JP2009293833A - 温湿度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無駄なエネルギーを用いずに効率よく湿度の調整が可能な温湿度調整装置を提供する。
【解決手段】第１熱媒体が第１分配器２０によって分配され、循環される第１加熱回路と、第１分配器２０によって第１加熱回路側に分配された第１熱媒体の残余部が分配され、循環される第１冷却回路と、第２熱媒体が第２分配器７０によって分配され、循環される第２加熱回路と、第２分配器７０によって第２加熱回路側に分配された第２熱媒体の残余部が分配され、循環される第２冷却回路と、気体が通過可能な位置に配置された気化フィルター１１と、気化フィルター１１へ水分を供給する水分供給手段１５と、第１分配器２０を制御し、第１加熱器と第１冷却器とを通過する気体を所定温度に制御する第１制御部２２と、第２分配器７０を制御し、第２加熱器と第２冷却器とを通過する気体を所定湿度に制御する第２制御部７２とを具備する。
【選択図】図１

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、その殆どが温度及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。

このよう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、図６に示すような温度調整装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
図６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及び加熱器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６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。この様に、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及び冷却器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６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。

したがって、冷却器１０８及び加熱器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６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６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及び加熱器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及び加熱器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６に示す温度調整装置では、冷却器１０８及び加熱器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６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７に示す温湿度調整装置の様に、加熱器１１０の出口側に水蒸気を噴霧する複数の噴霧ノズル１１４，１１４・・を設け、噴霧ノズル１１４，１１４・・の各々に水蒸気を供給する加熱蒸気発生装置１１６を設けることが考えられる。

しかし、図７に示す温湿度調整装置では、電気ヒータやボイラーなどの手段を用いて水蒸気を発生させており、このためのエネルギーが無駄である。また、電気ヒータやボイラーで単に水蒸気を発生させる場合、使用するエネルギー量のわりに気化の効率が悪いという課題がある。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、無駄なエネルギーを用いずに効率よく湿度の調整が可能な温湿度調整装置を提供することにある。

本発明にかかる温湿度調整装置によれば、第１圧縮機で圧縮されて送り出される第１熱媒体が第１分配器によって分配され、第１加熱器（凝縮器）、膨張弁、外部熱源である外部熱媒体から吸熱する蒸発器、第１圧縮機の順に循環される第１加熱回路と、前記第１分配器によって第１加熱回路側に分配された第１熱媒体の残余部が分配され、外部熱源である外部熱媒体へ熱を放出する凝縮器、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、第２圧縮機で圧縮されて送り出される第２熱媒体が第２分配器によって分配され、第２加熱器（凝縮器）、膨張弁、外部熱源である外部熱媒体から吸熱する蒸発器、第２圧縮機の順に循環される第２加熱回路と、前記第２分配器によって第２加熱回路側に分配された第２熱媒体の残余部が分配され、外部熱源である外部熱媒体へ熱を放出する凝縮器、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、前記第１加熱器、前記第１冷却器、前記第２加熱器及び前記第２冷却器を通過する気体が通過可能な位置に配置された気化フィルターと、該気化フィルターへ水分を供給する水分供給手段と、前記第１分配器を制御し、前記第１加熱回路と前記第１冷却回路とに分配される第１熱媒体の分配比率を調整して、前記第１加熱器と前記第１冷却器とを通過する気体を所定温度に制御する第１制御部と、前記第２分配器を制御し、前記第２加熱回路と前記第２冷却回路とに分配される第２熱媒体の分配比率を調整して、前記第２加熱器と前記第２冷却器とを通過する気体を所定湿度に制御する第２制御部とを具備することを特徴としている。
この構成を採用することによって、気化フィルターに供給された水分を気化させるので、従来のように水蒸気発生用の加熱手段を設ける必要がない。また、気化効率も良い。そして、第２加熱器と第２冷却器によって気体の湿度を所定湿度に制御できる。

また、前記第１加熱器、前記第１冷却器、前記第２加熱器及び前記第２冷却器を通過した気体の出口温度を検出する第１温度センサと、前記第２加熱器及び前記第２冷却器を通過した気体の温度を検出する第２温度センサとを具備し、前記第１制御部は、前記第１温度センサで検出される温度が、予め設定された出口温度となるように前記第１分配器による分配比率を制御し、前記第２制御部は、前記第２温度センサで検出される温度が、予め設定された露点温度となるように前記第２分配器による分配比率を制御することを特徴としてもよい。

本発明の温湿度調整装置では、水分を気化させるためのエネルギー消費を抑え、効率よく温湿度の調整が可能となる。

本発明に係る温湿度調整装置の一例を説明する概略図を図１に示す。
（全体構成）
図１に示す温湿度調整装置には、温度及び湿度が調整されたクリーンルーム内に設置された空間ユニット１０内に、ファン１２によって吸込んだ気体としての空気の温度及び湿度を調整する第１加熱器１４、第１冷却器１６、第２加熱器６４、第２冷却器６６、水分供給手段１５及び気化フィルター１１が設けられている。なお、空間ユニット１０内に吸引される空気流の入口側から、第1冷却器１６、第２加熱器６４、気化フィルター１１及び水分供給手段１５、第２冷却器６６、第１加熱器１４の順番に配置されている。

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１冷却器１６、第２加熱器６４、第２冷却器６６、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。そして、空間ユニット１０内で、これら各加熱器及び冷却器によって温度調整と湿度調整がされ、所望の温度・湿度になった空気流が、空間ユニット１０の空気吹出口から吹き出される。

空間ユニット１０の空気吹出口には、第１冷却器１６、第２加熱器６４、第２冷却器６６、第１加熱器１４を通過した出口空気の湿度を検出する湿度センサ２９が設けられている。この湿度センサ２９の検出湿度に基づき、湿度表示部１３８が現在の湿度を表示する。

湿度センサ２９と同様に、空間ユニット１０の空気吹出口には、第１冷却器１６、第２加熱器６４、第２冷却器６６、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が設けられている。

また、空間ユニット１０内の、第２加熱器６４の下流には、第２冷却器６６及び第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（露点温度計）が配設されている。

そして、温湿度調整装置５２は、２つの圧縮機１８，６８を備えており、それぞれ温度調整と湿度調整の役割を有している。
すなわち、第１圧縮機１８で送り出される第１熱媒体が流通する、後述する第１加熱回路及び第１冷却回路によって空気流の温度調整がなされる。
また、第２圧縮機６８で送り出される第２熱媒体が流通する、後述する第２加熱回路及び第２冷却回路によって空気流の湿度調整がなされる。

上述した第１温度センサ２４の検出温度に基づき、第１制御部２２が第１分配器２０による第１加熱回路側と第１冷却回路側への第１熱媒体の分配量を調節することによって、空気流の温度を所定温度となるように制御できる。
そして、上述した第２温度センサ１４０の検出温度に基づき、第２制御部７２が第２分配器７０による第２加熱回路側と第２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および第２冷却器６６を通過した空気の温度（露点温度）を制御し、このため空気流の湿度を所定湿度になるように制御できる。

（第１加熱回路及び第１冷却回路並びに第２加熱回路及び第２冷却回路の構成）
以下、具体的に各加熱回路と各冷却回路の構成について説明する。
温湿度調整装置５２は、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３２、第１圧縮機１８の順に循環される第１加熱回路と、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冷却回路を備えている。

さらに、温湿度調整装置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加熱回路と、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冷却回路とを備えている。

第１加熱回路及び第１冷却回路を流通する第１熱媒体としては、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、炭酸ガスがある。
同様に、第２加熱回路及び第２冷却回路を流通する第２熱媒体としても、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、炭酸ガスを採用できる。

第２冷却器６６と第２加熱器６４との間に、水分供給手段１５及び気化フィルター１１が配置されている。気化フィルター１１としては、セラミック等の材質で構成され、蜂の巣状または網目状に形成されており、多量の水分を含むことができるものである。

本実施形態における水分供給手段１５は、気化フィルター１１の上方に配置され、気化フィルター１１の上部から常時水をかけ続ける。水分供給手段１５は、気化フィルター１１に水分を含ませることができれば良く、水分を噴霧する必要はないので、ノズルではなく、単なる蛇口状に形成されていればよい。
また、噴霧させるためのエア供給手段などの必要もない。

なお、第２加熱器６４で加熱された空気流が、水が含まれた気化フィルター１１を通過することにより、気化フィルター１１を通過した空気流は飽和状態となっている。
飽和状態となった空気流は第２冷却器６６を通過するので、第２冷却器６６による冷却温度によって空気流の湿度調整が可能となる。
すなわち、温湿度調整装置５２は、第２加熱器６４と第２冷却器６６を制御することで、湿度の調整が可能となるのである。ここでは、第２加熱器６４と第２冷却器６６の第２熱媒体の分配量を制御する比例三方弁７０により第２熱媒体の第２加熱回路と第２冷却回路への分配比率を制御することにより湿度制御ができる。

気化フィルター１１の下方には、水タンク１７に接続された水受け９９が配置されている。水受け９９は、気化フィルター１１を通って気化せずに下方に落下した水を貯留し、この貯留した水を再度使用できるように水タンク１７に戻す機能を有している。
また、水受け９９は、第２冷却器６６の下方にも延びている。このため、水受け９９は、第２冷却器６６を通過した空気流中で凝縮して第２冷却器６６から下方へ落ちる水滴を受けることができる。

水タンク１７には、配管３３を経由して供給された通常水を純水器３５に供給して得た純水が貯留されている。
この水タンク１７の純水の貯留量は、純水供給配管３７に設けられた制御弁３９によって一定に保持されている。
水タンク１７に貯留されている純水は、ポンプ１９及び水供給配管２１に設けられた制御弁２３を経由して水分供給手段１５へ供給される。

また、本実施形態における第１分配器２０及び第２分配器７０は比例三方弁が採用されている。
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た熱媒体は、分配器としての比例三方弁２０によって、第１加熱器１４が設けられた加熱回路側と第１冷却器１６が設けられた冷却回路側とに分配される。
この比例三方弁２０では、加熱回路側に分配する高温の熱媒体と冷却回路側に分配する高温の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熱媒体量と等しくなるように分配する。

比例三方弁２０は、第１制御部２２によって制御されている。この第１制御部２２では、空間ユニット１０の空気吹出口に設けられた温度センサ２４によって測定された測定温度と、手動により設定された設定温度（操作者が図示しない入力スイッチを操作することにより後述する全体制御部１２４に入力された温度）とを比較し、測定温度が設定温度と一致するように、加熱回路側と冷却回路側とに分配する高温の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。

第１制御部２２に設定する設定温度は、上述したように任意に設定できるようにしてもよいし、予め全体制御部１２４内の記憶手段内に記憶させておいてもよい。
更に、第１温度センサ２４は、空気流の吹出口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、吹出口側及び吸入側の両方に設けてもよい。

また、第２圧縮機６８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た熱媒体は、分配器としての比例三方弁７０によって、第２加熱器６４が設けられた加熱回路側と第２冷却器６６が設けられた冷却回路側とに分配される。
この比例三方弁７０では、加熱回路側に分配する高温の熱媒体と冷却回路側に分配する高温の熱媒体との合計量が第２圧縮機６８から吐出された高温の熱媒体量と等しくなるように分配する。

比例三方弁７０は、第２制御部７２によって制御されている。
第２制御部７２は、第２分配器７０を制御し、第２加熱回路と第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。
具体的には、第２制御部７２は、第２温度センサ１４０の検出温度に基づき、第２分配器７０による加熱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冷却器６６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。これにより、気化フィルター１１を通過した空気流の湿度を調整することができる。

（第１加熱回路の加熱サイクルと第１冷却回路の冷却サイクル）
以下、第１加熱回路の加熱サイクルと第１冷却回路の冷却サイクルについて説明する。
比例三方弁２０によって第１加熱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内に吸引されて第１冷却器１６で冷却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、冷却器１６に供給され、空間ユニット１０内に吸込まれた空気流を冷却する。

このような冷却回路の凝縮器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、外部から加熱又は冷却されることなく供給された外部熱媒体と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、ヒートポンプの吸熱手段としての吸熱器３２に加熱源として供給される。

第１加熱回路の吸熱器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。

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、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。
尚、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第１熱媒体と、第１冷却器１６に供給されて空間ユニット１０内に吸込まれた気体から吸熱した第１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やり取りはない。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に供給された外部熱媒体としての冷却水から吸熱できる。

従って、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、ヒートポンプとしての吸熱器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、温湿度調整装置５２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、第１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、第１加熱回路の加熱能力を向上できる。

この様に、温湿度調整装置５２では、その第１加熱回路の加熱能力をヒートポンプの設置によって向上でき、且つ比例三方弁２０によって第１加熱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、温湿度調整装置５２では、第１加熱回路及び第２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加熱回路の第１加熱器１４と第１冷却回路の第１冷却器１６とを通過する温湿度調整対象の空気流の微小な負荷変動は、第１加熱回路と第１冷却回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。

なお、本実施形態では、外部熱媒体として配管３０から供給される冷却水は、水分供給手段１５へ供給させる水の配管３３から分岐しているものであるが、冷却水としては、配管３３とは異なる系統の配管から供給されるようにしてもよい。

以上、説明してきた第１加熱回路及び第１冷却回路によれば、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の開口部を閉じる方向に付勢されている。また、棒状部の他端面は、圧縮機１８から吐出された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の開口部を開放する方向に弁体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４０ｄ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。この様に、凝縮器２６の冷却能力が向上されて、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４０ｄ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。
この様に、第１圧縮機１８の吐出圧を一定に保持することによって、温湿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。

また、図１に示す温湿度調整装置５２に用いた分配手段としての比例三方弁２０に代えて、図２に示す様に、２個の二方弁としての二方弁３８ａ，３８ｂを用いることができる。２個の二方弁３８ａ，３８ｂの各々は、第１制御部２２によって制御されている。かかる第１制御部２２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熱媒体を第１加熱回路と第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と第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熱媒体量と第１冷却器１６側に分配する高温の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熱媒体量と等しくなるように、二方弁３８ａ，３８ｂの開度を調整して連続的に比例分配される。

図３に示す様に、二方弁３８ａ，３８ｂの各々における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２２では、図３に示す二方弁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２２からは、二方弁３８ａ，３８ｂの各流量特性に基づいて各二方弁３８ａ，３８ｂへの開度信号を発信する。

（第２加熱回路の加熱サイクルと第２冷却回路の冷却サイクル）
続いて、以下に第２加熱回路の加熱サイクルと第２冷却回路の冷却サイクルについて説明する。
比例三方弁７０によって第２加熱回路側に分配された高温の第２熱媒体は、第２加熱器６４に直接供給され、空間ユニット１０内に吸引されて第２冷却器６６で冷却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２熱媒体は放熱して冷却されて凝縮液を含む熱媒体となる。

一方、第２冷却回路側に分配された高温の第２熱媒体は、凝縮器２６によって冷却されてから膨張弁７８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２熱媒体は、第２冷却器６６に供給され、空間ユニット１０内に吸込まれた空気流を冷却する。

このような冷却回路の凝縮器７６には、第２加熱器６４側に分配された高温の第２熱媒体を冷却する冷却用として配管８０を経由して、外部から加熱又は冷却されることなく供給された外部熱媒体として冷却水が供給されている。かかる冷却水は、凝縮器７６内で７０℃程度の第２熱媒体によって３０℃程度に加熱されて配管８１から吐出される。この配管８１から吐出される冷却水は、ヒートポンプの吸熱手段としての吸熱器８２に加熱源として供給される。

第２加熱回路の吸熱器８２には、第２加熱器６４で放熱した第２熱媒体を、膨張弁８４によって断熱的に膨張して更に冷却した１０℃程度の第２熱媒体が供給されている。このため、吸熱器８２では、凝縮器７６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２熱媒体との温度差に基づいて、第２熱媒体が冷却水から吸熱できる。

吸熱器８２で冷却水から吸熱して昇温された第２熱媒体は、アキュームレータ８６を経由して第２圧縮機６８に供給される。このアキュームレータ８６には、第２冷却器６６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２熱媒体も供給される。かかるアキュームレータ８６は、液体成分を貯めてガス成分のみを第２圧縮機６８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２熱媒体のガス成分のみを第２圧縮機６８に供給できる。

このアキュームレータ８６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。
尚、アキュームレータ８６を設置しなくても、吸熱器８２で空気流から吸熱して昇温された第２熱媒体と、第２冷却器６６に供給されて空間ユニット１０内に吸込まれた気体から吸熱した第２熱媒体とを合流して、第２圧縮機６８に再供給できればよい。

ところで、第２加熱器６４で放熱した第２熱媒体を、膨張弁８４によって断熱的に膨張して冷却しているが、膨張弁８４での断熱膨張による冷却では、第２熱媒体と外部との間での熱のやり取りはない。このため、断熱的に冷却された第２熱媒体は、外部から凝縮器７６を経由して吸熱器８２に供給された外部熱媒体としての冷却水から吸熱できる。

従って、第２圧縮機６８から吐出される高温の第２熱媒体には、第２圧縮機６８による圧縮動力エネルギーに、ヒートポンプとしての吸熱器８２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、温湿度調整装置５２では、外部から供給された冷却水が凝縮器７６を経由して吸熱器８２に供給されており、凝縮器７６で除去した高温の第２熱媒体から除去したエネルギーの一部も、第２圧縮機６８から吐出される高温の第２熱媒体に加えることができ、第２加熱回路の加熱能力を向上できる。

この様に、温湿度調整装置５２では、その第２加熱回路の加熱能力をヒートポンプの設置によって向上でき、且つ比例三方弁７０によって第２加熱回路側に分配する高温の第２熱媒体と第２冷却回路側に分配する高温の第２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。

なお、本実施形態では、外部熱媒体として配管８０から供給される冷却水は、水分供給手段１５へ供給させる水の配管３３から分岐しているものであるが、冷却水としては、配管３３とは異なる系統の配管から供給されるようにしてもよい。

さらに、第２冷却回路の凝縮器７６に供給される外部熱媒体としての冷却水は、第１冷却回路の凝縮器２６に供給されている冷却水を共通に使用している。
つまり、吸熱器８２で吸熱されて温度が低下した冷却水は、第１加熱回路３２から吐出された冷却水と合流し、排水される。

なお、第１加熱回路及び第２加熱回路の制御弁４０と同様に、凝縮器７６に冷却水を供給する配管８０に、冷媒制御手段としての制御弁９０が設けられている。この制御弁９０は、第２圧縮機６８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９０は、図２に示した制御弁４０の構成と同一の構成を採用しているので、ここでは制御弁９０の構成の説明については省略する。
上述したように、制御弁９０を採用することによって、第２圧縮機６８の吐出圧を一定に保持することによって、温湿度調整装置を安定して運転できる。また、凝縮器７６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。

また、分配手段としての比例三方弁７０に代えて、図３に示したように、２個の二方弁を用いても良い。二方弁の構成については、図３に示したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。

（温湿度制御の内容）
図５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、全体制御部１２４によってなされる。
まず、操作者は、出口空気の所望の設定温度と湿度を全体制御部１２４に入力する（Ｓ１、Ｓ２）。
また全体制御部１２４では、入力された設定温度と入力された設定湿度とから出口空気露点温度（水分量）を算出する（Ｓ３）。
そして、全体制御部１２４には、第２冷却器６６及び第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として、算出された露点温度が入力される（Ｓ４）。

そして、第２温度センサ１４０で検出される温度が上記設定された算出露点温度と等しい温度となるように、第２制御部７２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（Ｓ５）。
この第２温度センサ１４０と第２制御部７２による、第２加熱器６４の出口の空気温度制御によって、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、第１制御部２２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（Ｓ６）。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、上述してきた実施形態では、空間ユニット１０内に、空気流の入口側から、第１冷却器１６、第２加熱器６４、気化フィルター１１、第２冷却器６６、第１加熱器１４の順番に配置した。しかし、本発明の温湿度調整装置としては、この構成に限定するものではなく、第１冷却器１６、第２加熱器６４、気化フィルター１１、第２冷却器６６、第１の加熱器１４を様々な順番で配置可能である。ただし、第２加熱器６４と第２冷却器６６は、湿度制御の関係上、隣接して配置することが好ましい。

本発明に係る温湿度調整装置の実施形態を説明する概略図である。 制御弁４０の内部構造を説明する説明図である。 他の分配手段を説明する説明図である。 図４に示す分配手段で用いる二方弁の流量特性を示すグラフである。 温湿度調整装置の制御手順を説明するためのフローチャートである。 従来の温度調整装置を説明する概略図である。 従来の温度調整装置を温湿度調整装置に改良した改良例を説明する概略図である。

符号の説明

１０ 空間ユニット
１１ 気化フィルター
１２ ファン
１４ 第１加熱器
１５ 水分供給手段
１６ 冷却器
１７ 水タンク
１８ 第１圧縮機
１９ ポンプ
２０ 第１分配器（比例三方弁）
２１ 水供給配管
２２ 第１制御部
２３，３９，４０，９０ 制御弁
２４ 第１温度センサ
２５，３０，３１，３３ 配管
２６，７６ 凝縮器
２８，７８ 膨張弁
２９ 湿度センサ
３２，８２ 吸熱器
３４，８４ 膨張弁
３５ 純水器
３６，８６ アキュームレータ
３７ 純水供給配管
３８ａ，３８ｂ 二方弁
５２ 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（比例三方弁）
７２ 第２制御部
１３８ 湿度表示部
１４０ 第２温度センサ
１４２ 全体制御部

Claims (2)

1. 第１圧縮機で圧縮されて送り出される第１熱媒体が第１分配器によって分配され、第１加熱器（凝縮器）、膨張弁、外部熱源である外部熱媒体から吸熱する蒸発器、第１圧縮機の順に循環される第１加熱回路と、
   前記第１分配器によって第１加熱回路側に分配された第１熱媒体の残余部が分配され、外部熱源である外部熱媒体へ熱を放出する凝縮器、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、
   第２圧縮機で圧縮されて送り出される第２熱媒体が第２分配器によって分配され、第２加熱器（凝縮器）、膨張弁、外部熱源である外部熱媒体から吸熱する蒸発器、第２圧縮機の順に循環される第２加熱回路と、
   前記第２分配器によって第２加熱回路側に分配された第２熱媒体の残余部が分配され、外部熱源である外部熱媒体へ熱を放出する凝縮器、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、
   前記第１加熱器、前記第１冷却器、前記第２加熱器及び前記第２冷却器を通過する気体が通過可能な位置に配置された気化フィルターと、
   該気化フィルターへ水分を供給する水分供給手段と、
   前記第１分配器を制御し、前記第１加熱回路と前記第１冷却回路とに分配される第１熱媒体の分配比率を調整して、前記第１加熱器と前記第１冷却器とを通過する気体を所定温度に制御する第１制御部と、
   前記第２分配器を制御し、前記第２加熱回路と前記第２冷却回路とに分配される第２熱媒体の分配比率を調整して、前記第２加熱器と前記第２冷却器とを通過する気体を所定湿度に制御する第２制御部とを具備することを特徴とする温湿度調整装置。
2. 前記第１加熱器、前記第１冷却器、前記第２加熱器及び前記第２冷却器を通過した気体の出口温度を検出する第１温度センサと、
   前記第２加熱器及び前記第２冷却器を通過した気体の温度を検出する第２温度センサとを具備し、
   前記第１制御部は、前記第１温度センサで検出される温度が、予め設定された出口温度となるように前記第１分配器による分配比率を制御し、
   前記第２制御部は、前記第２温度センサで検出される温度が、予め設定された露点温度となるように前記第２分配器による分配比率を制御することを特徴とする請求項１記載の温湿度調整装置。

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