(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（３）と、室内熱交換器（４）と、室外熱交換器（５）と、膨張機構（６）とを有する空気調和ユニット（１）と、加熱手段（１７）によって加熱された空気に湿分を放出すると共に、流通空気から湿分を吸着する調湿ユニット（２）とを備えた空調システムであって、凝縮器として機能して上記加熱手段（１７）を構成する熱交換器を設け、上記空気調和ユニット（１）の冷媒用回路（８）の液冷媒の一部を、他のシステムの排熱源の排熱（Ｈ）にて加熱して蒸気冷媒とし、この蒸気冷媒を上記加熱手段（１７）を構成する熱交換器にて凝縮させ、上記冷媒用回路（８）に戻すことを特徴とする空調システム。
【請求項２】
上記空気調和ユニット（１）の冷媒用回路（８）に、圧縮機（３）の停止時に室内熱交換器（４）と室外熱交換器（５）とをバイパスするバイパス回路を設け、圧縮機（３）の停止で、このバイパス回路に冷媒を循環させながら、液冷媒の一部を、上記加熱手段（１７）を構成する熱交換器側へ流出させて、上記冷媒用回路（８）に戻すことを特徴とする請求項１の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空調システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、空気調和ユニットと調湿ユニットとを組合せわせることによって、冷房運転時に室内の除湿を行う技術は従来から知られている。そして、調湿ユニットは、加熱手段によって加熱された空気に湿分を放出すると共に、流通空気から湿分を吸着するするように構成されている。具体的には、調湿ユニットは、吸着部材と、顕熱部材と、これら吸着部材と顕熱部材との間に配設される加熱手段とを備える。すなわち、外気は、吸着部材によって湿分が吸着されてこの吸着部材の吸着熱により温度上昇する。この温度上昇した除湿空気は、顕熱部材によって熱が奪われ適度な温度となり、室内に向けて供給される。一方、室内側から流入した室内空気は、顕熱部材によって予熱され、さらに、加熱手段によって加熱される。そして、吸着部材から湿分をこの加熱された空気に放出させ、これによって、吸着部材を再生させると共に、湿分を含んだ再生空気を外部に排気する。すなわち調湿ユニットでは、室内空気から吸着部材を用いて吸着した湿分を再生空気に移送することによって、除湿空気を室内に供給するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記加熱手段としては、従来では、ヒータ、又はヒートポンプ等を使用していた。加熱手段としてはヒータを使用すれば、電気料金が嵩むおそれがあり、また、ヒートポンプを使用すれば、システム全体として複雑化すると共に大型化して、効率のよい調湿運転を行うことができなかった。
【０００４】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、調湿機能を十分発揮することができ、しかも高い効率でもって調湿を行うことが可能な空調システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の空調システムは、圧縮機３と、室内熱交換器４と、室外熱交換器５と、膨張機構６とを有する空気調和ユニット１と、加熱手段１７によって加熱された空気に湿分を放出すると共に、流通空気から湿分を吸着する調湿ユニット２とを備えた空調システムであって、凝縮器として機能して上記加熱手段１７を構成する熱交換器を設け、上記空気調和ユニット１の冷媒用回路８の液冷媒の一部を、他のシステムの排熱源の排熱Ｈにて加熱して蒸気冷媒とし、この蒸気冷媒を上記加熱手段１７を構成する熱交換器にて凝縮させ、上記冷媒用回路８に戻すことを特徴としている。
【０００６】
上記請求項１の空調システムでは、凝縮器として機能する熱交換器を、調湿ユニット２の加熱手段１７に使用するので、この調湿ユニット２による調湿機能を十分発揮することができる。また、他のシステムの排熱源からの排熱Ｈによって、空気調和ユニット１の冷媒用回路８の冷媒の一部を、加熱して蒸発させるものであって、排熱Ｈの有効利用を図ることが可能となる。
【０００７】
請求項２の空調システムは、上記空気調和ユニット１の冷媒用回路８に、圧縮機３の停止時に室内熱交換器４と室外熱交換器５とをバイパスするバイパス回路を設け、圧縮機３の停止で、このバイパス回路に冷媒を循環させながら、液冷媒の一部を、上記加熱手段１７を構成する熱交換器側へ流出させて、上記冷媒用回路８に戻すことを特徴としている。
【０００８】
上記請求項２の空調システムでは、圧縮機３が停止した空調運転停止状態においても、この空気調和ユニット１の冷媒用回路８の冷媒を、調湿ユニット２の冷媒として使用するものであって、冷媒が十分な循環量にて熱交換器を循環することになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の空調システムの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は空調システムの簡略図である。この空調システムは、空気調和ユニット１と調湿ユニット２とを備える。空気調和ユニット１は、圧縮機３と、室内熱交換器４と、室外熱交換器５と、膨張機構６と、四路切換弁７とを有し、圧縮機３からの冷媒が順次循環するように冷媒用回路８が構成されている。すなわち、四路切換弁７の一方の１次ポートと圧縮機３の吐出側とが吐出配管９にて接続され、この四路切換弁７の他方の１次ポートが圧縮機３の流入側に吸込配管１０を介して接続されている。また、四路切換弁７の一方の２次ポートは、室外熱交換器５に第１ガス管１１にて接続され、この四路切換弁７の他方の２次ポートは、室内熱交換器４に第２ガス管１２にて接続されている。そして、室外熱交換器５と膨張機構６とは第１液管１３を介して接続され、膨張機構６と室内熱交換器４とは第２液管１４を介して接続されている。なお、膨張機構６としては、例えば、電動膨張弁が使用される。
【００１０】
次に、調湿ユニット２は、吸着部材１５と、顕熱部材１６と、加熱手段１７と第１四路切換弁１８と、第２四路切換弁１９とを有する。すなわち、第１四路切換弁１８は、その一方の第１ポートが換気排気用流路２０に接続され、他方の第１ポートが外気用流路２１に接続されている。また、第１四路切換弁１８の一方の２次ポートは、第１連結路２２を介して顕熱部材１６に接続され、この第１四路切換弁１８の他方の２次ポートは、第２連結路２３を介して吸着部材１５に接続されている。さらに、第２四路切換弁１９は、その一方の第ポートが第３連結路２４を介して顕熱部材１６に接続され、他方の第１ポートが第４連結路２５を介して吸着部材１５に接続されている。また、第２四路切換弁１９の一方の第２ポートは、給気用流路２６に接続され、この第２四路切換弁１９の他方の第２ポートは、排気用流路２７に接続されている。そして、吸着部材１５と顕熱部材１６とは、第１・第２接続路２９、３０にて接続されている。とことで、吸着部材１５は、その軸心を中心として回転可能な円板体の吸着ロータであり、例えば、シリカゲル、ゼオライト、アルミナ等の吸着材をハニカム状または多孔粒状に形成したものであって、流通する空気から湿分を吸着する一方、加熱された空気に湿分を放出するものである。また、吸着部材１５は回転するものであるので、調湿運転中に、湿分を吸着している部位と、湿分を放出する部位とを順次変更でき、より効果的な調湿運転を行うころが可能となる。
【００１１】
そして、このシステムには、冷媒循環回路３１が設けられて、空気調和ユニット１の冷媒用回路８の冷媒が、調湿ユニット２の加熱手段１７を構成する凝縮器の冷媒に使用される。すなわち、冷媒循環回路３１は、駆動ポンプ（圧縮機）３２と、排熱供給手段３３と、膨張弁３４とを備える。すなわち、上記第１ガス管１３に第１分岐管３５と第２分岐管３６とが接続され、この第１分岐管３５に駆動ポンプ３２が接続され、第２分岐管３６に膨張弁３４が接続されている。また、駆動ポンプ３２と、加熱手段１７である凝縮器とは往路配管３７にて接続され、この凝縮器と、膨張弁３４とは復路配管３８にて接続されている。そして、この往路配管３７は、上記排熱供給手段３３を通過する。ところで、排熱供給手段３３は、例えば、マイクロガスタービンや燃料電池などの分散電源等の他のシステムの排熱源の排熱Ｈを回収して、この排熱Ｈにて、往路配管３７を流れる冷媒を加熱するものである。
【００１２】
すなわち、駆動ポンプ３２を駆動すると、第１分岐管３５から、この冷媒循環回路３１に液冷媒が流入し、この駆動ポンプ３２にて所定の圧力になるように調整され、この液冷媒が、排熱供給手段３３の排熱にて加熱されて蒸発する。そして、その蒸発冷媒が加熱手段１７としての凝縮器で凝縮され、さらに、復路配管３８を通って、膨張弁３４で圧力が調整（この場合、室外熱交換器５の出口圧力まで調整）されて、第２分岐管３６を介して冷媒用回路８に帰還する。
【００１３】
上記のように構成した空気調和ユニット１によれば、冷暖房運転可能であり、冷房運転する場合は、室内熱交換器４を蒸発器として機能させ、室外熱交換器５を凝縮器として機能させればよい。すなわち、四路切換弁７を図１に示す状態に切換ておき、圧縮機３を駆動させると、冷媒が室外熱交換器５、膨張機構６、室内熱交換器４へと流通し、室内熱交換器４が蒸発器として機能し、室外熱交換器５が凝縮器として機能して冷房運転を行うことができる。また、四路切換弁７を切り換えて、圧縮機３を駆動させると、冷媒が室内熱交換器４、膨張機構６、室外熱交換器５へと流通するようにすれば、室内熱交換器４が凝縮器として機能し、室外熱交換器５が蒸発器として機能して暖房運転を行うことができる。
【００１４】
次に、上記調湿ユニット２によって、除湿運転した場合の空気の流通経路について説明する。まず、切換弁１８、１９を図１の状態のように切換ておく。このため、外気用流路２１から流入した外気は、第２連結路２３を通って吸着部材１５によって湿分が吸着されて除湿され、かつ、吸着部材１５の吸着熱により温度上昇させられる。そして、この温度上昇した除湿空気は、顕熱部材１６によって熱が奪われて適度な温度となり、第３連結路２４及び第２四路切換弁１９を介して給気用流路２６から室内に向けて除湿空気が供給される。一方、換気排気用流路２０から流入した室内空気は、第１連結路２２を通って顕熱部材１６によって予熱され、さらに、凝縮器として機能している加熱手段１７によって加熱される。そして、この加熱された空気によって、吸着部材１５が再生されると共に、湿分を含んだ再生空気が第４連結路２５及び第２四路切換弁１９を介して排気用流路２７から外部に排出される。このように、外気用流路２１から流入した外気は、適度な温度の除湿空気となって、室内へ供給され、また、室内の空気は、湿分を含んだ空気となって室外へ排気され、この室内は除湿される。
【００１５】
また、上記調湿ユニット２によって加湿運転するには、図１の状態から切換弁１８、１９を切り換えればよい。すなわち、この切換によって、換気排気用流路２０から流入した室内空気は、吸着部材１５によって湿分が吸着されて乾燥し、かつ吸着部材１５の吸着熱によって温度上昇させられる。そして、温度上昇した乾燥空気は、顕熱部材１６によって熱が奪われて適度な温度となり、第３連結路２４及び第２四路切換弁１９を介して排気用流路２７から外部に向けて空気を放出する。一方、外気用流路２１から流入した外気は、顕熱部材１６によって予熱され、さらに、凝縮器として機能している加熱手段１７によって加熱される。そして、この加熱された空気が吸着部材１５から湿分を吸収することによって加湿空気となり、第４連結路２５及び第２四切換弁１９を介して給気用流路２６から室内に供給される。このように、外気用流路２１から流入した外気は、加湿空気となって室内へ供給され、室内の空気は、乾燥空気となって室外へ排気され、この室内は加湿される。
【００１６】
このため、上記調湿ユニット２では、空気調和ユニット１にて冷房運転している状態において、この空気調和ユニット１の冷媒用回路８の冷媒の一部を、利用して、上記除湿運転を行うことができ、冷房除湿運転が可能となる。しかも、排熱源の排熱Ｈにて、冷媒を加熱して蒸気冷媒とし、この蒸気冷媒を上記熱交換器にて凝縮するものであって、排熱Ｈの有効利用ができ、極めて効率のよい熱交換が可能となる。そして、この空調システムによる冷房除湿運転の際には、冷房時空調顕熱負荷を調湿ユニット２にて処理するような制御を行うことができ、このように制御すれば、空気調和ユニット１の負荷の低減を図ることが可能となる。さらに、調湿ユニット２にて上記のように顕熱負荷を処理すれば、空気調和ユニット１による除湿を必要としなくなり、これによって、空気調和ユニット１の蒸発器の温度を上げて、サイクルの効率の向上を図ることができると共に、蒸発器に凝縮水が生成することによる種々の問題点をなくすことが可能となる。すなわち、ドレンレスでの運転が可能となる。なお、これらの制御は、空気調和ユニット１に設けられたこのシステム全体の各種の制御を行う制御手段（図示省略）にて行わせることができる。
【００１７】
次に、図示しないが、他の実施の形態として空気調和ユニット１の空調運転停止状態においても調湿ユニット２による調湿運動を行えるものであってもよい。すなわち、上記空気調和ユニット１の冷媒用回路８に、圧縮機３の停止時に室内熱交換器４と室外熱交換器５とをバイパスするバイパス回路を設け、圧縮機３の停止で、このバイパス回路に冷媒を循環させながら、液冷媒の一部を、上記熱交換器１７側へ流出させて、上記冷媒用回路８に戻すような構成とする。すなわち、上記四路切換弁７にバイパス機能を追加して上記バイパス回路を形成し、また、上記膨張機構６である膨張弁を開放する。このため、調湿ユニット２による調湿運動中に、駆動ポンプ３２を駆動すると、冷媒は、室外機５と、膨張機構６、室内熱交換器、バイパス回路へと循環するが、膨張機構６が開放され、しかも、圧縮機３がバイパスされているため、空調運転は行われない。この際、この冷媒の一部が、冷媒循環回路３１を循環して、調湿ユニット２による調湿運動を行うことができる。
【００１８】
このため、空調負荷の少ない中間期（例えば、春や秋）等において空気調和ユニット１による空調運転を行わないときに、空気調和ユニット１のて冷媒用回路８の冷媒の一部を使用して、調湿ユニット２による調湿運動を行うとができ、この際、十分な冷媒量でもって、加熱手段１７の凝縮器による加熱を行うころができる。このため、この空調システムでは、調湿ユニット２にて、暖房全空調負荷を処理するような運転も可能であって、このような運転を行えば、空気調和ユニット１による暖房運転を停止した状態で、この調湿ユニット２によって室内の暖房を行うことが可能となる。
【００１９】
次に、図２は、空調システムの別の実施の形態を示し、この場合、ビルＢに設置し、しかも各階の各部屋に室内機Ｓを設置している。すなわち、各室内機Ｓには、それぞれ上記室内熱交換器４が設けられ、また、各階毎に上記調湿ユニット２が配置される。図２において、３９は、調湿ユニット２に付設されるダクトである。このため、図２に示す空調システムでは、大掛かりなダクト工事を必要とせず、施工コストの低減を図ることが可能となる。なお、室外熱交換器を備えた室外機Ａは、ビルＢの屋上に設置されている。
【００２０】
また、図３は、空調システムのさらに別の実施の形態を示し、この場合、上記調湿ユニット２がビルＢの屋上に１個設けられ、調和済外気をダクト４０にて各階に分配させている。このため、各階に調湿ユニット２を設ける必要がなく、各階ごとの施工が容易となると共に、設置しようとするビルＢに既存のダクトシステムがあれば、このダクトシステムを有効に利用することができて快適な空調を行うことが可能となる。
【００２１】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、吸着部材１５として回転しないものでもよい。すなわち、回転式ロータに代えていわゆるバッチ切換方式のものであってもよい。また、このシステム全体として蓄熱機器を有するものであってもよく、空気調和ユニット１自身が蓄熱機能を有するものであってもよい。このように、蓄熱機器又は蓄熱機能を有するように構成すれば、負荷を平準させ、部分負荷特性を改善することができ、しかも、経済的である。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の空調システムによれば、調湿ユニットによる調湿機能を十分発揮することができる。また、他のシステムの排熱源の排熱によって、空気調和ユニットの冷媒用回路の冷媒の一部を、加熱して蒸発させるものであって、排熱の有効利用を図ることができて経済性に優れ、しかも効率のよい調湿が可能となる。
【００２３】
請求項２の空調システムによれば、圧縮機が停止した空調運転停止状態においても、冷媒が十分な循環量にて熱交換器を循環することができ、この熱交換器が凝縮器としての機能を有効に果たし、高効率の調湿を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の空調システムの実施の形態を示す簡略図である。
【図２】空調システムの別の実施の形態を示す簡略図である。
【図３】空調システムのさらに別の実施の形態を示す簡略図である。
【符号の説明】
１  空気調和ユニット
２  調湿ユニット
３  圧縮機
４  室内熱交換器
５  室外熱交換器
６  膨張機構
８  冷媒用回路
１７  加熱手段
Ｈ  排熱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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