JP3806544B2

JP3806544B2 - 空調システム

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Publication number: JP3806544B2
Application number: JP19062499A
Authority: JP
Inventors: 昭義大平; 美智雄梁取; 保夫小野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2019-07-05
Also published as: JP2001021182A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばクリーンルームなどのように、空調対象空間に調温とともに空気の浄化も必要とする場合に好適な空調システムに関し、特に冷熱源として氷を用い、この氷に空気を直接的に接触させることで調温と浄化を行なうようになっている空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体工場におけるクリーンルームに用いられる空調システムは一般に、クリーンルームつまり空調対象空間から排出されるリターン空気に含まれる要除去物質（クリーンルームなどに対して有害となる汚染物質）が外気に放出されるのを防止したり、空調効率を高めたりするなどのために、外気から導入される新しい空気だけでなく、リターン空気にも調温と浄化を施し、これを循環的に空調対象空間に供給するようになっている。そして外気からの導入空気は、塵埃などの浮遊粒子性の要除去物質をフィルタで除去するとともにガス性の要除去物質をケミカルフィルタで除去した後に空気調和機で所定の温度と湿度に調整してからクリーンルームに供給する。一方、クリーンルームからのリターン空気は、種々の半導体製造装置で発生するガス性の要除去物質（例えばＨＦ、ＨＣｌ、ＳｉＣｌ₄など）の種類ごとに排気ダクトで吸引して排気ダクトの先の処理部に導いて浄化処理つまり要除去物質の除去処理を施した後に温度と湿度を再調整してからクリーンルームに戻すようになっており、その浄化処理には、半導体製造装置で発生するガス性の要除去物質が水に溶けやすいことから、スクラバなどを利用した湿式処理を用いるのが一般的であった。
【０００３】
次に、冷熱源として氷や雪氷塊を用い、これらに空気を直接的に接触させて調温をなす空調システムとしては、例えば特開平９−３３０７９号や特開平１０−２１３３３０号あるいは特開平９−２１０４０７号の各公報に開示の例がある。これらの内の特開平９−３３０７９号公報や特開平９−２１０４０７号公報には、空気を直接的に接触させる氷や雪氷塊の濾過機能を利用して空気中の塵埃やガスなどを除去することの可能性が述べられている。しかしその塵埃やガスなどに対する除去能をクリーンルーム用の空調などで要求される空気浄化機能に関して具体的に開示していない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、半導体工場のクリーンルームなどに用いられる従来の空調システムでは、リターン空気の浄化にスクラバなどを利用した湿式処理が一般的に用いられている。ところがこの湿式処理方式には、負荷空気中のガス性要除去物質の濃度が低くい場合に除去能力が低下し、そのためにスクラバ装置を大形にする必要があり、システム全体の大型化を招くという問題がある。このことはクリーンルームの清浄度が高まれば高まるほど空調システムの大型化をますます進めることにつながる。
【０００５】
本発明は上記のような事情を背景になされたものであり、その目的は、クリーンルームなどのように、空調対象空間に調温とともに空気の浄化も必要とする場合に用いられる空調システムとして、空気に含まれる要除去物質の除去効率が高く、特にガス性要除去物質の濃度が希薄な場合でもこれを効率的に除去することができる空調システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的のために本発明では、空気の調温とともに浄化も行なうようになっている空調システムにおいて、粒子状の氷を作製する製氷手段と、前記製氷手段で得られた粒子状氷に空気を直接的に接触させて前記空気と前記粒子状氷との間の熱交換をなすとともに、前記空気に含まれる要除去物質を、前記粒子状氷を濾材として濾過しつつ前記粒子状氷の表面に流れる水に溶解または混入させるようにされている氷・空気直接接触式放熱手段と、氷タンク及び移送水タンクとを備え、前記移送水タンクに貯蔵してある移送水の前記氷タンクへの供給により、前記氷タンクに貯蔵してある粒子状氷が浮上して、前記氷タンクの送出口から溢れ出ることで前記粒子状氷の前記氷・空気直接接触式放熱手段への供給がなされ、さらに前記要除去物質が溶解または混入した汚染水を浄化するための水処理手段を備えていることを特徴としている。
【０００７】
本発明の空調システムは以下の理由により従来の湿式処理方式よりも効率が高く、また多機能である。本発明の氷・空気直接接触式放熱手段に要除去物質を含んだ空気を送り込むと、要除去物質は粒子状氷の表面を通過する際に粒子状氷表面に形成される液膜に吸収される。ガス性の要除去物質（二酸化硫黄、一酸化炭素、塩素など）の水に対する溶解度は低温の方が高いので、常にほぼ０℃の水（水の最低温度）が液膜に供給される粒子状氷を用いた本方式のガス性要除去物質除去能は高い。また、氷・空気直接接触式放熱手段に導入された空気流（要除去物質を含む）は粒子状氷の隙間を通過する際に加速される。このため空気流に直接接触する液膜に流れが発生し易くなり、氷解した融液は常に要除去物質濃度の低い新しい液膜となるので、物質伝達が高まり、ガス性要除去物質に対する吸収能力は高いものとなる。また、以上のようなガス性要除去物質の吸収除去に加えて、水に溶解しない微粒子や浮遊物質（塵や埃）も高い効率で除去することができる。すなわち微粒子や浮遊物質は、固体状の粒子状氷に衝突してトラップされることになるが、粒子状氷の間隙部が複雑な通路を形成しているために、必ず粒子状氷あるいはその面に形成されている液膜でトラップされて下方部に流下する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に第１の実施形態による空調システムの構成を示す。図に見られるように、空調システムは、製氷手段として粒子状の氷を作製することのできるダイナミック型製氷機１を備えている。ここで、本明細書において「粒子状氷」とは、サイズの小さな氷塊を意味し、球状の氷に限らず、例えば角氷や板状氷なども含むものとする。製氷機１で作製された粒子状氷３は氷タンク２に貯蔵される。氷タンク２に貯蔵の粒子状氷３は、氷タンク２に供給される移送水４により浮上することで、氷タンク２に接続の移送用パイプ５に向けて移送水４とともに溢れ出し、パイプ５の下降傾斜を利用して氷・空気直接接触式放熱手段である放熱器１６に供給される。移送パイプ５には粒子状氷３の移送を制御するバルブ６が設けられるとともに、バルブ７付きのパイプ８が接続され、このパイプ８を介して移送水４をその貯蔵用である移送水タンク９に戻すことができるようにされている。移送水タンク９から氷タンク２への移送水４の供給は、移送水タンク９と氷タンク２を接続するパイプ１５を介してなされる。そのパイプ１５には、バルブ１０とバルブ１１およびポンプ５７を組み込んである。なお氷タンク２の底には、必要に応じて移送水４を抜き取るなどのためのバルブ１２付きのパイプ１３を接続してある。
【０００９】
上記のようにして氷タンク２から粒子状氷３の供給を受ける放熱器１６は、タンク構造に形成されており、その内部に透水性であり且つ通気性である氷受け皿１７が粒子状氷３を受けるために設けられている。また放熱器１６は、氷受け皿１７の下方に第１の処理部１５７と第２の処理部１８が設けられ、後述のようにして氷受け皿１７上の粒子状氷３と接触させて空調対象空気を浄化することで発生する汚染水４ａをこれら第１の処理部１５７と第２の処理部１８に順次通すことで浄化できるようにされるとともに、浄化により得られた清浄な冷水４ｂを放熱器１６の底部からバルブ２１付きのパイプ２０により冷水タンク２２に戻り水として移送できるようにされている。
【００１０】
その第１の処理部１５７と第２の処理部１８の一構成例を図２に示す。第１の処理部１５７は、汚染水４ａからそれに含まれている浮遊物質のような非溶解性の物質を物理的に吸着して除去するフィルタ１５７ｆをその取付枠６５とともにケーシング１７８の内部に充填することで形成されている。この第１の処理部１５７と氷受け皿１７の間にはバルブ１７６付きのパイプ１７９が接続された水受け皿１７０を設けてあり、氷受け皿１７から流下する汚染水４ａはこの水受け皿１７０で集められつつパイプ１７９を介して第１の処理部１５７に供給される。また第１の処理部１５７にはフィルタ１５７ｆを再生するためにブローを行なう逆洗手段が設けられている。この逆洗手段は、排水側のバルブ１７１付きのパイプ１７２と給水側のバルブ１７３付きのパイプ１７４を含んでなる。
【００１１】
一方、第２の処理部１８は、汚染水に溶解している物質を除去するためのもので、イオン交換樹脂１８ｒをフィルタ１５７ｆと同様にその取付枠６５とともにケーシング６４の内部に充填することで形成されている。そのイオン交換樹脂１８ｒは、例えばカートリッジ式とすることで容易に取り出すことができるようにし、イオン交換能力（イオン交換能力はイオン交換樹脂１８ｒを通過した水のｐＨに基づいて測定することができる）が一定以下に低下した際に必要なその交換を簡単に行なえるようにするのが好ましい形態の一つである。イオン交換樹脂１８ｒは、処理する物質の種類に応じて例えば強塩基型や弱塩基型の何れか、あるいは両者を併用するようにする。なおイオン交換樹脂１８ｒを第２の処理部１８から取り出せるようにするために、放熱器１６の側面にハンドル６１付きの開閉部６０を設けてある。また第１の処理部１５７についても同様なハンドル６１付きの開閉部６０を設けてあり、同じく必要に応じてフィルタ１５７ｆを取り出せるようにしてある。
【００１２】
また放熱器１６は、氷受け皿１７の上方に散水器５８が設けられ、パイプ１５の途中から分岐したバルブ１４付きのパイプ１９を介して供給される移送水４の一部を散水器５８により氷受け皿１７上の粒子状氷３に散水できるようにされている。
【００１３】
また放熱器１６には、当該放熱器１６に空調対象の空気を導入する導入路と空調された空気をクリーンルーム４６に送出する送出路が接続されている。導入路は、放熱器１６の側面に接続するパイプ１３０、パイプ１３０の他端に接続するブロワ５１、ブロワ５１の他端に接続するダクト４７およびダクト４７に接続するリターン空気導入路を含んでなり、そのリターン空気導入路は、クリーンルーム４６の通気性の床４５の下部に設けてある空間に接続するダクト１５２、ダクト１５２の途中に設けてあるブロワ１５３および同じくダクト１５２の途中に設けてあるバルブ１５４を含んでなる。一方、送出路は、放熱器１６の上面に接続するダクト３５、ダクト３５の途中に設けてあるミスト除去部３６、同じくダクト３５の途中に設けてある空気調和機１５１、空気調和機１５１に接続してあるフィルタ１５５付きのダクト１５６、空気調和機１５１の先に設けてある温度・湿度測定用のセンサー１３１、およびクリーンルーム４６の上部に設けてあるフィルター４３付きの吹出し口４４を含んでなる。
【００１４】
上記のようにして放熱器１６から排出される戻り水４ｂを貯蔵する冷水タンク２２には、さらにパイプ２５とパイプ３０が接続されている。パイプ３０とこれから分岐されたパイプ３１は、クリーンルーム４６の内部に設けてあるファンコイル３４ａ、３４ｂや事務所５２に設置してあるファンコイル５３に冷水タンク２２の冷水を補助的な冷熱源として供給するためのもので、その供給や制御のためにポンプ２９とバルブ３２、３３が設けられている。一方、パイプ２５は、その他端をパイプ１５に接続させるとともに、ファンコイル３４ａ、３４ｂやファンコイル５３からの冷水の戻り経路となるバルブ２４付きのパイプ２３やバルブ２６付きのパイプ２７と途中で合一するようにされ、冷水の一部を移送水４として氷タンク２に供給できるようにされている。
【００１５】
以上のような空調システムの動作は以下の通りである。製氷機１で随時作製される粒子状氷３は氷タンク２に貯蔵されており、放熱器１６における粒子状氷３の貯留量を常に所定量に保つように供給される。その供給は、上記のように、移送水タンク９から氷タンク２に移送水４を供給することで氷タンク２中の粒子状氷３を浮上させ、これにより粒子状氷３を移送用パイプ５に向けて移送水４とともに溢れ出させ、それからパイプ５の下降傾斜を利用して放熱器１６に向けて流下させることでなされる。この流下の際には移送水４がパイプ８を介して移送水タンク９に回収され、したがって移送水４によりその表面が濡らされた粒子状氷３のみが放熱器１６に供給されることになる。
【００１６】
このようにして冷熱源である粒子状氷３が供給される放熱器１６にあっては、外気から取り入れる空気ＯＡとリターン空気ＲＡがブロワ５１の送風力を受けつつ空調対象空気としてパイプ１３０を介して氷受け皿１７の下面に沿うようにして導入される。そしてこの空調対象空気は、通気性の氷受け皿１７とその上に積もっている粒子状氷３の塊を通過することで冷却と浄化を受ける。この冷却と浄化は粒子状氷３を冷熱源および濾材とすることで高い効率でなされるが、特に浄化は以下のようにして極めて高い効率でなされる。
【００１７】
リターン空気ＲＡを含む空調対象空気は、クリーンルーム４６が例えば半導体工場におけるそれの場合であれば、一般的な空気に含まれる塵埃などの浮遊物質やガス成分（例えば二酸化硫黄、一酸化炭素、塩素など）に加えて半導体の製造過程で排出される種々のガス類（例えばＨＦ、ＨＣｌ、ＳｉＣｌ₄など）を要除去物質として含んでいる。これらの要除去物質の内のガス成分である二酸化硫黄、一酸化炭素、塩素それにＨＦ、ＨＣｌ、ＳｉＣｌ₄などは何れも水に対し溶解性があり、したがって空調対象空気が粒子状氷３同士の隙間を通過する際に、粒子状氷３の表面に生成している液膜に溶解する。ここで粒子状氷３の表面に生成する液膜は、上記のように移送水で濡らされて与えられる冷水の層や粒子状氷３が融解して生成する冷水の層、それに後述する散布水が粒子状氷３の表面に付着して生成する冷水の層である。そしてこの溶解は、上記のようなガス成分の水に対する溶解度が低温であるほど高いことと、粒子状氷３の表面における液膜が常に０℃に近いものであることが相まって、最も高い効率でなされる。また空調対象空気は粒子状氷３同士の狭い隙間を通過することでその流速が加速され、このために空気流に直接接触している液膜の流動性が高くなり、その結果、粒子状氷３の融解で生成する新鮮な冷水が常に液膜の表面に供給されようになる。すなわち液膜における上記のようなガス成分の濃度を常に低い状態に保ことができ、このこともガス成分の溶解を促進させるのに寄与し、溶解効率をさらに一層高めることになる。この結果、空調対象空気中のガス性要除去物質の濃度に関わりなく高い効率でこれを除去することができ、したがってガス性要除去物質の濃度が低い場合でも高い浄化能力は発揮させることができる。
【００１８】
一方、水に溶解しない微粒子や浮遊物質は、空調対象空気が粒子状氷３同士の隙間を通過するのに応じて粒子状氷３に衝突する際に粒子状氷３の表面ないし液膜に捕獲されることで除去される。このような除去メカニズムにあっては、多数の粒子状氷３同士の隙間で形成されている流路は極めて複雑に入り組んだ構造を有するために、空調対象空気中の微粒子や浮遊物質が粒子状氷３に衝突する確立は極めて高いものとなり、したがって高い効率で微粒子や浮遊物質を空調対象空気から除去することができる。
【００１９】
以上のように放熱器１６における空調対象空気に対する浄化は、粒子状氷３の表面に生じる液膜の作用によるところが大きい。したがってこの液膜をより効率的に生成させることで浄化効率を高めることができる。これに機能するのが散水器５８からの散水である。すなわち散水器５８には粒子状氷３の移送に使われて０℃に近くまで冷えている移送水４の一部が制御用のバルブ１４とパイプ１９からなる経路により移送水タンク９から供給され、これが氷受け皿１７上の粒子状氷３に散水されるので、ガス成分の溶解性に優れた液膜を粒子状氷３の表面に、より効率的に生成させることができる。
【００２０】
放熱器１６における空調対象空気に対する浄化により要除去物質を取り込むことで発生した汚染水４ａは、図２に見られるように、氷受け皿１７を通って水受け皿１７０に流下し、そこで集められつつパイプ１７９を介して第１の処理部１５７に供給され、そこでまず汚染水４ａに含まれている浮遊物質のような非溶解性の物質がフィルタ１５７ｆによる物理的な吸着で除去される。第１の処理部１５７を通過した汚染水４ａは、バルブ１７５付きのパイプ１７７を介して第２の処理部１８に流下し、そこのイオン交換樹脂１８ｒを通過することで溶解物質の処理を受け、最終的に清浄な戻り水４ｂとなって冷水タンク２２に送られて貯蔵される。
【００２１】
冷水タンク２２に貯蔵してある戻り水４ｂはほぼ０℃の低温を保っており、したがって冷房用の冷熱源として利用することが可能である。そこでこの戻り水４ｂを冷熱源水としてクリーンルーム４６のファンコイル３４ａ、３４ｂや事務所５２のファンコイル５３に供給し、クリーンルーム４６や事務所５２の調温に利用する。冷水タンク２２からの戻り水４ｂの供給は、ポンプ２９を運転状態にしてバルブ３２やバルブ３３の開度を調節することで行なう。ファンコイル３４ａ、３４ｂやファンコイル５３を経た冷熱源水は、パイプ２３やパイプ２７を通って氷タンク２に送り込まれる。なお事務所５２は一般的なエアコン５４ａ、５４ｂを備えているが、ファンコイル５３による冷房を併用することでエアコン５４ａ、５４ｂの運転を減らすことができ、したがってエアコン５５ａ、５５ｂの消費電力を節減することが可能となる。
【００２２】
放熱器１６を通過することで上記のような冷却と浄化を受けた空気は、ダクト３５からクリーンルーム４６に送られ、その途中で空気調和機１５１による再空調を必要に応じて受けることでその温度と湿度をさらに精度良く調節された後、クリーンルーム４６の吹出し口４４から室内に放出される。もっとも放熱器１６における調温と温湿だけで必要な空調レベルを満足させることができる場合であれば、空気調和機１５１は不要である。また図１の例では空気調和機１５１にフィルタ１５５付きのダクト１５６を補助的な外気取り入れ用として設けてあるが、放熱器１６だけで必要な空調容量を満足させることができれば、これも省略することができる。
【００２３】
図３に第２の実施形態による空調システムの要部の構成を示す。本実施形態は、水処理部１８に、そこで使用するイオン交換樹脂１８ｒの再生処理を行なうための再生部６２を付加することで、水処理部１８の連続運転を可能とするようにした点に特徴がある。その具体的構成は以下の通りである。水処理部１８と連通するようにして放熱器１６の側面に再生部６２を延設し、この再生部６２と水処理部１８にまたがるようにして円盤状の容器６４を組み込んである。容器６４は、図４にその平面図を示すように、複数（本例では二つ）の充填部を有し、このそれぞれにイオン交換樹脂１８ｒを充填できるようにされ、支持部６３で中央を支持されてモータ（図示を省略）で回転させることができるようにされ、この回転により二つのイオン交換樹脂１８ｒを交互に水処理部１８と再生部６２に位置させることができる。そして、水処理部１８に位置させた一方のイオン交換樹脂１８ｒで汚染水４ａの浄化処理を行なっている間に、再生部６２に位置させた他方のイオン交換樹脂１８ｒに再生部６２で再生処理を施し、これらを交互に行なうことで水処理部１８の連続運転を可能とする。
【００２４】
再生部６２には再生処理のための処理装置が付設されている。その処理装置は、例えばアルカリ水のような再生液１６３を貯蔵してある再生液容器１６２を備え、この再生液容器１６２から再生液１６３をポンプ１６１でポンプアップしてバルブ１６０付きのパイプ１５９により散布管１６４に供給して再生部６２のイオン交換樹脂１８ｒに散布できるようにされ、また再生に使用した再生液１６３は再生部６２の底部に接続してあるパイプ１６７を介して再生液容器１６２に回収できるようにされている。
【００２５】
このように複数のイオン交換樹脂１８ｒを用いて浄化と再生を交互に行なわせる構成は、これを第１の処理部１５７におけるフィルタ１５７ｆについても適用することが可能で、そのようにすることで第１の処理部１５７でも連続運転化を図ることができる。
【００２６】
図５に第３の実施形態による空調システムの構成を示す。本実施形態は、第１の実施形態における散水器５８を省略してある点を除いて第１の実施形態と同じである。粒子状氷３に空気を直接的に接触させて要除去物質の除去を行なう本発明の構成は、上記のように粒子状氷３の表面における低温の液膜を利用するものであり、極めて高い浄化能力を発揮する。このため、本実施形態におけるように散水器による冷水の散水を省略しても、要求される浄化能力を満足させる場合も少なくない。本実施形態による空調システムは、これを設置するスペースに制約などがあって放熱器１６を小型化したり、配管系をできるだけ簡素化する必要のある場合に特に適している。
【００２７】
図６に第４の実施形態による空調システムの構成を示す。本実施形態は、第１の実施形態における冷水タンク２２と移送水タンク９を一つにまとめて兼用タンク７１としている点で第１の実施形態と異なる。このように戻り冷水と移送水をまとめて貯蔵する兼用タンク７１を設けたことにより、配管系の一部に図１の例とは若干の相違がある。具体的には、兼用タンク７１の底部にパイプ７２を接続し、このパイプ７２の途中にポンプ４８を設けてある。また放熱器１６から排出される戻り冷水４ｂを兼用タンク７１に送るパイプ２０の途中に、新たにポンプ７０を設けてある。またファンコイル３４ａ、３４ｂやファンコイル５３からパイプ２３やパイプ２７を通って戻ってくる冷水を氷タンク２に戻す配管としてパイプ７４を設けてある。
【００２８】
このように戻り冷水と移送水４をまとめて貯蔵することには移送水４の温度が上昇してしまうということが考えられるが、実質的には問題ないといえる。すなわち兼用タンク７１内の移送水４は、氷タンク２に供給して粒子状氷３の移送に用いた後に回収される約０℃の冷水と、放熱器１６から排出される戻り水を混ぜ合わせた水となるが、これらの量比率は移送後の回収冷水の方が格段に大きいし、また戻り水の温度も０℃に近い低温のため、兼用タンク７１内の移送水４の温度は十分に低い状態に保たれる。
【００２９】
クリーンルーム４６の周囲は設置スペースが限られている場合が多い。そのため、本実施形態におけるように、兼用タンク７１だけを設けて、これに戻り冷水と移送水をまとめて貯蔵する構成とすることでシステム全体のコンパクト化を図ることが有用な場合も少なくない。また兼用タンク７１に一本化することは、ファンコイル３４ａ、３４ｂやファンコイル５３に冷熱源として供給する冷水の温度をより低いものとすることができ、したがって冷水の供給を少なくすることが可能となり、ポンプの動力消費量の低減も期待できる。
【００３０】
図７に第５の実施形態による空調システムの要部の構成を示す。本実施形態は、要除去物質の除去を２段階で行なうようにしてある点で上記各実施形態と異なる。すなわち図１の例におけるパイプ１３０の途中に予備処理器９４を設け、この予備処理器９４で予備的に要除去物質の除去と冷却を行なった空調対象空気を放熱器１６に送り込むようにしている。また予備処理器９４を設けたことから、空調対象空気の浄化により発生する汚染水４ａの浄化も予備処理器９４で行なうようにしている。このようにしたことに伴う具体的な構成は以下の通りである。予備処理器９４はその内部に散水器８６が設けられている。散水器８６には、バルブ１３３付きのパイプ８５とこのパイプ８５の途中に設けてあるポンプ８７からなる配管系により冷水が供給される。この冷水は、移送水タンク９からの移送水４と放熱器１６からの汚染水４ａとを混ぜ合わせたもので、移送水４に汚染水４ａを混ぜ合わせるために、放熱器１６の底部に接続したバルブ８４付きのパイプ１３２をパイプ８５に接続してある。また予備処理器９４には、上記各実施形態で放熱器１６の内部に設けていた第１の処理部１５７と第２の処理部１８が移設されている。
【００３１】
本実施形態による空調システムの動作は以下の通りである。外気から取り入れた空気ＯＡとリターン空気ＲＡが混合された空調対象空気は、パイプ１３０を通ってまず予備処理器９４に導入され、そこで予備的な要除去物質の除去と冷却を受け、それから放熱器１６に導入されて第１の実施形態と同様な調温・調湿と浄化を受ける。予備処理器９４における要除去物質の除去と冷却は、散水器８６から散水される冷水に空調対象空気を接触させることで行なわれる。上記のように散水器８６で散水する冷水には放熱器１６からの汚染水４ａも混ざっていおり、したがって予備処理器９４で発生する汚染水は、放熱器１６でのメインな浄化処理と予備処理器９４での補助的な浄化処理のそれぞれで空調対象空気から除去した汚染物質が溶解または混入していることになる。この汚染水は、第１の実施形態に関して説明したのと同様にして、予備処理器９４の第１の処理部１５７と第２の処理部１８により浄化されて清浄な戻り水４ｂとなる。この戻り水４ｂは、バルブ８８付きのパイプ８９とその途中に設けてあるポンプ９０により移送水タンク９に戻される。ここで、予備処理器９４により要除去物質の予備的な除去を行なうことから、放熱器１６に導入される空調対象空気の要除去物質の濃度はかなり低下しており、したがって放熱器１６で発生する汚染水４ａに溶解または混入している汚染物質の濃度は薄いものとなる。このため放熱器１６の汚染水４ａは汚染物質を吸収する余力を十分に残しており、したがってこれを予備処理器９４での処理用に利用することができる。なお本実施形態では図１におけるファンコイル３４ａ、３４ｂやファンコイル５３に移送水タンク９から冷水を供給する経路を、バルブ８０付きのパイプ８１とし、その戻り経路をバルブ８２付きのパイプ８３としている。
【００３２】
図８に第６の実施形態による空調システムの要部の構成を示す。本実施形態は、第５の実施形態の変形例で、第５の実施形態との主な相違は以下の通りである。まず、予備処理器９４に設けてある散水器１０１の下方に、例えばプラスチック材などで波形の板状に形成した充填物１０３を充填している。この充填物１０３は、空調対象空気の流れを乱すことで、予備処理器９４における予備処理の効率を高めるのに機能する。次に、予備処理器９４における空調対象空気の流れを散水器１０１から散水される冷水の落下方向と対向するようにしている。このようにすることで、空調対象空気からの汚染物質の除去効率をより高めることができる。さらに、予備処理器９４と放熱器１６のそれぞれに第１の処理部１５７と第２の処理部１８を設けている。このようにすることで、配管系の腐食が汚染物質で進むのを防止することができる。すなわち第５の実施形態のように放熱器１６からの汚染水４ａを予備処理器９４に供給する場合には、そのためのパイプ８５などが汚染水４ａ中の汚染物質で腐食されやすくなるが、本実施形態のようにすることで、これを避けることができる。その他の付随的な構成の相違として以下のものがある。まず、散水器１０１に供給する冷水は、バルブ１１０付きのパイプ１０２とこれの途中に設けてあるポンプ１１１により移送水タンク９の移送水４のみとしている。また空調対象空気の流れの方向を変えたことに伴って、予備処理器９４から放熱器１６への空調対象空気の供給を予備処理器９４の上面に接続のダクト１００により行なうようにしている。また予備処理器９４と放熱器１６のそれぞれから排出される清浄な戻り水４ｂは、バルブ８８付きのパイプ８９、バルブ１０５付きのパイプ１０６、ポンプ１０７からなる配管系で氷タンク２に供給するようにしている。またこれに付随して、移送水タンク９の移送水４を戻り水４ｂと混ぜ合わせて氷タンク２に供給するようにし、これに伴って、バルブ１０９付きのパイプ１０８で移送水４を戻り水４ｂに合流させるようにしてある。
【００３３】
図９に第７の実施形態による空調システムの要部の構成を示す。本実施形態は、その放熱器１２７の構造で上記各実施形態と異なり、また独立した水処理器１２８ａ、１２８ｂを設けてある点でも上記各実施形態と異なる。放熱器１２７は、その内部に、散水部と氷蓄積部が空調対象空気の流れに対し直列に並ぶようにして設けられている。散水部は、第５の実施形態における予備処理器９４と同様な機能を負い、そこに設けてある散水器１０１で散水される冷水に空調対象空気が接触して予備的な冷却と浄化がなされる。その散水器１０１には、バルブ１１０付きのパイプ１０２とその途中に設けてあるポンプ１１１により移送水タンク９から移送水４が供給される。氷蓄積部は、格子構造とすることで通気性を与えた仕切り壁１２５ａ、１２５ｂにて放熱器１２７の内部を仕切ることで形成されている。また氷蓄積部はその上部が円錐形に形成されている。すなわち円錐形にしたテーパーパイプ１２６を氷蓄積部の上部に接続してある。そしてこのテーパーパイプ１２６に、氷タンク２から粒子状氷３を移送するためのパイプ５が接続されている。このようにテーパーパイプ１２６を設けることで、粒子状氷３の氷蓄積部への供給をよりスムーズに行なえるようになる。
【００３４】
放熱器１２７における空調対象空気の供給・排出系は、放熱器１２７の側面に設けてある格子構造の開口部１２１に接続するダクト１２０と、氷蓄積部に隣接して設けてある空間部に接続するダクト３５で形成され、ダクト１２０を介して送り込まれた空調対象空気が散水部と氷蓄積部を横切るようにして通過するようにされている。したがって氷蓄積部における粒子状氷３の塊を通過する空調対象空気は、粒子状氷３の供給流れ方向に対し直交するように通過することになる。このことは、粒子状氷３の塊に対して空調対象空気が接触する容積を安定化し、したがって処理の安定性を高めるのに寄与する。
【００３５】
水処理器１２８ａ、１２８ｂは、何れも、その内部に第１の実施形態に関して説明したのと同様な第１の処理部１５７と第２の処理部１８を設けた構造とされている。これらの水処理器１２８ａ、１２８ｂには、バルブ１２２付きのパイプ１４３と、これに合流するバルブ１２３付きのパイプ１４４、それにパイプ１４３の途中に設けてあるポンプ１２４からなる配管系により、散水部と氷蓄積部それぞれで発生する汚染水４ａが送られる。また各水処理器１２８ａ、１２８ｂは、それぞれへの汚染水４ａの供給をバルブ１４１と１４２により制御できるようにされており、一方を使用できない状態にある場合には他方のみを用いて水処理を行なえるようにされている。
【００３６】
水処理器１２８ａ、１２８ｂで得られた清浄な戻り水４ｂは、バルブ１４７付きのパイプ１４５とその途中に設けてあるポンプ１０７からなる配管系により氷タンク２に供給される。また移送水タンク９からの移送水４を戻り水４ｂと合流させて氷タンク２に供給するために、バルブ１４８付きのパイプ１４９をパイプ１４５で移送水タンク９とパイプ１４５の間を接続してある。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、空調対象空間に調温とともに空気の浄化も必要とする場合に用いられる空調システムについて、空調対象空気からの要除去物質の除去を０℃の固体状粒子を解氷面として利用することにより高い効率で行なえるようになり、特にガス性要除去物質をその濃度が希薄な場合でも効率的に除去することができ、また気体中に含まれる浮遊物質も除去できる、多機能な空調システムを提供することにより、その空気清浄度にますます高いものが要求される例えば半導体工場におけるクリーンルームなどの性能向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態による空調システムの構成図である。
【図２】図１の空調システムにおける放熱器の詳細構成図である。
【図３】第２の実施形態による空調システムの要部構成図である。
【図４】図３の空調システムにおける第２の処理部で用いられるイオン交換樹脂とその容器の詳細図である。
【図５】第３の実施形態による空調システムの構成図である。
【図６】第４の実施形態による空調システムの構成図である。
【図７】第５の実施形態による空調システムの要部構成図である。
【図８】第６の実施形態による空調システムの要部構成図である。
【図９】第７の実施形態による空調システムの要部構成図である。
【符号の説明】
１製氷機（製氷手段）
２氷タンク
３粒子状氷
９移送水タンク
１６放熱器（氷・空気直接接触式放熱手段）
１８第２の処理部
１５７第１の処理部

Claims

空気の調温とともに浄化も行なうようになっている空調システムにおいて、粒子状の氷を作製する製氷手段と、前記製氷手段で得られた粒子状氷に空気を直接的に接触させて前記空気と前記粒子状氷との間の熱交換をなすとともに、前記空気に含まれる要除去物質を、前記粒子状氷を濾材として濾過しつつ前記粒子状氷の表面に流れる水に溶解または混入させるようにされている氷・空気直接接触式放熱手段と、氷タンク及び移送水タンクとを備え、前記移送水タンクに貯蔵してある移送水の前記氷タンクへの供給により、前記氷タンクに貯蔵してある粒子状氷が浮上して、前記氷タンクの送出口から溢れ出ることで前記粒子状氷の前記氷・空気直接接触式放熱手段への供給がなされ、さらに前記要除去物質が溶解または混入した汚染水を浄化するための水処理手段を備えていることを特徴とする空調システム。
空調対象空間から排出されるリターン空気に調温と浄化を施すために当該リターン空気を氷・空気直接接触式放熱手段に導くためのリターン空気導入路を備えている請求項１に記載の空調システム。
水処理手段は、汚染水に混入している非溶解性の要除去物質を除去する第１の処理部と、汚染水に溶解している要除去物質を除去する第２の処理部を備えてなる請求項１または請求項２に記載の空調システム。
水処理手段で浄化された水を冷熱源として再利用できる手段を備えている請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の空調システム。