JP7167271B1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加湿の程度の調整幅を大きくしたり、調整量をきめ細かくしたりする【解決手段】加湿ユニットは、環状領域において回転する加湿ロータと、吸着用ファンと、第１モータと、制御部とを備える。環状領域は、水分を吸着する第１領域と、吸着した水分を脱着する第２領域とを含む。吸着用ファンは、第１領域において、空気をロータに流す。第１モータは、吸着用ファンを回転させるモータであり、回転数の変更が可能である。制御部は、第１モータの回転数を変更する。【選択図】図６

Description

空気調和装置に関する。

従来から、空気中の水分を使って加湿を行う加湿ユニットが存在する。例えば、特許文献１（特開２０１２－１０７７９９号公報）に記載されている加湿ユニットは、室外空気に含まれる水分を吸着するロータを有し、その水分によって室内の加湿を行っている。

最近では、加湿の程度を調整することが要望されており、従来の加湿ユニットにおいては、ロータの回転速度を変えることによってロータに吸着させる水分量を調整している。

しかし、さらに加湿の程度の調整幅を大きくしたり、調整量をきめ細かくしたりすることができれば、ユーザーの快適性を向上させることができる。

第１観点の空気調和装置は、第１の空気から水分を集め、その水分によって加湿を行う。空気調和装置は、ロータと、吸着用ファンと、第１モータと、制御部とを備える。ロータは、環状領域において回転する部材である。環状領域は、第１の空気に含まれる水分を吸着する第１領域と、吸着した水分を脱着する第２領域とを含む。吸着用ファンは、第１領域において、第１の空気をロータに流す。第１モータは、吸着用ファンを回転させるモータであり、回転数の変更が可能になっている。制御部は、第１モータの回転数を変更する。

従来の加湿ユニットでは、回転数変更ができない一定速のモータによって吸着用ファンを回していたので、ロータに流れる空気の量がほぼ一定であった。このため、ロータの回転速度を変えることで空気中の水分のロータへの吸着量を調整することはできたものの、その調整幅は小さかった。しかし、長い間、加湿ユニットの開発現場では、ロータの水分吸着量の調整はロータの回転速度によって行う、という技術思想に基づいた設計開発が行われており、ある程度の加湿量の調整ができれば十分であると考えられていた。

このような状況において、本願の発明者は、更なる加湿量の要望やロータのサイズダウンといった新たな要望に鑑み、長らく設計変更が行われていなかった吸着用ファンおよび第１モータに着目し、第１観点の空気調和装置を生み出している。

第１観点の空気調和装置では、吸着用ファンを回転させるモータとして、従来の加湿ユニットにおいて採用されていた回転数一定のモータに代えて、回転数可変のモータを採用している。これにより、第１観点の空気調和装置によれば、加湿の程度の調整幅を大きくしたり、調整量をきめ細かくしたりすることができる。

第２観点の空気調和装置は、第１観点の空気調和装置であって、第１の空気の湿度を計測する第１湿度センサ、をさらに備える。制御部は、第１湿度センサの計測結果に基づいて、第１モータの回転数を変更する。

ここでは、第１領域にあるロータに流す第１の空気の湿度の高低によってロータの水分吸着量が変わることに鑑みて、第１の空気の湿度の計測結果に基づいて第１モータの回転数を変更する制御を行う。これにより、例えば、第１の空気の湿度が低く、ロータの水分吸着量、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、吸着用ファンの回転数を上げてロータの水分吸着量の減少を抑えることができる。

第３観点の空気調和装置は、第１観点又は第２観点の空気調和装置であって、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、をさらに備える。制御部は、第２湿度センサの計測結果に基づいて、第１モータの回転数を変更する。

ここでは、加湿の対象空間の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、加湿の対象空間の湿度の計測結果に基づいて第１モータの回転数を変更する制御を行う。これにより、例えば、加湿の対象空間の湿度が低く、加湿能力を上げる必要がある場合に、吸着用ファンの回転数を上げてロータの水分吸着量を増やすことができる。

第４観点の空気調和装置は、第３観点の空気調和装置であって、制御部は、対象空間における目標湿度と第２湿度センサの計測結果との差に基づいて、第１モータの回転数を変更する。

対象空間における目標湿度と第２湿度センサの計測結果との差が大きければ、高い加湿能力が必要であり、対象空間における目標湿度と第２湿度センサの計測結果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、対象空間における目標湿度と第２湿度センサの計測結果との差に基づいて、第１モータの回転数を変更し、ロータの水分吸着量、引いては加湿能力を調整している。

第５観点の空気調和装置は、第１観点から第４観点のいずれかの空気調和装置であって、加湿用ファンと、第２モータとをさらに備える。加湿用ファンは、第２領域において第２の空気をロータに流し、ロータから放出された水分によって第２の空気を加湿する。第２モータは、加湿用ファンを回転させるモータであり、回転数の変更が可能になっている。制御部は、第１モータの回転数を変更するときに、さらに、第２モータの回転数を変更する。

ここでは、第１モータの回転数を変更することによってロータの水分吸着量を調整することに連動させて、第２モータの回転数を変更し、ロータから放出される水分による第２の空気の加湿量を調整している。このため、例えば、第１モータの回転数を上げてロータの水分吸着量を増やしたときに、それに合わせ、第２モータの回転数を上げて、ロータから放出される水分量を増やし、第２の空気の加湿量を増やすことができる。

第６観点の空気調和装置は、第１観点から第４観点のいずれかの空気調和装置であって、加湿用ファンと、第２モータと、ヒータとをさらに備える。加湿用ファンは、第２領域において第２の空気をロータに流し、ロータから放出された水分によって第２の空気を加湿する。第２モータは、加湿用ファンを回転させるモータであり、回転数の変更が可能になっている。ヒータは、ロータに向かって流れる第２の空気を加熱する加熱装置であり、出力を変えることができる。制御部は、第１モータの回転数を変更するときに、さらに、第２モータの回転数およびヒータの出力のうち少なくとも一方を変更する。

ここでは、第１モータの回転数を変更することによってロータの水分吸着量を調整することに連動させて、第２モータの回転数およびヒータの出力のうち少なくとも一方を変更し、ロータから放出される水分による第２の空気の加湿量を調整している。このため、例えば、第１モータの回転数を上げてロータの水分吸着量を増やしたときに、それに合わせ、第２モータの回転数およびヒータの出力を上げて、ロータから放出される水分量を増やし、第２の空気の加湿量を増やすことができる。

第７観点の空気調和装置は、第１観点から第６観点のいずれかの空気調和装置であって、第３モータをさらに備える。第３モータは、ロータを回転させるモータであって、回転数を変えることができる。制御部は、第１モータの回転数を変更するときに、さらに、第３モータの回転数を変更する。

ここでは、第１モータの回転数の変更によるロータの水分吸着量の調整に加え、第３モータの回転数の変更によるロータの水分吸着量の調整が行われるため、さらに加湿の程度の調整幅を大きくしたり、さらに調整量をきめ細かくしたりすることができる。

第８観点の空気調和装置は、第１観点から第７観点のいずれかの空気調和装置であって、環状領域は、内径が３０ｍｍ以上９０ｍｍ以下、外径が２２０ｍｍ以上３２０ｍｍ以下である。回転軸方向のロータの寸法であるロータ厚みは、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。吸着用ファンの風量の下限値は、０ｍ^３／分よりも大きく３ｍ^３／分よりも小さい範囲にある。吸着用ファンの風量の上限値は、３ｍ^３／分以上５ｍ^３／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の風量が変わるように、第１モータは回転数が変わる。言い換えると、第１モータの回転数の可変範囲は、上記の吸着用ファンの風量の下限値および上限値の範囲に対応している。

従来の加湿ユニットでは、水分の吸着領域および脱着領域を含む環状領域の内径および外径が上記の範囲にある場合、一定速のモータによって駆動される吸着用ファンの風量は、３ｍ^３／分か、それよりも少し多い風量である。そして、ロータの回転速度を変えることで空気中の水分のロータへの吸着量を調整していたが、いろいろな空間で加湿ユニットが使用されるようになった最近では、ロータの回転速度を最大まで上げても、ロータへの水分の吸着量、引いては加湿量がユーザーの要望を満足させていないこともある。

これに鑑み、第８観点の空気調和装置では、上記の吸着用ファンの風量の下限値および上限値の範囲に対応するように、第１モータの回転数の可変範囲を決めている。この回転数可変の第１モータを備える空気調和装置によれば、例えば、従来の加湿ユニットが加湿の対象としていた空間よりも広い空間に対しても、十分な加湿量を確保することができ、また、きめ細かい加湿量の調整を行うことができる。

空気調和装置の外観図である。 空気調和装置の冷媒回路および加湿空気の給気流路を示す図である。 加湿ユニットの分解斜視図である。 加湿ロータが配置される環状領域を示す平面図である。 空気調和装置の制御ブロック図である。 空気調和装置の加湿制御を示すフロー図である。

（１）全体構成
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。

液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６は、熱源ユニット２と、利用ユニット３とを接続する。熱源ユニット２内の機器および冷媒配管と、利用ユニット３内の機器および冷媒配管と、液冷媒連絡管５と、ガス冷媒連絡管６とは、冷媒配管により環状に接続されており、冷媒回路１０を構成する。冷媒回路１０は、内部に冷媒が封入されている。

給気ホース７は、加湿ユニット４と、利用ユニット３とを接続する。給気ホース７は、加湿ユニット４から利用ユニット３へ向かって加湿された外気（加湿空気）を供給する部材である。

詳細は後述するが、図５に示す制御部９は、空気調和装置１００の各機器を制御して、暖房運転、冷房運転、加湿運転、などの空調運転を行う。

（２）詳細構成
（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。

（２－１－１）圧縮機
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。

（２－１－２）四路切換弁
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。

第１ポートＰ１は、圧縮機２１の吐出側の冷媒配管２１ｂに接続されている。第２ポートＰ２は、熱源熱交換器２４のガス側に接続されている。第３ポートＰ３は、圧縮機２１の吸入側の冷媒配管２１ａに接続されている。第４ポートＰ４は、ガス冷媒連絡管６に接続されている。

（２－１－３）熱源熱交換器
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。

（２－１－４）熱源膨張弁
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。

（２－１－５）熱源ファン
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。

（２－２）利用ユニット
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。

（２－２－１）利用熱交換器
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。

利用熱交換器３１は、利用ファン３２が生成する気流の流路に配置される。具体的には、図２に示されるように、利用熱交換器３１の前方及び上方を覆うように配置される。

（２－２－２）利用ファン
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。

利用ファン３２は、クロスフローファンである。利用ファン３２は、利用ファンモータ３２ａによって回転駆動される。利用ファン３２の風量は、制御部９により利用ファンモータ３２ａの回転数を変えることにより制御される。

利用ファン３２が作動すると、利用ユニット３の上方空間から室内の空気がケーシング内に吸い込まれ、利用熱交換器３１を通って熱交換された後、ケーシングの下部に形成された吹出口から室内へと流れていく。

（２－２－３）給気ダクト
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。

（２－３）加湿ユニット
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。

（２－３－１）加湿ロータ
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。

加湿ロータ４１は、加湿ユニット４の内部において周方向に回転可能に設けられており、第３モータ４１ａによって回転させられる。第３モータ４１ａは、インバータ制御される回転数可変のモータであり、制御部９により回転数が制御される。第３モータ４１ａの回転は、ギア４９を介して、加湿ロータ４１の外周面に形成されている複数の歯に伝わり、加湿ロータ４１を回転させる（図３および図４の矢印Ｙを参照）。

さらに詳細に説明すると、加湿ロータ４１は、図４に示すように、ドーナツ状の部材であり、内径Ｄ１が３０ｍｍ以上９０ｍｍ以下、外径Ｄ２が２２０ｍｍ以上３２０ｍｍ以下に形成されている。回転軸方向（図４の紙面に垂直な方向）の加湿ロータ４１の寸法であるロータ厚みは、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。加湿ロータ４１の中央の穴（直径Ｄ１の穴）は、ケーシング４０の底面から上に突出している円筒部４８（図３を参照）に嵌められる。この状態で、加湿ロータ４１は、円筒部４８を含むケーシング４０によって回転可能に支持される。

図４に示すように、環状の加湿ロータ４１は、環状領域Ａ０に配置される。環状領域Ａ０は、加湿ロータ４１の配置空間であり、内径Ｄ１、外径Ｄ２の環状の空間である。環状領域Ａ０の左半分は第１領域Ａ１であり、環状領域Ａ０の右半分は第２領域Ａ２である。第２領域Ａ２は、さらに、背面側（図４の上側）の背面側領域Ａ２１と、正面側（図４の下側）の正面側領域Ａ２２とに分かれている。第１領域Ａ１は、外気が加湿ロータ４１を下から上に通り抜ける領域である。加湿ロータ４１は、第１領域Ａ１において、外気に含まれる水分を吸着する。第２領域Ａ２は、加湿ロータ４１が保持する水分を外気に放出して、加湿空気を生成する領域である。背面側領域Ａ２１では、外気が加湿ロータ４１を下（第１取込口４５ａ側）から上（ヒータ４２側）に通り抜ける。正面側領域Ａ２２では、外気が加湿ロータ４１を上（ヒータ４２側）から下（加湿用ファン４３側）に通り抜ける。第１領域Ａ１は、後述する第２経路４６の一部である。第２領域Ａ２は、後述する第１経路４５の一部である。

（２－３－２）ヒータ
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。

ヒータ４２は、出力可変であり、制御部９により加熱量が制御される。

（２－３－３）加湿用ファン
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。

加湿用ファン４３は、第２モータ４３ａによって回転させられる。第２モータ４３ａは、インバータ制御される回転数可変のモータであり、制御部９により回転数が制御される。

（２－３－４）吸着用ファン
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。

吸着用ファン４４は、第１モータ４４ａによって回転させられる。第１モータ４４ａは、インバータ制御される回転数可変のモータであり、制御部９により回転数が制御される。吸着用ファン４４の風量の下限値が０ｍ^３／分よりも大きく３ｍ^３／分よりも小さい範囲にあり且つ吸着用ファン４４の風量の上限値が３ｍ^３／分以上５ｍ^３／分以下の範囲にあるように、第１モータ４４ａの回転数の可変範囲が決められている。例えば、第１モータ４４ａの回転数の可変範囲は、吸着用ファン４４の風量が２ｍ^３／分以上４ｍ^３／分以下の範囲で調整されるように、決められる。

（２－３－５）第１経路
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。

第１取込口４５ａは、ケーシング４０の背面に形成された開口である。外気は、第１取込口４５ａを通って第１経路４５に流入する。背面側領域Ａ２１において加湿ロータ４１を通過する外気は、ここで少し加熱される。さらにヒータ４２によって加熱された外気は、正面側領域Ａ２２において加湿ロータ４１を通過し、加湿ロータ４１に吸着されていた水分が通過空気に放出される。第１排出口４５ｃは、加湿用ファン４３に接続されている。加湿ロータ４１から放出された水分によって加湿された外気は、第１排出口４５ｃを通って加湿用ファン４３に流入する。

（２－３－６）第２経路
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。

第２取込口４６ａ，４６ｂは、ケーシング４０の正面と背面の中央に形成された開口である。外気は、第２取込口４６ａ，４６ｂを通って第２経路４６に流入する。第１領域Ａ１において、外気は加湿ロータ４１を通過する。このとき、外気に含まれる水分は、加湿ロータ４１に吸着される。第２排出口４６ｃは、ケーシング４０の正面の左側に形成された開口である。加湿ロータ４１に水分が吸着された空気は、吸着用ファン４４を通り、さらに第２排出口４６ｃを通って第２経路４６からケーシング４０の外に吹き出される。

（２－４）リモコン
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。

（２－５）制御部
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。

詳細は後述するが、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、をそれぞれ運転制御することで、制御部８は冷媒回路１０を制御する。

制御部９は、典型的には、制御演算装置と、記憶装置と（いずれも図示省略）、を備えるコンピュータにより実現される。制御演算装置は、ＣＰＵ又はＧＰＵといったプロセッサである。制御演算装置は、記憶装置に記憶されている制御プログラムを読み出し、この制御プログラムにしたがって運転制御を行う。さらに、制御演算装置は、制御プログラムしたがって、演算結果を記憶装置に書き込んだり、記憶装置に記憶されている情報を読み出したりすることができる。

なお、制御部９は、互いに制御信号を送受信可能な通信線で接続された、熱源ユニット２の内部に設けられた室外制御部と、利用ユニット３の内部に設けられた室内制御部とにより構成されている。

（３）空調運転
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。

（３－１）暖房運転
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。

（３－２）冷房運転
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。

（３－３）加湿運転
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。

加湿運転の間、加湿ユニット４は、次のように機能する。

吸着用ファン４４が回転することにより第２取込口４６ａ，４６ｂから第２経路４６に外気が流入する。第２経路４６に流入した外気は、第１領域Ａ１において、回転する加湿ロータ４１を通過する。外気が加湿ロータ４１を通過することで、外気に含まれる水分が加湿ロータ４１に吸着される。加湿ロータ４１に水分が吸着された外気は、第２排出口４６ｃから加湿ユニット４の外部へ排出される。

一方、加湿用ファン４３が回転することにより、第１取込口４５ａから第１経路４５に外気が流入する。第１経路４５に流入した外気は、背面側領域Ａ２１において加湿ロータ４１を通過し、ヒータ４２で加熱された後、正面側領域Ａ２２において、回転する加湿ロータ４１を通過する。加熱された外気が加湿ロータ４１を通過することで、加湿ロータ４１に吸着されている水分が放出される。この結果、加湿ロータ４１を通過した外気は加湿されて加湿空気となり、加湿用ファン４３に流入する。加湿用ファン４３に流入した加湿空気は、給気ホース７を通って利用ユニット３の給気ダクト３８へ流入した後、利用熱交換器３１を通って室内に供給される。利用ユニット３の利用ファン３２は、加湿ユニット４から加湿空気が供給されている間、利用ユニット３内で気流を生成している。給気ホース７から利用ユニット３に供給された加湿空気は、利用熱交換器３１を通過する気流と一体となって、利用ユニット３の吹出口から室内に吹き出される。

なお、第１取込口４５ａから第１経路４５に流入した外気は、主として正面側領域Ａ２２において加湿されるが、背面側領域Ａ２１においても少し加湿される。

（３－３－１）加湿運転の制御
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。

なお、上記のように、制御部９は、室外制御部と室内制御部とにより構成されており、加湿ユニット４のケーシング４０の外に配置されているが、ケーシング４０内の各モータ４４ａ，４３ａ，４１ａやヒータ４２の制御も行っており、加湿ユニット４の構成要素の１つである。

加湿運転の実行指示があると、制御部９は、室内湿度センサ９４が計測した室内湿度と、室外湿度センサ９２が計測した室外湿度とを取得する（ステップＳ１１）。そして、ステップＳ１２において、制御部９は、リモコン８によって入力されている設定湿度を目標湿度として、今の室内湿度と目標湿度との差である負荷ΔＨを演算する。

制御部９は、加湿運転開始時には、ステップＳ１３において、室外湿度および負荷ΔＨに変化があったと判断して、ステップＳ１４に移る。一方、２回目以降のステップＳ１３において、制御部９は、前回の室外湿度および負荷ΔＨと今の室外湿度および負荷ΔＨとを比較し、室外湿度および負荷ΔＨのいずれかに変化があったときに、ステップＳ１４に移る。

ステップＳ１４では、吸着用ファン４４の風量が決定され、それに応じて第１モータ４４ａの回転数が変更される。具体的には、ステップＳ１４において、制御部９は、室外湿度および負荷ΔＨの変化があったほうの数値に応じて、吸着用ファン４４の風量の決定および第１モータ４４ａの回転数の変更を行う。室外湿度が上がったときには、制御部９は、吸着用ファン４４の風量を減少させる決定を行い、第１モータ４４ａの回転数を下げる。室外湿度が下がったときには、制御部９は、吸着用ファン４４の風量を増加させる決定を行い、第１モータ４４ａの回転数を上げる。負荷ΔＨが小さくなったときには、制御部９は、吸着用ファン４４の風量を減少させる決定を行い、第１モータ４４ａの回転数を下げる。負荷ΔＨが大きくなったときには、制御部９は、吸着用ファン４４の風量を増加させる決定を行い、第１モータ４４ａの回転数を上げる。

ステップＳ１５では、加湿用ファン４３の風量が決定され、それに応じて第２モータ４３ａの回転数が変更される。具体的には、ステップＳ１５において、制御部９は、吸着用ファン４４の風量の決定に連動させる形で、加湿用ファン４３の風量を決定する。したがって、加湿用ファン４３の風量の決定および第２モータ４３ａの回転数の変更は、結果的に、室外湿度および負荷ΔＨの変化があったほうの数値に応じて行われることになる。

ステップＳ１６では、加湿ロータ４１を回転させる第３モータ４１ａの回転数が変更される。具体的には、ステップＳ１６において、制御部９は、吸着用ファン４４の風量の決定に連動させる形で、第３モータ４１ａの回転数を変更する。吸着用ファン４４の風量を増加させる決定を行ったときに、制御部９は、第１モータ４４ａの回転数を上げるとともに、第３モータ４１ａの回転数を上げる。また、吸着用ファン４４の風量を減少させる決定を行ったときに、制御部９は、第１モータ４４ａの回転数を下げるとともに、第３モータ４１ａの回転数を下げる。

ステップＳ１７では、加湿ロータ４１に流れる空気（外気）を加熱するヒータ４２の出力が変更される。具体的には、ステップＳ１７において、制御部９は、吸着用ファン４４の風量の決定に連動させる形で、ヒータ４２の出力を変更する。吸着用ファン４４の風量を増加させる決定を行ったときに、制御部９は、第１モータ４４ａの回転数を上げるとともに、ヒータ４２の出力を上げる。また、吸着用ファン４４の風量を減少させる決定を行ったときに、制御部９は、第１モータ４４ａの回転数を下げるとともに、ヒータ４２の出力を下げる。

（４）特徴
（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。

しかし、最近では、更なる加湿能力アップや、加湿ロータのサイズダウンといった要望も出てきており、従来の加湿ユニットの設計では能力が不足することが懸念される。

そこで、本願の発明者は、これまで長らく設計変更が行われていなかった吸着用ファンを、従来の一定速のモータではなく、回転数可変のモータに変更して、吸着用ファンの風量を変えながら加湿ロータへの吸着量の変化を調べるテストを行った。そして、テスト結果から、吸着用ファンの風量を可変にすることの有用性を確認し、本願の発明者は、上記の加湿ユニット４を創造している。

上記の加湿ユニット４では、吸着用ファン４４を回転させるモータとして、従来の加湿ユニットにおいて採用されていた回転数一定のモータに代えて、回転数可変の第１モータ４４ａを採用している。これにより、加湿ユニット４では、加湿の程度の調整幅を大きくしたり、調整量をきめ細かくしたりすることができている。また、回転数可変の第１モータ４４ａを使うことで、加湿ユニット４において、加湿ロータ４１のサイズを小さくすることも可能になる。

（４－２）
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。

（４－３）
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。

（４－４）
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。

（４－５）
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。

（４－６）
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。

（４－７）
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、０ｍ^３／分よりも大きく３ｍ^３／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、３ｍ^３／分以上５ｍ^３／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。

従来の加湿ユニットでは、水分の吸着領域および脱着領域を含む環状領域の内径および外径が上記の範囲にある場合、一定速のモータによって駆動される吸着用ファンの風量は、３ｍ^３／分か、それよりも少し多い風量である。そして、加湿ロータの回転速度を変えることで空気中の水分のロータへの吸着量を調整していたが、いろいろな場所で加湿ユニットが使用されるようになった最近では、加湿ロータの回転速度を最大まで上げても、加湿ロータへの水分の吸着量、引いては加湿量がユーザーの要望を満足させていないこともある。

これに鑑み、加湿ユニット４では、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するように、第１モータ４４ａの回転数の可変範囲を決めている。この回転数可変の第１モータ４４ａを備える加湿ユニット４によれば、例えば、従来の加湿ユニットが加湿の対象としていた空間よりも広い空間に対しても、十分な加湿量を確保することができ、また、きめ細かい加湿量の調整を行うことができる。

（５）変形例
（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。

（５－２）変形例Ｂ
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。

（５－３）変形例Ｃ
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。

（５－４）変形例Ｄ
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。

（５－５）
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。

４ 加湿ユニット
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

特開２０１２－１０７７９９号公報

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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、０ｍ^３／分よりも大きく３ｍ^３／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、３ｍ^３／分以上５ｍ^３／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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