JP3957728B1

JP3957728B1 - 空調装置の運転制御方法

Info

Publication number: JP3957728B1
Application number: JP2006063744A
Authority: JP
Inventors: 崇暁柏木
Original assignee: Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: JP2007240070A

Abstract

【課題】冷却コイルや冷凍機、電気ヒータを大きくすることなく風量増加に対応し、省エネルギー化を図るとともに、空調装置のイニシャルコストやランニングコストを低減することができる空調装置を提供すること。
【解決手段】空気吸入口１と空気排出口２とが形成された筐体３と、空気吸入口１に配設された冷却コイル４と、冷却コイル４の下流側に配設された電気ヒータ５と、空気排出口２から筐体３内の空気を排出する送風機６とを備えた空調装置において、冷却コイル４を通さずに筐体３に空気を取り入れるバイパス空気吸入口７と、バイパス空気吸入口７の開度を調節するバイパス弁８とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調装置の運転制御方法に関し、特に、冷却コイルや冷凍機、電気ヒータを大きくすることなく風量増加に対応し、省エネルギー化を図るとともに、空調装置のイニシャルコストやランニングコストを低減することができる空調装置の運転制御方法に関するものである。

従来、空調装置は、例えば、図３に示すように、空気吸入口１と空気排出口２とが形成された筐体３と、空気吸入口１に配設された冷却コイル４と、冷却コイル４の下流側に配設された電気ヒータ５と、空気排出口２から筐体３内の空気を排出する送風機６と、空気排出口２に配設された温度センサ（図示省略）とを備え、空気吸入口１から冷却コイル４により冷却しながら取り入れた外気を、下流側に配設した電気ヒータ５によって精密に設定温度に調節し、空気排出口２から排出するようにしている。

ところで、このような空調装置において、例えば風量を２倍にする場合、同図に点線で示すように、冷却コイル４やその冷凍機９、電気ヒータ５をそれぞれ２倍の能力に変更している。
しかしながら、この種の空調装置では、冷却コイル４で一旦冷却した外気を下流側の電気ヒータ５で加熱することによって精密に温度調節することから、冷却負荷のない外気条件でも冷却コイル４と電気ヒータ５は作動しており、上記のように風量に合わせて冷却コイル４や電気ヒータ５を大きくすると、過大な冷却能力と再熱能力を搭載することになり、イニシャルコストとランニングコストの両方に無駄が非常に多くなるという問題を有している。

本発明は、上記従来の空調装置の有する問題点に鑑み、冷却コイルや冷凍機、電気ヒータを大きくすることなく風量増加に対応し、省エネルギー化を図るとともに、空調装置のイニシャルコストやランニングコストを低減することができる空調装置の運転制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の空調装置の運転制御方法は、空気吸入口と空気排出口とが形成された筐体と、空気吸入口に配設された冷却コイルと、冷却コイルの下流側に配設された電気ヒータと、空気排出口から筐体内の空気を排出する送風機とを備えた空調装置の運転制御方法において、冷却コイルを通さずに筐体に空気を取り入れるバイパス空気吸入口と、該バイパス空気吸入口の開度を調節するバイパス弁とを設け、該バイパス弁によって、送風機の風量設定の変更に関わらず冷却コイル及び電気ヒータを通過する風量が常に一定量となるように調節するとともに、送風機の下流側の空気排出口に配設した温度センサによって、混合空気の温度を検出し、該検出温度に基づいて、混合空気の温度が設定温度になるように電気ヒータを制御することを特徴とする。

この場合において、バイパス空気吸入口から導入される空気の温度ΔＴ１と、空気吸入口から導入され冷却コイルで冷却された空気の温度ΔＴ２と、これらの空気が混合された空気の温度ΔＴ３とを検出し、混合後の空気の温度ΔＴ３が下記式１の計算値ΔＴ３’より高い場合はバイパス弁を閉じ側に、低い場合は開き側に制御する弁制御回路を設けることができる。
ΔＴ２＋（ΔＴ１−ΔＴ２）・Ｂ／Ａ＝ΔＴ３’ ・・・（１）
ここで、Ａは空気排出口の風量、Ｂはバイパス空気吸入口を通過する風量である。

また、送風機の電流値を検出し、該電流値に基づいて、空気排出口からの風量が一定になるように送風機を制御する送風制御回路を設けることができる。

本発明の空調装置の運転制御方法によれば、空気吸入口と空気排出口とが形成された筐体と、空気吸入口に配設された冷却コイルと、冷却コイルの下流側に配設された電気ヒータと、空気排出口から筐体内の空気を排出する送風機とを備えた空調装置の運転制御方法において、冷却コイルを通さずに筐体に空気を取り入れるバイパス空気吸入口と、該バイパス空気吸入口の開度を調節するバイパス弁とを設け、該バイパス弁によって、送風機の風量設定の変更に関わらず冷却コイル及び電気ヒータを通過する風量が常に一定量となるように調節するとともに、送風機の下流側の空気排出口に配設した温度センサによって、混合空気の温度を検出し、該検出温度に基づいて、混合空気の温度が設定温度になるように電気ヒータを制御することから、冷却コイルを通過する風量を一定量とし、バイパス空気吸入口を通る風量を調節することにより、空気排出口から出る風量を増大させることができ、これにより、冷却コイルや冷凍機、電気ヒータを大きくすることなく風量増加に対応し、省エネルギー化を図るとともに、空調装置のイニシャルコストやランニングコストを低減することができる。
そして、風量を増大させても、冷却コイルや冷凍機、電気ヒータを共通化できることから、設計や工数に費やす時間を削減するとともに、それらの在庫管理も容易にすることができる。

この場合、バイパス空気吸入口から導入される空気の温度ΔＴ１と、空気吸入口から導入され冷却コイルで冷却された空気の温度ΔＴ２と、これらの空気が混合された空気の温度ΔＴ３とを検出し、混合後の空気の温度ΔＴ３が所定の計算値ΔＴ３’より高い場合はバイパス弁を閉じ側に、低い場合は開き側に制御する弁制御回路を設けることにより、混合後の空気の温度が前記計算値ΔＴ３’より高い場合はバイパス空気吸入口からの空気導入量が多いためこれを減じ、前記計算値ΔＴ３’より低い場合はバイパス空気吸入口からの空気導入量が少ないためこれを増やし、これにより、空気排出口から出る風量を設定する場合にバイパス弁の開度調節を自動制御で行うことができ、空調装置の性能の安定化と調整費の削減を行うことができる。

また、送風機の電流値を検出し、該電流値に基づいて、空気排出口からの風量が一定になるように送風機を制御する送風制御回路を設けることにより、空調装置の設定風量を自動制御により運転中一定に保つことができる。

以下、本発明の空調装置の運転制御方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の空調装置の運転制御方法を実施する空調装置の第１実施例を示す。
この空調装置は、空気吸入口１と空気排出口２とが形成された筐体３と、空気吸入口１に配設された冷却コイル４と、冷却コイル４の下流側に配設された電気ヒータ５と、空気排出口２から筐体３内の空気を排出する送風機６とを備えている。
そして、この空調装置は、冷却コイル４を通さずに筐体３に空気を取り入れるバイパス空気吸入口７と、該バイパス空気吸入口７の開度を調節するバイパス弁８とを設けている。

空調装置は、筐体３の下に冷却コイル４を作動させる冷凍機９を設置するとともに、筐体３の下部に空気吸入口１を形成している。
空気吸入口１の下流側には冷却コイル４が配設され、冷却コイル４の下流側には電気ヒータ５が配設されている。
筐体３の上面には空気排出口２が形成され、該空気排出口２には、空気吸入口１から取り入れた空気を排出する送風機６が設置されている。空調装置の風量は、この送風機６の出力を手動で切り替えることにより複数の段階に設定することができる。
なお、送風機６の下流側には、温度センサ（図示省略）が設置されており、該温度センサが検出する空気の温度と設定温度に基づいて、電気ヒータ５の出力が制御される。

バイパス空気吸入口７は、空気吸入口１と同じ側で筐体３の上部に設置されており、該バイパス空気吸入口７は、その開度を調節するバイパス弁８を備えている。
バイパス弁８は、送風機６の風量を設定する際に、空気吸入口１すなわち冷却コイル４と電気ヒータ５を通過する風量が常に一定量となるように、バイパス空気吸入口７を通る風量を手動で調節する。
例えば、空調装置の風量設定が１０ｍ^３／ｍｉｎと小さい場合は、バイパス弁８を閉じて、バイパス空気吸入口７を通過する風量を０とするとともに、空気吸入口１を通過する風量を１０ｍ^３／ｍｉｎとする。
また、空調装置の風量設定を２０ｍ^３／ｍｉｎとした場合は、バイパス弁８を開けて、バイパス空気吸入口７を通過する風量を１０ｍ^３／ｍｉｎとするとともに、空気吸入口１を通過する風量を１０ｍ^３／ｍｉｎに維持する。
また、空調装置の風量設定を３０ｍ^３／ｍｉｎとした場合は、バイパス弁８をさらに大きく開け、バイパス空気吸入口７を通過する風量を２０ｍ^３／ｍｉｎとするとともに、空気吸入口１を通過する風量を１０ｍ^３／ｍｉｎに維持する。

次に、本実施例の空調装置の動作を説明する。
設定温度と風量を設定し、空調装置をＯＮにすると、送風機６が駆動し、空気吸入口１とバイパス空気吸入口７から例えば１対１の外気が筐体３内に導入され、空気排出口２から排出される。
この場合、バイパス空気吸入口７から導入された外気はそのままの温度であり、空気吸入口１から導入された外気は、冷却コイル４と電気ヒータ５によって温度調節される。
これら空気吸入口１とバイパス空気吸入口７から導入された空気は、筐体３内で混合され、空気排出口２を介してクリーンブース等に送られるが、空気排出口２の温度センサ（図示省略）によって、この混合された空気の温度が検出される。
そして、この温度センサの検出温度が設定温度になるように、電気ヒータ５の制御が行われる。

かくして、本実施例の空調装置は、空気吸入口１と空気排出口２とが形成された筐体３と、空気吸入口１に配設された冷却コイル４と、冷却コイル４の下流側に配設された電気ヒータ５と、空気排出口２から筐体３内の空気を排出する送風機６とを備えた空調装置において、冷却コイル４を通さずに筐体３に空気を取り入れるバイパス空気吸入口７と、該バイパス空気吸入口７の開度を調節するバイパス弁８とを設けることから、冷却コイル４を通過する風量を一定量とし、バイパス空気吸入口７を通る風量を調節することにより、空気排出口２から出る風量を増大させることができ、これにより、冷却コイル４や冷凍機９、電気ヒータ５を大きくすることなく風量増加に対応し、省エネルギー化を図るとともに、空調装置のイニシャルコストやランニングコストを低減することができる。
そして、風量を増大させても、冷却コイル４や冷凍機９、電気ヒータ５を共通化できることから、設計や工数に費やす時間を削減するとともに、それらの在庫管理も容易にすることができる。

図２に、本発明の空調装置の運転制御方法を実施する空調装置の第２実施例を示す。
この空調装置は、空気吸入口１と空気排出口２とが形成された筐体３と、空気吸入口１に配設された冷却コイル４と、空気排出口２に配設された電気ヒータ５と、空気排出口２から筐体３内の空気を排出する送風機６とを備えている。
そして、この空調装置は、冷却コイル４を通さずに筐体３に空気を取り入れるバイパス空気吸入口７と、該バイパス空気吸入口７の開度を調節するバイパス弁８とを設けるとともに、バイパス空気吸入口７から導入された空気の温度ΔＴ１と、空気吸入口１から導入され冷却コイル４で冷却された空気の温度ΔＴ２と、これらの空気が混合された空気の温度ΔＴ３とを検出し、混合後の空気の温度ΔＴ３が下記式１の計算値ΔＴ３’より高い場合はバイパス弁８を閉じ側に、低い場合は開き側に制御する弁制御回路１０を設けている。
ΔＴ２＋（ΔＴ１−ΔＴ２）・Ｂ／Ａ＝ΔＴ３’ ・・・（１）
ここで、Ａは空気排出口の風量、Ｂはバイパス空気吸入口を通過する風量である。

空調装置は、筐体３の下に冷却コイル４を作動させる冷凍機９を設置するとともに、筐体３の下部に空気吸入口１を形成している。
空気吸入口１の下流側には冷却コイル４が配設され、冷却コイル４の下流側となる空気排出口２には電気ヒータ５が配設されている。
筐体３の上面には空気排出口２が形成され、該空気排出口２には、空気吸入口１から取り入れた空気を排出する送風機６が設置されている。空調装置の風量は、この送風機６の出力を切り替えることにより複数の段階に設定することができる。

バイパス空気吸入口７は、空気吸入口１と同じ側で筐体３の上部に設置されており、該バイパス空気吸入口７は、その開度を調節するバイパス弁８を備えている。
バイパス弁８は、送風機６の風量を設定する際に、空気吸入口１すなわち冷却コイル４を通過する風量が常に一定量となるように、バイパス空気吸入口７を通る風量を調節する。
例えば、空調装置の風量設定が１０ｍ^３／ｍｉｎと小さい場合は、バイパス弁８を閉じて、バイパス空気吸入口７を通過する風量を０とするとともに、空気吸入口１を通過する風量を１０ｍ^３／ｍｉｎとする。
また、空調装置の風量設定を２０ｍ^３／ｍｉｎとした場合は、バイパス弁８を開けて、バイパス空気吸入口７を通過する風量を１０ｍ^３／ｍｉｎとするとともに、空気吸入口１を通過する風量を１０ｍ^３／ｍｉｎに維持する。
また、空調装置の風量設定を３０ｍ^３／ｍｉｎとした場合は、バイパス弁８をさらに大きく開け、バイパス空気吸入口７を通過する風量を２０ｍ^３／ｍｉｎとするとともに、空気吸入口１を通過する風量を１０ｍ^３／ｍｉｎに維持する。

弁制御回路１０は、バイパス弁８を駆動する弁駆動装置８１と、外気温度すなわちバイパス空気吸入口７から導入される空気の温度ΔＴ１を検出する温度センサＴ１（空気吸入口１に配設されているが、外気温度を検出するのでバイパス空気吸入口７に配設するのと同じである。）と、冷却コイル４により冷却された空気の温度ΔＴ２を検出する温度センサＴ２と、これらの空気が混合された空気の温度ΔＴ３を検出する温度センサＴ３と、各温度センサＴ１〜Ｔ３の検出値に基づいて弁駆動装置８１を制御する調節器１１とを備え、上記式１が成立するようにフィードバック制御することにより、バイパス空気吸入口７のバイパス弁８の開度を自動調節する。
例えば、設定風量Ａが２、バイパス空気吸入口７を通過する風量が１の場合で、外気温度すなわちバイパス空気吸入口７から導入される空気の温度ΔＴ１が３０℃、冷却コイルで冷却された空気の温度ΔＴ２が２０℃であるときには、混合された空気の温度ΔＴ３が２５℃になるように、バイパス弁８の開度をフィードバック制御する。
すなわち、空気排出口の風量をＡ、バイパス空気吸入口を通過する風量をＢとして、
ΔＴ２＋（ΔＴ１−ΔＴ２）・Ｂ／Ａ＝ΔＴ３
上記各数値を代入すると、
２０＋（３０−２０）・１／２＝２５
具体的には、混合された空気の温度が２５℃より高い場合は、バイパス空気吸入口７の通過風量が多いためバイパス弁８を閉じ側に駆動し、逆に、２５℃より低い場合は、バイパス空気吸入口７の通過風量が少ないためバイパス弁８を開き側に駆動する。
これにより、風量設定を上記のように設定したり変更したりする場合でも、空気吸入口１の通過風量が一定になるようにバイパス弁８の開度調節を自動制御で行うことができる。

また、図では省略しているが、送風機６の電流値を検出し、該電流値に基づいて、空気排出口２からの風量が一定になるように、インバータの出力周波数を変動し送風機６を制御する送風制御回路が設けられており、これにより、空調装置の設定風量を自動制御により運転中一定に保つようにしている。

次に、本実施例の空調装置の動作を説明する。
設定温度と風量を設定し、空調装置をＯＮにすると、送風機６が駆動するとともに、弁制御回路１０が各温度センサＴ１〜Ｔ３の検出値に基づいてフィードバック制御することにより、空気吸入口１の通過風量が一定になるようにバイパス弁８の開度が自動調節される。
また、空気排出口２からの風量は、送風機６の電流値をフィードバックすることにより、運転中一定に保持される。
これにより、空気吸入口１とバイパス空気吸入口７から例えば１対１の外気が正確に筐体３内に導入され、空気排出口２から排出される。
この場合、バイパス空気吸入口７から導入された外気はそのままの温度であり、空気吸入口１から導入された外気は、冷却コイル４によって冷却される。
これら空気吸入口１とバイパス空気吸入口７から導入された空気は、筐体３内で混合され、空気排出口２の電気ヒータ５により精密に温度調節された後、クリーンブース等に送られる。

かくして、本第２実施例の空調装置は、空気吸入口１と空気排出口２とが形成された筐体３と、空気吸入口１に配設された冷却コイル４と、空気排出口２に配設された電気ヒータ５と、空気排出口２から筐体３内の空気を排出する送風機６とを備えた空調装置において、冷却コイル４を通さずに筐体３に空気を取り入れるバイパス空気吸入口７と、該バイパス空気吸入口７の開度を調節するバイパス弁８とを設けるとともに、バイパス空気吸入口７から導入された空気の温度ΔＴ１と、空気吸入口１から導入され冷却コイル４で冷却された空気の温度ΔＴ２と、これらの空気が混合された空気の温度ΔＴ３とを検出し、混合後の空気の温度ΔＴ３が所定の計算値ΔＴ３’より高い場合はバイパス弁８を閉じ側に、低い場合は開き側に制御する弁制御回路１０を設けることから、混合後の空気の温度ΔＴ３が前記計算値ΔＴ３’より高い場合はバイパス空気吸入口７からの空気導入量が多いためこれを減じ、前記計算値ΔＴ３’より低い場合はバイパス空気吸入口７からの空気導入量が少ないためこれを増やし、これにより、空気排出口２から出る風量を設定する場合にバイパス弁８の開度調節を自動制御で行うことができ、空調装置の性能の安定化と調整費の削減を行うことができる。

この場合、送風機６の電流値を検出し、該電流値に基づいて、空気排出口２からの風量が一定になるように送風機６を制御する送風制御回路を設けることにより、空調装置の設定風量を自動制御により運転中一定に保つことができる。

以上、本発明の空調装置の運転制御方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。

本発明の空調装置の運転制御方法は、冷却コイルや冷凍機、電気ヒータを大きくすることなく風量増加に対応し、省エネルギー化を図るとともに、空調装置のイニシャルコストやランニングコストを低減できることから、小型で低コスト、省エネルギーな空調装置として好適に用いることができる。

本発明の空調装置の運転制御方法を実施する空調装置の第１実施例を示す断面図である。本発明の空調装置の運転制御方法を実施する空調装置の第２実施例を示す断面図である。従来の空調装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１空気吸入口
２空気排出口
３筐体
４冷却コイル
５電気ヒータ
６送風機
７バイパス空気吸入口
８バイパス弁
８１弁駆動装置
９冷凍機
１０弁制御回路
１１調節器
Ｔ１〜Ｔ３温度センサ

Claims

空気吸入口と空気排出口とが形成された筐体と、空気吸入口に配設された冷却コイルと、冷却コイルの下流側に配設された電気ヒータと、空気排出口から筐体内の空気を排出する送風機とを備えた空調装置の運転制御方法において、冷却コイルを通さずに筐体に空気を取り入れるバイパス空気吸入口と、該バイパス空気吸入口の開度を調節するバイパス弁とを設け、該バイパス弁によって、送風機の風量設定の変更に関わらず冷却コイル及び電気ヒータを通過する風量が常に一定量となるように調節するとともに、送風機の下流側の空気排出口に配設した温度センサによって、混合空気の温度を検出し、該検出温度に基づいて、混合空気の温度が設定温度になるように電気ヒータを制御することを特徴とする空調装置の運転制御方法。
バイパス空気吸入口から導入される空気の温度ΔＴ１と、空気吸入口から導入され冷却コイルで冷却された空気の温度ΔＴ２と、これらの空気が混合された空気の温度ΔＴ３とを検出し、弁制御回路によって、混合後の空気の温度ΔＴ３が下記式１の計算値ΔＴ３’より高い場合はバイパス弁を閉じ側に、低い場合は開き側に制御することを特徴とする請求項１記載の空調装置の運転制御方法。
ΔＴ２＋（ΔＴ１−ΔＴ２）・Ｂ／Ａ＝ΔＴ３’ ・・・（１）
ここで、Ａは空気排出口の風量、Ｂはバイパス空気吸入口を通過する風量である。
送風機の電流値を検出し、該電流値に基づいて、送風制御回路によって、空気排出口からの風量が一定になるように送風機を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の空調装置の運転制御方法。