JP2020012603A - 空気調和システム - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発温度が高い状態であっても、省エネルギー性と快適性とを両立させることができる空気調和システムを提供する。
【解決手段】室外機と室内機とを備える空気調和システムであって、空調対象空間の空気が吸い込まれる吸込口、空調対象空間に調和空気が吹き出される吹出口、吸込口と吹出口とを連通する風路が形成された筐体と、風路上に配置され、冷媒と空気との間で熱交換を行う上流熱交換器と、上流熱交換器の下流側に配置され、冷媒と空気との間で熱交換を行う下流熱交換器と、上流熱交換器に流れる冷媒の流量を調整する上流側流量調整弁と、空気中の水分を吸着する吸着部材を有し、上流熱交換器の下流側であって下流熱交換器の上流側に配置された吸脱着装置と、上流側流量調整弁の開度を制御し、吸脱着装置により吸着運転または脱着運転を行わせるコントローラとを有し、室外機に接続され、室内機と並列に接続される調湿装置を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気中の水分を吸着する吸着部材を備えた空気調和システムに関するものである。

従来、空気調和システムは、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる冷媒回路を有する、室外機と当該室外機に接続された複数の室内機とによって構成されている。この場合、冷媒の蒸発温度は、それぞれの室内機で一定となっており、室内機の風量または冷媒流量によって能力が制御されている。

一方、省エネルギー性の向上を目的として、空調負荷状態から冷媒の蒸発温度を上昇させて冷凍サイクルの効率を向上させることにより、消費電力を削減する空気調和システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、除湿を換気装置で行い、空気調和機の蒸発温度を上昇させる空調システムが提案されている（例えば、特許文献２）。

特許第５３２８９５１号公報 特開２０１０−１３３６１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の空気調和システムでは、蒸発温度を上昇させた場合に除湿能力が少なくなるため、快適性が悪化する。また、除湿能力は蒸発温度に依存するため、ユーザによる高い除湿能力が要求された場合には、蒸発温度を上昇させることができないため、省エネルギー性を向上させることができない。

特許文献２に記載の空調システムでは、除湿を換気装置で行うため、風量および装置の設置台数が制限される。また、室外が高湿の場合には、高負荷運転となるため、換気装置の消費電力が増大し、省エネルギー性が低下する虞がある。このように、従来の空気調和システムでは、省エネルギー性と快適性とを両立させることが困難である。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、蒸発温度が高い状態であっても、省エネルギー性と快適性とを両立させることができる空気調和システムを提供することを目的とする。

本発明の空気調和システムは、圧縮機および室外熱交換器を有する室外機と、膨張弁および室内熱交換器を有し、前記室外機に接続された室内機とを備える空気調和システムであって、空調対象空間の空気が吸い込まれる吸込口、前記空調対象空間に調和空気が吹き出される吹出口、および前記吸込口と前記吹出口とを連通する風路が形成された筐体と、前記風路上に配置され、前記室外機から流入する冷媒と空気との間で熱交換を行う上流熱交換器と、前記上流熱交換器の下流側に配置され、前記室外機から流入する前記冷媒と空気との間で熱交換を行う下流熱交換器と、前記上流熱交換器に流れる前記冷媒の流量を調整する上流側流量調整弁と、空気中の水分を吸着する吸着部材を有し、前記風路のうち前記上流熱交換器の下流側であって前記下流熱交換器の上流側に配置された吸脱着装置と、前記上流側流量調整弁の開度を制御し、前記吸脱着装置により前記空気中の水分を吸着する吸着運転、または、吸着した前記水分を脱着する脱着運転を行わせるコントローラとを有し、前記室外機に接続されるとともに、前記室内機と並列に接続される調湿装置を備えるものである。

以上のように、本発明によれば、上流側流量調整弁の開度を制御して調湿装置を冷房吸着運転または冷房脱着運転で運転させることにより、蒸発温度が高い状態であっても、省エネルギー性と快適性とを両立させることができる。

実施の形態１に係る空気調和システムの構成の一例を示す概略図である。 実施の形態１に係る空気調和システムの構成の一例を示す冷媒回路図である。 図２のコントローラ、室外機制御基板、室内機制御基板および調湿装置制御基板の接続関係の一例を示すブロック図である。 図２の吸脱着装置に用いられる吸着部材の吸湿特性を示すグラフである。 図２の調湿装置における冷房吸着運転時の動作について説明するための概略図である。 冷房吸着運転時に調湿装置を通過する空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 図２の調湿装置における冷房脱着運転時の動作について説明するための概略図である。 冷房脱着運転時に調湿装置を通過する空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 吸脱着装置を空気が通過する際の通過速度と水分の吸脱着速度との関係の一例を示すグラフである。 図２の調湿装置による起動制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る空気調和システムの構成の一例を示す冷媒回路図である。 図１１の調湿装置における高除湿運転時の動作について説明するための概略図である。 高除湿運転時に調湿装置を通過する空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 図１１の調湿装置による起動制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る空気調和システムの構成の一例を示す冷媒回路図である。 図１５の調湿装置における冷房吸着運転時の動作について説明するための概略図である。 冷房吸着運転時に調湿装置を通過する空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 図１５の調湿装置における冷房脱着運転時の動作について説明するための概略図である。 冷房脱着運転時に調湿装置を通過する空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 図１５の調湿装置における高除湿運転時の動作について説明するための概略図である。 高除湿運転時に調湿装置を通過する空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 実施の形態４に係る空気調和システムの構成の一例を示す概略図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る空気調和システムについて説明する。本実施の形態１に係る空気調和システムは、室内の除湿を行う調湿装置を備えるものである。

［空気調和システム１００の構成］
図１は、本実施の形態１に係る空気調和システム１００の構成の一例を示す概略図である。図２は、本実施の形態１に係る空気調和システム１００の構成の一例を示す冷媒回路図である。図１および図２に示すように、空気調和システム１００は、室外機１０、室内機２０、調湿装置３０およびコントローラ４０を備えている。

室外機１０と、室内機２０および調湿装置３０とは、それぞれ液側主管１０２およびガス側主管１０３、ならびに伝送線１０１で接続されている。室内機２０および調湿装置３０は、互いに並列に接続されている。また、室外機１０とコントローラ４０とは、伝送線１０１で接続されている。なお、この例では、それぞれ１台の室外機１０、室内機２０および調湿装置３０が接続されているが、これはこの例に限られない。例えば、室外機１０の能力または必要な除湿量等に応じて、室外機１０、室内機２０および調湿装置３０のそれぞれは、複数台設けられてもよい。

空気調和システム１００では、室外機１０、室内機２０および調湿装置３０が液側主管１０２およびガス側主管１０３と、それぞれから分岐する液側分岐管１０４およびガス側分岐管１０５とによって接続される。そして、各配管内を冷媒が流れることにより、冷媒回路が形成される。冷媒回路に使用される冷媒は、特に限定されない。例えば、二酸化炭素、炭化水素若しくはヘリウムのような自然冷媒、ＨＦＣ−４１０Ａ若しくはＨＦＣ−４０７Ｃなどの塩素を含まない冷媒、または既存の製品に使用されているＲ２２若しくはＲ１３４ａなどのフロン系冷媒などの冷媒を使用できる。

（室外機１０）
図２に示すように、室外機１０は、圧縮機１１、冷媒流路切替装置１２、室外熱交換器１３、室外送風機１４およびアキュムレータ１５を備えている。室外機１０内には、室外送風機１４によって室外空間から取り込まれた空気が室外熱交換器１３を通過して室外空間に送風される風路が形成される。

圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１は、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機等からなる。圧縮機１１の運転周波数は、室外機制御基板１９を介してコントローラ４０によって制御される。なお、この例では、１台の圧縮機１１が用いられる場合を示すが、これに限られず、例えば２台以上の圧縮機１１が並列または直列に接続されてもよい。

冷媒流路切替装置１２は、例えば四方弁であり、冷媒の流れる方向を切り替えることにより、冷房運転および暖房運転の切り替えを行う。冷媒流路切替装置１２は、冷房運転時に、図２の実線で示す状態に切り替わり、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１３とが接続されるとともに、アキュムレータ１５とガス側主管１０３とが接続される。また、冷媒流路切替装置１２は、暖房運転時に、図２の点線で示す状態に切り替わり、圧縮機１１の吐出側とガス側主管１０３とが接続されるとともに、室外熱交換器１３とアキュムレータ１５とが接続される。冷媒流路切替装置１２における流路の切替は、室外機制御基板１９を介してコントローラ４０によって制御される。

室外熱交換器１３は、室外空気と冷媒との間で熱交換を行う。室外熱交換器１３は、冷房運転の際に、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、室外熱交換器１３は、暖房運転の際に、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により室外空気を冷却する蒸発器として機能する。室外熱交換器１３として、例えば、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器が用いられる。

室外送風機１４は、室外熱交換器１３に対して室外空気を供給する。室外送風機１４の回転数は、室外機制御基板１９を介してコントローラ４０によって制御される。回転数が制御されることにより、室外熱交換器１３に対する送風量が調整される。室外送風機１４として、例えば、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）ファンモータなどのモータによって駆動される遠心ファンまたは多翼ファン等が用いられる。

アキュムレータ１５は、圧縮機１１の吸入側である低圧側に設けられる。アキュムレータ１５は、冷房運転と暖房運転の運転状態の違いによって生じる余剰冷媒、過渡的な運転の変化に対する余剰冷媒等を貯留する。

また、室外機１０は、吐出圧力センサ１６、吸入圧力センサ１７および外気温度センサ１８を備えている。吐出圧力センサ１６は、圧縮機１１の吐出側に設けられ、圧縮機１１から吐出される冷媒の圧力を検出する。吸入圧力センサ１７は、圧縮機１１の吸入側に設けられ、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力を検出する。外気温度センサ１８は、室外熱交換器１３の空気吸い込み側に設けられ、室外送風機１４によって取り込まれる室外空気の温度、すなわち外気温を検出する。

さらに、室外機１０は、室外機制御基板１９を備えている。室外機制御基板１９は、伝送線１０１によってコントローラ４０と接続され、コントローラ４０からの運転制御信号に基づき、圧縮機１１、冷媒流路切替装置１２および室外送風機１４を制御する。

（室内機２０）
室内機２０は、膨張弁２１、室内熱交換器２２および室内送風機２３を備えている。室内機２０内には、室内送風機２３によって空調対象空間から取り込まれた空気が室内熱交換器２２を通過して空調対象空間に送風される風路が形成される。

膨張弁２１は、冷媒を膨張させる。膨張弁２１として、例えば、図示しないステッピングモータにより絞りの開度を調整することができる電子式膨張弁、あるいは、受圧部にダイヤフラムを採用した機械式膨張弁またはキャピラリーチューブ等が用いられる。膨張弁２１の開度は、室内機制御基板２７を介してコントローラ４０によって制御される。

室内熱交換器２２は、空気と冷媒との間で熱交換を行う。これにより、空調対象空間に供給される暖房用空気または冷房用空気が生成される。室内熱交換器２２は、冷房運転の際に蒸発器として機能し、空調対象空間の空気を冷却して冷房を行う。また、室内熱交換器２２は、暖房運転の際に凝縮器として機能し、空調対象空間の空気を加熱して暖房を行う。室内熱交換器２２として、例えば、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器が用いられる。

室内送風機２３は、室内熱交換器２２に対して空気を供給する。室内送風機２３の回転数は、室内機制御基板２７を介してコントローラ４０によって制御される。回転数が制御されることにより、室内熱交換器２２に対する送風量が調整される。室内送風機２３として、例えば、ＤＣファンモータなどのモータによって駆動される遠心ファンまたは多翼ファン等が用いられる。

また、室内機２０は、液管温度センサ２４、ガス管温度センサ２５および吸込空気温度センサ２６を備えている。液管温度センサ２４は、冷房運転時の冷媒の流れにおいて室内熱交換器２２の入口側に設けられ、冷房運転時に室内熱交換器２２に流入する冷媒の温度を検出する。ガス管温度センサ２５は、冷房運転時の冷媒の流れにおいて室内熱交換器２２の出口側に設けられ、冷房運転時に室内熱交換器２２から流出する冷媒の温度を検出する。吸込空気温度センサ２６は、室内熱交換器２２の空気吸い込み側に設けられ、室内送風機２３によって取り込まれる室内空気の温度、すなわち室内温度を検出する。

さらに、室内機２０は、室内機制御基板２７を備えている。室内機制御基板２７は、伝送線１０１によってコントローラ４０と接続され、コントローラ４０からの運転制御信号に基づき、膨張弁２１および室内送風機２３を制御する。

（調湿装置３０）
調湿装置３０は、膨張弁３１、上流熱交換器３２ａ、下流熱交換器３２ｂ、調湿送風機３３、上流側流量調整弁３４ａおよび吸脱着装置３５を備えている。また、調湿装置３０の筐体には、空調対象空間である室内の空気を還気（ＲＡ）として吸い込む吸込口３０ａと、室内に調和空気を給気（ＳＡ）として吹き出す吹出口３０ｂと、吸込口３０ａと吹出口３０ｂとを連通する風路１とが形成されている。吸込口３０ａに吸い込まれた室内空気は、風路１を通り、吹出口３０ｂから室内に吹き出される。

膨張弁３１は、冷媒を膨張させる。膨張弁３１として、例えば、図示しないステッピングモータにより絞りの開度を調整することができる電子式膨張弁、あるいは、受圧部にダイヤフラムを採用した機械式膨張弁またはキャピラリーチューブ等が用いられる。膨張弁３１の開度は、調湿装置制御基板３９を介してコントローラ４０によって制御される。

上流熱交換器３２ａは、風路１上に配置されている。下流熱交換器３２ｂは、風路１上であって上流熱交換器３２ａの下流側に配置されている。上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂは、冷媒回路において互いに並列に接続され、いずれも空気と冷媒との間で熱交換を行う。これにより、空調対象空間に供給される暖房用空気または冷房用空気が生成される。上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂは、冷房運転の際に蒸発器として機能し、空調対象空間の空気を冷却して冷房を行う。また、上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂは、暖房運転の際に凝縮器として機能し、空調対象空間の空気を加熱して暖房を行う。上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂとして、例えば、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器が用いられる。

調湿送風機３３は、上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂに対して空気を供給する。調湿送風機３３の回転数は、調湿装置制御基板３９を介してコントローラ４０によって制御される。回転数が制御されることにより、上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂに対する送風量が調整される。調湿送風機３３として、例えば、ＤＣファンモータなどのモータによって駆動される遠心ファンまたは多翼ファン等が用いられる。

上流側流量調整弁３４ａは、冷房運転時の冷媒の流れにおいて上流熱交換器３２ａの入口側に設けられている。上流側流量調整弁３４ａは、開度が制御されることにより、冷房運転時に上流熱交換器３２ａを流れる冷媒の流量を調整する。上流側流量調整弁３４ａの開度は、調湿装置制御基板３９を介してコントローラ４０によって制御される。

吸脱着装置３５は、風路１における上流熱交換器３２ａの下流側であって、下流熱交換器３２ｂの上流側に配置されている。すなわち、吸脱着装置３５は、上流熱交換器３２ａと下流熱交換器３２ｂとの間に設けられている。吸脱着装置３５は、空気中の水分を吸着する吸着部材を有し、供給される空気に対する水分の吸着および脱着を行う。具体的には、吸脱着装置３５は、相対的に湿度の高い空気から水分を吸着し、相対的に湿度の低い空気に対して水分を脱着する。

また、調湿装置３０は、液管温度センサ３６、ガス管温度センサ３７および吸込空気温湿度センサ３８を備えている。液管温度センサ３６は、冷房運転時の冷媒の流れにおいて上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂの入口側に設けられ、冷房運転時に上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂに流入する冷媒の温度を検出する。ガス管温度センサ３７は、冷房運転時の冷媒の流れにおいて上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂの出口側に設けられ、冷房運転時に上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂから流出する冷媒の温度を検出する。吸込空気温湿度センサ３８は、上流熱交換器３２ａの空気吸い込み側に設けられ、調湿送風機３３によって取り込まれる室内空気の温度および絶対湿度を検出する。

さらに、調湿装置３０は、調湿装置制御基板３９を備えている。調湿装置制御基板３９は、伝送線１０１によってコントローラ４０と接続され、コントローラ４０からの運転制御信号に基づき、膨張弁３１、調湿送風機３３および上流側流量調整弁３４ａを制御する。

（コントローラ４０）
コントローラ４０は、室外機１０、室内機２０および調湿装置３０のそれぞれに対して運転制御信号を送信し、空気調和システム１００全体を制御する。また、コントローラ４０は、室外機１０、室内機２０および調湿装置３０のそれぞれに設けられた各種センサで検出された温度および湿度に基づき、各種演算処理等を行う。

図３は、図２のコントローラ４０、室外機制御基板１９、室内機制御基板２７および調湿装置制御基板３９の接続関係の一例を示すブロック図である。図３に示すように、コントローラ４０には、室外機１０、室内機２０および調湿装置３０のそれぞれに設けられた各種センサが接続されている。また、コントローラ４０には、室外機制御基板１９、室内機制御基板２７および調湿装置制御基板３９が伝送線１０１を介して接続されている。

室外機制御基板１９には、圧縮機１１、冷媒流路切替装置１２および室外送風機１４が接続されている。室内機制御基板２７には、膨張弁２１および室内送風機２３が接続されている。調湿装置制御基板３９には、膨張弁３１、調湿送風機３３および上流側流量調整弁３４ａが接続されている。

コントローラ４０は、情報取得部４１、演算処理部４２、機器制御部４３および記憶部４４を備えている。コントローラ４０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。

情報取得部４１は、吐出圧力センサ１６、吸入圧力センサ１７、外気温度センサ１８、液管温度センサ２４および３６、ガス管温度センサ２５および３７、吸込空気温度センサ２６、ならびに吸込空気温湿度センサ３８等の各種センサで検出された情報を取得する。

演算処理部４２は、情報取得部４１で取得された各種の情報に基づき、各種処理を行う。特に、本実施の形態１において、演算処理部４２は、後述する起動制御の際に、吸込空気温湿度センサ３８の測定結果に基づく室内温度Ｔｒａの演算、ならびに演算した室内温度Ｔｒａと設定温度Ｔｍとの比較処理を行う。また、演算処理部４２は、設定絶対湿度ＡＨｍと吸込空気温湿度センサ３８の測定結果から得られる室内絶対湿度ＡＨｒａとの比較処理を行う。

機器制御部４３は、演算処理部４２による処理結果に基づき、空気調和システム１００に設けられた各部を制御するための運転制御信号を生成し、室外機制御基板１９、室内機制御基板２７および調湿装置制御基板３９に送信する。特に、本実施の形態１において、機器制御部４３は、起動制御の際に、演算処理部４２による処理結果に基づき、調湿装置３０に設けられた上流側流量調整弁３４ａの開度制御を行うための運転制御信号を生成する。生成された運転制御信号は、調湿装置制御基板３９を介して上流側流量調整弁３４ａに供給される。

記憶部４４は、コントローラ４０の各部で用いられる各種の値を記憶する。特に、本実施の形態１において、記憶部４４は、外部から設定された目標室内温度を設定温度Ｔｍとして記憶するとともに、外部から設定された目標室内絶対湿度を設定絶対湿度ＡＨｍとして記憶する。

（吸脱着装置３５）
ここで、本実施の形態１における吸脱着装置３５について説明する。吸脱着装置３５は、風路１に対して静止しており、風路１に固定して取り付けられている。調湿装置３０には、吸脱着装置３５を駆動するような駆動装置は設けられていない。吸脱着装置３５は、多孔質平板を用いて形成されている。この多孔質平板は、通風断面積を大きくできるように、風路１のうち吸脱着装置３５が配置される箇所の管路断面に沿った多角形状の形状を有している。また、多孔質平板は、当該多孔質平板の厚さ方向に空気を通過させる複数の小透孔が形成された通風体である。多孔質平板の表面には、相対的に湿度の高い空気から水分を吸着し、相対的に湿度の低い空気に対して水分を脱着する特性を有する吸着部材が形成されている。

すなわち、本実施の形態１の吸脱着装置３５は、多孔質平板と、その表面に形成された吸着部材とを有している。吸着部材は、多孔質平板の表面に吸着剤が塗布されることによって層状に形成されている。また、吸着部材は、含浸により多孔質平板の表面に担持されていてもよいし、表面処理により多孔質平板の表面に形成されていてもよい。

図４は、図２の吸脱着装置３５に用いられる吸着部材の吸湿特性を示すグラフである。図４において、横軸は空気の相対湿度（％）を示し、縦軸は吸着部材の単位質量当たりの平衡吸着量［ｇ／ｇ］を示す。

図４において実線で示す曲線ａは、本実施の形態１で特に好適に用いられる吸着部材の吸湿特性の例を表している。本実施の形態１で特に好適に用いられる吸着部材としては、例えば、有機系ではポリアクリル酸ナトリウム架橋体、無機系ではナノチューブ珪酸塩（イモゴライト）およびアルミニウム珪酸塩（ハスクレイ（登録商標））などがある。

一方、破線で示す曲線ｂは、通常のデシカントロータに用いられる吸着部材の吸湿特性の例を表している。通常のデシカントロータに用いられる吸着部材としては、シリカゲルおよびゼオライトなどがある。

図４の曲線ａで示すように、本実施の形態１で特に好適に用いられる吸着部材は、相対湿度の上昇に伴って平衡吸着量が単調に増加し、特に相対湿度４０〜１００％の範囲では相対湿度の上昇に伴って平衡吸着量が略直線的に増加する特性を有している。また、この吸着部材は、相対湿度８０〜１００％の高湿域における平衡吸着量が特に多くなる特性を有している。

このような吸着部材を用いることにより、冷房吸着運転で吸脱着装置３５を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量と、冷房脱着運転で吸脱着装置３５を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量との差を大きくすることができる。そのため、吸着部材の吸着能力および脱着能力をより高めることができる。

曲線ｂの吸湿特性を有する吸着部材では、相対湿度の上昇に伴って平衡吸着量が単調に増加するものの、相対湿度の上昇に伴う平衡吸着量の増加が緩やかである。このような吸着部材を吸脱着装置３５に用いた場合、相対湿度４０〜６０％程度の夏期の一般的な室内空間の空気からの除湿量を多くするのが困難となる場合がある。

除湿量を多くするためには、冷房吸着運転で吸脱着装置３５を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量と、冷房脱着運転で吸脱着装置３５を通過する空気に対する吸着部材の平衡吸着量との差を大きくすることが望ましい。そのため、冷房脱着運転で吸脱着装置３５を通過する前の空気を加熱装置などによって加熱し、空気の相対湿度を２０％程度に低下させることが必要になる場合がある。

これに対し、曲線ａの吸湿特性を有する吸着部材は、相対湿度８０〜１００％の高湿域における平衡吸着量が特に多くなっている。そのため、空気を加熱して相対湿度を低下させるまでもなく、相対湿度４０〜６０％程度の一般的な室内空間の空気に対する平衡吸着量と、相対湿度８０〜１００％程度の空気に対する平衡吸着量との差を十分に大きくすることができる。したがって、曲線ａの吸湿特性を有する吸着部材を吸脱着装置３５に用いることにより、風路１に脱着熱源が設けられていなくても連続的な除湿運転が可能になる。

吸着部材は、低温になるほど水分移動速度が低下する特性を有する。冷房吸着運転で吸脱着装置３５に流入する空気は、冷房脱着運転で吸脱着装置３５に流入する空気と比較して低温である。そのため、冷房吸着運転時には、吸着部材での水分移動速度の低下により除湿量が少なくなる。除湿量を増加させるためには、冷房吸着運転で吸脱着装置３５に流入する空気が相対湿度８０〜１００％程度の高湿であるという特性を生かして、高湿域での平衡吸着量が中湿域での平衡吸着量よりも十分に多くなる吸着部材を用いる必要がある。

ここで、高湿域とは、相対湿度８０〜１００％の範囲のことであり、中湿域とは、一般的な室内空間の湿度である相対湿度４０〜６０％の範囲のことである。試験検証結果から、高湿域での平衡吸着量が中湿域での平衡吸着量の１．２倍以上である吸湿部材が用いられることにより、流入空気温度の低下による除湿能力の低下を抑制できることが分かっている。

具体的には、相対湿度６０％の空気に対する単位質量当たりの平衡吸着量ｘと、相対湿度８０％の空気に対する単位質量当たりの平衡吸着量ｙとが、「ｙ／ｘ≧１．２」の関係を満たしていれば、流入空気温度の低下による除湿能力の低下を抑制できる。曲線ａの吸湿特性を有する吸着部材は、「ｙ／ｘ≧１．２」の関係を満たしている。

［空気調和システム１００の動作］
上記構成を有する空気調和システム１００における冷媒の流れについて、図２を参照しながら説明する。

（冷房運転）
冷房運転時、冷媒流路切替装置１２は、図２の実線で示すように、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１３とが接続されるように切り替えられる。そして、低温低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。

圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２を介して室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外送風機１４によって取り込まれた室外空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室外熱交換器１３から流出する。室外熱交換器１３から流出した高圧の液冷媒は、室外機１０から流出する。室外機１０から流出した高圧の液冷媒は、液側主管１０２を流れた後に液側分岐管１０４によって分岐され、室内機２０および調湿装置３０に流入する。

室内機２０に流入した高圧の液冷媒は、膨張弁２１によって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器２２に流入する。室内熱交換器２２に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内送風機２３によって取り込まれた室内空気と熱交換して吸熱および蒸発し、低圧のガス冷媒となって室内熱交換器２２から流出する。室内熱交換器２２から流出した低圧のガス冷媒は、室内機２０から流出する。

また、調湿装置３０に流入した高圧の液冷媒は、膨張弁３１によって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となる。そして、流路が２つに分岐され、一方は上流側流量調整弁３４ａを介して上流熱交換器３２ａに流入し、他方は下流熱交換器３２ｂに流入する。

上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂのそれぞれに流入した低温低圧の気液二相冷媒は、調湿送風機３３によって取り込まれた室内空気と熱交換して吸熱および蒸発し、低圧のガス冷媒となって上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂから流出する。上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂから流出した低圧のガス冷媒は合流し、調湿装置３０から流出する。

室内機２０から流出した低圧のガス冷媒と、調湿装置３０から流出した低圧のガス冷媒とは、ガス側分岐管１０５を介してガス側主管１０３で合流し、室外機１０に流入する。室外機１０に流入した低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２およびアキュムレータ１５を通過して、圧縮機１１へ吸入される。

（暖房運転）
暖房運転時、冷媒流路切替装置１２は、図２の破線で示すように、圧縮機１１の吐出側と室内機２０側とが接続されるように切り替えられる。そして、低温低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２を介して室外機１０から流出する。
室外機１０から流出した高温高圧のガス冷媒は、ガス側主管１０３を流れた後にガス側分岐管１０５によって分岐され、室内機２０および調湿装置３０に流入する。

室内機２０に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２２に流入する。室内熱交換器２２に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内送風機２３によって取り込まれた室内空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室内熱交換器２２から流出する。室内熱交換器２２から流出した高圧の液冷媒は、膨張弁２１によって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室内機２０から流出する。

また、調湿装置３０に流入した高温高圧のガス冷媒は、流路が２つに分岐され、上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂに流入する。上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂのそれぞれに流入した高温高圧のガス冷媒は、調湿送風機３３によって取り込まれた室内空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂから流出する。

上流熱交換器３２ａから流出した高圧の液冷媒は、上流側流量調整弁３４ａを介して下流熱交換器３２ｂから流出した高圧の液冷媒と合流し、膨張弁３１に流入する。膨張弁３１に流入した高圧の液冷媒は、減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、調湿装置３０から流出する。

室内機２０から流出した低温低圧の気液二相冷媒と、調湿装置３０から流出した低温低圧の気液二相冷媒とは、液側分岐管１０４を介して液側主管１０２で合流し、室外機１０に流入する。室外機１０に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室外送風機１４によって取り込まれた室外空気と熱交換して吸熱および蒸発し、低圧のガス冷媒となって室外熱交換器１３から流出する。室外熱交換器１３から流出した低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置１２およびアキュムレータ１５を通過して、圧縮機１１へ吸入される。

（冷房運転時の調湿装置３０の動作）
冷房運転時において、調湿装置３０では、冷房吸着運転または冷房脱着運転が行われる。冷房吸着運転および冷房脱着運転は、上流側流量調整弁３４ａの開度によって切り替えられる。以下では、調湿装置３０による冷房吸着運転および冷房脱着運転について説明する。

（冷房吸着運転）
冷房吸着運転は、例えば、後述する冷房脱着運転の後に実行される。図５は、図２の調湿装置３０における冷房吸着運転時の動作について説明するための概略図である。冷房吸着運転時において、調湿装置３０は、上記の冷房運転と同様に動作する。また、上流側流量調整弁３４ａの開度は相対的に高開度に設定される。これにより、上流熱交換器３２ａに流れる冷媒の流量が大きくなる。そのため、上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂは、ともに蒸発器として機能する。吸脱着装置３５の吸着部材は、例えば周囲空気の相対湿度で飽和しており、水分の保持量が相対的に少ない状態にある。

図６は、冷房吸着運転時に調湿装置３０を通過する空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図６の横軸は温度［℃］を示し、縦軸は絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ）を示す。図６中の点Ａ１、点Ｂ１、点Ｃ１および点Ｄ１は、図５中の（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）および（Ｄ１）の位置にそれぞれ対応している。

上流熱交換器３２ａに流入する前の室内空気は、点Ａ１の状態にある。上流熱交換器３２ａを通過した空気は、冷媒との熱交換により冷却除湿され、低温かつ相対湿度の高い状態となって（点Ｂ１）、吸脱着装置３５に流入する。相対湿度の高い空気が吸脱着装置３５を通過するため、吸脱着装置３５の吸着部材では、空気中の水分を吸着して吸着熱を放熱する吸着反応が生じる。これにより、吸脱着装置３５を通過した空気は、吸着反応により除湿されるとともに加熱され、絶対湿度が低下した状態となって（点Ｃ１）、下流熱交換器３２ｂに流入する。下流熱交換器３２ｂを通過した空気は、冷媒との熱交換により冷却され（点Ｄ１）、室内に供給される。

すなわち、冷房吸着運転では、調湿装置３０に吸い込まれた室内空気が、上流熱交換器３２ａでの冷却と吸脱着装置３５での吸着反応とにより除湿され、さらに下流熱交換器３２ｂで冷却される。これにより、室内には低温で絶対湿度の低い空気が供給される。

（冷房脱着運転）
冷房脱着運転は、例えば冷房吸着運転の後に実行される。図７は、図２の調湿装置３０における冷房脱着運転時の動作について説明するための概略図である。冷房脱着運転時において、調湿装置３０は、上記の冷房運転と同様に動作する。また、上流側流量調整弁３４ａの開度が相対的に低開度に設定される。これにより、上流熱交換器３２ａに冷媒が流れなくなるか、または上流熱交換器３２ａに流れる冷媒の流量が小さくなる。そのため、上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂは、ともに蒸発器として機能するものの、上流熱交換器３２ａの蒸発器としての能力は、小さい、もしくはゼロとなっている。吸脱着装置３５の吸着部材は、例えば冷房吸着運転で吸脱着装置３５に流入した空気の相対湿度で飽和しており、水分の保持量が相対的に多い状態にある。

図８は、冷房脱着運転時に調湿装置３０を通過する空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図８の横軸は温度［℃］を示し、縦軸は絶対湿度［ｋｇ／ｋｇ］を示す。図８中の点Ａ２、点Ｂ２、点Ｃ２および点Ｄ２は、図７中の（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）および（Ｄ２）の位置にそれぞれ対応している。

上流熱交換器３２ａに流入する前の室内空気は、点Ａ２の状態にある。上流熱交換器３２ａを通過した空気は、冷媒との熱交換がほとんど行われないため点Ａ２と同じ状態を維持し（点Ｂ２）、吸脱着装置３５に流入する。相対湿度が低い空気が吸脱着装置３５を通過し、かつ吸脱着装置３５の吸着部材の水分保持量が多くなっているため、吸着部材では、空気中に水分を放出して脱着熱を吸熱する脱着反応が生じる。これにより、吸着部材の水分保持量が減少し、吸着部材が再生される。また、吸脱着装置３５を通過した空気は、脱着反応により加湿されるとともに冷却され、低温かつ高湿の空気となって（点Ｃ２）、下流熱交換器３２ｂに流入する。下流熱交換器３２ｂを通過した空気は、冷媒との熱交換により冷却除湿され（点Ｄ２）、低温でかつ絶対湿度が低下した給気として室内に供給される。

すなわち、冷房脱着運転では、調湿装置３０に吸い込まれた室内空気が、吸脱着装置３５での脱着反応により加湿されるものの、下流熱交換器３２ｂでの冷却により除湿される。これにより、室内には低温で絶対湿度の低い空気が供給される。

（運転切替制御）
本実施の形態１では、除湿を行う際に冷房吸着運転と冷房脱着運転とを交互に実行する必要がある。冷房吸着運転と冷房脱着運転とを切り替えるタイミングは、各運転が開始されてからの時間などに基づいて判断される。例えば、冷房吸着運転と冷房脱着運転とは１０分毎に切り替えられる。本実施の形態１の冷房吸着運転および冷房脱着運転では、室外のように環境変化が大きい空間の空気ではなく、室内などの環境変化が小さい空間の空気を用いて、吸着部材に対する水分の吸着および脱着が行われる。このため、吸着部材が平衡状態となる条件を予測しやすくなる。

したがって、予め設定された切替時間で冷房吸着運転と冷房脱着運転とが切り替えられたとしても、冷房吸着運転では吸着部材の吸着能力を十分に発揮させることができ、冷房脱着運転では吸着部材の脱着能力を十分に発揮させることができる。これにより、除湿能力を維持した連続的な除湿運転が可能となる。除湿能力を最適化するために、切替時間の設定を外部からの操作により変更できるようになっていてもよい。

上述したように、冷房吸着運転で吸脱着装置３５に流入する空気の温度は、冷房脱着運転で吸脱着装置３５に流入する空気の温度よりも低い。また、吸着部材での水分移動速度は、低温になるほど低下する。図９は、吸脱着装置３５を空気が通過する際の通過速度と水分の吸脱着速度との関係の一例を示すグラフである。図９では、異なる２つの温度Ｔ１と、温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２の空気が吸脱着装置３５を通過する際の通過速度と水分の吸脱着速度との関係が示されている。図９に示すように、温度Ｔ２の空気が吸脱着装置３５を通過する場合には、温度Ｔ１の空気が吸脱着装置３５を通過する場合よりも、水分が吸着または脱着する速度が低下する。そのため、空気と吸着部材との間での水分移動量が冷房吸着運転および冷房脱着運転で同量であるとすると、冷房吸着運転の方が飽和状態までの時間が長くなる傾向にある。

したがって、冷房吸着運転の実行時間を冷房脱着運転の実行時間よりも長く設定することにより、冷房吸着運転および冷房脱着運転のそれぞれにおいて吸着部材の体積当たりの水分移動量を増加させることができる。よって、吸着部材の吸着能力および脱着能力を十分に発揮させることができ、吸着部材の体積当たりの除湿能力を向上させることができる。これにより、除湿能力を維持しつつ、吸着部材および吸脱着装置３５を小型化または薄型化することができるため、吸脱着装置３５での空気の圧力損失を低減させることができる。

（起動制御）
ここで、空気調和システム１００では、起動制御が行われる。起動制御は、室内空気の状態量に基づき、調湿装置３０の最適な起動動作を判断するものである。以下では、フローチャートを参照しながら、起動制御の処理について説明する。

図１０は、図２の調湿装置３０による起動制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ１において、演算処理部４２は、外部から設定され記憶部４４に記憶された設定温度Ｔｍと、吸込空気温湿度センサ３８の測定結果に基づき演算される室内温度Ｔｒａとを比較する。

比較の結果、室内温度Ｔｒａが設定温度Ｔｍよりも大きい場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、コントローラ４０は、ステップＳ２において、調湿装置３０による冷房吸着運転を行う。冷房吸着運転では、機器制御部４３は、調湿装置３０内に配置された上流側流量調整弁３４ａの開度を大きくする。これにより、調湿装置３０に流入した冷媒は、上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂの両方に流れる。ここでは、設定温度Ｔｍと室内温度Ｔｒａとの温度差が大きいため、空気調和システム１００には大きな冷房能力が要求される。しかしながら、このときの冷房吸着運転では、上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂの両方に冷媒が流れることにより、通過する空気の風量あたりの冷房能力が大きくなり、室内を設定温度Ｔｍまで冷房するのに必要な時間を短縮することができる。

一方、室内温度Ｔｒａが設定温度Ｔｍ以下である場合（ステップＳ１；Ｎｏ）には、処理がステップＳ３に移行する。ステップＳ３において、演算処理部４２は、外部から設定され記憶部４４に記憶されたた室内の設定絶対湿度ＡＨｍと、吸込空気温湿度センサ３８の測定結果から得られる室内絶対湿度ＡＨｒａとを比較する。

比較の結果、室内絶対湿度ＡＨｒａが設定絶対湿度ＡＨｍよりも高い場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、コントローラ４０は、ステップＳ２において、調湿装置３０による冷房吸着運転を行う。冷房吸着運転では、機器制御部４３は、調湿装置３０内に配置された上流側流量調整弁３４ａの開度を大きくする。これにより、調湿装置３０に流入した冷媒は、上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂの両方に流れる。ここでは、室内の絶対湿度が高い状態であるため、空気調和システム１００には高い除湿能力が要求されるが、このときの冷房吸着運転では、吸着反応を利用することができるため、室内への給気の湿度が低くなる。そのため、室内の湿度を、目標となる設定絶対湿度ＡＨｍに迅速に到達させることができる。

また、ステップＳ３において、室内絶対湿度ＡＨｒａが設定絶対湿度ＡＨｍ以下である場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、コントローラ４０は、ステップＳ４において、調湿装置３０による冷房脱着運転を行う。冷房脱着運転では、機器制御部４３は、上流側流量調整弁３４ａの開度を小さくする。これにより、調湿装置３０に流入した冷媒のほとんどは、下流熱交換器３２ｂに流入する。ここでは、室内の温度および湿度ともに設定値に近い値となっているため、空気調和システム１００には大きな冷房能力は必要ない。そして、冷房脱着運転では、下流熱交換器３２ｂのみが蒸発器として機能するため、風量あたりの冷房能力は小さくなる。これにより、能力過多による運転および運転の停止を繰り返す状態が回避されるため、制御性を向上させることができる。

以上のように、本実施の形態１に係る空気調和システム１００では、風路１に設けられた上流熱交換器３２ａの開度を制御して、冷房吸着運転または冷房脱着運転を行うことにより、蒸発温度を上昇させた場合でも、除湿能力を維持することができる。特に、空気調和システム１００では、冷房除湿運転時に蒸発温度を上昇させた場合でも、調湿装置３０の下流熱交換器３２ｂに流入する空気の露点が上昇する。そのため、蒸発温度を上昇させた場合でも除湿量を確保することができる。したがって、蒸発温度が高い状態であっても、省エネルギー性と快適性とを両立させることができる。

コントローラ４０は、調湿装置３０の運転を、第１の設定時間で冷房吸着運転から冷房脱着運転に切り替え、第２の設定時間で冷房脱着運転から冷房吸着運転に切り替える。このとき、第１の設定時間は、第２の設定時間よりも長くする。これにより、冷房吸着運転における吸着部材の体積当たりの水分移動量を増加させることができるため、吸着部材の体積当たりの除湿能力を向上させることができる。したがって、吸脱着装置３５の除湿能力を維持しつつ、吸脱着装置３５を小型化または薄型化することができる。

演算処理部４２は、調湿装置３０の運転を開始する際に、室内温度が設定温度よりも高い場合に、冷房吸着運転で開始する。また、演算処理部４２は、室内温度が設定温度以下であり、かつ室内絶対湿度が設定絶対湿度よりも高い場合に、冷房吸着運転で開始する。さらに、演算処理部４２は、室内温度が設定温度以下であり、かつ室内絶対湿度が設定絶対湿度以下である場合に、冷房脱着運転で開始する。これにより、室内空気の状態に応じた運転が行われるため、省エネルギー性を向上させるとともに、快適性を維持することができる。

空気調和システム１００において、吸着部材は、相対湿度が４０〜１００％の空気に対する単位質量あたりの平衡吸着量が、相対湿度の上昇に対して直線的に増加する。また、吸着部材は、相対湿度が８０〜１００％の空気に対する平衡吸着量が、相対湿度が４０〜６０％の空気に対する平衡吸着量に対して１．２倍以上である。これにより、冷房吸着運転時に流入する空気温度の低下による吸着部材の除湿能力の低下を抑制できるとともに、吸着部材の質量当たりの除湿量を十分に多くすることができる。

なお、調湿装置３０は、室外機１０と接続された状態で室内に配置される。そのため、調湿装置３０に圧縮機１１を搭載する必要がなく、装置を軽量化することができる。また、調湿装置３０は、従来の室内機と同様の配管で接続することができる。そのため、従来の空気調和システムからの交換を容易に行うことができる。そして、室外機１０に対して複数の室内機２０が接続されている場合には、室内機２０と調湿装置３０の設置台数を変更することができる。そのため、調湿装置３０による除湿能力を、環境に応じて変更することができる。

吸脱着装置３５で使用される吸着剤の吸着速度および脱着速度は、図９に示すように、風速依存性に加えて温度依存性があり、温度が高いほど吸着、脱着速度が高くなる。そのため、脱着されるときの空気温度と、吸着されるときの空気温度との温度差が大きい場合には、吸着速度と脱着速度との速度差も大きくなる。しかし、吸着および脱着での水分移動の合計量は、吸着速度または脱着速度の遅い方で平衡してしまう。本実施の形態１において、調湿装置３０の吸着と脱着とにおける空気温度の差は、脱着時に加熱していないために加熱手段がある場合と比較すると小さくなり、吸着と脱着との速度差が小さくなる。そのため、吸着速度および脱着速度が均一に近くなるので、吸着部材の特性を十分に利用することができる。

さらに、吸脱着装置３５は、風路１内に固定され静止している。そのため、デシカントロータのように回転などの動作を行うための形状の制限がなく、吸脱着装置３５の通風面積を風路１の形状に合わせることができる。そして、通風面積を多く確保して風速を減少させることにより、圧力損失を低減することができ、また、吸脱着装置３５の吸着部材の空気との接触面積を増加させて吸脱着量を増加させることができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。梅雨などの季節では、低能力での冷房時にも除湿が必要となる。しかしながら、実施の形態１による冷房吸着運転では、上流熱交換器３２ａおよび下流熱交換器３２ｂでの熱交換面積が大きいため、除湿能力を確保すると顕熱処理能力が必要以上に大きくなってしまう。これにより、顕熱負荷が小さいときには、圧縮機１１の運転および停止が高頻度で繰り返されてしまう。

したがって、室温の変動が生じたり、起動入力の増大による省エネルギー性の悪化が生じたりする場合があった。そこで、本実施の形態２では、冷房吸着運転および冷房脱着運転に加えて、顕熱処理能力を抑えつつ除湿能力が確保できる高除湿運転を行う。

［空気調和システム１００の構成］
図１１は、本実施の形態２に係る空気調和システム１００の構成の一例を示す冷媒回路図である。なお、実施の形態１と共通する部分については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１１に示すように、本実施の形態２では、上流熱交換器３２ａを流れる冷媒の流量を調整する上流側流量調整弁３４ａに加えて、下流熱交換器３２ｂを流れる冷媒の流量を調整する下流側流量調整弁３４ｂが設けられている。

下流側流量調整弁３４ｂは、冷房運転時の冷媒の流れにおいて下流熱交換器３２ｂの入口側に設けられている。下流側流量調整弁３４ｂは、開度が制御されることにより、冷房運転時に下流熱交換器３２ｂを流れる冷媒の流量を調整する。下流側流量調整弁３４ｂの開度は、調湿装置制御基板３９を介してコントローラ４０によって制御される。

［冷房運転時の調湿装置３０の動作］
冷房運転時の調湿装置３０の動作について説明する。本実施の形態２に係る調湿装置３０では、冷房運転時に、実施の形態１で説明した冷房吸着運転および冷房脱着運転に加えて、高除湿運転が行われる。冷房吸着運転、冷房脱着運転および高除湿運転は、上流側流量調整弁３４ａおよび下流側流量調整弁３４ｂの開度によって切り替えられる。なお、冷房吸着運転および冷房脱着運転については、実施の形態１と同様であるため、以下では、調湿装置３０による高除湿運転について説明する。

（高除湿運転）
図１２は、図１１の調湿装置３０における高除湿運転時の動作について説明するための概略図である。高除湿運転は、例えば冷房脱着運転の後に実行される。高除湿運転時には、上流側流量調整弁３４ａの開度が相対的に高開度に設定される。これにより、上流熱交換器３２ａに流れる冷媒の流量が大きくなり、上流熱交換器３２ａにおける冷媒と空気との熱交換量が多くなる。また、高除湿運転時には、下流側流量調整弁３４ｂの開度が相対的に低開度に設定される。これにより、下流熱交換器３２ｂに冷媒が流れなくなるか、または下流熱交換器３２ｂに流れる冷媒の流量が小さくなり、下流熱交換器３２ｂにおける冷媒と空気との熱交換量が少なくなる。吸脱着装置３５の吸着部材は、例えば冷房脱着運転で流入する空気の相対湿度で飽和しており、水分の保持量が相対的に少ない状態にある。

図１３は、高除湿運転時に調湿装置３０を通過する空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図１３の横軸は温度［℃］を表し、縦軸は絶対湿度［ｋｇ／ｋｇ］を表している。図１３中の点Ａ３、Ｂ３、Ｃ３およびＤ３は、図１２中の（Ａ３）、（Ｂ３）、（Ｃ３）および（Ｄ３）の位置にそれぞれ対応している。

上流熱交換器３２ａに流入する前の室内空気は、点Ａ３の状態にある。上流熱交換器３２ａを通過した空気は、冷媒との熱交換により冷却除湿され、低温かつ相対湿度の高い状態となって（点Ｂ３）、吸脱着装置３５に流入する。相対湿度が高い空気が吸脱着装置３５を通過するため、吸脱着装置３５の吸着部材では吸着反応が生じる。これにより、吸脱着装置３５を通過した空気は、吸着反応によって除湿されるとともに加熱され、絶対湿度が低下した状態となって（点Ｃ３）、下流熱交換器３２ｂに流入する。下流熱交換器３２ｂを通過した空気は、冷媒との熱交換がほとんど行われないため点Ｃ３と同じ状態を維持し（点Ｄ３）、給気として室内に供給される。

ここで、室内に供給される給気の状態（点Ｄ３）は、上流熱交換器３２ａで冷却除湿された後の状態（点Ｂ３）と比較すると、絶対湿度が低くかつ温度が高くなっている。また、高湿度運転時の給気の状態（図１３の点Ｄ３）は、通常の冷房運転時、例えば冷房吸着運転時の給気の状態（図３の点Ｄ１）と比較すると、絶対湿度が同等でかつ温度が高くなっている。すなわち、高除湿運転時の除湿能力は通常の冷房運転時と同等であり、高除湿運転時の顕熱処理能力は通常の冷房運転時よりも低く抑えられている。したがって、高除湿運転は、除湿能力が高く顕熱処理能力が低い運転状態となる。

（運転切替制御）
本実施の形態２では、除湿を行う際に冷房吸着運転、冷房脱着運転および高除湿運転を切り替えて実行する必要がある。これらの運転は、冷房負荷、例えば室温と設定温度との温度差に基づいて切り替えることができる。

例えば、室温が設定温度以上である場合において、室温と設定温度との温度差の絶対値が閾値温度差よりも大きいときには、冷房吸着運転と冷房脱着運転とが交互に切り替えられる。室温が設定温度以上である場合において、室温と設定温度との温度差の絶対値が閾値温度差以下であるときには、冷房脱着運転と高除湿運転とが交互に切り替えられる。室温が設定温度よりも低い場合にも、冷房脱着運転と高除湿運転とが交互に切り替えられる。これにより、冷房負荷が小さい場合には、除湿能力が高く顕熱処理能力が低い高除湿運転が実行されるため、室温の変動および省エネルギー性の悪化を抑えつつ除湿を行うことができる。

一方、冷房負荷が大きい場合には、除湿能力および顕熱処理能力が高い冷房吸着運転が実行される。なお、冷房吸着運転と冷房脱着運転とが切り替えられるタイミング、および冷房脱着運転と高除湿運転とが切り替えられるタイミングは、実施の形態１と同様に、時間に基づいて判断されるようにしてもよい。例えば、高除湿運転の時間は、冷房脱着運転の時間と比較して長くすると好ましい。これは、吸着部材の体積当たりの水分移動量を増加させるためである。

高除湿先運転では、冷房吸着運転と同様に、吸脱着装置３５に流入する空気の温度が低くなる。したがって、高除湿運転の実行時間を冷房脱着運転の実行時間よりも長く設定することにより、高除湿運転および冷房脱着運転のそれぞれにおいて吸着部材の体積当たりの水分移動量を増加させることができる。よって、吸着部材の吸着能力および脱着能力を十分に発揮させることができ、吸着部材の体積当たりの除湿能力を向上させることができる。これにより、除湿能力を維持しつつ、吸着部材および吸脱着装置３５を小型化または薄型化することができるため、吸脱着装置３５での空気の圧力損失を低減させることができる。

（起動制御）
図１４は、図１１の調湿装置３０による起動制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ１１において、演算処理部４２は、外部から設定され記憶部４４に記憶された設定温度Ｔｍと、吸込空気温湿度センサ３８の測定結果に基づき演算される室内温度Ｔｒａとを比較する。比較の結果、室内温度Ｔｒａが設定温度Ｔｍよりも大きい場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、コントローラ４０は、ステップＳ１２において、実施の形態１（図１０のステップＳ２）と同様に、調湿装置３０による冷房吸着運転を行う。

一方、室内温度Ｔｒａが設定温度Ｔｍ以下である場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３において、演算処理部４２は、外部から設定され記憶部４４に記憶されたた室内の設定絶対湿度ＡＨｍと、吸込空気温湿度センサ３８の測定結果から得られる室内絶対湿度ＡＨｒａとを比較する。

比較の結果、室内絶対湿度ＡＨｒａが設定絶対湿度ＡＨｍよりも高い場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、コントローラ４０は、ステップＳ１４において、調湿装置３０による高除湿運転を行う。高除湿運転では、機器制御部４３は、調湿装置３０内に配置された上流側流量調整弁３４ａの開度を大きくするとともに、下流側流量調整弁３４ｂの開度を小さくする。これにより、調湿装置３０に流入した冷媒のほとんどが上流熱交換器３２ａに流れる。

また、ステップＳ１３において、室内絶対湿度ＡＨｒａが設定絶対湿度ＡＨｍ以下である場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、コントローラ４０は、ステップＳ１５において、実施の形態１（図１０のステップＳ４）と同様に、調湿装置３０による冷房脱着運転を行う。

このように、本実施の形態２では、高除湿運転を行うことにより、除湿能力を低下させることなく、低能力運転を実現することができる。これにより、室内の温度変化が少なくなるため、圧縮機１１のＯＮおよびＯＦＦの頻発が抑制される。したがって、起動エネルギーを削減することができ、省エネルギー性を向上させることができる。

また、本実施の形態２において、高除湿運転の時間は冷房脱着運転の時間と比較して長くなっている。これにより、吸着部材の体積当たりの水分移動量を増加させることができるため、吸脱着装置３５の除湿能力を維持しつつ、吸脱着装置３５を小型化または薄型化することができる。

以上のように、本実施の形態２に係る空気調和システム１００において、調湿装置３０は、下流熱交換器３２ｂに流れる冷媒の流量を調整する下流側流量調整弁３４ｂをさらに有し、下流側流量調整弁３４ｂの開度が制御されることにより、冷房吸着運転、冷房脱着運転または高除湿運転が行われる。これにより、実施の形態１と同様に、蒸発温度が高い状態であっても、省エネルギー性と快適性とを両立させることができる。

演算処理部４２は、調湿装置３０の運転を開始する際に、室内温度が設定温度よりも高い場合に、冷房吸着運転で開始する。また、演算処理部４２は、室内温度が設定温度以下であり、かつ室内絶対湿度が設定絶対湿度よりも高い場合に、高除湿運転で開始する。さらに、演算処理部４２は、室内温度が設定温度以下であり、かつ室内絶対湿度が設定絶対湿度以下である場合に、冷房脱着運転で開始する。これにより、実施の形態１と同様に、室内空気の状態に応じた運転が行われるため、省エネルギー性を向上させるとともに、快適性を維持することができる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。吸脱着装置３５は熱容量を持っているため、実施の形態１および２では、吸着運転である冷房吸着運転または高除湿運転と、脱着運転である冷房脱着運転との切替えが行われるときに熱損失が発生してしまう。また、実施の形態１および２では、上流熱交換器３２ａと下流熱交換器３２ｂとの間に吸脱着装置３５が配置されているため、調湿装置３０が大型化してしまう場合がある。

そこで、本実施の形態３では、上流熱交換器および下流熱交換器のいずれとも別体となる吸脱着装置を設けずに、上流熱交換器と吸着部材とが一体化した吸着熱交換器を設ける。

［空気調和システム１００の構成］
図１５は、本実施の形態３に係る空気調和システム１００の構成の一例を示す冷媒回路図である。なお、実施の形態１および２と共通する部分については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１５に示すように、本実施の形態３では、実施の形態１および２における吸脱着装置３５が除かれるとともに、上流熱交換器３２ａと吸着部材とが一体化した吸着熱交換器５１が設けられている。

吸着熱交換器５１は、下流熱交換器３２ｂと並列に接続されるとともに、調湿装置３０における風路１の最上流に配置されている。吸着熱交換器５１は、上流熱交換器３２ａの表面に吸着部材が形成されている。吸着部材は、上流熱交換器３２ａの表面に塗布または担持されることによって形成されている。吸着熱交換器５１では、上流熱交換器３２ａで蒸発した冷媒の蒸発熱を、空気を介さずに吸着部材の吸着反応に直接用いることができる。

［冷房運転時の調湿装置３０の動作］
冷房運転時の調湿装置３０の動作について説明する。本実施の形態３に係る調湿装置３０では、冷房運転時に、実施の形態２と同様に、冷房吸着運転、冷房脱着運転および高除湿運転が行われる。冷房吸着運転、冷房脱着運転および高除湿運転は、上流側流量調整弁３４ａおよび下流側流量調整弁３４ｂの開度によって切り替えられる。なお、冷房吸着運転および冷房脱着運転については、実施の形態１および２と同様であるため、以下では、調湿装置３０による高除湿運転について説明する。

（冷房吸着運転）
図１６は、図１５の調湿装置３０における冷房吸着運転時の動作について説明するための概略図である。冷房吸着運転時には、上流側流量調整弁３４ａの開度が相対的に高開度に設定され、下流側流量調整弁３４ｂの開度が相対的に高開度に設定される。

図１７は、冷房吸着運転時に調湿装置３０を通過する空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図１７中の点Ａ１、点Ｂ１および点Ｃ１は、図１６中の（Ａ１）、（Ｂ１）および（Ｃ１）の位置にそれぞれ対応している。

図１７では、図６に示した実施の形態１の空気の状態変化を破線で示している。実施の形態１では、上流熱交換器３２ａでの冷媒の蒸発熱が、風路１を流れる空気を介して吸脱着装置３５の吸着部材に伝達される。そのため、冷媒の蒸発熱が吸着部材以外の部材に放熱される熱損失が生じてしまう場合がある。

これに対し、本実施の形態３では、冷媒の蒸発熱が空気を介さずに吸着部材に直接伝達されるため、上記の熱損失の発生を防ぐことができ、吸着部材を高効率で冷却することができる。したがって、冷房吸着運転において蒸発温度を高く設定することができるため、空気調和システム１００の省エネルギー性を向上させることができる。

（冷房脱着運転）
図１８は、図１５の調湿装置３０における冷房脱着運転時の動作について説明するための概略図である。冷房脱着運転時には、上流側流量調整弁３４ａの開度が相対的に低開度に設定され、下流側流量調整弁３４ｂの開度が相対的に高開度に設定される。

図１９は、冷房脱着運転時に調湿装置３０を通過する空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図１９中の点Ａ２、点Ｂ２および点Ｃ２は、図１８中の（Ａ２）、（Ｂ２）および（Ｃ２）の位置にそれぞれ対応している。図１９に示す点Ａ２の空気の状態は、図８に示した点Ａ２または点Ｂ２の空気の状態と同様である。また、図１９に示す点Ｂ２および点Ｃ２の空気の状態は、図８に示した点Ｃ２および点Ｄ２の空気の状態とそれぞれ同様である。

（高除湿運転）
図２０は、図１５の調湿装置３０における高除湿運転時の動作について説明するための概略図である。高除湿運転時には、上流側流量調整弁３４ａの開度が相対的に高開度に設定され、下流側流量調整弁３４ｂの開度が相対的に低開度に設定される。

図２１は、高除湿運転時に調湿装置３０を通過する空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図２１中の点Ａ３、点Ｂ３および点Ｃ３は、図２０中の（Ａ３）、（Ｂ３）および（Ｃ３）の位置にそれぞれ対応している。

図２１では、図１３に示した実施の形態２の空気の状態変化を破線で示している。実施の形態２では、上流熱交換器３２ａでの冷媒の蒸発熱が、風路１を流れる空気を介して吸脱着装置３５の吸着部材に伝達される。そのため、冷媒の蒸発熱が吸着部材以外の部材に放熱される熱損失が生じてしまう場合がある。

これに対し、本実施の形態３では、冷媒の蒸発熱が空気を介さずに吸着部材に直接伝達されるため、上記の熱損失の発生を防ぐことができ、吸着部材を高効率で冷却することができる。したがって、高除湿運転において蒸発温度を高く設定することができるため、空気調和システム１００の省エネルギー性を向上させることができる。

（運転切替制御および起動制御）
本実施の形態３に係る調湿装置３０による運転切替制御および起動制御は、実施の形態２と同様であるため、ここでは説明を省略する。

以上のように、本実施の形態３に係る空気調和システム１００では、上流熱交換器３２ａおよび吸脱着装置３５に代えて、表面に吸着部材が設けられた吸着熱交換器５１が用いられている。これにより、実施の形態１および２と同様の運転制御が行われるとともに、同様の効果を得ることができる。また、吸脱着装置３５が不要となるため、調湿装置３０を小型化することができる。

さらに、冷房吸着運転または高除湿運転が行われる際には、冷媒の蒸発熱を、空気を介さずに吸着部材に伝達することができる。これにより、熱損失の発生を防ぐことができ、吸着部材を高効率で冷却することができる。したがって、冷房吸着運転または高除湿運転において蒸発温度を高く設定することができるため、空気調和システム１００の省エネルギー性を向上させることができる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４では、室外機を複数設け、室内機および調湿装置のそれぞれに対して異なる室外機を接続する。

［空気調和システム２００の構成］
図２２は、本実施の形態４に係る空気調和システム２００の構成の一例を示す概略図である。図２２に示すように、空気調和システム２００は、室外機１０ａおよび１０ｂ、室内機２０、調湿装置３０ならびにコントローラ４０を備えている。

室外機１０ａは、液側主管１０２ａおよびガス側主管１０３ａ、ならびに伝送線１０１ａで室内機２０と接続されている。室外機１０ｂは、液側主管１０２ｂおよびガス側主管１０３ｂ、ならびに伝送線１０１ｂで調湿装置３０と接続されている。

なお、空気調和システム２００の動作については、実施の形態１〜３で説明した空気調和システム１００と同様であるため、説明を省略する。

このように、室内機２０および調湿装置３０に対して、それぞれ異なる室外機１０ａおよび１０ｂが接続されることにより、室外機１０ａの蒸発温度を目標室内温度に応じて設定することができる。そのため、蒸発温度をさらに上昇させて消費電力を低減し、省エネルギー性を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態１〜４について説明したが、本発明は、上述した本発明の実施の形態１〜４に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、実施の形態１〜３において、膨張弁２１および３１のそれぞれは、室内機２０および調湿装置３０それぞれに設けられているように説明したが、これに限られず、例えば室外機１０に設けられてもよい。

１ 風路、１０、１０ａ、１０ｂ 室外機、１１ 圧縮機、１２ 冷媒流路切替装置、１３ 室外熱交換器、１４ 室外送風機、１５ アキュムレータ、１６ 吐出圧力センサ、１７ 吸入圧力センサ、１８ 外気温度センサ、１９ 室外機制御基板、２０ 室内機、２１ 膨張弁、２２ 室内熱交換器、２３ 室内送風機、２４ 液管温度センサ、２５ ガス管温度センサ、２６ 吸込空気温度センサ、２７ 室内機制御基板、３０ 調湿装置、３０ａ 吸込口、３０ｂ 吹出口、３１ 膨張弁、３２ａ 上流熱交換器、３２ｂ 下流熱交換器、３３ 調湿送風機、３４ａ 上流側流量調整弁、３４ｂ 下流側流量調整弁、３５ 吸脱着装置、３６ 液管温度センサ、３７ ガス管温度センサ、３８ 吸込空気温湿度センサ、３９ 調湿装置制御基板、４０ コントローラ、４１ 情報取得部、４２ 演算処理部、４３ 機器制御部、４４ 記憶部、５１ 吸着熱交換器、１００、２００ 空気調和システム、１０１、１０１ａ、１０１ｂ 伝送線、１０２、１０２ａ、１０２ｂ 液側主管、１０３、１０３ａ、１０３ｂ ガス側主管、１０４ 液側分岐管、１０５ ガス側分岐管。

Claims (10)

1. 圧縮機および室外熱交換器を有する室外機と、膨張弁および室内熱交換器を有し、前記室外機に接続された室内機とを備える空気調和システムであって、
   空調対象空間の空気が吸い込まれる吸込口、前記空調対象空間に調和空気が吹き出される吹出口、および前記吸込口と前記吹出口とを連通する風路が形成された筐体と、
   前記風路上に配置され、前記室外機から流入する冷媒と空気との間で熱交換を行う上流熱交換器と、
   前記上流熱交換器の下流側に配置され、前記室外機から流入する前記冷媒と空気との間で熱交換を行う下流熱交換器と、
   前記上流熱交換器に流れる前記冷媒の流量を調整する上流側流量調整弁と、
   空気中の水分を吸着する吸着部材を有し、前記風路のうち前記上流熱交換器の下流側であって前記下流熱交換器の上流側に配置された吸脱着装置と、
   前記上流側流量調整弁の開度を制御し、前記吸脱着装置により前記空気中の水分を吸着する吸着運転、または、吸着した前記水分を脱着する脱着運転を行わせるコントローラと
   を有し、
   前記室外機に接続されるとともに、前記室内機と並列に接続される調湿装置を備える空気調和システム。
2. 圧縮機および室外熱交換器を有する室外機と、膨張弁および室内熱交換器を有し、前記室外機に接続された室内機とを備える空気調和システムであって、
   空調対象空間の空気が吸い込まれる吸込口、前記空調対象空間に調和空気が吹き出される吹出口、および前記吸込口と前記吹出口とを連通する風路が形成された筐体と、
   前記風路上に配置され、前記室外機から流入する冷媒と空気との間で熱交換を行う上流熱交換器と、
   前記上流熱交換器の下流側に配置され、前記室外機から流入する前記冷媒と空気との間で熱交換を行う下流熱交換器と、
   前記上流熱交換器に流れる前記冷媒の流量を調整する上流側流量調整弁と、
   前記上流側流量調整弁の開度を制御し、前記空気中の水分を吸着する吸着運転、または、吸着した前記水分を脱着する脱着運転を行わせるコントローラと
   を有し、
   前記室外機に接続されるとともに、前記室内機と並列に接続される調湿装置を備え、
   前記上流熱交換器の表面に、空気中の水分を吸着する吸着部材が設けられている空気調和システム。
3. 前記コントローラは、
   前記調湿装置の運転を、第１の設定時間で前記吸着運転から前記脱着運転に切り替え、第２の設定時間で前記脱着運転から前記吸着運転に切り替える請求項１または２に記載の空気調和システム。
4. 前記第１の設定時間は、前記第２の設定時間よりも長い請求項３に記載の空気調和システム。
5. 前記調湿装置は、
   吸込空気温湿度センサをさらに有し、
   前記コントローラは、
   吸込空気温湿度センサによる検出結果に基づき、前記空調対象空間の室内温度および室内絶対湿度を演算し、前記室内温度と設定温度とを比較するとともに、前記室内絶対湿度と設定絶対湿度とを比較する演算処理部を有し、
   前記演算処理部は、
   前記調湿装置の運転を開始する際に、
   前記室内温度が前記設定温度よりも高い場合に、前記吸着運転で開始し、
   前記室内温度が前記設定温度以下であり、かつ前記室内絶対湿度が前記設定絶対湿度よりも高い場合に、前記吸着運転で開始し、
   前記室内温度が前記設定温度以下であり、かつ前記室内絶対湿度が前記設定絶対湿度以下である場合に、前記脱着運転で開始する請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和システム。
6. 前記調湿装置は、
   前記下流熱交換器に流れる前記冷媒の流量を調整する下流側流量調整弁をさらに有し、
   前記コントローラは、
   前記下流側流量調整弁の開度を制御し、前記吸着運転、前記脱着運転、または、前記吸着運転時よりも前記空気中の水分をより吸着する高除湿運転を行わせる請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和システム。
7. 前記調湿装置は、
   吸込空気温湿度センサをさらに有し、
   前記コントローラは、
   吸込空気温湿度センサによる検出結果に基づき、前記空調対象空間の室内温度および室内絶対湿度を演算し、前記室内温度と設定温度とを比較するとともに、前記室内絶対湿度と設定絶対湿度とを比較する演算処理部を有し、
   前記演算処理部は、
   前記調湿装置の運転を開始する際に、
   前記室内温度が前記設定温度よりも高い場合に、前記吸着運転で開始し、
   前記室内温度が前記設定温度以下であり、かつ前記室内絶対湿度が前記設定絶対湿度よりも高い場合に、前記高除湿運転で開始し、
   前記室内温度が前記設定温度以下であり、かつ前記室内絶対湿度が前記設定絶対湿度以下である場合に、前記脱着運転で開始する請求項６に記載の空気調和システム。
8. 前記吸脱着装置は、
   前記空気を通過させる複数の小透孔を有する通風体である請求項１、または請求項１に従属する請求項３〜７のいずれか一項に記載の空気調和システム。
9. 前記吸着部材は、
   相対湿度が４０〜１００％の空気に対する単位質量あたりの平衡吸着量が、相対湿度の上昇に対して直線的に増加する請求項１〜８のいずれか一項に記載の空気調和システム。
10. 前記吸着部材は、
    相対湿度が８０〜１００％の空気に対する単位質量あたりの平衡吸着量が、相対湿度が４０〜６０％の空気に対する前記平衡吸着量に対して１．２倍以上である請求項１〜９のいずれか一項に記載の空気調和システム。

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