JP2009103373A - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部空間にて空気を洗浄水と接触させて行う洗浄手段12と、前記洗浄水を熱交換器の熱媒体として循環させて、洗浄後の空気の温度調節を行う温度調節手段とからなる。そして、湿度調節手段を有することが好ましく、前記湿度調節手段には、デシカントロータ26が用いられていることがより好ましい。また、前記デシカントロータ26で湿度調節が行われた除湿空気を再生用空気として、吸湿したデシカントロータ26に吹き付けて再生を行うデシカントロータ再生手段と、デシカントロータ26を通気した再生用空気を洗浄手段に導く手段とを有することが好ましい。
【選択図】図1
Description
従来、屋内空気の温度調節と湿度調節を行う装置としては、ヒートポンプや、冷水、温水、蒸気を使用して冷却・除湿あるいは加熱・加湿する装置等がある。また、空気の湿度調節装置として、冷却方式、吸収方式、吸着方式等の装置が挙げられる。近年ではデシカント材を用い、空気の冷却と除湿が行えるデシカント空調システムも報告されている(例えば、特許文献1)。
空気浄化装置としては、フィルタで粉塵を捕捉する集塵フィルタや、ガス状物質を活性炭等の吸着・吸収剤入フィルタを用いて吸着除去を行うフィルタ式空気清浄機がある。しかし、これらのフィルタ式空気清浄機は、集塵フィルタの目詰まりや、吸着・吸収剤入フィルタが飽和状態になることにより、浄化能力が損なわれる。また、外気を取り込むことにより、空気の浄化を図る手段もあるが、取り込む大気の清浄度が問題になる。このような問題に対し、気液接触により空気を洗浄し、屋内空気の浄化と換気を行う空気洗浄器が報告されている(例えば、特許文献2)。
本発明は、屋内空気・外気の浄化処理と、温度調節とを効率的に行える空気調和装置を目的とする。さらに、湿度調節を効率的に行える、空気調和装置を目的とする。
本発明の空気調和装置は、湿度調節手段を有することが好ましく、前記湿度調節手段には、デシカントロータが用いられていることが好ましい。前記デシカントロータで湿度調節が行われた除湿空気を再生用空気として、吸湿したデシカントロータに再生用空気を吹き付けて再生を行うデシカントロータ再生手段と、デシカントロータを通気した再生用空気を洗浄手段に導く手段とを有することが好ましく、デシカントロータ再生手段には、前記温度調節手段の熱源から生じる熱が利用されることが好ましく、前記デシカントロータを再生するための再生用空気の温度と空気量との調整により、空気の温度が制御されることが好ましい。
前記温度調節手段は、前記湿度調節手段の前段および/または後段に設けられていても良く、前記温度調節手段は、ペルチェ素子で温度調節を行う手段を有しても良い。
図1は本実施例における空気調和装置10の模式図である。図2は空気調和装置10におけるデシカントロータ26を上部から見た図である。なお、説明の便宜上、送風ファン34の設置されている方向を上方、洗浄水貯水槽14が設置されている方向を下方として説明する。
空気調和装置10は、洗浄手段12と、第1熱交換器28と、デシカントロータ26と、第2熱交換器30とを有している。
洗浄手段12の下部には洗浄水貯水槽14が設けられ、該洗浄水貯水槽14内には洗浄水の水温を調節する貯水槽熱交換器16が備えられ、洗浄水貯水槽14の外部には排水バルブ50が設置されている。洗浄手段12の側面には吸気口18が設けられ、吸気口18は図示されない吸気ダクトと接続されている。洗浄手段12上部には、散水ノズル24が備えられている。洗浄水貯水槽14と散水ノズル24の間で、吸気口18よりも上方には、支持体22と接触層20が備えられている。
第1熱交換室27は、散水ノズル24の設置箇所の上部に隣接して、配置されている。第1熱交換室27には、接触層20を通気した空気の温度調節を行う第1熱交換器28が備えられている。
洗浄水貯水槽14は、配管33aにより送液ポンプ32と接続され、送液ポンプ32の二次側に接続された配管33bは、分岐49b、31a、31bを経由した後、第2熱交換器30と接続されている。一方、配管33bは、分岐31aで配管33cに分岐し、分岐した配管33cは、散水ノズル24に接続されている。また、配管33bは、分岐31bで配管33dに分岐し、分岐した配管33dは、第1熱交換器28と接続されている。
第2熱交換器30の熱媒体出口と接続された配管33fは、分岐31dで配管33gと合流している。他方、第1熱交換器28の出口と接続されている配管33eは、分岐31cで配管33fと合流している。
接触層20の構造は特に限定されるものではなく、空気の洗浄が充分に行えるように、洗浄水と空気とが接触できる構造であれば良く、充填塔、棚段塔のいずれの構造であっても良い。この内、充填塔が、単純な構造で装置コストが小さく、かつ圧力損失が小さいために好ましい。
充填塔としては、接触層20内の充填部材は特に限定されることはなく、ラシヒリング、レッシングリング、ポールリング、サドル、スルザーパッキン等を挙げることができる。
棚段塔としては、例えば多孔板塔等を挙げることができるが、棚段数や、孔の大きさは何ら限定されることはない。
支持体22は、接触層20内の充填部材を保持することができれば特に限定されず、例えば樹脂製または金属製のメッシュや、不織布等を挙げることができる。
なお、接触層20が棚段塔の構造である場合には、支持体22は設置しなくとも良い。
第1熱交換器28は、特に限定されず、既存の形状の装置を用いることができる。例えば、フィンチューブ型、コイル型等の熱交換器を挙げることができる。第2熱交換器30、および貯水槽熱交換器16についても、第1熱交換器28と同様のものを用いることができる。
バルブ48aは、特に限定されず、フロートバルブや電磁弁等の既存のものを使用することができる。本実施形態のバルブ48aは、洗浄水貯水槽14の洗浄水の水位低下に伴い、自動的に水源46から洗浄水貯水槽14への給水が行える、フロートバルブを用いることが好適である。バルブ48aに電磁弁等を用いる場合には、洗浄水貯水槽14に水位センサ(レベルスイッチ、フロートスイッチ等)を設置し、洗浄水貯水槽14の水位に応じて、バルブ48aを開閉しても良い。また、バルブ48aの開閉は、タイマーや、水質センサとの連動によって制御しても良いし、手動で行っても良い。
他方、バルブ48bは、特に限定されず、バルブ48aと同様のものを用いることができる。なお、バルブ48bの開閉や開度調整は、洗浄水貯水槽14や、配管33bに温度センサを設置し、第1熱交換器28と第2熱交換器30とに流通させる洗浄水の温度変化と連動して、制御することが好ましい。
デシカントロータ26は、特に限定されず、例えば、軸方向に通風可能なハニカム構造、またはコルゲート構造の円盤状の構造体に、シリカゲル、ゼオライト等の無機質の吸着型吸湿剤、あるいは有機高分子電解質(イオン交換樹脂)等の吸湿剤、塩化リチウム等の吸収型吸湿剤を1種類、もしくは、複数担持して構成されたものが挙げられる。
受風口42は特に限定されず、デシカントロータ26を通気した高湿空気を受け、導入管41によって高湿空気を送風できるものであれば良い。
洗浄水貯水槽14への貯水は、バルブ48bと50が閉じられ、バルブ48aが開かれて、洗浄水貯水槽14が任意の水位となるように、水源46から洗浄水が供給されて貯水される。洗浄水貯水槽14では、熱源44で温度調節された熱媒体が、配管45aを経由し貯水槽熱交換器16を流通された後、配管45bにより熱源44へ循環されることで、洗浄水は任意の温度に調節される。
ここで、洗浄水を冷却する場合には、熱源44は、熱媒体から吸熱した熱を廃熱として放熱する。この放熱される廃熱によって加熱された空気は、配管45cを経由して、再生室39に送られる。反対に、洗浄水を加温する場合には、熱源44は、大気から吸熱して熱媒体を加温することとなる。この場合には、冷却された空気を図示されない排気口によって熱源44から排出し、冷却された空気の再生室39の供給を停止する。
また、洗浄水貯水槽14の下部に設置されたバルブ50の開閉により、洗浄水は汚れに応じて適宜排水される。前記排水、あるいは洗浄水の蒸発による水位の低下に応じて、バルブ48aは開閉され、洗浄水貯水槽14内の水位は一定の範囲に維持される。さらに、熱媒体となる洗浄水の温度が、高くなりすぎたり、低くなりすぎたりした場合には、バルブ48bの開閉または開度調整することで、洗浄水の温度が調節される。
洗浄手段12に送られた空気は、接触層20の下方から接触層20内を矢印Bのように上昇する。この間、接触層20内では、洗浄水と空気とが接触し、空気に含まれていた粉塵や花粉、臭気成分等が洗浄水によって吸収除去される。この時、同時に、空気は、洗浄水の蒸発により加湿されると共に、蒸発潜熱によって熱を奪われて冷却される。
接触層20を通気して洗浄された空気は、第1熱交換室27に至り、第1熱交換器28によって任意の温度に調節される。温度調節された空気は、デシカントロータ26を通気して、除湿されながら第2熱交換室29に至り、第2熱交換器30により温度調節される。そして、調和空気が、送風ファン34によって、送風口36に向かって矢印Cの方向に送風され、図示されない屋内ダクトを介して、目的の場所へと送風される。
貯水槽熱交換器16によって任意の温度に調節された洗浄水は、送液ポンプ32によって、配管33aから配管33bに流される。前記洗浄水は、分岐31bから分岐した配管33dを経由して、第1熱交換器28に送られる。第1熱交換器28に送られた前記洗浄水は、第1熱交換器28内を流通する間に、第1熱交換室27内の空気との間で熱交換がされる。熱交換が行われた洗浄水は、配管33eを経由して、分岐31cで配管33fに流入される。一方で、配管33b内を流通した前記洗浄水は、第2熱交換器30に送られる。第2熱交換器30に送られた前記洗浄水は、第2熱交換器30内を流通する間に、第2熱交換室29内の空気との間で熱交換がされる。熱交換が行われた洗浄水は、配管33fを流通されて、分岐31cで第1熱交換器28からの洗浄水と合流して、配管33gによって、洗浄水貯水槽14に返送される。返送された洗浄水は、再び任意の温度に調節され、散水ノズル24、あるいは第1熱交換器28または第2熱交換器30に送られる。
図2に示すように、デシカントロータ26は、矢印Dの方向に回転しながら、領域βで表された部分に、第1熱交換室27で温度調節された空気が通気される。この際、デシカントロータ26により、空気が除湿される。一方、デシカントロータ26は回転しているので、吸湿した領域βは順次領域αに移行する。領域αは、再生用ヒータ40の風路である。デシカントロータ26を通気して、除湿された空気の一部は、再生室用ファン38により、第2熱交換室29から、再生室39に送風される。再生用ヒータ40は、再生室用ファン38で送風された、洗浄済かつ除湿済の空気を加熱して再生用空気とし、領域αに吹き付ける。吹き付けられた再生用空気は、デシカントロータ26の水分を受けて通気する。デシカントロータ26を通気した高湿空気は、受風口42から導入管41を経由して、散水ノズル24の下方に送られる。この間、前記高湿空気は、導入管41の雰囲気温度により冷却され、水分が凝縮される。そして、凝縮された水は導入管41から落下し、接触層20を経て洗浄水貯水槽14に至って貯水される。前記の水分の凝縮により除湿された再生用空気の一部は、再度、第1熱交換室27で温度調節される。他の一部は導入管41のバイパス管43を経由して再生用ヒータ40の熱源として利用される。
また、調和空気の送風先は、居住空間、オフィス、病院、工場、体育館等、特に限定されず、また、1箇所あるいは2箇所以上であっても良い。
温度調節手段がデシカントロータ26の前段と後段に配置されているため、任意の温度に調節された空気を送風口36から送風することができる。また、第1熱交換器28を冷却して用いれば、デシカントロータ26の除湿効果を補助することができる。
デシカントロータ26は、水の吸着熱と再生用空気によって温度が高くなっている。このため、除湿された空気は、デシカントロータ26を通気することで温度が上昇するが、第2熱交換器30により、最終的に所望する温度へ調節できる。
そして、空気洗浄の手段と、温度調節手段と、湿度調節手段とが、水の蒸発潜熱を中心とした同じ熱源を利用して、効率的な空気調和ができる。
上述の実施形態では、デシカントロータ26の前段に第1熱交換器28、後段に第2熱交換器30が設置されているが、第1熱交換器28、第2熱交換器30はどちらか一方だけの設置であっても良い。
また、第1熱交換器28、第2熱交換器30は、洗浄水貯水槽14で温度調節された洗浄水が熱媒体とされているが、外部熱源により温度調節された熱媒体が使用されても良い。外部熱源としては、ペルチェ素子やヒートポンプ、蒸気、ヒータ等を挙げることができ、中でも、小型で温度管理が容易なペルチェ素子を用いることが好ましい。また、洗浄水貯水槽14の貯水槽熱交換器16を省き、洗浄水の蒸発潜熱による冷却効果のみを利用することもできる。
さらに、この他、例えば、再生室39に外気を取り込む吸気ファン等を設置して、外気を再生用空気として再生室39へ供給することとしても良い。
上述の実施形態では洗浄水を循環させているが、洗浄水貯水槽14を省略して、熱媒体あるいは洗浄水として使用した後は、排水することもできる。
12 洗浄手段
20 接触層
26 デシカントロータ
28 第1熱交換器
30 第2熱交換器
38 再生室用ファン
39 再生室
40 再生用ヒータ
41 導入管
42 受風口
44 熱源
Claims (8)
- 内部空間にて空気を洗浄水と接触させて行う洗浄手段と、前記洗浄水を熱交換器の熱媒体として利用して、洗浄後の空気の温度調節を行う温度調節手段とを有する、空気調和装置。
- 湿度調節手段を有することを特徴とする、請求項1に記載の空気調和装置。
- 前記湿度調節手段には、デシカントロータが用いられていることを特徴とする、請求項2に記載の空気調和装置。
- 前記デシカントロータで湿度調節が行われた除湿空気を再生用空気として、吸湿したデシカントロータに再生用空気を吹き付けて、再生を行うデシカントロータ再生手段と、デシカントロータを通気した再生用空気を前記洗浄手段に導く手段とを有する、請求項3に記載の空気調和装置。
- 前記デシカントロータの再生を行うデシカントロータ再生手段は、前記温度調節手段の熱源から生じる熱を利用することを特徴とする、請求項4に記載の空気調和装置。
- 前記デシカントロータを再生するための再生用空気の温度と空気量との調整により、空気の温度が制御されることを特徴とする、請求項4または5に記載の空気調和装置。
- 前記温度調節手段は、前記湿度調節手段の前段および/または後段に設けられていることを特徴とする、請求項2〜6のいずれか1項に記載の空気調和装置。
- 前記温度調節手段は、ペルチェ素子で温度調節を行う手段を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の空気調和装置。
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