JP7167271B1 - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、一実施形態に係る加湿ユニット4を含む空気調和装置100の外観図である。空気調和装置100は、蒸気圧縮式の冷媒サイクルによって、対象空間である建物等の室内(図示省略)の空調を行う。空気調和装置100は、図1および図2に示すように、主として、熱源ユニット2と、利用ユニット3と、加湿ユニット4と、液冷媒連絡管5と、ガス冷媒連絡管6と、給気ホース7と、リモコン8と、制御部9と、を有している。
(2-1)熱源ユニット
熱源ユニット2は、室外(建物の屋上や建物の外壁面近傍等)に設置されている。熱源ユニット2は、主として、圧縮機21と、四路切換弁23と、熱源熱交換器24と、熱源膨張弁25と、熱源ファン26と、を有している。
圧縮機21は、冷媒回路10において、低圧の冷媒を吸入側の冷媒配管21aから吸入して、高圧になるまで圧縮した後、吐出側の冷媒配管21bに吐出する。
四路切換弁23は、冷媒回路10において、冷媒の流れの方向を切り換える。四路切換弁23は、第1ポートP1と、第2ポートP2と、第3ポートP3と、第4ポートP4と、を有する。四路切換弁23は、制御部9により、第1ポートP1と第4ポートP4が互いに連通して第2ポートP2と第3ポートP3が互いに連通する第1状態(図1の破線で示す状態)と、第1ポートP1と第2ポートP2が互いに連通して第3ポートP3と第4ポートP4が互いに連通する第2状態(図1の実線で示す状態)との間で切り換えられる。
熱源熱交換器24は、冷媒回路10において、冷媒と室外の空気との熱交換を行う熱交換器である。熱源熱交換器24の一端は、熱源膨張弁25に接続されている。熱源熱交換器24の他端は、四路切換弁23の第2ポートP2に接続されている。
熱源膨張弁25は、冷媒回路10において、冷媒を減圧する膨張機構である。熱源膨張弁25は、液冷媒連絡管5と、熱源熱交換器24の液側との間に設けられる。熱源膨張弁25は、開度制御が可能な電動膨張弁である。熱源膨張弁25の開度は、制御部9により制御される。
熱源ファン26は、気流を生成し、室外の空気を熱源熱交換器24に供給する。熱源ファン26が室外の空気を熱源熱交換器24に供給することにより、熱源熱交換器24内の冷媒と室外の空気との熱交換が促される。熱源ファン26は、熱源ファンモータ26aによって回転駆動される。熱源ファン26の風量は、制御部9が熱源ファンモータ26aの回転数を変えることにより制御される。
利用ユニット3は、対象空間である室内において壁に掛けて設置される壁掛け型の室内空調機である。利用ユニット3は、主として、利用熱交換器31と、利用ファン32と、給気ダクト38と、を有している。
利用熱交換器31は、冷媒回路10において、冷媒と室内の空気との熱交換を行う。利用熱交換器31の一端は、液冷媒連絡管5に接続されている。利用熱交換器31の他端は、ガス冷媒連絡管6に接続されている。利用熱交換器31は、限定するものではないが、例えば、伝熱管と伝熱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である。
利用ファン32は、気流を生成する送風装置である。利用ファン32が気流を生成することで、室内の空気が利用熱交換器31を通過する。室内の空気が利用熱交換器31を通過することにより、利用熱交換器31の冷媒と室外の空気との熱交換が促される。
給気ダクト38は、給気ホース7を介して加湿ユニット4から供給された加湿空気を、利用ユニット3内の利用熱交換器31の近傍の空間に供給する部材である。給気ダクト38の一端は給気ホース7に接続され、給気ダクト38の他端の開口は、利用熱交換器31の上面に対向している。
加湿ユニット4は、外気を加湿して、加湿空気として利用ユニット3に供給する装置である。加湿ユニット4は、熱源ユニット2とともに、室外(建物の屋上や建物の外壁面近傍等)に設置されている。熱源ユニット2と、加湿ユニット4とは一体化されていてもよい。加湿ユニット4は、図2および図3に示すように、主に、樹脂製のケーシング40と、加湿ロータ41と、ヒータ42と、加湿用ファン43と、吸着用ファン44と、第1経路45と、第2経路46とを有する。加湿ロータ41、ヒータ42、加湿用ファン43、吸着用ファン44などはケーシング40内に固定あるいは支持されており、第1経路45および第2経路はケーシング40内に形成されている。
加湿ロータ41は、外気中の水分を吸着するとともに、加熱されることで吸着した水分を放出する調湿用ロータである。加湿ロータ41は、ハニカム構造を有し、略円盤状の外形を有している。加湿ロータ63は、常温で空気中の水分を吸着し、加熱された空気等に曝されて温度上昇すると水分を放出する材質を用いて製造される。加湿ロータ63の材質は、限定するものではないが、例えばシリカゲルやゼオライト等の吸着剤である。
ヒータ42は、加湿ロータ41に向かって流れる空気(ケーシング40内に取り込まれた外気)を加熱する。具体的には、ヒータ42は、第1経路45に設けられ、ケーシング40の背面に形成されている第1取込口45aからケーシング40内に入って背面側領域A21にある加湿ロータ41を通り抜けた外気を、加熱する。加熱された外気は、正面側領域A22にある加湿ロータ41を通り、加湿用ファン43に吸い込まれる。
加湿用ファン43は、外気を第1取込口45aからケーシング40内の第1経路45に流入させるとともに、外気を給気ホース7に供給するための送風装置である。加湿用ファン43は、第2領域A2の背面側領域A21および正面側領域A22において外気が加湿ロータ41を通り抜けるような気流を生成し、加湿ロータ41から放出された水分によって外気を加湿させる。加湿された外気は、加湿空気として、加湿用ファン43の吹出口43bから給気ホース7に流れる。
吸着用ファン44は、第2取込口46a,46bから外気をケーシング40内の第2経路46に流入させ、外気を加湿ロータ41に流すための送風装置(シロッコファン)である。上述のように、吸着用ファン44が回ると、第1領域A1において外気が加湿ロータ41を下から上に通り抜ける。
樹脂製のケーシング40内に形成されている第1経路45は、加湿ロータ41を通過させた外気を、加湿用ファン43へ供給する通気経路である。具体的には、第1経路45は、図2に示されるように、第1取込口45aと、背面側領域A21と、ヒータ42と、正面側領域A22と、第1排出口45cとを、この順で結ぶ経路である。
樹脂製のケーシング40内に形成されている第2経路46は、流入した外気に含まれる水分を加湿ロータ41に吸着させる通気経路である。具体的には、第2経路46は、図2に示されるように、第2取込口46a,46bと、第1領域A1と、吸着用ファン44と、第2排出口46cと、をこの順で結ぶ経路である。
リモコン8は、ユーザーから暖房運転、冷房運転、加湿運転、などの空調運転の実行指示、空気調和装置100の停止指示、並びに設定湿度などの設定値を受け付け、受け付けた結果を制御信号として制御部9に送信する。制御部9は、受信した設定値を記憶装置に記録する。
図5に示すように、制御部9は、主に、圧縮機21と、四路切換弁23と、熱源膨張弁25と、熱源ファンモータ26aと、利用ファンモータ32aと、室内湿度センサ94と、第3モータ41aと、ヒータ42と、第2モータ43aと、第1モータ44aと、リモコン8と、室外湿度センサ92と接続されている。室内湿度センサ94は、空調対象空間である利用ユニット3が設置されている室内空間の相対湿度を計測するセンサである。室外湿度センサ92は、外気の相対湿度を計測するセンサである。
次に、制御部9が実行する空調運転である、暖房運転、冷房運転、および加湿運転について説明する。
制御部9は、リモコン8から暖房運転の実行指示についての制御信号を受信すると暖房運転を開始する。暖房運転に際して、制御部9は、四路切換弁23を第1状態へ切り換える(図2の破線参照)。さらに、制御部9は、熱源膨張弁25を、リモコン8から受信した設定温度に対応する開度とし、圧縮機21を運転し、利用ファン32を回転駆動する。これにより、熱源熱交換器24が冷媒の蒸発器として機能し、かつ、利用熱交換器31が冷媒の凝縮器として機能する。
制御部9は、リモコン8から冷房運転の実行指示についての制御信号を受信すると冷房運転を開始する。冷房運転に際して、制御部9は、四路切換弁23を第2状態へ切り換える(図2の実線参照)。さらに、制御部9は、熱源膨張弁25を、リモコン8から受信した設定温度に対応する開度とし、圧縮機21を運転し、利用ファン32を回転駆動する。これにより、熱源熱交換器24が冷媒の凝縮器として機能し、かつ、利用熱交換器31が冷媒の蒸発器として機能する。
加湿運転は、外気を加湿した加湿空気を用いて、空調の対象空間である室内を加湿する空調運転である。制御部9は、リモコン8から加湿運転の実行指示についての制御信号を受信すると加湿運転を開始する。加湿運転に際して、制御部9は、加湿用ファン43及び吸着用ファン44に送風をさせ、第1経路45を流れる外気をヒータ42によって加熱させ、利用ファン32を回転駆動する。加湿運転が実行されている間、冷媒回路10は、暖房運転又は冷房運転を実行することができる。
次に、加湿運転における第1モータ44a、第2モータ43a、第3モータ41aおよびヒータ42の制御について、図6を参照して説明する。
(4-1)
本願発明が生まれる前の従来の加湿ユニットでは、加湿ロータに吸着させる水分の量(吸着量)を増やす必要がある場合、加湿ロータの回転速度を上げるという制御が用いられている。必要な吸着量に応じて、従来の加湿ユニットの制御部は、加湿ロータの回転速度を上げたり下げたりしている。
ここでは、第1領域A1にある加湿ロータ41に流す外気の湿度(室外湿度)の高低によって加湿ロータ41の水分吸着量が変わることに鑑みて、制御部9が、室外湿度センサ92の計測結果である室外湿度に基づいて、第1モータ44aの回転数を変更している。具体的には、上記のステップS14の処理を制御部9が行っている。これにより、例えば、室外湿度が低く、加湿ロータ41の水分吸着量、引いては加湿能力が減っていくことが想定される場合に、吸着用ファン44の回転数を上げて加湿ロータ41の水分吸着量の減少を抑えることができる。
ここでは、加湿の対象空間の湿度(室内湿度)の高低によって必要な加湿量が変わることに鑑みて、制御部9が、室内湿度センサの計測結果である室内湿度に基づいて、第1モータ44aの回転数を変更している。具体的には、上記のステップS14の処理を制御部9が行っている。これにより、例えば、室内湿度が低く、加湿能力を上げる必要がある場合に、吸着用ファン44の回転数が上がり、加湿ロータ41の水分吸着量が増加し、加湿能力がアップする。
室内の目標湿度と室内湿度との差が大きければ、高い加湿能力が必要であり、室内の目標湿度と室内湿度との差が小さければ、高い加湿能力を保つ必要はない。このことに鑑み、ここでは、室内の目標湿度と室内湿度との差(負荷ΔH)に基づいて、第1モータ44aの回転数を変更し、加湿ロータ41の水分吸着量、引いては加湿ユニット4の加湿能力を調整している。具体的には、上記のステップS14の処理を制御部9が行っている。
ここでは、第1モータ44aの回転数を変更することによって加湿ロータ41の水分吸着量を調整することに連動させて、第2モータ43aの回転数およびヒータ42の出力を変更し、加湿ロータ41から放出される水分による加湿量を調整している。このため、例えば、第1モータ44aの回転数を上げて加湿ロータ41の水分吸着量を増やしたときに、それに合わせ、第2モータ43aの回転数およびヒータ42の出力を上げて、加湿ロータ41から放出される水分量を増やし、加湿量を増やすことができている。具体的には、上記のステップS15およびステップS17の処理を制御部9が行っている。
ここでは、第1モータ44aの回転数の変更による加湿ロータ41の水分吸着量の調整に加え、第3モータ41aの回転数の変更による加湿ロータ41の水分吸着量の調整が行われる。このように、回転数可変の第1モータ44aの採用および回転数制御に加えて、従来の加湿ユニットで行われている加湿ロータ41の回転数制御を行うことによって、加湿ロータ41の水分吸着量の調整の幅が大きくなり、また、きめ細かい水分吸着量の調整が可能になっている。
加湿ユニット4では、ドーナツ状の加湿ロータ41およびその配置場所(環状領域A0)の大きさを、内径が30mm以上90mm以下、外径が220mm以上320mm以下としている。また、加湿ロータ41の回転軸方向の寸法であるロータ厚みを、10mm以上50mm以下としている。このようなサイズの加湿ロータ41に外気を通すための吸着用ファン44の風量の下限値は、0m3/分よりも大きく3m3/分よりも小さい範囲にある。また、吸着用ファン44の風量の上限値は、3m3/分以上5m3/分以下の範囲にある。これらの下限値および上限値の範囲で吸着用ファン44の風量が変わるように、第1モータ44aは回転数が可変となっている。言い換えると、第1モータ44aの回転数の可変範囲は、上記の吸着用ファン44の風量の下限値および上限値の範囲に対応している。
(5-1)変形例A
上記の空気調和装置100の加湿ユニット4では、出力が可変であるヒータ42を採用し、加湿制御においてヒータ42の加熱量が調整されているが、出力固定のヒータを採用してもよい。その場合には、図6の制御フローにおけるステップS17は省略される。
上記の空気調和装置100の加湿ユニット4では、回転数可変の第3モータ41aによって加湿ロータ41を回しているが、一定速のモータによって加湿ロータ41を回す構成を採ってもよい。その場合には、図6の制御フローにおけるステップS16は省略される。
上記の空気調和装置100の加湿ユニット4では、回転数可変の第2モータ43aによって加湿用ファン43を回しているが、一定速のモータによって加湿用ファン43を回す構成を採ってもよい。その場合には、図6の制御フローにおけるステップS15は省略される。
上記の空気調和装置100では、室内空間の湿度を測る室内湿度センサ94の計測値に応じて制御部9が制御を行っているが、この室内湿度センサ94に代えて、利用ユニット3の給気ダクト38の出口(給気口)の近傍に配置した湿度センサを使うこともできる。この場合には、給気ダクト38から室内に供給される加湿空気の湿度に応じた制御をすることができる。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
9 制御部
41 加湿ロータ(ロータ)
41a 第3モータ
42 ヒータ
43 加湿用ファン
43a 第2モータ
44 吸着用ファン
44a 第1モータ
92 室外湿度センサ(第1湿度センサ)
94 室内湿度センサ(第2湿度センサ)
A0 環状領域
A1 第1領域
A2 第2領域
Claims (7)
- 第1の空気から水分を集め、前記水分によって加湿を行う空気調和装置(100)であって、
前記第1の空気に含まれる前記水分を吸着する第1領域(A1)と、吸着した前記水分を脱着する第2領域(A2)とを含む環状領域(A0)において回転するロータ(41)と、
前記第1領域において前記第1の空気を前記ロータに流す、吸着用ファン(44)と、
前記吸着用ファンを回転させる、回転数可変の第1モータ(44a)と、
前記第2領域において第2の空気を前記ロータに流し、前記ロータから放出された前記水分によって前記第2の空気を加湿する、加湿用ファン(43)と、
前記加湿用ファンを回転させる、回転数可変の第2モータ(43a)と、
前記第1モータの回転数を変更する制御部(9)と、
を備え、
前記制御部は、前記第2モータの回転数を、前記第1モータの回転数の変更と連動させて変更する、
空気調和装置。 - 前記第1の空気の湿度を計測する第1湿度センサ(92)、
をさらに備え、
前記制御部は、前記第1湿度センサの計測結果に基づいて、前記第1モータの回転数を変更する、
請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記水分による加湿の対象空間の湿度を計測する第2湿度センサ(94)、
をさらに備え、
前記制御部は、前記第2湿度センサの計測結果に基づいて、前記第1モータの回転数を変更する、
請求項1又は2に記載の空気調和装置。 - 前記制御部は、前記対象空間における目標湿度と前記第2湿度センサの計測結果との差に基づいて、前記第1モータの回転数を変更する、
請求項3に記載の空気調和装置。 - 前記ロータに向かって流れる前記第2の空気を加熱する、出力可変のヒータ(42)、
をさらに備え、
前記制御部は、前記ヒータの出力を、前記第1モータの回転数の変更と連動させて変更する、
請求項1から4のいずれかに記載の空気調和装置。 - 前記ロータを回転させる、回転数可変の第3モータ(41a)、
をさらに備え、
前記制御部は、前記第1モータの回転数を変更するときに、さらに、前記第3モータの回転数を変更する、
請求項1から5のいずれかに記載の空気調和装置。 - 前記環状領域は、内径(D1)が30mm以上90mm以下、外径(D2)が220mm以上320mm以下であり、
回転軸方向の前記ロータの寸法であるロータ厚みは、10mm以上50mm以下であり、
前記吸着用ファンの風量の下限値が、0m3/分よりも大きく3m3/分よりも小さい範囲にあり、前記吸着用ファンの風量の上限値が、3m3/分以上5m3/分以下の範囲にあるように、前記第1モータは回転数可変である、
請求項1から6のいずれかに記載の空気調和装置。
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