JP6901747B2 - 加湿槽付き空調機 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に加えて加湿槽をも備えた空調機に関する。

従来より、空気の温度及び湿度を高精度に調整する空調機が、様々な用途に用いられている。例えば、クリーンルーム内に設置された露光装置に対して温度及び湿度が高精度に調整された空気を供給するために、そのような空調機が利用されている。

空調機において、加湿機能を高めるために、加湿槽が導入されることがある。加湿槽とは、当該加湿槽内の水をヒータによって加温することで、水蒸気を発生させることができる装置である。例えば、特許文献１に、そのような加湿槽（貯水槽：貯水槽に溜まった水を加湿用ヒータで加熱する）が開示されている。

特開２００１−２４１７２６

本件出願人が従来製造していた空調機を、図４に示す。

図４に示すように、従来の空調機５０は、空気を取り込むための空気取込口５１と、空気取込口５１から取り込んだ空気を冷却するための冷却用熱交換器５２と、冷却用熱交換器５２によって冷却された空気を加温するための加温用熱交換器５３と、加温用熱交換器５３によって加温された空気を加湿するための加湿槽５４と、加湿槽５４によって加湿された空気を供給するための空気供給口５５と、を備えている。

空気取込口５１から冷却用熱交換器５２及び加温用熱交換器５３を経て空気供給口５５まで、空気通路６１によって空気が案内されるようになっている。空気供給口５５には、当該空気供給口５５を開閉する空気供給口ダンパ５５ｄが設けられている。

加湿槽５４は、空気通路６１の加温用熱交換器５３の下流側において当該空気通路６１内の空気に水蒸気を供給することによって、当該空気を加湿するようになっている。更に具体的には、加湿槽５４は、当該加湿槽５４内の水をヒータ５４ｈによって加温することで水蒸気を発生させるようになっている。

また、空気通路６１の加湿槽５４による加湿領域よりも下流側において、当該空気通路６１内の空気を空気供給口５５へと送る送風機６２が設けられている。そして、空気通路６１の送風機６２よりも下流側において、当該空気通路６１内の空気の温度を検知する温度センサ６４と、当該空気通路６１内の空気の湿度を検知する湿度センサ６５と、が設けられている。

更に、送風機６２と温度センサ６４及び湿度センサ６５との間には、ケミカルフィルタ６６が設けられており、温度センサ６４及び湿度センサ６５と空気供給口５５との間にも、ケミカルフィルタ６７が設けられている。

以上のような従来の空調機５０は、クリーンルーム内に設置された露光装置に対して温度及び湿度が高精度に調整された空気を供給するために、利用されている。

空調機５０の動作について説明すれば、空調機５０が稼働している状態においては、加湿槽５４内に蓄えられた水が、当該加湿槽内に設けられたヒータ５４ｈによって加温されている。

そして、何らかの事情により（例えばメンテナンス時）、空調機５０からの空気供給を停止させるべく空調機５０の運転が停止される場合、空気供給口ダンパ５５ｄが閉じられ、送風機６２の運転が停止される。また、加湿槽５４内のヒータ５４ｈへの通電が停止され、加湿槽５４内の水は自然冷却によって温度が下がっていく。

しかしながら、加湿槽５４内の水は急激には冷えないため、しばらくの間は自然蒸発しやすい状態を保つ。一方で、送風機６２の運転が停止されているため、加湿槽５４から供給される水蒸気によって空気通路６１内の空気が加湿される状態が継続され、そのような高湿度の空気が空気通路６１内に滞留することとなる。

問題は、その後の空調機５０の再始動時に生じる。すなわち、空調機５０の再始動時には、空気供給口ダンパ５５ｄが開けられ、送風機６２の運転が再開されるが、この時、空気通路６１内に滞留していた高湿度の空気が、所望の湿度条件を満たすか否かに拘わらず、空気供給口５５から供給されてしまう。

このために、クリーンルーム内に設置された露光装置において、水滴が付くといった不具合を発生させてしまうことがあった。

本件発明者は、このような問題点を解消するために、空調機５０の運転を停止する際に加湿槽５４の水を抜くという方策について鋭意検討を進めてきた。しかしながら、水を抜いても、加湿槽５４の壁面に残存する僅かな水によって加湿が継続されてしまって、問題を解消するには至らなかった。

本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、空調機の再始動時において、空気通路内に滞留していた高湿度の空気が所望の湿度条件を満たすか否かに拘わらず空気供給口から供給されてしまう、という問題を解消できる空調機を提供することである。

本発明は、空気を取り込むための空気取込口と、前記空気取込口から取り込んだ空気を冷却するための冷却用熱交換器と、前記冷却用熱交換器によって冷却された空気を加温するための加温用熱交換器と、前記加温用熱交換器によって加温された空気を加湿するための加湿槽と、前記加湿槽によって加湿された空気を供給するための空気供給口と、前記空気取込口から前記冷却用熱交換器及び前記加温用熱交換器を経て前記空気供給口まで空気を案内する空気通路と、を備え、前記加湿槽は、前記空気通路の前記加温用熱交換器の下流側において当該空気通路内の空気に水蒸気を供給することによって当該空気を加湿するようになっており、前記空気通路の前記加湿槽による加湿領域よりも下流側において、前記空気供給口とは別個の空気排出口が設けられており、前記空気排出口からの空気の排出を遮断して前記空気供給口から空気を供給する通常運転状態と、前記空気供給口からの空気の供給を遮断して前記空気排出口から空気を排出する空気排出状態と、を切替える空気通路切替手段が設けられており、前記別個の空気排出口は、前記加湿領域と前記空気供給口との間に配置されていることを特徴とする加湿槽付き空調機である。

本発明によれば、空気通路の加湿槽による加湿領域よりも下流側において空気供給口とは別個の空気排出口が加湿領域と空気供給口との間に設けられており、空気供給口からの空気の供給を遮断して空気排出口から空気を排出する空気排出状態を利用することにより、例えば空調機の再始動時において空気通路内に滞留していた高湿度の空気を、空気供給口から供給せずに空気排出口から排出することができる。これにより、空調機の再始動時において、空気通路内に滞留していた高湿度の空気が所望の湿度条件を満たすか否かに拘わらず空気供給口から供給されてしまう、という問題を解消することができる。

例えば、前記加湿槽は、当該加湿槽内の水をヒータによって７０℃前後に加温することで水蒸気を発生させるようになっている。本件発明者の知見によれば、７０℃前後という温度範囲が空気を加湿する上で効果的である。一方、７０℃前後という温度範囲にまで加温された水は、自然冷却によって温度降下する（冷える）のに時間がかかり、空気通路内の空気を高湿度に加湿してしまうが、本発明によれば当該高湿度の空気が空気供給口から供給されてしまうことが回避されるため、問題が生じない。

好ましくは、前記空気通路の前記加湿槽による加湿領域よりも下流側において、当該空気通路内の空気の湿度を検知する湿度センサが設けられており、前記湿度センサによって検知される湿度に基づいて前記空気通路切替手段を制御する制御装置が設けられている。

この場合、例えば空気通路内を通流する空気の湿度が所望の湿度条件を満たすようになったタイミングで、制御装置が空気通路切替手段を制御して、空気排出状態から通常運転状態に切替えることができる。これにより、高湿度の空気が空気供給口から供給されてしまうことが回避される一方で、湿度調整後の空気が空気排出口から無駄に排出されてしまうことも効果的に回避できる。

また、好ましくは、前記空気通路の前記加湿槽による加湿領域よりも下流側において、当該空気通路内の空気を前記空気供給口または前記空気排出口へと送る送風機が設けられている。この場合、空気取込口からの空気の取り込み、及び、空気供給口からの空気の供給を、安定的に行うことができる。

この場合、前記空気通路切替手段は、前記通常運転状態及び前記空気排出状態に加えて、前記空気供給口からの空気の供給と前記空気排出口からの空気の排出との両方を遮断する遮断状態にも切替えることができるようになっており、前記送風機は、前記遮断状態において停止されるようになっていることが、更に好ましい。

また、前記空気通路切替手段は、前記空気供給口を開閉する空気供給口ダンパと、前記空気排出口を開閉する空気排出口ダンパと、を有していることが好ましい。

また、前記空気供給口は、露光装置に接続されていることが好ましい。

本発明によれば、空気通路の加湿槽による加湿領域よりも下流側において空気供給口とは別個の空気排出口が設けられており、空気供給口からの空気の供給を遮断して空気排出口から空気を排出する空気排出状態を利用することにより、例えば空調機の再始動時において空気通路内に滞留していた高湿度の空気を、空気供給口から供給せずに空気排出口から排出することができる。これにより、空調機の再始動時において、空気通路内に滞留していた高湿度の空気が所望の湿度条件を満たすか否かに拘わらず空気供給口から供給されてしまう、という問題を解消することができる。

本発明の一実施形態に係る加湿槽付き空調機の構成を示す概略図である。 図１に空気の状態（一例）の情報を書き込んだ図である。 図２に示す空気の状態の遷移に対応する湿り空気ｈ−ｘ線図である。 従来の加湿槽付き空調機の構成を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る加湿槽付き空調機１０の構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態の加湿槽付き空調機１０は、空気を取り込むための空気取込口１１と、空気取込口１１から取り込んだ空気を冷却するための冷却用熱交換器１２（具体的には例えば冷却コイル）と、冷却用熱交換器１２によって冷却された空気を加温するための加温用熱交換器１３（具体的には例えば加温コイル）と、加温用熱交換器１３によって加温された空気を加湿するための加湿槽１４と、加湿槽１４によって加湿された空気を供給するための空気供給口１５と、を備えている。

空気取込口１１から冷却用熱交換器１２及び加温用熱交換器１３を経て空気供給口１５まで、空気通路２１によって空気が案内されるようになっている。空気供給口１５には、当該空気供給口１５を開閉する空気供給口ダンパ１５ｄが設けられている。

加湿槽１４は、空気通路２１の加温用熱交換器１３の下流側において当該空気通路２１内の空気に水蒸気を供給することによって、当該空気を加湿するようになっている。更に具体的には、加湿槽１４は、当該加湿槽１４内の水をヒータ１４ｈによって７０℃前後にまで加温することで水蒸気を発生させるようになっている。

また、空気通路２１の加湿槽１４による加湿領域よりも下流側において、当該空気通路２１内の空気を空気供給口１５へと送る送風機２２が設けられている。そして、空気通路２１の送風機２２よりも下流側において、当該空気通路２１内の空気の温度を検知する温度センサ２４と、当該空気通路２１内の空気の湿度を検知する湿度センサ２５と、が設けられている。

更に、送風機２２と温度センサ２４及び湿度センサ２５との間には、ケミカルフィルタ２６が設けられており、温度センサ２４及び湿度センサ２５と空気供給口１５との間にも、ケミカルフィルタ２７が設けられている。

そして、本実施形態の特徴として、空気通路２１の加湿槽１４による加湿領域よりも下流側において、空気供給口１５とは別個の空気排出口１６が設けられている。空気排出口１６には、当該空気排出口１６を開閉する空気排出口ダンパ１６ｄが設けられている。空気排出口１６から排出される空気は、不図示の管路を介して空調機外へ排出される。

本実施形態では、空気供給口ダンパ１５ｄと空気排出口ダンパ１６ｄとが、空気通路切替手段として、空気排出口１６からの空気の排出を遮断して空気供給口１５から空気を供給する通常運転状態と、空気供給口１５からの空気の供給を遮断して空気排出口１６から空気を排出する空気排出状態と、を切替えるように構成されている。

より具体的には、空気供給口ダンパ１５ｄと空気排出口ダンパ１６ｄとは、制御装置１７に接続されていて、温度センサ２４によって検知される温度に基づいて及び／または湿度センサ２５によって検知される湿度に基づいて、当該制御装置１７によって制御されるようになっている。例えば、空気通路２１内を通流する空気の湿度が所望の湿度条件を満たすようになったタイミングで、制御装置１７が空気供給口ダンパ１５ｄ及び空気排出口ダンパ１６ｄ（空気通路切替手段）を制御して、空気排出状態から通常運転状態に切替えるようになっている。

次に、本実施形態の作用について説明する。

空調機１０が稼働している状態においては、加湿槽１４内に蓄えられた水が、当該加湿槽内に設けられたヒータ１４ｈによって７０℃前後まで加温されている。また、空気供給口ダンパ１５ｄが開けられ、空気排出口ダンパ１６ｄは閉じられ、送風機２２が連続運転されている。

空調機１０が稼働している際の空気の状態の一例が、図２に書き込んである。また、図２に示す空気の状態の遷移に対応する湿り空気ｈ−ｘ線図を、図３に示している。

図２及び図３に示すように、本例においては、空気取込口１１で取り込まれる空気の温度は２４℃、相対湿度は６０％ＲＨ、である。このような空気が、冷却用熱交換器１２（冷却コイル）によって相対湿度が１００％ＲＨとなるまで冷却される。本例では、７．４℃にまで降温される。次に、当該空気が、加温用熱交換器１３（加温コイル）によって所望の温度にまで加温される。本例では、１９．１℃にまで加温され、その結果、湿度は４６．５％ＲＨにまで下がる。その後、加湿槽１４によって加湿がなされ、その結果、湿度は５９％ＲＨとなり、温度も１９．６℃と僅かに加温される。加湿後の空気は、送風機２２の作用によって安定的に空気供給口１５に送られる。空気供給口１５から供給される空気の温度は２２．２℃、相対湿度は５０％ＲＨ、である（これらの値は、温度センサ２４及び湿度センサ２５によって検知された値である）。

さて、何らかの事情により（例えばメンテナンス時）、空調機１０からの空気供給を停止させるべく空調機１０の運転が停止される場合、空気供給口ダンパ１５ｄが閉じられ（空気排出口ダンパ１６ｄは閉じたままである：遮断状態）、送風機２２の運転が停止される。また、加湿槽１４内のヒータ１４ｈへの通電が停止され、加湿槽１４内の水は自然冷却によって温度が下がっていく。

加湿槽１４内の水は急激には冷えないため、しばらくの間は自然蒸発しやすい状態を保つ。一方で、送風機２２の運転が停止されているため、加湿槽１４から供給される水蒸気によって空気通路２１内の空気が加湿される状態が継続され、そのような高湿度の空気が空気通路２１内に滞留することとなる。

本実施形態では、空調機５０の再始動時において、湿度センサ２５によって検知される湿度が供給するべき空気の湿度を超えている場合には、制御装置１７によって、直ちに空気供給口ダンパ１５ｄが開けられないで、代わりに空気排出口ダンパ１６ｄが開けられる。これにより、空気通路６１内に滞留していた高湿度の空気が、所望の湿度条件を満たしていない場合には、空気供給口１５から供給されることなく、空気排出口１６から排出される。

要するに、本実施形態の空調機１０によれば、空気通路２１の加湿槽１４による加湿領域よりも下流側において空気供給口１５とは別個の空気排出口１６が加湿領域と空気供給口１５との間に設けられており、空気供給口１５からの空気の供給を遮断して空気排出口１６から空気を排出する空気排出状態を利用することにより、空調機１０の再始動時において空気通路２１内に滞留していた高湿度の空気を、空気供給口１５から供給せずに空気排出口１６から排出することができる。これにより、空調機１０の再始動時において、空気通路２１内に滞留していた高湿度の空気が所望の湿度条件を満たすか否かに拘わらず空気供給口から供給されてしまう、という問題を解消することができる。

また、本実施形態では、加湿槽１４内の水をヒータによって７０℃前後に加温することで水蒸気を発生させるようになっている。本件発明者の知見によれば、７０℃前後という温度範囲が空気を加湿する上で効果的である。一方、７０℃前後という温度範囲にまで加温された水は、自然冷却によって温度降下する（冷える）のに時間がかかり、空気通路２１内の空気を高湿度に加湿してしまうが、本実施形態によれば当該高湿度の空気が空気供給口１５から供給されてしまうことが回避されるため、問題が生じない。

また、本実施形態では、空気通路２１の加湿槽１４による加湿領域よりも下流側において、当該空気通路２１内の空気の温度を検知する温度センサ２４と当該空気通路２１内の空気の湿度を検知する湿度センサ２５とが設けられており、温度センサ２４によって検知される温度に基づいて及び／または湿度センサ２５によって検知される湿度に基づいて空気供給口ダンパ１５ｄ及び空気排出口ダンパ１６ｄ（空気通路切替手段）を制御する制御装置１７が設けられている。このため、例えば空気通路２１内を通流する空気の温度及び／または湿度が所望の条件を満たすようになったタイミングで、制御装置１７が空気供給口ダンパ１５ｄ及び空気排出口ダンパ１６ｄ（空気通路切替手段）を制御して、空気排出状態から通常運転状態に切替えることができる。これにより、高湿度の空気が空気供給口１５から供給されてしまうことが回避される一方で、温度及び／または湿度調整後の空気が空気排出口１６から無駄に排出されてしまうことも効果的に回避できる。

１０ 空調機
１１ 空気取り入口
１２ 冷却用熱交換器（冷却コイル）
１３ 加温用熱交換器（加温コイル）
１４ 加湿槽
１４ｈ ヒータ
１５ 空気供給口
１５ｄ 空気供給口ダンパ
１６ 空気排出口
１６ｄ 空気排出口ダンパ
１７ 制御装置
２１ 空気通路
２２ 送風機
２４ 温度センサ
２５ 湿度センサ
２６ ケミカルフィルタ
２７ ケミカルフィルタ
５０ 空調機（従来タイプ）
５１ 空気取り入口
５２ 冷却用熱交換器
５３ 加温用熱交換器
５４ 加湿槽
５４ｈ ヒータ
５５ 空気供給口
５５ｄ 空気供給口ダンパ
６１ 空気通路
６２ 送風機
６４ 温度センサ
６５ 湿度センサ
６６ ケミカルフィルタ
６７ ケミカルフィルタ

Claims (7)

1. 空気を取り込むための空気取込口と、
   前記空気取込口から取り込んだ空気を冷却するための冷却用熱交換器と、
   前記冷却用熱交換器によって冷却された空気を加温するための加温用熱交換器と、
   前記加温用熱交換器によって加温された空気を加湿するための加湿槽と、
   前記加湿槽によって加湿された空気を供給するための空気供給口と、
   前記空気取込口から前記冷却用熱交換器及び前記加温用熱交換器を経て前記空気供給口まで空気を案内する空気通路と、
   を備え、
   前記加湿槽は、前記空気通路の前記加温用熱交換器の下流側において当該空気通路内の空気に水蒸気を供給することによって当該空気を加湿するようになっており、
   前記空気通路の前記加湿槽による加湿領域よりも下流側において、前記空気供給口とは別個の空気排出口が設けられており、
   前記空気排出口からの空気の排出を遮断して前記空気供給口から空気を供給する通常運転状態と、前記空気供給口からの空気の供給を遮断して前記空気排出口から空気を排出する空気排出状態と、を切替える空気通路切替手段が設けられており、
   前記別個の空気排出口は、前記加湿領域と前記空気供給口との間に配置されている
   ことを特徴とする加湿槽付き空調機。
2. 前記加湿槽は、当該加湿槽内の水をヒータによって７０℃前後に加温することで水蒸気を発生させるようになっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の加湿槽付き空調機。
3. 前記空気通路の前記加湿槽による加湿領域よりも下流側において、当該空気通路内の空気の湿度を検知する湿度センサが設けられており、
   前記湿度センサによって検知される湿度に基づいて前記空気通路切替手段を制御する制御装置が設けられている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の加湿槽付き空調機。
4. 前記空気通路の前記加湿槽による加湿領域よりも下流側において、当該空気通路内の空気を前記空気供給口または前記空気排出口へと送る送風機が設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の加湿槽付き空調機。
5. 前記空気通路切替手段は、前記通常運転状態及び前記空気排出状態に加えて、前記空気供給口からの空気の供給と前記空気排出口からの空気の排出との両方を遮断する遮断状態にも切替えることができるようになっており、
   前記送風機は、前記遮断状態において停止されるようになっている
   ことを特徴とする請求項４に記載の加湿槽付き空調機。
6. 前記空気通路切替手段は、前記空気供給口を開閉する空気供給口ダンパと、前記空気排出口を開閉する空気排出口ダンパと、を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の加湿槽付き空調機。
7. 前記空気供給口は、露光装置に接続されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の加湿槽付き空調機。

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