JP5854917B2

JP5854917B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP5854917B2
Application number: JP2012100858A
Authority: JP
Inventors: 杉本　猛; 猛杉本; 畝崎　史武; 史武畝崎; 伊藤　慎一; 慎一伊藤; 啓三福原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2032-04-26
Also published as: JP2013228153A

Description

本発明は、除湿機能を有する空気調和装置に関する。

従来の除湿機能を有する空気調和装置として、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、これらに冷媒を循環させる冷媒回路とを備えたものが知られている。このような空気調和装置においては、冷媒は圧縮機で圧縮されて高温高圧ガス冷媒となり、凝縮器に送り込まれる。凝縮器に流れ込んだ冷媒は、空気に熱を放出することにより液化する。液化した冷媒は、膨張弁で減圧されて気液二相状態となり、蒸発器にて周囲空気から熱を吸収することでガス化し、圧縮機へと流れる。そして、このような冷凍サイクルを行う冷媒と周囲空気との熱交換により、例えば冷凍・冷蔵倉庫、住居、ビル、冷凍冷蔵庫等の空気調和が行われる。ところが、例えば冷凍・冷蔵倉庫においては、空気の温度を１０℃より低い温度帯に制御しなければならないため、蒸発温度が０℃より低くなり、蒸発器で霜が発生して冷凍能力（除湿能力）を低下させていた。

そこで、空気調和装置においては、蒸発器に取り付けたデフロストヒータで蒸発器を加熱する霜取り運転を定期的に行っていた。しかしその結果、霜取り運転にエネルギーを消費することになり、空気調和装置の効率の低下を引き起こしていた。

このような事項を背景として、放熱器（凝縮器）で熱交換した空気及び吸熱器（蒸発器）に流入する空気が通過するようにして、吸着材を備えたデシカントロータを設けた空気調和装置が提案されている。この空気調和装置では、吸熱器（蒸発器）に流れ込む空気の水分をデシカントロータの吸湿部において除去し、減湿された空気を吸熱器（蒸発器）に供給する。一方、放熱器（凝縮器）で加熱された高温の空気をデシカントロータの放湿部に供給し、これによってデシカントロータの吸着材の水分を脱離させて吸湿手段を再生させる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１-２４１６９３号公報（第６頁〜第８頁、図２）

しかしながら、上記特許文献１に記載の空気調和装置では、デシカントロータを回転駆動する駆動部が必要であった。また、吸湿部と放湿部とで風路を分けるとともに、空気漏れが生じないようにするために吸湿部と放湿部との境界部分を気密に分離するシール構造が必要であった。このため、装置が大型化して高コストになるという課題があった。また、蒸発器と凝縮器のそれぞれと、デシカントロータとを結ぶ風路が必要であり、風路構造が複雑となり、デシカントロータの交換も困難であるという課題があった。

また、例えば冷凍・冷蔵倉庫内の低温環境においては、除湿運転後は、冷凍・冷蔵倉庫内の温度が上昇し、空気調和装置の負荷が増大して消費電力が増加していた。

また、回転数の可変制御が可能な空気調和装置の場合、例えば梅雨時期や秋等の中間期においては、冷房負荷が小さくなるため、圧縮機の回転数を低下させることにより、冷房負荷の縮小に空気調和装置の運転状態を追従させていた。しかしその結果、蒸発温度が上昇し、空調対象空間内の顕熱は除去できるが潜熱は除去できないという状況に陥り、空調対象空間内の相対湿度が上昇し、不快感が増大していた。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、高い除湿能力を備え、一般に冷凍サイクルのみでは苦手とされる低温環境での除湿を行うことのできる空気調和装置を提供するものである。また、本発明は、装置構造が簡素な空気調和装置を提供するものである。

この発明に係る空気調和装置は、圧縮機、流路切り換え装置、第一熱交換器、減圧装置、及び第二熱交換器が順次冷媒配管で接続された冷凍サイクルと、吸込口と吹出口が形成され、内部に前記吸込口と前記吹出口とを結ぶ風路を有する筐体と、前記筐体の外の空気を前記吸込口から前記風路内に吸い込む送風機と、前記風路内に設けられたデシカント材とを備え、前記風路内には、空気流れの上流側から順に、水平状態もしくは高低差が生じるように傾斜した状態の前記第一熱交換器、前記デシカント材、及び前記第一熱交換器と略平行に配置された前記第二熱交換器が設けられており、前記冷凍サイクルは、除湿運転において、前記第一熱交換器が凝縮器として機能し、かつ前記第二熱交換器が露点より高い温度の蒸発器として機能する第一運転モードと、前記第一熱交換器が蒸発器として機能し、かつ前記第二熱交換器が凝縮器として機能する第二運転モードとを交互に行うように制御されるものである。

本発明によれば、デシカント材の水分の吸着作用による空気の除湿と、冷凍サイクルの蒸発器を用いて空気を冷却することによる空気の除湿とを組み合わせて行う。このため、高い除湿能力を有する空気調和装置を得ることができる。また、低温環境における除湿能力の低下を抑制することができる。
また、風路内には第一熱交換器、デシカント材、及び第二熱交換器が直列に配置された構成であり、除湿運転において冷凍サイクルは、第一熱交換器が凝縮器として機能し、かつ第二熱交換器が露点より高い温度の蒸発器として機能する第一運転モードと、第一熱交換器が蒸発器として機能し、かつ第二熱交換器が凝縮器として機能する第二運転モードとを交互に行うように制御される。このため、風路の切り換えが不要であるので、装置構造の簡素化が可能であり、よりコンパクトで低コストの空気調和装置を得ることができる。
また、第二熱交換器が蒸発器として機能する第一運転モードでは、第二熱交換器が露点温度よりも高くなるように冷凍サイクルが運転されるので、第二熱交換器には結露水が付着しない。したがって、例えば、第二熱交換器の下側にデシカント材及び第一熱交換器を配置して略直線状の風路構成とすることが可能であり、このようにすることで装置構造が簡素化され、コンパクトで低コストの空気調和装置を得ることができる。

実施の形態１に係る空気調和装置の構成を説明する図である。実施の形態１に係る第一運転モードにおける空気の状態変化を説明する空気湿り線図である。実施の形態１に係る第二運転モードにおける空気の状態変化を説明する空気湿り線図である。実施の形態２に係る空気調和装置の構成を示す図である。実施の形態２に係るデシカント材に使用される固体吸着材の水分吸着特性図である。実施の形態３に係る空気調和装置の構成を示す図である。

以下、本発明に係る空気調和装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一または実質的に同一の構成には、同一の符号を付す。また、以下に示す図面の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置の構成を説明する図である。空気調和装置１は、縦長の筐体９を備えている。筐体９の内部には、圧縮機２、流路切り換え装置である四方弁３、第一熱交換器４、減圧装置である膨張弁５、第二熱交換器６が設けられており、これらが冷媒配管で環状に接続されて冷媒回路３０を構成している。本実施の形態１の空気調和装置１は、空調対象となる部屋の床に載置されるいわゆる床置きタイプの空気調和装置である。

筐体９内において、第一熱交換器４の下側には、ドレンパン１２が配置されている。ドレンパン１２は、筐体９の内部の空間を上下に区画しており、ドレンパン１２の上方の空間を風路室１０、ドレンパン１２の下方の空間を機械室１１と称する。機械室１１には圧縮機２と四方弁３とが配置され、風路室１０には第一熱交換器４、膨張弁５、及び第二熱交換器６が配置されている。筐体９の壁には、空気調和の対象となる空気を風路室１０内に導入する吸込口９ａと、空気調和された空気を外部に排出する吹出口９ｂとが形成されている。

圧縮機２は、運転能力が可変のものが望ましく、このようにすることで負荷状況に応じて運転能力を制御することができる。

膨張弁５は、電子式膨張弁（開度が可変可能）で、通過する冷媒を減圧膨張させる。

四方弁３は、冷媒の流路を切り換える装置であり、圧縮機２の出口側の配管に設けられている。四方弁３は、圧縮機２から吐出された冷媒が、第一熱交換器４に流入する方向（図１に実線矢印で示す方向）、または第二熱交換器６に流入する方向（図１に破線矢印で示す方向）に流れるように、冷媒の流路を切り換える。

四方弁３が、図１の実線で示す方向に冷媒の流路を切り換えた場合、圧縮機２から吐出された冷媒は、四方弁３、第一熱交換器４、膨張弁５、第二熱交換器６、及び四方弁３を順に流れて圧縮機２に戻る冷凍サイクルが構成される。この構成では、第一熱交換器４は凝縮器（放熱器）として機能し、第二熱交換器６は蒸発器（冷却器）として機能する。

一方、四方弁３が図１の破線で示す方向に冷媒の流路を切り換えた場合、圧縮機２から吐出された冷媒は、四方弁３、第二熱交換器６、膨張弁５、第一熱交換器４、及び四方弁３を順に流れて圧縮機２に戻る冷凍サイクルが構成される。この構成では、第二熱交換器６は凝縮器（放熱器）として機能し、第一熱交換器４は蒸発器（冷却器）として機能する。

この空気調和装置１の冷媒としては、例えばＲ４１０Ａが用いられる。なお冷媒はＲ４１０Ａに限られるものではなく、他のＨＦＣ系冷媒や、ＨＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、ＣＯ₂、ＮＨ₃などの自然冷媒を適用することができる。ＣＯ₂冷媒を適用する場合で、高圧が臨界圧力以上の運転の場合は、凝縮器は放熱器として動作する。

第一熱交換器４及び第二熱交換器６は、例えばプレートフィンチューブ熱交換器であり、伝熱管内を流れる冷媒とフィン周囲を流れる空気とを熱交換する構成となっている。
第一熱交換器４は、水平もしくは高低差が生じるように斜めに傾けられた状態で、筐体９内に配置されている。第二熱交換器６は、第一熱交換器４と略平行に配置されている。

第一熱交換器４の上方には、この第一熱交換器４と略平行に配置されたデシカントブロック７が設けられている。デシカントブロック７は、空気中の水分を吸着し、吸着した水分を加熱されることによって脱着（放出）する材料で構成されたデシカント材を、矩形の固形に成型したものである。デシカントブロック７は、空気の流通が可能な通気孔を有している。デシカント材としては、例えばゼオライトやシリカゲル、メソポーラスシリカ、高分子系吸着材などが適用される。

筐体９の内部において、第二熱交換器６の上方には、送風機８が設けられている。

ここで、風路３１における各部の配置を説明する。
まず、風路３１内には、空気流れ上流側から順に、第一熱交換器４、デシカントブロック７、及び第二熱交換器６が、略直列に高さ方向に並べて配置されており、これらのさらに空気流れ下流側に、送風機８が設置されている。これらの部材の配置を筐体９の高さ方向でみると、上側から順に、送風機８、第二熱交換器６、デシカントロータ７、及び第一熱交換器４が設置されている。風路３１への空気の入口は筐体９に設けられた吸込口９ａであり、風路３１からの空気の出口は吹出口９ｂである。なお、吸込口９ａから第一熱交換器４に至る風路３１の一部がなるべくまっすぐな経路となるように、吸込口９ａは、第一熱交換器４の少なくとも一部よりも下側に開口しているのが望ましい。

送風機８が動作すると、図１に白抜き矢印で示すように吸込口９ａから空気が吸い込まれ、この空気は風路３１内に流入する。風路３１内に流入した空気は、第一熱交換器４、デシカントブロック７、第二熱交換器６、送風機８を経由して略直線状に流れ、図１に白抜き矢印で示すように吹出口９ｂから筐体９の外部に流出する。

第一熱交換器４の下側に設けられたドレンパン１２は、運転時に第一熱交換器４で発生したドレン水を受けるための容器である。ドレンパン１２には、ドレン穴（図示せず）が開口しており、運転時に第一熱交換器４で発生したドレン水はドレンパン１２に入り、ドレンパン１２に入ったドレン水はドレン穴を介して空気調和装置１の外に排出される。

また、風路室１０には、空気調和装置１の吸込み空気の温湿度（空気調和装置１の周囲の温湿度）を計測する温湿度センサ１３が設けられている。

また、筐体９の風路室１０内には、空気調和装置１の全体の動作を制御する制御装置１４が設けられている。制御装置１４は、送風機８の回転数の制御、圧縮機２の回転数の制御、膨張弁５の開度の制御等、空気調和装置１を構成する各部の動作制御を行うことで、冷凍サイクルの運転を制御する。また、制御装置１４は、後述する除湿運転において、温湿度センサ１３の検出信号に応じて四方弁３の切り換え制御を行う。

［除湿運転］
次に、空気調和装置１の除湿運転動作を説明する。本実施の形態１の空気調和装置１の除湿運転においては、四方弁３の流路切り換えによって第一運転モード、第二運転モードという２つの運転モードを実現する。以下、順に説明する。

（第一運転モード：冷凍サイクルの動作）
第一運転モードは、図１の実線方向に四方弁３によって流路が切り換えられた状態で行う。
第一運転モードにおける冷凍サイクルの動作は以下のようになる。
圧縮機２により低圧のガスが吸入され、この吸入されたガスは圧縮されて高温かつ高圧のガスとなり、圧縮機２により吐出される。圧縮機２により吐出された冷媒は四方弁３を経て、第一熱交換器４に流入する。第一熱交換器４に流入した冷媒は、風路３１を流れる空気に放熱し、空気を加熱しながら冷媒そのものは冷却されて凝縮し、高圧の液冷媒となって第一熱交換器４から流出する。第一熱交換器４から流出した液冷媒は、膨張弁５で減圧され、低圧の二相冷媒となる。その後冷媒は第二熱交換器６に流入し、風路３１を流れる空気から吸熱し、空気を冷却しながら冷媒そのものは加熱されて蒸発し、低圧のガスとなる。その後冷媒は四方弁３を経て圧縮機２に吸入される。

（第一運転モード：空気の動き）
次に、第一運転モードにおける空気の動きについて、図２に基づいて説明する。
図２は、実施の形態１に係る第一運転モードにおける空気の状態変化を説明する空気湿り線図である。図２の縦軸は空気の絶対湿度、横軸は空気の乾球温度である。また図２の曲線Ｐは飽和空気を示すもので、飽和空気における相対湿度は１００％である。

空気調和装置１の周囲の空気（図２、Ａ点）は、送風機８の動作によって空気調和装置１の筐体９内に流入し、風路３１を通過する過程において第一熱交換器４にて加熱される。第一熱交換器４にて加熱された空気は、温度が上昇するとともに相対湿度が低下する（図２、Ｂ点）。

その後、空気はデシカントブロック７に流入するが、空気の相対湿度が低いために、デシカントブロック７に保持されている水分は脱着（脱離）し、空気に含まれる水分量が増加する。一方で、デシカントブロック７に流入した空気から脱着に伴う脱着熱が奪われ、空気の温度は低下し、かつ高湿度の状態となる（図２、Ｃ点）。

その後、空気は第二熱交換器６に流入して第二熱交換器６を流れる冷媒により冷却される。なお、冷媒回路３０は、第二熱交換器６内の冷媒温度が空気の露点より高い温度となるように運転されている。第二熱交換器６により冷却された空気は、低温の状態となる（図２、Ｄ点）。

その後、空気は送風機８に流入し、吹出口９ｂから空気調和装置１の外部に排出される。

（第二運転モード：冷凍サイクルの動作）
第二運転モードは、図１の破線方向に四方弁３によって流路が切り換えられた状態で行う。
第二運転モードにおける冷凍サイクルの動作は以下のようになる。
圧縮機２により低圧のガスが吸入され、この吸入されたガスは圧縮されて高温かつ高圧のガスとなり、圧縮機２により吐出される。圧縮機２により吐出された冷媒は四方弁３を経て、第二熱交換器６に流入する。第二熱交換器６に流入した冷媒は、風路３１を流れる空気に放熱し、空気を加熱しながら冷媒そのものは冷却されて凝縮し、高圧の液冷媒となって第二熱交換器６から流出する。第二熱交換器６から流出した液冷媒は、膨張弁５で減圧され、低圧の二相冷媒となる。その後冷媒は第一熱交換器４に流入し、風路３１を流れる空気から吸熱し、空気を冷却しながら冷媒そのものは加熱されて蒸発し、低圧のガスとなる。その後冷媒は四方弁３を経て、圧縮機２に吸入される。

（第二運転モード：空気の動き）
次に第二運転モードにおける空気の動きについて、図３に基づいて説明する。
図３は、実施の形態１に係る第二運転モードにおける空気の状態変化を説明する空気湿り線図である。図３の縦軸は空気の絶対湿度、横軸は空気の乾球温度である。また図３の曲線Ｐは飽和空気を示すもので、飽和空気における相対湿度は１００％である。

空気調和装置１の周囲の空気（図３、Ａ点）は、送風機８の動作によって空気調和装置１の筐体９内に流入し、風路３１を通過する過程において第一熱交換器４にて冷却される。なお、冷媒回路３０は、第一熱交換器４内の冷媒温度が空気の露点以下の温度となるように、制御装置１４によって運転されている。第一熱交換器４に流入した空気は、第一熱交換器４により冷却され、空気中の水分は凝結して第一熱交換器４に付着する。このように空気は第一熱交換器４によって除湿され、低温で相対湿度の高い状態となる（図３、Ｅ点）。

その後、空気はデシカントブロック７に流入するが、空気の相対湿度が高いために、デシカントブロック７に空気中の水分が吸着され、空気に含まれる水分量が減少しさらに除湿される。一方でデシカントブロック７に流入した空気は、水分の吸着に伴う吸着熱により加熱され、空気の温度は上昇し、高温かつ低湿度の状態になる（図３：Ｆ点）。

その後、空気は第二熱交換器６に流入して第二熱交換器６を流れる冷媒により加熱され、高温となる（図３、Ｇ点）。

このように、第二運転モードでは、第一熱交換器４において冷媒によって冷却されることによる除湿（図３：Ａ点−Ｅ点の絶対湿度の差）に加え、デシカントブロック７の吸着による除湿（図３：Ｅ点−Ｆ点の絶対湿度の差）も行われる。よって、図２と図３を比較しても明らかなように、第二運転モードは第一運転モードに比べて多くの除湿量を確保できる。本実施の形態１の空気調和装置１では、主たる除湿は第二運転モードで実施されることになる。

そして、本実施の形態１の空気調和装置１では、第一運転モードと第二運転モードを交互に繰り返す。例えば、第二運転モードを継続して実施した場合、デシカントブロック７に含有可能な水分量には上限があるため、所定時間運転すると、デシカントブロック７に水分が吸着されなくなり、除湿量が低下する。そこで、デシカントブロック７の保持水分量が上限近くになった段階で、第一運転モードに切り換え、デシカントブロック７から水分を放出する運転を実施する。このように第一運転モードと第二運転モードを交互に実施することで、デシカントブロック７の吸着作用と脱着作用とを交互に生じさせ、デシカント材の吸着、脱着作用による除湿量増加効果を維持する。

従来のデシカントロータを用いた構成では、デシカントロータを回転駆動するためのモータやその固定構造等が必要となり、装置構成が複雑化していた。また、吸着部と脱着部とで風路を分ける必要があり、吸着部と脱着部の境界部分を気密に分離するシール構造が必要であった。これに対して本実施の形態１では、風路３１は一つであり、四方弁３の切り換えによってデシカントブロック７の水分の吸着と脱着とを切り換えることができるため、従来よりも空気の風路構造が簡易である。また、複数の風路どうしの気密性を確保するためのシール構造も不要である。このように、本実施の形態１によれば、空気調和装置１の装置構成を簡略化でき、低コスト化を図ることができる。

また、本実施の形態１では、床置き形の空気調和装置１の筐体９の風路３１内に、高さ方向に第一熱交換器４、デシカントブロック７、及び第二熱交換器６を略直列に並べて配置し、筐体９の第一熱交換器４の少なくとも一部よりも下側に吸込口９ａを設けるとともに第二熱交換器６よりも上側に吹出口９ｂを設けた。このため、吸込口９ａから風路３１内に流入した空気は、第一熱交換器４、デシカントブロック７、及び第二熱交換器６をほぼ直線状に流れるので、流路が曲がることによる圧力損失の増加を抑制できる。

また、第一熱交換器４を高低差が生じるように傾斜させて設けることで、第一熱交換器４に付着したドレン水は、第一熱交換器４から滑落しやすい。このため、第一熱交換器４にドレン水が長時間にわたって保持されるのを抑制することができる。
なお、第一熱交換器４のフィンの表面に、撥水加工を施してもよい。このようにすると、第一熱交換器４のフィンの表面における水分の滑落性を向上させることができる。特に、第一熱交換器４を水平に設けた場合には、フィンの表面に撥水加工を施すことで、第一熱交換器４のフィン間に水分が保持されるのを抑制することができる。
仮に、第一熱交換器４が蒸発器として機能する第二運転モードにおいて第一熱交換器４のフィンに付着した水分（結露水）が、フィンに保持されたままの状態であると、第一運転モードに移行したときに第一熱交換器４（凝縮器）に保持された水分が蒸発して、空気を加湿するおそれがある。しかし、上述のような構成を採用して第一熱交換器４のフィンに付着した水分の滑落性を向上させることで、第一熱交換器４が凝縮器として機能するときに空気を加湿するのを抑制することができる。

また、第二熱交換器６が蒸発器として機能する第一運転モードでは、第二熱交換器６内の冷媒温度が露点温度よりも高くなるように冷凍サイクルが運転されるので、第二熱交換器６には結露水が付着しない。このため、第二熱交換器６の下側にドレンパンを設ける必要がなく、本実施の形態１では第二熱交換器６の下側にデシカントブロック７及び第一熱交換器４を配置することが可能となっている。このように、第一熱交換器４からデシカントブロック７を経て第二熱交換器６に至る略直線状の風路構成とすることができるので、構造を簡素化することができ、よりコンパクトで低コストの空気調和装置１を得ることができる。

また、本実施の形態１の第二運転モードでは、搬送される空気に対し、第一熱交換器４よる除湿、デシカントブロック７による除湿が行われる。ここで、冷凍サイクルのみの除湿（第一熱交換器４のみの除湿）であれば、搬送される空気の温度が約１０℃以下の場合に、第一熱交換器４に着霜するため、頻繁に霜取りが必要となり、除湿能力が極端に低下するという課題があった。しかし、本実施の形態１では、デシカントブロック７による除湿も行われるため、搬送される空気の温度が約１０℃以下の場合でも、デシカントブロック７による除湿作用によって第一熱交換器４への着霜が抑制され、霜取り運転を低減できる。したがって、霜取り運転に伴うエネルギー消費量の増加を抑制でき、また、霜取り運転に伴う従来の極端な除湿能力の低下を抑制できる。

また、冷凍サイクルのみで除湿を行う場合では４０％程度の相対湿度を得ることが限度であったが、本実施の形態１では第二熱交換器６により空気の加熱が実施されるため、空気調和装置１の吹出空気は、高温で水分量の少ない状態となり（図３：Ｇ点参照）、相対湿度を例えば２０％以下という低い値にすることができる。このような低相対湿度の空気は、乾燥用途に好適な空気であり、このような空気を洗濯物などの被乾燥物に直接当てるようにすれば、被乾燥物の乾燥を促進することができ、より高性能な乾燥機能を実現することができる。

第一運転モードと第二運転モードのそれぞれの運転時間は、予め定められた時間としてもよいが、各運転モードのそれぞれの運転時間には、空気条件や空気調和装置１の運転状態に応じた適正値がある。よってその適正値で運転できるように、空気条件や、空気調和装置１の運転状態に基づいて各運転モードの運転時間を決定するようにしてもよい。

第一運転モードでは、デシカントブロック７から適正な量の水分が放出され、デシカントブロック７に残存する水分量が適量となるまでに要する時間が、運転時間の適正値となる。というのは、デシカントブロック７に水分量が適量より多く残った状態で、第一運転モードを終了し、第二運転モードに切り換えると、第二運転モードでデシカントブロック７に吸着される水分量が抑制されてしまい、第二運転モードでの除湿量が低減するためである。また、逆に、第一運転モードを長くしすぎると、第一運転モード後半でデシカントブロック７から水分をほとんど脱着できない状態が続くことになり、第一運転モードよりも高除湿量を実現する第二運転モードへの切り換えが遅くなって、この場合もトータルの除湿量が低減するためである。

第二運転モードでは、デシカントブロック７に水分が吸着されるので、デシカントブロック７への吸着水分量が適量となる時間が、運転時間の適正値となる。というのは、デシカントブロック７で吸着できる余地があるにもかかわらず、運転を第一運転モードに切り換えた場合、第一運転モードに比べて高除湿量を確保できる第二運転モードの運転時間が短くなり、トータルでみたときに除湿量が低減するためである。また、逆に、第二運転モードを長くしすぎると、第二運転モードの後半では、デシカントブロック７が水分を吸着できない状態が続くことになり、こちらの場合も除湿量が低減するためである。

また、デシカントブロック７の保持水分量の変化は、デシカントブロック７に流入する空気の相対湿度によって決定され、相対湿度の高い空気が流入すると、デシカントブロック７内の水分が放出されにくく、逆に水分吸着量は多くなる。また相対湿度の低い空気がデシカントブロック７に流入すると、デシカントブロック７内の水分が放出されやすく、逆に水分吸着量は少なくなる。

そこで、第一運転モードと第二運転モードの運転時間をそれぞれ可変制御する場合には、温湿度センサ１３で得られる吸込空気の状態（温湿度）により、吸込空気の相対湿度を求め、その相対湿度に応じて各運転モードの運転時間を決定する。より具体的には、吸込空気の基準となる相対湿度（以下基準相対湿度という）を予め定めるとともに、その基準相対湿度の吸込空気が風路３１を通過した場合に高除湿量を確保することのできる各運転モードの基準運転時間を、予め実験やシミュレーションなどにより求めておく。そして、運転時には、温湿度センサ１３の検出結果に基づいて得られる実際の吸込空気の相対湿度と基準相対湿度との大小関係に応じて、各運転モードの基準運転時間から適宜増減して、各運転モードの運転時間を決定する。

ここで、温湿度センサ１３によって得た吸込空気の温湿度に基づいて算出した相対湿度が、予め設定された基準相対湿度よりも高い場合、第一運転モードでのデシカントブロック７からの水分放出量は、相対湿度が基準相対湿度である場合の水分放出量より少なくなる。また、第二運転モードでのデシカントブロック７の水分吸着量は、相対湿度が基準相対湿度の場合の水分吸着量より多くなる。
よって、除湿運転を開始するときに温湿度センサ１３によって得た吸込空気の状態により、実際の吸込空気の相対湿度を求める。そして、その実際の吸込空気の相対湿度が基準相対湿度より高い場合は、第一運転モードの運転時間を第一運転モード対応の基準運転時間より長くし、逆に第二運転モードの運転時間を第二運転モード対応の基準運転時間より短くする。一方、実際の吸込空気の相対湿度が基準相対湿度よりも低い場合は、第一運転モードの運転時間を第一運転モード時間対応の基準運転時間より短くし、逆に第二運転モード時間の運転時間を第二運転モード対応の基準運転時間より長くする。このようにすることで、除湿運転において、空気調和装置１の周囲の空気の状態に応じてデシカントブロック７における水分の吸着と脱着を効率よく行うことができる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、デシカントブロックの着脱構造を説明する。本実施の形態２では、実施の形態１との相違点を中心に説明する。また、本実施の形態２は、後述の実施の形態３と組み合わせ可能である。

図４は、実施の形態２に係る空気調和装置の構成を示す図である。
図４に示すように、筐体９の壁には、点検窓９ｃが設けられている。点検窓９ｃは、筐体９の壁において、デシカントブロック７、第一熱交換器４、及び第二熱交換器６を筐体９の外部から点検可能な位置及び大きさで開口している。また、点検窓９ｃには、着脱可能な窓板９ｄが取り付けられている。ユーザーは、この窓板９ｄを取り外すと、デシカントブロック７、第一熱交換器４、及び第二熱交換器６を点検し、またデシカントブロック７を筐体９内から取り出すことができ、メンテナンスが容易である。

また、デシカントブロック７には、デシカントブロックトッテ７ａが取り付けられている。デシカントブロックトッテ７ａは、デシカントブロック７が筐体９内に取り付けられた状態において、ユーザーが点検窓９ｃから手を入れてデシカントブロックトッテ７ａを掴むことができる位置に設けられている。このため、ユーザーは、デシカントブロック７の交換を容易に行うことができる。

図５は、実施の形態２に係るデシカント材に使用される固体吸着材の水分吸着特性図である。図５の横軸が相対湿度、縦軸が平衡吸着率を示すデシンカント材の吸着特性を示す。また、図５の符号Ｌはシリカゲルやゼオライトである。図５の符号Ｍは約３０％から４０％の相対湿度の範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着率の変化率である傾斜が、３０％未満または４０％を超える範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着率の変化率よりも大きい固体吸着材である孔質ケイ素材料である。この孔質ケイ素材料は、約１．５ｎｍ程度の細孔が多数あけられたもの（メソポーラスシリカ）である。また図５の符号Ｎは、高分子系吸着材であり、相対湿度が高いところの平衡吸着率が際立って高いものである。

デシカントブロック７のデシカント材としては、図５の符号Ｌ、符号Ｍ、符号Ｎのいずれでもよいが、図５の符号Ｍ、符号Ｎのデシカント材のほうがＬのデシカント材よりも好ましい。というのは、図５の符号Ｍ、符号Ｎのデシカント材から水分を脱着するための空気の相対湿度は、図５の符号Ｌのデシカント材から水分を脱着するための空気の相対湿度よりも高くてもよいからである。すなわち、図５の符号Ｍ、符号Ｎのデシカント材は、図５の符号Ｌのデシカント材よりも相対湿度の高い空気によって、水分が脱着される。このため、第一運転モードにおいて第一熱交換器４が凝縮器として機能するとき、風路３１を通る吹出空気にてデシカントブロック７の水分の脱着が可能となる。

なお、図５の符号Ｌのデシカント材は、第一熱交換器４からの吹出空気によってデシカントブロック７の水分を脱着することもできるが、場合によってはデシカントブロック７から水分を脱離させるための補助ヒータ（図示せず）が必要となる。このため、図５の符号Ｌのデシカント材をデシカントブロック７に使用する場合には、デシカントブロック７を加熱する補助ヒータを設け、第一運転モードにおいて補助ヒータでデシカントブロック７を加熱するとよい。また、温湿度センサ１３の検出値に基づいて得た空気の相対湿度が所定値より高い場合のみ、補助ヒータによる加熱を行うようにしてもよい。

実施の形態３．
前述の実施の形態１では、床置きタイプの空気調和装置を説明したが、本実施の形態３では、空調対象となる部屋の壁や天井に設置される空気調和装置の構成例を説明する。本実施の形態３では、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図６は、実施の形態３に係る空気調和装置の構成を示す図である。本実施の形態３の空気調和装置１Ａは、空調対象空間の天井等に設置される天吊筐体２０と、空調対象空間の床や室外等に設置される機械室ユニット２５とを備える。天吊筐体２０には、空気調和の対象となる空気を天吊筐体２０の内部に導入する吸込口２０ａと、空気調和された空気を外部に排出する吹出口２０ｂとが形成されている。天吊筐体２０の内部の空間を、風路室２１と称する。天吊筐体２０の風路室２１内には、第一熱交換器４Ａ、減圧装置である膨張弁５、第二熱交換器６Ａが設けられている。また、機械室ユニット２５の筐体内には、圧縮機２、流路切り換え装置である四方弁３が設置されている。圧縮機２、四方弁３、第一熱交換器４Ａ、膨張弁５、及び第二熱交換器６Ａは、冷媒配管で環状に接続されて冷媒回路４０を構成している。

四方弁３は、冷媒の流路を切り換える装置であり、図６に示す実線方向または破線方向に冷媒が流れるように、流路を切り換える。

四方弁３が、図６の実線で示す方向に冷媒の流路を切り換えた場合、圧縮機２から吐出された冷媒は、四方弁３、第一熱交換器４Ａ、膨張弁５、第二熱交換器６Ａ、及び四方弁３を順に圧縮機２に戻る冷凍サイクルが構成される。この構成では、第一熱交換器４Ａは凝縮器（放熱器）として機能し、第二熱交換器６Ａは蒸発器（冷却器）として機能する。

一方、四方弁３が図６の破線で示す方向に冷媒の流路を切り換えた場合、圧縮機２から吐出された冷媒は、圧縮機２、四方弁３、第二熱交換器６Ａ、膨張弁５、第一熱交換器４Ａ、及び四方弁３を順に流れて圧縮機２に戻る冷凍サイクルが構成される。この構成では、第二熱交換器６Ａは凝縮器（放熱器）として機能し、第一熱交換器４Ａは蒸発器（冷却器）として機能する。

第一熱交換器４Ａは、高低差がでるように斜めに傾けられた状態で、天吊筐体２０内に配置されている。第二熱交換器６Ａは、第一熱交換器４Ａと略平行に配置されている。空気流れ方向において、第一熱交換器４Ａは第二熱交換器６Ａよりも上流側に位置する。

天吊筐体２０の第一熱交換器４Ａの下側には、第一熱交換器４Ａ、第二熱交換器６Ａで発生したドレン水を受けるドレンパン２２が配置されている。ドレンパン２２には、ドレン穴（図示せず）が開口しており、ドレンパン２２に入ったドレン水はドレン穴を介して天吊筐体２０の外に排出される。

ドレンパン２２は、天吊筐体２０の底板に設けられた開口部２０ｃに、上下方向に回動可能に取り付けられている。ドレンパン２２は、通常は水を受ける面が略水平になるようにして開口部２０ｃを塞いでいるが、保守点検等を行う際にはユーザーがドレンパン２２を移動させることで、天吊筐体２０の底板の開口部２０ｃが開き、第一熱交換器４Ａ、デシカントブロック７、及び第二熱交換器６Ａを露出させることができる。ユーザーは、ドレンパン２２を移動させて天吊筐体２０の底板の開口部２０ｃを開放状態にすると、第一熱交換器４Ａ、デシカントブロック７、及び第二熱交換器６Ａを点検することができる。また、デシカントブロック７は天吊筐体２０に対して取り付け、取り外し自在であり、ユーザーは開口部２０ｃを開けてデシカントブロック７を交換することができる。このように、本実施の形態３の天吊筐体２０の開口部２０ｃは、デシカントブロック７を出し入れ可能な点検窓として機能する。

なお、本実施の形態３では、ドレンパン２２が天吊筐体２０に回動可能に支持される構成例を説明したが、開口部２０ｃをドレンパン２２によって開閉可能な構成であれば、ドレンパン２２を水平方向に摺動可能に支持する構成、ドレンパン２２を着脱自在に係止する構成など、任意の構成を採用することができる。また、本実施の形態３では、デシカントブロック７を天吊筐体２０内に着脱するための開口部２０ｃをドレンパン２２によって開閉する構成例を示したが、開口部２０ｃを開閉する扉の機能を有する別の部材を設けてもよい。

天吊筐体２０の風路室２１の内部には、送風機８が設けられている。送風機８は、吸込口２０ａから吹出口２０ｂに至る風路４１内に設置されている。

ここで、風路室２１内における各部の配置及び風路４１をさらに説明する。まず、風路４１内には、空気流れ上流側から順に、第一熱交換器４Ａ、デシカントブロック７、及び第二熱交換器６が、略直列に並べて配置されており、これらのさらに下流側に、送風機８が設置されている。風路４１への空気の入口は天吊筐体２０に設けられた吸込口２０ａであり、風路４１からの空気の出口は吹出口２０ｂである。本実施の形態３では、吸込口２０ａは、天吊筐体２０の外郭を構成する壁の下方に開口しており、吹出口２０ｂは、吸込口２０ａが形成された壁と対向する壁の上方に開口している。したがって、風路室２１内には、吸込口２０ａから斜め上方に向かって略直線状に進み吹出口２０ｂに至る空気の流れが形成される。なお、吸込口２０ａから第一熱交換器４Ａに至る風路４１の一部がなるべくまっすぐな経路となるように、吸込口２０ａは、第一熱交換器４Ａの少なくとも一部よりも下側に開口しているのが望ましい。

送風機８が動作すると、図６に白抜き矢印で示すように吸込口２０ａから空気が吸い込まれ、この空気は風路４１内に流入する。風路４１内に流入した空気は、第一熱交換器４Ａ、デシカントブロック７、第二熱交換器６Ａ、送風機８を経由するように略直線状に流れ、図６に白抜き矢印で示すように吹出口２０ｂから天吊筐体２０の外部に流出する。

また、風路室２１には、空気調和装置１Ａの吸込み空気の温湿度（空気調和装置１の周囲の温湿度）を計測する温湿度センサ１３が設けられている。
なお、図示しないが、制御装置１４は、天吊筐体２０または機械室ユニット２５に設置されている。

本実施の形態３の空気調和装置１Ａの除湿運転は、実施の形態１と同様に第一運転モード、第二運転モードの２つの運転モードを交互に行うものであり、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

なお、本実施の形態３では、冷凍サイクルを構成する部材のうち圧縮機２及び四方弁３、天吊筐体２０とは別に設けた機械室ユニット２５に収納している。これは、質量が大きく重い圧縮機２を、天井や壁等に設置される天吊筐体２０に据え付けるのが困難な場合があることを考慮したものである。しかし、圧縮機２及び四方弁３を天吊筐体２０内に収納することも可能であり、このようにしても同様の作用効果を得ることができる。

１空気調和装置、１Ａ空気調和装置、２圧縮機、３四方弁、４第一熱交換器、４Ａ第一熱交換器、５膨張弁、６第二熱交換器、６Ａ第二熱交換器、７デシカントブロック、７ａデシカントブロックトッテ、８送風機、９筐体、９ａ吸込口、９ｂ吹出口、９ｃ点検窓、９ｄ窓板、１０風路室、１１機械室、１２ドレンパン、１３温湿度センサ、１４制御装置、２０天吊筐体、２０ａ吸込口、２０ｂ吹出口、２０ｃ開口部、２１風路室、２２ドレンパン、２５機械室ユニット、３０冷媒回路、３１風路、４０冷媒回路、４１風路。

Claims

圧縮機、流路切換装置、第一熱交換器、減圧装置、及び第二熱交換器が順次冷媒配管で接続された冷凍サイクルと、
吸込口と吹出口が形成され、内部に前記吸込口と前記吹出口とを結ぶ風路を有する筐体と、
前記筐体の外の空気を前記吸込口から前記風路内に吸い込む送風機と、
前記風路内に設けられたデシカント材とを備え、
前記風路内には、空気流れの上流側から順に、水平状態もしくは高低差が生じるように傾斜した状態の前記第一熱交換器、前記デシカント材、及び前記第一熱交換器と略平行に配置された前記第二熱交換器が設けられており、
前記冷凍サイクルは、除湿運転において、
前記第一熱交換器が凝縮器として機能し、かつ前記第二熱交換器が露点より高い温度の蒸発器として機能する第一運転モードと、
前記第一熱交換器が蒸発器として機能し、かつ前記第二熱交換器が凝縮器として機能する第二運転モードとを交互に行うように制御される
ことを特徴とする空気調和装置。
前記デシカント材は、着脱可能に設置されており、
前記筐体には、前記デシカント材を出し入れ可能な点検窓が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
前記第一熱交換器、前記デシカント材、及び前記第二熱交換器は、高さ方向に並べて配置されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の空気調和装置。
前記吸込口は、前記第一熱交換器の少なくとも一部よりも下側に開口している
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
前記第一熱交換器の下側に設けられ、前記筐体の内部を前記風路が形成された風路室と機械室とに区画するドレンパンを備え、
前記機械室内に、前記圧縮機及び前記流路切換装置が配置されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
前記筐体とは別に設けられた機械室筐体を備え、
前記機械室筐体内に、前記圧縮機及び前記流路切換装置が配置されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
前記吸込口に吸い込まれる吸込空気の温湿度を検出する温湿度センサを備え、
前記温湿度センサの検出値によって得られる前記吸込空気の相対湿度が基準となる相対湿度より高いほど、前記第一運転モードの運転時間を基準となる運転時間より長くするとともに前記第二運転モードの運転時間を基準となる運転時間より短くし、
相対湿度が基準となる相対湿度より低いほど、前記第一運転モードの運転時間を基準となる運転時間より短くするとともに前記第二運転モードの運転時間を基準となる運転時間より長くする
ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の空気調和装置。