JPWO2017212562A1 - 空気調和システム - Google Patents

Abstract

外調機（４）は、温湿度センサ（２０６）および加湿負荷検知部（３０４）によって検出された湿度がしきい値よりも低くなることを含む加湿条件が成立した場合に（Ｓ１でＹＥＳ）、室外から空気を取り入れて加熱および加湿し、加熱および加湿した空気を室内に供給する（Ｓ３）。内調機（２）は、室内暖房運転がされることによって室内の空気を加熱するように構成される。室内暖房運転中に加湿条件が成立すると（Ｓ１でＹＥＳ）、室内暖房運転が停止または弱められる（Ｓ２）。加湿条件が成立した場合には、外調機（４）のみを加熱加湿運転することで、外調機（４）の加熱能力を積極的に利用する。内調機（２）によって必要以上に室内空気が加熱されないため、暖房負荷が小さく、加湿負荷があるときに、内調機（２）が冷房除湿運転、外調機（４）が加熱加湿運転になる「相反状態」を防ぐことができる。

Description

本発明は、室内空気を加熱する内調機と、室外空気を加湿して室内に供給する換気装置である外調機とを備えた空気調和システムに関する。

低温倉庫や食品庫など、冷却と加湿とを要する場面で、加湿する際に発生する加熱能力によって冷却負荷が増大しないように、加湿による顕熱負荷が少なくなるような制御が提案されている（例えば特開平１１−３５１７３０号公報）。

一方、オフィスの空調のために、冷媒回路（冷凍サイクル）を有する内調機と外調機とを備えた空気調和システムが知られている。内調機の冷媒回路は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、および室内熱交換器を含む。圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、および室内熱交換器は、配管によって順次接続される。冷媒が冷媒回路を循環することによって、内調機は室内空気の温度調節を行なう。

また、外調機は、室内の空気を室外の新鮮空気と入れ換える。具体的には、室外の空気を室内に供給する一方、室内の空気を室外に排出している。その際に、外調機は必要に応じて室外空気の加熱、加湿を行なう。

特開平１１−３５１７３０号公報

近年はオフィスが高気密化、高断熱化し、ＯＡ機器の使用台数も増加している。これに伴い、通常は暖房を行なう冬期においても、暖房負荷が小さい場合や逆に冷房負荷が発生する場合がある。一方で、冬期には室内が乾燥し、室内の空気に加湿が必要である場合も多い。このような場合、冬期に暖房加湿運転、または冷房加湿運転を行なう空調システムが求められる。

冷房加湿運転の場合には、特開平１１−３５１７３０号公報に示されている顕熱負荷の低減や、加湿負荷低減の制御が適用できるが、暖房加湿運転の場合、特に顕熱負荷が比較的小さい場合にはこれらの制御は適用できない。

暖房加湿運転で顕熱負荷が小さい場合、室内暖房運転を行なって内調機において発生する加熱量に加えて、加熱加湿運転を行なって外調機において発生する加熱量が室内に供給される。これによって、加熱量が顕熱負荷を上回り、室内の湿度が目標湿度に達するよりも先に、室内の温度が目標温度に到達する。

従って、内調機を使用した室内暖房運転を停止する一方で、外調機側では目標湿度に到達するまで加熱加湿運転が継続される。この状態では、室温が目標温度に到達しているが、加熱加湿運転による外調機による加熱量は供給され続けるため、室温がさらに上昇する。室温が設定温度をある程度上回ると、室温を低下させるために内調機を用いた冷房運転が開始される。

よって、最終的には内調機を用いた冷房除湿運転が行なわれる一方で、外調機を用いた暖房加湿運転が行なわれ、相反する運転によって無駄にエネルギを消費する状態（冷房除湿と暖房加湿とが同時に行なわれる状態、以下「相反状態（conflicting state)」と表記する）に陥ってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、内調機を用いて冷房および除湿運転を行ないながら外調機を用いて加熱および加湿運転を行なうという相反状態を回避し無駄なエネルギ消費を抑制することができる空気調和システムを提供することを目的とする。

この発明は、空気調和システムであって、検出部と、換気装置と、室内機とを備える。検出部は、室内の空気の湿度を検出するように構成される。換気装置は、検出部によって検出された湿度がしきい値よりも低い場合に、室外から空気を取り入れて加熱および加湿し、加熱および加湿した空気を室内に供給するように構成される。室内機は、室内暖房運転がされることによって室内の空気を加熱するように構成される。検出された湿度がしきい値よりも低い場合に室内暖房運転において消費される電力は、検出された湿度がしきい値よりも高い場合に室内暖房運転において消費される電力より低い。

この発明によれば、暖房負荷と加湿負荷があるときに内調機を用いた冷房除湿運転と、外調機を用いた加熱加湿運転とが行なわれることで発生する「相反状態」を回避することができ、無駄なエネルギ消費を抑制することができる。

本発明の実施の形態１における空気調和システム１０３の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１における空気調和システム１０３の冷媒回路図である。 外調機の構成の一例を示す図である。 空気調和システム１０３の制御に関する構成を説明するためのブロック図である。 本発明における内調機と外調機の運転状態を遷移させる制御を示すフローチャートである。 室内空気温度の時間変化の第１例を示した図である。 室内空気温度の時間変化の第２例を示した図である。 図７の室温変化に対応する制御を説明するためのフローチャートである。 室内空気温度の時間変化の第３例を示した図である。 より精密な制御を行なう場合の処理を説明するためのフローチャートである。 制御装置２００が予め内部に保持している風量と換気熱交換器３８の温度効率の関係を示す図である。 制御装置２００が予め内部に風量ごとに保持している換気熱交換器３８通過後の空気温度Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｏと加湿量ΔＸの関係を示す図である。 外調機４が室内に供給する空気ＳＡの状態の推定について説明するための図である。 本発明の実施の形態２における空気調和システム４００の構成を示す図である。 空気調和システム４００の冷媒回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
＜構成＞
図１は、本発明の実施の形態１における空気調和システム１０３の構成を示す図である。空気調和システム１０３は、外調機４と、室外機１と、内調機２Ａ，２Ｂとを含む。外調機４と内調機２Ａ，２Ｂと室外機１とは、冷媒配管１００によって接続されている。図１に示した例では、内調機は複数、外調機は単数であるが、内調機は単数であっても良く、また外調機は複数であっても良い。内調機２Ａ，２Ｂは室内１０２に面して配置され、室外機１は室外に配置されている。外調機４は、天井裏１０１などに配置され、ダクト３の出口が室内に配置されている。

外調機４は、ダクト３によって室外の空気を取り込んで加湿し、その加湿した空気を室内に供給する。内調機２は、室内空気の温度を調節する。

図２は、本発明の実施の形態１における空気調和システム１０３の冷媒回路図である。図２の矢印は暖房運転時の冷媒の流れ方向を示している。また、図１の内調機２Ａ，２Ｂは、図２では代表的に内調機２と示されている。以下、内調機２Ａ，２Ｂを総称して内調機２とも言う。

図２に示すように、空気調和システム１０３は、内調機２と外調機４とが室外機１に対して冷媒配管１００，１０４，１０６によって並列的に接続されている。

室外機１は、圧縮機３１と、四方弁３２と、室外熱交換器３３と、送風機３６と、圧縮機周波数制御部３００とを含む。

内調機２は、室内熱交換器３５と、膨張弁３４と、内調機加熱能力検知部３０１と、室内温度検知部３０２と、送風機３７とを含む。なお、図２においては、複雑となるのを避けるため、内調機２Ａ，２Ｂについて個別の図示を省略しているが、内調機２Ａ，２Ｂは互いに同じ構成を有し、内調機２Ｂは、内調機２Ａと並列に、室外熱交換器３３と四方弁３２との間に接続されている。

外調機４は、換気熱交換器３８と、膨張弁３０と、外調機加熱能力検知部３０３と、送風機４０とを含む。

図２においては、四方弁３２が暖房に設定された状態が示されており、冷媒は矢印に示した向きに流れる。圧縮機３１、四方弁３２、換気熱交換器３８、室内熱交換器３５、膨張弁３０，３４および室外熱交換器３３は、冷媒が循環するように、冷媒配管１００，１０４，１０６によって接続されており、冷媒回路を構成している。

圧縮機３１は、冷媒を吸入して圧縮し、高温および高圧のガス冷媒として吐出する。圧縮機３１は、例えばインバータを搭載している。圧縮機周波数制御部３００は、圧縮機３１の運転周波数（回転速度）を制御する。これにより圧縮機３１の容量（単位時間当たりに吐出する冷媒の量）が制御される。

換気熱交換器３８および室内熱交換器３５は、暖房時にともに凝縮器として作動する。換気熱交換器３８は、圧縮機３１から吐出された冷媒と、給気用の送風機４０によって取り込まれた室外の空気との間で熱交換を行ない、冷媒を凝縮する。また、室内熱交換器３５は、圧縮機３１から吐出された冷媒と室内熱交換器用の送風機３６によって送風される室内空気との間で熱交換を行ない、冷媒を凝縮する。

膨張弁３０は、換気熱交換器３８から送られてきた冷媒を減圧する。膨張弁３４は、室内熱交換器３５から送られてきた冷媒を減圧する。膨張弁３０，３４は開度が制御され、これにより冷媒の減圧量が制御される。

室外熱交換器３３は、暖房時に蒸発器として作動し、膨張弁３０，３４から送られてきた冷媒と室外の空気との熱交換を行ない、冷媒を蒸発させる。

図３は、外調機の構成の一例を示す図である。図３に示すように、外調機４は、本体ケーシング内に、換気熱交換器３８と、全熱交換器４２と、給気用の送風機４０と、排気用の送風機４１と、加湿装置４３と、加湿負荷検知部３０４と、外気温湿度検知部３０５とを含む。

外調機４の内部には、２つの風路が隣り合うように設置されている。給気用の送風機４０と排気用の送風機４１とが片側（紙面下側）の風路に設置され、送風機４０と送風機４１との間に、２つの風路にまたがるように全熱交換器４２が設置される。送風機４０の下流には、順に換気熱交換器３８と加湿装置４３が設置されている。また、送風機４０などが設置されていない方の風路（紙面上側の風路）には、室内の加湿負荷検知部３０４および外気温湿度検知部３０５が設置されている。加湿負荷検知部３０４および外気温湿度検知部３０５は、例えば温湿度センサの出力から加湿負荷や室外空気の温度および湿度を検知する。

２つの通風路は、全熱交換器４２の部分において交差している。図３の矢印に示すように、本体ケーシング内には、給気通風路Ａと排気通風路Ｂとが互いに独立して形成されている。給気通風路Ａは、送風機４０によって室外空気ＯＡを取り入れて加熱加湿し室内に供給する通風路である。排気通風路Ｂは、排気用の送風機４１によって室内空気ＲＡを取り入れて室外に排気する通風路である。

全熱交換器４２は、例えば互いに直交する通風路が交互に積層された構造を有する。その通風路に室内空気ＲＡと室外空気ＯＡとが通過することによって、室内空気ＲＡと室外空気ＯＡとの間で全熱交換を行なう。

外調機４を通過する空気の流れについて説明する。まず室外空気ＯＡが、給気用の送風機４０によって全熱交換器４２に導かれ、換気熱交換器３８を通過した後に加湿装置４３を通り、供給空気ＳＡが室内に供給される。他方、室内空気ＲＡは、排気用の送風機４１によって全熱交換器４２を通過後、排気ＥＡとして室外に排気される。

加湿装置４３としては、例えば水の流量を調整できる気化式の加湿装置を使用することができる。室内への加湿要求がある場合には、換気熱交換器３８が凝縮器として機能し、空気を暖める。また室内への加湿要求がある場合には、加湿装置４３に水が供給される。加熱された空気が加湿装置４３を通過することによって、空気が加湿され室内に供給される。

一方、室内への加湿要求が無い場合には、換気熱交換器３８へは冷媒を流さないように膨張弁３０が閉じられる。

内調機２Ａ，２Ｂの加熱能力または外調機４の加湿能力を調整する場合は、圧縮機周波数制御部３００を用いて圧縮機３１の動作周波数を調整するか、または膨張弁３４の開度を操作する。具体的には、圧縮機３１の動作周波数を調整することによって冷媒の凝縮温度ＣＴを調整し、膨張弁３４，３０の開度を調整することによって室内熱交換器３５と換気熱交換器３８における冷媒の過冷却度をそれぞれ調整することができる。

図４は、空気調和システム１０３の制御に関する構成を説明するためのブロック図である。図４を参照して、制御装置２００は、空気調和システム１０３の制御を行なう主制御装置２０１と、リモートコントローラ２０２とを含んで構成される。なお、図４には示していないが、主制御装置２０１は、リモートコントローラ２０２からの指令も読み取ることができる受信回路等の構成も含む。

なお、以下の説明において、センサ群とは、各種の温湿度センサ２０６、および圧力センサ２０４を含む総称である。また、アクチュエータ群とは、圧縮機３１、四方弁３２、膨張弁３０，３４、送風機３６，３７，４０，４１を含む総称である。

主制御装置２０１は、圧縮機周波数制御部３００と、内調機加熱能力検知部３０１と、室内温度検知部３０２と、外調機加熱能力検知部３０３と、加湿負荷検知部３０４と、外気温湿度検知部３０５と、記憶部３０６とを含んで構成されている。

主制御装置２０１は、圧力センサ２０４および各種の温湿度センサ２０６によって検知された各諸量を読み取る。そして、主制御装置２０１は、読み取った各諸量に基づく制御動作を実行することにより、アクチュエータ群の制御を行なう。

また、主制御装置２０１は、あらかじめ定められた定数、あるいはリモートコントローラ２０２から送信される設定値等を記憶する記憶部３０６を内蔵している。そして、主制御装置２０１は、必要に応じて、これらの記憶内容の参照、および書き換えを実施することが可能である。

上述した圧縮機周波数制御部３００、内調機加熱能力検知部３０１、室内温度検知部３０２、外調機加熱能力検知部３０３、加湿負荷検知部３０４、外気温湿度検知部３０５は、マイクロコンピュータにより構成されており、記憶部３０６は、半導体メモリなどによって構成されている。

また、図２および図３では、圧縮機周波数制御部３００、内調機加熱能力検知部３０１、室内温度検知部３０２、外調機加熱能力検知部３０３、加湿負荷検知部３０４、外気温湿度検知部３０５が分かれて配置される例を示したが、配置場所はこれに限定されない。たとえば、１つのマイクロコンピュータにこれらの機能をまとめて実現させても良いし、複数のマイクロコンピュータにこれらの機能を適宜組み合わせて分散させて配置しても良い。

また、ユーザーは、リモートコントローラ２０２を介して、冷房ＯＮ／ＯＦＦ、暖房ＯＮ／ＯＦＦ、換気ＯＮ／ＯＦＦなどの制御指令や、室内設定温度、室内設定湿度などを入力部２１１から入力することができる。そして、主制御装置２０１は、ユーザーの操作に基づく設定データを読み取ることができる。

また、リモートコントローラ２０２には現在の運転モード、設定温度、設定湿度およびユーザーへのメッセージを表示する表示部２１２が設けられている。

＜動作＞
次に、本発明の実施の形態１における空気調和システム１０３における動作について説明する。図５は、本発明における内調機と外調機の運転状態を遷移させる制御を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図４の制御装置２００において実行される。制御装置２００は、これらの機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアで実現することもできるし、マイコンまたはＣＰＵなどの演算装置上で実行されるソフトウェアとして実現することもできる。

図５を参照して、まず制御装置２００は、ステップＳ１において加湿条件が成立したか否かを判断する。具体的には、制御装置２００は、室内に暖房負荷と加湿負荷がある際に、加湿負荷検知部３０４によって加湿負荷を検知し、その加湿負荷が予め設定されている基準値よりも大きいか否かを判断する。例えば、予め設定した目標室内絶対湿度と比べて現在の室内絶対湿度が低く、両者の差が１０ｇ/ｋｇ’より大きい場合に、加湿負荷が基準値よりも大きいと判断される。加湿負荷が基準値よりも大きい場合に、加湿条件が成立すると判断される。この場合、検出された室内空気の湿度が、基準値に対応する判定しきい値より低くなると加湿条件が成立する。

加湿条件が成立した場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、制御装置２００は、内調機２の出口部分の膨張弁３４を閉じることによって、内調機２を用いた室内暖房運転を停止させる（ステップＳ２）。また、制御装置２００は、外調機４を用いた加熱加湿運転を行なわせる（ステップＳ３）。加熱加湿運転では、膨張弁３０が開かれて高温の冷媒が換気熱交換器３８に流れるとともに、加湿装置４３に水が供給される。

図３において、送風機４０によって屋外から取り込まれた屋外空気ＯＡは、凝縮器として機能する換気熱交換器３８によって暖められる。加熱された空気が加湿装置４３を通過することによって、加湿された空気が室内に供給される。よって室内には、室外空気よりも高温高湿な供給空気ＳＡが供給される。前述のように、内調機２側では室内暖房運転が停止されているため、室内空気は外調機４のみによって加熱および加湿される。

一方、加湿条件が成立しない場合は（ステップＳ１でＮＯ）、ステップＳ４に処理が進められ、現在の暖房運転状態が継続される。

このように、室内に暖房負荷と加湿負荷がある場合に、加湿負荷検知部３０４によって検知された室内空気ＲＡの加湿負荷が基準値よりも大きい場合は、内調機２を用いた室内暖房運転が停止され、外調機４を用いた加熱加湿運転が行なわれる。一方、検知された室内空気ＲＡの加湿負荷が基準値よりも小さい場合は、現在の運転が継続される。

内調機２を用いた室内暖房運転が停止され、かつ外調機４を用いた加熱加湿運転が行なわれている場合に、加湿負荷検知部３０４が検知した加湿負荷が基準値以下となったとき（加湿負荷が十分小さくなったとき）、内調機２を用いた室内暖房運転が開始される。このときに、外調機４は、膨張弁３４を閉めることによって換気熱交換器３８に流入する冷媒を遮断し、加湿器に流入する室外空気を加熱せずに加湿装置４３に導く。加湿装置４３に導かれた空気は加熱されていないため、加熱加湿運転時よりも加湿装置４３によって加湿される水分量が少なくなる。よって、外調機４が室内に供給する加熱量および加湿量はともに減少する。

図６は、室内空気温度の時間変化の第１例を示した図である。図６中には、室内空気の目標湿度ＲＨ＿ｔｇｔと、室内温度の目標温度Ｔ＿ｔｇｔが示されている。図６に示すように、例えば時刻ｔ０〜ｔ１では、最初に内調機２側で室内暖房運転がされており、外調機４側では加湿運転が行なわれている。時刻ｔ１において、加湿負荷がある基準値よりも大きくなると、内調機２側では室内暖房運転が停止され、外調機４側では加熱加湿運転が行なわれる。

加湿負荷の大きさは、湿度ＲＨと目標湿度ＲＨ＿ｔｇｔとの差、または絶対湿度Ｘと目標絶対湿度Ｘ＿ｔｇｔとの差に基づいて定められる。なお、絶対湿度Ｘは、湿度ＲＨと温度Ｔを計測すれば、これらから算出することができる。

このとき、外調機４の加熱能力と加湿能力によって、室内温度および室内湿度は上昇する。時刻ｔ２において加湿負荷がある基準値よりも小さくなると、内調機２側では室内暖房運転が開始され、外調機４側では加湿運転が行なわれる。

前述のように、空気調和システム１０３は、加湿負荷を処理してから暖房負荷を処理するように内調機２および外調機４が制御されるので、室内に暖房負荷と加湿負荷がある場合において「相反状態」となることを回避できる。そして、加湿負荷を処理した後に室内暖房運転が再開され、外調機４側で加湿運転が行なわれるため、最終的に室内の加熱負荷と加湿負荷を両方とも処理できる。なお、加湿負荷が処理完了したことは、湿度が目標湿度に到達したことによって判断される。また、暖房負荷が処理されたことは、室温が目標温度に到達したことによって判断される。

図７は、室内空気温度の時間変化の第２例を示した図である。図７の時刻ｔ１１〜ｔ１２に示すように、内調機２側では運転停止、外調機４側では加熱加湿運転している際に、室内の暖房負荷が大きいため、外調機４の加熱能力のみでは室内空気温度が低下してしまう場合がある。その場合には、室内の加熱負荷が予め設定した基準値を超えたときに内調機２側で室内暖房運転を開始する。例えば、室内温度検知部３０２によって得られた室内温度Ｔと室内温度の目標値Ｔ＿ｔｇｔとの差が基準値よりも大きくなったときに、加熱負荷が基準値を超えたと判断することができる。ここで予め設定した基準値に対応する室温は、図７に記載の温度閾値Ｔ＿Ｌｏｗに相当する。すなわち、Ｔ＜Ｔ＿Ｌｏｗとなると、内調機２側では室内暖房運転が開始される。

図８は、図７の室温変化に対応する制御を説明するためのフローチャートである。図８のステップＳ１１〜Ｓ１３の処理は、それぞれ図５のステップＳ１〜Ｓ３の処理と同じであるので、ここでは説明は繰り返さない。

ステップＳ１４においては、加熱条件が成立したか否かが判断される。例えば、室内温度検知部３０２によって得られた室内温度Ｔと室内温度の目標値Ｔ＿ｔｇｔとの差が基準値よりも大きくなった場合（加熱負荷が基準値を超えた場合）に、加熱条件が成立したと判断することができる。

ステップＳ１４において、加熱条件が成立した場合には（Ｓ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１５に処理が進められ、内調機２側では室内暖房運転が開始され、ステップＳ１７に処理が進められる。ステップＳ１４において、加熱条件が成立していない場合には（Ｓ１４でＮＯ）、ステップＳ１５の処理は行なわれずにステップＳ１７に処理が進められる。

なお、ステップＳ１１においてＮＯと判断された場合にはステップＳ１６において今までの暖房運転が継続され、ステップＳ１７に処理が進められる。

ステップＳ１７では、メインルーチンに処理が戻される。
図８のような制御を行なうことで、室内の暖房負荷が高く、外調機４の加熱加湿だけでは室温が低下してしまう場合でも、「相反状態」を回避しながら内調機２を用いた室内暖房運転を行なうことができ、室温の大幅な低下を防ぐことができる。

図９は、室内空気温度の時間変化の第３例を示した図である。オフィスの始業時間または店舗の開店時間のように室の使用開始時間が予め決まっている場合、タイマーで運転を自動的に開始すると便利である。この場合、設定された時刻（ｔ＿ｔｇｔ）までに室内の温度Ｔおよび湿度ＲＨが目標値Ｔ＿ｔｇｔ，ＲＨ＿ｔｇｔを満たすように空気調和システムを予め運転を開始させる。

その際にも、「相反状態」を回避するために図９のｔ２０〜ｔ２１に示すように、まず外調機４が加熱加湿運転を行なって加湿負荷を処理し、ｔ２１以降で内調機２が室内暖房運転を行なう。

上記の制御を行なうことで、設定時刻に目標温度湿度を満足しつつ、「相反状態」の回避をすることが可能である。よって、ある１日の立上がり運転の制御性が向上することで、よりユーザーにとって便利なシステムを提供できる。

図１０は、より精密な制御を行なう場合の処理を説明するためのフローチャートである。図１０のフローチャートの処理では、「外調機４を用いた加熱加湿運転に移行したときに内調機２が供給すべき加熱量」となるように「現在の内調機２の加熱能力」を変更（抑制またはＯＦＦ）し、現在の内調機２の加熱能力オーバーによって室内温度が上昇しすぎるのを防ぎ、内調機２が冷房に移行することを防ぐ。

図１０に示すように、ステップＳ２１において加湿条件が成立（加湿負荷が基準値より大きい）したと判断されると（Ｓ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２２において、制御装置２００は、現在の内調機２の加熱能力Ｑ＿ＩＵを算出する。

加熱能力Ｑ＿ＩＵは、外調機４を用いた加熱加湿運転を始める前の状態において、内調機２が備える内調機加熱能力検知部３０１によって検知される。内調機加熱能力検知部３０１は、圧縮機の回転速度、内調機２の膨張弁３４の開度、室内熱交換器３５の配管温度から、冷媒流量Ｇｒ（ｋｇ／ｓ）と冷媒のエンタルピー変化Δｈ（ｋｊ／ｋｇ）を求め、次式（１）によって、加熱能力Ｑ＿ＩＵを算出する。算出された加熱能力Ｑ＿ＩＵは、記憶部３０６（内部メモリなど）に一旦記憶される。

Ｑ＿ＩＵ＝Ｇｒ＊Δｈ …（１）
続いて、ステップＳ２３において、換気熱交換器３８の温度効率特性と、加湿装置４３の加湿量特性から、現在の外調機４の加熱能力Ｑ＿ＦＵ、および加熱加湿運転をする場合の加熱能力Ｑ＿ＦＵ１を算出する。加熱能力Ｑ＿ＦＵは、外調機４が備える外調機加熱能力検知部３０３によって検知される。外調機加熱能力検知部３０３は、以下の処理によって加熱能力Ｑ＿ＦＵを算出する。

予め保持している風量と全熱交換器４２の温度効率の関係を用いて、全熱交換器４２を通過した空気の温度Ｔ＿ＬＯが以下の式（２）で求まる。

Ｔ＿ＬＯ＝Ｔ＿ＯＡ−η＿ｌ＊（Ｔ＿ＯＡ−Ｔ＿ＲＡ） …（２）
ここで、Ｔ＿ＲＡは室内空気温度を示し、Ｔ＿ＯＡは室外空気温度を示し、η＿１は全熱交換器４２の温度効率を示す。

次に、外調機４の風量Ｗ［ｍ^３/ｓ］、空気比熱Ｃｐ［ｋＪ/Ｋ＊ｋｇ］、空気密度ρ[ｋｇ/ｍ^３]を用いて以下の式（３）から現在の外調機４の加熱能力Ｑ＿ＦＵが算出される。算出された加熱能力Ｑ＿ＦＵは、記憶部３０６（内部メモリなど）に一旦記憶される。

Ｑ＿ＦＵ＝Ｗ＊Ｃｐ＊ρ＊（Ｔ＿ＬＯ−Ｔ＿ＲＡ） …（３）
このとき、室内に供給している加熱能力Ｑは内調機２と外調機４の加熱能力の和である。つまり、Ｑ＝Ｑ＿ＩＵ＋Ｑ＿ＦＵである。この加熱能力Ｑは暖房負荷として、記憶部３０６（内部メモリなど）に一旦記憶される。

外調機４を用いる加熱加湿運転を開始したときの加熱能力をＱ＿ＦＵ１とすると、前述のＱからＱ＿ＦＵ１を引いた値が外調機４の加熱能力では処理できない暖房負荷である。内調機２の加熱能力をＱ＿ＩＵ１とすると、次式（４）によって内調機２の加熱能力を算出し、この加熱能力を実現するように内調機２を調整する。

Ｑ＿ＩＵ１＝Ｑ−Ｑ＿ＦＵ１ …（４）
すなわち、外調機４を用いる加熱加湿運転を開始する前の外調機４の加熱能力Ｑ＿ＦＵおよび内調機２の加熱能力Ｑ＿ＩＵから合計の加熱能力Ｑを算出し、この加熱能力Ｑから加熱加湿運転を開始した後の外調機４の加熱能力Ｑ＿ＦＵ１を減算する。これによって外調機４を用いる加熱加湿運転を開始した後の内調機２の加熱能力Ｑ＿ＩＵ１を決定し、加熱能力Ｑ＿ＩＵ１を実現するように内調機２を制御することによって、暖房負荷と加湿負荷とを共に、より正確に処理できる。

このとき内調機２の加熱能力Ｑ＿ＩＵ１を調整する方法として、例えば圧縮機３１の周波数を操作することが挙げられる。つまり圧縮機の周波数を増加させることで、冷媒の凝縮温度ＣＴが上昇し、加熱能力を増加させることができる。

ここで、上記式（４）で使用する外調機４の加熱能力Ｑ＿ＦＵ１を求める方法として、以下に述べる換気熱交換器３８の温度効率特性と、加湿装置４３の加湿量特性を用いる方法が挙げられる。

制御装置２００は、予め内部に保持している風量と換気熱交換器３８の温度効率の関係（図１１）を使って、換気熱交換器３８を通過した空気の温度Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｏを、次のように算出することができる。

図１１を使用するに当り、まず、風量と過冷却度ＳＣを測定もしくは推定しておく必要がある。例えば、風量については、風量センサで測定しても良いし、リモコンなどでユーザーが設定した風量（強、弱など）とカタログ値の関係を用いて推定しても良い。過冷却度ＳＣについては、換気熱交換器３８の配管温度を測定して求めることができる。または、制御目標値（例えば高外気温度ならば、ＳＣ＝２０Ｋになるように制御される、など）を使って過冷却度ＳＣを設定しても良い。得られた風量と過冷却度ＳＣから温度効率η１を求めることができる。これらのパラメータを用いて、空気の温度Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｏは次式（５）であらわされる。

Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｏ＝Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｉ−η１＊(Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｉ−ＣＴ) …（５）
ここで、Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｉは換気熱交換器３８に流入する空気の温度を示し、ＣＴは冷媒の凝縮温度示す。Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｉは、例えば外気温湿度検知部３０５と全熱交換器４２の温度効率から求められる。またＣＴは、例えば換気熱交換器３８に設置された温度センサによって測定できる冷媒温度であり、冷媒の凝縮温度とほぼ同じ値である。

制御装置２００は、さらに換気熱交換器３８通過後の空気温度Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｏと加湿量ΔＸの関係を風量ごとに保持している（図１２）。よって、Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｏと風量から加湿量Ｘ１を求めることができる。

ここで、加湿量Ｘ１は、目標湿度と現在湿度の差である。なお現在湿度は、たとえば、外調機４内に備えられた湿度センサによって検知することができる。

最後に図１３に示すように、求めたＴ＿ＨＥＸ＿Ｏおよび、加湿量Ｘ１から、外調機４が室内に供給する空気ＳＡの状態を推定できる。

ここで、図１３の実線は飽和曲線を示している。矢印は、外調機４の換気熱交換器３８によって空気がＴ＿ＨＥＸ＿ＩからＴ＿ＨＥＸ＿Ｏまで昇温されることを表している。Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｏを求める際にＴ＿ＨＥＸ＿Ｉも必要なため、図１３中にはＴ＿ＨＥＸ＿Ｉを明示している。

推定した空気の状態ＳＡは温度と湿度を含む。状態ＳＡの温度を、以下の処理で空気温度ＳＡ＿ＤＢに代入する。

外調機４が室内に供給する加熱量Ｑ＿ＦＵ１は、室内の乾球温度ＲＡ＿ＤＢ[℃]、外調機４が室内に供給する空気温度ＳＡ＿ＤＢ［℃］、外調機４の風量Ｗ［ｍ^３/ｓ］、空気比熱Ｃｐ［ｋＪ/Ｋ＊ｋｇ］、空気密度ρ[ｋｇ/ｍ^３]を使って次式（６）で算出できる。

Ｑ＿ＦＵ１[ｋＷ]＝Ｗ＊Ｃｐ＊ρ＊(ＳＡ＿ＤＢ−ＲＡ＿ＤＢ) …（６）
外調機４において加湿運転が行なわれる場合の加熱量も、加熱加湿運転が行なわれる場合と同様の手順で求められる。ただし、換気熱交換器３８における加熱量は０なので、Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｏ＝Ｔ＿ＨＥＸ＿Ｉとして計算を行なう。

内調機２および外調機４が「相反状態」を回避するために、上記のような運転状態に遷移した際にユーザーに対して、例えば「無駄回避運転中」、のように制御装置２００がリモートコントローラ２０２の表示部２１２に表示することで、ユーザーは内調機２において室内暖房運転が停止されることや、加熱能力が低下されることを理解することができる。

［実施の形態２］
＜構成＞
図１４は、本発明の実施の形態２における空気調和システム４００の構成を示す図である。図１５は、空気調和システム４００の冷媒回路図である。

この空気調和システム４００は、室外の空気を取り込んで加湿し、その加湿した空気を室内に供給する外調機４と、室内空気の温度を調節する内調機２Ａ，２Ｂとを含む点は、実施の形態１の構成と同じである。

実施の形態１では室外機は１台であったが、空気調和システム４００は２台の室外機４０１，４０２を備えている。内調機２Ａ，２Ｂは、冷媒配管４０３によって室外機４０１に接続される。外調機４は、冷媒配管４０４によって単独で室外機４０２接続されている。

室外機４０１，４０２の構成は、図２に示した室外機１と同じであり、その他の構成や、機器の機能は実施の形態１と同様であるので説明は繰り返さない。

実施の形態２においては、室外機４０１，４０２がそれぞれ内調機２と外調機４に備えられている。このため、２台の室外機４０１，４０２が、それぞれ独立に圧縮機周波数、凝縮温度ＣＴを定めることができるので、内調機２と外調機４の加熱能力及び、外調機４の加湿能力の調整が、実施の形態１よりもさらに容易になる。

＜動作＞
実施の形態２における動作は、加熱能力、加湿能力の調整以外は全て実施の形態１と同様である。すなわち、先に加湿負荷を処理してから、暖房負荷を処理する事で、「相反状態」を回避する点は共通する。

実施の形態１では冷媒の凝縮温度ＣＴは内調機２および外調機４で同一であった。しかし、実施の形態２の場合は、凝縮温度ＣＴを内調機２側および外調機４側それぞれで定められる。例えば、外調機４の加湿能力を増加させる場合には外調機４側の凝縮温度ＣＴを上昇させる。この場合に内調機２の加熱能力を減少させたい場合は、内調機２側の凝縮温度ＣＴを下げる制御をする。

なお、図５〜図１３によって説明した動作は、実施の形態２においても同様に行なわれる。

以上、実施の形態１，２について説明した。最後に再び図を用いて、実施の形態１，２について総括する。

この発明は、空気調和システムであって、検出部（温湿度センサ２０６、加湿負荷検知部３０４）と換気装置（外調機４）と、室内機（内調機２）とを備える。検出部は、室内の空気の湿度を検出するように構成される。図５に示すように、換気装置は、検出部によって検出された湿度がしきい値よりも低い場合に（Ｓ１でＹＥＳ）、室外から空気を取り入れて加熱および加湿し、加熱および加湿した空気を室内に供給する（Ｓ３）ように構成される。室内機は、室内暖房運転がされることによって室内の空気を加熱するように構成される。室内暖房運転中に検出された湿度がしきい値よりも低い場合には（Ｓ１でＹＥＳ）、検出された湿度がしきい値よりも高い場合よりも、室内暖房運転の電力が小さく設定される（Ｓ２）。

上述のように、加湿負荷の大小によって、内調機２を用いた室内暖房運転を停止し、外調機４のみを用いて加熱加湿運転することで、外調機４の加熱能力を積極的に利用する。

すなわち、内調機２によって必要以上に室内空気が加熱されないため、暖房負荷が小さく、加湿負荷があるときに、冷房除湿運転および加熱加湿運転が同時に行なわれる「相反状態」を防ぐことができる。

好ましくは、図２に示すように、空気調和システム１０３は、冷媒を圧縮するように構成された圧縮機３１と、外気と冷媒との間で熱交換を行なうように構成された室外熱交換器３３とを含む室外機１をさらに備える。室内機（内調機２）および換気装置（外調機４）は、冷媒配管によって室外機１に並列的に接続される。室内機（内調機２）は、室内熱交換器３５および室内膨張弁３４を含む。図２、図３に示すように、換気装置（外調機４）は、換気熱交換器３８および換気膨張弁３０と、換気熱交換器３８を通過した空気を加湿する加湿装置４３とを含む。圧縮機３１、室内熱交換器３５、室内膨張弁３４、室外熱交換器３３の順に冷媒が循環することによって、室内暖房運転が行なわれる。圧縮機３１、換気熱交換器３８、換気膨張弁３０、室外熱交換器３３の順に冷媒が循環することによって、換気熱交換器３８を用いた加熱運転が行なわれる。室内暖房運転が行なわれているときに加湿条件（検出湿度＜しきい値）が成立した後の室内膨張弁３４の開度は、加湿条件が成立する前の室内膨張弁３４の開度よりも小さい。

好ましくは、図１４、図１５に示すように。空気調和システム４００は、第１室外機４０１と、第２室外機４０２とをさらに備える。第１室外機４０１、第２室外機４０２の各々は、圧縮機３１と、室外熱交換器３３とを含む。室内機（内調機２）は、室内熱交換器３５および室内膨張弁３４を含む。換気装置（外調機４）は、換気熱交換器３８および換気膨張弁３０と、換気熱交換器３８を通過した空気を加湿する加湿装置４３とを含む。室外機４０１の圧縮機３１、室内熱交換器３５、室内膨張弁３４、室外機４０１の室外熱交換器３３の順に冷媒が循環することによって、室内暖房運転が行なわれる。室外機４０２の圧縮機３１、換気熱交換器３８、換気膨張弁３０、室外機４０２の室外熱交換器３３の順に冷媒が循環することによって、換気熱交換器３８を用いた加熱運転が行なわれる。室内暖房運転が行なわれているときに加湿条件（検出湿度＜しきい値）が成立した後の室外機４０１の圧縮機３１の運転周波数は、加湿条件が成立する前の室外機４０１の圧縮機３１の運転周波数よりも低いか、またはゼロである。

上記の構成では、内調機２と外調機４それぞれに室外機が備えられているため、より幅広く内調機２の加熱能力、外調機４の加湿能力を制御することができる。また、暖房負荷が小さい場合に加湿負荷があるときには、内調機２を用いた室内暖房運転を停止し、外調機４のみを用いて加熱加湿運転する。なお、室内暖房運転を完全に停止しなくても、通常よりも弱めて運転しても良い。いずれの場合も加湿負荷があるときには、加湿負荷が無いときよりも室内暖房運転時の運転電力が低減されている。このため、外調機４の加熱能力を積極的に利用するとともに、内調機２によって必要以上に室内空気が加熱されない。したがって、暖房負荷が小さく、加湿負荷があるときに、冷房除湿運転および加熱加湿運転が同時に行なわれる「相反状態」を防ぐことができる。

より好ましくは、図６の時刻ｔ２に示すように、加湿条件（検出湿度＜しきい値）が一旦成立した場合には、換気熱交換器３８を用いた加熱運転を行なって潜熱負荷が処理された後に、室内暖房運転が再開される。加熱運転を行なって潜熱負荷が処理された後は、膨張弁３０を閉じて換気熱交換器３８に冷媒を流れない状態とし、加湿装置を用いた加湿運転を行なう。

上記の構成では、内調機２が運転停止し、外調機４を用いて加熱加湿運転を行ない、室内の加湿負荷が処理できた後に、内調機２で室内暖房運転を開始し、外調機４で加湿運転を行なうことによって、「相反状態」を回避しつつ、暖房負荷と加湿負荷を処理することができる。

好ましくは、図７の時刻ｔ１２に示すように、室内機（内調機２）を用いた室内暖房運転がされておらず、かつ換気装置（外調機４）を用いた加熱および加湿運転がされている場合において、室内温度が予め設定された温度以下になったときに、室内機（内調機２）を用いた室内暖房運転が開始される。

上記のように、内調機２に室温の下限値を設定すると、内調機２が運転停止している場合に室温が下限値以下になったときに、内調機２が室内暖房運転を開始する。これによって、室温が低下することを防止する。このため、より早く暖房負荷と加湿負荷を処理することができ、快適性を維持することができる。

好ましくは、空気調和システムは、室内機（内調機２）と換気装置（外調機４）とを制御する制御装置２００をさらに備える。図９に示すように、制御装置２００は、ユーザーによって設定された設定時刻ｔ＿ｔｇｔより前に時刻ｔ２０〜ｔ２１において予め換気装置（外調機４）による加熱および加湿運転を開始して潜熱負荷を処理した後に、時刻ｔ２１において換気装置（外調機４）による加熱を停止するとともに室内機（内調機２）による室内暖房運転を開始する。

上記のように、所定の時刻における室内空気の目標温度および湿度を予め定めることによって、「相反状態」を回避しつつ、所定時刻までに暖房負荷および加湿負荷を処理することができる。このため、１日の運転立ち上げ時の制御性が向上することで、ユーザーにとってより便利なシステムを提供できる。

好ましくは、図１０に示すように、空気調和システムは、室内機（内調機２）と換気装置（外調機４）とを制御する制御装置２００をさらに備える。制御装置２００は、室内機（内調機２）が室内暖房運転を行なっているときに加湿条件（検出湿度＜しきい値）が成立した場合には、換気装置（外調機４）に加熱および加湿運転を行なった場合の加熱能力Ｑ＿ＵＦ１を現在の暖房負荷（Ｑ＿ＩＵ＋Ｑ＿ＦＵ）から減算した値Ｑ＿ＩＵ１が室内機の暖房能力となるように、室内機の室内暖房運転を抑制する。

上記のように、内調機２および外調機４の加熱能力から、暖房負荷を算出し、加熱加湿運転時の外調機４の加熱能力を算出することによって、暖房負荷が処理できる内調機２の加熱能力を正確に求めることができる。これによって「相反状態」を回避しつつ、暖房負荷と加湿負荷を同時に処理するため、より短時間で暖房負荷と加湿負荷を処理することができ、ユーザーにとって快適な空間を提供できる。

好ましくは、空気調和システムは、室内機（内調機２）と換気装置（外調機４）の運転状態を表示する表示部２１２をさらに備える。

上記のように、内調機２および外調機４が「相反状態」を回避するための運転状態であることを表示することで、ユーザーは内調機２が室内暖房運転を停止することや、加熱能力を低下させることを理解することができ、ユーザーが安心して使用できるシステムを提供できる。

＜系統構成の変更例＞
例えば、図３において全熱交換器４２は無くても良いし、図２、図１５の冷媒回路図において圧縮機３１の前に液貯め装置があってもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，４０１，４０２ 室外機、２，２Ａ，２Ｂ 内調機、３ ダクト、４ 外調機、３０ 換気膨張弁、３１ 圧縮機、３２ 四方弁、３３ 室外熱交換器、３４ 室内膨張弁、３５ 室内熱交換器、３６，３７，４０，４１ 送風機、３８ 換気熱交換器、４２ 全熱交換器、４３ 加湿装置、１００，１０４，１０６，４０３，４０４ 冷媒配管、１０１ 天井裏、１０２ 室内、１０３，４００ 空気調和システム、２００ 制御装置、２０１ 主制御装置、２０２ リモートコントローラ、２０４ 圧力センサ、２０６ 温湿度センサ、２１１ 入力部、２１２ 表示部、３００ 圧縮機周波数制御部、３０１ 内調機加熱能力検知部、３０２ 室内温度検知部、３０３ 外調機加熱能力検知部、３０４ 加湿負荷検知部、３０５ 外気温湿度検知部、３０６ 記憶部、Ａ 給気通風路、Ｂ 排気通風路。

Claims (8)

1. 室内の空気の湿度を検出するように構成された検出部と、
   前記検出部によって検出された湿度がしきい値よりも低い場合に、室外から空気を取り入れて加熱および加湿し、加熱および加湿した空気を室内に供給するように構成された換気装置と、
   室内暖房運転がされることによって室内の空気を加熱するように構成された室内機とを備え、前記検出された湿度が前記しきい値よりも低い場合に前記室内暖房運転において消費される電力は、前記検出された湿度が前記しきい値よりも高い場合に前記室内暖房運転において消費される電力より低い、空気調和システム。
2. 前記空気調和システムは、
   圧縮機と室外熱交換器とを含む室外機をさらに備え、
   前記室内機および前記換気装置は、冷媒配管によって前記室外機に並列的に接続され、
   前記室内機は、
   室内熱交換器および室内膨張弁を含み、
   前記換気装置は、
   換気熱交換器および換気膨張弁と、
   前記換気熱交換器を通過した空気を加湿する加湿装置とを含み、
   前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記室内膨張弁、前記室外熱交換器の順に冷媒が循環することによって、前記室内暖房運転が行なわれ、
   前記圧縮機、前記換気熱交換器、前記換気膨張弁、前記室外熱交換器の順に冷媒が循環することによって、前記換気熱交換器を用いた加熱運転が行なわれ、
   前記室内暖房運転が行なわれているときに、前記検出された湿度が前記しきい値よりも低い場合の前記室内膨張弁の開度は、前記検出された湿度が前記しきい値よりも高い場合の前記室内膨張弁の開度よりも小さい、請求項１に記載の空気調和システム。
3. 前記空気調和システムは、
   冷媒配管によって前記室内機に接続され、第１圧縮機と第１室外熱交換器とを含む第１室外機と、
   冷媒配管によって前記換気装置に接続され、第２圧縮機と第２室外熱交換器とを含む第２室外機とをさらに備え、
   前記室内機は、
   室内熱交換器および室内膨張弁を含み、
   前記換気装置は、
   換気熱交換器および換気膨張弁と、
   前記換気熱交換器を通過した空気を加湿する加湿装置とを含み、
   前記第１圧縮機、前記室内熱交換器、前記室内膨張弁、前記第１室外熱交換器の順に冷媒が循環することによって、前記室内暖房運転が行なわれ、
   前記第２圧縮機、前記換気熱交換器、前記換気膨張弁、前記第２室外熱交換器の順に冷媒が循環することによって、前記換気熱交換器を用いた加熱運転が行なわれ、
   前記室内暖房運転が行なわれているときに、前記検出された湿度が前記しきい値よりも低い場合の前記第１圧縮機の運転周波数は、前記検出された湿度が前記しきい値よりも高い場合の前記第１圧縮機の運転周波数よりも低いか、またはゼロである、請求項１に記載の空気調和システム。
4. 前記検出された湿度が前記しきい値よりも一旦低くなった場合には、前記換気熱交換器を用いた加熱運転を行なって潜熱負荷が処理された後に、前記室内暖房運転が再開され、
   前記加熱運転を行なって潜熱負荷が処理された後は、前記換気熱交換器に冷媒が流れない状態で前記加湿装置を用いた加湿運転が行なわれる、請求項２または３に記載の空気調和システム。
5. 前記室内暖房運転がされておらず、かつ前記換気装置を用いた加熱および加湿運転がされている場合において、室内温度が予め設定された温度以下になったときに、前記室内暖房運転が開始される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和システム。
6. ユーザーによって設定された設定時刻より前に予め前記換気装置を用いた加熱および加湿運転が開始されて潜熱負荷を処理した後に前記換気装置を用いた加熱が停止されるとともに前記室内暖房運転が開始される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気調和システム。
7. 前記室内暖房運転が行なわれており、かつ前記検出された湿度が前記しきい値よりも低い場合には、現在の前記室内機の加熱能力から前記換気装置が加熱および加湿運転を行なうときの前記換気装置の加熱能力を減算した加熱能力に前記室内機の加熱能力が設定される、請求項１に記載の空気調和システム。
8. 前記室内機と前記換気装置の運転状態を表示する運転状態表示部をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の空気調和システム。

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