JP2007322032A - デシカント空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】天然ガスハイドレートをガス化する際に同時に生じる、天然ガスの加熱エネルギーと冷水の冷熱エネルギーを効率良く使うデシカント空調システムを提供すること。
【解決手段】室外から導入した空気を減湿・冷却処理したうえで室内へ供給し、室内の空気を室外へ排気するためのデシカント空調機と、天然ガスハイドレートを天然ガスと冷水に分解するための天然ガス気化装置とを備える、デシカント空調システムとする。デシカント空調機は、室外から室内へと空気を導入するための給気用ファンと、空気中の水分を吸着することにより除湿するための除湿ロータと、除湿された空気を冷却するための冷却器と、除湿ロータに吸着した水分を、室内から室外へと排気される空気中に放出し、除湿ロータを再生するための加熱器とを備え、天然ガス気化装置から生じる天然ガスを、加熱器の加熱エネルギー源として用い、天然ガス気化装置から生じる冷水を、冷却器の冷熱エネルギー源として用いる。
【選択図】図１

Description

天然ガスハイドレートを利用したデシカント空調システムに関する。

デシカント空調機は、デシカント（除湿剤）によって快適な空気をつくりだす空調機器である。快適性は空気の温度だけではなく湿度に大きく左右されることから、低湿度の空気の供給により、温度はそれほど低くなくても快適性は十分に得られる。

このデシカント空調機は、室外から室内へと空気を導入するための給気用ファン、空気中の水分を吸着することにより除湿するための除湿ロータ、除湿された空気を冷却するための冷却器、除湿ロータに吸着した水分を除去し除湿ロータを再生するための加熱器、そして室内の空気を室外へ排気するための再生用ファン等を有している。この加熱器にはボイラーなどの他機器からの排熱や余剰エネルギーを有効利用できるため、ランニングコストが低減される。従って、デシカント空調機は、ヒートカスケーティング（熱の段階的利用）端末を担う非フロン、熱駆動系システムとして寄せられる期待が大きい。
特開２００５−５２６９４

しかし、デシカント空調機は、加熱器の加熱エネルギー源、冷却器の冷熱エネルギー源、そして各構成機器の動力エネルギー源を、デシカント空調機本体とは別に備えなければならず、システムの煩雑化は避けられなかった。

そこで、本発明は、単純な構成を有する効率的なデシカント空調システムを提供することを目的としてなされた。

本発明にかかるデシカント空調システムは、室外から導入した空気を減湿・冷却処理したうえで室内へ供給し、室内の空気を室外へ排気するためのデシカント空調機と、天然ガスハイドレートを天然ガスと冷水に分解するための天然ガス気化装置とを備える。前記デシカント空調機は、室外から室内へと空気を導入するための給気用ファンと、前記空気中の水分を吸着することにより除湿するための除湿ロータと、前記除湿された空気を冷却するための冷却器と、前記除湿ロータに吸着した水分を、室内から室外へと排気される空気中に放出し、前記除湿ロータを再生するための加熱器とを備え、前記天然ガス気化装置から生じる天然ガスを、前記加熱器の加熱エネルギー源として用い、前記天然ガス気化装置から生じる冷水を、前記冷却器の冷熱エネルギー源として用いることを特徴とする。
前記冷却器は、蒸発式冷却器または冷水コイルであることが好ましい。

前記デシカント空調機は、室外から室内へと導入される空気を冷却する顕熱交換ロータを備えていても良く、さらに、この顕熱交換ロータを冷却するための第２の冷却器を備えていても良い。
前記第２の冷却器は、蒸発式冷却器または冷水コイルであることが好ましい。

本発明にかかるデシカント空調システムは、前記天然ガス気化装置から生じる前記天然ガスを燃料として電気と排熱を発生するガスコージェネレーションシステムを備えていても良く、この際、前記排熱または前記電気を、前記加熱器の加熱エネルギー源として用いることによって、前記天然ガスを前記加熱器の前記加熱エネルギー源とすることを特徴とする。
前記ガスコージェネレーションシステムで発電した電気を、前記デシカント空調機の一部または全部の動力源とすることが好ましい。

本発明によって、単純な構成を有する効率的なデシカント空調システムを提供することが可能となった。

以下、好ましい実施の形態につき詳細に説明する。しかし、以下は本発明を実施するための例であって、本発明を以下の実施形態に限定する意図で記載するものではない。

＝＝デシカント空調システムの基本構成＝＝
図１に示すデシカント空調システム１００は、デシカント空調機２０と天然ガス気化装置４０とを備える。天然ガス気化装置４０は、天然ガスハイドレート（NGH）を冷水と天然ガスに分解するために設けられている。発生する冷水の冷熱エネルギーおよび天然ガスのガスエネルギーは、ともにデシカント空調機２０に用いられる。このデシカント空調機２０は、室外から室内に空気を導入する導入路側に設けられている給気用ファン２、除湿ロータ４及び冷却器８と、室外に空気を排気する排気路側に設けられている加熱器１２及び再生用ファン１４とを備えている。以下、図１を参考にしながら、室内の空気の温度を調節する際の各構成要素およびその機能を説明する。

給気用ファン２は、空気調節する部屋の室外からデシカント空調機２０を通じ、空気調節する部屋の室内へと空気を導入するために設けられている。なお、給気用ファン２の設置位置は、この給気用ファン２の駆動により発生し得る騒音と熱を考慮すれば、図１に示すシステムにおけるように空気調節する部屋から最も遠い位置に設置するのが好ましいが、デシカント空調機２０の、室外から室内に空気を導入する導入路側に設けられているのであれば、これに限定されない。

また、フィルター（図示せず）を、空気調節する部屋の室外からデシカント空調機２０に空気を導入する際の入口に設け、この導入する空気中に含まれるゴミ等を除去するのが好ましい。

除湿ロータ４は、給気用ファン２によって室外から導入される空気中の水分を吸着することにより、その空気を除湿するために設けられている。除湿により、空気調節する部屋に居る人の体感温度を下げるとともに、空気中の水蒸気を水へと状態変化させる潜熱が空気中から奪われ、後に続く温度調整を容易にすることができる。除湿ロータ４に使用される水分吸着剤は特に限定されないが、チタン・シリカゲル、塩化リチウム、モレキュラーシーブス、ゼオライト等、科学的に安定かつ安全であり、高い水分除去能力を有し、かつ加熱により吸着した水分を放出し再生することができるものが好ましい。

冷却器８は、除湿ロータ４によって除湿された空気を冷却するために設けられている。除湿ロータ４通過時に吸着熱が生じれば、この吸着熱は冷却器８により冷却される。冷却器８は、水を媒体として空気を冷却できれば、接触式・非接触式を問わずどのような機器であっても良いが、接触式としては蒸発式冷却器、または非接触式としては冷水コイルであることが好ましい。冷却器８において、除湿ロータ４によって除湿された空気を冷却するために用いる冷熱エネルギー源には、天然ガス気化装置４０において、NGHを分解することにより生じた冷水を用いる。この冷水の温度は、通常約５℃程度であり、常温の水より効率的に空気を冷却することができる。また、この冷水は高圧であるため、天然ガス気化装置４０と冷却器８の距離が離れていても、ポンプなどを設けずに冷水を天然ガス気化装置４０に送水することが可能である。

再生用ファン１４は、デシカント空調機２０の排気路を通して、室内から室外へと空気を排気するために設けられる。なお、再生用ファン１４の設置位置は、デシカント空調機２０の室外に空気を排気する排気路側であれば限定されないが、この再生用ファン１４の駆動により発生し得る騒音と熱を考慮すれば、図１に示すシステムにおけるように空気調節する部屋から最も遠い、室外へと空気を排気する最終段階に設けるのが好ましい。

なお、加熱器１２へと供給する空気をデシカント空調機２０内へと導入する際、フィルター（図示せず）を、この空気のデシカント空調機２０への取り入れ口に設け、この導入する空気中に含まれるゴミ等を除去するのが好ましい。

加熱器１２は、室内から室外へと排気される空気を加熱するために設けられている。加熱器１２により加熱された空気は除湿ロータ４へと送られ、除湿ロータ４を加熱する。これにより、除湿ロータ４の水分吸着剤に吸着した水分は、室内から室外へと排気される空気中に放出され、除湿ロータ４の除湿機能が再生される。この除湿ロータ４から放出された水分は、再生用ファン１４が生み出す空気の流れによって、排気される空気とともに室外へと排出される。

加熱器１２において、空気を加熱するために用いる加熱エネルギー源には、天然ガス気化装置４０において、NGHを分解することにより生じた天然ガスを用いる。従って、加熱器１２は、天然ガスを燃焼し、燃焼により生じる熱を加熱エネルギー源とすることができれば、どのような機器であっても良い。例えば、天然ガスを直接燃焼させるガスバーナー、天然ガスの燃焼により生じる熱を熱交換により伝える温水ヒータおよびコイル、そして、天然ガスの燃焼により生じる排熱（温風）を導入する装置等が好ましいが、これらに限定されない。

このように、冷却器８の冷熱エネルギー源として、天然ガス気化装置４０においてNGHを分解することにより生じた冷水を用い、加熱器１２の加熱エネルギー源として、ガス気化装置４０においてNGHを分解することにより生じた天然ガスを用いることにより、NGHから生じる加熱・冷熱両エネルギーを効率良く使用して省エネルギー化を促進できる。また、ガス気化装置４０という一つの機器から両エネルギーを調達できるため、デシカント空調システム１００を単純化することができる。

＝＝デシカント空調機の他の構成＝＝
デシカント空調機２０は、導入路側の、除湿ロータ４を通って除湿された空気が送られる位置に、顕熱交換ロータ６を備えていても良い。この顕熱交換ロータ６は、例えば、給気用ファン２により室外から室内へと導入される空気が、除湿ロータ４による除湿及び冷却器８による空調によって、室内に居る人に対し十分な快適性を与えられない場合に、除湿ロータ４によって除湿された空気を顕熱交換ロータ６との顕熱交換により冷却するために設けられる。

この除湿された空気との顕熱交換により昇温した顕熱交換ロータ６は、再生用ファン１４によって室内からデシカント空調機２０に導入される戻り空気によって冷却されるため、室外から室内へと導入される空気を連続的に顕熱交換により冷却することが可能となる。

顕熱交換ロータ６の設置位置は限定されないが、加熱器１２との関係においては、顕熱交換ロータ６を冷却し再生する効率を考えれば、加熱器１２よりも先に、室内からの戻り空気の給気を受けられる位置が好ましい。なお、冷却器８に対しては、顕熱交換ロータ６は、顕熱交換ロータ６からの給気が冷却器８に送られる位置に設けられていても、逆に冷却器８で冷却された空気が顕熱交換ロータ６に送られる位置に設けられていても良く、一切限定されない。従来のデシカント空調機は、顕熱交換ロータ６で用いる冷熱エネルギーについては、室内からの戻り空気よりその一部を回収利用することができるのに対し、冷却器８で用いる冷熱エネルギーについては、供給源を有さず、必要とする全量を別途何らかの方法で調達しなければならなかった。従って、顕熱交換ロータ６と冷却器８に別途供給しなければならない冷熱エネルギーの総量を踏まえれば、空気の冷却順序は、室内からの戻り空気を冷熱エネルギー源とできる顕熱交換ロータ６による冷却の後、本冷却だけでは空気が目的とする温度にまで冷やされていない場合に、冷却器８によって更に冷却する方が、効率が良かった。即ち、顕熱交換ロータ６よりの給気が冷却器８に送られる位置に、顕熱交換ロータ６が設けられているのが好ましかった。しかし、本発明にかかるデシカント空調システム１００は、冷却器８で用いる冷熱エネルギーについても、天然ガス気化装置４０からNGHを分解することにより生じた冷水を送水することにより、回収利用する系統を有している。よって、従来のデシカント空調機と異なり、顕熱交換ロータ６と冷却器８の位置関係に一切の制限がない。

顕熱交換ロータ６を冷却し、顕熱交換ロータ６の再生を、より効率良く行うために、デシカント空調機２０は、排気路側で、顕熱交換ロータ６に給気できる位置に、第２の冷却器１０を設けても良い。この第２の冷却器１０が、再生用ファン１４によって室内から導入された空気を冷却し、冷却された空気を顕熱交換ロータ６へと送ることにより、顕熱交換ロータ６を冷却することができる。この第２の冷却器１０は、水を媒体として空気を冷却できれば、接触式・非接触式を問わずどのような機器であっても良いが、接触式としては蒸発式冷却器、または非接触式としては冷水コイルであることが好ましい。

第２の冷却器１０において、顕熱交換ロータ６へと送る空気を冷却するために用いる冷熱エネルギー源には、天然ガス気化装置４０において、NGHを分解することにより生じた冷水を用いる。前述したように、この冷水の温度は通常約５℃程度であり、常温の水より効率的に空気を冷却することができる。また、この冷水は高圧であるため、天然ガス気化装置４０と第２の冷却器１０の距離が離れていても、ポンプなどを設けずに冷水を天然ガス気化装置４０に送水することが可能である。

＝＝デシカント空調システムの他の構成＝＝
本発明にかかるデシカント空調システム１００は、ガスコージェネレーションシステム６０を備えていても良い。このガスコージェネレーションシステム６０は、天然ガス気化装置４０において、NGHを分解することにより発生する天然ガスを燃料とし、電気と熱を取り出すシステムである。発電すると同時に、ガスコージェネレーションシステム６０から生じた排熱を空調、給湯や蒸気などの形で有効に活用できるので、天然ガスからエネルギーを変換する際のエネルギー損失が少なく、エネルギーの効率利用が可能である。本システムにおいては、このガスコージェネレーションシステム６０から生じた排熱を、加熱器１２において、室内から室外へと排気される空気を加熱するために用いる、天然ガスに代わる加熱エネルギー源として使用する。この排熱は、クリーンな温風として供給されるため、熱交換器を介さないで直接排気空気として導入することが可能である。

ガスコージェネレーションシステム６０から生じた電力は、工場や一般家庭等に送電することができる。また、この電力を、加熱器１２において、室内から室外へと排気される空気を加熱するために用いる、天然ガスに代わる加熱エネルギー源として使用することができる。この電力による加熱は、デシカント空調機２０内での燃焼を要しないため、安全かつクリーンに行えるという利点を有する。

さらに、この電力は、デシカント空調機２０が備える給気用ファン２、除湿ロータ４、顕熱交換ロータ６、冷却器８、第２の冷却器１０、加熱器１２および再生用ファン１４を含む、デシカント空調機２０の一部または全部の動力エネルギー源とすることができる。ガスコージェネレーションシステム６０から生じた電力をデシカント空調機２０の動力エネルギー源として用いれば、ガスコージェネレーションシステム６０からデシカント空調機２０への電力の送電距離は短く、ガスコージェネレーションシステム６０の必要な時・場所でエネルギーを作る分散型エネルギーシステムであるという特性を生かした、送電ロスが限りなく少ない系統を構築することができる。

＝＝空調方法＝＝
以上のように構成されているデシカント空調システム１００を用いた空調方法の一例を以下に説明する。

まず、給気用ファン２により、空気調節する部屋の室外からデシカント空調機２０内の導入路側に、フィルターによる粉塵等の除去を経て、空気が導入される。この導入された空気は、除湿ロータ４へ送られる。除湿ロータ４に給気された空気は、除湿ロータ４を通過する際に除湿され、引き続き顕熱交換ロータ６へ送られる。この空気は、顕熱交換ロータ６により冷やされた後、冷却器８へ送られ、冷却器８を用い目的とする温度にまで更に冷やされる。この除湿及び冷却された空気が、デシカント空調機２０から室内に直接排気される結果、室内の湿度及び温度を低下させる。

室内の空気が室外へと排気されるにあたっては、再生用ファン１４が生み出す空気の流れにより、空気調節された室内の空気が、まずフィルターによる粉塵等の除去を経て、デシカント空調機２０内の排気路側に導入される。この空気は第2の冷却器１０へ送られ、第2の冷却器１０により冷却される。この冷却された空気は顕熱交換ロータ６に送られ、顕熱交換ロータ６を冷却する。この顕熱交換ロータ６を冷却することにより昇温した空気は、加熱器１２に給気される。この加熱器１２に送られた空気は、加熱器１２により更に昇温される。この加熱された空気は、除湿ロータ４へと供給され、除湿ロータ４を再生する。除湿ロータ４の再生時に放出された水分を含んだ空気は、再生用ファン１４に送られ、再生用ファン１４によって直接室外へと排気される。

本発明にかかる一実施の形態の全体像を示す模式図である。

符号の説明

２ 給気用ファン
４ 除湿ロータ
６ 顕熱交換ロータ
８ 冷却器
１０ 第２の冷却器
１２ 加熱器
１４ 再生用ファン
２０ デシカント空調機
４０ 天然ガス気化装置
６０ ガスコージェネレーションシステム
１００ デシカント空調システム

Claims (8)

1. 室外の空気を減湿・冷却処理したうえで室内へ供給し、室内の空気を室外へ排気するためのデシカント空調機と、
   天然ガスハイドレートを天然ガスと冷水に分解するための天然ガス気化装置と、
   を備えるデシカント空調システムであって、
   前記デシカント空調機は、
   室外から室内へと空気を導入するための給気用ファンと、
   前記空気中の水分を吸着することにより除湿するための除湿ロータと、
   前記除湿された空気を冷却するための冷却器と、
   前記除湿ロータに吸着した水分を、室内から室外へと排気される空気中に放出し、前記除湿ロータを再生するための加熱器と、
   室内の空気を室外へ排気するための再生用ファンと、
   を備え、
   前記天然ガス気化装置から生じる天然ガスを、前記加熱器の加熱エネルギー源として用い、前記天然ガス気化装置から生じる冷水を、前記冷却器の冷熱エネルギー源として用いることを特徴とする、
   デシカント空調システム。
2. 前記冷却器が、蒸発式冷却器または冷水コイルであることを特徴とする、請求項１に記載のデシカント空調システム。
3. 室外から室内へと導入される空気を冷却する顕熱交換ロータを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のデシカント空調システム。
4. 熱回収した前記顕熱交換ロータを冷却するための第２の冷却器を備え、
   前記天然ガス気化装置から生じる冷水を、前記第２の冷却器の冷熱エネルギー源として用いることを特徴とする、請求項３に記載のデシカント空調システム。
5. 前記第２の冷却器が、蒸発式冷却器または冷水コイルであることを特徴とする、請求項４に記載のデシカント空調システム。
6. 前記天然ガス気化装置から生じる前記天然ガスを燃料として電気と排熱を発生するガスコージェネレーションシステムを備え、
   前記排熱を、前記加熱器の加熱エネルギー源として用いることによって、前記天然ガスを前記加熱器の前記加熱エネルギー源とすることを特徴とする、請求項１〜５いずれかに記載のデシカント空調システム。
7. 前記天然ガス気化装置から生じる前記天然ガスを燃料として電気と排熱を発生するガスコージェネレーションシステムを備え、
   前記電気を、前記加熱器の動力エネルギー源として用いることによって、前記天然ガスを前記加熱器の前記加熱エネルギー源とすることを特徴とする、請求項１〜５いずれかに記載のデシカント空調システム。
8. 前記ガスコージェネレーションシステムで発電した電気を、前記デシカント空調機の一部または全部の動力エネルギー源とすることを特徴とする請求項６または７に記載のデシカント空調システム。
   
   
   

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