JP4915387B2

JP4915387B2 - 空気調和装置、空気調和方法

Info

Publication number: JP4915387B2
Application number: JP2008115649A
Authority: JP
Inventors: 宗野本; 文雄松岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP2008185330A

Description

この発明は、空調装置の省エネルギー運転の技術に関するもので、例えば室内の空調に外気を積極的に導入して、外気の状態に応じて最適な運転を行い、新鮮外気による健康と、外気の温度と湿度を利用したエネルギー消費の低減を図る技術に関するものである。

図３２は例えば特開平８−１４５４３２号に記載の従来の空気調和機の技術を示すものであり、１１１は空気調和機であり、１は部屋２の天井に取り付けられた室内ユニット１を有する。３はチューブの内部を流れる冷媒と室内ファン５により送風されるチューブの外部を流れる空気との熱交換を行う室内熱交換器、１００は室内ユニット１の内部へ直接空気を導入する換気扇の換気ファン、７は室外ユニット８の内部に収納された室外熱交換器２５と室内熱交換器３との間に冷媒を循環させる冷媒配管、１８は室外ユニット８の中に収納され室外温度を計測する外気温センサー、１９は室内を循環してきた空気を吸込む吸込みグリル３５の近傍に設けられ吸込み温度である室内空気温度を計測する室温センサー、２１は床面とともに部屋を形成する壁面、３４は室内ユニット１から空気を吹出す吹出しグリル、１１０はダクトダンパーにより開閉され室内ユニットへの換気を行うダクトである。

図３２の構成では天井埋め込み型空気調和機の室内ユニット１が天井などに埋設してあり、この内部には横流ファンなどの室内ファン５と熱交換器３が取り付けられ、部屋２に面した部分に設けられた化粧パネルの室内熱交換器３の上流側と下流側において吸込みグリル３５と吹出しグリル３４をそれぞれ開口している。室内ファン５の回転により室内には循環風が形成される。室内熱交換器３の上流側通風路には換気ファン１００が設けられたダクト１１０が屋外と連通可能に接続されており、この換気ファンのオンオフ制御とこれに連動して開閉するダクトダンパーにより外気を選択的に導入している。

従来の天井埋め込み式の空気調和機の室内ユニット１は、その内部に室温を検出する室温センサー１９と、マイコンなどの制御装置を内蔵した室内制御器を取り付けてある。室内制御器では室温センサー１９により検出された室温検出値と、あらかじめリモコンなどの室温設定器により設定された室温設定値とをそれぞれ読み込み、この室温検出値を室温設定値にするために必要な運転周波数信号を室外ユニット８へ与えられる。室外ユニット８の中では例えばマイクロプロセッサなどによりなる室外制御器にこの信号が与えられ、同様に内蔵された圧縮機の運転がこの室外制御器により制御されて行われ室外熱交換器２５から冷媒が配管７を介して室内熱交換器３へ送られる。また室内制御器はリモコンなどにより換気運転が選択されたときにオン信号を換気ファン３１とダクトダンパーに与えて動作させて新鮮な外気を室内ユニット１の中に導入させている。

導入する外気の温度は外気温センサー１８により計測しており、この外気温センサー１８の検出した外気温に応じて室温検出センサー１９の検出した値を補正する。空気調和機の暖房や冷房などの運転は検出した室温により行われるので外気により補正された室温を使用することにより外気温度の変動に応じた運転が行える。この温度補正は室内送風量に室温検出値を乗じ、これに外気導入量に外気温度の検出値を乗じたものを各風量の合計で除したもの補正した温度としている。

一方、外気の温度と湿度、室内の温度と湿度を計測して空調を行う従来の技術として特開昭６０−２３２４４５号公報のような技術が知られている。これはエアコンと換気扇をそれぞれ別個に設けておいて、まず室内の温度が設定値より高いかで判断して、すなわち室温制御が必要かを判断してエアコンを冷房運転する。但し室内の温度が設定値より高い状態の場合、エアコンで除湿運転させるか、あるいは、室内の絶対湿度が外気の湿度より高ければエアコンは運転させずに換気扇を動作させる。絶対湿度は入力された湿度センサーからの相対湿度を検出された温度とともに空気線図上で換算して絶対湿度を得ている。

特開平８−１４５４３２号特開昭６０−２３２４４５号公報

しかしながら、空気調和例えば加熱加湿を行う場合、温度のみを上げようとする顕熱に対する処理と湿度のみを上げようとする潜熱に対する処理が同時に行われる。これに付いては例えば上記の文献養賢堂から昭和６２年４月２０日発行の著書、冷凍および空気調和第１７版２１０頁、に加熱加湿の前と後の状態を線図上に示す図が顕熱潜熱とともに記載されている。従って、換気の導入の制御が空気温度だけで行われる場合、室内温度より外気温度が低いが室内湿度よりも外気湿度が低い場合には、室内の湿度が上がってしまい、その湿度を下げるために冷凍サイクルが室内の水蒸気成分を減らそうとして空気調和機で無駄な仕事が行われると言う問題を生ずる。叉温度と湿度を検出して空気調和機と換気扇を個別に検出値に応じて制御する場合、すなわち、温度は室内の温度と設定値との比較でエアコンで調整し、湿度は外部と内部を比較し湿度制御だけは換気扇で行うことは、新鮮な外気の取り入れに大幅な制限を受けるとともに外気のエネルギーを効果的に生かすことができずエアコンに無駄な動作をさせるという問題があった。また、換気ファンの風量を固定したり、絶対湿度だけの比較で運転するとすると冷凍サイクルの運転にたいし、上記と同様に無駄な仕事が行われると言う問題があった。さらに従来のごとく結果として生ずる温度や湿度の個別の数字をフォローしていく制御では使用機器が特定されたものだけにとどまり、他の種類の冷熱温熱加湿徐湿等を調整する他の機器の制御とは全く関係無くなり様々な特性を有する他の機器の影響を考慮できず、また、多くの部屋を同時に空気調和を行ったり、さらに、エネルギー効率を考えて空気の質を改善することが出来ないと言う問題があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので換気により新鮮な外気を導入しつつ快適な空気調和を行うものである。またこの発明はエネルギー効率を考えて空気の質を向上する装置および方法に関するものである。さらにまたこの発明は温度と湿度を一体に制御する簡単な制御方法に関するものである。

この発明は、外気のエンタルピーと空気調和装置へ室内から吸込む空気のエンタルピーを求め両方のエンタルピーを比較するステップと、外気のエンタルピーが空気調和装置へ室内から吸込む空気のエンタルピーより低い場合は換気手段にて外気を室内に導入するとともに冷凍サイクルを所定の条件で運転させるステップと、を備えたものである。

この発明は、室内に循環する空気のエンタルピと空気調和装置へ室内から吸込む空気のエンタルピを求め両方のエンタルピから室内負荷を求めるステップと、この室内負荷と室内空気の温度と湿度の目標値と空気調和装置へ室内から吸込む空気の温度と湿度から、目標とする室内に循環する空気の温度と湿度を求めるステップと、換気手段にて外気を室内に導入するステップと、を備えたものである。

この発明は、室内に吸入口有し、送風機により室内空気を前記吸入口から吸込んで空気調和を行う空調機の吸込んだ空気の温度と湿度を検出するステップと、空調機の室内への吹出し口から吹出させ室内に循環させる空気の温度と湿度を検出するステップと、室外から室内に外気を導入する外気の温度と湿度を検出するステップと、室内空気の目標値である温度と湿度を設定するステップと、室内空気の目標値を達成させ、且つ、冷凍サイクルのエネルギーを小さくするため、室内熱交換器に直接吸込む室内空気と外気が混合された空気の温湿度の目標値を設定するステップと、を備えたものである。

この発明は、室内に吸入口有し、送風機により室内空気を前記吸入口から吸込んで空気調和を行う空調機の吸込んだ空気の温度と湿度を検出するステップと、空調機の室内への吹出し口から吹出させ室内に循環させる空気の温度と湿度と風量を検出するステップと、室外から室内に外気を導入する外気の温度と湿度と風量を検出するステップと、室内空気の目標値である温度と湿度を設定するステップと、室内空気の目標値を達成させ、且つ、冷凍サイクルのエネルギーを小さくするため、室内熱交換器から直接吹出す空気の温湿度の目標値を設定するステップと、を備えたものである。

この発明は、室内に吸入口と吹出し口を有し、送風機の回転により室内空気を吸入口から吸込んで吹出し口から吹出させ、室内の温度および湿度を熱交換器の能力により変化させて冷房や暖房などの運転を行う空気調和手段と、空気調和手段に接続され、送風機の回転および前記熱交換器の能力を調整して室内の温度および湿度を目標値である温度および湿度の少なくとも一つに接近させるように設定する目標値設定手段と、目標値設定手段の設定する目標値を複数の帯域からなるゾーンとし、空気調和手段の運転の状態に応じて目標値の複数の帯域からゾーンの幅を選択可能とするものである。

この発明の空気調和方法は、簡単な方法でエネルギーの少ない空気調和方法が得られる。また、外気を利用して効果的な省エネルギー運転が可能で、更に、使い勝手が良く無駄なエネルギーを利用しない空気調和方法が得られる。またこの発明の空気調和装置は、目標値を複数の帯域からなるゾーンとし、目標値の複数の帯域からゾーンの幅を選択可能とするので、快適な室内の空気調和が得られる。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１による空気調和装置および空気調和方法について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示す全体構成図であり、図２は、冷熱または温熱を得るための既存のエネルギー効率の高い蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成の一例を示す冷媒回路図である。本発明は、室内空気の温度または湿度を、目標値である温度および湿度に接近するように空気調和を行って室内空気を冷房または暖房する空気調和装置で、新鮮な室外空気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間が得られるように空気調和を行うものである。特に、外気を積極的に利用する際の空気調和装置の動作および制御に際し、空気温度と共に空気湿度を考慮することを特徴としている。この空気温度と空気湿度を関連させながら制御する際の基本となるものは、一般によく知られている湿り空気線図である。以下、この湿り空気線図について簡単に記載する。図３は、文献（「冷凍および空気調和」第１７版、昭和６２年４月２０日、養賢堂発行）の第１９９頁に記載されている湿り空気線図の骨子を示す図である。湿り空気線図は一般の空気である湿り空気の状態を示す図で、湿り空気のエンタルピｉと絶対湿度ｘを斜交軸にとり、温度などの関連するデータを、大気圧が７６０ｍｍＨｇ一定としてまとめたものものである。乾球温度を一定とすればｉとｘとは直線関係で表すことができ、等温度線（ｔ線）は直線となる。等エンタルピー線（ｉ線）がｘ線となす角度は、ｉとｘとのメモリを適当に選んでｔ＝０℃の線がｘ線に直交するように定めてある。絶対湿度と相対湿度の関係や、顕熱と潜熱の関係、等も記載されている。なお横軸は温度を取り、縦軸の絶対湿度とはほぼ直交する関係にある。曲線Ｈは飽和線と称するもので、相対湿度が１００％のときの絶対湿度と温度を示している。この飽和線から右の領域では水蒸気は過熱蒸気の状態にあり、空気の温度が下がって過熱蒸気が冷却されると、飽和線にいたって凝縮をはじめることが解る。このように湿り空気線図では湿り空気の状態変化を簡単に知ることができるので、これに基づいて実際に検知した外気状態と室内空気状態から、外気を積極的に室内に導入して室内の空気調和に効果的に利用する。

図１において、１は部屋の壁面に取り付けられた空気調和装置の室内ユニット、２は空調の対象となる部屋で以下では室内と称する。また、３は室内熱交換器、４は加熱手段、５は室内ファン、６は外気を室内の例えば室内ユニット１内に導入する外気導入手段であり、例えば部屋の壁面に貫通された開口に取り付けられ、外気を吸入するファン３１と外気導入口開閉機構としてダンパ６７を有する。室内ユニット１には室内熱交換器３、加熱手段４、室内ファン５、外気導入手段６を内蔵している。加熱手段４は、本実施の形態では例えばヒータであり、図１に示すように室内熱交換器３の出口と室内ファン５の入口の間の空気流路に配設されている。室内熱交換器３の下流側の空気流路に設けられたヒータ４によって、室内熱交換器３で熱交換された空気の温度が低すぎる場合にその空気を加熱する。また外気導入手段６は、所定の時間間隔でダンパ６７の開閉を行ったり、電気的にダンパ６７の開度を段階的または連続的に変えて調節したり、ファン３１の回転数を変化させてファンの速度を変えることで、外気導入量を可変に調整制御できる。

また、７は冷媒配管、８は室外ユニットで、室外ユニット８で得た冷熱または温熱を冷媒配管７で室内熱交換器３に輸送する。ここでは例えば冷媒配管７、室外ユニット８、室内熱交換器３を含めて蒸気圧縮式冷凍サイクルで構成している。

図２に示すように、室外ユニット８には、圧縮機２２、流路切換手段である四方弁２３、室外熱交換器２５、室外ファン４１、減圧手段である膨張弁２６などが格納され、室外ユニット８と室内熱交換器３は冷媒配管７で接続されている。冷媒としては例えばＨＣＦＣ冷媒であるＲ２２を冷媒配管内に循環させる。以下、この蒸気圧縮式冷凍サイクルで室内熱交換器３において室内の冷房を行う場合の冷媒流通の動作について説明する。室内を冷房する場合には室外熱交換器２５を凝縮器、室内熱交換器３を蒸発器として動作させ、四方弁２３は実線のように接続する。圧縮機２２で圧縮された高圧ガス冷媒は、圧縮機７１の吐出口から四方弁２３を介して室外熱交換器２５へ流通し、ここで室外ファン４１で吹きつけられる外気に放熱する。そして冷媒は凝縮し、高圧液冷媒となって室外熱交換器２５から流出する。その後膨張弁２６へ流通して断熱膨張され、低圧二相冷媒となる。さらに低圧二相冷媒は冷媒配管７を循環して室内熱交換器３へ流通し、ここで採熱して蒸発する際に室内空気と熱交換することによって室内を冷房する。そして冷媒は、室内熱交換器３から低圧ガス冷媒となって流出した後、冷媒配管７を通って室外ユニット８に流通し、四方弁２３を介して圧縮機２２の吸入口へと戻る。このような動作によって室内熱交換器３では冷熱が得られる。この室内熱交換器３での冷媒の蒸発温度と室内空気の温度および湿度によって、室内空気の温度および湿度変化量が決まるのであるが、空気調和装置それぞれの構成や冷凍サイクルの能力によって、冷媒の蒸発温度には実現し得る温度の許容範囲がある。一般的に空気調和を行うための冷凍サイクルでは各機器の耐熱性や露対策などから蒸発温度の下限を１０℃程度とし、この温度以上で信頼性のよい運転を行う。

また、室内熱交換器３によって室内の暖房を行う場合の運転時の冷媒流通の動作について説明する。室内を暖房する場合には室外熱交換器２５を蒸発器、室内熱交換器３を凝縮器として動作させ、四方弁２３は冷房運転での冷媒回路を切換えて点線のように接続する。圧縮機２２で圧縮された高圧ガス冷媒は、圧縮機２２の吐出口から四方弁２３を介して冷媒配管７を通って室内ユニット１の室内熱交換器３へ流通し、ここで放熱して凝縮する際に室内空気と熱交換することによって室内を暖房する。そして冷媒は、室内熱交換器３から高圧液冷媒となって流出し、室外ユニット８の膨張弁２６で断熱膨張されて低圧二相冷媒となり室外熱交換器２５へ流入する。さらに冷媒は室外熱交換器２５で室外ファン４１によって吹きつけられる外気から採熱して蒸発し、低圧ガス冷媒となって流出した後、四方弁２３を介して圧縮機２２の吸入口へと戻る。このような動作によって室内熱交換器３で温熱が得られる。

また、図１に示した空気調和装置には、外気、室内空気の空気状態を検知する手段が設けられている。９は吸込み温度検知手段である室内空気温度検知手段、１０は吸込み湿度検知手段である室内空気湿度検知手段で、それぞれ例えば室内ユニット１での室内空気の取込口に設けられており、室内２から室内ユニット１に取込まれた室内空気であるリターン空気の温度を室内空気温度検知手段９で検知し、室内２から室内ユニット１に取込まれた室内空気であるリターン空気の湿度を室内空気湿度検知手段１０で検知する。１１は外気温度検知手段、１２は外気湿度検知手段で、それぞれ例えば室外で外気導入手段６への吸気口周辺に設けられており、外気温度検知手段１１で室内ユニット１に取込まれる外気の温度を検知し、外気湿度検知手段１２で室内ユニット１に取込まれる外気の湿度を検知する。１３は空調装置から吹出され室内に循環する空気の温度を検知する吹出し空気温度検知手段、１４は同様に室内に循環する空気の湿度を検知する吹出し空気湿度検知手段で、それぞれ例えば室内ユニット１から室内への空気吹出口に設けられており、吹出し空気温度検知手段１３で室内ユニット１から室内２へ吹出す空気の温度を検知し、吹出し空気湿度検知手段１４で室内ユニット１から室内２へ吹出す空気の湿度を検知する。また、室内熱交換器３の冷媒配管に設けた室内熱交換器配管温度検知手段１８によって室内熱交換器温度、即ち冷媒の蒸発温度を計測している。また、３２は室内ユニット１内に設けた室内制御装置である電子箱で、例えば１つまたは複数のマイクロプロセッサが格納され、室内空調負荷検知手段と運転動作設定手段と外気量制御手段と運転動作制御手段の動作を行う。この動作については後で詳しく述べる。

図４は本発明の一実施例であるシステム系統の冷媒の流れと空気の流れの関係を説明する図で、１は室内２の壁面２１に取り付けられた空気調和を行うエアコンの室内ユニットで、室内熱交換器３、加熱手段であるヒーター４、室内ファン５を内蔵している。３２は図示されていないリモコン装置の指令により運転開始や停止、温度調整や設定値の変更などとともに室外制御装置３３との情報伝達他を行う室内制御装置である。３４は吹出しグリル、３５は吸込みグリル、３９は室内フィルターである。６は壁面２１に貫通された開口より外気を取り入れる外気導入手段で、換気ファン３１、室外フィルター４０、シャッター１５より構成されている。８は冷媒配管７により室内熱交換器３と接続されている室外ユニットで、冷凍サイクルを構成する圧縮機２２、四方弁２３、室外熱交換器２５、膨張弁２６、アキュムレーター２４、室外ファン４１を内蔵している。３３は冷媒配管７の中を流れる冷媒１６の物理状態を圧縮機２の回転数、四方弁２３の切り替え、室外ファン４１の回転数、膨張弁２６の開度調整などを組み合わせて調整する制御装置である。９は吸込み口温度検知手段、１０は吸込み口湿度検知手段、１１は外気温度検知手段、１２は外気湿度検知手段、１３は吹出し口温度検知手段、１４は吹出し口湿度検知手段である。

この構成において室外から外気である新鮮外気量x*Voを室内ユニット１の吸気側に換気扇である外気導入手段６の換気ファン３１により取り入れている。この外気量x*Voと室内を循環して室内ユニット１の室内ファン５により吸込みグリル３５に吸込まれるリターンされる空気であるリターンエアの室内リターンエア風量VＲが室内ユニット１の吸気された空気の量である。吸気された空気は室内熱交換器３で冷却される。すなわち冷凍サイクルの圧縮機２２で圧縮された冷媒が室外熱交換器２５で凝縮して外部の空気で冷却され膨張弁２６により圧力を下げられ室内熱交換器３により冷媒が蒸発して熱交換器のチューブを低温にする。この冷媒は再び圧縮機に戻されると言う冷凍サイクルを循環する。蒸発器である室内熱交換器はこれを通過する外気量x*Voと室内リターンエア風量VＲとを冷却することにより室内を冷房することが出来る。なお冷凍サイクルに設けた四方弁２３を切り替えて室内を暖房にすることも可能である。加熱手段４は暖房時など必要なときに動作させるもので、電気入力によるヒーターを示すが別の方式例えば冷媒再熱により空気を加熱しても良い。室外フィルター４０は外気を処理するフィルターで塵埃などの除去のみならず花粉やNOX等の有害なガスも除去できる。これにより新鮮な、かつ、清浄な外気を取り入れることが出来る。室内フィルター３９は室内からリターンする空気の汚れを除去するもので、塵埃やウィルス、煙草の匂いなど、室内で発生する汚れを除去可能である。

なお図中に示すTo,Xo等のTやXの記号は図に記載されているように温度や湿度を示すものである。但し湿度は絶対湿度で表している。Qeは冷却と除湿を含めた室内熱交換器の冷房能力、ETは蒸発器である室内熱交換器のチューブの温度である蒸発温度である。温度の計測は温度センサーで直接計測する構造を示しているが、特に室内温度と吹出し温度に付いてはいずれか一方を直接計測し他方は冷房能力や風量すなわち回転数等から演算して求める形でも良いことは当然である。湿度に関しては湿度センサーで計測するが、この場合はたいてい相対湿度を計測することになる。従って、相対湿度を計測した値と温度とで絶対湿度に制御装置に設けたマイコンで換算する必要がある。また室内や吹出しの温度、湿度を室内ユニットの内部に設けたセンサーで計測する説明をしているが室内ユニットの外部でもその役割が果たせる位置なら良いし、特に吹出し温度は室内に配置した別の温度計からデータを取ってもよい。

目標温度T*はゾーンとして設定する。但し目標温度のゾーン幅は使用するマイコンの分解能力から決まる±０．３−０．５゜C程度の領域を複数連続して設けたゾーンとして、±１−３゜Cぐらいの幅とする。すなわち一般に人の場合は外気温度が低くなると室内が同じ温度でもより温度が低いと感じるので、目標温度帯幅を切り替えられる様にする。あるいは目標値を広い幅のゾーンとする。これは、女性は男性より同じ温度でも低く感ずるし、年齢が高くなると同じ温度でも低く感ずる。この温度差の感覚は場合によっては３゜Cぐらいの差が存在するので、例えばこの目標温度帯に入ることで直ちにエネルギーをあまり要しない温度を維持する動作に圧縮機やファンなどの動作を切り替えることにより様々な人に対し快適感を与えながら効率の良い運転を行うことが出来る。あるいは常に目標温度帯のうちでの高い温度に到達してから温度を維持する動作に圧縮機などの動作を切り替えることにより特に女性や老人などの多い家庭内の空気調和に対し快適感を与える運転を行うことが出来る。このような温度帯幅を切り替えたり、温度帯幅に到達したときに冷凍サイクルや室内ファンの動作を切り替えることは、リモコンで設定を行う構成でも良いし、室内および室外のいずれかまたは両方の制御装置に設けたマイコンに記憶させ運転パターンや運転モードにより切り替えさせる。

目標湿度X*も同様にゾーンとして設定する。但し目標湿度のゾーン幅は使用するセンサーなどの精度から決まる範囲で区分けした複数の領域を連続させたゾーンとする。ここの例では相対湿度５０−６５%として設定する。すなわち季節により、例えば外気の湿度が非常に高い梅雨時期などでは外部との差を極端に大きくしなくとも快適に感じるので、目標ゾーンに到達したときに除湿動作を停止し効率の良い装置とすることが出来る。なお後で詳細に説明するごとく冷房動作との関係で温度と湿度を目標値にいれる運転の制御を一体で行うため相対湿度が６５%に到達したからといって冷房動作が停止しない場合はさらに湿度は低下する。さらにこの湿度目標帯の幅を切り替えて使用するようにしても良い。例えば室内で洗濯物を乾燥させるときや冬場の露点対策などの時はさらに低い設定が出来るようにしたり、あるいは幅を小さくしても良いことは当然である。このような湿度目標ゾーン幅を切り替えたり、湿度目標帯幅に到達したときに冷凍サイクルや室内ファンの動作を切り替えることは、リモコン他の設定や室内および室外のいずれかまたは両方の制御装置に設けたマイコンに記憶させた運転パターンで容易に実施できる。

なお湿度センサーとして絶対湿度信号を出力する湿度センサーも存在するが一般には相対湿度を計測する。有機高分子タイプ湿度センサーは雰囲気の湿分が増加すると電離作用が容易と成り、可動イオン濃度が増大する。従って電圧を加える事により可動イオンの動きをインピーダンスの変化量として捉え湿度を検出する。セラミックスタイプの湿度センサーは水分子が表面に化学吸着しこの表面状態の変化を捉える。サーミスタ素子を湿度センサーとする場合は空気中の水蒸気の量に対応して湿り空気の熱伝導度が変化し、それによって加熱状態にあるサーミスタが冷却される度合いが変化しこれを利用して湿度を測定する。

図５は、本実施の形態による空気調和装置に係わる室内熱交換器３付近の空気の流れを示す説明図である。ここで、Ｔは温度［℃］、Ｘは絶対湿度［ｋｇ／ｋｇ'］、Ｖは風量［ｍ³ ／ｈ］を表している。外気ＯＡ（温度ＴOA、湿度ＸOA、風量ＶOA）が室内ユニット１の吸込み側に導入され、室内空気である吸い込み空気のリターン空気ＲＡ（温度ＴRA、湿度ＸRA、風量ＶRA）と混合されて混合空気ＫＡ（温度ＴKA、湿度ＸKA、風量ＶRA＋ＶOA）として室内熱交換器３に流入している。室内熱交換器３には熱輸送手段である冷媒配管７を通る冷媒によって、温熱または冷熱が輸送され、室内熱交換器３内の冷媒配管の周囲を空気が流れる際に熱交換される。室内熱交換器３で蒸発温度ＥＴ［℃］の冷媒と熱交換した混合された吸込み空気ＫＡは、その温度または湿度の少なくともどちらか一方が変化し、場合によってはヒータ４で加熱されてまたはそのままの温度で室内ユニット１から吹出し空気ＳＡ（温度ＴSA、湿度ＸSA、風量ＶRA＋ＶOA）として室内に流出する。この吹出し空気ＳＡは室内２を循環する間に室内負荷の顕熱ＳＨ［ｋｃａｌ／ｈ］、即ち温度を変化させるものと、潜熱ＬＨ［ｋｃａｌ／ｈ］、即ち絶対湿度を変化させるものとによって、負荷を受けて再びリターン空気ＲＡとなり、外気ＯＡと混ざって室内熱交換器３に流入する。

即ち図５は外気を室内ユニットの吸気側に導入する換気をエアコン内部に導入する構造でエアコンの室内ユニットと換気扇を一体にした構造の空調装置における温度と湿度を一体で制御して目標値に近づける制御の内容を説明する図で、まず室内の温度と湿度である吸込み口に吸込まれる温度と湿度に対する目標ゾーンとして温度を２６゜C±１゜C、湿度を５０−６５%とし、梅雨の時期を想定して上限値は温度２６゜C、湿度６５%に設定する。この設定は事前に季節カレンダーを記憶させておいて制御装置内のタイマーで切り替えても良いし、リモコンの設定で行っても良い。例えばこの制御装置に記憶させたカレンダー機能と検出した外気温度によりマイコンにて既設の区分けを判断する。この１ポイントをねらう恒温恒湿制御を説明する。ヒーター４は冷やしすぎが無い限り動作しておらず、湿度は相対湿度を換算して絶対湿度で表す。室内から空調機へのリターンエアRAの温度ＴＲＡと湿度ＸＲＡ,外気ＯＡの温度ＴＯＡと湿度ＸＯＡ,空調機から室内へのサプライエアＳＡの温度ＴＳＡと湿度ＸＳＡは各温度と湿度の検出手段により求める。今まで各温度、湿度の検出は各センサーにより説明を行って来たが、ほかの量から間接的に、例えば一部の温度に付いては冷凍サイクル等のデータなどから演算で間接的に求めても良いし、データを固定、例えば季節による天候が比較的一定している地方に採用する場合は、季節カレンダーを内蔵したマイコンを使う場合外気の温度と湿度の一方はその季節と他方のデータから、例えば乾燥した高温の時期に計測した湿度があがれば雨が降っているとして温度をマイコンに記憶されている平均温度より３゜C下げた値を検出値とするなど、推定して間接的にマイコンで演算した求めかたを検出手段としても良い。

図５で示すように、室内から空調機へのリターンエアRAの温度ＴＲＡと湿度ＸＲＡ,外気ＯＡの温度ＴＯＡと湿度ＸＯＡ,混合空気ＫＡの温度ＴＫＡと湿度ＸＫＡ、空調機から室内へのサプライエアＳＡの温度ＴＳＡと湿度ＸＳＡの各温度と湿度の８データが必要であるが、外気の温度と湿度、吸込み、即ちリターンエアーの温度と湿度、吹出し、即ち室内へのサプライエアーであって室内空気の温度と湿度を検出する検出手段のようにセンサー６個で計測する事により、混合エアーの温度ＴＫＡと相対湿度φＫＡはリターンエアの風量ＶＲＡと外気風量ＶＯＡから計算で求めることが出来る。またこれとは逆に混合エアーの温度ＴＫＡと湿度ＸＫＡを計測し、リターンエアの風量ＶＲＡと外気風量ＶＯＡから外気ＯＡの温度ＴＯＡと湿度ＸＯＡを求める方法も存在するが、後者より前者が望ましい。前者は、即ち外気を計測する方が、外気導入を判断する際に直接検出したデータを使用出来る。後者は一旦外気を導入し運転した後で外気の温度と湿度を求める形になる。しかも外気の温度の計測は例えば室外機に設けるケースがあり、この外気温度センサーで求めた検出値を使うことになる。サプライエアー温度ＴＳＡは室内熱交換器温度ＥＴとほぼ同一とみなせる。従って、室内熱交換器温度を計測している場合はサプライエアー温度の計測はそれで代用するし、また、逆も言えることになる。更にサプライエアー湿度ＸＳＡにたいし、１００％と仮定しても良い。日本の場合、これより下がることはより良い方向に向かうのでこの仮定を設けることにより計測を省くことが出来る。吸込み空気、即ちリターンエアーの湿度ＸＲＡは目標値を４０−６５％とすればこの数値を家庭することにより計測を省いても良い。しかしながら外気湿度ＸＯＡはこの発明では必ず必要になる。従って、マイコンなどに数字を記憶させるなどにより、最小必要な計測センサーはリターンエアー温度ＴＲＡ、外気温度ＴＯＡ、室内熱交換器温度Ｅまたはサプライエアー温度ＴＳＡ、外気湿度センサーφOAの４つのデータを必要とする。

ここで、室内熱交換器３で熱交換して流出してくる空気を出口側空気と称し、吹出し空気とは室内ユニット１から室内２に吹出される空気のことで、例えばヒータ４を備えこれで加熱している場合には出口側空気と吹出し空気の温度は異なる。また、室内は通常密閉されているわけではなく、余分な室内空気は部屋の隙間や排気口などから自然に室外へ流出する。その場合には室内２は加圧となるため、隣接している他の部屋からの匂いや塵埃などが流入するのを防止できる。また、外気を導入すると共に室内空気を換気扇などで機械的に排出するように部屋２を構成してもよい。その場合には室内圧のバランスを保つことができ、外気の導入もスムーズかつ確実に行うことができる。

図６は制御装置を説明する図であり、電子箱１５のマイクロプロセッサには図６のブロック図に示すように、室内空調負荷検知手段８１と運転動作設定手段８２と外気量制御手段８３と運転動作制御手段８４がソフトウェアプログラムとして格納されている。室内空調負荷検知手段８１は室内空調負荷ＱＬを検知するもので、例えばリターン空気の温度ＴRAとリターン空気の湿度ＸRAからリターン空気のエンタルピーｉRAを求め、同様に吹出し空気の温度ＴSAと吹出し空気の湿度ＸSAから吹出し空気のエンタルピーｉSAを求め、下記に示す式１に基づいて、室内空調負荷ＱＬ（ＳＨ、ＬＨ）、ＱＬ＝ＳＨ＋ＬＨを検知する。例えば冷房時には室内空調負荷ＱＬは式１によって演算で求められる。
ＱＬ＝（ＶRA＋ＶOA）・ρ・（ｉRA−ｉSA） …（１）
ＶRA：リターン空気風量
ＶOA：外気風量
ρ：密度
ｉRA：リターン空気のエンタルピ−
ｉSA：吹出し空気のエンタルピー

運転動作設定手段８２は外気温度検知手段１１および外気湿度検知手段１２で検知した外気状態として外気温度および外気湿度（ＴOA、ＸOA）、室内空気温度検知手段９および室内空気湿度検知手段１０で検知した室内空気状態としてリターン空気温度およびリターン空気湿度（ＴRA、ＸRA）、室内のリモートコントロールスイッチなどで設定されている目標室内空気状態として目標室内空気温度および目標室内空気湿度（Ｔｔ、Ｘｔ）、室内空調負荷検知手段８１で検知した室内空調負荷ＱＬなどを入力し、外気導入量ＶOAと空調能力Ｑｅおよび蒸発温度ＥＴ、必要に応じて加熱手段であるヒータ４の加熱量Ｗ、室内熱交換器３を通過する空気の総風量ＶRA＋ＶOAなどの情報を設定する。外気導入量ＶOAは、例えばリターン空気の風量ＶRAと外気の風量ＶOAの混合比ｘ：ｙ（ｘ＋ｙ＝１）を考慮して設定する。このときの設定の仕方は、後でフローチャートを基に詳しく記載する。また、吸込み空気と吹出し空気との温度および湿度の変化を示す空気線図上の制御ベクトルから室内熱交換器３を流れる冷媒の蒸発温度ＥＴと空調能力Ｑｅが設定される。

外気量制御手段８３は、運転動作設定手段８２で設定された外気導入量ＶOAになるように外気導入手段６の動作を制御する。具体的には、外気導入口開閉機構として例えばダンパ６７の開閉制御、開度制御、または外気導入手段６に備えられているファン３１の回転数を制御することで外気導入量を可変にできる。外気導入量は、例えばリターン空気ＲＡと外気ＯＡの給気量の比率ｘ：ｙとして設定され、この比率になるように外気導入手段６での外気導入量ＶOAと室内ユニット１からの総風量ＶRA＋ＶOAとを制御する。このとき、外気を総風量の１００％、即ち外気のみを室内ユニット１に吸込む場合には、例えば外気導入手段のファン３１を最大の高速運転、室内ファン５を超微風の低速運転とすることで、外気を１００％の割合で室内に取り込むことができる。外気の取り込み量が１００％以下の時には、外気導入量と室内ユニットから吹出す総風量を調整することで、余分な室内空気は部屋の隙間から自然に室外へ流出し、総風量に対する外気の割合を制御できる。室内ユニット１から吹出す総風量は、室内ファン５の回転数を変化させて制御できる。

運転動作制御手段８４は、運転動作設定手段８２で設定された空調能力Ｑｅと蒸発温度ＥＴになるように熱輸送手段である冷凍サイクルの動作を制御して、室内熱交換器３での所望の冷媒温度ＥＴと空調能力Ｑｅを得る。冷凍サイクルの動作は、具体的には室内側では室内ファン５の回転数制御であり、室外側では膨張弁７５の開度制御や圧縮機７１の周波数制御や室外ファン７４の回転数制御などである。さらに設定された運転動作がヒータ４による加熱を含むとき、ヒータ４のオン／オフ制御を行う。下記に示す式２は冷凍サイクルの動作を制御する方法の一例として、冷凍サイクルの目標空調能力変更量ΔＱｅ＊と冷媒の目標蒸発温度変更量ΔＥＴ＊から、圧縮機周波数変更量Δｆｚと室内ファン５の回転数変更量ΔＮｉを求める式である。この式の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、実験データや理論値を加味して予めシミュレーションで求めてデータとして記憶させておけばよい。この制御は一般に行われているＶＰＭ（ｖｅｃｔｏｒｐａｔｔｅｒｎｍａｃｈｉｎｇ）制御であり、圧縮機７１の周波数ｆｚ、室内ファン５回転数Ｎｉ、空調能力Ｑｅ、蒸発温度ＥＴの増加または減少の関係を示している。例えば周波数を上げると（Δｆｚ＞０）、空調能力は増加し（ΔＱｅ＊＞０）、蒸発温度は下がる（ΔＥＴ＊＜０）。また、例えば冷房運転時に室内ファンの回転数を上げると（ΔＮｉ＞０）、空調能力は増加し（ΔＱｅ＊＞０）、蒸発温度は上がる（ΔＥＴ＊＞０）。

上記説明を定性的に表現すると、下記に示す式３で表され、Ａ＞０，Ｂ＞０，Ｃ＞０，Ｄ＞０となる。このＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの定量的な値は実験やシミュレーションで求められ、求めた後で式３を式２のように変形することにより、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄの値が得られる。

上記の室内空調負荷検知手段８１、運転動作設定手段８２、外気量制御手段８３、運転動作制御手段は８４のそれぞれは、コンピュータプログラムとして全て１つのマイクロプロセッサに内蔵されていてもよいし、それぞれ別のマイクロプロセッサに内蔵されていてもよい。

本発明の特徴は、外気と室内空気の温度および湿度を検知し、湿り空気線図上に描いた温湿度をベクトルの状態として把握し、室内の空気温度や湿度を目標である温度や湿度に接近させる様に、冷凍サイクルや室内ファン等の空調装置、ヒーター、循環送風装置や換気装置を制御することにある。例えば外気を室内の空気調和に利用できる場合には外気導入手段６によって積極的に外気を室内に導入したりすることにある。

図７は、湿り空気線図上において、空気調和装置で室内空気の冷却および除湿を行った場合の室内空気の空気状態の変化の一例を示す説明図である。この図７前記の一般的な湿り空気線図を示すもので、縦軸は絶対湿度Ｘ［ｋｇ／ｋｇ´］、横軸は乾球温度Ｔ［℃］を示す。空気状態は、温度と湿度から湿り空気線図上では１点で表わされるが、ここではこの空気状態をその空気の温湿度と称する。外気温度検知手段１１と外気湿度検知手段１２で検知した外気温度と外気湿度から外気エンタルピーを算出し、室内温度検知手段９と室内湿度検知手段１０で検知したリターン空気温度とリターン空気湿度からリターン空気エンタルピーを算出する。そして、外気エンタルピーとリターン空気エンタルピーとを比較し、外気エンタルピーの方がリターン空気エンタルピーよりも小さい場合には、外気導入手段６から外気（外気温湿度ＯＡ）を導入する。なお、本実施の形態において外気を導入するかどうかは、エンタルピーと利用者の換気要求によって決まるのであるが、ここでは外気を導入した場合の基本的な室内空気の温湿度の変化の様子について図５とともに説明する。

室内２から室内ユニット１に導入されるリターン空気（リターン空気温湿度ＲＡ）と外気（外気温湿度ＯＡ）が混合する混合空気である吸込み空気温湿度ＫＡは、リターン空気温湿度ＲＡと外気温湿度ＯＡを結ぶ直線上の温湿度となり、外気の導入量に応じてその温湿度は変化する。リターン空気の給気量：外気の給気量＝ｘ：ｙとなるように外気を導入して吸込み空気温湿度ＫＡとなった混合空気は、室内熱交換器３で冷媒と熱交換することにより冷却除湿される。室内熱交換器３の蒸発温度（室内熱交換器配管温度検知手段６８で計測される冷媒配管の温度即ち管温）がＥＴであるときには吸込み空気温湿度ＫＡと蒸発温度ＥＴを結ぶ直線上にある温湿度の空気である空気温湿度が室内熱交換器３の出口側空気として流出される。本実施の形態では室内熱交換器３の空気の出口側の空気流路にヒータ４を設けており、室内熱交換器３で除湿を行うために空気を冷却しすぎた場合には、このヒータ４で暖めることができる。ヒータ４を通過した空気は、吹出し空気（吹出し空気温湿度ＳＡ）となって室内ユニット１から室内へ吹出される。この後、室内ユニット１から吹出した空気には室内空調負荷ＱＬ（ＳＨ、ＬＨ）が加わり、再び室内ユニット１にリターン空気（リターン空気温湿度ＲＡ）として取り込まれる。なお、このリターン空気温湿度ＲＡは初めのリターン空気温湿度とは多少状態が変化し、目標室内空気温湿度ｔに近づいているはずである。

ここで、初期運転で外気を導入せずにリターン空気のみを吸込み空気とし、冷媒の蒸発温度ＥＴで運転したとき、吹出し空気温度と吹出し空気湿度から算出される吹出し空気エンタルピーと、リターン空気温度とリターン空気湿度から算出されるリターン空気のエンタルピー、即ち吸込み側のリターン空気エンタルピーとから室内空調負荷ＱＬが推定される。この室内負荷の横軸方向変化分が顕熱負荷ＳＨであり、縦軸方向変化分が潜熱負荷ＬＨである。

最終的には、リターン空気温湿度ＲＡを図７の目標室内空気温湿度ｔとするために、目標室内空気温湿度ｔと室内空調負荷ＱＬから目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊が算出される。そして、空調能力Ｑｅをできるだけ小さくしながら、この目標吹出し温湿度ＳＡ＊を実現するように、吸込み空気温湿度ＫＡ、目標蒸発温度ＥＴ＊を決定する。吸込み空気温湿度ＫＡが決定されることで、室内２から室内ユニット１に取り込まれるリターン空気温湿度ＲＡと外気温湿度ＯＡの混合比が決定され、外気導入量が決定される。この外気導入量の制御は、外気導入手段６にて外気導入量を制御する。例えば蒸発温度ＥＴ＊で目標吹出し温湿度ＳＡ＊を実現するために、外気温湿度ＯＡとリターン空気温湿度ＲＡを混合して吸込み空気温湿度ＫＡとする場合、室内熱交換器３への吸込み空気の総量（室内ユニットから室内へ吹出す総風量と一致）に対する外気導入量の割合は、
｜ＫＡ―ＲＡ｜／｜ＯＡ−ＲＡ｜＝ｙ／（ｘ＋ｙ）
＝ＶOA／（ＶOA＋ＶRA）
で得られる。またこのときの蒸発温度ＥＴ＊、空調能力Ｑｅに従って冷凍サイクルを運転制御する。ここで、空調能力Ｑｅをできるだけ小さくしているので、空気調和装置への入力を最小にでき、省エネルギーとなる。

ここで室内熱交換器３前後の空気状態を考え、吸込み空気温湿度ＫＡの吸込み空気が室内熱交換器３に流入し、室内熱交換器３内で冷媒配管の外部を流れるあいだに、冷媒配管内を流れる蒸発温度ＥＴ＊の冷媒と熱交換して、出口側空気温湿度ＳＡとして室内熱交換器３から流出する。湿り空気線図上では、温湿度ＫＡの点と飽和線上の温度ＥＴ＊である点とを結ぶ直線上の点の温湿度ＳＡの空気が室内熱交換器３の出口側空気として流出する。逆に言えば、温湿度ＫＡの吸込み空気を室内熱交換器３に流入して温湿度ＳＡの出口側空気を流出させたい場合には、湿り空気線図上で温湿度ＫＡから温湿度ＳＡへ変化するように、制御ベクトルの長さである空調能力Ｑｅと、制御ベクトルを延長した直線と飽和線が交わる点の温度の冷媒を室内熱交換器３に循環させればよい。本発明では室内熱交換器３での運転動作を制御しやすくするため、目標室内空気温湿度ｔと室内空調負荷ＱＬから吹出し空気の目標である目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊を設定し、室内熱交換器３からの吹出し空気温湿度が目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊に接近するように制御する。

ただし、実現できる制御ベクトルの傾きには限界があり、冷凍サイクルの顕熱比（ＳＨＦ）の許容範囲内、ＳＨＦｍｉｎ≦ＳＨＦ≦ＳＨＦｍａｘ（最大１）でなければならない。ここで、顕熱比（ＳＨＦ）とは、式４で表わされ、空気の温度を下げるために使われる全熱量Ｑ［ｋｃａｌ／ｈ］（顕熱＋潜熱）のうち、気体のＨ₂Ｏを液体Ｈ₂Ｏに凝縮させるのに使われる熱量ＱLH［ｋｃａｌ／ｈ］（潜熱）を差し引いたものの割合である。
ＳＨＦ＝（Ｑ−ＱLH）／Ｑ＝顕熱／（顕熱＋潜熱） …（４）
従って、ＳＨＦｍａｘでの運転は高顕熱運転、ＳＨＦｍｉｎでの運転は最大除湿運転となる。例えば、除湿量が０ならＳＨＦ＝１（高顕熱運転）であり、室温を全く下げないで除湿だけできればＳＨＦ＝０（最大除湿運転）である。実際には除湿能力には限界があり、湿り空気線図で言えば、制御ベクトルの延長線と飽和線とが交わらない場合、除湿能力の限界を越えており、実現できない状態である。即ち、湿り空気線図上で室内熱交換器３への吸込み空気温湿度ＫＡと出口側空気温湿度ＳＡとを結ぶ直線を延長したとき、この直線と飽和線とが交差しない。このときには冷媒と熱交換しても室内熱交換器３の出口側では温湿度ＳＡの空気は得られないことになる。また前にも記載したが一般的に空気調和を行うための冷凍サイクルでは各機器の耐熱性や露対策などから蒸発温度の下限を１０℃程度とすることで、ＳＨＦの下限が制限されることもある。

以上のように空気の流れはリターンエアＲＡの風量ＶＲＡと外気ＯＡの風量ＶＯＡが混合し、この混合比ｘ：ｙ（ｘ＋ｙ＝１）である混合エアの温湿度ＫＡとなり、この混合エアの温湿度ＫＡが蒸発器である室内熱交換器で冷却及び除湿されてサプライエアの温湿度ＳＡとなる。この温度と湿度はエアコン吹出し口の吹出しグリル３４付近に設けた吹出し口温度検出手段と吹出し口湿度検出手段にて計測できる。この現象の状態を空気線図の上で説明したものが図７の現象説明図である。図７においてリターンエアの温湿度ＲＡと外気の温湿度ＯＡとサプライエアの温湿度ＳＡの状態を、横軸が温度、縦軸が絶対湿度として線図の上に取ることが出来る。図３の空気線図にエンタルピーiの軸が記載されているように、温度と絶対湿度とは次の関係でエンタルピーiの斜交軸が一義的に決められている。すなわち、i=０．２４＊温度＋（５９７．５＋０．４４１＊温度）＊絶対湿度である。従って温度と湿度を検出すればマイコンにてエンタルピーやエネルギーである負荷の大きさを演算することが出来る。逆に電算機室の様に負荷がコンピュータと照明が主体であれば、負荷の消費電力からマイコンに記憶させたデータを使用してエンタルピーを計算し温度とすることも出来る。この様に室内空気のエンタルピーが外部空気のエンタルピーより大きいこの例では、外気導入手段６から外気を導入する。

図７ではエンタルピーは図示していないがリターンエアの温湿度RAとサプライエアの温湿度SAの間は室内の負荷の顕熱SH、すなわち温度を変化させるものと、潜熱LH、すなわち絶対湿度を変化させるものにより、言い換えるとエネルギーであるエンタルピーの成分により図のように表されるとともに演算にて求めることが出来る。なお図７において空気線図のデータは相関性のある物理量であり、図表としてまたは式としてデータが記憶されているためこれらの演算はマイコンを使用した制御装置で簡単に行われる。この状態から換気手段や冷凍サイクル他を調整して室内温度と湿度を目標温湿度ｔにしなければならない。この目標温湿度の点をtとすると、リターンエアの温湿度RAを目標値の温湿度tにしなければならないので、図７の様に顕熱と潜熱で形成される破線で形成された形状を目標に合わせて並行移動することにより、目標サプライ温湿度SA*が得られる。

本発明の空気調和装置において、外気を積極的に導入して効果的に利用し、快適な室内空間を得るための運転方法の基本的な考え方についてここで記載する。
リターン空気温湿度ＲＡと外気温湿度ＯＡを混合した混合空気である吸込み空気温湿度ＫＡは、吸込み空気温湿度ＫＡと目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊のエンタルピー差が小さくなるように選ぶ。
吸込み空気温湿度ＫＡから目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊への制御ベクトルの傾きが、冷凍サイクルの顕熱比（ＳＨＦ）の許容範囲内で、上記１．のエンタルピー差の小さいものを選ぶ。
冷凍サイクルの最大除湿運転ＳＨＦｍｉｎでも除湿が足りず制御ベクトルを実現できない時には、目標吹出し空気の温度を下げて湿度は満足するように運転し、室内熱交換器３から流出する出口側空気を加熱手段で加熱して目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊になるように制御する。即ち、目標吹出し空気の湿度となるように室内熱交換器３の冷媒温度を設定し、室内熱交換器３でその温度の冷媒と熱交換した出口側空気が目標吹出し空気の温度よりも低温である場合に目標吹出し空気の温度まで加熱する。

上記の考え方の１．でエンタルピー差ができるだけ小さくなるように設定しているので、空気調和装置の圧縮機７１や室外ファン７４や室内ファン５などへの入力の総和を最小にでき、無駄な動作を行うことなく省エネルギーとなる。さらに、上記の考え方の３．で加熱手段を用いる場合には、室内熱交換器で熱交換した空気を加熱手段で加熱する場合、室内熱交換器３での冷媒温度を得るための熱輸送能力と加熱量とのエネルギー総量が小さくなるように外気導入量を設定し、省エネルギーを図って運転制御を行う。即ち、空調能力Ｑｅとヒータ４での入力エネルギーの総量が小さくなるように運転制御する。

このために、外気を室内の空気調和に利用できるかどうかの判断や、その判断に基づいて運転動作を設定するものが運転動作設定手段８２で行う運転動作設定動作であり、この設定に従い、外気導入量制御手段８３と運転動作制御手段８４で行う運転制御動作によって実際に空気調和装置の各機器を動作させる。湿り空気線図上で外気状態に応じて３つの領域に分け、それぞれの領域に対して処理し、外気導入量と空調能力と加熱量を設定する。図８は湿り空気線図での各ゾーンの領域を示す説明図、図９は外気状態による外気利用方法のゾーン分けの部分の処理手順を示すフローチャートである。図８に示すように、リターン空気温湿度ＲＡと、目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊と、外気温湿度ＯＡｘ（ｘ＝１〜３）の状態により外気をどう使うかについて、空気線図が３つのゾーンに分けられる。ゾーン(1)は、リターン空気温湿度ＲＡを通る等エンタルピー線（直線Ａ）よりも上の領域で、外気温湿度ＯＡ１がリターン空気温湿度ＲＡより高エンタルピーのときである。ゾーン(2)は、外気温湿度ＯＡ２がリターン空気温湿度ＲＡより低エンタルピー、かつ、外気温度がリターン空気温度より低い領域で、リターン空気温湿度ＲＡと目標吹き出し温湿度ＳＡ＊を結ぶ線（直線Ｂ）より低温側の領域である。ゾーン(3)は、外気温湿度ＯＡ３がリターン空気温湿度ＲＡより低エンタルピー、かつ、外気湿度がリターン空気湿度より低い領域で、ＲＡとＳＡ＊を結ぶ線（直線Ｂ）より低湿側の領域である。

図９のフローチャートでは、室内温度である吸込み検知手段９と室内湿度である吸込み湿度検知手段１０で検知したリターン空気の温度と湿度からリターン空気温湿度ＲＡとリターン空気エンタルピーを算出し（ＳＴ１、ＳＴ２：室内空気温湿度検知ステップ）、外気温度検知手段１１と外気湿度検知手段１２で検知した外気の温度と湿度から外気温湿度ＯＡと外気エンタルピーを算出する（ＳＴ３、ＳＴ４：外気温湿度検知ステップ）。次に目標温度および目標湿度から目標室内空気温湿度を算出する（ＳＴ５：目標室内空気温湿度設定ステップ）。次にＳＴ６（室内空調負荷検知ステップ）では、リターン空気温湿度ＲＡと予め検知した室内空調負荷ＱＬとから目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊を設定する。室内空調負荷は先に説明したように吹出し温湿度とリターン温湿度から簡単に求めることが出来る。ＳＴ７で外気エンタルピーとリターン空気エンタルピーとを比較し、外気エンタルピーの方がリターン空気エンタルピーよりも大きい場合には、ゾーン(1)の運転となる（ＳＴ９）。ＳＴ７で外気エンタルピーとリターン空気エンタルピーとを比較した結果、外気エンタルピーの方がリターン空気エンタルピーよりも小さいまたは同じ場合には、リターン空気温湿度ＲＡと目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊を結ぶベクトルである直線Ｂを引き、外気温湿度ＯＡがこの直線Ｂの上側か下側になるかを判断する（ＳＴ８）。外気温湿度ＯＡが、直線Ｂの上側即ちリターン空気温湿度ＲＡより低温側の領域にあるときにはゾーン(2)（ＳＴ１０）、直線Ｂの下側即ちリターン空気温湿度ＲＡより低湿側の領域にあるときにはゾーン(3)（ＳＴ１１）とする。

実際には例えば平面上で２つの点の位置関係を知るにはその２点の外積を計算してその結果の符合で判断できる。外積とは、２つのベクトル、Ｃ（ｃ１，ｃ２）、Ｄ（ｄ１、ｄ２）において、
ＣｘＤ＝ｃ１ｘｄ２ − ｄ１ｘｃ２
の式で算出できる。これを利用して、外気温湿度ＯＡが３つのどのゾーンに位置しているかを簡単に知ることができる。なお、Ｃ，Ｄはベクトルであり、大きさと方向を有する量である。なお、Ｃ＊Ｄ＞０の時はＣがＤより右回りに存在している。

次に、３つの領域のそれぞれにおける外気導入量と空調能力と加熱量を設定する処理について説明する。図１０は図７の外気温湿度ＯＡ１がゾーン(1)の領域、即ち外気温湿度ＯＡ１がリターン空気温湿度ＲＡより高エンタルピーであるときの処理手順を示すフローチャートである。この場合には、外気を導入することにより、空調負荷が増加してしまうため、省エネルギー効果を重視する場合は外気を導入しない。例えばダンパ６７を閉止し、ファン３１を停止することで、外気導入手段６を閉止して室内からのリターン空気のみを循環させる。ただし、利用者の要求などにより換気が必要な場合には外気を導入してもよい。また、外気を導入しないように設定しても、実際には壁の隙間などで外気導入量が０にならない場合もあり、外気導入手段６で外気導入量が最小になるように運転すればよい。

処理フローでは、ＳＴ２１で換気が要求されているかどうかを判断し、換気が要求されている場合には、外気導入量を換気のための所定量、例えば外気導入手段６のダンパ１７を全開としたりファン１６の回転を高速にする（ＳＴ２２）。そして室内熱交換器３の吸込み空気温湿度ＫＡはリターン空気と外気が混合された混合空気の温湿度を設定する（ＳＴ２３）。一方、換気が要求されていない場合には、外気導入手段６を閉として外気導入量を０とし（ＳＴ２４）、室内熱交換器３の吸込み空気温湿度ＫＡはリターン空気温湿度ＲＡを設定する（ＳＴ２５）。ＳＴ２６では、制御ベクトルが実現できるかどうか、即ち冷凍サイクルのＳＨＦの許容範囲かどうかを判断している。吸込み空気温湿度ＫＡと目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊への制御ベクトルの延長線が飽和線と交差し蒸発温度の許容範囲内であれば、ＳＴ２７の処理を行う。ＳＴ２７では、湿り空気線図上で、吸込み空気温湿度ＫＡと目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊から空調能力を決定する制御ベクトルを設定する。即ち吸込み空気温湿度ＫＡと目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊を結ぶベクトルを設定すると共に、このベクトルの延長線と飽和線の交点の温度を室内熱交換器３の冷媒温度とする。ＳＴ２６の判断で、制御ベクトルの延長線が飽和線と交差しない場合には許容範囲外であり、ＳＴ２８でＳＨＦｍｉｎ運転で室内熱交換器３から目標湿度と同レベルの湿度の出口側空気を流出し、ヒータ４で目標温度にまで加熱して目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊を得るように空調能力や冷媒温度やヒータの加熱量を設定する。ＳＴ６１（運転制御ステップ）は、外気量制御手段８３によって設定された外気量の外気を室内ユニット１に導入し、運転動作制御手段８４によって設定された制御ベクトルに基づいて冷凍サイクルを運転する。また必要に応じてヒータ４を動作させる。実際には、圧縮機７１の運転周波数、膨張弁７５の開度、室内ファン５および室外ファン２４の回転数、ヒータ４、外気導入手段６など、空気調和装置を構成する各機器部品が運転される。ＳＴ２１〜ＳＴ２８、ＳＴ６１を一定時間、例えば１分程度のサイクルで繰り返すことで、室内の空気状態は徐々に目標室内空気温湿度ｔになり、室内２の空気調和が行われる。

ゾーン(2)は、リターン空気温湿度ＲＡより低エンタルピー、かつ、リターン空気温湿度ＲＡと目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊を結ぶ線Ｂより低温側の領域、即ち直線Ｂより上側の領域であり、外気温湿度ＯＡ２がこのゾーン(2)に存在するときの制御について説明する。このゾーン(2)の領域は言いかえれば、外気エンタルピーがリターン空気エンタルピーよりも小さく、かつ外気の温度がリターン空気の温度よりも低い領域のうちで、外気とリターン空気の温度差に対する湿度差の変化率が、目標吹出し空気とリターン空気の温度差に対する湿度差の変化率よりも大きくなる外気温湿度を除く領域である。外気がゾーン(2)にあるときには外気の低温特性を利用して、外気を導入して主に室内空気の温度低下に利用し、冷凍サイクルを用いて室内熱交換器３での冷媒との熱交換によって主に室内空気の湿度を低下させる制御を行う。外気で下げる温度が足りない場合には、冷凍サイクルで温度を下げる。

図１１は外気温湿度ＯＡ２がゾーン(2)の領域にあるときの処理手順を示すフローチャートであり、図１２と図１３はそれぞれ制御ベクトルの決め方を示す説明図である。ＳＴ３１で、リターン空気温湿度ＲＡと目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊とを結んで延長した線が飽和線と交わるかどうか、即ちこの延長線が許容範囲の冷媒温度を示す飽和線に至るかどうかを判断し、交わる場合の制御ベクトルの決め方をＳＴ３２、ＳＴ３３、図１２で示している。交わる場合には除湿能力が最大である顕熱比ＳＨＦｍｉｎで運転するように飽和線Ｈと延長線が接する点、或いは冷凍サイクルの許容範囲の下限値であるＥＴを探し、この点に対応する延長線上で混合空気の温湿度ＫＡ２を設定し、吸込み空気温湿度ＫＡとする（ＳＴ３２）。外気を導入して室内空気と混合した吸込み空気の温湿度は、外気温湿度ＯＡ２とリターン空気温湿度ＲＡ間で外気の導入量に応じて温度と湿度とが関連して変化し、図１２に示すように湿り空気線図でＯＡ２とＲＡとを結ぶ直線上の温湿度になる。そこでこのＯＡ２−ＲＡ上の点と、目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊と、飽和線上の許容範囲内の蒸発温度とを結ぶ制御ベクトルを考慮し、室内熱交換器温度が許す範囲で低い温度になるように、除湿能力が最大、即ち温度の変化に対する湿度の変化の大きい制御ベクトル、即ち飽和線Ｈと延長線が接する方向である延長線を選択すると、吸込み空気温湿度はＫＡ２となる。このとき、ＲＡとＯＡ２の内分点ＫＡ２の比率で外気導入量を設定し（ＳＴ３３）、その後ＳＴ３９の処理を行う。

ここで、温度の変化量に対する湿度の変化量の大きい制御ベクトルを選択するということは、吸込み空気の温度が目標吹出し空気の温度に接近するように、または制御ベクトルの傾斜が大きくなるように選択することで、このとき外気の低温特性を最大限に利用することになる。

ＳＴ３１で飽和線と交わらなかった場合の制御ベクトルの決め方を、ＳＴ３４〜ＳＴ３８、図１３で示している。この場合にはリターン空気温湿度ＲＡから目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊への延長線が許容範囲の冷媒温度を示す飽和線から外れた場合であり、リターン空気温湿度ＲＡから目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊へ直接冷却除湿することができないため、冷凍サイクルのＳＨＦの許容範囲内で冷却除湿を行なう。即ちＯＡ２とＲＡを含むＯＡ２−ＲＡ上の点と、目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊の湿度と同レベルの湿度（ＳＡ＊を通り、横軸に平行な線上）と、飽和線上の許容範囲内の蒸発温度とを結んで制御ベクトルとして冷凍サイクルを運転し、冷却しすぎた場合にヒータ４によって室内熱交換器３から流出する出口側空気を加熱し、目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊を得る。このとき省エネルギーを重視する場合には、リターン空気温湿度ＲＡを冷却して再熱するときと、外気温湿度ＯＡ２を冷却して再熱するときにおいて、空気調和装置への入力である空調能力と再熱時のヒータ４への入力の和を比較して、入力エネルギー総量が少ない方で運転する。ここで外気導入量が吸込み空気量の０％または１００％に設定されることになるが、例えば外気導入量を０％または１００％に設定しても実際には外気導入手段６の構成または設置状態によって完全に０％または１００％にならないこともある。この場合には、外気導入手段６で外気を導入できる最小または最大になるように運転すればよい。

処理フローではＳＴ３４でリターン空気温湿度ＲＡを冷却除湿して再熱し目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊とするときの空調能力とヒータ４への入力エネルギーを計算してＥ（ＲＡ）とし、ＳＴ３５で外気ＯＡ２を冷却除湿して再熱し目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊とするときの空調能力とヒータ４への入力エネルギーを計算してＥ（ＯＡ２）とする。ＳＴ３６でＥ（ＲＡ）とＥ（ＯＡ２）を比較して、ＳＴ３７、ＳＴ３８で入力エネルギー総量の小さい方を選択し、外気導入量（０または１００％：最小または最大）を設定すると共に、吸込み空気温湿度ＫＡ、ヒータ入力量などを設定する。

ＳＴ３９では吸込み空気温湿度ＫＡと目標吹出し温湿度ＳＡ＊から運転制御を決定する制御ベクトルを得る。ＳＴ６１（運転制御ステップ）は、外気量制御手段８３と運転動作制御手段８４で、決定した制御ベクトルに基づいて冷凍サイクルを運転する。また、必要に応じて加熱を行う。実際には、圧縮機の運転周波数、室内および室外ファンの回転数、ヒータ４の入力、外気導入量に応じて、空気調和装置を構成する各機器部品が運転される。ＳＴ３１〜ＳＴ３９、ＳＴ６１を一定時間、例えば１分程度のサイクルで繰り返すことで、室内の空気状態は徐々に目標室内空気温湿度ｔになり、室内２の空気調和が行われる。

ゾーン(3)は、リターン空気温湿度ＲＡより低エンタルピーで低湿度、かつ、リターン空気温湿度ＲＡと目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊を結ぶ線Ｂより低湿側の領域、即ち直線Ｂより下側の領域であり、外気温湿度ＯＡ３がこのゾーン(3)に存在するときの制御について説明する。このゾーン(3)の領域は言いかえれば、外気エンタルピーがリターン空気エンタルピーよりも小さく、かつ外気の湿度がリターン空気の湿度よりも低い領域のうちで、外気とリターン空気の温度に対する湿度の変化率が、目標吹出し空気とリターン空気の温度に対する湿度の変化率よりも小さくなる外気温湿度を除く領域である。外気がゾーン(3)にあるときには外気の低湿特性を利用して、外気を導入して主に室内空気の湿度低下に利用し、冷凍サイクルを用いて室内熱交換器３での冷媒との熱交換によって主に室内空気の温度を低下させる制御を行う。外気で下げる湿度が足りない場合には、冷凍サイクルで湿度を下げる。

図１４は外気温湿度ＯＡ３がゾーン(3)の領域にあるときの処理手順を示すフローチャートであり、図１５と図１６と図１７はそれぞれ制御ベクトルの決め方を示す説明図である。この場合に吸込み空気温湿度ＫＡは外気温湿度ＯＡ３と同一の時が最もエンタルピーが小さい。そこでＳＴ４１で、外気温湿度ＯＡ３と目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊とを結んで延長した線が飽和線と交わるかどうか、即ちこの延長線が許容範囲の冷媒温度を示す飽和線に至るかどうかを判断し、交わる場合の制御ベクトルの決め方をＳＴ４２〜ＳＴ４５、図１５、図１６で示している。この場合には外気の低湿特性を利用し、冷凍サイクルは顕熱比ＳＨＦｍａｘで運転するように設定する。外気を導入して室内空気と混合した吸込み空気の温湿度は、外気温湿度ＯＡ３とリターン空気温湿度ＲＡ間で外気の導入量に応じて温度と湿度とが関連して変化し、図１５,図１６に示す湿り空気線図でＯＡ３とＲＡとを結ぶ直線上の温湿度になる。そこでこのＯＡ３−ＲＡ上の点と、目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊と、飽和線上の許容範囲内の蒸発温度とを結ぶ制御ベクトルを考慮し、除湿能力が最小、即ち温度の変化に対する湿度の変化の小さい制御ベクトルを選択すると、図１５の場合にはＯＡ３、図１６の場合にはＳＡ＊と同じ湿度であるＫＡ３が吸込み空気温湿度ＫＡとなる。

処理フローでは、ＳＴ４２で外気の絶対湿度と目標吹出し空気の絶対湿度とを比較し、外気の絶対湿度の方が大きい場合には、図１５に示すように外気導入量を１００％とし、吸込み空気温湿度ＫＡに外気温湿度ＯＡ３を設定する（ＳＴ４３）。このとき外気導入量を実際に１００％にできない場合には、外気導入手段６で導入できる最大導入量とする。即ち出来るだけ多くの外気を導入する。ＳＴ４２の比較で目標吹出し空気の絶対湿度のほうが外気よりも大きい場合には、図１６に示すように、顕熱比ＳＨＦｍａｘ、この場合には湿り空気線図上で規定されているほぼ１となる温湿度ＫＡ３を吸込み空気温湿度ＫＡに設定する（ＳＴ４４）。このときＲＡとＯＡ３の内分点ＫＡ３の比率で外気導入量を設定し（ＳＴ４５）、その後ＳＴ５１の処理を行う。

ここで、温度の変化量に対する湿度の変化量の小さい制御ベクトルを選択するということは、吸込み空気の湿度が目標吹出し空気の湿度に接近するように、または制御ベクトルの傾斜が小さくなるように選択することで、このとき外気の低湿特性を最大限に利用することになる。

ＳＴ４１で飽和線と交わらなかった場合の制御ベクトルの決め方を、ＳＴ４６〜ＳＴ５０、図１７で示している。この場合には外気温湿度ＯＡ３から目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊への延長線が許容範囲の冷媒温度を示す飽和線から外れた場合であり、外気温湿度ＯＡ３から目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊へ直接冷却除湿することができないため、冷凍サイクルのＳＨＦの許容範囲内で冷却除湿を行なう。即ちＯＡ３とＲＡを含むＯＡ３−ＲＡ上の点と、目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊の湿度と同レベルの湿度（ＳＡ＊を通り、横軸に平行な線上）と、飽和線上の許容範囲内の蒸発温度とを結んで制御ベクトルとして冷凍サイクルを運転し、冷却しすぎた場合にヒータ４によって室内熱交換器３から流出する出口側空気を加熱し、目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊を得る。このとき省エネルギーを重視する場合には、リターン空気温湿度ＲＡを冷却して再熱するときと、外気温湿度ＯＡ３を冷却して再熱するときにおいて、空気調和装置への入力である空調能力と再熱時のヒータ４への入力の和を比較して、入力エネルギー総量が少ない方で運転する。

処理フローではＳＴ４６でリターン空気温湿度ＲＡを冷却除湿して再熱し目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊とするときの空調能力とヒータ４への入力エネルギーを計算してＥ（ＲＡ）とし、ＳＴ４７で外気ＯＡ３を冷却除湿して再熱し目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊とするときの空調能力とヒータ４への入力エネルギーを計算してＥ（ＯＡ３）とする。ＳＴ４８でＥ（ＲＡ）とＥ（ＯＡ３）を比較して、ＳＴ４９、ＳＴ５０で入力エネルギー総量の小さい方を選択し、外気導入量（０または１００％：最小または最大）を設定すると共に、吸込み空気温湿度ＫＡ、ヒータ入力量などを設定する。

ＳＴ５１では吸込み空気温湿度ＫＡと目標吹出し温湿度ＳＡ＊から運転制御を決定する制御ベクトルを得る。ＳＴ６１（運転制御ステップ）は、外気量制御手段８３と運転動作制御手段８４で、決定した制御ベクトルに基づいて冷凍サイクルを運転する。また必要に応じて加熱を行う。実際には、圧縮機の運転周波数、室内および室外ファンの回転数、ヒータ４の入力、外気導入量に応じて、空気調和装置を構成する各機器部品が運転される。ＳＴ４１〜ＳＴ５１、ＳＴ６１を一定時間、例えば１分程度のサイクルで繰り返すことで、室内の空気状態は徐々に目標室内空気温湿度ｔになり、室内２の空気調和が行われる。

上記では、ゾーン(1)とそれ以外のゾーン(2)、ゾーン(3)とで外気を導入するかしないかに分けられる。一方のゾーン(1)の場合には外気エンタルピーがリターン空気エンタルピーよりも大きいので、外気を導入しないで冷凍サイクルで空調を行い、他方のゾーン(2)、(3)の場合には外気エンタルピーがリターン空気エンタルピーよりも小さいので、外気をできるだけ導入して室内空調に利用している。また、ゾーン(2)とゾーン(3)とで冷凍サイクルの空調能力で除湿能力の大きい運転を行うか高顕熱運転を行うかに分けられる。一方のゾーン(2)の場合には外気の低温特性を利用して冷凍サイクルは除湿能力の大きい運転を行う。他方のゾーン(3)の場合には外気の低湿特性を利用して冷凍サイクルは高顕熱運転を行う。このように室内空気の温湿度状態に対する外気の温湿度状態でゾーンに分け、それぞれに適した制御を設定することで、外気導入量を空調目標に最適な量とし、無駄な仕事をすることなく、外気を最大限に利用し、省エネルギー化を図ることができる。

以上のように、室内の空気状態に対する室外の空気状態に応じて外気を積極的に導入して効果的に空気調和に利用し、かつ、空気調和装置が熱処理する空気のエネルギーを最小限に制御するため、新鮮外気を導入しつつ、省エネルギーを実現することができる。特に外気や室内空気の温度だけでなく湿度も共に考慮して細かい制御を行っているので、さらに快適な室内空間を得ることができる。また、温度と湿度を関連して変化させながら制御しつつ目標の室内空気状態に接近させるので、より速く目標の室内空間が得られ、省エネルギー化を図ることができる。また、新鮮な外気で室内の空気を新鮮に保つことで、質的にも良好な室内空気を確保でき、室内の人または動植物の健康状態にも良い影響をもたらすと期待できる。

上記までの説明は部屋２の室内を中心として屋外である室外との換気を主体に説明して来た。また換気には吸気と排気と言う２つの作用がありこれを自然流によるか送風機によるかで分類するが主として室外からの外気をファンによる、即ち機械換気、或いは強制換気とし排気は自然に排気される構成で説明して来ている。この発明ではどこに焦点を当てて制御するかの都合上以上の説明をして来たが、屋外でない室外、例えばサニタリールームや地下室のように別の部屋で温湿度状態が異なる部屋や、複数のへ夜間の温湿度状態を合わせる場合等にこの発明の制御を使用しても良いことは当然である。更に換気の種類として吸気、排気を強制的に行っても良いし、また特定の温湿度環境、例えば常に外気導入量が決まった値の環境では換気用のファン３１を設けずに換気用の開口を設け室内ファンで換気するなどの構成でも良い。また本発明では空気線図上で説明して来たが、これらはマイコンに記載させた空気線図上のベクトル演算で簡単に求めることが出来る。或いは先に述べたごとく空気線図は物理量相互の関係を図面にまとめたもので各物理量の間は演算で求めることが出来る。例えば設定された目標温湿度t*を得るために冷凍サイクルや送風機、換気扇等をどのように運転すればよいかの制御内容において、現状のリターンエア温湿度RAの状態で現状の能力のままではサプライエアの温度と湿度SAが維持され、この状態での室内の負荷の大きさであるQＬ[Kcal/h]の絶対値は、風量＊密度＊サプライエアとリターンエアの間のエンタルピーの差、で表される。すなわち、|QＬ|=(VRA+VOA)*ρa*(iRA-iSA)である。この負荷状態に対する潜熱と顕熱の負荷比率は、LH[g]/SH[℃]=(Xra-Xsa)/(Tra-Tsa)であり、この様に負荷の状態等、この発明の演算は空気線図を全く使わないで演算式の組み合せでも把握することが出来る。

エアコンの使用は春から秋にかけての冷房と、主として冬に暖房として使用されるが、能力一杯の負荷を掛けることは例えば夜は温度が下がるなどのためあまり無いのが実状である。例えば関東地区では平均負荷率は１３．３%との報告がある。図１８に外気温湿度分布説明図を示す。冷房を主体に運転を行う５月から９月までの昼と夜のすべての時間での東京の外気の温度と湿度の状況で、横軸に温度、縦軸に絶対湿度をとり、基準値である温度２６度、湿度５０%で区分けした時間数が記載してある。aは５月分の７４４時間のうち基準値よりも温度と湿度が低い時間が５９５時間、温度が低く湿度が高い時間が１４０時間であることを示している。bは６月で温度が低く湿度が高い時間が４５８時間、温度湿度共低い時間が２０３時間、温度湿度とも高い時間が５９時間を示している。cは７月で温度が低く湿度が高い時間が４２０時間、温度湿度とも高い時間が２８０時間、温度湿度とも低い時間が４０時間を示している。dは８月で温度湿度とも高い時間が４３０時間、温度が低く湿度が高い時間が３１２時間を示している。eは９月で温度が低く湿度が高い時間が３６３時間、温度湿度とも高い時間が１８７時間、温度湿度とも低い時間が１７０時間を示している。fは５月から９月までの総計の時間を示している。

５月から９月までの５ヶ月の範囲で温度湿度とも室内温度と湿度の目標値より高い外気は２６%にすぎないことが分かる。さらに温度が低くとも湿度が高い時間が非常に多いことも分かる。当然ながらエアコンでは室内で発生する熱の負荷や湿気を除去する必要があり、外気の低い温度の利用が非常に有効であることがこの図からも大まかに判断できる。更に室内負荷は所定の係数＊室内面積＊温度差で求めることが出来、この負荷量を上述した各温度分布で求めて平均化するとエアコンの平均年間負荷率は冷房最大能力のわずか１３．３％に過ぎないので外気による換気を有効に利用して冷房能力と再加熱能力を出来るだけ小さくすることが出来る。もちろん地域性や気象の変動によりこの関係は変化するが、外気の湿度などを計測して外気を利用しすなわち年間の換気を有効に利用して換気、冷却、除湿、冷えすぎ防止を少ないエネルギーで行うことが出来る。これによりエアコン夜間冷房等の小容量負荷のオンとオフの繰り返しを外気導入で避けることが出来、エネルギーの低減だけでなく、騒音を減らし、かつ、体にも冷えすぎを起こさせないなどの効果が得られる。春秋などの中間期の冷房ニーズにも同様に有効に対応できる。従来換気扇は室内汚染空気の換気を主体に考えられていたが導入する外気の温度と湿度を正確に活用してエネルギーの低減が得られる。

上記に述べたように空気線図はエンタルピー差の大小や温度と湿度の位置関係を求めるときにわかりやすいため採用したもので特に空気線図を使わなくとも良く、各物理量はそれぞれ相関関係があるので演算により求められるが、温度と湿度の関係を図表としてマイコン内に記憶させてもよい。この発明は、以上のように外気を導入して温度と湿度を調整するが、ディジタル制御を使えば連続的に同時処理も可能である。また室内の温度の熱時定数による遅れを考慮して間欠的な処理により演算や操作を行っても良い。また、この処理のために検出された温度と湿度を一つのパラメータとして取り扱って目標値の設定や能力などの操作量を求め、このデータにより機器を操作するものを説明したが、温度と湿度を別々のパラメータとして個々のパラメータを組み合わせる演算も可能である。即ち温湿度状態を把握しながら湿度は所定の範囲に或場合は制御せずに冷凍サイクルや換気装置を温度制御だけで行っても良いことは、湿度が大きく変わらない時などには既に述べているように有効なことは当然である。この発明は以上のように、室内に吸込み口と吹出し口を有するエアコン室内ユニットの室内ファンにより室内空気を吸込み口から吸込んで吹出し口から吹出して循環させる室内空気の温度および湿度の少なくとも一方を変化させて空気調和を行う構造に関するもので、この室内ユニットの吸い込み側に換気用のファンと室外から室内に外気を導入または室内から室外へ空気を排気する開口およびこの開口を開閉するシャッターや、通風量を調整する装置、例えばファンの回転数を調整するか、あるいはシャッターの角度を変えて通風調整をしても良い、を設けている。これによりエアコンの室内熱交換器では吸込み口から吸込まれた室内からの戻りの空気と換気用のファンにて導入される外気の両方が冷却または加熱される。この外気の温度と湿度が検出されるとともに、エアコンへ室内から吸込む空気の温度と湿度、および、エアコンから吹出され室内に循環する空気の温度と湿度も検出されて、室内空気の温度および湿度、すなわちエアコンに戻される温度と湿度を目標値である温度および湿度に接近させるように、エアコンの冷凍サイクルを調整したり、室内ファンの回転数を変えたり、換気ファンの回転数やシャッターを調整している。

またこの発明は各部の温度と湿度を検出するが、温度は室内の負荷量や風量とも関係しており、直接計測しても良いが間接的に求めることも出来る。また湿度も季節や天候などに左右されるし、室内の空気調和に対し厳密な計測を必ずしも必要としない場合もあることから記憶されたデータや外気の温度などのパラメータにより間接的に検出しても良い。あるいは、遠方から検出するデータを電話線や電灯線に乗せて情報として送り、この情報に基づき機器の運転停止のみならず温度湿度の制御に関する動作を行うことも可能である。

この発明の装置により夏の温度と湿度の両方が高い時は外気による換気がほとんど行われないが、温度が比較的低く湿度が低い時、温度も湿度も低い時、温度は高いが湿度が低い時は、換気量が空調に使用するエネルギーが少なくなるように設定される。省エネルギー効果の一例として、外気温湿度がゾーン(2)で低温高湿の場合、外気の低温を利用して室内を冷却し、冷凍サイクルで最大除湿運転を行うとしたときの負荷について概算してみる。通常６月に頻度が高く現れる外気温２１℃、絶対湿度１２ｇ／ｋｇ（相対湿度７７％程度）の場合で、８畳程度の室内の目標室内温湿度を２６℃、１２．８ｇ／ｋｇ（相対湿度６０％程度）でこの室内に人が２名いるとする。顕熱比ＳＨＦｍｉｎとなるのは、リターン空気と外気の導入比率が０．６５：０．３５の時で、エンタルピーによる負荷比率（吸込み空気と目標吹出し空気のエンタルピー差）／（リターン空気と目標吹出し空気のエンタルピー差）は、０．５となる。即ち、本実施の形態のように外気を積極的に導入、例えば室内ユニットの総風量の３５％の分だけ外気を導入して空気調和を行った場合、従来のように外気を導入しないで室内からのリターン空気のみを吸込み空気として循環させて空気調和を行う場合の半分のエネルギーで空気調和できる。

上記では、省エネルギー重視運転の場合の制御を説明したが、所定の換気量が必要な場合には、その換気量を確保した上で、同様の制御を行うことも可能である。また、ヒータ４は必ずしも必要ではなく、特に備えていなくてもよい。この場合冷凍サイクルの最大除湿運転ＳＨＦｍｉｎでも除湿が足りず制御ベクトルを実現できない時には、目標吹出し空気の湿度を上げて温度は満足するように運転し、室内熱交換器３から流出する出口側空気を除湿する除湿手段を設けて目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊になるように制御することもできる。さらに加熱手段４は室内ユニット１の内部に設けていなくてもよく、室内熱交換器３の下流側の空気流路、即ち室内熱交換器３から流出する空気の出口と目標室内空気温湿度としたい領域、例えば人の居住領域の間の空気流路を流れる空気を加熱する位置にあればよい。

また、外気導入手段６の外気導入口の全面に外気処理フィルターを設けて、外気に混入している花粉やちりやほこりなどが室内に取り込まれるのを防止すると、室内空間をさらに健康的で快適に保つことができる。また、この外気処理フィルターとして、その少なくとも一部を悪臭などを吸着させる材料で構成すると、ごみ収集日などに外気に混ざっている悪臭が室内に入り込むのを防止できる。

既に述べたように、室内を空気調和する際に制御に関与する空気状態は、室内空気であるリターン空気（ＲＡ）、外気（ＯＡ）、吸込みである混合空気（ＫＡ）、室内に循環する空気である吹出し空気（ＳＡ）のそれぞれの温度と湿度であるが、これらの空気状態には互いに関連性がある。このため、これら全ての値を実際に検知しなくても演算で求めてもよい。また他の方法、例えば圧縮機の周波数や蒸発温度や管温やファンの回転速度などの情報から演算によって求めてもよい。例えば室内空気状態としてリターン空気、吹出し空気、外気の温度と湿度を計測によって検知し、混合空気の温度と湿度は演算する。また、外気の温度と湿度を計測によって検知する代わりに、外気とリターン空気とが混合した吸込み空気の温度と湿度を計測して検知し、この検知値と外気風量ＶOAとリターン空気風量ＶRAから外気の温度と湿度を演算してもよい。さらに、温度は室内の負荷量や風量とも関係しており、これらから間接的に求めることもできる。また、湿度は季節や天候などに左右されたり、室内の空気調和を行う際にそれほど厳密な計測を必要としないこともあり、予め季節の平均湿度を記憶しておいてこのデータを使用したり、他のパラメータから間接的に推測や計算によって検出してもよい。また、リターン空気と吹出し空気の状態はどちらも計測するように構成すると、室内空調負荷を正確に把握できるのであるが、この室内空調負荷が冷凍サイクルの動作状態などの他の情報から推測できる場合には、リターン空気と吹出し空気のどちらか一方の空気状態を計測によって検知し、他方を推測するようにしてもよい。また、室内空気状態として、リターン空気の温度と湿度を検知したが、リターン空気に限るものではなく吹出し空気や他の室内空間の空気、例えば室内の所定の場所に設けたセンサーでその場所の温度と湿度を検知し、これを用いてもよい。室内の所定の場所の場合には、室内空調負荷を受けている途中の空気状態を検知することになるが、その計測場所からの室内空調負荷を把握していれば、同様に制御できる。

実施の形態２．
実施の形態１では外気導入手段６を室内ユニット１と一体に構成し、これによって外気を室内ユニット１内に導入し、室内空気が循環して室内ユニット１内に取り込まれたリターン空気と混合して室内熱交換器３への吸込み空気となる構成であった。本実施の形態では外気導入手段６を室内ユニット１と一体ではなく分離して別々に配設し、外気を室内２に取込む構成としたものである。但し、空気調和装置、冷凍サイクル、換気装置の運転を室外や室内の空気の温湿度状態を検出し、空気線図上、または空気線図に示される各物理量の相関関係を利用して温湿度状態をベクトル的に取り扱い、エンタルピーなどを演算し、使用するエネルギーを少なくする制御を行うことは実施の形態１と同様で、更にこのような構成、動作のみならず同様な効果が得られることも実施の形態１と同様である。

図１９は、本実施の形態による空気調和装置の室内に配置された室内ユニット１近傍の構成を示す部分構成図である。実施の形態１で説明した図面に記載されている符号と同一の符号は同一のものを示す。外気導入手段６は室内の例えば壁面に取り付けられており、室外の新鮮な空気を室内に取込むことができる。この外気導入手段６には、外気導入口開閉機構として例えばダンパ６７、および外気を吸込むためのファン３１を有し、ダンパ６７の開閉、または開度を調節、またはファン３１の回転速を変化させることで、室内への外気導入量を制御することができる。また、６９は制御信号線であり、室内ユニット１内に設置されている電子箱３２内のマイクロプロセッサに接続されている。例えばマイクロプロセッサ内の外気量制御手段８３からの制御信号が外気導入手段６に送信され、実際にダンパ６７の開閉制御や開度制御やファン３１の回転数制御を行う。

図１９、図２０は本発明の別の形態の空調装置の構成および動作を説明する図であり、実施の形態１とは外気を取り入れる換気扇６をエアコンの室内機すなわち室内ユニット１とは一体とせずに別の位置に設けたもので、上記説明と同一符号は同一のものを示す。図２０は室内ユニットと換気扇を別体にした構造の空調装置における温度と湿度を一体で制御して目標値に近づける制御の内容を説明する図である。図１９、図２０に示すごとく、室内ユニット１の中の室内熱交換器３に戻る室内空気である吸込み空気、即ちリターンエアは、冷凍サイクルを循環する冷媒により熱交換器３の中で冷却及び除湿されて、室内ファン５の回転により吹出し空気即ちサプライエアとして室内へ供給される。リターンエアとサプライエアの風量は同一でＶＲＡである。この室内ユニットとは別の位置例えばエアコンの吹出し口がある下部の壁面でエアコンに隣接して設けられた外気導入手段である換気扇６は同じ室内へ外気を供給する。サプライエアと外気の各風量は加算されて、すなわちリターンエア風量ＶＲＡと外気風量ＶＯＡがＶＲＡ＋ＶＯＡである混合エアとなり室内を循環するが、実施の形態１の説明と同様に自然または強制的に排気される分があり、室内ファンの回転数が一定の場合はほぼ一定のリターンエアーが確保される。マイコンのメモリーにファンの回転数と風量の関係を記憶させておけば、風量比に於ける各風量や式１で負荷を計算する時の風量は簡単に演算出来る。この室内に循環する混合エアの温湿度ＫＡは負荷ＱＬの顕熱分ＳＨと潜熱分ＬＨにより昇温増湿等されてリターンエア温湿度ＲＡの温湿度状態となる。

図中に示すＴＯＡ，ＸＯＡ等のＴやＸの記号は先の説明のように温度や湿度を示すもので湿度は絶対値である。温度と湿度を計測する検出手段おいて、吸込み口温度検出手段９、吸込み口湿度検出手段１０は図１のごとくエアコンの吸込みグリル３５の位置に取り付けられる。また、図１に記載されているように換気扇である外気導入手段６は図１とは異なる位置であるが、外気温度検出手段１１、外気湿度検出手段１２は図１と同様に換気ファン３１の側の室内側に取り付けられる。また吹出し口温度検出手段１３と吹出し湿度検出手段１４も図１のごとくエアコンの吹出し口に設けられる。但し図１の構成では、吹出し口温度検出手段１３と吹出し湿度検出手段１４は、エアコンの吹出しグリル３４の内側に混合エアの温度を計測するように取り付けられていたが、この実施の形態での吹出し口からの空気はリターンエアであって、混合エア、すなわち室内に循環する空気の温度と湿度は、吹出し口のグリル近傍で計測された温度と湿度と、換気ファンの出口で計測された温度と湿度にたいし、それぞれの位置での風量を室内ファン及び換気ファンの回転数から求め、風量比に応じた平均値として求めている。もちろん吹出し口温度検出手段１３と吹出し口湿度検出手段１４を、エアコン室内ユニットと換気扇を隣接して配置し室内ユニットから下側に吹出す構造にすれば室内ユニット１の下部の外側の両方の空気が混合する位置に配置して、混合エアの温度と湿度を検出する検出器５２および５３で直接計測しても良い。もしエアコンの室内ユニット１と換気扇が離れた位置にあったとしても、混合される位置に混合エアの温度と湿度を計測する検出器を設ければ良い。

実施の形態１では外気とリターン空気の混合空気が室内に循環して室内熱交換器３への吸込み空気となって、室内熱交換器３を流れる冷媒と熱交換する。吹出し空気の温湿度ＳＡが室内に循環して室内で熱負荷を受けて帰ってくるリターンエアの温湿度ＲＡとなり、温湿度ＳＡとＲＡにより負荷ＱＬを知ることが出来る。即ち空気線図において温湿度ＳＡに負荷ＱＬのベクトルを加えたものが温湿度ＲＡとなる。この負荷ＱＬベクトルが分かったのでリターンエアーの温湿度ＲＡが目標点の温湿度ｔへ重なるように負荷ＱＬベクトルを平行移動させて目標吹出し空気の温湿度SA＊を得ることができる。サプライエアーの温湿度ＳＡは検出されるか、或いは室内負荷より分かっている。この状態で混合エアーの温湿度ＫＡが外気温湿度ＯＡとリターンエアー温湿度ＲＡの線分上のどこにあれば混合エアーの温湿度ＫＡのエンタルピーとサプライエアーの温湿度ＳＡのエンタルピーの差が最小になるかと言う判断、即ちｉ（ＫＡ＊−ＳＡ＊）minimumを得ればエネルギーの最も小さいＫＡ＊がえられる。一方、本実施の形態２では、リターン空気のみが吸込み空気となって冷媒と熱交換され、室内ユニット１からの吹出し空気と外気とが混合されることになる。従って本実施の形態２は、外気の温湿度ＯＡと風量ＶＯＡ、吹出し空気の温湿度ＳAと風量ＶＳＡが検出され、或いは検出された値から求めることが出来る。同様に空気線図上で外気の温湿度ＯＡと吹出し空気の温湿度ＳAを結ぶ線上で、且つ、風量比で案分された点に混合エア、即ち室内に循環する循環空気の温湿度ＫＡが求められる。この混合エアの温湿度ＫＡが室内を循環して負荷ＱＬを受けてリターンエアＲＡとして空調装置に帰ってくる。即ち空気線図において演算された或いは計測されて得られた温湿度ＫＡに負荷ＱＬのベクトルを加えたものが温湿度ＲＡとなる。この負荷ＱＬベクトルが分かったのでリターンエアーの温湿度ＲＡが目標点の温湿度ｔへ重なるように負荷ＱＬベクトルを平行移動させて目標混合エアの温湿度ＫA＊を得ることができる。この状態で吹出し空気の温湿度ＳＡが外気温湿度ＯＡと室内に循環する混合エアー温湿度ＫＡ＊の線分上でどこにあればリターンエアの温湿度ＲＡのエンタルピーとサプライエアーの温湿度ＳＡのエンタルピーの差が最小になるかと言う判断、即ちｉ（ＲＡ−ＳＡ＊）minimumを得ればエネルギーの最も小さいＳＡ＊がえられる。

実施の形態１ではｉ（ＫＡ＊−ＳＡ＊）minimumの求め方として、ＫＡはＯＡとＲＡの内分点のどこかにある、冷却除湿負荷＝蒸発器能力＝ｉ（ＫＡ＊−ＳＡ＊）×風量である、ことから、ＫＡ＊がＲＡとＯＡの線分上でｉ（ＫＡ＊−ＳＡ＊）が小さいほど能力は小さくなる。但し外気ＯＡがいろいろな場合があり、図８のゾーン(1)ではＲＡ＝ＫＡの時、ＫＡ＊−ＳＡ＊が最小になり、外気を導入しない方がエネルギーが小さくなる。また図８のゾーン(2)ではＯＡとＲＡの内分点上にあるＫＡとＳＡ＊を通るベクトル線が飽和線Ｈと接する交点をもつ混合エアの温湿度ＫＡ＊が、ＫＡ＊−ＳＡ＊は最小になる。また図８のゾーン(3)ではＯＡとＲＡの内分点上にあるＫＡとＳＡ＊を通るベクトル線が飽和線Ｈと交点を有するがSHF＝１となる混合エアの温湿度ＫＡ＊が、ＫＡ＊−ＳＡ＊は最小になる。一方、本実施の形態２では、リターン空気の温湿度ＲＡが冷却除湿されて吹出し空気の温湿度ＳＡになり、吹出し空気の温湿度ＳＡと外気の温湿度ＯＡが混合して室内に循環する循環空気の温湿度ＫＡになり、混合エアの温湿度ＫＡに室内負荷ＱＬが加わりリターンエアの温湿度ＲＡとなるので、実施の形態２ではｉ（ＲＡ−ＳＡ＊）minimumの求め方として、混合エアＫＡは外気ＯＡと吹出し空気ＳＡ＊の内分点のどこかにある、冷却除湿負荷＝蒸発器能力＝ｉ（ＲＡ−ＳＡ＊）×風量である、ことから、混合エアの温湿度ＫＡ＊は外気の温湿度ＯＡとサプライエアの温湿度ＳＡ＊の線分上でｉ（ＲＡ−ＳＡ＊）が小さいほど能力は小さくなる。但し分かっているものはリターンエアと混合エアであり、外気ＯＡがいろいろな場合がある。

本実施の形態２のｉ（ＲＡ−ＳＡ＊）minimumの求め方を図２１、図２２、図２３の空気線図に示す。図２１はゾーン(1)の説明図であって、図のハッチングの部分がゾーン(1)の範囲を示す。図においてリターンエア温湿度ＲＡと目標混合エア温湿度ＫＡ＊によって分類されるゾーンによって、新鮮外気の利用方法が異なる。図２１の外気の温湿度ＯＡ１が目標混合エアの温湿度ＫＡ＊よりも高エンタルピー側外気は利用しない方が望ましい。目標混合エアの温湿度ＫＡ＊と挟んで外気の温湿度ＯＡ１と反対側に空気調和装置の吹出し空気の温湿度ＳＡを作らねばならず、冷凍サイクルのエネルギーを増やすことになる。冷凍サイクルのエンタルピー差ｉ（ＲＡ−ＳＡ＊）minimumはＳＡ＊＝ＫＡ＊のとき最小となる。図２２はゾーン(2)の説明図であって、図のハッチングの部分がゾーン(2)の範囲を示す。外気の温湿度ＯＡ２がＫＡ＊のエネルギーより低く、ベクトルＲＡ−ＫＡ＊より温度が低い状態にあるゾーン(2)の範囲では外気の低温特性を最大限利用し冷凍サイクルは除湿能力をフル運転させる。これにより省エネルギーを計るが除湿能力に限界があり、例えばベクトルＲＡ−ＳＡ＊の延長線が飽和線Ｈに接する事が出来なかったり、室内熱交換器温度ＥＴが許容範囲より小さくなる場合には可能な顕熱比の最小値、即ちベクトルＲＡ−ＳＡ＊の傾きの限界であるＳＨＦＲminimumを選択する。ゾーン(2)では目標混合エアの温湿度ＫＡ＊と挟んで外気の温湿度ＯＡ１と反対側に空気調和装置の吹出し空気の温湿度ＳＡがくるので、ベクトルＲＡ−ＳＡ＊の延長線が飽和線Ｈに接する点を有する目標吹出し空気の温湿度ＳＡを選択すれば冷凍サイクルのエンタルピー差ＲＡ−ＳＡ＊が最も小さくなる目標サプライエア温湿度ＳＡ＊が求まる。

図２３はゾーン(3)の説明図であって、図のハッチングの部分がゾーン(3)の範囲を示す。外気の温湿度ＯＡ３がＫＡ＊よりエネルギーが低く、且つ、低い湿度で、ベクトルＲＡ−ＫＡ＊より湿度が低い状態にあるゾーン(3)の範囲では外気の低湿特性を利用し冷凍サイクルは高顕熱運転を行う。目標混合エアの温湿度ＫＡ＊と挟んで外気の温湿度ＯＡ１と反対側に設定する空気調和装置の吹出し空気の温湿度ＳＡはリターンエアの温湿度ＲＡとこの吹出し空気の温湿度ＳＡ＊が空気線図で水平になるところ、即ちＳＨＦ＝１が冷凍サイクルのエンタルピー差ＲＡ−ＳＡ＊が最も小さくなる。実施の形態２の構成によるゾーン(1)の外気利用が望ましくない範囲は実施の形態１の一体の構成に比べ増加する。以上の実施の形態２の構成の場合の制御動作を図２４でまとめて説明する。、負荷の大きさはＱＬ＝（ＶＲＡ＋ＶＯＡ）×密度×エンタルピー差で得られ、この負荷はリターンエアの温湿度ＲＡと混合エアの温湿度ＫＡのエンタルピー差で、顕熱負荷ＳＨと潜熱負荷ＬＨに分けられる。室内を目標温湿度ｔにするにはリターンエアの温湿度ＲＡを目標温湿度ｔにしなければならず、負荷を平行移動させて目標混合エアＫＡ＊が決まる。この目標混合エアの温湿度ＫＡ＊に対し外気の温湿度状態によりエネルギーが少ない、即ちリターンエアの温湿度と目標サプライエアの温湿度のエンタルピー差が最小になる条件を図２１、図２２、図２３のように選ぶことになる。図２４の外気の温湿度がベクトルＲＡ−ＫＡ＊より湿度が低い状態にあるゾーン(3)の範囲では外気の低湿特性を利用し冷凍サイクルは高顕熱運転即ちＳＨＦ＝１の運転を行う。この様に各空気の温湿度の状態が決まることにより、顕熱比が許容範囲内の室内熱交換器温度ＥＴ＊が求められる。更に冷凍サイクル能力Ｑｅ即ちベクトルＲＡ・ＳＡ＊が決定される。また温湿度ＯＡとＫＡ＊の線分上でＳＡ＊が決まりこの案分比率ｘ＊とｙ＊でサプライエアと外気の風量比率も決定される。この様に冷凍サイクルのＳＨＦの許容範囲等を考慮しながら温湿度の変化のエンタルピー差をできるだけ最少とする基本的な考え方は実施の形態１と同様で、空気調和装置の省エネルギー運転が可能になる。

図３の空気線図にエンタルピーiの軸が記載されているように、温度と絶対湿度とは次の関係でエンタルピーiの斜交軸が一義的に決められている。すなわち、i=0.24*温度+(597.5+0.441*温度)*絶対湿度である。従って温度と湿度を検出すればマイコンにてエネルギーである室内負荷の大きさと潜熱・件熱の負荷比率を演算することが出来る。室内の負荷の大きさであるQl[Kcal/h]の絶対値は、風量＊密度＊混合エアとリターンエアの間のエンタルピの差、で表される。この負荷状態に対する潜熱と顕熱の負荷比率は、LH[g]/SH[℃]=(Xra-Xka)/(Tra-Tka)、であり、負荷の状態は演算で把握することが出来る。なおx:yの風量比の算定は、例えばファンの回転数と風量の関係が制御装置のマイコンに記憶させてあるので決められており、サプライエアの温湿度SAは外気温湿度OAと混合エアの温湿度KAと風量比からOAとKAの延長線上に得られる。リターンエアの温湿度RAと得られたサプライエアの温湿度SAを直線で結ぶ間のエンタルピーが空調機の能力Qeである。さらに、この延長線が相対湿度１００%の飽和線と交わる点が蒸発温度ETとみなされる。空気線図のデータが記憶されているためこれらの演算は制御装置のマイコンで簡単に行われる。

空調能力Ｑｅの増加にたいし圧縮機の周波数を増加させる考えは式２などで詳細を説明しているが、空調能力Ｑｅがベクトル（ＲＡ，ＳＡ）より決まるのでその増加分ΔＱｅは（Ｑｅ＋ΔＱｅ）／Ｑｅ＝［ｉ（ＲＡ−ＳＡ＊）］／［ｉ（ＲＡ−ＳＡ）］で求められる。これに対し現在の周波数をｆｚとすると、周波数の増分は空調能力の増加分に対応した（ｆｚ＋Δｆｚ）／ｆｚというように得られる。本実施の形態のように、外気導入手段６を室内ユニット１と分離して独立に設けた場合には、省エネルギーとなる外気利用範囲は、一体に設けた場合よりも狭くなるが、やはり外気を積極的に利用しない従来の場合と比べて、省エネルギー効果はあり、新鮮な外気を導入することによる健康上への効果も大きい。また、このような構成では、現在広く用いられている室内ユニットからの構成変更が少なく、例えば外気導入手段６へ信号線６９によって制御信号を送信するように変更すればよいので、比較的簡単に実現できる。さらに一体ではないので外気導入手段６の部分だけの清掃やメンテナンスなども手軽に行うことができる。

さらに、外気導入手段６として室内ユニット１とは独立しているので、この外気導入手段６として従来の換気扇のような作用も兼ね備えたものとすることもできる。即ち、例えばファンを反転させるなどして室内空気を室外へ導出できるように構成すれば、換気機能の大きい空気調和を行うことができる。この例を図２５にて説明する。図２５は室内ユニット１の中の室内熱交換器３や室内ファン５と、外気導入手段である換気扇６を設ける構成は同一であり、３１は換気ファン、３２は室内制御装置である。リターンエア、サプライエアなど各空気の温湿度を基にエンタルピー差のか少ない運転を設定する内容は上記説明と同一であるが外気導入手段６は換気ファン３１により室内空気を排気することが異なり、したがってリターンエアの温湿度は室内空気から排気がベクトル的に減算された形になる。換気ファン３１の運転は室内制御装置３２からの信号により制御される。別の構成の例を図２６に示す。図２６も空調装置と外気導入手段６とは別体に設ける構成であるが、外気導入手段６に全熱熱交換器と給気用ファン４４、排気用ファン４３を設け、外気を導入する吸気に室内空気を排気する際の熱を伝達して室内の熱エネルギーを無駄にしない構成である。給気用ファン４４、排気用ファン４３の運転は室内制御装置３２からの信号により制御される。この構成に対しても外気導入手段６の給気とは域の温湿度を含めたベクトル演算を必要とするが、上述の様に温湿度のエンタルピー差を利用した低エネルギーの運転設定が可能であり、より一層の省エネルギーが計れることになる。図２５、図２６では外気導入手段の運転などは室内制御装置の中のマイコンにて制御する例を示したがリモコンなど別の制御装置により運転を制御しても良いことは当然であるし、この信号は信号線を設け伝達する構成にしてあるが、電力とともに電灯線にて信号を搬送したり、電波などの信号線無しの構成でも良い。

一体型の構成にしろ、別体型の構成にしろ、蒸発温度である室内熱交換器温度ＥＴに付いては、許容範囲が存在することと、例として下限値として１０゜Ｃで説明してきた。この下限値を空調装置の性能の面から求めた例を、図２７および図２８に示す。図２７は室内熱交換器温度ＥＴを空気線図上で設定する説明図で、Ｐは室内熱交換器３へ吸込まれる空気の温湿度で、温度２４゜C、相対湿度５０％とする。これは一体構造では目標混合エアの温湿度ＫＡ＊であり、別体構造ではリターン空気の温湿度ＲＡである。顕熱比ＳＨＦが異なる直線と飽和線Ｈの交点をそれぞれＥＴ＝１゜Ｃ、５゜Ｃ、１０゜Ｃとする。図２８は横軸に蒸発温度を取り、図２８の縦軸として、（ａ）は顕熱比、（ｂ）は空調装置の成績係数ＣＯＰである。図２８の（ａ）からは室内熱交換器温度が低下するに伴いあの値以下では顕熱比は差が出ないことになる。一方（ｂ）からは室内熱交換器温度ＥＴを下げていけば比例して成績係数COPが低下し能力が低下する。従って図のように室内熱交換器温度ＥＴの下限値を５゜Ｃ程度より下げてもエネルギー低減を得る効果がなくなるのでＥＴの下限値としてこの飽和する約５゜Ｃを採用する。すなわち、図２７のＰ点からＥＴに引く直線はＥＴ＝１の点で接点となり、それより下がるとＳＨＦは上昇してしまう。本発明では第１に室内負荷を求めて室内に循環する空気、例えば一体型では空調装置の吹出し空気、また別体装置では室内に循環する空調装置と外気との混合エアの温湿度の目標値を設定した。更に第２に外気を含めた各空気の温湿度を基に、室内熱交換器に直接吸込まれる空気と吹出す空気のエンタルピー差が小さくなるように、即ち冷凍サイクルのエネルギーを少なくする蒸発温度ＥＴを求めている。但しこの時、外気の温度が室内の各空気の温度との関係にたいしどのゾーンにあるかで制御を行う説明をしてきた。ゾーン(1)や(2)の様にＳＦＨminを求める演算ではでは最初から上記で説明した飽和値、例えば５゜Ｃの様なこの固定された下限値を使用すれば飽和線Ｈと接する点を求める必要がなく、制御がより簡単になる。この制御は一体型換気制御にしろ、別置き型換気制御にしろ、空調装置のおかれた地域や室内の条件、或いは運転の要求により除湿運転が必要であれば換気する風量の比率に関らず先ず室内熱交換器で目一杯除湿する、即ち、ＳＦＨmin運転を行うと言う考えで、そのため性能低下を考慮した蒸発温度下限値である固定置５゜Ｃで固定された条件で運転することが制御が簡単で効率の良い運転が行えることになる。

更にこのような空調装置と換気装置の組み合せに対し、一体型換気制御にしろ、別置き型換気制御にしろ高温多湿状態が存在する場合は除湿が必要であり
、もっと簡単な固定値を使用した制御を行うことが出来る。既に説明したように一体型換気制御の場合はリターンエアのエンタルピーｉＲＡよりも外気のエンタルピーｉＯＡが小なら外気導入手段にて外気を導入する。別置き型換気制御の場合は空調装置からの吹出し空気と外気を混合した混合エアのエンタルピーｉＫＡより外気のエンタルピーｉＯＡが小なら外気導入手段にて外気を導入する。この外気の導入にあたりエンタルピー差を算出する場合厳密な数値でなくとも、効果的な除湿が行える。すなわち空調装置と換気装置の組み合せに関係なく、空調装置に戻るリターンエアの室内空気の温湿度ｉＲＡと外気のエンタルピーｉＯＡとの関係を、ｉＲＡ−ｉＯＡ＜αとする。この説明を図２９に示す。図２９の空気線図において、φは各温度に於ける相対湿度を示す。室内空気の温湿度をＲＡ、外気の温湿度をＯＡとし、このエンタルピー差をもとめ、図のようにｉＲＡ−ｉＯＡ＜αとなり、若干の差が存在することを検出する。これによりファン回転数が一定である換気扇を運転して、この時の外気の風量と室内空気の風量の関係から、室内空気の温湿度と外気の温湿度の線分に風量比から熱交換器に直接吸込まれる空気の温湿度Ｋが設定される。このK点と固定された蒸発温度５゜Ｃを結ぶ線と、目標とする室内温度Ｔｔとの交点が目標温湿度ｔとなって、この値に制御される。この結果、室内温湿度のエンタルピーｉＲＡと目標温湿度ｔのエンタルピーｉｔの差より、Ｋ点でのエンタルピーｉＫと目標温湿度ｔのエンタルピーｉｔの差の方が小さく、冷却除湿すべき負荷が小さく省エネルギーとなる。この様にｉＲＡ−ｉＯＡ＜αという条件で換気扇を動作させるだけで目標温度に到達する時には除湿も行われると言う簡単な制御になる。

上記の説明では、加熱手段４としてヒータを有する構成としたが、この加熱手段４は例えば空気を数℃〜２０℃程度加熱できるものであればよく、ヒータに限るものではない。図３０は加熱手段として一般に再熱方式と称されているものであり、冷媒との熱交換によって空気を加熱するものの、構成の一例を示す説明図である。図において、３ａ、３ｂは２台の室内熱交換器、２６ｂは冷凍サイクルの室外ユニット８に置かれた膨張弁とは異なる減圧手段である膨張弁である。

図において、例えば実施の形態１の冷房運転の時で外気温湿度がゾーン(1)または(2)の領域にあり、リターン空気温湿度ＲＡから目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊へのベクトルの延長線が飽和線と交差しない時、または外気温湿度がゾーン(3)の領域にあり、外気温湿度ＯＡ３から目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊へのベクトルの延長線が飽和線と交差しない時、冷凍サイクルで目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊を実現するのは不可能であった。このとき冷凍サイクルによって湿度は目標と一致させて温度の低い出口側空気とし、この空気を加熱して目標吹出し空気温湿度ＳＡ＊を実現出来る。図３０のように２台の室内熱交換器３ａ、３ｂを備え、一方の室内熱交換器３ａを凝縮器、他方の室内熱交換器３ｂを蒸発器として動作させる。蒸発器として動作する室内熱交換器３ｂを例えば空気流路の上流側に配置し、凝縮器として動作する室内熱交換器３ａを例えば空気流路の下流側に配置する。この２台の室内熱交換器３ａ、３ｂの間には、膨張弁２６ｂを設けている。

以下、図３０に示した冷凍サイクルの冷房運転時の動作について説明する。圧縮機で圧縮された高圧ガス冷媒は、圧縮機の吐出口から四方弁を介して室外熱交換器へ流通し、ここで室外ファンで吹きつけられる外気に放熱する。そして冷媒は凝縮し、高圧液冷媒となって室外熱交換器から流出する。その後室外機に設けられた膨張弁２６で中間圧まで減圧し、一部ガスとなって冷媒配管を流通して室内ユニット１の室内熱交換器３ａへ流入する。この室内熱交換器３ａで冷媒はさらに凝縮すると共に室内熱交換器３ａの冷媒配管の周囲を流れる空気を加熱する。その後室内熱交換器３ａから流出した冷媒は膨張弁２６ｂで低圧にまで減圧され、低圧二相冷媒となる。さらに低圧二相冷媒は室内熱交換器３ｂへ流通し、ここで採熱して蒸発する際に周囲を流れる空気と熱交換することによって室内空気を冷却除湿する。そして冷媒は、室内熱交換器３ｂから低圧ガス冷媒となって流出した後、冷媒配管７を通って室外ユニット８に流通し、四方弁２２を介して圧縮機の吸入口へと戻る。このような動作によって室内熱交換器３ａは加熱手段となり、室内熱交換器３ｂでは冷熱が得られる。

このような再熱方式の加熱手段を用いることで、空気調和装置の冷媒に例えば炭化水素やＲ２９０などの可燃性冷媒を用いても、冷媒が燃焼することがなく、安全な空気調和装置とすることができる。近年、地球環境保全の観点から、オゾン層を破壊せず、温暖化係数も０である冷媒を用いる要求が高まっている。Ｒ２９０はこの条件を満足するものであるが、問題点はその性質が可燃性を有することである。本実施の形態のように構成すれば、新鮮な外気を積極的に効果的に利用でき、省エネルギーであり、健康にも良好で、さらに可燃性を有する冷媒でも安全に使用することができる空気調和装置が得られる。またこの発明において、送風機により循環する空気に加熱または冷却または加湿または除湿を行う熱交換器は、既に説明してきたように冷媒を循環させる冷媒サイクルに設けられ空気の温度および空気中の水蒸気成分量を変化可能な熱交換器であっても良いし、空気の温度だけを変化させることが出来るオイルヒータのような単なるヒータでも良いし、主として空気中の水蒸気成分を変化させることが出来る吸着式の除湿機、或いはこれらの組み合せでも室内を循環させる空気の温湿度に影響を与える複数の種類の装置を設けた場合でも本発明が成り立つことは明らかである。

図３１は空調装置を説明する図であって、天井２０には吸込みグリル３５から吸込んだ空気をダクト４８を介して別の個所へ補助グリルの吹出しグリル３４を設けた室内の空気を空調する空調機１とダクト３６で外気を吸気する天井埋め込み換気扇４６が設けられている。この様に空調機にダクトを介して補助グリルや循環送風機等を設け、室内の他の場所や穂かの部屋へ一つの空調機により空調された空気を送風することも出きる。室内に温調された空気を循環させる方法としては空調機の存在する部屋の中で扇風機を運転する方法等があるが部屋の部分的空気を利用しての循環にとどまり冷房や暖房の効果が限定され、かつ、あまり広い範囲では効果がなくなったり別の部屋を一緒に行うことも出来ないが、本発明の装置ではダクトを介して循環送風機等で必要な場所に温調された空気を効果的にしかも低騒音で循環させることが出来る。ダクトを通じて別の部屋の空調や、複数の部屋や廊下などの調温を簡単な設備で行うことが出来る。各部屋の空調は本発明の湿度調整する装置を設け湿度調整された空気調和を行ってもよいことは当然である。更に室内には、室内の空気の温湿度に影響する加湿器５０やヒーター５１が設けられていても検出したり制御する空気の温湿度の数が増えるだけでエンタルピーなどによる制御は本発明の制御で行うことが出来る。

この発明は、空気調和装置で室内空気を冷房または暖房することで室内空気の温度または湿度を関連して変化させ、目標値である温度および湿度に接近するように室内の空気調和を行い、外気の導入量を調整し得る外気導入手段で外気を室内に導入し、外気の温度および湿度、室内空気の温度および湿度、並びに室内空気の目標値である温度および湿度に基づいて、外気の導入量を変えることにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができる。

またこの発明は、外気のエンタルピーが室内空気のエンタルピーよりも大きい場合に外気導入手段を閉止して外気の導入量を最小にすることにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は、外気のエンタルピーが室内空気のエンタルピーよりも小さく、かつ外気の温度と湿度が前記室内空気の温度と湿度から目標値である温度と湿度への変化の延長線よりも低温側である場合に、外気と室内空気を混合した混合空気の温度と湿度から目標値である温度と湿度へ接近させる際の、温度の変化量に対する湿度の変化量が大きくなるように外気の導入量を調整することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は、外気のエンタルピーが室内空気のエンタルピーよりも小さく、かつ外気の温度と湿度が室内空気の温度と湿度から目標値である温度と湿度への変化の延長線よりも低湿側である場合に、外気と室内空気を混合した混合空気の温度と湿度から目標値である温度と湿度へ接近させる際の、温度の変化量に対する湿度の変化量が小さくなるように外気の導入量を調整することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は、熱輸送手段によって輸送された温熱または冷熱と吸込み空気とを熱交換して吸込み空気の温度と湿度の少なくともどちらか一方を変化させる室内熱交換器と、この室内熱交換器による熱交換後の空気を吹出し空気として室内に吹出す室内ファンと、室外から外気を導入する外気導入手段と、外気の温度を検知する外気温度検知手段と、外気の湿度を検知する外気湿度検知手段と、室内空気の温度を検知する室内温度検知手段と、室内空気の湿度を検知する室内湿度検知手段と、室内の空調負荷を検知する室内空調負荷検知手段と、外気の温度と湿度から得られた外気状態、室内空気の温度と湿度から得られた室内空気状態、室内空調負荷検知手段で得られた室内空調負荷、目標室内空気温度と目標室内空気湿度とから得られた目標室内空気状態、の外気状態、室内空気状態、室内空調負荷、目標室内空気状態に基づいて外気を室内に取り込む外気導入量並びに室内熱交換器での吸込み空気から吹出し空気への間の温度および湿度の変化量を設定する運転動作設定手段と、運転動作設定手段で設定した外気導入量になるように外気導入手段を運転制御する外気量制御手段と、運転動作設定手段で設定した吸込み空気から吹出し空気への間の温度および湿度の変化量を得るように熱輸送手段の運転動作を制御する運転動作制御手段を備えたことにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができる。

またこの発明は、運転動作設定手段で、外気温度検知手段で検知した外気温度と外気湿度検知手段で検知した外気湿度とから求める外気エンタルピーが、室内空気温度検知手段で検知した室内空気温度と室内空気湿度検知手段で検知した室内空気湿度とから求める室内空気エンタルピーよりも小さいときに、外気を導入するように設定することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる空気調和装置が得られる

またこの発明は、運転動作設定手段で、湿り空気線図において、外気の温湿度が、室内空気温湿度と目標室内空気温湿度を結ぶ線よりも低温側のとき、外気を導入して主に室内空気の温度を低下させ、室内熱交換器での冷媒との熱交換よって主に室内空気の湿度を低下させるように設定することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる空気調和装置が得られる

またこの発明は、運転動作設定手段で、湿り空気線図において、外気の温湿度が、室内空気温湿度と目標室内温湿度を結ぶ線よりも低湿側のとき、外気を導入して主に室内空気の湿度を低下させ、室内熱交換器での冷媒との熱交換よって主に前記室内空気の温度を低下させるように設定することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は、室内熱交換器の下流側の空気流路に設けられ、前記室内熱交換器から流出した空気を加熱する加熱手段を備えたことにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる空気調和装置が得られる。

またこの発明は、加熱手段を、ヒータ、または冷媒との熱交換によって空気を加熱するものとしたことにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は、外気導入手段を少なくとも外気導入口開閉機構を有するものとし、外気導入口開閉機構を開閉することにより、または外気導入口開閉機構の開度を調節することにより、外気導入量を可変にしたので、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに細かく制御を行って省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は、熱輸送手段を、圧縮機と熱源側熱交換器と減圧手段と利用側熱交換器とを冷媒配管によって連結し冷媒を循環させる冷凍サイクルを備え、室内熱交換器を前記利用側熱交換器で構成して冷媒配管を流れる冷媒によって室内熱交換器に冷熱または温熱を輸送するものとしたことにより、もしくは室内熱交換器を利用側熱交換器とは別の熱交換器で構成して利用側熱交換器での冷熱または温熱を前記別の熱交換器に輸送する循環路を有するものとしたことにより、既存のエネルギー効率の高い冷凍サイクルを利用して、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができる。

またこの発明は、湿り空気線図上で、外気の温湿度と室内空気の温湿度間で前記外気の導入量に応じて変化する温湿度の空気を吸込み空気とし、目標吹出し空気として設定された温湿度の空気を吹出し空気とし、吸込み空気から吹出し空気への温湿度の変化を制御ベクトルとし、制御ベクトルの延長が冷媒温度の許容範囲から制限される範囲の飽和線の温湿度に至るように吸込み空気の温湿度と許容範囲内の冷媒温度とを設定することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用でき、さらに外気を積極的に利用する際の空気調和装置の制御に際し、空気温度と共に空気湿度を関連させて快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができる空気調和装置の制御方法が得られる。

またこの発明は、制御ベクトルの延長が冷媒温度の許容範囲から制限される範囲の飽和線の温湿度に至るように、かつ空気調和装置の入力が最小となるように、吸込み空気の温湿度と許容範囲内の冷媒温度とを設定することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用でき、さらに省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は、吸込み空気のエンタルピーが室内空気のエンタルピー以下となるように吸込み空気の温湿度を設定して外気の導入量を制御することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は、外気の温湿度が、室内空気から目標吹出し空気への温湿度の変化の延長線よりも低温側の領域の場合、吸込み空気の温度が目標吹出し空気の温度に接近するように、または制御ベクトルの傾斜が大きくなるように、外気の導入量を制御することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は、外気の温湿度が、室内空気から目標吹出し空気への温湿度の変化の延長線よりも低湿側の領域の場合、吸込み空気の湿度が目標吹出し空気の湿度に接近するように、または制御ベクトルの傾斜が小さくなるように、外気の導入量を制御することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は、湿り空気線図上で、外気の温湿度と室内空気の温湿度間で外気の導入量に応じて変化する温湿度の空気を吸込み空気とし、目標吹出し空気として設定された温湿度の空気を吹出し空気としたときの、吸込み空気から吹出し空気への温湿度の変化の延長が冷媒温度の許容範囲から制限される範囲の飽和線の温湿度から外れる場合、吹出し空気の湿度の目標値と同レベルの湿度の空気を吹出し空気としたときの、吸込み空気から吹出し空気への温湿度の変化を制御ベクトルとし、制御ベクトルの延長が冷媒温度の許容範囲から制限される範囲の飽和線の温湿度に至るように吸込み空気の温湿度と許容範囲内の冷媒温度とを設定し、吹出し空気の温度が目標吹出し空気の温度よりも低い場合に加熱して目標吹出し空気の温度とするように加熱量を設定することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用でき、さらに外気を積極的に利用する際の空気調和装置の制御に際し、空気温度と共に空気湿度を関連させて快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができる。

またこの発明は、外気の温湿度と室内空気の温湿度間で吸込み空気の温湿度を変更し、または、目標吹出し空気の湿度と同レベルである湿度で吹出し空気の温度を変更し、制御ベクトルの長さである空調能力と加熱量とのエネルギー総量が小さくなるように制御ベクトルを設定することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用でき、無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は、外気のエンタルピーが室内空気のエンタルピーよりも大きい外気の領域と、外気のエンタルピーが室内空気のエンタルピーよりも小さい外気の領域と、の領域に応じて外気の導入量を設定することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用でき、さらに外気を積極的に利用する際の空気調和装置の制御に際し、空気温度と共に空気湿度を関連させて快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、制御しやすい。

またこの発明は、外気の温湿度が室内空気から目標吹出し空気への温湿度の変化の延長線よりも低温側である領域と、外気の温湿度が室内空気から目標吹出し空気への温湿度の変化の延長線よりも低湿側である領域と、の領域に応じて、冷凍サイクルの空調能力を設定することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は、外気のエンタルピーが室内空気のエンタルピーよりも大きい外気の領域と、外気のエンタルピーが室内空気のエンタルピーよりも小さく、かつ外気の温湿度が室内空気から目標吹出し空気への温湿度の変化の延長線よりも低温側である領域と、外気のエンタルピーが室内空気のエンタルピーよりも小さく、かつ外気の温湿度が室内空気から目標吹出し空気への温湿度の変化の延長線よりも低湿側である領域と、の３つの領域に応じて、外気の導入量並びに冷凍サイクルの空調能力および冷媒温度を設定することにより、室外の空気状態に応じて外気を導入しこれを効果的に利用して快適な室内空間を得るように空気調和を行うことができ、さらに無駄な仕事をすることなく省エネルギー化を実現できる。

またこの発明は上記のように再熱をヒーターや冷凍サイクルの熱交換器を利用して行う説明をしてきたが、図２９で説明した運転方法に検出値をさらに簡略させて設定温度を若干、たとえば−２゜Ｃ程度下げて除湿を有効に行うことができる。まずセンサーとして、外気温度ＴＯＡとリターンエアーの吸い込み温度ＴＲＡの２点を実際に計測する。外気の温湿度におけるエンタルピーｉＯＡを得るためには、外気の湿度が必要であるが、外気湿度検出手段としてこれは演算にて求められる。たとえば年間気象データ頻度表から、平均相対湿度をマイコンに記憶させることができる。さらに湿度の値の精度を上げるため、標準気象データの温湿度データを利用し外気湿度として、φＯＡ＝φ（ＴＯＡ）としてもよい。すなわち検出した外気温度に応じて外気湿度の平均値を変えて求めた値を外気湿度として、外気の温湿度を得て、外気のエンタルピーｉＯＡ＝ｆ（ＴＯＡ，φＯＡ）が演算できる。

次に吸い込み空気の湿度は目標湿度、たとえば相対湿度６０％とする。検出された吸い込み温度ＴＲＡと目標湿度を吸い込み空気の検出湿度に置き換える演算により吸い込み空気の温湿度が演算されて、吸い込み空気のエンタルピーｉＲＡ＝ｆ（ＴＲＡ，６０％）が演算できる。このように外気温度センサー、吸い込み空気温度センサー、外気湿度演算手段、吸い込み空気湿度演算手段殻得たデータにより、外気エンタルピー演算手段、吸い込み空気エンタルピー演算手段で各エンタルピーを求め、図２９で説明した、ｉＲＡ−ｉＯＡ＜αという判定手段にて、この条件を満足するときに換気扇を動作させる信号が発せられる。この結果簡単な検出センサーを用いるだけで、目標温度と目標湿度を設定し、外気及び吸い込み空気の温湿度からエンタルピーを演算するとともにこのエンタルピーにより前記空気調和手段および前記換気手段を制御する制御手段により、設定された温度への空調装置の運転が行われ、目標温度に到達するときに図２９で説明したように温湿度データを基にした除湿が行える。さらに、外気を利用した効果的な除湿も一緒に行うことができて、温度と湿度の空調をエアコンと換気扇を利用して少ないエネルギーで行うことができ、快適な室内空気の状態を簡単な装置と簡単な制御で効率よく行うことができる。

以上のように、本発明によれば、室内に吸込み口と吹出し口を有し、送風機により室内空気を吸込み口から吸込んで前記吹出し口から吹出して循環させる室内空気の温度および湿度を変化させて空気調和を行う空気調和手段と、室外から室内に外気を導入または室内から室外へ空気を排気する開口およびこの開口を開閉する開閉手段または通風量を調整する通風調整手段を有する換気手段と、換気手段から導入される外気の温度を検出する外気温度検出手段と、換気手段から導入される外気の湿度を検出する外気湿度検出手段と、空気調和手段へ室内から吸込む空気の温度を検出する吸込み温度検出手段と、空気調和手段の室内熱交換器温度を検出する室内熱交換器温度検出手段及び室内に循環する空気の温度を検出する室内温度検出手段の少なくともどちらかと、外気温度検出手段、外気湿度検出手段、吸込み温度検出手段、及び、室内熱交換器温度検出手段と室内温度検出手段の少なくともいずれか、から検出した温度および湿度により空気調和手段および換気手段を制御する制御手段と、を備え、室内空気の温度を目標値である温度に接近させるようにするので、外気を有効に活用出来、運転時のエネルギーを押さえた空気調和装置が得られる。

また、本発明によれば、室内に吸込み口と吹出し口を有し、送風機により室内空気を前記吸込み口から吸込んで前記吹出し口から吹出して循環させる室内空気の温度および湿度を変化させて空気調和を行う空気調和手段と、室外から室内に外気を導入または室内から室外へ空気を排気する開口およびこの開口を開閉する開閉手段または通風量を調整する通風調整手段を有する換気手段と、換気手段から導入される外気の温度を検出する外気温度検出手段と、換気手段から導入される外気の湿度を検出する外気湿度検出手段と、空気調和手段へ室内から吸込む空気の温度を検出する吸込み温度検出手段と、空気調和手段へ室内から吸込む空気の湿度を検出する吸込み湿度検出手段と、室内に循環する空気の温度を検出する室内温度検出手段と、室内に循環する空気の湿度を検出する室内湿度検出手段と、外気温度検出手段、外気湿度検出手段、吸込み温度検出手段、吸込み湿度検出手段、室内温度検出手段、および室内湿度検出手段の検出した温度および湿度により空気調和手段および換気手段を制御する制御手段、を備え、室内空気の温度と湿度を目標値である温度と湿度に接近させるようにするので、外気を有効に活用して健康的な空気調和が、エネルギーの少ない状態で得られる。

また、本発明によれば、制御手段は検出した各空気の温度と湿度を関連させながら、制御するので、温度と湿度を同時に効率よく制御出来る空気調和装置が得られる。

また、本発明によれば、室内に循環する空気の温度を検出する室内温度検出手段と、および、室内に循環する空気の湿度を検出する室内湿度検出手段と、の少なくとも一方は、吹出し口近傍にて室内に循環する空気の温度および湿度の少なくとも一方を検出するので、確実な制御が可能な空気調和装置が得られる。

また、本発明によれば、室内を循環する空気の温度を検出する室内温度検出手段と、および、室内を循環する空気の湿度を検出する室内湿度検出手段と、の少なくとも一方は、換気手段から導入される空気と吹出し口から吹出される空気との混合した空気の温度および湿度の少なくとも一方を検出するので、確実な制御が可能な空気調和装置が得られる。

また、本発明によれば、室外から室内への換気および室内から室外への排気の両方が可能な送風手段を備えているので、室内の良好な環境を維持し易い空気調和装置が得られる。

また、本発明によれば、換気手段は、熱交換可能な換気扇であるので、更に省エネルギーを達成出来る空気調和装置が得られる。

また、本発明によれば、室内に吸入口と吹出し口を有し、送風機により室内空気を吸入口から吸込んで吹出し口から吹出させる空気調和装置にて室内空気を循環させて室内の温度および湿度を変化させて空気調和を行うステップと、室外から室内に外気を導入または室内から室外へ空気を排気する開口およびこの開口を開閉する開閉手段またはこの開口を通風する通風量を調整する通風調整手段とを有する換気手段にて室外と室内間の換気を行うステップと、外気の温度と外気の湿度と前記空気調和装置へ室内から吸込む空気の温度と、及び、空気調和装置の室内熱交換器の温度または室内に循環する空気の温度と、を検出するステップと、を備え、検出した温度および湿度により空気調和手段および換気手段を制御して、室内空気の温度および湿度を目標値である温度および湿度に接近させるように、温度と湿度を一体で変化させるので外気を有効に活用出来、運転時のエネルギーの少ない空気調和方法が得られる。

また、本発明によれば、外気のエンタルピーと空気調和装置へ室内から吸込む空気のエンタルピーを求め両方のエンタルピーを比較するステップと、外気のエンタルピーが空気調和装置へ室内から吸込む空気のエンタルピより低い場合は換気手段にて外気を室内に導入するとともに冷凍サイクルを所定の条件で運転させるステップと、を備えたので、簡単な方法でエネルギーの少ない空気調和方法が得られる。

また、本発明によれば、室内に循環する空気のエンタルピーと空気調和装置へ室内から吸込む空気のエンタルピーを求め両方のエンタルピーから室内負荷を求めるステップと、この室内負荷と室内空気の温度と湿度の目標値と空気調和装置へ室内から吸込む空気の温度と湿度から、目標とする室内に循環する空気の温度と湿度を求めるステップと、換気手段にて外気を室内に導入するとともに冷凍サイクルを所定の条件で運転させるステップと、を備えたので、外気を利用して効果的な省エネルギー運転が可能な空気調和方法が得られる。

また、本発明によれば、室内に吸入口有し、送風機により室内空気を前記吸入口から吸込んで空気調和を行う空調機の吸込んだ空気の温度と湿度を検出するステップと、空調機の室内への吹出し口から吹出させ室内に循環させる空気の温度と湿度を検出するステップと、室外から室内に外気を導入する外気の温度と湿度を検出するステップと、室内空気の目標値である温度と湿度を設定するステップと、室内空気の目標値を達成させ、且つ、冷凍サイクルのエネルギーを小さくするため、室内熱交換器に直接吸込む室内空気と外気が混合された空気の温湿度の目標値を設定するステップと、を備えたので、信頼性が高く、且つ、エネルギーの少ない空気調和方法が得られる。

また、本発明によれば、室内に吸入口有し、送風機により室内空気を前記吸入口から吸込んで空気調和を行う空調機の吸込んだ空気の温度と湿度を検出するステップと、空調機の室内への吹出し口から吹出させ室内に循環させる空気の温度と湿度と風量を検出するステップと、室外から室内に外気を導入する外気の温度と湿度と風量を検出するステップと、室内空気の目標値である温度と湿度を設定するステップと、室内空気の目標値を達成させ、且つ、冷凍サイクルのエネルギーを小さくするため、室内熱交換器から直接吹出す空気の温湿度の目標値を設定するステップと、を備えたので、使い勝手が良く無駄なエネルギーを利用しない空気調和方法が得られる。

また、本発明によれば、冷凍サイクルの蒸発温度を所定の値に設定して、または、顕熱比を所定の値に設定して、空気調和装置を運転させるステップと、を備えたので、確実な制御が可能で、省エネルギーを確実に達成出来る空気調和方法が得られる。

また、本発明によれば、室内熱交換器に直接吸込まれる空気の温湿度と室内熱交換器から直接吹出される空気の温湿度の両者のエンタルピーの差が小さくなるように冷凍サイクルを運転するので、省エネルギーを確実に達成出来る空気調和方法が得られる。。

また、本発明によれば、室内に吸入口と吹出し口を有し、送風機により室内空気を吸入口から吸込んで吹出し口から吹出して循環させる室内空気の温度および湿度を変化させて室内熱交換器により空気調和を行う空気調和手段と、室外から室内に外気を導入または室内から室外へ空気を排気する開口およびこの開口を開閉する開閉手段またはこの開口を通風する通風量を調整する通風調整手段を有する換気手段と、換気手段から導入される外気の温度を検出する外気温度検出手段と、換気手段から導入される外気の湿度を検出する外気湿度検出手段と、空気調和手段へ室内から吸込まれる空気の温度を検出する吸込み温度検出手段と、室内空気の温度目標値を設定する室内吸い込み温度設定手段と、室内空気の湿度目標値を設定する室内吸い込み湿度設定手段と、外気及び吸い込み空気の温湿度からエンタルピーを演算するとともに演算されたエンタルピーにより空気調和手段および換気手段を制御する制御手段と、を備え、室内空気の温度を目標値である温度に接近させるので、簡単な装置で快適な空調と、省エネルギーを達成できる空気調和装置が得られる。

また、本発明によれば、室内に吸入口と吹出し口を有し、送風機の回転により室内空気を吸入口から吸込んで吹出し口から吹出させ、室内の温度および湿度を熱交換器の能力により変化させて冷房や暖房などの運転を行う空気調和手段と、空気調和手段に接続され、送風機の回転および熱交換器の能力を調整して室内の温度および湿度を目標値である温度および湿度の少なくとも一つに接近させるように設定する目標値設定手段と、目標値設定手段の設定する目標値を複数の帯域からなるゾーンとし、空気調和手段の運転の状態に応じて目標値の複数の帯域からゾーンの幅を選択可能とするので、快適な室内の空気調和が得られる。

また、本発明によれば、室内に吸入口と吹出し口を有し、送風機の回転により室内空気を前記吸入口から吸込んで吹出し口から吹出させ、室内の温度および湿度を熱交換器の能力により変化させて冷房や暖房などの運転を行う空気調和手段と、室内と室外の間を通風可能な開口およびこの通風を行う換気ファンを有し室内の換気を行う換気手段と、空気調和手段および換気手段に接続され、送風機の回転および熱交換器の能力および換気ファンの回転を調整して室内の温度および湿度を目標値である温度および湿度に接近させるように制御する制御手段と、を備え、空気調和手段または前記換気手段からダクトを介して他の個所または他の部屋へ送風可能にするとともに、送風手段および換気手段を制御手段にて温度と湿度を一体に制御するので、多くの個所やお奥の部屋を一括して効率の良い空気調和を可能にする。

本発明の実施の形態１による空気調和装置を示す全体構成図である。本発明の実施の形態１に係わる冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。本発明の一般的な湿り空気線図を示す説明図である。本発明の実施の形態１による空気調和装置を示す全体構成図である。本発明の実施の形態１に係わる室内の空気の流れを示す説明図である。本発明の実施の形態１に係わる制御の流れを示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係わる湿り空気線図で空気状態の変化を示す説明図である。本発明の実施の形態１に係わり、湿り空気線図上での外気状態による外気利用方法のゾーン分けを説明する説明図である。本発明の実施の形態１に係わり、外気状態による外気利用方法のゾーン分け処理の手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係わる外気状態がゾーン(1)である場合の処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係わる外気状態がゾーン(2)である場合の処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係わり、外気状態がゾーン(2)である場合の湿り空気線図上での制御ベクトルを説明する説明図である。本発明の実施の形態１に係わり、外気状態がゾーン(2)であり、ヒータを用いる場合の湿り空気線図上での制御ベクトルを説明する説明図である。本発明の実施の形態１に係わる外気状態がゾーン(3)である場合の処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係わり、外気状態がゾーン(3)である場合の湿り空気線図上での制御ベクトルを説明する説明図である。本発明の実施の形態１に係わり、外気状態がゾーン(3)である場合の湿り空気線図上での制御ベクトルを説明する説明図である。本発明の実施の形態１に係わり、外気状態がゾーン(3)であり、ヒータを用いる場合の湿り空気線図上での制御ベクトルを説明する説明図である。本発明の実施の形態１における外気温湿度分布説明図である。本発明の実施の形態２による空気調和装置に係わる室内ユニット近傍の構成を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係わる室内の空気の流れを示す説明図である。本発明の実施の形態２に係わり、湿り空気線図で空気状態の変化を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係わり、湿り空気線図で空気状態の変化を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係わり、湿り空気線図で空気状態の変化を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係わり、湿り空気線図で空気状態の変化を示す説明図である。本発明の実施の形態２による空気調和装置に係わる室内ユニット近傍の構成を示す説明図である。本発明の実施の形態２による空気調和装置に係わる室内ユニット近傍の構成を示す説明図である。本発明の実施の形態２による空気調和装置に係わる湿り空気線図で空気状態の変化を示す説明図である。本発明の実施の形態２による空気調和装置に係わる室内熱交換器温度に対する特性図である。本発明の実施の形態２による空気調和装置に係わる湿り空気線図で空気状態の変化を示す説明図である。本発明の実施の形態２による空気調和装置に係わる室内ユニット近傍の構成を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係わる室内の配置を示す説明図である。従来の空気調和装置を示す構成図である。

符号の説明

１室内ユニット、２部屋、３、３ａ、３ｂ室内熱交換器、４加熱手段、５室内ファン、６外気導入手段、７冷媒配管、８室外ユニット、９吸込み空気である室内空気温度検知手段、１０吸込み空気である室内空気湿度検知手段、１１外気温度検知手段、１２外気湿度検知手段、１３吹出し空気温度検知手段、１４吹出し空気湿度検知手段、２０天井、２１壁面、２２圧縮機、２３流路切換手段、２５室外熱交換器、２６、２６ｂ減圧手段、３１換気ファン、３２室内制御装置、３３室外制御装置、３４吹出しグリル、３５吸込みグリル、３６ダクト、３９室内フィルター、４０室外フィルター、４１室外ファン、４６天井埋め込み換気扇、４７床面、５０加湿器、５１ヒーター、５２混合エア温度検出器、５３混合エア湿度検出器、６７外気導入手段のダンパー、６８室内熱交換器配管温度検知手段、８１室内空調負荷検知手段、８２運転動作設定手段、８３外気量制御手段、８４運転動作制御手段。

Claims

空気調和装置へ室内から吸込む空気（ＲＡ）の温湿度より算出されたエンタルピーよりも外気（ＯＡ）の温湿度より算出されたエンタルピーが小さい場合に外気（ＯＡ）を前記空気調和装置の外気導入手段により前記室内に導入する空気調和方法であって、
前記外気を導入しない初期運転で前記空気調和装置から前記室内へ吹出す空気（ＳＡ）の温湿度より算出されたエンタルピーと前記空気調和装置へ前記室内から吸込む空気（ＲＡ）の温湿度より算出されたエンタルピーから室内空調負荷（ＱＬ）を求めるステップと、
湿り空気線図上で、目標設定温湿度（ｔ）から前記室内空調負荷（ＱＬ）と同じ顕熱負荷である横軸方向変化分および前記室内空調負荷と同じ潜熱負荷である縦軸方向変化分を減算することにより前記室内への目標吹出し空気（ＳＡ＊）の温湿度を求めるステップと、
前記湿り空気線図上で、前記室内への目標吹出し空気（ＳＡ＊）の温湿度を通る直線を前記飽和蒸気線（Ｈ）と交差する範囲で、前記室内への目標吹出し空気（ＳＡ＊）の温湿度を軸点にして動かすことで、前記室内への目標吹出し空気（ＳＡ＊）の温湿度との距離が最小となるような、前記空気調和装置へ前記室内から吸込む空気（ＲＡ）の温湿度と前記外気（ＯＡ）の温湿度とを結んだ直線との交点を決定して混合空気（ＫＡ）の温湿度とするとともに、この交点と前記室内への目標吹出し空気（ＳＡ＊）の温湿度とを通る直線と前記飽和蒸気線（Ｈ）との交点を前記空気調和装置の冷凍サイクルにおける目標蒸発温度（ＥＴ＊）に決定し、前記混合空気（ＫＡ）の温湿度から導入する外気の給気量を求めるステップと、
を備えたことを特徴とする空気調和方法。
目標蒸発温度（ＥＴ＊）を約５℃以上として前記冷凍サイクルの運転を行うことを特徴とする請求項１に記載された空気調和方法。