JP2009216332A - 精密空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】一定の温度および湿度で一定の風量を送風する精密空調機において、精密、かつ、瞬時に温度調整を行い得る精密空調機を提供する。
【解決手段】冷媒を冷却するための第１および第２凝縮器１Ａ，１Ｂと、膨張弁手段と、蒸発器３と、冷媒を凝縮器１Ａ，１Ｂに圧送する圧縮機４と、冷却した空気Ａを送風するファン５と、空気Ａを加熱して所定の温度まで昇温させる電気ヒータ６とを備え、蒸発器３で冷却された空気Ａを第２凝縮器１Ｂで昇温させるようにした精密空調機に関する。第１および第２凝縮器１Ａ，１Ｂを圧縮機４と蒸発器３との間に互いに並列に配置すると共に、第１凝縮器１Ａと第２凝縮器１Ｂとに流入する冷媒の相対的な流量を調整する流量比調節手段を更に備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として工業用に用いられる精密空調機に関するものである。

従来より、室内温度を所定の一定温度および一定湿度に調整する精密空調機が提案されている（特許文献１、２参照）。
特開昭５６−８２３５２号 特開昭６２−１１６８４５号

特許文献１の空調機では、蒸発器の後面に、これと間隔を隔てて凝縮器を設置し、該凝縮器によって前記蒸発器からの冷風を加熱することにより、空調機から送り出す空気の温度を制御している。
しかし、三方弁を用いて凝縮器と水冷凝縮器とに冷媒の流れを切り換えているので、レスポンスが悪く、かつ、精密な温度調整も難しい。

一方、特許文献２の空調機では、凝縮器を分割して直列に配置し、風量変更可能な室外凝縮器の風量を制御することにより、室内、室外凝縮器の凝縮比率を調整している。
しかし、室外凝縮器の風量制御により室内凝縮器での凝縮比率を調節しているので、特許文献１の空調機と同様に、レスポンスが悪く、かつ、精密な温度調整も難しい。

したがって、本発明の目的は、一定の温度および湿度で一定の風量を送風する精密空調機において、精密、かつ、瞬時に温度調整を行い得る精密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、本発明の精密空調機は、図１に示すように、冷媒を冷却するための第１および第２凝縮器１Ａ，１Ｂと、冷媒に流れ抵抗を与えるための膨張弁手段と、冷媒で周囲の空気を冷却するための蒸発器３と、前記蒸発器３から凝縮器１Ａ，１Ｂおよび膨張弁手段を通って再び蒸発器３に冷媒が循環するように蒸発器３からの冷媒を凝縮器１Ａ，１Ｂに圧送する圧縮機４と、前記圧縮機４からの冷媒を導出する第１メイン導管１１と、前記膨張弁手段からの冷媒を前記蒸発器３に導入する第２メイン導管１２と、前記蒸発器３から圧縮機４に冷媒を導く第３メイン導管１３と、前記蒸発器３で除湿すると共に冷却した空気Ａを送風するファン５と、前記空気Ａを加熱して所定の温度まで昇温させる電気ヒータ６とを備え、前記蒸発器３で冷却された空気Ａを前記第２凝縮器１Ｂで昇温させるようにした精密空調機であって、前記第１および第２凝縮器１Ａ，１Ｂを前記圧縮機４と前記蒸発器３との間に互いに並列に配置すると共に、前記第１凝縮器１Ａと前記第２凝縮器１Ｂとに流入する冷媒の相対的な流量を調整する流量比調節手段を更に備えている。

図１において、圧縮機４は、蒸発器３において気体となった冷媒を、凝縮器１Ａ，１Ｂに圧送し、さらに、凝縮器１Ａ，１Ｂから膨張弁手段２Ａ，２Ｂに圧送して循環させる。この際、冷媒は凝縮器１Ａ，１Ｂおよび膨張弁手段２Ａ，２Ｂにおいて、徐々に液化する。冷媒は、膨張弁手段２Ａ，２Ｂから出て、蒸発器３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３の周囲の熱を奪い、周囲温度を低下させる。一方、ファン５により送風された空気Ａは蒸発器３によって冷やされた後、加熱器としての第２凝縮器１Ｂおよび電気ヒータ６により所定の温度まで加熱されると共に湿度の低い空気となって吹出口３０から所定のエリアに供給される。

ここで、前記第２凝縮器１Ｂは冷媒が凝縮して昇温しているので、電気ヒータ６の出力を小さくすることができる。したがって、省エネ運転を図ることができる。

特に、本精密空調機においては、第２凝縮器１Ｂを第１凝縮器１Ａに対し並列に設け、流量比調節手段７Ａ，７Ｂにより各凝縮器１Ａ，１Ｂの流量比を調節できるから、両凝縮器１Ａ，１Ｂによる冷媒の冷却温度を自在に調整し得ると同時に、第２凝縮器１Ｂによる空気Ａの加熱熱量を自在に調整できることができる。したがって、温度および湿度の双方を精度良く制御することができる。

本発明の別の好ましい実施例では、前記第１メイン導管１１から２本に分岐し、前記第１および第２凝縮器１Ａ，１Ｂにそれぞれ冷媒を導入する第１および第２分岐導管１１Ａ，１１Ｂと、前記流量比調整手段として、前記第１分岐導管１１Ａを流れる冷媒の流量を調節する第１流量調整弁７Ａ、ならびに、前記第２分岐導管１１Ｂを流れる冷媒の流量を調整する第２流量調整弁７Ｂとを更に備えている。
この場合、第１および第２分岐導管１１Ａ，１１Ｂを設け、各分岐導管１１Ａ，１１Ｂごとに第１および第２流量調整弁７Ａ，７Ｂを設けたので、凝縮器１Ａ，１Ｂの流量を調整し易い。

本発明の好ましい実施例においては、前記蒸発器３により冷却された空気Ａの温度を測定するエア温度センサ２３と、目標エア温度Ｔａを記憶すると共に、前記エア温度センサ２３により測定された測定温度Ｓａが入力される制御手段９とを更に備え、前記測定温度Ｓａが目標エア温度Ｔａよりも高い場合には、前記第１流量調整弁７Ａの開度を大きくすると共に前記第２流量調整弁７Ｂの開度を小さくし、一方、前記測定温度Ｓａが前記目標エア温度Ｔａよりも低い場合には、前記第１流量調整弁７Ａの開度を小さくすると共に前記第２流量調整弁７Ｂの開度を大きくするように、前記制御手段９が前記流量調整弁７Ａ，７Ｂの開度を調整する。
なお、第１および第２流量調整弁７Ａ，７Ｂは、いずれか一方であってもよい。

本発明の好ましい実施例においては、前記両流量調整弁７Ａ，７Ｂの開度の和が概ね一定に設定されている。
本精密空調機においては、多くのパラメータが存在するが、両流量調整弁７Ａ，７Ｂの開度の和を概ね一定にすることで、制御が簡単になる。
ここで、「開度」とは弁の開いている面積の度合をいう。

本発明の好ましい実施例においては、前記第１メイン導管１１と前記蒸発器３に冷媒を導く第２メイン導管１２とを連ねて前記圧縮機４で圧縮された冷媒を前記蒸発器３に導くホットガスバイパスＨＧＢと、前記ホットガスバイパスＨＧＢの流量を制御する第３制御弁７Ｃと、前記第２メイン導管１２における前記ホットガスバイパスＨＧＢとの合流点から前記蒸発器３の入口までにおける任意の部位における冷媒の温度を測定する第１温度センサ２１とを更に備え、前記第１温度センサ２１で測定された第１測定温度Ｓ１が第１目標温度Ｔ１よりも低い場合には前記第３制御弁７Ｃを開いて前記第１測定温度Ｓ１が上昇するように制御手段９が制御することを特徴とする。
この場合、蒸発器３の入口における冷媒の温度が一定になるので、精密な温度および湿度コントロールが可能となる。

本発明の好ましい実施例においては、前記蒸発器３の入口近傍における冷媒の温度を測定する前記第１温度センサ２１と、前記蒸発器３の出口近傍における冷媒の温度を測定する第２温度センサ２２とを備え、前記第２温度センサ２２で測定された第２測定温度Ｓ２から前記第１温度センサ２１で測定された第１測定温度Ｓ１を減算した昇温偏差（Ｓ２−Ｓ１）が所定の目標偏差ΔＴとなるように、第１および第２電子膨張弁２Ａ，２Ｂの開度θ₁ ，θ₂ を前記制御手段９が制御する。
この場合、昇温偏差（Ｓ２−Ｓ１）が目標偏差ΔＴよりも小さい場合は、開度θ₁ ，θ₂ を小さくし、一方、昇温偏差（Ｓ２−Ｓ１）が目標偏差ΔＴよりも大きい場合は開度θ₁ ，θ₂ を大きくして、蒸発器３による冷却能力を一定に保つことで、昇温偏差（Ｓ２−Ｓ１）を一定の値ΔＴに近づける。

本発明の好ましい実施例においては、前記第１凝縮器１Ａから冷媒を導出し前記第２メイン導管１２に冷媒を導入する第３分岐導管１２Ｃと、前記第２凝縮器１Ｂから冷媒を導出し、前記第２メイン導管１２に冷媒を導入する第４分岐導管１２Ｄとを更に備えている。

本発明の好ましい実施例においては、前記膨張弁手段は、前記第３および第４分岐導管１２Ｃ，１２Ｄにそれぞれ挿入され開度を電子制御される第１および第２電子膨張弁２Ａ，２Ｂを包含する。
この場合、第２メイン導管１２ではなく、第３および第４分岐導管１２Ｃ，１２Ｄに電子膨張弁を設けたので、冷媒が液化してから冷媒が第２メイン導管１２において合流するので、冷媒のスムースな合流が期待できる。

本発明の好ましい実施例においては、前記第１電子膨張弁２Ａの開度θ₁ と第２電子膨張弁２Ｂの開度θ₂ とが下記の (1)式で定義される互いに概ね一定の関係に設定されている。
θ₂ ＝ａθ₁ ＋ｂ …(1)
但し、ａ、ｂは定数
なお、θ₁ ＝θ₂ であるのが好ましい。

以下、本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、本精密空調機の筐体４１は区画壁４２によって、第１チャンバ４３と第２チャンバ４４とに区画されている。前記第１チャンバ４３には、前記蒸発器３、送風ファン５、第２凝縮器１Ｂおよび電気ヒータ６が収容されている。一方、第２チャンバ４４には、前記圧縮機４、第１凝縮器１Ａおよび冷却ファン８などが収容されている。

前記第１凝縮器１Ａは、冷却ファン８によって冷却されるが、冷却水を用いる冷却装置により冷却されてもよい。

前記送風ファン５としては、種々のファンを用いることができるが、たとえば、シロッコファン（多翼ファン）を用いてもよい。シロッコファンを採用した場合には、遠心方向に送風されるため、低温、かつ、低湿の空気がファンの中を通過しないので、ファンの錆や経年劣化を防止することができる。

送風ファン５により、第１チャンバ４３内の空気Ａが押し出され、蒸発器３を通ると、前記空気Ａが蒸発器３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Ａは、前記送風ファン５により筐体４１の吹出口３０から送出される。

前記送風ファン５により送出される空気Ａの流路には、第２凝縮器１Ｂおよび電気ヒータ６が設けられている。蒸発器３により冷却された空気Ａは、第２凝縮器１Ｂおよび電気ヒータ６によって所定の温度に昇温される。昇温された空気Ａは、吹出口３０を通って所定の領域に排出される。

前記吹出口３０には、送風ファン５によって送風された空気Ａが当たるエア温度センサ２３が設けられている。
第１温度センサ２１は、第２メイン導管１２とホットガスバイパスＨＧＢとの合流点Ｏから蒸発器３の入口部分までの間に設けられている。したがって、第１温度センサ２１は蒸発器３の下流に設けられている。一方、蒸発器３の上流側の近傍には、エア温度センサ２３が設けられている。
前記第１温度センサ２１、第２温度センサ２２およびエア温度センサ２３によって測定された第１測定温度Ｓ１、第２測定温度Ｓ２および測定温度Ｓａは、それぞれ、制御手段９に出力される。

制御手段９は、たとえば、マイクロコンピュータからなり、そのメモリには、目標エア温度Ｔａ、第１目標温度Ｔ１および目標偏差ΔＴなどが予め記憶されている。
制御手段９には、流量調整弁７Ａ，７Ｂ，７Ｃ、電子膨張弁２Ａ，２Ｂおよび温度センサ２１，２２，２３などが接続されており、該制御手段９のＣＰＵは、温度センサ２１，２２，２３の測定値に基づき、後述するように、各弁の開度の演算制御や電気ヒータ６の温度制御などを行う。

つぎに、本精密空調機の運転方法について説明する。
前記制御手段９は、以下に説明するように、本精密空調機の運転中に以下の制御を並行して行う。

流量調整弁７Ａ，７Ｂの制御：
本精密空調機の運転中において、エア温度センサ２３で測定された測定温度Ｓａに基づき、制御手段９が流量調整弁７Ａ，７Ｂの制御を行う。
制御手段９は、前記メモリから目標エア温度Ｔａを読み出し、前記測定温度Ｓａが目標エア温度Ｔａよりも高い場合には、第１流量調整弁７Ａの開度を大きくすると共に、第２流量調整弁７Ｂの開度を小さくする。
一方、測定温度Ｓａが目標エア温度Ｔａよりも低い場合には、第１流量調整弁７Ａの開度を小さくすると共に、第２流量調整弁７Ｂの開度を大きくする。

第３制御弁７Ｃの制御：
本精密空調機の運転中において、第１温度センサ２１で測定された第１測定温度Ｓ１に基づき、制御手段９が第３制御弁７Ｃの制御を行う。
制御手段９は、前記メモリから第１目標温度Ｔ１（たとえば、２℃）を読み出し、前記第１測定温度Ｓ１が第１目標温度Ｔ１（２℃）よりも低い場合には、第３制御弁７Ｃを開いて第１測定温度Ｓ１が上昇するように制御を行う。

電子膨張弁２Ａ，２Ｂの制御：
本精密空調機の運転中において、前記第１測定温度Ｓ１と、第２温度センサ２２で測定された第２測定温度Ｓ２とに基づき、制御手段９が電子膨張弁２Ａ，２Ｂの制御を行う。
制御手段９は、前記メモリから目標偏差ΔＴを読み出し、第２測定温度Ｓ２から第１測定温度Ｓ１を減算した昇温偏差（Ｓ２−Ｓ１）が所定の目標偏差ΔＴとなるように、電子膨張弁２Ａ，２Ｂの開度θ₁ ，θ₂ を制御する。

ここで、前記第１電子膨張弁２Ａの開度θ₁ と、第２電子膨張弁２Ｂの開度θ₂ とは、下記の (1)式で定義される互いに概ね一定の関係になるように制御される。
θ₂ ＝ａθ₁ ＋ｂ …(1)
但し、ａ、ｂは定数。
なお、θ₁ ＝θ₂ 、つまり、ａ＝１，ｂ＝０とするのが最も好ましい。

図２は他の例を示す。
この図に示すように、第２メイン導管１２に電子膨張弁２を設けてもよい。電子膨張弁２は、凝縮器１Ａ，１Ｂに接続された第３および第４分岐導管１２Ｃ，１２Ｄが互いに接続された第２メイン導管１２に設けられている。

なお、前述の実施例では、流量調整弁７Ａ，７Ｂの２つの流量調整弁を設けたが、いずれか一方の流量調整弁のみを設けたものであってもよい。
また、流量調整弁７Ａ，７Ｂを設ける代わりに、第１メイン導管１１から分岐導管１１Ａ，１１Ｂに流れる冷媒の割合を変更可能な流量調整弁を該第１メイン導管１１と分岐導管１１Ａ，１１Ｂとの分岐点に設けてもよい。

本発明は工業用の精密空調機に利用することができる。

本発明の精密空調機の一実施例を示す概略構成図である。 精密空調機の他の例を示す概略構成図である。

符号の説明

１Ａ：第１凝縮器１Ａ
１Ｂ：第２凝縮器１Ｂ
３：蒸発器
４：圧縮機
５：送風ファン
６：電気ヒータ
１１：第１メイン導管
１２：第２メイン導管
１３：第３メイン導管
Ａ：空気

Claims (9)

1. 冷媒を冷却するための第１および第２凝縮器１Ａ，１Ｂと、冷媒に流れ抵抗を与えるための膨張弁手段と、冷媒で周囲の空気を冷却するための蒸発器３と、前記蒸発器３から凝縮器１Ａ，１Ｂおよび膨張弁手段を通って再び蒸発器３に冷媒が循環するように蒸発器３からの冷媒を凝縮器１Ａ，１Ｂに圧送する圧縮機４と、前記圧縮機４からの冷媒を導出する第１メイン導管１１と、前記膨張弁手段からの冷媒を前記蒸発器３に導入する第２メイン導管１２と、前記蒸発器３から圧縮機４に冷媒を導く第３メイン導管１３と、前記蒸発器３で除湿すると共に冷却した空気Ａを送風するファン５と、前記空気Ａを加熱して所定の温度まで昇温させる電気ヒータ６とを備え、前記蒸発器３で冷却された空気Ａを前記第２凝縮器１Ｂで昇温させるようにした精密空調機であって、
   前記第１および第２凝縮器１Ａ，１Ｂを前記圧縮機４と前記蒸発器３との間に互いに並列に配置すると共に、
   前記第１凝縮器１Ａと前記第２凝縮器１Ｂとに流入する冷媒の相対的な流量を調整する流量比調節手段を更に備えた精密空調機。
2. 請求項１において、前記第１メイン導管１１から２本に分岐し、前記第１および第２凝縮器１Ａ，１Ｂにそれぞれ冷媒を導入する第１および第２分岐導管１１Ａ，１１Ｂと、
   前記流量比調整手段として、前記第１分岐導管１１Ａを流れる冷媒の流量を調節する第１流量調整弁７Ａ、ならびに、前記第２分岐導管１１Ｂを流れる冷媒の流量を調整する第２流量調整弁７Ｂとを更に備えた精密空調機。
3. 請求項２において、前記蒸発器３により冷却された空気Ａの温度を測定するエア温度センサ２３と、目標エア温度Ｔａを記憶すると共に、前記エア温度センサ２３により測定された測定温度Ｓａが入力される制御手段９とを更に備え、
   前記測定温度Ｓａが目標エア温度Ｔａよりも高い場合には、前記第１流量調整弁７Ａの開度を大きくすると共に前記第２流量調整弁７Ｂの開度を小さくし、
   一方、前記測定温度Ｓａが前記目標エア温度Ｔａよりも低い場合には、前記第１流量調整弁７Ａの開度を小さくすると共に前記第２流量調整弁７Ｂの開度を大きくするように、前記制御手段９が前記流量調整弁７Ａ，７Ｂの開度を調整する精密空調機。
4. 請求項３において、前記両流量調整弁７Ａ，７Ｂの開度の和が概ね一定に設定されている精密空調機。
5. 請求項１もしくは４において、前記第１メイン導管１１と前記蒸発器３に冷媒を導く第２メイン導管１２とを連ねて前記圧縮機４で圧縮された冷媒を前記蒸発器３に導くホットガスバイパスＨＧＢと、
   前記ホットガスバイパスＨＧＢの流量を制御する第３制御弁７Ｃと、
   前記第２メイン導管１２における前記ホットガスバイパスＨＧＢとの合流点から前記蒸発器３の入口までにおける任意の部位における冷媒の温度を測定する第１温度センサ２１とを更に備え、
   前記第１温度センサ２１で測定された第１測定温度Ｓ１が第１目標温度Ｔ１よりも低い場合には前記第３制御弁７Ｃを開いて前記第１測定温度Ｓ１が上昇するように制御手段９が制御することを特徴とする精密空調機。
6. 請求項５において、前記蒸発器３の入口近傍における冷媒の温度を測定する前記第１温度センサ２１と、
   前記蒸発器３の出口近傍における冷媒の温度を測定する第２温度センサ２２とを備え、
   前記第２温度センサ２２で測定された第２測定温度Ｓ２から前記第１温度センサ２１で測定された第１測定温度Ｓ１を減算した昇温偏差（Ｓ２−Ｓ１）が所定の目標偏差ΔＴとなるように、第１および第２電子膨張弁２Ａ，２Ｂの開度θ₁ ，θ₂ を前記制御手段９が制御する精密空調機。
7. 請求項６において、前記第１凝縮器１Ａから冷媒を導出し前記第２メイン導管１２に冷媒を導入する第３分岐導管１２Ｃと、
   前記第２凝縮器１Ｂから冷媒を導出し、前記第２メイン導管１２に冷媒を導入する第４分岐導管１２Ｄとを更に備えた精密空調機。
8. 請求項７において、前記膨張弁手段は、前記第３および第４分岐導管１２Ｃ，１２Ｄにそれぞれ挿入され開度を電子制御される第１および第２電子膨張弁２Ａ，２Ｂを包含する精密空調機。
9. 請求項８において、前記第１電子膨張弁２Ａの開度θ₁ と第２電子膨張弁２Ｂの開度θ₂ とが下記の (1)式で定義される互いに概ね一定の関係に設定されている精密空調機。
   θ₂ ＝ａθ₁ ＋ｂ …(1)
   但し、ａ、ｂは定数

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