JP2019199998A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギー性を向上できる空気調和装置を提供することを目的とする。【解決手段】空気調和装置は、風路に配置され、冷媒回路の蒸発器として機能する第１熱交換器と、風路のうち第１熱交換器の下流側に配置され、冷媒回路の蒸発器として機能する第２熱交換器と、第１熱交換器の熱交換量比が第１の値となる第１状態と、第１熱交換器の熱交換量比が第１の値よりも小さい第２の値となる第２状態と、を切り替えるように構成された切替装置と、空気中の水分を吸着する吸着部材を有し、風路のうち第１熱交換器の下流側であって第２熱交換器の上流側に配置された水分吸脱着装置と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、空気中の水分を吸着する吸着部材を備えた空気調和装置に関するものである。

特許文献１には、空気調和装置が記載されている。この空気調和装置は、水分吸着手段と冷凍手段とを有している。水分吸着手段は、デシカントロータと、デシカントロータを駆動するモータと、第１ファン及び第２ファンと、を有している。冷凍手段は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有している。第１ファンが回転すると、凝縮器とデシカントロータの脱着側とをこの順に通過するような室外空気の流れが形成される。第２ファンが回転すると、デシカントロータの吸着側と蒸発器とをこの順に通過するような室内空気の流れが形成される。凝縮器とデシカントロータの脱着側との間には、電気ヒータが設けられている。凝縮器を通過した後の室外空気の相対湿度が高い場合には、電気ヒータに通電される。これにより、デシカントロータに流入する室外空気の相対湿度が低下するため、室外空気によってデシカントロータを再生することができる。

特開２００６−３０８２３６号公報

特許文献１の空気調和装置では、デシカントロータの脱着側に電気ヒータが設けられている。除湿運転時には、冷凍手段の入力に加えて電気ヒータの入力が必要になる場合がある。したがって、空気調和装置の省エネルギー性が低下してしまうという課題があった。また、同文献の空気調和装置では、デシカントロータの再生に外気が用いられている。したがって、外気の相対湿度が高い場合には空気調和装置の除湿能力が低下してしまうという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、省エネルギー性を向上できるとともに、外気の相対湿度が高い場合であっても除湿能力の低下を防止できる空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和装置は、空気調和対象空間の空気が吸い込まれる吸込口、前記空気調和対象空間に調和空気が吹き出される吹出口、及び前記吸込口と前記吹出口とを連通する風路が形成された筐体と、前記風路に配置され、冷媒を循環させる冷媒回路の蒸発器として機能し、前記冷媒と空気との熱交換を行う第１熱交換器と、前記風路のうち前記第１熱交換器の下流側に配置され、前記冷媒回路の蒸発器として機能し、前記冷媒と空気との熱交換を行う第２熱交換器と、前記第１熱交換器での熱交換量と前記第２熱交換器での熱交換量との和に対する前記第１熱交換器での熱交換量の比を前記第１熱交換器の熱交換量比と定義したとき、前記第１熱交換器の熱交換量比が第１の値となる第１状態と、前記第１熱交換器の熱交換量比が前記第１の値よりも小さい第２の値となる第２状態と、を切り替えるように構成された切替装置と、空気中の水分を吸着する吸着部材を有し、前記風路のうち前記第１熱交換器の下流側であって前記第２熱交換器の上流側に配置された水分吸脱着装置と、を備えるものである。

切替装置が第１状態のときには、空気調和対象空間の空気は、第１熱交換器で冷却され、相対湿度の高い空気として水分吸脱着装置に流入する。このため、水分吸脱着装置では空気中の水分が吸着され、水分吸脱着装置を通過する空気は除湿される。一方、切替装置が第２状態のときには、第１熱交換器の熱交換量比が小さいため、空気調和対象空間の空気は、相対湿度の低い空気として水分吸脱着装置に流入する。このため、水分吸脱着装置では空気中に水分が放湿され、水分吸脱着装置を通過する空気は加湿される。加湿された空気は、第２熱交換器で冷却されることにより除湿される。

このように本発明によれば、空気調和対象空間の空気によって水分吸脱着装置を再生することができるため、電気ヒータを用いるまでもなく継続して除湿を行うことができる。したがって、空気調和装置の省エネルギー性を向上できる。また、空気調和対象空間の空気によって水分吸脱着装置を再生することができるため、外気の相対湿度が高い場合であっても空気調和装置の除湿能力の低下を防止できる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷房吸着運転時の動作を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷房吸着運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷房脱着運転時の動作を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷房脱着運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の水分吸脱着装置２２に用いられる吸着部材の吸湿特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置における冷房吸着運転と冷房脱着運転との切替パターンの例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の冷房吸着運転時の動作を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の冷房脱着運転時の動作を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の除湿優先運転時の動作を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の除湿優先運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置における冷房脱着運転と除湿優先運転との切替パターンの例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の冷房吸着運転時の動作を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の冷房吸着運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の冷房脱着運転時の動作を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の冷房脱着運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の除湿優先運転時の動作を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の除湿優先運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の冷房吸着運転時の動作を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の冷房吸着運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の冷房脱着運転時の動作を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の冷房脱着運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る空気調和装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。図１に示すように、空気調和装置は、冷媒を循環させる冷媒回路３０を有している。冷媒回路３０は、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４が冷媒配管を介して接続された構成を有している。第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４は、冷媒回路３０において互いに並列に接続されている。第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４はいずれも、冷媒と空気との熱交換を行う熱交換器である。以下の説明では、便宜上、第１熱交換器２３を経由する冷媒回路３０を冷媒回路３０ａという場合があり、第２熱交換器２４を経由する冷媒回路３０を冷媒回路３０ｂという場合がある。冷媒回路３０は、少なくとも冷房運転を実行できるように構成されている。冷房運転時には、室外熱交換器１３が凝縮器として機能し、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４が蒸発器として機能する。

冷房運転時の冷媒の流れにおいて第１熱交換器２３の入口側には、冷媒回路３０ａを流れる冷媒の流量を制御する流量制御弁２５が設けられている。流量制御弁２５は、第１熱交換器２３の熱交換量比が第１の値となる第１状態と、第１熱交換器２３の熱交換量比が第１の値よりも小さい第２の値となる第２状態と、を切り替える切替装置として機能する。ここで、第１熱交換器２３の熱交換量比とは、第１熱交換器２３での熱交換量と第２熱交換器２４での熱交換量との和に対する第１熱交換器２３での熱交換量の比である。第１熱交換器２３での熱交換量は、例えば、第１熱交換器２３を通過する前後の空気の温度差と、第１熱交換器２３を通過する空気の風量と、に基づいて算出される。第２熱交換器２４での熱交換量は、例えば、第２熱交換器２４を通過する前後の空気の温度差と、第２熱交換器２４を通過する空気の風量と、に基づいて算出される。

流量制御弁２５の開度が高開度に設定されると、第１熱交換器２３に流れる冷媒の流量が大きくなるため、第１熱交換器２３での冷媒と空気との熱交換量が多くなる。これにより、第１熱交換器２３の熱交換量比が大きくなるため、第１状態となる。第１状態では、後述する冷房吸着運転が行われる。一方、流量制御弁２５の開度が低開度に設定されると、第１熱交換器２３に流れる冷媒の流量が小さくなるため、第１熱交換器２３での冷媒と空気との熱交換量が少なくなる。これにより、第１熱交換器２３の熱交換量比が小さくなるため、第２状態となる。第２状態では、後述する冷房脱着運転が行われる。流量制御弁２５としては、開度が連続的に変化する制御弁を用いることもできるし、開度が高開度及び低開度の二位置で制御される開閉弁を用いることもできる。第１熱交換器２３の出口側には、流量制御弁２５とは別の流量制御弁が設けられていてもよい。この流量制御弁は、例えば流量制御弁２５と同じ開度で動作する。

空気調和装置は、室外に配置される室外機１０と、空気調和対象空間である室内に配置される室内機２０と、を有している。室外機１０と室内機２０との間は、冷媒回路３０を形成する冷媒配管と、電源線及び信号線等の配線と、を介して接続されている。室外機１０には、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３及び膨張弁１４と、室外空気の流れを風路１００に生じさせる室外ファン１５と、が収容されている。室外熱交換器１３は、風路１００に配置されている。室外から室外機１０に吸い込まれた室外空気は、風路１００を通って室外に放出される。

室内機２０の筐体には、室内の空気を還気（ＲＡ）として吸い込む吸込口２０１と、室内に調和空気を給気（ＳＡ）として吹き出す吹出口２０２と、吸込口２０１と吹出口２０２とを連通する風路２００と、が形成されている。吸込口２０１に吸い込まれた室内空気は、風路２００を通り、吹出口２０２から室内に吹き出される。室内機２０には、第１熱交換器２３、第２熱交換器２４及び流量制御弁２５と、水分吸脱着装置２２と、室内空気の流れを風路２００に生じさせる室内ファン２１と、が収容されている。第１熱交換器２３、第２熱交換器２４及び水分吸脱着装置２２は、風路２００に配置されている。第２熱交換器２４は、空気の流れで第１熱交換器２３の下流側に配置されている。水分吸脱着装置２２は、空気の流れで第１熱交換器２３の下流側であって第２熱交換器２４の上流側に配置されている。水分吸脱着装置２２は、後述するように、空気中の水分を吸着する吸着部材を有している。吸着部材は、相対湿度の低い空気に放湿し相対湿度の高い空気から吸湿する特性を有している。

冷媒回路３０に使用される冷媒は、特に限定されない。例えば、二酸化炭素、炭化水素若しくはヘリウムのような自然冷媒、ＨＦＣ−４１０Ａ若しくはＨＦＣ−４０７Ｃなどの塩素を含まない冷媒、又は既存の製品に使用されているＲ２２若しくはＲ１３４ａなどのフロン系冷媒などの冷媒を使用できる。圧縮機１１としては、レシプロ、ロータリー、スクロール又はスクリューなどの各種タイプの圧縮機を使用できる。また、圧縮機１１としては、駆動周波数を調整可能なインバータ駆動の圧縮機を使用できる。流量制御弁２５としては、電磁弁、電動弁又は電子式膨張弁などを使用できる。

空気調和装置は、制御部５０を有している。制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート等を備えたマイクロコンピュータを有している。制御部５０は、冷媒回路３０に設けられた各種センサーからの検出信号、及び、室内機２０に設けられた操作部からの操作信号等に基づき、圧縮機１１、四方弁１２、膨張弁１４、流量制御弁２５、室外ファン１５及び室内ファン２１を含む空気調和装置全体を制御する。制御部５０は、室外機１０に設けられていてもよいし、室内機２０に設けられていてもよい。また、制御部５０は、室外機１０に設けられた室外機制御部と、室内機２０に設けられ室外機制御部と通信可能な室内機制御部と、を有していてもよい。

本実施の形態の空気調和装置は、四方弁１２の切替えによって冷房運転及び暖房運転の双方を実行できるように構成されている。ただし、本実施の形態の空気調和装置の動作は、特に冷房運転時の除湿において特徴的であるため、以下の説明では冷房運転時の動作について説明し、暖房運転時の動作の説明は省略する。

＜冷房運転時の冷媒回路＞
冷房運転時の冷媒回路３０ａは、圧縮機１１の吐出口、四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４、流量制御弁２５、第１熱交換器２３、及び圧縮機１１の吸入口が、冷媒配管を介してこの順に接続された構成を有する。冷房運転時の冷媒回路３０ｂは、圧縮機１１の吐出口、四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４、第２熱交換器２４、及び圧縮機１１の吸入口が、冷媒配管を介してこの順に接続された構成を有する。

＜冷媒回路内の冷媒の動作＞
冷房運転時には、圧縮機１１で圧縮された高温高圧のガス冷媒が室外熱交換器１３に流入する。冷房運転時には、室外熱交換器１３は凝縮器として機能する。これにより、室外熱交換器１３では、ガス冷媒が凝縮して液冷媒となる。冷媒の凝縮熱は、室外熱交換器１３を通過する室外空気に放熱される。室外熱交換器１３で凝縮した液冷媒は、膨張弁１４で減圧されて低温低圧の二相冷媒となる。膨張弁１４で減圧された二相冷媒は、冷媒回路３０ａでは流量制御弁２５を経て第１熱交換器２３に流入し、冷媒回路３０ｂでは第２熱交換器２４に流入する。冷房運転時には、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４は蒸発器として機能する。これにより、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４に流入した二相冷媒は、蒸発してガス冷媒となる。冷媒の蒸発熱は、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４を通過する室内空気から吸熱される。第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４で蒸発したガス冷媒は、圧縮機１１に吸入されて再度圧縮される。冷房運転では、以上のサイクルが連続的に繰り返される。

＜冷房吸着運転＞
次に、冷房吸着運転時の動作について説明する。冷房吸着運転は、例えば、後述する冷房脱着運転の後に実行される。図２は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房吸着運転時の動作を示す図である。冷房吸着運転時には、冷媒回路３０が上記の冷房運転と同様に動作する。また、流量制御弁２５の開度は相対的に高開度に設定される。これにより、第１熱交換器２３に流れる冷媒の流量が大きくなり、第１熱交換器２３の熱交換量比が大きくなる。また、水分吸脱着装置２２の吸着部材は、例えば周囲空気の相対湿度で飽和しており、水分の保持量が相対的に少ない状態にある。

図３は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房吸着運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図３の横軸は温度［℃］を表し、縦軸は絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ）を表している。図３中の点Ａ１、点Ｂ１、点Ｃ１及び点Ｄ１は、図２中の（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）及び（Ｄ１）の位置にそれぞれ対応している。第１熱交換器２３に流入する前の室内空気は、点Ａ１の状態にある。第１熱交換器２３を通過した空気は、冷媒との熱交換により冷却除湿され、低温かつ相対湿度の高い状態となって（点Ｂ１）、水分吸脱着装置２２に流入する。相対湿度の高い空気が水分吸脱着装置２２を通過するため、水分吸脱着装置２２の吸着部材では、空気中の水分を吸着して吸着熱を放熱する吸着反応が生じる。これにより、水分吸脱着装置２２を通過した空気は、吸着反応により除湿されるとともに加熱され、絶対湿度が低下した状態となって（点Ｃ１）、第２熱交換器２４に流入する。第２熱交換器２４を通過した空気は、冷媒との熱交換により冷却され（点Ｄ１）、室内に給気として供給される。

すなわち、冷房吸着運転では、室内機２０に吸い込まれた室内空気は、第１熱交換器２３での冷却と水分吸脱着装置２２での吸着反応とにより除湿され、さらに第２熱交換器２４で冷却される。これにより、室内には低温で絶対湿度の低い空気が供給される。

＜冷房脱着運転＞
次に、冷房脱着運転の動作について説明する。冷房脱着運転は、例えば冷房吸着運転の後に実行される。図４は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房脱着運転時の動作を示す図である。冷房脱着運転時には、冷媒回路３０が上記の冷房運転と同様に動作し、流量制御弁２５の開度が相対的に低開度に設定される。これにより、第１熱交換器２３に冷媒が流れなくなるか、又は第１熱交換器２３に流れる冷媒の流量が小さくなり、第１熱交換器２３の熱交換量比が小さくなる。また、水分吸脱着装置２２の吸着部材は、例えば冷房吸着運転で水分吸脱着装置２２に流入した空気の相対湿度で飽和しており、水分の保持量が相対的に多い状態にある。

図５は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房脱着運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図５の横軸は温度［℃］を表し、縦軸は絶対湿度［ｋｇ／ｋｇ］を表している。図５中の点Ａ２、点Ｂ２、点Ｃ２及び点Ｄ２は、図４中の（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）及び（Ｄ２）の位置にそれぞれ対応している。第１熱交換器２３に流入する前の室内空気は、点Ａ２の状態にある。第１熱交換器２３を通過した空気は、冷媒との熱交換がほとんど行われないため点Ａ２と同じ状態を維持し（点Ｂ２）、水分吸脱着装置２２に流入する。相対湿度が低い空気が水分吸脱着装置２２を通過し、かつ水分吸脱着装置２２の吸着部材の水分保持量が多くなっているため、吸着部材では、空気中に水分を放出して脱着熱を吸熱する脱着反応が生じる。これにより、吸着部材の水分保持量が減少し、吸着部材が再生される。また、水分吸脱着装置２２を通過した空気は、脱着反応により加湿されるとともに冷却され、低温かつ高湿の空気となって（点Ｃ２）、第２熱交換器２４に流入する。第２熱交換器２４を通過した空気は、冷媒との熱交換により冷却除湿され（点Ｄ２）、低温でかつ絶対湿度が低下した給気として室内に供給される。

すなわち、冷房脱着運転では、室内機２０に吸い込まれた室内空気は、水分吸脱着装置２２での脱着反応により加湿されるものの、第２熱交換器２４での冷却により除湿される。これにより、室内には低温で絶対湿度の低い空気が供給される。

＜水分吸脱着装置の構成＞
水分吸脱着装置２２は、風路２００に対して静止しており、風路２００に固定して取り付けられている。室内機２０には、水分吸脱着装置２２を駆動するような駆動装置は設けられていない。水分吸脱着装置２２は、多孔質平板を用いて形成されている。この多孔質平板は、通風断面積を大きくできるように、風路２００のうち水分吸脱着装置２２が配置される箇所の管路断面に沿った多角形状の形状を有している。また、多孔質平板には、当該多孔質平板の厚さ方向に空気を通過させる複数の小透孔が形成されている。多孔質平板の表面には、空気中の水分を吸着する吸着部材が形成されている。すなわち、本実施の形態の水分吸脱着装置２２は、多孔質平板と、その表面に形成された吸着部材と、を有している。吸着部材は、多孔質平板の表面に吸着剤が塗布されることによって層状に形成されている。また、吸着部材は、含浸により多孔質平板の表面に担持されていてもよいし、表面処理により多孔質平板の表面に形成されていてもよい。

図６は、本実施の形態に係る空気調和装置の水分吸脱着装置２２に用いられる吸着部材の吸湿特性を示すグラフである。図６の横軸は、空気の相対湿度（％）を表している。縦軸は、吸着部材の単位質量当たりの平衡吸着量［ｇ／ｇ］を表している。図６において実線で示す曲線ａは、本実施の形態で特に好適に用いられる吸着部材の吸湿特性の例を表している。本実施の形態で特に好適に用いられる吸着部材としては、例えば、有機系ではポリアクリル酸ナトリウム架橋体、無機系ではナノチューブ珪酸塩（イモゴライト）及びアルミニウム珪酸塩（ハスクレイ（登録商標））などがある。一方、破線で示す曲線ｂ及び一点鎖線で示す曲線ｃは、通常のデシカントロータに用いられる吸着部材の吸湿特性の例を表している。通常のデシカントロータに用いられる吸着部材としては、シリカゲル及びゼオライトなどがある。

図６の曲線ａで示すように、本実施の形態で特に好適に用いられる吸着部材は、相対湿度の上昇に伴って平衡吸着量が単調に増加し、特に相対湿度４０〜１００％の範囲では相対湿度の上昇に伴って平衡吸着量が略直線的に増加する特性を有している。また、この吸着部材は、相対湿度８０〜１００％の高湿域における平衡吸着量が特に多くなる特性を有している。このような吸着部材を用いることにより、冷房吸着運転で水分吸脱着装置２２を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量と、冷房脱着運転で水分吸脱着装置２２を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量との差を大きくすることができる。このため、吸着部材の吸着能力及び脱着能力をより高めることができる。

曲線ｂ及び曲線ｃの吸湿特性を有する吸着部材では、相対湿度の上昇に伴って平衡吸着量が単調に増加するものの、相対湿度の上昇に伴う平衡吸着量の増加が緩やかである。このような吸着部材を水分吸脱着装置２２に用いた場合、相対湿度４０〜６０％程度の夏期の一般的な室内空間の空気からの除湿量を多くするのが困難となる場合がある。除湿量を多くするためには、冷房吸着運転で水分吸脱着装置２２を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量と、冷房脱着運転で水分吸脱着装置２２を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量と、の差を大きくすることが望ましい。このため、冷房脱着運転で水分吸脱着装置２２を通過する前の空気を加熱装置などによって加熱し、空気の相対湿度を２０％程度に低下させることが必要になる場合がある。

これに対し、曲線ａの吸湿特性を有する吸着部材は、相対湿度８０〜１００％の高湿域における平衡吸着量が特に多くなっている。このため、空気を加熱して相対湿度を低下させるまでもなく、相対湿度４０〜６０％程度の一般的な室内空間の空気に対する平衡吸着量と、相対湿度８０〜１００％程度の空気に対する平衡吸着量と、の差を十分に大きくすることができる。したがって、曲線ａの吸湿特性を有する吸着部材を水分吸脱着装置２２に用いることにより、風路２００に脱着熱源が設けられていなくても連続的な除湿運転が可能になる。

吸着部材は、低温になるほど水分移動速度が低下する特性を有する。冷房吸着運転で水分吸脱着装置２２に流入する空気（図３の点Ｂ１）は、冷房脱着運転で水分吸脱着装置２２に流入する空気（図５の点Ｂ２）と比較して低温である。このため、冷房吸着運転時には、吸着部材での水分移動速度の低下により除湿量が少なくなる。除湿量を増加させるためには、冷房吸着運転で水分吸脱着装置２２に流入する空気が相対湿度８０〜１００％程度の高湿であるという特性を生かして、高湿域での平衡吸着量が中湿域での平衡吸着量よりも十分に多くなる吸着部材を用いる必要がある。ここで、高湿域とは、相対湿度８０〜１００％の範囲のことであり、中湿域とは、一般的な室内空間の湿度である相対湿度４０〜６０％の範囲のことである。試験検証結果から、高湿域での平衡吸着量が中湿域での平衡吸着量の１．２倍以上である吸湿部材が用いられることにより、流入空気温度の低下による除湿能力の低下を抑制できることが分かっている。具体的には、相対湿度６０％の空気に対する単位質量当たりの平衡吸着量ｘと、相対湿度８０％の空気に対する単位質量当たりの平衡吸着量ｙとが、ｙ／ｘ≧１．２の関係を満たしていれば、流入空気温度の低下による除湿能力の低下を抑制できる。曲線ａの吸湿特性を有する吸着部材は、ｙ／ｘ≧１．２の関係を満たしている。

また、曲線ｃの吸湿特性を有する吸着部材では、相対湿度に関わらず、単位質量当たりの平衡吸着量が少ない。単位質量当たりの平衡吸着量は相対湿度１００％で最大値をとるものの、その最大値は０．２ｇ／ｇ未満である。このため、この吸着部材が仮にｙ／ｘ≧１．２の関係を満たしていたとしても、この吸着部材を用いた水分吸脱着装置２２では十分な除湿量を得られない場合がある。除湿量を十分に確保するためには、吸着部材の単位質量当たりの平衡吸着量の最大値が０．２ｇ／ｇ以上であることが望ましい。曲線ａの吸湿特性を有する吸着部材では、単位質量当たりの平衡吸着量は相対湿度１００％で最大値をとり、その最大値は０．２ｇ／ｇ以上である。このため、曲線ａの吸湿特性を有する吸着部材を水分吸脱着装置２２に用いた場合、流入空気温度の低下による除湿能力の低下を抑制できるだけでなく、吸着部材の質量当たりの除湿量を十分に多くすることができる。また、曲線ａの吸湿特性を有する吸着部材では、単位質量当たりの平衡吸着量の最大値が１．０ｇ／ｇ以上であるため、吸着部材の質量当たりの除湿量をさらに多くすることができる。

本実施の形態では、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４として、冷媒回路３０の低温側熱交換器である蒸発器が用いられている。第１熱交換器２３、第２熱交換器２４及び室外熱交換器１３のそれぞれには、温度センサーが設けられている。制御部５０は、各温度センサーからの温度情報に基づき、室外熱交換器１３、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４のそれぞれが冷房吸着運転又は冷房脱着運転に適した温度になるように冷媒回路３０を制御している。

また、制御部５０は、空気条件に応じて室内ファン２１の回転数を制御することにより、風路２００を流れる空気の風量を設定することが可能である。室内ファン２１を回転させるモータがＤＣモータである場合には、制御部５０は、モータに流す電流値を変化させることにより室内ファン２１の回転数を制御することができる。室内ファン２１を回転させるモータがＡＣモータである場合には、制御部５０は、インバータ制御によって電源周波数を変化させることにより室内ファン２１の回転数を制御することができる。

風路２００を流れる空気の風量が変化することにより、水分吸脱着装置２２を通過する空気の流速が変化する。吸着部材の吸着速度及び脱着速度、すなわち空気と吸着部材との間の水分移動速度は、吸着部材を通過する空気の流速が上昇すると増加する。このため、室内ファン２１の回転数を増加させることにより、吸着部材の吸着能力及び脱着能力を高めることが可能となる。

図１に示した室内機２０の構成では、１つの室内ファン２１が風路２００の最上流に配置されている。しかしながら、室内ファン２１の台数及び配置位置はこれに限られない。例えば、風路２００には複数の室内ファン２１が配置されていてもよい。また、室内ファン２１は、第１熱交換器２３、水分吸脱着装置２２及び第２熱交換器２４の少なくとも１つよりも下流側に配置されていてもよい。また、複数の室内ファン２１は、第１熱交換器２３、水分吸脱着装置２２及び第２熱交換器２４の少なくとも１つを挟んで配置されていてもよい。

＜モード切替制御＞
本実施の形態では、除湿を行う際に冷房吸着運転と冷房脱着運転とを交互に実行する必要がある。冷房吸着運転と冷房脱着運転とを切り替えるタイミングは、各運転が開始されてからの時間などに基づいて判断される。例えば、冷房吸着運転と冷房脱着運転とは１０分毎に切り替えられる。本実施の形態の冷房吸着運転及び冷房脱着運転では、室外のように環境変化が大きい空間の空気ではなく、室内などの環境変化が小さい空間の空気を用いて、吸着部材に対する水分の吸着及び脱着が行われる。このため、吸着部材が平衡状態となる条件を予測しやすくなる。したがって、あらかじめ設定された切替時間で冷房吸着運転と冷房脱着運転とが切り替えられたとしても、冷房吸着運転では吸着部材の吸着能力を十分に発揮させることができ、冷房脱着運転では吸着部材の脱着能力を十分に発揮させることができる。これにより、除湿能力を維持した連続的な除湿運転が可能となる。除湿能力を最適化するために、切替時間の設定を外部からの操作により変更できるようになっていてもよい。

既に述べたように、冷房吸着運転で水分吸脱着装置２２に流入する空気の温度は、冷房脱着運転で水分吸脱着装置２２に流入する空気の温度よりも低い。また、吸着部材での水分移動速度は、低温になるほど低下する。このため、空気と吸着部材との間での水分移動量が冷房吸着運転及び冷房脱着運転で同量であるとすると、冷房吸着運転の方が飽和状態までの時間が長くなる傾向にある。したがって、冷房吸着運転の実行時間を冷房脱着運転の実行時間よりも長く設定することにより、冷房吸着運転及び冷房脱着運転のそれぞれにおいて吸着部材の体積当たりの水分移動量を増加させることができる。よって、吸着部材の吸着能力及び脱着能力を十分に発揮させることができ、吸着部材の体積当たりの除湿能力を向上させることができる。これにより、除湿能力を維持しつつ、吸着部材及び水分吸脱着装置２２を小型化又は薄型化することができるため、水分吸脱着装置２２での空気の圧力損失を低減させることができる。

図７は、本実施の形態に係る空気調和装置における冷房吸着運転と冷房脱着運転との切替パターンの例を示すタイミングチャートである。図７に示すように、冷房吸着運転及び冷房脱着運転は交互に切り替えて実行される。本実施の形態では、冷房吸着運転は、流量制御弁２５の開度が高開度に設定されることにより実行され、冷房脱着運転は、流量制御弁２５の開度が低開度に設定されることにより実行される。時刻ｔ１に冷房吸着運転が開始されたとすると、時刻ｔ２には、時刻ｔ１からの経過時間が第１閾値時間Ｔｔｈ１に達する。このため、時刻ｔ２には、冷房吸着運転が終了して冷房脱着運転が開始される。すなわち、第１閾値時間Ｔｔｈ１は、冷房吸着運転の実行時間に相当する。時刻ｔ３には、時刻ｔ２からの経過時間が第２閾値時間Ｔｔｈ２に達する。このため、時刻ｔ３には、冷房脱着運転が終了して冷房吸着運転が開始される。すなわち、第２閾値時間Ｔｔｈ２は、冷房脱着運転の実行時間に相当する。第１閾値時間Ｔｔｈ１は、第２閾値時間Ｔｔｈ２と同一又はそれより長くなっている。時刻ｔ３以降には、冷房吸着運転と冷房脱着運転とが交互に実行される。第１閾値時間Ｔｔｈ１及び第２閾値時間Ｔｔｈ２は、外部からの操作によって変更できるようになっていてもよい。

図８は、本実施の形態に係る空気調和装置の構成の変形例を示す図である。図８では、冷媒回路３０の一部のみを示している。図１に示した冷媒回路３０では、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４が並列に接続されている。これに対し、本変形例では、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４が冷媒回路３０において直列に接続されている。第１熱交換器２３は、冷媒の流れにおいて第２熱交換器２４の上流側又は下流側に配置されている。冷媒回路３０は、第１熱交換器２３を迂回するバイパス回路３１を有している。バイパス回路３１には、バイパス回路３１を流れる冷媒の流量を制御する流量制御弁３２が設けられている。流量制御弁３２は、第１熱交換器２３の熱交換量比が第１の値となる第１状態と、第１熱交換器２３の熱交換量比が第１の値よりも小さい第２の値となる第２状態と、を切り替える切替装置として機能する。流量制御弁３２の開度が低開度に設定されると、バイパス回路３１を流れる冷媒の流量が小さくなるとともに第１熱交換器２３を流れる冷媒の流量が大きくなるため、第１熱交換器２３の熱交換量比が大きくなる。流量制御弁３２の開度が高開度に設定されると、バイパス回路３１を流れる冷媒の流量が大きくなるとともに第１熱交換器２３を流れる冷媒の流量が小さくなり、第１熱交換器２３の熱交換量比が小さくなる。第１熱交換器２３の入口側又は出口側には、第１熱交換器２３を流れる冷媒の流量を制御する別の流量制御弁が設けられていてもよい。図８では風路２００を図示していないが、風路２００における第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４の位置関係は、図１に示した構成と同様である。

以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和装置は、空気調和対象空間の空気が吸い込まれる吸込口２０１、空気調和対象空間に調和空気が吹き出される吹出口２０２、及び吸込口２０１と吹出口２０２とを連通する風路２００が形成された筐体を有している。筐体は、例えば室内機２０である。また、本実施の形態に係る空気調和装置は、第１熱交換器２３と、第２熱交換器２４と、切替装置と、水分吸脱着装置２２と、を有している。第１熱交換器２３は、風路２００に配置され、冷媒を循環させる冷媒回路３０の蒸発器として機能し、冷媒と空気との熱交換を行うものである。第２熱交換器２４は、風路２００のうち第１熱交換器２３の下流側に配置され、冷媒回路３０の蒸発器として機能し、冷媒と空気との熱交換を行うものである。ここで、第１熱交換器２３での熱交換量と第２熱交換器２４での熱交換量との和に対する第１熱交換器２３での熱交換量の比を、第１熱交換器２３の熱交換量比と定義する。切替装置は、第１熱交換器２３の熱交換量比が第１の値となる第１状態と、第１熱交換器２３の熱交換量比が第１の値よりも小さい第２の値となる第２状態と、を切り替えるように構成されたものである。切替装置は、例えば流量制御弁２５である。第１状態は、例えば図２に示したような冷房吸着運転を行う状態である。第２状態は、例えば図４に示したような冷房脱着運転を行う状態である。水分吸脱着装置２２は、空気中の水分を吸着する吸着部材を有し、風路２００のうち第１熱交換器２３の下流側であって第２熱交換器２４の上流側に配置されたものである。

この構成において、切替装置が第１状態のときには、空気調和対象空間の空気は、第１熱交換器２３で冷却され、相対湿度の高い空気として水分吸脱着装置２２に流入する。このため、水分吸脱着装置２２では空気中の水分が吸着され、水分吸脱着装置２２を通過する空気は除湿される。一方、切替装置が第２状態のときには、第１熱交換器２３の熱交換量比が小さいため、空気調和対象空間の空気は、相対湿度の低い空気として水分吸脱着装置２２に流入する。このため、水分吸脱着装置２２では空気中に水分が放湿され、水分吸脱着装置２２を通過する空気は加湿される。加湿された空気は、第２熱交換器２４で冷却されることにより除湿される。

このように本実施の形態によれば、空気調和対象空間の空気によって水分吸脱着装置２２を再生することができるため、電気ヒータを用いるまでもなく継続して除湿を行うことができる。したがって、空気調和装置の省エネルギー性を向上できる。また、空気調和対象空間の空気によって水分吸脱着装置２２を再生することができるため、外気の相対湿度が高い場合であっても空気調和装置の除湿能力の低下を防止でき、安定した除湿を継続して行うことができる。したがって、外気が高温高湿であっても空気調和装置の省エネルギー性を向上できる。

また、本実施の形態によれば、水分吸脱着装置２２の断面積を第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４の断面積と同等にすることができる。したがって、デシカントロータを備えた空気調和装置と比較して、空気調和装置を小型化することができる。また、デシカントロータと異なり、水分吸脱着装置２２の形状は円板形状に限られない。したがって、水分吸脱着装置２２の形状の自由度を高めることができる。

さらに、本実施の形態によれば、冷媒回路３０の蒸発温度が高い状態であっても除湿が可能である。これにより、冷媒回路３０の蒸発温度を従来よりも高く設定することができるため、冷媒の圧縮機吸入密度を大きくすることができ、冷媒流量を増加させることができる。したがって、冷媒回路３０の冷凍サイクル効率を上昇させることができるため、空気調和装置の省エネルギー性を向上させることができる。

特に、近年の住宅では高断熱化及び高気密化が進んでいるため、冬期の暖房負荷が大きく減少し、住宅の空調負荷の大部分を冷房負荷が占めるようになっている。また、夏期の冷房負荷においては、顕熱負荷の減少により潜熱負荷の割合が上昇している。このため、このような高断熱かつ高気密の住宅に設置される空気調和装置は、潜熱負荷を処理する除湿能力を従来よりも高効率で確保する必要がある。本実施の形態によれば、高い除湿能力を省エネルギーで確保できるため、高断熱かつ高気密の住宅での空調負荷特性に適した空気調和装置を実現することができる。

また、本実施の形態に係る空気調和装置では、相対湿度６０％の空気に対する吸着部材の単位質量当たりの平衡吸着量ｘと、相対湿度８０％の空気に対する吸着部材の単位質量当たりの平衡吸着量ｙとが、ｙ／ｘ≧１．２の関係を満たしている。また、本実施の形態に係る空気調和装置では、吸着部材の単位質量当たりの平衡吸着量の最大値が０．２［ｇ／ｇ］以上である。この構成によれば、冷房吸着運転時の流入空気温度の低下による吸着部材の除湿能力の低下を抑制できるとともに、吸着部材の質量当たりの除湿量を十分に多くすることができる。

また、本実施の形態に係る空気調和装置では、切替装置が第１状態に切り替えられてからの経過時間が第１閾値時間Ｔｔｈ１に達した場合には、切替装置が第１状態から第２状態に切り替えられる。切替装置が第２状態に切り替えられてからの経過時間が第２閾値時間Ｔｔｈ２に達した場合には、切替装置が第２状態から第１状態に切り替えられる。

また、本実施の形態に係る空気調和装置では、第１閾値時間Ｔｔｈ１は、第２閾値時間Ｔｔｈ２と同一又はそれより長くなっている。この構成によれば、冷房吸着運転における吸着部材の体積当たりの水分移動量を増加させることができるため、吸着部材の体積当たりの除湿能力を向上させることができる。したがって、水分吸脱着装置２２の除湿能力を維持しつつ、水分吸脱着装置２２を小型化又は薄型化することができる。

また、本実施の形態に係る空気調和装置では、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４は、冷媒回路３０で互いに並列に接続されている。切替装置は、第１熱交換器２３を流通する冷媒の流量と第２熱交換器２４を流通する冷媒の流量との流量比を、第１状態と第２状態との間で切り替えるように構成されている。切替装置は、例えば流量制御弁２５である。

また、本実施の形態に係る空気調和装置では、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４は、冷媒回路３０で互いに直列に接続されている。冷媒回路３０は、第１熱交換器２３を迂回するバイパス回路３１を有している。切替装置は、第１熱交換器２３を流通する冷媒の流量とバイパス回路３１を流通する冷媒の流量との流量比を、第１状態と第２状態との間で切り替えるように構成されている。切替装置は、例えば流量制御弁３２である。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る空気調和装置について説明する。高気密かつ高断熱の住宅では、低能力での冷房時にも除湿が必要となる。しかしながら、上記実施の形態１の冷房吸着運転では、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４での熱交換面積が大きいため、除湿能力を確保すると顕熱処理能力が必要以上に大きくなってしまう。これにより、顕熱負荷が小さいときには、圧縮機１１の運転及び停止が高頻度で繰り返されてしまう。したがって、室温の変動が生じたり、起動入力の増大による省エネルギー性の悪化が生じたりする場合があった。本実施の形態では、冷房吸着運転及び冷房脱着運転に加えて、顕熱処理能力を抑えつつ除湿能力が確保できる除湿優先運転が実行される。このため、本実施の形態では、上記のような室温の変動及び省エネルギー性の悪化を抑えることができる。

図９は、本実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。図９に示すように、本実施の形態では、第１熱交換器２３を流れる冷媒の流量を制御する流量制御弁２５に加えて、第２熱交換器２４を流れる冷媒の流量を制御する流量制御弁２６が第２熱交換器２４の入口側に設けられている。流量制御弁２６としては、開度が連続的に変化する制御弁を用いることもできるし、開度が高開度及び低開度の二位置で制御される開閉弁を用いることもできる。流量制御弁２６は、流量制御弁２５と共に、第１状態、第２状態及び第３状態を切り替える切替装置として機能する。ここで、第１状態及び第２状態は、実施の形態１の第１状態及び第２状態とそれぞれ同様である。第１状態では冷房吸着運転が行われ、第２状態では冷房脱着運転が行われる。第１状態及び第２状態では、制御部５０の制御により、流量制御弁２６の開度が高開度に設定される。

第３状態では、除湿優先運転が行われる。第３状態では、制御部５０の制御により、流量制御弁２５の開度が高開度に設定され、流量制御弁２６の開度が低開度に設定される。これにより、第１熱交換器２３に流れる冷媒の流量が大きくなり、第２熱交換器２４に流れる冷媒の流量が小さくなる。第３状態における第１熱交換器２３での熱交換量は、第２状態における第１熱交換器２３での熱交換量よりも多くなっている。さらに、第３状態における第２熱交換器２４での熱交換量は、第２状態における第２熱交換器２４での熱交換量よりも少なくなっている。

図１０は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房吸着運転時の動作を示す図である。冷房吸着運転時には、流量制御弁２５の開度が相対的に高開度に設定され、流量制御弁２６の開度が相対的に高開度に設定される。冷房吸着運転時における空気の状態変化は、図３に示した空気の状態変化と同様であるため、図示及び説明を省略する。

図１１は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房脱着運転時の動作を示す図である。冷房脱着運転時には、流量制御弁２５の開度が相対的に低開度に設定され、流量制御弁２６の開度が相対的に高開度に設定される。冷房脱着運転時における空気の状態変化は、図５に示した空気の状態変化と同様であるため、図示及び説明を省略する。

＜除湿優先運転＞
図１２は、本実施の形態に係る空気調和装置の除湿優先運転時の動作を示す図である。除湿優先運転は、例えば冷房脱着運転の後に実行される。除湿優先運転時には、流量制御弁２５の開度が相対的に高開度に設定される。これにより、第１熱交換器２３に流れる冷媒の流量が大きくなり、第１熱交換器２３における冷媒と空気との熱交換量が多くなる。また、除湿優先運転時には、流量制御弁２６の開度が相対的に低開度に設定される。これにより、第２熱交換器２４に冷媒が流れなくなるか、又は第２熱交換器２４に流れる冷媒の流量が小さくなり、第２熱交換器２４における冷媒と空気との熱交換量が少なくなる。水分吸脱着装置２２の吸着部材は、例えば冷房脱着運転で流入する空気の相対湿度で飽和しており、水分の保持量が相対的に少ない状態にある。

図１３は、本実施の形態に係る空気調和装置の除湿優先運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図１３の横軸は温度［℃］を表し、縦軸は絶対湿度［ｋｇ／ｋｇ］を表している。図１３中の点Ａ３、Ｂ３、Ｃ３及びＤ３は、図１２中の（Ａ３）、（Ｂ３）、（Ｃ３）及び（Ｄ３）の位置にそれぞれ対応している。第１熱交換器２３に流入する前の室内空気は、点Ａ３の状態にある。第１熱交換器２３を通過した空気は、冷媒との熱交換により冷却除湿され、低温かつ相対湿度の高い状態となって（点Ｂ３）、水分吸脱着装置２２に流入する。相対湿度が高い空気が水分吸脱着装置２２を通過するため、水分吸脱着装置２２の吸着部材では吸着反応が生じる。これにより、水分吸脱着装置２２を通過した空気は、吸着反応によって除湿されるとともに加熱され、絶対湿度が低下した状態となって（点Ｃ３）、第２熱交換器２４に流入する。第２熱交換器２４を通過した空気は、冷媒との熱交換がほとんど行われないため点Ｃ３と同じ状態を維持し（点Ｄ３）、給気として室内に供給される。

ここで、室内に供給される給気の状態（点Ｄ３）は、第１熱交換器２３で冷却除湿された後の状態（点Ｂ３）と比較すると、絶対湿度が低くかつ温度が高くなっている。また、除湿優先運転時の給気の状態（図１３の点Ｄ３）は、通常の冷房運転時、例えば冷房吸着運転時の給気の状態（図３の点Ｄ１）と比較すると、絶対湿度が同等でかつ温度が高くなっている。すなわち、除湿優先運転時の除湿能力は通常の冷房運転時と同等であり、除湿優先運転時の顕熱処理能力は通常の冷房運転時よりも低く抑えられている。したがって、除湿優先運転は、除湿能力が高く顕熱処理能力が低い運転状態となる。

＜モード切替制御＞
本実施の形態では、除湿を行う際に冷房吸着運転、冷房脱着運転及び除湿優先運転を切り替えて実行する必要がある。これらの運転は、冷房負荷、例えば室温と設定温度との温度差に基づいて切り替えることができる。室温は、室内機２０の吸込空気温度を検出する温度センサー又は室内空間に設置された温度センサーからの出力信号に基づいて取得される、室内空間の実際の温度である。設定温度は、室温の制御目標値として設定される温度である。例えば、室温が設定温度以上である場合において、室温と設定温度との温度差の絶対値が閾値温度差よりも大きいときには、冷房吸着運転と冷房脱着運転とが交互に切り替えられる。室温が設定温度以上である場合において、室温と設定温度との温度差の絶対値が閾値温度差以下であるときには、冷房脱着運転と除湿優先運転とが交互に切り替えられる。室温が設定温度よりも低い場合にも、冷房脱着運転と除湿優先運転とが交互に切り替えられる。これにより、冷房負荷が小さい場合には、除湿能力が高く顕熱処理能力が低い除湿優先運転が実行されるため、室温の変動及び省エネルギー性の悪化を抑えつつ除湿を行うことができる。一方、冷房負荷が大きい場合には、除湿能力及び顕熱処理能力が高い冷房吸着運転が実行される。冷房吸着運転と冷房脱着運転とが切り替えられるタイミング、及び冷房脱着運転と除湿優先運転とが切り替えられるタイミングは、実施の形態１と同様に、時間に基づいて判断されるようにしてもよい。

除湿優先運転では、冷房吸着運転と同様に、水分吸脱着装置２２に流入する空気の温度が低くなる。したがって、除湿優先運転の実行時間を冷房脱着運転の実行時間よりも長く設定することにより、除湿優先運転及び冷房脱着運転のそれぞれにおいて吸着部材の体積当たりの水分移動量を増加させることができる。よって、吸着部材の吸着能力及び脱着能力を十分に発揮させることができ、吸着部材の体積当たりの除湿能力を向上させることができる。これにより、除湿能力を維持しつつ、吸着部材及び水分吸脱着装置２２を小型化又は薄型化することができるため、水分吸脱着装置２２での空気の圧力損失を低減させることができる。

図１４は、本実施の形態に係る空気調和装置における冷房脱着運転と除湿優先運転との切替パターンの例を示すタイミングチャートである。図１４に示すように、冷房脱着運転及び除湿優先運転は交互に切り替えて実行される。ただし、冷房負荷が変動した場合には、冷房脱着運転及び除湿優先運転に加えて冷房吸着運転も実行され得る。冷房脱着運転は、流量制御弁２５の開度が低開度に設定され、流量制御弁２６の開度が高開度に設定されることにより実行される。除湿優先運転は、流量制御弁２５の開度が高開度に設定され、流量制御弁２６の開度が低開度に設定されることにより実行される。閾値時間としては、冷房脱着運転の実行時間に相当する第３閾値時間Ｔｔｈ３と、除湿優先運転の実行時間に相当する第４閾値時間Ｔｔｈ４と、が設定されている。

時刻ｔ１１に除湿優先運転が開始されたとすると、時刻ｔ１２には、時刻ｔ１１からの経過時間が第４閾値時間Ｔｔｈ４に達する。このため、時刻ｔ１２には、除湿優先運転が終了して冷房脱着運転が開始される。時刻ｔ１３には、時刻ｔ１２からの経過時間が第３閾値時間Ｔｔｈ３に達する。このため、時刻ｔ１３には、冷房脱着運転が終了して除湿優先運転が開始される。時刻ｔ１３以降には、除湿優先運転と冷房脱着運転とが交互に実行される。第４閾値時間Ｔｔｈ４は、第３閾値時間Ｔｔｈ３と同一又はそれより長くなっている。第４閾値時間Ｔｔｈ４は、図７に示した第１閾値時間Ｔｔｈ１と同一であってもよい。第３閾値時間Ｔｔｈ３は、図７に示した第２閾値時間Ｔｔｈ２と同一であってもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和装置では、切替装置は、さらに、第２状態と第３状態とを切り替えるように構成されている。切替装置は、例えば流量制御弁２５及び流量制御弁２６である。第２状態は、例えば図１１に示したような冷房脱着運転を行う状態である。第３状態は、例えば図１２に示したような除湿優先運転を行う状態である。第３状態における第１熱交換器２３での熱交換量は、第２状態における第１熱交換器２３での熱交換量よりも多くなっている。第３状態における第２熱交換器２４での熱交換量は、第２状態における第２熱交換器２４での熱交換量よりも少なくなっている。

この構成によれば、冷房吸着運転よりも顕熱処理能力が低い除湿優先運転を実行できるため、除湿能力を維持しつつ、室温の変動及び省エネルギー性の悪化を抑えることができる。

また、本実施の形態に係る空気調和装置では、切替装置が第２状態に切り替えられてからの経過時間が第３閾値時間Ｔｔｈ３に達した場合には、切替装置が第２状態から第３状態に切り替えられる。切替装置が第３状態に切り替えられてからの経過時間が第４閾値時間Ｔｔｈ４に達した場合には、切替装置が第３状態から第２状態に切り替えられる。

また、本実施の形態に係る空気調和装置では、第４閾値時間Ｔｔｈ４は、第３閾値時間Ｔｔｈ３と同一又はそれより長くなっている。この構成によれば、吸着部材の体積当たりの水分移動量を増加させることができるため、水分吸脱着装置２２の除湿能力を維持しつつ、水分吸脱着装置２２を小型化又は薄型化することができる。

また、本実施の形態に係る空気調和装置では、空気調和対象空間の設定温度と、空気調和対象空間の実際の温度と、の温度差の絶対値が閾値温度差以下の場合には、切替装置が第２状態と第３状態との間で交互に切り替えられる。上記温度差の絶対値が閾値温度差よりも大きい場合には、切替装置が第１状態と第２状態との間で交互に切り替えられる。この構成によれば、顕熱処理能力の高い冷房吸着運転と、顕熱処理能力の低い除湿優先運転と、冷房吸着運転又は除湿優先運転で吸湿した吸着剤を再生する冷房脱着運転と、を空気調和対象空間の冷房負荷に応じて適切に組み合わせた除湿を行うことができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る空気調和装置について説明する。水分吸脱着装置２２は熱容量を持っているため、上記実施の形態１及び２では、吸着運転である冷房吸着運転又は除湿優先運転と、脱着運転である冷房脱着運転と、の切替えが行われるときには熱損失が発生してしまう。また、上記実施の形態１及び２では、第１熱交換器２３と第２熱交換器２４との間に水分吸脱着装置２２が配置されているため、室内機２０が大型化してしまう場合がある。本実施の形態では、第１熱交換器及び第２熱交換器のいずれとも別体となる水分吸脱着装置が設けられておらず、第１熱交換器と吸着部材とが一体化した吸着熱交換器が設けられている。これにより、吸着部材又は水分吸脱着装置の熱容量を削減することができるとともに、室内機２０の大型化を回避することができる。

図１５は、本実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。本実施の形態の室内機２０の風路２００には、第１熱交換器と吸着部材とが一体化した吸着熱交換器２７が配置されている。風路２００のうち吸着熱交換器２７の下流側には、第２熱交換器２４が配置されている。吸着熱交換器２７と第２熱交換器２４とは、冷媒回路３０において並列に接続されている。冷媒回路３０には、吸着熱交換器２７を流れる冷媒の流量を制御する流量制御弁２５と、第２熱交換器２４を流れる冷媒の流量を制御する流量制御弁２６と、が設けられている。流量制御弁２５及び流量制御弁２６は、第１状態、第２状態及び第３状態を切り替える切替装置として機能する。既に述べたように、第１状態、第２状態及び第３状態では、それぞれ冷房吸着運転、冷房脱着運転及び除湿優先運転が行われる。

吸着熱交換器２７は、第１熱交換器と、第１熱交換器の表面に形成された吸着部材と、を有している。吸着部材は、第１熱交換器の表面に塗布又は担持されることによって形成されている。吸着熱交換器２７では、第１熱交換器で蒸発した冷媒の蒸発熱を、空気を介さずに吸着部材の吸着反応に直接用いることができる。

図１６は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房吸着運転時の動作を示す図である。冷房吸着運転時には、流量制御弁２５の開度が相対的に高開度に設定され、流量制御弁２６の開度が相対的に高開度に設定される。

図１７は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房吸着運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図１７中の点Ａ１、点Ｂ１及び点Ｃ１は、図１６中の（Ａ１）、（Ｂ１）及び（Ｃ１）の位置にそれぞれ対応している。図１７では、図３に示した実施の形態１の空気の状態変化を破線で示している。実施の形態１では、第１熱交換器２３での冷媒の蒸発熱が、風路２００を流れる空気を介して水分吸脱着装置２２の吸着部材に伝達される。このため、冷媒の蒸発熱が吸着部材以外の部材に放熱される熱損失が生じてしまう場合がある。これに対し、本実施の形態では、冷媒の蒸発熱が空気を介さずに吸着部材に直接伝達されるため、上記の熱損失の発生を防ぐことができ、吸着部材を高効率で冷却することができる。したがって、冷房吸着運転において冷媒回路３０の蒸発温度を高く設定することができるため、空気調和装置の省エネルギー性を向上させることができる。

図１８は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房脱着運転時の動作を示す図である。冷房脱着運転時には、流量制御弁２５の開度が相対的に低開度に設定され、流量制御弁２６の開度が相対的に高開度に設定される。

図１９は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房脱着運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図１９中の点Ａ２、点Ｂ２及び点Ｃ２は、図１８中の（Ａ２）、（Ｂ２）及び（Ｃ２）の位置にそれぞれ対応している。図１９に示す点Ａ２の空気の状態は、図５に示した点Ａ２又は点Ｂ２の空気の状態と同様である。また、図１９に示す点Ｂ２及び点Ｃ２の空気の状態は、図５に示した点Ｃ２及び点Ｄ２の空気の状態とそれぞれ同様である。

図２０は、本実施の形態に係る空気調和装置の除湿優先運転時の動作を示す図である。除湿優先運転時には、流量制御弁２５の開度が相対的に高開度に設定され、流量制御弁２６の開度が相対的に低開度に設定される。

図２１は、本実施の形態に係る空気調和装置の除湿優先運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図２１中の点Ａ３、点Ｂ３及び点Ｃ３は、図２０中の（Ａ３）、（Ｂ３）及び（Ｃ３）の位置にそれぞれ対応している。図２１では、図１３に示した実施の形態２の空気の状態変化を破線で示している。実施の形態２では、第１熱交換器２３での冷媒の蒸発熱が、風路２００を流れる空気を介して水分吸脱着装置２２の吸着部材に伝達される。このため、冷媒の蒸発熱が吸着部材以外の部材に放熱される熱損失が生じてしまう場合がある。これに対し、本実施の形態では、冷媒の蒸発熱が空気を介さずに吸着部材に直接伝達されるため、上記の熱損失の発生を防ぐことができ、吸着部材を高効率で冷却することができる。したがって、除湿優先運転において冷媒回路３０の蒸発温度を高く設定することができるため、空気調和装置の省エネルギー性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和装置は、空気調和対象空間の空気が吸い込まれる吸込口２０１、空気調和対象空間に調和空気が吹き出される吹出口２０２、及び吸込口２０１と吹出口２０２とを連通する風路２００が形成された筐体を有している。筐体は、例えば室内機２０である。また、本実施の形態に係る空気調和装置は、第１熱交換器と、第２熱交換器２４と、切替装置と、を有している。第１熱交換器は、風路２００に配置され、冷媒を循環させる冷媒回路３０の蒸発器として機能し、冷媒と空気との熱交換を行うものである。第１熱交換器は、例えば吸着熱交換器２７の熱交換器部分である。第２熱交換器２４は、風路２００のうち第１熱交換器の下流側に配置され、冷媒回路３０の蒸発器として機能し、冷媒と空気との熱交換を行うものである。ここで、第１熱交換器での熱交換量と第２熱交換器２４での熱交換量との和に対する第１熱交換器での熱交換量の比を第１熱交換器の熱交換量比と定義する。切替装置は、第１熱交換器の熱交換量比が第１の値となる第１状態と、第１熱交換器の熱交換量比が第１の値よりも小さい第２の値となる第２状態と、を切り替えるように構成されたものである。切替装置は、例えば流量制御弁２５又は流量制御弁２６である。第１状態は、例えば図１６に示したような冷房吸着運転を行う状態である。第２状態は、例えば図１８に示したような冷房脱着運転を行う状態である。第１熱交換器の表面には、空気中の水分を吸着する吸着部材が塗布又は担持されている。吸着部材は、例えば吸着熱交換器２７の熱交換器部分の表面に形成されている。

本実施の形態によれば、実施の形態１又は２と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態によれば、第１熱交換器及び第２熱交換器のいずれとも別体となる水分吸脱着装置が不要となるため、空気調和装置の大型化を回避することができる。

また、本実施の形態では、第１熱交換器の表面に吸着部材が塗布又は担持されているため、冷房吸着運転又は除湿優先運転において、冷媒の蒸発熱を空気を介さずに吸着部材に伝達することができる。これにより、熱損失の発生を防ぐことができ、吸着部材を高効率で冷却することができる。したがって、冷房吸着運転又は除湿優先運転において冷媒回路３０の蒸発温度を高く設定することができるため、空気調和装置の省エネルギー性を向上させることができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る空気調和装置について説明する。図２２は、本実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。図２２に示すように、本実施の形態の室内機２０には、第１風路２００ａと、第２風路２００ｂと、第１風路２００ａと第２風路２００ｂとを切り替える風路切替装置４０と、が設けられている。第１風路２００ａは、第１熱交換器２３、水分吸脱着装置２２及び第２熱交換器２４をこの順に経由するように構成されている。一方、第２風路２００ｂは、第１熱交換器２３を経由せず、水分吸脱着装置２２及び第２熱交換器２４をこの順に経由するように構成されている。すなわち、第２風路２００ｂは、第１風路２００ａに対して、第１熱交換器２３を迂回するバイパス風路として機能する。

風路切替装置４０は、第１風路２００ａを通り第１熱交換器２３を流通する空気の風量と、第１熱交換器２３を迂回して第２風路２００ｂを通る空気の風量との風量比を、第１状態と第２状態との間で切り替える切替装置として機能する。冷房吸着運転が行われる第１状態では、第１風路２００ａを通る空気の風量が、第２風路２００ｂを通る空気の風量と比較して大きくなる。これにより、第１熱交換器２３での熱交換量が多くなるため、第１熱交換器２３の熱交換量比が大きくなる。例えば、第１状態では、第１風路２００ａを通る空気の風量と第２風路２００ｂを通る空気の風量との風量比が概ね１０：０となる。一方、冷房脱着運転が行われる第２状態では、第２風路２００ｂを通る空気の風量が、第１風路２００ａを通る空気の風量と比較して大きくなる。これにより、第１熱交換器２３での熱交換量が少なくなるため、第１熱交換器２３の熱交換量比が小さくなる。例えば、第２状態では、第１風路２００ａを通る空気の風量と第２風路２００ｂを通る空気の風量との風量比が概ね０：１０となる。

冷媒回路３０には、実施の形態１〜３のような流量制御弁２５及び流量制御弁２６が設けられていない。このため、冷房吸着運転が行われる第１状態及び冷房脱着運転が行われる第２状態のいずれにおいても、第１熱交換器２３及び第２熱交換器２４は蒸発器として機能する。なお、冷媒回路３０には、実施の形態１〜３のような流量制御弁２５又は流量制御弁２６が設けられていてもよい。

図２３は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房吸着運転時の動作を示す図である。図２３に示すように、冷房吸着運転時には、制御部５０の制御により、第１風路２００ａを通る空気の風量が大きくなるように風路切替装置４０が設定される。これにより、室内機２０に吸い込まれた空気は、第１熱交換器２３、水分吸脱着装置２２及び第２熱交換器２４をこの順に通過し、室内に供給される。

図２４は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房吸着運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図２４中の点Ａ１、点Ｂ１、点Ｃ１及び点Ｄ１は、図２３中の（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）及び（Ｄ１）の位置にそれぞれ対応している。図２４に示す点Ａ１、点Ｂ１、点Ｃ１及び点Ｄ１の空気の状態は、図３に示した点Ａ１、点Ｂ１、点Ｃ１及び点Ｄ１の空気の状態と同様である。

図２５は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房脱着運転時の動作を示す図である。図２５に示すように、冷房吸着運転時には、制御部５０の制御により、第２風路２００ｂを通る空気の風量が大きくなるように風路切替装置４０が設定される。これにより、室内機２０に吸い込まれた空気は、第１熱交換器２３を通過せずに水分吸脱着装置２２及び第２熱交換器２４をこの順に通過し、室内に供給される。

図２６は、本実施の形態に係る空気調和装置の冷房脱着運転時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図２６中の点Ｂ２、点Ｃ２及び点Ｄ２は、図２５中の（Ｂ２）、（Ｃ２）及び（Ｄ２）の位置にそれぞれ対応している。図２６に示す点Ｂ２の空気の状態は、図５に示した点Ａ２又は点Ｂ２の空気の状態と同様である。図２６に示す点Ｃ２及び点Ｄ２の空気の状態は、図５に示した点Ｃ２及び点Ｄ２の空気の状態とそれぞれ同様である。

以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和装置では、風路２００は、第１熱交換器２３を迂回するバイパス風路を有している。バイパス風路は、例えば第２風路２００ｂである。切替装置は、第１熱交換器２３を流通する空気の風量とバイパス風路を流通する空気の風量との風量比を、第１状態と第２状態との間で切り替えるように構成されている。切替装置は、例えば風路切替装置４０である。

この構成によれば、冷媒の流れではなく空気の流れが制御されることにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

上記実施の形態１〜４は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１０ 室外機、１１ 圧縮機、１２ 四方弁、１３ 室外熱交換器、１４ 膨張弁、１５ 室外ファン、２０ 室内機、２１ 室内ファン、２２ 水分吸脱着装置、２３ 第１熱交換器、２４ 第２熱交換器、２５、２６ 流量制御弁、２７ 吸着熱交換器、３０、３０ａ、３０ｂ 冷媒回路、３１ バイパス回路、３２ 流量制御弁、４０ 風路切替装置、５０ 制御部、１００、２００ 風路、２００ａ 第１風路、２００ｂ 第２風路、２０１ 吸込口、２０２ 吹出口。

Claims (12)

1. 空気調和対象空間の空気が吸い込まれる吸込口、前記空気調和対象空間に調和空気が吹き出される吹出口、及び前記吸込口と前記吹出口とを連通する風路が形成された筐体と、
   前記風路に配置され、冷媒を循環させる冷媒回路の蒸発器として機能し、前記冷媒と空気との熱交換を行う第１熱交換器と、
   前記風路のうち前記第１熱交換器の下流側に配置され、前記冷媒回路の蒸発器として機能し、前記冷媒と空気との熱交換を行う第２熱交換器と、
   前記第１熱交換器での熱交換量と前記第２熱交換器での熱交換量との和に対する前記第１熱交換器での熱交換量の比を前記第１熱交換器の熱交換量比と定義したとき、前記第１熱交換器の熱交換量比が第１の値となる第１状態と、前記第１熱交換器の熱交換量比が前記第１の値よりも小さい第２の値となる第２状態と、を切り替えるように構成された切替装置と、
   空気中の水分を吸着する吸着部材を有し、前記風路のうち前記第１熱交換器の下流側であって前記第２熱交換器の上流側に配置された水分吸脱着装置と、
   を備える空気調和装置。
2. 空気調和対象空間の空気が吸い込まれる吸込口、前記空気調和対象空間に調和空気が吹き出される吹出口、及び前記吸込口と前記吹出口とを連通する風路が形成された筐体と、
   前記風路に配置され、冷媒を循環させる冷媒回路の蒸発器として機能し、前記冷媒と空気との熱交換を行う第１熱交換器と、
   前記風路のうち前記第１熱交換器の下流側に配置され、前記冷媒回路の蒸発器として機能し、前記冷媒と空気との熱交換を行う第２熱交換器と、
   前記第１熱交換器での熱交換量と前記第２熱交換器での熱交換量との和に対する前記第１熱交換器での熱交換量の比を前記第１熱交換器の熱交換量比と定義したとき、前記第１熱交換器の熱交換量比が第１の値となる第１状態と、前記第１熱交換器の熱交換量比が前記第１の値よりも小さい第２の値となる第２状態と、を切り替えるように構成された切替装置と、
   を備え、
   前記第１熱交換器の表面には、空気中の水分を吸着する吸着部材が塗布又は担持されている空気調和装置。
3. 相対湿度６０％の空気に対する前記吸着部材の単位質量当たりの平衡吸着量ｘと、相対湿度８０％の空気に対する前記吸着部材の単位質量当たりの平衡吸着量ｙとが、ｙ／ｘ≧１．２の関係を満たし、かつ、
   前記吸着部材の単位質量当たりの平衡吸着量の最大値が０．２［ｇ／ｇ］以上である請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記切替装置が前記第１状態に切り替えられてからの経過時間が第１閾値時間に達した場合には、前記切替装置が前記第１状態から前記第２状態に切り替えられ、
   前記切替装置が前記第２状態に切り替えられてからの経過時間が第２閾値時間に達した場合には、前記切替装置が前記第２状態から前記第１状態に切り替えられる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
5. 前記第１閾値時間は、前記第２閾値時間と同一又はそれより長くなっている請求項４に記載の空気調和装置。
6. 前記切替装置は、さらに、前記第２状態と第３状態とを切り替えるように構成されており、
   前記第３状態における前記第１熱交換器での熱交換量は、前記第２状態における前記第１熱交換器での熱交換量よりも多くなっており、前記第３状態における前記第２熱交換器での熱交換量は、前記第２状態における前記第２熱交換器での熱交換量よりも少なくなっている請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の空気調和装置。
7. 前記切替装置が前記第２状態に切り替えられてからの経過時間が第３閾値時間に達した場合には、前記切替装置が前記第２状態から前記第３状態に切り替えられ、
   前記切替装置が前記第３状態に切り替えられてからの経過時間が第４閾値時間に達した場合には、前記切替装置が前記第３状態から前記第２状態に切り替えられる請求項６に記載の空気調和装置。
8. 前記第４閾値時間は、前記第３閾値時間と同一又はそれより長くなっている請求項７に記載の空気調和装置。
9. 前記空気調和対象空間の設定温度と、前記空気調和対象空間の実際の温度と、の温度差の絶対値が閾値温度差以下の場合には、前記切替装置が前記第２状態と前記第３状態との間で交互に切り替えられ、
   前記温度差の絶対値が前記閾値温度差よりも大きい場合には、前記切替装置が前記第１状態と前記第２状態との間で交互に切り替えられる請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の空気調和装置。
10. 前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器は、前記冷媒回路で互いに並列に接続されており、
    前記切替装置は、前記第１熱交換器を流通する前記冷媒の流量と前記第２熱交換器を流通する前記冷媒の流量との流量比を、前記第１状態と前記第２状態との間で切り替えるように構成されている請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の空気調和装置。
11. 前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器は、前記冷媒回路で互いに直列に接続されており、
    前記冷媒回路は、前記第１熱交換器を迂回するバイパス回路を有しており、
    前記切替装置は、前記第１熱交換器を流通する前記冷媒の流量と前記バイパス回路を流通する前記冷媒の流量との流量比を、前記第１状態と前記第２状態との間で切り替えるように構成されている請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の空気調和装置。
12. 前記風路は、前記第１熱交換器を迂回するバイパス風路を有しており、
    前記切替装置は、前記第１熱交換器を流通する空気の風量と前記バイパス風路を流通する空気の風量との風量比を、前記第１状態と前記第２状態との間で切り替えるように構成されている請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の空気調和装置。

Images