JP6300921B2 - 空調換気装置 - Google Patents

Description

本発明は、空調換気装置に関する。

空調換気装置は、給気と排気との間で熱交換を行う全熱交換器を内蔵しており、給気側の風路の全熱交換器の直後に加熱及び冷却を目的とする空調コイルを内蔵している。空調換気装置は、全熱交換器で給気と排気との間の熱交換を行い、熱交換後の給気を空調コイルで加熱又は冷却し、加湿又は除湿させながら室内空気と室外空気とを同時給排気によって換気する。

特許文献１に開示される調湿換気装置では、室外から室内に供給される給気と室内から室外へ排出される排気との間で熱交換を行い、室外温度が予め定めた基準温度以上の時は除湿機能を実行させ、室外温度が予め定めた基準温度未満の場合は加湿機能を実行させる制御を行う。

また、特許文献２に開示される換気装置は、予め設定されている室内温度及び室内湿度から求めた室内絶対湿度に対し、室内外空気の絶対湿度差に安全係数を加味した必要加湿量を満足させるため、換気空調装置から室内へ給気する給気空気の絶対湿度が基準値以上になるように、空調コイルの加熱量を外気温湿度に応じて制御する手段を有している。

熱交換換気装置の除湿制御では、外気温度が除湿運転可能範囲で外気湿度に関わらず常時、空調コイルの能力が１００％又はそれ以下の固定値で除湿機能を実行させる制御を行うものや、予めリモートコントローラで設定された目標温度と室内温度及び室外温度との測定結果により、熱交換後の空気温度を計算で求め、計算値と目標温度の温度差のみから空調コイルの能力が変化するように除湿機能を実行させる制御は公知であり、いずれも外気湿度に関係なく除湿運転を継続するため、室内外空気の絶対湿度差による除湿負荷が小さい場合でも、換気空調装置の吹き出し温度が下がりすぎ、吹き出しグリル表面に結露が生じるなどの問題があった。

室内で局所的な温湿度制御を行う例として、特許文献３に開示されている空気調和装置では、目標温度及び目標湿度を設定し、それを基に室内送風機、冷却除湿器及び再熱器を制御して、被空調域内の温湿度を制御可能とする制御装置を備えている。

また、特許文献４に開示される空気調和機は、除湿運転時には、検出された室内温度と外気温度とに基づいて運転モードを決定するとともに、室内湿度と室内設定湿度との差に応じた補正量を圧縮機回転数に与えて圧縮機を制御し、検出された室温と設定温度差に応じた補正量を室外ファン回転数に与えて室外ファンを制御し、圧縮機の補正と室外ファンの補正を所定の時間間隔で交互に行い設定した温湿度付近で安定した制御を行う場合もある。

特許文献５に開示される再熱除湿が可能な空気調和機の除湿制御では、空調室内の湿度又は絶対湿度と目標湿度又は絶対湿度との差ΔＸを算出し、ΔＸに基づいて目標蒸発温度を設定し、目標蒸発温度に基づいて圧縮機の回転数を制御する除湿制御を行うと同時に、検出した空調室内の温度と目標温度との差ΔＴｒを算出し、ΔＴｒに基づいて室内コイルの膨張弁の開度を制御する温度制御を行う場合もある。

特開２０００−９７４７８号公報 国際公開第２０１２／０７７２０１号 特開２００６−２９５９８号公報 特開２００１−４１５４１号公報 特開２０１２−１７８８９号公報

外気との換気を伴わずに温湿度制御を行う場合は、特許文献３，４，５に開示されるように、室内温度と目標温度とを比較、又は室内湿度と目標湿度とを比較して除湿運転を行う制御方式や、検出された室温や室内湿度に基づいて室温及び室内湿度を目標値に合わせ込む制御方式が採用されている。しかし、特許文献３，４，５に開示される発明は、室内外の吸排気流間で熱交換換気しながら空調コイルで除湿運転する制御ではないため、空調換気装置に適用することはできない。

また、室内外の吸排気流間で熱交換しながら、熱交換後の給気を空調コイルで加熱加湿又は除湿する空調換気装置の従来制御として、特許文献２に開示されるように、熱交換後の給気を空調コイルで加熱し、加湿器で加湿する場合は、室内外空気の絶対湿度差に安全係数を加味した必要加湿量を満足するように、空調換気装置から吹き出される空気の絶対湿度が、予め設定された室内目標絶対湿度以上になるように、空調コイルの加熱能力を外気温度湿度マップに基づいて制御している。しかし、特許文献２は、換気空調装置を冷房運転した場合の外気温湿度に応じて空調コイルの冷却能力を制御する手段について開示していない。

室内外の吸排気流間で熱交換換気しながら、空調コイルで除湿運転する場合の従来制御としては、特許文献１に開示されるように、室外温度と目標温度とを比較し、外気温度が目標温度以上では除湿運転し、外気温度が目標温度未満では加湿機能を実行する制御がある。

特許文献１の制御では、室内温度が低く、かつ室外温度が予め定めた基準温度未満の場合、例えば外気温度が低くて高湿の空気の場合には、空調コイルで除湿運転を行わず、給気と排気との間で熱交換した空気で室内湿度を必要以上に高くしてしまうという問題があった。

また、公知の制御として、室内外の吸排気流間で熱交換換気しながら、熱交換後の給気を空調コイルで除湿する空調換気装置では、外気湿度に関わらず外気温度が除湿運転可能範囲では、常時、空調コイルの冷却能力が１００％に固定されるか、又はそれ以下の冷却能力に固定され、予め設定された目標温度と計算値との温度差から空調コイルの目標冷却能力を決定し除湿運転制御を行っている。空調コイルのサーモのオンオフ判定は、外気温度のみを使用し外気湿度を判定式に入れず、リモートコントローラなどで設定する目標温度と空調コイル入口温度とを比較して、空調コイル入口温度が目標温度よりも低い場合は、空調コイルで冷却運転は行わず、熱交換器で熱交換した空気がそのまま室内に供給される。

例えば、室内温湿度が２６℃、５０％で外気温湿度が２２℃、７０％である場合、すなわち、室内が温度２６℃で絶対湿度０．０１０５ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）、室外が温度２２℃で絶対湿度０．０１１６ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）である場合、熱交換器の温度交換効率が７０％、湿度交換効率が７３％であるとすると、熱交換後の空気は２４．８℃、絶対湿度０．０１０８ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）となる。

この場合、熱交換後の絶対湿度は室内絶対湿度よりも高く、同時給排気による換気を継続すると室内絶対湿度が上昇し、不快感が発生しやすく、室内に設置された他の空調機の冷房負荷を上げてしまい、空調システム全体で省エネルギー運転に至らないことがある。

このように、室内外の給排気流間で熱交換換気しながら、熱交換後の給気を空調コイルで除湿する場合に、外気温度のみに基づいて空調コイルを制御すると、室内湿度を快適な範囲に保つことができない場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外気温度及び外気湿度に基づいて、室内へ給気する空気の絶対湿度が予め設定した目標絶対湿度以下となる冷却能力値で空調コイルを運転する空調換気装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、室内空気を室外へ排気するとともに、外気空気を予め設定した室内目標温度及び室内目標絶対湿度に調整して室内へ給気する空調換気装置であって、室外側吸込口と室内側吹出口とをつなぐ給気風路と、室内側吸込口と室外側吹出口とをつなぐ排気風路とを有するケーシングと、給気風路上に設置され、室外側吸込口から外気空気を吸い込み、室内側吹出口から室内へ給気する給気送風機と、排気風路上に設置され、室内側吸込口から室内空気を吸い込み、室外側吹出口から室外へ排気する排気送風機と、給気風路と排気風路との間に設置され、給気と排気との間で熱交換を行う熱交換器と、給気風路の熱交換器の下流側に設置され、熱交換後の外気空気に対しての冷却能力が多段階に変更可能である空調コイルと、外気空気の温度及び相対湿度を測定する外気温湿度センサと、外気空気の温度及び相対湿度の組合せごとに、給気の絶対湿度が、室内目標絶対湿度以下になるように室内外の絶対湿度差に対応する除湿負荷に基づいて冷却能力を定めた参照データを記憶し、冷房運転時に外気温湿度センサの測定結果と参照データとに基づいて、空調コイルの冷却能力値を決定する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明にかかる空調換気装置は、外気温度及び外気湿度に基づいて、室内へ給気する空気の絶対湿度が予め設定した室内目標絶対湿度以下となる冷却能力値で空調コイルを運転可能であるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態に係る空調換気装置の横断面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る空調換気装置の縦断面図である。 図３は、バイパス換気中の空調換気装置の断面図である。 図４は、外気温湿度センサの測定値に応じて制御される換気空調装置の空調コイルの能力値を外気温度及び外気湿度でゾーン分けした外気温度湿度マップの一例を示す図である。 図５は、予め設定する室内目標絶対湿度を高い値に設定変更した外気温度湿度マップを示す図である。 図６は、冷房モード又は除湿モードでの運転時の空調コイルの制御の流れを示すフローチャートである。 図７は、吹出リミッタ機能の動作の流れを示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る空調換気装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る空調換気装置の横断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る空調換気装置の縦断面図である。空調換気装置５０は、装置の箱体を構成するケーシング５の室外側に室外側吸込口１４及び室外側吹出口１３が一組設けられ、室内側に室内側吸込口１０及び室内側吹出口１２が一組設けられている。ケーシング５内には、室外側吸込口１４と室内側吹出口１２とを連通させ室外の空気を室内に給気する給気路と、室内側吸込口１０と室外側吹出口１３とを連通させ室内の空気を室外に排気する排気路とが全経路にわたり互いに独立して設けられている。給気路と排気路との間には、給気空気と排気空気との間で熱交換させる熱交換器３が設置されている。

給気路における給気流２２は、室外側吸込口１４から室外吸込用通風路１５を通り、熱交換器３の給気通路３１を通り、給気通風路１７を通り、給気送風機６を経由して、給気送風機６の下流側に設けられた空調コイル７及び加湿器８を備えた加湿風路部２７を通り、室内側吹出口１２から室外側へ吹き出す。図１では給気流２２を実線の矢印で示している。

また、排気流１８は、室内側吸込口１０から室内吸込用風路９を通り、熱交換器３の排気通路３０を通り、排気送風機１を経由して排気用通風路２を通って室外側吹出口１３から吹き出す。図１では排気流１８を破線の矢印で示している。

排気路には、排気流１８が熱交換器３を通らないようにするためのバイパス風路２１が設けられている。また、排気路には、排気流１８が通る風路を熱交換器３の排気通路３０とバイパス風路２１とのどちらかに切り替えるダンパ４が設けられている。

熱交換器３は、メンテナンスカバー１６を開くことにより、ケーシング５に水平方向から抜き差し可能であり、直列に二つ組み込まれる。排気通路３０と給気通路３１とはケーシング５の内部の熱交換器３において斜めに交差する。熱交換器３は、給気風路と排気風路との間に配設され給気と排気との間で連続的に熱交換を行い、室外空気を給気空気とし、室内空気を排気空気とする熱交換を行うことができる。

メンテナンスカバー１６の側から見て奥側の熱交換器３の奥側面とケーシング５の内面との間にバイパス風路２１が構成されている。ダンパ４を開閉することにより、バイパス風路２１を開放すると、排気送風機１により熱交換器３を通さずに室内空気を室外へ排気することもできる。これにより、給気と排気との間で熱交換を伴わない換気、いわゆるバイパス換気を行うことができる。

図３は、バイパス換気中の空調換気装置の断面図である。バイパス換気中、排気流１８は、バイパス風路２１を通り熱交換器３を通らない。したがって、給気流２２と排気流１８との間で熱交換は行われない。

また、空調換気装置５０は、換気動作を制御する制御部２３と動作モードの切替操作などを受け付けるリモートコントローラ２５とを備えている。制御部２３は、ＣＰＵ（central processing unit）２３ａやＲＡＭ（random access memory）２３ｂなどに加え、後述する外気温度湿度マップを不揮発に記憶する不揮発記憶装置２３ｃを備えている。不揮発記憶装置２３ｃは、例えば、ＮＶＲＡＭ（non-volatile random access memory）である。

空調コイル７の冷媒配管２６は、空調換気装置５０の箱体を構成するケーシング５から飛び出して配設されている。空調コイル７は、圧縮機、熱源側熱交換器、送風機及び絞り手段を有した熱源ユニット２４に冷媒配管２６で接続され冷凍サイクルを構成しており、リモートコントローラ２５での操作によって冷房運転と暖房運転との切替、換言すると除湿運転と加湿運転との切替が可能である。また、後述するように、空調コイル７の運転能力は、多段階に切替可能である。空調コイル７には、冷房運転及び暖房運転時に空調コイル７に流れる冷媒温度を測定するための冷媒温度センサとして液管温度センサ１１及びガス管温度センサ１９が設けられており、空調換気装置５０の空調コイル７に流れる冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段として電子膨張弁２０が設けられている。

また、空調コイル７及び加湿器８が配置された加湿風路部２７は、図２に示す上下方向に分割して配置された加湿風路上部３３と加湿風路下部３２とで構成されている。加湿風路上部３３は、発砲樹脂で空調コイル７及び加湿器８を覆う形に形成されている。加湿風路下部３２は、発砲樹脂製のドレン皿を備え、ドレン皿の水受け表面にプラスチック材を同時成形させ、発泡樹脂材への浸水を防いだ構造体となるように形成されている。加湿風路上部３３と加湿風路下部３２とは、上下方向で嵌め合い構造となっており、一体となって加湿風路部２７を形成する。

室外側吸込口１４と熱交換器３との間の室外吸込用通風路１５には、外気空気の温度及び相対湿度を測定する外気温湿度センサ２８が設けられている。また、室内側吸込口１０と熱交換器３との間の給気通風路１７には、室内空気の温度及び相対湿度を測定する室内温湿度センサ２９が設けられている。制御部２３は、外気温湿度センサ２８と室内温湿度センサ２９の測定結果である温湿度情報に基づいて空調コイル７の冷却能力を決定する。

熱交換器３を通過した外気空気は、空調コイル７によって冷却及び除湿され、給水を停止している加湿器８を通過して室内側吹出口１２から室内へ給気される。その際、空調コイル７の冷却能力量によって、除湿量及び吹出温度が調整される。

空調換気装置５０から室内に給気を直接吹き出す場合には、吹出空気温度が室内環境の露点以下になると、天井面に取り付けられている吹出グリルを冷やして、吹出グリル表面が結露してしまうため、露点温度以下にならないように調節する必要がある。

図４は、外気温湿度センサの測定値に応じて制御される換気空調装置の空調コイルの能力値を外気温度及び外気湿度でゾーン分けした外気温度湿度マップの一例を示す図である。この外気温度湿度マップは、予め設定する室内目標絶対湿度と外気温湿度センサ２８の温湿度測定値とから外気絶対湿度を計算し、室内外の絶対湿度差による除湿負荷を満たすように空調コイル７の冷却能力を制御して除湿するとともに、熱交換器３で熱交換された空気の絶対湿度が室内目標絶対湿度よりも低い場合には、空調コイル７に冷媒を流さず、熱交換器３による湿度回収分で除湿負荷を満たすように、空調コイル７の能力を制御するように構成されている。

具体的には、図４に示す外気温度湿度マップは、予め設定されている室内絶対湿度の基準値、例えば２６℃、相対湿度５０％の時の絶対湿度０．０１０５ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）を基にして、予め測定した熱交換器３の全熱交換効率を用いて、熱交換器３で全熱交換された後の給気の温度及び絶対湿度を、外気空気の温度である外気温度及び外気空気の湿度である外気湿度の組合せごとに計算したものである。

図４に示す外気温度湿度マップは、熱交換後の給気の絶対湿度と室内目標絶対湿度とを比較し、熱交換後の給気の絶対湿度が室内目標絶対湿度よりも高い場合には、除湿負荷が満たされていないと判断し、予め測定して求めてある空調コイル７の冷却能力特性に基づき、冷却能力が大きくなるように電子膨張弁２０の開度を開側にし、室内外空気の絶対湿度差による除湿負荷を満足できるように除湿負荷に応じて段階的に電子膨張弁２０の開度を絞り側に変化させ、除湿負荷を満足する空調コイル７の能力値をプロットすることにより作成されている。

また、上記外気温度湿度マップは、熱交換後の給気の絶対湿度が室内目標絶対湿度よりも低い場合には、除湿負荷が満たされていると判断し、空調コイル７に冷媒を流さなくても、熱交換器３の湿度回収分で除湿負荷を満足できるような値を求めてプロットすることにより、作成されている。

外気温度湿度マップを具体的に説明すると、外気温度がＴ１未満である領域（５）と、外気温度がＴ２を超える領域（６）は、空調コイル７の冷房運転禁止範囲であり、Ｔ１≦外気温度≦Ｔ２である領域（１）〜領域（４）が空調コイル７の冷房運転可能領域である。領域（５）は、外気温度が高く、熱源ユニット２４の仕様上の動作可能範囲外となるために、空調コイル７の冷房運転は禁止されている。一方、領域（６）は、外気温度が低く、空調コイル７で冷房運転を行う必要がないため、冷房運転を禁止している。

境界α１は、空調コイル７を冷却能力１００％で運転した場合に、下記式（１）が成立するプロットの集合体である。境界α２は、空調コイル７を冷却能力７５％で運転した場合に、下記式（１）が成立するプロットの集合体である。境界α３は、空調コイル７を冷却能力５０％で運転した場合に、下記式（１）が成立するプロットの集合体である。

［空調換気装置からの吹出空気の絶対湿度］＝［室内目標絶対湿度］・・・式（１）

なお、図４においては、外気相対湿度を５％刻み、外気温度を５度刻みとして外気温度湿度マップを作成しているため、外気温度３０度において境界α２と境界α３とが重なっているが、温度及び湿度をより細かい刻みで外気温度湿度マップを作成した場合には、境界α２及び境界α３は互いに重ならずに外気温度湿度マップでの高湿度側へ続くようになる。

領域（１）は、予め設定される室内目標絶対湿度基準値よりも外気絶対湿度が高く、熱交換器３で熱交換された空気では、室内外空気の絶対湿度差から求める除湿負荷は満足できない外気温湿度範囲を示しており、空調コイル７の冷却能力が最大の１００％となるように除湿運転した場合のプロットの集合体である。換言すると、領域（１）は、予め設定される室内目標絶対湿度基準値よりも外気絶対湿度が高く、下記式（２）が成立する外気温湿度範囲を示している。

［熱交換後の外気空気の絶対湿度］≧［予め設定された室内目標絶対湿度基準値］＋補正値ａ ・・・式（２）

領域（１）では、空調コイル７の冷却能力が１００％となる冷凍サイクルの第１の目標過熱度を目指し、空調コイル７の液管温度センサ１１とガス管温度センサ１９とから実運転状態での冷凍サイクルの過熱度を制御部２３で計算し、第１の目標過熱度≒実過熱度となるように電子膨張弁２０の開度を開方向に調整しながら除湿運転する。ここで、補正値ａは、給気の湿度が室内目標絶対湿度よりも低くなってしまうことを防止するための第１の湿度補正値である。上記式（２）を満たすことにより、熱交換後の外気空気の絶対湿度は、室内目標絶対湿度よりも補正値ａ以上小さい値となるため、給気の湿度が室内目標絶対湿度よりも低くなってしまうことを防止できる。

領域（２）は、予め設定される室内目標絶対湿度基準値よりも外気絶対湿度が高く、熱交換器３で熱交換された給気では、室内外空気の絶対湿度差から求める除湿負荷は満足できない外気温湿度範囲を示しているが、空調コイル７の冷却能力を７５％以上１００％未満の冷却能力で運転した場合に上記式（１）が成立するプロット集合体である。換言すると、領域（２）は、熱交換器３で全熱交換された給気の絶対湿度が、下記式（３）を満たす外気温湿度範囲を示している。

［熱交換後の外気空気の絶対湿度］≧［予め設定された室内目標絶対湿度基準値］＋補正値ｂ ・・・式（３）

領域（２）では、上記式（１）が成立するように空調コイル７の冷却能力が例えば７５％となる冷凍サイクルの第２の目標過熱度を目指し、空調コイル７の液管温度センサ１１とガス管温度センサ１９から実運転状態での冷凍サイクルの過熱度を制御部２３で計算し、第２の目標過熱度≒実過熱度となるよう電子膨張弁２０の開度を領域（１）の時よりも絞り調整しながら除湿運転する。ここで、補正値ｂは、給気の湿度が室内目標絶対湿度よりも低くなってしまうことを防止するための第２の湿度補正値である。上記式（３）を満たすことにより、熱交換後の外気空気の絶対湿度は、室内目標絶対湿度よりも補正値ｂ以上小さい値となるため、給気の湿度が室内目標絶対湿度よりも低くなってしまうことを防止できる。

領域（３）は、予め設定される室内目標絶対湿度基準値よりも外気絶対湿度が高く、熱交換器３で熱交換された給気では、室内外空気の絶対湿度差から求める除湿負荷は満足できない外気温湿度範囲を示しているが、空調コイル７の冷却能力を５０％以上７５％未満の冷却能力で運転した場合に上記式（１）が成立するプロット集合体である。換言すると、領域（３）は、熱交換器３で全熱交換された給気の絶対湿度が、下記式（４）を満たす外気温湿度範囲を示している。

［熱交換後の外気空気の絶対湿度］≧［予め設定された室内目標絶対湿度基準値］＋補正値ｃ ・・・式（４）

領域（３）では、上記式（１）が成立するように空調コイル７の冷却能力が例えば５０％となる冷凍サイクルの第３の目標過熱度を目指し、空調コイル７の液管温度センサ１１とガス管温度センサ１９から実運転状態での冷凍サイクルの過熱度を制御部２３で計算し、第３の目標過熱度≒実過熱度となるよう電子膨張弁２０の開度を領域（２）の時よりも絞り調整しながら除湿運転する。ここで、補正値ｃは、給気の湿度が室内目標絶対湿度よりも低くなってしまうことを防止するための第３の湿度補正値である。上記式（４）を満たすことにより、熱交換後の外気空気の絶対湿度は、室内目標絶対湿度よりも補正値ｃ以上小さい値となるため、給気の湿度が室内目標絶対湿度よりも低くなってしまうことを防止できる。

なお、空調コイル７の冷却能力が高い状態で運転する時ほど空調コイル７による除湿量に誤差が生じやすくなるため、上記の補正値ａ、補正値ｂ及び補正値ｃは、一般的には、補正値ａ＞補正値ｂ＞補正値ｃという関係にある。

領域（４）は、熱交換器３で全熱交換された外気空気の絶対湿度が、室内目標絶対湿度基準値よりも低い場合の外気温湿度範囲を示しており、空調コイル７に冷媒を流さないで送風運転する範囲、すなわち空調コイル７をサーモオフして送風運転する範囲である。ただし、下記式（５）を満たす場合には、外気の温度が室内目標温度よりも十分低いため、熱交換器３で熱交換させずに外気空気を室内に給気させる。下記式（５）を満たさない場合には熱交換をさせる。

［外気温湿度センサ２８の測定温度値］≦［室内目標温度］−補正値ｄ ・・・式（５）

ここで補正値ｄは、給気の温度が室内目標温度よりも低くなってしまうことを防止するための温度補正値である。

制御部２３は、上記外気温度湿度マップを不揮発記憶装置に記憶しており、冷房モードでの運転時及び除湿モードでの運転時は、この外気温度湿度マップに基づいて空調コイル７の冷媒流量制御を行う。

図５は、予め設定する室内目標絶対湿度を高い値に設定変更した外気温度湿度マップを示す図である。冷房運転時、例えば、外気空気が３５℃で相対湿度４０％、すなわち絶対湿度０．０１４１ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）とし、室内目標絶対湿度が室内目標絶対湿度基準値よりも高くなれば、室内外空気の絶対湿度差から求められる除湿負荷は小さくなり、外気温度湿度マップ上の外気温度高温側に境界α１〜α３が移動し、領域（４）のサーモオフする外気温湿度範囲が広がることとなる。制御部２３では、予め設定される室内目標温度及び室内目標絶対湿度の高中低に基づいて、外気温湿度マップが切り替わるように記憶されている。すなわち、室内目標温度及び室内目標絶対湿度の組合せごとに、不揮発記憶装置２３ｃに外気温度湿度マップを記憶させておき、どの室内目標温度及び室内目標絶対湿度の組合せが選択されたかに基づいて、使用する外気温度湿度マップを制御部２３が切り替えるようにしても良い。

また、不揮発記憶装置２３ｃには、空調換気装置５０の運転モードが暖房モードであるか冷房モードであるかに基づいて、例えば特許文献２に開示されている外気温湿度に応じて空調コイル７の加熱量を制御して加湿する外気温湿度マップを記憶させておき、予め設定されている室内目標温度及び室内目標絶対湿度の組合せに基づいて、制御部２３が外気温湿度マップを切り替えるようにしても良い。すなわち、制御部２３に冷房モードでの運転用の外気温度湿度マップと暖房モード用の外気温度湿度マップとを目標設定温度及び目標設定湿度の組合せごとに不揮発記憶装置２３ｃに複数記憶させておき、運転モードと目標設定温度及び目標設定湿度とに基づいて、制御部２３が使用する外気温度湿度マップを選択するようにしても良い。

図６は、冷房モード又は除湿モードでの運転時の空調コイルの制御の流れを示すフローチャートである。リモートコントローラ２５を介して冷房運転又は除湿運転を開始させると、制御部２３は冷房モード又は除湿モードでの空調換気装置の運転を開始する（ステップＳ１）。制御部２３は、外気温湿度センサ２８の測定結果から領域の初期判定を行い、外気温湿度に該当する領域に対応した冷却能力値で空調コイル７を運転する。例えば、外気温湿度が領域（２）に該当するのであれば、冷却能力７５％で空調コイル７を運転する。ただし、領域（５）又は領域（６）に該当する場合は、冷房運転可能範囲ではないため空調コイル７をサーモオフさせる（ステップＳ２）。その後、制御部２３は、ステップＳ２の制御を行ってからｔ１時間経過したかを判断する（ステップＳ３）。ｔ１時間経過していなければ（ステップＳ３／Ｎｏ）、制御部２３は、ステップＳ２の制御を行ってからｔ１時間経過したかの判断を繰り返す（ステップＳ３）。

ステップＳ２の制御を行ってからｔ１時間経過した場合は（ステップＳ３／Ｙｅｓ）、制御部２３は、空調換気装置を初期状態から定常状態へ移行させる。

定常状態への移行後、制御部２３は、ｔ１時間経過した時点での領域と冷却能力となる冷凍サイクル上の目標過熱度とを記憶する（ステップＳ４）。制御部２３は、記憶した目標過熱度を目指して、空調コイル７の制御を行う。制御部２３は、外気温湿度が変化して現在の領域から別の領域に変化したか否か、換言すると外気温湿度が外気温度湿度マップ上の境界を越えたか否かを判断する（ステップＳ５）。外気温湿度が外気温度湿度マップ上の境界を越えていない場合（ステップＳ５／Ｎｏ）、制御部２３は、現在の領域での冷却能力を維持する。

外気温湿度が外気温度湿度マップ上の境界を越えた場合（ステップＳ５／Ｙｅｓ）、時間ｔ２を測定するタイマーをオンする（ステップＳ６）。時間ｔ２を測定するタイマーは、外気温湿度変化が境界付近を行ったり来たりすることによるサーモオンオフのチャタリング防止と、領域変化による冷凍サイクル上の目標過熱度が変化し、電子膨張弁開度が大きく変化することにより冷凍サイクルが不安定になることの回避とを目的とするものである。制御部２３は、タイマーオンの後ｔ２時間経過したかを判断する（ステップＳ７）。ｔ２時間経過していなければ（ステップＳ７／Ｎｏ）、制御部２３は、タイマーをオンしてからｔ２時間経過したかの判断を繰り返す（ステップＳ７）。

タイマーをオンしてからｔ２時間経過した場合には（ステップＳ７／Ｙｅｓ）、制御部２３は、吹出リミッタ機能が有効と設定されているか、無効と設定されているかを確認する（ステップＳ８）。吹出リミッタ機能が無効と設定されている場合は（ステップＳ８／無効）、制御部２３は、領域及び冷却能力を変更し、タイマーをクリアする（ステップＳ９）。その後、ｔ２時間経過直後の領域及び冷却能力を記憶させるステップＳ４に戻る。

吹出リミッタ機能が有効と設定されている場合には（ステップＳ８／有効）、吹出リミッタ機能を実行する（ステップＳ１０）。制御部２３は、ステップＳ１０の後、ステップＳ９の処理を行う。

図７は、吹出リミッタ機能の動作の流れを示すフローチャートである。制御部２３は、予め測定して求めた熱交換器３の全熱交換効率と室内温湿度センサ２９及び外気温湿度センサ２８の測定値とから空調コイル７の入口空気状態を予測する。さらに、制御部２３は、予め冷凍サイクルの目標過熱度に基づいて測定により求めた空調コイル７の顕熱交換効率と液管温度センサ１１の測定値と空調コイル７の入口空気状態とから、空調コイル７の出口温度、すなわち給気吹出温度を予測する。制御部２３は、このように予測した空調換気装置の給気吹出温度予測値と制御部２３で予め設定した室内給気目標温度とを比較する（ステップＳ１０１）。吹出温度の下がり過ぎにより、給気吹出温度予測値＜室内給気目標温度という関係が成立する場合（ステップＳ１０１／Ｙｅｓ）、制御部２３は、室内天井等に設けられた室内吹出口表面の結露防止策として、空調コイル７を強制的にサーモオフさせる（ステップＳ１０２）。そして、制御部２３は、タイマーを作動させる（ステップＳ１０３）。制御部２３は、タイマーを作動させてからｔ３時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ｔ３時間経過していなければ（ステップＳ１０４／Ｎｏ）、制御部２３は、タイマーを作動させてからｔ３時間経過したかの判断を繰り返す（ステップＳ１０４）。タイマーを作動させてからｔ３時間経過した場合は（ステップＳ１０４／Ｙｅｓ）、制御部２３は、給気吹出温度予測値と室内給気目標温度とを比較する（ステップＳ１０１）。

この時は、空調コイル７に冷媒は流れておらず、サーモオフ状態のため、予め測定して求められている熱交換器３の全熱交換効率と室内温湿度センサ２９及び外気温湿度センサ２８の測定値とから空調換気装置の給気吹出温度予測値として使用する。

給気吹出温度予測値＜室内給気目標温度という関係が成立しない場合（ステップＳ１０１／Ｎｏ）、結露の心配はないため、制御部２３は、吹出リミッタ機能としての動作を終了する。

吹出リミッタ機能の動作が終了したら、ステップＳ９に進む。

従前の空調換気装置では、外気が低温であっても目標温度を低く設定すると、除湿運転が可能であった。例えば、空調コイルの冷却能力が１００％となるように運転すると、外気温度が低く室内外空気の絶対湿度差による除湿負荷が小さい場合に空調コイル冷媒が流れ、必要以上に除湿が行われて、除湿後の空気の温度が低下してしまう。そのままの状態で室内へ吹き出すと、室内環境の露点温度よりも空調換気装置からの給気温度が低い場合には、天井面等に設けられた吹出グリルが給気空気によって冷やされ、吹き出しグリル表面に結露が発生してしまうという課題があった。

これに対し、実施の形態によれば、空調換気装置の吹出温度リミッタ機能を持たせた制御にすることで、外気空気が低温低湿時でも空調換気装置からの吹出温度が下がり過ぎず、天井面などに設けられた吹出グリル表面の結露懸念や吹出グリルから冷風感の抑制が可能となる。早目に空調コイル７のサーモオフがかかり、結露による室内漏水被害の回避が可能となる。

上記の制御では、ステップＳ２の制御を行ってからｔ１時間経過するまでは、外気温湿度センサ２８の測定値が変化してステップＳ２で決定した領域から外れたとしても、冷却能力値の変更やサーモオンオフは行わないため、初期運転時において流れる空気流の温湿度に対するセンサ測定誤差を軽減し、冷凍サイクルの立ち上がりの不安定を除くことができる。

なお、予め設定する室内給気目標温度は、制御部２３又はリモートコントローラ２５にて、多段階に変更可能となっている。例えば、制御部２３又はリモートコントローラ２５にて高中低を選択することにより、三段階に変更可能となっている。

以上のような制御を行うことで、給気と排気との間で熱交換を行い、給気を空調コイル７で冷却し除湿させながら室内空気と室外空気とを、同時給排気により換気を行う空調換気装置を従前制御のときよりも快適で省エネルギーでの運転が可能となる。すなわち、室内外の絶対湿度差による除湿負荷に応じた除湿運転が可能となり、空調コイル７による無駄な冷却を防ぎ、空調換気装置からの吹出温度の下がりすぎを防止し、省エネルギーで快適な換気を行える。

実施の形態によれば、室内外空気の絶対湿度差による除湿負荷に対し、除湿負荷が小さい場合に、外気温湿度センサの測定値である外気温度及び外気湿度を空調コイルのサ−モオンオフ及び目標冷却能力の判定に使用することで、空調コイルの冷却能力が１００％時よりも絞られた冷却能力で除湿運転できる。これにより、予め設定した室内絶対湿度以下の空気状態で空調換気装置から給気空気が吹出され、不必要な除湿が行われることは解消される。したがって、室内に設置されている他の空気調和機の冷房負荷は小さくなり、システム全体として省エネルギー運転が可能となる。

また、実施の形態によれば、予め設定する室内温度、室内絶対湿度を基準値以上に設定することで基準値設定時よりも除湿負荷は小さくなり、外気温湿度センサの測定値に基づいた空調コイルがサーモオンする目標冷却能力範囲が、外気温度の高温側に移動し、逆に外気温度の低温側は空調コイルがサ−モオフする領域が拡大する。したがって、熱源ユニットに内蔵されている圧縮機は止まり、熱源ユニット分の消費電力は削減でき、システム全体として省エネルギー運転が可能となる。

また、実施の形態によれば、空調コイルのサ−モオフ時に低温低湿な外気を利用することにより、熱源ユニットを運転させないでも室内の顕熱負荷を軽減することが可能となる。同時給排気換気を継続しても室内絶対湿度は下がり不快感は発生しにくい。

また、実施の形態によれば、ケ−シング内に配設された室内温湿度センサの測定値から室内露点温度を求めているため空調換気装置が設置されている周囲環境に応じて、空調換気装置が自動で吹出リミッタ温度を決定することが可能となる。

また、実施の形態によれば、空調コイルで顕熱負荷の除去を優先させるのか、潜熱負荷の除去を優先させるのかを使用用途、使用環境に応じて選択することが可能となる。

このように、本実施の形態によれば、給気風路と排気風路との間に設置され、給気と排気流との間で熱交換を行う熱交換器と、給気風路の熱交換器の下流側に設置され、熱交換後の給気に対する冷却能力が多段階に変更可能である空調コイルと、外気空気の温度及び湿度を測定する外気温湿度センサと、外気空気の温度及び相対湿度と組合せごとに、室内へ給気する空気の絶対湿度が、室内目標絶対湿度以下になるように冷却能力を定めた参照データを記憶し、外気温湿度センサ測定結果と参照データとに基づいて、空調コイルの冷却能力値を決定する制御部を有するため、冷房運転時に空調コイルの能力を１００％で運転する必要がない場合には、空調コイルの能力を抑えて省エネルギー運転を行うことができる。

以上のように、本発明にかかる空調換気装置は、必要に応じた能力で空調コイルによる除湿運転を行える点で有用であり、特に、他の空気調和機と併用して空調システムを構成するのに適している。

１ 排気送風機、２ 排気用通風路、３ 熱交換器、４ ダンパ、５ ケーシング、６ 給気送風機、７ 空調コイル、８ 加湿器、９ 室内吸込用風路、１０ 室内側吸込口、１１ 液管温度センサ、１２ 室内側吹出口、１３ 室外側吹出口、１４ 室外側吸込口、１５ 室外吸込用通風路、１６ メンテナンスカバー、１７ 給気通風路、１８ 排気流、１９ ガス管温度センサ、２０ 電子膨張弁、２１ バイパス風路、２２ 給気流、２３ 制御部、２４ 熱源ユニット、２５ リモートコントローラ、２６ 冷媒配管、２７ 加湿風路部、２８ 外気温湿度センサ、２９ 室内温湿度センサ、３０ 排気通路、３１ 給気通路、３２ 加湿風路下部、３３ 加湿風路上部、５０ 空調換気装置。

Claims (6)

1. 室内空気を室外へ排気するとともに、外気空気を予め設定した室内目標温度及び室内目標絶対湿度に調整して室内へ給気する空調換気装置であって、
   室外側吸込口と室内側吹出口とをつなぐ給気風路と、室内側吸込口と室外側吹出口とをつなぐ排気風路とを有するケーシングと、
   前記給気風路上に設置され、前記室外側吸込口から前記外気空気を吸い込み、前記室内側吹出口から室内へ給気する給気送風機と、
   前記排気風路上に設置され、前記室内側吸込口から前記室内空気を吸い込み、前記室外側吹出口から室外へ排気する排気送風機と、
   前記給気風路と前記排気風路との間に設置され、前記給気と前記排気との間で熱交換を行う熱交換器と、
   前記給気風路の前記熱交換器の下流側に設置され、熱交換後の外気空気に対しての冷却能力が多段階に変更可能である空調コイルと、
   前記外気空気の温度及び相対湿度を測定する外気温湿度センサと、
   前記外気空気の温度及び相対湿度の組合せごとに、前記給気の絶対湿度が、前記室内目標絶対湿度以下になるように室内外の絶対湿度差に対応する除湿負荷に基づいて前記冷却能力を定めた参照データを記憶し、冷房運転時に外気温湿度センサの測定結果と前記参照データとに基づいて、前記空調コイルの冷却能力値を決定する制御部と、
   前記空調コイルを流れる冷媒の流量を調整する冷媒流量調整手段と、
   前記空調コイルに流れる冷媒の温度を測定する冷媒温度センサとを有し、
   前記制御部は、前記冷媒温度センサの測定結果に基づいて、前記冷媒の実過熱度を算出し、
   前記制御部は、前記冷媒の実過熱度が、前記参照データに基づいて決定した冷却能力に対応する目標過熱度となるように、前記冷媒流量調整手段を制御することを特徴とする空調換気装置。
2. 前記室内目標温度及び前記室内目標絶対湿度は、複数の組合せの中から選択して設定可能であり、
   前記制御部は、前記室内目標温度及び前記室内目標絶対湿度の組合せごとに、前記参照データを持つことを特徴とする請求項１に記載の空調換気装置。
3. 前記熱交換器を通さずに前記室内空気を前記室内側吸込口から前記室外側吹出口へ導くバイパス風路と、
   前記排気風路と前記バイパス風路とを切り替えるダンパとを有し、
   前記制御部は、
   第１の湿度補正値と、該第１の湿度補正値よりも小さい第２の湿度補正値と、該第２の湿度補正値よりも小さい第３の湿度補正値と、温度補正値とを記憶しており、
   前記熱交換器での熱交換後の外気空気の絶対湿度が、前記室内目標絶対湿度よりも前記第１の湿度補正値以上高い場合には、前記目標過熱度を第１の目標過熱度とし、
   前記熱交換器での熱交換後の外気空気の絶対湿度が、前記室内目標絶対湿度よりも前記第２の湿度補正値以上高い場合には、前記目標過熱度を前記第１の目標過熱度よりも大きい第２の目標過熱度とし、
   前記熱交換器での熱交換後の外気空気の絶対湿度が、前記室内目標絶対湿度よりも前記第３の湿度補正値以上高い場合には、前記目標過熱度を前記第２の目標過熱度よりも大きい第３の目標過熱度とし、
   前記熱交換器での熱交換後の外気空気の絶対湿度が、前記室内目標絶対湿度よりも低く、かつ前記外気空気の温度が前記室内目標温度よりも前記温度補正値以上低い場合には、前記空調コイルをサーモオフするとともに、前記室内空気が前記バイパス風路を通るように前記ダンパを制御し、
   前記熱交換器での熱交換後の外気空気の絶対湿度が、前記室内目標絶対湿度よりも低く、かつ前記外気空気の温度が前記室内目標温度よりも前記温度補正値未満高い場合には、前記空調コイルをサーモオフするとともに、前記室内空気が前記排気風路を通るように前記ダンパを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の空調換気装置。
4. 前記室内空気の温度及び相対湿度を測定する室内温湿度センサと、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記外気温湿度センサが測定した外気空気の温度及び相対湿度と、前記室内温湿度センサが測定した室内空気の温度及び相対湿度と、前記冷媒温度センサが測定した冷媒の温度とに基づいて、前記給気の温度を予測し、
   前記室内目標温度よりも前記給気の温度の予測値が低い場合には、前記空調コイルによる冷却を停止させて送風運転を行い、
   前記空調コイルによる冷却を停止させてから、予め設定した時間経過後に、前記給気の温度の予測値が閾値温度以上となった場合に、前記空調コイルによる冷却の停止を解除することを特徴とする請求項３に記載の空調換気装置。
5. 前記室内目標温度は、室内の露点温度であることを特徴とする請求項４に記載の空調換気装置。
6. 前記室内目標温度と前記給気の温度の予測値との比較を行うか否かを設定可能であり、前記比較を行わない設定の場合には、前記室内温湿度センサが測定した室内空気の湿度が前記室内目標絶対湿度になるまで前記空調コイルによる除湿運転を継続することを特徴とする請求項４又は５に記載の空調換気装置。

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