特開 2024-47628 置換空調方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024047628

(43)【公開日】2024-04-08

(54)【発明の名称】置換空調方法

(51)【国際特許分類】

   F24F 1/0007 20190101AFI20240401BHJP

   F24F 11/80 20180101ALI20240401BHJP

   F24F 7/06 20060101ALI20240401BHJP

【ＦＩ】

F24F1/0007

F24F11/80

F24F7/06 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022153223

(22)【出願日】2022-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】595145050

【氏名又は名称】株式会社日立プラントサービス

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】山下 孝

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 匠

(72)【発明者】

【氏名】下川 良二

(72)【発明者】

【氏名】栗山 学

(72)【発明者】

【氏名】西村 繁

【テーマコード（参考）】

3L049

3L058

3L260

【Ｆターム（参考）】

3L049BB11

3L058BE02

3L058BF09

3L260AA06

3L260AB07

3L260BA13

3L260BA17

3L260BA27

(57)【要約】

【課題】局所的な冷え過ぎを抑制可能な置換空調方法を提供する。
【解決手段】本開示の置換空調方法は、空調装置２が設置された空調対象空間１１の下部に、床面１ａから所定高さまで形成される空調対象域１０を所定の環境に維持するための置換空調方法であって、空調装置２は、空調装置２に吸い込まれた空調対象空間１１の空気を冷却する冷却機構２２と、空調対象空間１１の空気を吸い込むとともに、空調装置２内の空気流れ方向において冷却機構２２の上流側に配置される第１吸込口２１と、空調空気Ａｃを空調対象空間１１に送り出す送風ファン２３と、空調対象空間１１の空気を吸い込むとともに、空調装置２内の空気流れ方向において冷却機構２２の下流側かつ送風ファン２３の上流側に配置される第２吸込口２６と、空調空気Ａｃを空調装置２の下方に向けて給気する給気口２５と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

空調装置が設置された空調対象空間の下部に、床面から所定高さまで形成される空調対象域を所定の環境に維持するための置換空調方法であって、
前記空調装置は、
前記空調装置に吸い込まれた前記空調対象空間の空気を冷却する冷却機構と、
前記空調対象空間の空気を吸い込むとともに、前記空調装置内の空気流れ方向において前記冷却機構の上流側に配置される第１吸込口と、
空調空気を前記空調対象空間に送り出す送風ファンと、
前記空調対象空間の空気を吸い込むとともに、前記空調装置内の空気流れ方向において前記冷却機構の下流側かつ前記送風ファンの上流側に配置される第２吸込口と、
前記空調空気を前記空調装置の下方に向けて給気する給気口と、
を備える
ことを特徴とする置換空調方法。

【請求項2】

前記送風ファンの動作により、前記第２吸込口から吸い込まれた前記空調対象空間の空気と、前記第１吸込口から吸い込まれ前記冷却機構により冷却された空気とが前記空調装置内で合流する
ことを特徴とする請求項１に記載の置換空調方法。

【請求項3】

前記空調対象空間に空調された外気を導入する第１導入口が備えられ、
前記空調装置と前記第１導入口とは近傍に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の置換空調方法。

【請求項4】

前記空調装置は、空調された外気を前記空調装置に導入する第２導入口を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の置換空調方法。

【請求項5】

前記空調対象空間はクリーンルームの内部空間であり、
前記空調装置は、塵埃を除去するフィルタを備え、前記フィルタを通過した空気が前記給気口を通じて給気される
ことを特徴とする請求項１に記載の置換空調方法。

【請求項6】

前記空調対象空間はクリーンルームの内部空間であり、
前記空調対象空間には、前記空調対象空間の塵埃を吸い込んで除去する除塵装置が配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の置換空調方法。

【請求項7】

前記空調装置は、前記給気口を通じた給気の温度制御機構を備え、
前記空調対象域の温度に基づき、前記温度制御機構により前記給気口を通じた給気の温度が制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の置換空調方法。

【請求項8】

前記給気口の下方における温度に影響を与える指標に基づいて、前記送風ファンの回転速度、又は、前記第２吸込口の開口面積の少なくとも一方が制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の置換空調方法。

【請求項9】

前記指標に基づき前記給気口の下方の温度が所定温度以下になると判断された場合に、前記給気口から給気される空気の温度を上昇させるように、前記送風ファンの回転速度、又は、前記第２吸込口の開口面積の少なくとも一方が制御される
ことを特徴とする請求項８に記載の置換空調方法。

【請求項10】

前記指標に基づき前記給気口の下方の温度が所定温度以下になると判断された場合に、当該判断時よりも前記送風ファンの回転速度を大きくする、又は、前記第２吸込口の開口面積を大きくする、の少なくとも一方の制御が行われる
ことを特徴とする請求項９に記載の置換空調方法。

【請求項11】

前記冷却機構は、冷却媒体の供給によって空気を冷却する熱交換器と、前記熱交換器への冷却媒体の流量を制御する弁とを備え、
前記弁の開度が前記所定開度以上のときに、前記指標に基づき前記給気口の下方の温度が所定温度以下になると判断される
ことを特徴とする請求項８に記載の置換空調方法。

【請求項12】

前記給気口から給気される空気の温度が所定温度以下のときに、前記指標に基づき前記給気口の下方の温度が所定温度以下になると判断される
ことを特徴とする請求項８に記載の置換空調方法。

【請求項13】

前記空調対象空間の熱負荷に対応して前記給気口からの給気温度が制御されるとともに、前記熱負荷が所定の熱負荷になると判断されたときに、前記給気口から給気される空気の温度を上昇させるように、前記送風ファンの回転速度、又は、前記第２吸込口の開口面積の少なくとも一方が制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の置換空調方法。

【請求項14】

前記空調装置は、前記給気口からの給気風量を制御する給気量制御機構を備え、
前記空調対象域の清浄度に基づき、前記給気量制御機構により前記給気口からの給気風量を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の置換空調方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は置換空調方法に関する。

【背景技術】

【0002】

置換空調は、温度に起因する密度差で温度成層化することで、空調対象室を空調する方式である。空調対象室の下部には作業領域が存在し、作業領域は、例えば、作業員が作業する領域（例えば作業員の頭付近から床面までの領域）である。置換空調に関する技術として、特許文献１には、「温度制御し、フィルタを通過させて浄化した空気を、クリーンルーム天井面からクリーンルーム内に給気する給気開口部と、クリーンルーム内の空気を還気として吸い込む吸い込み開口部と、を有し、前記給気開口部からクリーンルーム内に給気される清浄空気の風速が１ｍ／ｓ以下であることを特徴とするクリーンルーム用空調システム。」が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２１９２１９号公報（請求項１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の技術において、生産装置等からの発熱に起因してクリーンルームが昇温した場合、給気の供給により、クリーンルームが所定の室温に維持される。しかし、発熱量が多い場合にはクリーンルームの室温も高くなる。この結果、給気の温度が低くなり過ぎ、特に給気開口部の下方において局所的な冷え過ぎ（下降冷気に起因する冷え過ぎ）が生じ得る。
本開示が解決しようとする課題は、局所的な冷え過ぎを抑制可能な置換空調方法の提供である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の置換空調方法は、空調装置が設置された空調対象空間の下部に、床面から所定高さまで形成される空調対象域を所定の環境に維持するための置換空調方法であって、前記空調装置は、前記空調装置に吸い込まれた前記空調対象空間の空気を冷却する冷却機構と、前記空調対象空間の空気を吸い込むとともに、前記空調装置内の空気流れ方向において前記冷却機構の上流側に配置される第１吸込口と、空調空気を前記空調対象空間に送り出す送風ファンと、前記空調対象空間の空気を吸い込むとともに、前記空調装置内の空気流れ方向において前記冷却機構の下流側かつ前記送風ファンの上流側に配置される第２吸込口と、前記空調空気を前記空調装置の下方に向けて給気する給気口と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、局所的な冷え過ぎを抑制可能な置換空調方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態の空調システムの模式図である。

【図2】給気口から給気された空調空気の流れ方を説明する図であり、風速が遅く、距離が短い場合である。

【図3】給気口から給気された空調空気の流れ方を説明する図であり、風速が速く、距離が短い場合である。

【図4】給気口から給気された空調空気の流れ方を説明する図であり、風速が遅く、距離が長い場合である。

【図5】給気口から給気された空調空気の流れ方を説明する図であり、風速が速く、距離が長い場合である。

【図6】別の一実施形態の空調システムの模式図である。

【図7】別の一実施形態の空調システムの模式図である。

【図8】別の一実施形態の空調システムの模式図である。

【図9】別の一実施形態の空調装置を示す模式図である。

【図10】制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図11】図９に示す空調装置を使用した温度制御を示すフローチャートである。

【図12A】別の一実施形態の空調システムの模式図である。

【図12B】図１２Ａに示す空調装置における風量制御機構の模式図である。

【図13】風量制御機構に係る別の実施形態を示す模式図である。

【図14】図１２Ａに示す空調装置を使用した置換空調方法を示すフローチャートである。

【図15】別の一実施形態の空調システムの模式図である。

【図16】図１５に示す空調装置を使用した置換空調方法を示すフローチャートである。

【図17】別の一実施形態の空調システムの模式図である。

【図18】別の一実施形態の空調システムの模式図である。

【図19】図１８に示す空調装置を使用した置換空調方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら本開示を実施するための形態（実施形態と称する）を説明する。以下の一の実施形態の説明の中で、適宜、一の実施形態に適用可能な別の実施形態の説明も行う。本開示は以下の一の実施形態に限られず、異なる実施形態同士を組み合わせたり、本開示の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形したりできる。また、同じ部材については同じ符号を付すものとし、重複する説明は省略する。更に、同じ機能を有するものは同じ名称を付すものとする。図示の内容は、あくまで模式的なものであり、図示の都合上、本開示の効果を著しく損なわない範囲で実際の構成から変更したり、図面間で一部の部材の図示を省略したり変形したりすることがある。

【0009】

図１は、一実施形態の空調システム１００の模式図である。本開示の置換空調方法は、例えば、空調装置２を備える空調システム１００（本開示の置換空調システム）によって実行できる。本開示の置換空調方法は、空調装置２が設置された空調対象空間１１の下部に、床面１ａから所定高さまで形成される空調対象域１０を所定の環境に維持するための方法である。ここでいう下部は、空調対象室１の内側全体を占める空調対象空間１１の下部である。空調システム１００では、空調対象室１はクリーンルームであり、空調対象室１に空調装置２が設置される。空調装置２は、空調対象室１の天井付近（例えば上部）に設置され、かつ、側壁の付近にも配置される。

【0010】

空調対象室１の内部には空調対象空間１１が形成され、図示の例では、空調対象空間１１は、クリーンルームの内部空間である。空調対象域１０は、空調対象空間１１内にあって、その下部の領域である。空調装置２は、空調空気Ａｃを空調対象空間１１に供給するとともに給気口２５を備えるものである。

【0011】

空調対象室１には、発熱負荷源及び発塵源となる装置類３及び作業員４が存在する。また、空調対象室１では、空調装置２の動作とは別に、空調対象室１外の汚染空気が空調対象室１に流入しないように、室内を陽圧に維持するために使用される外気が外調機５で調整される。そして、調整後の外気が、ダクト６ａ及び第１導入口７を介して空調対象室１に供給され、排気口８及びダクト６ｂから余剰空気が空調対象室１の系外に排気される。

【0012】

図１中の一点鎖線は、空調対象室１で、温度管理及び清浄度管理が求められる空調対象域１０の上限を示す仮想のライン９であり天井等の間仕切りが存在する訳ではない。このライン９の高さ以下が、空調対象室１の空調対象域１０となる。空調対象域１０の高さは、装置類３の高さ及び作業員４の身長を超える高さに設定され、一般的には２ｍ程度であるが、装置類３の高さによっては３ｍ～４ｍに設定される場合もある。

【0013】

空調装置２は、第１吸込口２１と、冷却機構２２と、送風ファン２３と、給気口２５と、第２吸込口２６とを備える。第１吸込口２１は、空調対象空間１１の空気を吸い込むとともに、空調装置２内の空気流れ方向において冷却機構２２の上流側に配置される。冷却機構２２は、第１吸込口２１を通じて空調装置２に吸い込まれた空調対象空間１１の空気を冷却する。送風ファン２３は、空調空気Ａｃを給気口２５を通じて空調対象空間１１に送り出す。空調空気Ａｃは、詳細は後記するが、冷却機構２２によって冷却された室内空気と、冷却機構２２によって冷却されていない室内空気とを含む空気である。第２吸込口２６は、空調対象空間１１の空気を吸い込むとともに、空調装置２内の空気流れ方向において冷却機構２２の下流側かつ送風ファン２３の上流側に配置される。従って、空調装置２では、冷却機構２２を境に、上流側と下流側とに少なくとも２つの吸込口（第１吸込口２１及び第２吸込口２６）が備えられる。

【0014】

給気口２５は、空調空気Ａｃを空調装置２の下方に向けて給気する。空調空気Ａｃは、第１吸込口２１から吸い込まれ冷却機構２２で温度調整された空気と、第２吸込口２６から吸い込まれ冷却機構２２で温度調整されていない空気との混合気体である。ここでいう混合は、厳密な意味での混合である必要は無く、同一系である空調装置２内の流路に両空気が併存していればよい程度の混合を意味する。

【0015】

空調対象室１は、本開示の例ではクリーンルームであるため、空調装置２は更にフィルタ２４を備える。フィルタ２４は、送風ファン２３と給気口２５との間に配置され、塵埃を除去する例えば高性能除塵フィルタである。従って、フィルタ２４を通過した空気が給気口２５を通じて空調対象空間１１に給気される。これにより、空調対象空間１１の清浄度を高く維持できる。

【0016】

空調装置２は、送風ファン２３の動作により、第１吸込口２１を通じて空調対象室１内の空気を吸い込み、冷却機構２２を通過する際に空気を冷却する。冷却後の空気は、第２吸込口２６を通じて吸い込まれた空気と合流する。従って、送風ファン２３の動作により、第２吸込口２６から吸い込まれた空調対象空間１１の空気と、第１吸込口２１から吸い込まれ冷却機構２２により冷却された空気とが空調装置２内で合流する。これにより、詳細は後記するが、冷却機構２２による冷却によって、給気口２５の下方で局所的な冷え過ぎが生じる程度に迄空気が冷却されても、第２吸込口２６からの空気によって空調空気Ａｃを昇温できる。これにより、給気口２５の下方での局所的な冷え過ぎを抑制できる。ここでいう給気口２５の下方での局所的な冷え過ぎとは、給気口２５の下側に存在する例えば空調対象域１０での局所的な冷え過ぎをいう。ただし、冷え過ぎは、給気口２５の厳密な直下（真下）で生じる必要は無く、給気口２５の下方とは、空調対象空間１１に設置された構造物等の条件によって、例えば水平方向にある程度幅を持った下方でもよい。

【0017】

空調装置２は、フィルタ２４によって、合流後の空気中の塵埃を除去する。そして、空調装置２は、フィルタ２４を通過した空気が給気口２５を通じて給気されるように構成される。即ち、空調装置２は、給気口２５を介して空調及び除塵された空気（空調空気Ａｃ）を空調対象室１に対し、下方に向けて吹き出し供給する。このとき、図１中に示す距離Ｌは、空調対象室１の床面１ａから空調装置２の給気口２５までの距離（高さ）である。

【0018】

図２は、給気口２５から給気された空調空気Ａｃの流れ方を説明する図であり、風速が遅く、距離Ｌが短い場合である。図３は、給気口２５から給気された空調空気Ａｃの流れ方を説明する図であり、風速が速く、距離Ｌが短い場合である。図４は、給気口２５から給気された空調空気Ａｃの流れ方を説明する図であり、風速が遅く、距離Ｌが長い場合である。図５は、給気口２５から給気された空調空気Ａｃの流れ方を説明する図であり、風速が速く、距離Ｌが長い場合である。図２～図５において、白抜き矢印は風速を概念的に示したものであり、実線矢印は誘引及び混合する周囲空気Ａａの流れ方を概念的に示したものである。また、図２及び図３で距離Ｌは等しく、図４及び図５で距離Ｌは等しい。図２～図５は、風速及び距離Ｌによって誘引状態が異なることを示している。

【0019】

給気口２５から下方に向け吹き出された、空調空気Ａｃは、周囲の空気（周囲空気Ａａ）を誘引及び混合しながら下方に向かう。このとき、誘引及び混合する空気量に応じて、下降風速は減衰するとともに、同伴して下方に移動する空気量が増大する。また同時に、下方に移動する空気の温度は、誘引及び混合する周囲空気Ａａの量に応じて、給気口２５から吹出された、空調空気Ａｃの温度よりも高い温度になる。誘引及び混合する周囲空気Ａａの量が多いほど、空調空気Ａｃは吹き出されてからの昇温度合いが高まる。

【0020】

周囲流体との風速差(せん断力)が大きいと誘引及び混合は促進され、流れが発達する下流になるほど同伴して流れる流体の量は多く、風速は遅くなる。このような現象は、図２～図５に示すように、距離Ｌ及び風速が異なっていても、不変である。従って、例えば距離Ｌに応じて、どの程度の周囲空気Ａａを誘引及び混合するか、即ち、風速を決定することができる。

【0021】

これら一連の動作により、空調対象域１０に到達する、空調空気Ａｃの温度は、給気口２５から吹出された、空調空気Ａｃの吹出し時の温度よりも高くなり、空調対象域１０の上下温度差が小さくなるように機能する。また、空調対象域１０には、空調装置２で空調空気Ａｃが供給されるため、空調対象域１０の塵埃数は一定値以下に保たれる。

【0022】

図１に戻って、空調装置２及び空調装置２の給気口２５の高さ（距離Ｌ）は、空調対象室１の室内高さ、使用方法、機器及び設備の配置状況、空調設備の施工、メンテナンスの計画、コスト等、種々の要因で決定される。このため、空調対象室１の床面１ａから空調装置２の給気口２５までの距離Ｌは一般に計画毎(建築物毎、部屋毎)に異なる。

【0023】

本開示では、給気口２５から吹き出された、空調空気Ａｃが空調対象域１０に到達する間に周囲空気Ａａを誘引する状態は、上記のように、給気風速と、周囲空気の誘引に係る流路になる床面１ａから給気口２５までの距離Ｌに影響され、所定風速で吹き出すことが望ましい。この所定風速は、空調対象室１の設計条件に応じて適宜設定できるが、周囲空気Ａａの巻き込み量を、例えば熱流体シミュレーション等を活用して推測し、給気口２５からの風速を設定することが好ましい。

【0024】

空調対象域１０には、フィルタ２４を通過した空調空気Ａｃが供給されるため、空調対象域１０の塵埃数は一定値以下に保たれる。また、給気口２５下方の温度は、誘引及び混合による周囲空気Ａａによって給気温度（吹出温度）より上がるため、局所的な冷え過ぎが抑制される。しかし、装置類３の稼働、作業員４の増員等によって空調対象空間の熱負荷が増えると、増えた熱負荷に起因する空調対象空間１１の温度上昇を抑制するために、冷却機構２２による冷却量が増加される。量的な評価は難しいものの、概念的にいえば、空調対象空間１１の熱負荷量と、冷却機構２２による冷却量とがバランスする。このようにすれば、空調対象空間１１の温度上昇を抑制できるが、空調空気Ａｃの給気温度が低下し、これにより、給気口２５の下方での局所的な冷え過ぎが生じ得る。特に、給気口２５の大きさ、風量、距離Ｌによっては、周囲空気Ａａの誘引及び混合が弱く、局所的な冷え過ぎが生じ易くなる。

【0025】

そこで、本開示の例では、第２吸込口２６から吸い込まれた空気を、冷却機構２２による冷却後の空気（冷気）に合流させることで、給気温度の上昇が図られる。これにより、空調対象空間１１の熱負荷量に対応するように冷却機構２２で冷却するとともに、給気温度を上昇させて給気口２５の下方での局所的な冷え過ぎを十分に抑制できる。

【0026】

図６は、別の一実施形態の空調システム１００の模式図である。空調対象空間１１には、第１導入口７が配置される。第１導入口７は、空調対象室１外の汚染空気が空調対象室１に流入しないよう、空調対象室１を室外に対し陽圧に維持するための、外調機５により空調された外気をダクト６ａを介して空調対象空間１１に導入するものである。

【0027】

空調装置２と第１導入口７とが近傍に配置されることが好ましく、具体的には、第１導入口７と空調装置２の第１吸込口２１とは近傍に備えられることが好ましい。ここでいう近傍は例えば１ｍ以内である。外気を導入する第１導入口７と第１吸込口２１が近傍に設置されることで、外調機５により温湿度が調整され、かつ、清浄度も整えられた調整後の外気は、空調対象室１の上部の空気とほとんど混合せず、速やかに第１吸込口２１から空調装置２に導入される。これにより、空調された外気を効率よく利用できるようになる。

【0028】

図７は、別の一実施形態の空調システム１００の模式図である。図７に示す例では、空調装置２は、外調機５により空調された外気をダクト６ａを介して空調装置２に直接導入する第２導入口７ａを備える。

【0029】

このように、外調機５により空調された外気をダクト６ａ及び第２導入口７ａを介して、空調装置２に直接導入することで、外調機５によって温湿度及び清浄度も整えられた外気は、空調対象室１の上部の空気と全く混合せず、空調された外気を効率よく利用できる。

【0030】

図８は、別の一実施形態の空調システム１００の模式図である。図８に示す例では、空調システム１００は、空調対象空間１１の塵埃を吸い込んで除去する除塵装置２７ａ，２７ｂを備え、除塵装置２７ａ，２７ｂは空調対象空間１１（具体的には空調対象域１０）に配置される。

【0031】

このような除塵装置２７ａ，２７ｂを備えるのは、空調対象室１又は空調対象域１０の発熱負荷源の熱処理に必要な空調風量（Ａ）と、要求される清浄度を基準として必要となる空調風量（Ｂ）との差異が大きく、Ａ＜Ｂとなる場合である。

【0032】

除塵装置２７ａ，２７ｂは、除塵機能を有する高性能除塵フィルタ２４ａ（フィルタ２４の一例）と、送風ファン２３ａと、ケーシング２８ａとを備える。

【0033】

また、熱処理機能と除塵機能とを分離する場合には、空調装置２のフィルタ２４を備えなくとも良い。この場合、冷却機構２２の出口側に第２吸込口２６を設けても、清浄度がより高くなる効果はない。しかし、空調装置２周囲の空調対象空間１１の空気を吸い込むことにより、より温度が上昇した状態で、周囲空気Ａａと混合することになり、空調対象域１０において、局所的な冷え過ぎを抑えることができる効果がある。

【0034】

除塵装置２７の設置位置及び設置台数は、図８に限定されず、必要な向き及び位置に、必要な台数を設置して良い。

【0035】

図９は、別の一実施形態の空調装置２を示す模式図である。冷却機構２２は、冷却媒体ＣＳ（例えば冷水）の供給によって空気を冷却する熱交換器２２ａと、熱交換器２２ａへの冷却媒体ＣＳの流量を制御する弁２２ｂとを備える。空調装置２による空調対象域１０の温度制御は、弁２２ｂと、温度センサ２９と、制御装置３０とによって実行される。温度センサ２９は、空調対象域１０に設置される。制御装置３０は、温度センサ２９により測定される空調対象域１０の温度に基づき弁２２ｂの開度信号を弁２２ｂに出力する。これにより、給気口２５を通じた給気の温度が制御される。弁２２ｂ、温度センサ２９及び制御装置３０は、破線で示す電気信号線により接続される。弁２２ｂは、給気口２５を通じた給気の温度制御機構の一例として、空調装置２に備えられる。

【0036】

このとき、冷却機構２２の出口側にある第２吸込口２６には図示していないが、粗塵を除去する粗塵フィルタ（フィルタの一例）を設置し、送風ファン２３及びフィルタ２４に対する塵埃負荷を抑えるようにした方が好ましい。図９及び後記図１１に示す実施形態では、第２吸込口２６は開いていても、閉じていてもよい。ただし、第２吸込口２６を開くことで、上記のように効果的に局所的な冷え過ぎを抑制できる。

【0037】

冷却機構２２が例えば冷却媒体ＣＳを用いた熱交換器である場合、熱交換器には図示しないチラー等から冷却媒体ＣＳが供給され、制御装置３０からの信号に応じて弁２２ｂの開度が増減される。空調対象室１の上部から導入された空気は熱交換器を通過する際に冷却される一方で、冷却媒体ＣＳは昇温され冷却媒体ＣＲ（例えば還水）としてチラー等に戻る。

【0038】

図１０は、制御装置３０のハードウェア構成を示すブロック図である。制御装置３０は、ＣＰＵ２５２等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。制御装置３０は、例えば、メモリ２５１、ＣＰＵ２５２、記憶装置２５３（ＳＳＤ，ＨＤＤ等）、通信装置２５４及びＩ／Ｆ２５５を備える。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、ＨＤＤに格納すること以外に、メモリ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、又は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）カード、ＳＤ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ）カード、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の記録媒体に格納することができる。また、クラウド上に情報を記憶するようにしたり、クラウド上で演算等の処理を行うようにしたりすることもできる。

【0039】

図１１は、図９に示す空調装置２を使用した温度制御を示すフローチャートである。図１１は、本開示の置換空調方法を示すものであり、空調対象域１０（図１）の温度に基づき、弁２２ｂ（温度制御機構）により給気口２５（図１）を通じた給気の温度が制御される。このようにすることで、空調対象域の温度を、弁２２ｂの制御によって設定温度に制御できる。

【0040】

制御装置３０（図９）は、温度センサ２９（図９）により、空調対象域１０の温度Ｔを測定する（ステップＳ１１）。制御装置３０は、温度Ｔが設定温度よりも低いか否かを判断する（ステップＳ１２）。測定した温度Ｔが設定温度よりも低い場合（Ｙｅｓ）、弁２２ｂの開度を絞る（減らす）ことにより、冷却機構２２での冷却が抑制されて、給気温度が上昇する（ステップＳ１３）。一方、ステップＳ１２において、測定された温度Ｔが設定温度よりも高い場合（Ｎｏ）、制御装置３０は弁２２ｂの開度を増やし、これにより、冷却機構２２での冷却が促進され、給気温度が低下する（ステップＳ１４）。この動作を一定の時間ステップにより、実行することで空調対象域１０の温度が制御される。

【0041】

なお、ステップＳ１２において、設定温度±数℃以内のような範囲を不感温度帯として、弁２２ｂ（図９）の開度を現状の状態に保持してもよい。

【0042】

図１２Ａは、別の一実施形態の空調システム１００の模式図である。図１２Ａは、上記図９に示した空調装置２において、更に、弁２２ｂの開度情報に基づき、制御装置３０によって、給気量制御機構３２及び吸込量制御機構３３が調整される。給気量制御機構３２は、送風ファン２３による給気口２５からの給気風量を制御するものであり、空調装置２に備えられる。給気量制御機構３２は、インバータを備え、インバータの回転速度制御により、給気風量が制御される。ただし、給気量制御機構３２は、インバータに代えて、印加電圧を変えて風量を制御できるファンでもよいし、開度調整可能なダンパでもよく、例えば送風ファン２３を一定速度で回転させ、ダンパの開度を調整することで、給気風量を制御することができる。吸込量制御機構３３は、第２吸込口２６の開口面積を制御するものであり、空調装置２に備えられる。開口面積の制御により、吸い込まれる空気量が制御される。

【0043】

図１２Ｂは、図１２Ａに示す空調装置２における吸込量制御機構３３の模式図である。吸込量制御機構３３は、図示の例ではダンパである。吸込量制御機構３３は、第２吸込口２６の開口を閉塞可能な形状を有する。第２吸込口２６は長方形状（これに限定されず、例えば円形、長方形以外の矩形等でもよい）を有し、吸込量制御機構３３は第２吸込口２６の例えば内側寸法とほぼ同じ寸法を有する羽根（金属平板）を備える。吸込量制御機構３３は、例えば鉛直方向に延在する軸Ａｘを中心に回動可能である。吸込量制御機構３３は、例えばアクチュエータ（不図示）によって開度調整機構の回動の程度を制御することで、第２吸込口２６の開口面積を制御して、吸い込まれる空気の風量を制御できる。ここでいう開口面積は、第２吸込口２６と吸込量制御機構３３としての平板との間に形成される開口の面積である。回動の程度は、単なる開閉の２段階でもよく、３段階以上にすることで細かに風量を制御してもよい。

【0044】

図１３は、吸込量制御機構３３に係る別の実施形態を示す模式図である。吸込量制御機構３３は、複数の羽根３３ａ，３３ｂ，３３ｃ（いずれも吸込量制御機構３３の一例）を備える。複数の羽根３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、それぞれ独立して、軸Ａｘ１，Ａｘ２，Ａｘ３（いずれも軸Ａｘの一例）を中心に回動可能である。このような吸込量制御機構３３によれば、図１２Ｂに示した例と比べて、より細かに風量を制御できる。

【0045】

図１２Ａに戻って、送風ファン２３は、給気量制御機構３２としてのインバータや印加電圧等によって回転速度を制御される。給気量制御機構３２、吸込量制御機構３３、制御装置３０、弁２２ｂ、及び温度センサ２９は、破線で示す電気信号線により接続される。

【0046】

図１４は、図１２Ａに示す空調装置２を使用した置換空調方法を示すフローチャートである。図１４に示すフローは、制御装置３０（図１２Ａ）によって実行される。図１４に示す例では、送風ファン２３の回転速度は、一例として、０ではない第１速度と、前記第１速度よりも高速の第２速度とで制御される。また、第２吸込口２６の開口面積は、一例として、０ではない第１面積と、前記第１面積よりも大きな第２面積とで制御される。図１４では、通常モードとして、空調対象域１０の温度に基づき、弁２２ｂにより給気口２５を通じた給気の温度が制御される。通常モードは、上記図１１を参照して説明したフローと同じである。図１４では、更に、抑制モードとして、弁２２ｂの開度が所定開度以上のときに、送風ファン２３の回転速度を大きくして給気風量が増えるとともに、第２吸込口２６の開口面積を大きくして吸込量も増える。

【0047】

本開示の置換空調方法では、給気口２５（図１）の下方における温度に影響を与える指標に基づいて、送風ファン２３の回転速度、又は、第２吸込口２６の開口面積の少なくとも一方が制御される。このようにすることで、給気口２５の下方で局所的な冷え過ぎが発生しそうな場合に、送風ファン２３の回転速度、又は、第２吸込口２６の開口面積の少なくとも一方を制御して局所的な冷え過ぎを抑制できる。図１４に示す例では、送風ファン２３の回転速度、及び第２吸込口２６の開口面積の双方が制御される。以下、図１４の説明において同様である。また、ここでいう指標は、詳細は後記するが、図１４に示す例では、弁２２ｂの開度である。弁２２ｂの開度が大きくなれば給気温度が低下し、給気口２５の下方における温度が低下する。一方で、弁２２ｂの開度が小さくなれば給気温度が上昇し、給気口２５の下方における温度が上昇する。

【0048】

上記指標に基づき給気口２５の下方の温度が所定温度以下になると判断された場合に、給気口２５から給気される空気の温度を例えば判断時よりも上昇させるように、送風ファン２３の回転速度、又は、第２吸込口２６の開口面積の少なくとも一方が制御される。ここでいう所定温度は、作業員４（図１）が寒いと感じる温度（限定されないが、例えば１８℃以下の温度）であり、所定温度以下であれば、局所的な冷え過ぎが生じたといえる。このようにすることで、給気口２５の下方で局所的な冷え過ぎが発生しそうな場合に、送風ファン２３の回転速度、又は、第２吸込口２６の開口面積の少なくとも一方を制御して給気温度を上昇させることで、局所的な冷え過ぎを抑制できる。

【0049】

この場合において、上記指標に基づき給気口２５の下方の温度が所定温度以下になると判断された場合に、上記判断時（例えば後記ステップＳ２５）よりも送風ファン２３の回転速度を大きくする、又は、第２吸込口２６の開口面積を大きくする、の少なくとも一方の制御が行われる。これにより、第２吸込口２６から吸い込まれる室内空気量を増やすことができ、冷却機構２２によって冷却された空気に合流させる室内空気の量を増大できる。この結果、給気温度を上昇でき、局所的な冷え過ぎを抑制できる。

【0050】

また、詳細は後記するが、図１４に示す例では、弁２２ｂの開度が所定開度以上のときに、上記指標に基づき給気口２５の下方の温度が所定温度以下になると判断される。これにより、給気口２５の下方に温度計を備えなくても弁２２ｂの開度に基づいて制御できる。

【0051】

以下、図１４を参照しながら、具体的に説明する。上記図１１を参照して説明したように、ステップＳ１１～ステップＳ１４が実行される。ステップＳ１１～ステップＳ１４では、送風ファン２３は第１速度で回転しており、第２吸込口２６の開口は第１面積を有する。制御装置３０（図１２Ａ）は、ステップＳ１３，１４での開度調整の結果、弁２２ｂの開度が所定開度以上になったか否かを判断する（ステップＳ２５）。ここでいう所定開度は、給気温度が低すぎるために給気口２５（図１）の下方の温度が低くなりすぎる結果、局所的な冷え過ぎを生じさせる開度である。所定開度は、例えば、シミュレーション、試運転等によって決定できる。

【0052】

弁２２ｂの開度が所定開度以上の場合（Ｙｅｓ）、制御装置３０は、抑制モードを実行する（ステップＳ２６，Ｓ２７）。具体的には、制御装置３０は、送風ファン２３の回転速度を第１速度から第２速度に大きくすることで、給気量を増やす（ステップＳ２６）。これとともに、制御装置３０は、第２吸込口２６の開口面積を第１面積から第２面積に増やすことで、吸込量を増やす（ステップＳ２７）。ステップＳ２６，Ｓ２７の後、制御装置３０は、ステップＳ１１以降を繰り返す。

【0053】

ステップＳ２５において、弁２２ｂの開度が所定開度未満の場合（Ｎｏ）、制御装置３０は、抑制モードを実行中であるか否かを判断する（ステップＳ２８）。ここでいう実行中とは、送風ファン２３の回転速度が第２速度、又は、第２吸込口２６の開口面積が第２面積の少なくとも一方（図１４の例では双方）になっている状態である。実行中ではない場合（Ｎｏ）、制御装置３０は、ステップＳ１１以降を繰り返す。実行中の場合（Ｙｅｓ）、制御装置３０は、送風ファン２３の回転速度を第２速度から第１速度に戻すことで、給気量を通常モードに戻す（ステップＳ２９）。これとともに、制御装置３０は、第２吸込口２６の開口面積を第２面積から第１面積に戻すことで、吸込量を通常モードに戻す（ステップＳ３０）。ステップＳ２９，Ｓ３０の後、制御装置３０は、ステップＳ１１以降を繰り返す。このようにして、本開示の置換空調方法が実行される。

【0054】

なお、ステップＳ１２において、設定温度±数℃以内のような範囲を不感温度帯として、弁２２ｂの開度を現状の状態に保持してもよい。また、ステップＳ２５の弁２２ｂの開度による通常モードと抑制モードの切り替えにおいてもある一定時間、現状の状態に保持してもよい。また、今回の実施例では抑制モードにおける回転速度及び開口面積を一定値にしたが、これらは可変にしてもよい。

【0055】

図１５は、別の一実施形態の空調システム１００の模式図である。図１５に示す例では、上記図１２Ａにおいて、空調システム１００は、更に給気温度を測定する温度センサ２９ａを備える。

【0056】

図１６は、図１５に示す空調装置２を使用した置換空調方法を示すフローチャートである。図１６に示すフローは、上記図１４に示したステップＳ２５に代えてステップＳ３１を含む。ステップＳ３１では、給気口２５から給気される空気の温度（給気温度）が所定温度以下であるか否かが判断される（ステップＳ３１）。給気口２５から給気される空気の温度は、温度センサ２９ａ（図１５）により測定される。ここでいう所定温度は、当該所定温度以下の給気を受けた作業員４（図１）が寒いと感じる温度であり、給気温度が所定温度以下であれば、局所的な冷え過ぎが生じたといえる。所定温度は、例えば、シミュレーション、試運転等によって決定できる。

【0057】

従って、図１６に示す例では、給気口２５（図１）から給気される空気の温度が所定温度以下のときに、上記指標に基づき給気口２５の下方の温度が所定温度以下になると判断される。このようにすることで、給気温度に基づいて、空調対象域１０（図１）に存在する作業員４が寒いと感じることを抑制でき、局所的な冷え過ぎを抑制できる。

【0058】

図１７は、別の一実施形態の空調システム１００の模式図である。図１７に示す例では、上記図１２Ａにおいて、空調システム１００は、更に、空調対象空間１１の熱負荷を把握する分析評価装置３１を備える。分析評価装置３１は、例えば、制御装置３０と、空調対象空間１１に存在する作業員４の人数を把握する人感センサ４１と、装置類３に接続され、装置類３の状態を把握する装置４２と、を備える。なお、人感センサ４１又は装置４２の一方のみが備えられてもよい。

【0059】

図１７に示す例では、空調対象空間１１の熱負荷に対応して、給気口２５からの給気温度が制御される。これとともに、分析評価装置３１により把握された熱負荷が所定の熱負荷になると判断されたときに、給気口２５から給気される空気の温度を例えば判断時の温度よりも上昇させるように、送風ファン２３の回転速度、又は、第２吸込口２６の開口面積の少なくとも一方（双方でもよい）が制御される。

【0060】

図１７に示す例では、抑制モードにおいて、弁２２ｂ及び給気温度を指標とせず、分析評価装置３１に基づいて把握可能な熱負荷の大きさによって、抑制モードが実行される。例えば、作業員４の人数が所定人数以上になると、冷却機構２２によって処理される熱負荷が大きくなる。この結果、冷却機構２２による冷却が強化されるが、給気温度が低すぎて局所的な冷え過ぎが想定される。また、装置類３が同時に多数１００％の能力で稼働しても、冷却機構２２によって処理される熱負荷が大きくなり、給気温度が低すぎて局所的な冷え過ぎが想定される。従って、これらの場合には、抑制モードが実行される。このような分析評価装置３１を用いることでも、局所的な冷え過ぎを抑制できる。

【0061】

図１８は、別の一実施形態の空調システム１００の模式図である。図１８に示す例では、上記図１２Ａにおいて、空調システム１００は、空調対象空間１１に清浄度センサ３４を備える。清浄度センサ３４は、空調対象域１０の清浄度を測定するものであり、例えば塵埃濃度、塵埃数等を測定するセンサである。空調装置２による空調対象域１０の清浄度制御は、清浄度センサ３４と、給気量制御機構３２と、制御装置３０によって実行される。制御装置３０は、清浄度センサ３４により測定される空調対象域１０の空気中に含まれる塵埃濃度に基づき、給気量制御機構３２に制御信号を出力する。清浄度センサ３４、制御装置３０、及び給気量制御機構３２は、破線で示す電気信号線により接続される。

【0062】

図１９は、図１８に示す空調装置２を使用した置換空調方法を示すフローチャートである。図１９は、本開示の置換空調方法を示すものであり、空調対象域１０の清浄度に基づき、給気量制御機構３２により給気口２５の給気風量を制御するフローである。制御装置３０は、清浄度センサ３４により計測された空調対象域１０の清浄度に係る塵埃濃度Ｃ（ステップＳ３１）が規定清浄度に係る塵埃濃度よりも多いか否かを判断する（ステップＳ３２）。塵埃濃度Ｃは、清浄度センサ３４（図１８）により測定できる。

【0063】

計測された塵埃濃度Ｃが規定清浄度に係る規定塵埃濃度より多い場合（Ｙｅｓ）、制御装置３０は、給気量制御機構３２を制御して送風ファン２３の回転速度を上げて、給気風量を上げる（ステップＳ３３）。一方、ステップＳ２２において、測定された清浄度に係る塵埃数Ｃが規定清浄度に係る規定塵埃濃度以下の場合（Ｎｏ）、制御装置３０は給気量制御機構３２を制御して送風ファン２３の回転速度を下げて給気風量を下げる（ステップＳ３４）。この動作を一定の時間ステップにより実行することにより空調対象域１０の清浄度が制御される。

【0064】

なお、ステップＳ３２において、設定塵埃濃度から不感帯塵埃濃度幅を差し引いた値を下限値とし、当該下限値から設定塵埃濃度迄の範囲を不感帯塵埃濃度として、この範囲では給気量制御機構３２にて送風ファン２３の回転数を現状の状態に保持してもよい。

【0065】

空調対象域１０の温度制御と清浄度（塵埃数）制御を同時に行う場合には、図１４又は図１６のフローと、図１９のフローとを並行して実行できる。

【0066】

これまで示した図示の例では、空調対象空間１１はクリーンルームの内部空間であるが、例えば、工場、ホール、その他の用途の部屋等の各空間に適用してもよい

【0067】

本開示の置換空調方法によれば、空調装置２の第２吸込口２６を設けることで、作業員４の快適性を阻害する要因となる低温の空調空気Ａｃが空調対象域１０に供給されることをより抑制できる。このため、局所的な冷え過ぎを抑制できる。また、上下温度差が軽減され、作業員４の快適性が向上するとともに、装置類３に対しても安定した温度等の環境を提供できる。

【0068】

置換空調が行われる空調対象空間１１を形成する空調対象室１の下部にある空調対象域１０に空調空気Ａｃを供給することで、空調対象室１全体を混合して空調する方式に比べ、少風量で効率良く空調でき、エネルギ削減にも貢献できる。

【0069】

空調対象室１に配置される空調装置２を介して室内空気を循環処理するため、空調対象室１の外部にダクトを介して室内空気を搬送し、外調機５等に戻す必要がなくなる。このため、空気搬送に係るエネルギの削減も可能となる。

【0070】

空調装置２を空調対象域１０よりも高い位置に設置することが可能であり、空調対象室１内のフットプリントが改善され、装置類３の設置の自由度も向上する。これとともに、空調対象室１のレイアウト変更への対応も容易となる。

【符号の説明】

【0071】

１００ 空調システム
１０ 空調対象域
１１ 空調対象空間
１ 空調対象室
１ａ 床面
２ 空調装置
２１ 第１吸込口
２２ 冷却機構
２２ａ 熱交換器
２２ｂ 弁
２３ 送風ファン
２３ａ 送風ファン
２４ フィルタ
２４ａ 高性能除塵フィルタ
２５ 給気口
２５１ メモリ
２５２ ＣＰＵ
２５４ 通信装置
２５５ Ｉ／Ｆ
２６ 第２吸込口
２７ 除塵装置
２７ａ 除塵装置
２７ｂ 除塵装置
２８ａ ケーシング
２９ 温度センサ
２９ａ 温度センサ
３ 装置類
３０ 制御装置
３１ 分析評価装置
３２ 給気量制御機構
３３ 吸込量制御機構
３３ａ 羽根
３３ｂ 羽根
３３ｃ 羽根
３４ 清浄度センサ
４ 作業員
４１ 人感センサ
４２ 装置
５ 外調機
６ａ ダクト
６ｂ ダクト
７ 第１導入口
７ａ 第２導入口
８ 排気口
９ ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】