(57)【要約】【課題】デシカントロータの除湿能力を向上させると共に、冷凍サイクルの効率を向上させることができる空気調和装置を提供する。【解決手段】圧縮機１１、放熱器１２、減圧装置１５及び蒸発器１６を含む冷凍サイクル１０を備え、蒸発器１６を利用した被調和室５内の冷房運転時の空気と外気との間で熱交換して室内５を換気する全熱交換器３を備え、外気の水分を吸湿し、吸湿エリア２ａを放熱器１２の熱で再生可能なデシカントロータ２を備え、外気は全熱交換器３、蒸発器１６及び吸湿エリア２ａの順に流して室内５に導入する。【選択図】図１
2012037216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器を含む冷凍サイクルを備え、前記蒸発器を利用した被調和室内の冷房運転時の空気と外気との間で熱交換して室内を換気する全熱交換器を備え、前記外気の導入時に水分を吸湿し、吸湿エリアを前記放熱器の熱で再生可能なデシカントロータを備え、前記外気は前記全熱交換器、前記蒸発器及び前記吸湿エリアの順に流れて被調和室内に導入することを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
単一の筐体内に、前記冷凍サイクルと、前記全熱交換器と、前記デシカントロータとを一体に備え、この筐体と前記被調和室とを排気通路および導入通路で連結したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記筐体内では、排気通路からの空気が前記全熱交換器を経て導入される外気と混合され、その混合空気は第一〜第三の方向に流れ、第一の方向は前記蒸発器を経たのちに前記デシカントロータをバイパスして被調和室内に戻され、第二の方向は前記蒸発器及び前記吸湿エリアの順に流れて被調和室内に戻され、第三の方向は前記全熱交換器を経て屋外に排気されることを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記筐体内では、排気通路からの空気が前記全熱交換器を経て屋外に排気されると共に、当該内気の一部が前記蒸発器を経たのちに前記デシカントロータをバイパスして被調和室内に戻され、前記全熱交換器を経て導入される外気が、前記蒸発器及び前記吸湿エリアの順に流れて被調和室内に導入されることを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記圧縮機には、前記蒸発器と並列に一または複数台の室内ユニットに内蔵される室内熱交換器を接続したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置
【請求項６】
前記筐体内では、排気通路からの空気が前記全熱交換器を経て屋外に排気され、前記全熱交換器を経て導入される外気が、前記蒸発器及び前記デシカントロータの吸湿エリアの順に流れて被調和室内に導入されることを特徴とする請求項５に記載の空気調和装置。
【請求項７】
前記筐体が天井裏に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項８】
前記放熱器を複数の放熱部に区分し、最も冷媒上流側の放熱部の熱で前記デシカントロータの吸湿エリアを再生することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項９】
前記複数の放熱部のうち、冷媒下流側の放熱部に散水する散水装置を備えたことを特徴とする請求項８に記載の空気調和装置。
【請求項１０】
前記複数の放熱部のうち、最も冷媒下流側の放熱部と前記被調和室とを導入風路で連結し、被調和室からの空気の熱で放熱させることを特徴とする請求項８に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被調和室内の冷房と除湿を行う空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、従来、冷房運転機能と除湿運転機能とを備えた空気調和装置においては、弱冷房除湿方式、或いは、再熱除湿方式の除湿運転機能が採用されていた。しかしながら、弱冷房除湿運転においては、除湿と同時に被調和室内の温度も低下するため、除湿量が時間と共に低下する、或いは、体感温度が下がり不快感を覚えるといった問題がある。また、再熱除湿運転においては、一旦空気の温度を下げて、空気中の水分を結露させ、その後温度の下がった空気を加熱して被調和室に供給するため、冷房能力が低下する、或いは、消費するエネルギーが増加するという問題がある。
そのため近年、圧縮機と、放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを備えた冷凍サイクルと、水分吸着手段であるデシカントロータと、を組み合わせた空気調和装置が知られている。この種の空気調和装置においては、装置内に取り入れた外気をデシカントロータに流して、デシカントロータの吸湿エリアで空気中の水分を吸着し、低湿となった空気を蒸発器に流して熱を吸収し、適切な温度および湿度にした空気を被調和室に供給している。また、デシカントロータで吸湿された水分は、デシカントロータの再生エリアにおいて、放熱器の排熱を利用して脱着されて、デシカントロータは再生される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種のデシカントロータを用いて除湿運転を行う空気調和装置においては、蒸発器における潜熱負荷を低減するために、装置内に取り込んだ空気をまずデシカントロータで除湿し、除湿された空気を、蒸発器に流す構成が一般的に用いられてきた。デシカントロータの除湿量はデシカントロータの吸湿エリアと再生エリアとの相対湿度差が大きいほど大きくなるため、デシカントロータの除湿能力を向上させるためには、再生エリアの温度を高くするか、もしくは、処理側に流す空気を冷却するなどして相対湿度を高める必要がある。しかしながら、装置内に取り込んだ空気をデシカントロータに直接流した場合には、デシカントロータの吸湿エリアの温度が高くなり、デシカントロータの除湿能力が低くなるという問題があった。また、デシカントロータの除湿能力を向上させるためには、再生エリアの温度を高くする必要があり、冷凍サイクル側の負荷が増大し、冷凍サイクルの効率が悪くなるという問題があった。
【０００４】
また、デシカントロータに使用されるシリカゲル、ゼオライト等の比較的低湿度で水分を吸着する吸着剤は、低湿度で吸着した水分を脱着するために吸着剤を８０〜１５０℃に加熱する必要がある。近年、温暖化係数が低い二酸化炭素ガス冷媒を用いたヒートポンプ式の冷凍サイクルを用いた空気調和装置の開発が進められているが、排熱が多いヒートポンプ式冷凍サイクルにおいても、放熱器からの熱では空気を６０〜８０℃までしか加熱できない。そのため、デシカントロータの再生が不十分となるという問題がった。そのため、デシカントロータで供給空気中の水分を吸着する前に、ヒートポンプの低温熱源（蒸発器）で供給空気を冷却している。これによって、デシカントロータの吸湿エリアと再生エリアの温度差を大きくし、デシカントロータの除湿能力を向上させている空気調和装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４１６９３号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、蒸発器をデシカントロータの供給空気の上流側に配置した場合、蒸発器における潜熱負荷を低減することができない。また、デシカントロータ通過後の供給空気温度が吸着熱によって上昇する。そのため、冷凍サイクルへの負荷が増大し、もともと冷房用途に使用した場合の冷凍サイクル効率が低いヒートポンプ式の冷凍サイクルにおいては、十分な冷房能力が得られない、或いは、デシカントロータの吸湿エリアの温度が上昇し、デシカントロータの再生が不十分になるという問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、デシカントロータの除湿能力を向上させると共に、冷凍サイクルの効率を向上させることができる空気調和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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器を含む冷凍サイクルを備え、前記蒸発器を利用した被調和室内の冷房運転時の空気と外気との間で熱交換して室内を換気する全熱交換器を備え、前記外気の導入時に水分を吸湿し、吸湿エリアを前記放熱器の熱で再生可能なデシカントロータを備え、前記外気は前記全熱交換器、前記蒸発器及び前記吸湿エリアの順に流れて被調和室内に導入することを特徴とする。
【０００８】
この構成において、単一の筐体内に、前記冷凍サイクルと、前記全熱交換器と、前記デシカントロータとを一体に備え、この筐体と前記被調和室とを排気通路および導入通路で連結した構成としても良い。また、前記筐体内では、排気通路からの空気が前記全熱交換器を経て導入される外気と混合され、その混合空気は第一〜第三の方向に流れ、第一の方向は前記蒸発器を経たのちに前記デシカントロータをバイパスして被調和室内に戻され、第二の方向は前記蒸発器及び前記吸湿エリアの順に流れて被調和室内に戻され、第三の方向は前記全熱交換器を経て屋外に排気される構成としても良い。また、前記筐体内では、排気通路からの空気が前記全熱交換器を経て屋外に排気されると共に、被調和室からの空気の一部が前記蒸発器を経たのちに前記デシカントロータをバイパスして被調和室内に戻され、前記全熱交換器を経て導入される外気が、前記蒸発器及び前記吸湿エリアの順に流れて被調和室内に導入される構成としても良い。また、前記圧縮機には、前記蒸発器と並列に一または複数台の室内ユニットに内蔵される室内熱交換器を接続した構成としても良い。
【０００９】
また、前記筐体内では、排気通路からの空気が前記全熱交換器を経て屋外に排気され、前記全熱交換器を経て導入される外気が、前記蒸発器及び前記デシカントロータの吸湿エリアの順に流れて被調和室内に導入される構成としても良い。また、前記筐体が天井裏に配置されている構成としても良い。また、前記放熱器を複数の放熱部に区分し、最も冷媒上流側の放熱部の熱で前記デシカントロータの吸湿エリアを再生する構成としても良い。また、前記複数の放熱部のうち、冷媒下流側の放熱部に散水する散水装置を備えた構成としても良い。また、前記複数の放熱部のうち、最も冷媒下流側の放熱部と前記被調和室とを導入風路で連結し、被調和室からの空気の熱で放熱させる構成としても良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、外気を全熱交換器、蒸発器、デシカントロータの順に流して室内に導入する構成とし、全熱交換器で冷房運転時の内気と外気とを熱交換させて室内を換気するため、被調和室からの空気の顕熱及び潜熱をロスすることなく、外気を低温低湿にして蒸発器に流すことができ、蒸発器の顕熱負荷および潜熱負荷を低減することができる。また、全熱交換器、蒸発器を通り低温低湿となった空気がデシカントロータの吸湿エリアに流れるため、デシカントロータの負荷を低減し、さらに、デシカントロータの吸湿エリアと再生エリアの相対湿度差を大きくすることができるため、デシカントロータの除湿能力を向上させることができる。また、吸湿エリアに流れる空気温度が下がることで、デシカントロータの再生エリアを流れる空気温度を高くする必要がないため、放熱器を流れる冷媒温度を高くするためにかかる圧縮機の負荷を低減することができる。そのため、冷凍サイクルの負荷を低減して、空気調和装置全体を通してのＣＯＰを向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した第一実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。
【図２】第一実施形態の空気調和装置内を流れる空気の絶対湿度と乾球温度を示す図である。
【図３】本発明を適用した第二実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。
【図４】本発明を適用した第三実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。
【図５】本発明を適用した第四実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。
【図６】本発明を適用した第五実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用した第一実施形態に係る空気調和装置１０１の概略構成図である。空気調和装置１０１は、筐体１内に一体に備えられた、冷凍サイクル１０と、空気中の水分を吸着するデシカントロータ２と、空気調和装置１０１の吸排気口９に設けられた全熱交換器３とを有している。空気調和装置１０１は、屋外に配置され、空気調和装置１０１と、被調和室５とは、導入通路３２で連結されている。冷凍サイクル１０は、圧縮機１１、放熱器１２、減圧装置１５、蒸発器１６が、冷媒配管３１によって接続されて備えられている。
また、全熱交換器３と、蒸発器１６の間には、チャンバ６が設けられている。チャンバ６には、被調和室５からの戻り空気ＲＡをチャンバ６に導入する排気通路８が接続されている。また、全熱交換器３の近傍で、排気口９ｂ側には、空気調和装置１０１の外に排気ＥＡを排出するための第一排気ブロワ４３が備えられている。
【００１３】
デシカントロータ２は、水分を吸収及び放出可能な吸湿剤を備え、任意の厚さで円盤状に形成され、回転軸を有する回転式の吸湿部材である。吸湿剤には、低温でも再生能力の高い高分子収着剤、或いは、シリカゲル、ゼオライト、架橋ポリエチレン等が用いられている。デシカントロータ２は、その吸湿面が空気調和装置１０１内の空気の流れに対して垂直に配置されている。また、デシカントロータ２は、空気調和装置１０１内の空気の流れ方向を軸心として、不図示の電動機により、低速度で回転する。デシカントロータ２は、その一部分に着目すると、この一部が、蒸発器１６と平行となる、吸湿エリア２ａを通過し、その後、放熱器１２と平行となる再生エリア２ｂに移行し、再び、吸湿エリア２ａに戻るサイクルが繰り返される。
【００１４】
デシカントロータ２の吸湿エリア２ａの近傍には、除湿された空気を被調和室５に導入するための第一吸気ブロワ４２が備えられている。また、デシカントロータ２の再生エリア２ｂの近傍には、放熱器１２への送風手段であり、再生エリア２ｂを通過して高湿となった空気を屋外に排気するための第二排気ブロワ４４が備えられている。外気が低湿度の場合など、空気調和装置１０１の潜熱負荷が減少する条件においては、デシカントロータ２の回転数を低下させることによって除湿能力の制御を容易に行うことができる。
冷凍サイクル１０の冷媒配管３１内を流れる冷媒は、二酸化炭素であっても良いし、或いは、Ｒ４１０ＡなどのＨＦＣであっても良い。本実施形態において、冷凍サイクル１０は、温暖化係数が低い二酸化炭素ガス冷媒を用いたヒートポンプ式の冷凍サイクルである。
【００１５】
圧縮機１１の冷媒吐出口２１は放熱器１２の冷媒入口２２に連通している。放熱器１２は、冷媒上流側放熱部１３と、冷媒下流側放熱部１４とに区分けされて備えられている。冷媒上流側放熱部１３の冷媒出口は、冷媒下流側放熱部１４の冷媒入口に連通している。冷媒下流側放熱部１４の冷媒出口２４は、減圧装置１５を介して蒸発器１６の冷媒入口２５に連通している。蒸発器１６の冷媒出口２６は、圧縮機１１の冷媒吸込口２７に連通している。
放熱器１２及び蒸発器１６は、冷媒と空気とを熱交換する熱交換器であり、チューブフィンタイプ或いはマイクロチャンネルタイプの熱交換器等を使用することができる。蒸発器１６の近傍には、蒸発器１６への送風手段であり、また、蒸発器１６によって冷やされた空気を被調和室５に導入する第二吸気ブロワ４１が備えられている。また、冷媒下流側放熱部１４の近傍には、冷媒下流側放熱部１４に散水して気化冷却を行う散水手段１７と、冷媒下流側放熱部１４への送風手段である第三排気ブロワ４５が備えられている。
【００１６】
圧縮機１１における圧縮で超臨界状態となった、高温高圧の冷媒は、放熱器１２に流入し、超臨界状態を維持したまま放熱する。具体的には、冷媒は、まず、冷媒上流側放熱部１３に流入し、第二排気ブロワ４４によって送風され、外気と熱交換し、放熱して、冷媒上流側放熱部１３から流出する。冷媒上流側放熱部１３から流出した冷媒は、冷媒下流側放熱部１４に流入し、第三排気ブロワ４５によって送風されて、散水手段１７によって散水され、放熱用の外気に気化冷却を適用して、冷媒下流側放熱部１４の冷却を行うことができる。
【００１７】
この構成によれば、放熱器１２は、冷媒上流側放熱部１３の冷媒下流側に備えられた、第二の放熱部、冷媒下流側放熱部１４を備えている。そのため、冷媒は、冷媒下流側放熱部１４で更に低温とすることができる。また、散水手段１７によって冷媒下流側放熱部１４に散水することで、放熱用の外気に気化冷却を適用し、冷媒下流側放熱部１４を通って流れる冷媒の温度を低下させることができる。また、冷媒下流側放熱部１４に散水することによって、冷媒下流側放熱部１４の冷却効率が顕著に向上するため、冷媒下流側放熱部１４を小型化することができる。
【００１８】
冷媒下流側放熱部１４を出た冷媒は、冷媒配管３１を通って、減圧装置１５に入り、ここで減圧される。減圧装置１５で減圧された冷媒は、気液二相状態となる。気液二相状態となった冷媒は、蒸発器１６に流入し、蒸発器１６に流入する空気から熱を奪って蒸発する。蒸発器１６で蒸発した冷媒は、再び圧縮機１１に流入し、圧縮される。
【００１９】
次に、空気調和装置１０１の冷房運転時の空気の流れについて図１及び図２に用いて説明する。図２は、図１中に示した点Ａ１〜Ａ８における空気の乾球温度および絶対湿度の状態を示したものである。屋外の外気は、図２のＡ１の状態で（例えば、乾球温度＝約３５℃、絶対湿度＝約６０％）、第一吸気ブロワ４２および第二吸気ブロワ４１によって吸込まれ、吸気口９ａから、吸排気口９に設けられた全熱交換器３を通って、空気調和装置１０１内に取り入れられる。全熱交換器３を通って空気調和装置１０１内に取り入れられた外気Ａ１は、まず、全熱交換器３と、蒸発器１６との間に設けられたチャンバ６内に導入される。
【００２０】
被調和室５からの戻り空気ＲＡは、第一排気ブロワ４３、第一吸気ブロワ４２、第二吸気ブロワ４１の送風力によって、排気通路８を通って、チャンバ６に導入される。チャンバ６に導入された戻り空気ＲＡは、全熱交換器３を経てチャンバ６に導入された外気Ａ１と合流し、点Ａ２において混合空気となる（図２のＡ２の状態、例えば、乾球温度＝約２６℃、絶対湿度＝約４５％）。
チャンバ６内のＡ２の状態の混合空気は、蒸発器１６を経た後にデシカントロータ２をバイパスして被調和室５に戻される第一の方向（点Ａ５の方向）と、蒸発器１６及びデシカントロータ２の吸湿エリア２ａの順に流れて被調和室５に戻される第二の方向（点Ａ４の方向）と、全熱交換器３を経て屋外に排気される第三の方向（点Ａ１の方向）に流れる。
【００２１】
空気調和装置１０１は、第三の方向に流れ、屋外に排気された混合空気（排気ＥＡ）と同量の外気Ａ１を吸気口９ａから空気調和装置１０１内に導入し換気を行う。この時、全熱交換器３において、低温の戻り空気ＲＡと、外気Ａ1との間で熱交換が行われ、外気Ａ１のエンタルピーが下がる。また、点Ａ２から点Ａ３及び点Ａ５の方向に流れ、蒸発器１６で、冷凍サイクル１０を循環する冷媒から熱を奪われて冷却された空気は、図２のＡ３，Ａ５の状態となる（例えば、乾球温度＝約２０℃、絶対湿度＝約４５％）。
【００２２】
点Ａ３の空気は、デシカントロータ２の吸湿エリア２ａを通って流れ、空気中の水分は、デシカントロータ２の吸湿エリア２ａで吸湿され、点Ａ４に至り、図２のＡ４の状態となる（例えば、乾球温度＝約２８℃、絶対湿度＝約３０％）。この時、点Ａ４における空気は、吸着熱により昇温され、点Ａ３における空気よりも温度の高い状態となり、第一吸気ブロワ４２を介して導入通路３２に導かれる。また、点Ａ５の空気は、デシカントロータ２をバイパスして、そのまま第二吸気ブロワ４１を介して導入通路３２に導かれる。これによって、点Ａ４および点Ａ５に至った空気は、導入通路３２で合流し、空気調和装置１０１の設定温度湿度となり、被調和室５に導入される。
【００２３】
この構成によれば、被調和室内の空気ＳＡと外気Ａ１との換気を行って被調和室５内の空気の質を維持すると共に、低温の戻り空気ＲＡと、外気Ａ１を全熱交換器３で熱交換して外気Ａ１のエンタルピーを下げることができる。また、チャンバ６で戻り空気ＲＡと全熱交換器３を通ってエンタルピーの下がった外気Ａ１が合流するため、チャンバ６内の空気は、外気Ａ１よりも低温低湿となる。これによって、低温低湿の戻り空気ＲＡの熱を無駄にすることなく利用して、外気Ａ１の温度及び湿度を下げることができるため、蒸発器１６の顕熱負荷および潜熱負荷を低減して、冷凍サイクル１０の冷房効率を向上させることができる。また、全熱交換器３を介して戻り空気ＲＡと外気Ａ１との換気を行うため、換気による空気調和装置１０１内への水蒸気の導入が抑止され、熱負荷を低減することができる。そのため、高湿度の外気条件および顕熱負荷の小さい運転条件においても、蒸発器１６およびデシカントロータ２の負荷を低減することができ、冷凍サイクル１０の効率を向上することができる。
【００２４】
また、デシカントロータ２の吸湿エリア２ａに導かれる点Ａ３における空気は、蒸発器１６で冷却され低温の状態であるため、吸湿エリア２ａと再生エリア２ｂとの間の相対湿度の差を大きくするために再生エリア２ｂに送風する空気の温度を高くする必要がない。例えば、吸湿エリア２ａ側を通過する空気温度が約２０℃場合には、再生エリア２ｂ側を通過する再生空気温度は約５０℃等の低い温度で、デシカントロータ２は十分な除湿能力となる。そのため、冷凍サイクル１０の負荷を抑えても効率よくデシカントロータ２を再生できる。
【００２５】
次にデシカントロータ２の再生および冷凍サイクル１０の排熱処理について説明する。まず、放熱器１２の冷媒上流側放熱部１３に、第二排気ブロワ４４によって送風された外気は、冷媒上流側放熱部１３を流れる高温の冷媒と熱交換して、点Ａ６に至り、図２のＡ６の状態になる。点Ａ６における高温の空気は、次にデシカントロータ２の再生エリア２ｂに導かれる。デシカントロータ２の吸湿エリア２ａにおいて空気から吸着された水分は、デシカントロータ２の回転によって再生エリア２ｂに移行し、再生エリア２ｂで冷媒上流側放熱部１３の熱で昇温されたＡ６の状態の外気によって着脱される。これによって、デシカントロータ２は再生される。また、再生エリア２ｂを通過して、デシカントロータ２の水分を吸収し、点Ａ７に至った高温高湿の空気は、図２のＡ７の状態となり、空気通路３４を通って屋外に排気される。
【００２６】
この構成によれば、放熱器１２の排熱を利用してデシカントロータ２の再生を行うことができる。また、放熱器１２を、冷媒上流側放熱部１３と冷媒下流側放熱部１４に区分けしたため、圧縮機１１吐出後の高温の冷媒を冷媒上流側放熱部１３に流して、冷媒上流側放熱部１３を流れる高温の冷媒から放熱される熱を利用して外気を加熱し、デシカントロータ２に流す高温の再生空気を生成することができる。これによって、デシカントロータ２の吸湿エリア２ａと、再生エリア２ｂとの相対湿度差を大きくすることができ、デシカントロータ２の除湿能力を高めることができる。また、放熱器１２を流れる冷媒温度を上げるために冷凍サイクル１０の負荷を高くする必要がなく、ヒートポンプの放熱器から放熱される熱で昇温できる空気温度でも十分にデシカントロータ２の再生を行うことができる。
【００２７】
また、空気調和装置１０１内に導入される外気Ａ１は、全熱交換器３において、被調和室５からの戻り空気ＲＡと熱交換されて低温低湿となり、さらに、チャンバ６で戻り空気ＲＡと合流し、更に低温低湿の状態となる。そのため、蒸発器１６に送風される点Ａ２における空気は外気Ａ１と比べて低温低湿であり、蒸発器１６おける潜熱及び顕熱負荷を低減させることができる。また、点Ａ２における空気は、外気Ａ１と比べて、絶対湿度および露点が低いため、蒸発器１６における水分の凝縮が減り、蒸発器１６における潜熱負荷が低減するため、冷凍サイクル１０の効率を向上することができる。
【００２８】
冷媒下流側放熱部１４には、散水手段１７が備えられ、冷媒下流側放熱部１４を流れる冷媒は、第三排気ブロワ４５によって冷媒下流側放熱部１４に送風される外気に、散水手段１７によって散水される水の気化冷却を適用して冷却され、冷媒下流側放熱部１４を経た外気は、点Ａ８に至る。冷媒下流側放熱部１４を通った外気は低温高湿の図２のＡ８の状態となり、空気通路３５を通って屋外に排気される。
この構成によれば、冷凍サイクル１０を流れる冷媒を、冷媒下流側放熱部１４で気化熱を用いて効率よく冷却することができる。そのため、冷媒下流側放熱部１４において冷凍サイクル１０を循環する冷媒を効率よく放熱させて、冷媒を過冷却することができ、冷凍サイクル１０の効率を向上させることができる。
【００２９】
ところで、放熱器１２を、冷媒上流側放熱部１３と冷媒下流側放熱部１４に区分けした場合、デシカントロータ２の再生空気生成側（冷媒上流側放熱部１３）と排熱処理側（冷媒下流側放熱部１４）の最適な分配比（放熱器の段数或いは前面積）が存在する。再生空気生成側が過小であれば、十分な再生空気温度得るために圧縮機側の圧力を増加する必要があり、排熱処理側が過小であれば、放熱器１２出口の冷媒温度が上昇するため、いずれにおいても冷凍サイクル１０の効率低下に繋がる。
【００３０】
次に、第二実施形態について説明する。図３は、本発明を適用した第二実施形態に係る空気調和装置１０２の概略構成図である。なお、同図において、第一実施形態で説明したものは同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態において、被調和室５からの戻り空気ＲＡは、排気通路８を通って、空気調和装置１０２内部に設けられた室６０に導入される。室６０に導入された戻り空気ＲＡは、一部が全熱交換器３を通って、第一排気ブロワ４３を介して、排気口９ｂから屋外に排気される。この時、排出された排気ＥＡと同等量の外気Ａ１が、吸気口９ａから、空気調和装置１０２内に取り入れられ、換気が行われる。空気調和装置１０２内に取り入れられた外気Ａ１は、全熱交換器３を通って、戻り空気ＲＡと熱交換し温度が下がり、室７０に導かれ、点Ａ２２に至る。点Ａ２２の空気は、続いて蒸発器１６を通って、低温となり、デシカントロータ２の吸湿エリア２ａに流される。吸湿エリア２ａを通った後の点Ａ２４における空気は、蒸発器１６を通った点Ａ２３における空気よりも高温低湿の状態であり、点Ａ２４における空気は、第一吸気ブロワ４２によって導入通路３２に導かれる。
【００３１】
室６０に導入された戻り空気ＲＡの一部は、第二吸気ブロワ４１によって、蒸発器１６を通って流れるように吸込まれ、蒸発器１６を通って流れ、デシカントロータ２をバイパスして、点Ａ２５に至る。点Ａ２５における空気は第二吸気ブロワ４１によって導入通路３２に導かれ、導入通路３２で、デシカントロータ２の吸湿エリア２ａを通った後の点Ａ２４における空気と合流し、被調和室５に導入される。室６０と室７０の間には、仕切壁６５が備えられ、室６０内に導かれた戻り空気ＲＡが、室７０内に導かれた外気と混合されないように構成されている。
【００３２】
これらの構成によれば、低温低湿の戻り空気ＲＡを蒸発器１６を介して再び被調和室５に導入することができるため、蒸発器１６の潜熱負荷および顕熱負荷を低減して、冷凍サイクル１０の効率を向上させることができる。また、低温の戻り空気ＲＡと、外気Ａ１を全熱交換器３で熱交換するため、換気をするとともに、外気Ａ１のエンタルピーを下げて空気調和装置１０２内に取り込むことができる。そのため、蒸発器１６の顕熱負荷及び潜熱負荷を低減することがきる。また、全熱交換器３で温度および湿度の下げられた空気が、蒸発器１６を通って流れるため、全熱交換器３を介さずに空気調和装置１０２内に外気を取り入れて、取り入れ外気を直接、蒸発器１６およびデシカントロータ２の順に流すのに比べて、にデシカントロータ２の吸湿エリア２ａを通る空気の温度及び絶対湿度を低くすることができる。そのため、デシカントロータ２の負荷を低減することができると共に、吸湿エリア２ａと再生エリア２ｂの相対湿度差を大きくすることができ、デシカントロータ２の除湿能力を向上することができる。
【００３３】
次に、第三実施形態について説明する。図４は、本発明を適用した第三実施形態に係る空気調和装置１０３の概略構成図である。なお、同図において、第一実施形態および第二実施形態で説明したものは同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態において、空気調和装置１０３は、冷凍サイクル１０、空気中の水分を吸着するデシカントロータ２、空気調和装置１０１の吸排気口９に設けられた全熱交換器３を備える室外ユニット８０と、室外ユニット８０に冷媒配管３７で接続された複数の室内ユニット６１と、から構成されている。室内ユニット６１には、室内熱交換器４６が内蔵されて備えられ、室内熱交換器４６は、冷凍サイクル１０の圧縮機１１に、蒸発器１６と並列に備えられている。
【００３４】
冷凍サイクル１０の放熱器１２を通って流れた冷媒は、図４中に実線で示す矢印の方向に流れ、冷媒配管３１を通って、減圧装置１５、蒸発器１６に導かれる冷媒と、冷媒配管３７を通って、室内ユニット６１に流入し、減圧装置５１、室内熱交換器４６に導かれる冷媒とが、圧縮機１１の上流で合流し、再び圧縮機１１に吸込まれるサイクルを繰り返す。
室内熱交換器４６の近傍には、第三吸気ブロワ４８が備えられている。室外ユニット８０から、デシカントロータ２の吸湿エリア２ａで除湿され、被調和室５に導入された空気ＳＡは、第三吸気ブロワ４８によって室内ユニット６１に導かれ、室内熱交換器４６で冷やされて再び被調和室５に導入される。また、被調和室５の戻り空気ＲＡは、第一排気ブロワ４３によって排気通路８に導かれ、全熱交換器３を介して排気口９ｂから屋外に排気される。
【００３５】
これらの構成によれば、デシカントロータ２の吸湿エリア２ａを通過して乾球温度が上昇した空気を、被調和室５の内部に備えられた室内ユニット６１の室内熱交換器４６で再び冷却して被調和室５に導入することができる。そのため、全熱交換器３及び蒸発器１６を経て低温低湿となった空気をデシカントロータ２の吸湿エリア２ａに流し、デシカントロータ２の除湿能力の向上を図った構成を用いて、例えば、被調和室５の内部に複数室が存在する場合においても、各室に室内ユニット６１を配置して、各室の空気を個別に調和して供給することができる。
【００３６】
次に、第四実施形態について説明する。図５は、本発明を適用した第四実施形態に係る空気調和装置１０４の概略構成図である。なお、同図において、第一実施形態、第二実施形態、および第三実施形態で説明したものは同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態において、空気調和装置１０４は、冷凍サイクル１０、空気中の水分を吸着するデシカントロータ２、空気調和装置１０１の吸排気口９に設けられた全熱交換器３を備え、被調和室５の例えば、屋根裏或いは屋上などに備えられる換気ユニット８１と、換気ユニット８１に冷媒配管３８で接続され、冷媒下流側放熱部１４を備え、被調和室５の屋外に備えられる室外ユニット８２と、室外ユニット８２に冷媒配管３９で接続される複数の室内ユニット６１と、から構成されている。
【００３７】
冷凍サイクル１０の冷媒上流側放熱部１３から流れ出た冷媒は、図５中に実線で示す矢印の方向に流れる。冷媒下流側放熱部１４で、気化熱で冷やされ、外気に熱を放出した冷媒は、冷媒出口２４から流れ出て、室外ユニット８２から冷媒配管３９に流出する。室外ユニット８２から流れ出て、冷媒配管３９を通って流れる冷媒は、減圧装置５１を介して室内ユニット６１の室内熱交換器４６に導かれると共に、減圧装置１５を介して蒸発器１６に導かれる。
【００３８】
これらの構成によれば、散水手段１７を備えた冷媒下流側放熱部１４を、換気ユニット８１と冷媒配管３１，３８，３９で接続し、別置きできる構成とした。そのため、被調和室５の屋外に、空気調和装置１０４を設置するための十分なスペースが確保できない場合に、例えば空気調和装置１０４の換気ユニット８１を被調和室５の天井裏あるいは屋上等に配置して、散水手段１７から放出される水を排出する必要のある室外ユニット８２だけを屋外に配置することができ、散水手段１７からの排水を簡易に処理することができる。よって、設置スペースの限られている場合においても、本発明を適用した空気調和装置１０４の換気ユニットを天井裏等に配置することで、備えることができる。
【００３９】
次に、第五実施形態について説明する。図６は、本発明を適用した第五実施形態に係る空気調和装置１０５の概略構成図である。なお、同図において、第一実施形態で説明したものは同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
本実施形態において、空気調和装置１０５は、冷凍サイクル１０の放熱器１２は、冷媒上流側放熱部１３と、冷媒下流側放熱部１４と、最も冷媒下流側に備えられた補助放熱部５５を備えている。補助放熱部５５の近傍には、第二散水手段１８が設けられている。補助放熱部５５は、空気通路３６内に備えられ、空気通路３６の排気側には第四排気ブロワ５３が備えられている。また、空気通路３６は、被調和室５に導入風路３３で連結され、被調和室５からの戻り空気ＲＡが第四排気ブロワ５３によって導入風路３３から補助放熱部５５に導かれるよう構成されている。
【００４１】
この構成によれば、冷媒下流側放熱部１４で冷却された冷媒を、補助放熱部５５に流し、補助放熱部５５に低温の戻り空気ＲＡを流し、冷媒の熱を内気の熱で放熱させて冷媒冷却するとともに、第二散水手段１８を用いて気化熱によって更に冷媒を冷却することができる。そのため、補助放熱部５５を通って流れた冷媒は過冷却させた低温の状態となる。過冷却された冷媒が蒸発器１６を通って流れるため、蒸発器１６における空気の冷却効率が向上し、結果的に冷凍サイクル１０の効率を向上することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、外気の導入時に水分を吸湿し、吸湿エリア２ａを放熱器１２の熱で再生可能なデシカントロータ２を備え、外気は全熱交換器３、蒸発器１６及び吸湿エリア２ａの順に流れて被調和室５内に導入するため、被調和室５内の換気を行う際に、冷房運転時の空気と外気との間で熱交換して、被調和室５からの空気によって低温低湿となった外気を蒸発器１６に流すことができるため、蒸発器１６の潜熱負荷及び顕熱負荷を低減させることができる。これによって、蒸発温度の上昇と高圧圧力の低減を図ることができ、冷凍サイクル１０の効率を向上させることができる。また、デシカントロータ２には、全熱交換器３で内気によって低温低湿となった後に、蒸発器１６を通過して冷却された空気が流れるため、デシカントロータ２の負荷を低減させるとともに、デシカントロータ２の吸湿エリア２ａと再生エリア２ｂの相対温度差を大きくすることができ、除湿能力を向上することができる。また、デシカントロータ２は、放熱器１２の熱で再生可能であるため、デシカントロータ２を再生するために、ヒータ等を設置する必要がなく、放熱器１２の排熱を利用してデシカントロータ２を再生して、エネルギー効率を向上することができる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、単一の筐体１内に、冷凍サイクル１０と、全熱交換器３と、デシカントロータ２とを一体に備え、この筐体と被調和室５とを排気通路８および導入通路３２で連結したため、除湿および冷房機能を備えた空気調和装置１０１を単一の筐体１内に収容し、空気調和装置１０１を例えば屋外に配置して、この空気調和装置１０１と、被調和室５とを排気通路８及び導入経路３２で連結するという簡単な取付け作業で空気調和装置１０１を設置し、被調和室５に冷房及び除湿された空気を供給することができ、同時に、被調和室内５の換気も行うことができる。
【００４４】
また、筺体１内では、排気通路８からの空気が全熱交換器３を経て導入される外気と混合され、その混合空気は、蒸発器１６を経たのちにデシカントロータ２をバイパスして被調和室５内に戻される第一の方向と、蒸発器１６及び吸湿エリア２ａの順に流れて被調和室５内に戻される第二の方向と、全熱交換器３を経て屋外に排気される第三の方向とに流れるため、換気を行う際に、被調和室５からの空気の潜熱および顕熱を利用して外気の温度および湿度を下げることができ、蒸発器１６の顕熱負荷および潜熱負荷を低減することができる。また、低温低湿の被調和室５からの空気を外気と混合して、外気の温度及び湿度をさげて蒸発器１６およびデシカントロータ２に流すため、蒸発器１６の顕熱負荷および潜熱負荷を低減することができるとともに、デシカントロータ２の負荷を低減することができる。また、蒸発器１６を経た空気の一部をデシカントロータ２をバイパスして流すことができるため、デシカントロータ２の吸湿エリアを通り吸着熱によって乾球温度の上がった空気と蒸発器１６を経てデシカントロータ２をバイパスした空気とを混合させて低温低湿の調和空気を被調和室５に導入することができる。
【００４５】
また、筐体１内では、排気通路８からの空気が全熱交換器３を経て屋外に排気されると共に、内気の一部が蒸発器１６を経たのちにデシカントロータ２をバイパスして被調和室５内に戻され、全熱交換器３を経て導入される外気が、蒸発器１６及び前記吸湿エリア２ａの順に流れて被調和室５内に導入されるため、換気を行う際に、被調和室５からの空気と外気を全熱交換器３で熱交換して外気の温度及び湿度を下げることができる。全熱交換器３を経て温度及び湿度の下がった外気を蒸発器１６に流すため、蒸発器１６の顕熱負荷および潜熱負荷を低減することができる。また、全熱交換器３および蒸発器１６を経て低温となった空気がデシカントロータ２の吸湿エリア２ａに流れるため、吸湿エリア２ａと再生エリア２ｂの相対湿度差を大きくして、デシカントロータ２の除湿能力を向上することができる。さらに、低温低湿の内気の一部を蒸発器１６に流して、蒸発器１６の顕熱負荷及び潜熱負荷を低減させることができる。
【００４６】
また、圧縮機１１には、蒸発器１６と並列に一または複数台の室内ユニット６１に内蔵される室内熱交換器４６を接続したため、デシカントロー２を経て乾球温度が上がった空気を室内ユニット６１に内蔵される室内熱交換器４６で再び冷却して被調和室５に供給することができるため、室内熱交換器４６に流す冷媒量、及び室内ユニット６１に取り入れる空気量を調整して、被調和室５内の温度および湿度管理を高精度で行うことができる。また、被調和室５内に複数の室が設けられている場合などに、各室に室内ユニット６１を設けて、室ごとに温度管理を行うことが可能となる。
【００４７】
また、筐体１内では、排気通路８からの空気が全熱交換器３を経て屋外に排気され、全熱交換器３を経て導入される外気が、蒸発器１６及びデシカントロータ２の吸湿エリア２ａの順に流れて被調和室５内に導入されるため、被調和室５と空気調和装置との間を排気通路で連結させるという簡単な取付け作業で、例えば既存の室外機を当該空気調和装置と置き換えて、全熱交換器３およびデシカントロータ２を用いたエネルギー効率の良い空気調和装置を設置することができる。
【００４８】
また、筐体１が天井裏に配置されているため、単一の筐体１内に冷凍サイクル１０と、全熱交換器３と、デシカントロータ２とを一体に備えた空気調和装置を、例えば、屋外に空気調和装置を設置するスペースが無い場合においても、配置することができる。
【００４９】
また、放熱器１２を複数の放熱部１３，１４に区分し、最も冷媒上流側の放熱部１３の熱でデシカントロータ２の吸湿エリア２ａを再生するため、放熱部１３から放熱される熱で昇温される空気温度が高くなり、デシカントロータ２の再生エリア２ｂに送風される空気温度を高くすることができる。よって、デシカントロータ２を効率よく再生することができとともに、再生エリア２ｂと吸湿エリア２ａの相対湿度差を大きくして、デシカントロータ２の除湿能力を向上することができる。
【００５０】
また、複数の放熱部１３，１４のうち、冷媒下流側の放熱部１４に散水する散水装置１７を備えたため、放熱用外気に気化冷却を適用することができ、冷媒下流側の放熱部１４で冷媒温度を湿球温度まで下げることができる。そのため、膨張弁入口温度が下がり、冷凍サイクル１０の効率が向上する。
【００５１】
また、複数の放熱部１３，１４，５５のうち、最も冷媒下流側の放熱部５５と被調和室５とを導入風路３３で連結し、被調和室５からの空気の熱で放熱させるため、室内からの排気を利用して、低温の空気の熱で冷媒下流側の放熱部５５を流れる冷媒を冷却することができ、膨張弁入口温度を下げることができるため、冷凍サイクル１０の効率を向上することができる。
【符号の説明】
【００５２】
２  デシカントロータ
２ａ  吸湿エリア
２ｂ  再生エリア
３  全熱交換器
５  被調和室（室内）
６  チャンバ
８  排気通路
９  吸排気口
９ａ  吸気口
９ｂ  排気口
１０  冷凍サイクル
１１  圧縮機
１２  放熱器
１５  減圧装置
１６  蒸発器
１７  散水手段（散水装置）
３２  導入通路
３３  導入風路
４６  室内熱交換器
６１  室内ユニット
【図１】
2012037216.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012037216.tif 000005
【図４】
2012037216.tif 000006
【図５】
2012037216.tif 000007
【図６】
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