JP3353924B2 - 温湿度調整装置及びその制御方法 - Google Patents
温湿度調整装置及びその制御方法Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/26—Drying gases or vapours
- B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
- F24F3/044—Systems in which all treatment is given in the central station, i.e. all-air systems
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
- F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
- F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
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- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
- F24F5/0042—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater characterised by the application of thermo-electric units or the Peltier effect
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- F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
- F24F2110/30—Velocity
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、温度及び湿度を制御し
た空気を得るための温湿度調整装置及びその制御方法に
関するものである。
た空気を得るための温湿度調整装置及びその制御方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の上記温湿度調整装置は、温度調整
用にはヒートポンプ等が用いられ、加湿機としてポット
式が用いられていた。またこの温湿度調整装置を精密に
制御するための制御方法では、温湿度調整装置に温湿風
出口における空気の温度と入口における空気の相対湿度
を用いて上記装置の加温器と加湿器とを制御して所定の
温湿度の出口空気を得るようにしている。また従来の制
御方法では、加湿器の精度があまりよくないため、冷却
・除湿部の出口の湿度を設定湿度より一旦大幅に下げて
おき、その状態で加湿部でその分だけ加湿をするように
所定の湿度になるように制御している。
用にはヒートポンプ等が用いられ、加湿機としてポット
式が用いられていた。またこの温湿度調整装置を精密に
制御するための制御方法では、温湿度調整装置に温湿風
出口における空気の温度と入口における空気の相対湿度
を用いて上記装置の加温器と加湿器とを制御して所定の
温湿度の出口空気を得るようにしている。また従来の制
御方法では、加湿器の精度があまりよくないため、冷却
・除湿部の出口の湿度を設定湿度より一旦大幅に下げて
おき、その状態で加湿部でその分だけ加湿をするように
所定の湿度になるように制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の温湿度調整
装置では、冷凍機等にコンプレッサを用いなければなら
ないため大型になり、またコンプレッサに用いられるフ
ロン対策に問題があり、さらに加湿機としてポット式が
用いられていたため湿度応答速度が遅いという問題もあ
った。また上記従来の制御方法の前者では、相対湿度は
温度に依存しているため、出口空気の温湿度が設定され
た目標の温湿度に到達するまでの時間が長くかかるとい
う問題がある。また後者の制御方法では、冷却・除湿に
要するエネルギが非常に大きくなり、省エネに反する装
置となってしまう。また条件によっては結露水が氷結し
てしまうなどの不具合が発生することがある。
装置では、冷凍機等にコンプレッサを用いなければなら
ないため大型になり、またコンプレッサに用いられるフ
ロン対策に問題があり、さらに加湿機としてポット式が
用いられていたため湿度応答速度が遅いという問題もあ
った。また上記従来の制御方法の前者では、相対湿度は
温度に依存しているため、出口空気の温湿度が設定され
た目標の温湿度に到達するまでの時間が長くかかるとい
う問題がある。また後者の制御方法では、冷却・除湿に
要するエネルギが非常に大きくなり、省エネに反する装
置となってしまう。また条件によっては結露水が氷結し
てしまうなどの不具合が発生することがある。
【０００４】これらの問題点に対して、温湿度制御を絶
対湿度で行なう場合には、絶対湿度を温度と相対湿度か
ら求める具体的な方法が必要になる。また絶対湿度で制
御を行なう場合、相対湿度で制御を行なう場合により、
設定目標の温湿度に到達するまでの時間が短くなるた
め、応答性のよい加湿器が必要となる。また出口におけ
る絶対湿度の設定目標値以下に下げずに冷却・除湿部の
出口における空気の絶対湿度を精密に制御するために
は、制御性がよく、また高精度で制御できる冷却・除湿
部と制御性がよく、また高精度で制御できる加湿器の両
方が必要になる。
対湿度で行なう場合には、絶対湿度を温度と相対湿度か
ら求める具体的な方法が必要になる。また絶対湿度で制
御を行なう場合、相対湿度で制御を行なう場合により、
設定目標の温湿度に到達するまでの時間が短くなるた
め、応答性のよい加湿器が必要となる。また出口におけ
る絶対湿度の設定目標値以下に下げずに冷却・除湿部の
出口における空気の絶対湿度を精密に制御するために
は、制御性がよく、また高精度で制御できる冷却・除湿
部と制御性がよく、また高精度で制御できる加湿器の両
方が必要になる。
【０００５】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、従来のものに比べて、コンパクト化、軽量化及び
無振動化を図ることができると共に、温度制御と湿度制
御のそれぞれの精度を向上できるようにした温湿度調整
装置を提供することを目的とするものである。また設定
目標の温湿度に迅速に、しかも精密に到達できて省エネ
ルギ化を図ることができると共に精密制御を行なうこと
ができ、さらに冷却除湿部の容量（能力）が小さくてす
むことによりイニシヤルコストが安くなると共に、装置
の小型化を図ることができる制御方法を提供することを
目的とするものである。
ので、従来のものに比べて、コンパクト化、軽量化及び
無振動化を図ることができると共に、温度制御と湿度制
御のそれぞれの精度を向上できるようにした温湿度調整
装置を提供することを目的とするものである。また設定
目標の温湿度に迅速に、しかも精密に到達できて省エネ
ルギ化を図ることができると共に精密制御を行なうこと
ができ、さらに冷却除湿部の容量（能力）が小さくてす
むことによりイニシヤルコストが安くなると共に、装置
の小型化を図ることができる制御方法を提供することを
目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にかかる温湿度調整装置は、送風機１と、空
気冷却除湿機２と、空気加熱機４と、加湿機５とからな
り、上記空気冷却除湿機２の冷却部における冷却手段に
ペルチェ効果を利用した熱電素子１４を用い、加湿機５
を、耐熱性を有する繊維で中空に作成された中空糸２６
の外周面に金属細線２５を巻付けた多数本の中空糸体２
３と、この各中空糸体２３に水を供給する手段と、金属
細線２５に通電する通電手段とから構成した。また、上
記空気加熱機４を、耐熱性を有する繊維からなる紐状体
に金属細線を巻付け、この金属細線に通電手段を接続し
た構成にした。さらに、上記温湿度調整装置において、
この温湿度調整装置の出口空気の温度と相対湿度を測定
し、これに対する絶対湿度を算出し、ついで装置出口の
測定温度と設定温度との差を求め、その偏差量に応じて
空気加熱機及び空気冷却除湿機を運転し、さらに装置出
口の絶対湿度とあらかじめ算出しておいた設定絶対湿度
との差を求め、その偏差量に応じて加湿機及び空気冷却
除湿機を運転するようにする。
に、本発明にかかる温湿度調整装置は、送風機１と、空
気冷却除湿機２と、空気加熱機４と、加湿機５とからな
り、上記空気冷却除湿機２の冷却部における冷却手段に
ペルチェ効果を利用した熱電素子１４を用い、加湿機５
を、耐熱性を有する繊維で中空に作成された中空糸２６
の外周面に金属細線２５を巻付けた多数本の中空糸体２
３と、この各中空糸体２３に水を供給する手段と、金属
細線２５に通電する通電手段とから構成した。また、上
記空気加熱機４を、耐熱性を有する繊維からなる紐状体
に金属細線を巻付け、この金属細線に通電手段を接続し
た構成にした。さらに、上記温湿度調整装置において、
この温湿度調整装置の出口空気の温度と相対湿度を測定
し、これに対する絶対湿度を算出し、ついで装置出口の
測定温度と設定温度との差を求め、その偏差量に応じて
空気加熱機及び空気冷却除湿機を運転し、さらに装置出
口の絶対湿度とあらかじめ算出しておいた設定絶対湿度
との差を求め、その偏差量に応じて加湿機及び空気冷却
除湿機を運転するようにする。
【０００７】
【作 用】送風機１にて送風される空気は空気冷却除
湿機２、空気加熱機４、加湿機５を通る間に所定の温度
及び湿度に調整される。またその制御は、出口空気の温
度と、温度及び相対湿度から求めた絶対湿度と、温度及
び絶対湿度の設定目標値とが比較されて温湿度が精密に
制御される。
湿機２、空気加熱機４、加湿機５を通る間に所定の温度
及び湿度に調整される。またその制御は、出口空気の温
度と、温度及び相対湿度から求めた絶対湿度と、温度及
び絶対湿度の設定目標値とが比較されて温湿度が精密に
制御される。
【０００８】
【実 施 例】本発明に係る温湿度調整装置の実施例を
図１から図３に基づいて説明する。図１は本発明のシス
テム構成を示すもので、図中１は送風機、２は空気冷却
除湿機、３は空気整流層、４は空気加熱機、５は加湿機
であり、これらは送風機１を最上流側にして直列状に配
置されている。そしてこれらを通る通風路６の周囲は断
熱層７にて囲繞されている。８は上記各機器を制御する
制御部、９は最下流側に設けられたセンサである。なお
上記空気冷却除湿機２を用いる理由は、吸入空気の温
度、湿度を所定の数値に整えるためである。上記送風機
１には通常のファンが用いられる。なおこの送風機１は
必ずしも最上流側に位置することなく、装置内に空気流
を作る位置ならその位置は問わない。
図１から図３に基づいて説明する。図１は本発明のシス
テム構成を示すもので、図中１は送風機、２は空気冷却
除湿機、３は空気整流層、４は空気加熱機、５は加湿機
であり、これらは送風機１を最上流側にして直列状に配
置されている。そしてこれらを通る通風路６の周囲は断
熱層７にて囲繞されている。８は上記各機器を制御する
制御部、９は最下流側に設けられたセンサである。なお
上記空気冷却除湿機２を用いる理由は、吸入空気の温
度、湿度を所定の数値に整えるためである。上記送風機
１には通常のファンが用いられる。なおこの送風機１は
必ずしも最上流側に位置することなく、装置内に空気流
を作る位置ならその位置は問わない。
【０００９】空気冷却除湿機２としては、例えば図２に
示すような熱交換機１０が用いられる。この熱交換機１
０はフィン１１を有する水通路１２と空気通路１３とを
交差して積層すると共に、その積層した壁面に、多数の
熱電素子１４を配置した構成となっている。各層の水通
路１２は水流入口１５と水流出口１６に連通しており、
各空気通路１３は空気流入口１７と空気流出口１８に連
通している。上記熱電素子１４はそのペルチェ効果によ
る冷却側が空気通路壁に接触しており、加熱側が水通路
壁に接触されている。
示すような熱交換機１０が用いられる。この熱交換機１
０はフィン１１を有する水通路１２と空気通路１３とを
交差して積層すると共に、その積層した壁面に、多数の
熱電素子１４を配置した構成となっている。各層の水通
路１２は水流入口１５と水流出口１６に連通しており、
各空気通路１３は空気流入口１７と空気流出口１８に連
通している。上記熱電素子１４はそのペルチェ効果によ
る冷却側が空気通路壁に接触しており、加熱側が水通路
壁に接触されている。
【００１０】しかしてこの空気冷却除湿機２を構成する
熱交換機１０においては、空気通路１３を流れる空気は
熱電素子１４にて冷却されて除湿される。このとき熱は
水通路１２を流れる水に伝えられて排熱される。空気整
流層３は通常のフイン等が用いられる。空気加熱機４は
通常の電気ヒータが用いられる。
熱交換機１０においては、空気通路１３を流れる空気は
熱電素子１４にて冷却されて除湿される。このとき熱は
水通路１２を流れる水に伝えられて排熱される。空気整
流層３は通常のフイン等が用いられる。空気加熱機４は
通常の電気ヒータが用いられる。
【００１１】加湿機５は図３に示すようになっている。
支枠２０に支持された上、下の水タンク２１，２２のそ
れぞれの対向する底板２１ａ，２２ａ間に多数本の中空
糸体２３が張設してあり、各中空糸体２３はそれぞれの
水タンク２１，２２に連通している。上記両底板２１
ａ，２１ａは通電性を有する材料で構成されており、こ
の両底板２１ａ，２２ａに電源２４が接続されており、
この底板２１ａ，２２ａにて後述する各中空糸体２３の
金属細線２５に通電されるようになっている。両底板２
１ａ，２２ａの間は通風路２７となっていて各中空糸体
２３はここを通る風に曝されるようになっている。上記
中空糸体２３は耐熱性の長繊維フィラメントにて、綾織
あるいは正織等の織り方で中空状に織られた中空糸２６
と、この中空糸２の外周面に巻付けた金属細線２５とか
らなっている。そして金属細線２５はヒータを構成する
もので、その両端に電圧が印加できるようになってい
る。
支枠２０に支持された上、下の水タンク２１，２２のそ
れぞれの対向する底板２１ａ，２２ａ間に多数本の中空
糸体２３が張設してあり、各中空糸体２３はそれぞれの
水タンク２１，２２に連通している。上記両底板２１
ａ，２１ａは通電性を有する材料で構成されており、こ
の両底板２１ａ，２２ａに電源２４が接続されており、
この底板２１ａ，２２ａにて後述する各中空糸体２３の
金属細線２５に通電されるようになっている。両底板２
１ａ，２２ａの間は通風路２７となっていて各中空糸体
２３はここを通る風に曝されるようになっている。上記
中空糸体２３は耐熱性の長繊維フィラメントにて、綾織
あるいは正織等の織り方で中空状に織られた中空糸２６
と、この中空糸２の外周面に巻付けた金属細線２５とか
らなっている。そして金属細線２５はヒータを構成する
もので、その両端に電圧が印加できるようになってい
る。
【００１２】この加湿機５では、中空糸２６内に水を通
すと共に、金属細線２５に通電することにより、中空糸
２６の外表面に水が浸透され、この浸透した水が金属細
線２５の加熱により蒸発される。上記加湿機５の中空糸
２６を構成する長繊維フィラメントの材質としては、ア
クリル、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリイミド、芳香
族ポリエステル、セルロース、ガラス繊維さらにアルミ
ナ等のセラミックス繊維等、ある程度の耐熱性を有する
材料が用いられる。そして上記の材料よりなる長繊維フ
ィラメントを用いて外径が０．５〜５．０ｍｍ、内径
０．４〜４．５ｍｍの太さになっている。
すと共に、金属細線２５に通電することにより、中空糸
２６の外表面に水が浸透され、この浸透した水が金属細
線２５の加熱により蒸発される。上記加湿機５の中空糸
２６を構成する長繊維フィラメントの材質としては、ア
クリル、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリイミド、芳香
族ポリエステル、セルロース、ガラス繊維さらにアルミ
ナ等のセラミックス繊維等、ある程度の耐熱性を有する
材料が用いられる。そして上記の材料よりなる長繊維フ
ィラメントを用いて外径が０．５〜５．０ｍｍ、内径
０．４〜４．５ｍｍの太さになっている。
【００１３】また上記中空糸２６の外周面に巻付ける金
属細線２５は直径が０．００８〜０．１ｍｍのものが用
いられ、かつその材質は、銅、ステンレス、カンタル、
ニクロム等ヒータ用の金属が用いられる。そしてこの金
属細線２５は、１本の場合は螺旋状に巻付け、また２本
以上、例えば４８本の場合は、互いに交互上下に組合わ
せる。この金属細線２５の巻付けにおいて、中空糸２６
の外表面との間に隙間があれば通電による熱エネルギが
有効に働かず、部分加熱の原因になったり、精密な温度
や湿度の制御ができなくなるので、この隙間はなるべく
ないようにする。
属細線２５は直径が０．００８〜０．１ｍｍのものが用
いられ、かつその材質は、銅、ステンレス、カンタル、
ニクロム等ヒータ用の金属が用いられる。そしてこの金
属細線２５は、１本の場合は螺旋状に巻付け、また２本
以上、例えば４８本の場合は、互いに交互上下に組合わ
せる。この金属細線２５の巻付けにおいて、中空糸２６
の外表面との間に隙間があれば通電による熱エネルギが
有効に働かず、部分加熱の原因になったり、精密な温度
や湿度の制御ができなくなるので、この隙間はなるべく
ないようにする。
【００１４】このような中空糸体の実施例としては、中
空糸２６は、ガラス繊維が用いられ、１２〜１２０本の
長繊維にて０．５〜５ｍｍになっている。またこれに巻
付ける金属細線２５は０．０５〜０．５ｍｍで、ＳＵ
Ｓ、カンタル、ニクロム等の金属細線を２〜４８本、互
いに交互に上下に組合せる。また上記実施例における空
気加熱機４は通常の電気ヒータに代えて、上記した加湿
機５を通水しないで加熱機として用いてもよい。
空糸２６は、ガラス繊維が用いられ、１２〜１２０本の
長繊維にて０．５〜５ｍｍになっている。またこれに巻
付ける金属細線２５は０．０５〜０．５ｍｍで、ＳＵ
Ｓ、カンタル、ニクロム等の金属細線を２〜４８本、互
いに交互に上下に組合せる。また上記実施例における空
気加熱機４は通常の電気ヒータに代えて、上記した加湿
機５を通水しないで加熱機として用いてもよい。
【００１５】図１に示したシステム構成における温湿度
の制御方法の一例を以下に示す。図４はこのシステム構
成の各構成機器に取付ける制御用センサ及びその取付位
置を示す。なおこの図４に示す構成では送風機１を加湿
機５の下流側に配置している。そしてこの図ではインタ
ーフェース部のみを表示したもので各センサの検出値Ａ
〜Ｐは制御装置３０に入力し、これに基づく演算値ａ〜
ｄが空気冷却除湿機２、空気加熱機４、加湿機５、送風
機１に入力されるようになっている。なおこのとき各機
器１〜４から上記入力値に基づいて運転された状態がフ
ィードバックされる。３ａはフィルタである。
の制御方法の一例を以下に示す。図４はこのシステム構
成の各構成機器に取付ける制御用センサ及びその取付位
置を示す。なおこの図４に示す構成では送風機１を加湿
機５の下流側に配置している。そしてこの図ではインタ
ーフェース部のみを表示したもので各センサの検出値Ａ
〜Ｐは制御装置３０に入力し、これに基づく演算値ａ〜
ｄが空気冷却除湿機２、空気加熱機４、加湿機５、送風
機１に入力されるようになっている。なおこのとき各機
器１〜４から上記入力値に基づいて運転された状態がフ
ィードバックされる。３ａはフィルタである。
【００１６】次に本発明の制御方法における具体的な制
御アルゴリズムを説明する。 （１）温度制御 これは目標温度に対する温度差をフィードバックして制
御する。すなわち、出口温度Ｔｏｕｔと目標温度Ｔｏｂ
ｊから偏差量ｅを、ｅ＝Ｔｏｂｊ−Ｔｏｕｔにより求め
る。そしてこの偏差量ｅに基づく空気加熱機４及び空気
冷却除湿機２の操作量ｕ（ｋ）を次式にて求める。 ｕ（ｋ）＝ｕ（ｋ−１）＋（Ｋｇ＋Ｋｉ＋Ｋｄ）×ｅ
（ｋ）−（Ｋｇ＋２×Ｋｄ）×ｅ（ｋ−１）＋Ｋｄ×ｅ
（ｋ−２） 但し、ｕ（ｋ）：現在の操作量 ｕ（ｋ−１）：前回の操作量 ｅ（ｋ）：現在の偏差量 ｅ（ｋ−１）：前回の偏差量 ｅ（ｋ−２）：前々回の偏差量 Ｔ：サンプリング時間 Ｋｇ＝Ｋ×Ｋｐ：比較ゲイン （但し、Ｋ＝Ｍ／Ｐ，Ｋｐ＝１とする。） Ｍ：出力最大値（％） Ｐ：比例帯（℃） Ｋｉ＝Ｋ×Ｔｉ／Ｔ：積分ゲイン Ｔｉ：積分時間（ｓｅｃ） Ｋｄ＝Ｋ×Ｔｄ／Ｔ：微分ゲイン Ｔｄ：微分時間（ｓｅｃ）
御アルゴリズムを説明する。 （１）温度制御 これは目標温度に対する温度差をフィードバックして制
御する。すなわち、出口温度Ｔｏｕｔと目標温度Ｔｏｂ
ｊから偏差量ｅを、ｅ＝Ｔｏｂｊ−Ｔｏｕｔにより求め
る。そしてこの偏差量ｅに基づく空気加熱機４及び空気
冷却除湿機２の操作量ｕ（ｋ）を次式にて求める。 ｕ（ｋ）＝ｕ（ｋ−１）＋（Ｋｇ＋Ｋｉ＋Ｋｄ）×ｅ
（ｋ）−（Ｋｇ＋２×Ｋｄ）×ｅ（ｋ−１）＋Ｋｄ×ｅ
（ｋ−２） 但し、ｕ（ｋ）：現在の操作量 ｕ（ｋ−１）：前回の操作量 ｅ（ｋ）：現在の偏差量 ｅ（ｋ−１）：前回の偏差量 ｅ（ｋ−２）：前々回の偏差量 Ｔ：サンプリング時間 Ｋｇ＝Ｋ×Ｋｐ：比較ゲイン （但し、Ｋ＝Ｍ／Ｐ，Ｋｐ＝１とする。） Ｍ：出力最大値（％） Ｐ：比例帯（℃） Ｋｉ＝Ｋ×Ｔｉ／Ｔ：積分ゲイン Ｔｉ：積分時間（ｓｅｃ） Ｋｄ＝Ｋ×Ｔｄ／Ｔ：微分ゲイン Ｔｄ：微分時間（ｓｅｃ）
【００１７】（２）温度制御 これは絶対水分量（絶対湿度）を制御することにより、
目標湿度へ結果的に制御する。 出口の現在の絶対湿度ｘ１を出口温度Ｔｏｕｔと出口
湿度Ｗｏｕｔより求める。 目標とする出口の絶対の湿度ｘ２を出口の制御目標
（設定値）温度Ｔｏｂｊと出口の制御目標（設定値）湿
度Ｗｏｂｊより求める。 絶対湿度ｘ１，ｘ２より偏差量ｅ（＝ｘ２−ｘ１）を
求める。 加湿機５及び空気冷却除湿機２の操作量ｕ（ｋ）を次
式にて求める。 ｕ（ｋ）＝ｕ（ｋ−１）＋（Ｋｇ＋Ｋｉ＋Ｋｄ）×ｅ
（ｋ）−（Ｋｇ＋２×Ｋｄ）×ｅ（ｋ−１）＋Ｋｄ×ｅ
（ｋ−２） 但し、各記号は上記した温度制御の場合と同じである。
目標湿度へ結果的に制御する。 出口の現在の絶対湿度ｘ１を出口温度Ｔｏｕｔと出口
湿度Ｗｏｕｔより求める。 目標とする出口の絶対の湿度ｘ２を出口の制御目標
（設定値）温度Ｔｏｂｊと出口の制御目標（設定値）湿
度Ｗｏｂｊより求める。 絶対湿度ｘ１，ｘ２より偏差量ｅ（＝ｘ２−ｘ１）を
求める。 加湿機５及び空気冷却除湿機２の操作量ｕ（ｋ）を次
式にて求める。 ｕ（ｋ）＝ｕ（ｋ−１）＋（Ｋｇ＋Ｋｉ＋Ｋｄ）×ｅ
（ｋ）−（Ｋｇ＋２×Ｋｄ）×ｅ（ｋ−１）＋Ｋｄ×ｅ
（ｋ−２） 但し、各記号は上記した温度制御の場合と同じである。
【００１８】（３）絶対温度の算出 相対湿度とΨ（％）、乾式温度もｔ（℃）とすれば、絶
対湿度ｘは、 ｘ＝０．６２２×Ψ×ｐｓ／（Ｐ−Ψ×ｐｓ）（ｋｇ／ｋｇ´）…（１） で、また相対湿度Ψは水蒸気分圧により Ψ＝ｐ／ｐｓ（％）…（２） 但し、Ｐ：湿り空気中の水蒸気分圧（ｍｍＨｇ） ｐｓ：飽和湿り空気の水蒸気分圧（ｍｍＨｇ） Ｐ：湿り空気の全圧力（ｍｍＨｇ） （７６０ｍｍＨｇで一定とする）で求められる。
対湿度ｘは、 ｘ＝０．６２２×Ψ×ｐｓ／（Ｐ−Ψ×ｐｓ）（ｋｇ／ｋｇ´）…（１） で、また相対湿度Ψは水蒸気分圧により Ψ＝ｐ／ｐｓ（％）…（２） 但し、Ｐ：湿り空気中の水蒸気分圧（ｍｍＨｇ） ｐｓ：飽和湿り空気の水蒸気分圧（ｍｍＨｇ） Ｐ：湿り空気の全圧力（ｍｍＨｇ） （７６０ｍｍＨｇで一定とする）で求められる。
【００１９】飽和湿り空気の水蒸気分圧ｐｓは、その温
度の水の飽和蒸気圧と同じで次の（３）式（Ｗｅｘｌｅ
ｒ Ｈｇｌａｎｄの式）で求めることができる。 ｌｏｇ ｐｓ＝−５．８００２２０６×１０3 ／Ｔ＋１．３９１４９９３−４ ．８６４０２３９×１０-2×Ｔ＋４．１７６４７６８×１０-5×Ｔ2 −１．４４ ５２０９３×１０-8×Ｔ3 ＋６．５４５９６７３×ｌｏｇＴ＝ｙ…（３） 但し、Ｔ：絶対温度 Ｔ＝ｔ＋２７３．１５（ｋ） 従って ｐｓ＝ｅy …（４）
度の水の飽和蒸気圧と同じで次の（３）式（Ｗｅｘｌｅ
ｒ Ｈｇｌａｎｄの式）で求めることができる。 ｌｏｇ ｐｓ＝−５．８００２２０６×１０3 ／Ｔ＋１．３９１４９９３−４ ．８６４０２３９×１０-2×Ｔ＋４．１７６４７６８×１０-5×Ｔ2 −１．４４ ５２０９３×１０-8×Ｔ3 ＋６．５４５９６７３×ｌｏｇＴ＝ｙ…（３） 但し、Ｔ：絶対温度 Ｔ＝ｔ＋２７３．１５（ｋ） 従って ｐｓ＝ｅy …（４）
【００２０】次に運転時における制御アルゴリズムを図
５に基づいて説明する。まず、スタートと同時に温湿度
調整装置の運転時における装置出口の温度と相対湿度の
設定と許容誤差をあらかじめ決める（ステップ１）。次
に設定された装置出口の温度と相対湿度に対する絶対湿
度を算出する（ステップ２）と共に、装置出口の絶対湿
度の設定値許容誤差を決める（ステップ３）。これらの
ステップ（１）〜（３）はスタート前にあらかじめ行な
っておいてもよい。
５に基づいて説明する。まず、スタートと同時に温湿度
調整装置の運転時における装置出口の温度と相対湿度の
設定と許容誤差をあらかじめ決める（ステップ１）。次
に設定された装置出口の温度と相対湿度に対する絶対湿
度を算出する（ステップ２）と共に、装置出口の絶対湿
度の設定値許容誤差を決める（ステップ３）。これらの
ステップ（１）〜（３）はスタート前にあらかじめ行な
っておいてもよい。
【００２１】それから運転状態における装置出口の温度
と相対湿度を測定し（ステップ４）、このとき温度と相
対湿度に対する絶対湿度を算出する（ステップ５）。次
に装置出口の測定温度と設定温度との差（偏差量）を求
め（ステップ６）、このときの偏差量が上記ステップ
（１）で求められた設定誤差以内であるかを判断して
（ステップ７）、これが設定誤差以内（Ｙｅｓ）であれ
ば、次に装置出口の絶対湿度と設定絶対湿度との差（偏
差量）を求める（ステップ８）。そしてこの絶対湿度の
偏差量は上記ステップ（３）で決められた設定誤差以内
かを判断し（ステップ９）、これが設定誤差以内であれ
ば制御を終了しそのまま運転を続行する。
と相対湿度を測定し（ステップ４）、このとき温度と相
対湿度に対する絶対湿度を算出する（ステップ５）。次
に装置出口の測定温度と設定温度との差（偏差量）を求
め（ステップ６）、このときの偏差量が上記ステップ
（１）で求められた設定誤差以内であるかを判断して
（ステップ７）、これが設定誤差以内（Ｙｅｓ）であれ
ば、次に装置出口の絶対湿度と設定絶対湿度との差（偏
差量）を求める（ステップ８）。そしてこの絶対湿度の
偏差量は上記ステップ（３）で決められた設定誤差以内
かを判断し（ステップ９）、これが設定誤差以内であれ
ば制御を終了しそのまま運転を続行する。
【００２２】一方上記ステップ（７）において温度の偏
差量が設定誤差以外（Ｎｏ）であれば、その誤差に応じ
て加熱モードか冷却モードかの判断を行ない、運転モー
ドを決める（ステップ１０）。そして加熱モードの場
合、偏差量に応じた操作量を求めて空気加熱機４を運転
する。また逆に冷却モードの場合にはその偏差量に応じ
た操作量を求めて空気冷却除湿機２を運転する（ステッ
プ１１）。このステップ（１１）による運転を行なって
から上記ステップ（８），（９）を行なう。
差量が設定誤差以外（Ｎｏ）であれば、その誤差に応じ
て加熱モードか冷却モードかの判断を行ない、運転モー
ドを決める（ステップ１０）。そして加熱モードの場
合、偏差量に応じた操作量を求めて空気加熱機４を運転
する。また逆に冷却モードの場合にはその偏差量に応じ
た操作量を求めて空気冷却除湿機２を運転する（ステッ
プ１１）。このステップ（１１）による運転を行なって
から上記ステップ（８），（９）を行なう。
【００２３】またステップ（９）において絶対湿度の偏
差量が設定誤差以外（Ｎｏ）であれば、その誤差に応じ
て加湿モードか除湿モードかの判断を行ない、運転モー
ドを決める（ステップ１２）。そして加湿モードの場
合、偏差量に応じた操作量を求めて加湿器５を運転し、
除湿モードの場合には偏差量に応じた操作量を求めて空
気冷却除湿機２を運転する（ステップ１３）。このステ
ップ（１３）による運転を行なってから上記ステップ
（６）に戻り、以下繰返し各ステップの制御を行なう。
差量が設定誤差以外（Ｎｏ）であれば、その誤差に応じ
て加湿モードか除湿モードかの判断を行ない、運転モー
ドを決める（ステップ１２）。そして加湿モードの場
合、偏差量に応じた操作量を求めて加湿器５を運転し、
除湿モードの場合には偏差量に応じた操作量を求めて空
気冷却除湿機２を運転する（ステップ１３）。このステ
ップ（１３）による運転を行なってから上記ステップ
（６）に戻り、以下繰返し各ステップの制御を行なう。
【００２４】なお上記制御に用いる温湿度調整装置の一
例として、空気冷却除湿機２は熱電素子４８個、２５℃
の冷却水を使用して空気冷却能力１，２９０ｋｃａｌ／
ｈｒの性能のものを、また空気加熱機としては、最大能
力１，５００Ｗのフィン付きのシーズヒータを、またメ
インヒータとして、ガラス繊維を１６本組合せて作成し
た紐状物の外周面に直径０．１ｍｍのＳＵ３０４線を８
本交互上下に組合せて巻付けて作成したヒータを１８ｍ
用いて最大１，０００ｋｗの加熱能力の加熱部を作成し
た。さらに加湿機５としては、外径及び内径が１．６ｍ
ｍ、１．０ｍｍのガラス繊維製中空糸の外表面に直径
０．０３ｍｍのＳＵＳ３１６線８本を交互上下に巻付
け、電気抵抗が５．３Ω／ｃｍの中空糸体を作成した。
この中空糸体を用いて図３に示すようにし、かつ１本の
長さが６５０ｃｍの加湿機５を作成した。
例として、空気冷却除湿機２は熱電素子４８個、２５℃
の冷却水を使用して空気冷却能力１，２９０ｋｃａｌ／
ｈｒの性能のものを、また空気加熱機としては、最大能
力１，５００Ｗのフィン付きのシーズヒータを、またメ
インヒータとして、ガラス繊維を１６本組合せて作成し
た紐状物の外周面に直径０．１ｍｍのＳＵ３０４線を８
本交互上下に組合せて巻付けて作成したヒータを１８ｍ
用いて最大１，０００ｋｗの加熱能力の加熱部を作成し
た。さらに加湿機５としては、外径及び内径が１．６ｍ
ｍ、１．０ｍｍのガラス繊維製中空糸の外表面に直径
０．０３ｍｍのＳＵＳ３１６線８本を交互上下に巻付
け、電気抵抗が５．３Ω／ｃｍの中空糸体を作成した。
この中空糸体を用いて図３に示すようにし、かつ１本の
長さが６５０ｃｍの加湿機５を作成した。
【００２５】上記した温湿度調整装置を用いることによ
り、メインヒータは熱慣性が少ないため、応答連度（レ
スポンス）が速く、また中空糸は熱慣性が少なく、余分
の水を暖めないので、蒸発潜熱に相当する熱量のみを空
気エネルギにより補給すればよく、いわば制御が容易で
あることにより、湿度の制御精度が高く、かつ応答連度
も速い。
り、メインヒータは熱慣性が少ないため、応答連度（レ
スポンス）が速く、また中空糸は熱慣性が少なく、余分
の水を暖めないので、蒸発潜熱に相当する熱量のみを空
気エネルギにより補給すればよく、いわば制御が容易で
あることにより、湿度の制御精度が高く、かつ応答連度
も速い。
【００２６】
【発明の効果】本発明に係る温湿度調整装置によれば、
空気冷却除湿機２における冷却手段に熱電素子を用いた
ことにより、コンプレッサの場合と異なり、無振動、小
型、コンパクト化、軽量化、フロンレス化が可能になっ
た。また加湿機５の加熱手段に中空糸に金属細線を巻付
けた中空糸体を用いたことにより、この加湿機５の小
型、コンパクト化、急速応答性が可能になると共に、精
密制御が可能になった。さらに空気加熱機４にもガラス
繊維からなる紐状体に金属巻線を巻付けたものを用い、
これの金属巻線への通電量を制御するようにしたものを
用いることにより、空気加熱機４を小型、コンパクト
化、及び加熱温度の精密制御及び急速応答性が可能とな
る。
空気冷却除湿機２における冷却手段に熱電素子を用いた
ことにより、コンプレッサの場合と異なり、無振動、小
型、コンパクト化、軽量化、フロンレス化が可能になっ
た。また加湿機５の加熱手段に中空糸に金属細線を巻付
けた中空糸体を用いたことにより、この加湿機５の小
型、コンパクト化、急速応答性が可能になると共に、精
密制御が可能になった。さらに空気加熱機４にもガラス
繊維からなる紐状体に金属巻線を巻付けたものを用い、
これの金属巻線への通電量を制御するようにしたものを
用いることにより、空気加熱機４を小型、コンパクト
化、及び加熱温度の精密制御及び急速応答性が可能とな
る。
【００２７】また上記温湿度調整装置を用いた本発明に
係る制御方法によれば、設定目標の湿度以下に下げるこ
となく、この設定目標湿度に迅速に、しかも精密に到達
できて省エネルギ化を図ることができると共に、精密制
御を行なうことができる。また冷却除湿部の容量（能
力）が小さくてすむことにより、イニシャルコストが安
くなると共に、装置の小型化を図ることができる。
係る制御方法によれば、設定目標の湿度以下に下げるこ
となく、この設定目標湿度に迅速に、しかも精密に到達
できて省エネルギ化を図ることができると共に、精密制
御を行なうことができる。また冷却除湿部の容量（能
力）が小さくてすむことにより、イニシャルコストが安
くなると共に、装置の小型化を図ることができる。
【図１】本発明の一例を示すシステム構成図である。
【図２】熱交換機を示す一部破断斜視図である。
【図３】加湿機の一例を示す断面図である。
【図４】システム構成における制御用センサの取付位置
及び制御系を示す概略的な構成説明図である。
及び制御系を示す概略的な構成説明図である。
【図５】本発明に係る制御方法の制御アルゴリズムを示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
１…送風機、２…空気冷却除湿機、３…空気整流層、４
…空気加熱機、５…加湿機、６…通風路、７…断熱層、
８…制御部、９…センサ、１０…熱交換機、１２…水通
路、１３…ガス通路、１４…熱電素子、２３…中空糸
体、２４…電源、２５…金属巻線、２６…中空糸。
…空気加熱機、５…加湿機、６…通風路、７…断熱層、
８…制御部、９…センサ、１０…熱交換機、１２…水通
路、１３…ガス通路、１４…熱電素子、２３…中空糸
体、２４…電源、２５…金属巻線、２６…中空糸。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−63048（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−208430（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−117437（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−136325（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01L 11/02 F24F 6/10 F24F 11/02 102
Claims (3)
- 【請求項１】 送風機１と、空気冷却除湿機２と、空気
加熱機４と、加湿機５とからなり、上記空気冷却除湿機
２の冷却部における冷却手段にペルチェ効果を利用した
熱電素子１４を用い、加湿機５を、耐熱性を有する繊維
で中空に作成された中空糸２６の外周面に金属細線２５
を巻付けた多数本の中空糸体２３と、この各中空糸体２
３に水を供給する手段と、金属細線２５に通電する通電
手段とから構成したことを特徴とする温湿度調整装置。 - 【請求項２】 空気加熱機４を、耐熱性を有する繊維か
らなる紐状体に金属細線を巻付け、この金属細線に通電
手段を接続した構成にしたことを特徴とする請求項２記
載の温湿度調整装置。 - 【請求項３】 送風機１と、空気冷却除湿機２と、空気
加熱機４と、加湿機５とからなり、上記空気冷却除湿機
２の冷却部における冷却手段にペルチェ効果を利用した
熱電素子１４を用い、加湿機５を、耐熱性を有する繊維
で中空に作成された中空糸２６の外周面に金属細線２５
を巻付けた多数本の中空糸体２３と、この各中空糸体２
３に水を供給する手段と、金属細線２５に通電する通電
手段とから構成した温湿度調整装置において、この温湿
度調整装置の出口空気の温度と相対湿度を測定し、これ
に対する絶対湿度を算出し、ついで装置出口の測定温度
と設定温度との差を求め、その偏差量に応じて空気加熱
機４及び空気冷却除湿機２を運転し、さらに装置出口の
絶対湿度とあらかじめ算出しておいた設定絶対湿度との
差を求め、その偏差量に応じて加湿機５及び空気冷却除
湿機２を運転することを特徴とする温湿度調整装置にお
ける制御方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32034192A JP3353924B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-11-30 | 温湿度調整装置及びその制御方法 |
| DE4391901T DE4391901T1 (de) | 1992-04-30 | 1993-04-28 | Vorrichtung zum Einstellen von Temperatur und Feuchtigkeit sowie Steuerverfahren hierzu |
| PCT/JP1993/000569 WO1993022602A1 (en) | 1992-04-30 | 1993-04-28 | Temperature and humidity control system and control method therefor |
| DE4391901A DE4391901C2 (de) | 1992-04-30 | 1993-04-28 | Vorrichtung zum Einstellen von Temperatur und Feuchtigkeit sowie Steuerverfahren hierzu |
| US08/325,428 US5632333A (en) | 1992-04-30 | 1993-04-28 | Temperature and humidity adjusting apparatus and control method therefor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-135735 | 1992-04-30 | ||
| JP13573592 | 1992-04-30 | ||
| JP32034192A JP3353924B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-11-30 | 温湿度調整装置及びその制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH067689A JPH067689A (ja) | 1994-01-18 |
| JP3353924B2 true JP3353924B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=26469508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32034192A Expired - Fee Related JP3353924B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-11-30 | 温湿度調整装置及びその制御方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5632333A (ja) |
| JP (1) | JP3353924B2 (ja) |
| DE (2) | DE4391901T1 (ja) |
| WO (1) | WO1993022602A1 (ja) |
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