JP2006292225A - 冷凍・空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】 冷凍・空調システムにおいて、システムの簡素化と運転コストの低減を図る。
【解決手段】 用途が異なる複数の冷凍・空調用の室内機器と、これら各室内機器を接続して共通に制御することができる室外ユニットとを備えてなる冷凍・空調システムであって、上記各室内機器をユニット化するとともに、それらの各々に冷媒配管との接続ポートを設け、共通の冷媒配管を介して上記室外ユニットに接続することにより、一つの熱源、一つの冷媒回路で部材等処理空間および部材等処理空間に関連する空間の空調と各種設備の冷却／加熱とを同時に行えるようにした。
【選択図】 図３

Description

本願発明は、用途を異にする複数の冷凍・空調用の室内機器を有する空間の冷凍・空調システムの構成に関するものである。

例えば最近の半導体工場などでは、最初から最大の製造量を見込んで大きなクリーンルームを建てるのではなく、適切な製造量の独立したクリーンルーム（建屋）を必要に応じて個別に建増して行くという方法が採用されている。

このような手法の場合、最終的には複数のクリーンルームが相互に独立した状態で並存することになり、それら複数のクリーンルームの個々に室内側複数の冷凍・空調機器と室外側熱源ユニットである室外ユニットとを設置することが必要となり、多数の冷凍・空調システムが並存することになる（特許文献１参照）。

一方、これとは逆に上記クリーンルームなどでは空調コストの削減が求められ、熱負荷の大きい半導体製造装置の液体冷却化や、排気量の削減が求められている。

特開平９−１４５１１２号公報（明細書１−７頁、図１−４）

しかし、上記従来技術では、
（１） 多数の冷凍・空調システムが、相互に関連なく並存するため、システムが複雑で運転コストも高い。

（２） 一般に空調も装置冷却も水冷のため、搬送動力が大きく、十分な省エネができていない。

（３） それぞれのシステムが最大負荷で設計されるため、個々の空調設備が大型化し、装置稼働率に応じた運用や、設備の増減などへの対応が困難である。

（４） 負荷変動が大きい生産設備の冷却と負荷変動の小さい空間内空調とをトータルに省エネ化することが困難である。

（５） スクラバーで処理された排気はそのまま外気に捨てられており、それに相当する分の外気を温湿度調整して導入しているので、排熱損失、排気量損失に加え、スクラバーコストが嵩む。
などの問題がある。

ところで、上記（５）の課題に対して、例えば排気を浄化して循環させる方法が考えられる。しかし、これを実現するには、ケミカルフィルタのような蓄積型のケミカル除去方式では、交換による生産性の低下をまねき具合が悪い。また、高価でランニングコストが高くなる。

そこで、エアワッシャやハニカムロータによる連続処理型ケミカル除去方式の採用が考えられるが、その場合、湿度調整や再生のためのエネルギーが別途必要になる。

これらの問題は、もちろん上記半導体製造用のクリーンルームなどに限られるものではなく、例えば（ｉ）フラットパネルディスプレー（液晶等）、磁気ヘッド等の製造、検査、組立、（ii）電子部品の実装、検査、（iii）精密部品の製造、検査、組立、（iv）医薬品の製造、検査、包装、（v）実験動物飼育、細胞培養、ＤＮＡ検査、（vi）フォトマスクの製造、スクリーン印刷、（vii）食品の加工、包装、（viii）塗装、等の各種部材等の処理を行うための空間で、温度と同時に湿度制御、塵埃濃度制御、化学汚染物質濃度制御または臭気除去、のいずれかを行う必要がある空間の場合にも同様に生じる。

いわゆる建屋としてのインダストリアルクリーンルームやバイオロジカルクリーンルームだけでなく、通常の工場内に設けられた上記の環境制御を行うクリーンブースや組立式の簡易クリーンルームなどででも同様である。

本願発明は、各室内機器をユニット化するとともに、それらの各々に冷媒配管との接続ポートを設け、共通の冷媒配管を介して上記室外ユニットに接続することにより、一つの熱源、一つの冷媒回路で上記のような部材等処理空間および部材等処理空間に関連する空間の空調と各種設備の冷却／加熱とを同時に行えるようにした冷凍・空調システムを提供することを目的とするものである。

本願発明は、同目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。

（１） 第１の課題解決手段
この発明の第１の課題解決手段は、用途が異なる複数の冷凍・空調用の室内機器と、これら各室内機器を接続して共通に制御することができる室外ユニットとを備えてなる冷凍・空調システムであって、上記各室内機器をユニット化するとともに、それらの各々に冷媒配管との接続ポートを設け、共通の冷媒配管を介して上記室外ユニットに接続することにより、一つの熱源、一つの冷媒回路で部材等処理空間および部材等処理空間に関連する空間の空調と各種設備の冷却／加熱とを同時に行えるようにしたことを特徴としている。

このような構成によれば、用途が異なる各種室内機器を共通の冷媒配管を介して共通の室外ユニットに接続することができ、室外側熱源ユニットを関連する全ての室内機器に共用化することができ、クリーンルームその他の部材等処理空間内冷凍・空調システムの簡素化とシステム運転コストの低コスト化を図ることができる。

（２） 第２の課題解決手段
この発明の第２の課題解決手段は、上記第１の課題解決手段の構成において、空気浄化装置を備え、部材等処理空間の空気の浄化を行うようにしたことを特徴としている。

このように、部材等処理空間の空気の浄化を行う空気浄化装置を備えていると、クリーンルーム等部材等処理空間内の空気の高度な浄化が要求される場合にも所望に対応することができるようになる。

（３） 第３の課題解決手段
この発明の第３の課題解決手段は、上記第１又は第２の課題解決手段の構成において、複数の部材等処理空間の冷凍・空調システムを相互に接続し、所定の集中コントローラーにより、複数の室外ユニット間でシステム内のすべての温調を行うようにしたことを特徴としている。

このような構成の場合、複数の部材等処理空間の各部材等処理空間各々のシステムが備えている室外ユニットの各々を有効に用いて、必要なシステムの冷凍・空調を効率良く実現することができ、エネルギー効率の良いシステム運営を行うことができる。

（４） 第４の課題解決手段
この発明の第４の課題解決手段は、上記第１，第２又は第３の課題解決手段の構成において、室外ユニット部に、外気導入型のケミカル温湿度調整ユニットを並設一体化したことを特徴としている。

このような構成によると、部材等処理空間内からケミカル除去ユニットがなくなる分だけ部材等処理空間内のシステムが簡素化されるとともに、ケミカル除去ユニットへの水搬送動力が小さくて済み、動力コストの削減が可能となる。

（５） 第５の課題解決手段
この発明の第５の課題解決手段は、上記第１，第２，第３又は第４の課題解決手段の構成において、室外ユニット部に、外気導入型のケミカル濃縮排気システムを並設一体化したことを特徴としている。

このような構成によると、ロータの再生に外気を使用することができ、高価な室内空気を排気することがないことから、有効に空調コストの削減が可能となる。

また、排気循環させることができるので、その排熱を有効に利用することができる。

以上の結果、本願発明によると、次のような有益な効果を得ることができる。

（１） システムの簡素化、低コスト化、運転コストの削減が可能となる。

（２） 冷却水搬送動力の削減で省エネ、排気管の縮小により省スペース、低コストになる。

（３） 排気処理に排熱を利用することができ、そして、省エネ、濃縮排気で排気量を削減し、排気処理性能をアップさせることができる。また、それらの結果、スクラバー処理コストを低減することができる。

（４） さらに集中コントロールするようにした場合、一台の室外ユニットが故障しても、他の室外ユニットでカバーできることから、半導体の生産性を落とさないで済む。

（最良の実施の形態１）
図１〜図３は、本願発明の最良の実施の形態１に係る冷凍・空調システムの構成を示している。

先ず図１は、本願発明の部材等処理空間の一例として、例えば半導体製造工場におけるクリーンルーム建屋内の空間の空気浄化および調温・調湿機能を備えた冷凍・空調システムの概略的な構成を示している。

すなわち、該建屋内の部材等処理空間は、例えば半導体の製造設備を有するクリーンルームＡと同クリーンルームＡに付随する事務室等の一般室Ｂとから構成されている。

クリーンルームＡには、テスタ１、露光装置２、塗布現像装置３、エッチャー４、洗浄装置５等の各種半導体製造設備が設置されている。そして、それらの各々に対応して、例えば装置冷却用水循環ユニット１１，１１・・・、空調ユニット１２，１３、基板冷却用ブライン循環ユニット１４、多孔膜式ケミカル除去ユニット１５ａ、ハニカムロータ型ケミカル除去ユニット１５ｂ、純水予熱ユニット１６、クリーンルーム内空間冷房用のクリーン空調機１７，１７・・・が設けられている。また、一般室Ｂには、一般室用の冷暖房用空調機１８，１８・・・が設けられている。

これらクリーンルームＡおよび一般室Ｂの装置冷却用水循環ユニット１１，１１・・・、空調ユニット１２，１３、基板冷却用ブライン循環ユニット１４、多孔膜式ケミカル除去ユニット１５ａ、ハニカムロータ型ケミカル除去ユニット１５ｂ、純水予熱用ユニット１６、クリーン空調機１７，１７・・・、一般室用空調機１８，１８・・・等は、それぞれ可及的コンパクトにユニット化して構成され、建屋の外側に設置された空気処理ユニット１９に対して、冷媒配管２０を介して接続されている。

この場合、該冷媒配管２０は、例えば図２に詳細に示すように、液配管２０ａ、吐出ガス配管２０ｂ、吸入ガス配管２０ｃよりなり、上記装置冷却用水循環ユニット１１、空調ユニット１２，１３、基板冷却用ブライン循環ユニット１４、クリーン空調機１７は、液配管２０ａと吸入ガス配管２０ｃに、また多孔膜式ケミカル除去ユニット１５ａ、一般室用空調機１８は、液配管２０ａ、吐出ガス配管２０ｂ、吸入ガス配管２０ｃの各々に、さらにハニカムロータ型ケミカル除去ユニット１５ｂ、純水予熱ユニット１６は液配管２０ａと吐出ガス配管２０ｂに、それぞれ接続して設置されている。

そして、そのために上記装置冷却用水循環ユニット１１、空調ユニット１２，１３、基板冷却用ブライン循環ユニット１４、クリーン空調機１７には、上記液配管２０ａおよび吸入ガス配管２０ｃとの接続ポートＰａ，Ｐｃが、また多孔膜式ケミカル除去ユニット１５ａ、一般室用空調機１８には、液配管２０ａ、吐出ガス配管２０ｂ、吸入ガス配管２０ｃとの接続ポートＰａ，Ｐｂ，Ｐｃが、さらにハニカムロータ型ケミカル除去ユニット１５ｂ、純水予熱ユニット１６には、液配管２０ａおよび吐出ガス配管２０ｂとの接続ポートＰａ，Ｐｂが、それぞれ設けられている。

一方、上記空気処理ユニット１９は、例えば図２に示すように、内部に室外ユニット１９ａを備えて構成されている。この室外ユニット１９ａは、液ポート２１ａ、吐出ガスポート２１ｂ、吸入ガスポート２１ｃを備え、同液ポート２１ａ、吐出ガスポート２１ｂ、吸入ガスポート２１ｃ、および冷媒配管２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）を介して上記クリーンルームＡ内の上述した各ユニット１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７および一般室Ｂ内の空調機１８と接続されている。また、同室外ユニット１９ａは、複数の圧縮機が搭載された熱源ユニットで、1台が故障しても冷凍・空調システムが停止しないようになっている。

この発明の構成では、以上のように用途が異なる複数の冷凍・空調用の室内機器１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８と、これら各室内機器１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８を接続して共通に制御することができる室外ユニット１９ａとを備えてなる冷凍・空調システムであって、上記各室内機器１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８をユニット化するとともに、それらの各々に冷媒配管２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）との接続ポートＰａ，Ｐｂ，Ｐｃを設け、共通の冷媒配管２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）を介して上記室外ユニット１９ａに接続することにより、一つの熱源、一つの冷媒回路で部材等処理空間としてのクリーンルームＡおよびクリーンルームＡに関連する空間Ｂの空調と各種設備１〜５の冷却／加熱を同時に行えるようにしたことを特徴としている。

このような構成によれば、用途が異なる各種室内機器１〜１８を共通の冷媒配管２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）を介して共通の室外ユニット１９ａに接続することができ、室外側熱源ユニットを関連する全ての室内機器１〜１８に共用化することができ、冷凍・空調システムの簡素化とシステム運転コストの低コスト化を図ることができる。

その場合、例えば図３のように、複数のクリーンルームＡ₁（Ｂ₁）〜Ａ₃（Ｂ₃）の冷凍・空調システム１〜３を符号３０および３１，３２，３３で示すように相互に接続し、所定の集中コントローラーにより、複数の空気処理ユニット１９，１９・・・（室外ユニット１９ａ，１９ａ・・・）間でシステム内のすべての温調を行うようにすることが好ましい。

このような構成の場合、複数のクリーンルームＡ₁（Ｂ₁）〜Ａ₃（Ｂ₃）の各クリーンルーム各々のシステムが備えている空気処理ユニット１９，１９・・・（室外ユニット１９ａ，１９ａ・・・）の各々を有効に用いて、必要なシステムの冷凍・空調を効率良く実現することができ、エネルギー効率の良いシステム運営を行うことができる。

また、そのまま、一台の室外ユニットが故障しても他の室外ユニットでカバーできることから、生産性を落とさないで済む。

（最良の実施の形態２）
次に図４は、本願発明の最良の実施の形態２に係る冷凍・空調システムの空気処理ユニット部の構成を示している。

この実施の形態では、同図４に示すように、上記図１の最良の実施の形態１の空気処理ユニット１９に対して、図１および図２中の多孔膜式ケミカル除去ユニット１５ａ部分を外気導入型のケミカル除去ユニットとして可及的コンパクトに一体化することによって、調温・調湿機能とケミカル除去機能を付加するとともに部材等処理空間としてのクリーンルームＡ内空調システムの簡素化を図ったことを特徴とするものである。

すなわち、この実施の形態の空気処理ユニット１９は、例えば図４に示すように、上記同様の室外ユニット１９ａと多孔膜式のケミカル除去ユニット１５ａよりなる調温・調湿ユニット１９ｂとを備えて構成されている。室外ユニット１９ａは、液ポート２１ａ、吐出ガスポート２１ｂ、吸入ガスポート２１ｃおよび液ポート配管２４ａ、吐出ガスポート配管２４ｂ、吸入ガスポート配管２４ｃをそれぞれ備えている。

また、調温・調湿ユニット１９ｂは、上記のごとく多孔膜式のケミカル除去ユニット１５ａにより構成され、外気取入口２４ａから上記クリーンルームＡ内への空気供給口２４ｂに到る所定の長さの空気通路２４内に、プレフィルタ２５、除湿手段として機能する空気冷却・加熱ユニット２６、加湿手段としても機能する多孔膜構造のケミカル除去ユニット２７、空気加熱ユニット２８、送風機２９、ＨＥＰＡフィルタ３０からなっており、取り入れた外気の調温・調湿とケミカル除去を行ってクリーンルームＡ内に供給する。この供給空気量は、図１中のスクラバー２５を介して排気処理された空気量に略対応している。

空気冷却・加熱ユニット２６は、冷媒切替ユニット３１を介して上述の液ポート配管２４ａ、吐出ガスポート配管２４ｂ、吸入ガスポート配管２４ｃの各々に接続されており、必要に応じて各配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（その内の何れか２本）との接続状態が切り替えられる。

また、加湿手段としても機能するケミカル除去ユニット２７には、水ポンプＰを有する水循環パイプ３２ａおよび水タンク３３、並びに液体冷却・加熱ユニット３４が設けられているとともに、液体冷却・加熱ユニット３４の冷却又は加熱ライン３２ａ側は、冷媒供給状態切替ユニット３５を介して上述の液ポート配管２４ａ、吐出ガスポート配管２４ｂ、吸入ガスポート配管２４ｃに接続されており、その接続状態が同様に切り替えられるようになっている。上記水タンク３３には、必要に応じて給水が行われ、また逆に一部の水の排水が行われる。

このような構成によると、外気を使用することができ、高価な室内空気を排気することがないので、空調コストの削減が可能となる。またクリーンルームＡ内から多孔膜式のケミカル除去ユニット１５ａがなくなる分だけクリーンルームＡ内のシステムが簡素化されるとともに、ケミカル除去ユニット１５ａへの水搬送動力が小さくて済み、動力コストの削減が可能となる。

（最良の実施の形態３）
さらに図５は、本願発明の最良の実施の形態３に係る冷凍・空調システムの空気処理ユニット部の構成を示している。

この実施の形態では、同図５に示すように、上記図４の最良の実施の形態２の空気処理ユニット１９の構成に対して、さらに図１、図２中のハニカムロータ型ケミカル除去ユニット１５ｂを利用したケミカル濃縮排気装置１９ｃを外気導入型として可及的コンパクトに一体化することによって、排熱活用、排ガス処理精度の向上と排熱の回収を図ったことを特徴とするものである。

このケミカル濃縮排気装置１９ｃは、上記調温・調湿ユニット１９ｂ（１５ａ）の上部に位置してクリーンルームＡ内からの排気を導入する排気導入口４０ａ、ハニカムロータ４６を介装した排気処理用のケミカル除去通路４０、外気導入処理用のケミカル除去通路４１、それら各通路４０，４１に各々設けられた送風機３５，３６、外気処理用ケミカル除去通路４１への外気導入通路４３、空気加熱ユニット４８、予熱ヒータ４７、ケミカル濃縮排気通路４４等を備えて構成されている。

そして、クリーンルームＡ内の汚染空気および外気導入空気の各々をハニカムロータ型のケミカル除去ユニット４６で、それぞれ浄化処理した後に、上記調温・調湿ユニット１９ｂ側およびスクラバー２５等の排ガス処理部へ供給する。

このような構成によれば、ロータの再生に外気を使用することができ、高価な室内空気を排気することがないので、空調コストの削減が可能となる。しかも、ハニカムロータ型ケミカル除去ユニット１５ｂもクリーンルームＡ側からなくなるので、上記最良の実施の形態２以上のシステムの簡素化を実現することができる。

また排熱の活用による省エネ、排気処理性能向上効果を得ることができる。

つまり排気処理に排熱を利用することにより、省エネ性能が高くなる。また、濃縮排気により排気量を削減することができるので、排気処理性能をアップさせることができる。そして、それらの結果、スクラバー処理コストを低減することができる。

（その他の実施の形態）
なお、以上の最良の実施の形態３の構成では、図５に示すように、図４の最良の実施の形態２の空気処理ユニット１９の構成に対して、さらに図１、図２中のハニカムロータ型ケミカル除去ユニット１５ｂを利用したケミカル濃縮排気装置１９ｃを一体化することによって、排熱活用、排ガス処理精度の向上と排熱の回収を図った。

しかし、これは最良の実施の形態２の場合と同様にして、ケミカル濃縮排気装置１９ｃのみを空気処理ユニット１９と組み合わせるようにしたものでも良いことは言うまでもない。

（各種の適用対象）
なお、以上の説明では、部材等処理空間として、半導体製造工場などのクリーンルーム空間Ａおよび同クリーンルーム空間Ａに関連する事務室空間Ｂを例として説明したが、本願発明の適用対象は、その他にも、（ｉ）フラットパネルディスプレー（液晶等）、磁気ヘッドの製造、検査、組立、（ii）電子部品の実装、検査、（iii）精密部品の製造、検査、組立、（iv）医薬品の製造、検査、包装、（v）実験動物飼育、細胞培養、ＤＮＡ検査、（vi）フォトマスクの製造、スクリーン印刷、（vii）食品の加工、包装、（viii）塗装、等の各種の処理を行う空間であって、温度と同時に湿度制御、塵埃濃度制御、化学汚染物質濃度制御または臭気除去、のいずれかを行う必要がある空間は全てにおいて対象となる。

いわゆる建屋としてのインダストリアルクリーンルームやバイオロジカルクリーンルームだけでなく、通常の工場内に設けられた上記のような環境制御を行うクリーンブースや組立式の簡易クリーンルームなども含むものである。

本願発明の最良の実施の形態１に係る冷凍・空調システムの構成を示す半導体製造工場の建屋の一例である。 同冷凍・空調システムの基本的なシステムの構成を示す接続図である。 同冷凍・空調システムの要旨とする構成の概略図である。 本願発明の最良の実施の形態２に係る冷凍・空調システムの空気処理ユニット部の構成を示す図である。 本願発明の最良の実施の形態３に係る冷凍・空調システムの空気処理ユニット部の構成を示す図である。

符号の説明

１はテスタ、２は露光装置、３は塗布現像装置、４はエッチャー、５は洗浄装置、１１は装置冷却用水循環ユニット、１２，１３は空調用ユニット、１４は基板冷却用ブライン循環ユニット、１５ａは多孔膜式ケミカル除去ユニット、１５ｂはハニカムロータ型ケミカル除去ユニット、１６は純水予熱ユニット、１９は空気処理ユニット、１９ａは室外ユニット、１９ｂは調温・調湿ユニット、２５はスクラバーである。

Claims (5)

1. 用途が異なる複数の冷凍・空調用の室内機器と、これら各室内機器を接続して共通に制御することができる室外ユニットとを備えてなる冷凍・空調システムであって、上記各室内機器をユニット化するとともに、それらの各々に冷媒配管との接続ポートを設け、共通の冷媒配管を介して上記室外ユニットに接続することにより、一つの熱源、一つの冷媒回路で部材等処理空間および部材等処理空間に関連する空間の空調と各種設備の冷却／加熱とを同時に行えるようにしたことを特徴とする冷凍・空調システム。
2. 空気浄化装置を備え、部材等処理空間の空気の浄化を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷凍・空調システム。
3. 複数の部材等処理空間の冷凍・空調システムを相互に接続し、所定の集中コントローラーにより、複数の室外ユニット間でシステム内のすべての温調を行うようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍・空調システム。
4. 室外ユニット部に、外気導入型のケミカル温湿度調整ユニットを並設一体化したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の冷凍・空調システム。
5. 室外ユニット部に、外気導入型のケミカル濃縮排気システムを並設一体化したことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の冷凍・空調システム。

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