JP2004028526A - 除湿兼加湿システム - Google Patents
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Abstract
【課題】除湿及び加湿を単一のシステムで実現することができ、低コスト、省スペース、省エネルギー化を可能とした除湿兼加湿システムを提供する。
【解決手段】所定の気液接触面積を有する気化式加湿膜から成る第１の水膜と第２の水膜を備え、両水膜間で所定の濃度の吸放湿性溶液が循環されるように構成し、第１の水膜の前段に加熱コイルを配設し、第１の水膜と第２の水膜の間に冷却コイルを配設し、除湿モードの場合には、第１の水膜を加湿部、第２の水膜を除湿部として機能させ、加湿モードの場合には、第１の水膜及び第２の水膜の両方を加湿部として機能させる。
【選択図】 図１
【解決手段】所定の気液接触面積を有する気化式加湿膜から成る第１の水膜と第２の水膜を備え、両水膜間で所定の濃度の吸放湿性溶液が循環されるように構成し、第１の水膜の前段に加熱コイルを配設し、第１の水膜と第２の水膜の間に冷却コイルを配設し、除湿モードの場合には、第１の水膜を加湿部、第２の水膜を除湿部として機能させ、加湿モードの場合には、第１の水膜及び第２の水膜の両方を加湿部として機能させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、除湿及び加湿を単一のシステムで実現することができる除湿兼加湿システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
温度、湿度を一定に保つ空調システムにおいて、除湿が必要な場合には、過冷却除湿＋再熱方式が採用され、より低湿度を求められる分野では、ハニカム型を用いた乾式除湿方式が採用されている。また、湿度管理の重要な分野では、現在も湿式除湿方式であるカサバ方式（中外エアシステム（株））が用いられている。また、カサバ方式に用いられる吸収剤としての塩化リチウムは非常に安定性の高い物質であるため、カサバ方式は病院や食品関係の空調などでも採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の空調システムには、以下に述べるような問題点があった。すなわち、過冷却除湿＋再熱方式はエネルギー消費量が大きく、ランニングコストが高いという欠点があった。
また、乾式除湿方式（ハニカムローター方式）は、装置及びダクトワークが複雑であり、設置スペースも大きくなるという欠点があった。また、吸着剤の再生は高温（最低でも９０℃以上）の空気で行うため、加熱のためのエネルギーが大きいという欠点があった。
【０００４】
さらに、湿式除湿方式であるカサバ方式は、再生装置を必要とするため設置スペースが大きくなるだけでなく、構造が複雑で、価格が高いという欠点があった。また、カサバ方式は除湿がメインであり、加湿システムを考慮しておらず、加湿を必要とする冬季においては、再生部分は全く不要部分となっている。さらに、カサバ方式では、冷却と除湿を同時に行っているため、塩化リチウム溶液の中にすべての除湿水分が吸収される。そのため、この水分を放出するための加熱エネルギーの量が大きくなってしまうという欠点があった。また、塩化リチウム溶液の加熱再生機を小型化するためには、加熱エネルギー温度を例えば９０℃以上と高くする必要があるため、効率が悪かった。
【０００５】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、除湿及び加湿を単一のシステムで実現することができ、低コスト、省スペース、省エネルギー化を可能とした除湿兼加湿システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、所定の気液接触面積を有する気化式加湿膜から成る第１の水膜と第２の水膜を備え、両水膜間で所定の濃度の吸放湿性溶液が循環されるように構成され、前記第１の水膜の前段に加熱コイルが配設され、前記第１の水膜と第２の水膜の間に冷却コイルが配設され、除湿モードの場合には、前記第１の水膜が加湿部、第２の水膜が除湿部として機能し、加湿モードの場合には、第１の水膜及び第２の水膜の両方が加湿部として機能するように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、所定の気液接触面積を有する気化式加湿膜から成る第１の水膜と第２の水膜を備え、両水膜間で所定の濃度の吸放湿性溶液が循環されるように構成され、前記第１の水膜の前段に加熱コイルが配設され、前記第１の水膜と第２の水膜の間に冷却コイルが配設され、処理後の空気の室内への供給口には、乾球温度センサー及び露点温度センサーが設けられ、前記乾球温度センサーの検出値に基づいて前記冷却コイルが制御され、前記露点温度センサーの検出値に基づいて前記加熱コイルが制御されるように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成を有する請求項１又は請求項２に記載の発明によれば、除湿モードの場合、第１の水膜が加湿部（再生部）として機能し、第２の水膜が除湿部として機能する。一方、加湿モードの場合には、第１の水膜及び第２の水膜の両方が加湿部として機能するため、冷却コイルに供給する冷却水の温度を高めにでき、また、加熱コイルに供給する温水の温度を低くすることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の除湿兼加湿システムにおいて、前記システム中において、前記吸放湿性溶液の濃度が一定に保たれるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記吸放湿性溶液の濃度を一定に保つ手段が、前記第１の水膜の下部に設けられた水槽内の水位を一定に保持するように、前記水槽内に所定量の補給水を供給するものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記吸放湿性溶液の濃度を一定に保つ手段が、前記露点温度センサーの検出値に基づいて、前記第１の水膜の下部に設けられた水槽内に供給する補給水量を制御するものであることを特徴とする。
【００１２】
上記のような構成を有する請求項３〜請求項５の発明によれば、システム中で循環される吸放湿性溶液の濃度を一定に保持することができるので、処理空気の室内への供給口における相対湿度を一定に保つことが容易にできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態（以下、実施形態という）を図面を参照して説明する。
（１）第１実施形態
（１−１）構成
本実施形態の除湿兼加湿システムは、図１に示すように構成されている。すなわち、処理空気の取入口及び供給口を有するチャンバ（図示せず）の内部に、プレフィルタ１、中性能フィルタ２、加熱コイル３、第１の水膜４、冷却コイル５、第２の水膜６、送風機７が順次設けられている。また、供給口には、乾球温度センサーＰｔ及び露点温度センサーＤＰが設けられ、それぞれの検出結果が第１の制御部８及び第２の制御部９に送られるように構成されている。
【００１４】
また、前記第１の水膜４及び第２の水膜６は共に、十分な気液接触面積を有する気化式加湿膜から構成され、両水膜間で吸放湿性溶液である塩化リチウム溶液が循環されるように構成されている。すなわち、第２の水膜６から排出された塩化リチウム溶液は、第１のポンプＰ１を備えた第１の配管１０を介して、第１の水膜４の上部から滴下されるように構成されている。また、第１の水膜４から排出された塩化リチウム溶液は、第２のポンプＰ２を備えた第２の配管１１を介して、第２の水膜６の上部から滴下されるように構成されている。
【００１５】
さらに、第１の水膜４の下部に備えられた第１の水槽１２と第２の水膜６の下部に備えられた第２の水槽１３は、連通管１４によって連結されている。また、前記第１の水槽１２には補給水供給ライン１５が接続され、ボールタップ１６により、第１の水槽１２内の水位を一定に維持することができるように構成されている。その結果、本システム内を循環する塩化リチウム溶液の濃度は、ほぼ一定に維持することが可能となる。
【００１６】
さらに、前記加熱コイル３には、第１のバルブ１７を備えた温水供給ライン１８が接続され、前記冷却コイル５には、第２のバルブ１９を備えた冷水供給ライン２０が接続されている。
そして、前記乾球温度センサーＰｔの検出結果に基づいて制御信号を送出する第１の制御部８によって、前記第２のバルブ１９が制御され、前記露点温度センサーＤＰの検出結果に基づいて制御信号を送出する第２の制御部９によって、前記第１のバルブ１７が制御されるように構成されている。
【００１７】
なお、前記第１及び第２の水膜４、６としては、加湿飽和効率が１００％に近いものを使用することが望ましい。また、第１及び第２の水膜４、６に供給される塩化リチウム溶液の初期濃度は、本システムを適用した空気調和装置の出口における設定湿度に対応させて適宜設定されるが、通常、１６〜２０％に設定することが望ましい。
【００１８】
（１−２）作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態の除湿兼加湿システムの作用を、夏季の冷却・除湿モードの場合、冬季の加湿モードの場合及び中間期の冷却・除湿モードの場合とに分けてそれぞれ説明する。
なお、以下に述べる実施例においては、本システムを適用した空気調和装置に導入される処理空気は、外気と室内からの戻り空気（１：１）の混合空気とする。また、室内設定温度を２３℃、４５％に想定し、空気調和装置の出口の空気制御は年間一定、１６℃、７０％（このとき、ＤＰ＝１１℃）に制御することとする。このときの第１の制御部８の設定乾球温度は１６℃、第２の制御部９の設定露点温度は１１℃である。
【００１９】
さらに、第１のポンプＰ１及び第２のポンプＰ２は常時運転し、加熱コイル３に供給される温水温度は、例えば、冬季のターボ冷凍機運転における冷却水温度３４℃、冷却コイル５に供給される冷水温度は９．５℃とする。また、塩化リチウム溶液の濃度が２０％となるように、第１の水槽１２の水位を設定するものとする。
【００２０】
（Ａ）夏季
まず、夏季の冷房、除湿モードについて、図２を参照して説明する。例えば、外気が３４℃、相対湿度が６０％（図２中のａ点）の夏季の減湿モードにおいては、本システムを適用した空気調和装置に取り入れられる処理空気は、外気（図２中のａ点）と室内からの戻り空気（図２中のｂ点）の１：１の混合空気なので、図２のｃ点（２８．５℃、５８％ＲＨ）となる。この処理空気が、プレフィルタ１、中性能フィルタ２を介して、チャンバ内に取り入れられる。
【００２１】
この場合、塩化リチウム溶液の平衡蒸気線図を示した図３から明らかなように、水膜４を介して２０％の塩化リチウム溶液に接触した出口空気の相対湿度は７０％なので、第１の水膜４において処理空気は加湿され、２７℃、７０％（図２中のｄ点）となる。なお、第１の水膜４における加湿操作によって、第１の水槽１２内の塩化リチウム溶液の濃度は濃くなる。
【００２２】
続いて、乾球温度センサーＰｔに基づく第１の制御部８によって、第２のバルブ１９が開かれ、冷却コイル５に９．５℃の冷水が供給され、これにより処理空気が１４．５℃まで冷却されると共に除湿されて（絶対湿度が、０．０１６→０．０１０ｋｇ／ｋｇまで下がる）、ＲＨ９８％となる（図２中のｅ点）。
この処理空気は、続いて第２の水膜６に送られるが、図３に示したように、２０％の塩化リチウム溶液に接触する出口空気の相対湿度は７０％なので、この場合、第２の水膜６において処理空気は除湿され、１６℃、７０％（図２中のｆ点）となる。
【００２３】
なお、外気（図２中のａ点）の状態は時々刻々変化し、それに伴って図２中のｃ点、ｄ点、ｅ点も変化するが、本システムを適用した空気調和装置の出口状態（図２中のｆ点）は、第１の制御部８及び第２の制御部９の設定値である乾球温度１６℃及び露点温度１１℃となるように、第１のバルブ１７及び第２のバルブ１９が制御されることによって、図２中のｆ点に維持される。
なお、第２の水膜６において、処理空気中の水分を吸湿して濃度が薄くなった塩化リチウム溶液は、第１の配管１０を介して第１の水膜４の上部から滴下され、第１の水膜４における加湿工程を経ることにより、水分を放出して再生される。
【００２４】
このように本システムを適用した空気調和装置においては、夏季の除湿モードの場合、第１の水膜４が加湿部（再生部）として機能し、第２の水膜６が除湿部として機能する。また、冷却コイル５に供給する冷却水は９．５℃程度で良く、従来の冷却水（７℃）に比べて冷水温度を高くすることができる。
【００２５】
ここで、本実施形態の夏季（冷房、除湿時）における作用・効果を、図４に示すような構成を有する従来から用いられている過冷却除湿＋再熱方式の空調機（以下、従来型空調機という）と比較して説明する。
すなわち、従来型空調機は、処理空気の取入口及び供給口を有するチャンバ（図示せず）の内部に、プレフィルタ３１、中性能フィルタ３２、冷却コイル３３、加熱コイル３４、蒸気式加湿器３５、送風機３６が順次設けられている。また、供給口の室内側近傍には、乾球温度センサーＰｔ及び露点温度センサーＤＰが設けられ、それぞれの検出結果が第１の制御部３７及び第２の制御部３８に送られるように構成されている。
【００２６】
さらに、前記冷却コイル３３には、第１のバルブ３９を備えた冷水供給ライン４０が接続され、前記加熱コイル３４には、第２のバルブ４１を備えた温水供給ライン４２が接続されている。また、前記蒸気式加湿器３５には、第３のバルブ４３を備えた蒸気供給ライン４４が接続されている。
【００２７】
そして、前記乾球温度センサーＰｔの検出結果に基づいて制御信号を送出する第１の制御部３７によって、前記第１のバルブ３９及び第２のバルブ４１が制御され、前記露点温度センサーＤＰの検出結果に基づいて制御信号を送出する第２の制御部３８によって、前記第１のバルブ３９及び第３のバルブ４３が制御されるように構成されている。
【００２８】
このような構成を有する従来型空調機に、外気が３４℃、相対湿度が６０％の外気（図５のａ点）と室内からの戻り空気（図５中のｂ点）の１：１の混合空気が取り入れられると、露点温度センサーＤＰの検出結果に基づいて制御信号を送出する第２の制御部３８によって、第１のバルブ３９が開かれ、冷却コイル３３に７℃の冷水が供給され、これにより処理空気が１１℃まで冷却されると共に除湿されて（絶対湿度が、０．０１４→０．００８ｋｇ／ｋｇまで下がる）、ＲＨ９８％となる（図５中のｄ点）。続いて、第１の制御部３７によって、第２のバルブ４１が開かれ、加熱コイル３４に３４℃の温水が供給され、これにより処理空気は１６℃、７０％（図５中のｅ点）となる。
このように、従来型空調機においては、冷却コイル３３に供給される冷水としては、本実施形態の場合より低温の冷水が必要であった。
【００２９】
（Ｂ）冬季
続いて、冬季の暖房、加湿モードについて、図６を参照して説明する。例えば、外気が０℃、相対湿度が３０％（図６中のａ点）の冬季の加湿モードにおいては、本システムを適用した空気調和装置に取り入れられる処理空気は、外気（図６中のａ点）と室内からの戻り空気（図６中のｂ点）の１：１の混合空気なので、図６のｃ点（１１．５℃、５０％ＲＨ）となる。この処理空気が、プレフィルタ１、中性能フィルタ２を介して、チャンバ内に取り入れられる。
【００３０】
この場合、露点温度センサーＤＰに基づく第２の制御部９によって、本システムを適用した空気調和装置の出口部の露点温度が１１℃となるように第１のバルブ１７が開かれ、加熱コイル３に温水（３４℃）が供給される。これにより処理空気は加熱され、２４℃、２５％となる（図６中のｄ点）。
【００３１】
ここで、第２の制御部９による第１のバルブ１７の開度の制御について、図８を参照して説明する。すなわち、第２の制御部９は、前記露点温度センサーＤＰの検出値に基づいて、設定値との差による所定の制御信号を送出するが、図８に示したように、露点温度センサーＤＰの設定温度（ここでは、１１℃）より露点温度センサーＤＰの検出値の方が低い場合だけでなく、高い場合も、第１のバルブ１７は開かれ、加熱コイル３に温水（３４℃）が供給される。なお、第１のバルブ１７の開度は、露点温度センサーＤＰの設定温度と実際の検出温度との差が大きいほど大きく開かれるように構成されている。
【００３２】
上述したように、夏季においては、第１の水膜４が加湿部、第２の水膜６が除湿部となり、塩化リチウム溶液の濃度は一定に保たれるが、冬季においては、第１の水膜４及び第２の水膜６が共に加湿部となる。従って、処理空気は第１の水膜４によって加湿されて、約１８℃、５２％（図６中のｅ点）となり、第２の水膜６によってさらに加湿されて、１６℃、７０％（図６中のｆ点）となる。
【００３３】
なお、外気（図６中のａ点）の状態は時々刻々変化し、それに伴って図６中のｃ点、ｄ点、ｅ点も変化するが、本システムを適用した空気調和装置の出口状態（図６中のｆ点）は、第１の制御部８及び第２の制御部９の設定値である乾球温度１６℃及び露点温度１１℃となるように、第１のバルブ１７及び第２のバルブ１９が制御されることによって、図６中のｆ点に維持される。
【００３４】
なお、上述したような第１の水膜４及び第２の水膜６における加湿操作によって、第１の水槽１２及び第２の水槽１３内の塩化リチウム溶液の水位は低くなるが、ボールタップ１６により、補給水供給ライン１５から適宜補給水が供給され、第１の水槽１２及び第２の水槽１３内の塩化リチウム溶液の濃度（２０％）及び水位は一定に維持される。
【００３５】
このように本システムを適用した空気調和装置においては、冬季の加湿モードの場合、第１の水膜４及び第２の水膜６が共に加湿部として機能する。また、加熱コイル３に供給する温水は約３４℃程度の低温水で良く、冬季のターボ冷凍機運転における冷却水を用いることができるので、高効率の加湿システムを得ることができる。
【００３６】
ここで、本実施形態の冬季（暖房、加湿時）における作用・効果を、図４に示すような構成を有する従来型空調機と比較して説明する。
すなわち、従来型空調機に、外気が０℃、相対湿度が３０％の外気（図７中のａ点）と室内からの戻り空気（図７中のｂ点）の１：１の混合空気が取り入れられると、乾球温度センサーＰｔに基づく第１の制御部３７によって、第２のバルブ４１が開かれ、加熱コイル３４に温水（３４℃）が供給される。これにより処理空気は加熱され、１５℃、４０％となる（図７中のｄ点）。
【００３７】
続いて、露点温度センサーＤＰの検出結果に基づいて制御信号を送出する第２の制御部３８によって第３のバルブ４３が開かれ、蒸気式加湿器３５に１１０℃程度の蒸気が供給される。これにより処理空気は加湿され、１６℃、７０％となる（図７中のｅ点）。
【００３８】
しかしながら、従来型空調機の場合、蒸気式加湿器３５に供給する加湿蒸気を得るために、ガスや灯油等の多大なエネルギーが必要となり、また、蒸気式加湿器３５の下流側に、蒸気吸収距離として１５００〜２０００ｍｍのスペースが必要となるため、装置が大型化していたが、本実施形態の除湿兼加湿システムでは、このような問題は生じない。
【００３９】
（Ｃ）中間期
続いて、中間期の冷房、除湿モードについて、図９を参照して説明する。例えば、外気が１７℃、相対湿度が９０％（図９中のａ点）の中間期の減湿モードにおいては、本システムを適用した空気調和装置に取り入れられる処理空気は、外気（図９中のａ点）と室内からの戻り空気（図９中のｂ点）の１：１の混合空気なので、図９のｃ点（２０℃、６５％ＲＨ）となる。この処理空気が、プレフィルタ１、中性能フィルタ２を介して、チャンバ内に取り入れられる。
【００４０】
この場合、露点温度センサーＤＰに基づく第２の制御部９によって、第１のバルブ１７が開かれ、加熱コイル３に温水（３４℃）が供給される。これにより処理空気が加熱され、２３℃、５５％となる（図９中のｄ点）。
また、図３に示したように、２０％の塩化リチウム溶液に接触する出口空気の相対湿度は７０％なので、第１の水膜４において処理空気は加湿され、２１℃、７０％（図９中のｅ点）となる。なお、第１の水膜４における加湿操作によって、塩化リチウム溶液は水分を放出して再生される。
【００４１】
続いて、乾球温度センサーＰｔに基づく第１の制御部８によって、第２のバルブ１９が開かれ、冷却コイル５に９．５℃の冷水が供給され、これにより処理空気が１３．５℃まで冷却されると共に除湿されて（絶対湿度が、０．０１１→０．００９５ｋｇ／ｋｇまで下がる）、ＲＨ９８％となる（図９中のｆ点）。
【００４２】
この処理空気は、続いて第２の水膜６に送られるが、図３に示したように、２０％の塩化リチウム溶液に接触する出口空気の相対湿度は７０％なので、この場合、第２の水膜６において処理空気は除湿され、１６℃、７０％（図９中のｇ点）となる。
なお、第２の水膜６において、処理空気中の水分を吸湿して濃度が薄くなった塩化リチウム溶液は、第１の配管１０を介して第１の水膜４の上部から滴下され、第１の水膜４における加湿工程を経ることにより、水分を放出して再生される。
【００４３】
このように本システムを適用した空気調和装置においては、中間期の除湿モードの場合、第１の水膜４が加湿部（再生部）として機能し、第２の水膜６が除湿部として機能する。また、冷却コイル５に供給する冷却水は約９．５℃程度で良く、従来の冷却水（７℃）に比べて冷水温度を高くすることができる。
【００４４】
（２）他の実施形態
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような各種態様も可能であり、具体的な各部材の形状、あるいは取付位置及び方法は適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、第１の水槽への補給水供給の制御は、第１の水槽１２に設けられたボールタップ１６によって行っているが、この補給水供給ライン１５にバルブ（図示せず）を設け、上記第２の制御部９からの信号によってこのバルブの開度を調節して、塩化リチウム溶液の濃度を一定に保つことができるように構成しても良い。
【００４５】
また、気化式加湿膜は、親水性あるいは吸水性を持ち、吸放湿性溶液がその表面を濡らすことができる材料であれば良い。また、上記の実施形態においては、吸放湿性溶液として塩化リチウム溶液を用いたが、臭化リチウム溶液等の液体吸収剤を用いても良い。
【００４６】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、除湿及び加湿を単一のシステムで実現することができ、低コスト、省スペース、省エネルギー化を可能とした除湿兼加湿システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る除湿兼加湿システムの第１実施形態の構成を示す模式図
【図２】本発明に係る除湿兼加湿システムの夏季における作用を示す空気線図
【図３】塩化リチウム溶液の平衡蒸気線図
【図４】従来から用いられている蒸気加湿方式の空調機の構成を示す模式図
【図５】従来から用いられている蒸気加湿方式の空調機の夏季における作用を示す空気線図
【図６】本発明に係る除湿兼加湿システムの冬季における作用を示す空気線図
【図７】従来から用いられている蒸気加湿方式の空調機の冬季における作用を示す空気線図
【図８】第２の制御部による第１のバルブの開度の制御を示す図
【図９】本発明に係る除湿兼加湿システムの中間期における作用を示す空気線図
【符号の説明】
１…プレフィルタ
２…中性能フィルタ
３…加熱コイル
４…第１の水膜
５…冷却コイル
６…第２の水膜
７…送風機
８…第１の制御部
９…第２の制御部
１０…第１の配管
１１…第２の配管
１２…第１の水槽
１３…第２の水槽
１４…連通管
１５…補給水供給ライン
１６…ボールタップ
１７…第１のバルブ
１８…温水供給ライン
１９…第２のバルブ
２０…冷水供給ライン
【発明の属する技術分野】
本発明は、除湿及び加湿を単一のシステムで実現することができる除湿兼加湿システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
温度、湿度を一定に保つ空調システムにおいて、除湿が必要な場合には、過冷却除湿＋再熱方式が採用され、より低湿度を求められる分野では、ハニカム型を用いた乾式除湿方式が採用されている。また、湿度管理の重要な分野では、現在も湿式除湿方式であるカサバ方式（中外エアシステム（株））が用いられている。また、カサバ方式に用いられる吸収剤としての塩化リチウムは非常に安定性の高い物質であるため、カサバ方式は病院や食品関係の空調などでも採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の空調システムには、以下に述べるような問題点があった。すなわち、過冷却除湿＋再熱方式はエネルギー消費量が大きく、ランニングコストが高いという欠点があった。
また、乾式除湿方式（ハニカムローター方式）は、装置及びダクトワークが複雑であり、設置スペースも大きくなるという欠点があった。また、吸着剤の再生は高温（最低でも９０℃以上）の空気で行うため、加熱のためのエネルギーが大きいという欠点があった。
【０００４】
さらに、湿式除湿方式であるカサバ方式は、再生装置を必要とするため設置スペースが大きくなるだけでなく、構造が複雑で、価格が高いという欠点があった。また、カサバ方式は除湿がメインであり、加湿システムを考慮しておらず、加湿を必要とする冬季においては、再生部分は全く不要部分となっている。さらに、カサバ方式では、冷却と除湿を同時に行っているため、塩化リチウム溶液の中にすべての除湿水分が吸収される。そのため、この水分を放出するための加熱エネルギーの量が大きくなってしまうという欠点があった。また、塩化リチウム溶液の加熱再生機を小型化するためには、加熱エネルギー温度を例えば９０℃以上と高くする必要があるため、効率が悪かった。
【０００５】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、除湿及び加湿を単一のシステムで実現することができ、低コスト、省スペース、省エネルギー化を可能とした除湿兼加湿システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、所定の気液接触面積を有する気化式加湿膜から成る第１の水膜と第２の水膜を備え、両水膜間で所定の濃度の吸放湿性溶液が循環されるように構成され、前記第１の水膜の前段に加熱コイルが配設され、前記第１の水膜と第２の水膜の間に冷却コイルが配設され、除湿モードの場合には、前記第１の水膜が加湿部、第２の水膜が除湿部として機能し、加湿モードの場合には、第１の水膜及び第２の水膜の両方が加湿部として機能するように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、所定の気液接触面積を有する気化式加湿膜から成る第１の水膜と第２の水膜を備え、両水膜間で所定の濃度の吸放湿性溶液が循環されるように構成され、前記第１の水膜の前段に加熱コイルが配設され、前記第１の水膜と第２の水膜の間に冷却コイルが配設され、処理後の空気の室内への供給口には、乾球温度センサー及び露点温度センサーが設けられ、前記乾球温度センサーの検出値に基づいて前記冷却コイルが制御され、前記露点温度センサーの検出値に基づいて前記加熱コイルが制御されるように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成を有する請求項１又は請求項２に記載の発明によれば、除湿モードの場合、第１の水膜が加湿部（再生部）として機能し、第２の水膜が除湿部として機能する。一方、加湿モードの場合には、第１の水膜及び第２の水膜の両方が加湿部として機能するため、冷却コイルに供給する冷却水の温度を高めにでき、また、加熱コイルに供給する温水の温度を低くすることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の除湿兼加湿システムにおいて、前記システム中において、前記吸放湿性溶液の濃度が一定に保たれるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記吸放湿性溶液の濃度を一定に保つ手段が、前記第１の水膜の下部に設けられた水槽内の水位を一定に保持するように、前記水槽内に所定量の補給水を供給するものであることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記吸放湿性溶液の濃度を一定に保つ手段が、前記露点温度センサーの検出値に基づいて、前記第１の水膜の下部に設けられた水槽内に供給する補給水量を制御するものであることを特徴とする。
【００１２】
上記のような構成を有する請求項３〜請求項５の発明によれば、システム中で循環される吸放湿性溶液の濃度を一定に保持することができるので、処理空気の室内への供給口における相対湿度を一定に保つことが容易にできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態（以下、実施形態という）を図面を参照して説明する。
（１）第１実施形態
（１−１）構成
本実施形態の除湿兼加湿システムは、図１に示すように構成されている。すなわち、処理空気の取入口及び供給口を有するチャンバ（図示せず）の内部に、プレフィルタ１、中性能フィルタ２、加熱コイル３、第１の水膜４、冷却コイル５、第２の水膜６、送風機７が順次設けられている。また、供給口には、乾球温度センサーＰｔ及び露点温度センサーＤＰが設けられ、それぞれの検出結果が第１の制御部８及び第２の制御部９に送られるように構成されている。
【００１４】
また、前記第１の水膜４及び第２の水膜６は共に、十分な気液接触面積を有する気化式加湿膜から構成され、両水膜間で吸放湿性溶液である塩化リチウム溶液が循環されるように構成されている。すなわち、第２の水膜６から排出された塩化リチウム溶液は、第１のポンプＰ１を備えた第１の配管１０を介して、第１の水膜４の上部から滴下されるように構成されている。また、第１の水膜４から排出された塩化リチウム溶液は、第２のポンプＰ２を備えた第２の配管１１を介して、第２の水膜６の上部から滴下されるように構成されている。
【００１５】
さらに、第１の水膜４の下部に備えられた第１の水槽１２と第２の水膜６の下部に備えられた第２の水槽１３は、連通管１４によって連結されている。また、前記第１の水槽１２には補給水供給ライン１５が接続され、ボールタップ１６により、第１の水槽１２内の水位を一定に維持することができるように構成されている。その結果、本システム内を循環する塩化リチウム溶液の濃度は、ほぼ一定に維持することが可能となる。
【００１６】
さらに、前記加熱コイル３には、第１のバルブ１７を備えた温水供給ライン１８が接続され、前記冷却コイル５には、第２のバルブ１９を備えた冷水供給ライン２０が接続されている。
そして、前記乾球温度センサーＰｔの検出結果に基づいて制御信号を送出する第１の制御部８によって、前記第２のバルブ１９が制御され、前記露点温度センサーＤＰの検出結果に基づいて制御信号を送出する第２の制御部９によって、前記第１のバルブ１７が制御されるように構成されている。
【００１７】
なお、前記第１及び第２の水膜４、６としては、加湿飽和効率が１００％に近いものを使用することが望ましい。また、第１及び第２の水膜４、６に供給される塩化リチウム溶液の初期濃度は、本システムを適用した空気調和装置の出口における設定湿度に対応させて適宜設定されるが、通常、１６〜２０％に設定することが望ましい。
【００１８】
（１−２）作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態の除湿兼加湿システムの作用を、夏季の冷却・除湿モードの場合、冬季の加湿モードの場合及び中間期の冷却・除湿モードの場合とに分けてそれぞれ説明する。
なお、以下に述べる実施例においては、本システムを適用した空気調和装置に導入される処理空気は、外気と室内からの戻り空気（１：１）の混合空気とする。また、室内設定温度を２３℃、４５％に想定し、空気調和装置の出口の空気制御は年間一定、１６℃、７０％（このとき、ＤＰ＝１１℃）に制御することとする。このときの第１の制御部８の設定乾球温度は１６℃、第２の制御部９の設定露点温度は１１℃である。
【００１９】
さらに、第１のポンプＰ１及び第２のポンプＰ２は常時運転し、加熱コイル３に供給される温水温度は、例えば、冬季のターボ冷凍機運転における冷却水温度３４℃、冷却コイル５に供給される冷水温度は９．５℃とする。また、塩化リチウム溶液の濃度が２０％となるように、第１の水槽１２の水位を設定するものとする。
【００２０】
（Ａ）夏季
まず、夏季の冷房、除湿モードについて、図２を参照して説明する。例えば、外気が３４℃、相対湿度が６０％（図２中のａ点）の夏季の減湿モードにおいては、本システムを適用した空気調和装置に取り入れられる処理空気は、外気（図２中のａ点）と室内からの戻り空気（図２中のｂ点）の１：１の混合空気なので、図２のｃ点（２８．５℃、５８％ＲＨ）となる。この処理空気が、プレフィルタ１、中性能フィルタ２を介して、チャンバ内に取り入れられる。
【００２１】
この場合、塩化リチウム溶液の平衡蒸気線図を示した図３から明らかなように、水膜４を介して２０％の塩化リチウム溶液に接触した出口空気の相対湿度は７０％なので、第１の水膜４において処理空気は加湿され、２７℃、７０％（図２中のｄ点）となる。なお、第１の水膜４における加湿操作によって、第１の水槽１２内の塩化リチウム溶液の濃度は濃くなる。
【００２２】
続いて、乾球温度センサーＰｔに基づく第１の制御部８によって、第２のバルブ１９が開かれ、冷却コイル５に９．５℃の冷水が供給され、これにより処理空気が１４．５℃まで冷却されると共に除湿されて（絶対湿度が、０．０１６→０．０１０ｋｇ／ｋｇまで下がる）、ＲＨ９８％となる（図２中のｅ点）。
この処理空気は、続いて第２の水膜６に送られるが、図３に示したように、２０％の塩化リチウム溶液に接触する出口空気の相対湿度は７０％なので、この場合、第２の水膜６において処理空気は除湿され、１６℃、７０％（図２中のｆ点）となる。
【００２３】
なお、外気（図２中のａ点）の状態は時々刻々変化し、それに伴って図２中のｃ点、ｄ点、ｅ点も変化するが、本システムを適用した空気調和装置の出口状態（図２中のｆ点）は、第１の制御部８及び第２の制御部９の設定値である乾球温度１６℃及び露点温度１１℃となるように、第１のバルブ１７及び第２のバルブ１９が制御されることによって、図２中のｆ点に維持される。
なお、第２の水膜６において、処理空気中の水分を吸湿して濃度が薄くなった塩化リチウム溶液は、第１の配管１０を介して第１の水膜４の上部から滴下され、第１の水膜４における加湿工程を経ることにより、水分を放出して再生される。
【００２４】
このように本システムを適用した空気調和装置においては、夏季の除湿モードの場合、第１の水膜４が加湿部（再生部）として機能し、第２の水膜６が除湿部として機能する。また、冷却コイル５に供給する冷却水は９．５℃程度で良く、従来の冷却水（７℃）に比べて冷水温度を高くすることができる。
【００２５】
ここで、本実施形態の夏季（冷房、除湿時）における作用・効果を、図４に示すような構成を有する従来から用いられている過冷却除湿＋再熱方式の空調機（以下、従来型空調機という）と比較して説明する。
すなわち、従来型空調機は、処理空気の取入口及び供給口を有するチャンバ（図示せず）の内部に、プレフィルタ３１、中性能フィルタ３２、冷却コイル３３、加熱コイル３４、蒸気式加湿器３５、送風機３６が順次設けられている。また、供給口の室内側近傍には、乾球温度センサーＰｔ及び露点温度センサーＤＰが設けられ、それぞれの検出結果が第１の制御部３７及び第２の制御部３８に送られるように構成されている。
【００２６】
さらに、前記冷却コイル３３には、第１のバルブ３９を備えた冷水供給ライン４０が接続され、前記加熱コイル３４には、第２のバルブ４１を備えた温水供給ライン４２が接続されている。また、前記蒸気式加湿器３５には、第３のバルブ４３を備えた蒸気供給ライン４４が接続されている。
【００２７】
そして、前記乾球温度センサーＰｔの検出結果に基づいて制御信号を送出する第１の制御部３７によって、前記第１のバルブ３９及び第２のバルブ４１が制御され、前記露点温度センサーＤＰの検出結果に基づいて制御信号を送出する第２の制御部３８によって、前記第１のバルブ３９及び第３のバルブ４３が制御されるように構成されている。
【００２８】
このような構成を有する従来型空調機に、外気が３４℃、相対湿度が６０％の外気（図５のａ点）と室内からの戻り空気（図５中のｂ点）の１：１の混合空気が取り入れられると、露点温度センサーＤＰの検出結果に基づいて制御信号を送出する第２の制御部３８によって、第１のバルブ３９が開かれ、冷却コイル３３に７℃の冷水が供給され、これにより処理空気が１１℃まで冷却されると共に除湿されて（絶対湿度が、０．０１４→０．００８ｋｇ／ｋｇまで下がる）、ＲＨ９８％となる（図５中のｄ点）。続いて、第１の制御部３７によって、第２のバルブ４１が開かれ、加熱コイル３４に３４℃の温水が供給され、これにより処理空気は１６℃、７０％（図５中のｅ点）となる。
このように、従来型空調機においては、冷却コイル３３に供給される冷水としては、本実施形態の場合より低温の冷水が必要であった。
【００２９】
（Ｂ）冬季
続いて、冬季の暖房、加湿モードについて、図６を参照して説明する。例えば、外気が０℃、相対湿度が３０％（図６中のａ点）の冬季の加湿モードにおいては、本システムを適用した空気調和装置に取り入れられる処理空気は、外気（図６中のａ点）と室内からの戻り空気（図６中のｂ点）の１：１の混合空気なので、図６のｃ点（１１．５℃、５０％ＲＨ）となる。この処理空気が、プレフィルタ１、中性能フィルタ２を介して、チャンバ内に取り入れられる。
【００３０】
この場合、露点温度センサーＤＰに基づく第２の制御部９によって、本システムを適用した空気調和装置の出口部の露点温度が１１℃となるように第１のバルブ１７が開かれ、加熱コイル３に温水（３４℃）が供給される。これにより処理空気は加熱され、２４℃、２５％となる（図６中のｄ点）。
【００３１】
ここで、第２の制御部９による第１のバルブ１７の開度の制御について、図８を参照して説明する。すなわち、第２の制御部９は、前記露点温度センサーＤＰの検出値に基づいて、設定値との差による所定の制御信号を送出するが、図８に示したように、露点温度センサーＤＰの設定温度（ここでは、１１℃）より露点温度センサーＤＰの検出値の方が低い場合だけでなく、高い場合も、第１のバルブ１７は開かれ、加熱コイル３に温水（３４℃）が供給される。なお、第１のバルブ１７の開度は、露点温度センサーＤＰの設定温度と実際の検出温度との差が大きいほど大きく開かれるように構成されている。
【００３２】
上述したように、夏季においては、第１の水膜４が加湿部、第２の水膜６が除湿部となり、塩化リチウム溶液の濃度は一定に保たれるが、冬季においては、第１の水膜４及び第２の水膜６が共に加湿部となる。従って、処理空気は第１の水膜４によって加湿されて、約１８℃、５２％（図６中のｅ点）となり、第２の水膜６によってさらに加湿されて、１６℃、７０％（図６中のｆ点）となる。
【００３３】
なお、外気（図６中のａ点）の状態は時々刻々変化し、それに伴って図６中のｃ点、ｄ点、ｅ点も変化するが、本システムを適用した空気調和装置の出口状態（図６中のｆ点）は、第１の制御部８及び第２の制御部９の設定値である乾球温度１６℃及び露点温度１１℃となるように、第１のバルブ１７及び第２のバルブ１９が制御されることによって、図６中のｆ点に維持される。
【００３４】
なお、上述したような第１の水膜４及び第２の水膜６における加湿操作によって、第１の水槽１２及び第２の水槽１３内の塩化リチウム溶液の水位は低くなるが、ボールタップ１６により、補給水供給ライン１５から適宜補給水が供給され、第１の水槽１２及び第２の水槽１３内の塩化リチウム溶液の濃度（２０％）及び水位は一定に維持される。
【００３５】
このように本システムを適用した空気調和装置においては、冬季の加湿モードの場合、第１の水膜４及び第２の水膜６が共に加湿部として機能する。また、加熱コイル３に供給する温水は約３４℃程度の低温水で良く、冬季のターボ冷凍機運転における冷却水を用いることができるので、高効率の加湿システムを得ることができる。
【００３６】
ここで、本実施形態の冬季（暖房、加湿時）における作用・効果を、図４に示すような構成を有する従来型空調機と比較して説明する。
すなわち、従来型空調機に、外気が０℃、相対湿度が３０％の外気（図７中のａ点）と室内からの戻り空気（図７中のｂ点）の１：１の混合空気が取り入れられると、乾球温度センサーＰｔに基づく第１の制御部３７によって、第２のバルブ４１が開かれ、加熱コイル３４に温水（３４℃）が供給される。これにより処理空気は加熱され、１５℃、４０％となる（図７中のｄ点）。
【００３７】
続いて、露点温度センサーＤＰの検出結果に基づいて制御信号を送出する第２の制御部３８によって第３のバルブ４３が開かれ、蒸気式加湿器３５に１１０℃程度の蒸気が供給される。これにより処理空気は加湿され、１６℃、７０％となる（図７中のｅ点）。
【００３８】
しかしながら、従来型空調機の場合、蒸気式加湿器３５に供給する加湿蒸気を得るために、ガスや灯油等の多大なエネルギーが必要となり、また、蒸気式加湿器３５の下流側に、蒸気吸収距離として１５００〜２０００ｍｍのスペースが必要となるため、装置が大型化していたが、本実施形態の除湿兼加湿システムでは、このような問題は生じない。
【００３９】
（Ｃ）中間期
続いて、中間期の冷房、除湿モードについて、図９を参照して説明する。例えば、外気が１７℃、相対湿度が９０％（図９中のａ点）の中間期の減湿モードにおいては、本システムを適用した空気調和装置に取り入れられる処理空気は、外気（図９中のａ点）と室内からの戻り空気（図９中のｂ点）の１：１の混合空気なので、図９のｃ点（２０℃、６５％ＲＨ）となる。この処理空気が、プレフィルタ１、中性能フィルタ２を介して、チャンバ内に取り入れられる。
【００４０】
この場合、露点温度センサーＤＰに基づく第２の制御部９によって、第１のバルブ１７が開かれ、加熱コイル３に温水（３４℃）が供給される。これにより処理空気が加熱され、２３℃、５５％となる（図９中のｄ点）。
また、図３に示したように、２０％の塩化リチウム溶液に接触する出口空気の相対湿度は７０％なので、第１の水膜４において処理空気は加湿され、２１℃、７０％（図９中のｅ点）となる。なお、第１の水膜４における加湿操作によって、塩化リチウム溶液は水分を放出して再生される。
【００４１】
続いて、乾球温度センサーＰｔに基づく第１の制御部８によって、第２のバルブ１９が開かれ、冷却コイル５に９．５℃の冷水が供給され、これにより処理空気が１３．５℃まで冷却されると共に除湿されて（絶対湿度が、０．０１１→０．００９５ｋｇ／ｋｇまで下がる）、ＲＨ９８％となる（図９中のｆ点）。
【００４２】
この処理空気は、続いて第２の水膜６に送られるが、図３に示したように、２０％の塩化リチウム溶液に接触する出口空気の相対湿度は７０％なので、この場合、第２の水膜６において処理空気は除湿され、１６℃、７０％（図９中のｇ点）となる。
なお、第２の水膜６において、処理空気中の水分を吸湿して濃度が薄くなった塩化リチウム溶液は、第１の配管１０を介して第１の水膜４の上部から滴下され、第１の水膜４における加湿工程を経ることにより、水分を放出して再生される。
【００４３】
このように本システムを適用した空気調和装置においては、中間期の除湿モードの場合、第１の水膜４が加湿部（再生部）として機能し、第２の水膜６が除湿部として機能する。また、冷却コイル５に供給する冷却水は約９．５℃程度で良く、従来の冷却水（７℃）に比べて冷水温度を高くすることができる。
【００４４】
（２）他の実施形態
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような各種態様も可能であり、具体的な各部材の形状、あるいは取付位置及び方法は適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、第１の水槽への補給水供給の制御は、第１の水槽１２に設けられたボールタップ１６によって行っているが、この補給水供給ライン１５にバルブ（図示せず）を設け、上記第２の制御部９からの信号によってこのバルブの開度を調節して、塩化リチウム溶液の濃度を一定に保つことができるように構成しても良い。
【００４５】
また、気化式加湿膜は、親水性あるいは吸水性を持ち、吸放湿性溶液がその表面を濡らすことができる材料であれば良い。また、上記の実施形態においては、吸放湿性溶液として塩化リチウム溶液を用いたが、臭化リチウム溶液等の液体吸収剤を用いても良い。
【００４６】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、除湿及び加湿を単一のシステムで実現することができ、低コスト、省スペース、省エネルギー化を可能とした除湿兼加湿システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る除湿兼加湿システムの第１実施形態の構成を示す模式図
【図２】本発明に係る除湿兼加湿システムの夏季における作用を示す空気線図
【図３】塩化リチウム溶液の平衡蒸気線図
【図４】従来から用いられている蒸気加湿方式の空調機の構成を示す模式図
【図５】従来から用いられている蒸気加湿方式の空調機の夏季における作用を示す空気線図
【図６】本発明に係る除湿兼加湿システムの冬季における作用を示す空気線図
【図７】従来から用いられている蒸気加湿方式の空調機の冬季における作用を示す空気線図
【図８】第２の制御部による第１のバルブの開度の制御を示す図
【図９】本発明に係る除湿兼加湿システムの中間期における作用を示す空気線図
【符号の説明】
１…プレフィルタ
２…中性能フィルタ
３…加熱コイル
４…第１の水膜
５…冷却コイル
６…第２の水膜
７…送風機
８…第１の制御部
９…第２の制御部
１０…第１の配管
１１…第２の配管
１２…第１の水槽
１３…第２の水槽
１４…連通管
１５…補給水供給ライン
１６…ボールタップ
１７…第１のバルブ
１８…温水供給ライン
１９…第２のバルブ
２０…冷水供給ライン
Claims (6)
- 所定の気液接触面積を有する気化式加湿膜から成る第１の水膜と第２の水膜を備え、両水膜間で所定の濃度の吸放湿性溶液が循環されるように構成され、
前記第１の水膜の前段に加熱コイルが配設され、前記第１の水膜と第２の水膜の間に冷却コイルが配設され、
除湿モードの場合には、前記第１の水膜が加湿部、第２の水膜が除湿部として機能し、加湿モードの場合には、第１の水膜及び第２の水膜の両方が加湿部として機能するように構成されていることを特徴とする除湿兼加湿システム。 - 所定の気液接触面積を有する気化式加湿膜から成る第１の水膜と第２の水膜を備え、両水膜間で所定の濃度の吸放湿性溶液が循環されるように構成され、
前記第１の水膜の前段に加熱コイルが配設され、前記第１の水膜と第２の水膜の間に冷却コイルが配設され、
処理後の空気の室内への供給口には、乾球温度センサー及び露点温度センサーが設けられ、前記乾球温度センサーの検出値に基づいて、前記冷却コイルが制御され、前記露点温度センサーの検出値に基づいて、前記加熱コイルが制御されるように構成されていることを特徴とする除湿兼加湿システム。 - 前記システム中において、前記吸放湿性溶液の濃度が一定に保たれるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の除湿兼加湿システム。
- 前記吸放湿性溶液の濃度を一定に保つ手段が、前記第１の水膜の下部に設けられた水槽内の水位を一定に保持するように、前記水槽内に所定量の補給水を供給するものであることを特徴とする請求項３に記載の除湿兼加湿システム。
- 前記吸放湿性溶液の濃度を一定に保つ手段が、前記露点温度センサーの検出値に基づいて、前記第１の水膜の下部に設けられた水槽内に供給する補給水量を制御するものであることを特徴とする請求項３に記載の除湿兼加湿システム。
- 前記吸放湿性溶液が塩化リチウム溶液であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の除湿兼加湿システム。
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