JP4871072B2 - 冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、室内に配置された装置から当該装置の外部に放出された熱を冷却するための冷却構造に関する。

工場等の室内に配置された各種の装置が正常に動作し得る動作環境を維持するためには、装置から当該装置の外部に放出される熱を処理する冷却構造が必要となる。従来、このような熱に対する冷却構造としては、室内全体を冷却対象とする包括的な空気温度調整を行う構造が一般的であった。すなわち、室内に複数の装置が配置されている場合であっても、これら装置に対して個別的な空気温度調整を行うのではなく、複数の装置から当該装置の外部に放出された排熱を一括的に処理するため、室内へ冷気を送風等する大型の空調機を設置する冷却構造が一般的であった。

このような従来の冷却構造の具体例としては、温度調整された空気を室内に送風する空調機と、室内に設置され暖熱または冷熱を放射する放射パネルとを備え、両者によって室内の空調を行う空調システムがある（例えば特許文献１参照）。

特開平８−２００７７５号公報

近年、生産コスト低減および環境問題の観点から、各種の生産施設におけるエネルギー消費量を低減することが強く求められており、冷却構造についても同様に省エネルギー化を促進することが望まれている。しかしながら、従来の冷却構造では、複数の装置の排熱を生産施設の内部に一旦放出し、これを一括的に処理しているために、生産施設全体に対する空気循環系統の搬送動力が増大すると共に空調効率が低下し、生産施設の空調に要するエネルギー消費を低減することが困難であるという問題があった。また、この方式では、空気を冷却するのみでなく、広いスペース内で空気を循環させるためのファン動力が必要になり、この点においても空調全体のエネルギー効率が低下するという問題があった。

このような問題を解決する手段として、装置の各々の排熱を個別的に処理することで、生産施設の空調に対する影響を抑えてそのエネルギー消費を低減することが考えられる。

このように個別的な処理を行なう第１の方法として、装置の各々の内部に冷却水を循環させて熱交換を行うことが考えられる。しかしながら、既設の装置を冷却水にて直接冷却できるように仕様を変えることは、装置の内部に冷却水を循環させ熱交換する為のスペースを要したり、装置の歩留まり等のような装置本来の性能に影響を及ぼす可能性があり、その結果、装置全体の設計を総合的に検討し直す必要があるため、容易なことではない。

あるいは、個別的な処理を行なう第２の方法として、装置周囲を遮蔽材で覆うことによって温度調整領域を形成し、この温度調整領域内部を冷却手段にて冷却することが考えられる。この場合、温度調整領域の冷却構造としては、ＦＣＵ（ファンコイルユニット）等の送風型冷却手段を用いて強制対流を発生させる方法、若しくは熱放射を利用した冷却パネルを使用する方法が挙げられる。ここで、半導体工場等における装置については精密な動作が要求されるものも多く、冷却構造に起因する外乱要因は極力排除することが好ましい。しかしながら、強制対流による冷却を行う場合、ファン動力が必要となるためにその分のエネルギー消費を要すること、および発生する強制対流に起因する音響振動が装置に悪影響を及ぼす可能性があり好ましくない。また、冷却パネルを使用する場合、その配置位置によっては、室内に生じる自然対流が大きく、装置の周辺の温度成層を乱してしまい、装置の周辺温度が安定しない可能性があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、送風動力を用いることなく、かつ、温度成層を安定的に維持可能とすることで、エネルギー効率が良く、かつ、装置への外乱要因とならない冷却構造を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の冷却構造は、室内に配置された装置から当該装置の外部に放出された熱を冷却するための冷却構造であって、前記装置の上方及び側方の空間を外部から区画する温度調整領域と、前記温度調整領域のうち、少なくとも前記装置の上面よりも上方の空間であって前記装置の垂直上方を除く空間に配置され、前記装置から当該装置の外部に放出された熱を冷却する冷却パネル又は冷却コイルである冷却手段と、前記温度調整領域のうち、前記装置の上面よりも上方の空間に形成されるもので、当該装置から放出される熱によって暖められた空気を滞留させる熱溜り空間部と、前記温度調整領域のうち、前記装置の側方に形成されるもので、前記冷却手段によって冷却された空気の自然対流を許容する対流空間部と、前記熱溜り空間部の下方近傍位置に配置され、前記温度調整領域における温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段にて測定された前記温度調整領域における温度に基づいて、前記冷却手段を制御する温度制御手段とを備え、前記温度制御手段は、前記温度測定手段にて測定された前記温度調整領域における温度を所定の閾値と比較し、当該温度が当該閾値を上回っている場合には、前記冷却手段の冷却温度を下げるように当該冷却手段を制御し、当該温度が当該閾値を下回っている場合には、前記冷却手段の冷却温度を上げるように当該冷却手段を制御することにより、前記装置から放出される熱によって暖められた空気を前記熱溜り空間部に留める冷却構造である。

請求項１に記載の本発明によれば、室内に設置された装置の周囲に温度調整領域を形成することで、装置からの排熱を個別的に処理することを可能としている。これにより、装置を設置している室内全体に対する空調への影響を抑えることができると共に、装置から当該装置の外部に発せられた熱を室内全体に拡散させることなく高効率で冷却できる。従って、室内における冷却効率を総合的に高めることができ、エネルギー効率を向上させることができる。また、広い室内に空気を循環させるためのファン動力も不要になることから、空調エネルギー全体の効率を高めることができる。
また、装置からの排熱を自然対流により処理できるので、強制対流にて装置に悪影響がでることを防止できる。
さらに、温度調整領域内部における装置、冷却手段、及び、空間部の配置を最適化できるので、装置周囲において、均一かつ変動の小さい安定した温度環境を実現することができる。
また、冷却手段を、冷却パネル又は冷却コイルとしたので、送風による強制対流を伴うことなく冷却を行うことができると共に、冷却手段の表面に沿った滑らかな自然対流を形成できるので、温度成層を一層安定的に維持できる。
また、温度測定手段を熱溜り空間部の近傍下方に配置したので、熱溜り空間部に暖気を溜めて、装置周辺の温度成層を安定的に維持することができる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る冷却構造の各実施の形態を詳細に説明する。まず、〔Ｉ〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕各実施の形態の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、各実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

〔Ｉ〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず、実施の形態の基本的概念について説明する。本実施の形態に係る冷却構造は、室内に設置された装置から当該装置の外部に放出される熱を冷却するためのものであり、エネルギー効率が良く、かつ、装置への外乱要因とならない冷却構造を提供することを目的とする。

本実施形態に係る冷却構造の冷却対象は、室内に設置された装置によって発せられ当該装置の外部に放出された熱である。ここで、装置の設置環境や、装置の具体的種類及び構成は、特記する部分を除いて任意である。例えば、製造工場の内部に、半導体製造装置の如き生産装置を設置する場合や、コンピュータセンターの内部に、大型電子計算機の如き情報処理装置を設置する場合に、これら生産装置や情報処理装置から発せられた排熱を冷却対象とすることができる。

本冷却構造は、室内に設置された装置に設けられる温度調整領域と、温度調整領域内部の冷却を行う冷却手段とを備えた構成となっている。温度調整領域は、装置の上方及び側方上部の空間を外部から区画するものである。冷却手段は、強制対流を発生しない冷却パネルや冷却コイルから構成する。さらに、温度調整領域の内部における装置の周囲には、装置から発せられた熱を溜める空間部や、冷却手段にて冷却された空気と装置の熱にて暖められた空気との自然対流を許容する空間部を設ける。そして、これら装置、冷却手段、及び、空間部について、その形状や相互の位置関係を最適化することにより、装置に加熱された空気を装置上方に留め、かつ、冷却手段にて冷却された空気層を装置側方に自然対流させ、温度調整領域の内部に安定的な温度成層を形成する。

このような構成により、装置からの排熱を個別的に処理することが可能になり、装置から発せられた熱を室内全体に拡散させることなく高効率で冷却でき、室内における冷却効率を総合的に高めることができ、エネルギー効率を向上させることができる。また、冷却構造に起因する強制対流をなくし、装置に対する外乱要因の発生を防止できる。さらに、装置からの排熱量が変動しても、装置側方の空気温度変動を小さく抑えることで、安定した動作環境を維持することを可能としている。

〔II〕実施の形態の具体的内容
次に、本発明に係る各実施の形態の具体的内容について説明する。

〔実施の形態１〕
まず実施の形態１について説明する。図１は、本実施の形態１に係る冷却構造の構成を示す斜視図である。この図1に示すように、本実施の形態１においては、工場の生産室１に複数の装置２が設置された状況を想定する。生産室１には、図示しない送風式の空調設備が設けられており、この生産室１の内部の空気を一括的に空調する。各装置２は、温度調整領域３によって個別的に覆われており、この温度調整領域３の内部において各装置２の排熱を処理する構成となっている。

図２は図１に示した1台の装置２を拡大した側断面図である。この図２に示すように、温度調整領域３の内部には、冷却パネル１０と、熱溜り空間部２０と、対流空間部３０とを備える。

（冷却構造の構成−温度調整領域３）
温度調整領域３は、装置２の上方及び側方上部の空間を外部から区画することで、装置２からの排熱を生産室１に拡散させることなく、個別的に処理するための領域である。このため、温度調整領域３は、当該温度調整領域３の内外における空気の出入りを遮蔽するための遮蔽空間部として形成され、より好ましくは、当該温度調整領域３の内外における熱の出入りを防止するための断熱空間部として形成される。

このように温度調整領域３を遮蔽空間部として形成する場合、当該温度調整領域３は、空気を遮蔽するための遮蔽材４にて装置２を覆うことによって形成される。具体的には、装置２の上方に遮蔽材４を配置して温度調整領域３の頂壁５を形成し、装置２の側方に遮蔽材４を配置して温度調整領域３の側壁６を形成して、これら頂壁５と側壁６とによって装置２を四方から囲繞する。この遮蔽材４の材質は任意であり、例えば、木材、金属板、石膏ボードを用いることができる。一方、温度調整領域３を断熱空間部として形成する場合には、遮蔽材４に代えて断熱性部材を用いて形成することができる。この断熱性部材としては、例えばグラスウール、ロックウール、セルロースファイバー、ウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、フェノールフォーム等の各種の断熱材を適用した断熱パネルや、真空断熱構造を適用した部材を用いることができる。

ここで、装置２からの排熱の拡散を防止するためには、温度調整領域３を完全な閉鎖構造として構成することが好ましい。しかしながら、後述するように、この排熱は、装置２の上方から側方に至る自然対流にて処理されるため、少なくとも装置２の上方及び側方の空間を区画可能であればよく、例えば、装置２の下方を開放状としてもよい。また、温度調整領域３内外間での微量な気体の通過を許容することや、多量の気体の通過を許容する開口部を温度調整領域３に形成することを除外するものではない。例えば、装置２の操作時やメンテナンス時における装置２へのアクセスを容易とするため、温度調整領域３の一部の側壁６を開閉可能なビニールシートとすることも可能である。図１では、温度調整領域３の前面を開放状とした例を示す。なお、温度調整領域３の形状は任意であり、例えば、立方体、直方体、球体を含む任意の形状を取り得る。しかしながら、温度調整領域３の形状は、装置２の周囲に、少なくとも熱溜り空間部及び対流空間部を確保するように決定され、さらに必要に応じて、装置２の操作スペースやメンテナンススペースを確保し得るように決定される。また、ここでは、装置２の各々を温度調整領域３にて１台毎に区画しているが、複数台の装置２を一つの温度調整領域３にて区画してもよい。

（冷却構造の構成−冷却パネル１０）
冷却パネル１０は、装置２から発せられて当該装置２の外部に放出される熱を冷却するために、温度調整領域３の内部に設置されるもので、特許請求の範囲における冷却手段に対応する。ここで、単なる冷却手段としては、送風機を備える強制対流型の冷却手段を採用することも考えられるが、精密な動作を行う装置２（例えば、半導体製造装置の如き生産装置）では、強制対流に伴う音響振動が、装置２に悪影響を与える外乱要因となる場合がある。従って、本実施の形態１では、強制対流を伴わない冷却手段、例えば、自然対流と放射による冷却手段である冷却パネル１０を用いている。

この冷却パネル１０は、公知の構造にて構成することができ、例えば冷熱を放射するためのパネル体１１と、当該パネル体１１を冷却するための冷却配管１２とを備える。これらの冷却配管１２は、循環管路１３を介して温度調整領域３の外部に配置された冷凍機１４と接続され、これら冷却パネル１０と冷凍機１４との相互間に冷水や冷媒等の熱搬送媒体が循環される。なお、図２には、複数の冷却パネル１０に対して１台の冷凍機１４を設けている場合を示しているが、１台の冷却パネル１０に対して１台の冷凍機１４を設けてもよく、あるいは、複数の温度調整領域３を１台の冷凍機１４に割り当ててもよい。

このように構成された冷却パネル１０によれば、その表面からの熱放射と、その表面における自然対流熱伝達とによって冷却を行うので、装置２に対する外乱要因となることを防止できる。ただし、類似の効果を奏する冷却手段として、冷却パネル１０以外の冷却手段、例えば、冷却水配管の表面から直接冷熱を放射する冷却コイルを用いてもよい。また、冷却パネル１０を用いる場合であっても、その表面積をさらに増加するために放熱フィンを設けることの如く、冷却手段が完全な平面や曲面以外の形状を成すことを除外しない。また、冷却パネル１０の設計にあたっては、装置２への投入電力量と装置２の内部での熱交換量など、装置２の熱収支データをもとに、必要な冷却容量を算出して表面温度や面積を決定することが好ましい。なお、温度調整領域３内部における冷却パネル１０の配置位置については、後述する。

（冷却構造の構成−熱溜り空間部２０）
熱溜り空間部２０は、装置２から発せられ装置２外部に放出された熱によって暖められた空気(以下、暖気）を、温度調整領域３の内部に溜めるための空間部である。特に、強制対流ではなく自然対流による熱交換を行うため、この熱溜り空間部２０は、暖気が自然に溜る位置及び形状にて形成されることが好ましく、具体的には、装置２から上昇する暖気を留めるため、温度調整領域３の内部における装置２の上面２ａよりも上方に設けられている。

ここで、「装置２の上面２ａよりも上方」としているのは、暖気の温度変動による影響が装置２自体に及ぶことを回避するためである。すなわち、暖気を装置２の上面２ａよりも上方に溜めることで、装置２に直接接触することを回避している。このための熱溜り空間部２０の具体的な形状は、装置２からの排熱の熱量と冷却パネル１０の冷却能力とに応じて決定され、例えば、排熱の熱量が少ない程、又は、冷却パネル１０の冷却能力が大きい程、熱溜り空間部２０が比較的狭くても暖気を装置２の上面２ａより上方に留めることができる。一方、排熱の熱量が多い程、又は、冷却パネル１０の冷却能力が小さい程、比較的広い熱溜り空間部２０を設けることが必要になる。従って、これらの諸要因を考慮した実験等を通じて、熱溜り空間部２０の具体的な形状を決定することができる。

（冷却構造の構成−対流空間部３０）
対流空間部３０は、冷却パネル１０にて冷却された空気(以下、冷気)を、装置２の側方において自然対流させて熱交換を行うための空間部である。従って、対流空間部３０は、側壁６に沿って下降する冷気が自然に流入して暖気との間で熱交換を行い得る位置及び形状にて形成されることが好ましく、具体的には、温度調整領域３の内部における装置２側方に設けられている。このような対流空間部３０を設けることにより、冷気は対流空間部３０に流入し、暖気は上昇して熱溜り空間部２０へと流出する。

（冷却構造の構成−各部の位置関係）
次に、冷却構造の各部の位置関係について説明する。装置２の確実な動作を保証するために、安定した温度環境を実現することが重要である。図３〜５は、冷却パネル１０の配置による温度環境への影響を説明するための概念図であり、図３は冷却パネル１０を頂壁５の内面に沿って配置した図、図４は冷却パネル１０を相互に対応する一対の側壁６の両方の上部内面に沿って配置した図、図５は冷却パネル１０を一方の側壁６の全面の内面に沿って配置した図である（これら図３〜５には、等温線を細線にて示す）。

図３に示すように、温度調整領域３の頂壁５の内面に冷却パネル１０を配置した場合、装置２にて暖められ頂壁５まで上昇した空気が冷却パネル１０にて冷却されて下降するため、温度成層が生じにくく、温度調整領域３内部全体に自然対流場が形成されてしまう。一方、図４と図５に示すように、温度調整領域３の側壁６の内面に冷却パネル１０を配置した場合、装置２にて暖められた空気は頂壁５付近に溜り、冷却パネル１０で冷却された空気が下降することによって、温度成層が比較的安定に維持され、温度調整領域３内部の全体的な対流が減少する。このことから、冷却パネル１０の配置位置は、頂壁５の内面よりも、側壁６の内面とすることがより好ましい。

また、図６には、温度調整領域３の頂壁５の内面に冷却パネル１０を配置した場合における、装置２の発熱量による垂直温度分布を示し、図７には、温度調整領域３の側壁６の両側の上部に冷却パネル１０を配置した場合における、装置２の発熱量による垂直温度分布を示す。ここで、縦軸には装置２の設置面からの高さ、横軸には各高さにおける温度の平均値を示す。また、各図では、装置２を低負荷時、中負荷時、高負荷時でそれぞれ運転した状態の温度分布を示す。これら図６、７から判るように、特に装置２の平均的な高さである約０．５〜１．５ｍの範囲においては、側壁６の両側の上部に冷却パネル１０を配置した場合の方が、頂壁５の内面に冷却パネル１０を配置した場合に比べて、低負荷時〜中負荷時〜高負荷時と負荷が変動した場合における温度分布の変化の幅が小さく、負荷変動に対して温度分布を安定的に維持できることが判る。このことからも、冷却パネル１０の配置位置は、頂壁５の内面よりも、側壁６の内面とすることがより好ましい。

また、図８には、これら各冷却パネル１０の配置状態における垂直温度分布を示す。ここでは、図４のように側壁６の両側の上部のみに冷却パネル１０を配置した場合と、図５のように側壁６の片側の全面に冷却パネル１０を配置した場合との垂直温度分布を示し、縦軸には装置２の設置面からの高さ、横軸には各高さにおける温度の平均値を示す。

まず、図５、８に示すように、温度調整領域３の側壁６の片側の全面に冷却パネル１０を配置した場合、床面付近に冷気が溜り、装置２周囲の温度勾配が大きくなる。これに対して、図４、８に示すように、装置２の上面２ａよりも上方において、温度調整領域３の側壁６の両側の上部に冷却パネル１０を配置した場合には、装置２にて暖められた空気は装置２の上面２ａよりも上方の空間に留まり、床面から装置２の上面２ａまでの温度分布はほぼ均一となる。さらに、装置２の発熱が増加した場合でも、装置２の上面２ａより上方では温度が上昇するものの、床面から装置２の上面２ａまでは均一な温度分布を維持できる。特に、図８に示すように、装置２の平均的な高さである約０．５〜１．５ｍの範囲においては、側壁６の両側の上部に冷却パネル１０を配置した場合に、温度平均値が極めて安定していることが判る。このことから、冷却パネル１０の配置位置は、側壁６の片側の全面よりも、側壁６の両側の上部のみとすることがより好ましい。

これらのことから、本実施の形態１では、安定した温度環境の実現に最適な冷却パネル１０の配置として、図４に示すように、装置２の上面２ａよりも上方に熱溜り空間部２０を設けると共に、装置２の上面２ａよりも上方における温度調整領域３の側壁６の内面に冷却パネル１０を配置している。ただし、側壁６の内面に密着する必要はなく、側壁６の内面から一定の間隔を置いて冷却パネル１０を設置することも可能である。

（冷却構造の作用）
最後に、このような冷却構造によって得られる作用について説明する。図９〜１２は、冷却構造の作用効果を説明するための概念図である。本冷却構造の作用効果は、（１）生産室１における全体的なエネルギー効率に対する作用効果と、（２）個別の温度調整領域３内部における、熱伝達および自然対流に対する作用効果との２点に大別することができる。

まず、全体的なエネルギー効率に対する作用効果について説明する。装置２によって当該装置２の外部に放出される熱は、温度調整領域３内部で個別的に高効率に処理されるため、装置２を設置した生産室１の総合的な冷却効率を高めることができ、全体的なエネルギー効率を向上させることができる。

次に、個別の温度調整領域３内部における作用効果について説明する。図９に示すように、装置２によって発せられた熱が装置２外部に放出されると、装置２の上方の空気がその熱により暖められ、上昇気流が発生する。上昇した空気は温度調整領域３の頂壁５の内面に達するが、この頂壁５には冷却パネル１０を配置していないため、空気温度が維持され下降気流は発生しない。従って、図１０に示すように、空気は熱溜り空間部２０に留まり、頂壁５に沿うように流れる。温度調整領域３の頂壁５の内面を経由して側壁６の内面に到達した空気は、側壁６の内面に配置した冷却パネル１０により冷却されることで温度が低下し、図１１に示すように側壁６の内面に沿った下降気流が発生する。冷却された空気は、対流空間部３０を側壁６の内面に沿って下降し、さらに、図１２に示すように装置２側方において装置２にて暖められることで熱溜り空間部２０まで上昇する。以降、同様のサイクルが連続的に行われる。以上により、本実施の形態１に係る冷却構造は、装置２に大きな外乱を与えることなく、安定した温度環境を高いエネルギー効率で提供することができる。これら図９〜１２の作用効果を図１３において一括して示す。

（実施の形態１の効果）
このように実施の形態１によれば、生産室１に設置された装置２の周囲を遮蔽材４で覆い、温度調整領域３を形成することで、装置２からの排熱を個別的に処理することを可能としている。これにより、装置２を設置している生産室１全体に対する空調への影響を抑えることができると共に、装置２から当該装置２の外部に発せられた熱を生産室１全体に拡散させることなく高効率で冷却できる。従って、生産室１における冷却効率を総合的に高めることができ、エネルギー効率を向上させることができる。また、広い生産室１に空気を循環させるためのファン動力も不要になることから、空調エネルギー全体の効率を高めることができる。また、装置２からの排熱を自然対流により処理できるので、強制対流にて装置２に悪影響がでることを防止できる。さらに、温度調整領域３内部における装置２、冷却パネル１０、及び、空間部の配置を最適化できるので、装置２周囲において、均一かつ変動の小さい安定した温度環境を実現することができる。

〔実施の形態２〕
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２は、冷却パネル１０を、実施の形態１で示した位置に加えて、さらに温度調整領域３内部の他の位置に配置した形態である。なお、実施の形態２の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたのと同一の名称又は符号を必要に応じて付して、その説明を省略する。

図１４は、実施の形態２に係る冷却構造の側断面図である。本実施の形態２における冷却構造では、冷却パネル１０を、温度調整領域３の側壁６の上部のみでなく、頂壁５にも配置している。これにより温度調整領域３の内部の冷却能力を増強し、実施の形態１における冷却構造では冷却能力が不足する場合に対応することが可能となる。このように、冷却パネル１０は、基本的には温度調整領域３の任意の位置に配置することができる。

しかしながら、上述したように、冷却パネル１０を側壁６の上部以外に配置した場合には、温度成層が乱れる可能性がある。この問題を防止するため、及び、冷却能力の最適化を図るため、本実施の形態２に係る冷却構造は、運転状態取得部４０と選択制御部４１とを備えている。このうち、運転状態取得部４０は、装置２の運転状態のうち、当該装置２から外部に放出される排熱の量に関連する状態（例えば、装置２の発熱部に対する入力電圧値又は入力電流値、装置２の主軸のモータの回転数等）を取得するもので、特許請求の範囲における状態取得手段及び運転状態取得手段に対応する。この運転状態取得部４０は、例えば、装置２に外部出力端子として設けられており、選択制御部４１に図示しない信号ケーブルを介して電気的に接続されている。

また、選択制御部４１は、複数の冷却パネル１０の中から、冷却を行う冷却パネル１０を選択するもので、特許請求の範囲における制御手段又は選択制御手段に対応する。ここでは、温度調整領域３の側壁６の上部に配置した冷却パネル１０と頂壁５に配置した冷却パネル１０との運転系統が別系統とされており、各冷却パネル１０を独立して運転させることができるものとする。そして、選択制御部４１は、運転状態取得部４０にて取得された運転状況を、自己に予め記憶された、第１閾値（側壁６の上部に配置した冷却パネル１０の運転の要否を判定するための閾値）及び第２閾値（頂壁５に配置した冷却パネル１０の運転の要否を判定するための閾値）と比較することで、各冷却パネル１０の運転の要否を判定し、この判定結果に応じて各冷却パネル１０の運転を制御する。なお、ここでは、側壁６の上部に配置した冷却パネル１０を、頂壁５に配置した冷却パネル１０に優先して運転させるものとする。なお、例えば、側壁６の下方にも冷却パネル１０を配置した場合には、頂壁５に配置した冷却パネル１０を、側壁６の下方に配置した冷却パネル１０に優先して運転させることが好ましい。

次に、これら運転状態取得部４０と選択制御部４１とを用いた温度制御について説明する。図１５には、選択制御部４１の制御内容のフローチャートを示す。この選択制御部４１は、所定のタイミングが到来した時（例えば、所定間隔が経過する毎、あるいは、所定時刻の到来時。以下同様。）に（ステップＳＡ−１，Ｙｅｓ）、運転状態取得部４０を介して運転状態を取得する（ステップＳＡ−２）。そして、選択制御部４１は、この運転状態を第１閾値と比較し（ステップＳＡ−３）、運転状態が第１閾値以上である場合（例えば、装置の回転数が第１閾値として設定した回転数以上になった場合）にのみ、側壁６の上部に配置した冷却パネル１０を運転させる（ステップＳＡ−４）。また、選択制御部４１は、この運転状態を第２閾値と比較し（ステップＳＡ−５）、運転状態が第２閾値以上である場合（例えば、装置の回転数が第２閾値として設定した回転数以上になった場合）にのみ、さらに、頂壁５に配置した冷却パネル１０を運転させる（ステップＳＡ−６）。

例えば、選択制御部４１は、運転させる冷却パネル１０に対して熱搬送媒体を供給するためのバルブを開く。このようなバルブの開閉は、例えばバルブに設けられた電磁弁に制御信号を送信することで行うことができる。このことにより、例えば、装置２からの排熱が所定量以下の場合には、側壁６の上部に設けた冷却パネル１０のみを運転させることで、実施の形態１と同様に、温度成層を安定的に維持し、装置２からの排熱が所定量を越えた場合にのみ、側壁６の上部に設けた冷却パネル１０に加えて、頂壁５に設けた冷却パネル１０を運転させて、温度調整領域３の内部の冷却能力を増強する。

（実施の形態２の効果）
このように実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果に加えて、冷却パネル１０を、温度調整領域３の側壁６の上部のみでなく、頂壁５及び側壁６の下方に配置したことで、温度調整領域３の内部の冷却能力を増強することが可能となる。また、運転状態取得部４０を介して取得された運転状態に基づいて選択制御部４１にて冷却パネル１０を選択制御することで、装置２からの排熱の量に応じて、冷却能力を最適化でき、温度調整領域３の内部の温度成層を最大限に安定的に維持することができる。

〔実施の形態３〕
次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３は、実施の形態２の構成に加えて、熱溜り空間部２０の近傍下方に温度センサを設置し、取得した温度データにより冷却パネル１０の温度制御を行う温度調整機構を設けた形態である。なお、実施の形態３の構成は、特記する場合を除いて実施の形態２の構成と略同一であり、実施の形態２の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態２で用いたのと同一の名称又は符号を必要に応じて付して、その説明を省略する。

図１６は、実施の形態３に係る冷却構造の側断面図である。本実施の形態３における冷却構造は、実施の形態２の構成に加えて、さらに温度センサ５０と温度制御部５１とを備えて構成されている。温度センサ５０は、温度調整領域３における温度を測定するためのもので、特許請求の範囲における状態取得手段及び温度測定手段に対応する。この温度センサ５０の具体的構成は任意であるが、例えば、サーミスタを用いることができる。

ここで、温度センサ５０は、暖気を熱溜り空間部２０に留めるための温度制御を可能とするため、熱溜り空間部２０の近傍下方に配置されている。このことにより、暖気が熱溜り空間部２０の最下位置を超えて温度センサ５０に触れる位置に下降してきた場合、冷却パネル１０の冷却温度を下げることで暖気を押し上げ、暖気を熱溜り空間部２０に留めることができる。ここで、「下方近傍位置」とは、熱溜り空間部２０の最下位置の直下（例えば、熱溜り空間部２０の最下位置を、装置２の上面２ａの直近上方に位置させる場合には、装置２の上面２ａと同一高さ）に配置する場合の他、熱溜り空間部２０の最下位置の直下より若干下方に離れた範囲を含む。

また、温度制御部５１は、温度センサ５０にて測定された温度に基づいて、冷却パネル１０の冷却温度を制御するもので、特許請求の範囲における温度制御手段に対応する。この温度制御部５１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びこのＣＰＵ上で動作するプログラムを備えて構成されている。また、温度制御部５１は、所定の温度閾値（例えば２０〜２５度）を不揮発的に記憶するメモリを備える。そして、温度制御部５１は、温度センサ５０にて測定された温度を、メモリに記憶された閾値と比較し、この比較結果に応じて、冷却パネル１０の冷却温度をフィードバック制御する。この制御は、例えば、冷却パネル１０に対して熱搬送媒体を供給するためのバルブの電磁弁に制御信号を出力し、このバルブの開度を調節することにより、行うことができる。このような温度制御に伴って変化し得る熱溜り空間部を図１７に概念的に示す。図１７（ａ）に示すように、熱溜り空間部が温度センサ５０の上方にある状態から、装置による排熱に起因する温度上昇により、図１７（ｂ）に示すように、熱溜り空間部が拡大してその下端が温度センサ５０に接触する状態になり得る。この状態では、温度センサ５０によって上昇温度が測定されることから、温度制御部５１にて冷却パネル１０の冷却能力が高められ、図１７（ｃ）に示すように、熱溜り空間部が縮小して、再び温度センサ５０の上方にある状態に復帰する。

次に、これら温度センサ５０と温度制御部５１とを用いた温度制御について説明する。図１８は、温度制御部５１の制御内容のフローチャートである。この図１８に示すように、温度制御部５１は、所定のタイミングが到来した時に（ステップＳＢ−１，Ｙｅｓ）、温度センサ５０から出力される温度を取得し（ステップＳＢ−２）、この温度を、メモリに記憶された閾値と比較する（ステップＳＢ−３）。そして、温度が閾値以上である場合（ステップＳＢ−３，Ｙｅｓ）、温度制御部５１は、電磁弁に制御信号を出力してバルブの開度を上げることで、冷却パネルの温度を下げる（ステップＳＢ−４）。一方、温度が閾値に満たない場合（ステップＳＢ−３，Ｎｏ）、温度制御部５１は、電磁弁に制御信号を出力してバルブの開度を下げることで、冷却パネルの温度を上げる（ステップＳＢ−５）。以降、同様にこの処理を繰り返す。

（実施の形態３の効果）
このように実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果に加えて、温度センサ５０の計測結果に基づいて温度制御部５１にて温度制御を行うことで、暖気を熱溜り空間部２０に留めることができ、装置２からの排熱量が変動しても、装置２の側方の空気温度変動を小さく抑えることで、温度成層を一層安定的に維持することができる。

〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、本発明に係る各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。

（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。

（各実施の形態の相互の関係）
各実施の形態で示した構成や方法は、相互に適用することができる。

（構成又は制御処理について）
前記文書中や図面中で示した各部の構成や制御処理は、あくまで例示であり、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

この発明に係る冷却構造は、生産室に設置された装置から当該装置の外部に放出される熱を冷却することに利用でき、特に、冷却エネルギーの消費効率を向上させることや、装置に与える温度変化や振動の影響を抑制することに有用である。

本発明の実施の形態１に係る冷却構造の構成を示す斜視図である。 図１に示した1台の装置を拡大した側断面図である。 冷却パネルを頂壁の内面に沿って配置した図である。 冷却パネルを相互に対応する一対の側壁の両側の上部内面に沿って配置した図である。 冷却パネルを側壁の片側の全面の内面に沿って配置した図である。 温度調整領域の頂壁の内面に冷却パネルを配置した場合における、装置の発熱量による垂直温度分布を示す図である。 温度調整領域の両側の上部に冷却パネルを配置した場合における、装置の発熱量による垂直温度分布を示す図である。 各冷却パネルの配置状態における垂直温度分布を示す図である。 冷却構造の作用効果を説明するための概念図である。 図９に続く、冷却構造の作用効果を説明するための概念図である。 図１０に続く、冷却構造の作用効果を説明するための概念図である。 図１１に続く、冷却構造の作用効果を説明するための概念図である。 図９〜１２の冷却構造の作用効果を一括して示す概念図である。 実施の形態２に係る冷却構造の側断面図である。 選択制御部の制御内容のフローチャートである。 実施の形態３に係る冷却構造の側断面図である。 温度制御に伴って変化し得る熱溜り空間部を概念的に示す図である。 温度制御部の制御内容のフローチャートである。

符号の説明

１ 生産室
２ 装置
２ａ 上面
３ 温度調整領域
４ 遮蔽材
５ 頂壁
６ 側壁
１０ 冷却パネル
１１ パネル体
１２ 冷却配管
１３ 循環管路
１４ 冷凍機
２０ 熱溜り空間部
３０ 対流空間部
４０ 運転状態取得部
４１ 選択制御部
５０ 温度センサ
５１ 温度制御部

Claims (1)

1. 室内に配置された装置から当該装置の外部に放出された熱を冷却するための冷却構造であって、
   前記装置の上方及び側方の空間を外部から区画する温度調整領域と、
   前記温度調整領域のうち、少なくとも前記装置の上面よりも上方の空間であって前記装置の垂直上方を除く空間に配置され、前記装置から当該装置の外部に放出された熱を冷却する冷却パネル又は冷却コイルである冷却手段と、
   前記温度調整領域のうち、前記装置の上面よりも上方の空間に形成されるもので、当該装置から放出される熱によって暖められた空気を滞留させる熱溜り空間部と、
   前記温度調整領域のうち、前記装置の側方に形成されるもので、前記冷却手段によって冷却された空気の自然対流を許容する対流空間部と、
   前記熱溜り空間部の下方近傍位置に配置され、前記温度調整領域における温度を測定する温度測定手段と、
   前記温度測定手段にて測定された前記温度調整領域における温度に基づいて、前記冷却手段を制御する温度制御手段とを備え、
   前記温度制御手段は、前記温度測定手段にて測定された前記温度調整領域における温度を所定の閾値と比較し、当該温度が当該閾値を上回っている場合には、前記冷却手段の冷却温度を下げるように当該冷却手段を制御し、当該温度が当該閾値を下回っている場合には、前記冷却手段の冷却温度を上げるように当該冷却手段を制御することにより、前記装置から放出される熱によって暖められた空気を前記熱溜り空間部に留める、
   冷却構造。

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