塗装ブースの排気リサイクル空調システム
【課題】ランニングコストを抑えることができる塗装ブースの排気リサイクル空調システムを提供すること。
【解決手段】排気リサイクル空調システム１は、塗装ブース２、フレッシュ空調機３、リサイクル空調機４、ヒートポンプ５、及び制御装置６を備える。リサイクル空調機４は、第１クーラコイル４１、第２クーラコイル４２、第１レヒータ４３、及び第２レヒータ４４を有する。第１クーラコイル４１は、ヒートポンプ５で冷却された冷水Ｗ２を利用して空気を冷却し、第２クーラコイル４２は、冷熱源３２で冷却された冷水Ｗ１を利用して空気を冷却する。第１レヒータ４３は、ヒートポンプ５で加熱された温水Ｗ３を利用して空気を暖め、第２レヒータ４４は、熱源３１で加熱された蒸気Ｓ１を利用して空気を暖める。
【解決手段】排気リサイクル空調システム１は、塗装ブース２、フレッシュ空調機３、リサイクル空調機４、ヒートポンプ５、及び制御装置６を備える。リサイクル空調機４は、第１クーラコイル４１、第２クーラコイル４２、第１レヒータ４３、及び第２レヒータ４４を有する。第１クーラコイル４１は、ヒートポンプ５で冷却された冷水Ｗ２を利用して空気を冷却し、第２クーラコイル４２は、冷熱源３２で冷却された冷水Ｗ１を利用して空気を冷却する。第１レヒータ４３は、ヒートポンプ５で加熱された温水Ｗ３を利用して空気を暖め、第２レヒータ４４は、熱源３１で加熱された蒸気Ｓ１を利用して空気を暖める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を一定方向に流しつつ被塗物に塗料を吹き付けて塗装を行う塗装ブースを備え、塗装ブースから排気される空気の一部を回収し、その空気の温度及び湿度を調節して再び塗装ブースに循環させる塗装ブースの排気リサイクル空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車ボディなどを塗装するための塗装ブースは、塗装室の上側に設けられた給気室からフィルタを介して塗装室に空調空気を流下させて塗装を行うとともに、塗装の際にオーバースプレーされた塗料ミストを含む汚染空気を床下に設けられた排気室から排気するよう構成されている。この構成により、塗装室内の作業環境の悪化や、塗料ミストのカブリによって被塗物の品質が損なわれるといった問題が解消される。
【０００３】
図４は、従来の塗装ブースの空調システム８０の概略構成を示している。図４に示されるように、空調システム８０は、塗装ブース８１と外気空調機８２と循環空調機８３とを備える。外気空調機８２は、塗装ブース８１の外部から空気を取り込み、その空気を所定温度及び所定湿度に調節した後、ファン８４を介して塗装ブース８１に向けて送気する。循環空調機８３は、塗装ブース８１から排気される空気の一部をファン８５を介して回収し、その空気を所定温度及び所定湿度に調節した後、ファン８６を介して再び塗装ブース８１に向けて送気する。なお、塗装ブース８１から排気される空気の一部は、ファン８７を介して大気に放出される。
【０００４】
また、塗装ブースから排気される空気の一部を塗装ブースに循環させる上記のような空調システムは、特許文献１，２等にも開示されている。
【特許文献１】特開平５−２６９４１４号公報
【特許文献２】特開昭５９−１９９０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の空調システム８０に用いられている循環空調機８３では、冷却器を用いて空気の温度を下げて空気に含まれる水分を除去した後、ヒータで加熱して空気を暖めることにより、空調空気が予め設定した温度及び湿度となるように制御している。この循環空調機８３では、空気の冷却時及び空気の加熱時にそれぞれエネルギーが必要となる。従来では、これら冷却エネルギー及び加熱エネルギーを冷熱源及び熱源を利用して得るようにしているため、ランニングコストが嵩んでしまう。特に、自動車ボディを塗装する塗装ブース８１はサイズが大きく、必要となる空調空気も膨大な量となる。このため、ランニングコストを低く抑えることができる空調システムが望まれている。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ランニングコストを抑えることができる塗装ブースの排気リサイクル空調システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、手段１に記載の発明では、空調された空気を一定方向に流しつつ被塗物に塗料を吹き付けて塗装を行うための塗装ブースと、前記塗装ブースの外部から空気を取り込み、その空気の温度及び湿度を調節して前記塗装ブースに向けて送気する外気空調機と、前記塗装ブースから排気される空気の一部を回収し、その空気の温度及び湿度を調節して再び前記塗装ブースに向けて送気する循環空調機と、熱媒体を冷却する吸熱部及び熱媒体を加熱する放熱部を有する圧縮式熱分離手段とを備え、前記循環空調機は、回収した空気を冷却して除湿する空気冷却手段と、前記空気冷却手段の下流側に配置され、その空気冷却手段で除湿された空気を暖める空気加熱手段とを有し、前記空気冷却手段は、前記圧縮式熱分離手段の前記吸熱部で冷却された熱媒体を利用して空気を冷却する主空気冷却手段を含み、前記空気加熱手段は、前記圧縮式熱分離手段の前記放熱部で加熱された熱媒体を利用して空気を暖める主空気加熱手段を含むことを特徴とする塗装ブースの排気リサイクル空調システムをその要旨とする。
【０００８】
従って、上記手段１に記載の発明によれば、圧縮式熱分離手段において、吸熱エネルギーと放熱エネルギーとが効率よく発生され、各エネルギーを利用して吸熱部では熱媒体が冷却され、放熱部では熱媒体が加熱される。そして、循環空調機において、空気冷却手段の主空気冷却手段により、圧縮式熱分離手段の吸熱部で冷却された熱媒体を利用して空気が冷却されて除湿される。また、空気冷却手段の下流側には空気加熱手段が配置されており、その空気加熱手段の主空気加熱手段により、圧縮式熱分離手段の放熱部で加熱された熱媒体を利用して空気が暖められる。本発明のように、循環空調機において塗装ブースから排気される空気を回収してその温度及び湿度を調節する場合、外気を空調する場合と比較して、調節すべき温度及び湿度とのズレ量が少なく必要となるエネルギーが少なくなる。またこの場合、温度及び湿度の調節に必要となる吸熱エネルギーと放熱エネルギーとがほぼ等しくなる。従って、本発明のように、循環空調機で必要となるエネルギーを圧縮式熱分離手段で得るようにすれば、エネルギーを効率よく使用することができ、空調システムのランニングコストを低く抑えることができる。
【０００９】
手段２に記載の発明は、上記手段１において、前記空気冷却手段は、補助冷熱源で冷却された熱媒体を利用して前記空気を冷却する副空気冷却手段をさらに含むことをその要旨とする。
【００１０】
従って、上記手段２に記載の発明によれば、塗装ブースから回収された空気の温度が高く、圧縮式熱分離手段の吸熱部の吸熱エネルギーだけでは空気を十分に冷やせない場合、副空気冷却手段により、補助冷熱源で冷却された熱媒体を利用して空気を確実に冷却することができる。
【００１１】
手段３に記載の発明は、上記手段１または２において、前記空気加熱手段は、補助熱源で加熱された熱媒体を利用して前記空気を暖める副空気加熱手段をさらに含むことをその要旨とする。
【００１２】
従って、上記手段３に記載の発明によれば、圧縮式熱分離手段の放熱部の放熱エネルギーだけでは空気を十分に暖められない場合、副空気加熱手段により、補助熱源で加熱された熱媒体を利用して空気を確実に暖めることができる。
【００１３】
手段４に記載の発明は、上記手段３において、前記空気冷却手段において、前記主空気冷却手段は、前記副空気冷却手段の上流側に配置され、前記空気加熱手段において、前記主空気加熱手段は、前記副空気加熱手段の上流側に配置されることをその要旨とする。
【００１４】
従って、上記手段４に記載の発明によれば、主空気冷却手段は、副空気冷却手段の上流側に配置されているので、主空気冷却手段によって空気を効率よく冷却することができる。また、主空気加熱手段は、副空気加熱手段の上流側に配置されているので、主空気加熱手段によって空気を効率よく加熱することができる。
【００１５】
手段５に記載の発明は、上記手段１乃至４のいずれかにおいて、前記塗装ブース及び前記循環空調機を含んで構成される空気循環流路において、前記循環空調機の出口点、または前記外気空調機及び前記循環空調機から排出される空気の合流点以降の位置に配置される温度センサ及び湿度センサと、前記温度センサ及び前記湿度センサによって得られた温度及び湿度の情報に基づいて、前記空気の温度及び湿度が予め設定された温度及び湿度となるよう前記空気冷却手段及び前記空気加熱手段を制御する循環空調機制御手段とを備えたことをその要旨とする。
【００１６】
従って、上記手段５に記載の発明によれば、温度センサ及び湿度センサによって、循環空調機の出口点、または外気空調機及び循環空調機から排出される空気の合流点以降の温度及び湿度の情報が取得され、循環空調機制御手段により、その温度及び湿度の情報に基づいて、空気冷却手段及び空気加熱手段が制御される。このようにすれば、塗装ブースに供給する空調空気を塗装に最適な温度及び湿度に調節することができる。
【００１７】
手段６に記載の発明は、上記手段５において、前記循環空調機制御手段は、前記副空気冷却手段よりも前記主空気冷却手段を優先して稼動させるよう前記空気冷却手段を制御し、前記副空気加熱手段よりも前記主空気加熱手段を優先して稼動させるよう前記空気加熱手段を制御することをその要旨とする。
【００１８】
従って、上記手段６に記載の発明によれば、循環空調機制御手段により主空気冷却手段が優先されて稼動され、空気の冷却に必要なエネルギーが不足する場合には、副空気冷却手段によってその不足するエネルギーが補助される。また、循環空調機制御手段により主空気加熱手段が優先されて稼動され、空気の加熱に必要なエネルギーが不足する場合には、副空気加熱手段によってその不足するエネルギーが補助される。このようにすると、圧縮式熱分離手段で発生するエネルギーを主空気冷却手段及び主空気加熱手段で無駄なく利用することができ、空調システムのエネルギー効率を高めることができる。
【００１９】
手段７に記載の発明は、上記手段５または６において、前記循環空調機制御手段は、前記副空気冷却手段による吸熱エネルギーよりも前記副空気加熱手段による放熱エネルギーが小さくなるよう前記空気冷却手段及び前記空気加熱手段を制御することをその要旨とする。
【００２０】
前記圧縮式熱分離手段は、理想的には吸熱部の吸熱エネルギーと放熱部の放熱エネルギーは等しくなるが、実際の稼動時には機械的ロス等が生じるため、放熱エネルギーが大きくなるといった特性になる。従って、上記手段６に記載の発明のように、副空気冷却手段による吸熱エネルギーよりも副空気加熱手段による放熱エネルギーが小さくなるよう制御することにより、空気が必要以上に暖められることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上詳述したように、請求項１〜７に記載の発明によると、塗装ブースの排気リサイクル空調システムのランニングコストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施の形態における塗装ブースの排気リサイクル空調システムを示す概略構成図である。
【００２３】
図１に示されるように、排気リサイクル空調システム１は、塗装ブース２とフレッシュ空調機３（外気空調機）とリサイクル空調機４（循環空調機）とヒートポンプ５（圧縮式熱分離手段）と制御装置６（循環空調機制御手段）とを備える。
【００２４】
塗装ブース２は、被塗物（例えば、自動車部品など）の塗装を行うための塗装室１１と、塗装室１１の上側に設けられ塗装室１１にダウンフロー（上方から下方に向かう一定方向）の空気を供給するための給気室１２と、塗装室１１の下側に設けられその塗装室１１内の空気を排気するための排気室１３とを備える。本実施の形態の塗装ブース２において、フレッシュ空調機３から排出される空気Ａ１とリサイクル空調機４から排出される空気Ａ２とが給気室１２で混合された後、ダウンフローの空調空気として塗装室１１に供給されている。
【００２５】
そして、塗装室１１において、図示しない塗装機から塗料ミストを噴射することで被塗物の塗装が行われる。このとき、塗装機からオーバースプレーされて飛散した塗料ミストは、塗装室１１内に作用するダウンフローの空調空気によって塗装室１１から排気室１３に排出される。排気室１３では、ブース循環水を使用して空気中に含まれる塗料ミストが捕捉され塗料が回収される。また、排気室１３から排出される空気Ａ３の一部は、送風ファン１５によってリサイクル空調機４に送られる一方、残りの空気は送風ファン１６によって大気に放出される。
【００２６】
なお、本実施の形態において、リサイクル空調機４に回収される空気Ａ４のリサイクル率は、例えば４０％〜８０％程度である。また、フレッシュ空調機３に取り込まれる空気Ａ０とほぼ同量の空気Ａ３が送風ファン１６を通して大気に放出されるようになっている。
【００２７】
フレッシュ空調機３は、外部からの空気Ａ０を所定温度（例えば、２３℃）及び所定湿度（例えば、７０％ＲＨ）に調節する空調機であり、１次フィルタ２１、２次フィルタ２２、プレヒータ２３、加湿器２４（ワッシャ）、加熱加湿器２５（ダイレクトスチーム）、冷却器２６、及びレヒータ２７を備える。フレッシュ空調機３において、プレヒータ２３、加熱加湿器２５、及びレヒータ２７には熱源３１から蒸気Ｓ１が供給され、冷却器２６には冷熱源３２から冷水Ｗ１が供給されている。このフレッシュ空調機３において、外部から取り込まれた空気Ａ０は、１次フィルタ２１及び２次フィルタ２２で浄化された後、プレヒータ２３、加湿器２４、加熱加湿器２５、冷却器２６及びレヒータ２７によって調温・調湿される。なお、フレッシュ空調機３では、空気Ａ０の取り込み口付近に温度センサ３４及び湿度センサ３５が設けられ、加湿器２４の上流側及び下流側に湿度センサ３６，３７が設けられている。また、フレッシュ空調機３と熱源３１とを接続する蒸気Ｓ１の供給流路やフレッシュ空調機３と冷熱源３２とを接続する冷水Ｗ１の供給流路の途中には流量調節弁（図示略）が設けられている。そして、各センサ３４〜３７の検出値によって、図示しない制御装置が流量調節弁を駆動することにより、プレヒータ２３、加熱加湿器２５、及びレヒータ２７への蒸気Ｓ１の供給量が制御されるとともに冷却器２６への冷水Ｗ１の供給量が制御される。この結果、塗装に最適な温度及び湿度となるよう空気Ａ１が調節される。そして、所定温度及び所定湿度に調節された空気Ａ１が送風ファン３９によってフレッシュ空調機３から給気室１２に送られる。
【００２８】
リサイクル空調機４は、排気室１３から排出された空気Ａ３を所定温度（例えば、２３℃）及び所定湿度（例えば、７０％ＲＨ）に調節する空調機であり、第１クーラコイル４１（主空気冷却手段）、第２クーラコイル４２（副空気冷却手段）、第１レヒータ４３（主空気加熱手段）、及び第２レヒータ４４（副空気加熱手段）を備える。なお、排気室１３から排出される空気Ａ３は、温度が例えば２２℃程度であり湿度が８５％ＲＨ程度である。第１クーラコイル４１には、ヒートポンプ５から冷水Ｗ２が供給され、第２クーラコイル４２には、冷熱源３２から流量調節弁４５を介して冷水Ｗ１が供給される。また、第１レヒータ４３には、ヒートポンプ５から温水Ｗ３が供給され、第２レヒータ４４には、熱源３１から流量調節弁４６を介して蒸気Ｓ１が供給されている。なお、ここで用いる熱源３１及び冷熱源３２は、フレッシュ空調機３で使用する冷熱源及び熱源である。
【００２９】
リサイクル空調機４において、塗装ブース２から回収された空気Ａ４は、第１クーラコイル４１、第２クーラコイル４２、第１レヒータ４３、及び第２レヒータ４４によって調温・調湿される。そして、調温・調湿された空気Ａ２が送風ファン４９によってリサイクル空調機４から給気室１２に送られる。
【００３０】
図２に示されるように、ヒートポンプ５は、冷媒が流れる冷媒流路５０を有している。冷媒流路５０は環状をなす閉じられた流路であり、冷媒流路５０上には、凝縮器５１（放熱部）、蒸発器５２（吸熱部）、コンプレッサ５３、及び膨張弁５４が設置されている。凝縮器５１は、冷媒流路５０と温水流路５６との間で熱交換をする熱交換器であり、冷媒流路５０を流れる冷媒の熱が温水流路５６を流れる水に伝達（放熱）されるようになっている。また、蒸発器５２は、冷媒流路５０と冷水流路５７との間で熱交換をする熱交換器であり、冷媒流路５０を流れる冷媒に冷水流路５７を流れる水の熱が伝達（吸熱）されるようになっている。
【００３１】
コンプレッサ５３は、凝縮器５１の上流側（及び蒸発器５２の下流側）に配置されており、冷媒流路５０内を流れる冷媒を圧縮して凝縮器５１に送るようになっている。また、膨張弁５４は、凝縮器５１の下流側（及び蒸発器５２の上流側）に配置されており、冷媒流路５０を開状態または閉状態に切り替えるようになっている。膨張弁５４は、開状態に切り替えられた際に、蒸発器５２に冷媒を供給可能とするようになっている。
【００３２】
ヒートポンプ５において、温水流路５６内を流れる水の加熱、及び、冷水流路５７を流れる水の冷却は、以下の順次で行われる。先ず、膨張弁５４を閉状態に切り替えた状態でコンプレッサ５３を駆動し、冷媒を凝縮器５１に送る。このとき、冷媒は膨張弁５４によってせき止められているため、冷媒が凝縮器５１に送られるのに伴って冷媒が圧縮され、凝縮器５１付近の冷媒が高温となる。その結果、凝縮器５１において、冷媒流路５０内の冷媒の熱が温水流路５６の水に伝達され、温水流路５６内を流れる水が温水Ｗ３となる。この温水Ｗ３は、第１レヒータ４３に供給される。
【００３３】
また、凝縮器５１の冷媒が圧縮されるのに伴って、蒸発器５２付近の冷媒が膨張されて低温となる。その結果、蒸発器５２において、冷水流路５７内の水の熱が冷媒流路５０内の冷媒に伝達され、冷水流路５７内を流れる水が冷水Ｗ２となる。この冷水Ｗ２は、第１クーラコイル４１に供給される。
【００３４】
図１に示されるように、本実施の形態のリサイクル空調機４では、空気の入り口付近となる第１クーラコイル４１の上流側に温度センサ６１及び湿度センサ６２が設けられるとともに、第１クーラコイル４１の下流側に温度センサ６３及び湿度センサ６４が設けられている。さらに、第１レヒータ４３の下流側にも温度センサ６５及び湿度センサ６６が設けられている。各センサ６１〜６６は、制御装置６に接続されている。また、本実施の形態では、各空調機３，４から排出される空気Ａ１，Ａ２の合流点となる塗装ブース２の給気室１２にも温度センサ６７及び湿度センサ６８が設けられており、これら温度センサ６７及び湿度センサ６８も制御装置６に接続されている。
【００３５】
制御装置６は、ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３等からなる周知のコンピュータにより構成され、各センサ６１〜６８の検出値に基づいて、リサイクル空調機４を制御する。具体的には、制御装置６は、各センサ６１〜６８の検出値に応じて得られる空気の温度や湿度に基づいて、空調に必要な熱量を算出する。そして、制御装置６は、その算出結果に基づいて各流量調節弁４５，４６やヒートポンプ５を駆動制御する。これにより、各クーラコイル４１，４２の冷却能力や各レヒータ４３，４４の加熱能力を変更して、空気Ａ２を所定の設定温度（例えば、２３℃）及び設定湿度（例えば、７０％ＲＨ）に調節している。
【００３６】
具体的には、第１クーラコイル４１の上流側の温度センサ６１及び湿度センサ６２で検出される温度及び湿度に基づいて、ヒートポンプ５の運転状態（第１クーラコイル４１の冷却能力及び第１レヒータ４３の加熱能力）が調節される。また、第１クーラコイル４１の下流側の温度センサ６３及び湿度センサ６４で検出される温度及び湿度に基づいて、第２クーラコイル４２の冷却能力が調節される。さらに、第１レヒータ４３の下流側の温度センサ６５及び湿度センサ６６で検出される温度及び湿度に基づいて、第２レヒータ４４の加熱能力が調節される。
【００３７】
ヒートポンプ５の特徴として、凝縮器５１で放熱される放熱エネルギーＥ１と蒸発器５２で吸熱される吸熱エネルギーＥ２とはほぼ同量のエネルギーが発生され、熱負荷と冷熱負荷とがほぼ等しくなる（図３（ａ）参照）。また、排気リサイクル空調システム１の定常運転時には、リサイクル空調機４において空気の冷却に必要となる冷熱エネルギー（冷熱負荷）と空気の加熱に必要となる熱エネルギー（熱負荷）はほぼ等しくなる。このため、空調システム１において、ヒートポンプ５を熱源とする第１クーラコイル４１及び第１レヒータ４３を第２クーラコイル４２及び第２レヒータ４４よりも優先して稼動させ、エネルギーの効率を高めている。
【００３８】
空調システム１の起動時等において、リサイクル空調機４の熱負荷Ｅ１０よりも冷熱負荷Ｅ２０が大きくなる場合（図３（ｂ）参照）、空調システム１の運転区分としては、図３（ｃ）に示されるように、熱負荷Ｅ１０と同じ量の熱エネルギーＥ１及び冷熱エネルギーＥ２をヒートポンプ５で発生させる。そして、不足する冷熱エネルギーＥ３を冷熱源３２（補助冷熱源）による第２クーラコイル４２で補うように空調システム１を制御している。
【００３９】
また逆に、リサイクル空調機４の熱負荷Ｅ１０が冷熱負荷Ｅ２０よりも大きくなる場合、空調システム１の運転区分としては、冷熱負荷Ｅ２０と同じ量の冷熱エネルギーＥ２をヒートポンプ５で発生させるとともに、その冷熱負荷Ｅ２０と同じ量の熱エネルギーＥ１をヒートポンプ５で発生させる。そして、不足する熱エネルギーＥ３を熱源３１（補助熱源）による第２レヒータ４４で補うように空調システム１を制御する。
【００４０】
また、実際のヒートポンプ５の稼動時には、機械的なエネルギーロスがあるため、ヒートポンプ５で発生されるエネルギーは、放熱エネルギーＥ１の方が吸熱エネルギーＥ２よりも数％の割合で大きくなる。従って、本実施の形態の空調システム１では、そのエネルギーロスを考慮して、第２クーラコイル４２による吸熱エネルギーよりも第２レヒータ４４による放熱エネルギーが小さくなるよう制御している。
【００４１】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４２】
（１）本実施の形態の排気リサイクル空調システム１では、リサイクル空調機４において、第１クーラコイル４１により、ヒートポンプ５の蒸発器５２で冷却された冷水Ｗ２を利用して空気が冷却されて除湿される。また、第１レヒータ４３により、ヒートポンプ５の凝縮器５１で加熱された温水Ｗ３を利用して空気が暖められる。本発明のように、リサイクル空調機４において塗装ブース２から排気される空気Ａ４を回収してその温度及び湿度を調節する場合、外部の空気Ａ０を空調する場合と比較して、調節すべき温度及び湿度とのズレ量が少なく必要となるエネルギーが少なくなる。またこの場合、温度及び湿度の調節に必要となる吸熱エネルギーと放熱エネルギーとがほぼ等しくなる。従って、本発明のように、リサイクル空調機４において必要となるエネルギーをヒートポンプ５で得るように構成すれば、エネルギーを効率よく使用することができ、空調システム１のランニングコストを低く抑えることができる。
【００４３】
（２）本実施の形態の排気リサイクル空調システム１では、第１クーラコイル４１の下流側に第２クーラコイル４２が設けられており、第１クーラコイル４１の冷熱エネルギーだけでは空気を十分に冷やせない場合、第２クーラコイル４２により、冷熱源３２から供給される冷水Ｗ１を利用して空気を冷却することができる。また、第１レヒータ４３の下流側に第２レヒータ４４が設けられており、第１レヒータ４３の放熱エネルギーだけでは空気を十分に暖められない場合、第２レヒータ４４により、熱源３１から供給される蒸気Ｓ１を利用して空気を暖めることができる。
【００４４】
（３）本実施の形態の排気リサイクル空調システム１では、第１クーラコイル４１が第２クーラコイル４２の上流側に配置されているので、ヒートポンプ５を熱源とする第１クーラコイル４１によって空気を効率よく冷却することができる。また、第１レヒータ４３が第２レヒータ４４の上流側に配置されているので、ヒートポンプ５を熱源とする第１レヒータ４３によって空気を効率よく暖めることができる。
【００４５】
（４）本実施の形態の排気リサイクル空調システム１では、塗装ブース２及びリサイクル空調機４を含んで構成される空気循環流路において、給気室１２内や空調機４内に温度センサ６１，６３，６５，６７及び湿度センサ６２，６４，６６，６８が配置されており、各センサ６１〜６８で検出される温度及び湿度の情報が制御装置６に取得される。そして、制御装置６によって、その温度及び湿度の情報に基づいて、リサイクル空調機４における各クーラコイル４１，４２の冷却能力や各レヒータ４３，４４の加熱能力が制御される。これによって、塗装ブース２に供給する空気Ａ２を塗装に最適な温度及び湿度に調節することができる。
【００４６】
（５）本実施の形態の排気リサイクル空調システム１では、制御装置６は、第２クーラコイル４２よりも第１クーラコイル４１を優先して稼動させるようヒートポンプ５及び流量調節弁４５を制御している。また、制御装置６は、第２レヒータ４４よりも第１レヒータ４３を優先して稼動させるようヒートポンプ５及び流量調節弁４６を制御している。このようにすれば、ヒートポンプ５で発生するエネルギーを第１クーラコイル４１及び第１レヒータ４３で無駄なく利用することができ、空調システム１のエネルギー効率を高めることができる。
【００４７】
（６）本実施の形態の排気リサイクル空調システム１では、第２クーラコイル４２による吸熱エネルギーよりも第２レヒータ４４による放熱エネルギーが小さくなるよう制御している。このように制御すると、ヒートポンプ５での機械的ロスを考慮して各エネルギーを調節することができ、空気Ａ２が必要以上に暖められるといった問題を回避することができる。
【００４８】
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００４９】
・上記実施の形態では、各空調機３，４から排出される空気Ａ１，Ａ２の合流点となる塗装ブース２の給気室１２に温度センサ６７及び湿度センサ６８を設け、各センサ６７，６８にて取得した温度及び湿度に基づいて、リサイクル空調機４を制御するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、リサイクル空調機４の出口点に、温度センサ６７及び湿度センサ６８を設け、その出口点での空気Ａ２の温度及び湿度に基づいて、リサイクル空調機４を制御してもよい。
【００５０】
・上記実施の形態では、圧縮式熱分離手段としてヒートポンプ５を用いたが、これに限定されるものではなく、エアコンや冷蔵庫等に使用されている圧縮式の熱交換器を用いてもよい。ただし、上記実施の形態のようにヒートポンプ５を用いた場合、放熱エネルギーと吸熱エネルギーとについてほぼ等しいエネルギーを発生させることができるので、エネルギー効率を高めることができる。
【００５１】
・上記実施の形態では、第２レヒータ４４の熱源３１や第２クーラコイル４２の冷熱源３２をフレッシュ空調機３と共有する構成であったが、フレッシュ空調機３とは別の熱源および冷熱源を設けてそれらを第２レヒータ４４及び第２クーラコイル４２の専用熱源として用いてもよい。また、熱源３１及び冷却源３２では、熱媒体として蒸気Ｓ１や冷水Ｗ１を用いたが、これ以外のガスや液体などを用いてもよい。
【００５２】
・上記実施の形態では、空気冷却手段として第１クーラコイル４１と第２クーラコイルとを備えるものであったが、第２クーラコイル４２を省略して第１クーラコイル４１のみにて空気冷却手段を構成してもよい。また、空気加熱手段として第１レヒータ４３と第２レヒータ４４とを備えるものであったが、第２レヒータ４４を省略して第１レヒータ４３のみにて空気加熱手段を構成してもよい。
【００５３】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００５４】
（１）上記手段２において、前記補助冷熱源及び補助熱源は、前記外気空調機にて空気を空調するために用いられるものであることを特徴とする塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【００５５】
（２）上記手段１乃至６のいずれか１項において、前記圧縮式熱分離手段は、前記吸熱部として蒸発器を有するとともに、前記放熱部として凝縮器を有するヒートポンプであることを特徴とする塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【００５６】
（３）上記手段１乃至６のいずれかに記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システムを制御する制御方法であって、前記循環空調機から排出される空気の温度及び湿度を検出し、検出した温度及び湿度に基づいて、前記空気の温度及び湿度が予め設定された温度及び湿度となるよう前記空気冷却手段及び前記空気加熱手段を制御することを特徴とする排気リサイクル空調システムの制御方法。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を具体化した一実施の形態の塗装ブースの排気リサイクル空調システムを示す概略構成図。
【図２】ヒートポンプを示す概略構成図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、ヒートポンプの熱負荷及び冷熱負荷を示す説明図。
【図４】従来の塗装ブースの排気リサイクル空調システムを示す概略構成図。
【符号の説明】
【００５８】
１…排気リサイクル空調システム
２…塗装ブース
３…外気空調機としてのフレッシュ空調機
４…循環空調機としてのリサイクル空調機
５…圧縮式熱分離手段としてのヒートポンプ
６…循環空調機制御手段としての制御装置
３１…補助熱源としての熱源
３２…補助冷熱源としての冷熱源
４１…主空気冷却手段としての第１クーラコイル
４２…副空気冷却手段としての第２クーラコイル
４３…主空気加熱手段としての第１レヒータ
４４…副空気加熱手段としての第２レヒータ
５１…放熱部としての凝縮器
５２…吸熱部としての蒸発器
６７…温度センサ
６８…湿度センサ
Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４…空気
Ｓ１…熱媒体としての蒸気
Ｗ１，Ｗ２…熱媒体としての冷水
Ｗ３…熱媒体としての温水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を一定方向に流しつつ被塗物に塗料を吹き付けて塗装を行う塗装ブースを備え、塗装ブースから排気される空気の一部を回収し、その空気の温度及び湿度を調節して再び塗装ブースに循環させる塗装ブースの排気リサイクル空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車ボディなどを塗装するための塗装ブースは、塗装室の上側に設けられた給気室からフィルタを介して塗装室に空調空気を流下させて塗装を行うとともに、塗装の際にオーバースプレーされた塗料ミストを含む汚染空気を床下に設けられた排気室から排気するよう構成されている。この構成により、塗装室内の作業環境の悪化や、塗料ミストのカブリによって被塗物の品質が損なわれるといった問題が解消される。
【０００３】
図４は、従来の塗装ブースの空調システム８０の概略構成を示している。図４に示されるように、空調システム８０は、塗装ブース８１と外気空調機８２と循環空調機８３とを備える。外気空調機８２は、塗装ブース８１の外部から空気を取り込み、その空気を所定温度及び所定湿度に調節した後、ファン８４を介して塗装ブース８１に向けて送気する。循環空調機８３は、塗装ブース８１から排気される空気の一部をファン８５を介して回収し、その空気を所定温度及び所定湿度に調節した後、ファン８６を介して再び塗装ブース８１に向けて送気する。なお、塗装ブース８１から排気される空気の一部は、ファン８７を介して大気に放出される。
【０００４】
また、塗装ブースから排気される空気の一部を塗装ブースに循環させる上記のような空調システムは、特許文献１，２等にも開示されている。
【特許文献１】特開平５−２６９４１４号公報
【特許文献２】特開昭５９−１９９０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の空調システム８０に用いられている循環空調機８３では、冷却器を用いて空気の温度を下げて空気に含まれる水分を除去した後、ヒータで加熱して空気を暖めることにより、空調空気が予め設定した温度及び湿度となるように制御している。この循環空調機８３では、空気の冷却時及び空気の加熱時にそれぞれエネルギーが必要となる。従来では、これら冷却エネルギー及び加熱エネルギーを冷熱源及び熱源を利用して得るようにしているため、ランニングコストが嵩んでしまう。特に、自動車ボディを塗装する塗装ブース８１はサイズが大きく、必要となる空調空気も膨大な量となる。このため、ランニングコストを低く抑えることができる空調システムが望まれている。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ランニングコストを抑えることができる塗装ブースの排気リサイクル空調システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、手段１に記載の発明では、空調された空気を一定方向に流しつつ被塗物に塗料を吹き付けて塗装を行うための塗装ブースと、前記塗装ブースの外部から空気を取り込み、その空気の温度及び湿度を調節して前記塗装ブースに向けて送気する外気空調機と、前記塗装ブースから排気される空気の一部を回収し、その空気の温度及び湿度を調節して再び前記塗装ブースに向けて送気する循環空調機と、熱媒体を冷却する吸熱部及び熱媒体を加熱する放熱部を有する圧縮式熱分離手段とを備え、前記循環空調機は、回収した空気を冷却して除湿する空気冷却手段と、前記空気冷却手段の下流側に配置され、その空気冷却手段で除湿された空気を暖める空気加熱手段とを有し、前記空気冷却手段は、前記圧縮式熱分離手段の前記吸熱部で冷却された熱媒体を利用して空気を冷却する主空気冷却手段を含み、前記空気加熱手段は、前記圧縮式熱分離手段の前記放熱部で加熱された熱媒体を利用して空気を暖める主空気加熱手段を含むことを特徴とする塗装ブースの排気リサイクル空調システムをその要旨とする。
【０００８】
従って、上記手段１に記載の発明によれば、圧縮式熱分離手段において、吸熱エネルギーと放熱エネルギーとが効率よく発生され、各エネルギーを利用して吸熱部では熱媒体が冷却され、放熱部では熱媒体が加熱される。そして、循環空調機において、空気冷却手段の主空気冷却手段により、圧縮式熱分離手段の吸熱部で冷却された熱媒体を利用して空気が冷却されて除湿される。また、空気冷却手段の下流側には空気加熱手段が配置されており、その空気加熱手段の主空気加熱手段により、圧縮式熱分離手段の放熱部で加熱された熱媒体を利用して空気が暖められる。本発明のように、循環空調機において塗装ブースから排気される空気を回収してその温度及び湿度を調節する場合、外気を空調する場合と比較して、調節すべき温度及び湿度とのズレ量が少なく必要となるエネルギーが少なくなる。またこの場合、温度及び湿度の調節に必要となる吸熱エネルギーと放熱エネルギーとがほぼ等しくなる。従って、本発明のように、循環空調機で必要となるエネルギーを圧縮式熱分離手段で得るようにすれば、エネルギーを効率よく使用することができ、空調システムのランニングコストを低く抑えることができる。
【０００９】
手段２に記載の発明は、上記手段１において、前記空気冷却手段は、補助冷熱源で冷却された熱媒体を利用して前記空気を冷却する副空気冷却手段をさらに含むことをその要旨とする。
【００１０】
従って、上記手段２に記載の発明によれば、塗装ブースから回収された空気の温度が高く、圧縮式熱分離手段の吸熱部の吸熱エネルギーだけでは空気を十分に冷やせない場合、副空気冷却手段により、補助冷熱源で冷却された熱媒体を利用して空気を確実に冷却することができる。
【００１１】
手段３に記載の発明は、上記手段１または２において、前記空気加熱手段は、補助熱源で加熱された熱媒体を利用して前記空気を暖める副空気加熱手段をさらに含むことをその要旨とする。
【００１２】
従って、上記手段３に記載の発明によれば、圧縮式熱分離手段の放熱部の放熱エネルギーだけでは空気を十分に暖められない場合、副空気加熱手段により、補助熱源で加熱された熱媒体を利用して空気を確実に暖めることができる。
【００１３】
手段４に記載の発明は、上記手段３において、前記空気冷却手段において、前記主空気冷却手段は、前記副空気冷却手段の上流側に配置され、前記空気加熱手段において、前記主空気加熱手段は、前記副空気加熱手段の上流側に配置されることをその要旨とする。
【００１４】
従って、上記手段４に記載の発明によれば、主空気冷却手段は、副空気冷却手段の上流側に配置されているので、主空気冷却手段によって空気を効率よく冷却することができる。また、主空気加熱手段は、副空気加熱手段の上流側に配置されているので、主空気加熱手段によって空気を効率よく加熱することができる。
【００１５】
手段５に記載の発明は、上記手段１乃至４のいずれかにおいて、前記塗装ブース及び前記循環空調機を含んで構成される空気循環流路において、前記循環空調機の出口点、または前記外気空調機及び前記循環空調機から排出される空気の合流点以降の位置に配置される温度センサ及び湿度センサと、前記温度センサ及び前記湿度センサによって得られた温度及び湿度の情報に基づいて、前記空気の温度及び湿度が予め設定された温度及び湿度となるよう前記空気冷却手段及び前記空気加熱手段を制御する循環空調機制御手段とを備えたことをその要旨とする。
【００１６】
従って、上記手段５に記載の発明によれば、温度センサ及び湿度センサによって、循環空調機の出口点、または外気空調機及び循環空調機から排出される空気の合流点以降の温度及び湿度の情報が取得され、循環空調機制御手段により、その温度及び湿度の情報に基づいて、空気冷却手段及び空気加熱手段が制御される。このようにすれば、塗装ブースに供給する空調空気を塗装に最適な温度及び湿度に調節することができる。
【００１７】
手段６に記載の発明は、上記手段５において、前記循環空調機制御手段は、前記副空気冷却手段よりも前記主空気冷却手段を優先して稼動させるよう前記空気冷却手段を制御し、前記副空気加熱手段よりも前記主空気加熱手段を優先して稼動させるよう前記空気加熱手段を制御することをその要旨とする。
【００１８】
従って、上記手段６に記載の発明によれば、循環空調機制御手段により主空気冷却手段が優先されて稼動され、空気の冷却に必要なエネルギーが不足する場合には、副空気冷却手段によってその不足するエネルギーが補助される。また、循環空調機制御手段により主空気加熱手段が優先されて稼動され、空気の加熱に必要なエネルギーが不足する場合には、副空気加熱手段によってその不足するエネルギーが補助される。このようにすると、圧縮式熱分離手段で発生するエネルギーを主空気冷却手段及び主空気加熱手段で無駄なく利用することができ、空調システムのエネルギー効率を高めることができる。
【００１９】
手段７に記載の発明は、上記手段５または６において、前記循環空調機制御手段は、前記副空気冷却手段による吸熱エネルギーよりも前記副空気加熱手段による放熱エネルギーが小さくなるよう前記空気冷却手段及び前記空気加熱手段を制御することをその要旨とする。
【００２０】
前記圧縮式熱分離手段は、理想的には吸熱部の吸熱エネルギーと放熱部の放熱エネルギーは等しくなるが、実際の稼動時には機械的ロス等が生じるため、放熱エネルギーが大きくなるといった特性になる。従って、上記手段６に記載の発明のように、副空気冷却手段による吸熱エネルギーよりも副空気加熱手段による放熱エネルギーが小さくなるよう制御することにより、空気が必要以上に暖められることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上詳述したように、請求項１〜７に記載の発明によると、塗装ブースの排気リサイクル空調システムのランニングコストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施の形態における塗装ブースの排気リサイクル空調システムを示す概略構成図である。
【００２３】
図１に示されるように、排気リサイクル空調システム１は、塗装ブース２とフレッシュ空調機３（外気空調機）とリサイクル空調機４（循環空調機）とヒートポンプ５（圧縮式熱分離手段）と制御装置６（循環空調機制御手段）とを備える。
【００２４】
塗装ブース２は、被塗物（例えば、自動車部品など）の塗装を行うための塗装室１１と、塗装室１１の上側に設けられ塗装室１１にダウンフロー（上方から下方に向かう一定方向）の空気を供給するための給気室１２と、塗装室１１の下側に設けられその塗装室１１内の空気を排気するための排気室１３とを備える。本実施の形態の塗装ブース２において、フレッシュ空調機３から排出される空気Ａ１とリサイクル空調機４から排出される空気Ａ２とが給気室１２で混合された後、ダウンフローの空調空気として塗装室１１に供給されている。
【００２５】
そして、塗装室１１において、図示しない塗装機から塗料ミストを噴射することで被塗物の塗装が行われる。このとき、塗装機からオーバースプレーされて飛散した塗料ミストは、塗装室１１内に作用するダウンフローの空調空気によって塗装室１１から排気室１３に排出される。排気室１３では、ブース循環水を使用して空気中に含まれる塗料ミストが捕捉され塗料が回収される。また、排気室１３から排出される空気Ａ３の一部は、送風ファン１５によってリサイクル空調機４に送られる一方、残りの空気は送風ファン１６によって大気に放出される。
【００２６】
なお、本実施の形態において、リサイクル空調機４に回収される空気Ａ４のリサイクル率は、例えば４０％〜８０％程度である。また、フレッシュ空調機３に取り込まれる空気Ａ０とほぼ同量の空気Ａ３が送風ファン１６を通して大気に放出されるようになっている。
【００２７】
フレッシュ空調機３は、外部からの空気Ａ０を所定温度（例えば、２３℃）及び所定湿度（例えば、７０％ＲＨ）に調節する空調機であり、１次フィルタ２１、２次フィルタ２２、プレヒータ２３、加湿器２４（ワッシャ）、加熱加湿器２５（ダイレクトスチーム）、冷却器２６、及びレヒータ２７を備える。フレッシュ空調機３において、プレヒータ２３、加熱加湿器２５、及びレヒータ２７には熱源３１から蒸気Ｓ１が供給され、冷却器２６には冷熱源３２から冷水Ｗ１が供給されている。このフレッシュ空調機３において、外部から取り込まれた空気Ａ０は、１次フィルタ２１及び２次フィルタ２２で浄化された後、プレヒータ２３、加湿器２４、加熱加湿器２５、冷却器２６及びレヒータ２７によって調温・調湿される。なお、フレッシュ空調機３では、空気Ａ０の取り込み口付近に温度センサ３４及び湿度センサ３５が設けられ、加湿器２４の上流側及び下流側に湿度センサ３６，３７が設けられている。また、フレッシュ空調機３と熱源３１とを接続する蒸気Ｓ１の供給流路やフレッシュ空調機３と冷熱源３２とを接続する冷水Ｗ１の供給流路の途中には流量調節弁（図示略）が設けられている。そして、各センサ３４〜３７の検出値によって、図示しない制御装置が流量調節弁を駆動することにより、プレヒータ２３、加熱加湿器２５、及びレヒータ２７への蒸気Ｓ１の供給量が制御されるとともに冷却器２６への冷水Ｗ１の供給量が制御される。この結果、塗装に最適な温度及び湿度となるよう空気Ａ１が調節される。そして、所定温度及び所定湿度に調節された空気Ａ１が送風ファン３９によってフレッシュ空調機３から給気室１２に送られる。
【００２８】
リサイクル空調機４は、排気室１３から排出された空気Ａ３を所定温度（例えば、２３℃）及び所定湿度（例えば、７０％ＲＨ）に調節する空調機であり、第１クーラコイル４１（主空気冷却手段）、第２クーラコイル４２（副空気冷却手段）、第１レヒータ４３（主空気加熱手段）、及び第２レヒータ４４（副空気加熱手段）を備える。なお、排気室１３から排出される空気Ａ３は、温度が例えば２２℃程度であり湿度が８５％ＲＨ程度である。第１クーラコイル４１には、ヒートポンプ５から冷水Ｗ２が供給され、第２クーラコイル４２には、冷熱源３２から流量調節弁４５を介して冷水Ｗ１が供給される。また、第１レヒータ４３には、ヒートポンプ５から温水Ｗ３が供給され、第２レヒータ４４には、熱源３１から流量調節弁４６を介して蒸気Ｓ１が供給されている。なお、ここで用いる熱源３１及び冷熱源３２は、フレッシュ空調機３で使用する冷熱源及び熱源である。
【００２９】
リサイクル空調機４において、塗装ブース２から回収された空気Ａ４は、第１クーラコイル４１、第２クーラコイル４２、第１レヒータ４３、及び第２レヒータ４４によって調温・調湿される。そして、調温・調湿された空気Ａ２が送風ファン４９によってリサイクル空調機４から給気室１２に送られる。
【００３０】
図２に示されるように、ヒートポンプ５は、冷媒が流れる冷媒流路５０を有している。冷媒流路５０は環状をなす閉じられた流路であり、冷媒流路５０上には、凝縮器５１（放熱部）、蒸発器５２（吸熱部）、コンプレッサ５３、及び膨張弁５４が設置されている。凝縮器５１は、冷媒流路５０と温水流路５６との間で熱交換をする熱交換器であり、冷媒流路５０を流れる冷媒の熱が温水流路５６を流れる水に伝達（放熱）されるようになっている。また、蒸発器５２は、冷媒流路５０と冷水流路５７との間で熱交換をする熱交換器であり、冷媒流路５０を流れる冷媒に冷水流路５７を流れる水の熱が伝達（吸熱）されるようになっている。
【００３１】
コンプレッサ５３は、凝縮器５１の上流側（及び蒸発器５２の下流側）に配置されており、冷媒流路５０内を流れる冷媒を圧縮して凝縮器５１に送るようになっている。また、膨張弁５４は、凝縮器５１の下流側（及び蒸発器５２の上流側）に配置されており、冷媒流路５０を開状態または閉状態に切り替えるようになっている。膨張弁５４は、開状態に切り替えられた際に、蒸発器５２に冷媒を供給可能とするようになっている。
【００３２】
ヒートポンプ５において、温水流路５６内を流れる水の加熱、及び、冷水流路５７を流れる水の冷却は、以下の順次で行われる。先ず、膨張弁５４を閉状態に切り替えた状態でコンプレッサ５３を駆動し、冷媒を凝縮器５１に送る。このとき、冷媒は膨張弁５４によってせき止められているため、冷媒が凝縮器５１に送られるのに伴って冷媒が圧縮され、凝縮器５１付近の冷媒が高温となる。その結果、凝縮器５１において、冷媒流路５０内の冷媒の熱が温水流路５６の水に伝達され、温水流路５６内を流れる水が温水Ｗ３となる。この温水Ｗ３は、第１レヒータ４３に供給される。
【００３３】
また、凝縮器５１の冷媒が圧縮されるのに伴って、蒸発器５２付近の冷媒が膨張されて低温となる。その結果、蒸発器５２において、冷水流路５７内の水の熱が冷媒流路５０内の冷媒に伝達され、冷水流路５７内を流れる水が冷水Ｗ２となる。この冷水Ｗ２は、第１クーラコイル４１に供給される。
【００３４】
図１に示されるように、本実施の形態のリサイクル空調機４では、空気の入り口付近となる第１クーラコイル４１の上流側に温度センサ６１及び湿度センサ６２が設けられるとともに、第１クーラコイル４１の下流側に温度センサ６３及び湿度センサ６４が設けられている。さらに、第１レヒータ４３の下流側にも温度センサ６５及び湿度センサ６６が設けられている。各センサ６１〜６６は、制御装置６に接続されている。また、本実施の形態では、各空調機３，４から排出される空気Ａ１，Ａ２の合流点となる塗装ブース２の給気室１２にも温度センサ６７及び湿度センサ６８が設けられており、これら温度センサ６７及び湿度センサ６８も制御装置６に接続されている。
【００３５】
制御装置６は、ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３等からなる周知のコンピュータにより構成され、各センサ６１〜６８の検出値に基づいて、リサイクル空調機４を制御する。具体的には、制御装置６は、各センサ６１〜６８の検出値に応じて得られる空気の温度や湿度に基づいて、空調に必要な熱量を算出する。そして、制御装置６は、その算出結果に基づいて各流量調節弁４５，４６やヒートポンプ５を駆動制御する。これにより、各クーラコイル４１，４２の冷却能力や各レヒータ４３，４４の加熱能力を変更して、空気Ａ２を所定の設定温度（例えば、２３℃）及び設定湿度（例えば、７０％ＲＨ）に調節している。
【００３６】
具体的には、第１クーラコイル４１の上流側の温度センサ６１及び湿度センサ６２で検出される温度及び湿度に基づいて、ヒートポンプ５の運転状態（第１クーラコイル４１の冷却能力及び第１レヒータ４３の加熱能力）が調節される。また、第１クーラコイル４１の下流側の温度センサ６３及び湿度センサ６４で検出される温度及び湿度に基づいて、第２クーラコイル４２の冷却能力が調節される。さらに、第１レヒータ４３の下流側の温度センサ６５及び湿度センサ６６で検出される温度及び湿度に基づいて、第２レヒータ４４の加熱能力が調節される。
【００３７】
ヒートポンプ５の特徴として、凝縮器５１で放熱される放熱エネルギーＥ１と蒸発器５２で吸熱される吸熱エネルギーＥ２とはほぼ同量のエネルギーが発生され、熱負荷と冷熱負荷とがほぼ等しくなる（図３（ａ）参照）。また、排気リサイクル空調システム１の定常運転時には、リサイクル空調機４において空気の冷却に必要となる冷熱エネルギー（冷熱負荷）と空気の加熱に必要となる熱エネルギー（熱負荷）はほぼ等しくなる。このため、空調システム１において、ヒートポンプ５を熱源とする第１クーラコイル４１及び第１レヒータ４３を第２クーラコイル４２及び第２レヒータ４４よりも優先して稼動させ、エネルギーの効率を高めている。
【００３８】
空調システム１の起動時等において、リサイクル空調機４の熱負荷Ｅ１０よりも冷熱負荷Ｅ２０が大きくなる場合（図３（ｂ）参照）、空調システム１の運転区分としては、図３（ｃ）に示されるように、熱負荷Ｅ１０と同じ量の熱エネルギーＥ１及び冷熱エネルギーＥ２をヒートポンプ５で発生させる。そして、不足する冷熱エネルギーＥ３を冷熱源３２（補助冷熱源）による第２クーラコイル４２で補うように空調システム１を制御している。
【００３９】
また逆に、リサイクル空調機４の熱負荷Ｅ１０が冷熱負荷Ｅ２０よりも大きくなる場合、空調システム１の運転区分としては、冷熱負荷Ｅ２０と同じ量の冷熱エネルギーＥ２をヒートポンプ５で発生させるとともに、その冷熱負荷Ｅ２０と同じ量の熱エネルギーＥ１をヒートポンプ５で発生させる。そして、不足する熱エネルギーＥ３を熱源３１（補助熱源）による第２レヒータ４４で補うように空調システム１を制御する。
【００４０】
また、実際のヒートポンプ５の稼動時には、機械的なエネルギーロスがあるため、ヒートポンプ５で発生されるエネルギーは、放熱エネルギーＥ１の方が吸熱エネルギーＥ２よりも数％の割合で大きくなる。従って、本実施の形態の空調システム１では、そのエネルギーロスを考慮して、第２クーラコイル４２による吸熱エネルギーよりも第２レヒータ４４による放熱エネルギーが小さくなるよう制御している。
【００４１】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４２】
（１）本実施の形態の排気リサイクル空調システム１では、リサイクル空調機４において、第１クーラコイル４１により、ヒートポンプ５の蒸発器５２で冷却された冷水Ｗ２を利用して空気が冷却されて除湿される。また、第１レヒータ４３により、ヒートポンプ５の凝縮器５１で加熱された温水Ｗ３を利用して空気が暖められる。本発明のように、リサイクル空調機４において塗装ブース２から排気される空気Ａ４を回収してその温度及び湿度を調節する場合、外部の空気Ａ０を空調する場合と比較して、調節すべき温度及び湿度とのズレ量が少なく必要となるエネルギーが少なくなる。またこの場合、温度及び湿度の調節に必要となる吸熱エネルギーと放熱エネルギーとがほぼ等しくなる。従って、本発明のように、リサイクル空調機４において必要となるエネルギーをヒートポンプ５で得るように構成すれば、エネルギーを効率よく使用することができ、空調システム１のランニングコストを低く抑えることができる。
【００４３】
（２）本実施の形態の排気リサイクル空調システム１では、第１クーラコイル４１の下流側に第２クーラコイル４２が設けられており、第１クーラコイル４１の冷熱エネルギーだけでは空気を十分に冷やせない場合、第２クーラコイル４２により、冷熱源３２から供給される冷水Ｗ１を利用して空気を冷却することができる。また、第１レヒータ４３の下流側に第２レヒータ４４が設けられており、第１レヒータ４３の放熱エネルギーだけでは空気を十分に暖められない場合、第２レヒータ４４により、熱源３１から供給される蒸気Ｓ１を利用して空気を暖めることができる。
【００４４】
（３）本実施の形態の排気リサイクル空調システム１では、第１クーラコイル４１が第２クーラコイル４２の上流側に配置されているので、ヒートポンプ５を熱源とする第１クーラコイル４１によって空気を効率よく冷却することができる。また、第１レヒータ４３が第２レヒータ４４の上流側に配置されているので、ヒートポンプ５を熱源とする第１レヒータ４３によって空気を効率よく暖めることができる。
【００４５】
（４）本実施の形態の排気リサイクル空調システム１では、塗装ブース２及びリサイクル空調機４を含んで構成される空気循環流路において、給気室１２内や空調機４内に温度センサ６１，６３，６５，６７及び湿度センサ６２，６４，６６，６８が配置されており、各センサ６１〜６８で検出される温度及び湿度の情報が制御装置６に取得される。そして、制御装置６によって、その温度及び湿度の情報に基づいて、リサイクル空調機４における各クーラコイル４１，４２の冷却能力や各レヒータ４３，４４の加熱能力が制御される。これによって、塗装ブース２に供給する空気Ａ２を塗装に最適な温度及び湿度に調節することができる。
【００４６】
（５）本実施の形態の排気リサイクル空調システム１では、制御装置６は、第２クーラコイル４２よりも第１クーラコイル４１を優先して稼動させるようヒートポンプ５及び流量調節弁４５を制御している。また、制御装置６は、第２レヒータ４４よりも第１レヒータ４３を優先して稼動させるようヒートポンプ５及び流量調節弁４６を制御している。このようにすれば、ヒートポンプ５で発生するエネルギーを第１クーラコイル４１及び第１レヒータ４３で無駄なく利用することができ、空調システム１のエネルギー効率を高めることができる。
【００４７】
（６）本実施の形態の排気リサイクル空調システム１では、第２クーラコイル４２による吸熱エネルギーよりも第２レヒータ４４による放熱エネルギーが小さくなるよう制御している。このように制御すると、ヒートポンプ５での機械的ロスを考慮して各エネルギーを調節することができ、空気Ａ２が必要以上に暖められるといった問題を回避することができる。
【００４８】
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００４９】
・上記実施の形態では、各空調機３，４から排出される空気Ａ１，Ａ２の合流点となる塗装ブース２の給気室１２に温度センサ６７及び湿度センサ６８を設け、各センサ６７，６８にて取得した温度及び湿度に基づいて、リサイクル空調機４を制御するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、リサイクル空調機４の出口点に、温度センサ６７及び湿度センサ６８を設け、その出口点での空気Ａ２の温度及び湿度に基づいて、リサイクル空調機４を制御してもよい。
【００５０】
・上記実施の形態では、圧縮式熱分離手段としてヒートポンプ５を用いたが、これに限定されるものではなく、エアコンや冷蔵庫等に使用されている圧縮式の熱交換器を用いてもよい。ただし、上記実施の形態のようにヒートポンプ５を用いた場合、放熱エネルギーと吸熱エネルギーとについてほぼ等しいエネルギーを発生させることができるので、エネルギー効率を高めることができる。
【００５１】
・上記実施の形態では、第２レヒータ４４の熱源３１や第２クーラコイル４２の冷熱源３２をフレッシュ空調機３と共有する構成であったが、フレッシュ空調機３とは別の熱源および冷熱源を設けてそれらを第２レヒータ４４及び第２クーラコイル４２の専用熱源として用いてもよい。また、熱源３１及び冷却源３２では、熱媒体として蒸気Ｓ１や冷水Ｗ１を用いたが、これ以外のガスや液体などを用いてもよい。
【００５２】
・上記実施の形態では、空気冷却手段として第１クーラコイル４１と第２クーラコイルとを備えるものであったが、第２クーラコイル４２を省略して第１クーラコイル４１のみにて空気冷却手段を構成してもよい。また、空気加熱手段として第１レヒータ４３と第２レヒータ４４とを備えるものであったが、第２レヒータ４４を省略して第１レヒータ４３のみにて空気加熱手段を構成してもよい。
【００５３】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００５４】
（１）上記手段２において、前記補助冷熱源及び補助熱源は、前記外気空調機にて空気を空調するために用いられるものであることを特徴とする塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【００５５】
（２）上記手段１乃至６のいずれか１項において、前記圧縮式熱分離手段は、前記吸熱部として蒸発器を有するとともに、前記放熱部として凝縮器を有するヒートポンプであることを特徴とする塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【００５６】
（３）上記手段１乃至６のいずれかに記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システムを制御する制御方法であって、前記循環空調機から排出される空気の温度及び湿度を検出し、検出した温度及び湿度に基づいて、前記空気の温度及び湿度が予め設定された温度及び湿度となるよう前記空気冷却手段及び前記空気加熱手段を制御することを特徴とする排気リサイクル空調システムの制御方法。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を具体化した一実施の形態の塗装ブースの排気リサイクル空調システムを示す概略構成図。
【図２】ヒートポンプを示す概略構成図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、ヒートポンプの熱負荷及び冷熱負荷を示す説明図。
【図４】従来の塗装ブースの排気リサイクル空調システムを示す概略構成図。
【符号の説明】
【００５８】
１…排気リサイクル空調システム
２…塗装ブース
３…外気空調機としてのフレッシュ空調機
４…循環空調機としてのリサイクル空調機
５…圧縮式熱分離手段としてのヒートポンプ
６…循環空調機制御手段としての制御装置
３１…補助熱源としての熱源
３２…補助冷熱源としての冷熱源
４１…主空気冷却手段としての第１クーラコイル
４２…副空気冷却手段としての第２クーラコイル
４３…主空気加熱手段としての第１レヒータ
４４…副空気加熱手段としての第２レヒータ
５１…放熱部としての凝縮器
５２…吸熱部としての蒸発器
６７…温度センサ
６８…湿度センサ
Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４…空気
Ｓ１…熱媒体としての蒸気
Ｗ１，Ｗ２…熱媒体としての冷水
Ｗ３…熱媒体としての温水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調された空気を一定方向に流しつつ被塗物に塗料を吹き付けて塗装を行うための塗装ブースと、
前記塗装ブースの外部から空気を取り込み、その空気の温度及び湿度を調節して前記塗装ブースに向けて送気する外気空調機と、
前記塗装ブースから排気される空気の一部を回収し、その空気の温度及び湿度を調節して再び前記塗装ブースに向けて送気する循環空調機と
熱媒体を冷却する吸熱部及び熱媒体を加熱する放熱部を有する圧縮式熱分離手段と
を備え、
前記循環空調機は、回収した空気を冷却して除湿する空気冷却手段と、前記空気冷却手段の下流側に配置され、その空気冷却手段で除湿された空気を暖める空気加熱手段とを有し、
前記空気冷却手段は、前記圧縮式熱分離手段の前記吸熱部で冷却された熱媒体を利用して空気を冷却する主空気冷却手段を含み、
前記空気加熱手段は、前記圧縮式熱分離手段の前記放熱部で加熱された熱媒体を利用して空気を暖める主空気加熱手段を含む
ことを特徴とする塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項２】
前記空気冷却手段は、補助冷熱源で冷却された熱媒体を利用して前記空気を冷却する副空気冷却手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項３】
前記空気加熱手段は、補助熱源で加熱された熱媒体を利用して前記空気を暖める副空気加熱手段をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項４】
前記空気冷却手段において、前記主空気冷却手段は、前記副空気冷却手段の上流側に配置され、前記空気加熱手段において、前記主空気加熱手段は、前記副空気加熱手段の上流側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項５】
前記塗装ブース及び前記循環空調機を含んで構成される空気循環流路において、前記循環空調機の出口点、または前記外気空調機及び前記循環空調機から排出される空気の合流点以降の位置に配置される温度センサ及び湿度センサと、
前記温度センサ及び前記湿度センサによって得られた温度及び湿度の情報に基づいて、前記空気の温度及び湿度が予め設定された温度及び湿度となるよう前記空気冷却手段及び前記空気加熱手段を制御する循環空調機制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項６】
前記循環空調機制御手段は、前記副空気冷却手段よりも前記主空気冷却手段を優先して稼動させるよう前記空気冷却手段を制御し、前記副空気加熱手段よりも前記主空気加熱手段を優先して稼動させるよう前記空気加熱手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項７】
前記循環空調機制御手段は、前記副空気冷却手段による吸熱エネルギーよりも前記副空気加熱手段による放熱エネルギーが小さくなるよう前記空気冷却手段及び前記空気加熱手段を制御することを特徴とする請求項５または６に記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項１】
空調された空気を一定方向に流しつつ被塗物に塗料を吹き付けて塗装を行うための塗装ブースと、
前記塗装ブースの外部から空気を取り込み、その空気の温度及び湿度を調節して前記塗装ブースに向けて送気する外気空調機と、
前記塗装ブースから排気される空気の一部を回収し、その空気の温度及び湿度を調節して再び前記塗装ブースに向けて送気する循環空調機と
熱媒体を冷却する吸熱部及び熱媒体を加熱する放熱部を有する圧縮式熱分離手段と
を備え、
前記循環空調機は、回収した空気を冷却して除湿する空気冷却手段と、前記空気冷却手段の下流側に配置され、その空気冷却手段で除湿された空気を暖める空気加熱手段とを有し、
前記空気冷却手段は、前記圧縮式熱分離手段の前記吸熱部で冷却された熱媒体を利用して空気を冷却する主空気冷却手段を含み、
前記空気加熱手段は、前記圧縮式熱分離手段の前記放熱部で加熱された熱媒体を利用して空気を暖める主空気加熱手段を含む
ことを特徴とする塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項２】
前記空気冷却手段は、補助冷熱源で冷却された熱媒体を利用して前記空気を冷却する副空気冷却手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項３】
前記空気加熱手段は、補助熱源で加熱された熱媒体を利用して前記空気を暖める副空気加熱手段をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項４】
前記空気冷却手段において、前記主空気冷却手段は、前記副空気冷却手段の上流側に配置され、前記空気加熱手段において、前記主空気加熱手段は、前記副空気加熱手段の上流側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項５】
前記塗装ブース及び前記循環空調機を含んで構成される空気循環流路において、前記循環空調機の出口点、または前記外気空調機及び前記循環空調機から排出される空気の合流点以降の位置に配置される温度センサ及び湿度センサと、
前記温度センサ及び前記湿度センサによって得られた温度及び湿度の情報に基づいて、前記空気の温度及び湿度が予め設定された温度及び湿度となるよう前記空気冷却手段及び前記空気加熱手段を制御する循環空調機制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項６】
前記循環空調機制御手段は、前記副空気冷却手段よりも前記主空気冷却手段を優先して稼動させるよう前記空気冷却手段を制御し、前記副空気加熱手段よりも前記主空気加熱手段を優先して稼動させるよう前記空気加熱手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【請求項７】
前記循環空調機制御手段は、前記副空気冷却手段による吸熱エネルギーよりも前記副空気加熱手段による放熱エネルギーが小さくなるよう前記空気冷却手段及び前記空気加熱手段を制御することを特徴とする請求項５または６に記載の塗装ブースの排気リサイクル空調システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１１９９０１（Ｐ２０１０−１１９９０１Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９２９３８（Ｐ２００８−２９２９３８）
【出願日】平成２０年１１月１７日（２００８．１１．１７）
【出願人】（０００１１０３４３）トリニティ工業株式会社 (147)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１７日（２００８．１１．１７）
【出願人】（０００１１０３４３）トリニティ工業株式会社 (147)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]