JP2018134564A - 空気清浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】吸着ユニットの吸着材として多量の活性炭を用いることで低コストを実現できる空気清浄化システムを提供すること。
【解決手段】本発明の空気清浄化システムは、吸着能力を再生可能な２系統の吸着ユニットを有し、一方の吸着ユニットが処理空気内の汚染物質を吸着している際に他方の吸着ユニットの吸着能力が再生されるようになっている吸着式の空気清浄化装置と、空気清浄化装置によって清浄化された空気の温度及び湿度を制御する空気調和装置と、空気調和装置によって温度及び湿度を制御された空気が供給されるＨＥＰＡ装置と、を備え、空気清浄化装置の吸着ユニットの吸着材の７０％以上が活性炭からなり、空気調和装置は、−１０℃〜８０℃の範囲の空気を２０℃〜２７℃の範囲内かつ４０％〜５０％の湿度に制御可能であり、ＨＥＰＡ装置は、０．３μｍ以上の粒子を除去する性能を有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、クリーンルーム等から送られてくる処理空気を清浄化する空気清浄化システムに関する。

本件出願人による特許第５３０３１４３号（特許文献１）には、吸着能力を再生可能な２系統の吸着ユニットを有し、一方の吸着ユニットが処理空気内の汚染物質を吸着している際に他方の吸着ユニットの吸着能力が再生されるようになっている吸着式の空気清浄化装置として、３層タイプの吸着ユニットが採用された空気清浄化装置が開示されている。

３層タイプの吸着ユニットは、活性炭と固体塩基性物質とを含む吸着材層ａと、固体酸性物質を含む吸着材層ｂと、活性炭と固体塩基性物質とを含む吸着材層ｃと、からなっている。吸着材層ａ及び吸着材層ｃを構成する固体塩基性物質は、酸化マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、セピオライト、アルミナ及びゼオライトから選択されるものであり、吸着材層ｂを構成する固体酸性物質は、チタンとケイ素の複合酸化物及び酸化バナジウムを含有するものである。

この空気清浄化装置は、クリーン作業空間からの排気を、アンモニアが０．０５ｐｐｂ以下、窒素酸化物であるＮＯｘが０．１ｐｐｂ以下、硫黄酸化物であるＳＯｘが０．１ｐｐｂ以下、塩素イオンであるＣｌ-が０．１ｐｐｂ以下、アミン類を含む有機性分子状汚染物質はヘキサデカン換算で２ｐｐｂ以下まで除去することができる。すなわち、当該空気清浄化装置は、極めて高性能な空気清浄化装置である。

特許第５３０３１４３号 特許第４０４７６３９号 特許第４６４４５１７号

前述の通り、特許文献１に開示された空気清浄化装置は、極めて高性能な空気清浄化装置であるが、吸着ユニットのコストが高い。本件発明者は、吸着ユニットの吸着材として低コストな活性炭をより多量に用いることについて、鋭意検討を重ねてきた。

本件発明者によれば、吸着材において活性炭の量が多い場合、吸着処理後の空気中に含まれる活性炭起因の塵埃の量が多くなり、当該塵埃を除去する必要が生じてしまう。

しかしながら、本件発明者は、当該塵埃を除去するためのＨＥＰＡ装置を併用することで、その問題を克服できることを知見した。特に、吸着処理後の空気の温度及び湿度を制御することで、ＨＥＰＡ装置による塵埃除去性能を高くすることができ、また、当該性能の寿命を長くすることができることが知見された。当該事実の要因としては、過度な低湿度においては静電気によるＨＥＰＡ装置の不具合が生じ、過度な高湿度においては結露やカビ繁殖等によるＨＥＰＡ装置の目詰まりが生じるため、と考えられる。

本発明は、以上のような背景に基づいて創案されたものであり、吸着ユニットの吸着材として多量の活性炭を用いることで低コストを実現できる空気清浄化システムを提供することを課題とする。

本発明は、吸着能力を再生可能な２系統の吸着ユニットを有し、一方の吸着ユニットが処理空気内の汚染物質を吸着している際に他方の吸着ユニットの吸着能力が再生されるようになっている吸着式の空気清浄化装置と、前記空気清浄化装置によって清浄化された空気の温度及び湿度を制御する空気調和装置と、前記空気調和装置によって温度及び湿度を制御された空気が供給されるＨＥＰＡ装置と、を備えた空気清浄化システムであって、前記空気清浄化装置の前記吸着ユニットの吸着材の７０％以上が活性炭からなり、前記空気調和装置は、−１０℃〜８０℃の範囲の空気を２０℃〜２７℃の範囲内かつ４０％〜５０％の湿度に制御可能であり、前記ＨＥＰＡ装置は、０．３μｍ以上の粒子を除去する性能を有しており、前記ＨＥＰＡ装置を通過した空気は、アンモニアが５ｐｐｂ以下、アセトンが１０μｇ／ｍ^３ 以下、窒素酸化物であるＮＯｘが２０ｐｐｂ以下、硫黄酸化物であるＳＯｘが２０ｐｐｂ以下まで清浄化されることを特徴とする空気清浄化システムである。

本発明によれば、吸着ユニットの吸着材として多量の活性炭を用いることで、低コストを実現できる。また、吸着処理後の空気中に含まれる活性炭起因の塵埃をＨＥＰＡ装置によって効果的に除去することができ、且つ、空気調和装置によって吸着処理後の空気の温度及び湿度を制御することでＨＥＰＡ装置による塵埃除去性能を高くすることができ、また、当該性能の寿命を長くすることができる。

好ましくは、前記空気調和装置は、−１０℃〜８０℃の範囲の３６ｍ^３ ／ｍｉｎ以下の空気を、２０℃〜２７℃の範囲内の目標温度に対して±０．１℃の精度で制御可能であり、且つ、４０％〜５０％の範囲内の目標湿度に対して±０．５％の精度で制御可能である。

空気調和装置が、空気清浄化装置によって清浄化された空気の温度及び湿度を、このような条件で制御することにより、ＨＥＰＡ装置による塵埃除去性能をより高く、また、当該性能の寿命をより長くすることができる。

また、本件発明者によれば、吸着ユニットは、８０００〜１００００の範囲のＳＶ値を有していることが好ましい。この範囲を超えると、吸着性能の寿命は延びるが、筐体が大きくなってしまう。一方、この範囲を下回ると、小型化できて便利だが、吸着性能の寿命が短くなってしまう。

また、ＨＥＰＡ装置は、当該ＨＥＰＡ装置を通過した空気を揮発性有機化合物が１０μｇ／ｍ^３ 以下になるまで清浄化することが好ましい。

本発明によれば、吸着ユニットの吸着材として多量の活性炭を用いることで、低コストを実現できる。また、吸着処理後の空気中に含まれる活性炭起因の塵埃をＨＥＰＡ装置によって効果的に除去することができ、且つ、空気調和装置によって吸着処理後の空気の温度及び湿度を制御することでＨＥＰＡ装置による塵埃除去性能を高くすることができ、また、当該性能の寿命を長くすることができる。

本発明の一実施の形態の空気清浄化システムの概略正面図である。 図１の空気清浄化システムの概略背面図である。 図１の空気清浄化システムの概略ブロック図である。 図１の空気清浄化システムの空気清浄性能を示す図表である。 図１の空気清浄化装置の構成の詳細を示すブロック図である。 図１の空気調和装置の構成例を示すブロック図である。 図１の空気調和装置の他の構成例を示すブロック図である。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態の空気清浄化システム１００の概略正面図であり、図２は、図１の空気清浄化システム１００の概略背面図であり、図３は、図１の空気清浄化システム１００の概略ブロック図である。

図１乃至図３に示すように、本実施の形態の空気清浄化システム１００は、導入される処理空気内の汚染物質を吸着して処理空気を清浄化する空気清浄化装置１０１と、空気清浄化装置１０１によって清浄化された空気の温度及び湿度を制御する空気調和装置１０２と、空気調和装置１０２によって温度及び湿度を制御された空気が供給されるＨＥＰＡ装置１０３と、空気清浄化装置１００の吸着能力の再生時に生じる排気を冷却する排気冷却ユニット１０４と、を備えている。

空気清浄化装置１０１は、吸着能力を再生可能な２系統の吸着ユニット１０１ａ、１０１ｂを有し、一方の吸着ユニットが処理空気内の汚染物質を吸着している際に他方の吸着ユニットの吸着能力が再生されるようになっている吸着式の空気清浄化装置である。詳しい構造は、後述するが、吸着ユニットの吸着材の７０％以上が活性炭からなる点を除いて、特許第５３０３１４３号（特許文献１）に開示されたものと同じである。また、本実施の形態の吸着ユニットのＳＶ値は、９０００である。

空気調和装置１０２は、−１０℃〜８０℃の範囲の空気を２０℃〜２７℃の範囲内かつ４０％〜５０％の湿度に制御可能な装置である。本実施の形態の空気調和装置１０２は、−１０℃〜８０℃の範囲の３６ｍ^３ ／ｍｉｎ以下の空気を、２０℃〜２７℃の範囲内の目標温度に対して±０．１℃の精度で制御可能であり、且つ、４０％〜５０％の範囲内の目標湿度に対して±０．５％の精度で制御可能である。更に詳しい構造は、後述するが、特許第４０４７６３９号（特許文献２）に開示されている。

ＨＥＰＡ装置１０３は、０．３μｍ以上の粒子を除去する性能を有するＨＥＰＡ装置である（仕様上の除去率は、９９．９９％）。

本実施の形態によれば、ＨＥＰＡ装置１０３を通過した空気は、アンモニアが５ｐｐｂ以下、アセトンが１０μｇ／ｍ^３ 以下、窒素酸化物であるＮＯｘが２０ｐｐｂ以下、硫黄酸化物であるＳＯｘが２０ｐｐｂ以下、揮発性有機化合物が１０μｇ／ｍ^３ 以下に清浄化される。これらの数値は、本発明が目的とする清浄化後の空気の要求仕様であり、本実施の形態の空気清浄化システム１００の実際の実験機による空気清浄性能に関するデータと併せて、図４に示す。ここで、ＩＰＡとは、イソプロピルアルコールであり、ＰＧＭＥＡとは１−メトキシ−２プロピルアセテート（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）であり、シロキサンとはケイ素と酸素を骨格とする化合物で、Si-O-Si結合（シロキサン結合）を持つもの（＝シロキサン類）であり、Dopant P.Bとは、半導体製造工程で用いられる不純物（Ｐ：リン、Ｂ：ボロン）である。

以上のように、本実施の形態によれば、吸着ユニットの吸着材として７０％以上（例えば７５％）が活性炭であるために、低コストを実現できる。また、吸着処理後の空気中に含まれる活性炭起因の塵埃をＨＥＰＡ装置１０３によって効果的に除去することができ、十分な空気清浄性能を発揮することができる。

更に、空気調和装置１０２によって吸着処理後の空気の温度及び湿度を制御することでＨＥＰＡ装置１０３による塵埃除去性能を高くすることができ、また、当該性能の寿命を長くすることができる。

特に、本実施の形態の空気調和装置１０２は、−１０℃〜８０℃の範囲の３６ｍ^３ ／ｍｉｎ以下の空気を、２０℃〜２７℃の範囲内の目標温度に対して±０．１℃の精度で制御可能であり、且つ、４０％〜５０％の範囲内の目標湿度に対して±０．５％の精度で制御可能であることにより、ＨＥＰＡ装置１０３による塵埃除去性能をより高く、また、当該性能の寿命をより長くすることができる。

なお、以上の実施の形態において、ＨＥＰＡ装置１０３は、０．１μｍ以上の粒子を除去する性能を有するＵＬＰＡ装置に置換されてもよい。この場合、手術室のような更に高清浄度な環境に対応することが可能である。

（空気清浄化装置１０１の構成の詳細）
空気清浄化装置１０１の構成の詳細について、図５を参照しながら説明する。図５は、特許文献１の図２に対応している。

図５に示す空気清浄化装置１０１（回分式ＴＳＡ装置１０とも言う）において、処理空気は処理空気導入口１から粒子状汚染物質を除去する高性能フィルタ（１）１１に流入し、その後、第１バルブ１２を経て、吸着モードにある（Ａ）系統の吸着材ユニット（Ａ）１３Ａに流入する。吸着材ユニット（Ａ）１３Ａで分子状汚染物質が吸着除去された後、超高純度空気となり、吸着材ユニット（Ａ）１３Ａと第２バルブ１５との間に設置された分配器（Ａ）１４Ａに流入する。

分配器（Ａ）により、超高純度空気の一部が分岐され、再生空気として使用される。再生空気とは、吸着モードが終了した吸着材ユニットに加熱した空気（再生空気）を送って吸着した不純物を脱離させる工程（再生モード）、において使用される空気である。

分配器（Ａ）１４Ａにおいて、吸着モードが（Ａ）系統の場合は、再生モードは、（Ｂ）系統となる。ここで、（Ａ）系統から第２バルブ１５を通って超高純度空気送出口１６へ流れる超高純度空気と再生空気加熱部２８を経て第２バルブ１５から（Ｂ）系統へ流れる再生空気との流量比は、１：１から１：０．０５の範囲の所定流量比となっている。なお、分配器を使用しないで、直接、再生空気導入用送風機を用いて大気を導入してもよい。

分岐され、分配器（Ａ）１４Ａを通過した超高純度空気は、超高純度空気ダクト（Ａ）１８内を流れて、第２バルブ１５を経て超高純度空気送出ダクト１９を流れて超高純度空気送出口１６に流入する。

吸着材ユニット（Ａ）１３Ａ、吸着材ユニット（Ｂ）１３Ｂは、吸着材の７０％以上が活性炭であり、ハニカム状に構成されているが、板状やシート状や粒状（ビレット状）であってもよい。活性炭としては、活性コークス、グラファイト、カーボン、活性炭素繊維等が挙げられる。

なお、空気清浄化装置１０１の第１バルブ１２及び第２バルブ１５としては、特許第４６４４５１７号（特許文献３）に記載された４ポート自動切換えバルブを使用することが望ましい。

空気清浄化装置１０１（回分式ＴＳＡ装置１０）の再生操作について説明する。図５に示した分配器（Ａ）１４Ａにおいて、吸着モードが（Ａ）系統の場合は、再生モードは（Ｂ）系統となるから、（Ａ）系統から第２バルブ１５を通って超高純度空気送出口１６へ流れる供給空気と、再生空気加熱部２８を経て第２バルブ１５から（Ｂ）系統へ流れる再生空気とが、１：１から１：０．０５の範囲の流量比で分配される。

再生モードは、加熱時間帯と冷却時間帯とから構成される。再生モードが加熱時間帯である場合において、図５の分配器（Ａ）１４Ａで分岐された再生空気は、再生空気３方弁２０を経て再生空気送風機２２で昇圧されて再生空気予熱器２４に流入して高温の再生空気のもつ廃熱を回収する。それによって、再生空気自身は常温から１５０〜２００℃まで予熱昇温される。次いで再生空気は再生空気加熱器２５に流入して２００〜２５０℃に加熱されて流出して第２バルブ１５から超高純度空気ダクト（Ｂ）１８Ｂと分配器（Ｂ）１４Ｂを経て吸着材ユニット（Ｂ）１３Ｂに流入する。

２００〜２５０℃に加熱された再生空気が吸着材ユニット（Ｂ）１３Ｂに流入することによって吸着材は加熱され、前回のサイクルにおいて（Ｂ）系統が吸着モードのとき常温状態おいて吸着材に吸着されていたアンモニア等の汚染物質が脱離され、高温状態の当該再生空気の気流中に混入する。

再生空気中のアンモニア等の汚染物質の濃度は、分配器（Ａ）１４Ａから分岐した超高純度空気中のそれと同等である。しかも、これを高温に加熱して脱離に用いるため、吸着平衡分圧は、常温時の吸着平衡分圧より格段に低下する。２００〜２５０℃に加熱する場合、熱膨張により、再生空気の体積流量は常温の清浄空気の１．６１倍から１．７８倍となり、被吸着物質の脱離に必要な熱エネルギーはもとより吸着材層中を流れる再生空気量として充分な流速を与えることができ、吸着材層中の分子状汚染物質は徹底的に脱離されて吸着材ユニットから排出される。

吸着材ユニット（Ｂ）１３Ｂを流出した再生空気は、第１バルブ１２を経て再生空気予熱器２４で６０〜７０℃まで冷却されると同時に、常温の再生空気を予熱する熱交換が行われて、再生空気排出口２７から排気冷却ユニット１０４に排出される。

次に、再生モードが冷却時間帯となったとき、再生空気送風機２２で昇圧された再生空気は再生空気予熱器２４と再生空気加熱器２５を流れて第２バルブ１５から超高純度空気ダクト（Ｂ）１８Ｂと分配器（Ｂ）１４Ｂを経由して吸着材ユニット（Ｂ）１３Ｂに流入する。再生モードが冷却時間帯である場合においては、再生空気加熱器２５には通電されないので、流入した再生空気は常温のまま吸着材ユニット（Ｂ）１３Ｂ、第１バルブ１２、再生空気予熱器２４、再生空気排出口２７を流れる。当然、加熱時間帯から冷却時間帯に切替わった直後は、常温の再生空気が、再生空気予熱器２４、再生空気加熱器２５、第２バルブ１５、超高純度空気ダクト１８Ｂ、分配器（Ｂ）１４Ｂ、吸着材ユニット（Ｂ）１３Ｂ、再生空気予熱器２４、再生空気排出口２７を冷却しながら流れる。

吸着モードにある（Ａ）系統が再生モードに切替った時点は、加熱時間帯として、再生空気加熱器２５に通電されるから、再生空気は超高純度空気ダクト（Ａ）１８Ａ、 分配器（Ａ）１４Ａ、吸着材ユニット（Ａ）１３Ａ、再生空気予熱器２４、再生空気排出口２７を、加熱しながら流れる。

吸着モードが（Ｂ）系統となった時、再生モードは（Ａ）系統となるから、処理空気は第１バルブ１２、吸着材ユニット（Ｂ）１３Ｂを流れて清浄空気となり、分配器（Ｂ）１４Ｂ、第２バルブ１５、超高純度空気送出口１６の順に流れ、分配器（Ｂ）１４Ｂで分岐された再生空気は再生空気３方弁２０、再生空気送風機２２、再生空気予熱器２４、再生空気加熱器２５、第２バルブ１５、超高純度空気ダクト（Ａ）１８Ａ、吸着材ユニット（Ａ）1３Ａ、第１バルブ１２、再生空気予熱器２４、再生空気排出口２７の順に流れ、処理される。

（空気調和装置１０２の構成の詳細）
空気調和装置１０２の構成は、特許文献２に記載された産業用空調装置の構成と同一である。以下、特許文献２の内容を実質的に転載しておく。

空気調和装置１０２の構成を、図６に示す実施例により説明すると、この空気調和装置１０２の冷凍サイクルは、コンプレッサ１４、油分離器１６、凝縮器１７、電子膨脹弁１８、アキュームレータ１３から構成され、それらを配管で接続して冷媒を循環して形成させる。冷却除湿器１は、ダクト上流側の取入れ空気導入口２２ａ側に配設・収納されていて、加熱器２、加熱器ヒータ３、加湿器４、加湿器ヒータ５も前記冷却除湿器１の下流側に位置するダクト２２中に配設・収納されており、送風機１１は加湿機４の下流側のダクト２２がその吸入口１１ａとなっていて、吐出口１１ｂは調整した供給空気を排出するダクト下流側の供給空気排出口２２ｂと接続している。

取入れ空気は、図６の左側の矢印に示すように、ダクト上流側の取入れ空気導入口２２ａ内へ導入されて、冷却除湿器１に流入するまでの間で、取入れ空気流速センサ３４、取入れ空気温度センサ３５、取入れ空気関係湿度センサ３６によって、各々取入れ空気の流速乃至流量、温度、関係湿度が計測される。他方、同時に、供給空気は送風機１１の吐出口１１ｂと供給空気排出口２２ｂまでのダクト下流側内で供給空気温度センサ８、供給空気関係湿度センサ６、供給空気静圧センサ２８によって、各々、供給空気の温度、関係湿度を計測して、演算手段２６に入力する。また、空気調和装置１０２が設置された場所における環境の全圧力は、空気調和装置１０２の外表面に設けた圧力センサ３３により計測して、前記演算手段２６に入力する。

入力された各種の計測値を用いて、演算手段２６により種々の値を演算して、さらに（１）取入れ空気の水分量：Ｍ_１ Ｘ_１ ／（１＋Ｘ_１ ）［ｋｇ（水）／ｈ］、（２）供給空気の水分量：Ｍ_２ Ｘ_２ ／（１＋Ｘ_２ ）［ｋｇ（水）／ｈ］、（３）取入れ空気の温度：Ｔ_１ ［℃］、（４）供給空気の温度：Ｔ_２ ［℃］、（５）加熱後の空気の温度：ｔ_Ａ ［℃］を用いて、（Ｘ）Ｍ_１ Ｘ_１ ／（１＋Ｘ_１ ）とＭ_２ Ｘ_２ ／（１＋Ｘ_２ ）の大小と、（Ｙ）Ｔ_１ とＴ_２ −Δｔの大小を演算する。（Ｚ）Ｔ_１ ＜Ｔ_２ −Δｔの場合は、さらに、Ｔ_１ とｔ_Ａ の大小を演算する。ここで、Ｍ_１ ［ｋｇ（湿り空気）／ｈ］は取入れ空気の質量流量、Ｘ_１ ［ｋｇ（水）／ｋｇ（乾き空気）］は取入れ空気の絶対湿度、Ｍ_２ ［ｋｇ（湿り空気）／ｈ］は供給空気の質量流量、Ｘ_２ ［ｋｇ（水）／ｋｇ（乾き空気）］は供給空気の絶対湿度である。また、Δｔは空気調和装置に取付けた送風機１１の使用条件によって決まる値で、予め測定値が前記演算手段中に内蔵してある。また、ｔ_Ａ とＴ_２ −Δｔとの温度差は加熱器２の性能によって決まる値で、予め測定値が前記演算手段中に内蔵してある。

これらの演算結果から、取入れ空気条件と供給空気条件との組合せは、表４に示す１〜５の５種類に分類できる。また、エネルギーを消費する箇所は表４に示すＩ〜ＩＶに分類できる。それぞれのケースについて、（Ａ）必要な冷却除湿温度、（Ｂ）必要な冷却除湿熱量、（Ｃ）必要な冷媒蒸発温度、（Ｄ）必要な加熱熱量、（Ｅ）必要な加湿熱量の演算値を変換した制御信号を出力させて、それぞれの制御信号をコンプレッサ・モータ用インバータ３２と、送風機モータ用インバータ３１と、電子膨脹弁コントローラ１９に入力して、各々コンプレッサ・モータ１５の回転数、送風機モータ１２の回転数、電子膨脹弁１８の開度を制御する。

冷却除湿器１に流入した空気を必要な温度まで冷却すると同時に、所定の除湿量に相当する熱量を熱交換により冷媒に与えることになるから、前記冷却除湿器１において除湿するべき水分量を凝縮させることができ、分離が可能となる。必要な温度まで冷却できたか否かは、除湿後空気温度センサ２３を用いて検知させる。

さらに、前記冷却除湿器１を流出して、加熱器２に流入した空気は、供給空気排出口２２ｂ付近に設けた供給空気温度センサ８で検知して、演算手段２６に入力する。該供給空気温度センサ８と、該演算手段２６と、加熱器ヒータ３と、加熱器温度コントローラ９とから構成する制御系によって、必要な加熱温度：ｔ_Ａ ［℃］となるように加熱器ヒータ３に印加する電気量を制御する。必要な加熱温度となったか否かは、加熱後空気温度センサ２４を用いて検知させる。

加湿機４に流入した空気は、供給空気排出口２２ｂ付近に設けた供給空気関係湿度センサ６で検知して、前記演算手段２６に入力する。該供給空気関係湿度センサ６と、演算手段２６と、加湿器ヒータ５と、加湿器温度コントローラ７とから構成する制御系によって、必要な加湿水分量を蒸発・気化させるように加湿器ヒータ５に印加する電気量を制御する。必要な加湿水分量が蒸発・気化しているか否かは、加湿器４内に設けた加湿器温度センサ２５を用いて検知する。加湿器４を流出して送風機１１の吸入口１１ａに流入した空気は、該送風機１１で昇圧して吐出口１１ｂを経て該空気調和装置１０２の排出口まで接続しているダクト２２内を流れて排出口２２ｂから排出されて、ユースポイントへ供給される。

図７は、空気調和装置の別の実施例における構成を示す図である。この図７の空気調和装置の冷凍サイクルは、基本的には図６の装置と同様の機器から構成されており、また、同様な配管で接続されて冷媒を循環させる。この空気調和装置では、取入れ空気を導入するダクト２２を、冷却除湿器１の流入口より上流位置において、主流ダクト３９と副流ダクト４０とに分岐させ、取入れ空気をダクト２２の上流側でそれぞれダクト３９，４０内へ流すように構成した点で異なっている。

主流ダクト３９内には、冷却除湿器１が配置されているが、該主流ダクト３９は前記冷却除湿器１の流出口と加熱器２の流入口との中間位置において、前記冷却除湿器１を迂回させた副流ダクト４０の下流端と合体するように構成されている。取入れ空気は、図７の左側の矢印に示すように、取入れ空気導入口２２ａ内へ導入された時点で、取入れ空気流速センサ３４、取入れ空気温度センサ３５、取入れ空気関係湿度センサ３６によって、それぞれ取入れ空気の流速、温度、関係湿度が計測された後、主流ダクト３９と副流ダクト４０内へ分岐流入する。

主流ダクト３９内を流れる取入れ空気は、取入れ空気導入口２２ａにおいて、取入れ空気流速センサ３４、取入れ空気温度センサ３５、取入れ空気関係湿度センサ３６により、各々取入れ空気の流速乃至流量、温度、関係湿度が計測されてから冷却除湿器１に流入する。また、副流ダクト４０内に流れた取入れ空気は、副流ダクト流速センサ４１によって、副流ダクト４０内を流れる空気の流速乃至流量が計測され、主流ダクト３９及び副流ダクト４０内を流れる空気の流速乃至流量の計測値が演算手段２６に入力される。また、送風機１１の吐出口１１ｂと供給空気排出口２２ｂまでのダクト２２内で、供給空気は供給空気温度センサ８と供給空気関係湿度センサ６によって、温度、関係湿度を計測し、前記演算手段２６に入力する。なお、環境の全圧力は、本空気調和装置の外表面に設置した圧力センサ３３を用いて計測して、演算手段２６に計測値を入力する。

入力された各種の計測値を用いて、演算手段２６によって、種々の値を演算して、さらに（１）取入れ空気の水分量：Ｍ_１ Ｘ_１ ／（１＋Ｘ_１ ）［ｋｇ（水）／ｈ］、（２）供給空気の水分量：Ｍ_２ Ｘ_２ ／（１＋Ｘ_２ ）［ｋｇ（水）／ｈ］、（３）取入れ空気の温度：Ｔ_１ ［℃］、（４）供給空気の温度：Ｔ_２ ［℃］、（５）加熱後の空気の温度：ｔ_Ａ ［℃］を用いて、（Ｘ）Ｍ_１ Ｘ_１ ／（１＋Ｘ_１ ）とＭ_２ Ｘ_２ ／（１＋Ｘ_２ ）の大小と、（Ｙ）Ｔ_１ とＴ_２ −Δｔの大小を演算したり、（Ｚ）Ｔ_１ ＜Ｔ_２ −Δｔの場合は、さらに、Ｔ_１ とｔ_Ａ の大小を演算することは、図６の実施例の場合と同じである。

さらに、演算結果から、取入れ空気条件と供給空気条件との組合せを、表４の１〜５の５種類、また、エネルギーを消費する箇所は、表４のＩ〜ＩＶによりそれぞれ分類し、それぞれのケースについて、（Ａ）必要な冷却除湿温度、（Ｂ）必要な冷却除湿熱量、（Ｃ）必要な冷媒蒸発温度、（Ｄ）必要な加熱熱量、（Ｅ）必要な加湿熱量の演算値を変換した制御信号を出力させて、それぞれの制御信号をコンプレッサ・モータ用インバータ３２と、送風機モータ用インバータ３１と、電子膨脹弁コントローラ１９に入力して、各々コンプレッサ・モータ１５の回転数、送風機モータ１２の回転数、電子膨脹弁１８の開度を制御することも実施例１の場合と同じである。

なお、主流ダクト３９内で冷却除湿器１に流入した空気を必要な温度まで冷却させ、同時に、所定の除湿量に相当する熱量を熱交換により冷媒に与えることで、前記冷媒除湿器１において除湿するべき水分量を凝縮させて、分離を可能とすること、また、必要な温度まで冷却できたか否かを、除湿後空気温度センサ２３を用いて検知させることも前記実施例と同じである。

さらに、冷却除湿器１を流出し、下流で副流ダクト４０内を流れた空気と合流した空気は、加熱器２に流入するが、そのとき供給空気排出口２２ｂ付近に設けた供給空気温度センサ８で検知して、演算手段２６に入力する。該供給空気温度センサ８と、該演算手段２６と、加熱器ヒータ３と、加熱器温度コントローラ９とから構成する制御系によって、加熱器２に流入した空気を必要な加熱温度：ｔ_Ａ［℃］となるように加熱器ヒータ５に印加する電気量を制御すること、および必要な加熱温度となったか否かを、加熱後空気温度センサ２４を用いて検知することも前記実施例と同じである。

加湿器４に流入した空気は、供給空気排出口２２ｂ付近に設けた供給空気関係湿度センサ６で検知して演算手段２６に入力する。該供給空気関係湿度センサ６と、該演算手段２６と、加湿器ヒータ５と、加湿器温度コントローラ７とから構成される制御系によって、必要な加湿水分量を蒸発・気化させるように加湿器ヒータ５に印加する電気量を制御すること、および、必要な加湿水分量が蒸発・気化しているか否かを、加湿器４内に設けた加湿器温度センサ２５を用いて検知することも前記実施例と同じである。

次に、空気調和装置における各計測手段により得られた数値を基礎にする演算方法を説明すると、前記各計測手段によって（１）環境の全圧力（通常は大気圧）、（２）取入れ空気の流速乃至流量又は送風機全圧、（３）取入れ空気の温度、（４）取入れ空気の関係湿度は随時計測でき、さらに、（５）供給空気の温度、（６）供給空気の関係湿度、（７）供給空気の静圧は随時設定できるから、それらの値を演算手段に入力して、取入れ空気の、質量流量：Ｍ_１ ［ｋｇ（湿り空気）／ｈ］、絶対湿度：Ｘ_１ ［ｋｇ（水）／ｋｇ（乾き空気）］、湿り空気のエンタルピ（以下「エンタルピ」という）：ｉ_１ ［ｋＪ／ｋｇ（乾き空気）］と調整する供給空気の、質量流量：Ｍ_２ ［ｋｇ（湿り空気）／ｈ］、絶対湿度：Ｘ_２ ［ｋｇ（水）／ｋｇ（乾き空気）］、エンタルピ：ｉ_２ ［ｋＪ／ｋｇ（乾き空気）］を求める。

これらの数値は、気象条件によって全て考慮して算出される値である。空気調和装置によって、流速乃至流量センサを取付けるのが困難な場合があるので、該送風機の全圧対風量の関係を演算手段中に予め内蔵させておけば、その時刻における該送風機の全圧を算定することにより、風量、即ち、流量が得られる。本発明においては、前記した数値の算出に止まらず、以下の演算を前記演算手段によって行う。

〔１〕取入れ空気の水分量が、調整する供給空気の水分量より多く、かつ、取入れ空気の温度：Ｔ_１ ［℃］が、供給空気の送風機吸入口における温度Ｔ_２ −Δｔ［℃］以上である場合、即ち、Ｍ_１ Ｘ_１ ／（１＋Ｘ_１ ）≧Ｍ_２ Ｘ_２ ／（１＋Ｘ_２ ）で、かつ、Ｔ_１ ≧Ｔ_２ −Δｔの場合は、冷却除湿となり、以下に記す（１）式によって必要な除湿量：ΔＷ［ｋｇ（水）／ｈ］を演算手段を用いて演算させる。Δｔ［℃］は送風機によって空気が断熱圧縮されるために生ずる温度上昇分であって、送風機の使用条件によって決まる値である。予めこれらの測定値は前記演算手段中に内蔵してある。そして、ΔＷは必要な除湿量を表しているから、（１）式において、ΔＷ≧０の場合、加湿の必要はない。

ΔＷ＝Ｍ_１ Ｘ_１ ／（１＋Ｘ_１ ）−Ｍ_２ Ｘ_２ ／（１＋Ｘ_２ ）・・・・・（１）
次に、（２）式によって冷却除湿器出口における空気の絶対湿度：Ｘ_Ｃ［ｋｇ（水）／ｋｇ（乾き空気）］を演算させる。

Ｘ_Ｃ ＝Ｍ_２ Ｘ_２ ／［（Ｍ_１ −ΔＷ）（１＋Ｘ_２ ）−Ｍ_２ Ｘ_２ ］・・・（２）
さらに、（３）式によって冷却除湿器出口における空気中の水蒸気圧：ｐ［ｋＰａ］を演算させ、続いて（４）式で、必要な冷却除湿温度、即ち冷却除湿器出口における空気の温度：Ｔ_Ｃ ［℃］を演算させる。

ｐ_Ｃ ＝πＸ_Ｃ ／（０．６２２０２＋Ｘ_Ｃ ）・・・・・・・・・・・・（３）
Ｔ_Ｃ ＝ｆ^−１（ｐ_Ｃ ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
ここで、π［ｋＰａ］は環境の全圧力、ｐ_Ｃ ［ｋＰａ］は温度：Ｔ_Ｃ ［℃］における飽和水蒸気圧である。ｐ_Ｃ とＴ_Ｃ の関数関係ｐ_Ｃ ＝ｆ（Ｔ_Ｃ ）は、演算手段中に内蔵させておく。（４）式はＰ_Ｃ ＝ｆ（Ｔ_Ｃ ）の逆関数である。

続いて、冷却除湿器出口における空気のエンタルピ：ｉ_Ｃ ［ｋＪ／ｋｇ（乾き空気）］を求めて必要な冷却除湿熱量、即ち、冷却除湿熱負荷量：Ｑ_１ ［ｋＪ／ｈ］を（５）式で演算する。

Ｑ_１ ＝Ｍ_１ ｉ_１ ／（１＋Ｘ_１ ）−（Ｍ_１ −ΔＷ）ｉ_Ｃ ／（１＋Ｘ_Ｃ ）・・・・（５）
Ｑ_１ を用いれば、必要な冷媒循環量が決定でき、さらに、コンプレッサ・モータ１５の回転数が決定できるから、過剰なエネルギーを消費する必要はない。即ち、省電力化できることになる。

この場合、ΔＷ≧０で、かつ、Ｔ_Ｃ ＜Ｔ_２ −Δｔとなるから、加熱の必要はあるが、加湿の必要はない。即ち、加湿のための電力は消電力化できる。

必要な冷媒の蒸発温度：Ｔ_Ｒ ［℃］は、（６）式により求める。

Ｔ_Ｒ ＝［Ｔ_１ −Ｔ_Ｃ ｅｘｐ｛（Ｓ／Ｑ_１ ）（Ｔ_１ −Ｔ_Ｃ ）｝］／［１−ｅｘｐ｛（Ｓ／Ｑ_１ ）（Ｔ_１ −Ｔ_Ｃ ）｝］・・（６）
該（６）式中、Ｓ［ｋＪ／ｈ・℃］は、冷却除湿器によって定まる定数であり、予め測定値が前記演算手段中に内蔵してある。取入れ空気の温度：Ｔ_１ ［℃］は測定値であり、冷却除湿器出口における空気の温度：Ｔ_Ｃ ［℃］は前記（４）式による算出値であり、必要な冷却除湿熱量：Ｑ_１ ［ｋＪ／ｈ］は前記（５）式による算出値である。また、前記したごとく、ｔ_Ａ とＴ_２ −Δｔとの温度差は、予め測定値が前記演算手段中に内蔵してある。

〔２〕次に、取入れ空気の水分量が、調整する供給空気の水分量より多く、かつ、取入れ空気の温度Ｔ_１ ［℃］が供給空気の送風機吸入口における温度：Ｔ_２ −Δｔ［℃］より低い場合、即ち、Ｍ_１ Ｘ_１ ／（１＋Ｘ_１ ）＞Ｍ_２ Ｘ_２ ／（１＋Ｘ_２ ）で、かつ、Ｔ_１ ＜Ｔ_２ −Δｔの場合は、冷却除湿となる。そして、前記（１）式によって、必要な除湿量：ΔＷ［ｋｇ（水）／ｈ］を演算させる。

このようにして、Ｔ_１ 、Ｔ_２ 、Ｔ_Ｃ 、ｔ_Ａ 、Ｘ_１ 、Ｘ_２ 、Ｘ_Ｃ 、ΔＷの値が決定されるから、冷却除湿器入口におけるエンタルピ：ｉ_１ ［ｋＪ／ｋｇ（乾き空気）］、冷却除湿器出口におけるエンタルピ：ｉ_Ｃ ［ｋＪ／ｋｇ（乾き空気）］、加熱器出口におけるエンタルピ：ｉ_Ａ ［ｋＪ／ｋｇ（乾き空気）］：加湿器出口におけるエンタルピ：ｉ_３ ［ｋＪ／ｋｇ（乾き空気）］が演算でき、したがって、必要な冷却除湿熱量：Ｑ_１ ［ｋＪ／ｈ］、空気の冷却に必要な熱量：Ｑ_１１［ｋＪ／ｈ］、水分の凝縮に必要な熱量：Ｑ_１２［ｋＪ／ｈ］、必要な加熱熱量：Ｑ_２ ［ｋＪ／ｈ］、必要な加湿熱量：Ｑ_３ ［ｋＪ／ｈ］が演算できる。なお、前記〔１〕の場合は、加湿の必要はないから、ΔＷ＝０となり、Ｑ_３ ＝０となる。

次いで（２）式によって、冷却除湿器出口における空気の絶対湿度：Ｘ_Ｃ ［ｋｇ（水）／ｋｇ（乾き空気）］を演算させる。続いて（３）式によって、冷却除湿器出口における空気中の水蒸気分圧：ｐ_Ｃ ［ｋＰａ］を演算させ、さらに、前記（４）式で、必要な冷却除湿温度：Ｔ_Ｃ ［℃］を演算させ、続いて冷却除湿器出口における空気のエンタルピ：ｉ_Ｃ ［ｋＪ／ｋｇ（乾き空気）］を求めた後、必要な冷却除湿熱量、即ち、冷却除湿の熱負荷量：Ｑ_１ ［ｋＪ／ｈ］を前記（５）式で演算させる。この場合、ΔＷ＞０で、かつ、Ｔ_Ｃ ＜Ｔ_２ −Δｔとなるから、加熱は必要であるが、加湿の必要はない。即ち、加湿のための電力は不要となり、省電力化できる。そして前述と同様に、Ｓ、Ｔ_１ 、Ｔ_Ｃ 、Ｑ_１ は与えられるから、必要な冷媒温度：Ｔ_Ｒ ［℃］は前記（６）式で演算できる。

以下、同様にして、〔３〕取入れ空気の水分量が、調整する供給空気の水分量より少なく、かつ、取入れ空気の温度：Ｔ_１ ［℃］が供給空気の送風機吸入口における温度：Ｔ_２ −Δｔ［℃］よりも高い場合、即ち、Ｍ_１ Ｘ_１ ／（１＋Ｘ_１ ）＜Ｍ_２ Ｘ_２ ／（１＋Ｘ_２ ）で、かつ、Ｔ_１ ≧Ｔ_２ −Δｔの場合、および、〔４〕取入れ空気の水分量が、調整する供給空気の水分量より少なく、かつ、取入れ空気の温度：Ｔ_１ ［℃］が供給空気の送風機吸入口における温度：Ｔ_２ −Δｔ［℃］よりも低い場合、即ち、Ｍ_１ Ｘ_１ ／（１＋Ｘ_１ ）＜Ｍ_２ Ｘ_２ ／（１＋Ｘ_２ ）で、かつ、Ｔ_１ ＜Ｔ_２ −Δｔ、かつ、Ｔ_１ ≦ｔ_Ａ の場合、さらに、〔５〕取入れ空気の水分量が、調整する供給空気の水分量より少なく、かつ、取入れ空気の温度Ｔ_１ ［℃］が供給空気の送風機吸入口における温度：Ｔ_２ −Δｔ［℃］よりも低い場合、即ち、Ｍ_１ Ｘ_１ ／（１＋Ｘ_１ ）＜Ｍ_２ Ｘ_２ ／（１＋Ｘ_２ ）で、かつ、Ｔ_１ ＜Ｔ_２ −Δｔ、かつ、Ｔ_１ ＞ｔ_Ａ の場合ついて演算して、各機器を制御する。

１００ 空気清浄化システム
１０１ 空気清浄化装置
１０２ 空気調和装置
１０３ ＨＥＰＡ装置
１０４ 排気冷却ユニット

Claims (5)

1. 吸着能力を再生可能な２系統の吸着ユニットを有し、一方の吸着ユニットが処理空気内の汚染物質を吸着している際に他方の吸着ユニットの吸着能力が再生されるようになっている吸着式の空気清浄化装置と、
   前記空気清浄化装置によって清浄化された空気の温度及び湿度を制御する空気調和装置と、
   前記空気調和装置によって温度及び湿度を制御された空気が供給されるＨＥＰＡ装置と、
   を備えた空気清浄化システムであって、
   前記空気清浄化装置の前記吸着ユニットの吸着材の７０％以上が活性炭からなり、
   前記空気調和装置は、−１０℃〜８０℃の範囲の空気を２０℃〜２７℃の範囲内かつ４０％〜５０％の湿度に制御可能であり、
   前記ＨＥＰＡ装置は、０．３μｍ以上の粒子を除去する性能を有しており、
   前記ＨＥＰＡ装置を通過した空気は、アンモニアが５ｐｐｂ以下、アセトンが１０μｇ／ｍ^３ 以下、窒素酸化物であるＮＯｘが２０ｐｐｂ以下、硫黄酸化物であるＳＯｘが２０ｐｐｂ以下まで清浄化される
   ことを特徴とする空気清浄化システム。
2. 前記空気調和装置は、−１０℃〜８０℃の範囲の３６ｍ^３ ／ｍｉｎ以下の空気を、２０℃〜２７℃の範囲内の目標温度に対して±０．１℃の精度で制御可能であり、且つ、４０％〜５０％の範囲内の目標湿度に対して±０．５％の精度で制御可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気清浄化システム。
3. 前記吸着ユニットは、８０００〜１００００の範囲のＳＶ値を有している
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の空気清浄化システム。
4. 前記ＨＥＰＡ装置を通過した空気は、揮発性有機化合物が１０μｇ／ｍ^３ 以下まで清浄化される
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気清浄化システム。
5. 吸着能力を再生可能な２系統の吸着ユニットを有し、一方の吸着ユニットが処理空気内の汚染物質を吸着している際に他方の吸着ユニットの吸着能力が再生されるようになっている吸着式の空気清浄化装置と、
   前記空気清浄化装置によって清浄化された空気の温度及び湿度を制御する空気調和装置と、
   前記空気調和装置によって温度及び湿度を制御された空気が供給されるＵＬＰＡ装置と、
   を備えた空気清浄化システムであって、
   前記空気清浄化装置の前記吸着ユニットの吸着材の７０％以上が活性炭からなり、
   前記空気調和装置は、−１０℃〜８０℃の範囲の空気を２０℃〜２７℃の範囲内かつ４０％〜５０％の湿度に制御可能であり、
   前記ＵＬＰＡ装置は、０．１μｍ以上の粒子を除去する性能を有しており、
   前記ＵＬＰＡ装置を通過した空気は、アンモニアが５ｐｐｂ以下、アセトンが１０μｇ／ｍ^３ 以下、窒素酸化物であるＮＯｘが２０ｐｐｂ以下、硫黄酸化物であるＳＯｘが２０ｐｐｂ以下まで清浄化される
   ことを特徴とする空気清浄化システム。

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