(57)【要約】【課題】予冷、冷却除湿及び再熱の機能を有するとともに、冬季などの低温時に熱媒体の凍結を防止することが可能な空気調和機及びその運転方法を提供する。【解決手段】空気調和機１０は、冷却除湿コイル１４と、冷却除湿コイル１４の空気の流れに関して上流側に設けられる上流側コイル１２と、下流側に設けられる下流側コイル１６と、上流側コイル１２と下流側コイル１６の内部に流れる水を互いに循環させる循環配管１８（１８ａ、１８ｂ）及び循環配管１８ａに設けられた循環ポンプ２０と、循環配管１８ａ、１８ｂに接続された温水往き配管２２及び温水還り配管２４と、空気調和機１０の運転状態を制御する制御部２５と、ファン２６とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を冷却することにより除湿を行う冷却除湿部と、この冷却除湿部の空気の流れに関して上流側及び下流側にそれぞれ設けられ、内部に熱媒体が流通する上流側コイル及び下流側コイルとを備える空気調和機であって、
前記上流側コイル及び前記下流側コイルの間で熱媒体を循環させる循環手段と、
前記下流側コイルに加熱された熱媒体を供給する熱媒体供給配管と、
前記熱媒体供給配管から前記下流側コイルへ熱媒体を供給し又は遮断するバルブと、を備えることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記空気調和機は、吸入空気の除湿再熱を行う除湿再熱運転モードと、熱媒体の凍結防止及び暖房運転を行う凍結防止・暖房モードの２つのモードで動作可能であり、
前記バルブにより前記熱媒体供給配管から前記下流側コイルへ熱媒体を遮断すると共に、前記循環手段を作動させることにより前記除湿再熱運転モードを実現し、前記バルブにより前記熱媒体供給配管から前記下流側コイルへ熱媒体を供給すると共に前記循環手段を作動させることにより前記凍結防止・暖房モードを実現する制御部を備えることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項３】
前記空気調和機の吸入空気の温度を検出する温度センサを備え、
前記制御部は、前記凍結防止・暖房モードにおいて、前記温度センサにより検出された吸入空気温度が所定温度以下の場合にのみ、前記循環手段を作動させることを特徴とする請求項２記載の空気調和機。
【請求項４】
請求項１記載の空気調和機の運転方法であって、
前記空気調和機を、
前記バルブを閉じると共に前記循環手段を作動させる除湿再熱モードと、
前記バルブを開けると共に前記循環手段を作動させる凍結防止・暖房モードの何れかに切り換えて動作させることを特徴とする空気調和機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を冷却することで除湿する空気調和機及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気を冷却することで除湿する冷却除湿部を備えた空気調和機において、冷却除湿部を通る前の空気を予備的に冷却する予冷部と、冷却除湿部によって冷却された空気を暖める再熱部とを設けるとともに、予冷部と再熱部との間で熱交換を可能とした構成を有する空気調和機が提案されている（例えば、特許文献１及び２）。
【０００３】
特許文献１には、空気の流れに沿って直列多段に配置された直接接触式熱交換器と、その上流側と下流側とに夫々設けられる熱交換器とを備え、これら上流側及び下流側の熱交換器の間で熱媒体を循環させる構成とした空気調和機が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２の図７、図８及び図１０にも同様に、除湿器用の熱交換器と、その上流側及び下流側に夫々設けられる熱交換器とを備え、これら上流側及び下流側の熱交換器の間で冷媒を循環させる構成とした空気調和機が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１１５８６３号公報
【特許文献２】特開２００５−１１４１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２に開示される空気調和機では、例えば、冬季などに低温の外気が空気調和機内に導入されると、直接接触式又は除湿器用の熱交換器や、上流側及び下流側の熱交換器の内部に流れる水が凍結してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、予冷、冷却除湿及び再熱の機能を有するとともに、冬季などの低温時に熱媒体の凍結を防止することが可能な空気調和機及びその運転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】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明は空気を冷却することにより除湿を行う冷却除湿部と、この冷却除湿部の空気の流れに関して上流側及び下流側にそれぞれ設けられ、内部に熱媒体が流通する上流側コイル及び下流側コイルとを備える空気調和機であって、
前記上流側コイル及び前記下流側コイルの間で熱媒体を循環させる循環手段と、
前記下流側コイルに加熱された熱媒体を供給する熱媒体供給配管と、
前記熱媒体供給配管から前記下流側コイルへ熱媒体を供給し又は遮断するバルブと、を備えることを特徴とする（第１の発明）。
【０００８】
本発明による空気調和機によれば、例えば、空気調和機内のコイルや配管内に流れる熱媒体が、冬季などに空気調和機内に吸入される低温の外気によって凍結するような時でも、熱媒体供給配管により下流側コイルに加熱された熱媒体を供給して、上流側コイルに循環させることで、上流側コイルが加熱されるとともに上流側コイルを通って暖められた空気が冷却除湿コイル内を通ることになるので、空気調和機内のコイルや配管内に流れる熱媒体が凍結するのを防止できる。
【０００９】
また、本発明による空気調和機によれば、加熱された熱媒体が、熱媒体供給配管から下流側コイルに供給され、さらに、循環手段によって上流側コイルに循環し得るので、吸入空気を上流側及び下流側、又は下流側のみのコイルで熱交換することにより暖めて室内へ供給することができ、暖房として利用できる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記空気調和機は、吸入空気の除湿再熱を行う除湿再熱運転モードと、熱媒体の凍結防止及び暖房運転を行う凍結防止・暖房モードの２つのモードで動作可能であり、前記バルブにより前記熱媒体供給配管から前記下流側コイルへ熱媒体を遮断すると共に、前記循環手段を作動させることにより前記除湿再熱運転モードを実現し、前記バルブにより前記熱媒体供給配管から前記下流側コイルへ熱媒体を供給すると共に前記循環手段を作動させることにより前記凍結防止・暖房モードを実現する制御部を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明による空気調和機によれば、吸入空気の除湿再熱を行う除湿再熱運転モードと、熱媒体の凍結防止及び暖房運転を行う凍結防止・暖房モードの２つのモードの動作を運転できる。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、前記空気調和機の吸入空気の温度を検出する温度センサを備え、前記制御部は、前記凍結防止・暖房モードにおいて、前記温度センサにより検出された吸入空気温度が所定温度以下の場合にのみ、前記循環手段を作動させることを特徴とする。
【００１３】
本発明による空気調和機によれば、凍結防止・暖房モードにおいて、例えば、空気調和機の吸入空気の温度が水の凍結するような低温になって、空気調和機内のコイルや配管内に流れる水が凍結するおそれがある場合にのみ、制御部は循環ポンプを作動し、それ以外の場合は停止するので、ポンプを作動させるためのエネルギー消費を軽減できる。
【００１４】
第４の発明は、第１の発明の空気調和機の運転方法であって、前記空気調和機を、前記バルブを閉じると共に前記循環手段を作動させる除湿再熱モードと、前記バルブを開けると共に前記循環手段を作動させる凍結防止・暖房モードの何れかに切り換えて動作させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、予冷、冷却除湿及び再熱の機能を有するとともに、冬季などの低温時に熱媒体の凍結を防止することが可能な空気調和機及びその運転方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。  
図１は、本実施形態に係る空気調和機１０のブロック構成図である。  
図１に示すように、空気調和機１０は、冷却除湿コイル１４と、冷却除湿コイル１４の空気の流れに関して上流側に設けられる上流側コイル１２と、下流側に設けられる下流側コイル１６と、上流側コイル１２と下流側コイル１６の内部に流れる熱媒体としての水を両者間で循環させる循環配管１８（１８ａ、１８ｂ）及び１８ａに設けられた循環ポンプ２０と、循環配管１８ａ、１８ｂに夫々接続された温水往き配管２２及び温水還り配管２４と、空気調和機１０の運転状態を制御する制御部２５と、ファン２６とを備えている。
【００１７】
冷却除湿コイル１４は空気を冷却することにより除湿するためのものである。冷却除湿コイル１４には、冷水の供給と還りのための冷水往き配管２８と冷水還り配管３０とが接続されている。冷水還り配管３０には二方弁３２ａが設置されている。
【００１８】
上流側コイル１２は、冷却除湿コイル１４に供給される前の空気を予冷として冷却するものである。一方、下流側コイル１６は、冷却除湿コイル１４によって冷却除湿された空気を暖める（再熱する）ものである。
【００１９】
下流側コイル１６には、温水の供給と還りのための温水往き配管２２と温水還り配管２４とが接続されている。温水還り配管２４には二方弁３２ｂが設置されている。
【００２０】
循環配管１８ａには、例えば、逆止弁３４が設置され、上流側コイル１２と下流側コイル１６との内部に流れる水を一方向に循環させるようになっている。なお、逆止弁３４には、循環ポンプ２０と連動して開閉する（循環ポンプ２０が作動するときのみ開く）二方弁を用いてもよい。
【００２１】
また、循環ポンプ２０は、夏季や冬季などの季節に応じた空調運転を行うべく制御部２５により作動と停止が切り替えられる。例えば、制御部２５は、入口１０ａに設けた温度センサ３６によって測定された吸入空気温度に応じて循環ポンプ２０の作動・停止を行う。
【００２２】
循環配管１８ａは温水往き配管２２に接続され、循環配管１８ｂは温水還り配管２４に接続される。したがって、温水往き配管２２から供給された温水は下流側コイル１６へ供給され、さらに、循環配管１８を介して循環する場合は、その温水は上流側コイル１２に供給されることになる。
【００２３】
制御部２５は、循環ポンプ２０の動作のオンオフを制御し、また、二方弁３２ａ及び二方弁３２ｂの開閉及び開度を制御する。制御部２５による制御は、入口１０ａに設けた温度センサ３６によって測定される吸入空気の温度や、設定された運転モードに応じて行われる（詳細については、後述する）。なお、空気調和機１０の出口１０ｂの空気温度を一定にするように出口側に温度センサを設けて、二方弁３２ａ及び二方弁３２ｂに対して制御を加えてもよい。
【００２４】
ファン２６は、空気を空気調和機１０の入口１０ａから吸入し、上流側コイル１２、冷却除湿コイル１４、及び下流側コイル１６を通過させて空気調和機１０の出口１０ｂから室内へ供給するためのものである。
【００２５】
次に、これらの構成を備える空気調和機１０を用いた具体的な運転について詳細に述べる。
【００２６】
図２は、吸入空気の除湿再熱を行う運転（以下、除湿再熱運転モードという）を説明するためのブロック構成図である。  
図２に示すように、除湿再熱運転モードでは、制御部２５により、二方弁３２ａを開けて冷却除湿コイル１４に冷水を供給するとともに、循環ポンプ２０を作動させて上流側コイル１２及び下流側コイル１６内の水を、循環配管１８を介して両者間で循環させる。また、二方弁３２ｂは閉じることで、循環配管１８へ温水往き配管２２を通じて温水が供給されないようにする。この状態においてファン２６を作動させることにより、空気を空気調和機１０の入口１０ａに吸入させ、上流側コイル１２、冷却除湿コイル１４、下流側コイル１６を通過させて空気調和機１０の出口１０ｂから室内へ供給する。
【００２７】
この時の冷却除湿コイル１４内に流れる冷水は、吸入される空気の温度よりも低く設定されている。このため、冷却除湿コイル１４により、吸入される空気は冷却除湿される。一方、上流側コイル１２において吸入空気と熱交換することにより暖められた水は、下流側コイル１６において、冷却除湿コイル１４によって冷却された空気と熱交換することにより、その冷却された空気を再熱する。
【００２８】
図３は、図２に示す運転状態における空気が空気調和機１０に吸入されてから室内へ供給されるまでの温度と絶対湿度の変化を示す空気線図である。  
なお、図３中には、上流側コイル１２を通過する前の空気の温度をＴ１、上流側コイル１２を通過した後の空気の温度をＴ２、冷却除湿コイル１４を通過した後の空気の温度をＴ３、下流側コイル１６を通過した後の空気の温度をＴ４としてプロットしている。同図に示すように、空気調和機１０に吸入された空気は、上流側コイル１２により温度Ｔ１から温度Ｔ２に予冷される。その後、冷却除湿コイル１４により温度Ｔ２が温度Ｔ３に冷却され、その過程で空気中の水蒸気が凝縮することにより除湿されて、絶対湿度が低下する。こうして冷却除湿された空気は、下流側コイル１６により温度Ｔ３から温度Ｔ４へ再熱され、空気調和機１０の出口１０ｂから供給されることになる。これにより、空気調和機１０により供給される空気が冷たくなり過ぎるのを防止できる。
【００２９】
このとき、上流側コイル１２と下流側コイル１６との間を水が循環することで行われる熱交換により、上流側コイル１２によるＴ１からＴ２への予冷は、下流側コイル１６によるＴ３からＴ４への再熱時に空気から得られる冷熱によってまかなわれるので、その分、冷却除湿コイル１４に必要な冷熱が少なくなり、図３中に示すようにＴ２からＴ３の冷却に必要な冷熱だけで足りることとなる。
【００３０】
なお、下流側コイル１６によって再熱しても供給空気の温度Ｔ４が所望の温度まで上昇しない場合は、例えば、冷却除湿コイル１４に供給する冷水の流量を減らして冷却除湿コイル１４による冷却熱量を小さくすることで温度Ｔ４が所望の温度になるように調節する。ただし、このように調節すると、所望の除湿効果を達成できないことがあるので、その場合には、次のように運転してもよい。
【００３１】
図４は、図２の運転状態において供給空気の温度を上昇させる際の運転を説明するためのブロック構成図である。  
図４に示すように、供給空気の温度Ｔ４を上昇させる場合には、制御部２５の制御により、循環ポンプ２０を停止するとともに二方弁３２ｂを開放する。これにより、上流側コイル１２への水の循環は停止して上流側コイル１２による予冷が行われなくなり、下流側コイル１６のみに温水が供給されて再熱のみが行われることになる。
【００３２】
図５は、図４の運転の際の空気が空気調和機１０に吸入されてから室内へ供給されるまでの温度と絶対湿度との変化を示す空気線図である。  
図５に示すように、上流側コイル１２への水の循環を停止して上流側コイル１２による予冷を行わないので、空気調和機１０に吸入された空気の温度Ｔ１と、上流側コイル１２を通過後の空気の温度Ｔ２は同一である。そこで空気温度をＴ３まで低下させるために、冷水の流量を増加させて冷却除湿コイル１４の冷却熱量を図２の場合よりも増大させる。そして、下流側コイル１６内に供給する温水の流量を増加させて下流側コイル１６による再熱の熱量を増加させることにより、供給空気の温度を所望の温度Ｔ４まで上昇させることができる。
【００３３】
一方、冬季などの空気調和機１０に吸入される空気が低温となる場合には、各コイル内の水の凍結を防止し、或いは単に吸入空気を暖めて暖房を行うような運転（以下、凍結防止・暖房モードという）を行うことができる。
【００３４】
図６は、凍結防止・暖房モードを説明するためのブロック構成図である。  
図６に示すように、空気調和機１０の入口１０ａに設けた温度センサ３６によって測定された温度が、水が凍結するような低温の場合には、制御部２５は、循環ポンプ２０を作動させるとともに二方弁３２ｂを開ける。これにより、温水往き配管２２から供給される温水が、下流側コイル１６に供給されるとともに、循環配管１８を介して下流側コイル１６と上流側コイル１２との間を循環することなる。そのため、空気調和機１０に吸入される空気が低温の場合でも、上流側コイル１２内に流れるのは温水であるので凍結することなく、また、吸入空気は、上流側コイル１２により暖められるので、冷却除湿コイル１４内の水が凍結することもない。そして、冷却除湿コイル１４を通過した空気はさらに下流側コイル１６で暖められて室内へ供給され、暖房が行われることになる。なお、空気調和機１０から供給される空気の暖まり具合を調節するには、温水往き配管２２から供給される温水の流量を変更することで実現される。
【００３５】
一方、空気調和機１０の入口１０ａに設けた温度センサ３６によって測定された温度が、水が凍結するような低温でない場合には、制御部２５により循環ポンプ２０を停止させて、下流側コイル１６内にのみ温水を供給する。これにより循環ポンプ２０を不必要に作動させることがなくなる。
【００３６】
このように凍結防止・暖房モードでは、冬季などに空気調和機１０内に吸入される空気の温度が、水が凍結するような低温になる時でも、循環配管１８へ温水を供給することで、上流側コイル１２や下流側コイル１６の循環系統内の水は温水となり、また、温水の流れる上流側コイル１２で暖められた空気が冷却除湿コイル１４を通ることになるので、これら空気調和機１０内のコイルや配管内に流れる水が凍結するのを防止できる。また、温水往き配管２２から温水を供給することにより、吸入空気を上流側コイル１２及び下流側コイル１６、又は下流側コイル１６のみで熱交換することにより暖めて室内へ供給することができ、暖房として利用できる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の空気調和機１０によれば、除湿再熱モードでは、冷却除湿コイル１４で冷却除湿を行いながら、上流側コイル１２及び下流側コイル１６で夫々予冷及び再熱を行い、上流側コイル１２と下流側コイル１６との間で水を循環させることで両コイル間の熱交換を行うことで、冷却除湿コイル１４から供給すべき冷却熱量を低減することができる。
【００３８】
また、凍結防止・暖房モードでは、下流側コイル１６に温水を供給することで暖房を行えると共に、吸入空気が低温の場合には、その温水を上流側コイル１２に循環させることで熱媒体である水の凍結を防止することができる。
【００３９】
すなわち、本実施形態の空気調和機１０によれば、予冷、冷却除湿、及び再熱を行う除湿再熱モードと、暖房及び熱媒体である水の凍結を防止する凍結防止・暖房モードとを切り替えて実現できる。
【００４０】
なお、本実施形態の空気調和機１０では熱媒体として水を用いたが、これに限らず、例えば熱媒体油等の他の熱媒体を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態に係る空気調和機１０のブロック構成図である。
【図２】除湿再熱運転モードを説明するためのブロック構成図である。
【図３】図２に示す運転状態における空気が空気調和機１０に吸入されてから室内へ供給されるまでの温度と絶対湿度の変化を示す空気線図である。
【図４】図２の運転状態において供給空気の温度を上昇させる際の運転を説明するためのブロック構成図である。
【図５】図４の運転の際の空気が空気調和機１０に吸入されてから室内へ供給されるまでの温度と絶対湿度との変化を示す空気線図である。
【図６】凍結防止・暖房モードを説明するためのブロック構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  空気調和機
１０ａ  入口
１０ｂ  出口
１２  上流側コイル
１４  冷却除湿コイル
１６  下流側コイル
１８、１８ａ、１８ｂ  循環配管
２０  循環ポンプ
２２  温水往き配管
２４  温水還り配管
２５  制御部
２８  冷水往き配管
３０  冷水還り配管
３６  温度センサ
【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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