JPH04174235A

JPH04174235A - 直膨型熱交換器を用いたクリーンルーム

Info

Publication number: JPH04174235A
Application number: JP2297242A
Authority: JP
Inventors: Takaki Yoshida; 隆紀吉田; Hiroshi Gomi; 弘五味; Satoru Chirifu; 悟池鯉鮒; Masanori Inoue; 正憲井上
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1990-11-05
Publication date: 1992-06-22
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JP2649986B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、１を気入力によって精密な温度制御が行なえ
るようにしたクリーンルームに間する。

〔従来の技術〕

天井面に多数のファンフィルタユニット（ＦＦＵと略称
する）を配置し、各ＦＦＵのファンを稼働することによ
って天井裏空間の空気を各ＦＦＵのＨＥＰＡフィルタ層
を軽で室内に下向きに吹き出すようにしたクリーンルー
ムが知られているが、かようなりリーンルームの温湿度
調整は、室内に吹き出された空気を再び天井裏空間に導
く空気循環路に空気調和機を配置して行うことが最も普
通であった。この空気調和機としては、冷水が通水する
冷却コイルが使用され、冷凍機で製造した循環空気露点
温度に近い温度に調節された冷水（またはブライン）を
該冷却コイルに通水して空気の冷却を行うのが一般であ
った。

また、系内を循環する空気の一部は系外に排気として或
いは漏洩して導出され、これに見合う外気を系内に取入
れることが必要となるが、この外気取入れ経路には外調
機が設置される。この外調機の第一の使命は、系内循環
空気と露点温度の異なる外気を同じような露点温度に調
節することにあり、このために、外気を冷却除湿する冷
却コイルと加湿器が配置される。この冷却コイルにも冷
凍機で製造した冷水またはブラインが通水され。

この冷却コイルの表面温度が設定露点温度になるように
制御し、必要な場合には加湿器を稼働して加湿を行う。

〔発明が解決しようとする問題点〕

空気循環路に配置される空気調和機の冷却コイルおよび
外調機に配置される冷却コイルには、設定温度の冷水ま
たはブラインを通水することが必要である。冷水または
ブラインの製造には冷凍機を必要とし、冷水配管が不可
欠であると共に冷却塔その他の付帯設備が欠かせず、設
備が大掛かりとなる。

このようなことから、従来のクリーンルームでは、当初
のイニシャルコストが嵩むほかに、ラインの変更や作業
容積の変更など、熱負荷の変動に合わせて熱源設備を改
変することは簡単には行うことができず、熱源機器用ス
ペースの確保や変更時の改造や配管が簡単には行えない
という問題があった。

また、室内温度の制御は空気冷却器に通水する冷水量を
調節することによって行われていたが。

この制御によって冷水の循環量が増減することは冷水ポ
ンプの負荷状態が変動することを意味し。

このポンプを最適省エネルギー運転状態で稼働させるに
は複雑な制御機構を必要とすると共に、冷凍機において
もその容量制御を適切に行わねばならない。

本発明はこのような問題の解決を目的としたものであり
、ＦＦＵ型クワクリーンルーム浄作業域を融通性よく作
り出せると言う利点を生かしながら、冷水を使用しなく
ても実質上電気入力だけで温度制御性に優れた省設備型
クリーンルームを提供しようとするものである。

〔問題点を解決する手段〕

天井面に設置した複数台のファンフィルタユニット（Ｆ
ＦＵ）から室内に清浄空気を吹き出すようにしたクリー
ンルームにおいて１本発明によれば、室内に吹き出され
た空気が該ＦＦＵの全部または一部に吸い込まれる空気
循環路にヒートポンプ装置の暴発器として機能する直膨
型ドライコイルを配置し、このヒートポンプ装置を構成
する凝縮器、圧縮機およびその他の必要機器類を該空気
循環路とは隔絶された系外に配置し、該圧縮機の回転数
をインバータを用いて制御可能に構成し。

ＦＦＵから吹き出される空気温度を指示値として該ドラ
イコイルの膨脹弁の開度と該圧縮機の回転数を制御する
ことを特徴とする直膨型熱交換器を用いたクリーンルー
ムを提供するものである。

また、系内への外気取入れ経路にもヒートポンプ装置の
蒸発器である空気冷却器を配置し、この空気冷却器で取
入れ外気を設定露点温度に調節することができる。

〔作用〕

本発明のクリーンルームは、系内の空気循環路にヒート
ポンプ装置の蒸発器として機能する直膨型ドライコイル
を配置するものである。このために、冷凍機を使用せず
とも、ヒートポンプ装置を稼働する電気エネルギーだけ
で直接的に必要な温度制御が行なえる。そして、各ドラ
イコイルの冷媒入口側に配置される膨脹弁の開度とヒー
トポンプ装置の圧縮機の回転数制御によって、クリーン
ルーム内での内部発生熱が変動したとしても、常時一定
温度の空気をクリーンルーム内に供給することができ、
精密な温度制御が実現できる。

〔実施例〕

第１図は３本発明に従うクリーンルームの実施例を示し
たものであり、クリーンルーム空間１および２の天井面
には、多数のＦＦＵ３が水平方向に多数隣接される。こ
れらのＦＦＵ３は、ファン４を内装したケーシングの下
部開口部にＨＥＰＡフィルタまたはＵＬＰＡフィルタ５
を装着したものであり。

ファン４を駆動することにより、天井裏空間６内の空気
をフィルタ５で浄化してクリーンルーム空間に下向きに
吹き出す。図示の例では、クリーンルーム空間はワーク
空間１と製造機械室空間２とからなっている。クリーン
ルーム空間に吹き出された空気は多孔床７を経て床下空
間８に入り、この床下空間８から縦経路９を通って天井
裏空間６に戻る。このようにＦＦＵ３のファンの駆動に
よって空気の循環路を形成するクリーンルーム自体　−
は周知である。

本発明においては、かようなりリーンルームにおいて、
クリーンルーム空間に吹き出された空気がＦＦＵ３の全
部または一部に吸い込まれる空気循環路に、ヒートポン
プ装置の蒸発器として機能する直膨型ドライコイル１０
を配置し、このヒートポンプ装置を構成するその他の主
要機器類は系外に配置する。

ドライコイル１０は、従来のように冷水を通水するもの
ではなく、冷媒が膨脂蒸発するフィン付きコイルだけか
らなり、ドレンパンを持たないしファンもない、これを
図示の例では縦経路９の天井部に配置し、天井裏空間６
に入る前の空気がここを通過するようにしである。また
図示のように。

製造機械室空間２の天井部にもＦＦＵ３の一部をドライ
コイル１０゛で１き換え、製造機械室空間２に吹き出さ
れた空気の一部がこのドライコイル１０゜を経て製造機
械室空間２の天井部に位置するＦＦＵ３にフレキシブル
ダクト１２を経て吸い込まれるようにすれば、このＦＦ
Ｕの吹出し温度を他のＦＦＵの吹出し温度と変えること
も可能である。

これらのドライコイル１０を冷凍サイクルの蒸発器とし
て機能させるためのヒートポンプ装置本体１３は系外に
据え付けられている。このヒートポンプ装置本体１３は
、ケーシング内に圧縮機１４．凝縮器１５．ファン１６
を装着したものであり、この本体１３とドライコイルＩ
Ｏとの間には、圧［１１１４から吐出した冷媒が凝縮器
１５で凝縮したあと、膨脹弁１７で絞られてドライコイ
ル１０で膨Ｎ貫発し、再び圧縮機１４に戻るように、冷
媒配管がなされている。

凝縮器１５の凝縮熱はファン１６の駆動によって外気に
放出される。制御操作については後に詳しく説明するが
、ドライコイル１０を通過する空気はドレンを発生する
ことなく適正温度に冷却され、クリーンルーム内の内部
発生熱は凝縮器１５を通じて外気に放熱されることにな
る。

一方、系内の空気は排気ファン１８を経て、或いはドア
の開閉等の漏洩によって、その一部が系外に排出される
が、系内を正圧に維持すべく外気を系内に取入れること
が必要となる０本例では、この外気取入れ経路に、これ
もヒートポンプ装置の暴発器として機能する空気冷却器
１１を設置しである０図示の例では、この空気冷却器１
１は外温機１９としての機器内に配置されており、この
外温機１９が系内に据え付けられている。外温機１９は
、ケーシング２０内において外気の流れの順に、プレフ
ィルタ２１．空気冷却器１１ａ、　ｌｌｂ、加湿器２２
．ファン２３、　ＦＩＥＰＡフィルタ２４を収納してお
り、空気冷却器１１ａ、　ｌｌｂと加湿器２２の下方位
置にはドレンパン２５が取付けられ、ファン２３の吐出
位置に露点センサー２６が設置しである。空気冷却器１
１を冷凍サイクルの蒸発器として機能させるためのヒー
トポンプ装置本体２７も図示のように系外に据え付けら
れている。このヒートポンプ装置本体２７は、ケーシン
グ内に圧縮機２８．凝縮器２９．ファン３０を装着した
ものであり、この本体２７と空気冷却器１１との間には
、圧縮機２８から吐出した冷媒が凝縮器２９で凝縮した
あと、膨張弁３１で絞られて空気冷却器１１で膨張蒸発
し、再び圧縮１１２８に戻るように、冷媒配管がなされ
ている。凝縮器２９の凝縮熱はファン３０の駆動によっ
て外気に放出される。空気冷却器は一基のヒートポンプ
装置に対してｌｌａ、ｌｌｂで示すように二台取付けら
れているが、これは、冷媒（例えばＲ２２）の蒸発潜熱
は水に比べて小さいからであり、このように複数台の空
気冷却器を設置すれば意図する露点温度まで空気を十分
に冷却することができる。このようにして、外調機１９
では取入れ外気を設定された露点温度の空気に調整して
系内に導入するのであり、空気冷却器１１で冷却除湿す
る除湿モードと加温器２２から例えばスチームを放出す
る加湿モードの二とおりの運転態様が状況に応して選択
される。除湿モードの場合には、ｔｓ点センサー２６に
よって空気冷却器吐出側の空気の露点温度を検出し、こ
の検出値が設定範囲となるように圧縮機２８の回転数制
御を行う。これは、湿度コントローラとインバータを用
いて行い得る。

この冷却除湿によって生成した凝縮水はドレンパン２５
で受けて機外に排出される。加湿モードの場合には、加
湿器２２から水草気を外気流れに放出して湿度を上げる
。この場合も、露点センサー２６での検出値が設定範囲
となるように、水蒸気量を制御弁３４で制御する。この
加湿モードは、一般に冬期の低温・低湿度の外気条件と
なったときに適用されるが７　この除湿を必要としない
時期においては外気を加熱してから系内に取入れること
も時には有利となる。これは、ヒートポンプ装置を可逆
式ヒートポンプに構成し、空気冷却器１１ａ、ｌｌｂが
空気加熱器となるように、ヒートポンプ装置を加熱モー
ドで運転すればよい。

第２図は、第１図のドライコイル１ｏをヒートポンプ装
置の無発器として機能させる冷凍サイクルを図解したも
のである。回倒では３台のドライコイル１０を一つの冷
凍サイクル内に並置した例を示しているが、その台数は
任意である。圧縮機１４は回転数可変圧縮機であり１回
転数を操作するインバータ３７を備えている。冷凍サイ
クルは第１図で説明したとおりであるが、圧縮機１４が
ら吐出する冷媒が凝縮器１５を経る量を調節するための
バインくス管３８と調節弁３９が設けてあり、この調節
弁３９の操作によって冷媒の凝縮圧力を調整することが
できる。凝縮冷媒は−たん受液器４０に入ってから各ド
ライコイル１０（蒸発器）に、応答性よく開度制御がで
きる電子膨張弁１７を介して導入され、アキニームレー
タ４１を通ったあと圧縮機１４に戻る。ドライコイル１
０の出口管路には圧力計４２が取付けてあり、ドライコ
イル出口の冷媒圧力を検出しつづける。

以下に、この冷凍サイクルの制御態様を第３図〜第５図
に従って説明する。第３〜５図中の参照数字のうち、第
１〜２図と同しものは第１〜２図で説明したものに対応
している。

第３図では、ＦＦＬ１３からクリーンルーム内に吹き出
された室内吹出温度を温度計４３が検出し。

この検出値を温度調節計４４に入力し、温度ＵＲ節計４
４では設定温度と検出温度が等しくなるように電子膨張
弁１７に開度指令を出力する。すなわち、ドライコイル
１０での冷媒蒸発量が電子膨張弁１７の開度制御によっ
て調節されることにより、ドライコイル１０を通過する
空気温度が制御される。温度計４３の設置位置をＦＦＵ
３からの空気吹出位置とすることにより、ドライコイル
１０からワーク空間２まで距離があっても、またＦＦＵ
３等の機器が存在しても、さらには、他のワーク空間へ
の空気の送気が行われていても、温度計４３の設置位置
の空気温度を設定温度に応答性よく精密に制御ができる
。

また、ドライコイル１０の出口冷媒圧力を圧力計４２が
検出し続け、この検出値を圧力調節計４５に入力し、圧
力ｌ！節計４４では設定圧力範囲に検出圧力が収まるよ
うにインバータ３７に圧縮機１４の回転数制御指令を出
力する。すなわち、ドライコイル１０の出口冷媒圧力が
設定圧力範囲となるように圧縮機１４の回転数を制御す
る。これによって、を子膨張弁１７の開度制御で空気冷
却能力が種々変化してもドライコイル１０の出口冷媒圧
力は一定範囲に維持される結果、ドライコイル１０での
過冷却が防止され、ドライ運転（非結露運転）が維持で
きる。

検出圧力値が設定範囲の下限値を越えてしまう場合には
圧縮機１４の運転を一時的に停止させる停止指令を出力
する。

このようにして、を子膨張弁１７の開度制御と圧縮機１
４の回転数制御をそれぞれ独立して行うことによって、
ドライコイル１０では結露が生しないようなドライ運転
を維持しながら、ＦＦＵからの吹出空気温度を設定温度
に精度よく制御することができると共に、ヒートポンプ
装置が受は持つ全体的な冷却能力の制御が行い得る。

第４図は、第３図の温度調節計４４と圧力調節計４５を
個々に使用するのに代えて、マルチコントローラ４６を
使用するようにした以外は、同様の制御態様を示してい
る。すなわち、第３図と同様に５室内吹出温度を温度計
４３で検出し且つドライコイル１０の出口冷媒圧力を圧
力計４２で検出するが１ｗＩ検出値をマルチコントロー
ラ４６に入力し、このマルチコントローラ４６でその時
点の最適運転信号を電子膨張弁１７とインバータ３７に
同時に出力する。

第５図は、マルチコントローラに代えて制御用コンピュ
ーター４７を使用した以外は、第４図と同様の制御態様
を示している。すなわち、コンピューター４７には、温
度計４３の室内吹出温度の検出値と圧力計４２のドライ
コイル出口冷媒圧力の検出値の他にも、冷媒流量、冷媒
温度、を子膨張弁開度や圧縮機回転数などの検出情報を
入力し、その時の最適運転条件を演算したうえ、この最
適運転条件となるように電子膨張弁１７とインバータ３
７ニ制御信号を出力する。この制御はフィードバック制
御で行うことが筒便であるが、場合によってはフィード
フォワード制御を適用することも可能である。なお、コ
ンピューター４７の故障若しくは操作不能事態が生じた
ときを考慮して、ａ度調節計４４と圧力調節計４５を予
備的に設置しておき、不慮の事態にローカル制御ができ
るようにしておく。

〔効果〕

以上説明したように３本発明に従うクリーンルームは内
部発生負荷は直膨型ドライコイル１０によってドレンレ
スに処理されるがらドレン配管が不要であると共に１従
来の空気調和器で内部発生負荷を処理する場合のように
冷凍機で冷水やブラインを作ることも不要となり、冷凍
機、冷却塔そのほかの大掛かりな熱源設備が不要化する
。

そして、クリーンルーム内の温度制御は電子膨張弁の開
度制御と圧縮機回転数制御によって正確且つ応答性よく
実現でき、またこの制御によってドライコイルで結露が
発生するような事態も回避できる。

加えて外調機においても、直膨式空気冷却器によって冷
却除湿を行なえば、ここでも冷凍機や冷却塔などの熱源
設備は不要となる。

したがって、クリーンルーム用の温湿度調節のだめの熱
源として電気エネルギーだけの入力でよいことになり、
省設備且つ省スペースが図れると共にクリーンルームの
構築にさいしても工事部分が少なくなって工期が大幅に
短縮できる。

このようなことから、既設の建物内にクリーンルームを
形成する場合、或いはラインの変更や使用勝手の変更に
よって内部発生負荷が増減したりクリーンルーム容積が
増減した場合でも、極めて短い工期で且つ経済的に対応
ができると共に１　その運転も簡易且つ正確に行い得る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うクリーンルームの例を示す略断面
図、第２図はドライコイル用のヒートポンプ装置の冷凍
サイクルを示す機器配置系統図。第３図はクリーンルームの本発明に従う温度制御システ
ムを示す機゛器配置系統図、第４図は本発明に従う温度
制御システムの他の例を示す機器配置系統図、第５図は
本発明に従う温度制御システムの更に他の例を示す機器
配置系統図である。１．２・・クリーンルーム空間。３・・ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）。６・・天井裏空間。１０・・直膨型ドライコイル。１３・・ドライコイルのヒートポンプ装置本体。１４・・圧縮機。１５・・凝縮器。１７・・電子膨張弁。１９・・外温機。３７・・圧縮機の回転数制御用インバータ。４０・・受液器。４１・・アキュムレータ。４３・・吹出空気温度を計測する温度計。４２・・ドライコイル出口冷媒圧力の圧力計。４４・・温度調節針。４５・・圧力調節計。４６・・マルチコントローラ。４７・・制御用コンピューター。第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）天井面に設置した複数台のファンフィルタユニッ
ト（ＦＦＵ）から室内に清浄空気を吹き出すようにした
クリーンルームにおいて、室内に吹き出された空気が該
ＦＦＵの全部または一部に吸い込まれる空気循環路に、
ヒートポンプ装置の蒸発器として機能する直膨型ドライ
コイルを配置し、このヒートポンプ装置を構成する凝縮
器、圧縮機およびその他の必要機器類を該空気循環路と
は隔絶された系外に配置し、該圧縮機の回転数をインバ
ータを用いて制御可能に構成し、該ＦＦＵから吹き出さ
れる空気湿度を指示値として該ドライコイルの膨脹弁の
開度と該圧縮機の回転数を制御することを特徴とする直
膨型熱交換器を用いたクリーンルーム。
（２）ドライコイルの膨脹弁の開度はＦＦＵから吹き出
される空気温度が設定値となるように制御され、圧縮機
の回転数はドライコイル出口の冷媒圧力が設定値となる
ように個別に制御される請求項１に記載のクリーンルー
ム。
（３）ドライコイルの膨脹弁の開度と圧縮機の回転数は
、ＦＦＵから吹き出される空気温度とドライコイル出口
の冷媒圧力の検出値からその時の最適運転状態に同時に
制御される請求項１に記載のクリーンルーム。
（４）天井面に設置した複数台のファンフィルタユニッ
ト（ＦＦＵ）から室内に清浄空気を吹き出すようにした
クリーンルームにおいて、室内に吹き出された空気が該
ＦＦＵの全部または一部に吸い込まれる空気循環路に、
ヒートポンプ装置の蒸発器として機能する直膨型ドライ
コイルを配置し、このヒートポンプ装置を構成する凝縮
器、圧縮機およびその他の必要機器類を該空気循環路と
は隔絶された系外に配置し、該圧縮機の回転数をインバ
ータを用いて制御可能に構成し、他方、系内への外気取
入れ経路にヒートポンプ装置の蒸発器である空気冷却器
を配置し、この空気冷却器で取入れ外気を設定露点温度
に調節すると共に、該ＦＦＵから吹き出される空気温度
を指示値として該ドライコイルの膨脹弁の開度と該圧縮
機の回転数を制御することを特徴とする直膨型熱交換器
を用いたクリーンルーム。