JP3717804B2

JP3717804B2 - 加湿装置

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Publication number: JP3717804B2
Application number: JP2001155340A
Authority: JP
Inventors: 弘行三島
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: JP2002349914A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温低湿条件から高温高湿条件までの調整されるべき温度及び湿度からなる空調条件を備えた空調装置に使用される加湿装置における湿度制御性の改善技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば環境試験装置等の空調装置では、低温低湿から高温高湿までの広範囲の運転条件を持つものがある。このような装置では、加湿器による湿度条件の制御性が特に問題になる。これに対しては一般に、主加湿器に加えて低湿制御用の補助加湿器を別に独立して設けた装置が採用されている。又、同じ表面積もしくは大小差のある表面積を持つ加湿容器とその中に入れられたヒータとを備えた加湿器を隣接させて２台併設し、低湿度域では１台の加湿器の水を排水して他の１台の加湿器を使用し、中高湿度域では２台の加湿器を併用するようにした装置も提案されている。（特開平９−３１８１０７号公報）。
【０００３】
このような加湿器によれば、低湿度域では水の表面積が小さくなり、水の自然蒸発による加湿量が少なくなるので、冷凍機や除湿機の負荷が低減すると共に、湿度制御性も良くなる。しかしながら、このように装置では、独立の加湿器が２台になるので、加湿器の台数が増加すると共に、レベル制御等のための水配管系やその電気制御系も二重になり、装置が複雑化すると共に装置コストが高くなる。又、２台の加湿器があっても、二種類の水の表面積と２台の加熱器との組み合わせを選択できないので、広範囲の空調条件の全てにおいて良好な湿度制御性を得ることはできない。
【０００４】
一方、上記公報では、１台の加湿容器の縦断面形状を階段形状又はＶ字形状にすることにより、水位によって加湿水の表面積を変化させ、低湿度域での運転どは水の表面積が小さくなるように水位を制御して自然蒸発による加湿量を減らせるようにした装置も提案されている。この装置は、１台の加湿器で構成されているので、構造が簡単で低コストである。
【０００５】
しかしながら、従来の加湿器と同様に、加湿容器に１台の加熱器が設けられていて、この加熱器の容量が最大加湿負荷によって定められる大容量のものであるため、水の自然蒸発に加湿量を低減できても、低中湿度条件で加熱器の容量が過大になり、良好な湿度制御性が得られないという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、従来技術における上記問題を解決し、簡単で低コストの装置構成の下に、広範囲な湿度条件の全てにおいて良好な湿度制御性が得ら省エネ効果もある加湿装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、低温低湿条件から高温高湿条件までの調整されるべき温度及び湿度からなる空調条件を備えた空調装置に使用される加湿装置において、
水が入れられる水位に対して前記水の表面積が異なるように形成された加湿容器と、該加湿容器に入れられた複数の加熱手段と、前記水位を変更可能にする水位変更手段と、前記複数の加熱手段を選択して作動可能にする作動手段と、を有し、前記空調条件は前記温度と前記湿度との組合せからなる複数の種類に分けられていて、前記変更可能な水位と前記選択されて作動される加熱手段とを組み合わせた装置組合せは前記複数の種類に分けられていて、前記複数の種類の装置組合せを前記複数の種類の空調条件に適合するように選択する選択手段を有することを特徴とする
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した加湿装置及びこれを装備した空調装置としての環境試験装置の全体構成の一例を示し、図２は加湿容器の形状を示す。
加湿装置は、低温低湿条件から高温高湿条件までの調整されるべき温度及び湿度からなる空調条件として、例えば温度が１０℃〜８５℃で相対湿度が５％〜９８％の範囲の空調条件を備えた環境試験装置に使用され、加湿容器１、加熱手段としての加湿ヒータ２、水位変更手段３、作動手段４、等を有する。
【００１０】
加湿容器１は、水が入れられる水位ｈに対して水の表面積Ｆが異なるように形成されるが、本例のものは、図２に示す如く、断面がＶ字状になっていて、水位ｈに比例した幅Ｂと長さＬの寸法を持つように形成されている。即ち、水位ｈが低い低水位ｈ₁では、これに対応して狭い幅Ｂ₁と長さＬとで形成される水の表面積が小面積Ｆ₁＝Ｂ₁×Ｌになり、水位ｈが高い高水位ｈ₂では、これに対応して広い幅Ｂ₂と長さＬとで形成される水の表面積が大面積Ｆ₂＝Ｂ₂×Ｌになる。水が入れられていないときの水位ｈ₀は０以下である。
【００１１】
加湿ヒータ２は、加湿容器１に入れられた複数として本例では小ヒータ２１及び大ヒータ２２の２個で構成されていて、それぞれ例えば電熱式のものが使用される。小ヒータ２１は、前記低水位ｈ₁より下の位置に配設される。大ヒータ２２は、前記高水位ｈ₂より下の位置に配置される必要があるが、低水位ｈ₁に対しては、それより上又は下の何れの位置に配置されてもよい。
【００１２】
水位変更手段３は、本例では、加湿容器１と配管３１又は水路等で接続されたタンク３２、その中に設けられたフロートスイッチ３３、タンク３２内に水を供給する給水系３４、この系に設けられた給水用の電磁弁３５、加湿容器１の水を排水する排水系３６、この系に設けられた排水用の電磁弁３７、加湿容器１内の水位を選択可能にする水位選択部３８、ここで選択された水位になるようにフロートスイッチ３３のレベル信号に基づいて電磁弁３５、３７を開閉させる水位制御部３９、等で構成されている。
【００１３】
水位選択部３８は、加湿容器１内の水を水の入れられていない０水位ｈ₀、低水位ｈ₁及び高水位ｈ₂に対応したｈ₀スイッチ３８ａ、ｈ₁スイッチ３８ｂ及びｈ₂スイッチ３８ｃを備えていて、これらの何れかのスイッチを押すことにより、水位を選択できるようになっている。
【００１４】
作動手段４は、複数の加熱手段である大小の加湿ヒータ２２、２１を選択して大ヒータ２２、小ヒータ２１、又はこれらの両方を作動可能にする加湿ヒータ選択部４１、湿度として通常相対湿度を検出する湿度センサ４２、環境試験装置を目的とする湿度に設定する湿度設定部４３、検出湿度が設定湿度になるように加湿ヒータ選択部４１で選択されたヒータを所定の出力で作動させる湿度制御部４４、等で構成されている。
【００１５】
加湿ヒータ選択部４１は、小ヒータスイッチ４１ａ及び大ヒータスイッチ４１ｂを備えていて、これらをオン／オフすることにより、両ヒータ不使用、小ヒータ使用、大ヒータ使用、両ヒータ使用の各種使用条件を選択して作動可能なように構成されている。
【００１６】
環境試験装置の本体部分１００は、以上のような加湿装置に加えて、通常の構成部分として、図示しない冷凍機の蒸発器からなる冷却器５、加熱器６、空調された空気を循環させる送風機７、温度センサ８、外部を囲う断熱壁９、内部の試験室１０、空調室１１、これらの仕切板１２、等を備えた構造になっている。又、本体部分１００と一体もしくはこれに隣接して操作制御盤２００が設けられ、前記設定、選択、制御等を行う各部はこの中に配置される。又、循環空気の温度を設定するための温度設定部１３及び加熱器６を所定の出力で作動させる温度制御部１４も操作制御盤２００に設けられる。
【００１７】
図３は、温度と湿度との組合せからなる複数の種類に分けられた空調条件の一例を示す。
この例では、空調条件Ａは、温度と湿度との組合せからなる複数の種類として５種類に分けられている。即ち、湿度を問題にすることなく任意の温度ｔｉを一定にして運転する温度運転Ａ１、温度が相対的に見て低温である５０℃程度で相対湿度が５０％程度までの範囲の領域で構成される低温低湿域Ａ２、その上で相対湿度が９８％程度までの低温高湿域Ａ３、Ａ２に隣接して温度が８５℃程度までの高温低湿域Ａ４、Ａ３とＡ４とに隣接していて温度が８５℃で相対湿度が９８％程度までの高温高湿域Ａ５からなる５つの条件で構成されている。
【００１８】
図４は装置組合せの一例を示す。
装置組合せＢは、変更可能な水位と選択されて作動されるヒータとの組み合わせからなり、上記５種類の空調条件Ａと同じ５種類に分けられている。即ち、本例では、変更可能な水位である０、ｈ₁、ｈ₂と、ヒータ使用条件であるヒータ不使用、小ヒータ２１使用、大ヒータ２２使用及び大小両ヒータ使用の条件とが組み合わされ、Ｂ１−０水位・ヒータ不使用、Ｂ２−低水位・小ヒータ使用、Ｂ３−高水位・小ヒータ使用、Ｂ４−高水位・大ヒータ使用、Ｂ５−高水位・大小両ヒータ使用の５種類で構成されている。なお、使用しているヒータを斜線で示している。
【００１９】
図５は、選択手段として選択制御部１５を設けた操作制御盤２００の構成例を示す。
選択制御部１５は、前記複数の種類の装置組合せであるＢ１乃至Ｂ５を前記複数の種類の空調条件であるＡ１乃至Ａ５に適合するように選択する。即ち、空調条件がＡ１乃至Ａ５の何れかになったときに、これに対応して、装置組合せＢ１乃至Ｂ５のうちの同じ番号のものを選択するように構成されている。そのため、図３に示す空調条件Ａを表した温湿度区分チャート１５ａを有する。そしてこの部分に温度及び湿度の設定値が入力される。なお、この選択制御部１５は、図１に示す水位及びヒータを選択するスイッチ３８ａ、４１ａ等を備えた加湿ヒータ選択部及び水位選択部に代えて、又はこれらと共に設けられる。
【００２０】
以上のような加湿装置及びこれを装備した環境試験装置は次のように運転されその作用効果を発揮する。まず図５に示す選択制御部１５を備えた装置における運転について説明する。
環境試験装置の運転条件が温度設定部１３及び湿度設定部４３で例えば３０℃、２０％の低温低湿域Ａ２内に設定されると、この条件が選択制御部１５に入れられ、選択制御部１５は、温湿度区分チャート１５ａと対比してこの空調条件がＡ２であることを判断し、それに対応したＢ２の低水位・小ヒータ使用の装置組合せを選択し、その信号を水位信号Ｓｈ及びヒータ信号ＳｗとしてＳｈ₁及びＳｗ₁をそれぞれ水位制御部３９及び湿度制御部４４に発信する。
【００２１】
水位制御部３９は、このＳｈ₁により、フロートスイッチ３３の検出水位がｈ₁になるように、給水用及び排水用の電磁弁３５及び３７がオン／オフ制御する。湿度制御部４４は、Ｓｗ₁により、湿度センサ４２の検出湿度が２０％になるように小ヒータ２１の出力を制御される。温度制御部１４は温度センサ８の検出値が３０℃になるように加熱器６の出力を制御する。なお、温度は３０℃であり絶対値としては高いが、湿度が２０％と低く除湿を必要とするため、冷凍機の蒸発器からなる冷却器５には冷媒が適当量供給されてある程度の冷却能力で運転されている。
【００２２】
この低温低湿条件では、本来的に加湿する必要がないので、加湿容器１からの自然蒸発による加湿量及び湿度制御のために必要な加湿ヒータによる加湿量をできるだけ少ない量に制限し、加湿によって生ずる冷却器５又は必要に応じて設けられる除湿機による除湿負荷をできるだけ低減させる必要がある。
【００２３】
本例の選択制御部１５の制御によれば、温湿度の設定値によって自動的に加湿容器１の低水位ｈ₁及び小ヒータ２１が選択されて加湿制御が行われる。その結果、ｈ₁に対応して加湿容器１の水の表面積が小面積Ｆ₁になり、水面からの自然蒸発量が少なくなる。又、小ヒータ２１を使用することにより、定格出力の小さいヒータを低負荷で運転でき、微小な加湿出力による微小な加湿量の下に精度が良く乱れのない安定した加湿制御をすることができる。即ち、自然蒸発量及び制御のための加湿量を最小にして除湿負荷を十分小さくし、冷却器用の冷凍機又は追加装備されることがある除湿機の除湿負荷を少なくし、これらの機械及び加湿ヒータの出力を十分低減させた省エネ運転をすると共に、精度の良い安定した加湿制御を行うことができる。
【００２４】
そして、このような加湿装置は、１つの加湿容器１と、通常必要なフロートスイッチ及び電磁弁等による１つの水回路からなる加湿容器水面制御機構とを備えた構成になっていて、基本的構造部分が通常の装置と同様であるため、構造が簡単で部品点数が少なく低コストのものである。一方、本例の装置では、大小２種類の加湿ヒータが必要であると共に選択制御部１５が追加されることになる。しかしながら、これらは簡単な電気制御的構成部分の追加に過ぎず、低コストで容易に対応可能なものである。従って、加湿容器及び水面制御系を二重に備えた従来の加湿装置に較べると、本例の装置は、全体としても、部品点数が大幅に少なく、簡単な構造でコストの低減されたものである。
【００２５】
運転条件が例えば８０℃、９０％の高温高湿域Ａ５内に設定されると、選択制御部１５はこの空調条件がＡ５であることを判断し、今度はＢ５の高水位・大小両ヒータ使用の装置組合せを選択し、水位信号Ｓｈ₂及びヒータ信号Ｓｗ_{1 2}をそれぞれ水位制御部３９及び湿度制御部４４に発信する。
【００２６】
これにより、水位制御部３９ではフロートスイッチ３３の検出水位がｈ₂になるように電磁弁３５及び３７がオン／オフ制御される。又、湿度制御部４４では、Ｓｗ_{1 2}により、湿度センサ４２の検出湿度が９０％になるように、大小ヒータ２２、２１の出力が制御される。この場合のヒータ制御では、通常、小ヒータ２１を１００％の定格出力で運転し、これで不足する加湿量を大ヒータ２２の出力制御によって発生させることになる。又、温度制御部１４により、温度センサ８の検出温度が８０℃になるように加熱器６の出力が制御される。
【００２７】
この高温高湿条件では、加湿量を多くする必要があるが、加湿容器１の高水位ｈ₂及び大小ヒータ２２及び２１が選択されているので、ｈ₂に対応して加湿容器１の水の表面積が大面積Ｆ₂になり、水面からの自然蒸発量が多くなると共に、大小ヒータによる水の蒸発が効率良く行われ、この条件でも精度の良い安定した加湿制御をすることができる。
【００２８】
中間の低温高湿域Ａ３及び高温低湿域Ａ４では、前記Ａ２及びＡ５の中間的な制御が同様に良好に行われる。例えば低温高湿域Ａ３では、高湿であるが低温であるため絶対湿度が低いので、高水位と小ヒータ２１の組合せを選択することにより、良好な制御性と共に省エネ運転効果を得ることができる。又、一定温度運転Ａ１では、加湿容器１の水が排出されて０水位になると共に、大小ヒータは何れも選択されずオフの状態になる。その結果、循環空気が加湿ヒータからの熱を吸収することがなくなり、加熱器６によって迅速に精度の良い温度制御が行われる。
【００２９】
図５に示す選択制御部１５を備えた装置により以上のような運転をすれば、温湿度の設定値に対応して自動的に良好な湿度制御を行うことができる。従って、湿度制御のための人による操作が不要になり、省力化が図られると共に、画一的に運転の確実性を得ることができる。特に、サイクル試験のように運転条件が頻繁に変化するような場合には、このような選択制御部の有用性が高くなる。
【００３０】
一方、図１の装置のように、水位選択部３９及び加湿ヒータ選択部４１に水位及びヒータ選択用のスイッチ３８ａ、４１ａ等を設けて、人がこれらを操作して運転することも可能である。このような装置では、温度及び湿度で構成される任意の空調条件に対して、水位及び加湿ヒータ個数から成る加湿運転条件を運転者が選択することになる。
【００３１】
この場合、特定の環境試験装置を運転してその装置の特性を熟知した運転者であれば、任意の空調条件から加湿運転条件を細分し且つ適正に選択することにより、図５の選択制御部１５による自動運転よりも更に省エネ運転をすることも可能になる。但し、運転者の経験等に委ねるのでなく、装置の設計や完成後の試運転等の段階において、例えば図３のような運転領域に対応した装置運転条件を予め定めておくことが望ましい。そのようにすれば、運転者の負担が軽減され、経験の浅い運転者でも適正な運転をすることができる。
【００３２】
なお以上では、図３及び図４に示す如く、空調条件を温度５〜８５℃及び湿度５〜９８％の範囲で形成された５種類とし、これに０水位を含む３種類の水位及び大小２種類の異なった加湿ヒータによる５種類の装置組合せとについて説明したが、これらの諸条件は、加湿ヒータの容量や冷凍機の能力等により実際の環境試験装置に適合するように定められる。又、図１に示す加湿容器の形状は一例であり、例えば図６に示す如く、カップ状にしたり、３段等の多段状にして水位をｈ₀〜ｈ₃にし加湿ヒータを２１〜２３の３台にして、空調条件の種類を多くすることも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１の発明においては、加湿装置が所定の構成を備えた加湿容器と加熱手段と水位変更手段と作動手段とを有するので、空調条件に対応して、例えば低温低湿条件のときには、水位変更手段によって水位を変更し、その水位に対して水の表面積が異なるように形成された加湿容器において水の表面積が小さくなるような水位を選択すると共に、作動手段により、複数の加熱手段のうちの最小のもの等であって複数の加熱手段の合計出力に対して小さい出力になるような加熱手段を選択して作動させることができる。
【００３４】
その結果、小さい水表面積によって加湿容器からの水の自然蒸発による不必要な加湿を抑制すると共に、小出力の加熱手段によって加湿制御に必要なだけの小量の加湿蒸気を安定して発生させ、不要な加湿をなくし、加湿装置の加熱手段及び通常冷凍機の蒸発器等で構成される除湿手段の出力を低減させた省エネ運転をすることができると共に、加湿制御を精度の良い安定したものにすることができる。
【００３５】
空調条件が高温高湿条件のときには、今度は水位変更手段によって水の表面積が大きくなるような水位を選択しすると共に、作動手段により、複数の加熱手段のうちの最大のもの等であって複数の加熱手段の合計出力に対して大きい出力になるような加熱手段を選択して作動させることができる。
【００３６】
その結果、大きい水表面積によって加湿容器からの水の自然蒸発を促進すると共に、大出力の加熱手段によって加湿制御に必要な十分な量の加湿蒸気を大きい表面積から効率良く安定して発生させ、加湿制御を確実に精度の良い安定したものにすることができる。又、低温高湿条件乃至高温低湿条件等の中間の条件でも、同様に省エネ効果及び良好な湿度制御効果を得ることができる。更に、湿度を問題にしない温度運転では、加湿用の加熱手段を不作動にすること等により、加熱器による迅速で精度の良い温度制御を行うことができる。即ち、全ての空調条件において良好な運転結果を得ることができる。
【００３７】
このような加湿装置における所定の構成を備えた加湿容器及び水位変更手段については、加湿容器を水位に対して水の表面積が異なるように形成するので、単一の加湿容器と単一の水位変更手段とによって水の表面積を変更することができる。その結果、加湿装置において容器及び水回路からなる加湿水系統を単一にし、装置構造の主要部分の簡素化とコスト低減を図ることができる。
【００３８】
一方、単一の加湿容器中に複数の加熱手段を配置することは容易であり、又、これらを選択的に作動可能にしたり水位を変更可能にする手段は、簡単な電気制御部分で構成される。従って、請求項１の発明によれば、加湿容器及び水面制御系を二重に備えた従来の加湿装置に較べると、部品点数が大幅に少なく簡単な構造でコストの低減された加湿装置にすることができる。
【００３９】
又、空調条件を予め温度と湿度との組合せからなる複数の種類に分けて、変更可能な水位と選択可能な加熱手段とからなる装置組合せを複数の種類に分けておき、この複数の種類の装置組合せを複数の種類の空調条件に適合するように選択する選択手段を設けているので、選択手段により、空調条件に適合するように加湿容器の水位と加熱手段とが自動的に選択されることになる。その結果、湿度制御のための人による操作が不要になり、省力化が図られると共に、運転者の経験等を問わず画一的に最適な運転状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した加湿装置を含む環境試験装置の全体構成の一例を示す説明図である。
【図２】上記加湿装置の加湿容器の概略構造例を示す斜視図である。
【図３】空調条件の一例を示す温湿度区分チャートである。
【図４】水位と使用する加湿ヒータとの装置組合せの一例を示す説明図である。
【図５】操作制御盤の他の例を示す説明図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は加湿容器の他の形状例を示す説明図である。
【符号の説明】
１加湿容器
２加湿ヒータ（加熱手段)
３水位変更手段
４作動手段
１５選択制御部（選択手段）
２１、２２小ヒータ、大ヒータ（加湿ヒータ、加熱手段）
３３フロートスイッチ（水位変更手段）
３５給水用の電磁弁（水位変更手段）
３７排水用の電磁弁（水位変更手段）
３８水位選択部（水位変更手段）
３９水位制御部（水位変更手段）
４１加湿ヒータ選択部（作動手段）
１００環境試験装置の本体部分（空調装置）
Ａ、Ａ₁〜Ａ₅ 空調条件
Ｂ、Ｂ₁〜Ｂ₅ 装置組合せ
ｈ、ｈ₀、ｈ₁、ｈ₂ 水位、０水位、低水位、高水位（水位）
Ｆ、Ｆ₁、Ｆ₂ 表面積、小面積、大面積（表面積）

Claims

低温低湿条件から高温高湿条件までの調整されるべき温度及び湿度からなる空調条件を備えた空調装置に使用される加湿装置において、
水が入れられる水位に対して前記水の表面積が異なるように形成された加湿容器と、該加湿容器に入れられた複数の加熱手段と、前記水位を変更可能にする水位変更手段と、前記複数の加熱手段を選択して作動可能にする作動手段と、を有し、前記空調条件は前記温度と前記湿度との組合せからなる複数の種類に分けられていて、前記変更可能な水位と前記選択されて作動される加熱手段とを組み合わせた装置組合せは前記複数の種類に分けられていて、前記複数の種類の装置組合せを前記複数の種類の空調条件に適合するように選択する選択手段を有することを特徴とする加湿装置。