JP2005180847A

JP2005180847A - 工業用空調機

Info

Publication number: JP2005180847A
Application number: JP2003424379A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Mochizuki; 克彦望月
Original assignee: APISUTE KK; Apiste Corp
Current assignee: APISUTE KK; Apiste Corp
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】除湿空気の風量を変化させず、蒸発器の凍結を防止して除湿能力を可及的に高めることで、冷凍サイクルのみで高い除湿能力を実現し得る工業用空調機を提供する。
【解決手段】蒸発器４により除湿および冷却された空気の湿度Ｈａを湿度センサ１４で検出し、該検出した湿度Ｈａが所定湿度となるように運転を制御する工業用空調機に関する。蒸発器４には、蒸発器４の表面の温度Ｔｅを検出する温度センサ４２が設けられている。蒸発器４の温度Ｔｅが凍結限界温度Ｔｃ以上である第１状態ＳＴ１においては、湿度センサ１４で検出した湿度Ｈａに基づいて第２ファン１２の回転速度をフィードバック制御し、蒸発器４の温度Ｔｅが０℃から凍結限界温度Ｔｃの間である第２状態ＳＴ２においては、温度Ｔｅが凍結限界温度Ｔｃに近付くように第２ファン１２の回転速度をフィードバック制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、除湿時における蒸発器の凍結防止制御を行う工業用空調機に関する。

従来、除湿機能を有する空調機としては、乾式の除湿機と冷凍サイクルのみで除湿を行う空調機とが知られている（下記特許文献１〜３参照）。
特開平６−６３３４４号公報（０００２−０００７，図６）特開平９−２１０４２７号公報（要約）特開平１０−３３９５００号公報（要約）

前記特許文献１の除湿機は、シリカゲルなどの化学吸着剤を使用して除湿を行う。
前記特許文献２，３は、家庭用の空調機であって、化学吸着剤を用いずに冷凍サイクルにおける蒸発器に空気中の水蒸気を結露させることで除湿を行う。

前記特許文献１の除湿機は、高い除湿能力を有する反面、吸着剤がある程度の水分を吸着して飽和状態になると除湿性能が劣化するので、適宜再生処理を施す必要がある。かかる再生処理は、高温の加熱空気を吸着剤に吹きつけて吸着剤中の水分を蒸発させることで再生を行うのであるが、吸着剤に熱が蓄熱され、除湿された空気が高温になるという不具合がある。更に、化学吸着剤は高価でありコストが高くなる。

これに対し、冷凍サイクルのみで除湿を行う場合、乾式の除湿機に比べ除湿能力が著しく低いことに加え、蒸発器の温度が下がって凍結し、除湿能力が更に低下するという問題がある。前記特許文献２，３の空調機では、圧縮機の回転速度や室内熱交換器（蒸発器）に付設されているファンの回転速度を制御することで、除湿運転時の室内熱交換器の凍結を防止している。しかし、圧縮機の回転速度をインバータ制御する場合、図３の実線で示すように、駆動周波数の僅かな変化に対して冷却能力が著しく変化する特性があるので、微妙な制御を行うのは難しい。

一方、ファンモータの回転速度をインバータ制御する場合、図３の一点鎖線で示すように、駆動周波数の変化に対して冷却能力が緩やかに変化する特性があるので、微妙な制御を行うのに適している。しかし、家庭用の空調機とは異なり、工業用の空調機においては常に一定の風量が要求されるため、蒸発器側のファンの回転数を変化させることはできない。

したがって、本発明の目的は、除湿空気の風量を変化させることなく、蒸発器の凍結を防止して除湿能力を可及的に高めることにより、冷凍サイクルのみで高い除湿能力を実現し得る工業用空調機を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、蒸発器から導管を介して圧縮機により冷媒を凝縮器に圧送することで冷媒を循環させ、前記蒸発器で除湿すると共に冷却した空気を第１ファンにより送風し、第２ファンにより前記凝縮器における放熱を促し、前記蒸発器により冷却された空気をヒータで昇温させた後、所定の領域に排出し、前記蒸発器により冷却された空気の湿度を湿度センサで検出し、該検出した湿度が所定湿度となるように運転を制御するようにした工業用空調機において、前記蒸発器の表面の温度を検出する温度センサを更に設け、前記温度センサにより検出された温度が０℃に近い凍結限界温度以上である第１状態においては、前記湿度センサで検出した湿度に基づいて前記湿度が所定湿度となるように第２ファンの回転速度をフィードバック制御し、前記温度センサにより検出された温度が０℃から前記凍結限界温度の間である第２状態においては、前記温度センサで検出した温度が前記凍結限界温度に近付くように前記第２ファンの回転速度をフィードバック制御するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、蒸発器が凍結する直前の臨界状態において、蒸発器の温度に基づいて凝縮器側のファンの回転速度を制御することで蒸発器の凍結を防止する。これにより、除湿能力を可及的に高めることができるので、化学吸着剤を用いなくでも高い除湿能力を発揮することができる。しかも、蒸発器側の第１ファンの回転速度を変化させる必要がないので、除湿された空気の風量を一定に保持することができる。

また、前記第１状態における制御信号の出力クロックよりも前記第２状態における制御信号の出力クロックの方を小さく設定すれば、第２状態における凍結限界温度付近の制御を更に微妙に制御することが可能となる。

以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。
図１は、本発明の一実施例にかかる工業用空調機の概略構成図である。
図１において、圧縮機３は、蒸発器４において気体となった冷媒を、導管５を介して凝縮器６に圧送し、さらに、凝縮器６から膨張弁７に圧送して、循環させる。この際、冷媒は凝縮器６および膨張弁７において、徐々に液化する。前記膨張弁７は、破線で示す極めて細い管からなる。冷媒は、膨張弁７から出て、蒸発器４内の比較的太い管内で低圧となって、再び気化することにより、蒸発器４の周囲の熱を奪い、周囲温度を低下させる。

筐体１は区画壁２によって、第１チャンバ９と第２チャンバ１０とに区画されている。前記第１チャンバ９には、前記蒸発器４および第１ファン１１が収容されている。一方、第２チャンバ１０には、前記圧縮機３、凝縮器６および第２ファン１２が収容されている。

したがって、第１ファン１１により、外気が、取込孔から第１チャンバ９内に取り込まれ、蒸発器４を通ると、前記外気が蒸発器４で除湿されると共に冷却される。除湿および冷却された空気は、前記第１ファン１１により筐体１の外部に向って送出される。一方、第２チャンバ１０内に設けた凝縮器６においては、冷媒が圧縮されて高温になるのに対し、第２ファン１２により、凝縮器６に外気を通すことで放熱を促して、冷媒の温度を低下させている。なお、前記第１ファン１１の回転速度は一定に保持され、第２ファン１２の回転速度は、後述のインバータ装置２６の制御により変更される。

前記第１ファン１１により送出される空気の流路には、湿度センサ１４およびヒータ３０が設けられている。前記湿度センサ１４は、前記蒸発器４により除湿された空気の湿度を検出する。前記ヒータ３０は、前記蒸発器４により冷却された空気を所定の温度に昇温する。前記湿度センサ１４およびヒータ３０を通過した空気は、吹出口１９を通って所定の領域Ｓに排出される。

前記領域Ｓには、当該領域Ｓの温度Ｔｓを検出するための第１温度センサ３２が設けられている。前記第１温度センサ３２は、検出した温度Ｔｓを温度調節回路３４に出力する。前記温度調節回路３４は、前記第１温度センサ３２の検出値Ｔｓに基づいて、前記領域Ｓの温度Ｔｓが設定値となるように、前記ヒータ３０の発熱量を制御する。すなわち、前記領域Ｓの温度Ｔｓが設定値よりも高い場合には、前記ヒータ３０の発熱量を小さくし、一方、前記領域Ｓの温度Ｔｓが設定値よりも低い場合には、前記ヒータ３０の発熱量を大きくする。

つぎに、本発明の要部について説明する。
前記蒸発器４には、該蒸発器４の表面の温度Ｔｅを検出する第２温度センサ４２が設けられている。前記湿度センサ１４および第２温度センサ４２は、制御回路２０を介して、インバータ装置２６に接続されている。

前記制御回路２０は、後述の巡行運転制御モードおよび凍結限界制御モードを切り替えるものである。前記制御回路２０は、切替制御部２２および切替スイッチ２４を有している。前記切替制御部２２は、前記第２温度センサ４２の検出温度Ｔｅに基づいて、前記切替スイッチ２４を切り替えることで、前記湿度センサ１４および第２温度センサ４２のうち、いずれか一方を前記インバータ装置２６に接続する。

図２に示すように、前記温度Ｔｅが０℃に近い凍結限界温度Ｔｃ（たとえば、0.05℃に設定される）以上の場合は第１状態ＳＴ１とされ、一方、前記温度Ｔｅが０℃から前記凍結限界温度Ｔｃの間である場合は第２状態ＳＴ２とされる。前記第１状態ＳＴ１においては、前記切替制御部２２が、前記湿度センサ１４をインバータ装置２６に接続することで、巡行運転制御モードに設定する。一方、前記第２状態ＳＴ２においては、前記切替制御部２２が、前記第２温度センサ４２をインバータ装置２６に接続することで、凍結限界制御モードに設定する。

前記インバータ装置２６は、前記第２ファン１２のモータ１２ａを駆動させるための周波数ｆを出力して前記第２ファン１２の回転速度を制御する。前記インバータ装置２６は、前記湿度センサ１４または第２温度センサ４２の検出値に基づいて、第２ファン１２の回転速度を制御する。
前記巡行運転制御モードにおいては、前記インバータ装置２６は、前記湿度センサ１４で検出した湿度Ｈａに基づいて前記湿度Ｈａが所定湿度となるように第２ファン１２の回転速度をフィードバック制御する。一方、前記凍結限界制御モードにおいては、前記インバータ装置２６は、前記第２温度センサ４２で検出した温度Ｔｅが前記凍結限界温度Ｔｃに近付くように第２ファン１２の回転速度をフィードバック制御する。

上記のように構成された本空調機の動作について以下に説明する。
巡行運転制御：
まず、制御回路２０の切替制御部２２には、前記第２温度センサ４２によって検出された蒸発器４の温度Ｔｅが常に入力されている。図２の第１状態ＳＴ１において、前記インバータ装置２６は、前述の巡行運転制御モードに従い、前記湿度センサ１４で検出した湿度Ｈａに基づいて、第２ファン１２の回転速度をフィードバック制御する。

すなわち、インバータ装置２６は、前記湿度Ｈａが所定湿度よりも大きい場合、第２ファン１２の回転速度が大きくなるように制御することで、凝縮器６における放熱量を大きくして冷媒の温度を下げる。これにより、蒸発器４の表面の温度Ｔｅが下がり、蒸発器４における結露が増えることで除湿能力が高まる。一方、インバータ装置２６は、前記湿度Ｈａが所定湿度よりも小さい場合、第２ファン１２の回転速度が小さくなるように制御することで、凝縮器６における放熱量を小さくして冷媒の温度を上げる。これにより、蒸発器４の表面の温度Ｔｅが上がり、蒸発器４における結露が少なくなることで除湿能力が低下する。

凍結限界制御：
前記巡行運転制御による運転中に、外気の温度や湿度などの変動により、図２のように、蒸発器４の温度Ｔｅが降下し続け、第１状態ＳＴ１から第２状態ＳＴ２に移行した場合は、前記切替制御部２２が切替スイッチ２４を切り替えることで、前述の凍結限界制御モードに移行する。

この凍結限界制御モードにおいては、前記インバータ装置２６は、前記第２温度センサ４２で検出した温度Ｔｅが前記凍結限界温度Ｔｃに近付くように、前記第２ファン１２の回転速度をフィードバック制御する。すなわち、前記インバータ装置２６は、前記第２ファン１２の回転速度を所定値だけ低下させて運転することで、前記蒸発器４の温度Ｔｅを上昇させて前記凍結限界温度Ｔｃに近づける。

ここで、前記凍結限界制御モードが適用される０℃から凍結限界温度Ｔｃの間の間隔は、0.05℃程度と極めて狭いので、前記温度Ｔｅが０℃以下にならないように制御するには、高い応答性が要求される。そこで、前記第２状態ＳＴ２においては、前記インバータ装置２６の制御信号の出力クロックを、前記第１状態ＳＴ１におけるインバータ装置２６の制御信号の出力クロックよりも小さく設定するのが好ましい。このように設定することで、前記凍結限界制御モードにおいて、第２ファン１２の回転速度を応答性よく、かつ、微妙に制御することができるので、蒸発器４の凍結を確実に防止できる。

図２に示すように、前記凍結限界制御を実行したことにより、蒸発器４の温度Ｔｅが上昇して、前記凍結限界温度Ｔｃ以上となった場合には、再び前記巡行運転制御モードに移行する。以後、前記蒸発器４の温度Ｔｅの変化に基づき前記凍結限界温度Ｔｃを境界として、前記巡行運転制御モードと凍結限界制御モードとが交互に切り替わりながら本空調機の運転が続行される。

なお、本実施例における各機器の配置は、図１の概略構成図に限定されるものではない。たとえば、第１チャンバ９は、第２チャンバ１０の上部に位置してもよいし、下部に位置していてもよい。

本発明は、工業製品のエイジングに用いる恒温槽など、一定の湿度および温度に維持することが要求される領域の空調を行うための工業用空調機として用いることができる。

本発明の一実施例にかかる空調機の概略構成図である。蒸発器の温度変化による第１状態と第２状態の関係を示す図表である。圧縮機およびファンモータのインバータ制御における特性を示す特性図である。

符号の説明

３：圧縮機
４：蒸発器
５：導管
６：凝縮器
１１：第１ファン
１２：第２ファン
１４：湿度センサ
３０：ヒータ
４２：温度センサ
Ｔｃ：凍結限界温度
ＳＴ１：第１状態
ＳＴ２：第２状態

Claims

蒸発器から導管を介して圧縮機により冷媒を凝縮器に圧送することで冷媒を循環させ、前記蒸発器で除湿すると共に冷却した空気を第１ファンにより送風し、第２ファンにより前記凝縮器における放熱を促し、
前記蒸発器により冷却された空気をヒータで昇温させた後、所定の領域に排出し、
前記蒸発器により冷却された空気の湿度を湿度センサで検出し、該検出した湿度が所定湿度となるように運転を制御するようにした工業用空調機において、
前記蒸発器の表面の温度を検出する温度センサを更に設け、
前記温度センサにより検出された温度が０℃に近い凍結限界温度以上である第１状態においては、前記湿度センサで検出した湿度に基づいて前記湿度が所定湿度となるように第２ファンの回転速度をフィードバック制御し、
前記温度センサにより検出された温度が０℃から前記凍結限界温度の間である第２状態においては、前記温度センサで検出した温度が前記凍結限界温度に近付くように前記第２ファンの回転速度をフィードバック制御するようにした工業用空調機。
請求項１において、前記第１状態における制御信号の出力クロックよりも前記第２状態における制御信号の出力クロックの方が小さく設定されている工業用空調機。