JP2024013040A - 空気調和機及び空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】優れた運転効率を有する空気調和機を提供する。【解決手段】空気調和機１は、デシカントロータ２と、流路７１に備えられ、デシカントロータ２の空気流上流側に配置される熱交換器３１と、熱交換器３１とは並列に備えられ、デシカントロータ２の空気流下流側に配置される熱交換器３２と、流路７２に備えられ、デシカントロータ２の空気流上流側に配置される熱交換器３３と、熱交換器３３とは並列に備えられ、デシカントロータ２の空気流下流側に配置される熱交換器３４と、熱交換器３１への冷媒流量を制御する膨張弁４１と、膨張弁４１とは別体に構成され、熱交換器３２への冷媒流量を制御する膨張弁４２と、熱交換器３３への冷媒流量を制御する膨張弁４３と、膨張弁４３とは別体に構成され、熱交換器３４への冷媒流量を制御する膨張弁４４と、圧縮機５と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、空気調和機及び空調システムに関する。

空気調和機の分野において、快適性を配慮した上での省エネルギ性能の向上が行われる。従って、人間がいる居室環境で動かす電気設備として、「省エネルギ性能の向上」は単なる「消費電力の削減」ではなく、「快適性が損なわれない」という前提で成立する。

居室内の衛生を維持するため、建物に換気は不可欠である。しかし、一般的な換気扇では、外気導入により潜熱負荷及び顕熱負荷が増加する。このため、空気調和機の除湿能力が不足するために快適性を維持できず、空気調和機の消費電力が増加する。

特許文献１の要約書には、「第１空気流路（１２）と、第２空気流路（１３）と、室外温度検出手段（２３）と室外湿度検出手段（２４）と、回転式の水分吸着手段（８）と、冷媒回路（９０）と、制御を行う制御部（３１）と、を備える換気装置（１００）であって、除湿モード（II）と、加湿モード（III）と、冷却モード（IV）と、加温モード（Ｖ）と、全熱交モード（VI）と、パージモード（Ｉ）を備え、制御部（３１）は、室外検出湿度（Ｈｏ）と、室外検出温度（Ｔｏ）により、何れかのモードで運転すること、を特徴とする換気装置（１００）。」が記載される。

特開２０１９－８２３０８号公報

特許文献１に記載の技術では、第１膨張弁１８により、第１熱交換器５及び第３熱交換器４への冷媒流量が制御される。また、第２膨張弁１９により、第２熱交換器７及び第４熱交換器６への冷媒流量が制御される。従って、４つの各熱交換器への冷媒流量を独立して制御できない。このため、デシカントロータ８の吸着側と再生側とで、又は、空気流の上流側と下流側とでの熱交換器による仕事量を細かく制御できず、運転効率が低下し易い。
本開示が解決しようする課題は、優れた運転効率を有する空気調和機及び空調システムの提供である。

本開示によれば、優れた運転効率を有する空気調和機及び空調システムを提供できる。

一実施形態の空気調和機を示す模式図である。 図１に示す空気調和機を上から視た平面図である。 図１に示す空気調和機を横から視た平面図である。 別の実施形態の空気調和機を示す模式図である。 別の実施形態の空気調和機を示す模式図である。 別の実施形態の空気調和機を示す模式図である。 別の実施形態の空気調和機を示す模式図である。 第１運転モードの実行時のフローである。 第２運転モードの実行時のフローである。 乾球温度と絶対湿度との関係を示す空気線図である。 水蒸気吸着等温線を示すグラフである。 除湿モード時の冷媒流を説明する図である。 加湿モード時の冷媒流を説明する図である。 冷却モード時の冷媒流を説明する図である。 加熱モード時の冷媒流を説明する図である。 普通換気モード時の冷媒流を説明する図である。 本開示の空調システムのブロック図である。 別の実施形態に係る空調システムのブロック図である。

以下、図面を参照しながら本開示を実施するための形態（実施形態と称する）を説明する。以下の一の実施形態の説明の中で、適宜、一の実施形態に適用可能な別の実施形態の説明も行う。本開示は以下の実施形態に限られず、異なる実施形態同士を組み合わせたり、本開示の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形したりできる。また、同じ部材については同じ符号を付すものとし、重複する説明は省略する。更に、同じ機能を有するものは同じ名称を付すものとする。図示の内容は、あくまで模式的なものであり、図示の都合上、本開示の効果を著しく損なわない範囲で実際の構成から変更したり、図面間で一部の部材の図示を省略したり変形したりすることがある。

図１は、一実施形態の空気調和機１を示す模式図である。空気調和機１（外調機）は、例えば屋外等の室外の空気ＯＡを空気調和して、空気ＳＡとして室内に供給するものである。また、空気調和機１は、室内の空気ＲＡから適宜顕熱及び潜熱を回収した後、空気ＥＡとして例えば屋外等の室外に排気するものである。流路７１と流路７２との間で、水分の吸着及び放出が行われる。

空気調和機１は、デシカントロータ２を備える。デシカントロータ２は、回転式の吸着放出機構の一例である。回転式の吸着放出機構は、回転により水分の吸着及び放出が可能な機構であれば、デシカントロータに限定されない。更に、空気調和機１は、熱交換器３１（第１熱交換器）と、熱交換器３２（第２熱交換器）と、熱交換器３３（第３熱交換器）と、熱交換器３４（第４熱交換器）と、を備える。更に、空気調和機１は、膨張弁４１（第１流量調整機構の一例）と、膨張弁４２（第２流量調整機構の一例）と、膨張弁４３（第３流量調整機構の一例）と、膨張弁４４（第４流量調整機構の一例）とを備える。なお、各流量調整機構は、流量を調整可能な機構であれば、膨張弁に限定されない。更に、空気調和機１は、圧縮機５と、図１の例では四方弁６とを備える。

デシカントロータ２は、流路７１（第１流路。図３）と流路７２（第２流路。図３）とに跨って配置される。流路７１には、実線矢印で示す空気流が形成される。流路７２には、点線矢印で示す空気流が形成される。流路７１は、室外の空気ＯＡを、空気調和の対象となる室内（不図示）に供給する。室内には、ファン８１の駆動により、空気調和された空気ＳＡが導入される。従って、流路７１に取り込まれた空気ＯＡから、空気調和機１により、空気ＳＡが生成する。流路７２は、室内の空気ＲＡを室外に排気する。空気ＲＡは、空気ＯＡの空気調和に使用される。室外には、ファン８２の駆動により、空気ＯＡの空気調和に使用された後の空気ＥＡが排気される。従って、流路７２に取り込まれた空気ＲＡから、空気調和機１により、空気ＥＡが生成する。

デシカントロータ２は、例えばモータ（不図示）による連続的な回転により、流路７１又は流路７２のうちの一方の流路７１，７２を流れる空気ＯＡ，ＲＡの水分を吸着し、他方の流路７２，７１を流れる空気ＳＡ，ＥＡに放出する。放出により、デシカントロータ２が再生する。例えば、夏場等には、空気ＯＡは高湿である。従って、デシカントロータ２の回転により、空気ＯＡ中の水分がデシカントロータ２に吸着する。これにより、湿度が低下した空気ＳＡが生成する。一方で、デシカントロータ２に吸着した水分は、空気ＥＡに放出される。これにより、空気ＯＡ中の水分は、空気ＥＡを介して室外に排出される。

一方で、例えば冬場等には、空気ＯＡは低湿である。そして、室内からの空気ＲＡは、室内の人等に起因して、ある程度の湿度を有する。従って、デシカントロータ２の回転により、空気ＲＡ中の水分がデシカントロータ２に吸着する。これにより、空気ＲＡ中の水分を回収し、回収後の空気ＥＡは室外に排気される。一方で、デシカントロータ２に吸着した水分は、空気ＳＡに放出される。これにより、室内の空気ＲＡから回収された水分を、空気ＳＡを介して、室内に戻すことができる。

熱交換器３１は、流路７１に備えられ、デシカントロータ２の空気流（実線矢印で示す）上流側に配置される。従って、熱交換器３１は、デシカントロータ２に供給される空気ＯＡを、予熱又は予冷する。熱交換器３２は、デシカントロータ２の空気流（実線矢印で示す）下流側に配置される。従って、デシカントロータ２で加湿又は除湿され、熱交換器３２で加熱又は冷却された後の空気が、空気ＳＡとして室内に供給される。熱交換器３２は、破線矢印で示す冷媒流において熱交換器３１とは並列に備えられる。従って、詳細は後記するが、圧縮機５で圧縮された冷媒は、熱交換器３１，３２に対して並列に流れる。

熱交換器３３は、流路７２に備えられ、デシカントロータ２の空気流（点線矢印で示す）上流側に配置される。従って、熱交換器３３は、デシカントロータ２に供給される空気ＲＡを、予熱又は予冷する。熱交換器３４は、デシカントロータ２の空気流（点線矢印で示す）下流側に配置される。従って、デシカントロータ２で加湿又は除湿され、熱交換器３４で加熱又は冷却された後の空気が、空気ＥＡとして室外に排気される。熱交換器３４は、破線矢印で示す冷媒流において熱交換器３３とは並列に備えられる。従って、詳細は後記するが、圧縮機５で圧縮された冷媒は、熱交換器３３，３４に対して並列に流れる。

デシカントロータ２の上流側に配置される熱交換器３１，３３は、上記のように、例えば、空気ＯＡ，ＲＡの予熱又は予冷のために使用される。一方で、デシカントロータ２の下流側に配置される熱交換器３２，３４は、例えば、デシカントロータ２による処理後の空気の後処理及び冷凍サイクルの効率改善のために使用される。

図２は、図１に示す空気調和機１を上から視た平面図である。図３は、図１に示す空気調和機１を横から視た平面図である。空気調和機１は、筐体７３の内部に、図示の例では下段に流路７１、上段に流路７２を備える。流路７１は、空気ＯＡが流入する流入口８５１と、空気ＳＡが流出する流出口８５２とを備える。流路７２は、空気ＲＡが流入する流入口８５３と、空気ＥＡが流出する流出口８５４とを備える。流入口８５１，８５３及び流出口８５２，８５４は、筐体７３に形成される。筐体７３には、図示の例では、熱交換器３１，３２，３３，３４、デシカントロータ２及びファン８１，８２が収容される。

流路７１は、ファン８１を備える。ファン８１の駆動により、空気ＯＡは、熱交換器３１、デシカントロータ２及び熱交換器３２により空気調和され、その後、空気ＳＡが室内に放出する。流路７２は、ファン８２を備える。ファン８２の駆動により、空気ＲＡの水分等が、熱交換器３３、デシカントロータ２及び熱交換器３４で適宜回収され、その後、空気ＥＡが室外に排気する。

図４は、別の実施形態の空気調和機１を示す模式図である。上記の例では、デシカントロータ２は１つのみ備えられたが、図４の例では、デシカントロータ２（吸着放出機構）は、複数備えられる。これにより、デシカントロータ２による吸着及び再生機能を分散でき、デシカントロータ２の耐久性を向上できる。また、デシカントロータ２による吸着及び再生可能な水分量を拡大でき、きめ細やかな制御を実行できる。

複数のデシカントロータ２は、例えば、空気流に対して直列に配置されてもよく、並列に配置されてもよい。図示の例では、２つのデシカントロータ２は、空気流に対して並列に配置される。

図１に戻って、膨張弁４１は、熱交換器３１への冷媒流量を制御する。膨張弁４２は、膨張弁４１とは別体に構成され、熱交換器３２への冷媒流量を制御する。膨張弁４３は、熱交換器３３への冷媒流量を制御する。膨張弁４４は、膨張弁４３とは別体に構成され、熱交換器３４への冷媒流量を制御する。膨張弁４１,４２，４３，４３は、いずれも独立して開度を調整可能である。膨張弁４１，４２，４３，４３の開度調整により、熱交換器３１，３２，３３，３４を流れる冷媒の流量が、それぞれ独立して制御される。

熱交換器３１，３２，３３，３４への冷媒流量、即ち、膨張弁４１，４２，４３，４４の開度調整は、例えば、所定関係に基づき決定できる。所定関係としては、例えば、実際の湿度と設定湿度との差と、流量比とを関連付けた所定式が挙げられる。従って、当該所定式に基づき決定された流量比になるように、膨張弁４１，４２，４３，４４の開度調整が行われる。これらの点は、温度についても同様である。

圧縮機５（第１圧縮機）は、熱交換器３１，３２，３３，３４に供給される冷媒を圧縮する。空気調和機１の運転能力が例えば余剰の場合のために運転能力を低下させる場合には、例えば、圧縮機５の回転速度を低下させることで、空気調和機１の運転能力を低減できる。

四方弁６（第２切替機構の一例）は、冷凍サイクル４５の冷媒の流通方向を制御する。冷凍サイクル４５は、圧縮機５と、熱交換器３１，３２，３３，３４と、膨張弁４１，４２，４３，４３と、により構成される。冷凍サイクル４５は、適宜、圧縮機５に供給される冷媒を一時的に蓄積するアキュムレータ（不図示）も備える。第２切替機構は、冷凍サイクル４５の冷媒の流通方向を制御可能な機構であれば、四方弁６に限定されない。四方弁６を備えることで、熱交換器３１，３２，３３，３４を蒸発器又は凝縮器の何れかに切り替えることができ、例えば季節に応じて、空気ＳＡを昇温したり降温したりできる。

図５は、別の実施形態の空気調和機１を示す模式図である。図５に示す空気調和機１は、四方弁６を備えないこと以外は、図１に示す空気調和機１と同じである。

図５に示す空気調和機１では、四方弁６を備えないことで、冷凍サイクル４５の冷媒の流通方向が例えば破線矢印の方向に固定される。空気調和機１の設置場所、設置環境等によっては、空気調和機１を、除湿専用又は加湿専用として使用することがあり得る。そこで、このような場合に、冷凍サイクル４５の冷媒の流通方向を固定することで四方弁６を省略でき、空気調和機１の制御及び装置構成を簡素化できる。

図６は、別の実施形態の空気調和機１を示す模式図である。図６に示す空気調和機１は、更に全熱交換エレメント１０を備えること以外は、図１に示す空気調和機１と同じである。

全熱交換エレメント１０（全熱交換機構の一例）は、熱交換器３１，３３のそれぞれの上流側で、室外からの空気ＯＡと、室内からの空気ＲＡとを全熱交換する。全熱交換機構は、熱交換器３１，３３のそれぞれの上流側で、室外からの空気ＯＡと、室内からの空気ＲＡとを全熱交換可能な機構であれば、全熱交換エレメント１０に限定されない。全熱交換エレメント１０を備えることで、室内からの空気ＲＡと、室外からの空気ＯＡとの間で、潜熱及び顕熱を交換できる。これにより、空調効率を向上できる。

図７は、別の実施形態の空気調和機１を示す模式図である。図７に示す空気調和機１は、更に全熱交換エレメント１０、ダンパ１１及び流路１２，１３を備えること以外は、図１に示す空気調和機１と同じである。なお、図７は、ダンパ１１及び流路１２，１３による全熱交換エレメント１０のバイパスを説明する概念図であって、実際の製品の構造そのものを示すものではない。即ち、図７は、次の２つの概念のうちの少なくとも一方を含む。即ち、空気ＯＡ（図１）が空気ＳＡ（図１）として供給されるまでに空気ＯＡが全熱交換エレメント１０をバイパスするか、空気ＲＡ（図１）が空気ＥＡ（図１）として排出されるまでに空気ＲＡが全熱交換エレメント１０をバイパスする。

流路１２（第３流路）は、室外からの空気ＯＡを全熱交換エレメント１０に供給する。流路１３（第４流路）は、室外からの空気ＯＡを、全熱交換エレメント１０をバイパスさせて熱交換器３１に供給する。ダンパ１１（第１切替機構の一例）は、図示の例では流路１２又は流路１３の一方を閉塞することで、室外からの空気ＯＡの流路を、流路１２又は流路１３に切り替える。切替機構は、ダンパ１１に限定されず、空気ＯＡの流路を流路１２又は流路１３の何れかに切替可能な機構であれば、任意である。流路１２，１３及びダンパ１１を備えることで、例えば季節、使用状況等に応じて、全熱交換エレメント１０による全熱交換の有無を切り替えることができる。これにより、不要な全熱交換を削減できる。

図１に戻って、冷媒は、破線矢印で示すように配管８３を流れる。圧縮機５で圧縮された冷媒は、四方弁６を通った後に分岐し、熱交換器３３，３４に供給される。このとき、上記のように、膨張弁４３，４４の開度調整により、熱交換器３３，３４への冷媒流量が制御される。熱交換器３３，３４では、冷媒の熱が空気ＲＡに放出される。熱交換器３３，３４から流出した冷媒は、膨張弁４３，４４によって膨張する。膨張後の冷媒は、いったん合流し、再度、分岐する。分岐後、膨張弁４１，４２によって再度膨張し、熱交換器３１，３２に供給される。上記のように、膨張弁４１，４２の開度調整により、熱交換器３１，３２への冷媒流量が制御される。熱交換器３１，３２では、冷えた冷媒により、空気ＯＡが冷却される。熱交換器３１，３２から流出した冷媒は合流し、四方弁６を通り、圧縮機５に戻る。

図８は、第１運転モードの実行時のフローである。空気調和機１は、第１運転モードを有する。第１運転モードは、定常状態よりも、熱交換器３１，３３への冷媒流量を増やす、又は、熱交換器３２，３４への冷媒流量を減らす、のうちの少なくとも一方の制御を行う。定常状態は、室内の温度及び湿度と、設定温度及び設定湿度とのそれぞれの差が所定範囲内にあることをいう。所定範囲は、当該差が空調運転を行う必要がないほどに小さな範囲をいう。第１運転モードを有することで、デシカントロータ２の上流側での熱交換量を下流側の熱交換量よりも相対的に増やすことができ、潜熱及び顕熱の夫々の交換量を増加できる。

制御装置９は、所定時間毎に、室内の湿度と設定湿度との差が所定範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ１）。設定範囲内である場合（Ｙｅｓ）、制御装置９は所定時間待機する（ステップＳ２）。待機後、制御装置９は再度ステップＳ１を実行する。一方で、ステップＳ１において、室内の湿度と設定湿度との差が所定範囲を超えたときに（Ｎｏ）、制御装置９は第１運転モードを実行する（ステップＳ３）。このように湿度差が大きく、湿度を設定湿度に近づける運転を行う場合に、デシカントロータ２の上流側での冷媒流量を増やすことで、湿度を調整できる。

図９は、第２運転モードの実行時のフローである。空気調和機１は、第２運転モードを有する。第２運転モードは、定常状態よりも、熱交換器３１，３３への冷媒流量を減らす、又は、熱交換器３２，３４への冷媒流量を増やす、のうちの少なくとも一方の制御を行う。定常状態は、上記第１運転モードで説明した定常状態と同義である。第２運転モードを有することで、デシカントロータ２の下流側での熱交換量を上流側の熱交換量よりも相対的に増やすことで、排気される空気の後処理顕熱量を増やして、サイクル効率を向上できる。

制御装置９は、所定時間毎に、室内の温度と設定温度との差が所定範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ４）。設定範囲内である場合（Ｙｅｓ）、制御装置９は所定時間待機する（ステップＳ５）。待機後、制御装置９は再度ステップＳ４を実行する。一方で、ステップＳ４において、室内の温度と設定温度との差が所定範囲を超えたときに（Ｎｏ）、制御装置９は第２運転モードを実行する（ステップＳ６）。このように温度差が大きく、温度を設定温度に近づける運転を行う場合に、デシカントロータ２の下流側での冷媒流量を増やすことで、温度を調整できる。

空気調和機１では、上記第１運転モードと、上記第２運転モードと、第３運転モードとが切替可能である。第１運転モードは、上記のように、熱交換器３１又は熱交換器３３のうちの少なくとも一方（好ましくは双方）への冷媒流量を、熱交換器３２又は熱交換器３４のうちの少なくとも一方（好ましくは双方）への冷媒流量よりも多くする。これにより、潜熱処理が優先される。第２運転モードは、上記のように、熱交換器３２又は熱交換器３４のうちの少なくとも一方（好ましくは双方）への冷媒流量を、熱交換器３１又は熱交換器３３のうちの少なくとも一方（好ましくは双方）への冷媒流量よりも多くする。これにより、顕熱処理が優先される。第３運転モードは、熱交換器３１及び熱交換器３３への冷媒流量と、熱交換器３２及び熱交換器３４への冷媒流量とを等しくする。これにより、運転効率が向上する。これらのように、第１運転モード、第２運転モード及び第３運転モードが切替可能なことで、室内にいる人の快適性の向上と、省エネルギ性能の向上とをより適切に実行できる。

本開示の例では、第１運転モード、第２運転モード及び第３モードでは、熱交換器３１，３３の双方の冷媒流量が制御され、熱交換器３２，３４の双方の冷媒流量が制御される。ただし、例えば、第１運転モードにおいて、熱交換器３１への冷媒流量は熱交換器３２への冷媒流量よりも多いが、熱交換器３３への冷媒流量は熱交換器３４への冷媒流量と等しくするような制御を実行してもよい。また、例えば、第２運転モードにおいて、熱交換器３２への冷媒流量は熱交換器３１への冷媒流量よりも多いが、熱交換器３４への冷媒流量は熱交換器３３への冷媒流量と等しくするような制御を実行してもよい。即ち、例えば、室内に供給される空気ＳＡを生成する流路７１のみに着目した制御を実行してもよい。また、説明は省略するが、室内から排気された空気ＲＡが流れる流路７２のみに着目した制御を実行してもよい。

第１運転モード、第２運転モード及び第３運転モードを含む空気調和機１の運転制御は、制御装置９によって実行される。制御装置９は、例えばＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３等を備える。ＲＯＭ９２に格納されている所定の制御プログラムが例えばＲＡＭ９３に展開され、例えばＣＰＵ９１によって実行されることにより、制御装置９が具現化される。

図１０は、乾球温度と絶対湿度との関係を示す空気線図である。図１０には、上記図６に示す空気調和機１を用いた場合において、空気ＯＡから空気ＳＡを生成させるときのグラフ（デシカントロータ２での水分吸着時のグラフ）が図示される。空気ＲＡから空気ＥＡを生成させるときのグラフ（デシカントロータ２の再生時のグラフ）は、図１０に示すグラフと考え方は同じであるため、図示を省略する。

横軸は乾球温度であり、縦軸は絶対湿度である。曲線で示す飽和線Ｌ１が図示される。本開示の空気調和機１では、４つの熱交換器３１，３２，３３，３４（図６）への冷媒流量を独立して制御することで、実線及び破線で示すように乾球温度及び絶対湿度を調整できる。例えば、通常時には、実線で示すような制御（上記第３運転モード）が行われる。通常時は、上記の定常運転に相当し、通常時には、膨張弁４１，４２，４３，４４は全て同じ開度を有する。通常時の運転では絶対湿度を設定湿度に迄低下できない場合には、点線で示すような制御に切り替えられる。点線で示す制御は、上記の第１運転モードである。図示の例では、膨張弁４１，４３（図６）の開度が膨張弁４２，４４（図６）の開度をよりも大きく制御され、これにより、熱交換器３１，３３の冷媒流量が熱交換器３２，３４の冷媒流量よりも多くなる。これにより、絶対湿度を、通常時の運転よりも低下できる。

空気ＯＡは、点Ａから点Ｂの間で、全熱交換エレメント１０（図６）において全熱交換される。これにより、乾球温度及び絶対湿度が低下する。実線で示す通常時の運転では、点Ｂから点Ｃ１の間で、蒸発温度Ｔ１の熱交換器３１によって冷却されることで、乾球温度が低下する。点Ｃ１から点Ｄ１の間で、デシカントロータ２に水分が吸着することで、絶対湿度が低下する。このとき、乾球温度は上昇する。点Ｄ１から点Ｅ１では、熱交換器３２によって再度冷却されることで、乾球温度が低下する。低下後の空気は、空気ＳＡとして室内に供給される。

一方で、点Ｂから点Ｃ２において、破線で示す第１運転モードでは、上記のように、熱交換器３１，３３での冷媒流量が通常時（定常運転）よりも多い。このため、蒸発温度Ｔ１よりも低い蒸発温度Ｔ２の熱交換器３１により、通常時よりも空気ＯＡが冷却される。この結果、乾球温度が実線で示す通常時よりも低下するとともに、絶対湿度も通常時よりも低下する。点Ｃ２から点Ｄ２では、通常時と同様にデシカントロータ２に水分が吸着する。ただし、点Ｃ２では、上記のように、乾球温度が通常時の点Ｃ１よりも低い。このため、空気の予冷効果が大きく、これにより、詳細は後記するが、デシカントロータ２での水分吸着効果が増大する。従って、デシカントロータ２での除湿量が通常時よりも増え、これにより、絶対湿度が通常時の点Ｄ１よりも低い点Ｄ２に至る。点Ｄ２から点Ｅ２では、熱交換器３２によって再度冷却されることで、乾球温度が低下する。低下後の空気は、空気ＳＡとして室内に供給される。

このように、第３運転モードの通常時には、熱交換器３１の蒸発温度Ｔ１を蒸発温度Ｔ２よりも相対的に高くして、運転効率を向上できる。一方で、第１運転モードでは、例えば夏場等の空気ＯＡが高湿のときには、デシカントロータ２による吸着効果を向上でき、適切に除湿された空気ＳＡを室内に供給できる。これにより、室内に存在する人の快適性を向上できる。

予冷によるデシカントロータ２の吸着効果増大について説明する。デシカントロータ２等の吸着剤への水の吸着量は空気条件に依存する。ある条件で吸着剤を空気中に放置して、充分な時間が経過すると、吸着量が変化しなくなる。その状態の吸着量を平衡吸着量と呼ぶ。

図１１は、水蒸気吸着等温線を示すグラフである。図１１では、横軸を相対湿度、縦軸を水蒸気吸着量とするグラフ（水蒸気吸着等温線）を考える。水蒸気吸着等温線は、空気の相対湿度変化による平衡吸着量の変化を表す。縦軸は、単位質量当たりの吸着剤の水吸着量であり、所謂吸着率である。従って、水蒸気吸着等温線は、吸着率曲線ともいえる。

一例として、特定の吸着剤への吸着例が示されるが、デシカントロータ２での吸着剤の材質に寄らず、相対湿度が増加すると水蒸気吸着量も増加する。従って、デシカントロータ２での吸着前に、熱交換器３１で空気温度を十分に下げることで、相対湿度が上昇する。この結果、水蒸気吸着量が増加するため、吸着効果が向上する。一方で、再生側である空気ＲＡ（図１）では、予熱効果の向上により空気温度を上昇させれば、相対湿度が低下する。これにより、放湿作用が促進される。

図１２は、除湿モード時の冷媒流を説明する図である。除湿モードは、室外の空気ＯＡを除湿して室内に給気するモードである、空気ＯＡは、流路７１（図３）において、熱交換器３１、デシカントロータ２及び熱交換器３２の順に通過する。これにより、空気ＯＡの湿度が低下し、空気ＳＡが室内に供給される。同時に空気ＲＡは、流路７２において、熱交換器３３、デシカントロータ２及び熱交換器３４の順に通過する。このように、デシカントロータ２の再生による発生水分、及び、圧縮機５等の冷凍サイクルで発生する排熱を含む空気が空気ＥＡとして室外に排気される。デシカントロータ２の連続回転により、空気ＳＡ側の吸着と、空気ＥＡ側の再生とが連続して行われ、流路７１から流路７２に水分が移動する。

除湿モード時の冷凍サイクルの動作を説明する。四方弁６の動作による、冷媒流は破線矢印に示すようになる。流路７１内の熱交換器３１，３２は蒸発器となり、冷媒が蒸発して空気温度が下がる。このとき、蒸発温度及び空気条件によっては、熱交換器３１，３２にて結露が生じ、湿度が低下することもある。流路７２での熱交換器３３，３４は凝縮器となり、冷媒凝縮により、流路７１から奪った熱量が排出される。また、４つの熱交換器３１，３２，３３，３４毎に設置された膨張弁４１，４２，４３，４４の開度がそれぞれ制御されることで、熱交換器３１，３２，３３，３４への冷媒流量が個別制御される。個別制御により、負荷条件によって熱交換器３１，３２，３３，３４の能力及び空気調和機１全体の性能を調整できる。

空気の状態変化の経過を説明する。流路７１内の空気ＯＡは、熱交換器３１において温度が低下して相対湿度が上昇する。次に、デシカントロータ２の通過時、デシカントロータ２に備えられる吸着剤（不図示）により水分が吸着され、空気ＯＡ中の水分量が低下する。このとき、吸着剤の吸湿作用により発熱反応を起こし、温度が上昇する。最後に、デシカントロータ２の下流側に設置される熱交換器３２において温度が再度低下してから、空気ＳＡとして室内に給気される。

同時に、流路７２内の空気ＲＡは、熱交換器３３において温度が上昇して相対湿度が低下する。次に、デシカントロータ２の通過時、デシカントロータ２に備えられる吸着剤（不図示）から水分が放出され、空気ＲＡ中の水分量が上昇する。この過程がデシカントロータ２の再生である。このとき、吸着剤の放湿作用により吸熱反応を起こし、温度が低下する。最後に、デシカントロータ２の下流側に設置される熱交換器３４により温度が再度上昇してから、空気ＥＡとして室外に排気される。

図１３は、加湿モード時の冷媒流を説明する図である。加湿モードは、例えば冬場等に行われ、空気ＯＡを加湿して室内に給気するモードである。加湿モードは、上記の除湿モードと逆になり、流路７２内の空気ＲＡから流路７１内の空気ＯＡに水分が移動する。冷媒回路の動作は除湿モードと逆であるため、説明は省略する。

図１４は、冷却モード時の冷媒流を説明する図である。冷却モードは、例えば乾燥した初夏等に行われ、高温の空気ＯＡを冷却してから室内に給気するモードである。冷却モードの使い場面として、「室外の空気ＯＡの温度が高く、冷却が必要だが、除湿処理は不要」の条件が想定される。従って、デシカントロータ２の回転が停止され、デシカントロータ２は二点鎖線で示される。冷却モードでは、流路７１において蒸発器として機能する熱交換器３１，３２の結露による除湿を除き、空気ＯＡの温度低下のみが目的とされる。冷媒回路の動作は上記除湿モードを参照すればよいため、説明は省略する。

図１５は、加熱モード時の冷媒流を説明する図である。加熱モードは、例えばある程度湿度が高い初秋等に行われ、低温の空気ＯＡを加熱してから室内に給気するモードである。加熱モードの使い場面として、「外気温度が低く、加熱が必要だが、加湿処理は不要」の条件が想定される。従って、デシカントロータ２の回転が停止され、デシカントロータ２は二点鎖線で示される。加熱モードでは、流路７１の空気の温度上昇のみが目的とされる。冷媒回路の動作は上記加湿モードを参照すればよいため、説明は省略する。

図１６は、普通換気モード時の冷媒流を説明する図である。普通換気モードは、除湿、加湿、冷却、加温のいずれも必要がなく、単なる室内の空気ＲＡを室外に排気し、これとともに、室外の空気ＯＡを室内に給気するモードである。普通換気モードでは、デシカントロータ２の回転が停止し、冷媒回路も停止する。従って、熱交換器３１，３２，３３，３４への冷媒の流通及びデシカントロータ２の回転が停止され、熱交換器３１，３２，３３，３４及びデシカントロータ２は二点鎖線で示される。普通換気モードの使い場面として、低負荷の中間期、ナイトパージ等に利用できる。

なお、図１６に示す例では、更に全熱交換エレメント１０を設置して使用することで、全熱換気モードも使用できる。

本開示の空気調和機１によれば、熱交換器３１，３２，３３，３４毎に膨張弁４１，４２，４３，４４が備えられることで、熱交換器３１，３２，３３，３４毎に冷媒流量を調整できる。これにより、冷凍サイクルの効率を改善でき、優れた運転効率を達成できる。また、デシカントロータ２に接触する空気ＯＡ，ＲＡの予処理及び後処理効果を細かく制御でき、デシカントロータ２の能力発揮、及び、空気調和機１による顕熱と潜熱との比率調整を高精度化できる。

図１７は、本開示の空調システム１００のブロック図である。空気調和機１，５０において、冷媒の流通方向は、熱交換器３１，３２，３３，３４、室外熱交換器５２及び室内熱交換器５４が蒸発器又は凝縮器の何れで機能するかにより決定される。従って、図１７において実線矢印の冷媒流の方向はあくまで一例であり、図示の方向に限定されない。

空調システム１００は、空気調和機１（第１空気調和機）と、空気調和機５０（第２空気調和機）とを備える。空気調和機１は、室内を空気調和するものであり、上記図１を参照して説明した空気調和機１である。空気調和機１を構成する制御装置９には、電気信号線１２１により、リモコン９４及びセンサ９５が接続される。図示の例では、センサ９５は、空気調和機１を構成するリモコン９４に内蔵される。電気信号線１２１に代えて、制御装置９とリモコン９４及びセンサ９５とは無線により接続されてもよい。リモコン９４は、少なくとも空気調和機１の運転を指示する操作を受け付ける。センサ９５は、空気調和機１に内蔵され、空気ＳＡが供給される室内の温度又は湿度の少なくとも一方（本開示の例では双方）を測定する。

空気調和機５０は、空気調和機１と同じ室内を空気調和するものであり、空気調和機１とは別体に構成されるとともに空気調和機１と連携して運転される。空気調和機５０は、圧縮機５１（第２圧縮機）と、室外熱交換器５２と、膨張機構５３（膨張弁等）と、室内熱交換器５４とを備える。圧縮機５１と室外熱交換器５２と膨張機構５３と室内熱交換器５４とより、冷凍サイクルが構成される。室内熱交換器５４は、室内に配置され、圧縮機５１で圧縮された冷媒を用いて、室内に冷気又は暖気が供給される

空気調和機５０は、空気調和機５０の運転を制御する制御装置５５を備える。制御装置５５の具体的なハードウェア構成は制御装置９と同様であるため、説明を省略する。制御装置５５には、電気信号線５６により、リモコン５７及びセンサ５８が設置される。図示の例では、センサ５８は、空気調和機５０を構成するリモコン５７に内蔵される。電気信号線５６に代えて、制御装置５５とリモコン５７及びセンサ５８とは無線により接続されてもよい。リモコン５７は、少なくとも空気調和機５０の運転を指示する操作を受け付ける。センサ５８は、空気調和機５０に内蔵され、空気ＳＡが供給される室内の温度又は湿度の少なくとも一方（本開示の例では双方）を測定する。

制御装置９と制御装置５５とは、電気信号線１２０により接続される。これにより、空気調和機１，５０が連携して動作する。電気信号線１２０に代えて、制御装置９と制御装置５５とは無線により接続されてもよい。空気調和機１に備えられるリモコン９４は、空気調和機５０の運転指示を受け付けるようにしてもよい。空気調和機５０に備えられるリモコン５７は、空気調和機１の運転指示を受け付けるようにしてもよい。

空気調和機１，５０の運転は、センサ９５又はセンサ５８のうちの少なくとも何れか１つ（図７の例では双方）のセンサによる温度及び湿度の測定値に基づき、制御される。これにより、いずれかのセンサ９５，５８による測定値に基づいて、空気調和機１，５０が連携して運転できる。

本開示の例では、空気調和機１は、室内の主に潜熱を処理する。潜熱の処理は、具体的には例えば、室内の湿度調整である。「主に潜熱を処理」とは、空気調和機１の機能としては、室内の湿度調整がメインであり、湿度調整を行う場合に空気調和機１の能力に余裕が有れば、室内の温度調整（顕熱処理）も行うという意味である。

空気調和機５０は、室内の主に顕熱を処理する。顕熱の処理は、具体的には例えば、室内の温度調整である。「主に顕熱を処理」とは、空気調和機５０の機能としては、室内の温度調整がメインであり、温度調整を行う場合に空気調和機５０の能力に余裕が有れば、室内の湿度調整（潜熱処理）も行うという意味である。

室内の潜熱処理と顕熱処理とは、空気調和機１，５０によって分担して実行される。これにより、潜熱及び顕熱をそれぞれの空気調和機１，５０によって独立して処理できるため、設定温度及び設定湿度に対する追従性を向上できる。

別の実施形態では、空気調和機５０において室内熱交換器５４への冷媒の流通停止中、空気調和機１による顕熱処理が不足する場合に、空気調和機５０による顕熱処理が行われる。顕熱処理は、例えば、負荷状況、ユーザニーズ等の実状況によって変動する。従って、空気調和機１のみで潜熱及び顕熱の双方を処理できる場合には、空気調和機１のみが運転され、室内熱交換器５４への冷媒の流通が停止（例えば空気調和機５０の運転が停止）される。一方で、空気調和機１による顕熱処理が不足する場合には、空気調和機５０が併用される。これにより、常に空気調和機１，５０の双方が運転される場合と比べて、運転コストを削減できる。

空調システム１００をこのように制御することで、様々な運転方法が可能になる。例えば、低負荷条件には空気調和機１だけで全負荷をバランスよく処理する単体運転制御、全部の潜熱負荷処理を空気調和機１で賄い、空気調和機５０を完全顕熱専用にした潜顕分離による省エネシステムの構築等が挙げられる。また、調湿量に注力する上記除湿モードでは、冬の無給水加湿も可能となり、高い快適性、設置利便性、及びメンテナンス性を達成できる。

図１８は、別の実施形態に係る空調システム１００のブロック図である。図１８に示す例では、空調システム１００は、空気調和機１及び空気調和機５０の何れからも離隔して配置されたセンサ１１０を備えること以外は、図１７に示す空調システム１００と同じである。

図１８に示す例では、空気調和機１，５０の運転は、センサ９５、センサ５８又はセンサ１１０のうちの少なくとも何れか１つ（図１８の例では全て）のセンサによる温度及び湿度の測定値に基づき、制御される。特に、空気調和機１，５０の何れからも離隔して配置されたセンサ１１０の測定値も利用することで、室内における温度及び湿度のムラを抑制できる。

センサ１１０は、制御装置９，５５のうちの少なくとも一方（図示の例では制御装置９）に対し、電気信号線１２２により接続される。電気信号線１２２に代えて、センサ１１０と、制御装置９，５５とは無線により接続されてもよい。

１ 空気調和機（第１空気調和機）
１０ 全熱交換エレメント（全熱交換機構）
１００ 空調システム
１１ ダンパ（第１切替機構）
１１０ センサ
１１１ 室内熱交換器
１１２ 膨張機構
１１３ 室外熱交換器
１２ 流路（第３流路）
１３ 流路（第４流路）
２ デシカントロータ（吸着放出機構）
３１ 熱交換器（第１熱交換器）
３２ 熱交換器（第２熱交換器）
３３ 熱交換器（第３熱交換器）
３４ 熱交換器（第４熱交換器）
４ 熱交換器
４１ 膨張弁（第１流量制御機構）
４２ 膨張弁（第２流量制御機構）
４３ 膨張弁（第３流量制御機構）
４４ 膨張弁（第４流量制御機構）
４５ 冷凍サイクル
５ 圧縮機（第１圧縮機）
５０ 空気調和機（第２空気調和機）
５１ 圧縮機
５２ 室外熱交換器
５３ 膨張機構
５４ 室内熱交換器
５５ 制御装置
５６ 電気信号線
５７ リモコン
５８ センサ６ 四方弁（第２切替機構）
７１ 流路（第１流路）
７２ 流路（第２流路）
７３ 筐体
８１ ファン
８２ ファン
８３ 配管
９ 制御装置
９４ リモコン
９５ センサ

空気調和機１は、デシカントロータ２を備える。デシカントロータ２は、回転式の吸着放出機構の一例である。回転式の吸着放出機構は、回転により水分の吸着及び放出が可能な機構であれば、デシカントロータに限定されない。更に、空気調和機１は、熱交換器３１（第１熱交換器）と、熱交換器３２（第２熱交換器）と、熱交換器３３（第３熱交換器）と、熱交換器３４（第４熱交換器）と、を備える。更に、空気調和機１は、膨張弁４１（第１流量制御機構の一例）と、膨張弁４２（第２流量制御機構の一例）と、膨張弁４３（第３流量制御機構の一例）と、膨張弁４４（第４流量制御機構の一例）とを備える。なお、各流量制御機構は、流量を調整可能な機構であれば、膨張弁に限定されない。更に、空気調和機１は、圧縮機５と、図１の例では四方弁６とを備える。

Claims (10)

1. 室外の空気を室内に供給する第１流路と、前記室内の空気を前記室外に排気する第２流路と、に跨って配置され、前記第１流路又は前記第２流路のうちの一方の流路を流れる空気の水分を吸着し、他方の流路を流れる空気に放出する回転式の吸着放出機構と、
   前記第１流路に備えられ、前記吸着放出機構の空気流上流側に配置される第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器とは並列に備えられ、前記吸着放出機構の空気流下流側に配置される第２熱交換器と、
   前記第２流路に備えられ、前記吸着放出機構の空気流上流側に配置される第３熱交換器と、
   前記第３熱交換器とは並列に備えられ、前記吸着放出機構の空気流下流側に配置される第４熱交換器と、
   前記第１熱交換器への冷媒流量を制御する第１流量制御機構と、
   前記第１流量制御機構とは別体に構成され、前記第２熱交換器への冷媒流量を制御する第２流量制御機構と、
   前記第３熱交換器への冷媒流量を制御する第３流量制御機構と、
   前記第３流量制御機構とは別体に構成され、前記第４熱交換器への冷媒流量を制御する第４流量制御機構と、
   前記第１熱交換器、前記第２熱交換器、前記第３熱交換器及び前記第４熱交換器に供給される冷媒を圧縮する圧縮機と、を備える
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 前記室内の温度及び湿度と、設定温度及び設定湿度とのそれぞれの差が所定範囲内にある定常状態よりも、
   前記第１熱交換器及び前記第３熱交換器への冷媒流量を増やす、又は、
   前記第２熱交換器及び前記第４熱交換器への冷媒流量を減らす、
   のうちの少なくとも一方の制御を行う第１運転モードを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記室内の温度及び湿度と、設定温度及び設定湿度とのそれぞれの差が所定範囲内にある定常状態よりも、
   前記第１熱交換器及び前記第３熱交換器への冷媒流量を減らす、又は、
   前記第２熱交換器及び前記第４熱交換器への冷媒流量を増やす、
   のうちの少なくとも一方の制御を行う第２運転モードを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
4. 前記第１熱交換器及び前記第３熱交換器のそれぞれの上流側で、前記室外からの空気と、前記室内からの空気とを全熱交換する全熱交換機構を備える
   ことをと好調とする請求項１に記載の空気調和機。
5. 前記室外からの空気を前記全熱交換機構に供給する第３流路と、
   前記室外からの空気を、前記全熱交換機構をバイパスさせて前記第１熱交換器に供給する第４流路と、
   前記室外からの空気の流路を、前記第３流路又は前記第４流路に切り替える第１切替機構と、を備える
   ことを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。
6. 冷凍サイクルの冷媒の流通方向を制御する第２切替機構を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
7. 冷凍サイクルの冷媒の流通方向が固定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
8. 前記第１熱交換器又は前記第３熱交換器のうちの少なくとも一方への冷媒流量を、前記第２熱交換器又は前記第４熱交換器のうちの少なくとも一方への冷媒流量よりも多くする第１運転モードと、
   前記第２熱交換器又は前記第４熱交換器のうちの少なくとも一方への冷媒流量を、前記第１熱交換器又は前記第３熱交換器のうちの少なくとも一方への冷媒流量よりも多くする第２運転モードと、
   前記第１熱交換器及び前記第３熱交換器への冷媒流量と、前記第２熱交換器及び前記第４熱交換器への冷媒流量とを等しくする第３運転モードと、が切替可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
9. 室内を空気調和する第１空気調和機と、
   前記第１空気調和機とは別体に構成されるとともに前記第１空気調和機と連携して運転され、第２圧縮機と室外熱交換器と膨張機構と室内熱交換器とを備える第２空気調和機とを備え、
   前記第１空気調和機は、
   室外の空気を室内に供給する第１流路と、前記室内の空気を前記室外に排気する第２流路と、に跨って配置され、前記第１流路又は前記第２流路のうちの一方の流路を流れる空気の水分を吸着し、他方の流路を流れる空気に放出する回転式の吸着放出機構と、
   前記第１流路に備えられ、前記吸着放出機構の空気流上流側に配置される第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器とは並列に備えられ、前記吸着放出機構の空気流下流側に配置される第２熱交換器と、
   前記第２流路に備えられ、前記吸着放出機構の空気流上流側に配置される第３熱交換器と、
   前記第３熱交換器とは並列に備えられ、前記吸着放出機構の空気流下流側に配置される第４熱交換器と、
   前記第１熱交換器への冷媒流量を制御する第１流量制御機構と、
   前記第１流量制御機構とは別体に構成され、前記第２熱交換器への冷媒流量を制御する第２流量制御機構と、
   前記第３熱交換器への冷媒流量を制御する第３流量制御機構と、
   前記第３流量制御機構とは別体に構成され、前記第４熱交換器への冷媒流量を制御する第４流量制御機構と、
   前記第１熱交換器、前記第２熱交換器、前記第３熱交換器及び前記第４熱交換器に供給される冷媒を圧縮する第１圧縮機と、を備える
   ことを特徴とする空調システム。
10. 前記第１空気調和機及び前記第２空気調和機の運転は、
    前記第１空気調和機に内蔵されたセンサ、
    前記第２空気調和機に内蔵されたセンサ、又は、
    前記第１空気調和機及び前記第２空気調和機の何れからも離隔して配置されたセンサ、
    の少なくとも何れかの１つのセンサによる温度及び湿度の測定値に基づき、制御される
    ことを特徴とする請求項９に記載の空調システム。

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