JP2004245546A

JP2004245546A - 空調方法及び空調装置

Info

Publication number: JP2004245546A
Application number: JP2003038247A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamaguchi; 弘山口; Hiroaki Tamae; 宏明玉重; Hidekazu Takeda; 英一竹田; Masahiro Miki; 正弘三木
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】外気温度、湿度が高い夏場に、空調装置を除湿運転する場合、外気のみを除湿することによって省エネ運転を可能とし、また外気温度、湿度が低い冬場にフリークーリングを実施して省エネ運転を可能にする空調装置を提供する。
【解決手段】外気とクリーンルーム１の室内から再循環される還気の混合空気の湿度を調整して室内に供給し、所定湿度に調整する空調装置であって、外気ダクト３の還気ダクト５が合流する点の上流に除湿コイル１６を設ける。夏場における除湿動作の際、除湿コイル１６により外気だけを除湿し、再熱するので省エネが可能となる。また、冬場において除湿コイル１６に冷却水を供給しないフリークーリングを実施する際、除湿コイル１６から熱を吸収し、加熱コイル１０での加熱量を減少させることが可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調方法及び空調装置に関し、特に外気のみを冷却して除湿する除湿コイルを有し、夏期、冬期ともに省エネ運転をすることが可能な空調方法及び空調装置にする。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、クリーンルーム等の空調装置では、所用の室内に目標温度、湿度条件を設定し、室内に設置された温度計、湿度計からの信号を用いて、空調装置に内蔵された冷却コイル、加熱コイル、加湿コイルの各バルブの開度をＰＩＤコントローラによって制御して、室内の温度、湿度を目標温度、湿度に調整している。
【０００３】
図３は、従来の一般的なクリーンルーム等の空調システムの概略構成図である。排気量がさほど大きくない空調システムでは、イニシャルコストを下げるため、専用の外調機を設けず、外気を直接内調機である空調機２に取り入れ、クリーンルーム１の室内に所定の状態の温度、湿度に調整した空気を供給する。
【０００４】
空調機２は、外気を取り入れる外気ダクト３、空調機２からクリーンルーム１の室内に所定の状態の空気を供給する給気ダクト４、クリーンルーム１から空調機２に図示しない還気ファンを用いて還気を再循環させる還気ダクト５を有し、クリーンルーム１に供給する空気に対し定められた割合の外気を外気ダクト３を介して取り入れ、換気するようになっている。
【０００５】
空調機２は、クリーンルーム１の室内に供給する空気から塵やほこり等の微粒子を取り除くフィルタ８、冷却コイル９、加熱コイル１０、加湿コイル１１、送風ファン１２等を有する。
【０００６】
冷却コイル９、加熱コイル１０、加湿コイル１１は、クリーンルーム１の室内に設置された温度計６、湿度計７等からの信号に基づいて、ＰＩＤコントローラによって冷却バルブ１３、加熱バルブ１４、加湿バルブ１５の開度が制御される。
【０００７】
図３に示す従来の空調システムにおいて、夏場のように、クリーンルーム１の室内に設定された所定湿度より高い温度、湿度の空気を冷却して所定温度、湿度の冷房用空気を得る場合、フィルタ８を通過した空気は冷却コイル９において露点温度以下に冷却され、湿度の高い空気中の水分は凝縮し除湿される。次に、除湿のために必要以上に冷却された空気は加熱コイル１０で所定温度まで加熱され、加湿コイル１１を素通りして、送風ファン１２によりクリーンルーム１に供給される。
【０００８】
また、冬場のように、所定温度、湿度より低い温度、湿度の空気を加熱して所定湿度の暖房用空気を得る場合、フィルタ８を通過した空気は冷却コイル９を素通りし、加熱コイル１０で所定温度まで加熱される。加熱された空気は加湿コイル１１で所定湿度まで加湿され、送風ファン１２によりクリーンルーム１に供給される。
【０００９】
以上のような方法で、夏場にクリーンルーム１の湿度を調整すると、冷却コイル９で空気を除湿するために露点温度以下に冷却するので、加熱コイル１０で所定温度まで再加熱しなくてはならず、このとき外気だけでなくクリーンルーム１の室内から空調機２へ再循環される還気を含めた全ての空気の温度を例えば１０℃以下に冷却し、また再加熱する必要がある。
【００１０】
しかしながら、クリーンルーム１の室内から空調機２へ戻される還気の温度、湿度は、クリーンルーム１の室内に設定された所定の温度、湿度と大差がないのが一般的であるから、このような還気までも外気と同様に例えば１０℃以下に冷却し、所定の温度まで再加熱することは、エネルギー消費の点から好ましいものでなく、無駄であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、外気温度、湿度が高い夏場に空調装置を用いて除湿運転する場合、外気のみを除湿することによって省エネ運転を可能にする空調装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、外気温度、湿度が低い冬場に空調装置をフリークーリングを実施して運転する際、省エネ運転を可能にする空調装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による空調方法は、外気と室内から循環される還気を混合し、混合した空気を所定湿度に調整して前記室内に供給する空調方法であって、前記外気と前記還気を混合する以前に、前記外気を除湿するものである。
【００１４】
また、本発明による空調装置は、外気と室内から循環される還気の混合空気を所定湿度に調整して前記室内に供給する空調装置であって、前記外気のみを除湿する除湿コイルを有するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１、図２に示す実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の実施例による空調システムの概略構成図である。なお、図３に示す従来の空調システムと同様の構成要素については、従来の空調システムの説明で用いたのと同様の用語及び符号を用いて説明する。
【００１６】
本実施例のクリーンルームの空調システムは、クリーンルーム１の室内に所定の温度、湿度に調整された空気を吹き出し、目標として設定した温度、湿度に調整するための空調機２を備えている。空調機２は、外気を取り入れる外気ダクト３、空調機２からクリーンルーム１に所定の状態の空気を供給する給気ダクト４、クリーンルーム１から空調機２に図示しない還気ファンを用いて還気を循環させる還気ダクト５を有し、給気に対し定められた割合の外気を外気ダクト３を介して取り入れ、換気するようになっている。クリーンルーム１には、温度計６、湿度計７が設置され、室内の温度、湿度に対応した信号を図示しない制御装置に出力している。
【００１７】
空調機２は、クリーンルーム１に供給する空気から塵やほこり等の微粒子を取り除くＨＥＰＡフィルタ等からなるフィルタ８、冷却コイル９、加熱コイル１０、加湿コイル１１、送風ファン１２等を有する。
【００１８】
冷却コイル９には図示しない冷凍機から冷水等が供給され、冷水の供給量は、図示しないＰＩＤコントローラによって冷却バルブ１３の開度を制御して調整される。なお、冷凍機には通常のように冷却塔が付属し、外気湿度の低い冬場においては冷凍機を運転せずに冷却塔の冷却能力で冷水を精製して冷房動作を行うフリークーリングを実施することができるようになっている。
【００１９】
加熱コイル１０には図示しないボイラから温水、蒸気等が供給され、温水、蒸気等の供給量は、ＰＩＤコントローラによって加熱バルブ１４の開度を制御して調整される。
【００２０】
加湿コイル１１には水、蒸気等が供給され、水、蒸気等を噴射し、その供給量はＰＩＤコントローラによって加湿バルブ１５の開度を制御して調整される。
【００２１】
また、外気ダクト３の還気ダクト５が合流する上流側には、除湿コイル１６を設置し、空調機２に供給される外気を冷却するように構成されている。なお、除湿コイル１６を外気ダクト３中に設置することにより、既設の空調システムに後付で設置することが容易となるが、空調機２のケーシング内に設置することも可能である。
【００２２】
除湿コイル１６は冷却コイル９と同様の構成であり、除湿コイル１６への冷水等の供給は、冷却コイル９に冷水等を供給する冷凍機から行ってもよいし、除湿コイル１６のための専用の冷凍機から行ってもよい。いずれにしても、冷水の供給量は、図示しないＰＩＤコントローラによって除湿バルブ１７の開度を制御して調整されるが、クリーンルーム１に供給される空気のうち、外気のみを冷却すればよいので、小型の冷却コイルによって形成することができる。
【００２３】
ここで、クリーンルーム１において、例えば室内の空気から空調機２へ再循環させる還気の１／３を外気から取り入れて加える（すなわち、還気：外気＝３：１）とし、室内の目標温度、湿度を２３℃、４５％、外気の温度、湿度を３３℃、７０％とするときの、エネルギー消費について検討する。
【００２４】
図２は、空調装置の除湿動作を説明するための湿り空気線図である。例えば、（１）の状態（３３℃、７０％）の外気と、クリーンルーム１に設定された目標温度、湿度である（２）の状態（２３℃、４５％）の還気を還気：外気＝３：１の割合で混合すると、混合後の空気は（３）の状態（２５．５℃、５７％）となる。従来の空調装置の除湿動作では、（３）の状態の空気を全て（２）の状態に調整する必要があった。
【００２５】
したがって、（３）の状態の空気を冷却コイル９によって露点温度（１６．２℃）まで冷却し、次いで飽和線に沿って（２）の状態の絶対湿度（８ｇ／ｋｇ）に対応する露点温度（１０．７℃）まで冷却し、さらに冷却しすぎた分を２３℃まで加熱コイル１０によって再加熱する。この時に要するエネルギーＥ_０（ｋｃａｌ／ｋｇ）は図２より、Ｅ_０＝Ｉ_１＋Ｉ_２＋Ｉ_３＝２．４＋３．５＋２．９＝８．８（ｋｃａｌ／ｋｇ）となる。
【００２６】
次に、本発明の空調方法及び空調装置によれば、外気のみを（１）の状態（３３℃、７０％）から（２）の状態（２３℃、４５％）に調整すればよい。ここで、環気については（２）の状態と大差ないので、説明を簡単にするため省略する。したがって、（１）の状態の空気を冷却コイル９によって露点温度（２６．８℃）まで冷却し、次いで飽和線に沿って（２）の状態の絶対湿度（８ｇ／ｋｇ）に対応する露点温度（１０．７℃）まで冷却し、さらに冷却しすぎた分を２３℃まで加熱コイル１０によって再加熱する。この時に要するエネルギーＥ（ｋｃａｌ／ｋｇ）の概略は、図２より、Ｅ＝（Ｉ_４＋Ｉ_５＋Ｉ_３）／４＝（１．６＋１２．７＋２．９）／４＝４．３となり、従来の空調装置を用いた除湿動作に要するエネルギーＥ_０に比較し消費エネルギーを低減することが可能となる。
【００２７】
また、クリーンルーム１の室内に湿度計を設けるか、または温度計６及び湿度計７のデータより湿度を演算し、湿度情報を空調装置にフィードバックすることにより、不必要に除湿動作をすることがなくなり、さらに省エネを図ることが可能となる。
【００２８】
次に、外気温度、湿度が低い冬場において、冷却コイル９及び除湿コイル１６に冷却水を供給する冷凍機を停止し、フリークーリングを実施している際の動作について説明する。このとき冷凍機は停止しているので、除湿コイル１６には冷水は供給されず、冷凍機に付属する冷却塔の仕様及び外気の状態によって定まる温度の冷水が供給される。したがって、外気ダクトから取り入れられた外気は、除湿コイル１６によってある温度まで加熱されることとなり、空調機２内の加熱コイル１０によって室内目標温度まで加熱するときのエネルギー（熱量）を減少し、省エネを図ることが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の記載から明らかなように、本発明によれば、外気のみを除湿する除湿コイルを用いて、外気温度、湿度が高い夏場において、室内を除湿する際に要するエネルギーを低減することが可能となり、冬場においては、除湿コイルを用いてフリークーリングを実施して、熱量を吸収することが可能となり、夏期、冬期ともに空調装置を省エネ運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による空調システムの概略構成図である。
【図２】空調装置における除湿動作を説明する湿り空気線図である。
【図３】従来の一般的なクリーンルーム等の空調システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１…クリーンルーム、２…空調機、３…外気ダクト、４…給気ダクト、５…還気ダクト、６…温度計、７…湿度計、８…フィルタ、９…冷却コイル、１０…加熱コイル、１１…加湿コイル、１２…送風ファン、１３…冷却バルブ、１４…加熱バルブ、１５…加湿バルブ、１６…除湿コイル、１７…除湿バルブ。

Claims

外気と室内から循環される還気を混合し、混合した空気を所定湿度に調整して前記室内に供給する空調方法であって、前記外気と前記還気を混合する以前に、前記外気を除湿することを特徴とする空調方法。
外気と室内から循環される還気の混合空気を所定湿度に調整して前記室内に供給する空調装置であって、前記外気のみを除湿する除湿コイルを有することを特徴とする空調装置。
請求項２記載の空調装置であって、前記空調装置は前記混合空気を所定湿度に調整する冷却コイル、加熱コイル及び加湿コイルを有することを特徴とする空調装置。
請求項３記載の空調装置であって、前記加湿コイルは前記冷却コイル、加熱コイル及び加湿コイルが収納されたケーシングとは別体のケーシングに収納されていることを特徴とする空調装置。