JP2009180433A - 湿式デシカント空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】吸収液の低温再生化を図り、消費エネルギーを大幅に低減する。圧力損失の大幅な増加による消費エネルギーの増加や吸収液の飛散による金属部材の腐食を防止する。
【解決手段】多数の空気流通路を有する気液接触構造体６と、この気液接触構造体６の上面に配置され、空気との接触により空気中の水分を吸収する吸収液を供給する散液／噴霧手段７と、前記気液接触構造体６の下面より排出される前記吸収液を貯留する受液タンク８とを備えた除湿ユニット３と、前記受液タンク８に貯留された前記吸収液を前記散液／噴霧手段７に供給し循環させるための循環路１１および送液ポンプ１０と、前記循環路１１の中間に吸収液から水分を膜分離して吸収液を再生させる膜分離装置１２とを備えた再生ユニット５とから構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気との接触によって空気中の水分を吸収する吸収液によって処理空気の除湿を行う湿式デシカント空調機において、特に前記吸収液の低温再生化及び大幅な省エネルギー化を図った湿式デシカント空調機に関する。

近年、フラットパネルディスプレイ製造に用いるマザーガラス基板の大型化および半導体製造に用いるウエハーの大口径化による製造装置の大型化・大容量化が進み、それに伴いこれら電子デバイス、特にフラットパネルディスプレイ製造の分野の製造工場の建屋が大規模化する傾向にある。

このような製造工場の大規模化に伴い、工場内空調の大容量化によるエネルギー消費が増加している。特に、電子デバイス製造用のクリーンルームでは、工場全体の消費エネルギーのうち約４０％が空調に要するエネルギーとなり、その空調エネルギーの約４６％が外気処理に費やされ、今後もクリーンルームの大規模化に伴うエネルギー消費（絶対量）の増加は避けられない。よって、導入外気の空調処理に要するエネルギーの省エネルギー化、特に潜熱処理に要するエネルギーの削減は重要な課題である。

一方、従来より塩化リチウム等の吸収液と流通空気との接触により空気中の水分を吸収除去する除湿ユニットと、該除湿ユニットに使用される吸収液を濃縮して再生するための再生ユニットとからなる湿式デシカント空調機が知られている（例えば、下記特許文献１）。前記除湿ユニットでは、デシカント空調機の流路に吸収液を噴霧することにより、空気と吸収液とを直接接触させ、空気中の水分を吸収液に吸収する除湿が行われている。
特開２００４−９２９５６号公報

しかしながら、従来の湿式デシカント空調機では、上記特許文献１記載のように吸収液を噴霧して空気と吸収液とを直接接触させる方法や、吸収液を金属製や樹脂製の充填材に散布して、空気と吸収液との接触を図る方法が一般的に使用されているため、吸収液の直接噴霧や充填材の濡れ性の限界などにより、吸収液ミストのキャリーオーバー現象が発生するという問題があった。このため、従来の湿式デシカント空調機では、除湿ユニットの下流側にミスト除去部材（エリミネータ）を設置する必要があり、これに伴い空調機の圧力損失が増加するとともに空調機サイズの大型化による消費エネルギーの増大という問題が生じていた。加えて、吸収液に塩化リチウム水溶液を用いた場合には、飛散したミストが金属部材を腐食させる原因ともなっていた。

さらに、従来の湿式デシカント空調機では、前記再生ユニットにおける吸収液の再生方式として、吸収液を加熱することによって水分を蒸発させる加熱方式が一般的であった。このため、従来の湿式デシカント空調機では、吸収液を加熱するためのヒーターやボイラーなどの加熱装置が必要不可欠となる。このように加熱によって水分を蒸発させるためには、その加熱エネルギーとして、理論上の必要最小エネルギーである水の蒸発潜熱に加え、吸収液自体を水の蒸発温度まで昇温させるための熱エネルギーをも付与しなければならず、さらには筐体の加熱分や熱損失分の熱エネルギーも補わなければならないため、多くの熱エネルギーを消費する。また、一般にデシカント空調機では、処理前と処理後の空気のエンタルピー差に対する１次エネルギー投入量の比（１次エネルギー効率）が１．０未満と小さな値となる。このことも勘案すると、吸収液から水分を蒸発させるために消費するエネルギーは、必要最小エネルギーである水の蒸発潜熱の約４倍近くと見積もることができる。この結果、１００℃前後の高温排熱を利用しない限り、エネルギーの有効利用が図られないという問題があった。よって、吸収液を再生化するのに加熱によらない技術が望まれていた。

そこで、本発明の主たる課題は、第１の課題として、吸収液の低温再生化により消費エネルギーを大幅に低減した湿式デシカント空調機を提供することにある。第２の課題として、圧力損失の大幅な増加による消費エネルギーの増加や吸収液の飛散による金属部材の腐食が生じることのない湿式デシカント空調機を提供することにある。

前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、多数の空気流通路を有する気液接触構造体と、この気液接触構造体に対して空気との接触により空気中の水分を吸収する吸収液を供給する供給手段とを備えた除湿ユニットと、この除湿ユニットを通過した吸収液から水分を膜分離して吸収液を再生する膜分離装置を備えた再生ユニットとから構成されることを特徴とする湿式デシカント空調機が提供される。

請求項２に係る本発明として、多数の空気流通路を有する気液接触構造体と、この気液接触構造体の上面に配置され、空気との接触により空気中の水分を吸収する吸収液を供給する散液／噴霧手段と、前記気液接触構造体の下面より排出される前記吸収液を貯留する受液タンクとを備えた除湿ユニットと、前記受液タンクに貯留された前記吸収液を前記散液／噴霧手段に供給し循環させるための循環路および送液ポンプと、前記循環路の中間に吸収液から水分を膜分離して吸収液を再生させる膜分離装置とを備えた再生ユニットとから構成されることを特徴とする湿式デシカント空調機が提供される。

上記請求項１、２記載の発明では、再生ユニットにおける吸収液の再生装置として、除湿ユニットを通過した吸収液から水分を膜分離して吸収液を再生する膜分離装置が備えられているため、従来の湿式デシカント空調機のように、吸収液を加熱することなく再生ができ、吸収液の低温再生化が図られる。また、加熱のためのエネルギーが不要であるため、消費エネルギーを大幅に低減することができるようになる。

また、除湿ユニットとして、多数の空気流通路を有する気液接触構造体と、この気液接触構造体に対して空気との接触により空気中の水分を吸収する吸収液を供給する供給手段とを備えた構造としているため、供給手段から供給された吸収液が、気液接触構造体の多数の空気流通路の表面を流下する間に、処理空気と吸収液との接触が効率よく行われるようになる。これにより、従来の湿式デシカント空調機のように、空気中への吸収液の直接噴霧や充填材の濡れ性の限界などによる吸収液ミストのキャリーオーバー現象が発生しなくなるため、エリミネータの設置に伴う圧力損失の増大、さらには消費エネルギーの増大という問題が解決でき、また飛散した吸収液ミストによる金属部材の腐食という問題も生じなくなる。

請求項３に係る本発明として、前記膜分離装置では、膜蒸留法又は浸透気化法による吸収液の再生を行う請求項１、２いずれかに記載の湿式デシカント空調機が提供される。

上記請求項３記載の発明は、膜分離装置における膜分離の好ましい方式を規定したものである。膜分離方式を膜蒸留法又は浸透気化法とすることにより、効率よくコンパクトな処理ができるとともに、比較的低コストで吸収液の再生ができるようになる。

請求項４に係る本発明として、前記膜として、撥水性を有する多孔質膜又は親水性高分子材料やゼオライトに代表される吸湿性無機材料を表層に用いた積層膜が用いられている請求項１〜３いずれかに記載の湿式デシカント空調機が提供される。

上記請求項４記載の発明は、分離膜の好ましい形態を規定したものであり、膜蒸留法では撥水性を有する多孔質膜を、浸透気化法では親水性高分子材料やゼオライトに代表される吸湿性無機材料を表層に用いた積層膜を用いることが好ましい。

請求項５に係る本発明として、前記吸収液として、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、グリセリンなどの群から選ばれた有機系水溶液又は塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩化カルシウムなどの群から選ばれた無機系水溶液が用いられている請求項１〜４いずれかに記載の湿式デシカント空調機が提供される。

請求項６に係る本発明として、前記除湿ユニットの下流に、多数の空気流通路を有する気液接触構造体と、この気液接触構造体の上面に水又は殺菌脱臭剤を供給する散液／噴霧手段と、前記気液接触構造体の下面より排出される前記水又は殺菌脱臭剤を貯留する受液タンクと、この受液タンクに貯留された前記水又は殺菌脱臭剤を前記散液／噴霧手段に供給し循環させるための循環路および送液ポンプとを備えた空気調整ユニットが付加されている請求項１〜５いずれかに記載の湿式デシカント空調機が提供される。

上記請求項６記載の発明は、本発明の第２形態例に係る湿式デシカント空調機であり、前記除湿ユニットの下流に、前記空気調整ユニットを付加することにより、より高度に空気調整した空気を室内に供給することができ、且つ多数の空気流通路を有する気液接触構造体などからなる空気調整ユニットとすることにより、この空気調整のための消費エネルギーを低減した。

請求項７に係る本発明として、前記気液接触構造体は、波形方向を異ならせた波板を交互に積層させ、前後両面および上下両面を夫々開口させるとともに、前面開口部から処理空気を導入し、後面開口部から処理済み空気を排出するようにした斜行ハニカム構造の気液接触構造体とされる請求項１〜６いずれかに記載の湿式デシカント空調機が提供される。

上記請求項７記載の発明では、特に、特開２００３−２０２１７４号公報、特開２００３−２０２１９１号公報等に記載される空気冷却用の斜行ハニカムを本発明の気液接触構造体として用いるものである。この気液接触構造体は、波形方向を異ならせた波板を交互に積層させ、前後両面および上下両面を夫々開口させるとともに、前面開口部から処理空気を導入し、後面開口部から処理済み空気を排出するようにした斜行ハニカム構造のものである。この斜行ハニカムを用いることにより、格段に気液接触効率を向上させることが可能となる。

請求項８に係る本発明として、前記膜分離装置では、前記吸収液が流通する吸収液側流路から膜を介して水分を透過させる透過側流路が形成されるとともに、前記透過側流路の水蒸気圧が前記吸収液の水蒸気圧よりも低くなるような直接接触法、ガスギャップ法、減圧法、スイープガス法の群から選ばれた手段が用いられている請求項１〜７いずれかに記載の湿式デシカント空調機が提供される。

請求項９に係る本発明として、前記膜分離装置では、前記吸収液が流通する吸収液側流路から膜を介して水分を透過させる透過側流路が真空ポンプによって減圧されるとともに、前記真空ポンプが直列的に多段で設けられている請求項１〜８いずれかに記載の湿式デシカント空調機が提供される。

上記請求項９記載の発明は、膜分離において、真空ポンプを直列的に多段で設けることにより、真空ポンプの動力を低減し、省エネルギー化を図ったものである。

請求項１０に係る本発明として、前記膜分離装置では、前記吸収液が流通する吸収液側流路から膜を介して水分を透過させる透過側流路が真空ポンプによって減圧されるとともに、前記透過側流路の水蒸気圧が、前記吸収液側流路の上流側で高く、下流側で低くなるように設定されている請求項１〜９いずれかに記載の湿式デシカント空調機が提供される。

上記請求項１０記載の発明は、膜分離装置に送液される吸収液中の水分の量が、吸収液側流路の上流で多く、下流で少ないということを考慮して、透過側流路の水蒸気圧を吸収液側流路の上流側で高く、下流側で低くなるように設定したものである。これにより、真空ポンプの動力を必要最小限に抑えることができ、消費エネルギーのさらなる低減化を図ることができるようになる。

以上詳説のとおり本発明によれば、吸収液の低温再生化が図られるとともに、消費エネルギーを大幅に低減することができる。さらに、圧力損失の大幅な増加による消費エネルギーの増加や吸収液の飛散による金属部材の腐食が生じることのない湿式デシカント空調機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
〔第１形態例に係る湿式デシカント空調機１の構造〕
図１は、本発明の第１形態例に係る湿式デシカント空調機１（以下、デシカント空調機という）の流路構成図である。

本デシカント空調機１は、図示例のように、送風機２と、空気との接触により空気中の水分を吸収する吸収液によって流通空気を除湿する除湿ユニット３と、流通空気を冷却する冷却コイル４と、前記吸収液の再生を行う再生ユニット５とを備え、前記送風機２により送り込まれた処理空気を調湿調温して室内に供給するものである。

前記吸収液としては、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、グリセリンなどの有機系水溶液又は塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩化カルシウムなどの無機系水溶液を使用することが好ましい。特に、実験の結果、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール及び塩化リチウムは、後述する膜１３の非透過性に優れるため好適に使用される。

（除湿ユニット３の構造）
前記除湿ユニット３は、波形方向を異ならせた波板を交互に積層させ、前後両面および上下両面を夫々開口させるとともに、前面開口部から処理空気を導入し、後面開口部から処理済み空気を排出するようにした斜行ハニカム構造の気液接触構造体６と、この気液接触構造体６の上面に前記吸収液を散液する散液手段７と、前記気液接触構造体６の下面より排出される前記吸収液を貯留する受液タンク８とから構成され、前記処理空気が前記気液接触構造体６を通過する過程で、処理空気と吸収液との接触により処理空気中の水分が吸収液に吸収されることによって除湿を行うものである。

前記気液接触構造体６としては、特開２００３−２０２１７４号公報、特開２００３−２０２１９１号公報等に記載される空気冷却装置において使用される気液接触構造体（以下、斜行ハニカムという）がそのまま使用される。以下、前記斜行ハニカム６について、同公報の記載を引用することにより説明すると、斜行ハニカム６は、図２及び図３に示されるように、一方向に向かって伝播する波形形状を有する波形シート６Ａ、６Ｂ（以下、「コルゲート状シート」ともいう。）が複数積層されてハニカム形状を呈するものであって、積層されるコルゲート状シート６Ａ、６Ｂは波の伝播方向が一枚おきに斜めに交差するように積層され、且つ、二層おきのシートの波の伝播方向がそれぞれ略同一方向になるように配置されたハニカム状構造体である。

該斜行ハニカム６は、コルゲート状シート６Ａ、６Ｂに平行な面に対して垂直な４面６ａ〜６ｄで切断して直方体を形成し、且つ、該切断面がコルゲート状シートの波の伝播方向と平行でなく、且つ、垂直でもないようにした場合、該直方体を切断面の１つ６ｄを下面にし、且つ、コルゲート状シートの最外層６ｂ，６ｃをそれぞれ左右面にして載置すると、切断面である前後両面６ｂ，６ｃ及び上下両面６ａ、６ｄの４面は全てハニカムセルが開口し、左右面６ｅ、６ｆはコルゲート状シートで閉じられた構造を有する。すなわち、斜行ハニカム６は、前後両面６ｂ、６ｃと、上下両面６ａ、６ｄとが開口する構造を有するものである。また、該切断面の、例えば前後両面６ｂ、６ｃは、斜め上方向に延設されるセルと斜め下方向に延設されるセルとが一層おきに形成される。斜め方向に延設されるセルの前後両面からみた場合の空気の流入、流出方向（水平方向）に対する斜め角度（図中、符号Ｘ）は、通常１５〜４５度、好ましくは２５〜３５度の範囲内にする。上記斜め角度が該範囲内にあると、流下速度が適度の範囲となり接触効率が向上するため好ましい。

上記斜行ハニカム６において、積層されたコルゲート状シートの一層おきの波の伝播方向が互いに交差する角度（図中、符号Ｙ）は、通常３０〜９０度、好ましくは５０〜７０度である。このようにコルゲート状シートを上記角度範囲内で交差するように積層すると、上記のように斜め角度（Ｘ）を上記の１５〜４５度とした場合に、処理空気及び吸収液がハニカムセルと実質的に接触する面積が大きくなるため、処理空気と吸収液との接触が高くなるため好ましい。すなわち、後述のように、処理空気は斜行ハニカム６の前面開口部６ｂから導入され、また、吸収液は上面開口部６ａから散液手段７により供給され、斜行ハニカムのコルゲート状シートに浸透し、且つ、該コルゲート状シートの極く表面をゆっくりと下方に流下するため、処理空気の通気方向と浸透壁面の吸収液の流下方向とが適度の角度を保持し、接触効率が高くなる。

前記斜行ハニカム６のセルの高さ、すなわち、波形の山と谷間の寸法を示すセルの山高寸法は、通常２．５〜８．０mm、好ましくは３〜５mmである。セルの山高寸法が２．５mm未満であると製造が困難であり、圧力損失が大きくなるため好ましくない。また、セルの山高寸法が８．０mmを越えると接触効率が低下するため好ましくない。

斜行ハニカム６のコルゲート状シートの状態におけるセルの幅、すなわち、セルピッチは、通常６〜１６mm、好ましくは７〜１０mmである。また、斜行ハニカム６の前面開口部６ｂと後面開口部６ｃとの間の寸法、すなわち、斜行ハニカムの厚さ（ｔ）は、通常１００〜１０００mm、好ましくは２００〜８００mmである。該厚さが１００mm未満であると、接触効率が低下するため好ましくなく、該厚さが１０００mmを越えると接触効率がこれ以上向上せず、圧力損失が大きくなるため好ましくない。なお、斜行ハニカム６の厚さは、斜行ハニカムを複数枚使用する場合には、この合計の厚さが上記範囲内のものであればよい。例えば、厚さが３００mmの斜行ハニカムを用いる場合には、厚さが１００mmの斜行ハニカムを３枚厚さ方向に重ねて合計の厚さを３００mmとしてもよい。なお、気液接触構造体として前記斜行ハニカム６を用いると、体積当りの接触効率が高いため、斜行ハニカムの厚さを小さくすることができ、装置の設置スペースを小さくすることができる。さらに、吸収液の循環量も少なくて済み、大幅な省エネルギー化をも図ることができる。

前記斜行ハニカム６を構成するシート状部材は、表面に凹凸があり、内部が多孔質であるものであることが、エレメントの表面積を大きく取れ、エレメントに浸透して流下する吸収液と空気との接触面積が高まる点で好ましい。このようなシート状部材としては、例えば、アルミナ、シリカ及びチタニアからなる群より選択される１又は２以上の充填材又は結合材と、ガラス繊維、セラミック繊維又はアルミナ繊維等の繊維基材とからなるものが挙げられる。この内、チタニアを配合したものは酸性の化学汚染物質の除去効率が向上するため好ましい。また、シート状部材は、通常、充填材又は結合材を６０〜９３重量％、繊維基材を７〜４０重量％含み、好ましくは充填材又は結合材を７０〜８８重量％、繊維基材を１２〜３０重量％含む。シート状部材の配合比率が該範囲内にあると、シート状部材の液浸透性及び強度が高いため好ましい。

上記シート状部材は、公知の方法で作製でき、例えば、ガラス繊維、セラミック繊維又はアルミナ繊維で作製されたペーパーを、アルミナゾル等の結合材とアルミナ水和物等の充填材を混合したスラリーに浸漬した後、乾燥し、コルゲート加工し、その後、乾燥処理と熱処理を行い、水分と有機分を除去すれば得ることができる。アルミナ以外にシリカやチタニアを含有する場合、例えば、シリカ及びチタニアの配合量は、アルミナ１００重量部に対してそれぞれ、通常５〜４０重量部である。

また、斜行ハニカム６は、シート状部材の厚さが通常２００〜１０００μm 、好ましくは３００〜８００μm である。また、斜行ハニカム６の空隙率は、通常５０〜８０％、好ましくは６０〜７５％である。空隙率を該範囲内とすることにより、ほどよい浸透性を実現でき、空気と吸収液との接触効率を高めることができる。該シート状部材が、上記厚さと空隙率を有すると、液ガス比及び液の浸透速度が適度な範囲となり、吸収液と空気の接触効率を高めると共に、強度的にも十分となる。斜行ハニカム６の高さは、２００〜８００mm、好ましくは４００〜６００mmであることが望ましい。

上記シート状部材をコルゲート状シートに成形する方法としては、径方向に振幅する波形の凹凸が表面に形成された複数の幅広の歯車間に平板状シートを通すような公知のコルゲーターを用いる方法が挙げられる。得られたコルゲート状シートから上記斜行ハニカム６を成形する方法としては、例えば、まず、上記コルゲート状シートを縦１００mm（斜行ハニカム成形後の厚み寸法）×横８００mm（斜行ハニカム成形後の幅方向又は高さ方向の寸法）程度の矩形の裁断型に対し、波の伝播方向が矩形型の一辺に対して１５〜４５度になるように配置して裁断して矩形のコルゲート状シートを作製し、次いで、得られた矩形のコルゲート状シートを１枚おきの波の伝播方向が斜交するように配置し、これらを接着して積層する方法が挙げられる。なお、このようにして製造した場合、斜行ハニカム１枚の厚さは上記裁断型の縦の長さとなる。このため、例えば、除湿ユニット３に組込まれる斜行ハニカム６の厚さ、すなわち、斜行ハニカム６の前面開口部６ｂと後面開口部６ｃとの間の寸法が３００mm必要である場合に、縦１００mmの裁断型で作製した厚さ１００mmの斜行ハニカムを用いるときは、斜行ハニカムを厚さ方向に３枚重ねて使用すればよい。また、高さ方向又は幅方向に１個の斜行ハニカム６では寸法が不足するときは、斜行ハニカム６を高さ方向に複数個重ねて又は幅方向に複数個並べて使用してもよい。なお、このように複数個重ねて又は並べて使用する場合、斜行ハニカム６同士は、接着しても接着しなくてもどちらでもよい。接着しない場合には、複数個の斜行ハニカム６を重ねて又は並べて配置するだけでよい。

ところで、斜行ハニカム６に滴下する前記吸収液の濃度は、高ければ高いほど、吸収液中の水分量が少ないため、除湿量を稼げるようになるが、一方で吸収液が高濃度になると、吸収液自体の量を同一とした場合、滴下量が減少するため、気液接触効率が悪く、除湿量が低下するという問題が生じる。かかる問題を回避するためには吸収液自体の量を増加しなければならないため、その分のコスト高や高度の再生処理を行うための消費エネルギーの増大などの問題が起こり得る。そこで、本デシカント空調機１においては、室内に供給する空気の設定湿度に見合うだけの平衡状態となる吸収液の濃度に近い濃度で吸収液を供給するようにする。なお、実際には、吸収速度などを考慮して、前記平衡状態より若干高い濃度の吸収液を供給することが望ましい。

前記斜行ハニカム６は、図４に示されるように、複数の、図示例では４つの斜行ハニカム６、６…を流路に対して直列的に並設するようにしてもよい。この場合、先ず最も下流側に位置する斜行ハニカム６に、前記平衡状態の吸収液を供給し、その受液タンク８に貯留された吸収液を一段上流側の斜行ハニカム６に供給するという手順を順次繰り返す。これにより、吸収液が保有する吸湿性能を十分に利用できるようになる。そして、最も上流側の受液タンク８に貯留された吸収液を再生ユニット５に送って再生し、最も下流側の斜行ハニカム６に再度供給する。

また、前記斜行ハニカム６は、図５に示されるように、空気の流れ方向と吸収液の滴下方向とが対向するように、流路を縦方向に形成してもよい。これにより、処理空気と吸収液との接触時間が長くなることにより接触効率が高くなり、吸収液が保有する吸湿性能を十分に利用できるようになる。

前記散液手段７は、液体を均等に散液又は滴下可能なものであれば、どのようなものを用いてもよい。例えば滴下孔が多数形成された給水ダクトを用いても良いし、給液管にスプレーノズルを取り付けて散液するようにしたもの、或いはタンク下面を多孔板とし散液するようにしたものであってもよい。なお、散液として前記吸収液が使用されることから、耐薬品性の高い部材によって製作するのが望ましい。また、散液手段７は、斜行ハニカム６に必要最低量の吸収液が供給されるように、水量調整が可能なものであることが好ましい。また、前記散液手段７に代えて、噴霧手段により吸収液を斜行ハニカム６に供給するようにしてもよい。前記散液手段７には、前記吸収液を補給する補給手段を設けてもよい。

前記受液タンク８は、斜行ハニカム６の下面開口部６ｄから排出される吸収液を受け止め貯留するものである。受液タンク８の形態としては特に限定されないが、例えば、上面が開口した函体形状の受液パン等が挙げられる。

（冷却コイル４の構造）
前記冷却コイル４は、図示されない冷凍機又は冷却塔で冷却された冷却水、地下水又は地中熱と熱交換をした熱媒（流体）を循環させることによって流通空気との熱交換を行うためのものである。前記冷却コイル４は、外気を所定の室内温度まで冷却するとともに、除湿ユニット３を通過後に水分の吸収熱により若干昇温した空気を冷却するために設けられている。具体的には、本デシカント空調機１では、１２℃〜２０℃程度の冷水を冷却コイル４内に循環させる。この１２℃〜２０℃の冷水は、７℃の冷水を製造する冷凍機よりも冷水取出し温度が高くて済むため、高いＣＯＰで運用可能な冷凍機や大気の自然エネルギーを利用した冷却塔で冷却された冷却水、地下水又は地中熱と熱交換をした熱媒（流体）などを利用することができる。このため、空気を冷却するための消費エネルギーを大幅に低減することが可能となる。

（再生ユニット５の構造）
前記再生ユニット５は、図１に示されるように、前記受液タンク８に貯留された吸収液を前記散液手段７に供給し循環させるための循環路１１および送液ポンプ１０と、循環路１１の中間に吸収液から水分を膜分離して吸収液を再生させる膜分離装置１２とから構成され、前記斜行ハニカム６で処理空気の水分を吸収した吸収液から、この水分だけを分離除去するものである。

前記膜分離装置１２では、膜蒸留法又は浸透気化法を用いて吸収液の再生が行われている。各分離法ともに、前記循環路１１の中間に、膜１３を介して吸収液が流通する吸収液側流路と透過側流路とを形成し、吸収液中の水分を気化させて水蒸気とし、膜１３を介した透過側流路に透過させ回収している。

前記膜蒸留法は、気体や蒸気は透過するが液体は透過しない多孔質膜を用い、吸収液側流路を流れる流体と透過側流路を流れる流体との蒸気圧差を駆動力とする分離技術である。この膜蒸留法は、図６に示されるように、(A)直接接触法、(B)ガスギャップ法、(C)減圧法、(D)スイープガス法に大別される。前記直接接触法は、膜１３を介して高温の吸収液と低温の透過液（水）とを直接介在させ、両者の水蒸気圧差によって、吸収液から蒸発した水蒸気が膜の透孔部分を透過して透過液により凝縮され、透過液に吸収させて吸収液を再生する方法である。前記ガスギャップ法、減圧法、スイープガス法は、前記透過側流路が気相とされ、この気相の水蒸気圧を吸収液のそれよりも低くすることによって、前記直接接触法と同様に吸収液が再生されるものである。

膜蒸留法に用いられる前記膜１３としては、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）などの撥水性を有する多孔質膜又は撥水処理した多孔質膜が好適に使用される。これらの膜は、図７に示されるように、(A)スパイラル構造〔日東電工株式会社の製品カタログ参照〕、(B)プリーツ構造〔特開2000-42379参照〕、(C)中空糸構造又はチューブ構造〔日東電工株式会社の製品カタログ参照〕、(D)プレートおよびフレーム構造（平膜の積層）〔日東電工マテックス株式会社の製品カタログ参照〕などの膜モジュールとして膜分離装置１２に設置される。前記スパイラル構造は、図７(A)に示されるように、平膜をのり巻き状にしたモジュールであり、吸収液が平膜間を軸方向に流通する間に中心部を貫通する集水管に透過水が収集されるというものである。前記プリーツ構造は、図７(B)に示されるように、内側円筒部材と外側円筒部材との間にプリーツ型の膜エレメントが装着され、さらにプリーツ型膜エレメントがトップハウジングおよびボトムハウジング内に収容されて構成され、トップハウジング上部に設けられた液体供給口から供給された吸収液の水分がプリーツ型の膜エレメントを透過して分離回収されるというものである。前記中空糸構造又はチューブ構造は、図７(C)に示されるように、多数の中空糸状の膜が円筒形のハウジング内に収容され、中空糸膜の外周を流通する吸収液から水分を中空糸膜内に透過させて分離回収するものである。前記プレートおよびフレーム構造は、図７(D)に示されるように、プレート基板の両面に膜を取付けた複数のプレート状膜を多数重ね合わせ、このプレート状膜上部又は下部に吸収液を流通させる開口部が交互に設けられ、吸収液がプレート状膜表面を流通する際に、プレート基板側に透過させて分離回収するものである。

これら膜モジュールのうち、単位体積あたりの膜面積が大きくコンパクトで透過能力にすぐれたスパイラル構造とすることが望ましい。また、前記多孔質膜の孔径は、０．２μｍ以下が望ましい。

前記浸透気化法は、膜１３を介して吸収液が流通する吸収液側流路と気相又は液相からなる透過側流路とを形成し、吸収液中の水分を選択的に透過側に透過させるものである。本浸透気化法に用いられる膜１３としては、親水性の非多孔質活性層からなる表層と、多孔質層又は不織布層からなる支持層とを積層した積層構造からなるものが好適に使用される。表層の非多孔質活性層としては、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などの親水性高分子材料やゼオライトなどの吸湿性無機材料を用いることができる。これらの膜は、上記膜蒸留法と同様に、図７に示される(A)スパイラル構造、(B)プリーツ構造、(C)中空糸構造又はチューブ構造、(D)プレートおよびフレーム構造（平膜の積層）などの膜モジュールとして膜分離装置１２に設置される。

前記再生ユニット５による吸収液の再生方法について、前記膜蒸留法のうち減圧法による再生を例に挙げ、具体的に説明する。なお、以下に説明する方法は、前記直接接触法、ガスギャップ法、スイープガス法についても同様にして適用することが可能である。膜１３は、使用中に吸収液側の送液圧や透過側の真空圧に耐え得る強度、又は製作中の取扱いに耐え得る強度とするため、多孔質膜からなる表面層と撥水性の不織布などからなる支持層とが積層された積層構造とする。かかる膜１３は、表面層を吸収液側とし、支持層を透過側として膜モジュールに配設される。膜モジュール内を流通する吸収液の飽和水蒸気圧は、吸収液の温度と濃度によって定まり、一般に吸収液側の温度が高く、又は濃度が低くなるにつれて水蒸気圧は高くなる。このとき吸収液側の飽和水蒸気圧と透過側の真空圧との差圧が駆動力となって、吸収液中の水蒸気だけが膜１３を透過して透過側に分離され、吸収液が脱水されるようになっている。

前記透過側流路を減圧するには、透過側流路の空気（気体）を真空ポンプ１４によって強制的に排除する。このとき、前記真空ポンプ１４として、軸などの駆動部の抵抗が少ないドライポンプを使用することが好ましい。これにより、動力が低減され、省エネルギー化を図ることができるようになる。

ここで、真空ポンプの理論動力Ｐ_Ｗは、次式(1)の理論式から明らかなとおり、真空ポンプの段数を多段にする（ｍを大きくする）ことによって、低減することができるため、真空ポンプは直列的に多段で設けることが好ましい。

ここで、Ｐ_Ｗ：真空ポンプの理論動力、Ｐ_１：吸入圧、Ｐ_２：吐出圧（大気圧）、Ｑ_１：排気速度（吸入状態）、κ：比熱比、ｍ：段数、η_tad：全断熱圧縮効率、η_ｍ：機械効率

さらに、再生ユニット５に送液される吸収液中の水分の量は、吸収液側流路の上流で多く、下流にいくにつれて吸収液中の水分が透過側に分離されるため徐々に少なくなっている。したがって、膜の単位面積あたりの水蒸気の透過量を一定に保つには、透過側流路の水蒸気圧を、上流側で高く、下流側で低くすることが好ましい。このように、本膜分離装置１２においては、吸収液中の水分の濃度に応じて透過側の真空圧を可変できるようにしているため、必要最小限の真空ポンプの動力で効率のよい膜分離が実現できるようになる。

〔第２形態例に係る湿式デシカント空調機１’の構造〕
第２形態例に係るデシカント空調機１’では、図９に示されるように、処理空気を除湿ユニット３および冷却コイル４で除湿冷却後、室内に供給する前に空気調整ユニット２０によって各種空気調整が図られている。前記空気調整ユニット２０は、前述の斜行ハニカム構造からなる斜行ハニカム２１と、この斜行ハニカム２１の上面に水或いは二酸化塩素水などの殺菌脱臭剤を散水する散水手段２２と、前記斜行ハニカム２１の下面より排出される前記水又は殺菌脱臭剤を貯留する受水タンク２３と、この受水タンク２３に貯留された前記水又は殺菌脱臭剤を前記散水手段２２に供給し循環させるための循環路２５および送液ポンプ２４とから構成され、前記除湿冷却後の空気を前記斜行ハニカム２１を通過させる過程で、蒸発冷却、加湿、殺菌及び／又は脱臭処理を行うものである。なお、図示されないが、前記受水タンク２３には、前記水又は殺菌脱臭剤を補給する補給手段を設けてもよい。

〔湿式デシカント空調機１、１’の運転状態〕
次に、上記第１形態例および第２形態例に係るデシカント空調機１、１’の運転状態について、図１０に示される空気線図に基づいて詳述する。

上記第１形態例に係るデシカント空調機１において、図１の(a)、(b)、(c)における各点の空気の状態は、図１０の(a)、(b)、(c)に示される通りである。すなわち、処理空気（外気３４℃、２０．４kg/kgDA、状態(a)）は、デシカント空調機１に導入されると、除湿ユニット３で除湿されて状態(b)とされ、冷却コイル４で冷却されて状態(c)とされた後、室内に供給される。

また、上記第２形態例に係るデシカント空調機１’では、図９の(a)、(d)、(e)、(f)における各点の空気の状態は、図１０の(a)、(d)、(e)、(f)に示される通りである。すなわち、同様の処理空気（状態(a)）は、デシカント空調機１’に導入されると、除湿ユニット３で除湿されて状態(d)とされ、冷却コイル４で冷却されて状態(e)とされ、空気調整ユニット２０で空気調整がされて状態(f)とされた後、室内に供給される。

一方、処理空気が低温低湿条件となる冬季の加熱加湿運転では、外気は、除湿ユニット３を素通りし、装置冷却水又は熱排気などの温排熱によって加温された中温水によって予熱され、斜行ハニカムで常温程度の水による加湿、水溶性ガス除去及び殺菌脱臭剤による殺菌及び／又は脱臭処理が行われた後、室内に供給される。

本発明の第１形態例に係る湿式デシカント空調機１の流路構成図である。 気液接触構造体６の部分斜視図である。 気液接触構造体６の部分分解図である。 除湿ユニット３の他の形態例（その１）を示す流路構成図である。 除湿ユニット３の他の形態例（その２）を示す流路構成図である。 膜蒸留法および浸透気化法の分類を示す模式図である。 膜モジュールの分類を示す模式図である。 再生ユニット５の形態例を示す流路構成図である。 本発明の第２形態例に係る湿式デシカント空調機１の流路構成図である。 本発明に係る湿式デシカント空調機の空気線図である。

符号の説明

１・１’…湿式デシカント空調機、２…送風機、３…除湿ユニット、４…冷却コイル、５…再生ユニット、６…気液接触構造体（斜行ハニカム）、７…散液手段、８…受液タンク、１０…送液ポンプ、１１…循環路、１２…膜分離装置、１３…膜、１４…真空ポンプ

Claims (10)

1. 多数の空気流通路を有する気液接触構造体と、この気液接触構造体に対して空気との接触により空気中の水分を吸収する吸収液を供給する供給手段とを備えた除湿ユニットと、この除湿ユニットを通過した吸収液から水分を膜分離して吸収液を再生する膜分離装置を備えた再生ユニットとから構成されることを特徴とする湿式デシカント空調機。
2. 多数の空気流通路を有する気液接触構造体と、この気液接触構造体の上面に配置され、空気との接触により空気中の水分を吸収する吸収液を供給する散液／噴霧手段と、前記気液接触構造体の下面より排出される前記吸収液を貯留する受液タンクとを備えた除湿ユニットと、前記受液タンクに貯留された前記吸収液を前記散液／噴霧手段に供給し循環させるための循環路および送液ポンプと、前記循環路の中間に吸収液から水分を膜分離して吸収液を再生させる膜分離装置とを備えた再生ユニットとから構成されることを特徴とする湿式デシカント空調機。
3. 前記膜分離装置では、膜蒸留法又は浸透気化法による吸収液の再生を行う請求項１、２いずれかに記載の湿式デシカント空調機。
4. 前記膜として、撥水性を有する多孔質膜又は親水性高分子材料やゼオライトに代表される吸湿性無機材料を表層に用いた積層膜が用いられている請求項１〜３いずれかに記載の湿式デシカント空調機。
5. 前記吸収液として、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、グリセリンなどの群から選ばれた有機系水溶液又は塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩化カルシウムなどの群から選ばれた無機系水溶液が用いられている請求項１〜４いずれかに記載の湿式デシカント空調機。
6. 前記除湿ユニットの下流に、多数の空気流通路を有する気液接触構造体と、この気液接触構造体の上面に水又は殺菌脱臭剤を供給する散液／噴霧手段と、前記気液接触構造体の下面より排出される前記水又は殺菌脱臭剤を貯留する受液タンクと、この受液タンクに貯留された前記水又は殺菌脱臭剤を前記散液／噴霧手段に供給し循環させるための循環路および送液ポンプとを備えた空気調整ユニットが付加されている請求項１〜５いずれかに記載の湿式デシカント空調機。
7. 前記気液接触構造体は、波形方向を異ならせた波板を交互に積層させ、前後両面および上下両面を夫々開口させるとともに、前面開口部から処理空気を導入し、後面開口部から処理済み空気を排出するようにした斜行ハニカム構造の気液接触構造体とされる請求項１〜６いずれかに記載の湿式デシカント空調機。
8. 前記膜分離装置では、前記吸収液が流通する吸収液側流路から膜を介して水分を透過させる透過側流路が形成されるとともに、前記透過側流路の水蒸気圧が前記吸収液の水蒸気圧よりも低くなるような直接接触法、ガスギャップ法、減圧法、スイープガス法の群から選ばれた手段が用いられている請求項１〜７いずれかに記載の湿式デシカント空調機。
9. 前記膜分離装置では、前記吸収液が流通する吸収液側流路から膜を介して水分を透過させる透過側流路が真空ポンプによって減圧されるとともに、前記真空ポンプが直列的に多段で設けられている請求項１〜８いずれかに記載の湿式デシカント空調機。
10. 前記膜分離装置では、前記吸収液が流通する吸収液側流路から膜を介して水分を透過させる透過側流路が真空ポンプによって減圧されるとともに、前記透過側流路の水蒸気圧が、前記吸収液側流路の上流側で高く、下流側で低くなるように設定されている請求項１〜９いずれかに記載の湿式デシカント空調機。

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