JP2022092072A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、除湿だけでなく十分に加湿が行える空調装置を提供する。【解決手段】本発明の空調装置では、調湿機において吸湿性物質を含む液体吸湿材と空調機から供給された空気とを接触させることにより、空調機から供給された空気に含まれる水分を液体吸湿材に吸収させる、或は、前記空調機から供給された空気に前記液体吸湿材に含まれる水分の少なくとも一部を供給する調湿部と、液体吸湿材に対して超音波を照射して霧化液滴を生成し、液体吸湿材を再生する超音波式霧化再生部と、調湿部および超音波式霧化再生部のうち少なくともいずれか一方に液体吸湿材を希釈するための水を供給する給水部と、少なくとも調湿部および超音波式霧化再生部との間で液体吸湿材を循環させる循環流路とを有して、湿度が調整された空気を室内に排出し、調湿機制御部は、液体吸湿材の濃度を制御するとともに、液体吸湿材に照射する超音波の照射時間および出力を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、空調装置に関するものである。

室内の温度や湿度を調整する手段として、ヒートポンプ式エアコンディショナーが従来から広く用いられている。以下、エアコンディショナーをエアコンと略記する。例えば除湿を行う場合、従来のヒートポンプ式エアコンによる除湿は室温の低下を伴うため、室内環境としての快適性が低下し、使用者が不快感を持つ場合がある。また、室温を低下させない除湿モードを備えたエアコンも提供されているが、この除湿モードを用いると消費電力が上がるという問題がある。また、室温の低下を少なく抑えた除湿モードを備えたエアコンも提供されているが、使用環境によっては室温が低下する場合がある。

上記の問題が生じる原因として、以下の点が挙げられる。
ヒートポンプ式のエアコンは、空気中の水分を凝縮させるために空気を露点以下まで冷却することで除湿を行うため、加湿には対応することができない。さらに、空気冷却によって室温が低下するため、使用者が寒さを感じることがある。また、室温を低下させない除湿モードの場合、除湿によって温度が低下し過ぎた空気を室温まで加熱するため、消費電力が上がる。また、室温の低下を少なく抑えた除湿モードでは、室温の空気との混合、高温熱媒配管の引き回し等の手段を用いて空気温度を上昇させている。ところが、周囲環境の温度や湿度によらず、常に室温の低下を防ぐことはできない。このように、従来のヒートポンプ式エアコンによる除湿では、いずれの除湿モードにおいても湿度と温度を独立して制御することができず、十分な快適性が得られなかった。

例えば下記の特許文献１に、調湿装置と空調装置とを備え、調湿装置によって湿度を調整した空気と、空調装置によって温度を調整した空気と、を同一の室内に個別に供給する空調システムが開示されている。特許文献１には、この空調システムによれば、空調装置の目標温度において目標相対湿度を満たすように調湿装置の調湿能力を調節しているため、室内の温度と湿度を速やかに調節することができる、と記載されている。

特許第４０５２３１８号公報

ところが、特許文献１の空調システムでは、調湿装置と空調装置の各々から室内に空気を個別に供給しているため、調湿装置と空調装置との位置関係、各空気の風量や風向等の条件によっては、室内に２種の空気が十分に混合されない場所が発生し、十分な快適性が得られない、という問題がある。

また、空気中の水分を集めて加湿を行う乾式デシカント方式のエアコンもあるが、乾燥する冬季において空気中から加湿に十分な水分を集めることは難しい。そのため、家庭においてより十分な加湿を行いたい場合は、エアコンとは別に、床置きタイプの加湿機を用いることが多い。一般的な加湿機には気化式と加熱式とがある。加熱式タイプでは、室内の湿度を高めるとともに室温の上昇を伴うことがあり、使用者が蒸し暑さを感じることがある。

一方、ビル空調においては、床置きタイプの加湿器を別途用いることは少なく、フロア内の加湿制御がほぼできていない状況にある。そのため、常に乾燥した空間になってしまい、十分な快適性を得ることができていない。そこで、建物やフロアの用途ごとに、除湿、加湿のセルフコントロールが行える空調装置への要望が高まっている。

本発明の一つの態様は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、除湿だけでなく十分に加湿が行える空調装置を提供することを目的とする。

本発明における一実施形態の空調装置は、ヒートポンプを有する空調機と、液体デシカント方式の調湿機と、前記空調機から排出される空気の温度を制御する空調機制御部と、前記調湿機から排出される空気の湿度を制御する調湿機制御部と、を含む制御部と、を備え、前記調湿機は、吸湿性物質を含む液体吸湿材と前記空調機から供給された空気とを接触させることにより、前記空調機から供給された空気に含まれる水分の少なくとも一部を前記液体吸湿材に吸収させる、或は、前記空調機から供給された空気に前記液体吸湿材に含まれる水分の少なくとも一部を供給する調湿部と、前記液体吸湿材に対して超音波を照射して前記液体吸湿材の液面に液柱を形成することで霧化液滴を生成し、前記液体吸湿材から水分の少なくとも一部を除去することによって前記液体吸湿材を再生する超音波式霧化再生部と、前記調湿部および前記超音波式霧化再生部のうち少なくともいずれか一方に前記液体吸湿材を希釈するための水を供給する給水部と、少なくとも前記調湿部および前記超音波式霧化再生部との間で前記液体吸湿材を循環させる循環流路と、を有して、湿度が調整された空気を室内に排出し、前記調湿機制御部は、前記液体吸湿材の濃度を制御するとともに、前記液体吸湿材に照射する前記超音波の照射時間および出力を制御する。

本発明における一実施形態の空調装置において、前記超音波式霧化再生部は、希釈された前記液体吸湿材に対して、前記液柱を形成するための第１超音波出力よりも低い第２超音波出力で前記超音波を照射する機能を備えている構成としてもよい。

本発明における一実施形態の空調装置において、前記超音波式霧化再生部は、希釈された前記液体吸湿材に対して、前記超音波を間欠的に照射する機能を備えている構成としてもよい。

本発明における一実施形態の空調装置において、前記空調機から放出された暖かい空気を前記超音波式霧化再生部へ供給する暖気供給流路を備えている構成としてもよい。

本発明における一実施形態の空調装置において、前記霧化液滴を含む気体を前記給水部へ送る霧化液滴回収流路を備えている構成としてもよい。

本発明における一実施形態の空調装置において、前記空調機から放出された冷たい空気を前記霧化液滴回収流路に供給する冷気供給流路を備えている構成としてもよい。

本発明における一実施形態の空調装置において、前記調湿機は、前記液体吸湿材の濃度を検出する濃度検出部をさらに備え、前記調湿機制御部は、前記濃度検出部が検出した濃度に基づいて前記調湿機から室内に排出する空気の相対湿度を把握し、前記相対湿度に基づいて湿度制御を行う構成としてもよい。

本発明によれば、除湿だけでなく十分に加湿が行える空調装置を提供することができる。

図１は、第１実施形態の空調装置１の概略構成を示すブロック図である。 図２は、第１実施形態の空調装置における調湿機２０の概略構成図である。 図３は、空調機１０から排出される空気Ａ１の相対湿度と、それと平衡する液体吸湿材Ｗの濃度との関係を示すグラフである。 図４は、第２実施形態の空調装置２の概略構成を示すブロック図である。 図５は、第２実施形態の空調装置２における調湿機２０Ａの概略構成図である。 図６は、第３実施形態の空調装置３における調湿機の概略構成を示すブロック図である。 図７は、第３実施形態の空調装置３における調湿機２０Ｂの概略構成図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態の空調装置１について説明する。
なお、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１は、第１実施形態の空調装置１の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の空調装置１は、ヒートポンプ１１を有する空調機１０と、液体デシカント方式の調湿機２０と、空気輸送流路３０と、制御部４０と、を備えている。

空調機１０は、室内機１２と、室外機１３と、ヒートポンプ１１と、を備えている。なお、室内機１２、室外機１３、およびヒートポンプ１１の具体的な構成は、従来一般のエアコンと同一であり、詳細な説明を省略する。

概略説明すると、室内機１２は、ファンや熱交換部（ともに図示略）を備えており、ファンの回転により室内の空気が室内機１２の内部に取り込まれ、熱交換部によって温度もしくは湿度が調整された空気が排出される。

室外機１３は、ファン、熱交換部、圧縮機および凝縮機（全て図示略）等を備えており、排気が外部に排出される。ヒートポンプ１１は、熱媒体と、熱媒体を流通させる管路と、を備えている。

本実施形態の調湿機２０は、水分を含んだ液体吸湿材Ｗを霧化させる方式の調湿機、いわゆる液体デシカント方式の調湿機である。調湿機２０の詳細な構成については後で説明する。

空気輸送流路３０は、空調機１０と調湿機２０とを接続する流路であって、空調機１０から排出された空気を調湿機２０に輸送する。本実施形態の空調装置１において、空調機１０は、空気輸送流路３０を介して温度が調整された空気を調湿機２０に供給し、調湿機２０は、調湿空気放出流路２３を介して湿度が調整された空気を室内に排出する。

制御部４０は、空調機制御部４１と、調湿機制御部４２と、を備えている。
空調機制御部４１は、空調機１０の各部を制御することにより、空調機１０から排出される空気の温度を制御する。調湿機制御部４２は、調湿機２０の各部を制御することにより、調湿機２０から排出される空気の湿度を制御する。
また、調湿機制御部４２は、濃度検出部２１５（図２）が検出した濃度に基づいて、調湿空気放出流路２３を介して調湿機２０から室内に放出する空気の相対湿度を把握し、相対湿度に基づいて湿度制御を行う。

以下、調湿機２０の構成を説明する。
図２は、第１実施形態の空調装置における調湿機２０の概略構成図である。
図２に示すように、本実施形態の調湿機２０は、調湿部２１と、超音波式霧化再生部２４と、給水部１４と、第１液体吸湿材輸送流路２２と、第２液体吸湿材輸送流路２５と、調湿空気放出流路２３と、空気導入流路２６と、霧化液滴回収流路２８と、給水流路１６と、を備えている。さらに、調湿機２０は筐体２０１を備えており、筐体２０１の内部空間２０１ｃに上述した各構成部が収容されている。

＜調湿部＞
調湿部２１は、調湿槽２１１と、ブロア２１２と、ノズル２１３と、濃度検出部２１５と、を備えている。調湿部２１は、空気輸送流路３０を介して空調機１０と接続されており、空調機１０から供給された空気Ａ１を、吸湿性物質を含む液体吸湿材Ｗに接触させることにより、空気Ａ１に含まれる水分の少なくとも一部を液体吸湿材Ｗに吸収させて調湿、或は、空調機から供給された空気に液体吸湿材Ｗに含まれる水分の少なくとも一部を供給し、調湿する。

調湿槽２１１の内部には、液体吸湿材Ｗが貯留されている。液体吸湿材Ｗについては後述する。また、調湿槽２１１の内部には、液体吸湿材Ｗの濃度を検出するための濃度検出部２１５が設置されている。濃度検出部２１５としては、例えば屈折率変化を検出することで濃度を測定する方式の濃度計が用いられる。

なお、濃度検出部２１５は、調湿槽２１１の内部に貯留される液体吸湿材Ｗの濃度を検出するように配置されているが、濃度検出部２１５の配置位置は図示した位置に限らない。例えば、ノズル２１３内もしくはその近傍に配置することで、ノズル２１３から供給される液体吸湿材Ｗの濃度を検出するようにしてもよい。

ノズル２１３は、調湿槽２１１の内部空間の上部に配置されている。ノズル２１３から供給された液体吸湿材Ｗは、調湿槽２１１の内部空間に設置されたハニカムフィルタ３３を伝わって下方へ流れ落ち、この際に、空調機１０から供給された空気Ａ１と接触する。この種の液体吸湿材Ｗと空気Ａ１との接触の形態は、一般に「流下方式」と呼ばれる。

なお、液体吸湿材Ｗ１と空気との接触形態は、流下方式に限らず、他の方式を用いることができる。例えば、調湿槽２１１に貯留された液体吸湿材Ｗの中に空気を泡状にして供給する方式、いわゆるバブリング方式を用いることもできる。

ブロア２１２は、空調機１０から送られてきた空気Ａ１を調湿槽２１１内へ送り込み、調湿空気放出流路２３の排出口２３ａに向かう気流を発生させる。このとき、空気Ａ１中に含まれる水分の少なくとも一部が、液体吸湿材Ｗに吸収されることによって調湿される。調湿部２１において湿度が調整された調湿空気Ａ５は、調湿空気放出流路２３を介して室内へ供給される。

（液体吸湿材）
液体吸湿材Ｗは、水分を吸収する性質（吸湿性）を示す液体であり、例えば温度が２５℃、相対湿度が５０％、大気圧下の条件で吸湿性を示す液体が好ましい。液体吸湿材Ｗは、後述する吸湿性物質を含んでいる。また、液体吸湿材Ｗは、吸湿性物質と溶媒とを含んでいてもよい。この種の溶媒としては、吸湿性物質を溶解させる、または吸湿性物質と混和する溶媒が挙げられ、例えば水が挙げられる。吸湿性物質は、有機材料であってもよいし、無機材料であってもよい。

吸湿性物質として用いられる有機材料としては、例えば２価以上のアルコール、ケトン、アミド基を有する有機溶媒、糖類、保湿化粧品などの原料として用いられる公知の材料などが挙げられる。それらの中でも、親水性が高いことから、吸湿性物質として好適に用いられる有機材料としては、２価以上のアルコール、アミド基を有する有機溶媒、糖類、保湿化粧品等の原料として用いられる公知の材料が挙げられる。

２価以上のアルコールとしては、例えばグリセリン、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ブタントリオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどが挙げられる。

アミド基を有する有機溶媒としては、例えばホルムアミド、アセトアミドなどが挙げられる。

糖類としては、例えばスクロース、プルラン、グルコース、キシロール、フラクトース、マンニトール、ソルビトールなどが挙げられる。

保湿化粧品などの原料として用いられる公知の材料としては、例えば２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）、ベタイン、ヒアルロン酸、コラーゲンなどが挙げられる。

吸湿性物質として用いられる無機材料としては、例えば塩化カルシウム、塩化リチウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、臭化リチウム、臭化カルシウム、臭化カリウム、水酸化ナトリウム、ピロリドンカルボン酸ナトリウムなどが挙げられる。

吸湿性物質の親水性が高いと、例えば吸湿性物質の材料を水と混合したときに、液体吸湿材Ｗの表面（液面）近傍における水分子の割合が多くなる。後述する超音波式霧化再生部２４では、液体吸湿材Ｗの表面近傍から霧状液滴を発生させて、液体吸湿材Ｗから水分を分離する。そのため、液体吸湿材Ｗの表面近傍における水分子の割合が多いと、水分を効率的に分離できる点で好ましい。また、液体吸湿材Ｗの表面近傍における吸湿性物質の割合が相対的に少なくなるため、超音波式霧化再生部２４での吸湿性物質の損失を抑えられる点で好ましい。

液体吸湿材Ｗのうち、調湿部２１での処理に用いられる液体吸湿材Ｗ１に含まれる吸湿性物質の濃度は、特に限定されないが、４０質量％以上であることが好ましい。吸湿性物質の濃度が４０質量％以上である場合、液体吸湿材Ｗ１は、効率良く水分を吸収することができる。

液体吸湿材Ｗの粘度は、２５ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。これにより、後述する超音波式霧化再生部２４において、液体吸湿材Ｗの液面に液体吸湿材Ｗの液柱を生じさせやすい。そのため、液体吸湿材Ｗから効率良く水分を分離することができる。

＜霧化再生部＞
図２に示すように、超音波式霧化再生部２４は、霧化再生槽２４１と、ブロア２４２と、超音波振動子２４３と、誘導管２４４と、を備えている。超音波式霧化再生部２４は、調湿部２１から供給された液体吸湿材Ｗ２に含まれる水分の少なくとも一部を霧化し、液体吸湿材Ｗ２から水分の少なくと一部を除去することにより、液体吸湿材Ｗ２を再生する。

霧化再生槽２４１の内部には、再生すべき液体吸湿材Ｗ２が貯留されている。霧化再生槽２４１には、第１液体吸湿材輸送流路２２、第２液体吸湿材輸送流路２５、空気導入流路２６、および霧化液滴回収流路２８が接続されている。

霧化再生槽２４１は、第１液体吸湿材輸送流路２２を介して調湿部２１の調湿槽２１１と接続されており、第１液体吸湿材輸送流路２２を通じて、調湿槽２１１内の水分を含んだ液体吸湿材Ｗ２が供給される。

本実施形態におけるブロア２４２は、筐体２０１の外部空間から、空気導入流路２６を介して霧化再生槽２４１の内部に室内の空気Ａ２を送り込み、生成された霧化液滴Ｗ３を霧化再生槽２４１の内部から、霧化液滴回収流路２８を介して給水部１４へ送る気流を発生させる。

超音波振動子２４３は、霧化再生槽２４１内に貯留された液体吸湿材Ｗ２に超音波を照射することにより、液体吸湿材Ｗ２から水分を含む霧化液滴Ｗ３を発生させる。超音波振動子２４３から液体吸湿材Ｗ２に超音波が照射される際、超音波の発生条件を調整することによって、液体吸湿材Ｗ２の液面９に液体吸湿材Ｗ２の液柱Ｃを生じさせることができる。本実施形態では、２．４ＭＨｚの超音波を照射している。霧化液滴Ｗ３は、液体吸湿材Ｗ２の液柱Ｃから多く発生する。

誘導管２４４は、液体吸湿材Ｗ２から発生した霧化液滴Ｗ３を霧化液滴回収流路２８の排気口２８ａに誘導する。調湿機２０を上方から見たとき、誘導管２４４は、排気口２８ａの周囲および液柱Ｃの周囲をそれぞれ囲む設計とされているため、液体吸湿材Ｗ２の液面９から上方に向かう気流によって、液体吸湿材Ｗ２の液柱Ｃから発生した霧化液滴Ｗ３が排気口２８ａへと誘導される。

霧化液滴回収流路２８は、霧化液滴Ｗ３を含む空気Ａ３、すなわち水蒸気を給水部１４に向けて輸送する。水蒸気から回収される水は、給水部１４内に貯留された水に加えられる。超音波式霧化再生部２４では、液体吸湿材Ｗ２から水分を分離することにより、液体吸湿材Ｗ２の吸湿性能が再び高まり、液体吸湿材Ｗ２を調湿部２１に戻して再利用することができる。

給水部１４は、超音波式霧化再生部２４と調湿部２１との間に配置され、調湿部２１へ水を供給する。給水部１４は、水を貯留する第３貯留槽１４１を備える。第３貯留槽１４１には、超音波式霧化再生部２４において生成された水蒸気を第３貯留槽１４１内に導入するための霧化液滴回収流路２８と、第３貯留槽１４１内に貯留された水を調湿部２１の調湿槽２１１へ供給するための給水流路１６が接続されている。さらに、第３貯留槽１４１には、水道水を供給可能な給水管１７が接続されており、給水管１７から所定量の水が適宜補填されるようになっている。

調湿部２１と超音波式霧化再生部２４とは、液体吸湿材Ｗの循環流路を構成する第１液体吸湿材輸送流路（循環流路）２２と第２液体吸湿材輸送流路（循環流路）２５とによって接続されている。第１液体吸湿材輸送流路２２は、水分を含んだ液体吸湿材Ｗ２を調湿部２１から超音波式霧化再生部２４に輸送する。第２液体吸湿材輸送流路２５は、水分が除去されて再生された液体吸湿材Ｗを超音波式霧化再生部２４から調湿部２１に輸送する。

調湿槽２１１における第２液体吸湿材輸送流路２５の接続箇所は、調湿槽２１１内の液体吸湿材Ｗ１の液面７よりも上方に位置し、上述のノズル２１３に接続されている。第２液体吸湿材輸送流路２５の途中には、液体吸湿材Ｗ１を調湿部２１側だけで循環させるためのポンプ２５２と、三方弁７０とが設けられている。

調湿槽２１１の底部には第３液体吸湿材輸送流路１８が接続されており、三方弁７０を介して第２液体吸湿材輸送流路２５に接続されている。あるいは、三方弁７０を用いることなく第２液体吸湿材輸送流路２５に第３液体吸湿材輸送流路１８が直接接続されていてもよい。

調湿部２１内に貯留された液体吸湿材Ｗ２の一部は、調湿槽２１１の下部に接続された第３液体吸湿材輸送流路１８と第２液体吸湿材輸送流路２５の一部とによって構成される循環流路によって、調湿部２１側のみで循環される。第３液体吸湿材輸送流路１８の途中に液体吸湿材Ｗを循環させるためのポンプ２５３を配置してもよい。

＜調湿機の作用＞
次に、本実施形態の空調装置１の作用、特に調湿機２０の作用について述べる。
図３は、空調機１０から排出される空気Ａ１の相対湿度と、それと平衡する液体吸湿材Ｗの濃度との関係を示すグラフである。図３において、横軸は液体吸湿材Ｗの濃度を示し、縦軸は平衡相対湿度を示す。

一般的に、空調機１０とは別に加湿機を用いた場合、加湿機において生成した水蒸気を単に室内へ直接放出するだけのため、湿度の制御が難しく、一定の湿度を維持することができない。そのため、状態によっては一部に結露が生じたり、湿度の分布が生じたりしてしまう。また、乾式デシカント方式の加湿器の場合、吸着した水分を加熱等により室内へ放出することで加湿が可能であるが、冬季は絶対湿度が低いため、十分な加湿を行うことができない。

これに対して、本実施形態の調湿機２０では、液体デシカント方式を採用しているため、年間を通じて湿度をセルフコントロールすることが可能となり、結露が生じない調湿空気を供給することができる。このような調湿機２０では、空調機１０において設定温度近傍まで制御された空気Ａ１を調湿機２０に導入して液体吸湿材Ｗに接触させ、空気Ａ１の相対湿度を結露の生じない平衡相対湿度となるように調湿（除湿および加湿）を行う。

図３に示すように、本実施形態の空調装置１では、一例として、液体吸湿材Ｗの濃度を９０％に維持することで、広い温度範囲で、平衡相対湿度が３０％の調湿空気を連続生成することができる。ここで、暖房運転時に室温を変えることなく、例えば、相対湿度が３０％の空気Ａ１を、目標値として相対湿度５０％になるまで調湿（加湿）する場合を想定する。

この場合、給水部１４から調湿部２１に対して水を供給し、調湿槽２１１内に貯留されている液体吸湿材Ｗの濃度を、現在の９０％から８０％にまで希釈する。このとき、濃度検出部２１５によって液体吸湿材Ｗの濃度をモニタしながら希釈を行う。液体吸湿材Ｗを希釈することで接触空気Ａ１の相対湿度が下がって、液体吸湿材Ｗに接触させる空気Ａ１との蒸気圧の差が大きくなるため、液体吸湿材Ｗの濃度に対して平衡となる湿度５０％にまで加湿される。これは、図３に示す状態Ｂから状態Ａまで変化させることに相当する。

すなわち、空調機１０において設定温度近傍まで制御された空気Ａ１が調湿部２１へ導入され、ノズル２１３から調湿槽２１１内へ供給される濃度８０％の液体吸湿材Ｗに接触することで調湿が行われるが、このとき空気Ａ１は、当該空気Ａ１とは蒸気圧差のある液体吸湿材Ｗに接触することで湿度３０％から湿度５０％にまで加湿される。

このように、調湿機２０では、導入空気を接触させる液体吸湿材Ｗの濃度に対して、室内へ排出される空気の相対湿度が平衡相対湿度となるように調湿（加湿）を行うことによって、設定温度および設定相対湿度の空気が室内へ供給されることになる。このため、室温を低下させたり、結露を生じさせたりすることなく、室内環境を快適に維持することができる。

液体吸湿材Ｗの濃度を一定に維持するために、本実施形態では、濃度検出部２１５の検出結果に基づいて、超音波式霧化再生部２４における水分の霧化量と、給水部１４から調湿部２１に供給する水の量と、を制御することによって、調湿槽２１１内の液体吸湿材Ｗの濃度を所定の濃度に維持することができる。

本実施形態では、給水部１４から供給される水によって、調湿部２１の調湿槽２１１内に貯留された液体吸湿材Ｗを所望の濃度にまで希釈することができる。具体的には、調湿機制御部４２において、濃度検出部２１５において検出された液体吸湿材Ｗ１の濃度に基づいて、給水部１４から供給する水の量を制御する。

希釈された液体吸湿材Ｗの一部は、第３液体吸湿材輸送流路１８と第２液体吸湿材輸送流路２５の一部によって構成される循環流路内を流動し、ノズル２１３から調湿槽２１１内へ供給される際に、空調機１０から供給された空気Ａ１に接触する。

調湿槽２１１内の液体吸湿材Ｗは、第１液体吸湿材輸送流路２２を介して超音波式霧化再生部２４の霧化再生槽２４１へ輸送される。超音波式霧化再生部２４では、超音波振動子２４３により、霧化再生槽２４１に貯留された液体吸湿材Ｗ２に対して、周波数が２．４ＭＨｚの超音波を照射し、液体吸湿材Ｗ２の液面９に液柱Ｃを形成する。空気導入流路２６を介して室内から導入された空気Ａ２が液柱Ｃに接触することで、液柱Ｃの表面から多くの霧化液滴が生成され、液体吸湿材Ｗから水分が分離される。

本実施形態では、液体吸湿材Ｗから分離された水分を液体吸湿材Ｗに対する希釈用の水として再利用することで、給水管１７を通じて給水部１４に補填する水の節約が可能である。

超音波式霧化再生部２４において再生された液体吸湿材Ｗ１は、第２液体吸湿材輸送流路２５を介して調湿部２１へ輸送される。

調湿機制御部４２は、液体吸湿材Ｗの濃度に対する平衡相対湿度のデータに基づいて、現在の湿度と目標湿度とを比較し、液体吸湿材Ｗに対する希釈あるいは濃縮を行うことで、液体吸湿材Ｗの濃度を一定に維持する。これにより、広い温度範囲で、一定の相対湿度の空気を生成することができるため、結露しにくい調湿空気を室内へ供給することができる。

次に、図３に示すように、液体吸湿材Ｗの濃度が８０％のとき、相対湿度が８０％の空気Ａ１を、目標値として相対湿度が５０％になるまで調湿（除湿）する場合を想定する。

この場合、調湿機２０は、給水部１４からの給水を停止させた状態で、空調機１０から設定温度近傍まで制御された空気Ａ１を調湿部２１へ導入し、ノズル２１３から調湿槽２１１内へ供給される濃度８０％の液体吸湿材に接触させることで、空気Ａ１内に含まれる水分の一部が液体吸湿材Ｗに吸湿され、湿度８０％から湿度５０％にまで除湿される。これは、図３において、空気Ａ１の状態を、状態Ｃから状態Ｂまで変化させることに相当する。

このように、本実施形態の空調装置１では、液体吸湿材Ｗの特徴である広い温度範囲での濃度と相対湿度との相関性により、調湿する空気の絶対温度を算出する演算部を用いることなく、相対湿度での制御を行うことができる。

本実施形態の調湿機２０は、ヒートポンプ式の空調機１０において設定温度近傍まで制御された空気を調湿部２１に導入し、加湿あるいは除湿を行うことで調湿している。そのため、空調機１０から温度調整済みの空気を調湿機２０に供給しても、温度を維持したまま、室内へ放出される出口気流の相対湿度を上げることができる。

そのため、加湿時に蒸し暑さを感じたり、除湿時に寒さを感じたりすることがなくなる。したがって、本実施形態の空調装置１によれば、室内気温の温度変化を最小限に抑えながら、低消費電力で目的の湿度にすることができる。室内の湿度が適切に調整され、室内環境の快適性を高めることができる。また、調湿後の空気に再加熱や再冷却を施す必要がないため、再加熱や再冷却に伴う消費電力の増大を抑えることができる。

本実施形態の調湿機制御部４２には、液体吸湿材Ｗの濃度に対する平衡相対湿度のデータが予め格納されており、現在の湿度と目標湿度とを比較して、液体吸湿材Ｗを希釈するのか濃縮するのかを判断し、ユーザーの希望に応じた湿度に調湿することができる。

そのため、空調装置１において、より短時間で加湿を行いたい場合は、相対湿度との差分が大きくなる濃度にまで液体吸湿材を希釈することによってより蒸気圧差がとれるため、早く加湿することができる。

一方、空調装置１において、より短時間で除湿を行いたい場合は、相対湿度との差分が大きくなる濃度にまで液体吸湿材Ｗを濃縮することによって蒸気圧差がとれるため、早く除湿することができる。

このように、本実施形態によれば、除湿、加湿のセルフコントロールが行える空調装置１を提供することができるため、別途、加湿機を用いることもなく、低消費電力で快適な室内空間を実現することができる。そのため、例えば、建物やフロアの用途ごとに異なる調湿が必要な場合に、本実施形態の空調装置１を好適に用いることができる。

また、本実施形態の空調機１０は、濃度検出部２１５を用いて液体吸湿材の濃度をモニタすることにより、液体吸湿材Ｗの再生状態を確認するだけでなく、調湿機２０から室内に排出する空気の相対湿度を把握することができ、これを湿度制御に用いることができる。さらに、湿度制御に必要な湿度センサーの数を減らすことができる。

また、本実施形態の空調機１０は、湿度調整機能に加えて液体吸湿材Ｗの除菌・殺菌機能を備えている。液体吸湿材Ｗとして用いるグリセリンや塩化リチウム等は、もともと抗菌特性を有しているが、加湿のために希釈した液体吸湿材Ｗを閉空間で循環させた場合、雑菌やカビの増殖が懸念される。

そこで、本実施形態では、超音波式霧化再生部２４において希釈された液体吸湿材Ｗに対して超音波を照射することで、殺菌処理を施している。液体吸湿材Ｗの殺菌処理は、霧化再生時にも行われるが、霧化再生を行わないときにも行うことが可能である。

例えば、空調を行っていない場合、希釈した液体吸湿材Ｗ１を調湿槽２１１および霧化再生槽２４１内に滞留させておくのではなく、超音波振動子２４３を間欠的に駆動して液体吸湿材Ｗに対して殺菌処理を施す。

このように、霧化再生モードとは別機能の殺菌殺カビ処理モードでは、ポンプ２５２，２５３を駆動させることによって、調湿槽２１１と霧化再生槽２４１との間で液体吸湿材を循環させ、調湿部２１におけるすべての液体吸湿材に対して満遍なく殺菌処理を施すことが好ましい。

殺菌殺カビ処理モードは、常に実行させておく必要はなく、例えば霧化再生モードが実行されていない期間中に実行される。殺菌殺カビ処理モードは、希釈された液体吸湿材Ｗ中における雑菌およびカビの繁殖スピードよりも短い間隔で間欠的に実施されればよい。

本実施形態の調湿機制御部４２は、希釈された液体吸湿材Ｗに照射する超音波の照射時間および出力を制御する。殺菌殺カビ処理モードにおける超音波振動子２４３の出力は、霧化再生時に液柱Ｃを形成するときの出力（第１超音波出力）と同じであってもよいが、液柱形成時の出力よりも低い出力（第２超音波出力）であってもよい。

殺菌および殺カビが効果的に得られる周波数は、２０ＭＨｚ以上の高周波であることが知られている。本実施形態では、液柱Ｃの形成のために周波数が２．４ＭＨｚの高周波を照射しており、この高周波を照射することで殺菌および殺カビに対する高い効果を得ることができる。そのため、照射する超音波の出力が液柱Ｃを形成する出力よりも低い出力であっても、殺菌および殺カビ効果を十分に得ることができる。

時期によって空調装置１を使用しない場合、超音波が照射されない期間が長くなることで雑菌およびカビの繁殖が盛んになるため、霧化再生モードが実行されていない期間中にも定期的あるいは一時的に殺菌殺カビモードを実行することで、液体吸湿材Ｗ中に雑菌およびカビが繁殖するのを抑えることができるが、上述したように超音波の出力が低くても殺菌殺カビ効果が得られることから、霧化再生モードが実行されていない期間が長くなった場合でも、殺菌殺カビモードを低消費電力で実行することができる。

さらに、本実施形態の空調装置１では、各々が別体の貯留槽２１１，２４１を有する調湿部２１と超音波式霧化再生部２４とを備えているため、空調機１０との組み合わせにおける、調湿部２１および超音波式霧化再生部２４の各々の配置の自由度が高い。

［第２実施形態］
以下、第２実施形態の空調装置２について、図４および図５を用いて説明する。
第２実施形態の空調装置２の基本構成は第１実施形態と同一であるが、空調機１０から排出される温風を超音波式霧化再生部２４におけるキャリアガスとして利用する点が、上述した第１実施形態とは異なる。

図４は、第２実施形態の空調装置２の概略構成を示すブロック図である。図５は、第２実施形態の空調装置２における調湿機２０Ａの概略構成図である。図４および図５において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態の空調装置２は、一端側が室内機１２、他端側が超音波式霧化再生部２４に接続された暖気供給流路７６Ａと、一端側が室外機１３、他端側が超音波式霧化再生部２４に接続された排熱供給流路７６Ｂと、を備えており、空調機１０から排出される暖房時の温風あるいは冷房時の排熱の一部を、キャリアガスとして超音波式霧化再生部２４の霧化再生槽２４１内へ導入させる構成となっている。

本実施形態においても、空調機１０により設定温度近傍まで制御された空気を調湿機２０に導入し、室内の温度を低下させることなく湿度制御を行うことが可能である。これにより、室内の設定温度を変化させることなく、低消費電力で目的の湿度を得ることができる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることできる。

さらに、霧化再生槽２４１内に供給されるキャリアガスと液体吸湿材Ｗの霧化量との関係は、キャリアガスの温度が高いほど、液体吸湿材Ｗに含まれる水分の霧化量が多くなる特性を有する。そのため、水分の霧化量を多くして液体吸湿材Ｗの再生性能を高めるためには、超音波式霧化再生部２４に導入するキャリアガスの温度が高いことが好ましい。

この観点からすると、本実施形態の空調装置２は、空調機１０に接続された暖気供給流路７６Ａを備えており、例えば、暖房時における温風の一部をキャリアガスとして超音波式霧化再生部２４に供給することができるため、液体吸湿材Ｗの霧化再生効率を高めることができる。

また、冷房時にはその排気を、排熱供給流路７６Ｂを介してキャリアガスとして霧化再生槽２４１内へ導入し、排熱の一部を霧化に利用する。これにより、液体吸湿材Ｗに含まれる水分の霧化量が多くなり、液体吸湿材Ｗの再生性能を高めることができる。

［第３実施形態］
以下、第３実施形態の空調装置３について、図６および図７を用いて説明する。
第３実施形態の空調装置の基本構成は第２実施形態と同一であるが、空調機から排出される冷風を利用して霧化液滴を回収する構成が、第２実施形態とは異なる。

図６は、第３実施形態の空調装置３における調湿機２０Ｂの概略構成を示すブロック図である。図７は、第３実施形態の空調装置３における調湿機２０Ｂの概略構成図である。図６および図７において、第２実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図６および図７に示すように、本実施形態の空調装置３は、一端側が空調機１０、他端側が霧化液滴回収流路２８に接続された、冷気供給流路７７Ａおよび排気供給流路７７Ｂを備えており、空調機１０から排出される冷房時の冷風の一部、あるいは暖房時の排気を霧化液滴回収流路２８に供給する構成となっている。

超音波式霧化再生部２４において生成された霧化液滴Ｗ３を含む気流は、霧化液滴回収流路２８を通じて給水部１４へと供給されるが、その輸送の際に流路内を通過する過程において徐々に冷やされて、給水部１４において水として回収される。そのため、霧化液滴を含む水蒸気から効率よく水を回収するためには、水蒸気の冷却効率を高めることが好ましい。

この観点からすると、本実施形態の空調装置３は、空調機１０に接続された冷気供給流路７７Ａおよび排気供給流路７７Ｂを備えており、例えば、冷房時にその一部の冷風を、冷気供給流路７７Ａを通じて霧化液滴回収流路２８へ導入し、暖房時には、排気の一部を、排気供給流路７７Ｂを通じて水蒸気冷却用として利用する。

これにより、超音波式霧化再生部２４から放出される水蒸気から短時間で効率よく水を回収することができ、液体吸湿材Ｗに対する希釈用の水として再利用することができる。霧化分離した水分を加湿に用いることで、給水部１４に新たに補填する水の量を節約することができる。

本実施形態においても、空調機１０により設定温度近傍まで制御された空気を調湿機２０に導入し、室内の温度を低下させることなく湿度制御を行うことが可能である。これにより、室内の温度を低下させることなく、低消費電力で目的の湿度を得ることができる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施形態においても、暖気供給流路７６Ａを介して、空調機１０から放出された温風の一部を超音波式霧化再生部２４に導入し、霧化再生時のキャリアガスとして利用することができる。これにより、液体吸湿材Ｗに含まれる水分の霧化量が多くなり、液体吸湿材Ｗの再生性能を高めることができる、といった第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

また本実施形態の場合、濃度検出部２１５を用いて液体吸湿材Ｗの濃度を把握することにより、液体吸湿材Ｗの再生状態を確認するだけでなく、調湿機２０から室内に排出する空気の相対湿度を把握することができ、これを湿度制御に用いることができる。さらに、湿度制御に必要な湿度センサーの数を減らすことができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、希釈していない液体吸湿材Ｗを調湿部２１に供給する、液体吸湿材供給部を別系統で備えた構成としてもよい。例えば、暖房から冷房へ急に切り替える必要があった場合、希釈した液体吸湿材を再生するのに時間がかかってしまう。そのため、希釈していない濃縮された液体吸湿材Ｗを別途用意にしておくことによって、急な運転の切り替えにも迅速に対応することが可能となる。これにより、季節の変わり目など、日によって暑い日、寒い日が入れ替わる時期でも、空調装置１の応答性がよくなる。

空調装置１では、液体吸湿材Ｗの濃度に対する平衡相対湿度のデータが格納されているため、現在の湿度と目標湿度とを比較して、液体吸湿材Ｗを希釈するのか濃縮するのかを瞬時に判断し、ユーザーの希望に応じた湿度に調湿することができる。

また、例えば、上述した各実施形態では、給水部１４から調湿部２１に対して水の供給を行い、調湿槽２１１内の液体吸湿材Ｗ１を希釈しているが、超音波式霧化再生部２４に対して水の供給を行い、霧化再生槽２４１内の液体吸湿材Ｗ２を希釈してもよい。これにより、超音波による霧化量を増大させることができる。

本発明の一態様は、室内の空調に用いる空調装置に利用可能である。

１，２，３…空調装置、７，９…液面、１０…空調機、１１…ヒートポンプ、１４…給水部、２０，２０Ａ，２０Ｂ…調湿機、２１…調湿部、２２…第１液体吸湿材輸送流路（循環流路）、２４…超音波式霧化再生部、２５…第２液体吸湿材輸送流路（循環流路）、２８…霧化液滴回収流路、４０…制御部、４１…空調機制御部、４２…調湿機制御部、７６…暖気供給流路、７７…冷気供給流路、２１５…濃度検出部、Ｃ…液柱、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２…液体吸湿材、Ｗ３…霧化液滴

Claims (7)

1. ヒートポンプを有する空調機と、
   液体デシカント方式の調湿機と、
   前記空調機から排出される空気の温度を制御する空調機制御部と、前記調湿機から排出される空気の湿度を制御する調湿機制御部と、を含む制御部と、
   を備え、
   前記調湿機は、吸湿性物質を含む液体吸湿材と前記空調機から供給された空気とを接触させることにより、前記空調機から供給された空気に含まれる水分の少なくとも一部を前記液体吸湿材に吸収させる、或は、前記空調機から供給された空気に前記液体吸湿材に含まれる水分の少なくとも一部を供給する調湿部と、
   前記液体吸湿材に対して超音波を照射して前記液体吸湿材の液面に液柱を形成することで霧化液滴を生成し、前記液体吸湿材から水分の少なくとも一部を除去することによって前記液体吸湿材を再生する超音波式霧化再生部と、
   前記調湿部および前記超音波式霧化再生部のうち少なくともいずれか一方に前記液体吸湿材を希釈するための水を供給する給水部と、
   少なくとも前記調湿部および前記超音波式霧化再生部との間で前記液体吸湿材を循環させる循環流路と、を有して、湿度が調整された空気を室内に排出し、
   前記調湿機制御部は、前記液体吸湿材の濃度を制御するとともに、前記液体吸湿材に照射する前記超音波の照射時間および出力を制御する、空調装置。
2. 前記超音波式霧化再生部は、
   希釈された前記液体吸湿材に対して、前記液柱を形成するための第１超音波出力よりも低い第２超音波出力で前記超音波を照射する機能を備えている、
   請求項１に記載の空調装置。
3. 前記超音波式霧化再生部は、
   希釈された前記液体吸湿材に対して、前記超音波を間欠的に照射する機能を備えている、
   請求項１または２に記載の空調装置。
4. 前記空調機から放出された暖かい空気を前記超音波式霧化再生部へ供給する暖気供給流路を備えている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の空調装置。
5. 前記霧化液滴を含む気体を前記給水部へ送る霧化液滴回収流路を備えている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の空調装置。
6. 前記空調機から放出された冷たい空気を前記霧化液滴回収流路に供給する冷気供給流路を備えている、請求項５に記載の空調装置。
7. 前記調湿機は、前記液体吸湿材の濃度を検出する濃度検出部をさらに備え、
   前記調湿機制御部は、前記濃度検出部が検出した濃度に基づいて前記調湿機から室内に排出する空気の相対湿度を把握し、前記相対湿度に基づいて湿度制御を行う、請求項１から６のいずれか一項に記載の空調装置。

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