JP2011112352A - 温湿度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】システム全体を大型化せずに、大流量の空気を良好に温湿度調整できる温湿度調整装置を提供する。
【解決手段】第１の供給管１０から供給される調整対象気体の温度および湿度の調節を行い、第１の導入管１８を介して調整後の気体を対象空間Ｃｃへ導入する温湿度調整ユニット２と、第２の供給管１２から供給される調整対象気体の除湿を行い、第２の導入管１８を介して除湿後の気体を第１の導入管１０または温湿度調整ユニット２に導入する除湿ユニット３と、第２の導入管１８を開閉または流量を調整可能な制御弁２０とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象空間内の気体の温度および湿度を精密に調整する温湿度調整装置に関する。

従来より、工業用、商業用、あるいは実験室用として、所定温度で低湿度に調整された空気を供給する空調装置が実用化されている。特に、医薬品製造装置内の局所空調として供給される空気、あるいは、セラミック製品原材料や印刷用カーボンブラック原材料等の保管庫に供給される空気には、より低湿度（例えば、露点−１０℃）であることが要求されている。

ここで、低湿度の空気を供給する空調システムの従来例として、特許文献１記載の空調システム３００が挙げられる（図１６参照）。この空調システム３００は、外気と環気とを混合して取り入れて空気を冷却する空気調和システムにおいて、外気をデシカント型空調ユニットにより除湿して空調機本体に供給するとともに、デシカント型空調ユニットの再生器の加熱に、前記空調機本体からの回収した熱媒体により高温にした熱を用いたシステムである。

特開２００２−３０３４３３号公報

上述したような従来の技術においては、デシカント除湿ユニットで除湿された空気を空調機本体で温度調整して空調空間に導入するようにしている。
しかし、温調されていない室温程度の空気をデシカント除湿ユニットに導入するとデシカント除湿ユニットの出口部における気体温度が吸着剤の吸着熱と再生熱によって８０℃程度の高温に上昇してしまい、この高温の空気を温調するためには非常に大型の空調機が必要となってしまうという課題がある。

一方で、除湿ユニットを複数設けて段階的に除湿すれば、除湿ユニットの出口部における気体が高温になってしまうという上記のような課題は解決できるかもしれないが、除湿ユニットを複数設けることとなって、この場合もシステム全体が大型化してしまうという課題がある。

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、システム全体を大型化せずに、大流量の空気を良好に温湿度調整できる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、対象空間内の温湿度を調整する温湿度調整装置において、調整対象の気体が流通する第１の供給管が接続され、第１の供給管から供給される気体の温度および湿度の調節を行い、対象空間内に連通する第１の導入管を介して調整後の気体を対象空間へ導入する温湿度調整ユニットと、調整対象の気体が流通する第２の供給管が接続され、第２の供給管から供給される気体の除湿を行い、第２の導入管を介して除湿後の気体を前記第１の導入管または前記温湿度調整ユニットに導入する除湿ユニットと、第２の導入管を開閉または流量を調整可能な制御弁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、温湿度調整ユニットへは、除湿ユニットとで除湿された高温の空気を、第１の供給管からの空気とミキシングして供給することができるので、温湿度調整ユニットへ供給する際の空気の温度をある程度下げることができ、システム全体の大型化を防止することができる。

また、起動時には制御弁を閉じて温湿度調整ユニットのみを通過して温湿度調整された空気を対象空間に導入させ、対象空間に導入された空気温度が所定の温度に達した場合には制御弁を開き、除湿ユニットで除湿された空気を第１の導入管内または前記温湿度調整ユニットに導入させるように制御する制御部を具備することを特徴としてもよい。
この構成によれば、除湿ユニットと温湿度調整ユニットとを接続して、起動時には温湿度調整ユニットのみを動作させて気体温度をある程度下げ、その後除湿ユニットを動作させて除湿を行うようにするので、除湿ユニットにおける気体の高温化による悪影響を防止できる。

本発明によれば、除湿ユニットにおける気体の高温防止を、システム全体を大型化せずに実現できる。

本発明の実施形態に係る温湿度調整装置の例を示す概略図である。 温湿度調整ユニットの構成を示す概略図である。 温湿度調整装置の制御部を説明するブロック図である。 温湿度調整ユニットの他の実施形態を示す概略図である。 温湿度調整ユニットの他の実施形態を示す概略図である。 図５の温湿度調整ユニットにおける加熱器、冷却器および二流体ノズルの配置を説明する説明図である。 温湿度調整ユニットの他の実施形態を示す概略図である。 デシカント除湿ユニットの実施形態を示す概略図である。 図８のデシカント除湿ユニットにおける除湿ロータ周辺の構造を説明する概略図である。 温湿度調整方法を説明する説明図である。 図１の温湿度調整装置の他の実施形態を示す説明図である。 図１の温湿度調整装置の他の実施形態を示す説明図である。 図１の温湿度調整装置の他の実施形態を示す説明図である。 比較例の構成を示す概略図である。 実施例の構成を示す概略図である。 従来の温湿度調整装置を示す概略図である。

（全体構成）
本発明の第１の実施形態に係る温湿度調整装置１の概略図を図１に示す。温湿度調整装置１は、低湿度に湿度調整され、且つ所定温度に温度調整された気体を得るための温湿度調整装置である。
図１のように、温湿度調整装置１は、温湿度調整ユニット２およびデシカント除湿ユニット３が設けられており、温湿度の調整対象空間であるクリーンルームＣ内の気体を循環させて温湿度調整をしている。

なお、本実施形態では、クリーンルームＣ内にさらに局所的なクリーンコーナーＣｃが存在しており、温湿度調整装置１は、このクリーンコーナーＣｃ内の気体の温湿度調整を行うものである。また、この気体としては通常の空気である。

クリーンコーナーＣｃから空気を排気する流路が２本存在する。２本のうち一方は、第１の供給管１０としてクリーンコーナーＣｃと温湿度調整ユニット２とを連通しており、温湿度調整ユニット２へクリーンコーナーＣｃ内の空気を供給する。第１の供給管１０の中途部には、制御弁１１が設けられており、第１の供給管１０を開閉可能としている。
クリーンコーナーＣｃから空気を排気する流路の他方は、第２の供給管１２として、上記の第１の供給管１０とは別個にクリーンコーナーＣｃとデシカント除湿ユニット３とを連通しており、デシカント除湿ユニット３へクリーンコーナーＣｃ内の空気を供給する。

デシカント除湿ユニット３において除湿された空気は、第２の導入管１４を通って第１の供給管１０に導入される。第２の導入管１４は、デシカント除湿ユニット３と第１の供給管１０とを連通している流路であり、中途部に制御弁２０が設けられている。制御弁２０は第２の導入管１４を開閉することができる。
第２の導入管１４の、第１の供給管１０への接続位置は、第１の供給管１０の制御弁１１よりも上流側（クリーンコーナーＣｃ側）の位置である。

デシカント除湿ユニット３によって除湿された空気は、第２の導入管１４を通って第１の供給管１０に導入され、未だ温湿度調整されていない空気と混合される。
第１の供給管１０で、除湿された空気と混合された未温湿度調整空気は、温湿度調整ユニット２へ供給される。

温湿度調整ユニット２へ供給された空気は温度調整および湿度調整され、第１の導入管１８を通ってクリーンコーナーＣｃに戻される。第１の導入管１８は、温湿度調整ユニット２とクリーンコーナーＣｃとを連通して設けられている流路である。
このように、本実施形態の温湿度調整装置１は、クリーンコーナーＣｃ内の空気を循環して用いている。

（制御系）
クリーンコーナーＣｃ内には、クリーンコーナーＣｃ内の空気の温度を検出する温度センサ２５と、クリーンコーナーＣｃ内の空気の湿度を検出する湿度センサ２６とが設けられている。
温度センサ２５で検出された温度データおよび湿度センサ２６で検出された湿度データは、制御部３０に入力される。

制御部３０は、温度センサ２５からの温度データおよび湿度センサ２６からの湿度データに基づいて、制御弁２０の開閉の制御および温湿度調整ユニット２の制御を実行する。
また、制御部３０は、制御弁１１の開閉の制御も実行するが、制御弁１１の開閉はクリーンコーナーＣｃの温度や湿度とは無関係に制御を行う。

本実施形態では、温湿度調整装置１の起動時には、デシカント除湿ユニット３でのクリーンコーナーＣｃ内の空気の除湿を行わず、まず温湿度調整ユニット２のみでクリーンコーナーＣｃ内の空気の温度と湿度を調整する。
すなわち、制御部３０は、起動前においては制御弁１１および制御弁２０の双方を閉としておき、クリーンコーナーＣｃ内の空気が循環してしまわないようにしている。そして、起動時には制御部３０は、温湿度調整ユニット２をオンにするとともに、制御弁１１を開くように制御信号を出力する。このため、クリーンコーナーＣｃ内の空気は、第１の供給管１０を通って温湿度調整ユニット２に供給される。

温湿度調整ユニット２では、第１の供給管１０から供給された空気に温度調整および湿度調整を施し、第１の導入管１８へ温度調整および湿度調整された空気を吐出する。吐出された空気は、クリーンコーナーＣｃ内に導入される。ここで説明している実施例では、クリーンコーナーＣｃ内の温度を、予め設定した所定温度（５℃）に下げるように制御している。
制御部３０は、温度センサ２５で検出した温度が予め設定した所定温度に到達したと判断した場合には、制御弁２０を開ける。

すると、クリーンコーナーＣｃ内の空気は、第２の供給管１２にも供給されて第２の供給管１２を通ってデシカント除湿ユニット３に供給される。
デシカント除湿ユニット３では、クリーンコーナーＣｃから供給された空気を除湿剤によって除湿し、除湿後の空気を第１の供給管１０へ導入させる。

第１の供給管１０においては、クリーンコーナーＣｃから排気されてきた空気と、デシカント除湿ユニット３で除湿された空気とが混合される。混合された空気は、温湿度調整ユニット２へ供給され、温湿度調整ユニット２において温度および湿度の調整が施される。

本実施形態の温湿度調整装置１は、クリーンコーナーＣｃ内の温度を２０〜２５℃（誤差±０．０５℃）、湿度０〜４０％（誤差±０．５％）に実現可能な性能を有している。
このような性能を有するべく、各ユニットは具体的には以下のような構造となっている。

（温湿度調整ユニット）
温湿度調整装置１を構成する温湿度調整ユニット２の一例を説明する概略図を図２に示す。当該温湿度調整ユニット２は、目標湿度に湿度調整され、且つ目標温度に温度調整された空気を得るための温湿度調整ユニットである。

温湿度調整ユニット２は、第１の供給管１０から供給された温湿度調整の対象空気を取り入れる気体流路を構成している熱交換ユニット２９と、加熱回路３１と、冷却回路３２とを備える。
熱交換ユニット２９内にはファン２２が設けられており、第１の供給管１０内の空気を熱交換ユニット２９内に導入させるように駆動する。ファン２２の下流にはフィルター３６が配置されている。

加熱回路３１を形成する加熱手段としての加熱器３４、および冷却回路３２を形成する冷却手段としての冷却器３５が熱交換ユニット２９の内部に設けられ、温湿度調整対象の空気が冷却器３５を通過して除湿された後、加熱器３４を通過するよう、空気の流通経路に沿って冷却器３５、加熱器３４の順番にそれぞれが配設されている。なお、本実施形態においては、加熱器３４、冷却器３５に通流させる冷媒として、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、炭酸ガスが用いられる。

ここで、加熱回路３１の構成および作用、並びに冷却回路３２の構成および作用について、冷媒の流れに沿って詳しく説明する。
加熱回路３１は、圧縮機３８、調整対象の気体へ熱放出を行う加熱器３４（凝縮器）、膨張弁４４、外部熱媒体（後述する）から吸熱する蒸発器４２を有している。
冷却回路３２は、加熱回路３１と共通で用いられる圧縮機３８、外部熱媒体へ熱を放出する凝縮器４６、膨張弁４８、調整対象の気体から吸熱する冷却器（蒸発器）３５を有している。
加熱回路３１と冷却回路３２への冷媒の分配は、分配手段としての二方弁４０ａ、４０ｂによって行われる。

先ず、冷媒は圧縮機３８によって圧縮・加熱され、高温（例えば７０℃）の気体状となって吐出される。圧縮機３８から吐出された高温の冷媒は、分配手段としての二方弁４０ａ、４０ｂによって、加熱器３４が設けられた加熱回路３１側と冷却器３５が設けられた冷却回路３２側とに分配される。

二方弁４０ａ、４０ｂによって冷却回路３２側に分配された高温の冷媒は、凝縮手段としての凝縮器４６によって冷却されてから膨張弁４８によって断熱的に膨張してさらに冷却（例えば、１０℃に冷却）される。冷却された冷媒は、冷却器３５に供給され、熱交換ユニット２９内に取り入れられた空気流を冷却させて除湿し、調整対象の空気を所定の湿度に調整する。

一方、二方弁４０ａ、４０ｂによって加熱回路３１側に分配された高温の冷媒は、加熱器３４に直接供給される。これにより、熱交換ユニット２９の冷却器３５を通過して冷却された空気流が加熱器３４により加熱されて所定の温度に調整される。その際に、高温の冷媒は放熱して冷却されて凝縮液を含む冷媒となる。

なお、凝縮器４６には、加熱器３４側に分配された高温の冷媒を冷却する冷却水が配管５０を経由して外部から供給される。当該冷却水は、凝縮器４６内で７０℃程度の冷媒によって３０℃程度に加熱されて配管５１から吐出される。この配管５１から吐出される冷却水は、ヒートポンプ手段の吸熱手段としての吸熱器（蒸発器）４２に加熱源として供給される。

この吸熱器４２には、加熱器３４で放熱した後、膨張弁４４によって断熱的に膨張してさらに冷却された１０℃程度の冷媒が供給される。このため、吸熱器４２では、凝縮器４６で吸熱して３０℃程度に昇温された冷却水と、１０℃程度に冷却された冷媒との温度差及び冷媒の気化による気化潜熱に基づいて、冷媒が冷却水から吸熱を行う。なお、膨張弁４４は、手動膨張弁もしくは自動膨張弁のいずれであってもよい。

吸熱器４２で冷却水から吸熱して昇温された冷媒は、アキュームレータ５６を経由して圧縮機３８に供給される。このアキュームレータ５６には、冷却器３５に供給されて熱交換ユニット２９内に取り入れられた空気流から吸熱した冷媒も供給される。アキュームレータ５６は、液体成分を貯めて気体成分のみを圧縮機３８に再供給できるタイプのアキュームレータであるため、確実に冷媒の気体成分のみを圧縮機３８に供給できる。アキュームレータ５６には、蓄圧器用タイプのアキュームレータを用いてもよい。

なお、アキュームレータ５６を設置しなくても、吸熱器４２で吸熱して昇温された冷媒と、冷却器３５に供給されて熱交換ユニット２９内に取り入れられた気体から吸熱した冷媒とを合流して、圧縮機３８に再供給できればよい。

また、温湿度調整ユニット２では、加熱器３４で放熱した冷媒を、膨張弁４４によって断熱的に膨張して冷却しているが、その際に、冷媒と外部との間での熱の出入りはない。このため、断熱的に冷却された冷媒は、外部から凝縮器４６を経由して吸熱器４２に供給された冷却水から吸熱を行うことができる。
したがって、圧縮機３８から吐出される高温の冷媒には、圧縮機３８による圧縮動力エネルギーに、ヒートポンプ手段の吸熱器４２によって外部から供給された冷却水から吸熱したエネルギーを加えることができる。さらに、温湿度調整ユニット２では、外部から供給された冷却水が凝縮器４６を経由して吸熱器４２に供給されており、凝縮器４６で高温の冷媒から除去したエネルギーの一部も、圧縮機３８から吐出される高温の冷媒に加えることができ、加熱回路３１の加熱能力を向上できる。

また、温湿度調整ユニット２では、凝縮器４６に冷却水を供給する配管５０に、冷却水制御手段としての制水弁６０が設けられている。この制水弁６０は、圧縮機３８の吐出圧が一定となるように制御されている。

以下、温湿度調整ユニット２における加熱回路３１および冷却回路３２の制御方法について、さらに詳しく説明する。

温湿度調整ユニット２において、圧縮機３８から吐出された高温の冷媒を加熱回路３１側と冷却回路３２側とに分配する二方弁４０ａ、４０ｂは、制御部３０に設けられた温度制御部５２によって制御される。二方弁４０ａ、４０ｂの各開度の変更によって、加熱回路３１側と冷却回路３２側とに分配する高温の冷媒の分配比率が変更され、熱交換ユニット２９内に取り入れられた空気が所定の温度に調整される。

より具体的には、温度制御部５２では、図３に示すように、クリーンコーナーＣｃ内において熱交換ユニット２９から導入される温湿度調整された空気の温度を測定する温度センサ２５によって測定された測定温度と、設定された設定温度とを温度到達判定部５２ａで比較する。測定温度と設定温度とが相違していたとき、測定温度が設定温度と一致するように、温度到達判定部５２ａからの情報を受けた冷媒分配制御部５２ｂは、二方弁４０ａ、４０ｂの各開度を変更するように開度信号を出力する。

なお、本実施形態における二方弁４０ａ、４０ｂの各々は、バルブ開度と流量との関係が直線状ではない。このため、温度制御部５２の冷媒分配制御部５２ｂは、二方弁４０ａ、４０ｂの各々についての流量特性データを保持している。したがって、冷媒分配制御部５２ｂからは、二方弁４０ａ、４０ｂの各流量特性に基づいて各二方弁４０ａ、４０ｂへの開度信号を出力する。

温度制御部５２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。
さらに、クリーンコーナーＣｃに導入される空気の温度を測定する温度センサ２５は、温湿度調整ユニット２の熱交換ユニット２９内のファン２２の吐出側近傍に設置されてもよいし、ファン２２の吸入側に設置してもよいし、あるいはファン２２の吐出側および吸入側の両方に設置してもよい。

なお、二方弁４０ａ、４０ｂの各開度の変更によっても、測定温度と設定温度とが依然として相違しているときは、後述する湿度制御部５７の圧縮機回転数制御部５７ｂから信号を発信させて圧縮機３８の回転数を変更することもある。

温湿度調整ユニット２では、熱交換ユニット２９から吐出される空気の湿度は、冷却器３５の除湿能力によって調整される。この冷却器３５の除湿能力は、圧縮機３８の回転数によって調整が可能である。圧縮機３８の回転数の制御はインバータ４９によって行われる。例えば、圧縮機３８の回転数を増加させると、冷却器３５の冷却能力が向上され、温湿度調整対象の空気の除湿能力が向上される。

ここで、圧縮機３８の回転数は、制御部３０の湿度制御部５７によって制御される。この湿度制御部５７では、クリーンコーナーＣｃ内において熱交換ユニット２９から導入される温湿度調整された空気の湿度を測定する湿度センサ２６によって測定された測定温度と、設定された設定湿度とを湿度到達判定部５７ａで比較する。測定湿度と設定湿度とが相違していたとき、測定湿度が設定湿度と一致するように、湿度到達判定部５７ａからの情報を受けた圧縮機回転数制御部５７ｂは、圧縮機３８の回転数を変更する信号を発信する。

この圧縮機回転数制御部５７ｂによる圧縮機３８の回転数の変更は、段階的に行われる。つまり、圧縮機３８の回転数を変更したときは、変更した回転数で所定時間保持する。変更した圧縮機３８の回転数で所定時間保持しても、湿度到達判定部５７ａで測定湿度と設定湿度とが依然として相違していると判断されたときは、再度、圧縮機回転数制御部５７ｂから圧縮機３８の回転数の変更信号を発信する。
なお、前述の通り、圧縮機回転数制御部５７ｂから発信される圧縮機３８の回転数を変更する信号は、温度制御部５２の温度到達判定部５２ａからの情報に基づいて発信されることもある。

ところで、上記のように、圧縮機３８の回転数制御および二方弁４０ａ、４０ｂの開度制御によって、熱交換ユニット２９から吐出される空気流の温湿度の調整を行う場合には下記の課題が生じ得る。すなわち、設定温度や設定湿度の変更によって、圧縮機３８の回転数が急激に増加した場合には、冷却器３５に供給される冷媒量が急増して、冷却器３５において冷媒が蒸発できないことによる液バック現象が発生するおそれがある。また、冷却器３５から吐出される冷媒の出口温度が低下して着霜現象が発生するおそれがある。

他方、圧縮機３８の回転数が急激に減少した場合には、冷却器３５に供給される冷媒量が急減して、冷却器３５における冷却能力・除湿能力が低下してしまい、熱交換ユニット２９から吐出される空気流の温湿度が大幅に乱れる現象が発生し、安定するまでに長時間かかるおそれがある。

このような課題を防止すべく、本実施形態に係る温湿度調整ユニット２では、圧縮機３８の回転数を変更する際に、目標とする回転数に到達するまで回転数を段階的に徐々に変更している。

さらに下記の制御も行っている。具体的には、膨張弁４８を自動膨張弁とし、制御部３０内に膨張弁制御部６２を設けて、膨張弁制御部６２によって膨張弁４８を制御するのである。
膨張弁制御部６２の過熱度判定部６２ａにおいて、圧縮機３８の入口側（吸い込側）に設けられた圧縮機入口冷媒温度センサ６５によって測定された圧縮機入口冷媒温度と、冷却器入口冷媒温度センサ６６とによって測定された冷却器入口冷媒温度が入力され、測定された冷却器入口冷媒温度と圧縮機入口冷媒温度の温度差に基づく過熱度を算出し、予め設定された所定過熱度範囲内にあるか否かを判断する。
その結果、算出された過熱度が所定過熱度範囲よりも高い場合には、過熱度判定部６２ａからの情報に基づいて、開度調整部６２ｂから自動膨張弁４８開度（増減工程における最大開度）をそれぞれ減少させる信号を発信する。一方、算出された過熱度が所定過熱度範囲よりも低い場合には、開度調整部６２ｂから自動膨張弁２８の開度（増減工程における最大開度）を増加させる信号を発信する。

続いて、温湿度調整ユニット２の他の実施形態を説明する概略図を図４および図５に示す。以下、前述の実施形態に係る温湿度調整ユニット２との相違点を中心に説明する。なお、上述した実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

図４に示す温湿度調整ユニット２では、空気中に水分を供給するための水分供給手段として蒸気発生器８２が、加熱器３４と冷却器３５との下流側に設置されている。ただし、蒸気発生器８２の設置箇所は、この場所には限定されることはなく、熱交換ユニット２９内のいずれの箇所に設置されていればよい。

また、水分供給手段としては、図５に示す温湿度調整ユニット２のように、水を圧縮空気で噴霧する二流体ノズル８４を設けてもよい。
図５の温湿度調整ユニット２では、冷却器３５と加熱器３４との間に、二流体ノズル８４によって水を噴霧している。二流体ノズル８４には、水タンク８５に貯留されている純水がポンプ８６および水供給配管８８に設けられた制御弁９８を経由して供給される。さらに、供給された純水を噴霧するための圧縮空気も、配管９０および制御弁９１を経由して二流体ノズル８４に供給される。

かかる水タンク８５には、配管８９を経由して供給された通常水を純水器９６に供給して得た純水が貯留されている。この水タンク８５の純水の貯留量は、純水供給配管９２に設けられた制御弁９３によって一定に保持されている。

二流体ノズル８４から噴霧される純水量は、湿度制御部５７によって制御されている。この湿度制御部５７では、熱交換ユニット２９から吐出される空気流中の湿度が目標湿度よりも低い場合、制御弁９８、９１を所定開度に開き、二流体ノズル８４から所定量の水を冷却器３５と加熱器３４との間に噴霧して、ファン２２から吐出される空気流を所定湿度に調整する。

冷却器３５と加熱器３４との間に噴霧された水滴は、冷却器３５を通過してきた空気流を調湿し、加熱器３４によって蒸発される。
かかる加熱器３４は、前述したヒートポンプ手段によって加熱能力が向上されているため、噴霧中の水滴は加熱器３４内で蒸発でき、空気中に所定量の水分を確実に供給できる。

図５に示す温湿度調整ユニット２で用いる二流体ノズル８４は、加熱器３４と冷却器３５との間に設けているが、図６（ａ）に示すように、加熱器３４の空気の出口側に二流体ノズル８４を配設してもよい。このように、二流体ノズル８４を加熱器３４の空気の出口側に配設しても、二流体ノズル８４から噴霧された水滴は加熱器３４で加熱された空気流によって加熱されて蒸発できる。

また、冷却器３５と加熱器３４とを、図６（ｂ）に示すように、空気が加熱器３４に供給された後、冷却器３５に供給されるように配設し、冷却器３５と加熱器３４との間に二流体ノズル８４を配設してもよい。この場合も、二流体ノズル８４から噴霧された水滴は加熱器３４で加熱された空気流によって加熱されて蒸発できる。
さらに、図６（ｂ）に示す加熱器３４と冷却器３５との配設であって、図６（ｃ）に示すように、加熱器３４の空気の入口側に二流体ノズル８４を配設してもよい。この場合、二流体ノズル８４から噴霧された水滴は加熱器３４で直接加熱されて蒸発できる。

ただし、例えば、図６（ａ）に示す加熱器３４と冷却器３５との配設であって、図６（ｄ）に示す如く、冷却器３５の空気の入口側に二流体ノズル８４を配設した場合には、二流体ノズル８４から噴霧された水滴は、冷却器３５内で凝縮されて空気流から除去されるため、空気流を所定の湿度に調整することが困難となる。
なお、図６（ｂ）および図６（ｃ）のように、二流体ノズル８４が加熱器３４または冷却器３５の上流側に設けられている場合には、二流体ノズル８４よりも下流側の加熱器３４または冷却器３５が、二流体ノズル８４から噴霧された水滴のエリミネータとしても機能し、下流側の加熱器３４または冷却器３５を通過した空気流に含有される水滴の大きさを一定にできる。

なお、上述してきた図２、図４および図５に示す温湿度調整ユニット２では、蒸発器４２および凝縮器４６は、外部からの水を用いた水冷方式であったが、図７に示すように、蒸発器４２および凝縮器４６にファン９９からの空気流を用いる空冷方式であってもよい。
また、図２、図４、図５および図７に示す温湿度調整ユニット２では、分配手段として二方弁４０ａ、４０ｂを用いたが、比例三方弁を用いてもよい。
さらに、膨張弁４４および膨張弁４８としては、キャピラリーチューブを用いてもよい。

（デシカント除湿ユニット）
続いて、温湿度調整装置１を構成するデシカント除湿ユニット３の一例を説明する全体概略図を図８に示す（図８（ａ）は正面断面図、図８（ｂ）は側面断面図である）。

デシカント除湿ユニット３は、ケーシング１０１の内部に除湿ロータ１１１を備える。
ここで、除湿ロータ１１１周辺の拡大概略図を図９に示す。除湿ロータ１１１は、駆動モータ１１２の駆動によって回転軸１１１ａを中心に回転されて、その内部に充填されている吸湿剤が、デシカント除湿ユニット３のケーシング１０１内に形成されている処理空気流通路１０１ａと再生用空気流通路１０１ｂ内を順次通過するようになっている。

この処理空気流通路１０１ａ内に、第２の供給管１２から吐出される空気（デシカント除湿ユニット３に取り入れられる処理空気となる）が、ファン１０４によってエアフィルタ１０６を介して吸引される。そして、処理空気は、処理空気流通路１０１ａ内において、除湿ロータ１１１の処理空気流通路１０１ａを遮るように位置している部分を通過することによって除湿ロータ１１１の吸湿剤により除湿される。なお、吸湿剤の例としては、シリカゲル吸着剤、高分子吸着剤等が用いられる。

一方、デシカント除湿ユニット３の再生用空気流通路１０１ｂ内に、別の空気流（再生空気（一例として外気が使用される））が、ファン１０５によってエアフィルタ１０７を介して導入され、再生ヒータ１０８によって加熱された後、除湿ロータ１１１の再生用空気流通路１０１ｂ内に位置している部分内を通過した後に、ケーシング１０１の外部に放出（図８、図９における再生排気）されるようになっている。

ここで、再生用空気流通路１０１ｂには、除湿ロータ１１１の上流側に、再生ヒータ１０８に取り込まれる再生空気の温度を検出する温度センサ１０９と、再生ヒータ１０８を通過して除湿ロータ１１１内に流れ込む直前の再生空気の温度を検出する温度センサ１１０とが設けられる。それらの検出温度に基づいて、制御部（不図示）により除湿ロータ１１１内に流れ込む再生空気の温度を設定温度以上に保つ制御が行われる。

次に、デシカント除湿ユニット３の作動を説明する。このデシカント除湿ユニット３は、前述したように、除湿ロータ１１１を駆動モータ１１２の駆動によって回転させながら、除湿を行う室内の処理空気を処理空気流通路１０１ａ内に吸い込んで、処理空気流通路１０１ａ内に位置している除湿ロータ１１１の部分を通過させ、この除湿ロータ１１１の部分に充填されている吸湿剤によって処理空気中の水分を吸着することにより、除湿を行う。このようにして、除湿された空気すなわち所定の湿度に調整された空気を得ることができる。なお、この時に、水分を吸着することによる吸着熱と後述する再生時の再生熱によって吸湿剤の温度が上昇するため、処理空気の温度も上昇する。

そして、この処理空気中の水分を吸着した吸湿剤は、除湿ロータ１１１の回転にともなって、順次、処理空気流通路１０１ａ内から再生用空気流通路１０１ｂ内に移動してゆく。

このデシカント除湿ユニット３の再生用空気流通路１０１ｂ内には、外気を再生ヒータ１０８により加熱した再生空気が導入され、除湿ロータ１１１の再生用空気流通路１０１ｂ内に位置している部分内を通過する。

このとき、再生空気が有している熱エネルギーによって、除湿ロータ１１１内の吸湿剤に吸着されている水分が脱着されて、吸湿剤の再生が行われる。この吸湿剤から脱着された水分は、再生空気と共にケーシング１０１の外へ放出される（再生排気）。なお、この時の再生熱によって、吸着剤の温度は上昇する。

そして、上記のようにて再生された吸湿剤は、除湿ロータ１１１の回転にともなって再び処理空気流通路１０１ａ内に移動して、処理空気流通路１０１ａ内に吸引されてくる処理空気中の水分の吸着を行う。これら一連の作動が連続して行われることによって、安定した除湿作用が継続して得られる。

（温湿度調整方法）
続いて、上記温湿度調整ユニット２、デシカント除湿ユニット３を備えて構成される温湿度調整装置１を用いて、調整対象空気を所定の温度および湿度に調整を行う温湿度調整方法について説明する。

先ず、温湿度調整ユニット２のみを始動して運転させる工程を実施する（ステップＳ１）。このとき、温湿度調整ユニット２に取り入れられて調整され、吐出される空気が所定温度と湿度（一例として温度５℃、露点５℃）となるまで、当該温湿度調整ユニット２のみの運転を行う。
仮に、ステップＳ１を実施せずに、最初からデシカント除湿ユニット３を始動して運転させてしまうと、当該デシカント除湿ユニット３から吐出される空気が上述した吸着剤の吸着熱と再生熱の影響によって高温（一例として８０℃）となってしまう課題が生じ得る。しかし、ステップＳ１を実施することにより、当該課題の解決が可能となる。具体的には、その後の温度調整を短時間に且つ効率的に行うことが可能となる。また、デシカント除湿ユニット３の小型化が可能となり、省エネルギー効果を高めることができる。

次いで、温湿度調整ユニット２により調整された空気の温度が所定温度まで低下した時点で、さらにデシカント除湿ユニット３を始動して運転させる工程を実施する（ステップＳ２）。これによって、温湿度調整ユニット２およびデシカント除湿ユニット３が運転状態となる。この状態が本稼働状態である。

以上の温湿度調整方法を実施することにより、調整対象空気は図１０のような時間−温度／湿度曲線を描いて変化する。なお、この時の制御弁２０の開度は、制御弁１１を通過する流量の１／３程度になるように配分するのが好ましい。これは、温湿度調整ユニット２とデシカント除湿ユニット３の能力によっても異なるが、デシカント除湿ユニット３による吸湿剤の吸着熱と再生熱による発熱の悪影響を制限しつつ、所望の除湿能力が得られるようにするためである。

具体的には、デシカント除湿ユニット３による吸湿剤の吸着熱と再生熱によって高温化した空気は、第２の導入管１４を通って第１の供給管１０に導入され、未だ温湿度調整されていない空気と混合されるため、１／３程度に薄められて低温化されるため、温湿度調整ユニット２による冷却負荷が低減できる。そのため、省エネルギーと空調（温度調整と湿度調整）精度の確保の両立を図ることができる。

なお、循環するクリーンコーナーＣｃ内の空気の温度と湿度が目標値に近くなり、温度と湿度の調整負荷が低くなった場合には、制御弁１１を遮断するとともにデシカント除湿ユニット３を停止し、温湿度調整ユニット２のみによる空調とする。また、クリーンコーナーＣｃ内の湿度が高くなり、温湿度調整ユニット２のみによる空調では能力が不足するようになった場合は、再び制御弁１１を開くともにデシカント除湿ユニット３の運転を再開し、除湿能力を高める。

このように、制御弁１１の開閉及び開度によって、温湿度調整ユニット２とデシカント除湿ユニット３の流量配分を最適に配分するとともに、温湿度調整ユニット２は空気の循環経路に常時介在させて駆動し、デシカント除湿ユニット３は必要な時のみ駆動させるように制御することで、デシカント除湿ユニット３による吸湿剤の吸着熱による発熱の影響を最小限とることができ、省エネルギーと空調精度の確保の両立を図ることができる。また、温湿度調整ユニット２とデシカント除湿ユニット３の負荷が低減されるため、両者の小型化を図ることができる。

（外気の循環）
上述してきた実施形態は、温湿度調整の対象空間であるクリーンコーナーＣｃ内の空気を循環させて用いてきた。しかしながら、図１１に示すように、温湿度調整ユニット２に導入される空気は、クリーンコーナーＣｃの外部の外部空気であってもよい。
また、図１２に示すように、デシカント除湿ユニット３に導入される空気がクリーンコーナーＣｃの外部の外部空気であってもよい。
さらに、図１３に示すように、温湿度調整ユニット２に導入される空気及びデシカント除湿ユニット３に導入される空気がクリーンコーナーＣｃの外部の外部空気であってもよい。この場合は、いわゆる「ワンパス」状態となるため、空気の流量は大幅に増えるが、常時フレッシュな空気を供給することができ、医療用設備などにおいて好適となる。

また、上述してきた各実施形態では、デシカント除湿ユニット３から吐出された除湿後の空気は、第２の導入管１４を通って第１の供給管１０に導入されるものについて説明してきた。
しかしながら、本発明としては、デシカント除湿ユニット３と温湿度調整ユニット２の熱交換ユニット２９とを連通させるように第２の導入管１４を設け、デシカント除湿ユニット３から吐出された除湿後の空気を温湿度調整ユニット２の熱交換ユニット２９内に直接導入するようにしてもよい。

また、上述してきた各実施形態では、温湿度調整ユニット２とデシカント除湿ユニット３の流量を、制御弁１１及び制御弁２０の開閉及び開度によって制御しているが、それに代えて或るいはそれとともに、ファン２２またはファン１０５の回転数によって流量を制御することも可能である。

以上、説明した通り、本発明に係る温湿度調整装置によれば、低湿度（低露点）で且つ精密に温度調整された大流量の空気を得ることが可能となる。特に冷凍サイクルのみの場合において限界とされる露点３℃よりも遥かに低い露点−３０℃程度の低湿度の達成が可能となる。加えて、温度調整精度も±０．０５℃の範囲内で精密調整が可能となる。

なお、本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更可能である。特に、冷却回路を必須構成として備えるものであることから、「温湿度調整装置」ではなく「クーラー（空冷装置）」あるいは「除湿装置」として適用できることは言うまでもない。また、温湿度調整対象の気体は空気に限定されるものではない。

（実施例と比較例）
以下に、本発明の温湿度調整装置における処理風量、温度、湿度の実験値と、図１６に示したような構成を比較例とした場合の処理風量、温度、湿度の実験値とを比較する。

（比較例１）
まず、比較例について説明する。
比較例の全体構成を図１４に示す。比較例では、クリーンコーナーＣｃから毎分８ｍ^３の風量の空気がデシカント除湿ユニット３に供給されている。デシカント除湿ユニット３ではこの空気の除湿を行い、除湿された空気を温湿度調整ユニット２に供給している。また、温湿度調整ユニット２における排熱をデシカント除湿ユニット２における再生空気として利用している。

このとき、デシカント除湿ユニット３に供給されている空気は、温度５℃、相対湿度４０％、露点温度−６．６℃、比エンタルピーが１０．４４ｋＪ／ｋｇである。
このような空気が供給されたデシカント除湿ユニット３では、相対湿度を４．７％まで除湿し、風量毎分８ｍ^３で吐出する。吐出された空気は、温度が２７℃に上昇し、露点温度が−１５℃、比エンタルピーが２９．７５ｋＪ／ｋｇである。
このような除湿を実行するデシカント除湿ユニット３は、加熱負荷が３．３ｋＷ、消費電力は３．８１ｋＷの性能が必要であり、この性能を確保するために装置容積は０．４８ｍ^３、装置重量は１２０ｋｇとなる。

上述したデシカント除湿ユニット３から吐出された空気が供給される温湿度調整ユニット２では、供給された空気を、温度５℃、相対湿度４０％、露点温度−６．６℃、比エンタルピーが１０．４４ｋＪ／ｋｇに調整し、風量毎分８ｍ^３で吐出する。吐出された空気は、クリーンコーナーＣｃに導入される。
このような温湿度調整を実行する温湿度調整ユニット２は、冷却負荷が３．２ｋＷ、消費電力は１．０７ｋＷの性能が必要であり、この性能を確保するために装置容積は１．１１ｍ^３、装置重量は２３５ｋｇとなる。

（比較例２）
なお、上述した比較例１では、温湿度調整ユニット２における排熱をデシカント除湿ユニット３における再生空気として利用していたが、温湿度調整ユニット２の排熱をデシカント除湿ユニット３の再生空気として利用しない場合には、デシカント除湿ユニット３の性能が異なってくる。
すなわち、排熱を利用しないデシカント除湿ユニット３に必要な性能は、加熱負荷が６．３ｋＷ、消費電力が６．８１ｋＷであり、この性能を確保するために装置容積は上記と同様に、０．４８ｍ^３、装置重量は１２０ｋｇとなる。

（実施例）
次に本発明の実施例について説明する。
実施例の全体構成を図１５に示す。実施例では、クリーンコーナーＣｃから毎分２ｍ^３の風量の空気が第２の供給管１２を通じてデシカント除湿ユニット３に供給されている。また、クリーンコーナーＣｃから第１の供給管１０へ毎分６ｍ^３の風量の空気が供給されている。
デシカント除湿ユニット３では毎分２ｍ^３の空気の除湿を行い、除湿された空気を第１の供給管１０に導入している。このため、未除湿の毎分６ｍ^３の風量の空気と、除湿済みの毎分２ｍ^３の風量の空気とが混合されて、計毎分８ｍ^３の風量の空気が温湿度調整ユニット２に供給される。
このように、本実施例では、未除湿の空気量３に対して除湿済みの空気量１を混合させて温湿度調整ユニット２に供給している。

具体的な数値を挙げると、デシカント除湿ユニット３に供給されている空気は、温度５℃、相対湿度４０％、露点温度−６．６℃、比エンタルピーが１０．４４ｋＪ／ｋｇである。
このような空気が供給されたデシカント除湿ユニット３では、相対湿度を４．６％まで除湿し、風量毎分２ｍ^３で吐出する。吐出された空気は、温度が２７℃に上昇し、露点温度が−１５℃、比エンタルピーが２９．７５ｋＪ／ｋｇである。
このような除湿を実行するデシカント除湿ユニット３は、加熱負荷が１．１８ｋＷ、消費電力は１．２６ｋＷの性能が必要であり、この性能を確保するために装置容積は０．０４２ｍ^３、装置重量は２６ｋｇとなる。

温湿度調整ユニット２には、上述したデシカント除湿ユニット３から吐出された空気と未除湿の空気とが混合され、毎分８ｍ^３の風量で、温度１０．２℃、相対湿度２４．６％、露点温度−８．２℃、比エンタルピーが１５．０２ｋＪ／ｋｇの空気が供給される。
温湿度調整ユニット２では、供給された空気を、温度５℃、相対湿度４０％、露点温度−６．６℃、比エンタルピーが１０．４４ｋＪ／ｋｇに調整し、風量毎分８ｍ^３で吐出する。吐出された空気は、クリーンコーナーＣｃに導入される。
このような温湿度調整を実行する温湿度調整ユニット２は、冷却負荷が０．８４ｋＷ、消費電力は０．２８ｋＷの性能が必要であり、この性能を確保するために装置容積は０．９ｍ^３、装置重量は２００ｋｇとなる。

（比較）
実施例と比較例との間で、デシカント除湿ユニットおよび温湿度調整ユニットの必要な電力、容積および重量を比較する。なお、各例ではデシカント除湿ユニットおよび温湿度調整ユニットの数値を加算している。

比較例１
電力：４．８８ｋＷ
容積：１．５９ｍ^３
重量：３５５ｋｇ

比較例２
電力：７．８８ｋＷ
容積：１．５９ｍ^３
重量：３５５ｋｇ

実施例
電力：１．５６ｋＷ
容積：０．９４２ｍ^３
重量：２２６ｋｇ

すなわち、本発明の実施例では比較例１に対して消費電力を３２％、装置容積を６０％、装置重量を６４％に抑えることができる。また、本発明の実施例では比較例２に対して消費電力を１９％、装置容積を６０％、装置重量を６４％に抑えることができる。
したがって、本発明は消費電力を低減し、システム全体の小型化、軽量化を達成することができる。

１ 温湿度調整装置
２ 温湿度調整ユニット
３ デシカント除湿ユニット
１０ 第１の供給管
１１，２０ 制御弁
１２ 第２の供給管
１４ 第２の導入管
１８ 第１の導入管
２２ ファン
２５ 温度センサ
２６ 湿度センサ
２８ 自動膨張弁
２９ 熱交換ユニット
３０ 制御部
３１ 加熱回路
３２ 冷却回路
３４ 加熱器
３５ 冷却器
３６ フィルター
３８ 圧縮機
４０ａ，４０ｂ 二方弁
４２ 吸熱器（蒸発器）
４４，４８ 膨張弁
４６ 凝縮器
４９ インバータ
５０，５１ 配管
５２ 温度制御部
５２ａ 温度到達判定部
５２ｂ 冷媒分配制御部
５６ アキュームレータ
５７ 湿度制御部
５７ａ 湿度到達判定部
５７ｂ 圧縮機回転数制御部
６０ 制水弁
６２ 膨張弁制御部
６２ａ 過熱度判定部
６２ｂ 開度調整部
６５ 圧縮機入口冷媒温度センサ
６６ 冷却器入口冷媒温度センサ
８２ 蒸気発生器
８４ 二流体ノズル
８５ 水タンク
８６ ポンプ
８８ 水供給配管
８９，９０ 配管
９１，９３，９８ 制御弁
９２ 純水供給配管
９６ 純水器
９９ ファン
１０１ ケーシング
１０４，１０５ ファン
１０６，１０７ エアフィルタ
１０８ 再生ヒータ
１０９,１１０ 温度センサ
１１１ 除湿ロータ
１１２ 駆動モータ
３００ 空調システム
Ｃ クリーンルーム
Ｃｃ クリーンコーナー

Claims (10)

1. 対象空間内の温湿度を調整する温湿度調整装置において、
   調整対象の気体が流通する第１の供給管が接続され、第１の供給管から供給される気体の温度および湿度の調節を行い、対象空間内に連通する第１の導入管を介して調整後の気体を対象空間へ導入する温湿度調整ユニットと、
   調整対象の気体が流通する第２の供給管が接続され、第２の供給管から供給される気体の除湿を行い、第２の導入管を介して除湿後の気体を前記第１の導入管または前記温湿度調整ユニットに導入する除湿ユニットと、
   第２の導入管を開閉または流量を調整可能な制御弁とを具備することを特徴とする温湿度調整装置。
2. 起動時には制御弁を閉じて温湿度調整ユニットのみを通過して温湿度調整された空気を対象空間に導入させ、対象空間に導入された空気温度が所定の温度に達した場合には制御弁を開き、除湿ユニットで除湿された空気を第１の導入管内または前記温湿度調整ユニットに導入させるように制御する制御部を具備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. 前記除湿ユニットで除湿されて第２の導入管を流通する空気の流量と、前記温湿度調整ユニットに供給するために前記第１の供給管内を流通する未除湿の空気の流量との比は、１：３であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の温湿度調整装置。
4. 前記第１の供給管は、
   対象空間と連通して対象空間内から排気された気体を前記温湿度調整ユニットへ供給することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載の温湿度調整装置。
5. 前記第１の供給管は、
   対象空間外の気体である外気を取り入れて前記温湿度調整ユニットへ供給することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載の温湿度調整装置。
6. 前記第２の供給管は、
   対象空間と連通して対象空間内から排気された気体を前記除湿ユニットへ供給することを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項記載の温湿度調整装置。
7. 前記第２の供給管は、
   対象空間外の気体である外気を取り入れて前記除湿ユニットへ供給することを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項記載の温湿度調整装置。
8. 前記温湿度調整ユニットは、
   圧縮機で圧縮されて送り出される熱媒体が分配器によって分配され、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、圧縮機の順に循環される加熱回路と、
   前記分配器によって加熱回路側に分配された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、冷却器（蒸発器）、圧縮機の順に循環される冷却回路と、
   前記加熱器および前記冷却器が配置され、前記第１の排気管から導入される気体が加熱器および冷却器を通過するように形成された気体流路と、
   前記分配器を制御し、前記加熱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して、前記加熱回路の凝縮器と前記冷却回路の蒸発器とを通過する気体を所定温度に制御する温度制御部と、
   前記圧縮機の回転数を制御して前記冷却回路の前記冷却器の冷却性能を調整することによって、前記冷却器を通過する気体を所定湿度に制御する湿度制御部とを具備することを特徴とする請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項記載の温湿度調整装置。
9. 前記温湿度調整ユニットは、
   対象空間外の気体である外気を取り入れて除湿する除湿部と、
   該除湿部で除湿された低湿度外気を前記気体流路に供給する供給ノズルとを具備し、
   前記湿度制御部は、
   前記圧縮機の回転数制御を実行しても所定湿度に到達しない場合には、前記除湿部で除湿された低湿度外気を前記気体流路内に供給し、所定湿度に達するように低湿度外気の前記気体流路内への供給量を制御することを特徴とする請求項８記載の温湿度調整装置。
10. 前記除湿ユニットは、
    吸湿剤を用いて気体の除湿を行うことを特徴とする請求項１〜請求項９のうちのいずれか１項記載の温湿度調整装置。

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