空気調和方法、空気調和設備及びこの空気調和設備の制御方法
【課題】クリーンルーム等の高効率での空調を可能とする。
【解決手段】空気調和設備１０は、外気導入経路２０を介して外気を導入し空調する外気調和機２２と、外気調和機２２の出口側とクリーンルーム１２内とを連通する空調機吸入経路２４を介して、外気と環気との混合気を空調した後、クリーンルーム１２内に供給する空調機２６と、クリーンルーム１２の空気を排気してスクラバ４８に導入した後、外部に排出する局所排気部１８とを備える。また、水槽５０と外気導入経路２０に設けられる第１熱交換器５２の入口側とが第１経路５４により連通され、第１熱交換器５２の出口側と水槽５０とが第２経路５６により連通される。
【解決手段】空気調和設備１０は、外気導入経路２０を介して外気を導入し空調する外気調和機２２と、外気調和機２２の出口側とクリーンルーム１２内とを連通する空調機吸入経路２４を介して、外気と環気との混合気を空調した後、クリーンルーム１２内に供給する空調機２６と、クリーンルーム１２の空気を排気してスクラバ４８に導入した後、外部に排出する局所排気部１８とを備える。また、水槽５０と外気導入経路２０に設けられる第１熱交換器５２の入口側とが第１経路５４により連通され、第１熱交換器５２の出口側と水槽５０とが第２経路５６により連通される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーンルームや恒温室等の空調を行う空気調和方法、空気調和設備及びこの空気調和設備の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体製造工場等で使用されているクリーンルームでは、洗浄装置や乾燥装置等の各種生産装置が製造プロセス毎に数多く設置されている。このため、このようなクリーンルーム内を一定温度、一定湿度及び一定圧力に維持するための空気調和設備は膨大なエネルギを消費する。
【０００３】
特許文献１には、クリーンルームを通過した後の戻り空気を顕熱冷却する熱交換器と、取り込んだ外気を空調する外気調節器とを備える空気調和設備が記載されている。
【０００４】
この空気調和設備では、冷却塔で冷却される冷却水により外気調整器に搭載される冷凍機の凝縮器の放熱を行うと共に、クリーンルーム内の空調ユニットの熱交換器に所定温度の冷却水を送るための冷却装置を配置する技術的思想が開示されており、このため、前記冷凍機を運転する時間を短縮する等の効果によって、省エネルギで空調を行うことができると記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９６２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の空気調和設備では、例えば、夏期等で外気の温度が非常に高い場合に、前記外気調整器での冷却負荷が大幅に増加して、冷凍機の消費エネルギが著しく増加するおそれがある。さらに、前記冷却塔や前記冷却装置を必要とするため設備が大型化及び複雑化し、この空気調和設備を既存のクリーンルーム等に設置するためには、既存の空気調和設備を廃棄して新たに設備を導入する必要があり、多大な設備投資を強いられるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を考慮してなされたものであり、クリーンルーム等の高効率な空調を可能とする空気調和方法を提供することを目的とする。また、本発明は、前記空気調和方法を実施することで高効率な空調を可能とし、さらに、既存の空気調和設備等を容易に転用することにより低コスト化を可能とする空気調和設備及びこの空気調和設備の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の空気調和方法は、外気調和機により外気を導入して空調し、前記空調された外気と被空調空間からの空気とを吸気し、空調機により空調した後、前記被空調空間に供給し、排気手段により前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入し、該湿式集塵機にて液体を噴射し、前記噴射した液体と前記排気とを接触させて前記排気を洗浄する空気調和方法であって、前記液体と、前記外気調和機に導入される前の外気とを熱交換させることを特徴とする。
【０００９】
このような方法によれば、湿式集塵機で利用される液体により、外気調和機に導入される前の外気を加熱又は冷却できるため、外気調和機での加熱又は冷却に係る負荷が軽減され、高効率での空調が可能となる。
【００１０】
また、前記外気調和機に導入される前の外気と熱交換した後の前記液体の温度が、前記被空調空間内の温度よりも低い場合には、前記熱交換した後の前記液体を、前記被空調空間から吸気され且つ前記空調機に導入される前の空気と熱交換させると、空調機での冷却負荷が軽減され、当該空調機での空調の効率が向上する。
【００１１】
さらに、前記外気調和機に導入される前の外気と熱交換した後の前記液体の温度が、前記被空調空間内の温度よりも高い場合には、前記熱交換した後の前記液体を、前記被空調空間から吸気され且つ前記空調機に導入される前の空気とは熱交換させずに前記湿式集塵機に循環させると、空調機への負担を増加させることなく、高効率な空調が可能となる。
【００１２】
また、前記外気調和機に導入される前の外気と熱交換した後の前記液体の温度が、前記被空調空間内の温度よりも低く、前記被空調空間内の温度と前記液体の温度との差が所定の範囲以上である場合には、前記熱交換した後の前記液体と、前記被空調空間から吸気され且つ前記空調機に導入される前の空気と断続的に熱交換させると好適である。
【００１３】
本発明の空気調和設備は、被空調空間を空調する空気調和設備であって、外気導入経路を介して外気を導入し空調する外気調和機と、前記外気調和機の出口側と前記被空調空間とを連通する空調機吸入経路を介して、前記外気調和機により空調された外気と前記被空調空間からの空気とを吸気して空調した後、前記被空調空間に供給する空調機と、前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入する排気手段と、前記外気導入経路に設けられた第１の熱交換器と、前記湿式集塵機に設けられた液体貯留部と前記第１の熱交換器の入口側とを連通する第１の経路と、前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第２の経路とを備えることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、湿式集塵機で利用される液体により、外気調和機に導入される前の外気を加熱又は冷却できるため、外気調和機での加熱又は冷却に係る負荷が軽減され、高効率な空気調和設備を構築することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の空気調和設備は、被空調空間を空調する空気調和設備であって、外気導入経路を介して外気を導入し空調する外気調和機と、前記外気調和機の出口側と前記被空調空間とを連通する空調機吸入経路を介して、前記外気調和機により空調された外気と前記被空調空間からの空気とを吸気して空調した後、前記被空調空間に供給する空調機と、前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入する排気手段と、前記外気導入経路に設けられた第１の熱交換器と、前記空調機吸入経路に設けられた第２の熱交換器と、前記湿式集塵機に設けられた液体貯留部と前記第１の熱交換器の入口側とを連通する第１の経路と、前記第２の熱交換器を経由して、前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第３の経路とを備えることを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、湿式集塵機で利用される液体により、外気調和機に導入される前の外気を加熱又は冷却できるため、外気調和機での加熱又は冷却に係る負荷が軽減され、高効率な空気調和設備を構築することが可能となると共に、空調機での冷却負荷が軽減され、当該空調機での空調の効率が向上する。
【００１７】
また、本発明の空気調和設備は、被空調空間を空調する空気調和設備であって、外気導入経路を介して外気を導入し空調する外気調和機と、前記外気調和機の出口側と前記被空調空間とを連通する空調機吸入経路を介して、前記外気調和機により空調された外気と前記被空調空間からの空気とを吸気して空調した後、前記被空調空間に供給する空調機と、前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入する排気手段と、前記外気導入経路に設けられた第１の熱交換器と、前記空調機吸入経路に設けられた第２の熱交換器と、前記湿式集塵機に設けられた液体貯留部と前記第１の熱交換器の入口側とを連通する第１の経路と、前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第２の経路と、前記第２の熱交換器を経由して、前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第３の経路とを備え、前記第２の経路は、前記第２の熱交換器をバイパスしており、前記第２の経路と前記第３の経路とを選択的に切換える切換手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、湿式集塵機で利用される液体により、外気調和機に導入される前の外気を加熱又は冷却できるため、外気調和機での加熱又は冷却に係る負荷が軽減され、高効率な空気調和設備を構築することが可能となると共に、空調機での冷却負荷が軽減され、当該空調機での空調の効率が向上する。さらに、前記第２の経路は、前記第２の熱交換器をバイパスしており、前記第２の経路と前記第３の経路とを選択的に切換える切換手段を備えているため、前記液体の状態に応じて、第２の熱交換器の使用を選択することができ、より一層高効率な空調が可能となる。
【００１９】
また、本発明の空気調和設備の制御方法は、前記外気調和機に導入される前の外気の温度が、前記被空調空間内の温度と前記液体貯留部内の液体の温度と間の温度域にある場合には、前記液体の循環を停止させることを特徴とする。このような制御方法により、前記第１の熱交換器や前記第２の熱交換器における、空気調和設備の効率向上に寄与しない不要な熱交換を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、クリーンルーム等の外気調和機や空調機の負担を軽減でき、高効率での空調が可能となる空気調和方法、空気調和設備及びこの空気調和設備の制御方法が提供される。また、本発明によれば、既存のクリーンルーム等に設置されている空気調和設備に熱媒体が循環する配管の敷設工事や熱交換器の施工を行うという容易な工事で高効率な空気調和設備を実現でき、低コストで空気調和設備のエネルギ消費を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る空気調和方法について、この空気調和方法を実施する空気調和設備との関係で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係る空気調和設備１０の概略構成説明図を示している。図１に示すように、空気調和設備１０は、被空調空間の一例としてのクリーンルーム１２内を一定温度（例えば、２３±１℃）、一定湿度（例えば、４５±５％ＲＨ）及び一定圧力（例えば、外部よりも若干高い正圧であって、１０〜２０Ｐａ程度）に維持する設備であって、空気調和部１４と、熱媒体循環部１６と、局所排気部１８と、制御装置１９とから構成される。
【００２３】
クリーンルーム１２は、例えば半導体製造工場で使用され、その室内には、図示しない洗浄装置や乾燥装置等の各種生産装置が製造プロセス毎に多数設置される。
【００２４】
空気調和部１４は、外気を導入して所定の温度及び湿度に空調した後、クリーンルーム１２内の空気（環気）を吸気して前記外気と混合した後、空調し、クリーンルーム１２内に供給する。
【００２５】
この空気調和部１４は、外気を導入するダクトである外気導入経路２０と、外気導入経路２０と連通し、外気導入経路２０を介して導入される外気を空調する外気調和機２２と、外気調和機２２の出口側（下流側）とクリーンルーム１２とを連通する空調機吸入経路２４と、外気調和機２２で空調された外気とクリーンルーム１２からの環気とが混合した混合気を空調機吸入経路２４を介して導入して空調する空調機２６と、空調機２６の出口側と連通し、空調機２６で空調された前記混合気をクリーンルーム１２内に供給する循環経路２８とを備える。
【００２６】
外気調和機２２は、外気導入経路２０を介して外気を導入して空調（温度及び湿度の調整）を行うものである。この外気調和機２２には、入口側（上流側）から順に、予熱コイル３０と、加湿器３２と、冷却コイル３４と、再燃コイル３６と、ファン３８と、フィルタ４０とが配置され、ファン３８により外気が流通する。
【００２７】
予熱コイル３０及び再燃コイル３６は、例えば、電気ヒータや図示しない蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器であって、外気を加熱する作用を奏する。また、冷却コイル３４は、例えば、前記蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器であって、外気を冷却する作用を奏する。さらに、加湿器３２は、水を噴霧して外気を調湿すると共に、水と外気とを接触させることで、外気中の汚染物質等を除去する作用を奏する。なお、フィルタ４０には、例えばＨＥＰＡフィルタが好適に用いられ、外気調和機２２に導入された外気の粉塵等を除去する。
【００２８】
空調機２６は、外気調和機２２で空調された外気とクリーンルーム１２からの環気とが混合した混合気を空調機吸入経路２４を介して導入し、空調を行うものである。この空調機２６には、入口側（上流側）から順に、冷却コイル４２と、加湿器４４と、ファン４６とが配置され、ファン４６により前記混合気が流通して空調された後、クリーンルーム１２内に供給される。
【００２９】
冷却コイル４２は、例えば、図示しない冷却塔等を備える冷却水循環装置により前記混合気を冷却する。また、加湿器４４は、上記加湿器３２と同様に、水を噴霧して導入された混合気を調湿する。
【００３０】
熱媒体循環部１６は、後述するスクラバ４８にて使用される水を熱媒体として循環させて空気調和部１４の各位置における空気と熱交換させることで、外気調和機２２や空調機２６の負担を軽減するために配設される。
【００３１】
この熱媒体循環部１６は、スクラバ４８の下部に設けられる水槽５０と外気導入経路２０に配設される第１熱交換器５２（第１の熱交換器）の入口側（上流側）とを連通する第１経路５４（第１の経路）と、第１熱交換器５２の出口側（下流側）と前記水槽５０とを連通する第２経路５６（第２の経路）と、第２経路５６から分岐して空調機吸入経路２４におけるクリーンルーム側経路２４ｂに配設される第２熱交換器５８（第２の熱交換器）を経由して、再び第２経路５６に三方弁６０（切換手段）を介して合流する切換経路６２とを備え、第１経路５４に配設されるポンプ６４により、スクラバ４８の水槽５０内の水が熱媒体として循環する。
【００３２】
なお、本実施形態において、三方弁６０の切換えにより、第２経路５６の前記分岐部分より上流側と、切換経路６２と、第２経路５６の三方弁６０より下流側とが連通する経路が、第３の経路として機能することになる。
【００３３】
また、切換経路６２は、第２経路５６から分岐し、第２熱交換器５８を経由した後、直接水槽５０に接続されるようにしてもよい。この場合には、三方弁６０は、切換経路６２と第２経路５６との分岐部分に配設される。
【００３４】
第１熱交換器５２及び第２熱交換器５８は、熱媒体と、外気及び環気とが対向流となるように配設される。これにより、第１熱交換器５２及び第２熱交換器５８での熱媒体と、外気又は環気との熱交換効率が向上する。
【００３５】
排気手段としての局所排気部１８は、クリーンルーム１２内における図示しない洗浄装置等で使用されるＨＦ（フッ化水素）やＮＨ3（アンモニア）等の薬品が蒸発して混入した空気を、排気ダクト６６から局所的に吸引して強制排気するものである。
【００３６】
この局所排気部１８には、排気ダクト６６に連通する排気経路６８と、排気経路６８に配設される排気ファン７０と、排気経路６８と連通し、排気中の前記薬品等を液体、例えば、水に溶解させて当該排気を洗浄するスクラバ４８（湿式集塵機）とを備える。
【００３７】
湿式集塵機であるスクラバ４８は、下部に液体貯留部としての水槽５０を有し、この水槽５０内に貯留される水をポンプ７２を介して噴霧部７４から噴霧させ、前記排気と接触させることにより、排気中の薬品等を除去して当該排気を洗浄するものである。前記洗浄された排気は、スクラバ４８の上部から外部に排出される。また、水槽５０内に貯留される水は、必要に応じてドレン弁７６を介して排出され、給水口７８より給水される。
【００３８】
このように、局所排気部１８によりクリーンルーム１２内の空気が外部に排出されるが、上記のように外気を導入することで、クリーンルーム１２内が所定の圧力（正圧）に維持されている。
【００３９】
制御装置１９は、空気調和設備１０における各部温度を検出するための温度センサ、すなわち、外気温度（Ｔｏａ）を検出する温度センサ８０ａ、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）を検出する温度センサ８０ｂ、水槽５０内の温度（Ｔ１）を検出する温度センサ８０ｃ及び第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）を検出する温度センサ８０ｄでの検出結果に基づき、三方弁６０を切換制御する。
【００４０】
つまり、制御装置１９は、前記各温度センサ８０ａ〜８０ｄでの検出結果に基づき、三方弁６０を切換制御して、切換経路６２への熱媒体の流通の可否を選択的に切換える。この場合、切換経路６２へ熱媒体を流通させず、第２熱交換器５８を機能させない場合には、三方弁６０は、図１中のＡ方向に熱媒体が流通するように切換えられる。一方、切換経路６２へ熱媒体を流通させ、第２熱交換器５８を機能させる場合には、三方弁６０は、図１中のＢ方向に熱媒体が流通するように切換えられる。
【００４１】
さらに、制御装置１９は、外気調和機２２、空調機２６、スクラバ４８、排気ファン７０及びポンプ６４等の運転を制御する。
【００４２】
次に、以上のように構成される空気調和設備１０によるクリーンルーム１２の空気調和方法について説明する。以下の説明では、先ず、空気調和部１４及び局所排気部１８の動作について図１を参照して説明し、次いで、熱媒体循環部１６の動作について図２及び図３を参照して説明する。
【００４３】
空気調和部１４において、外気導入経路２０を介して外気が外気調和機２２に導入され、外気調和機２２にて所定の温度及び湿度に調整されて、空調機吸入経路２４の外気調和機側経路２４ａに流通する。
【００４４】
そして、外気調和機２２で空調され外気調和機側経路２４ａに流通した外気は、空調機吸入経路２４のクリーンルーム側経路２４ｂからの環気と混合され、この混合気は、空調機２６に導入される。空調機２６は、前記混合気を所定の温度及び湿度に調整した後、循環経路２８からクリーンルーム１２内に供給（給気）する。
【００４５】
以上のように、空気調和部１４において、外気及び環気が空調されることで、クリーンルーム１２内が所定の温度及び湿度に維持される。
【００４６】
一方、局所排気部１８では、上記のように、排気ダクト６６からの排気が、排気経路６８を介して、スクラバ４８内に導入される。この排気は、スクラバ４８内で噴霧される水と接触して洗浄された後、外部へ排出される。
【００４７】
このとき、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）が＋２３℃で略一定であるため、スクラバ４８内に導入される排気の温度も＋２３℃で略一定である。このため、スクラバ４８内で噴霧されて排気と接触した後、水槽５０内に貯留されている水の温度（Ｔ２）は、＋２３℃程度の排気との接触及び噴霧される水の蒸発潜熱による冷却のため、外気温度Ｔｏａとは略無関係に、＋１５〜２０℃程度に保持されている。
【００４８】
次に、熱媒体循環部１６の動作について、図２及び図３を参照して説明する。熱媒体循環部１６では、スクラバ４８の水槽５０内に貯留されている水が熱媒体としてポンプ６４の駆動により循環する。なお、三方弁６０は、主にクリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）と、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）との関係により、その切換方向が制御される。また、この場合、Ｔｒ＞Ｔ１であることを前提として説明するものとする。
【００４９】
第１に、例えば夏期であって、外気温度（Ｔｏａ）がクリーンルーム１２内温度（Ｔｒ）より高い場合、すなわち、Ｔｏａ＞Ｔｒである場合について説明する。
【００５０】
この場合、水槽５０内で貯留している熱媒体（水）は、上記のように、例えば、Ｔ１＝＋１５℃程度である。このため、ポンプ６４を駆動することにより、熱媒体は、第１経路５４から第１熱交換器５２を流通し、外気調和機２２に導入される前の外気と熱交換して、この外気を冷却する。
【００５１】
このように、外気調和機２２に導入される前の外気が冷却されることにより、外気温度が高い場合でも、外気調和機２２での冷却負荷が軽減されるため、外気調和機２２での空調の効率が向上する。
【００５２】
ここで、クリーンルーム側経路２４ｂへの環気は、クリーンルーム１２内での熱負荷により、当該クリーンルーム１２内の温度よりも若干高く、例えば、＋２５℃程度となっている。
【００５３】
そこで、先ず、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）と、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）との関係において、Ｔ２＜Ｔｒの場合には、制御装置１９は三方弁６０をＢ方向に切換える。これにより、図３に示すように、ポンプ６４の作用下、第１経路５４から第１熱交換器５２を経た熱媒体は、切換経路６２及び第２熱交換器５８へと流通する。
【００５４】
このため、第２熱交換器５８において、熱媒体により、クリーンルーム１２からの環気が冷却されることで、空調機２６に導入される混合気が冷却され、空調機２６での冷却負荷が軽減されるため、空調機２６での空調の効率が向上する。そして、第２熱交換器５８を経由した熱媒体は、三方弁６０を介して、水槽５０へと戻ることになる。
【００５５】
一方、例えば、外気温度（Ｔｏａ）が非常に高く、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）と、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）との関係において、Ｔ２＞Ｔｒの場合には、熱媒体により前記環気を冷却することが不可能であるため、制御装置１９は三方弁６０をＡ方向に切換える。これにより、図２に示すように、熱媒体は、ポンプ６４の作用下、切換経路６２及び第２熱交換器５８へは流通せずに、三方弁６０を介して水槽５０へと戻ることになる。
【００５６】
第２に、例えば冬期であって、外気温度（Ｔｏａ）がクリーンルーム１２内温度（Ｔｒ）より低い場合、すなわち、Ｔｏａ＜Ｔｒである場合について説明する。なお、この場合のＴ１とＴｏａとＴｒとの関係は、Ｔｏａ≦Ｔ１＜Ｔｒとなる。
【００５７】
この場合にも、水槽５０内の熱媒体（水）は、上記のように、例えば、Ｔ１＝＋１５℃程度である。このため、ポンプ６４を駆動することにより、熱媒体は、第１経路５４から第１熱交換器５２を流通し、外気調和機２２に導入される前の外気と熱交換して、この外気を加熱すると共に、当該熱媒体自体は冷却される。
【００５８】
このように、外気調和機２２に導入される前の外気が加熱されることにより、外気温度が低い場合でも、外気調和機２２での加熱負荷が低減されるため、外気調和機２２での空調の効率が向上する。
【００５９】
ここで、クリーンルーム側経路２４ｂへの環気は、上記のように、クリーンルーム１２内での熱負荷により、当該クリーンルーム１２内の温度よりも若干高く、例えば、＋２５℃程度となっている。
【００６０】
そこで、先ず、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）と、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）との関係において、Ｔ２＜Ｔｒの場合には、制御装置１９は三方弁６０をＢ方向に切換える。これにより、図３に示すように、ポンプ６４の作用下、第１経路５４から第１熱交換器５２を経た熱媒体は、切換経路６２及び第２熱交換器５８へと流通する。
【００６１】
このため、第２熱交換器５８において、熱媒体により、クリーンルーム１２からの環気が冷却されることで、空調機２６に導入される混合気が冷却され、空調機２６での冷却負荷が軽減されるため、空調機２６での空調の効率が向上する。そして、第２熱交換器５８を経由した熱媒体は、三方弁６０を介して、水槽５０へと戻ることになる。
【００６２】
ところで、この場合（例えば、冬期。Ｔｏａ＜Ｔｒ）には、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）は、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）以上となることはないため、通常、三方弁６０は常にＢ方向に切換制御されている。
【００６３】
ところが、外気温度（Ｔｏａ）が非常に低い時には、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）が過度に低下してしまう場合がある。このような場合、第１熱交換器５２にて過度に冷却された熱媒体を第２熱交換器５８へ流通させてしまうと、クリーンルーム１２からの環気の温度が過度に（例えば、＋１０℃〜＋１５℃程度まで）低下するおそれがあり、結果的に空調機２６での暖房負荷が増加してしまう可能性がある。
【００６４】
そこで、上記のように、外気温度（Ｔｏａ）が非常に低く、クリーンルームからの環気の温度が過度に低下するおそれがある場合、すなわち、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）と、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）との関係において、Ｔ２＜Ｔｒであって、Ｔ２とＴｒの温度差が所定の範囲以上（例えば、２０℃以上）となる場合（以下、Ｔ２＜＜Ｔｒと記載する）には、制御装置１９により切換手段である三方弁６０を断続的に切換制御して、第２熱交換器５８にて熱媒体と環気とを断続的に熱交換させることにより、前記環気が過度に冷却されることを防止する制御を行う。
【００６５】
このように、断続的に切換手段である三方弁６０を制御する方法については、例えば、第２熱交換器５８の熱交換能力とＴｒとＴ２の温度差から、空調機２６に導入される空気の温度を予測して、該空調機２６に導入される空気の温度がＴｒよりも低くなることが想定される場合や、第２熱交換器５８で熱交換した後の空気の温度を測定し、該測定された温度がＴｒよりも低い場合において、三方弁６０を切換制御し、第２熱交換器５８への熱媒体の循環を一時的に停止する方法が挙げられる。
【００６６】
なお、前記断続的に熱交換させるとは、所定時間毎に三方弁６０を切換制御することにより、第２熱交換器５８への熱媒体の流通を所定時間毎に停止又は流通させるように制御することなどが一例として挙げられる。
【００６７】
第３に、夏期や冬期以外、例えば、春期や秋期（中間期）であって、外気温度（Ｔｏａ）が、クリーンルーム１２内温度（Ｔｒ）以下であって、水槽５０内の熱冷媒の温度（Ｔ１）より高い場合（Ｔｏａが、ＴｒとＴ１との間の温度域にある場合）、すなわち、Ｔ１＜Ｔｏａ≦Ｔｒとなる場合について説明する。
【００６８】
このような場合、第１熱交換器５２及び第２熱交換器５８における上記熱媒体と、外気又は環気との熱交換を行ったとしても、必ずしも所望の効率向上を図ることが困難である可能性がある。このため、このような場合には、制御装置１９により、ポンプ６４を停止して、熱媒体の第１熱交換器５２及び第２熱交換器５８への循環を行わないような制御を実行するものとする。
【００６９】
以上のように、熱媒体循環部１６においては、表１に示すように、５種類の制御方法が実行される。このように、空気調和設備１０では、外気温度（Ｔｏａ）、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）、第１熱交換器５２から出た熱冷媒の温度（Ｔ２）及び水槽５０内の温度（Ｔ１）等からなる各条件に応じて、ポンプ６４のＯＮ−ＯＦＦ制御や三方弁６０の切換制御を行うことで、より一層高効率な空調運転が可能となる。
【００７０】
【表１】
【００７１】
以上、本実施形態に係る空気調和設備１０によれば、スクラバ４８にて使用される液体である水を熱媒体として、熱媒体循環部１６を循環させると共に、三方弁６０を切換制御する。これにより、外気調和機２２及び空調機２６へ導入される外気及び環気を、第１熱交換器５２と第２熱交換器５８により加熱又は冷却することができる。
【００７２】
このため、例えば、外気温度の高い夏期には、特に外気調和機２２の負担を大幅に軽減することができる。また、外気温度の低い冬場には、外気調和機２２及び空調機２６の負担を大幅に軽減することができ、空気調和設備１０の効率を向上させることができる。
【００７３】
特に、上記実施形態でのクリーンルーム１２のように、局所排気部１８を有している場合には、クリーンルーム１２内の空気の排気量が大きく、クリーンルーム１２内を上記のような正圧に維持するためには、その分、外気導入量も大きくなり、その空調には膨大なエネルギを消費する。しかしながら、本実施形態に係る空気調和設備１０では、上記のような高効率での空調が可能であるため、クリーンルーム１２の空調に係るエネルギ消費量を大幅に低減することができる。
【００７４】
ところで、本実施形態に係る空気調和設備１０では、基本的には、熱媒体循環部１６による熱媒体の循環という簡単な構成により、空気調和部１４での空調効率を大幅に向上させることができる。
【００７５】
このため、例えば、既に空気調和部１４及び局所排気部１８が配設されているようなクリーンルーム等の空気調和設備において、スクラバ４８の水槽５０に第１経路５４及び第２経路５６を配管工事すると共に、外気導入経路２０及びクリーンルーム側経路２４ｂに第１熱交換器５２及び第２熱交換器５８を、さらに、三方弁６０及び各経路を施工するという簡単な追加工事によって、本発明の実施形態に係る空気調和設備１０を構築することができる。
【００７６】
従って、既存のクリーンルームの空気調和設備を、容易且つ低コストで、本実施形態に係る高効率な空気調和設備１０に変更することが可能となる。
【００７７】
なお、熱媒体循環部１６は、本実施形態に係る空気調和設備１０の使用条件や設置場所等に応じて、例えば、第１経路５４と、第２経路５６と、第１熱交換器５２とを用い、三方弁６０等を用いずに、外気と熱媒体とを熱交換させ、環気と熱媒体とは熱交換しないように構成してもよい。
【００７８】
同様に、熱媒体循環部１６は、第１経路５４と、第１熱交換器５２と、第２経路５６の切換経路６２への分岐部分より上流側と、切換経路６２と、第２熱交換器５８とを用いて切換経路６２の下流側を水槽５０に連通させ、三方弁６０等を用いずに、外気及び環気と熱媒体とを熱交換させるように構成してもよい。この場合には、第２経路５６の切換経路６２への分岐部分より上流側と、切換経路６２と、第２熱交換器５８とを用いて切換経路６２の下流側を水槽５０に連通させることにより構成される経路が、上記した第３の経路として機能する。
【００７９】
以上、上記実施形態により本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。
【００８０】
第２熱交換器５８は、空調機吸入経路２４のクリーンルーム側経路２４ｂに設けるものとしたが、例えば、外気調和機側経路２４ａとクリーンルーム側経路２４ｂとが合流した後の空調機吸入経路２４に設けてもよい。
【００８１】
また、外気調和機２２及び空調機２６は、夫々導入される外気及び混合気を所定の温度及び湿度に調整できればよく、上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００８２】
また、本発明に係る空気調和設備１０の運転制御は、上記した５種類の制御方法（表１参照）に限定されるものではなく、種々の制御を実行可能であることは勿論である。
【００８３】
さらに、本発明に係る空気調和方法、空気調和設備及びこの空気調和設備の制御方法はクリーンルーム以外の恒温室等にも適用可能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施形態に係る空気調和設備の概略構成説明図である。
【図２】前記空気調和設備において、三方弁を図１中のＡ方向に切換えた場合における熱媒体の流通経路を示す説明図である。
【図３】前記空気調和設備において、三方弁を図１中のＢ方向に切換えた場合における熱媒体の流通経路を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０…空気調和設備 １２…クリーンルーム
１４…空気調和部 １６…熱媒体循環部
１８…局所排気部 １９…制御装置
２０…外気導入経路 ２２…外気調和機
２４…空調機吸入経路 ２４ａ…外気調和機側経路
２４ｂ…クリーンルーム側経路 ２６…空調機
２８…循環経路 ４８…スクラバ
５０…水槽 ５２…第１熱交換器
５４…第１経路 ５６…第２経路
５８…第２熱交換器 ６０…三方弁
６２…切換経路 ６４、７２…ポンプ
７４…噴霧部
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ…温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーンルームや恒温室等の空調を行う空気調和方法、空気調和設備及びこの空気調和設備の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体製造工場等で使用されているクリーンルームでは、洗浄装置や乾燥装置等の各種生産装置が製造プロセス毎に数多く設置されている。このため、このようなクリーンルーム内を一定温度、一定湿度及び一定圧力に維持するための空気調和設備は膨大なエネルギを消費する。
【０００３】
特許文献１には、クリーンルームを通過した後の戻り空気を顕熱冷却する熱交換器と、取り込んだ外気を空調する外気調節器とを備える空気調和設備が記載されている。
【０００４】
この空気調和設備では、冷却塔で冷却される冷却水により外気調整器に搭載される冷凍機の凝縮器の放熱を行うと共に、クリーンルーム内の空調ユニットの熱交換器に所定温度の冷却水を送るための冷却装置を配置する技術的思想が開示されており、このため、前記冷凍機を運転する時間を短縮する等の効果によって、省エネルギで空調を行うことができると記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９６２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の空気調和設備では、例えば、夏期等で外気の温度が非常に高い場合に、前記外気調整器での冷却負荷が大幅に増加して、冷凍機の消費エネルギが著しく増加するおそれがある。さらに、前記冷却塔や前記冷却装置を必要とするため設備が大型化及び複雑化し、この空気調和設備を既存のクリーンルーム等に設置するためには、既存の空気調和設備を廃棄して新たに設備を導入する必要があり、多大な設備投資を強いられるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を考慮してなされたものであり、クリーンルーム等の高効率な空調を可能とする空気調和方法を提供することを目的とする。また、本発明は、前記空気調和方法を実施することで高効率な空調を可能とし、さらに、既存の空気調和設備等を容易に転用することにより低コスト化を可能とする空気調和設備及びこの空気調和設備の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の空気調和方法は、外気調和機により外気を導入して空調し、前記空調された外気と被空調空間からの空気とを吸気し、空調機により空調した後、前記被空調空間に供給し、排気手段により前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入し、該湿式集塵機にて液体を噴射し、前記噴射した液体と前記排気とを接触させて前記排気を洗浄する空気調和方法であって、前記液体と、前記外気調和機に導入される前の外気とを熱交換させることを特徴とする。
【０００９】
このような方法によれば、湿式集塵機で利用される液体により、外気調和機に導入される前の外気を加熱又は冷却できるため、外気調和機での加熱又は冷却に係る負荷が軽減され、高効率での空調が可能となる。
【００１０】
また、前記外気調和機に導入される前の外気と熱交換した後の前記液体の温度が、前記被空調空間内の温度よりも低い場合には、前記熱交換した後の前記液体を、前記被空調空間から吸気され且つ前記空調機に導入される前の空気と熱交換させると、空調機での冷却負荷が軽減され、当該空調機での空調の効率が向上する。
【００１１】
さらに、前記外気調和機に導入される前の外気と熱交換した後の前記液体の温度が、前記被空調空間内の温度よりも高い場合には、前記熱交換した後の前記液体を、前記被空調空間から吸気され且つ前記空調機に導入される前の空気とは熱交換させずに前記湿式集塵機に循環させると、空調機への負担を増加させることなく、高効率な空調が可能となる。
【００１２】
また、前記外気調和機に導入される前の外気と熱交換した後の前記液体の温度が、前記被空調空間内の温度よりも低く、前記被空調空間内の温度と前記液体の温度との差が所定の範囲以上である場合には、前記熱交換した後の前記液体と、前記被空調空間から吸気され且つ前記空調機に導入される前の空気と断続的に熱交換させると好適である。
【００１３】
本発明の空気調和設備は、被空調空間を空調する空気調和設備であって、外気導入経路を介して外気を導入し空調する外気調和機と、前記外気調和機の出口側と前記被空調空間とを連通する空調機吸入経路を介して、前記外気調和機により空調された外気と前記被空調空間からの空気とを吸気して空調した後、前記被空調空間に供給する空調機と、前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入する排気手段と、前記外気導入経路に設けられた第１の熱交換器と、前記湿式集塵機に設けられた液体貯留部と前記第１の熱交換器の入口側とを連通する第１の経路と、前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第２の経路とを備えることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、湿式集塵機で利用される液体により、外気調和機に導入される前の外気を加熱又は冷却できるため、外気調和機での加熱又は冷却に係る負荷が軽減され、高効率な空気調和設備を構築することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の空気調和設備は、被空調空間を空調する空気調和設備であって、外気導入経路を介して外気を導入し空調する外気調和機と、前記外気調和機の出口側と前記被空調空間とを連通する空調機吸入経路を介して、前記外気調和機により空調された外気と前記被空調空間からの空気とを吸気して空調した後、前記被空調空間に供給する空調機と、前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入する排気手段と、前記外気導入経路に設けられた第１の熱交換器と、前記空調機吸入経路に設けられた第２の熱交換器と、前記湿式集塵機に設けられた液体貯留部と前記第１の熱交換器の入口側とを連通する第１の経路と、前記第２の熱交換器を経由して、前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第３の経路とを備えることを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、湿式集塵機で利用される液体により、外気調和機に導入される前の外気を加熱又は冷却できるため、外気調和機での加熱又は冷却に係る負荷が軽減され、高効率な空気調和設備を構築することが可能となると共に、空調機での冷却負荷が軽減され、当該空調機での空調の効率が向上する。
【００１７】
また、本発明の空気調和設備は、被空調空間を空調する空気調和設備であって、外気導入経路を介して外気を導入し空調する外気調和機と、前記外気調和機の出口側と前記被空調空間とを連通する空調機吸入経路を介して、前記外気調和機により空調された外気と前記被空調空間からの空気とを吸気して空調した後、前記被空調空間に供給する空調機と、前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入する排気手段と、前記外気導入経路に設けられた第１の熱交換器と、前記空調機吸入経路に設けられた第２の熱交換器と、前記湿式集塵機に設けられた液体貯留部と前記第１の熱交換器の入口側とを連通する第１の経路と、前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第２の経路と、前記第２の熱交換器を経由して、前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第３の経路とを備え、前記第２の経路は、前記第２の熱交換器をバイパスしており、前記第２の経路と前記第３の経路とを選択的に切換える切換手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、湿式集塵機で利用される液体により、外気調和機に導入される前の外気を加熱又は冷却できるため、外気調和機での加熱又は冷却に係る負荷が軽減され、高効率な空気調和設備を構築することが可能となると共に、空調機での冷却負荷が軽減され、当該空調機での空調の効率が向上する。さらに、前記第２の経路は、前記第２の熱交換器をバイパスしており、前記第２の経路と前記第３の経路とを選択的に切換える切換手段を備えているため、前記液体の状態に応じて、第２の熱交換器の使用を選択することができ、より一層高効率な空調が可能となる。
【００１９】
また、本発明の空気調和設備の制御方法は、前記外気調和機に導入される前の外気の温度が、前記被空調空間内の温度と前記液体貯留部内の液体の温度と間の温度域にある場合には、前記液体の循環を停止させることを特徴とする。このような制御方法により、前記第１の熱交換器や前記第２の熱交換器における、空気調和設備の効率向上に寄与しない不要な熱交換を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、クリーンルーム等の外気調和機や空調機の負担を軽減でき、高効率での空調が可能となる空気調和方法、空気調和設備及びこの空気調和設備の制御方法が提供される。また、本発明によれば、既存のクリーンルーム等に設置されている空気調和設備に熱媒体が循環する配管の敷設工事や熱交換器の施工を行うという容易な工事で高効率な空気調和設備を実現でき、低コストで空気調和設備のエネルギ消費を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る空気調和方法について、この空気調和方法を実施する空気調和設備との関係で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係る空気調和設備１０の概略構成説明図を示している。図１に示すように、空気調和設備１０は、被空調空間の一例としてのクリーンルーム１２内を一定温度（例えば、２３±１℃）、一定湿度（例えば、４５±５％ＲＨ）及び一定圧力（例えば、外部よりも若干高い正圧であって、１０〜２０Ｐａ程度）に維持する設備であって、空気調和部１４と、熱媒体循環部１６と、局所排気部１８と、制御装置１９とから構成される。
【００２３】
クリーンルーム１２は、例えば半導体製造工場で使用され、その室内には、図示しない洗浄装置や乾燥装置等の各種生産装置が製造プロセス毎に多数設置される。
【００２４】
空気調和部１４は、外気を導入して所定の温度及び湿度に空調した後、クリーンルーム１２内の空気（環気）を吸気して前記外気と混合した後、空調し、クリーンルーム１２内に供給する。
【００２５】
この空気調和部１４は、外気を導入するダクトである外気導入経路２０と、外気導入経路２０と連通し、外気導入経路２０を介して導入される外気を空調する外気調和機２２と、外気調和機２２の出口側（下流側）とクリーンルーム１２とを連通する空調機吸入経路２４と、外気調和機２２で空調された外気とクリーンルーム１２からの環気とが混合した混合気を空調機吸入経路２４を介して導入して空調する空調機２６と、空調機２６の出口側と連通し、空調機２６で空調された前記混合気をクリーンルーム１２内に供給する循環経路２８とを備える。
【００２６】
外気調和機２２は、外気導入経路２０を介して外気を導入して空調（温度及び湿度の調整）を行うものである。この外気調和機２２には、入口側（上流側）から順に、予熱コイル３０と、加湿器３２と、冷却コイル３４と、再燃コイル３６と、ファン３８と、フィルタ４０とが配置され、ファン３８により外気が流通する。
【００２７】
予熱コイル３０及び再燃コイル３６は、例えば、電気ヒータや図示しない蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器であって、外気を加熱する作用を奏する。また、冷却コイル３４は、例えば、前記蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器であって、外気を冷却する作用を奏する。さらに、加湿器３２は、水を噴霧して外気を調湿すると共に、水と外気とを接触させることで、外気中の汚染物質等を除去する作用を奏する。なお、フィルタ４０には、例えばＨＥＰＡフィルタが好適に用いられ、外気調和機２２に導入された外気の粉塵等を除去する。
【００２８】
空調機２６は、外気調和機２２で空調された外気とクリーンルーム１２からの環気とが混合した混合気を空調機吸入経路２４を介して導入し、空調を行うものである。この空調機２６には、入口側（上流側）から順に、冷却コイル４２と、加湿器４４と、ファン４６とが配置され、ファン４６により前記混合気が流通して空調された後、クリーンルーム１２内に供給される。
【００２９】
冷却コイル４２は、例えば、図示しない冷却塔等を備える冷却水循環装置により前記混合気を冷却する。また、加湿器４４は、上記加湿器３２と同様に、水を噴霧して導入された混合気を調湿する。
【００３０】
熱媒体循環部１６は、後述するスクラバ４８にて使用される水を熱媒体として循環させて空気調和部１４の各位置における空気と熱交換させることで、外気調和機２２や空調機２６の負担を軽減するために配設される。
【００３１】
この熱媒体循環部１６は、スクラバ４８の下部に設けられる水槽５０と外気導入経路２０に配設される第１熱交換器５２（第１の熱交換器）の入口側（上流側）とを連通する第１経路５４（第１の経路）と、第１熱交換器５２の出口側（下流側）と前記水槽５０とを連通する第２経路５６（第２の経路）と、第２経路５６から分岐して空調機吸入経路２４におけるクリーンルーム側経路２４ｂに配設される第２熱交換器５８（第２の熱交換器）を経由して、再び第２経路５６に三方弁６０（切換手段）を介して合流する切換経路６２とを備え、第１経路５４に配設されるポンプ６４により、スクラバ４８の水槽５０内の水が熱媒体として循環する。
【００３２】
なお、本実施形態において、三方弁６０の切換えにより、第２経路５６の前記分岐部分より上流側と、切換経路６２と、第２経路５６の三方弁６０より下流側とが連通する経路が、第３の経路として機能することになる。
【００３３】
また、切換経路６２は、第２経路５６から分岐し、第２熱交換器５８を経由した後、直接水槽５０に接続されるようにしてもよい。この場合には、三方弁６０は、切換経路６２と第２経路５６との分岐部分に配設される。
【００３４】
第１熱交換器５２及び第２熱交換器５８は、熱媒体と、外気及び環気とが対向流となるように配設される。これにより、第１熱交換器５２及び第２熱交換器５８での熱媒体と、外気又は環気との熱交換効率が向上する。
【００３５】
排気手段としての局所排気部１８は、クリーンルーム１２内における図示しない洗浄装置等で使用されるＨＦ（フッ化水素）やＮＨ3（アンモニア）等の薬品が蒸発して混入した空気を、排気ダクト６６から局所的に吸引して強制排気するものである。
【００３６】
この局所排気部１８には、排気ダクト６６に連通する排気経路６８と、排気経路６８に配設される排気ファン７０と、排気経路６８と連通し、排気中の前記薬品等を液体、例えば、水に溶解させて当該排気を洗浄するスクラバ４８（湿式集塵機）とを備える。
【００３７】
湿式集塵機であるスクラバ４８は、下部に液体貯留部としての水槽５０を有し、この水槽５０内に貯留される水をポンプ７２を介して噴霧部７４から噴霧させ、前記排気と接触させることにより、排気中の薬品等を除去して当該排気を洗浄するものである。前記洗浄された排気は、スクラバ４８の上部から外部に排出される。また、水槽５０内に貯留される水は、必要に応じてドレン弁７６を介して排出され、給水口７８より給水される。
【００３８】
このように、局所排気部１８によりクリーンルーム１２内の空気が外部に排出されるが、上記のように外気を導入することで、クリーンルーム１２内が所定の圧力（正圧）に維持されている。
【００３９】
制御装置１９は、空気調和設備１０における各部温度を検出するための温度センサ、すなわち、外気温度（Ｔｏａ）を検出する温度センサ８０ａ、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）を検出する温度センサ８０ｂ、水槽５０内の温度（Ｔ１）を検出する温度センサ８０ｃ及び第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）を検出する温度センサ８０ｄでの検出結果に基づき、三方弁６０を切換制御する。
【００４０】
つまり、制御装置１９は、前記各温度センサ８０ａ〜８０ｄでの検出結果に基づき、三方弁６０を切換制御して、切換経路６２への熱媒体の流通の可否を選択的に切換える。この場合、切換経路６２へ熱媒体を流通させず、第２熱交換器５８を機能させない場合には、三方弁６０は、図１中のＡ方向に熱媒体が流通するように切換えられる。一方、切換経路６２へ熱媒体を流通させ、第２熱交換器５８を機能させる場合には、三方弁６０は、図１中のＢ方向に熱媒体が流通するように切換えられる。
【００４１】
さらに、制御装置１９は、外気調和機２２、空調機２６、スクラバ４８、排気ファン７０及びポンプ６４等の運転を制御する。
【００４２】
次に、以上のように構成される空気調和設備１０によるクリーンルーム１２の空気調和方法について説明する。以下の説明では、先ず、空気調和部１４及び局所排気部１８の動作について図１を参照して説明し、次いで、熱媒体循環部１６の動作について図２及び図３を参照して説明する。
【００４３】
空気調和部１４において、外気導入経路２０を介して外気が外気調和機２２に導入され、外気調和機２２にて所定の温度及び湿度に調整されて、空調機吸入経路２４の外気調和機側経路２４ａに流通する。
【００４４】
そして、外気調和機２２で空調され外気調和機側経路２４ａに流通した外気は、空調機吸入経路２４のクリーンルーム側経路２４ｂからの環気と混合され、この混合気は、空調機２６に導入される。空調機２６は、前記混合気を所定の温度及び湿度に調整した後、循環経路２８からクリーンルーム１２内に供給（給気）する。
【００４５】
以上のように、空気調和部１４において、外気及び環気が空調されることで、クリーンルーム１２内が所定の温度及び湿度に維持される。
【００４６】
一方、局所排気部１８では、上記のように、排気ダクト６６からの排気が、排気経路６８を介して、スクラバ４８内に導入される。この排気は、スクラバ４８内で噴霧される水と接触して洗浄された後、外部へ排出される。
【００４７】
このとき、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）が＋２３℃で略一定であるため、スクラバ４８内に導入される排気の温度も＋２３℃で略一定である。このため、スクラバ４８内で噴霧されて排気と接触した後、水槽５０内に貯留されている水の温度（Ｔ２）は、＋２３℃程度の排気との接触及び噴霧される水の蒸発潜熱による冷却のため、外気温度Ｔｏａとは略無関係に、＋１５〜２０℃程度に保持されている。
【００４８】
次に、熱媒体循環部１６の動作について、図２及び図３を参照して説明する。熱媒体循環部１６では、スクラバ４８の水槽５０内に貯留されている水が熱媒体としてポンプ６４の駆動により循環する。なお、三方弁６０は、主にクリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）と、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）との関係により、その切換方向が制御される。また、この場合、Ｔｒ＞Ｔ１であることを前提として説明するものとする。
【００４９】
第１に、例えば夏期であって、外気温度（Ｔｏａ）がクリーンルーム１２内温度（Ｔｒ）より高い場合、すなわち、Ｔｏａ＞Ｔｒである場合について説明する。
【００５０】
この場合、水槽５０内で貯留している熱媒体（水）は、上記のように、例えば、Ｔ１＝＋１５℃程度である。このため、ポンプ６４を駆動することにより、熱媒体は、第１経路５４から第１熱交換器５２を流通し、外気調和機２２に導入される前の外気と熱交換して、この外気を冷却する。
【００５１】
このように、外気調和機２２に導入される前の外気が冷却されることにより、外気温度が高い場合でも、外気調和機２２での冷却負荷が軽減されるため、外気調和機２２での空調の効率が向上する。
【００５２】
ここで、クリーンルーム側経路２４ｂへの環気は、クリーンルーム１２内での熱負荷により、当該クリーンルーム１２内の温度よりも若干高く、例えば、＋２５℃程度となっている。
【００５３】
そこで、先ず、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）と、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）との関係において、Ｔ２＜Ｔｒの場合には、制御装置１９は三方弁６０をＢ方向に切換える。これにより、図３に示すように、ポンプ６４の作用下、第１経路５４から第１熱交換器５２を経た熱媒体は、切換経路６２及び第２熱交換器５８へと流通する。
【００５４】
このため、第２熱交換器５８において、熱媒体により、クリーンルーム１２からの環気が冷却されることで、空調機２６に導入される混合気が冷却され、空調機２６での冷却負荷が軽減されるため、空調機２６での空調の効率が向上する。そして、第２熱交換器５８を経由した熱媒体は、三方弁６０を介して、水槽５０へと戻ることになる。
【００５５】
一方、例えば、外気温度（Ｔｏａ）が非常に高く、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）と、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）との関係において、Ｔ２＞Ｔｒの場合には、熱媒体により前記環気を冷却することが不可能であるため、制御装置１９は三方弁６０をＡ方向に切換える。これにより、図２に示すように、熱媒体は、ポンプ６４の作用下、切換経路６２及び第２熱交換器５８へは流通せずに、三方弁６０を介して水槽５０へと戻ることになる。
【００５６】
第２に、例えば冬期であって、外気温度（Ｔｏａ）がクリーンルーム１２内温度（Ｔｒ）より低い場合、すなわち、Ｔｏａ＜Ｔｒである場合について説明する。なお、この場合のＴ１とＴｏａとＴｒとの関係は、Ｔｏａ≦Ｔ１＜Ｔｒとなる。
【００５７】
この場合にも、水槽５０内の熱媒体（水）は、上記のように、例えば、Ｔ１＝＋１５℃程度である。このため、ポンプ６４を駆動することにより、熱媒体は、第１経路５４から第１熱交換器５２を流通し、外気調和機２２に導入される前の外気と熱交換して、この外気を加熱すると共に、当該熱媒体自体は冷却される。
【００５８】
このように、外気調和機２２に導入される前の外気が加熱されることにより、外気温度が低い場合でも、外気調和機２２での加熱負荷が低減されるため、外気調和機２２での空調の効率が向上する。
【００５９】
ここで、クリーンルーム側経路２４ｂへの環気は、上記のように、クリーンルーム１２内での熱負荷により、当該クリーンルーム１２内の温度よりも若干高く、例えば、＋２５℃程度となっている。
【００６０】
そこで、先ず、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）と、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）との関係において、Ｔ２＜Ｔｒの場合には、制御装置１９は三方弁６０をＢ方向に切換える。これにより、図３に示すように、ポンプ６４の作用下、第１経路５４から第１熱交換器５２を経た熱媒体は、切換経路６２及び第２熱交換器５８へと流通する。
【００６１】
このため、第２熱交換器５８において、熱媒体により、クリーンルーム１２からの環気が冷却されることで、空調機２６に導入される混合気が冷却され、空調機２６での冷却負荷が軽減されるため、空調機２６での空調の効率が向上する。そして、第２熱交換器５８を経由した熱媒体は、三方弁６０を介して、水槽５０へと戻ることになる。
【００６２】
ところで、この場合（例えば、冬期。Ｔｏａ＜Ｔｒ）には、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）は、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）以上となることはないため、通常、三方弁６０は常にＢ方向に切換制御されている。
【００６３】
ところが、外気温度（Ｔｏａ）が非常に低い時には、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）が過度に低下してしまう場合がある。このような場合、第１熱交換器５２にて過度に冷却された熱媒体を第２熱交換器５８へ流通させてしまうと、クリーンルーム１２からの環気の温度が過度に（例えば、＋１０℃〜＋１５℃程度まで）低下するおそれがあり、結果的に空調機２６での暖房負荷が増加してしまう可能性がある。
【００６４】
そこで、上記のように、外気温度（Ｔｏａ）が非常に低く、クリーンルームからの環気の温度が過度に低下するおそれがある場合、すなわち、第１熱交換器５２から出た熱媒体の温度（Ｔ２）と、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）との関係において、Ｔ２＜Ｔｒであって、Ｔ２とＴｒの温度差が所定の範囲以上（例えば、２０℃以上）となる場合（以下、Ｔ２＜＜Ｔｒと記載する）には、制御装置１９により切換手段である三方弁６０を断続的に切換制御して、第２熱交換器５８にて熱媒体と環気とを断続的に熱交換させることにより、前記環気が過度に冷却されることを防止する制御を行う。
【００６５】
このように、断続的に切換手段である三方弁６０を制御する方法については、例えば、第２熱交換器５８の熱交換能力とＴｒとＴ２の温度差から、空調機２６に導入される空気の温度を予測して、該空調機２６に導入される空気の温度がＴｒよりも低くなることが想定される場合や、第２熱交換器５８で熱交換した後の空気の温度を測定し、該測定された温度がＴｒよりも低い場合において、三方弁６０を切換制御し、第２熱交換器５８への熱媒体の循環を一時的に停止する方法が挙げられる。
【００６６】
なお、前記断続的に熱交換させるとは、所定時間毎に三方弁６０を切換制御することにより、第２熱交換器５８への熱媒体の流通を所定時間毎に停止又は流通させるように制御することなどが一例として挙げられる。
【００６７】
第３に、夏期や冬期以外、例えば、春期や秋期（中間期）であって、外気温度（Ｔｏａ）が、クリーンルーム１２内温度（Ｔｒ）以下であって、水槽５０内の熱冷媒の温度（Ｔ１）より高い場合（Ｔｏａが、ＴｒとＴ１との間の温度域にある場合）、すなわち、Ｔ１＜Ｔｏａ≦Ｔｒとなる場合について説明する。
【００６８】
このような場合、第１熱交換器５２及び第２熱交換器５８における上記熱媒体と、外気又は環気との熱交換を行ったとしても、必ずしも所望の効率向上を図ることが困難である可能性がある。このため、このような場合には、制御装置１９により、ポンプ６４を停止して、熱媒体の第１熱交換器５２及び第２熱交換器５８への循環を行わないような制御を実行するものとする。
【００６９】
以上のように、熱媒体循環部１６においては、表１に示すように、５種類の制御方法が実行される。このように、空気調和設備１０では、外気温度（Ｔｏａ）、クリーンルーム１２内の温度（Ｔｒ）、第１熱交換器５２から出た熱冷媒の温度（Ｔ２）及び水槽５０内の温度（Ｔ１）等からなる各条件に応じて、ポンプ６４のＯＮ−ＯＦＦ制御や三方弁６０の切換制御を行うことで、より一層高効率な空調運転が可能となる。
【００７０】
【表１】
【００７１】
以上、本実施形態に係る空気調和設備１０によれば、スクラバ４８にて使用される液体である水を熱媒体として、熱媒体循環部１６を循環させると共に、三方弁６０を切換制御する。これにより、外気調和機２２及び空調機２６へ導入される外気及び環気を、第１熱交換器５２と第２熱交換器５８により加熱又は冷却することができる。
【００７２】
このため、例えば、外気温度の高い夏期には、特に外気調和機２２の負担を大幅に軽減することができる。また、外気温度の低い冬場には、外気調和機２２及び空調機２６の負担を大幅に軽減することができ、空気調和設備１０の効率を向上させることができる。
【００７３】
特に、上記実施形態でのクリーンルーム１２のように、局所排気部１８を有している場合には、クリーンルーム１２内の空気の排気量が大きく、クリーンルーム１２内を上記のような正圧に維持するためには、その分、外気導入量も大きくなり、その空調には膨大なエネルギを消費する。しかしながら、本実施形態に係る空気調和設備１０では、上記のような高効率での空調が可能であるため、クリーンルーム１２の空調に係るエネルギ消費量を大幅に低減することができる。
【００７４】
ところで、本実施形態に係る空気調和設備１０では、基本的には、熱媒体循環部１６による熱媒体の循環という簡単な構成により、空気調和部１４での空調効率を大幅に向上させることができる。
【００７５】
このため、例えば、既に空気調和部１４及び局所排気部１８が配設されているようなクリーンルーム等の空気調和設備において、スクラバ４８の水槽５０に第１経路５４及び第２経路５６を配管工事すると共に、外気導入経路２０及びクリーンルーム側経路２４ｂに第１熱交換器５２及び第２熱交換器５８を、さらに、三方弁６０及び各経路を施工するという簡単な追加工事によって、本発明の実施形態に係る空気調和設備１０を構築することができる。
【００７６】
従って、既存のクリーンルームの空気調和設備を、容易且つ低コストで、本実施形態に係る高効率な空気調和設備１０に変更することが可能となる。
【００７７】
なお、熱媒体循環部１６は、本実施形態に係る空気調和設備１０の使用条件や設置場所等に応じて、例えば、第１経路５４と、第２経路５６と、第１熱交換器５２とを用い、三方弁６０等を用いずに、外気と熱媒体とを熱交換させ、環気と熱媒体とは熱交換しないように構成してもよい。
【００７８】
同様に、熱媒体循環部１６は、第１経路５４と、第１熱交換器５２と、第２経路５６の切換経路６２への分岐部分より上流側と、切換経路６２と、第２熱交換器５８とを用いて切換経路６２の下流側を水槽５０に連通させ、三方弁６０等を用いずに、外気及び環気と熱媒体とを熱交換させるように構成してもよい。この場合には、第２経路５６の切換経路６２への分岐部分より上流側と、切換経路６２と、第２熱交換器５８とを用いて切換経路６２の下流側を水槽５０に連通させることにより構成される経路が、上記した第３の経路として機能する。
【００７９】
以上、上記実施形態により本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。
【００８０】
第２熱交換器５８は、空調機吸入経路２４のクリーンルーム側経路２４ｂに設けるものとしたが、例えば、外気調和機側経路２４ａとクリーンルーム側経路２４ｂとが合流した後の空調機吸入経路２４に設けてもよい。
【００８１】
また、外気調和機２２及び空調機２６は、夫々導入される外気及び混合気を所定の温度及び湿度に調整できればよく、上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００８２】
また、本発明に係る空気調和設備１０の運転制御は、上記した５種類の制御方法（表１参照）に限定されるものではなく、種々の制御を実行可能であることは勿論である。
【００８３】
さらに、本発明に係る空気調和方法、空気調和設備及びこの空気調和設備の制御方法はクリーンルーム以外の恒温室等にも適用可能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施形態に係る空気調和設備の概略構成説明図である。
【図２】前記空気調和設備において、三方弁を図１中のＡ方向に切換えた場合における熱媒体の流通経路を示す説明図である。
【図３】前記空気調和設備において、三方弁を図１中のＢ方向に切換えた場合における熱媒体の流通経路を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０…空気調和設備 １２…クリーンルーム
１４…空気調和部 １６…熱媒体循環部
１８…局所排気部 １９…制御装置
２０…外気導入経路 ２２…外気調和機
２４…空調機吸入経路 ２４ａ…外気調和機側経路
２４ｂ…クリーンルーム側経路 ２６…空調機
２８…循環経路 ４８…スクラバ
５０…水槽 ５２…第１熱交換器
５４…第１経路 ５６…第２経路
５８…第２熱交換器 ６０…三方弁
６２…切換経路 ６４、７２…ポンプ
７４…噴霧部
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ…温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気調和機により外気を導入して空調し、
前記空調された外気と被空調空間からの空気とを吸気し、空調機により空調した後、前記被空調空間に供給し、
排気手段により前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入し、該湿式集塵機にて液体を噴射し、前記噴射した液体と前記排気とを接触させて前記排気を洗浄する空気調和方法であって、
前記液体と、前記外気調和機に導入される前の外気とを熱交換させることを特徴とする空気調和方法。
【請求項２】
請求項１記載の空気調和方法において、
前記外気調和機に導入される前の外気と熱交換した後の前記液体の温度が、前記被空調空間内の温度よりも低い場合には、
前記熱交換した後の前記液体を、前記被空調空間から吸気され且つ前記空調機に導入される前の空気と熱交換させることを特徴とする空気調和方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の空気調和方法において、
前記外気調和機に導入される前の外気と熱交換した後の前記液体の温度が、前記被空調空間内の温度よりも高い場合には、
前記熱交換した後の前記液体を、前記被空調空間から吸気され且つ前記空調機に導入される前の空気とは熱交換させずに前記湿式集塵機に循環させることを特徴とする空気調和方法。
【請求項４】
請求項２記載の空気調和方法において、
前記外気調和機に導入される前の外気と熱交換した後の前記液体の温度が、前記被空調空間内の温度よりも低く、前記被空調空間内の温度と前記液体の温度との差が所定の範囲以上である場合には、
前記熱交換した後の前記液体と、前記被空調空間から吸気され且つ前記空調機に導入される前の空気と断続的に熱交換させることを特徴とする空気調和方法。
【請求項５】
被空調空間を空調する空気調和設備であって、
外気導入経路を介して外気を導入し空調する外気調和機と、
前記外気調和機の出口側と前記被空調空間とを連通する空調機吸入経路を介して、前記外気調和機により空調された外気と前記被空調空間からの空気とを吸気して空調した後、前記被空調空間に供給する空調機と、
前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入する排気手段と、
前記外気導入経路に設けられた第１の熱交換器と、
前記湿式集塵機に設けられた液体貯留部と前記第１の熱交換器の入口側とを連通する第１の経路と、
前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第２の経路とを備えることを特徴とする空気調和設備。
【請求項６】
被空調空間を空調する空気調和設備であって、
外気導入経路を介して外気を導入し空調する外気調和機と、
前記外気調和機の出口側と前記被空調空間とを連通する空調機吸入経路を介して、前記外気調和機により空調された外気と前記被空調空間からの空気とを吸気して空調した後、前記被空調空間に供給する空調機と、
前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入する排気手段と、
前記外気導入経路に設けられた第１の熱交換器と、
前記空調機吸入経路に設けられた第２の熱交換器と、
前記湿式集塵機に設けられた液体貯留部と前記第１の熱交換器の入口側とを連通する第１の経路と、
前記第２の熱交換器を経由して、前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第３の経路とを備えることを特徴とする空気調和設備。
【請求項７】
被空調空間を空調する空気調和設備であって、
外気導入経路を介して外気を導入し空調する外気調和機と、
前記外気調和機の出口側と前記被空調空間とを連通する空調機吸入経路を介して、前記外気調和機により空調された外気と前記被空調空間からの空気とを吸気して空調した後、前記被空調空間に供給する空調機と、
前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入する排気手段と、
前記外気導入経路に設けられた第１の熱交換器と、
前記空調機吸入経路に設けられた第２の熱交換器と、
前記湿式集塵機に設けられた液体貯留部と前記第１の熱交換器の入口側とを連通する第１の経路と、
前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第２の経路と、
前記第２の熱交換器を経由して、前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第３の経路とを備え、
前記第２の経路は、前記第２の熱交換器をバイパスしており、
前記第２の経路と前記第３の経路とを選択的に切換える切換手段を備えることを特徴とする空気調和設備。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の空気調和設備の制御方法であって、
前記外気調和機に導入される前の外気の温度が、前記被空調空間内の温度と前記液体貯留部内の液体の温度と間の温度域にある場合には、前記液体の循環を停止させることを特徴とする空気調和設備の制御方法。
【請求項１】
外気調和機により外気を導入して空調し、
前記空調された外気と被空調空間からの空気とを吸気し、空調機により空調した後、前記被空調空間に供給し、
排気手段により前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入し、該湿式集塵機にて液体を噴射し、前記噴射した液体と前記排気とを接触させて前記排気を洗浄する空気調和方法であって、
前記液体と、前記外気調和機に導入される前の外気とを熱交換させることを特徴とする空気調和方法。
【請求項２】
請求項１記載の空気調和方法において、
前記外気調和機に導入される前の外気と熱交換した後の前記液体の温度が、前記被空調空間内の温度よりも低い場合には、
前記熱交換した後の前記液体を、前記被空調空間から吸気され且つ前記空調機に導入される前の空気と熱交換させることを特徴とする空気調和方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の空気調和方法において、
前記外気調和機に導入される前の外気と熱交換した後の前記液体の温度が、前記被空調空間内の温度よりも高い場合には、
前記熱交換した後の前記液体を、前記被空調空間から吸気され且つ前記空調機に導入される前の空気とは熱交換させずに前記湿式集塵機に循環させることを特徴とする空気調和方法。
【請求項４】
請求項２記載の空気調和方法において、
前記外気調和機に導入される前の外気と熱交換した後の前記液体の温度が、前記被空調空間内の温度よりも低く、前記被空調空間内の温度と前記液体の温度との差が所定の範囲以上である場合には、
前記熱交換した後の前記液体と、前記被空調空間から吸気され且つ前記空調機に導入される前の空気と断続的に熱交換させることを特徴とする空気調和方法。
【請求項５】
被空調空間を空調する空気調和設備であって、
外気導入経路を介して外気を導入し空調する外気調和機と、
前記外気調和機の出口側と前記被空調空間とを連通する空調機吸入経路を介して、前記外気調和機により空調された外気と前記被空調空間からの空気とを吸気して空調した後、前記被空調空間に供給する空調機と、
前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入する排気手段と、
前記外気導入経路に設けられた第１の熱交換器と、
前記湿式集塵機に設けられた液体貯留部と前記第１の熱交換器の入口側とを連通する第１の経路と、
前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第２の経路とを備えることを特徴とする空気調和設備。
【請求項６】
被空調空間を空調する空気調和設備であって、
外気導入経路を介して外気を導入し空調する外気調和機と、
前記外気調和機の出口側と前記被空調空間とを連通する空調機吸入経路を介して、前記外気調和機により空調された外気と前記被空調空間からの空気とを吸気して空調した後、前記被空調空間に供給する空調機と、
前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入する排気手段と、
前記外気導入経路に設けられた第１の熱交換器と、
前記空調機吸入経路に設けられた第２の熱交換器と、
前記湿式集塵機に設けられた液体貯留部と前記第１の熱交換器の入口側とを連通する第１の経路と、
前記第２の熱交換器を経由して、前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第３の経路とを備えることを特徴とする空気調和設備。
【請求項７】
被空調空間を空調する空気調和設備であって、
外気導入経路を介して外気を導入し空調する外気調和機と、
前記外気調和機の出口側と前記被空調空間とを連通する空調機吸入経路を介して、前記外気調和機により空調された外気と前記被空調空間からの空気とを吸気して空調した後、前記被空調空間に供給する空調機と、
前記被空調空間の空気を排気して湿式集塵機に導入する排気手段と、
前記外気導入経路に設けられた第１の熱交換器と、
前記空調機吸入経路に設けられた第２の熱交換器と、
前記湿式集塵機に設けられた液体貯留部と前記第１の熱交換器の入口側とを連通する第１の経路と、
前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第２の経路と、
前記第２の熱交換器を経由して、前記第１の熱交換器の出口側と前記液体貯留部とを連通する第３の経路とを備え、
前記第２の経路は、前記第２の熱交換器をバイパスしており、
前記第２の経路と前記第３の経路とを選択的に切換える切換手段を備えることを特徴とする空気調和設備。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の空気調和設備の制御方法であって、
前記外気調和機に導入される前の外気の温度が、前記被空調空間内の温度と前記液体貯留部内の液体の温度と間の温度域にある場合には、前記液体の循環を停止させることを特徴とする空気調和設備の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１９８６３３（Ｐ２００７−１９８６３３Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５６８２（Ｐ２００６−１５６８２）
【出願日】平成１８年１月２４日（２００６．１．２４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２４日（２００６．１．２４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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