空気調和システム
【課題】冷凍サイクルの効率を高めつつ、熱交換器の腐食を抑制することができる空気調和システムを提供する。
【解決手段】空気調和システム１は、室外熱交換器１６と、室外熱交換器１３に空気を送る送風機１４と、室外熱交換器１３に向かう空気に水を噴霧する噴霧機構２０と、外気温度を検知する温度センサ１８と、外気湿度を検知する湿度センサ１９と、噴霧機構２０から噴霧される水滴が室外熱交換器１３に向かう空気中において蒸発するように、噴霧機構２０から噴霧する水噴霧量を、温度センサ１８により検知される外気温度、湿度センサ１９により検知される外気湿度及び送風機１４の動作状態に基づいて演算する噴霧量演算部１６ａと、噴霧量演算部１６ａにおいて演算された水噴霧量の水滴が噴霧機構２０から噴霧されるように噴霧機構２０を制御する噴霧機構制御部１６ｂと、を備えている。
【解決手段】空気調和システム１は、室外熱交換器１６と、室外熱交換器１３に空気を送る送風機１４と、室外熱交換器１３に向かう空気に水を噴霧する噴霧機構２０と、外気温度を検知する温度センサ１８と、外気湿度を検知する湿度センサ１９と、噴霧機構２０から噴霧される水滴が室外熱交換器１３に向かう空気中において蒸発するように、噴霧機構２０から噴霧する水噴霧量を、温度センサ１８により検知される外気温度、湿度センサ１９により検知される外気湿度及び送風機１４の動作状態に基づいて演算する噴霧量演算部１６ａと、噴霧量演算部１６ａにおいて演算された水噴霧量の水滴が噴霧機構２０から噴霧されるように噴霧機構２０を制御する噴霧機構制御部１６ｂと、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、噴霧ノズルから水を熱交換器に噴霧して熱交換器を冷却する噴霧機構を備えた空気調和機が知られている。この空気調和機では、噴霧された水により熱交換器が冷却されるので、冷凍サイクルの効率が高まり、空気調和機に必要とされる動力（消費電力）を削減することができる。
【０００３】
例えば特許文献１には、熱交換器と、噴霧手段とを備えた空気調和機が開示されている。この空気調和機では、噴霧手段から噴霧された水滴のほとんど全てを熱交換器に付着させるために、噴霧手段と熱交換器との間に電圧を印加して水滴を熱交換器に引き寄せる技術を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１４５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の空気調和機のように熱交換器の表面に水滴が付着すると、熱交換器が腐食する場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷凍サイクルの効率を高めつつ、熱交換器の腐食を抑制することができる空気調和システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の空気調和システムは、室外熱交換器（１３）と、前記室外熱交換器（１３）への空気の流れを形成する送風機（１４）と、前記室外熱交換器（１３）に向かう空気に水を噴霧する噴霧機構（２０）と、外気温度を検知する温度センサ（１８）と、外気湿度を検知する湿度センサ（１９）と、前記噴霧機構（２０）から噴霧される水滴が前記室外熱交換器（１３）に向かう空気中において蒸発するように、前記噴霧機構（２０）から噴霧する水噴霧量を、前記温度センサ（１８）により検知される外気温度、前記湿度センサ（１９）により検知される外気湿度及び前記送風機（１４）の動作状態に基づいて演算する噴霧量演算部（１６ａ）と、前記噴霧量演算部（１６ａ）において演算された前記水噴霧量の水滴が前記噴霧機構（２０）から噴霧されるように前記噴霧機構（２０）を制御する噴霧機構制御部（１６ｂ）と、を備えている。
【０００８】
この構成では、噴霧機構（２０）から噴霧される水滴を室外熱交換器（１３）に向かう空気中において蒸発させ、そのときの潜熱（気化熱）によって空気を冷却する。これにより、水が噴霧されていない場合に比べて、熱交換器を通過する空気の温度が低くなるので、冷凍サイクルの効率が高まり、空気調和システムの冷房運転時において圧縮機などを駆動させるのに必要な動力を低減することができる。
【０００９】
また、この構成では、従来のように噴霧された水滴が室外熱交換器（１３）に付着するように大量に水滴を噴霧するのではなく、噴霧機構（２０）から噴霧される水滴が室外熱交換器（１３）に向かう空気中において蒸発する適量の水滴を噴霧するので、室外熱交換器（１３）への水滴の付着が抑制される。これにより、室外熱交換器（１３）の腐食が抑制される。具体的には次の通りである。
【００１０】
噴霧機構（２０）から噴霧された水滴は、外気温度が高いほど蒸発しやすく、外気湿度が低いほど蒸発しやすい。また、噴霧機構（２０）から噴霧された水滴は、送風機（１４）の動作状態（例えば送風機の回転数など）により定まる風量が多いほど蒸発しやすい。そこで、噴霧量演算部（１６ａ）は、温度センサ（１８）により検知される外気温度、湿度センサ（１９）により検知される外気湿度及び送風機（１４）の動作状態に基づいて、噴霧機構（２０）から噴霧する適量の水噴霧量を演算する。こうして得られた水噴霧量の水滴が噴霧機構（２０）から噴霧されるように、噴霧機構（２０）が噴霧機構制御部（１６ｂ）によって制御される。
【００１１】
以上のことから、この構成では、冷凍サイクルの効率を高めつつ、室外熱交換器（１３）の腐食を抑制することができる。
【００１２】
前記空気調和システムにおいて、取り込んだ外気の温度及び湿度の少なくとも一方を調節してからその外気を室内へ供給する外気処理機（４）をさらに備え、前記湿度センサ（１９）は、前記外気処理機（４）に設けられているのが好ましい。
【００１３】
この構成では、外気処理機（４）に設けられている湿度センサ（１９）を水噴霧量の演算用途にも併用できるので、水噴霧量を演算するための湿度センサを別途用意する必要がない。これにより、システムを簡略化できるので、コストダウンを図ることができる。
【００１４】
前記空気調和システムにおいて、前記噴霧量演算部（１６ａ）は、前記噴霧機構（２０）から噴霧される水滴が前記室外熱交換器（１３）に向かう空気中において蒸発することによって当該空気中の相対湿度が所定の目標相対湿度に近づくように、前記噴霧機構（２０）から噴霧する水噴霧量を、前記温度センサ（１８）により検知される外気温度、前記湿度センサ（１９）により検知される外気湿度及び前記送風機（１４）の動作状態に基づいて演算するのが好ましい。
【００１５】
この構成では、水噴霧量は、噴霧された水滴の蒸発によってその空気中の相対湿度が所定の目標相対湿度に近づくように噴霧量演算部（１６ａ）によって決められる。したがって、この構成では、水噴霧量が少なくなり過ぎるのを抑制できるので、室外熱交換器（１３）に向かう空気を冷却する効果が比較的高いレベルで安定して得られる。これにより、冷凍サイクルの効率をより高めることができる。
【００１６】
前記空気調和システムでは、前記噴霧機構（２０）が、水噴霧量を調節する弁を有し、前記噴霧機構制御部（１６ｂ）が、前記噴霧量演算部（１６ａ）において演算される前記水噴霧量の水滴が前記噴霧機構（２０）から噴霧されるように前記弁の開度を制御する形態が例示できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、冷凍サイクルの効率を高めつつ、熱交換器の腐食を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空気調和システムを示す概略図である。
【図２】前記噴霧ノズルを示す断面図である。
【図３】前記空気調和システムの制御例を示すフローチャートである。
【図４】前記空気調和システムにおける噴霧量演算部による演算例を説明するためのグラフである。
【図５】前記空気調和システムにおける噴霧量演算部による他の演算例を説明するためのテーブルである。
【図６】前記空気調和システムにおける噴霧量演算部によるさらに他の演算例を説明するためのグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る空気調和システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る空気調和システム１について図面を参照して説明する。
【００２０】
（空気調和システムの全体構造）
図１に示すように、空気調和システム１は、室外機２と、図略の室内機と、噴霧機構２０とを備えている。室外機２と前記室内機とは、図略の冷媒配管によって接続されている。
【００２１】
室外機２は、室外熱交換器１３、室外熱交換器１３への空気の流れを形成する送風機１４、コントローラ１６、圧縮機１５、これらを収容するケース１２などを備えている。また、室外機２は、外気温度を検知する温度センサ１８と、外気湿度を検知する湿度センサ１９とをさらに備えている。
【００２２】
前記室内機は、図略の室内熱交換器、室内送風機などを備えている。また、膨張機構が前記室内機又は室外機２に設けられている。圧縮機１５、室外熱交換器１３、室内熱交換器及び膨張機構は、空気調和システム１の冷媒回路に設けられている。送風機１４、圧縮機１５、噴霧機構２０、前記膨張機構、室内送風機などは、コントローラ１６により制御される。
【００２３】
コントローラ１６は、噴霧機構２０からの水噴霧量を調節するための噴霧量演算部１６ａ及び噴霧機構制御部１６ｂを備えている。これらの詳細については後述する。
【００２４】
室外熱交換器１３としては、例えばクロスフィンコイル式の熱交換器が挙げられるが、これに限定されない。クロスフィンコイル式の熱交換器は、伝熱管と、伝熱管が貫通する多数のプレートフィンとを備えており、伝熱管の内部を冷媒が流れ、プレートフィン同士の間を外気が流れる。
【００２５】
室外熱交換器１３は、ケース１２の底板から上方に延びており、例えば平面視で略Ｕ字形状を有している。ケース１２の４つの側板のうち、室外熱交換器１３に対向する３つの側板には、外気をケース１２内に吸い込むために図略の吸込口が設けられている。また、ケース１２の天板にはケース１２内の空気を外部に吹き出すための図略の吹出口が設けられている。
【００２６】
送風機１４としては、遠心送風機、軸流送風機、斜流送風機などを用いることができる。送風機１４は、羽根車１４ａと、この羽根車１４ａを回転させる図略のモータとを備えている。送風機１４は、ケース１２内の上部に設けられており、前記吹出口の直下に位置している。
【００２７】
温度センサ１８は、ケース１２内に吸い込まれる外気温度を検知することができる。湿度センサ１９は、ケース１２内に吸い込まれる外気湿度を検知することができる。温度センサ１８及び湿度センサ１９は、室外機２の前記吸込口の近傍に設けられている。
【００２８】
空気調和システム１の運転時には、圧縮機１５に動力が与えられることにより冷媒が前記冷媒回路内を循環するとともに、送風機１４の前記モータに動力が与えられることにより羽根車１４ａが回転し、前記吸込口からケース１２の内部に外気が吸い込まれる。ケース１２内に吸い込まれた外気は、室外熱交換器１３において冷媒と熱交換した後、前記吹出口を通じてケース１２の外部に吹き出される。具体的には、例えば冷房運転時には、ケース１２内に吸い込まれた外気は、凝縮器として機能する室外熱交換器１３における前記伝熱管を介して、この伝熱管内を流れる高温高圧の冷媒と熱交換する。すなわち、外気は、室外熱交換器１３の伝熱管及び冷媒を冷却する。これにより、前記伝熱管を流れる冷媒は、冷却されて凝縮する。
【００２９】
（噴霧機構の構造）
次に、噴霧機構２０について説明する。噴霧機構２０は、冷房運転時において室外熱交換器１６に向かう外気を冷却することができる。図１に示すように、噴霧機構２０は、噴霧ノズル２１と、水供給機構６０と、エア供給機構７０とを備えている。
【００３０】
噴霧ノズル２１は、ケース１２の側板又はケース１２に別途設けられた図略の支持部材によって支持されている。噴霧ノズル２１は、送風機１４の羽根車１４ａが回転することにより形成される気流の方向において、室外熱交換器１６よりも上流側に位置している。
【００３１】
本実施形態では、噴霧ノズル２１は、水滴が室外熱交換器１６に向かって噴霧されるように配置されている。噴霧ノズル２１は、その軸方向が空気の流れ方向に沿う方向に向けられた状態で配置されている。噴霧ノズル２１から噴霧された水滴は、放射状に拡散しながら前記気流の方向に沿って室外熱交換器１６に向かって移動する。
【００３２】
噴霧ノズル２１の軸方向の向きは、図１に示す形態に限定されるものではなく、送風機１４により形成される気流の方向に対して、例えば直交する方向であってもよく、また、傾斜する方向であってもよく、さらに、反対方向であってもよい。
【００３３】
水供給機構６０は、液送配管６１と、開度調整可能な開閉弁６２とを含む。液送配管６１は、図略の水供給源と噴霧ノズル２１とを接続している。コントローラ１６によって開閉弁６２の開度が調節されることにより、噴霧ノズル２１に供給される水量が調節される。水供給源としては、例えば上水道などの水道が例示できる。この場合、開閉弁６が開状態にされると、水道圧によって水が噴霧ノズル２１に送られる。
【００３４】
開閉弁６２に代えて例えば液送ポンプなどを用いて水を噴霧ノズル２１に送ることもできる。また、水供給源としては、水が貯留されたタンクなどであってもよい。この場合には、液送配管６１は、タンクに設けられた給水口に接続され、液送ポンプなどを用いてタンクの水が噴霧ノズル２１に送られる。
【００３５】
エア供給機構７０は、例えば圧縮機などの気送ポンプ７２と、気送配管７１とを含む。気送配管７１は、気送ポンプ７２と噴霧ノズル２１とを接続している。開閉弁６２が開状態とされ、気送ポンプ７２が駆動すると、噴霧ノズル２１から水が噴霧される。
【００３６】
次に、噴霧ノズル２１の構造について説明する。本実施形態では、図２に示すように噴霧ノズル２１として、水と空気により水滴が噴霧される二流体ノズルを用いている。噴霧ノズル２１は、胴部１０と、胴部１０よりも下流側（水の流れ方向の下流側）に位置するオリフィス部５０とを有している。胴部１０は、水道などの図略の水供給源から胴部１０に供給された水に微細な気泡を混入させる機能と、気泡が混入した水をオリフィス部５０に案内する機能とを有している。オリフィス部５０は、水滴を微細化して噴霧する機能を有している。
【００３７】
胴部１０は、径方向よりも軸方向の方が長い円柱状の外形を有している。胴部１０は、エア案内管３１と、エア案内管３１の内側に配置された水案内管４１とを有している。すなわち、エア案内管３１の内部に水案内管４１が挿入されている。エア案内管３１の軸方向と水案内管４１の軸方向とは一致している。また、これらの軸は、ほぼ同一直線状に位置している。エア案内管３１の内周面と水案内管４１の外周面とは互いに離隔している。
【００３８】
水案内管４１には、厚み方向に貫通する複数のエア導入孔４３ａが設けられている。エア案内管３１には、エア流路Ｆ１に空気を供給するためのエア供給部３２が設けられている。エア供給部３２は、エア流路Ｆ１に連通する空気の供給孔３２ａが内部に形成された円筒形状を有している。このエア供給部３２には、図１に示す気送配管７１が接続される。
【００３９】
エア案内管３１の一端（下流側の端）と水案内管４１の一端（下流側の端）とは、軸方向においてほぼ同じ位置にあり、水案内管４１の他端（上流側の端）は、エア案内管３１の他端（上流側の端）よりも上流側に位置している。すなわち、水案内管４１の他端側の部位は、エア案内管３１から上流側に突出している。エア流路Ｆ１の一端は、オリフィス部５０によって塞がれており、エア流路Ｆ１の他端は、閉塞部材３３によって塞がれている。
【００４０】
胴部１０は、エア案内部３０と、水案内部４０と、気泡形成部４３とを有している。水案内部４０は、水案内管４１の内周面により区画される水流路Ｆ２を含む。エア案内部３０は、水案内管４１の外周面とエア案内管３１の内周面とにより区画されるエア流路Ｆ１を含む。
【００４１】
気泡形成部４３は、複数のエア導入孔４３ａを含む。複数のエア導入孔４３は、水案内管４１の周方向及び軸方向に互いに間隔をあけて配置されている。気泡形成部４３は、水案内管４１のうち、最上流に位置するエア導入孔４３ａから最下流に位置するエア導入孔４３ａまでの筒状の部位をいう。
【００４２】
オリフィス部５０は、水滴を微細化して噴霧するための噴霧部５１と、エア流路Ｆ１の一端を塞ぐ閉塞部５２とを有している。閉塞部５２は、半径方向外側の環状の領域であり、噴霧部５１は、閉塞部５２よりも半径方向内側の領域である。閉塞部５２は、エア案内管３１の一端と水案内管４１の一端に当接してエア流路Ｆ１の一端を塞ぐ内面（上流側の表面）５２ａを有している。
【００４３】
噴霧部５１は、水流路Ｆ２と噴霧ノズル２１の外部とを連通する連通孔を有している。連通孔は、下流側に向かうにつれて内径が小さくなるテーパー面を有するテーパー孔５１ａと、テーパー孔５１ａの下流側に位置して水が噴霧される噴霧孔５１ｂとを含む。
【００４４】
テーパー面に沿ってテーパー孔５１ａを下流側に流れる水は、次第に流速が高められて噴霧孔５１ｂに到達する。噴霧孔５１ｂに到達した水は、多数の微細な気泡を含んでおり、これらの気泡とともに噴霧ノズル２１の外部に噴霧される。多数の気泡を含む水が噴霧孔５１ｂから噴霧されるとき又は噴霧孔５１ｂから噴霧された後、内外の圧力差によって気泡が膨張してはじけて水滴が微細化される。
【００４５】
水滴の平均粒径は、例えば５０μｍ以下であるのが好ましく、２５μｍ以下であるのがより好ましい。水滴の平均粒径は、噴霧孔５１ｂの孔径、エア導入孔４３ａの孔径、水流路Ｆ２にかかる圧力、エア流路Ｆ１にかかる圧力などを調節することにより調整できる。
【００４６】
（制御例）
次に、空気調和システム１の制御例について説明する。図３は、空気調和システム１の制御例を示すフローチャートである。噴霧機構２０は、水滴の全部又はその大半が室外熱交換器１６に到達する前に気化するように、コントローラ１６によって制御される。具体的には次の通りである。
【００４７】
空気調和システム１において、例えば冷房運転が開始されると（ステップＳ１）、コントローラ１６は、温度センサ１８により検知される外気温度、圧縮機１５の吐出圧力などに基づいて、冷房運転の負荷が所定のレベルに達しているか否かを判断する（ステップＳ２）。冷房運転の負荷が所定のレベルに達している場合、コントローラ１６は、噴霧機構２０による水噴霧が必要であると判断する（ステップ２においてＹＥＳ）。
【００４８】
ついで、コントローラ１６の噴霧量演算部１６ａは、噴霧機構２０の噴霧ノズル２１から噴霧する適量の水噴霧量Ｓを演算する（ステップＳ３）。具体的に、噴霧量演算部１６ａは、噴霧機構２０から噴霧される水滴のほぼ全てが室外熱交換器１３に向かう空気中において室外熱交換器１３に到達する前に蒸発する噴霧量となるように、噴霧機構２０から噴霧する水噴霧量を、温度センサ１８により検知される外気温度、湿度センサ１９により検知される外気湿度及び送風機１４の動作状態に基づいて演算する。この制御例では、送風機１４の動作状態として送風機１４の回転数を用いており、外気湿度として相対湿度を用いている。以下、演算過程の一例を挙げる。
【００４９】
図４は、空気調和システム１における噴霧量演算部１６ａによる演算例を説明するためのグラフである。このグラフに示される外気温度Ｔの関数は、本実施形態における噴霧ノズル２１の特性、噴霧ノズル２１と熱交換器１３との位置関係などの具体的な構成を考慮に入れて実験、シミュレーションなどにより得ることができる。
【００５０】
このグラフに示される外気温度Ｔの関数は、例えば次の式（１）によって表される。そして、噴霧量演算部１６ａは、式（１）から得られた係数Ａと、外気湿度Ｈ及び送風機１４の回転数Ｒとから水噴霧量Ｓを算出する（式（２））。
【００５１】
係数Ａ＝ａＴ２＋ｂＴ＋ｃ ・・・（１）
水噴霧量Ｓ＝Ａ×（１−Ｈ）×Ｒ ・・・（２）
Ｔ：外気温度
Ｈ：外気湿度（相対湿度：％）
Ｒ：送風機の回転数
【００５２】
ついで、コントローラ１６の噴霧機構制御部１６ｂは、噴霧量演算部１６ａにおいて演算された水噴霧量Ｓの水滴が噴霧機構２０から噴霧されるように噴霧機構２０を制御して水噴霧を開始する（ステップＳ４）。具体的に、噴霧機構制御部１６ｂは、噴霧ノズル２１から噴霧される量が水噴霧量Ｓとなるように開閉弁６２の開度を調節する。本実施形態では、噴霧ノズル２１が二流体ノズルであるので、ステップＳ４において、噴霧機構制御部１６ｂは、気送ポンプ７２を制御して噴霧ノズル２１に送られる空気量も調節する。
【００５３】
ついで、コントローラ１６は、水噴霧を継続する必要があるか否かを判断する（ステップＳ５）。この判断基準としては、例えば水噴霧が開始されたときからの経過時間が所定の時間に達したことが挙げられる。また、例えば温度センサ１８により検知される外気温度、圧縮機１５の吐出圧力などに基づいて、冷房運転の負荷が所定のレベルを下回ったことを前記判断基準としてもよい。
【００５４】
水噴霧の継続が不要である場合、噴霧機構制御部１６ｂは、開閉弁６２を閉じて噴霧ノズル２１からの水噴霧を停止する（ステップＳ６）。また、噴霧機構制御部１６ｂは、気送ポンプ７２を制御して噴霧ノズル２１への空気送りを停止する。
【００５５】
水噴霧の継続が必要である場合、コントローラ１６は、ステップＳ３に戻り、上述したステップＳ３〜Ｓ５の制御を繰り返す。すなわち、ステップＳ３において噴霧量演算部１６ａが再度水噴霧量Ｓを演算し、これに基づいてステップＳ４において噴霧機構制御部１６ｂが開閉弁６２の開度などを調節する。そして、ステップＳ５において、水噴霧の継続が必要か否かの判断が再度行われる。
【００５６】
このように図３に示す制御例では、水噴霧量Ｓの演算、開閉弁６２の開度調節を繰り返し実行しているが、これに限定されない。例えば、水噴霧の開始から水噴霧の停止までの間、水噴霧量Ｓは、一定であってもよい。この場合、ステップＳ５において水噴霧の継続が必要と判断されると（ステップＳ５においてＹＥＳ）、図３に示すようにステップＳ３に戻るのではなく、ステップＳ５の判断が繰り返し実行される。
【００５７】
図５は、空気調和システム１における噴霧量演算部１６ａによる他の演算例を説明するためのテーブルである。この演算例では、図５に示すテーブルのように外気温度Ｔと係数Ａとが予め関連付けられている。このテーブルに示すデータは、噴霧ノズル２１の特性、噴霧ノズル２１と熱交換器１３との位置関係などの具体的な構成を考慮に入れて実験、シミュレーションなどにより得ることができ、コントローラ１６のメモリに予め記憶されている。
【００５８】
噴霧量演算部１６ａは、温度センサ１８により検知される外気温度Ｔと、図５に示すテーブルとに基づいて係数Ａが得られると、例えば上述した式（２）に基づいて水噴霧量Ｓを演算する。その他の制御の流れは、上述した通りであるので説明を省略する。
【００５９】
図６は、空気調和システム１における噴霧量演算部１６ａによるさらに他の演算例を説明するためのグラフ（空気線図）である。この演算例では、空気調和システム１において、噴霧量演算部１６ａは、目標相対湿度（図６において一点鎖線で示す相対湿度）を基準に水噴霧量Ｓを演算する。具体的には次の通りである。
【００６０】
図６に示す状態Ａは、水噴霧前における室外熱交換器１３に向かう空気の状態を示している。噴霧量演算部１６ａは、水噴霧前の状態Ａから水噴霧後に空気が状態Ｂ（水噴霧することにより室外熱交換器１３に向かう空気の相対湿度が目標相対湿度まで上昇した状態）に近づくように、水噴霧量Ｓを演算する。水噴霧量Ｓは、上述したように温度センサ１８により検知される外気温度Ｔ、湿度センサ１９により検知される外気湿度Ｈ及び送風機１４の動作状態に基づいて演算される。
【００６１】
目標相対湿度は、噴霧ノズル２１の特性、噴霧ノズル２１と熱交換器１３との位置関係などの具体的な構成を考慮に入れて、１００％未満で、かつ極力大きな値に設定される（例えば７０〜８０％程度）。このように目標相対湿度が１００％未満に設定されることにより、噴霧機構２０から噴霧される水滴は、室外熱交換器１３に向かう空気中において室外熱交換器１３に到達する前に蒸発する。
【００６２】
＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係る空気調和システム１を示す概略図である。第２実施形態にかかる空気調和システム１は、外気処理機４をさらに備えており、この外気処理機４に湿度センサ１９が設けられている点が第１実施形態と異なっている。この空気調和システム１では、室外機２が湿度センサ１９を備えていない点以外は、第１実施形態と同様の構成を有している。部屋５の天井には、室内機３と外気処理機４が設けられている。室内機３は、図略の冷媒配管によって室外機２と接続されている。
【００６３】
外気処理機４は、その内部に取り込んだ外気の温度及び湿度の少なくとも一方を調節してからその外気を室内へ供給する。具体的に、外気処理機４としては、例えば冷房除湿運転及び暖房加湿運転が可能な調湿外気処理機が挙げられる。また、他の外気処理機４としては、例えば外気処理エアコン、全熱交換器を有する換気装置などが挙げられる。
【００６４】
調湿外気処理機は、冷媒回路に設けられた図略の一対の吸着熱交換器を備えている。各吸着熱交換器は、例えば熱交換器に吸着剤が塗布された構造を有している。冷房・除湿運転時には、外気が一方の吸着熱交換器を通過するときに、外気中の水分が吸着されるとともに外気が冷却される。この吸着熱交換器が水分を十分に吸着すると、他方の吸着熱交換器が用いられるように冷媒回路と空気流路が切り換えられる。そして、この他方の吸着熱交換器を外気が通過するときに、外気中の水分が吸着されるとともに外気が冷却される。また、水分が吸着された前記一方の吸着熱交換器においては、室内の空気が外に排出される際に排気とともに水分が室外へ放出される。これにより、前記一方の吸着熱交換器の吸着能力が再生される。このような切り換えを行うことにより、連続的に除湿を行うことができる。
【００６５】
外気処理エアコンは、例えば送風機、熱交換器、加湿器などを備えており、外気を冷却又は加熱処理して室内に取り入れる。これにより、室内機３のみで空調する場合に比べて負荷が低減される。また、暖房時には加湿により室内環境をさらに快適にすることができる。
【００６６】
換気装置は、室内の空気を換気する換気運転を行う。この換気装置は、屋外の空気を供給空気として室内に供給する給気ファンと、室内の空気を排出空気として屋外に排出する排気ファンと、上記供給空気が流れる給気流路及び上記排出空気が流れる排気流路を有する全熱交換器とを備えている。
【００６７】
上記のように例示した各外気処理機４は、湿度センサ１９を備えている。湿度センサ１９は、外気処理機４に吸い込まれた外気の湿度（相対湿度）を検知する。この湿度センサ１９により検知された外気湿度は、上述したように噴霧機構２０の噴霧ノズル２１から噴霧される水噴霧量Ｓの演算に用いられる。
【００６８】
以上説明したように、各実施形態では、噴霧機構２０から噴霧される水滴を室外熱交換器１３に向かう空気中において蒸発させ、そのときの潜熱（気化熱）によって空気を冷却する。これにより、水が噴霧されていない場合に比べて、熱交換器を通過する空気の温度が低くなるので、冷凍サイクルの効率が高まり、空気調和システムの冷房運転時において圧縮機などを駆動させるのに必要な動力を低減することができる。また、従来のように過剰に水噴霧しないので、水資源を節約することができる。
【００６９】
また、各実施形態では、従来のように室外熱交換器に水滴を付着させるのではなく、噴霧機構２０から噴霧される水滴を室外熱交換器１３に向かう空気中において蒸発させるので、室外熱交換器１３の腐食を抑制することができる。
【００７０】
また、水噴霧量Ｓが、噴霧された水滴の蒸発によってその空気中の相対湿度が所定の目標相対湿度に近づくように噴霧量演算部１６ａによって決められる場合には、水噴霧量Ｓが少なくなり過ぎるのを抑制できるので、室外熱交換器１３に向かう空気を冷却する効果が比較的高いレベルで安定して得られる。これにより、冷凍サイクルの効率をより高めることができる。
【００７１】
第２実施形態では、外気処理機４に設けられている湿度センサ１９を水噴霧量の演算用途にも併用できるので、水噴霧量の演算用の湿度センサを別途用意する必要がない。これにより、システムを簡略化できるので、コストダウンを図ることができる。
【００７２】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。
【００７３】
例えば、前記実施形態では、噴霧ノズル２１として噴霧孔よりも上流側において予め水に空気を混入させる二流体ノズルを用いる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、噴霧ノズルの噴霧孔において空気と水を同時に噴射する二流体ノズルや、空気を利用しない噴霧ノズルなどを用いることもできる。
【００７４】
また、前記実施形態では、送風機１４の動作状態として送風機１４の回転数Ｒを用いる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、室外機２のケース２内に吸い込まれる風量を測定し、この風量を送風機１４の動作状態として用いることもできる。なお、送風機１４がＡＣモータに接続されている場合であっても、ファンタップ（例えば、ＨＩＧＨ，ＭＩＤＤＬＥ，ＬＯＷの３段階）によってそのときの回転数を得ることができる。
【００７５】
また、前記実施形態では、図５に示すテーブルにおいて、外気温度Ｔが０〜３５℃まで１℃刻みで対応する係数Ａが設定されている場合を例示したが、これに限定されない。例えば、外気温度が高温領域（例えば３５℃以上）の場合には、空気調和システム１の冷房時の負荷が高くなるので、例えば１℃刻みなどで係数Ａとの対応付けが細かく設定され、低温領域では、例えば３℃刻みなどで係数Ａとの対応付けが粗く設定されていてもよい。
【００７６】
また、前記実施形態では、温度センサ１８及び湿度センサ１９を室外機２の吸込口近傍でケース１２の外に設ける場合を例示したが、これに限定されず、外気温度、外気湿度を検知可能な位置であればよく、例えばケース１２内などの他の場所であってもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１ 空気調和システム
２ 室外機
３ 室内機
４ 外気処理機
１２ ケース
１３ 室外熱交換器
１４ 送風機
１５ 圧縮機
１６ コントローラ
１６ａ 噴霧量演算部
１６ｂ 噴霧機構制御部
１８ 温度センサ
１９ 湿度センサ
２０ 噴霧機構
２１ 噴霧ノズル
６０ 水供給機構
７０ エア供給機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、噴霧ノズルから水を熱交換器に噴霧して熱交換器を冷却する噴霧機構を備えた空気調和機が知られている。この空気調和機では、噴霧された水により熱交換器が冷却されるので、冷凍サイクルの効率が高まり、空気調和機に必要とされる動力（消費電力）を削減することができる。
【０００３】
例えば特許文献１には、熱交換器と、噴霧手段とを備えた空気調和機が開示されている。この空気調和機では、噴霧手段から噴霧された水滴のほとんど全てを熱交換器に付着させるために、噴霧手段と熱交換器との間に電圧を印加して水滴を熱交換器に引き寄せる技術を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１４５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の空気調和機のように熱交換器の表面に水滴が付着すると、熱交換器が腐食する場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷凍サイクルの効率を高めつつ、熱交換器の腐食を抑制することができる空気調和システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の空気調和システムは、室外熱交換器（１３）と、前記室外熱交換器（１３）への空気の流れを形成する送風機（１４）と、前記室外熱交換器（１３）に向かう空気に水を噴霧する噴霧機構（２０）と、外気温度を検知する温度センサ（１８）と、外気湿度を検知する湿度センサ（１９）と、前記噴霧機構（２０）から噴霧される水滴が前記室外熱交換器（１３）に向かう空気中において蒸発するように、前記噴霧機構（２０）から噴霧する水噴霧量を、前記温度センサ（１８）により検知される外気温度、前記湿度センサ（１９）により検知される外気湿度及び前記送風機（１４）の動作状態に基づいて演算する噴霧量演算部（１６ａ）と、前記噴霧量演算部（１６ａ）において演算された前記水噴霧量の水滴が前記噴霧機構（２０）から噴霧されるように前記噴霧機構（２０）を制御する噴霧機構制御部（１６ｂ）と、を備えている。
【０００８】
この構成では、噴霧機構（２０）から噴霧される水滴を室外熱交換器（１３）に向かう空気中において蒸発させ、そのときの潜熱（気化熱）によって空気を冷却する。これにより、水が噴霧されていない場合に比べて、熱交換器を通過する空気の温度が低くなるので、冷凍サイクルの効率が高まり、空気調和システムの冷房運転時において圧縮機などを駆動させるのに必要な動力を低減することができる。
【０００９】
また、この構成では、従来のように噴霧された水滴が室外熱交換器（１３）に付着するように大量に水滴を噴霧するのではなく、噴霧機構（２０）から噴霧される水滴が室外熱交換器（１３）に向かう空気中において蒸発する適量の水滴を噴霧するので、室外熱交換器（１３）への水滴の付着が抑制される。これにより、室外熱交換器（１３）の腐食が抑制される。具体的には次の通りである。
【００１０】
噴霧機構（２０）から噴霧された水滴は、外気温度が高いほど蒸発しやすく、外気湿度が低いほど蒸発しやすい。また、噴霧機構（２０）から噴霧された水滴は、送風機（１４）の動作状態（例えば送風機の回転数など）により定まる風量が多いほど蒸発しやすい。そこで、噴霧量演算部（１６ａ）は、温度センサ（１８）により検知される外気温度、湿度センサ（１９）により検知される外気湿度及び送風機（１４）の動作状態に基づいて、噴霧機構（２０）から噴霧する適量の水噴霧量を演算する。こうして得られた水噴霧量の水滴が噴霧機構（２０）から噴霧されるように、噴霧機構（２０）が噴霧機構制御部（１６ｂ）によって制御される。
【００１１】
以上のことから、この構成では、冷凍サイクルの効率を高めつつ、室外熱交換器（１３）の腐食を抑制することができる。
【００１２】
前記空気調和システムにおいて、取り込んだ外気の温度及び湿度の少なくとも一方を調節してからその外気を室内へ供給する外気処理機（４）をさらに備え、前記湿度センサ（１９）は、前記外気処理機（４）に設けられているのが好ましい。
【００１３】
この構成では、外気処理機（４）に設けられている湿度センサ（１９）を水噴霧量の演算用途にも併用できるので、水噴霧量を演算するための湿度センサを別途用意する必要がない。これにより、システムを簡略化できるので、コストダウンを図ることができる。
【００１４】
前記空気調和システムにおいて、前記噴霧量演算部（１６ａ）は、前記噴霧機構（２０）から噴霧される水滴が前記室外熱交換器（１３）に向かう空気中において蒸発することによって当該空気中の相対湿度が所定の目標相対湿度に近づくように、前記噴霧機構（２０）から噴霧する水噴霧量を、前記温度センサ（１８）により検知される外気温度、前記湿度センサ（１９）により検知される外気湿度及び前記送風機（１４）の動作状態に基づいて演算するのが好ましい。
【００１５】
この構成では、水噴霧量は、噴霧された水滴の蒸発によってその空気中の相対湿度が所定の目標相対湿度に近づくように噴霧量演算部（１６ａ）によって決められる。したがって、この構成では、水噴霧量が少なくなり過ぎるのを抑制できるので、室外熱交換器（１３）に向かう空気を冷却する効果が比較的高いレベルで安定して得られる。これにより、冷凍サイクルの効率をより高めることができる。
【００１６】
前記空気調和システムでは、前記噴霧機構（２０）が、水噴霧量を調節する弁を有し、前記噴霧機構制御部（１６ｂ）が、前記噴霧量演算部（１６ａ）において演算される前記水噴霧量の水滴が前記噴霧機構（２０）から噴霧されるように前記弁の開度を制御する形態が例示できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、冷凍サイクルの効率を高めつつ、熱交換器の腐食を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空気調和システムを示す概略図である。
【図２】前記噴霧ノズルを示す断面図である。
【図３】前記空気調和システムの制御例を示すフローチャートである。
【図４】前記空気調和システムにおける噴霧量演算部による演算例を説明するためのグラフである。
【図５】前記空気調和システムにおける噴霧量演算部による他の演算例を説明するためのテーブルである。
【図６】前記空気調和システムにおける噴霧量演算部によるさらに他の演算例を説明するためのグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る空気調和システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る空気調和システム１について図面を参照して説明する。
【００２０】
（空気調和システムの全体構造）
図１に示すように、空気調和システム１は、室外機２と、図略の室内機と、噴霧機構２０とを備えている。室外機２と前記室内機とは、図略の冷媒配管によって接続されている。
【００２１】
室外機２は、室外熱交換器１３、室外熱交換器１３への空気の流れを形成する送風機１４、コントローラ１６、圧縮機１５、これらを収容するケース１２などを備えている。また、室外機２は、外気温度を検知する温度センサ１８と、外気湿度を検知する湿度センサ１９とをさらに備えている。
【００２２】
前記室内機は、図略の室内熱交換器、室内送風機などを備えている。また、膨張機構が前記室内機又は室外機２に設けられている。圧縮機１５、室外熱交換器１３、室内熱交換器及び膨張機構は、空気調和システム１の冷媒回路に設けられている。送風機１４、圧縮機１５、噴霧機構２０、前記膨張機構、室内送風機などは、コントローラ１６により制御される。
【００２３】
コントローラ１６は、噴霧機構２０からの水噴霧量を調節するための噴霧量演算部１６ａ及び噴霧機構制御部１６ｂを備えている。これらの詳細については後述する。
【００２４】
室外熱交換器１３としては、例えばクロスフィンコイル式の熱交換器が挙げられるが、これに限定されない。クロスフィンコイル式の熱交換器は、伝熱管と、伝熱管が貫通する多数のプレートフィンとを備えており、伝熱管の内部を冷媒が流れ、プレートフィン同士の間を外気が流れる。
【００２５】
室外熱交換器１３は、ケース１２の底板から上方に延びており、例えば平面視で略Ｕ字形状を有している。ケース１２の４つの側板のうち、室外熱交換器１３に対向する３つの側板には、外気をケース１２内に吸い込むために図略の吸込口が設けられている。また、ケース１２の天板にはケース１２内の空気を外部に吹き出すための図略の吹出口が設けられている。
【００２６】
送風機１４としては、遠心送風機、軸流送風機、斜流送風機などを用いることができる。送風機１４は、羽根車１４ａと、この羽根車１４ａを回転させる図略のモータとを備えている。送風機１４は、ケース１２内の上部に設けられており、前記吹出口の直下に位置している。
【００２７】
温度センサ１８は、ケース１２内に吸い込まれる外気温度を検知することができる。湿度センサ１９は、ケース１２内に吸い込まれる外気湿度を検知することができる。温度センサ１８及び湿度センサ１９は、室外機２の前記吸込口の近傍に設けられている。
【００２８】
空気調和システム１の運転時には、圧縮機１５に動力が与えられることにより冷媒が前記冷媒回路内を循環するとともに、送風機１４の前記モータに動力が与えられることにより羽根車１４ａが回転し、前記吸込口からケース１２の内部に外気が吸い込まれる。ケース１２内に吸い込まれた外気は、室外熱交換器１３において冷媒と熱交換した後、前記吹出口を通じてケース１２の外部に吹き出される。具体的には、例えば冷房運転時には、ケース１２内に吸い込まれた外気は、凝縮器として機能する室外熱交換器１３における前記伝熱管を介して、この伝熱管内を流れる高温高圧の冷媒と熱交換する。すなわち、外気は、室外熱交換器１３の伝熱管及び冷媒を冷却する。これにより、前記伝熱管を流れる冷媒は、冷却されて凝縮する。
【００２９】
（噴霧機構の構造）
次に、噴霧機構２０について説明する。噴霧機構２０は、冷房運転時において室外熱交換器１６に向かう外気を冷却することができる。図１に示すように、噴霧機構２０は、噴霧ノズル２１と、水供給機構６０と、エア供給機構７０とを備えている。
【００３０】
噴霧ノズル２１は、ケース１２の側板又はケース１２に別途設けられた図略の支持部材によって支持されている。噴霧ノズル２１は、送風機１４の羽根車１４ａが回転することにより形成される気流の方向において、室外熱交換器１６よりも上流側に位置している。
【００３１】
本実施形態では、噴霧ノズル２１は、水滴が室外熱交換器１６に向かって噴霧されるように配置されている。噴霧ノズル２１は、その軸方向が空気の流れ方向に沿う方向に向けられた状態で配置されている。噴霧ノズル２１から噴霧された水滴は、放射状に拡散しながら前記気流の方向に沿って室外熱交換器１６に向かって移動する。
【００３２】
噴霧ノズル２１の軸方向の向きは、図１に示す形態に限定されるものではなく、送風機１４により形成される気流の方向に対して、例えば直交する方向であってもよく、また、傾斜する方向であってもよく、さらに、反対方向であってもよい。
【００３３】
水供給機構６０は、液送配管６１と、開度調整可能な開閉弁６２とを含む。液送配管６１は、図略の水供給源と噴霧ノズル２１とを接続している。コントローラ１６によって開閉弁６２の開度が調節されることにより、噴霧ノズル２１に供給される水量が調節される。水供給源としては、例えば上水道などの水道が例示できる。この場合、開閉弁６が開状態にされると、水道圧によって水が噴霧ノズル２１に送られる。
【００３４】
開閉弁６２に代えて例えば液送ポンプなどを用いて水を噴霧ノズル２１に送ることもできる。また、水供給源としては、水が貯留されたタンクなどであってもよい。この場合には、液送配管６１は、タンクに設けられた給水口に接続され、液送ポンプなどを用いてタンクの水が噴霧ノズル２１に送られる。
【００３５】
エア供給機構７０は、例えば圧縮機などの気送ポンプ７２と、気送配管７１とを含む。気送配管７１は、気送ポンプ７２と噴霧ノズル２１とを接続している。開閉弁６２が開状態とされ、気送ポンプ７２が駆動すると、噴霧ノズル２１から水が噴霧される。
【００３６】
次に、噴霧ノズル２１の構造について説明する。本実施形態では、図２に示すように噴霧ノズル２１として、水と空気により水滴が噴霧される二流体ノズルを用いている。噴霧ノズル２１は、胴部１０と、胴部１０よりも下流側（水の流れ方向の下流側）に位置するオリフィス部５０とを有している。胴部１０は、水道などの図略の水供給源から胴部１０に供給された水に微細な気泡を混入させる機能と、気泡が混入した水をオリフィス部５０に案内する機能とを有している。オリフィス部５０は、水滴を微細化して噴霧する機能を有している。
【００３７】
胴部１０は、径方向よりも軸方向の方が長い円柱状の外形を有している。胴部１０は、エア案内管３１と、エア案内管３１の内側に配置された水案内管４１とを有している。すなわち、エア案内管３１の内部に水案内管４１が挿入されている。エア案内管３１の軸方向と水案内管４１の軸方向とは一致している。また、これらの軸は、ほぼ同一直線状に位置している。エア案内管３１の内周面と水案内管４１の外周面とは互いに離隔している。
【００３８】
水案内管４１には、厚み方向に貫通する複数のエア導入孔４３ａが設けられている。エア案内管３１には、エア流路Ｆ１に空気を供給するためのエア供給部３２が設けられている。エア供給部３２は、エア流路Ｆ１に連通する空気の供給孔３２ａが内部に形成された円筒形状を有している。このエア供給部３２には、図１に示す気送配管７１が接続される。
【００３９】
エア案内管３１の一端（下流側の端）と水案内管４１の一端（下流側の端）とは、軸方向においてほぼ同じ位置にあり、水案内管４１の他端（上流側の端）は、エア案内管３１の他端（上流側の端）よりも上流側に位置している。すなわち、水案内管４１の他端側の部位は、エア案内管３１から上流側に突出している。エア流路Ｆ１の一端は、オリフィス部５０によって塞がれており、エア流路Ｆ１の他端は、閉塞部材３３によって塞がれている。
【００４０】
胴部１０は、エア案内部３０と、水案内部４０と、気泡形成部４３とを有している。水案内部４０は、水案内管４１の内周面により区画される水流路Ｆ２を含む。エア案内部３０は、水案内管４１の外周面とエア案内管３１の内周面とにより区画されるエア流路Ｆ１を含む。
【００４１】
気泡形成部４３は、複数のエア導入孔４３ａを含む。複数のエア導入孔４３は、水案内管４１の周方向及び軸方向に互いに間隔をあけて配置されている。気泡形成部４３は、水案内管４１のうち、最上流に位置するエア導入孔４３ａから最下流に位置するエア導入孔４３ａまでの筒状の部位をいう。
【００４２】
オリフィス部５０は、水滴を微細化して噴霧するための噴霧部５１と、エア流路Ｆ１の一端を塞ぐ閉塞部５２とを有している。閉塞部５２は、半径方向外側の環状の領域であり、噴霧部５１は、閉塞部５２よりも半径方向内側の領域である。閉塞部５２は、エア案内管３１の一端と水案内管４１の一端に当接してエア流路Ｆ１の一端を塞ぐ内面（上流側の表面）５２ａを有している。
【００４３】
噴霧部５１は、水流路Ｆ２と噴霧ノズル２１の外部とを連通する連通孔を有している。連通孔は、下流側に向かうにつれて内径が小さくなるテーパー面を有するテーパー孔５１ａと、テーパー孔５１ａの下流側に位置して水が噴霧される噴霧孔５１ｂとを含む。
【００４４】
テーパー面に沿ってテーパー孔５１ａを下流側に流れる水は、次第に流速が高められて噴霧孔５１ｂに到達する。噴霧孔５１ｂに到達した水は、多数の微細な気泡を含んでおり、これらの気泡とともに噴霧ノズル２１の外部に噴霧される。多数の気泡を含む水が噴霧孔５１ｂから噴霧されるとき又は噴霧孔５１ｂから噴霧された後、内外の圧力差によって気泡が膨張してはじけて水滴が微細化される。
【００４５】
水滴の平均粒径は、例えば５０μｍ以下であるのが好ましく、２５μｍ以下であるのがより好ましい。水滴の平均粒径は、噴霧孔５１ｂの孔径、エア導入孔４３ａの孔径、水流路Ｆ２にかかる圧力、エア流路Ｆ１にかかる圧力などを調節することにより調整できる。
【００４６】
（制御例）
次に、空気調和システム１の制御例について説明する。図３は、空気調和システム１の制御例を示すフローチャートである。噴霧機構２０は、水滴の全部又はその大半が室外熱交換器１６に到達する前に気化するように、コントローラ１６によって制御される。具体的には次の通りである。
【００４７】
空気調和システム１において、例えば冷房運転が開始されると（ステップＳ１）、コントローラ１６は、温度センサ１８により検知される外気温度、圧縮機１５の吐出圧力などに基づいて、冷房運転の負荷が所定のレベルに達しているか否かを判断する（ステップＳ２）。冷房運転の負荷が所定のレベルに達している場合、コントローラ１６は、噴霧機構２０による水噴霧が必要であると判断する（ステップ２においてＹＥＳ）。
【００４８】
ついで、コントローラ１６の噴霧量演算部１６ａは、噴霧機構２０の噴霧ノズル２１から噴霧する適量の水噴霧量Ｓを演算する（ステップＳ３）。具体的に、噴霧量演算部１６ａは、噴霧機構２０から噴霧される水滴のほぼ全てが室外熱交換器１３に向かう空気中において室外熱交換器１３に到達する前に蒸発する噴霧量となるように、噴霧機構２０から噴霧する水噴霧量を、温度センサ１８により検知される外気温度、湿度センサ１９により検知される外気湿度及び送風機１４の動作状態に基づいて演算する。この制御例では、送風機１４の動作状態として送風機１４の回転数を用いており、外気湿度として相対湿度を用いている。以下、演算過程の一例を挙げる。
【００４９】
図４は、空気調和システム１における噴霧量演算部１６ａによる演算例を説明するためのグラフである。このグラフに示される外気温度Ｔの関数は、本実施形態における噴霧ノズル２１の特性、噴霧ノズル２１と熱交換器１３との位置関係などの具体的な構成を考慮に入れて実験、シミュレーションなどにより得ることができる。
【００５０】
このグラフに示される外気温度Ｔの関数は、例えば次の式（１）によって表される。そして、噴霧量演算部１６ａは、式（１）から得られた係数Ａと、外気湿度Ｈ及び送風機１４の回転数Ｒとから水噴霧量Ｓを算出する（式（２））。
【００５１】
係数Ａ＝ａＴ２＋ｂＴ＋ｃ ・・・（１）
水噴霧量Ｓ＝Ａ×（１−Ｈ）×Ｒ ・・・（２）
Ｔ：外気温度
Ｈ：外気湿度（相対湿度：％）
Ｒ：送風機の回転数
【００５２】
ついで、コントローラ１６の噴霧機構制御部１６ｂは、噴霧量演算部１６ａにおいて演算された水噴霧量Ｓの水滴が噴霧機構２０から噴霧されるように噴霧機構２０を制御して水噴霧を開始する（ステップＳ４）。具体的に、噴霧機構制御部１６ｂは、噴霧ノズル２１から噴霧される量が水噴霧量Ｓとなるように開閉弁６２の開度を調節する。本実施形態では、噴霧ノズル２１が二流体ノズルであるので、ステップＳ４において、噴霧機構制御部１６ｂは、気送ポンプ７２を制御して噴霧ノズル２１に送られる空気量も調節する。
【００５３】
ついで、コントローラ１６は、水噴霧を継続する必要があるか否かを判断する（ステップＳ５）。この判断基準としては、例えば水噴霧が開始されたときからの経過時間が所定の時間に達したことが挙げられる。また、例えば温度センサ１８により検知される外気温度、圧縮機１５の吐出圧力などに基づいて、冷房運転の負荷が所定のレベルを下回ったことを前記判断基準としてもよい。
【００５４】
水噴霧の継続が不要である場合、噴霧機構制御部１６ｂは、開閉弁６２を閉じて噴霧ノズル２１からの水噴霧を停止する（ステップＳ６）。また、噴霧機構制御部１６ｂは、気送ポンプ７２を制御して噴霧ノズル２１への空気送りを停止する。
【００５５】
水噴霧の継続が必要である場合、コントローラ１６は、ステップＳ３に戻り、上述したステップＳ３〜Ｓ５の制御を繰り返す。すなわち、ステップＳ３において噴霧量演算部１６ａが再度水噴霧量Ｓを演算し、これに基づいてステップＳ４において噴霧機構制御部１６ｂが開閉弁６２の開度などを調節する。そして、ステップＳ５において、水噴霧の継続が必要か否かの判断が再度行われる。
【００５６】
このように図３に示す制御例では、水噴霧量Ｓの演算、開閉弁６２の開度調節を繰り返し実行しているが、これに限定されない。例えば、水噴霧の開始から水噴霧の停止までの間、水噴霧量Ｓは、一定であってもよい。この場合、ステップＳ５において水噴霧の継続が必要と判断されると（ステップＳ５においてＹＥＳ）、図３に示すようにステップＳ３に戻るのではなく、ステップＳ５の判断が繰り返し実行される。
【００５７】
図５は、空気調和システム１における噴霧量演算部１６ａによる他の演算例を説明するためのテーブルである。この演算例では、図５に示すテーブルのように外気温度Ｔと係数Ａとが予め関連付けられている。このテーブルに示すデータは、噴霧ノズル２１の特性、噴霧ノズル２１と熱交換器１３との位置関係などの具体的な構成を考慮に入れて実験、シミュレーションなどにより得ることができ、コントローラ１６のメモリに予め記憶されている。
【００５８】
噴霧量演算部１６ａは、温度センサ１８により検知される外気温度Ｔと、図５に示すテーブルとに基づいて係数Ａが得られると、例えば上述した式（２）に基づいて水噴霧量Ｓを演算する。その他の制御の流れは、上述した通りであるので説明を省略する。
【００５９】
図６は、空気調和システム１における噴霧量演算部１６ａによるさらに他の演算例を説明するためのグラフ（空気線図）である。この演算例では、空気調和システム１において、噴霧量演算部１６ａは、目標相対湿度（図６において一点鎖線で示す相対湿度）を基準に水噴霧量Ｓを演算する。具体的には次の通りである。
【００６０】
図６に示す状態Ａは、水噴霧前における室外熱交換器１３に向かう空気の状態を示している。噴霧量演算部１６ａは、水噴霧前の状態Ａから水噴霧後に空気が状態Ｂ（水噴霧することにより室外熱交換器１３に向かう空気の相対湿度が目標相対湿度まで上昇した状態）に近づくように、水噴霧量Ｓを演算する。水噴霧量Ｓは、上述したように温度センサ１８により検知される外気温度Ｔ、湿度センサ１９により検知される外気湿度Ｈ及び送風機１４の動作状態に基づいて演算される。
【００６１】
目標相対湿度は、噴霧ノズル２１の特性、噴霧ノズル２１と熱交換器１３との位置関係などの具体的な構成を考慮に入れて、１００％未満で、かつ極力大きな値に設定される（例えば７０〜８０％程度）。このように目標相対湿度が１００％未満に設定されることにより、噴霧機構２０から噴霧される水滴は、室外熱交換器１３に向かう空気中において室外熱交換器１３に到達する前に蒸発する。
【００６２】
＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係る空気調和システム１を示す概略図である。第２実施形態にかかる空気調和システム１は、外気処理機４をさらに備えており、この外気処理機４に湿度センサ１９が設けられている点が第１実施形態と異なっている。この空気調和システム１では、室外機２が湿度センサ１９を備えていない点以外は、第１実施形態と同様の構成を有している。部屋５の天井には、室内機３と外気処理機４が設けられている。室内機３は、図略の冷媒配管によって室外機２と接続されている。
【００６３】
外気処理機４は、その内部に取り込んだ外気の温度及び湿度の少なくとも一方を調節してからその外気を室内へ供給する。具体的に、外気処理機４としては、例えば冷房除湿運転及び暖房加湿運転が可能な調湿外気処理機が挙げられる。また、他の外気処理機４としては、例えば外気処理エアコン、全熱交換器を有する換気装置などが挙げられる。
【００６４】
調湿外気処理機は、冷媒回路に設けられた図略の一対の吸着熱交換器を備えている。各吸着熱交換器は、例えば熱交換器に吸着剤が塗布された構造を有している。冷房・除湿運転時には、外気が一方の吸着熱交換器を通過するときに、外気中の水分が吸着されるとともに外気が冷却される。この吸着熱交換器が水分を十分に吸着すると、他方の吸着熱交換器が用いられるように冷媒回路と空気流路が切り換えられる。そして、この他方の吸着熱交換器を外気が通過するときに、外気中の水分が吸着されるとともに外気が冷却される。また、水分が吸着された前記一方の吸着熱交換器においては、室内の空気が外に排出される際に排気とともに水分が室外へ放出される。これにより、前記一方の吸着熱交換器の吸着能力が再生される。このような切り換えを行うことにより、連続的に除湿を行うことができる。
【００６５】
外気処理エアコンは、例えば送風機、熱交換器、加湿器などを備えており、外気を冷却又は加熱処理して室内に取り入れる。これにより、室内機３のみで空調する場合に比べて負荷が低減される。また、暖房時には加湿により室内環境をさらに快適にすることができる。
【００６６】
換気装置は、室内の空気を換気する換気運転を行う。この換気装置は、屋外の空気を供給空気として室内に供給する給気ファンと、室内の空気を排出空気として屋外に排出する排気ファンと、上記供給空気が流れる給気流路及び上記排出空気が流れる排気流路を有する全熱交換器とを備えている。
【００６７】
上記のように例示した各外気処理機４は、湿度センサ１９を備えている。湿度センサ１９は、外気処理機４に吸い込まれた外気の湿度（相対湿度）を検知する。この湿度センサ１９により検知された外気湿度は、上述したように噴霧機構２０の噴霧ノズル２１から噴霧される水噴霧量Ｓの演算に用いられる。
【００６８】
以上説明したように、各実施形態では、噴霧機構２０から噴霧される水滴を室外熱交換器１３に向かう空気中において蒸発させ、そのときの潜熱（気化熱）によって空気を冷却する。これにより、水が噴霧されていない場合に比べて、熱交換器を通過する空気の温度が低くなるので、冷凍サイクルの効率が高まり、空気調和システムの冷房運転時において圧縮機などを駆動させるのに必要な動力を低減することができる。また、従来のように過剰に水噴霧しないので、水資源を節約することができる。
【００６９】
また、各実施形態では、従来のように室外熱交換器に水滴を付着させるのではなく、噴霧機構２０から噴霧される水滴を室外熱交換器１３に向かう空気中において蒸発させるので、室外熱交換器１３の腐食を抑制することができる。
【００７０】
また、水噴霧量Ｓが、噴霧された水滴の蒸発によってその空気中の相対湿度が所定の目標相対湿度に近づくように噴霧量演算部１６ａによって決められる場合には、水噴霧量Ｓが少なくなり過ぎるのを抑制できるので、室外熱交換器１３に向かう空気を冷却する効果が比較的高いレベルで安定して得られる。これにより、冷凍サイクルの効率をより高めることができる。
【００７１】
第２実施形態では、外気処理機４に設けられている湿度センサ１９を水噴霧量の演算用途にも併用できるので、水噴霧量の演算用の湿度センサを別途用意する必要がない。これにより、システムを簡略化できるので、コストダウンを図ることができる。
【００７２】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。
【００７３】
例えば、前記実施形態では、噴霧ノズル２１として噴霧孔よりも上流側において予め水に空気を混入させる二流体ノズルを用いる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、噴霧ノズルの噴霧孔において空気と水を同時に噴射する二流体ノズルや、空気を利用しない噴霧ノズルなどを用いることもできる。
【００７４】
また、前記実施形態では、送風機１４の動作状態として送風機１４の回転数Ｒを用いる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、室外機２のケース２内に吸い込まれる風量を測定し、この風量を送風機１４の動作状態として用いることもできる。なお、送風機１４がＡＣモータに接続されている場合であっても、ファンタップ（例えば、ＨＩＧＨ，ＭＩＤＤＬＥ，ＬＯＷの３段階）によってそのときの回転数を得ることができる。
【００７５】
また、前記実施形態では、図５に示すテーブルにおいて、外気温度Ｔが０〜３５℃まで１℃刻みで対応する係数Ａが設定されている場合を例示したが、これに限定されない。例えば、外気温度が高温領域（例えば３５℃以上）の場合には、空気調和システム１の冷房時の負荷が高くなるので、例えば１℃刻みなどで係数Ａとの対応付けが細かく設定され、低温領域では、例えば３℃刻みなどで係数Ａとの対応付けが粗く設定されていてもよい。
【００７６】
また、前記実施形態では、温度センサ１８及び湿度センサ１９を室外機２の吸込口近傍でケース１２の外に設ける場合を例示したが、これに限定されず、外気温度、外気湿度を検知可能な位置であればよく、例えばケース１２内などの他の場所であってもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１ 空気調和システム
２ 室外機
３ 室内機
４ 外気処理機
１２ ケース
１３ 室外熱交換器
１４ 送風機
１５ 圧縮機
１６ コントローラ
１６ａ 噴霧量演算部
１６ｂ 噴霧機構制御部
１８ 温度センサ
１９ 湿度センサ
２０ 噴霧機構
２１ 噴霧ノズル
６０ 水供給機構
７０ エア供給機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外熱交換器（１３）と、
前記室外熱交換器（１３）への空気の流れを形成する送風機（１４）と、
前記室外熱交換器（１３）に向かう空気に水を噴霧する噴霧機構（２０）と、
外気温度を検知する温度センサ（１８）と、
外気湿度を検知する湿度センサ（１９）と、
前記噴霧機構（２０）から噴霧される水滴が前記室外熱交換器（１３）に向かう空気中において蒸発するように、前記噴霧機構（２０）から噴霧する水噴霧量を、前記温度センサ（１８）により検知される外気温度、前記湿度センサ（１９）により検知される外気湿度及び前記送風機（１４）の動作状態に基づいて演算する噴霧量演算部（１６ａ）と、
前記噴霧量演算部（１６ａ）において演算された前記水噴霧量の水滴が前記噴霧機構（２０）から噴霧されるように前記噴霧機構（２０）を制御する噴霧機構制御部（１６ｂ）と、を備えている空気調和システム。
【請求項２】
取り込んだ外気の温度及び湿度の少なくとも一方を調節してからその外気を室内へ供給する外気処理機（４）をさらに備え、
前記湿度センサ（１９）は、前記外気処理機（４）に設けられている、請求項１に記載の空気調和システム。
【請求項３】
前記噴霧量演算部（１６ａ）は、前記噴霧機構（２０）から噴霧される水滴が前記室外熱交換器（１３）に向かう空気中において蒸発することによって当該空気中の相対湿度が所定の目標相対湿度に近づくように、前記噴霧機構（２０）から噴霧する水噴霧量を、前記温度センサ（１８）により検知される外気温度、前記湿度センサ（１９）により検知される外気湿度及び前記送風機（１４）の動作状態に基づいて演算する、請求項１又は２に記載の空気調和システム。
【請求項４】
前記噴霧機構（２０）は、水噴霧量を調節する弁を有し、
前記噴霧機構制御部（１６ｂ）は、前記噴霧量演算部（１６ａ）において演算される前記水噴霧量の水滴が前記噴霧機構（２０）から噴霧されるように前記弁の開度を制御する、１〜３のいずれか１項に記載の空気調和システム。
【請求項１】
室外熱交換器（１３）と、
前記室外熱交換器（１３）への空気の流れを形成する送風機（１４）と、
前記室外熱交換器（１３）に向かう空気に水を噴霧する噴霧機構（２０）と、
外気温度を検知する温度センサ（１８）と、
外気湿度を検知する湿度センサ（１９）と、
前記噴霧機構（２０）から噴霧される水滴が前記室外熱交換器（１３）に向かう空気中において蒸発するように、前記噴霧機構（２０）から噴霧する水噴霧量を、前記温度センサ（１８）により検知される外気温度、前記湿度センサ（１９）により検知される外気湿度及び前記送風機（１４）の動作状態に基づいて演算する噴霧量演算部（１６ａ）と、
前記噴霧量演算部（１６ａ）において演算された前記水噴霧量の水滴が前記噴霧機構（２０）から噴霧されるように前記噴霧機構（２０）を制御する噴霧機構制御部（１６ｂ）と、を備えている空気調和システム。
【請求項２】
取り込んだ外気の温度及び湿度の少なくとも一方を調節してからその外気を室内へ供給する外気処理機（４）をさらに備え、
前記湿度センサ（１９）は、前記外気処理機（４）に設けられている、請求項１に記載の空気調和システム。
【請求項３】
前記噴霧量演算部（１６ａ）は、前記噴霧機構（２０）から噴霧される水滴が前記室外熱交換器（１３）に向かう空気中において蒸発することによって当該空気中の相対湿度が所定の目標相対湿度に近づくように、前記噴霧機構（２０）から噴霧する水噴霧量を、前記温度センサ（１８）により検知される外気温度、前記湿度センサ（１９）により検知される外気湿度及び前記送風機（１４）の動作状態に基づいて演算する、請求項１又は２に記載の空気調和システム。
【請求項４】
前記噴霧機構（２０）は、水噴霧量を調節する弁を有し、
前記噴霧機構制御部（１６ｂ）は、前記噴霧量演算部（１６ａ）において演算される前記水噴霧量の水滴が前記噴霧機構（２０）から噴霧されるように前記弁の開度を制御する、１〜３のいずれか１項に記載の空気調和システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０４５９８（Ｐ２０１３−１０４５９８Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７８９９（Ｐ２０１１−２４７８９９）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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