JPH10288355A - 恒温恒湿空気供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決すべき課題】装置の送風停止と共に加湿機能が実
質的に停止され、装置停止時における結露の発生が生じ
ない恒温恒湿空気供給装置を開示する。 【課題の解決手段】空気流路３０に、空気冷却器１と、
空気加熱器２と、水槽中にヒータ２３を内蔵する水蒸気
発生室３ａを備えた加湿器３と、送風機６とを配設して
成る恒温恒湿空気供給装置において、空気加熱器２から
送風機６に至る空気流路に、水蒸気発生室３ａに一端で
連結する水蒸気供給管２４の他端（２４ａ）を開口せし
めると共に、水蒸気発生室３ａと、空気流路内に設けた
気流導入口（６ｂ、５１、５２）とを、気流導入管１
０、５３、５４によって連通せしめたことを特徴とする
恒温恒湿空気供給装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の目的空間へ
所定の温度湿度条件を備えた空気を供給する装置に関す
るものであり、特に、温度湿度条件を高精度に維持でき
る恒温恒湿空気供給装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】半導体の製造工程において、例えば、シリ
コンウェーハにレジストをコーティングする工程におい
ては、ウェーハを取り囲む雰囲気の温度湿度条件の変動
は、直ちに、形成される被膜の厚さの不均一の原因とな
る。従って、このような工程では、極めて高精度の温湿
度制御が要求される。

【０００３】従来の恒温恒湿空気供給装置としては、例
えば、図３に示す装置が知られている。これは、箱状の
断熱壁によって囲まれた空気流路１１５の空気入口１１
６から空気出口１１７にかけて、空気冷却器１０１、電
熱ヒータから成る空気加熱器１０２、気流案内板１０５
によって、下方に誘導された気流に加湿する蒸発皿式加
湿器１０３、送風機１０７を、この順序に、収納するこ
とにより、構成されている。

【０００４】空気冷却器は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの
蒸発器や、ブラインなどが流れる冷却管に伝熱フィンプ
レートを設けたものや、ペルチェ素子を用いた熱電冷凍
機などを、冷却源とするものなどが、温湿度の要求精度
や熱負荷の大きさなどにに応じて、使い分けられてい
る。また、空気加熱器は、空気出口１１７に設けた温度
検出器１１０の検出信号に基づいて、供給空気の温度調
節を行う。加湿器１０３は、空気流路の底部に開口する
蒸発皿中に、ヒータ１０４と、水位を検出するレベルス
イッチ１１４を有し、ヒータ１０４は、空気加熱器と同
様に、空気出口１１７に設けた湿度検出器１１１の検出
信号を、制御器１１２に入力して、トライアックなどで
構成した電力調整器１１３によって、その作動が制御さ
れる。１０８は、給水管で、レベルスイッチ１１４が、
水位低下を検知すると、電磁弁１０９が開閉して、水位
を所定のレベルまで回復させる。

【０００５】このような空気供給装置においては、空気
冷却器によって、流入空気を、目標温度湿度条件を持つ
空気の露点より、十分低い温度（例えば露点より１０℃
位低い温度）まで一旦冷却除湿し、次いで、空気加熱器
１０２において、目標温度までに上昇させる。かくし
て、案内板１０５によって、加湿器１０３の上方を通過
する空気は、目標湿度より低い湿度となっており、この
空気が、加湿器１０３から発生する水蒸気を取り込んで
空気出口１１７に至る間に、水蒸気を均一に混合分散し
て目的空間に供給するように構成されている。

【０００６】一般に、加湿皿方式の加湿器の加湿量は、
通過空気の水蒸気圧と加湿皿水面直近の水蒸気圧との差
圧と、水面の面積と、風速との相乗積に比例する。従っ
て、加湿器を通過する空気は、通過する際における、加
湿器との距離や、流速によって、加湿量は大幅に異なっ
てくる。しかしながら、加湿皿表面付近の気流の状態
を、一定にすることは、極めて困難であり、空気供給量
の僅かな変動等により絶えず気流状態は変化する上に、
加湿皿直近を通過する気流と、離れた位置を通過する気
流との持つ水蒸気含量は、大幅に異なってくる。従っ
て、加湿量も、絶えず変化せざるを得ない上に、加湿器
１０３から空気出口１１７までの流程を十分にとること
は、装置が極端に大型化してしまうため困難であること
から、夫々、加湿器からの距離に応じて気流中に移行し
た水蒸気が、十分に気流中に混合分散して均一化する前
に、湿度検出器１１１に到達してしまうため、その検出
値が、１分間に十数回も乱高下するような、湿度制御の
乱れを避けることができなかった。

【０００７】更に、加湿皿が空気流路内に露出している
加湿器１０３は、空気供給を停止した場合に、加湿皿内
の水温は、およそ８５〜９８℃の範囲の温度となってい
るので、ここから蒸散する水蒸気は、送風機１０７に流
入し、更に、空気出口１１７や、これに連なるダクトに
も流出し、場合によっては、供給空間にまで漏れ出して
しまう虞れがあった。これら漏出した水蒸気は、ダクト
の内壁部や、温湿度検出器１１０、１１１等の結露の原
因となり、温湿度検出器を故障させたり、運転再開時に
おいて、ファンやダクトに付着した結露水が、飛沫とな
って目的空気供給空間（恒温恒湿室）に入り、該恒温恒
湿室内に設置された装置や部品等を濡らしてしまう虞れ
があった。

【０００８】

【解決すべき課題】本発明の第１の目的は、高精度の温
度湿度制御が可能な恒温恒湿空気供給装置を開示するこ
とにある。本発明の第２の目的は、装置の停止と共に空
気流路内への水蒸気の供給が実質的に停止されることに
より、装置停止時における結露の発生が生じない恒温恒
湿空気供給装置を開示することにある。

【０００９】

【課題の解決手段】本発明の第一の要旨は、空気流路中
に、空気冷却器と、空気加熱器と、送風機とを、前記空
気流路の空気入口から空気供給口へ向かって、この順序
に配設し、前記空気加熱器から前記送風機に至る空気流
路中に、水蒸気供給管の一端に設けた加湿口を開口せし
めると共に、前記空気流路から気密に脱出している前記
水蒸気供給管の他端を、密閉水槽中に加熱ヒータを内蔵
する水蒸気発生室に気密に接続せしめ、該水蒸気発生室
内空間と、前記水蒸気供給管の加湿口付近より気圧の高
い場所とを、気流導入管によって連通したことを特徴と
する恒温恒湿空気供給装置にある。

【００１０】上記装置は、気、液密の水槽から成る水蒸
気発生室内と、加湿口近傍よりも気圧の高い場所との間
を、気流導入管によって連通せしめてあるので、気流
は、気圧差と気流導入管の管径（或いは、気流導入管に
介設した絞り弁や気流量制限部）等によって定まるほぼ
一定量が、水蒸気発生室内に導入され、それに伴って、
水蒸気は、水蒸気発生室内に滞ることなく、水蒸気供給
管の加湿口から、連続的に空気流路内の気流に供給され
る。しかも、従来の加湿皿式の加湿器と異なり、水蒸気
を供給する加湿口の位置や形状は、任意に選択できるの
で、空気流と水蒸気流との混合、分散が理想的に行わ
れ、長い流程を要せずして、均一に混合分散し、均一な
湿度の空気が得られる。

【００１１】かくして、供給空気中の湿度検出値におけ
る極端な乱高下が阻止され、滑らかで、極めて精度の高
い湿度制御が実現する。加湿口付近より気圧の高い場所
としては、送風機吐出側流路や加湿口より上流側の空気
流路、或いは、装置周囲の大気圧にさらされている場所
などである。特に、大気圧の場合においては、気流導入
管がその長さを限りなく縮小した極限状態として、水蒸
気発生室に開口を設けたものも、本願気流導入管に含ま
れるものとする。又、本願恒温恒湿空気供給装置は、送
風を停止すると、気圧差が即座に消失すると共に、水蒸
気発生室から加湿口までをつなぐ水蒸気供給管は、水蒸
気発生水面に比較して、遥かに小さい断面をもつ小径管
によって構成されており、更に、断熱壁に囲まれた空気
流路の外に、これら水蒸気供給管の大部分や水蒸気発生
室が設けられているので、送風停止後の空気流路内への
水蒸気の漏出は、極めて僅かな量に止まる。従って、結
露による不測のトラブルを未然に防止できる。

【００１２】本発明の第二の要旨は、上記第一要旨に規
定された恒温恒湿空気供給装置において、気流導入管
が、水蒸気発生室と送風機の吐出側流路との間を連通し
ていることを特徴とする恒温恒湿空気供給装置にある。

【００１３】気流導入管の加湿器側接続部と反対側の一
端の開口位置により、水蒸気供給管の供給口と空気導入
管の空気流入口との間の差圧は異なる。送風機の吐出側
流路は、空気流路中最も気流の圧力が高い場所であり、
第二要旨にかかる空気供給装置は、この最も高い場所
と、加湿口とが、気流導入管を介して連通することにな
るため、加湿器への導入空気量が、供給空気負荷の変動
等の他の要因による圧力差の消失などのような影響も少
ないので、より湿度制御も安定し、最も高い精度で、湿
度制御を行うことができる。

【００１４】

【発明の実施形態】図１は、本発明の一実施態様を、概
念的に示すものである。断熱壁によって囲まれた角筒状
の空気流路３０の一側開口に、熱電変換素子を冷却源と
する空気冷却器１が着脱自在に取り付けられており、該
空気冷却器１の空気出口側に、フィン付シーズヒータか
ら成る空気加熱器２が設けられている。

【００１５】空気冷却器１は、図２に示すように、アル
ミニウム、銅、これらの合金類等のように、熱良導性素
材の厚板から成る伝熱板１ａによって囲まれた空気流路
１ｃを横断して、多数の伝熱フィン１ｂ、１ｂ、…を設
け、伝熱板１ａの外面には、熱電変換素子２２、２２、
…の一側を接触し、該熱電変換素子の他側には、冷却水
の蛇行流路が形成されている熱交換器から成る放熱器１
１、１１が接触している。熱電変換素子２２、２２、…
は、制御器２０によってその動作が制御される。該制御
器２０は、空気冷却器の空気出口に設置された温度検出
器１７の信号と、空気冷却器１の目標冷却温度が設定さ
れている温度設定器２１の設定値とを比較して、その偏
差信号を、直流電力調整器１６に出力する。設定値は、
一般に、供給空気の温度湿度条件を持つ空気の露点よ
り、５〜１０℃程度低い、所定の温度が設定される。

【００１６】空気加熱器３から空気流路の末端に装着さ
れた送風機６に至る空気流路には、空気流路３０の底面
３３から該空気流路の半ば付近に達するように、横断面
方向に立ち上げて設けた気流案内板５と、空気流路の天
井面３４から風下側に向かって傾斜させて垂設した、気
流案内板４とが、設けられて、気流を上下に蛇行させ
て、流程を長くすることにより、加熱器や加湿器による
加温及び加湿効果の均一化を図っている。

【００１７】送風機６は、吸入口６ａから吸引した空気
を、空気供給口３２を兼ねた吐出側流路６ｂに送出す
る。１８及び１９は、夫々、供給空気の温度と湿度とを
夫々検出する温、湿度検出器で、その検出信号は、制御
器４１、４２において、温、湿度設定器４３、４４に設
定されている目標値と比較され、該目標値との偏差を補
正する信号が、夫々の供給電力調整器４５、４６に送ら
れてして、加熱器２と加湿器３のヒータ電流を調整す
る。

【００１８】加湿器３は、空気流路３０の外に設けた密
閉水槽から成る水蒸気発生室３ａ中に、水加熱用電熱ヒ
ータ２３と、水位検出器としてのレベルスイッチ８と
を、内蔵すると共に、底部付近には、水補給管９ａが連
結しており、レベルスイッチの水位検出信号により、水
補給管９ａに介設した電磁バルブ９が、開閉して、水蒸
気発生室３ａの上部に、常に、ほぼ一定容積の水蒸気貯
留部２６が形成されているように、所定の水位を維持す
る。水蒸気発生室３ａの天井部には、水蒸気供給管２４
が、その下端において水蒸気貯留部２６に気密に接続し
て開口している。該水蒸気供給管は、空気流路３０内に
気密を保持しつつ進入して、その中央部付近に開口し、
加湿口２４ａをなしている。

【００１９】このような水蒸気発生室３ａの水蒸気貯留
部２６と、送風機６の吐出側流路６ｂとが、実験的に定
められる適宜な内径を持つ細管から成る気流導入管１０
によって連通されている。３６は、空気冷却器１により
発生するドレンの排出口である。気流導入管１０の径
は、加湿口２４ａと吐出側流路６ｂとの差圧や、空気冷
却器２の目標設定温度等によって定まる加湿量に基づい
て、定められる。装置が、広範な温湿度範囲で使用され
る汎用機としての性格を持つ場合は、気流導入管に気流
量調節手段として、絞り弁や着脱交換自在な管径調節部
を設けておくことが望ましい。

【００２０】加湿口は、空気冷却器から送風機に至るい
ずれの位置に設けてもよいが、その設置位置に応じて、
気流導入管の気流導入口は、適宜な差圧が得られる位置
に限定されることになる。加湿口の形状は、一つの開口
でもよいし、風下側に多数の開口を有する多孔管を空気
流路の横断方向に延在させるなど、任意の形状が採用で
きる。

【００２１】

【作用】上記装置は、空気入口３１に入った空気が、空
気冷却器１で、目標供給空気条件の露点より低い温度に
冷却され、次いで、加熱器２において、目標温度に加熱
される。加熱器２を通過した空気は、昇温して相対湿度
が低下した状態で、加湿口２４ａに到達する。水蒸気発
生室３ａの水蒸気貯留部２６には、圧力の高い吐出側流
路６ｂから、気流導入管１０を通して、加湿口２４ａと
吐出側流路６ｂとの差圧に見合った、目標温度付近の温
度を持つ一定量の空気が、絶えず流入するので、水蒸気
溜まり２６に生成した水蒸気は、この気流によって押し
出される状態で、加湿口を通過する空気に、ヒータ２３
により調節される水温に見合った飽和水蒸気圧を持つ水
蒸気を、絶えず供給する。この水蒸気は、送風機吸入口
６ａに至る間に、気流中に混入分散し、更に、送風機に
吸入され加圧撹拌されて、均一に混合分散されて吐出側
流路６ｂに押し出される。

【００２２】

【効果】上記装置は、予め、空気冷却器の設定温度によ
って予定される不足分の水蒸気量に相当する量の水蒸気
が、加湿口から、連続的に、且つ、滑らかに供給され、
更に、加湿口の設置位置や形状等により、気流と水蒸気
をとの混合、分散が、効率よく行われるので、極めて高
い精度で、温湿度制御されて、恒温恒湿空気を供給する
ことができる。また気流導入口の気圧は、空気供給側の
負荷の増減に応じて変動するが、これが、そのまま、直
ちに加湿量に反映されるので、極めて、高い精度で、加
湿制御ができる。

【００２３】上記実施態様においては、気流導入管１０
の気流導入口は、加湿口との差圧が、最も高い吐出側流
路を選択した例を示したが、これは、図１において、一
点鎖線で示すように、空気冷却器１の下流位置５１や、
空気加熱器２の下流位置５２などに設けて、気流導入管
５３、５４を介して、水蒸気貯留部２６に連通せしめた
ものでもよい。また、空気冷却器は、他のフロン冷媒を
用いた冷媒圧縮式冷凍機でもよいし、ブライン循環式の
冷却機でもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を概念的に示す説明図であ
る。

【図２】図１の空気冷却器を空気流入方向から見た説明
図である。

【図３】従来技術の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 空気冷却器 ２ 空気加熱器 ３ 加湿器 ３ａ 水蒸気発生室 ４、５ 気流案内板 ６ 送風機 ６ｂ 吐出側流路 ８ レベルスイッチ １０、５３、５４ 気流導入管 １１ 放熱器 ２０、４１、４２ 制御器 ２２ 熱電変換素子 ２３ 加湿器ヒータ ２４ 水蒸気供給管 ２４ａ 加湿口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気流路中に、空気冷却器と、空気加熱器
   と、送風機とを、前記空気流路の空気入口から空気供給
   口へ向かって、この順序に配設し、前記空気加熱器から
   前記送風機に至る空気流路中に、水蒸気供給管の一端に
   設けた加湿口を開口せしめると共に、前記空気流路から
   気密に脱出している前記水蒸気供給管の他端を、密閉水
   槽中に加熱ヒータを内蔵する水蒸気発生室に気密に接続
   せしめ、該水蒸気発生室内空間と、前記水蒸気供給管の
   加湿口付近より気圧の高い場所とを、気流導入管によっ
   て連通したことを特徴とする恒温恒湿空気供給装置。
2. 【請求項２】気流導入管が、水蒸気発生室内空間と送風
   機の吐出側流路との間を連通している請求項１の恒温恒
   湿空気供給装置。