JPH08123556A - 温湿度制御装置 - Google Patents
温湿度制御装置Info
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- JPH08123556A JPH08123556A JP7225211A JP22521195A JPH08123556A JP H08123556 A JPH08123556 A JP H08123556A JP 7225211 A JP7225211 A JP 7225211A JP 22521195 A JP22521195 A JP 22521195A JP H08123556 A JPH08123556 A JP H08123556A
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- cooling
- humidifier
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 エネルギー面で経済的かつ、制御偏差の少な
い温湿度制御装置を提供することにある。 【構成】 除湿と加熱を行うために冷却除湿器１と加熱
器２を選択し、冷却と加湿を行うために冷却除湿器１と
加湿器３を選択し、加熱と加湿を行うために加熱器２と
加湿器３を選択する装置選択部２０を有し、空調機５入
口温湿度と設定温湿度より、除湿と加熱を行う必要があ
ると判断した場合、冷却除湿器１と加熱器２を選択し、
冷却と加湿を行う必要があると判断した場合、冷却除湿
器１と加湿器３を選択し、加熱と加湿を行う必要がある
と判断した場合、加熱器２と加湿器３を選択し、選択さ
れた装置に対応する各制御部に動作開始の指示を与え
る。
い温湿度制御装置を提供することにある。 【構成】 除湿と加熱を行うために冷却除湿器１と加熱
器２を選択し、冷却と加湿を行うために冷却除湿器１と
加湿器３を選択し、加熱と加湿を行うために加熱器２と
加湿器３を選択する装置選択部２０を有し、空調機５入
口温湿度と設定温湿度より、除湿と加熱を行う必要があ
ると判断した場合、冷却除湿器１と加熱器２を選択し、
冷却と加湿を行う必要があると判断した場合、冷却除湿
器１と加湿器３を選択し、加熱と加湿を行う必要がある
と判断した場合、加熱器２と加湿器３を選択し、選択さ
れた装置に対応する各制御部に動作開始の指示を与え
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は感光材料等の乾燥工程に
用いる空調及び一般空調における温湿度制御装置に関す
る。
用いる空調及び一般空調における温湿度制御装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、作業場の温度と相対湿度とを高精
度に一定に維持する温湿度制御方法として以下のような
ものがある。
度に一定に維持する温湿度制御方法として以下のような
ものがある。
【０００３】温度制御を冷却除湿器と加熱器で湿度制
御を冷却除湿器と加湿器でそれぞれ独立して行い、仮に
温度制御で冷却を行い、湿度制御を除湿で行う場合に
は、冷却除湿器の開度は、その大きいほうを採用する制
御方法がある。
御を冷却除湿器と加湿器でそれぞれ独立して行い、仮に
温度制御で冷却を行い、湿度制御を除湿で行う場合に
は、冷却除湿器の開度は、その大きいほうを採用する制
御方法がある。
【０００４】冷却除湿器で一旦、設定温湿度以下に制
御した後、加熱器で温度制御を加湿器で湿度制御を行う
方法がある。
御した後、加熱器で温度制御を加湿器で湿度制御を行う
方法がある。
【０００５】冷却除湿器のバルブの開度の情報を加熱
器、加湿器の開度に加算し、また、入口温湿度に応じた
フィードフォワード制御分を各開度に加算する制御方法
がある（特開平１−１８１１１２号公報参照）。
器、加湿器の開度に加算し、また、入口温湿度に応じた
フィードフォワード制御分を各開度に加算する制御方法
がある（特開平１−１８１１１２号公報参照）。
【０００６】また、熱交換器の制御系設計等に用いる熱
交換器における出側空気の温湿度を表現する方法として
以下のようなものがある。
交換器における出側空気の温湿度を表現する方法として
以下のようなものがある。
【０００７】熱交換器を有限個に分割し、個々におけ
る熱収支に基づき出側空気の温度を表現する方法がある
（論文『嘉納秀明：分布定数系の集中系近似モデル、計
測と制御、１９−１１，１０４４／１０５０ （１９８
０）』参照）。
る熱収支に基づき出側空気の温度を表現する方法がある
（論文『嘉納秀明：分布定数系の集中系近似モデル、計
測と制御、１９−１１，１０４４／１０５０ （１９８
０）』参照）。
【０００８】冷却除湿器として用いる熱交換器を有限
個に分割し、個々における熱収支、物質収支に基づき、
また、伝熱面近傍の湿度をモデルに与えることで、出側
空気の温度と湿度を同時に表現する方法がある（論文
『Ｓ． Ｃｈａｎｄｒａ Ｓｈｅｋｅｒ ａｎｄ Ｇ．
Ｇｒｅｅｎ， Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｔｕｄｙ ｏｆａ
Ｃｈｉｌｌ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ
Ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ Ｃｏｉｌ， ＡＳＨＲＡ
Ｅ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ， ７６−２１４１，３
６／５１ （６，１９７０）』参照）。
個に分割し、個々における熱収支、物質収支に基づき、
また、伝熱面近傍の湿度をモデルに与えることで、出側
空気の温度と湿度を同時に表現する方法がある（論文
『Ｓ． Ｃｈａｎｄｒａ Ｓｈｅｋｅｒ ａｎｄ Ｇ．
Ｇｒｅｅｎ， Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｔｕｄｙ ｏｆａ
Ｃｈｉｌｌ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ
Ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ Ｃｏｉｌ， ＡＳＨＲＡ
Ｅ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ， ７６−２１４１，３
６／５１ （６，１９７０）』参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】の方法の場合、温湿
度設定が、冷却除湿を行う条件の場合、温湿度いずれか
の制御が無視され、制御偏差が大きくなる。
度設定が、冷却除湿を行う条件の場合、温湿度いずれか
の制御が無視され、制御偏差が大きくなる。
【００１０】の方法の場合、必要以上に冷却除湿した
後、再加熱、再加湿を行いエネルギー的に不経済であ
る。
後、再加熱、再加湿を行いエネルギー的に不経済であ
る。
【００１１】図６は従来の温湿度制御装置における温湿
度の制御状況を示すグラフである。図７は加熱器高温流
体量、冷却除湿器の低温流体量及び加湿器の蒸気量の変
位を示すグラフである。
度の制御状況を示すグラフである。図７は加熱器高温流
体量、冷却除湿器の低温流体量及び加湿器の蒸気量の変
位を示すグラフである。
【００１２】の方法は、図６及び図７から冷却除湿器
による冷却分を相殺するために冷却除湿器の開度を加熱
器開度に加算しているが、冷却除湿器と加熱器の装置の
違い、低温流体と高温流体の温度の違い等により、単純
な加算では期待される効果は得られず試行錯誤的な調節
を行っていることが分かる。又、入口温湿度に対応する
フィードフォワード分の加算についても同様である。さ
らの試行錯誤的な調節後も例えば低温流体、高温流体の
温度は変動する可能性があり、この場合充分な制御精度
を達成し得ないことが分かる。
による冷却分を相殺するために冷却除湿器の開度を加熱
器開度に加算しているが、冷却除湿器と加熱器の装置の
違い、低温流体と高温流体の温度の違い等により、単純
な加算では期待される効果は得られず試行錯誤的な調節
を行っていることが分かる。又、入口温湿度に対応する
フィードフォワード分の加算についても同様である。さ
らの試行錯誤的な調節後も例えば低温流体、高温流体の
温度は変動する可能性があり、この場合充分な制御精度
を達成し得ないことが分かる。
【００１３】の方法は、熱交換器出口での温度変化の
みを表現するものであり、冷却除湿という温度と湿度の
同時変化を表現するものではない。
みを表現するものであり、冷却除湿という温度と湿度の
同時変化を表現するものではない。
【００１４】の方法は、冷却除湿器における温度と湿
度の同時変化をＬｅｗｉｓ（ルイスという）数という定
数とコイル表面の濡れ状態で変化する伝熱面近傍の湿度
Ｗｆで表現している。ルイス数については常に一定値で
あるが，Ｗｆについては、空気と低温流体の隔壁部分表
面の入口湿度の変化による濡れ状態によって、また、使
用する流量域によって、各列毎に異なる値を与える必要
がある。そのため、入口湿度がしばしば変化したり、流
量が変動する場合は、この方法を使用することは困難で
ある。また、空気側境膜伝熱係数、空気と低温流体の隔
壁部分の伝熱係数、冷却係数、冷水側境膜伝熱係数を個
々に求める必要があり、このためには冷却除湿器内に温
度分布を測定するための温度センサーを設置する必要が
ある。
度の同時変化をＬｅｗｉｓ（ルイスという）数という定
数とコイル表面の濡れ状態で変化する伝熱面近傍の湿度
Ｗｆで表現している。ルイス数については常に一定値で
あるが，Ｗｆについては、空気と低温流体の隔壁部分表
面の入口湿度の変化による濡れ状態によって、また、使
用する流量域によって、各列毎に異なる値を与える必要
がある。そのため、入口湿度がしばしば変化したり、流
量が変動する場合は、この方法を使用することは困難で
ある。また、空気側境膜伝熱係数、空気と低温流体の隔
壁部分の伝熱係数、冷却係数、冷水側境膜伝熱係数を個
々に求める必要があり、このためには冷却除湿器内に温
度分布を測定するための温度センサーを設置する必要が
ある。
【００１５】よって、これら、の予測装置を用い
て、種々の温湿度条件下で温湿度を予測し、温湿度制御
装置に用いることは困難なことが分かる。
て、種々の温湿度条件下で温湿度を予測し、温湿度制御
装置に用いることは困難なことが分かる。
【００１６】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、エネ
ルギー面で経済的かつ、制御偏差の少ない温湿度制御装
置を提供することにある。
ルギー面で経済的かつ、制御偏差の少ない温湿度制御装
置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
第１の手段は、熱交換器による冷却除湿器の操作量を決
定して湿度を制御する湿度制御部（除湿用冷却除湿制御
部）と、加熱器の操作量を決定し温度を制御する加熱器
制御部と、冷却除湿器の操作による温度変化量を予測す
る手段を有し、前記加熱器制御部で前記加熱器の操作量
を決定する際に、その温度変化予測量を相殺しかつ設定
温度を実現するように加熱器の操作量を決定することを
特徴とする。
第１の手段は、熱交換器による冷却除湿器の操作量を決
定して湿度を制御する湿度制御部（除湿用冷却除湿制御
部）と、加熱器の操作量を決定し温度を制御する加熱器
制御部と、冷却除湿器の操作による温度変化量を予測す
る手段を有し、前記加熱器制御部で前記加熱器の操作量
を決定する際に、その温度変化予測量を相殺しかつ設定
温度を実現するように加熱器の操作量を決定することを
特徴とする。
【００１８】前述した第１の手段に加えて冷却除湿器へ
の入側空気湿度及び低温流体温度及び冷却除湿器操作量
に対する出側空気温湿度の応答を表現するモデルに基づ
き、設定湿度を実現する操作量を決定する。
の入側空気湿度及び低温流体温度及び冷却除湿器操作量
に対する出側空気温湿度の応答を表現するモデルに基づ
き、設定湿度を実現する操作量を決定する。
【００１９】第１の手段に加えて、冷却除湿器への入側
空気温湿度、冷却除湿器の操作量に対する出側空気温湿
度の応答を表現するモデルを用いて冷却除湿器の操作に
よる温度変化量を予測する。
空気温湿度、冷却除湿器の操作量に対する出側空気温湿
度の応答を表現するモデルを用いて冷却除湿器の操作に
よる温度変化量を予測する。
【００２０】第１の手段に加えて加熱器への入側空気温
湿度及び高温流体温度及び加熱器操作量に対する出側空
気温湿度の応答を表現するモデルに基づき、設定温度を
実現する加熱器の操作量を決定する。
湿度及び高温流体温度及び加熱器操作量に対する出側空
気温湿度の応答を表現するモデルに基づき、設定温度を
実現する加熱器の操作量を決定する。
【００２１】本発明の目的を達成する第２の手段は、熱
交換器による冷却除湿器の操作量を決定して温度を制御
する冷却用冷却除湿制御部と、蒸気スプレーによる加湿
器の操作量を決定して湿度を制御する加湿器制御部と、
冷却除湿器の操作による湿度変化量を予測する手段を有
し、加湿器制御部で加湿器の操作量を決定する際に、そ
の湿度変化予測量を相殺しかつ設定湿度を実現するよう
に加湿器の操作量を決定することを特徴とする。
交換器による冷却除湿器の操作量を決定して温度を制御
する冷却用冷却除湿制御部と、蒸気スプレーによる加湿
器の操作量を決定して湿度を制御する加湿器制御部と、
冷却除湿器の操作による湿度変化量を予測する手段を有
し、加湿器制御部で加湿器の操作量を決定する際に、そ
の湿度変化予測量を相殺しかつ設定湿度を実現するよう
に加湿器の操作量を決定することを特徴とする。
【００２２】第２の手段に加えて冷却除湿器への入側空
気温湿度及び低温流体温度及び冷却除湿操作量に対する
出側空気温湿度の応答を表現するモデルに基づき、設定
温度を実現する冷却除湿器の操作量を決定する。
気温湿度及び低温流体温度及び冷却除湿操作量に対する
出側空気温湿度の応答を表現するモデルに基づき、設定
温度を実現する冷却除湿器の操作量を決定する。
【００２３】第２の手段に加えて冷却除湿器への入側空
気温湿度、冷却除湿器の操作量に対する出側空気温湿度
の応答を表現するモデルを用いて冷却除湿器の操作によ
る湿度変化量の予測する。
気温湿度、冷却除湿器の操作量に対する出側空気温湿度
の応答を表現するモデルを用いて冷却除湿器の操作によ
る湿度変化量の予測する。
【００２４】第２の手段に加えて加湿器への入側空気温
湿度及び蒸気温度及び加湿器操作量に対する出側空気温
湿度の応答を表現するモデルに基づき、設定湿度を実現
する加湿器の操作量を決定する。
湿度及び蒸気温度及び加湿器操作量に対する出側空気温
湿度の応答を表現するモデルに基づき、設定湿度を実現
する加湿器の操作量を決定する。
【００２５】本発明の目的を達成する第３の手段は、除
湿と加熱を行うために熱交換器による冷却除湿器と熱交
換器による加熱器を選択し、冷却と加湿を行うために前
記冷却除湿器と蒸気スプレーによる加湿器を選択し、加
熱と加湿を行うために前記加熱器と前記加湿器を選択す
る装置選択部を有することにより、装置選択部におい
て、空調機入口温湿度と設定温湿度より、除湿と加熱を
行う必要がある判断した場合、冷却除湿器と加熱器を選
択し、冷却と加湿を行う必要があると判断した場合、冷
却除湿器と加湿器を選択し加熱と加湿を行う必要がある
と判断した場合、加熱器と加湿器を選択し、選択された
装置に対応する各制御部に動作開始の指示を与えること
特徴とする。
湿と加熱を行うために熱交換器による冷却除湿器と熱交
換器による加熱器を選択し、冷却と加湿を行うために前
記冷却除湿器と蒸気スプレーによる加湿器を選択し、加
熱と加湿を行うために前記加熱器と前記加湿器を選択す
る装置選択部を有することにより、装置選択部におい
て、空調機入口温湿度と設定温湿度より、除湿と加熱を
行う必要がある判断した場合、冷却除湿器と加熱器を選
択し、冷却と加湿を行う必要があると判断した場合、冷
却除湿器と加湿器を選択し加熱と加湿を行う必要がある
と判断した場合、加熱器と加湿器を選択し、選択された
装置に対応する各制御部に動作開始の指示を与えること
特徴とする。
【００２６】第３の手段に加えて加熱器への入側空気温
湿度及び高温流体温度及び加熱器操作量に対する出側空
気温湿度の応答を表現するモデルに基づき、設定温度を
実現する加熱器の操作量を決定する。
湿度及び高温流体温度及び加熱器操作量に対する出側空
気温湿度の応答を表現するモデルに基づき、設定温度を
実現する加熱器の操作量を決定する。
【００２７】第３の手段に加えて加湿器への入側空気温
湿度及び蒸気温度及び加湿器操作量に対する出側空気温
湿度の応答を表現するモデルに基づき、設定湿度を実現
する加湿器の操作量を決定する。
湿度及び蒸気温度及び加湿器操作量に対する出側空気温
湿度の応答を表現するモデルに基づき、設定湿度を実現
する加湿器の操作量を決定する。
【００２８】ここで、本発明の温湿度制御装置を構成す
る冷却除湿器に採用する温湿度予測装置について図５を
参照して説明する。
る冷却除湿器に採用する温湿度予測装置について図５を
参照して説明する。
【００２９】一般に空調系で用いられる熱交換器による
冷却除湿器は、温度及び湿度が空間的に分布している分
布定数系であるためそのままモデル化すると、モデルが
複雑なため冷却除湿器の設計、解析、制御系の設計等に
利用するのは困難である。そこで、冷却除湿器を流体の
流れる方向に空気部分、低温流体部分、空気と低温流体
の隔壁部分について有限個に分割し、分割された各々の
セル内では空気部分の個々における温湿度、及び他部分
の個々における温度が一様であると仮定する集中定数系
で近似する。
冷却除湿器は、温度及び湿度が空間的に分布している分
布定数系であるためそのままモデル化すると、モデルが
複雑なため冷却除湿器の設計、解析、制御系の設計等に
利用するのは困難である。そこで、冷却除湿器を流体の
流れる方向に空気部分、低温流体部分、空気と低温流体
の隔壁部分について有限個に分割し、分割された各々の
セル内では空気部分の個々における温湿度、及び他部分
の個々における温度が一様であると仮定する集中定数系
で近似する。
【００３０】また、冷却除湿器のコイル表面は空気中の
水分を凝集して湿り、乾いた状態よりも伝熱係数が増加
する。この増加分を補正するために濡れ面係数を用い
る。この濡れ面係数は冷却除湿器入口、出口における温
湿度より決定される比Shf＝（顕熱／（顕熱＋潜熱））
から一意に決められる。例えば、 Ｗsf＝１．０４Ｓhf２−２．６３Ｓhf＋２．５９ といった関係式で計算されることが知られている。
水分を凝集して湿り、乾いた状態よりも伝熱係数が増加
する。この増加分を補正するために濡れ面係数を用い
る。この濡れ面係数は冷却除湿器入口、出口における温
湿度より決定される比Shf＝（顕熱／（顕熱＋潜熱））
から一意に決められる。例えば、 Ｗsf＝１．０４Ｓhf２−２．６３Ｓhf＋２．５９ といった関係式で計算されることが知られている。
【００３１】一方、Ｓhfは同一の冷却除湿器においても
低温流体流量の変化とともに変化する。また、冷却除湿
器の能力が異なる場合、冷却除湿器毎にＳhfと低温流体
量の関係は異なるので、流量からＳhfを求めることは困
難である。しかしながら、いかなる冷却除湿器において
も、低温流体で冷却除湿を行う限りは、空気の入口温湿
度に対して、低温流体の入口温度より若干高い温度と湿
度で飽和する方向に向かって冷却除湿されるのは確かで
ある。そこで、空気の出口温度は、低温流体の入口温
度、もしくはその近傍の若干高い温度になり、空気の出
口湿度は同温度で飽和すると仮定し、この仮定した出口
温湿度と実際の入口温湿度からＳhfの近似値を計算し、
濡れ面係数の近似値を計算する。また、空気側から低温
流体側に奪われる熱量はこのＳhfの近似値の割合で空気
側の温度変化と状態変化に使われるものと仮定する。
低温流体流量の変化とともに変化する。また、冷却除湿
器の能力が異なる場合、冷却除湿器毎にＳhfと低温流体
量の関係は異なるので、流量からＳhfを求めることは困
難である。しかしながら、いかなる冷却除湿器において
も、低温流体で冷却除湿を行う限りは、空気の入口温湿
度に対して、低温流体の入口温度より若干高い温度と湿
度で飽和する方向に向かって冷却除湿されるのは確かで
ある。そこで、空気の出口温度は、低温流体の入口温
度、もしくはその近傍の若干高い温度になり、空気の出
口湿度は同温度で飽和すると仮定し、この仮定した出口
温湿度と実際の入口温湿度からＳhfの近似値を計算し、
濡れ面係数の近似値を計算する。また、空気側から低温
流体側に奪われる熱量はこのＳhfの近似値の割合で空気
側の温度変化と状態変化に使われるものと仮定する。
【００３２】以上の近似を行うことで、空気の湿度、空
気・冷水・冷水コイルの温度の動特性を決定する基礎式
は以下の熱収支及び物質収支式より得られる。
気・冷水・冷水コイルの温度の動特性を決定する基礎式
は以下の熱収支及び物質収支式より得られる。
【００３３】まず、空気の熱収支より
【００３４】
【数１】
【００３５】ただし、空気出口温度及び入口温度は Ｔa，out＝Ｔa（ｎ），Ｔa，in＝Ｔa（０） である。また、湿り比熱ｃh、湿り比容ｖhは、温度、湿
度により変化するので、式（２０１）の各式で本来異な
るべきである。しかしながら、実際に冷却除湿器を使う
範囲では、これらの値は大きく変化しないので、出口空
気の温度及び湿度における値を用いる。
度により変化するので、式（２０１）の各式で本来異な
るべきである。しかしながら、実際に冷却除湿器を使う
範囲では、これらの値は大きく変化しないので、出口空
気の温度及び湿度における値を用いる。
【００３６】すなわち、 ｃh＝ｃo＋ｃwＨout （２０２） ｖh＝（０．７７２＋１．２４Ｈout）（２７３＋Ｔa，out）／２７３ （２０３） 次に水分の物質収支より
【００３７】
【数２】
【００３８】ただし、空気出口温湿度及び入口湿度は Ｈout＝Ｈ（ｎ），Ｈin＝Ｈ（０） 一方、空気と低温流体の隔壁部分における熱収支より
【００３９】
【数３】
【００４０】また、低温流体の熱収支より
【００４１】
【数４】
【００４２】ただし、低温流体出口温度及び入口温度は Ｔ1，out＝Ｔ1（１），Ｔ1，in＝Ｔ1（ｎ＋１） 上述した式（２０１），（２０４），（２０５），（２
０６）を整理して、以下の関係が得られる。
０６）を整理して、以下の関係が得られる。
【００４３】空気温度式
【００４４】
【数５】
【００４５】空気絶対湿度式
【００４６】
【数６】
【００４７】空気と低温流体の隔壁部分の温度式
【００４８】
【数７】
【００４９】低温流体温度式
【００５０】
【数８】
【００５１】なお、これまで湿度は、絶対湿度Hとして
記述してきたが、露点を用いる場合には、露点と絶対湿
度の一般的な関係を用いて、絶対湿度に変換する。
記述してきたが、露点を用いる場合には、露点と絶対湿
度の一般的な関係を用いて、絶対湿度に変換する。
【００５２】
【数９】
【００５３】同様に式（２０４），（２０５），（２０
６）について定常状態を考え、それらの各式を加えると
６）について定常状態を考え、それらの各式を加えると
【００５４】
【数１０】
【００５５】コイルの空気側と低温流体側の伝熱係数を
個別に同定するのは困難なので、 ｈw1 ＝ ｈw2 ＝ ｈ （２１５） と仮定し、冷却のみ行われ、除湿が行われない Ｓhf＝Ｗsf＝１ の状態を考えると式（２１１）〜（２１４）より定常状
態にある全交換熱量を表す以下の式を得る。
個別に同定するのは困難なので、 ｈw1 ＝ ｈw2 ＝ ｈ （２１５） と仮定し、冷却のみ行われ、除湿が行われない Ｓhf＝Ｗsf＝１ の状態を考えると式（２１１）〜（２１４）より定常状
態にある全交換熱量を表す以下の式を得る。
【００５６】
【数１１】
【００５７】ただし、Ｕは総括伝熱係数で式（２１５）
の関係より Ｕ ＝ ｈ／２ （２１９） 次に熱交換機設計に一般に用いられる対数平均温度差に
よる全交換熱量を表す関係より
の関係より Ｕ ＝ ｈ／２ （２１９） 次に熱交換機設計に一般に用いられる対数平均温度差に
よる全交換熱量を表す関係より
【００５８】
【数１２】
【００５９】式（２１８）と式（２２０）を比較する
と、冷却除湿器モデルの分割数を無限大にした場合、定
常状態における全交換熱量は、熱交換器の設計に一般に
用いられる対数平均温度差による全交換熱量に一致する
ことが証明される。
と、冷却除湿器モデルの分割数を無限大にした場合、定
常状態における全交換熱量は、熱交換器の設計に一般に
用いられる対数平均温度差による全交換熱量に一致する
ことが証明される。
【００６０】そこで、ある温水流量に対する空気及び低
温流体の入口出口における温度の定常値を式（２１
６），（２１７），（２２０）に代入することで総括伝
熱係数Ｕを求めて式（２１５），（２１９）の関係によ
り冷却除湿モデルにおける伝熱係数ｈw1，ｈw2を決定す
る。
温流体の入口出口における温度の定常値を式（２１
６），（２１７），（２２０）に代入することで総括伝
熱係数Ｕを求めて式（２１５），（２１９）の関係によ
り冷却除湿モデルにおける伝熱係数ｈw1，ｈw2を決定す
る。
【００６１】以上のように、伝熱係数を求める際、空気
側境膜伝熱係数、空気と低温流体の隔壁部分の伝熱係
数、冷却側境膜伝熱係数を個々に求める必要はなく、空
気と低温流体の総括伝熱係数を求めるには、空気と低温
流体の隔壁部分が乾いた状態における空気入口・出口・
冷水入口温度のみの測定で可能であり、冷却除湿器内の
温度分布を調べるための温度センサーを設置する必要が
ない。
側境膜伝熱係数、空気と低温流体の隔壁部分の伝熱係
数、冷却側境膜伝熱係数を個々に求める必要はなく、空
気と低温流体の総括伝熱係数を求めるには、空気と低温
流体の隔壁部分が乾いた状態における空気入口・出口・
冷水入口温度のみの測定で可能であり、冷却除湿器内の
温度分布を調べるための温度センサーを設置する必要が
ない。
【００６２】更に、この方法により種々の流領域におけ
る総括伝熱係数を求めることにより、流量が変化する場
合にも用いることができる。
る総括伝熱係数を求めることにより、流量が変化する場
合にも用いることができる。
【００６３】また、冷却除湿器の入口温湿度が大きく変
わることによる表面の濡れ状態の変化に対してもパラメ
ータを調節する必要がないので種々の温湿度条件におい
ても用いることができる。
わることによる表面の濡れ状態の変化に対してもパラメ
ータを調節する必要がないので種々の温湿度条件におい
ても用いることができる。
【００６４】また、これまで説明した冷却除湿モデル
は、Ｓhf＝Ｗsf＝１とすることで熱交換器を加熱器とし
て用いる場合の加熱器モデルとして用いることができ
る。
は、Ｓhf＝Ｗsf＝１とすることで熱交換器を加熱器とし
て用いる場合の加熱器モデルとして用いることができ
る。
【００６５】以上が本発明の温湿度制御装置に採用する
冷却除湿制御部に採用する冷却除湿モデルの一例である
が、入側空気温湿度、低温流体温度、冷却除湿器操作量
と出側空気温湿度の関係を表現するモデルであれば、例
えば回帰モデル等を用いることもできる。
冷却除湿制御部に採用する冷却除湿モデルの一例である
が、入側空気温湿度、低温流体温度、冷却除湿器操作量
と出側空気温湿度の関係を表現するモデルであれば、例
えば回帰モデル等を用いることもできる。
【００６６】
【作用】図４は本発明の温湿度制御装置を構成する装置
選択部の選択動作を示す湿り空気線図である。
選択部の選択動作を示す湿り空気線図である。
【００６７】図において、縦軸は絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ
−ｄｒｙ ａｉｒ)を示しており、横軸は温度（℃）を
示している。縦軸上に示した入口湿度Ｈinを示してお
り、横軸上に示した入口側温度Ｔainと低温流体温度Ｔe
とを示してある。曲線Ａは所定の温度における飽和水蒸
気の軌跡を示したものである。入口湿度Ｈinと入口側温
度Ｔa，inで決まる点ｍから法線、垂線及び飽和水蒸気
の軌跡を表す曲線Ａ上で低温流体温度Ｔeに相当する点
ｐを結ぶ直線又は曲線によって３つの領域Ｉ，II，III
に分割する。
−ｄｒｙ ａｉｒ)を示しており、横軸は温度（℃）を
示している。縦軸上に示した入口湿度Ｈinを示してお
り、横軸上に示した入口側温度Ｔainと低温流体温度Ｔe
とを示してある。曲線Ａは所定の温度における飽和水蒸
気の軌跡を示したものである。入口湿度Ｈinと入口側温
度Ｔa，inで決まる点ｍから法線、垂線及び飽和水蒸気
の軌跡を表す曲線Ａ上で低温流体温度Ｔeに相当する点
ｐを結ぶ直線又は曲線によって３つの領域Ｉ，II，III
に分割する。
【００６８】出口側の温湿度設定値に基から前述した領
域Ｉ，II，IIIのいずれに属するかを選択する。領域Ｉ
は除湿及び加熱を要すると判断することになり、領域II
は加湿及び冷却を要すると判断することになり、領域II
Iは加湿及び加熱を要すると判断することになる。
域Ｉ，II，IIIのいずれに属するかを選択する。領域Ｉ
は除湿及び加熱を要すると判断することになり、領域II
は加湿及び冷却を要すると判断することになり、領域II
Iは加湿及び加熱を要すると判断することになる。
【００６９】従って、装置選択部は、空調機入口温湿度
と設定温湿度より、領域Ｉの属すると判断した場合、冷
却除湿器と加熱器を選択し、領域IIに属すると判断した
場合、冷却除湿器と加湿器を選択し、領域IIIに属する
と判断した場合、加熱器と加湿器を選択し、選択された
装置に対応する各制御部に動作開始の指示を与えること
により、入口空気温湿度を空調機通過後、最小のエネル
ギーで温湿度設定するために必要な装置を装置選択部が
選択するので、当該選択された装置のみで制御が行われ
るためにエネルギー面で経済的である。
と設定温湿度より、領域Ｉの属すると判断した場合、冷
却除湿器と加熱器を選択し、領域IIに属すると判断した
場合、冷却除湿器と加湿器を選択し、領域IIIに属する
と判断した場合、加熱器と加湿器を選択し、選択された
装置に対応する各制御部に動作開始の指示を与えること
により、入口空気温湿度を空調機通過後、最小のエネル
ギーで温湿度設定するために必要な装置を装置選択部が
選択するので、当該選択された装置のみで制御が行われ
るためにエネルギー面で経済的である。
【００７０】装置選択部で冷却除湿器と加熱器を選択し
た場合、冷却除湿器制御部が設定湿度を実現する低温流
体量を決定すると同時に、冷却除湿器による冷却量を予
測し、加熱器制御部がこの冷却予測量を相殺しかつ設定
温度を実現する高温流体量を決定することにより、温
度、湿度とも設定値を得るための装置を選択するために
温湿度どちらかの制御が無視されることがないので、制
御精度を高めることができる。
た場合、冷却除湿器制御部が設定湿度を実現する低温流
体量を決定すると同時に、冷却除湿器による冷却量を予
測し、加熱器制御部がこの冷却予測量を相殺しかつ設定
温度を実現する高温流体量を決定することにより、温
度、湿度とも設定値を得るための装置を選択するために
温湿度どちらかの制御が無視されることがないので、制
御精度を高めることができる。
【００７１】装置選択部で冷却除湿器と加湿器を選択し
た場合、冷却除湿器制御部が設定温度を実現する低温流
体量を決定すると同時に、冷却除湿器による除湿量を予
測し、加湿器制御部がこの除湿予測量を相殺しかつ設定
湿度を実現する蒸気量を決定することができる。
た場合、冷却除湿器制御部が設定温度を実現する低温流
体量を決定すると同時に、冷却除湿器による除湿量を予
測し、加湿器制御部がこの除湿予測量を相殺しかつ設定
湿度を実現する蒸気量を決定することができる。
【００７２】装置選択部で冷却除湿器と加熱器を選択し
た場合、冷却除湿制御部は入側空気温湿度を検出し、冷
却除湿器への入側空気温湿度及び低温流体温度及び低温
流体量に対する出側空気温湿度の応答を表現するモデル
に基づき、設定湿度にいたらしめる低温流体量を決定す
ると同時に、冷却除湿器による冷却分に加熱器制御部に
予め示唆し、加熱器制御部はこの冷却量を相殺しかつ、
設置温度にいたらしめる高温流体量を加熱器への入側空
気温湿度及び高温流体温度及び高温流体量に対する出側
空気温度の応答を表現するモデルに基づき、決定するの
で、試行錯誤的な調節なしで入口温湿度に応じたフィー
ドフォワード制御を行うと同時に、冷却除湿器における
冷却分を相殺した高精度な温湿度制御を実現する。
た場合、冷却除湿制御部は入側空気温湿度を検出し、冷
却除湿器への入側空気温湿度及び低温流体温度及び低温
流体量に対する出側空気温湿度の応答を表現するモデル
に基づき、設定湿度にいたらしめる低温流体量を決定す
ると同時に、冷却除湿器による冷却分に加熱器制御部に
予め示唆し、加熱器制御部はこの冷却量を相殺しかつ、
設置温度にいたらしめる高温流体量を加熱器への入側空
気温湿度及び高温流体温度及び高温流体量に対する出側
空気温度の応答を表現するモデルに基づき、決定するの
で、試行錯誤的な調節なしで入口温湿度に応じたフィー
ドフォワード制御を行うと同時に、冷却除湿器における
冷却分を相殺した高精度な温湿度制御を実現する。
【００７３】又、冷却除湿器制御部、加熱器制御部とも
に高温流体温度及び低温流体温度を検出し流体量を決定
するので、これらの変動があっても精度を維持する。
に高温流体温度及び低温流体温度を検出し流体量を決定
するので、これらの変動があっても精度を維持する。
【００７４】装置選択部で冷却除湿器と加湿器を選択し
た場合、冷却除湿制御部は入側空気温湿度を検出し、設
定温度にいたらしめる低温流体量を決定すると同時に、
冷却除湿器による除湿分を加湿器制御部に予め示唆し、
加湿器制御部はこの除湿量を相殺しかつ、設置温度にい
たらしめる蒸気量を加湿器への入側空気温湿度及び蒸気
量に対する出側空気湿度の応答を表現するモデルに基づ
き、決定するので、試行錯誤的な調節なしで入口温湿度
に応じたフィードフォワード制御を行うと同時に、冷却
除湿器における除湿分を相殺した高精度な温湿度制御を
実現する。
た場合、冷却除湿制御部は入側空気温湿度を検出し、設
定温度にいたらしめる低温流体量を決定すると同時に、
冷却除湿器による除湿分を加湿器制御部に予め示唆し、
加湿器制御部はこの除湿量を相殺しかつ、設置温度にい
たらしめる蒸気量を加湿器への入側空気温湿度及び蒸気
量に対する出側空気湿度の応答を表現するモデルに基づ
き、決定するので、試行錯誤的な調節なしで入口温湿度
に応じたフィードフォワード制御を行うと同時に、冷却
除湿器における除湿分を相殺した高精度な温湿度制御を
実現する。
【００７５】又、冷却除湿器制御部は低温流体温度も検
出し流体量を決定するので、これらの変動があっても精
度を維持する。
出し流体量を決定するので、これらの変動があっても精
度を維持する。
【００７６】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図１ないし図
３に基づいて詳細に説明する。
３に基づいて詳細に説明する。
【００７７】図１は本発明の温湿度制御装置の一実施例
を示す機能ブロック図である。
を示す機能ブロック図である。
【００７８】図１に示されているように、本実施例の温
湿度制御装置は、冷却除湿器に相当するクラーコイル
１、加熱器２、加湿器に相当する蒸気スプレー３及び送
風機４からなる空調機本体５と、空調機本体５に接続さ
れた外気導入通路６及び湿気通路７と、冷却除湿器１に
接続された冷却除湿制御弁８と、加熱器２に接続された
加熱制御弁９と、加湿器３に接続された加湿制御弁１０
と、外気導入通路６に設けられた入口側に相当する外気
側温度センサＤＢ1，外気側湿度センサＤＰ1、換気通路
７に設けられた出口側に相当する環気側温度センサＤＢ
2，環気側湿度センサＤＰ2と、装置選択部２０と、除湿
用の冷却除湿制御部３０と、冷却用の冷却除温制御部４
０と、加熱器制御部５０と、加湿制御部６０とからな
る。
湿度制御装置は、冷却除湿器に相当するクラーコイル
１、加熱器２、加湿器に相当する蒸気スプレー３及び送
風機４からなる空調機本体５と、空調機本体５に接続さ
れた外気導入通路６及び湿気通路７と、冷却除湿器１に
接続された冷却除湿制御弁８と、加熱器２に接続された
加熱制御弁９と、加湿器３に接続された加湿制御弁１０
と、外気導入通路６に設けられた入口側に相当する外気
側温度センサＤＢ1，外気側湿度センサＤＰ1、換気通路
７に設けられた出口側に相当する環気側温度センサＤＢ
2，環気側湿度センサＤＰ2と、装置選択部２０と、除湿
用の冷却除湿制御部３０と、冷却用の冷却除温制御部４
０と、加熱器制御部５０と、加湿制御部６０とからな
る。
【００７９】冷却除湿器１には冷却除湿制御弁８を介し
て流量制御された冷水などの低温流体が供給される。加
熱器２には加熱制御弁９を介して流量制御された温水ま
たは蒸気などの高温流体が供給される。加湿器３には加
湿制御弁１０を介して流量制御された蒸気が供給され
る。
て流量制御された冷水などの低温流体が供給される。加
熱器２には加熱制御弁９を介して流量制御された温水ま
たは蒸気などの高温流体が供給される。加湿器３には加
湿制御弁１０を介して流量制御された蒸気が供給され
る。
【００８０】換気側温度センサＤＢ2はスイッチＳ1の入
力端子に接続しており、換気側湿度センサＤＰ2はスイ
ッチＳ2の入力端子に接続しており、外気側温度センサ
ＤＢ1はスイッチＳ3の入力端子に接続しており、外気側
湿度センサＤＰ1はスッイチＳ4の入力端子に接続してあ
る。スイッチＳ1〜Ｓ7の出力端子は除湿用の冷却除湿制
御部３０及び冷却用の冷却除温制御部４０と加熱器制御
部５０及び加湿器制御部６０に接続してあり、装置選択
部２０の選択動作によりいずれかに選択的に接続される
ことになる。
力端子に接続しており、換気側湿度センサＤＰ2はスイ
ッチＳ2の入力端子に接続しており、外気側温度センサ
ＤＢ1はスイッチＳ3の入力端子に接続しており、外気側
湿度センサＤＰ1はスッイチＳ4の入力端子に接続してあ
る。スイッチＳ1〜Ｓ7の出力端子は除湿用の冷却除湿制
御部３０及び冷却用の冷却除温制御部４０と加熱器制御
部５０及び加湿器制御部６０に接続してあり、装置選択
部２０の選択動作によりいずれかに選択的に接続される
ことになる。
【００８１】装置選択部２０は、空調機入口温度及び空
調機入口湿度と設定温度値及び設定湿度値より、図４に
示した３つの領域Ｉ，II，IIIを決定し、設定温度及び
設定湿度からいずれの領域に属するかを判断する。装置
選択部２０は領域Ｉに属すると判断した場合にスイッチ
Ｓ1〜Ｓ6により各データを除湿用の冷却除湿制御部３０
及び加熱器制御部５０に選択的に送出する。これによ
り、冷却除湿器１と加熱器２を選択したことになる。装
置選択部２０は領域IIに属すると判断した場合にスイッ
チＳ1〜Ｓ6により各データを冷却用の冷却除湿制御部４
０及び加湿器制御部６０に選択的に送出する。これによ
り、冷却除湿器１と加湿器３を選択したことになる。装
置選択部２０は領域IIIに属すると判断した場合にスイ
ッチＳ1〜Ｓ6により各データを加熱器制御部５０及び加
湿器制御部６０に選択的に送出する。これにより、加熱
器２と加湿器３を選択したことになる。それぞれの場合
に選択された装置に対応する各制御部３０，４０，５
０，６０に動作開始の指示を与える。
調機入口湿度と設定温度値及び設定湿度値より、図４に
示した３つの領域Ｉ，II，IIIを決定し、設定温度及び
設定湿度からいずれの領域に属するかを判断する。装置
選択部２０は領域Ｉに属すると判断した場合にスイッチ
Ｓ1〜Ｓ6により各データを除湿用の冷却除湿制御部３０
及び加熱器制御部５０に選択的に送出する。これによ
り、冷却除湿器１と加熱器２を選択したことになる。装
置選択部２０は領域IIに属すると判断した場合にスイッ
チＳ1〜Ｓ6により各データを冷却用の冷却除湿制御部４
０及び加湿器制御部６０に選択的に送出する。これによ
り、冷却除湿器１と加湿器３を選択したことになる。装
置選択部２０は領域IIIに属すると判断した場合にスイ
ッチＳ1〜Ｓ6により各データを加熱器制御部５０及び加
湿器制御部６０に選択的に送出する。これにより、加熱
器２と加湿器３を選択したことになる。それぞれの場合
に選択された装置に対応する各制御部３０，４０，５
０，６０に動作開始の指示を与える。
【００８２】冷却除温制御部３０は設定湿度を実現する
低温流体量を決定すると同時に、冷却除湿器１による冷
却量を予測し、加熱器制御部５０はこの冷却予測量を相
殺しかつ設定温度を実現する高温流体量を決定する。
低温流体量を決定すると同時に、冷却除湿器１による冷
却量を予測し、加熱器制御部５０はこの冷却予測量を相
殺しかつ設定温度を実現する高温流体量を決定する。
【００８３】冷却除湿制御部４０は設定温度を実現する
低温流体量を決定すると同時に、冷却除湿器１による除
湿量を予測し、加湿器制御部６０はこの除湿予測量を相
殺しかつ設定湿度を実現する蒸気量を決定する。
低温流体量を決定すると同時に、冷却除湿器１による除
湿量を予測し、加湿器制御部６０はこの除湿予測量を相
殺しかつ設定湿度を実現する蒸気量を決定する。
【００８４】冷却除湿制御部３０，冷却除温制御部４０
は、冷却除湿器１への入側空気温湿度及び低温流体温度
及び低温流体量に対する出側空気温湿度の応答を表現す
るモデル（例えば温湿度予測装置）に基づき、設定湿度
を実現する低温流体量の決定と冷却量の予測、若しくは
設定温度を実現する低温流体量の決定と除湿量の予測を
行う。
は、冷却除湿器１への入側空気温湿度及び低温流体温度
及び低温流体量に対する出側空気温湿度の応答を表現す
るモデル（例えば温湿度予測装置）に基づき、設定湿度
を実現する低温流体量の決定と冷却量の予測、若しくは
設定温度を実現する低温流体量の決定と除湿量の予測を
行う。
【００８５】加熱器制御部５０は、加熱器２への入側空
気温湿度及び高温流体温度及び高温流体量に対する出側
空気温度の応答を表現するモデルに基づき、設定温度を
実現する高温流体量の決定を行う。
気温湿度及び高温流体温度及び高温流体量に対する出側
空気温度の応答を表現するモデルに基づき、設定温度を
実現する高温流体量の決定を行う。
【００８６】加湿器制御部６０は加湿器３への入側空気
温湿度及び蒸気量に対する出側空気湿度の応答を表現す
るモデルに基づき、設定湿度を実現する蒸気量の決定を
行う。
温湿度及び蒸気量に対する出側空気湿度の応答を表現す
るモデルに基づき、設定湿度を実現する蒸気量の決定を
行う。
【００８７】冷却除湿器の制御方法は、冷却除湿器モデ
ルを基に、数ステップ先を予測する予測制御、評価関数
を最適化する最適制御を用いることができる。また、冷
却除湿器モデルを用いる際、直接同モデルを線形化して
用いることも可能である。
ルを基に、数ステップ先を予測する予測制御、評価関数
を最適化する最適制御を用いることができる。また、冷
却除湿器モデルを用いる際、直接同モデルを線形化して
用いることも可能である。
【００８８】以下に一例として冷却除湿器モデルを線形
化したモデルを用いる最適制御について説明する。
化したモデルを用いる最適制御について説明する。
【００８９】ここで、冷却除湿器の線形化モデルの導出
について説明する。
について説明する。
【００９０】前述した式（２０７），（２０８），（２
０９），（２１０）で表される冷却除湿器モデルは非線
形項を含むため、このままの形では制御系の設計に用い
ることができない。そこで次に、冷却除湿器線形化モデ
ルを導出する。
０９），（２１０）で表される冷却除湿器モデルは非線
形項を含むため、このままの形では制御系の設計に用い
ることができない。そこで次に、冷却除湿器線形化モデ
ルを導出する。
【００９１】加湿器モデルである式（２０７），（２０
８），（２０９），（２１０）を定常操作点近傍で各変
数の変動項に関して線形化すると式（３０１）を得る。
ここでΔは変動項を意味するものとする。
８），（２０９），（２１０）を定常操作点近傍で各変
数の変動項に関して線形化すると式（３０１）を得る。
ここでΔは変動項を意味するものとする。
【００９２】
【数１３】
【００９３】
【数１４】
【００９４】
【数１５】
【００９５】
【数１６】
【００９６】本実施例の温湿度制御装置のフィードバッ
ク制御系について説明する。
ク制御系について説明する。
【００９７】本実施例のフィードバック制御系は、冷却
除湿器の線形化モデルを利用したものであり、状態観測
器及び積分型制御系から構成される。
除湿器の線形化モデルを利用したものであり、状態観測
器及び積分型制御系から構成される。
【００９８】状態観測器は前述した冷却除湿器を線形化
モデルより導かれる。
モデルより導かれる。
【００９９】ここで、外乱項ｗT＝［ΔＴa,in，ΔＴ1,
in］はそれぞれ熱交換器入口における空気温度変動、温
水温度変動分であるが、これらの影響が小さいと仮定す
ると熱交換器線形化モデルは次式で表される。
in］はそれぞれ熱交換器入口における空気温度変動、温
水温度変動分であるが、これらの影響が小さいと仮定す
ると熱交換器線形化モデルは次式で表される。
【０１００】
【数１７】
【０１０１】観測方程式は ｙ＝Ｃｘ （３０３） ただし、 ｙ＝ΔＴa（ｎ）＝ΔＴa,out Ｃ＝［１ ０ … ０］
∈ Ｒ1×3n 式（３０２），（３０３）で表されるシステムの最小次
元状態観測器は次式で（Ｄ．Ｇ．Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅ
ｒ：Ｏｂｓｅｒｖｅｒｓ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｖａｒｉ
ａｂｌｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＩＥＥＥ，ＡＣ−１１，１
９０１９７（１９６６））と熱交換器線形化モデルは次
式で表される。
∈ Ｒ1×3n 式（３０２），（３０３）で表されるシステムの最小次
元状態観測器は次式で（Ｄ．Ｇ．Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅ
ｒ：Ｏｂｓｅｒｖｅｒｓ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｖａｒｉ
ａｂｌｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＩＥＥＥ，ＡＣ−１１，１
９０１９７（１９６６））と熱交換器線形化モデルは次
式で表される。
【０１０２】
【数１８】
【０１０３】（３０４），（３０５）式の最小次元状態
観測器は、Ｇｏｐｉｎａｔｈの設計法（Ｂ．Ｇｏｐｉｏ
ｎａｔｈ：Ｏｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｌｉ
ｎｅａｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ−Ｏｕｔｐｕ
ｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＴｈｅＢｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｉｋ
ａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，５０（３），１０６３−１０８
１（１９７１）等により設計することができる。
観測器は、Ｇｏｐｉｎａｔｈの設計法（Ｂ．Ｇｏｐｉｏ
ｎａｔｈ：Ｏｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｌｉ
ｎｅａｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ−Ｏｕｔｐｕ
ｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＴｈｅＢｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｉｋ
ａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，５０（３），１０６３−１０８
１（１９７１）等により設計することができる。
【０１０４】ここで
【０１０５】
【数１９】
【０１０６】とおき、観測量ｙが一定目標値ｒに一致し
た時、各状態変数の定常状態からの偏差δｘが零とすれ
ば良いので、評価関数は次式で与えられる。
た時、各状態変数の定常状態からの偏差δｘが零とすれ
ば良いので、評価関数は次式で与えられる。
【０１０７】
【数２０】
【０１０８】よって制御則は次式で与えられる。
【０１０９】 ｕ＝−Ｋ1ｘ−Ｋ2∫t（ｙ−ｒ）ｄｔ （３０７） ただし、前節で述べたように状態量ｘは最小次元状態観
測器の推定値を用いるので制御則は次式で与えられる。
測器の推定値を用いるので制御則は次式で与えられる。
【０１１０】
【数２１】
【０１１１】上述したフィードバック制御系に冷却除湿
器モデルを用いてフィードフォワード制御系を併用する
制御系について説明する。
器モデルを用いてフィードフォワード制御系を併用する
制御系について説明する。
【０１１２】上述してある冷却除湿器モデルにおいて、
低温流体流量が一定であるとすると同モデルは線形微分
方程式と見なすことができる。ある流量に対するこの線
形微分方程式の定常解を求め、Ｔa，outすなわち加熱換
器出口での空気温度に関する解が設定値Ｔa，out，svと
一致するまで、冷水流量を変化させるという繰り返し計
算を行い、この低温流体流量を操作量とする。この操作
量を前述したフィードバック制御系の操作量に加算する
ようにしたものである。なお、これまでの式中に用いた
記号を以下に示す。
低温流体流量が一定であるとすると同モデルは線形微分
方程式と見なすことができる。ある流量に対するこの線
形微分方程式の定常解を求め、Ｔa，outすなわち加熱換
器出口での空気温度に関する解が設定値Ｔa，out，svと
一致するまで、冷水流量を変化させるという繰り返し計
算を行い、この低温流体流量を操作量とする。この操作
量を前述したフィードバック制御系の操作量に加算する
ようにしたものである。なお、これまでの式中に用いた
記号を以下に示す。
【０１１３】
【数２２】
【０１１４】
【数２３】
【０１１５】〈添字〉 ｉｎ ：熱交換器入り側 ｏｕｔ ：熱交換器出側 ａ ：空気 ｃ ：伝熱コイル ｌ ：温水若しくは冷水 ｓ ：定常状態 ｓｖ ：設定値 ｗ１ ：伝熱コイル空気側境膜 ｗ２ ：伝熱コイル温水もしくは冷水コイル側境膜 図２は本実施例の温湿度制御装置における温湿度の制御
状況を示すグラフであり、図３は加熱器高温流体量、冷
却除湿器の低温流体量の変位を示すグラフである。
状況を示すグラフであり、図３は加熱器高温流体量、冷
却除湿器の低温流体量の変位を示すグラフである。
【０１１６】図３から、入口空気温湿度を空調機通過
後、最小のエネルギーで温湿度設定するために必要な装
置を装置選択部が選択するので、当該選択された装置の
みで制御が行われるためにエネルギー面で経済的である
ことが分かる。
後、最小のエネルギーで温湿度設定するために必要な装
置を装置選択部が選択するので、当該選択された装置の
みで制御が行われるためにエネルギー面で経済的である
ことが分かる。
【０１１７】図２から冷却除湿器制御部が設定湿度を実
現する低温流体量を決定すると同時に、冷却除湿器によ
る冷却量を予測し、加熱器制御部がこの冷却除湿器によ
る冷却量を予測し、加熱器制御部がこの冷却予測量を相
殺しかつ設定温度を実現する高温流体量を決定すること
により、温度、湿度とも設定値を得るための装置を選択
するために温湿度どちらかの制御が無視されることがな
いので、制御偏差が小さいことが分かる。
現する低温流体量を決定すると同時に、冷却除湿器によ
る冷却量を予測し、加熱器制御部がこの冷却除湿器によ
る冷却量を予測し、加熱器制御部がこの冷却予測量を相
殺しかつ設定温度を実現する高温流体量を決定すること
により、温度、湿度とも設定値を得るための装置を選択
するために温湿度どちらかの制御が無視されることがな
いので、制御偏差が小さいことが分かる。
【０１１８】冷却除湿制御部は入側空気温湿度を検出
し、設定湿度にいたらしめる低温流体量を決定すると同
時に、冷却除湿器による冷却分に加熱器制御部に予め示
唆し、加熱器制御部はこの冷却量を相殺しかつ、設置温
度にいたらしめる高温流体量を決定するので、試行錯誤
的な調節なしで入口温湿度に応じたフィードフォワード
制御を行うと同時に、冷却除湿器における冷却分を相殺
した高精度な温湿度制御を実現している事が分かる。
し、設定湿度にいたらしめる低温流体量を決定すると同
時に、冷却除湿器による冷却分に加熱器制御部に予め示
唆し、加熱器制御部はこの冷却量を相殺しかつ、設置温
度にいたらしめる高温流体量を決定するので、試行錯誤
的な調節なしで入口温湿度に応じたフィードフォワード
制御を行うと同時に、冷却除湿器における冷却分を相殺
した高精度な温湿度制御を実現している事が分かる。
【０１１９】又、冷却除湿器制御部、加熱器制御部とも
に高温流体温度及び低温流体温度を検出し流体量を決定
するので、これらの変動があっても精度を維持している
事が分かる。
に高温流体温度及び低温流体温度を検出し流体量を決定
するので、これらの変動があっても精度を維持している
事が分かる。
【０１２０】
【発明の効果】本発明によれば、入口空気温湿度を空調
機通過後、最小のエネルギーで温湿度設定するために必
要な装置を装置選択部が選択するので、当該選択された
装置のみで制御が行われるためにエネルギー面で経済的
である。
機通過後、最小のエネルギーで温湿度設定するために必
要な装置を装置選択部が選択するので、当該選択された
装置のみで制御が行われるためにエネルギー面で経済的
である。
【０１２１】また、本発明の温湿度予測装置では、空気
側境膜伝熱係数、空気と低温流体の隔壁部分の伝熱係
数、冷水側境膜伝熱係数を個々に求める必要がなく、空
気と低温流体の隔壁部分が乾いた状態における空気入口
・出口、冷水入口温度のみの測定で可能となり、空気と
低温流体間の総括伝熱係数を求めるだけでよい。さら
に、種々の流量域における総括伝熱係数を求めることに
より、流量が変化する場合にも用いることができる。
側境膜伝熱係数、空気と低温流体の隔壁部分の伝熱係
数、冷水側境膜伝熱係数を個々に求める必要がなく、空
気と低温流体の隔壁部分が乾いた状態における空気入口
・出口、冷水入口温度のみの測定で可能となり、空気と
低温流体間の総括伝熱係数を求めるだけでよい。さら
に、種々の流量域における総括伝熱係数を求めることに
より、流量が変化する場合にも用いることができる。
【０１２２】また、本発明の温湿度予測装置では、冷却
除湿器の入口温湿度が大きく変わることによる表面の濡
れ状態の変化に対してもパラメータを調節する必要がな
いので種々の温湿度条件においても用いることができ
る。
除湿器の入口温湿度が大きく変わることによる表面の濡
れ状態の変化に対してもパラメータを調節する必要がな
いので種々の温湿度条件においても用いることができ
る。
【図１】本発明の温湿度制御装置の一実施例を示す機能
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】本実施例の温湿度制御装置における温湿度の制
御状況を示すグラフである。
御状況を示すグラフである。
【図３】加熱器高温流体量、冷却除湿器の低温流体量の
変位を示すグラフである。
変位を示すグラフである。
【図４】本発明の温湿度制御装置を構成する装置選択部
の選択動作を示す湿り空気線図である。
の選択動作を示す湿り空気線図である。
【図５】本発明の温湿度制御装置を構成する加熱器制御
部の熱変換モデルである。
部の熱変換モデルである。
【図６】従来の温湿度制御装置における温湿度の制御状
況を示すグラフである。
況を示すグラフである。
【図７】加熱器高温流体量、冷却除湿器の低温流体量及
び加湿器の蒸気量の変位を示すグラフである。
び加湿器の蒸気量の変位を示すグラフである。
１ 冷却除湿器 ２ 加熱器 ３ 加湿器 ４ 送風機 ５ 空調機本体 ６ 外気導入通路 ７ 換気通路 ８ 冷却除湿制御弁 ９ 加熱制御弁 １０ 加湿制御弁 ２０ 装置選択部 ３０ 冷却除湿制御部 ４０ 冷却除温制御部 ５０ 加熱器制御部 ６０ 加湿器制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 23/19 Ｈ 27/02
Claims (11)
- 【請求項１】 熱交換器による冷却除湿器の操作量を決
定して湿度を制御する除湿用冷却除湿制御部と、加熱器
の操作量を決定し温度を制御する加湿器制御部と、冷却
除湿器の操作による温度変化量を予測する手段を有し、
前記加熱器制御部で前記加熱器の操作量を決定する際
に、その温度変化予測量を相殺しかつ設定温度を実現す
るように加熱器の操作量を決定することを特徴とする温
湿度制御装置。 - 【請求項２】 前記加熱器制御部で前記加熱器の操作量
を決定する際に、冷却除湿器への入側空気温湿度及び低
温流体温度及び冷却除湿器操作量に対する出側空気温湿
度の応答を表現するモデルに基づき、設定湿度を実現す
る操作量を決定する請求項１記載の温湿度制御装置。 - 【請求項３】 前記加熱器制御部で前記加熱器の操作量
を決定する際に、冷却除湿器への入側空気温湿度、冷却
除湿器の操作量に対する出側空気温湿度の応答を表現す
るモデルを用いて冷却除湿器の操作による温度変化量を
予測することを特徴とする請求項１記載の温湿度制御装
置。 - 【請求項４】 前記加熱器制御部で前記加熱器の操作量
を決定する際に、加熱器への入側空気温湿度及び高温流
体温度及び加熱器操作量に対する出側空気温湿度の応答
を表現するモデルに基づき、設定温度を実現する加熱器
の操作量を決定する請求項１記載の温湿度制御装置。 - 【請求項５】 熱交換器による冷却除湿器の操作量を決
定して温度を制御する冷却用冷却除湿制御部と、蒸気ス
プレーによる加湿器の操作量を決定して湿度を制御する
加湿器制御部と、冷却除湿器の操作による湿度変化量を
予測する手段を有し、前記加湿器制御部で加湿器の操作
量を決定する際に、その湿度変化予測量を相殺しかつ設
定湿度を実現するように加湿器の操作量を決定すること
を特徴とする温湿度制御装置。 - 【請求項６】 前記加湿器制御部で加湿器の操作量を決
定する際に、冷却除湿器への入側空気温湿度及び低温流
体温度及び冷却除湿操作量に対する出側空気温湿度の応
答を表現するモデルに基づき、設定温度を実現する冷却
除湿器の操作量を決定することを特徴とする請求項５記
載の温湿度制御装置。 - 【請求項７】 前記加湿器制御部で加湿器の操作量を決
定する際に、冷却除湿器への入側空気温湿度、冷却除湿
器の操作量に対する出側空気温湿度の応答を表現するモ
デルを用いて冷却除湿器の操作による湿度変化量を予測
することを特徴とする請求項５記載の温湿度制御装置。 - 【請求項８】 前記加湿器制御部で加湿器の操作量を決
定する際に、加湿器への入側空気温湿度及び蒸気温度及
び加湿器操作量に対する出側空気温湿度の応答を表現す
るモデルに基づき、設定湿度を実現する加湿器の操作量
を決定することを特徴とする請求項５記載の温湿度制御
装置。 - 【請求項９】 除湿と加熱を行うために熱交換器による
冷却除湿器と熱交換器による加熱器を選択し、冷却と加
湿を行うために前記冷却除湿器と蒸気スプレーによる加
湿器を選択し、加熱と加湿を行うために前記加熱器と前
記加湿器を選択する装置選択部を有することにより、装
置選択部において、空調機入口温湿度と設定温湿度よ
り、除湿と加熱を行う必要があると判断した場合、冷却
除湿器と加熱器を選択し、冷却と加湿を行う必要がある
と判断した場合、冷却除湿器と加湿器を選択し加熱と加
湿を行う必要があると判断した場合、加熱器と加湿器を
選択し、選択された装置に対応する各制御部に動作開始
の指示を与えること特徴とする温湿度制御装置。 - 【請求項１０】 前記装置選択部において、空調機入口
温湿度と設定温湿度より、除湿と加熱を行う必要がある
判断した場合、冷却除湿器と加熱器を選択し、冷却と加
湿を行う必要があると判断した場合、冷却除湿器と加湿
器を選択し加熱と加湿を行う必要があると判断した場
合、加熱器への入側空気温湿度及び高温流体温度及び加
熱器操作量に対する出側空気温湿度の応答を表現するモ
デルに基づき、設定温度を実現する加熱器の操作量を決
定することを特徴とする請求項９記載の温湿度制御装
置。 - 【請求項１１】 前記装置選択部において、空調機入口
温湿度と設定温湿度より、除湿と加熱を行う必要がある
判断した場合、冷却除湿器と加熱器を選択し、冷却と加
湿を行う必要があると判断した場合、冷却除湿器と加湿
器を選択し加熱と加湿を行う必要があると判断した場
合、加湿器への入側空気温湿度及び蒸気温度及び加湿器
操作量に対する出側空気温湿度の応答を表現するモデル
に基づき、設定湿度を実現する加湿器の操作量を決定す
ることを特徴とする請求項９記載の温湿度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7225211A JPH08123556A (ja) | 1994-09-01 | 1995-09-01 | 温湿度制御装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-208662 | 1994-09-01 | ||
| JP20866294 | 1994-09-01 | ||
| JP7225211A JPH08123556A (ja) | 1994-09-01 | 1995-09-01 | 温湿度制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08123556A true JPH08123556A (ja) | 1996-05-17 |
Family
ID=26516973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7225211A Pending JPH08123556A (ja) | 1994-09-01 | 1995-09-01 | 温湿度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08123556A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10292941A (ja) * | 1997-04-18 | 1998-11-04 | Toshiba Corp | 空調制御装置 |
| EP1081442A1 (de) * | 1999-09-06 | 2001-03-07 | Dürr Systems GmbH | Verfahren zum Regeln einer Zuluft-Konditionieranlage und Regelvorrichtung für eine Zuluft-Konditionieranlage |
| JP2001108278A (ja) * | 1999-10-05 | 2001-04-20 | Daikin Ind Ltd | 空気調和装置 |
| JP2002162083A (ja) * | 2000-11-27 | 2002-06-07 | Matsushita Seiko Co Ltd | 換気調湿システム |
| JP2010214139A (ja) * | 2002-08-30 | 2010-09-30 | Fisher & Paykel Healthcare Ltd | 加湿システム |
| JP2011069520A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Mazda Motor Corp | 塗装用空調装置及びその空調方法 |
-
1995
- 1995-09-01 JP JP7225211A patent/JPH08123556A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10292941A (ja) * | 1997-04-18 | 1998-11-04 | Toshiba Corp | 空調制御装置 |
| EP1081442A1 (de) * | 1999-09-06 | 2001-03-07 | Dürr Systems GmbH | Verfahren zum Regeln einer Zuluft-Konditionieranlage und Regelvorrichtung für eine Zuluft-Konditionieranlage |
| JP2001108278A (ja) * | 1999-10-05 | 2001-04-20 | Daikin Ind Ltd | 空気調和装置 |
| JP2002162083A (ja) * | 2000-11-27 | 2002-06-07 | Matsushita Seiko Co Ltd | 換気調湿システム |
| JP2010214139A (ja) * | 2002-08-30 | 2010-09-30 | Fisher & Paykel Healthcare Ltd | 加湿システム |
| JP2011069520A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Mazda Motor Corp | 塗装用空調装置及びその空調方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050426 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050823 |