CSC（comparative signal control）方式空調機の特徴

CSC方式の特徴

加湿器の自動洗浄

加湿器は水を蒸発させるのでカルシウム等の不純物が残るトラブルがあり、必ずメンテナンスが必要になります。
すると定期的に高額な加湿器の保守費が掛かります。
軟水器や純水器を採用すれば加湿器のトラブルは確かに少なくなりますが、純水器の保守にはさらに高額の保守費が必要になります。
加湿器には高額な保守費がかかる為に、費用面で加湿器の使用をあきらめて、恒温恒湿室をただの恒温室として使用している研究機関は実はかなり多く存在しています。
弊社は運転中に、湿度を乱さずに加湿器を自動洗浄する技術を確立し、加湿器のトラブルを大幅に削減させております。
一般的な空調では、運転中に加湿器を洗浄したら湿度は大幅に低下してしまいます。
その後加湿器の水が湧きあがると、大きなオーバーシュートが発生してから落ち着きます。
CSC方式は、加湿が停止すると除湿量が自動的に減少するので湿度は低下しません。
また、加湿器の水が沸騰して急激に湿度が上昇しようとすると、除湿量が増加して湿度のオーバーシュートを抑制しています。
運転中に加湿器の洗浄を行っても、湿度は1％程度の乱れしか発生しません。
水道局の水道でも原水に井戸水を混合している場合は、その硬度によって加湿器の寿命が極端に短くなる事があります。
水道水の硬度は、地域差が有りますので、CSC方式の標準は、加湿器を2台にして、定時的に交互に洗浄させております。
加湿器2台併用の場合は、洗浄を頻繁に行っても、残り1台の加湿器がバックアップするので、湿度は乱れません。1台の加湿器の稼働率は丁度半分になるので、トラブルも減少します。
加湿器1台が故障しても、実験を中止する事無く、残る1台で、そのまま湿度条件が保持できるメリットも有ります。

低騒音で低風速な環境

送風機の自動制御が標準装備です。
設定到達迄は強風速で空調を行い、周囲の壁の温度を早く移行させますので、温度分布が早く一定になります。
設定到達後は低風速・低騒音に切り替わり、この時の送風量はお客様が自由に設定する事ができます。
室内の風速が少なくなり、室内騒音の少なさでは、皆様一様に驚かれます。条件によっては、多段に変速にする事も可能です。

メンテナンス性

弊社は加熱ヒーターや加湿器、送風機、冷凍機等を、連続して最大の能力では使用しておりません。
ヒーターと加湿器には最大能力抑制機能があり、加熱ヒーターや、加湿ヒーターの表面温度を低くして使用しております。この為に、長期間ヒーターの焼損事故がありません。

CSC方式は加湿器の稼働率がとても低いので不純物の蓄積が少なく、長期間トラブルを防止しますが、トラブルは加湿器の宿命で、完全な回避はできていません。
弊社の空調機は点検用のパネルを取り外すと、一方向から全てのメンテナンスが行えます。
一人でも主要部品の交換が簡単にできる様に工夫されており、加湿器の交換等は30分程度で行えます。
加湿器を新品と交換しても、他社の加湿器の修理費より安いので、保守費も削減されます。

省エネ運転モード

恒温恒湿室は温湿度を安定に保持する為に通常は昼夜連続で運転されていますが、近年の電力事情により節電する必要に迫られて、やむなく管理者から夜間や休日に運転を停止させられてしまう例も出ております。
恒温恒湿室は停止すると、一般的には湿度が上昇するのでサンプル等が吸湿してしまいます。翌朝や休日明けに運転を再開しても、吸湿したサンプルは元に戻らず、昼夜運転していた過去とは全く異なるデータが示される例が多く、研究者の間では大きな問題になっております。

弊社のCSC方式の恒温恒湿室はとても省エネで、実績的に温度±0.1℃、湿度±0.2％程度の高い制御性を有しますが、通常の精密空調の他に省エネ運転を行う為のスイッチが標準で装備されております。
夜間と休日を省エネ運転のモードにしますと、風量を必要最小限に落として、微風量で運転を行います。
そして室内の温湿度条件が許容される範囲から外れそうになると、この時だけ加熱と加湿や、冷却除湿等の空調運転を行います。許容範囲内では、微送風だけになります。
省エネ性が優先されますから、夏季以外では高い精度は犠牲になりますが、室内が極端な高温や低温、多湿の状態にはなりません。
測定を開始する少し前に、スイッチを精密空調に戻せば、直ちに高精度な制御に復帰します。

測定時だけ高精度で高安定な温湿度であれば、夜間は多少±の幅があっても平均すれば大差はないので、従来と変わらない実験データを得る事が出来ます。
省エネモードの温湿度の許容幅は自由に設定する事が可能で、許容幅を狭めれば制御性が高くなり、±2℃／±15％程度の恒温恒湿室になります。

許容幅を狭め過ぎると省エネにはなりませんが、許容幅を広く設定するとこの範囲内では加熱・冷却・加湿・除湿等の空調は一切行ないませんので、とても省エネな運転を行う事になります。
設定された範囲内では微風量で室内空気を循環させているだけですから、精密空調時と比較するとかなりの省エネになります。
制御性と省エネは相反しますが、弊社の空調機は制御性を重視するか、省エネ性を重視するか、時と目的により、その比率をスイッチで自由に変更する事が可能です。

省エネ運転スイッチは標準装備ですが、オプションのカレンダータイマーを取り付けすれば、夜間と休日だけ自動的に省エネ運転に切り替る事も出来ます。
この機能を追加すると、実験結果にはほとんど影響が無く、年間の消費電力を少なくする事ができます。
省エネモードを利用した場合は、従来のPID方式の装置と比較すると消費電力は1/5以下になる例も出ています。

他社装置の改造

エアコン利用の装置等では、10年程度で故障が増えてきます。また、消費電力がとても大きい等の理由で、入替を希望される例が多くあります。
お部屋はそのまま再利用出来るので、空調機と制御盤の交換工事は良く有ります。交換したら、性能が著しく向上して、電気料金が1/3～1/5と大幅に削減された例が数多く出ております。
弊社では、他社製品を省エネ化する改造工事等も行っております。

温湿度制御の制御

環境試験室や恒温恒湿室の温湿度制御で、いちばん省エネな運転方法は三位置制御と呼ばれる方式です。
これはかなり古い方式で、室内の温度が高い時は冷却を行い、低い時には加熱を行わせます。
また湿度が低い時は加湿を行い、湿度が高い場合には冷却と加熱を同時に行って除湿を行います。

設定の温湿度付近は中間帯 (ニュートラルゾーン) と呼ばれます。
設定された温湿度付近に到達すると、送風だけで加熱も冷却も行いません。
非常に省エネですが温湿度は常に変動しており、特に湿度の変動が大きいので、仕様の室内温湿度はあくまで平均値と言う事になります。

三位置制御で特に問題になりますのが、夏季に換気を行うと湿度が大幅に乱れる事です。
室内の湿度が除湿によって低下し、設定に到達して冷凍機が停止するとすぐに多湿の外気が侵入するのと、濡れた冷却コイルからの蒸発によって室内の湿度が大幅に急上昇する現象が発生してしまいます。
運転している温湿度が比較的低い場合には、吸気している湿度の高い空気が冷たい室内の機器に触れて結露が発生し、室内が濡れてしまう事さえあります。
急上昇した湿度を下げる為に短時間で冷凍機をON-OFFさせる必要が有り、大きな起動電流が流れますから、冷凍機が焼ける等、重大な故障を起こす可能性もあります。

これらの不都合を解消して高精度の温湿度制御を行わせる為には、冷凍機を連続で運転したままでヒーターと加湿器の電力を連続で比例制御する制御が必要になります。
この制御はPID制御と呼ばれており、パッケージエアコンを利用すると、比較的安く簡単に出来るので、現在の恒温恒湿室、環境試験室の空調制御では主流の制御方式になっています。

PID方式の制御

従来、環境試験室や恒温恒湿室で高精度の物は、冷凍機を連続で運転して冷却と除湿を行い、一方で加熱ヒーターと加湿器を半導体で制御して、設定より低下した温湿度を上昇させてバランスを取る、PID制御が採用されております。
PID制御とは、proportional integral differential（比例・積分・微分）の略で、現在も主流の制御方式です。

非常に安定した温湿度が得られる制御方法ですが、冷却除湿に使用する冷凍機の制御が難いので、通常は冷凍機の能力は固定です。
使用する冷凍機を選定する熱計算は、お客様の希望の室内人員と、室内の最大熱負荷、そして真夏の暑い時を想定して行い、さらに安全率として1.1～1.2程度を乗じています。
こうして選定された少し大きめの冷凍機を連続運転して、これに打ち勝つ能力のヒーターと、加湿器を使用して希望の温湿度条件を得る方法がPID方式です。
冷凍機の能力は固定ですから冬季の空気が乾燥した時期で、入室者も無く、熱負荷も無かった場合でも、冷凍機は最大能力で冷却します。
温度を設定値に保つ為に、大きな加熱ヒーターで加熱するので、冬の乾燥した空気でもさらに除湿してしまいます。低下した湿度を上げる為には大量の加湿も必要になります。
この方式はパッケージエアコンを利用したメーカーの空調機に多く、冬季の電気料金が高くなるだけでなく、加湿器の稼働率が高くなるので、加湿器の故障も多発します。
地球環境保全が問題になっている現在にはそぐわない制御方法だと御理解いただけると思いますが、実はこれは現在も主流の制御方式です。

CSC方式の制御

試験室の温湿度を制御するには加熱と冷却、加湿と除湿の4種類の動作が必要です。
PID方式は冷却除湿が固定で、加熱と加湿の2信号だけを制御しています。
省エネにする制御を考えてみますと加熱している最中は冷却が不要なはずですし、加湿している最中は除湿する必要も無いはずです。
必要は無いのですが、冷却と除湿、加湿等を完全に止めてしまうと必要な時の立ち上がりが悪くなります。
これでは三位置制御と同じで、室内の温湿度は乱れてしまいます。
全てを同時に無段階に制御が出来れば理想的ですが、冷凍機はトルクの関係で極端に能力は落とせませんし、加湿器は水が冷え込めば沸騰する迄の時間がかかり、直ぐには加湿が出来なくなるからです。

CSC方式はこれらの加熱・冷却・加湿・除湿の4種類の信号を比較して、今、何を行うべきかを判断して出来るだけ省エネで、安定する様に制御する方式です。
大幅に室内温度を上昇させる場合、加熱している最中には冷却を停止し、設定に到達する寸前でブレーキをかける様に冷却を行いますから、従来の装置の様にオーバーシュートしません。
短時間で設定温度に到達して安定します。
設定に到達すると、必要最小量の冷却量で運転します。
必要最小量の冷却であれば、必要な加熱量も比例して最小になります。
過剰な除湿もしないので、従来のPID方式の制御と比較すると消費電力が半分以下になる事は容易に想像ができると思います。

冷却と除湿にはインバータ冷凍機を使用しておりますが、冷却を優先するか除湿を優先するかも自動で判断させています。
室内の設定温度が低く湿度は高い場合は、必要最小限の冷却を行って設定温度を保ちます。
必要以上には冷却しないので、加熱ヒーターは最小限にしか働きません。
また、設定されている湿度が高い場合は除湿する必要はありませんので、冷凍機はできるだけ除湿しない様に運転します。

この運転状態から湿度の設定だけを下げますと、湿度が設定に下がる迄は冷凍機の能力を最大に上げて低湿度に移行します。
湿度が設定付近に近づくと除湿能力をしだいに下げ、設定された湿度で安定する様に能力を微調整します。
但し、この時でも湿度を早く安定させる為に加湿器は最小限に働いています。
ここで加湿器のスイッチを切ると冷凍機はさらに能力を下げて、除湿制御だけで設定湿度を得るように働きます。
CSC方式は運転温湿度が外気の温湿度より低ければ、加湿器を使用しなくても湿度制御だけで安定した制御が可能です。
これは弊社独自の制御方法で、究極の省エネ運転になります。

PID方式では、夏季と熱負荷最大時を想定して大きめの冷凍機を採用していますから、低温運転を行うと冷却コイルの温度がかなり下がります。
すると冷却コイルには着霜が発生して、必要以上に除湿する事になります。
また、冷却コイルには短時間で霜が大量に蓄積する事になります。
低温運転では、定時的に運転を休止して、大量に蓄積した霜をデフロストする必要があります。
一般的に+18℃以下の条件で湿度を制御しようとすると霜が蓄積するので、連続運転はできません。
PID方式の仕様書を注意して見ると「+20℃以上で調湿します。」という様な表記が有ります。
この注釈が付いているのは20℃以下では冷却コイルが凍結してしまうので、連続運転が出来ないからです。
エアコンには18℃以下の目盛りが無く、設定が出来ませんが、この着霜が発生するからです。
また、霜取に関する記述が全く無い仕様書もあり、納入された装置に霜取の機能が無い場合もあります。この場合、着霜したら冷凍機を止めて霜取するしかありません。

この様な装置では、長時間の実験では温湿度の保持が出来ないので、霜取する為に、運転を休止する必要が有ります。着霜する装置では連続運転が出来ないので、連続した実験データを取る事は出来ません。
また、霜取中の室内湿度は急上昇しますから、サンプルが吸湿してしまい、連続した低湿度の試験は出来ません。
購入後に、霜取が必要な事が判明して、連続運転の低温や、低湿度の実験ができず、問題になっている事があります。低温低湿度を希望される場合は、この点に御注意下さい。

CSC方式では必要最小限の冷却と除湿しかしませんので、冷却コイルには最小限の霜しか蓄積しません。この為、霜取が必要になる温度帯が低くなるのも、この方式の特徴です。
それでも+15℃以下の低温運転や35%以下の低湿運転ではどうしても霜取が必要になりますが、CSC方式は着霜が少ないので、低温低湿度の運転を行っても、霜取する回数が少なくなり、霜取する時間が短くなります。

低温域や低湿度の運転で、霜取休止の無い連続運転を希望される場合は、弊社DCS方式（デュアルコイルシステム）や、ダブルコイル方式等を御検討下さい。

DCS方式の詳細は
こちら

CSC方式の空調機について

CSC方式の空調機は、内部に2台の加湿器を収納しており、2台の加湿器は極めて軽く運転させております。運転中でも、交互に加湿器を洗浄して、湿度は全く乱さずに、連続運転させています。
一番安価な加湿器のトラブル対策になりますが、メンテナンスフリーではありません。

加湿器を2台併用しておりますから、万一その内の1台が故障しても、残りの1台だけで温湿度の保持が可能な様に設計されております。
故障した加湿器の個別スイッチを切れば、修理する迄そのままで運転が継続できます。
加湿器の故障が非常に少なくなり、故障しても温湿度には影響しません。
今まで加湿器故障で悩まれていたお客様には大変喜ばれております。

加湿器は、配線BOX内の端子台で5本の電線を取外し、給水配管のナット2ヶ所を外せば、簡単に取出す事が出来ます。とても簡単な作業なので、地方のお客様では、故障時には新品の加湿器だけお送りして、お客様がご自身で交換されている例も有ります。

弊社の出張費と交通費が無くなりますので、遠方のお客様では大きな経費の節減になります。
加湿器は、試験室に於いて、1番トラブル発生率の高い部品です。これ以外は、ほとんど故障しないので、メンテナンス費用はほとんど掛かりません。

他社では、純水器の使用を進められます。但し、純水器を使用するとイオン交換樹脂の交換に高額の費用がかかります。要は、不純物は加湿器内に蓄積するか、純水器の中に蓄積するかの差であって、どちらでも高額の費用がかかる事には変わり有りません。
社内に、純水が有れば、利用された方が、加湿器のトラブルは減少します。

また、常にこれらの部品は標準在庫しておりますので、修理が早く費用も少なくて済みます。
他社製品の加湿器の定期オーバーホール代よりも、弊社で加湿器を新品と交換した方が修理費が安かったと言うお話も良く聞きます。

CSC方式恒温恒湿室の運転チャート例

下の写真はCSC方式の恒温恒湿室で、実際に運転している運転チャートです。
この様に、CSC方式は非常に安定した温湿度を得る事が出来ます。
23℃／50％で運転しておりますが、記録計との誤差により記録チャートは、22.9℃／49.9％で記録されております。

標準的なCSC方式の恒温恒湿室では、18℃以下の温度や、20℃／45%RH 以下の温湿度条件では連続運転が出来ません。冷却コイルに着霜してしまうからです。
低温低湿度を希望される場合は、デュアルコイル方式や、ダブルコイル、トリプルコイル方式を選定して戴く事になります。

DCS方式の詳細は
こちら

加湿器スケール蓄積の実例

右の写真はCSC方式で実際に使用されている加湿器です。
1番左側のピカピカは新品の加湿器です。
中央の加湿器は、弊社のCSC方式の空調機で1年間使用した物です。
右端は自動洗浄を行わないで6ヶ月使用した物です。
給水が水道水でもこの状態ですから、井戸水ではもっと激しいスケール蓄積が発生します。

他社製品ではこのスケールを防止する為に、軟水器や純水器の使用を薦められます。
但し、軟水器は塩を補充するメンテナンスを忘れやすく、純水器は効果がありますが、内部のイオン交換樹脂は数ヶ月で飽和するので、この交換に高額な費用がかかります。
純水器の納入説明時には、この様に高額な保守費がかかる事はほとんど説明されません。

加湿器はメーカーのサービスを呼びますと、オーバーホールするだけで10万円以上の保守費を請求されます。半年に1回と考えると年間の保守費は数十万円にもなります。
あまり高額の保守費がかかるので加湿器の使用をあきらめて、恒温恒湿室をただの恒温室として使用されている例はかなり多くあります。

CSC方式はスケールが蓄積しにくいので、加湿器が長期間稼働している例は多く有ります。
ほとんど保守は必要ありません。いかに経済的な方式であるか、ご理解いただけると思います。

消費電力の比較

5～6坪型 4m×4～5m程度の恒温恒湿室として

従来の一般的なPID方式の消費電力

弊社CSC方式の消費電力（無負荷で温湿度安定期の平均実績値）

CSCは各機器が条件を得るのに必要なだけ働くので、稼働率は平均で40％程度です。
東京電力管内の動力の電気料金は、契約によっても異なりますが1kＷ当たり17円程度です。
1kＷ当たり17円として1年間の電気料金を計算します。

従来の一般的なPID方式の電気料金

• 1時間の消費電力200V×50A×√3(1.732)＝17.3kW
• 1時間の運転料金17.3kW×17円＝294円
• 1日昼夜運転料金294円×24時間＝7056円

弊社CSC方式の電気料金

• 1時間の消費電力200V×16.5A×√3(1.732)＝5.7kW
• 1時間の運転料金5.7kW×17円＝97円
• 1日昼夜運転料金97円×24時間＝2326円

従来のPID方式と比較すると、消費電力は1/3程度になる事が御理解いただけると思います。
小さなお部屋に、パッケージエアコンを利用した空調機も良く見ますが、パッケージエアコンは一番小さな物でも3.75kWですから、かなりの過剰設備になります。とても消費電力が大きくなりますから、この様な設備をCSC方式と入れ替えた場合は、消費電力が1/5になった例も有ります。

空調機採用時の検討事項について

加湿器の故障対策

恒温恒湿室の空調機で故障率が1番高いのは、どちらのメーカー製でも必ず、加湿器になります。
各社いろいろな工夫をしておりますが、完璧にスケール付着を防止した製品は有りません。
弊社では1番経費が掛からない方法として加湿器を2台使用し、これを軽く働かせて定時的に交互に洗浄する、独自の方法を取っております。
水道水の使用量は少なく、水道料金は安いので、これが1番保守経費の掛からない方法だと思います。
また加湿器を2台使用する事で、1台が故障しても片肺運転が可能になり、故障しても実験は継続して行えます。

加湿器の故障と保守費の高さに困られて、加湿器の使用をやめてしまうお客様もおられます。
加湿器アレルギーのお客様には冷水を使用して湿度制御をする、弊社独特のDPC方式が有りますから、こちらをお薦めします。

DPC方式の詳細は
こちら

加湿器の故障対策で、最初から純水器を使用しているメーカーも有ります。
純水器を採用すれば確かに加湿器の故障は減少しますから、加湿器の修理費は安くなります。
但し、逆に純水器の保守費の方が加湿器の保守費より高くなる場合が有りますから、安易に純水器を薦めるメーカーの説明には注意が必要です。
加湿器の故障は確かに減りますが、年間の純水器保守費の方が高くなりますから、加湿器のトラブル回避で、純水器を後から採用されると驚かれる事になります。

弊社のCSC方式は過剰な除湿を行わないので加湿器の稼働率が非常に低く、自動洗浄を停止させれば使用する水道水はわずかな量です。
夏季は加湿器を停止させても安定した湿度条件が得られますから、社内に純水設備があって、純水を採用する場合でも、純水の使用量はとても少なくなります。
大手の研究施設様では、社内に純水が回っている場合も多く、この場合は自動洗浄を停止させるか、洗浄回数を減らしています。

既存装置の入替えでせっかく純水器が有るのだからと、そのまま純水器を再利用するお客様もおられます。この場合は、従来の設備より、純水の使用量が大幅に減りますので、イオン交換樹脂がとても長持ちする様になったと喜ばれております。

イニシャルコストについて

空調機の性能を良くする事を考えると、価格的にはどうしても高くなりますから、エアコン等を利用するメーカーの製品と価格で比較されるととても不利になります。
これは、エアコンは仕入れ価格が非常に安いので、空調機が安価に作れるからです。
但し、エアコンは頻繁にモデルチェンジが有り、10年もすると保守部品が無くなります。
故障すると、同じ製品も補修部品も無いので、いずれ総入替する話が出てきます。

弊社は、冷蔵庫や冷凍庫等に使用される信頼性の高い冷凍機を使用しております。
冷凍機は信頼性が高いのですが価格も高く、値引き率も低い部品です。
但し、モデルチェンジは少なく、古いモデルでも部品が有ります。
弊社では25年前に納入した装置の冷凍機が、今でも稼働している例が有ります。

また消費電力で考えると、従来のPID方式と比較すると確実に半分以下、装置が大きなエアコンを利用した過剰な設備であった場合は1/6になった例も有ります。
省エネモードで運転したら、1/10になった実例も有ります。
ところが多くの会社は予算で動きますから、1円でも安い装置が有れば、そちらを選択されるのが常です。
装置が100万円高くても、1年後の電気料金が150万円安くなったとしたら、どちらが得か良く考えて戴きたいのですが、残念ながら実情は、他社より少しでも高いと、いくら性能が良くて、省エネな装置であっても売れません。
特に、省エネ性に関しては、極端過ぎて、なかなか信じていただけないことが多々あります。
他社に相談したら、30%節電ならあり得るが、1/3～1/5に節電等、そんな省エネな装置は出来る筈がないから、アイテックスの話は信じない方が良いと、説明されるようです。

そこで弊社では川口工場にモデルルームを作り、低風速低騒音で、精度が高く、極端な省エネ性を見ていただける様に、DPC方式と、CSC方式の2台の試験室を公開しております。
お陰様で他社製の装置をご使用のお客様は、その性能差に驚かれて、直ぐに内示を頂けます。
1台納入させていただくと、既存の装置と比較ができますから、その性能差に驚かれ、その後続けて10台以上も旧設備を入替えたり、新設されたお客様もおられます。

モデルルームの詳細は
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終わりに

長くなりましたが、弊社CSC空調機の制御の特徴をまとめますと、下記のようになります。