JP6141508B2 - 空気調和装置、及び、空気調和装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、除湿機能を有する空気調和装置、及び、除湿機能を有する空気調和装置の制御方法に関する。

従来の空気調和装置として、例えば、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び、蒸発器が、配管で順次接続された冷媒循環回路と、デフロストヒータと、を備えたものがある。冷媒循環回路では、圧縮機で圧縮された冷媒が、高温高圧のガス冷媒となって、凝縮器に送り込まれる。凝縮器に流入した冷媒は、空気に熱を放出することによって、液化する。液化した冷媒は、膨張弁で減圧されて、気液二相冷媒となって、蒸発器に流入する。気液二相冷媒は、蒸発器で周囲空気から熱を吸収することによって、ガス化して、圧縮機に吸入される。

そのような空気調和装置が、例えば、冷凍倉庫、冷蔵倉庫等で使用される場合には、庫内温度を、１０℃と比較して低い温度帯に維持するために、空気調和装置の蒸発器における蒸発温度が、０℃と比較して低くなるように制御される必要があり、その結果、蒸発器において、着霜が発生して、空気調和装置の冷凍能力（除湿能力）が低下する。そのため、蒸発器に取り付けられたデフロストヒータによって、定期的に霜取り運転が行われる。

そして、そのような空気調和装置では、その霜取り運転が行われる分だけ、余計にエネルギーが消費されることとなって、空気調和装置の運転効率が低下する。また、その霜取り運転中に、庫内温度が上昇することに起因して、その霜取り運転後の空気調和装置にかかる負荷が増大することとなって、結果的に、空気調和装置の消費電力が増加する。

また、そのような空気調和装置が、例えば、回転数が制御される圧縮機を用いたものである場合には、冷房の中間期（梅雨どき、秋等）における冷房負荷の低下に伴って、圧縮機の回転数が、その負荷に追従するように低下される。その際、蒸発器における蒸発温度が上昇して、部屋等の顕熱が除去されるが、部屋等の潜熱が除去されない状況が生じることとなって、部屋等の相対湿度が上昇し、空調空間に居る人が不快と感じる。

そこで、従来の空気調和装置では、冷凍サイクルと、水分吸着手段と、が組み合わされて、蒸発器（吸熱器）に流れこむ空気中の水分が、その水分吸着手段によって予め除去されることによって、例えば、霜取り運転が不要とされ、また、空調空間に居る人の不快感が低減される。

例えば、特許文献１には、水分吸着手段であるデシカントロータを備えた空気調和装置が開示されている。特許文献１に開示された空気調和装置では、デシカントロータで水分が除去された空気が、蒸発器（吸熱器）に供給される。また、水分を吸着したデシカントロータから水分を脱着して、デシカントロータを再生させるために、凝縮器（放熱器）で加熱された空気が、デシカントロータに供給される。

特開２００１−２４１６９３号公報（段落［００５５］〜段落［００９０］、図２〜図４）

例えば、特許文献１に開示された空気調和装置では、吸湿用の風路と放湿用の風路とが必要であり、それらの風路間で生じる空気漏れを抑制するために、吸湿用の風路と放湿用の風路との境界部分を気密に分離するシール構造が必要となる。そのため、空気調和装置が大型化して、高コスト化されてしまう。また、吸湿用の風路と放湿用の風路とが必要であるため、空気調和装置内の風路構造が複雑化されて、デシカントロータの交換等が困難になってしまう。

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あり、除湿性能、特に低温環境下での除湿性能が向上されつつ、コスト性能及び保守性能が向上された空気調和装置を得ることを目的としている。また、そのような空気調和装置の制御方法を得ることを目的としている。

本発明に係る空気調和装置は、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、配管で順次接続された冷媒循環回路と、前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間に配設されたデシカント材と、前記第一熱交換器、前記デシカント材、及び、前記第二熱交換器の順に通過する気流を生じさせる送風装置と、前記気流の温度を検出する温度検出手段と、前記流路切換装置を制御して、前記第一熱交換器を凝縮器又は放熱器として作用させると共に、前記第二熱交換器を蒸発器として作用させて、前記デシカント材に保持された水分を脱着させる第一運転モードと、前記第一熱交換器を蒸発器として作用させると共に、前記第二熱交換器を凝縮器又は放熱器として作用させて、前記デシカント材に水分を吸着させる第二運転モードと、を切り換える制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記温度検出手段で検出される前記気流の温度が、低いか高いかを判定する温度判定手段と、前記温度判定手段で前記気流の温度が低いと判定される場合に、前記第一熱交換器の表面温度が、前記第二運転モードにおける前記第一熱交換器の表面温度と比較して高い状態で、前記デシカント材に水分を吸着させる、第三運転モードに移行させる第三運転モード設定手段と、を有するものである。

本発明に係る空気調和装置では、風路に、第一熱交換器、デシカント材、及び、第二熱交換器が、ほぼ直列に配設された状態で、第一熱交換器を凝縮器又は放熱器として作用させると共に、第二熱交換器を蒸発器として作用させて、デシカント材に保持された水分を脱着させる第一運転モードと、第一熱交換器を蒸発器として作用させると共に、第二熱交換器を凝縮器又は放熱器として作用させて、デシカント材に水分を吸着させる第二運転モードと、が切り換えられることによって、空調空間の除湿が行われる。そのため、デシカント材の吸着作用に、冷媒循環回路での冷却作用と加熱作用とが組み合わされることによって、除湿量が増加することとなって、除湿性能が向上され、また、比較的除湿が困難な低温環境下においても、高い除湿性能が確保される。

また、本発明に係る空気調和装置では、デシカント材に保持された水分を脱着させる第一運転モードと、デシカント材に水分を吸着させる第二運転モードと、で、共通の風路が用いられるため、空気調和装置が大型化されることが抑制されて、除湿性能が向上されつつ、コスト性能が向上される。また、空気調和装置内の風路構造が複雑化されることが抑制されて、除湿性能が向上されつつ、保守性能が向上される。

また、本発明に係る空気調和装置では、温度判定手段で気流の温度が低いと判定される場合に、第三運転モード設定手段が、第一熱交換器の表面温度が、第二運転モードにおける第一熱交換器の表面温度と比較して高い状態で、デシカント材に水分を吸着させる、第三運転モードに移行させる。そのため、空気調和装置内に吸い込まれる空気の温度が低い状態で、第二運転モードが行われることによって、第一熱交換器に着霜が生じてしまうことが抑制されて、冷凍サイクルの冷却作用によって行われる除湿での除湿量が長期に亘って確保され、また、冷凍サイクルの運転効率が向上される。

つまり、本発明に係る空気調和装置が、デシカント材に水分を吸着させる第二運転モードにおいて、デシカント材と、その上流側に配設された第一熱交換器と、によって除湿を行うものであるが故に可能となる、除湿性能及び運転効率の更なる向上が、温度判定手段で気流の温度が低いと判定される場合に、第一熱交換器の表面温度が、第二運転モードにおける第一熱交換器の表面温度と比較して高い状態で、デシカント材に水分を吸着させる、第三運転モードに移行させる、第三運転モード設定手段によって、既設の機器を活用しつつ、実現される。

実施の形態１に係る空気調和装置の、構成を説明するための図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の、第一運転モードにおける湿り空気線図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の、第二運転モードにおける湿り空気線図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の、デシカント材の吸着特性を説明するための図である。

以下、本発明に係る空気調和装置について、図面を用いて説明する。
なお、以下で説明する構成、動作等は、一例にすぎず、本発明に係る空気調和装置は、そのような構成、動作等である場合に限定されない。また、各図において、同一又は類似するものには、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。

実施の形態１．
実施の形態１に係る空気調和装置について説明する。
＜空気調和装置の構成＞
以下に、実施の形態１に係る空気調和装置の構成について説明する。
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置の、構成を説明するための図である。なお、図１では、空気の流れを白抜き矢印で示し、第一運転モードにおける冷媒の流れを実線矢印で示し、第二運転モードにおける冷媒の流れを点線矢印で示している。また、第一運転モードにおける四方弁１２の流路を実線で示し、第二運転モードにおける四方弁１２の流路を点線で示している。

図１に示されるように、空気調和装置１００は、筐体１内に、圧縮機１１と、流路切換装置である四方弁１２と、第一熱交換器１３と、減圧装置である膨張弁１４と、第一熱交換器１３とほぼ平行に配設された第二熱交換器１５と、を備えており、これらが配管で接続されて冷媒循環回路Ａが形成される。筐体１内は、第一熱交換器１３及び第二熱交換器１５の下方に配置されたドレンパン２１によって、風路室２と、機械室３と、に区画される。圧縮機１１及び四方弁１２は機械室３に配設され、他は風路室２に配設される。

四方弁１２の流路が切り換えられることで、冷媒循環回路Ａにおける冷媒の循環方向が反転される。四方弁１２は、他の流路切換装置であってもよい。四方弁１２の流路が、図１に実線で示される流路に切り換えられると、圧縮機１１から吐出された冷媒は、四方弁１２、第一熱交換器１３、膨張弁１４、第二熱交換器１５、及び、四方弁１２の順に流れて、圧縮機１１に戻る。その際、第一熱交換器１３は凝縮器として作用し、第二熱交換器１５は蒸発器として作用する。四方弁１２の流路が、図１に点線で示される流路に切り換えられると、圧縮機１１から吐出された冷媒は、四方弁１２、第二熱交換器１５、膨張弁１４、第一熱交換器１３、及び、四方弁１２の順に流れて圧縮機１１に戻る。その際、第二熱交換器１５は凝縮器として作用し、第一熱交換器１３は蒸発器として作用する。

冷媒循環回路Ａの冷媒は、例えば、Ｒ４１０Ａ冷媒を含む。冷媒循環回路Ａの冷媒は、そのような冷媒に限定されず、例えば、ＨＦＣ冷媒、ＨＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、又は、自然冷媒を含むものであってもよい。つまり、例えば、ＨＦＯ冷媒とＨＦＣ冷媒とが混合されたもの等であってもよい。自然冷媒は、例えば、ＣＯ_２冷媒、又は、ＮＨ_３冷媒を含む。例えば、自然冷媒がＣＯ_２冷媒である場合等のように、冷媒循環回路Ａの高圧側圧力が臨界圧力以上になる場合には、第一熱交換器１３又は第二熱交換器１５は、放熱器として作用する。

第一熱交換器１３及び第二熱交換器１５は、プレートフィンチューブ型の熱交換器である。第一熱交換器１３及び第二熱交換器１５において、伝熱管内を流れる冷媒と、フィンの周囲を流れる空気と、が熱交換する。

膨張弁１４は、通過する冷媒を減圧膨張する。膨張弁１４は、開度が固定された弁である。膨張弁１４は、そのような弁に限定されず、例えば、開度制御が可能な電子式膨張弁等であってもよい。また、膨張弁１４が、キャピラリチューブ等の、他の減圧装置であってもよい。

風路室２には、空調対象の空気を風路室２内に導入する吸込口４と、空調された空気を空気調和装置１００外に排出する吹出口５と、点検窓６と、が形成される。風路室２内に風路形成板２２が配設されて、吸込口４と吹出口５との間を連通させる風路Ｂが形成される。点検窓６には、点検窓６を塞ぐ蓋７が取り付けられる。点検時には、蓋７が取り外される。

風路Ｂには、第一熱交換器１３と、第一熱交換器１３とほぼ平行に配設された、デシカント材であるデシカントブロック２３と、デシカントブロック２３とほぼ平行に配設された第二熱交換器１５と、送風装置であるファン２４と、が、ほぼ直列に配置される。ファン２４は、風路Ｂの下流部に配設されてもよく、また、風路Ｂの上流部に配設されてもよい。ファン２４が駆動されることによって、風路Ｂに、図１に白抜き矢印で示される気流が生じる。つまり、吸込口４から風路Ｂに吸入された空気は、第一熱交換器１３、デシカントブロック２３、第二熱交換器１５、及び、ファン２４の順に通過した後に、吹出口５から排出される。

デシカントブロック２３は、水分を吸脱着する材料であるデシカント材を、固形化して矩形に成型したものである。デシカント材は、例えば、ゼオライト、シリカゲル、メソポーラスシリカ、高分子系吸着材等である。

なお、第一熱交換器１３と、デシカントブロック２３と、第二熱交換器１５と、は、必ずしも平行に配設されなくてもよい。また、第一熱交換器１３と、デシカントブロック２３と、第二熱交換器１５と、は、必ずしも重力方向と平行に配設されなくてもよい。

風路室２には、空気調和装置１００内に吸い込まれる空気の温湿度、つまり、空気調和装置１００の周囲の空気の温湿度を計測する温湿度センサ８１が配設される。また、機械室３には、空気調和装置１００全体の動作を司る制御装置９０が配設される。制御装置９０は、後述される除湿動作の制御（温湿度センサ８１の検出信号に応じた運転モードの切り換え等）、圧縮機１１の回転数の制御、膨張弁１４の開度の制御、ファン２４の回転数の制御等を司る。制御装置９０は、少なくとも、温度判定部９１と、第三運転モード設定部９２と、を有し、温度判定部９１と第三運転モード設定部９２とは、後述される除湿動作の制御（温湿度センサ８１の検出信号に応じた運転モードの切り換え等）に用いられる。制御装置９０を構成する全部又は各部は、例えば、マイコン、マイクロプロセッサユニット等で構成されてもよく、また、ファームウェア等の更新可能なもので構成されてもよく、また、ＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。また、制御装置９０は、空気調和装置１００外に設けられていてもよい。温湿度センサ８１は、本発明における「温度検出手段」に相当する。温度判定部９１は、本発明における「温度判定手段」に相当する。第三運転モード設定部９２は、本発明における「第三運転モード設定手段」に相当する。

なお、温湿度センサ８１は、空気調和装置１００内に吸い込まれる空気の温湿度自体を検出してもよく、また、空気調和装置１００内に吸い込まれる空気の温湿度に換算できる他の物理量を検出してもよい。つまり、本発明における「温度検出手段」は、実質的に温度を検出する手段であればよい。また、本発明における「気流の温度が低いと判定される場合」は、実質的に気流の温度が低いと判定される場合であればよい。

＜空気調和装置の除湿動作＞
以下に、実施の形態１に係る空気調和装置の除湿動作について説明する。
空気調和装置１００では、除湿動作において、制御装置９０が、四方弁１２の流路を切り換えることによって、第一運転モード及び第二運転モードの２つの運転モードが行われる。
まず、第一運転モード及び第二運転モードのそれぞれの動作について説明する。

（第一運転モードにおける冷凍サイクルの動作）
第一運転モードでは、図１に実線で示されるように、四方弁１２の流路が切り換えられる。圧縮機１１に吸入された低圧のガス冷媒は、圧縮されて、高温高圧のガス冷媒となる。圧縮機１１から吐出された冷媒は、四方弁１２を経て、第一熱交換器１３に流入する。第一熱交換器１３に流入した冷媒は、風路Ｂを流れる空気に放熱してその空気を加熱すると共に、その空気によって冷却されて凝縮し、高圧の液冷媒となって第一熱交換器１３から流出する。第一熱交換器１３から流出した液冷媒は、膨張弁１４で減圧され、低圧の二相冷媒となる。低圧の二相冷媒となった冷媒は、第二熱交換器１５に流入し、風路Ｂを流れる空気から吸熱してその空気を冷却すると共に、その空気によって加熱されて蒸発し、低圧のガス冷媒となって第二熱交換器１５から流出する。第二熱交換器１５から流出したガス冷媒は、四方弁１２を経て、圧縮機１１に吸入される。

（第一運転モードにおける空気の動作）
図２は、実施の形態１に係る空気調和装置の、第一運転モードにおける湿り空気線図である。なお、図２では、縦軸を空気の絶対湿度、横軸を空気の乾球温度としている。また、図２では、空気が飽和空気である状態を曲線Ｃで示している。つまり、曲線Ｃ上では、相対湿度が１００％である。

空気調和装置１００の周囲の空気が、図２に示されるａ点の状態であるとすると、その空気は、風路Ｂに流入した後、第一熱交換器１３によって加熱されることで、温度が上昇し、図２に示されるｂ点の状態になって、相対湿度が低下し、デシカントブロック２３に流入する。その際、その空気の相対湿度が低くなっているため、デシカントブロック２３に保持された水分が脱着（放出）されて、その空気に含まれる水分の量が増加する。また、デシカントブロック２３に流入した空気から、脱着に伴う脱着熱が奪われることとなって、その空気の温度が低下する。そのため、デシカントブロック２３から流出する空気は、図２に示されるｃ点の状態になって、高湿度となる。デシカントブロック２３から流出した空気は、その後、第二熱交換器１５に流入し、冷却される。その際、冷媒循環回路Ａは、制御装置９０によって、第二熱交換器１５内の冷媒温度が、空気の露点温度と比較して低くなるように制御されているため、その空気は、第二熱交換器１５によって冷却されると共に除湿され、図２に示されるｄ点の状態となって、低温で且つ絶対湿度の低い空気となる。第二熱交換器１５から流出した空気は、ファン２４に流入し、吹出口５から空気調和装置１００の外側に排出される。

（第二運転モードにおける冷凍サイクルの動作）
第二運転モードでは、図１に点線で示されるように、四方弁１２の流路が切り換えられる。圧縮機１１に吸入された低圧のガス冷媒は、圧縮されて、高温高圧のガス冷媒となる。圧縮機１１から吐出された冷媒は、四方弁１２を経て、第二熱交換器１５に流入する。第二熱交換器１５に流入した冷媒は、風路Ｂを流れる空気に放熱してその空気を加熱すると共に、その空気によって冷却されて凝縮し、高圧の液冷媒となって第二熱交換器１５から流出する。第二熱交換器１５から流出した液冷媒は、膨張弁１４で減圧され、低圧の二相冷媒となる。低圧の二相冷媒となった冷媒は、第一熱交換器１３に流入し、風路Ｂを流れる空気から吸熱してその空気を冷却すると共に、その空気によって加熱されて蒸発し、低圧のガス冷媒となって第一熱交換器１３から流出する。第一熱交換器１３から流出したガス冷媒は、四方弁１２を経て、圧縮機１１に吸入される。

（第二運転モードにおける空気の動作）
図３は、実施の形態１に係る空気調和装置の、第二運転モードにおける湿り空気線図である。なお、図３では、縦軸を空気の絶対湿度、横軸を空気の乾球温度としている。また、図３では、空気が飽和空気である状態を曲線Ｃで示している。つまり、曲線Ｃ上では、相対湿度が１００％である。

空気調和装置１００の周囲の空気が、図３に示されるａ点の状態であるとすると、その空気は、風路Ｂに流入した後、第一熱交換器１３によって冷却される。その際、冷媒循環回路Ａは、制御装置９０によって、第一熱交換器１３内の冷媒温度が、空気の露点温度と比較して低くなるように制御されているため、その空気は、第一熱交換器１３によって冷却されると共に除湿され、図３に示されるｅ点の状態となって、低温で且つ相対湿度の高い空気となる。第一熱交換器１３から流出した空気は、デシカントブロック２３に流入する。その際、その空気の相対湿度が高くなっているため、デシカントブロック２３に水分が吸着されて、その空気に含まれる水分の量が減少することとなって、その空気は、更に除湿される。また、デシカントブロック２３に流入した空気は、吸着に伴う吸着熱によって加熱されることとなって、その空気の温度が上昇する。そのため、デシカントブロック２３から流出する空気は、図３に示されるｆ点の状態になって、高温且つ低湿度となる。デシカントブロック２３から流出した空気は、その後、第二熱交換器１５によって加熱されて、図３に示されるｇ点の状態となって、高温となる。第二熱交換器１５から流出した空気は、ファン２４に流入し、吹出口５から空気調和装置１００の外側に排出される。

以上のように、第二運転モードでは、第一熱交換器１３における冷媒を用いた冷却によって行われる除湿（図３における、ａ点の絶対湿度とｅ点の絶対湿度との差）に、デシカントブロック２３の吸着作用によって行われる除湿（図３における、ｅ点の絶対湿度とｆ点の絶対湿度との差）が、加えられる。つまり、図２と図３を比較しても明らかなように、第二運転モード時には、第一運転モード時と比較して、多くの除湿量を確保することが可能である。そのため、空気調和装置１００の除湿機能は、主に第二運転モードによって実現される。

そして、空気調和装置１００は、第一運転モードと第二運転モードとを交互に繰り返す。例えば、第二運転モードが継続して実施される場合には、デシカントブロック２３が保持できる水分の量に上限があるため、一定時間が経過すると、デシカントブロック２３に水分が吸着されなくなって、除湿量が低下する。そこで、空気調和装置１００は、デシカントブロック２３に保持された水分の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２３から水分を脱着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とが交互に実施されることで、デシカントブロック２３の吸脱着作用が順次発揮されることとなり、デシカントブロック２３の吸着作用によって除湿量を増加するという効果が、長期に亘って持続される。

（第一運転モード及び第二運転モードの切換のタイミング）
次に、第一運転モード及び第二運転モードの切換のタイミングについて説明する。
第一運転モード及び第二運転モードのそれぞれの運転時間は、空気条件、空気調和装置１００の運転状態等に応じた適正な時間に設定されるとよい。なお、第一運転モード及び第二運転モードのそれぞれの運転時間は、予め設定された一定の時間であってもよい。

第一運転モードの適正な運転時間は、デシカントブロック２３から適正な量の水分が脱着されて、デシカントブロック２３に残存する水分の量が適正な量となるまでに要する時間である。デシカントブロック２３に残存する水分が適正な量と比較して多い状態で、第一運転モードが第二運転モードに切り換えられると、第二運転モードでデシカントブロック２３に吸着される水分の量が減ってしまい、第二運転モードにおける除湿量が低減する。逆に、第一運転モードの運転時間が長すぎると、第一運転モードと比較して除湿量が多い第二運転モードへの切り換えが遅くなって、第一運転モードの運転時間の後半で、デシカントブロック２３が水分を殆ど脱着できない状態が継続されることとなるため、第一運転モードと第二運転モードとの切換を繰り返した場合に、除湿量の減少が顕著となる。

第二運転モードの適正な運転時間は、デシカントブロック２３に適正な量の水分が吸着されて、デシカントブロック２３で保持される水分の量が適正な量となる時間である。デシカントブロック２３で吸着できる余地がある状態で、第二運転モードが第一運転モードに切り換えられると、第一運転モードと比較して除湿量の多い第二運転モードの運転時間が短くなるため、第一運転モードと第二運転モードとの切換を繰り返した場合に、除湿量の減少が顕著となる。逆に、第二運転モードの運転時間が長すぎると、第二運転モードの後半で、デシカントブロック２３が水分を吸着できない状態が継続されることとなり、同様に、除湿量が減少する。

そして、デシカントブロック２３が保持する水分の量は、デシカントブロック２３に流入する空気の相対湿度によって変化するため、第一運転モードの適正な運転時間及び第二運転モードの適正な運転時間は、デシカントブロック２３に流入する空気の相対湿度によって変化する。つまり、デシカントブロック２３に相対湿度が高い空気が流入する場合には、デシカントブロック２３に保持された水分が脱着されにくくなり、逆に、デシカントブロック２３に吸着される水分の量が多くなる。また、デシカントブロック２３に相対湿度の低い空気が流入する場合には、デシカントブロック２３に保持された水分が脱着されやすくなり、逆に、デシカントブロック２３に吸着される水分の量が少なくなる。

そのため、空気調和装置１００では、温湿度センサ８１の検出信号に基づいて、吸込空気の相対湿度を求め、その相対湿度に応じて、第一運転モード及び第二運転モードのそれぞれの運転時間を決定する。

具体的には、制御装置９０が、吸込空気の基準となる相対湿度（以降、基準相対湿度と記載する。）と、予め実験、シミュレーション等によって求められた、その基準相対湿度の吸込空気が風路Ｂを通過した場合に除湿量を多くすることができる、第一運転モード及び第二運転モードのそれぞれの基準運転時間と、を、記憶し、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、基準運転時間を適宜増減した時間を、第一運転モード及び第二運転モードのそれぞれの運転時間として、決定する。

例えば、制御装置９０は、除湿動作の開始時における温湿度センサ８１の検出信号に基づいて、実際の吸込空気の相対湿度を求める。そして、その相対湿度が予め記憶された基準相対湿度と比較して高い場合には、第一運転モードにおいて、デシカントブロック２３から脱着される水分の量が、実際の吸込空気の相対湿度が基準相対湿度と等しい場合における脱着される水分の量と比較して少なくなるため、第一運転モードの運転時間を予め設定された第一運転モードの基準運転時間と比較して長い時間に、設定する。また、第二運転モードにおいて、デシカントブロック２３に吸着される水分の量が、実際の吸込空気の相対湿度が基準相対湿度と等しい場合における吸着される水分の量と比較して多くなるため、第二運転モードの運転時間を予め設定された第二運転モードの基準運転時間と比較して短い時間に、設定する。

また、例えば、その相対湿度が予め記憶された基準相対湿度と比較して低い場合には、第一運転モードにおいて、デシカントブロック２３から脱着される水分の量が、実際の吸込空気の相対湿度が基準相対湿度と等しい場合における脱着される水分の量と比較して多くなるため、第一運転モードの運転時間を予め設定された第一運転モードの基準運転時間と比較して短い時間に、設定する。また、第二運転モードにおいて、デシカントブロック２３に吸着される水分の量が、実際の吸込空気の相対湿度が基準相対湿度と等しい場合における吸着される水分の量と比較して少なくなるため、第二運転モードの運転時間を予め設定された第二運転モードの基準運転時間と比較して長い時間に、設定する。

そして、更に、空気調和装置１００では、第二運転モードへの切換時、又は、第二運転モードの実行時に、制御装置９０の温度判定部９１が、温湿度センサ８１の検出信号に基づいて、吸込空気の温度が予め設定された基準温度以下であるか否かを判定する。そして、制御装置９０の温度判定部９１において、吸込空気の温度が予め設定された基準温度以下であると判定されると、その直後、又は、設定された待機時間経過後に、制御装置９０の第三運転モード設定部９２が、除霜動作を第三運転モードに移行させる。第三運転モードは、第一熱交換器１３の表面温度が、第二運転モードにおける第一熱交換器１３の表面温度と比較して高い状態で、デシカントブロック２３に水分を吸着させる、運転モードである。待機時間は、第三運転モード設定部９２において記憶又は演算された、第一熱交換器１３に着霜に伴う目詰まりが生じるまでの時間である。待機時間は、吸込空気の温度に応じた異なる時間に設定されてもよい。つまり、待機時間は、吸込空気の温度が低い程、短い時間に設定されるとよい。第三運転モードが継続されて、デシカントブロック２３に適正な量の水分が吸着されると、制御装置９０は、四方弁１２の流路を切り換えて、第一運転モードに移行する。
以下に、第三運転モードの動作について説明する。

（第三運転モードにおける冷凍サイクルの動作）
第三運転モードでは、第二運転モードにおいて、四方弁１２の流路が、図１に点線で示される流路に切り換えられた状態で、圧縮機１１が停止される。つまり、第三運転モードでは、冷媒循環回路Ａの冷媒の循環が停止されることによって、第一熱交換器１３が蒸発器として作用しなくなって、第一熱交換器１３の表面温度が上昇し、また、第二熱交換器１５が凝縮器として作用しなくなる。

（第三運転モードにおける空気の動作）
第三運転モードでは、第二運転モードにおけるファン２４の駆動が、継続される。そのため、空気調和装置１００の周囲の空気は、第一熱交換器１３を通過した後、デシカントブロック２３に流入して、デシカントブロック２３に水分が吸着されて、除湿される。デシカントブロック２３から流出した空気は、その後、第二熱交換器１５を通過して、ファン２４に流入し、吹出口５から空気調和装置１００の外側に排出される。

＜デシカント材＞
図４は、実施の形態１に係る空気調和装置の、デシカント材の吸着特性を説明するための図である。なお、図４では、縦軸を水分の平衡吸着率、横軸を空気の相対湿度としている。また、図４では、デシカント材がシリカゲル又はゼオライトである場合の吸着特性を、Ｄで示している。また、図４では、デシカント材が、孔質ケイ素材料であり、１．５ｎｍ程度の細孔が多数形成されたメソポーラスシリカである場合の吸着特性を、Ｅで示している。また、図４では、デシカント材が高分子系吸着材である場合の吸着特性を、Ｆで示している。

図４に示されるように、メソポーラスシリカは、相対湿度が約３０％〜４０％の範囲において、相対湿度に対する平衡吸着率の変化率である傾斜が、３０％未満の範囲、又は、４０％を超える範囲における傾斜と比較して大きいものである。また、高分子系吸着材は、相対湿度が高い範囲において、平衡吸着率が際立って高い。デシカントブロック２３のデシカント材は、図中のＤ、Ｅ、Ｆのうちのいずれであってもよい。デシカントブロック２３のデシカント材が、図中のＥ、Ｆである場合には、デシカントブロック２３のデシカント材が、図中のＤである場合と比較して、脱着時の相対湿度を低くする必要性が抑制され、第一運転モードにおいて第一熱交換器１３が凝縮器として作用する際に、第一熱交換器１３を通過した空気を用いて、デシカントブロック２３の脱着を行うことが可能となる。図中のＤである場合には、場合によっては、補助ヒータ（図示せず）が必要となる。

＜空気調和装置の作用＞
以下に、実施の形態１に係る空気調和装置の作用について説明する。
空気調和装置１００では、風路Ｂに、第一熱交換器１３、デシカントブロック２３、及び、第二熱交換器１５が、ほぼ直列に配設された状態で、第一運転モードと第二運転モードとが切り換えられることによって、空調空間の除湿が行われる。そのため、デシカントブロック２３の吸着作用に、冷媒循環回路Ａでの冷却作用と加熱作用とが組み合わされることによって、除湿量が増加することとなって、除湿性能が向上され、また、比較的除湿が困難な低温環境下においても、高い除湿性能が確保される。

特に、第二運転モードでは、冷凍サイクルの冷却作用によって行われる除湿、つまり第一熱交換器１３で行われる除湿に、デシカントブロック２３で行われる除湿が、加えられるため、除湿性能が向上され、また、比較的除湿が困難な低温環境下においても、高い除湿性能が確保される。

また、第二運転モードにおいて、冷凍サイクルの冷却作用によって行われる除湿、つまり第一熱交換器１３で行われる除湿に、デシカントブロック２３で行われる除湿が、加えられない場合には、風路Ｂを流れる空気の温度が約１０℃以下であると、第一熱交換器１３に着霜が生じるため、霜取り運転の頻度が増加して、除湿能力が極端に低下してしまう。一方、冷凍サイクルの冷却作用によって行われる除湿、つまり第一熱交換器１３で行われる除湿に、デシカントブロック２３で行われる除湿が、加えられる場合には、風路Ｂを流れる空気の温度が約１０℃以下である場合でも、デシカントブロック２３で行われる除湿分だけ、第一熱交換器１３で行われる除湿を抑制することが可能となって、霜取り運転の頻度が増加して、除湿能力が極端に低下してしまうことを回避することが可能となる。

また、冷凍サイクルの冷却作用によって行われる除湿、つまり第一熱交換器１３で行われる除湿に、デシカントブロック２３で行われる除湿が、加えられない場合には、風路Ｂを流れる空気を、４０％程度以下の相対湿度にすることが困難であった。一方、空気調和装置１００では、第二運転モードにおいて、デシカントブロック２３で行われる除湿が、加えられ、更に、風路Ｂを流れる空気が第二熱交換器１５で加熱されるため、風路Ｂを流れる空気を、図３に示されるｇ点の状態、つまり、高温で且つ絶対湿度が低い状態にして、２０％程度以下の相対湿度にすることが可能である。２０％程度以下の相対湿度の空気は、乾燥用途に好適である。例えば、このような空気が、洗濯物等の被乾燥物に直接当てられると、被乾燥物の乾燥が格段促進されるため、空気調和装置１００の乾燥機能が向上されることとなる。

また、空気調和装置１００では、第一運転モードと第二運転モードとで、共通の風路Ｂが用いられるため、空気調和装置１００が大型化されることが抑制されて、除湿性能が向上されつつ、コスト性能が向上される。また、空気調和装置１００の筐体１内の風路構造が複雑化されることが抑制されて、除湿性能が向上されつつ、保守性能が向上される。

また、空気調和装置１００では、第二運転モードへの切換時、又は、第二運転モードの実行時に、制御装置９０の温度判定部９１において、吸込空気の温度が予め設定された基準温度以下であると判定されると、その直後、又は、設定された待機時間経過後に、制御装置９０の第三運転モード設定部９２が、圧縮機１１を停止させる。そのため、空気調和装置１００内に吸い込まれる空気の温度が低い状態で、第二運転モードが行われることによって、第一熱交換器１３に着霜が生じてしまうことが抑制されて、冷凍サイクルの冷却作用によって行われる除湿での除湿量が長期に亘って確保され、また、冷凍サイクルの運転効率が向上される。

つまり、空気調和装置１００が、第二運転モードにおいて、デシカントブロック２３と、その上流側に配設された第一熱交換器１３と、によって除湿を行うものであるが故に可能となる、除湿性能及び運転効率の更なる向上が、吸込空気の温度が予め設定された基準温度以下であると判定される場合に、圧縮機１１を停止させる、第三運転モード設定部９２によって、既設の機器を活用しつつ、実現される。

実施の形態２．
実施の形態２に係る空気調和装置について説明する。
なお、実施の形態１と重複又は類似する説明は、適宜簡略化又は省略している。
＜空気調和装置の除湿動作＞
以下に、実施の形態２に係る空気調和装置の除湿動作について説明する。

空気調和装置１００では、第二運転モードへの切換時、又は、第二運転モードの実行時に、制御装置９０の温度判定部９１が、温湿度センサ８１の検出信号に基づいて、吸込空気の温度が予め設定された基準温度以下であるか否かを判定する。そして、制御装置９０の温度判定部９１において、吸込空気の温度が予め設定された基準温度以下であると判定されると、その直後、又は、設定された待機時間経過後に、制御装置９０の第三運転モード設定部９２が、除霜動作を第三運転モードに移行させる。第三運転モードは、第一熱交換器１３の表面温度が、第二運転モードにおける第一熱交換器１３の表面温度と比較して高い状態で、デシカントブロック２３に水分を吸着させる、運転モードである。待機時間は、第三運転モード設定部９２において記憶又は演算された、第一熱交換器１３に着霜に伴う目詰まりが生じるまでの時間である。待機時間は、吸込空気の温度に応じた異なる時間に設定されてもよい。つまり、待機時間は、吸込空気の温度が低い程、短い時間に設定されるとよい。第三運転モードが継続されて、デシカントブロック２３に適正な量の水分が吸着されると、制御装置９０は、四方弁１２の流路を切り換えて、第一運転モードに移行する。
以下に、第三運転モードの動作について説明する。

（第三運転モードにおける冷凍サイクルの動作）
第三運転モードでは、第二運転モードにおいて、四方弁１２の流路が、図１に点線で示される流路に切り換えられた状態で、膨張弁１４の開度が大きくされる。つまり、第三運転モードでは、第一熱交換器１３での冷媒の蒸発温度が上昇される。なお、第三運転モードにおいて、圧縮機１１の回転数が低下されて、第一熱交換器１３での冷媒の蒸発温度が上昇されてもよい。膨張弁１４の開度の変化量及び圧縮機１１の回転数の変化量が、吸込空気の温度に応じた異なる変化量であってもよい。つまり、膨張弁１４の開度は、吸込空気の温度が低い程、大きい開度に設定されるとよい。また、圧縮機１１の回転数は、吸込空気の温度が低い程、低い回転数に設定されるとよい。

（第三運転モードにおける空気の動作）
第三運転モードでは、第二運転モードにおけるファン２４の駆動が、継続される。そのため、空気調和装置１００の周囲の空気は、第一熱交換器１３で除湿された後、デシカントブロック２３に流入して、デシカントブロック２３に水分が吸着されて、更に除湿される。デシカントブロック２３から流出した空気は、その後、第二熱交換器１５で加熱されて、ファン２４に流入し、吹出口５から空気調和装置１００の外側に排出される。

＜空気調和装置の作用＞
以下に、実施の形態２に係る空気調和装置の作用について説明する。
空気調和装置１００では、第二運転モードへの切換時、又は、第二運転モードの実行時に、制御装置９０の温度判定部９１において、吸込空気の温度が予め設定された基準温度以下であると判定されると、その直後、又は、設定された待機時間経過後に、制御装置９０の第三運転モード設定部９２が、第一熱交換器１３での冷媒の蒸発温度を上昇させる。そのため、空気調和装置１００内に吸い込まれる空気の温度が低い状態で、第二運転モードが行われることによって、第一熱交換器１３に着霜が生じてしまうことが抑制されて、冷凍サイクルの冷却作用によって行われる除湿での除湿量が長期に亘って確保され、また、冷凍サイクルの運転効率が向上される。

つまり、空気調和装置１００が、第二運転モードにおいて、デシカントブロック２３と、その上流側に配設された第一熱交換器１３と、によって除湿を行うものであるが故に可能となる、除湿性能及び運転効率の更なる向上が、吸込空気の温度が予め設定された基準温度以下であると判定される場合に、第一熱交換器１３での冷媒の蒸発温度を上昇させる、第三運転モード設定部９２によって、既設の機器を活用しつつ、実現される。

以上、実施の形態１及び実施の形態２について説明したが、本発明は各実施の形態の説明に限定されない。例えば、各実施の形態の全部又は一部、各変形例等を組み合わせることも可能である。

１ 筐体、２ 風路室、３ 機械室、４ 吸込口、５ 吹出口、６ 点検窓、７ 蓋、１１ 圧縮機、１２ 四方弁、１３ 第一熱交換器、１４ 膨張弁、１５ 第二熱交換器、２１ ドレンパン、２２ 風路形成板、２３ デシカントブロック、２４ ファン、８１ 温湿度センサ、９０ 制御装置、９１ 温度判定部、９２ 第三運転モード設定部、１００ 空気調和装置、Ａ 冷媒循環回路、Ｂ 風路。

Claims (9)

1. 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、配管で順次接続された冷媒循環回路と、
   前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間に配設されたデシカント材と、
   前記第一熱交換器、前記デシカント材、及び、前記第二熱交換器の順に通過する気流を生じさせる送風装置と、
   前記気流の温度を検出する温度検出手段と、
   前記流路切換装置を制御して、前記第一熱交換器を凝縮器又は放熱器として作用させると共に、前記第二熱交換器を蒸発器として作用させて、前記デシカント材に保持された水分を脱着させる第一運転モードと、前記第一熱交換器を蒸発器として作用させると共に、前記第二熱交換器を凝縮器又は放熱器として作用させて、前記デシカント材に水分を吸着させる第二運転モードと、を切り換える制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記温度検出手段で検出される前記気流の温度が、低いか高いかを判定する温度判定手段と、
   前記温度判定手段で前記気流の温度が低いと判定される場合に、前記第一熱交換器の表面温度が、前記第二運転モードにおける前記第一熱交換器の表面温度と比較して高い状態で、前記デシカント材に水分を吸着させる、第三運転モードに移行させる第三運転モード設定手段と、を有する、空気調和装置。
2. 前記制御装置は、前記第三運転モードにおいて、前記圧縮機を停止させる、請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御装置は、前記第三運転モードにおいて、前記第一熱交換器での冷媒の蒸発温度を、前記第二運転モードにおける前記第一熱交換器での冷媒の蒸発温度と比較して、高くする、請求項１に記載の空気調和装置。
4. 前記制御装置は、前記第三運転モードにおいて、前記減圧装置の減圧量を、前記第二運転モードにおける前記減圧装置の減圧量と比較して、小さくする、請求項３に記載の空気調和装置。
5. 前記制御装置は、前記第三運転モードにおいて、前記圧縮機の回転数を、前記第二運転モードにおける前記圧縮機の回転数と比較して、低くする、請求項３又は４に記載の空気調和装置。
6. 前記第三運転モード設定手段は、前記第二運転モードへの切換時又は前記第二運転モードの実行時に、前記温度判定手段で前記気流の温度が低いと判定されると、その直後に、前記第三運転モードに移行させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気調和装置。
7. 前記第三運転モード設定手段は、
   前記第三運転モードに移行するまでの待機時間を記憶又は演算し、
   前記第二運転モードへの切換時又は前記第二運転モードの実行時に、前記温度判定手段で前記気流の温度が低いと判定されると、前記待機時間が経過した後に、前記第三運転モードに移行させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気調和装置。
8. 前記冷媒循環回路を循環する冷媒は、Ｒ４１０Ａ冷媒、ＨＦＣ冷媒、ＨＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、又は、自然冷媒を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の空気調和装置。
9. 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、配管で順次接続された冷媒循環回路と、
   前記第一熱交換器と前記第二熱交換器との間に配設されたデシカント材と、
   前記第一熱交換器、前記デシカント材、及び、前記第二熱交換器の順に通過する気流を生じさせる送風装置と、
   前記気流の温度を検出する温度検出手段と、を備え、
   前記流路切換装置を用いて、前記第一熱交換器を凝縮器又は放熱器として作用させると共に、前記第二熱交換器を蒸発器として作用させて、前記デシカント材に保持された水分を脱着させる第一運転モードと、前記第一熱交換器を蒸発器として作用させると共に、前記第二熱交換器を凝縮器又は放熱器として作用させて、前記デシカント材に水分を吸着させる第二運転モードと、を切り換える、空気調和装置の制御方法であって、
   前記温度検出手段で検出される前記気流の温度が、低いか高いかを判定し、
   前記気流の温度が低いと判定される場合に、前記第一熱交換器の表面温度が、前記第二運転モードにおける前記第一熱交換器の表面温度と比較して高い状態で、前記デシカント材に水分を吸着させる、第三運転モードに移行する、空気調和装置の制御方法。

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