JPH05215366A - 空気調和設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 クリンルーム内で顕熱冷却する冷却を高い温
度の冷却水でも容易に冷却出来る様にし，また外気調整
機の冷凍機負荷を少くする。 【構成】 クリンル−ム４３内下部の吸込口６２から室
内気を吸込み顕熱冷却する空調ユニット６を設け、送風
機６３，ダクト６４，天井裏４４を経て吹出口５より室
内に吹き出す。一方外気取入口７６から外気を取り入れ
適正温湿度に調整する外気調整器７を設け、処理気は送
風機７３，ダクト７４を経て天井裏４４に吹出す。外気
調整器７には直接膨脹式の冷凍機冷却部７１を設けその
排熱は凝縮器７５を介し冷却塔８で放熱する。プレヒー
ト部７４と冷却部７１で除湿しレヒート部７２で加温す
る。顕熱冷却器６には冷却水を通して冷却し，排熱は冷
却塔９で放熱するが，この冷却水温度では冷却しにくい
ときは別の冷凍機を用いて切換えて冷却しその排熱は冷
却塔９付設のエバポレイブコンデンサで放熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クリンル−ムや恒温恒
湿室の空気調和に有用な省エネルギ−が図れる空気調和
設備に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４、図５に示す空気調和設備が、空気
調和・衛生工学会編集、発行、空気調和衛生工学便覧第
〓版２刷、昭和６２年１２月１日発行、〓−８１８頁で
開示されている。このものは、図４、図５に示されるよ
うに、クリ−ンル−ム１を通過した後の例えば２５°Ｃ
の戻り空気が床下のリタ−ンプレナム１１へ放出され
る。他方、供給空気の量を得るのに必要な量を取り込
んだ外気は外気調整器２内のフィルタ−Ｆ１、Ｆ２を
通過後、夏期は３２°Ｃ×ＲＨ（相対湿度）７０％の高
温多湿外気がＣＣ２１を通過して露点温度以下の１１
°Ｃに冷却して除湿され、冬期は−２°Ｃ×ＲＨ５０％
の低温乾燥外気がＨＣ２２と加湿器２３を通過して１
１°ＣのほぼＲＨ１００％に加温、加湿され、年間を通
じてほぼ一定の温度湿度の空気に調整される。

【０００３】外気調整器で適正な温度湿度に調整後、フ
アン２４によって例えば１２°Ｃに温度上昇した空気
となって、クリンル−ム床下の上記リタ−ンプレナム１
１へ送気される。リタ−ンプレナム１１では上記２５°
Ｃの戻り空気と混合され、この混合された空気は例
えば２２．５°Ｃで、別の冷却器３のＣＣ３１を通過し
て例えば除湿を伴なわない２２°Ｃの出口空気に顕熱
冷却され、フアン３２を介してクリンル−ム１の天井裏
１２へ送られる。天井裏１２へ送られた空気はクリン
ル−ム室内設計条件の２３°Ｃ、ＲＨ４５％の空気で、
フィルタ−１３を通ってクリンル−ム１内へ供給され
る。このような空気調和設備である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の空気調和設
備の状態変化は図５に示す湿り空気線図で表される。こ
こでＳＨＦ（顕熱比）はほぼ１．０で、絶対湿度は０．
００８（Ｋｇ−水蒸気／Ｋｇ−乾燥空気）でほぼ一定と
している。２５°Ｃの戻り空気と、外気を温度湿度調
整しフアン２４を通過した後の１２°Ｃの空気とを混
合して、２２．５°Ｃの混合空気を得るから、混合空
気のうち比率ａ量を外気から取り入れるとすれば、温
度の釣り合いより１２×ａ＋２５×（１−ａ）＝２２．
５の式が成り立ち、ａ＝０．１９２となる。即ち図５の
湿り空気線図での必要な外気取り込み量は供給空気量
の１９．２％程度となる。

【０００５】即ち戻り空気８０．８％と外気を温度湿
度調整した空気１９．２％とを混合して２２．５°Ｃ
の空気を得、次に冷却器３のＣＣ３１で２２°Ｃに冷
却して天井裏に送り込み、２３°Ｃの供給空気とな
る。即ち上記従来の空気調和設備では冷却器３で２２．
５°Ｃの混合空気を２２°Ｃに顕熱冷却する。

【０００６】冷却器３では２２．５°Ｃの混合空気を
２２°Ｃに冷却するため、２２°Ｃ以下の冷却水が必要
で、実用的には温度のバラツキを考慮すると１５°Ｃ程
度の水が必要になる。通常１５°Ｃの水を冷却塔で得る
には外気の湿球温度が１３°Ｃ以下でなければ得られ
ず、外気の湿気温度がそれよりも高い場合は冷凍機を使
わなければならない。そのため冷凍機の運転期間が長く
なり多くのエネルギ−を消費する。また外気調整器２で
は供給空気量の１９．２％を取り込み、目標の絶対温
度の露点温度１１℃に冷却して除湿している。この取り
込み外気の冷却は通常冷凍機を用いて冷却するが、ほぼ
年間を通して冷凍機の運転が行なわれている。本発明は
上記の問題点を解消して、顕熱冷却する冷却を高い温度
の冷却水でも容易に冷却出来る様にし、また外気調整機
の冷凍機の運転負荷を少なくした省エネルギ−型の空気
調和設備を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、クリン
ル−ム内へ空気調和した空気を供給する空気調和設備に
おいて、散水と通風によって冷却する冷却塔と該冷却塔
の下流に結合した冷凍機とを有して、通常は冷却塔のみ
を運転し冷却塔のみでは十分冷えないときのみ冷凍機を
も運転し冷却塔で冷却水を加熱する恐れのあるときは冷
却塔を通さないバイパス管路を通過させて冷凍機のみを
運転するようにした冷却装置と、前記クリンル−ムを通
過した後の戻り空気を顕熱冷却する熱交換器と、取り込
んだ外気を適正な温度湿度に調整する冷凍機を備えた外
気調整器と、前記戻り空気を顕熱冷却した空気と外気を
適正な温度湿度に調整した空気とを混合する混合室と、
前記混合した空気をクリンル−ム内へ供給するためのフ
イルタ−を有するクリンル−ムモジュ−ルと、前記冷却
装置で得られる冷却水を前記熱交換器に導く管路と、前
記冷却装置で得られる冷却水を前記外気調整器に導く管
路と、前記外気調整器に前記冷却装置から導いた冷却水
で冷却する冷却部と冷凍機によって冷却する冷却部を設
け、取り込んだ外気を前記冷却部で冷却して適正な温度
湿度に調整することを特徴とする空気調和設備である。

【０００８】

【作用】本発明の構成は上記のごとくである。即ち前記
した従来技術で示す外気調整器２の空気が冷却器３の
二次側へ送気されたものと考えてよい。この様にしたこ
とによって、前記従来技術と同じ温度湿度条件で顕熱冷
却する冷却器３の負荷を比較してみると下記のようにな
る。外気調整器２では全体供給空気の１９．２％の外
気を取り込んで外気を温度湿度調整する。フアン２４に
よって１２°Ｃの空気が、冷却器３のＣＣ３１の二次
側とフアン３２の上流側との間へ送られる。一方冷却器
３のＣＣ３１で２５°Ｃの戻り空気のみがｔ°Ｃに冷
却された後、上記１２°Ｃの温度湿度調整された空気
と混合してフアン３２で天井裏１２へ送られ、フイルタ
−１３を通ってクリンル−ム１内へ供給されたとする。

【０００９】ここで冷却器３のＣＣ３１で冷却したｔ°
Ｃの空気８０．８％と温度湿度調整した１２°Ｃの空気
１９．２％が混合して２２°Ｃの出口空気になる。従
って温度の釣り合いから次の式が成り立つ。 ｔ×０．８０８＋１２×０．１９２＝２２×１ ０．８０８ｔ＝１９．７２より、ｔ＝２４．３８°Ｃと
なる。従って冷却器３のＣＣ３１では２５°Ｃ、供給空
気の８０．８％量の戻り空気を２４．３８°Ｃに冷却
すればよい。即ち冷却器の熱交換器で顕熱冷却する温度
は従来技術の２２．５°Ｃから２２°Ｃに対して、本発
明では２５°Ｃから２４．３８°Ｃで、その温度差は従
来の０．５°から０．６２°に増えるが、冷却する空気
量が従来技術の８０．８％であるため、温度差と空気量
との積は同じであるから冷却熱量も同じである。

【００１０】しかし熱交換器で冷却する空気の温度は従
来技術の２２°Ｃに対して、２４．３８°Ｃと２．３８
°Ｃ高い温度のため、冷却水の温度も従来技術の冷却水
より２．３８°Ｃ高い温度の冷却水で冷却することが出
来る。冷却水の温度が高くても良いことは即ち、冷却塔
で得られる期間が長く、逆に冷凍機を必要とする期間が
短いから省エネルギ−で冷却水を得ることが出来る。ま
た前記従来技術と同じ温度の冷却水を使用する場合、対
数平均温度差（熱交換器隔壁の内外部の流体間の温度
差）が大きくなり、熱交換器の伝熱面積を小さくするこ
とが出来る。即ち冷却器を小さくすることが出来る。

【００１１】次に、クリンル−ムの戻り空気を冷却する
ための熱交換器に用いる冷却水の冷却装置として、冷却
塔とその下流に冷凍機とを結合して通常は冷却塔のみを
運転し冷却塔のみでは十分に冷却出来ない時のみ冷凍機
をも運転し冷却塔で冷却水を加熱する恐れのあるときは
冷却塔を通さないバイパス管路を通過させ冷凍機のみ運
転するようにした冷却装置を用いることができる。 こ
の冷却装置では、冷却水は冷却塔の冷却部で散水と通風
によって冷却され、外気湿球温度が高く冷却塔のみでは
所定の温度に冷却出来ないときにのみ、冷却塔で冷却さ
れた冷却水の温度によって冷凍機をも運転し、また湿球
温度が高く冷却塔で戻り冷却水を加熱させてしまうとき
は冷却塔を通さずに冷凍機のみを運転して冷却できる。

【００１２】従って冷却塔の冷却能力だけで冷却出来る
湿球温度状態のときには冷凍機は停止し、冷却塔のみの
運転によって冷却できる。前気したごとくクリンル−ム
の戻り空気の温度は２５°Ｃ程度である。この温度の空
気を熱交換器で冷却するには１８°Ｃ程度の冷却水でよ
く、この温度の冷却水を冷却塔で得るには外気の湿球温
度が１６°程度以下であればよい。この状態は図６に示
した理科年表１９８６年版に記載の、１９５１年から１
９８０年までの東京地方の月別平均湿球温度からも判る
ように、年間を通して夏場の一時期を除いた期間得るこ
とが出来る。よってほぼ年間を通して１８°Ｃ程度の冷
却水を冷却塔のみの運転によって得ることが出来る。従
って冷凍機のみで冷却する従来の冷却装置と比べて冷凍
機の運転時間が大幅に少ないため省エネルギ−となる。

【００１３】本発明では特に顕熱冷却に用いる熱交換器
の運転温度（冷却前の空気温度、冷却水の温度）が高い
から、冷却塔と冷凍機を組み合わせた冷却装置を用いる
と、冷却塔だけで冷却出来る期間が長く、省エネルギ−
が計れる。従ってクリンル−ムからの２５°Ｃ程度の戻
り空気を冷却するための冷却水を得る装置として非常に
好都合なものである。

【００１４】次に、前記冷却装置で得られる冷却水を前
記外気調整器へ導く管路を設け外気調整器で冷却装置か
ら導いた冷却水と冷凍機とによって取り込んだ外気を冷
却し、適正な温度湿度に調整する。外気を適正な温度湿
度に調整する外気調整器は、まず取り入れた空気をプレ
ヒ−ト部で暖め、次に冷却部で目標の絶対湿度の露点温
度（例えば７°〜１１°Ｃ）に冷却して除湿し、次いで
除湿後の空気をレヒ−ト部で暖めて送りだす。前記冷却
装置でほぼ年間を通して１８℃程度の冷却水を供給して
いるので、取り込んだ外気が１８℃以上の夏季等は、ま
ず高温の外気を冷却水による冷却部で２０℃程度にまで
冷却され、次いで外気調整器の冷凍機によって目標の絶
対湿度の露点温度に冷却して除湿する。このため外気調
整器の冷凍機の運転負荷が減少する。

【００１５】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明の空気調和装置の第１実施例を示すも
ので、クリンル−ムに適用したものである。建物４０内
には天井４１と壁４２で仕切ったクリンル−ム４３及び
天井裏４４を設けてあり、クリンル−ム４３内には所定
の間隔をおいてクリンル−ム内下部の吸い込み口６２か
ら吸い込んだ室内の空気を顕熱冷却する空調ユニット６
を設けてある。この空調ユニット６には熱交換器６１を
設けてあり、熱交換器６１を通過して顕熱冷却された空
気は導管６４を通り送風機６３により天井裏４４へ送気
される。

【００１６】一方クリンル−ム４３の外には、外気取り
入れ口７６から外気を取り入れて適正な温度湿度に調整
する外気調整器７を設置してある。外気調整器７で調整
された空気はフアン７３によって導管７４を通り天井裏
４４へ送気される。外気調整器７にはプレヒ−ト部７
４、冷却部８１と７１及びレヒ−ト部７２を順に設けて
あり、これらの外気通過調整通路部７９の下部には冷却
部７１を冷却するための冷却熱源を得る冷凍機７７を設
置してある。この冷凍機７７は、圧縮機７８で圧縮され
液化した冷媒を冷却部７１で蒸発して空気を冷却し、凝
縮器７５で放熱する作用を繰り返すものである。凝縮器
７５の放熱は、建物４０の外部に設置した冷却塔８で冷
却される冷却水を用いている。

【００１７】室内４３に比べて外気のほうが高温多湿な
ときは、まずプレヒ−ト部７４で冷却部７１の出口温度
が絶対湿度の露点温度となるように外気取り入れ空気が
暖められ、次に冷却部８１で後述する冷却装置９から管
路を通って導かれた冷却水によって２０℃まで冷却しそ
の後冷却部７１で冷凍機７７によって目標の絶対湿度の
露点温度に冷却される。外気が３３°Ｃで相対湿度６０
％のときクリンル−ムの温度を２３°Ｃ相対湿度４０％
にするには、冷却部７１で絶対湿度０．００６２Ｋｇ／
Ｋｇ（ＤＡ）の露点温度７°Ｃまで冷却する。この温度
は年間を通して一定になるようにプレヒ−ト部７４と冷
却部７１で制御される。ここで除湿された後、次にこの
ままでは天井裏４４へ結ぶ導管７４が結露するので、レ
ヒ−ト部７２で１２°Ｃ程度まで暖めてフアン７３で天
井裏４４へ送気する。

【００１８】夏季等の外気温度が２０℃以上のときは、
後述する冷却装置９から外気調整器７の冷却部８１へ管
路を通して導いた冷却水によって、高温の外気を先ず２
０℃程度にまで冷却し、次いで外気調整器７の冷凍器７
７による冷却部７１で冷却する。このため冷凍機７７の
運転負荷が、冷却部８１で冷却される分だけ少なくな
り、省エネルギーで外気を調整することができる。

【００１９】また建物４０の外部には、冷却装置９を設
置してある。この冷却装置９はクリンル−ム４３内の空
調ユニットの熱交換器６１に所定温度の冷却水を送り、
また管路を通して外気調整器７の冷却部８１へ冷却水を
送っている。この冷却装置９は図３に示すように、冷却
コイルを複数段に設けたエバポレイテイブク−ラ９１と
これに散水する散水ヘッダ−９２とク−ラ９１に通風す
るフアン９３等からなる冷却塔部９４と、その下流にブ
−スタ−として冷凍機９５が設置してあり、冷凍機９５
は圧縮機９６と冷却塔９４内に配置したエバポレイテイ
ブコンデンサ−９７と膨張弁９８とエバポレ−タ９９と
からなり、冷却塔部９４のみでは十分冷却出来ないとき
のみこの冷凍機９５をも運転して、冷却塔部９４のエバ
ポレイテイブク−ラで冷却した後更に冷凍機９５のエバ
ポレ−タ９９で冷却し、外気の湿球温度が低く冷却塔部
９４のみの散水と通風による潜熱冷却によって所定温度
の冷却水が得られるときは冷凍機９５の運転が停止され
る。

【００２０】また外気の湿球温度が高く戻り冷却水が冷
却塔部９４で加熱されるときは、バイパス管路１００の
バルブ１０１が開き、冷却塔部９４へ行く管路のバルブ
１０２が閉じ、冷却塔部９４を通らず直接冷凍機９５の
エバポレ−タ９９へ通過させて冷却するようにしてあ
る。 この冷却設備９によれば、冷却塔部９４の散水水
量あるいはフアン９３の風量制御を行い、また冷凍機の
圧縮機９６の台数制御あるいは圧縮機９６の能力制御を
行っており、年間を通じて１５°Ｃ〜２５°Ｃ程度の所
定温度の冷却水を省エネルギ−で得る。特に目標とする
冷却温度が高いほど省エネルギ−効果が大きく、クリン
ル−ム２を通過した後の２４°Ｃ程度の戻り空気の冷却
水を得る装置として非常に適している。

【００２１】クリンル−ム４３内では、天井４１のクリ
ンル−ムモジュ−ル５から供給された空気の温度が機械
や人等の発熱によって上昇し、この空気は空調ユニット
６の吸い込み口６２から熱交換器６１を通って所定温度
に冷却され、送風機６３によって導管６４を通り天井裏
４４へ送気される。外気を外気取り入れ口７６から外気
調整器７へ取り込んで温度湿度を調整した後、フアン７
３によって導管７４を通って天井裏３へ送気される。天
井裏３へ送気された両空気は混合されて図２で示すクリ
ンル−ムモジュ−ル５からクリンル−ム４３内へ供給さ
れる。尚取り入れた外気に相当する量の空気はクリンル
−ムの外部に排出される。

【００２２】クリンル−ムモジュ−ル５のクリンル−ム
２側にＨＥＰＡフィルタ−５１その上流側に与圧空気ユ
ニット５２、更に上流側に送風機５３を設けてあり、送
風機５３の吸い込み口５４は天井裏４４に開口して天井
裏４４の空気をＨＥＰＡフィルタ−５１を通してクリン
ル−ム４３内へ送り出している。上記において、例えば
空調ユニット６の送風能力が４２ＣＭＭ（ｍ³／ｍｉ
ｎ）で、空調ユニット６の１台当たりに付き、送風能力
１０ＣＭＭのクリンル−ムモジュ−ル５を５台設置して
ある。また外気を取り込んで湿度調整された空気はフア
ン７３で空調ユニット６の１台当たり４ＣＭＭが天井裏
に送られる。この様にしてクリンル−ムモジュ−ル５は
５０ＣＭＭの空気をクリンル−ム内へ送気して各部の圧
力が、 クリンル−ム内の圧力 ＞ 天井裏の圧力 ＞ 外気圧 になるように設定される。この様にしてクリンル−ム４
３内へ塵を浸入させず、清浄度を高めている。

【００２３】

【発明の効果】以上説明のごとく本発明によれば、特に
顕熱冷却する空気の温度が高いので従来より高温の冷却
水が利用出来る。このため冷凍機を運転する期間を極力
短く出来る。また外気調整器の冷凍機の負荷が減少す
る。このため年間を通じて省エネルギ−で空気調和が行
えるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例を説明する空気調和設備
の図である。

【図２】 図１のクリンル−ムモジュ−ル５を説明する
図である。

【図３】 図１の空調ユニットの冷却熱源を得るための
冷却設備である。

【図４】 従来技術の空気調和設備の図である。

【図５】 図４の湿り空気線図を示す図である。

【図６】 １９５１年〜１９８０年の東京地方の月別平
均湿球温度を示す図で図５の湿り空気線図を示す図であ
る。ある。

【符号の説明】

６ 空調ユニット ７、８１ 外気調整器 ８ 冷却塔 ９ 冷却装置 ４３ クリンル−ム ４４ 天井裏 ４６ 床下 ６１ 熱交換器 ６２ 吸い込み口 ７１ 冷却部 ７６、８２ 外気通過調整通路 ７７、８３、９５ 冷凍機 ７９、９９ 蒸発器（エバポレ−タ） ９１ エバポレ−テイブク−ラ ９４ 冷却塔部 ９５ 冷凍機 １００ バイパス管路 １０１、１０２ バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 健 桑名市大福２番地日立金属株式会社桑名工 場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クリンル−ム内へ空気調和した空気を供
   給する空気調和設備において、 散水と通風によって冷却する冷却塔と該冷却塔の下流に
   結合した冷凍機とを有して、通常は冷却塔のみを運転し
   冷却塔のみでは十分冷えないときのみ冷凍機をも運転し
   冷却塔で冷却水を加熱する恐れのあるときは冷却塔を通
   さないバイパス管路を通過させて冷凍機のみを運転する
   ようにした冷却装置と、 前記クリンル−ムを通過した後の戻り空気を顕熱冷却す
   る熱交換器と、 取り込んだ外気を適正な温度湿度に調整する冷凍機を備
   えた外気調整器と、 前記戻り空気を顕熱冷却した空気と外気を適正な温度湿
   度に調整した空気とを混合する混合室と、 前記混合した空気をクリンル−ム内へ供給するためのフ
   イルタ−を有するクリンル−ムモジュ−ルと、 前記冷却装置で得られる冷却水を前記熱交換器に導く管
   路と、 前記冷却装置で得られる冷却水を前記外気調整器に導く
   管路と、 前記外気調整器に前記冷却装置から導いた冷却水で冷却
   する冷却部と冷凍機によって冷却する冷却部を設け、取
   り込んだ外気を前記冷却部で冷却して適正な温度湿度に
   調整することを特徴とする空気調和設備。