JP6960282B2 - デシカント空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、デシカント空調装置に関する。

下記特許文献１には、外気を屋内へ取り込むための給気経路に再生式除湿機を配置し、給気を除湿する換気空調設備が示されている。この換気空調設備においては、除湿後の給気がヒートポンプの蒸発器により吸熱されて冷却される。また、給気から水蒸気を吸湿した再生式除湿機の吸湿材は、ヒートポンプの凝縮器の発熱を利用して暖められる。これにより吸湿材が除湿され、再生される。

特開平４−１６１７５４号公報

上記特許文献１における換気空調設備において用いられるヒートポンプは、蒸発器と凝縮器との間で熱収支のバランスをとる必要があるため、蒸発器と凝縮器とを個別に制御することができない。つまり、例えば弱冷房時は蒸発器による吸熱量を小さくするが、この際、凝縮器による発熱量も小さくなる。この場合、再生式除湿機の吸熱材を除湿しにくく、再生式除湿機の運転効率を高くしにくい。

本発明は上記事実を考慮して、再生式除湿機（デシカントロータ）の運転効率を高くできるデシカント空調装置を提供することを目的とする。

請求項１のデシカント空調装置は、空気を屋内へ供給する給気路と、前記屋内の排気を屋外へ排出する排気路と、前記給気路と前記排気路に接続され、前記空気を除湿可能なデシカントロータと、前記給気路と前記排気路に接続され、前記空気と前記排気とを熱交換する全熱交換器と、前記排気路において前記デシカントロータの上流側に設けられた再生コイル、前記給気路に設けられた熱交換コイル、室外機、圧縮機及び膨張弁の間で冷媒を循環するヒートポンプと、前記ヒートポンプに設けられ、前記冷媒の流れを切替えることにより、前記再生コイルを凝縮器として機能させ前記熱交換コイルを蒸発器として機能させると共に、前記室外機を蒸発器として機能させる状態と凝縮器として機能させる状態とが切替可能とされている冷房運転状態と、前記再生コイルを停止し前記熱交換コイルを凝縮器として機能させ前記室外機を蒸発器として機能させる暖房運転状態とを切替え可能な切替弁と、を備える。

請求項１のデシカント空調装置では、夏期、切替弁によりヒートポンプを冷房運転状態にする。このとき熱交換コイルは蒸発器として機能し、屋内へ供給する空気が冷却される。このため、デシカントロータにより屋内へ供給する空気を除湿しやすい。さらに、再生コイルは凝縮器として機能し、屋内の排気が加熱される。これにより排気の飽和水蒸気量が多くなるためデシカントロータが排気に放湿しやすくなる。したがって、デシカントロータの運転効率が高くなる。

また、請求項１のデシカント空調装置では、冬期、切替弁によりヒートポンプを暖房運転状態にする。このとき熱交換コイルは凝縮器として機能し、屋内へ供給する空気が加熱される。これにより、デシカントロータから空気へ水蒸気を放出しやすい。また、室外機が蒸発器として機能し、熱交換コイルとの熱収支のバランスをとる。さらに、再生コイルを停止するため、再生コイルは凝縮器として機能しない。これにより排気の温度が高くならないため排気の飽和水蒸気量が多くなりにくく、デシカントロータが排気の水蒸気を吸着しやすい。そしてデシカントロータは、吸着した水蒸気を屋内へ供給する空気へ放出する。したがって、デシカントロータの運転効率が高くなる。

請求項２のデシカント空調装置は、前記熱交換コイルは、前記給気路において前記デシカントロータの上流側及び下流側の双方に設けられ、それぞれ個別に制御されている。

請求項２のデシカント空調装置では、熱交換コイルが、デシカントロータの上流側及び下流側の双方に設けられている。そして、それぞれの熱交換コイルを個別に制御できる。
これにより、例えば夏期の冷房時、上流側及び下流側双方の熱交換コイルを蒸発器として機能させて外気を冷却すれば、冷却力を高くすることができる。

又は、上流側の熱交換コイルを蒸発器として機能させ、外気を屋内への供給温度より低い温度まで冷却し飽和水蒸気量を少なくし、デシカントロータにより外気を除湿しやすくする。そして外気を十分に除湿した後、下流側の熱交換コイルを凝縮器として機能させ、外気を屋内への供給温度まで加熱することで、外気の温度及び湿度管理を確実に行うことができる。
また、例えば冬期の暖房時、上流側及び下流側双方の熱交換コイルにより外気を加熱すれば、加熱力を高くすることができる。

又は、上流側の熱交換コイルによって、外気を屋内への供給温度より高い温度まで加熱して外気の飽和水蒸気量を多くし、デシカントロータの吸着材が外気へ放湿しやすくする。そして外気を十分に加湿した後、下流側の熱交換コイルにより屋内への供給温度まで外気を冷却することで、外気の温度及び湿度管理を確実に行うことができる。
請求項３のデシカント空調装置は、冷房運転状態において、前記デシカントロータの上流側に配置された前記熱交換コイルを蒸発器として機能させ、前記デシカントロータの下流側に配置された熱交換コイルを凝縮器として機能させる。

請求項４のデシカント空調装置は、前記排気路の前記排気を前記給気路へ流動させるバイパスと、前記バイパスへの前記排気の導入量を調整する調整弁と、を有する。

請求項４のデシカント空調装置では、屋内からの排気を、バイパスを通して給気路へ流動させることができる。このため、例えば夏期の冷房時、低温低湿な排気の一部又は全部を、屋外へ排出せずに屋内へ還流させることができる。これにより冷房効率が高くなる。また、例えば冬期の暖房時、高温多湿な排気の一部又は全部を、屋外へ排出せずに屋内へ還流させることができる。これにより暖房効率が高くなる。

請求項５のデシカント空調装置は、前記屋内における二酸化炭素量を検出する検出器と、前記検出器により検出された二酸化炭素量に応じて前記調整弁を制御する制御装置と、を有する。

請求項５のデシカント空調装置では、屋内の二酸化炭素量を検出器によって検出し、検出された二酸化炭素量に応じて、制御装置が調整弁を制御する。

例えば検出された屋内の二酸化炭素量が所定値より低い場合、屋内には人間が少なく排気の汚れが少ないと推定される。このとき制御装置は調整弁を制御して、バイパスへの排気の導入量を多くする。すなわち、排気を再利用して屋内へ給気する。これにより空調効率が高くなる。

また、検出された屋内の二酸化炭素量が所定値より高い場合、屋内には人間が多く排気の汚れが多いと推定される。このとき制御装置は調整弁を制御して、バイパスへの排気の導入量を少なくする。すなわち、排気を再利用せず屋外へ排出する。これにより屋内の空気環境を維持できる。
請求項６のデシカント空調装置は、前記冷媒を循環させる冷媒管は、前記圧縮機に接続され、前記圧縮機と、前記室外機、前記再生コイル及び前記熱交換コイルのそれぞれと、を分岐接続する高圧ガス管と、前記圧縮機に接続され、前記圧縮機と、前記室外機及び前記熱交換コイルのそれぞれと、を分岐接続する低圧ガス管と、前記室外機に接続され、前記室外機と、前記再生コイル及び前記熱交換コイルのそれぞれとを分岐接続する液管と、を備え、前記切替弁は、前記室外機及び前記熱交換コイルに接続された前記高圧ガス管及び前記低圧ガス管のそれぞれに設けられている。

本発明に係るデシカント空調装置によると、デシカントロータの運転効率を高くできる。

本発明の実施形態に係るデシカント空調機を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るデシカント空調機において、室外機を蒸発器として機能させる第１冷房運転状態のヒートポンプを示した冷媒回路図である。 本発明の実施形態に係るデシカント空調機において、室外機を凝縮器として機能させる第２冷房運転状態のヒートポンプを示した冷媒回路図である。 本発明の実施形態に係るデシカント空調機において、プレコイルを蒸発器、アフターコイルを凝縮器として機能させる第３冷房運転状態のヒートポンプを示した冷媒回路図である。 本発明の実施形態に係るデシカント空調機において、プレコイルを凝縮器、アフターコイルを蒸発器として機能させる第１暖房運転状態のヒートポンプを示した冷媒回路図である。 本発明の実施形態に係るデシカント空調機において、プレコイル及びアフターコイルを凝縮器として機能させる第２暖房運転状態のヒートポンプを示した冷媒回路図である。 本発明の実施形態に係るデシカント空調機においてヒートポンプが第２冷房運転状態とされている場合の、夏期における空気の状態変化を示す空気線図である。 本発明の実施形態に係るデシカント空調機においてヒートポンプのプレコイルで空気を過冷却した場合の、温度及び湿度の変化を示す空気線図である。 本発明の実施形態に係るデシカント空調機においてヒートポンプが第２冷房運転状態とされている場合の、中間期における空気の状態変化を示す空気線図である。 本発明の実施形態に係るデシカント空調機において、プレコイルを凝縮器、アフターコイルを蒸発器として機能させて冷房する特別運転状態のヒートポンプを示した冷媒回路図である。 本発明の実施形態に係るデシカント空調機においてヒートポンプが特別運転状態とされている場合の、冬期における空気の状態変化を示す空気線図である。 本発明の実施形態に係るデシカント空調機においてヒートポンプが特別運転状態とされている場合の、中間期における空気の状態変化を示す空気線図である。 本発明の実施形態に係るデシカント空調機において排気路から給気路へ空気を流すバイパスが設けられた例を示す模式図である。

（デシカント空調機）
図１に示すように、本発明の実施形態に係るデシカント空調機１０は、屋外から取り入れた外気ＯＡを屋内Ｒへ給気ＳＡとして供給する給気路１２と、屋内Ｒから引き込んだ還気ＲＡを屋外へ排気ＥＡとして排出する排気路１４と、給気路１２と排気路１４に接続されたデシカントロータ２０と、給気路１２と排気路１４に接続された全熱交換器３０と、給気路１２又は排気路１４を流れる空気と冷媒とを熱交換させるヒートポンプ４０と、を備えている。なお、本発明における「排気」とは、排気路１４を流れる空気を指す。

給気路１２内においては給気ファン１２Ｆによって空気が屋外側から屋内Ｒ側へ送られ、排気路１４内においては排気ファン１４Ｆによって空気が屋内Ｒ側から屋外側へ送られる。また、給気路１２及び排気路１４の最も上流側にはフィルタ１６が設けられており、空気に含まれる粉塵等が除去される。

ヒートポンプ４０は、排気路１４においてデシカントロータ２０の上流側に設けられた再生コイル４２と、給気路１２に設けられた熱交換コイル４４とを備えている。また、熱交換コイル４４はデシカントロータ２０の上流側に設けられたプレコイル４４Ａと、デシカントロータ２０の下流側に設けられたアフターコイル４４Ｂと、備えている。また、デシカントロータ２０とアフターコイル４４Ｂとの間には、加湿器１２Ｈが設けられている。

再生コイル４２、熱交換コイル４４（プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂ）の内部には冷媒管５０が通されており、冷媒管５０を流れる冷媒と、給気路１２又は排気路１４を流れる空気とが熱交換する。そして、この冷媒の流れを制御することで、デシカント空調機１０の運転状態（大別すると、冷房運転状態と暖房運転状態）が切替えられる。ヒートポンプ４０の詳細構成については後述する。

（デシカントロータ）
デシカントロータ２０は、内部に水蒸気を吸着及び放出する吸着材を備えた除湿装置であり、吸着材は給気路１２と排気路１４との間を移動可能に配置されている。デシカントロータ２０の吸着材は、給気路１２を流れる空気を除湿する場合（除湿運転時）は、給気路１２を流れる空気から湿気を吸着し、給気路１２から排気路１４へ移動して、吸着した湿気を排気路１４を流れる空気へ放出する。これにより吸着材が再生される。

またデシカントロータ２０の吸着材は、給気路１２を流れる空気を加湿する場合（加湿運転時）は、排気路１４を流れる空気から湿気を吸着し、排気路１４から給気路１２へ移動し、吸着した湿気を、給気路１２を流れる空気へ放出する。これにより吸着材が再生される。

なお、デシカントロータの吸着材としては、ゼオライト、塩化リチウム、シリカゲルなどの乾燥材や高分子吸着材を用いることができるが、本実施形態では、高温空気（１００℃程度）だけでなく低温空気（４０℃〜８０℃程度）でも湿気を脱着できる高分子吸着材が用いられている。

（全熱交換器）
全熱交換器３０は、給気路１２においてフィルタ１６を通過した空気と、排気路１４においてデシカントロータ２０を通過した空気との間で熱（顕熱）と水分（潜熱）を交換するものである。全熱交換器３０は回転型、静止型の何れの形態であってもよいが、本実施形態においては静止型とされている。

（ヒートポンプ）
図２に示すように、ヒートポンプ４０は、内部ユニット４０Ａと、外部ユニット４０Ｂと、内部ユニット４０Ａと外部ユニット４０Ｂとを連結する冷媒管５０と、を備えている。

内部ユニット４０Ａは、給気路１２又は排気路１４（図１参照）の内部に設置された部分であり、再生コイル４２と熱交換コイル４４（プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂ）とを備えている。また、外部ユニット４０Ｂは、建物の屋外に設置された部分であり、室外機４６と圧縮機４８とを備えている。

（冷媒管）
冷媒管５０は、各機器（室外機４６、再生コイル４２、プレコイル４４Ａ及びアフターコイル４４Ｂ）と圧縮機４８とを分岐接続する高圧ガス管５２と、再生コイル４２以外の各機器（室外機４６、プレコイル４４Ａ及びアフターコイル４４Ｂ）と圧縮機４８とを分岐接続する低圧ガス管５４と、圧縮機４８以外の各機器（室外機４６、再生コイル４２、プレコイル４４Ａ及びアフターコイル４４Ｂ）を相互に接続する液管５６と、を備えている。

換言すると、再生コイル４２には高圧ガス管５２及び液管５６が接続され、プレコイル４４Ａには高圧ガス管５２、低圧ガス管５４及び液管５６が接続され、アフターコイル４４Ｂには高圧ガス管５２、低圧ガス管５４及び液管５６が接続され、室外機４６には高圧ガス管５２、低圧ガス管５４及び液管５６が接続され、圧縮機４８には高圧ガス管５２及び低圧ガス管５４が接続されている。

（切替弁）
プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂ及び室外機４６の内部には、高圧ガス管５２から各機器（プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂ及び室外機４６のそれぞれ）への冷媒流入量を切替え可能な切替弁６２Ａ、６２Ｂ及び６２Ｄが設けられている。

また、プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂ及び室外機４６の内部には、各機器（プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂ及び室外機４６のそれぞれ）から低圧ガス管５４への冷媒流出量を切替え可能な切替弁６４Ａ、６４Ｂ及び６４Ｄが設けられている。

（膨張弁）
プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂ、再生コイル４２及び室外機４６の内部には、液管５６から各機器（プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂ、再生コイル４２及び室外機４６のそれぞれ）へ流入する冷媒又は各機器から液管５６へ流出する冷媒を減圧可能な膨張弁７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄが設けられている。

（冷房運転状態）
ヒートポンプ４０は、切替弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｄ、膨張弁７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄを制御することで、様々な運転状態に切り替えることができるが、大別すると夏期（例えば東京における８月）又は中間期（例えば東京における５月）の冷房運転状態、冬期（例えば東京における１月）又は中間期の暖房運転状態に分けられる。

図２、図３に示す冷房運転状態においては、プレコイル４４Ａ及びアフターコイル４４Ｂで構成される熱交換コイル４４を蒸発器として機能させ、再生コイル４２を凝縮器として機能させる。

熱交換コイル４４（プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂ）における熱の吸収量が再生コイル４２における熱の放出量よりも少ない（吸熱量＜放熱量）場合、ヒートポンプ４０における熱収支のバランスをとる（吸熱量＝放熱量とする）ために、室外機４６を蒸発器として機能させ、熱の吸収量を多くする（図２参照、以下「第１冷房運転状態」と称す）。

逆にプレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂにおける熱の吸収量が再生コイル４２における熱の放出量よりも多い（吸熱量＞放熱量）場合は、室外機４６を凝縮器として機能させ、熱の放出量を多くする（図３参照、以下「第２冷房運転状態」と称す）。

まず、図２、図３に示す第１、第２冷房運転状態における「空気の温度変化」について説明する。第１、第２冷房運転状態では、液管５６からプレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂへ液体の冷媒を流入させ（矢印Ｃ２）、この冷媒を熱交換部７４Ａ、７４Ｂにおいて蒸発させる。このとき冷媒が、給気路１２（図１参照）を流れる空気から蒸発熱を吸収することにより（空気と熱交換することにより）、空気が冷却される。

また、高圧ガス管５２から再生コイル４２へ気体の冷媒を流入させ（矢印Ｃ１）、この冷媒を熱交換部７２において凝縮させる。このとき、冷媒が排気路１４（図１参照）を流れる空気へ凝縮熱を放出することにより（空気と熱交換することにより）、空気が加熱される。

このように第１、第２冷房運転状態において、空気はプレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂで冷却され、再生コイル４２で加熱される。

次に、第１冷房運転状態におけるヒートポンプ４０の「冷媒の流れ」について説明する。図２に示すように、プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂ、室外機４６を蒸発器として機能させ、再生コイル４２を凝縮器として機能させる場合、切替弁６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｄを閉じる。これにより圧縮機４８で圧縮され高温高圧の気体になった冷媒は、高圧ガス管５２を通って（矢印Ｃ０）、再生コイル４２へ流入する（矢印Ｃ１）。

再生コイル４２へ流入した冷媒は、熱交換部７２で凝縮して排気路１４（図１参照）を流れる空気と熱交換し、高温高圧の液体となって液管５６を流れ、プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂ、室外機４６へ分岐して流入する（それぞれ矢印Ｃ２）。このとき、再生コイル４２の膨張弁７０Ｃを全開させて、冷媒の圧力損失を低減する。

プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂ、室外機４６へ流入した冷媒は、まず膨張弁７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｄにより減圧され低温低圧の液体になる。次に熱交換部７４Ａ、７４Ｂ、７６で蒸発して給気路１２（図１参照）を流れる空気及び屋外の空気と熱交換し、低温低圧の気体になる。そして切替弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｄが開放された状態の低圧ガス管５４を流れ（それぞれ矢印Ｃ３）、圧縮機４８へ流入する（矢印Ｃ４）。

なお、図２において高温高圧の液体状態の冷媒を実線の矢印で示し、低温低圧の液体状態の冷媒を点線の矢印で示し、高温高圧の気体状態の冷媒を一点鎖線の矢印で示し、低温低圧の気体状態の冷媒を二点鎖線の矢印で示している。他図についても同様である。

次に、第２冷房運転状態におけるヒートポンプ４０の「冷媒の流れ」について説明する。図３に示すように、プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂを蒸発器として機能させ、再生コイル４２、室外機４６を凝縮器として機能させる場合、切替弁６２Ａ、６２Ｂ、６４Ｄを閉じる。これにより圧縮機４８で圧縮され高温高圧の気体になった冷媒は、高圧ガス管５２を通って（矢印Ｃ０）、分岐して再生コイル４２、室外機４６へ流入する（それぞれ矢印Ｃ１）。

再生コイル４２、室外機４６へ流入した冷媒は、熱交換部７２、７６で凝縮して排気路１４（図１参照）を流れる空気及び屋外の空気と熱交換し、高温高圧の液体となって液管５６を流れ、プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂへ流入する（それぞれ矢印Ｃ２）。このとき、再生コイル４２の膨張弁７０Ｃ及び室外機４６の膨張弁７０Ｄを全開させて、冷媒の圧力損失を低減する。

プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂへ流入した冷媒は、まず膨張弁７０Ａ、７０Ｂにより減圧され低温低圧の液体になる。次に熱交換部７４Ａ、７４Ｂで蒸発して給気路１２（図１参照）を流れる空気と熱交換し、低温低圧の気体になる。そして切替弁６４Ａ、６４Ｂが開放された状態の低圧ガス管５４を流れ（それぞれ矢印Ｃ３）、圧縮機４８へ流入する（矢印Ｃ４）。

なお、冷房運転状態としては、プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂの双方を蒸発器として機能させる第１冷房運転状態、第２冷房運転状態について説明したが、この他、図４に示すように、プレコイル４４Ａを蒸発器として機能させ、アフターコイル４４Ｂを凝縮器として機能させることもできる（第３冷房運転状態）。

この場合、給気路１２（図１参照）を流れる空気をプレコイル４４Ａで過冷却（屋内Ｒへ供給する目標温度よりも低く冷却）し、空気の温度だけでなく湿度も下げる。これによりデシカントロータ２０の除湿機能を補助することができる。

このように、本発明における「熱交換コイルを蒸発器として機能させる冷房運転状態」においては、必ずしもプレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂの双方を蒸発器として機能させる必要はなく、プレコイル４４Ａを蒸発器として機能させ、アフターコイル４４Ｂを凝縮器として機能させてもよい。

この場合、プレコイル４４Ａにおける吸熱量が、アフターコイル４４Ｂにおける放熱量よりも多ければよい。すなわち、熱交換コイル４４におけるプレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂが、全体として蒸発器として機能すればよい。

（暖房運転状態）
図５に示す暖房運転状態（第１暖房運転状態）においては、プレコイル４４Ａを凝縮器として機能させ、アフターコイル４４Ｂ及び室外機４６を蒸発器として機能させる。また、再生コイル４２は運転を停止する。

まず、第１暖房運転状態における「空気の温度変化」について説明する。第１暖房運転状態では、高圧ガス管５２からプレコイル４４Ａへ気体の冷媒を流入させ（矢印Ｃ１）、この冷媒を熱交換部７４Ａにおいて凝縮させる。このとき、冷媒が給気路１２（図１参照）を流れる空気へ凝縮熱を放出することにより（空気と熱交換することにより）、空気が暖められる。

また、液管５６からアフターコイル４４Ｂ、室外機４６へ液体の冷媒を流入させ（矢印Ｃ２）、この冷媒を熱交換部７４Ｂ、７６において蒸発させる。このとき冷媒が排気路１４（図１参照）を流れる空気及び屋外の空気から蒸発熱を吸収することにより（空気と熱交換することにより）、空気が冷却される。

このように第１暖房運転状態においては、給気路１２を流れる空気は、プレコイル４４Ａで加熱された後、アフターコイル４４Ｂで冷却される。これは、プレコイル４４Ａで十分に加熱することにより空気の飽和水蒸気圧を上げ、デシカントロータ２０で吸湿しやすくするためである。

次に、第１暖房運転状態におけるヒートポンプ４０における「冷媒の流れ」について説明する。図５に示すように、プレコイル４４Ａを凝縮器として機能させ、アフターコイル４４Ｂ、室外機４６を蒸発器として機能させ、再生コイル４２の運転を停止する場合、切替弁６４Ａ、６２Ｂ、６２Ｄを閉じる。これにより圧縮機４８で圧縮され高温高圧の気体になった冷媒は、高圧ガス管５２を通って（矢印Ｃ０）、プレコイル４４Ａへ流入する（矢印Ｃ１）。

プレコイル４４Ａへ流入した冷媒は、熱交換部７４Ａで凝縮して給気路１２（図１参照）を流れる空気と熱交換し、高温高圧の液体となって液管５６を流れ、アフターコイル４４Ｂ、室外機４６へ分岐して流入する（それぞれ矢印Ｃ２）。このとき、プレコイル４４Ａの膨張弁７０Ａを全開させて、冷媒の圧力損失を低減する。

アフターコイル４４Ｂ、室外機４６へ流入した冷媒は、まず膨張弁７０Ｂ、７０Ｄにより減圧され低温低圧の液体になる。次に、熱交換部７４Ｂ、７６で蒸発して給気路１２（図１参照）を流れる空気及び屋外の空気と熱交換し、低温低圧の気体になる。そして切替弁６４Ｂ、６４Ｄが開放された状態の低圧ガス管５４を流れ（それぞれ矢印Ｃ３）、圧縮機４８へ流入する（矢印Ｃ４）。

なお、暖房運転状態としては、プレコイル４４Ａを凝縮器として機能させ、アフターコイル４４Ｂを蒸発器として機能させる運転状態（第１暖房運転状態）について説明したが、この他、図６に示すように、プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂの双方を凝縮器として機能させることもできる（第２暖房運転状態）。

このように、本発明における「熱交換コイルを凝縮器として機能させる暖房運転状態」においては、熱交換コイル４４におけるプレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂが、全体として凝縮器として機能すればよい。

［作用・効果］
本発明の実施形態に係るデシカント空調機１０による空気の状態変化について、図１、図７〜図１２を参照しながら説明する。

（夏期冷房除湿運転）
図７の点Ａ１には、夏期の外気ＯＡの状態（乾球温度（℃、以下単に「温度」と称す）、絶対湿度（ｋｇ／ｋｇＤＡ）、相対湿度(％)、比エンタルピー（ｋＪ／ｋｇＤＡ））が示されている。また、点Ａ２〜点Ａ３には次の各場所における空気の状態が示されている。
点Ａ２：全熱交換器３０の出口
点Ａ３：給気ファン１２Ｆの出口
点Ａ４：プレコイル４４Ａの出口
点Ａ５：デシカントロータ２０の出口（給気路１２内）
点Ａ６：アフターコイル４４Ｂの出口（給気ＳＡの吹出口）
点Ａ７：還気ＲＡの吸込口
点Ａ８：再生コイル４２の出口
点Ａ９：デシカントロータ２０の出口（排気路１４内）

デシカント空調機１０は、ヒートポンプ４０を図３に示す第２冷房運転状態とすることで、外気ＯＡを冷却除湿し、屋内Ｒへ取り込む。

点Ａ１〜点Ａ２に示すように、給気路１２（図１参照）へ取り込まれた外気ＯＡは、全熱交換器３０を通過することで排気路１４内の空気と熱交換し、温度及び絶対湿度が低くなる。

点Ａ２〜点Ａ３に示すように、給気路１２内の空気（以下、単に「空気」と称す）は給気ファン１２Ｆを通過することで給気ファン１２Ｆの排熱により暖められ、温度が高くなる。

点Ａ３〜点Ａ４に示すように、空気はプレコイル４４Ａを通過することで冷媒と熱交換し、温度及び絶対湿度が低くなる。

点Ａ４〜点Ａ５に示すように、空気はデシカントロータ２０を通過することで除湿され絶対湿度が下がると共に、吸着熱により温度が上昇する。

点Ａ５〜点Ａ６に示すように、空気はアフターコイル４４Ｂを通過することで冷却され、温度が低くなる。このようにして冷却除湿された空気が、給気ＳＡとして屋内Ｒへ供給される。

点Ａ６〜点Ａ７に示すように、屋内Ｒへ給気された空気は、加熱加湿されて還気ＲＡとして排気路１４へ引き込まれる。

点Ａ７〜点Ａ８に示すように、排気路１４内の空気は再生コイル４２で加熱されて温度が高くなる。

点Ａ８〜点Ａ９に示すように、空気はデシカントロータ２０を通過することで加湿され絶対湿度が上がると共に、蒸発熱により温度が下がる。

点Ａ９〜点Ａ２に示すように、空気は全熱交換器３０を通過することで給気路１２へ取り込まれた外気ＯＡと熱交換し、温度及び絶対湿度が高くなった後、排気ＥＡとして屋外へ排出される。

このように、本実施形態に係るデシカント空調機１０では、第２冷房運転状態（図３参照）において、プレコイル４４Ａによりデシカントロータ２０へ供給する空気を冷却する（点Ａ３〜点Ａ４）ことで、空気の飽和水蒸気圧を低くして、デシカントロータ２０で除湿（点Ａ４〜点Ａ５）しやすくすることができる。なお、第１冷房運転状態（図２参照）においても同様の効果が得られる。

なお、プレコイル４４Ａでは、空気は過冷却（屋内Ｒへ供給する目標温度よりも低く冷却）され、同時に除湿されている。図７においては、説明を簡略化するため、点Ａ３〜点Ａ４にかけて温度及び絶対湿度の変化を直線状に描いているが、より詳細に説明すると、図８に示すように、空気を冷却するとまず温度が下がり、相対湿度が飽和水蒸気圧に近くなると水蒸気が凝縮し始める。これにより徐々に除湿が進行する。

また、本実施形態に係るデシカント空調機１０では、第２冷房運転状態において、アフターコイル４４Ｂによりデシカントロータ２０で暖められた空気を再度冷却する（点Ａ５〜点Ａ６）ことができる。これにより、プレコイル４４Ａのみの場合と比較して、空気の冷却力を高くすることができる。なお、第１冷房運転状態（図２参照）においても同様の効果が得られる。

なお、本実施形態においては熱交換コイル４４として、プレコイル４４Ａ及びアフターコイル４４Ｂの双方を用いているが、本発明の実施形態はこれに限らず、何れかのみを用いる構成としてもよい。プレコイル４４Ａ及びアフターコイル４４Ｂの何れを用いた場合も空気を冷却できるが、デシカントロータ２０の除湿効率を高めるためには、デシカントロータ２０を通過する前の空気の温度を下げるプレコイル４４Ａを用いることが好適である。

さらに、本実施形態に係るデシカント空調機１０では、第２冷房運転状態において、再生コイル４２で排気路１４へ引き込まれた空気を加熱する（点Ａ７〜点Ａ８）ことで空気の飽和水蒸気圧を高くして、デシカントロータ２０が水蒸気を放出しやすくできる。すなわち、デシカントロータの吸着材を再生しやすくできる。なお、第１冷房運転状態（図２参照）においても同様の効果が得られる。

また、全熱交換器３０によって給気路１２へ取り込まれた高温多湿な外気ＯＡと、外気ＯＡと比較して低温低湿な排気路１４内の空気とを熱交換（顕熱と潜熱を交換）する（点Ａ９〜点Ａ２）ことで、デシカント空調機１０の運転効率を高めることができる。なお、全熱交換器３０は適宜省略できる。

（中間期冷房除湿運転）
図９の点Ａ１には、中間期の外気ＯＡの状態が示されている。中間期の外気ＯＡは、図７に示した夏期の外気ＯＡと比較して低温低湿である。また、点Ａ２〜点Ａ３には次の各場所における空気の状態が示されている。
点Ａ２：全熱交換器３０の出口
点Ａ３：給気ファン１２Ｆの出口
点Ａ４：プレコイル４４Ａの出口
点Ａ５：デシカントロータ２０の出口（給気路１２内）
点Ａ６：アフターコイル４４Ｂの出口（給気ＳＡの吹出口）
点Ａ７：還気ＲＡの吸込口
点Ａ８：再生コイル４２の出口
点Ａ９：デシカントロータ２０の出口（排気路１４内）

この外気ＯＡを、給気ＳＡの吹き出し口で点Ａ６に示される所定の温度、湿度にするために、まず点Ａ１〜点Ａ２において、給気路１２に取り入れた外気ＯＡを全熱交換器３０を通過させて排気路１４内の空気と熱交換させ、温度及び絶対湿度を上げる。そして点Ａ２〜Ａ３において給気ファン１２Ｆの排熱により暖められた空気を、点Ａ３〜Ａ４においてプレコイル４４Ａを用いて冷却、除湿する。さらに点Ａ４〜Ａ５においてデシカントロータ２０で除湿して、吸着熱により温度が上昇された空気を点Ａ５〜点Ａ６においてアフターコイル４４Ｂで冷却する。このようにして冷却除湿された空気が、給気ＳＡとして屋内Ｒへ供給される。

このように、中間期における冷房運転状態においても、プレコイル４４Ａにより空気を冷却することで、デシカントロータ２０で除湿しやすくすることができる。また、アフターコイル４４Ｂによりデシカントロータ２０で暖められた空気を再度冷却することができる。そして、再生コイル４２で排気路１４へ引き込まれた空気を加熱することで、デシカントロータの吸着材を再生しやすくできる。

（暖房運転状態）
また、本実施形態に係るデシカント空調機１０では、図５に示す第１暖房運転状態において、プレコイル４４Ａにより、屋内Ｒへ供給する空気を暖めることができる。さらに、プレコイル４４Ａは給気路１２においてデシカントロータ２０の上流側に設けられているため、デシカントロータ２０へ供給する空気の飽和水蒸気圧が高くなり、デシカントロータ２０が吸着している水蒸気を空気へ放出しやすくできる。なお、第２暖房運転状態（図６参照）においても同様の効果が得られる。

また、実施形態に係るデシカント空調機１０では、第１暖房運転状態において、アフターコイル４４Ｂによりデシカントロータ２０を通過した空気を冷却している。つまり、デシカントロータ２０へ供給される前の空気をプレコイル４４Ａで過加熱（屋内Ｒへ供給する目標温度よりも高く加熱）し、デシカントロータ２０へ供給された後の空気をアフターコイル４４Ｂで冷却して温度調節している。これにより空気を過加熱しない場合と比較して、デシカントロータ２０は水蒸気を放出しやすい。

さらに、本実施形態に係るデシカント空調機１０では、第１暖房運転状態において、再生コイル４２の運転を停止している。これにより再生コイル４２は排気路１４を流れる空気の温度を高くしないため、空気の飽和水蒸気量が多くなりにくく、デシカントロータ２０が排気路１４を流れる空気の水蒸気を吸着しやすい。したがって、デシカントロータ２０の運転効率が高くなる。

なお、本実施形態においては再生コイル４２に低圧ガス管５４が接続されていないため再生コイル４２を蒸発器として機能させることができないが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば再生コイル４２に低圧ガス管５４を接続することで、蒸発器として機能させてもよい。この場合、例えば第１暖房運転状態において、再生コイル４２によって排気路１４を流れる空気の温度を低くすることにより空気の飽和水蒸気量を少なくして、デシカントロータ２０が排気路１４を流れる空気の水蒸気を吸着しやすくできる。

なお、上記の説明においては、熱交換コイル４４を蒸発器とし、再生コイル４２を凝縮器として機能させる冷房運転状態、熱交換コイル４４を凝縮器とし、室外機４６を蒸発器とし、再生コイル４２の運転を停止する暖房運転状態、について説明したが、本発明の実施形態はこれに限らず、他の運転状態とすることができる。

例えば熱交換コイル４４を蒸発器とし、室外機４６を凝縮器とし、再生コイル４２の運転を停止する特別運転状態としてもよい。

特別運転状態では、例えば図１０に示すように、切替弁６４Ａ、６２Ｂ、６４Ｄ、膨張弁７０Ｃを閉じ、熱交換コイル４４のうちプレコイル４４Ａを凝縮器として機能させ、アフターコイル４４Ｂを蒸発器として機能させる。また、アフターコイル４４Ｂによる熱の吸収量（空気の冷却量）をプレコイル４４Ａによる熱の放出量（空気の加熱量）より多くする。

特別運転状態は、例えば冬期や中間期に冷房しながら加湿する場合に用いられる。冬期に冷房加湿する場合とは、オフィス機器などの排熱や人体の熱量により屋内Ｒの温度が所定温度以上となった場合に、この所定温度より低い温度に調節された空気を給気ＳＡとして供給する場合である。

図１１の点Ａ１には、冬期の外気ＯＡの状態が示されている。また、点Ａ２〜点Ａ３には次の各場所における空気の状態が示されている。
点Ａ２：全熱交換器３０の出口
点Ａ３：給気ファン１２Ｆの出口
点Ａ４：プレコイル４４Ａの出口
点Ａ５：デシカントロータ２０の出口（給気路１２内）
点Ａ６：加湿器１２Ｈの出口
点Ａ７：アフターコイル４４Ｂの出口（給気ＳＡの吹出口）
点Ａ８：還気ＲＡの吸込口
点Ａ９：デシカントロータ２０の出口（排気路１４内）

外気ＯＡは、まず点Ａ１〜Ａ２において全熱交換器３０で加熱加湿される。そして点Ａ２〜Ａ３で給気ファン１２Ｆの排熱で加熱されたあと、点Ａ３〜Ａ４においてプレコイル４４Ａで加熱され飽和水蒸気圧が高くなり、点Ａ４〜Ａ５においてデシカントロータ２０で加湿される。また、点Ａ５〜Ａ６において加湿器１２Ｈで加湿される。そして、点Ａ６〜Ａ７においてアフターコイル４４Ｂで冷却され、所定の温度及び湿度の給気ＳＡが得られる。

さらに、屋内Ｒから回収された還気ＲＡは、点Ａ８〜点Ａ９においてデシカントロータ２０で除湿され、Ａ９〜Ａ２において外気ＯＡと熱交換して冷却除湿される。

図１２の点Ａ１には、中間期の外気ＯＡの状態が示されている。また、点Ａ２〜点Ａ３には次の各場所における空気の状態が示されている。
点Ａ２：全熱交換器３０の出口
点Ａ３：給気ファン１２Ｆの出口
点Ａ４：プレコイル４４Ａの出口
点Ａ５：デシカントロータ２０の出口（給気路１２内）
点Ａ６：アフターコイル４４Ｂの出口（給気ＳＡの吹出口）
点Ａ７：還気ＲＡの吸込口
点Ａ８：デシカントロータ２０の出口（排気路１４内）

外気ＯＡは、まず点Ａ１〜Ａ２において全熱交換器３０で加熱される。そして点Ａ２〜Ａ３で給気ファン１２Ｆの排熱で加熱されたあと、点Ａ３〜Ａ４においてプレコイル４４Ａで加熱され飽和水蒸気圧が高くなり、点Ａ４〜Ａ５においてデシカントロータ２０で加湿される。そして、点Ａ５〜Ａ６においてアフターコイル４４Ｂで冷却され、所定の温度及び湿度の給気ＳＡが得られる。

さらに、屋内Ｒから回収された還気ＲＡは、点Ａ７〜点Ａ８においてデシカントロータ２０で除湿され、Ａ８〜Ａ２において外気ＯＡと熱交換して冷却される。

以上説明したように、本実施形態に係るデシカント空調機１０のヒートポンプ４０においては、切替弁６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｄ、６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｄにより冷媒の流れを切替えて、再生コイル４２、プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂをそれぞれ個別に制御できる。

すなわち、再生コイル４２、プレコイル４４Ａ、アフターコイル４４Ｂは、必要に応じて、凝縮器、蒸発器のどちらの機能を発揮させてもよいし、運転を停止することもできる。また、凝縮器として機能させる場合の空気の加熱量、蒸発器として作用させる場合の空気の冷却量も自由に設定できる。

これにより、給気路１２を流れる空気、排気路１４を流れる空気を、自由に加熱、冷却することができる。これにより、デシカントロータ２０における吸着材の吸湿効率、再生効率を高めることができる。

なお、本実施形態のデシカント空調機１０においては、給気路１２と排気路１４との間で空気は流れないものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図１３に示すように、排気路１４を流れる空気を給気路１２へ流すバイパスＢＰ１、ＢＰ２、ＢＰ３の何れかを設けてもよい。バイパスＢＰ１、ＢＰ２、ＢＰ３には、それぞれ空気の流量を調整する調整弁ＢＢ１、ＢＢ２、ＢＢ３が設けられる。

バイパスＢＰ１は、排気路１４における再生コイル４２の上流側から給気路１２におけるアフターコイル４４Ｂの下流側へ空気を流す経路である。バイパスＢＰ１へ空気を流すことで、例えば冬期において、外気より高温高湿な還気ＲＡを再利用して、給気ＳＡとすることができる。また、再利用する際に再加熱しないので省エネ効果が高い。

バイパスＢＰ２は、排気路１４における全熱交換器３０の上流側から給気路１２における全熱交換器３０の下流側へ空気を流す経路である。バイパスＢＰ２へ空気を流すことで、全熱交換器３０を稼動させずに、排気路１４から給気路１２へ熱（顕熱及び潜熱）を移動させることができる。

バイパスＢＰ３は、排気路１４における全熱交換器３０の下流側から給気路１２における全熱交換器３０の上流側へ空気を流す経路である。バイパスＢＰ３へ空気を流すことで、全熱交換器３０で交換しきれなかった熱を、排気路１４から給気路１２へ移動させることができる。

バイパスＢＰ１、ＢＰ２、ＢＰ３を流れる空気は屋内Ｒを還流した空気であるため、外気ＯＡと比較して二酸化炭素含有量が多い。このため、バイパスＢＰ１、ＢＰ２、ＢＰ３を設ける場合は、屋内Ｒの二酸化炭素濃度に応じて調整弁ＢＢ１、ＢＢ２、ＢＢ３を制御して、バイパスＢＰ１、ＢＰ２、ＢＰ３への空気の導入量を調整することが好ましい。

このためデシカント空調機１０には、給気ＳＡが供給され還気ＲＡを排出する屋内Ｒに設置して二酸化炭素量を検出する検出器と、検出器によって検出された二酸化炭素量に応じて調整弁ＢＢ１、ＢＢ２、ＢＢ３を制御してバイパスＢＰ１、ＢＰ２、ＢＰ３への空気の導入量を調整する制御装置と、を設けることが好ましい。

検出器と制御装置とを設けた場合、屋内Ｒの二酸化炭素量が所定の値より多い場合は、バイパスＢＰ１、ＢＰ２、ＢＰ３への空気の導入量を減らし又は無くし、外気ＯＡの導入量を増やす。また、屋内Ｒの二酸化炭素量が所定の値より少ない場合は、バイパスＢＰ１、ＢＰ２、ＢＰ３への空気の導入量を増やし、外気ＯＡの導入量を減らす。

これにより、屋内Ｒの二酸化炭素濃度を適切な値に維持しながら、空調効率を高めることができる。なお、検出器で検出する対象としては二酸化炭素量に限らず、一酸化炭素量、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）量、浮遊粉塵量など各種の指標を用いることができる。

１２ 給気路
１４ 排気路
２０ デシカントロータ
３０ 全熱交換器
４０ ヒートポンプ
４２ 再生コイル
４４ 熱交換コイル
４４Ａ プレコイル（熱交換コイル）
４４Ｂ アフターコイル（熱交換コイル）
４６ 室外機
４８ 圧縮機
６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｄ、６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｄ 切替弁
７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｄ 膨張弁
ＢＰ１、ＢＰ２、ＢＰ３ バイパス
ＢＢ１、ＢＢ２、ＢＢ３ 調整弁
Ｒ 屋内

Claims (6)

1. 空気を屋内へ供給する給気路と、
   前記屋内の排気を屋外へ排出する排気路と、
   前記給気路と前記排気路に接続され、前記空気を除湿可能なデシカントロータと、
   前記給気路と前記排気路に接続され、前記空気と前記排気とを熱交換する全熱交換器と、
   前記排気路において前記デシカントロータの上流側に設けられた再生コイル、前記給気路に設けられた熱交換コイル、室外機、圧縮機及び膨張弁の間で冷媒を循環するヒートポンプと、
   前記ヒートポンプに設けられ、前記冷媒の流れを切替えることにより、前記再生コイルを凝縮器として機能させ前記熱交換コイルを蒸発器として機能させると共に、前記室外機を蒸発器として機能させる状態と凝縮器として機能させる状態とが切替可能とされている冷房運転状態と、前記再生コイルを停止し前記熱交換コイルを凝縮器として機能させ前記室外機を蒸発器として機能させる暖房運転状態とを切替え可能な切替弁と、
   を備えるデシカント空調装置。
2. 前記熱交換コイルは、前記給気路において前記デシカントロータの上流側及び下流側の双方に設けられ、それぞれ個別に制御されている、請求項１に記載のデシカント空調装置。
3. 冷房運転状態において、前記デシカントロータの上流側に配置された前記熱交換コイルを蒸発器として機能させ、前記デシカントロータの下流側に配置された熱交換コイルを凝縮器として機能させることができる、請求項２に記載のデシカント空調装置。
4. 前記排気路の前記排気を前記給気路へ流動させるバイパスと、
   前記バイパスへの前記排気の導入量を調整する調整弁と、を有する、請求項１〜３の何れか１項に記載のデシカント空調装置。
5. 前記屋内における二酸化炭素量を検出する検出器と、
   前記検出器により検出された二酸化炭素量に応じて前記調整弁を制御する制御装置と、を有する請求項４に記載のデシカント空調装置。
6. 前記冷媒を循環させる冷媒管は、
   前記圧縮機に接続され、前記圧縮機と、前記室外機、前記再生コイル及び前記熱交換コイルのそれぞれと、を分岐接続する高圧ガス管と、
   前記圧縮機に接続され、前記圧縮機と、前記室外機及び前記熱交換コイルのそれぞれと、を分岐接続する低圧ガス管と、
   前記室外機に接続され、前記室外機と、前記再生コイル及び前記熱交換コイルのそれぞれと、を分岐接続する液管と、を備え、
   前記切替弁は、
   前記室外機及び前記熱交換コイルに接続された前記高圧ガス管及び前記低圧ガス管のそれぞれに設けられている、
   請求項１〜５の何れか１項に記載のデシカント空調装置。

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