JP2007303772A - デシカント空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】 処理空気の温度が低い場合でも、連続的にかつ効率良く除湿する機能を備えた空調システムを提供する。
【解決手段】 このデシカント空調システムは、空気中の水分を吸着し、かつ空気中に水分を脱着できるデシカントが担持されたハニカム状のデシカントロータ１６と、圧縮機１８と蒸発器２０と凝縮器２２とからなる冷凍サイクル２４とを用いる。システムに導入した処理空気は、デシカントロータ１６の脱着ゾーン１６ａ、冷凍サイクル２４の蒸発器２０、デシカントロータ１６の吸着ゾーン１６ｂ、冷凍サイクル２４の凝縮器２２の順に流される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デシカント空調システムに係り、特に処理空気を効率的に除湿処理することができるデシカント空調システムに関する。

空調システムにおいては、温度と湿度の調整が課題であり、特に、湿度の高い空間を快適な空間とするために、除湿機能が重要である。除湿の方式としては、図６に示すように、圧縮機１００、蒸発器１０２、凝縮器１０４を有する冷凍サイクル１０６を用いて、処理空気を蒸発器１０２で冷却除湿し、凝縮器１０４で再熱して空調空間に供給する冷却式除湿方法が一般的である。これは、特許文献１に示すような吸着式では、乾燥剤の再生のために多大な再生熱エネルギーが必要となるからである。

図６のように構成された冷却除湿空調システムの動作を、図７の湿り空気線図を参照して説明する。図中、横軸は乾球温度を、縦軸は絶対湿度を示し、各斜線は等相対湿度線を示す。斜線の内、実線は飽和線、すなわち、その絶対湿度における露点を示す。この例では、夏の高温多湿の外気を処理して室内に導入する場合を説明する。

処理空気（状態Ａ’）は、冷凍サイクルの蒸発器において冷却され、飽和線に沿って温度が低下する過程で水分を凝結して放出する（状態Ｃ’→Ｄ’）。処理空気はさらに冷凍サイクルの凝縮器において加熱されて昇温し（状態Ｆ’）、相対湿度が低下した被処理空気として、導出口より空調空間に導出される。

しかしながら、この冷却式除湿方法では、処理空気の温度が低くて露点が氷点下になる場合には、蒸発器に霜が成長する。このため、所定時間の動作後に霜取り作業が必要になり、連続運転が不可能であった。また、処理空気の温度が低い時は、図３のモリエ線図に破線で示すように、冷媒の蒸発温度が下がって、冷凍効果が減少するため、充分な除湿能力を得られないという問題もあった。

特開平０８−２１０６６４号公報

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、処理空気の温度が低い場合でも、連続的にかつ効率良く除湿する機能を備えた空調システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、空気中の水分を吸着し、かつ空気中に水分を脱着できるデシカントが担持されたハニカム状のデシカントロータであって、前記デシカントロータは水分を吸着する吸着ゾーンと水分を脱着する脱着ゾーンとに仕切られており、吸着ゾーンを流れる空気と脱着ゾーンを流れる空気とがほぼ対向流をなすデシカントロータと；圧縮機と蒸発器と凝縮器とからなる冷凍サイクルとを有し；システムに導入した処理空気をデシカントロータの脱着ゾーン、冷凍サイクルの蒸発器、前記デシカントロータの吸着ゾーン、冷凍サイクルの凝縮器の順に流すよう構成したことを特徴とするデシカント空調システムである。
請求項１に記載の発明においては、冷凍サイクルにデシカントロータによる水分の吸着工程を組み合わせることで、より高い除湿作用を得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のデシカント空調システムにおいて、前記凝縮器通過後の処理空気と前記デシカントの脱着ゾーン流入前の空気とを熱交換させる顕熱交換器を設けたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明においては、顕熱交換器で熱回収するため、室内相対湿度が高い時のデシカントの吸着能力が増加して除湿量が増加するとともに、除湿量当りの圧縮動力が減少するため省エネルギーとなる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のデシカント空調システムにおいて、前記顕熱熱交換器の交換熱量を可変式にしたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明においては、必要な除湿負荷に応じて顕熱熱交換器の交換熱量を調整することによって多様な顕熱比の除湿空調負荷に対応することができる。

請求項１ないし請求項３に記載の発明によれば、処理空気の温度が低い場合でも、連続的にかつ効率良く除湿する機能を備えた空調システムを提供することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１に示すデシカント空調システムは、処理空気の導入流路１０と導出流路１２を形成するフレーム１４と、導入流路１０と導出流路１２の間に跨って配置され、各部がこれらの２つの流路の間を交互に循環するデシカントロータ１６と、圧縮機１８と蒸発器２０と凝縮器２２とからなる冷凍サイクル２４と、送風機２６を備え、さらに、導入空気と導出空気の間で顕熱交換を行う顕熱交換器２８とを備えている。

これらの機器は、以下のように配置されている。すなわち、導入口３２から導入流路１０流路へ導入された処理空気は、顕熱交換器２８の高温ゾーン２８ａとデシカントロータ１６の脱着ゾーン１６ａを通過して冷凍サイクル２４の蒸発器２０に至り、水分を凝縮させて放出する。処理空気は、さらに導出流路１２へ流れて、デシカントロータ１６の吸着ゾーン１６ｂと冷凍サイクル２４の凝縮器２２および顕熱交換器２８の低温ゾーン２８ｂを経て導出口３４から排気される。

デシカントロータ１６は、空気中の水分を吸着し、かつ空気中に水分を脱着できるデシカントが担持されたハニカム状のロータであって、導入流路１０と導出流路１２の両方に跨って配置され、導入流路１０側に有る部分が水分を脱着する脱着ゾーン１６ａとなり、導出流路１２側に有る部分が水分を吸着して除湿する吸着ゾーンとなる。吸着ゾーン１６ｂを流れる空気と脱着ゾーン１６ａを流れる空気とがほぼ対向流をなしている。

また、この実施の形態では、顕熱交換器２８も、熱交換媒体がハニカム状のロータであって、導入流路１０と導出流路１２の両方に跨って配置され、その回転によって熱交換が行われるものである。従って、熱交換媒体の回転速度によって交換熱量を調整することができる。

このように構成されたデシカント空調システムの動作を、図２の湿り空気線図を参照して説明する。図中、横軸は乾球温度を、縦軸は絶対湿度を示し、各斜線は等相対湿度線を示す。斜線の内、実線は飽和線、すなわち、その絶対湿度における露点を示す。この例では、夏の高温多湿の外気を処理して室内に導入する場合を説明する。

処理空気（状態Ａ）は、顕熱交換器２８の低温ゾーン２８ａを通過し、顕熱交換ロータ３２との間で熱交換を行って温度が上昇する（状態Ｂ）。温度上昇した処理空気は、デシカントロータ１６の脱着ゾーン１６ａを通過し、等エンタルピー線ＢＣに沿って水分吸収してデシカントを脱着し、湿度が上昇し、温度が低下する（状態Ｃ）。この処理空気は、さらに冷凍サイクル２４の蒸発器２０において冷却され、飽和線に沿って温度が低下する過程で水分を凝結して放出する（状態Ｄ）。処理空気は、デシカントロータ１６の吸着ゾーン１６ｂを通過し、等エンタルピー線ＤＥに沿って水分を吸着され、湿度が低下し、温度が上昇する（状態Ｅ）。処理空気はさらに冷凍サイクル２４の凝縮器２２において加熱されて昇温し（状態Ｆ）、さらに顕熱交換器２８の高温ゾーン２８ｂを通過して顕熱交換ロータ３２との間で熱交換を行って冷却され（状態G）、相対湿度が低下した被処理空気として、導出口３４より空調空間に導出される。

この実施の形態のデシカント空調システムによって得られる処理空気（状態Ｆ）を、従来例の場合と比較すると、図２に点ＦとＦ’で示すように、冷凍サイクル２４の能力が同じ場合、本発明の場合の方が、低湿度の処理空気を得ることができることが分かる。これは、冷凍サイクル２４にデシカントロータ１６による水分の吸着工程（ＤＥ）を組み合わせたことによるものである。

このように、この実施の形態では、顕熱交換器２８で熱回収するために状態Aで示す処理空気の相対湿度が高い場合であっても、状態Bで示される脱着工程入口の空気の相対湿度が低下する（乾燥する）ため、デシカントロータの脱着ゾーンにおける水分脱着作用が増加し、それに伴って吸着ゾーンにおける水分吸着除湿効果が大きくなり、除湿量が増加する。

また、従来の冷却除湿空調システムで同じ絶対湿度の被除湿空気を得たい場合には、図３の湿り空気線図に示すように、冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を３とした場合、本発明において冷凍サイクルから印加される熱量比ＣＤ：ＥＦ≒３：４と従来の冷却除湿空調システムの熱量比ＣＤ’ ：Ｄ’Ｆ’は、ほぼ同じ（≒３：４）、若しくは排熱が増加する（≒３：４〜）と見なせるから、従来の冷却除湿空調システムでは状態D’で示す冷却除湿後の処理空気温度が低下するとともに、状態E’で示す再熱後の処理空気温度も上昇する。このため、図４のモリエ線図に示すように、本発明では、状態Ｄで示す空気と熱交換する蒸発器の蒸発圧力が、従来の冷却除湿空調システムに比べて上昇するとともに、状態Ｆで示す処理空気と熱交換する凝縮器の凝縮圧力が低下するため、圧縮動力が減少し、省エネルギーである。

なお、上記の実施の形態において、顕熱交換器２８を用いない場合には、デシカントによる水分吸着作用が小さくなるので、最終処理空気の絶対湿度もやはり高くなる。顕熱交換器２８の要否は、デシカント空調システムが用いられる状況に応じて決めればよい。
また、室内の湿度（相対湿度、露点温度又は絶対湿度）を検出して、湿度が高い時、顕熱ロータを廻すようにしてもよい。
さらに、室内の湿度の測定値に応じて顕熱ロータの回転数を変化させ、交換熱量を調整するようにしてもよい。回転数を変えることにより、図２に示す顕熱比（ＳＨＦ）が変化し、E点の位置が変化するので、多様な顕熱比の除湿空調負荷に対応して適切な除湿作用を得ることができる。

図５は、この発明の他の実施の形態を示すもので、冬季の室内の加湿を行うためのデシカント空調システムである。この実施の形態では、室内空気を除湿して外気よりも低い絶対湿度にして外へ排気する第１の処理経路４０と、排気よりも高い絶対湿度の外気を取り入れて加温、加湿し、室内に供給する第２の処理経路４２を備えている。第１の処理経路４０は、基本的に先の実施の形態のデシカント空調システムと同様の構成であるが、冷凍サイクル２４に補助凝縮器４４を設けており、これを第２の処理経路４２に設置して、外気の加温に用いている。

第２の処理経路４２は、送風機４６の下流側に上記補助凝縮器４４を設置し、その下流側に気化式の加湿器４８を設置し、加温・加湿した新鮮な空気を室内に供給する。この実施の形態では、加湿器４８の水源として、第１の処理経路４０で除湿した水分を用いるようにしているので、水を補給する必要が無い。なお、加湿器４８の上流側に水質浄化殺菌装置５０を設置して清浄化した水分を加湿に用いるようにしている。

なお第２の処理空気経路４２は必ずしも、屋外に開口している必要はなく、屋内に開口していても差し支えない。この場合には、第1の処理空気経路４０から排出した空気量に相当する外気が、窓の隙間や自然換気口から流入し、それらの外気と室内空気の混合空気が第2の処理空気となって作用するが、室内への加湿作用が損なわれることはなく、施工の都合で屋外への開口部が1箇所しか許容されない場合の対応方法として使用できる。

この発明の第１の実施の形態のデシカント空調システムの構成を示す図である。 第１の実施の形態のデシカント空調システムの動作を説明するための湿り空気線図である。 第１の実施の形態のデシカント空調システムを用いた場合と、従来のシステムを用いた場合とを比較するため、冷凍サイクルと熱交換する空気の状態を説明する湿り空気線図である。 第１の実施の形態のデシカント空調システムを用いた場合と、従来のシステムを用いた場合とを比較するため、冷凍サイクルを説明するモリエ線図である。 この発明の第２の実施の形態のデシカント空調システムの構成を示す図である。 従来の空調システムの構成を示す図である。 従来の空調システムの動作を説明するための湿り空気線図である。

符号の説明

１０ 導入流路
１２ 導出流路
１４ フレーム
１６ デシカントロータ
１６ａ 脱着ゾーン
１６ｂ 吸着ゾーン
１８ 圧縮機
２０ 蒸発器
２２ 凝縮器
２４ 冷凍サイクル
２６ 送風機
２８ 顕熱交換器
２８ａ 高温ゾーン
２８ｂ 低温ゾーン
３０ 導入口
３２ 導出口
４０ 第１の処理経路
４２ 第２の処理経路
４４ 補助凝縮器
４６ 送風機
４８ 加湿器
５０ 水質浄化殺菌装置

Claims (3)

1. 空気中の水分を吸着し、かつ空気中に水分を脱着できるデシカントが担持されたハニカム状のデシカントロータであって、前記デシカントロータは水分を吸着する吸着ゾーンと水分を脱着する脱着ゾーンとに仕切られており、吸着ゾーンを流れる空気と脱着ゾーンを流れる空気とがほぼ対向流をなすデシカントロータと；圧縮機と蒸発器と凝縮器とからなる冷凍サイクルとを有し；
   システムに導入した処理空気をデシカントロータの脱着ゾーン、冷凍サイクルの蒸発器、前記デシカントロータの吸着ゾーン、冷凍サイクルの凝縮器の順に流すよう構成したことを特徴とするデシカント空調システム。
2. 前記凝縮器通過後の処理空気と前記デシカントの脱着ゾーン流入前の空気とを熱交換させる顕熱交換器を設けたことを特徴とする請求項第１項に記載のデシカント空調システム。
3. 前記顕熱熱交換器の交換熱量を可変式にしたことを特徴とする請求項２に記載のデシカント空調システム。
   

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