(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１００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１２０と、温水を熱源として用いて空気を加熱する加熱コイル１１０と、空気を加湿する加湿器１１２と、加熱コイルにおいて加熱され且つ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１４０と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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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加熱コイルと、
前記空気を加湿する加湿器と、
前記加熱コイルにおいて加熱され且つ前記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、を備えることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
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３】
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に記載の空気調和機。
【請求項４】
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の制御方法であって、
前記所定温度に基づいて、生成する温水の温度を決定し、
外気との熱交換により冷媒が得た熱を用いて、前記決定された温度の温水を生成し、
前記生成された温水を熱源として用いて空気を加熱することを特徴とする空気調和機の制御方法。
【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およびその制御方法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コイルが設けられている。加熱コイル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、加熱コイル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、空調機では加熱コイル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コイルに送る温水の量、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、加熱コイル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。
【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加熱コイルと、空気を加湿する加湿器と、加熱コイルにおいて加熱され且つ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】
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。
【００１７】
上記の加湿器は、気化式加湿器であるとよい。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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制御方法の代表的な構成は、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の制御方法であって、所定温度に基づいて、生成する温水の温度を決定し、外気との熱交換により冷媒が得た熱を用いて、決定された温度の温水を生成し、生成された温水を熱源として用いて空気を加熱することを特徴とする。
【００２２】
上述した空気調和機の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、空気調和機の制御方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００２３】
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】
【００２４】
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。
【００２５】
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、空気調和機の構成およびその制御方法を詳述する。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
図２は、本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。
【００３０】
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、冷却コイル１０８と、加熱コイル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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
冷却コイル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。
【００３５】
加熱コイル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。そして、加熱コイル１１０を通過した温水は、ヒートポンプ１２０に戻る。なお、当該加熱コイル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。
【００３６】
加湿器１１２は、空気を加湿する。詳細には、加湿器１１２に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。
【００３７】
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。
【００３８】
送風機１１４は、冷却コイル１０８において冷却または加熱コイル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。
【００３９】
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とを含んで構成される。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、当該放熱器１２６に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。そして、生成した温水は、温水配管を通じて加熱コイル１１０に供給される。
【００４４】
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。
【００４５】
ポンプ１３０は、水（または温水）を放熱器１２６から加熱コイル１１０へと循環させる。
【００４６】
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、加熱コイル１１０において空気を加熱することが可能となる。
【００４７】
また、加熱コイル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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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コイル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。
【００５２】
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ほぼ等しくなった時点で冷却を終了する。その結果、冷却コイル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。
【００５３】
次に、冷却後の空気を加熱コイル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。
【００５４】
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コイル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。
【００５５】
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、加熱コイル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。
【００５６】
加熱コイル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。
【００５７】
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。
【００５８】
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コイル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）。
【００５９】
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ほぼ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。
【００６０】
次に、冷却後の空気を加熱コイル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。
【００６１】
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コイル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。
【００６２】
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、加熱コイル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。
【００６３】
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。
【００６４】
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Ｓ２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、加熱コイル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、加熱コイル１１０に供給していた。
【００６５】
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、かかる温水の加熱コイル１１０への供給量を低下させる（制御する）ことにより、加熱コイル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。
【００６６】
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、加熱コイル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コイル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。
【００６７】
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。
【００６８】
図５は、空気調和機１００の制御方法の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、まず、空調機１００の所定温度および所定湿度を設定する（Ｓ２００）。そして、空調機１００に空気（外気または外気および室内空間からの回収空気）が供給されたら、センサ１０２はかかる空気の温度および湿度を検出する（Ｓ２０２）。
【００６９】
次に、制御部１４０は、設定（Ｓ２００）された所定温度、および検知（Ｓ２０２）された空気の温度に基づき、ヒートポンプ１２０が生成する温水の温度（出湯温度）を決定する（Ｓ２０４）。例えば、所定温度が低い場合や、所定温度と空気の温度の差が大きい場合には出湯温度を高温に、所定温度が高い場合や、所定温度と空気の温度の差が小さい場合には出湯温度を低温に設定（決定）することが可能である。
【００７０】
そして、制御部１４０は、センサ１０２の検知した空気の温度および湿度が、設定された所定温度および所定湿度と一致するかを判定する（Ｓ２０６）。センサ１０２の検知した空気の温度および湿度が、設定された所定温度および所定湿度と一致した場合（Ｓ２０６のＹＥＳ）、空気の温度および湿度の調節は行わない。
【００７１】
センサ１０２の検知した空気の温度および湿度が、設定された所定温度および所定湿度と一致しない場合（Ｓ２０６のＮＯ）、ヒートポンプ１２０は、制御部１４０が決定した温度の温水を生成する（Ｓ２０８）。温水の生成（Ｓ２０８）と並行して、制御部１４０は、設定された所定温度および所定湿度を用いて、所定温度および所定湿度の空気の絶対湿度として所定絶対湿度を算出し、またセンサ１０２が検知した空気の温度および湿度を用いて、供給された空気の絶対湿度を算出する（Ｓ２１０）。次に、制御部１４０は、算出した空気の絶対湿度が所定絶対湿度を上回っているかを判定する（Ｓ２１２）。
【００７２】
空気の所定湿度が所定絶対湿度を上回っていた場合（Ｓ２１２のＹＥＳ）、冷却コイル１０８において、空調機１００に供給された空気を、かかる空気の絶対湿度が所定絶対湿度と等しくなるまで冷却する（Ｓ２１４）。冷却が終了したら、ヒートポンプ１２０から供給される温水を熱源として用いて、冷却後の空気を、かかる空気の温度が所定温度と等しくなるまで再熱する（Ｓ２１６）。そして、送風機１１４は、かかる空気を室内空間へ送出する（Ｓ２１８）。
【００７３】
空気の所定湿度が所定絶対湿度を上回っていなかった場合（Ｓ２１２のＮＯ）、空気の所定湿度は所定絶対湿度を下回っているため、加熱コイル１１０において、供給された空気の温度が、かかる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ことが可能となる温度である加熱温度に達するまで、空気を加熱する（Ｓ２２０）。そして、加熱後の空気を加湿器１１２に通過させ、空気の加湿を行う（Ｓ２２２）。
【００７４】
上記説明したごとく、本実施形態にかかる空調機１００および空調機１００の制御方法によれば、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。
【００７５】
例えば本実施形態にかかる空調機１００および空調機１００の制御方法を適用し、従来加熱コイル１１０に供給していた温水の温度を４５℃から３５℃に制御することにより、ヒートポンプ１２０のＣＯＰを３．５から４．５に向上することができる。また、圧縮機１２４への入力電力、すなわち圧縮機１２４の消費電力も、２４５ｋＷから１９１ｋＷに削減することが可能となる。
【００７６】
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。
【００７７】
なお本実施形態においては、制御部１４０は所定温度に基づいてヒートポンプ１２０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、所定湿度に基づいて、または所定温度および所定湿度に基づいてヒートポンプ１２０の出湯温度を制御してもよい。
【００７８】
また本実施形態では、加熱コイル１１０に供給する温水の温度（ヒートポンプの出湯温度）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、加熱コイル１１０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】
【００７９】
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および空気調和機の制御方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【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】本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】空気調和機の制御方法の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１００  …空調機
１０２  …センサ
１０４  …プレフィルタ
１０６  …中性能フィルタ
１０８  …冷却コイル
１１０  …加熱コイル
１１２  …加湿器
１１４  …送風機
１２０  …ヒートポンプ
１２２  …蒸発器
１２４  …圧縮機
１２６  …放熱器
１２８  …膨張手段
１３０  …ポンプ
１４０  …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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