JPH11270891A - 恒温・恒湿空気供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 除湿器（１０）、加熱器（２０）および
加湿器（３０）に順次空気を通過させてこの空気の温、
湿度を予め設定された値に調整する恒温・恒湿空気供給
装置において、加湿器（３０）を制御する制御系（６
０）の操作量に基づいて、除湿器（１０）における除湿
量の過不足を判定する判定手段と、除湿量の不足が判定
された場合に、除湿量を増大側に変化させ、除湿量の過
剰が判定された場合に、除湿量を減少側に変化させる除
湿量制御手段（４１，４０）とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、除湿器、加熱器お
よ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調整する恒温・恒湿空気供給装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の恒温・恒湿空気供給装置は、例
えば、半導体の表面にレジストを塗布するスピンコーテ
ィング装置に併用される。すなわち、スピンコーティン
グ装置は、半導体を恒温・恒湿の雰囲気中で回転させる
ので、その雰囲気を形成するために、この恒温・恒湿空
気供給装置から恒温・恒湿の空気を導入する。

【０００３】上記恒温、恒湿空気供給装置は、まず、入
口から取り込んだ空気（以下、入口空気という）を上記
冷却式除湿器によって冷却除湿するが、このときの除湿
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。

【０００４】すなわち、例えば、上記目標温、湿度を２
３℃、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
ば該入口空気に対して除湿を行う必要がない。したがっ
て、この場合、除湿器の温度は２３℃よりも若干低い適
宜な値（例えば１７℃）に設定すれば良い。

【０００５】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、したがっ
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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、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。

【０００７】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。

【０００８】一方、上記入口エアの湿度は一定ではな
く、例えば、その湿度が２３℃・３０％から２３℃・５
０％まで１％／５分程度の割合で変動することもあり得
る。

【０００９】この場合、入口エア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、
上記湿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。

【００１０】そこで、従来においては、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
湿器の温度を必要以上に低めに設定している。

【００１１】このようにすれば、入口空気の温、湿度に
よらず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
アップすることになる。

【００１２】本発明の課題は、このような状況に鑑み、
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にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、除湿器、
加熱器およ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調整する恒温・恒湿空気
供給装置において、前記加湿器を制御する制御系の操作
量に基づいて、該除湿器における除湿量の過不足を判定
する判定手段と、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、を備えることを特徴としている。

【００１４】第２の発明は、第１の発明において、前記
判定手段は、前記操作量が所定時間連続して所定量以下
の状態にあるときに前記除湿量が不足していると判定
し、前記空気の湿度が前記予め設定された値に調整され
ている状態下で前記操作量が所定量以上の状態にあると
きに前記除湿量が過剰であると判定することを特徴とし
ている。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る恒温・恒湿空気供給
装置は、図１にその実施形態を示すように、冷却式除湿
器１０、加熱器２０および加湿器３０と、これらをそれ
ぞれ制御する除湿制御系４０，加熱制御系５０および加
湿制御系６０とを備えている。

【００１６】上記除湿器１０、加熱器２０および加湿器
３０は、図３に示す通気ダクト７０に配設されている。
この通気ダクト７０は、左方に向って下降傾斜しかつ右
端が空気取入口７１ａとして開口した傾斜ダクト部７１
と、該傾斜ダクト部７１の左方に位置した中間ダクト部
７２と、この中間ダクト部７２の左方に位置した水平ダ
クト部７３とで構成されている。

【００１７】まず、上記冷却式除湿器１０について説明
する。図４に示すように、この冷却式除湿器１０は、上
記傾斜ダクト部７１の一側部に配設した３台の冷却ユニ
ット１１と、該傾斜ダクト部７１の他側部に上記各冷却
ユニット１１に対向して配設した３台の冷却ユニット１
１とを備えている。

【００１８】図４に示すように、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ている）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および水冷板１３が上記傾斜ダクト部７１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７１の内方に位置する態様でダクト７１の側板に固定
されている。

【００１９】上記水冷板１３は、図示していないが、蛇
行した通水管を内部に有し、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。
また上記熱交換体１４は、傾斜ダクト部７１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。

【００２０】上記冷却ユニット１１において、上記冷熱
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、上記一方の面を上記水冷板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。

【００２１】上記熱交換体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。したがって、熱交換体１４の冷却フィ
ンに空気を流通させれば該空気が冷却除湿される。

【００２２】なお、上記傾斜ダクト部７１の出口部位に
は、温度センサＳ１が設けられ、また前記中間ダクト部
７２の底面には、ドレンパイプ９０が設けられている。

【００２３】次ぎに、前記加熱器２０について説明す
る。図３に示すように、この加熱器２０は、上記水平ダ
クト部７３の入口下方区域に配設した４本の棒状ヒータ
２１によって構成されている。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３の紙面に垂直な方向に沿って配
設されている。

【００２４】上記ヒータ２１の上方には、水平ダクト部
７３内を仕切る態様でガイド板１００を設けてある。こ
のガイド板１００は、上方が前記傾斜ダクト部３側に向
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。

【００２５】前記加湿器３０は、水平ダクト部７３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４参照）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。

【００２６】図４に示すように、上記水平ダクト部４の
背面には、送風機１１０，１１０を介して排気ダクト１
２０，１２０が連結されている。

【００２７】各排気ダクト１２０は、上方に向って延び
ている。そして、そ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および湿度センサＳ３を付設し
てある（図１参照）。

【００２８】以下、上記構成の恒温・恒湿空気供給装置
の作用について説明する。

【００２９】図３において、前記送風機１１０が運転さ
れると、前記傾斜ダクト部７１の空気取入口７１ａから
フィルタ７１ｂを介して空気が取込まれ、この空気は該
傾斜ダクト部７１内に位置した熱交換体１４の冷却フィ
ン間を通過する。

【００３０】図１に示す除湿制御系４０の目標温度設定
部４１には、所定の除湿用初期目標温度に対応する信号
が入力される。そして、該目標温度設定部４１は、当
初、この信号を除湿用目標温度Ｔ１を示す信号としてそ
のまま出力する。なお、上記初期目標温度は、例えば、
除湿器１０がその最大除湿機能の１／２の除湿機能を呈
するように設定される。

【００３１】除湿制御系４０の減算部４２からは、上記
目標温度Ｔ１と、前記センサＳ１で検出される除湿器１
０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４３でＰＩＤ処理された後、スイッチン
グ電源４４に入力される。

【００３２】この結果、スイッチング電源４４は、上記
偏差がなくなるように図４に示した各冷熱素子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、上記目標温度Ｔ１まで低下されて該除湿器
１０から放出される。

【００３３】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
記目標温度Ｔ１まで低下させることは、この空気の湿度
を該目標温度Ｔ１で規定される値に設定することを意味
する。

【００３４】一方、加熱制御系５０の減算部５２から
は、出口空気（供給空気）の目標温度Ｔ２と前記センサ
Ｓ２で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５３でＰ
ＩＤ処理された後、ヒータ制御部５４に入力される。

【００３５】この結果、ヒータ制御部５４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、図３に示した排気ダクト１
２０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。

【００３６】つぎに、加湿制御系６０の減算部６２から
は、出口空気（供給空気）の目標湿度Ｈと前記センサＳ
３で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６３でＰ
ＩＤ処理された後、ヒータ制御部６４に入力される。

【００３７】この結果、ヒータ制御部６４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、図３に示した排気ダクト１２
０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。

【００３８】ところで、上記加湿制御系６０のＰＩＤ処
理部６３より出力される信号は、加湿器３０を制御する
ための操作量を表わしている。そして、この操作量が一
定時間連続してある大きさ以下であることは、除湿器１
０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の除
湿量が不足して該除湿器１０から送出される空気の湿度
が高過ぎる状態にあることを示唆している。

【００３９】一方、上記操作量がある大きさ以上である
ことは、除湿器１０の除湿量が過剰な状態、つまり、該
除湿器１０から送出される空気の湿度が低過ぎる状態に
あることを示唆している。

【００４０】そこで、上記除湿制御系４０の目標温度設
定部４１は、上記操作量、前記目標湿度Ｈおよび前記セ
ンサＳ３の出力を取り込んで、図２に示すような手順を
実行する。

【００４１】すなわち、上記操作量が時間ｔ１（例え
ば、３０秒）連続してＡ％（例えば、２０％）以下であ
るか否か、換言すれば、除湿器１０の除湿量が不足して
いるか否かを判断し（ステップ２００）、この除湿量の
不足を判断した場合には、現在の除湿用目標温度Ｔ１を
Ｔ１−ΔＴ１に更新する処理が実行される（ステップ２
０１）。

【００４２】これにより、除湿器１０を通過する空気の
温度がΔＴ１（例えば、０．１℃）低下され、以後、ス
テップ２００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。

【００４３】なお、上記加湿器３０のヒータ３２が例え
ば１ＫＷの仕様のものであるとすると、上記操作量が２
０％の場合、ヒータ制御部６４がヒータ３２に０．２Ｋ
Ｗの電力を供給する。

【００４４】上記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、上記操作量
を増大させる。そして、この操作量の増大によってステ
ップ２００の判断結果がＮＯになると、出口空気の湿度
が安定しているか否かが判断される（ステップ２０
２）。

【００４５】ステップ２０２では、前記目標湿度Ｈと、
前記湿度センサＳ３で検出される上記出口空気の実際の
湿度との差が±Ｂ％（例えば、±０．２５％）以内であ
る場合に、出口空気の湿度が安定していると判断され
る。

【００４６】ステップ２０２で湿度の安定が判断された
場合には、前記操作量がＣ％（例えば、３０％）以上で
あるか否か、換言すれば、除湿器１０の除湿量が過剰で
あるか否かを判断する（ステップ２０３）。

【００４７】ステップ２０３で、除湿量の過剰が判断さ
れると、現在の除湿用目標温度Ｔ１をＴ１＋ΔＴ２に更
新する処理が実行される（ステップ２０４）。これによ
り、上記除湿器１０を通過する空気の温度がΔＴ２（例
えば、０．１℃）上昇され、その結果、この空気の湿度
が上昇する。

【００４８】なお、ステップ２０２およびステップ２０
３の判断結果がＮＯの場合には、それぞれ手順がステッ
プ２００に戻される。

【００４９】このように、上記手順によれば、上記除湿
器１０の除湿不足運転状態と除湿過剰運転状態が前記加
湿制御系６０の操作量に基づいて判断され、除湿不足運
転状態が判断された場合に、除湿器１０の温度が低下
（除湿量の上昇）されるとともに、除湿過剰運転状態が
判断された場合に、該除湿器１０の温度が上昇（除湿量
の低下）される。

【００５０】したがって、除湿器１０は、出口空気（供
給空気）の温、湿度を安定に維持させながら、常に過不
足の無い除湿を実行することになり、これによって、該
除湿器１０における無駄なエネルギーの消費がなくな
る。

【００５１】なお、上記時間ｔ１、操作量Ａ％、温度変
化値ΔＴ１，ΔＴ２、湿度誤差Ｂ％および操作量Ｃ％
は、装置の仕様に基づいて適宜設定される。

【００５２】図５は、除湿器１０の温度を、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（例えば、２３℃，４５％）とによって設定す
るという従来の手法に従って制御した場合の動作特性を
例示している。

【００５３】この場合、入口空気の湿度の変動（例え
ば、３０％から４０％への変動、２．５％／１０分の傾
斜）に対する除湿器１０の温度降下が遅くなって除湿不
足になり、その結果、出口空気の湿度が許容誤差範囲α
から逸脱することになる。

【００５４】これに対して、上記実施例の装置によれ
ば、図６に示すように、除湿器１０の温度の降下が速や
かに開始されるので、出口湿度が許容誤差範囲αから逸
脱することがない。なお、除湿器１０の温度降下が速や
かに開始されるのは、上記実施例の装置がフィードフォ
ワード制御機能を有するからである。

【００５５】図７は、入口湿度が減少方向に変動した場
合（例えば、５０％から３０％への変動、２．４％／１
０分の傾斜）における上記実施例の装置の動作特性を例
示したものである。

【００５６】この図７から明らかなように、この実施例
の装置によれば、入口湿度が減少方向に変動した場合に
おいても、出口湿度の変動が効果的に抑制される。

【００５７】一方、上記除湿器１０の温度を前記従来の
手法に従って制御した場合、前記したように、入口空気
の湿度が出口空気の目標湿度よりも高い除湿必要湿度か
ら該目標湿度よりも低い除湿不要湿度に変化したとき
に、除湿器１０の温度が低温度（例えば、１０℃）から
高温度（例えば、１７℃）に急激に変化されることにな
る。

【００５８】そして、この場合には、前述したように、
除湿器１０の冷却フィンに付着した水滴が該冷却フィン
の温度上昇に伴って気化するので、該除湿器が一時的に
上記水滴の蒸発による加湿動作を行うことになり、その
結果、加湿コントロールが適正に行われなくなって出口
空気の変動を生じる。

【００５９】ところが、上記実施例の装置によれば、加
湿制御系６０の操作量に基づいて除湿器１０の除湿量が
制御されるので、上記のように除湿器１０の温度が大き
く変化される虞れはなく、その結果、上記出口空気の変
動も生じない。

【００６０】上記従来の手法を採用しながら、上記出口
空気の変動を防止するには、前記したように、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すれば良い
が、これは、除湿器において無駄なエネルギーを消費さ
せることになる。

【００６１】結局、上記実施例の装置によれば、除湿器
において無駄なエネルギーを消費させることなく、出口
空気の温、湿度を目標温、湿度に維持させることがで
き、これによって、運転コストを大幅に低減することが
できる。

【００６２】なお、上記実施例においては、除湿器１０
の出口における空気の除湿量を温度センサ１の出力によ
ってモニターしているが、上記除湿量を湿度センサでモ
ニターすることも不可能ではない。この場合、減算器４
２には上記目標温度に代えて目標湿度が入力され、この
目標湿度が前記操作量に基づいて変化されることにな
る。

【００６３】

【発明の効果】本発明は、除湿器、加熱器および加湿器
に順次空気を通過させて該空気の温、湿度を予め設定さ
れた値に調整する恒温・恒湿空気供給装置であって、前
記加湿器を制御する制御系の操作量に基づいて、該除湿
器における除湿量の過不足を判定する判定手段と、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を備えた構
成をもつ。

【００６４】したがって、供給空気の温、湿度を安定に
維持しながら無駄な除湿エネルギーの消費を防止して、
運転コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る恒温・恒湿空気供給装置の構成を
示すブロック図。

【図２】目標温度設定部で実行される手順の一例を示す
フローチャート。

【図３】本発明に係る恒温・恒湿空気供給装置の全体構
成を示す側面図。

【図４】冷却ユニットの構成と取付け態様を示す平面
図。

【図５】従来の手法に基づく装置の動作特性図。

【図６】本発明に係る装置の動作特性図。

【図７】本発明に係る装置の別の動作特性図。

【図８】空気の温度と湿度の関係を示す線図。

【符号の説明】

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 除湿制御系 ４１ 目標温度設定部 ５０ 加熱制御系 ６０ 加湿制御系 ７０ 通気ダクト １１０ 送風機 １２０ 排気ダクト Ｓ１ 温度センサ Ｓ２ 温度センサ Ｓ３ 湿度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金田 正利 熊本県菊池郡菊陽町津久礼2655 東京エレ クトロン九州株式会社熊本事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 除湿器、加熱器およ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調
   整する恒温・恒湿空気供給装置において、 前記加湿器を制御する制御系の操作量に基づいて、該除
   湿器における除湿量の過不足を判定する判定手段と、 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、 を備えることを特徴とする恒温・恒湿空気供給装置。
2. 【請求項２】 前記判定手段は、前記操作量が所定時間
   連続して所定量以下の状態にあるときに前記除湿量が不
   足していると判定し、前記空気の湿度が前記予め設定さ
   れた値に調整されている状態下で前記操作量が所定量以
   上の状態にあるときに前記除湿量が過剰であると判定す
   ることを特徴とする請求項１に記載の恒温・恒湿空気供
   給装置。