JP5127870B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気を除湿もしくは加湿して調整する空気調和装置に関するものである。

従来、空気の湿度を調節する空気調和装置の装置構成としては、吸着経路と脱着経路が対向流である装置構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。

従来の空気調和装置の水分吸着手段は空気流路方向に対して水平軸回りに回転する円板状のロータが吸着経路と脱着経路にまたがって配置される装置構成が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００５−３４８３８号公報（請求項１、第１図） 特開２００８−２０７０４６号公報（請求項１、第１図）

上記の特許文献１に記載の空気調和装置では空気経路が対向流であり、となり合った風路の差圧が大きくなり、一方の風路から他方の風路への空気漏洩が水分吸着手段の回転摺動部で起こりやすく、除加湿能力が低下することがあった。

また、上記の特許文献２に記載の空気調和装置では円板状のロータを使用するため、通風面積を大きくするためにはロータ直径を大きくする必要があるため、装置全体も大型化し、また除加湿能力を上昇させるためにロータ厚みを増加させると圧力損失が大きくなる傾向があった。

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、第一の目的は、二つの風路間の差圧を減少させることによって他方の流路へ空気が漏洩して除加湿能力が低減することなく、風路構成が単純にできる空気調和装置を提供することにある。また、本発明の第二の目的は、水分吸着手段の除加湿能力を低減することなく、圧力損失を低減させ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、圧縮機、四方弁、第一の絞り装置、第二の絞り装置、第三の絞り装置、第一の熱交換器、第二の熱交換器、第三の熱交換器、及び第四の熱交換器が順次配管で接続された冷媒回路と、第１の空間から第２の空間に向かう空気の流れを形成する第１の空気流路と、第２の空間から第１の空間に向かう空気の流れを形成する第２の空気流路と、第１もしくは第２の空気流路において空気を加熱する加熱手段と、第１の空気流路と第２の空気流路とを跨がって移動し、第１もしくは第２の空気流路のいず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動作を交互に繰り返すことが可能な調湿ユニットと、第一の熱交換器、第二の熱交換器、第三の熱交換器、及び第四の熱交換器に流れる冷媒の蒸発温度を検知する検知手段と、検知手段の検出結果に基づいて第一の絞り装置、第二の絞り装置、及び第三の絞り装置の開度を制御する制御手段と、を備え、調湿ユニットは、水分吸着手段を備え、開口が形成された中間部を有し、調湿ユニットを通過する第１の空気流路と第２の空気流路の空気の流れ方向が並行流であり、第一の熱交換器は、第１の空気流路の調湿ユニットの上流に設けられ、第二の熱交換器は、第１の空気流路の調湿ユニットの中間部付近に設けられ、第三の熱交換器は、第２の空気流路の調湿ユニットの上流に設けられ、第四の熱交換器は、第２の空気流路の調湿ユニットの中間部付近に設けられ、第一の絞り装置は、第一の熱交換器と第二の熱交換器との間に接続され、第二の絞り装置は、第一の熱交換器と第三の熱交換器との間に接続され、第三の絞り装置は、第三の熱交換器と第四の熱交換器との間に接続され、制御手段は、水分吸着手段が第１もしくは第２の空気流路から他方の空気流路へ移動する時に水分吸着手段内部の通風入口と出口を反転させ、冷房運転をする場合において、第一の熱交換器に供給される冷媒の蒸発温度が、第一の熱交換器に供給される空気の露点温度（ＯＡ）よりも高くなるように、第二の絞り装置の開度を調整し、第二の熱交換器に供給される冷媒の蒸発温度が、第一の熱交換器の露点温度（ＯＡ）よりも低く、調湿ユニットの中間部内の空気であって第二の熱交換器に供給される空気の露点温度（ＳＡ１）よりも高くなるように第一の絞り装置の開度を調整し、暖房運転をする場合において、第三の熱交換器に供給される冷媒の蒸発温度が、第三の熱交換器に供給される空気の露点温度（ＲＡ）よりも高くなるように、第二の絞り装置の開度を調整し、第四の熱交換器に供給される冷媒の蒸発温度が、第三の熱交換器の露点温度（ＲＡ）よりも低く、調湿ユニットの中間部内の空気であって第四の熱交換器に供給される空気の露点温度（ＲＡ１）よりも高くなるように第三の絞り装置の開度を調整するものである。

本発明の空気調和装置によればは、中空の円筒状の調湿ユニットに水分吸着手段を配置し、ある一定時間ごとに風路方向に対して垂直な回転軸に対して１８０°回転することによって、外気導入経路と排気放出経路が並行流としても除加湿能力の低下を防ぐことが可能である。また、水分吸着手段の通風面積を大きくすることによって水分吸着手段通過時の圧力損失を低減させることが可能であり、送風手段の動力を低減させることによって省エネが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の回路構成図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置のセンサー配置図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の運転時における水分吸着手段の動作図である。 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空気状態の測定点の配置図である。 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制御ブロック図である。 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る。 本発明の実施の形態２の空気調和装置の冷房除湿運転時における風路、冷媒回路構成図である。 本発明の実施の形態２の空気調和装置の冷房除湿運転時における冷媒回路のモリエル線図である。 本発明の実施の形態２の空気調和装置の暖房加湿運転時における風路、冷媒回路構成図である。 本発明の実施の形態２の空気調和装置の暖房加湿運転時における冷媒回路のモリエル線図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の回路構成図である。

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回路構成図である。空気調和装置は二つの空気経路である外気導入経路ａ、排気放出経路ｂと、四つの空気温度調節手段２０ａ〜２０ｄと、調湿ユニット１００と、送風手段３０ａ、３０ｂで構成されている。また、調湿ユニット１００は略円筒状の内筒とこの内筒の回転中心とほぼ同じ回転中心を有する略円筒状の外筒とを有する円筒を二重構成にした円筒状ケーシング１１と、このケーシング１１の内筒と外筒に囲まれた空間に設けられ、ケーシング１１の内筒もしくは外筒に沿って移動することが可能な四つの水分吸着手段１０ａ〜１０ｄと水分吸着手段１０ａ〜１０ｄを回転駆動する駆動部１２とから構成されている。なお内筒、外筒、および駆動部は空気が通過可能なように構成されている。また、空気温度調節手段２０ａは外気導入経路ａにおける調湿ユニット１００の上流に配置されており、ここの空気を加熱または冷却する。また、空気温度調節手段２０ｂは外気導入経路ａにおけるケーシング１１の内筒の空間部に配置されており、ここの空気を加熱または冷却する。また、空気温度調節手段２０ｃは排気放出経路ｂにおける調湿ユニット１００の上流に配置されており、ここの空気を加熱または冷却する。また、空気温度調節手段２０ｄは排気放出経路ｂにおけるケーシング１１の内筒の空間部に配置されており、ここの空気を加熱または冷却する。外気導入経路ａでは外気ＯＡは空気温度調節手段２０ａ、水分吸着手段１０ａもしくは１０ｄ、空気温度調節手段２０ｂ、水分吸着手段１０ｂもしくは１０ｃを通過し、送風手段３０ａによって給気ＳＡとして室内に供給される。排気放出経路ｂでは還気ＲＡは空気温度調節手段２０ｃ、水分吸着手段１０ｂもしくは１０ｃ、空気温度調節手段２０ｄ、水分吸着手段１０ａもしくは１０ｄを通過し、送風手段３０ｂによって排気ＥＡとして室外へ放出される。

図２は本発明の実施の形態１に係る空気調和装置のセンサー配置図である。外気導入経路ａと排気放出経路ｂ内には、温度と湿度（相対湿度もしくは絶対湿度、湿球温度、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。）を測定する温湿度センサー１ａ〜１ｊ、風速センサー３ａ、３ｂが設置されている。

外気導入経路ａ内に配置された温湿度センサー１ａは外気ＯＡの温湿度を測定し、温湿度センサー１ｂは空気温度調節手段２０ａ通過後の温湿度を測定し、温湿度センサー１ｃは水分吸着手段１０ａもしくは１０ｄを通過した後の空気（ＳＡ１）の温湿度を測定する。また、温湿度センサー１ｄは空気温度調節手段２０ｂ通過後の温湿度を測定し、温湿度センサー１ｅは水分吸着手段１０ｂもしくは１０ｃを通過した後の温湿度を測定する。また、風速センサー３ａは給気ＳＡの風速を測定する。

排気放出経路ｂ内に配置された温湿度センサー１ｆは還気ＲＡの温湿度を測定し、温湿度センサー１ｇは空気温度調節手段２０ｃ通過後の温湿度を測定し、温湿度センサー１ｈは水分吸着手段１０ｂもしくは１０ｃを通過した後の空気（ＥＡ１）の温湿度を測定する。また、温湿度センサー１ｉは空気温度調節手段２０ｄ通過後の温湿度を測定し、温湿度センサー１ｊは水分吸着手段１０ａもしくは１０ｄを通過した後の温湿度を測定する。また、風速センサー３ｂは排気ＥＡの風速を測定する。

また、空気温度調節手段には温度センサー２ａ〜２ｄが設置されている。温度センサー２ａは空気温度調節手段２０ａの加熱部もしくは冷却部温度を測定し、温度センサー２ｂは空気温度調節手段２０ｂの加熱部もしくは冷却部温度を測定する。また、温度センサー２ｃは空気温度調節手段２０ｃの加熱部もしくは冷却部温度を測定し、温度センサー２ｄは空気温度調節手段２０ｄの加熱部もしくは冷却部温度を測定する。

なお、空気温度調節手段２０ａ〜２０ｄ通過後の温湿度は、空気温度調節手段２０ａ〜２０ｄの上流の温湿度センサーの測定結果と空気温度調節手段２０ａ〜２０ｄの加熱部、もしくは冷却部温度の測定結果から演算することも可能であり、省略してもよい。

さらに、温湿度センサー１ａ〜１ｊは測定領域温度と相対湿度、絶対湿度、露点、湿球温度のいずれかが分かればよいので、乾球温度計と湿球温度計など二つのセンサーによって測定してもよく、センサーの数は限定されるものではない。

また、風速センサー３ａ、３ｂは測定部風路の断面積と温湿度と風速を合わせて処理風量を演算できればよく、各経路の入口などに配置してもよく、センサーの配置位置は限定されるものではない。

次に、図１を用いて外気導入経路ａについて説明する。
外気ＯＡは図示しない吸込口から吸い込まれ、第１の空気温度調節手段２０ａを経た後、水分吸着手段１０ａもしくは１０ｄにて排気放出経路ｂを流れる還気ＲＡとの間で、水分交換を行うことによって除湿もしくは加湿され、更に第２の空気温度調節手段２０ｂを通過した後、水分吸着手段１０ｂもしくは１０ｃにて排気放出経路ｂを流れる空気（ＥＡ１）との間で、水分交換を行うことによって除湿もしくは加湿され、送風手段３０ａを経て、給気ＳＡとして室内へ供給される。

次に、排気放出経路ｂについて説明する。
還気ＲＡは図示しない吸込口から吸い込まれ、第３の空気温度調節手段２０ｃを経た後、水分吸着手段１０ｂもしくは１０ｃにて外気導入経路ａを流れる外気ＯＡとの間で、水分交換を行うことによって除湿もしくは加湿され、更に第４の空気温度調節手段２０ｄを通過した後、水分吸着手段１０ａもしくは１０ｄにて外気導入経路ａを流れる空気（ＳＡ１）との間で、水分交換を行うことによって除湿もしくは加湿され、送風手段３０ｂを経て、排気ＥＡとして室外へ排出される。

水分吸着手段１０ａ〜１０ｄの回転機構は、たとえばモーターなどの駆動力をベルトや歯車を介して駆動部品１２に伝達することにより内筒と外筒を備えた二重円筒から成る円筒状のケーシング１１に沿って回転移動が可能となっている。ただし図１では、駆動部品１２を回転させるモーターなどについては省略している。

ここでの水分吸着手段１０ａ〜１０ｄとは、水分吸着手段１０ａ〜１０ｄの移動方向に沿った多角形の多孔質板で構成されており、厚さ方向に空気が通過できるように構成したものである。また、前記多孔質板表面には、ゼオライト、シリカゲル、高分子収着剤等のような相対的に湿度の高い空気から吸湿して相対的に湿度の低い空気に対して放湿する特性を有する吸着剤を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。なお、本実施例では円形に沿った４つの多孔質板の水分吸着手段１０ａ〜１０ｄについて説明を行ったが、同様の効果が得られるのであれば、多孔質板の数、水分吸着手段の形状は限定しないものとする。

水分吸着手段１０ａ〜１０ｄは円筒状のケーシング１１内を駆動部品１２によって回転移動することが可能であり、本実施の形態１では一定時間ごとに１８０°回転する。ある時間周期ｔで１８０°回転する場合、ある時間Ｔでは図３（ａ）のように配置されている水分吸着手段１０ａ〜１０ｄは、時間ｔ経過後の時間Ｔ+ｔには図３（ｂ）のように配置が変化し、さらに時間ｔ経過後の時間Ｔ+２ｔには図３（ａ）の配置に戻り、以降はこの配置を繰り返す。また、時間周期ｔは空気条件、風量、目標除加湿量によって任意に変更することが可能であり、限定しないものとする。

ケーシング１１は外気導入経路ａと排気放出経路ｂの内部では通風方向に対して空気が通過できるようになっており、内部に配置された水分吸着手段１０ａ〜１０ｄを空気が通過するようになっている。また、ケーシングの通風面積は本発明においては最大となるようにしているが通過風速を制御する目的で通風面積を任意の大きさに変更してもよく、経路ごとに通風面積が異なってもよい。

また、ケーシング１１の直径は本発明において風路の外形を変えずに最大通風面積を得るために外気導入経路ａと排気放出経路ｂの幅の和と同等になっているが、目標除加湿量が得られればよいので装置コンパクト化の目的でケーシングの直径を任意の大きさに変更してもよく、本実施の形態１の大きさに限定しないものとする。

駆動部品１２はモーター等の駆動手段を通じてケーシング１１の形状に沿って水分吸着手段１０ａ〜１０ｄを回転移動させる機構を有する。駆動手段に用いるモーターにＤＣモーターを用いて回転数を変化させたり、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たりして、水分吸着手段１０ａ〜１０ｄの回転速度を制御することができ、空気条件、風量、時間に応じて水分吸着手段１０ａ〜１０ｄの移動速度を制御することが可能である。

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。

送風手段３０ａ、３０ｂは風量を制御することが可能であり、例えば空気条件に応じて風量を設定したり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が可能であり、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。

また、送風手段３０ａ、３０ｂの風量を制御することによって水分吸着手段１０ａ〜１０ｄを通過する空気の流速も変化する。水分吸着手段１０ａ〜１０ｄの吸着、脱着時の空気と吸着剤間の水分の移動速度は図４のように空気の流速が増加すると増加するため、除加湿能力を上昇させることが可能となる。

送風手段３０ａ、３０ｂは本発明の実施の形態１においては最下流に配置されているが、二つの空気流路の目標の風量が得られればよいので、最上流に配置してもよく、送風手段３０ａ、３０ｂの配置位置は限定しないものとする。

続いて、空気経路ａ、ｂ内に配置されている空気温度調節手段２０ａ〜２０ｄについて説明する。
調湿ユニット１００の上流に配置される空気温度調節手段２０ａ、２０ｃは、外気ＯＡと還気ＲＡの相対湿度を調整し、調湿ユニット１００の内部に配置される空気温度調節手段２０ｂ、２０ｄは一度空気温度調節手段２０ａ、２０ｃで水分交換を行った空気ＳＡ１と空気ＥＡ１の相対湿度を調節し、水分吸着手段１０ａ〜１０ｄ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１０ａ〜１０ｄの水分吸着と脱着の速度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から式１のように決定し、一般的に水分吸着手段１０ａ〜１０ｄ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１０ａ〜１０ｄ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。これにより除加湿能力を大きくすることができる。空気温度調節手段２０ａ〜２０ｄは、この相対湿度差を大きくする目的で設けられている。

本発明の実施の形態１で使用される空気温度調節手段２０ａ〜２０ｄは加熱手段として用いるときはヒータ等の出力をサイリスタユニットによって制御する装置と、冷却手段としてはブラインクーラーなどを使用し、冷媒温度を制御する装置を組み合わせたものなどであり、通過後の空気温度を外部から設定された空気温度に制御することが可能である。また、ペルチェ素子などを使用して空気を加熱、冷却の両方が可能な装置でもよく、装置構成を限定するものではない。

外気ＯＡと還気ＲＡの相対湿度差が大きい場合は空気温度調節手段２０ａ、２０ｃを使用せずに水分交換が可能であり、また、空気温度調節手段２０ａ、２０ｃによって大きく相対湿度差がある場合には空気温度調節手段２０ｂ、２０ｄを使用しなくても、空気ＳＡ１と空気ＥＡ１の水分交換が可能であるため、使用時の空気条件の範囲によっては配置する必要がない場合があり、空気温度調節手段の数、配置場所は限定しないものとする。

《システム構成》
図５、図６を用いて、本実施の形態１の冷房除湿運転時について説明する。

図６（ａ）は外気導入経路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。また、空気状態を示す「状態（１）〜状態（１０）」は、図５におけるかっこで囲った数字「１〜１０」にそれぞれ対応している。

図５において、空気調和装置の冷房除湿運転時には、空気温度調節手段２０ａ、２０ｂは冷却手段として使用され、空気温度調節手段２０ｃ、２０ｄは加熱手段として使用されている。

《空気側回路の動作説明》
冷房除湿運転時における空気側回路の動作について図６（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
（外気導入経路ａ）
本発明における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）が空気温度調節手段２０ａに送り込まれる。ここで空気温度調節手段２０ａは冷却手段として作用しており、導入空気は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、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１０ａもしくは１０ｄに流入し、吸着材により水分が吸着・除湿された吸着除湿空気ＳＡ１（状態３）となる。吸着除湿空気ＳＡ１は更に、空気温度調節手段２０ｂに送り込まれる。ここで空気温度調節手段２０ｂは冷却手段として作用しており、吸着除湿空気ＳＡ１は熱交換して冷却される（状態４）。冷却された空気ＳＡ１は水分吸着手段１０ｂもしくは１０ｃに流入し、吸着材により水分が吸着・除湿された空気（給気）ＳＡ（状態５）となり、送風手段３０ａによって室内に供給される。

（排気放出経路ｂ）
本発明における空気調和装置の排気放出経路ｂでは、還気ＲＡより導入された導入空気（状態６）が空気温度調節手段２０ｃに送り込まれる。ここで空気温度調節手段２０ｃは加熱手段として作用しており、導入空気は熱交換して加熱される（状態７）。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１０ｂもしくは１０ｃに流入し、吸着材により水分が脱着・加湿される。そして脱着・加湿された空気ＥＡ１（状態８）は更に空気温度調節手段２０ｄに送りこまれる。ここで空気温度調節手段２０ｄは加熱手段として作用しており、空気ＥＡ１は熱交換して加熱される（状態９）。加熱された空気ＥＡ１は水分吸着手段１０ａもしくは１０ｄに流入し、吸着材により更に水分が脱着・加湿された空気（排気）ＥＡ（状態１０）となり、送風手段３０ｂによって室外に排出される。

次に、図５、図７を用いて、本実施の形態１の暖房加湿運転時について説明する。

図７（ａ）は外気導入経路ａにおける作動状態の動きを示す湿り空気線図、図７（ｂ）は排気放出経路ｂにおける作動状態の動きを示す湿り空気線図である。また、空気状態を示す「状態（１）〜状態（１０）」は、図５におけるかっこで囲った数字「１〜１０」にそれぞれ対応している。

図５において、空気調和装置の暖房加湿運転時には、空気温度調節手段２０ａ、２０ｂは加熱手段として使用され、空気温度調節手段２０ｃ、２０ｄは冷却手段として使用されている。

《空気側回路の動作説明》
暖房加湿運転時における空気側回路の動作について図７（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
（外気導入経路ａ）
本発明における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）が空気温度調節手段２０ａに送り込まれる。ここで空気温度調節手段２０ａは加熱手段として作用しており、導入空気は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１０ａもしくは１０ｄに流入し、吸着材により水分が脱着・加湿される。そして加湿された空気ＳＡ１（状態３）は更に空気温度調節手段２０ｂに送りこまれる。ここで空気温度調節手段２０ｂは加熱手段として作用しており、加湿された空気ＳＡ１は熱交換して加熱される（状態４）。加熱された空気ＳＡ１は水分吸着手段１０ｂもしくは１０ｃに流入し、吸着材により更に水分が脱着・加湿された空気ＳＡ（状態５）となり、送風手段３０ａによって室内に供給される。

（排気放出経路ｂ）
本発明における空気調和装置の排気放出経路ｂでは、還気ＲＡより導入された導入空気（状態６）が空気温度調節手段２０ｃに送り込まれる。ここで空気温度調節手段２０ｃは冷却手段として作用しており、導入空気は熱交換して冷却される（状態７）。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１０ｂもしくは１０ｃに流入し、吸着材により水分が吸着・除湿された吸着除湿空気ＥＡ１（状態８）となる。吸着除湿空気ＥＡ１は更に、空気温度調節手段２０ｄに送り込まれる。ここで空気温度調節手段２０ｄは冷却手段として作用しており、空気ＥＡ１は熱交換して冷却される（状態９）。冷却された空気ＥＡ１は水分吸着手段１０ａもしくは１０ｄに流入し、吸着材により水分が吸着・除湿された空気ＥＡ（状態１０）となり、送風手段３０ｂによって室外に排出される。

《システム制御方法》
図８にこれらの温湿度センサー１ａ〜１ｊ、温度センサー２ａ〜２ｄ、風速センサー３ａ、３ｂによる計測制御システム構成を示す。これらのセンサーは空気調和装置を制御する制御回路４ａに接続される。制御基板ではこれらの温湿度と風速の情報を取得する。温度センサー２ａ〜２ｄの出力と外部より設定される目標空気温度から空気温度調節手段２０ａ〜２０ｄの加熱もしくは冷却容量を制御し、風速センサー３ａ、３ｂの出力と目標風量から送風手段３０ａ、３０ｂの風量を制御し、外部より設定された湿度目標と温湿度センサー１ａ〜１ｊの出力から水分吸着手段１０ａ〜１０ｄの移動周期ｔの制御を行うことが可能である。

このようにして得られる空気調和装置は、水分吸着手段１０ａ〜１０ｄの配置が空気進行方向に対して垂直方向に回転軸を持って駆動部品に沿って１８０°回転移動することによって、水分吸着手段１０ａ〜１０ｄは外気導入経路ａと排気放出経路ｂの間を移動する際に通風方向と、各経路における水分吸着手段の前後配置が逆転するために、一般的な空気進行方向に対して平行方向に回転軸を持ったデシカントロータを使用した空気調和装置の風路が対向流である場合と同様の除加湿量が図９に示す並行流で得られ、装置構成が簡素化できる。

また、二つの風路を並行流にすると、隣り合った風路間の差圧が対向流と比較して小さくなるために、風路間の差圧による空気漏えい量が減少し、除加湿能力の低下を防ぐことが可能になる。また、デシカントロータを使用する場合と比較して、曲板のほうが、通風面積を大きくとることが可能であるため水分吸着手段１０ａ〜１０ｄを通過する際の圧力損失を低下させることが可能となる。

さらに、一つの経路に対して水分吸着手段を二回通過し、一度目の水分交換の後に空気温度調節手段２０ｂもしくは２０ｄが配置されているために、相対湿度を変化させて、除加湿能力を上昇させることが可能となる。

ドレンレスで除湿を行う場合は一般に除湿領域に配置される空気温度調節手段の冷却部温度を冷房除湿時は外気ＯＡ、暖房加湿時は還気ＲＡの露点温度以上にする必要があるが、本発明の空気調和装置では冷房除湿時は第二の空気温度調節手段２０ｂ、暖房加湿時には第四の空気温度調節手段２０ｄの通過空気は上流に配置された水分吸着手段１０ａ〜１０ｄのいずれかによって除湿されているために、冷房除湿時の外気ＯＡ、または暖房加湿時の還気ＲＡの露点以下に冷却部温度を設定することが可能となりドレンレス除湿時の除湿能力を上昇させることが可能となる。

実施の形態２．
図９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る。
次に、本実施の形態２の除湿装置の構成を図９に基づいて説明する。
図９の空気調和装置は圧縮機４０と、膨張弁５０ａ〜５０ｃと、四方弁６０と、逆止弁７０ａ、７０ｂと、熱交換器２１ａ〜２１ｄで構成される冷媒回路２００と、水分吸着手段１０ａ〜１０ｄとケーシング１１と駆動部品１２からなる調湿ユニット１００と、送風手段３０ａ、３０ｂで構成されている。熱交換器は四方弁を切り替えることによって熱交換器を凝縮器、または蒸発器として動作させ、凝縮器、蒸発器は実施の形態１の空気温度調節手段２０ａ〜２０ｄと同じく、通過空気を加熱、もしくは冷却する。以下実施の形態１と同一の箇所である空気調和装置の空気流路側のセンサー配置や、空気側回路の動作などについては説明を割愛する。

《冷媒回路側のセンサー配置》
冷媒回路２００の熱交換器２１ａ〜２１ｄにはそれぞれ、温度センサー２ｅ〜２ｈが設置されており、それぞれの加熱部、もしくは冷却部温度を測定している。また、圧縮機４０の吐出温度を測定するために、温度センサー２ｉが設置している。

冷媒回路において使用される冷媒は、限定するものではなく、二酸化炭素、炭化水素若しくはヘリウムのような自然冷媒、ＨＦＣ４１０Ａ若しくは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若しくは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。

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５０ａ〜５０ｃの開度並びに四方弁６０の切替動作により行う。

図１０、図１１を用いて、本実施の形態２の冷房除湿運転時の動作について説明する。

《冷媒回路の接続》
冷房除湿運転時には、外気導入経路ａの熱交換器２１ａ、２１ｂは蒸発器として作用し、排気放出経路ｂの熱交換器２１ｃ、２１ｄは凝縮器として作用している。また、膨張弁５０ｃを閉じることによって冷媒は逆止弁７０ｂを通って膨張弁５０ｃをバイパスする。

また、冷房除湿運転時には熱交換器２１ｄ（凝縮器）、逆止弁７０ｂ（膨張弁５０ｃバイパス）、熱交換器２１ｃ（凝縮器）、膨張弁５０ａ、熱交換器２１ａ（蒸発器）、膨張弁５０ｂ、熱交換器２１ｂ（蒸発器）、圧縮機４０の吸入側がこの順番で回路構成される。

《冷媒回路の動作説明》
次に図１０を用いて、冷房除湿運転時の冷媒の流れを説明する。まず冷媒は圧縮機４０で圧縮され、高温高圧の気体となった冷媒が熱交換器２１ｄに流入する。熱交換器２１ｄで冷媒は高温高圧の気体の一部が液体に相変化して二相状態となり、熱交換器２１ｄを通過する空気を加熱する。その後、二相状態の冷媒は膨張弁５０ｃをバイパスして逆止弁７０ａを通過し、熱交換器２１ｃに流入する。熱交換器２１ｃで冷媒は二相状態から液体に変化し、熱交換器２１ｃを通過する空気を加熱する。液体となった冷媒は膨張弁５０ａを経て減圧され、低温低圧の液体と気体が混在した二相状態になり、熱交換器２１ａへ流入する。熱交換器２１ａでは冷媒の一部が液体から気体に相変化し、熱交換器２１ａを通過する空気を冷却する。熱交換器２１ａを通過後、冷媒は二相の状態で膨張弁５０ｂを経て更に減圧され、熱交換器２１ｂ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、再度高温高圧の気体となる。

外気導入経路ａに配置された熱交換器２１ａよりも熱交換器２１ｂが冷媒の流れにおいて膨張弁５０ａ、５０ｂ通過後に配置されているため、熱交換器２１ｂの蒸発温度は熱交換器２１ａの蒸発温度よりも低温になる。ドレンレスで除湿を行う場合は外気ＯＡの露点温度より熱交換器２１ａの蒸発温度を高温に制御することによって結露の発生を防ぎ、空気ＳＡ１の露点より熱交換器２１ｂの蒸発温度を高温にすることによってドレンの発生を防ぐことが可能になる。

次に、図１２、図１３を用いて、本実施の形態２の暖房加湿運転時について説明する。

《冷媒回路の接続》
暖房加湿運転時には、外気導入経路ａの熱交換器２１ａ、２１ｂは凝縮器として作用し、排気放出経路ｂの熱交換器２１ｃ、２１ｄは蒸発器として作用している。また、膨張弁５０ｂを閉じることによって冷媒は逆止弁７０ａを通って膨張弁６０ｂをバイパスする。

また、暖房加湿運転時には熱交換器２１ｂ（凝縮器）、逆止弁７０ａ（膨張弁５０ｂバイパス）、熱交換器２１ａ（凝縮器）、膨張弁５０ａ、熱交換器２１ｃ（蒸発器）、膨張弁５０ｃ、熱交換器２１ｄ（蒸発器）、圧縮機４０の吸入側がこの順番で回路構成される。

《冷媒回路の動作説明》
図１３を用いて、暖房加湿運転時の冷媒の流れを説明する。まず冷媒は圧縮機４０で圧縮され、高温高圧の気体となった冷媒が熱交換器２１ｂに流入する。熱交換器２１ｂで冷媒は高温高圧の気体の一部が液体に相変化して二相状態となり、熱交換器２１ｄを通過する空気を加熱する。その後、二相状態の冷媒は膨張弁５０ｂをバイパスして逆止弁７０ａを通過し、熱交換器２１ａに流入する。熱交換器２１ａで冷媒は二相状態から液体に変化し、熱交換器２１ａを通過する空気を加熱する。液体となった冷媒は膨張弁５０ａを経て減圧され、低温低圧の液体と気体が混在した二相状態になり、熱交換器２１ｃへ流入する。熱交換器２１ｃでは空気を冷却して冷媒の一部が液体から気体に相変化し、二相の状態で膨張弁５０ｃを経て更に減圧され、熱交換器２１ｄ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、再度高温高圧の気体となる。

《システム制御方法》
本実施の形態２では本実施の形態１で使用された温度センサー２ａ〜２ｄの代わりに、熱交換器２１ａの配管温度を検出する温度センサー２ｅ、熱交換器２１ｂの配管温度を検出する温度センサー２ｆ、熱交換器２１ｃの配管温度を検出する温度センサー２ｇ、熱交換器２１ｄの配管温度を検出する温度センサー２ｈ、圧縮機４０の吐出側に吐出温度検出用の温度センサー２ｉが設けられている。

図１４にこれらの温湿度センサー１ａ〜１ｇ、温度センサー２ｅ〜２ｉ、風速センサー３ａ、３ｂによる制御ブロックを示す。これらのセンサーは除湿装置を制御する制御回路４ｂに接続される。制御回路４ｂではこれらの温湿度と風速の情報を取得し、圧縮機４０の周波数、膨張弁６０ａ〜６０ｃの開度、送風手段３０ａ、３０ｂの風量、水分吸着手段１０ａ〜１０ｄの移動周期ｔの制御を行うことが可能である。

なお、本実施の形態２の冷媒回路は膨張弁５０ｂ、５０ｃを用いて蒸発器として作用している熱交換器２１ａ〜２１ｄのいずれか二つを異なる蒸発温度としているが、同一の温度でもよく、装置簡素化のために膨張弁５０ｂ、５０ｃと逆止弁７０ａ、７０ｂを設置しなくてもよく、膨張弁の数と逆止弁の数は限定しないものとする。

このようにして得られる空気調和装置は加熱手段、冷却手段にヒートポンプを使用することで高効率に空気温度を変化させることができ、圧縮機４０の周波数や、膨張弁６０ａ、６０ｂの開度を変化させることによって空気温度を設定した目標温度に制御することも可能となる。また、四方弁を切り替えるだけで加熱手段と冷却手段の役割を反転することが可能であるため、空気温度調節手段の機器が熱交換器のみになり、装置コンパクト化が可能となる。

実施の形態３．
本実施の形態３の空気調和装置の構成を図１５に基づいて説明する。
図１５に本実施の形態３の空気調和装置の各風路最上流に全熱交換器２２を設置した空気調和装置を示す。冷媒回路の動きは本実施の形態２の空気調和装置と同じであるので説明を省略する。

本実施の形態３では全熱交換器２２を設置することによって外気ＯＡと還気ＲＡで全熱交換が可能なため、熱交換器２１ａ、２１ｃ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。このため、熱交換器２１ａ、２１ｃの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。したがって、圧縮機４０の入力を減少させることが可能であり、省エネが可能である。

また、全熱交換器２２通過時に外気ＯＡは室内からの還気ＲＡと全熱交換するために、冷房除湿時には全熱交換器２２通過後の空気（外気）ＯＡは除湿され、暖房加湿時には全熱交換器２２通過後の空気（外気）ＯＡ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。

なお、上記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などの構成部品の一部を収めて別置き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。

１ａ〜１ｊ 温湿度センサー、２ａ〜２ｉ 温度センサー、３ａ、３ｂ 風速センサー、４ａ、４ｂ 制御回路、１０、１０ａ〜１０ｄ 水分吸着手段、１１ ケーシング、１２ 駆動部品、２０ａ〜２０ｄ 空気温度調節手段、２１ａ〜２１ｄ 熱交換器、２２ 全熱交換器、 ３０ａ、３０ｂ 送風手段、４０ 圧縮機、５０ａ〜５０ｃ 膨張弁、６０ 四方弁、７０ａ、７０ｂ 逆止弁、１００ 調湿ユニット、２００ 冷媒回路、ａ 外気導入経路、ｂ 排気放出経路、ＯＡ 外気、ＲＡ 還気、ＳＡ 給気、ＥＡ 排気。

Claims (7)

1. 圧縮機、四方弁、第一の絞り装置、第二の絞り装置、第三の絞り装置、第一の熱交換器、第二の熱交換器、第三の熱交換器、及び第四の熱交換器が順次配管で接続された冷媒回路と、
   第１の空間から第２の空間に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の空間に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もしくは第２の空気流路において空気を加熱する加熱手段と、
   前記第１の空気流路と前記第２の空気流路とを跨がって移動し、前記第１もしくは第２の空気流路のいず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動作を交互に繰り返すことが可能な調湿ユニットと、
   前記第一の熱交換器、第二の熱交換器、第三の熱交換器、及び第四の熱交換器に流れる冷媒の蒸発温度を検知する検知手段と、
   前記検知手段の検出結果に基づいて前記第一の絞り装置、前記第二の絞り装置、及び前記第三の絞り装置の開度を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記調湿ユニットは、
   水分吸着手段を備え、
   開口が形成された中間部を有し、
   前記調湿ユニットを通過する前記第１の空気流路と前記第２の空気流路の空気の流れ方向が並行流であり、
   前記第一の熱交換器は、前記第１の空気流路の前記調湿ユニットの上流に設けられ、前記第二の熱交換器は、前記第１の空気流路の前記調湿ユニットの中間部付近に設けられ、前記第三の熱交換器は、前記第２の空気流路の前記調湿ユニットの上流に設けられ、前記第四の熱交換器は、前記第２の空気流路の前記調湿ユニットの中間部付近に設けられ、
   前記第一の絞り装置は、前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器との間に接続され、前記第二の絞り装置は、前記第一の熱交換器と前記第三の熱交換器との間に接続され、前記第三の絞り装置は、前記第三の熱交換器と前記第四の熱交換器との間に接続され、
   前記制御手段は、
   前記水分吸着手段が前記第１もしくは第２の空気流路から他方の空気流路へ移動する時に前記水分吸着手段内部の通風入口と出口を反転させ、
   冷房運転をする場合において、
   前記第一の熱交換器に供給される冷媒の蒸発温度が、前記第一の熱交換器に供給される空気の露点温度（ＯＡ）よりも高くなるように、前記第二の絞り装置の開度を調整し、
   前記第二の熱交換器に供給される冷媒の蒸発温度が、前記第一の熱交換器の前記露点温度（ＯＡ）よりも低く、前記調湿ユニットの中間部内の空気であって前記第二の熱交換器に供給される空気の露点温度（ＳＡ１）よりも高くなるように前記第一の絞り装置の開度を調整し、
   暖房運転をする場合において、
   前記第三の熱交換器に供給される冷媒の蒸発温度が、前記第三の熱交換器に供給される空気の露点温度（ＲＡ）よりも高くなるように、前記第二の絞り装置の開度を調整し、
   前記第四の熱交換器に供給される冷媒の蒸発温度が、前記第三の熱交換器の前記露点温度（ＲＡ）よりも低く、前記調湿ユニットの中間部内の空気であって前記第四の熱交換器に供給される空気の露点温度（ＲＡ１）よりも高くなるように前記第三の絞り装置の開度を調整する
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記水分吸着手段は、
   相対的に湿度の高い空気から吸湿して相対的に湿度の低い空気に対して放湿する吸着剤を有し、
   多数の小透孔を有する通風体で構成された多角形の板である
   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
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。
4. 前記水分吸着手段が移動と停止を所定の周期で繰り返す
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
5. 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全熱交換器を設けた
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
6. 前記調湿ユニットの移動は回転移動であり、この回転移動の中心軸の方向は、前記第１の空気流路の空気流の方向もしくは前記第２の空気流路の空気流の方向と垂直である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気調和装置。
7. 前記調湿ユニットは、略円筒状の内筒とこの内筒の回転中心とほぼ同じ回転中心を有する略円筒状の外筒とを有するケーシングと、
   このケーシングの内筒と外筒に囲まれた空間に設けられ、前記内筒もしくは前記外筒に沿って移動することが可能な水分吸着手段と、
   この水分吸着手段の移動を駆動する駆動手段とを備えた
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の空気調和装置。

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