精密空調機
【課題】温度および湿度が調整された精密空気を得ることができ、かつ、消費電力の少ない精密空調機を提供する。
【解決手段】第１凝縮器１１と冷却器１３Ａを構成する第１蒸発器１３とを直列のループに配置する第１経路１０と、第２凝縮器２１と第２蒸発器２３とを第１凝縮器１１および第１蒸発器１３に対し並列に配置する第２経路２０と、第１凝縮器１１に対し並列に配置する第３経路３０と、第１、第２および第３経路１０〜３０に配置された第１、第２および第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３と、所定の温度および湿度の空気が得られるように流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３により第１蒸発器１３、第１および第２凝縮器２１，３１に導入される冷媒の流量を制御する制御手段５０とを備えている。
【解決手段】第１凝縮器１１と冷却器１３Ａを構成する第１蒸発器１３とを直列のループに配置する第１経路１０と、第２凝縮器２１と第２蒸発器２３とを第１凝縮器１１および第１蒸発器１３に対し並列に配置する第２経路２０と、第１凝縮器１１に対し並列に配置する第３経路３０と、第１、第２および第３経路１０〜３０に配置された第１、第２および第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３と、所定の温度および湿度の空気が得られるように流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３により第１蒸発器１３、第１および第２凝縮器２１，３１に導入される冷媒の流量を制御する制御手段５０とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として工業用に用いられる精密空調機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷凍サイクルのみで除湿を行う空調機が知られている（特許文献１参照）。
しかし、この種の空調機の場合、除湿能力を高くするために蒸発器の設定温度を下げると、蒸発器が凍結し、除湿能力が著しく低下する。そのため、蒸発器の温度を下げることができず、除湿能力を今一つ高めることができない。
【０００３】
そこで、蒸発器が凍結することなく除湿能力を高めることが可能な精密空調機が提案されている（特許文献２）。前記精密空調機は、ファンによって送風された空気が、蒸発器によって冷却された後、ヒータによって所定の温度まで加熱されることにより、除湿を行っている。
【０００４】
一方、所望の加湿された空気を供給する精密空調機が提案されている（特許文献３参照）。かかる精密空調機はヒータを用いて水を蒸発させることで、加湿された空気を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−９９５１４号（要約書）
【特許文献２】特開２００９−１９８０５０（要約書）
【特許文献３】特開平５−２２３２９６（要約書）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の装置では、除湿や加湿にヒータを用いているので、消費電力が大きくなる。また、エコロジー的観点からも消費電力の低減は重要である。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、温度および湿度が調整された精密空気を得ることができ、かつ、消費電力の少ない精密空調機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明のある態様の精密空調機は、取り込んだ空気Ａ０を冷却する冷却器１３Ａと、前記冷却器１３Ａで冷却された空気Ａ１を加湿するために予め加熱する第１加熱器２１Ａと、水分を保水し、前記加熱された空気Ａ２が通過することで前記空気Ａ２が所定の第１湿度となるように前記空気Ａ２を加湿する加湿器１と、前記加湿された空気Ａ３を加熱して所定の温度および第２湿度の空気Ａ４を得る第２加熱器３１Ａと、前記空気が前記冷却器１３Ａ、第１加熱器２１Ａ、加湿器１および第２加熱器３１Ａの順に通過するように空気Ａ１〜Ａ４を送るファンＦとを備えた精密空調機において、前記冷却器１３Ａ、第１および第２加熱器２１Ａ，３１Ａに冷媒を圧送する圧縮機ＣＰと、前記圧縮機ＣＰから圧送された冷媒を熱交換によって冷却するために凝縮する第１凝縮器１１と、前記第１凝縮器１１からの冷媒で周囲の空気Ａ０を冷却する前記冷却器１３Ａを構成する第１蒸発器１３とを直列のループに配置する第１経路１０と、前記圧縮機ＣＰから圧送された冷媒を凝縮し前記第１加熱器２１Ａを構成する第２凝縮器２１と、前記第２凝縮器２１からの冷媒を熱交換によって昇温させるための第２蒸発器２３とを前記第１凝縮器１１および第１蒸発器１３に対し並列に配置する第２経路２０と、前記圧縮機ＣＰから圧送された冷媒を凝縮し前記第２加熱器３１Ａを構成する第３凝縮器３１からの冷媒を前記第１蒸発器１３に圧送するために、前記第３凝縮器３１を前記第１蒸発器１３に対し直列で、かつ、前記第１凝縮器１１に対し並列に配置する第３経路３０と、前記第１、第２および第３経路１０〜３０に配置された第１、第２および第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３と、前記所定の温度および第２湿度の空気Ａ４が得られるように前記流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３により前記第１蒸発器１３、第２および第３凝縮器２１，３１に導入される冷媒の流量を制御する制御手段５０とを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
ここで、本発明において、所期の温湿度の精密空気が得られる原理について簡単に説明する。
まず、供給すべき空気Ａ４の目標温度および目標湿度が設定されると、当該空気Ａ４に含まれる単位体積当たりの水分量が分かる。一方、吸込温度と前記目標温度の温度等から前記冷却器で冷却すべき熱量や前記第１および第２加熱器で加熱すべき熱量が分かる。
かかる原理を利用した空調機は周知であり、その詳しい原理は特開平７−１７４３６０号等に開示されている。
【００１０】
本発明によれば、加湿器による加湿前に第１加熱器により加湿のための加熱を行うので加湿器を通過した空気の水分量を所望の水分量にすることができる。その後、第２加熱器により加熱するから、所期の温湿度の空気が得られる。
ここで、前記第１および第２加熱器は電気式のヒータではなく、それぞれ、凝縮器で構成されているから、圧縮機により発生したエネルギーの排熱を利用することができ、したがって、エネルギーの消費が従来の３０％程度になり得る。
また、第２経路２０のみを利用することで、加湿のみの制御を行うことができる。
さらに、第３経路３０のみを利用（運転）することで、フル除湿しながらフル加熱をすることができる。
したがって、制御範囲温湿度を飛躍的に拡大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の一実施例にかかる精密空調機を示す概略構成図である。
【図２】同精密空調機の第１サイクルを示す概略構成図である。
【図３】同精密空調機の第２サイクルを示す概略構成図である。
【図４】同精密空調機の第３サイクルを示す概略構成図である。
【図５】加湿器および給水ノズルを示す概略斜視図である。
【図６】精密空調機の稼働例を示す概略構成図である。
【図７】精密空調機の稼働例を示す概略構成図である。
【図８】精密空調機の稼働例を示す概略構成図である。
【図９】精密空調機の稼働例を示す概略構成図である。
【図１０】精密空調機の稼働例を示す概略構成図である。
【図１１】精密空調機の稼働例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の好ましい態様において、前記加湿器１に水を滴下ないし流下して供給する給水ノズル１ｎと、前記給水ノズル１ｎからの供給される水の量を制御する制水弁ＷＶとを更に備え、前記第１加熱器２１Ａである前記第２凝縮器２１に導入される冷媒の流量を制御する第２流量制御弁Ｖ２の開度を増大させる場合に、前記制水弁ＷＶの開度が増大し、かつ、前記第２流量制御弁Ｖ２の開度を小さくする場合に前記制水弁ＷＶの開度が小さくなるように前記制御手段５０が制御を実行する。
【００１３】
かかる態様によれば、加湿に必要な量の水が加湿器に供給され、加湿器への水の供給を必要最小限にすることができると共に、排水設備も小型化することができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様において、前記第２蒸発器２３内の冷媒を昇温させる第２熱交換器４２は前記第２蒸発器２３内の冷たい冷媒を水で昇温させることを特徴とする。
かかる態様によれば、工場の冷却水としての工業用水を第２熱交換器４２内に導入することで冷却水の温度が下がり、工場の冷却水を冷却させるエネルギーが低減される。
【００１５】
本発明の好ましい態様において、前記第１凝縮器１１内の冷媒を冷却する第１熱交換器４１は前記第１凝縮器１１内の昇温された冷媒を冷却する水が流れる第１水路Ｗ１を有し、前記第２蒸発器２３内の冷媒を昇温させる第２熱交換器４２の前記水が流れる第２水路Ｗ２の上流に前記第１水路Ｗ１が配置されている。
かかる態様によれば、第１熱交換器は水冷式で、ここで水の温度が上昇する。そのため、後段の第２熱交換器の第２水路に導入される水温が高くなるから、前記第２熱交換器の第２蒸発器の冷媒が効率良く昇温される。
【００１６】
本発明の好ましい態様によれば、前記第１および第３凝縮器１１，３１の下流で、かつ、前記第１蒸発器１３の上流には、電子膨張弁からなる第１膨張弁手段１２が設けられ、前記第２凝縮器２１の下流で、かつ、前記第２蒸発器２３の上流には第２膨張弁手段２２が配置されている。
【００１７】
本発明の好ましい態様において、供給すべき空気Ａ４の目標温度および目標湿度から供給すべき空気Ａ４に含まれる単位当たりの水分量を求め、前記水分量から加湿器１で前記所定の第１湿度（ほぼ一定の相対湿度）に加湿される空気Ａ２の一次温度を求め、前記水分量から前記加湿器１で前記所定の第１湿度に加湿される空気Ａ２の一次湿度を求める演算部５１と、第１加熱器２１Ａを通った空気Ａ２が当該一次温度に近づくように、かつ、前記第２加熱器３１Ａで加熱された空気Ａ４が前記目標温度に近づくように、前記第１〜第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３を制御して前記冷却器１３Ａ、第１および第２加熱器２１Ａ，３１Ａに流れる冷媒の流量を制御する制御部５２とを前記制御手段５０が備えている。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。
全体構成：
図１に示すように、本精密空調機は、加湿器１、第１凝縮器１１、第１蒸発器１３、第２凝縮器２１、第２蒸発器２３、第３凝縮器３１、逆止弁６１、ファンＦ、圧縮機ＣＰおよび多数の配管を備えている。
前記第１蒸発器１３、第２凝縮器２１および第３凝縮器３１の上流には、それぞれ、第１流量制御弁Ｖ１、第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が設けられている。
第１および第３凝縮器１１，３１の下流で、かつ、第１蒸発器１３の上流には、電子膨張弁からなる第１膨張弁手段１２が設けられている。
第２凝縮器２１の下流で、かつ、第２蒸発器２３の上流には、たとえば、電子膨張弁からなる第２膨張弁手段２２が設けられている。
【００１９】
循環サイクル：
まず、冷媒の循環サイクルと空気の流れについて説明する。本システムは、下記に述べる３種類の冷媒の循環サイクルを有している。下記の循環サイクルは、後述するように組み合わされて用いられる。
【００２０】
なお、以下に示す精密空調機の概略構成図において、太線は冷媒が通る循環路を示し、流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３の閉弁状態は、弁記号を塗りつぶして示している。
また、以下の説明および図２〜図１１においては、理解を容易にするために、第１蒸発器１３の凍結を防止するためのホットガスバイパスＨＧについての説明および図示を省略する。
【００２１】
第１サイクル：
図２に示すように、第１サイクルでは、第１流量制御弁Ｖ１が開弁され、第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が閉弁されている。
図２の太線で示すように、圧縮機ＣＰは、第１凝縮器１１、第１膨張弁手段１２、第１蒸発器１３、第１経路１０の順に冷媒を循環させる。
なお、第１膨張弁手段１２と第１蒸発器１３との間には逆止弁６１が設けられている。また、圧縮機ＣＰの下流にはアキュームレータ６３が設けられている。
【００２２】
圧縮機ＣＰから圧送された気化した冷媒は、第１凝縮器１１および第１膨張弁手段１２において徐々に液化する。この時、冷媒は第１膨張弁手段１２の上流の第１凝縮器１１において凝縮される。その後、冷媒は、第１膨張弁手段１２から出て、第１蒸発器１３内の比較的太い管内で低圧となって、再び気化することにより、第１蒸発器１３の周囲の熱を奪い第１蒸発器１３の周囲温度を低下させる。
【００２３】
第１熱交換器４１：
前記第１熱交換器４１は第１水路Ｗ１を有している。第１水路Ｗ１には、たとえば工場用水が流される。第１熱交換器４１において、第１凝縮器１１内の熱い冷媒は、第１水路Ｗ１を流れる水によって冷却される。第１水路Ｗ１を流れる水は、第１凝縮器１１内の冷媒との熱交換により昇温され、下流の第２水路Ｗ２に導入される。
【００２４】
第１サイクルでの空気の流れ：
前記ファンＦにより吸引された空気Ａ０が第１蒸発器１３に導入される。前述したように、第１蒸発器１３は、第１蒸発器１３内の冷媒の気化により周囲の熱を奪い周囲温度を下げる。そのため、第１蒸発器１３に導入された空気Ａ０は、第１蒸発器１３を通ることにより冷却される。したがって、第１蒸発器１３は空気Ａ０を冷却するための冷却器１３Ａを構成している。
冷却器１３Ａを通り冷却された空気Ａ１は下流に排出される。
【００２５】
第２サイクル：
図３に示すように、第２サイクルでは、第２流量制御弁Ｖ２が開弁され、第１流量制御弁Ｖ１および第３流量制御弁Ｖ３が閉弁されている。
図３の太線で示すように、圧縮機ＣＰは、第２経路２０、第２凝縮器２１、第２膨張弁手段２２、第２蒸発器２３の順に冷媒を循環させる。
【００２６】
圧縮機ＣＰから圧送された気化した冷媒は、第２経路２０を介して第２凝縮器２１および第２膨張弁手段２２に送られ、第２凝縮器２１および第２膨張弁手段２２において徐々に液化される。冷媒は第２膨張弁手段２２の上流の第２凝縮器２１において凝縮される。その後、冷媒は第２膨張弁手段２２から出て、第２蒸発器２３の比較的太い管内で低圧となって、再び気化することにより、第２蒸発器２３の周囲の熱を奪い、第２蒸発器２３の周囲温度を低下させる。
【００２７】
第２熱交換器４２：
第２熱交換器４２は前記第２水路Ｗ２を有している。第２熱交換器４２において、第２蒸発器２３内の冷たい冷媒は、前記第１水路Ｗ１から導入された第２水路Ｗ２を流れる水によって温められる。
ここで、前記第２蒸発器２３内の冷媒は非常に低い温度であるので、第２水路Ｗ２を流れる水が５℃以上であれば熱交換されて、第２蒸発器２３内の冷媒が温められる。
なお、前述したように、第１熱交換器４１において第１凝縮器１１内の熱い冷媒との熱交換により第１水路Ｗ１を流れる水が温められているので、より効果的に第２蒸発器２３内の冷媒を温めることができる。
前記第２水路Ｗ２内の水は主に工業用水が利用される。
【００２８】
加湿器１：
図５に示すように、前記加湿器１は吸水性を持つ素材を積層して形成されている。加湿器１には、たとえばポリエステル素材等からなる親水性高分子ファイバーで構成され、ある程度の固さと吸水性の高い素材として、上記のような混合材１Ｄを備えている。前記混合材１Ｄの形状としては、スレートを積層したような構造になっており、ある程度の通気抵抗により供給空気の温度に関係なく一定の相対湿度になるよう効率的な気化を実現している。
なお、前記加湿器１としては、たとえば、ウエットマスター社の滴下浸透気化式加湿器を採用することができる。
【００２９】
前記加湿器１の上部には水を滴下するための多数の給水ノズル１ｎが設けられており、たとえば比例制御電磁弁からなる制水弁ＷＶの開閉によって前記給水ノズル１ｎからの水の滴下量が制御される。
前記制水弁ＷＶは第２流量制御弁Ｖ２に連動されており、第２流量制御弁Ｖ２の開度に応じて制水弁ＷＶの開度が変化するように設定されている。
前記混合材１Ｄが給水ノズル１ｎから滴下された水で湿潤状態になっている場合に、前記ファンＦ（図３）により空気Ａ２が加湿器１に導入されると、加湿器１内の湿潤状態の混合材１Ｄの間を空気Ａ２が通ることで該空気Ａ２が加湿され、網点で示すように、加湿された空気Ａ３として加湿器１から排出される。
【００３０】
第２サイクルでの空気の流れ：
図３に示すように、ファンＦによって、冷却器１３Ａ（第１蒸発器１３）を通った空気Ａ１は第２加熱器２１に導入される。前述したように、第２凝縮器２１の冷媒は圧縮機により高温となっている。そのため、第２凝縮器２１に導入された空気Ａ１は第２凝縮器２１内を通ることにより加熱される。したがって、第２凝縮器２１は空気Ａ１を加熱するための第１加熱器２１Ａを構成している。
一方、加湿器１は給水ノズル１ｎから滴下された水により湿潤状態になっており、ファンＦによって送風された空気Ａ２は加湿器１内を通ることで加湿され、高湿度の空気Ａ３となり、下流に排出される。
【００３１】
第３サイクル：
図４に示すように、第３サイクルでは、第３流量制御弁Ｖ３が開弁され、第１流量制御弁Ｖ１および第２流量制御弁Ｖ２が閉弁されている。
図４の太線で示すように、圧縮機ＣＰは、第３経路３０、第３凝縮器３１、第１膨張弁手段１２、第１蒸発器１３および第１経路１０の順に冷媒を循環させる。
【００３２】
圧縮機ＣＰから圧送された気化した冷媒は、第３経路３０を介して第３凝縮器３１に送られ、第３凝縮器３１および第１膨張弁手段１２において徐々に液化される。冷媒は第１膨張弁手段１２の上流の第３凝縮器３１において凝縮される。その後、冷媒は第１膨張弁手段１２を出て、第１蒸発器１３に送られる。
前記第１蒸発器１３に送られた冷媒は、前述したように、第１蒸発器１３内の比較的太い管内で低圧となって、再び気化することにより第１蒸発器１３の周囲の熱を奪い第１蒸発器１３の周囲の温度を下げる。
【００３３】
第３サイクルでの空気の流れ：
前記ファンＦにより吸引された空気Ａ０が冷却器１３Ａに導入され、前述したように、第１蒸発器１３により冷却された空気Ａ１が排出される。空気Ａ１は第１加熱器２１Ａ、加湿器１を通り空気Ａ３として第３凝縮器３１に導入される。
一方、第３凝縮器３１内の冷媒は圧縮機ＣＰにより昇温されている。そのため、第３凝縮器３１に導入された空気Ａ３は第３凝縮器３１を通ることにより加熱される。したがって、第３凝縮器３１は空気Ａ３を加熱するための第２加熱器３１Ａを構成している。
【００３４】
制御の構成：
図１に示すように、第３凝縮器の下流側には、温度センサＴおよび湿度センサＨが設けられている。前記温度センサＴおよび湿度センサＨは制御手段５０に接続されている。
【００３５】
制御手段５０は、演算部５１および制御部５２を備えている。
制御部５２は、前記温度センサＴおよび湿度センサＨからの入力に応じて、第１、第２および第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３を制御し、冷媒の流量をフィードバック制御する。
【００３６】
演算部５１は、図示しない設定部から入力された供給すべき空気の目標温度および目標湿度から供給すべき空気に含まれる単位（体積）当たりの水分量を求める。演算部５１は、前記水分量に基づき前記加湿器１で所定の第１湿度に加湿される空気の一次温度を求め、更に、水分量から前記加湿器１で所定の第１湿度に加湿される空気の一次湿度を求める。演算部５１は前記一次温度および一次湿度に基づき、制御部５２に第１、第２および第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３の制御を行わせる。
【００３７】
前記制御部５２は、第１加熱器２１Ａを通った空気Ａ２が当該一次温度に近づくように、かつ、第２加熱器３１Ａで加熱される空気が前記目標温度に近づくように第１〜第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３を制御して、冷却器１３Ａ、第１および第２加熱器２１Ａ，３１Ａに流れる冷媒の流量を制御する。
なお、前述したように、制水弁（比例制御電磁弁）ＷＶの開度は、第２流量制御弁Ｖ２の開度に応じて変化する。すなわち、第２流量制御弁Ｖ２の開度が大きくなると制水弁ＷＶの開度が大きくなり、一方、第２流量制御弁Ｖ２の開度が小さくなると制水弁ＷＶの開度が小さくなる。
【００３８】
各流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３の開度：
したがって、目標温度・湿度に近づくように制御するには、各流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３の開度が下記のように設定される。
空気Ａ４の温度を下げる場合：第１流量制御弁Ｖ１の開度を大きくし、第３流量制御弁Ｖ３の開度を小さくする。
空気Ａ４の温度を上げる場合：第１流量制御弁Ｖ１の開度を小さくし、第３流量制御弁Ｖ３の開度を大きくする。
空気Ａ４の湿度を上げる場合：第２流量制御弁Ｖ２の開度を大きくする。
空気Ａ４の湿度を下げる場合：第２流量制御弁Ｖ２の開度を小さくする。
前記各流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３は、上記のように開度を調整されることにより、所望の温度および第２湿度に近づくように制御される。
なお、前記流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉制御は、前述した所期の温湿度を得るための原理に基づき行われる。
【００３９】
流量制御弁の制御方法：
前記流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３および制水弁ＷＶは、設定された温湿度によって、種々の制御が行われるが、以下に代表的な制御方法について説明する。
本精密空調機が起動されると、前記制御手段５０は、圧縮機ＣＰを動作させると共に、図示しない設定手段によりオペレータによって設定された温湿度に基づき、制御部５２を介して流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３および制水弁ＷＶの開閉を制御する。
なお、以下に述べる設定温湿度と第３凝縮器３１から吹き出される温湿度とは必ずしも一致しない。
【００４０】
１．冷却・除湿ＭＡＸの場合；
たとえば、第１蒸発器１３への吸い込み温湿度が２５℃／５０％に対し、第３凝縮器３１からの吹き出し温湿度を０℃／０％に設定した場合、精密空調機としては常に冷却・除湿ＭＡＸとなる。かかる場合には、図６に示すように、第１流量制御弁Ｖ１が開弁され、第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が閉弁される。そのため、第１蒸発器１３に１００％の冷媒が流れ、加熱も加湿もされない。
一方、圧縮機ＣＰから圧送された第１凝縮器１１の冷媒は、第１熱交換器４１の第１水路Ｗ１を流れる水によって冷却される。
【００４１】
したがって、空気Ａ０は冷却器１３Ａを通り冷却されると共に、空気Ａ０の温度が下がることで該空気Ａ０中の水分が結露し除湿される。
なお、前記結露した水は、第１蒸発器１３の下部に設けられた図示しないドレンパンに集められ排出される。
【００４２】
２．加熱・除湿ＭＡＸの場合；
たとえば、第１蒸発器１３への吸い込み温湿度が２５℃／５０％に対し、第３凝縮器３１からの吹き出し温湿度を４０℃／０％に設定した場合、精密空調機としては常に加熱・除湿ＭＡＸとなる。かかる場合には、図７に示すように、第１流量制御弁Ｖ１および第２流量制御弁Ｖ２が閉弁されると共に、制水弁ＷＶが閉弁され、第３流量制御弁Ｖ３が開弁される。そのため、第３凝縮器３１に１００％の冷媒が流れ加熱および除湿（＝冷却）が行われ加湿はされない。
したがって、第１蒸発器１３で除湿（＝冷却）された空気Ａ３が第２加熱器３１Ａで加熱されて温度が上昇し、該空気Ａ３の温度の上昇により空気Ａ３の相対的な湿度がさらに下がる。そのため、加熱、除湿された空気Ａ４が第２加熱器３１Ａから排出される。
このように、第３経路３０の第２加熱器３１Ａおよび冷却器１３Ａのみに冷媒が供給されることで、従来行うことのできなかった加熱および除湿がＭＡＸの運転を行うことができる。
【００４３】
３．加熱・加湿ＭＡＸの場合；
たとえば、第１蒸発器１３への吸い込み温湿度が２５℃／５０％に対し、第３凝縮器３１からの吹き出し温湿度を４０℃／６０％に設定した場合、精密空調機としては、常に加熱・加湿ＭＡＸとなる。かかる場合には、図８に示すように、第１流量制御弁Ｖ１が閉弁され、第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が開弁される。そのため、第２経路２０および第３経路３０に５０％づつの冷媒が流れる。第１蒸発器１３に５０％の冷媒が流れて冷却能力が５０％で稼働される。
【００４４】
前述したように、制水弁ＷＶは第２流量制御弁Ｖ２に連動しているので、給水ノズル１ｎから加湿器１に水が滴下される。
冷却器１３Ａで冷却された空気Ａ１は、第１加熱器２１Ａで昇温された後、加湿器１で加湿された空気Ａ３となり、第２加熱器３１Ａで加熱された空気Ａ４が排出される。
一方、第２膨張弁手段２２から第２蒸発器２３に圧送された冷媒は、第２熱交換器４２の第２水路Ｗ２を流れる水によって昇温される。
【００４５】
したがって、空気Ａ０が冷却器１３Ａにより冷却された空気Ａ１となった後、第１加熱器２１Ａにより加熱され、加湿器１で加湿される。その後、加湿器１で加湿された空気Ａ３は、第３凝縮器３１で加熱されることにより昇温され、加熱・加湿された空気Ａ４が排出される。
【００４６】
４．加熱・加湿がＭＡＸにならない場合；
たとえば、第１蒸発器１３への吸い込み温湿度が２５℃／５０％に対し、第３凝縮器３１からの吹き出し温湿度を３１℃／５５％に設定した場合、精密空調機としては、加熱・加湿がＭＡＸにならない。
かかる場合には、図９に示すように、第１流量制御弁Ｖ１が閉弁されると共に、第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が所定の開度に開弁される。第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が所定の角度に開弁されることにより、第２凝縮器２１に２５％の冷媒が流れ、第３凝縮器３１および第１蒸発器１３に７５％の冷媒が流れる。
前記制水弁ＷＶは第２流量制御弁Ｖ２に連動して給水ノズル１ｎから加湿器１に水が滴下される。
一方、第２膨張弁手段２２から第２蒸発器２３に圧送された冷媒は、第２熱交換器４２の第２水路Ｗ２を流れる水によって昇温される。
【００４７】
冷却器１３Ａで冷却された空気Ａ１は、第１加熱器２１Ａで昇温された後、加湿器１で加湿された空気Ａ３となり、第２加熱器３１Ａで加熱された空気Ａ４が排出される。
したがって、第１蒸発器１３に２５％の冷媒が流れ、冷却能力２５％で冷却器１３Ａにより空気Ａ０が冷却された後、設定された能力で加熱および加湿が行われ、最終的には空気Ａ４の温湿度が２５°／５５％程度で運転される。
【００４８】
５．加湿ＭＡＸの場合；
たとえば、第１蒸発器１３への吸い込み温湿度が２５℃／５０％に対し、第３凝縮器３１からの吹き出し温湿度を２５℃／８０％に設定した場合、図１０に示すように、第１流量制御弁Ｖ１および第３流量制御弁Ｖ３が閉弁され、第２流量制御弁Ｖ２が開弁される。そのため、第１蒸発器１３に冷媒が流れず、空気Ａ０は冷却されずに、加湿のみが行われる。
一方、第２膨張弁手段２２から第２蒸発器２３に圧送された冷媒は、第２熱交換器４２の第２水路Ｗ２を流れる水によって昇温される。
したがって、かかる場合には、冷媒は第２凝縮器２１を通る前記第２サイクル（図３）で運用される。
このように、第２経路２０の第１加熱器２１Ａおよび第２蒸発器２３のみに冷媒が供給されることで、従来行うことのできなかった加湿ＭＡＸの運転を行うことができる。
【００４９】
６．冷却・加湿がＭＡＸにならない場合；
たとえば、第１蒸発器１３への吸い込み温湿度が２５℃／５０％に対し、第３凝縮器３１からの吹き出し温湿度を２６℃／５１％に設定した場合、精密空調機としては、冷却・加湿がＭＡＸにならない。かかる場合には、図９に示す第１流量制御弁Ｖ１が開弁されると共に、第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が閉弁されて始動される。その後、第２および第３流量制御弁Ｖ２，Ｖ３が設定温湿度２６℃／５１％に向けて開閉の制御がなされる。
一方、圧縮機ＣＰから圧送された第１凝縮器１１の冷媒は、第１熱交換器４１の第１水路Ｗ１を流れる水によって冷却される。
【００５０】
冷却器１３Ａで冷却された空気Ａ１は、第１加熱器２１Ａおよび加湿器１を通り、第２加熱器３１Ａで加熱された空気Ａ４が排出される。
ここで、空気Ａ０は冷却された後、設定された能力で加熱および加湿が行われ、最終的には、空気Ａ４の温湿度が２６°／５１％程度で運転される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は工業用の精密空調機に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１：加湿器
１ｎ：給水ノズル
１０：第１経路
１１：第１凝縮器
１２：第１膨張弁手段
１３：第１蒸発器
１３Ａ：冷却器
２０：第２経路
２１：第２凝縮器
２２：第２膨張弁手段
２３：第２蒸発器
３０：第３経路
３１：第３凝縮器
３１Ａ：第２加熱器
４１：第１熱交換器
５０：制御手段
５１：演算部
５２：制御部
Ａ０〜Ａ４：空気
ＣＰ：圧縮機
Ｆ：ファン
Ｖ１：第１流量制御弁
Ｖ２：第２流量制御弁
Ｖ３：第３流量制御弁
Ｗ１：第１水路
Ｗ２：第２水路
ＷＶ：制水弁（比例制御電磁弁）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として工業用に用いられる精密空調機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷凍サイクルのみで除湿を行う空調機が知られている（特許文献１参照）。
しかし、この種の空調機の場合、除湿能力を高くするために蒸発器の設定温度を下げると、蒸発器が凍結し、除湿能力が著しく低下する。そのため、蒸発器の温度を下げることができず、除湿能力を今一つ高めることができない。
【０００３】
そこで、蒸発器が凍結することなく除湿能力を高めることが可能な精密空調機が提案されている（特許文献２）。前記精密空調機は、ファンによって送風された空気が、蒸発器によって冷却された後、ヒータによって所定の温度まで加熱されることにより、除湿を行っている。
【０００４】
一方、所望の加湿された空気を供給する精密空調機が提案されている（特許文献３参照）。かかる精密空調機はヒータを用いて水を蒸発させることで、加湿された空気を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−９９５１４号（要約書）
【特許文献２】特開２００９−１９８０５０（要約書）
【特許文献３】特開平５−２２３２９６（要約書）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の装置では、除湿や加湿にヒータを用いているので、消費電力が大きくなる。また、エコロジー的観点からも消費電力の低減は重要である。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、温度および湿度が調整された精密空気を得ることができ、かつ、消費電力の少ない精密空調機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明のある態様の精密空調機は、取り込んだ空気Ａ０を冷却する冷却器１３Ａと、前記冷却器１３Ａで冷却された空気Ａ１を加湿するために予め加熱する第１加熱器２１Ａと、水分を保水し、前記加熱された空気Ａ２が通過することで前記空気Ａ２が所定の第１湿度となるように前記空気Ａ２を加湿する加湿器１と、前記加湿された空気Ａ３を加熱して所定の温度および第２湿度の空気Ａ４を得る第２加熱器３１Ａと、前記空気が前記冷却器１３Ａ、第１加熱器２１Ａ、加湿器１および第２加熱器３１Ａの順に通過するように空気Ａ１〜Ａ４を送るファンＦとを備えた精密空調機において、前記冷却器１３Ａ、第１および第２加熱器２１Ａ，３１Ａに冷媒を圧送する圧縮機ＣＰと、前記圧縮機ＣＰから圧送された冷媒を熱交換によって冷却するために凝縮する第１凝縮器１１と、前記第１凝縮器１１からの冷媒で周囲の空気Ａ０を冷却する前記冷却器１３Ａを構成する第１蒸発器１３とを直列のループに配置する第１経路１０と、前記圧縮機ＣＰから圧送された冷媒を凝縮し前記第１加熱器２１Ａを構成する第２凝縮器２１と、前記第２凝縮器２１からの冷媒を熱交換によって昇温させるための第２蒸発器２３とを前記第１凝縮器１１および第１蒸発器１３に対し並列に配置する第２経路２０と、前記圧縮機ＣＰから圧送された冷媒を凝縮し前記第２加熱器３１Ａを構成する第３凝縮器３１からの冷媒を前記第１蒸発器１３に圧送するために、前記第３凝縮器３１を前記第１蒸発器１３に対し直列で、かつ、前記第１凝縮器１１に対し並列に配置する第３経路３０と、前記第１、第２および第３経路１０〜３０に配置された第１、第２および第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３と、前記所定の温度および第２湿度の空気Ａ４が得られるように前記流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３により前記第１蒸発器１３、第２および第３凝縮器２１，３１に導入される冷媒の流量を制御する制御手段５０とを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
ここで、本発明において、所期の温湿度の精密空気が得られる原理について簡単に説明する。
まず、供給すべき空気Ａ４の目標温度および目標湿度が設定されると、当該空気Ａ４に含まれる単位体積当たりの水分量が分かる。一方、吸込温度と前記目標温度の温度等から前記冷却器で冷却すべき熱量や前記第１および第２加熱器で加熱すべき熱量が分かる。
かかる原理を利用した空調機は周知であり、その詳しい原理は特開平７−１７４３６０号等に開示されている。
【００１０】
本発明によれば、加湿器による加湿前に第１加熱器により加湿のための加熱を行うので加湿器を通過した空気の水分量を所望の水分量にすることができる。その後、第２加熱器により加熱するから、所期の温湿度の空気が得られる。
ここで、前記第１および第２加熱器は電気式のヒータではなく、それぞれ、凝縮器で構成されているから、圧縮機により発生したエネルギーの排熱を利用することができ、したがって、エネルギーの消費が従来の３０％程度になり得る。
また、第２経路２０のみを利用することで、加湿のみの制御を行うことができる。
さらに、第３経路３０のみを利用（運転）することで、フル除湿しながらフル加熱をすることができる。
したがって、制御範囲温湿度を飛躍的に拡大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の一実施例にかかる精密空調機を示す概略構成図である。
【図２】同精密空調機の第１サイクルを示す概略構成図である。
【図３】同精密空調機の第２サイクルを示す概略構成図である。
【図４】同精密空調機の第３サイクルを示す概略構成図である。
【図５】加湿器および給水ノズルを示す概略斜視図である。
【図６】精密空調機の稼働例を示す概略構成図である。
【図７】精密空調機の稼働例を示す概略構成図である。
【図８】精密空調機の稼働例を示す概略構成図である。
【図９】精密空調機の稼働例を示す概略構成図である。
【図１０】精密空調機の稼働例を示す概略構成図である。
【図１１】精密空調機の稼働例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の好ましい態様において、前記加湿器１に水を滴下ないし流下して供給する給水ノズル１ｎと、前記給水ノズル１ｎからの供給される水の量を制御する制水弁ＷＶとを更に備え、前記第１加熱器２１Ａである前記第２凝縮器２１に導入される冷媒の流量を制御する第２流量制御弁Ｖ２の開度を増大させる場合に、前記制水弁ＷＶの開度が増大し、かつ、前記第２流量制御弁Ｖ２の開度を小さくする場合に前記制水弁ＷＶの開度が小さくなるように前記制御手段５０が制御を実行する。
【００１３】
かかる態様によれば、加湿に必要な量の水が加湿器に供給され、加湿器への水の供給を必要最小限にすることができると共に、排水設備も小型化することができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様において、前記第２蒸発器２３内の冷媒を昇温させる第２熱交換器４２は前記第２蒸発器２３内の冷たい冷媒を水で昇温させることを特徴とする。
かかる態様によれば、工場の冷却水としての工業用水を第２熱交換器４２内に導入することで冷却水の温度が下がり、工場の冷却水を冷却させるエネルギーが低減される。
【００１５】
本発明の好ましい態様において、前記第１凝縮器１１内の冷媒を冷却する第１熱交換器４１は前記第１凝縮器１１内の昇温された冷媒を冷却する水が流れる第１水路Ｗ１を有し、前記第２蒸発器２３内の冷媒を昇温させる第２熱交換器４２の前記水が流れる第２水路Ｗ２の上流に前記第１水路Ｗ１が配置されている。
かかる態様によれば、第１熱交換器は水冷式で、ここで水の温度が上昇する。そのため、後段の第２熱交換器の第２水路に導入される水温が高くなるから、前記第２熱交換器の第２蒸発器の冷媒が効率良く昇温される。
【００１６】
本発明の好ましい態様によれば、前記第１および第３凝縮器１１，３１の下流で、かつ、前記第１蒸発器１３の上流には、電子膨張弁からなる第１膨張弁手段１２が設けられ、前記第２凝縮器２１の下流で、かつ、前記第２蒸発器２３の上流には第２膨張弁手段２２が配置されている。
【００１７】
本発明の好ましい態様において、供給すべき空気Ａ４の目標温度および目標湿度から供給すべき空気Ａ４に含まれる単位当たりの水分量を求め、前記水分量から加湿器１で前記所定の第１湿度（ほぼ一定の相対湿度）に加湿される空気Ａ２の一次温度を求め、前記水分量から前記加湿器１で前記所定の第１湿度に加湿される空気Ａ２の一次湿度を求める演算部５１と、第１加熱器２１Ａを通った空気Ａ２が当該一次温度に近づくように、かつ、前記第２加熱器３１Ａで加熱された空気Ａ４が前記目標温度に近づくように、前記第１〜第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３を制御して前記冷却器１３Ａ、第１および第２加熱器２１Ａ，３１Ａに流れる冷媒の流量を制御する制御部５２とを前記制御手段５０が備えている。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。
全体構成：
図１に示すように、本精密空調機は、加湿器１、第１凝縮器１１、第１蒸発器１３、第２凝縮器２１、第２蒸発器２３、第３凝縮器３１、逆止弁６１、ファンＦ、圧縮機ＣＰおよび多数の配管を備えている。
前記第１蒸発器１３、第２凝縮器２１および第３凝縮器３１の上流には、それぞれ、第１流量制御弁Ｖ１、第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が設けられている。
第１および第３凝縮器１１，３１の下流で、かつ、第１蒸発器１３の上流には、電子膨張弁からなる第１膨張弁手段１２が設けられている。
第２凝縮器２１の下流で、かつ、第２蒸発器２３の上流には、たとえば、電子膨張弁からなる第２膨張弁手段２２が設けられている。
【００１９】
循環サイクル：
まず、冷媒の循環サイクルと空気の流れについて説明する。本システムは、下記に述べる３種類の冷媒の循環サイクルを有している。下記の循環サイクルは、後述するように組み合わされて用いられる。
【００２０】
なお、以下に示す精密空調機の概略構成図において、太線は冷媒が通る循環路を示し、流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３の閉弁状態は、弁記号を塗りつぶして示している。
また、以下の説明および図２〜図１１においては、理解を容易にするために、第１蒸発器１３の凍結を防止するためのホットガスバイパスＨＧについての説明および図示を省略する。
【００２１】
第１サイクル：
図２に示すように、第１サイクルでは、第１流量制御弁Ｖ１が開弁され、第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が閉弁されている。
図２の太線で示すように、圧縮機ＣＰは、第１凝縮器１１、第１膨張弁手段１２、第１蒸発器１３、第１経路１０の順に冷媒を循環させる。
なお、第１膨張弁手段１２と第１蒸発器１３との間には逆止弁６１が設けられている。また、圧縮機ＣＰの下流にはアキュームレータ６３が設けられている。
【００２２】
圧縮機ＣＰから圧送された気化した冷媒は、第１凝縮器１１および第１膨張弁手段１２において徐々に液化する。この時、冷媒は第１膨張弁手段１２の上流の第１凝縮器１１において凝縮される。その後、冷媒は、第１膨張弁手段１２から出て、第１蒸発器１３内の比較的太い管内で低圧となって、再び気化することにより、第１蒸発器１３の周囲の熱を奪い第１蒸発器１３の周囲温度を低下させる。
【００２３】
第１熱交換器４１：
前記第１熱交換器４１は第１水路Ｗ１を有している。第１水路Ｗ１には、たとえば工場用水が流される。第１熱交換器４１において、第１凝縮器１１内の熱い冷媒は、第１水路Ｗ１を流れる水によって冷却される。第１水路Ｗ１を流れる水は、第１凝縮器１１内の冷媒との熱交換により昇温され、下流の第２水路Ｗ２に導入される。
【００２４】
第１サイクルでの空気の流れ：
前記ファンＦにより吸引された空気Ａ０が第１蒸発器１３に導入される。前述したように、第１蒸発器１３は、第１蒸発器１３内の冷媒の気化により周囲の熱を奪い周囲温度を下げる。そのため、第１蒸発器１３に導入された空気Ａ０は、第１蒸発器１３を通ることにより冷却される。したがって、第１蒸発器１３は空気Ａ０を冷却するための冷却器１３Ａを構成している。
冷却器１３Ａを通り冷却された空気Ａ１は下流に排出される。
【００２５】
第２サイクル：
図３に示すように、第２サイクルでは、第２流量制御弁Ｖ２が開弁され、第１流量制御弁Ｖ１および第３流量制御弁Ｖ３が閉弁されている。
図３の太線で示すように、圧縮機ＣＰは、第２経路２０、第２凝縮器２１、第２膨張弁手段２２、第２蒸発器２３の順に冷媒を循環させる。
【００２６】
圧縮機ＣＰから圧送された気化した冷媒は、第２経路２０を介して第２凝縮器２１および第２膨張弁手段２２に送られ、第２凝縮器２１および第２膨張弁手段２２において徐々に液化される。冷媒は第２膨張弁手段２２の上流の第２凝縮器２１において凝縮される。その後、冷媒は第２膨張弁手段２２から出て、第２蒸発器２３の比較的太い管内で低圧となって、再び気化することにより、第２蒸発器２３の周囲の熱を奪い、第２蒸発器２３の周囲温度を低下させる。
【００２７】
第２熱交換器４２：
第２熱交換器４２は前記第２水路Ｗ２を有している。第２熱交換器４２において、第２蒸発器２３内の冷たい冷媒は、前記第１水路Ｗ１から導入された第２水路Ｗ２を流れる水によって温められる。
ここで、前記第２蒸発器２３内の冷媒は非常に低い温度であるので、第２水路Ｗ２を流れる水が５℃以上であれば熱交換されて、第２蒸発器２３内の冷媒が温められる。
なお、前述したように、第１熱交換器４１において第１凝縮器１１内の熱い冷媒との熱交換により第１水路Ｗ１を流れる水が温められているので、より効果的に第２蒸発器２３内の冷媒を温めることができる。
前記第２水路Ｗ２内の水は主に工業用水が利用される。
【００２８】
加湿器１：
図５に示すように、前記加湿器１は吸水性を持つ素材を積層して形成されている。加湿器１には、たとえばポリエステル素材等からなる親水性高分子ファイバーで構成され、ある程度の固さと吸水性の高い素材として、上記のような混合材１Ｄを備えている。前記混合材１Ｄの形状としては、スレートを積層したような構造になっており、ある程度の通気抵抗により供給空気の温度に関係なく一定の相対湿度になるよう効率的な気化を実現している。
なお、前記加湿器１としては、たとえば、ウエットマスター社の滴下浸透気化式加湿器を採用することができる。
【００２９】
前記加湿器１の上部には水を滴下するための多数の給水ノズル１ｎが設けられており、たとえば比例制御電磁弁からなる制水弁ＷＶの開閉によって前記給水ノズル１ｎからの水の滴下量が制御される。
前記制水弁ＷＶは第２流量制御弁Ｖ２に連動されており、第２流量制御弁Ｖ２の開度に応じて制水弁ＷＶの開度が変化するように設定されている。
前記混合材１Ｄが給水ノズル１ｎから滴下された水で湿潤状態になっている場合に、前記ファンＦ（図３）により空気Ａ２が加湿器１に導入されると、加湿器１内の湿潤状態の混合材１Ｄの間を空気Ａ２が通ることで該空気Ａ２が加湿され、網点で示すように、加湿された空気Ａ３として加湿器１から排出される。
【００３０】
第２サイクルでの空気の流れ：
図３に示すように、ファンＦによって、冷却器１３Ａ（第１蒸発器１３）を通った空気Ａ１は第２加熱器２１に導入される。前述したように、第２凝縮器２１の冷媒は圧縮機により高温となっている。そのため、第２凝縮器２１に導入された空気Ａ１は第２凝縮器２１内を通ることにより加熱される。したがって、第２凝縮器２１は空気Ａ１を加熱するための第１加熱器２１Ａを構成している。
一方、加湿器１は給水ノズル１ｎから滴下された水により湿潤状態になっており、ファンＦによって送風された空気Ａ２は加湿器１内を通ることで加湿され、高湿度の空気Ａ３となり、下流に排出される。
【００３１】
第３サイクル：
図４に示すように、第３サイクルでは、第３流量制御弁Ｖ３が開弁され、第１流量制御弁Ｖ１および第２流量制御弁Ｖ２が閉弁されている。
図４の太線で示すように、圧縮機ＣＰは、第３経路３０、第３凝縮器３１、第１膨張弁手段１２、第１蒸発器１３および第１経路１０の順に冷媒を循環させる。
【００３２】
圧縮機ＣＰから圧送された気化した冷媒は、第３経路３０を介して第３凝縮器３１に送られ、第３凝縮器３１および第１膨張弁手段１２において徐々に液化される。冷媒は第１膨張弁手段１２の上流の第３凝縮器３１において凝縮される。その後、冷媒は第１膨張弁手段１２を出て、第１蒸発器１３に送られる。
前記第１蒸発器１３に送られた冷媒は、前述したように、第１蒸発器１３内の比較的太い管内で低圧となって、再び気化することにより第１蒸発器１３の周囲の熱を奪い第１蒸発器１３の周囲の温度を下げる。
【００３３】
第３サイクルでの空気の流れ：
前記ファンＦにより吸引された空気Ａ０が冷却器１３Ａに導入され、前述したように、第１蒸発器１３により冷却された空気Ａ１が排出される。空気Ａ１は第１加熱器２１Ａ、加湿器１を通り空気Ａ３として第３凝縮器３１に導入される。
一方、第３凝縮器３１内の冷媒は圧縮機ＣＰにより昇温されている。そのため、第３凝縮器３１に導入された空気Ａ３は第３凝縮器３１を通ることにより加熱される。したがって、第３凝縮器３１は空気Ａ３を加熱するための第２加熱器３１Ａを構成している。
【００３４】
制御の構成：
図１に示すように、第３凝縮器の下流側には、温度センサＴおよび湿度センサＨが設けられている。前記温度センサＴおよび湿度センサＨは制御手段５０に接続されている。
【００３５】
制御手段５０は、演算部５１および制御部５２を備えている。
制御部５２は、前記温度センサＴおよび湿度センサＨからの入力に応じて、第１、第２および第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３を制御し、冷媒の流量をフィードバック制御する。
【００３６】
演算部５１は、図示しない設定部から入力された供給すべき空気の目標温度および目標湿度から供給すべき空気に含まれる単位（体積）当たりの水分量を求める。演算部５１は、前記水分量に基づき前記加湿器１で所定の第１湿度に加湿される空気の一次温度を求め、更に、水分量から前記加湿器１で所定の第１湿度に加湿される空気の一次湿度を求める。演算部５１は前記一次温度および一次湿度に基づき、制御部５２に第１、第２および第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３の制御を行わせる。
【００３７】
前記制御部５２は、第１加熱器２１Ａを通った空気Ａ２が当該一次温度に近づくように、かつ、第２加熱器３１Ａで加熱される空気が前記目標温度に近づくように第１〜第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３を制御して、冷却器１３Ａ、第１および第２加熱器２１Ａ，３１Ａに流れる冷媒の流量を制御する。
なお、前述したように、制水弁（比例制御電磁弁）ＷＶの開度は、第２流量制御弁Ｖ２の開度に応じて変化する。すなわち、第２流量制御弁Ｖ２の開度が大きくなると制水弁ＷＶの開度が大きくなり、一方、第２流量制御弁Ｖ２の開度が小さくなると制水弁ＷＶの開度が小さくなる。
【００３８】
各流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３の開度：
したがって、目標温度・湿度に近づくように制御するには、各流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３の開度が下記のように設定される。
空気Ａ４の温度を下げる場合：第１流量制御弁Ｖ１の開度を大きくし、第３流量制御弁Ｖ３の開度を小さくする。
空気Ａ４の温度を上げる場合：第１流量制御弁Ｖ１の開度を小さくし、第３流量制御弁Ｖ３の開度を大きくする。
空気Ａ４の湿度を上げる場合：第２流量制御弁Ｖ２の開度を大きくする。
空気Ａ４の湿度を下げる場合：第２流量制御弁Ｖ２の開度を小さくする。
前記各流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３は、上記のように開度を調整されることにより、所望の温度および第２湿度に近づくように制御される。
なお、前記流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉制御は、前述した所期の温湿度を得るための原理に基づき行われる。
【００３９】
流量制御弁の制御方法：
前記流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３および制水弁ＷＶは、設定された温湿度によって、種々の制御が行われるが、以下に代表的な制御方法について説明する。
本精密空調機が起動されると、前記制御手段５０は、圧縮機ＣＰを動作させると共に、図示しない設定手段によりオペレータによって設定された温湿度に基づき、制御部５２を介して流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３および制水弁ＷＶの開閉を制御する。
なお、以下に述べる設定温湿度と第３凝縮器３１から吹き出される温湿度とは必ずしも一致しない。
【００４０】
１．冷却・除湿ＭＡＸの場合；
たとえば、第１蒸発器１３への吸い込み温湿度が２５℃／５０％に対し、第３凝縮器３１からの吹き出し温湿度を０℃／０％に設定した場合、精密空調機としては常に冷却・除湿ＭＡＸとなる。かかる場合には、図６に示すように、第１流量制御弁Ｖ１が開弁され、第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が閉弁される。そのため、第１蒸発器１３に１００％の冷媒が流れ、加熱も加湿もされない。
一方、圧縮機ＣＰから圧送された第１凝縮器１１の冷媒は、第１熱交換器４１の第１水路Ｗ１を流れる水によって冷却される。
【００４１】
したがって、空気Ａ０は冷却器１３Ａを通り冷却されると共に、空気Ａ０の温度が下がることで該空気Ａ０中の水分が結露し除湿される。
なお、前記結露した水は、第１蒸発器１３の下部に設けられた図示しないドレンパンに集められ排出される。
【００４２】
２．加熱・除湿ＭＡＸの場合；
たとえば、第１蒸発器１３への吸い込み温湿度が２５℃／５０％に対し、第３凝縮器３１からの吹き出し温湿度を４０℃／０％に設定した場合、精密空調機としては常に加熱・除湿ＭＡＸとなる。かかる場合には、図７に示すように、第１流量制御弁Ｖ１および第２流量制御弁Ｖ２が閉弁されると共に、制水弁ＷＶが閉弁され、第３流量制御弁Ｖ３が開弁される。そのため、第３凝縮器３１に１００％の冷媒が流れ加熱および除湿（＝冷却）が行われ加湿はされない。
したがって、第１蒸発器１３で除湿（＝冷却）された空気Ａ３が第２加熱器３１Ａで加熱されて温度が上昇し、該空気Ａ３の温度の上昇により空気Ａ３の相対的な湿度がさらに下がる。そのため、加熱、除湿された空気Ａ４が第２加熱器３１Ａから排出される。
このように、第３経路３０の第２加熱器３１Ａおよび冷却器１３Ａのみに冷媒が供給されることで、従来行うことのできなかった加熱および除湿がＭＡＸの運転を行うことができる。
【００４３】
３．加熱・加湿ＭＡＸの場合；
たとえば、第１蒸発器１３への吸い込み温湿度が２５℃／５０％に対し、第３凝縮器３１からの吹き出し温湿度を４０℃／６０％に設定した場合、精密空調機としては、常に加熱・加湿ＭＡＸとなる。かかる場合には、図８に示すように、第１流量制御弁Ｖ１が閉弁され、第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が開弁される。そのため、第２経路２０および第３経路３０に５０％づつの冷媒が流れる。第１蒸発器１３に５０％の冷媒が流れて冷却能力が５０％で稼働される。
【００４４】
前述したように、制水弁ＷＶは第２流量制御弁Ｖ２に連動しているので、給水ノズル１ｎから加湿器１に水が滴下される。
冷却器１３Ａで冷却された空気Ａ１は、第１加熱器２１Ａで昇温された後、加湿器１で加湿された空気Ａ３となり、第２加熱器３１Ａで加熱された空気Ａ４が排出される。
一方、第２膨張弁手段２２から第２蒸発器２３に圧送された冷媒は、第２熱交換器４２の第２水路Ｗ２を流れる水によって昇温される。
【００４５】
したがって、空気Ａ０が冷却器１３Ａにより冷却された空気Ａ１となった後、第１加熱器２１Ａにより加熱され、加湿器１で加湿される。その後、加湿器１で加湿された空気Ａ３は、第３凝縮器３１で加熱されることにより昇温され、加熱・加湿された空気Ａ４が排出される。
【００４６】
４．加熱・加湿がＭＡＸにならない場合；
たとえば、第１蒸発器１３への吸い込み温湿度が２５℃／５０％に対し、第３凝縮器３１からの吹き出し温湿度を３１℃／５５％に設定した場合、精密空調機としては、加熱・加湿がＭＡＸにならない。
かかる場合には、図９に示すように、第１流量制御弁Ｖ１が閉弁されると共に、第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が所定の開度に開弁される。第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が所定の角度に開弁されることにより、第２凝縮器２１に２５％の冷媒が流れ、第３凝縮器３１および第１蒸発器１３に７５％の冷媒が流れる。
前記制水弁ＷＶは第２流量制御弁Ｖ２に連動して給水ノズル１ｎから加湿器１に水が滴下される。
一方、第２膨張弁手段２２から第２蒸発器２３に圧送された冷媒は、第２熱交換器４２の第２水路Ｗ２を流れる水によって昇温される。
【００４７】
冷却器１３Ａで冷却された空気Ａ１は、第１加熱器２１Ａで昇温された後、加湿器１で加湿された空気Ａ３となり、第２加熱器３１Ａで加熱された空気Ａ４が排出される。
したがって、第１蒸発器１３に２５％の冷媒が流れ、冷却能力２５％で冷却器１３Ａにより空気Ａ０が冷却された後、設定された能力で加熱および加湿が行われ、最終的には空気Ａ４の温湿度が２５°／５５％程度で運転される。
【００４８】
５．加湿ＭＡＸの場合；
たとえば、第１蒸発器１３への吸い込み温湿度が２５℃／５０％に対し、第３凝縮器３１からの吹き出し温湿度を２５℃／８０％に設定した場合、図１０に示すように、第１流量制御弁Ｖ１および第３流量制御弁Ｖ３が閉弁され、第２流量制御弁Ｖ２が開弁される。そのため、第１蒸発器１３に冷媒が流れず、空気Ａ０は冷却されずに、加湿のみが行われる。
一方、第２膨張弁手段２２から第２蒸発器２３に圧送された冷媒は、第２熱交換器４２の第２水路Ｗ２を流れる水によって昇温される。
したがって、かかる場合には、冷媒は第２凝縮器２１を通る前記第２サイクル（図３）で運用される。
このように、第２経路２０の第１加熱器２１Ａおよび第２蒸発器２３のみに冷媒が供給されることで、従来行うことのできなかった加湿ＭＡＸの運転を行うことができる。
【００４９】
６．冷却・加湿がＭＡＸにならない場合；
たとえば、第１蒸発器１３への吸い込み温湿度が２５℃／５０％に対し、第３凝縮器３１からの吹き出し温湿度を２６℃／５１％に設定した場合、精密空調機としては、冷却・加湿がＭＡＸにならない。かかる場合には、図９に示す第１流量制御弁Ｖ１が開弁されると共に、第２流量制御弁Ｖ２および第３流量制御弁Ｖ３が閉弁されて始動される。その後、第２および第３流量制御弁Ｖ２，Ｖ３が設定温湿度２６℃／５１％に向けて開閉の制御がなされる。
一方、圧縮機ＣＰから圧送された第１凝縮器１１の冷媒は、第１熱交換器４１の第１水路Ｗ１を流れる水によって冷却される。
【００５０】
冷却器１３Ａで冷却された空気Ａ１は、第１加熱器２１Ａおよび加湿器１を通り、第２加熱器３１Ａで加熱された空気Ａ４が排出される。
ここで、空気Ａ０は冷却された後、設定された能力で加熱および加湿が行われ、最終的には、空気Ａ４の温湿度が２６°／５１％程度で運転される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は工業用の精密空調機に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１：加湿器
１ｎ：給水ノズル
１０：第１経路
１１：第１凝縮器
１２：第１膨張弁手段
１３：第１蒸発器
１３Ａ：冷却器
２０：第２経路
２１：第２凝縮器
２２：第２膨張弁手段
２３：第２蒸発器
３０：第３経路
３１：第３凝縮器
３１Ａ：第２加熱器
４１：第１熱交換器
５０：制御手段
５１：演算部
５２：制御部
Ａ０〜Ａ４：空気
ＣＰ：圧縮機
Ｆ：ファン
Ｖ１：第１流量制御弁
Ｖ２：第２流量制御弁
Ｖ３：第３流量制御弁
Ｗ１：第１水路
Ｗ２：第２水路
ＷＶ：制水弁（比例制御電磁弁）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取り込んだ空気Ａ０を冷却する冷却器１３Ａと、
前記冷却器１３Ａで冷却された空気Ａ１を加湿するために予め加熱する第１加熱器２１Ａと、
水分を保水し、前記加熱された空気Ａ２が通過することで前記空気Ａ２が所定の第１湿度となるように前記空気Ａ２を加湿する加湿器１と、
前記加湿された空気Ａ３を加熱して所定の温度および第２湿度の空気Ａ４を得る第２加熱器３１Ａと、
前記空気が前記冷却器１３Ａ、第１加熱器２１Ａ、加湿器１および第２加熱器３１Ａの順に通過するように空気Ａ１〜Ａ４を送るファンＦとを備えた精密空調機において、
前記冷却器１３Ａ、第１および第２加熱器２１Ａ，３１Ａに冷媒を圧送する圧縮機ＣＰと、
前記圧縮機ＣＰから圧送された冷媒を熱交換によって冷却するために凝縮する第１凝縮器１１と、前記第１凝縮器１１からの冷媒で周囲の空気Ａ０を冷却する前記冷却器１３Ａを構成する第１蒸発器１３とを直列のループに配置する第１経路１０と、
前記圧縮機ＣＰから圧送された冷媒を凝縮し前記第１加熱器２１Ａを構成する第２凝縮器２１と、前記第２凝縮器２１からの冷媒を熱交換によって昇温させるための第２蒸発器２３とを前記第１凝縮器１１および第１蒸発器１３に対し並列に配置する第２経路２０と、
前記圧縮機ＣＰから圧送された冷媒を凝縮し前記第２加熱器３１Ａを構成する第３凝縮器３１からの冷媒を前記第１蒸発器１３に圧送するために、前記第３凝縮器３１を前記第１蒸発器１３に対し直列で、かつ、前記第１凝縮器１１に対し並列に配置する第３経路３０と、
前記第１、第２および第３経路１０〜３０に配置された第１、第２および第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３と、
前記所定の温度および第２湿度の空気Ａ４が得られるように前記流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３により前記第１蒸発器１３、第２および第３凝縮器２１，３１に導入される冷媒の流量を制御する制御手段５０とを備えた精密空調機。
【請求項２】
請求項１において、前記加湿器１に水を滴下ないし流下して供給する給水ノズル１ｎと、
前記給水ノズル１ｎからの供給される水の量を制御する制水弁ＷＶとを更に備え、
前記第１加熱器２１Ａである前記第２凝縮器２１に導入される冷媒の流量を制御する第２流量制御弁Ｖ２の開度を増大させる場合に、前記制水弁ＷＶの開度が増大し、かつ、前記第２流量制御弁Ｖ２の開度を小さくする場合に前記制水弁ＷＶの開度が小さくなるように前記制御手段５０が制御を実行する精密空調機。
【請求項３】
請求項２において、前記第２蒸発器２３内の冷媒を昇温させる第２熱交換器４２は前記第２蒸発器２３内の冷たい冷媒を水で昇温させることを特徴とする精密空調機。
【請求項４】
請求項３において、前記第１凝縮器１１内の冷媒を冷却する第１熱交換器４１は前記第１凝縮器１１内の昇温された冷媒を冷却する水が流れる第１水路Ｗ１を有し、前記第２蒸発器２３内の冷媒を昇温させる第２熱交換器４２の前記水が流れる第２水路Ｗ２の上流に前記第１水路Ｗ１が配置されている精密空調機。
【請求項５】
請求項４において、前記第１および第３凝縮器１１，３１の下流で、かつ、前記第１蒸発器１３の上流には、電子膨張弁からなる第１膨張弁手段１２が設けられ、前記第２凝縮器２１の下流で、かつ、前記第２蒸発器２３の上流には第２膨張弁手段２２が配置されている精密空調機。
【請求項１】
取り込んだ空気Ａ０を冷却する冷却器１３Ａと、
前記冷却器１３Ａで冷却された空気Ａ１を加湿するために予め加熱する第１加熱器２１Ａと、
水分を保水し、前記加熱された空気Ａ２が通過することで前記空気Ａ２が所定の第１湿度となるように前記空気Ａ２を加湿する加湿器１と、
前記加湿された空気Ａ３を加熱して所定の温度および第２湿度の空気Ａ４を得る第２加熱器３１Ａと、
前記空気が前記冷却器１３Ａ、第１加熱器２１Ａ、加湿器１および第２加熱器３１Ａの順に通過するように空気Ａ１〜Ａ４を送るファンＦとを備えた精密空調機において、
前記冷却器１３Ａ、第１および第２加熱器２１Ａ，３１Ａに冷媒を圧送する圧縮機ＣＰと、
前記圧縮機ＣＰから圧送された冷媒を熱交換によって冷却するために凝縮する第１凝縮器１１と、前記第１凝縮器１１からの冷媒で周囲の空気Ａ０を冷却する前記冷却器１３Ａを構成する第１蒸発器１３とを直列のループに配置する第１経路１０と、
前記圧縮機ＣＰから圧送された冷媒を凝縮し前記第１加熱器２１Ａを構成する第２凝縮器２１と、前記第２凝縮器２１からの冷媒を熱交換によって昇温させるための第２蒸発器２３とを前記第１凝縮器１１および第１蒸発器１３に対し並列に配置する第２経路２０と、
前記圧縮機ＣＰから圧送された冷媒を凝縮し前記第２加熱器３１Ａを構成する第３凝縮器３１からの冷媒を前記第１蒸発器１３に圧送するために、前記第３凝縮器３１を前記第１蒸発器１３に対し直列で、かつ、前記第１凝縮器１１に対し並列に配置する第３経路３０と、
前記第１、第２および第３経路１０〜３０に配置された第１、第２および第３流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３と、
前記所定の温度および第２湿度の空気Ａ４が得られるように前記流量制御弁Ｖ１〜Ｖ３により前記第１蒸発器１３、第２および第３凝縮器２１，３１に導入される冷媒の流量を制御する制御手段５０とを備えた精密空調機。
【請求項２】
請求項１において、前記加湿器１に水を滴下ないし流下して供給する給水ノズル１ｎと、
前記給水ノズル１ｎからの供給される水の量を制御する制水弁ＷＶとを更に備え、
前記第１加熱器２１Ａである前記第２凝縮器２１に導入される冷媒の流量を制御する第２流量制御弁Ｖ２の開度を増大させる場合に、前記制水弁ＷＶの開度が増大し、かつ、前記第２流量制御弁Ｖ２の開度を小さくする場合に前記制水弁ＷＶの開度が小さくなるように前記制御手段５０が制御を実行する精密空調機。
【請求項３】
請求項２において、前記第２蒸発器２３内の冷媒を昇温させる第２熱交換器４２は前記第２蒸発器２３内の冷たい冷媒を水で昇温させることを特徴とする精密空調機。
【請求項４】
請求項３において、前記第１凝縮器１１内の冷媒を冷却する第１熱交換器４１は前記第１凝縮器１１内の昇温された冷媒を冷却する水が流れる第１水路Ｗ１を有し、前記第２蒸発器２３内の冷媒を昇温させる第２熱交換器４２の前記水が流れる第２水路Ｗ２の上流に前記第１水路Ｗ１が配置されている精密空調機。
【請求項５】
請求項４において、前記第１および第３凝縮器１１，３１の下流で、かつ、前記第１蒸発器１３の上流には、電子膨張弁からなる第１膨張弁手段１２が設けられ、前記第２凝縮器２１の下流で、かつ、前記第２蒸発器２３の上流には第２膨張弁手段２２が配置されている精密空調機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２０８８９１（Ｐ２０１１−２０８８９１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７７９４２（Ｐ２０１０−７７９４２）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【特許番号】特許第４５９３６８９号（Ｐ４５９３６８９）
【特許公報発行日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（５９８１６７２６８）株式会社アピステ (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【特許番号】特許第４５９３６８９号（Ｐ４５９３６８９）
【特許公報発行日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（５９８１６７２６８）株式会社アピステ (13)
【Ｆターム（参考）】
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