JP6254473B2

JP6254473B2 - 結露検出装置

Info

Publication number: JP6254473B2
Application number: JP2014066044A
Authority: JP
Inventors: 雅旦田口
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP2015190632A

Description

本発明は、空調機器の熱交換器に設けられる結露検出装置に関するものである。

従来より、熱交換器を備えた空調機器が利用されている。熱交換器は、低温側の気体が通流する低温側流路と、高温側の気体が通流する高温側流路と、を備え、これらの間で熱交換が行われるもので、熱交換ロータにより熱交換が行われるものや、流路間の仕切りを介して熱交換が行われるもの等、様々な形態のものが用いられる。

このような空調機器においては、熱交換器に結露が発生すると、熱交換効率が低下する他、結露水が滞留すると、金属が用いられる場合に腐食が発生する惧れがある等、不具合が発生しかねない。そこで、熱交換器の結露の発生を抑えるものが開発されている（例えば特許文献１参照）。

従来の特許文献１等に示される結露を防止する手段においては、被空調空間の露点温度と、熱交換器に供給される冷媒の温度とに基いて演算を行い、熱交換器に結露が発生する可能性を求め、結露が発生する可能性が高い場合には、運転の停止等の措置をとるものである。

特開２０１３−０９２２８１号公報

しかしながら、上記従来例においては、熱交換前の気体の状態から結露の発生を判定（推定）するものであり、誤判定が多く、判定精度が低いものであった。このため、誤判定による空調機器の不要な停止により、空調機能が充分に発揮されないという問題があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、簡単な構成で、結露の発生を精度よく検出することができる結露検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、
空調機器が備える、低温側流路および高温側流路を有する熱交換器に設けられる結露検出装置であって、
前記高温側流路の前記熱交換器よりも上流側の箇所における当該高温側流路を通流する気体の絶対湿度である上流側絶対湿度を測定する上流側絶対湿度測定部と、
前記高温側流路の前記熱交換器の熱交換箇所のいずれかの箇所における当該高温側流路を通流する気体の絶対湿度である下流側絶対湿度を測定する下流側絶対湿度測定部と、
前記下流側絶対湿度が、前記上流側絶対湿度より所定値以上低い場合に、前記熱交換器で結露が発生していると判定する結露判定部と、
を備えることを特徴とする。

また、前記熱交換器が、前記低温側流路と前記高温側流路とに跨って回転する熱交換ロータを備え、
前記結露判定部において結露が発生していると判定する時に、前記熱交換ロータに発生する結露の許容量に応じて、前記下流側絶対湿度測定部が設けられる箇所の前記熱交換ロータの回転方向における角度が調節されることが好ましい。

また、前記熱交換器が、前記低温側流路と前記高温側流路とに跨って回転する熱交換ロータを備え、
前記結露判定部において結露が発生していると判定する時に、前記熱交換ロータに発生する結露の許容量に応じて、前記下流側絶対湿度測定部が設けられる箇所の前記熱交換ロータの回転中心からの距離が調節されることが好ましい。

また、前記熱交換器が、前記低温側流路と前記高温側流路との間に介在する仕切りを介して熱交換を行うものであって、
前記結露判定部において結露が発生していると判定する時に、前記熱交換器に発生する結露の許容量に応じて、前記下流側絶対湿度測定部が設けられる箇所の、前記高温側流路の下流側端部で且つ前記低温側流路の上流側端部からの距離が調節されることが好ましい。

本発明の請求項１に係る発明にあっては、高温側流路を通流する空気が結露により絶対湿度が低下することを利用して結露判定を行うものであり、従来のように、熱交換前の気体の状態から結露の発生を推定するものと比較して、誤判定が少なく、判定精度が高い。これにより、誤判定による空調機器の不要な停止を抑制し、空調機能を充分に発揮することができる。

また、請求項２に係る発明にあっては、下流側絶対湿度測定部の位置（熱交換ロータの回転方向における角度）を調節するだけで、結露判定の際の許容量を調節できる。

また、請求項３に係る発明にあっては、下流側絶対湿度測定部の位置（熱交換ロータの回転中心からの距離）を調節するだけで、結露判定の際の許容量を調節できる。

また、請求項４に係る発明にあっては、下流側絶対湿度測定部の位置を調節するだけで、結露判定の際の許容量を調節できる。

本発明の第一の実施形態を示し、（ａ）は熱交換器の平面断面図であり、（ｂ）は熱交換ロータの斜視図である。第一の実施形態の夏季における説明図であり、（ａ）は熱交換ロータの斜視図であり、（ｂ）は熱交換ロータの正面図である。第一の実施形態の夏季における説明図であり、（ａ）は熱交換器の平面断面図であり、（ｂ）は高温側流路を通流する空気の位置−絶対湿度関係図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）は第一の実施形態の夏季における熱交換ロータの結露と下流側絶対湿度測定部の回転方向における位置を説明する正面図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）は第一の実施形態の夏季における熱交換ロータの結露と下流側絶対湿度測定部の径方向における位置を説明する正面図である。第一の実施形態の冬季における説明図であり、（ａ）は熱交換ロータの斜視図であり、（ｂ）は熱交換ロータの正面図である。第一の実施形態の冬季における説明図であり、（ａ）は熱交換器の平面断面図であり、（ｂ）は高温側流路を通流する空気の位置−絶対湿度関係図である。

以下、本発明の結露検出装置について、図１乃至に図７示す第一実施形態に基いて説明する。本発明の結露検出装置は、空調機器の熱交換器に設けられるものである。

空調機器は、図１に示すような熱交換器１を備え、換気機能を有するもので、外気ＯＡを取り入れて室内に供給空気ＳＡとして供給するとともに、室内空気ＲＡを取り込んで排気ＥＡとして室外へ排出する機能を有する。

熱交換器１は、ケーシング１０と、ケーシング１０内に形成される、外気ＯＡを取り入れて室内に供給空気ＳＡとして供給する給気流路１１と、室内空気ＲＡを取り込んで排気ＥＡとして室外へ排出するための排気流路１２とを備える。そして、給気流路１１と排気流路１２は、一方が低温側流路となるとともに他方が高温側流路となるが、いずれが低温側流路、高温側流路になるかは季節により変わる。すなわち、夏季においては、外気ＯＡが高温側の気体、室内空気ＲＡが低温側の気体となり、冬季においては、外気ＯＡが低温側の気体、室内空気ＲＡが高温側の気体となる。空調を行う気体は一般に空気であるが、他の気体であってもよく空気に限定されない。以下は空調を行う気体を空気として説明する。

熱交換器１は、低温側流路を通流する空気と高温側流路を通流する空気との間で熱交換を行うもので、主に顕熱交換を行うが、全熱（顕熱および潜熱）交換を行うものであってもよい。そして、空調機器は、顕熱交換のみを行い調湿を目的としないものであってもよい。また、空調機器は、ヒートポンプを備えた冷凍装置、冷房装置（または暖房装置、冷暖房装置）であってもよいし、ヒートポンプを備えずに熱交換のみを行うものでもよい。

第一実施形態では、図１に示すように、熱交換器１が、低温側流路と高温側流路とに跨って回転する熱交換ロータ１３（回転式熱交換器）を備えるものである。熱交換ロータ１３は、通常は円盤状をしたもので、その中心軸（回転軸、図中の一点鎖線）方向に通気性を有し、高温側流路を気体が通流する際に、気体により蓄熱され、低温側流路に移動した際に低温側流路を通流する気体に放熱する。なお、熱交換ロータ１３は円盤状に限定されない。

なお、第一実施形態では、熱交換器１が回転式熱交換器であるが、本発明の熱交換器１は、低温側流路と高温側流路との間に介在する仕切りを介して熱交換を行う静止式熱交換器であってもよく、限定されない。また、熱交換ロータ１３の材質として、金属が好適に用いられるが、他の材質でもよく、特に限定されない。

空調機器は、図示しないが、熱交換ロータ１３を駆動するモータ等の駆動手段と、駆動手段を制御するマイクロコンピュータ等からなる制御部と、を備えている。また、低温側流路と高温側流路には、それぞれ送風手段が設けられる。送風手段は、ファンと、ファンを駆動するモータ等の駆動手段を備え、制御部により駆動が制御される。

まず、夏季の場合について図２、図３に基いて説明する。夏季においては、外気ＯＡが高温側の気体であるため、給気流路１１が高温側流路となり、排気流路１２が低温側流路となる。熱交換ロータ１３を介して高温側流路と低温側流路との間で熱交換が行われ、高温側の気体（外気ＯＡ）の温度が露点温度より低下すると、結露が発生する。

本発明にあっては、高温側流路（本例では給気流路１１）の熱交換器１よりも上流側の箇所における、高温側流路を通流する空気の絶対湿度（上流側絶対湿度）を測定する上流側絶対湿度測定部１４（本例では給気流路１１に設けられる湿度センサ１４ａ）を備える。さらに、高温側流路の熱交換器１の熱交換箇所のいずれかの箇所における、高温側流路を通流する気体の絶対湿度（下流側絶対湿度）を測定する下流側絶対湿度測定部１５（本例では給気流路１１に設けられる湿度センサ１５ａ）を備える。さらに、下流側絶対湿度が、上流側絶対湿度より所定値（≧０）以上低い場合に、熱交換器１で結露が発生していると判定（結露判定という）する結露判定部を備えるものである。

上流側絶対湿度測定部１４、下流側絶対湿度測定部１５は、本実施形態では赤外線により絶対湿度を測定する湿度センサであるが、赤外線式センサでなくても、絶対湿度が測定可能な手段であればよく、特に限定されない。また、結露判定部は、本実施形態では制御部がその機能の一部として備えるものであるが、制御部とは別に設けられてもよく、特に限定されない。

図３に示すように、高温側流路を通流する外気ＯＡが、熱交換ロータ１３で冷却されて結露Ｗが発生した場合、図３（ｂ）に示すように、結露により絶対湿度が低下する。この原理に基いて、結露判定部が下流側絶対湿度と上流側絶対湿度とを比較して、下流側絶対湿度が上流側絶対湿度より低い場合に、結露判定する。

なお、下流側絶対湿度と上流側絶対湿度の高低を単純に比較するのではなく、下流側絶対湿度が上流側絶対湿度より前記所定値以上低い場合に結露判定することが好ましい。この場合、結露判定する時に、熱交換ロータ１３に発生する結露の許容量を設定することができる。これにより、許容量以下の微量な結露の発生の場合に結露判定を行わず、実用上の設計の自由度を向上させることが可能である。所定値を０とした場合、下流側絶対湿度と上流側絶対湿度の単純比較により結露判定が行われる。

また、前記許容量に応じて、下流側絶対湿度測定部１５が設けられる箇所の前記熱交換ロータ１３の回転方向における角度を調節してもよい。これは、結露判定において下流側絶対湿度と上流側絶対湿度との差を所定値以上とする代わりに、下流側絶対湿度測定部１５が設けられる箇所の位置を変更するものである。

図４（ａ）に示すように、結露は、熱交換ロータ１３の回転方向において、熱交換ロータ１３が高温側流路に差しかかったところで、最初に結露し始める。すなわち、熱交換ロータ１３は、回転方向の下流側へ移動するにつれて熱交換により温度が上昇するため、高温側流路に差しかかったところの温度が最低となる。このため、回転方向の上流側端部において最初に結露する。そして、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、結露量が多くなるに従い、結露は、熱交換ロータ１３の回転方向において下流側に伸びていく。このため、下流側絶対湿度測定部１５が設けられる箇所が下流側に行く程、許容量が多くなる。

また、高温側流路を通流する空気は、通流方向において、図３（ｂ）に示すように、下流側の温度が最低となるため、下流側端部で最初に結露する。

また、高温側流路を通流する空気は、熱交換ロータ１３の径方向において、図５に示すように、外側の方から結露する。すなわち、高温側流路を通流する空気は、一般に流路の中心側程その流速が速く、外側へ行く程その流速は遅く、このため、外側へ行く程、熱交換がよく行われる。このため、熱交換ロータ１３の中心から見た方向が同じ場合には、径外方向程温度が低くなり、外周側端部で最初に結露する。そこで、図５に示すように、許容量に応じて、下流側絶対湿度測定部１５が設けられる箇所の熱交換ロータ１３の径方向における位置（すなわち回転中心からの距離）を調節してもよい。この場合、さらに、許容量に応じて、下流側絶対湿度測定部１５が設けられる箇所の熱交換ロータ１３の回転方向における角度を合わせて調節してもよい。

次に、冬季の場合について図６、図７に基いて説明する。冬季においては、室内空気ＲＡが高温側の気体であるため、排気流路１２が高温側流路となり、給気流路１１が低温側流路となる。熱交換ロータ１３を介して高温側流路と低温側流路との間で熱交換が行われ、高温側の気体（室内空気ＲＡ）の温度が露点温度より低下すると、結露が発生する。

本例の場合、図７に示すように、上流側絶対湿度測定部１４として、排気流路１２に湿度センサ１４ｂが設けられ、下流側絶対湿度測定部１５として、排気流路１２に湿度センサ１５ｂが設けられる。

そして、夏季の場合と同様に、結露判定部が下流側絶対湿度と上流側絶対湿度とを比較して、下流側絶対湿度が上流側絶対湿度より低い場合に、熱交換器１で結露判定する。なお、夏季の場合と冬季の場合とは、給気流路１１と排気流路１２のうちのいずれが低温側流路となりもう一方が高温側流路となるかが異なるのみで、得られる効果は同じである。

本発明においては、上記のように、高温側流路を通流する空気が、熱交換ロータ１３で冷却されて結露Ｗが実際に発生し、それにより絶対湿度が低下することを利用して結露判定を行うものであり、従来のように、熱交換前の気体の状態から結露の発生を判定（推定）するものではない。このため、従来例と比較して、誤判定が少なく、判定精度が高いものである。これにより、誤判定による空調機器の不要な停止を抑制し、空調機器の空調機能を従来例よりも充分に発揮することができる。

次に、図示しないが、第二実施形態について説明する。なお、第二実施形態については、大部分において第一実施形態と同じであり、異なる部分についてのみ説明する。

第二実施形態は、熱交換器１が第一実施形態と異なる。すなわち、熱交換器１は、低温側流路と高温側流路との間に介在する仕切りを介して熱交換を行う、いわゆる静止式熱交換器である。仕切りは、熱伝導性のよい金属が好適に用いられるが、他の材質でもよく、特に限定されない。

そして、第二実施形態では、高温側流路の下流側端部で且つ低温側流路の上流側端部（始点）で最初に結露する。そして、始点からの距離が調節されることにより、熱交換器１に発生する結露の許容量の調節が可能である。

１熱交換器
１１給気流路
１２排気流路
１３熱交換ロータ
１４上流側絶対湿度測定部
１４ａ湿度センサ
１５下流側絶対湿度測定部
１５ａ湿度センサ
ＥＡ排気
ＯＡ外気
ＲＡ室内空気
ＳＡ供給空気
Ｗ結露

Claims

空調機器が備える、低温側流路および高温側流路を有する熱交換器に設けられる結露検出装置であって、
前記高温側流路の前記熱交換器よりも上流側の箇所における当該高温側流路を通流する気体の絶対湿度である上流側絶対湿度を測定する上流側絶対湿度測定部と、
前記高温側流路の前記熱交換器の熱交換箇所のいずれかの箇所における当該高温側流路を通流する気体の絶対湿度である下流側絶対湿度を測定する下流側絶対湿度測定部と、
前記下流側絶対湿度が、前記上流側絶対湿度より所定値以上低い場合に、前記熱交換器で結露が発生していると判定する結露判定部と、
を備えることを特徴とする結露検出装置。
前記熱交換器が、前記低温側流路と前記高温側流路とに跨って回転する熱交換ロータを備え、
前記結露判定部において結露が発生していると判定する時に、前記熱交換ロータに発生する結露の許容量に応じて、前記下流側絶対湿度測定部が設けられる箇所の前記熱交換ロータの回転方向における角度が調節されることを特徴とする請求項１記載の結露検出装置。
前記熱交換器が、前記低温側流路と前記高温側流路とに跨って回転する熱交換ロータを備え、
前記結露判定部において結露が発生していると判定する時に、前記熱交換ロータに発生する結露の許容量に応じて、前記下流側絶対湿度測定部が設けられる箇所の前記熱交換ロータの回転中心からの距離が調節されることを特徴とする請求項１または２記載の結露検出装置。
前記熱交換器が、前記低温側流路と前記高温側流路との間に介在する仕切りを介して熱交換を行うものであって、
前記結露判定部において結露が発生していると判定する時に、前記熱交換器に発生する結露の許容量に応じて、前記下流側絶対湿度測定部が設けられる箇所の、前記高温側流路の下流側端部で且つ前記低温側流路の上流側端部からの距離が調節されることを特徴とする請求項１記載の結露検出装置。