JP2017078525A

JP2017078525A - 空調システム

Info

Publication number: JP2017078525A
Application number: JP2015205756A
Authority: JP
Inventors: 弥長谷部; Wataru Hasebe; 正幸小松原; Masayuki Komatsubara; 中本　正彦; Masahiko Nakamoto; 正彦中本; 山口　徹; Toru Yamaguchi; 徹山口
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2017-04-27

Abstract

【課題】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した空調システムを提供する。【解決手段】空調システム１は、第１冷暖同時型室外機５１と第２冷暖同時型室外機５２と、複数の第１系統コイル６１と複数の第２系統コイル６２と、を有する外気処理空調機と、複数のコイル制御部４０と主制御部３０とからなる空調システムにおいて、前記第１冷暖同時型室外機５１と、前記第２冷暖同時型室外機５２とは、自機の保護制御を行う前に保護制御要求信号を前記主制御部３０に対して出力し、前記主制御部３０は、保護制御要求信号を受信すると、前記複数のコイルから、保護制御による温度変化を打ち消すことができるコイルを選択し、記第１冷暖同時型室外機５１、前記第２冷暖同時型室外機５２に対して、保護制御実行許可信号を出力し、選択されたコイルのコイル制御部に対して、保護制御による温度変化を打ち消すように制御信号を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、恒温恒湿が求められるクリーンルームなどの室内の空調に好適な空調システムに関する。

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。このような転用によれば、クリーンルーム用の空調システムのコストを大幅に抑制することが期待できる。

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。その一方で、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、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、本発明に係る空調システムは、第１冷暖同時型室外機と、第２冷暖同時型室外機と、前記第１冷暖同時型室外機で生成された冷媒の供給を受けて温度制御を行う複数の第１系統コイルと、前記第２冷暖同時型室外機で生成された冷媒の供給を受けて温度制御を行う複数の第２系統コイルと、を有する外気処理空調機と、前記複数の第１系統コイルと前記複数の第２系統コイルの各コイルへの冷媒の供給量を制御する複数のコイル制御部と、前記複数のコイル制御部に対する制御信号を出力する主制御部と、からなる空調システムにおいて、前記第１冷暖同時型室外機と、前記第２冷暖同時型室外機とは、自機を保護する保護制御を行うと共に、保護制御を行う前に保護制御要求信号を前記主制御部に対して出力し、前記主制御部は、前記第１冷暖同時型室外機と、前記第２冷暖同時型室外機とからの保護制御要求信号を受信すると、前記複数のコイルから、保護制御による温度変化を打ち消すことができるコイルを選択し、記第１冷暖同時型室外機、前記第２冷暖同時型室外機に対して、保護制御実行許可信号を出力し、選択されたコイルのコイル制御部に対して、保護制御による温度変化を打ち消すように制御信号を出力することを特徴とする。

また、本発明に係る空調システムは、前記主制御部は、前記複数のコイルから、保護制御による温度変化を打ち消すことができるコイルを選択する際、テーブルを参照することを特徴とする。

本発明の空調システム１は、前記主制御部は、前記第１冷暖同時型室外機と、前記第２冷暖同時型室外機とからの保護制御要求信号を受信すると、前記複数のコイルから、保護制御による温度変化を打ち消すことができるコイルを選択し、記第１冷暖同時型室外機、前記第２冷暖同時型室外機に対して、保護制御実行許可信号を出力し、選択されたコイルのコイル制御部に対して、保護制御による温度変化を打ち消すように制御信号を出力するので、このような本発明の空調システム１によれば、保護制御による温度変化を打ち消され、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ことがない。

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。本発明の実施形態に係る空調システム１による外気処理を空気線図によって示した図である。本発明の実施形態に係る空調システム１における制御処理のフローチャートを示す図である。本発明の実施形態に係る空調システム１の動作例を示す図である。

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の概要を模式的に示す図である。本発明に係る空調システム１は、特にクリーンルームに設けられ、クリーンルーム内に清浄な空気を供給することを想定している。

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。マルチ型空冷ヒートポンプパッケージは、冷媒を作り出す室外機と、ケーシング内に納められているコイルを有する外気処理空調機１０と、前記冷媒を前記コイルに流す配管とから主に構成されているが、本発明に係る空調システム１では、このような構成を、少なくとも２系統以上設けるようにしている。なお、図面では、室外機やコイル、配管などは模式的に示されている。

ここで、本発明に係る空調システム１で用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としては、冷たい冷媒と温かい冷媒とを同時に生成することができる冷暖同時型の室外機を想定している。本発明に係る空調システム１では、第１冷暖同時型室外機５１と第２冷暖同時型室外機５２との少なくとも２系統の室外機を有している。なお、以下、２系統の室外機を備えた空調システム１を例に説明するが、系統数は２系統以上の任意の系統数とすることができる。

本発明に係る空調システム１では、冷暖切換型ではなく、冷暖同時型の室外機を用いるようにしている。このようにする理由は、外気処理空調機１０における運用として、冷却コイルと再熱コイルを同時に利用する運転パターンが多いため、熱源機側での排熱利用が可能となり省エネ運転となるからである。

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。

第１冷暖同時型室外機５１は、指令された温度の冷媒を生成し、この冷媒を図示する配管を通して、ケーシング１１内の第１系統コイル６１に循環させている。本実施形態においては、第１列ａ，ｂのコイル、第３列ｂのコイルが、第１系統コイル６１である。

また、第２冷暖同時型室外機５２は、指令された温度の冷媒を生成し、この冷媒を図示する配管を通して、ケーシング１１内第２系統コイル６２に循環させている。本実施形態においては、第１列ｃのコイル、第２列ａ、ｂのコイル、第３列ａのコイルが、第２系統コイル６２である。

なお、第１冷暖同時型室外機５１の系統のコイルを第何列のどのコイルとするか、或いは、第２冷暖同時型室外機５２の系統のコイルを第何列のどのコイルとするかなどは任意に設定することができ、本実施形態に限定されるものではない。

また、第何列のどのコイルを、どの系統の冷暖同時型室外機のコイルとするか、などは適宜設定することができる。さらに、本発明においては、冷暖同時型室外機の系統数は、２以上であれば任意とすることができる。

なお、本発明に係る空調システム１においては、保護制御のバックアップ運転を行う際に、同一の列内でコイルのバイパスを回避するために、第１列、第２列、第３列の中に、異なる冷媒系統の冷媒配管を平均的に配列させるコイル構造としている。これにより、保護制御のバックアップ運転時のコイルのバイパスエアを小さくすることができる。

第１列のコイル、第２列のコイル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、第３列のコイルで再熱され、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。

以上のように、構成される本発明に係る空調システム１によって、外気ＯＡが取り入れられ、給気ＳＡとして、クリーンルームに供給される際の、温度湿度の調整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による外気処理を空気線図によって示した図である。

図２において、（ａ）ゾーンは冷房高負荷ゾーンであり、第１冷暖同時型室外機５１及び第２冷暖同時型室外機５２を同時に稼働することを想定しているゾーンである。また、（ｂ）ゾーンは冷房高負荷ゾーンであり、第２冷暖同時型室外機５２のみを稼働することを想定している。また、（ｃ）ゾーンは冷房低負荷ゾーンであり、第２冷暖同時型室外機５２のみを稼働することを想定している。また、（ｄ）ゾーンは送風ゾーンであり、第１冷暖同時型室外機５１及び第２冷暖同時型室外機５２および水膜加湿器１７を稼働しないことを想定している。また、（ｅ）ゾーンは暖房低負荷ゾーンであり、第２冷暖同時型室外機５２のみを稼働することを想定している。また、（ｆ）ゾーンは暖房高負荷ゾーンであり、第２冷暖同時型室外機５２のみを稼働することを想定している。また、（ｇ）ゾーンは暖房高負荷ゾーンであり、第１冷暖同時型室外機５１及び第２冷暖同時型室外機５２を同時に稼働することを想定しているゾーンである。

なお、（ｃ）の冷房低負荷ゾーンおよび（ｅ）の暖房低負荷ゾーンでは、汎用空調機の最小能力での過剰能力を回避するために、一旦暖房してから冷房することで能力を調整する制御方法を採用することが好ましい。このような制御によれば、冷暖同時型室外機を用いる本発明に係る空調システム１においては、廃熱を利用することができ、エネルギーロスを抑制することができる。

本実施形態では、乾球温度及び絶対湿度が、図２に示す空気線図における点（５）の空気を給気ＳＡとしてクリーンルームに供給することを前提として、以下に説明する。また、点（１）の空気は、外気ＯＡの乾球温度及び絶対湿度を示している。

図２における点（１）乃至点（５）の乾球温度及び絶対湿度は、図１における（１）乃至（５）の場所における乾球温度及び絶対湿度と対応している。

（ｅ）の暖房低負荷ゾーンでは、乾球温度及び絶対湿度が点（１）である外気ＯＡは、第１列のコイルで暖房されることにより、乾球温度及び絶対湿度が点（２）となる。次に、第２列のコイルで冷房されることにより、目標湿球温度一定のライン上の点（３）に戻される。

続いて、水膜加湿器１７には、不図示の水供給部から滴下する水が常時供給される状態が維持されており、水膜加湿器１７を通過する点（３）の空気は、相対湿度略１００％の点（４）の空気とされる。続いて、第３列のコイル（再熱コイル）によって、乾球温度及び絶対湿度が点（５）の空気とされ、給気ＳＡとしてクリーンルームに供給される。

以上のように、本発明に係る空調システム１においては、図２に示す空気線図において、点（１）に示される乾球温度及び絶対湿度である外気ＯＡを、目標点である点（５）として調整して、クリーンルームに供給するようにしている。

主制御部３０は、本発明に係る空調システム１において、基本となる制御を司るものであり、マイクロコンピューターなどの情報処理装置を用いることができる。主制御部３０は、第１系統コイル６１及び第２系統コイル６２の各コイルに冷媒を供給する際のバルブを制御する複数のコイル制御部４０を制御するように制御信号を送信するようになっている。また、主制御部３０は、第１冷暖同時型室外機５１や第２冷暖同時型室外機５２などの運転状態なども把握することができるようになっている。

汎用のマルチ型空冷ヒートポンプパッケージである第１冷暖同時型室外機５１や第２冷暖同時型室外機５２などは、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が配管に流され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には、（イ）配管中に貯まった油をコンプレッサー（不図示）に戻すために行う油戻し運転制御、（ロ）室外機の熱交換器に付着した霜を取り除くために行う除霜運転制御、（ハ）コイルが凍結してしまうことを防止するために行う凍結防止制御、（ニ）配管内の圧力を低減するために行う高圧制御、などがあるが、いずれの保護制御においても、共通しているのは、保護制御が実行されると、指令値と異なる温度の冷媒を、第１系統コイル６１の配管、第２系統コイル６２の配管に循環させてしまう。

ところで、第１冷暖同時型室外機５１、第２冷暖同時型室外機５２は、上記のような保護制御を行う前段においては、保護制御要求信号（Ａ，Ｃ）を主制御部３０に対して出力し、保護制御実行の可否について主制御部３０による判定を仰ぐような構成となっている。

主制御部３０は、保護制御要求信号（Ａ，Ｃ）を受信すると、所定の判定を行い、保護制御実行許可信号（Ｂ，Ｄ）を、それぞれ第１冷暖同時型室外機５１、第２冷暖同時型室外機５２に出力する。第１冷暖同時型室外機５１、第２冷暖同時型室外機５２は、主制御部３０から受信した保護制御実行許可信号をトリガーとして、実際に保護制御を実行するようになっている。

一方、主制御部３０は、所定の情報が記憶されているテーブル３５と通信可能に接続されている。このテーブル３５には、第１冷暖同時型室外機５１、第２冷暖同時型室外機５２が保護制御を実行した際、どのコイル制御部４０に対して制御信号を送信し、コイル制御部４０の制御を実行すれば、保護制御による温度変化を打ち消すことが可能であるかに係る情報が記憶されている。

なお、本実施形態においては、主制御部３０とテーブル３５とを独立した構成としているが、主制御部３０とテーブル３５とを同一の回路基板などで構成することも可能である。

主制御部３０は、前記のテーブル３５を参照して、コイル制御部４０に対して制御信号を送信することで、保護制御による温度変化を打ち消すようにしている。

次に、以上のように構成される空調システム１における制御について説明する。図３は本発明の実施形態に係る空調システム１における制御処理のフローチャートを示す図である。このようなフローチャートは、所定の時間間隔毎に主制御部３０により実行される。また、以下のフローチャートは、空調システム１において、第１冷暖同時型室外機５１を主たる室外機として利用しており、第２冷暖同時型室外機５２を副たる室外機として利用している場合の制御を示している。

なお、第２冷暖同時型室外機５２を主たる室外機として利用している場合の制御フローチャートとしては、図３のフローチャートにおいて、第１冷暖同時型室外機５１と第２冷暖同時型室外機５２とを入れ替えたフローチャートを用いることができる。

また、図４は本発明の実施形態に係る空調システム１の動作例を示す図である。図４において、制御部等の構成は図示していない。また、図４は、第１冷暖同時型室外機５１を主たる室外機として利用している際に、保護制御の一例として第１冷暖同時型室外機５１が除霜運転を実行する例を示している。

図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１００で、処理が開始されると、続いて、ステップＳ１０１に進み、第１冷暖同時型室外機５１から保護制御要求信号を受信したか否かが判定される。

ステップＳ１０１の判定がＮＯであれば、ステップＳ１１２に進み処理を終了する。一方、ステップＳ１０１の判定がＹＥＳであれば、次にステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２においては、第２冷暖同時型室外機５２が運転中であるか否かが判定される。ステップＳ１０２の判定がＮＯであれば、ステップＳ１０３に進み、第２冷暖同時型室外機５２の運転を開始し、さらに、ステップＳ１０４へと進む。

ステップＳ１０２の判定がＹＥＳであれば、続いて、ステップＳ１１０に進み、第２冷暖同時型室外機５２が保護制御の実行中であるか否かが判定される。ステップＳ１１０の判定がＮＯであれば、ステップＳ１０４に進む。一方、ステップＳ１１０の判定がＹＥＳであるときは、ステップＳ１１１に進み、所定時間経過後に、再びステップＳ１１０の判定に戻り、保護制御が完了したか否かが判定されることとなる。ここで、保護制御が完了すると、ループを抜けてステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、テーブル３５が参照され、続く、ステップＳ１０５では、テーブル３５中から第１冷暖同時型室外機５１の保護制御による温度変化を抑制（低減）する第２系統のコイルを選択する。

ステップＳ１０６では、保護制御の効果を抑制（低減）するよう選択された第２系統のコイルのコイル制御部４０に制御信号を出力して、当該コイルにより第１冷暖同時型室外機５１の保護制御による温度変化を打ち消すようにする。この際に、第２系統のコイルおよび第２冷暖同時型室外機５２が能力を確保できるまでの時間を考慮して、ステップＳ１０７で第１冷暖同時型室外機５１に対して保護制御の実行許可信号を出力する前段階から第２系統のコイルのコイル制御部４０に制御信号を出力する。

続いて、ステップＳ１０７では、第１冷暖同時型室外機５１に対して保護制御の実行許可信号出力することで、保護制御の実行を待機していた第１冷暖同時型室外機５１の待機解除を行う。

ステップＳ１０８では、第１冷暖同時型室外機５１の保護制御が終了したか否かを判定し続ける。この判定がＹＥＳとなると、ステップＳ１０９に進み、第２冷暖同時型室外機５２の運転を抑制或いは停止して、ステップＳ１１２で処理を終了する。

以上のように、本発明の空調システム１は、主制御部３０は、前記第１冷暖同時型室外機５１と、前記第２冷暖同時型室外機５２とからの保護制御要求信号を受信すると、前記複数のコイルから、保護制御による温度変化を打ち消すことができるコイルを選択し、記第１冷暖同時型室外機５１、前記第２冷暖同時型室外機５２に対して、保護制御実行許可信号を出力し、選択されたコイルのコイル制御部５２に対して、保護制御による温度変化を打ち消すように制御信号を出力するので、このような本発明の空調システム１によれば、保護制御による温度変化を打ち消され、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ことがない。

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
３０・・・主制御部
３５・・・テーブル
４０・・・コイル制御部
５１・・・第１冷暖同時型室外機
５２・・・第２冷暖同時型室外機
６１・・・第１系統コイル
６２・・・第２系統コイル

Claims

第１冷暖同時型室外機と、
第２冷暖同時型室外機と、
前記第１冷暖同時型室外機で生成された冷媒の供給を受けて温度制御を行う複数の第１系統コイルと、前記第２冷暖同時型室外機で生成された冷媒の供給を受けて温度制御を行う複数の第２系統コイルと、を有する外気処理空調機と、
前記複数の第１系統コイルと前記複数の第２系統コイルの各コイルへの冷媒の供給量を制御する複数のコイル制御部と、
前記複数のコイル制御部に対する制御信号を出力する主制御部と、からなる空調システムにおいて、
前記第１冷暖同時型室外機と、前記第２冷暖同時型室外機とは、自機を保護する保護制御を行うと共に、保護制御を行う前に保護制御要求信号を前記主制御部に対して出力し、
前記主制御部は、
前記第１冷暖同時型室外機と、前記第２冷暖同時型室外機とからの保護制御要求信号を受信すると、
前記複数のコイルから、保護制御による温度変化を打ち消すことができるコイルを選択し、
記第１冷暖同時型室外機、前記第２冷暖同時型室外機に対して、保護制御実行許可信号を出力し、
選択されたコイルのコイル制御部に対して、保護制御による温度変化を打ち消すように制御信号を出力すること
を特徴とする空調システム。
前記主制御部は、前記複数のコイルから、保護制御による温度変化を打ち消すことができるコイルを選択する際、テーブルを参照することを特徴とする請求項１に記載の空調システム。