JP4798492B2

JP4798492B2 - 除湿装置

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Publication number: JP4798492B2
Application number: JP2006086318A
Authority: JP
Inventors: 康博頭島; 匠杉浦; 伊津志福井
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2007260506A

Description

本発明は除湿装置に係り、特にディスプレイデバイスや半導体デバイス製造等の低湿度環境を必要とする製品を製造するためのドライルームへ低湿度空気を供給する除湿装置に関する。

ディスプレイデバイスや半導体デバイス等の各種マイクロデバイスの製造において、超低湿度空間であるドライルーム設備が必要とされている。このドライルームに供給する低湿度空気を製造する装置として、除湿ロータを有する乾式の除湿装置が知られている。この除湿装置は、除湿ロータの水分を脱離するために温熱源が必要であり、脱離させるための加熱温度が１４０〜１６０℃と高温のため、電気ヒータが用いられている。

また、この除湿装置は、２４時間連続運転で所定の給気露点温度以下の空気をドライルームに供給し続けるものが多く、従来は部分負荷になっても運転を制御することなく一定の運転を実施していたため、ランニングコストが大幅にかかっていた。

そこで、ランニングコストを削減するために、部分負荷時に過度の運転を極力避け、最適な運転を行うことで消費電力を削減するコントローラを組み込んだ除湿装置が特許文献１に示されている。

特許文献１等に示される除湿装置の代表的な構造を図１１に示す。

同図の如く、除湿装置１の機内に流通する空気は、除湿される空気である処理側空気、及び高温加熱されて水分放出に使用される再生側空気の二つに分かれている。また、ハニカムロータ型の除湿ロータ２は処理領域２Ａ、再生領域２Ｂの二つの領域を持ち、その内部には塩化リチウムや塩化カルシウム等の除湿剤が充填されている。処理側空気の流路である処理側流路には、処理側送風機３及び除湿ロータ２が設置されており、再生側流路には再生側送風機４及び再生用加熱器５が設置されている。更に、再生側送風機４には送風機制御部６が設けられ、再生用加熱器５には加熱量制御部７が設けられている。また、処理側空気出口には湿度センサ（露点検出器）８が取り付けられ、その測定値から運転状態を制御するためのコントローラ９が設けられている。

処理側空気は、処理側送風機３により処理側流路を通り除湿ロータ２の処理領域２Ａを通過する。この際、空気中に含まれる水分が除湿ロータ２に吸着されると同時に、吸着される際に発生する吸着熱により空気が加熱される。

一方、再生側空気は、再生側送風機４によりドライルーム（不図示）から吸引され、再生用加熱器５によって所定の温度まで加熱されて除湿ロータ２の再生領域２Ｂを通過する。ここで、除湿ロータ２は、処理領域２Ａにおいて処理側空気から水分を吸着した後、再生領域２Ｂへ所定の速度で回転されている。再生用加熱器５によって所定の温度まで昇温された再生側空気は、除湿ロータ２の再生領域２Ｂを通過する際に、再生領域２Ｂに吸着している湿分を離脱させ、除湿ロータ２を再生する。一方、離脱した水分は再生側空気中に気化し、再生側空気は高温の高湿度の空気となり、一部は再度再生に利用するために再生用加熱器５に循環され、残りが乾式除湿機の機外に排気される。

ここで、特許文献１の除湿装置は、除湿負荷に応じた運転を行うため、処理側空気出口の空気（ドライエア）の湿度を湿度センサ８によって測定し、その測定値に応じてコントローラ９が再生用加熱器５の加熱量制御部７や再生用送風機４の送風量制御部６を制御し、所定の能力を維持した状態で消費電力の削減を図っていた。
特開平６−６３３４４号公報

しかしながら、特許文献１の除湿装置は、低湿度空気（露点温度−５０℃以下の空気）を製造する場合において、処理側空気出口の空気の湿度を測定する湿度センサ８が高精細なものとなるため高価になり、また、微量水分測定になるため精度の問題や湿度センサ８自身の応答性が著しく低下する等の問題があった。

また、除湿ロータ２の出口の湿度によって制御すると、除湿ロータ２の回転数が１時間に１０回転程度の低速であるために負荷変動に対する応答性が悪くなり、また、除湿ロータ２の入口の空気状態の変動に対する時間遅れが発生する等の問題があった。なお、除湿ロータ２が低速で回転される理由は、再生領域２Ｂにおいて除湿剤を完全に乾燥させるためである。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高精細な湿度センサを用いることなく汎用の湿度センサを用いて低湿度空気を製造することができるとともに、除湿ロータの制御に対する応答性のよい除湿装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、湿分の調整を必要とする処理側空気を搬送する処理側送風機、該処理側送風機によって搬送されてきた処理側空気中の湿分を回転しながら吸着する除湿ロータ、該除湿ロータから湿分を除去するための再生側空気を加熱する再生用加熱器、該再生用加熱器によって加熱された再生側空気を前記除湿ロータに搬送する再生側送風機を備えるとともに、前記除湿ロータが、前記処理側空気の湿分を吸着により除去する処理領域、前記加熱された再生側空気により除湿ロータに吸着している湿分を除去する再生領域に少なくとも分割された除湿装置において、前記除湿ロータの前記処理領域に流入する処理側空気の絶対湿度を測定する湿度センサ、該湿度センサによって測定された絶対湿度、予め設定された除湿ロータ処理領域出口における露点設定値に基づいて、前記再生側送風機の送風機制御部、及び前記再生用加熱器の加熱器制御部を制御する運転状態演算部を有し、前記再生側送風機を制御して再生側空気の風量を調整する送風機制御部、前記再生用加熱器を制御して再生側空気の加熱温度を調整する加熱器制御部を備え、前記運転状態演算部は、演算して求めた演算値に基づいて前記送風機制御部、及び前記加熱器制御部を制御し、前記除湿ロータの再生領域の出口温度を測定する温度センサ、除湿ロータの再生領域通過前後の再生側空気の差圧を測定する差圧センサ、前記温度センサによって測定された前記出口温度、及び前記差圧センサによって測定された差圧に基づいて、除湿ロータの再生領域を通過する風量を演算する風量演算部を備え、前記運転状態演算部は、前記風量演算部で演算された風量に基づいて、前記送風機制御部、及び前記加熱器制御部をフィードバック制御することを特徴とする。

本発明によれば、除湿ロータの処理領域入口の絶対湿度（単位体積の空気に含まれる水蒸気の空気体積に対する比）に基づいて除湿装置を制御するので、応答性が飛躍的に向上する。また、その絶対湿度を測定する湿度センサは、除湿ロータの処理領域出口において微量水分を測定する従来の高価な湿度センサを使用する必要がないため、汎用の湿度センサを用いることができる。この湿度センサによって測定された絶対湿度と、予め設定された除湿ロータ処理領域出口における露点設定値とに基づいて運転状態演算部が除湿装置の最適な運転状態を演算し、この演算結果に基づいて除湿装置の運転をフィードフォワード制御する。これにより、負荷に応じた最適運転を実現でき、消費電力を削減できる。

再生用加熱器によって加熱される再生側空気の風量を少なくすれば再生用加熱器の消費電力を削減できる。また、除湿ロータの出口の処理側空気の露点が所定値に設定されている場合、再生側空気の風量と除湿ロータの除湿能力とは比例関係にあり、すなわち、処理側空気の湿度が高くなれば、再生側空気の風量を増加させて除湿ロータの除湿能力を高める必要がある。逆に言えば、処理側空気の湿度が低ければ、再生側空気の風量を増加させる必要はなく、除湿ロータの除湿能力をそれほどにまで高める必要がない。

この観点から本発明は、除湿ロータの処理領域入口の絶対湿度に基づく、除湿ロータの出口の処理側空気の露点を満足する再生側空気の風量を予め取得しておき、運転状態演算部は、前記絶対湿度に基づいて送風機制御部、加熱器制御部を制御して、除湿ロータの出口の処理側空気の露点を満足するように再生側空気の風量、及び再生用加熱器の消費電力を制御する。これにより、負荷（処理側空気の湿度）に応じた最適運転を実現でき、再生用加熱器の消費電力を削減できる。

本発明の前記除湿ロータは、除湿ロータを低温の空気によって冷却するパージ領域を有し、該パージ領域を通過したパージ空気は、前記処理側空気となって前記再生用加熱器により加熱されて除湿ロータの再生領域を通過し、該通過したパージ空気の一部は排気されるとともに、残りのパージ空気は、前記再生用加熱器により再生側空気として再加熱されて除湿ロータの再生領域に搬送され、前記運転状態演算部は、演算して求めた演算値に基づいて前記パージ空気の排気量、パージ空気冷却手段、及び前記加熱器制御部を制御することを特徴とする。

再生領域で再生された高温の除湿ロータが、高温の状態で処理領域に移動すると処理側空気の処理能力が低下する。特に、除湿剤がシリカゲルの場合には、シリカゲルを一旦冷却しなければ除湿作用を十分に発揮できない。このため、除湿ロータにパージ域を持たせ、再生領域にて再生された高温の除湿ロータを、パージ領域にて低温の空気、例えば処理側空気によって冷却した後、処理領域に移動させる。また、パージ領域を通過した高温のパージ空気は、処理側空気として利用され、再生用加熱器の負荷を軽減している。そして、除湿ロータの再生領域を通過したパージ空気は、その一部が大気に排気され、残りのパージ空気が再生用加熱器に戻された後、再生側空気として再加熱されて除湿ロータの再生領域に再搬送される。以上により、パージ領域を通過するパージ空気の風量は、排気風量と等しいことが分かる。

上記前提の下、パージ空気の風量を減少させれば、パージ領域の冷却能が低下するとともに再生領域を通過するパージ空気の湿度が高くなり再生領域の再生能も低下する傾向にあるが、除湿ロータの処理領域入口の処理側空気の絶対湿度が低ければ、パージ空気の風量を少なくしても除湿装置の運転に支障はない。よって、運転状態演算部が、除湿ロータの処理領域入口の処理側空気の絶対湿度に基づいてパージ空気の排気量、パージ空気冷却手段、及び加熱器制御部を制御することにより、パージ空気冷却手段及び再生用加熱器の消費電力を削減できる。なお、勿論であるが、運転状態演算部の前記制御は、除湿ロータの処理領域出口の処理側空気の露点（設定値）を満足するように制御している。

本発明は、前記除湿ロータの再生領域の出口温度を測定する温度センサ、除湿ロータの再生領域通過前後の前記パージ空気の差圧を測定する差圧センサ、前記温度センサによって測定された前記出口温度、及び前記差圧センサによって測定された差圧に基づいて、除湿ロータの再生領域を通過する風量を演算する風量演算部を備え、前記運転状態演算部は、前記風量演算部で演算された風量に基づいて、前記パージ空気の排気量、パージ空気冷却手段、及び前記加熱器制御部をフィードバック制御することを特徴とする。

本発明は、除湿ロータの再生領域を通過する再生側空気（パージ空気）の風量が予め取得されていることを前提とし、その風量を取得するためになされた発明である。すなわち、除湿ロータは空気抵抗体であるため、除湿ロータの再生領域通過前後の再生側空気（パージ空気）の差圧を差圧センサによって測定する。風量演算部は、この差圧（圧力損失）に基づいて再生領域を通過した空気の体積を求めるとともに、求めた体積を、温度センサによって測定された再生領域の出口温度で温度補正する。これにより、再生領域を通過した実際の風量を算出することができる。そして、運転状態演算部は、前記風量演算部で演算された単位時間当たりの風量に基づいて、送風機制御部、加熱器制御部、パージ空気の排気量、パージ空気冷却手段、加熱器制御部をフィードバック制御する。

本発明に係る除湿装置によれば、除湿ロータの処理領域入口の空気状態から除湿装置の最適運転状態を演算し、演算結果に基づいて除湿装置の運転を制御したので、応答性のよい制御を実現できるとともに、負荷に応じた最適運転を実現して消費電力を削減することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る除湿装置の好ましい実施の形態について説明する。

図１には、第１の実施の形態の除湿装置１０Ａの構造図が示されている。この除湿装置１０Ａは除湿ロータ１２を有し、除湿ロータ１２は、不図示のモータ等の駆動手段によって、軸１４を中心に所定の速度（例えば１０ｒｐｈ）で回転される。また、除湿ロータ１２はその外装部がハニカム構造であり、その内部にシリカゲルやゼオライト等の除湿剤（不図示）が充填されている。

また、除湿ロータ１２の領域は、不図示のケーシングや仕切り板によって処理領域１６と再生領域１８とに仕切られており、除湿剤は除湿ロータ１２の回転によって、処理領域１６から再生領域１８へ、そして、再生領域１８から処理領域１６への順に一定の速度で同方向に回転移動される。

除湿ロータ１２の処理領域１６には、その出入口において給気ライン２０、２２が接続されている。除湿ロータ１２の右側の給気ライン２０は不図示の低露点室（ドライルーム）に連通され、左側の給気ライン２２には処理側送風機２４が設けられている。また、給気ライン２２は分岐されるとともに、分岐された一方のライン２６は外気に連通され、他方のライン２８は低露点室に連通されている。更に、ライン２６には外気冷却コイル３０が設けられ、ライン２８には環気冷却コイル３２が設けられている。

したがって、処理側送風機２４が駆動されると、外気が外気冷却コイル３０によって冷却されて給気ライン２２に取り込まれるとともに、低露点室内の湿度略ゼロの環気空気が環気冷却コイル３２によって冷却されて給気ライン２２に取り込まれる、よって、除湿ロータ１２の処理領域１６には、低温の外気と環気空気とが混合された処理側空気が通過し、この処理側空気は処理領域１６の除湿剤によって除湿され、除湿されたドライエアの処理側空気が低露点室に給気される。よって、低露点室を低露点環境に保つことができる。なお、リチウム電池製造用のドライルームに要求される露点温度（ＤＰ）は、−５０℃である。

処理側空気の絶対湿度（ｇ／ｋｇＤＡ）は、湿度センサ３４によって測定される。この湿度センサ３４は、除湿ロータ１２の処理領域１６に対して上流側に位置する給気ライン２２に取り付けられ、処理領域１６の入口の絶対湿度を測定する。この測定値は運転状態演算器３６に出力され、運転状態演算器３６は前記測定値に基づいて、後述する再生側送風機３８の送風機制御部（インバータ）３９、及び再生用加熱器４０の加熱器制御部４１を制御する。

一方、除湿ロータ１２の再生領域１８には、再生ライン４２、４４が接続される。再生ライン４２の上流側は低露点室に連通されており、再生ライン４４には再生側送風機３８が設けられている。したがって、再生側送風機３８が駆動されると、低露点室で使用された空気が再生側空気として再生ライン４２に取り込まれ、再生ライン４２に設けられた再生用加熱器４０によって約１４０℃〜１６０℃に加熱された後、除湿ロータ１２の再生領域１８に供給される。この加熱された再生側空気が再生領域１８を通過することによって、再生領域１８の除湿剤が加熱され、除湿剤に吸着された水分が離脱される。これにより、除湿剤の除湿能力が回復するので、除湿剤が再び処理領域１６を通過した際に、処理側空気の水分を吸着除去することができる。

なお、再生領域１８を通過した再生側空気は、一部が再生ライン４４を介して大気に排気されるとともに、残りの一部は、再生ライン４４に接続された循環ライン４６を介して再生用加熱器４０の上流側の再生ライン４２に戻される。したがって、再生領域１８を通過した再生側空気の一部は、再生領域１８を再生する空気として循環利用される。このように再生側空気の一部を循環利用することによって、再生側空気の加熱に必要な再生用加熱器４０の消費電力を削減することができる。

このように構成された除湿装置１０Ａによれば、処理側空気は処理側送風機２４によって除湿装置１２の処理領域１６を通過し、この通過中に処理側空気の湿分が除湿剤により除去される。

一方、再生ライン４２では、再生側送風機３８により再生領域１８を通過後の再生側空気の一部と、低露点室からの再生側空気とが再生用加熱器４０の上流側で混合され、混合された再生側空気は、再生用加熱器４０によって所定の温度まで加熱され、除湿ロータ２２の再生領域１８を通過する。

ここで、除湿ロータ１２は、所定の速度で回転され、処理領域１６において処理側空気から水分を吸着した後、再生領域１８へと移動されている。そして、再生領域１８に移動してくると、再生用加熱器４０により所定の温度まで加熱された再生側空気が、除湿ロータ１２の再生領域１８を通過する。この際に、再生領域１８の除湿剤に吸着されている湿分が離脱され、除湿ロータ１２が再生される。

また、実施の形態の除湿装置１０Ａでは、処理領域１６の入口において処理側空気の絶対湿度を測定する湿度センサ３４と、その測定値から最適運転状態を演算する運転状態演算器３６を備え、運転状態演算器３６によって算出された演算結果になるように再生側送風機３８の送風機制御部３９、及び再生用加熱器４０の加熱器制御部４１を制御している。これにより、除湿装置１０Ａによれば、負荷（処理側空気の絶対湿度）に応じた省エネルギな運転状態を実現することができる。

ところで、図１に示した乾式の除湿装置１０Ａでは、処理領域１６の出口の絶対湿度（給気露点温度）が、再生領域１８の再生温度や再生風量、及び除湿ロータ１２の入口の絶対湿度と相関があることが知られている。このため、導入外気量の変化や外気条件（温湿度）の変化、及び低露点室の負荷変動等に起因して、除湿ロータ１２の入口の絶対湿度が変化した場合には、所定の性能を発揮するために再生風量や再生温度を制御する必要がある。

図２は、除湿ロータ１２の特性の一例が示されている。この図は、低露点室に必要な給気露点温度条件（−５０℃ＤＰ）が設定されている場合の、除湿ロータ１２の入口の絶対湿度（横軸）と再生風量比（再生側空気／処理側空気）（％）（横軸）の相関が示されている。

同図によれば、湿度センサ３４により測定される絶対湿度に応じて、最適な再生風量比が異なることが分かる。例えば、−５０℃ＤＰの条件下において、湿度センサ３４により２．５ｇ／ｋｇＤＡの絶対湿度が測定された場合には、再生風量比が２５％となるように、運転状態演算器３６が再生側送風機３８の送風機制御部３９、及び再生用加熱器４０の加熱器制御部４１を制御する。

すなわち、運転状態演算器３６の記憶部には、あらかじめ取得した図２の相関データが記憶されており、このデータを用いて運転状態演算器３６は、再生領域１８の再生風量や、その再生風量に応じた再生用加熱器４０の消費電力を演算する。これにより、除湿装置１０Ａによれば、処理側空気の絶対湿度（負荷）に応じた最適運転を実現できるので、再生側送風機３８及び再生用加熱器４０の消費電力を削減できる。

また、この除湿装置１０Ａでは湿度センサ３４として、高分子型の汎用湿度センサを適用でき、低コスト化が図られるとともにセンサ精度も高いため高精度な制御を行うことができる。また、除湿装置１０Ａは、処理領域１６の入口の空気状態（絶対湿度）で制御するため、処理領域の出口の空気状態（ドライエア）で制御する従来の除湿装置と比較し、除湿ロータ１２での時間遅れの影響が無くなり、多制御性の高い運転が可能となる。

図３には、除湿装置１０Ｂの参考例の構成が示され、図１に示した除湿装置１０Ａと同一又は類似の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。

この除湿装置１０Ｂは、図１に示した除湿装置１０Ａの処理側空気の絶対湿度を測定する湿度センサ３４に代わり、除湿装置１０Ｂに導入される外気の絶対湿度を測定する外気湿度センサ５０が設けられ、この外気湿度センサ５０で測定された外気の絶対湿度に基づいて、最適運転状態の演算を運転状態演算器３６によって行う装置である。

この除湿装置１０Ｂによれば、除湿ロータ１２に導入される外気の絶対湿度と、低露点室から戻された低湿度空気の湿度（湿度が略ゼロ）とに基づいて算出された絶対湿度であって除湿ロータ１２の処理領域１６に流入する処理側空気の絶対湿度と、予め設定された除湿ロータ１２の出口の露点設定値（給気露点温度条件）とに基づいて、運転状態演算器３６が再生側送風機３８、及び再生用加熱器４０の必要な最適運転状態を演算し、この演算結果に基づいて送風機制御部３９、及び加熱器制御部４１をフィードフォワード制御する。これにより、外気の絶対湿度（負荷）に応じた最適運転を実現でき、再生側送風機３８、及び再生用加熱器４０の消費電力を削減できる。また、外気の絶対湿度を測定する外気湿度センサ５０としては、湿度センサ３４と同様に高分子型の汎用湿度センサを適用できるので、低コスト化が図られるとともにセンサ精度も高いため高精度な制御を行うことができる。

図１、図３に示した除湿装置１０Ａ、１０Ｂでは、再生用加熱器４０によって加熱される再生側空気の風量を少なくすれば再生用加熱器４０の消費電力を前述の如く削減できる。また、除湿ロータ１２の出口の露点設定値を所定値に制御する場合、再生側空気の風量と除湿ロータ１２の除湿能力とは比例関係にあり、すなわち、処理側空気の絶対湿度が高くなれば、再生側空気の風量を増加させて除湿ロータの能力を高める必要がある。逆に言えば、処理側空気の絶対湿度が低ければ、再生側空気の風量を増加させる必要はなく、除湿ロータの能力をそれほどまでに高める必要がない。

このような観点から除湿装置１０Ａ、１０Ｂでは、除湿ロータ１２の処理領域１６の入口の絶対湿度に基づく、除湿ロータ１２の出口の露点設定値を満足する再生側空気の風量を予め取得しておき、運転状態演算器３６が、前記絶対湿度に基づいて送風機制御部３９、及び加熱器制御部４１を制御して、除湿ロータ１２の出口の露点設定値を満足するように再生側空気の風量、及び再生用加熱器４０の消費電力を制御する。これにより、負荷（処理側空気の湿度）に応じた最適運転を実現でき、再生側送風機３８及び再生用加熱器４０の消費電力を削減できる。

図４には、第２の実施の形態の除湿装置１０Ｃの構成が示され、図１に示した除湿装置１０Ａと同一又は類似の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。

この除湿装置１０Ｃは、図１に示した除湿装置１０Ａに対し、除湿装置１２にパージ領域１７を持たせるとともに、再生ライン４４に処理側空気（パージ空気）の排気量を調整する流量制御ダンパ５２を設けたものである。また、運転状態演算器３６が、湿度センサ３４によって測定された絶対湿度に基づいて流量制御ダンパ５２を制御することにより処理側空気（パージ空気）の排気量を制御するとともに、パージ空気冷却手段である外気冷却コイル３０、及び加熱器制御部４１を制御するものである。

パージ領域１７を持たせた理由について説明すると、再生領域１８で再生された高温の除湿ロータ１２が、高温の状態で処理領域１６に移動すると処理側空気の処理能力が低下する。特に、除湿剤がシリカゲルの場合には、シリカゲルを一旦冷却しなければ除湿作用を十分に発揮できない。このため、除湿ロータ１２にパージ領域１７を持たせ、再生領域１８にて再生された高温の除湿ロータ１２を、パージ領域１７にて低温の空気、例えば処理側空気によって冷却した後、処理領域１６に移動させる。以上が除湿ロータ１２にパージ領域１７を持たせた理由である。

また、パージ領域１７を通過した高温のパージ空気は、処理側空気として利用され、再生用加熱器４０の負荷を軽減している。そして、除湿ロータ１２の再生領域１８を通過したパージ空気は、その一部が再生ライン４４を介して大気に排気され、残りのパージ空気が循環ライン４６を介して再生用加熱器４０に戻された後、再生側空気として再加熱されて除湿ロータ１２の再生領域１８に再搬送される。以上により、パージ領域１７を通過するパージ空気の風量は、排気風量と等しいことが分かる。

上記前提の下、パージ空気の風量を減少させれば、パージ領域１７の冷却能が低下するとともに再生領域１８を通過するパージ空気の湿度が高くなり再生領域１８の再生能も低下する傾向にある。

図５には、パージ風量比と除湿効率の相関が示されている。図５の横軸は、パージ風量比（パージ風量／処理風量）が示され、縦軸は除湿効率（除湿ロータ１２の再生領域１８における入・出口絶対湿度差／入口絶対湿度）（％）が示されている。同図によれば、パージ風量比が小さくなるに従い、すなわち、パージ空気の風量が減少するに従い、再生領域１８の再生能が低下することが分かる。

しかしながら、除湿ロータ１２の処理領域１６の入口の処理側空気の絶対湿度が低ければ、パージ領域１７を通過するパージ空気の風量を少なくしても除湿装置１０Ｃの運転に支障はない。

したがって、この除湿装置１０Ｃによれば、運転状態演算器３６が、湿度センサ３４によって測定される絶対湿度、すなわち、除湿ロータ１２の処理領域１６の入口の処理側空気の絶対湿度に基づいて流量制御ダンパ５２を制御することにより処理側空気（パージ空気）の排気量を制御し、また、パージ空気冷却手段である外気冷却コイル３０、及び加熱器制御部４１を制御することにより、外気冷却コイル３０び再生用加熱器４０の消費電力を削減できる。なお、勿論であるが、運転状態演算器３６の前記制御は、除湿ロータ１２の処理領域１６の出口の処理側空気の露点（設定値）を満足するように制御している。

図６には、パージ風量比と消費電力の相関が示されている。図５の横軸は、パージ風量比（パージ風量／処理風量）が示され、縦軸は消費電力（ｋＷ）が示されている。また、同図によれば、再生用加熱器４０の消費電力が◆印で、外気冷却コイル３０の消費電力が■印で、その電力合計が▲印で示されている。同図によれば、パージ風量比が小さくなるに従い、すなわち、パージ空気の風量が減少するに従い、再生用加熱器４０の消費電力、及び外気冷却コイル３０の消費電力を削減できることが分かる。一例として、パージ風量比を約０．２２５に設定すると電力合計が１４．７ｋＷとなるが、パージ風量比を約０．１４に設定すると電力合計が１３．６ｋＷとなる。

図７には、除湿装置１０Ｄの参考例の構成が示され、図４に示した除湿装置１０Ｃと同一又は類似の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。

この除湿装置１０Ｄは、図４に示した除湿装置１０Ｃの処理側空気の絶対湿度を測定する湿度センサ３４に代わり、除湿装置１０Ｄに導入される外気の絶対湿度を測定する外気湿度センサ５０を設け、この外気湿度センサ５０で測定された外気の絶対湿度に基づいて、最適運転状態の演算を運転状態演算器３６によって行う装置である。

この除湿装置１０Ｄによれば、図４の除湿装置１０Ｃと同様に再生用加熱器４０の消費電力、及び外気冷却コイル３０の消費電力を削減することができる。

図８に示す第３の実施の形態の除湿装置１０Ｅには、除湿ロータ１２の再生領域１８を実際に通過する、再生側空気（パージ空気）の風量を取得するための構造が示されている。

この風量取得構造によれば、除湿ロータ１２の再生領域１８の通過前後の再生側空気（パージ空気）の差圧を差圧計５６によって測定する。風量演算器５８は、この差圧（圧力損失）に基づいて再生領域１８を通過した空気の体積を求めるとともに、求めた体積を、再生ライン４４の温度センサ６０によって測定された再生領域１８の出口温度で温度補正する。これにより、再生領域１８を通過した実際の風量を算出することができる。そして、運転状態演算器３６は、風量演算器５８で演算された単位時間当たりの風量に基づいて、送風機制御部３９、加熱器制御部４１、外気冷却コイル３０、及び流量制御ダンパ５２をフィードバック制御する。特に、風量演算器５８で演算した風量値を送風機制御部３９に現在値として入力することにより、再生風量の制御精度が向上する。

図９は、除湿ロータ１２の再生領域１８の通過前後の再生側空気の差圧（Ｐａ）（横軸）と再生領域１８を通過する面風速（ｍ／ｓ）（縦軸）との相関を示したグラフである。この面風速に再生領域１８の有効面積を乗算すれば単位時間当たりの風量を算出することができる。また、同図では、出口温度８０℃と１００℃のグラフが示されており、差圧と面風量とは比例関係にあることが分かる。

ここで風量算出方法及び温度補正の考え方について説明する。

除湿ロータ１２は一種の抵抗体であり、その圧力損失は面風速のべき乗に比例する。このべき乗の数値は除湿ロータ１２の形状に依存する。

そのため、除湿ロータ１２の圧力損失ΔＰとロータ通過面風速Ｖの関係は、除湿ロータ１２通過前後の平均温度Ｔに依存し、図９のように実験値としてΔＰ−Ｖの関係が与えられる。（なお、Ｖは面風速を示すが、温度を２０℃としたときの数値である。）
したがって、風量Ｑの算出は、
（１）圧力損失の実測値ΔＰ（Ｐａ）及び実測した温度Ｔｒ（℃）から算出される平均温度Ｔ（℃）から、（２）圧力損失ΔＰ（Ｐａ）圧力・平均温度Ｔ（℃）に対応する面風速Ｖ（ｍ／ｓ）を経験式（実験値）から算出、（３）面風速Ｖ（ｍ／ｓ）と有効通過面積Ａ（ｍ²）を掛けることにより算出する。

ここで（３）で算出した風量Ｑ（ｍ³／ｓ）は、Ｖ（ｍ／ｓ）が２０℃と想定した場合の面風速であることから、実温度Ｔｒ（℃）での風量Ｑｒ（ｍ³／ｓ）への換算は、空気を理想期待と仮定すれば、風量比＝絶対温度比が成立するので、
Ｑｒ／Ｑ＝（２７３．１５＋Ｔｒ）／（２７３．１５＋２０）
よって、
Ｑｒ＝Ｑ×（２７３．１５＋Ｔｒ）／（２７３．１５＋２０）
となる。

図１０に示す第４の実施の形態の除湿装置１０Ｅは、図８に示した除湿装置１０Ｄの変形例が示され、再生側送風機３８を送風機制御部３９によってインバータ制御することにより、再生側空気の風量を制御するものである。

本発明に係る除湿装置の第１の実施形態を示した構造図絶対湿度と再生風量比との相関を示したグラフ本発明に係る除湿装置の第２の実施形態を示した構造図本発明に係る除湿装置の第３の実施形態を示した構造図パージ風量比と除湿効率との相関を示したグラフパージ風量比と消費電力との相関を示したグラフ本発明に係る除湿装置の第４の実施形態を示した構成図本発明に係る除湿装置の第５の実施形態を示した構成図再生領域前後の差圧と再生領域通過風量との相関を示したグラフ本発明に係る除湿装置の第６の実施形態を示した構成図従来の除湿装置の構成図

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ…除湿装置、１２…除湿ロータ、１４…軸、１６…処理領域、１８…再生領域、２０、２２…給気ライン、２４…処理側送風機、３０…外気冷却コイル、３２…環気冷却コイル、３４…湿度センサ、３６…運転状態演算器、３８…再生側送風機、３９…送風機制御部、４０…再生用加熱器、４１…加熱器制御部、４２、４４…再生ライン、４６…循環ライン、５０…外気湿度センサ、５２…流量制御ダンパ、５６…差圧計、５８…風量演算器

Claims

湿分の調整を必要とする処理側空気を搬送する処理側送風機、該処理側送風機によって搬送されてきた処理側空気中の湿分を回転しながら吸着する除湿ロータ、該除湿ロータから湿分を除去するための再生側空気を加熱する再生用加熱器、該再生用加熱器によって加熱された再生側空気を前記除湿ロータに搬送する再生側送風機を備えるとともに、
前記除湿ロータが、前記処理側空気の湿分を吸着により除去する処理領域、前記加熱された再生側空気により除湿ロータに吸着している湿分を除去する再生領域に少なくとも分割された除湿装置において、
前記除湿ロータの前記処理領域に流入する処理側空気の絶対湿度を測定する湿度センサ、該湿度センサによって測定された絶対湿度、予め設定された除湿ロータ処理領域出口における露点設定値に基づいて、前記再生側送風機の送風機制御部、及び前記再生用加熱器の加熱器制御部を制御する運転状態演算部を有し、
前記再生側送風機を制御して再生側空気の風量を調整する送風機制御部、前記再生用加熱器を制御して再生側空気の加熱温度を調整する加熱器制御部を備え、
前記運転状態演算部は、演算して求めた演算値に基づいて前記送風機制御部、及び前記加熱器制御部を制御し、
前記除湿ロータの再生領域の出口温度を測定する温度センサ、除湿ロータの再生領域通過前後の再生側空気の差圧を測定する差圧センサ、前記温度センサによって測定された前記出口温度、及び前記差圧センサによって測定された差圧に基づいて、除湿ロータの再生領域を通過する風量を演算する風量演算部を備え、
前記運転状態演算部は、前記風量演算部で演算された風量に基づいて、前記送風機制御部、及び前記加熱器制御部をフィードバック制御することを特徴とする除湿装置。
前記除湿ロータは、除湿ロータを低温の空気によって冷却するパージ領域を有し、該パージ領域を通過したパージ空気は、前記処理側空気となって前記再生用加熱器により加熱されて除湿ロータの再生領域を通過し、該通過したパージ空気の一部は排気されるとともに、残りのパージ空気は、前記再生用加熱器により再生側空気として再加熱されて除湿ロータの再生領域に搬送され、
前記運転状態演算部は、演算して求めた演算値に基づいて前記パージ空気の排気量、パージ空気冷却手段、及び前記加熱器制御部を制御することを特徴とする請求項１に記載の除湿装置。
前記除湿ロータの再生領域の出口温度を測定する温度センサ、除湿ロータの再生領域通過前後の前記パージ空気の差圧を測定する差圧センサ、前記温度センサによって測定された前記出口温度、及び前記差圧センサによって測定された差圧に基づいて、除湿ロータの再生領域を通過する風量を演算する風量演算部を備え、
前記運転状態演算部は、前記風量演算部で演算された風量に基づいて、前記パージ空気の排気量、パージ空気冷却手段、及び前記加熱器制御部をフィードバック制御することを特徴とする請求項２に記載の除湿装置。