JP2006194570A - 空調機及び空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】導入する外気等の処理空気の潜熱負荷と顕熱負荷を全て処理でき、さらに室内空気等の熱源空気で発生する潜熱負荷をも処理することが可能な空調機を提供すること。
【解決手段】ヒートポンプ回路を内蔵した外調機２００である。ヒートポンプ回路は、圧縮機２０３と、膨張弁２０５と、気液接触手段を有し熱源空気（排気）と冷媒との間で熱交換して凝縮器として作用する第１熱交換器２０４と、処理空気（外気）と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用する第２熱交換器２０６と、第２熱交換器２０６に投入される前の処理空気（外気）と第２熱交換器２０６を通過した後の処理空気（外気）との間で顕熱を熱交換する第３熱交換器２０７とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は排気等の熱源空気をヒートシンクとするヒートポンプ回路を備えた外調機（外気調和機）等の空調機（空気調和機）に関し、特に全熱処理能力が大きく、また処理する全熱に占める潜熱の割合が大きく、従って外気等の処理空気の顕熱負荷と潜熱負荷と室内空気等の熱源空気で発生する潜熱負荷を一括して処理することが可能な空調機に関するものである。

また本発明は前記空調機を用いた空調システムに関し、特に潜熱負荷の除去にのみ高質なエネルギーを使用し、顕熱負荷の除去には低質なエネルギーを使用する空調システムに関するものである。

従来、室内の空気から熱回収して屋外に排気し、且つこの回収熱を利用して屋外からの外気を熱交換して室内へ給気するヒートポンプ回路を備えた外調機がある。図１は従来の排気ヒートシンク型ヒートポンプ回路を備えた外調機１００の概略構成図である。同図に示すようにこの外調機１００は、外気を室内に導入する外気ファン１０１と、室内に導入した外気と同量程度を室内から屋外へ排気する排気ファン１０２と、冷媒を圧縮する圧縮機１０３と、圧縮された冷媒と前記排気ファン１０２による排気との間で熱交換する空冷凝縮器１０４と、凝縮した冷媒を減圧する膨張弁１０５と、膨張した冷媒と前記外気ファン１０１による外気との間で熱交換する蒸発器１０６とを備えてなる排気ヒートシンク型ヒートポンプ回路を備えて構成されている。

そして以上のように構成された外調機１００において、例えば、外気ファン１０１と排気ファン１０２の風量をそれぞれ６００ｋｇ／ｈで略同量とし、室内の温度を２７．０℃とし、室内の絶対湿度を０．０１１１５ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）とし、屋外の温度を３３．０℃とし、屋外の絶対湿度を０．０２０１３ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）とし、従って外気が室内に対して保有する顕熱負荷が１．００ｋＷであり、潜熱負荷が３．７４ｋＷである場合、排気ファン１０２によって室内から吸い込まれた排気は、空冷凝縮器１０４において凝縮温度５４．６℃の冷媒と熱交換し、温度を２７．０℃から４９．１℃まで昇温して、３．７０ｋＷを顕熱として冷媒から受け取り、これを屋外へ放出する。

また、外気ファン１０１によって屋外から導入された外気は、蒸発器１０６において蒸発温度２０．０℃の冷媒との熱交換によって、温度を３３．０℃から２３.９℃まで下降して１．５２ｋＷの顕熱負荷を除去され、また絶対湿度を０．０２０１３ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）から０．０１６５５ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）まで減湿して１．４９ｋＷの潜熱負荷を除去された後、室内へ供給される。

しかしながらこの従来の外調機１００の場合、外気の顕熱負荷については十分に除去可能だが、潜熱負荷については、その４０％（外調機の潜熱除去量１．４９ｋＷ／外気潜熱負荷３．７４ｋＷ）程度しか除去することができない。つまり、導入する外気と同量程度の排気をヒートシンクとして利用するヒートポンプ回路において空冷凝縮器１０４を使用する場合は、ヒートシンクとなる排気は顕熱の形態でしか熱搬送ができないため、冷媒が排気へ放出できる熱量は少量に限られ、従って、蒸発器１０６で冷媒が外気から除去できる負荷熱量も少量に限られるという問題があった。

一方前記外調機１００を用いて構成される従来の空調システムとして図２に示す構造のものがある。この空調システムは、前記図１に示す外調機１００と、室内空調機１１０と、室内空調機１１０に供給する冷水を製造する熱源設備１２０とを具備して構成されている。

そして、室内の機器発熱等の顕熱負荷が８．００ｋＷで、室内の人員等の潜熱負荷が１．６４ｋＷであるとすると、室内空調機１１０で除去する顕熱負荷は７．４８ｋＷ（室内顕熱負荷８．００ｋＷ＋外気顕熱負荷１．００ｋＷ−外調機１００の顕熱除去量１．５２ｋＷ）であり、室内空調機１１０で除去する潜熱負荷は３．８９ｋＷ（室内潜熱負荷１．６４ｋＷ＋外気潜熱負荷３．７４ｋＷ−外調機１００の潜熱除去量１．４９ｋＷ）である。

しかしながら室内空調機１１０で潜熱負荷を除去するためには、室内空気を露点以下まで冷却する必要があるため、熱源設備１２０は、５℃〜７℃程度の高質な冷水を製造して室内空調機１１０に供給する必要があり、従って、熱源設備１２０のＣＯＰ（成績係数）が低下し、空調システム全体のＣＯＰが低下するという問題があった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、導入する外気等の処理空気の潜熱負荷と顕熱負荷を全て処理でき、さらに室内空気等の熱源空気で発生する潜熱負荷をも処理することが可能な空調機を提供することにある。

また本発明の目的は、導入する外気等の処理空気の潜熱負荷と顕熱負荷を全て除去でき、さらに室内空気等の熱源空気の潜熱負荷をも除去することが可能な空調機を用いることにより、別途設置する空調機に熱媒を供給する熱源設備のＣＯＰが向上し、空調システム全体のＣＯＰを向上させることが可能な空調システムを提供することにある。

本願請求項１に記載の発明は、ヒートポンプ回路を内蔵した空調機において、前記ヒートポンプ回路は、少なくとも圧縮機と、膨張弁と、気液接触手段を有し熱源空気と冷媒との間で熱交換して凝縮器として作用する第１熱交換器と、処理空気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用する第２熱交換器とから構成されるヒートポンプ回路であり、さらに前記第２熱交換器に投入される前の処理空気と、第２熱交換器を通過した後の処理空気との間で顕熱を熱交換する第３熱交換器を備えたことを特徴とする空調機にある。

本願請求項２に記載の発明は、前記ヒートポンプ回路は、冷媒の流れ方向を逆転する冷媒流路切替手段を備えるとともに、第１熱交換器の気液接触手段を停止することで、この第１熱交換器を前記熱源空気と冷媒との間で熱交換する蒸発器として作用させるとともに、第２熱交換器を前記処理空気と冷媒との間で熱交換する凝縮器として作用させる構成を具備することを特徴とする請求項１に記載の空調機にある。

本願請求項３に記載の発明は、処理空気ファンと、熱源空気ファンと、少なくとも圧縮機と、膨張弁と、気液接触手段を有し熱源空気と冷媒との間で熱交換して凝縮器として作用する第１熱交換器と、処理空気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用する第２熱交換器とから構成されるヒートポンプ回路と、前記第２熱交換器に投入される前の処理前処理空気と、第２熱交換器を通過した後の処理後処理空気との間で顕熱を熱交換する第３熱交換器とを備え、さらに前記圧縮機の容量を操作する容量操作手段と、制御対象空気の湿度を検出する湿度センサと、前記湿度センサで検出する湿度検出値と湿度設定値との比較により除湿要求の有無を判断するとともに、除湿要求があると判断した場合には、前記湿度検出値が湿度設定値になるように前記容量操作手段を操作する除湿制御部とを備えたことを特徴とする空調機にある。

本願請求項４に記載の発明は、制御対象空気の温度を検出する温度センサと、前記温度センサで検出する温度検出値と温度設定値との比較により冷却要求の有無を判断するとともに、冷却要求があり、かつ除湿要求がないと判断した場合には、前記温度検出値が温度設定値になるように前記容量操作手段を操作する温度制御部とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の空調機にある。

本願請求項５に記載の発明は、前記第３熱交換器をバイパスするように流路を切り替える第３熱交換器バイパス手段と、除湿要求がないと判断した場合に前記第３熱交換器バイパス手段を作動させて、第３熱交換器の顕熱交換機能を排除する第３熱交換器バイパス制御部とを備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の空調機にある。

本願請求項６に記載の発明は、前記第３熱交換器は、ロータの回転により第２熱交換器に投入される前の処理前処理空気と、第２熱交換器を通過した後の処理後処理空気との間で顕熱を熱交換する回転式熱交換器であり、除湿要求がないと判断した場合にロータの回転を停止して第３熱交換器の顕熱交換機能を排除する第３熱交換器回転制御部を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の空調機にある。

本願請求項７に記載の発明は、前記第２熱交換器で凝縮滴下したドレンを前記第１熱交換器の気液接触手段の接触液として用いることを特徴とする請求項３又は４又は５又は６に記載の空調機にある。

本願請求項８に記載の発明は、前記ヒートポンプ回路は、冷媒の流れ方向を逆転する冷媒流路切替手段と、第１熱交換器の気液接触手段を停止する気液接触停止手段とを備え、前記冷媒流路切替手段により冷媒の流れ方向を逆転するとともに、前記気液接触停止手段により第１熱交換器の気液接触手段を停止することで、この第１熱交換器を熱源空気と冷媒との間で熱交換する蒸発器として作用させ、第２熱交換器を処理空気と冷媒との間で熱交換をする凝縮器として作用させることを特徴とする請求項３又は４又は５又は６又は７に記載の空調機にある。

本願請求項９に記載の発明は、前記温度制御部は、前記温度センサで検出する温度検出値と温度設定値との比較により加熱要求の有無を判断するとともに、加熱要求があると判断した場合には、前記温度検出値が温度設定値になるように前記容量操作手段を操作する温度制御部であることを特徴とする請求項８に記載の空調機にある。

本願請求項１０に記載の発明は、前記第２熱交換器を通過した後、前記第３熱交換器にいたる空気流路中に加湿手段を備え、前記湿度センサで検出する湿度検出値と湿度設定値との比較により加湿要求の有無を判断するとともに、加湿要求があると判断した場合には、前記湿度検出値が湿度設定値になるように、前記加湿手段と前記容量操作手段を組み合わせて操作する加湿制御部を備えたことを特徴とする請求項９に記載の空調機にある。

本願請求項１１に記載の発明は、前記第３熱交換器バイパス制御部は、加湿要求がないと判断した場合に、前記第３熱交換器バイパス手段を作動させて第３熱交換器の顕熱交換機能を排除する第３熱交換器バイパス制御部であることを特徴とする請求項１０に記載の空調機にある。

本願請求項１２に記載の発明は、前記第３熱交換器回転制御部は、加湿要求がないと判断した場合に、前記第３熱交換器のロータの回転を停止して第３熱交換器の顕熱交換機能を排除する第３熱交換器回転制御部であることを特徴とする請求項１０に記載の空調機にある。

本願請求項１３に記載の発明は、前記空調機は、前記処理空気が屋外から室内に導入される外気であり、前記熱源空気が室内から屋外へ排気される排気であり、且つ前記処理空気ファンが屋外から室内へ外気を取り込む外気ファンによって構成され、前記熱源空気ファンが室内から屋外へ排気する排気ファンによって構成される外調機であることを特徴とする請求項３乃至１２の内の何れかに記載の空調機にある。

本願請求項１４に記載の発明は、前記外気ファンの風量を操作する外気風量操作手段と、前記排気ファンの風量を操作する排気風量操作手段と、屋外温度を検出する外気温度センサと、前記外気温度センサで検出する外気温度検出値と室内温度設定値との比較により外気導入による冷却効果の有無と、室内湿度に与える影響の程度と、省エネルギー効果を総合的に判断するとともに、冷却効果があり、かつ室内湿度に与える影響の程度が小さく、かつ省エネルギー効果があると判断した場合には、外気ファンの風量を最大限に保持するように前記外気風量操作手段を操作し、排気ファンの風量を外気ファンの風量と同量に保持するように前記排気風量操作手段を操作する風量制御部とを備えたことを特徴とする請求項１３に記載の空調機にある。

本願請求項１５に記載の発明は、前記空調機は、さらに室内ＣＯ₂濃度を検出する室内ＣＯ₂センサを備え、前記風量制御部は、前記室内ＣＯ₂センサで検出する室内ＣＯ₂濃度検出値により最小限の外気風量を決定して外気ファンの風量を最小限に保持するように前記外気風量操作手段を操作するとともに、排気ファンの風量を外気ファンの風量と同量に保持するように前記排気風量操作手段を操作する風量制御部であることを特徴とする請求項１４に記載の空調機にある。

本願請求項１６に記載の発明は、前記外気ファンの風量を操作する外気風量操作手段と、前記排気ファンの風量を操作する排気風量操作手段と、室内ＣＯ₂濃度を検出する室内ＣＯ₂センサと、前記室内ＣＯ₂センサで検出する室内ＣＯ₂濃度検出値により最小限の外気風量を決定して外気ファンの風量を最小限に保持するように前記外気風量操作手段を操作するとともに、排気ファンの風量を外気ファンの風量と同量に保持するように前記排気風量操作手段を操作する風量制御部とを備えたことを特徴とする請求項１３に記載の空調機にある。

本願請求項１７に記載の発明は、前記圧縮機をバイパスするように冷媒流路を切り替える圧縮機バイパス手段と、前記膨張弁をバイパスするように冷媒流路を切り替える膨張弁バイパス手段と、前記圧縮機を停止し、前記圧縮機バイパス手段を作動し、前記膨張弁バイパス手段を作動し、前記第３熱交換器による顕熱交換を停止するとともに、前記第１熱交換器は、前記気液接触手段を作動して前記熱源空気と冷媒との間で熱交換する凝縮器として作用させ、前記第２熱交換器は前記処理空気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用させる、フリークーリング制御部とを備えたことを特徴とする請求項３乃至１６の内の何れかに記載の空調機にある。

本願請求項１８に記載の発明は、前記空調機は、さらに冷媒ポンプを備え、前記フリークーリング制御部は、前記圧縮機を停止し、前記冷媒ポンプを運転し、前記圧縮機バイパス手段を作動し、前記膨張弁バイパス手段を作動し、前記第３熱交換器による顕熱交換を停止するとともに、前記第１熱交換器は、前記気液接触手段を作動して前記熱源空気と冷媒との間で熱交換する凝縮器として作用させ、前記第２熱交換器は前記処理空気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用させる、フリークーリング制御部であることを特徴とする請求項１７に記載の空調機にある。

本願請求項１９に記載の発明は、空調の潜熱負荷を主として除去する空調機と、空調の顕熱負荷を除去する顕熱除去手段と、顕熱除去手段に対して冷房時には冷熱媒を供給し、暖房時には温熱媒を供給する熱源設備から構成される空調システムにおいて、前記空調機は、ヒートポンプ回路を内蔵した空調機であって、前記ヒートポンプ回路は、少なくとも圧縮機と、膨張弁と、気液接触手段を有し熱源空気と冷媒との間で熱交換して凝縮器として作用する第１熱交換器と、処理空気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用する第２熱交換器とから構成されるヒートポンプ回路であり、さらに前記第２熱交換器に投入される前の処理空気と、第２熱交換器を通過した後の処理空気との間で顕熱を熱交換する第３熱交換器を備えることを特徴とする空調システムにある。

本願請求項２０に記載の発明は、前記顕熱除去手段は輻射パネル等の輻射伝熱手段であることを特徴とする請求項１９に記載の空調システムにある。

本願請求項１に記載の発明によれば、まず、熱源空気と熱交換する第１熱交換器を気液接触型とし、冷媒から放出される熱量を顕熱と潜熱の形態で熱源空気に搬送させ、これによって熱源空気が搬送可能な熱量を増大させる。これにより第２熱交換器で冷媒が処理空気から除去可能な負荷熱量を増大することが可能となる。

さらに、第３熱交換器を設置し、第２熱交換器に投入される前の処理空気と、第２熱交換器を通過した後の処理空気との間で顕熱のみを熱交換するので、第２熱交換器では冷媒が処理空気から除去する負荷熱量のうちに占める潜熱負荷の割合を増加させることができる。

即ちこの発明によれば、熱源空気をヒートシンクとして利用するヒートポンプ回路でありながら、第１熱交換器（凝縮器）を気液接触型として冷媒が熱源空気へ放出する熱搬送能力を増大させることで第２熱交換器（蒸発器）で処理空気から除去する負荷熱量を増大させ、さらに第３熱交換器（顕熱交換器）によって、第２熱交換器（蒸発器）に投入される前の処理空気と、第２熱交換器（蒸発器）を通過した後の温度の低い処理空気とを熱交換させることによって、第２熱交換器（蒸発器）で処理する負荷熱量に占める潜熱負荷の割合を増大させ、従って、処理空気の顕熱負荷と潜熱負荷の全てと、熱源空気で発生する潜熱負荷の全てを一括して処理することができる。従って別途室内等の熱源空気中に設置された空調機は熱源空気中で発生する顕熱のみを処理すればよく、従来、この空調機に供給される冷水温度は７℃程度であったものを、１０℃程度にまで上昇することが可能で、これにより、冷水を製造する熱源機（熱源設備）のＣＯＰを向上させることができ、空調システム全体の効率を向上させることが可能となる。

本願請求項２に記載の発明によれば、容易に前記熱源空気ヒートシンク型のヒートポンプ回路を、熱源空気ヒートソース型のヒートポンプ回路に切り替えることが可能となる。

本願請求項３に記載の発明によれば、前記請求項１に記載の発明と同じ効果を奏すると同時に、さらに容量操作手段と湿度センサと除湿制御部を備えることで、制御対象空気の湿度を容易に湿度設定値になるように制御することができる。本願請求項４に記載の発明によれば、さらに温度センサと温度制御部を備えることで、制御対象空気の温度を容易に温度設定値になるように制御することができる。

本願請求項５，請求項６に記載の発明によれば、除湿要求がないと判断した場合に第３熱交換器の顕熱交換機能を排除できるので、ヒートポンプのＣＯＰが向上するとともに、処理空気ファンの圧力損失を低減させることができる。本願請求項７に記載の発明によれば、第２熱交換器で凝縮滴下したドレンを第１熱交換器の気液接触手段の接触液として活用できるので、気液接触手段への給水量の削減が図れるとともにヒートポンプのＣＯＰを向上させることができる。

本願請求項８に記載の発明によれば、容易に前記熱源空気ヒートシンク型のヒートポンプ回路を、熱源空気ヒートソース型のヒートポンプ回路に切り替えることが可能となる。本願請求項９に記載の発明によれば、熱源空気ヒートソース型のヒートポンプ回路に切り替えても、制御対象空気の温度を容易に温度設定値になるように制御することができる。本願請求項１０に記載の発明によれば、熱源空気ヒートソース型のヒートポンプ回路に切り替えても、制御対象空気の湿度を容易に湿度設定値になるように制御することができる。

本願請求項１１，請求項１２に記載の発明によれば、加湿要求がないと判断した場合に、第３熱交換器の顕熱交換機能を排除できるので、ヒートポンプのＣＯＰが向上するとともに、外気ファンの圧力損失を低減させることができる。本願請求項１３に記載の発明によれば、空調機を外調機として構成できる。本願請求項１４に記載の発明によれば、外気温度が低い場合はこれを有効に利用でき、省エネルギー化が図れる。本願請求項１５，１６に記載の発明によれば、外気負荷を最小限にとどめることができる。

本願請求項１７に記載の発明によれば、処理空気のエンタルピが熱源空気のエンタルピよりも大きい場合において、特に中間期など比較的処理空気と熱源空気のエンタルピ差が小さい（処理空気負荷が小さい）時期に、圧縮機を運転することなく、フリークーリングによって処理空気負荷を除去できるので、省エネルギー化が図れる。本願請求項１８に記載の発明によれば、冷媒ポンプにより冷媒を強制循環させることにより、フリークーリングにより除去できる処理空気負荷を増大させることができる。

本願請求項１９に記載の発明によれば、空調の潜熱負荷を主として除去することができる空調機を用いているので、熱源設備は、顕熱負荷のみを除去する顕熱除去手段に対して、冷房時には比較的温度の高い低質な冷熱媒を供給し、暖房時には比較的温度の低い低質な温熱媒を供給すればよく、従って、熱源設備のＣＯＰが向上し、空調システム全体のＣＯＰを向上させることが可能となる。

本願請求項２０に記載の発明によれば、顕熱除去手段を輻射パネル等の輻射伝熱手段とすることによって、人体が快適と感じる室温を冷房時は１，２℃高く、暖房時は２，３℃低くすることが可能となるので、空調システムが除去する負荷熱量を減少でき、従って、空調システムに投入する電力等のエネルギー使用量を削減することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。なお以下の第一乃至第四実施形態では本発明にかかる空調機を外調機として用いた場合について説明する。
〔第一実施形態〕
図３は本発明の第一実施形態にかかる排気ヒートシンク型ヒートポンプ回路を備えた外調機２００の概略構成図である。同図に示すようにこの外調機２００は、所定量の外気（この実施形態の場合は外気が処理空気である）を室内（被空調室内）に導入する外気ファン（処理空気ファン）２０１と、室内に導入した外気と同量程度を室内から屋外へ排気（この実施形態の場合は排気が熱源空気である）する排気ファン（熱源空気ファン）２０２と、冷媒を圧縮する圧縮機２０３と、圧縮された冷媒と前記排気ファン２０２による排気との間で熱交換する蒸発式凝縮器（第１熱交換器）２０４と、凝縮した冷媒を減圧する膨張弁２０５と、減圧された冷媒と前記外気ファン２０１による外気との間で熱交換する蒸発器（第２熱交換器）２０６と、蒸発器２０６に投入される前の外気と蒸発器２０６を通過した後の外気との間で顕熱を熱交換する顕熱交換器（第３熱交換器）２０７と、を具備してなる排気ヒートシンク型ヒートポンプ回路を備えて構成されている。即ちこの実施形態にかかる空調機は、処理空気に外気、熱源空気に排気を用いた外調機２００である。

ここで外気ファン２０１は、屋外の外気が顕熱交換器２０７と蒸発器２０６を介した後に室内に導入されるように接続されている。また排気ファン２０２は室内の空気が蒸発式凝縮器２０４を介した後に屋外に排気されるように接続されている。

圧縮機２０３は、蒸発器２０６から導入された冷媒を加圧して蒸発式凝縮器２０４に供給するものである。なお圧縮機２０３の形態には種々のものがあり、ヒートポンプ回路の冷媒を圧縮できる機構のものであればどのような構造のものであっても良い。圧縮機２０３近傍には、冷媒の流れ方向を逆転する冷媒流路切替手段２１５が設置されている。

蒸発式凝縮器２０４は気液接触手段を有する凝縮器であり、冷媒流路切替手段２１５によって冷媒の流れを逆転することによって蒸発器にもなる第１熱交換器である。この蒸発式凝縮器２０４に設置される気液接触手段は、この蒸発式凝縮器２０４に散布する散布水を貯蔵する散布水槽２０８と、貯蔵された散布水を循環させる散布水ポンプ２０９と、散布水ポンプ２０９によって送られた散布水を蒸発式凝縮器２０４の伝熱面全体に均一に散布する散布水ノズル２１０と、散布水槽２０８内の水位を検知するフロートスイッチ２１１と、フロートスイッチ２１１に連動して散布水槽２０８の水位を一定に保つように給水の供給量を制御する給水弁２１２と、散布水槽２０８内の散布水がある濃縮度に達した場合に給水の供給を持続させて散布水槽２０８の水位を上昇させて排水させるオーバーフロー管２１３と、外調機２００の停止時等に必要に応じて散布水槽２０８内の水を全て排水する全ブロー弁２１４とを具備して構成されている。散布水の濃縮度の測定は、例えば導電率センサによって散布水の導電率を測定することで行ったり、散布水の濃縮倍数を制御すること（例えば特開平１１−６３８５８号公報参照）等の各種濃度測定手段によって行う。なおこの気液接触手段の構造に種々の変形が可能であることはいうまでもない。そしてこの蒸発式凝縮器２０４において冷媒から排気へ放出される熱量は、顕熱としては排気の温度を上昇させ、潜熱としては排気の絶対湿度を上昇させ、その結果、排気は蒸発式凝縮器２０４の出口において飽和状態となり、排気ファン２０２によって屋外へ排出される。

膨張弁２０５は絞りを具備して構成されており、前記蒸発式凝縮器２０４によって凝縮された冷媒を減圧する。また膨張弁２０５近傍には、冷媒の流れ方向が逆転しても膨張弁２０５への冷媒の流れが変化しないようにその流れを切り替える複数の逆止弁２１６が設置されている。

蒸発器２０６は、下記する冷媒流路切替手段２１５によって冷媒の流れを逆転することによって凝縮器にもなる第２熱交換器である。

顕熱交換器２０７は第３熱交換器であり、その内部が高温流体側通路（処理前外気流路）と低温流体側通路（処理後外気流路）に隔壁で仕切られており、蒸発器２０６に投入される前の温度の高い外気は高温流体側通路を流通し、蒸発器２０６通過後の温度の低い外気は低温流体側通路を流通し、両者は隔壁を通じて顕熱の熱交換を行う。これにより、高温流体側通路を流通する外気は温度を下げて顕熱負荷を削減したのちに蒸発器２０６に投入される。従って、蒸発器２０６において冷媒が外気から除去する負荷熱量における顕熱負荷の割合が削減し、その分潜熱負荷の割合が増加する。なお顕熱交換器２０７の構造変更は自由であって直交型や回転式等の公知の各種の顕熱交換器を用いてもよい。

以上のような外調機２００において、例えば、外気ファン２０１と排気ファン２０２の風量をそれぞれ６００ｋｇ／ｈで略同量とし、室内の温度を２７．０℃とし、室内の絶対湿度を０．０１１１５ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）とし、屋外の温度を３３．０℃とし、屋外の絶対湿度を０．０２０１３ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）とし、従って外気が室内に対して保有する顕熱負荷が１．００ｋＷであり、潜熱負荷が３．７４ｋＷである場合、排気ファン２０２によって室内から吸い込まれた排気は、蒸発式凝縮器２０４において凝縮温度４２．５℃の冷媒と熱交換して、温度を２７．０℃から３１．６℃まで昇温して、０．７７ｋＷを顕熱として冷媒から受け取り、また絶対湿度を０．０１１１５ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）から０．０２９９４ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）まで増湿して、７．８３ｋＷを潜熱として冷媒から受け取り、これを屋外へ放出する。

一方、外気ファン２０１によって屋外から導入された温度３３．０℃の外気は、顕熱交換器２０７の高温流体側通路を流れながら、顕熱交換器２０７の低温流体側通路を流れる蒸発器２０６通過後の温度１０．８℃の外気と熱交換して１９．７℃まで温度を下降して、顕熱負荷を２．２３ｋＷ削減させたのち、蒸発器２０６に投入される。

蒸発器２０６に投入された外気は、蒸発温度７．０℃の冷媒と熱交換して、温度を１９．７℃から１０．８℃まで下降して１．４９ｋＷの顕熱負荷を除去され、また絶対湿度を０．０２０１３ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）から０．００７２２ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）まで減湿して、５．３８ｋＷの潜熱負荷を除去され、顕熱交換器２０７の低温流体側通路へ供給される。

顕熱交換器２０７の低温流体側通路に供給された外気は、高温流体側通路を流れる蒸発器２０６投入前の外気と熱交換して温度を１０．８℃から２４．１℃まで上昇して、２．２３ｋＷの顕熱を増加させて室内へ供給される。

このように、本発明の外調機２００によれば、外気の顕熱負荷についても、潜熱負荷についても十分に除去することが可能である。

これは、導入する外気と同量程度の排気をヒートシンクとして利用するヒートポンプ回路において蒸発式凝縮器２０４を使用する場合は、ヒートシンクとなる排気は顕熱と潜熱の形態で熱搬送ができるので、前記図１に示す従来の空冷凝縮器１０４のように顕熱搬送のみに頼る場合に比べて冷媒が排気へ放出できる熱量は大幅に増加し、従って蒸発器２０６で冷媒が外気から除去できる負荷熱量が大幅に増加するためである。なおこの実施形態では外気と排気の量を同量程度としたが、蒸発式凝縮器２０４は上述のように冷媒が排気へ放出できる熱量を大幅に増加できるので、熱源空気である排気の量は処理空気である外気の量よりもかなり少なくすることが可能であり、例えば１／４程度でも良くなる。この点は以下の各実施形態でも同様である。

さらにこの実施形態においては、顕熱交換器２０７を用いて、蒸発器２０６に投入される外気の顕熱負荷を削減するように構成したので、蒸発器２０６で外気から除去する負荷熱量に占める潜熱負荷の割合を増大させることができ、外気負荷のような、顕熱負荷に比べて潜熱負荷の割合が大きい負荷形態にも十分に対応することが可能となる。

また、本実施形態において、外気から除去できる潜熱量は外気の潜熱負荷を全て除去してもまだ１．６４ｋＷ（５．３８ｋＷ−３．７４ｋＷ）の潜熱除去が可能で、これは在室人員約２５人分の発生潜熱を除去できる能力である。

一方この外調機２００を排気ヒートソース型ヒートポンプ回路として使用する場合は、前記冷媒流路切替手段２１５を切り替えることで冷媒の流れ方向を逆転し、同時に前記蒸発式凝縮器２０４の気液接触手段である散布水ポンプ２０９等を停止すればよい。これによって第１熱交換器である前記蒸発式凝縮器２０４は排気ファン２０２による排気と冷媒との間で熱交換する蒸発器として作用し、第２熱交換器である蒸発器２０６は外気ファン２０１による外気と冷媒との間で熱交換する凝縮器として作用し、排気をヒートソースとする排気ヒートソース型ヒートポンプ回路が構成される。

〔第二実施形態〕
図４は本発明の第二実施形態にかかる外調機２００−２の概略構成図である。なお同図において前記図３に示す第一実施形態にかかる外調機２００と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

同図に示すようにこの外調機２００−２は、所定量の外気（この実施形態の場合は外気が処理空気である）を室内に導入する外気ファン（処理空気ファン）２０１と、室内に導入した外気と同量程度を室内から屋外へ排気（この実施形態の場合は排気が熱源空気である）する排気ファン（熱源空気ファン）２０２と、冷媒を圧縮する圧縮機２０３と、圧縮された冷媒と前記排気ファン２０２による排気との間で熱交換する蒸発式凝縮器（第１熱交換器）２０４と、凝縮した冷媒を減圧する膨張弁２０５と、減圧された冷媒と前記外気ファン２０１による外気との間で熱交換する蒸発器（第２熱交換器）２０６と、蒸発器２０６に投入される前の外気と蒸発器２０６を通過した後の外気との間で顕熱を熱交換する顕熱交換器（第３熱交換器）２０７と、室内湿度（制御対象空気の湿度）を検出する室内湿度センサ２３０と、室内温度（制御対象空気の温度）を検出する室内温度センサ（温度センサ）２３１と、室内ＣＯ₂濃度（制御対象空気のＣＯ₂濃度）を検出する室内ＣＯ₂センサ（ＣＯ₂センサ）２３２と、屋外の外気温度を検出する外気温度センサ２３３と、圧縮機２０３の回転数を操作する圧縮機インバータ（容量操作手段）２２４と、外気ファン２０１の回転数を操作する外気ファンインバータ（外気風量操作手段）２２２と、排気ファン２０２の回転数を操作する排気ファンインバータ（排気風量操作手段）２２３と、取り入れた外気を顕熱交換器２０７をバイパスさせて蒸発器２０６に導く第３熱交換器バイパス流路２２１ａ及び第１，第２バイパスダンパ２２０，２２１（第３熱交換器バイパス手段）と、蒸発式凝縮器 (第１熱交換器)２０４を出た液冷媒を強制循環させる冷媒ポンプ２４５と、冷媒ポンプ２４５を通過する冷媒流路とバイパスする冷媒流路とを切り替える切替弁２４２，２４３と、膨張弁２０５を通過する冷媒流路とバイパスする冷媒流路を切り替える切替弁２４４（膨張弁バイパス手段）と、圧縮機２０３を通過する冷媒流路とバイパスする流路を切り替える切替弁２４０，２４１（圧縮機バイパス手段）と、蒸発器２０６で凝縮滴下したドレンを散布水槽２０８に送水するドレンポンプ２１９と、室内湿度検出値（湿度検出値）および／または室内温度検出値（温度検出値）と、室内湿度設定値（湿度設定値）および／または室内温度設定値（温度設定値）との比較により圧縮機インバータ２２４に最適な回転数信号を与える除湿制御部２３４と、室内湿度検出値および／または室内温度検出値と、室内湿度設定値および／または室内温度設定値との比較により圧縮機インバータ２２４に最適な回転数信号を与える温度制御部２３８と、室内湿度検出値および／または室内温度検出値および／または外気温度検出値および／または室内ＣＯ₂濃度の検出値（ＣＯ₂濃度検出値）と、室内湿度設定値および／または室内温度設定値および／または室内ＣＯ₂濃度設定値（ＣＯ₂濃度設定値）との比較により、外気ファンインバータ２２２と排気ファンインバータ２２３に最適な回転数信号を与える風量制御部２３５と、室内湿度検出値および／または室内温度検出値と、室内湿度設定値および／または室内温度設定値との比較により、第１，第２バイパスダンパ２２０，２２１に最適な開度信号を与える第３熱交換器バイパス制御部２３６と、前記圧縮機２０３を停止し、前記冷媒ポンプ２４５を運転し、前記圧縮機バイパス手段を作動し、前記膨張弁バイパス手段を作動し、前記第３熱交換器バイパス手段を作動するとともに、前記第１熱交換器は、前記気液接触手段を作動して前記排気と冷媒との間で熱交換する凝縮器として作用させ、前記第２熱交換器は前記外気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用させる、フリークーリング制御部２４６と、第２熱交換器２０６を通過した後、顕熱交換器２０７に至る空気流路中に設置される加湿器（加湿手段）２１７と、室内湿度検出値と室内湿度設定値との比較により、前記加湿器２１７と容量操作手段２２４とを最適に組み合わせて操作する加湿制御部２３７と、を備えて構成されている。

ここで外気ファン２０１は、屋外の外気が顕熱交換器２０７と蒸発器２０６を介した後に室内に導入されるように接続されている。また排気ファン２０２は室内の空気が蒸発式凝縮器２０４を介した後に屋外に排気されるように接続されている。

一方圧縮機２０３，冷媒流路切替手段２１５，蒸発式凝縮器２０４，散布水槽２０８，散布水ポンプ２０９，散布水ノズル２１０，フロートスイッチ２１１，給水弁２１２，オーバーフロー管２１３，全ブロー弁２１４，膨張弁２０５，複数の逆止弁２１６，蒸発器２０６，顕熱交換器２０７については、第一実施形態と同一の構造・機能を有するものである。また散布水の濃縮度の測定を、例えば導電率センサによって散布水の導電率を測定することで行ったり、散布水の濃縮倍数を制御すること（例えば特開平１１−６３８５８号公報参照）等の各種濃度測定手段によって行うことも第一実施形態と同様である。また気液接触手段の構造に種々の変形が可能であることも第一実施形態と同様である。

顕熱交換器２０７をバイパスするように流路を切り替える第３熱交換器バイパス手段は、顕熱交換器２０７の処理前外気流路をバイパスする第３熱交換器バイパス流路２２１ａと、処理前外気流路の配管に取り付けられる第１バイパスダンパ２２０と、第３熱交換器バイパス流路２２１ａに取り付けられる第２バイパスダンパ２２１とによって構成されている。

圧縮機２０３をバイパスするように流路を切り替える圧縮機バイパス手段は、圧縮機をバイパスする圧縮機バイパス流路２４０ａと、圧縮機バイパス流路２４０ａに取り付けられる切替弁２４０と、圧縮機の吸い込み流路に取付けられる切替弁２４１とによって構成されている。

膨張弁２０５をバイパスするように流路を切り替える膨張弁バイパス手段は、膨張弁２０５をバイパスする膨張弁バイパス流路２４４ａと、膨張弁バイパス流路２４４ａに取り付けられる切替弁２４４とによって構成されている。

除湿制御部２３４は、室内湿度を検出する室内湿度センサ２３０から室内湿度検出値を入力し、また前記圧縮機２０３の回転数を操作する圧縮機インバータ２２４に駆動制御信号を出力する。そして除湿制御部２３４は前記室内湿度センサ２３０で検出する室内湿度検出値と予め設定している室内湿度設定値との比較により除湿要求の有無を判断するとともに、除湿要求があると判断した場合には、前記室内湿度検出値が室内湿度設定値になるように圧縮機インバータ２２４を操作する。

温度制御部２３８は室内温度を検出する室内温度センサ２３１から室内温度検出値を入力し、この室内温度検出値と予め設定している室内温度設定値との比較により冷却要求の有無を判断するとともに、冷却要求があり、かつ前記室内湿度検出値と室内湿度設定値との比較により除湿要求がないと判断した場合には、前記室内温度検出値が室内温度設定値になるように前記圧縮機インバータ２２４を操作する。

また、前記除湿制御部２３４が除湿要求がないと判断した場合に、第３熱交換器バイパス制御部２３６を作動させて第１バイパスダンパ２２０を閉じて第２バイパスダンパ２２１を開くと、処理前外気は前記顕熱交換器２０７をバイパスして顕熱交換器２０７の顕熱交換機能を排除し、温度の高いまま蒸発器２０６に投入されるので、ヒートポンプの蒸発温度を上昇させてＣＯＰを向上させるとともに外気ファンの圧力損失を低減させることができる。

ドレンポンプ２１９は蒸発器２０６で凝縮滴下したドレンを散布水槽２０８に送水して、蒸発式凝縮器２０４の散布水として活用し、給水量の削減に寄与するとともに散布水温度を低下させてヒートポンプの凝縮温度を低下させてＣＯＰを向上させることができる。なお、ドレンを散布水利用する方法はドレンポンプ方式に限定されない。

風量制御部２３５は、屋外温度を検出する外気温度センサ２３３から外気温度検出値を入力し、前記外気温度センサ２３３で検出する外気温度検出値と予め設定している室内温度設定値との比較により外気導入による冷却効果の有無と、室内湿度に与える影響の程度と、省エネルギー効果を総合的に判断するとともに、冷却効果があり、かつ室内湿度に与える影響の程度が小さく、かつ省エネルギー効果があると判断した場合には、外気ファン２０１の風量を最大限に保持するように前記外気ファンインバータ２２２を操作し、排気ファン２０２の風量を外気ファン２０１の風量と同量に保持するように、前記排気ファンインバータ２２３を操作することができる。

またこの風量制御部２３５は、室内ＣＯ₂濃度を検出する室内ＣＯ₂センサ２３２から室内ＣＯ₂濃度検出値を入力し、また前記外気ファン２０１の風量を操作する外気ファンインバータ２２２と前記排気ファン２０２の風量を操作する排気ファンインバータ２２３とに駆動制御信号を出力する。そして風量制御部２３５は、前記室内ＣＯ₂センサ２３２で検出する室内ＣＯ₂濃度検出値により最小限の外気風量を決定して、外気ファン２０１の風量を最小限に保持するように外気ファンインバータ２２２を操作するとともに、排気ファン２０２の風量を外気ファン２０１の風量と同量に保持するように、排気ファンインバータ２２３を操作する。これにより、外気負荷を最小限にとどめることができる。

フリークーリング制御部２４６は、外気ファン２０１と排気ファン２０２を運転し、前記圧縮機２０３を停止し、前記冷媒ポンプ２４５を運転し、前記圧縮機バイパス手段を作動し、前記膨張弁バイパス手段を作動し、前記第３熱交換器バイパス手段を作動するとともに、前記第１熱交換器２０４は、前記気液接触手段を作動して前記排気と冷媒との間で熱交換する凝縮器として作用させ、前記第２熱交換器２０６は前記外気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用させるフリークーリングによって外気負荷を除去するものである。

加湿器２１７は、散布水槽２０８へ給水する給水管２１２ａから分岐し且つ加湿給水弁２１８を取り付けた配管２１８ａの先端を導入することで第２熱交換器２０６を通過した空気に水を供給して加湿するものである。

加湿制御部２３７は、室内湿度センサ２３０で検出した室内湿度検出値と、予め設定した室内湿度設定値との比較により加湿要求の有無を判断するとともに、加湿要求があると判断した場合には、前記室内湿度検出値が室内湿度設定値になるように、前記加湿給水弁２１８の開閉と、圧縮機インバータ２２４の駆動の組み合わせ操作により加湿制御を行うものである。

以上のような外調機２００−２において、第一実施形態と同様に、例えば、風量制御部２３５により、外気ファン２０１と排気ファン２０２の風量をそれぞれ６００ｋｇ／ｈで略同量で制御されているとし、温度制御部２３８により、室内温度は２７．０℃に、除湿制御部２３４により、室内湿度は絶対湿度０．０１１１５ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）に制御されているとし、第１バイパスダンパ２２０が開き、第２バイパスダンパ２２１が閉じた状態で顕熱交換器２０７が顕熱交換機能を発揮しているとし、屋外の温度を３３．０℃とし、屋外の絶対湿度を０．０２０１３ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）とし、従って外気が室内に対して保有する顕熱負荷が１．００ｋＷであり、潜熱負荷が３．７４ｋＷである場合、排気ファン２０２によって室内から吸い込まれた排気は、蒸発式凝縮器２０４において凝縮温度４２．５℃の冷媒と熱交換して、温度を２７．０℃から３１．６℃まで昇温して、０．７７ｋＷを顕熱として冷媒から受け取り、また絶対湿度を０．０１１１５ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）から０．０２９９４ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）まで増湿して、７．８３ｋＷを潜熱として冷媒から受け取り、これを屋外へ放出する。一方、外気ファン２０１によって屋外から導入された温度３３．０℃の外気は、顕熱交換器２０７の高温流体側通路を流れながら、顕熱交換器２０７の低温流体側通路を流れる蒸発器２０６通過後の温度１０．８℃の外気と熱交換して１９．７℃まで温度を下降して、顕熱負荷を２．２３ｋＷ削減させたのち、蒸発器２０６に投入される。蒸発器２０６に投入された外気は、蒸発温度７．０℃の冷媒と熱交換して、温度を１９．７℃から１０．８℃まで下降して１．４９ｋＷの顕熱負荷を除去され、また絶対湿度を０．０２０１３ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）から０．００７２２ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）まで減湿して、５．３８ｋＷの潜熱負荷を除去され、顕熱交換器２０７の低温流体側通路へ供給される。顕熱交換器２０７の低温流体側通路に供給された外気は、高温流体側通路を流れる蒸発器２０６投入前の外気と熱交換して温度を１０．８℃から２４．１℃まで上昇して、２．２３ｋＷの顕熱を増加させて室内へ供給される。つまりこの実施形態の外調機２００−２においても第一実施形態と同様に、外気の顕熱負荷についても、潜熱負荷についても十分に除去することが可能である。

さらにこの実施形態の場合、蒸発器２０６で凝縮滴下するドレンは７．７ｋｇ／ｈであり、蒸発式凝縮器２０４での蒸発量は１１．３ｋｇ／ｈである。そして散布水の濃縮倍数が２．０で制御されているとして、蒸発式凝縮器２０４への必要給水量は２２．６ｋｇ／ｈである。従ってドレンポンプ２１９でドレンを回収することにより、給水量を３４％（７．７ｋｇ／ｈ）削減することができる。

そして外調機２００−２の運転中は、前述のように除湿制御部２３４と温度制御部２３８によって室内の温度と湿度が予め設定した設定値になるように制御され、また風量制御部２３５によって室内ＣＯ₂濃度が許容値内となる最小限の風量の外気導入と排気とを行い、また必要に応じて第３熱交換器バイパス制御部２３６によって顕熱交換器２０７を通過しようとする外気をバイパスさせてヒートポンプのＣＯＰを向上する。

一方、外気のエンタルピが室内のエンタルピよりも大きい場合において、特に中間期など比較的外気と室内のエンタルピ差が小さい（外気負荷が小さい）時期には、フリークーリング制御部２４６によるフリークーリング運転をおこなえば、圧縮機２０３を運転することなく、冷媒を介して排気の湿球温度と外気の温度との差を利用した熱交換（外気と排気のエンタルピ差を利用した熱交換）をおこなうことにより、外気負荷を除去することができるので、省エネルギー化が図れる。

一方この外調機２００−２を排気ヒートソース型ヒートポンプ回路として使用する場合は第一実施形態と同様に、前記冷媒流路切替手段２１５を切り替えることで冷媒の流れ方向を逆転し、同時に前記蒸発式凝縮器２０４の気液接触手段である散布水ポンプ２０９等を気液接触停止手段（散布水ポンプ２０９等を運転停止制御する図示しない制御手段等によって構成される）によって停止すればよい。これによって第１熱交換器である前記蒸発式凝縮器２０４は排気ファン２０２による排気と冷媒との間で熱交換する蒸発器として作用し、第２熱交換器である蒸発器２０６は外気ファン２０１による外気と冷媒との間で熱交換する凝縮器として作用し、排気をヒートソースとする排気ヒートソース型ヒートポンプ回路が構成される。

この排気ヒートソース型ヒートポンプ回路として使用中、前記温度制御部２３８は、前記室内温度センサ２３１で検出する室内温度検出値と予め設定した室内温度設定値との比較により加熱要求の有無を判断するとともに、加熱要求があると判断した場合には、前記室内温度検出値が室内温度設定値になるように圧縮機インバータ２２４を操作する。

一方加湿制御部２３７は加湿要求の有無を判断し、加湿要求があると判断した場合は室内の湿度が予め設定した設定値になるように制御する。

また加湿制御部２３７が加湿要求がないと判断した場合は、第３熱交換器バイパス制御部２３６によって第１バイパスダンパ２２０を閉じて第２バイパスダンパ２２１を開き、これによって処理前外気が前記顕熱交換器２０７をバイパスするように流路を切り替え、温度の低いままの外気が凝縮器２０６に投入され、ヒートポンプの凝縮温度を低下させてＣＯＰを向上させるとともに外気ファン２０１の圧力損失を低減させる。

〔第三実施形態〕
図５は本発明の第三実施形態にかかる空調システムの概略構成図である。同図に示すようにこの空調システムは、外気の顕熱負荷と潜熱負荷と、室内の潜熱負荷とを一括して除去することが可能な前記第一実施形態にかかる外調機２００と、室内の顕熱負荷を除去する輻射パネル（顕熱除去手段）３０１と、輻射パネル３０１に対して冷房時には比較的温度の高い低質な冷熱媒を供給し、暖房時には比較的温度の低い低質な温熱媒を供給する熱源設備３０３とを具備して構成されている。

図６はこの実施形態に用いる外調機２００を示す概略構成図であり、この外調機２００は図３に示したものと同一の排気ヒートシンク型ヒートポンプ回路を備えた外調機２００である。この外調機２００は図３において説明したので、ここではその説明は省略する。

この空調システムのように輻射パネル３０１等の輻射伝熱手段を用いると、人体が快適と感じる室温を冷房時は１，２℃高く、暖房時には２，３℃低くすることが可能となる。従ってこの空調システムにおいて図６に示すように、例えば、外気ファン２０１と排気ファン２０２の風量をそれぞれ６００ｋｇ／ｈで略同量とし、室内の温度は、輻射パネル３０１を用いることにより緩和され２８．０℃とし、室内の絶対湿度も同じく緩和されて０．０１１８３ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）とし、屋外の温度を３３．０℃とし、屋外の絶対湿度を０．０２０１３ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）とし、従って外気が室内に対して保有する顕熱負荷が０．８４ｋＷであり、潜熱負荷が３．４６ｋＷである場合、排気ファン２０２によって室内から吸い込まれた排気は、蒸発式凝縮器２０４において凝縮温度４１．８℃の冷媒と熱交換して、温度を２８．０℃から３１．５℃まで昇温して、０．５８ｋＷを顕熱として冷媒から受け取り、また絶対湿度を０．０１１８３ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）から０．０２９６９ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）まで増湿して、７．４４ｋＷを潜熱として冷媒から受け取り、これを屋外へ放出する。

一方、外気ファン２０１によって屋外から導入された温度３３．０℃の外気は、顕熱交換器２０７の高温流体側通路を流れながら、顕熱交換器２０７の低温流体側通路を流れる蒸発器２０６通過後の温度１２．１℃の外気と熱交換して２０．５℃まで温度を下降して、顕熱負荷を２．０９ｋＷ削減させたのち、蒸発器２０６に投入される。蒸発器２０６に投入された外気は、蒸発温度８．５℃の冷媒と熱交換して、温度を２０．５℃から１２．１℃まで下降して１．４０ｋＷの顕熱負荷を除去され、また絶対湿度を０．０２０１３ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）から０．００７８９ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）まで減湿して、５．１０ｋＷの潜熱負荷を除去され、顕熱交換器２０７の低温流体側通路へ供給される。顕熱交換器２０７の低温流体側通路に供給された外気は、高温流体側通路を流れる蒸発器２０６投入前の外気と熱交換して温度を１２．１℃から２４．６℃まで上昇して、２．０９ｋＷの顕熱を増加させて室内へ供給される。

ここで、室内の機器発熱等の顕熱負荷が８．００ｋＷで、室内の人員等の潜熱負荷が１．６４ｋＷであるとすると、輻射パネル３０１で除去する顕熱負荷は７．４４ｋＷ（室内顕熱負荷８．００ｋＷ＋外気顕熱負荷０．８４ｋＷ−外調機２００の顕熱除去量１．４０ｋＷ）であり、輻射パネル３０１で除去する潜熱負荷は０．００ｋＷ（室内潜熱負荷１．６４ｋＷ＋外気潜熱負荷３．４６ｋＷ−外調機の潜熱除去量５．１０ｋＷ）である。従って輻射パネル３０１で潜熱負荷を除去する必要がないため、熱源設備３０３は、１５℃程度の低質な冷水を製造して輻射パネル３０１に供給すればよく、熱源設備３０３のＣＯＰが向上し、空調システム全体のＣＯＰが向上する。

なおこの実施形態においては、顕熱除去手段として輻射パネル３０１を用いたが、本空調システムは輻射パネル３０１に限らず、他の輻射伝熱手段を用いても良いし、さらに輻射伝熱手段以外の各種顕熱除去手段を用いても良い。また上記空調システムでは図３に示す外調機２００を用いたが、図４に示す外調機２００−２や図７に示す外調機２００−４を用いても良い。

〔第四実施形態〕
図７は本発明の第四実施形態にかかる外調機２００−４の概略構成図である。同図において前記図３，図４に示す第一，第二実施形態にかかる外調機２００，２００−２と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。この外調機２００−４において第二実施形態にかかる外調機２００−２と相違する点は、顕熱交換器（第３熱交換器）２０７−４を回転式の顕熱交換器（回転式熱交換器）で構成し、また第二実施形態で用いた第３熱交換器バイパス流路２２１ａ及び第１，第２バイパスダンパ２２０，２２１（第３熱交換器バイパス手段）を設置せず、また第３熱交換器バイパス制御部２３６の代りに第３熱交換器回転制御部５００を設置し、第３熱交換器回転制御部５００から出力される制御信号を前記顕熱交換器２０７−４を回転駆動する回転駆動手段（モータ等からなる）５１０に出力するように構成した点のみである。

この回転式の顕熱交換器２０７−４は、例えば円板状のロータ２０７ａの面に厚み方向に貫通する多数の空気挿通孔を設け、このロータ２０７ａの例えば半分の面に蒸発器２０６に向かう処理前外気（高温流体）を通し、もう半分の面に蒸発器２０６を通過した後の処理後外気（低温流体）を逆向きに通し、その際ロータ２０７ａを回転することでロータ２０７ａを伝熱手段として処理前外気（処理前処理空気）と処理後外気（処理後処理空気）間で顕熱の熱交換を行う構造に構成されている。なおロータ２０７ａの回転速度を変更することで熱交換比率を変更することができる。一方ロータ２０７ａを停止すれば処理前外気と処理後外気がそれぞれロータ２０７ａの面の定位置を通過するだけとなり両者間での顕熱の熱交換は行われない。従って第３熱交換器回転制御部５００及び回転駆動手段５１０によってロータ２０７ａを回転している場合は第二実施形態の顕熱交換器２０７のように屋外から導入された外気の顕熱交換が行われる。一方除湿要求や加湿要求がない場合、又はフリークーリングする場合は、ロータ２０７ａを停止してその顕熱交換機能を排除すればよい。これは第二実施形態において第１バイパスダンパ２２０を閉じ第２バイパスダンパ２２１を開いて顕熱交換器２０７の顕熱交換機能を排除するのと同じ状態である。

〔空調システムの各種実施形態〕
図８は上記各実施形態にかかる空調機２００（２００−２，２００−４）を用いて構成される空調システムの各種実施形態を示す概略構成図である。図８（ａ）乃至図８（ｄ）の各空調システムは何れも、前記第一実施形態にかかる空調機２００と、室３１０内の顕熱負荷を除去する輻射パネル（顕熱除去手段）３０１とを具備して構成されている。実際には第三実施形態の空調システムと同様に輻射パネル３０１には図示しない前記熱源設備３０３（図５参照）から冷熱媒（温熱媒）が供給される。そして図８（ａ）に示す空調システムは、前記第三実施形態の空調システムの構成と同一のものであり（第三実施形態と相違しているのは空調機２００が室３１０の外部に設置されている点のみである）、処理空気ファン（外気ファン）２０１によって外気を室３１０内に供給し、熱源空気ファン（排気ファン）２０２によって室３１０内の空気を排気するように構成されている。従って処理空気ファン２０１による外気の室３１０内への供給量と、熱源空気ファン２０２による室３１０内から屋外への排気量とは同一となる（もちろん同一にしなくても良い）。

図８（ｂ）に示す空調システムは、処理空気ファン２０１によって室３１０内の空気を再び室３１０内に供給し、一方熱源空気ファン２０２によって屋外の外気を再び屋外に排気するように構成している。この実施形態の場合、処理空気が室３１０内の空気（室内循環空気）となり、熱源空気が外気となる。処理空気ファン２０１による空気循環量と熱源空気ファン２０２による排気量は必要に応じて各々独立に設定でき、例えば排気量を空気循環量の半分程度としても良い。図８（ｃ）に示す空調システムは、処理空気ファン２０１によって外気を室３１０内に供給し、一方熱源空気ファン２０２によって外気を再び屋外に排気するように構成している。この実施形態の場合、処理空気が外気となり、熱源空気も外気となる。またこの実施形態の場合、室３１０内に供給された量の空気分だけ、別の場所から屋外に排気されることとなる。なお処理空気ファン２０１による外気供給量と、熱源空気ファン２０２による排気量は必要に応じて各々独立に設定でき、例えば排気量を外気供給量の１／４程度としても良い。図８（ｄ）に示す空調システムは、処理空気ファン２０１によって室３１０内の空気を再び室３１０内に供給し、熱源空気ファン２０２によって室３１０内の空気を排気するように構成している。この実施形態の場合、処理空気が室３１０内の空気（室内循環空気）となり、熱源空気も室内の空気（排気）となる。またこの実施形態の場合、熱源空気ファン２０２によって排気された量の空気分だけ、別の場所から空気を室３１０内に供給することとなる。この実施形態の場合も処理空気ファン２０１による空気循環量と、熱源空気ファン２０２による排気量は必要に応じて各々独立に設定できる。

なお図４に示す湿度センサ（室内湿度センサ）２３０や温度センサ（室内温度センサ）２３１やＣＯ₂センサ（室内ＣＯ₂センサ）２３２は必ずしも図８に示す室３１０内に設置する必要はなく、例えば図８（ａ）の空調システムにおいて、室３１０から熱源空気ファン（排気ファン）２０２に至る排気用配管４００内にこれらセンサ２３０，２３１，２３２を設置して室内の空気の湿度や温度やＣＯ₂濃度を測定しても良い。

従来の外調機１００の概略構成図である。 外調機１００を用いて構成される従来の空調システムの概略構成図である。 外調機２００の概略構成図である。 外調機２００−２の概略構成図である。 外調機２００を用いて構成される空調システムの概略構成図である。 外調機２００の概略構成図である。 外調機２００−４の概略構成図である。 各種空調システムを示す概略構成図である。

符号の説明

２００，２００−２，２００−４ 外調機（空調機）
２０１ 外気ファン（処理空気ファン）
２０２ 排気ファン（熱源空気ファン）
２０３ 圧縮機
２０４ 蒸発式凝縮器（第１熱交換器）
２０５ 膨張弁
２０６ 蒸発器（第２熱交換器）
２０７ 顕熱交換器（第３熱交換器）
２０８ 散布水槽
２０９ 散布水ポンプ
２１０ 散布水ノズル
２１１ フロートスイッチ
２１２ 給水弁
２１３ オーバーフロー管
２１４ 全ブロー弁
２１５ 冷媒流路切替手段
２１６ 逆止弁
２１７ 加湿器（加湿手段）
２１８ 加湿給水弁
２１９ ドレンポンプ
２２０ 第１バイパスダンパ（第３熱交換器バイパス手段）
２２１ 第２バイパスダンパ（第３熱交換器バイパス手段）
２２１ａ 第３熱交換器バイパス流路（第３熱交換器バイパス手段）
２２２ 外気ファンインバータ（外気風量操作手段）
２２３ 排気ファンインバータ（排気風量操作手段）
２２４ 圧縮機インバータ（容量操作手段）
２３０ 室内湿度センサ（湿度センサ）
２３１ 室内温度センサ（温度センサ）
２３２ 室内ＣＯ₂センサ（ＣＯ₂センサ）
２３３ 外気温度センサ（処理空気温度センサ）
２３４ 除湿制御部
２３５ 風量制御部
２３６ 第３熱交換器バイパス制御部
２３７ 加湿制御部
２３８ 温度制御部
２４０ 切替弁（圧縮機バイパス手段）
２４０ａ 圧縮機バイパス流路（圧縮機バイパス手段）
２４１ 切替弁（圧縮機バイパス手段）
２４２ 切替弁
２４３ 切替弁
２４４ 切替弁（膨張弁バイパス手段）
２４４ａ 膨張弁バイパス流路（膨張弁バイパス手段）
２４５ 冷媒ポンプ
２４６ フリークーリング制御部
３０１ 輻射パネル（顕熱除去手段、輻射伝熱手段）
３０３ 熱源設備
２０７−４ 顕熱交換器（第３熱交換器）
２０７ａ ロータ
５００ 第３熱交換器回転制御部
５１０ 回転駆動手段

Claims (20)

1. ヒートポンプ回路を内蔵した空調機において、
   前記ヒートポンプ回路は、少なくとも圧縮機と、膨張弁と、気液接触手段を有し熱源空気と冷媒との間で熱交換して凝縮器として作用する第１熱交換器と、処理空気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用する第２熱交換器とから構成されるヒートポンプ回路であり、
   さらに前記第２熱交換器に投入される前の処理空気と、第２熱交換器を通過した後の処理空気との間で顕熱を熱交換する第３熱交換器を備えたことを特徴とする空調機。
2. 前記ヒートポンプ回路は、冷媒の流れ方向を逆転する冷媒流路切替手段を備えるとともに、第１熱交換器の気液接触手段を停止することで、この第１熱交換器を前記熱源空気と冷媒との間で熱交換する蒸発器として作用させるとともに、第２熱交換器を前記処理空気と冷媒との間で熱交換する凝縮器として作用させる構成を具備することを特徴とする請求項１に記載の空調機。
3. 処理空気ファンと、熱源空気ファンと、
   少なくとも圧縮機と、膨張弁と、気液接触手段を有し熱源空気と冷媒との間で熱交換して凝縮器として作用する第１熱交換器と、処理空気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用する第２熱交換器とから構成されるヒートポンプ回路と、
   前記第２熱交換器に投入される前の処理前処理空気と、第２熱交換器を通過した後の処理後処理空気との間で顕熱を熱交換する第３熱交換器とを備え、
   さらに前記圧縮機の容量を操作する容量操作手段と、
   制御対象空気の湿度を検出する湿度センサと、
   前記湿度センサで検出する湿度検出値と湿度設定値との比較により除湿要求の有無を判断するとともに、除湿要求があると判断した場合には、前記湿度検出値が湿度設定値になるように前記容量操作手段を操作する除湿制御部とを備えたことを特徴とする空調機。
4. 制御対象空気の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサで検出する温度検出値と温度設定値との比較により冷却要求の有無を判断するとともに、冷却要求があり、かつ除湿要求がないと判断した場合には、前記温度検出値が温度設定値になるように前記容量操作手段を操作する温度制御部とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の空調機。
5. 前記第３熱交換器をバイパスするように流路を切り替える第３熱交換器バイパス手段と、
   除湿要求がないと判断した場合に前記第３熱交換器バイパス手段を作動させて、第３熱交換器の顕熱交換機能を排除する第３熱交換器バイパス制御部とを備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の空調機。
6. 前記第３熱交換器は、ロータの回転により第２熱交換器に投入される前の処理前処理空気と、第２熱交換器を通過した後の処理後処理空気との間で顕熱を熱交換する回転式熱交換器であり、
   除湿要求がないと判断した場合にロータの回転を停止して第３熱交換器の顕熱交換機能を排除する第３熱交換器回転制御部を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の空調機。
7. 前記第２熱交換器で凝縮滴下したドレンを前記第１熱交換器の気液接触手段の接触液として用いることを特徴とする請求項３又は４又は５又は６に記載の空調機。
8. 前記ヒートポンプ回路は、冷媒の流れ方向を逆転する冷媒流路切替手段と、第１熱交換器の気液接触手段を停止する気液接触停止手段とを備え、
   前記冷媒流路切替手段により冷媒の流れ方向を逆転するとともに、前記気液接触停止手段により第１熱交換器の気液接触手段を停止することで、この第１熱交換器を熱源空気と冷媒との間で熱交換する蒸発器として作用させ、第２熱交換器を処理空気と冷媒との間で熱交換をする凝縮器として作用させることを特徴とする請求項３又は４又は５又は６又は７に記載の空調機。
9. 前記温度制御部は、前記温度センサで検出する温度検出値と温度設定値との比較により加熱要求の有無を判断するとともに、加熱要求があると判断した場合には、前記温度検出値が温度設定値になるように前記容量操作手段を操作する温度制御部であることを特徴とする請求項８に記載の空調機。
10. 前記第２熱交換器を通過した後、前記第３熱交換器にいたる空気流路中に加湿手段を備え、
    前記湿度センサで検出する湿度検出値と湿度設定値との比較により加湿要求の有無を判断するとともに、加湿要求があると判断した場合には、前記湿度検出値が湿度設定値になるように、前記加湿手段と前記容量操作手段を組み合わせて操作する加湿制御部を備えたことを特徴とする請求項９に記載の空調機。
11. 前記第３熱交換器バイパス制御部は、加湿要求がないと判断した場合に、前記第３熱交換器バイパス手段を作動させて第３熱交換器の顕熱交換機能を排除する第３熱交換器バイパス制御部であることを特徴とする請求項１０に記載の空調機。
12. 前記第３熱交換器回転制御部は、加湿要求がないと判断した場合に、前記第３熱交換器のロータの回転を停止して第３熱交換器の顕熱交換機能を排除する第３熱交換器回転制御部であることを特徴とする請求項１０に記載の空調機。
13. 前記空調機は、前記処理空気が屋外から室内に導入される外気であり、前記熱源空気が室内から屋外へ排気される排気であり、且つ前記処理空気ファンが屋外から室内へ外気を取り込む外気ファンによって構成され、前記熱源空気ファンが室内から屋外へ排気する排気ファンによって構成される外調機であることを特徴とする請求項３乃至１２の内の何れかに記載の空調機。
14. 前記外気ファンの風量を操作する外気風量操作手段と、前記排気ファンの風量を操作する排気風量操作手段と、
    屋外温度を検出する外気温度センサと、
    前記外気温度センサで検出する外気温度検出値と室内温度設定値との比較により外気導入による冷却効果の有無と、室内湿度に与える影響の程度と、省エネルギー効果を総合的に判断するとともに、冷却効果があり、かつ室内湿度に与える影響の程度が小さく、かつ省エネルギー効果があると判断した場合には、外気ファンの風量を最大限に保持するように前記外気風量操作手段を操作し、排気ファンの風量を外気ファンの風量と同量に保持するように前記排気風量操作手段を操作する風量制御部とを備えたことを特徴とする請求項１３に記載の空調機。
15. 前記空調機は、さらに室内ＣＯ₂濃度を検出する室内ＣＯ₂センサを備え、
    前記風量制御部は、前記室内ＣＯ₂センサで検出する室内ＣＯ₂濃度検出値により最小限の外気風量を決定して外気ファンの風量を最小限に保持するように前記外気風量操作手段を操作するとともに、排気ファンの風量を外気ファンの風量と同量に保持するように前記排気風量操作手段を操作する風量制御部であることを特徴とする請求項１４に記載の空調機。
16. 前記外気ファンの風量を操作する外気風量操作手段と、前記排気ファンの風量を操作する排気風量操作手段と、
    室内ＣＯ₂濃度を検出する室内ＣＯ₂センサと、
    前記室内ＣＯ₂センサで検出する室内ＣＯ₂濃度検出値により最小限の外気風量を決定して外気ファンの風量を最小限に保持するように前記外気風量操作手段を操作するとともに、排気ファンの風量を外気ファンの風量と同量に保持するように前記排気風量操作手段を操作する風量制御部とを備えたことを特徴とする請求項１３に記載の空調機。
17. 前記圧縮機をバイパスするように冷媒流路を切り替える圧縮機バイパス手段と、
    前記膨張弁をバイパスするように冷媒流路を切り替える膨張弁バイパス手段と、
    前記圧縮機を停止し、前記圧縮機バイパス手段を作動し、前記膨張弁バイパス手段を作動し、前記第３熱交換器による顕熱交換を停止するとともに、前記第１熱交換器は、前記気液接触手段を作動して前記熱源空気と冷媒との間で熱交換する凝縮器として作用させ、前記第２熱交換器は前記処理空気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用させる、フリークーリング制御部とを備えたことを特徴とする請求項３乃至１６の内の何れかに記載の空調機。
18. 前記空調機は、さらに冷媒ポンプを備え、
    前記フリークーリング制御部は、前記圧縮機を停止し、前記冷媒ポンプを運転し、前記圧縮機バイパス手段を作動し、前記膨張弁バイパス手段を作動し、前記第３熱交換器による顕熱交換を停止するとともに、前記第１熱交換器は、前記気液接触手段を作動して前記熱源空気と冷媒との間で熱交換する凝縮器として作用させ、前記第２熱交換器は前記処理空気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用させる、フリークーリング制御部であることを特徴とする請求項１７に記載の空調機。
19. 空調の潜熱負荷を主として除去する空調機と、空調の顕熱負荷を除去する顕熱除去手段と、顕熱除去手段に対して冷房時には冷熱媒を供給し、暖房時には温熱媒を供給する熱源設備から構成される空調システムにおいて、
    前記空調機は、ヒートポンプ回路を内蔵した空調機であって、
    前記ヒートポンプ回路は、少なくとも圧縮機と、膨張弁と、気液接触手段を有し熱源空気と冷媒との間で熱交換して凝縮器として作用する第１熱交換器と、処理空気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用する第２熱交換器とから構成されるヒートポンプ回路であり、
    さらに前記第２熱交換器に投入される前の処理空気と、第２熱交換器を通過した後の処理空気との間で顕熱を熱交換する第３熱交換器を備えることを特徴とする空調システム。
20. 前記顕熱除去手段は輻射パネル等の輻射伝熱手段であることを特徴とする請求項１９に記載の空調システム。
    

Images