JP7126611B2 - 空気調和装置 - Google Patents

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Description

本発明は、室内空間の除湿を行う空気調和装置に関するものである。
従来、水分の吸着および脱着を行う吸着剤を有する回転式のデシカントロータを備え、このデシカントロータの吸着剤の再生熱源としてヒータを利用した空気調和装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の空気調和装置では、室外空気は、吸着部に配置されたデシカントロータの部分で水分を吸着させることで除湿され、ヒータで加熱された後、圧縮機で圧縮され、熱交換器で冷却された後で、室内空間に供給される。また、室内空気は、熱交換器で加熱された後、脱着部に配置されたデシカントロータの部分で水分を脱着させることで放湿され、室外空間に排出される。そして、上記の空気調和装置では、デシカントロータを回転させることで、デシカントロータが吸着部と脱着部との間を移動し、吸着部での吸着と脱着部での脱着とを繰り返すことで、室内空間に供給される空気の除湿が連続的に行われる。
特開２０００－２５７９６８号公報
しかしながら、特許文献１に記載の空気調和装置では、室外空気を除湿して室内空間に供給しているが、時期によって室外空気は高湿になりやすく、その場合には除湿能力が安定しないという課題があった。また、デシカントロータの吸着剤の再生熱源としてヒータを利用しているため、消費電力が増大してしまうという課題があった。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、より少ない消費電力で安定した除湿能力を得ることができる空気調和装置を提供することを目的とする。
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機および室外熱交換器を有し、室外空間から室外空気を取り込んで前記室外空間に前記室外空気を排出する室外機と、第一膨張弁、第一室内熱交換器、および、第二室内熱交換器を有し、室内空間から室内空気を取り込んで前記室内空間に前記室内空気を排出する室内機と、を備えた空気調和装置であって、前記室外機または前記室内機に設けられた第二膨張弁と、前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記第二膨張弁、前記第一室内熱交換器、前記第一膨張弁、前記第二室内熱交換器、が順次配管で接続された冷媒回路と、空気中の水分を吸着する吸着部材を有する吸脱着装置と、前記第一膨張弁および前記第二膨張弁の開度を制御するコントローラと、を備え、前記室内機は、内部に取り込んだ前記室内空気が通過する風路が形成されており、前記第一室内熱交換器、前記吸脱着装置、および、前記第二室内熱交換器は前記風路上に配置されており、前記第二室内熱交換器は、前記第一室内熱交換器の下流側に配置され、前記吸脱着装置は、前記第一室内熱交換器の下流側であって前記第二室内熱交換器の上流側に配置されており、前記コントローラは、前記第一膨張弁および前記第二膨張弁の開度を制御し、前記吸脱着装置により前記室内空気中の水分を吸着する冷房吸着モードと、吸着した前記水分を脱着する冷房脱着モードとを備え、それらを切り替えることにより除湿制御を行うものであり、前記冷房吸着モード時は、前記第二膨張弁の開度を前記第一膨張弁の開度と比較して低開度に設定し、前記冷房脱着モード時は、前記第二膨張弁の開度を前記第一膨張弁の開度と比較して高開度に設定する。
本発明に係る空気調和装置によれば、室内空間から室内空気を取り込んで室内空間に室内空気を排出する室内機を備えている。つまり、室内空間に供給する空気として、室外空気に比べて湿度の変動が少ない室内空気が用いられている。また、コントローラは、第一膨張弁および第二膨張弁の開度を制御し、吸脱着装置により室内空気中の水分を吸着する冷房吸着モードと、吸着した水分を脱着する冷房脱着モードとを備え、それらを切り替えることにより除湿制御を行っている。つまり、吸脱着装置の吸着部材の吸脱着にヒータが用いられていない。その結果、より少ない消費電力で安定した除湿能力を得ることができる。
本実施の形態１に係る空気調和装置の構成の一例を示す冷媒回路図である。 本実施の形態１に係る空気調和装置のコントローラ、室外機制御基板、および、室内機制御基板の接続関係の一例を示すブロック図である。 本実施の形態１に係る空気調和装置の吸脱着装置を形成する多孔質平板を示す模式図である。 本実施の形態１に係る空気調和装置の吸脱着装置に用いられる吸着部材の相対湿度に対する飽和吸着量の変動を示すグラフである。 本実施の形態１に係る空気調和装置の冷房吸着モード時における動作について説明するための概略図である。 本実施の形態１に係る空気調和装置の冷房吸着モード時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 本実施の形態１に係る空気調和装置の冷房脱着モード時における動作について説明するための概略図である。 本実施の形態１に係る空気調和装置の冷房脱着モード時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 本実施の形態１に係る空気調和装置の高能力冷房吸着モード時における動作について説明するための概略図である。 本実施の形態１に係る空気調和装置の高能力冷房吸着モード時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 本実施の形態２に係る空気調和装置の構成の一例を示す冷媒回路図である。 本実施の形態２に係る空気調和装置の冷房吸着モード時における動作について説明するための概略図である。 本実施の形態２に係る空気調和装置の冷房吸着モード時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 本実施の形態２に係る空気調和装置の冷房脱着モード時における動作について説明するための概略図である。 本実施の形態２に係る空気調和装置の冷房脱着モード時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 本実施の形態２に係る空気調和装置の高能力冷房吸着モード時における動作について説明するための概略図である。 本実施の形態２に係る空気調和装置の高能力冷房吸着モード時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。
以下、実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する内容によって実施の形態が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態１．
以下、本実施の形態１に係る空気調和装置１００について説明する。本実施の形態１に係る空気調和装置１００は、室内の除湿を行う室内機２０を備えるものである。
［空気調和装置１００の構成］
図１は、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の構成の一例を示す冷媒回路図である。図１に示すように、空気調和装置１００は、室外空間から室外空気を取り込んで、室外空間に室外空気を排出する室外機１０と、室内空間から室内空気を取り込んで、室内空間に室内空気を排出する室内機２０と、を備えている。
（室外機１０）
図１に示すように、室外機１０は、圧縮機１１、冷媒流路切替装置１２、室外熱交換器１３、第二膨張弁１４、および、室外送風機１５を備えている。室外機１０内には、室外送風機１５によって室外空間から取り込まれた室外空気が室外熱交換器１３を通過して室外空間に送風される風路１０ａが形成される。
圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１は、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機などからなる。圧縮機１１の運転周波数は、室外機制御基板１９を介してコントローラ４０によって制御される。なお、この例では、１台の圧縮機１１が用いられる場合を示すが、これに限られず、例えば２台以上の圧縮機１１が並列または直列に接続されてもよい。
冷媒流路切替装置１２は、例えば四方弁であり、冷媒の流れる方向を切り替えることにより、冷房運転および暖房運転の切り替えを行う。冷媒流路切替装置１２は、冷房運転時に、図１の実線で示す状態に切り替わり、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１３とが接続される。また、冷媒流路切替装置１２は、暖房運転時に、図１の破線で示す状態に切り替わり、圧縮機１１の吐出側と第二室内熱交換器２４とが接続される。冷媒流路切替装置１２における流路の切替は、室外機制御基板１９を介してコントローラ４０によって制御される。
室外熱交換器１３は、室外空気と冷媒との間で熱交換を行う。室外熱交換器１３は、冷房運転の際に、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、室外熱交換器１３は、暖房運転の際に、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により室外空気を冷却する蒸発器として機能する。室外熱交換器１３として、例えば、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器が用いられる。
第二膨張弁１４は、例えば絞りの開度を調整することができる電子式膨張弁であり、開度を調整することによって第一室内熱交換器２３に流入する冷媒の圧力を制御する。なお、本実施の形態１では、第二膨張弁１４は室外機１０に設けられているが、室内機２０に設けられていてもよく、設置箇所は限定されない。
室外送風機１５は、室外熱交換器１３に対して室外空気を供給するものであり、回転数が制御されることにより、室外熱交換器１３に対する送風量が調整される。室外送風機１５として、例えば、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）ファンモータあるいはＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）ファンモータなどのモータによって駆動される遠心ファンまたは多翼ファンなどが用いられる。なお、室外送風機１５の駆動源としてＤＣファンモータが用いられる場合は、電流値を変化させて回転数を制御することで送風量が調整される。また、室外送風機１５の駆動源としてＡＣファンモータが用いられる場合は、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制御することで送風量が調整される。
さらに、室外機１０は、室外機制御基板１９を備えている。室外機制御基板１９は、伝送線５１によってコントローラ４０と接続され、コントローラ４０からの運転制御信号に基づき、圧縮機１１、冷媒流路切替装置１２、第二膨張弁１４、および、室外送風機１５を制御する。
（室内機２０）
室内機２０は、第一膨張弁２５、第一室内熱交換器２３、第二室内熱交換器２４、吸脱着装置２２、および、室内送風機２１を備えている。室内機２０内には、室内送風機２１によって室内空間から取り込まれた室内空気が第一室内熱交換器２３、吸脱着装置２２、および、第二室内熱交換器２４を通過して室内空間に送風される風路２０ａが形成される。
第一膨張弁２５は、例えば絞りの開度を調整することができる電子式膨張弁であり、開度を調整することによって第一室内熱交換器２３に流入する冷媒の圧力を制御する。
第一室内熱交換器２３は、風路２０ａ上に配置されている。第二室内熱交換器２４は、風路２０ａ上であって第一室内熱交換器２３の下流側に配置されている。第一室内熱交換器２３および第二室内熱交換器２４は、冷媒回路において互いに直列に接続され、いずれも空気と冷媒との間で熱交換を行う。これにより、室内空間に供給される暖房用空気または冷房用空気が生成される。第一室内熱交換器２３は、冷房運転の際に蒸発器または凝縮器として機能し、吸脱着装置２２に流入する空気を冷却または加熱する。第二室内熱交換器２４は、冷房運転の際に蒸発器として機能し、室内空間の空気を冷却して冷房を行う。また、第一室内熱交換器２３および第二室内熱交換器２４は、暖房運転の際に凝縮器として機能し、室内空間の空気を加熱して暖房を行う。第一室内熱交換器２３および第二室内熱交換器２４として、例えば、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器が用いられる。
吸脱着装置２２は、風路２０ａにおける第一室内熱交換器２３の下流側であって、第二室内熱交換器２４の上流側に配置されている。すなわち、吸脱着装置２２は、第一室内熱交換器２３および第二室内熱交換器２４と同一の風路２０ａ上であって、第一室内熱交換器２３と第二室内熱交換器２４との間に設けられている。吸脱着装置２２は、空気中の水分を吸着する吸着部材を有し、供給される空気に対する水分の吸着および脱着を行う。具体的には、吸脱着装置２２は、相対的に湿度の高い空気から水分を吸着し、相対的に湿度の低い空気に対して水分を脱着する。
室内送風機２１は、第一室内熱交換器２３および第二室内熱交換器２４に対して室内空気を供給するものであり、回転数が制御されることにより、第一室内熱交換器２３および第二室内熱交換器２４に対する送風量が調整される。室内送風機２１として、例えば、ＤＣファンモータあるいはＡＣファンモータなどのモータによって駆動される遠心ファンまたは多翼ファンなどが用いられる。なお、室内送風機２１の駆動源としてＤＣファンモータが用いられる場合は、電流値を変化させて回転数を制御することで送風量が調整される。また、室内送風機２１の駆動源としてＡＣファンモータが用いられる場合は、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制御することで送風量が調整される。
また、室内送風機２１の風量を制御することによって、吸脱着装置２２を通過する空気の流速も変化する。吸脱着装置２２に使用される吸着部材の吸着速度および脱着速度、つまり、吸着時および脱着時における空気と吸着部材間の水分移動速度は、吸着部材を通過する空気の流速が上がると増加する。そのため、室内送風機２１の風量を増加させることで、吸着部材の吸脱着能力を上昇させることが可能となる。なお、本実施の形態１では、室内送風機２１が、風路２０ａの最上流に配置されているが、それに限定されない。風路２０ａにおいて目標の風量が得られればよいので、図１に示す位置よりも下流に配置してもよい。また、風路２０ａの数の１つに限定されず、上流と下流にそれぞれ配置するなどしてもよい。つまり、室内送風機２１の配置位置と数は限定されない。
室外機１０と室内機２０とは、配管によって互いに接続されている。また、空気調和装置１００は、圧縮機１１、冷媒流路切替装置１２、室外熱交換器１３、第二膨張弁１４、第一室内熱交換器２３、第一膨張弁２５、第二室内熱交換器２４が、順次配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路を備えている。
冷媒回路に使用される冷媒は、特に限定されない。例えば、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、ＨＦＣ－４１０Ａ若しくはＨＦＣ－４０７Ｃ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の冷媒を使用できる。
（温度センサ）
室内機２０は、例えばサーミスタなどで構成される複数の温度センサを備えている。冷房運転時の冷媒の流れにおいて第一室内熱交換器２３の入口側には、第一室内熱交換器２３に流入する冷媒の温度（以下、入口温度と称する）を検出する第一入口温度センサ２８ａが設けられている。冷房運転時の冷媒の流れにおいて第一室内熱交換器２３の出口側には、第一室内熱交換器２３から流出する冷媒の温度（以下、出口温度と称する）を検出する第一出口温度センサ２８ｂが設けられている。冷房運転時の冷媒の流れにおいて第二室内熱交換器２４の入口側には、第二室内熱交換器２４に流入する冷媒の温度（以下、入口温度と称する）を検出する第二入口温度センサ２８ｃが設けられている。冷房運転時の冷媒の流れにおいて第二室内熱交換器２４の出口側には、第二室内熱交換器２４から流出する冷媒の温度（以下、出口温度と称する）を検出する第二出口温度センサ２８ｄが設けられている。
さらに、室内機２０は、室内機制御基板２７を備えている。室内機制御基板２７は、伝送線５１によってコントローラ４０と接続され、コントローラ４０からの運転制御信号に基づき、第一膨張弁２５および室内送風機２１を制御する。
（コントローラ４０）
コントローラ４０は、室外機１０および室内機２０に対して運転制御信号を送信し、空気調和装置１００全体を制御する。また、コントローラ４０は、室内機２０に設けられた温度センサによって検出された温度情報に基づいて、冷房運転時の各モードにおいて、第一室内熱交換器２３および第二室内熱交換器２４が除湿運転に最適な加熱および冷却温度になるように第二膨張弁１４および第一膨張弁２５を制御する。
図２は、本実施の形態１に係る空気調和装置１００のコントローラ４０、室外機制御基板１９、および、室内機制御基板２７の接続関係の一例を示すブロック図である。図２に示すように、コントローラ４０には、第一入口温度センサ２８ａ、第一出口温度センサ２８ｂ、第二入口温度センサ２８ｃ、および、第二出口温度センサ２８ｄがそれぞれ接続されている。また、コントローラ４０には、室外機制御基板１９および室内機制御基板２７が伝送線５１を介して接続されている。
室外機制御基板１９には、圧縮機１１、冷媒流路切替装置１２、第二膨張弁１４、および、室外送風機１５が接続されている。室内機制御基板２７には、第一膨張弁２５および室内送風機２１が接続されている。
コントローラ４０は、情報取得部４１、演算処理部４２、機器制御部４３、および、記憶部４４を備えている。コントローラ４０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアなどで構成されている。
情報取得部４１は、第一入口温度センサ２８ａ、第一出口温度センサ２８ｂ、第二入口温度センサ２８ｃ、および、第二出口温度センサ２８ｄで検出された温度情報を取得する。
演算処理部４２は、情報取得部４１で取得された温度情報に基づき、各種処理を行う。
機器制御部４３は、演算処理部４２による処理結果に基づき、空気調和装置１００に設けられた各部を制御するための運転制御信号を生成し、室外機制御基板１９および室内機制御基板２７に送信する。
記憶部４４は、コントローラ４０の各部で用いられる各種の値を記憶するものであり、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。
（吸脱着装置２２）
図３は、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の吸脱着装置２２を形成する多孔質平板を示す模式図である。なお、図３中の破線矢印は、通風方向を示している。
ここで、本実施の形態１における吸脱着装置２２について説明する。吸脱着装置２２は、風路２０ａに対して静止しており、風路２０ａに固定して取り付けられている。吸脱着装置２２は、図３に示す多孔質平板２２ａを用いて形成されている。この多孔質平板２２ａは、通風断面積を大きくできるように、風路２０ａのうち吸脱着装置２２が配置される箇所の管路断面に沿った多角形状の形状を有している。そのため、吸脱着装置２２を、第一室内熱交換器２３および第二室内熱交換器２４の断面積と同等にすることができる。また、多孔質平板２２ａは、当該多孔質平板２２ａの厚さ方向に空気を通過させる複数の小透孔２２ｂが形成された通風体である。多孔質平板２２ａの表面には、相対的に湿度の高い空気から水分を吸着し、相対的に湿度の低い空気に対して水分を脱着する特性を有する吸着部材が形成されている。
すなわち、本実施の形態１の吸脱着装置２２は、多孔質平板２２ａと、その表面に形成された吸着部材とを有している。吸着部材は、多孔質平板２２ａの表面に吸着剤が塗布されることによって層状に形成されている。また、吸着部材は、含浸により多孔質平板２２ａの表面に担持されていてもよいし、表面処理により多孔質平板２２ａの表面に形成されていてもよい。
図４は、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の吸脱着装置２２に用いられる吸着部材の相対湿度に対する飽和吸着量の変動を示すグラフである。図４において、横軸は空気の相対湿度［％］を示し、縦軸は吸着部材の単位質量当たりの平衡吸着量［ｇ／ｇ］を示す。
図４において実線で示す曲線ａは、本実施の形態１で特に好適に用いられる吸着部材の吸湿特性の例を表している。本実施の形態１で特に好適に用いられる吸着部材としては、例えば、有機系ではポリアクリル酸ナトリウム架橋体、無機系ではナノチューブ珪酸塩（イモゴライト）およびアルミニウム珪酸塩（ハスクレイ（登録商標））などがある。
一方、破線で示す曲線ｂは、一般的なデシカントロータに用いられる吸着部材の吸湿特性の例を表している。一般的なデシカントロータに用いられる吸着部材としては、シリカゲルおよびゼオライトなどがある。
図４の曲線ａで示すように、本実施の形態１で特に好適に用いられる吸着部材は、相対湿度の上昇に伴って平衡吸着量が単調に増加し、特に相対湿度４０～１００％の範囲では相対湿度の上昇に伴って平衡吸着量が略直線的に増加する特性を有している。また、この吸着部材は、相対湿度８０～１００％の高湿域における平衡吸着量が特に多くなる特性を有している。
このような吸着部材を用いることにより、後述する冷房吸着モードで吸脱着装置２２を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量と、後述する冷房脱着モードで吸脱着装置２２を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量との差を大きくすることができる。そのため、吸着部材の吸着能力および脱着能力をより高めることができる。
曲線ｂの吸湿特性を有する吸着部材では、相対湿度の上昇に伴って平衡吸着量が単調に増加するものの、相対湿度の上昇に伴う平衡吸着量の増加が緩やかである。このような吸着部材を吸脱着装置２２に用いた場合、相対湿度４０～６０％程度の夏期の一般的な室内空間の空気からの除湿量を多くするのが困難となる場合がある。
除湿量を多くするためには、冷房吸着モードで吸脱着装置２２を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量と、冷房脱着モードで吸脱着装置２２を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量との差を大きくすることが望ましい。そのため、冷房脱着モードで吸脱着装置２２を通過する前の空気を加熱装置などによって加熱し、空気の相対湿度を２０％程度に低下させることが必要になる場合がある。
これに対し、曲線ａの吸湿特性を有する吸着部材は、相対湿度８０～１００％の高湿域における平衡吸着量が特に多くなっている。そのため、空気を加熱して相対湿度を低下させるまでもなく、相対湿度４０～６０％程度の一般的な室内空間の空気に対する平衡吸着量と、相対湿度８０～１００％程度の空気に対する平衡吸着量との差を十分に大きくすることができる。したがって、曲線ａの吸湿特性を有する吸着部材を吸脱着装置２２に用いることにより、風路２０ａに脱着熱源が設けられていなくても連続的な除湿運転が可能になる。
吸着部材は、低温になるほど水分移動速度が低下する特性を有する。冷房吸着モードで吸脱着装置２２に流入する空気は、冷房脱着モードで吸脱着装置２２に流入する空気と比較して低温である。そのため、冷房吸着モード時には、吸着部材での水分移動速度の低下により除湿量が少なくなる。除湿量を増加させるためには、冷房吸着モードで吸脱着装置２２に流入する空気が相対湿度８０～１００％程度の高湿であるという特性を生かして、高湿域での平衡吸着量が中湿域での平衡吸着量よりも十分に多くなる吸着部材を用いる必要がある。
ここで、高湿域とは、相対湿度８０～１００％の範囲のことであり、中湿域とは、一般的な室内空間の湿度である相対湿度４０～６０％の範囲のことである。試験検証結果から、高湿域での平衡吸着量が中湿域での平衡吸着量の１．２倍以上である吸湿部材が用いられることにより、流入空気温度の低下による除湿能力の低下を抑制できることが分かっている。
具体的には、相対湿度６０％の空気に対する単位質量当たりの平衡吸着量ｘと、相対湿度８０％の空気に対する単位質量当たりの平衡吸着量ｙとが、「ｙ／ｘ≧１．２」の関係を満たしていれば、流入空気温度の低下による除湿能力の低下を抑制できる。曲線ａの吸湿特性を有する吸着部材は、「ｙ／ｘ≧１．２」の関係を満たしている。
本実施の形態１に係る空気調和装置１００は、冷房運転時に、冷房吸着モードと冷房脱着モードとを交互に実行することで、室内空間の除湿を行う。また、空気調和装置１００は、冷房運転時に、冷房吸着モードおよび冷房脱着モードに加えて、高能力冷房吸着モードを実行する。冷房吸着モード、冷房脱着モード、および、高能力冷房吸着モードは、第二膨張弁１４および第一膨張弁２５の開度を変更することによって切り替えられる。
以下、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷房運転時の冷房吸着モード、冷房脱着モード、および、高能力冷房吸着モードにおける動作について説明する。なお、本実施の形態１では、暖房運転時の動作については説明を省略する。
（冷房吸着モード）
図５は、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷房吸着モード時における動作について説明するための概略図である。冷房吸着モード時において、圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２を介して室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外送風機１５によって取り込まれた室外空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室外熱交換器１３から流出する。室外熱交換器１３から流出した高圧の液冷媒は、相対的に低開度に設定された第二膨張弁１４によって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、第一室内熱交換器２３に流入する。
第一室内熱交換器２３に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内送風機２１によって取り込まれた室内空気と熱交換して吸熱しながら蒸発し、室内空気を冷却するとともに、低圧のガス冷媒となって第一室内熱交換器２３から流出する。第一室内熱交換器２３から流出した低圧のガス冷媒は、相対的に高開度に設定された第一膨張弁２５によって減圧された後、第二室内熱交換器２４に流入する。第二室内熱交換器２４に流入した低圧のガス冷媒は、第一室内熱交換器２３および吸脱着装置２２を通過した室内空気と熱交換して吸熱しながら蒸発し、室内空気と顕熱交換が行われ、室内空気をさらに冷却する。第二室内熱交換器２４から流出した低圧のガス冷媒は、室内機２０から流出する。室内機２０から流出した低圧のガス冷媒は、圧縮機１１へ吸入される。
図６は、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷房吸着モード時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図６の横軸は温度［℃］を示し、縦軸は絶対湿度［ｋｇ／ｋｇ’］を示す。図６中の点Ａ１、点Ｂ１、点Ｃ１、および、点Ｄ１は、図５中の（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）、および、（Ｄ１）の位置にそれぞれ対応している。また、冷房吸着モード時は、第二膨張弁１４が相対的に低開度に設定されており、第一膨張弁２５が相対的に高開度に設定されている。なお、図６は、吸脱着装置２２が水分の保持量が少ない状態、例えば周囲空気で飽和した状態での空気の状態変化を示す図であるものとする。
第一室内熱交換器２３に流入する前の室内空気は、点Ａ１の状態にある。第一室内熱交換器２３を通過した空気は、冷媒との熱交換により冷却除湿され、低温かつ相対湿度の高い状態となって（点Ｂ１）、吸脱着装置２２に流入する。相対湿度の高い空気が吸脱着装置２２を通過するため、吸脱着装置２２の吸着部材では、空気中の水分を吸着して吸着熱を放熱する吸着反応が生じる。これにより、吸脱着装置２２を通過した空気は、吸着反応により除湿されるとともに加熱され、絶対湿度が低下した状態となって（点Ｃ１）、第二室内熱交換器２４に流入する。第二室内熱交換器２４を通過した空気は、冷媒と顕熱交換することによって冷却され（点Ｄ１）、室内空間に供給される。
すなわち、冷房吸着モードでは、室内機２０に吸い込まれた室内空気が、第一室内熱交換器２３での冷却と吸脱着装置２２での吸着反応とにより除湿され、さらに第二室内熱交換器２４で冷却される。これにより、室内空間には低温で絶対湿度の低い空気が供給される。
（冷房脱着モード）
図７は、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷房脱着モード時における動作について説明するための概略図である。冷房脱着モード時において、圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２を介して室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外送風機１５によって取り込まれた室外空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室外熱交換器１３から流出する。室外熱交換器１３から流出した高圧の液冷媒は、相対的に高開度に設定された第二膨張弁１４によって減圧され、第一室内熱交換器２３に流入する。
第一室内熱交換器２３に流入した液冷媒は、室内送風機２１によって取り込まれた室内空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、室内空気を加熱して第一室内熱交換器２３から流出する。第一室内熱交換器２３から流出した液冷媒は、相対的に低開度に設定された第一膨張弁２５によって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、第二室内熱交換器２４に流入する。第二室内熱交換器２４に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、第一室内熱交換器２３および吸脱着装置２２を通過した室内空気と熱交換して吸熱しながら蒸発し、室内空気を冷却するとともに、低圧のガス冷媒となって第二室内熱交換器２４から流出する。第二室内熱交換器２４から流出した低圧のガス冷媒は、室内機２０から流出する。室内機２０から流出した低圧のガス冷媒は、圧縮機１１へ吸入される。
図８は、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷房脱着モード時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図８の横軸は温度［℃］を示し、縦軸は絶対湿度［ｋｇ／ｋｇ’］を示す。図８中の点Ａ２、点Ｂ２、点Ｃ２、および、点Ｄ２は、図７中の（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）、および、（Ｄ２）の位置にそれぞれ対応している。また、冷房脱着モード時は、第二膨張弁１４が相対的に高開度に設定されており、第一膨張弁２５が相対的に低開度に設定されている。なお、図８は、吸脱着装置２２が水分の保持量が多い状態、例えば冷房吸着モードで飽和した状態での空気の状態変化を示す図であるものとする。
第一室内熱交換器２３に流入する前の室内空気は、点Ａ２の状態にある。第一室内熱交換器２３を通過した空気は、冷媒との熱交換により加熱され、相対湿度の低い状態となって（点Ｂ２）、吸脱着装置２２に流入する。相対湿度が低い空気が吸脱着装置２２を通過し、かつ吸脱着装置２２の吸着部材の水分保持量が多くなっているため、吸着部材では、空気中に水分を放出して脱着熱を吸熱する脱着反応が生じる。これにより、吸着部材の水分保持量が減少し、吸着部材が再生される。また、吸脱着装置２２を通過した空気は、脱着反応により加湿されるとともに冷却され、低温かつ高湿の空気となって（点Ｃ２）、第二室内熱交換器２４に流入する。第二室内熱交換器２４を通過した空気は、冷媒との熱交換により冷却除湿され（点Ｄ２）、低温でかつ絶対湿度が低下した給気として室内空間に供給される。
すなわち、冷房脱着モードでは、室内機２０に吸い込まれた室内空気が、吸脱着装置２２での脱着反応により加湿されるものの、第二室内熱交換器２４での冷却により除湿される。これにより、室内空間には低温で絶対湿度の低い空気が供給される。
（高能力冷房吸着モード）
図９は、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の高能力冷房吸着モード時における動作について説明するための概略図である。高能力冷房吸着モード時において、圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２を介して室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外送風機１５によって取り込まれた室外空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室外熱交換器１３から流出する。室外熱交換器１３から流出した高圧の液冷媒は、相対的に低開度に設定された第二膨張弁１４によって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、第一室内熱交換器２３に流入する。
第一室内熱交換器２３に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内送風機２１によって取り込まれた室内空気と熱交換して吸熱しながら蒸発し、室内空気を冷却し、第一室内熱交換器２３から流出する。第一室内熱交換器２３から流出した低温低圧の気液二相冷媒は、相対的に高開度に設定された第一膨張弁２５によって減圧された後、第二室内熱交換器２４に流入する。第二室内熱交換器２４に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、第一室内熱交換器２３および吸脱着装置２２を通過した室内空気と熱交換して吸熱しながら蒸発し、室内空気と潜熱交換が行われ、室内空気をさらに冷却し、低圧のガス冷媒となって第二室内熱交換器２４から流出する。第二室内熱交換器２４から流出した低圧のガス冷媒は、室内機２０から流出する。室内機２０から流出した低圧のガス冷媒は、圧縮機１１へ吸入される。
図１０は、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の高能力冷房吸着モード時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図１０の横軸は温度［℃］を示し、縦軸は絶対湿度［ｋｇ／ｋｇ’］を示す。図１０中の点Ａ１、点Ｂ１、点Ｃ１、および、点Ｄ１は、図９中の（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）、および、（Ｄ１）の位置にそれぞれ対応している。また、高能力冷房吸着モード時は、第二膨張弁１４が相対的に低開度に設定されており、第一膨張弁２５が相対的に高開度に設定されている。なお、図１０は、吸脱着装置２２が水分の保持量が少ない状態、例えば周囲空気で飽和した状態での空気の状態変化を示す図であるものとする。
第一室内熱交換器２３に流入する前の室内空気は、点Ａ１の状態にある。第一室内熱交換器２３を通過した空気は、冷媒との熱交換により冷却除湿され、低温かつ相対湿度の高い状態となって（点Ｂ１）、吸脱着装置２２に流入する。相対湿度の高い空気が吸脱着装置２２を通過するため、吸脱着装置２２の吸着部材では、空気中の水分を吸着して吸着熱を放熱する吸着反応が生じる。これにより、吸脱着装置２２を通過した空気は、吸着反応により除湿されるとともに加熱され、絶対湿度が低下した状態となって（点Ｃ１）、第二室内熱交換器２４に流入する。第二室内熱交換器２４を通過した空気は、冷媒と潜熱交換することによって冷却され（点Ｄ１）、室内空間に供給される。
すなわち、高能力冷房吸着モードでは、室内機２０に吸い込まれた室内空気が、第一室内熱交換器２３での冷却と吸脱着装置２２での吸着反応とにより除湿され、さらに第二室内熱交換器２４で冷却される。これにより、室内空間には低温で絶対湿度の低い空気が供給される。また、高能力冷房吸着モードでは、第二室内熱交換器２４での過熱度（ＳＨ）を算出する際に温度測定する位置が冷房吸着モードと異なっており、高能力冷房吸着モードでは、第二膨張弁１４の開度および圧縮機１１の運転周波数を、冷房吸着モードと変えている。そのため、冷房吸着モードでは、第二室内熱交換器２４において冷媒と室内空気とで顕熱交換が行われるが、高能力冷房吸着モードでは、第二室内熱交換器２４において冷媒と室内空気とで潜熱交換が行われることになり、第二室内熱交換器２４で空気をより冷却することができる。つまり、高能力冷房吸着モードでは、冷房吸着モードに比べて冷房能力が高くなっている。
次に、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷房運転時の冷房吸着モード、冷房脱着モード、および、高能力冷房吸着モードにおける、第二膨張弁１４および第一膨張弁２５の制御について説明する。
（冷房吸着モード）
冷房吸着モードでは、第一室内熱交換器２３が蒸発器として機能し、第二室内熱交換器２４も蒸発器として機能するが、第二室内熱交換器２４の冷房能力を抑制することで、空調能力の顕熱比（ＳＨＦ）を低下させる。そして、空調能力を抑制することが目的となる。そのため、コントローラ４０は、第一入口温度センサ２８ａによって検出される第一室内熱交換器２３の入口温度と、第一出口温度センサ２８ｂによって検出される第一室内熱交換器２３の出口温度との差から算出される過熱度（ＳＨ）が、所定の値となるように第二膨張弁１４を制御する。そうすることで、第二室内熱交換器２４では冷媒と室内空気とで顕熱交換が行われることになるため、第二室内熱交換器２４の冷房能力が抑制される。また、蒸発温度については、コントローラ４０が圧縮機１１の運転周波数を制御することで、所定の能力を確保する。
（冷房脱着モード）
冷房脱着モードでは、第一室内熱交換器２３が凝縮器として機能し、第二室内熱交換器２４が蒸発器として機能する。そのため、第一室内熱交換器２３の加熱能力は、室内送風機２１の風量によって決まる。また、コントローラ４０は、第二入口温度センサ２８ｃによって検出される第二室内熱交換器２４の入口温度と、第二出口温度センサ２８ｄによって検出される第二室内熱交換器２４の出口温度との差から算出される過熱度（ＳＨ）が、所定の値となるように第一膨張弁２５を制御する。また、蒸発温度については、コントローラ４０が圧縮機１１の運転周波数を制御することで、所定の能力を確保する。
（高能力冷房吸着モード）
高能力冷房吸着モードでは、第一室内熱交換器２３が蒸発器として機能し、第二室内熱交換器２４も蒸発器として機能させることで、第二室内熱交換器２４の冷房能力を上げ、空調能力の顕熱比（ＳＨＦ）を上げることが目的となる。そして、空調能力を最大限に発揮させることが目的となる。そのため、コントローラ４０は、第一入口温度センサ２８ａによって検出される第一室内熱交換器２３の入口温度と、第二出口温度センサ２８ｄによって検出される第二室内熱交換器２４の出口温度との差から算出される過熱度（ＳＨ）が、所定の値となるように第二膨張弁１４を制御する。そうすることで、第二室内熱交換器２４では冷媒と室内空気とで潜熱交換が行われることになるため、第二室内熱交換器２４の冷房能力が上がる。また、蒸発温度については、コントローラ４０が圧縮機１１の運転周波数を制御することで、所定の能力を確保する。
次に、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷房運転時の冷房吸着モード、冷房脱着モード、および、高能力冷房吸着モードの切り替え制御について説明する。
（冷房吸着モードと冷房脱着モードとの切替制御）
本実施の形態１では、冷房運転時に除湿を行う際に、冷房吸着モードと冷房脱着モードとを交互に実行する必要がある。冷房吸着モードと冷房脱着モードとを切り替えるタイミングは、各モードが開始されてからの時間などに基づいて判断される。例えば、冷房吸着モードと冷房脱着モードとは１０分毎に切り替えられる。なお、冷房吸着モードと冷房脱着モードとの切り替えは、第二膨張弁１４および第一膨張弁２５の開度を変更することによって行われる。本実施の形態１に係る冷房吸着モードおよび冷房脱着モードでは、室外空間のように環境変化が大きい空間の空気ではなく、室内空間などの環境変化が小さい空間の空気を用いて、吸着部材に対する水分の吸着および脱着が行われる。このため、吸着部材が平衡状態となる条件を予測しやすくなる。
したがって、あらかじめ設定された切替時間で冷房吸着モードと冷房脱着モードとが切り替えられたとしても、冷房吸着モードでは吸着部材の吸着能力を十分に発揮させることができ、冷房脱着モードでは吸着部材の脱着能力を十分に発揮させることができる。これにより、除湿能力を維持した連続的な除湿運転が可能となる。除湿能力を最適化するために、切替時間の設定が、外部からの操作により変更できるようになっていてもよい。また、冷房吸着モードと冷房脱着モードとを切り替えるタイミングは、点Ｃ１、および、点Ｃ２の状態における温度に基づいて判断されるようにしてもよい。その場合は、冷房吸着モード時において、点Ｃ１の状態における温度が下げ止まったら冷房脱着モードへの切り替えが行われ、冷房脱着モード時において、点Ｃ２の状態における温度が上げ止まったら冷房吸着モードへの切り替えが行われる。
上述したように、冷房吸着モードで吸脱着装置２２に流入する空気の温度は、冷房脱着モードで吸脱着装置２２に流入する空気の温度よりも低い。また、吸着部材での水分移動速度は、低温になるほど低下する。そのため、空気と吸着部材との間での水分移動量が冷房吸着モードおよび冷房脱着モードで同量であるとすると、冷房吸着モードの方が飽和状態までの時間が長くなる傾向にある。
したがって、冷房吸着モードの実行時間を冷房脱着モードの実行時間よりも長く設定することにより、冷房吸着モードおよび冷房脱着モードのそれぞれにおいて吸着部材の体積当たりの水分移動量を増加させることができる。よって、吸着部材の吸着能力および脱着能力を十分に発揮させることができ、吸着部材の体積当たりの除湿能力を向上させることができる。これにより、除湿能力を維持しつつ、吸着部材および吸脱着装置２２を小型化または薄型化することができるため、吸脱着装置２２での空気の圧力損失を低減させることができる。
（冷房吸着モードと高能力冷房吸着モードとの切替制御）
高い冷房能力が必要な場合では、冷房吸着モードから高能力冷房吸着モードに切り替える必要がある。冷房吸着モードと高能力冷房脱着モードとを切り替えるタイミングは、例えば起動時あるいは顕熱負荷が大きい時などが挙げられる。
本実施の形態１に係る空気調和装置１００は、圧縮機１１および室外熱交換器１３を有し、室外空間から室外空気を取り込んで室外空間に室外空気を排出する室外機１０と、第一膨張弁２５、第一室内熱交換器２３、および、第二室内熱交換器２４を有し、室内空間から室内空気を取り込んで室内空間に室内空気を排出する室内機２０と、を備えた空気調和装置１００であって、室外機１０または室内機２０に設けられた第二膨張弁１４と、圧縮機１１、室外熱交換器１３、第二膨張弁１４、第一室内熱交換器２３、第一膨張弁２５、第二室内熱交換器２４、が順次配管で接続された冷媒回路と、空気中の水分を吸着する吸着部材を有する吸脱着装置２２と、第一膨張弁２５および第二膨張弁１４の開度を制御するコントローラ４０と、を備え、室内機２０は、内部に取り込んだ室内空気が通過する風路２０ａが形成されており、第一室内熱交換器２３、吸脱着装置２２、および、第二室内熱交換器２４は風路２０ａ上に配置されており、第二室内熱交換器２４は、第一室内熱交換器２３の下流側に配置され、吸脱着装置２２は、第一室内熱交換器２３の下流側であって第二室内熱交換器２４の上流側に配置されており、コントローラ４０は、第一膨張弁２５および第二膨張弁１４の開度を制御し、吸脱着装置２２により室内空気中の水分を吸着する冷房吸着モードと、吸着した水分を脱着する冷房脱着モードとを備え、それらを切り替えることにより除湿制御を行うものである。
本実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、室内空間から室内空気を取り込んで室内空間に室内空気を排出する室内機２０を備えている。つまり、室内空間に供給する空気として、室外空気に比べて湿度の変動が少ない室内空気が用いられている。また、コントローラ４０は、第一膨張弁２５および第二膨張弁１４の開度を制御し、吸脱着装置２２により室内空気中の水分を吸着する冷房吸着モードと、吸着した水分を脱着する冷房脱着モードとを備え、それらを切り替えることにより除湿制御を行っている。つまり、吸脱着装置２２の吸着部材の吸脱着にヒータが用いられていない。その結果、より少ない消費電力で安定した除湿能力を得ることができる。
また、本実施の形態１に係る空気調和装置１００において、風路２０ａは、冷房吸着モードと冷房脱着モードとで同一経路である。
本実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、室内機２０内の第一室内熱交換器２３と第二室内熱交換器２４との間に風路を切り替える風路切替装置のようなものが不要であるため、室内機２０を小型化または薄型化することができる。
また、本実施の形態１に係る空気調和装置１００において、吸脱着装置２２は、多孔質平板２２ａで構成されているものである。
本実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、吸脱着装置２２が多孔質平板２２ａで構成されているため、吸脱着装置２２を、第一室内熱交換器２３および第二室内熱交換器２４の断面積と同等にすることができる。
また、本実施の形態１に係る空気調和装置１００において、コントローラ４０は、冷房吸着モード時は、第二膨張弁１４の開度を第一膨張弁２５の開度と比較して低開度に設定し、冷房脱着モード時は、第二膨張弁１４の開度を第一膨張弁２５の開度と比較して高開度に設定するものである。
本実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、第一膨張弁２５および第二膨張弁１４の開度を制御することで、冷房吸着モードと冷房脱着モードとを切り替えることができる。
また、本実施の形態１に係る空気調和装置１００において、コントローラ４０は、冷房吸着モードの実行時間が冷房脱着モードの実行時間よりも長くなるように、冷房吸着モードと冷房脱着モードとを切り替えるものである。
本実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、冷房吸着モードの実行時間を冷房脱着モードの実行時間よりも長くしているため、冷房吸着モードおよび冷房脱着モードのそれぞれにおいて吸着部材の体積当たりの水分移動量を増加させることができる。よって、吸着部材の吸着能力および脱着能力を十分に発揮させることができ、吸着部材の体積当たりの除湿能力を向上させることができる。これにより、除湿能力を維持しつつ、吸着部材および吸脱着装置２２を小型化または薄型化することができるため、吸脱着装置２２での空気の圧力損失を低減させることができる。
また、本実施の形態１に係る空気調和装置１００において、コントローラ４０は、第一入口温度センサ２８ａによって検出された入口温度と、第二出口温度センサ２８ｄによって検出された出口温度との差が、あらかじめ設定された値となるように第二膨張弁１４を制御する高能力冷房吸着モードを備えたものである。
本実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、第一入口温度センサ２８ａによって検出された入口温度と、第一出口温度センサ２８ｂによって検出された出口温度との差が、あらかじめ設定された値となるように第二膨張弁１４を制御する冷房吸着モードに比べて、冷房能力が高くすることができる高能力冷房吸着モードを備えている。つまり、高能力冷房吸着モードでは、第二室内熱交換器２４での冷却能力を確保するために、過熱度（ＳＨ）を算出する際に温度測定する位置が冷房吸着モードと異なっており、高能力冷房吸着モードでは、第二膨張弁１４の開度および圧縮機１１の運転周波数を、冷房吸着モードと変えている。そのため、冷房吸着モードでは、第二室内熱交換器２４において冷媒と室内空気とで顕熱交換が行われるが、高能力冷房吸着モードでは、第二室内熱交換器２４において冷媒と室内空気とで潜熱交換が行われることになり、第二室内熱交換器２４で空気をより冷却することができる。そして、例えば起動時あるいは顕熱負荷が大きい時などの高負荷時でも高能力冷房吸着モードで対応することができる。
また、本実施の形態１に係る空気調和装置１００において、吸着部材は、相対湿度が４０～１００％の空気に対する単位質量あたりの平衡吸着量が、相対湿度の上昇に対して直線的に増加するものである。
本実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、吸着部材は、相対湿度が４０～１００％の空気に対する単位質量あたりの平衡吸着量が、相対湿度の上昇に対して直線的に増加する。そのため、冷房吸着モードで吸脱着装置２２を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量と、冷房脱着モードで吸脱着装置２２を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量との差を大きくすることができる。そのため、吸着部材の吸着能力および脱着能力をより高めることができる。
また、本実施の形態１に係る空気調和装置１００において、吸着部材は、相対湿度が８０～１００％の空気に対する単位質量あたりの平衡吸着量が、相対湿度が４０～６０％の空気に対する前記平衡吸着量に対して１．２倍以上である。
本実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、吸着部材は、相対湿度が８０～１００％の空気に対する単位質量あたりの平衡吸着量が、相対湿度が４０～６０％の空気に対する前記平衡吸着量に対して１．２倍以上である。そのため、流入空気温度の低下による除湿能力の低下を抑制できる。
実施の形態２．
以下、本実施の形態２について説明するが、実施の形態１と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
吸脱着装置２２は熱容量を持っているため、実施の形態１では、吸着運転である冷房吸着モードと、脱着運転である冷房脱着モードとの切替えが行われる時に熱損失が発生してしまう。また、実施の形態１では、第一室内熱交換器２３と第二室内熱交換器２４との間に吸脱着装置２２が配置されているため、室内機２０が大型化してしまう場合がある。
そこで、本実施の形態２では、第一室内熱交換器２３および第二室内熱交換器２４のいずれとも別体となる吸脱着装置２２を設けずに、第一室内熱交換器２３と吸着部材とが一体化した吸着熱交換器２６を設ける。
［空気調和装置１００の構成］
図１１は、本実施の形態２に係る空気調和装置１００の構成の一例を示す冷媒回路図である。図１１に示すように、本実施の形態２では、実施の形態１における吸脱着装置２２が除かれるとともに、第一室内熱交換器２３と吸着部材とが一体化した吸着熱交換器２６が設けられている。
吸着熱交換器２６は、第二室内熱交換器２４と直列に接続されるとともに、室内機２０における風路２０ａの最上流に配置されている。吸着熱交換器２６は、第一室内熱交換器２３の表面に吸着部材が形成されている。吸着部材は、第一室内熱交換器２３の表面に塗布または担持されることによって形成されている。吸着熱交換器２６では、第一室内熱交換器２３で蒸発した冷媒の蒸発熱を、空気を介さずに吸着部材の吸着反応に直接用いることができる。
次に、本実施の形態２に係る空気調和装置１００の冷房運転時の各モードにおける動作について説明するが、暖房運転における動作については説明を省略する。
（冷房吸着モード）
図１２は、本実施の形態２に係る空気調和装置１００の冷房吸着モード時における動作について説明するための概略図である。冷房吸着モード時において、圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２を介して室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外送風機１５によって取り込まれた室外空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室外熱交換器１３から流出する。室外熱交換器１３から流出した高圧の液冷媒は、相対的に低開度に設定された第二膨張弁１４によって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、吸着熱交換器２６に流入する。吸着熱交換器２６に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内送風機２１によって取り込まれた室内空気と熱交換して吸熱しながら蒸発し、室内空気を冷却するとともに、低圧のガス冷媒となって吸着熱交換器２６から流出する。吸着熱交換器２６から流出した低圧のガス冷媒は、相対的に高開度に設定された第一膨張弁２５によって減圧された後、第二室内熱交換器２４に流入する。第二室内熱交換器２４に流入した低圧のガス冷媒は、吸着熱交換器２６を通過した室内空気と熱交換して吸熱しながら蒸発し、室内空気と顕熱交換が行われ、室内空気をさらに冷却する。第二室内熱交換器２４から流出した低圧のガス冷媒は、室内機２０から流出する。室内機２０から流出した低圧のガス冷媒は、圧縮機１１へ吸入される。
図１３は、本実施の形態２に係る空気調和装置１００の冷房吸着モード時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図１３の横軸は温度［℃］を示し、縦軸は絶対湿度［ｋｇ／ｋｇ’］を示す。図１３中の点Ａ１、点Ｂ１、および、点Ｃ１は、図１２中の（Ａ１）、（Ｂ１）、および、（Ｃ１）の位置にそれぞれ対応している。また、冷房吸着モード時は、第二膨張弁１４が相対的に低開度に設定されており、第一膨張弁２５が相対的に高開度に設定されている。なお、図１３は、吸着熱交換器２６が水分の保持量が少ない状態、例えば周囲空気で飽和した状態での空気の状態変化を示す図であるものとする。
図１３では、図６に示した実施の形態１の空気の状態変化を破線で示している。図１３に示す点Ａ１の空気の状態は、図６に示した点Ａ１の空気の状態と同様である。また、図１５に示す点Ｂ１および点Ｃ１の空気の状態は、図６に示した点Ｃ１および点Ｄ１の空気の状態とそれぞれ同様である。
実施の形態１では、第一室内熱交換器２３での冷媒の蒸発熱が、風路２０ａを流れる空気を介して吸脱着装置２２の吸着部材に伝達される。そのため、冷媒の蒸発熱が吸着部材以外の部材に放熱される熱損失が生じてしまう場合がある。
これに対し、本実施の形態２では、冷媒の蒸発熱が空気を介さずに吸着部材に直接伝達されるため、上記の熱損失の発生を防ぐことができ、吸着部材を高効率で冷却することができる。したがって、冷房吸着モードにおいて蒸発温度を高く設定することができるため、空気調和装置１００の省エネルギー性を向上させることができる。
（冷房脱着モード）
図１４は、本実施の形態２に係る空気調和装置１００の冷房脱着モード時における動作について説明するための概略図である。冷房脱着モード時において、圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２を介して室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外送風機１５によって取り込まれた室外空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室外熱交換器１３から流出する。室外熱交換器１３から流出した高圧の液冷媒は、相対的に高開度に設定された第二膨張弁１４によって減圧され、吸着熱交換器２６に流入する。吸着熱交換器２６に流入した液冷媒は、室内送風機２１によって取り込まれた室内空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、室内空気を加熱して吸着熱交換器２６から流出する。吸着熱交換器２６から流出した液冷媒は、相対的に低開度に設定された第一膨張弁２５によって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、第二室内熱交換器２４に流入する。第二室内熱交換器２４に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、吸着熱交換器２６を通過した室内空気と熱交換して吸熱しながら蒸発し、室内空気を冷却するとともに、低圧のガス冷媒となって第二室内熱交換器２４から流出する。第二室内熱交換器２４から流出した低圧のガス冷媒は、室内機２０から流出する。室内機２０から流出した低圧のガス冷媒は、圧縮機１１へ吸入される。
図１５は、本実施の形態２に係る空気調和装置１００の冷房脱着モード時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図１５の横軸は温度［℃］を示し、縦軸は絶対湿度［ｋｇ／ｋｇ’］を示す。図１５中の点Ａ２、点Ｂ２、および、点Ｃ２は、図１４中の（Ａ２）、（Ｂ２）、および、（Ｃ２）の位置にそれぞれ対応している。また、冷房脱着モード時は、第二膨張弁１４が相対的に高開度に設定されており、第一膨張弁２５が相対的に低開度に設定されている。なお、図１５は、吸着熱交換器２６が水分の保持量が多い状態、例えば冷房吸着モードで飽和した状態での空気の状態変化を示す図であるものとする。
図１５では、図８に示した実施の形態１の空気の状態変化を破線で示している。図１５に示す点Ａ２の空気の状態は、図８に示した点Ａ２の空気の状態と同様である。また、図１５に示す点Ｂ２および点Ｃ２の空気の状態は、図８に示した点Ｃ２および点Ｄ２の空気の状態とそれぞれ同様である。
（高能力冷房吸着モード）
図１６は、本実施の形態２に係る空気調和装置１００の高能力冷房吸着モード時における動作について説明するための概略図である。高能力冷房吸着モード時において、圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２を介して室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外送風機１５によって取り込まれた室外空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室外熱交換器１３から流出する。室外熱交換器１３から流出した高圧の液冷媒は、相対的に低開度に設定された第二膨張弁１４によって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、吸着熱交換器２６に流入する。吸着熱交換器２６に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内送風機２１によって取り込まれた室内空気と熱交換して吸熱しながら蒸発し、室内空気を冷却し、吸着熱交換器２６から流出する。吸着熱交換器２６から流出した低温低圧の気液二相冷媒は、相対的に高開度に設定された第一膨張弁２５によって減圧された後、第二室内熱交換器２４に流入する。第二室内熱交換器２４に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、吸着熱交換器２６を通過した室内空気と熱交換して吸熱しながら蒸発し、室内空気と潜熱交換が行われ、室内空気をさらに冷却し、低圧のガス冷媒となって第二室内熱交換器２４から流出する。第二室内熱交換器２４から流出した低圧のガス冷媒は、室内機２０から流出する。室内機２０から流出した低圧のガス冷媒は、圧縮機１１へ吸入される。
図１７は、本実施の形態２に係る空気調和装置１００の高能力冷房吸着モード時における空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図１７の横軸は温度［℃］を示し、縦軸は絶対湿度［ｋｇ／ｋｇ’］を示す。図１７中の点Ａ１、点Ｂ１、および、点Ｃ１は、図１６中の（Ａ１）、（Ｂ１）、および、（Ｃ１）の位置にそれぞれ対応している。また、高能力冷房吸着モード時は、第二膨張弁１４が相対的に低開度に設定されており、第一膨張弁２５が相対的に高開度に設定されている。なお、図１７は、吸着熱交換器２６が水分の保持量が少ない状態、例えば周囲空気で飽和した状態での空気の状態変化を示す図であるものとする。
図１７では、図１０に示した実施の形態１の空気の状態変化を破線で示している。図１７に示す点Ａ１の空気の状態は、図１０に示した点Ａ１の空気の状態と同様である。また、図１７に示す点Ｂ１および点Ｃ１の空気の状態は、図１０に示した点Ｃ１および点Ｄ１の空気の状態とそれぞれ同様である。
実施の形態１では、第一室内熱交換器２３での冷媒の蒸発熱が、風路２０ａを流れる空気を介して吸脱着装置２２の吸着部材に伝達される。そのため、冷媒の蒸発熱が吸着部材以外の部材に放熱される熱損失が生じてしまう場合がある。
これに対し、本実施の形態２では、冷媒の蒸発熱が空気を介さずに吸着部材に直接伝達されるため、上記の熱損失の発生を防ぐことができ、吸着部材を高効率で冷却することができる。したがって、高能力冷房吸着モードにおいて蒸発温度を高く設定することができるため、空気調和装置１００の省エネルギー性を向上させることができる。
次に、本実施の形態２に係る空気調和装置１００の冷房運転時の各モードの切替制御について説明する。
（冷房吸着モードと冷房脱着モードとの切替制御）
本実施の形態２では、除湿を行う際に冷房吸着モードと冷房脱着モードとを交互に実行する必要がある。冷房吸着モードと冷房脱着モードとを切り替えるタイミングは、各モードが開始されてからの時間などに基づいて判断される。例えば、冷房吸着モードと冷房脱着モードとは１０分毎に切り替えられる。なお、冷房吸着モードと冷房脱着モードとの切り替えは、第二膨張弁１４および第一膨張弁２５の開度を変更することによって行われる。本実施の形態２の冷房吸着モードおよび冷房脱着モードでは、室外のように環境変化が大きい空間の空気ではなく、室内などの環境変化が小さい空間の空気を用いて、吸着部材に対する水分の吸着および脱着が行われる。このため、吸着部材が平衡状態となる条件を予測しやすくなる。
したがって、あらかじめ設定された切替時間で冷房吸着モードと冷房脱着モードとが切り替えられたとしても、冷房吸着モードでは吸着部材の吸着能力を十分に発揮させることができ、冷房脱着モードでは吸着部材の脱着能力を十分に発揮させることができる。これにより、除湿能力を維持した連続的な除湿運転が可能となる。除湿能力を最適化するために、切替時間の設定が、外部からの操作により変更できるようになっていてもよい。また、冷房吸着モードと冷房脱着モードとを切り替えるタイミングは、点Ｂ１および点Ｂ２の状態における温度に基づいて判断されるようにしてもよい。その場合は、冷房吸着モード時において、点Ｂ１の状態における温度が下げ止まったら冷房脱着モードへの切り替えが行われ、冷房脱着モード時において、点Ｂ２の状態における温度が上げ止まったら冷房吸着モードへの切り替えが行われる。
また、冷房吸着モードにおいて、吸着熱交換器２６の表面では、空気中の水分を吸着して吸着熱を放熱する吸着反応が生じるが、その際に、発生した吸着熱は冷媒の相変化で発生する潜熱によって同時処理されることになる。その結果、本実施の形態２では、実施の形態１に比べて吸着熱による通過空気の変化が小さくなり、吸着速度が速くなる傾向がある。
一方、冷房脱着モードにおいて、冷媒からの加熱量次第では、脱着速度を変更することが可能となる。実際には、冷房吸着モードでは、ドレンが発生しないため、実ドレン発生量はゼロであり、冷房脱着モードが冷房吸着モードよりも長い方が、除湿量として上昇しやすい傾向にある。
そこで、冷房脱着モードの実行時間を冷房吸着モードの実行時間よりも長く設定することにより、冷房吸着モードおよび冷房脱着モードのそれぞれにおいて吸着部材の体積当たりの水分移動量を増加させることができる。よって、吸着部材の吸着能力および脱着能力を十分に発揮させることができ、吸着部材の体積当たりの除湿能力を向上させることができる。これにより、除湿能力を維持しつつ、吸脱着装置２２を除くことができるので、室内機２０を小型化または薄型化することができる。
また、冷媒の蒸発熱が空気を介さずに吸着部材に直接伝達されるため、上記の熱損失の発生を防ぐことができ、吸着部材を高効率で冷却することができる。したがって、冷房吸着モードにおいて蒸発温度を高く設定することができるため、空気調和装置１００の省エネルギー性を向上させることができる。
（冷房吸着モードと高能力冷房吸着モードとの切替制御）
高い冷房能力が必要な場合では、冷房吸着モードから高能力冷房吸着モードに切り替える必要がある。冷房吸着モードと高能力冷房脱着モードとを切り替えるタイミングは、例えば起動時あるいは顕熱負荷が大きい時などが挙げられる。
本実施の形態２に係る空気調和装置１００は、圧縮機１１および室外熱交換器１３を有し、室外空間から室外空気を取り込んで室外空間に室外空気を排出する室外機１０と、第一膨張弁２５、第一室内熱交換器２３、および、第二室内熱交換器２４を有し、室内空間から室内空気を取り込んで室内空間に室内空気を排出する室内機２０と、を備えた空気調和装置１００であって、室外機１０または室内機２０に設けられた第二膨張弁１４と、圧縮機１１、室外熱交換器１３、第二膨張弁１４、第一室内熱交換器２３、第一膨張弁２５、第二室内熱交換器２４、が順次配管で接続された冷媒回路と、第一膨張弁２５および第二膨張弁１４の開度を制御するコントローラ４０と、を備え、第一室内熱交換器２３の表面には、空気中の水分を吸着する吸着部材が形成されており、室内機２０は、内部に取り込んだ室内空気が通過する風路２０ａが形成されており、第一室内熱交換器２３、および、第二室内熱交換器２４は風路２０ａ上に配置されており、第二室内熱交換器２４は、第一室内熱交換器２３の下流側に配置されており、コントローラ４０は、第一膨張弁２５および第二膨張弁１４の開度を制御し、第一室内熱交換器２３により室内空気中の水分を吸着する冷房吸着モードと、吸着した水分を脱着する冷房脱着モードとを備え、それらを切り替えることにより除湿制御を行うものである。
本実施の形態２に係る空気調和装置１００によれば、室内空間から室内空気を取り込んで室内空間に室内空気を排出する室内機２０を備えている。つまり、室内空間に供給する空気として、室外空気に比べて湿度の変動が少ない室内空気が用いられている。また、コントローラ４０は、第一膨張弁２５および第二膨張弁１４の開度を制御し、第一室内熱交換器２３により室内空気中の水分を吸着する冷房吸着モードと、吸着した水分を脱着する冷房脱着モードとを備え、それらを切り替えることにより除湿制御を行っている。つまり、第一室内熱交換器２３の吸着部材の吸脱着にヒータが用いられていない。その結果、より少ない消費電力で安定した除湿能力を得ることができる。
また、冷媒の蒸発熱が空気を介さずに吸着部材に直接伝達されるため、冷媒の蒸発熱が吸着部材以外の部材に放熱される熱損失の発生を防ぐことができ、吸着部材を高効率で冷却することができる。したがって、冷房吸着モードにおいて蒸発温度を高く設定することができるため、空気調和装置１００の省エネルギー性を向上させることができる。
１０ 室外機、１０ａ 風路、１１ 圧縮機、１２ 冷媒流路切替装置、１３ 室外熱交換器、１４ 第二膨張弁、１５ 室外送風機、１９ 室外機制御基板、２０ 室内機、２０ａ 風路、２１ 室内送風機、２２ 吸脱着装置、２２ａ 多孔質平板、２２ｂ 小透孔、２３ 第一室内熱交換器、２４ 第二室内熱交換器、２５ 第一膨張弁、２６ 吸着熱交換器、２７ 室内機制御基板、２８ａ 第一入口温度センサ、２８ｂ 第一出口温度センサ、２８ｃ 第二入口温度センサ、２８ｄ 第二出口温度センサ、４０ コントローラ、４１ 情報取得部、４２ 演算処理部、４３ 機器制御部、４４ 記憶部、５１ 伝送線、１００ 空気調和装置。

Claims (11)

  1. 圧縮機および室外熱交換器を有し、室外空間から室外空気を取り込んで前記室外空間に前記室外空気を排出する室外機と、第一膨張弁、第一室内熱交換器、および、第二室内熱交換器を有し、室内空間から室内空気を取り込んで前記室内空間に前記室内空気を排出する室内機と、を備えた空気調和装置であって、
    前記室外機または前記室内機に設けられた第二膨張弁と、
    前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記第二膨張弁、前記第一室内熱交換器、前記第一膨張弁、前記第二室内熱交換器、が順次配管で接続された冷媒回路と、
    空気中の水分を吸着する吸着部材を有する吸脱着装置と、
    前記第一膨張弁および前記第二膨張弁の開度を制御するコントローラと、を備え、
    前記室内機は、内部に取り込んだ前記室内空気が通過する風路が形成されており、
    前記第一室内熱交換器、前記吸脱着装置、および、前記第二室内熱交換器は前記風路上に配置されており、
    前記第二室内熱交換器は、前記第一室内熱交換器の下流側に配置され、前記吸脱着装置は、前記第一室内熱交換器の下流側であって前記第二室内熱交換器の上流側に配置されており、
    前記コントローラは、前記第一膨張弁および前記第二膨張弁の開度を制御し、前記吸脱着装置により前記室内空気中の水分を吸着する冷房吸着モードと、吸着した前記水分を脱着する冷房脱着モードとを備え、それらを切り替えることにより除湿制御を行うものであり、
    前記冷房吸着モード時は、前記第二膨張弁の開度を前記第一膨張弁の開度と比較して低開度に設定し、
    前記冷房脱着モード時は、前記第二膨張弁の開度を前記第一膨張弁の開度と比較して高開度に設定する
    空気調和装置。
  2. 前記吸脱着装置は、多孔質平板で構成されている
    請求項１に記載の空気調和装置。
  3. 前記多孔質平板は、該多孔質平板の厚さ方向に空気を通過させる複数の小透孔が形成された通風体である
    請求項２に記載の空気調和装置。
  4. 圧縮機および室外熱交換器を有し、室外空間から室外空気を取り込んで前記室外空間に前記室外空気を排出する室外機と、第一膨張弁、第一室内熱交換器、および、第二室内熱交換器を有し、室内空間から室内空気を取り込んで前記室内空間に前記室内空気を排出する室内機と、を備えた空気調和装置であって、
    前記室外機または前記室内機に設けられた第二膨張弁と、
    前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記第二膨張弁、前記第一室内熱交換器、前記第一膨張弁、前記第二室内熱交換器、が順次配管で接続された冷媒回路と、
    前記第一膨張弁および前記第二膨張弁の開度を制御するコントローラと、を備え、
    前記第一室内熱交換器の表面には、空気中の水分を吸着する吸着部材が形成されており、
    前記室内機は、内部に取り込んだ前記室内空気が通過する風路が形成されており、
    前記第一室内熱交換器、および、前記第二室内熱交換器は前記風路上に配置されており、
    前記第二室内熱交換器は、前記第一室内熱交換器の下流側に配置されており、
    前記コントローラは、前記第一膨張弁および前記第二膨張弁の開度を制御し、前記第一室内熱交換器により前記室内空気中の水分を吸着する冷房吸着モード、と、吸着した前記水分を脱着する冷房脱着モードとを備え、それらを切り替えることにより除湿制御を行うものであり、
    前記冷房吸着モード時は、前記第二膨張弁の開度を前記第一膨張弁の開度と比較して低開度に設定し、
    前記冷房脱着モード時は、前記第二膨張弁の開度を前記第一膨張弁の開度と比較して高開度に設定する
    空気調和装置。
  5. 前記コントローラは、
    前記冷房吸着モードの実行時間が前記冷房脱着モードの実行時間よりも長くなるように、前記冷房吸着モードと前記冷房脱着モードとを切り替える
    請求項１～４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  6. 前記風路は、前記冷房吸着モードと前記冷房脱着モードとで同一経路である
    請求項１～５のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  7. 前記コントローラは、
    前記冷房吸着モードと前記冷房脱着モードとを切り替えるタイミングを、各モードが開始されてからの時間に基づいて判断する
    請求項１～６のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  8. 前記第一室内熱交換器の入口温度を検出する第一入口温度センサと、
    前記第一室内熱交換器の出口温度を検出する第一出口温度センサと、
    前記第二室内熱交換器の入口温度を検出する第二入口温度センサと、
    前記第二室内熱交換器の出口温度を検出する第二出口温度センサと、を備え、
    前記コントローラは、
    前記冷房吸着モードにおいて、
    前記第一入口温度センサによって検出された前記入口温度と、前記第一出口温度センサによって検出された前記出口温度との差が、あらかじめ設定された値となるように前記第二膨張弁を制御し、
    前記冷房脱着モードにおいて、
    前記第二入口温度センサによって検出された前記入口温度と、前記第二出口温度センサによって検出された前記出口温度との差が、あらかじめ設定された値となるように前記第一膨張弁を制御する
    請求項１～７のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  9. 前記コントローラは、
    前記第一入口温度センサによって検出された前記入口温度と、前記第二出口温度センサによって検出された前記出口温度との差が、あらかじめ設定された値となるように前記第二膨張弁を制御する高能力冷房吸着モードを備えた
    請求項８に記載の空気調和装置。
  10. 前記吸着部材は、
    相対湿度が４０～１００％の空気に対する単位質量あたりの平衡吸着量が、相対湿度の上昇に対して直線的に増加する
    請求項１～９のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  11. 前記吸着部材は、
    相対湿度が８０～１００％の空気に対する単位質量あたりの平衡吸着量が、相対湿度が４０～６０％の空気に対する前記平衡吸着量に対して１．２倍以上である
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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