JP2010276325A - 調湿空調機及び空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】水熱源ヒートポンプの蒸発熱及び凝縮熱を収着用空気の予冷及び再生用空気の加熱に使用するとともに、これら予冷の熱量及び再生の熱量の過不足分を外部熱源からの熱で補うことが可能な調湿空調機を提案する。
【解決手段】給気通路及び排気通路と、両通路の隣接部分に取り付けられたデシカントローターと、デシカントローター上流の給気通路部分に設置された第１の主熱交換器と、デシカントローター上流の排気通路部分に設置された第２の主熱交換器とを具備し、第２の熱媒供給手段として、凝縮器及び蒸発器として機能する第１、第２の補助熱交換器と膨張弁と圧縮機とで水熱源ヒートポンプを構築して、外部熱源から導水管路を経て供給される冷熱（温熱）に水熱源ヒートポンプの蒸発熱（凝縮熱）を上乗せして、予冷機（加熱機）へ供給し、かつ水熱源ヒートポンプの凝縮熱（蒸発熱）を加熱機（予冷機）へ供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、調湿空調機及び空調システムに関する。

空調用空気の除湿の方法として、露点温度以下に冷却することにより空気中の水分を凝集させて取り除く冷却方式と、乾燥剤（デシカント）を使って吸湿するデシカント方式とがある。デシカント方式では、隣り合う給気通路と排気通路の隣接部分に両通路内へまたがって、乾燥剤を包含するデシカントローターを回転可能に取り付け、かつこの取付け箇所より上流の排気通路部分に加熱機（再生コイル）を配置する。そしてデシカントローターが回転しながら、給気通路内で水分を吸着し、排気通路内で水を放出することを繰り返す（特許文献１）。

デシカント式の除湿機において、相対湿度の増大に伴って水の吸着量が増えるシリカゲルなどを吸湿剤として、デシカントローターへ向かう給気空気を予冷し、除湿効果を高めることも行われている（例えば特許文献２の段落００１４、図１・図２参照）。

特許第３１２３９７１号 特開２００４−２７１０８１ 特開２００８−３０４１１３ 特許第３９２７３７７号

http://www.aist.go.jp/aist_j/research/patent/2008/11_1/index.html独立行政法人 産業技術総合研究所 「低温廃熱を利用した吸着式ヒートポンプシステム」検索日：２００９年４月２５日 http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2008/pr20081008_2/pr20081008_2.html 独立行政法人 産業技術総合研究所 「安価な高性能無機系吸放湿材を開発」発表日：２００８年１０月８日

特許文献１の湿度調整装置は、水分を取り除くための再生用空気を１００℃以上に加熱する必要があり、電気ヒーターや高温の熱媒体が必要であったため、さらにエネルギー消費を削減したいとの要請が強い。とくに特許文献２の如く冷却機を併用したときには、冷却機に供給するエネルギーがさらに必要となる。

そこで予冷のエネルギー効率を高めるため、高湿度領域で吸湿率が高くかつ４０〜８０℃の低温で再生可能な乾燥剤（高分子収着材又はイモゴライト）も提案されている（特許文献３、非特許文献１）。

これに対して、冷却機と加熱機とを含むデシカント式空調機の全体の効率を高めるために、デシカントローターを通過した乾燥空気の冷却（顕熱交換）と、再生用空気の加熱とに、空冷ヒートポンプ熱源装置の蒸発熱と凝縮熱とを使用し、熱のリサイクルを行うことが提案されている（特許文献４）。

ところが、ヒートポンプは、一方側から蒸発器が奪った熱を凝縮器によって他方側へ放出するから、凝縮熱の熱量はおおよそ蒸発熱の熱量に相応し、各熱量を別々にコントロールすることができない。他方、空調機の外部から取り込む給気エアの冷却に必要な熱量は、外気温度などの気候条件に左右され、必ずしも再生用空気の加熱に必要な熱量とは一致しない。このため、除湿に必要な冷却熱量と加熱熱量とのバランスがとれず、バランスが大きく崩れると湿度制御が困難になるという問題点がある。具体的には本願図６を用いて後で説明する。

本発明の目的は、水熱源ヒートポンプの蒸発熱及び凝縮熱を収着用空気の予冷及び再生用空気の加熱に使用するとともに、これら予冷の熱量及び再生の熱量の過不足分を外部熱源からの熱で補うことが可能な調湿空調機及び空調システムを提案することである。

第１の手段は、隣り合わせて設けた給気通路及び排気通路と、
これら給気通路及び排気通路の隣接部分に取り付けられたデシカントローターと、
デシカントローターよりも上流の給気通路部分に設置された第１の主熱交換器と、
デシカントローターよりも上流の排気通路部分に設置された第２の主熱交換器と、
を具備し、
第１の主熱交換器及び第２の主熱交換器のうちの一方を予冷機として、他方を加熱機として機能させるように各主熱交換器に熱媒を供給するように設けた調湿空調機であって、
第１の熱媒供給手段として、第１の主熱交換器への送水管及び第１の主熱交換器からの還水管を含む導水管路を設けるとともに、
第２の熱媒供給手段として、凝縮器及び蒸発器として機能する第１、第２の補助熱交換器と膨張弁と圧縮機とで水熱源ヒートポンプを構築して、第１の補助熱交換器を送水管中の熱媒との間で、また第２の補助熱交換器をデシカントローター上流の排気通路部分内の気流との間で熱の授受交換をすることが可能にそれぞれ形成しており、
水熱源ヒートポンプは、少なくとも次の（ａ）又は（ｂ）の態様で予冷機又は加熱機である第１、第２の主熱交換器に対して熱を供給することを特徴とする。
（ａ）外部熱源から導水管路を経て供給される冷熱に水熱源ヒートポンプの蒸発熱を上乗せして、予冷機へ供給し、かつ水熱源ヒートポンプの凝縮熱を加熱機へ供給すること。
（ｂ）外部熱源から導水管路を経て供給される温熱に水熱源ヒートポンプの凝縮熱を上乗せして、加熱機へ供給し、かつ水熱源ヒートポンプの蒸発熱を予冷機へ供給すること。

本手段は、図３に示す給気通路及び排気通路にそれぞれ設置した２つの主熱交換器（予冷機及び再生加熱機）の間で水熱源ヒートポンプを経由して熱のリサイクルを行う調湿空調機に関する。そして概略図である図８（Ａ）に示すように、除湿過程で必要により外部熱源から供給される冷熱Ｈ_２を水熱源ヒートポンプの蒸発熱Ｈ_１に上乗せできるようにしたものである（加湿過程も同様）。

換言すれば、本手段のシステムは、水熱源ヒートポンプを経由して、熱を融通する機能を有する。熱の融通とは、調湿空調機の予冷及び再生加熱に必要な熱量のうち水熱源ヒートポンプの蒸発熱及び凝縮熱で足りない部分を、外部熱源で補うという意味である。好適な一例として、補充熱量が不要な場合や蒸発熱すら不要である場合に熱媒を外部熱源に戻すという形態を含む。外部熱源で補うと言っても、水熱源ヒートポンプの供給熱量及び外部からの補充熱量のうちどちらが大きいかを問わない。

「第１の補助熱交換器」は、上記(a)又は(b)の態様専用でもよいが、両態様を切替可能とすることが好ましい。(a)(b)以外の態様（モード）を有していてもよい。

第２の手段は、第１の手段を有し、かつ
さらに、セントラル熱源などの外部熱源から供給され導水管路内を流通する熱媒の流量と水熱源ヒートポンプの出力とのうち何れか一方又は双方を制御する制御装置を設けている。

本手段では、予冷機の必要熱量と加熱機の必要熱量との必要熱量との不均衡を補うための制御部を設けることを提案している。外部熱源からの供給熱量及び水熱源ヒートポンプの出力の双方を制御することが望ましいが、その一方を人間が手動調整し、他方を自動制御するような構成も考えられる。セントラル熱源への応用を考慮して、外部熱源からの熱の供給は、熱媒の流量制御により調整する。

第３の手段は、第２の手段を有し、かつ
上記制御装置は、
給気通路及び排気通路内の通気条件に応じて第１の主熱交換器及び第２の主熱交換器に対する水熱源ヒートポンプの供給熱量を調整する、インバータなどの第１の制御部と、
導水管路の一部又は全部の流量を調整するための第２の制御部とを含むことを特徴とする。

本手段の構成中、第１の制御部は、外気や室内空気の温湿度に対応するものであり、水熱源ヒートポンプとしての普通の制御を行う。除湿の場合には再生加熱機に必要なエネルギーに、また加湿の場合には冷却機に必要なエネルギーにそれぞれ合わせて、ヒートポンプの熱供給量を制御し、第１の主熱交換器側においてエネルギーが不足するときには外部熱源のエネルギーで補えばよい。外部からの供給エネルギーは第２の制御部により制御される。

第４の手段は、第３の手段を有し、かつ
上記水熱源ヒートポンプは、圧縮機から第１の補助熱交換器と膨張弁と第２の補助熱交換器とを通過して圧縮機へ戻る循環管路において、第１、第２の補助熱交換器の順序を入れ替える流路切替弁を有し、
この流路切替弁を手動又は第１の制御部からの指令により切り替えることで、上記(a)の態様と(b)の態様とを切り替えることが可能に構成している。

本手段では、図３及び図４に示す如く水熱源ヒートポンプの蒸発器及び凝縮器の役割を入れ替えることを提案している。切替の方法には従来公知の方法（四方弁など）を用いるとよい。

第５の手段は、第２の手段から第４の手段のいずれかを有し、かつ
上記デシカントローターに内蔵する乾燥剤を、４０℃から８０℃の範囲で再生可能な乾燥剤としている。

本手段では、低温度で再生可能な乾燥剤として使用することを提案している。低温度再生タイプの乾燥剤として、前述の高分子収着剤またはイモゴライトなどがある。「収着」とは物質の表面への吸着と物質内部への吸収とが並行することをいう。低温度とは４０℃から８０℃程度とし、さらに好ましくは４０〜５０℃の範囲とすることが望ましい。一般的な水熱源ヒートポンプでは温熱媒の温度の限界が５０℃程度であることが多いからである。もっとも５０℃以上で再生可能な乾燥剤を用いたときでも、実施例で述べるように水熱源ヒートポンプの熱と別の補助熱交換器の熱とを併用して、乾燥剤を加熱することは可能である。

第６の手段は、第２の手段から第５の手段のいずれかを有し、かつ
第２の主熱交換器と第２の補助熱交換器とを、一つの熱交換器で兼用したことを特徴としている。

本手段では、図５に示す如く水熱源ヒートポンプの第２の補助熱交換器を、排気通路内に設置された第２の主熱交換器で兼用している。これにより熱効率が高く簡易な構成の調湿空調機を実現できる。

第７の手段は、空調システムであり、
空調領域の冷却又は暖房用の水熱源であるセントラル熱源と、第１の手段に記載した調湿空調機とを具備し、
さらに調湿空調機の給気通路を含む給気ラインと、調湿空調機の排気通路を含む排気ラインとを設けている。

本手段は、図１に示す如く調湿空調機の水熱源ヒートポンプと水熱源であるセントラル熱源との間で熱を融通することを提案している。ともに熱媒を水とすることが熱の融通を容易としている。水熱源ヒートポンプの蒸発熱の温度はセントラル熱源が供給する冷水よりも低温であり、水熱源ヒートポンプの凝縮熱の温度はセントラル熱源が供給する温水よりも高温であるものとする。

第１の手段に係る発明によれば、水熱源ヒートポンプによる発生熱量を、導水管路を介して外部から供給される熱量に上乗せして、再生用空気の加熱、収着用空気の冷却に利用するから、エネルギー効率がよく、加熱側と冷却側との所要熱量のバランスが崩れても調湿が可能である。

第２の手段に係る発明によれば、導水管路内の流量及び水熱源ヒートポンプの出力の一方又は双方を制御する制御装置を設けたから、外部からの供給熱量及び水熱源ヒートポンプの発生熱量の割合を最適化することができる。

第３の手段に係る発明によれば、水熱源ヒートポンプを制御する第１の制御部と、流量調整を制御する第２の制御部を設けたから、出力量及び流量を好適に制御することができる。

第４の手段に係る発明によれば、除湿運転態様と加湿運転態様とを切り替えることができるから汎用性が高い。

第５の手段に係る発明によれば、低温度での再生が可能としたから、水熱源ヒートポンプの凝縮熱を乾燥剤の再生に活用できる。

第６の手段に係る発明によれば、第２の主熱交換器と第２の補助熱交換器とを、一つの熱交換器で兼用したから、除湿機全体の構成を簡易にすることができる。

第７の手段に係る発明によれば、セントラル熱源を本発明の上記調湿空調機の外部熱源としたから、多数の用途に一定温度の熱媒水を供給するセントラル熱源と、冷熱及び温熱のバランスをとる必要がある除湿空調機との機能を補い合い、好適に熱の融通を行うことができる。

本発明の実施形態に係る調湿空調機を適用した空調システムでの空気の流れを示す図である。 図１の空調システムでの熱媒の供給系統の回路図である。 図１のシステムに用いた調湿空調機の構成図である。 図３の調湿空調機の異なる運転モードでの構成図である。 図３の調湿空調機の変形例を示す図である。 図３の調湿空調機の除湿時の空気に対する作用を示す図である。 図３の調湿空調機の加湿時の空気に対する作用を示す図である。 図３の調湿空調機への熱媒の供給の様子を示す説明図である。

図１から図８は、本発明の実施形態に係る調湿空調機及び空調システムを示す。

説明の都合上から、空調システムの構成を最初に説明する。

図１は、空調システムの空気の流通系統（通気系統という）を表わす図である。空調システム１の通気系統は、外部空間から空調領域Ａへ至る給気ライン１００と、空調領域Ａから外部空間へ至る排気ライン１１０とで構成される。

給気ライン１００は、外気取入れ口１０２から、調湿空調機２、顕熱処理用空調機１０４を経由して、空調領域Ａに至る。

排気ライン１１０は、空調領域から調湿空調機２を経由して外部空間へ連通する。図示例の排気ラインは、空調領域から調湿空調機２までの経路より２本の分岐ライン１１２、１１４を分岐させている。第１の分岐ライン１１２は、顕熱処理用空調機の入口側で給気ライン１００へ合流している。第２の分岐ライン１１４は排気ファン１１６を経由して外部空間へ連通する。

図２は、空調システムの熱媒の供給系統を表わす図である。空調システムの熱媒供給系統は、熱媒供給手段１２０と、熱媒供給手段から調湿空調機２側へ延びる送水ライン１３０と、調湿空調機２側から熱媒供給手段１２０へ至る還水ライン１３２とで構成される。

熱媒供給手段１２０は、水熱源装置１２２から送水側ヘッダー１２４へ送水通路を介して送水し、還水側ヘッダー１２６から水熱源装置１２２へ還水通路を介して還水する構造を有する。この還水通路には、バッファタンク１２７、送水ポンプ１２８が付設してある。

上記送水ライン１３０及び還水ライン１３２は、各ヘッダー及び調湿空調機２をつなぐメインラインに対して、これらメインラインの途中箇所を、顕熱処理空調機１０４を介して連続する補助ライン１３４を形成している。

調湿空調機２は、図３に示す如く、給気通路４と、排気通路６と、デシカントローター１０と、第１の主熱交換器１２と、第２の主熱交換器１４と、導水管路２０と、水熱源ヒートポンプ５０と、導水管路２０と、制御装置７０とで構成されている。

上記給気通路４は給気ライン１００の一部であり、また排気通路６は、排気ライン１１０の一部である。給気通路４を形成するケーシングと排気通路６を形成するケーシングとは、通気方向を平行かつ逆向きとして隣り合わせに接合し、２つの通路のケーシング部分にデシカントローター取付け用の貫通孔８を穿設する。

上記デシカントローター１０は、貫通孔８を挿通して給気通路４及び排気通路６にまたがるように貫通孔穿設箇所に回動可能に取り付けている。デシカントローター１０を回転させるためのモーター（図示せず）を設け、ローターの各部分が給気通路内で水分を吸い込み、次に排気通路内で水分を放出するように構成する。デシカントローター１０の内部には乾燥剤が内蔵されている。この乾燥剤は、高湿度で高い吸水率を示す性質のものであることが必要である。この性質を前提としてデシカントローターへの給気を予冷することにより高い除湿性能が得られるからである。さらに乾燥剤は、４０〜８０℃程度の温度で再生可能なものであることが望ましい。乾燥剤に関しては実施例の欄で述べる。

また給気通路４内には第１の送風ファン１６を、排気通路６内には第２の送風ファン１８をそれぞれ設置している。しかしながらこれら送風ファンを各通路以外の給気ラインないし排気ラインの適所に設置しても構わない。

上記第１の主熱交換器１２は、デシカントローターよりも上流側（図面左側）の通気路部分に設けられている。また、上記第２の主熱交換器１４は、デシカントローターよりも上流側（図面右側）の通気路部分に設けられている。これら第１の主熱交換器１２及び第２の主熱交換器１４は、好適な本実施形態において熱媒を通過させることで熱を生ずるコイルとしている。この構成によれば、除湿モードでは、第１の主熱交換器１２に冷水を、また第２の主熱交換器１４に温熱媒をそれぞれ流すことで、第１の主熱交換器１２が予冷機として、また第２の主熱交換器が再生用加熱機として機能する。また加湿モードでは、第１の主熱交換器１２に温水を、また第２の主熱交換器１４に冷熱媒をそれぞれ流して、冷却機及び加熱機の役割が入れ替えることができる。

第１の主熱交換器１２は導水管路から、また第２の主熱交換器１４は、水熱源ヒートポンプから、それぞれ熱の提供を受ける。

図６に夏季の除湿モードでの調湿空調機の作用による空気の状態の変化を空気線図に載せて描いている。給気通路４の入口では、外気の状態は空気線図の（１）の位置にある。温度３５℃、湿度は５０％強である。予冷機によって空気が冷却されると、乾球温度の減少とともに相対湿度が増加し、相対湿度が１００％に達した後にも飽和状態のままで温度が冷却され、予冷機を通過したときには（２）に至る。このときの温度は１６℃である。デシカントローターを通過することで、温度上昇を伴いながら絶対湿度が低下して（３）の状態となる。このときの相対湿度は２０％、温度は３３℃である。この除湿された空気が顕熱処理用空調機１０４へ送られる。他方、排気通路６の入口では、空気の状態は空気線図の（４）の位置にある。相対湿度は５０％で温度は２７℃である。再生用加熱機を通ることで温度が５０℃まで上昇し、（５）に至る。その後に温度が２４℃程度まで低下し、（６）の状態で外界へ放出される。ここで空気線図では比エンタルピ線が斜めに描かれており、この線は空気の等エネルギー線としての意味をもつ。この比エンタルピ線と、給気通路内での空気の（１）→（２）という状態変化、及び排気通路内での（４）→（５）という状態変化を比較する。そうすると、給気通路内では比エンタルピは８６［ｋＪ／ｋｇ］から４４［ｋＪ／ｋｇ］まで変化しており、他方、排気通路内では比エンタルピは５３［ｋＪ／ｋｇ］から７７［ｋＪ／ｋｇ］まで変化している。従って予冷に必要な冷熱は−４２［ｋＪ／ｋｇ］であるのに対して、再生加熱に必要な温熱は３５［ｋＪ／ｋｇ］である。これにより必要な冷熱量と温熱量とがバランスしていないことが判る。図７は冬季の加湿モードでの同様の変化を示している。給気通路内での（１）→（２）の行程における比エンタルピの変化と、排気通路内での（４）→（５）の行程における比エンタルピの変化を比較すると、図６の場合ほどではないが、所要冷熱量と所要温熱量との不均衡が生じていることが判る。両者をバランスさせるように目標値を変更すると僅かの巾でしか除湿又は加湿を行うことしかできない。そこで不足する熱量を補うために導水管路を通じて外部熱源の熱量を導入する。

導水管路２０は、図３に示す如く、送水管２２と、還水管３８と含み、さらに第１のバイパス管３４と第２のバイパス管４４とを有する。導水管路２０の構造をより単純化した説明図を図８に示すので併せて参照されたい。

送水管２２は、上記送水ライン１３０から第１の主熱交換器１２へ至る。図示例では、上記送水ライン１３０との接続用の入口端部２４から、第１分岐点２６を経て後述の第１の補助熱交換器内へ入り、この第１の補助熱交換器から第１の自動制御弁２８及び第２分岐点３０を経由して第１の主熱交換器１２に至るように構成している。

第１の自動制御弁２８は、三方弁であり、２つの入口の一方を第１の補助熱交換器側へ接続し、他方を、第１の分岐点から分岐する第１バイパス管３４に接続している。上記自動制御弁は、流路の切替とともに流量調整の機能を兼ねている。好適な一例としてそれぞれ入口に繋がる二つの弁座の間を弁体が移動し、大きく動くと流路の切替、小さく動くと流量の調節が可能となるように構成できる。後述の第２の自動制御弁も同様である。

上記還水管３８は、第１の主熱交換器１２から第２の自動制御弁４０を経て還水ライン１３２との接続用の出口端部４２に至る。

第２の自動制御弁４０は、三方弁であり、２つの入口の一方を第１の主熱交換器側へ接続し、他方を、第２の分岐点から分岐する第２バイパス管４４に接続している。このように構成した理由は、第１に、第１の主熱交換器における熱交換量を調整するため、第２に、予冷機を停止して再生加熱機のみを作動させる場合に、第１の補助熱交換器に対して最低限の必要流量を流すようにするためである。具体的には後述する。

水熱源ヒートポンプ５０は、第１の補助熱交換器５２と、アキュムレータ５４と、圧縮機５６と、第２の補助熱交換器５８と、膨張弁６０と、四方弁である流路切替弁６２と、これらの各要素を連続する第１の循環管路６４とで形成される。第１の補助熱交換器５２は、上記送水管２２に接続しており、第２の補助熱交換器５８は、第２の主熱交換器１４に対して、両熱交換器を通過する第２の循環管路を経由して、熱を供給し、或いは熱を受け取るように構成している。上記第２の循環管路には循環ポンプ６６を設置する。

従来公知の如く第１の循環管路６４は、流路切替弁６２の回動により、経路を切り替えることが可能である。図３に示す経路は除湿モード用であり、第１の補助熱交換器５２が蒸発器として、第２の補助熱交換器５８が凝縮器としてそれぞれ機能する。図４に示す経路は、加湿モード用であり、第１の補助熱交換器５２が凝縮器として、第２の補助熱交換器５８が蒸発器としてそれぞれ機能する。

図５は、水熱源ヒートポンプ５０の変形例であり、第２の補助熱交換器と第２の主熱交換器１４とを一つの熱交換器として兼用したものである。前述の第１の循環管路及び第２の循環管路に代わり、一つの循環管路を採用している。

制御装置７０は、第１の制御部７２と、第２の制御部８２とで構成される。

第１の制御部７２は、給気通路４及び排気通路６内の通気条件に応じて第１の主熱交換器１２及び第２の主熱交換器１４に対する水熱源ヒートポンプ５０の供給熱量を調整する。通気条件とは、室内の目標湿度の他に、少なくとも給気通路４内へ流入する外気の温湿度、排気通路８に流入する室内空気の温湿度が該当する。これらを測定するために給気通路４の入口及び排気通路６の入口にそれぞれ第１の温湿度センサ７４及び第２の温湿度センサ７６を設置している。また第２の主熱交換器１４のすぐ下流に温度センサ８０を設置している。これらの測定値を第１の制御部７２に送り、これに基づいて水熱源ヒートポンプ５０の出力値を指令するようにしている。また、図示していないが第１の送風ファン１６及び第２の送風ファン１８に対しても第１の制御部７２から出力値を指令する。なお、図示例では、説明の都合上、通気系統の制御手段を全て第１の制御部にまとめて描いているが、相互に連携する複数の制御手段（インバータやマイクロコンピュータなど）で制御してもよい。

第２の制御部８２は、外部熱源からの供給熱量を制御する。制御の方法として、第１の制御部から熱のリサイクルで生ずる熱量の不足分を第２の制御部へ伝達し、これに応じて外部熱源からの熱媒の供給流量を制御するとすることも可能である。もっとも本発明では、第１の主熱交換器を通過した残熱を外部熱源側へ回収して再使用することを特徴としているので、それほど厳密に熱量の不足分に外部熱源からの供給熱量を一致させなくてもよい。しかしながら、第１の制御部からの指令に応じて第２の制御部の出力を制御するという構造を有するものであっても構わない。

上記構成において、除湿を行うときには、流路切替弁６２を図３の状態にして、蒸発器である第１の補助熱交換器５２から第１の主熱交換器１２へ、また凝縮器である第２の補助熱交換器５８から第２の主熱交換器１４へそれぞれ熱を供給し、除湿用空気を予冷し、再生用空気を加熱する。これにより、効率よく除湿を行うことができる。加湿を行うときには、流路切替弁６２を図４の状態にして、それぞれ熱をリサイクルしながら供給する。

熱のリサイクルにより所要冷熱量と所要温熱量とがバランスしないときには、不足分をセントラル熱源などの外部熱源から導入する。導水管路２０及び水熱源ヒートポンプ５０の構成を単純化した図８を用いて熱の流れの様子を説明する。

除湿モードでは、図８（Ａ）に矢示するように送水管２２内を流れる冷水に第１補助熱交換機５２を介して冷熱が供給され、さらに低温度となって第１の主熱交換器１２内に流入する。セントラル熱源からの冷水を、水熱源ヒートポンプが供給する冷熱（蒸発熱）を第１の主交換器へ搬送する手段として使っており、従って装置の構造が簡単となる。セントラル熱源から供給される冷熱は水熱源ヒートポンプの蒸発熱に上乗せされて、給気通路４に供給される。この作用を実現するためには、第２の補助熱交換器の温度がセントラル熱源から供給される冷水よりも低温でなければならない。第１の主熱交換器１２を通過して生暖かくなった水は、還水管３８を経由してセントラル熱源に戻される。戻された水は再度冷却されて他の用途に使用される。このことは、送水管を通じて供給される冷熱の全部が給気通路側へ放出されなくても、システム全体としての熱の損失にはならないことを意味する。再冷却のためのエネルギーが少なくて済むからである。

加湿モードでは、送水管２２内を流れる温熱に第１補助熱交換機５２を介して温熱が供給され、さらに高温度となって第１の主熱交換器１２内に流入する（図８Ａ参照）。

春・秋などの中間期には、予冷機を停止して、再生用加熱機だけを作動させたい場合がある。しかしながら水熱源ヒートポンプの構造上、凝縮器側で発熱するときには、蒸発器側で冷熱を生じさせなければならず、蒸発器に通水することが必要である。こうした場合には図８（Ｂ）に矢示するように送水管２２の上流部分から第２分岐点３０から第２バイパス管４４を介して還水管の下流部分に水が流れるように、第２自動制御弁４０を制御すればよい。

また予冷機の作用を弱めたい場合に、第２バイパス管の連通を遮断したままで第１の主熱交換器１２に流れる水の流量を制限するように第２自動制御弁４０を制御することができる。

（１）乾燥剤の吸湿性及び低温再生性に関して
特許文献３は、高湿度領域で優れた吸湿率を示す高分子収着剤又はイモゴライトを使用しており、これらは相対湿度５０％又はその近傍での吸湿率に比べて乾燥湿度１００％又はその近傍での吸湿率が２倍以上となる。また相対湿度１００％近傍での高分子収着材の吸湿率は１２０重量％以上となる。高分子収着剤などの高湿度領域での吸湿率は、代表的な乾燥剤であるシリカゲルと比較すると、十分に高い。

上記の高分子収着材は、アニオン交換性基およびカチオン交換性基を有する両性イオン交換体である有機高分子からなり、架橋構造を有する高分子収着材である。また、イモゴライトとは、ナノチューブ状をした低結晶性アルミニウムケイ酸塩（ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３・２Ｈ_２Ｏ）であり、高い比表面積を有するものである。さらに非特許文献２は、イモゴライトと類似の機能を有する物質として、Ｓｉ−Ａｌを主成分とする低結晶性粘土と非晶質アルミニウムケイ酸塩の複合体を開示している。
（２）第２の主熱交換器に関して
排気用空気の加熱又は冷却には、水熱源ヒートポンプの凝縮熱ないし蒸発熱以外の熱を併用するものであっても構わない。例えば図３又は図５に示す構成において、デシカントローターと第２の主熱交換器との間、又は第２の主熱交換器の上流側に、補助的な熱交換器（例えば電気ヒータやコ・ジェネレーション廃熱利用の発熱器）を配置してもよい。

２…調湿空調機 ４…給気通路 ６…排気通路 ８…貫通孔
１０…デシカントローター １２…第１の主熱交換器 １４…第２の主熱交換器
１６…第１の送風ファン １８…第２の送風ファン ２０…導水管路
２２…送水管 ２４…入口端部 ２６…第１分岐点 ２８…第１の自動制御弁
３０…第２分岐点 ３４…第１バイパス管
３８…還水管 ４０…第２の自動制御弁 ４２…出口端部
４４…第２バイパス管
５０…水熱源ヒートポンプ ５２…第１の補助熱交換器 ５４…アキュムレータ
５６…圧縮機 ５８…第２の補助熱交換器 ６０…膨張弁 ６２…流路切替弁
６４…第１の循環管路 ６５…第２の循環管路 ６６…循環ポンプ
７０…制御装置 ７２…第１の制御部 ７４…第１の温度センサ
７６…第２の温度センサ ８０…温度センサ
８２…第２の制御部
１００…給気ライン １０２…外気取入れ口 １０４…顕熱処理用空調機
１１０…排気ライン １１２…第１の分岐ライン １１４…第２の分岐ライン
１１６…排気ファン
１２０…熱媒供給手段 １２２…水熱源装置 １２４…送水側ヘッダー
１２６…還水側ヘッダー １２７…バッファタンク １２８…送水ポンプ
１３０…送水ライン １３２…還水ライン １３４…補助ライン

Claims (7)

1. 隣り合わせて設けた給気通路及び排気通路と、
   これら給気通路及び排気通路の隣接部分に取り付けられたデシカントローターと、
   デシカントローターよりも上流の給気通路部分に設置された第１の主熱交換器と、
   デシカントローターよりも上流の排気通路部分に設置された第２の主熱交換器と、
   を具備し、
   第１の主熱交換器及び第２の主熱交換器のうちの一方を予冷機として、他方を加熱機として機能させるように各主熱交換器に熱媒を供給するように設けた調湿空調機であって、
   第１の熱媒供給手段として、第１の主熱交換器への送水管及び第１の主熱交換器からの還水管を含む導水管路を設けるとともに、
   第２の熱媒供給手段として、凝縮器及び蒸発器として機能する第１、第２の補助熱交換器と膨張弁と圧縮機とで水熱源ヒートポンプを構築して、第１の補助熱交換器を送水管中の熱媒との間で、また第２の補助熱交換器をデシカントローター上流の排気通路部分内の気流との間で熱の授受交換をすることが可能にそれぞれ形成しており、
   水熱源ヒートポンプは、少なくとも次の（ａ）又は（ｂ）の態様で予冷機又は加熱機である第１、第２の主熱交換器に対して熱を供給することを特徴とする、調湿空調機。
   （ａ）外部熱源から導水管路を経て供給される冷熱に水熱源ヒートポンプの蒸発熱を上乗せして、予冷機へ供給し、かつ水熱源ヒートポンプの凝縮熱を加熱機へ供給すること。
   （ｂ）外部熱源から導水管路を経て供給される温熱に水熱源ヒートポンプの凝縮熱を上乗せして、加熱機へ供給し、かつ水熱源ヒートポンプの蒸発熱を予冷機へ供給すること。
2. さらに、セントラル熱源などの外部熱源から供給され導水管路内を流通する熱媒の流量と水熱源ヒートポンプの出力とのうち何れか一方又は双方を制御する制御装置を設けたことを特徴とする、請求項１記載の調湿空調機。
3. 上記制御装置は、
   給気通路及び排気通路内の通気条件に応じて第１の主熱交換器及び第２の主熱交換器に対する水熱源ヒートポンプの供給熱量を調整する、インバータなどの第１の制御部と、
   導水管路の一部又は全部の流量を調整するための第２の制御部とを含むことを特徴とする、請求項２記載の調湿空調機。
4. 上記水熱源ヒートポンプは、圧縮機から第１の補助熱交換器と膨張弁と第２の補助熱交換器とを通過して圧縮機へ戻る循環管路において、第１、第２の補助熱交換器の順序を入れ替える流路切替弁を有し、
   この流路切替弁を手動又は第１の制御部からの指令により切り替えることで、上記(a)の態様と(b)の態様とを切り替えることが可能に構成したことを特徴とする、請求項３に記載の調湿空調機。
5. 上記デシカントローターに内蔵する乾燥剤を、４０℃から８０℃の範囲で再生可能な乾燥剤としたことを特徴とする、請求項２から請求項４の何れかに記載の調湿空調機。
6. 第２の主熱交換器と第２の補助熱交換器とを、一つの熱交換器で兼用したことを特徴とする、請求項２から請求項５のいずれかに記載の調湿空調機。
7. 空調領域の冷却又は暖房用の水熱源であるセントラル熱源と、請求項１に記載した調湿空調機とを具備し、
   さらに調湿空調機の給気通路を含む給気ラインと、調湿空調機の排気通路を含む排気ラインとを設けたことを特徴とする、空調システム。
   

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