JP4147556B2 - 空気調和装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、機械室、クリーンルーム、美術館、収蔵庫等室内環境の温度と湿度を制御する空気調和装置に関するものである。

従来、博物館、美術館、精密機械工場、印刷工場、収蔵庫、手術室、製薬工場、醸造等においては品質保持、歩留まり向上、生産性向上のため室内環境の温度、湿度が一定に保たれる必要がある。

例えば、２４℃、５０％前後の温湿度環境が要求される環境で使用される電算機室用空気調和装置では、吸込温度もしくは吹出温度の目標温度を設定するとともに、運転時の吸込温度もしくは吹出温度が上記の目標温度を含む所定の範囲内となるように制御し、吸込温度もしくは吹出温度が所定の範囲の上限を超えた時は、目標蒸発温度を露点温度以下とならない範囲で低くし、上記所定の範囲の下限を下回った時は目標蒸発温度を高くするように制御している（例えば特許文献１参照）。

また、別の従来の空気調和装置は、ダクトの空気取入口から空気供給口に向かって、熱電冷凍サイクルを用いた空気冷却装置、電熱ヒータからなる空気加熱器、空気流路中に設置した加湿皿中に電熱ヒータを備えた加湿器、送風機を、この順序に配設し、空気供給口に装着された温度センサの検出信号を空気加熱器の制御部に入力し、目標温度である設定値と比較して、その偏差出力を空気加熱器にフィードバックすることにより、空気温度を目標温度に維持し、温度調整された空気は、同様に、湿度センサの検出信号により、制御器が電熱ヒータの作動を制御することにより、目標湿度に加湿され、目的空間に供給されるようにしている（例えば特許文献２参照）。

特開２００３−１３０４３０号公報（第１図） 特開平１０−２８８３８２号公報（第１図）

従来の空気調和機では、除湿負荷が発生している場合には、蒸発器による冷却除湿効果で、吹出温度は飽和温度近くになるため冷却対象物へそのまま送風した場合、結露しやすくなるという問題があった。

また、電子計算機のような発熱する機器では、機器全体が発熱しているのではなく、部分的に発熱していない部分もある。また機器が非稼動時は発熱していない場合もある。このような場合には、空気調和装置によって送り込まれる冷却空気によって機器の筐体まで冷やされ、機器周囲の空気状態によっては、機器の筐体表面に結露する可能性がある。

また、従来の空気調和装置では、吸込空気の設定温度と設定湿度により露点温度が決定され、吹出空気の結露を防止するため、蒸発温度を露点温度以上に制御している。従って、蒸発温度の下限値が露点温度となってしまい、被空調域の冷却負荷、除湿負荷が大きい高温高湿度の条件下では露点温度が高くなり十分な顕熱能力、除湿能力が得られず所望の温湿度となるまでのプルダウン時間が長くなるといった問題あった。

また、従来の空気調和装置では、加湿による湿度制御を行っていないため、冬場等の低湿度の外気が換気によって室内へ流入する場合、室内が低湿度環境になり、電算室では静電気の発生によりコンピュータに悪影響が生じたり、居室等の人間の居住空間においては風邪等のウィルスが発生する問題があった。

また、従来の空気調和装置では、除湿後の再加熱器に電気加熱器を用いているため、空気調和装置の必要電気容量および消費電力が大きくなり、さらに電気加熱器は高温であるため、火災等の事故に対する信頼性が低く、装置を耐火構造とする必要があり、構造が複雑化し、装置が高価になってしまうという問題があった。

この発明は、上記問題を解決するためになされたもので、被空調領域内の局所的な温湿度の制御を可能とし、ユーザーに対して温度、湿度の制御対象位置が変更可能な設定自由度の高い実用的な空気調和装置を提供することを目的としている。

またこの発明は、被空調域への吹出空気が飽和空気になるのを防ぎ、電算機等の冷却対象物への結露防止を目的としている。

またこの発明は、電算機や製造工程において必要とされる室内環境の湿度を維持した状態で、空気調和装置に接続されたダクトまたは床下スラブ等からの吹出温度を一定にすることで、局所的な空調を行い、省エネ性が高い空気調和装置の提供を目的としている。

またこの発明は、除湿後に再加熱が必要な場合に再加熱用の必要電気容量および消費電力を小さくでき、また火災等の事故に対しても信頼性が高い空気調和機を得る事を目的としている。

またこの発明は、電算機等の発熱機器が冷却対象物である場合に、それらの非稼動時における過度の冷却を防止し、冷却対象物への結露防止を目的としている。

またこの発明は、冬場等の低湿度環境において、静電気防止あるいは人間の快適性の向上が図れる信頼性の高い空気調和装置を得ることを目的としている。

本発明の空気調和装置は、送風手段と加湿手段と除湿手段と加熱手段と冷却手段とを被空調域の内部あるいは隣接した空間に配置してなる温湿度調整手段と、前記温湿度調整手段の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置の温度を検出する温度検出手段と、前記温湿度調整手段の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置であって前記温度検出手段のある位置と異なる位置の湿度を検出する湿度検出手段と、前記温度検出手段が検出している位置の目標温度と前記湿度検出手段が検出している位置の目標湿度とを設定し、前記送風手段、前記加湿手段、前記除湿手段、前記加熱手段および前記冷却手段を制御し、前記被空調域内の温湿度を制御可能とする制御手段と、を備え、
圧縮機、熱源側熱交換器、第一の利用側熱交換器、絞り手段、第二の利用側熱交換器を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成し、前記第一の利用側熱交換器を前記加熱手段とし、前記第二の利用側熱交換器を前記冷却手段又は／及び前記除湿手段とし、
前記制御手段は、前記加熱手段と前記冷却手段とを制御して、前記温度検出手段の検出温度を前記目標温度の所定範囲内にする顕熱能力制御と、前記検出温度を所定範囲内に維持した状態で、前記除湿手段と前記加湿手段とを制御して、前記湿度検出手段の検出湿度を前記目標湿度の所定範囲内にする潜熱能力制御とを行うようにしたものである。
また、本発明の空気調和装置は、送風手段と加湿手段と除湿手段と加熱手段と冷却手段とを被空調域の内部あるいは隣接した空間に配置してなる温湿度調整手段と、前記温湿度調整手段の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置の温度を検出する温度検出手段と、前記温湿度調整手段の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置であって前記温度検出手段のある位置と異なる位置の湿度を検出する湿度検出手段と、前記温度検出手段が検出している位置の目標温度と前記湿度検出手段が検出している位置の目標湿度とを設定し、前記送風手段、前記加湿手段、前記除湿手段、前記加熱手段および前記冷却手段を制御し、前記被空調域内の温湿度を制御可能とする制御手段と、を備え、
圧縮機、熱源側熱交換器、第一の利用側熱交換器、絞り手段、第二の利用側熱交換器を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成し、前記第一の利用側熱交換器を前記加熱手段とし、前記第二の利用側熱交換器を前記冷却手段又は／及び前記除湿手段とし、
前記制御手段は、前記冷凍サイクル内での凝縮温度目標値と蒸発温度目標値とを予め仮設定して前記空気調和装置の運転を行い、前記検出温度が前記目標温度の所定範囲内に入っているかどうかを判断し、入っていない場合には、前記検出温度と前記設定温度の偏差を基に前記凝縮温度目標値を変更し、その変更した凝縮温度目標値に基づいて温度制御を行い、前記検出湿度が前記目標湿度の所定範囲内に入っているかどうかを判断し、入っていない場合には、前記検出湿度と前記設定湿度の偏差を基に前記蒸発温度目標値を変更し、その変更した蒸発温度目標値に基づいて湿度制御を行うようにしたものである。

本発明は、温度検知手段と湿度検知手段とを、被空調領域の異なる位置に取り付けることにより、被空調領域での局所的な温湿度を所望の設定値に制御でき、温度管理対象物の結露の防止および静電気の発生防止が可能となる。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１に係る空気調和装置を示すものである。ここでは、空気調和装置を構成する温湿度調整手段である室内機１２を、被空調室１０の内部または隣接した空間に配置している。室内機１２は、その筐体内の風の流路に加湿手段としての加湿器２、冷却および除湿手段としての冷却除湿器３４、加熱手段としての再熱器５ｂおよび送風手段としての室内送風機１ａを配置してなる。室内機１２は、室内送風機１ａにより、空気を矢印で示すように吸込部である吸込口１８から流入させ、温湿度調節した後、吹出部である吹出口１７より被空調室１０へ吹出す構造となっている。 室内機１２の吹出口１７には吹出空気の温度検出手段としての吹出温度センサ７ａを設け、吸込口１８には吸込空気の湿度検出手段としての吸込湿度センサ８ｂを設けている。 また、ここでは、加熱および冷却手段に、冷媒を圧縮および搬送するための容量可変型の圧縮機１０１、圧縮機１０１から吐出された冷媒と周囲空気との熱交換を行う凝縮器（熱源側熱交換器）５ａ、および凝縮器５ａに空気を搬送する室外送風機１ｂからなる室外機１３と、室外で一部凝縮した冷媒を室内機１２にて凝縮液化させる再熱器５ｂと、液冷媒を減圧するための絞り装置１０２と、減圧された冷媒と室内送風機１ａにより送風された空気との熱交換を行う冷却除湿器３４からなるヒートポンプ型冷凍サイクルを用いる。
加湿器２は蒸気式、気化式、超音波式、吸着脱着式等が適用されるが、いずれの場合も貯水槽や水分吸着装置を設けてある。さらに、所望の位置における温度、湿度を設定するための温湿度設定手段である温湿度設定装置１１により入力された値に基づき、加湿器２、圧縮機１０１、室内送風機１ａ、室外送風機１ｂ、絞り装置１０２を制御する制御手段としての制御装置６が設けてある。

次に、上記空気調和装置を利用し、その吹出温度を一定に制御した状態で、その吸込湿度を制御する方法について述べる。図２は、この吹出温度・吸込湿度制御時の吹出、吸込の空気状態を空気線図上に示したものであり、冷却除湿の過程を示している。図２では横軸方向に乾球温度TDB[℃]、縦軸方向に絶対湿度[kg/kg’]、斜め方向に相対湿度[％]をそれぞれ示してあり、温度は左から右に高くなり、湿度は下から上に高くなる。なお、TroDBsは吹出温度設定値（目標値）を示し、温湿度設定装置１１への設定入力によって決定される。また、Φrsは室内湿度設定値（目標値）を示し、温湿度設定装置１１への設定入力によって決定される。

建物の顕熱負荷QLSは、理論上、室外乾球温度ToDBと室内乾球温度TrDBの差に比例するため、一般に次式で表わされる。なお、Aは建物仕様で決まる定数である。

QLS＝A×（ToDB-TrDB） ・・・(１)

空調機の顕熱能力QASは、吸込乾球温度（室内温度または吸込温度）TrDBと吹出乾球温度（吹出温度）TroDBの差に比例するため次式で表わされる。なお、Bは室内機風量で決まる定数である。

QAS＝B×（TroDB-TrDB） ・・・（２）

定常状態では、数式（１）と数式（２）より
QLS+QAS＝０ ・・・（３）
が成り立つ。

したがって、吹出温度センサ７ａによって検出される吹出温度TroDBが一定であれば、吸込温度TrDBはある温度に収束することになる。このことから、室内送風機１ａの風量を一定とした状態で、冷却除湿器３４の冷却量および再熱器５ｂの加熱量を調整し、吹出空気温度TroDB１を設定温度TroDBsに制御すれば、顕熱能力は（２）より一定となり室内温度TrDBはある温度TrDB１に収束する。なお、図２ではこの時の吹出空気の相対湿度をΦr１としている。また、この時の再熱器５ｂ手前の空気状態を点Aで示している。

次に、この吹出温度を設定値のTroDBs一定の状態で、吸込相対湿度をΦr１から設定湿度Φrsに下げる場合は、冷却除湿器３４の配管温度Tc１を、圧縮機１０１の周波数を上げることでTc２まで下げて、室内空気の除湿量を上げる。
そして、室外送風機１ｂの送風量を下げることで凝縮器５ａでの熱交換量が減少し、その分再熱器５ｂでの再熱量が増加するので、吹出温度TroDBsが一定となるように室外送風機１ｂの風量を制御すればよい。なお、この時の再熱器５ｂ手前の空気状態を点Bで示している。室内送風機１ａの風量が一定であれば、室内温度は数式（３）より一定となる。
また、吹出温度TroDB一定の状態で吸込相対湿度Φr２を上げたい場合は、加湿器２により吹出空気を加湿してやることで、吸込空気の相対湿度を上げることができる。

このように空気調和装置を制御することによって、吹出温度を所望の設定値に制御した状態で、吸込湿度を所望の設定値に制御することが可能となる。

図３は、上記実施の形態１の運転方法を示すフローチャートであり、これを基に空気調和装置の制御方法を詳細に説明する。
まず、ステップST１にて温度T１の制御対象位置、湿度Φ２の制御対象位置を設定する。ここでは、温度T１については吹出位置に、湿度Φ２については吸込位置に設定する。ステップST２で温湿度設定装置１１を利用してそれらの位置における目標温度である設定温度Ts１、目標湿度である設定湿度Φs２を設定する。ステップST３で温度センサ７ａにより吹出空気温度T１を検知する。ステップST４で湿度センサ８ｂにより吸込空気湿度Φ２を検知する。
次に、ステップST５で顕熱能力制御を行う。これは、設定温度Ts１と制御対象温度T１の偏差から設定温度Ts１に対し温度T１が高い場合は冷却量を増やし、設定温度Ts１に対し温度T１が低い場合は加熱量を増やすように冷却除湿器３４、再熱器５ｂ等を制御し目標値Ts１に近づける。なお、図１の構成では、冷却除湿器３４は圧縮機１０１を制御することで、また再熱器５ｂは室外送風機１ｂを制御することで、それぞれ間接的に制御される。そして、ステップST６で制御対象温度T１が目標値Ts１を含む所定の範囲内に入ったか否かを判定し、入っていれば次のステップST７へ進み、入っていなければフィードバックをかけ再度顕熱能力制御を行う（ステップST６→ST３）。なお、ここでは設定温度Ts１に対して±ΔTs１の範囲を所定の範囲としている。この吹出温度T１が一定の定常状態になれば被空調室１０の室温も定常値となる。
次に、ステップST７で潜熱能力制御を行う。ここでは、吹出温度T１を維持した状態で潜熱能力を制御するので、冷却除湿器３４の配管温度を低くすれば除湿量が増えて相対湿度が低下していく。一方、相対湿度を上げたい場合は加湿器２を稼動させて加湿量を増やす。そして、ステップST８で相対湿度Φ２がΦs２を含む所定の範囲内に入っているかを判定し、相対湿度Φ２が所定の範囲内に入っていれば、ステップST９にて現在の運転状態を保持し、ステップST３に戻る。一方、相対湿度Φ２が所定の範囲内に入っていなければフィードバックをかけ、加熱量、冷却量、除湿量、加湿量を、設定温度Ts１、設定湿度Φs２に対する偏差に応じて制御する（ステップST８→ST３）。なお、ここでは設定湿度Φs２に対して±ΔΦs２の範囲を所定の範囲としている。

制御装置６を利用してこのように空気調和装置の制御を行うことによって、吹出温度、吸込湿度を所望の温湿度に近づけることができる。
また、上記の空気調和装置は室内機１２での再熱を熱回収による冷媒レヒートで行っているため、電気加熱式に比較し電気容量を小さくできるため消費電力が小さく省エネ性が高い。

また、再熱用に電気加熱器を用いていないため、電気加熱器が高温となることでの火災等の事故に対する信頼性が高く、装置を耐火構造とする必要が無いため室内機が簡単かつ小型になる。

図４はこの実施の形態１の別の運転方法のフローチャートであり、これを基に空気調和装置の制御方法の別の例を説明する。
まず、ステップST２０１にて温度T１の制御対象位置、湿度Φ２の制御対象位置を設定する。ここでは、温度T１については吹出位置に、湿度Φ２については吸込位置に設定する。ST２０２で温湿度設定装置１１から設定温度Ts１、設定湿度Φs２を設定する。ステップST２０３で凝縮温度目標値CTｍおよび蒸発温度目標値ETｍを仮設定する。ステップST２０４で温度センサ７ａにより吹出空気温度T１を検知する。ステップST２０５で湿度センサ８ｂにより吸込空気湿度Φ２を検知する。
次に、ステップST２０６でT１が設定温度Ts１±ΔTs１の所定の温度範囲に入っているかを判定する。所定の温度範囲に入っていない場合はST２０７で現在の温度T１と設定温度Ts１の偏差を基に凝縮温度目標値CTｍを変更し、その目標値CTｍを基に再熱器５ｂ等を制御する。その変更はST２０７に示す数式に基づいて行われる。ここでαは正の係数である。なお、ステップST２０６で温度T１が所定の温度範囲に入っていれば、そのままステップST２０８に進む。
次に、ステップST２０８でΦ２が設定湿度Φｓ２±ΔΦｓ２の所定の湿度範囲に入っているかを判定する。Φ２が所定の湿度範囲に入っていない場合はST２０９で現在の湿度Φ２と設定湿度Φs２の偏差を基に蒸発温度目標値ETｍを変更し、その目標値ETｍを基に冷却除湿器３４等を制御する。その変更はSDT２０９に示す数式に基づいて行われる。ここでβは正の係数である。なお、ステップST２０８で湿度Φ２が所定の湿度範囲に入っている場合はステップST２１０で現在の運転状態を保持する。

制御装置６を利用してこのように空気調和装置の制御を行うことによって、温度と湿度がほぼ同時に制御されるため、設定温度や設定湿度到達までのプルダウン時間をより短くできる。

また、図５に示すように、図１の再熱器５ｂの熱交換器の各パスの合流部に電磁弁２０１〜２０３を付加してもよい。この場合は図６に示すように、それらの電磁弁の開閉の組合せで、再熱器５ｂへ流れる冷媒が０パスから１２パスまでの７段階に可変となるため、再熱量の調整範囲が拡大し、温湿度制御範囲が拡大する。さらに、図５では熱交換器出口に逆止弁２１０を設け冷媒が再熱器５ｂに逆流するのを防止している。なお、再熱器５ｂの熱交換量の調整方法は、これに限るものではなく他の任意の方法を採用してよい。

また、図７に示すように、再熱器５ｂの熱交換器の出口に冷却除湿器３４をバイパスする分岐管路を設けその途中に絞り装置１０２aを付加してもよい。こうすることで冷却除湿器３４へ流れる冷媒流量を調整できるため、再熱器５ｂの熱交換器容量が最大であっても、絞り装置１０２aを開けることで冷却除湿器３４を流れる冷媒流量が減少するので、相対的に再熱量が増え温湿度制御範囲が拡大する。

また、図８に示すように、冷却除湿器３４と再熱器５ｂを別系統の冷凍サイクルに接続するように構成してもよい。この場合、冷却除湿器３４にて蒸発温度を制御して湿度センサ８ｂにて検出する湿度を調整し、再熱器５ｂにて再熱量を制御して温度センサ７ａにて検出する温度を調整する。このように温度、湿度を別々の冷凍サイクルにて制御することで、冷凍サイクルによる制約が大きく緩和され、温湿度制御範囲が広くなるという効果がある。また、プルダウン速度、温湿度制御性もより向上し、精密な温湿度の制御性が求められる場合に有効である。なお、図８中、符号３ａは蒸発器を表している。

ところで、これまでの説明では、冷却除湿器３４は冷媒直膨方式のものとして説明したが、冷却除湿器３４は冷水コイルやその他の冷却方式でもよい。また、冷却除湿器３４、冷却器３、除湿機４は、制御装置６により直接制御する構成としてもよい。
また、これまでの説明では、吹出部に温度センサ７ａを、吸込部に湿度センサ８ｂを備えた構成を例に説明を行ったが、本発明においては、任意の位置での温度と任意の位置での湿度を制御する事ができる。例えば、図９は吹出温度と吸込湿度、図１０は吹出湿度と吸込温度、図１１吸込湿度と遠方温度、図１２は吸込温度と遠方湿度、図１３は吹出温度と遠方湿度、図１４は吹出湿度と遠方温度、を検知する構成の例であり、いずれの構成においても温度センサのある位置の温度、湿度センサのある位置の湿度の制御が可能である。ここで、遠方温度とは吹出部および吸込部の周辺を除いた被空調室１０内の任意の位置の温度を指し、遠方湿度とは吹出部および吸込部の周辺を除いた被空調室１０内の任意の位置の湿度を指している。このようにしても、図９〜図１４の空気調和装置の制御フローチャートは図３、図４と同じ原理で動作可能であるため、センサ位置を変更した場合でも制御アルゴリズムを変更する必要がない。なお、本発明はこれ以外の構成でもよく、冷却除湿、加湿、加熱が制御可能であれば、どんな構成でもセンサを配置した位置の温度、湿度が制御できる。

このように、ユーザーが温度、湿度を制御したい位置に温度センサ、湿度センサを配置することによって、被空調域内の局所的な位置の空調が可能となる。また、図１５に示すように、吹出の位置にダクト１５を接続してやれば、全体空調に比較し省エネ性が高い運転が実現できる。

さらに、上記冷却除湿器３４は、図１６に示すように、冷却器３と除湿器４を別にした構成にしてもよい。なお、ここではこれまでの再熱器５ａを加熱器５として表示している。除湿器４としては冷水コイルまたは冷媒直膨または化学吸着剤等が利用でき、加熱器５としては温水コイルやヒーター等が使用できる。また、冷却器３と加熱器５は送風方向に直列に設けられ、一方が冷熱を他方が温熱を空気に供給する構成を示しているが、室内の負荷が加熱加湿負荷であり、冷却や除湿を行う必要がない場合は、運転モードを切り替え、図１７に示すように、両方が温熱を供給する構成にしてもよい。
また、室内負荷が冷却除湿負荷であり、加熱を行う必要がない場合は、運転モードを切り替え、図１８に示すように、両方が冷熱を供給する構成でも良い。さらに、図１９に示すように、冷却除湿器３４と加熱器５（または再熱器５ｂ）とを送風に対し並列に配置し同様な温冷熱を供給する構成にしても良い。なお、冷却除湿器を冷却器と除湿器に分けた場合には、冷却器、除湿器、加熱器のうち、少なくとも２つを並列に配置してよい。これにより、室内機１２の形状を様々に変更することが可能となる。

また、図２０に示すように、温度センサ７ａ、８ａ、９ａと、湿度センサ７ｂ，８ｂ，９ｂとを、室内機１２の吹出部と、吸込部と、被空調室１０内の任意の位置とのそれぞれの位置に対にして配置し、温湿度設定装置１１あるいはディップスイッチ等の切り替えによって、各位置での設定温度位置および設定湿度位置を選択できるようにしておいてもよい。こうすることで、図３のステップST１または図４のステップST２０１において制御対象位置の様々な組合せ設定が可能となり、室内の任意の位置の温度とそれと異なる位置の湿度を所望の値に制御でき、ユーザーニーズにあった設定自由度が高く快適性がより向上した室内環境を得ることができる。

実施の形態２．
図２１は、この発明の実施の形態２に係る空気調和装置を示すものである。この空気調和機の構成図は、図１の構成に、室内機１２の吸込部分に吸込温度センサ８ａを付加した構成となっており、そこでは制御装置６の制御態様が実施の形態１と相違している。なお、冷却除湿器３４の冷却量、再熱器５ｂの再熱量を調整するヒートポンプ部分の構成についてはここでは省略した。従って、ここでは再熱器５ｂと冷却除湿器３４も、制御装置６により直接制御されるように表示されている。図２２は、実施の形態２の制御アルゴリズムを適用した場合の冷却除湿負荷運転時の空気線図上の変化を表わしたもの、図２３はこの空気調和装置の温湿度制御アルゴリズムを示すフローチャートである。

次に、図２３のフローチャートを基に実施の形態２の温湿度制御方法について説明する。まず、ステップST１１にて異なる２点の温度T１,T２の制御対象位置、湿度Φ２の制御対象位置を設定する。ここでは、温度T１は吹出位置に、温度T２は吸込位置に、湿度Φ２は吸込位置にそれぞれ設定するものとする。ステップST１２で温湿度設定装置１１によって、上記各位置における目標温度である設定温度Ts１、Ts２および目標湿度である設定湿度Φs２を設定する。ステップST１３で温度センサ７ａ，８ａにより吹出空気温度T１と吸込空気温度T２を検知する。ステップST１４で湿度センサ８ｂにより吸込空気湿度Φ２を検知する。
次に、ステップST１５で顕熱能力制御を行う。すなわち、設定温度Ts１と吹出位置温度T１の偏差から設定温度Ts１に対し温度T１が高い場合は冷却除湿機３４を制御して冷却量を増やし、設定温度Ts１に対し温度T１が低い場合は再熱器５ｂを制御して加熱量を増やして目標値Ts１に近づける。そして、ステップST１６で制御対象温度T１が目標値Ts１を含む所定の範囲内に入ったかどうかを判定する。その結果、温度T１が所定温度範囲に入っている場合には温度が安定したと判断し、ステップST１７に進み、入っていない場合にはステップST１３に戻る。ここでは、設定温度Ts１に対して±ΔTs１の範囲を所定の範囲としている。吹出温度T１が一定値となれば被空調室１０の室温も一定の値となる。
次に、ステップST１７において室内送風機１ａを制御してその風量制御を行い、吸込位置の温度T２が設定温度Ts２に近づくようにする。図２２に、この空気調和装置の室内送風機１ａの風量を減少させた時の空気線図上の動きを示す。図２２に示すように、吹出温度TroDB１が一定の時、風量を少なくすれば空気調和装置の能力が低下し吸込温度TrDB２と吹出温度TroDB１との差が大きくなる方向に変化し、吸込温度TrDBは非空調時の温湿度収束点方向に変化する。一方、室内送風機１ａの風量を増加すれば、空気調和装置の能力が大きくなるため吸込温度TrDB２は吹出温度TroDB１との差が小さくなる方向に変化する。
次に、ステップST１８で制御対象位置温度T２が目標値Ts２を含む所定の範囲内に入ったかどうかを判定する。その結果、温度T２が所定の温度範囲に入っている場合には温度が安定したと判断し、ステップST１９に進み、入っていない場合には、ステップST１３に戻る。なお、ここでは設定温度Ts２に対して±ΔTs２の範囲を所定の範囲としている。
次に、ステップST１９において潜熱能力制御を行う。吹出温度T１を維持した状態で、冷却除湿器３４の熱交換器温度を低くすれば除湿量が増大して相対湿度が低下していく。一方相対湿度を上げたい場合は、加湿器２を稼動して加湿量を増やす。
次に、ステップST２０で吸込空気湿度（相対湿度）Φ２がΦｓ２を含む所定の範囲内に入っているかを判定する。その結果、湿度Φ２が所定湿度範囲に入っている場合には、ステップST２１に進んでその運転状態を保持し、入っていない場合には、ステップST１３に戻る。なお、ここでは設定温度Φs２に対して±ΔΦs２の範囲を所定の範囲としている。

制御装置６を利用して以上のように空気調和装置を制御することにより、吸込空気の温度と湿度、吹出空気の温度を同時に制御することが可能となる。
なお、室内機１２の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置のうちの２箇所、あるいは被空調室１０内の異なる位置の２箇所に温度センサを備え、吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置のうちの１箇所に湿度センサを備えることで、制御対象位置の様々な組合せが可能となり、室内の異なる２箇所の温度と、１箇所の湿度を所望の値に制御でき、設定自由度が高い室内環境を得ることができる。

実施の形態３．
図２４は、この発明の実施の形態３に係る空気調和装置により冷却除湿を行った場合の空気線図上の変化を示し、図２５はその空気調和装置の温湿度制御アルゴリズムを示すフローチャートである。なお、実施の形態３で使用する空気調和機の構成は図２１の空気調和機の構成を流用でき、そこでは制御装置６の制御態様が実施の形態２と相違している。

図２５のフローチャートを基に実施の形態３における装置の温湿度制御方法について説明する。
まず、ステップST１０１にて温度T１の制御対象位置、湿度Φ２の制御対象位置を設定する。ここでは、温度T１は吹出位置に、湿度Φ２は吸込位置にそれぞれ設定するものとする。ステップST１０２で、温湿度設定装置１１からそれらの設定温度Ts１、設定湿度Φs２を設定する。ステップST１０３で吹出空気温度T１を温度センサ７ａにより検知する。ステップST１０４で吸込空気の温度T２と湿度Φ２とを、温度センサ８ａと湿度センサ８ｂによりそれぞれ検知する。ステップST１０５でST１０４で得た吸込空気温湿度T２,Φ２より露点温度Td２を演算して求める。ステップST１０６では設定温度Tsと露点温度Td２を比較してその大小を判定する。設定温度Ts１が露点温度Td２より小さい場合はST１０７に移り、設定温度Ts１を露点温度Td２とし、吹出温度の目標下限値を常に露点温度以上にする。
次に、ステップST１０６で設定温度Ts１が露点温度Td２より大きいと判定された場合、あるいはステップST１０７の終了後、ステップST１０８で顕熱能力制御を行う。ここでは、設定温度Ts１と吹出位置温度T１の偏差から設定温度Ts１に対し温度T１が高い場合は冷却除湿器３４を制御して冷却量を増やし、設定温度Ts１に対し温度T１が低い場合は再熱器５ｂを制御して加熱量を増やして目標値Ts１に近づける。ステップST１０９で吹出位置温度T１が目標値Ts１を含む所定の範囲内に入った場合は温度が安定したと判断し、ステップST１１０に進む。これに対して、T１が所定範囲内にない場合にはステップST１０３に戻る。なお、ここでは設定温度Ts１に対して±ΔTs１の範囲を所定の範囲としている。
次に、ステップST１１０で潜熱能力制御を行う。ここでは、吹出温度T１を維持した状態で吸込相対湿度Φ２を設定相対湿度Φs２に近づけるように潜熱能力を制御する。図２４に示すように相対湿度Φ２が設定湿度Φs２より高い場合には冷却除湿器３４の熱交換器温度をTc１からTc２に低くすることで除湿が進み相対湿度が低下していく。一方相対湿度を上げたい場合は、加湿器２を稼動して加湿量を増大させる。次にステップST１１１で相対湿度Φ２がΦs２を含む所定の範囲内に入っているか否かを判定する。図のフローチャートでは設定温度Φs２に対して±ΔΦs２の範囲を所定の範囲としている。温度T１、湿度Φ２ともに設定温度、設定湿度に維持されている場合はST１１２に移行し、現在の運転状態を保持する。これに対して、湿度Φ２が設定湿度に維持されていない場合にはステップST１０３に戻る。

制御装置６を利用して以上のように空気調和装置を制御することにより、吸込空気の湿度が所望の値に保持された状態で、吹出温度が吸込空気の露点温度以下となることがないため、吹出空気による結露が確実に防止される。また、除湿負荷が発生している場合でも、再熱器５ｂによって再熱されるため吹出温度は吸込空気の露点温度以上となるため、温度管理対象物への結露を防ぐことができる。

なお、実施の形態３では吸込空気の位置で露点を演算したが、図２６に示すようにこの温湿度検出位置を冷却対象物（温度管理対象物）１４付近に設置すれば、局所的な結露の防止が可能となる、また、被空調域内に複数の温湿度センサを設置してもよく、それぞれの位置で露点温度を演算し最も露点温度の高い値を設定温度の目標値下限値とすれば、吹出空気による結露が防止可能となり信頼性の高い空気調和装置を得る事ができる。

また、この発明の制御においては相対湿度を用いて制御するとしているが、相対湿度ではなく、絶対湿度、露点温度、湿球温度を用いた制御をするようにしても良いのは勿論である。

また、ここでは室内ユニット１台の空気調和装置について説明したが、本発明は、複数の室内ユニットを備えたマルチ型のものであってもよく、また複数台の室外ユニットを備えたものであっても良いのは勿論である。
また、実施の形態２，３においても、冷却除湿器３４、冷却器３、除湿機４、再熱器５ｂ等は、冷凍サイクルにより構成する以外に、実施の形態１のなかで説明したような他の手段から構成してもよい。
さらに、実施の形態１乃至３において示した制御装置６は、通常は、ＣＰＵと各フローチャートに示すような手順に従って各処理を規定する制御プログラム等からなるものである。

本発明の実施の形態１における空気調和装置の構成図。 本発明の実施の形態１における吸込空気、吹出空気の状態を示す空気線図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の制御フローチャート。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の制御フローチャート。 本発明の実施の形態１における再熱器の構成図。 図５に示す再熱器の電磁弁の開閉とパスとの関係を示す図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の別の構成図。 本発明の実施の形態２または３における空気調和装置の構成図。 本発明の実施の形態２における吸込空気、吹出空気の状態を示す空気線図。 本発明の実施の形態２における空気調和装置の制御フローチャート。 本発明の実施の形態３における吸込空気、吹出空気の状態を示す空気線図。 本発明の実施の形態３における空気調和装置の制御フローチャート。 本発明の実施の形態３における空気調和装置の別の構成図。

符号の説明

１a 室内送風機、１ｂ 室外送風機、２ 加湿器、３ 冷却器、３ａ 蒸発器、４ 除湿器、５ 加熱器、５a 凝縮器、５ｂ 再熱器、６ 制御装置、７a 吹出温度センサ、７ｂ 吹出湿度センサ、８a 吸込温度センサ、８ｂ 吸込湿度センサ、９a 遠方温度センサ、９ｂ 遠方湿度センサ、１０ 被空調室、１１ 温湿度設定装置、１２ 室内機、１３ 室外機、１４ 冷却対象物、１５ ダクト、３４ 冷却除湿器、１０１ 圧縮機、１０２ 絞り装置、１０２a 絞り装置、２０１ 電磁弁、２０２ 電磁弁、２０３ 電磁弁、２１０ 逆止弁。

Claims (13)

1. 送風手段と加湿手段と除湿手段と加熱手段と冷却手段とを被空調域の内部あるいは隣接した空間に配置してなる温湿度調整手段と、
   前記温湿度調整手段の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温湿度調整手段の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置であって前記温度検出手段のある位置と異なる位置の湿度を検出する湿度検出手段と、
   前記温度検出手段が検出している位置の目標温度と前記湿度検出手段が検出している位置の目標湿度とを設定し、前記送風手段、前記加湿手段、前記除湿手段、前記加熱手段および前記冷却手段を制御し、前記被空調域内の温湿度を制御可能とする制御手段と、
   を備え、
   圧縮機、熱源側熱交換器、第一の利用側熱交換器、絞り手段、第二の利用側熱交換器を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成し、前記第一の利用側熱交換器を前記加熱手段とし、前記第二の利用側熱交換器を前記冷却手段又は／及び前記除湿手段とし、
   前記制御手段は、
   前記加熱手段と前記冷却手段とを制御して、前記温度検出手段の検出温度を前記目標温度の所定範囲内にする顕熱能力制御と、
   前記検出温度を所定範囲内に維持した状態で、前記除湿手段と前記加湿手段とを制御して、前記湿度検出手段の検出湿度を前記目標湿度の所定範囲内にする潜熱能力制御とを行うことを特徴とする空気調和装置。
2. 送風手段と加湿手段と除湿手段と加熱手段と冷却手段とを被空調域の内部あるいは隣接した空間に配置してなる温湿度調整手段と、
   前記温湿度調整手段の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温湿度調整手段の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置であって前記温度検出手段のある位置と異なる位置の湿度を検出する湿度検出手段と、
   前記温度検出手段が検出している位置の目標温度と前記湿度検出手段が検出している位置の目標湿度とを設定し、前記送風手段、前記加湿手段、前記除湿手段、前記加熱手段および前記冷却手段を制御し、前記被空調域内の温湿度を制御可能とする制御手段と、
   を備え、
   圧縮機、熱源側熱交換器、第一の利用側熱交換器、絞り手段、第二の利用側熱交換器を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成し、前記第一の利用側熱交換器を前記加熱手段とし、前記第二の利用側熱交換器を前記冷却手段又は／及び前記除湿手段とし、
   前記制御手段は、
   前記冷凍サイクル内での凝縮温度目標値と蒸発温度目標値とを予め仮設定して前記空気調和装置の運転を行い、
   前記検出温度が前記目標温度の所定範囲内に入っているかどうかを判断し、入っていない場合には、前記検出温度と前記設定温度の偏差を基に前記凝縮温度目標値を変更し、その変更した凝縮温度目標値に基づいて温度制御を行い、
   前記検出湿度が前記目標湿度の所定範囲内に入っているかどうかを判断し、入っていない場合には、前記検出湿度と前記設定湿度の偏差を基に前記蒸発温度目標値を変更し、その変更した蒸発温度目標値に基づいて湿度制御を行うことを特徴とする空気調和装置。
3. 吹出温度を一定の状態で前記検出湿度を下げる場合は、前記圧縮機の周波数を上げて前記除湿手段の除湿量を上げるとともに、前記熱源側熱交換器に空気を送風する室外送風機の送風量を下げて前記熱源側熱交換器の熱交換量を減らしその分前記加熱手段での加熱量を増加させることを特徴とする請求項１または２記載の空気調和装置。
4. 前記第一の利用側熱交換器の冷媒流路に少なくとも１つの開閉弁を設け、前記温度検出手段にて検出した温度と目標温度との温度差に応じて前記開閉弁を開閉することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和装置。
5. 前記第一の利用側熱交換器から絞り手段へ至る流路のいずれかの位置と前記第二の利用側熱交換器から圧縮機へ至る流路のいずれかの位置との間に分岐管路を設け、前記分岐管路の途中に流量調整手段を設けたことを特徴とする請求項４記載の空気調和装置。
6. 前記冷却手段、前記除湿手段および前記加熱手段が前記温湿度調整手段の空気通路の空気の流れ方向に対して直列に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の空気調和装置。
7. 前記冷却手段、前記除湿手段および前記加熱手段のうち、少なくとも２つが前記温湿度調整手段の空気通路の空気の流れ方向に対して並列に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の空気調和装置。
8. 前記温度検出手段のある位置とは異なる箇所に別の温度検出手段を備え、前記別の温度検出手段のある位置の目標温度を設定し、前記別の温度検出手段の検出温度と該別の温度検出手段のある位置に設定された目標温度との温度差を、前記送風手段の風量を変化させることにより所定の範囲内にすることを特徴とした請求項１乃至７のいずれかに記載の空気調和装置。
9. 前記湿度検出手段と対となる第２温度検出手段か又は前記温度検出手段と対となる第２湿度検出手段を備え、それら一対の検出手段の検出値から露点温度を算出し、先に設定した前記目標温度が算出した露点温度より低い場合には、前記目標温度を該露点温度以上とすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の空気調和装置。
10. 前記加熱手段と前記冷却および除湿に関する手段とを、別系統の冷凍サイクルで構成したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の空気調和装置。
11. 送風手段と加湿手段と除湿手段と加熱手段と冷却手段とを被空調域の内部あるいは隣接した空間に配置してなる温湿度調整手段と、
    前記温湿度調整手段の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置の温度を検出する温度検出手段と、
    前記温湿度調整手段の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置であって前記温度検出手段のある位置と異なる位置の湿度を検出する湿度検出手段と、
    前記温度検出手段が検出している位置の目標温度と前記湿度検出手段が検出している位置の目標湿度とを設定し、前記送風手段、前記加湿手段、前記除湿手段、前記加熱手段および前記冷却手段を制御し、前記被空調域内の温湿度を制御可能とする制御手段と、
    を備え、
    圧縮機、熱源側熱交換器、第一の利用側熱交換器、絞り手段、第二の利用側熱交換器を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成し、前記第一の利用側熱交換器を前記加熱手段とし、前記第二の利用側熱交換器を前記冷却手段又は／及び前記除湿手段とし、
    前記温度検出手段が検出している位置の目標温度と前記湿度検出手段が検出している位置の目標湿度とを設定し、前記加熱手段と前記冷却手段とを制御して、前記温度検出手段の検出温度を前記目標温度の所定範囲内にする顕熱能力制御と、
    前記検出温度を前記所定範囲内に維持した状態で、前記除湿手段と前記加湿手段とを制御して、前記湿度検出手段の検出湿度を前記目標湿度の所定範囲内にする潜熱能力制御とを行うことを特徴とする空気調和装置の制御方法。
12. 送風手段と加湿手段と除湿手段と加熱手段と冷却手段とを被空調域の内部あるいは隣接した空間に配置してなる温湿度調整手段と、
    前記温湿度調整手段の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置の温度を検出する温度検出手段と、
    前記温湿度調整手段の吹出部、吸込部または被空調域内のいずれかの位置であって前記温度検出手段のある位置と異なる位置の湿度を検出する湿度検出手段と、
    前記温度検出手段が検出している位置の目標温度と前記湿度検出手段が検出している位置の目標湿度とを設定し、前記送風手段、前記加湿手段、前記除湿手段、前記加熱手段および前記冷却手段を制御し、前記被空調域内の温湿度を制御可能とする制御手段と、
    を備え、
    圧縮機、熱源側熱交換器、第一の利用側熱交換器、絞り手段、第二の利用側熱交換器を冷媒配管で接続して冷凍サイクルを構成し、前記第一の利用側熱交換器を前記加熱手段とし、前記第二の利用側熱交換器を前記冷却手段又は／及び前記除湿手段とし、
    前記冷凍サイクル内での凝縮温度目標値と蒸発温度目標値とを予め仮設定して前記空気調和装置の運転を行い、
    前記検出温度が前記目標温度の所定範囲内に入っているかどうかを判断し、入っていない場合には、前記検出温度と前記設定温度の偏差を基に前記凝縮温度目標値を変更し、その変更した凝縮温度目標値に基づいて温度制御を行い、
    前記検出湿度が前記目標湿度の所定範囲内に入っているかどうかを判断し、入っていない場合には、前記検出湿度と前記設定湿度の偏差を基に前記蒸発温度目標値を変更し、その変更した蒸発温度目標値に基づいて湿度制御を行うことを特徴とする空気調和装置の制御方法。
13. 吹出温度を一定の状態で前記検出湿度を下げる場合は、前記圧縮機の周波数を上げて前記除湿手段の除湿量を上げるとともに、前記熱源側熱交換器に空気を送風する室外送風機の送風量を下げて前記熱源側熱交換器の熱交換量を減らしその分前記加熱手段での加熱量を増加させることを特徴とする請求項１１または１２記載の空気調和装置の制御方法。

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