JP2019148410A - 潜熱処理モジュール、外気処理装置及び空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】潜熱を処理する外気処理装置および潜熱処理モジュールを小型化する。【解決手段】潜熱処理モジュール３２は、潜熱処理を行った処理空気を給気するものであり、潜熱処理前の処理空気を顕熱交換により冷却する蒸発器２０１と、潜熱処理後であって給気される前の処理空気を顕熱交換により加熱する凝縮器２０２とが、当該蒸発器２０１と当該凝縮器２０２との間で冷媒が循環するように接続された顕熱交換器２００と、蒸発器２０１により冷却された処理空気の潜熱処理を行う空気熱交換器１０４と、を有し、蒸発器２０１と凝縮器２０２とは、冷媒が自然循環するように配設され、蒸発器２０１、空気熱交換器１０４および凝縮器２０２は、斜め上方に向けてこの順で並べて配置される。【選択図】図４

Description

本発明は、潜熱処理モジュール、外気処理装置及び空調システムに関する。

地球温暖化対策の一環として、建築で消費されるエネルギーの省力化であるＺＥＢ化（Ｚｅｒｏ Ｅｎｅｒｇｙ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ）が急務となっている。ＺＥＢは、室内環境の質を維持しつつ大幅な省エネルギー化の実現、特に再生可能エネルギーの導入により年間一次エネルギーの消費量の収支をゼロとすることを目指した建築物のことを指し、特に省エネルギー性能指標（設計一次エネルギー消費量と基準一次エネルギー消費量との比）が０．５以下となる建築物のことをＺＥＢ−Ｒｅａｄｙと呼ぶ。

例えば一般事務所ビルにおいては、年間空調負荷の約７６％は冷房負荷が占めており、この冷房負荷には除湿に必要な潜熱分の冷房負荷と冷却に必要な顕熱分の冷房負荷とがある。また、年間平均冷房負荷のうち約２０％が外気負荷、約８０％が室内負荷である。さらに、冷房の際の運転効率を上げるには、熱交換器の冷媒蒸発温度を上げる必要があるが、冷媒蒸発温度を上げると潜熱処理量が不足してしまう。そこで、室内機側には冷媒蒸発温度を高くして顕熱を処理させると共に、外気処理装置では主に、冷媒蒸発温度を下げる必要がある潜熱処理を行わせる潜顕分離システムが考えられており、そのようなシステムに適した外気処理装置の開発が進められている。

潜熱を処理する外気処理装置としては、例えば特許文献１のものがある。特許文献１の外気処理装置は、縦方向に設置された空気ダクト内に、第１熱交換器、第２熱交換器、第３熱交換器が鉛直方向に並べて設けられている。この外気処理装置では、冷房の際、空気ダクトに導入された空気は、蒸発器としての第１熱交換器と熱交換して予冷され、第２熱交換器にて冷却されて除湿され、すなわち潜熱が処理される。その後、空気は、凝縮器としての第３熱交換器により所定の温度まで加熱されて、必要な場所に送られる。また、この外気処理装置では、蒸発器としての第１熱交換器と凝縮器としての第３熱交換器とで用いられる冷媒が、ヒートパイプ作用により、すなわち相変化により、両者の間を自然循環する。

また、特許文献２には、外気を潜熱処理する外気処理装置内において、凝縮器と蒸発器との間でポンプにより冷媒を循環させることが開示されている。この特許文献２の外気処理装置は、ポンプにより冷媒を循環させるため、余剰となった冷媒を一時的に貯留するレシーバタンクや、冷媒による液溜まりを形成するトラップ等を有している。

特開平７−２３３９６８号公報 特開２０１５−１９４３０４号公報

特許文献１に記載の外気処理装置は、特許文献２のようにポンプを用いる場合に比べて、当該ポンプ、レシーバタンク、トラップ等が不要であるため、小型化を図れるものの、予冷用の蒸発器、除湿用の熱交換器、再熱用の凝縮器が鉛直方向に並べて設けられているため、高さ方向の寸法が大きい。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、潜熱を処理する外気処理装置および当該外気処理装置に用いられる潜熱処理モジュールを小型化し、当該外気処理装置を用いたより高効率な空調システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、外気を含む処理空気に対し潜熱処理を行い該潜熱処理後の処理空気を給気する潜熱処理モジュールであって、潜熱処理前の処理空気を顕熱交換により冷却する蒸発器と、潜熱処理後であって給気される前の処理空気を顕熱交換により加熱する凝縮器とが、当該蒸発器と当該凝縮器との間で冷媒が循環するように接続された顕熱交換器と、前記蒸発器により冷却された処理空気の潜熱処理を行う熱交換器と、を有し、前記蒸発器と前記凝縮器は、前記蒸発器で気化した冷媒が密度差により前記凝縮器に流れ、前記凝縮器で凝縮した冷媒が高低差により前記蒸発器に流れることで冷媒が循環するように配設され、前記蒸発器、前記熱交換器および前記凝縮器は、斜め上方に向けてこの順で並べて配置されることを特徴としている。

本発明によれば、潜熱処理モジュールの顕熱交換器において、蒸発器で蒸発して気体となった冷媒は、その密度差によって自然拡散することで凝縮器に移動し、凝縮器で凝縮して液体となった冷媒は、高低差すなわち重力により蒸発器に移動する。すなわち外部からの動力を必要とせず、当該顕熱交換器内で冷媒を自然循環させることができる。そのため、ポンプを用いて冷媒を循環させる場合に比べて、潜熱処理モジュールを小型化することができる。また、本発明によれば、前記蒸発器、熱交換器および凝縮器は、斜め上方に向けてこの順で並べて配置されているため、これらを鉛直方向に下からこの順で配置されている場合に比べて、蒸発器と熱交換器との間の距離及び熱交換器と凝縮器との間の距離を縮めずに、潜熱処理モジュールの装置高さを低くし、潜熱処理モジュールをコンパクトに構成することができる。

前記蒸発器および前記凝縮器は、それぞれ、水平面に対する角度が０°より大きく９０°未満となるように、傾けて設けられていてもよい。

前記蒸発器は、当該蒸発器の上端の高さが前記凝縮器の下端の高さと一致する位置から所定の範囲内に配置されていてもよい。

前記蒸発器および前記凝縮器は、前記気化した冷媒が流れる配管および前記凝縮した冷媒が流れる配管に連通する２本のヘッダをそれぞれ有し、
該２本のヘッダ同士を接続する複数の冷媒管が、側面視において鉛直となるように配置されていてもよい。

前記熱交換器において処理空気と熱交換する他の冷媒を圧縮し、当該熱交換器と共にヒートポンプを構成する圧縮機をさらに有していてもよい。

前記熱交換器の出口における露点温度を算出するための温度センサおよび湿度センサ、並びに、前記熱交換器の中を流れる前記他の冷媒の温度を検知する温度センサ、の少なくともいずれかを有し、算出された露点温度または検知された前記他の冷媒の温度に基づいて、前記圧縮機の運転周波数を制御してもよい。

前記熱交換器と、前記熱交換器において処理空気と熱交換する他の冷媒と熱源との間で熱交換を行う熱源熱交換器とを有する冷媒回路と、前記冷媒回路内で前記他の冷媒を循環させる圧縮機と、前記圧縮機から前記冷媒回路へ流れる冷媒の流動方向を切り替える四方弁と、をさらに有し、前記冷媒回路は、処理空気の流れ方向における前記顕熱交換器より下流側に配設され、前記他の冷媒と処理空気の間で熱交換を行う他の熱交換器を有していてもよい。

処理空気の流れ方向における前記顕熱交換器の凝縮器と前記他の熱交換器との間に、加湿器を有していてもよい。

前記冷媒回路は、前記他の冷媒を減圧する膨張弁として、前記熱交換器と接続された第１の膨張弁、前記他の熱交換器に接続された第２の膨張弁、および、前記熱源熱交換器に接続された第３の膨張弁とを有し、前記冷媒回路は、前記他の熱交換器と前記第２の膨張弁と第１の膨張弁と前記熱交換器がこの順で直列に接続された配管系統、および、前記熱源熱交換器と前記第３の膨張弁と前記第１の膨張弁と前記熱交換器がこの順で直列に接続された配管系統が、圧縮機１０１に対して並列に接続されると共に、前記他の熱交換器は前記第２の膨張弁を介して、前記第１の膨張弁と前記第３の膨張弁との間に接続されていてもよい。

前記第３の膨張弁の開度は、前記第１の膨張弁へ流れる前記他の冷媒の温度が、前記熱源熱交換器としての水熱交換器に供給される熱源水の温度に応じた温度になるように制御されてもよい。

前記他の熱交換器と、前記他の冷媒と熱源との間で熱交換を行う他の熱源熱交換器とを有し、前記圧縮機により前記他の冷媒が循環される他の冷媒回路と、
前記圧縮機から前記他の冷媒回路へ流れる冷媒の流動方向を切り替える他の四方弁と、を有していてもよい。

前記他の熱交換器と、前記他の冷媒と熱源との間で熱交換を行う他の熱源熱交換器とを有し、前記圧縮機により前記他の冷媒が流動方向一定で循環される他の冷媒回路とを有していてもよい。

別な観点による本発明は、少なくとも１以上の上記潜熱処理モジュールを有する外気処理装置である。

さらに別な観点による本発明は、少なくとも１以上の上記潜熱処理モジュールと、少なくとも１以上の顕熱処理モジュールと、を有し、該顕熱処理モジュールは、処理空気を冷却する熱交換器と、該熱交換器において処理空気と熱交換する別の冷媒を圧縮し、当該熱交換器と共にヒートポンプを構成する圧縮機と、を有する外気処理装置である。

前記外気処理装置は、当該外気処理装置により処理される前の処理空気の露点および絶対湿度を算出するための吸込温度センサおよび吸込湿度センサをさらに有し、前記吸込温度センサおよび前記吸込湿度センサでの検知結果に基づいて算出された露点および絶対湿度に基づいて、当該外気処理装置内の圧縮機の運転周波数の制御および当該外気処理装置内のモジュールの動作台数の制御の少なくともいずれかを行うようにしてもよい。

前記外気処理装置は、当該外気処理装置により処理された後の処理空気の露点および絶対湿度を算出するための給気温度センサおよび給気湿度センサをさらに有し、前記給気温度センサおよび前記給気湿度センサでの検知結果に基づいて、当該外気処理装置内の圧縮機の運転周波数の制御および当該外気処理装置内のモジュールの動作台数の制御の少なくともいずれかを行うようにしてもよい。

当該外気処理装置内の各モジュールが有するヒートポンプは熱源水を用いる水熱源ヒートポンプであり、当該外気処理装置内の運転を停止したモジュールの台数に応じて当該外気処理装置内のモジュールに対して供給する熱源水の流量を減らすようにしてもよい。

さらに別な観点による本発明は、上記外気処理装置と、冷媒との熱交換により室内への給気の顕熱を処理する室内機と、水を熱源として前記室内機で用いられる冷媒の温度調節を行う熱源機と、室内からの排気と屋外から取り込んだ外気とを熱交換させる全熱交換器と、を備える空調システムである。

さらに別な観点による本発明は、上記外気処理装置と、冷媒との熱交換により室内への給気の顕熱を処理する室内機と、水を熱源として前記室内機で用いられる冷媒の温度調節を行う熱源機と、前記外気処理装置の潜熱処理モジュールに供給する処理空気をあらかじめ温度調節するファンコイルと、を備え、前記外気処理装置、前記熱源機および前記ファンコイルに供給される水は、密閉式冷却塔および空冷ヒートポンプチラーの少なくともいずれかから供給される空調システムである。

さらに別な観点による本発明は、上記外気処理装置と、熱源水との熱交換により室内への給気の温度を調節する水熱源室内機と、室内からの排気と屋外から取り込んだ外気とを熱交換させる全熱交換器と、を備え、前記外気処理装置および前記水熱源室内機に供給される熱源水は、冷却塔および温水ボイラの少なくともいずれかから供給される空調システムである。

さらに別な観点による本発明は、上記外気処理装置と、供給風量を室内負荷に応じて調節して室内に給気する可変風量ユニットと、室内からの排気と屋外から取り込んだ外気とを熱交換させる全熱交換器と、を備える空調システムである。

本発明によれば、潜熱処理モジュールおよび当該潜熱処理モジュールを搭載する外気処理装置を小型化することができる。

本発明の第１の実施形態にかかる空調システムを導入した建物の全体構成の一例を示した説明図である。 図１の空調システムの一部を拡大して示した説明図である。 外気処理装置の構成の概略を示す説明図である。 潜熱処理モジュールの構成の概略を示す説明図である。 蒸発器の構成の概略を示す説明図である。 他の例にかかる潜熱処理モジュールの構成の概略を示す説明図である。 図３の外気処理装置の冷房運転時の空気線図である。 第１の実施形態にかかる空調システムの暖房運転時の空気線図である。 本発明の第２の実施形態にかかる空調システムを導入した建物の一部の構成の概略を模式的に示した説明図である。 顕熱処理モジュールの構成の概略を示した説明図である。 第２の実施形態にかかる空調システムの冷房運転時の空気線図である。 第２の実施形態にかかる空調システムの暖房運転時の空気線図である。 本発明の第３の実施形態にかかる空調システムを導入した建物の一部の構成の概略を模式的に示した説明図である。 本発明の第４の実施形態にかかる空調システムを導入した建物の一部の構成の概略を模式的に示した説明図である。 第４の実施形態にかかる空調システムの冷房運転時の空気線図である。 第４の実施形態にかかる空調システムの暖房運転時の空気線図である。 他の例にかかる顕熱交換器の構成の概略を示す説明図である。 顕熱交換器の好適な構成を検討するために行った実験方式の説明図である。 本発明の第５の実施形態にかかる空調システムに用いられる潜熱処理モジュールの構成の概略を示す説明図である。 潜熱処理モジュール５００が暖房運転を行っている状態を示す図である。 第１〜第３の膨張弁の開度を適切に制御するために本発明者らが行った実験結果を示す図である。 本発明者らが行った試験の結果であって、第１の膨張弁入口温度センサで測定された冷媒の温度の平均値と、熱源水の温度との関係を示す図である。 本発明の第５の実施形態にかかる空調システムの通常冷房運転時の空気線図である。 本発明の第５の実施形態にかかる空調システムの通常冷房運転時の空気線図である。 本発明の第５の実施形態にかかる空調システムの低負荷冷房運転時の空気線図である。 本発明の第５の実施形態にかかる空調システムの冷房加湿運転時の空気線図である 本発明の第５の実施形態にかかる空調システムの冷房運転モード時の制御例を説明するフローチャートである。 本発明の第５の実施形態にかかる空調システムの冷房運転モード時の制御例を説明するフローチャートである。 本発明の第５の実施形態にかかる空調システムの冷房運転モード時の制御例を説明するフローチャートである。 冷房運転モード時に取得される情報の一部を空気線図上に表したものである。 本発明の第５の実施形態にかかる空調システムの暖房運転時の空気線図である。 本発明の第５の実施形態にかかる空調システムの暖房運転モード時の制御例を説明するフローチャートである。 本発明の第６の実施形態にかかる空調システムに用いられる潜熱処理モジュールの構成の概略を示す説明図である。 本発明の第７の実施形態にかかる空調システムに用いられる潜熱処理モジュールの構成の概略を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
＜空調システムの構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる空調システムを適用した建物の全体的な構成の一例を示す説明図である。図２は、図１の空調システムの一部を拡大して示した説明図である。

図１の建物１の内部には、例えば２つの空調対象空間１０、１１が形成されている。各空調対象空間１０、１１の上部の天井空間には、後述の外気処理装置３で処理された給気と各空調対象空間１０、１１からの吸込み空気をミキシングして処理し、室内に供給する高顕熱室内機２がそれぞれ設けられており、図の例では、各空調対象空間１０、１１に対して、それぞれ２台の高顕熱室内機２が設けられている。なお、空調対象空間の数や空調対象空間に設けられる高顕熱室内機２の数は任意に選択できる。

各空調対象空間１０、１１に隣接する機械室１２、１３には、取り込んだ外気を含む処理空気を処理して高顕熱室内機２に供給する外気処理装置３と、熱源機４がそれぞれ設けられている。なお、以下では、空調対象空間１０および機械室１２について主として説明し、空調対象空間１１および機械室１３における構成は空調対象空間１０および機械室１２と同様であるため、その説明を省略する。

建物１の屋上には、外気処理装置３および熱源機４に熱源水を供給する、例えば密閉冷却塔、補助熱源（ボイラ）、あるいは空冷ヒートポンプ等の熱源水供給部５が設けられている。熱源水供給部５は、供給する熱源水の加熱および冷却を行うことが可能なように構成され、任意の温度で熱源水を供給することができる。なお、熱源水供給部５の数や配置は任意に選択でき、例えば熱源水供給部５を屋上に２台設置することで、それぞれ異なる温度で熱源水を供給できるように構成してもよい。

図２に示すように、機械室１２には全熱交換器６が設けられている。全熱交換器６は、空調対象空間１０の上部の天井空間から送られる排気を内部に取り入れ、熱交換によって外気から熱回収することにより、外気の温度と室内温度との差を小さくする。

外気処理装置３はフィルター３１、複数の潜熱処理モジュール３２、送風機３３を内部に有している。それぞれの潜熱処理モジュール３２には、熱源水供給部５との間で熱源水を循環させるための熱源水配管５１、５１´が接続されている。
外気処理装置３は、処理空気としての、全熱交換器６によって熱回収後の外気を、温度調節すると共に湿度調節し、送風機３３によって高顕熱室内機２に供給する。

熱源機４には、外気処理装置３と同様に、熱源水供給部５との間で熱源水を循環させるための熱源水配管５１、５１´が接続されている。また、熱源機４には高顕熱室内機２との間で冷媒ガスを循環させるための冷媒配管２１、２１´が接続されている。熱源機４は、熱源水と冷媒ガスの熱交換を行うことで冷媒ガスの温度調節を行い、温度調節された冷媒ガスを高顕熱室内機２に供給する。

高顕熱室内機２は、冷媒蒸発温度が高く設定された高顕熱型の室内機である。高顕熱室内機２には、外気処理装置３により温度調節および湿度調節された処理空気すなわち給気が供給されると共に、熱源機４により温度調節された冷媒ガスが供給され、また、空調対象空間１０からの還気が取り込まれる。高顕熱室内機２は、外気処理装置３から供給された給気を、冷媒ガスおよび還気によって温度調節を行った後、空調対象空間１０に供給する。

なお、本実施形態の空調システムでは、潜熱の空調負荷は外気処理装置３で処理を行い、顕熱の空調負荷は主として高顕熱室内機２で処理を行う、いわゆる潜熱顕熱分離空調方式を採用している。

＜空調システムの動作＞
次に、以上のように構成された空調システムにおける、外気が取り込まれてから排出されるまでの動作を説明する。なお、以下の例では、空調システムを用いて空調対象空間１０の冷房を行うものとする。

外気は、建物１の外壁に設けられた給気口から建物内へ取り込まれる。取り込まれた外気は、導入ダクト６１を介して全熱交換器６へと導入され、例えば余剰排気と熱交換されることにより冷却される。

全熱交換器６によって冷却された外気は、続いて導入ダクト６２を通じて外気処理装置３へと導入される。外気処理装置３に導入された外気すなわち処理空気は、フィルター３１によって塵などの不純物が除去される。次に、潜熱処理モジュール３２によって必要な潜熱を処理することで、冷却されると共に除湿される。冷却／除湿された処理空気は、送風機３３によって給気として外気処理装置３の外部の給気ダクト６３へと送風される。

外気処理装置３によって冷却／除湿された給気は、給気ダクト６３を通じて高顕熱室内機２へと導入される。外気処理装置３からの給気は、高顕熱室内機２において、空調対象空間１０の吸込空気とミキシングされた後、必要な顕熱が処理され、温度調節される。

高顕熱室内機２において温度調節された給気は、当該高顕熱室内機２の送風口（図示せず）から、空調対象空間１０へと給気される。なお、空調対象空間１０は高顕熱室内機２からの給気によりやや正圧気味になるように制御される。

空調対象空間１０内に供給された給気の一部は、例えばトイレや湯沸し室等に接続された排気ダクト６４を通じて、建物１の外部へと排出される。またトイレや湯沸し室等から排気されない余剰排気は、高顕熱室内機２の吸込口（図示せず）から天井空間へと導かれ、天井空間に設けられた他の排気ダクト６５を通じて、全熱交換器６に導入され、新たに建物１の外部から取り込まれた外気と熱交換されることにより冷却され、建物１の外部へと排出される。以上が、建物１の内部における一連の空調システムの動作である。

以上のように、本空調システムにおいては顕熱空調負荷を室内機で処理し、外気処理装置３で除湿、すなわち潜熱処理を行う潜熱顕熱分離空調方式を採用している。そのため、冷媒の蒸発温度が高い高顕熱室内機２を使用することができ、室内機の効率が上昇する。これにより、空調システム全体における消費エネルギーの削減を行うことができる。

＜外気処理装置の構成＞
次に、外気処理装置３の構成について、図３を参照して説明する。図３は、外気処理装置３の構成の概略を示した説明図である。

外気処理装置３には、図３に示すように、前述したフィルター３１、潜熱処理モジュール３２、送風機３３の他に、吸込温度センサ３４、吸込湿度センサ３５、給気温度センサ３６、給気湿度センサ３７が設けられている。なお、潜熱処理モジュール３２は、空調対象空間１０の必要潜熱空調負荷に応じた台数が、例えば段重ねに設けられている。

また、潜熱処理モジュール３２に接続されている熱源水配管５１には、熱源水を送出するためのポンプ３２ａ、潜熱処理モジュール３２に送られる熱源水の入口温度を測定する水入口温度センサ３２ｂが設けられている。熱源水配管５１´には、出口温度を測定する水出口温度センサ３２ｄ、熱源水の流量を制御するための比例二方弁３２ｅが設けられている。さらに、熱源水配管５１´には、各潜熱処理モジュール３２の個別作動制御を行うための電磁弁３２ｃが各潜熱処理モジュール３２に対して１つずつ設けられている。外気処理装置３への熱源水の流量の制御は、ポンプ３２ａ、電磁弁３２ｃ、比例二方弁３２ｅを制御することで行うことができる。

＜潜熱処理モジュール３２の構成＞
図４は、潜熱処理モジュール３２の構成の概略を示す説明図である。図５（ａ）は、蒸発器２０１の構成の概略を模式的に示す斜視図、図５（ｂ）は後述の蒸発冷媒管の構成を簡易的に示した概略図である。

潜熱処理モジュール３２は、処理空気に対して潜熱処理を行い、該潜熱処理後の処理空気を給気するものである。この潜熱処理モジュール３２は、図４に示すように、除湿される前の処理空気を顕熱交換により冷却する蒸発器２０１と除湿後の処理空気を顕熱交換により加熱する凝縮器２０２とが両者の間で冷媒が循環するように接続された顕熱交換器２００と、蒸発器２０１により冷却された処理空気の潜熱処理を行う熱交換器として空気熱交換器１０４を有する水熱源ヒートポンプとを有する。また、潜熱処理モジュール３２は、空気熱交換器１０４によって除湿された外気の温度、湿度を計測するための空気熱交換器出口温度センサ３００と、空気熱交換器出口湿度センサ３０１とを有する。

水熱源ヒートポンプ１００は、空気熱交換器１０４の他に、空気熱交換器１０４において熱交換に用いられた冷媒を圧縮する圧縮機１０１、熱源水配管５１から供給された熱源水との熱交換により、圧縮機１０１からの高圧ガス冷媒を凝縮させる水熱交換器１０２、該水熱交換器１０２からの高圧液冷媒を減圧させる膨張弁１０３とを有する。そして、空気熱交換器１０４が、減圧された液冷媒を処理空気との熱交換により蒸発させ、当該処理空気の除湿を行う。また、水熱源ヒートポンプ１００において、圧縮機１０１、水熱交換器１０２、膨張弁１０３、空気熱交換器１０４は冷媒がこの順で循環するようにそれぞれ配管で接続されている。なお、水熱源ヒートポンプ１００を構成する配管系の途中には、冷暖房運転の切り替えを行うための四方弁１０６が設けられている。
言い換えると、水熱源ヒートポンプ１００は、顕熱交換器２００内を循環する冷媒とは異なる他の冷媒と処理空気との間で熱交換を行う空気熱交換器１０４と、上記他の冷媒と熱源水との間で熱交換を行う熱源熱交換器としての水熱交換器１０２とを有する冷媒回路１１０を有する。そして、水熱源ヒートポンプ１００は、冷媒回路１１０内で上記他の冷媒を循環させる圧縮機１０１と、上記他の冷媒を減圧する膨張弁１０３と、冷房運転時と暖房運転時とで圧縮機から冷媒回路１１０へ流れる冷媒の流動方向を切り替える四方弁１０６と、をさらに有する。また、冷媒回路１１０が、水熱交換器１０２、膨張弁１０３、空気熱交換器１０４がこの順で直列に接続された配管系統を有する。
なお、空気熱交換器１０４には、当該空気熱交換器１０４内を流れる冷媒の温度を計測するための空気熱交換器温度センサ１０５が、例えばその内部中央に設けられている。

顕熱交換器２００は、蒸発器２０１及び凝縮器２０２が顕熱交換を行うものであり、蒸発器２０１が、処理空気との熱交換により冷媒を蒸発させ、処理空気の冷却を行い、凝縮器２０２が、処理空気との熱交換により冷媒を凝縮させ、処理空気の再熱を行う。顕熱交換器２００は、蒸発器２０１と凝縮器２０２とを接続する第１の配管２０３と第２の配管２０４とを有する。そして、蒸発器２０１で気化した冷媒が密度差により第１の配管２０３を介して凝縮器２０２に流れ、凝縮器２０２で凝縮した冷媒が高低差により第２の配管２０４を介して蒸発器２０１に流れることで冷媒が循環するように、蒸発器２０１と凝縮器２０２とが配設されている。
また、第１の配管２０３の配管径は第２の配管２０４の配管径よりも太くなるようにすることで、蒸発した第２の冷媒の圧力損失を低減するように構成されている。

なお、蒸発器２０１と、凝縮器２０２と、空気熱交換器１０４はそれぞれ熱交換のためのフィン２０１ａ、２０２ａ、１０４ａを有する。

以上のような構成要素を有する潜熱処理モジュール３２では、蒸発器２０１、空気熱交換器１０４、凝縮器２０２が、水平面に対して斜め上方に向けてこの順で並べられて配置されている。他の言い方をすれば、蒸発器２０１、空気熱交換器１０４、凝縮器２０２が、下流側が上流側より斜め上方に延伸する空気ダクト３０２に沿って、上流側からこの順に並べられて配置されている。

また、潜熱処理モジュール３２では、蒸発器２０１、空気熱交換器１０４、凝縮器２０２が、水平面に対して斜めに設けられている。特に、蒸発器２０１、空気熱交換器１０４、凝縮器２０２は、それぞれのフィン２０１ａ、１０４ａ、２０２ａの長辺が、空気ダクト３０２の延在方向と略直交するように、水平面に対して傾けて設けられている。なお、蒸発器２０１、空気熱交換器１０４及び凝縮器２０２は同方向に傾いている。

さらに、潜熱処理モジュール３２では、蒸発器２０１の上端の高さが、凝縮器２０２の下端の高さと一致する位置から所定の範囲内に配置されている。上記一致する位置から所定の範囲内の位置とは、蒸発器２０１、空気熱交換器１０４、凝縮器２０２を鉛直方向に並べたときより潜熱処理モジュール装置高さが低くなると共に、蒸発器２０１と凝縮器２０２との間で冷媒が自然循環する位置である。なお、装置高さの観点のみから言えば、蒸発器２０１の上端が、凝縮器２０２の下端より高いことが好ましい。

また、潜熱処理モジュール３２において、蒸発器２０１は、側面視において長辺と短辺をそれぞれ有するフィン２０１ａを有する。フィン２０１ａは、図５に示すように、側面視における奥行き方向（図５（ｂ）の右側方向）に複数枚並べて配置される。さらに、蒸発器２０１は、第１の配管２０３と接続される蒸発用上ヘッダ２０１ｂと第２の配管２０４と接続される蒸発用下ヘッダ２０１ｃと、これらヘッダ２０１ｂ、２０１ｃとを接続する複数の蒸発冷媒管２０１ｄを有する。蒸発用上ヘッダ２０１ｂと蒸発用下ヘッダ２０１ｃは、図４に示すように、フィン２０１ａの上記長辺と同方向に傾けられている。また、蒸発冷媒管２０１ｄは、水平に延伸して複数のフィン２０１ａを貫通する複数の長尺の水平管２０１ｄ_１と、鉛直方向に延伸して水平管２０１ｄ_１の端部同士を接続する複数の短尺の鉛直管２０１ｄ_１とを有し、これら水平管２０１ｄ_１と鉛直管２０１ｄ_２により、蛇腹構造を形成している。このように構成されることにより、蒸発冷媒管２０１ｄは、側面視において（図４の紙面に垂直な方向から視た場合において）、見かけ上鉛直に蒸発用上ヘッダ２０１ｂと蒸発用下ヘッダ２０１ｃを結ぶように構成されている。

なお、凝縮器２０２も蒸発器２０１と同様の構造を有しており、凝縮器２０２のフィン２０２ａ、凝縮用上ヘッダ２０２ｂ、凝縮用下ヘッダ２０２ｃ、凝縮冷媒管２０２ｄにより構成されている。

また、図４に示すように、蒸発器２０１と凝縮器２０２は、例えば蒸発器２０１が有する複数の蒸発冷媒管２０１ｄのうち最も上方に位置する蒸発冷媒管２０１ｄの上端が、凝縮器２０２が有する複数の凝縮冷媒管２０２ｄのうち最も下方に位置する凝縮冷媒管２０２ｄの下端と略一致するように配置される。

顕熱交換器２００に封入される冷媒は、蒸発器２０１、第１の配管２０３、凝縮器２０２、第２の配管２０４が接続された状態で蒸発器２０１が満液となるように（図４における液位Ｂまで、すなわち、最も上方に位置する蒸発冷媒管２０１ｄの上端まで）封入される。
なお、冷媒を液位Ｂまで封入して顕熱交換器２００の運転を開始した場合、封入した冷媒が蒸発して顕熱交換器２００内に充満することにより平衡状態においては液面が液位Ｃまで降下する。蒸発器２０１の熱交換能力は、平衡状態において満液（液位Ｂ）となることにより最大効率で熱交換を行うことができるため、例えば封入時においては蒸発器２０１の満液ラインを超えて液位Ａまで冷媒を封入し、顕熱交換器２００の運転を開始した平衡状態において液位Ｂに保たれるようにしてもよい。

また、蒸発器２０１における交換熱量と凝縮器２０２における交換熱量は同じとなるように設定される。なお、蒸発器２０１は、例えば３０℃の外気を２０℃まで冷却できる程度に、熱交換器としての容量を有するように設計され、凝縮器２０２は、例えば空気熱交換器１０４で１０℃ＤＢ、１００％ＲＨに除湿された空気を再熱し、１８℃まで加温できる程度に、熱交換器としての容量を有するように設計される。

顕熱交換器２００に封入された冷媒が顕熱交換器２００の内部を自然循環する過程を以下説明する。まず、蒸発器２０１の内部に液体として封入された冷媒は、潜熱処理モジュール３２の内部に導入された処理空気との熱交換により気化し蒸発用上ヘッダ２０１ｂから第１の配管２０３へ流れる。第１の配管２０３に流れた冷媒は、空気熱交換器１０４によって冷却除湿された処理空気と熱交換することにより凝縮器２０２において凝縮するが、この際、該凝縮により冷媒が第１の配管２０３内から消費されるため、気化した冷媒の密度差が第１の配管２０３内で生じ、この密度差によって上記気化した冷媒は第１の配管２０３内を自然に拡散して凝縮器２０２の方向へ移動する。一方、凝縮器２０２において凝縮された冷媒は、凝縮用下ヘッダ２０２ｃから第２の配管２０４へと流れる。ここで凝縮器２０２は、前述のように最上方の蒸発冷媒管２０１ｄの上端が最下方の凝縮冷媒管２０２ｄの下端と略一致するように、すなわち凝縮器２０２が蒸発器２０１に比べて高い位置となるように配置されるため、凝縮された冷媒は第２の配管２０４を高低差によって流れ、蒸発器２０１の蒸発用下ヘッダ２０１ｃへと戻される。このようにして、顕熱交換器２００の内部を冷媒が自然循環する。

なお、潜熱処理モジュール３２は、例えば図６に示すように、空調対象空間１０への給気を適切な湿度に調節するための加湿器４００、潜熱処理モジュール３２内で発生したドレン水を外部に排出するためのドレン管４０１がさらに設けられていてもよい。

＜外気処理装置３の動作＞
以上のように構成された外気処理装置３の動作例について図７を参照しながら説明する。図７は、外気処理装置３の冷房運転時の空気線図である。なお、以下の説明で示される温度は一例である。

図７に示すように、建物１の内部に取り込まれた３５℃の外気は、全熱交換器６によって２６℃の室内排気と熱交換されることで３０℃に冷却され、処理空気として外気処理装置３に導入される（Ｓ１）。外気処理装置３に導入された処理空気は、吸込温度センサ３４、吸込湿度センサ３５によって温度、湿度が検知された後、フィルター３１によって不純物が除去され、潜熱処理モジュール３２の内部へ導入される。

潜熱処理モジュール３２の内部に３０℃で導入された処理空気は、蒸発器２０１で顕熱交換により２０℃に冷却される（Ｓ２）。次に処理空気は、空気熱交換器１０４により潜熱交換され、１０℃まで冷却されると同時に除湿される（Ｓ３）。続いて、冷却・除湿された処理空気は凝縮器２０２で顕熱交換により１８℃へ再熱され（Ｓ４）、空調対象空間１０の室温に近い温度となって潜熱処理モジュール３２の外部へ排出される。

潜熱処理モジュール３２の外部へ排出された外気は、給気温度センサ３６、給気湿度センサ３７によって温度、湿度が検知された後、送風機３３によって外気処理装置３から給気として送出される。

外気処理装置３によって以上のように外気処理を行うことにより、顕熱交換器２００の蒸発器２０１による冷却を行わない場合（Ｓ５）と比べて除湿負荷を低減することができる。
具体的には、顕熱交換温度効率を５０％で、潜熱処理モジュール３２の除湿負荷（比エンタルピー比）Ｌ１は、蒸発器２０１による冷却を行わない場合の除湿負荷Ｌ２の約８０％（（Ｌ１／Ｌ２）×１００）となり、約２０％低減される。なお、顕熱交換温度効率とは、（低温側出口空気温度−低温側入口空気温度）／高温側入口空気温度−低温側入口空気温度）で与えられるものである（図の例では（２０−１０）／（３０−１０）＝０．５（５０％）。

以上、外気処理装置３における冷房運転について説明を行ったが、潜熱処理モジュール３２の内部に設けられた四方弁１０６により空気熱交換器１０４で用いられる冷媒の流れの向きを変えることで、暖房運転を行うことが可能である。

図８は外気処理装置３の暖房時の空気線図である。なお、暖房運転時においては、潜熱処理モジュール３２内における顕熱交換器２００は動作しない。また、以下の説明で示される温度は一例である。

図８に示すように、建物１の外部から取り込まれた０℃の外気は、全熱交換器６によって２２℃の室内排気と熱交換されることで１１℃に加温され、処理空気として外気処理装置３に導入される（Ｓ１１）。外気処理装置３に導入された処理空気は、フィルター３１によって不純物が除去された後、潜熱処理モジュール３２の内部へ導入され、空気熱交換器１０４によってさらに３２℃まで加温される（Ｓ１２）。次に、空気熱交換器１０４によって加温された処理空気は加湿器４００によって適切な湿度に加湿され（Ｓ１３）、２２℃の給気として潜熱処理モジュール３２の外部へと排出される。潜熱処理モジュール３２の外部へ排出された上記給気は、送風機３３によって高顕熱室内機２へと送られ、適切な温度に調節された後、空調対象空間１０へと供給される。

＜本実施形態の効果＞
本実施形態によれば、外気処理装置３では上述のように除湿負荷を低減することができる他、以下の効果がある。
潜熱処理モジュール３２では、蒸発器２０１と凝縮器２０２との間で冷媒を自然循環方式で循環させる顕熱交換器２００を用いているため、ポンプなどの動力を必要とせず、エネルギー効率が向上するとともに、潜熱処理モジュールの構造が簡略化され、当該モジュールを小型化できる。

また、潜熱処理モジュール３２では、顕熱交換器２００においては自然循環を利用しているため、顕熱交換器２００で処理できる冷却熱量の分だけ水熱源ヒートポンプ１００の冷却負荷を減少することができ、これに伴い、圧縮機１０１の運転周波数が低下し、さらに圧縮機１０１の消費電力も低下する。

また、潜熱処理モジュール３２では、蒸発器２０１、空気熱交換器１０４及び凝縮器２０２は、斜め上方に向けてこの順で並べて配置されているため、蒸発器２０１と空気熱交換器１０４との間の距離及び空気熱交換器１０４と凝縮器２０２との間の距離を縮めずに、潜熱処理モジュール３２の装置高さを低くし、潜熱処理モジュール３２を小型化できる。

さらに、潜熱処理モジュール３２では、上述のように斜め上方に向けて並べて配置されていることに加えて、蒸発器２０１及び凝縮器２０２は、それぞれ水平面に対して斜めに設けられているため、上述のように距離を縮めずに、且つ、潜熱処理モジュール３２の装置幅の増加を抑えつつ、潜熱処理モジュール３２の装置高さを低くし、潜熱処理モジュール３２を小型化できる。

さらにまた、上述のように、潜熱処理モジュール３２を小型化できるため、当該潜熱処理モジュール３２を有する外気処理装置３を小型化できる。特に、潜熱処理モジュール３２の装置高さを低くすることができるため、当該モジュール３２を積層した外気処理装置３を小型化することができる。

本実施形態では、蒸発器２０１、空気熱交換器１０４、凝縮器２０２は、それぞれのフィン２０１ａ、１０４ａ、２０２ａの長辺が、空気ダクト３０２の延在方向と略直交するため、空気ダクト３０２を流れる処理空気との間の熱交換率が良い。

なお、蒸発器２０１及び凝縮器２０２の水平面に対する傾斜角度すなわちフィン２０１ａ、２０２ａの長辺や各ヘッダ２０１ｂ、２０１ｃ、２０２ｂ、２０２ｃの水平面に対する傾斜角度は、熱交換効率、装置サイズ等を考慮して０°より大きく９０°未満の範囲で決定され、例えば３５°である。また、蒸発器２０１及び凝縮器２０２を傾斜させず、例えば水平（傾斜角度０°）や垂直（傾斜角度９０°）で設けられていてもよいが、０°より大きく、９０°未満であれば、上述したように装置幅の増加を抑えつつ、装置高さを低くし装置を小型化することができ、特に上記傾斜角度がより小さければ装置高さをより抑えることができる。

本実施形態では、潜熱処理モジュール３２において、空気ダクト３０２の延在方向、言い換えると、蒸発器２０１、空気熱交換器１０４及び凝縮器２０２の連設方向が水平面に対して斜め方向である。そのため、処理空気の導入方向及び排出方向は図４のような水平方向に限られず、鉛直方向や斜め方向とすることもできる。つまり、潜熱処理モジュール３２では、処理空気の導入や排出等のためのダクトの取り回しの自由度が増す。したがって、潜熱処理モジュール３２を有する外気処理装置３の大きさを小さくすることができる。

＜外気処理装置３の制御例１＞
外気処理装置３の冷房運転時の制御方法としては、例えば、以下のように各潜熱処理モジュール３２を制御する方法がある。
すなわち、各潜熱処理モジュール３２の空気熱交換器温度センサ１０５によって検知された空気熱交換器１０４内の冷媒の温度に基づいて、当該潜熱処理モジュール３２の圧縮機１０１の運転周波数を制御する方法である。なお、この方法では、自然循環式の顕熱交換器２００の制御は行わない。また、この方法では、例えば、外気と室内の潜熱負荷処理のために、外気を室内露点温度（１５℃ＤＰ程度）（室温２７℃ＤＢ、１９℃ＷＢ）より５℃低い露点温度（１０℃ＤＰ）まで除湿するため、空気熱交換器温度センサ１０５によって検知される温度が１０℃になるように制御される。

＜外気処理装置３の制御例２＞
また、他の外気処理装置３の冷房運転時の制御方法としては、各潜熱処理モジュール３２の空気熱交換器出口温度センサ３００で検知した温度と空気熱交換器出口湿度センサ３０１で検知した湿度から算出した露点温度に基づいて、当該潜熱処理モジュール３２の圧縮機１０１の運転周波数を制御する方法がある。この方法でも、自然循環式の顕熱交換器２００の制御は行わない。また、この方法では、例えば、上述の制御例１と同等な潜熱負荷処理のために、上記算出した露点温度が１０℃になるように制御される。

＜外気処理装置３の制御例３＞
外気処理装置３は、複数の潜熱処理モジュール３２を有するので、外気処理装置の冷房運転時に、動作させる潜熱処理モジュールの台数を制御すると共に、潜熱処理モジュール３２の圧縮機１０１の運転周波数を制御するようにしてもよい。例えば、吸込温度センサ３４、吸込湿度センサ３５で測定された温度および湿度から算出した露点と絶対湿度と、目標値とする露点および絶対湿度との偏差に基づいて、圧縮機１０１の運転周波数と、潜熱処理モジュール３２の動作台数を制御してもよい。

＜制御例３の具体例１＞
例えば、定格負荷時（すなわち上記偏差が所定値以上の時）は、潜熱処理モジュール３２を全台運転させる。空調負荷が低下した部分負荷の場合（すなわち上記偏差が所定値未満となった場合）、各潜熱処理モジュール３２の圧縮機１０１の運転周波数を低下させる。ただし、全台運転では圧縮機１０１の運転周波数を最低運転周波数未満としなければならない空調負荷まで低下した場合は、潜熱処理モジュール３２の運転台数制御を行い、運転台数を順次減らす。最低運転周波数とは、圧縮機１０１が効率的に動作可能な下限の周波数である。

＜制御例３の具体例２＞
例えば、定格負荷時は、上記具体例１と同様、潜熱処理モジュール３２を全台運転させ、空調負荷が低下した部分負荷の場合、定格運転している潜熱処理モジュール３２の台数を順次減らしていく。そして、潜熱処理モジュール３２が残り１台となった場合には、当該潜熱処理モジュール３２の圧縮機１０１の運転周波数を低下させていく。

制御例３によれば、部分負荷時においても、圧縮機１０１を最低運転周波数以上で連続運転させることができるため、高効率運転が可能となる。

なお、制御例３において、圧縮機１０１の運転周波数は、上記偏差に基づいて決定してもよいし、制御例１、２と同様に決定してもよい。また、給気温度センサ３６、給気湿度センサ３７で検知した温度と湿度から露点および絶対湿度を算出して、算出した露点および絶対湿度が、目標値となるように圧縮機１０１の運転周波数を決定してもよい。

＜外気処理装置３の制御例４＞
なお、外気処理装置３は、給気温度センサ３６、給気湿度センサ３７で検知した湿度から露点および絶対湿度を算出して、算出した露点および絶対湿度が、目標値となるように当該外気処理装置３内のモジュールの動作台数制御を行ってもよい。

制御例３、４の場合、潜熱処理モジュール３２の運転台数が減った場合、熱源水の流量が減るよう該流量を制御することが好ましい。
流量を制御する方法としては、例えば、運転が停止された潜熱処理モジュール３２に対応する電磁弁３２ｃを閉止する方法や、運転している潜熱処理モジュール３２の台数に応じて水出入口温度差が例えば５℃で一定になるように、比例二方弁３２ｅ（ポンプ３２ａが可変流式である場合は当該ポンプ３２ａであってもよい）を用いる方法がある。
熱源水の流量を減じることにより、ポンプ３２ａの省エネルギー化を図ることができる。

＜実験例＞
潜熱処理モジュール３２の効果を確認するための実験として、図４に示す潜熱処理モジュール３２の顕熱交換器２００を動作させた場合とさせなかった場合との、冷房運転時における性能比較を行った。なお、潜熱処理モジュール３２の水熱源ヒートポンプ１００に供給する熱源水温度は３２℃とした。また、潜熱処理モジュール３２の圧縮機１０１の運転周波数は、前述の制御例２と同様に、空気熱交換器出口温度センサ３００で検知した温度と空気熱交換器出口湿度センサ３０１で検知した湿度から算出した露点温度に基づいて決定した。

顕熱交換器２００を使用しない場合、３０℃ＤＢ、２３℃ＷＢ（絶対湿度１４．９ｇ／ｋｇ’）の外気／処理空気を、空気熱交換器１０４により１０．１℃、９６．２％ＲＨ（絶対湿度７．４ｇ／ｋｇ’）に除湿した場合の圧縮機１０１の運転周波数は６８Ｈｚ、処理熱量は１７．４９５ｋＷ、消費電力は３．８９２ｋＷ、ＣＯＰは４．３９３であった。
顕熱交換器２００を使用した場合、３０℃ＤＢ、２３℃ＷＢ（絶対湿度１４．９ｇ／ｋｇ’）の外気／処理空気を、蒸発器２０１で顕熱交換により２２．７℃に冷却し、空気熱交換器１０４により９．９℃、９２．８％ＲＨ（絶対湿度７．７ｇ／ｋｇ’）となった処理空気を凝縮器２０２によって顕熱交換により加熱（再熱）し、１９．１℃で給気する。この場合の圧縮機１０１の運転周波数は５４Ｈｚ、処理熱量は１３．６４ｋＷ、消費電力は２．８３８ｋＷ、ＣＯＰは４．８０７であった。
顕熱交換器２００を使用した場合、使用しない場合と比べて、消費電力で約２７％の省エネルギー効果があり、処理熱量が約２２％低減した。

また、潜熱負荷が少ない部分負荷のときに顕熱交換器２００を動作させた場合とさせなかった場合との性能を比較した。

顕熱交換器２００を使用しない場合、吸込温度２６．０１℃ＤＢ、１８．７７℃ＷＢ（絶対湿度１０．５ｇ／ｋｇ’）の外気／処理空気を、空気熱交換器１０４により１０．１℃９６．１２％ＲＨ（絶対湿度７．４ｇ／ｋｇ’）に除湿した場合の圧縮機１０１の運転周波数は４４Ｈｚ、処理熱量は１１．０６９ｋＷ、消費電力は２．２２ｋＷ、ＣＯＰは４．９８６であった。
顕熱交換器２００を使用した場合、吸込温度２６℃ＤＢ、１８．７６℃ＷＢ（絶対湿度１０．５ｇ／ｋｇ’）の外気／処理空気を、蒸発器２０１で２０．３℃に冷却し、空気熱交換器１０４により１０．５℃、９５．９２％ＲＨ（絶対湿度７．６ｇ／ｋｇ’）となった外気を凝縮器２０２によって加熱（再熱）し、１７．５℃で給気する。この場合の圧縮機１０１の運転周波数は３１Ｈｚ、処理熱量は７．６３５ｋＷ、消費電力は１．５０８ｋＷ、ＣＯＰは５．０６１であった。
潜熱負荷が少ない部分負荷ときに、顕熱交換器２００を使用した場合、使用しない場合と比べて、消費電力で約３３％の省エネルギー効果があり、処理熱量が約３３％低減した。

（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態にかかる空調システムを導入した建物の一部を模式的に示した説明図である。
本実施形態にかかる空調システムは、外気処理装置７が、第１の実施形態にかかる外気処理装置３とは異なり、当該外気処理装置７の内部に少なくとも１台以上の潜熱処理モジュール３２および、少なくとも１台以上の顕熱処理モジュール７１を有しており、潜熱処理モジュール３２および顕熱処理モジュール７１が段重ねに配置されている。すなわち外気処理装置７は、外気処理装置３の潜熱処理モジュール３２の一部を顕熱処理モジュール７１に置き換えた構成となっており、その内部において潜熱および顕熱の両方を処理する。

なお、外気処理装置７に設けられる潜熱処理モジュール３２、顕熱処理モジュール７１の台数は、必要潜熱空調負荷、必要顕熱空調負荷に応じた台数を任意に選択することができる。

図１０は顕熱処理モジュール７１の構成の概略を模式的に示した説明図である。図１０に示すように顕熱処理モジュール７１は、外気処理装置３から顕熱交換器２００を除いた構成と略同一な構成を有しており、水熱源ヒートポンプ１００、ドレン管４０１と、風量調整パネル４０３をその内部に有し、取り込んだ外気の顕熱処理を行うことができる。

本実施形態の空調システムでは、外気処理装置７が潜熱、顕熱の両方を処理するため、空調対象空間１０の天井空間には、第１の実施形態における高顕熱室内機２の代わりに、可変風量制御装置（ＶＡＶ）を有する、可変風量ユニット７２が設けられている。なお、熱源水は、可変風量ユニット７２では用いられず、水熱源ヒートポンプ１００の排熱、吸熱に用いられる。

外気処理装置７は、前述の外気処理装置３の制御例１〜４と同様に制御することができる。
前述の制御例３と同様に外気処理装置７を制御する場合、例えば、定格負荷時は、潜熱処理モジュール３２と顕熱処理モジュール７１とを全台運転させる。そして、空調負荷が低下した部分負荷の場合、潜熱処理モジュール３２及び顕熱処理モジュール７１それぞれの水熱源ヒートポンプ１００の圧縮機１０１の運転周波数を低下させる。また、全台運転では圧縮機１０１の運転周波数を最低運転周波数未満としなければならない空調負荷まで低下した場合は、潜熱処理モジュール３２と顕熱処理モジュール７１の運転台数制御を行い、運転台数を順次減らす。
なお、定格負荷時は、上記具体例１と同様、潜熱処理モジュール３２を全台運転させ、空調負荷が低下した部分負荷の場合、定格運転している潜熱処理モジュール３２の台数を順次減らしていき、残りが潜熱処理モジュール３２と顕熱処理モジュール７１とが１台ずつとなった場合には、それぞれの水熱源ヒートポンプの圧縮機の運転周波数を低下させていくようにしてもよい。

次に、図１１を参照しながら本空調システムの冷房時の動作の一例について説明する。図１１は本空調システムの冷房運転時の空気線図である。

図１１に示すように、建物の内部に取り込まれた３４．８℃ＤＢ、５４．７％ＲＨ（絶対湿度１９．３ｇ／ｋｇ’）の外気は、導入ダクト６１を介して全熱交換器６へと導入され、２６℃ＤＢ、５０％ＲＨ（絶対湿度１０．５ｇ／ｋｇ’）の室内排気の一部と熱交換（Ｓ２１）した後、２６℃ＤＢ、５２％ＲＨ（絶対湿度１０．５ｇ／ｋｇ’）の室内還気と混合されてして２６．９℃ＤＢ、５０．９％ＲＨ（絶対湿度１１．５ｇ／ｋｇ’）の混合空気となる（Ｓ２２）。

混合空気は導入ダクト６２を通じて処理空気として外気処理装置７へと導入され、フィルター３１によって不純物が除去される。不純物が除去された処理空気の半分は、顕熱処理モジュール７１の内部に導入されて１８℃ＤＢ、８９％ＲＨとなり（Ｓ２３）、残りの半分は潜熱処理モジュール３２に導入されて蒸発器２０１により冷却され（Ｓ２４）、空気熱交換器１０４により冷却されると共に除湿され（Ｓ２５）、凝縮器２０２により加熱され、１７．５℃ＤＢ、６１％ＲＨ（絶対湿度７．６ｇ／ｋｇ’）となる（Ｓ２６）。顕熱処理モジュール７１で処理された処理空気と潜熱処理モジュール３２で処理された処理空気は混合されて１７．８℃ＤＢ、７５％ＲＨ（絶対湿度９．５ｇ／ｋｇ’）となって（Ｓ２７）、送風機３３によって給気され、可変風量ユニット７２を介して任意の風量で空調対象空間１０へと供給される。

空調対象空間１０へ供給された給気の一部は、排気ダクト６５を通じて、全熱交換器６に室内排気として導入され、新たに建物の外部から取り込まれた外気と熱交換され、建物の外部へと排出される。また建物の外部へ排気されない残りの給気は、例えばエアフローウィンドウ７３を介して天井空間に設けられた他の排気ダクト６６へ導かれ、天井空間に設けられたさらに他の排気ダクト６７からの空気と混合され、室内還気として、全熱交換器６で熱処理された外気と合流し、再び外気処理装置７へと送られる。
本例において、顕熱処理モジュール７１の負荷は９．２５ＫＪ／ｋｇ’、潜熱処理モジュール３２の負荷は２２．３５ＫＪ／ｋｇ’である。

続いて、本空調システムの暖房時の動作の一例について説明する。図１２は本空調システムの暖房運転時の空気線図である。なお、暖房運転時においては、潜熱処理モジュール３２内における顕熱交換器２００の作動は停止される。

図１２に示すように、建物の外部から取り込まれた０℃ＤＢ、５０％ＲＨ、絶対湿度１．９ｇ／ｋｇ’の外気は、全熱交換器６によって２２℃ＤＢ、４５％ＲＨ、絶対湿度７．４ｇ／ｋｇ’の室内排気と熱交換され１１．０℃ＤＢ、４．６ｇ／ｋｇ’となる（Ｓ３１）。次に、室内還気と混合されることで１９．８℃ＤＢ、６．８ｇ／ｋｇ’の混合空気となり（Ｓ３２）、外気処理装置７へと導入される。続いて混合空気はフィルター３１によって不純物が除去された後、混合空気のうちの半分は潜熱処理モジュール３２の内部へ導入されて加熱、加湿処理され２４℃ＤＢ、５３％ＲＨ、９．８ｇ／ｋｇ’となり（Ｓ３３）、もう半分は顕熱処理モジュール７１の内部で処理を行うことなく通過させ、それぞれの空気を混合させて２１．９℃ＤＢ、５１％ＲＨ、８．３ｇ／ｋｇ’となって（Ｓ３４）、空調対象空間１０へと供給される。
なお、通常暖房運転時は顕熱処理モジュール７１を運転する必要はないが、室内負荷に応じて必要な場合には運転させてもよい。

以上、第２の実施形態によれば、外気処理装置７のみで空調できるため、メンテナンスを空調対象空間１０すなわち居室に入室しないで機械室１２のみで行えるので、情報セキュリティーを保てる高級な空調システムとすることができる。

（第３の実施形態）
図１３は、本発明の第３の実施形態にかかる空調システムを導入した建物の一部を模式的に示した説明図である。
本実施形態では、第１の実施形態にかかる空調システムにおいて設けられていた高顕熱室内機２、熱源機４のかわりに、熱源水を熱源とした水熱源ヒートポンプ式の室内機８を空調対象空間１０の天井空間に設けており、当該室内機８は冷却水配管８１、８１´を介して、２台の熱源水供給部５、５に接続されている。なお、そして、熱源水供給部５、５には、冷却塔および温水ボイラが採用され、個別作動ができるようにバルブ５ａ、５ｂがそれぞれに対して設けられ、また熱源水を送出するためのポンプ５ｃが共通に設けられている。

つまり、本実施形態にかかる空調システムは、既存の水熱源ヒートポンプシステムに外気処理装置３を設けたものである。本システムにおいて、外気と室内の潜熱負荷を外気処理装置３のみで処理する方式とすると、水熱源ヒートポンプ式の室内機８は顕熱のみを処理すればよく、室内機８の蒸発温度が上昇しヒートポンプの効率が向上する。本システムでは、既存の水熱源ヒートポンプシステムの室内機８を置き換えなくとも、潜顕分離空調を行うことができる。
なお、本システムでは、夏季は冷却塔で冷却水の排熱を外気に排気し、冬季は温水ボイラで外気処理装置３、室内機８で必要とする温水を供給する。本空調システムとすることにより年間を通して、高効率な空調システムとなる。

（第４の実施形態）
図１４は、本発明の第４の実施形態にかかる空調システムを導入した建物の一部を模式的に示した説明図である。
外気処理装置７の潜熱処理モジュール３２によって処理空気を処理する前に行われる外気の事前処理、すなわち、取り込んだ外気のプレクール処理またはプレヒート処理は、第１の実施形態にかかる空調システムでは全熱交換器６で行っていた。それに代えて、本実施形態では、上記事前処理は、外気処理装置３のフィルター３１の下流側に設けられるファンコイル３８で、熱源水供給部５として設けられた空冷ヒートポンプチラーから供給された熱源水を用いて行われる。

なお、本空調システムでは、潜熱処理モジュール３２および熱源機４は、熱源水配管５１、５１´を介して熱源水供給部５としての空冷ヒートポンプチラーおよび、同じく熱源水供給部５として設けられる密閉式冷却塔に接続されている。また、空冷ヒートポンプチラーで構成される熱源水供給部５に対してはバルブ５ａとは独立して作動するバルブ５ｄが設けられている。

次に、図１５を参照しながら本空調システムの冷房時の動作について説明する。図１５は本空調システムの冷房運転時の空気線図である。

図１５に示すように、建物の内部に取り込まれた３４．８℃ＤＢ、１９．３ｇ／ｋｇ’の外気／処理空気は、導入ダクト６２を介して外気処理装置３へと導入され、フィルター３１によって不純物が除去される。不純物が除去された外気は、ファンコイル３８の中を流れる、空冷ヒートポンプチラーからの例えば１５℃の冷水と熱交換されて２１℃ＤＢにプレクールされる（Ｓ４１）。プレクールされた外気は潜熱処理モジュール３２に導入され、蒸発器２０１によって１９．１℃ＤＢ、１３．７ｇ／ｋｇ’にさらに冷却される（Ｓ４２）。続いて冷却された外気は、空気熱交換器１０４によって１０．０℃ＤＢ、１００％ＲＨに処理され（Ｓ４３）、凝縮器２０２によって１４．４℃ＤＢ、７．６２ｇ／ｋｇ’に再熱され（Ｓ４４）、送風機３３によって高顕熱室内機２に送られる。その後、高顕熱室内機２の内部において、吸込み口から吸いこんだ２６℃ＤＢ、１０．５ｇ／ｋｇ’の還気および冷媒ガスにより温度調節され（Ｓ４５およびＳ４６）、１５℃ＤＢ、１０．０ｇ／ｋｇ’の給気として、空調対象空間１０へと供給される。

なお、空調対象空間１０内に供給された給気の一部は、例えばトイレや湯沸し室等に接続された排気ダクト６４を通じて、建物の外部へと排出される。またトイレや湯沸し室等から排気されなかった余剰排気は、高顕熱室内機２の吸込口から天井空間へと導かれ、天井空間に設けられた他の排気ダクト６５を通じて建物の外部へと排出される。以上が、建物１の内部における一連の空調システムの動作である。

続いて、本空調システムの暖房時の動作の一例について説明する。図１６は本空調システムの暖房運転時の空気線図である。なお、暖房運転時においては、潜熱処理モジュール３２内における顕熱交換器２００の作動は停止される。

図１６に示すように、建物の外部から取り込まれた０℃ＤＢ、１．９ｇ／ｋｇ’の外気／処理空気は、導入ダクト６２を介して外気処理装置３へと導入され、フィルター３１によって不純物が除去される。不純物が除去された外気は、ファンコイル３８の中を流れる、空冷ヒートポンプチラーで製造された例えば１６℃〜２５℃の温水と熱交換されて、１１℃ＤＢ（温水１６℃の場合：図１６のＳ５１）〜２０℃ＤＢ（温水２５℃の場合：Ｓ５１´）にプレヒートされる。プレヒートされた外気は潜熱処理モジュール３２に導入され、空気熱交換器１０４によって３８．５℃ＤＢ加熱され（Ｓ５２）、その後加湿器４００によって２２℃ＤＢ、８．４ｇ／ｋｇ’に処理され（Ｓ５３）、送風機３３によって高顕熱室内機２に送られる。その後、高顕熱室内機２の内部において、吸込み口から吸いこんだ２２℃ＤＢ、７．３９ｇ／ｋｇ’の還気および冷媒ガスにより温度調節され（Ｓ５４およびＳ５５）、３２℃ＤＢ、７．５ｇ／ｋｇ’の給気として、空調対象空間１０へと供給される。

本実施形態によれば、潜熱処理モジュール３２の内部にファンコイル３８を設け、外気のプレクールあるいはプレヒートを行うことにより、水熱源ヒートポンプ１００および顕熱交換器２００の効率を上昇させることができる。すなわち、水熱源ヒートポンプ１００の効率が上昇することにより、空調システム全体における年間の期間消費エネルギー効率を向上させることができる。

＜蒸発冷媒管２０１ｄ、凝縮冷媒管２０２ｄの他の例＞
図１７は、蒸発冷媒管の他の例の構造を簡易的に示した概略図である。
以上の説明では、潜熱処理モジュール３２の内部に設けられる蒸発器２０１、凝縮器２０２の蒸発冷媒管２０１ｄ、凝縮冷媒管２０２ｄは、図５（ｂ）に示すように、長尺の水平管２０１ｄ_１、２０２ｄ_１と、短尺の鉛直管２０１ｄ_２、２０２ｄ_２により、水平方向に延伸して複数回折り返す蛇腹構造によって構成していた。
蒸発冷媒管２０１ｄ、凝縮冷媒管２０２ｄは、この構成には限定されず、例えば図１７に示すように、水平方向に延伸する水平管を用いずに、凝縮用上ヘッダ２０２ｂ（蒸発用上ヘッダ２０１ｂ）と凝縮用下ヘッダ２０２ｃ（蒸発用下ヘッダ２０１ｃ）とを接続する、鉛直方向に延伸してフィン２０２ａ（２０１ａ）を貫通する鉛直管で構成されてもよい。

なお、図５（ｂ）の蒸発冷媒管２０１ｄおよび凝縮冷媒管２０２ｄは、長尺の水平管２０１ｄ_１、２０２ｄ_１が側面視において一直線に並んでいた。しかし、長尺の水平管２０１ｄ_１、２０２ｄ_１は、一直線に並んでいなくてもよく、側面視においてジグザクに並んでいてもよい。このように側面視においてジグザクに並ぶ長尺の水平管２０１ｄ_１、２０２ｄ_１を複数有すると、水平管２０１ｄ_１、２０２ｄ_１は側面視において千鳥配置となる。

図１８は顕熱交換器２００の設置を検討するために本発明者らが行った実験条件を模式的に示す説明図である。本実験においては、蒸発冷媒管２０１ｄ、凝縮冷媒管２０２ｄを上記蛇腹構造により構成する場合と上述のように鉛直管のみで構成する場合とにおける顕熱交換器２００の温度効率を比較した。温度効率は、高温側入口空気温度と低温側入口空気温度の差を分母とし、低温側出口空気温度から低温側入口空気温度との差を分子とし、分子を分母で除した数値の比率で性能を評価するものである。なお、以下では、蒸発冷媒管２０１ｄ、凝縮冷媒管２０２ｄを上記蛇腹構造により構成するときを、蒸発器２０１、凝縮器２０２を水平に設置する等といい、上述のように水平管を用いずに鉛直管で構成するときを、蒸発器２０１、凝縮器２０２を垂直に設置する等という。また、本実験では、蒸発器２０１、凝縮器２０２を水平に設置する場合、蒸発冷媒管２０１ｄおよび凝縮冷媒管２０２ｄの水平管２０１ｄ_１、２０２ｄ_１を前述のように千鳥配置とした。

図１８（ａ）、（ｂ）は蒸発器および凝縮器を水平に設置し、蒸発器と凝縮器の中間位置間の高さｈ１を７００ｍｍと２００ｍｍとした場合である。図１８（ｃ）、（ｄ）は蒸発器および凝縮器を垂直に設置し、蒸発器に冷媒を満液にした場合と、凝縮器と蒸発器を一部重なった部分の蒸発器には冷媒を満たさない状態とした場合である。図１８（ｅ）、（ｆ）は蒸発器を水平、凝縮器を垂直に設置し、蒸発器の上端から凝縮器の下端までの高さｈ２を２００ｍｍとし、蒸発器内の冷媒の液位を（ｅ）の方が低く設定した場合である。

本実験によれば、図１８（ａ）〜（ｆ）におけるそれぞれの温度効率は、（ａ）＝０．４７５、（ｂ）＝０．４７５、（ｃ）＝０．４７、（ｄ）＝０．４３、（ｅ）＝０．４８、（ｆ）＝０．４２であり、図１８（ｅ）の蒸発器を水平、凝縮器を垂直に設置した場合が最も温度効率が良いという結果を得た。すなわち、潜熱処理モジュール３２に設けられる顕熱交換器２００においても、蒸発器２０１の蒸発冷媒管２０１ｄを蛇腹構造とし、凝縮器２０２の凝縮冷媒管２０２ｄを鉛直配管のみにより構成することが最も望ましいといえる。

なお、図４のように蒸発器２０１と凝縮器２０２が水平面に対し傾けて設置された顕熱交換器については、図１８と同様な実験結果によれば、冷媒を蒸発器２０１に満たした場合、温度効率が０．４７３であり、図１８（ｅ）の場合と同等の結果が得られた。

（第５の実施形態）
図１９は、本発明の第５の実施形態にかかる空調システムに用いられる潜熱処理モジュールの構成の概略を示す説明図である。なお、図１９には、冷房運転を行っている状態が示されている。
本実施形態の空調システムの全体的な構成は、例えば図１３に示した第３の実施形態にかかる空調システムと同様であるが、本実施形態の空調システムに用いられる潜熱処理モジュールの構成は以下に示すように第３の実施形態のものと異なる。

図１９の潜熱処理モジュール５００は、図４の潜熱処理モジュール３２と同様に、冷媒回路５１０が、空気熱交換器１０４と、顕熱交換器２００内を循環する冷媒とは異なる他の冷媒と熱交換を行う水熱交換器１０２とを有すると共に、当該モジュール５００が、圧縮機１０１と、膨張弁１０３（以下、第１の膨張弁１０３ということがある）と、四方弁１０６と、を有する。

ただし、潜熱処理モジュール５００は、図４の潜熱処理モジュール３２と異なり、冷媒回路５１０に、上記他の冷媒と処理空気との間で熱交換を行う他の熱交換器５０１が設けられている。この熱交換器５０１は、処理空気の流れ方向における顕熱交換器２００より下流側に配設されている。また、潜熱処理モジュール５００には、熱交換器５０１への冷媒の供給／停止を切り替える電磁弁５０１ａが設けられている。
さらに、潜熱処理モジュール５００において、冷媒回路５１０は、膨張弁として、第１の膨張弁１０３の他に、熱交換器５０１に接続された第２の膨張弁５０２と、水熱交換器１０２に接続された第３の膨張弁５０３とを有する。第１の膨張弁１０３は、過熱度の制御のために用いられ、第２の膨張弁５０２は、再熱量の制御のために用いられ、第３の膨張弁５０３は、排熱量の制御のために用いられる。
さらにまた、潜熱処理モジュール５００において、処理空気の流れ方向における顕熱交換器２００の凝縮器２０２と熱交換器５０１との間に、加湿器として自然蒸発式加湿器５０４が設けられている。この自然蒸発式加湿器５０４は、ろ材に供給された加湿水を自然蒸発させることにより、潜熱処理モジュール５００から送出される空気を加湿する。なお、自然蒸発式加湿器５０４に対して、加湿水の流量を制御する比例二方弁５０４ａが設けられている。

また、潜熱処理モジュール５００において、冷媒回路５１０は、熱交換器５０１と第２の膨張弁５０２と第１の膨張弁１０３と空気熱交換器１０４がこの順で直列に接続された配管系統５１１、及び、水熱交換器１０２と第３の膨張弁５０３と第１の膨張弁１０３と空気熱交換器１０４がこの順で直列に接続された配管系統５１２が、圧縮機１０１に対して並列に接続されている。また、熱交換器５０１は、第２の膨張弁５０２を介して、第１の膨張弁１０３と第３の膨張弁５０３との間に接続されている。

そして、潜熱処理モジュール５００では、四方弁１０６によって、以下に示すように、冷房運転時と暖房運転時とで、圧縮機１０１からの上記他の冷媒の流動方向が切り替えられ、外気／処理空気に対して異なる処理が行われる。
なお、潜熱処理モジュール５００には、第１の膨張弁１０３と空気熱交換器１０４との間に空気熱交換器入口温度センサ５５０が設けられ、四方弁１０６と圧縮機１０１との間に低圧ガス温度センサ５５１が設けられ、配管系統５１１及び配管系統５１２の合流点と第１の膨張弁１０３との間に第１の膨張弁入口温度センサ５５２が設けられている。また、水熱交換器１０２へ流れる熱源水の温度を測定する熱源水入口温度センサ５５３が設けられ、自然蒸発式加湿器５０４による加湿後の処理空気の温度および湿度をそれぞれ測定する自然蒸発式加湿器出口温度センサ５５４および自然蒸発式加湿器出口湿度センサ５５５が設けられている。さらに、水熱交換器１０２と第３の膨張弁５０３との間には水熱交換器出口温度センサ５５６が設けられ、第１の膨張弁入口温度センサ５５２と第３の膨張弁５０３との間には第３の膨張弁出口温度センサ５５７が設けられている。なお、水熱交換器１０２から流れ出る熱源水の温度を測定する熱源水出口温度センサ５５８も設けられている。
さらにまた、潜熱処理モジュールには、処理空気の流れ方向における顕熱交換器２００の蒸発器２０１の上流側に、吸込温度センサ５５９及び吸込湿度センサ５６０が設けられ、処理空気の流れ方向における熱交換器５０１の下流側に給気温度センサ５６１及び給気湿度センサ５６２が設けられている。

冷房運転時において、潜熱処理モジュール５００では、圧縮機１０１から吐出された高圧ガス冷媒は分岐され、分岐された一方は、四方弁１０６を通り、水熱交換器１０２で熱源水により凝縮され、高圧液冷媒となる。そして、この高圧冷媒は、第３の膨張弁５０３で減圧される。また、圧縮機１０１から吐出された高圧ガスのうち、分岐されたもう一方は、熱交換器５０１で凝縮され、高圧液冷媒となり、第２の膨張弁５０２で減圧される。第３の膨張弁５０３で減圧された冷媒と第２の膨張弁５０２で減圧された冷媒は混合され、第１の膨張弁１０３で減圧され、空気熱交換器１０４で蒸発し、四方弁１０６を通って圧縮機１０１に戻される。
そして、冷房運転時において、潜熱処理モジュール５００では、処理空気が、例えば、顕熱交換器２００の蒸発器２０１で顕熱交換により冷却され、空気熱交換器１０４で冷却・除湿され、顕熱交換器２００の凝縮器２０２で加熱され、熱交換器５０１で目標の給気温度に再熱される。なお、熱源水は、水熱交換器１０２で冷媒と熱交換し、水温が上昇する。

図２０は、潜熱処理モジュール５００が暖房運転を行っている状態を示す図である。
暖房運転時において、潜熱処理モジュール５００では、圧縮機１０１から吐出された高圧ガス冷媒は分岐され、分岐された一方は、四方弁１０６を通り、空気熱交換器１０４で凝縮され、高圧液冷媒となり、第１の膨張弁１０３で減圧される。また、圧縮機１０１から吐出された高圧ガスのうち、分岐されたもう一方は、熱交換器５０１で凝縮され、高圧液冷媒となり、第２の膨張弁５０２で減圧される。第１の膨張弁１０３で減圧された冷媒と第２の膨張弁５０２で減圧された冷媒は混合され、第３の膨張弁５０３で減圧され、水熱交換器１０２で蒸発し、四方弁１０６を通って圧縮機１０１に戻される。
そして、暖房運転時において、潜熱処理モジュール５００では、顕熱交換器２００で処理が行われず、処理空気が、空気熱交換器１０４で加熱され、自然蒸発式加湿器５０４で加湿・冷却され、熱交換器５０１で目標の給気温度に再熱される。なお、熱源水は、水熱交換器１０２で冷媒と熱交換し、水温が低下する。

続いて、潜熱処理モジュール５００において行われる制御の一例について説明する。
冷房運転時に行われる制御は、例えば以下の通りである。
（１）除湿制御として、空気熱交換器温度センサ１０５によって検知される温度が目標露点温度となるように、圧縮機１０１の運転周波数が制御される。上記目標露点温度は、例えば、吸込温度センサ３４、吸込湿度センサ３５（図３参照）または、潜熱処理モジュール５００内に設置された吸込温度センサ５５９、吸込み湿度センサ５６０（図１９参照）で測定された温度および湿度から算出される外気ＯＡの露点温度と、設定温度と設定湿度から算出される最終目標露点温度から、段階的に設定される。
（２）再熱制御として、給気温度センサ３６（図３参照）または潜熱処理モジュール５００内に設置された給気温度センサ５６１（図１９参照）で測定される温度が、設定温度から求められた目標給気温度になるように、第２の膨張弁５０２の開度が制御され、熱交換器５０１に流れる冷媒量が制御される。この場合、顕熱交換器２００の凝縮器２０２で加熱しているため、熱交換器５０１の再熱量は、通常の再熱量に比べ、すなわち、顕熱交換器２００が設けられていないときに比べ、少なくなる。
（３）過熱度制御として、空気熱交換器入口温度センサ５５０で測定される空気熱交換器１０４へ流れる冷媒の温度と低圧ガス温度センサ５５１で測定される圧縮機１０１へ戻る冷媒の温度との差が２℃以上になるように、第１の膨張弁１０３の開度が制御される。なお、空気熱交換器温度センサ１０５で測定される温度と低圧ガス温度センサ５５１で測定される温度の差が一定になるように第１の膨張弁の開度が制御されてもよい。
（４）排熱制御として、第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定される温度が、熱源水入口温度センサ５５３で測定される熱源水の温度に応じた目標冷媒温度になるように、第３の膨張弁５０３の開度が制御される。

ここで、第１〜第３の膨張弁１０３、５０２、５０３の開度の制御について説明する。
第１〜第３の膨張弁１０３、５０２、５０３の開度の制御方法について、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、以下の知見が得られた。

本発明者らは、図２０の潜熱処理モジュール５００のうち、顕熱交換器２００と自然蒸発式加湿器５０４とを省略した潜熱処理モジュールを用いて、冷房運転時に圧縮機１０１の消費電力が低減する条件について実験を行った。
本実験で用いた潜熱処理モジュールでは、冷房運転時において、熱交換器５０１で凝縮された冷媒と水熱交換器１０２で凝縮された冷媒が合流して混合され、該混合された冷媒は空気熱交換器１０４で蒸発する。この潜熱処理モジュールでは、給気温度が目標給気温度になるように第２の膨張弁５０２の開度が制御されることが好ましく、また、空気熱交換器入口温度センサ５５０で測定される空気熱交換器１０４へ流れる冷媒の温度と低圧ガス温度センサ５５１で測定される圧縮機１０１へ戻る冷媒の温度との差が２℃以上になるように、第１の膨張弁１０３の開度が制御されることが好ましい。決定すべきは、第３の膨張弁５０３の開度の制御方法である。
本発明者らの検討によれば、この潜熱処理モジュールにおいて、空気熱交換器１０４で処理空気を冷却・除湿するのに必要な冷媒量をｘ、熱交換器５０１で再熱するために必要な冷媒量をｙとすると、水熱交換器１０２で凝縮される冷媒量ｚは、ｚ＝ｘ−ｙとするとよい。このバランスを保つと圧縮機１０１の運転周波数を最低の運転周波数（最小の消費電力）で運転でき、圧縮機１０１の消費電力は最小となる。

上記試験では、熱源水の温度が７℃〜３２℃、目標給気温度１７℃〜２７℃の条件で、圧縮機１０１の消費電力が低減する第１の膨張弁入口温度を調査した。
図２１は、第１〜第３の膨張弁１０３、５０２、５０３の開度を適切に制御するために本発明者らが行った実験結果を示す図である。図２１には、圧縮機１０１の消費電力が低減したときの、熱源水の温度、目標給気温度、および、第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定された温度との関係を示す表が示されている。なお、本試験では、給気温度が目標給気温度になるように第２の膨張弁５０２の開度を制御し、また、空気熱交換器入口温度センサ５５０で測定される空気熱交換器１０４へ流れる冷媒の温度と低圧ガス温度センサ５５１で測定される圧縮機１０１へ戻る冷媒の温度との差が２℃以上になるように、第１の膨張弁１０３の開度を制御した。

図示するように、圧縮機１０１の消費電力が低減したときに第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定された冷媒の温度は、熱源水の温度に応じて上昇するが、目標給気温度によらず略一定である。

図２２は、本発明者らが行った試験において、圧縮機１０１の消費電力が低減したときに第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定された冷媒の温度の平均値と、熱源水の温度との関係を示す図である。
図示するように、圧縮機１０１の消費電力が低減したときに第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定された冷媒の温度の平均値は、熱源水の温度を変数とした所定の関係式（例えば、熱源水の温度の一次関数）で近似することができる。

この実験結果から、本発明者らは、第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定される冷媒の温度が、熱源水の温度に応じた目標冷媒温度となるように制御することを知見した。具体的には、第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定される冷媒の温度が、試験により得られた圧縮機１０１の消費電力が低減するときの上記所定の関係式と熱源水の温度とに基づいて算出される温度になるように制御すること、を知見した。

この知見に基づいて、本実施形態では、前述のように、排熱制御として、第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定される温度が、熱源水入口温度センサ５５３で測定される熱源水の温度に応じた目標冷媒温度になるように、第３の膨張弁５０３の開度が制御される。

潜熱処理モジュール５００において行われる制御の説明に戻る。
暖房加湿運転時に行われる制御は例えば以下の通りである。
（１）暖房加熱制御として、空気熱交換器温度センサ１０５によって検知される温度が、目標加熱後温度になるように、圧縮機１０１の運転周波数が制御される。
（２）加湿制御として、自然蒸発式加湿器出口温度センサ５５４で測定される温度と自然蒸発式加湿器出口湿度センサ５５５で測定される湿度とにより算出した露点温度が目標の露点温度になるように比例二方弁５０４ａの開度が制御され、加湿量が制御される。
（３）再加熱制御として、給気温度センサ３６または潜熱処理モジュール５００内に設置された給気温度センサ５５９で測定される温度が、目標給気温度になるように、第２の膨張弁５０２の開度が制御され、熱交換器５０１の冷媒量が制御される。
（４）過熱度制御として、低圧ガス温度センサ５５１で測定される圧縮機１０１へ戻る冷媒の温度と水熱交換器出口温度センサ５５６で測定される水熱交換器１０２へ流れる冷媒の温度との差が２℃以上になるように、第３の膨張弁５０３の開度が制御される。
（５）暖房運転時、水熱交換器１０２では吸熱となるため、吸熱制御として、第３の膨張弁出口温度センサ５５７で測定される温度が、熱源水入口温度センサ５５３で測定される熱源水の温度に応じた目標冷媒温度になるように、第１の膨張弁１０３の開度が制御される。

ここでの暖房加湿運転時における、第３の膨張弁出口温度センサ５５７で測定される冷媒の温度の目標温度は、冷房運転時における、第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定される冷媒の温度の目標温度と同様に設定される。具体的には、試験で得られた、圧縮機１０１の消費電力が低減するときの第３の膨張弁出口温度センサ５５７で測定された冷媒の温度と熱源水の温度との関係式に基づいて、第３の膨張弁出口温度センサ５５７で測定される冷媒の温度の目標温度は設定される。

次に、図を参照しながら本実施形態にかかる空調システムの冷房時の動作の一例について説明する。
図２３及び図２４は本実施形態にかかる空調システムの通常冷房運転時の空気線図である。なお、通常冷房運転とは、外気ＯＡ１の温度が、１５℃以上且つ室内空気ＲＡの温度（室温）より高い場合の冷房運転を意味する。
図２３に示すように、外気ＯＡ１は、潜熱処理モジュール５００において、顕熱交換器２００の蒸発器２０１で顕熱交換により冷却され（Ｓ６１）、空気熱交換器１０４で露点Ｔｄｐ１を目標露点温度として冷却・除湿され（Ｓ６２）、顕熱交換器２００の凝縮器２０２で加熱される（Ｓ６３）。加熱後の処理空気ＳＢ１は熱交換器５０１で加熱され（Ｓ６４）、目標給気温度の処理空気ＳＡ１とされる。
また、室内空気ＲＡは室内機８により冷却される（Ｓ６５）。
そして、目標給気温度の処理空気ＳＡ１と、冷却された室内空気ＲＡ´とが混合された空気ＭＡ１が室内に送風される。

なお、冷房が進み外気負荷が低下した場合、図２４に示すように、外気（処理空気）ＯＡ２は、顕熱交換器２００の蒸発器２０１で冷却され（Ｓ７１）、空気熱交換器１０４で露点Ｔｄｐ２を目標露点温度として冷却・除湿され（Ｓ７２）、顕熱交換器２００の凝縮器２０２で加熱される（Ｓ７３）。加熱後の処理空気ＳＢ２は熱交換器５０１で加熱され（Ｓ７４）、目標給気温度の処理空気ＳＡ２とされる。
また、室内空気ＲＡは室内機８により冷却される（Ｓ７５）。
そして、目標給気温度の処理空気ＳＡ２と、冷却された室内空気ＲＡ”とが混合された空気ＭＡ２が室内に送風される。

ところで、図２３に示す、外気ＯＡ１の絶対湿度と室内空気ＲＡの絶対湿度の差Ｄ１が外気潜熱負荷になり、室内空気ＲＡの絶対湿度と混合空気ＭＡ１の絶対湿度の差Ｄ２が室内潜熱負荷となる。また、外気ＯＡ１の温度と室内空気ＲＡの温度の差Ｄ３が外気顕熱負荷となり、室内空気ＲＡの温度と混合空気ＭＡ１の温度の差Ｄ４が室内顕熱負荷となる。
本実施形態にかかる空調システムでは、外気ＯＡ１の潜熱負荷、室内空気ＲＡの潜熱負荷、および、外気ＯＡ１の顕熱負荷は潜熱処理モジュール５００で処理され、室内の顕熱負荷は室内機８で処理される。つまり、本実施形態にかかる空調システムは潜顕分離システムである。

図２５は本実施形態にかかる空調システムの低負荷冷房運転時の空気線図である。なお、低負荷冷房運転とは、外気ＯＡ３の温度が、１５℃以上且つ室内空気ＲＡの温度より低い場合の冷房運転を意味する。
図に示すように、外気ＯＡ３は、潜熱処理モジュール５００において、顕熱交換器２００の蒸発器２０１で顕熱交換により冷却され（Ｓ８１）、通常冷房運転時の設定露点温度Ｔｄｐ１より低い設定露点温度Ｔｄｐ３を目標露点温度として空気熱交換器１０４で冷却・除湿され（Ｓ８２）、顕熱交換器２００の凝縮器２０２で加熱される（Ｓ８３）。加熱後の処理空気ＳＢ３は熱交換器５０１で加熱され（Ｓ８４）、目標給気温度の処理空気ＳＡ３とされる。図示するように、熱交換器５０１による加熱量すなわち再熱量は通常冷房運転時より多くなる。
そして、目標給気温度の処理空気ＳＡ３と、冷却された室内空気ＲＡ´とが混合された空気ＭＡ３が室内に送風される。

図２６は、本実施形態にかかる空調システムの冷房加湿運転時の空気線図である。なお、冷房加湿運転とは、外気ＯＡ４の温度が、１５℃以上且つ室内空気ＲＡの温度より低い場合であって空気熱交換器１０４における目標露点温度が低負荷冷房運転時の設定露点温度Ｔｄｐ２より低く加湿が必要な場合の冷房運転を意味する。
図に示すように、外気ＯＡ４は、潜熱処理モジュール５００において、顕熱交換器２００の蒸発器２０１で顕熱交換により冷却され（Ｓ９１）、空気熱交換器１０４で低負荷冷房運転時の設定露点温度Ｔｄｐ３よりさらに低い露点Ｔｄｐ４を目標露点温度として冷却・除湿され（Ｓ９２）、顕熱交換器２００の凝縮器２０２で加熱される（Ｓ９３）。加熱後の処理空気ＳＢ４は自然蒸発式加湿器５０４で加湿される（Ｓ９４）。加湿された処理空気ＳＢ４´は、熱交換器５０１で加熱され（Ｓ９５）、目標給気温度の処理空気ＳＡ４とされる。なお、図示するように、熱交換器５０１による加熱量すなわち再熱量は低負荷冷房運転時よりさらに多くなる。
そして、目標給気温度の処理空気ＳＡ４と、冷却された室内空気ＲＡ´とが混合された空気ＭＡ４が室内に送風される。

次に、本実施形態にかかる空調システムの冷房運転モード時の制御例を説明する。図２７〜図２９は、本実施形態にかかる空調システムの冷房運転モード時の制御例を説明するフローチャートである。
冷房運転モード時は、まず、各温度センサ及び湿度センサによる測定結果と、予め記憶部（図示せず）に格納された内容とに基づいて、以下の情報等が取得される（ステップＰ１）。

外気温度：Ｔａ
外気湿度：Ｈａ
室内温度：ＴＲ
室内湿度：ＨＲ
給気温度：ＴＳＡ
温度センサ５５４で測定される温度：ＴＳＢ
設定温度：ＴＳ
設定湿度：ＨＳ
第１の膨張弁入口温度：ＴＥＸＶＡ
設定露点温度：Ｔｄｐ１、Ｔｄｐ３、Ｔｄｐ４
空気熱交換器冷媒温度（空気熱交換器温度センサ１０５で測定される温度）：Ｔｄ
熱源水入口温度：Ｔｗ
定数：Δα、 Δγ
目標給気温度の初期値
第１の膨張弁１０３の開度
第２の膨張弁５０２の開度
第３の膨張弁５０３の開度
四方弁１０６の切換状態
電磁弁５０１ａの状態
比例二方弁５０４ａの状態
室内空気の露点温度：ＴｄｐＲＡ
設定温度の露点温度：ＴｄｐＴＳ
Δｔ（＝ＴＲ−ＴＳ）
ΔＳ（＝ＴｄｐＲＡ−ＴｄｐＴＳ）

なお、室内温度ＴＲおよび室内湿度ＨＲには、例えば、複数の室内機８のうちの代表する室内機８の温湿度センサの測定値を用いてもよいし、複数の室内機８の温湿度センサの測定値の平均値や、室内に設置した温湿度センサの測定値を用いてもよい。
また、上述の定数Δαは目標露点温度を前述のように段階的に設定するために用いられ、定数Δγは、目標給気温度を設定するために用いられる。
図３０は、上述のΔα、Δγ、Δｔ、ΔＳを空気線図上に表したものである。

図２７の説明に戻る。
ステップＰ１に次いで、外気温度Ｔａが１５℃以上であるか判定される（ステップＰ２）。判定の結果、外気温度Ｔａが１５℃未満である場合、空調システムは暖房運転モードに切り替えられ、また、外気温度Ｔａが１５℃以上である場合、外気温度Ｔａが室温ＴＲ以上であるか判定される（ステップＰ３）。

ステップＰ３において、外気温度Ｔａが室温ＴＲ以上であると判定された場合、潜熱処理モジュール５００は通常冷房運転を行い、室内機８が冷房運転を行う（ステップＰ４）。具体的には、潜熱処理モジュール５００では、四方弁１０６が冷房側へ切り替えられ、給気露点温度すなわち空気熱交換器温度センサ１０５で測定される温度Ｔｄに対する目標露点温度が、通常冷房運転用の設定露点温度Ｔｄｐ１（例えば１０℃）とされる。そして、圧縮機１０１の運転周波数が、上記温度Ｔｄが設定露点温度Ｔｄｐ１となるように制御される。また、第１の膨張弁１０３の開度が、低圧ガス温度センサ５５１で測定される冷媒の温度と空気熱交換器入口温度センサ５５０で測定される冷媒の温度との差が２℃以上となるように制御される。そして、第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定される第１の膨張弁入口温度ＴＥＸＶＡが、熱源水入口温度センサ５５３で測定される熱源水の温度に応じた目標冷媒温度になるように、第３の膨張弁５０３の開度が制御される。

そして、凝縮器２０２で加熱された後の処理空気ＳＢの温度ＴＳＢすなわち自然蒸発式加湿器出口温度センサ５５４で測定される温度ＴＳＢが２２℃以下であるか判定される（ステップＰ５）。

ステップＰ５において、上記温度ＴＳＢが２２℃以下である場合、熱交換器５０１での再熱が行われるよう制御される（ステップＳ６）。具体的には、電磁弁５０１ａが開状態とされ、給気温度センサ３６で測定される給気温度ＴＳＡが目標給気温度の初期値（２４℃）となるように第２の膨張弁５０２の開度が制御される。再熱動作開始後、処理は図２８のステップＰ８へ移行する。なお、ステップＰ５において、自然蒸発式加湿器出口温度センサ５５４で測定される温度ＴＳＢが２２℃を超えている場合、電磁弁５０１ａは閉状態のまま維持され、または開状態であった場合は閉状態とされて（ステップＰ７）、処理は図２６のステップＰ８へ移行する。

ステップＰ８では、室内温度ＴＲと設定温度ＴＳとの差Δｔが４℃以下であるか判定される。
判定の結果、上記差Δｔが４℃を超えている場合、処理はステップＰ５へ戻る。一方、上記差Δｔが４℃以下である場合、第２の膨張弁５０２の開度が調整され、熱交換器５０１による再熱量が調整される（ステップＰ９）。具体的には、目標給気温度を、現在の目標給気温度にΔγ（例えば２℃）を加えた値、例えば、２４℃＋Δγとし、給気温度センサ３６で測定される給気温度が上記目標給気温度となるように、第２の膨張弁５０２の開度が制御される。

次いで、室内空気ＲＡの露点温度ＴｄｐＲＡと設定温度ＴＳの露点温度ＴｄｐＴＳとの差ΔＳが２℃以下であるか判定される（ステップＰ１０）。２℃を超える場合、処理はステップＰ９へ戻され、２℃以下である場合、給気露点温度Ｔｄすなわち空気熱交換器温度センサ１０５で測定される温度Ｔｄに対する目標露点温度が、現在の目標露点温度からΔα（例えば３℃）を減じた値、例えばＴｄｐ１−Δαとされる（ステップＰ１１）。

そして、上述の差ΔＳが０℃以下であるか判定される（ステップＰ１２）。０℃を超える場合、処理はステップＰ５へ戻され、また、０℃以下である場合、圧縮機１０１の動作が停止され、送風機３３の運転のみが継続される（ステップＰ１３）。

ステップＰ３において、外気温度Ｔａが室温ＴＲ未満であると判定された場合、図２９に示すように、上述の差ΔＳが０以上であるか判定される（ステップＰ１４。判定の結果、０以上である場合、潜熱処理モジュール５００は低負荷冷房運転を行い、室内機８が冷房運転を行う（ステップＰ１５）。具体的には、潜熱処理モジュール５００では、四方弁１０６が冷房側へ切り替えられ、給気露点温度Ｔｄすなわち空気熱交換器温度センサ１０５で測定される温度Ｔｄに対する目標露点温度が、低負荷冷房運転用の設定露点温度Ｔｄｐ３（例えば８℃）とされる。そして、圧縮機１０１の運転周波数が、空気熱交換器温度センサ１０５で測定される温度が設定露点温度Ｔｄｐ３となるように制御される。また、第１の膨張弁１０３の開度が、低圧ガス温度センサ５５１で測定される冷媒の温度と空気熱交換器入口温度センサ５５０で測定される冷媒の温度との差が２℃以上となるように制御される。そして、第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定される温度が、熱源水入口温度センサ５５３で測定される熱源水の温度に応じた目標冷媒温度になるように、第３の膨張弁５０３の開度が制御される。
その後、処理はステップＰ５へ進む。

また、ステップＰ１４の判定の結果、上述の差ΔＳが０未満である場合、潜熱処理モジュール５００は冷房加湿運転を行い、室内機８が冷房運転を行う（ステップＰ１６）。具体的には、潜熱処理モジュール５００では、四方弁１０６が冷房側へ切り替えられ、給気露点温度Ｔｄすなわち空気熱交換器温度センサ１０５で測定される温度Ｔｄに対する目標露点温度が、冷房加湿運転用の設定露点温度Ｔｄｐ４（例えば６℃）とされる。そして、圧縮機１０１の運転周波数が、空気熱交換器温度センサ１０５で測定される温度が設定露点温度Ｔｄｐ４となるように制御される。また、第１の膨張弁１０３の開度が、低圧ガス温度センサ５５１で測定される冷媒の温度と空気熱交換器入口温度センサ５５０で測定される冷媒の温度との差が２℃以上となるように制御される。そして、第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定される温度が、熱源水入口温度センサ５５３で測定される熱源水の温度に応じた目標冷媒温度になるように、第３の膨張弁５０３の開度が制御される。また、自然蒸発式加湿器出口温度センサ５５４で測定される温度と自然蒸発式加湿器出口湿度センサ５５５で測定される湿度とにより算出した露点温度が目標の露点温度になるように比例二方弁５０４ａの開度が制御され、加湿量が制御される。
その後、処理はステップＰ８へ進む。

図３１は、本実施形態にかかる空調システムの暖房運転時の空気線図である。
図に示すように、外気ＯＡ１は、潜熱処理モジュール５００において、空気熱交換器１０４で加熱され（Ｓ１０１）、自然蒸発式加湿器５０４で目標の露点温度ＴｄｐＳＢの処理空気になるように加湿・冷却され（Ｓ１０２）、熱交換器５０１で目標給気温度になるように再熱される（Ｓ１０３）。
また、室内空気ＲＡは室内機８により加熱される（Ｓ１０４）。
そして、目標給気温度の処理空気ＳＡと、加熱された室内空気ＲＡ’とが混合された空気ＭＡ１が室内に送風される。

なお、外気ＯＡ１の絶対湿度と室内空気ＲＡの絶対湿度の差Ｄ５が外気潜熱負荷となり、室内空気ＲＡの絶対湿度と混合空気ＭＡ１の絶対湿度の差Ｄ６が室内潜熱負荷となる。また、外気ＯＡ１の温度と室内空気ＲＡの温度の差Ｄ７が外気顕熱負荷となり、室内空気ＲＡの温度と混合空気ＭＡ１の温度の差Ｄ８が室内顕熱負荷となる。

次に、本実施形態にかかる空調システムの暖房運転モード時の制御例を説明する。図３２は、本実施形態にかかる空調システムの暖房運転モード時の制御例を説明するフローチャートである。
暖房運転モード時は、まず、各温度センサ及び湿度センサによる測定結果と、予め記憶部（図示せず）に格納された内容とに基づいて、以下の情報等が取得される（ステップＰ２１）。

外気温度：Ｔａ
外気湿度：Ｈａ
室内温度：ＴＲ
室内湿度：ＨＲ
給気温度：ＴＳＡ
温度センサ５５４で測定される温度：ＴＳＢ
設定温度：ＴＳ
設定湿度：ＨＳ
第３の膨張弁出口温度：ＴＥＸＶＢ
空気熱交換器冷媒温度（空気熱交換器温度センサ１０５で測定される温度）：Ｔｄ
定数：Δβ、Δσ
目標給気温度の初期値
目標加熱後温度の初期値
第１の膨張弁１０３の開度
第２の膨張弁５０２の開度
第３の膨張弁５０３の開度
四方弁１０６の切換状態
電磁弁５０１ａの状態
比例二方弁５０４ａの状態
Δｔ（＝Ｔｓ−ＴＲ）
ΔＳ（＝ＴｄｐＴＳ−ＴｄｐＲＡ）

なお、定数Δβは目標露点温度を前述のように段階的に設定するために用いられ、定数Δσは、目標給気温度を設定するために用いられる。

ステップＰ２１に次いで、外気温度Ｔａが１５℃未満であるか判定される（ステップＰ２２）。判定の結果、外気温度Ｔａが１５℃以上である場合、空調システムは冷房運転モードに切り替えられ、また、外気温度Ｔａが１５℃未満である場合、潜熱処理モジュール５００は暖房運転を行い、室内機８も暖房運転を行う（ステップＰ２３）。具体的には、潜熱理モジュール５００では、四方弁１０６が暖房側へ切り替えられ、空気熱交換器１０４での加熱後の処理空気ＯＡ´の温度すなわち空気熱交換器温度センサ１０５で測定される温度Ｔｄに対する目標温度が、目標加熱後温度ＴＯＡ´（例えば３０℃）とされる。そして、圧縮機１０１の運転周波数が、上記温度Ｔｄが上記目標加熱後温度ＴＯＡ´となるように制御される。また、第３の膨張弁５０３の開度が、低圧ガス温度センサ５５１で測定される冷媒の温度と水熱交換器出口温度センサ５５６で測定される冷媒の温度との差が２℃以上となるように制御される。そして、第３の膨張弁出口温度センサ５５７で測定される冷媒の温度が、熱源水入口温度センサ５５３で測定される熱源水の温度に応じた目標冷媒温度になるように、第１の膨張弁１０３の開度が制御される。

また、潜熱処理モジュール５００は加湿運転および再熱（再加熱）運転を行う（ステップＰ２４）。具体的には、必要な絶対湿度になるように、目標加湿後露点温度を定め、その露点温度と同値になる加湿後の処理空気ＳＢの目標温度と目標湿度を算出する。この計算の際、外気ＯＡ１の露点温度ＴｐｄＯＡ１の絶対湿度と同じ絶対湿度となる空気熱交換器１０４による加熱後の処理空気ＯＡ１´の温度と湿度を算出し、その算出した温度と湿度で示される点を通る等エンタルピ線と必要な絶対湿度の線が交わる点すなわち目標加湿後露点温度を求め、当該点を示す温度と湿度を、加湿後の処理空気ＳＢの目標温度と目標湿度とする。また、熱交換器５０１による再熱運転のため、電磁弁５０１ａを開状態とし、給気温度センサ３６で測定される給気温度ＴＳＡが目標給気温度の初期値（例えば３０℃）となるように第２の膨張弁５０２の開度が制御される。

そして、設定温度ＴＳと室内温度ＴＲとの差Δｔが４℃以下であるか判定される（ステップＰ２５）。
判定の結果、上記差Δｔが４℃を超えている場合、処理はステップＰ２３へ戻る。一方、上記差Δｔが４℃以下である場合、第２の膨張弁５０２の開度が調整され、熱交換器５０１による再熱量が調整される（ステップＰ２６）。具体的には、目標給気温度を、現在の目標給気温度からΔσ（例えば２℃）を減じた値、例えば、３０℃−Δσとし、給気温度センサ３６で測定される給気温度が上記目標給気温度となるように、第２の膨張弁５０２の開度が制御される。

次いで、設定温度ＴＳの露点温度ＴｄｐＴＳと室内空気ＲＡの露点温度ＴｄｐＲＡとの差ΔＳが２℃以下であるか判定される（ステップＰ２７）。２℃を超える場合、処理はステップＰ２６へ戻され、２℃以下である場合、給気露点温度Ｔｄすなわち空気熱交換器温度センサ１０５で測定される温度Ｔｄに対する目標露点温度が、現在の目標露点温度にΔβを加えた値、例えばＴｄｐＯＡ１＋Δβとされる（ステップＰ２８）。

そして、上述の差ΔＳが０℃以下であるか判定される（ステップＰ２９）。０℃を超える場合、処理はステップＰ２３へ戻され、また、０℃以下である場合、圧縮機１０１の動作が停止され、送風機３３の運転のみが継続される（ステップＰ３０）。

本実施形態では、潜熱処理モジュール５００において空気を処理する最終段に再熱用の熱交換器５０１を設け、給気温度が目標給気温度となるように、熱交換器５０１に接続された第２の膨張弁５０２の開度を制御し、熱交換器５０１による再熱量を調整することができる。したがって、適正な吹出空気を居室に吹き出すことができる。また、室内機８の負担を減らしながら適正な吹出空気を吹き出すことができる。
さらに、本実施形態では、熱交換器５０１の再熱用の凝縮熱は、水熱交換器１０２で排熱する凝縮熱の一部を使用している。つまり、排気熱の一部を熱交換器５０１での再熱で使用している。したがって、水熱交換器１０２で処理する排熱分が減少し、熱源機の負荷が減少するので、熱源水ポンプの水量を減じることができ、結果、熱源水ポンプの省エネルギーとなり、システム全体の消費エネルギーが低減する。

なお、暖房運転時、自然蒸発式加湿器で加湿すると、加湿と同時に冷却するので、加湿後の空気をそのまま供給すると、所望の吹出温度で処理空気を吹き出すことができない。それに対し、本実施形態では、前述のように、潜熱処理モジュール５００において空気を処理する最終段に再熱用の熱交換器５０１を設け、給気温度が目標給気温度となるように、熱交換器５０１に接続された第２の膨張弁５０２の開度を制御し、熱交換器５０１による再熱量を調整することができる。したがって、暖房運転時に、自然蒸発式加湿器で加湿・冷却された空気を熱交換器５０１により適切な再熱量で再熱することができるため、適正な吹出空気を居室に吹き出すことができる。

さらに、本実施形態の潜熱処理モジュールと複数の室内機を組み合わせた水熱源空調システムとすることにより、潜熱、顕熱分離空調システムとなり、部分負荷にも対応できるため、年間を通して高効率で快適な空調を提供することができる。

また、本実施形態における第３の膨張弁５０３の開度の制御方法を採用することにより、圧縮機１０１の消費電力が低減するように、水熱交換器１０２への冷媒流量を最適に制御することができる。
なお、以上の例では、図２２に示した、圧縮機１０１の消費電力が低減するときの関係式として、目標給気温度によらない１つの式を用いて、第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定される温度の目標温度を設定していた。これに代えて、上記圧縮機１０１の消費電力が低減するときの関係式を試験により予め複数取得しておき、例えば、目標給気温度毎に取得しておき、そして、目標給気温度毎に異なる上記関係式を用いて、第１の膨張弁入口温度センサ５５２で測定される温度の目標温度を設定してもよい。

（第６の実施形態）
図３３は、本発明の第６の実施形態にかかる空調システムに用いられる潜熱処理モジュールの構成の概略を示す説明図である。なお、図３３には、冷房運転を行っている状態が示されている。
本実施形態の空調システムの全体的な構成は、例えば図１３に示した第３の実施形態にかかる空調システムと同様であるが、本実施形態の空調システムに用いられる潜熱処理モジュールの構成は以下に示すように第３の実施形態のものと異なる。

図３３の潜熱処理モジュール６００は、図４の潜熱処理モジュール３２と同様に、冷媒回路１１０を有し、当該冷媒回路１１０が、空気熱交換器１０４と、顕熱交換器２００内を循環する冷媒とは異なる他の冷媒と熱交換を行う水熱交換器１０２とを有すると共に、当該モジュール６００が、圧縮機１０１と、膨張弁１０３と、四方弁１０６と、を有する。

ただし、潜熱処理モジュール６００は、図４の潜熱処理モジュール３２と異なり、圧縮機１０１からの上記他の冷媒が循環する他の冷媒回路６１０を有し、当該冷媒回路６１０が、上記他の冷媒と処理空気との間で熱交換を行う他の熱交換器６０１と、上記他の冷媒と熱源水との熱交換を行う他の熱源熱交換器としての水熱交換器６０２とを有する。また、潜熱処理モジュール６００には、圧縮機１０１から冷媒回路６１０へ流れる冷媒の流動方向を切り替える他の四方弁６０３を有する。さらに、冷媒回路６１０における、熱交換器６０１と水熱交換器６０２との間には、他の膨張弁６０４が設けられている。
なお、潜熱処理モジュール６００には、第５の実施形態にかかる潜熱処理モジュール５００と同様に、自然蒸発式加湿器５０４が設けられている。

また、潜熱処理モジュール６００において、冷媒回路１１０と冷媒回路６１０とは、圧縮機１０１に対して並列に接続されている。

そして、潜熱処理モジュール６００では、四方弁６０３での切替によって、熱交換器６０１で加熱及び冷却を選択的に行うことができる。
例えば、潜熱処理モジュール６００が冷房運転を行い、すなわち、四方弁１０６が冷房側へ切り替えられており、室内機８が冷房運転を行う場合、四方弁６０３は暖房側へ切り替えられ、熱交換器６０１では処理空気の加熱が行われる。
また、例えば、潜熱処理モジュール６００が冷房運転を行い、室内機８が暖房運転を行う場合、四方弁６０３は冷房側へ切り替えられ、熱交換器６０１では処理空気の冷却が行われる。
例えば、潜熱処理モジュール６００が暖房運転を行い、すなわち、四方弁１０６が暖房側へ切り替えられており、室内機８が暖房運転を行う場合、四方弁６０３は暖房側へ切り替えられ、熱交換器６０１では処理空気の加熱が行われる。
また、例えば、潜熱処理モジュール６００が暖房運転を行い、室内機８が冷房運転を行う場合、四方弁６０３は冷房側へ切り替えられ、熱交換器６０１では処理空気の冷却が行われる。

なお、室内機８が冷房運転を行っているか否かは、複数台の室内機８のうちの代表する室内機が冷房運転を行っているか、複数台の室内機８のうち暖房運転中の割合が半数以上であるか、室内に設置した温湿度センサの温度が設定温度より高いか、等に基づいて判定することができる。
また、室内機８が暖房運転を行っているか否かの判定は、複数台の室内機８のうちの代表する室内機が暖房運転を行っているか、複数台の室内機８のうち暖房運転中の割合が半数以上であるか、室内に設置した温湿度センサの温度が設定温度より低いか、等に基づいて判定することができる。

また、潜熱処理モジュール６００では、四方弁６０３が暖房側へ切り替えられている場合、圧縮機１０１から吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁６０３を通り、加熱を行う熱交換器６０１で凝縮され、高圧液冷媒となり、膨張弁６０４で減圧される。膨張弁６０４で減圧された冷媒は、水熱交換器６０２で蒸発し、四方弁６０３を通って圧縮機１０１に戻される。なお、熱源水は、水熱交換器１０２で冷媒と熱交換し、水温が低下する。

また、潜熱処理モジュール６００では、四方弁６０３が冷房側へ切り替えられている場合、圧縮機１０１から吐出された高圧ガス冷媒が、四方弁６０３を通り、水熱交換器６０２で熱源水により凝縮され、高圧液冷媒となる。そして、この高圧冷媒は、膨張弁６０４で減圧され、冷却を行う熱交換器６０１で蒸発し、四方弁６０３を通って圧縮機１０１に戻される。なお、熱源水は、水熱交換器６０２で冷媒と熱交換し、水温が上昇する。

続いて、潜熱処理モジュール６００において行われる制御の一例について説明する。
潜熱処理モジュール６００が冷房運転を行う場合の制御は、例えば以下の通りである。
（１）除湿制御として、空気熱交換器温度センサ１０５によって検知される温度が設定露点温度となるように、圧縮機１０１の運転周波数が制御される。
（２）給気温度センサ３６で測定される温度が目標給気温度になるように、膨張弁６０４の開度が制御され、熱交換器６０１に流れる冷媒量が制御され、熱交換器６０１では処理空気の加熱または冷却が行われる。
（３）空気熱交換器入口温度センサ５５０で測定される空気熱交換器１０４へ流れる冷媒の温度と低圧ガス温度センサ５５１で測定される圧縮機１０１へ戻る冷媒の温度との差が２℃以上になるように、膨張弁１０３の開度が制御される。

潜熱処理モジュール６００が暖房運転を行う場合の制御は、例えば以下の通りである。
（１）空気熱交換器温度センサ１０５によって検知される温度が、目標加熱後温度になるように、圧縮機１０１の運転周波数が制御される。
（２）自然蒸発式加湿器出口温度センサ５５４で測定される温度と自然蒸発式加湿器出口湿度センサ５５５で測定される湿度とにより算出した露点温度が目標露点温度になるように比例二方弁５０４ａの開度が制御され、加湿量が制御される。
（３）給気温度センサ３６で測定される温度が目標給気温度になるように、膨張弁６０４の開度が制御され、熱交換器６０１に流れる冷媒量が制御され、熱交換器６０１では処理空気の加熱または冷却が行われる。
（４）低圧ガス温度センサ５５１で測定される圧縮機１０１へ戻る冷媒の温度と水熱交換器出口温度センサ５５６で測定される水熱交換器１０２へ流れる冷媒の温度との差が２℃以上になるように、膨張弁１０３の開度が制御される。

本実施形態によれば、熱交換器６０１で加熱及び冷却を選択的に行うことができるため、空調負荷に応じて適切な処理を行うことができる。
また、本実施形態において、四方弁１０６と四方弁６０３とで冷暖の切替状態が異なる場合（例えば、四方弁１０６が冷房側へ切り替えられており四方弁６０３が暖房側へ切り替えられている場合）、冷媒との熱交換により水熱交換器１０２及び水熱交換器６０２のいずれか一方で熱源水の温度が上昇し、他方で熱源水の温度が低下する。そして、温度が上昇した熱源水と温度が低下した熱源水とが混合されて戻される。したがって、戻りの熱源水の温度の上昇を抑えることができる。

（第７の実施形態）
図３４は、本発明の第７の実施形態にかかる空調システムに用いられる潜熱処理モジュールの構成の概略を示す説明図である。なお、図３４には、冷房運転を行っている状態が示されている。
本実施形態の空調システムの全体的な構成は、例えば図１３に示した第３の実施形態にかかる空調システムと同様であるが、本実施形態の空調システムに用いられる潜熱処理モジュールの構成は以下に示すように第３実施形態のものと異なる。

図３４の潜熱処理モジュール７００は、図３３の潜熱処理モジュール６００において冷媒回路６１０に設けられていた四方弁６０３を省略したものであり、熱交換器６０１では冷却は行わず加熱のみを行うことができる。

なお、潜熱処理モジュール７００における冷媒の流れは、図６の潜熱処理モジュール６００における四方弁６０３が暖房側へ切り替えられている場合と同様であるため、その説明を省略する。
また、潜熱処理モジュール７００において行われる制御は、潜熱処理モジュール６００において行われる制御と同様であるため、その説明を省略する。

以上の説明では、図１９の潜熱処理モジュール５００、図３３の潜熱処理モジュール６００、図３４の潜熱処理モジュール７００を、第３の実施形態の空調システムに適用するものとした。しかし、上述の潜熱処理モジュール５００、６００、７００のように、潜熱を処理する空気熱交換器１０５の他に熱交換器５０１、６０１を有する冷媒回路５１０、６１０を有する潜熱処理モジュールは、第１の実施形態や第２の実施形態、第３の実施形態の空調システムにも用いることができる。
なお、第１、第３〜第７の実施形態の空調システムでは、潜熱処理モジュールの運転モード（冷房運転、暖房運転）と複数の室内機の運転モード（冷房運転、暖房運転）が異なっていても空調処理を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、外気を処理して建物内の空調対象空間の温度及び湿度を調整する技術に特に有用である。

１ 建物
２ 高顕熱室内機
３、７、５００、６００、７００ 外気処理装置
４ 熱源機
５ 熱源水供給部
６ 全熱交換器
３２ 潜熱処理モジュール
３４ 吸込温度センサ
３５ 吸込湿度センサ
３６ 給気温度センサ
３７ 給気湿度センサ
３８ ファンコイル
７１ 顕熱処理モジュール
７２ 可変風量ユニット
１００ 水熱源ヒートポンプ
１０１ 圧縮機
１０６，６０３ 四方弁
１０３ 膨張弁（第１の膨張弁）
１０４ 空気熱交換器
１１０、５１０、６１０ 冷媒回路
２００ 顕熱交換器
２０１ 蒸発器
２０２ 凝縮器
２０３ 第１の配管
２０４ 第２の配管
４００ 加湿器
５０１，６０１ 熱交換器
５０２ 第２の膨張弁
５０３ 第３の膨張弁
５１１ 配管系統
５１２ 配管系統
６０４ 膨張弁

Claims (22)

1. 外気を含む処理空気に対し潜熱処理を行い該潜熱処理後の処理空気を給気する潜熱処理モジュールであって、
   潜熱処理前の処理空気を顕熱交換により冷却する蒸発器と、潜熱処理後であって給気される前の処理空気を顕熱交換により加熱する凝縮器とが、当該蒸発器と当該凝縮器との間で冷媒が循環するように接続された顕熱交換器と、
   前記蒸発器により冷却された処理空気の潜熱処理を行う熱交換器と、を有し、
   前記蒸発器と前記凝縮器は、前記蒸発器で気化した冷媒が密度差により前記凝縮器に流れ、前記凝縮器で凝縮した冷媒が高低差により前記蒸発器に流れることで冷媒が循環するように配設され、
   前記蒸発器、前記熱交換器および前記凝縮器は、斜め上方に向けてこの順で並べて配置されることを特徴とする、潜熱処理モジュール。
2. 前記蒸発器および前記凝縮器は、それぞれ、水平面に対する角度が０°より大きく９０°未満となるように、傾けて設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の潜熱処理モジュール。
3. 前記蒸発器は、当該蒸発器の上端の高さが前記凝縮器の下端の高さと一致する位置から所定の範囲内に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の潜熱処理モジュール。
4. 前記蒸発器および前記凝縮器は、
   前記気化した冷媒が流れる配管および前記凝縮した冷媒が流れる配管に連通する２本のヘッダをそれぞれ有し、
   該２本のヘッダ同士を接続する複数の冷媒管が、側面視において鉛直となるように配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の潜熱処理モジュール。
5. 前記熱交換器において処理空気と熱交換する他の冷媒を圧縮し、当該熱交換器と共にヒートポンプを構成する圧縮機をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の潜熱処理モジュール。
6. 前記熱交換器の出口における露点温度を算出するための温度センサおよび湿度センサ、並びに、
   前記熱交換器の中を流れる前記他の冷媒の温度を検知する温度センサ、の少なくともいずれかを有し、
   算出された露点温度または検知された前記他の冷媒の温度に基づいて、前記圧縮機の運転周波数を制御することを特徴とする、請求項５に記載の潜熱処理モジュール。
7. 前記熱交換器と、前記熱交換器において処理空気と熱交換する他の冷媒と熱源との間で熱交換を行う熱源熱交換器とを有する冷媒回路と、
   前記冷媒回路内で前記他の冷媒を循環させる圧縮機と、
   前記圧縮機から前記冷媒回路へ流れる冷媒の流動方向を切り替える四方弁と、をさらに有し、
   前記冷媒回路は、処理空気の流れ方向における前記顕熱交換器より下流側に配設され、前記他の冷媒と処理空気の間で熱交換を行う他の熱交換器を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の潜熱処理モジュール。
8. 処理空気の流れ方向における前記顕熱交換器の凝縮器と前記他の熱交換器との間に、加湿器を有することを特徴とする、請求項７に記載の潜熱処理モジュール。
9. 前記冷媒回路は、前記他の冷媒を減圧する膨張弁として、前記熱交換器と接続された第１の膨張弁、前記他の熱交換器に接続された第２の膨張弁、および、前記熱源熱交換器に接続された第３の膨張弁とを有し、
   前記冷媒回路は、前記他の熱交換器と前記第２の膨張弁と第１の膨張弁と前記熱交換器がこの順で直列に接続された配管系統、および、前記熱源熱交換器と前記第３の膨張弁と前記第１の膨張弁と前記熱交換器がこの順で直列に接続された配管系統が、圧縮機１０１に対して並列に接続されると共に、前記他の熱交換器は前記第２の膨張弁を介して、前記第１の膨張弁と前記第３の膨張弁との間に接続されていることを特徴とする請求項７または８に記載の潜熱処理モジュール。
10. 前記第３の膨張弁の開度は、前記第１の膨張弁へ流れる前記他の冷媒の温度が、前記熱源熱交換器としての水熱交換器に供給される熱源水の温度に応じた温度になるように制御されることを特徴とする、請求項９に記載の潜熱処理モジュール。
11. 前記他の熱交換器と、前記他の冷媒と熱源との間で熱交換を行う他の熱源熱交換器とを有し、前記圧縮機により前記他の冷媒が循環される他の冷媒回路と、
    前記圧縮機から前記他の冷媒回路へ流れる冷媒の流動方向を切り替える他の四方弁と、を有することを特徴とする、請求項７または８に記載の潜熱処理モジュール。
12. 前記他の熱交換器と、前記他の冷媒と熱源との間で熱交換を行う他の熱源熱交換器とを有し、前記圧縮機により前記他の冷媒が流動方向一定で循環される他の冷媒回路とを有することを特徴とする、請求項７または８に記載の潜熱処理モジュール。
13. 少なくとも１以上の請求項５または６に記載の潜熱処理モジュールを有することを特徴とする、外気処理装置。
14. 少なくとも１以上の請求項５または６に記載の潜熱処理モジュールと、
    少なくとも１以上の顕熱処理モジュールと、を有し、
    該顕熱処理モジュールは、
    処理空気を冷却する熱交換器と、
    該熱交換器において処理空気と熱交換する別の冷媒を圧縮し、当該熱交換器と共にヒートポンプを構成する圧縮機と、を有することを特徴とする、外気処理装置。
15. 少なくとも１以上の請求項７〜１２のいずれか１項に記載の潜熱処理モジュールを有することを特徴とする、外気処理装置。
16. 当該外気処理装置により処理される前の処理空気の露点および絶対湿度を算出するための吸込温度センサおよび吸込湿度センサをさらに有し、
    前記吸込温度センサおよび前記吸込湿度センサでの検知結果に基づいて算出された露点および絶対湿度に基づいて、当該外気処理装置内の圧縮機の運転周波数の制御および当該外気処理装置内のモジュールの動作台数の制御の少なくともいずれかを行うことを特徴とする、請求項１３または１４に記載の外気処理装置。
17. 当該外気処理装置により処理された後の処理空気の露点および絶対湿度を算出するための給気温度センサおよび給気湿度センサをさらに有し、
    前記給気温度センサおよび前記給気湿度センサでの検知結果に基づいて、当該外気処理装置内の圧縮機の運転周波数の制御および当該外気処理装置内のモジュールの動作台数の制御の少なくともいずれかを行うことを特徴とする、請求項１３、１４または１６に記載の外気処理装置。
18. 当該外気処理装置内の各モジュールが備えるヒートポンプは熱源水を用いる水熱源ヒートポンプであり、
    当該外気処理装置内の運転を停止したモジュールの台数に応じて当該外気処理装置内のモジュールに対して供給する熱源水の流量を減らすことを特徴とする、請求項１６または１７に記載の外気処理装置。
19. 請求項１３に記載の外気処理装置と、
    冷媒との熱交換により室内への給気の顕熱を処理する室内機と、
    水を熱源として前記室内機で用いられる冷媒の温度調節を行う熱源機と、
    室内からの排気と屋外から取り込んだ外気とを熱交換させる全熱交換器と、を備えることを特徴とする、空調システム。
20. 請求項１３に記載の外気処理装置と、
    冷媒との熱交換により室内への給気の顕熱を処理する室内機と、
    水を熱源として前記室内機で用いられる冷媒の温度調節を行う熱源機と、
    前記外気処理装置の潜熱処理モジュールに供給する処理空気をあらかじめ温度調節するファンコイルと、を備え、
    前記外気処理装置、前記熱源機および前記ファンコイルに供給される水は、密閉式冷却塔および空冷ヒートポンプチラーの少なくともいずれかから供給されることを特徴とする、空調システム。
21. 請求項１３または１５に記載の外気処理装置と、
    熱源水との熱交換により室内への給気の温度を調節する水熱源室内機と、
    室内からの排気と屋外から取り込んだ外気とを熱交換させる全熱交換器と、を備え、
    前記外気処理装置および前記水熱源室内機に供給される熱源水は、冷却塔および温水ボイラの少なくともいずれかから供給されることを特徴とする、空調システム。
22. 請求項１４に記載の外気処理装置と、
    供給風量を室内負荷に応じて調節して室内に給気する可変風量ユニットと、
    室内からの排気と屋外から取り込んだ外気とを熱交換させる全熱交換器と、を備えることを特徴とする、空調システム。