(57)【要約】【課題】  自然冷却を有効に利用することにより冷凍機の消費動力を減らし、省エネルギー化された効率の良いクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備を提供すること。【解決手段】  複数の冷却塔の上流と下流側のヘッダを分割しバルブで結合し、これらと冷凍機間の配管もバルブで結合し、外気温センサにより各々のバルブ開閉場所と開度を自動制御回路を用いて変更することにより、効率良く運転し、冷凍機の消費電力を低減し、省エネルギー運転を実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側と下流側とにヘッダが設けられた第１の冷却塔と、
冷凍機と、
前記第１の冷却塔と前記冷凍機とを接続する第１のバルブと、
前記冷凍機と前記第１の冷却塔の上流ヘッダとを接続する冷却水系配管と、
上流側と下流側とにヘッダが設けられた第２の冷却塔と、
前記第２の冷却塔と前記冷凍機とを接続する第２のバルブと、
前記冷凍機とクリーンルームに設けられたドライコイルとを接続するとともに、前記ドライコイルと前記第２の冷却塔の上流側ヘッダとを接続する冷水系配管と、
前記第１の冷却塔の前記上流側のヘッダと前記第２の冷却塔の前記上流側のヘッダとを接続する第３のバルブと、
前記第１の冷却塔の下流側のヘッダと前記第２の冷却塔の下流側のヘッダとを接続する第４のバルブと、
前記第２のバルブと前記冷凍機との間の配管に一端が接続され、他端が前記冷水系配管に接続されたバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられた第５のバルブと、
クリーンルームの外気温を測定する外気温度測定センサと、
前記外気温度測定センサによって検出された外気温に基づいて前記第１乃至第５のバルブの開閉量を制御する制御装置と、
を備えたことを特徴とするクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備。
【請求項２】
前記冷凍機と前記ドライコイルとの間には第１の温度センサが設けられ、
前記制御装置は、前記第１の温度センサの検出温度に基づいて前記冷凍機をオン、オフ制御することを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備。
【請求項３】
前記第１の冷却塔と前記第１のバルブとの間には第２の温度センサが設けられ、
前記第２の冷却塔と前記第２のバルブとの間には第３の温度センサが設けられ、
前記制御装置は、前記第２の温度センサの検出温度に基づき前記第１の冷却塔の運転状況を制御するとともに、前記第３の温度センサの検出温度に基づき前記第２の冷却塔の運転状況を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーンルーム内顕熱処理用熱源設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体や精密機器等の製造、検査を行なうクリーンルームでは、高い精度を保つためにクリーンルーム内の温度が厳しく管理される。クリーンルーム内では製造装置や他の機器からの発熱により室内の温度が高くなるため、年間を通じて室内のドライコイル（顕熱処理コイル）を冷却して、室内の恒温化を図っている。図５は従来のドライコイル冷却装置の構成図である。
【０００３】
顕熱処理用熱源設備５０にはドライコイル９、冷却塔５１、冷凍機５２、冷水槽５３、熱交換器５４が備えられている。
【０００４】
冷凍機５２は、冷却塔５１からポンプ５５により供給された自然冷却の冷却水を用いて低温の冷水を製造する。この冷水は、ポンプ５６により冷水槽５３へ供給された後、ポンプ５７により熱交換器５４へ供給される。熱交換器５４では、ドライコイル９と熱交換器５４との間をポンプ５８により循環する冷却水の冷却を、供給された冷水により行なう。
【０００５】
例えば、冷凍機５２は、冷却塔５１により冷却された３２度の冷却水を用いて、約７度の冷水を製造し、冷水槽５３へ供給する。熱交換器５４は、ドライコイル９より戻る約２０度の冷却水を、供給された約７度の冷水により１５度程度まで冷却する。このような顕熱処理が年間を通じて行なわれる。
【０００６】
そして、このような構成のクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備５０は、低温（７度）の冷水を製造するため、構成機器のなかで最も消費動力の大きい冷凍機５２を年間通してフル稼働させる必要があった。また、冷水槽５３を用いるため、冷水を送水する配管系が開放系となり、ポンプの台数が増え、冷水の搬送動力も増大していた。
【０００７】
このような問題を解消するため、最近では、省エネルギー化の試みが行なわれ、例えば、外気とのヒートパイプによる熱交換と、冷凍機により製造された冷水とのヒートパイプによる熱交換とを、外気の条件に合わせて使いわけることにより、消費動力を低減させる顕熱除去機構が提案されている（例えば、特許文献１参照。)。
【特許文献１】特開平１１−３２５５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の顕熱除去機構では、夏期や中間期において、要求されるクリーンルーム内の温度より外気温が高い場合は、外気との熱交換が行なえないため、冷凍機をフル稼働させる必要がある。また、外気条件に合わせて冷凍機の稼動状況を調整することが困難であった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、自然冷却を有効に利用することにより冷凍機の消費動力を削減し、省エネルギー化された効率の良いクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、上流側と下流側とにヘッダが設けられた第１の冷却塔と、冷凍機と、前記第１の冷却塔と前記冷凍機とを接続する第１のバルブと、前記冷凍機と前記第１の冷却塔の上流ヘッダとを接続する冷却水系配管と、上流側と下流側とにヘッダが設けられた第２の冷却塔と、前記第２の冷却塔と前記冷凍機とを接続する第２のバルブと、前記冷凍機とクリーンルームに設けられたドライコイルとを接続するとともに、前記ドライコイルと前記第２の冷却塔の上流側ヘッダとを接続する冷水系配管と、前記第１の冷却塔の前記上流側のヘッダと前記第２の冷却塔の前記上流側のヘッダとを接続する第３のバルブと、前記第１の冷却塔の下流側のヘッダと前記第２の冷却塔の下流側のヘッダとを接続する第４のバルブと、前記第２のバルブと前記冷凍機との間の配管に一端が接続され、他端が前記冷水系配管に接続されたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられた第５のバルブと、クリーンルームの外気温を測定する外気温度測定センサと、前記外気温度測定センサによって検出された外気温に基づいて前記第１乃至第５のバルブの開閉量を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１によれば、クリーンルーム内顕熱処理用熱源設備には、冷凍機の冷却水が、第１の冷却塔と冷凍機とをポンプを介して循環する冷却水系配管と、冷凍機で冷却された冷水が、第２の冷却塔、冷凍機、及びドライコイルとをポンプを介して循環する冷水系配管が設けられている。
【００１２】
第１の冷却塔、第２の冷却塔には、それぞれ上流側と下流側にヘッダが設けられ、冷却水系配管と冷水系配管とは、上流側のヘッダと下流側のヘッダとがバルブを介して相互に接続される。これにより、それぞれの冷却塔で冷却された冷却水は、バルブの開閉により共用される。各冷却塔から供給される冷却水の温度と、ドライコイルへ供給される冷却水の温度は温度センサにより計測される。
【００１３】
従来は、年間を通して低温（７度）の冷水を冷凍機で製造してドライコイルの冷却水の冷却を行なっていた。しかし、本発明のクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備は密閉系の配管と装置とによって構成されているため、冷凍機では１５度程度の比較的高温の冷却水を製造すればよい。
【００１４】
また、外気温が低く、冷却塔により冷却水の温度を１５度程度まで下げることが可能である場合には、冷凍機を停止させ、冷却塔による自然冷却により冷却された冷却水をドライコイルへ供給する。この時、ヘッダを接続するバルブを開放すれば冷却塔で冷却されたすべての冷却水を冷水系配管へ供給可能となり、ドライコイルの冷却効率が上がる。
【００１５】
これらにより、冷凍機の消費動力を削減し、省エネルギー化された効率の良いクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備を提供可能となる。
【００１６】
本発明の請求項２は請求項１において、前記冷凍機と前記ドライコイルとの間には第１の温度センサが設けられ、前記制御装置は、前記第１の温度センサの検出温度に基づいて前記冷凍機をオン、オフ制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項２によれば、冷凍機よりドライコイルへ供給される冷却水の温度が、ドライコイルで冷却を行なうのに十分低い場合、冷凍機を停止させる。これにより、省エネルギー化された効率の良いクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備を提供可能となる。
【００１８】
本発明の請求項３は、請求項１又は請求項２において、前記第１の冷却塔と前記第１のバルブとの間には第２の温度センサが設けられ、前記第２の冷却塔と前記第２のバルブとの間には第３の温度センサが設けられ、前記制御装置は、前記第２の温度センサの検出温度に基づき前記第１の冷却塔の運転状況を制御するとともに、前記第３の温度センサの検出温度に基づき前記第２の冷却塔の運転状況を制御することを特徴とする。
【００１９】
請求項３によれば、冬期や中間期など、冷却塔をフル稼働せずとも十分に低温な冷却水が得られる場合には、冷却塔の動力を低減させて必要以上の消費動力を抑える。これにより、省エネルギー化された効率の良いクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備が提供できる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明のクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備によれば、自然冷却を有効に利用することにより冷凍機の消費動力を減らしたので、省エネルギー化された効率の良いクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面に従って本発明に係るクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備について説明する。図１は本発明に係るクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備を示した構成図である。
【００２２】
本発明に係る顕熱処理用熱源設備（以下、熱源設備という）１は、密閉式冷却塔である第１の冷却塔２と第２の冷却塔３、及び冷凍機４を備えている。
【００２３】
密閉式冷却塔の第１の冷却塔２は、上流側にヘッダ２３、下流側にヘッダ２５が設けられ、モータ２１で駆動する。第１の冷却塔２と、冷凍機４の冷却を行なう冷却通路４ａとは、第１のバルブ５を介して接続される。冷却通路４ａは更にヘッダ２３と接続され、冷却水系配管６が構成される。
【００２４】
第１の冷却塔２と、第１のバルブ５との間には、第２の温度センサ１９が設けられ、第１の冷却塔２から供給される冷却水の温度が検出される。
【００２５】
密閉式冷却塔の第２の冷却塔３は、上流側にヘッダ２４、下流側にヘッダ２６が設けられ、モータ２２で駆動する。第２の冷却塔３と、冷凍機４での冷却が行なわれる冷却通路４ｂとは、第２のバルブ７を介して接続される。更に、冷却通路４ｂとクリーンルーム８内のドライコイル９とが接続されるとともに、ドライコイル９からヘッダ２４へ接続され冷水系配管１０が構成される。
【００２６】
第２の冷却塔３と、第２のバルブ７との間には、第３の温度センサ２０が設けられ、第２の冷却塔３から供給される冷却水の温度が検出される。冷凍機４とドライコイル９との間には、第１の温度センサ１８が設けられ、冷凍機４より供給される冷却水の温度が検出される。
【００２７】
冷却水系配管６と冷水系配管１０とは、ヘッダ２３と、ヘッダ２４とが第３のバルブ１１を介して互いに接続される。更に、冷却水系配管６と冷水系配管１０とは、ヘッダ２５と、ヘッダ２６とが第４のバルブ１２によって互いに接続されている。
【００２８】
冷水系配管１０には、第２のバルブ７と冷凍機４との間の配管に一端が接続され、他端がドライコイル９とヘッダ２４とを接続する配管に接続されたバイパス配管２８が設けられている。バイパス配管２８には、第５のバルブ１３が設けられている。
【００２９】
冷却水系配管６と、冷水系配管１０とにおける冷凍機４の入口には、ポンプ１４，１５がそれぞれ配設され、冷却水系配管６と、冷水系配管１０との送水を行なっている。
【００３０】
熱源設備１の外部には、外気温測定センサ１６が備えられ、外気温の検出を行なう。第１の温度センサ１８、第２の温度センサ１９、第３の温度センサ２０、及び外気温測定センサ１６の検出結果は制御装置１７に入力される。制御装置１７は、入力された検出値に基づき熱源設備１内の各装置の制御を、インバータ２７を介して行なう。
【００３１】
次に、本発明の実施の形態に係るクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備の作用について説明する。図２は熱源設備１での夏期運転状態を示した構成図、図３は熱源設備１での冬期運転状態を示した構成図、図４は熱源設備１での夏期運転と冬期運転との間の中間期運転を示した構成図である。
【００３２】
まず、夏期運転状態について説明する。外気温測定センサ１６によって検出された温度が、制御装置１７に設定された設定温度（例えば３２℃）を超えた場合、夏期運転が開始される。夏期運転状態では、第１のバルブ５、第３のバルブ１１、第４のバルブ１２、及び第５のバルブ１３が開かれ、第２のバルブ７が閉じられる。
【００３３】
第３のバルブ１１、第４のバルブ１２が開き、第２のバルブ７が閉じられることにより、冷却水系配管６へ第２の冷却塔３が接続され、第１の冷却塔２、及び第２の冷却塔３により冷却された冷却水は、ポンプ１４を介して冷凍機４の冷却を行なう冷却通路４ａへ送られる。
【００３４】
第５のバルブ１３が開かれ、第２のバルブ７が閉じられることにより、冷水系配管１０を流れる冷却水は、ドライコイル９と冷凍機４との間を、ポンプ１５を介して循環される。冷水系配管１０を流れる冷却水は、冷凍機４の冷却通路４ｂにおいて、制御装置１７に設定された設定温度（例えば１５℃）まで冷却される。
【００３５】
冷却通路４ｂからドライコイル９へ流れる冷却水の温度は、第１の温度センサ１８により検出され、制御装置１７に設定された設定温度よりも低い場合は冷凍機４の運転を停止し、設定温度を超えた場合は冷凍機４の運転を再開する。
【００３６】
次に、冬期運転状態について説明する。外気温測定センサ１６によって検出された温度が、制御装置１７に設定された設定温度（例えば０℃）よりも低い場合、冬期運転状態が開始される。冬期運転状態では、第２のバルブ７，第３のバルブ１１，及び第４のバルブ１２が開かれ、第１のバルブ５が閉じられる。第５のバルブ１３の開度は状況により調整され、冷凍機４と、ポンプ１４とは停止される。
【００３７】
第３のバルブ１１、第４のバルブ１２が開き、第１のバルブ５が閉じられることにより、冷水系配管１０へ第１の冷却塔２が接続される。第１の冷却塔２、及び第２の冷却塔３により冷却された冷却水は、冷却通路４ｂで冷却されることなくポンプ１５によりドライコイル９へ送られる。
【００３８】
第２の温度センサ１９で検出される第１の冷却塔２から供給される冷却水の温度と、第３の温度センサ２０で検出される第２の冷却塔３から供給される冷却水の温度とが、制御装置１７に設定された設定温度（例えば１５℃）よりも低い場合は、モータ２１、又はモータ２２の駆動を抑え、冷却水が過剰に冷えることがないように第１の冷却塔２、及び第２の冷却塔３の運転状況を制御する。
【００３９】
更に、第１の温度センサ１８により検出された温度が低い場合は、第５のバルブ１３の開度を調節し、ドライコイル９から戻る温度の上がった冷却水を、第１の冷却塔２、及び第２の冷却塔３からの冷却水に混合して温度を調整する。
【００４０】
次に中間期運転状態について説明する。外気温測定センサ１６によって検出された外気温が、夏期運転状態の設定温度（例えば３２℃）より低く、冬期運転状態の設定温度（例えば０℃）より高い温度の場合、中間期運転が行なわれる。
【００４１】
中間期運転状態では、第２のバルブ７が開かれ、第１のバルブ５，第３のバルブ１１，第４のバルブ１２、及び第５のバルブ１３が閉の開度と、ポンプ１４の駆動とに関しては状況により変更される。
【００４２】
外気温測定センサ１６によって検出された温度が夏期に近く、自然冷却のみによる冷却によって、設定された設定温度（例えば１５℃）まで冷却水を冷却できないと制御装置１７が判断した場合、第１のバルブ５が開かれ、ポンプ１４が駆動し、冷凍機４が稼動する。この時、冷水系配管１０を循環する冷却水の温度は、外気温が夏期よりも低いため、夏期運転状況よりも低く、冷凍機４に稼動動力は夏期運転状況よりも小さくなる。
【００４３】
ドライコイル９へ流れる冷却水の温度は、第１の温度センサ１８により検出され、制御装置１７に設定された設定温度よりも低い場合は冷凍機４の運転を停止させ、冷却塔による自然冷却のみとする。この時、第３のバルブ１１及び第４のバルブ１２が開かれ、冷水系配管１０へ第１の冷却塔２が接続され、自然冷却の効率を上げる。
【００４４】
外気温測定センサ１６によって検出された温度が冬期に近く、自然冷却による冷却のみで、設定された設定温度（例えば１５℃）までの冷却水の冷却が可能であると制御装置１７が判断した場合は、第１のバルブ５が閉じられ、ポンプ１４が停止し、冷凍機４が停止する。これに伴い、第３のバルブ１１及び第４のバルブ１２が開かれ、冷水系配管１０へ第１の冷却塔２が接続され、自然冷却の効率を上げる。
【００４５】
第１の温度センサ１８により検出されたドライコイル９へ流れる冷却水の温度が、制御装置１７に設定された設定温度よりも低い場合は、第５のバルブ１３の開度を調節し、ドライコイル９から戻る温度の上がった冷却水を、第１の冷却塔２、及び第２の冷却塔３からの冷却水に混合して温度を調整する。
【００４６】
以上説明したように、本発明に係るクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備は、密閉系の配管と装置とによって構成され、冷凍機では１５度程度の比較的高温の冷却水を製造すればよい。また、自然冷却による冷却と、冷凍機による冷却とを夏期、冬期、中間期の状況に合わせて使い分け、又は併用することが可能である。
【００４７】
これらにより、冷凍機の消費動力を減少させ、省エネルギー化された効率の良いクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備を提供することが可能となる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、第１の冷却塔２と、第２の冷却塔３との２台の冷却塔としているが、２台以上に冷却塔が増えてもよい。
【００４９】
また、熱源設備１内の各装置の制御は制御装置１７により行なっているが、各装置に制御装置を備え、各装置でのローカル制御で制御を行なう、又は手動による操作で動作させる形態でもよい。
【００５０】
更に、本実施の形態では、夏期運転状況から中間期運転状況のように、各期運転の境界においては、外気気象予測を用い、冷凍機立上げ時間を考慮して切換えるように制御することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係るクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備を示した構成図。
【図２】夏期運転状態を示した構成図。
【図３】冬期運転状態を示した構成図。
【図４】夏期運転と冬期運転との間の中間期運転を示した構成図。
【図５】従来のクリーンルーム内顕熱処理用熱源設備を示した構成図。
【符号の説明】
【００５２】
１、５０…顕熱処理用熱源設備（熱源設備），２…第１の冷却塔，３…第２の冷却塔，４…冷凍機，５…第１のバルブ，６…冷却水系配管，７…第２のバルブ，８…クリーンルーム，９…ドライコイル，１０…冷水系配管，１１…第３のバルブ，１２…第４のバルブ，１３…第５のバルブ，１４、１５…ポンプ，１６…外気測定用温湿度センサ，１７…制御装置，１８、１９、２０…温度センサ，２１、２２…モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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