JP2011089665A - 調湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冬季においても十分な加湿を可能にするとともに、換気効果を備えた調湿装置を提供する。
【解決手段】 室外空気を取り込む第１および第２のエアハンドリングユニット（ＡＨＵ）１，２と、第１および第２のＡＨＵのそれぞれに内蔵された吸着剤と、吸着剤に直接水分を供給する給水部３０，３１とを備え、除湿工程と加湿工程を選択的に行う構成とした。除湿工程は、第１動作と第２動作とを所定の切換時間間隔で交互に繰り返し、加湿工程は、第３動作と第４動作とを所定の切換時間間隔で交互に繰り返す。加湿工程では、吸着側のＡＨＵの吸着剤に給水部から直接水分を供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、調湿装置に関し、特に、吸着剤を利用したデシカント換気型調湿装置に関するものである。

一般に、吸着剤（デシカント）を利用する調湿機には、空気の流通経路にデシカントロータを配置し、そのデシカントロータの吸着領域と再生領域の位置を変更するいわゆるロータ式の調湿機と、少なくとも二つのデシカントを処理空気経路および再生空気経路に配置し、双方の流通経路を切り換えて作動するいわゆるバッチ式の調湿機があった。

ロータ式調湿機は、円筒状のロータの円形表面を例えば１／２に領域を分け、半分を吸着領域、残りの半分を再生領域とする場合、当該ロータを１８０°ずつ回転させることにより、一方では吸着領域を通過して常に除湿された空気が、他方では再生領域を通過して加湿された空気が排出される構成となっていた（特許文献１参照）。従って、夏季における除湿運転では、除湿した空気を室内に排出し、加湿された空気を室外に排出することとし、冬季（乾燥季）における加湿運転では、加湿した空気を室内に排出し、除湿された空気を室外に排出することにより、室内の湿度調整を可能にするものであった。

他方、バッチ式調湿機は、二つのデシカントを通過する流通経路を切り換える構成であるから、除湿運転時においては、室外の空気を吸着側のデシカント（処理空気経路）を通過させることによって除湿し、当該除湿された空気を室内に供給しており、もう一つのデシカント（再生空気経路）において吸着剤を再生させるものであり、加湿運転時においては、室外の空気を再生側のデシカント（再生空気経路）を通過させて室内に排出させる構成であった（特許文献２および３参照）。

特開２００９−９７８３７号公報 特開２００６−７８１０８号公報 特開２００９−１０９０９１号公報

ところで、上記デシカント式の調湿機の加湿運転時は、室内の空気を排出する際に室内空気から水分を吸収し、これを再生時に加湿して室内に供給するものであることから、室内の湿度が著しく向上するものではなかった。そこで、特許文献３において開示される調湿機では、加湿循環運転可能な構成とし、凝縮器および蒸発器を有するヒートポンプを組み込み、蒸発器により外気を冷やして相対湿度を上げることによって、外気に含まれている水蒸気を吸着剤に吸着させる試みが提案されている。

しかしながら、冬季における湿度の低い外気から強制的に水蒸気を吸着させる場合には、ヒートポンプの蒸発器が低温化し、この蒸発器に水蒸気が結露することがあり、これは、結果的に吸着剤に吸着できる水蒸気量を低下させる原因となり得るものであった。さらに、蒸発器に結露した水蒸気は凍結により着霜することもあり、この場合には調湿機の運転を一時的に中止し除霜運転（デフロスト運転）を必要とすることとなっていた。そこで、吸着剤による水蒸気の吸着量を多くするためには、多くの外気を取り入れる必要があり、空気搬送装置のエネルギ消費量の増大とダクトおよび調湿機の大型化を招来することと
なるものであった。さらに、デフロスト運転を必要とする場合には、当該運転のためのエネルギが必要となるものであった。

また、単純な加湿換気運転では、室内空気に含まれる水分を吸着剤で吸着した後に、当該吸着剤を再生させることによって加湿していることから、室内空気に含まれる揮発性化学物質（例えば、ホルムアルデヒド等）やウイルス等が吸着剤に付着したものを再度室内に放出することとなり、良質な空気質を必要とする場所では好ましいとはいい得なかった。

本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、冬季においても十分な加湿を可能にするとともに、換気効果を備えた調湿装置を提供することである。

そこで、本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、それぞれが室外空気を取り込む第１および第２のエアハンドリングユニットと、この第１および第２のエアハンドリングユニットのそれぞれに内蔵された吸着剤と、この吸着剤に直接水分を供給する給水部とを備え、第１のエアハンドリングユニットで吸着剤を再生すると同時に第２のエアハンドリングユニットで除湿した空気を室内に供給する第１動作と、第２のエアハンドリングユニットで吸着剤を再生すると同時に第１のエアハンドリングユニットで除湿した空気を室内に供給する第２動作とを、所定の切換時間間隔で交互に繰り返す除湿工程と、第１のエアハンドリングユニットで吸着剤を再生して加湿した空気を室内に供給すると同時に第２のエアハンドリングユニットの吸着剤に給水部から直接水分を供給する第３動作と、第２のエアハンドリングユニットで吸着剤を再生して加湿した空気を室内に供給すると同時に第１のエアハンドリングユニットの吸着剤に給水部から直接水分を供給する第４動作とを、所定の切換時間間隔で交互に繰り返す加湿工程とを、選択的に行うことを特徴とする調湿装置を要旨とするものである。

上記構成によれば、除湿工程および加湿工程のいずれの状態においても室内に供給される空気はすべて室外空気となる。すなわち、除湿工程においては、室外空気を取り込んで除湿した空気を室内に供給し、吸着剤の再生過程では、室外空気を取り込んで吸着剤を再生させた後の加湿空気を再び室外に排出するのである。また、加湿工程においては、吸着剤を再生させる際に室外空気を取り込み、加湿した空気を室内に供給するのであり、吸着剤による水分吸着過程は、室内空気を取り込まず、給水部から供給される水分を吸着するのである。これにより、吸着剤を通過する空気は、常に室外空気となり、良質な空気質を得ることができる。

さらに、上記構成によれば、除湿工程における水分の供給は、外気から得るのではなく、給水部から得ることとなり、エアハンドリングユニット内の温度を低下させるなどの相対湿度を変化する構成でないことから、冬季（乾燥季）においても加湿に必要な水分量を得ることができる。

なお、エアハンドリングユニットは、空調機を意味することから、熱交換器を具備する場合もあり得る。熱交換器を備えない形態のエアハンドリングユニットでは、単に、調湿作用のみを可能にするものとなるが、熱交換器を備えた形態では、調湿作用と同時に温度調整も可能となる。本発明では、上記両形態を含む意味でエアハンドリングユニットの語を使用する。

前記発明において、吸着剤の再生には、予め加熱した空気を取り込み、該加熱は前記第１および第２のエアハンドリングユニットから独立した熱源により行う構成とすることができる。このような構成によれば、吸着剤の吸着側と再生側との間に熱交換器を備えた冷媒回路を設ける必要がなく、構造を簡略化することができる。すなわち、吸着剤が水分を吸着する際に発生する吸着熱を利用して再生する試みもあるが、再生側空気を吸着剤の再生が可能な温度に加熱できる熱源を供給することは、熱交換器を介する冷媒回路構造より簡易である。

また、上記構成において、熱源は、前記加熱のためにのみ使用される専用の熱源とする場合、または、他の加熱に使用される熱源を併用するものである場合がある。専用の熱源を用いる場合には、所定温度に加熱できるヒータ等を使用することで構造の簡略化を図ることができ、また、太陽熱や排熱を利用することで経済的な構成とすることができる。他の熱源を併用する場合には、例えば、暖房として加熱された熱源などを使用することができる。

請求項１に記載の発明によれば、冬季（乾燥季）において、給水部から水分供給を受けることにより十分な加湿を可能にする。また、室内に供給される空気は、除湿工程および加湿工程のいずれにおいても外気を取り込むことから、換気効果を得ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加えて、構造の簡易な調湿装置を構成することができるとともに、吸着剤を再生させるために必要となる加熱温度を容易に制御することができる。つまり、独立した熱源により取込空気を加熱する構成により、当該独立した熱源による加熱状態を自由に設定することができるのである。

請求項３に記載の発明によれば、上記構成に加えて、太陽熱や排熱などを利用した経済的な装置を構成することができる。また、太陽熱等にヒータ等を併用することにより、安定した熱源を得ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、上記請求項１および２の発明の効果に加えて、例えば、冬季における暖房用の熱源を使用することにより、装置周辺の熱源を利用することができることとなる。

本発明の実施形態の概略を示す説明図である。 （ａ）は第１動作の状態を示す説明図であり、（ｂ）は第２動作の状態を示す説明図である。 （ａ）は第３動作の状態を示す説明図であり、（ｂ）は第４動作の状態を示す説明図である。 （ａ）は第３動作の変形例を示す説明図であり、（ｂ）は第４動作の変形例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、図１に示すように、第１および第２のエアハンドリングユニット（以下、ＡＨＵと表記する場合がある）１，２が並列に設けられ、それぞれのＡＨＵ１，２には、吸着剤槽３，４および加湿装置５，６が内蔵されるとともに、外気吸込口１３，１４と排出口１５，１６が設けられ、この排出口側に送風機１７，１８が設けられている。上記吸着剤槽３，４には、それぞれシリカゲル、ゼオライトまたは高分子ポリマー等の吸着剤が充填されている。

上記ＡＨＵ１，２の外気吸込口１３，１４には、吸気側ダクトが連続して設けられおり、この吸気側ダクトの途中にはダンパ１０，１１が設けられるとともに、両ダンパ１０，１１の間にはバイパスダクトが設けられている。ダンパ１０，１１は、「開」の状態とすることにより、流通経路が変更されず直線的にＡＨＵ１，２に送気されるが、「閉」の状態にすると、バイパスダクトを経由するものである。従って、ダンパ１０，１１を操作することにより、二系統で取り込まれる室外空気８，９の流通経路を第１および第２のＡＨＵのいずれかに振り分けることができる。このとき、室外空気８，９の一方（図中における符号８の空気）は、予め加熱された状態となっており、当該空気８は、吸着剤の再生に使用される。そこで、ダンパ１０，１１を操作して、加熱空気８を第１および第２のＡＨＵ１，２のいずれか一方に供給し、他方を吸着側とすることができるようになっている。なお、図１のダンパ１０，１１はいずれも「閉」の状態を示している。また、両方のＡＨＵ１，２の外気吸込口１３，１４には、図示せぬフィルタが設けられ、室外空気８，９に混入する埃などを除去するようになっている。

排出口１５，１６に設けられる送風機１７，１８には、さらに排出側ダクトが連続して設けられており、この排出側ダクトにもダンパ２０，２１が設けられている。さらに、両ダンパ２０，２１の間にはバイパスダクトが設けられており、二つのＡＨＵ１，２から排出される異なる種類の空気の経路を振り分けることができる。このダンパ２０，２１も上記吸気側ダクトに設けられたダンパ１０，１１と同様に、「開」の状態では、ダクトを直線的に移動するが、「閉」の状態ではバイパスダクトを経由するものである。なお、図１のダンパ２０，２１は、いずれも「閉」の状態を示している。

ここで、本実施形態では、一方（図中上側）を排気口２２と固定し、他方（図中下側）を供給口２３と固定している。従って、排気口２３は室外に開口しており、供給口２２は、室内に開口している。そして、排気口２２からは排出空気（ＥＡ）が排出され、供給口２３からは供給空気（ＳＡ）が供給されるのである。

本実施形態は、さらに、二つのＡＨＵ１，２の加湿装置５，６に水分を供給する給水部３０，３１が設けられている。加湿装置５，６に供給された水分は、吸着剤槽３，４の吸着剤に水分を吸着させることができるようになっている。ここで、吸着剤に水分を吸着させるためには、毛管吸引させる場合のほかに、水を噴霧するなどの方法があり得る。また、この給水部３０，３１からの水分の供給は、加湿運転時のみであることから、除湿運転時には、給水部に水分を蓄積させる必要はない。

本実施形態は、上記のような構成であるから、送風機１７，１８を作動させることにより、第１および第２のＡＨＵ１，２に連続するダクトの流入口から室外空気（ＯＡ）を流入させることができるものである。なお、除湿運転時および加湿運転時のいずれの場合においても、供給口２３が室外に開口しており、室外空気（ＯＡ）を取り込んで供給空気（ＳＡ）を室内に供給するものである。ただし、除湿運転と加湿運転とで調湿装置７の運転動作が異なる。また、除湿運転と加湿運転を継続的に運転するために、二つのＡＨＵ１，２の機能を変更することが必要となる。そこで、以下に、調湿装置７の運転動作について説明する。
＜除湿運転＞
除湿運転では、加熱した室外空気８を第１のＡＨＵ１に供給し、吸着剤を再生するとともに、加熱しない室外空気９を第２のＡＨＵ２に供給し、除湿された空気を室内に供給する第１動作と、加熱した室外空気８を第２のＡＨＵ２に供給し、加熱しない室外空気９を第１のＡＨＵ１に供給する第２動作とを、所定の切換時間間隔で交互に繰り返すものである。

そこで、第１動作は、図２（ａ）に示すように、吸気側ダクトに設けられたダンパ１０
，１１を「開」の状態とし、排気側ダクトに設けられたダンパ２０，２１も「開」の状態とすることによって行われる。

この第１動作では、加熱された室外空気８は、流通経路を変更されず、第１のＡＨＵ１に供給されることとなる。ここでは、加熱された室外空気の熱源によって吸着剤から水分が脱離し、吸着剤が再生されることとなる。この吸着剤の再生により、吸着剤槽を通過した空気は水分を含む加湿空気である。当該加湿空気は、第１のＡＨＵ１から排出されると、排気側ダクトにおいて流路が変更されず排気口２２から室外に排出されることとなる。

他方、加熱されない室外空気９は、流路を変更せずに第２のＡＨＵ２に供給される。ここでは、再生後の吸着剤が吸着剤槽４に存在するため、当該吸着剤が水分を吸着することとなる。この吸着剤槽４を通過した室外空気９は、吸着剤により水分を吸着された除湿空気である。また、この除湿空気は、第２のＡＨＵ２から排出された後、排気側ダクトを直進し吸気口２３から室内に供給させる。

これにより、第１動作では、第１のＡＨＵ１が吸着剤の再生側として機能し、第２のＡＨＵ２が除湿側として機能するものである。

次に、第２動作について説明する。第２動作は、図２（ｂ）に示すように、吸気側および排気側のダンパ１０，１１，２０，２１をすべて「閉」の状態とすることによって行われる。

第２動作では、加熱された空気８は、ダンパ１０によって第２のＡＨＵ２に供給されることとなり、加熱されていない空気９は、ダンパ１１によって第１のＡＨＵに供給されることとなる。従って、第２のＡＨＵ２には加熱された空気８が供給されるため、吸着剤槽４の吸着剤が空気８の熱により再生されることとなり、他方、第１のＡＨＵ１では、室外空気９が吸着剤槽３の吸着剤によって水分を吸着し、当該室外空気９を除湿することとなる。

第１および第２のＡＨＵ１，２から排出された空気は、排気側のダンパ２０，２１によって再び流通経路を変更され、第２のＡＨＵ２から排出された空気は、排気口２２から室外に排出され、第１のＡＨＵ１により除湿された空気は、供給口２３から室内に供給されることとなる。

このように、第１動作と第２動作を交互に繰り返すことにより、供給口２３からは常に除湿空気が供給されることとなり、他方、排気口２２は、加湿空気が室外に排出されることとなるのである。なお、上記第１動作と第２動作の切換時間は、吸着剤槽が実質的に飽和状態に達する前に切り換えることができる適度に調整される。この切換時間の調整は、外気に含まれる水分量によっても異なるが、湿度センサを含む制御コントローラにより管理させることができる。
＜加湿運転＞
加湿運転では、加熱した室外空気８を第１のＡＨＵ１に供給し、吸着剤を再生して加湿した空気を室内に供給するとともに、第２のＡＨＵ２の運転を中断し、給水部からの水分供給を行う第３動作と、加熱した室外空気８を第２のＡＨＵ２に供給し、第１のＡＨＵ１の運転を中止する第４動作とを、所定の切換時間間隔で交互に繰り返すものである。

そこで、第３動作は、図３（ａ）に示すように、吸気側ダクトに設けられたダンパ１０，１１を「開」の状態とし、排気側ダクトに設けられたダンパ２０，２１を「閉」の状態とすることによって行われる。なお、加熱されない空気９は取り込まれないことから、吸気側の一方のダンパ１１は、実質的には「開」であっても「閉」であっても問題はない。

第３動作では、加熱された空気８のみが移動することとなる。すなわち、加熱された室外空気８は、排気側ダクトを経由して第１のＡＨＵ１に供給され、この第１のＡＨＵ１で加湿された空気が排気側ダクトのダンパ２０で経路変更させて、供給口２３から室内に供給されるのである。第１のＡＨＵ１では、予め給水部３０から供給された水分によって吸着剤が水分を十分に吸着している状態であり、加熱空気８が第１のＡＨＵ１を通過する際、吸着剤の再生が行われて加湿されるのである。

他方、第２のＡＨＵ２は運転を停止し、室外空気は供給されない。この室外空気の供給停止は、実質的には一方の送風機１８を停止することにより室外空気の吸引を停止することによって行われる。そして、第２のＡＨＵ２の運転が停止している間に、給水部から水分が吸着剤槽４に供給され、吸着剤による水分の吸着が行われることとなるのである。

次に、第４動作について説明する。第４動作は、図３（ｂ）に示すように、吸気側ダクトに設けられたダンパ１０，１１を「閉」の状態とし、排気側ダクトに設けられたダンパ２０，２１を「開」の状態とすることによって行われる。なお、この第４動作では、第２のＡＨＵから排出される空気が、ダンパ２０を通過しないので、このダンパ２０は、実質的には「開」であっても「閉」であっても問題はない。

第４動作においても加熱された空気８のみが移動することとなる。すなわち、加熱された室外空気８は、排気側ダクトのダンパ１０，１１によって流通経路が変更され、第２のＡＨＵ２に供給されることとなり、この第２のＡＨＵ２で加湿された空気が排気側ダクトを介して供給口２３から室内に供給されるのである。第２のＡＨＵ２では、第３動作において、給水部３１から供給された水分によって吸着剤が水分を十分に吸着している状態であり、加熱空気８が第２のＡＨＵ２を通過する際に加湿されるのである。

他方、第１のＡＨＵ１は運転を停止し、室外空気は供給されず、その間に、給水部から水分が吸着剤槽４に供給され、吸着剤による水分の吸着が行われるのである。これにより、再び第３動作となった場合には、第１のＡＨＵ１の吸着剤は脱離できる十分な水分を吸着していることとなる。
＜除湿運転の変形例＞
上記除湿運転の変形例としては、図４に示すように、第３動作において、第１のＡＨＵ１の加湿器５に対しても給水部３０からの水分の供給を行い（図４（ａ））、また、第４動作において、第２のＡＨＵ２の加湿器６に対しても給水部３１からの水分供給を行うものである（図４（ｂ））。

この場合、第３動作では第１のＡＨＵ１が、第４動作では第２のＡＨＵ２が、それぞれ吸着剤を再生する再生側として機能して、室外空気を加湿している。そこで、上記のような吸着剤の再生による加湿に加えて、加湿器５，６が加熱されることによって供給された水分が蒸発して加湿を加速させるのである。

本実施形態は、上記のような構成であるから、除湿運転時および加湿運転時のいずれの場合においても、室外空気のみを取り込み、除湿空気または加湿空気を室内に供給することができるものである。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様をとることができるものである。例えば、加熱された空気８を供給するための、加熱装置は、ヒータ等に限定されるものではなく、太陽熱や排熱等を利用することができる。また、他の目的で加熱した熱源を併用する形態で利用することもできる。特に、熱交換器を備えたエアハンドリングユニットを使用する場合には、その熱交換器の熱
を利用することができるほか、この熱交換器とは異なる別の熱源を使用することができる。エアハンドリングユニットに熱交換器が備えられているとしても、独立した熱源を使用することが好ましい。供給空気の温度調整が容易となるからである。

なお、上記実施形態は、除湿運転および加湿運転のいずれの場合も室外空気を室内に供給するものであって、調湿装置によって排気される形態ではないが、室内の空気は、自然換気として建物の隙間から排出するか、または２４時間換気システムなどによって排出され得るものである。

１ 第１のエアハンドリングユニット（第１のＡＨＵ）
２ 第２のエアハンドリングユニット（第２のＡＨＵ）
３，４ 吸着剤槽
５，６ 加湿器
７ 調湿装置
８ 加熱した室外空気
９ 加熱しない室外空気
１０，１１，２０，２１ ダンパ
１２ 加熱器
１３，１４ 外気吸込口
１５，１６ 排出口
１７，１８ 送風機
２２ 室内供給口
２３ 室外排気口
３０，３１ 給水部

Claims (4)

1. それぞれが室外空気を取り込む第１および第２のエアハンドリングユニットと、この第１および第２のエアハンドリングユニットのそれぞれに内蔵された吸着剤と、この吸着剤に直接水分を供給する給水部とを備え、
   第１のエアハンドリングユニットで吸着剤を再生すると同時に第２のエアハンドリングユニットで除湿した空気を室内に供給する第１動作と、第２のエアハンドリングユニットで吸着剤を再生すると同時に第１のエアハンドリングユニットで除湿した空気を室内に供給する第２動作とを、所定の切換時間間隔で交互に繰り返す除湿工程と、
   第１のエアハンドリングユニットで吸着剤を再生して加湿した空気を室内に供給すると同時に第２のエアハンドリングユニットの吸着剤に給水部から直接水分を供給する第３動作と、第２のエアハンドリングユニットで吸着剤を再生して加湿した空気を室内に供給すると同時に第１のエアハンドリングユニットの吸着剤に給水部から直接水分を供給する第４動作とを、所定の切換時間間隔で交互に繰り返す加湿工程とを、
   選択的に行うことを特徴とする調湿装置。
2. 前記吸着剤の再生には、予め加熱した空気を取り込み、該加熱は前記第１および第２のエアハンドリングユニットから独立した熱源により行うことを特徴とする請求項１記載の調湿装置。
3. 前記熱源は、前記加熱のためにのみ使用される専用の熱源であることを特徴とする請求項２記載の調湿装置。
4. 前記熱源は、他の加熱に使用される熱源を併用するものであることを特徴とする請求項２記載の調湿装置。

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