JP4942785B2 - 空気調和装置及び空気調和システム - Google Patents
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Description
室外から室内へ向かう空気の流れを形成する第1の空気流路と、
前記室内から前記室外へ向かう空気の流れを形成する第2の空気流路と、
前記第1の空気流路を流れる空気と前記第2の空気流路を流れる空気との間で全熱交換を行う積層型全熱交換器と、
前記第1の空気流路と前記第2の空気流路とに跨がって配置され、前記第1の空気流路及び第2の空気流路の何れか一方に位置するときに吸着除湿し、いずれか他方に位置するときに加熱再生されるとともに、前記第1の空気流路及び第2の空気流路にて行われる前記吸着除湿及び前記加熱再生の動作を交互に繰り返すロータ形状を成す水分吸着手段と、
前記第1の空気流路と前記第2の空気流路の空気の流れに配置され、前記水分吸着手段のいずれかの上流側に設けられた熱交換器である加熱手段と、
圧縮機によって前記熱交換器に冷媒を循環させるとともに、前記熱交換器を凝縮器とするように絞り装置と前記冷媒の流れを切り替える四方弁とを有する冷媒回路とを備え、
前記積層型全熱交換器及び前記水分吸着手段は、前記積層型全熱交換器の積層平面と、前記水分吸着手段のロータ面とが互いに略90°の角度を成して設置され、
前記水分吸着手段は、そのロータ面の回転軸を鉛直方向として略水平に設置され、
前記積層型全熱交換器は、その本体が前記水分吸着手段の前記ロータ面を含む平面と交わる位置に設置されたことを特徴とするものである。
《装置構成》
図1及び図2は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の構成例を示すものである。図1は上面方向及び側面方向から見た図であり、図1のb)が上面から見た図、a)及びc)はb)を第三角法でそれぞれの側方から見た側面図を表す。図2は、図1の構成例を立体的に描いた斜視図である。なお、本実施例の空気調和装置は、図2に示すような上下の配置関係で設置されるものであり、図2の上面を鉛直上方向としている。また、図1b)は鉛直上方から見た図である。
水分吸着手段20の前段に設置される熱交換器は、水分吸着手段20に導入される空気の相対湿度を調整し、水分吸着手段20における水分交換能力を高めるために付加されている。水分吸着手段20の水分交換の駆動力は相対湿度差であり、一般的に水分吸着手段20へ流入する2経路の空気間の相対湿度差が大きい程、水分交換量が大きくなる。なお、空気の相対湿度は、絶対湿度が同一の条件であれば空気温度を上昇させれば相対湿度が低くなり、空気温度を下げれば相対湿度が高くなる性質を持つ。このため水分吸着手段20へ流入する、除湿を行う側の空気の温度を予め下げて相対湿度を大きくし、加湿を行う側の空気温度を予め上昇させて相対湿度を小さくすることで、水分交換能力を大きくすることが可能となる。これにより除湿能力及び加湿能力の双方を大きくすることができる。
第3の熱交換器5cは、室内空気RAから排気される空気の排熱回収のために設けられている。また第4の熱交換器5dは、給気SAの温度調節及び水分吸着手段20にて発生する水分吸着熱の回収のために設けられている。熱交換器5a〜5dはヒートポンプ(図1及び図2では、ヒートポンプに関連する圧縮機などその他部品は省略している)熱源により運転されるため、第3の熱交換器5c及び第4の熱交換器5dを設け蒸発器側の排熱を回収することにより、ヒートポンプの運転効率を高めることが可能となる。なお、本実施の形態1では、第3の熱交換器5c及び第4の熱交換器5dを設けた場合で説明したが、第3の熱交換器5c若しくは第4の熱交換器5dのいずれか一方、または第3の熱交換器5c及び第4の熱交換器5dを外した構成であってもよい。
図3〜図7を用いて、本実施の形態1の冷房除湿運転モード及び暖房除湿運転モードについて説明する。そして、図1及び図2では省略した、熱交換器5a〜5dに繋がる冷凍サイクル側の構成及び動作についても説明する。
また、空気状態を示す「状態1〜状態10」は、図4、図6における丸で囲った数字「1〜10」にそれぞれ対応している。
次に、冷媒回路の冷房除湿運転と暖房加湿運転との運転切替え動作について説明する。
冷房除湿運転と暖房加湿運転の運転切替えは、膨張弁3f及び3gの開度並びに電磁弁8a及び8bの開閉動作により行う。
図3における冷房除湿運転では、四方弁2aに関して、圧縮機1の吐出側と第1の熱交換器5aとが接続されるように設定する。第1の熱交換器5aは凝縮器として動作し、膨張弁3aを経た冷媒は低温低圧に減圧された後に、第2の熱交換器5bへ流入する。ここで第2の熱交換器5bは第1の蒸発器として動作する。
ここで、膨張弁3gは全閉、電磁弁8aは閉であり、これらを通る配管には冷媒が流れないため、上記説明の回路が成立する。
図5における暖房加湿運転では、四方弁2aに関して、圧縮機1の吐出側と第2の熱交換器5bとが接続されるように設定する。第2の熱交換器5bは凝縮器として動作し、膨張弁3aを経た冷媒は低温低圧に減圧された後に、第1の熱交換器5aへ流入する。ここで第1の熱交換器5aは第1の蒸発器として動作する。
ここで、膨張弁3fは全閉、電磁弁8bは閉であり、これらを通る配管には冷媒が流れないため、上記説明の回路が成立する。
図7は、冷凍サイクル上の動作をPh線図上に表したものである。
ここでは、冷房除湿運転モードと暖房加湿運転モードとに分けて説明し、それぞれの場合において第1〜第4の熱交換器が、凝縮器または蒸発器のどちらの役割を果たすかを明記した後、符号を付けることにする。
本実施の形態1では、冷媒回路にて構成される冷凍サイクルの低圧側が2系統の並列回路となっており、さらにその1系統には「膨張弁3fと第2の蒸発器5c」と「膨張弁3dと第3の蒸発器5d」とが直列2段で接続されている。従って、第2の蒸発器5cと第3の蒸発器5dとが接続される側の系統では、膨張弁3f及び3dの開度比率を変化させることにより、膨張弁3fの下流に接続される第2の蒸発器5cの冷媒圧力を調整することが可能となる。これにより、第2の蒸発器5cと第3の蒸発器5dを異なる蒸発温度で運転することが可能となる。
また、第2の蒸発器5c及び第3の蒸発器5dを、異なる蒸発温度で最適に運転することにより、冷凍サイクルの効率を高めることが可能となる。
本実施の形態1では、冷媒回路にて構成される冷凍サイクルの低圧側が2系統の並列回路となっており、さらにその1系統には「膨張弁3gと第2の蒸発器5d」と「膨張弁3dと第3の蒸発器5c」とが直列2段で接続されている。従って、第2の蒸発器5dと第3の蒸発器5cとが接続される側の系統では、膨張弁3g及び3dの開度比率を変化させることにより、膨張弁3gの下流に接続される第2の蒸発器5dの冷媒圧力を調整することが可能となる。これにより、第2の蒸発器5d及び第3の蒸発器5cを異なる蒸発温度で運転することが可能となる。
また、第2の蒸発器5d及び第3の蒸発器5cを、異なる蒸発温度で最適に運転することにより、冷凍サイクルの効率を高めることが可能となる。
続いて、各運転モードにおける空気側回路の動作について説明する。
(冷房除湿運転モード)
図3に示す冷房除湿運転において、空気調和装置の外気導入経路Aでは、外気OAより導入された導入空気が全熱交換器10で除湿された後、第1の蒸発器5bに送り込まれる。ここで導入空気は、第1の蒸発器5bと熱交換して冷却される。このとき、冷却された空気は80〜100%RH程度と相対湿度が高くなるため、吸着材は水分を吸着しやすくなる。冷却された導入空気が水分吸着手段20における吸着側領域に流入し、吸着材により水分が吸着・除湿される。さらに除湿された導入空気は、第3の蒸発器5dと熱交換して冷却され、室内導入空気SAとなり、供給される。
図5に示す暖房加湿運転において、空気調和装置の外気導入経路Aでは、外気OAより導入された導入空気が全熱交換器10で加湿された後、凝縮器5bに送り込まれる。ここで、導入空気は凝縮器5bと熱交換して加熱される。このとき、加熱された空気は5〜25%RH程度と相対湿度が低くなるため、吸着材は水分を脱着しやすくなる。加熱された導入空気が水分吸着手段20における再生側領域に流入し、吸着材により水分が脱着・加湿される。そして、加湿された導入空気は、第2の蒸発器5dと熱交換して冷却され、室内導入空気SAとなり、室内へ供給される。このとき、第2の蒸発器5dでは高温の空気から熱を回収しており、冷媒回路側の蒸発温度を高めることにより、冷凍サイクル運転効率を高めている。また、熱を回収した後のSAは、室内設定温度よりも高い温度になるように、第2の蒸発器5dにおける熱交換量を制御して暖房効果も得ることができ、SAの暖房加熱効果と熱回収による加湿量増大効果との両方を得ることができる。
図4及び図6の空気線図を用いてシステム動作を説明する。
(冷房除湿運転モード)
図4(a)において、空気調和装置の冷房除湿時における外気導入経路Aでは、外気OAから導入された導入空気(状態1)が、全熱交換器10において室内空気RAより導入された排出空気(状態6)と全熱交換して、状態1と状態2とを結ぶ直線上に沿って状態変化する。すなわちエンタルピーが減少し、温度及び絶対湿度が低下する(状態2)。
図6(a)において、空気調和装置の冷房除湿時における外気導入経路Aでは、外気OAから導入された導入空気(状態1)が、全熱交換器10において室内空気RAより導入された排出空気(状態6)と全熱交換して、状態1と状態2とを結ぶ直線上に沿って状態変化する。すなわちエンタルピーの増加により、温度が上昇し、絶対湿度が増加する(状態2)。
図3及び図5に記載された、装置の制御のために必要なセンサー類の説明をする。
本発明の空気調和装置には、冷媒回路側に、第1の熱交換器の配管温度を検出する温度センサー6a、第2の熱交換器の配管温度を検出する温度センサー6b、第3の熱交換器の配管温度を検出する温度センサー6c及び第4の熱交換器の配管温度を検出する温度センサー6dが、圧縮機1の吐出側に吐出温度検出用の温度センサー6eが設けられている。
続いて、圧縮機1や四方弁2aなどの冷媒回路構成部品の一部を室外機などのユニット内に別置きとした場合の例について説明する。なお、以下の実施例では、温度、圧力のセンサー類、制御用の基板類は図から省略しているが、基本的なセンサー配置と動作は実施の形態1に同じとなる。
図9、図10は、室外機300と中継ユニット302を接続する主冷媒配管が2本の回路構成で、中継ユニット302に繋がる空調負荷側の室内機301の冷暖同時運転(複数の室内機が接続された場合に、冷房運転と暖房運転が混在できる)が可能な冷凍サイクル回路構成の例である。このような回路構成は既知のものであり、例えば特許文献(特開平04−335967号公報)と基本構成は同じである。このような回路構成では、接続配管(延長配管)が2本で、負荷側の冷暖房同時運転が可能となるため、後に説明する接続配管が3本の冷暖同時方式に比べて、設置工事の省力化、使用部材(配管類)の削減が可能となる。
(室外機300)
室外機300は、圧縮機1と、四方弁2aと、室外熱交換器5eと、アキュムレータ14とを有しており、これらを順に接続して室外機300のメイン回路を構成する。逆止弁4個からなるブリッジ回路15は、室外機300と中継ユニット302とを接続する2本の延長配管の冷媒流れ方向を1方向のみに規制する(図中、配管接続口Xfに繋がる延長配管では低圧冷媒が常に室外機300へ戻る方向、配管接続口Xeに繋がる延長配管では常に中継ユニット302へ流れる方向にのみ冷媒が流れる)。圧縮機1は運転容量(運転周波数)が可変であり、負荷状況に応じた周波数で運転することが可能である。
中継ユニット302は、室外機300と、負荷側である室内機301及び換気調湿機303との中間に設けられ、負荷側回路へ加熱(暖房)熱源、冷却(冷房)熱源の両方を同時に供給することが可能である。中継ユニット302の部品構成について説明する。
図9の四方弁2aが冷房側設定(圧縮機1出口と室外熱交換器5eを繋ぐ方向)の場合の冷房モードについて説明する。このモードは主に負荷側冷房運転比率が多い場合に選択する。気液分離器13の気相部(上部)は、加熱熱源を要する負荷側(Xc)へ、その液相部(下部)は冷媒熱交換器12a(1次側)、膨張弁11a、冷媒熱交換器12b(1次側)を経て冷却熱源を要する負荷側(Xa)へと接続される。前記冷媒熱交換器12bの出口は2分岐しており、他方は膨張弁11bを経て、冷媒熱交換器12bの二次側、冷媒熱交換器12aの2次側を通過し、室外機300へ戻る配管へと繋がる。冷却熱源を要する負荷側へは、冷媒を配管接続口Xaから供給したのち、負荷側機器(蒸発器として動作する熱交換器を有する機器)を経て配管接続口Xdへ戻り、室外機300へ戻る配管へと繋がる。一方、加熱熱源を要する負荷側へは、配管接続口Xcから冷媒を供給したのち、負荷側機器(凝縮器として動作する熱交換器を有する機器)を経て配管接続口Xbへ戻り、さらに、膨張弁11aと冷媒熱交換器12bの中間部へと繋がる。
換気調湿機303の基本構成は実施の形態1にほぼ同じであり、全熱交換器10、水分吸着手段20、冷房除湿運転時(図9)に凝縮器、暖房加湿運転時(図10)に蒸発器として動作する第1の熱交換器5a、冷房除湿運転時(図9)に蒸発器、暖房加湿運転時(図10)に凝縮器として動作する第2の熱交換器5b、冷房除湿運転時に蒸発器として動作する第3の熱交換器5c、これらの熱交換器を動作させるために必要な膨張弁11c〜g、送風機(図示せず)により構成される。本実施例では、水分吸着剤20のRA→EA風路出口側の熱交換器をひとつ省いているところが実施の形態1とは異なり、EA排熱を回収しない構成であるが、実施の形態1のように蒸発器を追加する構成とすることも可能である。また、OA→SA風路出口側の熱交換器を省く構成でも除湿、加湿を行うことは可能である。風路出口側の熱交換器を省くと吹出空気の温度調節ができなくなるが、用途・目的に合せて変更することが可能である。また、送風機は風量を制御することが可能であり、例えば設置条件に応じて風量を大小設定したり、風路圧損が大きくても送風機の回転数を上昇させて風量を目標値に調整することが可能である。風量制御は、ファンを回転させるモーターにDCモーターを用いて回転数を制御したり、ACモーターではインバータ制御により電源周波数を変化させて回転数を変化させることにより実現が可能となる。
室内機301は、室内熱交換器5fと膨張弁11hと送風機(図示せず)とから構成される。図9の例では室内機301は冷房運転、図10の例では室内機301は暖房運転が可能である。図の例では室内機は1台接続であるが、並列に複数接続することも可能である。また、図では配管接続切替機構(電磁弁、逆止弁からなる)を省略しているが、図9の回路で配管接続の位置関係をXd→Xc、Xa→Xbに変更すると暖房運転が、図10の回路で配管接続の関係をXd→Xc、Xa→Xbに変更すると冷房運転が可能となる。このように室内機を複数接続し、それぞれの用途に合せて接続を切替えることにより各室内機において冷房と暖房の個別選択が可能となり、冷暖同時運転ができる。
(冷房除湿モード)
図9に基づき、冷房除湿モード運転動作について説明する。図中に冷媒の流れを矢印で示すように、圧縮機1より吐出された高温高圧ガス冷媒は四方弁2aを通り、室外熱交換器5eで熱交換して凝縮された後、中継ユニット302へ流入する。中継ユニット302へ流入した冷媒は気液分離器13にて気液分離され、高圧ガス冷媒は凝縮器として動作する第1の熱交換器5aへ流入する(膨張弁11dは全開)。第1の熱交換器5aの過冷却度は膨張弁11eで制御され、高温液冷媒が配管接続口Xbを経て中継ユニット302へ戻る。一方、気液分離後の液冷媒は冷媒熱交換器12a、12bで過冷却された後2分岐して膨張弁11g、11fを経て、蒸発器として動作する第2の熱交換器5b、第3の熱交換器5cへ流入する。膨張弁11g、11fはそれぞれの熱交換器の加熱度制御を行い、冷媒は合流して膨張弁11cへ至る。膨張弁11cでは、OA→SAへ至る空気風路に存在する蒸発器(第2の熱交換器5b、第3の熱交換器5c)で結露が起きないように蒸発器における冷媒圧力を調整する。これにより熱交換器からドレンが出ないドレンレス運転が可能となる。そして配管接続口Xdを経た低温低圧冷媒は中継ユニット302を経て圧縮機へ吸入される。室内機301側は、冷房(蒸発器)動作する場合には配管接続口Xa→室内熱交換器5f→配管接続口Xdの順番で接続され、暖房(凝縮器)動作する場合には配管接続口Xc→室内熱交換器5f→配管接続口Xbの順番で接続され、それぞれの熱交換器で空気と熱交換を行う。以上のように冷凍サイクルを動作させることにより、水分吸着手段20の再生(RA→EA側風路)、吸着(OA→SA側風路)が行われ、SA側へは除湿空気が供給される。
図10に基づき、暖房加湿モードの運転動作について説明する。図中に冷媒の流れを矢印で示すように、圧縮機1より吐出された高温高圧ガス冷媒は四方弁2aを通り、気液分離器13へ至る。気液分離器13を経た高温高圧冷媒は凝縮器として動作する第2の熱交換器5bへ流入する(膨張弁11cは全開)。膨張弁11gでは凝縮器の過冷却制御が行われ、高温液となった冷媒は中継ユニット302へ戻る。ここで、本実施例では膨張弁11fを閉止もしくは微開とし、第3の熱交換器5cの運転をほぼ停止しているが、第3の熱交換器5cの配管接続を冷暖で切替え蒸発器として動作させて吹出空気SAの温度調整を行う構成とすることも可能である。一方、気液分離後を経て冷媒熱交換器12a、12bで過冷却された高温液冷媒は膨張弁11eを経た後、蒸発器として動作する第1の熱交換器5aへ流入する。
膨張弁11eは蒸発器の加熱度制御を行い冷媒は膨張弁11dへ至る。膨張弁11dでは、RA→EAへ至る空気風路に存在する蒸発器(第1の熱交換器5a)で結露が起きないように蒸発器における冷媒圧力を調整する。これにより熱交換器からドレンが出ないドレンレス運転が可能となる。そして配管接続口Xcを経た低温低圧冷媒は中継ユニット302を経て圧縮機へ吸入される。室内機301側は、冷房(蒸発器)動作する場合には配管接続口Xb→室内熱交換器5f→配管接続口Xcの順番で接続され、暖房(凝縮器)動作する場合には配管接続口Xd→室内熱交換器5f→配管接続口Xaの順番で接続され、それぞれの熱交換器で空気と熱交換を行う。以上のように冷凍サイクルを動作させることにより、水分吸着手段20の再生(OA→SA側風路)、吸着(RA→EA側風路)が行われ、SA側へは加湿空気が供給される。
(蒸発温度、凝縮温度制御)
図9、図10に示すような冷暖同時運転が可能な冷凍サイクルでは、蒸発温度と凝縮温度を独立で任意に変更することが可能である。例えば冷房モードでは、凝縮器となる熱交換器(主に室外熱交換器5e)の風量を制御(送風機回転数制御)することで凝縮温度を、蒸発温度を圧縮機1の運転周波数で制御できる。暖房モードの場合には、凝縮温度を圧縮機1の周波数で、蒸発器となる熱交換器(主に室外熱交換器5e)の風量を送風機の回転数で制御することで蒸発温度を制御できる。従来このような冷凍サイクルを有する装置では、室内機の冷房、暖房能力を確保するために、蒸発温度、凝縮温度を一定に制御することが多かった。しかし、本実施例のような換気調湿機303が負荷側に接続される場合には冷暖空調運転とは蒸発温度、凝縮温度の最適な動作ポイントが異なる。このため、運転状況に応じて蒸発温度、凝縮温度を適切に制御することにより、省エネ効果、除加湿能力増大効果が見込まれる。以下その内容について説明する。
本発明のような換気調湿機では、ヒートポンプを熱源とするため、圧縮機容量を変化させることにより熱交換器の温度を一定に保つことが可能である。このため、換気風量が変化しても水分吸着手段20の運転状態(水分移動の駆動力となる空気と水分吸着手段20を構成する吸着剤との相対湿度差)を一定に保つ運転が実現可能となる。従って、換気風量を増加させると加湿能力が大きくなる。このことを式で説明すると、加湿能力は次式にて表される。
加湿量[kg/h]=空気密度[kg/m3]×風量[m3/h]×(OA絶対湿度―SA絶対湿度)[kg/kg’] (式1)
上式に表されるように加湿量は風量(OA→SAの給気風量)と、OAとSAの絶対湿度差に比例する。本発明の換気調湿機では風量によらず、熱交温度を一定に保つことによりSA絶対湿度をほぼ一定に保つことができるため、風量増加分に比例して加湿量を増加させることができる。除湿量についても同様である。
暖房顕熱能力[kW]=空気密度[kg/m3]×風量[m3/s]×空気比熱[kJ/kg/℃]÷(OA湿度―SA湿度)[℃] (式2)
ここでは、室外機300と換気調湿機303を実施の形態2とは別形態とした場合の例について説明する。なお、以下の実施例では、温度、圧力のセンサー類、制御用の基板類は図から省略しているが、基本的なセンサー配置と動作は実施の形態1に同じとなる。
図11、図12は、実施の形態2とは異なり中継ユニット302を設けず、室外機300と室内機301の間に換気調湿機303を介在する構成とした例である。延長配管は2本であるが、室内機側では冷暖同時運転ができず、全ての室内機が冷房もしくは暖房のどちらか一方を選択した運転となる。
(室外機300)
室外機300は、圧縮機1と、四方弁2aと、室外熱交換器5eと、アキュムレータ14とを備えており、これらを順に接続して冷媒回路を構成する。圧縮機1は運転容量(運転周波数)が可変であり、負荷状況に応じた周波数で運転することが可能である。
室内機301は、室内熱交換器5fと膨張弁11hと送風機(図示せず)とから構成される。図11の例では室内機301は冷房運転、図12の例では室内機301は暖房運転が可能である。図の例では室内機は1台接続であるが、並列に複数接続することも可能である。
換気調湿機303の存在目的は基本的に実施の形態1、実施の形態2とほぼ同じであるが、本実施例では簡略化のために全熱交換器10を省略している。全熱交換器や蒸発器を追加することにより実施の形態1、実施の形態2と同様の動作を実現することも可能である。また、本実施例では水分吸着手段20を鉛直方向設置(回転軸が水平方向)の構成としているが、実施の形態1、実施の形態2のように水平方向設置(回転軸が鉛直方向)の構成としてもよい。本実施例の換気調湿機303は、水分吸着手段20、冷房除湿運転時(図11)に凝縮器、暖房加湿運転時(図12)に蒸発器として動作する第1の熱交換器5a、冷房除湿運転時(図11)に蒸発器、暖房加湿運転時(図12)に凝縮器として動作する第2の熱交換器5b、これらの熱交換器を動作させるために必要な膨張弁11i〜11k、送風機(図示せず)により構成される。送風機は風量を制御することが可能である。
(冷房除湿モード)
図11に基づき、冷房除湿モード運転動作について説明する。図中に冷媒の流れを矢印で示すように、圧縮機1より吐出された高温高圧ガス冷媒は四方弁2aを通り、室外熱交換器5eで熱交換して凝縮された後、換気調湿機303へ流入する。換気調湿機303では、凝縮器(第1の熱交換器5a)と蒸発器(第2の熱交換器5b)が直列接続されており、凝縮器の加熱能力は、バイパス管18に設けられた膨張弁11jにて調節が可能であり、蒸発器の蒸発能力は膨張弁11jにて調節が可能である。なお、本実施例の構成は蒸発器の蒸発温度が熱交換器を流れる空気の露点以下に低下し熱交換器でも除湿(ドレン)を行う構成であるが、蒸発器(第2の熱交換器5b)出口側に膨張弁を追加し、実施の形態1、実施の形態2と同様に蒸発器の蒸発温度を露点以下に下げない運転(ドレンレス)にすることも可能である。以上のように冷凍サイクルを動作させることにより、水分吸着手段20の再生(RA→EA側風路)、吸着(OA→SA側風路)が行われ、SA側へは除湿空気が供給される。一方、室内機301側へは膨張弁11kの手前から冷媒配管が2分岐し、室内機301側へ流れ、第2の熱交換器5bの出口側で合流する構成とすることにより、冷房運転が可能となる。室内機301は並列に複数接続することも可能である。
図12に基づき、暖房加湿モードの運転動作について説明する。図中に冷媒の流れを矢印で示すように、圧縮機1より吐出された高温高圧ガス冷媒は四方弁2aを通り、換気調湿機303へ流入する。換気調湿機303では、凝縮器(第1の熱交換器5a)と蒸発器(第2の熱交換器5b)が直列接続されており、凝縮器の加熱能力は圧縮機運転周波数で、蒸発器の蒸発能力はバイパス管18に設けられた膨張弁11jにて調節が可能である。これにより、水分吸着手段20の再生(OA→SA側風路)、吸着(RA→EA側風路)が行われ、SA側へは加湿空気が供給される。一方、室内機301側へは第2の熱交換器5bの入口側から冷媒が2分岐して室内機301側へ流れ、膨張弁11kの出口で合流する構成とすることにより、暖房運転が可能となる。室内機301は並列に複数接続することも可能である。
(蒸発温度、凝縮温度制御)
本実施例においても実施の形態2にて説明したように、換気調湿機303の運転に適した蒸発温度、凝縮温度で運転を行うことにより、省エネ、除加湿能力増大効果が見込まれる。例えば、冷房除湿運転において、換気調湿機の303単独運転あるいは室内機301との複合運転の場合でも冷房負荷が小さい場合には蒸発温度を高くする、暖房加湿運転において、加湿量が多く必要な場合には凝縮温度が高めた運転を行うなどである。
実施の形態2にて説明したように、本実施例においても換気風量を増加させることにより、空調の顕熱、潜熱(加湿、除湿)能力の両方を増大することが可能である。従って、空調起動時や目標温湿度に対する偏差量が大きいときなどに、一時的に換気風量を増大して換気調湿機303の運転を行うことにより、空調立上がりの顕熱・潜熱能力を増大することが可能となり、温度目標値、湿度目標値への到達が早くなる。これにより、室内を快適な温湿度に素早く到達させることができる。また、空調対象の室内が目標温湿度に達した後や、目標温湿度に対する偏差量が小さい場合には換気風量が小さい運転を行うことにより、圧縮機入力を低減した省エネ運転が可能となる。
ここでは、室外機300と換気調湿機303を実施の形態2、実施の形態3とは別形態とした場合の例について説明する。なお、以下の実施例では、温度、圧力のセンサー類、制御用の基板類は図から省略しているが、基本的なセンサー配置と動作は実施の形態1と同じである。
図13、図14は、実施の形態2とは異なり、延長配管を3本構成で冷暖同時運転を実現させる構成例である。以下、冷凍サイクルを構成する各機器について説明する。なお、実施の形態1乃至3と同一部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
室外機300は、圧縮機1と、四方弁2aと、室外熱交換器5eと、アキュムレータ14と、膨張弁11pとを備えており、これらを順に接続して冷媒回路を構成する。圧縮機1は運転容量(運転周波数)が可変であり、負荷状況に応じた周波数で運転することが可能である。
室内機301は、室内熱交換器5fと膨張弁11h、電磁弁19e、電磁弁19f、送風機(図示せず)とから構成される。図13の例では室内機301は冷房運転、図14の例では室内機301は暖房運転が可能である。図の例では室内機は1台接続であるが、並列に複数接続することも可能である。
換気調湿機303の存在目的は、基本的にこれまでに説明した実施例に同じであるが、本実施例では実施の形態3と同様に簡略化のために全熱交換器10を省略している。全熱交換器や蒸発器を追加することにより実施の形態1、実施の形態2と同様の動作を実現することも可能である。また、本実施例では水分吸着手段20を鉛直方向設置(回転軸が水平方向)の構成としているが、実施の形態1、実施の形態2のように水平方向設置(回転軸が鉛直方向)の構成としてもよい。本実施例の換気調湿機303は、水分吸着手段20、冷房除湿運転時(図13)に凝縮器、暖房加湿運転時(図14)に蒸発器として動作する第1の熱交換器5a、冷房除湿運転時(図13)に蒸発器、暖房加湿運転時(図14)に凝縮器として動作する第2の熱交換器5b、これらの熱交換器を動作させるために必要な膨張弁11m、膨張弁11n、電磁弁19a〜19d、送風機(図示せず)により構成される。送風機は風量を制御することが可能である。
(冷房除湿モード)
図13に基づき、冷房除湿モード運転動作について説明する。図中に冷媒の流れを矢印で示すように、圧縮機1より吐出された高温高圧ガス冷媒は2分岐され、一方は四方弁2aを通り、室外熱交換器5eで熱交換して凝縮される。他方は延長配管17bを経て凝縮器として動作する第1の熱交換器5aへ流入する(電磁弁19a:開、19b:閉)。そして、合流した冷媒は、膨張弁11nで減圧されて蒸発器として動作する第2の熱交換器5bへ、膨張弁11hで減圧されて室内機301内の室内熱交換器5fへ分岐して流れる。それぞれの蒸発器を経た冷媒は合流し(電磁弁19d:開、19c:閉、電磁弁19f:開、19e:閉)、延長配管17aを経て圧縮機1へ戻る。以上のように冷凍サイクルを動作させることにより、水分吸着手段20の再生(RA→EA側風路)、吸着(OA→SA側風路)が行われ、SA側へは除湿空気が供給される。なお、室内機301では電磁弁19eと電磁弁19fの開閉を逆(電磁弁19e:開、19f:閉)にすることで暖房運転を行うことも可能であり、室内機を複数設けて、冷暖同時運転を行うことも可能である。
図14に基づき、暖房加湿モード運転動作について説明する。図中に冷媒の流れを矢印で示すように、圧縮機1より吐出された高温高圧ガス冷媒は延長配管17bを経て凝縮器として動作する第2の熱交換器5bと、室内機301へ流入し、それぞれの熱交換器で凝縮する(電磁弁19c:開、19d:閉、電磁弁19e:開、19f:閉)。そして、合流した冷媒は、膨張弁11mで減圧されて蒸発器として動作する第1の熱交換器5aへ、膨張弁11pで減圧されて室外熱交換器5eへ分岐して流れる。第1の熱交換器5aを経た冷媒は延長配管17aを経由して(電磁弁19b:開、19a:閉)、室外熱交換器5eを経た冷媒と合流し圧縮機1へと戻る。以上のように冷凍サイクルを動作させることにより、水分吸着手段20の再生(OA→SA側風路)、吸着(RA→EA側風路)が行われ、SA側へは加湿空気が供給される。なお、室内機301では電磁弁19eと電磁弁19fの開閉を逆(電磁弁19f:開、19e:閉)にすることで冷房運転を行うことも可能であり、室内機を複数設けて、冷暖同時運転を行うことも可能である。
(蒸発温度、凝縮温度制御)
本実施例においても実施の形態2にて説明したように、換気調湿機303の運転に適した蒸発温度、凝縮温度で運転を行うことにより、省エネ、除加湿能力増大効果が見込まれる。例えば、冷房除湿運転において、換気調湿機303単独運転あるいは室内機301との複合運転の場合でも冷房負荷が小さい場合には蒸発温度を高くする、暖房加湿運転において、加湿量が多く必要な場合には凝縮温度が高めた運転を行うなどである。
実施の形態6での説明のように、本実施例においても換気風量を増加させることにより、空調の顕熱、潜熱(加湿、除湿)能力の両方を増大することが可能である。従って、空調起動時や目標温湿度に対する偏差量が大きいときなどに、一時的に換気風量を増大して換気調湿機303の運転を行うことにより、空調立上がりの顕熱・潜熱能力を増大することが可能となり、温度目標値、湿度目標値への到達が早くなる。これにより、室内を快適な温湿度に素早く到達させることができる。また、空調対象の室内が目標温湿度に達した後や、目標温湿度に対する偏差量が小さい場合には換気風量が小さい運転を行うことにより、圧縮機入力を低減した省エネ運転が可能となる。
Claims (6)
- 第1の空間から第2の空間へ向かう空気の流れを形成する第1の空気流路と、
前記第2の空間から前記第1の空間へ向かう空気の流れを形成する第2の空気流路と、
前記第1の空気流路を流れる空気と前記第2の空気流路を流れる空気との間で全熱交換を行う積層型全熱交換器と、
前記第1の空気流路と前記第2の空気流路とに跨がって配置され、前記第1の空気流路及び第2の空気流路の何れか一方に位置するときに吸着除湿し、いずれか他方に位置するときに加熱再生されるとともに、前記第1の空気流路及び前記第2の空気流路にて行われる前記吸着除湿及び前記加熱再生の動作を交互に繰り返すロータ形状を成す水分吸着手段と、
前記第1の空気流路と前記第2の空気流路の空気の流れに配置され、前記水分吸着手段のいずれかの上流側に設けられた熱交換器である加熱手段と、
圧縮機によって前記熱交換器に冷媒を循環させるとともに、前記熱交換器を凝縮器とするように絞り装置と前記冷媒の流れを切り替える四方弁とを有する冷媒回路とを備え、
前記積層型全熱交換器及び前記水分吸着手段は、前記積層型全熱交換器の積層平面と前記水分吸着手段のロータ面とが互いに略90°の角度を成して設置され、
前記水分吸着手段は、そのロータ面の回転軸を鉛直方向として略水平に設置され、
前記積層型全熱交換器は、その本体が前記水分吸着手段の前記ロータ面を含む平面と交わる位置に設置されたこと
を特徴とする空気調和装置。 - 請求項1に記載の空気調和装置において、
前記第1の空気流路と前記第2の空気流路の空気の流れに配置され、前記水分吸着手段の下流側にさらに熱交換器を備え、前記下流側に設置した熱交換器を蒸発器として運転すること
を特徴とする空気調和装置。 - 請求項2に記載の空気調和装置において、
備えられる全ての蒸発器の温度を、それぞれの蒸発器を流れる空気の露点温度以上になるように前記冷媒の流量または温度を制御すること
を特徴とする空気調和装置。 - 請求項1乃至3の何れかに記載の空気調和装置において、
少なくとも圧縮機を別置とし、圧縮機を含むユニットを別ユニットとして空気調和装置を構成すること
を特徴とする空気調和装置。 - 請求項1乃至4の何れかに記載の空気調和装置において、
前記第1の空間とは室外空間であり、前記第2の空間とは室内空間であること
を特徴とする空気調和装置。 - 請求項1乃至5の何れかに記載の空気調和装置に加えて、
空気調和を行う前記第1の空間の顕熱負荷を、別に設けた冷媒回路を有する第2の空気調和装置にて処理すること
を特徴とする空気調和システム。
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