WO2012085969A1

WO2012085969A1 - 空気調和システム及び調湿装置

Info

Publication number: WO2012085969A1
Application number: PCT/JP2010/007430
Authority: WO
Inventors: 伊藤　慎一; 正樹豊島; 畝崎　史武
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-06-28
Also published as: EP3339757A1; EP3339756A1; EP3339757B1; US9644875B2; CN103221752B; EP2657620B1; JP5631415B2; EP2657620A4; EP2657620A1; EP3339756B1; US20130213079A1; JPWO2012085969A1; CN103221752A

Abstract

温調と調湿を効率よく行える空気調和システムを提供する。　圧縮機１１、四方弁１３及び室外熱交換器１２を有する１台以上の室外機１０ａと、室内機膨張弁２１及び室内機熱交換器２２を有する１台以上の室内機２０と、調湿装置膨張弁３１及び調湿装置熱交換器３２及び第一及び第二の水分吸脱着装置３３ａ、３３ｂを有する１台以上の調湿装置３０とを備え、圧縮機１１、四方弁１３、室外熱交換器１２、室内機膨張弁２１、室内機熱交換器２２、調湿装置膨張弁３１及び調湿装置熱交換器３２を配管接続して、冷媒回路を構成するものである。

Description

空気調和システム及び調湿装置

　本発明は、室内の温度調整（以下、温調という）を行う空調装置と室内の湿度調整（以下、調湿という）を行う調湿装置とを備えて空気調和を行う空気調和システム等に関するものである。

　従来の空気調和システムにおいては、１又は複数の室外機と１又は複数の室内機とを配管接続し、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる冷媒回路を構成している。

　ここで、室内の空気調和を行う場合に、温調を行う場合と調湿を行う場合とがある。そして、室内の温調と調湿とを個別に処理することによって、温調側の冷媒回路の冷媒蒸発温度を上昇させて消費電力を削減するシステムが提案されている。（例えば特許文献１参照）。

　このシステムの調湿装置は空調装置とは別の冷媒回路を持ち、換気装置として機能することで、外気を利用した高効率冷凍サイクルによる調湿を行っている。

特開２０１０－１２１９１２号公報（請求項１、第１図）

　上記の特許文献１の調湿装置は換気装置であるため、通常は天井裏に配置される。しかし、冷媒回路を換気装置が単独で構成することによって装置の重量が増加していた。

　そして、調湿装置が換気装置を兼ねるために、通常の室内機と比較すると風量が換気量によって制限されてしまい、蒸発温度を低くしなければならない等して消費電力が多くなり、除湿量を確保するためにエネルギー効率が悪くなっていた。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、温調と調湿を効率よく行える空気調和システム等を提供することにある。

　本発明に係る空気調和システムは、圧縮機、流路切替装置及び室外熱交換器を有する１台以上の室外機と、第一の膨張装置及び第一の室内熱交換器を有する１台以上の室内機と、第二の膨張装置及び第二の室内熱交換器並びに第一及び第二の水分吸脱着装置を有する１台以上の調湿装置とを備え、圧縮機、流路切替装置、室外熱交換器、第一の膨張装置、第一の室内熱交換器、第二の膨張装置、第二の室内熱交換器を配管接続して、冷媒回路を構成するものである。

　本発明によれば、調湿装置において、第一及び第二の水分吸着脱着装置を配置して、例えば、空気の流れに対して第二の室内熱交換器の上流側の水分吸着脱着装置において加湿等して、第二の室内熱交換器に流入する空気の露点温度を上昇させることより、冷媒の蒸発温度を高くしても除湿量を確保することが可能となる。このため、例えば換気装置によって除湿量を確保しなくてもよく、快適性を確保したまま、消費電力を抑える等、エネルギー効率を高めることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和システムの構成を表す図である。本発明の実施の形態１に係るシステム内の冷媒回路の構成を表す図である。本発明の実施の形態１に係る調湿装置３０の構成を表す図である。実施の形態１に係る空気の相対湿度と平衡吸着量の関係を表す図である。実施の形態１に係る除湿運転時における湿り空気線図である。実施の形態１に係る除湿運転時における温度と絶対湿度の図である。実施の形態１に係る風速と吸着剤の吸着、脱着速度の関係を表す図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和システムの制御関係を表す図である。室内機２０と調湿装置３０の蒸発温度と除湿量の関係を表す図である。空気調和システムの蒸発温度とエネルギー効率の関係を表す図である。本発明の実施の形態２に係る空気調和システムの構成を表す図である。本発明の実施の形態３に係る空気調和システムの構成を表す図である。本発明の実施の形態４に係る空気調和システムの構成を表す図である。

実施の形態１．
　《システム構成》
　図１は本発明の実施の形態１に関わる空気調和システムの構成を表す図である。本実施の形態では、室外機１０ａ、室内機２０、調湿装置３０及びコントローラ４０を備えている。室外機１０ａと室内機２０、調湿装置３０の間は、液側主管１０２及び液側分岐管１０４並びにガス側主管１０３及びガス側分岐管１０５により、冷媒を循環させることができるように配管接続されている。また、信号の送受信ができるように伝送線１０１により通信接続されている。そして、室外機１０ａとコントローラ４０との間も伝送線１０１で接続されている。ここで、図１では、室外機１０ａに対して室内機２０、調湿装置３０が接続している台数が各１台であるが、台数を限定するものではない。例えば室外機能力、必要除湿量等に応じて接続台数を変化させることができる（以下同じ）。

《冷媒回路構成》
　図２は本発明の実施の形態１に関わる空気調和システムにおける冷媒回路を構成する機器等を表す図である。冷媒回路を構成する機器として、室外機１０ａは、圧縮機１１、室外熱交換器１２、四方弁１３、アキュムレータ１４を有している。本実施の形態における圧縮機１１は、室外機制御手段１６からの指示に基づいてインバータ回路により、容量を変化させることができる容量可変型の圧縮機（流体機器）である。例えばレシプロタイプ、ロータリータイプ、スクロールタイプ、スクリュータイプ等の各種タイプが適用可能である。室外熱交換器１２は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮液化させる。流路切替装置となる四方弁１３は、室外機制御手段１６からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。アキュムレータ１４は、液状の冷媒（液冷媒）の通過を防止し、圧縮機１１に液冷媒が流入しないようにするためのタンクである。

　また、室外機２０は、室内機膨張弁２１及び室内機熱交換器２２を有している。第一の膨張装置である室内機膨張弁（絞り装置、流量調整装置）２１は、室内機制御手段２４からの指示に基づいて開度を変化させることで、冷媒の圧力調整等を行う。本実施の形態では、弁開度をステッピングモータを用いて細かく制御できるものとする。第一の室内熱交換器である室内機熱交換器２２は、特に温調のために室内（空調エリア、空調対象空間）の空気との熱交換を行う。暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷房運転時においては蒸発器として機能する。

　調湿装置３０は、調湿装置膨張弁３１及び調湿装置熱交換器３２を有している。第二の膨張装置である調湿装置膨張弁３１は、調湿装置制御手段３６からの指示に基づいて開度を変化させることで、冷媒の圧力調整等を行う。本実施の形態では、室内機膨張弁２１の弁開度を細かく制御できるものとする。第二の室内熱交換器である調湿装置熱交換器３２は、特に調湿のために室内の空気との熱交換を行う。ここでは、冷房運転時において除湿を行うためには蒸発器として機能するものとする。

　冷媒回路において使用される冷媒は、特に限定するものではないが、例えば、二酸化炭素、炭化水素又はヘリウムのような自然冷媒を用いることができる。また、ＨＦＣ４１０Ａ又はＨＦＣ４０７Ｃ等の塩素を含まない冷媒、既存の製品に使用されているＲ２２又はＲ１３４ａ等のフロン系冷媒等を用いることができる。

　《システム構成機器》
　室外機１０ａには、冷媒回路を構成する機器の他に、室外熱交換器１２に空気を流すための室外送風手段１５が設けられている。また、コントローラ４０からの制御信号に基づいて室外機１０ａの機器を制御する室外機制御手段１６が設けられている。

　また、室内機２０には空調エリアからの空気を室内機熱交換器２２に通過させて空調エリア（調湿対象空間）に送風する室内機送風手段２３が設けられている。また、コントローラ４０からの制御信号に基づいて室内機２０の機器を制御する室内機制御手段２４が設けられている。

　さらに、調湿装置３０には空調エリアからの空気を調湿装置３０の吸込口３８から本体３７の風路を通過させて吐出口３９から空調エリアに送風する調湿装置送風手段３５が設けられている。また、通過する空気から水分を吸着、通過する空気に水分を脱着（放出）可能な機能を有する２つの水分吸着脱着装置（第一及び第二の水分吸着脱着装置）３３ａ、３３ｂを有している。さらに、風路における空気経路を切り替えるための空気流路切替手段３４ａ、３４ｂを有している。吸込口３８に近い上流側の空気流路切替手段３４ａが第一の分岐部となり、吐出口３９に近い下流側の空気流路切替手段３４ｂが第二の分岐部となる。そして、コントローラ４０からの制御信号に基づいて調湿装置３０の機器を制御する調湿装置制御手段３６が設けられている。以上のように、室内機２０の構成に、本体３７、水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂ及び空気流路切替手段３４ａ、３４ｂを追加することで、調湿装置３０を構成することができる。調湿装置３０の構成、動作等の詳細については後述する。

　ここで、室外送風手段１５、室内機送風手段２３及び調湿装置送風手段３５については、風量を調整制御することが可能であり、例えば空気条件に応じて風量を設定したりすることが可能な送風手段であるものとする。風量制御については、ファンを回転させるモータにＤＣモータを用いた場合には回転数を制御することで実現が可能となる。またＡＣモータを用いた場合には、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変化させることにより実現が可能となる。

　《システム内センサ配置》
　圧縮機１１の吐出側には吐出圧力センサ１ａが設けられている。また、吸入側には吸入圧力センサ１ｂが設けられている。そして、室内機２０、調湿装置３０には、それぞれ液管温度センサ２ａとガス管温度センサ２ｂが設けられている。また、室外熱交換器１２の空気流入側には外気温度センサ２ｃが設けられている。室内機２０の室内機熱交換器２２の空気吸込み側に吸込み空気温度センサ２ｄが設けられている。また、後述する調湿装置３０の吸込口３８側に温湿度センサ３が設けられている。

　《冷凍サイクル動作》
［冷房運転］
　次に図２に基づいて、冷房時における冷媒回路内の冷媒の流れ等について説明する。室外機１０ａの圧縮機１１が吐出した冷媒は四方弁１３を介して室外熱交換器１２へと流れる。室外熱交換器１２では、空気との熱交換により凝縮液化して室外機１０ａ側から流出する。流出した冷媒は液側主管１０２を流れて液側分岐管１０４へと分岐し、室内機２０、調湿装置３０側に流入する。室内機２０、調湿装置３０側に流入した冷媒は、それぞれ室内機膨張弁２１、調湿装置膨張弁３２において減圧された後、室内機熱交換器２２、調湿装置熱交換器３２に流れる。室内機熱交換器２２、調湿装置熱交換器３２では空気との熱交換により蒸発ガス化して室内機２０、調湿装置３０側から流出する。流出した冷媒はガス側分岐管１０５、ガス側主管１０３を流れて室外機１０ａ側に流入する。流入した冷媒は、四方弁１３、アキュムレータ１４を通過して再び圧縮機１１に吸入される。

［暖房運転］
　さらに図２に基づいて暖房時における冷媒回路内の冷媒の流れ等について説明する。ここで、暖房時は四方弁１３を切り替えて冷房時と冷媒の流れが変わるようにする。圧縮機１１が吐出した冷媒は四方弁１３を介して室外機１０ａ側から流出する。流出した冷媒は、ガス側主管１０３を流れてガス側分岐管１０５へと分岐し、室内機２０、調湿装置３０側に流入する。室内機２０、調湿装置３０側に流入した冷媒は、それぞれ室内機熱交換器２２、調湿装置熱交換器３２に流れる。室内機熱交換器２２、調湿装置熱交換器３２では空気との熱交換により凝縮液化する。そして、室内機膨張弁２１、調湿装置膨張弁３１において減圧された後、室内機２０、調湿装置３０側から流出する。流出した冷媒は液側分岐管１０４、液側主管１０２を流れて室外機１０ａ側に流入する。流入した冷媒は室外熱交換器１２へと流れる。室外熱交換器１２では空気との熱交換により蒸発ガス化する。そして、四方弁１３、アキュムレータ１４を通過して再び圧縮機１１に吸入される。

《除湿装置３０の除湿動作》
　図３は実施の形態１に係る調湿装置３０の動作を説明するための図である。次に調湿装置３０が行う除湿動作について説明する。ここで、空気調和システムでは冷房運転を行っているものとする。

　まず、図３（ａ）を用いて空気経路Ａにおける動作について説明する。空気経路Ａは水分吸着脱着装置３３ａ、調湿装置熱交換器３２、水分吸着脱着装置３３ｂの順に空気が通過する経路である。ここで、空気経路は例えばダンパなどで構成する空気流路切替手段３４ａ、３４ｂを操作して、切り替えることができる。また、切り替えに用いるモータ等の回転動作を制御することによって切り替え時間を制御することが可能となる。空気の流れに対して、空気経路切替手段３４ａは水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂ及び調湿装置熱交換器３２の上流側に配置されている。また、空気経路切替手段３４ｂは水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂ及び調湿装置熱交換器３２の下流側に配置されている。

　調湿装置送風手段３５を駆動することにより、還気ＲＡは吸込口３８から吸い込まれて（導入されて）本体３７内の水分吸着脱着装置３３ａを通過する。このとき、水分吸着脱着装置３３ａの吸着剤が脱着反応することによって空気中に水分を放出し、通過する空気を加湿する。水分吸着脱着装置３３ａを通過した空気は調湿装置熱交換器３２を通過する。このとき、蒸発器として機能する調湿装置熱交換器３２は、空気を露点温度以下まで冷却して除湿する。調湿装置熱交換器３２を通過した空気は水分吸着脱着装置３３ｂを通過する。このとき、水分吸着脱着装置３３ｂは、吸着剤が空気中の水分をさらに吸着することによって除湿する。水分吸着脱着装置３３ｂを通過した空気は、調湿装置送風手段３５を経て、吐出口３９から出て、給気ＳＡとして室内（空調対象空間）へ給気される。

　次に図３（ｂ）を用いて空気経路Ｂにおける動作について説明する。空気経路Ｂは、水分吸着脱着装置３３ｂ、調湿装置熱交換器３２、水分吸着脱着装置３３ａの順に空気が通過する経路である。

　調湿装置送風手段３５を駆動することにより、還気ＲＡは吸込口３８から吸い込まれて水分吸着脱着装置３３ｂを通過する。このとき、水分吸着脱着装置３３ｂの吸着剤が脱着反応することによって空気中に水分を放出し、通過する空気を加湿する。水分吸着脱着装置３３ｂを通過した空気は調湿装置熱交換器３２を通過する。このとき、蒸発器として機能する調湿装置熱交換器３２は、空気を露点温度以下まで冷却して除湿する。調湿装置熱交換器３２を通過した空気は水分吸着脱着装置３３ａを通過する。このとき、水分吸着脱着装置３３ａは、吸着剤が空気中の水分をさらに吸着することによって除湿する。水分吸着脱着装置３３ａを通過した空気は、調湿装置送風手段３５を経て、吐出口３９から出て、給気ＳＡとして室内へ給気される。

　ここで、本実施の形態の水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂは、装置の風路断面積に対して多くの通風断面積を多くとれるように、風路断面に沿った多角形の多孔質平板などになっており、厚さ方向に空気が通過できるように構成したものである。そして、多孔質平板の表面には、ゼオライト、シリカゲル、活性炭等のような、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剤を塗布、表面処理、含浸したものを使用する。ここでは水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂが四角形（長方形、正方形）であるものとして説明を行ったが、同様の効果が得られるのであれば四角形に限定するものではない。

　図４は、空気相対湿度と平衡吸着量との関係を示す図である。図４では、水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂに用いられる吸着剤が空気相対湿度に対して吸着できる水分量（平衡吸着量）を示している。平衡吸着量は一般に空気相対湿度が高くなると増加する。本実施の形態で使用する吸着剤について、前述したように、空気相対湿度が８０％以上における平衡吸着量と空気相対湿度が４０～６０％における平衡吸着量との差が大きい吸着剤を用いることにより、水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂ吸着、脱着能力を上昇させることが可能である。

　また、調湿装置送風手段３５の風量が変化すると水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂを通過する空気流速も変化する。水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂの吸着、脱着時の空気と吸着剤間の水分移動速度は、空気流速が増加すると増加するため、除加湿能力を上昇させることが可能となる。

　調湿装置送風手段３５は、図３においては最下流（空気の吐出口３９側）に配置されているが、二つの空気経路において目標とする風量を得ることができれば、最上流（空気の吸込口３８側）などに配置してもよい。さらに、上流側と下流側に複数配置してもよい。このように、調湿装置送風手段３５の配置位置、数等について限定するものではない。

　図５は調湿装置３０の除湿動作における空気状態の変化を示す湿り空気線図である。ここで、図５において空気状態を示す状態１～状態４は、図３における（１）～（４）の位置の空気状態にそれぞれ対応している。また、図６は調湿装置３０の所定の位置での各状態における通過空気の温度及び絶対湿度を表す図である。ここで、図６は空気経路Ａの場合の変化を示している。空気経路Ｂの場合は、水分吸着脱着装置３３ａと水分吸着脱着装置３３ｂとの位置関係が入れ替わったものとなる。

　《空気の状態説明》
　（空気経路Ａ）
　次に除湿運転時における空気状態について図４～図６を用いて詳細に説明する。上述した調湿装置３０における空気経路Ａでは、還気ＲＡ（状態１）は水分吸着脱着装置３３ａを通過する。室内から導入される還気ＲＡは、室内環境的に相対湿度が４０～６０％であることが多く、上述したように水分吸着脱着装置３３ａが吸着剤の脱着反応により水分含量に応じて水分を放出するため、加湿された空気（加湿空気）となる（状態２）。このとき、加湿空気は、導入されたとき（状態１のとき）より温度は低くなり、相対湿度は高くなる。また、絶対湿度が高くなることで露点温度が上昇するために凝縮しやすくなる。

　加湿空気が調湿装置熱交換器３２を通過し、露点温度以下に冷却されることによって水分が除湿された空気（除湿空気）となる（状態３）。このとき除湿空気の相対湿度は７０～９０％程度と高くなっている。このため、水分吸着脱着装置３３ｂの吸着剤は水分を吸着しやすくなる。そして、除湿空気は、水分吸着脱着装置３３ｂを通過する。このとき水分吸着脱着装置３３ｂの吸着剤における吸着反応により水分が吸着され、空気がさらに除湿される。除湿された空気が給気ＳＡ（状態４）となり室内に供給される。

　（空気経路Ｂ）
　続いて、空気経路Ｂについて説明する。空気経路Ｂでは、還気ＲＡ（状態１）は水分吸着脱着装置３３ｂを通過する。室内から導入される還気ＲＡは、室内環境的に相対湿度が４０～６０％であることが多く、上述したように水分吸着脱着装置３３ｂが吸着剤の脱着反応により水分含量に応じて水分を放出するため、加湿された空気（加湿空気）となる（状態２）。このとき、加湿空気は、導入されたとき（状態１のとき）より温度は低くなり、相対湿度は高くなる。また、絶対湿度が高くなることで露点温度が上昇するために凝縮しやすくなる。

　加湿空気が調湿装置熱交換器３２を通過し、露点温度以下に冷却されることによって水分が除湿された空気（除湿空気）となる（状態３）。このとき除湿空気の相対湿度は７０～９０％程度と高くなっている。このため、水分吸着脱着装置３３ａの吸着剤は水分を吸着しやすくなる。そして、除湿空気は、水分吸着脱着装置３３ａを通過する。このとき水分吸着脱着装置３３ａの吸着剤における吸着反応により水分が吸着され、空気がさらに除湿される。除湿された空気が給気ＳＡ（状態４）となり室内に供給される。

　そして、空気経路切替手段３４ａ、３４ｂを動作させて空気経路ＡとＢを切り替えることによって、空気経路Ａで吸着反応をしていた水分吸着脱着装置３３ｂの吸着剤が空気経路Ｂでは脱着反応を行うことになる。逆に空気経路Ａで脱着反応をしていた水分吸着脱着装置３３ａが空気経路Ｂでは吸着反応を行うため、吸着剤が平衡状態にならず、連続的に除湿を行うことができる。

　図７は水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂを通過する空気の風速（通過風速）と吸着、脱着速度との関係を表す図である。水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂで使用される吸着剤の吸着、脱着速度は風速によって吸着、脱着速度が異なる（風速依存性がある）。調湿装置送風手段３５は水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂの吸脱着に係る能力を上昇等させるために風量を変化させるように調整する。また、図７に示すように温度依存性も有しており、温度が高いほど吸着、脱着速度が高くなる。

　《システム制御方法》
　図８は空気調和システムにおける制御関係の構成を表す図である。本実施の形態では、利用者等の操作指示の入力手段を有するコントローラ４０がシステム全体の制御を行うものとする。上述した圧力センサ１ａ、１ｂ（吐出圧力センサ１ａ、吸入圧力センサ１ｂ）、温度センサ２ａ～２ｄ（液管温度センサ２ａ、ガス管温度センサ２ｂ、外気温度センサ２ｃ、吸込み空気温度センサ２ｄ）及び温湿度センサ３は、それぞれ検出した圧力、温度、湿度に係る信号をコントローラ４０に送信する。コントローラ４０ではこれらの圧力、温度、湿度に基づいて、室外機制御手段１６、室内機制御手段２４、調湿装置制御手段３６に制御信号を送信する。この制御信号に基づいて、圧縮機１１、室内機膨張弁２１、調湿装置膨張弁３１、室外送風手段１５、室内送風手段２３、調湿装置送風手段３５、空気流路切替手段３４ａ、３４ｂ等の動作制御を行うことが可能である。

《実施の形態１における効果》
　図９は室内機２０と調湿装置３０における冷媒の蒸発温度と除湿量との関係を表す図である。以上のように、実施の形態１の空気調和システムによれば、冷房運転時において、水分吸着脱着装置３３ａ又は３３ｂにより加湿空気にしてから調湿装置熱交換器３２を通過させるようにしているので、加湿空気の露点温度が上昇する。このため、図９に示すように、冷媒の蒸発温度を高くしても除湿量を確保することが可能となる。

　図１０は冷媒の蒸発温度とエネルギー効率との関係を表す図である。図１０に示すように、冷媒の蒸発温度が高くなるほどシステム効率が上昇する。実施の形態１の空気調和システムは、上述したように室内機２０と調湿装置３０における冷媒の蒸発温度を高くすることができるため、システム効率を高くすることができ、消費電力を低減させることが可能となる。

　また、室外機１０ａ、室外機２０及び調湿装置３０を配管接続して冷媒回路を構成しており、圧縮機を搭載する等、調湿のために独立した冷媒回路を構成する必要がないので、システム全体として軽量化が可能となる。

　また、調湿装置３０においては、脱着熱源を持たないために従来の室内機と同様の配管接続が可能であり、従来の空気調和システムからの交換を容易に行うことができる。

　また、水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂと調湿装置熱交換器３２は、空気経路Ａ、Ｂのどちらの空気経路の場合においても空気の流れる方向に略直列になるように配置されており、調湿装置熱交換器３２は水分吸着脱着装置３３ａと水分吸着脱着装置３３ｂとの間に設けられている。水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂと調湿装置熱交換器３２を、それぞれの空気が通過する面が対向するように配置することにより、これらの装置を本体３７の小さなスペース内に収めることができるので、除湿装置３０を小型化することが可能となる。ここで、対向とは、厳密に水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂと調湿装置熱交換器３２とが平行に位置されておらず同様の効果が得られるのであれば少々角度がずれたものでもよい。

　室外機１０ａに対して複数の室内機２０が接続されている場合には、室内機２０と調湿装置３０の設置台数のバランスを変更して、除湿能力を環境に応じて変更することが可能となる。

　さらに、図４に示すように、高湿域で吸平衡吸着量の多い吸着剤を用いた水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂを用いるようにしたので、水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂの水分含有量と空気相対湿度で決定する平衡吸着量の差のみで脱着が可能になる。このため、加熱手段を省略することができる。したがって、装置小型化をはかることが可能となる。

　このとき、相対湿度が８０％以上で特に平衡吸着量が多い吸着剤を使用することにより、上述したように、脱着熱源となる加熱手段を特別に設けることなく脱着による空気の加湿を行うことができるので、加熱手段による熱量の処理を行わなくてすみ、調湿装置熱交換器３２においては還気ＲＡの熱処理のみをすることで、省エネルギー化をはかることができる。

　また、図７に示すように、水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂの吸着剤における吸着、脱着速度は風速依存性に加えて温度依存性があるため、温度が高いほど吸着、脱着速度が速くなる。そのため、脱着されるときの空気の温度と吸着されるときの空気の温度との温度差が大きい場合には吸着、脱着速度の差も大きくなる。しかし、吸着、脱着での水分移動の合計量は吸着、脱着速度の遅い方で平衡してしまうことになる。実施の形態１のシステムにおける除湿装置３０では脱着熱源となる加熱手段を設けなくてすむので、吸着における空気の温度と脱着における空気の温度差は加熱手段を有する場合に比べて小さいため、吸着と脱着の速度の差も小さくなる。そのため、吸着、脱着速度が均一に近くなり、高効率に吸着剤のポテンシャルを利用することが可能となる。

　また、脱着熱源となる加熱手段を設けなくてすむので、空気経路を切り替えた場合でも水分吸着脱着装置３３ａと３３ｂとの温度差が小さくなる。また、通過空気温度との温度差も小さくなるため、水分吸着脱着装置３３ａと３３ｂの吸着剤の温度と通過する空気との温度差によって発生する吸着剤の熱抵抗が少なく、高効率で除湿が可能となる。

　さらに、水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂは風路内に固定され、動作等を行わずに静止している。このため、例えばデシカントローターのように回転などの動作を行うために形状が限定されることがなく、水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂの通風面積を風路の形状に合わせることが可能である。そして、通風面積を多く確保して風速を減少させることで圧力損失を低減させることが可能となる。また、水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂの吸着剤において空気との接触面積を増やし吸脱着量を増加させることが可能となる。

　また、水分吸着脱着装置３３ａ、３３ｂは吸着時と脱着時とでは空気の流入方向が逆となり、吸着時と脱着時の通風方向が反転するため、除加湿効率を上昇させることが可能となる。

実施の形態２．
　図１１は本発明の実施の形態２に関わる空気調和システムの構成を表す図である。本実施の形態では、室外機１０ａと室内機２０とが、液側主管１０２及びガス側主管１０３により接続されて冷媒回路を構成する。同様に、室外機１０ｂと調湿装置３０とが配管接続されて別の冷媒回路を構成する。

　ここで、室外機１０ａ、室外機１０ｂ、室内機２０、調湿装置３０、コントローラ４０は伝送線１０１で通信接続されており、システムとして連携した制御を行うことができる。室内機２０、調湿装置３０における除湿、冷媒の蒸発温度の制御等については、実施の形態１で説明したことと同様である。

《実施の形態２における効果》
　以上のように、実施の形態２の空気調和システムによれば、調湿装置３０と室内機２０とが個別に室外機１０ａ、１０ｂに接続されることによって、調湿装置３０側の冷媒の蒸発温度と、室内機側の冷媒の蒸発温度とを変更し、室内機２０は温調のみを目的とした冷媒の蒸発温度を設定することができる。このため、室内機２０においてはさらに蒸発温度を上昇させることができ、高効率化を図ることが可能となる。

実施の形態３．
　図１２は本発明の実施の形態３に関わる空気調和システムの構成を表す図である。本実施の形態における空気調和システムは、さらに外気処理装置５０を有するものである。室外機１０ａと室内機２０、調湿装置３０、外気処理装置５０の間は、液側主管１０２及び液側分岐管１０４並びにガス側主管１０３及びガス側分岐管１０５により、冷媒を循環させることができるように配管接続され、冷媒回路を構成する。また、外気処理装置５０についても、信号の送受信ができるように伝送線１０１により通信接続されている。

　外気処理装置５０は、外気処理装置膨張弁（第三の膨張装置）５１、外気処理装置熱交換器（第三の室内熱交換器）５２、全熱交換器５３、加湿手段５４、給気用送風手段５５、排気用送風手段５６、外気処理装置制御手段５７を有しているものとする。

　外気処理装置膨張弁５１は、例えば、室内機膨張弁２１と同様に、ステッピングモータを用いて細かく弁開度を制御することができる。外気処理装置熱交換器５２は冷媒と外気ＯＡとを熱交換する。全熱交換器５３は外気ＯＡと還気ＲＡとを全熱交換する。加湿手段５４は、外気処理装置熱交換器５２を通過した空気を加湿して給気ＳＡとして室内に送り込むための手段である。

　給気用送風手段５５は、外気ＯＡを、全熱交換器５３、外気処理装置熱交換器５２、加湿手段５４を通過させて給気ＳＡとして室内に供給する空気の流れを形成する手段である。排気用送風手段５６は、還気ＲＡを、全熱交換器５３を通過させて排気ＥＡとして室外に排出する空気の流れを形成する手段である。外気処理装置制御手段５７はコントローラ４０からの制御信号に基づいて外気処理装置５０の各機器を制御する。

　ここで、外気処理装置５０の内部では外気ＯＡは全熱交換器５３、外気処理装置室内熱交換器５２、加湿手段５４の順で通過し、給気ＳＡとして室内に供給される。

　また、外気処理装置５０の内部では還気ＲＡは全熱交換器５３を通過し、排気ＥＡとして室外に排出される。

　室外機１０ａ、室内機２０、調湿装置３０による温調、調湿に係る動作当については、実施の形態１等で説明したことと同様である。

《実施の形態３における効果》
　以上のように、実施の形態３の空気調和システムによれば、外気処理装置５０を備え、全熱交換器５３により外気ＯＡとで還気ＲＡとにより全熱交換が可能であるため、換気によって発生する負荷を低減することができ、圧縮機１１の駆動等を低減することが可能となる。

　また、外気が室内空気より高温高湿の場合（室外機１０ａは冷房運転とする）、全熱交換器５３通過後の外気は室内空気よりも高温高湿である。従って、外気処理装置熱交換器５２を流れる冷媒の蒸発温度と通過空気温度との差は室内空気の温度と比較して増加し、高効率に熱処理することが可能となる。

　さらに、外気が室内空気より低温低湿の場合（室外機１０ａは暖房運転とする）、全熱交換器５３通過後の外気は室内空気よりも低温低湿である。従って、外気処理装置熱交換器５２を流れる冷媒の凝縮温度と通過空気温度との差は室内空気の温度と比較して増加し、高効率に熱処理することが可能となる。

　冬期に暖房加湿運転を行う場合には加湿手段５４を用いることにより、室内を加湿することが可能となる。加湿手段５４には給水型の透湿膜を使用したもの、超音波加湿器等により通過空気の加湿が可能となる。

　外気処理装置５０は圧縮機１１を搭載していないため、室内機２０、調湿装置３０、外気処理装置５０の天井裏に配置する機器が全て圧縮機１１を搭載する必要がなく軽量で小型化が可能となる。

実施の形態４．
　図１３は本発明の実施の形態４に関わる空気調和システムの構成を表す図である。図１３は、実施の形態２において説明した図１１の構成に、外気処理装置５０を追加したものである。本実施の形態では、室外機１０ａ、室内機２０、外気処理装置５０が、液側主管１０２及び液側分岐管１０４並びにガス側主管１０３及びガス側分岐管１０５により接続されて冷媒回路を構成する。室外機１０ｂと調湿装置３０とが、液側主管１０２及びガス側主管１０３により接続されて別の冷媒回路を構成する。

　ここで、室外機１０ａ、室外機１０ｂ、室内機２０、調湿装置３０、コントローラ４０、外気処理装置５０は伝送線１０１で通信接続されており、システムとして連携した制御を行うことができる。室内機２０、調湿装置３０における除湿、冷媒の蒸発温度の制御等については、実施の形態１、２等で説明したことと同様である。

《実施の形態４における効果》
　以上のように、実施の形態４の空気調和システムによれば、調湿装置３０、外気処理装置５０と室内機２０とが個別に室外機１０ａ、１０ｂに接続されることによって、調湿装置３０側の冷媒の蒸発温度と、室内機側の冷媒の蒸発温度とを変更し、室内機２０は温調のみを目的とした冷媒の蒸発温度を設定することができる。このため、室内機２０においてはさらに蒸発温度を上昇させることができ、高効率化を図ることが可能となる。

実施の形態５．
　上述の実施の形態２、４においては、室外機１０ｂと調湿装置３０とを配管接続して冷媒回路を構成するようにしたが、例えば、室外機１０ｂと調湿装置３０とを一体にした調湿装置を構成するようにしてもよい。

　１ａ　吐出圧力センサ、１ｂ　吸入圧力センサ、２ａ　液管温度センサ、２ｂ　ガス管温度センサ、２ｃ　外気温度センサ、２ｄ　吸込み空気温度センサ、３　温湿度センサ、１０ａ，１０ｂ　室外機、１１　圧縮機、１２　室外熱交換器、１３　四方弁、１４　アキュムレータ、１５　室外機送風手段、１６　室外機制御手段、２０　室内機、２１　室内機膨張弁、２２　室内機熱交換器、２３　室内機送風手段、２４　室内機制御手段、３０　調湿装置、３１　調湿装置膨張弁、３２　調湿装置熱交換器、３３ａ，３３ｂ　水分吸着脱着装置、３４ａ，３４ｂ　空気流路切替手段、３５　調湿装置送風手段、３６　調湿装置制御手段、３７　本体、３８　吸込口、３９　吐出口、４０　コントローラ、５０　外気処理装置、５１　外気処理装置膨張弁、５２　外気処理装置熱交換器、５３　全熱交換器、５４　加湿手段、５５　給気用送風手段、５６　排気用送風手段、５７　外気処理装置制御手段、１０１　伝送線、１０２　液側主管、１０３　ガス側主管、１０４　液側分岐管、１０５　ガス側分岐管、ＯＡ　外気、ＲＡ　還気、ＳＡ　給気、ＥＡ　排気。

Claims

　圧縮機、流路切替装置及び室外熱交換器を有する１台以上の室外機と、
　第一の膨張装置及び第一の室内熱交換器を有する１台以上の室内機と、
　第二の膨張装置、第二の室内熱交換器並びに第一及び第二の水分吸脱着装置を有する１台以上の調湿装置とを備え、
　前記圧縮機、前記流路切替装置、前記室外熱交換器、前記第一の膨張装置、前記第一の室内熱交換器、前記第二の膨張装置及び前記第二の室内熱交換器を配管接続して、冷媒回路を構成することを特徴とする空気調和システム。
　第三の膨張装置及び第三の室内熱交換器を有する１台以上の外気処理装置をさらに備えて、第三の膨張装置及び第三の室内熱交換器をさらに配管接続して前記冷媒回路を構成することを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
　第一の圧縮機、第一の流路切替装置及び第一の室外熱交換器を有する１台以上の第一の室外機と、
　第二の圧縮機、第二の流路切替装置及び第二の室外熱交換器を有する１台以上の第二の室外機と、
　第一の膨張装置及び第一の室内熱交換器を有する１台以上の室内機と、
　第二の膨張装置及び第二の室内熱交換器及び水分吸脱着装置を有する１台以上の調湿装置とを備え、
　前記第一の圧縮機、前記第一の流路切替装置、前記第一の室外熱交換器、前記第一の膨張装置及び前記第一の室内熱交換器を配管接続して第一の冷媒回路を構成し、
　前記第二の圧縮機、前記第二の流路切替装置、前記第二の室外熱交換器、前記第二の膨張装置及び前記第二の室内熱交換器を配管接続して第二の冷媒回路を構成することを特徴とする空気調和システム。
　第三の膨張装置及び第三の室内熱交換器を有する１台以上の外気処理装置をさらに備えて、第三の膨張装置及び第三の室内熱交換器をさらに配管接続して前記第一の冷媒回路を構成することを特徴とする請求項３に記載の空気調和システム。
　前記調湿装置において、
　前記第一及び第二の水分吸着脱着装置は、調湿対象空間から空気が流入する吸込口と該調湿対象空間へ空気を流出するための吐出口とを連通する風路内に配置され、相対湿度が４０～１００％の空気に対する平衡吸着量が、相対湿度の上昇に対して略直線的に増加する吸着剤を有し、相対的に湿度の低い空気には水分を放出し、相対的に湿度の高い空気からは水分を吸収し、
　前記第二の室内熱交換器は、前記風路内において、前記第一の水分吸着脱着装置と前記第二の水分吸着脱着装置との間に配置され、
　さらに、前記吸込口から流入した空気を、前記第一の水分吸着脱着装置、前記第二の室内熱交換器、前記第二の水分吸着脱着装置の順に通過させる経路と、前記第二の水分吸着脱着装置、前記第二の室内熱交換器、前記第一の水分吸着脱着装置の順に通過させる経路とに切り替える切替装置を備えることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載の空気調和システム。
　前記第一の水分吸着脱着装置及び前記第二の水分吸着脱着装置は、調湿対象空間から空気が流入する吸込口と該調湿対象空間へ空気を流出するための吐出口とを連通する風路内で固定され静止していることを特徴とする請求項１～請求項５に記載の空気調和システム。
　前記第一の水分吸着脱着装置及び前記第二の水分吸着脱着装置は、多数の小透孔を有する通風体であることを特徴とする請求項１～請求項６に記載の空気調和システム。
　前記第二の室内熱交換器は、調湿対象空間から空気が流入する吸込口と該調湿対象空間へ空気を流出するための吐出口とを連通する風路内において、前記第一の水分吸着脱着装置と前記第二の水分吸着脱着装置との間に配置され、
　前記第一の水分吸着脱着装置及び前記第二の水分吸着脱着装置は、それぞれの空気の通過面を前記第二の室内熱交換器の空気の通過面に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１～請求項７のいずれかに記載の空気調和システム。
　前記第二の室内熱交換器は、調湿対象空間から空気が流入する吸込口と該調湿対象空間へ空気を流出するための吐出口とを連通する風路内において、前記第一の水分吸着脱着装置と前記第二の水分吸着脱着装置との間に配置され、
　前記風路内の空気経路の切り替えによって、前記第一の水分吸着脱着装置、前記第二の室内熱交換器および前記第二の水分吸着脱着装置を通過する空気の方向が反転するように配置されたことを特徴とする請求項１～請求項７のいずれかに記載の空気調和システム。
　前記切替装置は、
　前記第一の水分吸着脱着装置および前記第二の水分吸着脱装置の上流側に設けられ、前記風路を二方向に分岐する第一の分岐部と、
　前記第一の水分吸着脱着装置および前記第二の水分吸着脱装置の下流側に設けられ、前記を二方向に分岐する第二の分岐部と
を有することを特徴とする請求項５～請求項９のいずれかに記載の空気調和システム。
　圧縮機と、
　凝縮器と、
　膨張装置と、
　調湿対象空間から空気が流入する吸込口と該調湿対象空間へ空気を流出するための吐出口とを連通する風路内に配置され、相対湿度が４０～１００％の空気に対する平衡吸着量が、相対湿度の上昇に対して略直線的に増加する吸着剤を有し、相対的に湿度の低い空気には水分を放出し、相対的に湿度の高い空気からは水分を吸収する第一及び第二の水分吸着脱着装置と、
　前記風路内において、前記第一の水分吸着脱着装置と前記第二の水分吸着脱着装置との間に配置された蒸発器と、
　前記吸込口から流入した空気を、前記第一の水分吸着脱着装置、前記蒸発器、前記第二の水分吸着脱着装置の順に通過させる経路と、前記第二の水分吸着脱着装置、前記蒸発器、前記第一の水分吸着脱着装置の順に通過させる経路とに切り替える切替装置と
を備えることを特徴とする調湿装置。