JP5068235B2

JP5068235B2 - 冷凍空調装置

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Publication number: JP5068235B2
Application number: JP2008276542A
Authority: JP
Inventors: 航祐田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: JP2010107059A

Description

本発明は、冷凍空調装置に関するものであり、特にデシカントによる空気中の水分の吸脱着を利用して冷暖房と除加湿を同時に行う装置に関するものである。

従来のデシカントを用いて冷暖房と除加湿を同時に行う冷凍空調装置として、特許文献１の例がある。

特開２００５−１６４１６５号公報

特許文献１では、凝縮器となる熱交換器出口と蒸発器となる熱交換器入口の間の冷媒流路に、吸着剤を添着した熱交換器を２つ設け、一方を高圧高温の熱交換器として用い水分の脱着を行うとともに、他方を低圧低温の熱交換器として用い水分の吸着を行うものである。そして所定時間間隔で四方弁の切り替えにより高低圧を入れ替えることで、吸脱着を繰り返して行うとともに、それぞれの熱交換器を吸気・排気風路に配置し、除加湿を行うようにしている。

しかしながら、従来の装置では、脱着のための熱交換器が凝縮器下流側に配置されているため、脱着熱に用いることのできる冷媒温度は高くても凝縮温度となる。従って、除加湿量を十分に得るために脱着温度を高めようとした場合は、凝縮器にて放熱するのに必要な凝縮温度よりも高い凝縮温度で運転することになり、装置の運転効率が低下するという課題があった。
また、従来の装置では、冷暖房機能を切り替えるための四方弁に加えて、吸脱着を切り替えるための四方弁が必要であり、冷媒回路構成が複雑になり高コストとなる課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、冷媒の吐出顕熱を用いてデシカントに脱着熱を供給することで、高効率の運転を実現するとともに、流路切り替えに要する四方弁を１つで冷暖と除加湿の切り替え動作を行い、簡単な冷媒回路構成で低コストの冷凍空調装置を実現することを目的とする。

本発明に係る冷凍空調装置は、
圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器を含む冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、
室内と室外の間で換気を行うための吸気風路、排気風路と、
吸気風路と排気風路とを流れる空気中の水分を吸脱着作用にて移動するデシカントロータと、
吸気風路にデシカントロータより上流側に配置された吸気熱交換器と、
排気風路にデシカントロータより上流側に配置された排気熱交換器とを備え、
前記冷媒回路は、前記四方弁と前記室外熱交換器との中間部を前記排気熱交換器に接続するとともに、前記室内熱交換器と前記四方弁との中間部を前記吸気熱交換器に接続する構成となっており、
冷房除湿運転時には、前記圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒が前記排気熱交換器に流入し、前記排気熱交換器において前記排気風路の排気と熱交換することにより排気を昇温し、
前記室外熱交換器では前記排気熱交換器を流出後の冷媒が室外空気に放熱して凝縮液化し、
暖房加湿運転時には、前記圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒が前記吸気熱交換器に流入し、前記吸気熱交換器において前記吸気風路の吸気と熱交換することにより吸気を昇温し、
前記室内熱交換器では前記吸気熱交換器を流出後の冷媒が室内空気に放熱して凝縮液化することとしたものである。

本発明の冷凍空調装置は、上記のように構成することにより、冷房除湿運転時には、圧縮機、四方弁、排気熱交換器、室外熱交換器、室内減圧装置、室内熱交換器、吸気熱交換器、四方弁、圧縮機が環状に接続された冷凍サイクルを構成し、暖房加湿運転時には、圧縮機、四方弁、吸気熱交換器、室内熱交換器、室内減圧装置、室外熱交換器、排気熱交換器、四方弁、圧縮機が環状に接続された冷凍サイクルを構成するので、冷房除湿運転、暖房加湿運転のいずれであっても圧縮機の吐出冷媒の高温顕熱をデシカントロータの脱着熱に用いることができ、したがって、冷凍サイクルの凝縮温度を低く運転しても除加湿性能を十分に発揮でき、高効率の運転を実現することができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の構成を図１に基づいて説明する。図１は、実施の形態１に係る冷凍空調装置の冷媒回路と換気時の風路構成を示したものであり、本実施の形態の冷凍空調装置は、図１に示すように、室外ユニット１と、室内ユニット２と、換気ユニット３とを備える。
室外ユニット１内には、圧縮機４、四方弁５、室外熱交換器７、冷凍空調装置の計測、制御を実施する計測制御装置１２が搭載される。
圧縮機４はインバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプである。室外熱交換器７はファンなどで送風される外気と冷媒との間で熱交換を行う。

室内ユニット２内には、室内熱交換器９と室内減圧装置である室内膨張弁８が搭載される。室内熱交換器９はファンなどで送風される室内側空気と冷媒との間で熱交換を行う。室内膨張弁８は、開度が可変である電子膨張弁である。

換気ユニット３は、図１の一点鎖線で囲まれた室内領域Ａと室外との換気を行うものである。図１の点線の上半分で囲まれた風路が吸気風路２１であり、室外空気（ＯＡ）を室内に吸気（ＳＡ）する。図１の点線の下半分で囲まれた風路が排気風路２２であり、室内空気（ＲＡ）を室外に排気（ＥＡ）する。換気ユニット３の排気風路２２内には排気熱交換器６が設けられ、吸気風路２１内には吸気熱交換器１０が設けられ、また両風路２１、２２にまたがってデシカントロータ１１が回転可能もしくは反転可能に設けられている。吸気、排気の送風はそれぞれの風路に設けられたファンで行われる。デシカントロータ１１は回転もしくは反転しながら、吸気風路２１と排気風路２２を交互に通過するように配置される。デシカントロータ１１は、ハニカム部材や多孔性部材等の表面にゼオライトやシリカゲルなどの吸着剤が添着されたものであり、吸排気の空気との間で水分の移動を行うものである。排気熱交換器６は排気風路２２に設けられ、デシカントロータ１１の上流側に配置され、デシカントロータ１１流入前の排気と熱交換を行い、吸気熱交換器１０は吸気風路２１に設けられ、デシカントロータ１１の上流側に配置され、デシカントロータ１１流入前の吸気と熱交換を行う。即ち、排気熱交換器６は四方弁５と室外熱交換器７との中間部に配管で接続され、吸気熱交換器１０は室内熱交換器９と四方弁５との中間部に配管で接続されて、冷凍サイクルを構成する冷媒回路が構成されている。

室内ユニット２には湿度センサ１３が設けられ、室内湿度を計測する。また室外ユニット１、室内ユニット２、換気ユニット３には温度センサ１４が設けられ、温度センサ１４ａは圧縮機４の吐出側、温度センサ１４ｂは圧縮機４の吸入側、温度センサ１４ｄは室内熱交換器９と室内膨張弁８の間の冷媒配管上に、温度センサ１４ｅは室内熱交換器９と吸気熱交換器１０の間の冷媒配管上に配置され、それぞれ配置場所の冷媒温度を計測する。また、温度センサ１４ｃが室外ユニット１周囲の外気温度を計測し、温度センサ１４ｆが室内ユニット２周囲の室内温度を計測し、温度センサ１４ｇが換気ユニット３の排気風路２２のデシカントロータ１１に流入する空気温度を計測し、温度センサ１４ｈが換気ユニット３の吸気風路２１のデシカントロータ１１に流入する空気温度を計測する。

室外ユニット１には圧力センサ１５が設けられ、圧力センサ１５ａは圧縮機４の吐出側、圧力センサ１５ｂは圧縮機４の吸入側に配置され、それぞれ配置場所の冷媒圧力を計測する。

室外ユニット１内の計測制御装置１２は、各ユニットの湿度センサ１３、温度センサ１４、圧力センサ１５の計測情報や、装置使用者から指示される運転内容に基づいて、圧縮機４の運転方法、室外熱交換器７、室内熱交換器９、換気ユニット３のファン送風量、室内膨張弁８の開度などを制御する。

次に、この冷凍空調装置の運転動作について説明する。
（冷房除湿運転）
はじめに、室内ユニット２で冷房運転を行うとともに、換気ユニット３では吸気の除湿を行う冷房除湿運転の運転動作について説明する。冷房除湿運転時の冷媒の流れを図１に実線の矢印で示す。
まず、冷媒回路の動作について図１および図２に示すｐ−ｈ線図をもとに説明する。四方弁５の流路は図１に実線で示す向きに切り替えられる。圧縮機４から吐出された高温高圧のガス冷媒（図２の点１の状態）は四方弁５を経て室外ユニット１を流出して、換気ユニット３に流入し、排気熱交換器６で排気風路２２の空気に放熱しながら冷却され温度が低下する（図２の点２の状態）。その後、冷媒は換気ユニット３を流出し、室外ユニット１に流入し、凝縮器となる室外熱交換器７にて室外ユニット１周囲の空気に放熱しながら凝縮液化し、高圧低温の液冷媒となる（図２の点３の状態）。

その後、冷媒は室外ユニット１を流出し、室内ユニット２に流入し、室内膨張弁８にて減圧され低圧の二相冷媒となり（図２の点４の状態）、そして蒸発器となる室内熱交換器９に流入し、そこで室内空気から吸熱し、蒸発ガス化（図２の点５の状態）しながら室内ユニット２内の空気に冷熱を供給する。室内熱交換器９を出た低圧ガス冷媒は室内ユニット２を出て、室外ユニット１を経て換気ユニット３に流入し、吸気熱交換器１０にて吸気風路２１の空気から吸熱しながら加熱され、より高温の状態となった後で（図２の点６の状態）、換気ユニット３を流出し、室外ユニット１に流入し、四方弁５を経て圧縮機４の吸入側に戻る。

次に、換気ユニット３における吸排気の動作について説明する。室外から室内への吸気（ＯＡ）は、まず、吸気風路２１の吸気熱交換器１０に流入し、そこで冷媒に吸熱され温度が低下するとともに、相対湿度が上昇する。その後、吸気はデシカントロータ１１を通過し、その際水分を吸着し、除湿されるとともに吸着熱により温度が上昇し、高温低湿の空気となり、室内に供給される（ＳＡ）。室内から室外への排気（ＲＡ）は、低温低湿の状態から排気風路２２の排気熱交換器６によって加熱され、高温低湿の状態となる。その後、デシカントロータ１１に流入し、デシカントロータ１１の吸着水分を再生、脱着する。その際、脱着熱を奪われ若干温度が低下し、高温高湿の状態となった後で排気される（ＥＡ）。

（暖房加湿運転）
次に、室内ユニット２で暖房運転を行うとともに、換気ユニット３では吸気の加湿を行う暖房加湿運転の運転動作について説明する。暖房加湿運転時の冷媒の流れを図１に点線の矢印で示す。
まず、冷媒回路の動作について図１および図２に示すｐ−ｈ線図をもとに説明する。ｐ−ｈ線図は暖房加湿運転においても、冷房除湿運転と同様の変化となる。四方弁５の流路は図１に点線で示す向きに切り替えられる。圧縮機４から吐出された高温高圧のガス冷媒（図２の点１の状態）は四方弁５を経て室外ユニット１を流出して、換気ユニット３に流入し、吸気熱交換器１０で吸気風路２１の空気に放熱しながら冷却され温度が低下する（図２の点２の状態）。その後、冷媒は換気ユニット３を流出し、室内ユニット２に流入する。その後、冷媒は室内熱交換器９に流入し、そこで室内空気に放熱し、凝縮液化（図２の点３の状態）しながら室内ユニット２内の空気に温熱を供給する。その後、冷媒は室内膨張弁８にて減圧され低圧の二相冷媒となり（図２の点４の状態）、室内ユニット２を流出し、室外ユニット１に流入する。

室外ユニット１に流入した冷媒は室外熱交換器７にて室外ユニット１周囲の空気から吸熱しながら蒸発ガス化し、低圧のガスの冷媒となる（図２の点５の状態）。室外熱交換器７を出た低圧ガス冷媒は室外ユニット１を流出し換気ユニット３に流入し、排気熱交換器６にて排気風路２２の空気から吸熱しながら加熱され、より高温の状態となった後で（図２の点６の状態）、換気ユニット３を流出し、室外ユニット１に流入し、四方弁５を経て圧縮機４の吸入側に戻る。

次に、換気ユニット３における吸排気の動作について説明する。室内から室外への排気（ＲＡ）は、まず、排気風路２２の排気熱交換器６に流入し、そこで冷媒に吸熱され温度が低下するとともに、相対湿度が上昇する。その後、排気はデシカントロータ１１を通過し、その際水分を吸着し、除湿されるとともに吸着熱により温度が上昇して排気される（ＥＡ）。室外から室内への吸気（ＯＡ）は、低温低湿の状態から吸気風路２１の吸気熱交換器１０によって加熱され、高温低湿の状態となる。その後、デシカントロータ１１に流入し、デシカントロータ１１の吸着水分を再生、脱着する。その際、脱着熱を奪われ若干温度が低下し、高温高湿の状態となった後で室内に吸気される（ＳＡ）。

次に、この冷凍空調装置の運転制御動作について説明する。まず、冷房除湿運転の制御動作を図３のフローチャートに基づいて説明する。圧縮機４の容量、室内膨張弁８の開度、室外熱交換器７のファン送風量、室内熱交換器９のファン送風量、換気ユニット３の換気風量が初期値に設定される（ステップＳ１）。各ファン送風量は初期値設定のまま維持される。室外熱交換器７のファン送風量は、温度センサ１４ｃで検知される外気温度に基づいて設定され、外気温度が低い場合には低風量で運転されるが、外気温度が所定温度よりも高い場合は、基本的に装置の定格風量で運転される。室内熱交換器９のファン送風量、換気ユニット３の換気風量は、装置使用者が設定する風量で運転される。その後、所定の時間が経過すると（ステップＳ２）、それ以降運転状態に応じた各アクチュエータは以下のように制御される。

まず、圧縮機４の容量は、基本的に室内ユニット２の温度センサ１４ｆで計測される空気温度（室内温度）が、冷凍空調装置使用者が設定する温度になるように制御される。即ち、室内ユニット２の空気温度と設定温度とを比較する（ステップＳ３）。そして、空気温度が設定温度と等しいか或いは近接している場合には、圧縮機４の容量はそのまま維持されて次のステップに進む。また、空気温度が設定温度より上昇している場合は、圧縮機４の容量は増加され、空気温度が設定温度より低い場合には圧縮機４の容量は減少されるというように圧縮機３の容量を変更する（ステップＳ４）。

室内膨張弁８は、温度センサ１４ｅで検知される室内熱交換器９の出口温度と圧力センサ１５ｂで検知される冷凍サイクルの低圧を換算して得られる蒸発温度との差温で求められる室内熱交換器９出口の冷媒過熱度（ＳＨ）が予め設定された目標値、例えば２℃になるように制御される。即ち、室内熱交換器９出口のＳＨと目標値とを比較する（ステップＳ６）。そして、室内熱交換器９出口のＳＨが目標値と等しいか或いは近接している場合には、室内膨張弁８の開度はそのまま維持されて次のステップに進む。また、室内熱交換器９出口のＳＨが目標値より大きい場合には、室内膨張弁８の開度は大きく、ＳＨが目標値より小さい場合には、室内膨張弁８の開度は小さく制御されるというように室内膨張弁８の開度を変更する（ステップＳ７）。

次に、暖房加湿運転の制御動作を図４のフローチャートに基づいて説明する。圧縮機４の容量、室内膨張弁８の開度、室外熱交換器７のファン送風量、室内熱交換器９のファン送風量、換気ユニット３の換気風量が初期値に設定される（ステップＳ８）。各ファン送風量は初期値設定のまま維持される。室外熱交換器７のファン送風量は、温度センサ１４ｃで検知される外気温度に基づいて設定され、外気温度が高い場合には低風量で運転されるが、外気温度が所定温度よりも低い場合は、基本的に装置の定格風量で運転される。室内熱交換器９のファン送風量、換気ユニット３の換気風量は、装置使用者が設定する風量で運転される。その後所定の時間が経過すると（ステップＳ９）、それ以降運転状態に応じた各アクチュエータは以下のように制御される。

まず、圧縮機４の容量は、基本的に室内ユニット２の温度センサ１４ｆで計測される空気温度（室内温度）が、冷凍空調装置使用者が設定する温度になるように制御される。即ち、室内ユニット２の空気温度と設定温度とを比較する（ステップＳ１０）。そして、空気温度が設定温度と等しいか或いは近接している場合には、圧縮機４の容量はそのまま維持されて次のステップに進む。また、空気温度が設定温度より低下している場合は、圧縮機４の容量は増加され、空気温度が設定温度より高い場合には圧縮機４の容量は減少されるというように圧縮機３の容量を変更する（ステップＳ１１）。

室内膨張弁８は、圧力センサ１５ａで検知される冷凍サイクルの高圧を換算して得られる凝縮温度と温度センサ１４ｄで検知される室内熱交換器９の出口温度との差温で求められる室内熱交換器９出口の冷媒過冷却度（ＳＣ）が予め設定された目標値、例えば５℃になるように制御される（ステップＳ１２）。即ち、室内熱交換器９出口のＳＣと目標値とを比較する（ステップＳ１３）。そして、室内熱交換器９出口のＳＣが目標値と等しいか或いは近接している場合には、室内膨張弁８の開度はそのまま維持されて次のステップに進む。また、室内熱交換器９出口のＳＣが目標値より大きい場合には、室内膨張弁８の開度は大きく、ＳＣが目標値より小さい場合には、室内膨張弁８の開度は小さく制御されるというように室内膨張弁８の開度を変更する（ステップＳ１４）。

以上のような構成とすることで、本実施の形態では以下の効果を実現することができる。まず、冷房の空調を行う場合に発生する潜熱負荷、顕熱負荷のうち、潜熱負荷については換気ユニット３にて処理し、室内ユニット２では、顕熱負荷のみに対応する運転が実現できる。空気を冷却する熱交換において、潜熱、顕熱を同時に処理する場合、空気の露点温度以下で冷却する必要があり、冷凍サイクルの動作蒸発温度も同様に低下させる運転が求められるが、本実施の形態では顕熱のみに対応すればよいので、蒸発温度については、露点温度よりも高いが室内空気温度よりも適度に低い温度で運転することができる。従って、蒸発温度は、潜熱、顕熱を同時に処理する場合に比べて高く設定できるため、より高効率の運転を実現できる。

また、デシカントロータ１１での脱着に必要な高温を生成する際に、冷房除湿運転では排気熱交換器６において、暖房加湿運転では吸気熱交換器１０において、圧縮機４吐出の冷媒顕熱にて吸排気を昇温し、脱着温度を高くすることができる。そのため冷凍サイクルの高圧側凝縮温度を脱着に必要な温度（６０℃〜８０℃）にまで上昇する必要が無くなり、凝縮器周囲の空気温度（冷房：外気温度、暖房：室内温度）に見合った凝縮温度（４０℃〜５０℃程度）で運転可能となる。そのため凝縮温度を、一般の空調機と同様に低くでき、高効率の運転を実現できる。

また、圧縮機４の吸入の冷媒温度を、冷房除湿運転では吸気熱交換器１０における吸気の冷却の際に加熱することで、暖房加湿運転では排気熱交換器６における排気の冷却の際に加熱することで、高くすることができる。そのため圧縮機４の吐出温度がより上昇し、凝縮温度が低い条件であっても脱着用の高温空気を生成することができる。一般の空調機で同様に吸入温度を高めて吐出温度を高めようとした場合、蒸発器出口のＳＨを大きくする必要があり、そのためには冷凍サイクルの動作蒸発温度をより低くする必要があり、効率が低下する運転となる。本実施の形態の場合、低圧側の冷媒の加熱源として、冷房では室内空気と吸気の２つがあり、暖房では室外空気と排気の２つがある。

冷房除湿運転の場合、室内温度よりも外気温度が一般に高く、吸気の方が高温となる。従って、本実施の形態のように構成することで、冷凍サイクルの動作蒸発温度を室内空気が冷却できるように適切に運転すると同時に、より高温の吸気と冷媒を熱交換させ加熱することで、一般の空調機のような動作蒸発温度の低下がなくても圧縮機４の吸入温度を高めることができる。
暖房加湿運転の場合、外気温度よりも室内温度が一般に高く、排気の方が高温となる。従って、本実施の形態のように構成することで、冷凍サイクルの動作蒸発温度を室外空気から吸熱ができるように適切に運転すると同時に、より高温の排気と冷媒を熱交換させ加熱することで、一般の空調機のような動作蒸発温度の低下がなくても圧縮機４の吸入温度を高めることができる。
以上のように、冷房、暖房のいずれの運転においても高温の熱源により圧縮機４の吸入温度を高める運転となるため、動作蒸発温度を低くする必要がなくなり、高効率の運転が実現される。

また、冷房除湿運転では吸気を冷却することで、冷媒の低圧顕熱側も負荷に対する冷却に用いることができる。そのため、冷凍サイクルにおいて、負荷の冷却に活用される冷媒エンタルピー差をより大きくできる（図２の点４−５間を点４−６間に拡大）。圧縮機４の吸入冷媒の加熱に他の空調負荷に関連しない高温熱源を用いることもできるが、この場合は冷媒顕熱部分のエンタルピー差は冷却作用として機能しないので、エンタルピー差の拡大の無いまま単に高温の媒体を圧縮することになり、圧縮動力のみ増加し、運転効率が低下する。
本実施の形態では、圧縮機４の吸入温度を高めると同時に冷却に作用する冷媒のエンタルピー差も拡大しているので、運転効率の低下が小さく、圧縮機４の吸入温度、吐出温度を高めることができ、より高効率の運転を実現できる。

なお、本実施の形態では室内ユニット２が１台の場合を示したが、室内ユニット２が複数台であっても同様の効果を得ることができる。

また、室内膨張弁８は室外熱交換器７と室内熱交換器９の間の冷媒配管にあれば同様の機能を実現できるので、配置は室内ユニット２内に限定されるものではなく、例えば室外ユニット１内に配置してもよい。

また、吸気熱交換器１０は、吸気風路２１のデシカントロータ１１の上流側に配置しているが、デシカントロータ１１の下流側に追加して配置してもよい。デシカントロータ１１の下流側の吸気温度は、冷房除湿運転時に吸着される際の吸着熱により昇温し、上流側温度よりも高くなるので、ここの空気と熱交換することで、より圧縮機４の吸入温度、吐出温度を高めることができ、脱着のための空気温度を高め、除湿量を多くすることができる。

なお、室内膨張弁８の制御目標値を室内湿度の制御状況に応じて変更してもよい。例えば、制御目標値を圧縮機４の吐出温度とし、吐出温度の制御目標値を室内の湿度状況によって変更する。冷房除湿運転において、湿度センサ１３で検知される室内湿度が装置使用者の設定湿度より高い場合は、吐出温度の制御目標値を高く設定し、逆に湿度センサ１３で検知される室内湿度が装置使用者の設定湿度より低い場合は、吐出温度の制御目標値を低く設定する。吐出温度が高く運転されると、排気熱交換器６の冷媒温度が高温になり、排気熱交換器６出口の排気がより高温となり、デシカントロータ１１における脱着が促進され除湿量が増加する。それにより室内湿度を低くでき、装置使用者の設定湿度に近づけることができる。逆に吐出温度が低く運転されると、排気熱交換器６の冷媒温度が低温になり、排気熱交換器６出口の排気がより低温となり除湿量が減少する。それにより室内湿度を高くでき、装置使用者の設定湿度に近づけることができる。

また、暖房加湿運転においては、湿度センサ１３で検知される室内湿度が装置使用者の設定湿度より低い場合は、吐出温度の制御目標値を高く設定し、逆に湿度センサ１３で検知される室内湿度が装置使用者の設定湿度より高い場合は、吐出温度の制御目標値を低く設定する。吐出温度が高く運転されると、吸気熱交換器１０の冷媒温度が高温になり、吸気熱交換器１０出口の吸気がより高温となり、デシカントロータ１１における脱着が促進され加湿量が増加する。それにより室内湿度を高くでき、装置使用者の設定湿度に近づけることができる。逆に吐出温度が低く運転されると、吸気熱交換器１０の冷媒温度が低温になり、吸気熱交換器１０出口の吸気がより低温となり加湿量が減少する。それにより室内湿度を低くでき、装置使用者の設定湿度に近づけることができる。

吐出温度に応じた室内膨張弁８の制御方法は、冷房除湿運転、暖房加湿運転とも同様に実施され、温度センサ１４ａで測定される吐出温度が目標値より低い場合には、室内膨張弁８の開度を小さく制御し、吐出温度が目標値より高い場合には、室内膨張弁８の開度を大きく制御する。

このような運転制御とすることにより、室内の湿度を使用者の設定通りに動作させることができ、快適な空調を実現することができる。また、除加湿量が少なくてもよい条件では圧縮機４の吸入温度を低下させる運転となる。圧縮機４の吸入温度が低いほど、冷媒流量あたりの圧縮動力が少なくなるので、湿度負荷が低い条件では吸入温度を低下させる運転を行うことで、より高効率の運転を行うことができる。

なお、湿度制御のための制御目標値は圧縮機４の吐出温度の他に、脱着側風路の空気温度、冷房除湿運転では温度センサ１４ｇで測定される排気温度、暖房加湿運転では温度センサ１４ｈで測定される吸気温度としてもよい。除加湿量を増加させる場合は各温度の制御目標値を高く設定し、減少させる場合は目標値を低く設定する。各温度を上昇させるには、圧縮機４の吐出温度を高く運転するので、室内膨張弁８の開度を小さく制御し、各温度を低下させるには、室内膨張弁８の開度を大きく制御する。これにより前述した吐出温度を用いた運転と同様の運転を実現でき、同様の効果を得ることができる。

また、湿度制御のための制御目標値として圧縮機４の吸入温度を用いても良い。吐出温度と吸入温度の高低は正の相関を持って変動するので、吐出温度を用いる場合と同様の制御を行うことで、同様の運転を実現でき、同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態では上記の運転を連続的に実施することができる。従って、冷媒回路の切り替えにより吸脱着機能を切り替える運転を実施する場合に比べて、空調状態をより安定的に実現でき、空調運転の快適性を向上させることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置の構成を図５に基づいて説明する。図５において、流量制御弁１６が室外ユニット１内に設けられる。流量制御弁１６は開度可変の弁であり、吸気熱交換器１０に至る冷媒流路をバイパスするバイパス回路１７に設けられる。即ち、室内熱交換器９と四方弁５との中間部をバイパスするバイパス回路１７を設け、バイパス回路１７に流量制御弁１６を設けるものである。図５の他の記号については、実施の形態１と同じものを表す。

流量制御弁１６では、計測制御装置１２の指令により、室内の調湿状況に応じて吸気熱交換器１０を流れる冷媒流量を制御する。すなわち、湿度センサ１３で計測される湿度と装置使用者が予め設定する湿度目標値を比較し、冷房除湿運転において室内湿度が低い場合、もしくは暖房加湿運転において室内湿度が高い場合に、流量制御弁１６の開度を大きく制御し、吸気熱交換器１０のバイパス回路１７を流れる冷媒流量を増加させる。これらの運転状況では、デシカントロータ１１による水分移動量が必要量よりも多い状況であり、冷房除湿運転では除湿量過多に、暖房加湿運転では加湿量過多の状態となっている。そこで、デシカントロータ１１による水分移動量を抑制するため、吸気熱交換器１０に流れる冷媒流量を減少させる運転を行う。

吸気熱交換器１０の冷媒流量の低下に伴い、以下のような運転が実施される。冷房除湿運転では、吸気熱交換器１０の熱交換量が減少し、圧縮機４の吸入温度が低下し、吐出温度が低下する。それにより、排気熱交換器６での排気の加熱量が低下し、デシカントロータ１１の脱着温度が低下し、デシカントロータ１１における水分移動量が低下し、除湿量が低減される。暖房加湿運転では、吸気熱交換器１０の熱交換量が減少し、デシカントロータ１１の脱着温度が低下し、デシカントロータ１１における水分移動量が低下し、加湿量が低減される。

逆に、流量制御弁１６の冷媒流量を減少させると、吸気熱交換器１０での熱交換量を増加でき、デシカントロータ１１による水分移動量を増加させ、冷房除湿運転での除湿量や暖房加湿運転での加湿量を増加させることができる。そこで、冷房除湿運転において室内湿度が高い場合、もしくは暖房加湿運転において室内湿度が低い場合は、流量制御弁１６の開度を小さく制御し、吸気熱交換器１０を流れる冷媒流量を増加させる制御を実施する。

このような運転制御とすることにより、室内の湿度を使用者の設定通りに動作させることができ、快適な空調を実現することができる。また、冷房除湿運転では、室内の調湿状況に応じて、適宜脱着に用いられる排気の温度を調整し、圧縮機４の吸入温度を変更するので、除湿量が少なくてもよい条件では圧縮機４の吸入温度を低下させた運転となる。圧縮機４の吸入温度が低いほど、冷媒流量あたりの圧縮動力が少なくなるので、高効率の運転となる。従って、常に一定の脱着温度、即ち圧縮機４の吸入温度が一定で運転される場合に比べて、低負荷条件では吸入温度を低下させる運転を行うことができ、より高効率の運転を行うことができる。

なお、暖房加湿運転において、吸気熱交換器１０を流れる冷媒量を増加させ、吸気熱交換器１０での熱交換量を増加させると、その分冷媒の冷却が進み、室内熱交換器９に流入する冷媒エンタルピー（図２の点２のエンタルピー）が低くなり、室内熱交換器９での熱交換量が低下し、室内を加熱する能力が低下する。そこで、室内温湿度の制御状況に応じて、流量制御弁１６の開度制御を変更してもよい。

室内温度が設定温度よりも所定値以上低い場合、例えば装置使用開始時で室内空間が冷えている場合は、快適性向上のためにはまず室内温度の上昇が優先される。そこでこのような場合には、流量制御弁１６の開度は全開とし、ほとんどの冷媒流量が吸気熱交換器１０をバイパスするように運転する。そして室内温度と設定温度との偏差が所定値以下となった状態で、室内湿度状況に応じた流量制御弁１６の開度制御を開始する。これにより、室内空間を加熱する能力が増加し、室内温度上昇が促進され快適性の高い運転が実現できる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３の冷凍空調装置の構成を図６に基づいて説明する。図６において流量制御弁１６が室外ユニット１内に設けられる。流量制御弁１６は開度可変の弁であり、排気熱交換器６に至る冷媒流路をバイパスするバイパス回路１８に設けられる。即ち、四方弁５と室外熱交換器７との中間部をバイパスするバイパス回路１８を設け、バイパス回路１８に流量制御弁１６を設けるものである。図６の他の記号については、実施の形態１と同じものを表す。

流量制御弁１６では、計測制御装置１２の指令により、室内の調湿状況に応じて排気熱交換器６を流れる冷媒流量を制御する。即ち、湿度センサ１３で計測される湿度と装置使用者が予め設定する湿度目標値を比較し、冷房除湿運転において室内湿度が低い場合、もしくは暖房加湿運転において室内湿度が高い場合に、流量制御弁１６の開度を大きく制御し、排気熱交換器６のバイパス回路１８を流れる冷媒流量を増加させる。これらの運転状況では、デシカントロータ１１による水分移動量が必要量よりも多い状況であり、冷房除湿運転では除湿量過多に、暖房加湿運転では加湿量過多の状態となっている。そこで、デシカントロータ１１による水分移動量を抑制するため、排気熱交換器６に流れる冷媒流量を減少させる運転を行う。

排気熱交換器６の冷媒流量の低下に伴い、以下のような運転が実施される。暖房加湿運転では、排気熱交換器６の熱交換量が減少し、圧縮機４の吸入温度が低下し、吐出温度が低下する。それにより、吸気熱交換器１０での吸気の加熱量が低下し、デシカントロータ１１の脱着温度が低下し、デシカントロータ１１における水分移動量が低下し、加湿量が低減される。冷房除湿運転では、排気熱交換器６の熱交換量が減少し、デシカントロータ１１の脱着温度が低下し、デシカントロータ１１における水分移動量が低下し、除湿量が低減される。

逆に、流量制御弁１６の冷媒流量を減少させると、排気熱交換器６での熱交換量を増加でき、デシカントロータ１１による水分移動量を増加させ、冷房除湿運転での除湿量や暖房加湿運転での加湿量を増加させることができる。そこで、冷房除湿運転において室内湿度が高い場合、もしくは暖房加湿運転において室内湿度が低い場合は、流量制御弁１６の開度を小さく制御し、排気熱交換器６を流れる冷媒流量を増加させる制御を実施する。

このような運転制御とすることにより、室内の湿度を使用者の設定通りに動作させることができ、快適な空調を実現することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置の構成図である。実施の形態１に係る冷凍空調装置の動作を示すｐ−ｈ線図である。実施の形態１に係る冷凍空調装置の冷房除湿運転の運転制御フローチャートを表す図である。実施の形態１に係る冷凍空調装置の暖房加湿運転の運転制御フローチャートを表す図である。実施の形態２に係る冷凍空調装置の構成図である。実施の形態３に係る冷凍空調装置の構成図である。

符号の説明

１室外ユニット、２室内ユニット、３換気ユニット、４圧縮機、５四方弁、６排気熱交換器、７室外熱交換器、８室内膨張弁、９室内熱交換器、１０吸気熱交換器、１１デシカントロータ、１２計測制御装置、１３湿度センサ、１４ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ温度センサ、１５ａ、ｂ圧力センサ、１６流量制御弁、１７、１８バイパス回路、２１吸気風路、２２排気風路。

Claims

圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器を含む冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、
室内と室外の間で換気を行うための吸気風路、排気風路と、
吸気風路と排気風路とを流れる空気中の水分を吸脱着作用にて移動するデシカントロータと、
吸気風路にデシカントロータより上流側に配置された吸気熱交換器と、
排気風路にデシカントロータより上流側に配置された排気熱交換器とを備え、
前記冷媒回路は、前記四方弁と前記室外熱交換器との中間部を前記排気熱交換器に接続するとともに、前記室内熱交換器と前記四方弁との中間部を前記吸気熱交換器に接続する構成となっており、
冷房除湿運転時には、前記圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒が前記排気熱交換器に流入し、前記排気熱交換器において前記排気風路の排気と熱交換することにより排気を昇温し、
前記室外熱交換器では前記排気熱交換器を流出後の冷媒が室外空気に放熱して凝縮液化し、
暖房加湿運転時には、前記圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒が前記吸気熱交換器に流入し、前記吸気熱交換器において前記吸気風路の吸気と熱交換することにより吸気を昇温し、
前記室内熱交換器では前記吸気熱交換器を流出後の冷媒が室内空気に放熱して凝縮液化することを特徴とする冷凍空調装置。
前記吸気熱交換器に接続される前記室内熱交換器と前記四方弁との中間部をバイパスするバイパス回路を設け、このバイパス回路に流量制御弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
前記排気熱交換器に接続される前記四方弁と前記室外熱交換器との中間部をバイパスするバイパス回路を設け、このバイパス回路に流量制御弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
冷凍空調装置の計測制御を実施する制御装置を備え、制御装置にて室内の調湿状況に応じて前記流量制御弁の開度を制御し、前記バイパス回路を流れる冷媒流量を制御することを特徴とする請求項２または３記載の冷凍空調装置。