JP2012132657A - 調湿装置及びその吸収液濃度調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外気温の変動に伴う運転モードの変更が成される場合でも高い効率で運転することができる調湿装置とその溶液濃度調整方法を提供する。
【解決手段】本発明の調湿装置は、第１処理部及び第２処理部と、第１液送ポンプ及び第２液送ポンプと、を有する湿式デシカント装置と、少なくとも圧縮機と第１熱交換器と第２熱交換器と膨張弁とを配管を介して接続してなる作動媒体循環回路を有するヒートポンプ装置と、冬季加湿運転モードと夏季除湿運転モードとを切替自在に有し、夏季除湿運転モードから冬季加湿運転モードへの切替時に、ヒートポンプ装置による吸収液の温度制御により吸収液を濃縮する吸収液濃縮動作を実行する一方、冬季加湿運転モードから夏季除湿運転モードへの切替時には、ヒートポンプ装置による吸収液の温度制御により吸収液を希釈する吸収液希釈動作を実行する運転モード制御部と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、調湿装置及びその吸収液濃度調整方法に関するものである。

空気中の水分を除去する調湿装置として、塩化リチウム水溶液を吸収液に用いるKathabar式デシカント装置であって、吸収液の加熱冷却をヒートポンプにより行うものが知られている（例えば特許文献１参照）。また、湿式デシカント装置と空気熱源圧縮式ヒートポンプとを組み合わせたハイブリッドシステムにおいて、低外気温運転時の着霜による性能低下を防止する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２００８−０４５８０３号公報 特開２０１０−０５４１３６号公報

しかし、特許文献１，２記載の装置は、夏季除湿運転と冬季加湿運転とを切替ながら行う形態には最適化されておらず、少なくとも一方の運転においてヒートポンプのＣＯＰが低下してしまうという課題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、外気温の変動に伴う運転モードの変更が成される場合でも高い効率で運転することができる調湿装置とその溶液濃度調整方法を提供することを目的としている。

本発明の調湿装置は、吸収液と空気とを接触させる第１処理部及び第２処理部と、前記第１処理部から前記吸収液を搬出する第１液送ポンプと、前記第２処理部から前記吸収液を搬出する第２液送ポンプと、を有する湿式デシカント装置と、少なくとも圧縮機と第１熱交換器と第２熱交換器と膨張弁とを配管を介して接続してなる作動媒体循環回路を有し、前記第１熱交換器が前記第１処理部への前記吸収液の供給経路に接続され、前記第２熱交換器が前記第２処理部への前記吸収液の供給経路に接続されたヒートポンプ装置と、冬季加湿運転モードと夏季除湿運転モードとを切替自在に有し、前記夏季除湿運転モードから前記冬季加湿運転モードへの切替時に、前記ヒートポンプ装置による前記吸収液の温度制御により前記吸収液を濃縮する吸収液濃縮動作を実行する一方、前記冬季加湿運転モードから前記夏季除湿運転モードへの切替時には、前記ヒートポンプ装置による前記吸収液の温度制御により前記吸収液を希釈する吸収液希釈動作を実行する運転モード制御部と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、運転モードを切り替える際に、吸収液濃縮動作又は吸収液希釈動作を実行する運転モード制御部を備えたことで、夏季除湿運転モードと冬季加湿運転モードのそれぞれにおいて最適な吸収液濃度で運転することができる。これにより、夏季除湿運転モードにおける吸収液の再生速度と、冬季加湿運転モードにおける吸収液の除湿速度を高めることができる。したがって、年間を通じて効率良く運転することができる。

前記吸収液濃縮動作は、前記第２液送ポンプにより前記第２処理部から前記吸収液を搬出し、搬出した前記吸収液を前記第１熱交換器により加熱して前記第１処理部に供給し、前記第１処理部において、加熱された前記吸収液から空気中に水分を放出させることで前記吸収液を濃縮する動作であり、前記吸収液希釈動作は、前記第２液送ポンプにより前記第２処理部から前記吸収液を搬出し、搬出した前記吸収液を前記第１熱交換器により冷却して前記第１処理部に供給し、前記第１処理部において、冷却された前記吸収液に空気中の水分を吸収させることで前記吸収液を希釈する動作である構成としてもよい。
この構成によれば、湿式デシカント装置とヒートポンプ装置とを用いて、効率良く吸収液濃縮動作及び吸収液希釈動作を実行することができる。すなわち、空気との水分交換によって吸収液の濃度を調整するので、吸収液濃度を変更するための溶液や水の供給及び排出を行う装置が不要となる。

前記吸収液濃縮動作及び前記吸収液希釈動作の少なくとも一方において、前記第１液送ポンプにより前記第１処理部から前記吸収液を搬出し、前記第１熱交換器を経由して前記第１処理部へ帰還させる構成としてもよい。
この構成によれば、第２処理部から第１処理部への吸収液の搬送が終了した後も、吸収液濃縮動作又は吸収液希釈動作を続行することができ、吸収液を確実に所望の濃度に調整することができる。

本発明の調湿装置の吸収液濃度調整方法は、吸収液と空気とを接触させる第１処理部及び第２処理部と、前記第１処理部から前記吸収液を搬出する第１液送ポンプと、前記第２処理部から前記吸収液を搬出する第２液送ポンプと、を有する湿式デシカント装置と、少なくとも圧縮機と第１熱交換器と第２熱交換器と膨張弁とを配管を介して接続してなる作動媒体循環回路を有し、前記第１熱交換器が前記第１処理部への前記吸収液の供給経路に接続され、前記第２熱交換器が前記第２処理部への前記吸収液の供給経路に接続されたヒートポンプ装置と、を備えた調湿装置の吸収液濃度調整方法であって、夏季除湿運転モードから冬季加湿運転モードに移行する際に、前記第２処理部から前記吸収液を搬出し、搬出した前記吸収液を前記第１熱交換器により加熱して前記第１処理部に供給し、前記第１処理部において、加熱された前記吸収液から空気中に水分を放出させることで前記吸収液を濃縮する一方、冬季加湿運転モードから夏季除湿運転モードに移行する際には、前記第２処理部から前記吸収液を搬出し、搬出した前記吸収液を前記第１熱交換器により冷却して前記第１処理部に供給し、前記第１処理部において、冷却された前記吸収液に空気中の水分を吸収させることで前記吸収液を希釈することを特徴とする。

この方法によれば、運転モードを切り替える際に、吸収液濃縮動作又は吸収液希釈動作を実行することで、夏季除湿運転モードと冬季加湿運転モードのそれぞれにおいて最適な吸収液濃度で運転することができる。これにより、夏季除湿運転モードにおける吸収液の再生速度と、冬季加湿運転モードにおける吸収液の除湿速度を高めることができる。したがって、年間を通じて効率良く運転することができる。

本発明の調湿装置によれば、高外気温時と低外気温時の双方において高い効率で調湿運転が可能である。
本発明の調湿装置の吸収液濃度調整方法によれば、高外気温時と低外気温時の双方において吸収液濃度を最適化することができ、湿式デシカント装置を高い効率で運転させることができる。

実施形態の調湿装置における夏季除湿運転モードを示す概略構成図。 実施形態の調湿装置における冬季加湿運転モードを示す概略構成図。 吸収液濃縮動作を示す説明図。 吸収液希釈動作を示す説明図。 夏季除湿運転における空気と吸収液の状態変化を示すグラフ。 吸収液濃度に対する吸収液冷却負荷（Ｑｃ）／加熱負荷（Ｑｈ）の変化曲線。 冬季加湿運転における空気と吸収液の絶対湿度差を示すグラフ。 吸収液濃度に対する飽和水蒸気分圧相当絶対湿度を示すグラフ。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の調湿装置における夏季除湿運転モードを示す概略構成図である。図２は、本実施形態の調湿装置における冬季加湿運転モードを示す概略構成図である。

図１及び図２に示す調湿装置１００は、ヒートポンプ装置１１０と、湿式デシカント装置１２０と、制御装置１５０と、を備えている。

ヒートポンプ装置１１０は、第１熱交換器１０と、圧縮機６と、第２熱交換器７と、第１膨張弁９１と、余剰熱処理用熱交換器８１と、第２膨張弁９２とを、この順に配管で循環接続し、内部に作動媒体（冷媒）を封入した構成を備えている。
湿式デシカント装置１２０は、室外機（第１処理部）１と、室内機（第２処理部）２と、予備温調用熱交換器３と、第１液送ポンプ４と、第２液送ポンプ５と、を備えている。
制御装置１５０は、運転モード制御部２０と、デシカント装置制御部２１と、ヒートポンプ制御部２２とを備えている。

本実施形態の湿式デシカント装置１２０は、室外機１及び室内機２に循環させる吸収液１０５として、塩化リチウム水溶液を用いる。吸収液１０５としては、０℃〜−４０℃程度の温度域でも凍らず、大気開放系で使用可能な吸収液であれば特に限定されない。

室外機１は、筐体１ａと、筐体１ａ内に設けられたフィン等からなる構造体１ｂとを備えている。筐体１ａの側壁下部には、外気１４０を筐体内部に導入する図示略の開口部が設けられており、筐体１ａの上部には、吸収液１０５との水分交換後の排気１３１を排出する図示略の開口部が設けられている。

室外機１では、筐体１ａ内に導入した外気１４０を、構造体１ｂ上に掛け流された吸収液１０５を接触させた後、排気１３１として外部に排出する。構造体１ｂに掛け流された吸収液１０５は筐体１ａの底部に貯留される。

筐体１ａの吸収液１０５を貯留する領域には、吸収液１０５の液量を監視するための液面センサ１６（第１の液量検知装置）が設けられている。また、吸収液１０５を貯留する領域には、吸収液１０５を筐体１ａの外側へ搬出する第１液送ポンプ４が接続されている。

室内機２は、筐体２ａと、筐体２ａ内に設けられたフィン等からなる構造体２ｂとを備えている。筐体２ａは、筐体１ａと同様に、下部近傍及び上部にそれぞれ空気の導入口及び排出口となる図示略の開口部を有している。

室内機２では、筐体２ａ内に導入した外気１４０を構造体２ｂ上に掛け流した吸収液１０５に接触させた後、調湿空気１４１として空調対象の室内へ排出する。構造体２ｂに掛け流された吸収液１０５は筐体２ａの底部に貯留される。

筐体２ａの吸収液１０５を貯留する領域には、吸収液１０５の液量を監視するための液面センサ１７（第２の液量検知装置）が設けられている。また、吸収液１０５を貯留する領域には、第２液送ポンプ５が接続されている。

予備温調用熱交換器３は、第１液送ポンプ４の排出側と第２液送ポンプ５の排出側とに接続されており、第１液送ポンプ４から圧送された第１の濃度の吸収液１０５と、第２液送ポンプ５から圧送された第２の濃度の吸収液１０５とを熱交換させる。

第１液送ポンプ４から延びる配管は、予備温調用熱交換器３を経由して第２熱交換器７に接続されており、さらに第２熱交換器７から延長された位置で室内機２に接続されている。また、第２液送ポンプ５から延びる配管は、予備温調用熱交換器３を経由して第１熱交換器１０に接続されており、さらに第１熱交換器１０から延長された位置で室外機１に接続されている。

また本実施形態の場合、第１液送ポンプ４と予備温調用熱交換器３との間に三方弁９が介挿されている。三方弁９の入力端子に第１液送ポンプ４が接続される一方、２つの出力端子には、予備温調用熱交換器３の入口側配管３０（経路Ａ）と、予備温調用熱交換器３と第１熱交換器１０とを接続する配管３１（経路Ｂ；図３参照）とが接続されている。経路Ａが選択された場合、第１液送ポンプ４から送出される吸収液１０５は室内機２へ搬送され、経路Ｂが選択された場合には、第１液送ポンプ４から送出される吸収液１０５は室外機１へ帰還される。

ヒートポンプ装置１１０は、第１熱交換器１０と第２熱交換器７とにおいて湿式デシカント装置１２０に接続されており、第１熱交換器１０及び第２熱交換器７により、吸収液１０５の予備加熱又は予備冷却を実施する。またヒートポンプ装置１１０には、圧縮機６の入口における作動媒体の圧力を計測する圧力センサ５０と、圧縮機６の出口における作動媒体の圧力を計測する圧力センサ５１とが設けられている。

ヒートポンプ装置１１０は、圧縮機６と第１熱交換器１０、第２熱交換器７との間に、四方切替弁１０１を備えており、四方切替弁１０１により作動媒体の循環方向を切り替えることができる。具体的に、図１に示す夏季除湿運転モードでは、第１熱交換器１０を凝縮器、第２熱交換器７を蒸発器として動作させる。一方、図２に示す冬季加湿運転モードでは、第１熱交換器１０を蒸発器、第２熱交換器７を凝縮器として動作させる。

第１膨張弁９１と第２膨張弁９２は、全開機能を有する膨張弁であり、余剰熱処理用熱交換器８１を挟んで配置されている。余剰熱処理用熱交換器８１にはファン４１が併設されている。ファン４１は、余剰熱処理用熱交換器８１に対して余剰熱処理用空気１６０（室内排気１３０又は外気１４０）を送風する。

余剰熱処理用熱交換器８１は、ヒートポンプ装置１１０の余剰熱を除去し、あるいは不足する熱を供給する手段として機能する。ヒートポンプ装置１１０の余剰熱が凝縮熱である場合には、第１膨張弁９１を全開にすることで余剰熱処理用熱交換器８１を凝縮器として機能させ、第２膨張弁９２により制御する。逆に、熱が不足する場合には、第２膨張弁９２を全開にすることで余剰熱処理用熱交換器８１を蒸発器として機能させ、第１膨張弁９１によって制御する。

制御装置１５０は、調湿装置１００を総合的に制御する。制御装置１５０は、湿式デシカント装置１２０の第１液送ポンプ４、第２液送ポンプ５、液面センサ１６，１７に接続されるとともに、ヒートポンプ装置１１０の圧縮機６、余剰熱処理用熱交換器８１、ファン４１、第１膨張弁９１、第２膨張弁９２、及び四方切替弁１０１に接続されている。

運転モード制御部２０は、調湿装置１００において夏季除湿運転モードと冬季加湿運転モードとの切替動作、及び上記切替動作に伴う各部の動作制御を実行する機能部である。
デシカント装置制御部２１は、運転モード制御部２０による制御のもと、湿式デシカント装置１２０を駆動制御する。ヒートポンプ制御部２２は、運転モード制御部２０による制御のもと、ヒートポンプ装置１１０を駆動制御する。

制御装置１５０は、各運転モード（夏季除湿運転モード、冬季除湿運転モード）における調湿動作を実行する一方、運転モードの切替が生じたときには、運転モード制御部２０に対して、吸収液濃度調整動作の実行を命令する制御信号を出力する。上記制御信号を受信した運転モード制御部２０は、デシカント装置制御部２１及びヒートポンプ制御部２２を介して湿式デシカント装置１２０及びヒートポンプ装置１１０を動作させることにより、吸収液濃度調整動作を実行する。

（調湿装置の動作説明）
以下、図１から図４を参照しつつ、調湿装置１００における通常運転時の動作（図１，２）と、運転モード切替時の吸収液濃度調整動作（図３，４）について説明する。図３は吸収液濃縮動作の説明図であり、図４は吸収液希釈動作の説明図である。

本実施形態の調湿装置１００は、図１に示す夏季除湿運転モードと、図２に示す冬季加湿運転モードとを切替自在に備えており、運転モードの切替時に、図３に示す吸収液濃縮動作又は図４に示す吸収液希釈動作が実行される。

［夏季除湿運転モード］
まず、図１を参照して夏季除湿運転モードについて説明する。
夏季除湿運転モードは、外気１４０を室内機２に導入して吸収液１０５と接触させることにより、外気１４０から湿分Ｍを吸収液１０５に移動させ、除湿された調湿空気１４１を室内へ供給する運転モードである。夏季除湿運転モードでは、室内機２が除湿器、室外機１が再生器として動作する。

湿式デシカント装置１２０は、デシカント装置制御部２１の制御のもと、三方弁９は経路Ａが選択された状態となり、第１液送ポンプ４及び第２液送ポンプ５により、吸収液１０５が室外機１と室内機２との間で循環される。
ヒートポンプ装置１１０は、ヒートポンプ制御部２２の制御のもと、四方切替弁１０１が図１に示すように設定され、圧縮機６で圧縮された作動媒体は第１熱交換器１０側へ流通する。これにより、第１熱交換器１０が凝縮器、第２熱交換器７が蒸発器として動作する。

なお、余剰熱処理用熱交換器８１は必要に応じて動作させればよい。ヒートポンプ装置１１０における熱量の過不足が無ければ、ファン４１を停止した状態で、第１膨張弁９１又は第２膨張弁９２のいずれか一方により作動媒体の絞り制御を実行し、他方は全開にすればよい。一方、凝縮熱が余剰である場合には、第２膨張弁９２を全開にして余剰熱処理用熱交換器８１を凝縮器の一部として動作させ、ファン４１からの送風により余剰熱処理用熱交換器８１を冷却しつつ、第１膨張弁９１により絞り制御を行えばよい。また熱量が不足する場合には、第１膨張弁９１を全開とするとともに第２膨張弁９２により絞り制御を行えば、余剰熱処理用熱交換器８１を蒸発器として機能させることができ、ファン４１により送風される余剰熱処理用空気１６０から不足の熱を賄うことができる。ファン４１は、余剰熱処理用熱交換器８１の処理熱量に応じて回転数を上下させることが好ましい。

夏季除湿運転モードにおいて、室内機２の構造体２ｂ上に掛け流されて除湿に使用された後の吸収液１０５は、湿分を吸収して希薄な溶液となって筐体２ａの底部に貯留されるとともに、第２液送ポンプ５により予備温調用熱交換器３へ送出される。吸収液１０５は、予備温調用熱交換器３において予備加熱され、さらに第１熱交換器１０により所定温度に加熱された後、室外機１に回収される。

室外機１に回収された吸収液１０５は、構造体１ｂに掛け流されて外気１４０と接触する間に、外気１４０へ湿分を放出し、濃縮される。濃縮された吸収液１０５は、筐体１ａの底部に貯留されるとともに、第１液送ポンプ４から送出される。送出された吸収液１０５は、予備温調用熱交換器３において予備冷却され、さらに第２熱交換器７により所定温度に冷却された後、室内機２へ供給される。

［冬季加湿運転モード］
次に、図２を参照して冬季加湿運転モードについて説明する。
冬季加湿運転モードは、外気１４０を室内機２に導入して吸収液１０５と接触させ、吸収液１０５から外気１４０に湿分Ｍを移動させることにより加湿を行い、加湿された調湿空気１４１を室内へ供給する運転モードである。冬季加湿運転モードでは、室内機２が再生器、室外機１が除湿器として動作する。

ヒートポンプ装置１１０は、ヒートポンプ制御部２２の制御のもと、四方切替弁１０１が図２に示すように設定され、圧縮機６で圧縮された作動媒体は第２熱交換器７側へ流通する。これにより、第２熱交換器７が凝縮器、第１熱交換器１０が蒸発器として動作する。
湿式デシカント装置１２０は、デシカント装置制御部２１の制御のもと、三方弁９は経路Ａが選択された状態となり、第１液送ポンプ４及び第２液送ポンプ５により、吸収液１０５が室外機１と室内機２との間で循環される。

冬季加湿運転モードにおいても、余剰熱処理用熱交換器８１は必要に応じて動作させればよい。ヒートポンプ装置１１０における熱量の過不足が無ければ、ファン４１を停止した状態で、第１膨張弁９１又は第２膨張弁９２のいずれか一方により作動媒体の絞り制御を実行し、他方は全開にすればよい。一方、凝縮熱が余剰である場合には、第１膨張弁９１を全開にして余剰熱処理用熱交換器８１を凝縮器の一部として動作させ、ファン４１からの送風により余剰熱処理用熱交換器８１を冷却しつつ、第２膨張弁９２により絞り制御を行えばよい。また熱量が不足する場合には、第２膨張弁９２を全開とするとともに第１膨張弁９１により絞り制御を行えば、余剰熱処理用熱交換器８１を蒸発器として機能させることができ、ファン４１により送風される余剰熱処理用空気１６０から不足の熱を賄うことができる。ファン４１は、余剰熱処理用熱交換器８１の処理熱量に応じて回転数を上下させることが好ましい。

冬季加湿運転モードにおいて、室内機２の構造体２ｂ上に掛け流されて加湿に使用された後の吸収液１０５は、湿分を放出して濃縮された溶液となって筐体２ａの底部に貯留されるとともに、第２液送ポンプ５により予備温調用熱交換器３へ送出される。送出された吸収液１０５は、予備温調用熱交換器３において予備冷却され、さらに第１熱交換器１０により所定温度に冷却された後、室外機１に回収される。

室外機１に回収された吸収液１０５は、構造体１ｂに掛け流されて外気１４０と接触する間に、外気１４０から湿分を吸収し、希釈される。希釈された吸収液１０５は、筐体１ａの底部に貯留されるとともに、第１液送ポンプ４から送出される。送出された吸収液１０５は、予備温調用熱交換器３において予備加熱され、さらに第２熱交換器７により所定温度に加熱された後、室内機２へ供給される。

（運転モードの切替）
本実施形態の調湿装置１００では、運転モードの切替時に、吸収液１０５の濃度を運転モードに最適な状態とするための吸収液濃度調整動作が実行される。具体的には、夏季除湿運転モードから冬季加湿運転モードへの切替時に、図３に示す吸収液濃縮動作が実行され、冬季加湿運転モードから夏季除湿運転モードへの切替時には、図４に示す吸収液希釈動作が実行される。

ここで、図５から図８を参照して、夏季除湿運転モードと冬季加湿運転モードにおける吸収液１０５の最適濃度について説明する。
図５は、夏季除湿運転における空気と吸収液の状態変化を示すグラフである。図５の横軸は温度、縦軸は絶対湿度である。図６は、吸収液濃度に対する吸収液冷却負荷（Ｑｃ）／加熱負荷（Ｑｈ）の変化曲線である。

図５のグラフにおいて、塩化リチウム水溶液の各濃度における水蒸気分圧の絶対湿度への換算は、下記式（１）を用いることで得られる。式（１）において、Ｘ[kg/kgDA]は絶対湿度、Ｐ_ｖａｐ[Pa]は水蒸気分圧である。

また、除湿器に供給される除湿用の吸収液１０５の冷却負荷、再生器に供給される再生用の吸収液１０５の加熱負荷は、それぞれ、下記の式（２）、式（３）で求めることができる。式（２）、式（３）において、Ｑｃは除湿用の吸収液１０５（除湿溶液）の冷却負荷、Ｑｈは再生用の吸収液１０５（再生溶液）の加熱負荷、ｍ_ａ，ｃは除湿器に流入する空気流量（除湿空気流量）、ｍ_ａ，ｈは再生器に流入する空気流量（再生空気流量）、ΔＭ_ｖａｐは水分移動量、γは水の蒸発熱、Ｃ_ｐ，ａは空気定圧比熱、ΔＴｃは空気（外気）と除湿用の吸収液１０５（除湿溶液）との温度差、ΔＴｈは空気（外気）と再生用の吸収液１０５（再生溶液）との温度差である。

式（２）及び式（３）において、除湿空気流量（ｍ_ａ，ｃ）と再生空気流量（ｍ_ａ，ｈ）が同じであると仮定すると、除湿溶液の冷却負荷Ｑｃは、空気と除湿溶液の温度差ΔＴｃの関数であり、再生溶液の加熱負荷Ｑｈは、空気と再生溶液の温度差ΔＴｈの関数である。

図５に示すように、温度３３℃、相対湿度７０％（絶対湿度２２．９ｇ／ｋｇＤＡ）の外気に対して、吸収液１０５の濃度が１５％から４５％に変化すると、再生溶液（再生用の吸収液１０５）の加熱温度は３７℃から７４℃に上昇し、除湿溶液（除湿用の吸収液１０５）の冷却温度は１１℃から４１℃に上昇する。したがって、吸収液１０５の濃度が上昇すると、ΔＴｃは減少し、ΔＴｈは上昇する。

そして、冷却負荷ΔＱｃは温度差ΔＴｃの関数であり、加熱負荷ΔＱｈは温度差ΔＴｈの関数であるから、吸収液１０５の濃度変化に対する冷却負荷（Ｑｃ）、加熱負荷（Ｑｈ）の変化は、図６に示すグラフのようになる。すなわち、吸収液１０５の濃度が高くなると、冷却負荷Ｑｃは低下し、加熱負荷Ｑｈは増加する。

本実施形態の調湿装置１００では、除湿溶液の冷却にヒートポンプ装置１１０の蒸発器を用い、再生溶液の加熱にはヒートポンプ装置１１０の凝縮器を用いるので、図６に示すＱｃ、Ｑｈの大きい方を満たすようにヒートポンプ装置１１０を運転する必要がある。ここで、凝縮器における加熱負荷Ｑｈは、蒸発器における冷却負荷Ｑｃと圧縮機６の消費電力Ｗ_ｃｏｍｐとの和であることから、圧縮機６の消費電力Ｗ_ｃｏｍｐが最小となる吸収液１０５の濃度は、図６に示す３１％となる。したがって、夏季除湿運転モードにおける吸収液１０５（除湿溶液）の最適濃度は３１％である。

次に、図７は、冬季加湿運転における空気と吸収液の絶対湿度差を示すグラフである。
図７に示すように、冬季加湿運転モードにおいて、例えば外気温が２℃、除湿溶液の冷却温度が５℃である場合には、除湿溶液（吸収液１０５）の濃度が３０％以下であると、除湿溶液の絶対湿度が外気の絶対湿度よりも高くなるため、空気を除湿することができない。冬季加湿運転モードでは外気の絶対湿度も非常に低くなるため、除湿のしやすさの点では、除湿溶液の濃度は濃ければ濃いほどよい。しかしその一方で、除湿溶液の濃度が３７％を超えると、０℃付近で除湿溶液中に結晶を生じるおそれがある。以上から、冬季加湿運転モードにおける吸収液１０５（除湿溶液）の最適濃度は３７％である。

図８は、吸収液濃度に対する飽和水蒸気分圧相当絶対湿度を示すグラフである。図８に示すように夏季と冬季で吸収液１０５の濃度を変えることで、冬季加湿運転モードにおける安定運転を確保しつつ、夏季除湿運転モードにおける効率を高めることができる。
なお、上記した吸収液１０５の最適濃度は、吸収液１０５が塩化リチウム水溶液である場合を例示したものである。吸収液を１０５の種類が異なる場合にも、上記と同様にして最適濃度を求めればよい。

以下、図３及び図４に戻り、運転モード切替時の具体的動作について詳細に説明する。

［吸収液濃縮動作］
図３に示す吸収液濃縮動作は、図１に示す夏季除湿運転モードから図２に示す冬季加湿運転モードへ移行する際に、運転モード制御部２０により実行される動作である。かかる動作により、夏季除湿運転モードに最適な濃度とされている吸収液１０５が冬季加湿運転モードに最適な濃度とされる。

まず、吸収液濃縮動作を開始する前の調湿装置１００は、夏季除湿運転モードに最適な状態とされているため、吸収液１０５（塩化リチウム水溶液）の濃度は約３１％である。吸収液濃縮動作では、ヒートポンプ装置１１０と湿式デシカント装置１２０を動作させることにより、吸収液１０５の濃度を、冬季加湿運転モードに最適な約３７％にまで濃縮する。

運転モード制御部２０からデシカント装置制御部２１に制御信号が入力されると、デシカント装置制御部２１は、湿式デシカント装置１２０の三方弁９を経路Ｂを選択した状態とするとともに、室内機２への外気導入を停止し、室外機１のみに外気１４０が導入される状態とする。そして、第１液送ポンプ４及び第２液送ポンプ５を動作させて、吸収液１０５を搬送する。

また、運転モード制御部２０からの制御信号を入力されたヒートポンプ制御部２２は、ヒートポンプ装置１１０の四方切替弁１０１を圧縮機６から第１熱交換器１０に向かって作動媒体が流通する方向に選択し、第１熱交換器１０を凝縮器、第２熱交換器７を蒸発器として動作させる。余剰熱処理用熱交換器８１は、第２膨張弁９２を絞り制御し、蒸発器として動作させ、ファン４１も動作させて余剰熱処理用熱交換器８１に対する送風を行う。

上記のように動作させると、室内機２の筐体２ａ内の吸収液１０５が、第２液送ポンプ５により送出され、予備温調用熱交換器３及び第１熱交換器１０を経由して室外機１へ供給される。一方、室外機１の筐体１ａ内の吸収液１０５は、第１液送ポンプ４から送出されるが、三方弁９が経路Ｂに設定されているため、室内機２へは搬送されず、第１熱交換器１０を経由して室外機１へ帰還される。すなわち、吸収液１０５は、室内機２から室外機１へ一方通行で搬送されるとともに、第１熱交換器１０と室外機１との間で循環される。なお、第２熱交換器７には吸収液１０５が流れないため、熱交換は行われない

上記の動作により、吸収液１０５は、凝縮器である第１熱交換器１０により加熱された後、筐体１ａ内の構造体１ｂ上に掛け流され、外気１４０に湿分Ｍを放出することで濃縮される。吸収液濃縮動作は、吸収液１０５が所定の濃度（約３７％）になるまで実行される。運転モード制御部２０は、液面センサ１６、１７により吸収液１０５の液量（体積）を検出することで溶液濃度を検出し、吸収液濃縮動作の終了時点を判断する。

なお、室内機２から室外機１への吸収液１０５の移動は、液面センサ１７により筐体２ａ内の液面を監視し、筐体２ａ内の吸収液１０５が所定量となった時点で停止する（第２液送ポンプ５を停止する）。第２液送ポンプ５のエア咬み込みを防止するためである。吸収液１０５を可能な限り室外機１側へ移動させるために、液面センサ１７は、筐体２ａと第２液送ポンプ５とを接続する配管の開口部ぎりぎりの位置まで液面を検出可能に設置されていることが好ましい。

上記のように室内機２から室外機１への吸収液１０５の搬送は、吸収液濃縮動作が完了する前に停止する場合があるが、このように停止された後も、第１液送ポンプ４による吸収液１０５の循環動作を続行することで、吸収液１０５を所望の濃度まで確実に濃縮することが可能である。吸収液濃縮動作が完了する前に必ず第２液送ポンプ５が停止する場合には、吸収液１０５の濃度判定を、液面センサ１６の検出結果のみに基づいて行うことができる。

以上に説明した吸収液濃縮動作を、夏季除湿運転モードから冬季加湿運転モードへ移行する際に実行することで、低外気温においても安定して外気から湿分を取り込むことができる吸収液１０５とすることができ、冬季加湿運転モードを安定稼働することができる。

［吸収液希釈動作］
次に、図４を参照して、調湿装置１００における吸収液希釈動作について説明する。
吸収液希釈動作は、図２に示す冬季加湿運転モードから図１に示す夏季除湿運転モードへ移行する際に、運転モード制御部２０により実行される動作である。かかる動作により、冬季加湿運転モードに最適な濃度とされている吸収液１０５が夏季除湿運転モードに最適な濃度とされる。

まず、吸収液希釈動作を開始する前の調湿装置１００は、冬季加湿運転モードに最適な状態とされているため、吸収液１０５（塩化リチウム水溶液）の濃度は約３７％である。吸収液希釈動作では、ヒートポンプ装置１１０と湿式デシカント装置１２０を動作させることにより、吸収液１０５の濃度を、夏季除湿運転モードに最適な約３１％にまで希釈する。

運転モード制御部２０からデシカント装置制御部２１に制御信号が入力されると、デシカント装置制御部２１は、湿式デシカント装置１２０の三方弁９を経路Ｂを選択した状態とするとともに、室内機２への外気導入を停止し、室外機１のみに外気１４０が導入される状態とする。そして、第１液送ポンプ４及び第２液送ポンプ５を動作させて、吸収液１０５を搬送する。

また、運転モード制御部２０からの制御信号を入力されたヒートポンプ制御部２２は、ヒートポンプ装置１１０の四方切替弁１０１を圧縮機６から第２熱交換器７に向かって作動媒体が流通する方向に選択し、第１熱交換器１０を蒸発器、第２熱交換器７を凝縮器として動作させる。余剰熱処理用熱交換器８１は、第２膨張弁９２を絞り制御し、凝縮器として動作させ、ファン４１も動作させて余剰熱処理用熱交換器８１に対する送風を行う。

上記のように動作させると、室内機２の筐体２ａ内の吸収液１０５が、第２液送ポンプ５により送出され、予備温調用熱交換器３及び第１熱交換器１０を経由して室外機１へ供給される。一方、室外機１の筐体１ａ内の吸収液１０５は、第１液送ポンプ４から送出されるが、三方弁９が経路Ｂに設定されているため、室内機２へは搬送されず、第１熱交換器１０を経由して室外機１へ帰還される。すなわち、吸収液１０５は、室内機２から室外機１へ一方通行で搬送されるとともに、第１熱交換器１０と室外機１との間で循環される。なお、第２熱交換器７には吸収液１０５が流れないため、熱交換は行われない

上記の動作により、吸収液１０５は、蒸発器である第１熱交換器１０により冷却された後、筐体１ａ内の構造体１ｂ上に掛け流され、外気１４０から湿分Ｍを吸収することで希釈される。吸収液希釈動作は、吸収液１０５が所定の濃度（約３１％）になるまで実行される。運転モード制御部２０は、液面センサ１６、１７により吸収液１０５の液量（体積）を検出することで溶液濃度を検出し、吸収液希釈動作の終了時点を判断する。

吸収液希釈動作の場合にも、室内機２から室外機１への吸収液１０５の搬送は、吸収液希釈動作が完了する前に停止する場合があるが、このように停止された後も、第１液送ポンプ４による吸収液１０５の循環動作を続行することで、吸収液１０５を所望の濃度まで確実に希釈することが可能である。吸収液希釈動作が完了する前に必ず第２液送ポンプ５が停止する場合には、吸収液１０５の濃度判定を、液面センサ１６の検出結果のみに基づいて行うことができる。

以上に説明した吸収液希釈動作を、冬季加湿運転モード運転モードから夏季除湿運転モードへ移行する際に実行することで、夏季除湿運転モードにおいて再生しやすい吸収液１０５とすることができ、ヒートポンプ装置１１０による吸収液１０５の加熱を効率良く実施することができる。また、空気との水分交換によって吸収液の濃度を調整するので、吸収液濃度を変更するための溶液や水の供給及び排出を行う装置も不要である。

１…室外機（第１処理部）、２…室内機（第２処理部）、４…第１液送ポンプ、５…第２液送ポンプ、６…圧縮機、７…第２熱交換器、Ａ，Ｂ…経路、１０…第１熱交換器、２０…運転モード制御部、３１…配管、１００…調湿装置、１０５…吸収液、１１０…ヒートポンプ装置、１２０…湿式デシカント装置

Claims (4)

1. 吸収液と空気とを接触させる第１処理部及び第２処理部と、前記第１処理部から前記吸収液を搬出する第１液送ポンプと、前記第２処理部から前記吸収液を搬出する第２液送ポンプと、を有する湿式デシカント装置と、
   少なくとも圧縮機と第１熱交換器と第２熱交換器と膨張弁とを配管を介して接続してなる作動媒体循環回路を有し、前記第１熱交換器が前記第１処理部への前記吸収液の供給経路に接続され、前記第２熱交換器が前記第２処理部への前記吸収液の供給経路に接続されたヒートポンプ装置と、
   冬季加湿運転モードと夏季除湿運転モードとを切替自在に有し、前記夏季除湿運転モードから前記冬季加湿運転モードへの切替時に、前記ヒートポンプ装置による前記吸収液の温度制御により前記吸収液を濃縮する吸収液濃縮動作を実行する一方、前記冬季加湿運転モードから前記夏季除湿運転モードへの切替時には、前記ヒートポンプ装置による前記吸収液の温度制御により前記吸収液を希釈する吸収液希釈動作を実行する運転モード制御部と、
   を備えたことを特徴とする調湿装置。
2. 前記吸収液濃縮動作は、前記第２液送ポンプにより前記第２処理部から前記吸収液を搬出し、搬出した前記吸収液を前記第１熱交換器により加熱して前記第１処理部に供給し、前記第１処理部において、加熱された前記吸収液から空気中に水分を放出させることで前記吸収液を濃縮する動作であり、
   前記吸収液希釈動作は、前記第２液送ポンプにより前記第２処理部から前記吸収液を搬出し、搬出した前記吸収液を前記第１熱交換器により冷却して前記第１処理部に供給し、前記第１処理部において、冷却された前記吸収液に空気中の水分を吸収させることで前記吸収液を希釈する動作であることを特徴とする請求項１に記載の調湿装置。
3. 前記吸収液濃縮動作及び前記吸収液希釈動作の少なくとも一方において、前記第１液送ポンプにより前記第１処理部から前記吸収液を搬出し、前記第１熱交換器を経由して前記第１処理部へ帰還させることを特徴とする請求項２に記載の調湿装置。
4. 吸収液と空気とを接触させる第１処理部及び第２処理部と、前記第１処理部から前記吸収液を搬出する第１液送ポンプと、前記第２処理部から前記吸収液を搬出する第２液送ポンプと、を有する湿式デシカント装置と、
   少なくとも圧縮機と第１熱交換器と第２熱交換器と膨張弁とを配管を介して接続してなる作動媒体循環回路を有し、前記第１熱交換器が前記第１処理部への前記吸収液の供給経路に接続され、前記第２熱交換器が前記第２処理部への前記吸収液の供給経路に接続されたヒートポンプ装置と、を備えた調湿装置の吸収液濃度調整方法であって、
   夏季除湿運転モードから冬季加湿運転モードに移行する際に、前記第２処理部から前記吸収液を搬出し、搬出した前記吸収液を前記第１熱交換器により加熱して前記第１処理部に供給し、前記第１処理部において、加熱された前記吸収液から空気中に水分を放出させることで前記吸収液を濃縮する一方、
   冬季加湿運転モードから夏季除湿運転モードに移行する際には、前記第２処理部から前記吸収液を搬出し、搬出した前記吸収液を前記第１熱交換器により冷却して前記第１処理部に供給し、前記第１処理部において、冷却された前記吸収液に空気中の水分を吸収させることで前記吸収液を希釈する
   ことを特徴とする調湿装置の吸収液濃度調整方法。

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