JP2008020139A - 冷凍機レス空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】大きなエネルギーを必要とする冷凍機を必要としない冷凍機レス空調システムを提供する。
【解決手段】再生用通気路１２、給気用通気路１４、放熱用通気路１６が並列に配置された３本の通気路と、３本の通気路にそれぞれ設けられた送風機２２，３２，４０と、再生用通気路と給気用通気路との間を交互に移動する除湿ロータ２６と、給気用通気路に蒸発部が配置されると共に放熱用通気路に放熱部が配置されたヒートパイプ３４ａ，３４ｂと、再生用通気路において除湿ロータを加熱する加熱手段２４と、放熱用通気路においてヒートパイプの放熱部に水を散布する水散布手段４６ａ，４６ｂと、を備え、給気用通気路では取り込んだ外気を除湿ロータで除湿してからヒートパイプの蒸発部で冷却して空調エアを形成すると共に、再生用通気路では除湿ロータの除湿性能を再生し、放熱用通気路ではヒートパイプの放熱を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調システムに係り、特に、取り入れ外気量の多い工場などの施設で用いられる冷凍機レス空調システムに関する。

従来の外気処理の空調システムにおいては、冷水または冷媒を用いた冷却コイルで外気を冷却することで、取入外気を冷却、除湿することが行われてきている。このシステムは、冷却コイルに冷水配管または冷媒配管が接続され、冷水または冷媒が冷凍機から供給されることで、冷却コイルを冷却し、取入外気を冷却、除湿する。

更に、別の方法としては、特許文献１に記載されているデシカント空調システムがある。このシステムは、全熱交換器、除湿ロータなどを用いることで、補助空調を用いることなく対象空間の換気を行ないながら冷房を行なっている。また、このシステムは、デシカント空調機の中に冷却器を有しているため、冷熱源として一般的に冷凍機が用いられる。

これらの空調システムは、いずれの場合にも、冷水または冷媒による冷却、除湿を行なうため、冷凍機を必要とする。
特開２０００−１１１０９６号公報

しかしながら、これらのシステムでは、冷凍機の運転に大きなエネルギーを必要としている。

本発明は、このような事情により鑑みてなされたもので、冷凍機を必要とせず、特に、コジェネレーションシステムの排熱を利用することで冷熱源、温熱源を必要としない空調システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、冷凍機を使用せずに外気を除湿及び冷却して空調対象施設に給気する空調エアを形成する冷凍機レス空調システムであって、再生用通気路、給気用通気路、放熱用通気路が並列に配置された３本の通気路と、前記３本の通気路にそれぞれ設けられた送風機と、前記再生用通気路と前記給気用通気路との間を交互に移動する除湿ロータと、前記給気用通気路に蒸発部が配置されると共に前記放熱用通気路に放熱部が配置されたヒートパイプと、前記再生用通気路において前記除湿ロータを加熱する加熱手段と、前記放熱用通気路において前記ヒートパイプの放熱部に水を散布する水散布手段と、を備え、前記給気用通気路では取り込んだ外気を前記除湿ロータで除湿してから前記ヒートパイプの蒸発部で冷却して空調エアを形成すると共に、前記再生用通気路では前記除湿ロータの除湿性能を再生し、前記放熱用通気路では前記ヒートパイプの放熱を行うことを特徴とする。

請求項１によれば、取り入れた外気（ＯＡ）をヒートパイプで冷却することで、冷凍機を使用しないで冷却することができる。

具体的には、再生用通気路において、送風機で取り込んだ外気（ＯＡ）は、加熱手段によって除湿ロータを通り、施設外に排気（ＥＡ）される。そして、給気用通風路において、送風機で取り込んだ外気（ＯＡ）は、除湿ロータ、ヒートパイプを通り、施設内に還気（ＲＡ）され空調エアを形成する。また、放熱用通気路において、送風機で取り込んだ外気（ＯＡ）は、ヒートパイプを通り、施設外に排気（ＥＡ）される。

ここで、処理用通気路では、取り入れられた外気（ＯＡ）は、除湿ロータを通ることで絶対湿度が下がるとともに乾球温度が上昇する。このように低湿高温になった外気（ＯＡ）は、密閉容器内に少量の液体を真空封印し、密閉容器内壁に毛細管構造を設けたヒートパイプによって冷却される。従って、処理用通気路において、冷却・除湿された空気が施設内に排気ＥＡされることで、空調することができる。空気を冷却したヒートパイプは、高温になった空気を冷却するため、ヒートパイプの温度は上昇し、放熱をする必要がある。放熱用通気路においてヒートパイプを放熱するための水散布手段を備えているので、ヒートパイプの温度を下げることができる。

このように構成された冷凍機レス空調システムによって、冷却機を用いずに外気を除湿・冷却することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記加熱手段は前記除湿ロータの通気方向上流側に設けられたヒータであって、コジェネレーションシステムから供給される蒸気を前記ヒータの加熱源とすることを特徴とする。

請求項２によれば、コジェネレーションシステムから供給される蒸気で、除湿ロータの通気方向上流側に設けられたヒータを加熱するので、温熱源を必要としない空調システムを提供することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の発明において、前記加熱手段は、コジェネレーションシステムから供給される高温な排気ガスであることを特徴とする。

請求項３によれば、コジェネレーションシステムから供給される排ガスの温度で除湿ロータに吸着した水分を脱着することができるので、温熱源を必要としない空調システムを提供することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１の発明において、前記ヒートパイプと前記水散布手段とを組み合わせたユニットを２段以上設けることを特徴とする。

請求項４によれば、ヒートパイプと水散布手段とを組み合わせたユニットを２段以上にすることで、効果的に外気（ＯＡ）を冷却することができる。

以上説明したように、本発明によれば、大きなエネルギーを必要とする冷凍機を必要としない冷凍機レス空調システムを提供することができる。特に、コジェネレーションシステムの排熱を利用することで冷熱源、温熱源を必要としない冷凍機レス空調システムを提供することができる。

以下、本発明に係る冷凍機レス空調システムの実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１は本発明の冷凍機レス空調システム１０の実施形態を示すフロー図である。本システムは再生用通気路１２、給気用通気路１４、放熱用通気路１６に大別される。

図１から分かるように、再生用通気路１２と給気用通気路１４にまたがる形で、除湿ロータ２６が設置され、再生用通気路１２の除湿ロータ２６上流側には、加熱ヒータ２４が設けられている。また、給気用通気路１４の除湿ロータ２６下流側にはヒートパイプ３４ａ，３４ｂの蒸発部が設置され、放熱用通気路１６にはヒートパイプ３４ａ，３４ｂの放熱部と水散布装置４６ａ，４６ｂが設けられている。

第１吸込口１８と第１吐出口２０とを連通する再生用通気路１２において、送風機２２で第１吸込口１８から取り込んだ外気（ＯＡ）は、第１吸込口１８から加熱ヒータ２４、除湿ロータ２６を通り、第１吐出口２０から施設外に排気（ＥＡ）される。そして、第２吸込口２８と第２吐出口３０とを連通する給気用通気路１４において、送風機３２で第２吸込口２８から取り込んだ外気（ＯＡ）は、第２吸込口２８から除湿ロータ２６、ヒートパイプ３４ａ，３４ｂを通り、第２吐出口３０から施設内に還気（ＲＡ）され、空調エアを形成する。また、第３吸込口３６と第２吐出口３８とを連通する放熱用通気路１６において、送風機４０で第３吸込口３６から取り込んだ外気（ＯＡ）は、第３吸込口３６からヒートパイプ３４ａ，３４ｂを通り、第３吐出口３８から施設外に排気（ＥＡ）される。

尚、ヒートパイプ３４ａ，３４ｂは、内部に水又はアンモニア等の蒸発性液体を密封した管を有し、この管の両端部に蒸発部、放熱部が設けられる。ヒートパイプの管の蒸発部は、給気用通気路１４に設けられ、ヒートパイプの管の放熱部は、放熱用通気路１６に設けられる。

このようにヒートパイプ３４ａ，３４ｂの蒸発部と放熱部とを配設すると、管内の液体は高温の蒸発部で蒸発して放熱部に流れ、水散布装置４６ａ，４６ｂにより水を散布することで放熱して液化する。そして、給気用通気路１４を流れる外気（ＯＡ）が冷却されるとともに、放熱用通気路１６を流れる外気（ＯＡ）が加熱される。

ここで水散布装置４６ａ，４６ｂは、給水管４１により供給される水をブロアポンプ４３により空気と一緒にノズル配管４５から噴出させる構造を備え、それぞれのヒートパイプ３４ａ，３４ｂの上流側に配置される。さらにヒートパイプに放水された水を受ける水受け容器４４が設けられている。図１のようにヒートパイプと水散布装置とを組み合わせたユニットを２段設けた場合には、下流側の水散布装置４６ｂに給水を行い、ヒートパイプ３４ｂに放水した水を水受け容器４４で受け、その水を上流側の水散布装置４６ａに用いることで、効果的に無駄なく、ヒートパイプ３４ａを冷却することができる。即ち、上流側のヒートパイプ３４ａは、外気（ＯＡ）を除湿ロータ２６で除湿するので高温となるため、下流側のヒートパイプ３４ｂよりも放水する水の温度は高くても良い。

また、加熱ヒータ２４は、外部のコジェネレーションシステムから供給される蒸気４８を利用して加熱することが好ましい。コジェネレーションシステムから供給される蒸気４８で加熱ヒータ２４を加熱することで、温熱源を必要としない冷凍機レス空調システム１０を提供することができる。このようにすることで、除湿ロータ２６に吸着した水分は加熟された空気によって再蒸発し、除湿ロータ２６は再び乾燥した状態に戻すことができる。

図２は、本発明の冷凍機レス空調システム１０で、外気（ＯＡ）を除湿・冷却した際の吸気用通気路１４内の温度・湿度を表した空気線図である。尚、この空気線図において、点ａ，ｂ，ｃ，及びｄは、図１に示した地点で測定している。この際の外気（ＯＡ）は３３℃６０％ＲＨであった。まず、給気用通気路１４に取り入れられた外気（ＯＡ）は、除湿ロータ２６により絶対湿度が下がるとともに乾球温度が上昇する（図２のａからｂ（５５℃８％ＲＨ））。次に、除湿ロータ下流のヒートパイプ３４ａ，３４ｂで冷却され（図２のｂからｃ（３５℃２５％ＲＨ）、及びｃからｄ（２３℃５０％））、送風機３２により施設に還気（ＲＡ）される。

このように、給気用通気路１４の外気（ＯＡ）の冷却にヒートパイプを利用して放熱用通気路１６で外気（ＯＡ）と熱交換することで、冷凍機を必要としない冷凍機レス空調システムが構築できる。

また、再生用通気路１２の加熱ヒータ２４の加熱にコジェネレーションシステムの蒸気を利用することで専用の温熱源設備を必要とせず、給気用通気路１４の外気（ＯＡ）の冷却にヒートパイプを利用して放熱用通気路１６で外気（ＯＡ）と熱交換することで、冷熱源も必要としない冷凍機レス空調システムが構築できる。

図３に示す冷凍機レス空調システム１０’は、図１の冷凍機レス空調システム１０で加熱ヒータとコジェネレーションシステムの蒸気の供給を取りやめ、外気（ＯＡ）の代わりに高温のコジェネレーションシステムからの排ガス５０を再生用通気路１２に供給したものである。コジェネレーションシステムの排ガスは、除湿ロータ２６を再生するのに十分高温であるため、加熱ヒータを必要としない。

コジェネレーションシステムから供給される排ガスの吸込口である第１吸込口１８と第１吐出口２０とを連通する再生用通気路１２において、送風機２２で排ガスの第１吸込口１８から取り込んだ排ガス５０は、第１吸込口１８から除湿ロータ２６を通り、第１吐出口２０から施設外に排気（ＥＡ）される。そして、第２吸込口２８と第２吐出口３０とを連通する給気用通気路１４において、送風機３２で第２吸込口２８から取り込んだ外気（ＯＡ）は、第２吸込口２８から除湿ロータ２６、ヒートパイプ３４ａ、３４ｂを通り、第２吐出口３０から施設内に還気（ＲＡ）され、空調エアを形成する。また、第３吸込口３６と第３吐出口３８とを連通する放熱用通気路１６において、送風機４０で第３吸込口３６から取り込んだ外気（ＯＡ）は、第３吸込口３６からヒートパイプ３４ａ，３４ｂを通り、第３吐出口３８から施設外に排気（ＥＡ）される。

ここで、給気用通気路１４では、外気（ＯＡ）を除湿ロータ２６に通すことで除湿するが、除湿ロータ２６は再生用通気路１２のコジェネレーションシステムから供給された排ガス５０の熱によって吸着した水分を脱着する。

従って、このように構成された冷凍機レス空調システム１０’は、図１の冷凍機レス空調システム１０と同様に冷凍機を用いずに外気を除湿・冷却することが可能になるとともに、コジェネレーションシステムから供給された排ガスの熱によって除湿ロータの吸着した水分を脱着するので、加熱ヒータも必要としない冷凍機レス空調システムを提供することができる。

第１実施形態に係る冷凍機レス空調システムの説明図である。 第１実施形態に係る冷凍機レス空調システムでの処理エリア内の温度・湿度を表した空気線図である。 第２実施形態に係る冷凍機レス空調システムの説明図である。

符号の説明

１０、１０’…冷凍機レス空調システム、１２…再生用通気路、１４…吸気用通気路、１６…放熱用通気路、１８…第１吸込口、２０…第１吐出口、２２…送風機、２４…加熱ヒータ、２６…除湿ロータ、２８…第２吸込口、３０…第２吐出口、３２…送風機、３４ａ…ヒートパイプ、３４ｂ…ヒートパイプ、３６…第３吸込口、３８…第３吐出口、４０…送風機、４１…給水管、４３…ブロアポンプ、４４…水受け容器、４５…ノズル配管、４６ａ，４６ｂ…水散布装置（水散布手段）、４８…蒸気、５０…排ガス

Claims (4)

1. 冷凍機を使用せずに外気を除湿及び冷却して空調対象施設に給気する空調エアを形成する冷凍機レス空調システムであって、
   再生用通気路、給気用通気路、放熱用通気路が並列に配置された３本の通気路と、
   前記３本の通気路にそれぞれ設けられた送風機と、
   前記再生用通気路と前記給気用通気路との間を交互に移動する除湿ロータと、
   前記給気用通気路に蒸発部が配置されると共に前記放熱用通気路に放熱部が配置されたヒートパイプと、
   前記再生用通気路において前記除湿ロータを加熱する加熱手段と、
   前記放熱用通気路において前記ヒートパイプの放熱部に水を散布する水散布手段と、を備え、
   前記給気用通気路では取り込んだ外気を前記除湿ロータで除湿してから前記ヒートパイプの蒸発部で冷却して空調エアを形成すると共に、前記再生用通気路では前記除湿ロータの除湿性能を再生し、前記放熱用通気路では前記ヒートパイプの放熱を行うことを特徴とする冷凍機レス空調システム。
2. 前記加熱手段は前記除湿ロータの通気方向上流側に設けられたヒータであって、コジェネレーションシステムから供給される蒸気を前記ヒータの加熱源とすることを特徴とする請求項１の冷凍機レス空調システム。
3. 前記加熱手段は、コジェネレーションシステムから供給される高温な排気ガスであることを特徴とする請求項１の冷凍機レス空調システム。
4. 前記ヒートパイプと前記水散布手段とを組み合わせたユニットを２段以上設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の冷凍機レス空調システム。

Images