JP2024042625A - クリーンルーム用空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー効率のよいクリーンルーム用空調システムを提供する。【解決手段】 クリーンルーム用空調システム２は、温度を調節するための温度調節装置１０と、絶対湿度を調節するための湿度調節装置２０と、空気に含まれる埃等を除去するフィルター３０と、圧力を調節するためのダンパー５０と、温度センサ６１と、湿度センサ６２と、クリーン度センサ６３と、各装置を制御する制御装置９０と、を備える。湿度調節装置２０は、外気を取り込んで所定の温度や湿度に調節した後、クリーンルームＣＲへ供給する。制御対象空間の絶対湿度を調節するためのものであり、天井裏ＡＴに設けられた湿度調節用室内機２２を備える。フィルター３０は、温度調節用室内機１２の内気送出口１２Ｂに設けられる。ダンパー５０は、クリーンルームＣＲの気圧を調節するためのものであり、躯体ＳＴの壁ＳＴ３に設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、クリーンルーム用空調システムに関する。

従来、半導体製造プロセス、薬品工場、食品工場、印刷工場、自動車部品工場における各設備において、加工装置は年間を通じて安定した運転状態を維持し、また停止状態においても装置自身の精度を維持するために安定した環境下におかれる必要がある。このため、加工装置は、ホコリが少なく温度制御がされたクリーンルームに配置されている。外気は、高温多湿の夏期や乾燥した寒い冬季などで大きく変化する。このため、チリ・ホコリなどを除去する作業に加え、エアコンディショナーにより外気を冷却除湿したり加熱加湿したりしてクリーンルーム内に導入している。

クリーンルーム内は夏季及び冬季を問わず所定温度にする必要があるため、夏季であっては、クリーンルーム内を循環した外気を一旦所定温度より低い温度まで冷却し、さらに所定温度になるようにエアコンディショナーで加熱している。特に冬季にあっては、取り込む外気が非常に冷たいのでエアコンディショナーで加熱する熱量が大きくなり電力消費が増大する（例えば、特許文献１）。

特開２００７－１５５２０９号公報

しかしながら、特許文献１のクリーンルームでは、クリーンルームを加湿する際、外部から取り込んだ湿った外気と内気を混ぜて混合エアを得て、その後、所定の絶対湿度になるまで混合エアを冷却して除湿を行う。その後、所定の温度になるまで混合エアを加熱する。この方法によれば、所望の温度及び湿度のエアをつくることができるものの、湿度調節のために冷却加熱を行うことからエネルギー効率は非常に悪い。

本発明は、斯かる実情に鑑み、エネルギー効率のよいクリーンルーム用空調システムを提供しようとするものである。

本発明は、天井、床及び壁を備えた躯体であって、前記天井、前記床及び前記壁によって囲まれた空間を制御対象空間と定義した際、前記制御対象空間の温度を調節するための温度調節装置と、前記制御対象空間の絶対湿度を調節するための湿度調節装置と、前記制御対象空間のクリーン度を調節するためのクリーン度調節装置と、各装置を制御する制御装置と、を備え、前記温度調節装置は、前記非制御対象空間に設けられる温度調節用熱交換器と、前記天井に設けられた内気取込口と、前記天井に設けられた内気送出口と、前記内気取込口にて取り込まれた内気を前記温度調節用熱交換器へ送るための内気取込配管と、前記温度調節用熱交換器を通過した内気を前記内気送出口へ送るための内気送出配管と、を備え、前記湿度調節装置は、前記非制御対象空間に設けられる湿度調節用熱交換器と、前記躯体に設けられ外部空間に開口する外気取込口と、前記天井に設けられた外気送出口と、前記外気取込口にて取り込まれた外気を前記湿度調節用熱交換器へ送るための外気取込配管と、前記湿度調節用熱交換器を通過した外気を前記外気送出口へ送るための外気送出配管と、を備え、前記クリーン度調節装置は、前記内気送出口及び前記外気送出口に設けられたことを特徴とする。

前記外気送出配管と前記内気取込配管とは遮断されていることが好ましい。また、前記制御対象空間の気圧が所定値よりも大きい場合には、前記制御対象空間の圧力が前記所定値以下となるように前記内気を外部空間へ逃がすダンパーをさらに、備え、前記タンパーは前記壁に設置されることが好ましい。さらに、第１の前記温度調節装置と、第２の前記温度調節装置と、を備え、前記制御装置は、前記第１の温度調節装置と前記第２の温度調節装置とを独立して制御することが好ましい。加えて、前記外気送出配管に設けられた分岐弁と、前記内気取込配管に設けられた合流弁と、前記分岐弁から前記合流弁までのびる合流配管と、を備え、前記制御装置は、前記分岐弁及び前記合流弁の切替操作により、前記外気送出配管にある外気が前記内気取込配管に供給される合流状態と、前記合流状態から退避した合流退避状態と、の間で切り替え自在であることが好ましい。

本発明のクリーンルーム用空調方法は、クリーンルームの温度を検知する温度検知工程と、前記クリーンルームの湿度を検知する湿度検知工程と、前記検知された湿度が目標値の範囲外である場合には、湿度調節装置を用いて外気を前記クリーンルームに導入する湿度調節工程と、前記検知された温度が目標値の範囲外である場合には、温度調節装置を用いて前記クリーンルームから取り込んだ内気について温度調節を行なう温度調節工程と、前記温度調節工程を経た前記内気を前記クリーンルームに導入する内気導入工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、エネルギー効率のよいクリーンルーム用空調システムを提供することができる。

クリーンルーム用空調システムの概要を説明する接続図である。 温度調節装置及び湿度調節装置の概要を説明する接続図である。 クリーンルームの天井の概要を示す平面図である。 クリーンルーム用空調システム（変形例）の概要を説明するための温度調節装置及び湿度調節装置に関する接続図である。

図１に示すように、クリーンルーム用空調システム２は、任意の閉空間（内部空間）を画する躯体ＳＴに設けられるものであり、温度を調節するための温度調節装置１０と、絶対湿度を調節するための湿度調節装置２０と、空気に含まれる埃等を除去するフィルター３０と、圧力を調節するためのダンパー５０と、温度センサ６１と、湿度センサ６２と、クリーン度センサ６３と、室圧センサ６５と、各装置を制御する制御装置９０と、を備える。

躯体ＳＴは、内部空間において水平に設けられた天井ＳＴ１と、内部空間において水平に設けられた床ＳＴ２と、を備える。このため、躯体ＳＴの壁ＳＴ３によって囲まれる内部空間は、天井ＳＴ１及び床ＳＴ２の間にあるクリーンルームＣＲと、天井裏ＡＴと、床下ＵＦと、に分けられる。クリーンルームＣＲは、精密加工機械Ｚが設置されるエリアであり、クリーンルーム用空調システム２による制御対象空間となる。一方、天井裏ＡＴと床下ＵＦは非制御対象空間となる。

温度調節装置１０は、クリーンルームＣＲの温度を調節するためのものであり、躯体ＳＴの外部空間ＧＸに設けられた温度調節用室外機１１と、天井裏ＡＴに設けられた複数の温度調節用室内機１２と、温度調節用室外機１１と温度調節用室内機１２との間に設定された冷媒循環路１６と、を備える。

温度調節用室外機１１は、外部空間の気体（外気）を取り込む取込口と、外気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、熱交換器を経た外気を外部空間へ放出する放出口と、冷媒循環路１６において冷媒を循環させるための圧縮機と、を備える。

冷媒循環路１６は、冷媒を通過する配管や配管に設けられた各種弁（分岐弁、合流弁や開閉弁等）から形成される。温度調節用室外機１１の圧縮機によって、温度調節用室外機１１から送り出された冷媒は、それぞれの温度調節用室内機１２へ分配されるとともに、温度調節用室内機１２から送り出された冷媒を温度調節用室外機１１へ戻る。このように、冷媒循環路１６は、温度調節用室外機１１と温度調節用室内機１２との間における冷媒の循環を可能にする。

図２に示すように、温度調節用室内機１２は、天井ＳＴ１に開口する内気取込口１２Ａと、天井ＳＴ１に開口する内気送出口１２Ｂと、天井裏ＡＴに設けられた温度調節用熱交換器１２Ｃと、内気取込口１２Ａにて取り込まれた内気を温度調節用熱交換器１２Ｃへ送るための内気取込配管１２Ｆと、温度調節用熱交換器１２Ｃを通過した内気を内気送出口１２Ｂへ送るための内気送出配管１２Ｇと、温度調節用ファン（図示しない）と、各部を制御する制御器（図示しない）と、を備える。

温度調節用ファンの駆動により、クリーンルームＣＲにある気体（内気）を内気取込口１２Ａから取り込む。温度調節用熱交換器１２Ｃは、内気取込口１２Ａにて取り込まれた内気と、冷媒循環路１６を通過する冷媒との間で熱交換を行う。これにより、内気は所定の温度に調節される。所定の温度に調節された内気は、内気送出配管１２Ｇを介して、クリーンルームＣＲに供給される。

図１に戻って、湿度調節装置２０は、制御対象空間の絶対湿度を調節するためのものであり、躯体ＳＴの外部空間ＧＸに設けられた湿度調節用室外機２１と、天井裏ＡＴに設けられた湿度調節用室内機２２と、湿度調節用室外機２１と湿度調節用室内機２２との間に設定された冷媒循環路２６と、を備える。

図２に示すように、湿度調節用室外機２１は、温度調節用室外機１１と同様に、外部空間の気体（外気）を取り込む取込口と、外気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、熱交換器を経た外気を外部空間へ放出する放出口と、冷媒循環路２６において冷媒を循環させるための圧縮機と、を備える。このように、冷媒循環路２６は、湿度調節用室外機２１と湿度調節用室内機２２との間における冷媒の循環を可能にする。

湿度調節用室内機２２は、躯体ＳＴに設けられ外部空間に開口する外気取込口２２Ａと、天井ＳＴ１に開口する外気送出口２２Ｂと、天井裏ＡＴに設けられる湿度調節用熱交換器２２Ｃと、外気取込口２２Ａから湿度調節用熱交換器２２Ｃまでのびる外気取込配管２２Ｆと、湿度調節用熱交換器２２Ｃから外気送出口２２Ｂまでのびる外気送出配管２２Ｇと、湿度調節用ファン（図示しない）と、各部を制御する制御器（図示しない）と、を備える。

湿度調節用ファンの駆動により、湿度調節用室内機２２は、外部空間にある湿った気体（外気）を外気取込口２２Ａから取り込む。湿度調節用熱交換器２２Ｃは、外気取込口２２Ａにて取り込まれた外気と、冷媒循環路２６を通過する冷媒との間で熱交換を行う。これにより、外気は所定の温度に調節される。所定の温度に調節された外気は、外気送出配管２２Ｇを介して、クリーンルームＣＲに供給される。

なお、湿度調節用室内機２２は、外気取込配管２２Ｆを通過する外気に対して加湿及び除湿を行う湿度調節器２２Ｓを備えていてもよい。湿度調節器２２Ｓは、外気送出配管２２Ｇに設けられていることが好ましい。制御装置９０は、外部空間ＧＸに設けられた温度センサ６１や湿度センサ６２のセンシングデータから、外気の温度や湿度（絶対湿度又は相対湿度）を読み込む。ここで、外気の絶対湿度が所定範囲から外れていることを制御装置９０が検知した場合には、制御装置９０は、湿度調節器２２Ｓに対し所定の制御信号を送信し、外気に対し加湿または除湿を行ってもよい。これにより、外気の絶対湿度が所期の範囲外であった場合でも、所期の範囲内の絶対湿度の気体をクリーンルームＣＲに供給することができる。

フィルター３０は、温度調節用室内機１２の内気送出口１２Ｂに設けられる。温度調節用室内機１２による温度調節によれば、温度調節用室内機１２に取り込まれた内気は、フィルター３０を介して、クリーンルームＣＲに送り出される。これを繰り返すことにより、内気はフィルター３０を通過する回数が増えるため、クリーンルームＣＲのクリーン度（清浄度）を調節するクリーン度調節装置として機能する。クリーンルームＣＲのクリーン度（清浄度）のクラスは、例えば、１０００以上１０万以下であることが好ましい。

なお、フィルター３０は、湿度調節用室内機２２の外気送出口２２Ｂに設けられていてもよい。

図１に戻って、ダンパー５０は、クリーンルームＣＲの気圧を調節するためのものであり、躯体ＳＴの壁ＳＴ３に設けられる。クリーンルームＣＲの気圧が所定値より大きい場合は、ダンパー５０は開き、クリーンルームＣＲの気体が外部空間へ放出される。クリーンルームＣＲの気圧が所定値より小さい場合は、ダンパー５０は閉じ、クリーンルームＣＲと外部空間とは遮断される。

制御装置９０は、クリーンルームＣＲに設けられた温度センサ６１や湿度センサ６２のセンシングデータから、クリーンルームＣＲの温度や湿度（相対湿度又は絶対湿度）を読み込む。ここで、クリーンルームＣＲの温度が目標の範囲から外れていることを制御装置９０が検知した場合には、制御装置９０は、温度調節装置１０に対し所定の制御信号を送信する。温度調節装置１０は、制御装置９０からの制御信号に基づき、クリーンルームＣＲの内気を取り込み、温度調節を行った後、内気をクリーンルームＣＲへ戻す。また、クリーンルームＣＲの絶対湿度が目標の範囲から外れていることを制御装置９０が検知した場合には、制御装置９０は、湿度調節装置２０に対し所定の制御信号を送信する。湿度調節装置２０は、制御装置９０からの制御信号に基づき、外気を取り込み、湿度及び温度の調節を行った後、当該外気をクリーンルームＣＲへ供給する。

また、制御装置９０は、クリーンルームＣＲに設けられたクリーン度センサ６３のセンシングデータから、クリーンルームＣＲにおける測定粒径（μｍ）及び上限濃度（個／ｍ^３）を読み込む。制御装置９０は、読み込んだ測定粒径（μｍ）及び上限濃度（個／ｍ^３）に基づいて、クリーン度のクラスを算出する。ここで、クリーンルームＣＲのクリーン度のクラスが目標に至らない場合には、制御装置９０は、温度調節装置１０に対し所定の制御信号を送信する。温度調節装置１０は、制御装置９０からの制御信号に基づき、クリーンルームＣＲの内気を取り込み、温度調節を行った後、内気をクリーンルームＣＲへ戻す。これにより、内気が温度調節装置１０のフィルター３０を通過する回数が増える。クリーンルームＣＲのクリーン度のクラスが目標値となるまで、これを繰り返せばよい。なお、制御装置９０からの制御信号には、内気の取り込み量が含まれていてもよい。これにより、クリーン度のクラスが目標から大きく外れた場合であっても、内気の取り込み量を増大することにより、短い時間で、目標とするクリーン度のクラスに到達させることができる。

さらに、制御装置９０は、室圧センサ６５のセンシングデータから、クリーンルームＣＲにおける室圧を読み込む。読み込んだ室圧が目標の範囲から外れていることを制御装置９０が検知した場合には、制御装置９０は、湿度調節装置２０に対し所定の制御信号を送信する。湿度調節装置２０は、制御装置９０からの制御信号に基づき、クリーンルームＣＲにおける室圧が目標の範囲となるように外気の取り込み量を調節する。これにより、クリーンルームＣＲにおける室圧が目標の範囲となる。

クリーンルームＣＲにおいて、複数の温度調節装置１０が設けられている場合には、クリーンルームＣＲを、第１エリア、第２エリア・・・複数の領域に分けて、エリアごとに温度調節装置１０、温度センサ６１やクリーン度センサ６３を設けることが好ましい。これにより、クリーンルームＣＲに設置された機械の機種変更や稼働時間に伴う発熱量等が変更した場合であっても、制御装置９０は、温度調整が必要なエリアに対応する温度調節装置１０に対してのみ温度調節を行うことが可能となるため、クリーンルームＣＲの空調において省エネを図ることができる。

クリーンルーム用空調システム２によれば、温度調節装置１０の内気取込配管１２Ｆと湿度調節装置２０の外気取込配管２２Ｆとは遮断されているため、クリーンルームＣＲにおける湿度調節を、温度調節から独立して行うことが可能となる。このため、湿度調節が不要な場合には、温度調節装置１０のみの稼働が可能となり、湿度調節が必要な場合には、湿度調節装置２０のみの稼働も可能となる。結果、引用文献１のように、無駄な除湿及び加湿プロセスが不要となるため、省エネに寄与する。

また、クリーンルーム用空調システム２によれば、クリーンルームＣＲにおけるクリーン度の調整を湿度調節とは独立して行うことができる。このため、引用文献１のような無駄な除湿及び加湿プロセスを行うことなく、クリーン度の調整を行うことができる。

さらに、クリーンルーム用空調システム２によれば、温度調節装置１０と湿度調節装置２０とクリーン度調節装置３０とは天井に設けられるとともに、ダンパー５０は壁に設けられる。このように、クリーンルーム用空調システム２はクリーンルームＣＲの床面を使用しないため、クリーンルームＣＲに設置する機械等の設置スペースを最大限確保できる。

図３に示すように、天井ＳＴ１には、温度調節装置１０の内気取込口１２Ａ及び内気送出口１２Ｂと、湿度調節装置２０の外気送出口２２Ｂと、が設けられることが好ましい。湿度調節装置２０は、天井ＳＴ１のほぼ中央に設けられる。温度調節装置１０の湿度調節装置２０の周りに配される。このため、外気送出口２２Ｂは、天井ＳＴ１のほぼ中央に設けられる。内気取込口１２Ａ及び内気送出口１２Ｂは、外気送出口２２Ｂの周りに配される。外気送出口２２Ｂは、内気取込口１２Ａの近傍に配されることが好ましい。これにより湿度調節装置２０によって湿度調節された気体が、温度調節装置１０によって温度調節される。結果、引用文献１のように、無駄な除湿及び加湿プロセスが不要となるため、省エネに寄与する。

図４に示すように、クリーンルーム用空調システム２は、合流切替装置８０を備えていてもよい。

合流切替装置８０は、外気送出配管２２Ｇに設けられた分岐弁８１と、内気取込配管１２Ｆに設けられた合流弁８２と、分岐弁８１から合流弁８２まで延びる合流配管８３と、を備える。

分岐弁８１は、湿度調節用熱交換器２２Ｃから送り出された外気を外気送出口２２Ｂへ流す第１状態と、湿度調節用熱交換器２２Ｃから送り出された外気を外気送出口２２Ｂ及び合流配管８３へ分けて流す第２状態と、の間で切り替え自在である。

合流弁８２は、内気取込口１２Ａからの内気を温度調節用熱交換器１２Ｃへ流す第１状態と、内気取込口１２Ａからの内気及び合流配管８３からの外気を温度調節用熱交換器１２Ｃへ流す第２状態と、の間で切り替え自在である。

制御装置９０は、分岐弁８１及び合流弁８２をそれぞれ第１状態及び第２状態に切替する。分岐弁８１及び合流弁８２が第１状態の場合には、湿度調節用室内機２２と温度調節用室内機１２とは遮断された状態となり、分岐弁８１及び合流弁８２が第２状態の場合には、湿度調節用室内機２２から送り出された気体の一部が温度調節用室内機１２へ送り出される合流状態となる。合流状態では、湿度調節装置２０によって湿度調節された気体が、温度調節装置１０によって温度調節される。結果、引用文献１のように、無駄な除湿及び加湿プロセスが不要となるため、省エネに寄与する。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

２ クリーンルーム用空調システム
１０ 温度調節装置
１１ 温度調節用室外機
１２ 温度調節用室内機
１２Ａ 内気取込口
１２Ｂ 内気送出口
１２Ｃ 温度調節用熱交換器
１２Ｆ 内気取込配管
１２Ｇ 内気送出配管
１６ 冷媒循環路
２０ 湿度調節装置
２１ 湿度調節用室外機
２２ 湿度調節用室内機
２２Ａ 外気取込口
２２Ｂ 外気送出口
２２Ｃ 湿度調節用熱交換器
２２Ｆ 外気取込配管
２２Ｇ 外気送出配管
２２Ｓ 湿度調節器
２６ 冷媒循環路
３０ フィルター
３０ クリーン度調節装置
５０ ダンパー
６１ 温度センサ
６２ 湿度センサ
６３ クリーン度センサ
８０ 合流切替装置
８１ 分岐弁
８２ 合流弁
８３ 合流配管
９０ 制御装置
ＡＴ 天井裏
ＣＲ クリーンルーム
ＧＸ 外部空間
ＳＴ 躯体
ＳＴ１ 天井
ＳＴ２ 床
ＳＴ３ 壁
ＵＦ 床下
Ｚ 精密加工機械

Claims (7)

1. 天井、床及び壁を備えた躯体であって、前記天井、前記床及び前記壁によって囲まれた空間を制御対象空間と定義した際、
   前記制御対象空間の温度を調節するための温度調節装置と、
   前記制御対象空間の絶対湿度を調節するための湿度調節装置と、
   前記制御対象空間のクリーン度を調節するためのクリーン度調節装置と、
   各装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記温度調節装置は、
   前記非制御対象空間に設けられる温度調節用熱交換器と、
   前記天井に設けられた内気取込口と、
   前記天井に設けられた内気送出口と、
   前記内気取込口にて取り込まれた内気を前記温度調節用熱交換器へ送るための内気取込配管と、
   前記温度調節用熱交換器を通過した内気を前記内気送出口へ送るための内気送出配管と、を備え、
   前記湿度調節装置は、
   前記非制御対象空間に設けられる湿度調節用熱交換器と、
   前記躯体に設けられ外部空間に開口する外気取込口と、
   前記天井に設けられた外気送出口と、
   前記外気取込口にて取り込まれた外気を前記湿度調節用熱交換器へ送るための外気取込配管と、
   前記湿度調節用熱交換器を通過した外気を前記外気送出口へ送るための外気送出配管と、を備え、
   前記クリーン度調節装置は、前記内気送出口及び前記外気送出口に設けられたことを特徴とするクリーンルーム用空調システム。
2. 前記外気送出配管と前記内気取込配管とは遮断されていることを特徴とする請求項１記載のクリーンルーム用空調システム。
3. 前記制御対象空間の気圧が所定値よりも大きい場合には、前記制御対象空間の圧力が前記所定値以下となるように前記内気を外部空間へ逃がすダンパーをさらに、備え、
   前記タンパーは前記壁に設置されることを特徴とする請求項２記載のクリーンルーム用空調システム。
4. 第１の前記温度調節装置と、
   第２の前記温度調節装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記第１の温度調節装置と前記第２の温度調節装置とを独立して制御することを特徴とする請求項１記載のクリーンルーム用空調システム。
5. 前記外気送出配管に設けられた分岐弁と、
   前記内気取込配管に設けられた合流弁と、
   前記分岐弁から前記合流弁までのびる合流配管と、を備え、
   前記制御装置は、前記分岐弁及び前記合流弁の切替操作により、前記外気送出配管にある外気が前記内気取込配管に供給される合流状態と、前記合流状態から退避した合流退避状態と、の間で切り替え自在であることを特徴とする請求項１記載のクリーンルーム用空調システム。
   
6. クリーンルームの温度を検知する温度検知工程と、
   前記クリーンルームの湿度を検知する湿度検知工程と、
   前記検知された湿度が目標値の範囲外である場合には、湿度調節装置を用いて外気を前記クリーンルームに導入する湿度調節工程と、
   前記検知された温度が目標値の範囲外である場合には、温度調節装置を用いて前記クリーンルームから取り込んだ内気について温度調節を行なう温度調節工程と、
   前記温度調節工程を経た前記内気を前記クリーンルームに導入する内気導入工程と、を備えることを特徴とするクリーンルーム用空調方法。
7. 前記温度調節工程では、前記湿度調節装置によって取り込まれた外気と、前記クリーンルームの内気との混合気体に対して、温度調節を行なうことを特徴とする請求項６記載のクリーンルーム用空調方法。
   
   

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