JPH11351730A - 冷凍装置及び冷凍装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透湿膜加湿器に温水を供給して加湿を行う冷
凍装置において、透湿膜加湿器の顕熱負荷を抑制して省
エネルギー化を図る。 【解決手段】 水温調節が自在な水循環回路に設けられ
た透湿膜加湿器を備える。透湿膜加湿器に空気を供給す
る風量調節自在な送風機を備える。空気の温度を検出す
る温度センサと、空気の湿度を検出する湿度センサを設
ける。予め透湿膜加湿器の出口空気状態と風量の関係及
び出口空気温度と顕熱負荷の関係を算出しておく（ステ
ップST21）。顕熱負荷を設定し（ステップST22）、セン
サの検出値及び上記関係を参照しながら、顕熱負荷が設
定値になるような相当出口空気温度を算出するとともに
（ステップST23）、相当風量を算出する（ステップST2
4）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍装置及び冷凍
装置の制御方法に係り、特に、冷却とともに加湿を行う
冷凍装置及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば食品の貯蔵などを目的
として、庫内空気を低温かつ高湿度に維持する冷凍装置
が知られている。冷凍装置の蒸発器は庫内空気の露点以
下であるため、蒸発器の表面において結露が発生する。
そのため、庫内空気は除湿されるので、庫内湿度を一定
にするためには加湿を行わなければならない。

【０００３】しかし、低温の条件下では、飽和空気の水
蒸気分圧が低いため、わずかな加湿量によって相対湿度
は大きく変化する。また、冷凍機をＯＮ／ＯＦＦ制御す
る場合には、冷凍機の停止による庫内温度の上昇に伴
い、蒸発器上の結露水が蒸発して加湿器以外から加湿が
行われることがある。そのため、湿度を高精度に安定し
て制御することは非常に困難であった。

【０００４】図１２（ａ）は、冷凍機をＯＮ／ＯＦＦ制
御させる冷凍装置における庫内温度及び湿度の経時変化
を示す。図１２（ａ）より明らかなように、冷凍機がＯ
Ｎ状態のときは庫内温度は低下し、ＯＦＦ状態のときは
庫内温度は上昇する。また、冷凍機がＯＮ状態のとき
は、蒸発器に結露が発生するため、庫内空気は除湿さ
れ、湿度は低下する。一方、冷凍機がＯＦＦ状態のとき
は、庫内温度の上昇によって、蒸発器に残った結露水が
蒸発するため、庫内の湿度は上昇する。そのため、冷凍
機のＯＮ／ＯＦＦに従って庫内湿度は上昇及び下降を繰
り返す。

【０００５】ところで、従来の加湿制御の一つとして、
湿度センサによって庫内空気の湿度を検出し、当該検出
値が目標湿度よりも小さいときに加湿器を運転させるも
のがある。図１２（ｂ）は、このような加湿制御を行っ
た場合における庫内温度及び湿度の経時変化を示す。点
Ｐ１は加湿器をＯＮにした時点を表し、点Ｐ２は加湿器
をＯＦＦにした時点を表す。図１２（ｂ）から明らかな
ように、従来の加湿制御は応答性が悪く、加湿器をＯＦ
Ｆにした後にも湿度が上昇し続け、相対湿度が１００％
に達して庫内の貯蔵物に結露を生じることもあった。結
果的に、湿度は大きく変動することとなった。

【０００６】そこで、このような過加湿を防止するた
め、特開平１−２０３６８９号公報に開示された加湿装
置では、冷凍機のＯＮ／ＯＦＦ状態に連動させて加湿器
を運転及び停止させている。このような加湿制御では、
蒸発器で除湿される水分を加湿器で同時に補充すること
になり、除湿と加湿とのタイミングのずれが少ない。ま
た、冷凍機がＯＦＦ状態のときには、加湿器による加湿
は中止し、蒸発器に結露した水分の蒸発のみによって加
湿が行われるので、湿度の過上昇を抑制することができ
る。その結果、図１２（ｃ）に示すように、湿度の変動
が少なくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報の加
湿装置は、微細水滴あるいは水蒸気を噴出する噴出口が
設けられたダクトに二流体ノズルを接続し、当該ダクト
を通じて庫内空気に水蒸気を供給するものである。従っ
て、除湿量とは無関係に水蒸気を供給しているので、た
とえ結露水の蒸発による湿度の過上昇は解消できるとし
ても、加湿量を微妙に調節することは困難であった。つ
まり、必要とされる加湿量は冷凍装置の設定条件や目標
湿度等によって異なるが、上記加湿装置は、それらに機
動的に対応して加湿量を調節することができなかった。

【０００８】一方、公知の加湿器として、加熱ヒータに
よって水を加熱して蒸発させ、空気に蒸気を供給する強
制蒸発式の加湿器がある。しかし、強制蒸発式の加湿器
をそのまま用いたのでは、冷却した庫内に高温の水蒸気
を何ら対策を講じないまま供給することとなり、加湿器
自体が新たな加熱源となって冷凍装置の省エネルギー化
の妨げとなる。

【０００９】そこで、従来の方法とは異なり、種々の条
件に対応して加湿量を容易に調節でき且つ冷凍負荷を抑
制するような全く新しい加湿方法が望まれていた。

【００１０】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、省エネルギー化を図
りつつ加湿量を簡易かつ正確に調節することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、加湿手段(5) の水温と吹出空気量との特
性に基づき、加湿手段(5) の顕熱負荷が小さくなるよう
に供給水の温度及び風量を設定することとし、加湿手段
(5) に従来よりも高温の水を供給する一方で、加湿手段
(5) に供給する空気の量を従来よりも少なくすることと
した。

【００１２】具体的には、第１の発明が講じた手段は、
庫内空気を冷却する冷却手段(24)と、水の通過を防止し
且つ水蒸気のみを通過させる多孔性部材によって空気通
路と区画された水流路(15)が設けられ、該水流路(15)の
水から該多孔性部材を通じて庫内空気に水蒸気を供給す
るように構成された加湿手段(5) と、該加湿手段(5)に
温水を供給し、該温水の温度調節によって該加湿手段
(5) の加湿量を制御するための水温調節自在な給水手段
(2) と、該加湿手段(5) に庫内空気を供給する風量調節
自在な加湿用送風手段(16)とを備え、庫内の必要加湿量
に対する加湿手段(5) の水温と吹出空気量との特性に基
づき、該加湿手段(5) に起因する顕熱負荷が低負荷状態
になるように該給水手段(2) の供給水の温度及び該加湿
用送風手段(16)の風量が設定されていることとしたもの
である。

【００１３】上記発明特定事項により、冷却手段(24)に
よって庫内空気が冷却される。また、加湿用送風手段(1
6)によって加湿手段(5) に庫内空気が供給されるととも
に、加湿手段(5) の水流路(15)には給水手段(2) によっ
て温水が供給される。その結果、多孔性部材を通じて水
流路(15)内の温水から庫内空気へ水蒸気が供給され、庫
内空気が加湿される。供給水の温度及び風量は、加湿手
段(5) に起因する顕熱負荷が低負荷状態、すなわち冷凍
負荷に対して小さくなるように設定されているので、加
湿量が簡易かつ正確に調節されるだけでなく、装置の省
エネルギー化が図られることになる。

【００１４】第２の発明が講じた手段は、庫内空気を冷
却する冷却手段(24)と、水の通過を防止し且つ水蒸気の
みを通過させる多孔性部材によって空気通路と区画され
た水流路(15)が設けられ、該水流路(15)の水から該多孔
性部材を通じて庫内空気に水蒸気を供給するように構成
された加湿手段(5) と、該加湿手段(5) に温水を供給す
る水温調節自在な給水手段(2) と、該加湿手段(5) に庫
内空気を供給する風量調節自在な加湿用送風手段(16)
と、庫内空気の温度を検出する温度検出手段(34)と、庫
内空気の湿度を検出する湿度検出手段(35)と、該温度検
出手段(34)及び該湿度検出手段(35)の検出値に基づいて
該加湿手段(5) に起因する顕熱負荷を算出し、該顕熱負
荷が所定値になるように該給水手段(2) 及び該加湿用送
風手段(16)を制御して供給水の温度及び風量を調節する
制御手段(37)とを備えていることとしたものである。

【００１５】上記発明特定事項により、冷却手段(24)に
よって庫内空気が冷却される。また、加湿用送風手段(1
6)によって加湿手段(5) に庫内空気が供給されるととも
に、加湿手段(5) の水流路(15)には給水手段(2) によっ
て温水が供給される。その結果、多孔性部材を通じて水
流路(15)内の温水から庫内空気へ水蒸気が供給され、庫
内空気が加湿される。この際、加湿手段(5) は庫内空気
よりも高温であるため、加湿手段(5) は顕熱負荷とな
る。温度検出手段(34)は庫内温度を検出し、湿度検出手
段(35)は庫内湿度を検出する。制御手段(37)は、これら
温度検出手段(34)及び湿度検出手段(35)の検出した庫内
温度及び庫内湿度に基づいて加湿手段(5)の顕熱負荷を
算出し、この顕熱負荷が所定値になるように給水手段
(2) 及び加湿用送風手段(16)を制御する。その結果、加
湿手段(5) に供給される温水の温度及び風量が調節さ
れ、省エネルギー化を図りつつ常に適正量の加湿が行わ
れる。

【００１６】第３の発明が講じた手段は、上記第２の発
明において、制御手段(37)は、透湿膜加湿器(5) の出口
空気状態と風量の関係及び出口空気状態と顕熱負荷の関
係を記憶した記憶部(42)と、該記憶部(42)の出口空気状
態と顕熱負荷の関係を参照しながら、所定の顕熱負荷に
相当する相当出口空気温度を算出する出口温度算出部(4
3)と、該記憶部(42)の出口空気状態と風量の関係を参照
しながら、該出口温度算出部(43)が算出した相当出口空
気温度に相当する相当風量を算出する風量算出部(44)
と、透湿膜加湿器(5) の出口空気温度が該相当出口空気
温度になるように給水手段(2) を制御するとともに風量
が該相当風量になるように加湿用送風手段(16)を制御す
る制御部(45)とを備えていることとしたものである。

【００１７】上記発明特定事項により、出口温度算出部
(43)は、庫内温度及び庫内湿度に基づいて記憶部(42)の
出口空気状態と顕熱負荷の関係を参照し、所定の顕熱負
荷に相当する相当出口空気温度を算出する。一方、風量
算出部(44)は、記憶部(42)の出口空気状態と風量の関係
を参照しながら、上記相当出口空気温度に相当する相当
風量を算出する。そして、制御部(45)は、出口空気温度
が上記相当出口空気温度になるように給水手段(2) を制
御し、風量が上記相当風量になるように加湿用送風手段
(16)を制御する。その結果、加湿手段(5) に供給される
温水の温度及び風量が調節され、省エネルギー化を図り
つつ常に適正量の加湿が行われる。

【００１８】第４の発明が講じた手段は、水の通過を防
止し且つ水蒸気のみを通過させる多孔性部材によって空
気通路と区画された水流路(15)が設けられ、該水流路(1
5)の水から該多孔性部材を通じて庫内空気に水蒸気を供
給するように構成された加湿手段(5) と、該加湿手段
(5) に庫内空気を供給する風量調節自在な加湿用送風手
段(16)とを備えた冷凍装置の制御方法であって、加湿手
段(5) の出口空気状態と風量の関係及び出口空気状態と
顕熱負荷の関係を予め算出しておく第１ステップと、該
第１ステップで算出した出口空気状態と顕熱負荷の関係
を参照しながら、所定の顕熱負荷に相当する相当出口空
気温度を算出する第２ステップと、該第１ステップで算
出した出口空気状態と風量の関係を参照しながら、該相
当出口空気温度に相当する相当風量を算出する第３ステ
ップと、加湿手段(5) の出口空気温度が該相当出口空気
温度になるように該加湿手段(5) へ供給する水の温度を
調節するとともに、風量が該相当風量になるように該加
湿用送風手段(16)を制御する第４ステップとを包含して
いることとしたものである。

【００１９】上記発明特定事項により、第１ステップに
おいて加湿手段(5) の出口空気状態と風量の関係及び出
口空気状態と顕熱負荷の関係が予め算出される。次に、
これらの関係を参照しながら、第２ステップで所定の顕
熱負荷に相当する相当出口空気温度が算出され、第３ス
テップで相当風量が算出される。そして、第４ステップ
において、加湿手段(5) の出口空気温度が上記相当出口
空気温度になるように供給水の水温が調節されるととも
に、風量が上記相当風量になるように加湿用送風手段(1
6)が制御される。その結果、加湿量が簡易かつ正確に調
節されると同時に、装置の省エネルギー化が図られるこ
とになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２１】＜実施形態１＞ −冷蔵装置(1) の構成− 本実施形態に係る冷蔵装置(1) は、プレハブ(27)に設置
され、プレハブ(27)内（庫内）の空気を所定の温度及び
湿度に維持するために用いられる冷蔵・冷凍ユニットで
ある。図１に示すように、本冷蔵装置(1) は、水循環回
路(2) と冷媒回路(3) とを備えている。

【００２２】冷媒回路(3) は、順に接続された圧縮機(2
0)、凝縮器(21)、膨張弁(23)及び蒸発器(24)によって構
成されている。圧縮機(20)には、圧縮機(20)を発停制御
（ＯＮ／ＯＦＦ制御）するコントローラ(36)が接続され
ている。凝縮器(21)は室外送風機(22)と共にプレハブ(2
7)外に設けられ、冷却手段としての蒸発器(24)は、室内
送風機(25)と共にプレハブ(27)内に設置されている。

【００２３】一方、水循環回路(2) は、ポンプ(4) と、
加湿手段としての透湿膜加湿器（５）と、タンク（６）
とが順に接続されて構成されている。

【００２４】タンク(6) には、貯留された水の温度を検
出する水温センサ(8) が設けられている。水温センサ
(8) は水温コントローラ(9) に接続され、水温センサ
(8) の検出値が水温コントローラ(9) に入力されるよう
になっている。タンク(6) には、また、貯留された水を
加熱する加熱ヒータ(7) が設けられている。加熱ヒータ
(7) は加熱量の調節が自在なヒータであり、水温コント
ローラ(9) からの制御信号に基づいて加熱量が調節され
るように構成されている。これらタンク(6) 、加熱ヒー
タ(7) 、水温センサ(8) 及び水温コントローラ(9) は、
透湿膜加湿器(5) に供給する水の温度を調節する水温調
節手段(TC)を構成している。

【００２５】また、タンク(6) には、フロートスイッチ
(10)が設けられている。フロートスイッチ(10)は、タン
ク(6) に水を供給する給水管(11)に設けられた給水用電
磁弁(12)に接続されている。フロートスイッチ(10)は、
タンク(6) の水位が所定水位よりも高い場合には、給水
用電磁弁(12)を閉状態に維持する一方、タンク(6) の水
位が所定水位以下の場合には、給水用電磁弁(12)を開状
態にしてタンク(6) に水を補給する。

【００２６】タンク(6) の底部には、排水用電磁弁(14)
を備えた排水管(13)が接続されている。また、タンク
(6) の流出口(17a) には、タンク(6) 内の水を流出させ
る流出管(17)が接続されている。

【００２７】タンク(6) の流出管(17)は、ポンプ(4) の
吸入側に接続されている。ポンプ(4) の吐出側は、入口
管(18)を介して透湿膜加湿器(5) に接続されている。ポ
ンプ(4) は図示しない電源に接続され、ポンプ(4) と当
該電源との間には、連動コントローラ(26)が設けられて
いる。連動コントローラ(26)は、冷媒回路(3) の圧縮機
(20)にも接続され、圧縮機(20)がＯＮ状態のときにはポ
ンプ(4) に電力を供給し、圧縮機(20)がＯＦＦ状態のと
きにはポンプ(4) への電力供給を遮断するように構成さ
れている。つまり、ポンプ(4) が冷媒回路(3) と連動し
てＯＮ／ＯＦＦ動作するようになっている。

【００２８】透湿膜加湿器(5) は、複数の透湿膜の筒状
体から成る透湿膜チューブ(15)によって形成され、この
透湿膜チューブ(15)は水流路を構成している。透湿膜
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、フ
ッ素樹脂等の材料によって構成され、水蒸気を自由に通
過させる一方で水（液体）を通過させない多数の微細孔
が形成された多孔性部材である。透湿膜加湿器(5) に
は、透湿膜加湿器(5) に空気を供給する加湿用送風手段
としての送風機(16)が設置されている。そして、ポンプ
(4) から吐出された水が透湿膜チューブ(15)の内側を流
れ、送風機(16)から供給された空気が透湿膜チューブ(1
5)の外側を流れることにより、水蒸気が透湿膜を通過し
て空気通路中の空気に放出され、加湿が行われるように
なっている。送風機(16)は連動コントローラ(26)に接続
され、圧縮機(20)のＯＮ／ＯＦＦ状態に連動して動作す
るように制御される。なお、透湿膜加湿器(5) は、タン
ク(6)よりも上方、つまりタンク(6) よりも高い位置に
設置されている。

【００２９】透湿膜加湿器(5) の出口管(19)はタンク
(6) の上部に延び、その開口端は下方に向かって開口し
ている。つまり、出口管(19)は、透湿膜加湿器(5) を流
出した水をタンク(6) に戻すように構成されている。

【００３０】以上のように、水循環回路(2) は、ポンプ
(4) の運転中には、タンク(6) 内で所定の温度に調節し
た水を透湿膜加湿器(5) へ連続的に供給するように構成
されている。従って、水循環回路(2) は本発明で言うと
ころの給水手段を構成している。

【００３１】−冷蔵装置(1) の運転動作− 次に、本冷蔵装置(1) の運転動作を説明する。冷媒回路
(3) では、プレハブ(27)内を所定の温度に保つように、
コントローラ(36)によって圧縮機(20)のＯＮ／ＯＦＦ制
御が行われる。水循環回路(2) では、圧縮機(20)のＯＮ
／ＯＦＦ状態に応じてポンプ(4) が発停動作を行い、水
が循環する。

【００３２】圧縮機(20)がＯＮ状態の際には、冷媒回路
(3) においては、圧縮機(20)から吐出された冷媒は、凝
縮器(21)において凝縮し、膨張弁(23)で膨張され、蒸発
器(24)で蒸発してプレハブ(27)内の空気を冷却した後、
圧縮機(20)に戻る循環動作を行う。この際、蒸発器(24)
において空気中の水分が凝縮し、除湿が行われる。

【００３３】一方、水循環回路(2) では、ポンプ(4) が
ＯＮ状態のときには、タンク(6) 内の水はポンプ(4) に
よって透湿膜加湿器(5) に供給され、透湿膜加湿器(5)
を流通する。この際、透湿膜を介して水蒸気がプレハブ
(27)内に供給され、加湿が行われる。透湿膜加湿器(5)
を流出した水は、出口管(19)を通じてタンク(6) に流入
する。タンク(6) の水量が減少すると、フロートスイッ
チ(10)がＯＮ状態になり、給水管(11)の給水用電磁弁(1
2)が開いてタンク(6) に水が補給される。従って、タン
ク(6) の水位は一定に保たれる。

【００３４】−加湿制御− 次に、本冷蔵装置(1) における加湿制御を説明する。本
加湿制御は、従来のように湿度センサ等の検出手段を用
いて湿度を検出し、その検出値に基づいて制御を行うも
のではなく、プレハブ(27)内の温湿度条件や冷蔵装置
(1) の仕様等から除湿量を予め算出しておき、当該除湿
量に等しい一定の加湿量を供給する制御である。つま
り、冷媒回路(3) の蒸発器(24)における除湿動作と連動
させて透湿膜加湿器(5) による加湿動作を行うと同時
に、推定される除湿量に等しい量の水分を常に補給して
いく制御である。言い換えると、除湿動作と加湿動作と
のタイミングにずれがなく、しかも除湿量と加湿量が常
に等しいような制御である。

【００３５】本加湿制御では、冷媒回路(3) の圧縮機(2
0)のＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて、連動コントローラ(26)
がポンプ(4) を発停制御する。つまり、圧縮機(20)が運
転中の場合には、蒸発器(24)において除湿が行われると
判断し、ポンプ(4) 及び送風機(16)を作動させて透湿膜
加湿器(5) における加湿を実行する。一方、圧縮機(20)
が停止中の場合には、除湿は行われないと判断し、ポン
プ(4) 及び送風機（１６）の作動を停止して加湿を中止
する。詳しくは、冷媒回路（３） の圧縮機(20)がＯＦ
Ｆ状態のときには、連動コントローラ(26)によってポン
プ(4) の運転が停止され、水循環回路(2) の水は循環し
なくなる。また、透湿膜加湿器(5) はタンク(6)よりも
上方に位置しているので、透湿膜加湿器(5) 内の水がタ
ンク(6) に回収される。さらに、送風機(16)の運転も停
止されるので、透湿膜加湿器(5) への空気の供給が中止
される。従って、透湿膜加湿器(5) における加湿は行わ
れない。つまり、除湿が行われないときには、加湿は行
わない。

【００３６】−水温設定− 次に、本発明の特徴の一つである水温設定の方法につい
て説明する。本加湿制御では、透湿膜加湿器(5) の加湿
量を、透湿膜加湿器(5) に供給する水の温度を調節する
ことにより制御している。透湿膜加湿器(5) の水温は、
図２に示すフローチャートに従って、以下のように設定
される。

【００３７】まず、ステップＳＴ１において、透湿膜加
湿器(5) の入口空気状態Ａの設定を行う。つまり、プレ
ハブ(27)内の空気の温湿度条件を定める。

【００３８】次に、ステップＳＴ２に移り、以下の順序
に従って、除湿量を算出する。すなわち、

【００３９】

【数１】

【００４０】とすると、

【００４１】

【数２】

【００４２】となる。よって、

【００４３】

【数３】

【００４４】である。一方、バイパスファクタをＢＦと
すると、

【００４５】

【数４】

【００４６】となる。

【００４７】そこで、図３に示すように、この結果を空
気線図上にとり、ｉ₃とｉ₁を直線で結ぶと、ｉ₂との交
点が出口空気状態Ｂとなる。この結果、入口空気温度ｔ
₁、出口空気温度ｔ₂とすると、顕熱量Ｑ_Sは、

【００４８】

【数５】

【００４９】となる。

【００５０】そして、除湿量Δｘは、

【００５１】

【数６】

【００５２】によって算出される。

【００５３】図４は、１馬力の圧縮機(20)を用いる場合
に、入口空気状態Ａの相対湿度及び温度をパラメータと
して上記[5]式に基づいて算出した除湿量を示す。図４
より明らかなように、入口空気の相対湿度が大きいほ
ど、除湿量は増大する。また、入口空気の温度が高いほ
ど、除湿量は増大する。

【００５４】次に、ステップＳＴ３に進み、上記除湿量
Δｘを透湿膜加湿器(5) における目標加湿量とする。

【００５５】そして、ステップＳＴ４において、入口空
気状態Ａと目標加湿量とから、透湿膜加湿器(5) におけ
る目標水温Ｔｗを算出する。具体的には、予め実験等に
より、入口空気状態、透湿膜加湿器(5) の水温及び加湿
量の関係を求めておき、当該関係に基づいて、加湿量か
ら透湿膜加湿器(5) の水温を逆算する。例えば、図５
は、入口空気の相対湿度と、透湿膜加湿器(5) の水温と
入口空気温度との差ΔＴとをパラメータとした加湿量を
示すグラフである。ここで、上記[5]式から算出した除
湿量Δｘから目標加湿量が求められるので、縦軸方向の
位置が定まる。また、入口空気の相対湿度から、横軸方
向の位置が定まる。その結果、図５のグラフにおける座
標の位置が定まるので、透湿膜加湿器(5) の水温と入口
空気温度との差ΔＴが一義的に決定される。従って、目
標水温Ｔｗは、入口空気温度にΔＴを足した値なので、
ΔＴが算出されることにより、一義的に算出されること
になる。

【００５６】次に、ステップＳＴ５に進み、タンク(6)
内の水の温度が上記目標水温Ｔｗになるように、水温コ
ントローラ(9) が加熱ヒータ(7) の加熱量を調節する。
なお、タンク(6) から透湿膜加湿器(5) に向かう間に流
出管(17)または入口管(18)における放熱、つまり熱ロス
がある場合には、透湿膜加湿器(5) の水温が目標水温Ｔ
ｗになるように、タンク(6) 内の水温を当該目標水温Ｔ
ｗよりも高めに調節してもよいことは勿論である。

【００５７】−処理風量の設定− 本冷蔵装置(1) は、透湿膜加湿器(5) に供給する空気の
量、すなわち処理風量の設定にも特徴がある。次に、本
発明の他の特徴である処理風量の設定について説明す
る。

【００５８】本実施形態に係る透湿膜加湿器(5) は、低
温のプレハブ(27)内において加湿を行うものである。つ
まり、いわゆる低温加湿を行う加湿手段である。加湿対
象となる空気は、低温かつ高湿度であるため、透湿膜加
湿器(5) に低温の水を流したのでは、十分な量の加湿を
行うことは困難である。そのため、本実施形態では、透
湿膜加湿器(5) に高温の水を流通させることとしてい
る。しかし、透湿膜加湿器(5) に高温の水を流すと、透
湿膜加湿器(5) の表面が高温となるため、透湿膜加湿器
(5) を通過した空気は加湿だけでなく加熱されることに
なる。言い換えると、空気は潜熱だけでなく、顕熱をも
受け取ることになる。従って、透湿膜加湿器(5) は一種
の加熱源になり、透湿膜加湿器(5) による加熱は、必然
的に冷蔵装置(1) の熱負荷（顕熱負荷）となる。熱負荷
が大きいと、冷媒回路(3) の冷凍能力を増加させる必要
が生じ、省エネルギー化を図ることが困難になるととも
に、装置の大型化を招く。そこで、本冷蔵装置(1) で
は、透湿膜加湿器(5) による顕熱負荷を抑制するため、
処理風量を以下のように設定している。

【００５９】すなわち、図６に示すように、予め出口空
気状態Ｂと処理風量Ｖとの関係、及び出口空気状態Ｂと
顕熱負荷との関係を算出しておき、その上で、顕熱負荷
が所定の値になるように、出口空気温度及び処理風量Ｖ
を逆算して算出する。

【００６０】出口空気状態Ｂと処理風量Ｖとの関係、及
び出口空気状態Ｂと顕熱負荷との関係は、具体的には、
図７のフローチャートに従って算出される。つまり、ス
テップＳＴ１１において、パラメータである出口空気温
度ｔ２と、出口空気の相対湿度φ２（％）の値を設定す
る。次に、ステップＳＴ１２に進み、出口空気の他の状
態、例えば絶対湿度ｘ２等を算出する。そして、ステッ
プＳＴ１３において、処理風量Ｖを算出する。具体的に
は、

【００６１】

【数７】

【００６２】とすると、

【００６３】

【数８】

【００６４】であるので、処理風量Ｖは、[7]式を変形
して、

【００６５】

【数９】

【００６６】によって算出される。

【００６７】次に、ステップＳＴ１４に進み、顕熱負荷
を算出する。具体的には、顕熱負荷は、上記[10]式によ
って算出される。

【００６８】以上のようにして、出口空気温度ｔ２と出
口空気の相対湿度φ２とをパラメータとした処理風量Ｖ
及び顕熱負荷が算出される。図８に顕熱負荷に関する算
出結果を、図９に処理風量Ｖに関する算出結果を示す。

【００６９】このような算出結果に基づいて、本実施形
態では、顕熱負荷が冷凍能力の１５％以下になるよう
に、次のようにして処理風量Ｖを設定している。すなわ
ち、図６に示すように、ステップＳＴ２１（第１ステッ
プ）において上記の方法により出口空気状態と風量の関
係及び出口空気状態と顕熱負荷の関係を算出し、ステッ
プＳＴ２２（第２ステップ）においてこれらの関係に基
づいて顕熱負荷を設定する。なお、本実施形態では、冷
凍能力の１５％以下となるように顕熱負荷の値を設定し
ている。次に、ステップＳＴ２３（第３ステップ）に移
り、上記顕熱負荷に相当する相当出口空気温度を算出す
る。ここでは、図８を参照して、当該顕熱負荷に対応す
る相当出口空気温度を特定する。そして、ステップＳＴ
２４（第４ステップ）に進み、相当出口空気温度に相当
する相当風量を算出する。具体的には、図９を参照し
て、ステップＳＴ２３で特定した出口空気温度から相当
風量Ｖを決定する。

【００７０】その結果、例えば、プレハブ(27)の床面積
が１坪、圧縮機(20)の容量が１馬力、プレハブ(27)内の
温度が５℃、相対湿度が９０％とした場合に、顕熱負荷
が冷凍能力の１５％となる相当風量Ｖは、約０．１〜
０．３ｍ³／ｍｉｎ程度の小さな値に決定される。ま
た、出口空気温度は、約４０〜５０℃程度の高い温度に
決定される。なお、風量Ｖの調節は、送風機(16)の回転
数や、通風路に設けたダンパ（図示せず）を制御するこ
とによって行われる。

【００７１】このように、本冷蔵装置(1) では、透湿膜
加湿器(5) に供給する水の温度を従来に比べてはるかに
高温とし、その一方で、透湿膜加湿器(5) に通過させる
空気の量を従来に比べてはるかに少なくしている。透湿
膜加湿器(5) には所定の目標水温Ｔｗの温水が流れると
同時に、所定量の空気が供給され、プレハブ(27)内に
は、顕熱負荷が抑制された状態で常に除湿量に等しい量
の水分が供給されることになる。

【００７２】−冷蔵装置(1) の効果− 以上のように、本冷蔵装置(1) によれば、透湿膜加湿器
(5) に起因する顕熱負荷が所定値になるように透湿膜加
湿器(5) を流通する水の温度を従来よりもはるかに高温
にする一方、透湿膜加湿器(5) に供給する空気の量をは
るかに少なくしたので、透湿膜加湿器(5) の顕熱負荷を
確実に低減することができる。従って、省エネルギー化
を図りつつ加湿量を簡易かつ正確に調節することが可能
となる。

【００７３】また、冷媒回路(3) の圧縮機(20)のＯＮ／
ＯＦＦ状態に連動させて水循環回路(2) のポンプ(4) 及
び送風機(16)を運転または停止させることとしたので、
除湿をしていない時には加湿を行わず、除湿と加湿とを
常に同時に行うことができる。そのため、除湿と加湿と
のタイミングのずれがなく、いわゆる応答遅れがない。
また、湿度センサが不要になる。

【００７４】さらに、除湿と加湿とを連動させているだ
けでなく、予め除湿量を算出した上で当該除湿量に等し
くなるように加湿量を設定しているので、除湿量と加湿
量との間のずれもなくなる。従って、プレハブ(27)内の
湿度を安定して高精度に維持することが可能となる。

【００７５】循環水の温度調節が自在な水循環回路(2)
に透湿膜加湿器(5) を設け、透湿膜加湿器(5) に所定温
度の水を循環させるようにしたので、水温を調節するだ
けで加湿量を変更することができる。従って、循環水の
温度のみを調節するだけで、加湿量を容易に制御するこ
とが可能となる。

【００７６】透湿膜加湿器(5) をタンク(6) よりも上方
に配置したので、ポンプ(4) の運転停止時には、透湿膜
加湿器(5) 内の水がタンク(6) に回収され、透湿膜加湿
器(5) からの不要な加湿（残留水による加湿）を抑制す
ることができる。

【００７７】＜実施形態２＞図１０に示す実施形態２に
係る冷蔵装置(41)は、プレハブ(27)内の温度及び湿度を
検出し、これらの検出値に基づいて水温制御及び風量制
御をリアルタイムに実行するものである。

【００７８】プレハブ(27)内には、温度検出手段として
の温度センサ(34)及び湿度検出手段としての湿度センサ
(35)が設置されている。これら温度センサ(34)及び湿度
センサ(35)には、透湿膜加湿器(5) の顕熱負荷が冷凍負
荷の１５％以下になるようにタンク(6) の設定水温及び
送風機(16)の風量を調節する温湿度コントローラ(37)が
接続されている。温湿度コントローラ(37)は、水温コン
トローラ(9) 及び送風機(16)にも接続されている。な
お、温湿度コントローラ(37)は本発明で言うところの制
御手段を構成している。

【００７９】図１１に示すように、温湿度コントローラ
(37)は、記憶部(42)、出口温度算出部(43)、風量算出部
(44)及び制御部(45)を備えている。記憶部(42)は、検出
した温度及び湿度毎の出口空気状態と風量の関係及び出
口空気状態と顕熱負荷の関係を予め記憶している部分で
ある。この記憶部(42)は、例えば、実施形態１で説明し
た図８や図９のような関係を記憶している。出口温度算
出部(43)は、記憶部(42)の出口空気状態と顕熱負荷の関
係を参照しながら、所定の顕熱負荷（本実施形態では冷
凍負荷の１５％）に相当する相当出口空気温度を算出す
る部分である。風量算出部(44)は、記憶部(42)の出口空
気状態と風量の関係を参照しながら、相当出口空気温度
に相当する相当風量を算出する部分である。制御部(45)
は、透湿膜加湿器(5) の出口空気温度及び風量がそれぞ
れ上記相当空気温度及び相当風量になるように水温コン
トローラ(9) 及び送風機(16)を制御する部分である。

【００８０】冷蔵装置(41)の冷凍運転時には、温度セン
サ(34)がプレハブ(27)内の温度を検出し、湿度センサ(3
5)がプレハブ(27)内の湿度を検出し、それらの検出値を
温湿度コントローラ(37)に送信する。プレハブ(27)内の
温度及び湿度の検出値を受けた温湿度コントローラ(37)
は、これら検出値に基づいて、透湿膜加湿器(5) の顕熱
負荷が冷凍負荷の１５％以下になるように、透湿膜加湿
器(5) に供給する水の温度と、送風機(16)の処理風量と
を算出する。温湿度コントローラ(37)が行う算出の方法
は、実施形態１で説明した方法と同様であるので、ここ
ではその説明は省略する。その後、温湿度コントローラ
(37)は、算出した水温を設定水温として水温コントロー
ラ(9) に送信するとともに、算出した風量を処理風量と
して送風機(16)に送信する。そして、水温コントローラ
(9) はタンク(6) 内の水温が上記設定水温になるように
加熱ヒータ(7) を制御する。また、送風機(16)は、透湿
膜加湿器(5) に供給する空気の量が上記処理風量となる
ように制御される。そして、このような制御が所定時間
毎に繰り返し実行される。

【００８１】このように、実施形態２では、プレハブ(2
7)内の温度及び湿度を常時検出し、それらの検出値に基
づいてタンク(6) の水温調節及び送風機(16)の風量調節
を設定値を更新しながら実行するので、プレハブ(27)内
の温度及び湿度の変化に機動的に対応したより精密かつ
正確な温度制御及び湿度制御が可能となる。

【００８２】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、加
湿手段に起因する顕熱負荷を考慮に入れ、この顕熱負荷
が冷凍負荷に対して小さな割合になるように供給水の水
温及び風量を設定することとしたので、顕熱負荷を抑制
することができ、装置の省エネルギー化を達成すること
ができる。

【００８３】第２〜第３の発明によれば、庫内空気の温
度及び湿度を検出し、それらの検出値に基づいて顕熱負
荷を算出したうえで、顕熱負荷が所定値になるように加
湿手段の供給水の温度及び風量を調節することとしたの
で、加湿量の調節をリアルタイムに実行することが可能
になるとともに、顕熱負荷を常時抑制することが可能と
なる。

【００８４】第４の発明によれば、予め加湿手段の出口
空気状態と風量の関係及び出口空気状態と顕熱負荷の関
係を算出しておき、これらの関係を参照しながら顕熱負
荷を所定値にする相当出口空気温度及び相当風量を算出
し、そのうえで出口空気温度及び風量が当該相当出口空
気温度及び相当風量になるように供給水の水温を調節
し、加湿用送風手段を制御するので、顕熱負荷を抑制す
ることができ、装置の省エネルギー化を達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る冷蔵装置の全体構成図であ
る。

【図２】目標水温の設定方法を示すフローチャートであ
る。

【図３】透湿膜加湿器の入口空気条件及び出口空気条件
を表す空気線図である。

【図４】入口空気条件に対する除湿量を示す図である。

【図５】入口空気条件及び透湿膜加湿器内の水温に対す
る加湿量を示す図である。

【図６】処理風量の設定方法を示すフローチャートであ
る。

【図７】処理風量及び顕熱負荷の算出方法を示すフロー
チャートである。

【図８】出口空気温度と顕熱負荷との関係を示す図であ
る。

【図９】出口空気温度と処理風量との関係を示す図であ
る。

【図１０】実施形態２に係る冷蔵装置の全体構成図であ
る。

【図１１】温湿度コントローラのブロック図である。

【図１２】従来の加湿制御に基づく温度及び湿度の経時
変化を表す図である。

【符号の説明】

(2) 水循環回路 (3) 冷媒回路 (4) ポンプ (5) 透湿膜加湿器 (6) タンク (7) 加熱ヒータ (15) 透湿膜チューブ (16) 送風機 (24) 蒸発器 (34) 温度センサ (35) 湿度センサ (37) 温湿度コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 晴夫 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 有井 啓二 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 庫内空気を冷却する冷却手段(24)と、 水の通過を防止し且つ水蒸気のみを通過させる多孔性部
   材によって空気通路と区画された水流路(15)が設けら
   れ、該水流路(15)の水から該多孔性部材を通じて庫内空
   気に水蒸気を供給するように構成された加湿手段(5)
   と、 該加湿手段(5) に温水を供給し、該温水の温度調節によ
   って該加湿手段(5) の加湿量を制御するための水温調節
   自在な給水手段(2) と、 該加湿手段(5) に庫内空気を供給する風量調節自在な加
   湿用送風手段(16)とを備え、 庫内の必要加湿量に対する加湿手段(5) の水温と吹出空
   気量との特性に基づき、該加湿手段(5) に起因する顕熱
   負荷が低負荷状態になるように該給水手段(2)の供給水
   の温度及び該加湿用送風手段(16)の風量が設定されてい
   ることを特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】 庫内空気を冷却する冷却手段(24)と、 水の通過を防止し且つ水蒸気のみを通過させる多孔性部
   材によって空気通路と区画された水流路(15)が設けら
   れ、該水流路(15)の水から該多孔性部材を通じて庫内空
   気に水蒸気を供給するように構成された加湿手段(5)
   と、 該加湿手段(5) に温水を供給し、該温水の温度調節によ
   って該加湿手段(5) の加湿量を制御するための水温調節
   自在な給水手段(2) と、 該加湿手段(5) に庫内空気を供給する風量調節自在な加
   湿用送風手段(16)と、 庫内空気の温度を検出する温度検出手段(34)と、 庫内空気の湿度を検出する湿度検出手段(35)と、 該温度検出手段(34)及び該湿度検出手段(35)の検出値に
   基づいて該加湿手段(5) に起因する顕熱負荷を算出し、
   該顕熱負荷が所定値になるように該給水手段(2) 及び該
   加湿用送風手段(16)を制御して供給水の温度及び風量を
   調節する制御手段(37)とを備えていることを特徴とする
   冷凍装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の冷凍装置において、 制御手段(37)は、 透湿膜加湿器(5) の出口空気状態と風量の関係及び出口
   空気状態と顕熱負荷の関係を記憶した記憶部(42)と、 該記憶部(42)の出口空気状態と顕熱負荷の関係を参照し
   ながら、所定の顕熱負荷に相当する相当出口空気温度を
   算出する出口温度算出部(43)と、 該記憶部(42)の出口空気状態と風量の関係を参照しなが
   ら、該出口温度算出部(43)が算出した該相当出口空気温
   度に相当する相当風量を算出する風量算出部(44)と、 透湿膜加湿器(5) の出口空気温度が該相当出口空気温度
   になるように給水手段(2) を制御するとともに風量が該
   相当風量になるように加湿用送風手段(16)を制御する制
   御部(45)とを備えていることを特徴とする冷凍装置。
4. 【請求項４】 水の通過を防止し且つ水蒸気のみを通過
   させる多孔性部材によって空気通路と区画された水流路
   (15)が設けられ、該水流路(15)の水から該多孔性部材を
   通じて庫内空気に水蒸気を供給するように構成された加
   湿手段(5) と、該加湿手段(5) に庫内空気を供給する風
   量調節自在な加湿用送風手段(16)とを備えた冷凍装置の
   制御方法であって、 加湿手段(5) の出口空気状態と風量の関係及び出口空気
   状態と顕熱負荷の関係を予め算出しておく第１ステップ
   と、 該第１ステップで算出した出口空気状態と顕熱負荷の関
   係を参照しながら、所定の顕熱負荷に相当する相当出口
   空気温度を算出する第２ステップと、 該第１ステップで算出した出口空気状態と風量の関係を
   参照しながら、該相当出口空気温度に相当する相当風量
   を算出する第３ステップと、 加湿手段(5) の出口空気温度が該相当出口空気温度にな
   るように該加湿手段(5) へ供給する水の温度を調節する
   とともに、風量が該相当風量になるように該加湿用送風
   手段(16)を制御する第４ステップとを包含している冷凍
   装置の制御方法。