JP2011185509A - 加湿量制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】外気を導入し、その外気と略同量に室内空気を排気して室内を設定の温湿度に制御する際に、加湿量を適正に制御できる加湿制御システムを提供する。
【解決手段】空調機１１に外気ＯＡを導入し、この外気ＯＡを所定の温湿度に調整して給気空気ＳＡとし、これを熱源が設置された室内１０に吹出しつつ室内空気を大気に排気して、室内１０を設定の温湿度に冷房する際に、室内１０を設定温度に調整するための上記給気空気ＳＡの設定給気温度を決定すると共にその設定給気温度における相対湿度が７０〜９０％となる給気空気ＳＡの絶対湿度を求め、他方、導入する外気ＯＡの絶対湿度を求め、上記給気空気ＳＡの絶対湿度と上記外気ＳＡの絶対湿度の差から必要加湿量を決定し、空調機で、導入外気を上記設定給気温度となるように加熱すると共に、その加熱された外気ＯＡに上記必要加湿量を水蒸気加湿した給気空気ＳＡを室内１０に吹き出すものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、工場などの室内を温湿度制御する空調システムに係り、特に外気を温湿度制御して給気空気として室内に供給すると同時にその給気空気と略同量の室内空気を大気側に排気して、室内を設定温湿度に空調するための加湿量制御システムに関するものである。

工場などの室内の空調においては、製造機器のコンパクト化や高密度化により、生産室内の発熱量が大幅に増加しており、冬期においても室内の冷房を行っている。

また最近は、工場空調において恒温恒湿制御の需要が確実に増えている。冷却加湿運転の要望が増え、高精度な加湿制御が求められている。

この加湿制御は、特許文献１に示されるように、導入する外気をクリーンルームの床下チャンバーから導入し、クリーンルーム内の循環空気と合流させた後に加湿するものであり、その際に、導入する外気の絶対湿度と室内の設定温湿度における室内空気の絶対湿度との差を求め、その差に導入外気量を乗じた量を所要加湿量として算出し、その算出値に基づいて加湿量を制御することが示されている。

特許第３３１０１１８号公報

ところで、クリーンルームの室内環境を悪化させるような、ガスや臭気等の発生がある場合、ＨＥＰＡフィルターでこれらを取り除くことは不可能であり、室内空気の循環冷却では、室内環境が悪化するため、外気を温湿度制御して給気空気とし供給すると同時にその給気空気と略同量の室内空気を大気側に排気して冷房する外気導入空調システムが採用されている。

この外気導入空調システムで加湿制御を行う場合、特許文献１に示されるように導入外気量が少ない場合は、外気の絶対湿度と室内の設定温湿度に設定する室内空気の絶対湿度の差と求め、その差に導入外気量を乗じて必要加湿量をもとめ、その必要加湿量で加湿しても支障なく加湿制御が行えるが、外気導入量と室内空気の排気量とが同じである場合に、特に冬期においては、条件によっては給気空気の加湿制御の幅が大きくなりすぎ、加湿の行き過ぎや不足等が起こる問題がある。

すなわち、室内の設定温湿度を、例えば温度２４℃、相対湿度５０％（絶対湿度０．００９３ｋｇ／ｋｇＤＡ）とし、導入する外気が１０℃以下で、絶対湿度が０．００２ｋｇ／ｋｇＤＡの場合には、外気（給気空気）１ｋｇ（０．７７ｍ³）当たり、０．００７ｋｇの加湿量が必要となる。しかし、外気に水を噴射して加湿しても、加湿と共に外気温度は、等エンタルピー線に沿って下がってしまい、直ちに相対湿度が１００％となり、必要加湿量とすることはできない。ここで例えば、室内に吹き出す給気空気の給気温度を１５℃、相対湿度を７０〜９０％とした場合には、外気の乾球温度を３０℃以上に加熱した上で加湿しなければ、噴霧した水が蒸発せずに残ってしまい、また噴霧量が少なければ加湿不足が生じてしまう。

このように、外気の絶対湿度と室内の設定温湿度における室内空気の絶対湿度の差で加湿したのでは、過加湿で、ダクト内水濡れ事故が起きたり、加湿不足が生じてしまう問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、外気を導入し、その外気と略同量に室内空気を排気して室内を設定の温湿度に制御する際に、加湿量を適正に制御できる加湿量制御システムを提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、空調機に外気を導入し、この外気を所定の温湿度に調整して給気空気とし、これを熱源が設置された室内に吹出しつつ室内空気を大気に排気して、室内を設定の温湿度に冷房する際の加湿量制御システムにおいて、室内を設定温度に調整するための上記給気空気の設定給気温度を決定すると共にその設定給気温度における相対湿度が７０〜９０％となる給気空気の設定絶対湿度を求め、他方、導入する外気の絶対湿度を求め、上記給気空気の絶対湿度と上記外気の絶対湿度の差から必要加湿量を決定し、空調機で、導入外気を上記設定給気温度となるように加熱すると共に、その加熱された外気に上記必要加湿量を水蒸気加湿した給気空気を室内に吹き出すことを特徴とする加湿量制御システムである。

請求項２の発明は、室内の相対湿度を検出し、その相対湿度が設定湿度となるように、上記必要加湿量を微調整する請求項１記載の加湿量制御システムである。

請求項３の発明は、必要加湿量の微調整は、室内に吹き出す給気空気の給気設定温度に対して飽和点（相対温度１００％）以下になるように設定される請求項２記載の加湿量制御システムである。

請求項４の発明は、空調機には、室内に吹き出す給気空気に対して、１００〜３０％の外気が導入され、室内から１００〜７０％の室内空気が大気に排気され、その排気空気量に見合った０〜３０％の室内空気が空調機に循環される請求項１〜３いずれかに記載の加湿量制御システムである。

本発明によれば、外気と室内に吹き出す給気空気の絶対湿度の差を求め、その差に基づいて必要加湿量を決定し、その加湿量を蒸気で加湿することで、必要加湿量を確実に制御でき、制御の行き過ぎや不足を防止し、室内湿度の安定化や省エネルギーを促進、ダクト内結露による水損事故を防止できる。

本発明の一実施の形態を示す図である。 本発明の前提となる加湿量制御を、空気線図上で説明する図である。 本発明の加湿量制御を、空気線図上で説明する図である。 本発明の他の実施の形態を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１において、１０は空調を行う室内で、図では示していないが、半導体製造装置や液晶製造装置など熱を発生する熱源が設置されており、夏期は勿論冬期にも冷房を必要とする。この室内１０には、温湿度調整を行う空調機１１が、ＨＥＰＡフィルタ２１、ダクトからなる給気ライン１２を介して接続されると共に、室内ｌ０の空気をフィルタ４１を介して排気する排気ライン１９が接続され、その排気ライン１９に排気ファン２０が接続される。

空調機１１は、ケーシング１１ａ内に、冷水コイルなどで形成された冷却器１３と、温水コイルなどで形成された加熱器１４と、加湿器１５と、送風ファン１６とが順次設けられて構成され、その吸込み側に外気導入ライン１７が接続され、吹き出し側に給気ライン１２が接続される。

加湿器１５は、蒸気を吹き出すスプレー管からなり、その加湿器１５に、蒸気供給ライン３５が接続される。蒸気供給ライン３５には、蒸気量を制御する二方弁３３と蒸気量を計測する蒸気流量計３４が接続される。

給気ライン１２には、給気空気ＳＡの露点温度を検出する露点センサ３９と、給気空気ＳＡの温度を検出する温度センサ３６、給気空気ＳＡの送風量を検出する風量センサ３７が設けられる。

外気導入ラインｌ７には、導入する外気ＯＡの露点温度を検出する露点センサ３２、外気導入量を検出する風量センサ３８が設けられる。

室内ｌ０には、湿度（相対湿度）を検出する湿度センサ３０と温度を検出する温度センサ３１が設けられる。

これらの温度センサ３１、３６、湿度センサ３０、露点センサ３９、３２、風量センサ３７、３８、蒸気流量計３４の検出値は、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）４０に入力され、ＰＬＣ４０が、これら検出値に基づいて演算し、必要加湿量を算出した後、その必要加湿量となるように、すなわち蒸気流量計３４の検出値が設定の流量値となるように二方弁３３を開閉制御する。

室内１０の空調は、冬期に室内１０を冷房する際には、外気ＯＡを導入し、加熱器１４で外気ＯＡを所定の温度に加熱し、加湿器１５で加熱された外気に必要加湿量となるように水蒸気をスプレーして給気空気ＳＡとし、これを給気ライン１２からＨＥＰＡフィルタ２１を通して室内１０に吹き出して室内１０を冷房して設定の温湿度に冷房する。室内１０の空気は、給気空気ＳＡと略同量を排気ライン１９から排気ファン２０にて排気空気ＥＸとして大気に排気される。

また、夏期においては、外気ＯＡの温湿度が高いため、冷却器１３で外気を冷却して所定の温度にし、これを給気空気ＳＡとして室内１０に吹き出して冷房する。

なお、給気空気ＳＡと排気空気ＥＸは、室内１０が陽圧となるように、すなわち、給気空気量＞排気空気量となるように、送風ファン１６の送風量と排気ファン２０の排風量が制御される。

本発明においては、冬期に室内１０を冷房運転する際に、室内１０を設定温度に調整するための給気空気ＳＡの設定給気温度を決定すると共にその設定給気温度における相対湿度が７０〜９０％となる給気空気ＳＡの設定絶対湿度を求め、他方、導入する外気ＯＡの絶対湿度を求め、給気空気ＳＡの絶対湿度と外気ＯＡの絶対湿度の差から必要加湿量を決定し、空調機１１の加熱器１４で、導入外気ＯＡを設定給気温度となるように加熱すると共に、その加熱された外気を必要加湿量となるように加湿器１５で水蒸気加湿して給気空気ＳＡを調整して室内１０に吹き出すものである。

この加湿制御は、上述のようにＰＬＣ４０が、温度センサ３１、３６、湿度センサ３０、露点センサ３９、３２、風量センサ３７、３８の検出値に基づいて、必要加湿量を演算して行う。

先ず、ＰＬＣ４０は、室内１０の熱源を考慮し、室内１０を設定温湿度（例えば設定温度２４℃、相対湿度５０％）とするための給気空気ＳＡの設定給気温度を設定する（例えば１５℃）。この給気空気ＳＡの設定給気温度の設定は、ＰＬＣ４０が冷房運転するときに室内温度センサ３１と給気空気ＳＡの温度センサ３６の温度を基に冷房したときに、外気ＯＡを加熱器１４で加熱して給気空気の温度を制御し、室内１０に給気空気ＳＡを吹き出して、室内温度センサ３１が設定室温となる給気空気ＳＡの吹出温度を設定給気温度とする。

次に、この設定給気温度（１５℃）における相対湿度１００％（飽和点）より低い相対湿度７０〜９０％を給気空気ＳＡの絶対湿度（０．００７５〜０．００９５ｋｇ／ｋｇＤＡ）とを求めておく。

ＰＬＣ４０は、外気の露点センサ３２で検出した露点から外気の絶対湿度を求め、求めた給気空気ＳＡの絶対湿度と外気の絶対湿度との差を求めて必要加湿量を決定する。

ＰＬＣ４０の加湿制御は、外気ＯＡを加熱器１４で設定給気温度となるように加熱し、その加熱された外気に加湿器１５から水蒸気をスプレーして外気が必要加湿量となるように制御する。この際に外気ＯＡの導入量を風量センサ３８で、給気空気の送風量を風量センサ３７で検出し、その風量値に基づいて加湿器１５でスプレーする蒸気流量を蒸気流量計３４の流量値に応じて二方弁３３を制御することで、必要加湿量とすることができる。

この必要加湿量は、給気空気ＳＡの乾球温度における飽和点以下の相対湿度７０〜９０％であり、しかも加湿に水蒸気を用いるため、給気空気ＳＡを加湿しても、蒸気がもつ蒸発潜熱分が給気空気ＳＡに加わるため、給気空気ＳＡの温度の低下はなく、給気ライン１２での結露が発生することはない。

また、ＰＬＣ４０には、室内１０に設けた温度センサ３１と湿度センサ３０が入力されており、室内温度が設定温度になるように、給気ライン１２に設けた温度センサ３６の検出温度から加熱器１４での加熱量を微調整し、また室内湿度が設定湿度となるように、加湿器１５での水蒸気加湿を制御して必要加湿量を微調整する。

またこの際に、給気ライン１２に設けた露点センサ３９でその露点を検出し、必要加湿量の上限値を設定して、給気空気ＳＡが飽和点に達しないように制御する。

次に、加湿制御を図２の空気線図により説明する。

この図２は、室内を設定温湿度にするときの室内絶対湿度と外気の絶対湿度から単純に必要加湿量を求める例を示したものである。

今、導入する外気が１℃で、絶対湿度が０．００２ｋｇ／ｋｇＤＡ、室内設定温湿度を２４℃、５０％としたとき、その室内空気の絶対湿度が０．００９３ｋｇ／ｋｇＤＡであり、その絶対湿度差が必要加湿量となる。

この時の加湿蒸気量は、外気の導入量が１０，０００ｍ³／ｈ、２４℃における空気密度を１．２１ｋｇ／ｍ³とした場合、
外気導入風量×１．２１（室内絶対湿度−外気絶対湿度）
＝１０，０００×１．２１（０．００９３−０．００２）＝８８．３ｋｇ／ｈ
として求めることができる。

図２は、室内の設定温湿度における空気の絶対湿度と外気の絶対湿度で、単純に必要加湿量を空気線図で説明したものであり、給気空気の温度が、２４℃の室内空気の露点温度１２．５℃以上であれば支障はないが、室内空気の設定湿度が高かったり、室内の熱源から発生する熱量が高く給気空気の温度が露点温度（１２．５℃）より下回る場合には、給気温度に加熱された外気を必要加湿量に加湿すると給気空気が飽和点（相対湿度１００％）に達してしまう。

そこで、本発明のＰＬＣ４０による加湿制御を図３の空気線図により説明する。

給気ライン１２から吹き出す給気空気の設定給気温度を１５℃とすると、絶対湿度が０．００２ｋｇ／ｋｇＤＡで、温度が１℃の外気（露点温度−６．９℃、絶対湿度は０．００２ｋｇ／ｋｇＤＡ）を、乾球温度１５℃まで加熱すると、その相対湿度は２０％となる。

ここで、この乾球温度１５℃、相対湿度２０％の加熱された外気を水蒸気加湿する際の加湿上限値は、１５℃（ＤＢ）時の相対湿度１００％である絶対湿度（飽和点）０．０１０６５ｋｇ／ｋｇＤＡまでとなる。

この時の加湿蒸気量上限値は、給気空気の送風量を１０，０００ｍ³／ｈとした場合
給気風量×１．２１（給気空気の飽和点の絶対湿度−外気の絶対湿度）
＝１０，０００×１．２１（０．０１０６５−０．００２）＝１０４．６６ｋｇ／ｈとして、加湿量上限値を求めることができる。

そこで、本発明ではこの飽和点より低い、相対湿度７０〜９０％の範囲で、給気空気の相対湿度を設定する。この図３では、室内空気の絶対湿度（０．００９３ｋｇ／ｋｇＤＡ）と同じ、絶対湿度となる相対湿度８５％を給気空気と設定し、その相対湿度８５％における絶対湿度と外気の絶対湿度の差を必要加湿量（８８．３ｋｇ／ｈ）と設定する。

このように飽和点における加湿量上限値と必要加湿量を求めておくことで、ＰＬＣ４０が、室内湿度センサ３０で検出された湿度が、室内１０の設定湿度より低いときには、加湿量上限値以下で、加湿器１５で蒸気加湿して必要加湿量を微調整することができる。この際に加湿量上限値が予め求められているため、蒸気流量計３４の値から二方弁３３を制御して蒸気量を調整するだけですみ、加湿のための演算は不要となる。すなわち、相対湿度８５％での給気空気必要加湿量は、８８．３ｋｇ／ｈであるが、加湿量上限値が１０４．６６ｋｇ／ｈであり、１６．３６ｋｇ／ｈの余裕をもって加湿することができる。

このように、本発明は、給気ライン１２の給気空気の温度が何度であっても、その温度の加湿蒸気量上限値（飽和点）以上の加湿を防止することが可能であり、これにより加湿のし過ぎを防止できる。また、この加湿のための蒸気量は、室内１０の温度センサ３１と室内湿度センサ３０の値と設定値の偏差により、その加湿蒸気量を増減制御させることが可能となる。

この増減制御により、室内１０の温湿度を設定温湿度に近づけて行くことが可能となる。

また夏期の冷房の際には、外気の温湿度は高いため、導入した外気ＯＡを冷却器１３で設定給気温度まで冷却することで、相対湿度１００％の給気空気ＳＡとすることができる。また、室内１０の湿度制御を行う際には、外気ＯＡを設定給気温度より低く冷却し、その冷却した外気ＯＡを加熱器１４で設定給気温度まで昇温すれば、湿度制御が行える。この場合、室内設定温湿度（２４℃、５０％）に調整した空気の露点温度（１２．５℃）まで冷却器１３で冷却して給気空気の絶対湿度を調節した後、加熱器１４で加熱することで湿度制御が行える。

図４は、本発明の他の実施形態を示したものである。

本実施の形態では、図１の実施の形態と略同じであるが、室内空気を排気する排気ライン１９に、室内空気を空調機１１に戻して循環する循環ライン１８を追加した例を示したもので、その他の構成は図１と同じである。

空調機１１には、給気空気量ＳＡに対して１００〜３０％の外気が導入され、室内１０から循環ライン１８へ戻す循環空気量は、給気空気量ＳＡに対して０〜３０％を空調機１１に戻し、残りの１００〜７０％を排気ライン１９を介して大気に排気するようにする。また露点センサ３２、風量センサ３８は、外気導入ライン１７と循環ライン１８の接続部より空調機１１側の外気導入ライン１７に接続することで、加湿制御は、図１の加湿制御と同様に制御できる。この場合、空調機１１側に導入される空気は、外気と循環空気の混合であり、その温度は高く加熱器１４での加熱量は少なく、加湿器１５による必要加湿量も少なくできる。

この図４のシステムは、室内１０の内部で室内環境を悪化させるような、ガス、粉塵、臭気等の発生が少なく全給気量を排気する必要の無い用途の場合に利用される。

１０ 室内
１１ 空調機
１２ 給気ライン
１３ 冷却コイル
１４ 加熱コイル
１５ 加湿器
１７ 外気導入ライン
３１、３６ 温度センサ
３２、３９ 露点センサ
３７、３８ 風量センサ
４０ ＰＬＣ

Claims (4)

1. 空調機に外気を導入し、この外気を所定の温湿度に調整して給気空気とし、これを熱源が設置された室内に吹出しつつ室内空気を大気に排気して、室内を設定の温湿度に冷房する際の加湿量制御システムにおいて、室内を設定温度に調整するための上記給気空気の設定給気温度を決定すると共にその設定給気温度における相対湿度が７０〜９０％となる給気空気の設定絶対湿度を求め、他方、導入する外気の絶対湿度を求め、上記給気空気の絶対湿度と上記外気の絶対湿度の差から必要加湿量を決定し、空調機で、導入外気を上記設定給気温度となるように加熱すると共に、その加熱された外気に上記必要加湿量を水蒸気加湿した給気空気を室内に吹き出すことを特徴とする加湿量制御システム。
2. 室内の相対湿度を検出し、その相対湿度が設定湿度となるように、上記必要加湿量を微調整する請求項１記載の加湿量制御システム。
3. 必要加湿量の微調整は、室内に吹き出す給気空気の給気設定温度に対して飽和点（相対温度１００％）以下になるように設定される請求項２記載の加湿量制御システム。
4. 空調機には、室内に吹き出す給気空気に対して、１００〜３０％の外気が導入され、室内から１００〜７０％の室内空気が大気に排気され、その排気空気量に見合った０〜３０％の室内空気が空調機に循環される請求項１〜３いずれかに記載の加湿量制御システム。

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