JP3712001B2 - 空気調和機および空気調和機の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明の課題は、屋内の潜熱負荷および顕熱負荷を処理する空気調和機であって、適切な能力制御をすることができる空気調和機、および空気調和機の制御方法を提供することにある。
切換時間間隔の変更をすると、空気調和機の潜熱負荷を処理する能力(以下、潜熱処理能力という。)と顕熱負荷を処理する能力(以下、顕熱処理能力という。)との比(以下、顕潜熱処理量比という。)を変えることができる。一方、圧縮機の容量制御を行うと、潜熱処理能力および顕熱処理能力の和(以下、全熱処理能力という。)を増減することができる。すなわち、制御部は、潜熱処理能力、顕熱処理能力、および全熱処理能力を、それぞれ調整することができる。
そして、そのような調整機能を持つ制御部は、全熱負荷、潜熱負荷、および顕熱負荷のうち所定の負荷が優先して処理されるように、圧縮機の容量制御および切換時間間隔の変更制御を行う。このような制御が為されるため、本空気調和機では、適切な能力制御をすることが容易になっている。
例えば、第2発明に係る空気調和機のように、優先して処理される所定の負荷がユーザにより選択されたものである場合には、ユーザとしては、選んだ負荷が優先して処理されるようになり、より好みにあった空調環境を得ることができるようになる。
ここでは、潜熱負荷を優先して処理する場合に、まず圧縮機の容量制御を行って潜熱負荷の処理量を変化させ、それでも足りないときに、吸着動作と再生動作との切換時間間隔の変更制御を行って潜熱負荷の処理量をさらに変化させる。このように、まず圧縮機の容量制御を行うため、潜熱負荷の処理量の変化が比較的早く現れ、必要な潜熱負荷の処理が早く達成されるようになる。
ここでは、潜熱負荷を優先して処理する場合に、まず吸着動作と再生動作との切換時間間隔の変更制御を行って潜熱負荷の処理量を変化させ、それでも足りないときに、圧縮機の容量制御を行って潜熱負荷の処理量をさらに変化させる。このように、まず切換時間間隔の変更制御を行うため、潜熱負荷の処理量を増加させる必要がある場合にも、圧縮機の容量を上げる制御によって消費エネルギー量を大幅に増加させることなく潜熱負荷の処理量を増やすことができるようになる。例えば、切換時間間隔の変更制御によって潜熱負荷の処理量の顕熱負荷の処理量に対する比を大きくすることで必要な潜熱負荷の処理量が確保できる場合には、圧縮機の容量を上げる必要はない。
ここでは、顕熱負荷を優先して処理する場合に、まず圧縮機の容量制御を行って顕熱負荷の処理量を変化させ、それでも足りないときに、吸着動作と再生動作との切換時間間隔の変更制御を行って顕熱負荷の処理量をさらに変化させる。このように、まず圧縮機の容量制御を行うため、顕熱負荷の処理量の変化が比較的早く現れ、必要な顕熱負荷の処理が早く達成されるようになる。
ここでは、顕熱負荷を優先して処理する場合に、まず吸着動作と再生動作との切換時間間隔の変更制御を行って顕熱負荷の処理量を変化させ、それでも足りないときに、圧縮機の容量制御を行って顕熱負荷の処理量をさらに変化させる。このように、まず切換時間間隔の変更制御を行うため、顕熱負荷の処理量を増加させる必要がある場合にも、圧縮機の容量を上げる制御によって消費エネルギー量を大幅に増加させることなく顕熱負荷の処理量を増やすことができるようになる。例えば、切換時間間隔の変更制御によって顕熱負荷の処理量の潜熱負荷の処理量に対する比を大きくすることで必要な顕熱負荷の処理量が確保できる場合には、圧縮機の容量を上げる必要はない。
全熱負荷を増減させるときには圧縮機の容量を変えることが効果的であることから、ここでは、全熱負荷を優先して処理しなければならないときに、まず圧縮機の容量制御を行っている。
全熱負荷を優先させる場合、基本的には顕潜熱処理量比を変える必要がないため、ここでは、顕潜熱処理量比をまず固定した上で圧縮機の容量制御を行っている。このため、不要な顕潜熱処理量比の変化が抑えられる。
ここでは、吸着剤に吸着動作や再生動作を行わせる利用側熱交換器とは別に、熱源側熱交換器をさらに備えている。
なお、利用側熱交換器として、吸着剤に吸着動作や再生動作を行わせる複数の熱交換器を配備することもできる。また、利用側熱交換器として、吸着剤に吸着動作や再生動作を行わせる熱交換器と、それとは別の顕熱負荷処理専用の熱交換器とを配備することもできる。
第2発明に係る空気調和機では、ユーザの選んだ負荷が優先して処理されるようになり、よりユーザの好みにあった空調環境が提供されるようになる。
第3発明に係る空気調和機では、例えば、差分が最も大きい負荷を所定の負荷として優先処理するようにして、全熱負荷、潜熱負荷、顕熱負荷の処理のバランスを取ることができるようになる。
第5発明に係る空気調和機では、まず切換時間間隔の変更制御を行うため、潜熱負荷の処理量を増加させる必要がある場合にも、圧縮機の容量を上げる制御によって消費エネルギー量を大幅に増加させることなく潜熱負荷の処理量を増やすことができるようになる。
第7発明に係る空気調和機では、まず切換時間間隔の変更制御を行うため、顕熱負荷の処理量を増加させる必要がある場合にも、圧縮機の容量を上げる制御によって消費エネルギー量を大幅に増加させることなく顕熱負荷の処理量を増やすことができるようになる。
第9発明に係る空気調和機では、不要な顕潜熱処理量比の変化が抑えられる。
第10発明に係る空気調和機では、2つの吸着熱交換器を備えているため、一方の吸着熱交換器の吸着剤に吸着動作をさせながら他方の吸着熱交換器の吸着剤に再生動作をさせることができ、連続的に屋内に対して除湿または加湿された空気を送り続けることが可能となる。
第12発明に係る空気調和機では、吸着剤の吸着動作と再生動作とが所定の切換時間間隔で切り換わるため、吸着剤や熱交換器の周囲の温度や湿度だけから吸着剤の温度を推定しようとすると、その推定精度を確保することが難しい。これに鑑み、特に潜熱負荷の処理能力に直接的な影響を与える吸着剤の温度に深い関係がある蒸発器の圧力、凝縮器の温度、および凝縮器の圧力のうち少なくともいずれか1つに基づいて、圧縮機の容量制御および切換時間間隔の変更制御を行っており、能力制御がより適切に為されるようになる。
図1〜4に示すように、本実施形態の空気調和機10は、熱交換器の表面にシリカゲル等の吸着剤を担持したデシカント式外調機であって、室内空間に供給される空気に対して冷房除湿運転や暖房加湿運転を行うものであり、中空直方体状のケーシング17を備えている。そして、ケーシング17には、冷媒回路1等が収納されている。
第1吸着熱交換器3の一端は、四路切換弁9に接続されている。第1吸着熱交換器3の他端は、膨張弁11を介して第2吸着熱交換器5の一端に接続されている。第2吸着熱交換器5の他端は、四路切換弁9に接続されている。
図1〜3に示すように、第1吸着熱交換器3及び第2吸着熱交換器5は、たとえば、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成され、具体的に、長方形板状に形成されたアルミニウム製の多数のフィンと、フィンを貫通する銅製の伝熱管とを有している。フィン及び伝熱管の外表面には、吸着剤が担持されている。吸着剤としては、ゼオライト、シリカゲル、活性炭、親水性または吸水性を有する有機高分子ポリマー系材料、カルボン酸基またはスルホン酸基を有するイオン交換樹脂系材料、感温性高分子等の機能性高分子材料などが採用され得る。
ここでは、周波数変更可能な圧縮機として、インバータ圧縮機が採用されている。インバータ圧縮機は、周波数を変更することにより容量制御(出力の制御)が可能である。
[四路切換弁の構成]
四路切換弁9は、第1のポートP1と第3のポートP3とが連通すると同時に第2のポートP2と第4のポートP4が連通する状態(図4(A)に示す状態)と、第1のポートP1と第4のポートP4とが連通すると同時に第2のポートP2と第3のポートP3とが連通する状態(図4(B)に示す状態)とに切り換え自在に構成されている。そして、この四路切換弁9を切り換えることにより、第1吸着熱交換器3が凝縮器として機能すると同時に第2吸着熱交換器5が蒸発器として機能する第1状態と、第2吸着熱交換器5が凝縮器として機能すると同時に第1吸着熱交換器3が蒸発器として機能する第2状態との切り換えが行われる。
次に、図1〜3に基づいて、空気調和機10の内部構造についてさらに詳細に説明する。なお、ケーシング17は、図1において、下端をケーシング17の正面とし、上端をケーシング17の背面とし、左端をケーシング17の左側面とし、右端をケーシング17の右側面とする。また、ケーシング17は、図2〜3において、上端がケーシング17の上面であり、下端がケーシング17の下面である。
ケーシング17の空気室29aには、仕切部材である第1端面板33と第2端面板31と中央の区画板67とが設けられている。第1端面板33と第2端面板31と区画板67とは、ケーシング17の厚さ方向である垂直方向に設けられ、図2〜3に示すように、ケーシング17の上面板17eから下面板17fに亘って設けられている。
ケーシング17の内部には、第1端面板33と第2端面板31と区画板67と仕切板27とによって、第1熱交換室69が区画形成されている。また、ケーシング17の内部には、第1端面板33と第2端面板31と区画板67とケーシング17の左側面板17aとによって、第2熱交換室73が区画形成されている。つまり、第1熱交換室69は、図1において右側に位置し、第2熱交換室73は、図1において左側に位置し、第1熱交換室69と第2熱交換室73とは、隣接して並行に形成されている。
第1端面板33とケーシング17の背面板17dとの間には、仕切部材である水平板61が図2に示すように設けられて、第1流入路63と第1流出路65とが形成される。また、第2端面板31とケーシング17の正面板17cとの間には、仕切部材である水平板55が図3に示すように設けられて第2流入路57と第2流出路59とが形成される。
そして、第1流入路63及び第1流出路65と第2流入路57及び第2流出路59とは、図1において、第1熱交換室69及び第2熱交換室73を横断する中央面(正面板17cと背面板17dとの真ん中に位置する仮想面)を基準として面対称に配置されている。
第1端面板33には、図2に示すように、4つの開口33a〜33dが形成されて、各開口33a〜33dには、第1ダンパ47、第2ダンパ49、第3ダンパ51及び第4ダンパ53が設けられている。4つの開口33a〜33dは、行列方向に近接して位置している。つまり、開口33a〜33dは、上下左右に2つずつ升目状に配置され、第1の開口33aと第3の開口33cとが第1熱交換室69に開口し、第2の開口33bと第4の開口33dとが第2熱交換室73に開口している。
第2端面板31には、図3に示すように、4つの開口31a〜31dが形成されて、各開口31a〜31dには、第5ダンパ35、第6ダンパ37、第7ダンパ39及び第8ダンパ41が設けられている。4つの開口31a〜31dは、行列方向に近接して位置している。つまり、開口31a〜31dは、上下左右に2つずつ升目状に配置され、第5の開口31aと第7の開口31cとが第1熱交換室69に開口し、第6の開口31bと第8の開口31dとが第2熱交換室73に開口している。
[空気調和機の第1状態、第2状態、および両状態のバッチ切換動作の概略]
本実施の形態の空気調和機10は、図4(A)に示す第1状態のように、凝縮器として機能する第1吸着熱交換器3に室内からの還気RAまたは外気OAを第2空気として取り込んで除湿を行ったのち、室外へ排気EAを排出し、または室内へ給気SAを供給する。それとともに、第1状態では、蒸発器として機能する第2吸着熱交換器5に、外気OAまたは室内からの還気RAを第1空気として取り込んで加湿を行ったのち、室内へ給気SAを供給し、または室外へ排気EAを排出する。
この第2状態では、蒸発器として機能する第1吸着熱交換器3に外気OAまたは室内からの還気RAを第1空気として取り込んで加湿を行ったのち、室内へ給気SAを供給し、または室外へ排気EAを排出する。それとともに、第2状態では、凝縮器として機能する第2吸着熱交換器5に室内からの還気RAまたは外気OAを第1空気として取り込んで除湿を行ったのち、室外へ排気EAを排出し、または室内へ給気SAを供給する。
次に、空気調和機10の除湿運転および加湿運転について説明する。
空気調和機10が除湿運転を行う場合には、第1吸着熱交換器3および第2吸着熱交換器5を交互に蒸発器として機能させ、この第1吸着熱交換器3または第2吸着熱交換器5を介して空気調和機10内を流れる空気に含まれる水分を吸着剤で吸着させる。一方、第2吸着熱交換器5または第1吸着熱交換器3を凝縮器として機能させ、凝縮熱により、この第2吸着熱交換器5または第1吸着熱交換器3を介して空気調和機10内を流れる空気に対して吸着剤において吸着した水分を放出して吸着剤を再生させる。そして、吸着剤によって除湿された空気を室内に供給し、かつ吸着剤から水分が放出された空気を室外に放出するように、四路切換弁9によって冷媒回路1の冷媒循環の向きを切り換えるとともに、第1〜第8ダンパ47〜53、35〜41によって空気流路を切り換える。
図5に示すように、本実施形態では、第1吸着熱交換器3の内部における冷媒の温度を測定するために、サーミスタなどの温度センサ12が設けられている。また、第2吸着熱交換器5の内部における冷媒の温度を測定するために、温度センサ13が設けられている。これらの温度センサ12、13は、具体的には、各吸着熱交換器3,5の冷媒を通す伝熱管に接触して伝熱管の温度を測ることで冷媒の温度を測定するものであり、CPUなどからなる制御部2に接続されている。
さらに、本実施の形態では、第1吸着熱交換器3および第2吸着熱交換器5の冷媒の温度以外の追加の制御条件として、給気湿度および室内空気の湿度も用いる。給気湿度を測定するための給気湿度センサ14および室内空気の湿度を測定するための室内空気の湿度センサ15も、制御部2に接続されている。
第1状態では、第1ファン79及び第2ファン77を駆動した状態で、四路切換弁9が図5に示す状態に切り換えられている。その結果、凝縮器として機能する第2吸着熱交換器5での吸着剤の再生(脱離)動作と、蒸発器として機能する第1吸着熱交換器3での吸着剤の吸着動作とが行われることになる。つまり、第1状態では、室内からの還気RAを第2吸着熱交換器5に供給し、第2吸着熱交換器5から脱離した水分が換気RAに付与されることによって、加湿された換気RAが排気EAとして室外に排出される。一方では、外気OAが第1吸着熱交換器3に供給され、第1吸着熱交換器3において外気OA中の水分が吸着されて、除湿された外気OAが給気SAとして室内へ供給される。この給気SAは、除湿が為されているとともに、蒸発器として機能する第1吸着熱交換器3によって冷却されている。
一方、第2吸着熱交換器5で凝縮した冷媒は、膨張弁11で減圧される。減圧後の冷媒は、冷却用の熱媒体として第1吸着熱交換器3に流れる。この第1吸着熱交換器3において、第1吸着熱交換器3の外表面に担持された吸着剤が外気OA中の水分を吸着する際に吸着熱が発生する。第1吸着熱交換器3の冷媒は、この吸着熱や外気OAの熱を吸熱して蒸発する。蒸発した冷媒は、インバータ圧縮機7に戻って圧縮される。
第2状態では、第1ファン79及び第2ファン77を駆動した状態で、四路切換弁9が、図5に示す状態(すなわち、インバータ圧縮機7から第2吸着熱交換器5へ冷媒を圧送する状態)から、インバータ圧縮機7から第1吸着熱交換器3へ冷媒を圧送する状態へと切り換えられている。また、ダンパ47〜53ならびにダンパ35〜41による空気流路の切り換えにより、室内からの還気RAが第1吸着熱交換器3へ供給され、外気OAが第2吸着熱交換器5へ供給されるようになっている。
一方、第1吸着熱交換器3で凝縮した冷媒は、膨張弁11で減圧される。減圧後の冷媒は、冷却用の熱媒体として第2吸着熱交換器5に流れる。この第2吸着熱交換器5において、第2吸着熱交換器5の外表面に担持された吸着剤が外気OA中の水分を吸着する際に吸着熱が発生する。第2吸着熱交換器5の冷媒は、この吸着熱や外気OAの熱を吸熱して蒸発する。蒸発した冷媒は、インバータ圧縮機7に戻って圧縮される。
<冷房除湿循環運転>
上述の冷房除湿換気運転と比較して、基本的な熱交換器の吸着動作および再生動作は同じであるが、図6に示すように、外気OAを取り込んで凝縮器として機能する第2吸着熱交換器5(または第1吸着熱交換器3)に供給し再び排気EAとして室外に排出するとともに、室内から取り込んだ還気RAを蒸発器として機能する第1吸着熱交換器3(または第2吸着熱交換器5)に供給し再び室内に給気SAとして供給する点で異なる。すなわち、室内に供給される給気SAは、室内から取り込まれた換気RAを除湿・冷却したものとなり、外気OAの室内への供給は行われない。
第1状態では、図7に示すように、外気OAを取り込んで第2吸着熱交換器5に供給し、第2吸着熱交換器5の吸着剤から脱離した水分が付与された外気OA(加湿空気)が、給気SAとして室内へ供給される。一方では、室内から取り込んだ還気RAが第1吸着熱交換器3に供給され、第1吸着熱交換器3の吸着剤に還気RA中の水分が吸着される。このようにして除湿された還気RAは、排気EAとして室外に排出される。この給気SAは、加湿されるとともに、凝縮器として機能する第2吸着熱交換器5によって加熱される。
第2状態では、第1ファン79及び第2ファン77を駆動した状態で、四路切換弁9が、図7に示す状態(すなわち、インバータ圧縮機7から第2吸着熱交換器5へ冷媒を圧送する状態)から、インバータ圧縮機7から第1吸着熱交換器3へ冷媒を圧送する状態へ切り換えられている。また、ダンパ47〜53ならびにダンパ35〜41による空気流路の切り換えにより、室内からの還気RAが第2吸着熱交換器5へ供給され、外気OAが第1吸着熱交換器3へ供給されるようになっている。
以上のような第1状態および第2状態を所定のバッチ切換時間間隔で交互に切り換えることにより、暖房加湿および換気が連続的に行われる。
上述の暖房加湿換気運転と比較して、基本的な熱交換器の吸着動作および再生動作は同じであるが、図8に示すように、外気OAを取り込んで蒸発器として機能する第1吸着熱交換器3(または第2吸着熱交換器5)に供給し再び排気EAとして室外に排出するとともに、室内から取り込んだ還気RAを凝縮器として機能する第2吸着熱交換器5(または第1吸着熱交換器3)に供給し再び室内に給気SAとして供給する点で異なる。すなわち、室内に供給される給気SAは、室内から取り込まれた換気RAを加湿・暖房したものとなり、外気OAの室内への供給は行われない。
次に、空調能力制御、すなわち、インバータ圧縮機7の容量制御およびバッチ切換時間間隔の変更制御について説明する。インバータ圧縮機7の容量制御は、具体的にはインバータ圧縮機7の圧縮機周波数を変えることによって行われ、潜熱負荷を処理する潜熱能力の制御を含む全熱能力の制御となる。また、バッチ切換時間間隔の変更制御は、主として、潜熱負荷を処理する潜熱能力と顕熱負荷を処理する顕熱能力との比である顕潜熱能力比の制御となる。
凝縮器温度を制御目標として圧縮機周波数を制御する場合、凝縮器温度が目標値より低い時には圧縮機周波数を上昇させ、目標値より高い時には圧縮機周波数を下降させる。また、凝縮器温度を制御目標としてバッチ切換時間間隔を制御する場合、凝縮器温度が目標値より低い時にはバッチ切換時間間隔を短くし、凝縮器温度が目標値より高い時にはバッチ切換時間間隔を長くする。
さらに、凝縮器温度と蒸発器温度との組合せを制御目標にして、圧縮機周波数およびバッチ切換時間間隔を同時に制御することも可能である。
ここでは、凝縮器温度Tcを第1目標とし、蒸発器温度Teを第2目標とした制御が行われる。図9に示すように、まず、現在の凝縮器温度Tcを目標の凝縮器温度Tc0と比較し(ステップS1およびステップS2)、Tc=Tc0の場合はステップS5へスキップし、Tc<Tc0の場合には、圧縮機周波数を上げる(ステップS3)。これにより、現在の凝縮器温度Tcが上昇し、現在の蒸発器温度Teが下降する。一方、Tc>Tc0の場合には、圧縮機周波数を下げる(ステップS4)。これにより、現在の凝縮器温度Tcが下降し、現在の蒸発器温度Teが上昇する
その後、ステップS5において、現在の蒸発器温度Teと目標の蒸発器温度Te0との比較が行われる(ステップS5およびステップS6)。Te=Te0の場合は、圧縮機周波数およびバッチ切換時間間隔をともに操作しないでスタートに戻る。Te<Te0の場合には、バッチ切換時間間隔を長くし(ステップS7)、その後スタートに戻る。バッチ切換時間間隔を長くすると、凝縮器温度Tcおよび蒸発器温度Teがともに上昇する。
なお、ここでは、各吸着熱交換器3,5において吸着動作あるいは再生動作というバッチが所定のバッチ切換時間間隔で切り換えられるため、凝縮器温度Tcや蒸発器温度Teは、バッチごとの代表値またはバッチの間を通じての平均代表値になる。
ここでは、凝縮器温度Tcを第1目標とし、室内空気の湿度Hraを第2目標とした制御が行われる。
まず、現在の凝縮器温度Tcを目標の凝縮器温度Tc0と比較し(ステップS11およびステップS12)、Tc=Tc0の場合はステップS15へスキップし、Tc<Tc0の場合には、圧縮機周波数を上げる(ステップS13)。このとき、現在の凝縮器温度Tcは上昇し、現在の室内空気の湿度Hraは下降する。一方、Tc>Tc0の場合には、圧縮機周波数を下げる(ステップS14)。このとき、現在の凝縮器温度Tcは下降し、現在の室内空気の湿度Hraは上昇する。
また、暖房加湿運転の制御では、圧縮機周波数を上げると、凝縮器温度Tcおよび室内空気の湿度Hraが両方とも上がる。一方、バッチ切換時間間隔を長くすると、凝縮器温度Tcは上がり、室内空気の湿度Hraは下がる。
その後、現在の室内空気の湿度Hraと目標の室内空気の湿度Hra0とを比較する(ステップS25およびステップS26)。Hra=Hra0の場合は、圧縮機周波数およびバッチ切換時間間隔をともに操作しないでスタートに戻る。Hra<Hra0の場合には、バッチ切換時間間隔を短くし(ステップS27)、その後スタートに戻る。
一方、Hra>Hra0の場合(ステップS28)には、バッチ切換時間間隔を長くし(ステップS29)、その後スタートに戻る。バッチ切換時間間隔を長くすると、凝縮器温度Tcは上昇し、室内空気の湿度Hraは下降する。
空調能力制御、すなわち、インバータ圧縮機7の容量制御およびバッチ切換時間間隔の変更制御については、上記のように、蒸発器温度や凝縮器温度、さらには室内空気の湿度、給気SAの湿度、および給気SAの温度などを適宜組み合わせて制御目標を決めて行っているが、以下のような初期入力設定に基づく条件も加味される。
まず、入力された優先して処理すべき負荷が潜熱負荷である場合には、バッチ切換時間間隔の変更制御による潜熱負荷の処理量の変更を、インバータ圧縮機7の容量制御による潜熱負荷の処理量の変更よりも優先させる。
また、入力された優先して処理すべき負荷が全熱負荷である場合には、まずバッチ切換時間間隔の制御により潜熱負荷の処理量と顕熱負荷の処理量との比である顕潜熱処理量比を固定し、その後にインバータ圧縮機7の容量制御を行う。
(1)
本実施形態の空気調和機10では、第1吸着熱交換器3および第2吸着熱交換器5が交互に凝縮器および蒸発器として機能する。そして、潜熱能力に直接影響する吸着剤の温度が、給気SAの温度や室内の空気温度よりも、凝縮器および蒸発器の冷媒温度により追随することに着目して、空気調和機10の能力制御(圧縮機7の容量制御およびバッチ切換時間間隔の変更制御)における制御目標として、従来のように再生空気温度などを用いる代わりに、ここでは蒸発器温度や凝縮器温度を用いている。
(2)
本実施形態の空気調和機10では、第1および第2吸着熱交換器3,5が表面に吸着剤を担持しており、吸着剤の温度は非常に強く冷媒温度に連動することになる。したがって、蒸発器温度や凝縮器温度を制御目標として空気調和機10の能力制御を行うことは、非常に効果的になっている。
また、空気調和機10では、凝縮器温度を第1目標、蒸発器温度を第2目標として能力制御を行ったり、凝縮器温度や蒸発器温度を第1目標、室内空気の湿度、給気SAの湿度、および給気SAの温度のうち1又は複数のパラメータを第2目標として能力制御を行ったりすることができ、凝縮器温度や蒸発器温度だけにより空気調和機10の能力制御を行う場合に較べて更に適切な能力制御が可能となる。
空気調和機10では、蒸発器として働く吸着熱交換器3,5によって吸着剤が吸着動作を行い、また凝縮器として働く吸着熱交換器5,3によって吸着剤が再生動作を行う。そして、吸着剤の吸着動作と再生動作との切り換えの時間間隔(バッチ切換時間間隔)の変更制御が、インバータ圧縮機7の容量制御とともに、制御部2によって行われている。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(1)
上記実施形態では、空気調和機10の能力制御を行う際の制御目標として凝縮器温度や蒸発器温度を用いているが、凝縮器圧力や蒸発器圧力を制御目標としても、同様に従来よりも適切な空気調和機10の能力制御ができる。
上記実施形態の構成に加え、図12に示すように、吸着材を有さず顕熱処理を主として行う顕熱熱交換器16と膨張弁18とを設けて、顕熱処理能力を向上させてもよい。このような構成の空気調和機であっても、吸着熱交換器3,5の吸着剤の温度が冷媒温度に強く追随することに変わりはないので、凝縮器温度や蒸発器温度あるいは凝縮器圧力や蒸発器圧力を制御目標として空気調和機の能力制御を適切に行うことができる。
上記実施形態では、吸着剤が第1吸着熱交換器3および第2吸着熱交換器5の表面に担持されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、特開2004−69257号公報に記載されているような調湿装置(空気調和機)に対して本発明を適用することも可能である。
加湿運転の第1動作について、図13(A)を参照しながら説明する。この第1動作では、第1の調湿エレメント181についての吸着動作と、第2の調湿エレメント182についての再生動作とが行われる。つまり、第1動作では、第2の調湿エレメント182で空気が加湿され、第1の調湿エレメント181の吸着剤が水分を吸着する。ケーシングに取り込まれた還気RAは、第1の調湿エレメント181の吸着側通路へ流入する。この吸着側通路を流れる間に、還気RAに含まれる水蒸気(水分)が吸着剤に吸着される。このように減湿された還気RAは、熱交換器107を通過し、冷媒との熱交換によって冷却される。その後、水分と熱を奪われた還気RAは、排気EAとして室外へ排出される。
(4)
図14に示すような室外の熱源側熱交換器211と室内の利用側熱交換器212,213,214とから成る空気調和機210においても、本発明を適用することが可能であり、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
冷房除湿運転中には、第1の四路切換弁225が図14に示す第1状態に設定されるとともに膨張弁223の開度が適宜調節され、室外熱交換器211が凝縮器となって顕熱熱交換器212が蒸発器となる。一方、第1吸着熱交換器213および第2吸着熱交換器214については、第1吸着熱交換器213が凝縮器となって第2吸着熱交換器214が蒸発器となる第1状態と、第2吸着熱交換器214が凝縮器となって第1吸着熱交換器213が蒸発器となる第2状態とが、交互に繰り返される。
(5)
図15に示すような室外の熱源側熱交換器222と室内の利用側熱交換器224,227とから成る空気調和機220においても、本発明を適用することが可能であり、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
空気調和機220では、冷房除湿運転と暖房加湿運転とが行われるが、ここでは冷房除湿運転を例にとって説明を行う。
この吸着動作中において、室外熱交換器222で冷媒から吸熱した外気OAが室外へ排気EAとして排出され、顕熱熱交換器227で冷却された室内からの還気RAが室内へ給気SAとして送り返される。また、吸着熱交換器224では、室内からの還気RA中の水分が吸着剤に吸着されて還気RAが除湿され、その際に生じた吸着熱が冷媒に吸熱される。吸着熱交換器224で除湿された室内からの還気RAは、給気SAとして室内へ送り返される。
この再生動作中において、室外熱交換器222で冷媒から吸熱した外気OAが室外へ排気EAとして排出され、顕熱熱交換器227で冷却された室内からの還気RAが室内へ給気SAとして送り返される。また、吸着熱交換器224では、冷媒によって吸着剤が加熱されて再生され、吸着剤から脱離した水分が室内からの還気RAに付与される。吸着熱交換器224から脱離した水分は、室内からの還気RAとともに室外へ排気EAとして排出される(図15の2点鎖線で示す還気RAの流れを参照)。
(6)
上記実施形態では、ユーザやメンテナンスパーソンに入力を行わせるディップスイッチ等の入力部2aを設け、その入力部2aに入力された負荷(潜熱負荷、顕熱負荷、あるいは全熱負荷)が優先して処理されるように、制御部2がインバータ圧縮機7の容量制御およびバッチ切換時間間隔の制御を行っている。この場合には、ユーザとしては、選んだ(入力した)負荷が優先して処理されるようになり、より好みにあった空調環境を得ることができるようになる。
例えば、制御部2は、第1差分、第2差分、および第3差分に基づいて、優先して処理を行う負荷を決定することができる。第1差分は、全熱負荷を処理する現在の空気調和機10の能力と、室内の全熱負荷の大きさとの差である。第2差分は、潜熱負荷を処理する現在の能力と、室内の潜熱負荷の大きさとの差である。第3差分は、顕熱負荷を処理する現在の能力と、室内の顕熱負荷の大きさとの差である。具体的には、制御部2は、第1差分、第2差分、および第3差分のうち最も値が大きなものを選び、それが第1差分の場合には全熱負荷を優先して処理すべき負荷として決定し、それが第2差分の場合には潜熱負荷を優先して処理すべき負荷として決定し、それが第3差分の場合には顕熱負荷を優先して処理すべき負荷として決定する。なお、各負荷の大きさや各負荷を処理する現在の能力については、各種空気温度や冷媒状態情報(温度や圧力)などの入手データから制御部2が判断することができる。
(7)
上記実施形態では、優先して処理すべき負荷が潜熱負荷である場合に、制御部2は、バッチ切換時間間隔の変更制御による潜熱負荷の処理量の変更を、インバータ圧縮機7の容量制御による潜熱負荷の処理量の変更よりも優先させている。
上記実施形態では、優先して処理すべき負荷が顕熱負荷である場合に、制御部2は、バッチ切換時間間隔の変更制御による顕熱負荷の処理量の変更を、インバータ圧縮機7の容量制御による顕熱負荷の処理量の変更よりも優先させている。
このような能力制御に代えて、優先して処理すべき負荷が顕熱負荷である場合に、インバータ圧縮機7の容量制御による顕熱負荷の処理量の変更を、バッチ切換時間間隔の変更制御による顕熱負荷の処理量の変更よりも優先させることも考えられる。ここでは、顕熱負荷を優先して処理する場合に、まずインバータ圧縮機7の容量制御を行って顕熱負荷の処理量を変化させ、それでも足りないときに、バッチ切換時間間隔の変更制御を行って顕熱負荷の処理量をさらに変化させる。このように能力制御を行えば、まずインバータ圧縮機7の容量制御を行うため、顕熱負荷の処理量の変化が比較的早く現れることになり、必要な顕熱負荷の処理が早く達成されるようになる。
上記実施形態では、優先して処理すべき負荷が全熱負荷である場合に、まずバッチ切換時間間隔の制御により潜熱負荷の処理量と顕熱負荷の処理量との比である顕潜熱処理量比を固定し、その後にインバータ圧縮機7の容量制御を行っている。
このような能力制御に代えて、優先して処理すべき負荷が全熱負荷である場合に、まずインバータ圧縮機7の容量制御を行わせることも考えられる。
3 第1吸着熱交換器
5 第2吸着熱交換器
7 インバータ圧縮機
9 四路切換弁
10 空気調和機
12,13 温度センサ
14 給気湿度センサ
15 室内空気の湿度センサ
101 圧縮機
105 再生熱交換器
110 空気調和機
181,182 調湿エレメント
210 空気調和機
213 第1吸着熱交換器
214 第2吸着熱交換器
221 圧縮機
224 吸着熱交換器
Claims (13)
- 圧縮機(7,221)を有する蒸気圧縮式の冷凍サイクルを利用して、屋内の潜熱負荷および顕熱負荷を処理する空気調和機(10,110,210,220)であって、
熱交換器(3,5,105,213,214,224)と、
蒸発器として働く前記熱交換器によって吸熱される通過空気の水分を吸着する吸着動作、および、凝縮器として働く前記熱交換器によって加熱される通過空気に対して水分を脱離する再生動作、を行う吸着剤と、
前記吸着剤の前記吸着動作と前記再生動作とが所定の切換時間間隔で切り換わるように制御する制御部(2)と、
を備え、
前記制御部は、前記潜熱負荷と前記顕熱負荷との和である全熱負荷、前記潜熱負荷、および前記顕熱負荷のうち所定の負荷が優先して処理されるように、前記圧縮機の容量制御を行って前記全熱負荷の処理する全熱能力を制御するとともに前記切換時間間隔の変更制御を行って前記潜熱負荷を処理する潜熱能力と顕熱負荷を処理する潜熱能力との比である顕潜熱能力比を制御する、
空気調和機。 - 前記所定の負荷をユーザに選択させる入力部(2a)をさらに備えた、
請求項1に記載の空気調和機。 - 前記制御部は、前記全熱負荷を処理する現在の能力と前記全熱負荷の大きさとの差である第1差分、前記潜熱負荷を処理する現在の能力と前記潜熱負荷の大きさとの差である第2差分、および前記顕熱負荷を処理する現在の能力と前記顕熱負荷の大きさとの差である第3差分を求め、前記第1、第2、および第3差分のうち最も値が大きなものを選び、それが前記第1差分の場合には前記全熱負荷を優先して処理すべき負荷として決定し、それが前記第2差分の場合には前記潜熱負荷を優先して処理すべき負荷として決定し、それが前記第3差分の場合には前記顕熱負荷を優先して処理すべき負荷として決定する、
請求項1に記載の空気調和機。 - 前記制御部は、前記所定の負荷が前記潜熱負荷である場合に、前記圧縮機の容量制御による前記潜熱負荷の処理量の変更を、前記切換時間間隔の変更制御による前記潜熱負荷の処理量の変更よりも優先させる、
請求項1から3のいずれかに記載の空気調和機。 - 前記制御部は、前記所定の負荷が前記潜熱負荷である場合に、前記切換時間間隔の変更制御による前記潜熱負荷の処理量の変更を、前記圧縮機の容量制御による前記潜熱負荷の処理量の変更よりも優先させる、
請求項1から3のいずれかに記載の空気調和機。 - 前記制御部は、前記所定の負荷が前記顕熱負荷である場合に、前記圧縮機の容量制御による前記顕熱負荷の処理量の変更を、前記切換時間間隔の変更制御による前記顕熱負荷の処理量の変更よりも優先させる、
請求項1から3のいずれかに記載の空気調和機。 - 前記制御部は、前記所定の負荷が前記顕熱負荷である場合に、前記切換時間間隔の変更制御による前記顕熱負荷の処理量の変更を、前記圧縮機の容量制御による前記顕熱負荷の処理量の変更よりも優先させる、
請求項1から3のいずれかに記載の空気調和機。 - 前記制御部は、前記所定の負荷が前記全熱負荷である場合に、まず前記圧縮機の容量制御を行う、
請求項1から3のいずれかに記載の空気調和機。 - 前記制御部は、前記所定の負荷が前記全熱負荷である場合に、まず前記切換時間間隔の制御により前記潜熱負荷の処理量と前記顕熱負荷の処理量との比を固定し、その後に前記圧縮機の容量制御を行う、
請求項1から3のいずれかに記載の空気調和機。 - 前記熱交換器として、表面に前記吸着剤が設けられた第1吸着熱交換器(3,213)および第2吸着熱交換器(5,214)を備え、
前記制御部は、前記第1吸着熱交換器の前記吸着剤の前記吸着動作または前記再生動作により除湿または加湿された空気を前記屋内に供給する第1状態と、前記第2吸着熱交換器の前記吸着剤の前記吸着動作または前記再生動作により除湿または加湿された空気を前記屋内に供給する第2状態とを切り換える、
請求項1から9のいずれかに記載の空気調和機(10,210)。 - 前記熱交換器を、利用側熱交換器(213,214)として備え、
熱源側熱交換器(211)をさらに備えた、
請求項1から10のいずれかに記載の空気調和機(210)。 - 前記制御部は、前記蒸発器の温度、前記蒸発器の圧力、前記凝縮器の温度、および前記凝縮器の圧力のうち少なくともいずれか1つに基づいて、前記圧縮機の容量制御および前記切換時間間隔の変更制御を行う、
請求項1から11のいずれかに記載の空気調和機。 - 圧縮機(7,221)および熱交換器(3,5,105,213,214,224)を有する蒸気圧縮式の冷凍サイクルを利用して、蒸発器として働く前記熱交換器によって吸熱される通過空気の水分を吸着する吸着動作および凝縮器として働く前記熱交換器によって加熱される通過空気に対して水分を脱離する再生動作を行う吸着剤を使用して、屋内の潜熱負荷および顕熱負荷を処理する空気調和機(10,110,210,220)の制御方法であって、
前記吸着剤の前記吸着動作と前記再生動作とが所定の切換時間間隔で切り換わるように制御するとともに、
前記潜熱負荷と前記顕熱負荷との和である全熱負荷、前記潜熱負荷、および前記顕熱負荷のうち所定の負荷が優先して処理されるように、前記圧縮機の容量制御を行って前記全熱負荷の処理する全熱能力を制御するとともに前記切換時間間隔の変更制御を行って前記潜熱負荷を処理する潜熱能力と顕熱負荷を処理する潜熱能力との比である顕潜熱能力比を制御する、
空気調和機の制御方法。
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