JP2000514913A - 直接膨張除湿による補給空気処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 補給空気処理装置２００は空気の温度、湿度および（または）清浄度を管理する。補給空気処理装置２００は直接膨張冷却装置２０８を含む。直接膨張冷却装置２０８は補給空気処理装置あるいは遠隔の施設と一体化しうる。クリーンルーム施設３００はクリーンルーム３０６に空気を供給するために補給空気処理装置２００を使用する。補給空気処理装置２００は一次冷却コイル２０６と直接膨張冷却装置２０８を含み、給湿装置２０４とフィルタ２１８とを含みうる。直接膨張冷却装置２０８は空気流冷却コイル２１０と空気流加熱コイル２１２とを含む。加熱及び冷却コイル２１０，２１２は圧縮機２１４によって圧縮されかつ循環させられる冷凍流体を使用する。湿度は一次冷却コイル２０６と直接膨張冷却装置２０８の空気流冷却コイル２１０とによって空気の流れから凝縮される湿気を除去することにより管理される。空気流冷却コイル２１０によって除去されるエネルギは空気流加熱コイル２１２によって空気の流れに再導入される。湿気を直接除去する工程において汚染物を除去する。湿度を下げる工程により汚染物の粒体を形成し、該粒体はフィルタ２１８によって除去することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】 直接膨張除湿による補給空気処理装置 発明の分野 本発明は補給空気（make-up air）の温度および湿度および（または）清浄度 を管理する補給空気システムに関し、特にクリーンルーム用の補給空気システム に関する。 発明の背景 例えば半導体のクリーンルームのような多くの施設は典型的に、プロセス空気 の使用分や漏洩分を補給したり、あるいはコード要件（code requirements）に 対応するために当該施設内へ著しい量の外部からの補給空気を導入する必要があ る。そのような施設では、建物内の空気の相対湿度を予め選定した目標設定値に 対して管理する必要があることがよくある。補給空気処理装置（make-up air ha ndler）はプラント内の管理状態を維持するに必要な条件に対してプラント内で 使用するに必要な外気を提供する。このためには典型的に温度、湿度、および汚 染度を管理する必要がある。これには、外気の気候状態に応じて、典型的には補 給空気を冷却して望ましくない湿気を取り出す除湿を含み、内部環境の清浄度が 要求される場合には空気濾過を含みうる。湿度管理のための一つの従来からのシ ステムを第１図に関連して以下説明する。 発明の要約 本発明においては、補給空気処理装置は該補給空気処理装置の作動と一体化し た直接膨張冷却装置（direct expansion chiller）により補給空気の流れにおけ る温度や湿度を管理する。直接膨張冷却装置システムは圧縮機装置、空気流冷却 コイル、膨張弁、および空気流加熱コイルを含む。空気流冷却コイルは空気の流 れから熱を除去し、直接膨張冷却装置システムの作動流体を加熱することによっ て、従来のシステムにおける二次冷却コイルの機能に置き換える。空気流加熱コ イルは直接膨張冷却システムから空気の流れに戻る熱を除くことによって加熱コ イルの機能の一部を置き換える。もしも空気清浄機能が所望されるとすれば、本 システムは、湿気が空気流冷却コイルにおいて凝縮されて空気の流れから凝縮可 能でかつ水溶性の汚染物を除去するように作動される。この湿気は従来の給湿装 置（humidifier）で与えられてもよい。更に、直接膨張冷却装置システムは、該 直接膨張冷却装置システムの空気流加熱コイルから出て行く空気流の相対湿度が 、汚染物をフィルタで除去するよう汚染物が粒体（particles）を形成するに十 分低いものとなるように作動可能である。 クリーンルーム施設（facility）は補給空気の温度と湿度とを管理するための 直接膨張空気処理装置を含み、更に任意的に補給空気の流れから汚染物を除去す る機能を含む。クリーンルーム施設はまた、補給空気を受け取るための直接膨張 装置（direct expansion unit）に結合されたクリーンルームを含む。そのよう な施設において、補給空気処理装置は１００％外気を、あるいは外気と循環空気 との混合物を使用することが出来る。 本発明の空気処理装置はより効率的に冷却し、従って所定の施設規模に対して 冷却プラントおよび関連の配管や電気系統の規模とコストとを低減する。本空気 処置装置は温度と湿度とをより正確に管理する。本発明による空気処理装置は該 空気処理装置内に内蔵された直接膨張システムを含むことによって、二次冷却装 置と関連の配管や遠隔プラントにおける制御装置との必要性を排除することがで きる。 除湿はプラントの建設中に行なうことが有利であることが多い。直接膨張冷却 装置は空気処理装置の一部としてよいため、直接膨張冷却装置は当該施設の建設 期間の初期において除湿を経済的に行なうことが出来る。直接膨張冷却装置シス テムは汚染物を含有している可能性のある空気の流れから湿気を除去し、また空 気の流れに対して適当な相対湿度を提供して濾過によって汚染物を除去する。 図面の簡単な説明 発明のこれらおよびその他の詳細な特定の目的および特徴は添付図面を参照し た以下の説明から更に十分に明らかとなる。 図１は従来の補給空気処理装置を示す線図。 図２は本発明による直接膨張補給空気処理装置を示すブロック図。 図３は図２に示す直接膨張補給空気処理装置を使用したクリーンルーム施設を 示すブロック図。 図４は図２に示す直接膨張補給空気処理装置の熱サイクルの例を示す湿度線図 （psychrometric diagram）である。 好適実施例の詳細説明 図１を参照すれば、従来の補給空気処理装置１００を示すブロック図が示され ており、この装置は予熱コイル１０２、給湿装置１０４、一次冷却コイル１０６ 、二次冷却コイル１０８、加熱コイル１１０およびフィルタ１１２から構成され ている。予熱コイル１０２は、送入空気が所定の温度より低い場合はそれを加熱 する。予熱コイル１０２は従来の予熱コイルである。給湿装置１０４は、空気が 所定の湿球温度よりも乾燥している場合空気に湿度を追加する。給湿装置１０４ は従来の給湿装置である。一次冷却コイル１０６は温かく湿った送入空気を所定 の温度まで冷却する。送入空気は典型的には季節変動があるため広い温度範囲で 変動する。このような冷却は、大気温が所定の温度よりも温かい場合に実行され る。一次冷却コイル１０６は遠隔のユーティリティプラント（utility plant） （図示せず）からの冷却された水を使用する一連のコイルを含む。 二次冷却コイル１０８は、所望の湿度に関連した目標の露点温度まで空気を更 に冷却する。二次冷却コイル１０８は典型的にはより低い温度の冷却水源あるい はグリコール混合物供給源を有している。グリコール混合物は露点温度を凍結状 態近くまで持ってくることが可能である。より低い温度の二次冷却コイル１０８ は典型的には補給空気処理装置１００までの関連の配管を備えた遠隔個所(図示 せず)に位置する冷却装置を有している。一次冷却コイル１０６と二次冷却コイ ル１０８は、外部環境への熱の逃げを阻止する関連の冷却装置（図示せず）を有 する従来のコイルである。加熱コイル１１０は空気を当該施設まで導入するため に所望の温度まで空気を再加熱する。加熱コイル１１０は典型的には遠隔の加熱 施設（図示せず）から熱を受け取る。従来の補給空気処理装置１００が従来の水 洗装置（図示せず）により、あるいはフィルタ１１２による濾過によって空気中 の汚染物を除去する。 図２を参照すれば、本発明による直接膨張補給空気処理装置２００を示すブロ ック図が示されている。図３を参照すれば、直接膨張補給空気処理装置２００を 使用したクリーンルーム施設３００を示すブロック図が示されている。クリーン ルーム施設３００は直接膨張補給空気処理装置２００とクリーンルーム３０６と を含む。直接膨張空気処理装置２００はクリーンルーム３０６へ補給空気を提供 し、補給空気の温度と湿度とを管理する。 直接膨張補給空気処理装置２００は予熱コイル２０２と、給湿装置２０４と、 一次冷却コイル２０６と、直接膨張冷却装置２０８と、フィルタ２１８とを含む 。予熱コイル２０２は送入される補給空気が所定の温度より低い場合に補給空気 を加熱する。予熱コイル２０２は、例えば従来のコイルでもよい。給湿装置２０ ４は補給空気が所定の湿球温度より乾燥している場合補給空気に湿度を加える。 給湿装置２０４は、例えば従来の給湿装置でもよい。一次冷却コイル２０６は送 入される空気を所定の温度まで冷却する。一次冷却コイル２０６は、例えばその 作動が一次冷却コイル１０６のそれに類似している従来のコイルでもよい。一次 冷却コイル２０６は、例えば遠隔の冷却プラント(図示せず)からの冷却された水 を使用した一連のコイルを含んでもよい。 直接膨張冷却装置２０８は空気流冷却コイル２１０と、空気流加熱コイル２１ ２と、圧縮機２１４と、膨張弁２１６とを含む。直接膨張冷却装置２０８は空気 の温度を、所望の湿度に関連した目標の露点温度まで下げることにより補給空気 を除湿する。圧縮機２１４は冷凍作業流体（refrigerant working fluid）をコ イル２１０と２１２との間で圧縮し、循環させる。空気流冷却コイル２１０は空 気温度を空気流が凝縮・除湿する目標温度まで下げる。この工程の間、エネルギ は冷凍流体に転移される。加熱コイル２１２は冷凍流体から補給空気まで熱が伝 わらないようにして第２の目標温度まで空気の流れを再加熱し、それによって冷 媒（refrigerant）を冷却する。膨張弁２１６はコイル２１０とコイル２１２と の間で冷凍流体の流れを管理する。空気はクリーンルーム３０６から直接膨張補 給空気処理装置２００まで再循環してもよい。 一次冷却コイル２０６と空気流冷却コイル２１０は補給空気から水を凝縮して 補給空気から汚染物を除去する。更に、直接膨張冷却装置２０８は空気の流れの 相対湿度を、フィルタ２１８で除去可能な粒体を汚染物が形成する相対湿度まで 下げるように作動しうる。 図４を参照すれば、直接膨張補給空気処理装置２００の熱サイクルの一例を示 す湿度線図が示されている。水平軸４００は乾球温度を示す。垂直軸４０１は露 点温度を示す。４０２，４０４，４０６，４０８および４１０の点は直接膨張補 給空気処理装置２００の熱サイクルの間の補給空気の各種の熱力学的状態（ther modynamic states）を示している。点４０２は直接膨張補給空気処理装置２００ に対する補給空気の入り状態（entry condition）を示す。点４１０は直接膨張 補給空気処理装置２００から排出される補給空気に対する目標状態を示す。線４ １２−１、４１２−２および４１２−３は一定の相対湿度の線を示す。線４１２ −１は１００％の相対湿度を示す。線４１２−２は直接膨張補給空気処理装置へ の入口空気の相対湿度を示す。線４１２−３は直接膨張補給空気処理装置２００ の排出部での相対湿度目標を示す。 一次冷却コイル２０６へ入る空気の温度と湿度は点４０２で示す。一次冷却コ イル２０６は補給空気が点４０４における温度と湿度に達するまで湿気を除去す ることなく補給空気を冷却する。次いで、一次冷却コイル２０６は補給空気を冷 却し続けるが、補給空気から湿気も除去する。この段階の間、温度は点４０６に 達するまで一定の１００％の相対湿度の線４１２−１に追従する。空気は直接膨 張処理装置２０８の空気流冷却コイル２１０まで動き、該コイルは、目標とする 湿球温度４１０と同じ湿球温度を有する点４０８に達するまで一定の１００％相 対湿度を示す線４１２−１に沿って補給空気を冷却し、かつ湿気を除去する。次 いで、空気流加熱コイル２１２が、空気が目標点４１０に達するまで補給空気を 加熱する。直接膨張空気処理装置２００は、冷却サイクルから除かれた熱を利用 して空気を再加熱することにより所望の温度と湿度の補給空気をクリーンルーム ３０６に提供する。 前述の説明は好適実施例の作動の説明を含むが本発明の範囲を限定する意図は ない。本発明の範囲は以下の請求の範囲によってのみ限定される。上記の説明か ら、本発明の精神と範囲とに包含される多くの変更が当該技術分野の専門家には 明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 オハロラン，マイケル アメリカ合衆国97231 オレゴン州ポート ランド，オールド ジャーマンタウン ロ ード 12130 エヌ．ダブリュ. (72)発明者 コーン，ウィルマー アメリカ合衆国97301 オレゴン州サレム, オーク ストリート エス．イー．490 (72)発明者 ガーロック，デビッド アメリカ合衆国17403 ペンシルバニア州 ヨーク，サウス リッチランド アベニュ ー 631 【要約の続き】 粒体はフィルタ２１８によって除去することが出来る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 補給空気の温度と湿度とを管理する直接膨張空気処理装置において、 第１の予め設定された温度まで補給空気を冷却する一次冷却コイルと、 補給空気に湿気を加える給湿装置と、 補給空気を目標とする温度および湿度まで除湿しかつ再加熱する直接膨張冷却 装置であって、 空気を第２の予め設定された温度まで冷却し、かつ目標湿度まで空気を除湿す るための空気流冷却コイルと、 その除湿された空気を当該施設の所望の空気温度まで再加熱するための空気流 加熱コイルとを含む直接膨張冷却装置とを備えることを特徴とする直接膨張空気 処理装置。 ２． 前記の一次冷却コイルと、前記直接膨張冷却装置の空気流冷却コイルと が、補給空気から水分を凝固して補給空気から汚染物を除去することを特徴とす る請求の範囲第１項に記載の直接膨張空気処理装置。 ３． 前記の一次冷却コイルと、前記膨張冷却装置の空気流冷却コイルと空気 流加熱コイルとが、フィルタによって除去可能な粒体を汚染物が形成する空気の 流れの相対湿度を作り出すことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の直接膨張 空気処理装置。 ４． クリーンルームの補給空気の湿度を管理する請求の範囲第１項に記載の 空気処理装置に結合されたクリーンルームを含むことを特徴とするクリーンルー ム施設。 ５． 一次冷却コイルと直接膨張冷却装置とが冷却された空気から水分を凝縮 して空気から汚染物を除去することを特徴とする請求の範囲第４項に記載のクリ ーンルーム。 ６． 一次冷却コイルと直接膨張冷却装置とが、フィルタが空気から汚染物を 除去しうるように空気の流れの湿度を変えることを特徴とする請求の範囲第３項 に記載のクリーンルーム施設。