JP2005037106A - 変風量による温度及び湿度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一般に可変速装置を有した空気調和機で温度及び湿度の制御を行う場合は、温度変位による熱量制御及び温度変位によるダンパの開閉を行うことで生じる圧力変位で送風量の可変を行っているために送風量の可変が温度変位ではなく圧力変位に置き変わった状態で制御されるため湿度が成り行きとならざるを得ない状態が発生する。
【解決手段】冷房の場合は空気調和機の熱量制御を湿度変位に比例させ送風量制御を温度変位に比例させ、暖房の場合は熱量制御を温度変位に比例させ送風量制御を湿度変位に比例させることにより、一の制御を一の変位で単独に同時制御するために温度及び湿度の制御内容が安定し追従性が良くなる。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

室内の温度及び湿度を一定に保つことは吹出し温度及び湿度と送風量によって決定され、或る空気調和機に於いて室内温度及び湿度を一定に保つには吹出し温度と送風量は室内の設定温度及び設定湿度に対し各々一つの要素によってのみ満たされると同時に密接に係わり合っている。

熱量に対し送風量が決まれば吹出し状態点が決定され、吹出し状態点が決まれば送風量が決定されると云う熱量、送風量、吹出し状態点、すなわち空気調和機に於いて流量、風量、吹出し温度で一の要素が変化すれば別の要素も同時に変化する関係にある。

しかし、空気調和機に於ける室内の設定温度及び設定湿度に対し室内負荷熱量は時間と共に刻々と変化するものであり吹出し状態点と送風量及び熱量としての流量も当然その変化に追従しなければ室内の温度及び湿度を一定に保つことは不可能である。

熱量は温度と湿度、すなわち顕熱と潜熱に区分され特に、人間の体は周囲環境に対し顕熱及び潜熱による熱移動で安定した生活を営むことが出来るが体内の温度変化に弱い生物であり、環境条件により対応の仕方は変化する。

夏季、人間の体は水分補給をしながら皮膚呼吸と云われる発汗作用による蒸発潜熱で体表面より熱を奪い体内温度を調節しているもので、すなわち潜熱作用により顕熱調整を行っている。

冬季、体温と周囲環境温度差による顕熱放散を防ぐために衣類を着用するが、衣類着用により皮膚呼吸は緩やかになり蒸発作用により水分不足が生じやすく体内衛生上好ましい環境とは云えない。

すなわち、体温調節の主要因は夏季に於いては潜熱調整であり冬季は顕熱調整及び加湿調整と云える。

以上説明の如く、体温の調整と同じ方法で室内環境条件を調整すれば良い環境を造り出すことが出来る。

本発明は、室内の温度及び湿度を一定に保つため冷温水等の熱量及び送風量の自動制御方法に関するものである。

室内の温度及び湿度制御は定風量により設定温度及び設定湿度に対し湿度変位で空気を冷却した後、温度変位による再熱を行い室内状態を一定に保つ。

一方変風量の場合の風量制御は、室内の露点温度以下に冷却した送風空気を温度調節器によりダンパを比例制御することで生じる送風側の圧力変化により変風量とし室温を一定に保つが湿度は成り行きとなる場合が多い。

送風量の制御及び熱量の制御も温度変位に比例した制御等、種々の方法が講じられているが冷房及び暖房時の制御主従を切換えるものではない。

発明が解決しようとする課題

熱量は温度変位による制御で送風量も温度変位によりダンパの開閉を行うことで生じる圧力変位で送風機の可変速運転により送風量調整を行っていて送風抵抗が変化した場合、風量が圧力差により増減するため温度及び湿度の制御に誤差を生じ易い。

冷房時は熱量制御を潜熱変化で風量制御を顕熱変化にて、暖房時は熱量制御を顕熱変化で風量制御を潜熱変化にて加湿制御を併用して調整するもので冷房及び暖房時の制御主従を切換えることで制御性能の向上を図る。

課題を解決するための手段

本発明に必要な制御用データは乾球温度（℃）と相対湿度（％）である。

請求項１の場合は熱量制御を湿度変位に比例させ風量制御を温度変位に比例させることにより、設定温湿度及び室内負荷変動に対しその差を検出し吹出し温度及び送風量が自動的に決定される。

請求項２の場合は熱量制御を温度変位に比例させ風量制御を湿度変位に比例させ設定湿度に満たない場合風量が増加するようにする。

以上説明の如く、一の制御を一の変位で単独に二つ同時に自動制御を行うために制御内容が安定し追従性が良くなる。

空気調和機の吸込み側、又は室内に温度調節器及び相対湿度調節器を設置する。

請求項１の場合は夏冬切換器を経由し温度調節器の制御線を空気調和機の送風機用電動機可変速装置の制御回路に接続し温度による送風量の比例制御が可能なように回路を構成すると共に相対湿度調節器の制御線を空気調和機の自動制御弁、又は熱量搬送用ポンプの可変速装置の制御回路に接続し湿度による熱量の比例制御が可能なように回路を構成する。

請求項２の場合は夏冬切換器を経由し温度調節器の制御線を空気調和機の自動制御弁、又は熱量搬送用ポンプの可変速装置の制御回路に接続し温度による熱量の比例制御が可能なように回路を構成すると共に相対湿度調節器の制御線を空気調和機の送風機用電動機可変速装置の制御回路に接続し湿度による送風量の比例制御が可能なように回路を構成する。

相対湿度調節器の制御線を空気調和機の加湿用電動弁、又は電磁弁へ接続し比例制御、又は二位置制御が可能なように回路を構成する。

外箱、清浄装置、水−空気熱交換機、回転数可変送風機、加湿装置等から構成される空気調和機において図面を参照して説明すると、図１において空気調和機内を送風機４で空気が空気清浄装置２側から送風機５側の方向へ流動する。

請求項１の場合、室内相対湿度が設定湿度より上昇しようとする場合すなわち潜熱負荷が増加する場合は、相対湿度調節器１３ａにより自動制御弁７は変位分開き水−空気熱交換機３の冷水量を増量することにより熱交換効率が増加し吹出し温度を降下させ室内相対湿度を変位分だけ降下させ設定湿度を維持すると共に室内温度をも降下しようとするが室内温度が降下する変位分を温度調節器１２により送風量を減量する制御が同時に行われることになり送風量の冷却エネルギーも減量され室内温度は一定に保たれる。

逆に、室内相対湿度が設定湿度より降下しようとする場合すなわち潜熱負荷が減少する場合は、相対湿度調節器１３ａにより自動制御弁７は変位分絞り水−空気熱交換機３の冷水量を減じることにより熱交換量が減少し吹出し温度が上昇し室内相対湿度を変位分だけ上昇させ設定湿度を維持すると共に室内温度をも上昇しようとするが室内温度が上昇する変位分を温度調節器１２により送風量を増加する制御が同時に行われることになり送風量の冷却エネルギーも風量増分により増量されることになり吹出し温度も変位分降下し室内温度は一定に保たれる。

室内温度が設定温度より降下しようとする場合すなわち顕熱負荷が減少する場合は、温度調節器１２により送風機用電動機６の回転数を変位分減速し送風エネルギーを減少することにより室内温度は設定値を維持すると共に水−空気熱交換機３の通過風速が遅くなり熱交換効率が増加し吹出し温度が降下するため流動空気中の結露水も増加することになり吹出し空気の絶対湿度は減少し室内相対湿度は変位分だけ降下しようとするが相対湿度調節器１３ａにより自動制御弁７の流量は変位分減量するために吹出し温度は上昇し風量の減湿エネルギーも減量され室内相対湿度は一定に保たれる。

逆に、室内温度が設定温度より増加しようとする場合すなわち顕熱負荷が増加する場合は、温度調節器１２により送風機用電動機６の回転数を変位分増速することにより室内温度を設定値に維持すると共に水−空気熱交換機３の通過風速が速くなり熱交換量が減少し吹出し温度が上昇するために流動空気中の結露水も減少することになり吹出し空気の絶対湿度は増加し室内相対湿度は変位分だけ上昇しようとするが相対湿度調節器１３ａにより自動制御弁７の流量を変位分増加するために吹出し温度が降下し減湿エネルギーも増加するために室内相対湿度は一定に保たれる。

梅雨時等の温度が低く湿度が高い場合すなわち顕熱負荷が小さく潜熱負荷が大きい場合は、顕熱比が小さくなり送風量が極端に減少し風量の到達距離が不足し部屋全体の温湿度制御が不能になる場合がある。

その様な事態が想定される場合は図２で説明すると室内が設定温度以下に下がり水−空気熱交換機３で冷却された空気が、相対湿度調節器１３ａからの分岐信号で設定湿度以上になると除湿スイッチ１４を作動させ再熱用水−空気熱交換機３ｂで再熱可能にすれば室内温度を下げずに除湿効果を得ることが出来ると同時に送風量は再熱コイル３ｂにより吹出し温度が上昇するため室内温度が上昇しようとする変位分を温度調節器１２により自動的に冷水量が増量し室温上昇を抑えることで室内の温度及び相対湿度は一定に保たれる。

請求項２の場合、図１に於いて室内温度が設定温度より上昇した場合は温度調節器１２により冷暖切換器１０を経由し自動制御弁７を変位分絞り水−空気熱交換機３の温水流量を減じることにより熱交換量は減少し吹出し温度を降下させるため室内温度は変位分だけ降下する。

逆に、室内温度が設定温度より降下した場合は、自動制御弁７を変位分開放し水−空気熱交換機３の温水流量を増量することにより熱交換量は増し吹出し温度を上昇させるため室内温度は変位分だけ上昇する。

室内相対湿度が設定湿度より増加しようとする場合は、相対湿度調節器１３ａにより送風機用電動機６の回転数を変位分減速することにより送風量が減少し水−空気熱交換機３の通過風速が減じられ吹き出し温度が上昇するため室内温度が変位分だけ増加しようとするが自動制御弁７による温水量を絞る動作が並行して行われ室内温度は一定に保たれると共に加湿用相対湿度調節器１３ｂにより加湿用電動弁９は絞り状態となり室内相対湿度は安定する。

逆に、室内相対湿度が設定湿度より低下した場合は、相対湿度調節器１３ａにより送風機用電動機５の回転数を変位分増速することにより送風量が増量し水−空気熱交換機３の通過風速が速くなり吹出し温度が降下するために室内温度が変位分降下しようとするが自動制御弁７による温水量を開放する動作が並行して行われ室内温度は一定に保たれると共に加湿用相対湿度調節器１３ｂにより加湿用電動弁９は開放動作になり変位分加湿が行われ室内相対湿度は設定値に近づくと同時に送風量も加湿動作により減量され安定する。

発明の効果

本発明は、以上説明したような形態で実施され以下に記載されるような効果を奏でる。

夏季は、温度変位による風量制御を行い相対湿度変位により熱量制御を行うことにより、一の制御を一の変位で二つ同時に自動制御を行うために温度及び相対湿度の制御内容が安定し追従性が良くなる。

冬季は、温度変位による風量制御を行い相対湿度変位により熱量制御と加湿制御を行うことにより、一の制御を一の変位で同時に自動制御を行うために温度及び相対湿度の制御内容が安定し追従性が良くなると同時に適度な湿度がない場合は送風量が増加することになり湿度不足を知らせる警告手段となり得る。

従来は空気調和機内の清浄装置の目づまりやダクト等の装置全体の送風抵抗が変化すると空気抵抗が増加し送風量が減じられて室内設定条件との間に誤差が生じる原因となっていたが、本発明は冷房時は温度変位及び暖房時は湿度変位により風量制御を行うために送風機の全圧力の範囲内で送風量の制御を行うことになり誤差が解消される。

定風量方式に比べて設定温度及び湿度に対する時間経過による過大風量分が減量され省エネルギーが可能である。

直膨式冷暖房機で除湿負荷が大きいと想定される場合は、低風量による低圧保護回路が作動する恐れがあるので図３のように再熱器２０、自動制御弁２６、除湿スイッチ１４を付加し吹き出し温度を極端に下げないようにすれば送風量は自動的に増量し安定した運転が可能である。

請求項１及び請求項２に示す空気調和装置の概要説明図である。 請求項１及び請求項２に示す空気調和装置に於ける除湿時の概要説明図である。 請求項１及び請求項２に示す直膨式冷暖房機に於ける除湿時の概要説明図である。

符号の説明

１ 外箱
２ 空気清浄装置
３ 水−空気熱交換機
３ｂ 再熱用水−空気熱交換機
４ 加湿装置
５ 送風機
６ 送風用電動機
７ 自動制御弁
８ 再熱用自動制御弁
９ 加湿用自動制御弁
１０ 冷暖切換器
１１ａ 冷暖切換付継電器
１１ｂ 継電器
１２ 温度調節器
１３ａ 相対湿度調節器
１３ｂ 加湿用相対湿度調節器
１４ 除湿スイッチ
１５ 送風機用電動機可変速装置
１６ 制御用配線
１７ 圧縮機
１８ 凝縮器
１９ 蒸発器
２０ 再熱器
２１ 膨張弁
２２ 圧縮機用電動機
２３ 凝縮器用電動機
２４ 蒸発器用電動機
２５ 冷暖切換四方弁
２６ 自動制御弁
２７ 圧縮機用電動機可変速装置
２８ 送風機用電動機可変速装置
２９ 逆止弁

Claims (2)

1. 冷房時に湿度により熱量制御を行い温度により風量制御を行う空気調和機。
2. 暖房時に温度により熱量制御を行い湿度により風量制御を行う空気調和機。

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