(57)【要約】  【課題】  大温度差、小風量を可能とし、装置の小型化と共に省エネ化を可能とした室内循環型冷却装置を提供する。  【解決手段】  空気取入口側に送風機１を設け、その下流側に冷却コイル２を配設し、この冷却コイル２の下方に気化式加湿器３を設置する。冷却コイル２には、対象室内空気の露点温度よりも低い、冷凍機からの冷水が直接供給されるように構成する。気化式加湿器３は、冷却コイル２から排出される結露水が、気化式加湿器３の上部から滴下される位置に設置する。この気化式加湿器３に用いられる気化式加湿素材としては、吸水性が高く、塵埃が発生しないものを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
恒温・恒湿が要求される室内の処理対象空気を、絶対湿度を変化させずに処理する冷却装置であって、
前記処理対象空気を、その内部で上流から下流に流通させることが可能なチャンバと、
前記チャンバ内に設けられた冷却コイルと、
前記冷却コイルの下方に設置された、前記冷却コイルにより発生する冷却結露水を再び気化させるための気化式加湿器とを備えたことを特徴とする室内循環型冷却装置。
【請求項２】
恒温・恒湿が要求される室内の処理対象空気を、絶対湿度を変化させずに処理する冷却装置であって、
前記処理対象空気を、その内部で上流から下流に流通させることが可能なチャンバと、
前記チャンバ内に設けられた冷却コイルと、
前記冷却コイルの下流に設置された、前記冷却コイルにより発生する冷却結露水を再び気化させるための気化式加湿器とを備えたことを特徴とする室内循環型冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、恒温・恒湿が要求される半導体製造用のクリーンルームなどに有効な室内循環型冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体や液晶製造等、室内における発熱負荷の大きいクリーンルームでは、顕熱冷却負荷を処理するためにドライコイルが用いられている。このようなドライコイルを用いた空調システムとしては、例えば、図７に示したようなものが知られている（特許文献１等）。
【０００３】
すなわち、半導体工場等のクリーンルーム用の空調システムにおいては、一般に、外気ＯＡは外調機２０を通って給気流路２１に流入し、クリーンルームの天井面に設けたファン・フィルタユニット２２を介してクリーンルーム２３内に流入し、孔あき床２４を通って還気流路２５に流入し、給気流路２１に循環するように構成されている。また、還気流路２５には、ドライコイル２６及び送風機２７を備えた室内循環型冷却装置２８が設置されている。
【０００４】
また、この室内循環型冷却装置２８への配管系としては、冷凍機（図示せず）からの冷水供給管３０と、ドライコイル２６で冷却に使用された返り冷水を再度冷凍機に戻す冷水排出管３１からの分岐管３５、及びドライコイル２６に供給する冷水の温度を室内設定の露点温度よりも高く維持するための冷水と返り冷水の流量を制御する第２のバルブ３４及び２次ポンプ３３が設けられ、さらに、ドライコイル２６に供給する冷水の流量は、第１のバルブ３２により制御できるように構成されている。
【特許文献１】特開２００２−１４７８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図７に示したように、絶対湿度を変化させずに顕熱冷却負荷のみを処理するためにドライコイルを用いた場合、以下のような問題点があった。すなわち、冷水温度を室内設定の露点温度よりも高く維持する必要があるため、冷水排出管３１からの分岐管３５、冷水と返り冷水の流量を制御する第２のバルブ３４及び２次ポンプ３３が必要となっていた。
【０００６】
また、ドライコイル２６に供給される冷水温度（１３℃）が高いため、室内循環型冷却装置２８からの吹き出し温度（１６℃）も高くなり、クリーンルーム２３の室内設定温度（２３℃）との差が小さくなっていた。その結果、室内循環型冷却装置２８へ導入される風量が大きくなり、装置の大型化、コイル列数の増加（＝圧損大）による送風動力の増大化等により、イニシャルコスト及びランニングコストが高くなっていた。
【０００７】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、処理対象空気の絶対湿度を変化させずに、従来のドライコイルを用いた空調機よりも、大温度差、小風量を可能とし、装置の小型化と共に省エネ化を可能とした室内循環型冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、恒温・恒湿が要求される室内の処理対象空気を、絶対湿度を変化させずに処理する冷却装置であって、前記処理対象空気を、その内部で上流から下流に流通させることが可能なチャンバと、前記チャンバ内に設けられた冷却コイルと、前記冷却コイルの下方に設置された、前記冷却コイルにより発生する冷却結露水を再び気化させるための気化式加湿器とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、冷凍機から供給される低温の冷水をそのまま冷却コイルに供給することができるので、空調システムを構成する部品点数を削減することができる。また、冷却コイルによる冷却効果が高くなるため、処理後の吹き出し温度と空調対象室の室内設定温度との差を大きくすることができるので、該冷却装置へ導入する風量を少なくでき、装置の小型化、冷却コイル内のコイル列数の削減が可能となる。その結果、イニシャルコストの低減と、送風動力の削減によりランニングコストが低減される。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、恒温・恒湿が要求される室内の処理対象空気を、絶対湿度を変化させずに処理する冷却装置であって、前記処理対象空気を、その内部で上流から下流に流通させることが可能なチャンバと、前記チャンバ内に設けられた冷却コイルと、前記冷却コイルの下流に設置された、前記冷却コイルにより発生する冷却結露水を再び気化させるための気化式加湿器とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
上記のような構成を有する請求項２に記載の発明によれば、冷凍機から供給される低温の冷水をそのまま冷却コイルに供給することができるので、空調システムを構成する部品点数を削減することができる。また、冷却コイルによる冷却効果が高くなるため、処理後の吹き出し温度と空調対象室の室内設定温度との差を大きくすることができるので、該冷却装置へ導入する風量を少なくでき、装置の小型化、冷却コイル内のコイル列数の削減が可能となる。その結果、イニシャルコストの低減と、送風動力の削減により、ランニングコストが低減される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、処理対象空気の絶対湿度を変化させずに、従来のドライコイルを用いた空調機よりも、大温度差、小風量を可能とし、装置の小型化と共に省エネ化を可能とした室内循環型冷却装置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】
【００１３】
以下、本発明の室内循環型冷却装置に係る実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照して具体的に説明する。なお、理解を容易にするために、ファンの発熱による昇温は無視する。
【００１４】
（１）第１実施形態
（１−１）構成
図１は、本発明に係る室内循環型冷却装置に循環用送風機を組み込んだ構成を示す模式図である。
すなわち、本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置は、空気取入口側に設けられた送風機１、その下流側に設けられた冷却コイル２、及び前記冷却コイル２の下方に設置された気化式加湿器３を備え、これらがチャンバ１０内に収納されている。
【００１５】
なお、前記冷却コイル２は、内部の冷却管の列数が４列とされ、対象室内空気の露点温度よりも低い、冷凍機からの冷水が直接供給されるように構成されている。また、前記気化式加湿器３は、冷却コイル２から排出される結露水が、気化式加湿器３の上部から滴下される位置に設置されている。また、気化式加湿器３に用いられる気化式加湿素材としては、吸水性が高く、塵埃が発生しないものが好ましい。
【００１６】
なお、冷却コイル２に導入される空気流量と気化式加湿器３に導入される空気流量の割合は、設計時において予め決定されている。すなわち、本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置が設置される室内の冷却負荷の最大値から冷却コイルの規格が決定され、その冷却コイルの結露量が計算により求められ、加湿器の飽和効率（例えば、８０％）に基づいて、前記結露量を前記加湿器で全量気化させることができる送風量と、加湿器の大きさが決定されている。
【００１７】
また、図２は、本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置をクリーンルームの下部に設置した例を示すものである。なお、図７に示した従来型と同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００１８】
すなわち、還気流路２５には、本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置が設置され、冷却コイル２には、対象室内空気の露点温度よりも低い、冷凍機（図示せず）からの冷水を直接供給する冷水供給管３０と、冷却コイル２で冷却に使用された冷水を再度冷凍機に戻す冷水排出管３１が接続されている。
【００１９】
（１−２）作用・効果
以上のような構成を有する本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置は、以下のように作用する（図３参照）。
すなわち、送風機１によって、クリーンルーム２３から排出され、周囲生産装置等の発熱により昇温した空気（ａ点、ＤＢ＝２６℃、ＤＰ＝１０．５℃）が循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置に導入されると、その空気の一部は、７℃の冷水が供給された冷却コイル２によって冷却され、乾球温度の低下と共に絶対湿度も低下し、この分の水分が結露水となり、冷却コイル２の下方に設置された気化式加湿器３に供給される（ｂ点、ＤＢ＝１１．０℃、ＲＨ＝８５％）。
【００２０】
一方、残りの空気は、冷却コイル２の下方に設置された気化式加湿器３に導入され、冷却コイル２により結露して気化式加湿器３に供給された全水量が加湿される（ｃ点、ＤＢ＝１８．５℃、ＲＨ＝８２％）。すなわち、冷却コイル２で冷却除湿される結露水が、全量、気化式加湿器３で加湿されるため、本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置に導入され、冷却処理されて排出される空気の絶対湿度の合計は変化しない。そして、両者が混合された結果、吹き出し部の空気温度は１２．１℃となる（ｄ点、ＤＢ＝１２．１℃、ＤＰ＝１０．５℃）。
【００２１】
このように、本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置によれば、冷凍機から供給される冷水を直接冷却コイル２に導入できるだけでなく、室内設定温度（２３℃）に対して、供給される空気の温度を１２．１℃とすることができるので、両者の温度差を（２３℃−１２．１℃＝）１０．９℃とすることができる。
【００２２】
これに対して、図７に示したような列数が４列のドライコイルを用いた従来の空調システムにおいては、１３℃の冷水が供給されたドライコイルによって空気は１６℃に冷却されるに過ぎず、室内設定温度（２３℃）に対して、両者の温度差は（２３℃−１６℃＝）７℃となる。
【００２３】
従って、冷却コイル内部の冷却管の列数を同じとした場合、本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置によれば、送風量を７／１０．９（＝約２／３）としても従来と同様の冷却効果を得ることができるので、装置の小型化、搬送動力の削減が可能となる。
【００２４】
一方、送風量を同じとした場合には、冷却コイル内部の冷却管の列数を少なくすることができるので、冷水側の圧力損失の削減、空気側の圧力損失の削減が可能となる。その結果、イニシャルコスト及びランニングコストが低減される。また、気化式加湿器を冷却コイルの下方に設置することにより、よりコンパクトな構成とすることができる。
【００２５】
（２）第２実施形態
（２−１）構成
本実施形態は、上記第１実施形態の変形例であって、図４に示すように、気化式加湿器を冷却コイルの下流側に設置したものである。
すなわち、本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置は、空気取入口側に設けられた送風機１１、その下流側に設けられた冷却コイル１２、前記冷却コイル１２の下流側に設置された気化式加湿器１３、冷却コイル２の下部に設けられた水槽１４、及び水槽１４に貯留した結露水を前記気化式加湿器１３の上部に滴下供給するための配管１５及びポンプ１６を備え、これらがチャンバ２０内に収納されている。
【００２６】
なお、前記冷却コイル１２は、内部の冷却管の列数が４列とされ、対象室内空気の露点温度よりも低い、冷凍機からの冷水が直接供給されるように構成されている。また、気化式加湿器１３に用いられる気化式加湿素材としては、吸水性が高く、塵埃が発生しないものが好ましい。
【００２７】
また、図５は、本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置を、クリーンルームの隣室に設置した例を示すものである。なお、図７に示した従来型と同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００２８】
すなわち、本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置は、上記第１実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置に比べて大型であるため、クリーンルームの隣室に設置され、クリーンルーム２３から還気流路２５に排出された空気が該空調機内に導入されるように構成されている。また、冷却コイル２には、対象室内空気の露点温度よりも低い、冷凍機（図示せず）からの冷水を直接供給する冷水供給管３０と、冷却コイル１２で冷却に使用された冷水を再度冷凍機に戻す冷水排出管３１が接続されている。
【００２９】
（２−２）作用・効果
以上のような構成を有する本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置は、以下のように作用する（図６参照）。
すなわち、送風機１１によってクリーンルーム２３から還気流路２５に排出され、周囲生産装置等の発熱により昇温した空気（Ａ点、ＤＢ＝２６℃、ＤＰ＝１０．５℃）が循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置に導入されると、その空気は、７℃の冷水が供給された冷却コイル１２によって冷却される。この時、乾球温度の低下と共に絶対湿度も低下し、この分の水分が結露水となり、冷却コイル２の下方に設置された水槽１４に貯められる（Ｂ点、ＤＢ＝１２．０℃、ＲＨ＝８５％）。そして、水槽１４に貯留した結露水は、配管１５を介して、気化式加湿器１３の上部から気化式加湿器１３に滴下供給される。
【００３０】
一方、冷却コイル１２によって冷却された空気は、その後、気化式加湿器１３に導入され、冷却コイル２により結露して気化式加湿器３に供給された全水量が加湿されて（Ｃ点、ＤＢ＝１０．８℃、ＤＰ＝１０．５℃）、再度、給気流路２１に供給される。
【００３１】
このように、本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置によれば、冷凍機から供給される冷水を直接冷却コイル１２に導入できるだけでなく、室内設定温度（２３℃）に対して、供給される空気の温度を１０．８℃とすることができるので、両者の温度差を（２３℃−１０．８℃＝）１２．２℃とすることができる。
【００３２】
これに対して、図７に示したような列数が４列のドライコイルを用いた従来の空調システムにおいては、１３℃の冷水が供給されたドライコイルによって空気は１６℃に冷却されるに過ぎず、室内設定温度（２３℃）に対して、両者の温度差は（２３℃−１６℃＝）７℃となる。
【００３３】
従って、冷却コイル内部の冷却管の列数を同じとした場合、本実施形態の循環用送風機を組み込んだ室内循環型冷却装置によれば、送風量を７／１２．２（＝約４／７）としても従来と同様の冷却効果を得ることができるので、装置の小型化、搬送動力の削減が可能となる。
【００３４】
一方、送風量を同じとした場合には、冷却コイル内部の冷却管の列数を少なくすることができるので、冷水側の圧力損失の削減、空気側の圧力損失の削減が可能となる。その結果、イニシャルコスト及びランニングコストが低減される。
【００３５】
（３）他の実施形態
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明に係る室内循環型冷却装置に組み込む送風機の設置位置は、冷却コイルの上流側でも下流側でも良い。また、上記第２実施形態に示した構成において、気化式加湿器を構成する気化式加湿素材としてより吸水性の高い素材を用い、この気化式加湿素材の下端部を結露水が貯留された水槽内に浸漬することにより、配管１５及びポンプを不要とすることもできる。さらに、処理空気を室内循環型冷却装置の鉛直上方から下方に流し、冷却コイルを上部上流側、気化式加湿器を下部下流側に設置しても良く、冷却コイル及び気化式加湿器を斜めに設置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る室内循環型冷却装置の第１実施形態の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した室内循環型冷却装置をクリーンルームに適用した例を示す模式図である。
【図３】図１に示した室内循環型冷却装置の作用を示す空気線図である。
【図４】本発明に係る室内循環型冷却装置の第２実施形態の構成を示す模式図である。
【図５】図４に示した室内循環型冷却装置をクリーンルームに適用した例を示す模式図である。
【図６】図４に示した室内循環型冷却装置の作用を示す空気線図である。
【図７】従来から用いられているドライコイルを用いた空調システムの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１１…送風機
２、１２…冷却コイル
３、１３…気化式加湿器
１４…水槽
１５…配管
２０…外調機
２１…給気流路
２２…ファン・フィルタユニット
２３…クリーンルーム
２４…孔あき床
２５…還気流路
２６…ドライコイル
２７…送風機
３０…冷水供給管
３１…冷水排出管
【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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【図６】
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【図７】
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