JP6616635B2 - 外気処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象となる部屋の室内に、室外の空気を処理して除湿空気、或いは加湿空気を供給する外気処理装置に関する。

中小規模の建物に用いる空調装置として、ヒートポンプを利用したビル用マルチエアコンやパッケージエアコンが多く用いられる。これらのエアコンは、フロン冷媒を使用し一台の室外機と、一または複数台の室内機で各部屋の空気を調和するものであり、各部屋の温度は各室内機毎に制御される。この場合、エアコンの送風形式は内部循環型であるので、室内の酸素濃度を維持するために、外気を取り入れる必要がある。そこで、外気処理装置が併用される。

従来における外気処理装置として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。該特許文献１には、全熱交換器、ロータリー式のデシカント、及び、ヒートポンプを組み合わせた外気処理装置が開示されている。詳細には、ヒートポンプの冷媒回路は、圧縮機と、四方弁と、２つの膨張弁と、デシカントの上流及び下流にそれぞれ設けられる４個の熱交換器を備える構成とされている。そして、温度センサと露点温度センサにて検出される温度に基づき、蒸発器として機能する熱交換器の結露を防止することが開示されている。

特開２０１４−１５３００９号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、熱交換器での結露を防止することを目的としており、冬季における冷媒の凍結を防止するものではなかった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、加湿モードで運転する際に、熱交換器を通過する空気中の水分が凍結することを防止することが可能な外気処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願発明は、対象となる部屋の室内に、室外の空気を処理して除湿空気、或いは加湿空気を供給する外気処理装置において、室外から室内に向かう空気の流路となる第１空気流路と、室内から室外に向かう空気の流路となる第２空気流路と、前記第１空気流路と第２空気流路とに跨って配置され、前記第１空気流路と第２空気流路のうちの一方の流路を流れる空気の水分を吸着し、他方の流路を流れる空気に水分を放出する水分吸着手段（例えば、デシカント８）と、冷媒を循環させる冷媒回路と、を有する。

冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記第２空気流路の、前記水分吸着手段の上流側に配置された第１熱交換器、及び下流側に配置された第３熱交換器と、前記第１空気流路の、前記水分吸着手段の上流側に配置された第２熱交換器と、除湿した空気を室内に供給する除湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を前記第１熱交換器及び第３熱交換器に供給し、且つ、加湿した空気を室内に供給する加湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を前記第２熱交換器に供給するように切り替える出力切替手段（例えば、四方弁）と、前記第１熱交換器と第２熱交換器との間に設けられる第１膨張弁、及び、前記第３熱交換器と第２熱交換器との間に設けられる第２膨張弁と、前記第１膨張弁及び第２膨張弁の開度を制御し、且つ、前記出力切替手段を制御する制御手段と、を備える。

更に、前記制御手段は、前記除湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を、第１熱交換器の出力側から、前記第１膨張弁を経由する経路、及び、前記第３熱交換器の出力側から、前記第２膨張弁を経由する経路を合流し、その後、前記第２熱交換器を経由する経路を循環させ、前記加湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を、第２熱交換器の出力側から、前記第１膨張弁と前記第１熱交換器を経由する経路、及び、前記第２膨張弁と前記第３熱交換器を経由する経路を循環させ、第１膨張弁の開度を、前記第１熱交換器を流れる空気中の水分が凍結しないように設定した第１下限開度とすることにより、凍結を防止する。

本発明に係る外気処理装置では、第１熱交換器での凍結を回避し、外気処理装置を可動可能な温度範囲を広くすることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る外気処理装置の、空気の流れを概略的に示すフロー図であり、（ａ）は除湿モード時、（ｂ）は加湿モード時を示す。 本発明の一実施形態に係る外気処理装置の、冷媒回路の構成を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る外気処理装置の、電気的な接続関係を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る外気処理装置の、除湿モード時における冷媒回路の冷媒の流れを示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る外気処理装置の、加湿モード時における冷媒回路の冷媒の流れを示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る外気処理装置の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係り、除湿モード時における圧縮機の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係り、除湿モード時における膨張弁制御の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係り、加湿モード時における圧縮機の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係り、加湿モード時における膨張弁制御の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
［空気の流れの説明］
図１は、本発明の一実施形態に係る外気処理装置１００の、空気の流れを模式的に示すブロック図であり、（ａ）は夏季に実行される除湿モード時の空気の流れを示し、（ｂ）は冬季に実行される加湿モード時の空気の流れを示している。図１に示すように、この空調システムは、空調制御の対象となる部屋の室外から室内に向かう第１空気流路１２と、室内から室外に向かう第２空気流路１３と、を備えている。

第１空気流路１２は、その下流側に設けられるＳＡ（Supply Air）ファン１０により、室外の空気を室内に供給するための流路であり、全熱交換器１１、第２熱交換器５、ロータリ式のデシカント８（水分吸着手段）、及びＳＡファン１０を経由して、室外の空気を対象となる部屋の室内に供給する。デシカント８は、第１空気流路１２と第２空気流路１３とに跨って配置され、水分を吸着して空気を除湿する除湿側、及び、水分を放出して再生する再生側から構成される。

第２空気流路１３は、その下流側に設けられるＥＡ（Exhaust Air）ファン９により、室内の空気を室外に排出するための流路であり、全熱交換器１１、第１熱交換器４、デシカント８、第３熱交換器６、及びＥＡファン９を経由して、室内の空気を室外に排出する。また、後述するように、第１熱交換器４、第２熱交換器５、及び第３熱交換器６には、冷媒回路が接続されており、各熱交換器４，５，６は、蒸発器或いは凝縮器として作用する。

図１（ａ）に示す除湿モード時では、第２熱交換器５が蒸発器として機能し、第１熱交換器４及び第３熱交換器６が凝縮器として機能する。また、デシカント８の、第１空気流路１２が通る領域（図中、下側）が除湿側とされ、第２空気流路１３が通る領域（図中、上側）が再生側とされる。

そして、室外の空気（ＯＡ；Out Air）が全熱交換器１１を通過することにより、温度が下げられ、その後、蒸発器として機能する第２熱交換器５にて更に温度が下げられる。次いで、デシカント８の除湿側を通過することにより水分が除去されて（即ち、湿度が低下して）室内に供給される。従って、室内には低温度で、且つ除湿された空気が供給されることとなる。その結果、夏季において、低湿度の空気を室内に供給することができる。

一方、室内の空気（ＲＡ；Return Air）は、全熱交換器１１を通過することにより、温度が上昇し、その後、凝縮器として機能する第１熱交換器４を通過することにより、更に温度が上昇する。温度が上昇した空気は、多くの水分を含むことができるので、デシカント８の再生側を通過することにより、該デシカント８の除湿側で吸着した水分を吸収し（即ち、デシカント８の水分を除去し）、更に、凝縮器として機能する第３熱交換器６を経由して、ＥＡファン９により室外へ排出される。

また、図１（ｂ）に示す加湿モード時は、前述した除湿モード時と反対の動作となる。即ち、第１熱交換器４及び第３熱交換器６が蒸発器として機能し、第２熱交換器５が凝縮器として機能する。また、デシカント８の、第１空気流路１２が通る領域が再生側とされ、第２空気流路１３が通る領域が除湿側とされる。

そして、室内の空気（ＲＡ）が全熱交換器１１を通過することにより温度が低下し、その後、蒸発器として機能する第１熱交換器４にて更に温度が下げられる。次いで、デシカント８の除湿側を通過することにより水分が除去され、更に、蒸発器として機能する第３熱交換器６にて温度が下げられて室外に排出される。

一方、室外の空気（ＯＡ）は、全熱交換器１１を通過することにより温度が上昇し、その後、凝縮器として機能する第２熱交換器５を通過することにより、更に温度が上昇する。温度が上昇した空気は、多くの水分を含むことができるので、デシカント８の再生側を通過することにより、該デシカント８の除湿側で吸着した水分を吸収し（即ち、デシカント８の水分を除去し）、ＳＡファン１０により室内に供給される。従って、室内には温度が高められ、且つ湿度が高められた空気が供給されることとなる。その結果、冬季において、高湿度の空気を室内に供給することができる。

また、本実施形態では後述するように、加湿モードで運転する際に、第１熱交換器４を通過する空気中に含まれる水分の凍結を防止するために、該第１熱交換器４に供給する冷媒の流量を制限する制御を行う。詳細については後述する。

［冷媒回路の構成］
次に、図２、図３を参照して、本実施形態に係る外気処理装置１００に設けられる冷媒回路の構成について説明する。図２に示すように、本実施形態に係る外気処理装置１００は、上記した図１の構成に加え、各熱交換器に冷媒を循環させる冷媒回路を備えている。冷媒回路は、インバータ２７（図３参照）の制御により冷媒を圧縮して出力する圧縮機１と、該圧縮機１の前段に設けられ圧縮機１に供給する冷媒を一時的に蓄積するアキュムレータ２と、圧縮機１より送出される圧縮冷媒を第１空気流路１２側、或いは第２空気流路１３側のいずれかの熱交換器に出力するように切り替える四方弁３（出力切替手段）、を備えている。更に、冷媒回路は、第２空気流路１３のデシカント８の上流側に設けられる第１熱交換器４と、デシカント８の下流側に設けられる第３熱交換器６と、第１空気流路１２のデシカント８の上流側に設けられる第２熱交換器５、を備えている。

また、冷媒回路は、第１膨張弁１８と、第２膨張弁１９、及び、各種のセンサを備えている。

第１膨張弁１８は、第１熱交換器４と第２熱交換器５との間に設けられ、第１及び第２熱交換器４，５間を流れる冷媒の圧力を下げながら流量を制御する。第２膨張弁１９は、第３熱交換器６と第２熱交換器５との間に設けられており、第３熱交換器６から第２熱交換器５に、または第２熱交換器５から第３熱交換器６に流れる冷媒の圧力を下げながら冷媒の流量を制御する。なお、第１膨張弁１８、及び第２膨張弁１９の冷媒の流れは、どちらの方向でも制御可能である。

更に、第１熱交換器４の空気入口側に空気湿度及び温度を測定する空気湿度センサ２３（湿度検出部）、及び空気温度センサ２４（温度検出部）と、アキュムレータ２の入口側の冷媒配管に冷媒温度、及び圧力を測定する冷媒温度センサ２０、及び冷媒圧力センサ２１を備えている。

更に、前述した各センサの検出信号を取得し、取得した検出信号に基づいて圧縮機１、四方弁３、第１膨張弁１８、及び第２膨張弁１９を制御する主制御部３１（制御手段）を備えている。また、主制御部３１は、図１に示したＥＡファン９、ＳＡファン１０、デシカント８駆動用の回転モータ８ａの作動も制御する。

ここで、主制御部３１は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。

図３は、主制御部３１の詳細な構成を示すブロック図である。図３に示すように、主制御部３１は、各種センサの検出信号を入力するセンサ入力部３１ａと、ＥＡファン９、ＳＡファン１０、デシカント８の回転モータ８ａ、及び、四方弁３を制御する第１操作部３１ｂと、圧縮機１を駆動するためのインバータ２７を制御する圧縮機出力部３１ｃと、第１膨張弁１８、及び第２膨張弁１９の開度を調整する第２操作部３１ｄと、を備えている。

［冷媒の流れについての説明］
次に、図４、図５を参照して、除湿モード時、及び加湿モード時における冷媒の流れについて詳細に説明する。図４は、除湿モード時における冷媒の流れを示すフロー図である。除湿モード時には、主制御部３１の制御により、四方弁３は、図４に示すように圧縮機１の吐出側が第１熱交換器４及び第３熱交換器６に向かう配管に接続される。即ち、圧縮機１より出力される冷媒は２系統に分岐され、一方の分岐路は凝縮器として機能する第１熱交換器４に導入され、他方の分岐路はやはり凝縮器として機能する第３熱交換器６に導入される。

第１熱交換器４を通過した冷媒は、第１膨張弁１８を経由して蒸発器として機能する第２熱交換器５に導入される。また、第３熱交換器６を通過した冷媒は、第２膨張弁１９を経由して第２熱交換器５に導入される。そして、該第２熱交換器５を通過した冷媒は、四方弁３を経由してアキュムレータ２に戻される。

上記の流れをより詳細に説明すると、除湿モード時においては、圧縮機１より出力される圧縮冷媒は、高温高圧であるので、凝縮器として作用する第１熱交換器４、及び第３熱交換器６に導入されることにより、第２空気流路１３に導入される空気と熱交換する。従って、第２空気流路１３を流れる空気の温度が上昇し、且つ、冷媒は凝縮する。即ち、双方の熱交換器４，６を出た冷媒は、高圧の液冷媒となる。その後、第１熱交換器４より出力される冷媒は、第１膨張弁１８を通過することにより減圧され膨張し、低温低圧の気液混合冷媒となる。この冷媒は、第２熱交換器５に導入される。第３熱交換器６より出力される冷媒についても同様に、第２膨張弁１９を通過することにより減圧され膨張し、低温低圧の気液混合冷媒となり、第２熱交換器５に導入される。

第２熱交換器５に導入された冷媒は、蒸発を伴って第１空気流路１２を通過する空気の温度（デシカント８通過前の空気の温度）を低下させ、気体に相変化する。この冷媒は四方弁３を経由してアキュムレータ２に戻される。即ち、除湿モード時には、圧縮機１より出力される冷媒を、第１熱交換器４の出力側から、第１膨張弁１８を経由する経路、及び、第３熱交換器６の出力側から、第２膨張弁１９を経由する経路を合流し、その後、第２熱交換器５を経由する経路を循環させる。

こうして、第２熱交換器５に導入される冷媒により第１空気流路１２を流れる空気の温度を低下させることができるので、冷却、除湿した空気を対象となる部屋の室内に供給することができることになる。この際、第１膨張弁１８と第２膨張弁１９は同一の開度とされている。従って、第１膨張弁１８を通過する冷媒流量と第２膨張弁１９を通過する冷媒流量をバランス良く分配することができ、冷媒を安定的に循環させることができる。

次に、図５を参照して、加湿モード時の冷媒の流れについて説明する。加湿モード時には、主制御部３１の制御により、四方弁３は、図５に示すように、圧縮機１の吐出側が第２熱交換器５に向かう配管に接続される。即ち、圧縮機１より出力される冷媒は、凝縮器として機能する第２熱交換器５に導入され、第１空気流路１２の空気と熱交換され、高圧の液冷媒となる。更に、該第２熱交換器５より出力される冷媒は２系統に分岐される。

このうち一方の分岐側に流れる冷媒は、第１膨張弁１８にて減圧され、低温低圧の気液混合冷媒となり、蒸発器として機能する第１熱交換器４に導入される。そして、該第１熱交換器４より出力される冷媒は、四方弁３を経由してアキュムレータ２に戻される。

これと並列して、他方の分岐側に流れる冷媒は、第２膨張弁１９にて減圧され、低温低圧の気液混合冷媒となり、蒸発器として機能する第３熱交換器６に導入される。そして、該第３熱交換器６より出力される冷媒は、四方弁３を経由してアキュムレータ２に戻される。なお、このとき圧縮機１から第２熱交換器５を経て第１膨張弁１８と第２膨張弁１９の上流までの配管は高圧冷媒回路となり、第１膨張弁１８と第２膨張弁１９の下流から圧縮機１までの配管は低圧冷媒回路となる。

上記した冷媒の流れをより詳細に説明すると、加湿モード時においては、圧縮機１より出力される圧縮冷媒は、高温高圧であるので、凝縮器として作用する第２熱交換器５に導入されることにより、第１空気流路１２に導入される空気と熱交換する。従って、第１空気流路１２を流れる空気の温度が上昇し、且つ、冷媒は凝縮する。そして、第２熱交換器５より出力される冷媒は２系統に分岐され、一方の分岐路を流れる冷媒は、第１膨張弁１８を通過することにより減圧され膨張し、温度が低下する。温度が低下した冷媒は、第１熱交換器４に導入されて、蒸発を伴って第２空気流路１３を通過する空気の温度（デシカント８通過前の空気の温度）を低下させ、四方弁３を経由してアキュムレータ２に戻される。

一方、第２熱交換器５より出力され、他方の分岐路を流れる冷媒は、第２膨張弁１９を通過することにより減圧され膨張し、温度が低下する。温度が低下した冷媒は、第３熱交換器６に導入されて、蒸発を伴って第２空気流路１３を通過する空気の温度（デシカント８通過後の空気の温度）を低下させ、四方弁３を経由してアキュムレータ２に戻される。即ち、加湿モード時には、圧縮機１より出力される冷媒を、第２熱交換器５の出力側から、第１膨張弁１８と第１熱交換器４を経由する経路、及び、第２膨張弁１９と第３熱交換器６を経由する経路を循環させるように冷媒の流路を設定する。

こうして、第１空気流路１２を流れる空気の温度を上昇させることができるので、加温、加湿した空気を室内に供給することができる。ここで、本実施形態では、第１熱交換器４を通過する空気に含まれる水分が、冷媒による温度低下で凍結しないように、該第１熱交換器４に供給する冷媒の流量を制御する。具体的には、第１膨張弁１８の開度を後述する第１下限開度Ｍin１或いは開度ゼロ（全閉）とすることにより、第１熱交換器４に供給する冷媒の流量を規制する。この際、第１膨張弁１８に流れる冷媒の流量は、第１熱交換器４を通過する空気の水分が凍結しない流量となるように予め計算により設定する。更に、第１熱交換器４を流れる冷媒が上記の流量となるように、第１下限開度Ｍin１を設定する。詳細な制御方法については、後述する。

［圧縮機の制御についての説明］
次に、図３に示す主制御部３１による圧縮機１の制御について説明する。主制御部３１は、空気温度センサ２４で検出される第１熱交換器４に入る空気温度、及び、空気湿度センサ２３で検出される第１熱交換器４に入る空気湿度を取得する。そして、これらの温度データ、及び湿度データに基づき、対象室内の湿度Ｈｃを推定する。この推定演算では、周知の演算方式である、相対湿度→絶対湿度の計算式、絶対湿度→相対湿度の計算方法を採用することができる。ここで、室内よりダクトを経由して戻ってきた空気ＲＡは、空気温度が室温と異なるので、相対湿度に誤差が生じるが絶対湿度は同じである。そこで、先に空気ＲＡの相対湿度より絶対湿度を計算し、この結果に基づき、室内温度での相対湿度を計算する。

そして、除湿モード時には、上記の演算で推定される対象室内の湿度Ｈｃが目標湿度Ｈｓとなるように、インバータ２７の出力を変化させ、圧縮機１の出力を制御する。即ち、対象室内の湿度Ｈｃが目標湿度ＨｓにヒステリシスΔｈを加算した既定値Ｈｓ＋Δｈよりも高い場合には、インバータ２７の出力を上昇させ、圧縮機１の出力を増大させる（Ｒ→Ｒ＋ΔＲ）。対象室内の湿度Ｈｃが目標湿度からヒステリシスΔｈを減算した既定値Ｈｓ−Δｈより低い場合には、インバータ２７の出力を低下させ、圧縮機１の出力を減少させる（Ｒ→Ｒ−ΔＲ）。そして、対象室内の湿度Ｈｃが常に「Ｈｓ−Δｈ」から「Ｈｓ＋Δｈ」の範囲内となるように制御する。

また、加湿モード時には、対象室内の湿度Ｈｃが目標湿度Ｈｓとなるように、インバータ２７の出力を変化させ、圧縮機１の出力を制御する。即ち、対象室内の湿度Ｈｃが既定値Ｈｓ−Δｈより低い場合には、インバータ２７の出力を上昇させ、圧縮機１の出力を増大させる（Ｒ→Ｒ＋ΔＲ）。対象室内の湿度Ｈｃが既定値Ｈｓ＋Δｈより高い場合には、インバータ２７の出力を低下させて圧縮機１の出力を減少させる（Ｒ→Ｒ−ΔＲ）。そして、対象室内の湿度Ｈｃが常に既定値「Ｈｓ−Δｈ」から「Ｈｓ＋Δｈ」の範囲内となるように制御する。

上記の制御を実行することにより、除湿モード時、及び加湿モード時の双方において、対象室内の湿度Ｈｃを既定値の範囲内に制御することが可能となる。

［第１、第２膨張弁の制御の説明］
（除湿モード時）
冷媒温度センサ２０で測定される冷媒温度Ｔ１、及び冷媒圧力センサ２１で測定される冷媒圧力Ｐ１に基づいて、冷媒の蒸発温度Ｔｅを求める。そして、冷媒温度Ｔ１と蒸発温度Ｔｅとの温度差、即ち、「Ｔ１−Ｔｅ」を現過熱度ＳＨとする。この現過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＳＨとなるように、第１膨張弁１８、及び第２膨張弁１９の開度Ｖstを決定する。決定方法は、例えば、ＰＩＤ制御等の公知の制御方法を利用することができる。そして、第１膨張弁１８、及び第２膨張弁１９を共に開度Ｖstにする。即ち、第１膨張弁１８と第２膨張弁１９は同一の開度とする。但し、第１、第２膨張弁の開度が予め設定した下限値Ｍin０以下となる場合には、この下限値Ｍin０とする。即ち、除湿モード時においては、第１膨張弁１８及び第２膨張弁１９を最低でも下限値Ｍin０の開度とする。

（加湿モード時）
上記と同様の手法で、現過熱度ＳＨを求める。そして、現過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＳＨとなるように、第２膨張弁１９の開度Ｖstを決定する。決定方法は、例えば、ＰＩＤ制御等の公知の制御方法を利用することができる。そして、第２膨張弁１９を開度Ｖstに設定する。一方、第１膨張弁１８の開度を予め設定した第１下限開度Ｍin１に固定する。即ち、第２膨張弁１９は開度Ｖstとなるように制御され、第１膨張弁１８は第１下限開度Ｍin１とされる。この際、第１下限開度Ｍin１は、第１熱交換器４に供給される冷媒流量が、該第１熱交換器４を通過する空気中に含まれる水分を凍結させない程度の開度に設定される。換言すれば、第１膨張弁１８を第１下限開度Ｍin１とすることにより、第１熱交換器４を通過する空気中の水分が凍結することを防止している。

また、第２膨張弁１９の開度Ｖstが、第２下限開度Ｍin２以下（但し、Ｍin２＞Ｍin１）となる場合には、第１膨張弁１８を全閉状態とする。更に、第２膨張弁１９の開度Ｖstが第１下限開度Ｍin１よりも小さくなる場合には、第１下限開度Ｍin１とする。即ち、第２膨張弁１９を最低でも第１下限開度Ｍin１とする。

［作用の説明］
次に、上述のように構成された本実施形態に係る外気処理装置１００の処理手順を、図６〜図１０に示すフローチャートを参照して説明する。

図６は、全体の処理手順を示すフローチャートである。初めに、図６のステップＳ１において、主制御部３１は、ＥＡファン９、ＳＡファン１０を起動させ、更に圧縮機１を起動させる。このとき、圧縮機１の出力をＲとし、第１膨張弁１８の開度をＶt1とし、第２膨張弁１９の開度をＶt2とする。更に、デシカント８を駆動させる。

ステップＳ２において、主制御部３１は、モード選択を実行する。ここでは、操作者の入力操作により、除湿モード、或いは加湿モードのいずれかが選択される。具体的には、夏季においては除湿モードが選択され、冬季においては加湿モードが選択される。

除湿モードが選択された場合には、ステップＳ３において、主制御部３１は四方弁３を制御し、圧縮機１の出力が第１熱交換器４及び第３熱交換器６側になるように設定する。即ち、図４に示す四方弁３のように設定する。

次いで、ステップＳ４において、除湿モードによる圧縮機１の制御を実行する。圧縮機制御の詳細については、図７を参照して後述する。その後、ステップＳ５において、除湿モードによる膨張弁制御を実行する。膨張弁制御の詳細については、図８を参照して後述する。その後、ステップＳ９に処理を移行する。

一方、ステップＳ２で加湿モードが選択された場合には、ステップＳ６において、主制御部３１は、四方弁３を制御し、圧縮機１の出力が第２熱交換器５側になるように設定する。即ち、図５に示す四方弁３のように設定する。

次いで、ステップＳ７において、加湿モードによる圧縮機１の制御を実行する。圧縮機制御の詳細については、図９を参照して後述する。その後、ステップＳ８において、加湿モードによる膨張弁制御を実行する。膨張弁制御の詳細については、図１０を参照して後述する。その後、ステップＳ９に処理を移行する。

ステップＳ９において、主制御部３１は、処理の停止を示す操作スイッチが操作されたか否かを判断し、オフとされた場合には、ステップＳ１０において、主制御部３１は、ＥＡファン９、ＳＡファン１０をオフとする。更に、圧縮機１を停止させ、デシカント８を停止させる。

次に、図６のステップＳ４に示した除湿モード時における圧縮機１の制御について図７に示すフローチャートを参照して説明する。初めに、ステップＳ３１において、主制御部３１は、空気温度センサ２４、及び空気湿度センサ２３で検出される第１熱交換器４の入口側空気の温度データ、及び湿度データを取得する。

ステップＳ３２において、主制御部３１は、ステップＳ３１で取得した温度データ及び湿度データに基づき、対象室内の湿度Ｈｃ（相対湿度）を算出する。相対湿度の算出方法は前述した通りであり、公知の手法を用いることができる。

ステップＳ３３において、主制御部３１は、予め設定した目標湿度Ｈｓと上記の湿度Ｈｃを比較する。そして、双方の大小関係に応じて圧縮機１の出力を制御する。具体的には、ヒステリシスΔｈを設定し、「Ｈｃ≧Ｈｓ＋Δｈ」である場合には、ステップＳ３４において、主制御部３１は圧縮機１の出力をΔＲだけ上昇させる。即ち、圧縮機１の出力を「Ｒ」から「Ｒ＋ΔＲ」に変更する。

また、「Ｈｃ≦Ｈｓ−Δｈ」である場合には、ステップＳ３５において、主制御部３１は、圧縮機１の出力をΔＲだけ減少させる。即ち、圧縮機１の出力を「Ｒ」から「Ｒ−ΔＲ」に変更する。

一方、「Ｈｓ＋Δｈ＞Ｈｃ＞Ｈｓ−Δｈ」である場合には、圧縮機１の出力を変更しない。換言すれば、目標湿度Ｈｓからヒステリシスの範囲±Δｈを不感帯としている。こうして、対象室内の湿度Ｈｃが「Ｈｓ±Δｈ」の範囲内となるように、圧縮機１の出力が調整されることとなる。

次に、図６のステップＳ５に示した膨張弁制御の処理手順を、図８に示すフローチャートを参照して説明する。初めに、ステップＳ５１において、主制御部３１は、冷媒圧力センサ２１で検出される冷媒圧力Ｐ１、及び冷媒温度センサ２０で検出される冷媒温度Ｔ１を取得する。

ステップＳ５２において、主制御部３１は、冷媒圧力Ｐ１から冷媒の蒸発温度Ｔｅを算出する。

ステップＳ５３において、主制御部３１は、冷媒温度Ｔ１と蒸発温度Ｔｅとの差分である現過熱度ＳＨを算出する。即ち、ＳＨ＝Ｔ１−Ｔｅを演算する。

ステップＳ５４において、主制御部３１は、ＰＩＤ演算等を用いることにより、現過熱度ＳＨを目標過熱度ＳＳＨとするための第１膨張弁１８及び第２膨張弁１９の開度Ｖstを演算する。

ステップＳ５５において、主制御部３１は、ステップＳ５４の演算で算出された開度Ｖstと下限値Ｍin０を対比し、Ｖst＜Ｍin０である場合には（ステップＳ５５でＹＥＳ）、ステップＳ５７に処理を移行し、Ｖst＜Ｍin０でない場合には（ステップＳ５５でＮＯ）、ステップＳ５６に処理を移行する。

ステップＳ５６において、主制御部３１は、第１膨張弁１８、及び第２膨張弁１９の開度Ｖt1、Ｖt2を共にＶstに設定する。つまり、第１膨張弁１８、及び第２膨張弁１９を同一の開度Ｖstに設定する。

一方、ステップＳ５７において、主制御部３１は、第１膨張弁１８、及び第２膨張弁１９の開度を共に下限値Ｍin０に設定する。即ち、下限値Ｍin０は最低限の開度を示しており、目標とする開度Ｖstが下限値Ｍin０よりも小さい場合には、下限値Ｍin０とする。

このように、除湿モード時には、現過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＳＨとなるように、膨張弁開度Ｖstを設定し、この開度Ｖstとなるように第１膨張弁１８、及び第２膨張弁１９の開度を調整する。その結果、現過熱度ＳＨを目標過熱度ＳＳＨに近づけることができる。また、第１膨張弁１８及び第２膨張弁１９の開度が同一となるように制御されるので、第１熱交換器４と第２熱交換器５の間での偏りがなく、バランスの良い流量を設定することができる。更に、第１膨張弁１８及び第２膨張弁１９の開度は下限値Ｍin０以下にはならないので、最小限の冷媒を流すことができる。

次に、図６のステップＳ７に示した加湿モード時における圧縮機１の制御について図９に示すフローチャートを参照して説明する。

初めに、ステップＳ６１において、主制御部３１は、空気温度センサ２４、及び空気湿度センサ２３で検出される、第１熱交換器４の入り口側空気の温度データ、及び湿度データを取得する。

ステップＳ６２において、主制御部３１は、ステップＳ３１で取得した温度データ及び湿度データに基づき、対象室内の湿度Ｈｃを算出する。湿度Ｈｃの算出方法は前述した通りである。

ステップＳ６３において、主制御部３１は、予め設定した目標湿度Ｈｓと上記の湿度Ｈｃを比較する。そして、双方の大小関係に応じて圧縮機１の出力を制御する。具体的には、ヒステリシスΔｈを設定し、「Ｈｃ≦Ｈｓ−Δｈ」である場合には、ステップＳ６４において、主制御部３１は圧縮機１の出力をΔＲだけ上昇させる。即ち、出力を「Ｒ」から「Ｒ＋ΔＲ」に変更する。

また、「Ｈｃ≧Ｈｓ＋Δｈ」である場合には、ステップＳ６５において、主制御部３１は、圧縮機１の出力をΔＲだけ減少させる。即ち、圧縮機１の出力を「Ｒ」から「Ｒ−ΔＲ」に変更する。

一方、「Ｈｓ＋Δｈ＞Ｈｃ＞Ｈｓ−Δｈ」である場合には、圧縮機１の出力を変更しない。換言すれば、目標湿度Ｈｓからヒステリシスの範囲±Δｈを不感帯としている。こうして、対象室内の湿度Ｈｃが「Ｈｓ±Δｈ」の範囲内となるように、圧縮機１の出力が調整されることとなる。

次に、図６のステップＳ８に示した膨張弁制御の処理手順を、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。

初めに、ステップＳ８１において、主制御部３１は、冷媒圧力センサ２１で検出される冷媒圧力Ｐ１、及び冷媒温度センサ２０で検出される冷媒温度Ｔ１を取得する。

ステップＳ８２において、主制御部３１は、冷媒圧力Ｐ１から冷媒の蒸発温度Ｔｅを算出する。

ステップＳ８３において、主制御部３１は、冷媒温度Ｔ１と蒸発温度Ｔｅとの差分である現過熱度ＳＨを算出する。即ち、ＳＨ＝Ｔ１−Ｔｅを演算する。

ステップＳ８４において、主制御部３１は、ＰＩＤ演算等を用いることにより、現過熱度ＳＨを目標過熱度ＳＳＨとするための第１膨張弁１８及び第２膨張弁１９の開度Ｖstを演算する。

ステップＳ８５において、主制御部３１は、ステップＳ８４の演算で算出された開度Ｖstと第２下限開度Ｍin２を対比し、Ｖst＜Ｍin２である場合には（ステップＳ８５でＹＥＳ）、ステップＳ８７に処理を移行し、Ｖst＜Ｍin２でない場合には（ステップＳ８５でＮＯ）、ステップＳ８６に処理を移行する。

ステップＳ８６において、主制御部３１は、開度Ｖstと第１下限開度Ｍin１を対比し、Ｖst＜Ｍin１である場合には（ステップＳ８６でＹＥＳ）、ステップＳ８９に処理を移行し、Ｖst＜Ｍin１でない場合には（ステップＳ８６でＮＯ）、ステップＳ８８に処理を移行する。

ステップＳ８７において、主制御部３１は、第１膨張弁１８の開度を第１下限開度Ｍin１とし、第２膨張弁１９の開度を開度Ｖstに設定する。即ち、第１膨張弁１８の開度を第１下限開度Ｍin１に抑制することにより（Ｍin１以上としないことにより）、第１熱交換器４に流入する冷媒流量を制限し、該第１熱交換器４を通過する空気中の水分が凍結することを防止する。

ステップＳ８８において、主制御部３１は、第１膨張弁１８の開度をゼロとし、第２膨張弁の開度を開度Ｖstに設定する。即ち、膨張弁開度Ｖstが第１下限開度Ｍin１と第２下限開度Ｍin２との間であるので、第１膨張弁１８の開度をゼロ（即ち、全閉状態）とする。即ち、加湿モード時には、第１熱交換器４に過多の冷媒を供給すると、該第１熱交換器を通過する空気中の水分が凍結する可能性があるので、できるだけ第１膨張弁１８の開度を低下させて第１熱交換器４に供給する冷媒流量を低減する。

ステップＳ８９において、主制御部３１は、第１膨張弁１８の開度をゼロとし、第２膨張弁開度を第１下限開度Ｍin１に設定する。即ち、第２膨張弁１９の開度は、第１下限開度Ｍin１以下にはならないので、最小限の冷媒を流すことができる。

［効果の説明］
このようにして、本実施形態に係る外気処理装置１００では、夏季に除湿モードで運転する際には、第１熱交換器４、及び第３熱交換器６の双方にて冷媒を凝縮させる構成としたので、デシカント８の蒸発能力が向上し、水分吸着機能が向上し、ひいては除湿能力が向上する。また、冬季の加湿モードでは、第１熱交換器４と第３熱交換器６で冷媒を並列に蒸発させるようにしたので、第１熱交換器４の熱交換量を低減することができ、凍結を防止できる。

更に、冬季の加湿モード時に、第１熱交換器４で熱交換を行う冷媒は、第１膨張弁１８を第１下限開度Ｍin１で固定して、第２膨張弁１９を調整して圧縮機１に流入する冷媒の流量を制御する。従って、第１熱交換器４に流入する冷媒が制限される。また、この第１下限開度Ｍin１は、第１熱交換器４を流れる空気に含まれる水分が凍結しないように予め計算されているので、第１熱交換器４での凍結の発生を防止することができる。

更に、加湿モード時には、室内からの空気温度が低い場合、蒸発器として作用する第１熱交換器４は凍結を起こし易い条件（第２膨張弁１９の開度がＭin２より小さい場合、即ち、冷媒循環量が低く冷媒蒸発温度も低い場合）となる。そこで、第１膨張弁１８の開度をゼロとし（全閉とし）、該第１膨張弁１８に冷媒が流れないようにしたので、第１熱交換器４での凍結を防止できる。これにより、本実施形態に係る外気処理装置１００の稼働範囲を拡大することができる。即ち、外気温度の制限を緩和して稼働させることが可能となる。

また、除湿モード時には、第１膨張弁１８と第２膨張弁１９の開度が同一の開度となるように制御するので、圧縮機１より出力される冷媒の流量をバランス良く分配し、第２熱交換器５での冷媒の蒸発を安定化させることができる。

更に、圧縮機１の出力制御を対象室内の湿度に基づいて決定し、制御する構成としたので、室内用空調機（個別のエアコン）の負荷を低減することが可能となる。

また、従来と対比して構成が簡素化されるので、例えば、特許文献１と対比し、熱交換器の個数を低減しているので、構成を簡素化し、且つコストダウンを図ることが可能となる。

以上、本発明の外気処理装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

１ 圧縮機
２ アキュムレータ
３ 四方弁
４ 第１熱交換器
５ 第２熱交換器
６ 第３熱交換器
８ デシカント
８ａ 回転モータ
９ ＥＡファン
１０ ＳＡファン
１１ 全熱交換器
１２ 第１空気流路
１３ 第２空気流路
１８ 第１膨張弁
１９ 第２膨張弁
２０ 冷媒温度センサ
２１ 冷媒圧力センサ
２３ 空気湿度センサ
２４ 空気温度センサ
２７ インバータ
３１ 主制御部
３１ａ センサ入力部
３１ｂ 第１操作部
３１ｃ 圧縮機出力部
３１ｄ 第２操作部
１００ 外気処理装置

Claims (4)

1. 対象となる部屋の室内に、室外の空気を処理して除湿空気、或いは加湿空気を供給する外気処理装置において、
   室外から室内に向かう空気の流路となる第１空気流路と、
   室内から室外に向かう空気の流路となる第２空気流路と、
   前記第１空気流路と第２空気流路とに跨って配置され、前記第１空気流路と第２空気流路のうちの一方の流路を流れる空気の水分を吸着し、他方の流路を流れる空気に水分を放出する水分吸着手段と、
   冷媒を循環させる冷媒回路と、を有し、
   前記冷媒回路は、
   冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記第２空気流路の、前記水分吸着手段の上流側に配置された第１熱交換器、及び下流側に配置された第３熱交換器と、
   前記第１空気流路の、前記水分吸着手段の上流側に配置された第２熱交換器と、
   除湿した空気を室内に供給する除湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を前記第１熱交換器及び第３熱交換器に供給し、且つ、加湿した空気を室内に供給する加湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を前記第２熱交換器に供給するように切り替える出力切替手段と、
   前記第１熱交換器と第２熱交換器との間に設けられる第１膨張弁、及び、前記第３熱交換器と第２熱交換器との間に設けられる第２膨張弁と、
   前記第１膨張弁及び第２膨張弁の開度を制御し、且つ、前記出力切替手段を制御する制御手段と、を備え、
   更に、前記制御手段は、
   前記除湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を、第１熱交換器の出力側から、前記第１膨張弁を経由する経路、及び、前記第３熱交換器の出力側から、前記第２膨張弁を経由する経路を合流し、その後、前記第２熱交換器を経由する経路を循環させ、
   前記加湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を、第２熱交換器の出力側から、前記第１膨張弁と前記第１熱交換器を経由する経路、及び、前記第２膨張弁と前記第３熱交換器を経由する経路を循環させ、
   第１膨張弁の開度を、前記第１熱交換器を流れる空気中の水分が凍結しないように設定した第１下限開度とすることにより、凍結を防止すること
   を特徴とする外気処理装置。
2. 前記制御手段は、加湿モード時には、室内の湿度が予め設定した目標湿度となるように、前記第２膨張弁の開度を制御し、
   前記第２膨張弁の開度が、予め設定した前記第１下限開度よりも大きい第２下限開度以下となる場合には、前記第１膨張弁を全閉とすること
   を特徴とする請求項１に記載の外気処理装置。
3. 対象となる部屋の室内に、室外の空気を処理して除湿空気、或いは加湿空気を供給する外気処理装置において、
   室外から室内に向かう空気の流路となる第１空気流路と、
   室内から室外に向かう空気の流路となる第２空気流路と、
   前記第１空気流路と第２空気流路とに跨って配置され、前記第１空気流路と第２空気流路のうちの一方の流路を流れる空気の水分を吸着し、他方の流路を流れる空気に水分を放出する水分吸着手段と、
   冷媒を循環させる冷媒回路と、を有し、
   前記冷媒回路は、
   冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記第２空気流路の、前記水分吸着手段の上流側に配置された第１熱交換器、及び下流側に配置された第３熱交換器と、
   前記第１空気流路の、前記水分吸着手段の上流側に配置された第２熱交換器と、
   除湿した空気を室内に供給する除湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を前記第１熱交換器及び第３熱交換器に供給し、且つ、加湿した空気を室内に供給する加湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を前記第２熱交換器に供給するように切り替える出力切替手段と、
   前記第１熱交換器と第２熱交換器との間に設けられる第１膨張弁、及び、前記第３熱交換器と第２熱交換器との間に設けられる第２膨張弁と、
   前記第１膨張弁及び第２膨張弁の開度を制御し、且つ、前記出力切替手段を制御する制御手段と、を備え、
   更に、前記制御手段は、
   前記除湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を、第１熱交換器の出力側から、前記第１膨張弁を経由する経路、及び、前記第３熱交換器の出力側から、前記第２膨張弁を経由する経路を合流し、その後、前記第２熱交換器を経由する経路を循環させ、
   室内の湿度が予め設定した目標湿度となるように、前記第１膨張弁、及び第２膨張弁を同一の開度で制御し、
   前記加湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を、第２熱交換器の出力側から、前記第１膨張弁と前記第１熱交換器を経由する経路、及び、前記第２膨張弁と前記第３熱交換器を経由する経路を循環させること、
   を特徴とする外気処理装置。
4. 対象となる部屋の室内に、室外の空気を処理して除湿空気、或いは加湿空気を供給する外気処理装置において、
   室外から室内に向かう空気の流路となる第１空気流路と、
   室内から室外に向かう空気の流路となる第２空気流路と、
   前記第１空気流路と第２空気流路とに跨って配置され、前記第１空気流路と第２空気流路のうちの一方の流路を流れる空気の水分を吸着し、他方の流路を流れる空気に水分を放出する水分吸着手段と、
   冷媒を循環させる冷媒回路と、を有し、
   前記冷媒回路は、
   冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記第２空気流路の、前記水分吸着手段の上流側に配置された第１熱交換器、及び下流側に配置された第３熱交換器と、
   前記第１空気流路の、前記水分吸着手段の上流側に配置された第２熱交換器と、
   除湿した空気を室内に供給する除湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を前記第１熱交換器及び第３熱交換器に供給し、且つ、加湿した空気を室内に供給する加湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を前記第２熱交換器に供給するように切り替える出力切替手段と、
   前記第１熱交換器と第２熱交換器との間に設けられる第１膨張弁、及び、前記第３熱交換器と第２熱交換器との間に設けられる第２膨張弁と、
   前記第１膨張弁及び第２膨張弁の開度を制御し、且つ、前記出力切替手段を制御する制御手段と、を備え、
   更に、前記制御手段は、
   前記除湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を、第１熱交換器の出力側から、前記第１膨張弁を経由する経路、及び、前記第３熱交換器の出力側から、前記第２膨張弁を経由する経路を合流し、その後、前記第２熱交換器を経由する経路を循環させ、
   前記加湿モード時には、前記圧縮機より出力される冷媒を、第２熱交換器の出力側から、前記第１膨張弁と前記第１熱交換器を経由する経路、及び、前記第２膨張弁と前記第３熱交換器を経由する経路を循環させ、
   前記室内より戻される空気の温度、及び湿度を検出する温度検出部、及び湿度検出部を更に備え、前記制御手段は、前記温度検出部で検出する温度、及び前記湿度検出部で検出される湿度に基づき、前記室内の湿度が予め設定した目標湿度となるように、前記圧縮機の出力を制御すること
   を特徴とする外気処理装置。
   

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