JP3450147B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は空気調和装置に関し、
特にたとえば機械室等に設置されて、装置内に導かれた
空気を所望の温湿度に調整し、浄化する、エアハンドリ
ングユニット型の空気調和装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】この種の従来の空気調和装置の一例が、
平成５年１１月２日に出願公開された特開平５−２８８
３９０号公報によって開示される。この従来技術は、空
調対象域へ送出する調整後の空気の状態すなわち温湿度
をセンサで検出し、その検出結果および外気状態（外気
の温湿度）に応じて、加湿手段に関連して配置される予
熱手段または冷却手段を制御するようにして、蒸気加湿
手段を不要としながら目標温湿度状態の調整空気を精度
よく得るように構成したものである。 【０００３】すなわち、外気状態に応じて冬期モードが
選択されたときには、調整空気の状態に基づき、加湿空
気の絶対湿度が目標値となるように予熱手段の出力を調
整し、得られた目標絶対湿度の加湿空気を再熱手段で再
熱して、目標温湿度の空気を得るようにし、他方、夏期
モードが選択されたときには、調整空気の状態に基づい
て冷却手段を制御し、目標絶対湿度の冷却除湿空気を得
るようにするとともに、その目標絶対湿度の冷却除湿空
気を再熱手段で再熱するようにしている。また、中間期
モードが選択されたときには、予熱手段により、加湿空
気の絶対湿度が目標絶対湿度よりも充分に高くなるよう
に予熱し、冷却除湿による絶対湿度調整を可能にした上
で、夏期運転モードと同様の処理がなされる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】従来技術では、夏期モ
ードが選択された際、冷却手段で加熱後の外気を一気に
目標絶対湿度を得ることのできる温度まで冷却除湿する
ので、エネルギ消費が著しく大きく不経済であり、冬期
モードでは加湿後の空気を冷却除湿しないので、有害ガ
スの除去の効果が増幅されないといった欠点があった。 【０００５】また、再熱後の調整空気（および外気）の
相対湿度および温度を検出することによって、調整空気
（および外気）の状態を把握するように構成されてお
り、また夏期および中間期モードの冷却後の空気の露点
温度を検出する手段には、露点温度センサ（露点温度発
振器）が一般に適用される。しかしながら、これらの相
対湿度を検出するセンサや露点温度センサは非常に高価
である上、精度も悪く（最適条件下で±１℃）、しかも
取り扱いが非常に面倒であるといった欠点があった。 【０００６】さらに、従来技術では、予冷・予熱手段を
通過した空気を飽和状態近くまで加湿する手段としてワ
ッシャが用いられ、このワッシャによる導入外気中の塵
埃や有害ガス等の除去が期待されるところであるが、実
際の効果については不明である。それゆえに、この発明
の主たる目的は、所望の温湿度の空気を安定的かつ容易
に得ることができるとともに、省資源化に優れ、しか
も、通年にわたって空気中の塵埃や有害ガス等を効果的
に除去し得る、空気調和装置を提供することである。 【０００７】 【課題を解決するための手段】この発明は、外気を加熱
または冷却する熱交換コイル、熱交換コイルを通過した
空気に水を噴霧して空気を加湿する噴霧加湿手段、噴霧
加湿手段で加湿した空気を冷却する冷却コイル、冷却コ
イルで冷却した空気を加熱する加熱コイル、加熱コイル
と熱交換コイルとを連結して加熱コイルと熱交換コイル
との間において熱交換のための媒体の授受を行う接続
管、接続管に配置される開閉弁、夏期運転モードのとき
開閉弁を開くコントローラ、および噴霧加湿手段，冷却
コイルおよび加熱コイルの各々に関連して設けられて対
応する位置における空気の温度を検出する第１、第２お
よび第３温度センサを備え、コントローラは、夏期運転
モードの場合、第１温度センサが目標絶対湿度に対応す
る目標温度以上になるように熱交換コイルで冷却し、噴
霧加湿手段で加湿し、第２温度センサが目標温度になる
まで冷却コイルで冷却し、かつ第３温度センサが所望の
温度となるまで加熱コイルで加熱し、そして、冬期運転
モードまたは中間期運転モードの場合、第１温度センサ
が目標温度以上の温度となるように熱交換コイルで加熱
し、かつ噴霧加湿手段で加湿し、第２温度センサが目標
温度になるまで冷却コイルで冷却し、第３温度センサが
所望の温度になるまで加熱コイルで加熱する、空気調和
装置である。 【０００８】 【作用】たとえば夏期運転モードが選択されると、加熱
コイルと熱交換コイルとを連結する接続管による媒体の
移動が許容され、したがって、加熱コイルと熱交換コイ
ルとの間において媒体（エネルギ）の授受が可能にされ
る。つまり、熱交換コイルにおいて空気（外気）から媒
体に移動した熱エネルギは、その接続管を通して、加熱
コイルに供給され、その熱エネルギによって、冷却コイ
ルを通過した冷却後の空気が目標温度まで加熱される。
一方、加熱コイルにおいて、冷却後の空気に熱エネルギ
を奪われ、温度が低下した媒体は、再び接続管を通し
て、熱交換コイルに供給されて、空気（外気）を冷却す
る冷媒として機能する。なお、冬期（または中間期）運
転モードが選択されたときには、加熱コイルと熱交換コ
イルとの間においてエネルギすなわち媒体の授受は不能
化される。 【０００９】また、熱交換コイルを通過した空気は、噴
霧加湿手段で飽和曲線の近傍まで加湿され、そして浄化
される。すなわち、空気流中に噴霧された水（噴霧水）
は、空気中に含まれる塵埃や有害ガス等を取り込み、熱
交換コイルと噴霧加湿手段とを仕切るマット状の隔壁に
よって捕獲される。噴霧加湿手段において除去し得なか
った塵埃、特に有害ガスは、空気流に載って冷却コイル
に導かれ、そこにおいても除去される。すなわち、冷却
コイルにおいて、加湿後の空気は目標絶対湿度に対応す
る温度（目標温度）まで冷却（除湿）され、それによっ
て、空気中の水分は凝縮し、発生した凝縮水によって、
当該塵埃や有害ガス等は捕獲されるのである。 【００１０】 【発明の効果】この発明によれば、空気調和装置内に導
入された空気を飽和効率に優れるエアワッシャなどの噴
霧加湿手段で加湿し、そして、加湿後の空気を目標温度
まで冷却するようにしたので、期待する高湿度（相対湿
度９６〜９７％程度）の空気は容易に得ることができ
る。したがって、冷却後の空気を所望の温度まで加熱す
るだけの制御でよいので、従来のように、露点温度セン
サや相対湿度を検出するセンサを設ける必要がなく、し
たがって安価であり、しかも高精度の温度センサ（温度
検出手段）を用いることができる。 【００１１】また、冷却と再熱（加熱）に膨大なエネル
ギが消費される夏期運転モード時に、熱交換コイルにお
いて空気から媒体に移動した熱エネルギを加熱コイルで
加熱エネルギとして利用し、そして、加熱コイルにおい
て熱エネルギを奪われた媒体を熱交換手段において冷却
用媒体として用いるようにしたので、エネルギ消費の少
ない、経済性に優れた空気調和装置が実現できる。 【００１２】さらに、噴霧加湿手段と冷却コイルとを併
用することによって、空気（外気）中の塵埃や有害ガス
などの除去効果を高めるので、クリーンな空気を通年に
わたって得ることができる。この発明の上述の目的，そ
の他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以
下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 【００１３】 【実施例】図１に示すこの実施例の空気調和装置１０は
ハウジング１２を含み、このハウジング１２の右側面に
は外気口１４が、左側面には給気口１６が、それぞれ形
成される。そして、ハウジング１２の内部には、熱交換
コイル１８，エアワッシャ２０，冷却コイル２２および
加熱コイル２４が、空気の流れ方向において上流側から
この順で設けられる。なお、給気口１６には、図示しな
い給気ファンが接続され、その給気ファンによって、外
気（空気）が外気口１４からハウジング１２内に取り込
まれる。 【００１４】そして、噴霧加湿手段としてのエアワッシ
ャ２０に関連して温度センサ（温度検出手段）２６ａが
設けられ、さらにその下流側には、冷却コイル２２に関
連して温度センサ２６ｂが、加熱コイル２４に関連して
温度センサ２６ｃが、それぞれ配置される。すなわち、
温度センサ２６ａはエアワッシャ２０を通過した加湿後
の空気の温度を検出し、温度センサ２６ｂは冷却コイル
２２を通過した冷却後の空気の温度を検出し、温度セン
サ２６ｃは加熱コイル２４を通過した加熱後の空気の温
度を検出する。そして、各温度センサがコントローラ２
８のＡＩ(Analog Input)端子２８ａに接続される。つま
りコントローラ２８には、各温度センサの出力（検出結
果）が与えられる。 【００１５】外気口１４からの空気は、熱交換手段とし
ての熱交換コイル１８によって、加熱または冷却され
る。すなわち、熱交換コイル１８は、配管３０および３
２によって、図示しない温熱源および冷熱源に接続さ
れ、したがって、両熱源と熱交換コイル１８との間にお
いて媒体（温水や冷水等）の授受が可能にされる。ま
た、配管３０および３２の所定位置には、媒体の通過流
量を規制する開閉弁３４および制御弁３６が、それぞれ
配置され、開閉弁３４がコントローラ２８のＤＯ(Digit
al Output)端子２８ｃに接続され、制御弁３６がＡＯ(A
nalog Output) 端子２８ｂに接続される。そして、熱交
換コイル１８によって調整（加熱または冷却）された空
気は、続くエアワッシャ２０によって加湿および除塵さ
れる。 【００１６】すなわち、エアワッシャ２０は、図１から
よくわかるように、複数の噴霧ノズル３８を含み、この
実施例において、噴霧ノズル３８からは、空気の流れ方
向に逆行するようにして所定量の水が所定圧力で噴霧さ
れる。噴霧ノズル３８からの噴霧水は空気流と接触し、
噴霧水と空気との間において、熱交換および水分移動
（蒸発）が行われる。また、噴霧水は、空気中の塵埃や
有害ガス（たとえばＳＯ 2 ，ＮＯ2 ，ＮＨ3 など）と衝
突し、それらを除去する。なお、この実施例では、水−
空気比が０．５〜０．７程度のエアワッシャを用いた。 【００１７】そして、噴霧水はマット状の隔壁４０およ
び４２で捕獲されるまたは蒸発する。そして、捕獲噴霧
水は、隔壁４０を伝って流下し、水槽４４に捕らえられ
た後、再びポンプ４６によって汲み上げられて、噴霧ノ
ズル３８から空気中に噴霧される。隔壁４０および４２
には、噴霧水とともに、空気中に含まれる塵埃や有害ガ
スが吸着し、したがって、その塵埃や有害ガス等は、捕
獲された噴霧水とともに隔壁４０および４２を伝って流
下する。また、隔壁４２の下流位置には、噴霧水が空気
流に載って機外に搬出されるのを防止するエリミネータ
４８が配置され、このエリミネータ４８によって噴霧水
は捕獲される。 【００１８】そして、エアワッシャ２０を通過した空気
は、冷却手段としての冷却コイル２２によって、目標絶
対湿度に対応する温度（目標温度）まで冷却される。つ
まり、冷却コイル２２は、配管５０および５２によって
図示しない冷熱源に接続され、その配管５８には、コン
トローラ２８のＡＯ端子２８ｂに接続されて、コントロ
ーラ２８に制御される制御弁５８が配置される。 【００１９】また、エアワッシャ２０において除去し得
なかった空気中の塵埃や有害ガス等は、この冷却コイル
２２でさらに除去される。すなわち、塵埃などを含むか
つ充分に加湿された空気は、冷却コイル２２で冷却され
ることによって、空気中の水蒸気は凝縮し、その凝縮水
が冷却コイル２２の表面などを伝って流下する。この凝
縮水によって、空気中の塵埃や有害ガス等は捕獲される
のである。 【００２０】冷却コイル２２において冷却された空気
は、加熱手段としての加熱コイル２４を通して、必要に
応じて加熱される。加熱コイル２４は、配管５４および
５６によって、図示しない温熱源に接続され、さらに、
配管５４には開閉弁６０が、配管５６には制御弁６２
が、それぞれ設けられる。そして、開閉弁６０がコント
ローラ２８のＤＯ端子２８ｃに接続され、制御弁６２が
ＡＯ端子２８ｂに接続される。 【００２１】加熱コイル２４の配管５４および５６に
は、さらに、図１からよくわかるように、加熱コイル２
４と熱交換コイル１８とを連結する分岐管（接続管）６
４および６６が接続され、したがって、熱交換コイル１
８と加熱コイル２４との間において媒体の授受が可能に
される。そして、分岐管６４の所定位置には開閉弁６８
とインバータによって制御される循環ポンプ７０とが、
分岐管６６の所定位置には開閉弁７２が、それぞれ配置
され、開閉弁６８および７２がコントローラ２８のＤＯ
端子２８ｃに、インバータがＡＯ端子２８ｂに、それぞ
れ接続される。これら開閉弁６８および７２，ならびに
循環ポンプ７０によって、分岐管６４および６６を通過
する媒体の流量などが制御される。すなわち、開閉弁６
８および７２，ならびに循環ポンプ７０は制御手段を形
成する。 【００２２】そして、加熱コイル２４を通過した空気
（調整空気）は、図示しない給気ファンによって、給気
口１６から排出され、ダクトなどを介して、室内などに
供給される。このような空気調和装置１０の一般的な動
作を図２および図３に示す湿り空気線図に従って詳述す
る。なお、図２および図３における〜は、図１にお
ける〜に対応するものであって、は外気口１４付
近の空気，は熱交換コイル１８を通過した空気，は
エアワッシャ２０による加湿後の空気，は冷却コイル
２２を通過した空気，は加熱コイル２４を通過した空
気を、それぞれ意味する。 【００２３】空気調和装置１０がオンされ、かつ、冷房
（夏期）運転モードが選択されると、コントローラ２８
は、熱交換コイル１８の開閉弁３４および制御弁３６、
ならびに加熱コイル２４の開閉弁６０および制御弁６２
を閉鎖し、冷却コイル２２の制御弁５８，分岐管６４の
開閉弁６８および分岐管６６の開閉弁７２を開放する制
御信号を、対応する各々の開閉弁および制御弁に対して
出力する。したがって、熱交換コイル１８と加熱コイル
２４との間において熱交換のための媒体の授受が可能に
される。コントローラ２８は、さらに、温度センサ２６
ａおよび２６ｃの出力（検出結果）に基づいて、インバ
ータの出力周波数を調整し、循環ポンプ７０の回転数を
制御する。 【００２４】図示しない給気ファンが駆動されることに
よって外気口１４から取り込まれた空気は、熱交換コイ
ル１８において、加熱コイル２４または冷熱源（図示せ
ず）からの媒体（冷水など）によって、エアワッシャ２
０を通過後の空気温度が所定の温度（Ｔ1 ）となるよう
に、適度に冷却される。つまり、加熱コイル２４では、
媒体のもつ熱エネルギが冷却コイル２２を通過した空気
に移動し、それによって冷却後の空気が所定温度
（Ｔ3 ）またはその近傍まで加熱される。したがって、
加熱コイル２４からは、分岐管６６を通して、熱エネル
ギを奪われた低温度の媒体が熱交換コイル１８に対して
供給され、この媒体は、熱交換コイル１８において、冷
却用媒体として用いられる。 【００２５】なお、熱交換コイル１８で冷却された空気
の温度Ｔ1 は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）の如く、熱
負荷の大きさによって変化する。つまり温度Ｔ1 は温度
Ｔ2以上であればよく、Ｔ2 以下となるのは冬期運転モ
ードが必要な時期である。熱交換コイル１８において冷
却された空気は、エアワッシャ２０で加湿および除塵さ
れる。上述したように、エアワッシャ２０は、噴霧水を
冷却も加熱もせずに循環させるので、噴霧ノズル３８か
ら噴霧される噴霧水は、エアワッシャ２０の入口すなわ
ち熱交換コイル１８を通過した空気（図１および図２に
おいてに示す空気）の湿球温度（断熱飽和温度）に等
しくなる。つまり、エアワッシャ２０を通過した空気
は、図２の〜に示すように、湿球温度一定の線上を
変位し、飽和曲線Ｃに接近する。 【００２６】エアワッシャ２０において加湿および除塵
された空気は、冷却コイル２２を通して、目標温度（Ｔ
2 ）まで冷却（除湿）される。つまり、コントローラ２
８は、冷却コイル２２を通過した空気の温度が、要求さ
れる目標絶対湿度線の温度となるように、温度センサ２
６ｂの出力に基づいて、制御弁５８を制御する。したが
って、冷却コイル２２に導かれた空気は飽和曲線Ｃにほ
ぼ平行に変位し、その状態が図２の〜で表される。 【００２７】冷却コイル２２を通過した空気は、加熱コ
イル２４において、所望の温度（Ｔ 3 ）まで加熱され
る。上述したように、加熱コイル２４には、分岐管６４
を通して、熱交換コイル１８からの媒体が供給され、し
たがって、熱交換コイル１８において、空気（外気）か
ら媒体に移動した熱エネルギは、加熱コイル２４に与え
られる。その熱エネルギによって、冷却後の空気は所定
温度（Ｔ3 ）まで加熱される。このとき、絶対湿度（露
点温度）は、図２の〜に示すように、変化すること
がないので、所望の温度，湿度の空気を容易に得ること
ができる。 【００２８】また、コントローラ２８は、熱交換コイル
１８からの媒体で所望の温度（Ｔ3）まで加熱できない
と判断したときには、加熱コイル２４の開閉弁６０およ
び制御弁６２を開放し、図示しない温熱源からの媒体を
加熱コイル２４に供給するように構成する。一方、暖房
（冬期）運転モード（または中間期運転モード）が選択
された際には、コントローラ２８によって、分岐管６４
および６６の開閉弁６８および７２が閉鎖され、熱交換
コイル１８の開閉弁３４および制御弁３６、ならびに冷
却コイル２２の制御弁５８、さらに加熱コイル２４の開
閉弁６０および制御弁６２が、それぞれ開放される。つ
まり、この運転モードにおいて分岐管６４および６６は
不能化される。 【００２９】すなわち、図３を参照して、ハウジング１
２内に取り込まれた空気は、エアワッシャ２０を通過し
た空気の温度が所定温度（Ｔ1 ）となるように、熱交換
コイル１８を通して加熱され（図３の〜）、続くエ
アワッシャ２０で加湿（および除塵）される（図３の
〜）。そして、加湿後の空気は、冷却コイル２２にお
いて目標温度（Ｔ2 ）まで冷却（および除塵）された後
（図３の〜）、加熱コイル２４において加熱され
（図３の〜）、そして図示しない給気ファンによっ
て、空調すべき室内などに、ダクトなどを介して、供給
される。 【００３０】この実施例では、空気調和装置１０内に導
かれた空気を飽和効率の高いエアワッシャ（噴霧加湿手
段）で加湿し、そして、加湿後の空気を冷却コイル（冷
却手段）で冷却するようにしたので、安定した高湿度
（相対湿度９６〜９７％）の空気を容易に得ることがで
きる。したがって、加湿および冷却後の空気を所望の温
度に加熱するだけの制御でよく、従来の露点温度センサ
の代わりとして、安価であり、しかも高精度（誤差±
０．１℃）の温度センサを用いることができる。 【００３１】また、夏期運転モード時において、熱交換
コイル１８と加熱コイル２４との間で媒体（エネルギ）
の授受が行われるように構成したので、エネルギ消費の
少ない空気調和装置が実現でき、したがって冷熱源にか
かる負荷は軽減し得る。さらに、加湿手段として飽和効
率および除塵効果の高いエアワッシャを用い、さらにそ
のエアワッシャと冷却コイルとを併用することによっ
て、空気中の塵埃や有害ガス等の除去効果を増大して、
クリーンな空気を通年にわたり供給し得る空気調和装置
が実現できた。具体的には、ＳＯ2 を９０％，ＮＯ2 を
２０％，ＮＯを３０％，ＮＨ3 を７０％除去し得る除去
能力を備えるエアワッシャと、冷却コイルと併用するこ
とによって、ＳＯ2 を９５％，ＮＯ2 を３０％，ＮＯを
４５％，ＮＨ3 を１００％除去でき、さらに、２μｍ以
上の粒径の粉塵においては、６５％程度除去し得ること
が、本発明者らの実験によって確認されている。 【００３２】なお、上述の実施例では、噴霧加湿手段と
してエアワッシャを用いているが、飽和効率に優れるも
のであれば、それ以外のものが適用できることはいうま
でもない。
特にたとえば機械室等に設置されて、装置内に導かれた
空気を所望の温湿度に調整し、浄化する、エアハンドリ
ングユニット型の空気調和装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】この種の従来の空気調和装置の一例が、
平成５年１１月２日に出願公開された特開平５−２８８
３９０号公報によって開示される。この従来技術は、空
調対象域へ送出する調整後の空気の状態すなわち温湿度
をセンサで検出し、その検出結果および外気状態（外気
の温湿度）に応じて、加湿手段に関連して配置される予
熱手段または冷却手段を制御するようにして、蒸気加湿
手段を不要としながら目標温湿度状態の調整空気を精度
よく得るように構成したものである。 【０００３】すなわち、外気状態に応じて冬期モードが
選択されたときには、調整空気の状態に基づき、加湿空
気の絶対湿度が目標値となるように予熱手段の出力を調
整し、得られた目標絶対湿度の加湿空気を再熱手段で再
熱して、目標温湿度の空気を得るようにし、他方、夏期
モードが選択されたときには、調整空気の状態に基づい
て冷却手段を制御し、目標絶対湿度の冷却除湿空気を得
るようにするとともに、その目標絶対湿度の冷却除湿空
気を再熱手段で再熱するようにしている。また、中間期
モードが選択されたときには、予熱手段により、加湿空
気の絶対湿度が目標絶対湿度よりも充分に高くなるよう
に予熱し、冷却除湿による絶対湿度調整を可能にした上
で、夏期運転モードと同様の処理がなされる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】従来技術では、夏期モ
ードが選択された際、冷却手段で加熱後の外気を一気に
目標絶対湿度を得ることのできる温度まで冷却除湿する
ので、エネルギ消費が著しく大きく不経済であり、冬期
モードでは加湿後の空気を冷却除湿しないので、有害ガ
スの除去の効果が増幅されないといった欠点があった。 【０００５】また、再熱後の調整空気（および外気）の
相対湿度および温度を検出することによって、調整空気
（および外気）の状態を把握するように構成されてお
り、また夏期および中間期モードの冷却後の空気の露点
温度を検出する手段には、露点温度センサ（露点温度発
振器）が一般に適用される。しかしながら、これらの相
対湿度を検出するセンサや露点温度センサは非常に高価
である上、精度も悪く（最適条件下で±１℃）、しかも
取り扱いが非常に面倒であるといった欠点があった。 【０００６】さらに、従来技術では、予冷・予熱手段を
通過した空気を飽和状態近くまで加湿する手段としてワ
ッシャが用いられ、このワッシャによる導入外気中の塵
埃や有害ガス等の除去が期待されるところであるが、実
際の効果については不明である。それゆえに、この発明
の主たる目的は、所望の温湿度の空気を安定的かつ容易
に得ることができるとともに、省資源化に優れ、しか
も、通年にわたって空気中の塵埃や有害ガス等を効果的
に除去し得る、空気調和装置を提供することである。 【０００７】 【課題を解決するための手段】この発明は、外気を加熱
または冷却する熱交換コイル、熱交換コイルを通過した
空気に水を噴霧して空気を加湿する噴霧加湿手段、噴霧
加湿手段で加湿した空気を冷却する冷却コイル、冷却コ
イルで冷却した空気を加熱する加熱コイル、加熱コイル
と熱交換コイルとを連結して加熱コイルと熱交換コイル
との間において熱交換のための媒体の授受を行う接続
管、接続管に配置される開閉弁、夏期運転モードのとき
開閉弁を開くコントローラ、および噴霧加湿手段，冷却
コイルおよび加熱コイルの各々に関連して設けられて対
応する位置における空気の温度を検出する第１、第２お
よび第３温度センサを備え、コントローラは、夏期運転
モードの場合、第１温度センサが目標絶対湿度に対応す
る目標温度以上になるように熱交換コイルで冷却し、噴
霧加湿手段で加湿し、第２温度センサが目標温度になる
まで冷却コイルで冷却し、かつ第３温度センサが所望の
温度となるまで加熱コイルで加熱し、そして、冬期運転
モードまたは中間期運転モードの場合、第１温度センサ
が目標温度以上の温度となるように熱交換コイルで加熱
し、かつ噴霧加湿手段で加湿し、第２温度センサが目標
温度になるまで冷却コイルで冷却し、第３温度センサが
所望の温度になるまで加熱コイルで加熱する、空気調和
装置である。 【０００８】 【作用】たとえば夏期運転モードが選択されると、加熱
コイルと熱交換コイルとを連結する接続管による媒体の
移動が許容され、したがって、加熱コイルと熱交換コイ
ルとの間において媒体（エネルギ）の授受が可能にされ
る。つまり、熱交換コイルにおいて空気（外気）から媒
体に移動した熱エネルギは、その接続管を通して、加熱
コイルに供給され、その熱エネルギによって、冷却コイ
ルを通過した冷却後の空気が目標温度まで加熱される。
一方、加熱コイルにおいて、冷却後の空気に熱エネルギ
を奪われ、温度が低下した媒体は、再び接続管を通し
て、熱交換コイルに供給されて、空気（外気）を冷却す
る冷媒として機能する。なお、冬期（または中間期）運
転モードが選択されたときには、加熱コイルと熱交換コ
イルとの間においてエネルギすなわち媒体の授受は不能
化される。 【０００９】また、熱交換コイルを通過した空気は、噴
霧加湿手段で飽和曲線の近傍まで加湿され、そして浄化
される。すなわち、空気流中に噴霧された水（噴霧水）
は、空気中に含まれる塵埃や有害ガス等を取り込み、熱
交換コイルと噴霧加湿手段とを仕切るマット状の隔壁に
よって捕獲される。噴霧加湿手段において除去し得なか
った塵埃、特に有害ガスは、空気流に載って冷却コイル
に導かれ、そこにおいても除去される。すなわち、冷却
コイルにおいて、加湿後の空気は目標絶対湿度に対応す
る温度（目標温度）まで冷却（除湿）され、それによっ
て、空気中の水分は凝縮し、発生した凝縮水によって、
当該塵埃や有害ガス等は捕獲されるのである。 【００１０】 【発明の効果】この発明によれば、空気調和装置内に導
入された空気を飽和効率に優れるエアワッシャなどの噴
霧加湿手段で加湿し、そして、加湿後の空気を目標温度
まで冷却するようにしたので、期待する高湿度（相対湿
度９６〜９７％程度）の空気は容易に得ることができ
る。したがって、冷却後の空気を所望の温度まで加熱す
るだけの制御でよいので、従来のように、露点温度セン
サや相対湿度を検出するセンサを設ける必要がなく、し
たがって安価であり、しかも高精度の温度センサ（温度
検出手段）を用いることができる。 【００１１】また、冷却と再熱（加熱）に膨大なエネル
ギが消費される夏期運転モード時に、熱交換コイルにお
いて空気から媒体に移動した熱エネルギを加熱コイルで
加熱エネルギとして利用し、そして、加熱コイルにおい
て熱エネルギを奪われた媒体を熱交換手段において冷却
用媒体として用いるようにしたので、エネルギ消費の少
ない、経済性に優れた空気調和装置が実現できる。 【００１２】さらに、噴霧加湿手段と冷却コイルとを併
用することによって、空気（外気）中の塵埃や有害ガス
などの除去効果を高めるので、クリーンな空気を通年に
わたって得ることができる。この発明の上述の目的，そ
の他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以
下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 【００１３】 【実施例】図１に示すこの実施例の空気調和装置１０は
ハウジング１２を含み、このハウジング１２の右側面に
は外気口１４が、左側面には給気口１６が、それぞれ形
成される。そして、ハウジング１２の内部には、熱交換
コイル１８，エアワッシャ２０，冷却コイル２２および
加熱コイル２４が、空気の流れ方向において上流側から
この順で設けられる。なお、給気口１６には、図示しな
い給気ファンが接続され、その給気ファンによって、外
気（空気）が外気口１４からハウジング１２内に取り込
まれる。 【００１４】そして、噴霧加湿手段としてのエアワッシ
ャ２０に関連して温度センサ（温度検出手段）２６ａが
設けられ、さらにその下流側には、冷却コイル２２に関
連して温度センサ２６ｂが、加熱コイル２４に関連して
温度センサ２６ｃが、それぞれ配置される。すなわち、
温度センサ２６ａはエアワッシャ２０を通過した加湿後
の空気の温度を検出し、温度センサ２６ｂは冷却コイル
２２を通過した冷却後の空気の温度を検出し、温度セン
サ２６ｃは加熱コイル２４を通過した加熱後の空気の温
度を検出する。そして、各温度センサがコントローラ２
８のＡＩ(Analog Input)端子２８ａに接続される。つま
りコントローラ２８には、各温度センサの出力（検出結
果）が与えられる。 【００１５】外気口１４からの空気は、熱交換手段とし
ての熱交換コイル１８によって、加熱または冷却され
る。すなわち、熱交換コイル１８は、配管３０および３
２によって、図示しない温熱源および冷熱源に接続さ
れ、したがって、両熱源と熱交換コイル１８との間にお
いて媒体（温水や冷水等）の授受が可能にされる。ま
た、配管３０および３２の所定位置には、媒体の通過流
量を規制する開閉弁３４および制御弁３６が、それぞれ
配置され、開閉弁３４がコントローラ２８のＤＯ(Digit
al Output)端子２８ｃに接続され、制御弁３６がＡＯ(A
nalog Output) 端子２８ｂに接続される。そして、熱交
換コイル１８によって調整（加熱または冷却）された空
気は、続くエアワッシャ２０によって加湿および除塵さ
れる。 【００１６】すなわち、エアワッシャ２０は、図１から
よくわかるように、複数の噴霧ノズル３８を含み、この
実施例において、噴霧ノズル３８からは、空気の流れ方
向に逆行するようにして所定量の水が所定圧力で噴霧さ
れる。噴霧ノズル３８からの噴霧水は空気流と接触し、
噴霧水と空気との間において、熱交換および水分移動
（蒸発）が行われる。また、噴霧水は、空気中の塵埃や
有害ガス（たとえばＳＯ 2 ，ＮＯ2 ，ＮＨ3 など）と衝
突し、それらを除去する。なお、この実施例では、水−
空気比が０．５〜０．７程度のエアワッシャを用いた。 【００１７】そして、噴霧水はマット状の隔壁４０およ
び４２で捕獲されるまたは蒸発する。そして、捕獲噴霧
水は、隔壁４０を伝って流下し、水槽４４に捕らえられ
た後、再びポンプ４６によって汲み上げられて、噴霧ノ
ズル３８から空気中に噴霧される。隔壁４０および４２
には、噴霧水とともに、空気中に含まれる塵埃や有害ガ
スが吸着し、したがって、その塵埃や有害ガス等は、捕
獲された噴霧水とともに隔壁４０および４２を伝って流
下する。また、隔壁４２の下流位置には、噴霧水が空気
流に載って機外に搬出されるのを防止するエリミネータ
４８が配置され、このエリミネータ４８によって噴霧水
は捕獲される。 【００１８】そして、エアワッシャ２０を通過した空気
は、冷却手段としての冷却コイル２２によって、目標絶
対湿度に対応する温度（目標温度）まで冷却される。つ
まり、冷却コイル２２は、配管５０および５２によって
図示しない冷熱源に接続され、その配管５８には、コン
トローラ２８のＡＯ端子２８ｂに接続されて、コントロ
ーラ２８に制御される制御弁５８が配置される。 【００１９】また、エアワッシャ２０において除去し得
なかった空気中の塵埃や有害ガス等は、この冷却コイル
２２でさらに除去される。すなわち、塵埃などを含むか
つ充分に加湿された空気は、冷却コイル２２で冷却され
ることによって、空気中の水蒸気は凝縮し、その凝縮水
が冷却コイル２２の表面などを伝って流下する。この凝
縮水によって、空気中の塵埃や有害ガス等は捕獲される
のである。 【００２０】冷却コイル２２において冷却された空気
は、加熱手段としての加熱コイル２４を通して、必要に
応じて加熱される。加熱コイル２４は、配管５４および
５６によって、図示しない温熱源に接続され、さらに、
配管５４には開閉弁６０が、配管５６には制御弁６２
が、それぞれ設けられる。そして、開閉弁６０がコント
ローラ２８のＤＯ端子２８ｃに接続され、制御弁６２が
ＡＯ端子２８ｂに接続される。 【００２１】加熱コイル２４の配管５４および５６に
は、さらに、図１からよくわかるように、加熱コイル２
４と熱交換コイル１８とを連結する分岐管（接続管）６
４および６６が接続され、したがって、熱交換コイル１
８と加熱コイル２４との間において媒体の授受が可能に
される。そして、分岐管６４の所定位置には開閉弁６８
とインバータによって制御される循環ポンプ７０とが、
分岐管６６の所定位置には開閉弁７２が、それぞれ配置
され、開閉弁６８および７２がコントローラ２８のＤＯ
端子２８ｃに、インバータがＡＯ端子２８ｂに、それぞ
れ接続される。これら開閉弁６８および７２，ならびに
循環ポンプ７０によって、分岐管６４および６６を通過
する媒体の流量などが制御される。すなわち、開閉弁６
８および７２，ならびに循環ポンプ７０は制御手段を形
成する。 【００２２】そして、加熱コイル２４を通過した空気
（調整空気）は、図示しない給気ファンによって、給気
口１６から排出され、ダクトなどを介して、室内などに
供給される。このような空気調和装置１０の一般的な動
作を図２および図３に示す湿り空気線図に従って詳述す
る。なお、図２および図３における〜は、図１にお
ける〜に対応するものであって、は外気口１４付
近の空気，は熱交換コイル１８を通過した空気，は
エアワッシャ２０による加湿後の空気，は冷却コイル
２２を通過した空気，は加熱コイル２４を通過した空
気を、それぞれ意味する。 【００２３】空気調和装置１０がオンされ、かつ、冷房
（夏期）運転モードが選択されると、コントローラ２８
は、熱交換コイル１８の開閉弁３４および制御弁３６、
ならびに加熱コイル２４の開閉弁６０および制御弁６２
を閉鎖し、冷却コイル２２の制御弁５８，分岐管６４の
開閉弁６８および分岐管６６の開閉弁７２を開放する制
御信号を、対応する各々の開閉弁および制御弁に対して
出力する。したがって、熱交換コイル１８と加熱コイル
２４との間において熱交換のための媒体の授受が可能に
される。コントローラ２８は、さらに、温度センサ２６
ａおよび２６ｃの出力（検出結果）に基づいて、インバ
ータの出力周波数を調整し、循環ポンプ７０の回転数を
制御する。 【００２４】図示しない給気ファンが駆動されることに
よって外気口１４から取り込まれた空気は、熱交換コイ
ル１８において、加熱コイル２４または冷熱源（図示せ
ず）からの媒体（冷水など）によって、エアワッシャ２
０を通過後の空気温度が所定の温度（Ｔ1 ）となるよう
に、適度に冷却される。つまり、加熱コイル２４では、
媒体のもつ熱エネルギが冷却コイル２２を通過した空気
に移動し、それによって冷却後の空気が所定温度
（Ｔ3 ）またはその近傍まで加熱される。したがって、
加熱コイル２４からは、分岐管６６を通して、熱エネル
ギを奪われた低温度の媒体が熱交換コイル１８に対して
供給され、この媒体は、熱交換コイル１８において、冷
却用媒体として用いられる。 【００２５】なお、熱交換コイル１８で冷却された空気
の温度Ｔ1 は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）の如く、熱
負荷の大きさによって変化する。つまり温度Ｔ1 は温度
Ｔ2以上であればよく、Ｔ2 以下となるのは冬期運転モ
ードが必要な時期である。熱交換コイル１８において冷
却された空気は、エアワッシャ２０で加湿および除塵さ
れる。上述したように、エアワッシャ２０は、噴霧水を
冷却も加熱もせずに循環させるので、噴霧ノズル３８か
ら噴霧される噴霧水は、エアワッシャ２０の入口すなわ
ち熱交換コイル１８を通過した空気（図１および図２に
おいてに示す空気）の湿球温度（断熱飽和温度）に等
しくなる。つまり、エアワッシャ２０を通過した空気
は、図２の〜に示すように、湿球温度一定の線上を
変位し、飽和曲線Ｃに接近する。 【００２６】エアワッシャ２０において加湿および除塵
された空気は、冷却コイル２２を通して、目標温度（Ｔ
2 ）まで冷却（除湿）される。つまり、コントローラ２
８は、冷却コイル２２を通過した空気の温度が、要求さ
れる目標絶対湿度線の温度となるように、温度センサ２
６ｂの出力に基づいて、制御弁５８を制御する。したが
って、冷却コイル２２に導かれた空気は飽和曲線Ｃにほ
ぼ平行に変位し、その状態が図２の〜で表される。 【００２７】冷却コイル２２を通過した空気は、加熱コ
イル２４において、所望の温度（Ｔ 3 ）まで加熱され
る。上述したように、加熱コイル２４には、分岐管６４
を通して、熱交換コイル１８からの媒体が供給され、し
たがって、熱交換コイル１８において、空気（外気）か
ら媒体に移動した熱エネルギは、加熱コイル２４に与え
られる。その熱エネルギによって、冷却後の空気は所定
温度（Ｔ3 ）まで加熱される。このとき、絶対湿度（露
点温度）は、図２の〜に示すように、変化すること
がないので、所望の温度，湿度の空気を容易に得ること
ができる。 【００２８】また、コントローラ２８は、熱交換コイル
１８からの媒体で所望の温度（Ｔ3）まで加熱できない
と判断したときには、加熱コイル２４の開閉弁６０およ
び制御弁６２を開放し、図示しない温熱源からの媒体を
加熱コイル２４に供給するように構成する。一方、暖房
（冬期）運転モード（または中間期運転モード）が選択
された際には、コントローラ２８によって、分岐管６４
および６６の開閉弁６８および７２が閉鎖され、熱交換
コイル１８の開閉弁３４および制御弁３６、ならびに冷
却コイル２２の制御弁５８、さらに加熱コイル２４の開
閉弁６０および制御弁６２が、それぞれ開放される。つ
まり、この運転モードにおいて分岐管６４および６６は
不能化される。 【００２９】すなわち、図３を参照して、ハウジング１
２内に取り込まれた空気は、エアワッシャ２０を通過し
た空気の温度が所定温度（Ｔ1 ）となるように、熱交換
コイル１８を通して加熱され（図３の〜）、続くエ
アワッシャ２０で加湿（および除塵）される（図３の
〜）。そして、加湿後の空気は、冷却コイル２２にお
いて目標温度（Ｔ2 ）まで冷却（および除塵）された後
（図３の〜）、加熱コイル２４において加熱され
（図３の〜）、そして図示しない給気ファンによっ
て、空調すべき室内などに、ダクトなどを介して、供給
される。 【００３０】この実施例では、空気調和装置１０内に導
かれた空気を飽和効率の高いエアワッシャ（噴霧加湿手
段）で加湿し、そして、加湿後の空気を冷却コイル（冷
却手段）で冷却するようにしたので、安定した高湿度
（相対湿度９６〜９７％）の空気を容易に得ることがで
きる。したがって、加湿および冷却後の空気を所望の温
度に加熱するだけの制御でよく、従来の露点温度センサ
の代わりとして、安価であり、しかも高精度（誤差±
０．１℃）の温度センサを用いることができる。 【００３１】また、夏期運転モード時において、熱交換
コイル１８と加熱コイル２４との間で媒体（エネルギ）
の授受が行われるように構成したので、エネルギ消費の
少ない空気調和装置が実現でき、したがって冷熱源にか
かる負荷は軽減し得る。さらに、加湿手段として飽和効
率および除塵効果の高いエアワッシャを用い、さらにそ
のエアワッシャと冷却コイルとを併用することによっ
て、空気中の塵埃や有害ガス等の除去効果を増大して、
クリーンな空気を通年にわたり供給し得る空気調和装置
が実現できた。具体的には、ＳＯ2 を９０％，ＮＯ2 を
２０％，ＮＯを３０％，ＮＨ3 を７０％除去し得る除去
能力を備えるエアワッシャと、冷却コイルと併用するこ
とによって、ＳＯ2 を９５％，ＮＯ2 を３０％，ＮＯを
４５％，ＮＨ3 を１００％除去でき、さらに、２μｍ以
上の粒径の粉塵においては、６５％程度除去し得ること
が、本発明者らの実験によって確認されている。 【００３２】なお、上述の実施例では、噴霧加湿手段と
してエアワッシャを用いているが、飽和効率に優れるも
のであれば、それ以外のものが適用できることはいうま
でもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。
【図２】図１実施例において冷房（夏期）運転モードに
設定したときの湿り空気線図であって、（Ａ）は高負荷
時であり、（Ｂ）は低負荷時の場合である。 【図３】図１実施例において暖房（冬期）運転モードに
設定したときの湿り空気線図である。 【符号の説明】 １０ …空気調和装置 １４ …外気口 １６ …給気口 １８ …熱交換コイル ２０ …エアワッシャ ２２ …冷却コイル ２４ …加熱コイル ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ …温度センサ ２８ …コントローラ ３４，６０，６８，７２ …開閉弁 ３６，５８，６２ …制御弁 ６４，６６ …分岐管 ７０ …循環ポンプ
設定したときの湿り空気線図であって、（Ａ）は高負荷
時であり、（Ｂ）は低負荷時の場合である。 【図３】図１実施例において暖房（冬期）運転モードに
設定したときの湿り空気線図である。 【符号の説明】 １０ …空気調和装置 １４ …外気口 １６ …給気口 １８ …熱交換コイル ２０ …エアワッシャ ２２ …冷却コイル ２４ …加熱コイル ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ …温度センサ ２８ …コントローラ ３４，６０，６８，７２ …開閉弁 ３６，５８，６２ …制御弁 ６４，６６ …分岐管 ７０ …循環ポンプ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 富田 昇吾
栃木県宇都宮市平出工業団地28 クボタ
トレーン株式会社栃木工場内
(72)発明者 清水 利壽
栃木県宇都宮市平出工業団地28 クボタ
トレーン株式会社栃木工場内
(56)参考文献 特開 平５−288390（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−217734（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−322215（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F24F 3/14
F24F 11/02 102
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】外気を加熱または冷却する熱交換コイル、 前記熱交換コイルを通過した前記空気に水を噴霧して前
記空気を加湿する噴霧加湿手段、 前記噴霧加湿手段で加湿した前記空気を冷却する冷却コ
イル、 前記冷却コイルで冷却した前記空気を加熱する加熱コイ
ル、前 記加熱コイルと前記熱交換コイルとを連結して前記加
熱コイルと前記熱交換コイルとの間において熱交換のた
めの媒体の授受を行う接続管、 前記接続管に配置される開閉弁、 夏期運転モードのとき前記開閉弁を開くコントローラ、
および 前記噴霧加湿手段，前記冷却コイルおよび前記加熱コイ
ルの各々に関連して設けられて対応する位置における空
気の温度を検出する第１、第２および第３温度センサを
備え、 前記コントローラは、夏期運転モードの場合、前記第１
温度センサが目標絶対湿度に対応する目標温度以上にな
るように前記熱交換コイルで冷却し、かつ前記噴霧加湿
手段で加湿し、前記第２温度センサが前記目標温度にな
るまで冷却コイルで冷却し、前記第３温度センサが所望
の温度となるまで前記加熱コイルで加熱し、そして、冬
期運転モードまたは中間期運転モードの場合、前記第１
温度センサが前記目標温度以上の温度となるように前記
熱交換コイルで加熱し、かつ前記噴霧加湿手段で加湿
し、前記第２温度センサが前記目標温度になるまで冷却
コイルで冷却し、前記第３温度センサが所望の温度にな
るまで前記加熱コイルで加熱する、 空気調和装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP03192697A JP3450147B2 (ja) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 空気調和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03192697A JP3450147B2 (ja) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 空気調和装置 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH10227483A JPH10227483A (ja) | 1998-08-25 |
| JP3450147B2 true JP3450147B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=12344587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03192697A Expired - Lifetime JP3450147B2 (ja) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 空気調和装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3450147B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP4583637B2 (ja) * | 2001-03-13 | 2010-11-17 | 高砂熱学工業株式会社 | 空気浄化空調装置 |
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| DE102005034175A1 (de) * | 2005-07-21 | 2007-01-25 | Roche Diagnostics Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Feuchtluftstromes mit definierter relativer Feuchte |
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| CN106989437A (zh) * | 2016-01-15 | 2017-07-28 | 上海舒博拉尼机电科技有限公司 | 一种挂壁式带新风功能空气净化加湿空调室内机 |
| CN106979553A (zh) * | 2016-01-15 | 2017-07-25 | 上海舒博拉尼机电科技有限公司 | 一种立式带新风功能空气净化加湿空调室内机 |
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1997
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