(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖房・加湿運転時には、取り込まれた外気を予熱用熱交換器にて所定の温度まで暖めた後、加湿器により加湿し再熱用熱交換器により所定の温度に調温して空調空間へ送り出し、冷房・除湿運転時には、取り込まれた外気を除湿・冷却用熱交換器にて所定の露点温度まで除湿・冷却した後、再熱用熱交換器により所定の温度に調温して空調空間へ送り出す空気調和装置と、水冷冷却装置を備えた生産装置とから構成される空調システムにおいて、
前記生産装置を前記水冷冷却装置にて冷却することにより昇温された温度が３０℃以下の熱媒水が、暖房・加湿運転時では前記予熱用熱交換器と前記再熱用熱交換器へ供給され、冷房・除湿運転時では前記再熱用熱交換器へ供給されており、前記予熱用熱交換器または前記再熱用熱交換器にて熱交換され冷却された熱媒水が前記水冷冷却装置へ供給されることを特徴とする低温排熱を利用した空調システム。
【請求項２】
請求項１において、前記空気調和装置および前記水冷冷却装置を流通する熱媒水は、前記水冷冷却装置、前記予熱用熱交換器と前記再熱用熱交換器からなる加熱用熱交換器、前記水冷冷却装置を連結する循環経路を循環し、この循環経路は密閉回路を形成していることを特徴とする低温排熱を利用した空調システム。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれかにおいて、前記循環経路は、前記加熱用熱交換器を迂回させて前記熱媒水を流通させるバイパス路、前記加熱用熱交換器の下流に熱媒水の温度を測定する第１の熱媒水温度測定部、この第１の熱媒水温度測定部での温度によりバイパス路へ流通する熱媒水の流量を調整する三方弁、前記第１の熱媒水温度測定部の下流に熱媒水を別の系統の熱媒と熱交換させて冷却することが可能な熱媒水冷却用熱交換器、この熱媒水冷却用熱交換器の下流に熱媒水の温度を測定する第２の熱媒水温度測定部、この第２の熱媒水温度測定部での温度により前記熱媒水冷却用熱交換器へ供給する別系統の熱媒の流量を調整する電磁二方弁を備え、前記水冷冷却装置へ供給する熱媒水の温度を所定の温度に保つ制御機構を有することを特徴とする低温排熱を利用した空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温の排熱を利用した、外気の調温・調湿を行う空調システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、外気の調温・調湿手段を備えた空気調和装置としては、外気あるいは外気と被調和室からの還気との混合空気を取り入れ、冬季などの暖房時に所定の温度まで暖める予熱用熱交換器、夏季などの冷房・除湿時に所定の露点温度まで冷却して除湿する除湿・冷却用熱交換器、冬季などの乾燥時に加湿を行う加湿器、冬季などの加湿後および夏季などの除湿・冷却後に目標とする温度まで暖める再熱用熱交換器を備えたものが利用されている。そして、これらの空調方式において、予熱用熱交換器および再熱用熱交換器では、例えばボイラなどを熱源とした高温の温水または蒸気などを用いて送風空気の加熱処理を行い、空調空間に給気するようにしている。
【０００３】
また、排熱などの未利用エネルギーを用いて加熱処理を行う空気調和装置は、特開２００１−５０５６２号公報に記載されている様に、各種の生産装置などから排出された温熱を用いた別系統の熱媒を利用して、熱交換器により熱媒水を加熱し、この熱媒水を前記予熱用熱交換器、再熱用熱交換器などの調温手段よりも上流に配置した予備加熱用熱交換器に供給して、調温手段で加熱処理する前に、この予備加熱用熱交換器において予め外気を暖めておくことが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方法では、各種の生産装置などから排出された温熱を、空気調和装置の加熱用熱交換器に供給する熱媒水として用いようとする場合において、前記加熱用熱交換器に供給する熱媒水と、各種の生産装置から排熱された温熱などは別系統に属しているため、熱交換器で熱交換されることによりエネルギーの損失が生じる。例えば、エネルギー損失として２℃程度の温度低減が生じる。特に、生産装置の排熱用の冷却水などで、（温度が３０℃以下の）低温の排熱を利用する場合、このエネルギーの損失は大きく、これによって熱媒水の温度が下がり、空気調和装置に要求される加熱処理後の送風空気の温度との温度差が小さくなると、この低温の排熱だけでは要求される温度まで送風空気を暖めることができなくなる。そのため、低温の排熱を空気調和装置の加熱熱源として利用することは、予備的な加熱処理に限られ、この低温の排熱のみで加熱処理を行うことが出来ず、例えばボイラなどを熱源とした加熱処理と常に併用する必要があった。
【０００５】
本発明の目的は、低温の排熱を主たる熱源に利用した、低コスト、省エネルギーで加熱空調処理をすることができる空調システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の問題を解決するために本発明は、暖房・加湿運転時には、取り込まれた外気を予熱用熱交換器にて所定の温度まで暖めた後、加湿器により加湿し再熱用熱交換器により所定の温度に調温して空調空間へ送り出し、冷房・除湿運転時には、取り込まれた外気を除湿・冷却用熱交換器にて所定の露点温度まで除湿・冷却した後、再熱用熱交換器により所定の温度に調温して空調空間へ送り出す空気調和装置と、水冷冷却装置を備えた生産装置とから構成される空調システムにおいて、前記生産装置を前記水冷冷却装置にて冷却することにより昇温された温度が３０℃以下の熱媒水が、暖房・加湿運転時では前記予熱用熱交換器と前記再熱用熱交換器へ供給され、冷房・除湿運転時では前記再熱用熱交換器へ供給されており、前記予熱用熱交換器または前記再熱用熱交換器にて熱交換され冷却された熱媒水が前記水冷冷却装置へ供給される。
【０００７】
さらに、本発明の低温排熱を利用した空調システムは、前記空気調和装置および前記水冷冷却装置を流通する熱媒水は、前記水冷冷却装置、前記予熱用熱交換器と前記再熱用熱交換器からなる加熱用熱交換器、前記水冷冷却装置を連結する循環経路を循環し、この循環経路は密閉回路を形成している。
【０００８】
さらに、本発明の低温排熱を利用した空調システムは、前記循環経路は、前記加熱用熱交換器を迂回させて熱媒水を流通させるバイパス路、前記加熱用熱交換器の下流に熱媒水の温度を測定する第１の熱媒水温度測定部、この第１の熱媒水温度測定部での温度によりバイパス路へ流通する熱媒水の流量を調整する三方弁、前記第１の熱媒水温度測定部の下流に熱媒水を別の系統の熱媒と熱交換させて冷却することが可能な熱媒水冷却用熱交換器、この熱媒水冷却用熱交換器の下流に熱媒水の温度を測定する第２の熱媒水温度測定部、この第２の熱媒水温度測定部での温度により前記熱媒水冷却用熱交換器へ供給する別系統の熱媒の流量を調整する電磁二方弁を備え、前記水冷冷却装置へ供給する前記加熱用熱交換器で熱交換された後の熱媒水の温度を所定の温度に保つ制御機構を有している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる説明図である。
【００１０】
空気調和装置１は、予熱用熱交換器２、除湿・冷却用熱交換器３、加湿器４、再熱用熱交換器５、給気ファン６を備えている。この実施の形態では、予熱用熱交換器２および再熱用熱交換器５が加熱用熱交換器である。
【００１１】
空気調和装置１において、取り込まれた外気は、冬季などの暖房・加湿運転時には、予熱用熱交換器２により所定の温度まで暖められる。その後、加湿器４により加湿されて送風空気の温度が下がった場合は、再熱用熱交換器５により所定の温度まで再び暖められる。こうして、調温・調湿の空調処理がなされた空気は、給気ファン６により空調空間へ送り出される。また、夏季などの冷房・除湿運転時には、除湿・冷却用熱交換器３において所定の露点温度まで除湿・冷却された後、再熱用熱交換器５により所定の温度まで再び暖められる。こうして、調温・調湿の空調処理がなされた空気は、給気ファン６により空調空間へ送り出される。なお、図示していないが、除湿・冷却用熱交換器３に対する熱媒水の経路は、予熱用熱交換器２および再熱用熱交換器５に対する熱媒水の循環経路とは独立した別経路にて設けられている。
【００１２】
予熱用熱交換器２および再熱用熱交換器５と、複数の水冷冷却装置７は、循環経路９により同一系統内で直接連結される。途中で熱交換器による熱交換を交わすことのない同一冷媒水を使用するため、熱交換時におけるエネルギーの損失を無くすことができ、省エネルギー化を図ることができる。従って、水冷冷却装置７で発熱部を冷却することにより昇温された熱媒水は、昇温された温度を保持した状態で、予熱用熱交換器２および再熱用熱交換器５に供給される。水冷冷却装置７で発熱部を冷却することにより昇温された熱媒水が（３０℃以下の）低温であっても、例えば予熱用熱交換器２および再熱用熱交換器５のコイルの段数および列数を増やすなどにより熱交換量を増やすことで、送風空気を所定の温度まで暖めることを可能とする。また、空気調和装置１において、予熱用熱交換器２による冬季などの暖房と、再熱用熱交換器５による夏季などの除湿・冷却後の再加熱などに、水冷冷却装置７で発熱部を冷却することにより昇温された低温排熱用の熱媒水を、年間を通じて利用する事が出来、ボイラなどの温熱源機器に要していたエネルギーを、年間を通じて削減することが可能である。
【００１３】
予熱用熱交換器２および再熱用熱交換器５は、水冷冷却装置７→予熱用熱交換器２および再熱用熱交換器５→熱媒水冷却用熱交換器８→水冷冷却装置７の順で循環する、密閉回路で形成される循環経路９が接続されている。この循環経路９は、予熱用熱交換器２および再熱用熱交換器５を迂回させて熱媒水を流通させるバイパス路１０、予熱用熱交換器２および再熱用熱交換器５の下流に熱媒水の温度を測定する第１の熱媒水温度測定部１７、この第１の熱媒水温度測定部１７での温度によりバイパス路１０へ流通する熱媒水の流量を調整する三方弁１１を備える。第１の熱媒水温度測定部１７での熱媒水の温度が所定の温度より低くなったときは、三方弁１１によりバイパス路１０を流通する熱媒水の流量を調整して、予熱用熱交換器２および再熱用熱交換器５により冷された熱媒水とバイパス路１０を迂回してきた熱媒水が混合して、第１の熱媒水温度測定部１７での熱媒水の温度が、所定の温度より低くならないように制御する。
【００１４】
また、循環経路９は、熱媒水冷却用熱交換器８の下流に熱媒水の温度を測定する第２の熱媒水温度測定部１８、この第２の熱媒水温度測定部１８での温度により熱媒水冷却熱交換気８へ供給する別系統の熱媒の流量を調整する電磁二方弁１２を備える。第２の熱媒水温度測定部１８での熱媒水の温度が所定の温度より高くなったときは、電磁二方弁１２により熱媒水冷却用熱交換器８へ流通する別系統の熱媒の流量を調整して、第２の熱媒水温度測定部１８での熱媒水の温度が所定の温度に冷されるよう制御する。
【００１５】
このような制御機構を備えることにより、水冷冷却装置７に戻ってくる熱媒水の温度を所定の温度に一定に保つことが可能となる。水冷冷却装置７が各種の生産装置などを冷却するために利用される場合、水冷冷却装置７に供給される熱媒水を所定の温度に一定に保つことが製造プロセス上で要求されており、生産の安定化に与える効果は大きい。また、この循環経路９は密閉回路であるため、例えば純水を熱媒水に用いたときに、この純水の劣化や設備の腐蝕などを抑制するといった利点がある。
【００１６】
このように構成された本発明の第１の実施例では、例えば、水冷冷却装置７で発熱部を冷却することにより、昇温された熱媒水の温度が２５℃と低温の排熱の場合でも、予熱用熱交換器２または再熱用熱交換器５において、２５℃で供給された熱媒水を用いて、送風空気を２３℃まで暖めることができる。発熱負荷を有する空調空間では、冬季などの暖房・加湿運転時および夏季などの冷房・除湿運転時の加熱処理を、この２３℃の送風空気によるだけで完了することができる。このため、従来使われていたボイラなどの加熱用の熱源機器が不要となり、省エネルギー化を図ることが可能となる。特に、半導体製造工程のクリーンルームなど空調空間内に発熱負荷となる水冷冷却装置７を備えた生産装置が多数あり、（温度が３０℃以下の）低温排熱用の熱媒水が年間を通じて２４時間連続して多量に得られ、且つ年間を通じて２４時間連続して空調処理を行う必要があるところでは、この空調システムにより大きな省エネルギー効果を得ることが出来る。
【００１７】
一方、熱媒水は、予熱用熱交換器２および再熱用熱交換器５で送風空気を暖めることにより熱を奪われて冷される。この冷された熱媒水が、循環経路９により水冷冷却装置７に供給され、そのときの熱媒水の温度が所定の温度まで冷されていないときのみ、熱媒水冷却用熱交換器８で冷し足されるだけであるので、水冷冷却装置７に供給する熱媒水を冷却するのに要していた冷凍機などの冷熱源機器のエネルギーも、年間を通じて削減することが可能である。
【００１８】
図２は、本発明の第２の実施の形態にかかる説明図である。空気調和装置１は、低温排熱用の熱媒水を供給する予熱用熱交換器２と、高温の熱媒を供給する予熱用熱交換器１３を併設し、低温排熱用の熱媒水を供給する再熱用熱交換器５と、高温の熱媒を供給する再熱用熱交換器１４を併設する。高温の熱媒とは、例えばボイラなどを熱源とした温水または蒸気などである。ここで、予熱用熱交換器２と予熱用熱交換器１３の順序、および再熱用熱交換器５と再熱用熱交換器１４の順序は、どちらが上流に備えられてもよい。
【００１９】
この実施例によれば、空気調和装置１において、取り込まれた外気は、冬季などの暖房・加湿運転時には、予熱用熱交換器２により温度センサー１９における所定の温度まで暖められる。この予熱用熱交換器２により暖められた送風空気の温度が、温度センサー１９において所定の温度に達しないときのみ、予熱用熱交換気１３に、温度センサー１９における送風空気の温度が所定の温度になるように電磁二方弁１５により高温の熱媒水の流量を調整しながら供給する。その後、加湿器４により加湿されることにより送風空気の温度が下がった場合は、再熱用熱交換器５により温度センサー２０における所定の温度まで再び暖められる。この再熱用熱交換器５により暖められた送風空気の温度が、温度センサー２０において所定の温度に達しないときのみ、再熱用熱交換器１４に、温度センサー２０における送風空気の温度が所定の温度になるよう電磁二方弁１６により高温の熱媒水の流量を調整しながら供給する。こうして、調温・調湿の空調処理がなされた空気は、給気ファン６により空調空間へ送り出される。
【００２０】
また、夏季などの冷房・除湿運転時には、除湿・冷却用熱交換器３において所定の露点温度まで除湿・冷却された後、再熱用熱交換器５により温度センサー２０における所定の温度まで再び暖められる。この再熱用熱交換器５により暖められた送風空気の温度が、温度センサー２０において所定の温度に達しないときのみ、再熱用熱交換器１４に、温度センサー２０における送風空気の温度が所定の温度になるように電磁二方弁１６により高温の熱媒水の流量を調整しながら供給する。こうして、調温・調湿の空調処理がなされた空気は、給気ファン６により空調空間へ送り出される。
【００２１】
このような、ボイラなどを熱源機器とした熱源による補助機構と温度制御機構を備えることにより、水冷冷却装置７の稼働状況が安定せず、水冷冷却装置７からの排熱を利用して空気調和装置１へ供給することができない場所や、水冷冷却装置７からの排熱を空調用の熱源として十分な量を空気調和装置１へ供給することができない場所などへも、本空調システムを適用していくことが可能となる。
【００２２】
図３は、本発明の第３の実施の形態にかかる説明図である。空気調和装置１において、予熱用熱交換器２は空気調和装置１の上流に付設され、再熱用熱交換器５は空気調和装置１の下流に付設される。この実施の形態によると、従来から利用されている既設の空気調和装置１に本発明の空調システムを適用する事が可能となる。また、既設の空気調和装置１を、ボイラなどを熱源機器とした熱媒による補助機構としてそのまま利用出来るので、先に説明した本発明の第２の実施の形態にかかる空気調和装置１と同様に、水冷冷却装置７の稼働状況が安定していない場所や、水冷冷却装置７からの排熱を空調用の熱源として十分な量を空気調和装置１へ供給することができない場所などへも、本空調システムを適用していくことが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、水冷冷却装置からの低温排熱用の冷却水を、空気調和装置による冬季などの暖房、夏季などの除湿・冷却後の再加熱などに用いるため、空気調和装置に供給する加熱用の熱媒水を加熱する熱源、および水冷冷却装置に供給する冷却水を冷却する熱源に要するエネルギーを、年間を通じて削減できる。また、水冷冷却装置に供給する冷却水を一定の温度で供給することが出来るので、水冷冷却装置が生産装置の冷却に使われている場合などでは、品質の安定化が図れるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態にかかる空調システムの説明図である。
【図２】  本発明の第２の実施の形態にかかる空調システムの説明図である。
【図３】  本発明の第３の実施の形態にかかる空調システムの説明図である。
【符号の説明】
１  空気調和装置
２  予熱用熱交換器
５  再熱用熱交換器
７  水冷冷却装置
８  熱媒水冷却用熱交換器
９  循環経路
１０  バイパス路
１１  三方弁
１２  電磁二方弁
１７  第１の熱媒水温度測定部
１８  第２の熱媒水温度測定部
【図１】
0003931658.tif 000002
【図２】
0003931658.tif 000003
【図３】
0003931658.tif 000004