外気調和機の制御方法
【課題】外気温度と外気露点温度を測定するだけで、吹き出される給気の温度と露点温度を制御して短時間で安定させることができ、該給気の温度と露点温度の周期的な変動やブレを防止して収束過程でのエネルギロスを最小限に抑制し得、更に、加湿が不要の場合、エアワッシャを停止して消費電力削減を図り得る外気調和機の制御方法を提供する。
【解決手段】外気温度計２４で測定された外気温度と、外気露点計２５で測定された外気露点温度とに基づき、加熱器３による必要加熱量Ｑhと最大加熱量Ｑhmaxとの比で表される加熱制御弁開度指令２ａと、冷却器５による必要冷却量Ｑcと最大冷却量Ｑcmaxとの比で表される冷却制御弁開度指令４ａと、再熱器７による必要再熱量Ｑrhと最大再熱量Ｑrhmaxとの比で表される再熱制御弁開度指令６ａとを求めて出力すると共に、循環ポンプ停止指令８ａ或いは循環ポンプ運転指令８ｂを出力し、フィードフォワード制御を行う。
【解決手段】外気温度計２４で測定された外気温度と、外気露点計２５で測定された外気露点温度とに基づき、加熱器３による必要加熱量Ｑhと最大加熱量Ｑhmaxとの比で表される加熱制御弁開度指令２ａと、冷却器５による必要冷却量Ｑcと最大冷却量Ｑcmaxとの比で表される冷却制御弁開度指令４ａと、再熱器７による必要再熱量Ｑrhと最大再熱量Ｑrhmaxとの比で表される再熱制御弁開度指令６ａとを求めて出力すると共に、循環ポンプ停止指令８ａ或いは循環ポンプ運転指令８ｂを出力し、フィードフォワード制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外気調和機の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路、液晶パネル、プラズマパネル、マイクロマシン、或いは医薬品や化粧品の製造工場におけるクリーンルームは、内部の温度と湿度を高精度に制御することが要求される。これらのクリーンルームでは、あまりに乾いた室内空気の場合、在室する製品表面等に静電気が帯電して製品の電気回路の破壊が生じたり、粉塵爆発が生じたり、逆に、あまりに湿った室内空気にした場合、製品表面に空気中の水分が空気中の塵埃等と共に凝縮水として結露し、製品を汚してしまったりする。よって、相対湿度を４０〜７０［％］間のある状態に精密に保つことがしばしば要求される。室内の発熱負荷が大きい場合、通年で冷房勝手で運転される場合があり、更に、人体からの呼気や汗由来の潜熱の室内発生量が全体の換気量から無視できる場合には、外気を、保持しなければならない室内条件の露点温度に精密に制御し、且つ室内の設定温度より乾球温度を少し下げて供給することもしばしばある。
【０００３】
このため、クリーンルームにおける外気の導入には、蒸気加湿又はエアワッシャ加湿による外気調和機が用いられるが、エネルギロスの大きい蒸気加湿方式より低温排熱も利用でき省エネルギ効果もあるエアワッシャ加湿方式が多く用いられるようになっている。従来においては、図１７に示される如く、外気が導入されるケーシング１内に、加熱制御弁２にて流量調節される温水又は蒸気等の加熱流体により外気を加熱する加熱器３と、冷却制御弁４にて流量調節される冷水等の冷却流体により外気を冷却する冷却器５と、再熱制御弁６にて流量調節される温水又は蒸気等の再熱流体により外気を再熱する再熱器７と、循環ポンプ８の作動にて前記加熱器３及び冷却器５の間に多量の水を噴射し該水を外気と接触させて気化させることにより外気を加湿する常時稼動式のエアワッシャ９と、前記ケーシング１内に導入された外気を給気として吹き出す送風機１０とを配設した外気調和機が用いられている。
【０００４】
尚、前記加熱器３、冷却器５、再熱器７としては、鋼管コイル列又は銅管コイル列に直交してアルミフィンが圧着されたクロスフィン型コイルが一般に採用されており、又、前記エアワッシャ９としては、水をスプレーノズルから噴射する形式のものが一般に採用されている。
【０００５】
前記外気調和機は、前記送風機１０から吹き出される給気の温度（乾球温度）を測定する給気温度計１１と、該給気温度計１１で測定された給気の温度が設定値となるよう測定値と設定値との偏差に基づいて演算し再熱制御弁開度指令６ａを出力する給気温度調節器１２と、前記送風機１０から吹き出される給気の露点温度を測定する給気露点計１３と、該給気露点計１３で測定された給気の露点温度が設定値となるよう測定値と設定値との偏差に基づいて演算し制御弁開度指令１４を出力する給気露点温度調節器１５と、該給気露点温度調節器１５から出力される制御弁開度指令１４を加熱制御弁開度指令２ａに変換する加熱制御弁用変換器１６と、前記給気露点温度調節器１５から出力される制御弁開度指令１４を冷却制御弁開度指令４ａに変換する冷却制御弁用変換器１７とを備えている。
【０００６】
前記外気調和機においては、外気がケーシング１内に導入され、加熱器３、エアワッシャ９、冷却器５、再熱器７を通過して、送風機１０により給気として吹き出されるが、このとき、前記送風機１０から吹き出される給気の温度が給気温度計１１によって測定され、該給気温度計１１で測定された給気の温度が設定値となるよう測定値と設定値との偏差に基づいて演算し給気温度調節器１２から再熱制御弁開度指令６ａが再熱制御弁６へ出力され、再熱器７に供給される温水又は蒸気等の再熱流体の流量調節が行われる。
【０００７】
同時に、前記送風機１０から吹き出される給気の露点温度が給気露点計１３によって測定され、該給気露点計１３で測定された給気の露点温度が設定値となるよう測定値と設定値との偏差に基づいて演算し給気露点温度調節器１５から制御弁開度指令１４が出力され、該給気露点温度調節器１５から出力される制御弁開度指令１４が、加熱制御弁用変換器１６によって加熱制御弁開度指令２ａに変換されると共に、冷却制御弁用変換器１７によって冷却制御弁開度指令４ａに変換され、前記加熱制御弁用変換器１６で変換された加熱制御弁開度指令２ａが加熱制御弁２へ出力され、加熱器３に供給される温水又は蒸気等の加熱流体の流量調節が行われ、前記冷却制御弁用変換器１７で変換された冷却制御弁開度指令４ａが冷却制御弁４へ出力され、冷却器５に供給される冷水等の冷却流体の流量調節が行われる。
【０００８】
尚、前記エアワッシャ９の循環ポンプ８は、常時稼働されており、該循環ポンプ８の作動にて前記加熱器３及び冷却器５の間に多量の水が噴射され、該水が外気と接触して気化することにより、外気の加湿が行われる。前記エアワッシャ９を常時稼働するのは、ノズルでの微細液滴噴霧のために循環ポンプ８のポンプ圧を一定とすることが要求される理由により循環ポンプ８の変流量の採用が無理であり、しかも、気液接触機会の確保のためノズル段階制御も難しいことから、エアワッシャ９全体をＯＮ−ＯＦＦすることとなり、仮にフィードバック制御によってエアワッシャ９をＯＮ−ＯＦＦすると、加湿の立ち上がり立ち下がりが急激であり、そのオーバーシュートのあばれを制御範囲に吸収することが難しいためである。
【０００９】
即ち、前記加熱器３に供給される温水又は蒸気等の加熱流体の流量調節と、前記エアワッシャ９による外気の加湿と、前記冷却器５に供給される冷水等の冷却流体の流量調節と、前記再熱器７に供給される温水又は蒸気等の再熱流体の流量調節とによって、前記送風機１０から吹き出される給気の温度と湿度（絶対湿度又は露点温度）が要求される状態に制御されるようになっている。要求される状態とは、外気を保持しなければならない室内条件の露点温度に精密に制御し、且つ室内の設定温度と同じか或いは乾球温度を少し下げて供給する状態である。
【００１０】
尚、前述の如き外気調和機と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−２８８３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前述の如く、吹き出される給気の温度と露点温度に基づいて、いわゆるその前段の再熱器７、冷却器５、加熱器３各々の熱搬送流体の制御を行うフィードバック制御を行うのでは、給気の温度と露点温度を安定させるまでに時間がかかるという欠点を有していた。
【００１３】
又、前記給気温度調節器１２、給気露点温度調節器１５に予め設定するＰＩＤ設定値（比例帯、積分時間、微分時間設定値）によっては、給気の温度と露点温度がそれぞれの設定値を基準としてオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返し、周期的に波を打つように変動してしまい、温水又は蒸気、並びに冷水の消費量が増え、収束過程でのエネルギロスが増加したり、或いは、給気の温度と露点温度それぞれの設定値に対するブレが残ってしまうという問題をも有していた。特に、前記給気露点温度調節器１５から一つの信号として制御弁開度指令１４を出力し、二つの変換器（加熱制御弁用変換器１６と冷却制御弁用変換器１７）で同じ信号から別の信号へ変換し、加熱と冷却とを制御するので、周期的に波を打つような変動がたびたび生じる虞がある。とは言っても、高価な給気露点計１３及び給気露点温度調節器１５をもう一基追加しても、根本の解決には至らないものであった。
【００１４】
更に又、前記エアワッシャ９は、空気中の微量ガスの水への吸収要請が、製造製品の変化で少なくなったにもかかわらず、常時稼働しなければならないため、循環ポンプ８の消費電力が増加し、省エネルギの観点から改善が望まれていた。
【００１５】
本発明は、斯かる実情に鑑み、外気温度と外気露点温度を測定するだけで、吹き出される給気の温度と露点温度を制御して短時間で安定させることができ、該給気の温度と露点温度の周期的な変動やブレを防止して収束過程でのエネルギロスを最小限に抑制し得、更に、加湿が不要の場合、エアワッシャを停止して消費電力削減を図り得る外気調和機の制御方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、外気が導入されるケーシング内に、加熱制御弁にて流量調節される加熱流体により外気を加熱する加熱器と、循環ポンプの作動にて水を噴射し該水を外気と接触させて気化させることにより外気を加湿するエアワッシャと、冷却制御弁にて流量調節される冷却流体により外気を冷却する冷却器と、再熱制御弁にて流量調節される再熱流体により外気を再熱する再熱器と、前記ケーシング内に導入された外気を給気として吹き出す送風機とを配設した外気調和機の制御方法において、
前記加熱器の最大能力である最大加熱量を、冬季外気最低温度設定値から加熱器出口温度最大値点における加熱器出口温度最大値までの加熱量として求め、前記冷却器の最大能力である最大冷却量を夏季外気最大エンタルピ設定値から冷却器出口空気エンタルピ設定最小値までの冷却量として求め、前記再熱器の最大能力である最大再熱量を給気吹出露点温度設定最小値と等しいエアワッシャ出口最低温度から給気吹出温度設定最大値までの再熱量として求めておき、
外気温度と外気露点温度を測定した測定値から演算して外気状態をＴ−Ｘ空気線図上の状態点として算出し、
前記外気露点温度が給気吹出状態設定点の露点温度設定値より高く前記冷却器による冷却除湿と前記再熱器による再熱とが必要となる領域Ａと、前記外気露点温度が給気吹出状態設定点の露点温度設定値以下で且つ前記外気温度と外気露点温度から求まる外気絶対湿度とに基づくＴ−Ｘ空気線図上の点が前記エアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線より低温側に位置し前記加熱器による加熱と前記エアワッシャによる加湿と前記再熱器による再熱とが必要となる領域Ｂと、前記外気露点温度が給気吹出状態設定点の露点温度設定値以下で且つ前記外気温度と外気露点温度から求まる外気絶対湿度とに基づくＴ−Ｘ空気線図上の点が前記エアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線上或いは該直線より高温側に位置し前記エアワッシャによる加湿と前記冷却器による冷却と前記再熱器による再熱とが必要となる領域ＣとのうちいずれのＴ−Ｘ空気線図上の領域に外気の状態点が存在しているかを判定し、
前記領域Ａに外気の状態点が存在している場合、給気吹出状態設定点の露点温度設定値上の冷却器出口空気エンタルピと外気の状態点における外気エンタルピとの差分に比例する前記冷却器による必要冷却量を算出して該必要冷却量と前記最大冷却量との比で表される冷却制御弁開度指令を前記冷却制御弁へ出力し、給気吹出状態設定点の乾球温度設定値と冷却器出口温度との差分に比例する前記再熱器による必要再熱量を算出して該必要再熱量と前記最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令を前記再熱制御弁へ出力し、循環ポンプ停止指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力するようにし、
前記領域Ｂに外気の状態点が存在している場合、エアワッシャの飽和効率及び外気露点温度から求まる加熱器出口温度と外気温度Ｔとの差分に比例する前記加熱器による必要加熱量を算出して該必要加熱量と前記最大加熱量との比で表される加熱制御弁開度指令を前記加熱制御弁へ出力し、循環ポンプ運転指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力し、給気吹出状態設定点の乾球温度設定値とエアワッシャ出口温度との差分に比例する前記再熱器による必要再熱量を算出して該必要再熱量と前記最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令を前記再熱制御弁へ出力するようにし、
前記領域Ｃに外気の状態点が存在している場合、循環ポンプ運転指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力し、給気吹出状態設定点の露点温度設定値上の冷却器出口空気エンタルピと外気の状態点における外気エンタルピとの差分に比例する前記冷却器による必要冷却量を算出して該必要冷却量と前記最大冷却量との比で表される冷却制御弁開度指令を前記冷却制御弁へ出力し、給気吹出状態設定点の乾球温度設定値と冷却器出口温度との差分に比例する前記再熱器による必要再熱量を算出して該必要再熱量と前記最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令を前記再熱制御弁へ出力するようにしたことを特徴とする外気調和機の制御方法にかかるものである。
【００１７】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１８】
測定した外気温度と外気露点温度に基づくフィードフォワード制御となるため、従来のように、再熱器の出口側の温度を測定しつつ、吹き出される給気の温度と露点温度に基づいて、いわゆるフィードバック制御を行うのとは異なり、給気の温度と露点温度を安定させるまでに時間がかからなくなる。
【００１９】
又、測定した外気温度及び外気露点温度の測定値から演算した外気状態のＴ−Ｘ空気線図上の状態点と、設定した給気吹出温度設定値、給気吹出露点温度設定値及びエアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線との関係から区分されるＴ−Ｘ空気線図上の領域Ａ，Ｂ，Ｃのうちいずれの領域に外気の状態点が存在しているかを判定し、該領域に応じて、加熱器による必要加熱量と最大加熱量との比で表される加熱制御弁開度指令、冷却器による必要冷却量と最大冷却量との比で表される冷却制御弁開度指令、並びに再熱器による必要再熱量と最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令のうちの必要となる開度指令を対応する制御弁へ出力すると共に、循環ポンプ停止指令或いは循環ポンプ運転指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力するようにしているため、従来のような、給気温度調節器、給気露点温度調節器は不要となり、これらの調節器に、測定値と設定値との偏差に基づく比例帯や、急激な変動応答によるオーバーシュートやズレであるオフセットを無くす積分時間や微分時間であるＰＩＤ設定値を予め設定する必要もなく、一義で決まる比信号なので、給気の温度や露点温度がそれぞれの設定値を基準としてオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返し周期的に波を打つように変動してしまうことが避けられ、温水又は蒸気、並びに冷水の消費量が減り、収束過程でのエネルギロスが増加しなくなると共に、給気の温度や露点温度それぞれの設定値に対するブレが残ってしまう心配もなくなる。
【００２０】
更に又、前記エアワッシャは、外気露点温度が給気吹出露点温度設定値より高い場合、停止させることができ、常時稼働しなくて済むため、循環ポンプの消費電力が低減され、省エネルギ化を図ることが可能となる。
【００２１】
前記外気調和機の制御方法においては、Ｔ−Ｘ空気線図上で給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値と冬季外気状態設定点における冬季外気最低絶対湿度設定値との差をエアワッシャの飽和効率η［％］と対応させた場合に、１００−η［％］に見合う絶対湿度を前記給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値に上乗せした絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を、エアワッシャの飽和効率ηが１００［％］であると仮定した場合の給気吹出露点温度設定最大値に対応する最大加湿時飽和点とし、該最大加湿時飽和点を通る等湿球温度線と前記冬季外気最低絶対湿度設定値を示す線との交点を給気吹出露点温度設定最大値に対応する加熱器出口温度最大値点とし、該加熱器出口温度最大値点における加熱器出口温度最大値を求めるようにすることができる。
【００２２】
又、前記外気調和機の制御方法においては、Ｔ−Ｘ空気線図上で給気吹出状態設定点における給気吹出状態設定点絶対湿度と冬季外気状態設定点における冬季外気最低絶対湿度設定値との差をエアワッシャの飽和効率η［％］と対応させた場合に、１００−η［％］に見合う絶対湿度を前記給気吹出状態設定点絶対湿度に上乗せした絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を、エアワッシャの飽和効率ηが１００［％］であると仮定した場合の給気吹出露点温度設定値に対応する最大加湿時飽和演算点とし、該最大加湿時飽和演算点を通る等湿球温度線と前記冬季外気最低絶対湿度設定値を示す線との交点を給気吹出露点温度設定値に対応する加熱器出口温度最大値演算点とし、前記給気吹出状態設定点絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を加湿時飽和点とし、該加湿時飽和点と加熱器出口温度最大値演算点とを結ぶ直線をエアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線として求めるようにすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の外気調和機の制御方法によれば、外気温度と外気露点温度を測定するだけで、吹き出される給気の温度と露点温度を制御して短時間で安定させることができ、該給気の温度と露点温度の周期的な変動やブレを防止して収束過程でのエネルギロスを最小限に抑制し得、更に、加湿が不要の場合、エアワッシャを停止して消費電力削減を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における装置構成を示す全体概要図である。
【図２】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御系統の一部を示す制御ブロック図である。
【図３】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御系統の一部を示す制御ブロック図である。
【図４】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御系統の一部を示す制御ブロック図である。
【図５】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御系統の一部を示す制御ブロック図である。
【図６】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御系統の一部を示す制御ブロック図である。
【図７】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御系統の一部を示す制御ブロック図である。
【図８】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御の流れを示すフローチャートである。
【図９】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において給気吹出状態設定点が設定される範囲を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１１】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において最大冷却量を算出する手順を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１２】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において、給気吹出露点温度設定値まで加湿するために加熱とエアワッシャ加湿が必要な領域Ｂと、加熱をせずエアワッシャ加湿と冷却器除湿が必要な領域Ｃとを区分する線についての説明を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１３】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において、エアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線の求め方、並びに区分された外気の存在領域を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１４】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において領域Ａに外気が存在している場合の操作手順（冷却→再熱）を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１５】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において領域Ｂに外気が存在している場合の操作手順（加熱→加湿→再熱）を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１６】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において領域Ｃに外気が存在している場合の操作手順（加湿→冷却→再熱）を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１７】従来の外気調和機の制御方法の一例における装置構成を示す全体概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２６】
図１〜図１６は本発明の外気調和機の制御方法の実施例であって、図中、図１７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１７に示す従来のものと同様であるが、本実施例の特徴とするところは、図１〜図１６に示す如く、ケーシング１の入側に、該ケーシング１に導入される外気の温度（乾球温度）を測定する外気温度計２４と、外気の露点温度を測定する外気露点計２５とを設け、前記外気温度計２４で測定された外気温度と、前記外気露点計２５で測定された外気露点温度とをコントローラ２６に入力し、該コントローラ２６において、前記外気温度と外気露点温度とに基づき、加熱器３による必要加熱量Ｑhと最大加熱量Ｑhmaxとの比で表される加熱制御弁開度指令２ａと、冷却器５による必要冷却量Ｑcと最大冷却量Ｑcmaxとの比で表される冷却制御弁開度指令４ａと、再熱器７による必要再熱量Ｑrhと最大再熱量Ｑrhmaxとの比で表される再熱制御弁開度指令６ａとを求めて出力すると共に、循環ポンプ停止指令８ａ或いは循環ポンプ運転指令８ｂを出力し、フィードフォワード制御を行うようにした点にある。
【００２７】
尚、前記コントローラ２６には、加熱器３の最大能力を示す最大加熱量Ｑhmaxと、冷却器５の最大能力を示す最大冷却量Ｑcmaxと、再熱器７の最大能力を示す最大再熱量Ｑrhmaxとを算出する最大制御量算出器２７を接続し、該最大制御量算出器２７で算出される最大加熱量Ｑhmaxと最大冷却量Ｑcmaxと最大再熱量Ｑrhmaxとをコントローラ２６へ入力するようにしてある。これは、対象となるクリーンルーム等の設置地域や、室内空気設定条件、及びハードとしての外気調和機が決まった時点で、一度算出すれば固定値として扱えるものであり、その都度、演算する必要がないからである。
【００２８】
本実施例の場合、先ず、
Ｔfmax：給気吹出状態設定点の乾球温度設定最大値（給気吹出温度設定最大値とも表す）
ＤＰfmax：給気吹出状態設定点の露点温度設定最大値（給気吹出露点温度設定最大値とも表す）
ＤＰfmin：給気吹出状態設定点の露点温度設定最小値（給気吹出露点温度設定最小値とも表す）
φcd：冷却器出口相対湿度設定値
Ｈgmax：夏季外気最大エンタルピ設定値
Ｔgmin：冬季外気最低温度設定値（乾球温度）
Ｘgmin：冬季外気最低絶対湿度設定値
η：エアワッシャ９の飽和効率
とし、これらの値を、図２に示す如く、前記最大制御量算出器２７（図１参照）における入力処理部に入力し、予め、後述する冬季外気最低温度設定値Ｔgminから加熱器出口温度設定最大値Ｔhdmax0までの加熱量である前記最大加熱量Ｑhmaxと、後述する夏季外気最大エンタルピ設定値Ｈgmaxから冷却器出口空気エンタルピ設定最小値Ｈcdminまでの冷却量である前記最大冷却量Ｑcmaxと、後述するエアワッシャ出口温度設定最小値Ｔwdminから給気吹出温度設定最大値Ｔfmaxまでの再熱量である前記最大再熱量Ｑrhmaxとを求めておき、該最大制御量算出器２７における出力処理部から前記コントローラ２６へ出力する。尚、前記最大加熱量Ｑhmaxと、前記最大冷却量Ｑcmaxと、前記最大再熱量Ｑrhmaxとが装置容量として既に分かっている場合は、前記最大制御量算出器２７を用いず、直接、コントローラ２６へ入力しても良い。
【００２９】
続いて、
Ｔg：外気温度（測定値）
ＤＰg：外気露点温度（測定値）
Ｔf：給気吹出状態設定点の乾球温度設定値（給気吹出温度設定値とも表す）
ＤＰf：給気吹出状態設定点の露点温度設定値（給気吹出露点温度設定値とも表す）
とし、これらの値と、前記最大制御量算出器２７の出力処理部から出力される値（最大加熱量Ｑhmax、最大冷却量Ｑcmax、最大再熱量Ｑrhmax、及び最大制御量算出器２７への入力値そのままの二つの設定値であって、そのうちの一つは、冷却器５の有限なコイル列数やフィンピッチの粗さから生じるコイルに全く触れないで冷却器５を素通りする空気があるために、理論値である飽和空気線まで到達できない、いわゆるバイパスファクターで表現される冷却器５の性能を相対湿度で示す冷却器出口相対湿度設定値φcdであり、もう一つは、エアワッシャ９の飽和効率ηである）とを、図３に示す如く、前記コントローラ２６（図１参照）における入力処理部に入力し、前記外気露点温度ＤＰg並びに外気温度Ｔgに基づき、領域Ａと、領域Ｂと、領域Ｃとのうちいずれの領域に外気が存在しているかを判定する。
【００３０】
前記給気吹出温度設定値Ｔfと給気吹出露点温度設定値ＤＰfは、図１０に示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）において、通常、エアワッシャ９が狭い空間で速い気流中に水噴射を行うという構造上、水噴射方式の違い等による飽和効率の大小はあるが、エアワッシャ９の飽和効率ηがたとえ高性能な場合である９５［％］以上であっても、後述の冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgminでの加熱器出口温度最大値Ｔhdmaxとの最大絶対湿度差における、該飽和効率ηでの到達相対湿度から導かれ規定される上限値である給気吹出相対湿度設定最大値φfmaxを結んだ線と、室内精密湿度制御のための外気露点制御に関係し且つ室内で設定可能な最低相対湿度にも関係する給気吹出状態設定点絶対湿度設定最小値Ｘfminを表す線と、室内精密湿度制御のための外気露点制御に関係し且つ室内で設定可能な最高相対湿度にも関係する給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値Ｘfmaxを表す線と、室内設定温度及び室内還気との混合性から規定される給気吹出温度設定最大値Ｔfmaxを表す線とで囲まれる範囲（図１０では斜線を付してある）内に設定される点であって、この点が給気吹出状態設定点Ｆとなる。尚、図１０中、Ｔfminは給気吹出温度設定最小値、ＤＰfminは給気吹出露点温度設定最小値、ＤＰfmaxは給気吹出露点温度設定最大値を示し、それぞれ給気吹出相対湿度設定最大値φfmaxを結んだ線と他の線との交点で表現されている。又、外気露点制御に関係し且つ室内で設定可能な最低相対湿度にも関係する給気吹出状態設定点絶対湿度設定最小値Ｘfminを表す線と、外気露点制御に関係し且つ室内で設定可能な最高相対湿度にも関係する給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値Ｘfmaxを表す線は、その建設したクリーンルームで取り得る室内設定値から導かれても良く、又、ユニット化した外気調和機ハードで取り得る値でも良いが、給気吹出状態設定点絶対湿度設定最小値Ｘfminを表す線については、最終的に冷却器５の性能によって決まってしまう。
【００３１】
前記最大冷却量Ｑcmaxは、図１０及び図１１に示す如く、夏季外気状態設定点Ｓにおける夏季外気最大エンタルピ設定値をＨgmaxとした場合、
［数１］
Ｑcmax＝Ｃ１×風量×（Ｈgmax−Ｈcdmin）
但し、Ｃ１：定数
Ｈcdmin：冷却器出口空気エンタルピ設定最小値
と表され、冷却器出口空気エンタルピ設定最小値Ｈcdminは、
［数２］
Ｈcdmin＝１．００６・Ｔcdmin＋（１．０８５・Ｔcdmin＋２５０１）・Ｘcdmin
但し、Ｔcdmin：冷却器出口温度設定最小値（乾球温度）
Ｘcdmin：冷却器出口絶対湿度設定最小値
と表され、冷却器出口絶対湿度設定最小値Ｘcdminは、
［数３］
Ｘcdmin＝Ｘfmin＝Ｆ1（ＤＰfmin）
但し、Ｘfmin：給気吹出状態設定点絶対湿度設定最小値
Ｆ1：関数
と表され、給気吹出状態設定点絶対湿度設定最小値Ｘfminと給気吹出露点温度設定最小値ＤＰfminは一対一の関係があり、下記の［表１］の値より内挿（補間）で求まるが、前記冷却器出口温度設定最小値Ｔcdminが未知となるので、これを求める。前記冷却器５がクロスフィン型コイルの場合、該コイル列数によりバイパスファクターが決まり、これによって冷却器５を通過する外気の相対湿度は、９５〜１００［％］の間で一定となる。この相対湿度を冷却器出口相対湿度設定値φcdとすると、この相対湿度の範囲では、冷却器出口相対湿度設定値φcdは冷却器出口飽和度ψcdと略等しいので、図１１に示す如く、
φcd≒ψcd
となる。又、飽和度の定義は、絶対湿度をＸとし、同じ温度における飽和空気の絶対湿度をＸＳとした場合、
ψ＝Ｘ／ＸＳ×１００
であるから、ＸＳが求まれば、該飽和空気絶対湿度に対応する露点温度が冷却器出口温度設定最小値Ｔcdminとなる。つまり、冷却器出口温度設定最小値Ｔcdminと同じ温度における飽和空気の絶対湿度をＸＳcdminとすると、
［数４］
ＸＳcdmin＝Ｘcdmin／ψcd×１００
≒Ｘcdmin／φcd×１００（＝Ｘfmin／ψcd×１００）
となり（図２における「冷却器出口温度設定最小値Ｔcdminでの飽和空気の絶対湿度ＸＳcdmin算出」参照）、
［数５］
Ｔcdmin＝ＤＰcdmin´
＝Ｇ1（ＸＳcdmin）
但し、Ｇ1：関数
となる（図２における「冷却器出口温度設定最小値Ｔcdmin算出」参照）。絶対湿度と露点温度は前述した通り一対一の関係があり、下記の［表１］の値より内挿（補間）で求まるため、［数３］、［数５］を［数２］に代入すれば、冷却器出口空気エンタルピ設定最小値Ｈcdminが求まり（図２における「冷却器出口空気エンタルピ設定最小値Ｈcdmin算出」参照）、該冷却器出口空気エンタルピ設定最小値Ｈcdminと夏季外気最大エンタルピ設定値Ｈgmaxを［数１］に代入すれば、最大冷却量Ｑcmaxを求めることができる。
【表１】
【００３２】
前記最大加熱量Ｑhmaxは、図１０に示す如く、
［数６］
Ｑhmax＝Ｃ２×風量×（Ｔhdmax0−Ｔgmin）
但し、Ｃ２：定数
Ｔhdmax0：加熱器出口温度最大値（乾球温度）
と表される。ここで、エアワッシャ９の飽和効率ηと冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgminとが与えられ、Ｔ−Ｘ空気線図上で外気が冬季外気状態設定点Ｗにある場合、該外気を加熱器３で給気吹出露点温度設定最大値ＤＰfmaxに対応する加熱器出口温度最大値点Ｌ0における加熱器出口温度最大値Ｔhdmax0まで加熱し、該加熱器出口温度最大値点Ｌ0からエアワッシャ９で加湿を行うと、該エアワッシャ９の飽和効率ηが仮に１００［％］であれば、等湿球温度線に沿って絶対湿度が上昇し、該等湿球温度線と飽和空気線との交点である給気吹出露点温度設定最大値ＤＰfmaxに対応する最大加湿時飽和点Ｍ0まで到達するが、前記エアワッシャ９の飽和効率ηは現実には１００［％］未満となり、最大加湿時飽和点Ｍ0までは到達しない。このため、等湿球温度線の延長線上で飽和空気線と交差する点（最大加湿時飽和点Ｍ0）の絶対湿度をＸfmax´とし、給気吹出状態設定点Ｆの想定される給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値をＸfmaxとすると、
［数７］
（Ｘfmax´−Ｘgmin）：（Ｘfmax−Ｘgmin）＝１００：η
（Ｘfmax´−Ｘfmax）：（Ｘfmax−Ｘgmin）＝（１００−η）：η
という関係が成り立ち（図１０参照）、Ｘfmax、Ｘgmin、ηが既知の値であることからＸfmax´は求まり（図２における「給気吹出露点温度設定最大値ＤＰfmaxにおける最大加湿時の等湿球温度線と飽和空気線との交点Ｍ0での絶対湿度Ｘfmax´算出」参照）、該Ｘfmax´に相当する露点温度ＤＰfmax´が前記最大加湿時飽和点Ｍ0の乾球温度ＴM0となり、該最大加湿時飽和点Ｍ0が求まる。尚、図１０中、Ｔwd0は最大加湿時におけるエアワッシャ出口温度である。前記最大加湿時飽和点Ｍ0におけるエンタルピＨM0は、
［数８］
ＨM0＝１．００６・ＴM0＋（１．０８５・ＴM0＋２５０１）・ＸM0
但し、ＴM0＝ＤＰfmax´
＝Ｇ１（Ｘfmax´）
ＸM0＝Ｘfmax´
と表され（図２における「交点Ｍ0での乾球温度ＴM0、エンタルピＨM0算出」参照）、Ｘfmax´が算出されているので、ＨM0は求まる。加熱器出口温度最大値点Ｌ0は最大加湿時飽和点Ｍ0と等湿球温度線上にある点であるが、等湿球温度線≒等エンタルピ線とみなせるので、加熱器出口温度最大値点Ｌ0でのエンタルピは最大加湿時飽和点Ｍ0でのエンタルピと等しいと考えることができる。このため、加熱器出口温度最大値点Ｌ0でも同様に、
［数９］
ＨM0＝ＨL0＝１．００６・ＴL0＋（１．０８５・ＴL0＋２５０１）・ＸL0
但し、ＸL0＝Ｘgmin
と表され、ＨL0（＝ＨM0）、ＸL0（＝Ｘgmin）が既知の値であれば、前記加熱器出口温度最大値点Ｌ0の乾球温度ＴL0即ち加熱器出口温度最大値Ｔhdmax0は求まる（図２における「加熱器出口温度最大値Ｔhdmax0算出」参照）。
【００３３】
前記最大再熱量Ｑrhmaxは、図１０に示す如く、
［数１０］
Ｑrhmax＝Ｃ２×風量×（Ｔrhdmax−Ｔwdmin）
但し、Ｃ２：定数
Ｔrhdmax：再熱器出口温度設定最大値（乾球温度）
Ｔwdmin：エアワッシャ出口温度設定最小値（乾球温度）
と表される。ここで、再熱器出口温度設定最大値Ｔrhdmaxは給気吹出温度設定最大値Ｔfmaxと等しく、エアワッシャ出口温度設定最小値Ｔwdminは給気吹出露点温度設定最小値ＤＰfminと等しいため、該再熱器出口温度設定最大値Ｔrhdmaxとエアワッシャ出口温度設定最小値Ｔwdminとを［数１０］に代入すれば、最大再熱量Ｑrhmaxを求めることができる。
【００３４】
ここで、給気吹出露点温度設定値ＤＰfまで加湿するために加熱とエアワッシャ加湿が必要な領域Ｂと、加熱をせずエアワッシャ加湿と冷却器除湿が必要な領域Ｃとを区分する線について図１２を用いて説明する。Ｔ−Ｘ空気線図上で外気が冬季外気状態設定点Ｗにある場合、該外気を加熱器３で給気吹出露点温度設定値ＤＰfに対応する加熱器出口温度最大値演算点Ｌにおける加熱器出口温度最大値Ｔhdmaxまで加熱し、該加熱器出口温度最大値演算点Ｌからエアワッシャ９で加湿を行うと、該エアワッシャ９の飽和効率ηが仮に１００［％］であれば、等湿球温度線に沿って絶対湿度が上昇し、該等湿球温度線と飽和空気線との交点である給気吹出露点温度設定値ＤＰfに対応する最大加湿時飽和演算点Ｍまで到達するが、前記エアワッシャ９の飽和効率ηは現実には１００［％］未満となり、最大加湿時飽和演算点Ｍまでは到達しない。このため、等湿球温度線の延長線上で飽和空気線と交差する点（最大加湿時飽和演算点Ｍ）の絶対湿度をＸf´とし、給気吹出状態設定点Ｆにおける絶対湿度を給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfとすると、
［数１１］
（Ｘf´−Ｘgmin）：（Ｘf−Ｘgmin）＝１００：η
（Ｘf´−Ｘf）：（Ｘf−Ｘgmin）＝（１００−η）：η
という関係が成り立ち、Ｘf、Ｘgmin、ηが既知の値であることからＸf´は求まり（図３における「給気吹出露点温度設定値ＤＰfにおける最大加湿時の等湿球温度線と飽和空気線との交点Ｍでの絶対湿度Ｘf´算出」参照）、該Ｘf´に相当する露点温度ＤＰf´が前記最大加湿時飽和演算点Ｍの乾球温度ＴMとなり、該最大加湿時飽和演算点Ｍが求まる。同様に図１２のＴ−Ｘ空気線図上で外気が任意のI点、II点、III点にあって各点における外気絶対湿度をＸgI、ＸgII、ＸgIIIとし、［数１１］と同様の関係に基づいて求められる絶対湿度をＸfI´、ＸfII´、ＸfIII´とする時、該各絶対湿度ＸfI´、ＸfII´、ＸfIII´を示す線と飽和空気線との交点を通る等湿球温度線を引き下ろして、前記各外気絶対湿度ＸgI、ＸgII、ＸgIIIを示す線と交わる点が、給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfまで外気を加湿するのに必要な加熱器３の出口のポイントＯ、Ｐ、Ｑ（加熱器出口温度ＴhdI、ＴhdII、ＴhdIII）となる。又、領域Ｂ内で外気のポイントを絶対湿度でIII点より更に上げて行くと、前記給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfを示す線と飽和空気線との交点Ｎ（加湿時飽和点）に漸近して行き、該交点Ｎでエアワッシャ加湿を行った場合、加湿も冷却も起こらず外気は前記交点Ｎに留まる。つまり、交点Ｎが領域Ｂにおける絶対湿度の最も高い状態である。図１２より、点Ｌ、Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｎは一直線となることがわかるので、領域Ｂと領域Ｃを隔てる線は一次直線で近似できる。
【００３５】
よって前記二点Ｌ、Ｎが求まれば、該二点Ｌ、Ｎを結ぶ直線の一次関数は決定することができるので、その求め方について図１３を用いて説明する。前記最大加湿時飽和演算点Ｍにおけるエンタルピは、
［数１２］
ＨM＝１．００６・ＴM＋（１．０８５・ＴM＋２５０１）・ＸM
但し、ＴM＝ＤＰf´
ＸM＝Ｘf´
と表され（図３における「交点Ｍでの乾球温度ＴM、エンタルピＨM算出」参照）、加熱器出口温度最大値演算点Ｌは最大加湿時飽和演算点Ｍと等湿球温度線上にある点であるが、等湿球温度線≒等エンタルピ線とみなせるので、加熱器出口温度最大値演算点Ｌでのエンタルピは最大加湿時飽和演算点Ｍでのエンタルピと等しいと考えることができる。このため、加熱器出口温度最大値演算点Ｌでも同様に、
［数１３］
ＨM＝ＨL＝１．００６・ＴL＋（１．０８５・ＴL＋２５０１）・ＸL
但し、ＸL＝Ｘgmin
と表され、ＨL（＝ＨM）、ＸL（＝Ｘgmin）が既知の値であれば、前記加熱器出口温度最大値演算点Ｌの乾球温度ＴL即ち加熱器出口温度最大値Ｔhdmaxは求まる（図３における「加熱器出口温度Ｔhdmax算出」参照）。又、前記給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfを示す線と飽和空気線との交点を加湿時飽和点Ｎとすると、該加湿時飽和点Ｎと前記加熱器出口温度最大値演算点Ｌとを結ぶ直線がエアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線となる（図３における「一次関数Ｔ＝Ｊ（Ｘ）算出」参照）。つまり、Ｔ−Ｘ空気線図上でと給気吹出状態設定点Ｆにおける給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfと冬季外気状態設定点Ｗにおける冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgminの差（Ｘf´−Ｘf）をエアワッシャ９の飽和効率η［％］と対応させた場合に、１００−η［％］に見合う絶対湿度（Ｘf´−Ｘf）を前記給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfに上乗せした絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を、エアワッシャの飽和効率ηが１００［％］であると仮定した場合の最大加湿時飽和演算点Ｍとし、該最大加湿時飽和演算点Ｍを通る等湿球温度線と前記冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgminを示す線との交点を加熱器出口温度最大値演算点Ｌとし、前記給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfを示す線と飽和空気線との交点を加湿時飽和点Ｎとし、該加湿時飽和点Ｎと加熱器出口温度最大値演算点Ｌとを結ぶ直線をエアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線として求めることができる（図３の「一次関数Ｔ＝Ｊ（Ｘ）算出」参照）。因みに、前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線の方程式は、例えば、給気吹出露点温度設定値ＤＰfが１２［℃］（乾球温度）でエアワッシャ９の飽和効率ηが以下のように設定されているとき、
［数１４］
Ｔ＝Ｊ（Ｘ）＝−２９５５Ｘ＋３７．９（η＝９０［％］の場合）
と表される。
【００３６】
前記領域Ａと、領域Ｂと、領域Ｃは、図１３に示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）において、相対湿度φと飽和度ψとが共に１００［％］となる飽和空気線と、給気吹出露点温度設定値ＤＰf即ち給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfを示す線と、前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線とによって区分され、前記給気吹出温度設定値Ｔfを示す線と給気吹出露点温度設定値ＤＰfを示す線との交点が給気吹出状態設定点Ｆとなり、前記領域Ａは、前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰfより高い領域で、前記冷却器５による冷却除湿と前記再熱器７による再熱とが必要となり、前記領域Ｂは、前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰf以下で且つ前記外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgから求まる外気絶対湿度Ｘgとに基づく前記Ｔ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）上の点が前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線より低温側に位置する領域で、前記加熱器３による加熱と前記エアワッシャ９による加湿と前記再熱器７による再熱とが必要となり、前記領域Ｃは、前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰf以下で且つ前記外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgから求まる外気絶対湿度Ｘgとに基づく前記Ｔ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）上の点が前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線上或いは該直線より高温側に位置する領域で、前記エアワッシャ９による加湿と前記冷却器５による冷却除湿と前記再熱器７による再熱とが必要となる。
【００３７】
次に、前記領域Ａに外気が存在している場合について、図４及び図１４を用いて説明する。前述した通り、領域Ａは、前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰfより高い領域で、前記冷却器５による冷却除湿と前記再熱器７による再熱とが必要となる。尚、この場合、前記加熱器３による加熱とエアワッシャ９による加湿は必要ない。
【００３８】
図４及び図１４に示す如く、外気絶対湿度Ｘgを、
［数１５］
Ｘg＝Ｆ1（ＤＰg）
より算出し、外気エンタルピＨgを、
［数１６］
Ｈg＝１．００６・Ｔg＋（１．０８５・Ｔg＋２５０１）・Ｘg
より算出する。前記冷却器５による必要冷却量Ｑcは、
［数１７］
Ｑc＝Ｃ１×風量×（Ｈg−Ｈcd）
と表され、この式に［数１６］の外気エンタルピＨgと冷却器出口空気エンタルピＨcdを代入すれば、必要冷却量Ｑcの算出が可能となる。因みに、冷却器出口空気エンタルピＨcdは、
［数１８］
Ｈcd＝１．００６・Ｔcd＋（１．０８５・Ｔcd＋２５０１）・Ｘcd
但し、Ｔcd：冷却器出口温度（乾球温度）
Ｘcd：冷却器出口絶対湿度
と表され、冷却器出口絶対湿度Ｘcdは、
［数１９］
Ｘcd＝Ｘf＝Ｆ1（ＤＰf）
但し、Ｘf：給気吹出状態設定点絶対湿度
Ｆ1：関数
と表され、給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfと給気吹出露点温度設定値ＤＰfは一対一の関係があり、前記［表１］の値より内挿（補間）で求まるが、前記冷却器出口温度Ｔcdが未知となるので、これを求める。前記冷却器５がクロスフィン型コイルの場合、該コイル列数によりバイパスファクターが決まり、これによって冷却器５を通過する外気の相対湿度は、９５〜１００［％］の間で一定となる。この相対湿度を冷却器出口相対湿度設定値φcdとすると、この相対湿度の範囲では、冷却器出口相対湿度設定値φcdは冷却器出口飽和度ψcdと略等しいので、図１４に示す如く、
φcd≒ψcd
となる。又、飽和度の定義は、絶対湿度をＸとし、同じ温度における飽和空気の絶対湿度をＸＳとした場合、
ψ＝Ｘ／ＸＳ×１００
であるから、ＸＳが求まれば、該飽和空気絶対湿度に対応する露点温度が冷却器出口温度Ｔcdとなる。つまり、冷却器出口温度Ｔcdと同じ温度における飽和空気の絶対湿度をＸＳcdとすると、
［数２０］
ＸＳcd＝Ｘcd／ψcd×１００
≒Ｘcd／φcd×１００（＝Ｘf／ψcd×１００）
となり、
［数２１］
Ｔcd＝ＤＰcd´
＝Ｇ1（ＸＳcd）
但し、Ｇ1：関数
となる。絶対湿度と露点温度は前述した通り一対一の関係があり、前記［表１］の値より内挿（補間）で求まるため、［数１９］、［数２１］を［数１８］に代入すれば、冷却器出口空気エンタルピＨcdが求めることができる。ここで、冷却制御弁４の開度は、最大冷却時を全開とし、リニア特性のバルブを使用することで、前記必要冷却量Ｑcと前記最大冷却量Ｑcmaxとの比、即ち、
［数２２］
Ｑc／Ｑcmax×１００［％］
として算出できるため、これを図７に示す如く前記コントローラ２６の出力処理部から冷却制御弁開度指令４ａとして前記冷却制御弁４（図１参照）へ出力すれば良い。
【００３９】
同時に、前記再熱器７による必要再熱量Ｑrhは、
［数２３］
Ｑrh＝Ｃ２×風量×（Ｔrhd−Ｔcd）
＝Ｃ２×風量×（Ｔf−Ｔcd）
但し、Ｔrhd：再熱器出口温度（乾球温度）
と表され、この式に給気吹出温度設定値Ｔfと［数２１］の冷却器出口温度Ｔcdを代入すれば、必要再熱量Ｑrhの算出が可能となる。ここで、再熱制御弁６の開度は、最大再熱時を全開とし、リニア特性のバルブを使用することで、前記必要再熱量Ｑrhと前記最大再熱量Ｑrhmaxとの比、即ち、
［数２４］
Ｑrh／Ｑrhmax×１００［％］
として算出できるため、これを図７に示す如く前記コントローラ２６の出力処理部から再熱制御弁開度指令６ａとして前記再熱制御弁６（図１参照）へ出力すれば良い。
【００４０】
尚、前記領域Ａでは、エアワッシャ９の運転が不要となるので、図７に示す如く、前記コントローラ２６の出力処理部から循環ポンプ停止指令８ａが前記エアワッシャ９の循環ポンプ８（図１参照）へ出力される。
【００４１】
又、前記領域Ｂに外気が存在している場合について、図５及び図１５を用いて説明する。前述した通り、領域Ｂは、前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰf以下で且つ前記外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgから求まる外気絶対湿度Ｘgとに基づく前記Ｔ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）上の点が前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線より低温側に位置する領域で、前記加熱器３による加熱と前記エアワッシャ９による加湿と前記再熱器７による再熱とが必要となる。尚、この場合、前記冷却器５による冷却は必要ない。
【００４２】
図５及び図１５に示す如く、前記加熱器３による必要加熱量Ｑhは、
［数２５］
Ｑh＝Ｃ２×風量×（Ｔhd−Ｔg）
但し、Ｔhd：加熱器出口温度（乾球温度）
と表され、エアワッシャ９の飽和効率ηと、測定される外気露点温度ＤＰgに基づいて［数１５］から算出される外気絶対湿度Ｘgとが与えられ場合、前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線の方程式を示す［数１４］から加熱器出口温度Ｔhdが求まり、該加熱器出口温度Ｔhdと外気温度Ｔgとを［数２５］に代入すれば、必要加熱量Ｑhの算出が可能となる。ここで、加熱制御弁２の開度は、最大加熱時を全開とし、リニア特性のバルブを使用することで、前記必要加熱量Ｑhと前記最大加熱量Ｑhmaxとの比、即ち、
［数２６］
Ｑh／Ｑhmax×１００［％］
として算出できるため、これを図７に示す如く前記コントローラ２６の出力処理部から加熱制御弁開度指令２ａとして前記加熱制御弁２（図１参照）へ出力すれば良い。
【００４３】
前記領域Ｂでは、加湿のためにエアワッシャ９の運転が必要となるので、図７に示す如く、前記コントローラ２６の出力処理部から循環ポンプ運転指令８ｂが前記エアワッシャ９の循環ポンプ８（図１参照）へ出力され、前記加熱器出口温度Ｔhdまで加熱された外気をエアワッシャ９で加湿した場合、絶対湿度は、図１５に示す如く、前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線上の外気絶対湿度Ｘgを示す点から、この点と交差する等湿球温度線上を給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfまで上昇し、乾球温度は、前記加熱器出口温度Ｔhdからエアワッシャ出口温度Ｔwdまで低下する。
【００４４】
同時に、前記再熱器７による必要再熱量Ｑrhは、
［数２７］
Ｑrh＝Ｃ２×風量×（Ｔrhd−Ｔwd）
＝Ｃ２×風量×（Ｔf−Ｔwd）
但し、Ｔwd：エアワッシャ出口温度
と表され、エアワッシャ９の飽和効率ηと、給気吹出露点温度設定値ＤＰfに基づいて［数１９］から算出される給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfとが与えられた場合、外気絶対湿度Ｘgと、前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数Ｔ＝Ｊ（Ｘ）から求まる加熱器出口温度Ｔhdと、前記外気絶対湿度Ｘg及び加熱器出口温度Ｔhdから求まる加熱器出口エンタルピＨhdとを用いて、等湿球変化（≒等エンタルピ変化）であることを利用し、エアワッシャ出口温度Ｔwdを求める。即ち、エアワッシャ出口エンタルピをＨwdとすると、
［数２８］
Ｔhd＝Ｊ（Ｘg）
Ｈhd＝１．００６・Ｔhd＋（１．０８５・Ｔhd＋２５０１）・Ｘg
Ｈhd≒Ｈwd＝１．００６・Ｔwd＋（１．０８５・Ｔwd＋２５０１）・Ｘf
より、エアワッシャ出口温度Ｔwdが求まり、該エアワッシャ出口温度Ｔwdと給気吹出温度設定値Ｔfとを［数２７］に代入すれば、必要再熱量Ｑrhの算出が可能となる。ここで、再熱制御弁６の開度は、前記領域Ａに外気が存在している場合と同様、［数２４］に示すように、前記必要再熱量Ｑrhと前記最大再熱量Ｑrhmaxとの比として算出できるため、これを図７に示す如く前記コントローラ２６の出力処理部から再熱制御弁開度指令６ａとして前記再熱制御弁６（図１参照）へ出力すれば良い。
【００４５】
又、前記領域Ｃに外気が存在している場合について、図６及び図１６を用いて説明する。前述した通り、領域Ｃは、前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰf以下で且つ前記外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgから求まる外気絶対湿度Ｘgとに基づく前記Ｔ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）上の点が前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線上或いは該直線より高温側に位置する領域で、前記エアワッシャ９による加湿と前記冷却器５による冷却と前記再熱器７による再熱とが必要となる。尚、この場合、前記加熱器３による加熱は必要ない。
【００４６】
前記領域Ｃでは、加湿のためにエアワッシャ９の運転が必要となるので、図７に示す如く、前記コントローラ２６の出力処理部から循環ポンプ運転指令８ｂが前記エアワッシャ９の循環ポンプ８（図１参照）へ出力される。外気温度Ｔgで外気露点温度ＤＰgの外気をエアワッシャ９で加湿した場合、絶対湿度は、図１６に示す如く、外気絶対湿度Ｘgを示す点から、この点と交差する等湿球温度線上を上昇し給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfを超えて領域Ａに入り、乾球温度は、前記外気温度Ｔgからエアワッシャ出口温度Ｔwdまで低下する。湿球温度一定の前記等湿球温度線上では、エンタルピも略一定とみなすことができるので、エアワッシャ出口エンタルピＨwdは、
［数２９］
Ｈwd≒Ｈg
となり、外気エンタルピＨgは既知の値であるため、この後の冷却に関しては、前記領域Ａの場合と同様、外気エンタルピＨgを［数１６］より算出し、前記冷却器５による必要冷却量Ｑcを、［数１７］並びに［数１８］〜［数２１］を用いて求め、冷却制御弁４の開度を［数２２］から算出し、これを図７に示す如く前記コントローラ２６の出力処理部から冷却制御弁開度指令４ａとして前記冷却制御弁４（図１参照）へ出力すれば良い。又、再熱に関しても、前記領域Ａの場合と同様、前記再熱器７による必要再熱量Ｑrhを［数２３］を用いて求め、再熱制御弁６の開度を［数２４］から算出し、これを図７に示す如く前記コントローラ２６の出力処理部から再熱制御弁開度指令６ａとして前記再熱制御弁６（図１参照）へ出力すれば良い。
【００４７】
そして、前述した本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御の流れをフローチャートとしてまとめると、図８及び図９に示すように、給気吹出温度設定値Ｔf、給気吹出露点温度設定値ＤＰfの設定が行われ、外気調和機の運転が開始されると共に、給気吹出温度設定最大値Ｔfmax、給気吹出露点温度設定最小値ＤＰfmin、冷却器出口相対湿度設定値φcd、夏季外気最大エンタルピ設定値Ｈgmax、冬季外気最低温度設定値Ｔgmin、冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgmin、エアワッシャ９の飽和効率ηの前記最大制御量算出器２７への設定読み込みが行われ、前記冷却器５の最大能力である最大冷却量Ｑcmax、前記加熱器３の最大能力である最大加熱量Ｑhmax、前記再熱器７の最大能力である最大再熱量Ｑrhmaxの算出が行われた後、エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線が求められ、外気温度Ｔg、外気露点温度ＤＰgの測定が行われ、外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰfより高い場合、領域Ａに外気が存在していると判定され、必要冷却量Ｑc、必要再熱量Ｑrhの算出が行われ、冷却制御弁４、再熱制御弁６へそれぞれ、冷却制御弁開度指令４ａ、再熱制御弁開度指令６ａが出力され、循環ポンプ停止指令８ａが前記エアワッシャ９の循環ポンプ８へ出力される。前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰf以下で且つ前記外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgから求まる外気絶対湿度Ｘgとに基づく前記Ｔ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）上の点が前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線より低温側に位置する場合、領域Ｂに外気が存在していると判定され、必要加熱量Ｑh、必要再熱量Ｑrhの算出が行われ、加熱制御弁２、再熱制御弁６へそれぞれ、加熱制御弁開度指令２ａ、再熱制御弁開度指令６ａが出力されると共に、循環ポンプ運転指令８ｂが前記エアワッシャ９の循環ポンプ８へ出力される。前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰf以下で且つ前記外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgから求まる外気絶対湿度Ｘgとに基づく前記Ｔ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）上の点が前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線上或いは該直線より高温側に位置する場合、領域Ｃに外気が存在していると判定され、必要冷却量Ｑc、必要再熱量Ｑrhの算出が行われ、冷却制御弁４、再熱制御弁６へそれぞれ、冷却制御弁開度指令４ａ、再熱制御弁開度指令６ａが出力されると共に、循環ポンプ運転指令８ｂが前記エアワッシャ９の循環ポンプ８へ出力される。外気調和機が停止していなければ、一定時間（例えば、一分程度）経過後に、前記外気温度Ｔg、外気露点温度ＤＰgの測定が再び行われて、前述と同様の操作が繰り返し行われる形となる。尚、外気調和機が停止している場合は制御が終了する形となる。
【００４８】
因みに、前記給気吹出温度設定値Ｔf、給気吹出露点温度設定値ＤＰf、冷却器出口相対湿度設定値φcd、夏季外気最大エンタルピ設定値Ｈgmax、冬季外気最低温度設定値Ｔgmin、冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgmin、エアワッシャ９の飽和効率ηの具体的数値の一例を示すと、
Ｔf＝２３［℃］
ＤＰf＝１２［℃］
φcd＝９５［％］
Ｈgmax＝８５［ｋＪ／ｋｇ］
Ｔgmin＝−２［℃］
Ｘgmin＝０．００１６［ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）］
η＝９０［％］
となる。尚、前記夏季外気最大エンタルピ設定値Ｈgmaxの８５［ｋＪ／ｋｇ］という値は、例えば、図１１のＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）において、夏季の外気絶対湿度Ｘgを０．０２０２［ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）］、夏季の外気温度Ｔgを３３［℃］と仮定した場合のものであって、この場合、夏季外気相対湿度φgmaxは６３［％］に相当する。又、図１０のＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）において、前記冬季外気最低温度設定値Ｔgminを−２［℃］、前記冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgminを０．００１６［ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）］とした場合、冬季外気相対湿度は５０［％］に相当する。
【００４９】
上記実施例のように外気調和機の制御を行うと、測定した外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgに基づくフィードフォワード制御となるため、従来のように、再熱器７の出口側の温度を測定しつつ、吹き出される給気の温度と露点温度に基づいて、いわゆるフィードバック制御を行うのとは異なり、給気の温度と露点温度を安定させるまでに時間がかからなくなる。
【００５０】
又、測定した外気温度Ｔg及び外気露点温度ＤＰgと、設定した給気吹出温度設定値Ｔf、給気吹出露点温度設定値ＤＰf及びエアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線との関係から区分される領域Ａ，Ｂ，Ｃのうちいずれの領域に外気が存在しているかを判定し、該領域に応じて、加熱器３による必要加熱量Ｑhと最大加熱量Ｑhmaxとの比で表される加熱制御弁開度指令２ａ、冷却器５による必要冷却量Ｑcと最大冷却量Ｑcmaxとの比で表される冷却制御弁開度指令４ａ、再熱器７による必要再熱量Ｑrhと最大再熱量Ｑrhmaxとの比で表される再熱制御弁開度指令６ａ、のうちの必要となる開度指令を対応する制御弁へ出力すると共に、循環ポンプ停止指令８ａ或いは循環ポンプ運転指令８ｂを前記エアワッシャ９の循環ポンプ８へ出力するようにしているため、従来のような給気温度調節器１２、給気露点温度調節器１５（図１７参照）は不要となり、これらの調節器にＰＩＤ設定値を予め設定する必要もなく、給気の温度や露点温度がそれぞれの設定値を基準としてオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返し周期的に波を打つように変動してしまうことが避けられ、温水又は蒸気、並びに冷水の消費量が減り、収束過程でのエネルギロスが増加しなくなると共に、給気の温度や露点温度それぞれの設定値に対するブレが残ってしまう心配もなくなる。
【００５１】
こうして、外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgを測定するだけで、吹き出される給気の温度と露点温度を制御して短時間で安定させることができ、該給気の温度と露点温度の周期的な変動やブレを防止して収束過程でのエネルギロスを最小限に抑制し得、更に、加湿が不要の場合、エアワッシャ９を停止して消費電力削減を図り得る。
【００５２】
尚、本発明の外気調和機の制御方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５３】
１ ケーシング
２ 加熱制御弁
２ａ 加熱制御弁開度指令
３ 加熱器
４ 冷却制御弁
４ａ 冷却制御弁開度指令
５ 冷却器
６ 再熱制御弁
６ａ 再熱制御弁開度指令
７ 再熱器
８ 循環ポンプ
８ａ 循環ポンプ停止指令
８ｂ 循環ポンプ運転指令
９ エアワッシャ
１０ 送風機
２４ 外気温度計
２５ 外気露点計
２６ コントローラ
２７ 最大制御量算出器
ＤＰg 外気露点温度
ＤＰf 給気吹出状態設定点の露点温度設定値（給気吹出露点温度設定値）
Ｈgmax 夏季外気最大エンタルピ設定値
Ｈcdmin 冷却器出口空気エンタルピ設定最小値
Ｈg 外気エンタルピ
Ｌ0 加熱器出口温度最大値点
Ｌ 加熱器出口温度最大値演算点
Ｍ0 最大加湿時飽和点
Ｍ 最大加湿時飽和演算点
Ｎ 加湿時飽和点
Ｑcmax 最大冷却量
Ｑhmax 最大加熱量
Ｑrhmax 最大再熱量
Ｑc 必要冷却量
Ｑh 必要加熱量
Ｑrh 必要再熱量
Ｔg 外気温度
Ｔhdmax0 加熱器出口温度最大値
Ｔfmax 給気吹出温度設定最大値
Ｔf 給気吹出状態設定点の乾球温度設定値（給気吹出温度設定値）
Ｔgmin 冬季外気最低温度設定値
Ｔcd 冷却器出口温度
Ｘg 外気絶対湿度
Ｘf 給気吹出状態設定点絶対湿度
Ｘgmin 冬季外気最低絶対湿度設定値
η 飽和効率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外気調和機の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路、液晶パネル、プラズマパネル、マイクロマシン、或いは医薬品や化粧品の製造工場におけるクリーンルームは、内部の温度と湿度を高精度に制御することが要求される。これらのクリーンルームでは、あまりに乾いた室内空気の場合、在室する製品表面等に静電気が帯電して製品の電気回路の破壊が生じたり、粉塵爆発が生じたり、逆に、あまりに湿った室内空気にした場合、製品表面に空気中の水分が空気中の塵埃等と共に凝縮水として結露し、製品を汚してしまったりする。よって、相対湿度を４０〜７０［％］間のある状態に精密に保つことがしばしば要求される。室内の発熱負荷が大きい場合、通年で冷房勝手で運転される場合があり、更に、人体からの呼気や汗由来の潜熱の室内発生量が全体の換気量から無視できる場合には、外気を、保持しなければならない室内条件の露点温度に精密に制御し、且つ室内の設定温度より乾球温度を少し下げて供給することもしばしばある。
【０００３】
このため、クリーンルームにおける外気の導入には、蒸気加湿又はエアワッシャ加湿による外気調和機が用いられるが、エネルギロスの大きい蒸気加湿方式より低温排熱も利用でき省エネルギ効果もあるエアワッシャ加湿方式が多く用いられるようになっている。従来においては、図１７に示される如く、外気が導入されるケーシング１内に、加熱制御弁２にて流量調節される温水又は蒸気等の加熱流体により外気を加熱する加熱器３と、冷却制御弁４にて流量調節される冷水等の冷却流体により外気を冷却する冷却器５と、再熱制御弁６にて流量調節される温水又は蒸気等の再熱流体により外気を再熱する再熱器７と、循環ポンプ８の作動にて前記加熱器３及び冷却器５の間に多量の水を噴射し該水を外気と接触させて気化させることにより外気を加湿する常時稼動式のエアワッシャ９と、前記ケーシング１内に導入された外気を給気として吹き出す送風機１０とを配設した外気調和機が用いられている。
【０００４】
尚、前記加熱器３、冷却器５、再熱器７としては、鋼管コイル列又は銅管コイル列に直交してアルミフィンが圧着されたクロスフィン型コイルが一般に採用されており、又、前記エアワッシャ９としては、水をスプレーノズルから噴射する形式のものが一般に採用されている。
【０００５】
前記外気調和機は、前記送風機１０から吹き出される給気の温度（乾球温度）を測定する給気温度計１１と、該給気温度計１１で測定された給気の温度が設定値となるよう測定値と設定値との偏差に基づいて演算し再熱制御弁開度指令６ａを出力する給気温度調節器１２と、前記送風機１０から吹き出される給気の露点温度を測定する給気露点計１３と、該給気露点計１３で測定された給気の露点温度が設定値となるよう測定値と設定値との偏差に基づいて演算し制御弁開度指令１４を出力する給気露点温度調節器１５と、該給気露点温度調節器１５から出力される制御弁開度指令１４を加熱制御弁開度指令２ａに変換する加熱制御弁用変換器１６と、前記給気露点温度調節器１５から出力される制御弁開度指令１４を冷却制御弁開度指令４ａに変換する冷却制御弁用変換器１７とを備えている。
【０００６】
前記外気調和機においては、外気がケーシング１内に導入され、加熱器３、エアワッシャ９、冷却器５、再熱器７を通過して、送風機１０により給気として吹き出されるが、このとき、前記送風機１０から吹き出される給気の温度が給気温度計１１によって測定され、該給気温度計１１で測定された給気の温度が設定値となるよう測定値と設定値との偏差に基づいて演算し給気温度調節器１２から再熱制御弁開度指令６ａが再熱制御弁６へ出力され、再熱器７に供給される温水又は蒸気等の再熱流体の流量調節が行われる。
【０００７】
同時に、前記送風機１０から吹き出される給気の露点温度が給気露点計１３によって測定され、該給気露点計１３で測定された給気の露点温度が設定値となるよう測定値と設定値との偏差に基づいて演算し給気露点温度調節器１５から制御弁開度指令１４が出力され、該給気露点温度調節器１５から出力される制御弁開度指令１４が、加熱制御弁用変換器１６によって加熱制御弁開度指令２ａに変換されると共に、冷却制御弁用変換器１７によって冷却制御弁開度指令４ａに変換され、前記加熱制御弁用変換器１６で変換された加熱制御弁開度指令２ａが加熱制御弁２へ出力され、加熱器３に供給される温水又は蒸気等の加熱流体の流量調節が行われ、前記冷却制御弁用変換器１７で変換された冷却制御弁開度指令４ａが冷却制御弁４へ出力され、冷却器５に供給される冷水等の冷却流体の流量調節が行われる。
【０００８】
尚、前記エアワッシャ９の循環ポンプ８は、常時稼働されており、該循環ポンプ８の作動にて前記加熱器３及び冷却器５の間に多量の水が噴射され、該水が外気と接触して気化することにより、外気の加湿が行われる。前記エアワッシャ９を常時稼働するのは、ノズルでの微細液滴噴霧のために循環ポンプ８のポンプ圧を一定とすることが要求される理由により循環ポンプ８の変流量の採用が無理であり、しかも、気液接触機会の確保のためノズル段階制御も難しいことから、エアワッシャ９全体をＯＮ−ＯＦＦすることとなり、仮にフィードバック制御によってエアワッシャ９をＯＮ−ＯＦＦすると、加湿の立ち上がり立ち下がりが急激であり、そのオーバーシュートのあばれを制御範囲に吸収することが難しいためである。
【０００９】
即ち、前記加熱器３に供給される温水又は蒸気等の加熱流体の流量調節と、前記エアワッシャ９による外気の加湿と、前記冷却器５に供給される冷水等の冷却流体の流量調節と、前記再熱器７に供給される温水又は蒸気等の再熱流体の流量調節とによって、前記送風機１０から吹き出される給気の温度と湿度（絶対湿度又は露点温度）が要求される状態に制御されるようになっている。要求される状態とは、外気を保持しなければならない室内条件の露点温度に精密に制御し、且つ室内の設定温度と同じか或いは乾球温度を少し下げて供給する状態である。
【００１０】
尚、前述の如き外気調和機と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−２８８３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前述の如く、吹き出される給気の温度と露点温度に基づいて、いわゆるその前段の再熱器７、冷却器５、加熱器３各々の熱搬送流体の制御を行うフィードバック制御を行うのでは、給気の温度と露点温度を安定させるまでに時間がかかるという欠点を有していた。
【００１３】
又、前記給気温度調節器１２、給気露点温度調節器１５に予め設定するＰＩＤ設定値（比例帯、積分時間、微分時間設定値）によっては、給気の温度と露点温度がそれぞれの設定値を基準としてオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返し、周期的に波を打つように変動してしまい、温水又は蒸気、並びに冷水の消費量が増え、収束過程でのエネルギロスが増加したり、或いは、給気の温度と露点温度それぞれの設定値に対するブレが残ってしまうという問題をも有していた。特に、前記給気露点温度調節器１５から一つの信号として制御弁開度指令１４を出力し、二つの変換器（加熱制御弁用変換器１６と冷却制御弁用変換器１７）で同じ信号から別の信号へ変換し、加熱と冷却とを制御するので、周期的に波を打つような変動がたびたび生じる虞がある。とは言っても、高価な給気露点計１３及び給気露点温度調節器１５をもう一基追加しても、根本の解決には至らないものであった。
【００１４】
更に又、前記エアワッシャ９は、空気中の微量ガスの水への吸収要請が、製造製品の変化で少なくなったにもかかわらず、常時稼働しなければならないため、循環ポンプ８の消費電力が増加し、省エネルギの観点から改善が望まれていた。
【００１５】
本発明は、斯かる実情に鑑み、外気温度と外気露点温度を測定するだけで、吹き出される給気の温度と露点温度を制御して短時間で安定させることができ、該給気の温度と露点温度の周期的な変動やブレを防止して収束過程でのエネルギロスを最小限に抑制し得、更に、加湿が不要の場合、エアワッシャを停止して消費電力削減を図り得る外気調和機の制御方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、外気が導入されるケーシング内に、加熱制御弁にて流量調節される加熱流体により外気を加熱する加熱器と、循環ポンプの作動にて水を噴射し該水を外気と接触させて気化させることにより外気を加湿するエアワッシャと、冷却制御弁にて流量調節される冷却流体により外気を冷却する冷却器と、再熱制御弁にて流量調節される再熱流体により外気を再熱する再熱器と、前記ケーシング内に導入された外気を給気として吹き出す送風機とを配設した外気調和機の制御方法において、
前記加熱器の最大能力である最大加熱量を、冬季外気最低温度設定値から加熱器出口温度最大値点における加熱器出口温度最大値までの加熱量として求め、前記冷却器の最大能力である最大冷却量を夏季外気最大エンタルピ設定値から冷却器出口空気エンタルピ設定最小値までの冷却量として求め、前記再熱器の最大能力である最大再熱量を給気吹出露点温度設定最小値と等しいエアワッシャ出口最低温度から給気吹出温度設定最大値までの再熱量として求めておき、
外気温度と外気露点温度を測定した測定値から演算して外気状態をＴ−Ｘ空気線図上の状態点として算出し、
前記外気露点温度が給気吹出状態設定点の露点温度設定値より高く前記冷却器による冷却除湿と前記再熱器による再熱とが必要となる領域Ａと、前記外気露点温度が給気吹出状態設定点の露点温度設定値以下で且つ前記外気温度と外気露点温度から求まる外気絶対湿度とに基づくＴ−Ｘ空気線図上の点が前記エアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線より低温側に位置し前記加熱器による加熱と前記エアワッシャによる加湿と前記再熱器による再熱とが必要となる領域Ｂと、前記外気露点温度が給気吹出状態設定点の露点温度設定値以下で且つ前記外気温度と外気露点温度から求まる外気絶対湿度とに基づくＴ−Ｘ空気線図上の点が前記エアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線上或いは該直線より高温側に位置し前記エアワッシャによる加湿と前記冷却器による冷却と前記再熱器による再熱とが必要となる領域ＣとのうちいずれのＴ−Ｘ空気線図上の領域に外気の状態点が存在しているかを判定し、
前記領域Ａに外気の状態点が存在している場合、給気吹出状態設定点の露点温度設定値上の冷却器出口空気エンタルピと外気の状態点における外気エンタルピとの差分に比例する前記冷却器による必要冷却量を算出して該必要冷却量と前記最大冷却量との比で表される冷却制御弁開度指令を前記冷却制御弁へ出力し、給気吹出状態設定点の乾球温度設定値と冷却器出口温度との差分に比例する前記再熱器による必要再熱量を算出して該必要再熱量と前記最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令を前記再熱制御弁へ出力し、循環ポンプ停止指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力するようにし、
前記領域Ｂに外気の状態点が存在している場合、エアワッシャの飽和効率及び外気露点温度から求まる加熱器出口温度と外気温度Ｔとの差分に比例する前記加熱器による必要加熱量を算出して該必要加熱量と前記最大加熱量との比で表される加熱制御弁開度指令を前記加熱制御弁へ出力し、循環ポンプ運転指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力し、給気吹出状態設定点の乾球温度設定値とエアワッシャ出口温度との差分に比例する前記再熱器による必要再熱量を算出して該必要再熱量と前記最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令を前記再熱制御弁へ出力するようにし、
前記領域Ｃに外気の状態点が存在している場合、循環ポンプ運転指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力し、給気吹出状態設定点の露点温度設定値上の冷却器出口空気エンタルピと外気の状態点における外気エンタルピとの差分に比例する前記冷却器による必要冷却量を算出して該必要冷却量と前記最大冷却量との比で表される冷却制御弁開度指令を前記冷却制御弁へ出力し、給気吹出状態設定点の乾球温度設定値と冷却器出口温度との差分に比例する前記再熱器による必要再熱量を算出して該必要再熱量と前記最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令を前記再熱制御弁へ出力するようにしたことを特徴とする外気調和機の制御方法にかかるものである。
【００１７】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１８】
測定した外気温度と外気露点温度に基づくフィードフォワード制御となるため、従来のように、再熱器の出口側の温度を測定しつつ、吹き出される給気の温度と露点温度に基づいて、いわゆるフィードバック制御を行うのとは異なり、給気の温度と露点温度を安定させるまでに時間がかからなくなる。
【００１９】
又、測定した外気温度及び外気露点温度の測定値から演算した外気状態のＴ−Ｘ空気線図上の状態点と、設定した給気吹出温度設定値、給気吹出露点温度設定値及びエアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線との関係から区分されるＴ−Ｘ空気線図上の領域Ａ，Ｂ，Ｃのうちいずれの領域に外気の状態点が存在しているかを判定し、該領域に応じて、加熱器による必要加熱量と最大加熱量との比で表される加熱制御弁開度指令、冷却器による必要冷却量と最大冷却量との比で表される冷却制御弁開度指令、並びに再熱器による必要再熱量と最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令のうちの必要となる開度指令を対応する制御弁へ出力すると共に、循環ポンプ停止指令或いは循環ポンプ運転指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力するようにしているため、従来のような、給気温度調節器、給気露点温度調節器は不要となり、これらの調節器に、測定値と設定値との偏差に基づく比例帯や、急激な変動応答によるオーバーシュートやズレであるオフセットを無くす積分時間や微分時間であるＰＩＤ設定値を予め設定する必要もなく、一義で決まる比信号なので、給気の温度や露点温度がそれぞれの設定値を基準としてオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返し周期的に波を打つように変動してしまうことが避けられ、温水又は蒸気、並びに冷水の消費量が減り、収束過程でのエネルギロスが増加しなくなると共に、給気の温度や露点温度それぞれの設定値に対するブレが残ってしまう心配もなくなる。
【００２０】
更に又、前記エアワッシャは、外気露点温度が給気吹出露点温度設定値より高い場合、停止させることができ、常時稼働しなくて済むため、循環ポンプの消費電力が低減され、省エネルギ化を図ることが可能となる。
【００２１】
前記外気調和機の制御方法においては、Ｔ−Ｘ空気線図上で給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値と冬季外気状態設定点における冬季外気最低絶対湿度設定値との差をエアワッシャの飽和効率η［％］と対応させた場合に、１００−η［％］に見合う絶対湿度を前記給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値に上乗せした絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を、エアワッシャの飽和効率ηが１００［％］であると仮定した場合の給気吹出露点温度設定最大値に対応する最大加湿時飽和点とし、該最大加湿時飽和点を通る等湿球温度線と前記冬季外気最低絶対湿度設定値を示す線との交点を給気吹出露点温度設定最大値に対応する加熱器出口温度最大値点とし、該加熱器出口温度最大値点における加熱器出口温度最大値を求めるようにすることができる。
【００２２】
又、前記外気調和機の制御方法においては、Ｔ−Ｘ空気線図上で給気吹出状態設定点における給気吹出状態設定点絶対湿度と冬季外気状態設定点における冬季外気最低絶対湿度設定値との差をエアワッシャの飽和効率η［％］と対応させた場合に、１００−η［％］に見合う絶対湿度を前記給気吹出状態設定点絶対湿度に上乗せした絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を、エアワッシャの飽和効率ηが１００［％］であると仮定した場合の給気吹出露点温度設定値に対応する最大加湿時飽和演算点とし、該最大加湿時飽和演算点を通る等湿球温度線と前記冬季外気最低絶対湿度設定値を示す線との交点を給気吹出露点温度設定値に対応する加熱器出口温度最大値演算点とし、前記給気吹出状態設定点絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を加湿時飽和点とし、該加湿時飽和点と加熱器出口温度最大値演算点とを結ぶ直線をエアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線として求めるようにすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の外気調和機の制御方法によれば、外気温度と外気露点温度を測定するだけで、吹き出される給気の温度と露点温度を制御して短時間で安定させることができ、該給気の温度と露点温度の周期的な変動やブレを防止して収束過程でのエネルギロスを最小限に抑制し得、更に、加湿が不要の場合、エアワッシャを停止して消費電力削減を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における装置構成を示す全体概要図である。
【図２】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御系統の一部を示す制御ブロック図である。
【図３】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御系統の一部を示す制御ブロック図である。
【図４】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御系統の一部を示す制御ブロック図である。
【図５】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御系統の一部を示す制御ブロック図である。
【図６】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御系統の一部を示す制御ブロック図である。
【図７】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御系統の一部を示す制御ブロック図である。
【図８】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御の流れを示すフローチャートである。
【図９】本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において給気吹出状態設定点が設定される範囲を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１１】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において最大冷却量を算出する手順を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１２】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において、給気吹出露点温度設定値まで加湿するために加熱とエアワッシャ加湿が必要な領域Ｂと、加熱をせずエアワッシャ加湿と冷却器除湿が必要な領域Ｃとを区分する線についての説明を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１３】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において、エアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線の求め方、並びに区分された外気の存在領域を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１４】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において領域Ａに外気が存在している場合の操作手順（冷却→再熱）を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１５】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において領域Ｂに外気が存在している場合の操作手順（加熱→加湿→再熱）を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１６】本発明の外気調和機の制御方法の実施例において領域Ｃに外気が存在している場合の操作手順（加湿→冷却→再熱）を示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）である。
【図１７】従来の外気調和機の制御方法の一例における装置構成を示す全体概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２６】
図１〜図１６は本発明の外気調和機の制御方法の実施例であって、図中、図１７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１７に示す従来のものと同様であるが、本実施例の特徴とするところは、図１〜図１６に示す如く、ケーシング１の入側に、該ケーシング１に導入される外気の温度（乾球温度）を測定する外気温度計２４と、外気の露点温度を測定する外気露点計２５とを設け、前記外気温度計２４で測定された外気温度と、前記外気露点計２５で測定された外気露点温度とをコントローラ２６に入力し、該コントローラ２６において、前記外気温度と外気露点温度とに基づき、加熱器３による必要加熱量Ｑhと最大加熱量Ｑhmaxとの比で表される加熱制御弁開度指令２ａと、冷却器５による必要冷却量Ｑcと最大冷却量Ｑcmaxとの比で表される冷却制御弁開度指令４ａと、再熱器７による必要再熱量Ｑrhと最大再熱量Ｑrhmaxとの比で表される再熱制御弁開度指令６ａとを求めて出力すると共に、循環ポンプ停止指令８ａ或いは循環ポンプ運転指令８ｂを出力し、フィードフォワード制御を行うようにした点にある。
【００２７】
尚、前記コントローラ２６には、加熱器３の最大能力を示す最大加熱量Ｑhmaxと、冷却器５の最大能力を示す最大冷却量Ｑcmaxと、再熱器７の最大能力を示す最大再熱量Ｑrhmaxとを算出する最大制御量算出器２７を接続し、該最大制御量算出器２７で算出される最大加熱量Ｑhmaxと最大冷却量Ｑcmaxと最大再熱量Ｑrhmaxとをコントローラ２６へ入力するようにしてある。これは、対象となるクリーンルーム等の設置地域や、室内空気設定条件、及びハードとしての外気調和機が決まった時点で、一度算出すれば固定値として扱えるものであり、その都度、演算する必要がないからである。
【００２８】
本実施例の場合、先ず、
Ｔfmax：給気吹出状態設定点の乾球温度設定最大値（給気吹出温度設定最大値とも表す）
ＤＰfmax：給気吹出状態設定点の露点温度設定最大値（給気吹出露点温度設定最大値とも表す）
ＤＰfmin：給気吹出状態設定点の露点温度設定最小値（給気吹出露点温度設定最小値とも表す）
φcd：冷却器出口相対湿度設定値
Ｈgmax：夏季外気最大エンタルピ設定値
Ｔgmin：冬季外気最低温度設定値（乾球温度）
Ｘgmin：冬季外気最低絶対湿度設定値
η：エアワッシャ９の飽和効率
とし、これらの値を、図２に示す如く、前記最大制御量算出器２７（図１参照）における入力処理部に入力し、予め、後述する冬季外気最低温度設定値Ｔgminから加熱器出口温度設定最大値Ｔhdmax0までの加熱量である前記最大加熱量Ｑhmaxと、後述する夏季外気最大エンタルピ設定値Ｈgmaxから冷却器出口空気エンタルピ設定最小値Ｈcdminまでの冷却量である前記最大冷却量Ｑcmaxと、後述するエアワッシャ出口温度設定最小値Ｔwdminから給気吹出温度設定最大値Ｔfmaxまでの再熱量である前記最大再熱量Ｑrhmaxとを求めておき、該最大制御量算出器２７における出力処理部から前記コントローラ２６へ出力する。尚、前記最大加熱量Ｑhmaxと、前記最大冷却量Ｑcmaxと、前記最大再熱量Ｑrhmaxとが装置容量として既に分かっている場合は、前記最大制御量算出器２７を用いず、直接、コントローラ２６へ入力しても良い。
【００２９】
続いて、
Ｔg：外気温度（測定値）
ＤＰg：外気露点温度（測定値）
Ｔf：給気吹出状態設定点の乾球温度設定値（給気吹出温度設定値とも表す）
ＤＰf：給気吹出状態設定点の露点温度設定値（給気吹出露点温度設定値とも表す）
とし、これらの値と、前記最大制御量算出器２７の出力処理部から出力される値（最大加熱量Ｑhmax、最大冷却量Ｑcmax、最大再熱量Ｑrhmax、及び最大制御量算出器２７への入力値そのままの二つの設定値であって、そのうちの一つは、冷却器５の有限なコイル列数やフィンピッチの粗さから生じるコイルに全く触れないで冷却器５を素通りする空気があるために、理論値である飽和空気線まで到達できない、いわゆるバイパスファクターで表現される冷却器５の性能を相対湿度で示す冷却器出口相対湿度設定値φcdであり、もう一つは、エアワッシャ９の飽和効率ηである）とを、図３に示す如く、前記コントローラ２６（図１参照）における入力処理部に入力し、前記外気露点温度ＤＰg並びに外気温度Ｔgに基づき、領域Ａと、領域Ｂと、領域Ｃとのうちいずれの領域に外気が存在しているかを判定する。
【００３０】
前記給気吹出温度設定値Ｔfと給気吹出露点温度設定値ＤＰfは、図１０に示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）において、通常、エアワッシャ９が狭い空間で速い気流中に水噴射を行うという構造上、水噴射方式の違い等による飽和効率の大小はあるが、エアワッシャ９の飽和効率ηがたとえ高性能な場合である９５［％］以上であっても、後述の冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgminでの加熱器出口温度最大値Ｔhdmaxとの最大絶対湿度差における、該飽和効率ηでの到達相対湿度から導かれ規定される上限値である給気吹出相対湿度設定最大値φfmaxを結んだ線と、室内精密湿度制御のための外気露点制御に関係し且つ室内で設定可能な最低相対湿度にも関係する給気吹出状態設定点絶対湿度設定最小値Ｘfminを表す線と、室内精密湿度制御のための外気露点制御に関係し且つ室内で設定可能な最高相対湿度にも関係する給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値Ｘfmaxを表す線と、室内設定温度及び室内還気との混合性から規定される給気吹出温度設定最大値Ｔfmaxを表す線とで囲まれる範囲（図１０では斜線を付してある）内に設定される点であって、この点が給気吹出状態設定点Ｆとなる。尚、図１０中、Ｔfminは給気吹出温度設定最小値、ＤＰfminは給気吹出露点温度設定最小値、ＤＰfmaxは給気吹出露点温度設定最大値を示し、それぞれ給気吹出相対湿度設定最大値φfmaxを結んだ線と他の線との交点で表現されている。又、外気露点制御に関係し且つ室内で設定可能な最低相対湿度にも関係する給気吹出状態設定点絶対湿度設定最小値Ｘfminを表す線と、外気露点制御に関係し且つ室内で設定可能な最高相対湿度にも関係する給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値Ｘfmaxを表す線は、その建設したクリーンルームで取り得る室内設定値から導かれても良く、又、ユニット化した外気調和機ハードで取り得る値でも良いが、給気吹出状態設定点絶対湿度設定最小値Ｘfminを表す線については、最終的に冷却器５の性能によって決まってしまう。
【００３１】
前記最大冷却量Ｑcmaxは、図１０及び図１１に示す如く、夏季外気状態設定点Ｓにおける夏季外気最大エンタルピ設定値をＨgmaxとした場合、
［数１］
Ｑcmax＝Ｃ１×風量×（Ｈgmax−Ｈcdmin）
但し、Ｃ１：定数
Ｈcdmin：冷却器出口空気エンタルピ設定最小値
と表され、冷却器出口空気エンタルピ設定最小値Ｈcdminは、
［数２］
Ｈcdmin＝１．００６・Ｔcdmin＋（１．０８５・Ｔcdmin＋２５０１）・Ｘcdmin
但し、Ｔcdmin：冷却器出口温度設定最小値（乾球温度）
Ｘcdmin：冷却器出口絶対湿度設定最小値
と表され、冷却器出口絶対湿度設定最小値Ｘcdminは、
［数３］
Ｘcdmin＝Ｘfmin＝Ｆ1（ＤＰfmin）
但し、Ｘfmin：給気吹出状態設定点絶対湿度設定最小値
Ｆ1：関数
と表され、給気吹出状態設定点絶対湿度設定最小値Ｘfminと給気吹出露点温度設定最小値ＤＰfminは一対一の関係があり、下記の［表１］の値より内挿（補間）で求まるが、前記冷却器出口温度設定最小値Ｔcdminが未知となるので、これを求める。前記冷却器５がクロスフィン型コイルの場合、該コイル列数によりバイパスファクターが決まり、これによって冷却器５を通過する外気の相対湿度は、９５〜１００［％］の間で一定となる。この相対湿度を冷却器出口相対湿度設定値φcdとすると、この相対湿度の範囲では、冷却器出口相対湿度設定値φcdは冷却器出口飽和度ψcdと略等しいので、図１１に示す如く、
φcd≒ψcd
となる。又、飽和度の定義は、絶対湿度をＸとし、同じ温度における飽和空気の絶対湿度をＸＳとした場合、
ψ＝Ｘ／ＸＳ×１００
であるから、ＸＳが求まれば、該飽和空気絶対湿度に対応する露点温度が冷却器出口温度設定最小値Ｔcdminとなる。つまり、冷却器出口温度設定最小値Ｔcdminと同じ温度における飽和空気の絶対湿度をＸＳcdminとすると、
［数４］
ＸＳcdmin＝Ｘcdmin／ψcd×１００
≒Ｘcdmin／φcd×１００（＝Ｘfmin／ψcd×１００）
となり（図２における「冷却器出口温度設定最小値Ｔcdminでの飽和空気の絶対湿度ＸＳcdmin算出」参照）、
［数５］
Ｔcdmin＝ＤＰcdmin´
＝Ｇ1（ＸＳcdmin）
但し、Ｇ1：関数
となる（図２における「冷却器出口温度設定最小値Ｔcdmin算出」参照）。絶対湿度と露点温度は前述した通り一対一の関係があり、下記の［表１］の値より内挿（補間）で求まるため、［数３］、［数５］を［数２］に代入すれば、冷却器出口空気エンタルピ設定最小値Ｈcdminが求まり（図２における「冷却器出口空気エンタルピ設定最小値Ｈcdmin算出」参照）、該冷却器出口空気エンタルピ設定最小値Ｈcdminと夏季外気最大エンタルピ設定値Ｈgmaxを［数１］に代入すれば、最大冷却量Ｑcmaxを求めることができる。
【表１】
【００３２】
前記最大加熱量Ｑhmaxは、図１０に示す如く、
［数６］
Ｑhmax＝Ｃ２×風量×（Ｔhdmax0−Ｔgmin）
但し、Ｃ２：定数
Ｔhdmax0：加熱器出口温度最大値（乾球温度）
と表される。ここで、エアワッシャ９の飽和効率ηと冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgminとが与えられ、Ｔ−Ｘ空気線図上で外気が冬季外気状態設定点Ｗにある場合、該外気を加熱器３で給気吹出露点温度設定最大値ＤＰfmaxに対応する加熱器出口温度最大値点Ｌ0における加熱器出口温度最大値Ｔhdmax0まで加熱し、該加熱器出口温度最大値点Ｌ0からエアワッシャ９で加湿を行うと、該エアワッシャ９の飽和効率ηが仮に１００［％］であれば、等湿球温度線に沿って絶対湿度が上昇し、該等湿球温度線と飽和空気線との交点である給気吹出露点温度設定最大値ＤＰfmaxに対応する最大加湿時飽和点Ｍ0まで到達するが、前記エアワッシャ９の飽和効率ηは現実には１００［％］未満となり、最大加湿時飽和点Ｍ0までは到達しない。このため、等湿球温度線の延長線上で飽和空気線と交差する点（最大加湿時飽和点Ｍ0）の絶対湿度をＸfmax´とし、給気吹出状態設定点Ｆの想定される給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値をＸfmaxとすると、
［数７］
（Ｘfmax´−Ｘgmin）：（Ｘfmax−Ｘgmin）＝１００：η
（Ｘfmax´−Ｘfmax）：（Ｘfmax−Ｘgmin）＝（１００−η）：η
という関係が成り立ち（図１０参照）、Ｘfmax、Ｘgmin、ηが既知の値であることからＸfmax´は求まり（図２における「給気吹出露点温度設定最大値ＤＰfmaxにおける最大加湿時の等湿球温度線と飽和空気線との交点Ｍ0での絶対湿度Ｘfmax´算出」参照）、該Ｘfmax´に相当する露点温度ＤＰfmax´が前記最大加湿時飽和点Ｍ0の乾球温度ＴM0となり、該最大加湿時飽和点Ｍ0が求まる。尚、図１０中、Ｔwd0は最大加湿時におけるエアワッシャ出口温度である。前記最大加湿時飽和点Ｍ0におけるエンタルピＨM0は、
［数８］
ＨM0＝１．００６・ＴM0＋（１．０８５・ＴM0＋２５０１）・ＸM0
但し、ＴM0＝ＤＰfmax´
＝Ｇ１（Ｘfmax´）
ＸM0＝Ｘfmax´
と表され（図２における「交点Ｍ0での乾球温度ＴM0、エンタルピＨM0算出」参照）、Ｘfmax´が算出されているので、ＨM0は求まる。加熱器出口温度最大値点Ｌ0は最大加湿時飽和点Ｍ0と等湿球温度線上にある点であるが、等湿球温度線≒等エンタルピ線とみなせるので、加熱器出口温度最大値点Ｌ0でのエンタルピは最大加湿時飽和点Ｍ0でのエンタルピと等しいと考えることができる。このため、加熱器出口温度最大値点Ｌ0でも同様に、
［数９］
ＨM0＝ＨL0＝１．００６・ＴL0＋（１．０８５・ＴL0＋２５０１）・ＸL0
但し、ＸL0＝Ｘgmin
と表され、ＨL0（＝ＨM0）、ＸL0（＝Ｘgmin）が既知の値であれば、前記加熱器出口温度最大値点Ｌ0の乾球温度ＴL0即ち加熱器出口温度最大値Ｔhdmax0は求まる（図２における「加熱器出口温度最大値Ｔhdmax0算出」参照）。
【００３３】
前記最大再熱量Ｑrhmaxは、図１０に示す如く、
［数１０］
Ｑrhmax＝Ｃ２×風量×（Ｔrhdmax−Ｔwdmin）
但し、Ｃ２：定数
Ｔrhdmax：再熱器出口温度設定最大値（乾球温度）
Ｔwdmin：エアワッシャ出口温度設定最小値（乾球温度）
と表される。ここで、再熱器出口温度設定最大値Ｔrhdmaxは給気吹出温度設定最大値Ｔfmaxと等しく、エアワッシャ出口温度設定最小値Ｔwdminは給気吹出露点温度設定最小値ＤＰfminと等しいため、該再熱器出口温度設定最大値Ｔrhdmaxとエアワッシャ出口温度設定最小値Ｔwdminとを［数１０］に代入すれば、最大再熱量Ｑrhmaxを求めることができる。
【００３４】
ここで、給気吹出露点温度設定値ＤＰfまで加湿するために加熱とエアワッシャ加湿が必要な領域Ｂと、加熱をせずエアワッシャ加湿と冷却器除湿が必要な領域Ｃとを区分する線について図１２を用いて説明する。Ｔ−Ｘ空気線図上で外気が冬季外気状態設定点Ｗにある場合、該外気を加熱器３で給気吹出露点温度設定値ＤＰfに対応する加熱器出口温度最大値演算点Ｌにおける加熱器出口温度最大値Ｔhdmaxまで加熱し、該加熱器出口温度最大値演算点Ｌからエアワッシャ９で加湿を行うと、該エアワッシャ９の飽和効率ηが仮に１００［％］であれば、等湿球温度線に沿って絶対湿度が上昇し、該等湿球温度線と飽和空気線との交点である給気吹出露点温度設定値ＤＰfに対応する最大加湿時飽和演算点Ｍまで到達するが、前記エアワッシャ９の飽和効率ηは現実には１００［％］未満となり、最大加湿時飽和演算点Ｍまでは到達しない。このため、等湿球温度線の延長線上で飽和空気線と交差する点（最大加湿時飽和演算点Ｍ）の絶対湿度をＸf´とし、給気吹出状態設定点Ｆにおける絶対湿度を給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfとすると、
［数１１］
（Ｘf´−Ｘgmin）：（Ｘf−Ｘgmin）＝１００：η
（Ｘf´−Ｘf）：（Ｘf−Ｘgmin）＝（１００−η）：η
という関係が成り立ち、Ｘf、Ｘgmin、ηが既知の値であることからＸf´は求まり（図３における「給気吹出露点温度設定値ＤＰfにおける最大加湿時の等湿球温度線と飽和空気線との交点Ｍでの絶対湿度Ｘf´算出」参照）、該Ｘf´に相当する露点温度ＤＰf´が前記最大加湿時飽和演算点Ｍの乾球温度ＴMとなり、該最大加湿時飽和演算点Ｍが求まる。同様に図１２のＴ−Ｘ空気線図上で外気が任意のI点、II点、III点にあって各点における外気絶対湿度をＸgI、ＸgII、ＸgIIIとし、［数１１］と同様の関係に基づいて求められる絶対湿度をＸfI´、ＸfII´、ＸfIII´とする時、該各絶対湿度ＸfI´、ＸfII´、ＸfIII´を示す線と飽和空気線との交点を通る等湿球温度線を引き下ろして、前記各外気絶対湿度ＸgI、ＸgII、ＸgIIIを示す線と交わる点が、給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfまで外気を加湿するのに必要な加熱器３の出口のポイントＯ、Ｐ、Ｑ（加熱器出口温度ＴhdI、ＴhdII、ＴhdIII）となる。又、領域Ｂ内で外気のポイントを絶対湿度でIII点より更に上げて行くと、前記給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfを示す線と飽和空気線との交点Ｎ（加湿時飽和点）に漸近して行き、該交点Ｎでエアワッシャ加湿を行った場合、加湿も冷却も起こらず外気は前記交点Ｎに留まる。つまり、交点Ｎが領域Ｂにおける絶対湿度の最も高い状態である。図１２より、点Ｌ、Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｎは一直線となることがわかるので、領域Ｂと領域Ｃを隔てる線は一次直線で近似できる。
【００３５】
よって前記二点Ｌ、Ｎが求まれば、該二点Ｌ、Ｎを結ぶ直線の一次関数は決定することができるので、その求め方について図１３を用いて説明する。前記最大加湿時飽和演算点Ｍにおけるエンタルピは、
［数１２］
ＨM＝１．００６・ＴM＋（１．０８５・ＴM＋２５０１）・ＸM
但し、ＴM＝ＤＰf´
ＸM＝Ｘf´
と表され（図３における「交点Ｍでの乾球温度ＴM、エンタルピＨM算出」参照）、加熱器出口温度最大値演算点Ｌは最大加湿時飽和演算点Ｍと等湿球温度線上にある点であるが、等湿球温度線≒等エンタルピ線とみなせるので、加熱器出口温度最大値演算点Ｌでのエンタルピは最大加湿時飽和演算点Ｍでのエンタルピと等しいと考えることができる。このため、加熱器出口温度最大値演算点Ｌでも同様に、
［数１３］
ＨM＝ＨL＝１．００６・ＴL＋（１．０８５・ＴL＋２５０１）・ＸL
但し、ＸL＝Ｘgmin
と表され、ＨL（＝ＨM）、ＸL（＝Ｘgmin）が既知の値であれば、前記加熱器出口温度最大値演算点Ｌの乾球温度ＴL即ち加熱器出口温度最大値Ｔhdmaxは求まる（図３における「加熱器出口温度Ｔhdmax算出」参照）。又、前記給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfを示す線と飽和空気線との交点を加湿時飽和点Ｎとすると、該加湿時飽和点Ｎと前記加熱器出口温度最大値演算点Ｌとを結ぶ直線がエアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線となる（図３における「一次関数Ｔ＝Ｊ（Ｘ）算出」参照）。つまり、Ｔ−Ｘ空気線図上でと給気吹出状態設定点Ｆにおける給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfと冬季外気状態設定点Ｗにおける冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgminの差（Ｘf´−Ｘf）をエアワッシャ９の飽和効率η［％］と対応させた場合に、１００−η［％］に見合う絶対湿度（Ｘf´−Ｘf）を前記給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfに上乗せした絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を、エアワッシャの飽和効率ηが１００［％］であると仮定した場合の最大加湿時飽和演算点Ｍとし、該最大加湿時飽和演算点Ｍを通る等湿球温度線と前記冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgminを示す線との交点を加熱器出口温度最大値演算点Ｌとし、前記給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfを示す線と飽和空気線との交点を加湿時飽和点Ｎとし、該加湿時飽和点Ｎと加熱器出口温度最大値演算点Ｌとを結ぶ直線をエアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線として求めることができる（図３の「一次関数Ｔ＝Ｊ（Ｘ）算出」参照）。因みに、前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線の方程式は、例えば、給気吹出露点温度設定値ＤＰfが１２［℃］（乾球温度）でエアワッシャ９の飽和効率ηが以下のように設定されているとき、
［数１４］
Ｔ＝Ｊ（Ｘ）＝−２９５５Ｘ＋３７．９（η＝９０［％］の場合）
と表される。
【００３６】
前記領域Ａと、領域Ｂと、領域Ｃは、図１３に示すＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）において、相対湿度φと飽和度ψとが共に１００［％］となる飽和空気線と、給気吹出露点温度設定値ＤＰf即ち給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfを示す線と、前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線とによって区分され、前記給気吹出温度設定値Ｔfを示す線と給気吹出露点温度設定値ＤＰfを示す線との交点が給気吹出状態設定点Ｆとなり、前記領域Ａは、前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰfより高い領域で、前記冷却器５による冷却除湿と前記再熱器７による再熱とが必要となり、前記領域Ｂは、前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰf以下で且つ前記外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgから求まる外気絶対湿度Ｘgとに基づく前記Ｔ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）上の点が前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線より低温側に位置する領域で、前記加熱器３による加熱と前記エアワッシャ９による加湿と前記再熱器７による再熱とが必要となり、前記領域Ｃは、前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰf以下で且つ前記外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgから求まる外気絶対湿度Ｘgとに基づく前記Ｔ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）上の点が前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線上或いは該直線より高温側に位置する領域で、前記エアワッシャ９による加湿と前記冷却器５による冷却除湿と前記再熱器７による再熱とが必要となる。
【００３７】
次に、前記領域Ａに外気が存在している場合について、図４及び図１４を用いて説明する。前述した通り、領域Ａは、前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰfより高い領域で、前記冷却器５による冷却除湿と前記再熱器７による再熱とが必要となる。尚、この場合、前記加熱器３による加熱とエアワッシャ９による加湿は必要ない。
【００３８】
図４及び図１４に示す如く、外気絶対湿度Ｘgを、
［数１５］
Ｘg＝Ｆ1（ＤＰg）
より算出し、外気エンタルピＨgを、
［数１６］
Ｈg＝１．００６・Ｔg＋（１．０８５・Ｔg＋２５０１）・Ｘg
より算出する。前記冷却器５による必要冷却量Ｑcは、
［数１７］
Ｑc＝Ｃ１×風量×（Ｈg−Ｈcd）
と表され、この式に［数１６］の外気エンタルピＨgと冷却器出口空気エンタルピＨcdを代入すれば、必要冷却量Ｑcの算出が可能となる。因みに、冷却器出口空気エンタルピＨcdは、
［数１８］
Ｈcd＝１．００６・Ｔcd＋（１．０８５・Ｔcd＋２５０１）・Ｘcd
但し、Ｔcd：冷却器出口温度（乾球温度）
Ｘcd：冷却器出口絶対湿度
と表され、冷却器出口絶対湿度Ｘcdは、
［数１９］
Ｘcd＝Ｘf＝Ｆ1（ＤＰf）
但し、Ｘf：給気吹出状態設定点絶対湿度
Ｆ1：関数
と表され、給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfと給気吹出露点温度設定値ＤＰfは一対一の関係があり、前記［表１］の値より内挿（補間）で求まるが、前記冷却器出口温度Ｔcdが未知となるので、これを求める。前記冷却器５がクロスフィン型コイルの場合、該コイル列数によりバイパスファクターが決まり、これによって冷却器５を通過する外気の相対湿度は、９５〜１００［％］の間で一定となる。この相対湿度を冷却器出口相対湿度設定値φcdとすると、この相対湿度の範囲では、冷却器出口相対湿度設定値φcdは冷却器出口飽和度ψcdと略等しいので、図１４に示す如く、
φcd≒ψcd
となる。又、飽和度の定義は、絶対湿度をＸとし、同じ温度における飽和空気の絶対湿度をＸＳとした場合、
ψ＝Ｘ／ＸＳ×１００
であるから、ＸＳが求まれば、該飽和空気絶対湿度に対応する露点温度が冷却器出口温度Ｔcdとなる。つまり、冷却器出口温度Ｔcdと同じ温度における飽和空気の絶対湿度をＸＳcdとすると、
［数２０］
ＸＳcd＝Ｘcd／ψcd×１００
≒Ｘcd／φcd×１００（＝Ｘf／ψcd×１００）
となり、
［数２１］
Ｔcd＝ＤＰcd´
＝Ｇ1（ＸＳcd）
但し、Ｇ1：関数
となる。絶対湿度と露点温度は前述した通り一対一の関係があり、前記［表１］の値より内挿（補間）で求まるため、［数１９］、［数２１］を［数１８］に代入すれば、冷却器出口空気エンタルピＨcdが求めることができる。ここで、冷却制御弁４の開度は、最大冷却時を全開とし、リニア特性のバルブを使用することで、前記必要冷却量Ｑcと前記最大冷却量Ｑcmaxとの比、即ち、
［数２２］
Ｑc／Ｑcmax×１００［％］
として算出できるため、これを図７に示す如く前記コントローラ２６の出力処理部から冷却制御弁開度指令４ａとして前記冷却制御弁４（図１参照）へ出力すれば良い。
【００３９】
同時に、前記再熱器７による必要再熱量Ｑrhは、
［数２３］
Ｑrh＝Ｃ２×風量×（Ｔrhd−Ｔcd）
＝Ｃ２×風量×（Ｔf−Ｔcd）
但し、Ｔrhd：再熱器出口温度（乾球温度）
と表され、この式に給気吹出温度設定値Ｔfと［数２１］の冷却器出口温度Ｔcdを代入すれば、必要再熱量Ｑrhの算出が可能となる。ここで、再熱制御弁６の開度は、最大再熱時を全開とし、リニア特性のバルブを使用することで、前記必要再熱量Ｑrhと前記最大再熱量Ｑrhmaxとの比、即ち、
［数２４］
Ｑrh／Ｑrhmax×１００［％］
として算出できるため、これを図７に示す如く前記コントローラ２６の出力処理部から再熱制御弁開度指令６ａとして前記再熱制御弁６（図１参照）へ出力すれば良い。
【００４０】
尚、前記領域Ａでは、エアワッシャ９の運転が不要となるので、図７に示す如く、前記コントローラ２６の出力処理部から循環ポンプ停止指令８ａが前記エアワッシャ９の循環ポンプ８（図１参照）へ出力される。
【００４１】
又、前記領域Ｂに外気が存在している場合について、図５及び図１５を用いて説明する。前述した通り、領域Ｂは、前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰf以下で且つ前記外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgから求まる外気絶対湿度Ｘgとに基づく前記Ｔ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）上の点が前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線より低温側に位置する領域で、前記加熱器３による加熱と前記エアワッシャ９による加湿と前記再熱器７による再熱とが必要となる。尚、この場合、前記冷却器５による冷却は必要ない。
【００４２】
図５及び図１５に示す如く、前記加熱器３による必要加熱量Ｑhは、
［数２５］
Ｑh＝Ｃ２×風量×（Ｔhd−Ｔg）
但し、Ｔhd：加熱器出口温度（乾球温度）
と表され、エアワッシャ９の飽和効率ηと、測定される外気露点温度ＤＰgに基づいて［数１５］から算出される外気絶対湿度Ｘgとが与えられ場合、前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線の方程式を示す［数１４］から加熱器出口温度Ｔhdが求まり、該加熱器出口温度Ｔhdと外気温度Ｔgとを［数２５］に代入すれば、必要加熱量Ｑhの算出が可能となる。ここで、加熱制御弁２の開度は、最大加熱時を全開とし、リニア特性のバルブを使用することで、前記必要加熱量Ｑhと前記最大加熱量Ｑhmaxとの比、即ち、
［数２６］
Ｑh／Ｑhmax×１００［％］
として算出できるため、これを図７に示す如く前記コントローラ２６の出力処理部から加熱制御弁開度指令２ａとして前記加熱制御弁２（図１参照）へ出力すれば良い。
【００４３】
前記領域Ｂでは、加湿のためにエアワッシャ９の運転が必要となるので、図７に示す如く、前記コントローラ２６の出力処理部から循環ポンプ運転指令８ｂが前記エアワッシャ９の循環ポンプ８（図１参照）へ出力され、前記加熱器出口温度Ｔhdまで加熱された外気をエアワッシャ９で加湿した場合、絶対湿度は、図１５に示す如く、前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線上の外気絶対湿度Ｘgを示す点から、この点と交差する等湿球温度線上を給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfまで上昇し、乾球温度は、前記加熱器出口温度Ｔhdからエアワッシャ出口温度Ｔwdまで低下する。
【００４４】
同時に、前記再熱器７による必要再熱量Ｑrhは、
［数２７］
Ｑrh＝Ｃ２×風量×（Ｔrhd−Ｔwd）
＝Ｃ２×風量×（Ｔf−Ｔwd）
但し、Ｔwd：エアワッシャ出口温度
と表され、エアワッシャ９の飽和効率ηと、給気吹出露点温度設定値ＤＰfに基づいて［数１９］から算出される給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfとが与えられた場合、外気絶対湿度Ｘgと、前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数Ｔ＝Ｊ（Ｘ）から求まる加熱器出口温度Ｔhdと、前記外気絶対湿度Ｘg及び加熱器出口温度Ｔhdから求まる加熱器出口エンタルピＨhdとを用いて、等湿球変化（≒等エンタルピ変化）であることを利用し、エアワッシャ出口温度Ｔwdを求める。即ち、エアワッシャ出口エンタルピをＨwdとすると、
［数２８］
Ｔhd＝Ｊ（Ｘg）
Ｈhd＝１．００６・Ｔhd＋（１．０８５・Ｔhd＋２５０１）・Ｘg
Ｈhd≒Ｈwd＝１．００６・Ｔwd＋（１．０８５・Ｔwd＋２５０１）・Ｘf
より、エアワッシャ出口温度Ｔwdが求まり、該エアワッシャ出口温度Ｔwdと給気吹出温度設定値Ｔfとを［数２７］に代入すれば、必要再熱量Ｑrhの算出が可能となる。ここで、再熱制御弁６の開度は、前記領域Ａに外気が存在している場合と同様、［数２４］に示すように、前記必要再熱量Ｑrhと前記最大再熱量Ｑrhmaxとの比として算出できるため、これを図７に示す如く前記コントローラ２６の出力処理部から再熱制御弁開度指令６ａとして前記再熱制御弁６（図１参照）へ出力すれば良い。
【００４５】
又、前記領域Ｃに外気が存在している場合について、図６及び図１６を用いて説明する。前述した通り、領域Ｃは、前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰf以下で且つ前記外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgから求まる外気絶対湿度Ｘgとに基づく前記Ｔ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）上の点が前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線上或いは該直線より高温側に位置する領域で、前記エアワッシャ９による加湿と前記冷却器５による冷却と前記再熱器７による再熱とが必要となる。尚、この場合、前記加熱器３による加熱は必要ない。
【００４６】
前記領域Ｃでは、加湿のためにエアワッシャ９の運転が必要となるので、図７に示す如く、前記コントローラ２６の出力処理部から循環ポンプ運転指令８ｂが前記エアワッシャ９の循環ポンプ８（図１参照）へ出力される。外気温度Ｔgで外気露点温度ＤＰgの外気をエアワッシャ９で加湿した場合、絶対湿度は、図１６に示す如く、外気絶対湿度Ｘgを示す点から、この点と交差する等湿球温度線上を上昇し給気吹出状態設定点絶対湿度Ｘfを超えて領域Ａに入り、乾球温度は、前記外気温度Ｔgからエアワッシャ出口温度Ｔwdまで低下する。湿球温度一定の前記等湿球温度線上では、エンタルピも略一定とみなすことができるので、エアワッシャ出口エンタルピＨwdは、
［数２９］
Ｈwd≒Ｈg
となり、外気エンタルピＨgは既知の値であるため、この後の冷却に関しては、前記領域Ａの場合と同様、外気エンタルピＨgを［数１６］より算出し、前記冷却器５による必要冷却量Ｑcを、［数１７］並びに［数１８］〜［数２１］を用いて求め、冷却制御弁４の開度を［数２２］から算出し、これを図７に示す如く前記コントローラ２６の出力処理部から冷却制御弁開度指令４ａとして前記冷却制御弁４（図１参照）へ出力すれば良い。又、再熱に関しても、前記領域Ａの場合と同様、前記再熱器７による必要再熱量Ｑrhを［数２３］を用いて求め、再熱制御弁６の開度を［数２４］から算出し、これを図７に示す如く前記コントローラ２６の出力処理部から再熱制御弁開度指令６ａとして前記再熱制御弁６（図１参照）へ出力すれば良い。
【００４７】
そして、前述した本発明の外気調和機の制御方法の実施例における制御の流れをフローチャートとしてまとめると、図８及び図９に示すように、給気吹出温度設定値Ｔf、給気吹出露点温度設定値ＤＰfの設定が行われ、外気調和機の運転が開始されると共に、給気吹出温度設定最大値Ｔfmax、給気吹出露点温度設定最小値ＤＰfmin、冷却器出口相対湿度設定値φcd、夏季外気最大エンタルピ設定値Ｈgmax、冬季外気最低温度設定値Ｔgmin、冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgmin、エアワッシャ９の飽和効率ηの前記最大制御量算出器２７への設定読み込みが行われ、前記冷却器５の最大能力である最大冷却量Ｑcmax、前記加熱器３の最大能力である最大加熱量Ｑhmax、前記再熱器７の最大能力である最大再熱量Ｑrhmaxの算出が行われた後、エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線が求められ、外気温度Ｔg、外気露点温度ＤＰgの測定が行われ、外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰfより高い場合、領域Ａに外気が存在していると判定され、必要冷却量Ｑc、必要再熱量Ｑrhの算出が行われ、冷却制御弁４、再熱制御弁６へそれぞれ、冷却制御弁開度指令４ａ、再熱制御弁開度指令６ａが出力され、循環ポンプ停止指令８ａが前記エアワッシャ９の循環ポンプ８へ出力される。前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰf以下で且つ前記外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgから求まる外気絶対湿度Ｘgとに基づく前記Ｔ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）上の点が前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線より低温側に位置する場合、領域Ｂに外気が存在していると判定され、必要加熱量Ｑh、必要再熱量Ｑrhの算出が行われ、加熱制御弁２、再熱制御弁６へそれぞれ、加熱制御弁開度指令２ａ、再熱制御弁開度指令６ａが出力されると共に、循環ポンプ運転指令８ｂが前記エアワッシャ９の循環ポンプ８へ出力される。前記外気露点温度ＤＰgが給気吹出露点温度設定値ＤＰf以下で且つ前記外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgから求まる外気絶対湿度Ｘgとに基づく前記Ｔ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）上の点が前記エアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線上或いは該直線より高温側に位置する場合、領域Ｃに外気が存在していると判定され、必要冷却量Ｑc、必要再熱量Ｑrhの算出が行われ、冷却制御弁４、再熱制御弁６へそれぞれ、冷却制御弁開度指令４ａ、再熱制御弁開度指令６ａが出力されると共に、循環ポンプ運転指令８ｂが前記エアワッシャ９の循環ポンプ８へ出力される。外気調和機が停止していなければ、一定時間（例えば、一分程度）経過後に、前記外気温度Ｔg、外気露点温度ＤＰgの測定が再び行われて、前述と同様の操作が繰り返し行われる形となる。尚、外気調和機が停止している場合は制御が終了する形となる。
【００４８】
因みに、前記給気吹出温度設定値Ｔf、給気吹出露点温度設定値ＤＰf、冷却器出口相対湿度設定値φcd、夏季外気最大エンタルピ設定値Ｈgmax、冬季外気最低温度設定値Ｔgmin、冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgmin、エアワッシャ９の飽和効率ηの具体的数値の一例を示すと、
Ｔf＝２３［℃］
ＤＰf＝１２［℃］
φcd＝９５［％］
Ｈgmax＝８５［ｋＪ／ｋｇ］
Ｔgmin＝−２［℃］
Ｘgmin＝０．００１６［ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）］
η＝９０［％］
となる。尚、前記夏季外気最大エンタルピ設定値Ｈgmaxの８５［ｋＪ／ｋｇ］という値は、例えば、図１１のＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）において、夏季の外気絶対湿度Ｘgを０．０２０２［ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）］、夏季の外気温度Ｔgを３３［℃］と仮定した場合のものであって、この場合、夏季外気相対湿度φgmaxは６３［％］に相当する。又、図１０のＴ−Ｘ空気線図（湿り空気線図）において、前記冬季外気最低温度設定値Ｔgminを−２［℃］、前記冬季外気最低絶対湿度設定値Ｘgminを０．００１６［ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）］とした場合、冬季外気相対湿度は５０［％］に相当する。
【００４９】
上記実施例のように外気調和機の制御を行うと、測定した外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgに基づくフィードフォワード制御となるため、従来のように、再熱器７の出口側の温度を測定しつつ、吹き出される給気の温度と露点温度に基づいて、いわゆるフィードバック制御を行うのとは異なり、給気の温度と露点温度を安定させるまでに時間がかからなくなる。
【００５０】
又、測定した外気温度Ｔg及び外気露点温度ＤＰgと、設定した給気吹出温度設定値Ｔf、給気吹出露点温度設定値ＤＰf及びエアワッシャ９の飽和効率ηに基づく一次関数で近似される直線との関係から区分される領域Ａ，Ｂ，Ｃのうちいずれの領域に外気が存在しているかを判定し、該領域に応じて、加熱器３による必要加熱量Ｑhと最大加熱量Ｑhmaxとの比で表される加熱制御弁開度指令２ａ、冷却器５による必要冷却量Ｑcと最大冷却量Ｑcmaxとの比で表される冷却制御弁開度指令４ａ、再熱器７による必要再熱量Ｑrhと最大再熱量Ｑrhmaxとの比で表される再熱制御弁開度指令６ａ、のうちの必要となる開度指令を対応する制御弁へ出力すると共に、循環ポンプ停止指令８ａ或いは循環ポンプ運転指令８ｂを前記エアワッシャ９の循環ポンプ８へ出力するようにしているため、従来のような給気温度調節器１２、給気露点温度調節器１５（図１７参照）は不要となり、これらの調節器にＰＩＤ設定値を予め設定する必要もなく、給気の温度や露点温度がそれぞれの設定値を基準としてオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返し周期的に波を打つように変動してしまうことが避けられ、温水又は蒸気、並びに冷水の消費量が減り、収束過程でのエネルギロスが増加しなくなると共に、給気の温度や露点温度それぞれの設定値に対するブレが残ってしまう心配もなくなる。
【００５１】
こうして、外気温度Ｔgと外気露点温度ＤＰgを測定するだけで、吹き出される給気の温度と露点温度を制御して短時間で安定させることができ、該給気の温度と露点温度の周期的な変動やブレを防止して収束過程でのエネルギロスを最小限に抑制し得、更に、加湿が不要の場合、エアワッシャ９を停止して消費電力削減を図り得る。
【００５２】
尚、本発明の外気調和機の制御方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５３】
１ ケーシング
２ 加熱制御弁
２ａ 加熱制御弁開度指令
３ 加熱器
４ 冷却制御弁
４ａ 冷却制御弁開度指令
５ 冷却器
６ 再熱制御弁
６ａ 再熱制御弁開度指令
７ 再熱器
８ 循環ポンプ
８ａ 循環ポンプ停止指令
８ｂ 循環ポンプ運転指令
９ エアワッシャ
１０ 送風機
２４ 外気温度計
２５ 外気露点計
２６ コントローラ
２７ 最大制御量算出器
ＤＰg 外気露点温度
ＤＰf 給気吹出状態設定点の露点温度設定値（給気吹出露点温度設定値）
Ｈgmax 夏季外気最大エンタルピ設定値
Ｈcdmin 冷却器出口空気エンタルピ設定最小値
Ｈg 外気エンタルピ
Ｌ0 加熱器出口温度最大値点
Ｌ 加熱器出口温度最大値演算点
Ｍ0 最大加湿時飽和点
Ｍ 最大加湿時飽和演算点
Ｎ 加湿時飽和点
Ｑcmax 最大冷却量
Ｑhmax 最大加熱量
Ｑrhmax 最大再熱量
Ｑc 必要冷却量
Ｑh 必要加熱量
Ｑrh 必要再熱量
Ｔg 外気温度
Ｔhdmax0 加熱器出口温度最大値
Ｔfmax 給気吹出温度設定最大値
Ｔf 給気吹出状態設定点の乾球温度設定値（給気吹出温度設定値）
Ｔgmin 冬季外気最低温度設定値
Ｔcd 冷却器出口温度
Ｘg 外気絶対湿度
Ｘf 給気吹出状態設定点絶対湿度
Ｘgmin 冬季外気最低絶対湿度設定値
η 飽和効率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気が導入されるケーシング内に、加熱制御弁にて流量調節される加熱流体により外気を加熱する加熱器と、循環ポンプの作動にて水を噴射し該水を外気と接触させて気化させることにより外気を加湿するエアワッシャと、冷却制御弁にて流量調節される冷却流体により外気を冷却する冷却器と、再熱制御弁にて流量調節される再熱流体により外気を再熱する再熱器と、前記ケーシング内に導入された外気を給気として吹き出す送風機とを配設した外気調和機の制御方法において、
前記加熱器の最大能力である最大加熱量を、冬季外気最低温度設定値から加熱器出口温度最大値点における加熱器出口温度最大値までの加熱量として求め、前記冷却器の最大能力である最大冷却量を夏季外気最大エンタルピ設定値から冷却器出口空気エンタルピ設定最小値までの冷却量として求め、前記再熱器の最大能力である最大再熱量を給気吹出露点温度設定最小値と等しいエアワッシャ出口最低温度から給気吹出温度設定最大値までの再熱量として求めておき、
外気温度と外気露点温度を測定した測定値から演算して外気状態をＴ−Ｘ空気線図上の状態点として算出し、
前記外気露点温度が給気吹出状態設定点の露点温度設定値より高く前記冷却器による冷却除湿と前記再熱器による再熱とが必要となる領域Ａと、前記外気露点温度が給気吹出状態設定点の露点温度設定値以下で且つ前記外気温度と外気露点温度から求まる外気絶対湿度とに基づくＴ−Ｘ空気線図上の点が前記エアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線より低温側に位置し前記加熱器による加熱と前記エアワッシャによる加湿と前記再熱器による再熱とが必要となる領域Ｂと、前記外気露点温度が給気吹出状態設定点の露点温度設定値以下で且つ前記外気温度と外気露点温度から求まる外気絶対湿度とに基づくＴ−Ｘ空気線図上の点が前記エアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線上或いは該直線より高温側に位置し前記エアワッシャによる加湿と前記冷却器による冷却と前記再熱器による再熱とが必要となる領域ＣとのうちいずれのＴ−Ｘ空気線図上の領域に外気の状態点が存在しているかを判定し、
前記領域Ａに外気の状態点が存在している場合、給気吹出状態設定点の露点温度設定値上の冷却器出口空気エンタルピと外気の状態点における外気エンタルピとの差分に比例する前記冷却器による必要冷却量を算出して該必要冷却量と前記最大冷却量との比で表される冷却制御弁開度指令を前記冷却制御弁へ出力し、給気吹出状態設定点の乾球温度設定値と冷却器出口温度との差分に比例する前記再熱器による必要再熱量を算出して該必要再熱量と前記最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令を前記再熱制御弁へ出力し、循環ポンプ停止指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力するようにし、
前記領域Ｂに外気の状態点が存在している場合、エアワッシャの飽和効率及び外気露点温度から求まる加熱器出口温度と外気温度Ｔとの差分に比例する前記加熱器による必要加熱量を算出して該必要加熱量と前記最大加熱量との比で表される加熱制御弁開度指令を前記加熱制御弁へ出力し、循環ポンプ運転指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力し、給気吹出状態設定点の乾球温度設定値とエアワッシャ出口温度との差分に比例する前記再熱器による必要再熱量を算出して該必要再熱量と前記最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令を前記再熱制御弁へ出力するようにし、
前記領域Ｃに外気の状態点が存在している場合、循環ポンプ運転指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力し、給気吹出状態設定点の露点温度設定値上の冷却器出口空気エンタルピと外気の状態点における外気エンタルピとの差分に比例する前記冷却器による必要冷却量を算出して該必要冷却量と前記最大冷却量との比で表される冷却制御弁開度指令を前記冷却制御弁へ出力し、給気吹出状態設定点の乾球温度設定値と冷却器出口温度との差分に比例する前記再熱器による必要再熱量を算出して該必要再熱量と前記最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令を前記再熱制御弁へ出力するようにしたことを特徴とする外気調和機の制御方法。
【請求項２】
Ｔ−Ｘ空気線図上で給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値と冬季外気状態設定点における冬季外気最低絶対湿度設定値との差をエアワッシャの飽和効率η［％］と対応させた場合に、１００−η［％］に見合う絶対湿度を前記給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値に上乗せした絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を、エアワッシャの飽和効率ηが１００［％］であると仮定した場合の給気吹出露点温度設定最大値に対応する最大加湿時飽和点とし、該最大加湿時飽和点を通る等湿球温度線と前記冬季外気最低絶対湿度設定値を示す線との交点を給気吹出露点温度設定最大値に対応する加熱器出口温度最大値点とし、該加熱器出口温度最大値点における加熱器出口温度最大値を求めるようにした請求項１記載の外気調和機の制御方法。
【請求項３】
Ｔ−Ｘ空気線図上で給気吹出状態設定点における給気吹出状態設定点絶対湿度と冬季外気状態設定点における冬季外気最低絶対湿度設定値との差をエアワッシャの飽和効率η［％］と対応させた場合に、１００−η［％］に見合う絶対湿度を前記給気吹出状態設定点絶対湿度に上乗せした絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を、エアワッシャの飽和効率ηが１００［％］であると仮定した場合の給気吹出露点温度設定値に対応する最大加湿時飽和演算点とし、該最大加湿時飽和演算点を通る等湿球温度線と前記冬季外気最低絶対湿度設定値を示す線との交点を給気吹出露点温度設定値に対応する加熱器出口温度最大値演算点とし、前記給気吹出状態設定点絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を加湿時飽和点とし、該加湿時飽和点と加熱器出口温度最大値演算点とを結ぶ直線をエアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線として求めるようにした請求項２記載の外気調和機の制御方法。
【請求項１】
外気が導入されるケーシング内に、加熱制御弁にて流量調節される加熱流体により外気を加熱する加熱器と、循環ポンプの作動にて水を噴射し該水を外気と接触させて気化させることにより外気を加湿するエアワッシャと、冷却制御弁にて流量調節される冷却流体により外気を冷却する冷却器と、再熱制御弁にて流量調節される再熱流体により外気を再熱する再熱器と、前記ケーシング内に導入された外気を給気として吹き出す送風機とを配設した外気調和機の制御方法において、
前記加熱器の最大能力である最大加熱量を、冬季外気最低温度設定値から加熱器出口温度最大値点における加熱器出口温度最大値までの加熱量として求め、前記冷却器の最大能力である最大冷却量を夏季外気最大エンタルピ設定値から冷却器出口空気エンタルピ設定最小値までの冷却量として求め、前記再熱器の最大能力である最大再熱量を給気吹出露点温度設定最小値と等しいエアワッシャ出口最低温度から給気吹出温度設定最大値までの再熱量として求めておき、
外気温度と外気露点温度を測定した測定値から演算して外気状態をＴ−Ｘ空気線図上の状態点として算出し、
前記外気露点温度が給気吹出状態設定点の露点温度設定値より高く前記冷却器による冷却除湿と前記再熱器による再熱とが必要となる領域Ａと、前記外気露点温度が給気吹出状態設定点の露点温度設定値以下で且つ前記外気温度と外気露点温度から求まる外気絶対湿度とに基づくＴ−Ｘ空気線図上の点が前記エアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線より低温側に位置し前記加熱器による加熱と前記エアワッシャによる加湿と前記再熱器による再熱とが必要となる領域Ｂと、前記外気露点温度が給気吹出状態設定点の露点温度設定値以下で且つ前記外気温度と外気露点温度から求まる外気絶対湿度とに基づくＴ−Ｘ空気線図上の点が前記エアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線上或いは該直線より高温側に位置し前記エアワッシャによる加湿と前記冷却器による冷却と前記再熱器による再熱とが必要となる領域ＣとのうちいずれのＴ−Ｘ空気線図上の領域に外気の状態点が存在しているかを判定し、
前記領域Ａに外気の状態点が存在している場合、給気吹出状態設定点の露点温度設定値上の冷却器出口空気エンタルピと外気の状態点における外気エンタルピとの差分に比例する前記冷却器による必要冷却量を算出して該必要冷却量と前記最大冷却量との比で表される冷却制御弁開度指令を前記冷却制御弁へ出力し、給気吹出状態設定点の乾球温度設定値と冷却器出口温度との差分に比例する前記再熱器による必要再熱量を算出して該必要再熱量と前記最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令を前記再熱制御弁へ出力し、循環ポンプ停止指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力するようにし、
前記領域Ｂに外気の状態点が存在している場合、エアワッシャの飽和効率及び外気露点温度から求まる加熱器出口温度と外気温度Ｔとの差分に比例する前記加熱器による必要加熱量を算出して該必要加熱量と前記最大加熱量との比で表される加熱制御弁開度指令を前記加熱制御弁へ出力し、循環ポンプ運転指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力し、給気吹出状態設定点の乾球温度設定値とエアワッシャ出口温度との差分に比例する前記再熱器による必要再熱量を算出して該必要再熱量と前記最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令を前記再熱制御弁へ出力するようにし、
前記領域Ｃに外気の状態点が存在している場合、循環ポンプ運転指令を前記エアワッシャの循環ポンプへ出力し、給気吹出状態設定点の露点温度設定値上の冷却器出口空気エンタルピと外気の状態点における外気エンタルピとの差分に比例する前記冷却器による必要冷却量を算出して該必要冷却量と前記最大冷却量との比で表される冷却制御弁開度指令を前記冷却制御弁へ出力し、給気吹出状態設定点の乾球温度設定値と冷却器出口温度との差分に比例する前記再熱器による必要再熱量を算出して該必要再熱量と前記最大再熱量との比で表される再熱制御弁開度指令を前記再熱制御弁へ出力するようにしたことを特徴とする外気調和機の制御方法。
【請求項２】
Ｔ−Ｘ空気線図上で給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値と冬季外気状態設定点における冬季外気最低絶対湿度設定値との差をエアワッシャの飽和効率η［％］と対応させた場合に、１００−η［％］に見合う絶対湿度を前記給気吹出状態設定点絶対湿度設定最大値に上乗せした絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を、エアワッシャの飽和効率ηが１００［％］であると仮定した場合の給気吹出露点温度設定最大値に対応する最大加湿時飽和点とし、該最大加湿時飽和点を通る等湿球温度線と前記冬季外気最低絶対湿度設定値を示す線との交点を給気吹出露点温度設定最大値に対応する加熱器出口温度最大値点とし、該加熱器出口温度最大値点における加熱器出口温度最大値を求めるようにした請求項１記載の外気調和機の制御方法。
【請求項３】
Ｔ−Ｘ空気線図上で給気吹出状態設定点における給気吹出状態設定点絶対湿度と冬季外気状態設定点における冬季外気最低絶対湿度設定値との差をエアワッシャの飽和効率η［％］と対応させた場合に、１００−η［％］に見合う絶対湿度を前記給気吹出状態設定点絶対湿度に上乗せした絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を、エアワッシャの飽和効率ηが１００［％］であると仮定した場合の給気吹出露点温度設定値に対応する最大加湿時飽和演算点とし、該最大加湿時飽和演算点を通る等湿球温度線と前記冬季外気最低絶対湿度設定値を示す線との交点を給気吹出露点温度設定値に対応する加熱器出口温度最大値演算点とし、前記給気吹出状態設定点絶対湿度を示す線と飽和空気線との交点を加湿時飽和点とし、該加湿時飽和点と加熱器出口温度最大値演算点とを結ぶ直線をエアワッシャの飽和効率に基づく一次関数で近似される直線として求めるようにした請求項２記載の外気調和機の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−１１３５１１（Ｐ２０１３−１１３５１１Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６０９８９（Ｐ２０１１−２６０９８９）
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００１８３４）三機工業株式会社 (316)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００１８３４）三機工業株式会社 (316)
【Ｆターム（参考）】
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