JP2881113B2 - 除湿機オンオフ式環境装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、環境室内に被試験物、
被処理物等を入れ、少なくとも環境室内の湿度を維持又
は変化させて目的とする環境条件を作る環境試験装置、
恒温・恒湿装置、熱処理装置等の環境装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、試験室内の温湿度を所定値に維
持するようにした従来の環境試験装置としては、試験室
内の空気の一部分を除湿機に導入して除湿した後空調室
に戻すバイパス除湿系を設けると共に、空調室内に、加
湿器、冷却器及び加熱器を設け、加湿器の加湿量を制御
すると共に、加熱器の加熱量を制御することにより、循
環空気を除湿、加湿、冷却、加熱して適当な温湿度のも
のにして試験室に供給し、試験室内を目的とする温湿度
に維持するようにした形式のものがある。このような環
境試験装置では、低温環境実現のため、通常冷凍機の蒸
発器が用いられる。この場合、蒸発器で冷却される循環
空気が露点に到達するため、蒸発器は除湿能力を有す
る。しかし、試験室内を低温低湿環境にする場合等に
は、蒸発器のみによっては十分除湿できないので、上記
のような除湿機が補助的除湿装置として設けられてい
る。

【０００３】このような除湿機は、従来、入／切のマニ
ュアルスイッチで運転されたり、設定温湿度に対応して
運転ゾーンを定め、温湿度がその範囲内に設定されると
除湿機が運転されるというような方法が採られていた。
しかしながら、マニュアル運転では、運転条件を設定す
る度に運転者が取扱説明書を見てスイッチ操作をしなけ
ればならないため、操作が面倒であった。又、ゾーン制
御では、ゾーンの境界を正確に定めるのが困難であるた
め、境界近くの運転領域において、除湿機を不必要に運
転して加湿エネルギーを浪費したり、反対に、除湿機を
運転しないため冷凍機の除湿が過大になり、それに伴い
冷却空気温度が低下し、再加熱のための加熱器の電力が
増大することにより、省エネ運転ができないという問題
があった。更に、このような制御だけでは、被試験物か
ら発生したり換気により導入される水蒸気や微小水滴
（以下「水分」という）から成る水分負荷があるような
場合にも、その変動に対応して適切に除湿機を運転する
ことができず、冷凍機での除湿が過大になることがあっ
た。

【０００４】なお除湿機単体の制御としては、目標除湿
量を計算し、除湿手段による除湿量が目標値になるよう
に制御する除湿装置が提案されている（特開平５ー３２
２２６７号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、操作性が良く、且つ、除湿機が
適正に運転されることにより省エネルギー化の図られた
環境装置を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、環境室に送る
気体を冷却する冷却手段と前記気体を除湿する除湿手段
と前記気体を加湿する加湿手段とを備え該加湿手段によ
る加湿量を制御することにより前記環境室を設定した湿
度にする環境装置において、前記冷却手段の能力から定
まる前記環境室の限界湿度と前記設定した環境室の設定
湿度とを比較する比較手段と、前記設定湿度が前記限界
湿度より低いときに前記除湿手段を作動させ高いときに
前記除湿手段を停止させるように制御する設定値対応制
御手段と、前記加湿量を制御する加湿出力が上所定値以
上になると前記除湿手段の作動を停止し前記加湿出力が
前記所定より低い下所定値以下になると前記除湿手段を
作動させるように制御する加湿出力対応制御手段と、を
有することを特徴とする。

【０００７】

【作用】気体を冷却する冷却手段によれば、その冷却の
程度により、気体のうち冷却管等に接触した部分は露点
以下の温度になるため、気体中の水蒸気が液化し気体は
除湿される。冷却手段として冷凍機の蒸発器を用いれ
ば、冷却管等が水蒸気を含む気体の露点よりも十分低い
温度まで降下するので、除湿量は多くなる。しかし、気
体の相対湿度（以下単に「湿度」という）が低いときに
は、冷却手段による除湿量が低下するので、冷却手段の
みによっては、或る程度以下の低湿度条件を達成するこ
とはできない。このため、環境装置は、気体を除湿する
除湿手段を補助的装置として備えている。一方、高湿度
条件を実現したり、環境室を設定した湿度になるように
制御するために、気体を加湿する加湿手段も備えてい
る。

【０００８】このような環境装置において、まず、冷却
手段の能力から定まる環境室の限界湿度と設定湿度とを
比較する比較手段と、設定湿度と限界湿度との関係によ
り除湿手段を作動又は停止させる設定値対応制御手段と
を設けているので、設定湿度を変更した場合等には、必
要に応じて除湿手段が直ちにオン／オフし、環境室の現
状の湿度と設定湿度との間に差があれば迅速に設定湿度
に到達すると共に、低湿条件に設定したときに、除湿手
段が作動して冷却手段だけでは到達できない低湿環境が
実現される。この場合、冷却手段の能力から定まる環境
室の限界湿度は、実験等によって知ることができる。例
えば、環境装置を製作後、除湿手段と加湿手段とを停止
させた状態で冷却手段を作動させ、気体を冷却して環境
室に送り、到達した環境室の湿度を測定し、これに一定
の余裕及び加湿制御のための加湿量等を考慮して限界湿
度を定めることができる。環境装置が一定の温度範囲の
運転条件を有する場合には、このような限界湿度をその
温度範囲内の複数の温度について求めておく。

【０００９】次に、加湿量を制御する加湿出力の上下所
定値で除湿手段の作動を停止又は作動させる加湿出力対
応制御手段を設けているので、必要時にのみ確実に除湿
手段を作動させ、無駄な加湿又は冷却後の再加熱を防止
することができる。即ち、加湿出力が上所定値より高い
ときには除湿手段の作動が停止するので、加湿出力がそ
れ以上大きくならず、除湿しつつ無駄な加湿エネルギー
を消費することがない。一方、加湿出力が下所定値より
低いときには除湿手段が作動するので、冷却手段で過大
に除湿することがなくなり、再加熱エネルギーの浪費が
防止される。従って、加湿出力対応制御手段により、設
定値対応制御手段による制御における除湿機の作動／停
止の境界近辺においても、除湿機が適正に運転される。
又、環境室において湿度を上昇させる水分負荷がある場
合にも対処可能になる。

【００１０】

【実施例】図１は、環境装置の一例である環境試験装置
の温湿度制御系を含めた全体構成を示す。環境試験装置
は、環境室としての試験室１に送る気体である循環空気
を冷却する冷却手段としての蒸発器２と、循環空気を除
湿する除湿手段としてバイパス除湿系に設けられた除湿
機３と、循環気体を加湿する加湿手段としての加湿器４
と、更に加熱ヒータ５、試験室１と空調室６との間で空
気を循環させる送風機７、温度及び湿度センサ８、９、
両室間を仕切る仕切板１０、風向ガイド１１、バイパス
除湿系の出入口ダンパ１２、１３、蒸発器２に冷媒を送
る冷凍機２ａ等を備えている。本実施例の除湿機３は、
ハニカム状のロータ３ａ及びこれを回転させるモータ３
ｂを備え、ロータ３ａの回転に従って、その３／４回転
部分で通過する空気を除湿し、その１／４回転部分で除
湿能力を再生させる形式のものである。但し、本発明
は、他の形式の除湿機を備えた環境装置にも適用できる
ことは勿論である。

【００１１】環境試験装置の温湿度制御装置としては、
加湿器の加湿量を制御すると共に、蒸発器２の能力から
定まる試験室１の限界湿度と設定湿度とを比較する比較
手段、設定湿度が限界湿度より低いときに除湿機３を作
動させ高いときに停止させるように制御する設定値対応
制御手段、及び、加湿器４の加湿量を制御する加湿出力
が上所定値以上になると除湿機３の作動を停止し上所定
値より低い下所定値以下になると除湿機を作動させるよ
うに制御する加湿出力対応制御手段を構成し、更に加熱
ヒータ器５の加熱量を制御するマイコン内蔵の操作制御
盤１４が設けられている。そしてその制御信号は、除湿
機３のモータ３ｂのオン／オフ制御をする除湿機コント
ローラ３ｃ並びに加湿器４のヒータ４ａ及び加熱ヒータ
５へ供給する電力を制御するコントローラ４ｂ、５ａに
送られる。操作制御盤１４には、試験室１内の温湿度を
設定できるように温度設定部１４ａ及び湿度設定部１４
ｂがその表面に配設されている。このような制御装置に
より、加湿器４の加湿量、加熱ヒータ５の加熱量、除湿
機３のオン／オフが制御され、試験室１内の温湿度が設
定値に維持される。

【００１２】図２は、上記のような制御が行われる場合
の装置内の各部における循環空気の湿り空気線図上の状
態の一例を示し、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ除湿機３
を停止及び運転した場合を示す。装置内の各部の位置と
しては、それぞれ図１に示すように、Ａは試験室１の入
口、Ｂは出口、Ｃは加湿器４で加湿された後の位置、Ｄ
は除湿機３で除湿された空気が混合された後の位置、Ｅ
は蒸発器２の出口、そしてＦは加熱ヒータ５の出口を示
す。又、左端の傾斜した曲線は湿度１００％の線を示
す。

【００１３】除湿機３が作動しないときには、空調され
試験室１に吹き出されたＡ位置の空気は、室内の被試験
物からの発熱により絶対湿度一定で温度上昇して出口Ｂ
に至り、加湿器で加湿されて温度及び絶対湿度が上昇し
て位置Ｃの状態になり、冷凍機の蒸発器２で冷却及び除
湿されて位置Ｅの状態になり、加熱ヒータ５で再び加熱
されて位置Ｆの状態になり、送風機７の発熱を吸収して
少し温度上昇して再び試験室１内のＡ位置に吹き出され
る。なお、このときには、ダンパ１２、１３は閉鎖され
る。

【００１４】試験室１内を低湿状態にするために、これ
らのダンパ１２、１３を開いて除湿機３を作動させる
と、同図（ｂ）に示す如く、加湿された位置Ｃの空気
に、バイパス除湿系で除湿及び昇温された位置Ｄ´の空
気が混合して湿度が低下し、位置Ｄの状態になる。その
結果、Ａ位置の試験室１への吹き出し空気の湿度を低下
させることができる。

【００１５】上記図２（ａ）の如く除湿機３を運転せ
ず、蒸発器２の除湿能力のみに依存する場合には、試験
室内の湿度が或る程度以下に下がらない限界がある。図
３は、操作制御盤１４内の設定値対応制御手段で制御す
るために設定湿度と比較されるこのような限界湿度及び
除湿機運転ゾーンの一例を示す。

【００１６】環境試験装置を製作後、初期状態として試
験室１内を各種温度条件の下に湿度を９５％にし、除湿
機３と加湿器４とを停止させて蒸発器２と加熱ヒータ５
とを使用し、送風機７により試験室１と空調室６間で空
気を循環させると、試験室１内は、それぞれの温度毎に
例えば同図（ａ）の実線Ｌで示すような湿度に到達す
る。この実線Ｌに到達するには或る程度の時間がかかる
こと、装備している除湿機を有効利用すること等のた
め、比較手段で設定値と比較するための限界湿度として
は、同図（ａ）の湿度に１０％程度の余裕を加えた同図
（ｂ）の実線Ｌ´を採用することが望ましい。装置完成
後の試運転等においてこのような実験を行ない、限界湿
度曲線を操作制御盤１４のマイコン内にイップットして
おくことにより、この曲線を比較手段による比較及び設
定値対応制御手段による制御に用いることができる。そ
して、同図（ｂ）の実線Ｌ´以下の斜線で示す範囲を除
湿機運転ゾーンＺとし、設定値対応制御手段は、温湿度
がこの範囲内に設定されると、原則的として除湿機３を
運転するように制御する。なお同図（ｂ）において、実
線Ｌ´の上部で２点鎖線で囲われた部分は、除湿機停止
ゾーンを示す。

【００１７】上記のような実験をしなくても、限界湿度
を計算等によって求めることもできる。上記の如く蒸発
器２の除湿能力のみを用いた運転をすると、蒸発器２の
前後の位置Ｄ、Ｅ間では、温度と共に湿度も低下する。
これを湿り空気線図上で時間の経過に対して段階的に示
すと、図４に示す如く、絶対湿度が大きく低下するＤ₁
−Ｅ₁ の状態から、絶対湿度の低下が小さくなるＤ−Ｅ
の状態に変化する。このような蒸発器の入口状態の温湿
度Ｄに対応して定まる出口状態の温湿度ＥからなるＤ−
Ｅ線は、入口における温湿度条件と蒸発器３の能力から
計算によって推定することができる。そして、絶対湿度
の低下の度合いが或る程度以下になれば、湿度低下に時
間がかかるようになるので、そのような状態になったと
きの蒸発器出口Ｅの湿度に対応するＡ位置の湿度を限界
湿度とすることができる。この判断は、例えば、図にお
いてｉ／ｉ₀ （ｉ及びｉ₀ は、それぞれ、冷却のみ及び
冷却＋除湿によるエンタルピの変化）で示される顕熱比
（冷却能力／冷凍能力＝冷却能力／（冷却能力＋除湿能
力））で行ない、この値が０．９になるときの点Ａの湿
度を限界湿度とする。そして、このような限界湿度を、
各種温度について湿り空気線図上で予め計算しておく。

【００１８】操作制御盤１４の温湿度設定部１４ａ、１
４ｂにより温湿度を変更し、図５（ａ）に示す如く、点
Ｐの現在値（元設定値）から点Ｑの設定値（新設定値）
に湿度を上昇させる場合でも、新設定値が除湿機運転ゾ
ーンＺの範囲内であれば、設定値対応制御手段は、原則
的には除湿機３の運転状態を維持する。しかしながら、
除湿機を運転しつつ加湿出力の制御により試験室内を新
設定値に到達させるとすれば、図５（ｂ）に示す如く、
湿度の現在値ＰＶから新設定値ＳＶに到達するまでに長
い時間ｔを要する。これに対し、設定値を上昇させると
きに一度除湿機の運転を停止し、その後の除湿機の運転
制御を加湿出力対応制御手段で行うようにすれば、図５
（ｃ）に示す如く、試験室内を短い時間ｔ´で速く新設
定値に到達させることができる。しかしながら、このよ
うにすると、同図に示す如く、除湿機のオン／オフによ
り試験室内の湿度が乱れることにもなる。又、設定値の
上昇幅がそれ程大きくないときには、除湿機がオンであ
っても新設定値に到達するまでに長い時間はかからな
い。従って、除湿機運転ゾーンＺ内での設定値の変更幅
が一定以上の場合に限り、一度除湿機をオフにする運転
が望ましい。但し、このような乱れの発生を防止する必
要がある場合には、除湿機をオフにせず、原則的な設定
値対応制御のみにする。

【００１９】図６は、操作制御盤１４等による除湿機３
のオン／オフ制御例を示すフローチャートである。環境
試験装置を運転し除湿機制御ルーチンが開始されると、
温湿度の現在値ＰＶと設定値ＳＶとの差（絶対値）を所
定値Ｘと比較する（Ｓ−１）。操作制御盤１４の温湿度
設定部１４ａ、１４ｂを操作すると、設定値が変更され
るので、その時点では差が所定値Ｘより大きくなる。こ
のときには、図の左側の設定変更時のフローが実行され
る。所定値Ｘは、例えば温湿度を絶対湿度に換算して、
０．０３ kg ／ kg ´程度にする。

【００２０】設定変更時のフローでは、図３、図４等の
方法で求めた限界値と設定値とを比較して設定値が限界
値より低い除湿機運転ゾーン内であるかどうかを判断し
（Ｓ−２）、除湿機運転ゾーン内であるときには、この
制御フローでは、更に設定したときの絶対湿度上昇がし
きい値Ａ以上であるかどうかを判断し（Ｓ−３）、Ａ以
上であるときには、前述の如く、速く設定値に到達させ
るために、除湿機運転ゾーン内であるにもかかわらず除
湿機をオフにする（Ｓ−４）。Ａ以下であれば、そのよ
うな必要がないので、原則どおり除湿機をオンにする
（Ｓ−５）。

【００２１】上記において、しきい値Ａは、新設定値に
到達するまでに要する時間と、制御の乱れの発生との兼
ね合いから決定され、例えば絶対湿度０．０５ kg ／ k
g ´とされる。なお、温湿度は湿度（相対湿度）と温度
とで設定されるが、設定変更が温度降下＋湿度上昇、又
は温度上昇＋湿度降下である場合等には、それ自体では
結果として除湿すべきか加湿すべきかを判断できないた
め、しきい値Ｘ及びＡとしては、上記のように一度絶対
湿度に換算して比較するのがよい。但し、絶対湿度の代
わりに、露点温度や水蒸気分圧を用いることもできる。

【００２２】設定値が除湿機運転ゾーン外のときには、
本来的には除湿機をオフにするのであるが、試験室内で
の水分負荷の発生が大きい場合等を考慮し、測定した湿
度の変化率がしきい値Ｂ以下であるかどうかを判断し
（Ｓ−６）、除湿機をオン／オフさせる（Ｓ−５、
４）。即ち、除湿機運転ゾーン以外の範囲内で湿度設定
を変更したときでも、大きな水分負荷が発生している場
合には、蒸発器のみによる除湿では湿度の低下が遅くな
ったり設定値まで到達しないことがあるので、このよう
なときに除湿機をオンにする。その結果、水分負荷の発
生があっても、迅速、確実に設定湿度状態を実現するこ
とができる。上記において、しきい値Ｂは、例えば毎分
０．５％の湿度降下（相対湿度）変化率（０．５％ＲＨ
／mim ）とする。

【００２３】現在値ＰＶと設定値ＳＶとの差が所定値Ｘ
より小さいときには、温湿度安定時又は到達時の制御フ
ローになり、加湿ヒータ４ａへの供給電力を制御する制
御信号である加湿出力が下所定値であるしきい値Ｃ以下
であるかどうかを判断し（Ｓ−７）、しきい値Ｃ以下で
あれば、加湿ヒータの制御性を維持するために加湿量を
大きくする必要があるので、除湿機３をオンにする（Ｓ
−８）。これにより、水分負荷の発生がある場合等に、
除湿機運転ゾーン外でも除湿機がオンになり、蒸発器２
による過度な除湿が防止される効果も生ずる。しきい値
Ｃ以下でなければ、上所定値であるしきい値Ｄ以上であ
るかどうかを判断し（Ｓ−９）、しきい値Ｄ以上であれ
ば、加湿出力が大きく無駄な加湿が行われていることに
なるので、除湿機３をオフにする（Ｓ−１０）。加湿出
力がしきい値Ｃ〜Ｄ間にあれば、適正な除湿機の運転が
行われているので、除湿機の現状の運転状態を維持する
（Ｓ−１１）。加湿出力としては、例えば、操作制御盤
１４において、湿度センサ９の測定値と操作制御盤１４
で設定した設定湿度との偏差を算出し、その値に対応し
て一定時間毎に０〜１００％の出力を発信する。

【００２４】上記において、しきい値Ｃは、制御の安定
性を確保及び省エネの観点から、例えば１０％程度にさ
れる。しきい値Ｄも、省エネの観点からできるだけ小さ
い値であることが望ましいが、除湿機のオン／オフ繰り
返しという制御の乱れが生じないように決定される必要
がある。即ち、除湿機をオフにしたときに加湿量が減少
しても、しきい値Ｃ以下にならないようにする必要があ
る。従って、例えば、除湿機の除湿能力が加湿器の加湿
能力の２０％であるとすると、これにしきい値Ｃの１０
％を加えた値がしきい値Ｄの最小値になり、余裕をみ
て、しきい値Ｄを４０〜５０％にする。

【００２５】設定変更時のゾーン制御に加えて、このよ
うな加湿出力による制御を行えば、環境試験装置の各種
使用状態において、除湿機が適正に運転され、加湿器及
び加熱器における無駄な加湿及び加熱が防止される。

【００２６】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、設定値対応
制御手段及び加湿出力対応制御手段によって除湿機の運
転／停止を行うことができるので、手動操作の必要がな
くなり環境装置の操作性がよくなると共に、除湿機が必
要な時期に適正に運転され、無駄な加湿や冷却手段によ
る過大な除湿に伴う余分な再加熱が防止され、環境装置
の省エネルギー化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の環境試験装置の概略構成を示す説明図
である。

【図２】上記装置の運転状態を示す湿り空気線図で、
（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ除湿機を運転しない状態
及び運転した状態を示す。

【図３】上記装置の除湿機の運転ゾーンを定めるための
曲線図で、（ａ）は蒸発器のみの除湿による温湿度の到
達範囲を示し、（ｂ）は除湿機の運転ゾーンを示す。

【図４】上記装置の除湿機の運転ゾーンを定めるための
曲線図で、蒸発器のみの除湿による湿り空気線図上の蒸
発器の前後の変化状態を示す。

【図５】除湿機運転範囲内での設定湿度上昇時の説明図
で、（ａ）は湿度の変更状態、（ｂ）又は（ｃ）はこの
とき除湿機を運転又は停止させた状態を示す。

【図６】上記装置の温湿度の制御例を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１ 試験室（環境室） ２ 蒸発器（冷却手段） ３ 除湿機（除湿手段） ３ｃ 除湿機コントローラ（設定値対応制御手段、
加湿出力対応制御手段） ４ 加湿器（加湿手段） ４ｂ コントローラ（設定値対応制御手段、加湿出
力対応制御手段） １４ 操作制御盤（比較手段、設定値対応制御手
段、加湿出力対応制御手段）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環境室に送る気体を冷却する冷却手段と
   前記気体を除湿する除湿手段と前記気体を加湿する加湿
   手段とを備え該加湿手段による加湿量を制御することに
   より前記環境室を設定した湿度にする環境装置におい
   て、 前記冷却手段の能力から定まる前記環境室の限界湿度と
   前記設定した環境室の設定湿度とを比較する比較手段
   と、前記設定湿度が前記限界湿度より低いときに前記除
   湿手段を作動させ高いときに前記除湿手段を停止させる
   ように制御する設定値対応制御手段と、前記加湿量を制
   御する加湿出力が上所定値以上になると前記除湿手段の
   作動を停止し前記加湿出力が前記所定より低い下所定値
   以下になると前記除湿手段を作動させるように制御する
   加湿出力対応制御手段と、を有することを特徴とする環
   境装置。