(57)【要約】【課題】圧縮機の圧力を低減させることで、ＣＯＰの向上および消費電力の削減を図ることが可能な空気調和機および空気調和機の制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる空気調和機の構成は、室内空間の温度および湿度を所定温度および所定湿度に保つ空気調和機２００であって、外気との熱交換により冷媒が得た熱を用いて温水を生成するヒートポンプ２２０と、温水を熱源として用いて空気を加熱する複数の加熱器２１０（２１０ａ、２１０ｂ）と、空気を加湿する加湿器１１２と、加熱器および加湿器を通過した空気を室内空間に送出する送風機１１４と、所定温度に基づいて、ヒートポンプが生成する温水の温度を制御する制御部２４０と、を備え、複数の加熱器は、空気の進行方向に並設され、複数の加熱器には、それぞれ温度の異なる温水が供給されることを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内空間の温度および湿度を所定温度および所定湿度に保つ空気調和機であって、
外気との熱交換により冷媒が得た熱を用いて温水を生成するヒートポンプと、
前記温水を熱源として用いて空気を加熱する複数の加熱器と、
前記空気を加湿する加湿器と、
前記加熱器および加湿器を通過した空気を前記室内空間に送出する送風機と、
前記所定温度に基づいて、前記ヒートポンプが生成する温水の温度を制御する制御部と、を備え、
前記複数の加熱器は、空気の進行方向に並設され、
前記複数の加熱器には、それぞれ温度の異なる温水が供給されることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
室内空間の温度および湿度を所定温度および所定湿度に保つ空気調和機であって、
外気との熱交換により冷媒が得た熱を用いて温水を生成するヒートポンプと、
前記温水を熱源として用いて空気を加熱する加熱器と、
前記空気を加湿する加湿器と、
前記加熱器および加湿器を通過した空気を前記室内空間に送出する送風機と、
前記所定温度に基づいて、前記ヒートポンプが生成する温水の温度を制御する制御部と、を備え、
前記加熱器は、前記温水が流通する配管を複数有し、
前記複数の配管には、それぞれ温度の異なる温水が流通することを特徴とする空気調和機。
【請求項３】
前記加熱器は複数設けられ、
前記複数の加熱器は、空気の流路の断面方向に並設され、
前記複数の加熱器にも、それぞれ温度の異なる温水を供給可能であることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記ヒートポンプは複数設けられ、
前記温度の異なる温水は、前記ヒートポンプのうち、それぞれ異なるヒートポンプから供給されることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記ヒートポンプは、該ヒートポンプが生成した温水を貯湯する蓄熱槽を有し、
前記温度の異なる温水は、前記蓄熱槽の異なる位置から取水することを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
【請求項６】
前記加湿器は、気化式加湿器であることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
【請求項７】
前記空気は、外気および前記室内空間からの回収空気であることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内空間の温度および湿度を所定温度および所定湿度に保つ空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クリーンルームや工場の生産ライン等では、室内空間の温度および湿度を所定温度および所定湿度に保つために空気調和機（外気のみを処理して送風する空調機は外気調和機と称されることもある。以下、「空調機」と称する。）が設置されている。そして、空調機に供給された空気（外気）の温度および湿度を、当該空調機において所定温度および所定湿度に調節し、調節後の空気（処理空気）を室内空間に送出することにより、室内空間の温度および湿度を所定温度および所定湿度に保っている。
【０００３】
空調機には、室内空間の湿度を所定湿度に調節するために加湿器が設けられている。かかる加湿器は方式によって、気化式加湿器、蒸気式加湿器、水噴霧式加湿器に大別される。気化式加湿器は、常温の水を蒸発させることにより加湿を行うものであり、一般には暖めた空気の顕熱を水の潜熱に代えて蒸発させる構成となっている。蒸気式加湿器は、蒸気を利用して加湿する方式であり、例えばボイラーで発生させた蒸気を直接噴霧している。水噴霧式加湿器は、常温の水を微細な水滴にして放出することによって加湿する方式であり、例えばスプレーや超音波によって数十ミクロン（マイクロオーダー）以下の水滴を発生させて噴出する。
【０００４】
しかし、蒸気式加湿器はボイラーにおいて火気を用いるため、工場の生産ライン等、有機溶剤を用いる可能性がある施設では火災のおそれが生じる。したがって、かかる施設においては外部にボイラーを設置し、ボイラーから室内空間まで蒸気配管を延長する必要がある。また水噴霧式加湿器は加湿効率が３０％程度と低いため、効率が悪いという問題がある。このため、空調機には、設置可能な施設の範囲が広い気化式加湿器が最も多く導入されている。
【０００５】
気化式加湿器を備える空調機として、例えば特許文献１には、導入された外気を冷却しつつ加湿できる自然気化式の加湿器と、冷房運転を行う際に、室内空間の湿度が所定の基準値より低い場合、加湿器を運転する制御手段と、を備える空気調和装置が開示されている。これによれば、冬季のように外気の湿度が低い時期に冷房運転をする場合、自然気化式の加湿器により外気が加湿されるため、外気の冷却と加湿とが同時に行われ、冷房と湿度の維持とを同時に達成することができるとされている。
【０００６】
ところで、空調機には、気化式加湿器において水を蒸発させるために、および室内空間の温度を所定温度に調節するために、空気を暖める手段としての加熱器（「加熱コイル」とも称される。）が設けられている。加熱器には温水が供給されており、その温水の熱を熱源として空調機に供給された空気を加熱する。熱源となる温水を生成する装置としては、ボイラー等様々なものがあるが、近年ではヒートポンプが主流となっている。
【０００７】
ヒートポンプは熱交換サイクルを利用している。詳細には、ヒートポンプ内部に冷媒が循環しており、かかる冷媒が大気中の熱を吸収する。熱を吸収した冷媒を、ヒートポンプ内の圧縮機において電力を利用して圧縮することにより、冷媒は高圧状態となり、高温となる。そして、ヒートポンプ内の熱交換器において、水を高温の冷媒により加熱することで、加熱器の熱源となる温水を生成する。
【０００８】
したがって、温水を生成するための熱源として大気の熱を利用するヒートポンプを用いることにより、ボイラー等の燃焼式装置を用いた場合と比較し、約３０％の省エネルギー、および約５０％の二酸化炭素排出量の削減が可能である。これにより、エネルギーの有効活用、および温室効果ガスである二酸化炭素の排出量削減を促進することができる。
【特許文献１】特開平６−３３７１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、空調機では加熱器を用いて空気の温度が所定温度となるように調節している。そして、かかる調整を行うために、空調機では、ヒートポンプやボイラー等の温水を生成する装置から加熱器に送る温水の量、すなわち温水の流量を制御している。これにより、空調機が空気の温度および湿度を適切に調整することが可能となる。
【００１０】
しかし、上記の温水の流量を制御する方法であると、温水の温度は常に一定となり、その温度は、所定温度が最も高い場合に合わせて設定される。したがって、所定温度が高い場合には問題ないが、所定温度が低い場合には、高温の温水が不要であるにも拘わらず、高温の温水を無駄に生成し、加熱器に供給することとなる。これにより、高温の温水を生成する際に、かかる温水を生成する装置において無駄にエネルギーを消費することとなるため、非効率的であり、省エネルギーの観点から好ましくない。
【００１１】
特に、温水を生成する装置としてヒートポンプを用いる場合、生成する温水の温度、すなわちヒートポンプの出湯温度が高くなるに従い、圧縮機の圧力を上昇させる必要がある。そして、これに伴い、圧縮機のＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）が加速度的に低下する。また、圧縮機を動作させるための電力の消費量も増大してしまう。なお、ＣＯＰとはエネルギー効率を示す指標であり、動作係数とも称される。ＣＯＰは動作能力（ｋＷ）／消費電力（ｋＷ）として算出できる。
【００１２】
したがって、上記の温水の流量を制御する方法を用いると、あくまでもすべての水を高温の温水となるまでヒートポンプにおいて加熱するため、圧縮機の圧力を低減することはできない。故に、ＣＯＰの向上および消費電力の削減を図ることも不可能である。
【００１３】
本発明は、このような課題に鑑み、圧縮機の圧力を低減させることで、ＣＯＰの向上および消費電力の削減を図ることが可能な空気調和機の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明にかかる空気調和機の代表的な構成は、室内空間の温度および湿度を所定温度および所定湿度に保つ空気調和機であって、外気との熱交換により冷媒が得た熱を用いて温水を生成するヒートポンプと、温水を熱源として用いて空気を加熱する複数の加熱器と、空気を加湿する加湿器と、加熱器および加湿器を通過した空気を室内空間に送出する送風機と、所定温度に基づいて、ヒートポンプが生成する温水の温度を制御する制御部と、を備え、複数の加熱器は、空気の進行方向に並設され、複数の加熱器には、それぞれ温度の異なる温水が供給されることを特徴とする。
【００１５】
上記構成では、制御部が、当該空調機に設定された所定温度と外気の温度に基づき、ヒートポンプが生成する温水の温度、すなわちヒートポンプの出湯温度を制御する。例えばヒートポンプは、制御部の制御に従い、所定温度が高い場合および外気温度が低い場合には高温の温水を、所定温度が低い場合および外気温度が高い場合には低温の温水を生成する。このように温度にしたがって適切な熱量を与えるようにヒートポンプを動作させることにより、ヒートポンプのＣＯＰの向上、および消費電力の削減が可能となる。
【００１６】
また上記構成では、複数の加熱器が、当該空調機内における空気の進行方向に並設され、複数の加熱器にはそれぞれ温度の異なる温水が供給される。これにより、例えば２つの加熱器が並設される場合、空気の進行方向の上流側に設けられた加熱器には低温または中温の温水を供給し、かかる加熱器において空気を予熱し、空気の温度をある程度上昇させることができる。そして、下流側に設けられた加熱器に高温の温水を供給し、かかる加熱器において、上流側の加熱器による予熱後の空気を加熱し、予熱で不足した分、すなわち所望する温度まで到達させるための熱量を補い、空気の温度を更に上昇させることができる。したがって、２つ（複数）の加熱器を、予熱を行う加熱器と、追加加熱を行う加熱器とすることができる。故に、１つの加熱器において空気の加熱を完全に全うする必要がなく、従来は１つの加熱器で賄っていた仕事量を２つの加熱器に分担させることができる。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明にかかる空気調和機の他の構成は、室内空間の温度および湿度を所定温度および所定湿度に保つ空気調和機であって、外気との熱交換により冷媒が得た熱を用いて温水を生成するヒートポンプと、温水を熱源として用いて空気を加熱する加熱器と、空気を加湿する加湿器と、加熱器および加湿器を通過した空気を室内空間に送出する送風機と、所定温度に基づいて、ヒートポンプが生成する温水の温度を制御する制御部と、を備え、加熱器は、温水が流通する配管を複数有し、複数の配管には、それぞれ温度の異なる温水が流通することを特徴とする。
【００１８】
上述した如く、制御部が、当該空調機に設定された所定温度に基づいて、ヒートポンプが生成する温水の温度、すなわちヒートポンプの出湯温度を制御することにより、所定温度が低い場合において圧縮機の圧力を低下させることができ、ヒートポンプのＣＯＰの向上、および消費電力の削減が可能となる。
【００１９】
また上記構成では、加熱器が温水が流通する配管を複数有し、その複数の配管にはそれぞれ温度の異なる温水が流通する、すなわち一つの加熱器に温度の異なる複数の温水が供給される。
【００２０】
従来のように高熱の温水のみを加熱器に供給した場合、空気は高温の温水からその熱を吸熱するが、温水から空気への熱伝達効率を考慮すると、高温の温水のすべての熱を空気が吸熱できるわけではない。したがって、高温の温水における空気が吸熱しきれなかった分の熱は、空気の加熱に用いられることなく、高温の温水の加熱器の通過に伴って加熱器外へ排出されてしまい、利用されないこととなる。故に、高熱の温水のみを加熱器に供給するのは非効率である。
【００２１】
したがって、上記構成のように、加熱器が複数、例えば３つの配管を有することで、空気の進行方向の最も上流側となる配管に低温の温水を、かかる配管よりも下流側となる配管に中温の温水を、最も下流側となる配管に高温の温水を流通させることができる。これにより、空気が加熱器を通過する際に、上流側の配管から下流側の配管により徐々に加熱されることとなる。その結果、高温の温水のみを供給する場合と比較し、熱損失を低減することができる。
【００２２】
なお、上記の所定温度とは乾球温度における値であり、所定湿度とは相対湿度における値とする。しかし、これに限定するものではなく、所定温度を湿球温度における値としてもよいし、所定湿度を絶対湿度における値としてもよい。
【００２３】
上記の加熱器は複数設けられ、複数の加熱器は、空気の流路の断面方向に並設され、複数の加熱器にも、それぞれ温度の異なる温水を供給可能であるとよい。
【００２４】
上記構成の如く空調機に複数の加熱器を設けることにより、更に微細な温度制御を行うことが可能となる。また複数の加熱器を空気の進行方向に並設すると、当該空調機の大きさはその進行方向に増大してしまうが、複数の加熱器を空気の流路の断面方向に並設することにより、当該空調機の大きさが空気の進行方向に増大することがない。したがって、上記構成によれば空調機に複数の加熱器を設けたとしても、当該空調機の、空気の進行方向への大きさは変化しないため、空調機の設置面積の増大を防ぐことができる。
【００２５】
上記のヒートポンプは複数設けられ、温度の異なる温水は、ヒートポンプのうち、それぞれ異なるヒートポンプから供給されるとよい。
【００２６】
上記構成によれば、温度の異なる温水は、各々異なるヒートポンプにおいて生成される。また上述したように各ヒートポンプは、制御部による温度設定に基づいて異なる温度の温水を生成するため、異なる温度の温水を容易に加熱器に供給することが可能となる。
【００２７】
また、従来のように１つのヒートポンプにおいて高温の温水を生成していた場合にはＣＯＰが著しく低下してしまう。しかし、上記構成のように複数のヒートポンプを備える場合、例えば２つのヒートポンプを備え、一方のヒートポンプで高温の温水を生成し、他方のヒートポンプで低温の温水を生成すると仮定すると、高温の温水を生成するヒートポンプのＣＯＰは従来のヒートポンプのＣＯＰと同程度である。しかし、低温の温水を生成するヒートポンプは、圧縮機の圧力を低下させることができるため、そのＣＯＰは向上する。したがって、２つのヒートポンプのＣＯＰの合計ＣＯＰ（平均値）は、１つのヒートポンプを用いた場合よりも向上するため、ヒートポンプ全体としてのＣＯＰを向上させることが可能となる。
【００２８】
上記の具体的な数値を、例えばヒートポンプが高温（４５℃）の温水を生成する場合のＣＯＰを３．５、低温（２５℃）の温水を生成する場合のＣＯＰを５．５と仮定すると、１つのヒートポンプを用いて高温の温水を生成する場合、当然ながらヒートポンプのＣＯＰは３．５である。しかし、２つのヒートポンプを用い、一方のヒートポンプで高温の温水を生成すると、そのＣＯＰは３．５であり、他方のヒートポンプで低温の温水を生成すると、そのＣＯＰは５．５である。そして、２つのヒートポンプを用いた場合のヒートポンプ全体としての合計ＣＯＰは、「（１／３．５＋１／５．５）×２」の式から、約４．２７と算出される。したがって、１つのヒートポンプを用いた場合よりもＣＯＰが向上することがわかる。なお、上記の数値は仮定としての例示であり、これに限定するものではない。
【００２９】
上記のヒートポンプは、当該ヒートポンプが生成した温水を貯湯する蓄熱槽を有し、温度の異なる温水は、蓄熱槽の異なる位置から取水するとよい。
【００３０】
ヒートポンプにおいて生成された温水は、当該ヒートポンプが有する蓄熱槽の上方に供給される。このため、蓄熱槽に貯湯される温水には温度分布が発生し、蓄熱槽の上方になるに従い高温の温水が、下方になるに従い低温の温水（または水）が貯湯（または貯水）されることとなる。したがって、蓄熱槽の異なる位置、例えば上方および下方から温水を取水することにより、１つのヒートポンプを用いて、異なる温度、例えば高温および低温の温水（または水）を得ることができる。これにより、当該空調機に複数のヒートポンプを設置することなく、異なる温度の温水を加熱器に供給することが可能となる。
【００３１】
上記の加湿器は、気化式加湿器であるとよい。
【００３２】
気化式加湿器は、空気の顕熱を水の潜熱に代えることにより常温の水を蒸発させ、加湿を行う。したがって、気化式加熱器は、火気を用いないため火災のおそれが生じず、また高い加湿効率を得ることができる。このため、気化式加熱器を備える空調機は、工場等の有機溶剤を用いる施設にも設置することができ、設置可能な施設の範囲が広い。故に、空調機に導入する加湿器としては気化式加湿器が最も好適である。
【００３３】
上記の空気は、外気および室内空間からの回収空気であるとよい。
【００３４】
当該空調機は、空気の温度および湿度を所定温度および所定湿度に調節し、室内空間に送出している。故に、室内空間からの回収空気は、その温度および湿度が所定温度および所定湿度に極めて近い状態となっている。したがって、当該空調機に供給する空気として、上記構成のように外気だけでなく室内空間からの回収空気をも用いることにより、外気のみを用いる場合と比較し、供給された空気の温度および湿度の所定温度および所定湿度への調整量が低減する、すなわち空気の加熱および加湿に用いる熱量を低減することができる。これにより、ヒートポンプの出湯温度を低下させることができ、ＣＯＰの向上および消費電力の削減が可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ヒートポンプの出湯温度を所定温度に基づいて制御することで、圧縮機の圧力を低減し、ＣＯＰの向上および消費電力の削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００３７】
以下の説明では、本実施形態にかかる空気調和機を用いた室内空間の空気調和の流れを説明した後に、空気調和機の構成を詳述する。
【００３８】
図１は、本実施形態にかかる空気調和機１００（以下、「空調機１００」と称する。）を用いた室内空間の空気調和を説明する図である。空調機１００に外気のみを供給する場合、まず、外気ダクトから外気（ＯＡ：Out side Air）、すなわち空気が空調機１００に供給される。供給された空気は、空調機１００において温度および湿度が所定温度および所定湿度に調整され、処理空気、すなわち供給空気（ＳＡ：Supply Air）として供給ダクトから所定流速で室内空間に供給される。そして、室内空間に供給された供給空気は、所定流速で排気空気（ＥＡ：Exhaust Air）として排気ダクトを通じて室外に排気される。
【００３９】
空調機１００に外気および室内空間からの回収空気を供給する場合、まず、外気ダクトから外気が、および回収ダクトから室内空間の空気、すなわち回収空気（ＲＡ：Return Air）が、空調機１００に供給される。供給された外気および回収空気は、空調機１００において上述したように処理空気（供給空気）とされ、室内空間に供給される。そして、室内空間に供給された供給空気は、一部が回収ダクトを通じて回収空気として空調機１００に供給され、残りは排気空気として排気ダクトを通じて室外に排気される。
【００４０】
上述したように、回収空気は、既に空調機１００で温度および湿度を所定温度および所定湿度に調節され、室内空間に供給された空気である。したがって、回収空気は温度および湿度が所定温度および所定湿度に極めて近い状態であるため、かかる室内空間からの回収空気を外気と共に空調機１００に供給することにより、外気のみを空調機１００に供給する場合よりも、空気の温度および湿度の所定温度および所定湿度への調整量が低減する。これにより、ヒートポンプの出湯温度を低下させ、ＣＯＰの向上および消費電力の削減が可能となる。
【００４１】
なお、上記の所定温度とは乾球温度における値であり、所定湿度とは相対湿度における値であるが、これに限定するものではなく、所定温度を湿球温度における値としてもよいし、所定湿度を絶対湿度における値としてもよい。
【００４２】
また、後述する空気調和機２００においても、上述した空気調和機１００と同様に室内空間の空気調和を行うことができる。
【００４３】
（第１実施形態）
図２は、第１実施形態にかかる空気調和機１００の構成を示す図である。なお図２中、太い白抜き矢印は空気の流れを、細い白抜き矢印は水または温水の流れを、黒実線矢印は冷媒の流れを、黒破線は制御部の接続関係を示す。
【００４４】
図２に示すように、空調機１００は、センサ１０２と、プレフィルタ１０４と、中性能フィルタ１０６と、冷却器１０８と、加熱器１１０と、加湿器１１２と、送風機１１４と、ヒートポンプ１２０と、制御部１４０とを含んで構成される。
【００４５】
センサ１０２ａは、当該空調機１００に供給された空気の温度および湿度を検知する。センサ１０２ｂは、空調機１００から室内に供給される空気の温度および湿度を検知する。これらの検知した温度および湿度に基づいて、後述する制御部１４０が空調機１００の動作を制御する。
【００４６】
プレフィルタ１０４は、空調機１００における空気の流れの最上流側に設けられるフィルタであり、粒径の大きい、すなわち粗い塵埃を捕捉する。これにより、空調機１００に供給された空気に含まれる粗い塵埃を空気中から除去することが可能となる。
【００４７】
中性能フィルタ１０６は、プレフィルタ１０４よりも下流側に設けられるフィルタであり、プレフィルタ１０４を通過した、粒径の小さい、すなわち微細な塵埃を捕捉する。これにより、空調機１００に供給された空気に含まれる微細な塵埃を空気中から除去することが可能となる。
【００４８】
冷却器１０８は、冷水配管を通じて冷水が供給され、かかる冷水を用いて空気を冷却する。これにより、空調機１００に供給された空気の温度を低下させることができ、空気の温度を所定温度に調節することが可能となる。また、空気の温度を低下させることにより、かかる空気の絶対湿度を低下させ、空気の除湿を行い、空気の湿度を所定湿度に調節することが可能となる。
【００４９】
加熱器１１０は、温水配管を通じて後述するヒートポンプ１２０から温水が供給され、かかる温水を熱源として用いて空気を加熱する。これにより、空調機１００に供給された空気の温度を上昇させることができ、空気の温度を所定温度に調節することが可能となる。また、空気の温度を上昇させることにより、かかる空気に含まれる熱（顕熱）が増大するため、空気が後述する加湿器１１２を通過した際に加湿用水を高効率で蒸発させることができ、加湿効率が向上する。
【００５０】
また第１実施形態において、加熱器１１０は、温水が流通する配管である温水配管を複数有する。複数の温水配管は、温水配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから構成され、温水配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにはそれぞれ温度の異なる温水が、ヒートポンプ１２０から供給される。流通する温水の温度は、温水配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの順に高温となる。したがって、空気の進行方向の最も上流側となる温水配管１１０ａには低温の温水が、かかる温水配管１１０ａよりも下流側となる温水配管１１０ｂには中温の温水が、最も下流側となる温水配管１１０ｃには高温の温水が流通することとなる。
【００５１】
上記構成により、１つの加熱器１１０において複数の温度の温水を用いて、加熱器１１０を通過する空気を上流側の温水配管１１０ａから下流側の温水配管１１０ｃにより徐々に加熱することが可能となる。したがって、従来のように高熱の温水のみを加熱器１１０に供給した場合には、高温の温水における空気が吸熱しきれなかった分の熱が、高温の温水の加熱器１１０の通過に伴って加熱器１１０外へ排出されるため、熱損失が増大するが、本実施形態の如く温水配管１１０ａおよび１１０ｂに低温および中温の温水を供給することでかかる熱損失を低減することが可能となる。
【００５２】
また本実施形態では空調機１００が備える加熱器１１０は１つであるが、これに限定するものではなく、２以上の（複数の）加熱器１１０を備えてもよい。そして、複数の加熱器１１０にも、それぞれ温度の異なる温水を供給可能としてもよい。これにより、更に微細な温度制御を行うことが可能となる。
【００５３】
更に、複数の加熱器１１０を備える場合、かかる複数の加熱器１１０は、空気の流路の断面方向に並設されるとよい。これによれば、空調機１００に複数の加熱器１１０を設けたとしても、当該空調機１００の大きさが空気の進行方向に増大することがないため、空調機１００の設置面積の増大を防ぐことができる。
【００５４】
なお、当該加熱器１１０に供給される温水の温度は、後述する制御部１４０により制御される。制御部１４０による温水の温度の制御については、後に詳述する。
【００５５】
加湿器１１２は、加湿用水配管を通じて加湿用水が供給され、空調機１００に供給された空気が当該加湿器１１２を通過することで、空気の顕熱を水の潜熱に代えて加湿用水を蒸発させ、空気の加湿を行う。本実施形態では加湿器１１２として気化式加湿器を用いる。これにより、当該空調機１００を設置可能な施設の範囲を拡大することが可能となる。
【００５６】
なお、本実施形態では加湿器１１２として気化式加湿器を例示したが、これに限定するものではなく、蒸気式加湿器、水噴霧式加湿器等、気化式以外の方式を用いた加湿器を用いることも可能である。
【００５７】
送風機１１４は、冷却器１０８において冷却または加熱器１１０において加熱され、且つ加湿器１１２を通過した空気、すなわち空調機１００において所定温度および所定湿度となった空気（処理空気）を室内空間に送出する。
【００５８】
ヒートポンプ１２０は、内部に冷媒が循環しており、かかる冷媒が外気との熱交換により得た熱を用いて温水を生成する。ヒートポンプ１２０は、蒸発器１２２と、圧縮機１２４と、放熱器１２６と、膨張手段１２８と、ポンプ１３０と、蓄熱槽１３２とを含んで構成される。
【００５９】
蒸発器１２２は、ヒートポンプ１２０内を循環する冷媒と、外気との熱交換を行う。これにより、冷媒は外気（大気中）の熱を吸熱し、後述する放熱器１２６において水を加熱するための熱を得ることができる。
【００６０】
圧縮機１２４は、外気の熱を吸熱した冷媒を、電力を利用して圧縮する。これにより、冷媒は高温高圧状態となり、かかる高温の冷媒を用いて後述する放熱器１２６において水を加熱することが可能となる。
【００６１】
ヒートポンプ１２０が生成する温水の温度、すなわちヒートポンプ１２０の出湯温度が高くなるに従い、水を高温の温水とするために要する熱量も増大する。したがって、冷媒から大量の熱を得るために、圧縮機１２４の圧力を上昇させなければならない。これにより、圧縮機１２４のＣＯＰ、ひいてはヒートポンプ１２０のＣＯＰが加速度的に低下し、圧縮機１２４を動作させるための電力の消費量も増大してしまう。
【００６２】
放熱器１２６は、圧縮機１２４における圧縮により高温となった冷媒と、後述する蓄熱槽１３２から供給される水との熱交換を行う。これにより、冷媒の熱を用いて水を加熱し温水を生成することができる。
【００６３】
膨張手段１２８は、放熱器１２６において水を加熱後の冷媒を減圧状態とし膨張冷却する。これにより、かかる冷媒が再度外気の熱を吸収することが可能となり、冷媒を再利用することができる。本実施形態においては、膨張手段１２８として膨張弁を用いるが、これに限定するものではなく、冷媒を減圧状態とし膨張冷却することが可能なものであればよい。
【００６４】
ポンプ１３０は、水を蓄熱槽１３２から放熱器１２６へと循環させる。
【００６５】
蓄熱槽１３２は、放熱器１２６において冷媒との熱交換を行うことにより生成された温水を貯湯する。そして、貯湯された温水を温水配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを通じて加熱器１１０に供給する。
【００６６】
本実施形態において、蓄熱槽１３２は、取水口１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃを当該蓄熱槽１３２の垂直方向において異なる位置（高さ）に備える。取水口１３２ａは温水配管１１０ａに、取水口１３２ｂは温水配管１１０ｂに、取水口１３２ｃは温水配管１１０ｃに、それぞれ接続されている。
【００６７】
ヒートポンプ１２０において生成された温水は蓄熱槽１３２の上方に供給されるため、蓄熱槽１３２に貯湯される温水には温度分布が存在し、蓄熱槽１３２の上方になるに従い高温の温水が、下方になるに従い低温の温水（または水）が貯湯（または貯水）されている。したがって、上記構成によれば、蓄熱槽１３２に貯湯されている低温の温水（または水）の温水を温水配管１１０ａを通じて取水口１３２ａから、中温の温水を温水配管１１０ｂを通じて取水口１３２ｂから、高温の温水を温水配管１１０ｃを通じて取水口１３２ｃから、各々加熱器１１０に供給することが可能となる。これにより、１つのヒートポンプ１２０を用いて、異なる温度、例えば高温、中温および低温の温水（または水）を得ることができ、当該空調機１００に複数のヒートポンプを設置することなく、異なる温度の温水を加熱器１１０に供給することができる。
【００６８】
なお、図２に示す取水口１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃの位置および取水口の数は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、取水口の数は２つでもよいし、取水口の設置位置は蓄熱槽１３２において上下に移動してもよい。
【００６９】
以上説明したように、ヒートポンプ１２０が上記構成を備えることで、ヒートポンプ１２０が生成した温水を熱源として用いて、加熱器１１０において空気を加熱することが可能となる。
【００７０】
また、加熱器１１０において熱源として用いる温水を生成する装置として上記のヒートポンプ１２０を用いることにより、ボイラー等の燃焼式装置を用いた場合と比較し、約３０％の省エネルギー、および約５０％の二酸化炭素排出量の削減が可能である。したがって、エネルギーの有効活用、および温室効果ガスの排出量削減を促進することができる。
【００７１】
制御部１４０は、センサ１０２が検知した空気の温度および湿度に基づいて、当該空調機１００の動作を制御する。また本実施形態においては、制御部１４０は、空調機１００に設定された室内空間の所定温度に基づいて、ヒートポンプ１２０が生成する温水の温度（ヒートポンプの出湯温度）を制御する。これにより、ヒートポンプ１２０は、制御部１４０の制御に従い、所定温度に対して適切な温度の温水を生成することが可能となる。したがって、所定温度が低い場合には圧縮機１２４の圧力を低下させ、ヒートポンプ１２０のＣＯＰを向上し、且つ消費電力を削減することができる。
【００７２】
以下に、空気線図を用いて、制御部１４０による、所定温度に基づいたヒートポンプ１２０の出湯温度の制御を説明する。なお、以下の説明において、特に断りがない限り、「温度」とは乾球温度のことであり、「湿度」とは相対湿度のことである。
【００７３】
図３は、所定温度を２０℃、所定湿度を８０％とした場合の温度および湿度の変化を示す空気線図である。図３中、所定温度（２０℃）および所定湿度（８０％）となる点をＳ１、夏場等、空調機１００に供給される空気の温度が所定温度より高い場合を例示する点をＡ１、冬場等、空調機１００に供給される空気の温度が所定温度より低い場合を例示する点をＢ１としている。なお、Ｓ１、Ａ１およびＢ１における温度および湿度は一例であり、これに限定するものではない。
【００７４】
図３に示すように、夏場等、空調機１００に供給される空気の温度が所定温度より高い場合、例えば供給される空気の温度が３０℃、湿度が７０％の場合（Ａ１）について説明する。かかる温度および湿度を所定温度および所定湿度に調節する、すなわちＡ１からＳ１に到達するためには、まず空調機１００に供給された空気を冷却器１０８において冷却する。この冷却において、空気の温度が２４℃まで低下する。このとき、空気の水蒸気量（絶対湿度）は変化しないため、空気中の水蒸気量は２４℃における飽和水蒸気量に達し、空気の湿度は相対湿度１００％となる。
【００７５】
そして、空気を更に冷却し続けることにより、空気の温度は相対湿度１００％の曲線（飽和水蒸気曲）に沿って低下する。この温度低下に伴い、空気中の飽和水蒸気量を超えた分の水蒸気、すなわち空気に飽和しきれなくなった水蒸気は液体となり、結露が生じ、空気の絶対湿度が低下する（空気中の水蒸気量が減少する）。これにより空気中の水蒸気量（絶対湿度）が調節され、空気の絶対湿度が所定温度および所定湿度の空気の絶対湿度と略等しくなった時点で冷却を終了する。その結果、冷却器１０８における冷却により、空気は、温度が約１７℃、湿度が１００％の状態となる。
【００７６】
次に、冷却後の空気を加熱器１１０において加熱する。これにより、空気の温度が上昇し、温度は所定温度（２０℃）となる。このとき、空気の水蒸気量（絶対湿度）は変化しないため、空気の湿度は、約１７℃における相対湿度１００％から、所定温度（２０℃）における相対湿度８０％（所定湿度）となる。このようにして、空調機１００に供給された空気の温度（３０℃）および湿度（７０％）が所定温度（２０℃）および所定湿度（８０％）に調節される。
【００７７】
また、冬場等、空調機１００に供給される空気の温度が所定温度より低い場合、例えば供給される空気の温度が１０℃、湿度が３０％の場合（Ｂ１）について説明する。かかる温度および湿度を所定温度および所定湿度に調節する、すなわちＢ１からＳ１に到達するためには、まず空調機１００に供給された空気を加熱器１１０において加熱する。この加熱において、空気の温度を約４４℃まで上昇させる。このとき、空気の水蒸気量は変化しないため、湿度は、１０℃における相対湿度３０％から、約４４℃における相対湿度約５％となる。
【００７８】
なお、上記の加熱では、空気を、その温度が所定温度（２０℃）よりも著しく高い約４４℃に達するまで加熱している。これは、加熱器１１０による加熱の後に行われる加湿器１１２による加湿において、空気が加湿器１１２を通過し、加湿器１１２に供給される加湿用水を蒸発させる際に、空気の顕熱が加湿用水の潜熱に代わる、すなわち空気の熱が加湿用水に奪われ、空気の温度が低下するからである。換言すれば、空気の温度（１０℃）を所定温度（２０℃）よりも著しく高い温度（約４４℃）まで加熱することにより、加湿器１１２による加湿を行った後の空気の温度を所定温度とすることができるからである。したがって、加湿器１１２による加湿を行う場合、加湿器１１２を通過する際の空気の熱損失を考慮し、空気の温度を所定温度よりも高い温度まで加熱しなくてはならない。
【００７９】
加熱器１１０による空気の加熱を行った後、加熱後の空気を加湿器１１２を通過させることにより加湿する。これにより、空気の顕熱が加湿用水の蒸発に用いられ、空気の温度が低下し、空気の水蒸気量が増加する（絶対湿度が上昇する）。その結果、空気の温度は約４４℃から所定温度（２０℃）まで低下し、空気の湿度は、約４４℃における相対湿度約５％から、所定温度（２０℃）における相対湿度８０％となる。このようにして、空調機１００に供給された空気の温度（１０℃）および湿度（３０％）が所定温度（２０℃）および所定湿度（８０％）に調節される。
【００８０】
図４は、所定温度を１５℃、所定湿度を８０％とした場合の温度および湿度の変化を示す空気線図である。図４中、所定温度（１５℃）および所定湿度（８０％）となる点をＳ２とし、Ａ１およびＢ１については、図３とにおけるＡ１およびＢ１と同様の条件とする。なお、Ｓ２、Ａ１およびＢ１における温度および湿度は一例であり、これに限定するものではない。
【００８１】
図４に示すように、夏場等、空調機に供給される空気の温度が所定温度より高い場合、例えば供給される空気の温度が３０℃、湿度が７０％の場合（Ａ１）について説明する。かかる温度および湿度を所定温度および所定湿度に調節する（Ａ１からＳ２に到達する）ためには、まず供給された空気を冷却器１０８において冷却し、空気の温度を２４℃まで低下させる。このとき、空気の水蒸気量（絶対湿度）は変化しないため、空気中の水蒸気量は２４℃における飽和水蒸気量に到達する（空気は相対湿度１００％となる）。
【００８２】
空気を更に冷却し続けると、空気の温度は相対湿度１００％の曲線（飽和水蒸気曲）に沿って低下する。この温度低下に伴い、空気に飽和しきれなくなった水蒸気は液体となり、結露が生じ、空気中の水蒸気量が減少する（空気の絶対湿度低下）。そして、空気の絶対湿度が所定温度および所定湿度の空気の絶対湿度と略等しくなった時点で冷却を終了する。これにより、空気中の水蒸気量（絶対湿度）が調節され、空気は、温度が約１２℃、湿度が１００％の状態となる。
【００８３】
次に、冷却後の空気を加熱器１１０において加熱することにより、空気の温度は所定温度（２０℃）となる。このとき、空気の水蒸気量（絶対湿度）は変化しないため、空気の湿度は、約１２℃における相対湿度１００％から、所定温度（２０℃）における相対湿度８０％（所定湿度）となる。このようにして、空調機１００に供給された空気の温度（３０℃）および湿度（７０％）が所定温度（１５℃）および所定湿度（８０％）に調節される。
【００８４】
また、冬場等、空調機に供給される空気の温度が所定温度より低い場合、例えば供給される空気の温度が１０℃、湿度が３０％の場合（Ｂ１）について説明する。かかる温度および湿度を所定温度および所定湿度に調節する（Ｂ１からＳ２に到達する）ためには、まず空調機１００に供給された空気を加熱器１１０において加熱し、空気の温度を約３０℃まで上昇させる。このとき、空気の水蒸気量は変化しないため、空気の湿度は、１０℃における相対湿度３０％から、約３０℃における相対湿度約１０％となる。
【００８５】
なお、かかる加熱において、空気の温度が所定温度（１５℃）よりも著しく高い約３０℃に達するまで加熱したのは、上記の図３の説明において詳述した如く、加熱器１１０による加熱の後に行われる加湿器１１２による加湿における、加湿器１１２を通過する際の空気の熱損失を考慮してのことである。
【００８６】
次に、加熱後の空気を加湿器１１２を通過させることにより加湿する。これにより、空気の顕熱が加湿用水の蒸発に用いられ、空気の温度が低下し、空気の水蒸気量が増加する。その結果、空気の温度は、約３０℃から１５℃（所定温度）まで低下し、空気の湿度は、約３０℃における相対湿度約１０％から、所定温度（１５℃）における相対湿度８０％となる。このようにして、空調機１００に供給された空気の温度（１０℃）および湿度（３０％）が所定温度（１５℃）および所定湿度（８０％）に調節される。
【００８７】
以上説明したように、所定温度を２０℃、所定湿度を８０％とし、供給される空気の温度を１０℃、湿度を３０％とした場合、空気の温度および湿度を所定温度および所定湿度に調節する（Ｂ１からＳ１に到達する）ためには、空気の温度が約４４℃（加熱温度）になるまで加熱しなくてはならない。したがって、加熱器１１０から水への熱伝導における熱損失も考慮し、従来では加熱温度（約４４℃）より５〜１０℃程高い温度、すなわち約４９〜５４℃の温水をヒートポンプ１２０において生成し、加熱器１１０に供給していた。
【００８８】
また、所定温度を１５℃、所定湿度を８０％とし、供給される空気の温度を１０℃、湿度を３０％とした場合、空気の温度および湿度を所定温度および所定湿度に調節する（Ｂ１からＳ２に到達する）ためには、空気の温度が約３０℃（加熱温度）になるまで加熱すればよい。したがって、従来では、ヒートポンプ１２０において、所定温度が高い場合に要する温水と同じ温度の温水、例えば所定温度が２０℃の場合と同じく約４９〜５４℃の温水を生成し、かかる温水の加熱器１１０への供給量を低下させる（制御する）ことにより、加熱器１１０において空気の温度が約３０℃となるように加熱していた。
【００８９】
しかし、所定温度が１５℃の場合における加熱温度は約３０℃であるため、熱伝導における熱損失を考慮したとしても、要する温水の温度は、約３５〜４５℃程度である。故に、上記のように、ヒートポンプ１２０が生成する温水の温度を所定温度が高い場合に要する温度で一定とし、加熱器１１０への温水の流量を制御するという従来の方法であると、所定温度が低い場合において、過剰に加熱した温水を加熱器１１０に供給していることになる。そして、ヒートポンプ１２０は高温の温水を無駄に生成している（水を不要なまでに加熱している）こととなり、高温の温水を生成するために圧縮機１２４は無駄に電力を使用して圧力を上昇させていることとなる。また、圧縮機１２４の圧力上昇により、ＣＯＰも著しく低下してしまう。
【００９０】
したがって、本実施形態にかかる制御部１４０は、当該空調機１００に設定された所定温度に基づき、ヒートポンプ１２０が生成する温水の温度（出湯温度）を制御する。これにより、ヒートポンプ１２０は、制御部１４０の制御に従い、所定温度が高い場合には高温の温水を、所定温度が低い場合には低温の温水を生成することが可能となる。例えば、所定温度が２０℃の場合には、約４４℃（加熱温度）より５〜１０℃程高い温度、すなわち約４９〜５４℃の温水を、所定温度が１５℃の場合には、約３０℃（加熱温度）より５〜１０℃程高い温度、すなわち約３５〜４５℃の温水を生成するよう、制御部１４０がヒートポンプ１２０の出湯温度を制御する。
【００９１】
そして、例えば所定温度が１５℃の場合には、上記の制御部１４０の制御によりヒートポンプ１２０が生成した温水は蓄熱槽１３２に貯湯され、最も高温、すなわち約３５〜４５℃の温水は最も上方の取水口１３２ｃから温水配管１１０ｃを通じて加熱器１１０に供給される。約３５〜４５℃よりも温度が低い中温の温水は、中間の取水口１３２ｂから温水配管１１０ｂを通じて加熱器１１０に供給される。そして、中温の温水よりも更に温度の低い低温の温水は、下方の取水口１３２ａから温水配管１１０ａを通じて加熱器１１０に供給される。これにより、温水から空気へ伝達し切れなかった熱、すなわち熱損失を低減することが可能となる。
【００９２】
上記説明したように、第１実施形態にかかる空調機１００によれば、所定温度が低い場合におけるヒートポンプ１２０の出湯温度が低下するため、ヒートポンプ１２０内を循環する冷媒を圧縮するための圧縮機１２４の圧力を低下させることができる。これにより、ヒートポンプ１２０のＣＯＰの向上、および消費電力の削減が可能となる。
【００９３】
また加熱器１１０が複数の配管（温水配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）を有し、かかる配管に温度の異なる温水を供給することにより、１つの加熱器１１０において複数の温度の温水を用いて空気を加熱することができる。これにより、従来のように高熱の温水のみを加熱器１１０に供給した場合と比較して、熱損失を低減することが可能となる。
【００９４】
更に、ヒートポンプ１２０の蓄熱槽１３２に複数の取水口（取水口１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ）を設け、かかる取水口を加熱器１１０の複数の配管（温水配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）に接続することにより、温度の異なる温水を１つのヒートポンプ１２０から加熱器１１０に供給することができる。
【００９５】
なお、第１実施形態においては、１つのヒートポンプ１２０で生成し蓄熱槽１３２に貯湯された温水を、蓄熱槽１３２の複数の取水口（取水口１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ）から取水することにより、複数の配管（温水配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）に流通させる温度の異なる温水を得ているが、これに限定されるものではない。例えば後述する第２実施形態のように空調機１００に複数のヒートポンプ１２０を設け、複数のヒートポンプ１２０から複数の配管各々に温水を供給することも可能である。
【００９６】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態にかかる空気調和機２００の構成を示す図である。なお図２と同様に、図５中、太い白抜き矢印は空気の流れを、細い白抜き矢印は水または温水の流れを、黒実線矢印は冷媒の流れを、黒破線は制御部の接続関係を示す。また、以下の説明において、第１実施形態と同様の要素および構成については、重複を避けるため説明を省略する。
【００９７】
図５に示すように、空調機２００は、センサ１０２と、プレフィルタ１０４と、中性能フィルタ１０６と、冷却器１０８と、加熱器２１０（２１０ａ、２１０ｂ）と、加湿器１１２と、送風機１１４と、ヒートポンプ２２０（２２０ａ、２２０ｂ）と、制御部２４０とを含んで構成される。
【００９８】
第２実施形態にかかる空調機２００は、複数の加熱器２１０（２１０ａおよび２１０ｂ）を備える。複数の加熱器２１０ａおよび２１０ｂは、空気の進行方向に並設され、加熱器２１０ａは空気の流路の上流側に、加熱器２１０ｂは空気の流路の下流側に設けられる。そして、加熱器２１０ａには温水配管２１２ａを通じて後述するヒートポンプ２２０ａから、加熱器２１０ｂには温水配管２１２ｂを通じて後述するヒートポンプ２２０ｂから、各々温水が供給され、かかる温水を熱源として用いて空気を加熱する。これにより、空調機２００に供給された空気の温度を上昇させることができ、空気の温度を所定温度に調節することが可能となる。また、空気の温度を上昇させることにより、かかる空気に含まれる熱（顕熱）が増大するため、空気が後述する加湿器１１２を通過した際に加湿用水を高効率で蒸発させることができ、加湿効率が向上する。
【００９９】
加熱器２１０ａと加熱器２１０ｂには異なる温度の温水が供給される。これにより、空気の進行方向の上流側に設けられた加熱器２１０ａには低温または中温の温水を供給し、加熱器２１０ａにおいて空気を予熱し、空気の温度をある程度上昇させることができる。そして、下流側に設けられた加熱器２１０ｂに高温の温水を供給し、加熱器２１０ｂにおいて、加熱器２１０ａによる予熱後の空気を加熱し、予熱で不足した分の熱量を補い、空気の温度を更に上昇させることができる。したがって、複数の加熱器２１０を、予熱を行う加熱器２１０ａと、追加加熱を行う加熱器２１０ｂとすることができ、従来は１つの加熱器２１０で賄っていた仕事量を２つの加熱器に分担させることができる。
【０１００】
なお、上記の説明では、加熱器２１０ａには低温または中温の温水を、加熱器２１０ｂに高温の温水を供給するとしたが、これに限定するものではなく、加熱器２１０ａと加熱器２１０ｂとに異なる温度の温水が供給されればよく、好ましくは、加熱器２１０ａに供給される温水よりも加熱器２１０ｂに供給される温水のほうが温度が高いとよい。これにより、加熱器２１０ａにおいて空気の予熱をし、加熱器２１０ｂにおいて空気の追加加熱をすることが可能となるからである。したがって、例えば加熱器２１０ａに低温の温水を、加熱器２１０ｂに中温の温水を供給してもよい。
【０１０１】
また、第２実施形態にかかる空調機２００は、複数のヒートポンプ２２０（２２０ａおよび２２０ｂ）を備える。ヒートポンプ２２０ａは温水配管２１２ａを通じて加熱器２１０ａに、ヒートポンプ２２０ｂは温水配管２１２ｂを通じて加熱器２１０ｂに、生成した温水を供給する。
【０１０２】
ヒートポンプ２２０ａは、内部に冷媒が循環しており、かかる冷媒が外気との熱交換により得た熱を用いて温水を生成する。ヒートポンプ２２０ａは、蒸発器１２２と、圧縮機１２４と、放熱器１２６と、膨張手段１２８と、ポンプ２３０とを含んで構成される。
【０１０３】
ポンプ２３０は、水（または温水）を放熱器１２６から加熱コイル２１０ａおよび２１０ｂへと循環させる。
【０１０４】
なお、ヒートポンプ２２０（２２０ａおよび２２０ｂ）は、第１実施形態にかかるヒートポンプ１２０と構成が若干異なるものの、その機能は実質的に同様であるため、構成以外の詳細な説明は省略する。またヒートポンプ２２０ｂは、その構成および機能がヒートポンプ２２０ａと同一であるため、上記のヒートポンプ２２０ａの説明を以ってヒートポンプ２２０ｂの説明とし、詳細な説明および図示を省略する。
【０１０５】
上記のヒートポンプ２２０ａおよびヒートポンプ２２０ｂは、それぞれ異なる温度の温水を生成する。ここで、上記の加熱器２１０の説明において述べたように、空調機２００において空気の流路の上流側に設けられた加熱器２１０ａでは低温または中温の温水を熱源として用いて空気の予熱を、下流側に設けられた加熱器２１０ｂでは高温の温水を熱源として用いて空気の追加加熱を行うことから、ヒートポンプ２２０ａは低温または中温の温水を、ヒートポンプ２２０ｂは高温の温水を生成することとなる。
【０１０６】
上記構成のように、空調機２００が２つ（複数）のヒートポンプ２２０を備え、ヒートポンプ２２０ａで低温の温水を、ヒートポンプ２２０ｂで高温の温水を生成することにより、従来のように１つのヒートポンプ２２０ｂにおいて高温の温水を生成していた場合と比較し、ＣＯＰを向上させることが可能となる。
【０１０７】
詳細には、ヒートポンプ２２０ｂは高温の温水を生成するため、そのＣＯＰは従来と同程度であるが、ヒートポンプ２２０ａは低温の温水を生成するため、圧縮機１２４の圧力を低下させることができ、そのＣＯＰは従来よりも向上する。したがって、ヒートポンプ２２０ａのＣＯＰとヒートポンプ２２０ｂの平均のＣＯＰ（合計のＣＯＰ）は、１つのヒートポンプ２２０において高温の温水を生成していた場合よりも向上する。
【０１０８】
なお、上記の説明ではヒートポンプ２２０ａにおいて低温または中温の温水を、ヒートポンプ２２０ｂにおいて高温の温水を生成するとしたが、これに限定するものではなく、ヒートポンプ２２０は加熱器２１０における空気の加熱に必要とされる温度の温水を生成すればよい。また、ヒートポンプ２２０が生成する温水の温度は後述する制御部２４０によって制御されるため、その制御に応じて、ヒートポンプ２２０は制御部２４０が決定した温度の温水を生成すればよい。
【０１０９】
制御部２４０は、センサ１０２が検知した空気の温度および湿度に基づいて、当該空調機２００の動作を制御する。また第２実施形態においては、制御部２４０は、空調機２００に設定された室内空間の所定温度に基づいて、ヒートポンプ２２０ａおよび２２０ｂが生成する温水の温度（ヒートポンプ２２０ａおよび２２０ｂの出湯温度）を制御する。これにより、ヒートポンプ２２０ａおよび２２０ｂは、制御部２４０の制御に従い、所定温度に対して適切な温度の温水を生成することが可能となる。したがって、所定温度が低い場合には圧縮機１２４の圧力を低下させ、ヒートポンプ２２０のＣＯＰを向上し、且つ消費電力を削減することができる。
【０１１０】
以下に、空気線図を用いて、制御部２４０による、所定温度に基づいたヒートポンプ２２０の出湯温度の制御を説明する。なお、以下の説明において、特に断りがない限り、「温度」とは乾球温度のことであり、「湿度」とは相対湿度のことである。
【０１１１】
図６は、第２実施形態にかかる空調機２００における空気の温度および湿度の変化を示す空気線図である。なお図６中、Ｓ１、Ｓ２、Ａ１、およびＢ１は、図３および図４における各点と同様の条件とする。また、Ｓ１、Ｓ２、Ａ１およびＢ１における温度および湿度は一例であり、これに限定するものではない。図６中、破線は、所定温度が高い場合における空気の温度および湿度の変化の軌跡であり、実線は、所定温度が低い場合における空気の温度および湿度の変化の軌跡である。
【０１１２】
ここで、夏場等、空調機２００に供給される空気の温度が所定温度より高い場合、例えば供給される空気の温度が３０℃、湿度が７０％の場合（Ａ１）の所定温度および所定湿度（Ｓ１またはＳ２）への調整では、図３および図４を用いて説明した第１実施形態にかかる空調機１００と、第２実施形態にかかる空調機２００では、用いる加熱器の数が異なるものの、実質的な動作（制御）はほぼ同一である。すなわち、第１実施形態にかかる空調機１００では１つの加熱器１１０を用い、第２実施形態にかかる空調機２００では２つの加熱器２１０（２１０ａおよび２１０ｂ）を用い、共に同様に空気の加熱を行う。したがって、図３および図４におけるＡ１からＳ１またはＳ２への調整の説明を以って、図６におけるＡ１からＳ１またはＳ２への調整の説明とし、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１１３】
なお、空調機２００におけるＡ１からＳ１またはＳ２への調整において、空気の冷却後の加熱は、加熱器２１０ａもしくは加熱器２１０ｂのいずれか一方を用いて行ってもよい。これは、空気の加熱に必要とされる温水の温度が、所定温度２０℃の場合には２５℃〜３０℃、所定温度１５℃の場合には２０℃〜３５℃と、いずれにおいても比較的低い温度であるため、ヒートポンプ２２０の出湯温度を低下させることができ、十分にＣＯＰの向上を図れるからである。
【０１１４】
冬場等、空調機２００に供給される空気の温度が所定温度より低い場合、例えば供給される空気の温度が１０℃、湿度が３０％の場合（Ｂ１）の所定温度および所定湿度への調整について説明する。
【０１１５】
所定温度が２０℃、所定湿度が８０％に設定されており、空調機２００に供給される空気の温度が１０℃、湿度が３０％の場合、すなわち所定温度が高く、供給される空気の温度が所定温度より低い場合には、空気の温度および湿度を調節し、Ｂ１からＳ１に到達させる。この場合、加熱器２１０（２１０ａ、２１０ｂ）による加熱後の加湿において、加湿器１１２を通過する際の空気の熱損失を考慮し、空気の温度および湿度を所定温度および所定湿度に調節するためには、空気の温度が約４４℃（加熱温度）になるまで加熱しなくてはならない。したがって、まず制御部はヒートポンプ２２０ｂの出湯温度を約４９〜５４℃に設定し、ヒートポンプ２２０ａの出湯温度を、ヒートポンプ２２０ｂの出湯温度よりも低温、例えば３５〜４０℃に設定する。そして、ヒートポンプ２２０ａおよび２２０ｂは設定された温度の温水を生成し、かかる温水を加熱器２１０ａおよび２１０ｂに供給する。
【０１１６】
次に、空調機２００に供給された空気を、当該空調機２００の空気の流路の上流側に設けられた加熱器２１０ａにおいて予熱する。この予熱により、空気の温度は破線に沿って上昇し、約３０℃となる。予熱後の空気を加熱器２１０ｂにおいて追加加熱すると、空気の温度は破線に沿って更に上昇し４４℃に到達する。このとき、空気の水蒸気量は変化しないため、湿度は、１０℃における相対湿度３０％から、約４４℃における相対湿度約５％となる。
【０１１７】
加熱器２１０ｂによる加熱後の空気を加湿器１１２を通過させることにより加湿する。これにより、空気の顕熱が加湿用水の蒸発に用いられ、空気の温度が低下し、空気の水蒸気量が増加する（絶対湿度が上昇する）。その結果、空気の温度は約４４℃から所定温度（２０℃）まで低下し、空気の湿度は、約４４℃における相対湿度約５％から、所定温度（２０℃）における相対湿度８０％となる。
【０１１８】
所定温度が１５℃、所定湿度が８０％に設定されており、空調機２００に供給される空気の温度が１０℃、湿度が３０％の場合、すなわち所定温度が低く、供給される空気の温度が所定温度より低い場合には、空気の温度および湿度を調節し、Ｂ１からＳ２に到達させる。この場合、加湿器１１２を通過する際の空気の熱損失を考慮すると、空気の温度が約３０℃（加熱温度）になるまで加熱しなくてはならない。したがって、まず制御部はヒートポンプ２２０ｂの出湯温度を約３５〜４０℃に設定し、ヒートポンプ２２０ａの出湯温度を、ヒートポンプ２２０ｂの出湯温度よりも低温、例えば２５〜３０℃に設定する。そして、ヒートポンプ２２０ａおよび２２０ｂは設定された温度の温水を生成し、かかる温水を加熱器２１０ａおよび２１０ｂに供給する。
【０１１９】
そして、上述したようにまず空調機２００に供給された空気を加熱器２１０ａにおいて予熱すると、空気の温度は実線に沿って上昇し、約２０℃となる。予熱後の空気を加熱器２１０ｂにおいて追加加熱すると、空気の温度は実線に沿って更に上昇し３０℃に到達する。このとき、空気の湿度は、１０℃における相対湿度３０％から、約３０℃における相対湿度約１０％となる。次に、加熱後の空気を加湿器１１２を通過させて加湿すると、空気の温度は、約３０℃から１５℃（所定温度）まで低下し、空気の湿度は、約３０℃における相対湿度約１０％から、所定温度（１５℃）における相対湿度８０％となる。
【０１２０】
したがって、第１実施形態と同様に制御部２４０がヒートポンプ２２０ａおよび２２０ｂの出湯温度を所定温度に基づいて制御するため、特に所定温度が低い場合においてヒートポンプ２２０のＣＯＰを向上することが可能となる。また、上述したように２つのヒートポンプ２２０の出湯温度を制御部により制御し、一方のヒートポンプ２２０ｂの出湯温度を、空気を加熱温度まで到達させるために必要な温度、すなわち高温とし、他方のヒートポンプ２２０ａの出湯温度を、ヒートポンプ２２０ｂの出湯温度よりも低い温度とすることにより、ヒートポンプ２２０の合計ＣＯＰが向上するため、ヒートポンプ２２０全体としてのＣＯＰを更に向上させることが可能となる。
【０１２１】
上記説明したように、第２実施形態にかかる空調機２００によっても、制御部２４０の制御により所定温度が低い場合におけるヒートポンプ２２０の出湯温度が低下させ、圧縮機１２４の圧力を低下させることで、ヒートポンプ２２０のＣＯＰの向上、および消費電力の削減が可能となる。
【０１２２】
また空調機２００が複数の加熱器２１０（２１０ａ、２１０ｂ）および複数のヒートポンプ２２０（２２０ａ、２２０ｂ）を備え、複数のヒートポンプ２２０から複数の加熱器２１０にそれぞれ温度の異なる温水が供給可能であることから、一方ヒートポンプ２２０ｂの出湯温度を高温とし、他方のヒートポンプ２２０ａの出湯温度を、ヒートポンプ２２０ｂの出湯温度よりも低い温度とすることができ、ヒートポンプ２２０の合計ＣＯＰが向上させ、ヒートポンプ２２０全体としてのＣＯＰを更に向上させることが可能となる。
【０１２３】
なお、第２実施形態においては、空調機２００に複数のヒートポンプ２２０（２２０ａ、２２０ｂ）を設け、複数のヒートポンプ２２０から複数の加熱器２１０（２１０ａ、２１０ｂ）にそれぞれ温水を供給することにより、加熱器２１０は温度の異なる温水を得ているが、これに限定されるものではない。例えば先に述べた第１実施形態のように、ヒートポンプ２２０に蓄熱槽を設け、１つのヒートポンプ２２０で生成し蓄熱槽に貯湯された温水を、蓄熱槽の複数の取水口から取水することにより、複数の加熱器２１０に温度の異なる温水を流通させることも可能である。
【０１２４】
更に、第２実施形態にかかる空調機２００は、２つの加熱器２１０および２つのヒートポンプ２２０を備えているが、この数に限定するものではなく、加熱器２１０およびヒートポンプ２２０の設置数は適宜変更することが可能である。ただし、複数の加熱器２１０に供給する異なる温度の温水を各々異なるヒートポンプ２２０から得る場合、加熱器２１０とヒートポンプ２２０の数が等しくなることは言うまでもない。また、ヒートポンプ２２０の数が加熱器２１０の数を上回ると、加熱器２１０に温水を供給しない、すなわち使用されないヒートポンプ２２０が存在することとなり、不必要なコストおよび設置面積が生じるため好ましくない。
【０１２５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２６】
なお、上述した実施形態において制御部１４０および２４０は、空調機１００および２００に設定された室内空間の所定温度に基づいてヒートポンプ１２０および２２０の出湯温度を制御しているが、これに限定するものではなく、所定温度以外に、所定湿度、空調機１００および２００に流入した空気の温度、空気の湿度に基づいてヒートポンプ１２０および２２０の出湯温度を制御してもよい。また、空気の温度と所定温度との差分、空気の湿度と所定湿度との差分に基づいて制御することも可能である。
【０１２７】
更に、本実施形態では、加熱器１１０および２１０に供給する温水の温度（ヒートポンプ１２０および２２０の出湯温度）のみを制御しているが、これに限定するものではなく、温水の温度制御に加えて、加熱器１１０および２１０に供給する温水の量を制御してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、室内空間の温度および湿度を所定温度および所定湿度に保つ空気調和機として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本実施形態にかかる空気調和機を用いた室内空間の空気調和を説明する図である。
【図２】第１実施形態にかかる空気調和機の構成を示す図である。
【図３】所定温度を２０℃、所定湿度を８０％とした場合の温度および湿度の変化を示す空気線図である。
【図４】所定温度を１５℃、所定湿度を８０％とした場合の温度および湿度の変化を示す空気線図である。
【図５】第２実施形態にかかる空気調和機の構成を示す図である。
【図６】第２実施形態にかかる空調機における空気の温度および湿度の変化を示す空気線図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１００、２００  …空調機
１０２  …センサ
１０４  …プレフィルタ
１０６  …中性能フィルタ
１０８  …冷却器
１１０、２１０、２１０ａ、２１０ｂ  …加熱器
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、２１２ａ、２１２ｂ  …温水配管
１１２  …加湿器
１１４  …送風機
１２０、２２０、２２０ａ、２２０ｂ  …ヒートポンプ
１２２  …蒸発器
１２４  …圧縮機
１２６  …放熱器
１２８  …膨張手段
１３０、２３０  …ポンプ
１３２  …蓄熱槽
１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ  …取水口
１４０、２４０  …制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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