JP4036563B2 - 恒温・恒湿空気供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、除湿器、加熱器及び加湿器に順次空気を通過させ、空気出口で前記空気の温、湿度が予め設定された値になるべく調整する恒温・恒湿空気供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスで用いる装置の１つに、半導体を恒温・恒湿の雰囲気中で回転させながら該半導体の表面にレジストを塗布するスピンコーティング装置がある。
【０００３】
このスピンコーティング装置に対して恒温・恒湿の空気を供給するために、除湿器、加熱器及び加湿器に順次空気を通過させて該空気の温、湿度を予め設定された値に制御する恒温・恒湿空気供給装置が用いられる。
【０００４】
恒温・恒湿空気供給装置は、まず、入口から取り込んだ空気（入口空気）を上記除湿器によって冷却除湿するが、この時の除湿器の温度は、入口空気の温、湿度と予め設定された出口空気（供給空気）の目標温、湿度とによって設定することができる。
【０００５】
すなわち、例えば、上記目標温、湿度を２３℃、４５％とすると、図８の空気線図から明らかなように、入口空気の温、湿度が２３℃、４５％以下であれば該空気に対して除湿を行う必要がない。従って、この場合、除湿器の温度は２３℃より若干低い値（例えば、１７℃）に設定すれば良い。
【０００６】
一方、入口空気の温、湿度が２３℃、４５％よりも高い場合には、除湿が必要であり、従って、除湿器の温度を図８に示す飽和水蒸気温度１１℃以下（例えば、１０℃）に設定すれば良いことになる。
【０００７】
しかしながら、上記のように、除湿、非除湿の切り替わり時点で除湿器の温度を大きく変化させると（１０℃から１７℃）、除湿時に除湿器の冷却フィンに付着した水滴が該フィンの温度上昇に伴って気化する。すなわち、除湿器が一時的に上記水滴の蒸発による加湿動作を行うことになる。
【０００８】
そして、この一時的な加湿動作は、供給空気の温、湿度の誤差を許容範囲（例えば、温度誤差±０．１℃、湿度誤差±０．５％）から逸脱させるという不都合を生じさせる。
【０００９】
一方、入口空気の湿度は一定ではなく、例えば、その湿度が２３℃・３０％から２３℃・５０％まで１％／５分程度の割合で変動することもあり得る。
【００１０】
この場合、入口空気の湿度変化に応じて除湿器の温度を変化（温度の低下）させることになるが、上記温度変化に対して除湿器の温度変化が適正に対応できないため、供給空気の温、湿度の誤差が上記許容範囲を逸脱することになる。
【００１１】
そこで、従来では、入口空気の温、湿度に関係なく除湿器が常に除湿動作するように、該除湿器温度を必要以上に低めに設定していた。
【００１２】
このようにすれば、入口空気の温、湿度によらずに除湿器の温度が一定に保たれるので、上記供給空気の温、湿度を安定に維持できるが、反面、除湿が不要な場合にも除湿が実行され、また、除湿が必要な場合でも過剰な除湿が実行されることになる。つまり、除湿器において無駄なエネルギーが消費されて、運転コストが高騰することになった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来装置では、入口空気の湿度変動等により供給空気の温、湿度の誤差が許容範囲を逸脱するのを防ぐべく、入口空気の温、湿度に関係なく除湿器が常に除湿動作するように、該除湿器の温度を必要以上に低めに設定していたため、除湿が不要な場合でも除湿が実行されるとともに、除湿が必要な場合も過剰な除湿が実行される結果、除湿器において無駄なエネルギーが消費されて、運転コストが高騰するという問題点があった。
【００１４】
本発明は上述の問題点を解消し、無駄な除湿エネルギーを消費することなく供給空気の温、湿度を安定に維持することができる恒温・恒湿空気供給装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、除湿器、加熱器及び加湿器に順次空気を通過させ、空気出口で前記空気の温、湿度が予め設定された値になるべく調整する恒温・恒湿空気供給装置において、加湿器を制御する制御系の加湿操作量と所定の加湿量しきい値との比較結果に基づき、前記除湿器における除湿量の過不足を判定する除湿量判定手段と、前記除湿量の不足が判定された場合に、該除湿量を増大側に変化させ、前記除湿量の過剰が判定された場合に、該除湿量を減少側に変化させる除湿量制御手段と、除湿器を制御する制御系の除湿操作量を検出し、該検出された除湿操作量に基づき、前記加湿器における加湿量を制御する加湿量制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記除湿量制御手段は、除湿量の不足が判定された場合に除湿目標温度をより低い値に更新し、除湿量の過剰が判定された場合に前記除湿目標温度をより高い値に更新する除湿目標温度可変設定手段により構成されることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記加湿量制御手段は、前記検出された除湿操作量と所定の除湿量しきい値とを比較し、前記検出された除湿操作量が前記除湿量しきい値の上限値より大きい場合に前記加湿量しきい値をより小さい値に更新し、前記検出された除湿操作量が前記除湿量しきい値の下限値より小さい場合に前記加湿量しきい値をより大きい値に更新する加湿量しきい値可変設定手段により構成されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記加湿量しきい値可変設定手段は、出口空気の温、湿度の設定値に応じて前記除湿量しきい値を可変設定することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係わる恒温・恒湿空気供給装置１００の全体構成を示す側面図である。この恒温・恒湿空気供給装置１００において、除湿器１０、加熱器２０、加湿器３０は通気ダクト４０に配設されている。この通気ダクト４０は、図の左方に向かって下降傾斜しかつ右端が空気取入口４１ａとして開口した傾斜ダクト部４１と、この傾斜ダクト部４１の左方に位置した中間ダクト部４２と、この中間ダクト部４２の左方に位置した水平ダクト部４３とによって構成される。
【００２１】
まず、除湿器１０について説明する。除湿器１０は、図２に示すように、傾斜ダクト部４１の一側部に配設した３台の冷却ユニット１１と、この傾斜ダクト部４１の他側部に上記各冷却ユニット１１と対向して配置した３台の冷却ユニット１１とを備えている。
【００２２】
各冷却ユニット１１は、ペルチェ効果を利用した平板状の電子冷熱素子（サーモモジュールと称される）１２と、この冷熱素子１２の一方の面に付設した水冷板１３と、上記冷熱素子１２の他方の面に付設した熱交換体１４とを有し、冷熱素子１２及び水冷板１３が上記傾斜ダクト部４１の外側面に露出し、かつ上記熱交換体１４が該傾斜ダクト部４１の内方に位置する態様で傾斜ダクト部４１の側板に固定されている。
【００２３】
水冷板１３は、蛇行した通水管（図示せず）を内部に有し、この通水管に冷却水を流すことによって上記冷熱素子１２の一方の面を冷却する。また、熱交換体１４は、傾斜ダクト部４１の長手方向に沿う冷却フィンを多段配列した構成を有する。
【００２４】
上記冷却ユニット１１において、後述するスイッチング電源より冷熱素子１２に通電すると、この冷熱素子１２の一方の面の温度が上昇するとともに、他方の面の温度が低下する。そして、上記一方の面を水冷板１３で冷却することによって他方の面の温度がより低下される。
【００２５】
熱交換体１４は、冷熱素子１２の他方の面に配設されているので、該冷熱素子１２の通電に伴って冷却される。従って、熱交換体１４の冷却フィンに空気を通流させれば該空気が冷却除湿されることになる。
【００２６】
なお、上記傾斜ダクト部４１の出口部位には、温度センサＳ１が設けられ、また、上記中間ダクト部４２の底面には、ドレインパイプ５０が設けられている。
【００２７】
次に、加熱器２０について説明する。加熱器２０は、図１に示すように、水平ダクト部４３の入口下方区域に配設した４本の棒状ヒータ２１によって構成される。各ヒータ２１は、ヒータシースの周面にスパイラル状の放熱フィンを形成した構造を有し、それぞれ図１の紙面に垂直な方向に沿って配設されている。
【００２８】
ヒータ２１の上方には、水平ダクト部４３内を仕切る態様でガイド板５５が設けられている。このガイド板５５は、上方が上記傾斜ダクト部４１側に向かって湾曲し、かつ、その下端縁が上から２番目のヒータ２１の背部側方まで延びている。
【００２９】
更に、加湿器３０は、水平ダクト部４３の底部に設けた水槽３１と、この水槽３１内に配置したヒータ３２（図２参照）とを備え、水槽３１内に貯溜した水をヒータ３２によって加熱気化させることによって加湿する。
【００３０】
図２に示すように、水平ダクト部４３の背面には、送風機６０，６０を介して排気ダクト６５，６５が連結されている。各排気ダクト６５は上方に向かって延びている。そして、これらの上端を相互に連結し、その連結部位に温度センサＳ２及び湿度センサＳ３（図１参照）が付設されている。
【００３１】
この恒温・恒湿空気供給装置１００（図１参照）では、例えば、クリーンルーム内の空気が傾斜ダクト部４１の空気取入口４１ａより入口空気として除湿器１０に取り込まれ、該除湿器１０により上述した方法で冷却除湿された後、中間ダクト部４２を経て水平ダクト部４３へと送り込まれる。
【００３２】
水平ダクト部４３内では、上記除湿後の空気が加熱器２０のヒータ２１によって加熱され、次いで、加湿器３０で上述した水槽３１内の貯溜水の加熱気化作用により加湿される。その後、この水平ダクト部４３内の空気は、排気ダクト６５を通って出口空気としてスピンコーティング装置のカップ内に供給される。
【００３３】
次に、この空気供給プロセスにおける通流空気の除湿、加熱及び加湿制御の概略について説明する。
【００３４】
図３は、図１における恒温・恒湿空気供給装置１００の除湿、加熱及び加湿制御に係わる機能構成を示すブロック図である。この恒温・恒湿空気供給装置１００では、上述した除湿器１０、加熱器２０、加湿器３０に対応して、除湿制御部７０、加熱制御部８０、加湿制御部９０がそれぞれ設けられる。
【００３５】
除湿制御部７０では、上述した空気供給プロセスにおいて、温度センサＳ１による検出温度と除湿目標温度設定部７１により設定されている除湿目標温度との偏差に基づきＰＩＤ処理部７３でＰＩＤ処理を行い、このＰＩＤ処理信号に基づき、スイッチング電源７４が、温度センサＳ１による検出温度が除湿目標温度と一致するように除湿器１０の冷熱素子１２への通電の制御を行う。これにより、除湿器１０では、冷熱素子１２の冷却作用により入口空気に対する除湿が行われる。
【００３６】
加熱制御部８０では、上述した空気供給プロセスにおいて、温度センサＳ２による検出温度と予め設定されている出口空気の目標温度との偏差に基づきＰＩＤ処理部８３でＰＩＤ処理を行い、このＰＩＤ処理信号に基づき、ヒータ制御部８４が、温度センサＳ２の検出温度が出口空気の目標温度と一致するように加熱器２０のヒータ２１への通電の制御を行う。これにより、加熱器２０では、ヒータ２１の加熱作用により除湿器１０を経て送られてくる空気に対する加熱が行われる。
【００３７】
加湿制御部９０では、上述した空気供給プロセスにおいて、湿度センサＳ３による検出湿度と予め設定されている出口空気の目標湿度との偏差に基づきＰＩＤ処理部９３によりＰＩＤ処理を行い、このＰＩＤ処理信号に基づき、ヒータ制御部９４が、湿度センサＳ３の検出湿度が出口空気の目標湿度と一致するように加湿部３０のヒータ３２に対する通電の制御を行う。これにより、加湿部３０では、水槽３１内に貯溜した水がヒータ３２により加熱気化され、この水槽３１上を通流する空気の加湿が行われる。
【００３８】
加湿器３０での加湿時、ＰＩＤ処理部９３からのＰＩＤ処理信号は、ヒータ制御部９４の他、除湿器１０の除湿目標温度設定部７１にも与えられる。除湿目標温度設定部７１は、このＰＩＤ処理部９３からのＰＩＤ処理信号、すなわち加湿操作量に応じて除湿器１０における除湿目標温度を可変設定する制御を行う。
【００３９】
具体的に、除湿目標温度設定部７１は、加湿器３０のＰＩＤ処理部９３より与えられる加湿操作量と予め設定された加湿量しきい値ａ，ｃ（ａ＜ｃ）を基に、ａ≦加湿操作量≦ｃなる判定を行い、加湿操作量がａ以下の場合には、除湿器１０が除湿不足であると判断して除湿目標温度を下げるように（除湿操作量を増やすように）制御し、加湿操作量がｃ以上の場合には、除湿器１０が除湿過剰であると判断して除湿目標温度を上げるように（除湿操作量を減らすように）制御する。
【００４０】
この加湿操作量に応じた除湿目標温度の可変設定制御によって、除湿器１０のＰＩＤ処理部７３では、可変設定後の除湿目標温度と温度センサＳ１による検出温度との偏差に応じたＰＩＤ処理信号が新たに生成され、この信号に基づきスイッチング電源７４による冷熱素子１２への通電の制御が続行される。
【００４１】
この時、ＰＩＤ処理部７３からのＰＩＤ処理信号は、スイッチング電源７４の他、加湿量しきい値可変設定部１１０にも与えられる。加湿量しきい値可変設定部１１０は、ＰＩＤ処理部７３から与えられるＰＩＤ処理信号、すなわち、除湿操作量に応じて、除湿目標温度設定部７１が上述した除湿目標温度の可変設定において参照する加湿量しきい値ａ，ｃを可変設定する制御を行う。
【００４２】
具体的に、加湿量しきい値可変設定部１１０は、除湿器１０のＰＩＤ処理部７３より与えられる除湿操作量と予め設定された除湿量しきい値ｄ，ｅ（ｄ＞ｅ）を基に、ｄ≧除湿操作量≧ｅなる判定を行い、除湿操作量がｄ以上の場合には、除湿目標温度設定部７１で用いる加湿量しきい値をより小さくするように制御し（ａ，ｃの値を一定の割合で小さくする）、除湿操作量が下限値ｅ以下の場合には、上記加湿量しきい値を大きくするように制御する（ａ，ｃの値を一定の割合で大きくする）。
【００４３】
このように、本発明の恒温・恒湿空気供給装置１００では、まず、第１の制御として、除湿器１０の除湿不足運転状態と除湿過剰運転状態を加湿制御部９０の加湿操作量に基づいて判断し、除湿不足の場合には除湿器１０の温度を低下させる（除湿量を増やす）とともに、除湿過剰の場合には除湿器１０の温度を上昇させる（除湿量を減らす）ようにしている。
【００４４】
この第１の制御によれば、除湿器１０は出口空気（供給空気）の温度、湿度を安定に維持させながら、過不足のレベルが小さい状態（除湿が不要な場合における無駄な除湿が行われず、しかも除湿が必要な場合における過剰な除湿が行われないような状態）で除湿を実行することになり、これによって、除湿器１０における無駄なエネルギーの浪費を抑制できる。
【００４５】
更に、この恒温・恒湿空気供給装置１００では、第２の制御として、予め設定した除湿量しきい値を用いて除湿器１０の除湿操作量を監視し、該除湿操作量が上記除湿量しきい値の上限値より大きい場合には上記加湿量しきい値をより小さい値に設定し直し、該除湿操作量が上記除湿量しきい値の下限値より小さい場合には上記加湿量しきい値をより大きい値に設定し直すようにしている。
【００４６】
この第２の制御によれば、除湿器１０の除湿操作量が大きい場合には、加湿量しきい値をより小さい値に更新設定することにより、加湿器３０の加湿操作量を、この更新設定された加湿量しきい値に追従させてより小さい値（加湿量しきい値が一定でかつ比較的大きい値よりも小さい値）に安定させることができる。
【００４７】
加湿器３０の加湿操作量をより小さくすることは除湿操作量をより小さくすること、つまり除湿器１０の消費電力を更に抑制することにつながる。これにより、第１の制御（加湿操作量に基づく除湿目標温度の可変設定制御）と第２の制御（除湿操作量に基づく加湿量しきい値の可変設定制御）を併用した場合には、第１の制御のみを適用した場合に比べて、本装置１００全体の消費電力をより低減でき、更なる省エネルギー効果が見込める。
【００４８】
次に、本発明の恒温・恒湿空気供給装置１００における、加湿操作量に基づく除湿目標温度設定制御、及び除湿操作量に基づく加湿量しきい値設定制御について、図３及び図４を参照してより詳細に説明する。
【００４９】
まず、この恒温・恒湿空気供給装置１００（図３参照）では、運転開始直後、除湿目標温度設定部７１により除湿目標温度の初期値（ＳＶ１）が設定される。そして、除湿目標温度設定部７１は、当初、除湿目標温度Ｔ１としてこの初期値ＳＶ１を出力する。なお、除湿目標温度初期値ＳＶ１は、例えば、除湿器１０がその最大除湿機能の１／２の除湿機能を発揮し得るのに相当する値である。
【００５０】
この場合、除湿制御部７０の減算器７２からは、上記除湿目標温度ＳＶ１と、温度センサＳ１で検出される除湿器１０の出口部分の空気の温度との偏差を示す信号が出力され、この偏差信号はＰＩＤ処理部７３でＰＩＤ処理された後、スイッチング電源７４に入力される。この結果、スイッチング電源７４は、上記偏差がなくなるように各冷熱素子１２への供給電力を制御し、これによって、除湿器１０に導入された空気は、上記除湿目標温度ＳＶ１まで低下されて該除湿器１０から放出される。
【００５１】
周知のように、空気が含み得る水蒸気は、該空気の温度によって規定されるので、空気の温度を上記除湿目標温度ＳＶ１まで低下させることは、この空気の湿度を該除湿目標温度ＳＶ１で規定される値に設定することを意味する。
【００５２】
一方、加熱制御部８０の減算器８２からは、出口空気（供給空気）の目標温度Ｔ２と温度センサＳ２により検出される出口空気の実際の温度との偏差を示す信号が出力され、この偏差信号はＰＩＤ処理部８３でＰＩＤ処理された後、ヒータ制御部８４に入力される。
【００５３】
この結果、ヒータ制御部８４は、上記偏差がなくなるように加熱器２０の各ヒータ２１への供給電力を制御し、これによって、排気ダクト６５（図２参照）の出口における空気の温度が上記目標温度Ｔ２に整定される。
【００５４】
次に、加湿制御部９０の減算器９２からは、出口空気（供給空気）の目標湿度Ｈと湿度センサＳ３により検出される出口空気の実際の湿度との偏差を示す信号が出力され、この偏差信号はＰＩＤ処理部９３でＰＩＤ処理された後、ヒータ制御部９４に入力される。
【００５５】
この結果、ヒータ制御部９４は、上記偏差がなくなるように加湿器３０のヒータ３２への供給電力を制御し、これによって、排気ダクト６５（図２参照）の出口における空気の湿度が上記目標湿度Ｈに整定される。
【００５６】
上記動作中、除湿制御部７０のＰＩＤ処理部７３より出力される信号は除湿器１０を制御するための除湿操作量を表し、加湿制御部９０のＰＩＤ処理部９３より出力される信号は、加湿器３０を制御するための加湿操作量を表している。
【００５７】
本装置１００の運転中、除湿目標温度設定部７１では、上記加湿操作量に基づいて除湿器１０における除湿の不足または過剰を判定し、該判定結果に応じて除湿目標温度を可変設定する制御を行う。
【００５８】
すなわち、上記加湿操作量が一定時間連続してある大きさ以下であることは、除湿器１０から送出された空気の湿度が高くて加湿を余りする必要がない状態にあること、換言すれば、除湿器１０が除湿不足状態であるとの予測ができるため、この時には、除湿が増強されるように除湿目標温度をより小さな値に設定する。
【００５９】
これに対して、上記加湿操作量が一定時間連続してある大きさ以上であることは、除湿器１０から送出される空気の湿度が低すぎる状態であること、換言すれば、除湿器１０が除湿過剰状態であるとの予測ができるため、この時には、除湿が抑制されるように除湿目標温度をより大きな値に設定する。
【００６０】
この除湿目標温度設定部７１による除湿目標温度の可変設定制御は、図４のフローチャート上、ステップ４０１〜４０５の処理に相当する。
【００６１】
すなわち、本装置１００の運転中、除湿目標温度設定部７１では、加湿器３０のＰＩＤ処理部９３からの加湿操作量、出口空気の目標湿度Ｈ、湿度センサＳ３の検出出力、及び加湿量しきい値可変設定部１１０からの加湿量しきい値をそれぞれ取り込んで、以下のような処理を実行する。
【００６２】
なお、この処理に際し、加湿量しきい値可変設定部１１０からは、当初、加湿量しきい値ａ，ｃとして、（ａ＝２５％，ｃ＝３５％：ｍａｘ）なる初期値が与えられる。
【００６３】
除湿目標温度設定部７１は、この加湿量しきい値と、加湿制御部９０のＰＩＤ処理部９３から入力される加湿操作量とを比較することにより、除湿器１０における除湿の不足または過剰の判定を行う。
【００６４】
まず、除湿目標温度設定部７１は、上記加湿操作量が時間ｔ１（例えば、３０秒）連続してａ％（２５％）以下であるか否かを判断する（ステップ４０１）。なお、加湿器３０のヒータ３２が例えば１ＫＷの仕様のものであるとすると、加湿操作量が２５％の場合に、ヒータ制御部９４がヒータ３４に対して０．２５ＫＷの電力を供給していることになる。
【００６５】
ここで、加湿操作量が時間ｔ１連続してａ％以下である場合（ステップ４０１ＹＥＳ）、除湿目標温度設定部７１は、除湿器１０が除湿不足であると判断して、除湿目標温度を初期値ＳＶ１からΔＴだけ小さい値（ＳＶ１−ΔＴ）に更新する処理を行う（ステップ４０２）。
【００６６】
これに対し、加湿操作量が時間ｔ１連続してａ％以下でなかった場合（ステップ４０１ＮＯ）、除湿目標温度設定部７１は、上記目標湿度Ｈと、湿度センサＳ３で検出される出口空気の実際の湿度との差が±ｂ％（例えば、±０．２５％）以内であるか否かをチェックし（ステップ４０３）、出口空気の湿度が安定しているか否かを判断する。
【００６７】
ここで、上記差が±ｂ％以内であれば（ステップ４０３ＹＥＳ）、出口空気の湿度が安定していると判断し、次いで、除湿目標温度設定部７１は、加湿操作量がｃ％（３５％）以上であるか否かを判断する（ステップ４０４）。
【００６８】
ここで、加湿操作量がｃ％以上である場合（ステップ４０４ＹＥＳ）、除湿目標温度設定部７１は、除湿器１０が除湿過剰であると判断し、除湿目標温度を初期値ＳＶ１からΔＴだけ大きな値（ＳＶ１＋ΔＴ）に更新する処理を行う（ステップ４０５）。
【００６９】
上記ステップ４０２若しくはステップ４０５の後、あるいはステップ４０３で目標湿度Ｈと、湿度センサＳ３で検出される出口空気の実際の湿度との差が±ｂ％を超えていると判定された場合、及びステップ４０４で加湿操作量がｃ％以上でなかったと判定された場合、本装置１００では、加湿量しきい値可変設定部１１０における除湿操作量に基づく加湿量しきい値（除湿目標温度設定部７１が除湿目標温度を可変設定する際の除湿操作量の判定に用いられる）の可変設定制御へと移行する。
【００７０】
図４のフローチャート上、ステップ４０６〜４０９の処理が、この加湿量しきい値可変設定部１１０における加湿量しきい値可変設定制御に相当する。
【００７１】
なお、この処理に際し、加湿量しきい値可変設定部１１０には、当初、例えば、除湿量しきい値ｄ，ｅとして、（ｄ＝５１．５％，ｅ＝４６．５％）なる値が保持されている。この除湿量しきい値は、出口温湿度設定値に応じて可変されるものであるが、その算出方法については後で詳しく述べる。
【００７２】
加湿量しきい値可変設定部１１０は、上記除湿量しきい値と、除湿制御部７０のＰＩＤ処理部７３から入力される除湿操作量とを比較することにより、まず、該除湿操作量がｄ％（５１．５％）以上であるか否かを判断する（ステップ４０６）。
【００７３】
ここで、除湿操作量がｄ％以上である場合（ステップ４０６ＹＥＳ）、加湿量しきい値可変設定部１１０は、除湿目標温度設定部７１に与える加湿量しきい値を、それまで設定されていた例えば初期値（ａ＝２５％，ｃ＝３５％：ｍａｘ）からそれぞれΔｍｖだけ小さい値〔ａ＝ａ−Δｍｖ，ｃ＝ｃ−Δｍｖ（具体値としては、例えば、ａ＝１０％，ｃ＝２０％：ｍｉｎ）〕に更新する処理を行う（ステップ４０７）。
【００７４】
これに対し、除湿操作量がｄ％以上でなかった場合（ステップ４０６ＮＯ）、次いで、加湿量しきい値可変設定部１１０は、上記除湿操作量がｅ％（４６．５％）以下であるか否かを判断する（ステップ４０８）。
【００７５】
ここで、除湿操作量がｅ％以下である場合（ステップ４０８ＹＥＳ）、加湿量しきい値可変設定部１１０は、除湿目標温度設定部７１に与える加湿量しきい値を、それまで設定されていた例えば（ａ＝１０％，ｃ＝２０％：ｍｉｎ）からそれぞれΔｍｖだけ大きい値〔ａ＝ａ＋Δｍｖ，ｃ＝ｃ＋Δｍｖ（具体値としては、例えば、ａ＝２５％，ｃ＝３５％：ｍａｘ）〕に更新する処理を行う（ステップ４０９）。
【００７６】
その後、本装置１００が運転停止となるまで（ステップ４１０ＹＥＳ）、上記ステップ４０１からステップ４０９の処理を繰り返し実施する。
【００７７】
以上に述べた制御動作のうち、ステップ４０１〜４０５の処理によって実現される、加湿操作量に基づく除湿目標温度可変設定制御によれば、例えば、ステップ４０２で除湿目標温度ＴをΔＴだけ下げることによって、除湿器１０を通過する空気の温度がΔＴ（例えば、０．１℃）低下され、以後、ステップ４０１で除湿量の不足が判断される度にこの温度低下処理が実行される。この温度低下処理に伴って、除湿器１０から送出される空気の湿度が低下し、これは加湿器３０の加湿操作量を増大させるように作用する。
【００７８】
この作用により、その後、ステップ４０１の判断結果がＮＯになり、更にステップ４０３，４０４の判断結果が共にＹＥＳとなると、ステップ４０５で除湿目標温度ＴをΔＴだけ上げる処理が行われる。これにより、除湿器１０を通過する空気の温度がΔＴ（例えば、０．１℃）上昇される。この温度上昇処理に伴って、除湿器１０から送出される空気の湿度が上昇し、これは加湿器３０の加湿操作量を減少させるように作用する。
【００７９】
このように、ステップ４０１〜４０５の処理によれば、除湿器１０の除湿不足運転状態と除湿過剰運転状態が加湿制御部９０の加湿操作量に基づいて判断され、除湿不足の場合には除湿器１０の温度が低下（除湿量の上昇）されるとともに、除湿過剰の場合は、除湿器１０の温度が上昇（除湿量の低下）される。
【００８０】
従って、除湿器１０は出口空気（供給空気）の温度、湿度を安定に維持させながら、除湿が不要な場合における無駄な除湿が行われず、しかも除湿が必要な場合における過剰な除湿が行われないような状態で除湿を実行することになり、その結果、除湿器１０における無駄なエネルギーの浪費を抑制できる。
【００８１】
ここで、本装置１００において、上記ステップ４０１〜４０５の処理のみを適用し、ステップ４０６以降の処理を適用しなかった状況を考えてみる。この場合、加湿操作量を基に除湿器１０の除湿不足あるいは除湿過剰を判定するための加湿量しきい値ａ，ｃが固定値として設定され結果、運転を続けるうちに、加湿操作量は必然的にａ〜ｃの間に安定することになる。
【００８２】
この状況を、従来の技術の欄で述べたような入口空気の変動による追従性の観点から考えた場合、ａを小さくすると変動に追従することができなくなる（除湿不足となり湿度が制御精度範囲を逸脱する）ため、ａの値はある程度大きめな値（例えば、上記実施例で述べたｍａｘ値）に設定しておく必要がある。
【００８３】
しかしながら、この場合、加湿操作量も当該加湿量しきい値に追従して比較的大きな値に安定するため、除湿操作量もある程度大きな値に留まることとなり、消費電力の低減効果には限界が生じる。
【００８４】
そこで、本発明では、上記ステップ４０１〜４０５の処理に続いてステップ４０６〜４０９の処理を実行することで、加湿操作量に基づく除湿量の制御と、除湿操作量に基づく加湿量の制御（加湿量しきい値可変設定制御）を併用するようにしたものである。
【００８５】
このステップ４０６から４０９における処理（除湿操作量に基づく加湿量しきい値の可変設定処理）においては、例えば、除湿操作量が除湿量しきい値の上限値ｄ％以上の時に加湿量しきい値がより小さい値に更新される。
【００８６】
これにより、本装置１００の運転中、加湿器３０における加湿操作量は、新たに更新設定されたより小さい加湿量しきい値に追従したより小さな値に安定するようになる。加湿操作量が小さくなると、当然の如く、その分だけ除湿操作量も小さくなり、その結果、除湿器１０における消費電力が小さくなって更なる省エネルギー化が図れるようになる。
【００８７】
例えば、上記実施例では、加湿量しきい値を（ａ＝２５％，ｃ＝３５％：ｍａｘ）から（ａ＝１０％，ｃ＝２０％：ｍｉｎ）の範囲内で増減できるようにしているが、この場合、加熱操作量が最大でｍａｘ−ｍｉｎ＝（２５−１０）％相当分だけ減少されるのに伴って、除湿操作量もその分だけ小さくできる。
【００８８】
なお、加湿量しきい値を小さくすると、入口空気の変動による追従性が問題になるが（除湿不足となり湿度が制御精度範囲を逸脱する）、本発明では、ステップ４０１〜４０５において、加湿操作量に基づき除湿目標温度を可変設定する処理を行い、入口空気の除湿が安定期に入ってから除湿操作量に応じて加湿量しきい値を小さくするように制御するため、こうした状況には至らずに済む。
【００８９】
ここで、本発明の恒温・恒湿空気供給装置１００の動作特性について検証してみる。
【００９０】
図５及び図６は、この恒温・恒湿空気供給装置１００における入口空気による除湿温度、除湿操作量の変化を表した図である。
【００９１】
ここで、図５は、本装置１００において、加湿操作量に基づき除湿目標温度を可変設定する第１の制御（図４におけるステップ４０１〜４０５の処理に相当）のみを適用した場合の上記変化を表したものであり、図６は、上記第１の制御と、除湿操作量に基づき加湿量しきい値を可変設定する第２の制御（図４におけるステップ４０６〜４０９の処理に相当）を併用した場合の上記変化を表したものである。
【００９２】
図５からも明らかなように、第１の制御（加湿操作量に基づく除湿目標温度の可変設定制御）のみを適用した場合、加湿操作量は、この時に用いられる固定値から成る加湿量しきい値ａ，ｃの間に安定する。
【００９３】
この場合、除湿操作量も加湿操作量に応じた値となり、極端な加湿不足あるいは加湿過剰が抑えられるため、相応の省電力効果が期待できる。
【００９４】
しかしながら、この場合、加湿量しきい値ａ，ｃが固定値であるため、除湿操作量が比較的高めのレベルに安定し、その結果、省電力効果には限界がある。
【００９５】
これに対し、第１の制御（加湿操作量に基づく除湿目標温度の可変設定制御）と、第２の制御（除湿操作量に基づく加湿量しきい値可変設定制御）を併用した場合、図６に示す如く、除湿操作量が同図のＸ点で除湿量しきい値の上限値ｄを超えたところで、加湿量しきい値ａ，ｃがそれまでの値に比べてより小さい値に更新される。この時、加湿操作量は、この更新されたより小さな加湿量しきい値の間〔（ａ−Δｍｖ）≦加湿操作量≦（ｃ−Δｍｖ）〕に安定する。
【００９６】
これにより、除湿操作量もこのより小さな加湿操作量に応じた値（図５に示す除湿操作量よりも更に小さな値）となり、その結果、図５の場合に比べて、消費電力をより少なくすることができる。
【００９７】
本発明の発明者は、本装置１００を用いて、上記第１の制御（加湿操作量に基づく除湿目標温度の可変設定制御）のみを適用した場合（図５における動作特性に相当）と、該第１の制御及び第２の制御（除湿操作量に基づく加湿量しきい値可変設定制御）を併用した場合（図６における動作特性に相当）とについて下記の運転条件で試験運転を行った結果、消費電力特性に関して図７に示す如くの試験結果を得た。
【００９８】
この時の運転条件は、共に、風速０．４ｍ／ｓｅｃ、放熱水３０℃・６［ｌ／ｍｉｎ］、設定温度２３℃・４５％、純水供給圧力０．０５Ｍｐａ、入口空気２３℃・５０％である。
【００９９】
図７からも分かるように、上記運転条件での試験運転の結果、第１の制御と第２の制御とを併用した場合（試験運転２）、第１の制御のみを適用した場合（試験運転１）に比べて約１８％の省電力効果があることが認められた。
【０１００】
なお、この恒温・恒湿空気供給装置１００で上記第１の制御と上記第２の制御とを併用した場合において、図４に示す実施例では、除湿量しきい値として（ｄ＝５１．５％，ｅ＝４６．５％）なる値を用いて加湿量しきい値を操作する場合について述べたが、この除湿量しきい値は出口温湿度設定値に基づき算出できる、つまり、出口温湿度設定値に応じて可変可能なものである。
【０１０１】
除湿量しきい値を算出するには、まず、出口温湿度設定値の絶対湿度（Ｘ）を求める。
【０１０２】
絶対湿度（Ｘ）は、
Ｘ＝0.622×［（相対湿度×飽和水蒸気分圧）／〔大気圧−（相対湿度×飽和水蒸気分圧）〕］ …… （１）
但し、大気圧＝760ｍｍＨｇ
なる式により求めることができる。
【０１０３】
上記（１）式により、例えば、温度２３℃、湿度４５％の設定値の場合における絶対湿度（Ｘ）は、
Ｘ＝0.622×［（0.45×21.131142）／〔760−（0.45×21.131142）〕］
＝0.007880982924
となる。
【０１０４】
なお、実際の運用では、温度２３℃、湿度４５％の設定値の場合の絶対湿度（Ｘ）は、湿度に関するマージン分（５％）をみて温度２３℃、湿度４０％として算出するのが望ましい。
【０１０５】
次に、絶対湿度（Ｘ）から露点温度到達除湿操作量となるｅを求め、更に、このｅからｄを求める。
【０１０６】
ｅ及びｄは、それぞれ、
ｅ＝−13005.07028×絶対湿度（Ｘ）＋137.4927662 …… （２）
ｄ＝ｅ＋５ …… （３）
なる式により求めることができる。
【０１０７】
上記（２）式から、温度２３℃、湿度４５％の設定値の場合のｅの値を求める場合、この時の絶対湿度（Ｘ）は、上述の如く、マージン分を５％をみて温度２３℃、湿度４０％で算出するから、
Ｘ＝0.622×［（0.40×21.131142）／〔760−（0.40×21.131142）〕］
＝0.006995469
となり、これを上記（２）に代入することにより、
ｅ＝−13005.07028×0.006995469＋137.4927662＝４６．５
となる。
【０１０８】
更に、このｅの値から上記（３）式によりｄを求めると、
ｄ＝ｅ＋５＝５１．５
となる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加湿器を制御する制御系の加湿操作量を所定の加湿量しきい値と比較して除湿器における除湿量の過不足を判定し、除湿量の不足または過剰に応じて該除湿量を増大または減少させる第１の制御と、除湿器を制御する制御系の除湿操作量を検出し、この検出された除湿操作量に基づき加湿器における加湿量を制御する第２の制御とを併用してものである。
【０１１０】
上記第１の制御よれば、除湿が不要な場合における無駄な除湿、及び除湿が必要な場合における過剰な除湿を抑制でき、上記第２の制御によれば、上記第１の制御により除湿器における無駄な除湿及び過剰な除湿が抑制された状態で、更に、除湿操作量に基づき加湿量をより小さくなるように制御する（例えば、除湿操作量に応じて上記加湿量しきい値をより小さい値に更新する）のに合わせて、除湿器における除湿量を更に小さい値に安定させることができる。
【０１１１】
よって、本発明では、上記第１の制御と上記第２の制御の相乗作用により、常に過不足のない除湿を行うように除湿器を運転でき、該除湿器における無駄なエネルギーの消費を抑えて、運転コストを大幅に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる恒温・恒湿空気供給装置の全体構成を示す側面図。
【図２】本発明に係わる装置の冷却ユニットの構成と取付態様を示す平面図。
【図３】本発明に係わる装置の制御機能構成を示すブロック図。
【図４】本発明に係わる装置の制御動作を示すフローチャート。
【図５】図４のステップ４０１〜４０５に相当する第１の制御のみを適用した場合の本発明装置の動作特性図。
【図６】第１の制御に図４のステップ４０６〜ステップ４０９に相当する第２の制御を併用した場合の本発明装置の動作特性図。
【図７】第１の制御のみを適用した場合と第１の制御及び第２の制御を併用した場合とにおける本発明装置の試験運転時の消費電力の比較図。
【図８】空気の温度と湿度の関係を示す線図。
【符号の説明】
１００ 恒温・恒湿空気供給装置
１０ 除湿器
１１ 冷却ユニット
１２ 冷熱素子
１３ 水冷板
１４ 熱交換体
２０ 加熱器
２１ ヒータ
３０ 加湿器
３１ 水槽
３２ ヒータ
４０ 通気ダクト
６０ 送風機
６５ 排気ダクト
７０ 除湿制御部
７１ 除湿目標温度設定部
８０ 加熱制御部
９０ 加湿制御部
１１０ 加湿量しきい値可変設定部
Ｓ１，Ｓ２ 温度センサ
Ｓ３ 湿度センサ

Claims (4)

1. 除湿器、加熱器及び加湿器に順次空気を通過させ、空気出口で前記空気の温、湿度が予め設定された値になるべく調整する恒温・恒湿空気供給装置において、
   加湿器を制御する制御系の加湿操作量と所定の加湿量しきい値との比較結果に基づき、前記除湿器における除湿量の過不足を判定する除湿量判定手段と、
   前記除湿量の不足が判定された場合に、該除湿量を増大側に変化させ、前記除湿量の過剰が判定された場合に、該除湿量を減少側に変化させる除湿量制御手段と、
   除湿器を制御する制御系の除湿操作量を検出し、該検出された除湿操作量に基づき、前記加湿器における加湿量を制御する加湿量制御手段と
   を具備することを特徴とする恒温・恒湿空気供給装置。
2. 前記除湿量制御手段は、除湿量の不足が判定された場合に除湿目標温度をより低い値に更新し、除湿量の過剰が判定された場合に前記除湿目標温度をより高い値に更新する除湿目標温度可変設定手段により構成されることを特徴とする請求項１記載の恒温・恒湿空気供給装置。
3. 前記加湿量制御手段は、前記検出された除湿操作量と所定の除湿量しきい値とを比較し、前記検出された除湿操作量が前記除湿量しきい値の上限値より大きい場合に前記加湿量しきい値をより小さい値に更新し、前記検出された除湿操作量が前記除湿量しきい値の下限値より小さい場合に前記加湿量しきい値をより大きい値に更新する加湿量しきい値可変設定手段により構成されることを特徴とする請求項１記載の恒温・恒湿空気供給装置。
4. 前記加湿量しきい値可変設定手段は、出口空気の温、湿度の設定値に応じて前記除湿量しきい値を可変設定することを特徴とする請求項３記載の恒温・恒湿空気供給装置。

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