JP2008032303A - 空調制御方法および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】処理対象空気の状態を正確に計測し、必要とする絶対湿度を有する空気を得ることができる空調制御方法および空気調和機を提供する。
【解決手段】ケーシング５０に処理対象空気５１を通風する空気調和機において、予冷、予熱コイル５２で加熱した処理対象空気５１に水噴霧室６０の上流側位置で噴霧ノズル６１から用水を噴霧し、ケーシング５０の下流側位置で処理対象空気から用水をワッシャメディア６２で捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水として水温を水温計６７で計測し、測定水の水温が一定温度を維持するように予冷、予熱コイル５２によって処理対象空気５１の温度を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は空調制御方法および空気調和機に関し、特にクリーンルーム用空気調和機、排熱利用エアワッシャ等の技術に係るものである。

従来、この種の技術には、例えば特許文献１に記載するものがある。これを図９および図１０において説明する。図９において、ハウジング１の内部には、冷却コイル２、加熱コイル３、エアワッシャ４、露点計５を空気が通過する流れ方向に沿って設置しており、ハウジング１の外部に送風機６およびフィルタ７を設置している。

エアワッシャ４は、噴霧装置４ａと、噴霧水を捕捉する捕捉部４ｂと、水槽４ｃ、循環ポンプ等からなり、ハウジング１の内部で冷却コイル２の上流側に予熱コイル１０を設置し、エアワッシャ４の下流側に除湿・再熱両用コイル１２を設置している。

露点計５は、空調される室に至る前の処理済み空気の経路中において空気の露点温度を計るものであり、除湿・再熱両用コイル１２より下流に設置している。温度センサ１１は、エアワッシャ４での気液接触後の温度を計るものであり、エアワッシャ４と除湿・再熱両用コイル１２の間に設置している。

予熱コイル１０と除湿・再熱両用コイル１２は水通路１３、１４を介して接続しており、水通路１３にはインバータ制御ポンプ１５と熱交換器１６を介設し、熱交換器１６は冷水管１７を通る冷水で冷却運転を行う。

この構成においては、外気が低温で乾燥する加湿期には、予熱コイル１０で外気から得た冷熱を除湿・再熱両用コイル１２に伝えて除湿作用を行ない、除湿によって得た熱を予熱コイル１０に伝えて外気を予熱する。

図１０の空気線図は、加湿期におけるハウジング１の内部の各位置ａ〜ｆでの空気の状態を示すものである。図１０において、点ａの外気は予熱コイル１０で点ｂまで加温され、更に加熱コイル３で２３℃を大きく越えた温度の点ｃにまで加温される。その後に、エアワッシャ４により等エンタルピ線に沿って点ｄまで遷移する間に加湿量Ａが加湿される。

次に、除湿・再熱両用コイル１２による除湿作用によって、飽和線に沿って点ｅに遷移し、クリーンルームへ送られる間に、送風機６の熱を受けて点ｆの状態となり、クリーンルームにおいて点ｇとなる。

また、特許文献２には空気導入側から空気導出側に向かって予熱コイル、エアワッシャ、冷却減湿コイルを備える空調装置が記載されており、予熱コイルは加熱熱媒に配管を介して連絡しており、エアワッシャは熱交換器を介装した水噴霧回路を有し、熱交換器は加熱媒体に配管を介して連絡し、冷却減湿コイルは冷却熱源に配管を介して連絡している。

この構成では、予熱コイルに加熱媒体から温水を供給して外気を加熱し、その後に加熱媒体の熱エネルギを熱交換器を介してエアワッシャの温水に変換し、その温水によって外気を加熱加湿する。
特開２００２−２６７２０６号公報 特開平１０−２５３０９５号公報

上記の特許文献１の構成において、除湿・再熱両用コイル１２へ送る水の温度は、給気の絶対湿度条件によって異なるものであり、給気の絶対湿度条件つまり露点温度に応じて調整している。加湿量の調整は加熱コイル３へ供給する温水供給量を制御することで行なっており、具体的にはエアワッシャ４の下流側での温度又は露点温度を指標として２方電動弁３ａの開度を制御することによって行なっている。

ところで、ハウジング１を流れる空気は必ずしも一様な状態ではなく、その温度分布も均一ではない。このため、ハウジング１を流れる空気の温度や露点をハウジング１の一箇所の定点において計測する場合には、その計測値が計測対象の空気の全体的、あるいは平均的な状態を適正に示す指標である保証はない。

また、露点計は高価であり、精度を維持するためには定期的な校正が必要である。また、露点計に代えて湿度計を用い相対湿度を計測し、その計測値に基づいて制御する場合にあっても、上述した理由において、計測した相対湿度が計測対象の空気の全体的、あるいは平均的な状態を適正に示す指標である保証はない。

本発明は上記の課題を解決するものであり、処理対象空気の状態を正確に計測し、必要とする絶対湿度を有する空気を得ることができる空調制御方法および空気調和機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の空調制御方法は、ケーシング内に処理対象空気を通風する空気調和機において、空気温度調整手段で加熱した処理対象空気にケーシング内の上流側位置で噴霧手段から用水を噴霧し、ケーシング内の下流側位置で処理対象空気から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水として水温を計測し、測定水の水温が一定温度を維持するように空気温度調整手段によって処理対象空気の温度を調整することを特徴とする。

本発明の空調制御方法は、ケーシング内に処理対象空気を通風する空気調和機において、空気温度調整手段で加熱した処理対象空気に、用水温度調整手段により加熱した用水をケーシング内の上流側位置で噴霧手段から噴霧し、ケーシング内の下流側位置で処理対象空気から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水として水温を計測し、測定水の水温が一定温度を維持するように、ノズルから噴霧する用水の温度を用水温度調整手段によって調整することを特徴とする。

また、用水を噴霧する上流側位置と処理対象空気から用水を捕捉分離する下流側位置との間において処理対象空気を実質的に飽和空気となすことを特徴とする。
また、測定水の水温を空気の所定の湿球温度と同じ温度に維持することを特徴とする。

本発明の空気調和機は、ケーシング内に処理対象空気を通風する空気調和機において、ケーシング内で処理対象空気の温度を調整する空気温度調整手段と、空気温度調整手段により加熱された処理対象空気にケーシング内の上流側位置で用水を噴霧する噴霧手段と、ケーシング内の下流側位置で処理対象空気から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水として水温を計測する水温計測手段と、水温計測手段の計測値が一定温度を維持するように空気温度調整手段による処理対象空気の温度調整を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明の空気調和機は、ケーシング内に処理対象空気を通風する空気調和機において、ケーシング内で処理対象空気を加熱する空気温度調整手段と、用水の温度を調整する用水温度調整手段と、空気温度調整手段で加熱した処理対象空気に、用水温度調整手段により加熱した用水をケーシング内の上流側位置で噴霧する噴霧手段と、ケーシング内の下流側位置で処理対象空気から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水として水温を計測する水温計測手段と、水温計測手段の計測値が一定温度を維持するように用水温度調整手段による用水の温度調整を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

また、水温計測手段は、ケーシング内の下流側位置で処理対象空気から用水を捕捉分離する捕捉手段と、捕捉手段で捕捉分離した用水を貯留する水槽と、水槽内の用水を測定水として水温を計測する水温計を有することを特徴とする。

また、捕捉手段は、ケーシング内の空気流路の流路断面積と実質的に等しい大きさの捕捉面を有することを特徴とする。
また、用水を噴霧する上流側位置と処理対象空気から用水を分離する下流側位置との間において処理対象空気を実質的に飽和空気となすことを特徴とする。

また、制御手段は、測定水の水温が空気の所定の湿球温度と同じ温度となるように制御を行なうことを特徴とする。

上述した本発明の原理的な作用として、気液接触を充分に行なうことが可能なエアワッシャにおいて、ケーシング内に噴霧した用水の蒸発によって処理対象空気を加湿すると、用水に蒸発熱（気化熱）を奪われる処理対象空気は温度が低下し、相対湿度１００％に漸近する。処理対象空気と接触した用水は実質的に加湿後の処理対象空気の露点温度（湿球温度）に等しくなる。この反応は加湿前処理対象空気の湿球温度と噴霧される用水温度との差が１０℃以内であれば加熱加湿でも等エンタルピー加湿でも同様である。

このため、ケーシング内の処理対象空気に用水を噴霧して加湿し、処理対象空気から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水としてその水温を計測することで、飽和した処理対象空気の露点を正確に計測することができる。

等エンタルピー加湿では飽和空気の露点および絶対湿度が処理対象空気の加湿前の湿球温度（ＷＢ）に因って定まり、加湿前の湿球温度（ＷＢ）が高いほどに飽和空気の露点および絶対湿度が高くなる。

加熱加湿では飽和空気の露点および絶対湿度が処理対象空気の加湿前の湿球温度（ＷＢ）および噴霧する用水の温度に因って定まり、加湿前の湿球温度（ＷＢ）が高いほどに飽和空気の露点および絶対湿度が高くなり、噴霧する用水の温度が高いほどに飽和空気の露点および絶対湿度が高くなる。

加湿前の湿球温度（ＷＢ）は処理対象空気の加湿前の乾球温度（ＤＢ）および加湿前の絶対湿度に因って定まる。加湿前の絶対湿度を同条件とすると加湿前の乾球温度（ＤＢ）が高いほどに加湿前の湿球温度（ＷＢ）が高くなって飽和空気の露点および絶対湿度が高くなる。

したがって、測定水の水温が一定温度を維持するように、空気温度調整手段による処理対象空気の温度調整もしくは用水温度調整手段による用水の温度調整を行うことによって、必要とする絶対湿度を有する空気を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、空気調和機は、ケーシング５０の内部に処理対象空気５１の通風方向に沿って上流側から下流側へ順次に、空気温度調整手段をなす予冷、予熱コイル５２とエアワッシャ５３と冷却コイル５４と再熱コイル５５とファン装置５６を配設し、ケーシング５０の最上流側の空気導入部にフィルター（図示省略）を設けている。

また、空気調和機は、予冷、予熱コイル５２の上流側に湿球温度（ＷＢ）を計測する温度測定手段をなす湿式温度計５７を有し、冷却コイル５４の下流側に乾球温度（ＤＢ）を計測する温度測定手段をなす第１の乾式温度計５８を有し、ファン装置５６の下流側に乾球温度（ＤＢ）を計測する温度測定手段をなす第２の乾式温度計５９を有している。

エアワッシャ５３は、所定長さの水噴霧室６０と噴霧手段をなす噴霧ノズル６１と捕捉手段をなすワッシャメディア６２を有しており、ワッシャメディア６２を通過した後の処理対象空気５１は気液接触により実質的に飽和空気となる。噴霧ノズル６１は水噴霧室６０の上流側位置で処理対象空気５１に用水を噴霧するものであり、ケーシング５０の高さ方向および幅方向に所定間隔をあけて複数箇所に配置している。噴霧ノズルの空気に対する方向は、並行流、直交流、対向流の何れでも良い。

ワッシャメディア６２は通気性を備え、水噴霧室６０の下流側位置で気流中の噴霧水を捕捉分離し、ワッシャメディア６２での水膜効果による気液接触の効率向上を図るものであり、ケーシング内の空気流路の流路断面積と実質的に等しい大きさの捕捉面を有する形状をなし、ポリ塩化ビニルデン系繊維やステンレスの線材等からなり、たとえば２５ｍｍ〜５０ｍｍ程度の厚みを有するマット状のものである。

エアワッシャ５３は噴霧ノズル６１およびワッシャメディア６２の下方位置に水槽６３を有し、水槽６３は冷却コイル５４の空気入口付近にまで及んでいる。各噴霧ノズル６１に用水を供給する用水供給系６４は基端側が水槽６３に接続し、供給ポンプ６５を備えており、用水温度調整手段をなす熱交換器６６の二次側に用水供給系６４が接続している。

水槽６３には用水の水温を計測する温度測定手段をなす水温計６７を設けており、水温計６７と、水槽６３と、ワッシャメディア６２によって水温計測手段を構成する。水温計測手段は、ワッシャメディア６２によって処理対象空気５１から捕捉分離した用水を測定水として水槽６３に集め、その水温を水温計６７で計測するものである。

本実施の形態では、水槽６３における用水の水温を計測しているが、ワッシャメディア６２の下端位置に測定用の水槽を別途に設け、この測定用の水槽にワッシャメディア６２から流下する用水のみを測定水として集めてその水温を計測することも可能であり、測定精度の向上を図れる。

予冷、予熱コイル５２には熱媒体供給系６８の送り管路６８ａおよび戻り管路６８ｂを接続しており、戻り管路６８ｂに電動式の流量調整バルブ６９を設けている。流量調整バルブ６９は開閉バルブとすることも可能である。

熱媒体供給系６８の送り管路６８ａおよび戻り管路６８ｂには、冷水供給系７０の送り管路７０ａおよび戻り管路７０ｂがそれぞれ電動式もしくは電磁式の開閉バルブ７１ａ、７１ｂを介して接続するとともに、温水供給系７２の送り管路７２ａおよび戻り管路７２ｂがそれぞれ電動式もしくは電磁式の開閉バルブ７３ａ、７３ｂを介して接続している。

また、熱媒体供給系６８の送り管路６８ａおよび戻り管路６８ｂには、熱交換器６６の一次側に接続する用水加熱媒体供給系７５の送り管路７５ａおよび戻り管路７５ｂが分岐接続しており、戻り管路７５ｂに電動式の流量調整バルブ７６を設けている。流量調整バルブ７６は開閉バルブとすることも可能である。予冷、予熱コイル５２は、予冷を必要としない空気調和機では予熱コイルだけの構成とすることも可能である。

冷却コイル５４には冷水供給系７７の送り管路７７ａおよび戻り管路７７ｂが接続し、戻り管路７７ｂに電動式の流量調整バルブ７８を介装している。流量調整バルブ７８には第１の乾式温度計５８が接続し、第１の乾式温度計５８の計測値に応じて流量調整バルブ７８が開閉する。つまり、実質的な飽和空気を冷却コイル５４で除湿した後は飽和状態での温度測定であるので、露点センサーでなく、乾式温度計５８によって露点制御が可能となる。

再熱コイル５５には温水供給系７９の送り管路７９ａおよび戻り管路７９ｂが接続し、戻り管路７９ｂに電動式の流量調整バルブ８０を介装している。流量調整バルブ８０には第２の乾式温度計５９が接続し、第２の乾式温度計５９の計測値に応じて流量調整バルブ８０が開閉する。再熱コイル５５は電気ヒータとすることも可能であり、必ずしも設ける必要はない。

制御手段をなす制御用コントローラ８１には、湿式温度計５７、水温計６７、流量調整バルブ６９、開閉バルブ７１ａ、７１ｂ、開閉バルブ７３ａ、７３ｂ、流量調整バルブ７６が接続しており、制御用コントローラ８１は水温計６７の計測値が一定温度（目標値）を維持するように、流量調整バルブ６９、７６を開閉制御して処理対象空気５１および用水の温度調整を行う。制御用コントローラ８１には、測定水の一定温度（目標値）として所定の絶対湿度を有する空気の露点と同じ温度を設定する。

以下、上記した構成における作用を表１および図２〜図６に基づいて説明する。

（冷却シーズンのピーク期）
制御用コントローラ８１は、ケーシング５０の空気導入部に設けた湿式温度計５７で計測する処理対象空気５１の湿球温度が、ここでの例示として示すＷＢ１４℃以上である場合に冷却シーズンとしての運転を行い、湿球温度がここでの例示として示すＷＢ１９℃以上である場合に冷却シーズンのピーク期としての運転を行う。

このため、制御用コントローラ８１は、開閉バルブ７１ａ、７１ｂを開栓するとともに、開閉バルブ７３ａ、７３ｂを閉栓し、冷水供給系７０から冷水を予冷、予熱コイル５２へ供給可能な状態において流量調整バルブ６９を開栓して冷水を予冷、予熱コイル５２へ供給する。

エアワッシャ５３では、流量調整バルブ７６を閉栓し、供給ポンプ６５を運転して水槽６３の用水を噴霧ノズル６１に供給し、噴霧ノズル６１から水噴霧室６０に用水を噴霧する。噴霧した用水はワッシャメディア６２により処理対象空気５１から捕捉分離し、分離した用水はワッシャメディア６２を伝って水槽６３に流下させて再び水噴霧室６０に噴霧し、用水が水噴霧室６０と水槽６３とを循環する。このため、用水は水噴霧室６０の気中において処理対象空気５１と接触することにより、その水温が処理対象空気５１の湿球温度と実質的に同じ温度となって水槽６３に流下する。

制御用コントローラ８１は、水温計６７で計測する水温が１９℃、つまり水噴霧室６０における処理対象空気５１の湿球温度がＷＢ１９℃となるように、流量調整バルブ６９を開栓かつ開度を制御して予冷、予熱コイル５２の運転を制御する。具体的には、水温計６７で計測する水温が１９℃以上、つまり水噴霧室６０における処理対象空気５１の湿球温度がＷＢ１９℃以上である場合に流量調整バルブ６９を開栓し、水温計６７で計測する水温が１９℃以下、つまり水噴霧室６０における処理対象空気５１の湿球温度がＷＢ１９℃以下である場合に流量調整バルブ６９を閉栓する。

図２の空気線図は、空気調和機を冷却シーズンのピーク期に運転する場合におけるケーシング５０の各位置（１）〜（５）での処理対象空気５１の状態を示している。ファン装置５６の運転により、ケーシング５０の空気導入部から流入する処理対象空気５１は、予冷、予熱コイル５２を通過し、その冷却によって減温および除湿される。つまり、図２に示すように、処理対象空気５１は点（１）から点（２）に状態が遷移し、この間に除湿により絶対湿度が低下する。

湿球温度は、理想状態のコイルのバイパスファクターが０％の場合にＷＢ１９℃の飽和状態となり、バイパスファクターがある場合にＷＢ１９℃の湿球温度線上の飽和点に近い点（２）の空気状態となる。処理対象空気５１は、エアワッシャ５３の入口空気状態が飽和空気であればエアワッシャ５３の噴霧によって状態が変わらず、エアワッシャ５３の入口空気状態が飽和していない状態の空気であれば等湿球線上を移動して点（３）の実質的に飽和空気の状態となる。

よって、本実施の形態に示す空気調和機では、予冷、予熱コイル５２で温度を調整した処理対象空気５１に水噴霧室６０の上流側位置で噴霧ノズル６１から用水を噴霧し、水噴霧室６０の下流側位置でワッシャメディア６２により処理対象空気５１から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水として水温計６７で水温を計測し、測定水の水温が一定温度、ここでは湿球温度ＷＢ１９℃を維持するように予冷、予熱コイル５２で処理対象空気５１の温度を調整する。

エアワッシャ５３を通過した処理対象空気５１は冷却コイル５４に流入する。冷却コイル５４は、第１の乾式温度計５８の計測値がＤＢ１２．５℃となるように、計測値を制御指標として流量調整バルブ７８を開閉制御し、冷水供給系７７による冷水の供給を制御して運転し、その冷却によって処理対象空気５１を減温および除湿する。

つまり、図２に示すように、処理対象空気５１は飽和空気線に沿って点（３）から点（４）に状態が遷移し、この間に乾球温度がＤＢ１２．５℃にまで低下するとともに、除湿により絶対湿度が低下して露点温度１２．５℃の飽和空気となる。

再熱コイル５５は、第２の乾式温度計５９の計測値が、例えばＤＢ２３℃となるように、計測値を制御指標として流量調整バルブ８０を開閉制御し、温水供給系７９による温水の供給を制御して運転し、その加熱によって処理対象空気５１を昇温させる。つまり、図２に示すように、処理対象空気５１は絶対湿度を一定に保って点（４）から点（５）に状態が遷移し、乾球温度がＤＢ２３℃にまで上昇する。この第２の乾式温度計５９の計測値の制御目標値は、ＤＢ２３℃に限らず、室の負荷との関係で点（４）と同じ露点温度上のある設定値とする。
（冷却シーズンの中間期）
制御用コントローラ８１は、ケーシング５０の空気導入部に設けた湿式温度計５７で計測する処理対象空気５１の湿球温度がＷＢ１４℃以上である場合に冷却シーズンとしての運転を行い、湿球温度がＷＢ１９℃以下である場合に冷却シーズンの中間期としての運転を行う。

このため、制御用コントローラ８１は、開閉バルブ７１ａ、７１ｂを開栓するとともに、開閉バルブ７３ａ、７３ｂを閉栓し、冷水供給系７０から冷水を予冷、予熱コイル５２へ供給可能な状態において流量調整バルブ６９を閉栓して予冷、予熱コイル５２への冷水の供給を停止する。

図３の空気線図は、空気調和機を冷却シーズンの中間期に運転する場合におけるケーシング５０の各位置（１）〜（５）での処理対象空気５１の状態を示している。ファン装置５６の運転により、ケーシング５０の空気導入部から流入する処理対象空気５１は、予冷、予熱コイル５２が運転を停止していることで、減温および除湿されることなく予冷、予熱コイル５２を通過してエアワッシャ５３に流入する。つまり、図３に示すように、処理対象空気５１は点（２）が点（１）と同じ状態を維持する。

エアワッシャ５３では、流量調整バルブ７６を閉栓し、供給ポンプ６５を運転して水槽６３の用水を噴霧ノズル６１に供給し、噴霧ノズル６１から噴霧する用水によって水噴霧室６０の処理対象空気５１を等エンタルピー加湿する。つまり、図３に示すように、処理対象空気５１は点（２）から点（３）に遷移し、加湿飽和効率１００％の場合は飽和空気となり、加湿飽和効率が１００％に満たない場合は、飽和点に近い点の空気状態となる。

エアワッシャ５３を通過した処理対象空気５１は冷却コイル５４に流入する。冷却コイル５４は、第１の乾式温度計５８の計測値がＤＢ１２．５℃となるように、計測値を制御指標として流量調整バルブ７８を開閉制御し、冷水供給系７７による冷水の供給を制御して運転し、その冷却によって処理対象空気５１を減温および除湿する。つまり、図３に示すように、処理対象空気５１は理想状態では飽和空気線に沿って点（３）から点（４）に状態が遷移し、点（３）が飽和点に近い場合は飽和空気線に漸近して点（４）に状態が遷移し、乾球温度がＤＢ１２．５℃にまで低下するとともに、除湿により絶対湿度が低下して露点温度１２．５℃の飽和空気となる。

再熱コイル５５は、第２の乾式温度計５９の計測値がＤＢ２３℃となるように、計測値を制御指標として流量調整バルブ８０を開閉制御し、温水供給系７９による温水の供給を制御して運転し、その加熱によって処理対象空気５１を昇温させる。つまり、図３に示すように、処理対象空気５１は絶対湿度を一定に保って点（４）から点（５）に状態が遷移し、乾球温度がＤＢ２３℃にまで上昇する。
（加熱シーズンの中間期）
制御用コントローラ８１は、ケーシング５０の空気導入部に設けた湿式温度計５７で計測する処理対象空気５１の湿球温度がＷＢ１４℃以下である場合に加熱シーズンとしての運転を行う。

このため、制御用コントローラ８１は、開閉バルブ７１ａ、７１ｂを閉栓するとともに、開閉バルブ７３ａ、７３ｂを開栓し、温水供給系７２から温水（３０℃程度）を予冷、予熱コイル５２へ供給可能な状態において流量調整バルブ６９を開栓かつ開度を制御して温水を予冷、予熱コイル５２へ供給する。

図４の空気線図は、空気調和機を加熱シーズンの中間期に運転する場合におけるケーシング５０の各位置（１）〜（５）での処理対象空気５１の状態を示している。ファン装置５６の運転により、ケーシング５０の空気導入部から流入する処理対象空気５１は、予冷、予熱コイル５２で加熱されて後にエアワッシャ５３に流入する。つまり、図４に示すように、処理対象空気５１は点（１）から点（２）に状態が遷移し、ここでの例示として示す乾球温度ＤＢ２５℃で湿球温度ＷＢ１３．５℃に制御される。この乾球温度ＤＢ２５℃は一定でなく、空気導入部から流入する処理対象空気５１の絶対湿度が高い場合には低い乾球温度において湿球温度ＷＢ１３．５℃となり、絶対湿度が低い場合には高い乾球温度において湿球温度ＷＢ１３．５℃となる。

エアワッシャ５３では、流量調整バルブ７６を閉栓し、供給ポンプ６５を運転して水槽６３の用水を噴霧ノズル６１に供給し、噴霧ノズル６１から噴霧する用水によって水噴霧室６０の処理対象空気５１を等エンタルピー加湿する。つまり、図４に示すように、処理対象空気５１は等湿球温度線（ＷＢ１３．５℃）に沿って点（２）から点（３）に遷移し、加湿飽和効率１００％の場合は飽和空気となり、加湿飽和効率が１００％に満たない場合は、飽和点に近い点の空気状態となる。

ワッシャメディア６２により処理対象空気５１から捕捉分離した用水はワッシャメディア６２を伝って水槽６３に流下させて再び水噴霧室６０に噴霧し、水噴霧室６０と水槽６３とを循環させる。このため、用水は水噴霧室６０の気中において処理対象空気５１と接触することにより、その水温が処理対象空気５１の湿球温度と実質的に同じ温度となって水槽６３に流下する。

制御用コントローラ８１は、水温計６７で計測する水温が１３．５℃、つまり水噴霧室６０の最下流位置であるワッシャメディア６２を通過する処理対象空気５１の湿球温度がＷＢ１３．５℃となるように、流量調整バルブ６９を開閉制御して予冷、予熱コイル５２の運転を制御する。具体的には、水温計６７で計測する水温が１３．５℃以上、つまり水噴霧室６０における処理対象空気５１の湿球温度がＷＢ１３．５℃以上である場合に流量調整バルブ６９を閉栓し、水温計６７で計測する水温が１３．５℃以下、つまり水噴霧室６０における処理対象空気５１の湿球温度がＷＢ１３．５℃以下である場合に流量調整バルブ６９を開栓かつ開度を制御する。

ここで、改めて本発明の原理的な作用を説明する。気液接触を充分に行なうことが可能なエアワッシャにおいて、ケーシング５０の水噴霧室６０に噴霧した用水の蒸発によって処理対象空気５１を加湿すると、用水に蒸発熱（気化熱）を奪われる処理対象空気５１は温度が低下して飽和空気に漸近し、処理対象空気５１と接触した用水は実質的に処理対象空気５１の露点温度（湿球温度）に等しくなる。

したがって、水噴霧室６０で処理対象空気５１に用水を噴霧して加湿し、処理対象空気５１から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水としてその水温を水温計６７で計測することで、飽和した処理対象空気５１の露点を正確に計測することができる。

このため、本実施の形態に示す空気調和機では、予冷、予熱コイル５２で加熱した処理対象空気５１に水噴霧室６０の上流側位置で噴霧ノズル６１から用水を噴霧し、水噴霧室６０の下流側位置でワッシャメディア６２により処理対象空気５１から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水として水温を水温計６７で計測し、測定水の水温が一定温度、ここでは湿球温度ＷＢ１３．５℃を維持するように予冷、予熱コイル５２によって処理対象空気５１の温度を調整する。

ところで、ケーシング５０の水噴霧室６０を流れる空気は必ずしも一様な状態ではなく、その温度分布も均一ではない。このため、ケーシング５０を流れる空気の温度や露点をケーシング５０の一箇所の定点において計測する場合には、その計測値が計測対象の空気の全体的、あるいは平均的な状態を適正に示す指標である保証はない。

しかし、ワッシャメディア６２はケーシング５０の水噴霧室６０における空気流路の流路断面積と実質的に等しい大きさの捕捉面を有するので、ワッシャメディア６２で捕捉分離する用水は水噴霧室６０の空気流路断面の各所における処理対象空気５１の温度を反映するものとなり、捕捉分離した用水を集めて測定水としてその水温を水温計６７で計測することで、処理対象空気５１の全体的、あるいは平均的な状態を適正に示す指標となり、処理対象空気５１の露点を正確に計測することができる。

本実施の形態では、水槽６３における用水の水温を計測しているが、図７に示すように、ワッシャメディア６２の下端位置に測定用の水槽８２を別途に設け、この測定用の水槽８２にワッシャメディア６２から流下する用水のみを測定水として集めてその水温を計測することで測定精度が向上する。また、図８に示すように、水温計６７は、水槽８２における集水部（流出部）で計測することが望ましい。

エアワッシャ５３を通過した処理対象空気５１は冷却コイル５４に流入する。冷却コイル５４は、第１の乾式温度計５８の計測値がＤＢ１２．５℃となるように、計測値を制御指標として流量調整バルブ７８を開閉制御し、冷水供給系７７による冷水の供給を制御して運転し、その冷却によって処理対象空気５１を減温および除湿する。つまり、図４に示すように、処理対象空気５１は飽和空気線に沿って点（３）から点（４）に状態が遷移し、この間に乾球温度がＤＢ１２．５℃にまで低下するとともに、除湿により絶対湿度が低下して露点温度１２．５℃の飽和空気となる。

再熱コイル５５は、第２の乾式温度計５９の計測値がＤＢ２３℃となるように、計測値を制御指標として流量調整バルブ８０を開閉制御し、温水供給系７９による温水の供給を制御して運転し、その加熱によって処理対象空気５１を昇温させる。つまり、図４に示すように、処理対象空気５１は絶対湿度を一定に保って点（４）から点（５）に状態が遷移し、乾球温度がＤＢ２３℃にまで上昇する。
（加熱シーズンのピーク期）
制御用コントローラ８１は、ケーシング５０の空気導入部に設けた湿式温度計５７で計測する処理対象空気５１の湿球温度がＷＢ１４℃以下であり、中間期の運転では必要な絶対湿度を得ることができない場合には、加熱シーズンのピーク期の運転を行う。

例えば図６に示すように、取入外気が０℃ＤＢで５０％の相対湿度の場合、所定の湿球温度ＷＢ１３．５℃を得るためには乾球温度でＤＢ３３℃に加熱する必要があり、温水供給系７２の温水の温度（３０℃程度）では、予冷、予熱コイル５２において処理対象空気５１が所定の湿球温度ＷＢ１３．５℃に達せず、結果として水温計６７で計測する水槽６３の水温を１３．５℃に維持することができず、等エンタルピー加湿では必要な絶対湿度を得ることができない場合には、加熱シーズンのピーク期としての運転として加熱加湿を行う。

このため、制御用コントローラ８１は、開閉バルブ７１ａ、７１ｂを閉栓するとともに、開閉バルブ７３ａ、７３ｂを開栓し、温水供給系７２から温水を予冷、予熱コイル５２へ供給可能な状態において流量調整バルブ６９を開栓して温水を予冷、予熱コイル５２へ供給するとともに、流量調整バルブ７６を開栓して温水を熱交換器６６に供給し、用水供給系６４を流れる用水を加熱し、噴霧ノズル６１から噴霧する用水の温度を高める。

図５の空気線図は、空気調和機を加熱シーズンのピーク期に運転する場合におけるケーシング５０の各位置（１）〜（５）での処理対象空気５１の状態を示している。ファン装置５６の運転により、ケーシング５０の空気導入部から流入する処理対象空気５１は、予冷、予熱コイル５２で加熱されて後にエアワッシャ５３に流入する。

つまり、図５に示すように、処理対象空気５１は点（１）から点（２）に状態が遷移し、ここでの例示として示す乾球温度ＤＢ２５℃に達する。この乾球温度ＤＢ２５℃では所定の湿球温度ＷＢ１３．５℃とならない。

このため、エアワッシャ５３では、流量調整バルブ７６を開栓し、供給ポンプ６５を運転して水槽６３の用水を熱交換器６６で加熱して噴霧ノズル６１に供給し、噴霧ノズル６１から噴霧する加熱した用水によって水噴霧室６０の処理対象空気５１を加熱加湿する。つまり、図５に示すように、処理対象空気５１は点（２）から点（３）に遷移し、湿球温度ＷＢ１３．５℃の飽和空気となる。

ワッシャメディア６２により処理対象空気５１から捕捉分離した用水はワッシャメディア６２を伝って水槽６３に流下させて再び水噴霧室６０に噴霧し、水噴霧室６０と水槽６３とを循環させる。このため、用水は水噴霧室６０の気中において処理対象空気５１と接触することにより、その水温が処理対象空気５１の湿球温度と実質的に同じ温度となって水槽６３に流下する。

制御用コントローラ８１は、水温計６７で計測する水温が１３．５℃、つまり水噴霧室６０の最下流位置であるワッシャメディア６２を通過する処理対象空気５１の湿球温度がＷＢ１３．５℃となるように、流量調整バルブ７６を開閉制御して熱交換器６６の運転を制御し、噴霧ノズル６１から噴霧する用水の温度を調整する。

具体的には、水温計６７で計測する水温が１３．５℃以上、つまり水噴霧室６０における処理対象空気５１の湿球温度がＷＢ１３．５℃以上である場合に流量調整バルブ７６を閉栓し、水温計６７で計測する水温が１３．５℃以下、つまり水噴霧室６０における処理対象空気５１の湿球温度がＷＢ１３．５℃以下である場合に流量調整バルブ７６を開栓かつ開度を制御する。

加熱した用水を水噴霧室６０に噴霧して処理対象空気５１を加熱加湿すると、処理対象空気５１は用水の顕熱によって加熱される一方で、用水に蒸発熱（気化熱）を奪われ、飽和空気（露点）となるまで温度が低下し、処理対象空気５１と接触した未蒸発の用水は実質的に処理対象空気５１の露点温度（湿球温度）に等しくなる。

したがって、水噴霧室６０で処理対象空気５１に加熱した用水を噴霧して加熱加湿し、処理対象空気５１から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水としてその水温を水温計６７で計測することで、飽和した処理対象空気５１の露点を正確に計測することができる。

このため、本実施の形態に示す空気調和機では、予冷、予熱コイル５２で加熱した処理対象空気５１に熱交換器６６で加熱した用水を水噴霧室６０の上流側位置で噴霧ノズル６１から噴霧し、水噴霧室６０の下流側位置でワッシャメディア６２により処理対象空気５１から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水として水温を水温計６７で計測し、測定水の水温が一定温度、ここでは湿球温度ＷＢ１３．５℃を維持するように熱交換器６６によって噴霧する用水の温度を調整する。

エアワッシャ５３を通過した処理対象空気５１は冷却コイル５４に流入する。冷却コイル５４は、第１の乾式温度計５８の計測値がＤＢ１２．５℃となるように、計測値を制御指標として流量調整バルブ７８を開閉制御し、冷水供給系７７による冷水の供給を制御して運転し、その冷却によって処理対象空気５１を減温および除湿する。つまり、図５に示すように、処理対象空気５１は飽和空気線に沿って点（３）から点（４）に状態が遷移し、この間に乾球温度がＤＢ１２．５℃にまで低下するとともに、除湿により絶対湿度が低下して露点温度１２．５℃の飽和空気となる。

再熱コイル５５は、第２の乾式温度計５９の計測値がＤＢ２３℃となるように、計測値を制御指標として流量調整バルブ８０を開閉制御し、温水供給系７９による温水の供給を制御して運転し、その加熱によって処理対象空気５１を昇温させる。つまり、図５に示すように、処理対象空気５１は絶対湿度を一定に保って点（４）から点（５）に状態が遷移し、乾球温度がＤＢ２３℃にまで上昇する。

以上のように本実施の形態における空気調和機では、湿式温度計５７で処理対象空気５１の温度を計測し、計測した湿球温度値と設定値との比較において冷水供給系７０と温水供給系７２を切り換えることにより、冷却シーズンの中間期と加熱シーズンの中間期とのはざ間において、温水と冷水の適切な切り替えを自動的に行なうことができる。

用水を熱交換器６６で加熱し、噴霧ノズル６１から温水噴霧することで、冷凍機などの低い温度（３０℃程度）の排熱を有効に活用することができる。また、一つのコイルである予冷、予熱コイル５２を予冷と予熱に兼用することで、空気抵抗を減じて圧力損失を低減できる。

処理対象空気５１の計測は、温度分布が必ずしも均一でなく、正確な計測が困難であるが、空気の湿球温度と実質的に同じ温度の水槽６３の水温は正確に安定して計測でき、的確な制御を行なえる。また、ケーシング５０の水噴霧室６０における空気流路の流路断面積と実質的に等しい大きさの捕捉面を有するワッシャメディア６２で用水を捕捉分離することで、用水は水噴霧室６０の空気流路断面の各所における処理対象空気５１の温度を反映するものとなり、捕捉分離した用水を集めて測定水としてその水温を水温計６７で計測することで、水温は処理対象空気５１の全体的、あるいは平均的な状態を適正に示す指標となり、処理対象空気５１の露点を正確に計測することができる。よって、露点センサーを使用せずに、温水噴霧のエアワッシャを活用した空調制御を安定して行なうことができ、初期費用、メンテナンス費用が軽減できる。また、確実に露点となった飽和空気を冷却コイル５４で除湿するので、冷却コイル５４の出口の空気は相対湿度１００％となり、乾球温度と露点温度が等しくなる。よって、センサーとして乾式温度計５８を使用でき、メンテナンスが不要となる。

実施の形態に記載した各温度は、点（５）の出口空気条件がＤＢ２３℃、５０〜５５％ＲＨの場合および水が３０℃程度であることを与条件としたが、これに限られるものではない。

本発明の実施の形態における空気調和機を示す模式図 同実施の形態の空気調和機における冷却シーズンのピーク期の運転を示す空気線図 同実施の形態の空気調和機における冷却シーズンの中間期の運転を示す空気線図 同実施の形態の空気調和機における加熱シーズンの中間期の運転を示す空気線図 同実施の形態の空気調和機における加熱シーズンのピーク期の運転を示す空気線図 同実施の形態の空気調和機における加熱シーズンのピーク期を等エンタルピー加湿で運転する場合の空気線図 本発明の他の実施の形態における水槽の構造を示す模式図 本発明の他の実施の形態における水槽の構造を示す模式図 従来の空気調和機を示す模式図 同空気調和機における冷却シーズンの運転を示す空気線図

符号の説明

５０ ケーシング
５１ 処理対象空気
５２ 予冷、予熱コイル
５３ エアワッシャ
５４ 冷却コイル
５５ 再熱コイル
５６ ファン装置
５７ 湿式温度計
５８ 第１の乾式温度計
５９ 第２の乾式温度計
６０ 水噴霧室
６１ 噴霧ノズル
６２ ワッシャメディア
６３ 水槽
６４ 用水供給系
６５ 供給ポンプ
６６ 熱交換器
６７ 水温計
６８ 熱媒体供給系
６８ａ 送り管路
６８ｂ 戻り管路
６９ 流量調整バルブ
７０ 冷水供給系
７０ａ 送り管路
７０ｂ 戻り管路
７１ａ、７１ｂ 開閉バルブ
７２ 温水供給系
７２ａ 送り管路
７２ｂ 戻り管路
７３ａ、７３ｂ 開閉バルブ
７５ 用水加熱媒体供給系
７５ａ 送り管路
７５ｂ 戻り管路
７６ 流量調整バルブ
７７ 冷水供給系
７７ａ 送り管路
７７ｂ 戻り管路
７８ 流量調整バルブ
７９ 温水供給系
７９ａ 送り管路
７９ｂ 戻り管路
８０ 流量調整バルブ
８１ 制御用コントローラ
８２ 水槽

Claims (10)

1. ケーシング内に処理対象空気を通風する空気調和機において、空気温度調整手段で加熱した処理対象空気にケーシング内の上流側位置で噴霧手段から用水を噴霧し、ケーシング内の下流側位置で処理対象空気から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水として水温を計測し、測定水の水温が一定温度を維持するように空気温度調整手段によって処理対象空気の温度を調整することを特徴とする空調制御方法。
2. ケーシング内に処理対象空気を通風する空気調和機において、空気温度調整手段で加熱した処理対象空気に、用水温度調整手段により加熱した用水をケーシング内の上流側位置で噴霧手段から噴霧し、ケーシング内の下流側位置で処理対象空気から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水として水温を計測し、測定水の水温が一定温度を維持するように、ノズルから噴霧する用水の温度を用水温度調整手段によって調整することを特徴とする空調制御方法。
3. 用水を噴霧する上流側位置と処理対象空気から用水を捕捉分離する下流側位置との間において処理対象空気を実質的に飽和空気となすことを特徴とする請求項１又は２に記載の空調制御方法。
4. 測定水の水温を空気の所定の湿球温度と同じ温度に維持することを特徴とする請求項１又は２に記載の空調制御方法。
5. ケーシング内に処理対象空気を通風する空気調和機において、ケーシング内で処理対象空気の温度を調整する空気温度調整手段と、空気温度調整手段により加熱された処理対象空気にケーシング内の上流側位置で用水を噴霧する噴霧手段と、ケーシング内の下流側位置で処理対象空気から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水として水温を計測する水温計測手段と、水温計測手段の計測値が一定温度を維持するように空気温度調整手段による処理対象空気の温度調整を制御する制御手段とを備えることを特徴とする空気調和機。
6. ケーシング内に処理対象空気を通風する空気調和機において、ケーシング内で処理対象空気を加熱する空気温度調整手段と、用水の温度を調整する用水温度調整手段と、空気温度調整手段で加熱した処理対象空気に、用水温度調整手段により加熱した用水をケーシング内の上流側位置で噴霧する噴霧手段と、ケーシング内の下流側位置で処理対象空気から用水を捕捉分離し、捕捉分離した用水を測定水として水温を計測する水温計測手段と、水温計測手段の計測値が一定温度を維持するように用水温度調整手段による用水の温度調整を制御する制御手段とを備えることを特徴とする空気調和機。
7. 水温計測手段は、ケーシング内の下流側位置で処理対象空気から用水を捕捉分離する捕捉手段と、捕捉手段で捕捉分離した用水を貯留する水槽と、水槽内の用水を測定水として水温を計測する水温計を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の空気調和機。
8. 捕捉手段は、ケーシング内の空気流路の流路断面積と実質的に等しい大きさの捕捉面を有することを特徴とする請求項６に記載の空気調和機。
9. 用水を噴霧する上流側位置と処理対象空気から用水を分離する下流側位置との間において処理対象空気を実質的に飽和空気となすことを特徴とする請求項５又は６に記載の空気調和機。
10. 制御手段は、測定水の水温が空気の所定の湿球温度と同じ温度となるように制御を行なうことを特徴とする請求項５又は６に記載の空気調和機。

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