JP2003148782A - 外気冷房システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 室内の温湿度を制御できる外気冷房システム
を提供する。 【解決手段】 還流する室内空気の温度とその室内空気
の絶対湿度から外気冷房で吹き出される給気ＳＡの温度
と絶対湿度を設定し、他方導入する外気ＯＡの温度と絶
対湿度の状態から還流空気（ＲＯＯＭ）の加湿量を決定
すると共に還流空気（ＲＯＯＭ）と外気ＯＡの混合量を
制御するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外気を導入して室
内を冷房するための外気冷房システムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、工場空調の需要が確実に増えてい
る。製造機器のコンパクト化、設置の高密度化エネルギ
ー消費量の増加などの原因で、建物単位での発熱量が大
幅に増加しており、中には年間冷房運転を必要としてい
るケースもある。

【０００３】また、生産プロセスの要求に応じて室内の
温度、湿度、清浄度の管理レベルに対する要求も高くな
っている。このようなニーズに応え、省エネルギー空調
システムとして外気冷房システムの開発が検討されつつ
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単純に
外気を室内に導入するだけでは、室内の温度、湿度制御
を最適に制御することは困難である。

【０００５】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、室内の温湿度を制御できる外気冷房システムを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、還流する室内空気の温度とその
室内空気の絶対湿度から外気冷房で吹き出される給気の
温度と絶対湿度を設定し、他方導入する外気の温度と絶
対湿度の状態から還流空気の加湿量を決定すると共に還
流空気と外気の混合量を制御するようにした外気冷房シ
ステムである。

【０００７】請求項２の発明は、室内空気を還流すると
共にその還流空気を加湿し、その加湿した空気と外気と
を混合して室内に空調された給気として吹き出すに際
し、給気の露点温度に応じて還流空気への加湿量を制御
すると共にその空調された給気温度を検出し、その給気
温度に応じて還流空気量と外気量とを調節する請求項１
記載の外気冷房システムである。

【０００８】請求項３の発明は、室内の圧力が一定とな
るよう排気し、その排気の一部を還流空気とし、その還
流空気を加湿すると共に外気と混合させて室内に給気す
る請求項１又は２記載の外気冷房システムである。

【０００９】請求項４の発明は、室内下部より室内の圧
力が一定となるよう排気すると共に室内の底部に形成し
た床下チャンバ内で還流空気を加湿し、その加湿した還
流空気を外気と混入して給気とする請求項１又は２記載
の外気冷房システムである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施の形態を
添付図面に基づいて詳述する。

【００１１】図１において、１０は空調を行う室内で、
その室内１０に冷房を行う空調機１１が給気ライン１２
を介して接続される。

【００１２】空調機１１は、冷水コイル１３と循環ファ
ン１４からなり、その吸込側に外気導入ライン１５が接
続され、その導入ライン１５に外気導入ダンパ１６が接
続される。

【００１３】室内１０の下部には排気ライン１７が接続
され、その排気ライン１７に排気ファン１８と排気ダン
パ１９が接続される。

【００１４】空調機１１の吸込側と排気ファン１８の吐
出側とが還流空気ライン２０で接続され、その還流空気
ライン２０に還流空気ダンパ２１と加湿器２２が接続さ
れる。

【００１５】加湿器２２は、還流空気室２３内に水スプ
レー管２４を設けて構成され、そのスプレー管２４に混
合器２５が接続されると共に混合器２５に水供給ライン
２６と圧縮空気供給ライン２７が接続され、その圧縮空
気供給ライン２７に圧縮空気量を制御する電動弁２８が
接続される。

【００１６】室内１０の温度（主に給気ライン１２から
の給気温度）を検出する温度センサ３０が設けられ、そ
の温度センサ３０が信号変換器３１を介して第１温度計
３２と第２温度計３３に接続される。また給気ライン１
２には給気温度の露点を検出する露点計３４が接続され
る。

【００１７】これら温度計３２，３３と露点計３４は制
御装置３５に接続され、その制御装置３５で、外気導入
ダンパ１６、還流空気ダンパ２１、電動弁２８が制御さ
れる。

【００１８】この制御装置３５による制御は、露点計３
４の検出した露点で、電動弁２８が調整されて加湿器２
２による還流空気への加湿量が制御され、第１温度計３
２で、外気導入ダンパ１６が調整されて外気導入量が制
御され、第２温度計３３で、還流空気ダンパ２１が調整
されて還流空気量が制御される。

【００１９】また室内１０の排気ライン１７の近傍には
圧力検出センサ３６が設けられ、そのセンサ３６に圧力
計３７が接続される。

【００２０】圧力計３７での圧力検出値は、排気ファン
１８の排風量を制御するインバータ３８に入力され、イ
ンバータ３８が、圧力検出センサ３６で検出される圧力
が一定となるよう排気ファン１８の排風量を制御するよ
うになっている。

【００２１】以上において、通常の夏季の冷房の際に
は、空調機１１の冷水コイル１３に冷水を供給し、室内
１０の空気を排気ライン１７、還流ライン２０から空調
機１１内に導入して冷却し、給気ライン１２から空調空
気として室内１０を冷房するが、冬季などにおいて、室
内１０の温度が高く、外気温度が低い場合、空調機１１
の冷水コイル１３による冷房を停止し、外気導入ライン
１５から外気ＯＡを導入して外気冷房を行う。

【００２２】この際、還流する室内空気の温度（ＲＯＯ
Ｍ）とその室内空気の絶対湿度から外気冷房で吹き出さ
れる給気の温度と絶対湿度を設定し、他方導入する外気
ＯＡの温度と絶対湿度の状態から還流空気の加湿量を決
定すると共に還流空気と外気の混合量を制御する。

【００２３】これを、図２の空気線図により説明する。

【００２４】先ず、室内から排気される還流空気（ＲＯ
ＯＭ）の温度が２４℃、相対湿度で４５％（絶対湿度
８．６ｇ／ｋｇ(DA)，０．００８ｋｇ／ｋｇ(DA)）と
し、外気ＯＡの導入で、絶対湿度を変えずに給気の吹出
温度ＳＡを１６℃と設定し、最大冷房負荷ΔＴ（吹出温
度Ｔ_SA−還流空気温度（室温）Ｔ_ROOM）としたとき、こ
の条件に対して、外気の状態は、図中、塗りつぶし示し
た領域Ｚに入っている状態であれば外気冷房の運転が可
能となる。

【００２５】すなわち、外気温度０〜１１℃の範囲で
は、絶対湿度０．００２ｋｇ／ｋｇ以上で相対湿度１０
０％まで、外気温度１１〜１４℃のときには、絶対湿度
０．００２ｋｇ／ｋｇ以上で、還流空気（ＲＯＯＭ）の
絶対湿度までで、かつ点Ｐ（温度１１℃、絶対湿度０．
００２ｋｇ／ｋｇ）と吹出温度ＳＡを結んだ線ｌに対し
て温度が低く、絶対湿度が低い領域Ｚ内の外気状態であ
れば外気冷房運転が可能となる。

【００２６】この外気冷房で、外気ＯＡが、温度１０
℃、絶対湿度０．００３ｋｇ／ｋｇのとき、還流空気Ｒ
ＯＯＭを加湿して、等エンタルピ線に沿ったＲＡまで加
湿（加湿量Ｌ＝１０．７５−８．３５＝２．４０ｇ／ｋ
ｇ(DA)）し、その加湿した還流空気ＲＡと外気ＯＡとを
混合することで給気温度ＳＡを得ることができる。

【００２７】この際の外気ＯＡと加湿した還流空気ＲＡ
の混合比は、給気温度ＳＡ（１６℃）と還流空気ＲＡの
温度（１８．６℃）と外気ＯＡの温度（１０℃）から、 外気量Ｇ_OA／給気量Ｇ_SA ＝ （１８．６−１６）／（１８．６−１０） ＝ ３０．２％ として求めることができる。

【００２８】実際の制御においては、図１で説明した露
点計３４で検出した露点ＡＤＦが一定となるように電動
弁２８にて圧縮空気量を制御して水供給ライン２６から
の噴射水量を制御して還流空気（ＲＯＯＭ）の加湿量Ｌ
を制御することで、先ず給気は、図２で示したＳＡとＲ
ＯＯＭを結ぶ線の負荷ラインＲ上に位置し、次に第１温
度計３２と第２温度計３３にて外気導入ダンパ１６と還
流空気用ダンパ２１を制御することで、両者の空気量比
を調整して吹出温度（給気温度ＳＡ）を負荷ラインＲ上
で設定した１６℃にすることが可能となる。

【００２９】また、図２では、還流空気ＲＡ加湿量に対
して最大加湿量も合わせて示したが、還流空気ＲＯＯＭ
を最大加湿し、外気ＯＡと混合すれば１６℃以下に下げ
ることも可能である。

【００３０】なお、外気ＯＡの導入により室内１０の圧
力が変動するため、圧力センサ３６で室内圧力を検出
し、その圧力計３７で、インバータ３８を介して排気フ
ァン１８の排風量ＥＸを制御することで室内１０の圧力
を一定に保ちつつ適正な還流空気量を制御することがで
きる。

【００３１】図３は、図２の外気冷房運転で、冷房負荷
を一定にした状態で、外気ＯＡが、１０℃から絶対湿度
はそのままで５℃に下がった外気ＯＡ’となった場合の
設定条件を示したものである。

【００３２】この場合、還流空気の加湿量をＲＡからＲ
Ａ’まで変化させ、その加湿した還流空気ＲＡ’と外気
ＯＡ’とを混合することで、冷房負荷を変えずに給気温
度ＳＡ（１６℃）とすることができる。

【００３３】すなわち、外気ＯＡ’の場合、還流空気
（ＲＯＯＭ）の加湿量Ｌ’は、 Ｌ’＝１０．２５−８．３５＝１．９０ｇ／ｋｇ 外気量Ｇ_OA ’／給気量Ｇ_SA ＝（１９．７−１６）／（１９．７−５） ＝２５．２％ となり、外気ＯＡ’の導入量を少なくすればよい。

【００３４】図４は、図２の外気冷房運転で、冷房負荷
を変えた場合の設定条件を示したものである。

【００３５】すなわち、給気温度ＳＡ（１６℃）１８℃
の給気温度ＳＡ’と冷房負荷を変化させた場合、還流空
気（ＲＯＯＭ）の加湿量Ｌ’は、 加湿量Ｌ＝１０．０−８．３５＝１．６５ｇ／ｋｇ 外気量Ｇ_OA ’／給気量Ｇ_SA ＝（２０．４−１８）／（２０．４−１０） ＝２３．１％ となり、図２に対して外気導入量を約７％程度少なくす
るだけでよい。

【００３６】図５は、本発明の他の実施の形態を示した
ものである。

【００３７】図５において、室内１０は、クリーンルー
ムであり、そのグレーチング４０で形成される床下チャ
ンバ４１にスプレー管４２と混合器２５を設け、その混
合器２５に水供給ライン２６と圧縮空気供給ライン２７
とを接続し、他方床下チャンバ４１と外気導入ライン１
５とを還流空気ライン２０で接続すると共にその還流空
気ライン２０に還流ファン４２を接続し、さらに室内１
０の下部の空気を廃棄する排気ライン１７を還流空気ラ
イン２０と別個に接続したものであり、その他の構成
は、図１の形態と同じである。

【００３８】本実施の形態においては、床下チャンバ４
１内で加湿するため、図１の加湿器２２と違って加湿空
間を広くとることができ、最大加湿量まで湿度制御性が
向上できる。

【００３９】以上本実施の形態を説明したが、本発明
は、上述した実施の形態に限らず、種々変形できる。例
えば、図２〜４で、給気ＳＡと還流空気ＲＯＯＭの絶対
湿度が同じ例で説明したが、給気ＳＡの露点ＡＤＦが一
定であれば、還流空気ＲＯＯＭとその露点が相違しても
よい。また露点ＡＤＦで加湿量を制御し、室内温度（給
気温度）で、還流空気と外気の混合比を制御するように
したが、外気、還流空気（ＲＯＯＭ）、給気の各温度と
その絶対湿度を、ここに検出し、これらを制御装置３５
に入力し、制御装置３５が空気線図を基に加湿量や外気
導入量を求めてこれらを制御するようにしてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、外気を導
入して室内を設定した温湿度に冷房でき、冷熱源容量を
削減できる。室内空気の一部を排気しながら外気で冷房
するため、室内換気が良好にできると共に湿度の制御性
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。

【図２】本発明において、空気線図上での外気冷房シス
テムを説明する図である。

【図３】図２において、外気温度が変化したときの空気
線図上での外気冷房システムを説明する図である。

【図４】図２において、冷房負荷を変化させたときの空
気線図上での外気冷房システムを説明する図である。

【図５】本発明の他の実施の形態を示す図である。

【符号の説明】

１０ 室内 １２ 給気ライン １５ 外気導入ライン ２０ 還流空気ライン ２２ 加湿器 ３４ 露点計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 重夫 千葉県習志野市東習志野６−17−16 株式 会社朝日工業社技術研究所内 (72)発明者 中島 啓之 千葉県習志野市東習志野６−17−16 株式 会社朝日工業社技術研究所内 Ｆターム(参考） 3L056 BD07 BF06 3L060 AA05 CC02 CC03 CC06 CC14 DD08 EE25 EE27

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 還流する室内空気の温度とその室内空気
   の絶対湿度から外気冷房で吹き出される給気の温度と絶
   対湿度を設定し、他方導入する外気の温度と絶対湿度の
   状態から還流空気の加湿量を決定すると共に還流空気と
   外気の混合量を制御することを特徴とする外気冷房シス
   テム。
2. 【請求項２】 室内空気を還流すると共にその還流空気
   を加湿し、その加湿した空気と外気とを混合して室内に
   空調された給気として吹き出すに際し、給気の露点温度
   に応じて還流空気への加湿量を制御すると共にその空調
   された給気温度を検出し、その給気温度に応じて還流空
   気量と外気量とを調節する請求項１記載の外気冷房シス
   テム。
3. 【請求項３】 室内の圧力が一定となるよう排気し、そ
   の排気の一部を還流空気とし、その還流空気を加湿する
   と共に外気と混合させて室内に給気する請求項１又は２
   記載の外気冷房システム。
4. 【請求項４】 室内下部より室内の圧力が一定となるよ
   う排気すると共に室内の底部に形成した床下チャンバ内
   で還流空気を加湿し、その加湿した還流空気を外気と混
   入して給気とする請求項１又は２記載の外気冷房システ
   ム。