JP4870843B1 - デシカントロータを用いた空調方法及び空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結露や霜付きをなくし、圧縮機の吸入圧力調整弁等の付帯設備を必要とせず、低コストで、かつ省エネを達成できる高効率な除湿空調手段を実現する。
【解決手段】空調室１２と再生室１４とが並設され、これら室に跨ってデシカントロータ２０が設けられている。ヒートポンプ装置４０のエアクーラ５０が空調室１２に設けられ、エアヒータ４６が再生室１４に設けられている。エアヒータ出口側再生用空気ＤＡの相対湿度Ｈｒｄが設定相対湿度Ｈｒｓになるように、かつエアクーラ出口側空気温度Ｔｅｄが設定範囲となるように、ヒートポンプ装置４０の圧縮機４４の回転数Ｒｃａを制御すると共に、負荷変動によりエアクーラ出口側空気温度Ｔｅｄが設定範囲外となったとき、再生ファン３６の送風量を制御し、エアクーラ出口側空気温度Ｔｅｄを設定範囲に戻す。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、冷凍倉庫に隣接された荷捌室や食肉用家畜屠体のカット室等に適用されて好適であり、温度及び湿度の調整を省エネかつ高効率に可能にした空調方法及び空調装置に関する。

従来、前記荷捌室やカット室等のように、室温を低温に保持し、かつ除湿を要する被空調室の空調手段として、圧縮機や蒸発器等のヒートポンプサイクル構成機器を備え、冷熱源及び加熱源を供給し得るヒートポンプ装置を用いていた。しかし、このヒートポンプ装置では、冷熱源と加熱源の熱バランスをとることが容易でなかった。このため、蒸発器側負荷が低下した場合、霜付きやＣＯＰの低下を招いていた。

また、空気中の水蒸気を吸着除湿するため、扁平円筒体に吸着剤を担持したデシカントロータが用いられている。このデシカントロータと、前記ヒートポンプ装置とを組み合わせ、デシカントロータで除湿し後の吸着熱により温度上昇した被処理空気の冷却及び採熱や、デシカントロータを再生するための再生用空気の加熱を、ヒートポンプ装置に行なわせるようにした空調装置は公知である。かかる空調装置は、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されている。

特開２００１−２４１６９３号公開公報 特開２００８−７００６０号公開公報

しかしながら、特許文献１に開示された空調装置では、デシカントロータの上流側で被処理空気を予冷するプレクーラや、デシカントロータで除湿した後の被処理空気を冷却する吸熱器２４（特許文献１中の符号）で、結露や霜付きが発生するおそれがある。そのため、結露の発生で、カビなど微生物が繁殖したり、霜付きによりＣＯＰが低下するという問題がある。しかし、特許文献１では、この問題に対する対策や、ヒートポンプ装置のＣＯＰの向上に対して配慮されていない。

特許文献２に開示された空調装置は、カビ発生の抑制やＣＯＰの向上に対して配慮された構成となっているが、ヒートポンプ装置の圧縮機の吸入圧力を調整するための調整弁を設ける必要があり、コスト高となっている。

デシカントロータを再生するために外気を導入して用いる再生用空気は、デシカントロータの上流側で、デシカントロータの除湿性能を確保するため、相対湿度が低くなるように温度を調節する。再生用空気がもともと低温であるとき、再生用空気の絶対湿度は高くないので、再生用空気の温度をそれほど高くする必要はない。従来は、除湿性能とは無関係に、再生用空気温度を事前に一定に調整していたので、エネルギーロスとなっていた。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、結露や霜付きをなくし、圧縮機の吸入圧力調整弁等の付帯設備を必要とせず、低コストで、かつ省エネを達成できる高効率な除湿空調手段を実現することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明のデシカントロータを用いた空調方法は、デシカントロータで被処理空気を除湿し、吸着熱により温度上昇した被処理空気をヒートポンプサイクルを構成するヒートポンプ装置のエアクーラで冷却及び採熱した後、被空調室に供給すると共に、デシカントロータを再生する再生用空気をヒートポンプ装置のエアヒータで加熱するようにしたデシカントロータを用いた空調方法において、エアクーラ出口側被処理空気温度を検出する工程と、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲となり、かつエアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲となるように、前記ヒートポンプ装置の圧縮機の回転数を制御する工程と、エアクーラの冷却負荷量が変動してエアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲外となったとき、再生用空気流を形成する再生ファンの送風量を制御し、エアクーラ出口側被処理空気温度を設定範囲に戻す工程と、からなるものである。

本発明方法では、ヒートポンプ装置の圧縮機の回転数を制御し、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度を所望範囲に制御することで、デシカントロータの再生効果を高く維持するようにしている。図１０は、湿り空気線図である。再生用空気の再生能力は、再生用空気の相対湿度で決まる。

図１１は、空調装置の運転例を示し、エアヒータ入口側及び出口側における再生用空気の状態値（夏期、中間期及び冬期）を示す。この運転例は、再生用空気として外気を用いた場合である。中間期及び冬期では、外気の絶対湿度が小さいので、エアヒータでの再生用空気の加熱温度を低減しても、除湿性能を確保できる。

また、本発明方法では、ヒートポンプ装置の圧縮機の回転数を制御することで、エアクーラ出口側被処理空気温度を所望範囲に制御するようにしている。即ち、圧縮機の吸入圧力が下がりすぎて、エアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲を下回った場合、圧縮機の回転数を減少させ、冷媒循環量を減少させることにより、圧縮機の吸入圧力を増大させ、エアクーラ出口側被処理空気温度を上昇させる。エアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲を上回った場合、圧縮機の回転数を増加させ、冷媒循環量を増加させることにより、エアクーラ出口側被処理空気温度を下降させる。

被空調室に供給される被処理空気量の減少や相対湿度の低下からデシカントロータでの吸着熱量が減少して、ヒートポンプ装置のエアクーラの冷却負荷量が少なくなると、エアクーラの蒸発温度が低下しすぎて、エアクーラの熱交換面が結露や霜付きを起す。本発明方法では、かかる場合、再生ファンの送風量を減少させ、エアヒータの加熱負荷量を減少させる。この結果、エアクーラの冷却負荷量が減少し、エアクーラの蒸発温度が上昇して、エアクーラの熱交換面を結露や霜付きが起こる温度以上の温度に上昇できる。

エアクーラ出口側被処理空気温度が低下すると、ヒートポンプ装置のＣＯＰが悪化するので、エアクーラ出口側被処理空気の温度を必要以上に低温にする必要はない。本発明方法では、エアクーラ出口側被処理空気温度を結露や霜付きが起こる温度以上に制御しているので、ヒートポンプ装置のＣＯＰ向上にも寄与する。

逆に、エアクーラ出口側被処理空気温度が上昇しすぎた場合、再生ファンの送風量を増加させ、エアヒータの加熱負荷量を増加させる。これによって、エアクーラの冷却能力が増大し、エアクーラ出口側被処理空気温度を設定範囲に戻すことができる。

このように、エアクーラ出口側被処理空気の冷却負荷量の広範囲な変動に対して、エアクーラ出口側被処理空気温度を設定範囲に制御できるので、エアクーラで結露や霜付きを防止して、ＣＯＰの高い高効率運転を可能とする。また、圧縮機の吸入圧力制御に、吸入圧力調整弁を必要としないので、設備費を低コストにできる。

なお、エアヒータ入口側再生用空気温度又はデシカントロータ入口側の被処理空気温度が低い場合、エアヒータ出口側被処理空気温度の設定値を低くすればよい。また、エアヒータ入口側再生用空気温度又はデシカントロータ入口側の被処理空気温度が高い場合、エアヒータ出口側被処理空気温度の設定値を高くすればよい。

本発明方法において、デシカントロータ上流側再生用空気の温度及び相対湿度からデシカントロータ上流側再生用空気の絶対湿度を求め、該絶対湿度からエアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲になるように、エアヒータ出口側再生用空気温度を制御するようにするとよい。

図１０は、湿り空気線図である。図１０から、再生用空気の絶対湿度は温度及び相対湿度から求めることができる。ここで求めた絶対湿度とエアヒータ出口側再生用空気温度とから、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度を決定することができる。エアヒータ出口側再生用空気温度を制御し、エアクーラ出口側被処理空気の相対湿度を所望範囲に制御することにより、エアヒータ出口側再生用空気の絶対湿度が低い場合は、エアヒータ出口側再生用空気温度が低くしても、設計段階の除湿性能を維持できる。これによって、エアヒータ入口側再生用空気温度が低いとき、デシカントロータの運転において、その空気の絶対湿度に応じた最適な再生温度にすることで、不必要な加熱をしない省エネルギーな運転が可能となる。

本発明方法において、エアヒータ入口側再生用空気の相対湿度を季節に応じて予め設定しておき、エアヒータ入口側再生用空気の相対湿度設定値と温度とから絶対湿度を近似演算し、該絶対湿度からエアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲になるようにエアヒータ出口側再生用空気の温度を制御するようにするとよい。エアヒータ入口側再生用空気の相対湿度を夏期、中間期及び冬期に応じて、これらの季節に合った相対湿度を予め設定しておく。これによって、エアヒータ入口側再生用空気温度及びエアヒータ出口側再生用空気温度を検出するだけで、除湿性能を維持でき、制御手段を簡素化かつ低コスト化できる。

また、前記本発明方法の実施に直接使用可能な本発明のデシカントロータを用いた空調装置は、デシカントロータと、ヒートポンプサイクルを構成し、デシカントロータで除湿され吸着熱により温度が上昇した被処理空気を冷却及び採熱するエアクーラ、及びデシカントロータを再生する再生用空気を加熱するエアヒータを備えたヒートポンプ装置とを備え、エアクーラで冷却した被処理空気を被空調室に供給するようにしたデシカントロータを用いた空調装置において、
前記ヒートポンプ装置の圧縮機の回転数制御装置と、再生用空気流を形成する再生ファン及びその送風量制御装置と、エアクーラ出口側被処理空気温度を検出する第１の温度センサと、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲となり、かつエアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲となるように、前記ヒートポンプ装置の圧縮機の回転数を制御すると共に、エアクーラの冷却負荷量が変動してエアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲外となったとき、前記再生ファンの送風量を制御し、エアクーラ出口側被処理空気温度を設定範囲に戻すコントローラと、を備えているものである。

本発明装置では、コントローラによって、ヒートポンプ装置の圧縮機の回転数を制御し、冷媒循環量を制御することにより、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度を所望範囲に制御することで、デシカントロータの再生効果を高く維持するようにしている。また、エアクーラの冷却負荷量が変動してエアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲外となったとき、該コントローラで再生ファンの送風量を制御することにより、エアクーラ出口側被処理空気温度を設定範囲に戻すようにしている。

そのため、本発明装置によれば、デシカントロータの湿分脱着性能を常に最適に制御でき、これによって、デシカントロータの除湿効果を高く維持できる。また、エアクーラ出口側被処理空気の冷却負荷量の広範囲な変動に対して、エアクーラ出口側被処理空気温度を設定範囲に制御するようにしているので、エアクーラでの結露や霜付きを防止できる。これによって、ＣＯＰの高い高効率運転を可能とすると共に、圧縮機の吸入圧力の制御に、圧縮機吸入圧力調整弁を必要としないので、設備費を低コスト化できる。

本発明装置において、エアヒータの入口側再生用空気の温度を検出する第２の温度センサと、エアヒータ入口側再生用空気の相対湿度を検出する湿度センサと、エアヒータ出口側再生用空気温度を検出する第３の温度センサと、を備え、コントローラは、第２の温度センサと湿度センサの検出値からデシカントロータ上流側再生用空気の絶対湿度を演算する演算装置を備え、前記絶対湿度に基づいて、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲になるようにエアヒータ出口側再生用空気温度を制御するように構成するとよい。

エアヒータ入口側再生用空気の温度と相対湿度とから再生用空気の絶対湿度を求めることができる。この絶対湿度とエアヒータ出口側再生用空気温度とからエアヒータ出口側再生用空気の相対湿度を求め、エアヒータ出口側再生用空気温度を制御し、この相対湿度を所望範囲に制御することで、湿分脱着性能を所望範囲に制御できる。これによって、デシカントロータの再生効果を高く維持できる。

本発明装置において、エアヒータの入口側再生用空気の温度を検出する第２の温度センサと、エアヒータ出口側再生用空気温度を検出する第３の温度センサと、を備え、前記コントローラは、第２の温度センサの検出値と、季節に応じて予め設定されたエアヒータ入口側再生用空気の相対湿度とから、デシカントロータ上流側再生用空気の絶対湿度を近似演算する演算装置を備え、前記絶対湿度に基づいて、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲になるようにエアヒータ出口側再生用空気の温度を制御するように構成するとよい。

エアヒータ入口側再生用空気の相対湿度を夏期、中間期及び冬期に応じて予め設定しておくことで、前記第２の温度センサを設けるだけで、エアヒータ出口側再生用空気の湿分脱着性能を制御できる。そのため、制御が容易になると共に、制御装置を簡素化かつ低コスト化できる。

本発明装置において、エアヒータ出口側再生用空気温度を検出する第３の温度センサと、を備え、前記コントローラは、季節に応じて予め設定されたエアヒータ入口側再生用空気の絶対湿度に基づいて、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲になるように、エアヒータ出口側再生用空気の温度を制御するように構成するとよい。これによって、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度がさらに容易になると共に、制御装置をさらに簡素化かつ低コスト化できる。

本発明方法によれば、デシカントロータで被処理空気を除湿し、吸着熱により温度上昇した被処理空気をヒートポンプサイクルを構成するヒートポンプ装置のエアクーラで冷却及び採熱した後、被空調室に供給すると共に、デシカントロータを再生する再生用空気をヒートポンプ装置のエアヒータで加熱するようにしたデシカントロータを用いた空調方法において、エアクーラ出口側被処理空気温度を検出する工程と、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲となり、かつエアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲となるように、前記ヒートポンプ装置の圧縮機の回転数を制御する工程と、エアクーラの冷却負荷量が変動してエアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲外となったとき、再生用空気流を形成する再生ファンの送風量を制御し、エアクーラ出口側被処理空気温度を設定範囲に戻す工程と、からなるので、エアヒータ出口側再生用空気をデシカントロータの再生に最適な温度範囲に調整でき、これによって、デシカントロータの除湿効果を高く維持できると共に、エアクーラ出口側被処理空気の温度を被空調室の必要温度以下に低下させないので、エアクーラでの結露や霜付きの発生を防止できるとともに、不必要な加熱が必要ない省エネルギーな運転が可能となる。

また、エアクーラ出口側被処理空気温度を必要以上に低下させないので、ヒートポンプ装置のＣＯＰを向上でき、省エネかつ高効率運転が可能になると共に、圧縮機の吸入圧力の制御に、吸入圧力調整弁を必要としないので、設備費を低コストにできる。

また、本発明装置によれば、デシカントロータと、ヒートポンプサイクルを構成し、デシカントロータで除湿され吸着熱により温度上昇した被処理空気を冷却及び採熱するエアクーラ、及びデシカントロータを再生する再生用空気を加熱するエアヒータを備えたヒートポンプ装置とを備え、エアクーラで冷却した被処理空気を被空調室に供給するようにしたデシカントロータを用いた空調装置において、ヒートポンプ装置の圧縮機の回転数制御装置と、再生用空気流を形成する再生ファン及びその送風量制御装置と、エアクーラ出口側被処理空気温度を検出する第１の温度センサと、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲となり、かつエアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲となるように、前記ヒートポンプ装置の圧縮機の回転数を制御すると共に、エアクーラの冷却負荷量が変動してエアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲外となったとき、前記再生ファンの送風量を制御し、エアクーラ出口側被処理空気温度を設定範囲に戻すコントローラと、を備えているので、前記本発明方法と同様の作用効果を得ることができる。

本発明方法及び装置の第１実施形態に係る空調装置の構成図である。 前記空調装置の制御装置及び検出装置のブロック線図である。 前記空調装置の運転手順を示すフローチャートである。 前記空調装置の運転手順の一部を示すフローチャートである。 前記空調装置の圧縮機回転数増加時のヒートポンプサイクルを示すモリエル線図である。 前記空調装置の再生ファン回転数増加時のヒートポンプサイクルを示すモリエル線図である。 第１実施形態の空調装置の試験結果を示す図表である。 本発明方法及び装置の第２実施形態に係る空調装置の構成図である。 第２実施形態に係る空調装置の制御装置及び検出装置のブロック線図である。 湿り空気線図である。 デシカントロータを用いた空調装置のエアヒータの入口側空気及び出口側空気の状態変化の例を示す図表である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明方法及び装置の第１実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１に示す空調装置１０Ａにおいて、空調室１２と再生室１４とが、隔壁１６を介して並設されている。空調室１２には処理ファン２４が設けられ、再生室１４には再生ファン３６が設けられている。これらのファンによって、空調室１２と再生室１４には互いに逆方向の空気流が形成されている。

空調室１２では、処理ファン２４によって外気ＯＡを取り込み、取り込んだ外気ＯＡの温度及び湿度を調整し、被処理空気ＳＡとして被空調室１８に供給する。再生室１４では、外気ＯＡ又は被空調室１８の室内空気ＲＡを取り入れ、それらの温度及び湿度を調整し、デシカントロータ２０を再生するための再生用空気ＤＡとして、デシカントロータ２０に送り込む。被空調室１６は、室内を低温雰囲気に保持する必要がある空間、例えば、冷凍食品等を冷凍保管する冷凍倉庫に隣接された荷捌室や、食肉用家畜屠体のカット室などに用いられる。

デシカントロータ２０は、空調室１２と再生室１４とに跨って配置され、回転軸２０ａを中心に回転する。空調室１２内では、デシカントロータ２０で被処理空気ＳＡに含まれる水蒸気を吸着して除去する。デシカントロータ２０の水蒸気を吸着した領域は、再生室１４側に移動し、再生室１４では、吸着した水蒸気を再生用空気ＤＡに放出する。デシカントロータ２０から水蒸気を取り込んだ再生用空気ＤＡは、排気空気ＥＡとして外気に排気される。デシカントロータ２０は、吸着剤を含浸させた特殊シートでハニカム状に製作されており、図示省略の駆動モータで１時間に数十回転という低速で回転し、連続的に吸着と再生とを繰り返している。該吸着剤は、例えば、シリカゲルやゼオライト等の無機系吸着剤や、高分子吸着剤が用いられる。

空調室１２には、上流側に設けられた処理ファン２４で外気ＯＡが取り込まれる。外気ＯＡは、空調室１２に取り込まれる前に、プレクーラ２２で予冷され、露点以下の温度になって除湿される。このプレクーラ２２は必ずしも必要ではなく、設けない場合もある。プレクーラ２２の出口側被処理空気ＳＡは、デシカントロータ２０で水蒸気が吸着され、除湿される。吸着剤は、水蒸気を吸着するとき、吸着熱を放出し、発熱するため、デシカントロータ通過後の被処理空気ＳＡの温度は、通過前より上昇する。デシカントロータ通過後の被処理空気ＳＡは、エアクーラ５０で冷却され、その後、被空調室１８に供給される。空調室１２のエアクーラ５０の出口側には、温度センサ２６が設けられている。

再生室１４には、被空調室１８の室内空気ＲＡ又は外気ＯＡが、再生用空気ＤＡとして導入される。なお、外気ＯＡより被空調室１８の室内空気ＲＡのほうが低湿度であるので、再生用空気として好適である。導入された再生用空気ＤＡは、エアヒータ４６で加熱され、再生用空気ＤＡの相対湿度が調整される。エアヒータ４６の入口側に、エアヒータ入口側再生用空気ＤＡの温度を検出する温度センサ３０、及びエアヒータ入口側再生用空気ＤＡの相対湿度を検出する湿度センサ３２が設けられている。エアヒータ４６の出口側には、エアヒータ出口側再生用空気ＤＡの温度を検出する温度センサ３４が設けられている。図１０からもわかるように、絶対湿度が同一のとき、温度が高くなれば、相対湿度は低下し、温度が低ければ、相対湿度は増加する。

エアヒータ４６で加熱され相対湿度が低下した再生用空気ＤＡは、デシカントロータ２０を通り、デシカントロータ２０に吸着されている水蒸気をデシカントロータ２０から脱着させて取り込む。この時、デシカントロータ２０に含浸された吸着剤は、水蒸気を放出する時吸熱するため、デシカントロータ通過後の排気空気ＥＡは、温度が下がった湿り空気として外部に放出される。

空調装置１０Ａには、ヒートポンプサイクルを構成するヒートポンプ装置４０が設けられている。ヒートポンプ装置４０の構成は、冷媒循環路４２に、圧縮機４４、エアヒータ４６、膨張弁４８、及びエアクーラ５０等のヒートポンプサイクル構成機器が介設されてなる。冷媒として、高圧側で超臨界状態となり、エアヒータ４６で再生用空気ＤＡを８０℃以上の高温に加熱できるＣＯ_２を用いるとよい。また、圧縮機４４を回転駆動する駆動モータ５２と、駆動モータ５２の回転数を制御するインバータ装置５４と、再生ファン３０の回転数を制御するインバータ装置３８とが設けられている。コントローラ６０は、温度センサ２６、３０，３４及び湿度センサ３２の検出値を入力し、これらの検出値に基づいて、インバータ装置３８及び５４を制御する。

図２は、コントローラ６０の構成を示す。図において、温度センサ３０で検出されたエアヒータ入口側再生用空気ＤＡの温度、及び湿度センサ３２で検出されたエアヒータ入口側再生用空気ＤＡの相対湿度Ｈｒｄから、演算器６２０で再生用空気ＤＡの絶対湿度Ｈａｄを演算する。次に、演算器６１８で、絶対湿度Ｈａｄに基づいてエアヒータ出口側空気温度設定値Ｔａｓが設定される。演算器６１８に設定相対湿度Ｈｒｓ（例えば、Ｈｒｓ＝７％）が入力され、設定相対湿度Ｈｒｓとなるために必要なエアヒータ出口側空気温度設定値Ｔａｓを演算する。設定値Ｔａｓは比較器６０２に入力される。

エアヒータ出口側空気温度設定値Ｔａｓは、比較器６０２で、温度センサ３４で検出されたエアヒータ出口側空気温度検出値Ｔａｄと比較され、その偏差が出力される。ＰＩＤ演算器６０４では、後述する出力上限リミット演算器６０６で算出された圧縮機回転数操作量Ｒｃａがフィードバックされ、該偏差と圧縮機回転数操作量Ｒｃａとから、ＰＩＤ演算により、圧縮機４４の回転数設定値Ｒｃｓが出力される。

圧縮機回転数設定値Ｒｃｓは、出力上限リミット演算器６０６に送られ、出力上限リミット演算器６０６では、後述する出力上限設定値増減器６１２から送られる圧縮機回転数上限リミット設定値Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）を加味して、圧縮機回転数操作量Ｒｃａを算出し、出力する。この圧縮機回転数操作量Ｒｃａをインバータ装置５４に入力し、圧縮機４４を回転させると共に、同時に操作量ＲｃａをＰＩＤ演算器６０４にフィードバックする。ここで、圧縮機回転数上限リミット設定値Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）は圧縮機４４の能力限界値である。

比較器６０８で、エアクーラ５０の出口側空気温度設定値Ｔｅｓは、温度センサ２６で検出されるエアクーラ５０の出口側空気温度検出値Ｔｅｄと比較され、この偏差は、タイマ６１０に送られる。該偏差に対し、タイマ６１０で、所定時間経過後、圧縮機回転数上限リミット設定値Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）の増減量ΔＬｍａｘ（Ｒｃｓ）が出力され、出力上限設定値増減器６１２に送られる。出力上限設定値増減器６１２では、該増減量ΔＬｍａｘ（Ｒｃｓ）から、圧縮機回転数上限リミット設定値Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）を求め、それを出力上限リミット演算器６０６に送る。

比較器６０２の偏差は、タイマ６１４にも送られ、この偏差に対し、タイマ６１４で、所定時間経過後、再生ファン３６の回転数操作量増減値ΔＲｆａが出力され、再生ファン回転数増減器６１６に送られる。再生ファン回転数増減器６１６では、この回転数操作量増減値ΔＲｆａから再生ファン３６の回転数操作量Ｒｆａを算出し、再生ファン３６がこの回転数操作量Ｒｆａとなるように、インバータ装置３８を制御する。

次に、空調装置１０Ａの運転手順を図３により説明する。図３において、空調装置１０Ａの運転をスタートさせ（Ｓ１０）、運転中であることを確認した後（Ｓ１１）、エアヒータ４６の出口側空気温度設定値Ｔａｓを演算する（Ｓ１２）。

図４により、設定値Ｔａｓの演算手順を説明する。図４において、スタート後（Ｓ１２０）、温度センサ３０及び湿度センサ３２で検出されたエアヒータ入口側再生用空気ＤＡの温度及び相対湿度から、演算器６２０で再生用空気ＤＡの絶対湿度Ｈａｄを演算する（Ｓ１２２）。次に、演算器６１８で、絶対湿度Ｈａｄと設定相対湿度Ｈｒｓとから、エアヒータ出口側空気温度設定値Ｔａｓを演算する（Ｓ１２４）。

設定値Ｔａｓが８０℃以下のとき、設定値Ｔａｓはそのまま比較器６０２に送られる（Ｓ１２６）。設定値Ｔａｓが８０℃を超えるとき、設定値Ｔａｓは８０℃として、比較器６０２に送られる（Ｓ１２８）。設定値Ｔａｓを８０℃以下とする理由は、エアヒータ出口側再生用空気温度が８０℃を超えると、デシカントロータ２０に担持された高分子収着剤が劣化又は破損するためである。なお、一般的な吸着剤を使用する場合はこの限りではない。

次に、図３に戻り、エアヒータ４６の出口側空気温度設定値Ｔａｓと、エアヒータ出口側空気温度検出値Ｔａｄとの偏差、及び出力上限リミット演算器６０６からフィードバックされた圧縮機回転数操作量Ｒｃａとに基づいて、ＰＩＤ演算器６０４でＰＩＤ演算が行なわれ（Ｓ１３）、圧縮機回転数設定値Ｒｃｓが演算される。

次に、始動時の制御マスク時間が経過したかどうかを判定する（Ｓ１４）。制御マスク時間が経過していない時、圧縮機４４の回転数は、ＰＩＤ演算器６０４で演算された前記設定値Ｒｃｓで駆動され、再生ファン３６の回転数は、予め設定された回転数で駆動される（Ｓ１６）。この制御マスク時間をもうけた理由は、始動時は運転がまだ安定しておらず、本来の運転制御を行なっても応答性の良い制御ができないためである。

制御マスク時間が経過したら、温度センサ２６で検出したエアクーラ５０の出口側空気温度検出値Ｔｅｄが設定範囲Ｌｍｉｎ（Ｔｅｓ）〜Ｌｍａｘ（Ｔｅｓ）に入っているかどうかを判定する（Ｓ１８）。検出値Ｔｅｄが該設定範囲にあるとき、タイマ６１０で、圧縮機回転数上限リミット設定値Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）の増減量ΔＬｍａｘ（Ｒｃｓ）を出力しない。即ち、圧縮機回転数上限リミット設定値Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）を変更せず、出力上限リミット演算器６０６で圧縮機回転数操作量Ｒｃａを決定し（Ｓ３４）、この操作量で圧縮機４４のインバータ装置５４を制御する（Ｓ３６）。

エアクーラ５０の出口側空気温度検出値Ｔｅｄが、設定範囲下限値Ｌｍｉｎ（Ｔｅｓ）を下回っていたら、タイマ６１０を圧縮機回転数上限リミット設定値Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）を減少させる方向にセットし（Ｓ２２）、タイムアップ時間経過後（Ｓ２４）、増減量ΔＬｍａｘ（Ｒｃｓ）を出力する。増減量ΔＬｍａｘ（Ｒｃｓ）の減少量は、タイムアップ時間に比例して設定される。なお、タイムアップ時間経過前に、検出値Ｔｅｄが設定範囲内に戻ったら、Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）を変更しない。

タイムアップ時間経過後、増減量ΔＬｍａｘ（Ｒｃｓ）は出力上限設定値増減器６１２に出力され、出力上限設定値増減器６１２では、この増減量ΔＬｍａｘ（Ｒｃｓ）に基づいて、低減された上限リミット設定値Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）を演算し、出力上限リミット演算器６０６に出力する（Ｓ３４）。出力上限リミット演算器６０６では、この上限リミット設定値Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）及びＰＩＤ演算器６０４から出力される設定値Ｒｃｓに基づいて、圧縮機回転数操作量Ｒｃａを演算し、インバータ装置５４に出力する（Ｓ３６）。

エアクーラ５０の出口側空気温度検出値Ｔｅｄが、設定範囲上限値Ｌｍａｘ（Ｔｅｓ）を上回っていたら、タイマ６１０を圧縮機回転数の増減量ΔＬｍａｘ（Ｒｃｓ）を増加させる方向にセットする（Ｓ２８）。タイムアップ時間経過後（Ｓ３０）、タイムアップ時間に比例して増加した増減量ΔＬｍａｘ（Ｒｃｓ）を、出力上限設定値増減器６１２に出力する。なお、タイムアップ時間経過前に、Ｔｅｄが設定範囲内に戻ったら、Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）を変更しない。

出力上限設定値増減器６１２では、この増減量ΔＬｍａｘ（Ｒｃｓ）に基づいて、増加した上限リミット設定値Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）を出力する（Ｓ３２）。出力上限リミット演算器６０６では、この上限リミット設定値Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）及びＰＩＤ演算器６０４から出力される設定値Ｒｃｓに基づいて、圧縮機回転数操作量Ｒｃａを演算し、インバータ装置５４に出力する（Ｓ３６）。

このようにして、エアクーラ５０の出口側空気温度検出値Ｔｅｄに応じて、検出値Ｔｅｄが低いとき、圧縮機回転数を減少させ冷媒循環量を減少させる。これによって、圧縮機４４の吸入圧力を上昇させ、エアクーラ出口側被処理空気温度を上昇できる。逆に、検出値Ｔｅｄが高いときは、圧縮機回転数を増加させ冷媒循環量を増加させる。これによって、圧縮機４４の吸入圧力を下降させ、エアクーラ出口側被処理空気温度を低減できる。

図５のモリエル線図に示すように、圧縮機４４の吸入圧力が下がると、ヒートポンプサイクル線がＡからＡ’に移行し、ヒートポンプ装置４０のＣＯＰが低下する。そのため、必要以上にエアクーラ出口側被処理空気の温度を下げないほうがよい。本実施形態では、圧縮機４４の回転数を調整して、エアクーラ出口側被処理空気の温度を必要以上に下げないようにしているので、ヒートポンプ装置４０のＣＯＰを高く維持した省エネかつ高効率運転が可能になる。

次に、予め設定された回転数で駆動されている再生ファン３６の制御を行なう。まず、エアヒータ４６の出口側空気温度検出値Ｔａｄが設定範囲Ｌｍｉｎ（Ｔａｓ）〜Ｌｍａｘ（Ｔａｓ）にあるかどうかを判定する（Ｓ３８）。該検出値Ｔａｄが設定範囲内にあるとき、タイマ６１４を作動させない（Ｓ４０）。即ち、タイマ６１４で再生ファン回転数の増減量ΔＲｆａを出力させない。そのため、再生ファン回転数増減器６１６では、再生ファン回転数操作量Ｒｆａを変更せず、再生ファン３６の稼動を継続する（Ｓ５４）。

検出値Ｔａｄが設定範囲の下限値Ｌｍｉｎ（Ｔａｓ）を下回っていたら、タイマ６１４を再生ファン３６の回転数を減少させる方向にセットし（Ｓ４２）、タイムアップ時間経過後（Ｓ４４）、回転数操作量を減少させる増減量ΔＲｆａを出力させる（Ｓ４６）。なお、タイムアップ時間経過前に、検出値Ｔａｄが設定範囲内に戻ったら、回転数操作量Ｒｆａを変更しない。

この増減量ΔＲｆａに基づき、再生ファン回転数増減器６１６では、前回より低い回転数操作量Ｒｆａを出力し（Ｓ４６）、この回転数操作量Ｒｆａとなるように、インバータ装置３８を制御する。これによって、エアヒータ出口側被処理空気温度を上げ、設定範囲に戻すことができる。

検出値Ｔａｄが設定範囲の上限値Ｌｍａｘ（Ｔａｓ）を上回っていたら、タイマ６１４を再生ファン３６の回転数を増加させる方向にセットし（Ｓ４８）、タイムアップ時間経過後（Ｓ５０）、回転数操作量を増加させる増減量ΔＲｆａを出力させる（Ｓ５２）。なお、タイムアップ時間経過前に、Ｔａｄが設定範囲内に戻ったら、回転数操作量Ｒｆａを変更しない。

この増減量ΔＲｆａに基づき、再生ファン回転数増減器６１６では、前回より高い回転数操作量Ｒｆａを出力し（Ｓ５４）、この回転数操作量Ｒｆａとなるように、インバータ装置３８を制御する。これによって、エアヒータ出口側被処理空気温度を下げ、設定範囲に戻すことができる。

このようにして、エアヒータ４６の出口側空気温度検出値Ｔａｄに応じて、検出値Ｔａｄが低いとき、再生ファン３２の回転数を減少させてエアヒータ出口側空気温度を上昇させ、検出値Ｔａｄが高いときは、再生ファン３２の回転数を増加させてエアヒータ出口側空気温度を下降させる。これによって、エアヒータ４６の出口側空気温度を設定範囲に戻すことができる。

図６のモリエル線図において、再生ファン３６の回転数を増加させることによって、ヒートポンプサイクル線がＢからＢ’に移行し、ヒートポンプ装置４０のＣＯＰを向上できる。そのため、検出値Ｔａｄが設定範囲を上回っているとき、ヒートポンプ装置４０のＣＯＰを向上させながら、検出値Ｔａｄを設定範囲に戻すことができる。

図１中の数値は、被空調室１８が冷凍倉庫に隣接された前室（荷捌室）であるとき、各領域における被処理空気又は再生用空気の温度及び湿度の一例を示す。

本実施形態によれば、温度センサ３０及び湿度センサ３２によって再生用空気ＤＡの絶対湿度Ｈａｄを演算し、この絶対湿度Ｈａｄから、エアヒータ出口側再生空気ＤＡが設定相対湿度Ｈｒｓ（例えば、Ｈｒｓ＝７％）となるように、エアヒータ出口側再生用空気温度を制御しているので、絶対湿度に応じた最適な再生温度でデシカントロータ２０の除湿性能を高く保持できる。

また、エアクーラ５０の出口側被処理空気温度を被空調室１８の必要温度以下に低下させないので、エアクーラ５０での結露によるカビ等の発生や霜付きを防止できる。そのため、被処理空気ＳＡを清浄な状態で被空調室１８に供給できると共に、ヒートポンプ装置４０のＣＯＰを向上でき、省エネかつ高効率運転が可能になる。また、圧縮機４４の吸入圧力を制御するために、吸入圧力調整弁を必要としないので、設備費を低コストにできる。

図７は、前記第１実施形態に係る空調装置１０Ａを実際に運転させて得られた試験結果である。この試験では、ヒートポンプ装置４０の冷媒としてＣＯ_２を用い、被空調室１８は、冷凍倉庫に隣接された前室（荷捌室）である。図７において、横軸は時間軸であり、この制御運転を１〜１２段階まで行なうのに１〜２時間を要した。この運転例では、始動時の第１段階で、エアクーラ出口側空気温度検出値Ｔｅｄが７℃であって、設定値Ｔｅｓの１０℃より低温であり、エアヒータ出口側空気温度検出値Ｔａｄが設定値Ｔａｓと同一の７０℃である。

エアクーラ出口側空気温度検出値Ｔｅｄを設定値Ｔｅｓに近づけるため、圧縮機回転数操作量Ｒｃａを低減すると、ヒートポンプ装置４０の冷媒循環量が減少するため、エアヒータ出口側空気温度検出値Ｔａｄが低下する。同時に、圧縮機回転数操作量Ｒｃａの低減に伴い、圧縮機回転数上限リミット設定値Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ）も低減する。この操作でエアクーラ出口側空気温度検出値Ｔｅｄは、１４℃まで上昇する（第４段階）。

次に、第４段階で、再生ファン操作量Ｒｆａを低減することで、エアヒータ出口側空気温度検出値Ｔａｄが上昇する（第５段階）。このような制御を行なうことで、最終の第１２段階で、エアクーラ出口側空気温度検出値Ｔｅｄ及びエアヒータ出口側空気温度検出値Ｔａｄを設定値に到達させることができた。

（実施形態２）
次に、本発明方法及び装置の第２実施形態を図８及び図９に基づいて説明する。図８に示すように、本実施形態の空調装置１０Ｂは、エアヒータ４６上流側の再生室１４に温度センサ３０のみを設け、湿度センサ３２をなくしている。その他の装置構成は、前記第１実施形態と同一である。

図９に、空調装置１０Ｂのコントローラ６０の構成を示す。図９において、温度センサ３０でエアヒータ入口側再生用空気ＤＡの温度を検出し、この検出値を演算器６２０に入力する。また、演算器６２０には、夏期、中間期又は冬期等季節毎に予め設定されたエアヒータ入口側再生用空気ＤＡの季節相対湿度設定値ＳＨｒｓが入力される。季節相対湿度設定値ＳＨｒｓは、その季節に合致した相対湿度が設定されている。温度センサ３０の温度検出値と季節相対湿度設定値ＳＨｒｓとから、演算器６２０で再生用空気ＤＡの絶対湿度Ｈａｄを演算する。

演算器６１８で、設定相対湿度Ｈｒｓ（例えば、Ｈｒｓ＝７％）が入力され、絶対湿度Ｈａｄに基づいて、エアヒータ入口側再生用空気ＤＡの相対湿度が設定相対湿度Ｈｒｓとなるエアヒータ出口側空気温度設定値Ｔａｓを演算する。設定値Ｔａｓは比較器６０２に入力される。設定値Ｔａｓは、比較器６０２で、温度センサ３４で検出されたエアヒータ出口側空気温度検出値Ｔａｄと比較され、その偏差が出力される。その他の装置構成は、図２に示す前記第１実施形態のコントローラ６０の構成と同一である。また、その後の運転手順も第１実施形態と同一である。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を得られる外、エアヒータ入口側の再生室１４に湿度センサ３２をなくして温度センサ３０のみを設け、温度センサ３０の検出値と、予め設定された季節相対湿度設定値ＳＨｒｓとから、デシカントロータ上流側再生用空気ＤＡの絶対湿度Ｈａｄを演算するようにしているので、制御装置が簡素かつ低コストになるという長所がある。

なお、第２実施形態では、エアヒータ入口側再生用空気ＤＡの季節相対湿度設定値ＳＨｒｓを予め設定しているが、第２実施形態の変形例として、エアヒータ入口側再生用空気ＤＡの季節絶対湿度を設定するようにしてもよい。このように、季節絶対湿度を設定するようにすれば、温度センサ３４の検出値と前記季節絶対湿度とから、エアヒータ入口側再生用空気ＤＡの相対湿度を決定できる。そのため、デシカントロータ入口側再生用空気の絶対湿度を演算する演算器６２０が不要になる。従って、第２実施形態と比べて、制御がさらに容易になると共に、制御装置がさらに簡素かつ低コストになるという長所がある。

本発明によれば、霜付きがなく、圧縮機の吸入圧力調整弁等の付帯設備を必要とせず、低コストで、かつ省エネを達成できる高効率な除湿空調手段を実現できる。

１０Ａ、１０Ｂ 空調装置
１２ 空調室
１４ 再生室
１６ 隔壁
１８ 被空調室
２０ デシカントロータ
２０ａ 回転軸
２２ プレクーラ
２４ 処理ファン
２６ 温度センサ（第１の温度センサ）
３０ 温度センサ（第２の温度センサ）
３２ 湿度センサ
３４ 温度センサ（第３の温度センサ）
３６ 再生ファン
３８、５４ インバータ装置
４０ ヒートポンプ装置
４２ 冷媒循環路
４４ 圧縮機
４６ エアヒータ
４８ 膨張弁
５０ エアクーラ
５２ 駆動モータ
６０ コントローラ
６０２，６０８ 比較器
６０４ ＰＩＤ演算器
６０６ 出力上限リミット演算器
６１０，６１４ タイマ
６１２ 出力上限設定値増減器
６１６ 再生ファン回転数増減器
６１８，６２０ 演算器
Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’ ヒートポンプサイクル線
Ｋ 臨界点
Ｄ 飽和蒸気線
Ｌ 飽和液線
Ｔ 等温線
ＤＡ 再生用空気
ＥＡ 排気空気
Ｈａｄ 絶対湿度
Ｈｒｄ 相対湿度
Ｈｒｓ 設定相対湿度
ＳＨｒｓ 季節相対湿度設定値
ＯＡ 外気
ＲＡ 被空調室室内空気
ＳＡ 被処理空気
Ｒｃｓ 圧縮機回転数設定値
Ｒｃａ 圧縮機回転数操作量
Ｔａｓ エアヒータ出口側空気温度設定値
Ｔａｄ エアヒータ出口側空気温度検出値
Ｔｅｓ エアクーラ出口側空気温度設定値
Ｔｅｄ エアクーラ出口側空気温度検出値
Ｌｍａｘ（Ｒｃｓ） 圧縮機回転数上限リミット設定値
ΔＬｍａｘ（Ｒｃｓ） 圧縮機回転数上限リミット設定値増減量
Ｒｆａ 再生ファン回転数操作量
ΔＲｆａ 再生ファン回転数増減値

Claims (7)

1. デシカントロータで被処理空気を除湿し吸着熱により温度上昇した被処理空気をヒートポンプサイクルを構成するヒートポンプ装置のエアクーラで冷却及び採熱した後、被空調室に供給すると共に、デシカントロータを再生する再生用空気をヒートポンプ装置のエアヒータで加熱するようにしたデシカントロータを用いた空調方法において、
   エアクーラ出口側被処理空気温度を検出し、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲となり、かつエアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲となるように、前記ヒートポンプ装置の圧縮機の回転数を制御する第１の工程と、
   前記圧縮機の回転数を制御することによってエアクーラの冷却負荷量が変動して、エアヒータ出口側被処理空気温度が設定範囲外となったとき、再生用空気流を形成する再生ファンの送風量を制御し、エアヒータ出口側被処理空気温度を設定範囲に戻す第２の工程と、からなり、前記エアクーラ出口側被処理空気温度および前記エアヒータ出口側被処理空気温度がそれぞれ設定範囲となるまで、前記第１の工程と第２の工程とを順次繰り返すことを特徴とするデシカントロータを用いた空調方法。
2. デシカントロータ上流側再生用空気の温度及び相対湿度からデシカントロータ上流側再生用空気の絶対湿度を求め、該絶対湿度からエアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲になるように、エアヒータ出口側再生用空気温度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のデシカントロータを用いた空調方法。
3. エアヒータ入口側再生用空気の相対湿度を季節に応じて予め設定しておき、エアヒータ入口側再生用空気の相対湿度設定値と温度とから絶対湿度を近似演算し、該絶対湿度からエアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲になるようにエアヒータ出口側再生用空気の温度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のデシカントロータを用いた空調方法。
4. デシカントロータと、ヒートポンプサイクルを構成し、デシカントロータで除湿され吸着熱により温度が上昇した被処理空気を冷却及び採熱するエアクーラ、及びデシカントロータを再生する再生用空気を加熱するエアヒータを備えたヒートポンプ装置とを備え、エアクーラで冷却した被処理空気を被空調室に供給するようにしたデシカントロータを用いた空調装置において、
   前記ヒートポンプ装置の圧縮機の回転数制御装置と、再生用空気流を形成する再生ファン及びその送風量制御装置と、エアクーラ出口側被処理空気温度を検出する第１の温度センサと、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲となり、かつエアクーラ出口側被処理空気温度が設定範囲となるように、前記ヒートポンプ装置の圧縮機の回転数を制御すると共に、圧縮機の回転数を制御することでエアクーラの冷却負荷量が変動して、エアヒータ出口側被処理空気温度が設定範囲外となったとき、前記再生ファンの送風量を制御し、エアヒータ出口側被処理空気温度を設定範囲に戻すコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記エアクーラ出口側被処理空気温度および前記エアヒータ出口側被処理空気温度がそれぞれ設定範囲となるまで、前記圧縮機の回転数の制御と前記再生ファンの送風量の制御とを順次繰り返すように構成されていることを特徴とするデシカントロータを用いた空調装置。
5. エアヒータの入口側再生用空気の温度を検出する第２の温度センサと、エアヒータ入口側再生用空気の相対湿度を検出する湿度センサと、エアヒータ出口側再生用空気温度を検出する第３の温度センサと、を備え、
   前記コントローラは、第２の温度センサと湿度センサの検出値からデシカントロータ上流側再生用空気の絶対湿度を演算する演算装置を備え、前記絶対湿度に基づいて、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲になるようにエアヒータ出口側再生用空気温度を制御するように構成したことを特徴とする請求項４に記載のデシカントロータを用いた空調装置。
6. エアヒータの入口側再生用空気の温度を検出する第２の温度センサと、エアヒータ出口側再生用空気温度を検出する第３の温度センサと、を備え、
   前記コントローラは、第２の温度センサの検出値と、季節に応じて予め設定されたエアヒータ入口側再生用空気の相対湿度とから、デシカントロータ上流側再生用空気の絶対湿度を近似演算する演算装置を備え、前記絶対湿度に基づいて、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲になるようにエアヒータ出口側再生用空気の温度を制御するように構成したことを特徴とする請求項４に記載のデシカントロータを用いた空調装置。
7. エアヒータ出口側再生用空気温度を検出する第３の温度センサと、を備え、
   前記コントローラは、季節に応じて予め設定されたエアヒータ入口側再生用空気の絶対湿度に基づいて、エアヒータ出口側再生用空気の相対湿度が設定範囲になるように、エアヒータ出口側再生用空気の温度を制御するように構成したことを特徴とする請求項４に記載のデシカントロータを用いた空調装置。

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