(57)【要約】【課題】本発明の目的は、一定の温度および湿度で一定の風量を送風する精密空調機において、蒸発器が凍結することなく除湿能力を高めることである。【解決手段】本発明では、ホットガスバイパスＨＧＢを設け、凝縮器１を通らない冷媒を蒸発器３に導入し、蒸発器３の温度が第１下限値Ｌ１よりも低くならないように制御すると共に、蒸発器３の入口温度が第１目標温度Ｔ１となるように制御する。したがって、蒸発器３の凍結を防止し得る。また、蒸発器３から圧縮機４に冷媒が戻る第３導管１３内の冷媒をホットガスバイパスＨＧＢ内の冷媒で昇温させる。そのため、圧縮機４において液爆の生じるおそれもない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を冷却するための凝縮器１と、冷媒に流れ抵抗を与えるための膨張弁２と、冷媒で周囲の空気を冷却するための蒸発器３と、前記蒸発器３から凝縮器１および膨張弁２を通って再び蒸発器３に冷媒が循環するように蒸発器３からの冷媒を凝縮器１に圧送する圧縮機４と、前記蒸発器３で除湿すると共に冷却した空気Ａを送風するファン５と、前記空気Ａを加熱して所定の温度まで昇温させるヒータ６とを備えた精密空調機において、
前記圧縮機４から凝縮器１に冷媒を導く第１導管１１と、前記凝縮器１から前記蒸発器３に冷媒を導く第２導管１２とを連ねて前記圧縮機４で圧縮された冷媒を前記蒸発器３に導くホットガスバイパスＨＧＢと、
前記ホットガスバイパスＨＧＢの流量を制御する制御弁７と、
前記ホットガスバイパスＨＧＢを流れる冷媒の熱で前記蒸発器３から前記圧縮機４に戻る冷媒を昇温させる熱交換器８と、
前記膨張弁２の出口から前記蒸発器３の入口までにおける任意の部位における冷媒の温度を測定する第１温度センサ２１と、
前記熱交換器８の出口から前記圧縮機４の入口までの任意の部位における冷媒の温度を測定する第２温度センサ２２と、
前記蒸発器３の入口温度である第１目標温度Ｔ１と、前記蒸発器３の入口温度の第１下限値Ｌ１と、前記圧縮機４の入口温度である第２目標温度Ｔ２と、前記圧縮機４の入口温度の第２下限値Ｌ２とを記憶する制御手段９とを備え、
前記第１および第２目標温度Ｔ１、Ｔ２が氷点下に設定され、かつ、前記第１および第２下限値Ｌ１、Ｌ２が前記第１および第２目標温度Ｔ１、Ｔ２よりも低い温度に設定され、
前記第１温度センサ２１により第１測定温度Ｓ１が前記第１下限値Ｌ１よりも低くなると当該第１測定温度Ｓ１が前記第１目標温度Ｔ１に近づくように、前記制御弁７の開度を制御してホットガスバイパスＨＧＢの流量が大きくなるように、
かつ、前記第２温度センサ２２による第２測定温度Ｓ２が前記第２下限値Ｌ２よりも低くなると当該第２測定温度Ｓ２が前記第２目標温度Ｔ２に近づくように、前記制御弁７の開度を制御してホットガスバイパスＨＧＢの流量が大きくなるように前記制御手段９が制御弁７の開度を制御する精密空調機。
【請求項２】
請求項１において、前記第２目標温度Ｔ２が第１目標温度Ｔ１と同じ値か、または、第１目標温度Ｔ１よりも低い温度に設定されている精密空調機。
【請求項３】
請求項１もしくは２において、前記第１下限値Ｌ１が前記第２下限値Ｌ２よりも高い温度に設定されている精密空調機。
【請求項４】
請求項１、２もしくは３において、前記第１測定温度Ｓ１が第１下限値Ｌ１よりも低く、かつ、前記第２測定温度Ｓ２が第２下限値Ｌ２よりも低い場合には、前記第１測定温度Ｓ１が前記目標温度Ｔ１に近づくように前記制御弁７の開度を制御することを特徴とする精密空調機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、前記ホットガスバイパスＨＧＢが前記膨張弁２の下流端から蒸発器３の入口までの部位において前記第２導管１２に接続されている精密空調機。
【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）。
【特許文献１】特開平５−９９５１４号
【０００３】
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ので、蒸発器の温度を下げることができず、それ故、除湿能力を今一つ高めることができない。
【０００４】
一方、工業用の空調機においては、家庭用のものと異なり、常に一定の風量が要求されるので、ファンの回転数を高めて蒸発器の凍結防止を図るなどの方法は採用できない。つまり、工業用の精密空調機では冷凍サイクルのみで除湿する必要がある。
【発明の開示】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、一定の温度および湿度で一定の風量を送風する精密空調機において、蒸発器が凍結することなく除湿能力を高めることである。
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の精密空調機は、図１に示すように、冷媒を冷却するための凝縮器１と、冷媒に流れ抵抗を与えるための膨張弁２と、冷媒で周囲の空気を冷却するための蒸発器３と、前記蒸発器３から凝縮器１および膨張弁２を通って再び蒸発器３に冷媒が循環するように蒸発器３からの冷媒を凝縮器１に圧送する圧縮機４と、前記蒸発器３で除湿すると共に冷却した空気Ａを送風するファン５と、前記空気Ａを加熱して所定の温度まで昇温させるヒータ６とを備えた精密空調機において、前記圧縮機４から凝縮器１に冷媒を導く第１導管１１と、前記凝縮器１から前記蒸発器３に冷媒を導く第２導管１２とを連ねて前記圧縮機４で圧縮された冷媒を前記蒸発器３に導くホットガスバイパスＨＧＢと、前記ホットガスバイパスＨＧＢの流量を制御する制御弁７と、前記ホットガスバイパスＨＧＢを流れる冷媒の熱で前記蒸発器３から前記圧縮機４に戻る冷媒を昇温させる熱交換器８と、前記膨張弁２の出口から前記蒸発器３の入口までにおける任意の部位における冷媒の温度を測定する第１温度センサ２１と、前記熱交換器８の出口から前記圧縮機４の入口までの任意の部位における冷媒の温度を測定する第２温度センサ２２と、前記蒸発器３の入口温度である第１目標温度Ｔ１と、前記蒸発器３の入口温度の第１下限値Ｌ１と、前記圧縮機４の入口温度である第２目標温度Ｔ２と、前記圧縮機４の入口温度の第２下限値Ｌ２とを記憶する制御手段９とを備え、前記第１および第２目標温度Ｔ１、Ｔ２が氷点下に設定され、かつ、前記第１および第２下限値Ｌ１、Ｌ２が前記第１および第２目標温度Ｔ１、Ｔ２よりも低い温度に設定され、前記第１温度センサ２１により第１測定温度Ｓ１が前記第１下限値Ｌ１よりも低くなると当該第１測定温度Ｓ１が前記第１目標温度Ｔ１に近づくように、前記制御弁７の開度を制御してホットガスバイパスＨＧＢの流量が大きくなるように、かつ、前記第２温度センサ２２による第２測定温度Ｓ２が前記第２下限値Ｌ２よりも低くなると当該第２測定温度Ｓ２が前記第２目標温度Ｔ２に近づくように、前記制御弁７の開度を制御してホットガスバイパスＨＧＢの流量が大きくなるように前記制御手段９が制御弁の開度を制御する。
【０００７】
図１において、圧縮機４は、蒸発器３において気体となった冷媒を、第１導管１１を介して凝縮器１に圧送し、さらに、凝縮器１から第２導管１２を介して膨張弁２に圧送して循環させる。この際、冷媒は凝縮器１および膨張弁２において、徐々に液化する。冷媒は、膨張弁２から出て、蒸発器３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、蒸発器３の周囲の熱を奪い、周囲温度を低下させる。一方、ファン５により送風された空気Ａは蒸発器３によって冷やされた後、ヒータ６により所定の温度まで加熱されると共に湿度の低い空気となって吹出口３０から所定のエリアに供給される。
【０００８】
ここで、蒸発器３の第１目標温度Ｔ１は氷点下に設定されているので、空気Ａの冷却能力が高まり、そのため、除湿能力も高まる。
【０００９】
一方、蒸発器３の第１目標温度Ｔ１は−０℃よりも低いので、蒸発器３の温度が低くなりすぎると蒸発器３の凍結の問題が生じる。これに対し、本精密空調機では、ホットガスバイパスＨＧＢを設け、凝縮器１を通らない冷媒を蒸発器３に導入し、蒸発器３の温度が第１下限値Ｌ１よりも低くならないように制御すると共に、蒸発器３の入口温度が第１目標温度Ｔ１となるように制御する。したがって、蒸発器３の凍結を防止し得る。
【００１０】
なお、第１目標温度Ｔ１および第１下限値Ｌ１は、ファン５による風量、空気Ａの供給時の温度などにより蒸発器３が凍結しない、かつ、できるだけ低い温度に設定する。
【００１１】
一方、圧縮機４に戻ってくる冷媒の温度が低すぎて流体のまま圧縮機４に戻ってくると、圧縮機４において液バックと呼ばれる不具合が発生する。これに対し、本精密空調機は蒸発器３から圧縮機４に戻る第３導管１３内の冷媒をホットガスバイパスＨＧＢ内の冷媒で昇温させる。そのため、圧縮機４において液バックの生じるおそれもない。
【００１２】
このように本精密空調機は、精密に温度・湿度を制御できる上、複数の蒸発器を設けたり、あるいは、圧縮機４をインバータ制御する必要がないなど設備コストが安い上、熱交換器８により冷媒の過冷却を防止するので、省エネにも役立つ。
【００１３】
本発明の好ましい実施例では、圧縮機４の入口の第２目標温度Ｔ２が蒸発器３の入口の第１目標温度Ｔ１と同じ値か、または、第１目標温度Ｔ１よりも低い温度に設定される。
この場合、第１下限値Ｌ１が第２下限値Ｌ２よりも高い温度に設定されているのが更に好ましい。蒸発器３の凍結防止を確実に図るためである。
【００１４】
本発明の別の好ましい実施例では、第１測定温度Ｓ１が第１下限値Ｌ１よりも低く、かつ、第２測定温度Ｓ２が第２下限値Ｌ２よりも低い場合には、第１測定温度Ｓ１が目標温度Ｔ１に近づくように制御弁７の開度を制御する。
この場合、優先的に蒸発器３の凍結防止が図られる。
【００１５】
本発明の好ましい実施例においては、前記ホットガスバイパスＨＧＢが前記膨張弁２の下流端から蒸発器３の入口までの部位において前記第２導管１２に接続されている。
この場合、ホットガスバイパスＨＧＢからの冷媒が膨張弁２を通ることなく、蒸発器３に流入するので、温度制御の応答が早くなるなど、より効果的である。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。
凝縮器１は、図示しない冷却装置の冷却水により冷却される。膨張弁２としてはキャピラリを用いるが電子膨張弁を用いることもできる。
【００１７】
ヒータ６は、空気Ａを加熱するものであるが、空気Ａの温度を測定する第３温度センサ（図示せず）の測定値と設定温度との差に応じて、出力が制御手段により制御される。これにより、吹出口３０から吹出す空気の温度が所定温度となるように制御される。
【００１８】
制御弁７はホットガスバイパスＨＧＢに設けているが、第１導管１１に設けることも可能である。
【００１９】
本発明においては、蒸発器３および圧縮機４に流入する冷媒の温度が低下しすぎるのを防止するものであるのに対し、熱交換器８は、ホットガスバイパスＨＧＢから蒸発器３に流入する冷媒を冷却し、一方、圧縮機４に戻る冷媒を昇温させる。そのため、熱交換器８の容量を適切な値に設定する必要がある。熱交換器８の容量は、系に挿入する熱交換器８を順次追加ないし交換し試行錯誤により求める。
【００２０】
筐体４１は区画壁４２によって、第１チャンバ４３と第２チャンバ４４とに区画されている。前記第１チャンバ４３には、前記蒸発器３およびファン５が収容されている。一方、第２チャンバ４４には、前記圧縮機４、凝縮器１および水冷式の冷却装置などが収容されている。
【００２１】
したがって、ファン５により、外気が、取込孔から第１チャンバ４３内に取り込まれ、蒸発器３を通ると、前記外気が蒸発器３で除湿されると共に冷却される。除湿および冷却された空気は、前記ファン５により筐体４１の吹出口３０から送出される。一方、第２チャンバ４４内に設けた凝縮器１においては、冷媒が圧縮されて高温になるのに対し、冷却水により、凝縮器１を冷やすことで放熱を促して、冷媒の温度を低下させている。
【００２２】
前記ファン５により送出される空気の流路には、湿度センサ（図示せず）およびヒータ６が設けられている。前記湿度センサは、前記蒸発器３により除湿された空気の湿度を検出する。前記ヒータ６は、前記蒸発器３により冷却された空気を所定の温度に昇温する。前記湿度センサおよびヒータ６を通過した空気は、吹出口３０を通って所定の領域Ｓに排出される。
【００２３】
前記領域Ｓには、当該領域Ｓの温度Ｔｓを検出するための第３温度センサが設けられている。前記第３温度センサは、検出した温度Ｔｓを温度調節回路（図示せず）に出力する。前記温度調節回路は、前記第３温度センサの検出値Ｔｓに基づいて、前記領域Ｓの温度Ｔｓが設定値となるように、前記ヒータ６の発熱量を制御する。すなわち、前記領域Ｓの温度Ｔｓが設定値よりも高い場合には、前記ヒータ６の発熱量を小さくし、一方、前記領域Ｓの温度Ｔｓが設定値よりも低い場合には、前記ヒータ６の発熱量を大きくする。
【００２４】
前記第１温度センサ２１は、第２導管１２の膨張弁２よりも下流であってホットガスバイパスＨＧＢとの合流点Ｏから蒸発器３の入口部分までの間に設けられ、例えば蒸発器３の入口近傍に設けられる。前記蒸発器３の入口温度としては、たとえば、第１目標温度Ｔ１が−１℃に設定され、第１下限値Ｌ１が−２℃に設定される。
【００２５】
前記第２温度センサ２２は例えば圧縮機４の吸入口近傍に設けられる。前記圧縮機４の吸入口温度としては、たとえば、第２目標温度Ｔ２が−１℃に設定され第２下限値Ｌ２が−３℃に設定される。
【００２６】
つぎに、本精密空調機の運転について説明する。
本精密空調機の運転を開始すると、図２のように、冷媒の温度が徐々に下る。運転当初は、第１測定温度Ｓ１が−２℃以上で、かつ、第２測定温度Ｓ２が−３℃以上であり、この場合、ホットガスバイパスＨＧＢの制御弁７は湿度制御のために機能する。
蒸発器３の第１測定温度Ｓ１が第１目標温度Ｔ１（−１℃）以上で、かつ、圧縮機４の第２測定温度Ｓ２が第２目標温度Ｔ２（−３℃）以上である場合、湿度制御をホットガスバイパスＨＧＢを用いて行う。
すなわち、吹出口３０の近傍に設けた湿度センサ（図示せず）の測定値Ｓ１０が湿度設定値Ｔ１０に比べ高い場合には、制御弁７を閉じて蒸発器３の温度を下げると共に吹出口３０の空気Ａの湿度を下げる。
一方、前記湿度センサ（図示せず）の測定値Ｓ１０が湿度設定値Ｔ１０に比べ低い場合には、制御弁７を開いて蒸発器３の温度を上げると共に吹出口３０の空気Ａの湿度を上げる。                                                                              なお、蒸発器３の第１測定温度Ｓ１が第１目標温度Ｔ１（−１℃）よりも低い場合や、圧縮機４の第２測定温度Ｓ２が第２目標温度Ｔ２（−３℃）よりも低い場合には、前記湿度制御を行わない。
【００２７】
図２に示すように、やがて、第１測定温度Ｓ１が−２℃（第１下限値Ｌ１）になると、制御手段９が制御弁７を開弁し、第１測定温度Ｓ１が第１目標温度Ｔ１（−１℃）となるように制御弁７の開度を制御する。
この場合の制御方法としては、例えば、第１目標温度Ｔ１と第１測定温度Ｓ１との温度差ΔＴに前記制御弁７の開度を比例させる比例制御を採用することができる。
【００２８】
一方、第２測定温度Ｓ２が−３℃（第２下限値Ｌ２）以下になった場合も、制御手段９が制御弁７を開弁し、第２測定温度Ｓ２が第２目標温度Ｔ２（−１℃）となるように制御弁７の開度を制御する。
【００２９】
前記第１測定温度Ｓ１が−２℃（第１下限値Ｌ１）以下で、かつ、前記第２測定温度Ｓ２が−３℃（第２下限値Ｌ２）以下である場合には、第２測定温度Ｓ２を無視し、第１測定温度Ｓ１が第１目標温度Ｔ１（−１℃）となるように制御弁７の開度を制御する。
【００３０】
なお、本発明の精密空調機において、ヒータ６の下部にはドレンパンを設置し、水漏れを防止してもよい。
また、本発明の精密空調機の底面のパネルを全面にわたってドレンパンとし、水漏れを防止してもよい。
さらに、冷却水の水温流量計を設置し、凝縮器１に流入する水温および水量を操作表示パネルに表示してもよい。
【００３１】
図３は他の例を示す。
この図に示すように、ホットガスバイパスＨＧＢを膨張弁２の上流の点Ｏに接続し、前記ホットガスバイパスＨＧＢの冷媒を膨張弁２を介して蒸発器３に導入してもよい。
また、図１において、ホットガスバイパスＨＧＢの熱交換器８の下流に別の膨張弁を設けた場合も本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は工業用の精密空調機に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の精密空調機の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】制御方法を示す特性図である。
【図３】他の例を示す精密空調機の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１：凝縮器
２：膨張弁
３：蒸発器
４：圧縮機
５：ファン
６：ヒータ
７：制御弁
８：熱交換器
９：制御手段
１１：第１導管
１２：第２導管
２１：第１温度センサ
２２：第２温度センサ
ＨＧＢ：ホットガスバイパス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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