱器１４、噴霧ノズル８８、第２加熱器６４、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６。
図１６：第１冷却器１６、噴霧ノズル８８、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４。
図１７：第１加熱器１４、第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６。
図１８：第１加熱器１４、第２加熱器６４、第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６。
図１９：第１加熱器１４、噴霧ノズル８８、第２加熱器６４、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６。
図２０：第１加熱器１４、第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６。
図２１：第１加熱器１４、第２冷却器６６、第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６。
図２２：第１加熱器１４、噴霧ノズル８８、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６。
図２３：第２冷却器６６、第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６、第１加熱器１４。
図２４：第２冷却器６６、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６、噴霧ノズル８８、第１加熱器１４。
図２５：第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６、第１加熱器１４。
図２１：第１加熱器１４、第２冷却器６６、第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６。
図２２：第１加熱器１４、噴霧ノズル８８、第２冷却器６６、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６。
図２３：第２冷却器６６、第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６、第１加熱器１４。
図２４：第２冷却器６６、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６、噴霧ノズル８８、第１加熱器１４。
図２５：第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６、第１加熱器１４。
図２６：第２加熱器６４、第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６、第１加熱器１４。
図２７：第２加熱器６４、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６、噴霧ノズル８８、第１加熱器１４。
図２８：第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６、第１加熱器１４。
図２９：第２冷却器６６、第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４、第１冷却器１６。
図３０：第２冷却器６６、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４、噴霧ノズル８８、第１冷却器１６。
図３１：第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４、第１冷却器１６。
図２７：第２加熱器６４、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６、噴霧ノズル８８、第１加熱器１４。
図２８：第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１冷却器１６、第１加熱器１４。
図２９：第２冷却器６６、第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４、第１冷却器１６。
図３０：第２冷却器６６、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４、噴霧ノズル８８、第１冷却器１６。
図３１：第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２加熱器６４、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４、第１冷却器１６。
図３２：第２加熱器６４、第２冷却器６６、噴霧ノズル８８、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４、第１冷却器１６。
図３３：第２加熱器６４、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４、噴霧ノズル８８、第１冷却器１６。
図３４：第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４、第１冷却器１６。
図１１〜図３４の各部の配列によっても、最終的な出口温度と出口湿度の調整が可能である。なお、図１１〜図３４に示すように、第２加熱器（ＤＨ）６４、第２冷却器（ＤＣ）６６は隣接して配置するのが好ましい。
図３３：第２加熱器６４、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４、噴霧ノズル８８、第１冷却器１６。
図３４：第２加熱器６４、噴霧ノズル８８、第２冷却器６６、第２温度センサ１４０、第１加熱器１４、第１冷却器１６。
図１１〜図３４の各部の配列によっても、最終的な出口温度と出口湿度の調整が可能である。なお、図１１〜図３４に示すように、第２加熱器（ＤＨ）６４、第２冷却器（ＤＣ）６６は隣接して配置するのが好ましい。
１０ 空間ユニット
１２ ファン
１４ 第１加熱器
１６ 第１冷却器
１８ 第１圧縮機
２０ 第１分配器（三方弁）
２２ａ 第１制御部
２４ 第１温度センサ
２６ 凝縮器
２８ 膨張弁
３０ 配管
３１ 配管
３２ 吸熱器
３４ 膨張弁
３６ アキュームレータ
３８ａ、３８ｂ 二方弁
４０ 制御弁
４４ 制御弁
５０ 温度調整装置
５２ 加減湿装置
５４ 温湿度調整装置
６４ 第２加熱器
６６ 第２冷却器
６８ 第２圧縮機
７０ 第２分配器（三方弁）
７２ａ 第２制御部
２４ 第１温度センサ
７６ 凝縮器
７８ 膨張弁
８０ 配管
８１ 配管
８２ 吸熱器
８４ 膨張弁
８６ アキュームレータ
９０ 制御弁
９４ 制御弁
１３６ 第１湿度センサ
１３８ 第２制御部
１４０ 第２温度センサ
１２ ファン
１４ 第１加熱器
１６ 第１冷却器
１８ 第１圧縮機
２０ 第１分配器（三方弁）
２２ａ 第１制御部
２４ 第１温度センサ
２６ 凝縮器
２８ 膨張弁
３０ 配管
３１ 配管
３２ 吸熱器
３４ 膨張弁
３６ アキュームレータ
３８ａ、３８ｂ 二方弁
４０ 制御弁
４４ 制御弁
５０ 温度調整装置
５２ 加減湿装置
５４ 温湿度調整装置
６４ 第２加熱器
６６ 第２冷却器
６８ 第２圧縮機
７０ 第２分配器（三方弁）
７２ａ 第２制御部
２４ 第１温度センサ
７６ 凝縮器
７８ 膨張弁
８０ 配管
８１ 配管
８２ 吸熱器
８４ 膨張弁
８６ アキュームレータ
９０ 制御弁
９４ 制御弁
１３６ 第１湿度センサ
１３８ 第２制御部
１４０ 第２温度センサ
Claims (10)
- Ａ：第１圧縮機から送り出される第１熱媒体の一部が第１分配器により分配され、第１加熱器（凝縮器）、膨張弁、蒸発器、第１圧縮機の順に循環される第１ヒートポンプ回路と、第１圧縮機から送り出される第１熱媒体の残余部が前記第１分配器により分配され、凝縮器、膨張弁、第１冷却器（蒸発器）、第１圧縮機の順に循環される第１冷却回路と、前記第１分配器を制御し、第１ヒートポンプ回路と第１冷却回路とに分配される高温の第１熱媒体の分配比率を調整して、第１加熱器と第１冷却器とを通過する温湿度調整対象の空気を設定温度に制御する第１制御部とを具備する温度調整装置；
Ｂ：第２圧縮機から送り出される第２熱媒体の一部が第２分配器により分配され、第２加熱器（凝縮器）、膨張弁、蒸発器、第２圧縮機の順に循環される第２ヒートポンプ回路と、第２圧縮機から送り出される第２熱媒体の残余部が前記第２分配器により分配され、凝縮器、膨張弁、第２冷却器（蒸発器）、第２圧縮機の順に循環される第２冷却回路と、通過する空気に加湿するための水を噴霧する噴霧ノズルと、該噴霧ノズルから噴出される水の量を調整する水量制御弁と、前記第２分配器を制御し、第２ヒートポンプ回路と第２冷却回路とに分配される高温の第２熱媒体の分配比率を調整して、第２加熱器と第２冷却器とを通過する温湿度調整対象の空気を必要な所要温度に制御する第２制御部とを具備する加減湿装置；
Ｃ：前記第２冷却器、第２加熱器、第１冷却器、第１加熱器を通過した出口空気の温度を検出する第１温度センサ；
Ｄ：前記第２冷却器、第２加熱器、第１冷却器、第１加熱器を通過した出口空気の湿度を検出する第１湿度センサ；
とを具備し、
温湿度調整対象の空気が、第２冷却器、第２加熱器、第１冷却器、第１加熱器を通過し、通過する空気が、Ｂの加減湿装置により必要な所要温度および水分量に調整されるとともに、Ａの温度調整装置により所望温度および湿度に調整されることを特徴とする温湿度調整装置。 - 前記第２冷却器および第２加熱器を通過した空気の温度を検出する第２温度センサと、
全体制御部とを具備し、
該全体制御部により、
入力されている出口空気の設定湿度と前記第１湿度センサによって計測した出口空気の湿度とにより、前記噴霧ノズルから噴霧される水分量が必要な水分量となるように、前記水量制御弁を制御し、
入力されている出口空気設定温度と入力されている出口空気設定湿度とから出口空気露点温度を算出し、
前記第２加熱器および第２冷却器を通過した空気の設定温度を、あらかじめ経験により求められた温度だけ前記算出露点温度からシフトした設定露点温度に設定し、
前記第２温度センサで検出される温度が上記設定露点温度となるように、前記第２制御部により第２分配器による前記分配比率を調整し、
前記第１温度センサで検出される温度が前記設定出口温度となるように、前記第１制御部により前記第１分配器による分配比率を調整することを特徴とする請求項１記載の温湿度調整装置。 - 前記加減湿装置で、水分が除湿されるとともに、噴霧ノズルにより必要な水分量に加湿されることを特徴とする請求項１または２記載の温湿度調整装置。
- 第１冷却回路の凝縮器で放熱される熱が第１ヒートポンプ回路の蒸発器で吸熱され利用されることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の温湿度調整装置。
- 第２冷却回路の凝縮器で放熱される熱が第２ヒートポンプ回路の蒸発器で吸熱され利用されることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の温湿度調整装置。
- 前記噴霧ノズルが、圧縮空気により水が噴霧される２流体ノズルであることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の温湿度調整装置。
- 第２冷却回路の第２冷却器に、該第２冷却器により冷やされ、周囲空気中の水分を凝縮して除湿する除湿用部材を配置したことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の温湿度調整装置。
- 第２冷却器、第２加熱器、第１冷却器、第１加熱器を、空気入口側からこの順に配置したことを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載の温湿度調整装置。
- 第１分配器および第２分配器の少なくとも一方が、加熱器側に分配する高温の熱媒体と冷却器側に分配する高温の熱媒体との合計量が圧縮機から吐出された高温の熱媒体量と等しくなるように、高温の熱媒体を比例分配する比例三方弁であることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載の温湿度調整装置。
- 第１分配器および第２分配器の少なくとも一方が、高温の熱媒体を加熱器側と冷却器側とに分岐する分岐配管の各々に設けられた二方弁であることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載の温湿度調整装置。
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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-
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- 2008-04-15 JP JP2008105676A patent/JP4865758B2/ja active Active
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