JP4046339B2 - 環境試験システム - Google Patents

Description

本発明は、試験室内部空間を恒温・恒湿に調整、維持する環境試験システムに関し、特にエネルギ消費が少なくかつ設置の容易な環境試験システムに関する。

環境試験室は、試験室内部空間の温度や湿度を変化させて様々な環境条件をシミュレートすることによって、種々の環境下での試料の性能を測定・試験する場合や、植物の生育条件を見つける場合に用いられるなど、広範囲の産業分野で活用されている。

このような環境試験室は、温度制御を行うための冷却装置及び加熱装置、また、湿度制御のための除湿装置及び加湿装置と組合わされた一つのシステムとして運用されている。この環境試験室では、場合によっては室内を極めて低露点の状態に保つことが要求されるため、組合わされる除湿装置としては吸着式のものが用いられる。

このような環境試験室と組合わせて用いられる除湿装置は、長時間にわたって運転される場合が多く、供給空気の露点を低く維持しつつ消費エネルギの小さなものが求められている。こうした環境試験室と共に用いられる従来の除湿装置の一例として、特許２７３１４９９号公報に開示されるものがある。この従来の除湿装置は、消費エネルギを少なくするため、除湿用ロータにおけるパージゾーンや各処理ゾーンなどの角度範囲を適切なものとすると共に、熱交換器により、再生処理ゾーンを出た空気と、パージゾーンを出た空気及び再生予備処理ゾーンを出た空気の混合空気との間で熱交換を行い、熱エネルギを回収するものとなっている。
特許２７３１４９９号公報

前記特許文献１に開示された従来の除湿装置において、再生処理ゾーンを通過した後の加熱空気は高温多湿であり、この加熱空気が保有する熱を熱交換器で回収するようにしているが、熱交換対象の空気は、再生予備処理ゾーンとパージゾーンをそれぞれ通過して外気と比べ温度上昇したものであるため、再生処理ゾーンを出た加熱空気は熱交換器での熱交換を経ても十分に温度が下がらず、温度の高いまま熱交換器を出ることとなり、この加熱空気は大気中に排出するほかなく、排気を装置部分から屋外へ導く排出路としてのダクトを設ける必要があり、設備にコストがかかるという課題を有していた。

また、高温多湿である前記加熱空気が熱交換に伴い冷却されることで、熱交換器内に凝縮水が生じる場合もあることから、熱交換器と共に凝縮水排出用の管路を設ける必要があり、装置構造が複雑化し高コストになるという課題を有していた。

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、除湿装置と試験室とを一体化して建屋内に設置する場合に、建屋の外部に通じるダクトを、全く設けないかあるいは最小限の１本を設けるのみで済ませることができ、設置が容易で且つエネルギ消費の少ない環境試験システムを提供することを目的とする。

本発明に係る環境試験システムは、除湿ロータの脱着ゾーンから出た高温多湿空気と外気とを熱交換する熱交換器を設け、熱交換で温度の上昇した外気をヒータを介して脱着ゾーンへ通すようにしたため、除湿効率が向上すると共に、脱着ゾーンを出た空気の温度を、外気との熱交換により十分に下げることができ、この空気を建屋内部にも排出可能としている。

以上のように本発明によれば、システム外に排出される空気は、脱着ゾーンを出た後に外気との熱交換で十分に温度低下した空気と、試験室から一部排出される低湿空気の二種類のみとなることにより、システムから排出する空気の温度を低く抑えられ、建屋の内部に排出しても問題がなく、建屋外への排出経路を設けずに済み、設置コストを低減できるという効果を奏する。また、熱交換器において、最も温度差の大きな空気同士である外気と再生排気との間で熱交換を行うことから、熱回収率が大きくなり、システム全体でのエネルギ消費を少なくすることができるという効果を有する。

また、本発明によれば、脱着ゾーン出口側と熱交換器との間にブロワを設け、ブロワから出る空気が熱交換器を通過した後にシステム外へ排出されることにより、ブロワの騒音が直接外部へ到達しにくく、静粛性に優れ、空気を建屋の内部に排出する場合でも騒音の点で問題になることを防止できるという効果を有する。

また、本発明によれば、熱交換器の直下にブロワを設け、熱交換器で凝縮水が発生した場合に、この凝縮水をブロワへ流下させられることにより、凝縮水の排出路としてブロワに設けられているドレン管を共用でき、別途熱交換器用に凝縮水排出管路を設ける必要がなく、構造を簡略化でき、システム全体のコンパクト化も図れるという効果を有する。

また、本発明によれば、試験室内部空間へ送る空気量より、試験室内部空間から還流する空気量を少なくしていることにより、試験室内部空間が正圧となり、試験室内部空間へ外部から空気が侵入することがなく、試験室内部空間の空気を確実に低露点に維持できるという効果を有する。さらに、試験室内部空間へ送る空気を、試験室内部空間から還流された空気と、その不足分を補う外気としていることから、試験室内部空間の空気の一部は常に換気されることとなり、試験室内部空間における作業者への酸素供給を確保できるという効果を有する。

また、本発明によれば、試験室から還流させた空気を除湿ロータのパージゾーンにも導入し、パージゾーンを通過する空気の湿度を低減することにより、パージゾーンにおけるパージ作用をさらに促し、除湿ロータの性能をより一層発揮させられ、吸着ゾーンを通過して試験室に供給される空気を確実に低湿度に維持できる。

本発明の請求項１に記載の発明は、除湿ロータを吸着ゾーン、脱着ゾーン、パージゾーンとに分割し、脱着ゾーンから出た高温・多湿空気と外気とを熱交換する熱交換器を設け、熱交換で温度の上昇した外気をヒータを介して脱着ゾーンへ通すようにしており、確実に熱回収を行えると共に、脱着ゾーンを出た空気の温度を十分に下げて放出できる。

以下、本発明の環境試験システムの実施例について図１及び図２に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の環境試験システムのブロック図、図２は本発明の環境試験システムの要部断面図である。乾式除湿装置をなす除湿ロータ１は、セラミックペーパなどをハニカム（蜂の巣）状に配置して回転軸方向と略平行に空気流通可能な回転体として形成され、これにシリカゲルや親水性ゼオライトなどの湿気吸着剤を担持させたものである。

この除湿ロータ１はギヤドモータ（図示せず）によって２５ｒｐｈ程度の速度でゆっくりと回転し、流通する空気に対する湿分の吸着ゾーン２とパージゾーン３、並びに脱着ゾーン４とに分割されている。

外気ＯＡは外気ダクト５を介して処理ブロワ６の吸込み側に導かれ、処理ブロワ６によってパージゾーン３と吸着ゾーン２へと送られる。吸着ゾーン２を出た乾燥空気は試験室７の内部空間に供給空気ＳＡとして供給される。

試験室７内部の空気は還気ＲＡとして処理ブロワ６の吸い込み側に戻される。例えば供給空気ＳＡの量を７５０ｍ³／ｈとすると、この還気ＲＡの量は、７４０ｍ³／ｈとなるように調節され、この差の空気量１０ｍ³／ｈの分だけ試験室７から排気孔（図示せず）を通して排出される。試験室７からの還気ＲＡを再び除湿ロータ１の吸着ゾーン２へ送込むため、試験室７内の空気の露点を極めて低くすることができる。

処理ブロワ６から出た空気はパージゾーン３へも送られる。このパージゾーン３に流通する空気によって、除湿ロータ１の湿分脱着直後で高い温度となっていた部分が冷却され、逆にパージゾーン３を通過した空気は温度が上昇する。この温度が上昇した空気はヒータ８で加熱されて脱着ゾーン４へ入る。試験室７からの還気ＲＡの一部がパージゾーン３にも向うため、乾燥度の高まった空気を導入できることとなり、パージゾーン３におけるパージ効果を増大させられる上、さらに下流側の脱着ゾーン４での再生効果も向上させられる。

一方、外気ダクト５を通った外気は熱交換器９を通過してその温度を高められた後、パージゾーン３を通過した空気と混合されてヒータ８で加熱され脱着ゾーン４に入る。脱着ゾーン４では加熱された空気で吸着剤が再生される一方、空気は湿分を取込んで多湿となる。

この脱着ゾーン４を出た高温多湿空気は、送出し用の脱着ブロワ１０によって上方の熱交換器９に送られる。熱交換器９は２つの空気の間で顕熱交換を行うものである。つまり熱交換器９によって、脱着ゾーン４を出た高温多湿空気と外気ＯＡとの間で熱交換が行われる。これによって外気ＯＡは温度が上昇し、逆に脱着ゾーン４を出た高温多湿空気は温度が下がる。前記脱着ブロワ１０は、図２に示すように熱交換器９の直下に設けられている。この脱着ブロワ１０にはブロワ内で生じたドレンを外部へ排出するためのドレンパイプ１３が取り付けられている。

この環境試験システムの中で最も温度が高い空気は、ヒータ８を出た直後の空気であり、脱着ゾーン４を通過した空気は、それに次いで温度が高く、外気ＯＡは最も温度が低い。よって熱交換器９によるエネルギ回収効率が高い。

脱着ゾーン４を出た高温多湿空気の温度が熱交換器９で低下するため、熱交換器９内部で結露（凝縮水）の生じる場合がある。よって、熱交換器９にはドレン管（図示せず）を設けることが望ましいが、熱交換器９の直下に脱着ブロワ１０を配置していることから、図２に示すように、凝縮水を脱着ブロワ１０側へそのまま流下させて脱着ブロワ１０のドレンパイプ１３を共用することができ、熱交換器９内で凝縮水が生じても問題なく排出できる。また、こうした凝縮水が発生するような場合には、熱交換器９によって凝縮熱まで回収できることとなり、熱回収効率がより一層高まる。
以上の説明の各構成要素は一体にまとめられて環境試験システム１１を構成し、この環境試験システム１１は建屋１２の中に設置される。

ここで、各部分を通過する空気量の一例について説明する。外気ＯＡは外気ダクト５を２２０ｍ³／ｈで通過する。この内、１５５ｍ³／ｈが熱交換器９へと流れ、６５ｍ³／ｈの外気と７４０ｍ³／ｈの還気ＲＡとが混合して合計８０５ｍ³／ｈの空気が処理ブロワ６を通過する。

この処理ブロワ６を通過した空気の内、５５ｍ³／ｈの空気がパージゾーン３を通過し、７５０ｍ³／ｈの空気が処理ゾーン２を通過して環境試験室７へ送られる。パージゾーン３を通過した５５ｍ³／ｈの空気は熱交換器９を通過した１５５ｍ³／ｈの空気と混合されて２１０ｍ³／ｈの空気となってヒータ８を通過する。

上記より熱交換器９を通過する高温多湿空気の量は２１０ｍ³／ｈとなり、１５５ｍ³／ｈの外気ＯＡと熱交換を行う。すなわち、外部へ排出されようとする高温多湿空気の量の方が脱着ゾーン４へ送られる空気の量より多く、これによって十分な熱回収が行え、脱着ゾーン４へ送られる空気の温度をできるだけ高めてエネルギ消費を抑制することができる。

一方、排出される高温多湿空気は熱交換器９で十分温度を下げられることから、環境試験システム１１より排出する空気を建屋１２の内部に排出しても問題が起りにくく、環境試験システム１１の設置にあたっては、外気を導入する外気ダクト５のみ建屋１２の外から設置すればよい。

なお、前記実施例では、環境試験システム１１へ外気ダクト５によって建屋１２外から外気を導入するようにしたが、ダクト５を用いることなく建屋１２内の空気を環境試験システム１１へ導くようにしてもよい。この場合は、設置工事に際してダクト工事が全く不要となる。

本発明は、試験室の中を恒温・恒湿に調整する環境試験システムで、特にエネルギ消費が少なく且つ設置の容易なシステムを提供できる。

本発明の環境試験システムのブロック図である。 本発明の環境試験システムの要部断面図である。

符号の説明

１ 除湿ロータ
２ 吸着ゾーン
３ パージゾーン
４ 脱着ゾーン
５ 外気ダクト
６ 処理ブロワ
７ 試験室
８ ヒータ
９ 熱交換器
１０ 脱着ブロワ
１１ 環境試験システム
１２ 建屋
１３ ドレンパイプ

Claims (5)

1. 内部に対し回転軸方向と略平行に空気流通可能とされる回転体からなる除湿ロータを有し、且つ当該除湿ロータの空気流通部分が、流通する空気に対する湿分の吸着ゾーンと脱着ゾーン、並びにパージゾーンとに分けられてなる乾式除湿装置を用いて、処理対象の空気を除湿処理した上で所定の試験室内部空間に連続的に供給する環境試験システムにおいて、
   前記脱着ゾーンで湿分を脱着後、脱着ゾーンから流出した高温多湿空気と、別途屋外から取入れた外気の一部で前記高温多湿空気より少量の空気とを熱交換し、高温多湿空気の温度を凝縮水が発生する温度まで低下させる熱交換器を設け、熱交換後の前記高温多湿空気を排出する一方、前記熱交換を経て温度の上昇した外気を、当該外気に前記熱交換器より後段側で合流する前記パージゾーンを通過した空気と共に、一旦ヒータで温度を上昇させた後、前記脱着ゾーンへ通すことを特徴とする環境試験システム。
   
2. 前記脱着ゾーン出口側と熱交換器との間に、前記高温多湿空気の送出用ブロワを設けることを特徴とする前記請求項１に記載の環境試験システム。
3. 前記ブロワが、前記熱交換器の直下に配設されると共に、ドレン排出用のドレン管を備えることを特徴とする前記請求項２に記載の環境試験システム。
4. 前記試験室内部空間に供給された空気の大部分を、試験室から前記除湿ロータの上流側へ還流させ、屋外から取入れた外気と混合の上、少なくとも除湿ロータの吸着ゾーンに導く一方、試験室内部空間に供給された空気の残り割合分を還流させることなく試験室外へ排出し、試験室内部空間に供給される空気中に、外気に基づく新規供給分を常に所定量確保することを特徴とする前記請求項１ないし３のいずれかに記載の環境試験システム。
5. 前記試験室から前記除湿ロータの上流側へ還流され、屋外から取入れた外気と混合された空気が、前記除湿ロータのパージゾーンにも導入されることを特徴とする前記請求項４に記載の環境試験システム。