JP2010190557A

JP2010190557A - 太陽熱利用の空調システム

Info

Publication number: JP2010190557A
Application number: JP2009058689A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Konno; 賢一今野
Original assignee: EARTH CLEAN TOHOKU KK; Earthclean Tohoku Co Ltd
Current assignee: EARTH CLEAN TOHOKU KK; Earthclean Tohoku Co Ltd
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2010-09-02

Abstract

【課題】熱交換器や圧縮器などの電気エネルギーを必要としない空調システムとすること。
【解決手段】太陽熱によって直接または間接的に加温された空気を発生する温風発生装置と、該温風発生装置からの温風を送気する吸湿剤を内蔵する除湿器と、該除湿器によって除湿した空気を冷却する間接式気化冷却装置と、これらを連結した複数の通風管、該通風管に設けた複数の切替弁および、これら前記各装置に空気を送る複数の送風機とを備える構成により、前記各切替弁を連動制御し、それぞれの送風機によって吸入した外気を前記除湿器に供給し、該除湿器から排出する外気を間接式気化冷却装置に送気して外気を冷却するか、温風発生装置からの加温された外気を屋内に循環して屋内の気温を調節する構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、個人家屋内の空調機器において、大量の電気エネルギーを消費しない簡易型のエコシステムの太陽熱利用の空調システムに関する。

従来から太陽熱を利用した空調システムとして暖房装置などが多く、開発されています。その多くは太陽熱によって加温された温水を室内に循環する方法または熱交換機（圧縮器）を利用するものであった。しかし、太陽熱によって加温された温水によって空調システムの空気を加温するものであるが、夏場の冷房効果を必要する場合には、圧縮器を必要とするものであった。また、屋内の湿度を調節するものとして太陽熱で空気を加熱し、この温風をデシカント空調機に導入して除湿ロータの除湿剤の再生を行う空調機なども開発されている。

特開２００６−３０８２０４号公報図面特開２００７−２５５７８０号公報第１頁

特許文献１は家屋内の湿度調節を行うものとしてデシカント空調機を使用するもので、デシカント空調機に再生流路、冷却流路および除湿流路の３系路を仕切りによって区画して設け、太陽熱によって加温した空気をデシカントロータの除湿剤の再生経路に導入し、室内から排気する空気や屋外の外気を除湿ロータに供給して除湿し、これを冷却流路に導入して冷却して室内に適温の空気を供給するものであるが、デシカント空調機の電気エネルギーの消費電力を必要とした。また、特許文献２はデシカント空調機と太陽熱温水器とを組み合わせた空調システムであるが、除湿ロータや温熱コイルを必要とし、多くの電力を使用するものであった。

本発明の太陽熱利用の温風発生装置を備えた空調システムは、外気の熱交換機などを必要とする除湿ロータを使用せず、温度上昇した空気を冷却するに加湿せずに水の気化現象で顕熱（温度）だけを下げる冷却方法にし、エネルギーを使用せずに冷却が可能としたものである。また、太陽がさんさんと照る昼間に除湿器の除湿剤を再生し、真夏の夜、特に寝室の蒸し暑さを改善するもので、空調器としてエネルギー効率が優れ、夜間、室内の外気や屋外の外気を通過させて除湿するという簡易な方法による空調システムを提供するものである。

本発明は、除湿した外気についてエネルギーを使用せず、水の気化現象による空気を冷却することでシステム全体のエネルギー効率を更に向上させ、省エネルギーを図ることができる間接式気化冷却器を備えた空調システムを提供する。
本発明の課題は、家庭の消費電力を極力減らし、冷房・暖房の空調を行う空調システムを提供することである。
本発明の他の課題は、太陽熱温風発生器を利用した省エネタイプの空調システムを提供することである。

本発明の課題は、以下の構成によって達成できる。
太陽熱利用の空調システムにおいて、太陽熱によって直接または間接的に加温された空気を発生する温風発生装置と、該温風発生装置からの温風を送気する吸湿剤を内蔵する除湿器と、該除湿器によって除湿した空気を冷却する間接式気化冷却装置と、これらの温風発生装置、除湿器及び間接式気化冷却装置を連結した複数の通風管と、前記温風発生装置と除湿器との間の通風管、除湿器と間接式気化冷却装置との間の通風管などの通風管に配置した複数の切替弁と、これら前記各装置に空気を送る複数の送風機とを備え、前記各切替弁を連動制御し、それぞれの送風機によって吸入した外気を前記除湿器に供給し、該除湿器から排出する外気を間接式気化冷却装置に送気して外気を冷却するか、冬場は温風発生装置からの加温された外気を屋内に循環して屋内の気温を調節する太陽熱利用の空調システムの構成である。

本発明の前記課題は、請求項１において、夏季の昼間の間は、前記温風発生装置からの加温された外気を除湿器に供給し、夜間は屋内または屋外からの外気とを切替弁によって温風発生装置からの外気を遮断し、屋内の外気を前記除湿器に供給して除湿し、除湿された除湿工程の外気は前記間接式気化冷却装置に供給され、適温に調節されて室内に噴出される太陽熱利用の空調システムによって達成できる。

本発明の前記課題は、請求項１乃至請求項２において、冬季には、前記温風発生装置によって加温された温風を適温に調節して室内に吹き出し、暖房を行うことを特徴とする太陽熱利用の空調システムによって達成できる。

太陽熱によって直接または間接的に加温された空気を発生する温風発生装置と、該温風発生装置からの温風を送気する吸湿剤を内蔵する除湿器と、該除湿器によって除湿した空気を冷却する間接式気化冷却装置と、前記温風発生装置の加温された空気を除湿ロータの再生に使用するデシカント空調機と、これらの温風発生装置、除湿器及び間接式気化冷却装置を連結した複数の通風管と、前記温風発生装置と除湿器との間の通風管、除湿器と間接式気化冷却装置との間の通風管などの通風管に配置した複数の切替弁と、これら前記各装置に空気を送る複数の送風機とを備え、前記各切替弁を連動制御し、それぞれの送風機によって吸入した外気を前記除湿器に供給し、または外気を前記デシカント空調器の除湿ロータに供給し、該除湿器及び除湿ロータから排出する外気を間接式気化冷却装置に送気して外気を冷却して室内に給気して快適な室内温度を維持し、前記除湿ロータの再生用の温風として前記温風発生装置の温風を利用し、冬場は温風発生装置からの加温された外気を屋内に循環して屋内の気温を調節する暖房を行う太陽熱利用の空調システムによって達成できる。

本発明の空調システムは、屋外の外気と室内からの排気を混合して除湿剤によって除湿し、この除湿された空気を前記間接式気化冷却器に通過させて処理し、適温の空気とし、これを室内に供給するもので、夏季は除湿処理に使用した除湿剤の再生を太陽熱利用の温風によって行い、除湿部において屋内の空気と温風とを交互に供給することによって簡易な構成の省エネタイプの空調システムである。
本発明に使用する間接式気化冷却器は、水の気化熱を利用した構成であり、これらの冷却器については本発明出願人が先に出願した特開２００４−１９０９０７号公報、特開２００４−３４０５５１号公報、特開２００８−１０１８９０号公報などに記載される間接式気化冷却器である。

本発明の太陽熱利用の空調システムは、昼間湿気を吸着する除湿剤などを乾燥、再生するときに太陽熱利用の温風を利用するので送風機以外の電気エネルギーを使用せず、省エネ型の空調システムである。
また、冬場は太陽熱利用した温風を温度調節して室内に供給することができるから、ボイラーなどの加熱装置を必要とせず、また、熱交換機を必要としない電気エネルギーの消費の少ない空調システムである。
夏場は、夜間屋内から排出される空気または屋外の外気を除湿すると共にこれを通過した空気を水だけによる間接式気化冷却器で冷却されて室内に供給されるから通常のヒートポンプの気化部（圧縮器）の冷却に比較して電気の使用量を大幅に低減できる。
本発明は、太陽熱による温風発生装置を利用するが、太陽熱によって加熱された温水を利用して温風を発生させることもできる。従って、大型のボイラー、電気ヒータなどの熱源を利用しないのでこの種類の熱源のエネルギー効率（ＣＯＰ）を大幅に向上させることができる。

本発明の空調システムは、空調装置による室内に給気する冷気の冷却用として圧縮器を使用しないので電気の消費量を低減できる。
除湿器の除湿剤の再生に使用する高温空気は太陽熱利用温風を利用するものであるから、空調用消費電力を従来のヒートポンプの圧縮器による冷却システムに比較して大幅に低減した空調システムである。この温風発生装置に代えて温水によって加熱された温風を利用することもできる。

本発明の空調システムは、従来の電気容量（圧縮器の容量）を約１／２〜１／３程度にすることが可能である。
圧縮器の容量を約１／２〜１／３にすることは、使用する冷媒ガスの使用量も少なくすることとなるので、炭酸ガス（ＣＯ２）削減効果が大きい。

「本発明に係わる汎用空調システムの第１の実施例の概略を示すシステム構造図である。」「本発明の第２の実施例の概略説明図」である。「図１の実施形態の性能シュミーレーションを示す構造図である。」

本発明に係る太陽熱利用の空調システムの実施例を図に基づいて詳細に説明する。

本発明の空調システムについて実施例を説明する。
送風機２を装着した太陽熱による温風を発生する温風発生装置１が屋根などの屋外に配置してある。この温風発生装置１の送風機２側にフィルターを備えた吸入口３と内部の温められた空気を排出する排出口４を備えてある。一方、家屋１４の天井１５や壁面内に、除湿剤を充填した除湿器７を配置し、温風発生装置１の排出口４に接続した通風管６の他端を除湿器７の流入口８に接続し、この流入口８の近傍には四方弁である切替弁５を配置してある。この切替弁５には外気または室内からの混合空気を流通する通管９が接続され、また、図２に示されるように通常のデシカント空調機１８を併設し、除湿ロータ１９の除湿剤の再生に温風発生装置１ａからの外気を供給する。更に、他方の除湿された外気は間接気化式冷却器１２により冷却されて室内に供給する。各通管に接続する切替弁は送風機２のスイッチに連動している。この送風機２は温風発生装置１内の温度センサーによって制御されている。

除湿器７の排出口１０に三方弁の切替弁１０ａを介して接続した通管１１は間接型気化冷却器１２に接続すると共に切替によって屋外への排気するようになっている。通管１１と間接型気化冷却器１２とは接続してある。間接型気化冷却器１２は水の気化熱で冷やす多段式の冷却器で、プレート管型熱交換器を積層して設けたものである。このプレート管型熱交換器の管の表面には吸湿剤が被覆されて吸着剤層を形成してある。この吸着剤層はプレートの外側伝熱面を被覆するように吸着材を敷きつめてもよい。この吸着剤としてシリカゲル、ゼオライト、高分子ポリマー、活性アルミナ等である。

間接式気化冷却器１２の排出管１７の先端には家屋１４の壁面に噴出口１３が設けられている。ここに温度センサーを配置してある。太陽熱が充分に得られないときはデシカント空調機１８によって室温を調節する。
この場合は屋根上に配置する温風発生装置１は簡易型の空調システム用とデシカント空調用１ａとの２系列を配置するとよい。すなわち、太陽熱による温風発生装置１の大型化を防ぐことができ、確実に太陽熱を利用することができ、効率的である。

本発明の空調システムの作用について説明する。
夏季は、日照時間が長いので、太陽熱による温風発生装置１の空気の温度が高くなる。従って、送風機２によって送られた外気は６０℃位になり、乾燥した状態で除湿器７に供給される。充填した除湿剤は吸着した湿気が除去されて除湿剤は再生される。この温風は除湿器７を通過した後、この処理済の還気は屋外に排出する。

昼間にこの除湿器７の除湿剤が完全に再生された後、夜に寝室に供給する空気は、切替弁５を切り替えて温風発生装置１からの送風は停止され、室内又は室内と外気との混合空気が除湿器７の流入口８（フィルターを介して）から吹き込まれる。この外気は除湿され、加温されると共に湿度は軽減される。この外気を間接式気化冷却器１２に送られて冷却され、乾燥した状態で冷却されて適温になった空気は供給管１７を経て噴出口１３から噴出することになる。除湿剤３の湿度が増加したときは切替弁５が切り替えられて温風が除湿器７の流入し、再生工程になる。昼間と夜間とに除湿・再生を繰り返して室内の温度が適温に維持されることになる。

冬季の暖房には、温風発生装置１によって温められた空気が直接通管１１を経由して適温に調節されて吹き出し口から吹き出して暖房を行い、室内の暖房は維持されることになる。この時、間接式気化式冷却器１２は有休状態である。

本発明の間接式気化冷却器１２による冷却は、外気を加湿することなく、顕熱のみを下げるので吸入した外気の絶対湿度は変わらないが、この間接式気化冷却器２を通過した空気の相対湿度は上昇している。これによって空気の絶対湿度は変わらないで顕熱は下がり、冷却される。この調温、調湿された空気が室内に給気されることになる。

本発明の空調システムの図３に示す性能シュミーレーションにおいて説明する。
図２に示すように、３５℃、湿度１９ｇ／ｋｇの外気を送風機２によって、温風発生装置１の吸入口３に供給する。温風発生装置１の排出口４から温度６５℃、湿度１９ｇ／ｋｇの加温された空気が排出さされる。これを除湿器７に切替弁５を経由して供給する。この除湿器７から６５℃、湿度７０ｇ／ｋｇの外気が排気されて屋外に放出する。所定時間経過後、切替弁５を動作してこの除湿器に外気（大気）３５℃、湿度１９ｇ／ｋｇを送風機２によって吸引された外気（大気）は、除湿器７において除湿され、この外気は３０℃湿度９．５ｇ／ｋｇとなり、この外気は排出口１０から排出され、三方弁の切り替えで通管１１を経て、三方弁１６によって、間接式気化冷却器１２に送られ、２５℃、湿度９．５ｇ／ｋｇに調整されて噴出口１３から室内に供給される。

冬季の暖房時には、温風発生装置１から排出した６５℃、湿度１９ｇ／ｋｇの外気の温度を下げて２５℃、湿度３０ｇ／ｋｇの空気を通管１１を経て吹き出し口２０から吹き出して室内の暖房を行う。この温度は調節することができる。

１温風発生装置
２送風機
３吸入口
４排出口
５切替弁
６通風管、
７除湿器
８流入口
９通管
１０排出口
１１通管
１２間接式気化冷却器
１３噴出口
１４家屋
１５天井
１７供給管
１８デシカント空調器
１９除湿ロータ

Claims

太陽熱利用の空調システムにおいて、太陽熱によって直接または間接的に加温された空気を発生する温風発生装置と、該温風発生装置からの温風を送気する吸湿剤を内蔵する除湿器と、該除湿器によって除湿した空気を冷却する間接式気化冷却装置と、これらの温風発生装置、除湿器及び間接式気化冷却装置を連結した複数の通風管と、前記温風発生装置と除湿器との間の通風管、除湿器と間接式気化冷却装置との間の通風管などの通風管に配置した複数の切替弁と、これら前記各装置に空気を送る複数の送風機とを備え、前記各切替弁を連動制御し、それぞれの送風機によって吸入した外気を前記除湿器に供給し、該除湿器から排出する外気を間接式気化冷却装置に送気して外気を冷却するか、冬場は温風発生装置からの加温された外気を屋内に循環して屋内の気温を調節することを特徴とする太陽熱利用の空調システムの構成である。
請求項１において、夏季の昼間の間は、前記温風発生装置からの加温された外気を除湿器に供給し、夜間は切替弁によって温風発生装置からの外気を遮断し、屋内または屋外からの外気を前記除湿器に供給して除湿し、除湿された除湿工程の外気は前記間接式気化冷却装置に供給され、適温に調節されて室内に噴出することを特徴とする太陽熱利用の空調システムによって達成できる。
本発明の前記課題は、請求項１乃至請求項２において、冬季には、前記温風発生装置によって加温された温風を適温に調節して室内に吹き出して暖房を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のいずれか１つの太陽熱利用の空調システム。
太陽熱利用の空調システムにおいて、太陽熱によって直接または間接的に加温された空気を発生する温風発生装置と、該温風発生装置からの温風を送気する吸湿剤を内蔵する除湿器と、該除湿器によって除湿した空気を冷却する間接式気化冷却装置と、前記温風発生装置の加温された空気を除湿ロータの再生に使用するデシカント空調器と、これらの温風発生装置、除湿器及び間接式気化冷却装置を連結した複数の通風管と、前記温風発生装置と除湿器との間の通風管、除湿器と間接式気化冷却装置との間の通風管などの通風管に配置した複数の切替弁と、これら前記各装置に空気を送る複数の送風機とを備え、前記各切替弁を連動制御し、それぞれの送風機によって吸入した外気を前記除湿器に供給し、または外気を前記デシカント空調器の除湿ロータに供給し、該除湿器及び除湿ロータから排出する外気を間接式気化冷却装置に送気して外気を冷却して室内に給気して快適な室内温度を維持し、前記除湿ロータの再生用の温風として前記温風発生装置の温風を利用し、冬場は温風発生装置からの加温された外気を屋内に循環して屋内の気温を調節することを特徴とする太陽熱利用の空調システム。