JP2004239580A - 空調装置とその制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】空調空気を一端側から供給することにより塗装ブース内に高温領域と低温領域の温度分布が生じる場合であっても、許容温湿度範囲から外れる部分を極力少なくする。
【解決手段】空調室内に生じる温度分布の高温領域と低温領域の温湿度を測定する少なくとも二つの温湿度センサ（Ｓ_１，Ｓ_２）のうち、優先順位の高い温湿度センサ（Ｓ_１）で検出される温湿度が空気線図上に設定された許容温湿度範囲（Ｃ）内に維持されるように空調空気の温湿度のフィードバック制御を行う主制御手段（ＰＧ１）と、他の温湿度センサ（Ｓ_２）で検出される温湿度が許容温湿度範囲（Ｃ）にない場合に、その検出温度と許容温湿度範囲（Ｃ）の臨界温度までの温度差が最小になるように空調空気の温湿度の設定値を修正する修正制御手段（ＰＧ２）を備えた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調室で検出された温湿度に基づいて前記空調室に供給する空調空気の温湿度コントロールを行う制御装置を備えた空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高品質の自動車ボディ塗装は、その天井部にフィルタを介して形成された給気室から塗装室内に空調空気を流下させると共に、床下に形成された排気室から排気する給気付塗装ブース内で行われる。
この場合に、塗装ブース特に塗装室内を予め設定された温湿度に維持するため、空調装置から一定の温湿度に調整された空調空気を給気室へ送給するようにしている（特許文献１〜５参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平 １１− ８３１２９号公報
【特許文献２】特開平 １１−１０１４８４号公報
【特許文献３】特開平 １１−１０１４８５号公報
【特許文献４】特開平 １１−１３２５３２号公報
【特許文献５】特開２００１−２４１７３３号公報
【０００４】これらに記載された空調装置は、加熱器、冷却器、加湿器を備えており、空調装置に取り入れる外気の温湿度と塗装室の目標温湿度に基づいて、加熱器又は冷却器の容量と、加湿器の容量を設定すると共に、塗装室内で検出された温湿度に基づいて空調空気の温湿度をフィードバック制御している。
このようにすれば、外気の状態に拘わりなく、熱容量の過不足、湿度の過不足のない空調空気を送給することができ、塗装室を逸早く設定された温湿度に立上げると共に、エネルギーを浪費することなく、塗装ブース内をその温湿度に維持することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように生成された空調空気を塗装ブースに供給して温湿度を制御したときに、塗装室内で高温領域と低温領域の温度分布が生じることが判明した。
この原因として、塗装ブースは自動車塗装ラインに沿って数十ｍ程度に形成され、給気室もその全長にわたって形成されているが、空調装置からの空調空気を供給する給気ダクトは、給気室の一端側あるいは中央の１ヶ所にしか接続されていないため、ダクト接続口近傍では温度が高く、接続口から離れるほど温度が低下することが考えられる。
【０００６】このような温度分布が生じると、塗装ブース内の高温領域と低温領域の温湿度範囲と許容温湿度範囲が上手く重なる場合は良いが、温湿度を検出している領域の温湿度は許容温湿度範囲内にあっても、そこから離れた領域では許容温湿度範囲から極端に外れてしまうおそれがあった。
【０００７】このため、１台の空調装置から空調空気を給気室の複数箇所に分岐供給したり、複数台の空調装置を設置することが考えられる。
しかし、分岐供給する場合は給気ダクトの長さの違いより温度差を生じるだけでなく、複数の給気ダクトを取り回さなければならないことからその始末が面倒になるという問題を生じる。
また、複数台の空調装置を設置する場合はコストが嵩むと同時に、その設置スペースを確保しなければならないという問題がある。
【０００８】そこで本発明は、１台の空調装置で塗装ブースなどの空調室内の温湿度制御を行う際に、その空調室内に高温領域と低温領域の温度分布が生じる場合であっても、許容温湿度範囲から外れる部分をなくして、あるいは極力少なくして、空調室内を広い範囲にわたって許容温湿度範囲内に収まるように空調空気の温湿度をコントロールできるようにすることを技術的課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、空調室に設置された温湿度センサの出力に基づいて空調室内の温湿度を予め設定された所定の温湿度にコントロールする制御装置により、所定の温湿度に設定した空調空気を供給する空調装置において、空調室内に生じる温度分布の高温領域と低温領域の温湿度を測定する少なくとも二つの温湿度センサに優先順位が設定され、前記制御装置は、優先順位の高い温湿度センサで検出される温湿度が空気線図上に設定された許容温湿度範囲内に維持されるように監視しながら、他の温湿度センサで検出される温湿度が許容温湿度範囲にない場合に、その検出温度と許容温湿度範囲の臨界温度までの温度差が最小になるように空調空気の温湿度を設定するように成されていることを特徴とする。
【００１０】本発明によれば、例えば、空調室となる塗装室内の温湿度制御を行う場合に、塗装室内に生じる温度分布の高温領域と低温領域の温湿度を測定する少なくとも二つの温湿度センサを備えているので、その高温領域及び低温領域の温湿度を把握することができる。
そして、高温領域の方が塗装品質に大きな影響を及ぼす場合、その高温領域に設置された温湿度センサの優先順位を高くすることにより、その温湿度センサで検出される温湿度を許容温湿度範囲内に維持するようにすれば、高温領域内で塗装不良を生ずることがない。
【００１１】また、他の温湿度センサで検出される低温領域の温湿度が許容温湿度範囲にあれば塗装室全体が許容温湿度範囲に維持されることになるが、許容温湿度範囲の下限値より低かった場合は、その検出温度と許容温湿度範囲の下限値までの温度差が最小になるように空調空気の温湿度が設定される。
すなわち、低温領域に設置された温湿度センサで検出された温湿度が許容温湿度範囲内に入るように空調空気の設定温度が上昇されていき、低温領域の検出温度が許容温湿度範囲の下限値に達する前に高温領域の検出温度が許容温湿度範囲の上限値に達すれば空調空気をその時点の設定温湿度に維持し、高温領域の検出温度が許容温湿度範囲の上限値に達する前に低温領域の検出温度が許容温湿度範囲の下限値に達すれば空調空気をその時点の設定温湿度に維持する。
したがって、温度分布が生じる塗装室などの空調室内がより広い範囲にわたって許容温湿度範囲内に設定される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る空調装置を示す説明図、図２はその制御手順を示すフローチャート、図３は温湿度変化を示す空気線図である。
【００１３】図１に示す空調装置１は例えば自動車ボディの塗装を行う塗装ブース（空調室）２内の温度及び相対湿度をコントロールするもので、所定の温湿度に調整された空調空気が給気ダクト３を介して塗装ブース２に供給されるようになっている。
また、塗装ブース２は、その天井にフィルタ４を介して形成された給気室５の一端側に前記給気ダクト３が接続され、給気室５に供給された空調空気が塗装室６内を流下して床下の排気室７から排気されるようになっている。
また、空調装置１は、その内部に、空気を加熱するヒータ（加熱器）８、加熱された空気を断熱加湿するワッシャ（加湿器）９及び空気を冷却するクーラ（冷却器）１０が配され、これらの容量をコントロールして塗装ブース２に供給する空調空気の温湿度コントロールを行う制御装置１１を備えている。
【００１４】制御装置１１は、その入力側に、給気ダクト３が接続された給気室５の一端側に配された温湿度センサＳ_１と、他端側に配された温湿度センサＳ_２が接続され、その出力側にヒータ８、ワッシャ９及びクーラ１０が接続されている。
前記温湿度センサＳ_１が配される給気室５の一端側は、給気ダクト３の接続口に近く、夏場は冷気の影響を受けやすいので低温領域となり、冬場は暖気の影響を受けやすいので高温領域となる。
また、他方の温湿度センサＳ_２が配される給気室５の他端側は、給気ダクト３の接続口から離れており、夏場は冷気が届き難いので高温領域となり、冬場は暖気が届き難いので低温領域となる。
【００１５】この制御装置１１では、温湿度センサＳ_１の優先順位が、他方の温湿度センサＳ_２よりも高く設定されており、温湿度センサＳ_１の検出信号を優先して処理を行うようになっている。
そして、処理が実行開始されると、主制御プログラム（主制御手段）ＰＧ１により、温湿度センサＳ_１で検出された温湿度Ｊ_１（温度Ｔ_１、相対湿度Ｈ_１）が空気線図上に設定された目標状態点Ｊ_０（温度Ｔ_０、相対湿度Ｈ_０）を中心とする許容温湿度範囲Ｃ（温度Ｔ_０±ｔ、相対湿度Ｈ_０±ｈ）内に維持されるように空調空気の温湿度がフィードバック制御される。
次いで、温湿度センサＳ_１で検出された空気の状態点Ｊ_１が許容温湿度範囲Ｃ内に維持された後、修正制御プログラム（修正制御手段）ＰＧ２が実行され、他の温湿度センサＳ_２で検出される空気の温湿度Ｊ_２（温度Ｔ_２、相対湿度Ｈ_２）が許容温湿度範囲Ｃにない場合に、その検出温度Ｔ_２と許容温湿度範囲の上限温度又は下限温度（臨界温度）までの温度差が最小になるように空調空気の温湿度の設定値を修正する修正制御が実行される。
【００１６】図２はこの制御装置１１の処理手順を示すフローチャートである。図２に示す主制御プログラム（主制御手段）ＰＧ１の処理が実行開始されると、ステップＳＴＰ１１で各温湿度センサＳ_１及びＳ_２により温湿度Ｊ_１及びＪ_２が読み取られ、ステップＳＴＰ１２でその温度差ΔＴ＝｜Ｔ_１−Ｔ_２｜が算出され、ステップＳＴＰ１３でこの温度差ΔＴを許容し得る許容温湿度範囲Ｃ内における上限絶対湿度Ｈ_Ａｍａｘと下限絶対湿度Ｈ_Ａｍｉｎが設定される（図３参照）。
【００１７】次いで、ステップＳＴＰ１４で温湿度Ｊ_１の状態点における絶対湿度Ｈ_Ａが下限絶対湿度Ｈ_Ａｍｉｎより大きく上限絶対湿度Ｈ_Ａｍａｘより小さくなるまでステップＳＴＰ１５で空調空気の湿度が調整され、ステップＳＴＰ１４の条件をクリアすると、ステップＳＴＰ１６で温湿度Ｊ_１が許容温湿度範囲Ｃに入るまでステップＳＴＰ１７で空調空気の温度が調整され、調整完了後、修正制御プログラムＰＧ２の処理が実行される。
【００１８】修正制御プログラムＰＧ２では、ステップＳＴＰ２１で先に検出された温湿度Ｊ_２が許容温湿度範囲Ｃに入っているか否か判断され、Ｙｅｓと判断されると、さらにステップＳＴＰ２２に移行して、温度平均Ｔ_１２＝（Ｔ_１＋Ｔ_２）／２が絶対湿度Ｈ_Ａ線上における許容温湿度範囲Ｃの上限温度Ｔｍａｘ及び下限温度Ｔｍｉｎの温度平均Ｔ_ＡＶ＝（Ｔｍａｘ＋Ｔｍｉｎ）／２が等しくなるまで、ステップＳＴＰ２３で温度調整されて、温度調整完了後、その時点の運転条件を記憶してステップＳＴＰ１１に戻る。
【００１９】また、ステップＳＴＰ２１でＮｏと判断された場合はステップＳＴＰ２４に移行し、温湿度センサＳ_２で検出された温度Ｔ_２が許容温湿度範囲Ｃの下限温度Ｔｍｉｎよりも低いか否かが判断される。
そして、Ｙｅｓの場合はステップＳＴＰ２５に移行し、さらに温湿度センサＳ_１で検出された温度Ｔ_１が許容温湿度範囲Ｃの上限温度Ｔｍａｘに達したか否かが判断され、達している場合はそのままステップＳＴＰ１１に戻り、達していない場合はステップＳＴＰ２６で温度調整されてステップＳＴＰ２１に戻る。
また、ステップＳＴＰ２４でＴ_２≧Ｔｍｉｎと判断された場合はステップＳＴＰ２７に移行し、さらに温湿度センサＳ_１で検出された温度Ｔ_１が許容温湿度範囲Ｃの下限温度Ｔｍｉｎまで降下したか否かが判断され、降下したと判断された場合はそのままステップＳＴＰ１１に戻り、達していない場合はステップＳＴＰ２６で温度調整されてステップＳＴＰ２１に戻る。
【００２０】以上が本発明の一例であり、次に、図３を参照しながら許容温湿度範囲Ｃが目標状態点Ｊ_０（温度２０℃、相対湿度７０％）を中心として温度がｔ＝±２℃、相対湿度がｈ＝±５％に設定され、温湿度センサＳ_１に高い優先順位が設定されている場合について、その作用を説明する。
まず、各温湿度センサＳ_１、Ｓ_２で検出された温湿度Ｊ_１、Ｊ_２から温度差ΔＴ＝｜Ｔ_１−Ｔ_２｜が算出され、この温度差ΔＴを許容し得る許容温湿度範囲Ｃ内における上限絶対湿度Ｈ_Ａｍａｘと下限絶対湿度Ｈ_Ａｍｉｎが設定される（ステップＳＴＰ１１〜１３）。
なお、温度差ΔＴが許容温湿度範囲Ｃの最大温度差より大きい場合は、その最大温度差が得られる範囲に上限絶対湿度Ｈ_Ａｍａｘと下限絶対湿度Ｈ_Ａｍｉｎが設定される。
また、各温湿度センサＳ_１、Ｓ_２で検出された温湿度Ｊ_１、Ｊ_２の変化に応じて温度差ΔＴも変化するので、上限絶対湿度Ｈ_Ａｍａｘと下限絶対湿度Ｈ_Ａｍｉｎの設定値も刻々と変化する。
【００２１】次いで、温湿度センサＳ_１で検出された温湿度Ｊ_１の絶対湿度Ｈ_Ａがその範囲に入るように湿度調整され、その温度Ｔ_１が許容温湿度範囲Ｃ内に入るように温度調整される（ステップＳＴＰ１４〜１７）。
この時点では、塗装ブース２の温湿度センサＳ_１が設置された領域の温湿度は許容温湿度範囲Ｃであるが、他方の温湿度センサＳ_２が設置された領域の温湿度が許容温湿度範囲Ｃであるか否かは不明である。
【００２２】そこで、他方の温湿度センサＳ_２で検出された温湿度Ｊ_２が許容温湿度範囲Ｃ内であるか否か判断され、許容温湿度範囲Ｃ内にある場合は、検出された温度の平均温度Ｔ_１２が許容温湿度範囲Ｃの上限下限温度の平均温度Ｔ_ＡＶ＝（Ｔｍａｘ＋Ｔｍｉｎ）／２と等しくなるように温度調整される（ステップＳＴＰ２１〜２３）。
これにより、塗装ブース２の全ての領域が許容温湿度範囲Ｃ内で運転されることになる。
【００２３】ここで、温湿度Ｊ_２が許容温湿度範囲Ｃ内にない場合に、温湿度Ｊ_２が低温側へはみ出していれば空調空気の温度を上昇させるように温度調整され、温湿度Ｊ_１が高温側へはみ出していれば空調空気の温度を降下させるように温度調整され、この場合に、優先順位の高い温度センサＳ_１の温度が許容温湿度範囲Ｃからはみ出さないように監視されている（ステップＳＴＰ２４〜２７）。
したがって、温度差ΔＴが許容温湿度範囲Ｃの温度差より大きい場合であっても、塗装品質に与える影響の高い領域に設置される温湿度センサの優先順位を高く設定しておけば、その領域は常に許容温湿度範囲Ｃ内に維持され、それ以外の領域も概ね許容温湿度範囲Ｃ内に収まることとなる。
【００２４】なお、上述の説明では、温湿度センサＳ_１に高い優先順位が設定されている場合について説明したが、温湿度センサＳ_２に高い優先順位を設定しても良い。
また、温湿度センサは、高温領域、低温領域の２ヵ所に設置する場合に限らず、その中間の温度領域の計３箇所以上に設置する場合であってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、１台の空調装置から塗装ブースなどの空調室に空調空気を供給したときに、その空調室内に高温領域と低温領域の温度分布が生じるような場合であっても、優先順位の高い領域の温湿度を許容温湿度範囲内に維持したまま、許容温湿度範囲から外れる部分を極力少なくして、空調室内を広い範囲にわたって許容温湿度範囲内に収まるように空調空気の温湿度をコントロールすることができるという大変優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空調装置を示す説明図。
【図２】その制御手順を示すフローチャート。
【図３】温湿度変化を示す空気線図。
【符号の説明】
１………空調装置
２………塗装ブース（空調室）
１１………制御装置
Ｓ _１………温湿度センサ
Ｓ_２ ………温湿度センサ
ＰＧ１……主制御プログラム（主制御手段）
ＰＧ２……修正制御プログラム（修正制御手段）
Ｊ_０………目標状態点
Ｊ_１………温湿度
Ｊ_２………温湿度
Ｃ ………許容温湿度範囲
Ｈ_Ａｍａｘ …上限絶対湿度
Ｈ_Ａｍｉｎ …下限絶対湿度
Ｈ_Ａ………絶対湿度
Ｔ_１２ ……平均温度
Ｔ_ＡＶ ……平均温度

Claims (3)

1. 空調室内で検出された温湿度に基づいて前記空調室に供給する空調空気の温湿度コントロールを行う制御装置を備えた空調装置において、
   空調室内に生じる温度分布の高温領域と低温領域の温湿度を測定する少なくとも二つの温湿度センサに優先順位が設定され、
   前記制御装置は、優先順位の高い温湿度センサで検出される温湿度が空気線図上に設定された許容温湿度範囲内に維持されるように監視しながら、他の温湿度センサで検出される温湿度が許容温湿度範囲にない場合に、その検出温度と許容温湿度範囲の臨界温度までの温度差が最小になるように空調空気の温湿度を設定するように成されていることを特徴とする空調装置。
2. 前記制御装置は、前記他の温湿度センサで検出される温湿度が許容温湿度範囲内にある場合に、前記各温湿度センサにより検出された温度の平均値と、許容温湿度範囲の上限温度及び下限温度の平均値が等しくなるように空調空気の温湿度が設定される請求項１記載の空調装置。
3. 空調装置から空調室に供給する空調空気の温湿度を前記空調室で検出された温湿度に基づいて調整する空調装置の制御システムにおいて、
   空調室内に生じる温度分布の高温領域と低温領域の温湿度を測定する少なくとも二つの温湿度センサのうち、優先順位の高い温湿度センサで検出される温湿度が空気線図上に設定された許容温湿度範囲内に維持されるように空調空気の温湿度のフィードバック制御を行う主制御手段と、他の温湿度センサで検出される温湿度が許容温湿度範囲にない場合に、その検出温度と許容温湿度範囲の臨界温度までの温度差が最小になるように空調空気の温湿度の設定値を修正する修正制御手段を備えた空調装置の制御システム。

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