(57)【要約】【課題】  温度及び湿度を精密に制御し、省エネルギー化および設置面積の省スペース化を図ることが可能な空気調和機を提供する。【解決手段】  本発明の代表的な構成は、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、ケーシング１０２内に設けられた複数の通風路１０８と、通風路の夫々に設けられ空気を加熱または冷却する複数の熱交換器１１２と、通風路の夫々に設けられた複数の加湿器１１４と、熱交換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１１８と、熱交換器に供給する二次冷媒を加熱または冷却するヒートポンプ１３０と、所定温度に基づいて通風路ごとに熱交換器の熱量および加湿器への給水を調整する制御部１２０と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2010159928.tif 000002
【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、
ケーシング内に設けられた複数の通風路と、
前記通風路の夫々に設けられ空気を加熱または冷却する複数の熱交換器と、
前記通風路の夫々に設けられた複数の加湿器と、
前記熱交換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、
前記熱交換器に供給する二次冷媒を加熱または冷却するヒートポンプと、
前記所定温度に基づいて前記通風路ごとに熱交換器の熱量および前記加湿器への給水を調整する制御部と、を備えたことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記通風路は、前記ケーシング内において空気の進行方向に対して直交する面をマトリクス状に仕切られてなることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記複数の熱交換器は、夫々が個別のヒートポンプに接続され、該熱交換器の二次冷媒配管は前記ヒートポンプの蒸発器または凝縮器に切り替えて流通可能であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記複数の熱交換器のうち、空気を加熱する少なくとも１つの熱交換器の二次冷媒配管と、空気を冷却する少なくとも１つの熱交換器の二次冷媒配管が、同一のヒートポンプの凝縮器と蒸発器に流通可能であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項５】
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に記載の空気調和機。
【請求項６】
前記複数の通風路のうち、少なくとも１つの通風路には、流量を調整するためのエアダンパが設けられていることを特徴とする請求項１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大型の空気調和機（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、空気調和機に供給された空気（外気）の温度および湿度を、当該空気調和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】
従来の空気調和方式において説明する。図７は従来の空気調和機の一例を説明する図である。図７に示す空気調和機９００は、ケーシング９０２の上流端に外気口９０２ａを形成し、下流端に給気口９０２ｂを形成している。なお空気調和機９００は、室内からの還気を利用せず、外気のみを調整して導入する構成の例である。
【０００４】
ケーシング９０２の内部には、上流側から順に調整室９０４、送風機室９０６を有している。調整室９０４の内部には、上流側から順に、塵埃を除去するプレフィルタ９１０、さらに微細な塵埃を除去するフィルタ９１２、空気を加熱する加熱バーナ９１４、空気中の化学成分を除去するエアワッシャ９１６、空気を冷却する冷却器９１８、蒸気式の加湿器９２０、再熱用バーナ９２２が備えられている。エアワッシャ９１６の前後には、水滴の飛散を防止するためのエリミネータ（水切り板）が設けられる場合が多い。送風機室９０６には、温湿度を調整した空気を室内空間に送出する送風機９２４（シロッコファン等）が設けられている。
【０００５】
図８は従来の空気調和機における温度および湿度の変化を示す空気線図である。図中、夏場の高温高湿の外気をＡ１、夏場の所定温度および所定湿度である目標点をＳＡ、冬場などの低温低湿の外気をＢ１、冬場の所定温度および所定湿度である目標点をＳＢとする。
【０００６】
夏場の例について説明すると、高温高湿の外気Ａ１を、冷却器９１８によって相対湿度１００％となる点Ａ２を超えて冷却すると、空気中の水蒸気は結露して、絶対湿度が低下する。そして所定の絶対湿度となった時点Ａ３で再熱用バーナ９２２によって空気を加熱することにより、目標点ＳＡに到達する。冬場の例について説明すると、低温低湿の外気Ｂ１を、加熱バーナ９１４によって所定温度となる点Ｂ２まで加熱し、蒸気式の加湿器９２０によって所定湿度まで加湿することにより、目標点ＳＢに到達する。
【０００７】
ここで加湿器は、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、例えばボイラで発生させた蒸気を熱交換器に噴霧している。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。
【０００８】
しかし、蒸気式加湿器はボイラ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を設置し、ボイラ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。
【０００９】
気化式加湿器を備える空気調和機として、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、外気の湿度が低い場合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。
【００１０】
図９は、気化式加湿器を用いた場合の温度および湿度の変化を示す空気線図である。冬場の例について説明すると、低温低湿の外気Ｂ１を、加熱バーナ９１４によってＢ３まで加熱し、気化式の加湿器（不図示）によって所定の絶対湿度となる点Ｂ４まで加湿する。このとき温湿度は図９に示すように等エンタルピ線をたどり、絶対湿度が上昇すると共に空気の温度が低下する。そして再熱用バーナ９２２によって加熱して、所定温度および所定湿度を示す目標点ＳＢに到達する。すなわちはじめに加熱する点Ｂ３は、水の蒸発による温度低下を見込んだ高温にする必要がある。なおＢ４からＳＢまで再熱を行うのは湿度制御性向上のためであり、気化式加湿によって相対湿度を９５％程度まで加湿した後に、加熱して所望の湿度まで低下させている。
【００１１】
また空気を加熱する熱源として、従来は上記の加熱バーナ９１４、再熱用バーナ９２２のようなバーナが用いられていた。しかしバーナは、空気が流通している状態では点火しにくいことから、ガスバルブが絞り状態であっても、火を消さずに低燃焼させていた。このため、省エネルギー化を図る上では限界があった。また、化石燃料を直接燃焼させる方式であるため、燃料費の高騰が直接生産コストに反映されてしまい、生産効率の改善効果が吸収されてしまう問題があった。
【００１２】
さらに、バーナの強弱はガスバルブの開閉によって行うが、外気変動に対して俊敏な応答をさせるために精密な制御を試みると、機器の起動、停止を頻発させてしまう。しかし機器の起動や停止には時間がかかるために、結局は設定温湿度に対して誤差が発生するという問題があった。
【００１３】
そこで近年は、熱源として、ヒートポンプが利用され始めている。特許文献２には、ヒートポンプを熱源に利用した空気調和機が開示されている。ヒートポンプは熱交換サイクルを利用するものであって、水などの二次冷媒を加熱または冷却し、ケーシング内のコイルに流通させて空気と二次冷媒との間で熱交換を行わせる。ヒートポンプでは冷媒を循環させるポンプの動力が必要となるが、空気熱を吸収することによって、ボイラ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平６−３３７１５１号公報
【特許文献２】特開２００２−２６７２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、空気調和機では気化式加湿器を用いることが好ましい。そのため、図９に示したように、高温高湿の夏場は冷却と加熱を、低温低湿の冬場は加熱と加湿、および再熱を行う必要がある。したがって空気調和機には、加熱器、冷却器、加湿器、および再熱器が必要となっている。特に、３種類もの熱交換器を備える必要があるために、空気調和機が必然的に大がかりとなり、その設置面積を縮小することも困難になっていた。
【００１６】
また空気の流量を大きくしようとすると、必然的に熱交換器のコイルも長くなり、これに十分な熱量を供給しようとすれば二次冷媒の流量を増大させたり、二次冷媒の温度を上昇させたりする必要がある。しかしヒートポンプにおいて二次冷媒の流量を増大させたり、温度を高温にしたりすると、冷媒ポンプの圧縮仕事が増大し、ＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）が著しく低下するという問題がある。そのため、効率のいいはずのヒートポンプであるが、その利益を万全には活用できずにいたのが現状である。
【００１７】
そこで本発明は、上記課題を鑑みて、温度及び湿度を精密に制御し、省エネルギー化および設置面積の省スペース化を図ることが可能な空気調和機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】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、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、ケーシング内に設けられた複数の通風路と、通風路の夫々に設けられ空気を加熱または冷却する複数の熱交換器と、通風路の夫々に設けられた複数の加湿器と、熱交換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、熱交換器に供給する二次冷媒を加熱または冷却するヒートポンプと、所定温度に基づいて通風路ごとに熱交換器の熱量および加湿器への給水を調整する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、空気調和機のケーシング内を複数の通風路に分けて、通風路ごとに熱交換器と加湿器を設けることにより、それぞれの通風路に独立した空気調和の機能を持たせることができる。そして通風路ごとに空気処理の度合いを変えて、混合により所定温度および所定湿度の空気を得ることができるため、熱負荷に応じて稼働させる台数を増減させることができる。したがって、必要な分のみのヒートポンプを稼働させればよいため、省エネルギー化を図ることができる。またそれぞれの通風路においては熱交換器が１つ（１種類）でよいため、空気を流通させるための圧力損失を低減させることができ、省エネルギー化を図ることができる。さらに、熱交換器が１つでよいことから空気調和機の全長を短くすることができ、省スペース化を図ることができる。
【００２０】
通風路は、ケーシング内において空気の進行方向に対して直交する面をマトリクス状に仕切られていてもよい。なお、仕切り板は固定的に設定していてもよく、位置調整可能または着脱可能に取り付けられていてもよい。さらには、仕切り板を設けずに、気流によって通風路を構成してもよい。
【００２１】
これにより、ケーシング内において加熱を行う通風路と冷却を行う通風路とを分散させて選択することができる。したがってケーシング内を流通する空気を平均的に加熱、冷却、および加湿を行うことができ、処理後の空気を混合させることにより、温度及び湿度の分布が均質な空気を供給することができる。
【００２２】
複数の熱交換器は、夫々が個別のヒートポンプに接続され、熱交換器の二次冷媒配管はヒートポンプの蒸発器または凝縮器に切り替えて流通可能であってもよい。
【００２３】
すなわち、複数の熱交換器に対して、１対１でヒートポンプを備えていてもよい。これにより個別の温度制御が可能となり、必要分の温度を供給すればよいことから、容易かつ確実に制御することができる。
【００２４】
複数の熱交換器のうち、空気を加熱する少なくとも1つの熱交換器の二次冷媒配管と、空気を冷却する少なくとも1つの熱交換器の二次冷媒配管が、同一のヒートポンプの凝縮器と蒸発器に流通可能であってもよい。
【００２５】
空気調和機においては必要に応じて冷却と加熱の両方を行う場合があるが、一方の熱交換器で吸熱（冷却）した熱を用いて加熱を行うことにより、ヒートポンプの稼働台数を削減することができる。また外気温によらずヒートポンプを動作させることができ、全体としてのＣＯＰを向上させることができる。
【００２６】
加湿器は気化式加湿器であってもよい。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。
【００２７】
また、上記のように複数の通風路の空気を混合して供給する構成としたことにより、冷却除湿した空気と外気とを混合することによって、所定温度および所定湿度の空気を生成することができる。これにより、気化式の加湿器を用いると温度低下を招くにもかかわらず、再熱を行う必要がない。このことからも、熱交換器を１段とすることが可能となっている。
【００２８】
複数の通風路のうち、少なくとも１つの通風路には、流量を調整するためのエアダンパが設けられていてもよい。
【００２９】
上記のようにエアダンパを設けることにより、通風路ごとの空気の流量（流量比）を調節することができる。これにより、台数制御に伴うヒートポンプの起動・停止を行ったり、加湿器に供給する水の量を調節したりするよりも、応答が早く、かつ、精密な微調整を行うことができる。なおエアダンパは、熱交換器よりも上流側にあってもよく、下流側にあってもよい。
【００３０】
熱交換器ごとに、二次冷媒の流量を調節するバルブを備えていてもよい。これにより空気に与える熱量を制御することができる。なお、流量の調整は、二次冷媒のポンプをインバータ制御することによって行ってもよい。
【００３１】
また、制御部は、熱交換器ごとに二次冷媒の流量は一定のまま、二次冷媒の温度を調節するようにヒートポンプの出力を制御してもよい。これにより、ヒートポンプは、制御部の制御に従い、目標とする所定温度が高い場合には高温の二次冷媒を、所定温度が低い場合には低温の二次冷媒を生成する。したがって、所定温度が低い場合には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。
【００３２】
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。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、温度及び湿度を精密に制御し、かつ省エネルギー化および設置面積の省スペース化を図ることが可能な空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】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２】熱交換器とヒートポンプの接続を説明する図である。
【図３】第１実施形態に係る空気調和機における温度および湿度の変化を示す空気線図である。
【図４】第３実施形態に係る空気調和機を説明する図である。
【図５】第４実施形態に係る空気調和機を説明する図である。
【図６】第５実施形態に係る空気調和機を説明する図である。
【図７】従来の空気調和機の一例を説明する図である。
【図８】従来の空気調和機における温度および湿度の変化を示す空気線図である。
【図９】従来の気化式加湿器を用いた場合の温度および湿度の変化を示す空気線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
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。
【００３６】
なお、本実施形態において調整の目標とする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。
【００３７】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態にかかる空気調和機１００の構成を示す図、図２は熱交換器とヒートポンプの接続を説明する図である。なお図１中、太い白抜き矢印は空気の流れを、黒破線は制御部１２０の接続関係を示す。
【００３８】
図１（ａ）に示す空気調和機１００のケーシング１０２は、上流端に外気口１０２ａを形成し、下流端に給気口１０２ｂを形成している。外気口１０２ａには、目の粗いプレフィルタ１０４が備えられている。そしてケーシング１０２の内部には、仕切り板１０６によって仕切られた複数の通風路１０８が形成されている。なお、仕切り板１０６は板状の部材を固定的に設定していてもよく、位置調整可能または着脱可能に取り付けられていてもよい。さらには、仕切り板１０６を設けずに、気流によって通風路１０８を構成してもよい。この場合において、気流を層流となる条件とし（ケーシング１０２の直径と空気の粘性と平均流速の関係が臨界レイノルズ数の上臨界速度以下となること）、かつ通風路間に圧損差が極めて少ないという条件を満たす設計とすることにより、空気はケーシング１０２内を平行に流れるため、気流による通風路を形成することができる。
【００３９】
複数の通風路１０８の夫々には、目の細かいフィルタ１１０と、空気を加熱または冷却する熱交換器１１２と、気化式の加湿器１１４とが備えられている。なお気化式の加湿器１１４は、熱交換器１１２を用いて冷却を行う場合に、熱交換器１１２で結露して飛散した水滴を除去するためのエリミネータ（水切り板）としても機能する。
【００４０】
また一部の通風路１０８には、風量を調節するためのエアダンパ１１６が備えられている。図１（ａ）では全ての通風路１０８にエアダンパ１１６を設けて示しているが、１つまたは一部の通風路１０８に設けることでよい。また、エアダンパ１１６を熱交換器１１２より上流側（例えば通風路１０８の最上流位置）に配置して図示しているが、熱交換器１１２より下流側（例えば通風路１０８の最下流位置）に配置してもよい。
【００４１】
空気調和機１００の後段には、熱交換器１１２および加湿器１１４を通過した空気を室内空間１０に送出する送風機１１８が備えられている。
【００４２】
制御部１２０には、外気口１０２ａの近傍に配置された入気温湿度センサ１２２と、室内空間１０の中に配置された室内温湿度センサ１２４が接続されている。また制御部１２０には、後述するヒートポンプ１３０、二次冷媒の流量調整バルブ１４４、加湿器１１４への給水バルブ（不図示）、エアダンパ１１６の駆動機構などが接続されており、装置全体の動作を制御する。制御部１２０は入気温湿度センサ１２２、室内温湿度センサ１２４が検知した温度と湿度、および目標として設定された所定温度および所定湿度に基づいて、各部の動作を制御する。
【００４３】
また図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図に示すように、通風路１０８は、ケーシング１０２内において、空気の進行方向に対して直交する面を仕切り板１０６によってマトリクス状に仕切られて構成されている（Ａ−Ａ断面図を参照）。換言すれば、ケーシング１０２内は複数の通風路１０８が束ねられた状態となっている。
【００４４】
図２に示すように、各通風路１０８に備えられた熱交換器１１２は、夫々が個別のヒートポンプ１３０に接続されている。ヒートポンプ１３０は供給する二次冷媒を加熱または冷却する。ヒートポンプ１３０は圧縮機１３２と、凝縮器１３４（加熱器）、膨張弁１３６、蒸発器１３８（冷却器）を備え、また凝縮器１３４および蒸発器１３８には送気ファンを備えている。熱交換器１１２とヒートポンプ１３０との間は二次冷媒の例としての水がポンプ１４０によって循環しており、三方弁１４２ａ、１４２ｂによって凝縮器１３４を通る加熱ラインと蒸発器１３８を通る冷却ラインを切り替え可能に構成されている。二次冷媒のラインには、熱交換器の熱量を調節するための流量調整バルブ１４４が設けられている。流量調整バルブ１４４によって二次冷媒の流量を調整することにより、空気に与える熱量を制御することができる。
【００４５】
すなわち、熱交換器１１２は制御部１２０が三方弁１４２ａ、１４２ｂを制御して二次冷媒の通るラインを切り換えることにより、加熱器および冷却器のいずれとしても機能する。なお二次冷媒が凝縮器１３４を通るとき、制御部１２０は、蒸発器１３８においては送気ファンを稼働させて空気熱を吸収する。二次冷媒が蒸発器１３８を通るとき、制御部１２０は、凝縮器１３４においては送気ファンを稼働させてサイクルの冷媒を空冷する。なお、このように二次冷媒（ブライン）を温度管理させながら循環させる装置は、一般にブラインチラーと称されている。
【００４６】
なお図２の構成では、熱交換器１１２に備えられたコイルは加熱にも冷却にも用いられる冷温水コイルである。しかし本発明は上記の例に限らず、冷水コイルと温水コイルを別に設けて、いずれか一方をヒートポンプ１３０の加熱ラインまたは冷却ラインと固定的に接続するように構成してもよい。さらには、図示はしないが、別体の加熱用熱交換器と冷却用熱交換器を各通風路１０８に設けてもよい。
【００４７】
上記構成によれば、空気調和機１００のケーシング１０２内を複数の通風路１０８に分けて、通風路１０８ごとに熱交換器１１２と加湿器１１４を設けることにより、それぞれの通風路１０８に独立した空気調和の機能を持たせることができる。したがって、ケーシング１０２内において加熱を行う通風路１０８と、冷却を行う通風路１０８とを、分散させて選択することができる。
【００４８】
図３は第１実施形態に係る空気調和機における温度および湿度の変化を示す空気線図である。図中、夏場の高温高湿の外気をＡ１、夏場の所定温度および所定湿度である目標点をＳＡ、冬場などの低温低湿の外気をＢ１、冬場の所定温度および所定湿度である目標点をＳＢとする。
【００４９】
夏場の例について説明すると、マトリクス状に配置した複数の通風路１０８のうち、一群の通風路１０８の熱交換器１１２を冷却器とし、相対湿度１００％となる点Ａ２を超えて冷却すると、空気中の水蒸気は結露して、絶対湿度が低下する。さらに点Ａ３まで冷却することにより、空気の絶対湿度を低下させる。他の一群の通風路１０８では熱交換器１１２を停止（ヒートポンプ１３０を停止）して、そのまま通風させる。そして点Ａ３にある処理後の空気と、点Ａ１にある未処理の空気とを混合させることにより、所定温度および所定湿度の空気ＳＡを生成することができる。点Ａ３の温度、湿度、および風量（冷却すると選択する通風路の割合）は、点Ａ１の空気と混合したときに点ＳＡとなる比率で逆算する。
【００５０】
上記のように複数の通風路１０８の空気を混合して供給する構成としたことにより、冷却除湿した空気と外気とを混合することによって、所定温度および所定湿度の空気を生成することができる。これにより、除湿のために冷却しているにもかかわらず、再熱を行う必要がない。このことから、熱交換器１１２を１段とすることが可能となっている。
【００５１】
また、マトリクス状に配置した複数の通風路１０８のうち、冷却をおこなうものと加熱を行うものを適切に選択することにより、ケーシング１０２内を流通する空気を平均的に加熱、冷却、および加湿を行うことができ、温度及び湿度の分布が均質な空気を供給することができる。どのように分散させるかは任意であるが、例えば３行３列のマトリクスである場合、中段の３つを冷却とし、上段および下段の６つを加熱とすることができる。もっとも、マトリクスの分割数は空気調和機１００の規模によって自由に選択することができ、２行２列以上であればよい。また冷却の数と加熱の数は一例に過ぎず、外気と目標温湿度に応じて適宜設定することができる。
【００５２】
冬場の例について説明すると、低温低湿の外気Ｂ１を、熱交換器１１２に温水を供給して加熱器とし、点Ｂ２まで加熱する。そして、気化式の加湿器１１４によって所定湿度となる目標点ＳＢまで加湿する。
【００５３】
上記の冬場の例では全ての熱交換器１１２を加熱器としているが、複数の通風路１０８が個別に稼働させることが可能であることから、加熱しか行わない場合であっても、熱負荷に応じて稼働させる熱交換器１１２の台数を増減することができるため、省エネルギー化を図ることができる。特に、熱交換器１１２に対して１対１でヒートポンプ１３０を備えることにより、流量調整バルブ１４４によって二次冷媒の流量を調整するのみでなく、必要な分のみのヒートポンプ１３０を稼働させればよいため、さらなる省エネルギー化を図ることができる。
【００５４】
上記説明した如く、本実施形態に係る空気調和機１００の構成によれば、複数の通風路１０８で処理した空気を混合させる構成としているため、温度及び湿度を精密に制御することができる。さらに縦横のマトリクス状に分割していることから、処理を行う通風路１０８を適切に分散させて選択することができ、温度及び湿度の分布が均質な空気を供給することができる。
【００５５】
またそれぞれの通風路１０８においては熱交換器１１２が１つ（１種類）でよいため、空気を流通させるための圧力損失を低減させることができ、送風機１１８の動力の省エネルギー化を図ることができる。さらに、熱交換器１１２が１つでよいことから空気調和機１００の全長を短くすることができ、省スペース化を図ることができる。また再熱のための熱交換器１１２が不要となるため、空気調和機１００の構成および制御が簡略になる利点を有している。
【００５６】
なお、上記実施形態においては通風路１０８を３行３列のマトリクス状に分割し、これに応じて９組の熱交換器１１２と加湿器１１４を備えるように例示している（図１参照）。しかし本発明は上記の数に限定されるものではなく、必要とする空気の流量に応じて通風路１０８の数（すなわち熱交換器１１２と加湿器１１４の個数）を設定することができ、例えば３行４列や４行４列とすることができる。
【００５７】
また加湿器１１４は、上述したように気化式加湿器である。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、気化式加湿器は、火気を用いないため火災のおそれが生じず、且つ水に繁殖した雑菌を室内空間に放出するおそれがない。このため、気化式の加湿器１１４を備える空気調和機１００は、工場等の有機溶剤を用いる施設や、クリーンルーム等の衛生基準が厳しい施設にも設置することができ、設置可能な施設の適用範囲を広げることができる。
【００５８】
また通風路１０８の一部にエアダンパ１１６を設けることにより、通風路ごとの空気の流量（流量比）を調節することができる。上記のように、空気調和機１００においては熱交換器１１２の台数制御、熱交換器１１２に流通させる二次冷媒の流量調整によって空気の温度（加熱冷却の程度）を調節することができるが、さらにエアダンパ１１６の開度を調節することによって、温度および湿度をさらに微調整することができる。これにより、台数制御に伴うヒートポンプ１３０の起動・停止を行ったり、加湿器１１４に供給する水の量を調節したりするよりも、応答が早く、かつ、精密な調整を行うことができる。
【００５９】
なおエアダンパ１１６は、熱交換器１１２よりも上流側に設けてもよいが、熱交換器１１２および加湿器１１４よりも下流側に設けてもよい。いずれの場合においても、加湿器の飽和効率を精密に制御することができ、さらに温湿度の微調整を可能とすることができる。上流側に配置した場合には、加湿器１１４から飛散する水が付着する可能性がないため、腐食の可能性を低減することができる。下流側に配置した場合には、加湿器１１４による圧損の調整を含めた、より柔軟な風量調整を行うことができる。
【００６０】
（第２実施形態）
本発明に係る空気調和機の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
上記第１実施形態においては、二次冷媒のラインに流量調整バルブ１４４を備え、熱交換器１１２において空気に与える熱量を制御するよう説明した。しかし、制御部１２０は、熱交換器１１２ごとに二次冷媒の流量は一定のまま、二次冷媒の温度を調節するようにヒートポンプ１３０の出力温度を制御してもよい。これにより、ヒートポンプ１３０は、制御部１２０の制御に従い、目標とする所定温度が高い場合には高温の二次冷媒を、所定温度が低い場合には低温の二次冷媒を生成する。したがって、所定温度が低い場合には圧縮機１３２の圧力を低下させることができ、ヒートポンプ１３０のＣＯＰの向上、および消費電力の削減が可能となる。
【００６２】
また、従来のように１つのヒートポンプ１３０において高温の温水を生成し、流量制御のみを行っていた場合には、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１３０を備える場合、例えば９つのヒートポンプ１３０を備え、一群のヒートポンプ１３０で高温の温水を生成し、他の一群のヒートポンプ１３０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１３０のＣＯＰは従来のヒートポンプ１３０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１３０は、圧縮機１３２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１３０のＣＯＰの合計ＣＯＰ（平均値）は、１つのヒートポンプ１３０を用いた場合よりも向上するため、ヒートポンプ１３０全体としてのＣＯＰを向上させることが可能となる。
【００６３】
（第３実施形態）
本発明に係る空気調和機の第３実施形態について説明する。図４は第３実施形態に係る空気調和機を説明する図であって、上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６４】
上記第１実施形態においては、熱交換器１１２とヒートポンプ１３０とは１対１で接続していると説明した。しかし、複数の熱交換器１１２のうち、空気を加熱する少なくとも1つの熱交換器１１２の二次冷媒配管と、空気を冷却する少なくとも1つの熱交換器１１２の二次冷媒配管が、同一のヒートポンプ１３０の凝縮器１３４と蒸発器１３８に流通可能であってもよい。
【００６５】
図４の例では、熱交換器１１２ａが加熱を行う熱交換器、熱交換器１１２ｂが冷却を行う熱交換器であるとする。このような場合においては同一のヒートポンプ１３０の凝縮器１３４と蒸発器１３８にそれぞれの二次冷媒配管を接続してもよい。なお、図４においては説明の簡便のために、二次冷媒配管の分岐を記載していないが、実際には１つの熱交換器１１２から凝縮器１３４および蒸発器１３８のいずれにも二次冷媒を流通可能とし（図２参照）、かつ熱交換器１１２ａ、１１２ｂからそれぞれ別個のヒートポンプにも二次冷媒を流通可能とすることが好ましい。
【００６６】
空気調和機においては必要に応じて冷却と加熱の両方を行う場合があるが、一方の熱交換器１１２で吸熱（冷却）した熱を用いて加熱を行うことにより、ヒートポンプ１３０の稼働台数を削減することができる。また外気温によらずヒートポンプ１３０を動作させることができ、全体としてのＣＯＰを向上させることができる。
【００６７】
（第４実施形態）
本発明に係る空気調和機の第４実施形態について説明する。図５は第４実施形態に係る空気調和機を説明する図であって、上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
上記第１実施形態においては、熱交換器１１２とヒートポンプ１３０とは１対１で接続していると説明した。しかし、１つの熱交換器１１２に対して、ヒートポンプ１３０とボイラ１９０の両方を接続した、いわゆる熱源ハイブリッド方式としてもよい。これにより、通常はＣＯＰの高いヒートポンプ１３０を用いて温度制御しながら温水を供給し、高負荷の場合にはボイラ１９０を用いてさらに温水の温度を上昇させることができる。したがって熱容量の小さなヒートポンプ１３０を用いることができ、設備のコストの低減を図ることができる。
【００６９】
（第５実施形態）
本発明にかかる空気調和機の第５実施形態について説明する。図６は第５実施形態に係る空気調和機を説明する図であって、上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７０】
上記第１実施形態においては、一つの通風路１０８に一組の熱交換器１１２と加湿器１１４を備えるように説明した。しかし、図６（ａ）に示すように、一つの通風路１０８に対して複数組の熱交換器１１２と加湿器１１４を備えるよう構成してもよい。これにより図６（ｂ）に示す空気線図のように、加熱と加湿を多段にすることができ、夫々の熱交換器１１２において空気を加熱する温度を低下させることができる（温度Ｂ２まで加熱していたところを、Ｂ２ａまたはＢ２ｂまで加熱すれば足りるようになる）。したがって熱交換器１１２に供給する温水温度を低下させることができるため、ヒートポンプ１３０のＣＯＰ（動作係数）を向上させ、より省エネルギーとすることができる。
【００７１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
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。
【符号の説明】
【００７３】
１０…室内空間、１００…空気調和機、１０２…ケーシング、１０２ａ…外気口、１０２ｂ…給気口、１０４…プレフィルタ、１０６…仕切り板、１０８…通風路、１１０…フィルタ、１１２…熱交換器、１１４…加湿器、１１６…エアダンパ、１１８…送風機、１２０…制御部、１２２…入気温湿度センサ、１２４…室内温湿度センサ、１３０…ヒートポンプ、１３２…圧縮機、１３４…凝縮器、１３６…膨張弁、１３８…蒸発器、１４０…ポンプ、１４２ａ…三方弁、１４２ｂ…三方弁、１４４…流量調整バルブ、９００…空気調和機、９０２…ケーシング、９０２ａ…外気口、９０２ｂ…給気口、９０４…調整室、９０６…送風機室、９１０…プレフィルタ、９１２…フィルタ、９１４…加熱バーナ、９１６…エアワッシャ、９１８…冷却器、９２０…加湿器、９２２…再熱用バーナ、９２４…送風機
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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