(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器が設置された室内の湿度を調整可能な空調装置において、
室内に供給する空気を冷却する冷却装置であって、冷凍能力を発揮する冷却器、及び当該冷却器に空気を送風する送風機を有する冷却装置と、
温度センサからの信号が入力され、当該信号を利用して室内空気の温度を検出する温度検出部と、
湿度センサからの信号が入力され、当該信号を利用して室内空気の相対湿度を検出する湿度検出部と、
少なくとも前記冷却装置の作動を制御する制御部であって、温度制御モード及び湿度制御モードのうち少なくとも一方の制御モードを実行可能な制御部とを備え、
前記温度制御モードは、前記温度検出部により検出された室内温度が予め設定された温度範囲以内となるように前記冷却装置を制御する制御モードであり、
前記湿度制御モードは、室内空気の相対湿度が予め設定された下限側湿度未満のときにに実行される制御モードであって、前記冷却装置により室内側に供給される空気の温度を低下させて相対湿度を上昇させる制御モードであり、
前記制御部は、前記温度制御モードでは、室内空気の温度が予め設定された上限側温度を越えない範囲で前記冷却装置の作動を制御し、
前記制御部は、前記湿度制御モードでは、前記冷却装置により室内側に供給される空気の温度を低下させて室内空気の相対湿度が予め設定された下限側湿度以上となるように前記冷却装置の作動を制御し、
前記制御部は、前記湿度制御モード時においても、室内空気の温度が予め設定された下限側温度以上となるように前記冷却装置の作動を制御し、
前記制御部は、少なくとも前記湿度制御モード時においては、前記冷却器の温度を露点より高い温度に維持した状態で、室内側に供給される空気を冷却し、
前記制御部は、前記湿度制御モードへの移行時には、前記温度制御モード時の顕熱比より大きな顕熱比となるように、移行前に比べて前記送風機の送風量を増大させ、
前記制御部は、室内空気の温度が予め設定された上限側温度以下の場合には、室内に供給する空気の冷却を停止し、
さらに、前記制御部は、室内空気の温度が予め設定された上限側温度以下の場合であっても、室内空気の相対湿度が予め設定された下限側湿度未満となったときには、前記湿度制御モードを実行する
ことを特徴とする空調装置。
【請求項２】
前記冷却器は蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器であり、前記制御部は、圧縮機の回転数を制御することにより前記冷却器の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
【請求項３】
前記電気機器は、情報通信技術用の電気機器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器が設置された室内の湿度を調整可能な空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
室内の相対湿度が低いと、静電気による障害が電気機器に発生する可能性が高くなる。このため、室内の相対湿度が低いときに、加湿器を用いて室内の相対湿度を維持する空調装置が実用化されている。
【０００３】
また、特許文献１には、蒸発器への送風量を大きくして冷媒の蒸発温度、つまり室内に吹き出す空気の温度を高く維持することにより、室内空気が除湿されないようにする発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３３２７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、加湿器による加湿量を小さくすること、又は加湿器を廃止することが可能な空調装置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】
【０００６】
本願の第１発明は、電気機器が設置された室内の湿度を調整可能な空調装置において、室内に供給される空気を冷却する冷却装置（３）と、温度センサ（Ｓ１）からの信号が入力され、当該信号を利用して室内空気の温度を検出する温度検出部（５）と、湿度センサ（Ｓ２）からの信号が入力され、当該信号を利用して室内空気の相対湿度を検出する湿度検出部（５）と、少なくとも冷却装置（３）の作動を制御する制御部（５）であって、室内空気の相対湿度が予め設定された下限側湿度（ＬＲＨ）未満のときに、冷却装置（３）により室内側に供給される空気の温度を低下させて相対湿度を上昇させる湿度制御モードを実行可能な制御部（５）とを備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、加湿器による加湿量を小さくすること、又は加湿器を廃止することが可能な空調装置を得ることができる。
本願の第２発明は、電気機器が設置された室内の湿度を調整可能な空調装置において、室内に供給する空気を冷却する冷却装置（３）と、温度センサ（Ｓ１）からの信号が入力され、当該信号を利用して室内空気の温度を検出する温度検出部（５）と、湿度センサ（Ｓ２）からの信号が入力され、当該信号を利用して室内空気の相対湿度を検出する湿度検出部（５）と、少なくとも冷却装置（３）の作動を制御する制御部（５）であって、温度制御モード及び湿度制御モードのうち少なくとも一方の制御モードを実行可能な制御部（５）とを備え、温度制御モードでは、室内空気の温度が予め設定された上限側温度（ＨＴ）を越えない範囲で冷却装置（３）の作動が制御され、さらに、湿度制御モードでは、室内空気の相対湿度が予め設定された下限側湿度（ＬＲＨ）以上となるように冷却装置（３）の作動が制御されることを特徴とする。
【０００８】
これにより、湿度制御モードでは、冷却装置（３）により室内側に供給される空気の温度を低下させて相対湿度を上昇させるので、加湿器による加湿量を小さくすること、又は加湿器を廃止することが可能な空調装置を得ることができる。
【０００９】
因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空調装置１の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る湿度制御モードを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。
【００１２】
本実施形態は、サーバ室の冷房を行う空調装置用の蒸気圧縮式冷凍サイクルに本発明を適用したものである。サーバ室には、ＩＣＴ機器や非常用電源装置（バッテリー）等の電気機器が設置されている。
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「２つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。
【００１４】
（第１実施形態）
１．空調装置の構成
本実施形態に係る空調装置１は、図１に示すように、冷却装置３及び制御装置５等を有して構成されている。冷却装置３は、電気機器が設置された室内に供給される空気を冷却する。制御装置５は冷却装置３の作動を制御する。
【００１５】
本実施形態に係る冷却装置３は、蒸気圧縮機式冷凍機により構成されている。すなわち、当該冷却装置（蒸気圧縮機式冷凍機）３は、高圧熱交換器３Ａ、減圧器３Ｂ、低圧熱交換器３Ｃ、圧縮機３Ｄ及び気液分離器３Ｅ等を備えている。
【００１６】
高圧熱交換器３Ａは、圧縮機３Ｄから吐出された高圧の冷媒（以下、吐出冷媒ともいう。）を冷却する。つまり、高圧熱交換器３Ａは、室外空気と吐出冷媒とを熱交換して、吐出冷媒を冷却する。なお、本実施形態では、吐出冷媒の圧力は、冷媒の臨界圧力より小さい。このため、気相状態の吐出冷媒は、高圧熱交換器３Ａにて冷却されて凝縮（液化）する。
【００１７】
減圧器３Ｂは、高圧熱交換器３Ａから流出した高圧冷媒を減圧・膨張させる。低圧熱交換器３Ｃは、減圧器３Ｂにて減圧された低圧の液相冷媒を蒸発させる冷却器である。つまり、低圧熱交換器３Ｃでは、低圧の液相冷媒が室内に供給される空気から吸熱して蒸発（気化）することにより、当該空気を冷却する。
【００１８】
圧縮機３Ｄは、低圧熱交換器３Ｃ側から流出した冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮された冷媒を高圧熱交換器３Ａ側に吐出する。気液分離器３Ｅは、低圧熱交換器３Ｃから流出する冷媒から気相冷媒を分離抽出して気相冷媒を圧縮機３Ｄの吸入側に供給する。
【００１９】
第１送風機３Ｆは、高圧熱交換器３Ａに冷却用空気（室外空気）を送風する。第２送風機３Ｇは、低圧熱交換器３Ｃに室内に供給する空気を送風する。そして、制御装置５は、圧縮機３Ｄ、減圧器３Ｂ、第１送風機３Ｆ及び第２送風機３Ｇ等の作動を制御する。
【００２０】
低圧熱交換器３Ｃより室内側には加熱装置４が設けられている。加熱装置４は、室内に供給される空気を加熱する。なお、本実施形態に係る加熱装置４は、シーズヒータ等の電気ヒータである。
【００２１】
２．空調装置の制御
２．１  制御装置
制御装置５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータにて構成されている。圧縮機３Ｄ等の制御を実行するためのプログラム（ソフトウェア）は、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。
【００２２】
制御装置５には、室温センサＳ１、湿度センサＳ２、低圧温度センサＳ３及び蒸発温度センサＳ４等からの検出信号が入力されている。室温センサＳ１は、室内空気の温度を示す信号を出力する。湿度センサＳ２は、室内空気の相対湿度を示す信号を出力する。
【００２３】
制御装置５には、室温センサＳ１からの信号を利用して室内空気の温度を検出する温度検出部、及び湿度センサＳ２からの信号を利用して室内空気の相対湿度を検出する湿度検出部が設けられている。
【００２４】
なお、本実施形態では、温度検出部及び湿度検出部はソフトウェアにて構成されている。室温センサＳ１及び湿度センサＳ２は、空調対象空間（サーバ室）に予め設置されているセンサ、及び当該空調装置１のために設置したセンサのうちいずれであってもよい。つまり、室温センサＳ１及び湿度センサＳ２の設置箇所は不問である。
【００２５】
低圧温度センサＳ３は、低圧熱交換器３Ｃの冷媒出口側の冷媒温度を検出する。蒸発温度センサＳ４は、低圧熱交換器３Ｃの温度、つまり低圧熱交換器３Ｃでの冷媒蒸発温度を検出する。
【００２６】
低圧温度センサＳ３及び蒸発温度センサＳ４は、低圧熱交換器３Ｃの冷媒出口側の冷媒加熱度、つまり低圧熱交換器３Ｃでの冷却負荷（熱負荷）を検出するためのセンサである。したがって、蒸発温度センサＳ４に代えて、低圧熱交換器３Ｃでの蒸発圧力を検出してもよい。
【００２７】
２．２  減圧器について
減圧器３Ｂは、可変絞り装置（図示せず。）にて構成されている。可変絞り装置は、絞り開度を変更調節する電気式のアクチュエータ（図示せず。）を有する。制御装置５は、上記アクチュエータの作動を制御して減圧器３Ｂの絞り開度を変更する。具体的には、制御装置５は、低圧熱交換器３Ｃの冷媒出口側の冷媒加熱度が、０以上の値であって予め設定された所定の値となるように減圧器３Ｂの絞り開度を制御する。
【００２８】
２．３  圧縮機等の制御
制御装置５は、少なくとも「温度制御モード」及び「湿度制御モード」のうちいずれか一方の制御モードにて圧縮機３Ｄ等を制御可能である。
【００２９】
＜温度制御モード＞
制御装置５は、低圧熱交換器３Ｃにて必要な冷凍能力（冷房能力）が発生するように、圧縮機３Ｄの回転数等を制御する。具体的には、制御装置５は、室内温度（室温センサＳ１の検出温度）が予め設定された温度範囲以内となるように、圧縮機３Ｄ等の作動を制御する。因みに、本実施形態では、上記温度範囲の上限側温度ＨＴは３０℃であり、上記温度範囲の下限側温度ＬＴは１０℃である。
【００３０】
なお、「室内空気の温度が上限側温度ＨＴを越えない範囲にする」とは、室内空気の温度が上限側温度ＨＴを大きく越えないという意味である。「室内空気の温度が下限側温度ＬＴ以上にする」とは、室内空気の温度が下限側温度ＬＴを大きく下回らないと言う意味である。「大きく」とは、上限側温度ＨＴ又は下限側温度ＬＴに対して、例えば５℃以上の温度差が発生することをいう。
【００３１】
温度制御モードにおいて室内温度を低下させる際には、制御装置５は、圧縮機３Ｄの回転数を増大させて低圧熱交換器３Ｃで発生する冷凍能力を増大させる。このとき、制御装置５は、少なくとも低圧熱交換器３Ｃの表面温度が露点より高くなるまで第２送風機３Ｇの送風量を増大させる。
【００３２】
つまり、圧縮機３Ｄの回転数が増大すると、蒸発温度が低下して低圧熱交換器３Ｃの表面温度が露点以下となる可能性がある。表面温度が露点以下となると、低圧熱交換器３Ｃで発生する冷凍能力の多くが、空気中の蒸気を凝縮させるために消費される。このため、室内温度を低下させるに必要な消費電力が大きくなる。
【００３３】
そこで、制御装置５は、圧縮機３Ｄの回転数を増大させた場合には、第２送風機３Ｇの送風量、つまり低圧熱交換器３Ｃの熱負荷を増大させて顕熱比（ＳＨＦ）が予め設定された値（例えば、０．９５）以上となるようにする。
【００３４】
冷房能力を低下させる際には、制御装置５は、圧縮機３Ｄの回転数を低下させて低圧熱交換器３Ｃで発生する冷凍能力を低下させるとともに、低下した冷凍能力に応じて第２送風機３Ｇの送風量を低下させる。
【００３５】
ところで、室内温度が上限側温度ＨＴ以下の場合には室内の冷房を行う必要がないので、温度制御モード時にあっては、制御装置５は、原則として、室内に供給する空気の冷却を停止する。
【００３６】
しかし、室内温度上昇率が予め設定された上昇率より大きい場合には、室内温度が上限側温度ＨＴ以下の所定温度から室内に供給する空気を冷却する場合もある。これは、室内温度が上限側温度ＨＴを大きく越えてしまうことを抑制するためである。なお、室内温度が下限側温度ＬＴ未満となった場合には、加熱装置４により室内に供給する空気が加熱される。
【００３７】
＜湿度制御モード＞
湿度制御モードは、室内空気の相対湿度ＲＨが予め設定された下限側湿度ＬＲＨ（本実施形態では２０％）以上に維持するための制御モードである。制御装置５は、湿度制御モード時には、室内空気の温度を下限側温度ＬＴ以上に維持しながら、室内側に供給される空気の温度を低下させて相対湿度ＲＨを上昇させる。
【００３８】
湿度制御モードは、室内空気の相対湿度ＲＨが下限側湿度ＬＲＨ未満となったときに実行される。このため、本実施形態では、室内空気の温度が予め設定された上限側温度ＨＴ以下の場合であっても、室内空気の相対湿度が予め設定された下限側湿度（ＬＲＨ）未満となったときには、湿度制御モードが実行される。
【００３９】
なお、本実施形態に係る制御装置５は、相対湿度ＲＨの低下率が予め設定された低下率より大きい場合には、「予め設定された相対湿度であって、下限側湿度ＬＲＨより高い相対湿度」以下となったときに湿度制御モードを実行し始める。これは、室内の相対湿度ＲＨが下限側湿度ＬＲＨに対して大きく低下することを抑制するためである。
【００４０】
湿度制御モード時においては、制御装置５は、低圧熱交換器３Ｃの表面温度を露点より高い温度に維持しながら、室内に供給する空気の温度を、湿度制御モードを実行する直前に比べて低下させる。具体的には、制御装置５は、湿度制御モードへの移行時には、移行前に比べて、圧縮機３Ｄの回転数及び第２送風機３Ｇの送風量を増大させる。
【００４１】
湿度制御モード時の送風量は、温度制御モード時の顕熱比より大きな顕熱比（例えば、１．０）となる熱負荷を低圧熱交換器３Ｃに与えることが可能な送風量である。これにより、室内に供給する空気の温度が低下させながら、低圧熱交換器３Ｃの温度が露点以下となることを抑制できる。
【００４２】
なお、湿度制御モードに移行する前、つまり温度制御モード時において、圧縮機３Ｄ及び第２送風機３Ｇが停止していた場合には、制御装置５は、湿度制御モードを実行する際に、低圧熱交換器３Ｃの表面温度が露点以下とならないように、圧縮機３Ｄ及び第２送風機３Ｇを起動させる。
【００４３】
＜湿度制御モードの詳細＞
空調装置１が起動されると、制御装置５は温度制御モードを実行する。そして、温度制御モードの実行時において、室内空気の相対湿度ＲＨが下限側湿度ＬＲＨを未満となった場合には、制御装置５は湿度制御モードを実行する。
【００４４】
図２は、湿度制御モードの詳細を示すフローチャートである。なお、図２に示す制御を実行するためのプログラムは、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。当該プログラムは、湿度制御モードの実行時に制御装置５（ＣＰＵ）に読み込まれて実行される。
【００４５】
湿度制御モードが実行されると、制御装置５は、圧縮機３Ｄの回転数を増大又は圧縮機３Ｄを起動するとともに、顕熱比が温度制御モード時に比べて大きくなるように第２送風機３Ｇの回転数を制御する（Ｓ１）。これにより、室内空気は、除湿されることなく、相対湿度ＲＨが上昇する。
【００４６】
次に、制御装置５は、冷却装置３（低圧熱交換器３Ｃ）から室内に供給される空気の温度（以下、吹出温度という。）が予め設定された吹出温度範囲の下限値（以下、吹出温度下限値という。）未満であるか否かを判断する（Ｓ３）。なお、本実施形態では、蒸発温度センサＳ４の検出信号を利用して吹出温度を検出している。
【００４７】
吹出温度下限値は、冷却装置３（低圧熱交換器３Ｃ）にて冷却される前の空気、つまり室内空気の露点である。制御装置５は、室内空気の温度及び相対湿度に基づいて当該露点を決定する。
【００４８】
制御装置５は、吹出温度が吹出温度下限値未満であると判断した場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、圧縮機３Ｄの回転数を現在の回転数から低下させる、及び第２送風機３Ｇの回転数を現在の回転数より上昇させる等のうちいずれか一方を実行する（Ｓ５）。
【００４９】
これにより、室内に供給する空気の温度が上昇し、冷却装置３（低圧熱交換器３Ｃ）にて除湿されてしまうことが抑制される。なお、制御装置５は、吹出温度が吹出温度下限値未満でない判断した場合には（Ｓ３：ＮＯ）、Ｓ７を実行する。
【００５０】
Ｓ７において制御装置５は、（ａ）室内の相対湿度ＲＨが下限側湿度ＬＲＨ以上であること、及び（ｂ）室内空気の温度が予め設定された下限側温度ＬＴより低くなったことのうちいずれか１つの条件を満足したか否かを判断する（Ｓ７）。
【００５１】
制御装置５は、（ａ）及び（ｂ）のうちいずれか１つの条件を満足したと判断した場合には（Ｓ７：ＹＥＳ）、湿度制御モードを停止して温度制御モードを実行する（Ｓ１３）。制御装置５は、（ａ）及び（ｂ）のうちいずれの条件も満足していないと判断した場合には（Ｓ７：ＮＯ）、湿度制御モード開始後の経過時間が、予め設定された所定時間を越えたか否かを判断する（Ｓ９）。
【００５２】
制御装置５は、経過時間が所定時間を越えていないと判断した場合には（Ｓ９：ＮＯ）、Ｓ３を実行する。制御装置５は、経過時間が所定時間を越えたと判断した場合には（Ｓ９：ＹＥＳ）、室内空気の相対湿度ＲＨが下限側湿度ＬＲＨを未満となっているか否かを判断する（Ｓ１１）。
【００５３】
制御装置５は、室内空気の相対湿度ＲＨが下限側湿度ＬＲＨ未満であると判断した場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、Ｓ３を実行する。制御装置５は、室内空気の相対湿度ＲＨが下限側湿度ＬＲＨ以上であると判断した場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、湿度制御モードを停止して温度制御モードを実行する（Ｓ１３）。
【００５４】
３．本実施形態に係る空調装置の特徴
本実施形態に係る湿度制御モードでは、冷却装置３により室内側に供給される空気の温度を低下させて相対湿度を上昇させるので、加湿器による加湿量を小さくすること、又は加湿器を廃止することが可能な空調装置を得ることができる。
【００５５】
制御装置５は、湿度制御モード時においては、低圧熱交換器３Ｃの表面温度が露点以下となることを抑制しながら室内に供給する空気を冷却するので、湿度制御モード時に室内空気の絶対湿度が低下することを抑制できる。
【００５６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態に係る温度検出部及び湿度検出部はソフトウェアにて構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら検出部をハードウェアにて構成してもよい。
【００５７】
上述の実施形態に係る加熱装置４は、シーズヒータにて構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、高圧熱交換器３Ａの熱及び圧縮機３Ｄの熱等を利用して室内に吹き出す空気を加熱してもよい。
【００５８】
本発明に係る冷却装置３は、図１に示された蒸気圧縮式冷凍機に限定されるものではなく、例えば、インジェクション方式の蒸気圧縮式冷凍機や吸収式（吸着式）冷凍機等であってもよい。
【００５９】
上述の実施形態では、室内温度が予め設定された温度範囲となるように制御する際に、室温センサＳ１の検出温度を利用して圧縮機３Ｄの回転数を制御したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６０】
すなわち、例えば、冷却装置３（低圧熱交換器３Ｃ）から供給される空気の温度（吹出空気温度）を検出するセンサを設け、当該センサの検出温度を利用して圧縮機３Ｄの回転数を制御してもよい。このとき、第２送風機３Ｇの回転数を室内温度と吹出空気温度との差に基づいて制御してもよい。
【００６１】
上述の実施形態では、電気機器が設置されたサーバ室の空調に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電動モータ等の電気機械が設置された機械室や工場等の空調装置にも適用可能である。
【００６２】
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１… 空調装置  ３… 冷却装置  ３Ａ… 高圧熱交換器  ３Ｂ… 減圧器
３Ｃ… 低圧熱交換器  ３Ｄ… 圧縮機  ３Ｅ… 気液分離器
３Ｆ… 第１送風機  ３Ｇ… 第２送風機  ４… 加熱装置
５… 制御装置  Ｓ１… 室温センサ  Ｓ２… 湿度センサ
Ｓ３… 低圧温度センサ  Ｓ４… 蒸発温度センサ
【図１】
0006498399.tif 000002
【図２】
0006498399.tif 000003