温湿度调节装置及温湿度调节方法 【技术领域】
本发明涉及温湿度调节装置及温湿度调节方法。背景技术 通常， 在半导体装置的制造工序等精密加工领域中， 几乎都设置于温度及湿度被 控制的无尘室内。
但是， 近年来， 即使在精密加工领域， 也不断出现要求加工精度比以往的加工精度 更高的精密加工等的工序。
在上述要求较高的精密加工等的工序中， 通常， 要求比无尘室的温度变化更小的 温度变化的环境。因此， 将要求较高的精密加工等的工序设于实施精密的温度管理的空间 单元内。
作为应用于这种空间单元的温度调节的温度调节装置， 例如在日本专利特开昭 51-97048 号公报中记载有图 13 所示的温度调节装置。
在图 13 所示的温度调节装置中， 设有压缩机 100、 三通阀 102、 冷凝器 104、 膨胀阀 106、 冷却器 108 及加热器 110， 并设有具有冷却器 108 的冷却流路和具有加热器 110 的加热 流路。
利用上述冷却器 108 和加热器 110 来调节从风扇 112 吹出的温度调节对象的空气 流的温度。
在该图 13 所示的温度调节装置中， 利用三通阀 102 将被压缩机 100 压缩后的高温 的热介质分配到冷却流路和加热流路。分配到冷却流路侧的高温的热介质被冷凝器 104 冷 却。该被冷却的热介质被膨胀阀 106 绝热膨胀而冷却， 并被供给到冷却器 108。在冷却器 108 中， 将从风扇 112 吹出的温度调节对象的空气流冷却， 并将吸热而升温的热介质供给到 压缩机 100。
另一方面， 将分配到加热流路侧的高温的热介质供给到加热器 110， 加热被冷却器 108 冷却的温度调节对象的空气流并调节到期望的温度。这样， 在加热器 110 中， 加热温度 调节对象的空气流而放热降温的热介质通过膨胀阀 106 及冷却器 108， 并被供给到压缩机 100。
发明内容
在图 13 所示的温度调节装置中， 被压缩机 100 压缩的高温的热介质的全部通过膨 胀阀 106 而绝热膨胀冷却， 并被供给到冷却器 108， 因此， 将从风扇 112 吹出的的温度调节对 象的空气流冷却的冷却能量是一定的。
另一方面， 利用三通阀 102 调节分配到加热流路侧的高温的热介质的流量， 从而 能调节在加热器 100 内对被冷却器 108 冷却的温度调节对象的空气流的加热量。
因此， 能调节通过冷却器 108 及加热器 110 的温度调节对象的空气流的温度， 可在 较窄的温度范围内进行空间单元内的温度管理。但是， 在图 13 所示的温度调节装置中， 被压缩机 100 压缩的高温的热介质的全部 通过膨胀阀 106 而被绝热膨胀冷却， 并被供给到冷却器 108， 因此， 专门通过供给到加热器 110 的被压缩机 100 压缩的高温的热介质的再加热来进行对从风扇 112 吹出的温度调节对 象的空气流的温度调节。
这样， 在图 13 所示的温度调节装置所采用的温度控制方式中， 用于加热的热介质 也流入冷却流路， 因此， 能加热的热量仅变为压缩机的动力所产生的热量， 对应于冷却器 108 及加热器 110 的负载变动是困难的。
因此， 在大幅度提高通过冷却器 108 及加热器 110 的温度调节对象的空气流的设 定温度的情况下， 有时会有温度调节对象的空气流的温度未达到设定温度、 或达到设定温 度很费时间的情况。
另外， 在图 13 所示的温度调节装置中， 未设有对通过冷却器 108 及加热器 110 的 温度调节对象的空气流的湿度进行调节的湿度调节功能， 不能对空气流进行湿度调节。
因此， 本发明的目的在于提供温湿度调节装置及温湿度调节方法， 该温湿度调节 装置及温湿度调节方法能解决下述以往的温度调节装置的技术问题 ： 能进行空气流等气体 流的温度调节的范围狭窄， 不能进行湿度调节， 且存在能量浪费， 该温湿度调节装置及温湿 度调节方法能同时进行气体流的温度调节和湿度调节的范围大， 且能实现节省能源。 本发明者发现为了解决上述技术问题， 设置冷却流路及加热流路， 并设置能改变 对于通过冷却流路的冷却装置及加热流路的加热装置的温湿度调节对象的空气的冷却量 和加热量的分配装置， 为了提高加热流路的加热能力， 设置能将热从低温的部分朝温度高 的部分移动的热泵装置， 以及将湿度调节装置设于气体流的流路内是有效的。
即， 作为解决上述技术问题的装置， 提供了一种温湿度调节装置， 其包括 ： 将被压 缩机压缩加热的高温的第一热介质的一部分供给到加热装置的加热流路 ； 利用冷凝装置使 上述高温的第一热介质的残余部分冷却， 然后利用第一膨胀装置使其绝热膨胀而进一步冷 却， 并将其供给到冷却装置的冷却流路 ； 以及分配上述高温的第一热介质， 并将分别通过上 述加热流路和冷却流路的第一热介质再供给到压缩机的循环回路， 是将通过上述加热装置 及冷却装置的温湿度调节对象的气体调节到规定的温度及湿度的温湿度调节装置， 在该温 湿度调节装置中， 设有分配装置、 热泵装置、 温度控制部及湿度控制装置， 其中， 上述分配装 置能将从上述压缩机排出的高温的第一热介质的一部分分配到上述加热流路侧， 并将上述 高温的第一热介质的残余部分分配到冷却流路侧， 且能改变被分配到上述加热流路和冷却 流路的高温的第一热介质的分配比率， 上述热泵装置具有吸热装置， 在该吸热装置中， 在上 述加热装置中放出热而被冷却然后被第二膨胀装置绝热膨胀而进一步冷却的第一热介质 从外部热源即第二热介质吸热， 以提高上述加热流路的加热能力， 上述温度控制部控制上 述分配装置， 调节被分配到上述加热流路和冷却流路的高温的第一热介质的分配比率， 并 将通过上述加热装置和冷却装置的温湿度调节对象的气体控制在规定温度， 上述湿度控制 装置将通过上述加热装置及冷却装置的气体控制在规定温度。
另外， 作为解决上述技术问题的方法， 提供了一种温湿度调节方法， 将被压缩机压 缩加热的高温的第一热介质的一部分直接供给到加热装置， 利用冷凝装置使上述第一热介 质的残余部分冷却后， 利用第一膨胀装置使其绝热膨胀而进一步冷却， 并将其供给到冷却 装置， 对于依次通过加热装置和冷却装置的温湿度调节对象的气体， 改变分配到上述加热
装置和冷却装置的上述第一热介质的分配率， 将上述气体调节到规定温度， 并利用设于上 述温湿度调节对象的气体通过的流路中的湿度控制装置， 将上述气体调节到规定湿度， 且 利用第二膨胀装置使通过上述加热装置的第一热介质绝热膨胀冷却， 在通过具有从外部热 源即第二热介质吸热的吸热装置的热泵装置后， 使其与通过上述冷却装置的第一热介质一 起返回到上述压缩机。
在本发明者提供的解决技术问题的技术方案中， 能列举如下的优选方式。
作为湿度控制装置， 使用将规定量的水分供给到温湿度调节对象的气体的水分供 给装置， 并通过将上述水分供给装置设于加热装置的气体的入口侧或出口侧， 以利用加热 装置直接加热或利用使用加热装置加热后的气体来加热蒸发从上述水分供给装置供给的 水分中的液滴， 从而能进行湿度调节。
作为该水分供给装置， 使用包括 ： 喷出水的水喷雾嘴 ； 设于朝上述水喷雾嘴供给 水的水供给配管的控制阀 ； 以及调节上述控制阀， 来控制供给到上述水喷雾嘴的水量的湿 度控制部的水分供给装置， 能容易地进行湿度控制。
或者， 作为湿度调节装置， 能使用利用加热器产生水蒸汽的水蒸汽产生装置。
在该水蒸汽产生装置中， 通过设置调节加热器的加热量来控制水蒸汽产生量的湿 度控制部， 能容易地进行湿度控制。 将被供给到冷却流路的冷凝装置并冷却第一热介质的冷却介质和供给到热泵装 置的吸热装置的第二热介质作为相同的热介质， 并将上述相同的热介质供给到冷凝装置， 然后供给到上述吸热装置， 从而能有效利用被冷凝装置除去的高温的第一热介质的热。
作为该第二热介质， 使用不会被外部加热或冷却地供给来的第二热介质， 从节省 能源的观点来看是有效的。
此外， 通过设置控制压缩机的转速的转速控制装置， 并设置压缩机控制部， 该压缩 机控制部经由上述转速控制装置改变压缩机的转速， 以使被温度控制部控制的高温的第一 热介质的分配比率变为能使利用加热装置施加到温湿度调节对象的气体的加热量和利用 冷却装置施加到温湿度调节对象的气体的冷却量中、 彼此相互抵消的热量减小的分配比 率， 能减少加热装置和冷却装置分别所施加的热量中、 彼此相互抵消的热量， 因此， 与设置 热泵装置的情况相辅地， 能更进一步实现节省能源。
在上述压缩机控制部中， 经由转速控制装置控制压缩机的转速， 以在温湿度调节 对象的气体位于被加热的加热侧的情况下， 使高温的第一热介质的分配比率处于高温的第 一热介质的 95 ～ 85％被分配到加热装置且残余的高温的第一热介质的 5 ～ 15％被分配 到冷却装置的范围内， 另一方面， 在上述温湿度调节对象的气体处于被冷却的冷却侧的情 况下， 使上述分配比率处于高温的第一热介质的 95 ～ 85％被分配到冷却装置且残余的高 温的第一热介质的 5 ～ 15％被分配到加热装置的范围内， 能实现温湿度调节装置的节省能 源， 并稳定地运转温湿度调节装置。作为该转速控制装置， 能优选使用逆变器。
另外， 通过在流路上独立设置使分别通过加热流路和冷却流路的第一热介质合流 并再供给到压缩机的第一热介质的流路中、 从分配装置到使上述第一热介质合流的包括上 述加热流路的流路和包括冷却流路的流路， 能扩大温湿度调节对象的气体的温度调节幅 度。
作为将高温的第一热介质分配到该加热流路和冷却流路的分配装置， 通过使用实
质上能连续改变分配到加热流路和冷却流路的高温的第一热介质的分配比率的分配装置， 能更进一步精密地进行温湿度调节对象的气体的温度调节。
作为上述分配装置， 通过使用实质上能连续改变分配到加热流路和冷却流路的高 温的第一热介质的分配比率的分配装置， 能更进一步精密地进行温湿度调节对象的气体的 温度调节。
该 “实质上能连续改变的分配装置” 是指作为分配装置使用双通阀或比例三通阀， 双通阀或比例三通阀以分步控制的方式被驱动控制， 微观上双通阀或比例三通阀被分步驱 动， 但整体上被连续驱动的意思。
作为分配装置， 通过使用比例分配上述高温的第一热介质的比例三通阀， 以使分 配到加热流路侧的高温的第一热介质和分配到冷却流路侧的高温的第一热介质的总量与 从压缩机排出的高温的第一热介质量相等， 并能平稳地改变从压缩机排出的高温的第一热 介质的分配比率。
另外， 作为分配装置， 使用分别设于将高温的第一热介质分支到加热流路侧和冷 却流路侧的分支配管的双通阀， 温度控制部采用调节上述双通阀的分别的开度的温度控制 部， 以调节分配到上述加热流路和冷却流路的高温的第一热介质的分配比率， 将通过加热 装置和冷却装置的温湿度调节对象的气体控制在规定温度， 并使分配到上述加热流路侧的 高温的第一热介质和分配到冷却流路侧的高温的第一热介质的总量与从压缩机排出的高 温的第一热介质量相等， 也能平稳地改变从压缩机排出的高温的第一热介质的分配比率。 另外， 供给到冷却流路的冷凝装置的冷却介质采用液态介质， 通过设置控制供给 到上述冷凝装置的上述液态介质的供给量的制冷剂控制装置， 以将压缩机的排出侧的压力 保持一定， 从而能稳定地运转温湿度调节装置， 并能防止朝冷凝装置供给超过需要的液态 介质的情况。
发明效果
在本发明者提供的温湿度调节装置及温湿度调节方法中， 将从压缩机排出的高温 的第一热介质分别供给到加热流路的加热装置和冷却流路的冷却装置中。另外， 改变分配 到加热流路和冷却流路的高温的第一热介质的分配比率， 能容易地调节对于通过加热装置 和冷却装置的温湿度调节对象的气体的加热量和冷却量， 并能将通过加热装置及冷却装置 的气体的温度调节到规定温度。
而且， 由于设有将通过上述加热装置及冷却装置的气体控制在规定湿度的湿度控 制装置， 因此， 也能将通过加热装置及冷却装置的气体的湿度同时调节到规定湿度。
另外， 在本发明者提供的温湿度调节装置及温湿度调节方法中， 具有热泵装置。 该 热泵装置是能将热从低温的部分朝温度高的部分移动的装置， 因此， 利用构成热泵装置的 吸热装置， 能使被压缩机压缩加热的高温的第一热介质 ( 温度高的部分 ) 中、 在加热流路的 加热装置中将热放出而冷却然后利用第二膨胀装置绝热膨胀再冷却的第一热介质， 从外部 热源的第二热介质 ( 温度低的部分 ) 吸热升温气化并返回压缩机。因此， 能大幅度增加单 位电能的加热能力， 并能实现节省能源。
所以， 在该温湿度调节装置及温湿度调节方法中， 在从压缩机排出的高温的第一 热介质 ( 温度高的部分 ) 中， 能将利用热泵装置从外部热源的第二热介质 ( 温度低的部分 ) 吸热的能量施加到压缩机的压缩动能中， 并能提高供给有高温的第一热介质的加热装置的
加热能力。
在这样的温湿度调节装置及温湿度调节方法中， 能通过微小调节分配到加热流路 和冷却流路的高温的第一热介质的分配比率， 来迅速对应通过加热装置及冷却装置的温湿 度调节对象的气体的微小的负载变动， 并也能利用湿度控制装置迅速对应因负载变动而产 生的气体的湿度变化， 能实现对温湿度调节对象的气体的温度及湿度的调节。
此外， 在本发明者提供的温湿度调节装置及温湿度调节方法中， 即使在大幅度提 高通过加热装置和冷却装置的温湿度调节对象的气体的设定温度的情况下， 比起分配到冷 却流路的分配比率， 大幅度提高高温的第一热介质分配到加热流路的分配比率， 也能将温 湿度调节对象的气体调节到规定的温度， 并能扩大温湿度调节对象的气体的温度调节范 围。
在该情况下， 也能利用湿度控制装置将温湿度调节对象的气体的湿度保持在规定 湿度。
这样， 在本发明者提供的温湿度调节装置及温湿度调节方法中， 能将温湿度调节 对象的气体调节到规定的温度及湿度， 且能实现节省能源， 这在图 13 所示的以往的温度调 节装置、 使用该温度调节装置的温度调节方法中是不可能的。 附图说明 图 1 是说明本发明者提供的温湿度调节装置的一例的概略图。
图 2 是说明图 1 所示的温湿度调节装置中使用的控制阀 40 的内部结构的说明图。
图 3A ～图 3D 是对图 1 所示的加热器 14、 冷却器 16 及喷雾嘴组 15 的配置进行说 明的说明图。
图 4 是说明能使用于图 1 所示的温湿度调节装置中的其他分配装置的说明图。
图 5 是表示使用于图 4 所示的分配装置中的双通阀的流量特性的图表。
图 6A 及图 6B 是对图 1 所示的温湿度调节装置位于冷却侧的节省能源的原理进行 说明的说明图。
图 7A 及图 7B 是对图 1 所示的温湿度调节装置位于加热侧的节省能源的原理进行 说明的说明图。
图 8 是说明本发明者提供的温湿度调节装置的其他例子的概略图。
图 9 是用于说明图 8 所示的温湿度调节装置的温度控制部 22 和压缩机控制部 44 的控制步骤的流程图。
图 10 是说明本发明者提供的温湿度调节装置的其他例子的概略图。
图 11 是说明本发明者提供的温湿度调节装置的其他例子的概略图。
图 12 是说明本发明者提供的温湿度调节装置的其他例子的概略图。
图 13 是说明以往的温度调节装置的概略图。
具体实施方式
在图 1 中表示了说明本发明者提供的温湿度调节装置的一例的概略图。在图 1 所 示的温湿度调节装置中， 在进行温度及湿度的调节的无尘室内所设置的空间单元 10 内， 设 有加热流路、 冷却流路及作为湿度控制装置的水分供给装置， 该加热流路、 冷却流路及水分供给装置调节被风扇 12 吸入的作为温湿度调节对象的气体的空气的温度及湿度。
设有作为构成上述加热流路的加热装置的加热器 14 和作为构成冷却流路的冷却 装置的冷却器 16， 设置冷却器 16 和加热器 14， 以使无尘室内的空气通过冷却器 16 被除湿 后通过加热器 14。
在该冷却器 16 与加热器 14 之间， 设有构成水分供给装置的喷雾嘴组 15， 将规定量 的水朝被冷却器 16 除湿后的空气喷出。水箱 17 中所贮存的纯水经由设于泵 19 及水供给 配管 21 的控制阀 23 而被供给到构成该喷雾嘴组 15 的喷雾嘴 15a、 15a……。此外， 用于将 供给来的纯水喷出的压缩空气也经由配管 25 而被供给到喷雾嘴 15a、 15a……。
在上述水箱 17 中， 贮存有将经由配管 33 供给来的通常水供给到纯水器 35 而得到 的纯水。该水箱 17 的纯水的贮存量被设于纯水供给配管 37 的控制阀 39 保持为一定。
作为该喷雾嘴 15a， 能使用众所周知的喷雾嘴， 例如同时喷出空气和水而使水形成 雾状的二流体嘴。或者， 能使用一个二流体嘴来替代喷雾嘴组 15。
在图 1 所示的温湿度调节装置中设有循环回路， 该循环回路将从压缩机 18 排出的 第一热介质分配到具有加热器 14 的加热流路和具有冷却器 16 的冷却流路， 并将分别流过 加热流路及冷却流路的第一热介质再供给到压缩机 18。 作为该第一热介质， 例如能使用丙烷、 异丁烷、 环戊烷等烃、 氟利昂类、 氨及二氧化 碳。供给上述第一热介质， 并利用第一热介质的气化 / 液化来加热 / 冷却无尘室内的空气 以调节至规定温度。
这样的第一热介质被压缩机 18 压缩 / 加热变为高温 ( 例如 70℃ ) 的气体状而被 排出。 利用作为分配装置的比例三通阀 20， 将从压缩机 18 排出的高温的第一热介质分配到 设有加热器 14 的加热流路侧和设有冷却器 16 的冷却流路侧。
在该比例三通阀 20 中， 分配到加热流路侧的高温的第一热介质和分配到冷却流 路侧的高温的第一热介质的总量与从压缩机 18 排出的高温的第一热介质量相等。
上述比例三通阀 20 被温度控制部 22 控制。在该温度控制部 22 中， 对设于空间单 元 10 的空气吹出口的温度传感器 24 所测定的测定温度与设定好的设定温度进行比较， 实 质上连续改变分配到加热流路侧和冷却流路侧的高温的第一热介质的分配比率， 以使测定 温度与设定温度一致， 从而将吸入到空间单元 10 内的空气调节到规定温度。
该 “实质上连续改变” 是指在以分步控制的方式驱动比例三通阀 20 时， 微观上比 例三通阀 20 依步骤被驱动， 但整体上被连续驱动。
也能任意地设定上述温度控制部 22 所设定的设定温度。此外， 图 1 所示的温度传 感器 24 设置于风扇 12 的排出侧， 但可设置于风扇 12 的吸入侧， 也可设置于风扇 12 的排出 侧及吸入侧。
另外， 从喷雾嘴组 15 喷出的纯水量被湿度控制部 27 控制。 在该湿度控制部 27 中， 对设于空间单元 10 的空气吹出口的湿度传感器 29 所测定的测定湿度与设定好的设定湿度 进行比较， 调节控制阀 23， 以使测定湿度与设定湿度一致， 从而将吸入到空间单元 10 内的 空气调节到规定湿度。
也能任意地设定上述湿度控制部 27 所设定的设定湿度。此外， 图 1 所示的湿度传 感器 29 设置于风扇 12 的排出侧， 但可设置于风扇 12 的吸入侧， 也可设于风扇 12 的排出侧 及吸入侧。
被比例三通阀 20 分配到加热流路侧的高温的第一热介质被直接供给到加热器 14， 并加热被吸引到空间单元 10 内且被冷却器 16 冷却的空气流及从喷雾嘴组 15 喷出的水 分， 从而将其调节到规定温度。此时， 高温的第一热介质放热而被冷却， 成为含有冷凝液的 第一热介质。
另一方面， 被分配到冷却流路侧的高温的第一热介质被作为冷凝装置的冷凝器 26 冷却， 然后被作为第一膨胀装置的膨胀阀 28 绝热膨胀， 从而进一步冷却 ( 例如， 冷却到 10℃ )。 被冷却的第一热介质被供给到冷却器 16 而气化， 以冷却吸入到空间单元 10 内的空 气流。
在上述冷凝器 26 中， 供给有经由配管 30、 不被外部加热或冷却地供给来的、 作为 第二热介质的冷却水， 该冷却水用于冷却被分配到加热器 14 侧的高温的第一热介质。上述 冷却水在冷凝器 26 内被 70℃左右的第一热介质加热到 30℃左右而从配管 31 排出。从该 配管 31 排出的冷却水作为加热源被供给到作为热泵装置的吸热装置的吸热器 32。
在该吸热器 32 中， 供给有利用作为第二膨胀装置的膨胀阀 34 使在加热器 14 内放 热后的第一热介质绝热膨胀而进一步冷却得到的 10℃左右的第一热介质。因此， 在吸热器 32 中， 根据在冷凝器 26 内吸热而升温到 30℃左右的冷却水与通过气化被冷却到 10℃左右 的第一热介质的温度差， 第一热介质能从冷却水吸热。 在吸热器 32 内从冷却水吸热而升温气化的第一热介质， 经由蓄热器 36 被供给到 压缩机 18。在该蓄热器 36 中， 也供给有从被供给到冷却器 16 且被吸入到空间单元 10 内的 空气流吸热而气化的第一热介质。
上述蓄热器 36 是能贮存液体成分且仅将气体成分再供给到压缩机 18 类型的蓄热 器， 因此， 能可靠地仅将第一热介质的气体成分供给到压缩机 18。
作为该蓄热器 36， 能使用蓄能器用类型的蓄热器。
此外， 也可将从吸热器 32 排出的冷却水供给到纯水器 35， 并从喷雾嘴组 15 的喷雾 嘴 15a 喷出。在从吸热器 32 排出的冷却水的温度比从配管 33 供给的冷却水的温度高的情 况下， 由于从喷雾嘴 15a 喷出的水的蒸发潜热较小， 因此， 能减小空气流的温度降低。
即使不设置蓄热器 36， 只要能使在吸热器 32 内从空气流吸热而升温气化的热介 质和被供给到冷却器 16 且从被吸入到空间单元 10 内的气体吸热而蒸发的热介质合流， 并 将其再供给到压缩机 18 即可。
然而， 利用膨胀阀 34 使在加热器 14 内放热后的第一热介质绝热膨胀而冷却， 但在 膨胀阀 34 内的绝热膨胀所产生的冷却中， 没有第一热介质与外部之间的热交换。因此， 被 绝热冷却的第一热介质， 能从由外部经由冷凝器 26 而被供给到吸热器 32 的、 作为第二热介 质的冷却水中吸热。
因此， 在从压缩机 18 排出的高温的第一热介质中， 能将利用热泵装置的吸热器 32 从来自外部供给来的冷却水中吸收的能量施加到压缩机 18 的压缩动能。能仅利用使第一 热介质循环的压缩机 18 的驱动能量， 来进行该吸热器 32 的吸热。
另外， 在图 1 所示的温湿度调节装置中， 从外部供给的冷却水经由冷凝器 26 而被 供给到吸热器 32。因此， 也能将使用冷凝器 26 除去的来自高温的第一热介质的能量的一 部分施加到从压缩机 18 排出的高温的第一热介质， 从而能提高加热流路的加热能力。因 此， 除了利用热泵装置的吸热器 32 吸收的能量以外， 还能将使用冷凝器 26 除去的来自高温
的第一热介质的能量的一部分施加到从压缩机 18 排出的高温的第一热介质， 从而能提高 加热流路的加热能力， 其结果是， 能扩大空气流的温度调节范围， 且能实现大幅度的节省能 源。
而且， 上述加热器 14 不仅能大幅度增加对该空气流的加热能力， 还能大幅度增加 对从喷雾嘴 15a 喷出的水分的加热能力， 并能大幅度增加加湿能力， 因此， 也能扩大空气流 的湿度调节范围。
这样， 即使因设于空气的供给侧的喷雾嘴组 15 喷出规定量的纯水而导致加热能 力提高了的加热器 14 的空气流温度的降低， 也具有能通过热泵装置的吸热将空气流温度 升温到规定温度的加热能力。
在此， 在不设置热泵装置而设置喷雾嘴组 15 来尝试湿度调节的情况下， 可能会出 现不能将空气流调节到规定温度的情况、 将空气流调节到规定温度要花费较长时间的情 况。
即， 对于因从喷雾嘴组 15 喷出的水而导致的空气流温度的降低， 需要增加供给有 从压缩机 18 排出的高温的第一热介质的一部分的加热器 14 的加热量。
然而， 被供给到加热器 14 的第一热介质中仅具有压缩机 18 所施加的热量。 因此， 这是因为在为了调节湿度而急速增加从喷雾嘴组 15 供给的水分量的情况 下， 不能立刻朝加热器 14 供给将空气流升温到规定温度所需的足够的热量。
这样， 在图 1 所示的温湿度调节装置中， 能通过热泵装置的设置来提高该加热流 路的加热能力， 因此， 能使规定电能的加热能力及加湿能力大幅度增加， 且能实现节省能 源。
此外， 在图 1 所示的温湿度调节装置中， 能根据空间单元 10 内的温度实质上连续 改变利用比例三通阀 20 而分配到加热流路侧的高温的第一热介质与分配到冷却流路侧的 高温的第一热介质的分配比率。
因此， 在图 1 所示的温湿度调节装置中， 在加热流路及冷却流路中始终供给有高 温的第一热介质， 利用比例三通阀 20 来立刻微小调节分配到加热流路和冷却流路的高温 的第一热介质的分配比率， 从而能迅速应对通过加热流路的加热器 14 和冷却流路的冷却 器 16 的温湿度调节对象的空气流的微小的负载变动， 能提高响应性。
此外， 如图 1 所示的温湿度调节装置那样， 纯水从设于加热器 14 的空气入口侧的 喷雾嘴喷出， 从而能将空气中的湿度维持在规定值。另外， 在无尘室内的空气循环时， 循环 空气被风扇 12 等加热， 但由于被来自喷雾嘴组 15 的纯水的喷雾除热， 因此， 能减小对冷却 器 16 的负载。
其结果是， 能相对于设定值高精度地控制通过加热流路的冷却器 16、 喷雾嘴组 15 及加热器 14 的温湿度调节对象的空气流的温度及湿度， 能减小图 1 所示的空间单元 10 的 温度变化及湿度变化， 从而能设置精密加工所要求的工序。
在图 1 所示的温湿度调节装置中， 如上所述， 提高了加热流路的加热能力， 且在流 路上独立地分别设有包括加热流路和冷却装置的流路中、 从作为分配装置的比例三通阀 20 到分别通过冷却器 16 及吸热器 32 的第一热介质在蓄热器 36 合流为止的包括加热流路的 流路和包括冷却流路的流路。 因此， 温度不同的第一热介质不会混合， 能扩大温湿度调节对 象的温度调节范围。
另外， 即使在大幅度提高通过加热器 14 和冷却器 16 的温湿度调节对象的空气流 的设定温度的情况下， 比起利用比例三通阀 20 将高温的第一热介质分配到冷却流路的分 配比率， 大幅度提高分配到加热流路的分配比率， 也能将温湿度调节对象的空气流迅速调 节到规定温度。
即使在调节上述空气流的温度时， 湿度控制部 27 也能调节来自喷雾嘴组 15 的纯 水的喷雾量， 以将空气流的湿度调节到设定湿度。
另外， 在图 1 所示的温湿度调节装置中， 提高了加热流路的加热能力， 且不需使用 加热水蒸汽产生装置等其他的水分供给装置、 加热装置， 因此， 能实现大幅度的节省能源。
在图 1 所示的温湿度调节装置中， 温度控制部 22 和湿度控制部 27 独立地调节温 度 / 湿度， 但即使在改变设定温度、 设定湿度的情况下， 空气流的温度 / 湿度也能在较短的 时间内达到设定温度 / 设定湿度。
在以上说明的图 1 所示的温湿度调节装置中， 在将冷却水供给到冷凝器 26 的配管 30 上， 设有作为制冷剂控制装置的控制阀 40。 控制该控制阀 40， 以使压缩机 18 的排出压力 一定。如图 2 所示， 在上述控制阀 40 中设有棒状部， 该棒状部具有开闭设于冷却水的流路 内的阀部 40a 的开口部的阀芯 40b。该棒状部被与其前端面抵接的弹簧 40c 朝阀芯 40b 关 闭阀部 40a 的开口部的方向施力。另外， 棒状部的另一端面与供给有从压缩机 18 排出的第 一热介质的压力的波纹管 40d 抵接， 使棒状部克服弹簧 40c 的作用力， 并朝打开阀部 40a 的 开口部的方向对阀芯 40b 施力。
因此， 当压缩机 18 的排出压力变为弹簧 40c 的作用力以上时， 利用波纹管 40d 使 阀芯 40d 朝打开阀部 40a 的开口部的方向移动， 增加供给到冷凝器 26 的冷却水量， 从而提 高冷凝器 26 的冷却能力。这样， 提高了冷凝器 26 的冷却能力， 并降低了压缩机 18 的排出 压力。
另一方面， 当压缩机 18 的排出压力变为弹簧 40c 的作用力以下时， 阀芯 40d 朝关 闭阀部 40a 的开口部的方向移动， 减少供给到冷凝器 26 的冷却水量， 从而降低冷凝器 26 的 冷却能力。因此， 提高了压缩机 18 的排出压力。
这样， 通过将压缩机 18 的排出压力保持为一定， 能稳定地运转温湿度调节装置。 此外， 朝冷凝器 26 供给超过需要的冷却水量， 并能调节以使冷却水不朝系统外排出。
如图 1 所示， 对于上述控制阀 40， 在控制阀 40 的分流配管上设有阀 41。该阀 41 在控制阀 40 发生故障的情况下， 增加供给到加热器 14 的高温的第一热介质的供给量， 降低 压缩机 18 的排出压力， 在因供给水的不足而使吸热器 32 实质上不起作用等的情况下， 朝冷 凝器 26 及吸热器 32 强制供给水。
在图 1 所示的温湿度调节装置中， 在冷却器 16 与加热器 14 之间， 设有喷出纯水的 喷雾嘴组 15， 但如图 3A 所示， 也可在加热器 14 的空气的出口侧设置喷雾嘴组 15。这样， 即 使将喷雾嘴组 15 设于加热器 14 的空气的出口侧， 也可利用在加热器 14 中被加热的空气流 来加热并蒸发从喷雾嘴组 15 喷出的水滴。
此外， 如图 3B 所示， 也可设置冷却器 16 和加热器 14， 以在空气被供给到加热器 14 后再将其供给到冷却器 16， 并将喷雾嘴组 15 设于冷却器 16 与加热器 14 之间。在该情况 下， 也能利用在加热器 14 中被加热的空气流来加热并蒸发从喷雾嘴组 15 喷出的水滴。
另外， 如图 3C 所示， 也可采用图 3B 所示的加热器 14 与冷却器 16 的设置， 而将喷雾嘴组 15 设于加热器 14 的空气的入口侧。在该情况下， 能利用加热器 14 直接加热并蒸发 从喷雾嘴组 15 喷出的水滴。
但是， 例如， 如图 3D 所示， 在采用图 3A 所示的加热器 14 与冷却器 16 的设置， 而将 喷雾嘴组 15 设于冷却器 16 的空气的入口侧的情况下， 由于从喷雾嘴组 15 喷出的水滴在冷 却器 16 内被冷凝而不被蒸发， 不能从空气流中除去， 因此， 将空气流调节到规定的湿度是 困难的。
如图 3B 及图 3C 所示， 在将喷雾嘴组 15 设于加热器 16 或冷却器 14 的上游侧的情 况下， 比喷雾嘴组 15 位于下游侧， 加热器 16 或冷却器 14 作为从喷雾嘴组 15 喷出的水滴的 分离器起作用， 并能使通过下游侧的加热器 16 或冷却器 14 的空气流中所含有的水滴的大 小一定。
如图 4 所示， 能使用 2 个双通阀即双通阀 38a、 38b， 来代替作为图 1 所示的温湿度 调节装置中所使用的分配装置的比例三通阀 20。两个双通阀 38a、 38b 分别被温度控制部 22 控制。 利用上述温度控制部 22 调节双通阀 38a、 38b 的各个的开度， 实质上连续调节被压 缩机 18 压缩 / 加热的气体状的高温的第一热介质分配到加热流路和冷却流路的分配比率， 并将通过加热器 14 和冷却器 16 的空气流控制在规定温度。此时， 调节双通阀 38a、 38b 的 开度并连续地调节比例分配， 以使分配到加热器 14 侧的高温的第一热介质量和分配到冷 却器 16 侧的高温的第一热介质量的总量与从压缩机 18 排出的高温的第一热介质量相等。
此时， 如图 5 所示， 双通阀 38a、 38b 的分别的阀开度与流量的关系不是直线状。因 此， 在温度控制部 22 中， 保持图 5 所示的与双通阀 38a、 38b 分别有关的流量特性数据， 根据 双通阀 38a、 38b 的各流量特性， 从温度控制部 22 朝各双通阀 38a、 38b 发出开度信号。
在此， “实质上连续调节分配到加热流路和冷却流路的分配比率” 或 “实质上连续 调节分配比率” 是指在利用分步控制来驱动双通阀 38a、 38b， 来调节加热流路和冷却流路的 分配比率时， 双通阀 38a、 38b 的开度在微观上被分步驱动调节， 但整体上被连续地驱动调 节。
在图 1 所示的温湿度调节装置中， 在利用加热器 14 和冷却器 16 对作为温湿度调 节对象的空气流进行温湿度调节中， 例如， 在加热器 14 和冷却器 16 相对于温湿度调节对象 的空气流位于加热侧的情况下， 在空气温度稳定的运转状态下， 如图 6A 所示， 使用加热器 14 对被冷却器 16 冷却后的空气流进行加热。在图 6A 所示的运转状态下， 存在以下情况 ： 与加热空气流所需要的能量 A 比较， 使用加热器 14 加热的能量变大。在该情况下， 如图 6B 所示， 若能尽可能减少加热器 14 与冷却器 16 的重复的能量， 则能实现节省能源。
另一方面， 在加热器 14 和冷却器 16 相对于温湿度调节对象的空气流位于冷却侧 的情况下， 在空气流的温度稳定的运转状态下， 如图 7A 所示， 使用冷却器 16 对在加热器 14 加热后的空气进行冷却。在图 7A 所示的运转状态下， 存在以下情况 ： 与冷却空气流所需要 的能量 B 比较， 使用冷却器 16 冷却的能量变大。在该情况下， 如图 7B 所示， 若能尽可能减 少冷却器 16 与加热器 14 的重复的能量， 则能实现节省能源。
但是， 在开 - 关控制朝加热器 14 和冷却器 16 的高温的第一热介质的供给， 以使彼 此相互抵消的热量为零时， 温湿度调节装置的运转变得不稳定， 且空气流在规定温度达到 稳定所需的时间较长。因此， 为了能稳定运转温湿度调节装置， 需要设置加热器 14 所施加 的加热量和冷却器 16 所施加的冷却量中、 彼此相互抵消的热量的最小限度。该必要最小限度的彼此相互抵消的热量因温湿度调节装置不同而稍微不同， 因 此， 最好通过实验来预先求出。
这样， 在图 8 所示的温湿度调节装置中， 利用压缩机控制部 44( 以下， 有时也称为 压缩机控制部 44)， 经由作为控制压缩机 18 的转速的转速控制部的逆变器 42 来进行控制， 以尽可能地减少加热器 14 所施加的加热量和冷却器 16 所施加的冷却量中、 彼此相互抵消 的热量， 从而能减少冷却器 16 与加热器 14 的重复的能量。
在构成图 8 所示的温湿度调节装置的结构构件中， 对与图 1 所示的温湿度调节装 置的结构构件相同的构件标注与图 1 的符号相同的符号， 并省略其详细说明。
上述压缩机控制部 44 与控制比例三通阀 20 的温度控制部 22 互动， 来尽可能减少 加热器 14 所施加的加热量与冷却器 16 所施加的冷却量中、 彼此相互抵消的热量， 并进行空 气流的温湿度控制。
将利用温度控制部 22 进行的比例三通阀 20 的控制和利用压缩机控制部 44 进行 的压缩机 18 的转速的控制示于图 9 的流程图。
试运转图 8 所示的温湿度调节装置后可知， 在温湿度调节装置相对于空气流位于 冷却侧运转的情况下， 从稳定运转上来说， 最好将作为加热器 14 所施加的加热量、 即比例 三通阀 20 朝加热器 14 侧的高温的第一热介质的分配率设为 5 ～ 15％ ( 将比例三通阀 20 朝冷却器 16 侧的高温的第一热介质的分配率设为 95 ～ 85％ )。 另一方面可知， 在温湿度调节装置相对于空气流位于加热侧运转的情况下， 从稳 定运转上来说， 最好将作为加热器 14 所施加的加热量、 即比例三通阀 20 朝加热器 14 侧的 高温的第一热介质的分配率设为 95 ～ 85％ ( 将比例三通阀 20 朝冷却器 16 侧的高温的第 一热介质的分配率设为 5 ～ 15％ )。
因此， 在图 9 的流程图所示的控制中， 在温湿度调节装置相对于空气流位于冷却 侧运转的情况下， 控制压缩机 18 的转速， 以使加热器 14 所施加的加热量、 具体而言比例三 通阀 20 朝加热器 14 侧的高温的第一热介质的分配率为 5 ～ 15％， 在温湿度调节装置相对 于空气流位于加热侧运转的情况下， 控制压缩机 18 的转速， 以使上述分配率为 95 ～ 85％。
在图 9 所示的流程图中， 在步骤 S10 中启动压缩机 18 后， 根据设于空间单元 10 内 的温度传感器 24 所测定的温度信号， 连续地改变利用比例三通阀 20 分配到加热器 14 侧和 冷却器 16 侧的高温的第一热介质的分配比率， 以在步骤 S12 中使空气流变成规定温度， 从 而将吸入到空间单元 10 内的空气流调节到规定温度。
在步骤 S14 中判断上述空气流是否到达规定温度并稳定， 在空气流的温度不稳定 的情况下， 返回步骤 S12， 连续地改变利用比例三通阀 20 分配到加热器 14 侧和冷却器 16 侧 的高温热介质的分配比率。上述步骤 S12 及步骤 S14 在温度控制部 22 中进行。
另一方面， 在空间单元 10 内的空气流到达规定温度并稳定的情况下， 在步骤 S16 ～ S22 中判断分配到加热器 14 侧的高温的第一热介质的分配比率是否在规定的范围 内。该步骤 S16 ～ S22 在压缩机控制部 44 中进行。
由于分配到加热器 14 侧的高温的第一热介质的分配比率存在偏差， 因此， 图9所 示的高温的第一热介质的平均分配率是规定时间内的第一热介质的分配率的平均的值， 以 下， 有时简称为第一热介质的平均分配率。
首先， 在步骤 S16 和步骤 S18 中， 假设温湿度调节装置相对于空气流位于冷却侧
时， 判断朝加热器 14 侧的第一热介质的平均分配率是否在 5 ～ 15％内。
在此， 朝加热器 14 侧的第一热介质的平均分配率在 5 ～ 15％内的情况下， 由于温 湿度调节装置相对于空气流位于冷却侧， 且处于温湿度调节装置运转稳定的范围内， 因此， 通过步骤 S16， 并从步骤 S18 返回到步骤 S16。
另一方面， 朝加热器 14 侧的第一热介质的平均分配率不足 5％的情况下， 由于朝 加热器 14 侧的第一热介质的平均分配率过低， 因此， 温湿度调节装置的运转容易变得不稳 定。因此， 从步骤 S16 进入步骤 S24， 增加压缩机 18 的转速， 以增加朝加热器 14 侧的第一热 介质的平均分配率。在步骤 S24 中， 从压缩机控制部 44 朝逆变器 42 发出以最小变化量增 加逆变器 42 所设定的压缩机 18 的转速的增加信号。通过以最小变化量增加压缩机 18 的 转速， 能稳定地运转温湿度调节装置。
使压缩机 18 的转速变化的最小变化量因温湿度调节装置而不同， 因此， 最好通过 实验求出， 但当压缩机 18 的转速为 2000 ～ 5000rpm 时， 作为优选， 将最小变化量设于 3 ～ 10％的范围内。
此外， 在朝加热器 14 侧的第一热介质的平均分配率超过 15％的情况下， 通过步骤 S16 和步骤 S18， 判断为空气流不在冷却侧， 并进入步骤 S20 和步骤 S22。在步骤 S20 和步 骤 S22 中， 假设空气流位于加热侧时， 判断朝加热器 14 侧的第一热介质的平均分配率是否 在 95 ～ 85％内。 在此， 朝加热器 14 侧的第一热介质的平均分配率在 85 ～ 95％内的情况下， 空气 流位于加热侧， 且处于温湿度调节装置的运转稳定的范围内， 因此， 通过步骤 S20 并从步骤 S22 返回到步骤 S16。
另一方面， 朝加热器 14 侧的第一热介质的平均分配率超过 95％的情况下， 朝加热 器 14 侧的第一热介质的平均分配率过高， 温湿度调节装置的运转容易变得不稳定。因此， 从步骤 S20 进入步骤 S24， 增加压缩机 18 的转速， 以减少朝加热器 14 侧的第一热介质的平 均分配率。在步骤 S24 中， 从压缩机控制部 44 朝逆变器 42 发出以最小变化量增加逆变器 42 所设定的压缩机 18 的转速的增加信号。
另外， 在朝加热器 14 侧的第一热介质的平均分配率不足 85 ％的情况下， 在步骤 S22 中， 判断为空气流既不在加热侧也不在冷却侧的状态， 即加热器 14 所施加的加热量和 冷却器 16 所施加的冷却量中， 彼此相互抵消的热量较多的状态。因此， 进入步骤 S26， 降低 压缩机 18 的转速。在步骤 S26 中， 从压缩机控制部 44 朝逆变器 42 发出以最小变化量降低 逆变器 42 所设定的压缩机 18 的转速的降低信号。以最小变化量降低压缩机 18 的转速， 使 空气流转移到加热侧或冷却侧。
接着， 通过步骤 S24 或步骤 S26 而进入步骤 S28， 判断压缩机 18 是否在运转中， 若 压缩机 18 在运转中， 则返回步骤 S14。在步骤 S14 中， 判断在步骤 S24 或步骤 S26 中， 在以 最小变化量增加或降低压缩机 18 的转速的状态下， 空间单元 10 内的空气流是否达到规定 温度并稳定。在空间单元 10 内的空气流达到规定温度并稳定的情况下， 通过步骤 S16 ～步 骤 S26， 再次判断朝加热器 14 侧的第一热介质的平均分配率是否在规定范围内。
另一方面， 在步骤 S14 中， 在判断为空间单元 10 内的空气流的温度不稳定的情况 下， 返回步骤 S12， 连续改变利用比例三通阀 20 分配到加热器 14 侧和冷却器 16 侧的第一热 介质的分配比率。 在空间单元 10 内的空气流达到规定温度并稳定后， 进入步骤 S16 ～ S26。
在步骤 S28 中， 在压缩机 18 不在运转状态的情况下， 停止温度控制部 22 及压缩机 控制部 44 的控制。
在以上说明的图 9 所示的流程图中， 在温度控制部 22 中， 关注朝加热器 14 侧的第 一热介质的平均分配率来进行控制， 但也可关注朝冷却器 16 侧的第一热介质的平均分配 率来进行控制。
此外， 也可将输入设定温度、 设定湿度的输入装置、 显示运转状态的显示装置等与 温度控制部 22、 湿度控制部 27 一体或分体设置。
在图 1 ～图 9 所示的温湿度调节装置中， 在冷凝器 26 及吸热器 32 中， 作为冷却水、 加热源使用了水， 但如图 10 所示， 作为冷凝器 26 及吸热器 32 的冷却源和加热源， 也可采用 使用风扇 50 吹动室内空气的方式。
在构成图 10 所示的温湿度调节装置的结构构件中， 对于与图 1 所示的温湿度调节 装置的结构构件相同的构件， 标注与图 1 的符号相同的符号， 省略详细说明。
另外， 在图 1 ～图 9 所示的温湿度调节装置中， 作为湿度控制装置， 设置了喷出水 的喷雾嘴组 15， 但如图 11 所示， 也可在空气流的流路内设置蒸汽产生器 52 来代替喷雾嘴 组 15。蒸汽产生器 52 是使水分通过加热器 14、 冷却器 16 而供给到空气流的装置， 利用加 热器 56 加热贮存于容器 54 内的纯水而产生蒸汽。该加热器 56 被湿度控制部 27 控制。
即， 在湿度控制部 27 中， 根据从风扇 12 排出的空气流中的湿度与目标湿度的差， 调节蒸汽产生器 52 的加热器 56 的加热量， 从而将从风扇 12 排出的空气流中的湿度调节到 目标湿度。
这样， 即使使用蒸汽产生器 52 作为湿度控制装置， 也能在图 11 所示的温湿度调节 装置中实现节省能源。
即， 利用因热泵装置的设置而提高了加热能力的加热器 14 来加热空气流， 能提高 空气流中的露点， 并能使较多的水分进入空气流中。
对于构成图 11 所示的温湿度调节装置的结构构件中、 与图 1 所示的温湿度调节装 置的结构构件相同的构件， 标注与图 1 的符号相同的符号， 省略详细说明。
另外， 如图 12 所示， 也可使用其他配管将水供给到冷凝器 26 和吸热器 32。例如， 可经由配管 33 将水供给到冷凝器 26， 经由配管 32a 将水供给到吸热器 32。通过上述冷凝 器 26 和吸热器 32 的水都被排出到系统外。
对于构成图 12 所示的温湿度调节装置的结构构件中、 与图 1 所示的温湿度调节装 置的结构构件相同的构件， 标注与图 1 的符号相同的符号， 省略详细说明。
此外， 也可使用其他配管供给供给到冷凝器 26 的水和供给到纯水器 35 的水。例 如， 可将通常的水供给到冷凝器 26， 将纯水供给到纯水器 35。
作为图 1 ～图 12 所示的温湿度调节装置中所使用的湿度控制装置， 能使用将比温 湿度调节对象的空气干燥的干燥空气吹入空气流的流路的装置与水分供给装置并用， 或代 替水分供给装置。
在采用以上说明的图 1 ～图 12 所示的温湿度调节装置的温湿度调节对象的空气 流的温湿度调节方法中， 体现了温湿度调节装置起到的、 能同时调节气体流的温度和湿度 的范围大、 且能实现节省能源的作用 / 效果。
在上述温湿度调节方法中， 对于依次通过的加热器 14 和冷却器 16 的空气流， 利用将第一热介质分配到加热器 14 和冷却器 16 的三通阀 20 或双通阀 38a、 38b 来改变第一热 介质的分配率， 从而将空气流调节到规定温度， 并利用设于空气流通过的流路中的湿度控 制装置将空气流调节到规定湿度， 其中， 加热器 14 中直接供给有被压缩机 18 压缩并加热的 高温的第一热介质的一部分， 冷却器 16 中供给有在冷凝器 26 内冷却后、 在膨胀阀 28 内绝 热膨胀而进一步冷却的第一热介质的剩余部分。
另外， 利用膨胀阀 34 使通过加热器 14 的第一热介质绝热膨胀而冷却， 并使其通过 包括从外部热源即水或空气吸热的吸热器 32 的热泵装置后， 与通过冷却器 16 的第一热介 质一起返回到压缩机 18。
以上说明的温湿度调节装置及温湿度调节方法用于半导体装置的制造工序等精 密加工领域中的无尘室的温湿度调节用途， 但当然也能用于在其他领域中所使用的无尘室 的温湿度调节用途。
另外， 上述说明的温湿度调节装置及温湿度调节方法， 也能作为其他领域， 例如涂 装槽、 涂装槽、 太阳模拟器 (solar simulator)、 印刷电路板贮藏柜、 电子显微镜、 压片机、 三 维测量机、 色谱仪、 通风室、 曝光装置、 均胶机、 液晶玻璃基板、 丝网印刷机、 图像诊断装置、 水泥养护、 成形用模具、 射出成形机、 细胞培养、 植物栽培、 食品的保存和成熟、 DNA 固定化等 领域的温湿度调节装置用而使用。