JP5068293B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気を除湿又は加湿して湿度調整する空気調和装置に関するものである。

従来の空気調和装置の風量の制御方法に着目したものとしては、例えば「前記第１の空気流路と前記第２の空気流路と前記第３の空気流路の風量をそれぞれ個別に制御することを特徴とする…」などの空気調和装置が提案されている。（例えば特許文献１参照）。

また、従来の空気調和装置として例えば「空気中の水分を吸着し、かつ空気中に水分を脱着できるデシカントが担持されたハニカム状のデシカントロータであって、前記デシカントロータは水分を吸着する…」などの装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００８−２２４０７４号公報（請求項１０、第１図） 特開２００７−３２７７１２号公報（請求項１、第１図）

上記の特許文献１の空気調和装置では、除湿側と脱着側の風量を個別に制御することによって脱着側の風量を減少させ、高温の凝縮器を通過することで脱着側の空気温度を上昇させて相対湿度を減少させることで、吸脱着量を大きくすることにより除加湿量増加を図っているが、吸着剤の吸着、脱着の速度は空気の相対湿度だけでなく、空気のデシカントロータ通過風速によって変化し、風速が低下すると吸着、脱着の速度が低下し、除加湿量が必ずしも増加していなかった。

また、上記の特許文献２の空気調和装置では、装置起動時の除加湿能力は室内外の温湿度に左右され、能力立ち上がりに時間がかかる場合や、目的温湿度に到達するまでに時間がかかる場合があった。

従来の空気調和装置では風量を固定していため、同じ風速でも吸着、脱着では吸着剤の水分移動速度が異なっており、必ずしも最適な除加湿運転を行っていなかった。

また、水分移動速度の変化の傾きは空気流速が早くなると小さくなるため、風量を増加して除加湿能力を向上させても風量増減量に対して応答が鈍いことがあった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その第１の目的は、除湿能力又は加湿能力を向上させた空気調和装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、起動時に空気の温湿度条件によらず除湿又は加湿量を効率よく確保し、且つ目標湿度に到達するまでの時間を短縮することを可能にした空気調和装置を提供することにある。

本発明に係る空気調和装置は、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、同じ空気流速時には脱着水分移動速度が吸着水分移動速度より速い特性を有し、前記第１の空気流路を流れる空気の水分を吸着し、前記第２の空気流路へ水分を放出する水分吸着手段と、前記第１の空気流路の前記水分吸着手段の上流側に設けられ、当該第１の空気流路を流れる空気を冷却する冷却手段と、前記第２の空気流路の前記水分吸着手段の上流側に設けられ、当該第２の空気流路を流れる空気を加熱する加熱手段と、前記水分吸着手段の吸着速度及び放出速度を調整することにより前記水分吸着手段の除湿能力を制御する制御手段とを備え、
（ａ）除湿運転起動時に、前記第１の空間又は前記第２の空間の湿度が第１の所定の湿度を超えて高湿である場合には、前記第２の空気流路の風量を増大して前記水分吸着手段の放出速度を上昇させる急速除湿運転を所定時間行い、
（ｂ）前記急速除湿運転の後、前記第２の空間の絶対湿度又は相対湿度と予め設定された湿度との差が第１の閾値（β）内か否かを判定し、前記第１の閾値（β）内に無い場合には、前記水分吸着手段の吸着速度と放出速度との偏差が小さくなるように、前記第１の空気流路の風量を増大する高効率除湿運転を行い、
（ｃ）前記急速除湿運転の後、前記第２の空間の絶対湿度又は相対湿度と予め設定された湿度との差が、第２の閾値（α）内か否かを判定し、前記第２の閾値（α）内に無い場合には、前記第１の空気流路及び第２の空気流路の風量を増加して前記水分吸着手段の水分移動速度を上昇させる除湿能力増加運転を行うものである。

本発明に係る空気調和装置によれば、水分吸着手段の吸着速度及び放出速度をそれぞれ調整するようにしており、このため、除湿能力又は加湿能力の向上が可能になっている。また、除湿能力又は加湿能力が向上したことにより、装置の大型化が避けられる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置に使用される吸着剤の風速と水分移動速度の関係を表した図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の、冷房除湿運転時における回路構成図である。 図３に示す冷房除湿運転時における動作状態を表す、湿り空気線図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の、暖房加湿運転時における回路構成図である。 図４に示す暖房加湿運転時における動作状態を表す、湿り空気線図である。 図３及び図５に示す空気調和装置に係る空調システム全体の構成例の図である。 本発明の実施の形態１に係る空調システム全体の冷房除湿運転起動時の動作を表した図である。 本発明の実施の形態１に係る空調システム全体の高効率冷房除湿運転時の動作を表した図である。 本発明の実施の形態１に係る空調システム全体の冷房除湿能力最大運転時の動作を表した図である。 本発明の実施の形態１に係る空調システム全体の暖房加湿運転起動時の動作を表した図である。 本発明の実施の形態１に係る空調システム全体の高効率暖房加湿運転時の動作を表した図である。 本発明の実施の形態１に係る空調システム全体の暖房加湿能力最大運転時の動作を表した図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷房除湿運転時の制御フロー図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の暖房加湿運転時の制御フロー図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置に使われる吸着剤の平衡吸着量と相対湿度の関係を示した図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置と全熱交換器を組み合わせた装置の冷房除湿運転時における回路構成図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置と全熱交換器を組み合わせた装置の暖房加湿運転時における回路構成図である。

実施の形態１．
《装置構成》
図１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立体的に描いた斜視図である。

図１の空気調和装置は、筐体１の中にロータ形状をした水分吸着手段１０と、熱交換器２０ａ及び２０ｂと、送風機３０ａ及び３０ｂとを備えている。筐体１には、空気調和装置に外気ＯＡを導入する吸込口２ａと、室内空気ＲＡを導入する吸込口２ｂと、ＯＡ空気を処理後装置外へ給気ＳＡとして吹き出す吹出口３ａと、ＲＡ空気を処理後装置外へ排気ＥＡとして吹き出す吹出口３ｂとが設けられている。空気調和装置内では２つの風路が構成されており、今後は、ＯＡ→ＳＡ経路の風路を外気導入経路Ａ（第１の風路）、ＲＡ→ＥＡ経路の風路を排気放出経路Ｂ（第２の風路）と呼ぶことにする。

なお、ロータ形状の水分吸着手段１０の回転機構は一般的に、モーターなどの駆動力をベルトや歯車を介して伝達することにより回転運動を行う構造である。但し、図１では、ロータを回転させる機構については省略している。また、送風機を省略している。

図３及び図４を用いて外気導入経路Ａについて説明する。
外気ＯＡは吸込口２ａから吸い込まれ、熱交換器２０ａを経た後、水分吸着手段１０にて排気放出経路Ｂを流れる空気との間で、吸着又は放出による水分交換を行い、送風機３０ａを経て、給気ＳＡとして室内（第２の空間）側へ給気される。

次に、排気放出経路Ｂについて説明する。
室内空気ＲＡは吸込口２ｂから吸い込まれ、除湿時には熱交換器２０ｂを経た後、水分吸着手段１０にて外気導入経路Ａを流れる空気との間で水分交換を行い、送風機３０ｂを経て、排気ＥＡとして室外（第１の空間）側へ排気される。なお上記説明において、空気経路ＡとＢは室内空気ＲＡと外気ＯＡとの関係、すなわち換気・外気処理について説明しているが、この関係に限定するものではなく、例えば外気ＯＡを温湿度の異なる別の部屋の空気ＲＡ２などとしてもよく、換気空調目的に用途が限定されるものではない。

水分吸着手段１０は、例えばデシカントロータなどの吸着剤をロータ状に形成したものである。デシカントロータは、外気導入経路Ａ及び排気放出経路Ｂに跨って配置されており、回転軸方向に通気性を有するハニカム構造やコルゲート構造のロータであり、モーター等の回転機構を有し、所定の回転数で回転する。風路の空気と接するロータ表面には吸着剤が担持されており、水分の吸着と放出（以下脱着という）とを繰り返すことが可能である。なお、同様な役割を果たす機構が備えられていれば、この形式に限定されるものではない。デシカントロータの吸着剤としては、例えばゼオライト、メソポーラスシリカまたは高分子収着剤などを用い、多孔質のロータ基材に塗布あるいは表面処理あるいは含浸されたものを使用する。

送風機３０ａ、３０ｂ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にＤＣモータを用いて回転数を制御したり、ＡＣモータ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。

また、送風機３０ａ、３０ｂの風量を制御することによって水分吸着手段１０を通過する空気流速も変化する。水分吸着手段１０の吸着、脱着時の空気と吸着剤間の水分移動速度は空気流速が上昇すると上昇するため、除加湿能力を上昇させることが可能となる。

加えて、水分吸着手段１０での空気と吸着剤間の水分移動速度は、通過空気流速のみではなく空気相対湿度や、水分吸着手段１０の吸着量などの他の要因が関係し、図２のように空気流速が同じでも吸着と脱着では水分移動速度が異なる場合が多い。そのため、空気流速が同じ場合には、水分移動速度が低速である吸着又は脱着のどちらかで水分移動量が律速されるが、空気流速を吸着及び脱着で個別に変化させ、水分移動速度を均等に近づければ効率よく除加湿能力を上昇させることが可能となる。

さらに、水分吸着手段１０の吸着量が水分移動速度に影響することから、本実施の形態１の空気調和装置の起動直後は、水分吸着手段１０の吸着量によっては除加湿能力の低下が起き、立ち上がりが遅くなることがあるが、風量を個別に制御することによって水分吸着手段の水分移動を促進し、除加湿能力の立ち上がり時間の短縮や、設定された温湿度目標値に到達するまでの時間短縮が可能となる。

続いて、水分吸着手段１０の空気経路Ａ、Ｂの上流側に位置する熱交換器２０ａ、２０ｂについて説明する。
水分吸着手段１０の前段に設置される熱交換器２０ａ、２０ｂは、水分吸着手段１０に導入される空気の相対湿度を調整し、水分吸着手段１０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１０の水分交換の駆動力は、相対湿度差と水分吸着手段を通過するときの空気流速であり、一般的に水分吸着手段１０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１０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。

水分吸着手段１０の空気経路Ａ及びＢの上流側に位置する、熱交換器２０ａ及び２０ｂは、この相対湿度差を大きくする目的で設けられている。なお、冷房除湿モードと暖房加湿モードとでは、加熱側・冷却側の熱交換器の役割が反転する。また、ヒータ等の加熱手段や、ブラインクーラー等の冷却手段を使用して空気温度を低下させてもよく、本実施の形態１の熱交換器に限定されるものではない。

《システム構成》
図３〜図６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。

図３は、冷房除湿運転モードの風路構成を模式的に示す構成図、図５は暖房加湿運転モードの風路構成を模式的に示す構成図である。図４（ａ）は冷房除湿時の外気導入経路Ａにおける作動状態の動きを示す湿り空気線図、図４（ｂ）は冷房除湿時の排気放出経路Ｂにおける作動状態の動きを示す湿り空気線図である。図６（ａ）は暖房加湿時の外気導入経路Ａにおける作動状態の動きを示す湿り空気線図、図６（ｂ）は暖房加湿時の排気放出経路Ｂにおける作動状態の動きを示す湿り空気線図である。なお、図４及び図６において、縦軸は絶対湿度、横軸は乾球温度である。
また、空気状態を示す「状態１〜状態６」は、図４、図６における丸で囲った数字「１〜６」にそれぞれ対応している。

図３及び図５において、空気調和装置全体は、圧縮機４０、膨張弁５０、四方弁６０及び熱交換器２０ａ、２０ｂを備えた冷媒回路と、水分の吸着と放出を繰り返す水分吸着手段１０と、送風機３０ａ、３０ｂとを有している。両方の空気経路にまたがって、水分吸着手段１０が設けられ、水分吸着手段１０の吸脱着を補助促進する熱源として冷媒回路が設けられる構成となっている。また、送風機３０ａ、３０ｂは水分吸着手段１０の吸脱着を能力上昇させるために風量が変化できるようになっている。

熱交換器２０ａは、膨張弁５０を介して熱交換器２０ｂと直列に接続されている。図３における冷房除湿運転時には、熱交換器２０ｂが凝縮器、熱交換器２０ａが蒸発器として動作し、図５における暖房加湿運転時には、熱交換器２０ａが凝縮器、熱交換器２０ｂが蒸発器として動作するように構成されている。

図３に示す冷房除湿運転時には、熱交換器２０ｂ、膨張弁５０、熱交換器２０ａ、圧縮機４０の吸入側がこの順番で回路構成され、図５に示す暖房加湿運転時には、熱交換器２０ａ、膨張弁５０、熱交換器２０ｂ、圧縮機４０の吸入側がこの順番で回路構成される。

また、水分吸着手段１０における吸着側領域と脱着側領域の割合は、本発明においては１：１としているが、任意の割合に変更してもよい。

冷媒回路において使用される冷媒は、特に限定されるものではなく、例えば二酸化炭素、炭化水素又はヘリウムのような自然冷媒、ＨＦＣ４１０Ａ又はＨＦＣ４０７Ｃなどの塩素を含まない冷媒、または既存の製品に使用されているＲ２２又はＲ１３４ａなどのフロン系冷媒などである。そして、かかる冷媒を循環させる圧縮機などの流体機器は、レシプロ、ロータリー、スクロールまたはスクリューなどの各種タイプが適用可能である。

《冷媒回路の動作説明》
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５０の開度及び四方弁６０の切替動作により行う。

（冷房除湿運転モード）
図３における冷房除湿運転では、四方弁６０に関して、圧縮機４０の吐出側と熱交換器２０ｂとが接続されるように設定する。冷媒回路での冷媒の流れは、まず圧縮機４０で圧縮され、高温高圧の気体となった冷媒が熱交換器２０ｂに流入する。熱交換器２０ｂは凝縮器として動作し、高温高圧の気体から液体に相変化する際に熱交換器２０ｂを通過する空気を加熱する。その後、冷媒は膨張弁５０を経て減圧され、冷媒は低温低圧の液体になり、熱交換器２０ａへ流入する。熱交換器２０ａは蒸発器として動作し、冷媒が液体から気体に相変化する際に熱交換器２０ａを通過する空気を冷却する。その後、冷媒は圧縮機４０に流入して再度、高温高圧の気体となる。

（暖房加湿運転モード）
図５における暖房加湿運転では、四方弁６０に関して、圧縮機４０の吐出側と熱交換器２０ａとが接続されるように設定する。冷媒回路での冷媒の流れは、まず圧縮機４０で圧縮され、高温高圧の気体となった冷媒が熱交換器２０ａに流入する。熱交換器２０ａは凝縮器として動作し、高温高圧の気体から液体に相変化する際に熱交換器２０ａを通過する空気を加熱する。その後、冷媒は膨張弁５０を経て減圧され、冷媒は低温低圧の液体になり、熱交換器２０ｂへ流入する。熱交換器２０ｂは蒸発器として動作し、冷媒が液体から気体に相変化する際に熱交換器２０ｂを通過する空気を冷却する。その後、冷媒は圧縮機４０に流入して再度、高温高圧の気体となる。

《空気側回路の動作説明》
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図３〜図６を用いて説明する。
（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（状態１）が熱交換器（蒸発器）２０ａに送り込まれる。ここで導入空気は、熱交換器（蒸発器）２０ａと熱交換して冷却される（状態２）。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、水分吸着手段１０の吸着剤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１０における吸着側領域に流入し、吸着剤により水分が吸着・除湿された室内導入空気（状態３）が給気ＳＡとなり、室内に供給される。

一方、排気放出経路Ｂでは、室内空気ＲＡより導入された導入空気（状態４）が熱交換器（凝縮器）２０ｂに送り込まれる。ここで、導入空気は熱交換器（凝縮器）２０ｂと熱交換して加熱される（状態５）。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、吸着剤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１０における脱着側領域に流入し、吸着剤により水分が脱着・加湿される。そして加湿された空気（状態６）が排気ＥＡとなり、室外へ排出される。

（暖房加湿運転モード）
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（状態１）が熱交換器（凝縮器）２０ａに送り込まれる。ここで、導入空気は熱交換器（凝縮器）２０ａと熱交換して加熱される（状態２）。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、吸着剤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１０における脱着側領域に流入し、吸着剤により水分が脱着・加湿される。そして、加湿された導入空気（状態３）は、室内導入空気ＳＡとなり、室内へ供給される。

一方、排気放出経路Ｂでは、室内空気ＲＡより導入された導入空気（状態４）が熱交換器（蒸発器）２０ｂへ送り込まれる。ここで、導入空気は熱交換器（蒸発器）２０ｂと熱交換して冷却される。このとき、冷却された空気（状態５）は８０〜１００％ＲＨ程度と相対湿度が高くなるため、吸着剤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１０における吸着側領域に流入し、吸着剤により水分が吸着・除湿される。そして除湿された空気（状態６）が排気ＥＡとなり室外へ排出される。

《システム制御方法》
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、熱交換器２０ａ、２０ｂの配管温度を検出する温度センサー７０ａ、７０ｂと圧縮機４０の吐出側に吐出温度検出用の温度センサー７０ｃが設けられている。

また、空気回路側には、外気の入口空気温度と湿度（相対湿度もしくは絶対湿度、または露点でもよい。以降、温湿度センサーの湿度という記述では同様の意味を表す。）を検出する温湿度センサー８０ａ、室内空気の温度と湿度を検出する温湿度センサー８０ｃ、熱交換器２０ａ、２０ｂの出口空気温度と湿度を検出する温湿度センサー８０ｂ、８０ｄ、水分吸着手段１０を通過後の空気温度と湿度を検出する温湿度センサー８０ｅ、８０ｆが設けられている。室外の空気温度と湿度を検出する温湿度センサー８０ｉが設けられている。なお、これらの温湿度センサー８０ａ〜８０ｆ、８０ｉの検知結果に基づいて後述の相対湿度又は絶対湿度が適宜求められることとなる。また、空気吹出口２ａ、２ｂには風速を検出する風速センサー９０ａ、９０ｂが設けられており、水分吸着手段１０の通過風速は望ましくは１〜５ｍ／ｓの範囲で制御される。

これらの温湿度センサーと風速センサーは、空気調和装置を制御する制御装置９５に接続される。制御装置９５は、マイコンなどから構成されており、温湿度センサーや風速センサーからの温湿度と風速の情報を取得し、制御アクチュエーターである圧縮機４０、膨張弁５０並びに外気導入経路Ａ及び排気放出経路Ｂに設けられた各送風ファン３０ａ、３０ｂの制御を行う。なお、本発明の制御手段は、これらの制御装置９５及び送風ファン３０ａ、３０ｂによって構成されている。

図７〜図１３に、本実施の形態１の空気調和装置１００と、顕熱処理装置用の空気調和装置２００とを組み合わせた空調システムの例を示す。
本システム構成では、本発明の空気調和装置１００を外気処理空気調和装置として利用して、外気を室内へ導入する際の湿度調整を主に行い、これとは別に顕熱処理装置用の空気調和装置（単に顕熱処理装置ともいう）２００を併設する。これにより、顕熱処理装置用の空気調和装置２００では除湿を行う必要がないため、冷媒の蒸発温度を高める運転が可能となり、圧縮機は高低差圧の少ない低圧縮比の高効率運転を行うことが可能となる。したがって、このような外気処理空気調和装置１００と顕熱処理装置用の空気調和装置２００とを別置するシステム構成では、空調負荷の大きな割合を占める顕熱負荷を、高効率運転が可能な顕熱処理装置用の空気調和装置２００で賄うことが可能となり、空調システム全体の効率を高めることが可能となる。

また、空気調和装置１００は、各経路Ａ、Ｂの風量を変化させて除加湿能力を制御することができ、空気調和装置１００の起動時の能力立ち上がりまでの時間短縮や、目的温湿度に到達するまでの時間短縮が可能になる。加えて除加湿能力を最大にするか、もしくは高効率で除加湿を行うかの選択が可能となる。

さらに、外気導入経路Ａの風量と排気放出経路Ｂの風量のバランスによって室外と比較して室内空間を陽圧、陰圧にすることが可能になる。室内が陽圧になることは室外空気が侵入しにくくなるためにほこりの進入を防ぐ目的でクリーンルームに適用されている。また、陰圧の空間は室内の空気が外に出て行かないために、院内感染を防ぐ目的で病院などに適用されている。本実施の形態１では温湿度を調節しながら、これらの需要に応えることができる。

《除加湿能力制御方法の説明》
図８〜図１２に記載された水分吸着手段１０の水分移動速度の増減による除加湿能力制御方法の説明をする。
水分移動速度は式１で示される式であり、水分吸着手段１０を通過する空気風速と相対湿度、水分吸着手段１０の水分吸着量が大きく影響することがわかっている。

（除湿運転）
除湿運転時には風量を変化させることによって標準運転から急速除湿運転、高効率除湿運転、又は除湿能力増加運転に運転状態を変化させることが可能となる。急速除湿運転は、本実施の形態１の空気調和装置が起動したときに除湿能力立ち上がりにかかる時間を短縮することを目的としている。高効率除湿運転は、除湿効率が一番高くすることを目的として二つの風路の風量を変化させている。除湿能力増加運転では、単位時間当たりの除湿量が一番多くなることを目的として風量を変化させている。以下に各運転状態の詳細を示す。

（急速除湿運転）
図８に冷房除湿の急速除湿運転動作の例を示す。図８に示すように、室内が高湿、室外が高湿の場合に冷房除湿を行うと、起動直前まで水分吸着手段１０は室内外の高湿空気に触れていたために、水分吸着手段１０の吸着剤は多くの水分を保持している（式１のＱが大きい）。そのため、本来の除湿能力の立ち上がりが遅くなるが、脱着を行う排気放出経路Ｂの風量を増加することによって（式１のＫが増加するため）水分吸着手段が保持している水分を室外に放出する量が増加し、除湿能力の立ち上がりの時間を短縮させることが可能となる。

（高効率除湿運転）
図９に高効率除湿運転動作の例を示す。図９に示すように、冷房除湿運転時に、水分吸着手段１０の水分移動速度が同じ通過風速でも吸着時と脱着時では異なる場合（図９では吸着時の水分移動速度が遅い）では水分移動速度が低速の水分移動量で律速されている。そのため、水分移動速度の遅い空気流路の風量を増加させて（式１のＫを増加して）水分移動速度を増加させることによって、律速されていた空気流路の除加湿能力を上昇させることが可能となる。律速されていた空気流路の除加湿能力上昇分は、そのまま除加湿量の増加につながるため、片方の風路の風量を増加するだけで除加湿量の増加ができる。したがって高効率で除湿量を増加させることが可能となる。

（除湿能力増加運転）
図１０に除湿能力増加運転動作の例を示す。図１０に示すように、冷房除湿運転時に通過風速を両空気流路で増加させることによって高効率運転モードよりもさらに除湿量を増加させることが可能となる。これは水分移動速度が速い風路の除加湿能力が上昇して（式１のＫが増加する）、水分移動速度の早い風路での水分移動量が増加するためである。また、両空気流路の風量を増加させ、風量を等しくした場合には室内と室外の圧力差が無くなるため、図９のように室外に比べて室内の圧力が異なる状況になることを防ぐことが可能になる。

（加湿運転）
加湿運転時には風量を変化させることによって、標準運転から結露防止加湿運転、高効率加湿運転又は加湿能力増加運転に運転状態を変化させることが可能となる。結露防止加湿運転は、本実施の形態１の空気調和装置が起動したときに結露が発生しないように加湿を行うことを目的としている。高効率加湿運転は、加湿効率を一番高くすることを目的として二つの風路の風量を変化させている。加湿能力増加運転では単位時間当たりの加湿量が一番多くなることを目的として風量を変化させている。以下に各運転状態の詳細を示す。

（結露防止加湿運転）
図１１に結露防止加湿運転動作の例を示す。図１１に示すように、室内が高湿、室外が高湿の場合に暖房加湿を行うと、起動直前まで水分吸着手段１０は室内外の高湿空気に触れていたために、水分吸着手段１０の吸着剤は多くの水分を保持している（式１のＱが大きい）。そのため、本来の加湿能力に加えて水分吸着手段１０の初期水分吸着量も加湿に使用することができるため、脱着を行う外気導入経路Ａの風量を増加することで加湿量を増加できるほか、排気放出経路Ｂの風量を減少することによって（式１のＫを減少させて水分移動量を抑えることで）外気に放出する水分を減少させ、水分吸着手段に吸着された水分を室内に供給することが可能となる。また、室内空気が低温高湿である場合には起動時に加湿空気が露点以上になると結露が生じてしまうので、室内を暖房しながら加湿を行う場合には、常に加湿空気の相対湿度が外部から設定された目標温湿度から計算した目標相対湿度を維持するように風量を減少して加湿量を制御しながら運転をすることにより、相対湿度を維持したまま加湿を行うことが可能となる。

（高効率加湿運転）
図１２に高効率加湿運転動作の例を示す。図１２に示すように、暖房加湿運転時に、水分吸着手段１０の水分移動速度が同じ通過風速でも吸着時と脱着時では異なる場合（図１２では吸着時の水分移動速度が遅い）では水分移動速度が低速の水分移動量で律速されている。そのため、水分移動速度の遅い空気流路の風量を増加させて（式１のＫを増加して）水分移動速度を増加させることによって律速していた空気流路の除加湿能力を上昇させることが可能となる。律速されていた空気流路の除加湿能力上昇分はそのまま除加湿量の増加につながるため、片方の風路の風量を増加するだけで除加湿量の増加ができる。したがって、高効率で加湿量を増加させることが可能となる。

（加湿能力増加運転）
図１３に加湿能力増加運転動作の例を示す。図１３に示すように、暖房加湿運転時に通過風速を両空気流路で増加させることによって高効率運転モードよりもさらに加湿量を増加させることが可能となる。これは水分移動速度が速い風路の除加湿能力が上昇して（式１のＫが増加する）、水分移動速度の早い風路での水分移動量が増加するためである。また、両空気流路の風量を増加させ、風量を等しくした場合には室内と室外の圧力差が無くなるため、図１２のように室外に比べて室内の圧力が異なる状況になることを防ぐことが可能になる。

（冷房除湿、暖房加湿制御動作）
本実施の形態１の空調調和装置（調温調湿装置）を最適に運転するためには、起動後、周囲の温湿度に応じて二つの空気流路の風量を変化させる場合がある。起動時からの冷房除湿時の制御動作の流れを図１４に、起動後からの暖房加湿時の制御動作の流れを図１５に示し、以下冷房除湿時と暖房加湿時の制御動作について説明する。なお、図１４及び図１５の制御処理は何れも制御装置９５によってなされる。

（冷房除湿時）
図１４は、本実施の形態１の空気調和装置の起動時から冷房除湿が開始される運転動作の流れを表した図である。
図１４の初期状態は冷房除湿運転起動時の状態を想定している。
ＳＴ１ａでは、起動時の室外相対湿度ＲＨｏから水分吸着手段１０の吸着量を推定し、急速除湿運転の開始判定を行っている（詳細後述）。ＳＴ２ａでは、時間Ｔ１によって水分吸着手段１０の急速除湿運転の終了判定を行っている（詳細後述）。ＳＴ３ａでは、各風路の風量を変化させて急速除湿運転を行っており、排気放出経路Ｂの風量を増加させて水分吸着手段１０に吸着されている水分を室外に放出している。ＳＴ４ａでは、除湿能力増加運転の開始判定を行っており（詳細後述）、ＳＴ５ａでは、高効率除湿運転の開始判定を行っている（詳細後述）。ＳＴ６ａでは通常運転を行っている。

（急速除湿運転の開始判定）
ＳＴ１ａの急速除湿運転の開始判定では、本実施の形態１での装置起動時の水分吸着手段１０の吸着量から開始判定を行っている。水分吸着手段１０に使用されている吸着剤の平衡吸着量は、図１６で示されるように空気の相対湿度で決まっている。そのため、装置起動時には室外相対湿度ＲＨｏで水分吸着手段１０の吸着量が平衡状態にあるため吸着量は温湿度センサー８０ｉの相対湿度ＲＨｏで決定し、室外相対湿度閾値ＲＨｏ＿ｄｅ（例えば６０％ＰＨ程度に設定）より大きいか否かに基づいて開始判定をする。開始判定で開始と判断されなかった場合には、ＳＴ４ａで除湿能力増加運転の開始判定を行う。なお、本実施の形態１では、開始判定を温湿度センサーで行ったが、水分吸着手段１０の重さ等の他のセンサーによって開始判定してもよく、判定基準となる値を限定しないものとする。

（急速除湿運転の終了判定）
ＳＴ２ａの急速除湿運転の終了判定では、起動から指定時間Ｔ１（水分吸着手段１０の回転周期などから決定、例えば１０分程度に設定）経過したか否かに基づいて終了判定を行い、経過していればＳＴ４ａの除湿能力増加運転の開始判定を行う。本実施の形態１では終了判定を指定時間Ｔ１としたが、脱着量の変動や、水分吸着手段の重さなどから判定してもよく、判定基準となる値の種類を限定しないものとする。

（除湿能力増加運転の開始判定）
ＳＴ４ａの除湿能力増加運転の開始判定では、外部より設定された除湿目標値Ｘ＿ｓｅｔと現在の室内絶対湿度Ｘｉとの差が運転開始判定値（第２の閾値）αより小さいか否かに基づいて判定を行う。除湿能力増加運転時には、二つの空気流路Ａ、Ｂの風量を増加することによって通常運転と比較して短時間で除湿目標値に到達することが可能となる。

（高効率除湿運転の開始判定）
ＳＴ５ａの高効率除湿運転の開始判定では、外部から設定された除湿目標値Ｘ＿ｓｅｔと現在の室内絶対湿度Ｘｉとの差が運転開始判定値（第１の閾値）βより小さいか否かに基づいて判定を行う。高効率除湿運転時には二つの空気流路Ａ、Ｂの内、水分移動速度が低い流路（図２の吸着剤の場合は外気導入経路Ａ）の風量を増加することによって高効率に除湿量を増加することができ、通常運転と比較して短時間で除湿目標に到達することが可能となる。

また、除湿能力最大運転の開始判定値αと高効率除湿運転開始判定値βの値を変化させることによって除湿目標値に達成するまでの運転内容を変更することができる。例えば、できる限り省エネルギーでユーザーが設定した温湿度に早く到達し、室内と室外に圧力差が生じてもかまわない場合はαを無限大として、βをゼロとすれば除湿能力増加運転をせずに目標温湿度まで高効率除湿運転をさせることができる。また、αをゼロとすることで目標温湿度まで常に除湿能力増加運転をすることが可能となる。

なお、図１４の判定処理においては、ＳＴ１ａでは絶対湿度、ＳＴ４ａ及びＳＴ５ａでは相対湿度を基準としているが、何れも絶対湿度の代わりに相対湿度を用い、相対湿度の代わりに絶対湿度を用いてもよい。また、ＳＴ１ａでは室外湿度を基準として判断処理をしているが、室内湿度を基準として判断処理をしてもよい。これらのことは、後述のする図１５の判定処理においても同様である。

（暖房加湿時）
図１５は、本実施の形態１の空気調和装置の起動時から暖房加湿が開始される運転動作の流れを表した図である。図１５の初期状態は暖房加湿運転起動時の状態を想定している。
ＳＴ１ｂでは、起動時の室外絶対湿度ＲＨｏから水分吸着手段１０の水分吸着量を推定し、結露防止加湿運転の開始判定を行っている（詳細後述）。
ＳＴ２ｂでは、水分吸着手段１０の結露防止加湿運転の終了判定を時間Ｔ２で行っている（詳細後述）。
ＳＴ３ｂでは、各風路の風量を変化させて結露防止加湿運転を行っており、外気導入経路Ａの風量を増加、又は排気放出経路Ｂの風量を減少させて（又は予め設定されている標準状態にし）、水分吸着手段１０に吸着されている水分を効率よく室内に給気することで立ち上がり時の加湿量を増加させている。
ＳＴ４ｂでは、加湿能力増加運転の開始判定を行っており（詳細後述）、ＳＴ５ｂでは、高効率加湿運転の開始判定を行っている（詳細後述）。ＳＴ６ｂでは通常運転を行っている。

（結露防止加湿運転の開始判定）
ＳＴ１ｂの結露防止加湿運転の開始判定では、本実施の形態１での装置起動時の水分吸着手段１０の吸着量から開始判定を行っている。温湿度センサー８０ｉの室外絶対湿度ＲＨｏが開始判定値ＲＨｏ＿ｈｕ（例えば０．００５ｇ／ｍ³）より大きいか否かに基づいて開始判定を行う。判定で開始と判断されなかった場合には、ＳＴ４ｂで加湿能力増加運転の開始判定を行う。なお、本実施の形態１では開始判定をすべて温湿度センサーで行ったが、吸着量の判定では水分吸着手段１０の重さ等の他のセンサーによって開始判定してもよく、判定基準となる値の種類を限定しないものとする。

（結露防止加湿運転の終了判定）
ＳＴ２ｂの急速加湿運転の終了判定では、起動から運転時間Ｔ２（水分吸着手段１０の回転周期などから決定、例えば１０分程度に設定）が経過する、又は加湿目標値（絶対湿度）Ｘ＿ｓｅｔと室内絶対湿度Ｘｉとの差がなくなると終了し、ＳＴ４ｂの除湿能力増加運転の開始判定を行う。本実施の形態１では終了判定の一つを指定時間としたが、脱着量の変動や、水分吸着手段の重さなどから判定してもよく、判定基準となる値の種類を限定しないものとする。

（加湿能力増加運転の開始判定）
ＳＴ４ｂの加湿能力増加運転の開始判定では、外部から設定された加湿目標値Ｘ＿ｓｅｔと現在の室内絶対湿度Ｘｉとの差が運転開始判定値（第４の閾値）γより小さいか否かに基づいて開始判定を行う。加湿能力増加運転時には二つの空気流路Ａ、Ｂの両方の風量を増加することによって、通常運転と比較して短時間で加湿目標値Ｘ＿ｓｅｔに到達することが可能となる。

（高効率加湿運転の開始判定）
ＳＴ５ｂの高効率加湿運転の開始判定では、外部から設定された加湿目標値Ｘ＿ｓｅｔと現在の室内絶対湿度Ｘｉとの差が運転開始判定値（第３の閾値）δより小さいか否かに基づいて開始判定を行う。高効率加湿運転時には二つの空気流路の内、水分移動速度が低い流路（吸着剤が図２である場合は排気放出経路Ｂ）の風量を増加することによって高効率に加湿量を増加することができ、通常運転と比較して短時間で加湿目標Ｘ＿ｓｅｔに到達し、かつ加湿能力増加運転時よりも省エネにすることが可能となる。

また、加湿能力増加運転の開始判定値γと高効率加湿運転開始判定値δの値も、上記の開始判定値αとβと同じように値を変化させることによって除湿目標値に達成するまでの運転内容を変更することが可能となる。

さらに、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時で、換気風量を減少させても問題ないことが二酸化炭素センサーなどで確認できる場合には、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ルギー運転が可能となる。

また、本実施の形態１の空気調和装置に使用する吸着剤は、図２に示されるように、水分吸着手段１０を通過する空気流速の増加に応じて水分移動速度が大きく増加する領域を有するが、その通過風速は、例えば１〜５ｍ／ｓの範囲で制御されることが望ましい。また、図２の吸着剤は、脱着速度が吸着速度より速いが、本発明はそれに限定されない。したがって吸着速度が脱着速度よりも速い吸着剤を使用することも可能であり、そのようにした場合には、高効率運転時には上記にて示した風路と逆の風路の風量を増加させることによって高効率運転が可能になる。

加えて、除湿時、加湿時に高効率運転をする時に水分移動速度の差が大きく、片方の風量を最大限増加させた場合でも吸着速度と脱着速度が等しくならない場合には、水分移動速度が低速な空気流路を最大風量にし、他方の空気流路を標準風量とすることで高効率運転とする。

また、水分吸着手段１０は、装置の風路断面積に対して多くの通風断面積を大きくとれるように、風路断面に沿った多角形の多孔質平板などの形状にして、厚さ方向に空気が通過できるように構成したものに吸着剤を塗布、表面処理又は含浸したものを二つの経路に跨って平行移動できるようにしたものを使用してもよく、本実施の形態１の水分吸着手段の形状に限定されるものではない。

また、吸着剤が担持され、各風路に一つずつ配置された吸着熱交換器を有する冷媒回路が冷媒循環を切り換えると同時に、各ダンパの開閉により空気通路を切り換えて、吸着熱交換器を通過して除湿または加湿した空気を室内へ連続的に供給し、風量の増減が可能な装置でもよく、本実施の形態１の装置構成に限定されるものではない。

上記の空気調和装置に関する説明において、圧縮機４０は空気調和装置のそばに設置される構成としているが、室外機などの別ユニット内に、圧縮機４０や四方弁６０などの構成部品の一部を収めて別置とすることも可能である。振動が発生する圧縮機４０を、空気調和装置内の構成から外すことができるため、空気調和装置の小型化、軽量化及び低騒音化が可能となる。また、稼動部品が多い圧縮機４０を別置とすることで、圧縮機４０が故障した際のメンテナンスが容易となる。

実施の形態２．
図１７及び図１８は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の回路構成図であり、上記の実施の形態１の空気調和装置の各風路上流に全熱交換器２１を設置した空気調和装置を示している。図１７は冷房除湿時の運転動作であり、図１８は暖房加湿時の運転動作である。
冷媒回路の動きは本実施の形態１の空気調和装置と同じであるので省略する。全熱交換器２１を設置することによって、外気ＯＡと室内空気ＲＡとで全熱交換が可能なため、熱交換器２０ａ、２０ｂを通過前の空気温湿度が除湿経路では温度が低下し、加湿経路では温度が上昇するため、熱交換負荷を低減することが可能になり、冷媒の高低圧の差を小さくすることができる。このため、圧縮機４０の入力を減少することが可能となる。また、全熱交換器２１の通過時に、外気ＯＡは室内空気ＲＡと全熱交換するために、冷房除湿時には除湿され、暖房加湿時には加湿される。したがって、装置全体での除加湿量を増加することが可能になる。

１ 装置筐体、２ａ、２ｂ 吸込口、３ａ、３ｂ 吹出口、１０ 水分吸着手段、２０ａ、２０ｂ 熱交換器、２１ 全熱交換器、３０ａ、３０ｂ 送風機、４０ 圧縮機、５０ 膨張弁、６０ 四方弁、７０ａ〜７０ｃ 温度センサー、８０ａ〜８０ｉ 温湿度センサー、９０ａ、９０ｂ 風速センサー、１００ 空気調和装置、２００ 顕熱処理装置用の空気調和装置、Ａ 外気導入経路、Ｂ 排気放出経路、ＯＡ 外気、ＲＡ 室内空気、ＳＡ 室内導入空気。

Claims (8)

1. 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、
   同じ空気流速時には脱着水分移動速度が吸着水分移動速度より速い特性を有し、前記第１の空気流路を流れる空気の水分を吸着し、前記第２の空気流路へ水分を放出する水分吸着手段と、
   前記第１の空気流路の前記水分吸着手段の上流側に設けられ、当該第１の空気流路を流れる空気を冷却する冷却手段と、
   前記第２の空気流路の前記水分吸着手段の上流側に設けられ、当該第２の空気流路を流れる空気を加熱する加熱手段と、
   前記水分吸着手段の吸着速度及び放出速度を調整することにより前記水分吸着手段の除湿能力を制御する制御手段と、
   を備え、
   （ａ）除湿運転起動時に、前記第１の空間又は前記第２の空間の湿度が第１の所定の湿度を超えて高湿である場合には、前記第２の空気流路の風量を増大して前記水分吸着手段の放出速度を上昇させる急速除湿運転を所定時間行い、
   （ｂ）前記急速除湿運転の後、前記第２の空間の絶対湿度又は相対湿度と予め設定された湿度との差が第１の閾値（β）内か否かを判定し、前記第１の閾値（β）内に無い場合には、前記水分吸着手段の吸着速度と放出速度との偏差が小さくなるように、前記第１の空気流路の風量を増大する高効率除湿運転を行い、
   （ｃ）前記急速除湿運転の後、前記第２の空間の絶対湿度又は相対湿度と予め設定された湿度との差が、第２の閾値（α）内か否かを判定し、前記第２の閾値（α）内に無い場合には、前記第１の空気流路及び第２の空気流路の風量を増加して前記水分吸着手段の水分移動速度を上昇させる除湿能力増加運転を行う
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記第１の空間又は前記第２の空間の相対湿度又は絶対湿度を検知する湿度検知手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記湿度検知手段により検知された湿度が前記第１の所定の湿度を越えている場合には、前記急速除湿運転を所定時間行うことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記第２の空間の絶対湿度又は相対湿度を検知する湿度検知手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記湿度検知手段により検知された湿度と、予め設定された湿度との差が前記第１の閾値（β）内か否かを判定し、前記第１の閾値（β）内に無い場合には、前記高効率除湿運転を行うことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
4. 前記第２の空間の絶対湿度又は相対湿度を検知する湿度検知手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記湿度検知手段により検知された湿度と、予め設定された湿度との差が、前記第２の閾値（α）内か否かを判定し、前記第２の閾値（α）内に無い場合には、前記除湿能力増加運転を行うことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
5. 前記水分吸着手段は、
   通過する空気流速の増加に応じて水分移動速度が大きく増加する領域を有する水分吸着剤を備えていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の空気調和装置。
6. 前記水分吸着手段の通過風速は、１〜５ｍ／ｓの範囲であることを特徴とする請求項５に記載の空気調和装置。
7. 前記第１の空間は室外空間であり、前記第２の空間は室内空間である
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の空気調和装置。
8. 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を
   更に備えたことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の空気調和装置。

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