JP2005030754A - 流動層型デシカント空調システム - Google Patents

流動層型デシカント空調システム Download PDF

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Abstract


【課題】 従来のハニカム状のロータを用いたデシカント空調システムでは、大容量の空調処理システムにおいては大型化する等の欠点があった。
【解決手段】 吸湿した多孔質粒子を加熱空気により乾燥させる再生器1と、再生器1で乾燥した多孔質粒子を用いて室内の高湿空気を除湿する処理器2とを別個に設ける。再生器1の再生塔3及び処理器2の処理塔13においては、多孔質粒子容器7からの多孔質粒子中に高速の空気流を導入することにより、多孔質粒子が空気流に搬送される気体搬送流動層を形成し、この気体搬送流動層によって多孔質粒子から水分を脱離し、また吸湿を行うようにする。再生器1で水分を脱離した多孔質粒子は容器15に空気流から分離して貯留され、処理塔13で環境空気の除湿に用いられる。同様に処理器2で水分を吸収した多孔質粒子は容器5に貯留され、再生塔3で使用される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、多孔質粒子を流動媒体としたデシカント空調システムに関し、特に、流動媒体と空気との接触に際して圧損が少なく、且つ処理後の流動媒体の再生を容易に処理することができるようにした流動層型デシカント空調システムに関する。
化学プロセスにおける排熱や太陽熱で容易に得られる800℃以下の低温度熱エネルギーの有効利用技術開発は、現代社会の大きな問題となっている二酸化炭素排出量低減、ヒートアイランド現象、夏季電力需要変動等の、環境保全問題あるいはエネルギー問題への対応における重要課題のひとつである。これに対して有効と考えられる既存技術のひとつが、高い水の吸脱離性を有するデシカントを利用したデシカント空調システムである。
従来より実用化されているデシカント空調システムにおいては、図8に示すように処理行程と再生行程が対面通行の形で行われる。即ちデシカント(乾燥剤)を塗布した除湿ローター101と顕熱交換ローター102が直列に配置されており、処理側に導入した環境空気の除湿と熱交換を逐次的に行う。顕熱交換ローター102の後流に水スプレー103を配置し、中温・低湿の空気に水を噴霧することで水の気化熱が奪われ、空気は低温・高湿となる。
一方、再生行程では、室内の中温・高湿の環境空気を取り込み、蒸発式冷却器104により低温・高湿の空気とし、顕熱交換ローター102に送り込まれる。処理側で高温となった顕熱交換ローター102は、この中温・高湿空気によって冷却される。また、顕熱交換ローター102より熱が与えられ、温度が高くなった空気はさらに加熱ヒータ105により加熱される。なお、この加熱ヒータ105の熱源としては種々のものを用いることができる。この高温空気によって除湿ローター101を加熱し、除湿剤上の水分を蒸発させ、除湿剤を再生する。
上記のようなデシカント空調システムにおいて、二つのローターはハニカム状になっており、空気との接触が良好に行われるようになっている。これらが低速で回転することによって、処理工程と再生行程を同時に行うことができ、パッケージ化に成功し、商業化されている。なお、このようなデシカント空調装置は例えば特開2003−35434号に記載されている。
特開2003−35434号
上記のような従来のデシカント空調システムでは吸湿性を有するデシカントと高湿空気の接触量を大きくするためにハニカム状のローターなどを採用している。その結果、システムにおける所要面積の増大を招いてしまう。そのため、このような構造では特に大容量の空調処理にとって障害となっている。また、特定のデシカント空調装置は空気処理量に応じてその大きさが決まるため、その最適作動効率をなす空気処理容量がほぼ決まってしまう。そのため、1つのデシカント空調装置で広範囲の容量の空調装置として使用することが困難であり、デシカント空調システムにおいて、単位体積・単位時間あたりの空調・調湿容量を容易に変化させる装置の開発が期待されている。
一方、火力発電などのエネルギー生産あるいはエチレンやセメント製造などの物質生産において低温(80〜200℃程度)の熱エネルギーがプロセス排熱として未利用のまま環境に放出されている。このように、それ自体が仕事をすることができないような低レベルの熱エネルギー(すなわちエクセルギーがゼロ)を地域の冷暖房あるいは調湿に利用することができればそれは革新的な省エネルギーにつながる。このような目的において、上述のデシカント空調システムは前記のような低温の熱によっても駆動でき、冷・暖房あるいは調湿が可能となるため、有望な省エネルギー技術と言える。
しかしながら、高温プロセスからの低レベル排熱を地域の冷・暖房などの他の需要に量的に適合させ、あるいは時間的に適合させ、更には熱の発生場所と使用場所の位置としての空間的な適合が困難であるため、その熱エネルギーの輸送と蓄積が不可欠となる。それに対して、前記従来のデシカント空調システムではこれらに適合することは困難であり、その対策として多孔質粒子を吸湿剤として利用し、このような低レベル廃熱を利用したエネルギーの貯蔵・輸送を可能とし、且つその能力を飛躍的に高めることが考えられる。
そのため、例えば図9に示すような多孔質粒子を流動媒体とした気泡型循環流動層(CFB:Circulating Fluidized Bed)型デシカント空調システムが提案されている。図9に示す例においては夏季の冷房モードを示しており、このシステムにおいては、高い水分吸着・脱離特性を有する多孔質粒子群を流動媒体に用い、再生塔111において外部の熱源で加熱する加熱器112で、多孔質粒子及び空気を加熱し、多孔質粒子に吸着した吸着水の脱離を行う。
この乾燥多孔質粒子を管路117により処理塔113に導入し、室内等の環境の中温・高湿空気と接触させ、空気中の水分を吸着させる。このときの吸着熱の発生により空気は高温・低湿となる。冬季の暖房モードではこの高温・低湿空気を室内に供給する。夏季冷房時には冷熱供給サイトにおいて低湿空気を室温まで自然冷却、或いは冷却器114も用いて冷却した後、水スプレー115で加湿する。このとき、水の気化に伴い気化熱が奪われ、空気は低温・高湿となって室内に供給される。処理塔113で水分を吸収した多孔質粒子は管路118により再生塔111に導入し、前記のような再生処理を行い、この作動を循環して行う。
また、図9に示すシステムにおいては、再生塔111に対して供給する空気は空気加熱器116で加熱しており、この例においては更に、この空気加熱器116で加熱する空気を前記処理塔113から排出する高温空気と熱交換し、この高温空気を冷却するとき再生塔111への空気を予熱するようにし、システム全体の熱効率を向上させている。
この多孔質粒子を用いた空気の調湿・空調処理あるいは多孔質粒子群の再生を連続的に行うために前記のようなCFBシステムを用いており、このようなCFBシステムを用いることにより固体粒子群を連続的に処理することができ、かつ塔内で良好な固気接触が実現できるため、処理量も大きくすることができる。
このように、CFBシステムは粒子群を気流によって流動化し、あたかも流体のような粒子群を取り扱うことができるものであり、次のような特徴を有する。
1)多孔質粒子群の連続供給・排出が可能。
2)ガスおよび粒子の単位時間あたりの処理量を大幅に変えることができる。
3)流動化条件および多孔質粒子群の粒子径によって固気接触時間、接触面積を容易に変化させられる。
本発明者等は実際に上記のようなシステムからなるCFB実験装置を用いて実験を行った結果、乾燥状態にある多孔質粒子を環境空気で流動化した場合、多孔質粒子層温度は室温から約70度付近まで増加した。このことにより多孔質粒子が良好な水分吸着性能を有することが判明した(市販の普通性能を有する多孔質粒子で約10g−水/100g−多孔質粒子)。また、この吸湿粒子を加熱すると吸着水分が脱離するので、繰り返し利用のための再生処理が可能である。実験室規模の循環流動層システムにおいて流動化実験を行い、均一かつ定常な流動状態を達成できることを確認した。
上記のようなCFBシステムは前記のように、多孔質粒子群の連続供給・排出が可能であり、ガスおよび粒子の単位時間あたりの処理量を大幅に変えることができ、且つ、流動化条件および多孔質粒子群の粒子径によって固気接触時間、接触面積を容易に変化させられるという特徴を有するものであるが、上記システムにおける再生塔111及び処理塔113内においては、各塔内に貯留された多孔質粒子の下方から空気を供給すると、図示するように、その空気はあたかも水中に空気を供給したときのように泡状になって多孔質粒子内を上昇する、気泡流動層式の空気供給が行われることとなる。
このように多孔質粒子と空気との流動的な接触に際して、気泡流動層式の接触は必ずしも熱や水分の交換効率は良くないため、大容量の空気の熱交換、湿度交換を行うためには、大型の設備を必要とする問題がある。また、再生塔111と処理塔113とを各々供給管で接続しているため、再生塔111内での再生と処理塔113内での処理がほぼ均衡して行われなければならず、したがって大量の廃熱が発生しているときには別途その熱を貯留する設備が必要となり、廃熱が少ないときにこれを利用するための対策も必要となる。また、再生塔111と処理塔113をあまり離れた場所に設置することはその配管の設備増大の観点から好ましくない。
したがって本発明は、小型の装置で大容量の空調処理を行うことができ、且つ広範囲の空調容量に対応することができるようにした、多孔質粒子を用いて処理空気と流動層式の接触を行わせるデシカント空調システムにおいて、小型の装置で効率よく温度及び湿度の交換を行うことができるようにした流動層型デシカント空調システムを提供することを主たる目的とする。
本発明による流動層型デシカント空調システムは、上記課題を解決するため、分離器で分離した処理器からの吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、加熱手段を備え該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と空気流とを導入し水分を吸着した多孔質粒子から水分を空気に放出させる再生塔と、該再生塔内の多孔質粒子と空気流を加熱する手段とを備えた再生器と、分離器で分離した前記再生器からの吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と高湿空気流とを導入し、空気流の水分を多孔質粒子に吸着する処理塔を備えた処理器とを備え、前記再生塔及び処理塔内では内部の多孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層を形成したものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、分離器で分離した吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、加熱手段を備え該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と空気流とを導入し水分を吸着した多孔質粒子から水分を空気に放出させる再生塔と、該再生塔で除湿された多孔質粒子を該多孔質粒子容器に戻す手段とを備えた再生器と、分離器で分離した前記吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と高湿空気流とを導入し、空気流の水分を多孔質粒子に吸着する処理塔と、該処理塔で吸湿された多孔質粒子を該多孔質粒子容器に戻す手段とを備えた処理器とを用い、前記再生塔及び前記処理塔内では内部の多孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層を形成し、再生器及び処理器の多孔質粒子を容器により互いに交換可能に設けたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記加熱手段は、再生塔の外部を排熱により加熱するヒータとしたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記加熱手段は、再生塔内に導入する空気を外部の排熱を用いて加熱する空気加熱器としたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生塔内に導入する空気を、処理器から排出される高温空気により予熱するようにしたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、分離器で分離した処理器からの吸湿性の多孔質粒子を案内板で流下させつつ加熱空気で除湿する再生器と、再生器で除湿した多孔質粒子と高湿空気流を導入し、空気流の水分を多孔質粒子に吸着する処理器とを備え、前記処理塔内では内部の多孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層を形成したものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記案内板の流下端で多孔質粒子の流下粒子量を調節するようにしたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、複数の案内板により複数の再生室を形成し、空気流を各再生室に順に導くようにしたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生器は、前記処理器からの多孔質粒子を貯留し再生塔にバルブを介して該多孔質粒子を供給する第1の粒子溜と、密封可能で加熱手段を備えた再生塔と、該再生塔で水分を除去した多孔質粒子をバルブを介して導入し貯留する第2の粒子溜とを備え、密封した再生塔を減圧することにより多孔質粒子から水分を除去するようにしたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生塔を複数設け、前記処理塔からの多孔質粒子を分配して供給するようにしたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生塔を減圧する手段は真空ポンプであり、該真空ポンプと各再生塔とを切替弁を介して接続したものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生塔は該再生塔に付設したガスダクトを通る高温の廃棄ガスにより加熱するようにしたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記ガスダクトには、再生塔の熱を伝熱する伝熱部材を設けたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、処理器からの吸湿性の多孔質粒子を除湿する再生器と、再生器で除湿した多孔質粒子を上方から供給すると共に高湿空気流を上方から下方に導入する処理塔とを備え、前記空気流と落下する多孔質粒子とが、下降空気流により搬送される気体搬送流動層を形成したものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生器で再生した多孔質粒子を上部貯層に循環搬送する搬送路に再生器を配置し、連続再生可能にしたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生器で再生した多孔質粒子を、処理器に多孔質粒子を供給する上部貯層を介して真空ポンプにより吸引し、上部貯層に設けたフィルターによって多孔質粒子を分離して多孔質粒子を上部貯層に貯留するようにしたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記真空ポンプにより再生器内を減圧して除湿するこようにしたものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記処理器の下部の多孔質粒子を廃熱排出源に近接して設けた再生器に搬送し、前記再生器で再生された多孔質粒子を処理器の前記上部貯層に搬送したものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記分離器は低圧損濾布を用いるものである。
また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生塔で多孔質粒子から水分を吸収した高湿空気は、ガスタービン用燃焼空気に用いるようにしたものである。
多孔質粒子が有する高い水の吸着・脱離性を既存のデシカント空調システムに応用することで単位体積あたりの空気の処理範囲を大幅に拡大できる。また、気体搬送流動層を形成する範囲でガス流速および粒子循環速度等の流動条件を変更し、あるいは粒子サイズを変更することで、空気と粒子の接触面積および接触時間を任意に変更できるため、空調システムとしての性能の更なる向上が達成できる。更に、気体搬送流動層により処理されるので圧損が少ない状態で処理を行うことができる。
本発明は、多孔質粒子を用いるデシカント空調装置において、単位体積あたりの空気の処理範囲を拡大し、空気と粒子の接触面積および接触時間を任意に変更できるようにするために、処理空気と吸湿性の多孔質粒子との接触処理に際して多、孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層の状態で接触処理が行われるようにしたものである。
本発明の実施例を図面に沿って説明する。図1には本発明による多孔質粒子を用いたデシカント空調システムの実施例を示しており、このシステムにおいては、前記図9に示したものと同様に、高い水分吸着・脱離特性を有する多孔質粒子群を流動媒体に用いており、再生器1と処理器2を備えている。再生器1においては再生塔3を垂直方向に細長く形成しており、その下端4から加熱空気を導入し、またその部分に多孔質粒子容器5から管路6により、多孔質粒子容器5に貯留されている多孔質粒子7を導入するようにしている。図示実施例においては管路6にバルブ8を設け、加熱空気の供給量等に応じて再生塔3に供給する多孔質粒子7の供給量を調節可能としている。また、再生塔3には前記図9に示す再生塔111と同様にその内部或いは外部に加熱ヒータ9を設けている。
上記のような再生塔3においても多孔質粒子と加熱空気とは流動層方式で接触するものであるが、前記図9に示す再生塔111における多孔質粒子の層内に空気の泡が上昇していく方式である気泡流動層方式とは異なり、空気流に多孔質粒子が搬送されている状態の流動層(「気体搬送流動層」と称する)とする。このような気体搬送流動層は、主として再生塔3内の多孔質粒子の量に対して内部の空気の速度が充分に速いとき形成される。
そのため再生塔3が細い程少量の空気で高速の空気流を形成することができるが、再生塔3が細くなるほど流動抵抗が大きくなり、供給する空気を高圧にする必要があると共に再生塔3の容積が小さくならざるを得ないため、それらを総合的に考慮して適当な直径と長さに設定する。また、その長さの程度と再生器の設置スペースに応じて、再生器を螺旋状にする等、流動抵抗を考慮して適宜曲折させて構成することもできる。このような気体搬送流動層の状態で多孔質粒子と加熱空気との接触が行われることにより、水分を吸着した多孔質粒子から効率よく水分を取り除くことができる。
再生塔3において上記のように気体搬送流動層の状態で空気と接触する多孔質粒子は、加熱空気により加熱されるとともに、再生器の管内部に設けられ、または管を外部から加熱するように配置した加熱ヒータ9によって適宜加熱され、高温となって多孔質粒子に吸着した水分は脱離処理される。その後低圧損濾布やサイクロン等からなる固気分離装置20で多孔質粒子がその重力によって降下し、多孔質粒子容器15内に貯留される。そのため多孔質粒子容器5内の多孔質粒子7は、最初水分を多量に吸着した多孔質粒子が貯留されていたときにおいても、再生塔3で水分が脱離処理されつため、多孔質粒子容器15内には再生された多孔質粒子が貯留されることとなる。
一方、処理器2における処理塔13においては、前記再生塔3と同様に垂直方向に細長く形成しており、その下端14から中温或いは高温で高湿の環境空気を導入し、またその部分に多孔質粒子容器15から管路16により、多孔質粒子容器15に貯留されている多孔質粒子7を導入するようにしている。図示実施例においては管路16にバルブ18を設け、処理塔13への室内空気の供給量等に応じて処理塔13に供給する多孔質粒子7の供給量を調節可能としている。
上記のような処理塔13においても、前記図9に示す処理塔113における多孔質粒子と室内空気とが気泡流動層方式で接触するものとは異なり、空気流に多孔質粒子が搬送されている状態の気体搬送流動層方式で接触するようにしている。このような気体搬送流動層の状態で多孔質粒子と室内空気との接触が行われることにより、前記再生塔3で乾燥した多孔質粒子に室内空気の水分を効率よく吸着することができる。また、この処理塔13に導入された中温或いは高温で高湿の環境空気は、乾燥した多孔質粒子に水分を吸着され、このときの吸着熱の発生により空気は高温・低湿となる。
処理塔13において上記のように気体搬送流動層の状態で空気と接触する多孔質粒子は、前記吸着熱により高温となって空気と共に前記固気分離装置20と同様の固気分離装置10に入り、固気分離装置10では多孔質粒子がその重力によって降下し、多孔質粒子容器5内に貯留される。この多孔質粒子容器5内の多孔質粒子7は、最初前記のような再生塔3で乾燥した多孔質粒子であっても、次第に上記のように水分が吸着された多孔質粒子となる。その後この多孔質粒子容器9内の水分を吸着した多孔質粒子7は前記のように再生塔3で水分の脱離処理がなされ、多孔質粒子容器15内に貯留されてこの作動を循環して行うことができる。
固気分離装置10から排出される高温・低湿の空気は、冬季の暖房モードではこれを室内に供給し、夏季冷房時には冷熱供給サイトにおいて低湿空気を室温まで自然冷却し、或いは冷却器21も用いて冷却した後、水スプレー22で加湿する。このとき、水の気化に伴い気化熱が奪われ、空気は低温・高湿となり、これを室内に供給する。また、図示する装置においては、再生塔3に対して供給する空気は、空気加熱器23で加熱しており、この例においては更に、この空気加熱器23で加熱する空気を予め前記処理塔13からの高温空気を冷却することにより加熱された後の空気を導入するようにし、システム全体の熱効率を向上させている。
前記実施例においては、再生塔3で水分が脱離され再生された多孔質粒子は固気分離装置20で空気と分離されて多孔質粒子容器15に貯留され、同時にその下方から処理塔13に入って室内の高湿空気に含まれる水分を吸着し、多孔質粒子容器5に貯留され、同時に下方から再生器3に入って上記作動を繰り返すため、これらの処理が一連の処理として行われる。それに対して、図2に示す実施例においては前記図1に示す実施例とほぼ同様の構成を取りつつ、再生器31の再生塔33で再生された後の多孔質粒子を収容する多孔質粒子容器45と、処理器32の処理塔43で高湿の室内空気から水分を吸着した多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器35とを互いに独立して取り扱うように構成している点で異なっている。
即ち、図2に示す空調システムにおいては、前記図1に示した空調システムと同様に多孔質粒子群を流動媒体に用いており、再生器31と処理器32を備えている。再生器31においては再生塔33を垂直方向に細長く形成しており、その下端34から加熱空気を導入し、またその部分に多孔質粒子容器45から管路36により、多孔質粒子容器45に貯留されている多孔質粒子37を導入するようにしている。
また、加熱空気と多孔質粒子37とは前記と同様に、空気流に多孔質粒子が搬送されている状態の気体搬送流動層の方式で接触が行われるようにし、このような気体搬送流動層の状態で多孔質粒子と加熱空気との接触が行われることにより、水分を吸着した多孔質粒子から効率よく水分を取り除くことができるようにしている。更に、管路36にバルブ38を設け、加熱空気の供給量等に応じて再生塔33に供給する多孔質粒子37の供給量を調節可能としている。また、再生塔33には内部或いは外部に加熱ヒータ39を設けている。
再生塔33において上記のように気体搬送流動層の状態で空気と接触する多孔質粒子は、加熱空気により加熱されるとともに、再生器の管内部に設けられ、または管を外部から加熱するように配置した加熱ヒータ39によって適宜加熱され、高温となって多孔質粒子に吸着した水分は脱離処理される。その後低圧損濾布やサイクロン等からなる固気分離装置50で多孔質粒子が分離して下方に降下し、多孔質粒子容器45内に貯留される。そのため多孔質粒子容器45内の多孔質粒子37は、最初水分を多量に吸着した多孔質粒子が貯留されていたときにおいても、再生塔33で順次水分が脱離処理されつため、多孔質粒子容器45内には再生された多孔質粒子が貯留されることとなる。
一方、処理器32における処理塔43においては、前記再生塔33と同様に垂直方向に細長く形成しており、その下端44から中温・高湿の室内空気を導入し、またその部分に多孔質粒子容器35から管路46により、多孔質粒子容器35に貯留されている多孔質粒子7を導入するようにしている。図示実施例においては管路46にバルブ48を設け、処理塔43への室内空気の供給量等に応じて処理塔43に供給する多孔質粒子37の供給量を調節可能としている。
上記のような処理塔43においても、前記と同様に空気流に多孔質粒子が搬送されている状態の気体搬送流動層方式で接触するようにしている。このような気体搬送流動層の状態で多孔質粒子と室内空気との接触が行われることにより、前記再生塔33で乾燥した多孔質粒子37に室内空気の水分を効率よく吸着することができる。また、この処理塔43に導入された中温・高湿の室内空気は、乾燥した多孔質粒子に水分を吸着され、このときの吸着熱の発生により空気は高温・低湿となる。
処理塔43において上記のように気体搬送流動層の状態で空気と接触する多孔質粒子は、前記吸着熱により高温となって空気と共に前記固気分離装置50と同様の固気分離装置40に入り、固気分離装置40では多孔質粒子が分離されてその重力によって降下し、多孔質粒子容器35内に貯留される。この多孔質粒子容器35内の多孔質粒子37は、最初前記のような再生塔33で乾燥した多孔質粒子であっても、次第に上記のように水分が吸着された多孔質粒子となる。その後この多孔質粒子容器35内の水分を吸着した多孔質粒子37は前記のように再生塔33で水分の脱離処理がなされ、多孔質粒子容器45内に貯留されてこの作動を循環して行うことができる。
固気分離装置40から排出される高温・低湿の空気は、前記図1に示すものと同様に、冬季の暖房モードではこれを室内に供給し、夏季冷房時には冷熱供給サイトにおいて低湿空気を室温まで自然冷却し、或いは冷却器51も用いて冷却した後、水スプレー52で加湿する。このとき、水の気化に伴い気化熱が奪われ、空気は低温・高湿となり、これを室内に供給する。また、図示する装置においては、再生塔33に対して供給する空気は、空気加熱器53で加熱しており、この例においては更に、この空気加熱器53で加熱する空気を予め前記処理塔43からの高温空気を冷却することにより加熱された後の空気を導入するようにし、システム全体の熱効率を向上させている。
この実施例において、再生器31の多孔質粒子容器45と処理器32の多孔質粒子容器35とは容器自体は同一のものを用いるときには、処理塔43における前記のような処理によって水分を吸着した多孔質粒子が貯留される多孔質粒子容器35は処理器32から取り外され、これを再生器31の設置位置に搬送し、再生器31における多孔質粒子容器45として使用する。また、再生器31における前記のような再生処理によって水分を脱離した多孔質粒子が貯留される多孔質粒子容器45は再生器31から取り外され、これを処理器32の設置位置に搬送し、処理器32における多孔質粒子容器35として使用する。
このように再生器31の多孔質粒子容器45と処理器32の多孔質粒子容器35とを同一のものを用いたときには、互いに交換可能に構成することにより、前記図1に示す実施例のような再生塔1と処理塔2とを直接配管で連結して多孔質粒子を循環させることがなくなり、再生器1と処理器2が互いに遠方に離れていても、この流動層を用いて多孔質粒子に水分を吸着し、またこれを再生塔で再生する処理を行うことが可能となる。なお、上記多孔質粒子容器35及び45は固定式とし、内部の多孔質粒子のみを別の搬送用容器に移し替え、これを搬送するようにしても良い。
したがって、火力発電などのエネルギー生産あるいはエチレンやセメント製造などの物質生産において低温の熱エネルギーがプロセス排熱として排出されるとき、その排出部分に再生器31を設置し、再生塔33の加熱ヒータ39用の熱源として、または空気加熱器53用の熱源として利用する。また、室内の空気の水分を除去する処理器32はできる限り空調を行う室に近い方が好ましいため、室に隣接し、或いは建物内の適宜の場所に設置される。
そのため、プロセス廃熱が排出される場所に近いところに設置され、再生器31において除湿され再生された多孔質粒子を貯留した多孔質粒子容器45、或いは別途この多孔質粒子37を収納した容器は、その場所から離れた場所にある建物等の処理器32に輸送する。多孔質粒子容器45自体を搬送する際はこれを適宜の個数まとめて輸送することもできる。同様に建物等に設置された処理器32において水分を吸着した多孔質粒子37を貯留した多孔質粒子容器45についても、その場所から離れた、プロセス廃熱が排出される場所に近いところに設置された再生器31に輸送する。
このように、再生器31の多孔質粒子容器35と処理器32の多孔質粒子容器45とはそれぞれ別個にバッチ処理によって交換することが可能となり、図1に示すような配管によって再生塔と処理塔を接続するもののように、各塔での処理をほぼ均衡させるように設定する必要が無く、また多孔質粒子を循環させる必要が無くなる。そのため、プロセス廃熱が多量に排出されるときには再生器31で再生された多孔質粒子を貯留した多孔質粒子容器35が多量に生成し、また、プロセス廃熱が少量しか排出されないときにはそれに合わせて少量生成されることとなる。
同様に空調を行う建物に設置された処理器32においては、空調負荷が大きく大量の空気を除湿処理するときには、水分を吸着した多孔質粒子を貯留している多孔質粒子容器45が大量に生成し、空調負荷が小さいときには少量生成することとなる。このようなバッチ処理が可能となることにより、再生器31、及び処理器32における各々の処理において最も効率の良い状態で作動させることができるようになる。
上記のような本発明による流動層型デシカント空調システムは、上記のようなシステムの他、例えば図3に示すようなシステムによっても実施することができる。即ち、図3に示す実施例においては、前記図1の処理器2における処理塔13に相当する処理器62における除湿塔63を備え、この除湿塔63においてその下方に接続した多孔質粒子供給管75からの多孔質粒子70に対して、この除湿塔63の下端開口64から供給する高温・高湿度の室内空気が混合し、この室内空気の水分が後述する再生器61で除湿された多孔質粒子70によって吸収され、次第に乾燥空気となって上方に移動するようになっている。
この除湿塔63においても、前記図1の処理塔3と同様に、従来の装置における多孔質粒子の層内に空気の泡が上昇していく方式である気泡流動層方式とは異なり、空気流に多孔質粒子が搬送されている状態の気体搬送流動層としている。このような気体搬送流動層を形成するため、処理塔としての除湿塔63内の多孔質粒子の量に対して内部に供給する空気の速度を充分に速くする。
前記のように除湿塔63内で除湿された空気、及び吸湿した多孔質粒子の混合流は固気分離装置69の低圧損濾布65を空気のみが通過し、多孔質粒子は適宜熱交換を行った後再生器61の再生塔66に流下する。再生塔66においては図中3段示している多孔質粒子の流下を案内する流下案内板67上を流下し、各段の下端でその下方の流下案内板に対する流下量が調整されつつ落下するようにしている。このような流下案内板67とその上を流下する多孔質粒子70によって複数の再生室76が形成される。
各再生室76の両側部には図3(b)及び同図(c)の一部拡大図に示すように開口68を備えており、各開口68によって再生室76の両側部に設けた空気ダクト70に空気を導き、同図に示すように各再生室76をジグザグ状に通り、その間に前記のように吸湿した多孔質粒子から水分を奪って再生し、高湿度空気としてその上方の開口から外部に排出している。
再生塔66の側部には高温ガスダクト73を配置しており、再生塔66の側壁からこの高温ガスダクト73に伝熱管72を複数突出させている。高温ガスダクト73には下方から上方に廃ガス等の高温ガスを流動させ、排気口から排出するようにしている。この高温ガスは前記伝熱管72によって再生塔66を外部から加熱し、内部における多孔質粒子の再生処理効率を向上させている。
前記のように、各再生室76を流下案内板67に沿って下方に流下する多孔質粒子70は次第に水分を高温空気に放出し、最終的に最下段の多孔質粒子収容部71に流下し貯留される。このように除湿され再生された多孔質粒子70は、前記のように多孔質粒子供給管75から除湿塔63に供給され、高湿度の室内空気の除湿処理を行い、この作用を循環して行うようにしている。
上記のようなシステムは更に図4に示すようなシステムによって実施することもできる。前記図3に示す実施例の再生塔66においては、処理済み多孔質粒子を高温ガスで乾燥させる方式としたのに対して、図4に示す実施例の再生塔78においては、その内部を低圧にして水分を脱離する方法を採用している。このシステムにおいては、低圧損濾布65を用いた固気分離装置69で分離した吸湿粒子を第1粒子溜77に貯留し、一定量溜まったときに第1バルブ80によって所定量再生塔78に供給するようにしている。
再生塔78には真空ポンプ82が接続され、再生塔78に多孔質粒子を所定量供給した後第1バルブ80を閉じ、再生塔78とその下方の第2粒子溜79との間の第2バルブ81を閉じた状態で真空ポンプ82を作動し、再生塔78内を減圧する。それにより再生塔78内の多孔質粒子70に吸収されていた水分は外部に放出し、乾燥した粒子となる。
その後真空ポンプ82を停止し、第2バルブ81を解放して再生塔78で乾燥した多孔質粒子を第2粒子溜79に排出する。第2粒子溜79には粒子量調整用空気が供給され、この空気流によって第2粒子溜79内の多孔質粒子70は、多孔質粒子供給管75を介して一定速度で除湿塔63に供給される。なお、除湿塔への粒子供給をより円滑にするため、第2粒子溜79の下方に第3バルブと第3粒子溜を設け、第3粒子溜の粒子を粒子量調整用空気によって除湿塔63に供給しても良い。
その後第2バルブ81を閉じ、第1粒子溜77に吸湿粒子が一定量溜まったとき、前記と同様に第1バルブ80を解放して再生塔78にこれを供給する。以降同様の作動により、除湿塔63で室内空気を吸着した多孔質粒子70は順に再生塔78で乾燥粒子に再生され、第2粒子溜79に貯留された後、多孔質粒子供給管75を介して除湿塔63に送られる作動を繰り返す。
図5に示す実施例においては、図4に示す実施例の再生塔78に対して、前記図3に示す再生塔66と同様に高温ガスダクト73を付設し、図3に示す実施例と同様に伝熱管72を高温ガスダクト73内に突出させている。
図6に示す実施例においては図4に示す実施例における再生塔を2個併設した例を示しており、第1再生塔78と共に第2再生塔86を設け、第1再生塔78に対しては第1バルブ80を解放したとき第1粒子溜77から粒子を供給し、第2再生塔86に対しては第3バルブ90を解放したとき第3粒子溜85から粒子を供給可能としている。また、第1粒子溜77と第3粒子溜85に対しては切替弁84によって固気分離装置69で分離した多孔質粒子をいずれかの粒子溜に供給することができるようにしている。
また、真空ポンプ82は切替弁87によって第1再生塔78と第2再生塔86のいずれかに接続可能としており、乾燥粒子を貯留する第2粒子溜79には、第1再生塔78で再生を行った乾燥粒子を第2バルブ81を解放することにより供給し、第2再生塔86で再生を行った乾燥粒子は第4バルブ91を解放することにより供給するようにしている。第2粒子溜79においては、前記図4及び図5に示す実施例と同様に、粒子量調整用空気を供給している。
このように構成することにより、除湿塔63で除湿し水分を含んだ粒子は固気分離装置69を通って切替弁84に切り替えられている第1粒子溜77に溜められる。一定量溜まった後に第1バルブ80を開き、第1再生塔78にこの粒子を供給する。このとき第2バルブ81は閉じられ、真空ポンプ82は切替弁87により第2再生塔86側を吸引している。
次いで、第1再生塔78に粒子を供給した後、第1バルブ80を閉じ、切替弁87を切り替えて真空ポンプ82を第1再生塔78側に作用させ、第1再生塔78内を低圧化し、粒子の水分を吸引して除湿する。この間に、第3粒子溜85の粒子は第3バルブ90の開放により第2再生塔86に供給される。第1再生塔78の粒子中の水分が一定量以下に乾燥された後、切替弁87を切り替えることにより真空ポンプ82は第2再生塔86を吸引し減圧する。
このとき、第2バルブ81を開き、第1再生塔78内の乾燥した粒子を第2粒子溜79に移す。全量の粒子が第2粒子溜79に移った後、第2バルブ81を閉じる。第2再生塔86内の粒子が真空ポンプ82の作用により除湿されている間に、第1粒子溜77の粒子を第1再生塔78に移す。第2粒子溜79の粒子は前記と同様に粒子流量調整用空気によって一定速度で除湿塔63に送られる。
本発明は上記のような実施例の他、更に種々の態様で実施することができ、例えば図6に示した実施例における2個の再生塔において、各々図5に示す再生塔と同様の高温ガスダクトを付設することができ、また、第2粒子溜79の下方に更にバルブを介して乾燥粒子溜を配置し、この乾燥粒子溜に粒子量調整用空気を供給することにより、更に安定した粒子の供給を行うようにする等の態様で実施することもできる。また、真空ポンプによって減圧される再生塔は、図6に示すものと同様の構成により更に多数の再生塔を併設することもできる。また、再生塔を複数併設したものにおいて、各再生塔に多孔質粒子を供給する際には、前記のように各再生塔に各々粒子溜を設ける以外に、1つの粒子溜から各再生塔に多孔質粒子を分配して供給するように構成することもできる。
また、上記各実施例においては吸湿用の多孔質粒子と室内空気との接触に際して、処理塔或いは除湿塔内において空気流を下方から上方に流動させる例を示したが、例えば図7に示すように空気流を上方から下方に流動させる下降流式を採用することもできる。即ち、図7(a)に示す例においては処理器92の上方の空気導入孔921から環境空気を導入し、下方の空気排出口922から排出すると共に、処理器92の上方の上部貯槽93からバルブ931を解放することにより再生済みの吸湿粒子を導入し、前記空気導入孔921からの室温で高湿の環境空気と共に処理器92内で混合しながら流下させ、環境空気の水分を吸収して処理器92の下端に設けた貯留部923にこれを貯留する。このように吸湿粒子に水分が吸着されて乾燥した室内空気は、金網等のフィルター924で吸湿粒子を分離し、高温低湿空気として前記図1、図2等のシステムと同様に室内に供給する。
図7(a)に示す実施例においては、前記処理器92の下端に設けた貯留部923に溜まった高湿の多孔質粒子は、その下方に配置した再生器94に対して、バルブ925を開放することにより導入可能としている。また、この再生器94によって再生した多孔質粒子は各種の手段によって上部貯槽93に送り、前記作動を繰り返すことができるようにしている。
再生器94、及びこの再生器94から上部貯槽93に吸湿粒子を送る手段としては種々のものを用いることができ、前記各実施例に示したような種々の再生器、及び搬送手段を用いることができるが、図7(a)に示す再生器44の管内には外部の廃熱源からの加熱流体を供給する例を示している。また、ここで再生された多孔質粒子は真空ポンプ932の作動により上部貯槽93側に吸引して搬送し、上部貯槽93においてはフィルター933によって吸引される空気流から多孔質粒子が分離されて内部に貯留される。したがってこの例において上部貯槽93は固気分離器として作用する。上記のような真空ポンプ932を用いる場合には、この真空ポンプを再生器94に接続し、前記図4〜図6に示す実施例のような減圧式再生器として作動させることもできる。
このようにして上部貯層93に貯留された乾燥した多孔質粒子はバルブ931を開放することにより、処理器92の上端に配置した空気導入孔921から処理器92の下方に向けて流れる室内空気流と混合しながら処理器92内を流下する。この流下の過程においては前記各実施例と同様に多孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層の状態となり、多孔質粒子と空気との混合は従来の気泡流動層式の混合よりも遙かに効率よく処理される。
また、その処理においては前記各実施例のように多孔質粒子が降下するのに対向して処理空気を流すものとは異なり、多孔質粒子の降下と同方向に空気を流すため、空気の流動抵抗を減少させることができ、空調システムの省エネルギー化を図ることができる。このようにして処理器内で除湿された空気流は金網等のフィルター924を通ることにより多孔質粒子と分離され、処理済み空気として室内側に送られる。一方、吸湿した多孔質粒子は処理器92の下端に設けた貯留部923に貯留され、以降前記の作動を繰り返す。
上記の実施例においては処理器92の下端に設けた貯留部923の多孔質粒子を再生器94に直接導入し、これを真空ポンプの作動により上部貯槽に搬送して循環再生を行う例を示したが、その他例えば図7(b)に示すように、貯留部923の多孔質粒子をバルブを926を開放して下部貯槽95に移し、これを別途の搬送手段によって廃熱源に近接してけた再生器94の場所まで搬送し、前記のような廃熱を利用した各種の再生手段が用いられる再生器94によって吸湿した粒子を再生し、乾燥した粒子を更に別途の搬送手段によって上部貯槽93に移すバッチ処理を行うことにより、室内空気を処理する処理器92と、廃熱等を利用する再生器94の設置場所が離れているときにも有効に本発明を適用することができる。また、このようなバッチ処理を行うことにより、空気処理と多孔質粒子の再生処理において必要とする熱量が一致せずに熱供給バランスが崩れているときでも、確実にこのシステムを作動させることができる。
本発明は上記のように種々の態様で実施することができ、特に廃熱を有効利用する分野に広く用いることができる。
本発明において再生塔及び処理塔の両方に気体搬送流動層方式を採用した実施例のシステム構成を示す図である。 本発明において再生塔及び処理塔の両方に気体搬送流動層方式を採用した他の実施例のシステム構成を示す図である。 本発明において処理塔に気体搬送流動層方式を採用した実施例のシステム構成を示す図である。 本発明において処理塔に気体搬送流動層方式を採用し、再生塔を減圧処理した実施例のシステム構成を示す図である。 本発明において処理塔に気体搬送流動層方式を採用し、再生塔を減圧処理した他の実施例において、再生塔を外部加熱した実施例のシステム構成を示す図である。 本発明において処理塔に気体搬送流動層方式を採用し、再生塔を減圧処理した更に他の実施例において、再生塔を複数併設した実施例のシステム構成を示す図である。 本発明において処理塔で空気流を上から落下する吸湿粒子と同方向に流動させた気体搬送流動層方式を採用した例を示す図である。 従来のデシカント空調システムを示す図である。 多孔質粒子を用いたCFB方式の1例を示す図である。
符号の説明
1 再生器
2 処理器
3 再生塔
4 下端
5 多孔質粒子容器
6 管
7 多孔質粒子
8 バルブ
9 加熱ヒータ
10 固気分離装置
13 処理塔
14 下端
15 多孔質粒子容器
16 管
18 バルブ
20 固気分離装置
21 冷却器
22 水スプレー
23 空気加熱器

Claims (20)

  1. 分離器で分離した処理器からの吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、加熱手段を備え該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と空気流とを導入し水分を吸着した多孔質粒子から水分を空気に放出させる再生塔と、該再生塔内の多孔質粒子と空気流を加熱する手段とを備えた再生器と、
    分離器で分離した前記再生器からの吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と高湿空気流とを導入し、空気流の水分を多孔質粒子に吸着する処理塔を備えた処理器とを備え、
    前記再生塔及び処理塔内では内部の多孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層を形成したことを特徴とする流動層型デシカント空調システム。
  2. 分離器で分離した吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、加熱手段を備え該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と空気流とを導入し水分を吸着した多孔質粒子から水分を空気に放出させる再生塔と、該再生塔で除湿された多孔質粒子を該多孔質粒子容器に戻す手段とを備えた再生器と、
    分離器で分離した前記吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と高湿空気流とを導入し、空気流の水分を多孔質粒子に吸着する処理塔と、該処理塔で吸湿された多孔質粒子を該多孔質粒子容器に戻す手段とを備えた処理器とを用い、
    前記再生塔及び前記処理塔内では内部の多孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層を形成し、
    再生器及び処理器の多孔質粒子を容器により互いに交換可能に設けたことを特徴とする流動層型デシカント空調システム。
  3. 前記加熱手段は、再生塔の外部を排熱により加熱するヒータであることを特徴とする請求項1または請求項2記載の流動層型デシカント空調システム。
  4. 前記加熱手段は、再生塔内に導入する空気を外部の排熱を用いて加熱する空気加熱器であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の流動層型デシカント空調システム。
  5. 前記再生塔内に導入する空気を、処理器から排出される高温空気により予熱することを特徴とする請求項1または請求項2記載の流動層型デシカント空調システム。
  6. 分離器で分離した処理器からの吸湿性の多孔質粒子を案内板で流下させつつ加熱空気で除湿する再生器と、
    再生器で除湿した多孔質粒子と高湿空気流を導入し、空気流の水分を多孔質粒子に吸着する処理器とを備え、
    前記処理器内では内部の多孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層を形成したことを特徴とする流動層型デシカント空調システム。
  7. 前記案内板の流下端で多孔質粒子の流下粒子量を調節することを特徴とする請求項6記載の流動層型デシカント空調システム。
  8. 複数の案内板により複数の再生室を形成し、空気流を各再生室に順に導くことを特徴とする請求項6記載の流動層型デシカント空調システム。
  9. 前記再生器は、前記処理器からの多孔質粒子を貯留し再生塔にバルブを介して該多孔質粒子を供給する第1の粒子溜と、密封可能で加熱手段を備えた再生塔と、該再生塔で水分を除去した多孔質粒子をバルブを介して導入し貯留する第2の粒子溜とを備え、密封した再生塔を減圧することにより多孔質粒子から水分を除去することを特徴とする請求項6記載の流動層型デシカント空調システム。
  10. 前記再生塔を複数設け、前記処理塔からの多孔質粒子を分配して供給することを特徴とする請求項9記載の流動層型デシカント空調システム。
  11. 前記再生塔を減圧する手段は真空ポンプであり、該真空ポンプと各再生塔とを切替弁を介して接続したことを特徴とする請求項10記載の流動層型デシカント空調システム。
  12. 前記再生塔は該再生塔に付設したガスダクトを通る高温の廃棄ガスにより加熱することを特徴とする請求項6乃至請求項11のいずれか一つに記載の流動層型デシカント空調システム。
  13. 前記ガスダクトには、再生塔の熱を伝熱する伝熱部材を設けたことを特徴とする請求項12記載の流動層型デシカント空調システム。
  14. 処理器からの吸湿性の多孔質粒子を除湿する再生器と、
    再生器で除湿した多孔質粒子を上方から供給すると共に高湿空気流を上方から下方に導入する処理塔とを備え、
    前記処理塔において前記空気流と落下する多孔質粒子とが、下降空気流により搬送される気体搬送流動層を形成することを特徴とする流動層型デシカント空調システム。
  15. 前記再生器で再生した多孔質粒子を上部貯層に循環搬送する搬送路に再生器を配置し、連続再生可能にしたことを特徴とする請求項14記載の流動層型デシカント空調システム。
  16. 前記再生器で再生した多孔質粒子を、処理器に多孔質粒子を供給する上部貯層を介して真空ポンプにより吸引し、上部貯層に設けたフィルターによって多孔質粒子を分離して多孔質粒子を上部貯層に貯留することを特徴とする請求項14記載の流動層型デシカント空調システム。
  17. 前記真空ポンプにより再生器内を減圧して除湿することを特徴とする請求項16記載の流動層型デシカント空調システム。
  18. 前記処理器の下部の多孔質粒子を廃熱排出源に近接して設けた再生器に搬送し、前記再生器で再生された多孔質粒子を処理器の前記上部貯層に搬送したことを特徴とする請求項14記載の流動層型デシカント空調システム。
  19. 前記分離器は低圧損失を達成するために流路を拡大し、かつ、濾布や金網などと組み合わせることを特徴とする請求項1乃至請求項18のいずれか一つに記載の流動層デシカント空調システム。
  20. 前記再生塔で多孔質粒子から水分を吸収した高湿空気は、ガスタービン用燃焼空気に用いることを特徴とする請求項1乃至請求項19のいずれか一つに記載の流動層デシカント空調システム。
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