JP2020016395A

JP2020016395A - 恒湿度空調システム

Info

Publication number: JP2020016395A
Application number: JP2018139984A
Authority: JP
Inventors: 茂生竹内; Shigeo Takeuchi; 治隆上原; Harutaka Uehara
Original assignee: Shinryo Corp
Current assignee: Shinryo Corp
Priority date: 2018-07-26
Filing date: 2018-07-26
Publication date: 2020-01-30
Anticipated expiration: 2038-07-26
Also published as: JP6708708B2

Abstract

【課題】１日２４時間連続運転する恒湿度空調システムにおいて、臭気を発生させることなく、室内湿度を高精度で制御する。【解決手段】本発明に係る恒湿度空調システム１０は、取入外気の変動に対応して制御される前記第１の温水コイル１８および第１の気化式加湿器１９と、第１の温水コイル１８および前記第１の気化式加湿器１９より空気の流通方向の下流側に配置され、室内環境の変動に対応して制御される第２の温水コイル２０および第２の気化加湿器２１と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、室内環境を予め設定した条件に保持するために設けられる恒湿度空調システムに関する。

一般に、工場や研究所のクリーンルーム、実験用動物飼育室、病院の手術室等の施設では、室内環境を一定の温湿度に保つことが厳格に求められるため、様々な空調システムが提案されている。

従来のこの種の空調システムとしては、例えば、特許文献１に記載されているように、ハウジングの内部に、加熱コイルを前段コイルと後段コイルの二つに分岐して設け、気化式加湿器を、前段コイルの下流側の第１加湿器と、後段コイルの下流側の第２加湿器の２段構成としたものが知られている。

特開２００１−３１７７９５号公報

しかしながら、上記した従来の特許文献１に記載された発明では、室内の湿度を高精度で制御できないという問題がある。また、中間期など、加湿量が少なくなる時期でも第１加湿器と第２加湿器の２段で加湿を行うため、加湿給水量を節約できないという問題もある。

さらに、１日２４時間連続運転する場合に、加湿器で増殖したカビや細菌類から臭気が発生するといいった問題もある。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、１日２４時間連続運転する恒湿度空調システムにおいて、臭気を発生させることがなく、室内湿度を高精度で制御することのできる恒湿度空調システムを提供することを目的とする。

本発明に係る恒湿度空調システムは、取入外気の変動に対応して制御される第１の温水コイルおよび第１の気化式加湿器と、前記第１の温水コイルおよび前記第１の気化式加湿器より空気の流通方向の下流側に配置され、室内環境の変動に対応して制御される第２の温水コイルおよび第２の気化加湿器と、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る恒湿度空調システムは、前記第１の気化式加湿器の加湿量能力と前記第２気化式加湿器の加湿量能力との比率が、８０：２０〜６５：３５の範囲になるように設定されているのが好ましい。

本発明に係る恒湿度空調システムにおいて、前記第１の温水コイルは、前記第１の気化式加湿器の空気の流通方向の上流側に配置される一次冷温水コイルであり、前記第２の温水コイルは、前記前記第２の気化式加湿器の空気の流通方向の上流側に配置される二次温水コイルであり、前記第２の気化式加湿器より空気の流通方向の下流側に配置される再熱温水コイルおよび再冷冷水コイルをさらに備えていても良い。

本発明に係る恒湿度空調システムにおいて、前記第１の気化式加湿器および前記第２の気化式加湿器はそれぞれ複数の加湿モジュールに分割されており、前記第１の気化式加湿器の前記複数の加湿モジュールのうちの少なくとも１つの加湿モジュールおよび前記第２の気化式加湿器の前記複数の加湿モジュールのうちの少なくとも１つの加湿モジュールへの給水がそれぞれ予め設定された順番に従って所定時間停止されるように制御されるのが好ましい。

本発明に係る恒湿度空調システムにおいて、前記第１の気化式加湿器の前記加湿モジュールおよび前記第２の気化式加湿器の前記加湿モジュールは、空気の流通方向から見て重なる位置の加湿モジュールへの給水が同時に停止されないように制御されるのが好ましい。

本発明によれば、１日２４時間連続運転する恒湿度空調システムにおいて、臭気の発生を防止することができ、室内湿度を高精度で制御することができる等、種々の優れた効果を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システムを示す構成図である。本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システムの作用を示す空気線図である。本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システムにおいて第１の気化式加湿器と第２の気化式加湿器の制御方法を示す模式図である。本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システムにおいて第１の気化式加湿器と第２の気化式加湿器の制御方法を示す表である。本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システムの各位置における露点温度の時間変化を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システムについて説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システム１０を示す構成図である。
［恒湿度空調システム１０の構成］

図１に示されているように、本実施の形態に係る恒湿度空調システム１０は、全外気の空調機１１と、外気取入口１２から空調機１１の入口側に接続される外気取入ダクト１３と、空調機１１の出口側から室内の各吹出口１４に接続される給気ダクト１５と、を備えている。

空調機１１には、空気の流通方向の上流側から下流側に向かって順に、プレフィルタ１６、中性能フィルタ１７、第１の温水コイルとしての一次冷温水コイル１８、第１の気化式加湿器１９、第２の温水コイルとしての二次温水コイル２０、第２の気化式加湿器２１、再熱温水コイル２２、再冷冷水コイル２３、および送風機２４が配設されている。

第１の気化式加湿器１９の加湿量能力は第２気化式加湿器２１の加湿量能力より大きく設定されており、好ましくは、第１の気化式加湿器１９の加湿量能力と第２気化式加湿器２１の加湿量能力との比率は、８０：２０〜６５：３５の範囲になるように設定されている。

一次冷温水コイル１８には、一次冷水管２５および一次温水管２６が接続されている。一次冷水管２５には、一次冷水二方弁２７が設けられ、一次温水管２６には、一次温水二方弁２８が設けられている。

第１の気化式加湿器１９は、４分割された加湿モジュール１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ（図３参照）を備えている。各加湿モジュール１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄには、それぞれ、加湿給水管２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄが接続されており、加湿給水管２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄには市水から給水される。加湿給水管２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄには、それぞれ、給水電磁弁３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが設けられている。また、第１の気化式加湿器１９の下部には、排水管３１が接続されている。

二次温水コイル２０には、二次温水管３２が接続され、二次温水管３２には、二次温水二方弁３３が設けられている。二次温水管３２は一次温水管２６とは独立して配管され、二次温水二方弁３３は一次温水二方弁２８とは独立して制御されるようになっている。

第２の気化式加湿器２１は、第１の気化式加湿器１９の加湿モジュール１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄに対応するように４分割された加湿モジュール２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ（図３参照）を備えている。各加湿モジュール２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄには、それぞれ、加湿給水管３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが接続されており、加湿給水管３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄには市水から給水される。加湿給水管３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄには、それぞれ、給水電磁弁３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが設けられている。また、第２の気化式加湿器２１の下部には、排水管３６が接続されている。

二次温水コイル２０と第２の気化式加湿器２１の間の空気流通経路には、４本の露点温度センサー３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが配置されている。

再熱温水コイル２２には、再熱温水管３８が接続され、再熱温水管３８には、再熱温水二方弁３９が設けられている。また、再冷冷水コイル２３には、再冷冷水管４０が接続され、再冷冷水管４０には、再冷冷水二方弁４１が設けられている。

外気取入ダクト１３には、空調機１１の入口側の近傍位置に外気露点温度センサー４２が配置されている。給気ダクト１５には、空調機１１の出口側の近傍位置に露点温度センサー４３および給気温度センサー４５が設置されている。また、室内には、温湿度センサー４４が設置されている。
［恒湿度空調システム１０の作用］

次に、図１に加えて図２〜図４を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システム１０の作用について説明する。なお、以下の説明では、室内の温湿度設定条件を２４℃、５０％とする。ここで、図２は恒湿度空調システム１０の作用を示す空気線図、図３は恒湿度空調システム１０において第１の気化式加湿器１９と第２の気化式加湿器２１の制御方法を示す模式図、図４は恒湿度空調システム１０において第１の気化式加湿器１９と第２の気化式加湿器２１の制御方法を示す表である。
（冬期加湿時の作用）

まず、冬期加湿時における恒湿度空調システム１０の作用について説明する。
外気取入口１２から取り入れられた外気は、外気取入ダクト１３を介して空調機１１に流入し、プレフィルタ１６および中性能フィルタ１７によって空気中の塵埃を除去された後、一次冷温水コイル１８を通過する。

一次冷温水コイル１８では、外気露点温度センサー４２により検出された外気露点温度が所定温度より低いことから、一次冷水二方弁２７が閉鎖されると共に一次温水二方弁２８が開放され、一次冷温水コイル１８に温水（例えば入口温度４５℃、出口温度４０℃）が供給される。一次冷温水コイル１８の流量は、二次温水コイル２０の出口側に設置されている４本の露点温度センサー３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄの平均露点温度に基づき、一次温水二方弁２８の開度が調整されることで制御され、一次冷温水コイル１８を通過した空気は、図２に示されているように空気線図上でＡ点からＢ点まで加熱される。

一次冷温水コイル１８を通過して加熱された空気は、第１の気化式加湿器１９を通過する。第１の気化式加湿器１９では、外気露点温度センサー４２が検出した外気露点温度に基づき、加湿モジュール１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの運転台数が決定され、決定された台数の加湿モジュール１９ａ〜１９ｄの給水電磁弁３０ａ〜３０ｄが開放される。

この時、給水電磁弁３０ａ〜３０ｄのうちの必ず１つの給水電磁弁３０ａ〜３０ｄは閉鎖され、図３に示されているように、少なくとも１台の加湿モジュール（例えば、１９ａ）への給水が停止され、乾燥状態が２４時間維持される。給水が停止される加湿モジュール１９ａ〜１９ｄは予め決められた順番に従って２４時間停止される。このように第１の気化式加湿器１９がローテーション運転されることにより、すべての加湿モジュール１９ａ〜１９ｄは少なくとも４日毎に給水停止され、乾燥されるため、加湿モジュール上でのカビや細菌類の発生が阻害され、カビや細菌類による臭気の発生を防止することができる。

第１の気化式加湿器１９を通過した空気は、図２に示されているように空気線図上でＢ点からＣ点まで加湿された後、二次温水コイル２０を通過し、二次温水コイル２０に供給される温水（例えば入口温度４５℃、出口温度４０℃）により加熱される。二次温水コイル２０の流量は、空調機１１の出口側の給気ダクト１５に設置されている露点温度センサー４３が検出した露点温度に基づき、二次温水二方弁３３の開度が調整されることで制御され、二次温水コイル２０を通過した空気は、図２に示されているように空気線図上でＣ点からＤ点まで加熱される。

二次温水コイル２０を通過して加熱された空気は、第２の気化式加湿器２１を通過する。第２の気化式加湿器２１では、４本の露点温度センサー３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄの平均露点温度に基づき、加湿モジュール２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの運転台数が決定され、決定された台数の加湿モジュール２１ａ〜２１ｄの給水電磁弁３４ａ〜３４ｄが開放される。

この時、室内温湿度センサー４４の検出値により第２の気化式加湿器２１の露点温度の設定値を変更するカスケード制御を行う。また、第１の気化式加湿器１９の場合と同様に、給水電磁弁３４ａ〜３４ｄのうちの必ず１つの給水電磁弁３４ａ〜３４ｄは閉鎖され、図３に示されているように、少なくとも１台の加湿モジュール（例えば、２１ｂ）への給水が停止され、乾燥状態が２４時間維持される。給水が停止される加湿モジュール２１ａ〜２１ｄは予め決められた順番に従って２４時間停止される。このように第２の気化式加湿器２１がローテーション運転されることにより、すべての加湿モジュール２１ａ〜２１ｄは少なくとも４日毎に給水停止され、乾燥されるため、加湿モジュール上でのカビや細菌類の発生が阻害され、カビや細菌類による臭気の発生を防止することができる。

また、この時、図３に示されているように、第１の気化式加湿器１９の加湿モジュール１９ａ〜１９ｄおよび第２の気化式加湿器２１の加湿モジュール２１ａ〜２１ｄは、空気の流通方向から見て重なる位置の加湿モジュールへの給水が同時に停止されないように制御される。これにより、空気のショートサーキットを防止することができるため、湿度制御を高精度で行うことができる。

また、この時、第２の気化式加湿器２１が台数運転されるのは、第２の気化式加湿器２１に流入する空気の露点温度が少なくとも第１の気化式加湿器１９の出口露点温度以上の場合に限られることから、第１の気化式加湿器１９が運転されている条件下では第２の気化式加湿器２１は必ず３台運転される。したがって、第１の気化式加湿器１９が運転されている場合、第１の気化式加湿器１９と第２の気化式加湿器２１は、図４に示されているように、全部で２８通りの組合せでそれぞれローテーション運転される。

第２の気化式加湿器２１を通過した空気は、図２に示されているように空気線図上でＤ点からＥ点まで加湿された後、再熱温水コイル２２および再冷冷水コイル２３を通過する。再熱温水コイル２２と再冷冷水コイル２３の流量は、室内に設置されている温湿度センサー４４が検出した温度に基づき、給気温度センサー４５の設定値が変更され、再熱温水二方弁３９または再冷冷水二方弁４１の開度が調整されることで制御される。この場合、図２の空気線図上では、再熱処理および再冷処理が不要のケースを示しているため、第２の気化式加湿器２１を通過した空気は、そのまま図２のＥ点の状態で、送風機２４によって空調機１１から送出される。空調機１１から送出された空気は、給気ダクト１５を通って室内に吹き出され、室内は、Ｆ点（２４℃、５０％）の状態になる。

なお、室内の熱負荷が少ない場合には、第２の気化式加湿器２１を通過した空気は、再熱温水コイル２２によって加熱され、図２の空気線図上のＥ点とＦ点の間の点で空調機１１から送出される。一方、室内の熱負荷が多い場合には、第２の気化式加湿器２１を通過した空気は、再冷冷水コイル２３によって冷却され、図２の空気線図上のＥ点より左側の点で空調機１１から送出される。
（夏期除湿時の作用）

次に、夏期加除湿時における恒湿度空調システム１０の作用について説明する。
上記した冬期加湿時と同様に、外気取入口１２から空調機１１に流入してプレフィルタ１６および中性能フィルタ１７によって空気中の塵埃を除去された空気は、一次冷温水コイル１８を通過する。

一次冷温水コイル１８では、外気露点温度センサー４２が検出した外気露点温度が所定温度より高いことから、一次冷水二方弁２７が開放されると共に一次温水二方弁２８が閉鎖され、一次冷温水コイル１８に冷水が供給される。一次冷温水コイル１８の流量は、二次温水コイル２０の出口側に設置されている４本の露点温度センサー３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄの平均露点温度に基づき、一次冷水二方弁２７の開度が調整されることで制御され、一次冷温水コイル１８を通過した空気は、冷却されると共に除湿される。

一次冷温水コイル１８を通過して冷却除湿された空気は、いずれもオフ状態となっている、第１の気化式加湿器１９、二次温水コイル２０、第２の気化式加湿器２１を通過した後、再熱温水コイル２２および再冷冷水コイル２３を通過する。再熱温水コイル２２と再冷冷水コイル２３の流量は、室内に設置されている温湿度センサー４４が検出した値に基づき、再熱温水二方弁３９または再冷冷水二方弁４１の開度が調整されることで制御される。

再熱温水コイル２２および再冷冷水コイル２３を通過した空気は、送風機２４によって空調機１１から送出される。空調機１１から送出された空気は、給気ダクト１５を通って室内に吹き出される。
（中間期の作用）

次に、中間期における恒湿度空調システム１０の作用について説明する。
上記した冬期加湿時と同様に、外気取入口１２から空調機１１に流入してプレフィルタ１６および中性能フィルタ１７によって空気中の塵埃を除去された空気は、一次冷温水コイル１８を通過する。

中間期は、第１の気化式加湿器１９と第２の気化式加湿器２１の設定値を変更することで第２の気化式加湿器２１だけを運転可能とすると共に、室内温湿度センサー４４の検出値により第２の気化式加湿器２１の露点温度の設定値を変更するカスケード制御を行う。これにより、一次冷温水コイル１８を通過して冷却除湿された空気は、オフ状態となっている第１の気化式加湿器１９を通過した後、二次温水コイル２０を通過する。二次温水コイル２０の流量は、露点温度センサー４３が検出した露点温度に基づき、二次温水二方弁３３の開度が調整されることで制御され、二次温水コイル２０を通過した空気は、加熱される。

この時、給水電磁弁３４ａ〜３４ｄのうちの必ず１つの給水電磁弁３４ａ〜３４ｄは閉鎖され、図３に示されているように、少なくとも１台の加湿モジュール（例えば、２１ｂ）への給水が停止され、乾燥状態が２４時間維持される。給水が停止される加湿モジュール２１ａ〜２１ｄは予め決められた順番に従って２４時間停止される。このように第２の気化式加湿器２１がローテーション運転されることにより、すべての加湿モジュール２１ａ〜２１ｄは少なくとも４日毎に給水停止され、乾燥されるため、加湿モジュール上でのカビや細菌類の発生が阻害され、カビや細菌類による臭気の発生を防止することができる。

第２の気化式加湿器２１を通過して加湿された空気は、再熱温水コイル２２および再冷冷水コイル２３を通過する。再熱温水コイル２２と再冷冷水コイル２３の流量は、室内に設置されている温湿度センサー４４が検出した値に基づき、再熱温水二方弁３９または再冷冷水二方弁４１の開度が調整されることで制御される。

再熱温水コイル２２および再冷冷水コイル２３を通過した空気は、送風機２４によって空調機１１から送出され、給気ダクト１５を通って室内に吹き出される。
［恒湿度空調システム１０の効果］

上記した本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システム１０によれば、一次冷温水コイル１８および第１の気化式加湿器１９を制御することで比較的大きな取入外気の変動（外乱）に対して余裕を持って追随することができると共に、二次温水コイル２０および第２の気化加湿器２１を制御することで比較的小さな室内湿度の変動に対して細かく追随することができるため、室内の湿度を高精度で所定値に保つことができる。

例えば、図５は本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システム１０において、取入外気の露点温度の時間変化に応じて、第１の気化式加湿器１９の出口、第２の気化式加湿器２１の出口、空調機１１の出口、および室内の各位置における露点温度が時間の経過に伴ってどのように変化するかを計測した結果を示しているが、これによれば、取入外気の露点温度が大きく変化する場合でも、室内の露点温度の変化は、±０．４℃以内で、相対湿度の変化は、±２％以内に納まっており、高精度で制御できることが分かる。

また、本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システム１０によれば、第１の気化式加湿器１９および第２の気化式加湿器２１がローテーション運転されることにより、４分割された加湿モジュール１９ａ〜１９ｄ、２１ａ〜２１ｄは少なくとも４日毎に給水停止され、乾燥状態になるため、加湿モジュール上でのカビや細菌類の発生が阻害され、カビや細菌類による臭気の発生を防止することができる。

なお、上記した本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システム１０では、全外気の空調機１１を採用しているが、これは単なる例示に過ぎず、全外気以外の空調機であっても本発明を適用することは可能である。

また、上記した本発明の実施の形態に係る恒湿度空調システム１０では、第１の気化式加湿器１９および第２の気化式加湿器２１が、それぞれ、４つの加湿モジュール１９ａ〜１９ｄおよび２１ａ〜２１ｄに分割されているが、複数に分割されていれば、２分割、３分割、或いは、５分割以上されていても良い。この場合、加湿モジュールの分割数に対応した数の露点温度センサー３７ａ・・・、および給水電磁弁３０ａ・・・、３５ａ・・・が設置される。

また、上記した本発明の実施の形態の説明は、本発明に係る恒湿度空調システムにおける好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。

１０恒湿度空調システム
１８一次冷温水コイル（第１の温水コイル）
１９第１の気化式加湿器
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ加湿モジュール
２０二次温水コイル（第２１の温水コイル）
２１第２の気化加湿器
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ加湿モジュール
２２再熱温水コイル
２３再冷冷水コイル

本発明に係る恒湿度空調システムは、前記第１の気化式加湿器の加湿量と前記第２気化式加湿器の加湿量との比率が、８０：２０〜６５：３５の範囲になるように設定されているのが好ましい。

第１の気化式加湿器１９の加湿量は第２気化式加湿器２１の加湿量より大きく設定されており、好ましくは、第１の気化式加湿器１９の加湿量と第２気化式加湿器２１の加湿量との比率は、８０：２０〜６５：３５の範囲になるように設定されている。

Claims

取入外気の変動に対応して制御される第１の温水コイルおよび第１の気化式加湿器と、
前記第１の温水コイルおよび前記第１の気化式加湿器より空気の流通方向の下流側に配置され、室内環境の変動に対応して制御される第２の温水コイルおよび第２の気化加湿器と、
を備えていることを特徴とする恒湿度空調システム。
前記第１の気化式加湿器の加湿量能力と前記第２気化式加湿器の加湿量能力との比率が、８０：２０〜６５：３５の範囲になるように設定されている請求項１に記載の恒湿度空調システム。
前記第１の温水コイルは、前記第１の気化式加湿器の空気の流通方向の上流側に配置される一次冷温水コイルであり、
前記第２の温水コイルは、前記前記第２の気化式加湿器の空気の流通方向の上流側に配置される二次温水コイルであり、
前記第２の気化式加湿器より空気の流通方向の下流側に配置される再熱温水コイルおよび再冷冷水コイルをさらに備えている請求項１または２に記載の恒湿度空調システム。
前記第１の気化式加湿器および前記第２の気化式加湿器はそれぞれ複数の加湿モジュールに分割されており、前記第１の気化式加湿器の前記複数の加湿モジュールのうちの少なくとも１つの加湿モジュールおよび前記第２の気化式加湿器の前記複数の加湿モジュールのうちの少なくとも１つの加湿モジュールへの給水がそれぞれ予め設定された順番に従って所定時間停止するように制御される請求項１〜３のいずれかの請求項に記載の恒湿度空調システム。
前記第１の気化式加湿器の前記加湿モジュールおよび前記第２の気化式加湿器の前記加湿モジュールは、空気の流通方向から見て重なる位置の加湿モジュールへの給水が同時に停止しないように制御される請求項４に記載の恒湿度空調システム。