JP2008256256A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着熱交換器と加湿手段とを組合せて室内を加湿する空気調和装置を提供する。
【解決手段】空気調和装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路１０と、制御部４と、加湿手段２１とを備えている。冷媒回路１０では、圧縮機１１、室内熱交換器１５、第１膨張弁１４ａ、蒸発機構１３の順で冷媒が循環する。制御部４は、冷媒回路１０の冷媒温度を制御する。加湿手段２１は、室内を加湿する。冷媒回路１０の高圧側には、吸着熱交換器１１６がさらに設けられており、吸着熱交換器１１６には、高温時に水分を脱離する吸着剤が担持されている。蒸発機構１３は、吸着熱交換器１１６の近傍に配置され吸着熱交換器１１６を通過した空気から水分を結露させる。加湿手段２１は、蒸発機構１３で発生した結露水を使って室内を加湿する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置に関し、特に、暖房運転時に室内を加湿することができる空気調和装置に関する。

近年、水分の吸着及び脱離を行なう吸着剤が、空気調和装置の加湿手段として利用されるようになった。その代表例である吸着熱交換器は、ゼオライト粒子を主成分とする吸着剤が放熱フィンの表面に担持された熱交換器である。吸着熱交換器が蒸発器となる場合は、膨張弁で減圧された冷媒が吸熱し蒸発することによって吸着剤が冷却され、空気中の水分が吸着剤に吸着される。吸着熱交換器が凝縮器となる場合は、圧縮機から吐出された冷媒が放熱し凝縮することによって吸着剤が加熱され、水分が空気中へ脱離される。

例えば、圧縮機、室内熱交換器、吸着熱交換器、膨張弁、室外熱交換器の順で冷媒が循環する冷媒回路では、暖房運転時に、圧縮機から吐出された冷媒は、室内熱交換器と吸着熱交換器とで凝縮した後、膨張弁で膨張し、室外熱交換器で蒸発して圧縮機に吸入される。このとき、吸着熱交換器を通過した空気を室内に流すことによって、吸着剤から離脱した水分が空気と共に拡散し室内が加湿される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１１４２９１号公報

しかしながら、吸着熱交換器自体を加湿手段として使用している場合、吸着熱交換器に対して水分を吸着させる動作と水分を脱離させる動作とが必要であり、水分を吸着させる動作の間は、空気調和装置は室内を加湿することができない。吸着熱交換器の機能を十分に発揮させるためには、他の加湿手段と組み合わせるのが好ましいが、それに関する発明は未だ開示されていない。

本発明の課題は、吸着熱交換器と加湿手段とを組合せて室内を加湿する空気調和装置を提供することである。

第１発明に係る空気調和装置は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路と、制御部と、加湿手段とを備えている。冷媒回路では、圧縮機、凝縮器、第１膨張機構、蒸発機構の順で冷媒が循環する。制御部は、冷媒回路の冷媒温度を制御する。加湿手段は、室内を加湿する。冷媒回路の高圧側には、吸着熱交換器がさらに設けられており、吸着熱交換器には、高温時に水分を脱離する吸着剤が担持されている。蒸発機構は、吸着熱交換器の近傍に配置され吸着熱交換器を通過した空気から水分を結露させる。加湿手段は、蒸発機構で発生した結露水を使って室内を加湿する。

この空気調和装置では、吸着熱交換器が放熱器として高温となり、吸着剤が水分を脱離する。吸着熱交換器を通過してきた空気は、吸着剤から脱離された水分を含んでいるので、吸着熱交換器がない場合に比べて蒸発機構で発生する結露水は増加する。その結露水が加湿用の水として補充されるので、水不足による加湿能力の低下が防止される。

第２発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、蒸発機構が第１蒸発器と第２蒸発器とを含む。冷媒回路には、第２蒸発器に入る冷媒を減圧する第２膨張機構がさらに設けられている。

この空気調和装置では、第１膨張機構で減圧された冷媒が第２膨張機構でさらに減圧され第２蒸発器で蒸発するので、第２蒸発器の温度は第１蒸発器の温度よりも低くなる。その結果、第１蒸発器単独で発生する結露水の量よりも多くの結露水が発生するので、加湿用の水が不足することがない。

第３発明に係る空気調和装置は、第１発明又は第２発明に係る空気調和装置であって、冷媒回路には、吸着熱交換器に入る冷媒を減圧できる第３膨張機構がさらに設けられている。

この空気調和装置では、制御部は、必要に応じて第３膨張機構を制御して冷媒を減圧し吸着熱交換器の温度を低下させる。このとき、吸着剤が冷却されるので、吸着剤は水分の脱離を止めて水分の吸着を行う。その結果、次に脱離するための水分が補給される。

第４発明に係る空気調和装置は、第１発明又は第２発明に係る空気調和装置であって、冷媒回路には、圧縮機から吐出された冷媒の一部を吸着熱交換器へ流す第１開閉弁がさらに設けられている。

この空気調和装置では、制御部が、必要に応じて第１開閉弁を閉じ吸着熱交換器に向う冷媒の流れを断つので、吸着熱交換器の温度が低下し吸着剤が自然冷却され、吸着剤が水分の脱離を止めて水分の吸着を行う。その結果、次に脱離するための水分が補給される。

第５発明に係る空気調和装置は、第２発明に係る空気調和装置であって、冷媒回路には、圧縮機から吐出された冷媒の一部を第２蒸発器へ流すことができる第２開閉弁がさらに設けられている。

この空気調和装置では、制御部が、必要に応じて第２開閉弁を開けて第２蒸発器へ冷媒を流す。第２蒸発器が着霜、凍結した場合、冷媒回路の循環方向を変更することなく、圧縮機から出た高温冷媒が第２蒸発器に流されるので、素早く除霜、融解することができる。

第６発明に係る空気調和装置は、第２発明に係る空気調和装置であって、冷媒回路には、四路切換弁がさらに設けられている。四路切換弁は、流路を切換えることによって圧縮機から出た冷媒を凝縮器又は第１蒸発器及び前記第２蒸発器へ流すことができる。制御部は、第１蒸発器及び第２蒸発器の少なくとも一方が着霜した際、四路切換弁を制御して冷媒流路を切換え、第１蒸発器及び第２蒸発器に冷媒を流す。

この空気調和装置では、第１蒸発器および第２蒸発器が着霜、凍結した場合、圧縮機から出た高温冷媒が第１蒸発器および第２蒸発器に流されるので、素早く除霜、融解することができる。

第７発明に係る空気調和装置は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路と、制御部と、加湿手段とを備えている。冷媒回路では、圧縮機、吸着熱交換器、膨張機構、蒸発器の順で冷媒が循環する。吸着熱交換器の表面には、高温時に水分を脱離する吸着剤が担持されている。蒸発器は、吸着熱交換器を通過した空気から水分を結露させる。制御部は、冷媒回路の冷媒温度を制御する。加湿手段は、室内を加湿する。蒸発器は、吸着熱交換器の近傍に配置されている。加湿手段は、蒸発器で発生した結露水を使って室内を加湿する。

この空気調和装置では、吸着熱交換器が凝縮器として高温となり、吸着剤が水分を脱離する。蒸発器は低温となり空気中の水分を結露させる。吸着熱交換器を通過した空気は、吸着剤から脱離された水分を含んでいるので、吸着熱交換器がない場合に比べて蒸発器で発生する結露水は増加する。その結露水が加湿手段の加湿用の水として補充されるので、水不足による加湿能力の低下が防止される。

第８発明に係る空気調和装置は、第７発明に係る空気調和装置であって、冷媒回路には、四路切換弁がさらに設けられている。四路切換弁は、流路を切換えることによって圧縮機から出た冷媒を吸着熱交換器又は蒸発器へ流すことができる。制御部は、蒸発器が着霜した際、四路切換弁を制御して冷媒流路を切換え、蒸発器に冷媒を流す。

この空気調和装置では、蒸発器が着霜、凍結した場合、圧縮機から出た高温冷媒が蒸発器に流されるので、素早く除霜、融解することができる。

第１発明に係る空気調和装置では、吸着熱交換器がない場合に比べて蒸発機構で発生する結露水は増加する。その結露水が加湿手段の加湿用の水として補充されるので、水不足による加湿能力の低下が防止される。

第２発明に係る空気調和装置では、第２蒸発器の温度は第１蒸発器の温度よりも低くなる。その結果、第１蒸発器単独で発生する結露水の量よりも多くの結露水が発生するので、加湿用の水が不足することがない。

第３発明に係る空気調和装置では、必要に応じて吸着剤が冷却されるので、吸着剤は水分の脱離を止めて水分の吸着を行う。その結果、次に脱離するための水分が補給される。

第４発明に係る空気調和装置では、必要に応じて吸着剤が自然冷却され、吸着剤が水分の脱離を止めて水分の吸着を行う。その結果、次に脱離するための水分が補給される。

第５発明に係る空気調和装置では、第２蒸発器が着霜、凍結した場合、冷媒回路の循環方向を変更することなく、圧縮機から出た高温冷媒が第２蒸発器に流されるので、素早く除霜、融解することができる。

第６発明に係る空気調和装置では、第１蒸発器および第２蒸発器が着霜、凍結した場合、圧縮機から出た高温冷媒が第１蒸発器および第２蒸発器に流されるので、素早く除霜、融解することができる。

第７発明に係る空気調和装置では、吸着熱交換器がない場合に比べて蒸発器で発生する結露水は増加する。その結露水が加湿手段の加湿用の水として補充されるので、水不足による加湿能力の低下が防止される。

第８発明に係る空気調和装置では、蒸発器が着霜、凍結した場合、圧縮機から出た高温冷媒が蒸発器に流されるので、素早く除霜、融解することができる。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

〔第１実施形態〕
＜空気調和装置の概略構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る空気調和装置の構成図である。図１において、空気調和装置１は、冷媒が流通する冷媒回路１０を備えている。冷媒回路１０は、圧縮機１１、四路切換弁１２、蒸発機構１３、第１膨張弁１４ａ、室内熱交換器１５及びアキュームレータ２０などが接続されることによって形成されている。圧縮機１１を出た冷媒は、四路切換弁１２によって蒸発機構１３又は室内熱交換器１５のいずれか一方に流れる。

たとえば、暖房運転時、制御部４は四路切換弁１２に図１の実線で示した流路を選択させて冷媒を室内熱交換器１５へ流す。一方、冷房運転時には、制御部４は四路切換弁１２に図１の点線で示した流路を選択させて冷媒を蒸発機構１３へ流す。第１膨張弁１４ａは、冷媒の流路を絞って冷媒を減圧する。アキュームレータ２０は、余分な液冷媒を溜めて圧縮機１１にガス冷媒だけを戻す。

冷媒回路１０では、室内熱交換器１５と第１膨張弁１４ａとの間に吸着熱交換器１１６がさらに設けられている。蒸発機構１３では、室外熱交換器１３ａと結露熱交換器１３ｂとが並列に接続され共に蒸発器として機能する。特に、結露熱交換器１３ｂは空気中の水分を結露させることを目的とする。

吸着熱交換器１１６の表面には、ゼオライトを主成分とする吸着剤が担持されている。吸着剤は、ゼオライトに限定されるものではなく、シリカゲル、活性炭、親水性又は吸水性を有する有機高分子ポリマー系材料、カルボン酸基又はスルホン酸基を有するイオン交換樹脂系材料、感温性高分子等の機能性高分子材料などから選択される。

冷媒回路１０では、第１膨張弁１４ａと結露熱交換器１３ｂとの間に第２膨張弁１４ｂが設けられ、室内熱交換器１５と吸着熱交換器１１６との間に第３膨張弁１４ｃが設けられている。第２膨張弁１４ｂは、第１膨張弁１４ａで減圧された冷媒をさらに減圧するので、結露熱交換器１３ｂでの冷媒の蒸発温度は、室外熱交換器１３ａでの冷媒の蒸発温度よりも低く、結露熱交換器１３ｂの温度は室外熱交換器１３ａの温度よりも低くなる。第３膨張弁１４ｃは、室内熱交換器１５から吸着熱交換器１１６へ流れてくる冷媒を減圧するものであるが、通常は開いている。

室内熱交換器１５の近傍には加湿手段２１が配置されている。加湿手段２１は、室内熱交換器１５を通過して室内に吹出される空気に適度の水分を与える。加湿手段２１に供給される水は、タンク２３に貯留されている。タンク２３内の水は、室外熱交換器１３ａ及び結露熱交換器１３ｂで発生した結露水を浄化した水であり、その水はポンプ２５でくみ上げられホース２２を通って加湿手段２１に搬送される。加湿手段２１は、超音波式加湿器、加熱式加湿器および噴霧式加湿器などから選定される。

本実施形態では、室内熱交換器１５と加湿手段２１とは室内ユニット３側にあり、その他は、室外ユニット２側にある。制御部４は、ＣＰＵ及びメモリを内蔵しており、空気調和装置１の各機器を制御している。

＜室外ユニット２＞
図２は空気調和装置の室外ユニット及び捕水ユニットの構造を示す斜視図である。図２において、室外ユニット２の上方には、空気中から水分を結露させて集める捕水ユニット７が配置されている。捕水ユニット７は、吸着熱交換器１１６、結露熱交換器１３ｂ及びドレンパン３１ｂを含んでいる。ドレンパン３１ｂは、結露熱交換器１３ｂの下方に位置し、結露熱交換器１３ｂで発生した結露水を下方に流す。捕水ユニット７の壁面には通気口１０２が設けられており、そこから外気が吸込まれる。吸い込まれた外気は空気流Ａとなって、吸着熱交換器１１６、結露熱交換器１３ｂを通過して、内部通気口１０３から室外ユニット２に入る。

室外ユニット２には、図１で示した圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３ａ及びドレンパン３１ａが配置されている。また、室外ファン８１も配置されており、回転することによって外気を吸込み、室外熱交換器１３ａに外気を当てて冷媒との熱交換を活発にする。室外ユニット２の壁面には吹出口１０５が設けられており、室外熱交換器１３ａで熱交換された空気が吹出される。内部通気口１０３から室外ユニット２に入った外気も室外熱交換器１３ａで熱交換されて吹出口１０５から吹出される。

室外ユニット２の下方には、水供給ユニット２６が配置されている。水供給ユニット２６は、ホース２２、タンク２３及びポンプ２５を含む。タンク２３内の水は、ポンプ２５によって汲み上げられホース２２を通って加湿手段２１に搬送される。図３は、タンクの斜視図である。図３において、結露水は入口３２ａから浄水槽３２の内部に流入する。浄水槽３２で浄化された水は、第２電磁弁３４を通ってタンク２３に流入する。タンク２３内の水は、タンク２３の底面側からポンプ２５によって汲み上げられる。

浄水槽３２の下方には、第１電磁弁３３と第２電磁弁３４が接続されている。第１電磁弁３３を通過した水は排水口５１から排出される。第２電磁弁３４を通過した水はタンク２３に入る。タンク２３の底面側には第３電磁弁３５が接続されており、第３電磁弁３５を通過した水は排水口５１から排出される。ポンプ２５は、タンク２３の底面側から水をくみ上げて三方弁３６に送り、三方弁３６から水が加湿手段２１へ供給される。

タンク２３内の水は、殺菌のために紫外線ランプ３７から紫外線が照射されている。紫外線ランプ３７は、タンク２３の上部に取付けられるが、設置が容易であるので作業性がよい。殺菌手段は、紫外線ランプ３７に限定されるものではなく、例えば、オゾン発生器でもよい。

また、空気調和装置１が寒冷地に設置される場合は、タンク２３内の水の凍結を防止するために、ヒーターがタンク２３の近傍、或いはタンク２３内に配置される。ヒーターは常時作動している必要はなく、外気温が氷点下に達したときに作動すればよい。

なお、ヒーターは、タンク２３内の水の凍結を防止することができる加熱手段であればよい。例えば、電気式ヒーターの場合は、ニクロム線、シーズヒーター、カーボンヒーター、セラミックヒーター、シートヒーターなどから選択される。また、冷凍サイクル内の高圧側（圧縮機出口、凝縮器出口など）の配管をタンク２３下部又は近傍へ引き回して加熱するヒートポンプ式を選択することも可能である。さらに、２つの圧縮機を並列に接続し、一方の圧縮機をタンク２３近傍に配置して、その圧縮機の放熱でタンク２３内の水を加熱することもできる。

＜水の循環経路＞
図４は、水の循環経路を示す回路図である。図４に示すように、浄水槽３２の内部は、浄水フィルタ３２３によって第１槽３２１と第２槽３２２とに仕切られており、浄水槽３２に入った水は、先ず、第１槽３２１に貯留され、その後、浄水フィルタ３２３を通過して第２槽３２２に貯留される。水が浄水フィルタ３２３を通過する際には、水中に含まれる不純物が浄水フィルタ３２３によって除去される。このような浄水手段は、大型化せず設置し易い。

第１槽３２１内が満水状態になったときは、第１電磁弁３３が流路を開き排水する。第２槽３２２内の水は、第２電磁弁３４が流路を開いたときにタンク２３内へ流れる。タンク２３が満水状態になったときは、第２電磁弁３４が流路を閉じる。タンク２３内の水が不要になったときは、第３電磁弁３５が流路を開けて排水する。

三方弁３６は、ポンプ２５から送られてくる水を加湿手段２１に供給するだけでなく、必要に応じてその水を浄水槽３２の第２槽３２２へ戻している。水が第２槽３２２に戻されることによって、浄水後の水が浄水フィルタ３２３を通して浄水前の水側へ強制的に流され、浄水フィルタ３２３が清掃される。即ち、第２槽３２２から第１槽３２１へ水が逆流し、浄水フィルタ３２３の表面に堆積した不純物が第１槽３２１に戻される。このとき、第１電磁弁３３が流路を開けることによって、浄水フィルタ３２３に堆積した不純物を除去しながら第１槽３２１内の水を排出することができる。

＜空気調和装置の動作＞
空気調和装置１は、四路切換弁１２で冷媒の流路を変更することによって冷房運転と暖房運転とを切り替えることができる。本実施形態では、冷媒回路が暖房運転用の回路になっている場合について説明する。

暖房運転時において、制御部４は、四路切換弁１２を制御して図１の実線で示す流路を選択させ、圧縮機１１と室内熱交換器１５とを連通させる。通常、第３膨張弁１４ｃは開いているので、室内熱交換器１５と吸着熱交換器１１６は凝縮器として機能する。室外熱交換器１３ａと結露熱交換器１３ｂとは蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機１１より吐出された高温・高圧の冷媒が室内熱交換器１５に導入され、室内熱交換器１５内の冷媒は室内空気と熱交換した後、吸着熱交換器１１６に導入され、吸着熱交換器１１６内の冷媒もまた外気と熱交換する。その結果、冷媒の温度が低下し、中温・高圧の状態になる。

吸着熱交換器１１６を出た冷媒は、第１膨張弁１４ａで減圧され、一部は室外熱交換器１３ａに導入され、その他は第２膨張弁１４ｂでさらに減圧されて結露熱交換器１３ｂに導入される。制御部４は、第２膨張弁１４ｂを制御して結露熱交換器１３ｂの冷媒の蒸発温度が外気の露点温度以下となるように設定するので、結露熱交換器１３ｂの温度は室外熱交換器１３ａの温度よりも低くなる。その結果、外気の露点温度が低く室外熱交換器１３ａで結露しないときでも、結露熱交換器１３ｂでは常に結露する。

さらに、吸着熱交換器１１６では、冷媒が吸着剤を加温して吸着剤に含まれる水分を空気中へ脱離させているので、吸着熱交換器１１６を通過する空気には吸着剤から脱離された水分が含まれている。その水分も結露熱交換器１３ｂを通過するときに結露するので、結露熱交換器１３ｂで発生する結露水は、吸着熱交換器１１６がない場合よりも多くなる。室外熱交換器１３ａを出た冷媒および結露熱交換器１３ｂを出た冷媒は、再び圧縮機１１に吸入される。

吸着熱交換器１１６の吸着剤に吸着されている水分は、加温時間の増加に伴って減少していくので、定期的に水分を吸着させることが好ましい。本実施形態では、制御部４は定期的に第３膨張弁１４ｃで冷媒流路を絞って冷媒を減圧し、吸着熱交換器１１６で冷媒を蒸発させ、吸着剤の冷却を行なう。その結果、吸着剤に空気中の水分が吸着される。

＜第１実施形態の変形例＞
図５は、本発明の第１実施形態の変形例に係る空気調和装置の構成図である。第１実施形態と同じ部品については同様の符号を付与して説明は省略する。図５において、空気調和装置１０１は冷媒回路１１０を備えている。冷媒回路１１０の蒸発機構１３では、室外熱交換器１３ａ、第２膨張弁１４ｂ及び結露熱交換器１３ｂが直列に接続されている。

吸着熱交換器１１６を出た冷媒は、第１膨張弁１４ａで減圧され室外熱交換器１３ａに導入されて吸熱する。室外熱交換器１３ａを出た冷媒は、第２膨張弁１４ｂでさらに減圧されて結露熱交換器１３ｂに導入される。制御部４は、第２膨張弁１４ｂを制御して結露熱交換器１３ｂの冷媒の蒸発温度が外気の露点温度以下となるように設定するので、結露熱交換器１３ｂの温度は室外熱交換器１３ａの温度よりも低くなる。その結果、外気の露点温度が低く室外熱交換器１３ａで結露しないときでも、結露熱交換器１３ｂでは常に結露する。

＜第１実施形態の特徴＞
（１）
空気調和装置１（又は１０１）の冷媒回路１０（又は１１０）では、圧縮機１１、室内熱交換器１５、吸着熱交換器１１６、第１膨張弁１４ａ、蒸発機構１３の順で冷媒が循環する。吸着熱交換器１１６には、高温時に水分を脱離する吸着剤が担持されている。蒸発機構１３は、吸着熱交換器１１６の近傍に配置され吸着熱交換器１１６を通過した空気から水分を結露させる。加湿手段２１は、蒸発機構１３で発生した結露水を使って室内を加湿する。

吸着熱交換器１１６は放熱器として高温となり、吸着剤が水分を脱離する。吸着熱交換器１１６を通過してきた空気は、吸着剤から脱離された水分を含んでいるので、吸着熱交換器１１６がない場合に比べて蒸発機構１３で発生する結露水は増加する。その結露水が加湿用の水として補充されるので、水不足による加湿能力の低下が防止される。

（２）
蒸発機構１３は、室外熱交換器１３ａと結露熱交換器１３ｂとから成る。結露熱交換器１３ｂの冷媒流れの上流側には、結露熱交換器１３ｂに入る冷媒を減圧する第２膨張弁１４ｂがさらに設けられている。第１膨張弁１４ａで減圧された冷媒が第２膨張弁１４ｂでさらに減圧されるので、結露熱交換器１３ｂの温度は室外熱交換器１３ａの温度よりも低くなる。その結果、室外熱交換器１３ａ単独で発生する結露水の量よりも多くの結露水が発生するので、加湿用の水が不足することがない。

（３）
吸着熱交換器１１６の冷媒流れの上流側には、吸着熱交換器１１６に入る冷媒を減圧できる第３膨張弁１４ｃがさらに設けられている。制御部４は、必要に応じて第３膨張弁１４ｃを制御して冷媒を減圧し吸着熱交換器１１６の温度を低下させる。このとき、吸着剤が冷却されるので、吸着剤は水分の脱離を止めて水分の吸着を行う。その結果、次に脱離するための水分が補給される。

（４）
冷媒回路１０（又は１１０）には、四路切換弁１２がさらに設けられている。四路切換弁１２は、流路を切換えることによって圧縮機１１から出た冷媒を室内熱交換器１５又は室外熱交換器１３ａ、結露熱交換器１３ｂへ流すことができる。制御部４は、室外熱交換器１３ａ及び結露熱交換器１３ｂの少なくとも一方が着霜した際、四路切換弁１２を制御して冷媒流路を切換え、室外熱交換器１３ａ及び結露熱交換器１３ｂに冷媒を流す。室外熱交換器１３ａ及び結露熱交換器１３ｂが着霜、凍結した場合、圧縮機から出た高温冷媒が室外熱交換器１３ａ及び結露熱交換器１３ｂに流されるので、素早く除霜、融解することができる。

〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態に係る空気調和装置の構成図である。第１実施形態と同じ部品については同様の符号を付与して説明を省略する。

＜空気調和装置の概略構成＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る空気調和装置の構成図である。図６において、空気調和装置２０１は、冷媒が流通する冷媒回路２１０を備えている。冷媒回路２１０は、圧縮機１１、四路切換弁１２、蒸発機構１３、第１膨張弁１４ａ、室内熱交換器１５及びアキュームレータ２０などが接続されて形成されている。制御部２０４は、ＣＰＵ及びメモリを内蔵しており、空気調和装置２０１の各機器を制御している。

圧縮機１１を出た冷媒は、四路切換弁１２によって蒸発機構１３又は室内熱交換器１５のいずれか一方に流れる。例えば、暖房運転時、制御部２０４は四路切換弁１２を制御して図６の実線で示した流路を選択させて冷媒を室内熱交換器１５側へ流す。一方、冷房運転時には、制御部２０４は四路切換弁１２を制御して図６の点線で示した流路を選択させて冷媒を蒸発機構１３へ流す。第１膨張弁１４ａは、冷媒の流路を絞って冷媒を減圧する。アキュームレータ２０は、余分な液冷媒を溜めて圧縮機１１にガス冷媒だけを戻している。

冷媒回路２１０の蒸発機構１３は、室外熱交換器１３ａ、第２膨張弁１４ｂ及び結露熱交換器１３ｂが直列に接続されている。室外熱交換器１３ａと結露熱交換器１３ｂは共に蒸発器として機能し、特に、結露熱交換器１３ｂは空気中の水分を結露させることを目的とする。

さらに、冷媒回路２１０には、圧縮機１１から吐出された冷媒の一部を分流させる第１分流回路２５０及び第２分流回路２６０が形成されている。第１分流回路２５０では、圧縮機１１、第１電磁開閉弁２５１、吸着熱交換器１１６、キャピラリチューブ２５２、アキュームレータ２０の順で冷媒が流れる。第２分流回路２６０では、圧縮機１１、第２電磁開閉弁２６１、逆止弁２６２、結露熱交換器１３ｂの順で冷媒が流れる。

＜空気調和装置の動作＞
暖房運転時において、制御部２０４は、四路切換弁１２を制御し図６の実線で示す流路を選択させて圧縮機１１と室内熱交換器１５とを連通させる。このとき、室内熱交換器１５は凝縮器として機能し、室外熱交換器１３ａと結露熱交換器１３ｂとは蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機１１より吐出された高温・高圧の冷媒が室内熱交換器１５に導入され、室内熱交換器１５内で冷媒は放熱し凝縮する。その結果、冷媒の温度が低下し中温・高圧の状態になる。

室内熱交換器１５を出た冷媒は、第１膨張弁１４ａで減圧され、室外熱交換器１３ａに導入され吸熱し蒸発する。室外熱交換器１３ａを出た冷媒は、第２膨張弁１４ｂでさらに減圧されて結露熱交換器１３ｂに導入される。制御部２０４は、第２膨張弁１４ｂを制御して結露熱交換器１３ｂの冷媒の蒸発温度が外気の露点温度以下となるように設定するので、結露熱交換器１３ｂの温度は室外熱交換器１３ａの温度よりも低くなる。その結果、外気の露点温度が低く室外熱交換器１３ａで結露しないときでも、結露熱交換器１３ｂでは常に結露する。

第１分流回路２５０では、圧縮機１１を出た高温冷媒の一部が吸着熱交換器１１６に流れる。吸着熱交換器１１６の下流にはキャピラリチューブ２５２があるので、吸着熱交換器１１６内の冷媒は、高圧のまま維持され放熱器として機能する。その結果、吸着剤が加温され、吸着剤に含まれる水分が空気中に脱離するので、吸着熱交換器１１６を通過する空気流Ａには吸着剤から脱離された水分が含まれる。

結露熱交換器１３ｂは、吸着熱交換器１１６から流れてくる空気流Ａの下流に位置するので、吸着剤から脱離した水分も結露熱交換器１３ｂで結露する。その結果、結露熱交換器１３ｂで発生する結露水は、吸着熱交換器１１６がない場合よりも多くなる。

吸着熱交換器１１６の吸着剤に吸着されている水分は、加温時間の増加に伴って減少していくので、定期的に水分を吸着させることが好ましい。本実施形態では、必要に応じて第１電磁開閉弁２５１を制御して冷媒流路を閉じ吸着熱交換器１１６へ高温冷媒が流入しないようにして、吸着剤の自然冷却を行なっている。その結果、吸着剤に空気中の水分が吸着される。

第２分流回路２６０では、常時、第２電磁開閉弁２６１が閉じているので結露熱交換器１３ｂへ圧縮機１１からの高温冷媒が流れ込むことはない。しかし、結露熱交換器１３ｂが着霜したときは、制御部２０４は、第２電磁開閉弁２６１を制御して冷媒流路を開放させて結露熱交換器１３ｂに高温冷媒を流す。高温冷媒の放熱によって結露熱交換器１３ｂは除霜される。

＜第２実施形態の変形例＞
図７は、本発明の第２実施形態の変形例に係る空気調和装置の構成図である。第２実施形態と同じ部品については同様の符号を付与して説明は省略する。図７において、空気調和装置３０１は、冷媒が流れる冷媒回路３１０を備えている。冷媒回路３１０の蒸発機構１３では、室外熱交換器１３ａと結露熱交換器１３ｂとが並列に接続され、結露熱交換器１３ｂの冷媒流れの上流には、第２膨張弁１４ｂが直列に接続されている。第１膨張弁１４ａを出た冷媒の一部は室外熱交換器１３ａに導入され、残りの冷媒は第２膨張弁１４ｂで再び減圧されて結露熱交換器１３ｂに導入される。制御部２０４は、第２膨張弁１４ｂを制御して結露熱交換器１３ｂの冷媒の蒸発温度が外気の露点温度以下となるように設定するので、結露熱交換器１３ｂの温度は室外熱交換器１３ａの温度よりも低くなる。その結果、外気の露点温度が低く室外熱交換器１３ａで結露しないときでも、結露熱交換器１３ｂでは常に結露する。

＜第２実施形態の特徴＞
（１）
空気調和装置２０１（又は３０１）の冷媒回路２１０（又は３１０）では、圧縮機１１、室内熱交換器１５、第１膨張弁１４ａ、蒸発機構１３の順で冷媒が循環する。蒸発機構１３は、室外熱交換器１３ａと結露熱交換器１３ｂとから成る。結露熱交換器１３ｂの冷媒流れの上流側には、結露熱交換器１３ｂに入る冷媒を減圧する第２膨張弁１４ｂがさらに設けられている。

冷媒回路２１０（又は３１０）には、第１分流回路２５０と第２分流回路２６０とが形成されている。第１分流回路２５０では、圧縮機１１、第１電磁開閉弁２５１、吸着熱交換器１１６、キャピラリチューブ２５２の順で冷媒が循環する。第２分流回路２６０では、圧縮機１１、第２電磁開閉弁２６１、結露熱交換器１３ｂの順で冷媒が循環する。

制御部２０４は、必要に応じて第１電磁開閉弁２５１を閉じ吸着熱交換器１１６に向う冷媒の流れを断つので、吸着熱交換器１１６の温度が低下し吸着剤が自然冷却され、吸着剤が水分の脱離を止めて水分の吸着を行う。その結果、次に脱離するための水分が補給される。また、制御部２０４は、必要に応じて第２電磁開閉弁２６１を開けて結露熱交換器１３ｂへ冷媒を流す。結露熱交換器１３ｂが着霜、凍結した場合、冷媒回路の循環方向を変更することなく圧縮機から出た高温冷媒を結露熱交換器１３ｂに流すことができるので、素早く除霜、融解することができる。

（２）
冷媒回路２１０（又は３１０）には、四路切換弁１２がさらに設けられている。四路切換弁１２は、流路を切換えることによって圧縮機１１から出た冷媒を室内熱交換器１５又は室外熱交換器１３ａ及び結露熱交換器１３ｂへ流すことができる。制御部２０４は、室外熱交換器１３ａ及び結露熱交換器１３ｂの少なくとも一方が着霜した際、四路切換弁１２を制御して冷媒流路を切換え、室外熱交換器１３ａ及び結露熱交換器１３ｂに冷媒を流す。室外熱交換器１３ａ及び結露熱交換器１３ｂが着霜、凍結した場合、圧縮機から出た高温冷媒を室外熱交換器１３ａ及び結露熱交換器１３ｂに流すことができるので、素早く除霜、融解することができる。

〔第３実施形態〕
＜空気調和機の概略構成＞
図８は、本発明の第３実施形態に係る空気調和装置の構成図である。第１実施形態と同じ部品については同様の符号を付与して説明を省略する。図８において、空気調和装置４０１は、２つの独立した冷媒回路４１０，５１０を備えている。第１冷媒回路４１０は、圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３ａ、第１膨張弁１４ａ、室内熱交換器１５及びアキュームレータ２０などの機器が接続されて形成されている。

第２冷媒回路５１０は、圧縮機１１１、四路切換弁１１２、吸着熱交換器１１６、第２膨張弁１４ｂ、結露熱交換器１３ｂ及びアキュームレータ１２０などの機器が接続さて形成されている。第１冷媒回路４１０は室内空調用として使用され、第２冷媒回路５１０は結露水生成用として使用される。制御部４０４は、ＣＰＵ及びメモリを内蔵しており、空気調和装置４０１の各機器を制御している。

＜空気調和装置の動作＞
空気調和装置４０１は、四路切換弁１２で冷媒の流路を変更することによって冷房運転と暖房運転とを切り替えることができる。本実施形態では、冷媒回路が暖房運転用の回路になっている場合について説明する。

暖房運転時の第１冷媒回路４１０において、制御部４０４は四路切換弁１２を制御して図１の実線で示す流路を選択させ、圧縮機１１と室内熱交換器１５とを連通させる。室内熱交換器１５および室外熱交換器１３ａはそれぞれ凝縮器および蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機１１より吐出された高温・高圧の冷媒が室内熱交換器１５に導入され、室内空気と熱交換して温度が低下し、中温・高圧の状態になる。室内熱交換器１５を出た冷媒は、第１膨張弁１４ａで減圧されて室外熱交換器１３ａに導入される。ここで室外空気と熱交換が行われ、再び圧縮機１１に吸入される。

第２冷媒回路５１０おいて、制御部４０４は四路切換弁１１２を制御して図１の実線で示す流路を選択させ、圧縮機１１１と吸着熱交換器１１６とを連通させる。すなわち、圧縮機１１１より吐出された高温・高圧の冷媒が吸着熱交換器１１６に導入され、室外空気と熱交換して温度が低下し、中温・高圧の状態になる。

吸着熱交換器１１６を出た冷媒は、第２膨張弁１４ｂで減圧されて結露熱交換器１３ｂに導入される。結露熱交換器１３ｂの蒸発温度は、外気から水分を結露させるために外気の露点温度以下となるように設定されている。結露熱交換器１３ｂは、吸着熱交換器１１６を通過した空気流Ａの下流に配置されている。吸着熱交換器１１６では、冷媒が吸着剤を加温して吸着剤に含まれる水分を脱離させているので、吸着熱交換器１１６を通過する空気には吸着剤から脱離された水分が含まれている。その水分も結露熱交換器１３ｂを通過するときに結露するので、結露熱交換器１３ｂで発生する結露水は、吸着熱交換器１１６がない場合よりも多くなる。

吸着熱交換器１１６の吸着剤に吸着されている水分は、加温時間の増加に伴って減少していくので、定期的に水分を吸着させることが好ましい。本実施形態では、制御部４０４が定期的に四路切換弁１１２を制御して図８の点線で示す流路を選択させ吸着熱交換器１１６を蒸発器として機能させ、吸着剤の冷却を行なっている。その結果、吸着剤に空気中の水分が吸着される。

結露熱交換器１３ｂが着霜したとき、制御部４０４が四路切換弁１１２を制御して図８の点線で示す流路を選択させ結露熱交換器１３ｂを凝縮器として機能させ、結露熱交換器１３ｂに高温冷媒を流す。高温冷媒の放熱によって結露熱交換器１３ｂは除霜される。このときも、吸着熱交換器１１６は蒸発器として機能しているので、吸着剤が冷却され、吸着剤に空気中の水分が吸着される。

＜第３実施形態の特徴＞
（１）
空気調和装置４０１は、室内空調に使用される第１冷媒回路４１０と、結露水を発生させるために使用される第２冷媒回路５１０とを備えている。第２冷媒回路５１０は、凝縮器である吸着熱交換器１１６と、蒸発器である結露熱交換器１３ｂとを有している。吸着熱交換器１１６を通過した空気は、吸着剤から脱離された水分を含んでおり、その水分は結露熱交換器１３ｂを通過するときに結露する。このため、結露熱交換器１３ｂで発生する結露水は、凝縮器に吸着熱交換器１１６を採用していない場合よりも多い。その結露水は加湿手段２１へ搬送されて加湿用の水として使用される。第２冷媒回路５１０は、室内空調に使用される第１冷媒回路４１０から独立しており、暖房性能を低下させることなく加湿用の水が充足される。

（２）
第２冷媒回路５１０には、四路切換弁１１２がさらに設けられている。四路切換弁１１２は、流路を切換えることによって圧縮機１１１から出た冷媒を吸着熱交換器１１６又は結露熱交換器１３ｂへ流すことができる。制御部４０４は、結露熱交換器１３ｂが着霜した際、四路切換弁１２を制御して冷媒流路を切換え結露熱交換器１３ｂに冷媒を流す。圧縮機１１１から出た高温冷媒を結露熱交換器１３ｂに流すことができるので、素早く除霜、融解することができる。

〔第４実施形態〕
第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態では、吸着熱交換器１１６を通過する空気は、結露熱交換器１３ｂを通過した後、室外熱交換器１３ａを通過するようにしているが、専用のファンを設けて、空気流Ａが吸着熱交換器１１６から結露熱交換器１３ｂを通過して外へ吹出すように風路を形成してもよい。図９は、第４実施形態に係る空気調和装置の室外ユニット及び捕水ユニットの構造を示す斜視図である。第１実施形態と同じ部品については同様の符号を付与して説明を省略する。

図９において、捕水ユニット７には、吸着熱交換器１１６、結露熱交換器１３ｂ、ドレンパン３１ｂおよびファン１１８が配置されている。ドレンパン３１ｂは、結露熱交換器１３ｂの下方に位置し、結露熱交換器１３ｂで発生した結露水をさらに下方へ流す。壁面には通気口１０２と、通気口１０２から所定距離は離れた位置に吹出口１１９が設けられている。ファン１１８には、静圧の高いシロッコファンが採用されており、ファン１１８が回転することによって通気口１０２から外気が吸込まれ、その外気は、吸着熱交換器１１６、結露熱交換器１３ｂを通過して吹出口１１９から吹出される。ファン１１８が設けられることによって、吸着熱交換器１１６および結露熱交換器１３ｂを通過する風量の調節が自由になり、結露水の発生量が制御し易くなる。

以上のように、本発明によれば、吸着熱交換器と結露熱交換器を組み合わせることによって、結露水が常に採取されるので、結露水を加湿用の水として使用する加湿手段を備えた空気調和装置に有用である。

本発明の第１実施形態に係る空気調和装置の構成図。 空気調和装置の室外ユニット及び捕水ユニットの構造を示す斜視図。 タンクの斜視図。 水の循環経路を示す回路図。 本発明の第１実施形態の変形例に係る空気調和装置の構成図。 本発明の第２実施形態に係る空気調和装置の構成図。 本発明の第２実施形態の変形例に係る空気調和装置の構成図。 本発明の第３実施形態に係る空気調和装置の構成図。 本発明の第４実施形態に係る空気調和装置の室外ユニット及び捕水ユニットの構造を示す斜視図。

符号の説明

１，１０１，２０１，３０１，４０１ 空気調和装置
４，２０４，４０４ 制御部
１０，１１０，２１０，３１０ 冷媒回路
１１，１１１ 圧縮機
１２，１１２ 四路切換弁
１３ 蒸発機構
１３ａ 室外熱交換器（第１蒸発器）
１３ｂ 結露熱交換器（第２蒸発器）
１４ａ 第１膨張弁（第１膨張機構）
１４ｂ 第２膨張弁（第２膨張機構）
１４ｃ 第３膨張弁（第３膨張機構）
１５ 室内熱交換器（凝縮器）
２１ 加湿手段
１１６ 吸着熱交換器
２５１ 第１電磁開閉弁
２６１ 第２電磁開閉弁
４１０ 第１冷媒回路
５１０ 第２冷媒回路

Claims (8)

1. 圧縮機（１１）、凝縮器（１５）、第１膨張機構（１４ａ）、蒸発機構（１３）の順で冷媒が循環する蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路（１０，１１０，２１０，３１０）と、
   前記冷媒回路の冷媒温度を制御する制御部（４，２０４）と、
   室内を加湿する加湿手段（２１）と、
   を備え、
   前記冷媒回路の高圧側には、高温時に水分を脱離する吸着剤が担持された吸着熱交換器（１１６）がさらに設けられており、
   前記蒸発機構（１３）は、前記吸着熱交換器（１１６）の近傍に配置され前記吸着熱交換器（１１６）を通過した空気から水分を結露させ、
   前記加湿手段（２１）は、前記蒸発機構（１３）で発生した結露水を使って前記室内を加湿する、
   空気調和装置（１，１０１，２０１，３０１）。
2. 前記蒸発機構（１３）は、第１蒸発器（１３ａ）と第２蒸発器（１３ｂ）とを含み、
   前記冷媒回路には、前記第２蒸発器（１３ｂ）に入る冷媒を減圧する第２膨張機構（１４ｂ）がさらに設けられている、
   請求項１に記載の空気調和装置（１，１０１，２０１，３０１）。
3. 前記冷媒回路（１０，１１０）には、前記吸着熱交換器（１１６）に入る冷媒を減圧できる第３膨張機構（１４ｃ）がさらに設けられている、
   請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置（１，１０１）。
4. 前記冷媒回路（２１０，３１０）には、前記圧縮機（１１）から吐出された冷媒の一部を前記吸着熱交換器（１１６）へ流す第１開閉弁（２５１）がさらに設けられている、
   請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置（２０１，３０１）。
5. 前記冷媒回路（２１０，３１０）には、前記圧縮機（１１）から吐出された冷媒の一部を前記第２蒸発器（１３ｂ）へ流すことができる第２開閉弁（２６１）がさらに設けられている、
   請求項２に記載の空気調和装置（２０１，３０１）。
6. 前記冷媒回路（１０，１１０，２１０，３１０）には、流路を切換えることによって前記圧縮機（１１）から出た冷媒を前記凝縮器（１５）又は前記第１蒸発器（１３ａ）及び前記第２蒸発器（１３ｂ）へ流すことができる四路切換弁（１２）がさらに設けられており、
   前記制御部（４，２０４）は、前記第１蒸発器（１３ａ）及び前記第２蒸発器（１３ｂ）の少なくとも一方が着霜した際、前記四路切換弁（１２）を制御して冷媒流路を切換え、前記第１蒸発器（１３ａ）及び前記第２蒸発器（１３ｂ）に冷媒を流す、
   請求項２に記載の空気調和装置（１，１０１，２０１，３０１）。
7. 圧縮機（１１１）、
   高温時に水分を脱離する吸着剤が表面に担持された吸着熱交換器（１１６）、
   膨張機構（１４ｂ）、
   前記吸着熱交換器（１１６）を通過した空気から水分を結露させる蒸発器（１３ｂ）、
   の順で冷媒が循環する蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路（５１０）と、
   前記冷媒回路（５１０）の冷媒温度を制御する制御部（４０４）と、
   室内を加湿する加湿手段（２１）と、
   を備え、
   前記蒸発器（１３ｂ）は、前記吸着熱交換器（１１６）の近傍に配置され、
   前記加湿手段（２１）は、前記蒸発器（１３ｂ）で発生した結露水を使って前記室内を加湿する、
   空気調和装置（４０１）。
8. 前記冷媒回路（５１０）には、流路を切換えることによって前記圧縮機（１１１）から出た冷媒を前記吸着熱交換器（１１６）又は前記蒸発器（１３ｂ）へ流すことができる四路切換弁（１１２）がさらに設けられており、
   前記制御部（４０４）は、前記蒸発器（１３ｂ）が着霜した際、前記四路切換弁（１１２）を制御して冷媒流路を切換え、前記蒸発器（１３ｂ）に冷媒を流す、
   請求項７に記載の空気調和装置（１）。

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