JP2005127544A

JP2005127544A - 空調システム

Info

Publication number: JP2005127544A
Application number: JP2003361018A
Authority: JP
Inventors: Toshikatsu Asada; 敏勝浅田; Katsushi Nagayasu; 克志永安; Koji Kiyuuyanai; 浩治宮野内; Shinji Kadoya; 信治角屋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】この出願発明は、地球の温暖化防止やヒートアイランド現象の削減を図るのであり、空調システムの全てのエネルギーを大気放出せず、有効に利用する空調システムを提供することを目的とする。
【解決手段】この出願発明は、空気の露点未満の温度までの冷却と吸湿材による空気の除湿とを組み合わせた空調システムに関する。
【選択図】図１

Description

この出願発明は、冷房・暖房に関わらず、圧縮機で圧縮した冷媒を凝縮、膨張、蒸発を機械的に繰り返し、適宜適切な設定温度で温度制御を行う空調システムに関する。

地球の温暖化防止やヒートアイランド現象の削減が奨励されて久しいが、環境保全を考慮した決定的な空調システムは今のところ見当たらない。

この出願発明は、これらの地球の温暖化防止やヒートアイランド現象の削減を図るのであり、空調システムの全てのエネルギーを大気放出せず、有効に利用する空調システムを提供することを目的とする。

この出願発明は、空気の露点未満の温度までの冷却と吸湿材による空気の除湿とを組み合わせた空調システムに関する。

これまで、従来型空調システムには
イ、換気装置がないので外気の導入が不可。
ロ、冷房期設定温度下限が低いので所謂冷房病が起こりやすい。
ハ、室内コイル（ＩＣ）にスライムが堆積する。
ニ、室内コイル（ＩＣ）にドレンパン（ＤＰ）が必要なため、細菌（バクテリア）、真菌（カビ）、ウイルスの増殖や繊維屑等が堆積しシーズン初めに大がかりな清掃が必要である。
ホ、夏期に於いてインバータ制御で高回転運転を行うため排熱温度が高く排熱量も多くヒートアイランド現象を加速する。
ヘ、冬期に於いて外気が低い場合暖房能力が下がる。
ト、冬期に於いてさらに加湿装置が必要となり、また、その加湿装置の運転管理不十分によって細菌（バクテリア）、真菌（カビ）、ウイルスのなどの発生のおそれがある。
という問題があった。
これに対して、この出願発明の空調システムは、
イ、換気装置を内蔵しているので別途の配慮が不要。
吹き出し温度が極端に下がらないので、冷房病の心配がない。
ロ、空調システムの内部に水が凝縮しないので、スライムの発生がない。そのため大がかりな定期的な洗浄が不要となる。
ハ、室内コイル（ＩＣ）にドレンパン（ＤＰ）がないので細菌（バクテリア）、真菌（カビ）、ウイルスのなどの増殖がなく大がかりな清掃が不要。
ニ、夏期に排熱を有効に回収するのでヒートアイランド現象を削減できる。
ホ、冬期に於いて外気が低くてもセラミックヒーター（ＰＴＣ）制御で希望温度を得られる。
ヘ、加湿装置は空気中からの水分回収である程度賄うことができるため、バクテリアなどの増殖を受けない。
ト、既存ヒートポンプとの併用で成績係数が高い。
チ、冷房温度が極端に下がらないので所謂「冷房病」がない。
リ、マルチフィルタ（ＭＦ）を内蔵させることによって空気清浄効果が得られる。
ヌ、加湿機を内蔵しているので外部からの補給水配管が不要。
ル、排水処理装置が不要という優れた効果がある。
ヲ、ランニングコストを３割少なくすることができる。
という優れた効果がある。

以下、この出願発明の好適実施形態について説明する。
この出願発明の空調システムにおいて、冷房サイクルについて説明する。
室内コイル（ＩＣ）で蒸発冷却される空気は、露点に到達する前の温度で乾き空気のまま顕熱変化にとどめてデシカントローター（ＤＲ）に送風する。
デシカントローター（ＤＲ）では乾き空気に存在する湿分を除去し、極めて湿分の少ない空気を製造し、室内に供給されることになる。
露点に到達する前の温度にまで冷却された空気は、風量制御ダンパー（Ｄ７）によって制限され、一部の空気が顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）に送風される。
他方、冷凍サイクルにある室外コイルでは、外気から導入された凝縮用空気は凝縮熱を取得し、風量制御ダンパー（Ｄ８）によって制御された一部の空気が、デシカントローター（ＤＲ）に供給される。
デシカントローター（ＤＲ）では乾き空気から更に吸着した湿分を除去するため再生熱を必要とするが、凝縮熱で不足したわずかな再生熱はセラミックヒーター（ＰＴＣ）によって加熱され、再生に十分な高温空気となりデシカントローター（ＤＲ）の再生を行う。
その後、顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）に送風される。
顕熱変換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）では室内コイルで冷却されている素子を通過するため、それによって再生後の空気は急激に冷却される。これによって凝縮現象が生じ、凝縮水が発生する。
顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）で凝縮した凝縮水はドレンパン（ＤＰ）によってプールされ、室外コイル（ＤＣ）に設けたドレンパン（ＤＰ）から室外コイル（ＯＣ）に導入されることにより、その凝縮水は結果的に室外コイル（ＯＣ）に滴下する。
室外コイル（ＯＣ）では、凝縮水の蒸発潜熱を取得し、凝縮効果がアップすることによって結果的に電気消費量の低減化を計ることができる。
デシカントローター（ＤＲ）は、回転することによって、除湿処理用空気通路と再生処理用空気通路とを行き来し、除湿処理用空気通路において、デシカントローター（ＤＲ）を通過する空気に対して吸湿を行うと共に、再生処理用空気通路において、こうして吸湿した湿分の放湿を、ヒーターで乾燥された排気空気によって行うものであり、このような吸放湿を行うため、デシカントローター（ＤＲ）には、ゼオライト、シリカゲル等の吸着剤を有している。
つぎに、この出願発明の空調システムにおいて、暖房サイクルについて説明する。
冬期においては、従来のインバータ制御によるヒートポンプサイクルでの空調運転を基本とするがその場合、風量制御ダンパー（Ｄ７）は閉路回路運転する。
外気の低下に伴い、室外コイル（ＯＣ）が着霜状態になると風量調整ダンパー（Ｄ７）は開となり、それまでの運転で蓄積された排熱は顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）で熱回収される。
顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）で回収された熱は、室外コイル（ＯＣ）に送風され、蒸発温度を上げることができる。
これにより、高効率なヒートポンプ運転を行うことができる。
また、加湿が必要な場合、デシカントローター（ＲＤ）で吸着した湿分は同様に電動バルブ（ＭＶ１、ＭＶ２）の切り替えによって加湿効果が得られることになる。

この出願発明は、露点未満の温度が露点直前の温度であることがとくに好ましい。このようにすることにより空気中の湿度がもっとも高い状態で吸湿を行うことができるので、効率的に吸湿を行うことができる。

この出願発明は、露点未満の温度による空気の冷却を繰り返して行うことがとくに好ましい。このようにすることによりさらに空気中の湿度が高い状態で吸湿を行うことができるので、非常に効率的に吸湿を行うことができる。

この出願発明は、吸湿剤による除湿は、とくに限定されないが、デシカントローター（ＤＲ）であることがとくに好ましい。このようにすることにより、繰り返して効率的に除湿を行うことができる。

この出願発明は、室内供給空気の一部を顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）に介し、他方デシカントローター（ＤＲ）の一部にあるプロセスゾーン（ＰＺ）で使用し排気する空気を顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）に通過させる空調システムであることがとくに好ましい。このようにすることにより、熱を回収すると共に、熱の排出を少なくすることができるので、ヒートアイランド現象を抑制することができる。

この出願発明は、室内供給空気の一部を顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）に介し、他方デシカントローター（ＤＲ）の一部にあるプロセスゾーン（ＰＺ）で使用し排気する空気を顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）に通過させる事によって、凝縮水を発生せしめ冬期は加湿水に夏期はその凝縮水を室外コイル（ＯＣ）に供給し湿度調整として使用する。それらは電動バルブ（ＭＶ１、ＭＶ２）の切り替えによって行うものであるが、プロセスゾーン（ＰＺ）の再生熱は室外コイル（ＯＣ）からの凝縮熱を回収することがとくに好ましい。このようにすることにより室外コイル（ＯＣ）からの凝縮熱を回収して使用するのでセラミックヒーター（ＰＴＣ）の消費熱量は少なくてすむことができる。

この出願発明は、室外コイル（ＯＣ）から排気する熱量の多くをシステムにフィードバックすることがとくに好ましい。このようにすることにより排気風量を少なくすることまたは排熱温度を著しく少なくすることができる。

この出願発明は、室内の換気を適切に行うため、全熱交換用直交型熱交換素子（ＴＨＸ）を使用することがとくに好ましい。このようにすることにより排気エネルギーの６５〜７０％を回収することができる。

この出願発明は、室内に発生する一酸化炭素、炭酸ガスの制御を促進する換気装置を設けることができ、さらに、全熱交換用直交型熱交換素子（ＴＨＸ）を設けることがとくに好ましい。このようにすることにより換気時に外気と内気を熱交換させながら入れ換えて空気を清浄化すると共に、排気エネルギーを回収することができる。

この出願発明は、室内の吹き出し口にマルチフィルタ（ＭＦ）を設けることがとくに好ましい。このようにすることによりには用途に応じて抗菌フィルタ、空気清浄フィルタ、イオン発生用フィルタ、消臭フィルタなどを使い分けることができる。

この出願発明の空調システムの適用範囲は、とくに限定されず、大型、中型、小型のいずれでもよいが、小型であることがとくに好ましい。
大型デシカント空調システムの場合はつぎのように行われる。
室内空気は、蒸発式冷却器、顕熱変換器、温水コイル、デシカントローター（ＤＲ）の順に通り排気される。
外気は、デシカントローター（ＤＲ）、顕熱変換器、温水コイル（暖）※気化式加湿器の順に通り給気される。※除湿モードでは運転させない。
湿り空気線図ｉ−ｘ線図（ＮＣ曲線）はつぎに示すとおりである。
すなわち、従来の冷却による除湿の場合には、ＡＢＣあるいはＤＣＥとなり、ＣあるいはＥの空気が室内に吹き出される。

一方、この出願発明の空調システムは、湿り空気線図上ではＡからＥへの移動、すなわち、冷却された空気をデシカントローター（ＤＲ）で吸湿する場合には、ＡＢＣ、あるいはＡＢＣＤＥとなり、温度は高いが湿度の低い空気が吹き出される。

この出願発明の冷却温度は、８〜２０℃が好ましく、１０〜１６℃がとくに好ましい。
このようにすることにより、これまでに比べて温度の高い乾燥した空気が室内に吹き出されるので、冷房病の危険性を避けることができる。

マイクロガスタービンを応用した中、大型デシカント空調機の場合はつぎのようにして行われる。
発電機、エンジン、排ガス（蒸気）温水ボイラ（温水回収熱交換器）、デシカントガスタービン式発電機、空調機の順序で行われる。
デシカントで吸着した湿分をパージするための熱を工場の排熱発電機からの排熱等を利用してデシカント空調機を運転する方法でこれも中、大型に適している。

小型の場合、当該デシカント空調システムの場合は小型を基本とし、ユニット形状はキット型、スプリット型共にユニット化が可能である。
キット型の場合は、室内へはダクト接続（給気、排気、換気共）によってデシカント空気調和された空気を供給する（設置は屋外とし専用ダクトを使用する）。
スプリット型の場合は、室内側にはデシカントロータ（ＤＲ）、室内コイル（ＩＦ）、顕、全熱交換素子、マルチフィルタ（ＭＦ）、室内ファン（ＩＦ）、換気ファン、凝縮水路回収パンから構成する。
また、室外側にはヒータ、圧縮機、電磁弁、電動四方弁（４ＷＶ）、室外コイル（ＯＣ）、室外ファン（ＯＦ）などから構成されており制御ボックスへの電源供給と冷媒配管は従来と同様である。

以下、図によってこの出願発明を説明する。

夏期の冷房期の場合はつぎのように行われる。
ヒートポンプサイクル運転を開始すると、電動四方弁（４ＷＶ）により冷媒は矢印の方向に循環し冷凍サイクルが形成され、室外コイル（ＯＣ）では凝縮熱が発生し、室内コイル（ＩＣ）では蒸発熱が生じる。
通常の空調システムでは室内コイル（ＩＣ）に於いて蒸発温度は５℃〜７℃になるため空気は凝縮し、水分除去され除湿されることになるが、当該機では１０〜１６℃で行うので、蒸発温度が高いため凝縮現象が起こらない。
即ち、室内コイル（ＩＣ）を通過した室内循環空気の大部分はデシカントローター（ＤＲ）に送られることになる。
また、デシカントローター（ＤＲ）では室内コイル（ＩＣ）によってある程度冷却された空気は、その水分を吸着し除湿を行う。
除湿された空気は、必要に応じて、マルチフィルタ（ＭＦ）を通過することにより様々な（除菌、脱臭、除塵、イオン化）処理をされ室内に供給されることとなる。
つぎに、デシカントローター（ＤＲ）で吸着された水分はプロセスゾーン（ＰＺ）によってパージされ常時水分を吸着されなければならないが、そのためには再生するための熱が必要となる。
そこで、再生用の熱はヒートポンプ運転によって発生する凝縮熱のほか、不足する熱をセラミックヒーター（ＰＴＣ）によって補われることになる。
この場合デシカントローター（ＤＲ）はＧＭによって１０〜１８Ｒ．Ｐ．Ｈのスピードで回転することが好ましい。
室内供給空気の湿分が十分に除去（除湿）されない場合、室内センサによって風量制御ダンパー（Ｄ１０）が作動し室内コイル（ＩＣ）に再度フィードバックされ、冷却された後デシカントローター（ＤＲ）に送風され室内に供給されることにより行われる。
また、室内空気が汚染され外気の新鮮空気が必要になった場合や中間期ヒートポンプをはじめ当該ユニットのメイン運転が中断されている時でも風量制御ダンパー（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）の関連作動によって室内の汚染された空気は排気ファン（ＥＦ）によって排気され室内ファン（ＩＦ）によって給気される。このようにして、室内に清浄な空気が供給される。
冷房されている時は全熱交換用直交型熱交換素子（ＴＨＸ）によって外気（ＯＡ）の全熱は熱交換効率７０％前後回収され室内に供給されることになる。
これらの制御は全てＣＢによって制御されることになる。
他方、プロセスゾーン（ＰＺ）でパージした高温高湿空気は顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）を通過する時風量制御ダンパー（Ｄ７）の制御によって室内コイル（ＩＣ）から送られた冷気と接触することによって冷却され凝縮水が発生する。
凝縮水はドレンパン（ＤＰ１）にプールされ電動バルブ（ＭＶ１）は閉路電動バルブ（ＭＶ１）が開路されることによりドレンパン（ＤＰ２）に移動する。
水分は落差により移動することができる。このようにして移動した水分即ちドレンパン（ＤＰ２）の水分は室外コイル（ＯＣ）に供給され、室外コイル（ＯＣ）は蒸発型凝縮機として作動するため、凝縮温度が低いため、効率の良い運転が行われるだけではなく、排気（ＥＸ）に排気される温度が低くなる効果が得られることになる。
このようにして、冷房を嫌う人の場合には、２７℃の空気を１６℃まで冷却後デシカントローターで除湿した２５℃の空気を室内に吹き出す。このようにして温度は高いが乾燥した空気を吹き出すことにより快適に生活することができる。
また、冷房を好む人の場合には、２５℃の乾燥した空気をさらに１０℃まで冷却後デシカントローター（ＤＲ）で除湿した１８℃の空気を室内に吹き出す。このようにして温度は少し高いが乾燥した空気を吹き出すことにより快適に生活することができる。

冬期暖房の場合はつぎのようにして行われる。
１．全熱交換用直交型熱交換素子（ＴＨＸ）によって熱回収換気は夏期と同様、必要に応じ排気（ＥＸ）の運転に伴い、室内の熱は常時回収される。そのため室内の暖房（冷房の場合も同様）負荷は換気によって排気される熱の７０％以上回収される。
２．ヒートポンプサイクルは、電動四方弁（４ＷＶ）によって矢印方向に冷媒流路は逆転するため室内コイル（ＩＣ）は凝縮器側として暖められ、室外コイル（ＯＣ）は蒸発器として熱の授受が行われる。
３．暖房期には、デシカントローター（ＤＲ）は回転せず静止したまま運転される。
４．顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）では室内コイル（ＩＣ）から一部の空気が風量制御ダンパー（Ｄ７）によってバイパス送風される。
５．この時室外ファン（ＯＦ）により外気から室外コイル（ＯＣ）を通過した空気は冷却され顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）に入るため凝縮効果が発生し、結果的に水分がドレンパン（ＤＰ１）にプールされることになる。
６．プールされた水分は必要に応じ電動バルブ（ＭＶ１）が開路となり、加湿水として活用される。
また、全熱交換用直交型熱交換素子（ＴＨＸ）によって熱回収換気は夏期と同様、必要に応じ排気（ＥＸ）の運転に伴い室内の熱は常時回収されるため、室内の暖房（冷房の場合も同様）負荷は換気によって排気される熱の７０％以上回収される。

この出願発明は、空調システムに関するものであって、夏期に排熱を有効に回収するのでヒートアイランド現象を削減でき、また、吹き出し温度を必要以上に下げることにより発生する冷房病にならない空調システムを提供することができる。
また、冬期の場合は、とくに、太平洋側の乾燥した地域の場合には、室内に放出される乾燥した空気をこの出願発明の空調システムから発生する水を利用することにより適度に加湿することができる。

この出願発明の空調システムの説明図。この出願発明の実施例１の空調システムの説明図。この出願発明の実施例２の空調システムの説明図。従来の空調システムの説明図。

符号の説明

Ｄ１…Ｄ９風量制御ダンパー
Ｆフィルター
ＩＦ室内ファン
ＩＣ室内コイル
ＤＲデシカントローター
ＰＺプロセスゾーン
ＭＦマルチフィルタ
ＳＨＸ顕熱交換用直交型熱交換素子
ＭＶ１，２電動バルブ
ＰＴＣセラミックヒーター
ＯＣ室外コイル
ＯＦ室外ファン
４ＷＶ電動四方弁
ＭＣ圧縮機
ＴＨＸ全熱交換用直交型熱交換素子
ＤＰ１，２ドレンパン
ＥＦ排気ファン
ＯＡ外気
ＥＸ排気

Claims

空気の露点未満の温度までの冷却と吸湿材による空気の除湿とを組み合わせたことを特徴とする空調システム。
空気の露点未満の温度までの冷却と吸湿材による空気の除湿とを組み合わせ、複数回冷却と除湿を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
露点未満の温度が露点直前の温度であることを特徴とする請求項１または２に記載の空調システム。
吸湿材がデシカントローター（ＤＲ）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空調システム。
室内供給空気の一部を顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）に介し、他方デシカントローター（ＤＲ）の一部にあるプロセスゾーン（ＰＺ）で使用し排気する空気を顕熱交換用直交型熱交換素子（ＳＨＸ）に通過させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空調システム。
プロセスゾーン（ＰＺ）の再生熱は室外コイル（ＯＣ）からの凝縮熱を回収して使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空調システム。
室外コイル（ＯＣ）から排気する熱量をシステムにフィードバックすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の空調システム。
室内の換気を全熱交換用直交型熱交換素子（ＴＨＸ）を使用することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の空調システム。
室内の吹き出し口にマルチフィルタ（ＭＦ）を設けることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の空調システム。