JPH11248607A - 湿度発生制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】安定して高い応答性の下にチャンバ内雰囲気の
湿度制御を可能にする。 【解決手段】空気をバブリングタンク４を通してチャン
バ２内に供給するように構成し、そのバブリングタンク
４を調温用タンク５の水中に浸漬させて間接的な加熱冷
却対象とする。そして、最終的な制御量であるチャンバ
２内の湿度を検出して調温用タンク５の水温調節手段６
を主制御系１０Ａによりフィードバック制御するように
構成した上で、その制御系中に時定数のより小さい２次
制御系１０Ｂを設けて応答遅れや外乱による影響をいち
早く補償するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高精度で安定した
湿度雰囲気の生成を可能にする湿度発生制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、微量のガスを検出する場合等の
ように、温度のみならず湿度をも一定条件下に保持した
雰囲気が要求される場合がある。このような湿度雰囲気
を作る場合、従来より、超音波加湿器やボイラ等を用い
ることが通常行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、超音波加湿
器は超音波振動子の作用によって周辺に存在する水等を
単に霧化させるに過ぎないものであるため、発生する気
体に含まれる水滴は粒径が大きく、また気体は実質的に
飽和状態に達しない場合が多い。一方、ボイラは熱源に
より水を加熱して蒸気を生成するものであり、飽和状態
は安定したものになる反面、その飽和気体には大量の熱
が持ち込まれるため、今度は制御対象である雰囲気の温
度制御等に悪影響が生じる恐れがある。

【０００４】本発明は、このような不都合を好適に解消
した湿度発生制御装置を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、チャンバ内を一定湿度に保つために用
いられるものであって、前記チャンバ内に外部より気体
を導入するための導入路と、この導入路に介設され導入
前の気体を一旦水中に気泡状態で放出させるバブリング
タンクと、このバブリングタンクを液中に浸漬させてな
る調温用タンクと、この調温用タンク内の液温を調節す
る液温調節手段と、前記チャンバ内の湿度を検出しそれ
が設定値に維持されるように前記液温調節手段を制御す
る主制御系、並びに前記調温用タンク内の液温を検出し
その検出値に基づいて前記主制御系をより小さい時定数
で補償する２次制御系から成る制御手段とを具備してな
ることを特徴とする。

【０００６】このような構成において、導入路より導入
される気体は、バブリングタンクからチャンバに向かっ
て露点温度に制御され、飽和気体となって供給される。
その際、バブリングタンク内の温度は調温用タンク内の
液温に連動しているため、チャンバに向かう気体中に含
まれる水蒸気の分圧、ひいてはチャンバ内の湿度は調温
用タンクの液温を制御することによって間接的に調節可
能となる。

【０００７】しかも、導入路より導入される気体はバブ
リングタンク内を通過するときに飽和状態となるため、
単に超音波加湿器で霧化する場合に比べて粒径をより小
さくすることができ、また、ボイラのような直接加熱に
頼らないためチャンバ内への不当な熱の持ち込みも有効
に回避することができる。ところで、上述したようにチ
ャンバに導かれる飽和気体の量は調温用タンクの液温に
比例するため、チャンバ内の湿度のみを検出してこれが
一定となるように調温用タンクの液温を制御することも
可能である。しかしながら、最終的な制御目的である湿
度と直接の制御量である液温とでは物理的な特性が異な
る上に、液温変化よりも湿度変化は必ず遅れて起こり、
しかも途中に圧力変化や湿度変化等の外乱も生じる可能
性があるので、単に上記のように構成しただけでは、応
答遅れや外乱に起因してチャンバ内の湿度にオーバーシ
ュートやアンダーシュート等を生じることが予想され
る。これに対して、本発明は、最終的な制御量である湿
度を基準にして液温をフィードバック制御するように構
成した上で、その中に時定数のより小さい２次制御系を
設けて応答遅れや外乱による影響をいち早く補償するよ
うにしているので、主制御系自体は時定数の大きいもの
であっても、チャンバにおける湿度制御を安定かつ応答
性の高いものにすることができる。

【０００８】本発明の好ましい実施の態様としては、バ
ブリングタンク内に外部より水を直接補給するための給
水路と、この給水路に介設され水位がバブリングタンク
の水位に連動するように該バブリングタンクに液密に接
続された給水タンクと、前記導入路に配設され外気を取
り込で浄化するとともに流量制御して前記バブリングタ
ンクに移送する移送手段とを付設してなるものが挙げら
れる。

【０００９】このように構成すれば、バブリングタンク
内へ導入される気体及び水の双方に対して異物混入の可
能性を低減することができ、バブリングタンクからチャ
ンバ内へ導入する気体をクリーンで安定なものにするこ
とができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。図１は、本発明の湿度発生制御装置１を適用
対象であるチャンバ２に接続した状態を示している。チ
ャンバ２は、筒状をなすチャンバ本体２ａの両開口端に
開閉扉２ｂを有したもので、内周に有底筒状をなし底部
に孔を開口させた導風板２ｃが配設されており、この導
風板２ｃによって内部に循環系路が形成されている。こ
のチャンバ２には、前記導風板２ｃの孔に先端を臨ませ
てファン２ｄが配設され、このファン２ｄをチャンバ２
外のモータ２ｅで駆動することによって、導風板２ｃの
内側から吸い込んだ気体を導風板２ｃの外周とチャンバ
本体２ａの周壁との間に形成される円環状の隙間に流通
させ、再び導風板２ｃの内側に導くという気体の循環サ
イクルを実現するようになっている。また、このチャン
バ２の外周には、前記円環状の隙間を流通する気体を加
熱するための温度制御用のヒータ（又は加熱源の蛇管、
ウォータジャケット）２ｆが配設してある。一方、この
実施例の湿度発生制御装置１は、前記チャンバ２内に外
部より気体を導入するための導入路３と、この導入路３
に介設されるバブリングタンク４と、このバブリングタ
ンク４を内部の水中に浸漬させてなる調温用タンク５
と、この調温用タンク５内の水温を調節する水温調節手
段６と、前記チャンバ２内の湿度及び調温用タンク５内
の水温に基づいて前記水温調節手段６を制御する制御手
段１０とを具備してなる。

【００１１】導入路３は、始端に設けた外気導入口３ａ
を大気中に開放し終端に設けた吹出口３ｂを前記チャン
バ本体２ａを貫通してチャンバ内部に挿入するととも
に、始端近傍より下流に向かってエアポンプ７ａ、エア
フィルタ７ｂ、吸塵フィルタ７ｃ、脱臭フィルタ７ｄ及
びマスフローコントローラ７ｅからなる移送手段７を配
置し、更にその下流にバブリングタンク４を配置して、
大気から取り込んだ空気を移送手段７を通じて浄化しか
つ流量制御した後にバブリングタンク４に導くようにし
ている。

【００１２】バブリングタンク４は、気密性を有したも
ので、超純水を充填したその内部に前記導入路３を引き
込んでいる。具体的には、導入路３はその一部が分断さ
れ、その分断部分の上流端３ｃは気体を気泡化するため
の要素３ｄを取り付けた状態でバブリングタンク４の液
相部４ａに浸漬され、下流端はバブリングタンク４の気
相部４ｂに配設されて、導入前の空気を一旦水中に気泡
状態で放出させた後、チャンバ２に向かわせるようにし
ている。また、液相部４ａと気相部４ｂの間は、調温用
タンク５外に配置した給水タンク８を介して接続され、
この給水タンク８にバルブ８ａを有する給水路８ｂを通
じて外部から超純水が給水されるようにしてある。給水
タンク８の水位はバブリングタンク４の水位に連動して
おり、外部から水位の確認ができるようになっている。

【００１３】調温用タンク５は、前記バブリングタンク
４を内部に収容してなるもので、バブリングタンク４を
完全に浸漬させ得る量の水が充填されている。この調温
用タンク５には、水温を調節するための水温調節手段６
として、冷却コイル６ａを備えた冷凍器６ｂと、ヒータ
６ｃとが付帯して設けてある。またこの調温用タンク５
の外部には、上層部と下層部の間を接続するようにして
ポンプ９ａを有する循環系路９ｂが付設してあり、この
循環系路９ｂを通じて調温用タンク５内の水を常時均質
に攪拌するようにしている。

【００１４】制御手段１０は、主制御系１０Ａ及び２次
制御系１０Ｂから構成される。主制御系１０Ａは、チャ
ンバ２内の雰囲気に配置した湿度センサ１０ａと、この
湿度センサ１０ａからの信号Ｓ１を入力し予め定めた設
定値Ｓ０と比較してその偏差εに基づいて前記水温調節
手段６に制御信号Ｓ２を出力する主湿度調節計１０ｂと
を具備してなるもので、チャンバ２内の湿度が設定値に
維持されるように前記水温調節手段６を制御するもので
ある。この水温調節手段６は、具体的には湿度を上げた
いときにはヒータ６ｃがＯＮにされ、湿度を下げたいと
きにはヒータ６ｃがＯＦＦにされて、このヒータ６ｃが
ＯＦＦにされたときに冷凍器６の冷熱によって水温が下
がるようになっている。また、２次制御系１０Ｂは、前
記調温用タンク５内の水中に浸漬して配置した温度セン
サ１０ｃと、この温度センサ１０ｃからの信号Ｓ３を前
記主湿度調節計１０ｂからの制御信号Ｓ２と共に入力し
て該制御信号Ｓ２に補償を加える副調節計１０ｄとを具
備してなるもので、前記調温用タンク５内の水温を検出
しその検出値に基づいて前記制御信号Ｓ２を主制御系１
０Ａよりも小さい時定数で補償し、新たな制御信号Ｓ４
として水温調節手段６に出力するものである。すなわ
ち、この２次制御系１０Ｂはいわゆるカスケード制御系
として構成されたもので、調温用タンク５に対してチャ
ンバ２が離れた位置にあり且つ内容量が大きいこと、ま
た途中の配管類に結露や気体の圧力変動が生じ得ること
に起因し、調温用タンク５の水温変化に対してチャンバ
２内の湿度応答が遅れたり値が不正確になることを防止
するために、より時定数の小さい２次制御系１０Ｂによ
ってチャンバ２内の湿度に応答遅れや不正確さが生じる
前にそれを是正する方向に主温度調節計１０ｂからの制
御信号Ｓ２を補償するものである。

【００１５】なお、チャンバ２内の温度は図示しない制
御系を通じてチャンバに付帯して設けたヒータ（又は加
熱源の蛇管、ウォータジャケット）２ｆが別途にチャン
バ２内の温度を一定とするように制御される。また、チ
ャンバ２には、吹出口３ｂから離れた位置に排気口２ｇ
が設けてあり、定常状態においてチャンバ２内に導入さ
れる空気の量とチャンバ２外から出ていく空気の量とが
釣り合うようになっている。以上のように構成される本
実施例の湿度発生制御装置１を稼働すると、導入路３を
介してバブリングタンク４内に導入されるクリーンな空
気は、気泡状態で超純水中を通過した後、その時の調温
用タンク５の水温に等しい露点温度の飽和空気となって
チャンバ２内に移送される。チャンバ２内にはファン２
ｄによって循環サイクルが形成されており、導入される
空気と排気される空気とが釣合いながらチャンバ２内は
常に新しい空気に代謝される。チャンバ２内の温度はヒ
ータ（又は加熱源の蛇管、ウォータジャケット）２ｆを
通じて一定に制御されており、また湿度は前述した主制
御系１０Ａ及び２次制御系１０Ｂからなる制御手段１０
の働きにより、調温用タンク５内の水温調節を通じて一
定に制御される。このため、例えばチャンバ２内に図示
しない建材を収容し、建材から出るホルムアルデヒドを
測定すると、その測定を高い精度で行うことができる。

【００１６】以上のようにして、この実施例の湿度発生
制御装置１は、導入路３より導入される空気をバブリン
グタンク４内で確実な飽和空気にすることができるた
め、単に超音波加湿器で霧化する場合に比べて粒径をよ
り小さくすることができ、また、ボイラのような直接加
熱に頼らず間接加熱によっているため、チャンバ２内へ
の不当な熱の持ち込みも回避して該チャンバ２内におけ
る温度制御に悪影響が及ぶことも有効に防止することが
できる。

【００１７】ところで、この実施例において２次制御系
１０Ｂがない構成を考えてみると、調温用タンク５内の
液温とチャンバ２内の湿度とは物理的な特性が異なる上
に、液温変化よりも湿度変化は必ず遅れて起こり、しか
も途中に圧力変化や湿度変化等の外乱も生じる可能性が
あるので、単に上記のように構成しただけでは、応答遅
れや外乱に起因してチャンバ２内の湿度にオーバーシュ
ートやアンダーシュート等を生じることが予想される。
これに対して、本実施例は、主制御系１０Ａを用いて最
終的な制御量である湿度を基準に水温をフィードバック
制御するように構成した上で、その中に時定数のより小
さい２次制御系１０Ｂを設けて応答遅れや外乱による影
響をいち早く補償するようにしている。このため、主制
御系１０Ａ自体は時定数の大きいものであっても、チャ
ンバ２における湿度制御を安定で応答性の高いものにす
ることが可能となる。

【００１８】また、本実施例は給水路８ｂから液密な状
態を保ってバブリングタンク４に超純水を導入するよう
にしており、また、導入路３から浄化した空気をバブリ
ングタンク４に流量制御して移送するようにしているの
で、バブリングタンク４内へ導入する空気及び水の双方
に対して異物混入の可能性を低減することができ、バブ
リングタンク４からチャンバ内へ導入する気体をクリー
ンで安定したものにすることができる。

【００１９】さらに、本実施例はポンプ９ａによって調
温用タンク５内の水を上層部と下層部の間でむらのない
ように攪拌しているので、上記の制御の確度を更に高め
ることが可能となる。なお、各部の具体的な構成は、図
示実施例のものに限定されるものではなく、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、以上説明した構成であるか
ら、チャンバ内の湿度制御を、他の温度制御等の妨げに
ならないようにしながらクリーン、高精度かつ安定的に
行うことができる。このため、ガス分析等の用途に用い
た場合に、バックグランドに悪影響の出ない良質な測定
雰囲気を作ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す模式的な構成図。

【符号の説明】

１…湿度発生制御装置 ２…チャンバ ３…導入路 ４…バブリングタンク ５…調温用タンク ６…液温調節手段（水温調節手段） ７…移送手段 ８…給水タンク ８ｂ…給水路 １０…制御手段 １０Ａ…主制御系 １０Ｂ…２次制御系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チャンバ内を一定湿度に保つために用いら
   れるものであって、前記チャンバ内に外部より気体を導
   入するための導入路と、この導入路に介設され導入前の
   気体を一旦水中に気泡状態で放出させるバブリングタン
   クと、このバブリングタンクを液中に浸漬させてなる調
   温用タンクと、この調温用タンク内の液温を調節する液
   温調節手段と、前記チャンバ内の湿度を検出しそれが設
   定値に維持されるように前記液温調節手段を制御する主
   制御系、並びに前記調温用タンク内の液温を検出しその
   検出値に基づいて前記主制御系をより小さい時定数で補
   償する２次制御系から成る制御手段とを具備してなるこ
   とを特徴とする湿度発生制御装置。
2. 【請求項２】バブリングタンク内に外部より水を直接補
   給するための給水路と、この給水路に介設され水位がバ
   ブリングタンクの水位に連動するように該バブリングタ
   ンクに液密に接続された給水タンクと、前記導入路に配
   設され外気を取り込で浄化するとともに流量制御して前
   記バブリングタンクに移送する移送手段とを付設してな
   ることを特徴とする請求項１記載の湿度発生制御装置。