(57)【要約】【課題】  相対湿度を調整可能な空調装置において、消費電力低減が可能な空調装置を提供する。【解決手段】  室内空気の相対湿度が予め設定された上限側湿（ＨＲＨを越えているときに、室内から吸引した空気の温度を低下させて絶対湿度を低下させる除湿制御を実行する。このため、除湿制御を実行した後は、室外から高湿な空気が流入した場合を除き、低下した絶対湿度ＡＨが維持される。したがって、室内空気の温度が低下しても室内空気を加熱する必要がないので、空調装置１の消費電力を低減することができ得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器又は電気機械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、室内空気の相対湿度が予め設定された上限側湿度を越えているときに、室内から吸引した空気の温度を低下させて絶対湿度を低下させる除湿制御モードを実行可能な制御部と
を備えることを特徴とする空調装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記除湿制御モードを開始した時から予め設定された時間が経過したとき、室内の絶対湿度が予め設定された値未満となったとき、及び室内空気の温度が予め設定された下限側温度より低くなったときのうちいずれか１つを満足したときに、前記除湿制御モードを停止させ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】
室内に供給される空気を加熱する加熱装置であって、前記制御部により作動が制御される加熱装置を備え、
前記制御部は、室内空気の温度が予め設定された下限側温度より低くなったときに、前記加熱装置を作動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の空調装置。
【請求項４】
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ないし３のいずれか１項に記載の空調装置。
【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】
例えば、特許文献１に記載の発明では、室温に吹き出す空気をヒータにて加熱して室内の相対湿度を低下させた後、室内の相対湿度が４０％〜６０％になるように圧縮機を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２４８８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電気機器が設置された室内において、当該室内の相対湿度が高くなると、電気機器に障害が発生する可能性が高くなる。そして、現状の空調装置では、電気ヒータ等を用いて室内空気の温度を上昇させて室内空気の相対湿度を低下させている。このため、現状の空調装置では、空調装置の消費電力を低減することが難しい。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、消費電力低減が可能な空調装置を提供することを目的とする。なお、特許文献１に記載の発明は、カビの繁殖を抑制することを目的とした除湿機に関する発明であるので、本願発明に適用することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、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上限側湿度（ＨＲＨ）を越えているときに、室内から吸引した空気の温度を低下させて絶対湿度を低下させる除湿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】
そして、本発明では、室内空気の相対湿度が上限側湿度（ＨＲＨ）を越えているときに、室内の絶対湿度を低下させる除湿制御モードを実行するので、除湿制御モードが実行された以降においては、室外から高湿な空気が流入した場合を除き、低下した絶対湿度が維持される。
【０００８】
つまり、本発明では、除湿制御モードが実行された以降において、室外から高湿な空気が流入した場合を除き、室内空気の温度が低下した場合であっても室内空気の相対湿度が上限側湿度（ＨＲＨ）を越えることはない。
【０００９】
一方、現状の空調装置では、室内空気を加熱することにより相対湿度を低下させるのみであって、室内の絶対湿度は低下していないので、室内空気の温度が低下して相対湿度が上昇する度に室内空気を加熱する必要がある。
【００１０】
そして、本発明では、除湿制御モードが実行された以降においては、室外から高湿な空気が流入した場合を除き、室内空気の温度が低下しても室内空気を加熱する必要がないので、空調装置の消費電力を低減することができ得る。
【００１１】
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】
【００１２】
【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実施形態に係る除湿制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る除湿制御を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る空調装置１の模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る除湿制御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】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
（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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
２．３  圧縮機等の制御
制御装置５は、少なくとも「通常制御」及び「除湿制御」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。
【００３０】
＜通常制御＞
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（例えば、１０℃〜３０℃）となるように、圧縮機３Ｄの作動を制御する。
【００３１】
通常制御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）以上とする。
【００３４】
なお、通常制御において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】
＜除湿制御＞
除湿制御は、室内空気の相対湿度ＲＨが予め設定された上限側湿度ＨＲＨを越えているときに実行される制御モードである。つまり、制御装置５は、室内空気の相対湿度ＲＨが上限側湿度ＨＲＨ以下のときには通常制御を実行し、相対湿度ＲＨが上限側湿度ＨＲＨを越えたときには除湿制御を実行する。
【００３６】
制御装置５は、除湿制御の実行時には、室内から吸引した空気の温度を露点以下まで低下させて、室内空気中の水分を凝縮させて絶対湿度ＡＨを低下させる。そして、制御装置５は、（ａ）除湿制御を開始した時から予め設定された時間が経過したとき、（ｂ）室内の絶対湿度が予め設定された値未満となったとき、及び（ｃ）室内空気の温度が予め設定された下限側温度ＬＴより低くなったときのうちいずれか１つを満足したときに、除湿制御を停止させて、通常制御を再開させる。
【００３７】
＜除湿制御の詳細＞
空調装置１が起動されると、制御装置５は通常制御を実行する。そして、通常制御の実行時において、室内空気の相対湿度ＲＨが上限側湿度ＨＲＨ（本実施形態は、７０％）を越えた場合には、制御装置５は除湿制御モードを実行する。
【００３８】
図２は、除湿制御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、除湿制御の実行時に制御装置５（ＣＰＵ）に読み込まれて実行される。
【００３９】
除湿制御が実行されると、制御装置５は、圧縮機３Ｄの回転数を最大回転数まで上昇させるとともに、顕熱比が通常制御時に比べて小さくなるように第２送風機３Ｇの回転数を制御する（Ｓ１）。これにより、室内空気中の水分が凝縮するので、絶対湿度ＡＨが低下する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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）。
【００４３】
次に、制御装置５は、（ａ）除湿制御を開始した時から予め設定された時間が経過したこと、（ｂ）室内の絶対湿度が予め設定された値未満となったこと、及び（ｃ）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）。
【００４４】
制御装置５は、（ａ）〜（ｃ）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）、除湿制御を停止して通常制御を実行する（Ｓ９）。制御装置５は、（ａ）〜（ｃ）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）、及び吹出温度が吹出温度下限値未満でないと判断した場合には（Ｓ３：ＮＯ）、Ｓ７を実行する。
【００４５】
３．本実施形態に係る空調装置の特徴
本実施形態では、室内空気の相対湿度が上限側湿度ＨＲＨを越えているときに、室内の絶対湿度ＡＨを低下させる除湿制御モードを実行することを特徴としている。このため、除湿制御モードが実行された以降においては、室外から高湿な空気が流入した場合を除き、低下した絶対湿度ＡＨが維持される。
【００４６】
つまり、本実施形態では、除湿制御モードが実行された以降において、室外から高湿な空気が流入した場合を除き、室内空気の温度が低下した場合であっても室内空気の相対湿度ＲＨが上限側湿度ＨＲＨを越えることはない。
【００４７】
これに対して、室内空気を加熱することにより相対湿度ＲＨを低下させる方式では、室内の絶対湿度ＡＨは低下していないので、室内空気の温度が低下して相対湿度ＲＨが上昇する度に室内空気を加熱する必要がある。
【００４８】
そして、本実施形態では、除湿制御モードが実行された以降においては、室外から高湿な空気が流入した場合を除き、室内空気の温度が低下しても室内空気を加熱する必要がないので、空調装置１の消費電力を低減することができ得る。
【００４９】
（第２実施形態）
上述の実施形態に係る制御装置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、圧縮機３Ｄの回転数を現在の回転数より低下等させた後、除湿制御を停止させるか否かを判断した。
【００５０】
これに対して、本実施形態に係る制御装置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、図３のＳ４に示すように、室内に供給する空気を加熱した後に、圧縮機３Ｄの回転数を現在の回転数より低下等させるものである。
【００５１】
すなわち、本実施形態では、図４に示すように、室内に供給される空気を加熱する加熱装置４を備えている。当該加熱装置４は、制御装置５により作動が制御される。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。
【００５２】
そして、制御装置５は、図３に示すように、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）、吹出温度と吹出温度下限値との温度差が大きくなるほど、大きな加熱力を加熱装置４で発生させる（Ｓ１１）。
【００５３】
制御装置５は、加熱装置４を稼働させると、再び、吹出温度が吹出温度下限値未満であるか否かを判断する（Ｓ１３）。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（Ｓ１３：ＹＥＳ）、Ｓ５を実行する。
【００５４】
制御装置５は、吹出温度が吹出温度下限値未満でないと判断した場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、Ｓ７を実行する。なお、図３においては、第１実施形態に係る除湿制御（図２）と同一の制御ステップには、同一の符号が付されている。
【００５５】
（第３実施形態）
本実施形態は、第２実施形態の変形例である。ずなわち、図５に示すように、Ｓ１３では、Ｓ３における吹出温度下限値（図５では、第１吹出温度下限値と表記）より低い吹出温度下限値（図５では、第２吹出温度下限値と表記）と吹出温度とが比較される。
【００５６】
これにより、本実施形態では、圧縮機３Ｄを最大回転数で稼働させる時間を第２実施形態よりも長くすることが可能となる。したがって、本実施形態では、第２実施形態より多く除湿できる。
【００５７】
なお、図５においては、第２実施形態に係る除湿制御（図３）と同一の制御ステップには、同一の符号が付されている。
（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。
【００５８】
第２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。
【００５９】
本発明に係る冷却装置３は、図１及び図４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。
【００６０】
上述の実施形態では、圧縮機３Ｄの回転数を制御することより高圧熱交換器３Ａで発生する冷凍能力を制御したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えは、減圧器３Ｂの絞り開度、及び圧縮機３Ｄの回転数を調整して冷凍能力を制御する、第２送風機３Ｇの回転数を制御して室内に吹き出す空気の温度を制御する等してもよい。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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】
【００６５】
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】
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【図２】
2016050708.tif 000004
【図３】
2016050708.tif 000005
【図４】
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【図５】
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