JP4616976B2

JP4616976B2 - 空気浄化空調装置及び空気浄化空調方法

Info

Publication number: JP4616976B2
Application number: JP2000267362A
Authority: JP
Inventors: 仁稲葉; 典明岡村
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2000-09-04
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2020-09-04
Also published as: JP2002081691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気浄化空調装置及び空気浄化空調方法に関し、更に詳細には室内を循環する循環空気及び室内に導入する外気のそれぞれに対して温度調整、湿度調整及び不純物除去をエネルギーの節約を図りながら行って室内の空気の温度、湿度及び浄化を行う空気浄化空調装置及び空気浄化空調方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体や液晶などの電子ディバイス製品は、空気温湿度及び室圧を一定にし且つ空気中における浮遊粒子が、限定された清浄度レベル（一般的には米国連邦規格２０９Ｄ）に管理された環境、いわゆるクリーンルーム（以下、ＣＲと称する）で製造されていることは既に知られている。このようなＣＲ内の環境においては、電子ディバイス製造装置やＣＲ内空気を清浄に維持するための機器からの発熱が多いため、冬季においても冷房負荷となっている。
【０００３】
そして、近時、空気中にｐｐｂレベルで含まれるＮＨ₃やＳＯ₂ガス（以下、可溶性ガス不純物という）をサブｐｐｂレベルまで低下して高い清浄度の環境についても厳格な管理が求められるようになってきた。
【０００４】
ＣＲ内の可溶性ガス不純物成分は、外気によってＣＲ内に持ち込まれるものと、ＣＲ内で発生するものとが混在しており、いずれにしても外気処理系（外気を処理しながらＣＲ内に導入する系）及びＣＲ内循環空気処理系（ＣＲ内の空気を循環させながら必要な処理を行う系）での削減策が対策の１つとして考えられる。
【０００５】
従来、外気処理系では、加湿も同時に行うことができ、且つランニングコストが乾式除去方式（ケミカルフィルタによる化学吸着除去方式）に比べて安価なエアワッシャ（水などを吸収液として、気液接触により被処理空気中の可溶性ガス不純物を吸収除去する装置）が一部で普及している。
【０００６】
一方、ＣＲ内循環空気処理系では、温湿度の制御性能の困難さ及び設置スペースの確保難等の理由から主にケミカルフィルタが使用されているが、一部ではエアワッシャの使用が提案されている（特開2000-33221号公報、特開2000-42338号公報等）。従って、これらの手段を組み合わせれば、可溶性ガス不純物の除去に最適な手段、すなわち、外気処理系及びＣＲ内循環空気処理系のいずれにおいてもエアワッシャによる被処理空気の浄化を行うことができ、高い可溶性ガス不純物の削減効果を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、日本のような秋季から春季にかけての加湿期における加湿は、従来から外気処理系で行われており、この外気処理系では加湿のための加熱が必要となっている。すなわち、加湿期における加湿は、外気処理系において加湿のための熱エネルギーを付加し、所定の露点まで加湿を行い空調空間であるＣＲに供給している。
【０００８】
これは、加湿期における外気は温度が低いため単に水と気液接触をさせても処理空気が所定の露点にならないためである。また、外気を加熱した結果、処理されてＣＲに導入される外気のエンタルピが増加し、ＣＲ循環空気処理系での外気のもつ冷房能力が減少するという問題があった。すなわち、加熱エネルギー分は、同時に本来存在している冷却エネルギーを消失させることになり、結局２倍のエネルギーを消費していることとなってエネルギーの大いなる無駄使いである。
【０００９】
更に、外気処理系でエアワッシャ処理をしている空気浄化空調システムにおいては、ＣＲ内循環空気処理系でアミン類（ＮＨ_X）等に由来する可溶性ガス不純物成分としてアルカリ性ガス成分が多くなる傾向にある。そのため、エアワッシャの吸収洗浄液として純水を用いた場合、ｐＨ値が通常よりアルカリ性側に偏り、アルカリ性ガス成分の除去性能が外気処理系に比べて低下するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決するためになされたもので、外気処理系及びＣＲ内循環空気処理系において可溶性ガス不純物の除去と加湿を行うと同時に、外気処理系での加湿量を最小限に制御してＣＲ内循環空気処理系での加湿を主に行うようにすることで、加湿エネルギー及び空調コストの大幅な削減を達成すると共に可溶性ガス不純物の除去性能を改善する空気浄化空調装置及び空気浄化空調方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は空気浄化空調装置であり、前述の技術的課題を解決するために以下のような構成とされている。すなわち、本発明は、年間冷房設備である空気浄化空調装置において、室内に供給する外気について可溶性ガス不純物の除去処理及び加湿処理が可能なエアワッシャを備えると共に温度の制御を行う外気処理空調機と、室内を循環する循環空気について可溶性ガス不純物の除去処理及び加湿処理が可能なエアワッシャを備えると共に温度の制御を行う循環空気処理空調機とから構成されていることを特徴とする。
【００１２】
このような構成の空気浄化空調装置では、加湿浄化部において被処理空気を加湿し且つ被処理空気に含まれる可溶性ガス不純物成分を除去するために採用される水と被処理空気との気液接触手段として、水噴霧手段と吸水性又は親水性のエリミネータを用いることができ、このエリミネータとしては加湿性能及びガス吸収性能を有する吸水性素材を使用することができる。
【００１３】
＜本発明における具体的構成＞
本発明の空気浄化空調装置は、前述した必須の構成要素からなるが、その構成要素が具体的に以下のような場合であっても成立する。その具体的構成要素とは、外気処理空調機が、加湿期における外気の予熱或いは再熱熱源として、循環空気処理空調機の排熱を利用することを特徴とする。この排熱は例えば空調機に導かれる熱媒体によって媒介される。
【００１４】
このクリーンルーム室内の排熱、主として生産装置、その他に空調機器などを利用する手段としては、循環空気処理空調機において冷却除湿に用いた水を使用することが好ましい。また、本発明の空気浄化空調装置においては、室温の制御を循環空気浄化空調機の処理風量により行うべく設けられる室温制御装置と、室内の湿度を前記循環空気浄化空調機に送る冷水量により行うべく設けられた湿度制御装置とをそれぞれ備え、これらの室温制御装置と湿度制御装置とにより室温及び湿度の制御をそれぞれ独立して行うようにすることがより好ましい。
【００１５】
更に、本発明の空気浄化空調装置では、外気処理空調機のエアワッシャ及び循環空気処理空調機のエアワッシャのいずれか一方若しくは両方における可溶性ガス不純物除去処理水のｐＨ値を所定の範囲内に制御すべく過剰な極性のイオン成分を除去するイオン成分除去装置を更に設けるようにすることもよい。
【００１６】
更に、本発明は空気浄化空調方法であり、前述の技術的課題を解決するために以下のような構成とされている。すなわち、本発明は、室内に供給する外気について可溶性ガス不純物の除去処理及び加湿処理が可能なエアワッシャを備えると共に温度の制御を行う外気処理空調機と、室内を循環する循環空気について可溶性ガス不純物の除去処理及び加湿処理が可能なエアワッシャを備えると共に温度の制御を行う循環空気処理空調機とから構成される年間冷房設備である空気浄化空調装置において、加湿期における外気処理空調機での加湿量を、処理水の凍結が防止できる範囲内で低温処理することで最少量に抑え、加湿期における不足の加湿分を循環空気処理空調機のエアワッシャによる加湿で補うことを特徴とする。
【００１７】
このような本発明の空気浄化空調方法においては、外気処理空調機における加湿期の予熱或いは再熱熱源として、循環空気処理空調機の排熱を利用するようにすることが好ましい。また、循環空気処理空調機の排熱を利用する手段としては、循環空気処理空調機においてクリーンルーム内空気の冷却除湿に用いた水を使用することが好ましい。
【００１８】
また、循環空気処理空調機の制御方法としては、室温制御を循環空気処理空調機における処理風量により、また湿度を循環空気処理空調機に送る冷水量により、それぞれ独立して制御することができる。更に、外気処理空調機のエアワッシャ及び循環空気処理空調機のエアワッシャのいずれか一方若しくは両方における可溶性ガス不純物除去処理水における過剰な極性のイオン成分を除去して当該可溶性ガス不純物除去処理水のｐＨ値を所定の範囲内に制御することも好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の空気浄化空調装置及び空気浄化空調方法に係る実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る空気浄化空調装置１０を示す構成説明図である。この空気浄化空調装置１０は循環空気処理空調機１１及び外気処理空調機３１を備え、前者の循環空気処理空調機１１は、循環する空気流即ち空気循環系内に設置され、後者の外気処理空調機３１は空気循環系内に外気を、必要な処理を行いながら導入する。
【００２０】
ここで、空気循環系内とは、例えば半導体製造工場等で使用されている、所定量の新鮮外気が導入される３層構造のクリーンルーム（ＣＲ）棟５０を挙げることができる。図１は、前述した空気浄化空調装置１０を構成する循環空気処理空調機１１を３層構造のクリーンルーム（ＣＲ）棟５０の空気循環系に配置して循環空気を浄化空調し、同時に空気循環系の外に設置した外気処理空調機３１で外気を空気循環系に導入する場合の具体的な配置構造を示している。
【００２１】
ＣＲ棟５０内は、天井チャンバ５１、ＣＲ５２、ＣＲの床下であるリターンプレナム５３、及びリターンシャフト５４に区画されており、前述した空気浄化空調装置１０を構成する循環空気処理空調機１１がリターンプレナム５３（この例では床下空間）に設置されている。
【００２２】
この循環空気処理空調機１１の主要な構成としては、図２の拡大図から明らかなように被処理空気を取り込んで通過させるチャンバー１２と、このチャンバー１２を通過する被処理空気を加湿し、同時に可溶性ガス成分の１次除去を行うための加湿浄化部即ちエアワッシャ１３と、このエアワッシャ１３において被処理空気を水と気液接触させるためチャンバー１２内に水を噴霧する水循環系１４と、エアワッシャ１３で処理された空気の冷却を行うと共にエアワッシャ１３で加湿した水分の一部の除湿及び可溶性ガス成分の２次除去を行う冷却除湿浄化部１５とから構成されている。
【００２３】
循環空気処理空調機１１の構成要素であるエアワッシャ１３は、チャンバー１２内を通る被処理空気と水との気液接触手段である。気液接触法としては、特に手段は限定されないが、この実施形態では水噴霧手段による水噴霧と吸水性又は親水性の素材からなるエリミネータとを組み合わせて構成している。
【００２４】
すなわち、エアワッシャ１３は、チャンバー１２内に設置された多数のスプレーノズルを備える水噴霧手段１３ａと、この水噴霧手段１３ａの下流側に設けられ、吸水性又は親水性の素材で形成されたエリミネータ１３ｂとから構成されている。これにより噴霧水滴面及びエリミネータ１３ｂの表面において気液接触面が形成され、被処理空気の加湿及び被処理空気中に含まれる可溶性ガス成分の吸収１次除去がなされる。エリミネータの素材としては、例えば不織布にシリカを添着させたものや三次元網目構造体を例示することができる。
【００２５】
また、水循環系１４は、チャンバー１２内に設置された水噴霧手段１３ａに水を連続的に供給するための手段であり、水噴霧手段１３ａで噴霧され、被処理空気との気液接触により可溶性ガス不純物成分を吸収した吸収液を貯溜すべくチャンバー１２内に設けられた吸収水貯溜タンク１４ａを備えている。この吸収水貯溜タンク１４ａには、これに集められた吸収液を再び水噴霧手段１３ａに供給するため配管１４ｂの一端が接続され、配管の他端は水噴霧手段１３ａに接続され、これにより水循環系１４が構成されている。
【００２６】
水循環系１４を構成する配管１４ｂには、図１及び図２に示されるように循環ポンプ１４ｃが設けられており、この循環ポンプ１４ｃの下流側に純水プラント１６に連通する配管１４ｄが接続され、水循環系１４内を循環する加湿及びガス吸収水の一部が純水プラント１６に戻される。純水プラント１６に戻された加湿及びガス吸収水は、この純水プラント１６で再生され、再び供給用の配管１４ｅを介して水循環系１４の吸収水貯溜タンク１４ａに供給される。
【００２７】
チャンバー１２内において吸収水貯溜タンク１４ａの下流側には、冷却除湿浄化部１５が設置され、この冷却除湿浄化部１５は、具体的には冷却除湿コイルで構成されている。この冷却除湿浄化部１５には冷水循環系１７（冷水往き管１７ａ及び冷水還り管１７ｂで主に構成されている）によって冷水が循環され、これにより冷却除湿浄化部１５を通過する１次処理空気の除湿がなされる。
【００２８】
その際、冷却除湿浄化部１５、例えば冷却除湿コイル表面には除湿による結露水ができるため、この結露水と通過空気との気液接触により１次処理空気中に残存する可溶性ガス不純物成分の吸収除去（２次除去）がなされる。この冷却除湿浄化部１５では、冷却コイルに流れる熱媒に対し、従来の結露防止のための流量制御でなく、室内の湿度が所定値になるように除湿のための流量制御を行うようにされている。
【００２９】
この冷却除湿浄化部１５の下流側におけるチャンバー１２は、上面、下面、両側部が閉塞され、一方上流側は被処理空気の流路が開放され、チャンバー１２の下流側空間内には、送風機１８が設置されている。この送風機１８は、チャンバー１２内の下流側に出た処理空気をチャンバーの外部に送風するものである。これにより送風機１８が作動されると、被処理空気はチャンバー１２の一端開口部から内部に導入され、エアワッシャ１３及び冷却除湿浄化部１５を順次通過して処理され、その後処理空気はチャンバー１２の下流側空間部から送風機１８により外部即ちリターンプレナム５３に送出される。
【００３０】
この空気浄化空調装置１０において、冷却能力は処理風量を変えることによって制御される。すなわち、図１に示されるようにＣＲ５２内に設置した温度センサ１９により検出される被処理空気の温度に基づいて、温度制御装置と湿度制御装置とが一体的に組み付けられ又は構成された温湿度制御装置２０が送風機１８の送風量を制御する。その場合、被処理空気の温度が設定値より高い場合には、送風量を増やして冷房能力を増大し、他方、被処理空気の温度が設定値より低い場合には、送風機１８による送風量を減らして（後述するファンフィルタユニットによる空気循環を主とし）冷房能力を減少させる。
【００３１】
また、この空気浄化空調装置１０では、ＣＲ５２内に設置した湿度センサ２１の湿度が常に一定になるように温湿度制御装置２０を介して冷却除湿浄化部１５を構成する冷却除湿コイルへ冷水循環系１７により循環される冷水量を制御することにより冷却除湿浄化部１５での冷却除湿温度が制御される。
【００３２】
送風機１８の送風口には送気管２２を介して分散給気ヘッダー２３が取り付けられ、この分散給気ヘッダー２４は、リターンプレナム５３からリターンシャフト５４に連通する付近に配置されている。分散給気ヘッダー２３は、両端部が閉塞された中空円筒体の周面に多数の送気穴が形成されたもので、リターンプレナム５３の奥行き方向に延出している。送風機１８から送気管２２を介して分散給気ヘッダー２３に送風された処理空気は多数の送気穴からリターンプレナム５３内に分散送気される。
【００３３】
ＣＲ棟５０内の空気は、天井チャンバ５１→ＣＲ５２→リターンプレナム５３→及びリターンシャフト５４→天井チャンバ５１へ戻る流れで循環し、天井チャンバ５１に設置されているファンフィルタユニット５５によって塵埃を除去され、それより下流のＣＲ５２が最も清浄な雰囲気に維持されている。
【００３４】
このＣＲ５２内の空気は、リターンプレナム５３に設置された循環空気処理空調機１１に導入され、ＣＲ５２内で発生した排熱の冷却処理及び加湿期の加湿、並びに外気より持ち込まれたり、又はＣＲ５２内で発生した可溶性ガス不純物成分の除去が行われる。ＣＲ５２では製造装置等からの排気があるため、それを補給すべく常に新鮮外気が外気処理空調機３１を介して導入されている。
【００３５】
本発明の空気浄化空調装置１０では、加湿はＣＲ棟５０のリターンプレナム５３に設置された循環空気処理空調機１１により主として行うため、本実施形態において示された外気処理空調機３１での加湿処理は最小限である。すなわち、日本では秋から春の加湿期においては外気処理空調機３１での加湿量を、処理水の凍結が起こらない範囲内での低温処理により最少量に抑え、当該加湿期にける不足の加湿分を前述した循環空気処理空調機１１で行って補う。
【００３６】
この外気処理空調機３１では、筒状のハウジングにおける軸方向一端に開放している外気取入れ口側からプレフィルタ３２、予熱コイル３３、中性能フィルタ３４、冷却コイル３５、エアワッシャ３６、再熱コイル３７、送風機３８及びＨＥＰＡフィルタ３９を下流側（空気の進行方向）に向かって順次配置して構成されている。
【００３７】
外気処理空調機３１におけるエアワッシャ３６は、前述した循環空気処理空調機１１におけるエアワッシャ１３と実質的に同様な構成であり、水循環系４０を構成する循環ポンプ４０ｂによって吸収水貯溜タンク４０ａ内の水を水噴霧手段に連続的に供給し、外気との気液接触を行わせるようになっている。
【００３８】
この外気処理空調機３１は、図１に示されるようにＣＲ棟５０の外部に設置され、この外気処理空調機３１の他端に接続された導入管４１がＣＲ棟５０のリターンプレナム５３内における上流側空間即ち循環空気処理空調機１１より上流側に設置されている。これにより、前述したようにＣＲ５２内における各種製造装置等により排気された分の新鮮外気が外気処理空調機３１を介してＣＲ棟５０内に導入されて補給される。
【００３９】
次に、この空気浄化空調装置１０の動作について説明する。ＣＲ棟５０内の空気は、前述した循環経路を通過中にその一部が空気浄化空調装置１０の循環空気処理空調機１１に導入され、ここでＣＲ棟５０内で発生した排熱を処理し所定の室温になるように制御される。具体的には、最初に、ＣＲ棟５０内の被処理空気は、リターンプレナム５３に設置された循環空気処理空調機１１のチャンバー１２に導入され、エアワッシャ１３を通過し、その際に純水と気液接触させられる。
【００４０】
すなわち、チャンバー１２内では純水が水噴霧手段１３ａから連続的に噴霧され、チャンバー１２を流通する被処理空気と気液接触し、導入空気の温湿度より水加湿される等エンタルピ変化し、相対湿度７５〜８５％に加湿される。同時に、このエアワッシャ１３において被処理空気と純水との気液接触により被処理空気中に存在している可溶性ガス不純物成分の一部が純水中に溶解し、吸収除去（１次除去）される。
【００４１】
噴霧された純水は、下流側に設けられたエリミネータ１３ｂに到達し、このエリミ面（気流を遮る面）を濡らし、そこでも加湿と可溶性ガス不純物が吸収除去される。なお、加湿に必要な熱（気化熱）は、導入空気の持つ熱を利用している。このようにして可溶性ガス不純物を吸収した純水は、吸収水貯溜タンク１４ａに溜まり、再び水循環系１４を介して水噴霧手段１３ａから噴霧される。つまり、純水循環系１４では純水が循環ポンプ１４ｃによって連続的に循環している。
【００４２】
この循環を繰り返している内に、水循環系１４の純水中の可溶性ガス不純物濃度は経時的に高まると同時にその水質が酸性又はアルカリ性のいずれかに偏っていく。純水中の可溶性ガス濃度が所定の濃度よりも高くなると純水のガス吸収効率が悪くなるので、水循環系１４内の純水は、排水用の配管１４ｄから所定量が純水プラント１６に戻される。純水プラント１６に戻した水量と加湿した水量の分は、新たに補給水として純水プラント１６から新たな純水が補給用の配管１４ｅを介して補給され続けている。これにより純水中の可溶性ガス不純物濃度はほぼ所定値以下になるように管理されている。
【００４３】
エアワッシャ１３で加湿され且つ可溶性ガス不純物成分が１次除去された空気（１次処理空気）は、次に冷却除湿浄化部１５に導入され、ここで除湿されると共に前述したエアワッシャ１３では除去しきれずに残存する可溶性ガス不純物成分の２次除去が行われる。冷却除湿浄化部１５で冷却除湿された処理空気は、送風機１８により分散給気ヘッダー２３に送風され、ＣＲ棟５０内のリターンシャフト５４近傍のリターンプレナム５３に分散給気される。
【００４４】
他方、外気処理空調機３１においては、フィルタによる除塵、並びにエアワッシャ３６による可溶性ガス不純物の除去及び所定の給気温度になるように温調制御された外気をＣＲ棟５０内のリターンプレナム５２に供給する。この際、加湿期におけるエアワッシャ３６での外気の加湿は、処理温度の低下による凍結を防止できる範囲内で最少加湿量となるように予熱コイル３３でエアワッシャ３６より上流空気の温度を制御する。
【００４５】
加湿後、空気温度は低下するため、外気を供給するＣＲ５２内が露点温度以下にならないように再熱コイル３７で再熱を行っている。ＣＲ内循環空気処理系内における循環空気処理空調機１１による温湿度の制御について、温度は処理空気量の制御により、また湿度は冷水量の制御により行うことで、互いに独立した制御を行い、これにより高い制御性能を得ることができる。
【００４６】
ここで、ＣＲ５２内の温湿度の制御方法について更に詳細に説明する。ＣＲ５２内の温度は、ＣＲ５２内に設置した温度センサ１９でモニタされ、設定温度に対して循環空気処理空調機１１における送風量を温湿度制御装置２０によってフィードバック制御する。例えば、ＣＲ５２内の温度が設定温度より高くなった場合には、送風機１８の風量を増加させる。
【００４７】
処理空気の吹き出し温度は、設定温度より常に低いため（例えば、設定温湿度が２３℃、４５％では、吹き出し温度１２〜１５℃）、風量が増加すると、冷却能力が増加し、室温は低下する。ＣＲ５２内の温度が設定温度である場合には、風量はそのまま維持される。逆に、ＣＲ５２内の温度が設定温度より低くなった場合には、送風機１８による送風量を減少させ（つまり、ファンフィルタユニット５５に取り付けてある送風機による空気循環を主とすることで空気を循環させ）、冷却能力を下げて室温を上昇させる。
【００４８】
次に、加湿期における外気及びＣＲ内循環空気の空調処理フローを図３に示す空気線図で説明する。図３の空気線図には、ａ点〜ｋ点の各状態点が示され、ａ点はＣＲ５２内の設定条件、ｂ点はリターンプレナム５３の上流空間における空気の状態、ｃ点は外気混合後の循環空気の状態、ｄ点は加湿洗浄後の空気の状態、ｅ点は冷却除湿後の空気の状態、ｆ点は循環空気処理空調機１１で処理された空気の状態、ｇ点は循環空気処理空調機１１で処理された空気と循環空気との混合後の状態、ｈ点は外気の状態、ｉ点は外気処理空調機におけるエアワッシャ上流における予熱後の空気の状態、ｊ点は外気処理空調機におけるエアワッシャ後の最少加湿後の空気の状態、ｋ点は外気処理空調機出口での再熱後の空気の状態を示す。
【００４９】
低温低湿の外気（状態点ｈ）は、予熱コイル３３で状態点ｉまで予熱された後、エアワッシャ３６で状態点ｊまで加湿される。状態点ｉの予熱温度（この場合は９℃）は、状態点ｊの温度が凍結しない温度（０℃以上で、この場合は２℃以上としている）になるように設定する。実際の予熱温度は、設置地域の気象条件によって個々に決定する。加湿空気（状態点ｊ）は状態点ｋまで再熱コイル３７により再熱される。状態点ｋの再熱温度は、ＣＲ５２内の設定露点温度（例えば、２３℃、４５％であれば、１０．５℃）以上とする。この場合は、少し余裕を見て１２℃としている。状態点ｋが外気処理空調機３１のＣＲ５２内への供給空気条件となる。
【００５０】
ＣＲ循環空気処理系では、状態点ａが設定温湿度であり、これはＣＲ５２内の温湿度センサ設置地点の条件である。ＣＲ５２内空気は、室内の製造装置等の発熱負荷により状態点ｂまで上昇し、リターンプレナム５３に送風される。リターンプレナム５３では、処理外気（状態点ｋ）と混合されて状態点ｃとなる。混合後の循環空気（状態点ｃ）の一部が循環空気処理空調機１１に導入され、まずエアワッシャ１３で加湿されて状態点ｄとなる。
【００５１】
次に、冷却除湿浄化部１５で冷却除湿されて状態点ｅとなる。状態点ｅは、ＣＲ内循環空気の加湿量によって決定し、加湿量が多い場合には冷水量を増加させて除湿量を少なくする。逆に、加湿量が少ない場合には、冷水量を減らし除湿量を多くする。除湿後の空気温度は、送風機発熱や送風摩擦などにより少し上昇し状態点ｆとなる。
【００５２】
循環空気処理空調機１１の処理空気（状態点ｆ）と循環空気（状態点ｃ）が混合されると、状態点ｇになる。状態点ｇ〜状態点ａへの温度上昇は、ＣＲ棟５０内の生産装置の他、天井部に装着されているファンフィルタユニット５５や照明器具などの発熱による。
【００５３】
このような、加湿器における外気及びＣＲ内循環空気の空調処理フローからも明らかなように、この第１実施形態の空気浄化空調装置１０では、加湿期における外気処理空調機での加湿量を、処理水の凍結が防止できる範囲内で低温処理することで最少量に抑え、加湿期における不足の加湿分を循環空気処理空調機のエアワッシャによる加湿で補うようにすることで、ＣＲ内の最適な温湿度調整と浄化を行いながら、従来外気処理系で要していた加熱エネルギーの大幅な削減を達成することができる。
【００５４】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る空気浄化空調装置１１０をＣＲ棟５０に対して設備した場合の構成説明図である。第２実施形態に係る空気浄化空調装置１１０を構成する循環空気処理空調機と外気処理空調機は第１実施形態のものと実質的に同じ構造であるので同一の参照符号を付けてその詳細な説明を省略する。
【００５５】
第２実施形態に係る空気浄化空調装置１１０と第１実施形態の空気浄化空調装置１０との相違点は、循環空気処理空調機１１における冷水循環系の冷水還り（水温１２〜１７℃）を、外気処理空調機３１での加湿期の外気の予熱及び再熱の熱源として、或いは除湿期の外気の予冷として利用する点である。
【００５６】
具体的な構成としては、冷凍機１１１が設置され、この冷凍機１１１の冷水導出口が循環空気処理空調機１１の冷却除湿浄化部１５への冷水循環系１７を構成する冷水往き管１７ａに接続され、冷水還り管１７ｂは冷凍機１１１の冷水導入口に接続されている。この冷水還り管１７ｂは分岐し、その分岐管１１２が外気処理空調機３１の予熱コイル３３と再熱コイル３７に接続され、冷却除湿浄化部１５から出た冷水がこれら予熱コイル３３と再熱コイル３７に送られるようになっている。
【００５７】
予熱コイル３３と再熱コイル３７の各冷水出口にはそれぞれ配管１１３の一端が接続され、これらの配管の他端は合流して冷凍機１１１の冷水導入口に直接接続されるか若しくは冷水還り管１７ｂ（分岐管１１２の分岐点より下流側の管部）に接続されている。なお、冷凍機１１から冷却除湿浄化部１５及び外気処理空調機３１への冷水循環系１７における適所にバルブを設けることができる。
【００５８】
このように構成することによって、加湿期においてはＣＲ５２の排熱を加熱源にすることにより加熱エネルギーの節減を図ることができ、また除湿期においては還りの冷水温度より高い空気を予冷した外気を使用することにより冷水の温度差を大きくし、送水動力の削減を達成することができる。なお、外気の処理及びＣＲ棟５０内における循環空気の処理フローは第１実施形態の場合と同じであるので説明を省略する。
【００５９】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る空気浄化空調装置２１０をＣＲ棟５０に設置した場合の構成説明図である。第３実施形態に係る空気浄化空調装置２１０を構成する循環空気処理空調機と外気処理空調機は第１実施形態のものと実質的に同じ構造であるので同一の参照符号を付けてその詳細な説明を省略する。
【００６０】
第３実施形態に係る空気浄化空調装置２１０と第１実施形態の空気浄化空調装置１０との相違点は、循環空気処理空調機１１と外気処理空調機３１とにおける各エアワッシャ１３、３６を通る循環水のｐＨ値を所定の範囲内に制御するためのｐＨ制御装置２１１を空気浄化空調装置２１０に組み込んだことである。
【００６１】
具体的な構成として、循環空気処理空調機１１においては、水循環系１４を構成する配管１４ｂに設けられた循環ポンプ１４ｃと並列にｐＨ制御装置２１１が設置され、また外気処理空調機３１においては、水循環系４０を構成する吸収水貯溜タンク１４ａを介してエアワッシャ３６に水を循環させる循環ポンプ４０ｂと並列にｐＨ制御装置２１１が設置されている。
【００６２】
ところで、以前に、本発明者等は、エアワッシャを通る循環水のｐＨ値が所定の範囲から偏った場合に、足りない方の極性のイオン成分をｐＨ調整薬として加えて制御する、という技術を開発した。しかし、この発明の空気浄化空調装置２１０において用いるｐＨ制御装置２１１としては、足りない方の極性のイオン成分をｐＨ調整薬として加えて制御するという方式とはまったく逆の手段、即ち過剰な方の極性のイオンを分離排除することによってｐＨ値を所定の範囲に制御することによって、ｐＨ制御と同時に循環水の汚染レベルの改善を図るものである。
【００６３】
これにより、結果的に可溶性ガス不純物の除去性能の制御と共に使用水量（補給水量）の削減も達成することができる。一般的には、外気中に酸系ガス成分が多く、そのため外気処理系である外気処理空調機３１におけるエアワッシャ３６での循環水のｐＨ値は酸性側に偏る。従って、このような場合には、循環水中に含まれる負イオン成分（アニオン）をｐＨ制御装置２１１によって分離除去することによって循環水のｐＨ値が酸性側に大きく偏らないように制御する。
【００６４】
一方、ＣＲ棟５０内を循環する空気中にはアンモニアガスなどのアルカリ性ガス成分が多く含まれる傾向があり、そのためＣＲ内循環空気処理系である循環空気処理空調機１１におけるエアワッシャ１３での循環水のｐＨ値はアルカリ性側に偏る場合が多い。従って、エアワッシャ１３に用いる循環水中に含まれる正イオン成分（カチオン）をｐＨ制御装置２１１によって分離除去することによって循環水のｐＨ値がアルカリ性側に偏らないように制御する。
【００６５】
なお、本発明の空気浄化空調装置は、循環空気処理空調機１１及び外気処理空調機３１に設けられる各エアワッシャ１３、３６の方式や形態で限定されるものではない。なぜならば、噴霧の有無、濡れ面を大きくするための充填材の有無、或いは吸水性エリミネータの有無などは、本発明の効果に影響するものではないからである。
【００６６】
また、循環空気処理空調機１１及び外気処理空調機３１に設けられる送風機の位置も、本発明の効果に影響するものではないため、本発明がこのことで限定されるものではない。このような送風機は、循環空気処理空調機１１ではエアワッシャ１３と冷却除湿浄化部１５との間や最上流部、外気処理空調機３１ではエアワッシャ３６と再熱コイル３７との間や最上流部に設置されていてもよい。
【００６７】
循環空気処理空調機１１における風量制御方法は、インバータによる回転数制御或いは電動ダンパによる制御など、その方式について限定されるものではない。また、冷水量の制御は、２方弁或いは３方弁のどちらを用いてもよく、取り付け位置も冷水の往き側或いは還り側のどちらでもよい。温湿度センサの位置は、前述した第１実施形態ではＣＲ５２内に設置しているが、リターンプレナム５３、リターンシャフト５４、天井チャンバ５１のいずれに設置しても性能を変えるものではない。
【００６８】
更に、循環空気処理空調機１１の設置位置も、リターンプレナム５３或いはリターンシャフト５４のどちらでもよい。更にまた、外気処理空調機３１で処理された外気のＣＲ棟５０への供給場所としては、前述の第１実施形態ではリターンプレナム５３における循環空気処理空調機１１より上流側としているが、循環空気処理空調機１１の下流側或いはリターンシャフト５４内や天井チャンバ５１内であってもよい。
【００６９】
なお、本発明の空気浄化空調装置では、図１に示されるように外気処理空調機３１における予熱コイル３３の下流側に温度センサ４２を設け、この温度センサ４２を用いて予熱コイル３３を通過する外気が例えば常に９℃になるように加熱量を制御することも好ましい。或いは、このような手段に代えて、吸収水貯溜タンク４０ａ内に温度センサ４２を配置してこの水温が例えば５℃を下廻らないように予熱コイル３３の加熱量を制御することも好ましい。
【００７０】
この他、外気処理空調機３１で除湿浄化処理された外気をＣＲ棟５０内に導入する導入管４１内に温度センサ４２を設け、例えば１２℃（室温２３℃、湿度４５％の場合。但し、クリーンルーム設計条件ににより異なる）になるように、導入管４１からの吹出外気の温湿度を制御することも好ましい。このような導入管４１からの吹出外気の温湿度制御は、ＣＲ棟５０内への突出する導入管４１の吐出部での結露の発生を防ぐことができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の空気浄化空調装置及び空気浄化空調方法によれば、室内に外気を導入する外気処理空調機に可溶性ガスの除去処理と加湿処理が可能なエアワッシャを設け、また室内を循環する空気を処理する循環空気処理空調機にも同様なエアワッシャを設け、加湿期の加湿に関して外気処理系のエアワッシャでは凍結しない程度の最少の加湿量に抑え、排熱利用が容易な循環空気処理空調機のエアワッシャでの加湿を主に行うことにより、従来外気処理系で要していた加熱エネルギーの大幅な削減を達成することができる。
【００７２】
また、本発明の空気浄化空調装置及び空気浄化空調方法によれば、前述した加熱エネルギーの大幅な削減と同時に、外気の加熱を削減した分だけ、供給外気の冷却能力が増加することから循環空気処理空調機で使用する冷却エネルギーも節約することができる。
【００７３】
更に、ＣＲ内の可溶性ガス成分濃度に関しても、外気処理系及びＣＲ内循環空気処理系で除去を行うようにしたことから、可溶性ガス成分の最大の削減効果を得ることができる。加えて、外気処理空調機での最少加湿時の加熱源として、循環空気処理空調機で使用した還りの冷水を利用するようにしたことから、結果的にＣＲ内の排熱が利用でき、加熱エネルギーのさらなる削減を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】所定量の新鮮外気が導入される３層構造のクリーンルーム棟に対して本発明の第１実施形態に係る空気浄化空調装置を設置して示す構成説明図である。
【図２】図１に示される空気浄化空調装置の構成部分である循環空気処理空調機を拡大して示す部分的な構成説明図である。
【図３】図１に示される空気浄化空調装置による加湿期における外気及びＣＲ内循環空気の空調処理フローを示す空気線図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る空気浄化空調装置をクリーンルーム棟に対して設置した状態で示す構成説明図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る空気浄化空調装置をクリーンルーム棟に対して設置した状態で示す構成説明図である。
【符号の説明】
１０空気浄化空調装置
１１循環空気処理空調機
１２チャンバー
１３エアワッシャ（加湿浄化部）
１３ａ水噴霧手段
１３ｂエリミネータ
１４水循環系
１４ａ吸収水貯溜タンク
１４ｂ配管
１４ｃ循環ポンプ
１４ｄ配管
１４ｅ配管
１５冷却除湿浄化部
１６純水プラント
１７ａ冷水循環系の往き配管
１７ｂ冷水循環系の還り配管
１８送風機
１９温度センサ
２０温湿度風量制御装置
２１湿度センサ
２２送気管
２３分散給気ヘッダー
３１外気処理空調機
３２プレフィルタ
３３予熱コイル
３４中性能フィルタ
３５冷却コイル
３６エアワッシャ
３７再熱コイル
３８送風機
３９ＨＥＰＡ
４０水循環系
４０ａ吸収水貯溜タンク
４０ｂ循環ポンプ
４１導入管
４２温度センサ
５０クリーンルーム（ＣＲ）棟
５１天井チャンバ
５２クリーンルーム（ＣＲ）
５３リターンプレナム
５４リターンシャフト
５５ファンフィルタユニット
１１０空気浄化空調装置（第２実施形態）
１１１冷凍機
１１２分岐管
１１３配管
２１０空気浄化空調装置（第３実施形態）
２１１ｐＨ制御装置

Claims

年間冷房設備である空気浄化空調装置において、
室内に供給する外気について可溶性ガス不純物の除去処理及び加湿処理が可能なエアワッシャを備えると共に温度の制御を行う外気処理空調機と、
前記室内を循環する循環空気について可溶性ガス不純物の除去処理及び加湿処理が可能なエアワッシャを備えると共に温度の制御を行う循環空気処理空調機とを備え、
前記外気処理空調機は、前記外気を、加湿前に該外気処理空調機に備えられた予熱コイルによって予熱された温度から加湿によって処理水が凍結する温度まで下がらない範囲内で低温処理することで、加湿量を最少量に抑え、
前記循環空気処理空調機は、該空気浄化空調装置全体における加湿の目標値に対して不足の加湿分を、該循環空気処理空調機の前記エアワッシャによる加湿で補うことを特徴とする、
空気浄化空調装置。
室温の制御を前記循環空気処理空調機の処理風量により行うべく設けられる室温制御装置と、室内の湿度を前記循環空気処理空調機に送る冷水量により行うべく設けられた湿度制御装置とをそれぞれ備え、これらの室温制御装置と湿度制御装置とにより室温及び湿度の制御をそれぞれ独立して行うことを特徴とする請求項１に記載の空気浄化空調装置。
前記外気処理空調機の前記エアワッシャ及び前記循環空気処理空調機の前記エアワッシャのいずれか一方若しくは両方における可溶性ガス不純物除去処理水のｐＨ値を所定の範囲内に制御すべく過剰な極性のイオン成分を除去するイオン成分除去装置を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の空気浄化空調装置。
請求項１から３の何れか一項に記載の空気浄化空調装置において、
前記外気処理空調機での加湿量を、加湿前に該外気処理空調機に備えられた予熱コイルによって予熱された温度から加湿によって処理水が凍結する温度まで下がらない範囲内で前記外気を低温処理することで最少量に抑え、前記空気浄化空調装置全体における加湿の目標値に対して不足の加湿分を前記循環空気処理空調機の前記エアワッシャによる加湿で補うことを特徴とする空気浄化空調方法。
前記外気処理空調機における加湿期の外気予熱或いは再熱熱源として、前記循環空気処理空調機の排熱を利用することを特徴とする請求項４に記載の空気浄化空調方法。
前記循環空気処理空調機の排熱を利用する手段として、前記循環空気処理空調機において冷却除湿に用いた水を使用することを特徴とする請求項５に記載の空気浄化空調方法。