JP2015224810A

JP2015224810A - 空調システム

Info

Publication number: JP2015224810A
Application number: JP2014108819A
Authority: JP
Inventors: 弥長谷部; Wataru Hasebe
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2015-12-14

Abstract

【課題】除霜運転の頻度を低減することができる空調システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る空調システム１は、
室外機熱交換器１３０と、冷媒を圧縮するコンプレッサーとを有する室外機１００と、
外気処理空調機１０に組み込まれ、前記室外機１００から導入された冷媒によって、外気の温度制御を行う室内熱交換器２３０を有する室内ユニットと、からなる空調システムにおいて、
前記室内ユニットの他にも、前記室外機１００から冷媒が導入される廃熱装置３００を有し、
前記廃熱装置３００の排熱用熱交換器３３０が、前記室外機熱交換器１３０の近傍に配されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、クリーンルームに好適な空調システムに関する。

工業用クリーンルームは恒温恒湿であり、温湿度の変化を極力抑える必要がある。また、外部からの浮遊微小粒子の侵入を防ぐため、外気を供給して加圧する必要がある。

従来、工業用クリーンルームの空調システムにおいては、熱源システムを用いて冷水・温水を製造し、配管システムにより外気処理空調機に冷水・温水を供給し、冷水・温水により外気の温度・湿度を制御し、これをクリーンルームに供給するようにしていた。

例えば、特許文献１（特開平０８−１１４３４７号公報）には、外気温度の低い冬期に冷却塔を冷熱源とすると共に、外気温度の高い夏期に冷凍機を冷熱源とする熱源システムが開示されている。
特開平０８−１１４３４７号公報

上記のような冷却塔や冷凍機を用いた熱源システムは高価であるために、クリーンルーム用の空調システムを構築するためには、相応のコストをかけざるを得なかった。

そこで、室外機と、この室外機から冷媒を得て、この冷媒により外気の温度調整を行い室内に導入する外気処理空調機とからなる、汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージを、クリーンルーム用の空調システムに転用することが考えられる。

しかしながら、汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージをクリーンルーム用の空調システムに転用する場合においては、以下のような問題が生じる。

汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージは、自機の保護を目的とした保護制御を行うために、指令された温度設定と異なる冷媒を外気処理空調機に供給するタイミングが発生することがある。このような保護制御の一つして、除霜運転について説明する。

暖房運転時に室外機は熱吸収を行う役目を果たすが、外気温や湿気によって室外機熱交換器に霜が付く場合がある。熱交換器に霜が付着すると風が通らなくなるため、正常な暖房運転ができなくなる。

そこで、マルチ型空冷ヒートポンプパッケージは、熱交換器に付着した霜を取るために、除霜運転を行うが、この除霜運転は、運転モードを実質的に冷房運転モードとする（すなわち、室外機を放熱側とする）ことで室外機熱交換器に付着した霜を溶かすような制御を行う。

ところが、クリーンルーム用の空調システムにおいては、防塵対策のためにクリーンルーム内は正圧としなければならいので、外気処理空調機内のファンは常に動作させなければならない。このため、汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージをクリーンルーム用の空調システムに転用すると、上記のように除霜運転の際には、指令された温度と異なる外気がクリーンルーム内に導入されてしまう、という問題が生じてしまう。

この発明は、上記のような問題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、室外機熱交換器と、冷媒を圧縮するコンプレッサーとを有する室外機と、外気処理空調機に組み込まれ、前記室外機から導入された冷媒によって、外気の温度制御を行う室内熱交換器を有する室内ユニットと、からなる空調システムにおいて、前記室内ユニットの他にも、前記室外機から冷媒が導入される廃熱装置を有し、前記廃熱装置の熱交換器が、前記室外機熱交換器の近傍に配されることを特徴とする。

本発明の空調システムによれば、配管内の圧力を低減する高圧制御で生成される熱を、室外機の室外機熱交換器の除霜に用いることが可能となり、除霜運転の頻度を低減することができるので、汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージをクリーンルーム用に転用することが可能となる。さらに、本発明の空調システムによれば、高圧制御で生成される熱によって、クリーンルーム内の温度が上昇してしまう可能性も低減することができる。

本発明の実施形態に係る空調システム１における冷媒の流れを説明する図である。本発明の実施形態に係る空調システム１の概要を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る空調システム１の好ましい実施の形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る空調システム１における冷媒の流れを説明する図である。本発明に係る空調システム１は、汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージを基に、構成されている。また、本発明に係る空調システム１は、暖房運転時において有効なものである。

汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージは、主として、室外機１００と、図１には示されていないが、一般的には複数の室内ユニット２００とから構成されている。さらに、本発明に係る空調システム１においては、室外機１００と、室内ユニット２００との外に、廃熱装置３００が冷媒流路中に設けられている。この廃熱装置３００の冷媒流路は、室内ユニット２００の冷媒流路と平行とされている。

室外機１００では、冷媒の流路が四方弁１１４によって、図示するように決められている。汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージの室外機１００では、暖房運転時には、コンプレッサー１２０により冷媒を加圧し高温高圧の気体として室内ユニット２００に供給している。また、第１弁２０１及び第２弁２０２は開閉することで、室内ユニット２００における冷媒流路の開閉を行い得るようになっている。

また、コンプレッサー１２０により生成された高温高圧の気体状態の冷媒は、第１弁３０１及び第２弁３０２が開となり、必要に応じて、廃熱装置３００にも供給される。この廃熱装置３００が利用されるときは、第１弁２０１及び第２弁２０２が閉とされることが好ましい。

室内ユニット２００では、室内熱交換器２３０から空気側に熱を供給した冷媒は凝縮され常温高圧液体となる。さらに冷媒は第１膨張弁２４０で、低温低圧液体となり、さらに、室外機１００の室外機熱交換器１３０で低温低圧気体とされ、再びコンプレッサー１２０に戻されるというサイクルとなっている。

同様に、第１弁３０１及び第２弁３０２が開となると、排熱用熱交換器３３０から空気
側に熱を供給した冷媒は凝縮され常温高圧液体となる。さらに冷媒は第２膨張弁３４０で、低温低圧液体となり、さらに、室外機１００の室外機熱交換器１３０で低温低圧気体とされ、再びコンプレッサー１２０に戻されるというサイクルとなっている。

以上のように構成された空調システム１をクリーンルームに適用した例について説明する。図２は本発明の実施形態に係る空調システム１の概要を模式的に示す図である。

前記したとおり、本発明に係る空調システム１は、汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージを基に、構成されている。なお、図面では、熱交換器、配管などは模式的に示されると共に、コンプレッサーや膨張弁などの構成は図示省略している。

空調システム１のケーシング１１内には、外気ＯＡが取り入れられ、温度湿度が調整され、給気ＳＡとして、不図示のクリーンルームに供給される。

ケーシング１１には、送風ファン２２を動作させることで、常に外気ＯＡを取り込み、クリーンルームに給気ＳＡとして供給することで、クリーンルーム内を常に正圧に維持するような運用がなされている。

ケーシング１１に取り込まれた空気は、プレフィルタ１３及び中性能フィルタ１４を流れることで、空気中の塵などが除去される。

室外機１００は、所定の冷媒を生成し、この冷媒を、統配管を通して、ケーシング１１内の室内熱交換器２３０に循環させている。

室内熱交換器２３０を通過した空気は温度調整され、さらに、水膜加湿器１７で湿度が制御され、再熱コイル２０で温度上昇され、ＨＥＰＡフィルタ２５を通過し、給気ＳＡとしてクリーンルームに供給される。

また、廃熱装置３００の排熱用熱交換器３３０は、室外機１００における室外機熱交換器１３０の近傍に配されている。なお、排熱用熱交換器３３０と室外機熱交換器１３０とは接触させておくこともできる。

マルチ型空冷ヒートポンプパッケージは、室外機熱交換器１３０に付着した霜を取るために、除霜運転を行うが、この除霜運転は、運転モードを実質的に冷房運転モードとする（すなわち、室外機を放熱側とする）ことで室外機熱交換器１３０に付着した霜を溶かすような制御を行う。

クリーンルーム用の空調システムにおいては、防塵対策のためにクリーンルーム内は正圧としなければならいので、外気処理空調機内のファンは常に動作させなければならない。このため、汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージをクリーンルームに用いると、上記のように除霜運転の際には、指令された温度と異なる外気がクリーンルーム内に導入されてしまう、という問題が生じてしまう。

一方、マルチ型空冷ヒートポンプパッケージにおいては、除霜運転の他の保護制御として、高圧制御がある。この高圧制御では、暖房運転時に、配管内圧力が高くなると第１膨張弁２４０の開度を大きくして冷媒を流して、配管内の圧力を下げることが行われる。しかしながら、この高圧制御により、空気側に想定以上の熱が供給され、クリーンルーム内の空気温度が設定値以上に上昇するため、問題となる。

特に、日本では、夏期の高温多湿の空気を適切な温湿度に制御するために必要なエネル
ギーと、冬期の低温低湿の空気を適切な温湿度に制御するために必要なエネルギーとを比較すると圧倒的に、夏期の方が多大なエネルギーが必要になる（約２倍）。

したがって、マルチ型空冷ヒートポンプパッケージの能力は冷房能力で決まり、冬期には過剰な能力となっている。室外機１００では冷媒の圧力を検知して、コンプレッサー１２０の容量制御を行っているが、制御範囲は定格容量の１０〜３０％であり、それ以下には制御できない。このため、暖房運転時には、高圧制御が頻繁に起こる。

そこで、本発明に係る室外機１００が高圧制御を行う際には、第１弁２０１及び第２弁２０２を閉じ、第１弁３０１及び第２弁３０２を開き、冷媒を廃熱装置３００に流すことで、排熱用熱交換器３３０に熱を棄てるようにする。排熱用熱交換器３３０は、室外機１００の室外機熱交換器１３０の近傍に配されているため、これにより室外機熱交換器１３０の除霜を同時に行うことが可能となる。

以上のように、本発明の空調システム１によれば、配管内の圧力を低減する高圧制御で生成される熱を、室外機１００の室外機熱交換器１３０の除霜に用いることが可能となり、除霜運転の頻度を低減することができるので、汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージをクリーンルーム用に転用することが可能となる。さらに、本発明の空調システム１によれば、高圧制御で生成される熱によって、クリーンルーム内の温度が上昇してしまう可能性も低減することができる。

１・・・空調システム
１０・・・外気処理空調機
１１・・・ケーシング
１３・・・プレフィルタ
１４・・・中性能フィルタ
１７・・・水膜加湿器
２０・・・再熱コイル
２２・・・送風ファン
２５・・・ＨＥＰＡフィルタ
１００・・・室外機
１１４・・・四方弁
１２０・・・コンプレッサー
１３０・・・室外機熱交換器
２００・・・室内ユニット
２０１・・・第１弁
２０２・・・第２弁
２３０・・・室内熱交換器
２４０・・・第１膨張弁
３００・・・廃熱装置
３０１・・・第１弁
３０２・・・第２弁
３３０・・・排熱用熱交換器
３４０・・・第２膨張弁

Claims

室外機熱交換器と、冷媒を圧縮するコンプレッサーとを有する室外機と、
外気処理空調機に組み込まれ、前記室外機から導入された冷媒によって、外気の温度制御を行う室内熱交換器を有する室内ユニットと、からなる空調システムにおいて、
前記室内ユニットの他にも、前記室外機から冷媒が導入される廃熱装置を有し、
前記廃熱装置の熱交換器が、前記室外機熱交換器の近傍に配されることを特徴とする空調システム。