JPS58168834A - 空調機用湿度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空調機用湿度検出装置に関する。

ルームエアコン、カーエアコンなど（０９１４ｍにおい
ては、機器、システムの最適制御のため、あるいはモニ
タ用妖示のために湿度を検出する要求が強く、これに使
用される湿度針は、小形、軽量、かつ安価であり、更に
検出した湿度の値が電気量等で出力され、空調機の制御
に利用可能でなければならない。

従来、この種の湿度計としては、塩化リチウムやセラミ
ック系材料の電気抵抗が湿度によシ変化することを利用
し、これらの感湿素子（湿度センナ）の抵抗特性から相
対温度を求めるものが一般的であるが、この種の感湿素
子は、使用中に空気中の汚れなどによｐ性能が劣化する
ので耐久性に乏しいという欠点がある。

本発明はこのような事情に鑑みて提案されたもので、安
価で実用性のある温度センナを使用して間接的に湿度を
求める空調機用湿度検出装置を提供することを目的とし
、空調機のエバポレータの通過風量を検出しこれに基づ
いてエバポレータのバイパス７アクタを演算するパイ／
ヤスファクタ演算器と、上記エバポレータの入口空気温
度を検出する検出器と、上記エバポレータの出口空気温
度を検出する検出器と、上記パイパス７アクタと上記エ
バポレータ入口空気温度と上記エバポレータ出口空気温
度とに基づいて上記エバポレータの入口空気の相対湿度
または絶対湿度を演算する湿度演算回路とを具え九こと
を特徴とするｅ 本発明の一実施例を図面について説明すると、第１図は
その系統図、第２図は第１図の演算装置のブロック線図
、第３図は第１図のファン風量設定器におけるファン風
量設定値とエバポレータの通過風量との関係を示す線図
、第４図は第１図のファン風量設定値とエバポレータコ
イルの空気側平均熱伝達率との関係を示す線図、第５図
は第２図の関数発生るの人出力関係を示す線図、第６図
は第１図のエバ４レータを通過する空気の冷却除湿過程
を示す湿ル空気線図、第７図は温度に対する飽和湿シ空
気の水蒸気分圧を示す線図、第８図は室内に設置された
内気循壌式空＃Ｉ４機を示す平面図、第９図は第２図の
フローチャートを示す図である。

第１図において１は空調機で、冷媒ガスを圧縮するコン
プレッサ２、圧縮された高温、高圧の冷媒ガスを凝縮液
化するコンデンサＪ１高圧の冷媒液を膨張、減圧する膨
張弁又はキャピラリチェーブ４、減圧された冷媒の飽和
湿シ蒸気を蒸発させ、ファン６で送風された空気を冷却
、除湿するエバポレータコイル５から構成される。

１はファン風量設定器で、この設定値に基づいてファン
６の風量が、Ｈｌ（高）−Ｍ・（中）−Ｌ・（低）とい
うように、段階的又は無段階に決まる。１はエバポレー
タ６の入口空気温度検出器、りはエバポレータ５の出口
空気温度検出器、１０は工／？／レータ５の入口空気の
相対湿度ｆ１を演算する演算装置で、ファン風量設定器
１の設定値に応じた信号７畠、人口空気温度検出器８の
検出温度Ｔ１に応じた信号８ｍ、出口空気温度検出器９
の検出温度Ｔ３に応じた信号９畠に基づいて、エバ４レ
ータ６の入口空気の相対湿度９重を演算し相対湿度？皿
に応じた信号１ノを出力する。　　　　１次に、演算装
置１０の構成を第２図について述べると、１２はファン
風量設定器７の設定値に応じた信号７ａに基づいてエバ
ポレータコイル５の・譬イパス７アクタ（以下ＢＦとい
う）を計算し、このＢＦに応じた信号１２＊を出力する
関数発生器である。ＢＰは（１）式で示される。

上式において、 Ｇａ：エノ（ボレータコイル６０通過風量（重量’）　
Ｃｋｇ／ｈ　） Ｃｐ：湿り空気比熱（：ｋｅａｌ／ｋｇＵ　）αａ：エ
パポレータコイル５の空気側平均熱伝達率［：に＠ａｌ
／ｍ　ｈ℃］ Ａｏ：エフ４Ｉレータコイル５の空気側全伝熱面積［ｍ
　　） ここで、風量Ｇａは、ファン風量設定器ｒの設定値（Ｌ
ｏ　＝Ｈ１）　ＶＣよって決まり、第３図で示される関
係にあシ、又、空気側熱伝達率αａも、風量Ｇａ　、言
いかえれば、ファン風量設定器７の設定値によって決ｔ
に、第４図で示される関係にある。

従って、使用するエバポレータ５について、前もって、
ファン風蓋設定値とＧａ　ａαａの関係を求めておけば
、空気側全伝熱面積Ａ・は一定値、湿シ空気比熱Ｃｐも
ほぼ一定値であるから、ファン風量設定値に対して、Ｂ
Ｐが計算できる。

関数発生器Ｆ１１２の入−出力関係を第５図に示す。次
に１３は入口空気温度検出器８の検出温度Ｔ１に応じた
信号８＆、出口空気温度検出器９の検出温度Ｔ！に応じ
た信号９ａ１関数発生器Ｆ１１２の出力であるＢＦに応
じ良信号１２ｍの３つに基づいて、エバポレータコイル
５のフィン表面温度Ｔ、を計算し、これに応じた信号ｌ
Ｓａを出力する関数要素／１である。

ここで、エバポレータコイル６のフィン表面温度Ｔ、と
人口空気温度Ｔ１、出口空気温度Ｔ３およびＢＰとの間
には、空調機１の冷凍サイクルが定常状態では（２）式
の関係がある。

湿シ空気線図上に上式の関係を図示すると、第６図に示
すようになる。したがって、フィン表面温度Ｔ、は（３
）式で計算できる。

ここで、エバポレータコイル内冷媒は飽和蒸気で、圧力
はほぼ一定であるから、温度一定であシ、冷媒側とコイ
ル金属の熱抵抗は空気側に比べて非常に小さいので、表
面温度の変化は小さく、なお、コイル表面温度としては
平均温度を採るものとする。次に、エバポレータ出口冷
媒は膨張弁の作用で過熱度は小さく（３〜５℃）抑えら
れ、エバポレータの伝熱面積のうち、過熱高温部分はわ
ずかであシ、この影蕃は無視し得る。また、コイル表面
温度が空気の露点以下の時、コイル表面に触れる空気は
露点に達し、表面には水分が凝縮する。コイル表面温度
とは、この場合、表面の水腹に接する空気の温度を示す
。空気はコイルを通過中にコイル表面状態にこれは実験
的に確認されている。

１４は検出温度Ｔ１に応じた信号８ａに基づいて温度Ｔ
ｌの飽和湿シ空気の水蒸気分圧ｈ１〔■Ｈｇ）を計算し
、これに応じた信号Ｊ４１を出力する関数要素ｆ２−１
である。１５は同様に、計算したフィン表面温度Ｔ、に
応じた信号１３ｍに基づいて温度Ｔ　Ｏ飽和湿シ空気の
水蒸気分圧り、、（−Ｈｇ）を計算し、これに応じた信
号１５１を出力する関数要素ｆ２−２である。

１６も同じく、検出温度Ｔ！に応じた信号９ａに基づい
て、温度Ｔ２の飽和湿シ空気の水蒸気分圧り、２（ｍｓ
＋Ｈｇ　）を計算し、これに応じた信号１６ｍを出力す
る関数要素ｆ２−５である。

ここで、温度Ｔの飽和湿シ空気の水蒸気分圧り、　（■
Ｈｇ）は、温度Ｔを独立変数とする関数（４）式で表わ
すことができる。

ｈｓ　＝　ｆ２　（Ｔ）　　　　　　　・・・・・・（
４）従って、それぞれの温度の水蒸気分圧は、ｈｌｌ　
＝　７２−１　（ＴＩ　）　　　　・・・・・・（５）
ｈ□＝　７２−２（’ｒ、　）　　　　・・・・・・（
６）ｈｓ２　＝ｆ２−．（ｒ２）　　　　　　　　　・
・・・・・（７）なお、上記のように、関数ｆ２による
計算式を使用する代わシに、前もって、温度Ｔに対する
り、を計算し、１８７図に示すようなり、−Ｔ曲線のグ
ラフを作成しておいて、この関数発生器で置き換えても
よい、ここでは、関数発生器Ｆはグラフを、関数要素ｆ
は計算式をそれぞれ使用する。

ｌｉｄ飽和飽和湿気空気蒸気分圧ｈｓｆに応じた信号１
５１に基づいて温度Ｔｆの飽和湿シ空気の絶対湿度ｘ　
ｍＩ　ＣＫｌ／”Ｉ　）を計算し、これに応じた信号１
７ｙ＋を出力する関数要素ｆ５である。

ここで、飽和湿り空気の絶対湿度”ａｆと水蒸気分圧ｈ
ｓｆとの間には（８）式の関数関係がある。

上式において、Ｈ：大気圧通常７６０　〔ＷＨ，）１８
は飽和湿シ空気の水蒸気分圧ｈｍ２に応じた信号１６ａ
に基づいてエバＩレータ出口空気（温度はＴ２　）の絶
対湿度！２　ＣＫｔ／Ｋｇ〕を計算し、これに応じた信
号１８ｈを出力する関数要素ｆ４である。

ここで、エバポレータ出口空気の絶対湿度Ｘｌと温度Ｔ
ｌの飽和湿シ空気の水蒸気分圧ｈ１２との間には（９）
式の関数関係がある。

上式において、ψ鵞はエバＩレータ出口空気の相対湿度
であり、エバポレータコイルの仕様により若干差はある
が、通常ψ鵞キ９ｏ（％）であシ、はぼ一定値である。

この値は前もって実験等で求めておくことができる。

１９は、計算した絶対湿度”ｓｆに応じた信号１７ａ、
同じく、計算した絶対湿度Ｉｌに応じた信号１８ａ１お
よびＢＦの計算値に応じた信号１２ａの３つに基づいて
、二ノ々ポレータ５の入口空気の絶対湿度ｘｌを計算し
、これに応じた信号１９ａを出力する関数要素ｆ、であ
る。

ここで、第６図の湿シ空気線図かられかるように、エバ
ポレータ５に関して、フィン費面温度Ｔ　の飽和湿り空
気の絶対湿度”ｓｆ　’入口空気ｆ の絶対湿度ｘ４、出口空気の絶対湿度ｘ２、およびＢＦ
との間には、空調機１の冷凍サイクルが定常状態では、
次の関係がある。

従って、入ロ空気絶対湿度ｘ、＃′ｉ次式で計算できる
。

２０は計算した絶対湿度ｘ１に応じた信号１９１に基づ
いて、エバポレータ入口空気の水蒸気分圧ｈ１ｒ朋Ｈｇ
）を計算し、これに応じた信号２０１を出力する関数要
素ｆ６である。

ここで、水蒸気分圧り、と絶対湿度ｘ１との間には、次
の関数関係がある。

２１は除算器であり、エバポレータ入口空気の水蒸気分
圧り、を飽和湿シ空気の水蒸気分圧り、、で除算して、
エバポレータ入口空気の相対湿度ψ１を求める。

ψｌ−二Ｘ１００　Ｃチ〕　・・・・・・（至）ａｔ 除算器２１の出力１１は相対湿度や１に対応した信号で
ある。

次にエバポレータ入口空気温度検出器８を第８図の室温
検出器２３で兼用する場合について説明する。第８図は
室内２２に内気循環式空調機１が設置された状態を示す
。

エバポレータ出口空気温度検出器（第１図の８）の代わ
シに室温検出器２Ｓを設置する。

エバポレータ５の上流に、送風用ファン６が設置されて
いる時は、ファン６０発熱の丸め、エバポレータコイル
５０入口空気温度は空調機吸込口２４の温度（室温検出
器２Ｓの付近の温度にほぼ等しい。）よシ高くなる。

従って、まず室温検出器２３の検出温度に対　　でして
、この温度上昇分を補正して、エバポレータコイル６０
入口空気の絶対湿度ｘ１を求め、これよシ水蒸気分圧り
、を求める。更に室内７２の相対湿度鮨Ｌ１エバポレー
タ５の入口空気の水蒸気分圧の計算値り、と室温検出器
２３の検出温度Ｔ　に対応した飽和ｇ１シ空気の水蒸気
分圧ｈ□（■Ｈｇ）とに基づいて、次式によって算出す
る。

次に第２図の演算装置の！ロック線図と、第９図の７０
−チャートに基づいて、作用を説明する。

まず、ステラ７°１０１において、温度検出器８でエバ
ポレータ入口空気温度Ｔ１を、温度検出器９でエバポレ
ータ出口空気温度Ｔｘｔ、風量設定器値７で、ファン風
量設定値をそれぞれ検出する。

次にステップ１０２において、ファン風量設定値に基づ
いて、関数発生器Ｆｌ　１２でエバポレータ５のＢＦを
計算する・ 次にステップ１０３において、エバポレータ人−口空気
温度Ｔ、と、出口空気温度Ｔ！と、ＢＦの３つに基づい
て、関数要素／ｌ　１３でエバポレータ５のフィン表面
温度Ｔ、を計算する。

次にステップ１０４において、温度Ｔ１に基づいて、関
数要素ｆ、＝　Ｊ　４で、温度Ｔ１の飽和湿ル空気の水
蒸気分圧り、、を計算し、同様にして、温度Ｔ、に基づ
いて、関数要素ｆ２．１　ｊで、飽和湿夛空気水蒸気分
圧り、ｆを、温度ＴＩに基づいて、関数要素ｆ２−．１
６で飽和湿り空気水蒸気分圧り、２をそれぞれ計算する
。

次にステラｆ１０５において、飽和湿シ空気水蒸気分圧
ｈ□に基づいて、関数要素ｆ、１７で、フィン表面温度
Ｔ　の飽和湿ル空気絶対湿度Ｘ　、ｔを計算し、さらに
、飽和湿り空気水蒸気分圧ｈＩｌ１２に基づいて、関数
要素ｆ４１８で、エバポレータ出口空気の絶対湿度罵３
を計算する。

次にステラｆ１０６において、絶対湿度Ｘ＠１　ｅＸ！
とＢＦの３つに基づいて、関数要素／、　１９で、エバ
４レータ入口空気の給体湿度ｘ１を計算する。

次にステップ１０７において、絶対湿度ｘｉに基づいて
、関数！！素ｆ６ｇｏで、エフ４４レータ入口の湿）空
気の水蒸気分圧り、を計算する。

次にステップ１０８において、水蒸気分圧り。

とｈｌとに基づいて、除算器２１で、エバポレータ人口
空気の相対湿度ψｌを計算する。

以上によシ、エバポレータ入口空気の相対湿度が検出で
きるが、例えばエバポレータ入口空気温度検出器８の代
わ）に、第８図において、室温検出器２３を用いれば、
送風ファン６の発熱分の温度上昇を補正することによシ
、室内２２の相対湿度ψ１が検出できる。

このような装置によれば下記の効果が奏せられる。

（１）％性の劣化など、実用上問題の多い湿度センサを
使用せずに、安価で実用性の高いサーミスタ等の温度セ
ンサを使用して、湿度が検出できる。

（２）本装置に使用する室温検出器、エバポレータ出口
空気温度検出器は、一般の空調機に既設されている場合
も多く、この場合、これを兼用できるので、部品点数を
節約できる。

（３）　　マイコン制御の空調機に本装置を適用する場
合は、本装置の演算装置部はプログラムで作成できるの
で、本装置としての部品点数が大巾に減少するという利
点がある。

（４）本装置を使用すれば、空調機の湿度制御や湿度表
示が可能となる。

さらに本装置の中で、演算装置１０は多数の部品から、
構成されているが、これをマイクロコ／ヒ為−夕を使用
して、デジタル演算！四グラムに置き換えれば、 （１）部品点数減少 （２）小形・軽量化 （３）低コスト化 がはかれる。

要するに本発明によれば、空調機のエバポレータの通過
風量を検出しこれに基づいてエバポレータのバイパスフ
ァクタを演算するパイノ４スフアクタ演算器と、上記エ
バポレータの入口空気温度を検出する検出器と、上記エ
バポレータの出口空気温度を検出する検出器と、上記バ
イパス７アクタと上記エバーレータ入口空気温度と上記
エバポレータ出口空気温度とに基づいて上記エバポレー
タの入口空気の相対湿度または絶対湿度を演算する湿度
演算回路とを具えたことにより、安価かつ実用的な空調
機用湿度検出装置を得るから、本発明は産業上極めて有
益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は第１
図の演算装置のブロック線図、第３図は第１図のファン
風量設定器におけるファン風量設定値とエバポレータの
通過風量との関係を示す線図、第４図は第１図のファン
風量設定値とエバポレータコイルの空気側平均熱伝達率
との関係を示す線図、第５図は第２図の関数発生器の入
力−出力関係を示す線図、＃！６図は第１図のエバポレ
ータを通過する空気の冷却除湿過程を示す湿シ空気線図
、第７図は温度に対する飽和湿り空気の水蒸気分圧を示
す線図、第８図は室内に設置された内気循環式空調機を
示す平面図、第９図は第２図のフローチャートを示す図
である。 １．１′・・・空調機、２・・・コンプレッサ、３・・
・コンデンサ、４・・・膨張弁／キャピラリチェープ、
５・・・エバポレータコイル、６・・・ファン、７・・
・ファン風量設定器、７ｍ・・・信号、８・・・入口空
気温度検出器、Ｊａ・・・信号、９・・・出口空気温度
検出器、９ｍ・・・信号、１０・・・演算装置、１１・
・・信号、１２・・・関数発生器、１２ａ・・・信号、
１３・・・関数要素／ｌ、ＪＪａ・・・信号、１４・・
・関数要素、１４ａ・・・信号、１５・・・関数要素ｆ
　　　Ｊｊｍ・・・信号、２−２　　” １６・・・関数要素ｆ　　１６ａ・・・信号、１７・・
・関−ｓｌ 数要素ｆ６．１７＆・・・信号、１８・・・関数要素ｆ
４．１８畠・・・信号、１９・・・関数要素ｆ、、ｊｌ
Ｏ・・・関数要素、ｊＯａ・・・信号、２１・・・除算
器、２２・・・室内、ｉｓ・・・室温検出器、２４・・
・空調機吸込口、Ａｏ・・・エバｌレータコイルの空気
側全伝熱面積、ＢＦ・・・バイパス７アクタ、Ｃｐ・・
・湿シ空気比熱、Ｇａ・・・エバポレータコイルの通過
風量、Ｈ・・・大気圧、Ｔ１・・・エバ４レータコイル
の入口空気温度、Ｔ鵞・・・エバポレータコイルの出口
空気温度、Ｔｆ・・・エバ４レータコイルフイン真面温
度、ｈｌ、ｈ、ｆＩｈ１２”・水蒸気分圧、”１１　＊
　”Ｉｆ　ｌ　”１２’・・絶対湿度、αａ・・・エバ
ポレータコイルの空気側平均熱伝達率、ψビ・・エバポ
レータ入口空気の相対湿度、ψ冨・・・エバポレータ出
口空気の相対湿度。 出願人復代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第３図 １４図 モ・ １５図 出力 フアン頂Ｕ豐ｓｒ足イと 一軽神゛逼度 第９図 ［つ 「ｉ丁百票口 ヲニ」 −一一一一トー１０８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空調機のエバｌレータの通過風量を検出し、これに基づ
   いてエバポレータのノ童イパスファクタを演算するバイ
   パスファクタ演算器と、上記エバポレータの入口空気温
   度を検出する検出器と、上記エバ４レータの出口空気温
   度を検出する検出器と、上記パイツヤスフアクタと上記
   エバポレータ人口空気温度と上記エバ４レータ出口空気
   温度とに基づいて上記エバポレータの入口空気の相対湿
   度または絶対湿度を演算する湿度演算回路とを具えたこ
   とを特徴とする空調機用湿度検出装置。