JP3323984B2 - 恒温恒湿空気供給装置 - Google Patents
恒温恒湿空気供給装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、クリーンルームな
どの目的空間に、高い精度で温、湿度調整された空気を
供給するための空気供給装置に関するものである。
どの目的空間に、高い精度で温、湿度調整された空気を
供給するための空気供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】この種の装置の一例としては、図４に示す
ような装置が知られている。これは、ダクト１１３の空
気取入口１２３から空気供給口１１０に向かって、空気
冷却器１１２、電熱ヒータから成る空気加熱器１０６、
空気流路中に設置した加湿皿中に電熱ヒータ１１７を備
えた加湿器１０７、送風機１０８を、この順序に配設し
た構成を有する。
ような装置が知られている。これは、ダクト１１３の空
気取入口１２３から空気供給口１１０に向かって、空気
冷却器１１２、電熱ヒータから成る空気加熱器１０６、
空気流路中に設置した加湿皿中に電熱ヒータ１１７を備
えた加湿器１０７、送風機１０８を、この順序に配設し
た構成を有する。
【０００３】空気冷却器としては、冷媒蒸気（フロンな
ど）圧縮式の冷凍機や、熱電冷凍サイクルなどが用いら
れている。熱電冷凍サイクルを用いる場合、空気冷却器
１１２は、ダクトを横断して、ブライン導管の外面に多
数の伝熱フィンを形成して成るフィンチューブ１０２を
配設し、該フィンチューブを、送液ポンプ１０１と熱電
冷凍装置１０５を冷却熱源とする熱交換器１０４とが介
装されている管路によって、ブラインを収容した貯留槽
１０３に連結して、ブラインの循環流路を作り、空気取
入口１２３から入った空気を所定の温度に冷却して、空
気加熱器１０６に送る。
ど）圧縮式の冷凍機や、熱電冷凍サイクルなどが用いら
れている。熱電冷凍サイクルを用いる場合、空気冷却器
１１２は、ダクトを横断して、ブライン導管の外面に多
数の伝熱フィンを形成して成るフィンチューブ１０２を
配設し、該フィンチューブを、送液ポンプ１０１と熱電
冷凍装置１０５を冷却熱源とする熱交換器１０４とが介
装されている管路によって、ブラインを収容した貯留槽
１０３に連結して、ブラインの循環流路を作り、空気取
入口１２３から入った空気を所定の温度に冷却して、空
気加熱器１０６に送る。
【０００４】空気加熱器１０６は、電熱ヒータから成
り、空気供給口１１０に装着された温度センサ１０９の
検出信号を空気加熱器の制御器Ｃ1に入力し、目標温度
である設定値と比較して、その偏差出力を空気加熱器に
フィードバックすることにより、空気温度を目標温度に
維持する。温度調整された空気は、同様に、湿度センサ
１１９の検出信号により、制御器Ｃ2が電熱ヒータ１１
７の作動を制御することにより、目標湿度に加湿され、
目的空間に供給される。１１４は、熱電変換素子の放熱
用熱交換器である。
り、空気供給口１１０に装着された温度センサ１０９の
検出信号を空気加熱器の制御器Ｃ1に入力し、目標温度
である設定値と比較して、その偏差出力を空気加熱器に
フィードバックすることにより、空気温度を目標温度に
維持する。温度調整された空気は、同様に、湿度センサ
１１９の検出信号により、制御器Ｃ2が電熱ヒータ１１
７の作動を制御することにより、目標湿度に加湿され、
目的空間に供給される。１１４は、熱電変換素子の放熱
用熱交換器である。
【０００５】このような従来の恒温恒湿空気供給装置に
おいては、空気冷却器の温度調節動作は、ブラインの温
度を熱電冷凍装置によって、温度変化させる間接方式に
より行うため、温、湿度変化要求に対して、応答速度が
遅くなる欠点がある。この傾向は、フロンなどの冷媒蒸
気を圧縮するタイプの冷凍機の場合は、冷媒流量を制御
することによって行うため、更に、顕著である。
おいては、空気冷却器の温度調節動作は、ブラインの温
度を熱電冷凍装置によって、温度変化させる間接方式に
より行うため、温、湿度変化要求に対して、応答速度が
遅くなる欠点がある。この傾向は、フロンなどの冷媒蒸
気を圧縮するタイプの冷凍機の場合は、冷媒流量を制御
することによって行うため、更に、顕著である。
【０００６】ところで、この種の装置は、目標の温度、
湿度を、実現する場合、空気線図等によって、目標の温
湿度をもつ空気の露点を知り、取り入れた空気を、空気
冷却器によって、当該目標空気の露点より低い温度に冷
却し、次いで、空気加熱器によって目標の温度まで加熱
すると共に、不足する湿度を加湿器によって補うことに
より、目標の条件を実現する方法によって行う。従っ
て、従来の恒温恒湿空気供給装置においては、冷却器の
能力を、装置の使用温湿度域において要求される、最も
低い温度を実現するように予め設定し、温度、湿度の変
化要求に対しては、空気加熱器と加湿器とを制御するこ
とにより、目的の温湿度を実現するように構成されてい
る。
湿度を、実現する場合、空気線図等によって、目標の温
湿度をもつ空気の露点を知り、取り入れた空気を、空気
冷却器によって、当該目標空気の露点より低い温度に冷
却し、次いで、空気加熱器によって目標の温度まで加熱
すると共に、不足する湿度を加湿器によって補うことに
より、目標の条件を実現する方法によって行う。従っ
て、従来の恒温恒湿空気供給装置においては、冷却器の
能力を、装置の使用温湿度域において要求される、最も
低い温度を実現するように予め設定し、温度、湿度の変
化要求に対しては、空気加熱器と加湿器とを制御するこ
とにより、目的の温湿度を実現するように構成されてい
る。
【０００７】例えば、図２の空気線図において、室温：
２５℃，相対湿度：５０％ＲＨの空気（ロ）を、図３の
装置に取り入れて、空気温度２３℃、相対湿度４５％の
供給空気（イ）を送出する場合、先ず冷却器によって、
入口空気を、少なくとも供給空気の露点：１０.５℃
（ハ）以下に冷却することを必要とする。空気冷却器を
通過する空気の温度は、入口空気の変動、供給側におけ
る空気負荷の変動等により、変化し、更に、冷却器固有
の冷却効率を考慮する必要があるため、冷却器を通過し
た空気を、温度変化に対する応答性に劣る従来の空気冷
却器によって、丁度（ハ）の条件を満たすように、常に
冷却することは、困難である。
２５℃，相対湿度：５０％ＲＨの空気（ロ）を、図３の
装置に取り入れて、空気温度２３℃、相対湿度４５％の
供給空気（イ）を送出する場合、先ず冷却器によって、
入口空気を、少なくとも供給空気の露点：１０.５℃
（ハ）以下に冷却することを必要とする。空気冷却器を
通過する空気の温度は、入口空気の変動、供給側におけ
る空気負荷の変動等により、変化し、更に、冷却器固有
の冷却効率を考慮する必要があるため、冷却器を通過し
た空気を、温度変化に対する応答性に劣る従来の空気冷
却器によって、丁度（ハ）の条件を満たすように、常に
冷却することは、困難である。
【０００８】このような事情から、従来の恒温恒湿空気
供給装置においては、装置に要求される使用温度、湿度
域と所要空気量とを勘案して、冷却器の能力仕様を定
め、供給すべき空気の温度（設定温度）にかかわりな
く、使用温度域における最も苛酷な条件に耐えられるよ
うに、常に、その冷却能力の限度で運転して、必要とす
る空気温度より、はるかに低い温度の空気を作り、これ
を、前述のように、空気加熱器と加湿器によって、所望
条件の空気を作ることにより、負荷変動等に対して能力
不足にならないように運転している。前記の例では、空
気（ロ）は、冷却器の出口において、（ハ）の条件より
十分に低い温度：５℃、相対湿度、９５％程度（ニ）に
冷却され、次いで、加熱器により、２３℃、３２％ＲＨ
（ホ）まで加熱され、更に加湿器により、目標の湿度
（イ）まで加湿されて、供給される。従って、従来装置
の装置では、導入空気の大幅な過冷却と、それに伴う過
冷却空気の大幅な再加温、再加湿操作が必要で、エネル
ギーの無駄が大きかった。
供給装置においては、装置に要求される使用温度、湿度
域と所要空気量とを勘案して、冷却器の能力仕様を定
め、供給すべき空気の温度（設定温度）にかかわりな
く、使用温度域における最も苛酷な条件に耐えられるよ
うに、常に、その冷却能力の限度で運転して、必要とす
る空気温度より、はるかに低い温度の空気を作り、これ
を、前述のように、空気加熱器と加湿器によって、所望
条件の空気を作ることにより、負荷変動等に対して能力
不足にならないように運転している。前記の例では、空
気（ロ）は、冷却器の出口において、（ハ）の条件より
十分に低い温度：５℃、相対湿度、９５％程度（ニ）に
冷却され、次いで、加熱器により、２３℃、３２％ＲＨ
（ホ）まで加熱され、更に加湿器により、目標の湿度
（イ）まで加湿されて、供給される。従って、従来装置
の装置では、導入空気の大幅な過冷却と、それに伴う過
冷却空気の大幅な再加温、再加湿操作が必要で、エネル
ギーの無駄が大きかった。
【０００９】
【解決すべき課題】本発明の第１の目的は、エネルギー
の無駄な損失がない、効率の高い恒温恒湿空気供給装置
を開示することにある。
の無駄な損失がない、効率の高い恒温恒湿空気供給装置
を開示することにある。
【００１０】本発明の第２の目的は、供給空気の温湿度
条件に応じて、冷却器の冷却能力を自在に変化させるこ
とにより、高効率運転ができる恒温恒湿空気供給装置を
開示することにある。
条件に応じて、冷却器の冷却能力を自在に変化させるこ
とにより、高効率運転ができる恒温恒湿空気供給装置を
開示することにある。
【００１１】
【課題の解決手段】本発明の要旨は、送風機を備えた空
気流路の空気取入口から空気供給口に向かって、空気冷
却器と、電熱ヒータから成る空気加熱器と、水槽中に電
熱ヒータを備えた加湿器とを、この順序に配設し、空気
出口付近には、供給空気の温度検出器と湿度検出器とを
備え、該温度検出器の検出信号に基づいて空気加熱器の
動作を制御する加熱器制御器と、前記湿度検出器の検出
信号に基づいて加湿器の動作を制御する加湿器制御器と
を有する恒温恒湿空気供給装置において、前記空気冷却
器が、伝熱板によって囲まれた空気流路と該伝熱板に熱
交換自在に密接する熱電冷凍装置とによって構成されて
おり、前記加熱器制御器と加湿器制御器とに夫々設定し
た目標温度と目標湿度とを、電気信号に変換して出力す
る設定温、湿度出力手段と、該設定温、湿度出力手段か
らの入力信号により該設定温、湿度条件を有する空気の
露点を算出し、該算出露点から、冷却空気の湿度が目標
温度まで加温された際に、若干目標温度よりも不足する
ような状態まで冷却するための加湿調整用温度を減量補
正した空気冷却器の設定冷却温度を出力する冷却器温度
設定信号発生手段を備え、前記空気冷却器の冷却空気温
度を検出する露点温度検出器の温度検出信号と、前記冷
却器温度設定信号発生手段からの出力信号とを比較し
て、その偏差出力によって空気冷却器を設定温度に維持
する空気冷却器制御器を設けたことを特徴とする恒温恒
湿空気供給装置にある。
気流路の空気取入口から空気供給口に向かって、空気冷
却器と、電熱ヒータから成る空気加熱器と、水槽中に電
熱ヒータを備えた加湿器とを、この順序に配設し、空気
出口付近には、供給空気の温度検出器と湿度検出器とを
備え、該温度検出器の検出信号に基づいて空気加熱器の
動作を制御する加熱器制御器と、前記湿度検出器の検出
信号に基づいて加湿器の動作を制御する加湿器制御器と
を有する恒温恒湿空気供給装置において、前記空気冷却
器が、伝熱板によって囲まれた空気流路と該伝熱板に熱
交換自在に密接する熱電冷凍装置とによって構成されて
おり、前記加熱器制御器と加湿器制御器とに夫々設定し
た目標温度と目標湿度とを、電気信号に変換して出力す
る設定温、湿度出力手段と、該設定温、湿度出力手段か
らの入力信号により該設定温、湿度条件を有する空気の
露点を算出し、該算出露点から、冷却空気の湿度が目標
温度まで加温された際に、若干目標温度よりも不足する
ような状態まで冷却するための加湿調整用温度を減量補
正した空気冷却器の設定冷却温度を出力する冷却器温度
設定信号発生手段を備え、前記空気冷却器の冷却空気温
度を検出する露点温度検出器の温度検出信号と、前記冷
却器温度設定信号発生手段からの出力信号とを比較し
て、その偏差出力によって空気冷却器を設定温度に維持
する空気冷却器制御器を設けたことを特徴とする恒温恒
湿空気供給装置にある。
【００１２】上記装置は、空気冷却器の冷却源として、
冷却器の温度制御において応答性に優れた熱電冷凍装置
を用い、目標の温湿度条件を温湿度制御器に設定するこ
とにより、空気冷却器により冷却されて出てくる空気温
度を、マイクロコンピュータ（マイコン）から成る冷却
器温度設定信号発生手段が、自動的に、目標温湿度条件
を備えた空気の露点を算出し、正確な湿度調整を目的と
して、目標空気の露点より数度（任意に設定可能）低い
温度になるように、空気冷却器の温度を、空気冷却器制
御器に出力して、空気冷却器の動作条件を設定すること
ができるので、従来のように、空気冷却器による取入空
気の過冷却や、それに伴う加湿、加温の際のエネルギー
の浪費を大幅に防止することができる。従って、また、
装置の寿命も延長される効果がある。
冷却器の温度制御において応答性に優れた熱電冷凍装置
を用い、目標の温湿度条件を温湿度制御器に設定するこ
とにより、空気冷却器により冷却されて出てくる空気温
度を、マイクロコンピュータ（マイコン）から成る冷却
器温度設定信号発生手段が、自動的に、目標温湿度条件
を備えた空気の露点を算出し、正確な湿度調整を目的と
して、目標空気の露点より数度（任意に設定可能）低い
温度になるように、空気冷却器の温度を、空気冷却器制
御器に出力して、空気冷却器の動作条件を設定すること
ができるので、従来のように、空気冷却器による取入空
気の過冷却や、それに伴う加湿、加温の際のエネルギー
の浪費を大幅に防止することができる。従って、また、
装置の寿命も延長される効果がある。
【００１３】
【発明の実施形態】図１は、本発明にかかる恒温恒湿空
気供給装置の一実施態様を概念的に示すものである。恒
温恒湿空気供給装置１は、ダクトによって構成された空
気流路５０中に、空気冷却器２、空気加熱器３、加湿器
４、送風機５が、ダクトの空気取入口５１から空気供給
口５２に向かって、この順序に、収納されている。空気
供給口５２は、送風機５の吹出口となっている。送風機
は、空気冷却器より、風上側にあっても差し支えない。
気供給装置の一実施態様を概念的に示すものである。恒
温恒湿空気供給装置１は、ダクトによって構成された空
気流路５０中に、空気冷却器２、空気加熱器３、加湿器
４、送風機５が、ダクトの空気取入口５１から空気供給
口５２に向かって、この順序に、収納されている。空気
供給口５２は、送風機５の吹出口となっている。送風機
は、空気冷却器より、風上側にあっても差し支えない。
【００１４】空気冷却器２は、アルミニウム、銅、及び
これらの合金などの、熱良導性素材から成る伝熱板２１
によって、外周面に熱電変換素子が密着可能な伝熱平面
を持ち内部に空気流路が形成されている部材、例えば、
外周面形状が四角形（多角形でもよい）をなすように囲
んだ空気流路２０中に、該伝熱板２１から、一体的に、
多数の伝熱フィンプレート２１ａ、２１ａ、…を、空気
流路２０を横断するように設けると共に、伝熱板２１の
外面には、熱電変換素子２２、２２、…の一側を、熱授
受自在に接触させ、更に、熱電変換素子の他側を、内部
に熱媒体の流路が形成されている放熱器２３、２３に、
熱電変換素子２２、…と熱授受自在に接触せしめた構造
を備えている。
これらの合金などの、熱良導性素材から成る伝熱板２１
によって、外周面に熱電変換素子が密着可能な伝熱平面
を持ち内部に空気流路が形成されている部材、例えば、
外周面形状が四角形（多角形でもよい）をなすように囲
んだ空気流路２０中に、該伝熱板２１から、一体的に、
多数の伝熱フィンプレート２１ａ、２１ａ、…を、空気
流路２０を横断するように設けると共に、伝熱板２１の
外面には、熱電変換素子２２、２２、…の一側を、熱授
受自在に接触させ、更に、熱電変換素子の他側を、内部
に熱媒体の流路が形成されている放熱器２３、２３に、
熱電変換素子２２、…と熱授受自在に接触せしめた構造
を備えている。
【００１５】熱電変換素子は、少なくとも、伝熱板の対
向する２面に設けることが望ましく、冷却能力を増強す
る必要に応じて、空気流路２０の外面を６角形などの多
面体にして、それらのすべての面に、熱電変換素子を取
り付けてもよい。放熱器２３は、熱良導性素材から成る
伝熱ブロック中に、水やブラインなどを通す冷却用熱媒
体流路が蛇行配設されており、熱媒体を収容する貯留槽
（図示せず）から、ポンプ等によって、送液される。
向する２面に設けることが望ましく、冷却能力を増強す
る必要に応じて、空気流路２０の外面を６角形などの多
面体にして、それらのすべての面に、熱電変換素子を取
り付けてもよい。放熱器２３は、熱良導性素材から成る
伝熱ブロック中に、水やブラインなどを通す冷却用熱媒
体流路が蛇行配設されており、熱媒体を収容する貯留槽
（図示せず）から、ポンプ等によって、送液される。
【００１６】空気加熱器３は、シーズヒータの外面に、
多数のフィンプレートを一体形成したものを、空気冷却
器より下流のダクト５０を横断するように設けたものに
よって構成されている。又、加湿器４は、ダクト５０の
外部に設けられた蒸発水槽４１中に、レベルスイッチ４
２、水を加熱するヒータ４３を有している。蒸発水槽４
１の底部付近には、水補給管４４が接続しており、レベ
ルスイッチ４２が、一定の水位低下を検出したら、水補
給管４４に介設された電磁開閉弁４７を開いて、所定の
水量を補給するように構成されている。水蒸気は、小径
の水蒸気供給管４５を経て、ダクト内に入り、その先端
開口から気流中に放出される。
多数のフィンプレートを一体形成したものを、空気冷却
器より下流のダクト５０を横断するように設けたものに
よって構成されている。又、加湿器４は、ダクト５０の
外部に設けられた蒸発水槽４１中に、レベルスイッチ４
２、水を加熱するヒータ４３を有している。蒸発水槽４
１の底部付近には、水補給管４４が接続しており、レベ
ルスイッチ４２が、一定の水位低下を検出したら、水補
給管４４に介設された電磁開閉弁４７を開いて、所定の
水量を補給するように構成されている。水蒸気は、小径
の水蒸気供給管４５を経て、ダクト内に入り、その先端
開口から気流中に放出される。
【００１７】送風機５の吹出口は、空気供給口５２を兼
ねており、該空気供給口には、供給空気の温度と湿度と
を検出する温度検出器６と湿度検出器７とが、設けられ
ている。温度検出器６の検出信号は、温度制御器１２に
入力する。温度制御器１２は、温度検出器６からの検出
信号の増幅器、該増幅信号と設定値とを比較する比較
器、該比較器からの偏差信号に応じて加熱器３に補正出
力を行う電力調節器１３等を備え、温度設定器１６に予
め設定してある目標温度と、前記検出信号との偏差信号
を電力調整器Ｓに出力し、該電力調整器Ｓにより電源Ｇ
から加熱器３に制御電力が供給されて、空気温度が調節
される。
ねており、該空気供給口には、供給空気の温度と湿度と
を検出する温度検出器６と湿度検出器７とが、設けられ
ている。温度検出器６の検出信号は、温度制御器１２に
入力する。温度制御器１２は、温度検出器６からの検出
信号の増幅器、該増幅信号と設定値とを比較する比較
器、該比較器からの偏差信号に応じて加熱器３に補正出
力を行う電力調節器１３等を備え、温度設定器１６に予
め設定してある目標温度と、前記検出信号との偏差信号
を電力調整器Ｓに出力し、該電力調整器Ｓにより電源Ｇ
から加熱器３に制御電力が供給されて、空気温度が調節
される。
【００１８】同様に、湿度検出器７の検出信号も、制御
器１２′に入力され、予め設定器２０に入力されている
目標湿度と比較され、偏差値に応じて、偏差信号が、ト
ライアックなどで構成された電力調整器Ｓ′に出力さ
れ、制御電力が蒸発水槽４１内のヒータ４３に供給され
て、水蒸気の蒸発量を調節する。
器１２′に入力され、予め設定器２０に入力されている
目標湿度と比較され、偏差値に応じて、偏差信号が、ト
ライアックなどで構成された電力調整器Ｓ′に出力さ
れ、制御電力が蒸発水槽４１内のヒータ４３に供給され
て、水蒸気の蒸発量を調節する。
【００１９】このような恒温恒湿空気供給装置におい
て、温、湿度制御器１２、１２′には、温、湿度設定器
１６、１５の設定電圧を変換して、冷却器温度設定信号
発生手段Ｅに向けて、出力する設定温、湿度出力手段１
３、１４が、付設されている。冷却器温度設定信号発生
手段Ｅは、マイコンから成る露点演算器１０と、該露点
演算器１０の出力信号に、加湿調整のための補正を加え
る減算器１１と、該減算器１１に補正温度信号を出力す
る補正温度設定器９とによって構成されている。
て、温、湿度制御器１２、１２′には、温、湿度設定器
１６、１５の設定電圧を変換して、冷却器温度設定信号
発生手段Ｅに向けて、出力する設定温、湿度出力手段１
３、１４が、付設されている。冷却器温度設定信号発生
手段Ｅは、マイコンから成る露点演算器１０と、該露点
演算器１０の出力信号に、加湿調整のための補正を加え
る減算器１１と、該減算器１１に補正温度信号を出力す
る補正温度設定器９とによって構成されている。
【００２０】乾き空気１ｋｇとこれに含まれる水蒸気ｘ
ｋｇとを、理想気体とみなすと、乾き空気の分圧ｐ、比
容積ｖ、水蒸気の分圧ｐ′、乾き空気及び水蒸気の気体
定数Ｒ及びＲ′、絶対温度Ｔ＝ｔ＋２７３、とすれば、
理想気体の状態方程式から、 ｐｖ＝ＲＴ＝０.００２８３４Ｔ （ａ） ｐ′ｖ＝ｘＲ′Ｔ＝０.００４５５５ｘＴ （ｂ） で、ダルトンの分圧の法則から、全圧Ｐは、Ｐ＝ｐ＋
ｐ′で、且つ、本願の場合、Ｐ＝１（ａｔｍ）である。
これに、式（ａ）、（ｂ）のｐ，ｐ′を代入すれば、 ｖ＝０.００４５５（ｘ＋０.６２２０）（ｔ＋２７３） （ｃ） ここで、ｘは、乾き空気１ｋｇ中の水蒸気重量であるか
ら、絶対湿度を表すことになる。故に、温度ｔ℃におけ
る飽和空気の絶対湿度をｘ′（ｋｇ／ｋｇ）とすれば、
その相対湿度ψ（％）は、 ψ≒１００ × ｘ／ｘ′ （ｄ）
ｋｇとを、理想気体とみなすと、乾き空気の分圧ｐ、比
容積ｖ、水蒸気の分圧ｐ′、乾き空気及び水蒸気の気体
定数Ｒ及びＲ′、絶対温度Ｔ＝ｔ＋２７３、とすれば、
理想気体の状態方程式から、 ｐｖ＝ＲＴ＝０.００２８３４Ｔ （ａ） ｐ′ｖ＝ｘＲ′Ｔ＝０.００４５５５ｘＴ （ｂ） で、ダルトンの分圧の法則から、全圧Ｐは、Ｐ＝ｐ＋
ｐ′で、且つ、本願の場合、Ｐ＝１（ａｔｍ）である。
これに、式（ａ）、（ｂ）のｐ，ｐ′を代入すれば、 ｖ＝０.００４５５（ｘ＋０.６２２０）（ｔ＋２７３） （ｃ） ここで、ｘは、乾き空気１ｋｇ中の水蒸気重量であるか
ら、絶対湿度を表すことになる。故に、温度ｔ℃におけ
る飽和空気の絶対湿度をｘ′（ｋｇ／ｋｇ）とすれば、
その相対湿度ψ（％）は、 ψ≒１００ × ｘ／ｘ′ （ｄ）
【００２１】例えば、半導体製造用途において、恒温恒
湿空気供給装置が使用される温度範囲及び湿度範囲は、
２０〜２５℃、相対湿度４０〜５５％程度の、ごく狭い
範囲において使用されるのが一般的である。このような
狭い温度範囲における比容積ｖ（ｍ3／ｋｇ）の変化
は、図２の空気線図において、約０.８４〜０.８６の変
化にしか過ぎない。従って、前記式（ｃ）において、例
えば、ｖ＝０.８５として固定しても、式（ｃ）は、本
願の恒温恒湿空気供給装置の温湿度制御面で、実質的に
支障なく成立する。
湿空気供給装置が使用される温度範囲及び湿度範囲は、
２０〜２５℃、相対湿度４０〜５５％程度の、ごく狭い
範囲において使用されるのが一般的である。このような
狭い温度範囲における比容積ｖ（ｍ3／ｋｇ）の変化
は、図２の空気線図において、約０.８４〜０.８６の変
化にしか過ぎない。従って、前記式（ｃ）において、例
えば、ｖ＝０.８５として固定しても、式（ｃ）は、本
願の恒温恒湿空気供給装置の温湿度制御面で、実質的に
支障なく成立する。
【００２２】空気線図によって、ある気温（ｔ℃）にお
ける飽和空気の絶対湿度（ｘ′）は、一義的に知ること
ができるので、それに基づいて、温度とその温度におけ
る飽和空気の絶対湿度とが、予め、露点演算器１０のメ
モリに、記憶させてある。露点演算器１０のＩ／Ｏポー
トに、供給空気の目標温度ｔ℃と、目標相対湿度ψとが
入力すると、先ず、メモリーから、ｔ℃における飽和空
気の絶対湿度ｘ′が呼び出され、式（ｄ）の演算プログ
ラムにより、ｘ（ｔ℃における目標空気の絶対湿度）が
算出される。その値が、式（ｃ）に入力され、目標空気
の露点ｔ′が算出される。この露点ｔ′信号が、減算器
１１に出力される。
ける飽和空気の絶対湿度（ｘ′）は、一義的に知ること
ができるので、それに基づいて、温度とその温度におけ
る飽和空気の絶対湿度とが、予め、露点演算器１０のメ
モリに、記憶させてある。露点演算器１０のＩ／Ｏポー
トに、供給空気の目標温度ｔ℃と、目標相対湿度ψとが
入力すると、先ず、メモリーから、ｔ℃における飽和空
気の絶対湿度ｘ′が呼び出され、式（ｄ）の演算プログ
ラムにより、ｘ（ｔ℃における目標空気の絶対湿度）が
算出される。その値が、式（ｃ）に入力され、目標空気
の露点ｔ′が算出される。この露点ｔ′信号が、減算器
１１に出力される。
【００２３】ｖは、供給空気の温度範囲に応じて、使用
目的や使用温度範囲を選択することにより、適宜なｖ値
が決定されるように設定しておくことができる。或い
は、又、空気線図から、温度とｖ値とを、メモリーに記
憶させておくこともできる。更に、他の露点自動算出方
法として、以下の方法も考えられる。即ち、相対湿度ψ
（％）は、以下の式（ｄ′）としても表現される。 ψ＝１００ × ｐ／ｐ′ （ｄ′） ここで、前述のように、ｖ＝０.８５と固定すると、式
（ｃ）で温度ｔ℃を特定すれば、その飽和空気の水蒸気
量ｘ（ｋｇ）は、求められる。一方、空気線図により、
気温ｔ℃における飽和水蒸気分圧ｐ′は、一義的に決ま
り、絶対湿度ｘ′と相関関係にある。従って、或る温度
とその温度における飽和空気の水蒸気分圧を露点演算器
１０のメモリに記憶させておく。供給空気の目標温度ｔ
℃と目標相対湿度ψを入力すると、式（ｄ′）により、
目標露点は、その空気の飽和水蒸気分圧ｐに対応するの
で、露点演算器１０のメモリ内からｐに対応する値（目
標露点）が求められて選定される。これが、減算器１１
に出力される。
目的や使用温度範囲を選択することにより、適宜なｖ値
が決定されるように設定しておくことができる。或い
は、又、空気線図から、温度とｖ値とを、メモリーに記
憶させておくこともできる。更に、他の露点自動算出方
法として、以下の方法も考えられる。即ち、相対湿度ψ
（％）は、以下の式（ｄ′）としても表現される。 ψ＝１００ × ｐ／ｐ′ （ｄ′） ここで、前述のように、ｖ＝０.８５と固定すると、式
（ｃ）で温度ｔ℃を特定すれば、その飽和空気の水蒸気
量ｘ（ｋｇ）は、求められる。一方、空気線図により、
気温ｔ℃における飽和水蒸気分圧ｐ′は、一義的に決ま
り、絶対湿度ｘ′と相関関係にある。従って、或る温度
とその温度における飽和空気の水蒸気分圧を露点演算器
１０のメモリに記憶させておく。供給空気の目標温度ｔ
℃と目標相対湿度ψを入力すると、式（ｄ′）により、
目標露点は、その空気の飽和水蒸気分圧ｐに対応するの
で、露点演算器１０のメモリ内からｐに対応する値（目
標露点）が求められて選定される。これが、減算器１１
に出力される。
【００２４】空気冷却器２による冷却は、空気の通過域
により、熱交換効率が若干相違するため、完全な均一温
度の冷却は期し難い。更に、湿度調整は、冷却空気の湿
度が、目標温度まで加温された際に、若干目標湿度より
不足するような状態にまで冷却しておいて、その不足分
を加湿器４によって、正確に調整することにより、精度
の高い湿度調整が可能となる。そのために、補正温度設
定器９に、目標温度の露点より、１〜３℃程度の範囲
で、空気冷却器の設定冷却温度の低下を設定して、これ
を減算器１１に入力し、露点演算器１０の出力を減算器
１１において減量補正した上で、空気冷却器２の熱電冷
凍装置を制御する制御器Ｆに、冷却器温度設定信号とし
て入力する。
により、熱交換効率が若干相違するため、完全な均一温
度の冷却は期し難い。更に、湿度調整は、冷却空気の湿
度が、目標温度まで加温された際に、若干目標湿度より
不足するような状態にまで冷却しておいて、その不足分
を加湿器４によって、正確に調整することにより、精度
の高い湿度調整が可能となる。そのために、補正温度設
定器９に、目標温度の露点より、１〜３℃程度の範囲
で、空気冷却器の設定冷却温度の低下を設定して、これ
を減算器１１に入力し、露点演算器１０の出力を減算器
１１において減量補正した上で、空気冷却器２の熱電冷
凍装置を制御する制御器Ｆに、冷却器温度設定信号とし
て入力する。
【００２５】冷却器温度設定信号は、制御器Ｆの比較器
１８に入力し、空気冷却器２の空気出口付近に設置され
た露点温度検出器２５の検出信号と比較され、その偏差
信号に応じて、直流電源１９から、制御電力が熱電変換
素子２２に供給される。
１８に入力し、空気冷却器２の空気出口付近に設置され
た露点温度検出器２５の検出信号と比較され、その偏差
信号に応じて、直流電源１９から、制御電力が熱電変換
素子２２に供給される。
【００２６】例えば、図２において、室温が２５℃、湿
度５０％ＲＨ（ロ）のとき、目標温度２３℃、目標湿度
４５％の空気（イ）を供給する場合、温度設定器１６、
湿度設定器１５に、夫々、目標温湿度を設定すると、変
換出力器１４、１４′から、マイコン１０に入力され、
露点演算器１０により、目標空気の露点１０.５℃
（ハ）が減算器１１に出力される。一方、補正温度設定
器９に設定された、湿度制御に必要な温度低下分、−２
℃に相当する信号電流が、減算器１１に入力し、露点１
０.５℃は、８.５℃（ヘ）に補正されて、冷却器温度設
定信号として、空気冷却器制御器Ｆに出力される。
度５０％ＲＨ（ロ）のとき、目標温度２３℃、目標湿度
４５％の空気（イ）を供給する場合、温度設定器１６、
湿度設定器１５に、夫々、目標温湿度を設定すると、変
換出力器１４、１４′から、マイコン１０に入力され、
露点演算器１０により、目標空気の露点１０.５℃
（ハ）が減算器１１に出力される。一方、補正温度設定
器９に設定された、湿度制御に必要な温度低下分、−２
℃に相当する信号電流が、減算器１１に入力し、露点１
０.５℃は、８.５℃（ヘ）に補正されて、冷却器温度設
定信号として、空気冷却器制御器Ｆに出力される。
【００２７】このように制御される空気冷却器２から送
出される空気は、実際においては、１０℃、９５％ＲＨ
の条件を持つ空気（ト）として送出され、空気加熱器１
０６によって加熱され、２３℃、３８％ＲＨの空気
（チ）になる。次いで、この空気（チ）は、ダクト５０
外に設置された蒸発水槽４１から伸長する小径の水蒸気
供給管４５を通過する間にほぼ室温に近い温度になった
水蒸気を、加湿器４により加湿されることにより、目標
空気（イ）の状態に加湿されて、供給口５２から、目的
空間に供給される。
出される空気は、実際においては、１０℃、９５％ＲＨ
の条件を持つ空気（ト）として送出され、空気加熱器１
０６によって加熱され、２３℃、３８％ＲＨの空気
（チ）になる。次いで、この空気（チ）は、ダクト５０
外に設置された蒸発水槽４１から伸長する小径の水蒸気
供給管４５を通過する間にほぼ室温に近い温度になった
水蒸気を、加湿器４により加湿されることにより、目標
空気（イ）の状態に加湿されて、供給口５２から、目的
空間に供給される。
【００２８】
【効果】図２から明らかなように、従来、吸入空気
（ロ）を空気（ニ）の状態に冷却して、空気加熱器、加
湿器で、空気（イ）を供給していた場合に比べて、加熱
に要する熱量は、エンタルピ比（ｈ線図）で、（10-6.
8)/(10-4.8)＝0.8 であり、加湿水分量の比率（ｘ線
図）は、0.0005/0.0026＝0.19 であり、これらのエネ
ルギーは、電力によって賄われているので、空気冷却器
において２０％、加湿器において、８１％の省電力効果
を有することになる。実際の運転においても、従来の装
置と比較して、その冷却熱源の形態にもよるが、従来装
置の所要電力の７０〜８０％以下の電力で、運転が可能
である。
（ロ）を空気（ニ）の状態に冷却して、空気加熱器、加
湿器で、空気（イ）を供給していた場合に比べて、加熱
に要する熱量は、エンタルピ比（ｈ線図）で、（10-6.
8)/(10-4.8)＝0.8 であり、加湿水分量の比率（ｘ線
図）は、0.0005/0.0026＝0.19 であり、これらのエネ
ルギーは、電力によって賄われているので、空気冷却器
において２０％、加湿器において、８１％の省電力効果
を有することになる。実際の運転においても、従来の装
置と比較して、その冷却熱源の形態にもよるが、従来装
置の所要電力の７０〜８０％以下の電力で、運転が可能
である。
【００２９】又、制御量が従来の場合に比して、格段に
小さくなるので、温度、湿度の制御精度が向上し、温、
湿度制御の精度において、従来の装置が、±０.０５
℃、±０.５％ＲＨであったのに対して、本願装置で
は、±０.０２５℃、±０.２５％ＲＨを実現することが
できる。更に、従来は、使用温度の変更に伴い、空気線
図から、所要露点を読み取り、冷却器の設定を変える操
作を必要としたが、本願の場合は、そのような煩わしさ
がない。フロン冷媒を用いた冷凍機を冷却熱源に用いる
場合は、冷却能力の極限における運転を余儀なくされた
ために、装置の故障や短命化を招いたが、本願装置は、
供給空気の要求条件に応じることができる限度で、運転
するので、無理がなく、装置も長持ちする。
小さくなるので、温度、湿度の制御精度が向上し、温、
湿度制御の精度において、従来の装置が、±０.０５
℃、±０.５％ＲＨであったのに対して、本願装置で
は、±０.０２５℃、±０.２５％ＲＨを実現することが
できる。更に、従来は、使用温度の変更に伴い、空気線
図から、所要露点を読み取り、冷却器の設定を変える操
作を必要としたが、本願の場合は、そのような煩わしさ
がない。フロン冷媒を用いた冷凍機を冷却熱源に用いる
場合は、冷却能力の極限における運転を余儀なくされた
ために、装置の故障や短命化を招いたが、本願装置は、
供給空気の要求条件に応じることができる限度で、運転
するので、無理がなく、装置も長持ちする。
【図１】本発明の一実施態様を概念的に示す説明図であ
る。
る。
【図２】恒温恒湿空気供給装置の作用を説明するための
空気線図である。
空気線図である。
【図３】図１の空気冷却器の構成を示す説明図である。
【図４】従来装置の一例を示す説明図である。
２ 空気冷却器 ３ 空気加熱器 ４ 加湿器 ５ 送風機 ６ 温度検出器 ７ 湿度検出器 ９ 補正温度設定器 １０ 露点演算器 １１ 減算器 １２ 温度制御器 １２′ 湿度制御器 １５ 湿度設定器 １６ 温度設定器 １７ 増幅器 １８ 比較器 １９ 直流電源 ２２ 熱電変換素子 ２５ 露点温度検出器 Ｅ 冷却器温度設定信号発生手段 Ｆ 空気冷却器制御器 Ｇ 交流電源 ５０ ダクト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−5131（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−89350（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−34151（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−322268（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−82432（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−168556（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F24F 11/02 102
Claims (1)
- 【請求項１】送風機を備えた空気流路の空気取入口から
空気供給口に向かって、空気冷却器と、電熱ヒータから
成る空気加熱器と、水槽中に電熱ヒータを備えた加湿器
とを、この順序に配設し、空気出口付近には、供給空気
の温度検出器と湿度検出器とを備え、該温度検出器の検
出信号に基づいて空気加熱器の動作を制御する加熱器制
御器と、前記湿度検出器の検出信号に基づいて加湿器の
動作を制御する加湿器制御器とを有する恒温恒湿空気供
給装置において、前記空気冷却器が、伝熱板によって囲
まれた空気流路と該伝熱板に熱交換自在に密接する熱電
冷凍装置とによって構成されており、前記加熱器制御器
と加湿器制御器とに夫々設定した目標温度と目標湿度と
を、電気信号に変換して出力する設定温湿度出力手段
と、該設定温湿度出力手段からの入力信号により該設定
温湿度条件を有する空気の露点を算出し、該算出露点か
ら、冷却空気の湿度が目標温度まで加温された際に、若
干目標温度よりも不足するような状態まで冷却するため
の加湿調整用温度を減量補正した空気冷却器の目標冷却
温度を出力する冷却器温度設定信号発生手段を備え、前
記空気冷却器の冷却空気温度を検出する露点温度検出器
の温度検出信号と、冷却器温度設定信号発生手段からの
出力信号とを比較して、その偏差出力によって空気冷却
器を設定温度に維持する空気冷却器制御器を設けたこと
を特徴とする恒温恒湿空気供給装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11339697A JP3323984B2 (ja) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | 恒温恒湿空気供給装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11339697A JP3323984B2 (ja) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | 恒温恒湿空気供給装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10288382A JPH10288382A (ja) | 1998-10-27 |
| JP3323984B2 true JP3323984B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=14611250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11339697A Expired - Fee Related JP3323984B2 (ja) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | 恒温恒湿空気供給装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3323984B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3391742B2 (ja) * | 1999-07-22 | 2003-03-31 | ダイキンプラント株式会社 | 環境試験装置 |
| JP4795709B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2011-10-19 | エスペック株式会社 | 恒温恒湿装置 |
| KR100876185B1 (ko) | 2008-05-02 | 2008-12-31 | 주식회사 에이알 | 에너지 절약형 항온항습기와 그의 현열 냉각방법 및 냉각제습방법 |
| CN103453625A (zh) * | 2013-08-19 | 2013-12-18 | 苏州康华净化系统工程有限公司 | 一种车间恒温恒湿系统及其控制方法 |
| CN103447100B (zh) * | 2013-09-09 | 2015-03-18 | 南京林业大学 | 恒温恒湿箱 |
| JP6258110B2 (ja) * | 2014-04-14 | 2018-01-10 | エスペック株式会社 | 環境試験装置及び温湿度制御方法 |
| JP6889679B2 (ja) * | 2018-03-26 | 2021-06-18 | エスペック株式会社 | 温湿度調整装置、制御装置、制御方法及び制御プログラム |
| CN114322087B (zh) * | 2021-12-27 | 2023-05-09 | 海信空调有限公司 | 室内机、空调的控制方法、装置、空调及存储介质 |
-
1997
- 1997-04-14 JP JP11339697A patent/JP3323984B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10288382A (ja) | 1998-10-27 |
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