JP2008164252A - 空気調和設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】省エネルギー効果が高い空気調和設備を提供する。
【解決手段】室外から導かれた空気を調整して室内空間10の空調を行う空気調和設備1であって、顕熱の交換を行う顕熱交換器3と、空気の湿度を調整する調湿装置4と、室外の空気を顕熱交換器3を介して調湿装置4に導く第1給気ライン5と、調湿装置4で湿度が調整された空気を顕熱交換器3を介して室内空間10に導く第2給気ライン6とを備えており、顕熱交換器3は、第1給気ライン5により導かれた室外の空気と、第2給気ライン6により導かれた調湿後の空気との間で熱交換可能に構成されている空気調和設備1。
【選択図】図1
【解決手段】室外から導かれた空気を調整して室内空間10の空調を行う空気調和設備1であって、顕熱の交換を行う顕熱交換器3と、空気の湿度を調整する調湿装置4と、室外の空気を顕熱交換器3を介して調湿装置4に導く第1給気ライン5と、調湿装置4で湿度が調整された空気を顕熱交換器3を介して室内空間10に導く第2給気ライン6とを備えており、顕熱交換器3は、第1給気ライン5により導かれた室外の空気と、第2給気ライン6により導かれた調湿後の空気との間で熱交換可能に構成されている空気調和設備1。
【選択図】図1
Description
本発明は、空気調和設備に関する。
従来、室内空間の温度や湿度を適正に保つ方法として種々の設備が提案されており、例えば、特許文献1に開示されているような空気調和設備が知られている。
この空気調和設備は、図5に示すように、外気側から室内空間にかけて、全熱交換器101、冷却コイル102、顕熱交換ロータ103、加熱コイル104及び加湿器105が各々配置されている。全熱交換器101は、外気と、顕熱交換ロータ103を通過したリターン空気との全熱交換を行うことにより冷却コイル102の作動負荷を低減させるように構成されている。また、顕熱交換ロータ103は、冷却コイル102で過冷却されて湿気が除去された空気と室内空間110からのリターン空気との熱交換を行うことにより、過冷却空気を再熱し、再熱負荷を低減させると共に、室内空間側からのリターン空気の冷却を行うように構成されている。加熱コイル104及び加湿器105は、顕熱交換ロータ103を通過し室内空間110に導かれる空気に対し、不足する湿度を加湿によりまかなうための装置である。
特開2005−114254号公報
しかしながら、上述の特許文献1に開示されている空気調和装置は、冷却コイルの冷却負荷を低減させると共に、室内空間に供給される空気の再熱負荷を下げるためには、全熱交換器及び顕熱交換器の双方が必要であり、設備が大型化すると共に、省エネルギー効果が乏しいという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、省エネルギー効果が高い空気調和設備を提供することを目的とする。
本発明の上記目的は、室外から導かれた空気を調整して室内空間の空調を行う空気調和設備であって、顕熱の交換を行う顕熱交換器と、空気の湿度を調整する調湿装置と、室外の空気を前記顕熱交換器を介して前記調湿装置に導く第1給気ラインと、前記調湿装置で湿度が調整された空気を前記顕熱交換器を介して前記室内空間に導く第2給気ラインとを備えており、前記顕熱交換器は、前記第1給気ラインにより導かれた室外の空気と、前記第2給気ラインにより導かれた調湿後の空気との間で熱交換可能に構成されている空気調和設備により達成される。
また、この空気調和設備において、顕熱及び潜熱の交換を行う全熱交換器と、前記全熱交換器を介して前記室内空間の空気を室外に排出する排気ラインとを更に備え、前記第1給気ラインは、前記全熱交換器に室外の空気を導いた後、前記顕熱交換器に空気を導くように構成されており、前記全熱交換器は、前記第1給気ラインにより導かれた室外の空気と、前記排気ラインにより導かれた前記室内空間の空気との間で熱交換可能に構成されていることが好ましい。
また、前記第2給気ラインは、前記調湿装置により湿度が調整された空気の一部を前記室内空間に直接導くバイパスラインを更に備えていることが好ましい。
本発明によれば、省エネルギー効果が高い空気調和設備を提供することができる。
以下、本発明に係る空気調和設備について添付図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和設備の基本構成の一例を示す概略構成図である。
本実施形態に係る空気調和設備1は、室外から導かれた空気を調整して室内空間10の空調を行う設備であって、図1に示すように、顕熱及び潜熱を交換可能な全熱交換器2と、顕熱のみを交換可能な顕熱交換器3と、空気の湿度を調整する調湿装置4とを備えている。
また、空気調和設備1は、室外の空気を取り入れて処理して室内空間10に導入すると共に、室内空間10の空気を室外に排出するサイクルを形成するために、第1給気ライン5と、第2給気ライン6と、排気ライン7とを備えている。第1給気ライン5は、室外の空気を全熱交換器2及び顕熱交換器3を介して調湿装置4に導くラインであり、全熱交換器2に室外の空気を導いた後、顕熱交換器3に全熱交換後の空気を導くように構成されている。第2給気ライン6は、調湿装置4で湿度が調整された空気を顕熱交換器3を介して室内空間に導くラインである。排気ライン7は、全熱交換器2を介して室内空間10の空気を室外に排出するラインである。
全熱交換器2は、第1給気ライン5により導かれた室外の空気と、排気ライン7により導かれた室内空間10の空気との間で、顕熱及び潜熱の熱交換を行う。
顕熱交換器3は、全熱交換器2を通過し第1給気ラインにより導かれた室外の空気と、調湿装置4を通過し第2給気ライン6により導かれた調湿後の空気との間で顕熱の熱交換を行う。
調湿装置4は、顕熱交換器3を通過した空気の湿度を所望の値に調整する装置であり、熱媒体コイル41と加湿器42とを備えている。調湿装置4によって除湿を行う場合には、熱媒体コイル41に冷水又は冷媒を供給することにより、当該熱媒体コイル41が冷却コイルとして機能するように構成する。これにより、顕熱交換器3を通過した空気を過冷却して、当該熱媒体コイル41の表面に空気中の水分を凝縮させて除湿を行う。なお、除湿時においては、加湿器42を作動させずに、熱媒体コイル41を通過した空気が加湿器42を介して顕熱交換器3に供給されるように構成されている。
また、加湿を行う場合には、熱媒体コイル41に温水を供給することにより、当該熱媒体コイル41が加熱コイルとして機能するように構成すると共に、加湿器42により空気中に水蒸気を付加する。加湿器42としては、水道水の水を気化させて空気中の湿度を高める気化式加湿器を例示することができる。
このように構成された空気調和設備1の作動について、発明者らが行った実験データ及び添付図面を参照しながら、夏季における除湿運転形態および冬季における加湿運転形態に分けて説明する。
最初に、夏季における除湿運転形態について説明する。表1は、除湿運転時の実験データであり、第1給気ライン5、第2給気ライン6及び排気ライン7を通過する空気の各位置における、空気の温度(℃)、湿球温度(℃)、相対湿度(%)、絶対湿度(kg/kg’)及びエンタルピー(kcal/kg)を示したものである。表1における位置a〜位置hは、図1におけるa〜hの位置に対応する。なお、除湿運転時においては調湿装置4の加湿器42を作動させないため、表1中の位置e欄における空気の状態は、位置d欄における空気の状態と同一になっている。
次に、温度及び湿度が低下した空気は、顕熱交換器3に導かれ、調湿装置4を通過した空気との間で顕熱交換を行う。調湿装置4を通過した空気は、後述のように低温かつ低湿度であるため、全熱交換器2から導かれた空気は、絶対湿度を維持したまま温度のみが更に低下された状態となって調湿装置4に導かれる(表1の位置c欄参照)。
調湿装置4においては、冷水又は冷媒が供給された熱媒体コイル41回りを空気が通過することにより、空気中の湿気(水蒸気)が熱媒体コイル41の表面に凝縮し除去される。除去された湿気は、図示しないドレンから外部に排出される。この熱媒体コイル41を通過した空気は、低温かつ絶対湿度が低い空気となる(表1の位置d(位置e)欄参照)。
調湿装置4を通過した空気は、顕熱交換器3において全熱交換器2から導かれた空気との顕熱交換により絶対湿度を維持したまま加温されて室内空間10に導かれる(表1の位置f欄参照)。
室内空間10に導かれた空気は、室内空間10に居住する人間が発する熱や水蒸気や、配置されるパソコン、オーディオ設備等が発する熱の影響を受けて温度及び絶対湿度共に上昇する(表1の位置g欄参照)。
室内空間10の空気は、排気ライン7を介して全熱交換器2に導かれ、第1給気ライン5により導かれた室外空気との間で全熱交換を行う。これにより、室内空間10から導かれた空気は、温度及び湿度共に高められた状態となり、室外に排出される(表1の位置h欄参照)。
次に、冬季における加湿運転形態について説明する。表2は、加湿運転時の実験データであり、表2中の位置a〜位置hは、表1と同様に、図1におけるa〜hの位置に対応している。
次に、温度及び絶対湿度が高められた空気は、顕熱交換器3に導かれ、調湿装置4を通過した空気との間で顕熱交換を行う。調湿装置4を通過した空気は、後述のように高温であるため(表2の位置e欄参照)、全熱交換器2から導かれた空気は、絶対湿度を維持したまま温度のみが更に高められた状態となって調湿装置4に導かれる(表2の位置c欄参照)。
調湿装置4においては、温水が供給された熱媒体コイル41回りを空気が通過することにより、空気の温度が高められる(表2の位置d欄参照)。また、加湿器42から水蒸気の供給を受けるため、空気の絶対湿度が高められる(表2の位置e欄参照)。したがって、調湿装置4を通過した空気は、高温多湿の状態となる(表2の位置e欄参照)。このように、加湿運転時においては、空気が加湿器42を通過する前において、温水が供給された熱媒体コイル41により空気が予め加熱されるため、加湿器42を通過する際に多くの水蒸気を空気中に含ませることが可能になり、効率よく空気の加湿を行うことができる。
調湿装置4を通過した高温多湿の空気は、顕熱交換器3において全熱交換器2から導かれた温度の低い空気との顕熱交換により絶対湿度を維持したまま冷却されて室内空間10に導かれる(表2の位置f欄参照)。室内空間10に供給される空気は、低温多湿な状態となっている。
室内空間10に導かれた空気は、室内空間10に居住する人間が発する熱や水分(湿気)や、配置されるパソコン、オーディオ設備等が発する熱の影響を受けて温度及び絶対湿度共に上昇する(表2の位置g欄参照)。
室内空間10の空気は、排気ライン7を介して全熱交換器2に導かれ、第1給気ライン5により導かれた室外空気との間で全熱交換を行う。これにより、室内空間10から導かれた空気は、温度及び絶対湿度共に低下した状態となり、室外に排出される(表2の位置h欄参照)。
本実施形態に係る空気調和設備1によれば、除湿運転時においては、顕熱交換器3が、全熱交換器2を通過した室外の空気と、調湿装置4を通過し湿気が除去された低温の空気との間で顕熱交換を行うように構成されているため、室内空間10に供給される空気に含まれる湿気を少ない状態に維持したまま(除湿された状態のまま)、当該空気の温度を効率よく再熱することができ、再熱負荷を低減させることができる。更に、顕熱交換器3の作用により、調湿装置4に導かれる空気の温度を低い状態に変化させることができるので、冷却コイルとして機能する熱媒体コイル41の作動負荷を低減させることができる。このように顕熱交換器3単体の作用により、室内空間10に供給される空気を効率的に再熱することができると共に、熱媒体コイル41の作動負荷を低減させることができるので、大幅な省エネルギー効果を得ることができる上に、空気調和設備1の小型化を図ることも可能になる。
また、加湿運転時においては、顕熱交換器3の作用により、室内空間10に供給される空気に含まれる湿気を多い状態に維持したまま、当該空気の温度を効率よく下げることができる。更に、調湿装置4に導かれる空気の温度を、当該調湿装置4を通過した空気の熱エネルギーを利用して加温することができるので、加熱コイルとして機能する熱媒体コイル41の作動負荷を効率よく低減させることができ、高い省エネルギー効果を得ることが可能になる。
また、除湿運転時においては、調湿装置4における熱媒体コイル41に供給する冷水又は冷媒の温度や流量などを制御することにより、熱媒体コイル41を通過し顕熱交換器3に導かれる空気の温度を容易に変化させることができる。この結果、顕熱交換器3を通過して室内空間10に供給される空気の温度を所望の値に設定することができ、室内空間10の室温制御を容易に行うことができる。同様に、加湿運転時においても、熱媒体コイル41に供給する温水の温度や流量等を制御することにより、室内空間10に供給される空気の温度を所望の値に設定することが可能になる。
また、本実施形態においては、第1給気ライン5により導かれた室外の空気と、排気ライン7により導かれた室内空間10の空気との間で、顕熱及び潜熱の交換を行う全熱交換器2を備えている。これにより、室内空間10から外部に排出される空気の持つ熱エネルギーを有効的に利用して、室外の空気が有する温度や湿度を所望の状態に調整して顕熱交換器3に導くことができるので、顕熱交換器3の作動負荷を低減させることが可能になる。この結果、除湿運転時及び加湿運転時の双方において、大幅な省エネルギー効果を得ることができ、空気調和設備1のランニングコストをより一層低減させることができる。なお、この全熱交換器2を省いた構成を採用することも可能である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、図2に示すように、調湿装置4により湿度が調整された空気の一部を、顕熱交換器3を介することなく直接的に室内空間10に導くバイパスライン8を第2給気ライン6が備えるように構成してもよい。このような構成により、顕熱交換器3を通過し温度が変化した空気に対して、この空気の温度とは異なる空気を混合することができるので、バイパスライン8を通過して室内空間10に供給される空気量を制御することにより、室内空間10を所望の温度に設定することが可能になる。なお、バイパスライン8を通過する空気量を調節するには、例えば、バイパスライン8の途中に電磁弁等の制御弁を配置し(図示せず)、当該制御弁の開度を調節することにより行うことができる。
また、本実施形態においては、調湿装置4が、除湿及び加湿の双方を行うことが可能になるように構成しているが、例えば、図3に示すように、熱媒体コイル41に冷水又は冷媒のみを供給して除湿のみを行う装置として調湿装置4を構成することも可能である。また、図1に示す構成において、熱媒体コイル41に温水のみを供給すると共に、加湿器42により加湿を行う装置として調湿装置4を構成することも可能である。
また、図4に示すように本実施形態に係る空気調和設備1と、室内空間10の空気を循環させて冷房又は暖房を行うエアコン等の室内空調機9とを併用して室内空間10の空調を行うように構成してもよい。このような構成により室内空間10を所望の温度や湿度に容易に設定することが可能になる。特に、冬季において室内空間10を加湿する場合において、室内空間10の湿度を所望の状態に容易に維持しつつ、高い省エネルギー効果を得ることができる。この点について以下に説明する。
従来から知られている図5に示すような空気調和設備100と、室内空調機9とを併用して室内空間10の空調を行う場合、空気調和設備100から室内空間10に供給される空気は、湿度が高い状態ではあるが、同時に温度も高い状態となっている。このような空気が室内空間10に供給されると、室内空間10に居住する人間や、配置されているパソコン、オーディオ設備等から発生する熱の影響により、室内空間10の温度が冬季であるにもかかわらず高い状態になる場合がある。このような場合、室内空調機9は暖房運転を行わずに、冷房運転を行うことになる。そうすると、空気調和設備100の作動により加湿されて室内空間10に供給された空気に含まれる湿気が、室内空調機9の冷房運転により除去されてしまうことになり、室内空間10の湿度を所望の状態に維持することが困難になる。このような事態を回避し、室内空間10の湿度を快適な状態に維持するためには、室内空間10に供給される空気に含まれる水蒸気の量を増加させる必要があり、加湿コイル104や加湿器105の作動負荷が大幅に増大しエネルギー効率が極めて悪いものになる。
これに対し、図4に示すように、本発明に係る空気調和設備1と、室内空調機9とを併用した場合には、空気調和設備1における顕熱交換器3が、上述のように、調湿装置4において生成された高温多湿の空気を、その絶対湿度を維持したまま低温多湿の空気に変換し、その後、当該空気が室内空間10に供給されるため、室内空間10に居住する人間等が発生する熱により室内空間10の空気が温められたとしても、当該空気の温度が、室内空調機9が冷房運転を行ってしまう程の温度になることを防止することができる。この結果、室内空調機9は確実に暖房運転を行うので、室内空調機9が空気中の湿気を除去してしまうことを防止でき、室内空間10の湿度を所望の状態に容易に維持しつつ、高い省エネルギー効果を得て設備のランニングコストを低減させることができる。
1 空気調和設備
2 全熱交換器
3 顕熱交換器
4 調湿装置
41 熱媒体コイル
42 加湿器
5 第1給気ライン
6 第2給気ライン
7 排気ライン
8 バイパスライン
9 室内空調機
10 室内空間
2 全熱交換器
3 顕熱交換器
4 調湿装置
41 熱媒体コイル
42 加湿器
5 第1給気ライン
6 第2給気ライン
7 排気ライン
8 バイパスライン
9 室内空調機
10 室内空間
Claims (3)
- 室外から導かれた空気を調整して室内空間の空調を行う空気調和設備であって、
顕熱の交換を行う顕熱交換器と、
空気の湿度を調整する調湿装置と、
室外の空気を前記顕熱交換器を介して前記調湿装置に導く第1給気ラインと、
前記調湿装置で湿度が調整された空気を前記顕熱交換器を介して前記室内空間に導く第2給気ラインとを備えており、
前記顕熱交換器は、前記第1給気ラインにより導かれた室外の空気と、前記第2給気ラインにより導かれた調湿後の空気との間で熱交換可能に構成されている空気調和設備。 - 顕熱及び潜熱の交換を行う全熱交換器と、前記全熱交換器を介して前記室内空間の空気を室外に排出する排気ラインとを更に備え、
前記第1給気ラインは、前記全熱交換器に室外の空気を導いた後、前記顕熱交換器に空気を導くように構成されており、
前記全熱交換器は、前記第1給気ラインにより導かれた室外の空気と、前記排気ラインにより導かれた前記室内空間の空気との間で熱交換可能に構成されている請求項1に記載の空気調和設備。 - 前記第2給気ラインは、前記調湿装置により湿度が調整された空気の一部を前記室内空間に直接導くバイパスラインを更に備えている請求項1又は2に記載の空気調和設備。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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- 2006-12-28 JP JP2006356303A patent/JP2008164252A/ja active Pending
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JP7058250B2 (ja) | 除湿機能付き空調機及びその制御方法 |
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