JP2010007961A - 温湿度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気流の温湿度調整を同時に行える温湿度調整装置を提供する。
【解決】温度調整装置５０と、加減湿整装置５２と、出口空気の温度を検出する温度センサ２４と、出口空気の湿度を検出する湿度センサ８０と、温度センサ２４により検出される出口空気の温度と設定温度とを比較し、出口空気の温度が設定温度となるように、分配器２０を制御する第１制御部２２ａと、湿度センサ８０により検出される出口空気の湿度と設定湿度とを比較し、出口空気の湿度が設定湿度となるように、インバータ７２を制御し、第２圧縮機６０から調湿用冷却器６８に流入する熱媒体の量を調整すると共に、水量調整弁７６を制御して噴霧ノズル７４から噴霧される水量を調整する第２制御部７８とを具備する。
【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。

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１０に示すような温度調整装置が記載されている。
図１０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１０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１０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１０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１０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１０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１０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１１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１１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１１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１１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熱媒体の一部が分配器により分配され、空間ユニット内に配設された加熱器（凝縮器）、膨張弁、蒸発器、前記第１圧縮機の順に循環されるヒートポンプ回路と、前記第１圧縮機から送り出される熱媒体が前記分配器により分配され、凝縮器、膨張弁、前記空間ユニット内に配設された冷却器（蒸発器）、前記第１圧縮機の順に循環される冷却回路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熱媒体が凝縮器、膨張弁、前記空間ユニット内に配設された調湿用冷却器（蒸発器）、前記第２圧縮機の順に循環される調湿回路と、前記第２圧縮機の回転数を制御するインバータと、前記空間ユニット内に配設され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を具備する加減湿装置；
Ｃ：前記冷却器、前記加熱器、前記調湿用冷却器、前記噴霧ノズルを通過した出口空気の温度を検出する温度センサ；
Ｄ：前記冷却器、前記加熱器、前記調湿用冷却器、前記噴霧ノズルを通過した出口空気の湿度を検出する湿度センサ；
Ｅ：前記温度センサにより検出される出口空気の温度と設定温度とを比較し、該出口空気の温度が設定温度となるように、前記分配器を制御し、前記ヒートポンプ回路と前記冷却回路とに分配される熱媒体の分配比率を調整する第１制御部；
Ｆ：前記湿度センサにより検出される出口空気の湿度と設定湿度とを比較し、該出口空気の湿度が設定湿度となるように、前記インバータにより前記第２圧縮機の回転数を制御し、前記第２圧縮機から前記調湿用冷却器に送り込まれる熱媒体の量を調整すると共に、前記水量制御弁を制御して前記噴霧ノズルから噴霧される水量を調整する第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。

また、入口空気の温度および湿度をそれぞれ検出する温度センサおよび湿度センサを具備し、前記第２制御部は、出口空気の設定温湿度により出口空気の露点を算出すると共に、入口空気の測定温湿度により入口空気の露点を算出し、出口空気の算出露点と入口空気の算出露点とを比較し、除湿運転の要否を判定し、除湿運転不要と判断した場合、前記第２圧縮機の起動を停止し、除湿運転が必要と判断した場合に上記露点を比較した結果により除湿運転のレベルを決定し、この除湿運転のレベルに応じて、前記インバータにより前記第２圧縮機の回転数を制御し、前記第２圧縮機から前記調湿用冷却器に送り込まれる熱媒体の量を調整すると共に、前記水量制御弁を制御して前記噴霧ノズルから噴霧される水量を調整することを特徴とする。

前記噴霧ノズルが、圧縮空気により水を噴霧する二流体ノズルであることを特徴とする。
前記冷却回路の凝縮器で放熱される熱が前記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。
前記分配器が、加熱器側に分配する熱媒体と冷却器側に分配する熱媒体との合計量が前記第１圧縮機から吐出された熱媒体量と等しくなるように、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。
あるいは前記分配器が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。また加湿器としての噴霧ノズルを設け、さらに、調湿用冷却器（除湿器）を設けたので、簡単な構造によって、加湿、減湿の両調整が良好に行える。

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から送り出される熱媒体の一部が分配器２０により分配され、加熱器（凝縮器）１４、膨張弁３４、蒸発器（吸熱器）３２、第１圧縮機１８の順に循環されるヒートポンプ回路と、第１圧縮機１８から送り出される熱媒体の残余部が前記分配器２０により分配され、凝縮器２６、膨張弁２８、冷却器（蒸発器）１６、第１圧縮機１８の順に循環される冷却回路とを具備する。
また、２２ａは第１制御部（温度制御用コントローラ）であり、前記分配器２０を制御し、ヒートポンプ回路と冷却回路とに分配される高温の熱媒体の分配比率を調整して、加熱器１４と冷却器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。

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、空間ユニット１０内に、ファン１２によって吸込んだ空気を温度調整する、上記ヒートポンプ回路の加熱器（凝縮器）１４と、上記冷却回路の冷却器（蒸発器）１６とを備える。

空間ユニット１０内に吸引される空気流の入口側に加熱器１４が、その下流に冷却器１６が配設されている。この冷却器１６と加熱器１４との空気流に対する配置順はこれに限られず、逆の配置順でもよい。
かかる加熱器１４および冷却器１６には、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熱媒体を、分配器としての比例三方弁２０によって、加熱器１４が設けられたヒートポンプ回路側と冷却器１６が設けられた冷却回路側とに分配する。

この比例三方弁２０では、ヒートポンプ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。
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、加熱器１４側と冷却器１６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。
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。

ヒートポンプ回路側に分配された高温の熱媒体は、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、冷却回路側に分配された高温の熱媒体は、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内に吸込まれて加熱器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、冷却器１６に供給された熱媒体は空気流から吸熱して昇温される。このように、加熱器１４に吹き付けられて昇温された空気流を冷却器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、加熱器１４側に分配された高温の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、加熱器１４で放熱した熱媒体を、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℃程度に冷却された熱媒体との温度差に基づいて、熱媒体が冷却水から吸熱できる。すなわち、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、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、加熱器１４で放熱した熱媒体を、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、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５０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５０では、その加熱器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によってヒートポンプ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５０では、ヒートポンプ回路および冷却回路に高温の熱媒体が常時供給されており、加熱器１４と冷却器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、加熱器１４と冷却器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５０では、上述した様に、ヒートポンプ回路の加熱器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、分配器としての比例三方弁２０から冷却器１６および吸熱器３２の各々を通過した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、加熱器１４と冷却器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１０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５０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５０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１０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１０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５０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１０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５０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５０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。

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、加熱器１４で放熱して凝縮した熱媒体を膨張弁３４で断熱的に膨張して冷却した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、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や加熱器１４および冷却器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。

図３に示す温度調整装置では、冷却器１６に吹き付けられて冷却された空気流を加熱器１４に吹き付けている。このように、最初に空気流を冷却器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。

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、加熱器１４で放熱した熱媒体が膨張弁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、加熱器１４で放熱・凝縮し断熱膨張して更に冷却した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熱媒体を加熱流路（ヒートポンプ回路）と冷却流路（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、加熱器１４と冷却器１６とを通過する空気流を所定温度に制御する。その際に、加熱器１４側に分配する高温の熱媒体量と冷却器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、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。

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。上記と同一の部材は同一符号をもって示し、説明を省略する。
加減湿装置５２は次の構成を有する。
すなわち、加減湿装置５２は、第２圧縮機６０から送り出される熱媒体が凝縮器６４、膨張弁（電子膨張弁）６６、前記空間ユニット１０内に配設された調湿用冷却器（蒸発器）６８、第２圧縮機６０の順に循環される調湿回路７０と、第２圧縮機６０の回転数を制御するインバータ７２と、空間ユニット１０内に配設され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７４と、噴霧ノズル７４から噴出される水の量を調整する水量制御弁（比例制御弁）７６とを具備する。凝縮器６４には冷却水が通流され、放熱効率を高めている。

インバータ７２は、第２制御部（メインコントローラ）７８によって制御される。
また、第２制御部７８は、水量制御弁７６の開度も制御しうるようになっていて、噴霧ノズル７４から空間ユニット１０内に噴出される水の量を調整可能になっている。
第２制御部７８には、空間ユニット１０内に設けられた湿度センサ８０によって測定された出口側空気の測定湿度に対応する信号が入力される。また、第２制御部７８には、あらかじめ出口空気の設定湿度が入力されている。

調湿用冷却器６８は、空間ユニット１０内において、前記温度調整装置５０における加熱器１４、冷却器１６の前方側に位置して配置されている。空間ユニット１０内に吸い込まれる空気は、この調湿用冷却器６８に接触した後、温度調整装置５０の加熱器１４、冷却器１６に接触する。調湿用冷却器６８のさらに前方側には、空間ユニット１０内に吸い込まれる空気の温度を検出する温度センサ８２と湿度を検出する湿度センサ８４が配設されている。

温度センサ８２によって測定された入口空気の温度に対応する信号が第２制御部７８に入力される。また、湿度センサ８４によって測定された入口空気の湿度に対応する信号も第２制御部７８に入力される。なお、温度センサ８２、湿度センサ８４は必ずしも設けるを要しない。
噴霧ノズル７４は、複数のノズルからなり（図では１つのみ図示）、加熱器１４と冷却器１６との間に配設されている。また、噴霧ノズル７４は、ノズル先端部に圧縮空気が供給される、いわゆる二流体ノズルを用いて、水を霧状にして供給するのが好適である。

本実施の形態に係る温湿度調整装置５４は上記のように構成されている。
噴霧ノズル７４は加湿器として、一方調湿用冷却器６８は除湿機として機能する。
冷却器１６も除湿機能を有するが、冷却器１６と加熱器１４とは第１制御部２２ａの制御のもとに温度優先で制御されるものであるので、冷却器１６の除湿機能は限定されたものとなり、僅かなものである。そのため、もし、調湿用冷却器６８が無いとすれば、冷却器１６の除湿機能は僅かであるので、湿度調整、特に湿度を減じる方向の調整は困難である。

本実施の形態では、上記のように加湿器としての噴霧ノズル７４と、除湿機としての調湿用冷却器６４とを設けた。
これにより、加湿、減湿の両調整が良好に行えるようになった。
出口空気の湿度制御について、図８のフローチャートと共に説明する。
運転開始後、出口空気の温湿度の設定を変更する場合、変更する設定温度および設定湿度を第１制御部２４および第２制御部７８にそれぞれ入力する（Ｓ１）。
温度センサ８２、湿度センサ８４により、入口温度、入口湿度が検出され、それぞれの検出信号が第２制御部７８に入力される（Ｓ２）。
第２制御部７８では、設定温湿度により出口空気の露点を算出する（Ｓ３）と共に、入口空気の測定温湿度により入口空気の露点を算出する（Ｓ４）。

第２制御部７８では、さらに、出口空気の算出露点と入口空気の算出露点とを比較し（Ｓ５）、除湿運転の要否を判定し、除湿運転は不要と判断した場合、第２圧縮機６８の起動を停止し、待機状態とし（Ｓ６）、加湿が必要と判定した場合には、水量制御弁７６の開度を大きくして水量を多くし、加湿して、出口空気の湿度が設定湿度となるように制御する。もちろん、加湿も必要ないということであればそのまま運転を継続する。

一方、除湿運転が必要と判断した場合には、上記露点を比較した結果により除湿運転のレベルを決定し（Ｓ７）、すなわち、具体的には膨張弁（電子膨張弁）６６の開度とインバータ７２の周波数を決定して（Ｓ８、Ｓ９）第２圧縮機６８を運転し（Ｓ１０）、これにより出口空気の湿度が所要設定湿度となるように制御するのである。

入口空気の温湿度は、温度センサ８２と湿度センサ８４とにより常にチエックされる（Ｓ１１）。入口空気の温湿度に変化がない場合には、もちろんそのまま運転が継続される。入口空気の温湿度の変化により、運転条件の変更が必要と判断された場合、除湿運転レベルの再設定等、すなわち、膨張弁（電子膨張弁）６６の開度とインバータ７２の周波数の再設定等が行われ、出口空気の湿度が所要設定湿度となるように制御される。なお、安定制御のため、膨張弁６６の開度とインバータ７２の周波数の変更は急激には変化させないようにする。
以上のようにインバータ７２の周波数を決定することで、無駄のない最適な制御とすることができるため、周波数一定の場合に比較して、大幅に省エネ効果を得ることができるとともに、圧縮機の高寿命化を図ることができる。

上記のようにして、出口空気の湿度の調整がなされる。
一方、出口空気の温度調整は、前記のように、第１制御部２２ａ、冷却器１６、加熱器１４等によって制御される。
なお、前記のように、入口空気の温湿度を検出する温度センサ８２、湿度センサ８４は必ずしも設けるを要しない。この場合、湿度制御については、出口空気の設定湿度と、湿度センサ８０による検出温湿度との差により、加湿レベル、除湿レベルを決定し、あらかじめ経験的に求められた関係式に基づいて水量制御弁７６の開度や、膨張弁６６の開度、インバータ７２の周波数の調整をし、常時フィードバック制御することによって、出口空気の湿度が所要設定湿度となるようにすればよい。

すなわち、上記いずれの実施の形態の場合も、湿度制御については、第２制御部７８により、湿度センサにより検出される出口空気の湿度と設定湿度とを比較し、該出口空気の湿度が設定湿度となるように、インバータ７２により第２圧縮機６０の回転数を制御し、第２圧縮機６０から調湿用冷却器６８に送り込まれる熱媒体の量を調整すると共に、水量制御弁７６を制御して噴霧ノズル７４から噴霧される水量を調整するようにすればよい。

なお、他の実施の形態として、図９に示すように、調湿回路７０において、凝縮器６４を加熱器として空間ユニット１０内に組み込み、入口空気を調湿用冷却器６８と凝縮器（加熱器）６４とを通過させるようにしてもよい。

本発明における温湿度調整装置の温度調整装置の一例を説明する概略図である。 図１に示す温度調整装置に用いる制御弁の内部構造を説明する説明図である。 温度調整装置の他の例を説明する概略図である。 温度調整装置のさらに他の例を説明する概略図である。 図１〜図４に示す温度調整装置で用いることのできる他の分配器を説明する説明図である。 図５に示す分配器で用いるゲートバルブの流量特性を示すグラフである。 本発明に係る温湿度調整装置の一例を説明する概略図である。 図７の温湿度調整装置の動作フローチャートを示す。 調湿回路の凝縮器を加熱器として空間ユニットに組み込んだ実施の形態の説明図である。 従来の温度調整装置を説明する説明図である。 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
１２ ファン
１４ 加熱器
１６ 冷却器
１８ 圧縮機
２０ 分配器（三方弁）
２２ａ 第１制御部
２４ 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
６０ 第２圧縮機
６４ 凝縮器
６６ 膨張弁
６８ 調湿用冷却器
７０ 調湿回路
７２ インバータ
７４ 噴霧ノズル
７６ 水量制御弁
７８ 第２制御部
８０ 湿度センサ
８２ 温度センサ
８４ 湿度センサ

Claims (6)

1. Ａ：第１圧縮機から送り出される熱媒体の一部が分配器により分配され、空間ユニット内に配設された加熱器（凝縮器）、膨張弁、蒸発器、前記第１圧縮機の順に循環されるヒートポンプ回路と、前記第１圧縮機から送り出される熱媒体が前記分配器により分配され、凝縮器、膨張弁、前記空間ユニット内に配設された冷却器（蒸発器）、前記第１圧縮機の順に循環される冷却回路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熱媒体が凝縮器、膨張弁、前記空間ユニット内に配設された調湿用冷却器（蒸発器）、前記第２圧縮機の順に循環される調湿回路と、前記第２圧縮機の回転数を制御するインバータと、前記空間ユニット内に配設され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を具備する加減湿装置；
   Ｃ：前記冷却器、前記加熱器、前記調湿用冷却器、前記噴霧ノズルを通過した出口空気の温度を検出する温度センサ；
   Ｄ：前記冷却器、前記加熱器、前記調湿用冷却器、前記噴霧ノズルを通過した出口空気の湿度を検出する湿度センサ；
   Ｅ：前記温度センサにより検出される出口空気の温度と設定温度とを比較し、該出口空気の温度が設定温度となるように、前記分配器を制御し、前記ヒートポンプ回路と前記冷却回路とに分配される熱媒体の分配比率を調整する第１制御部；
   Ｆ：前記湿度センサにより検出される出口空気の湿度と設定湿度とを比較し、該出口空気の湿度が設定湿度となるように、前記インバータにより前記第２圧縮機の回転数を制御し、前記第２圧縮機から前記調湿用冷却器に送り込まれる熱媒体の量を調整すると共に、前記水量制御弁を制御して前記噴霧ノズルから噴霧される水量を調整する第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. 入口空気の温度および湿度をそれぞれ検出する温度センサおよび湿度センサを具備し、
   前記第２制御部は、出口空気の設定温湿度により出口空気の露点を算出すると共に、入口空気の測定温湿度により入口空気の露点を算出し、出口空気の算出露点と入口空気の算出露点とを比較し、除湿運転の要否を判定し、除湿運転不要と判断した場合、前記第２圧縮機の起動を停止し、除湿運転が必要と判断した場合に上記露点を比較した結果により除湿運転のレベルを決定し、この除湿運転のレベルに応じて、前記インバータにより前記第２圧縮機の回転数を制御し、前記第２圧縮機から前記調湿用冷却器に送り込まれる熱媒体の量を調整すると共に、前記水量制御弁を制御して前記噴霧ノズルから噴霧される水量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。
3. 前記噴霧ノズルが、圧縮空気により水を噴霧する二流体ノズルであ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。
4. 前記冷却回路の凝縮器で放熱される熱が前記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。
5. 前記分配器が、加熱器側に分配する熱媒体と冷却器側に分配する熱媒体との合計量が前記第１圧縮機から吐出された熱媒体量と等しくなるように、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１〜４いずれか１項記載の温湿度調整装置。
6. 前記分配器が二方弁であ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。

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