JP2010014360A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】外気の温湿度制御に必要なエネルギーを削減する。
【解決手段】コントローラ１２が、温度センサ１０及び湿度センサ１１により検出された外気の温度及び湿度に応じて、空調室２ａ，２ｂに供給する外気の風量，冷却器４の冷却温度，加温器５の加熱温度，及び加湿器６の加湿割合を制御することにより、空調室２ａ，２ｂから排出された外気を混合して設定温度及び設定湿度に調温及び調湿された外気を塗装ブースに供給する。このような空調システムによれば、コントローラ１２は、外気が有する顕熱や潜熱を利用して外気の温度及び湿度を設定温度及び設定湿度に制御するので、外気の温湿度制御に必要なエネルギーを削減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、外気を所定の温度及び湿度に調温及び調湿して塗装ブースに供給する空調システムに関する。

従来より、（１）外気を予備的に加熱し、（２）予備加熱された外気を飽和状態まで加湿し、（３）飽和状態を維持して外気を所定の露点温度まで冷却し、（４）冷却された外気を設定温度まで加熱することにより、外気を所定の温度及び湿度に調温及び調湿して塗装ブースに供給する空調システムが知られている（特許文献１参照）。
特開平9-89350号公報

従来の空調システムは、外気の温度及び湿度が所定の温度及び湿度に近いのにも係わらず上記（２）〜（４）の一連の温湿度制御を実行する等、外気の温度及び湿度に関係なく外気導入口から取り込まれた全風量に対し上記（１）〜（４）又は上記（２）〜（４）の一連の温湿度制御を実行する構成になっていることから、省エネルギー化を図ることが難しい。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的、外気の温湿度制御に必要なエネルギーを削減可能な空調システムを提供することにある。

本発明の第１の態様に係る空調システムは、取り込まれた外気の全風量の一部に対し冷却、その他の風量に対し加温及び加湿を行い、冷却された風量と加温及び加湿された風量を混合して塗装ブースに供給する。本発明の第２の態様に係る空調システムは、外気を冷却して通過させる冷却エリアと外気を冷却せずにそのまま通過させる非冷却エリアとを有する冷却部を備え、冷却エリアを通過した外気と非冷却エリアを通過した外気とを混合した後に加湿，加温して塗装ブースに供給する。

本発明に係る空調システムによれば、外気が有する顕熱や潜熱を利用して外気の温度及び湿度を設定温度及び設定湿度に制御することができるので、外気の温湿度制御に必要なエネルギーを削減することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる空調システムの構成について説明する。

〔空調システムの全体構成〕
本発明の実施形態となる空調システムは、図１に示すように、主空調器２とリサイクル空調器３を主な構成要素として備え、所定の温度及び湿度に調温及び調湿された空気を塗装ブース１の有人ゾーンＺ１及び無人ゾーンＺ２（例えば外板塗装等の自動化エリア）に供給するものである。主空調器２は、空調室２ａと空調室２ｂを有する。空調室２ａは、外気導入路Ｌ１を介して取り込まれた外気を冷却する冷却器４を有する。空調室２ｂは、外気導入路Ｌ２を介して取り込まれた外気を加熱する加温器５と、加温器５から排出された外気を加湿する加湿器６とを有する。空調室２ａ，２ｂから排出された外気は、混合された後にファンＦ１及び供給路Ｌ３を介して有人ゾーンＺ１に供給される。外気導入路Ｌ１，Ｌ２には流路を開閉するための給排気ダンパーＤ１，Ｄ２がそれぞれ設けられている。

有人ゾーンＺ１は、公知技術により洗浄された有人ゾーンＺ１内の空気を排出するファンＦ２と、ファンＦ２から排出された空気を系外に排出する排出路Ｌ４と、ファンＦ２から排出された空気をリサイクル空調器３側に循環させる循環路Ｌ５を有する。無人ゾーンＺ２には、リサイクル空調器３によって所定の温度及び湿度に調温及び調湿された空気が供給路Ｌ９を介して供給される。無人ゾーンＺ２は、公知技術により洗浄された無人ゾーンＺ２内の空気を排出するファンＦ３と、ファンＦ３から排出された空気を系外に排出する排出路Ｌ６を有する。排出路Ｌ４及び循環路Ｌ５には流路を開閉するための給排気ダンパーＤ３，Ｄ４がそれぞれ設けられている。

リサイクル空調器３は、空調室３ａと空調室３ｂを有する。空調室３ａは、循環路Ｌ５又は外気導入路Ｌ７を介して取り込まれた空気を冷却する冷却器７を有する。空調室３ｂは、外気導入路Ｌ８を介して取り込まれた外気を加熱する加温器８を有する。空調室３ａ，３ｂから排出された外気は、混合された後にファンＦ４及び供給路Ｌ９を介して無人ゾーンＺ２に供給される。外気導入路Ｌ７，Ｌ８には対応する流路を開閉するための給排気ダンパーＤ５，Ｄ６がそれぞれ設けられている。

〔制御系の構成〕
上記空調システムの制御系は、外気の温度を検出する温度センサ１０と、外気の湿度を検出する湿度センサ１１と、マイクロプロセッサ等のコントローラ１２により構成され、コントローラ１２が、温度センサ１０及び湿度センサ１１により検出された外気の温度及び湿度に応じて以下に示す温湿度制御処理を実行することにより、外気の温湿度制御に必要なエネルギーを削減する。具体的には、予め温度及び湿度に応じて空気線図を図２に示す（１）〜（７）の領域にエリア分けしておき、コントローラ１２は、温度センサ１０及び湿度センサ１１により検出された外気の温度及び湿度がエリア（１）〜（７）のうちのどのエリアに属するかによって、冷却器の冷却温度，加温器の加熱温度，加湿器の加湿割合，及び給排気ダンパーＤ１〜Ｄ６の開度を制御する。以下、図３を参照して、（Ａ）主空調器２による温湿度制御と（Ｂ）リサイクル空調器３による温湿度制御とに分けてコントローラ１２が実行する温湿度制御処理について説明する。

（Ａ）主空調器による温湿度制御
（ａ）外気の温度及び湿度が所定の範囲内にあるとき（図２に示すエリア（１））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２を開状態に制御すると共に冷却器３，加温器５，及び加湿器６をオフ状態にして外気をそのまま有人ゾーンＺ１に供給する。

（ｂ）外気の温度は所定の範囲内にあるが、湿度が不足しているとき（図２に示すエリア（２））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２の開度の合計値を１（１００％）に制御すると共に加湿器６のみをオン状態に切り換えて加湿器６により加湿された外気と空調室２ａから排出された外気とを混合して有人ゾーンＺ１に供給する。加湿器６の加湿割合は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２の開度割合を考慮して、加湿器６の排出外気ではなく混合外気の湿度が所定範囲内になるように設定する。

（ｃ）外気の温度が所定の範囲以上であり、湿度が不足しているとき（図２に示すエリア（３））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２の開度の合計値を１（１００％）に制御すると共に冷却器４と加湿器６をオン状態に切り換えて冷却器４により冷却された外気と加湿器６により加湿された外気とを混合して有人ゾーンＺ１に供給する。冷却器４の冷却温度や加湿器６の加湿割合は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２の開度割合を考慮して、混合外気の温度及び湿度が所定範囲内になるように設定する。

（ｄ）外気の温度が所定の範囲以上であり、湿度が所定の範囲以上であるとき（図２に示すエリア（４））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２の開度の合計値を１（１００％）に制御すると共に冷却器４のみをオン状態に切り換えて冷却器４により冷却された外気と空調室２ｂから排出された外気とを混合して有人ゾーンＺ１に供給する。冷却器４の冷却温度は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２の開度割合を考慮して、混合外気の温度が所定範囲内になるように設定する。外気の湿度が所定の範囲内から少し外れている場合には、温度を低下させることにより外気の湿度を所定の範囲内に調湿することができる。

（ｅ）外気の温度が所定の範囲以上であり、湿度が過剰であるとき（図２に示すエリア（５））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２の開度の合計値を１（１００％）に制御すると共に冷却器４と加温器５をオン状態に切り換えて冷却器４により冷却された外気と空調室２ｂにおいて加熱された外気とを混合して有人ゾーンＺ１に供給する。冷却器４の冷却温度及び加温器５の加熱温度は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２の開度割合を考慮して、混合外気の温度及び湿度が所定範囲内になるように設定する。

（ｆ）外気の温度は所定の範囲内にあるが、湿度が所定の範囲以上であるとき（図２に示すエリア（６））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２の開度の合計値を１（１００％）に制御すると共に加温器５のみをオン状態に切り換えて空調室２ａから排出された外気と空調室２ｂにおいて加熱された外気とを混合して有人ゾーンＺ１に供給する。加温器５の加熱割合は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２の開度割合を考慮して、加温器５の排出外気ではなく混合外気の温度が所定範囲内になるように設定する。

（ｇ）外気の温度は所定の範囲以下であり、湿度が不足しているとき（図２に示すエリア（７））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２の開度の合計値を１（１００％）に制御すると共に加温器５及び加湿器６をオン状態に切り換えて空調室２ａから排出された外気と空調室２ｂにおいて加熱，加湿された外気とを混合して有人ゾーンＺ１に供給する。加温器５の加熱割合及び加湿器６の加湿割合は、給排気ダンパーＤ１，Ｄ２の開度割合を考慮して、空調室２ｂからの排出外気ではなく混合外気の温度が所定範囲内になるように設定する。

（Ｂ）リサイクル空調器による温湿度制御
（ａ）外気の温度及び湿度が所定の範囲内にあるとき（図２に示すエリア（１））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ３，Ｄ５，Ｄ６及び給排気ダンパーＤ４をそれぞれ開状態及び閉状態に制御すると共に冷却器７及び加温器８をオフ状態にして外気のみををそのまま無人ゾーンＺ２に供給する。

（ｂ）外気の温度は所定の範囲内にあるが、湿度が不足しているとき（図２に示すエリア（２））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ３，Ｄ４の開度の合計値を１（１００％）に制御すると共に給排気ダンパーＤ５，Ｄ６の開度をそれぞれ０（閉状態）及び給排気ダンパーＤ３と同じ開度に制御する。そしてコントローラ１２は、冷却器７及び加温器８をオフ状態にして有人ゾーンＺ１から排出された空気と外気とを混合して無人ゾーンＺ２に供給する。

（ｃ）外気の温度が所定の範囲以上であり、湿度が不足しているとき（図２に示すエリア（３））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ３，Ｄ４の開度の合計値を１（１００％）に制御すると共に給排気ダンパーＤ５，Ｄ６の開度をそれぞれ０（閉状態）及び給排気ダンパーＤ３と同じ開度に制御する。そしてコントローラ１２は、冷却器７のみをオン状態にして有人ゾーンＺ１から排出された空気を冷却したものと外気とを混合して無人ゾーンＺ２に供給する。冷却器７の冷却温度は、給排気ダンパーＤ４，Ｄ６の開度割合を考慮して、混合外気の温度及び湿度が所定範囲内になるように設定する。

（ｄ）外気の温度が所定の範囲以上であり、湿度が所定の範囲以上であるとき（図２に示すエリア（４））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ３，Ｄ４の開度の合計値を１（１００％）に制御すると共に給排気ダンパーＤ５，Ｄ６の開度をそれぞれ０（閉状態）及び給排気ダンパーＤ３と同じ開度に制御する。そしてコントローラ１２は、冷却器７のみをオン状態にして有人ゾーンＺ１から排出された空気を冷却したものと外気とを混合して無人ゾーンＺ２に供給する。冷却器７の冷却温度は、給排気ダンパーＤ４，Ｄ６の開度割合を考慮して、混合外気の温度及び湿度が所定範囲内になるように設定する。

（ｅ）外気の温度が所定の範囲以上であり、湿度が過剰であるとき（図２に示すエリア（５））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ３，Ｄ４の開度の合計値を１（１００％）に制御すると共に給排気ダンパーＤ５，Ｄ６の開度をそれぞれ０（閉状態）及び給排気ダンパーＤ３と同じ開度に制御する。そしてコントローラ１２は、冷却器７と加温器８の双方をオン状態にして有人ゾーンＺ１から排出された空気を冷却したものと外気を加熱したものとを混合して無人ゾーンＺ２に供給する。冷却器７の冷却温度及び加温器８の加熱温度は、給排気ダンパーＤ４，Ｄ６の開度割合を考慮して、混合外気の温度及び湿度が所定範囲内になるように設定する。

（ｆ）外気の温度は所定の範囲内にあるが、湿度が所定の範囲以上であるとき（図２に示すエリア（６））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ３，Ｄ４をそれぞれ開状態及び閉状態に制御すると共に給排気ダンパーＤ５，Ｄ６の開度の合計値を１（１００％）に制御する。そしてコントローラ１２は、加温器８のみをオン状態にして外気を冷却したものと外気を加熱したものとを混合して無人ゾーンＺ２に供給する。加熱器８の加熱温度は、給排気ダンパーＤ５，Ｄ６の開度割合を考慮して、混合外気の温度及び湿度が所定範囲内になるように設定する。

（ｇ）外気の温度は所定の範囲以下であり、湿度が不足しているとき（図２に示すエリア（７））
コントローラ１２は、給排気ダンパーＤ３，Ｄ４の開度の合計値を１（１００％）に制御すると共に給排気ダンパーＤ５，Ｄ６の開度をそれぞれ０（閉状態）及び給排気ダンパーＤ３と同じ開度に制御する。そしてコントローラ１２は、加温器８のみをオン状態にして有人ゾーンＺ１から排出された空気と外気を加熱したものとを混合して無人ゾーンＺ２に供給する。加温器８の加熱温度は、給排気ダンパーＤ４，Ｄ６の開度割合を考慮して、混合外気の温度及び湿度が所定範囲内になるように設定する。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる空調システムでは、コントローラ１２が、温度センサ１０及び湿度センサ１１により検出された外気の温度及び湿度に応じて、空調室２ａ，２ｂに供給する外気の風量，冷却器４の冷却温度，加温器５の加熱温度，及び加湿器６の加湿割合を制御することにより、空調室２ａ，２ｂから排出された外気を混合して設定温度及び設定湿度に調温及び調湿された外気を塗装ブースに供給する。そしてこのような空調システムによれば、コントローラ１２は、外気が有する顕熱や潜熱を利用して外気の温度及び湿度を設定温度及び設定湿度に制御することができるので、外気の温湿度制御に必要なエネルギーを削減することができる。

また本発明の実施形態となる空調システムは、有人エリアＺ１から排出された空気と外気を混合して無人エリアＺ２に供給するリサイクル空調器３を有する。従来の排気を利用したリサイクル空調器は、全ての排気量を使用する構成になっているために、排気に含まれる水分を除去する上で多くのエネルギーを要していた。これに対し本発明の実施形態となる空調システムでは、リサイクル空調器が、外気と排気が有する顕熱や潜熱の有効利用を図り、季節に応じて排気量や外気取り入れ量を制御するので、消費エネルギーを削減することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば上記主空調器２の代わりに図４に示すような主空調器２を用いても良い。図４に示す主空調器２は、冷却器２０と、加湿器２１と、加温器２２とを有する。冷却器２０は、図５に示すように、格子状に配列された外気を冷却して通過させる冷却エリアＲ１と外気を冷却せずにそのまま通過させる非冷却エリアＲ２とを有する。加湿器２１は、冷却器２０の冷却エリアＲ１を通過した外気と非冷却エリアＲ２を通過した外気とを混合して加湿する。加温器２２は、加湿器２１から排出された外気を加熱して有人ゾーンＺ１に供給する。このような主空調器２の構成によれば、上記実施形態と同様に外気の温湿度制御に必要なエネルギーを削減することができる。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

本発明の第１の実施形態となる空調システムの構成を示すブロック図である。 外気の温湿度制御に用いられる空気線図のエリア分けを示す図である。 図２に示すエリア分けを利用した外気の温湿度制御を示す図である。 本発明の第２の実施形態となる空調システムの構成を示す模式図である。 図４に示す冷却器の構成を示す平面図である。

符号の説明

１：塗装ブース
２：主空調器
３：リサイクル空調器
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ：空調室
４，７，２０：冷却器
５，８，２２：加温器
６，２１：加湿器
１０：温度センサ
１１：湿度センサ
１２：コントローラ
Ｄ１〜Ｄ６：給排気ダンパー
Ｆ１〜Ｆ３：ファン
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ７，Ｌ８：外気導入路
Ｌ３，Ｌ９：供給路
Ｌ４，Ｌ６：排出路
Ｌ５：循環路
Ｚ１：有人ゾーン
Ｚ２：無人ゾーン

Claims (3)

1. 外気を所定の温度及び湿度に調温及び調湿して塗装ブースに供給する空調システムであって、
   第１の外気導入路を介して取り込まれた外気を第１の温度に冷却する冷却部と、
   第２の外気導入路を介して取り込まれた外気を第２の温度に加熱する加温部と、
   前記加温部から排出された外気を第１の湿度に加湿する加湿部と、
   前記冷却部及び前記加湿部から排出された外気を混合して前記塗装ブースの第１のエリアに供給する供給部と、
   前記第１の外気導入路を開閉する第１の開閉部と、
   前記第２の外気導入路を開閉する第２の開閉部と、
   外気の温度を検出する外気温度検出部と、
   外気の湿度を検出する外気湿度検出部と、
   前記外気温度検出部及び前記外気湿度検出部により検出された外気の温度及び湿度に応じて、前記第１及び前記第２の温度、前記第１の湿度、前記第１及び第２の開閉部の開度を制御する制御部と
   を備えることを特徴とする空調システム。
2. 外気を所定の温度及び湿度に調温及び調湿して塗装ブースに供給する空調システムであって、
   外気を冷却して通過させる冷却エリアと外気を冷却せずにそのまま通過させる非冷却エリアとを有する冷却部と、
   前記冷却エリアを通過した外気と前記非冷却エリアを通過した外気とを混合して加湿する加湿部と、
   前記加湿部から排出された外気を加熱する加温部と、
   前記加温部から排出された外気を前記塗装ブースの第１のエリアに供給する供給部と
   を備えることを特徴とする空調システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の空調システムにおいて、
   前記第１のエリアから排出された空気を冷却する第２の冷却部と、
   第３の外気導入路を介して取り込まれた外気を加熱する第２の加温部と、
   前記第２の冷却部及び前記第２の加温部から排出された空気を混合して前記塗装ブースの第２のエリアに供給する第２の供給部と
   を備えることを特徴とする空調システム。

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