JP2968241B2 - 除湿空調システム及びその運転方法 - Google Patents

除湿空調システム及びその運転方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デシカントを用い
た空調システムに係り、特に再生空気の加熱および処理
空気の冷却用の熱源としてヒートポンプを使用する空調
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、吸収ヒートポンプ（２００：Ｈ
Ｐとして標記）を熱源機とし、デシカントを用いた空調
機所謂デシカント空調機と組合せた空調システムを示す
ものである。
【０００３】この空調システムは、デシカントロータ１
０３により水分を吸着される処理空気の経路Ａと、加熱
源によって加熱されたのち前記水分吸着後のデシカント
ロータ１０３を通過してデシカント中の水分を脱着して
再生する再生空気の経路Ｂを有し、水分を吸着された処
理空気とデシカントロータ１０３再生前かつ加熱源によ
り加熱される前の再生空気との間に顕熱熱交換器１０４
を有する空調機と、吸収ヒートポンプ２００とを有し、
前記吸収ヒートポンプ２００の高熱源を加熱源として前
記空調機の再生空気を加熱器１２０で加熱してデシカン
トの再生を行うとともに前記吸収ヒートポンプの低熱源
を冷却熱源として冷却器１１５で前記空調機の処理空気
の冷却を行う空調システムである。
【０００４】そして、この空調システムでは、吸収ヒー
トポンプがデシカント空調機の処理空気の冷却と再生空
気の加熱を同時に行うよう構成したことで、吸収ヒート
ポンプに外部から加えた駆動熱によって吸収ヒートポン
プが処理空気の冷却効果を発生させ、さらにヒートポン
プ作用で処理空気から組み上げた熱と吸収ヒートポンプ
の駆動熱を合計した熱でデシカントの再生が行えるた
め、外部から加えた駆動エネルギの多重効用化が図れて
高い省エネルギ効果が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような空調装置で
は、図８の湿り空気線図上に示す空気側のサイクルで判
るように、該システムのデシカントの再生のために再生
空気に加えられた熱量（ΔＨ）の結果得られる冷房効果
（図中ΔＱ−Δｑ）である所謂デシカント空調サイクル
の冷房効果は、水分吸着後の処理空気（状態Ｌ）と熱交
換させる外気（状態Ｑ）の温度が低いほど大きくなるた
め、装置全体の冷房効果を増加させる手段として、状態
Ｌの処理空気を冷却するための冷却空気の系統を再生空
気の系統とは別に設けて、該冷却空気をあらかじめ加湿
して温度を下げたのち、処理空気と熱交換させることに
よって、冷房効果を増加させることが考えられる。
【０００６】このように冷却空気の系統を別に設けた場
合の事例を図９に、また図９の事例に対応する空気の状
態変化の過程を図１０の湿り空気線図に示す。すなわち
図９では、図７と異なって、デシカント１０４で水分を
吸着されたあとの処理空気（系統Ａ）と熱交換する顕熱
交換器１０４の熱交換媒体を再生空気（系統Ｂ）ではな
く、別の冷却空気の系統Ｃを設けて、該系統Ｃに外気
（ＯＡ）を取り入れて加湿器１６５で加湿して冷却した
冷却空気を熱交換媒体として顕熱交換器１０４で処理空
気を冷却するよう構成している。そして、このように構
成することによって図１０に示すように、顕熱交換器１
０４入口の冷却空気の温度（状態Ｄ）が加湿によって低
下するとともに、冷却空気の流量を多くできるため、冷
却空気の熱容量も大きくなって、処理空気の冷却後の温
度（状態Ｍ）が、前記図７の場合よりも低くすることが
でき、冷房効果が増す。
【０００７】しかしながら、この構成の空調システムに
おいては、顕熱比が小さい空調負荷即ち梅雨時期のよう
に気温が比較的低く、湿度が高い場合には、除湿するデ
シカントの再生のために必要なヒートポンプの加熱量と
空気の顕熱処理のための冷却量のバランスがとれず、除
湿を優先すると、ヒートポンプの低熱源１１５による冷
却量が過多となって空調機からの給気温度が低くなっ
て、空調空間が冷え過ぎてしまう心配がある。
【０００８】この発明は、上記課題に鑑み、除湿するデ
シカントの再生のための低熱源となる処理空気が低熱源
熱交換器に至る前の顕熱熱交換器で冷却される熱量を抑
制することによって、低熱源熱交換器における熱負荷を
確保し、顕熱比が小さい空調負荷にも対応可能にするこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、デシカントにより水分を吸着されたのちヒートポン
プの低熱源によって冷却される処理空気の経路と、前記
ヒートポンプの高熱源によって加熱されたのち前記水分
吸着後のデシカントを通過してデシカント中の水分を脱
着して再生する再生空気の経路と、デシカントにより水
分を吸着された後の処理空気と熱交換して処理空気を冷
却する冷却空気の経路を有し、デシカントを処理空気と
再生空気が交互に流通するようにした除湿空調システム
において、前記処理空気を冷却する熱交換器を通過する
冷却空気の流量を調節する手段を有することを特徴とす
る除湿空調システムである。冷却空気の流量を調節する
手段では、前記処理空気と冷却空気とを可変的に熱交換
させることができる。このように、処理空気と冷却空気
との熱交換量を調節することによって、様々な顕熱比を
持った空調負荷の除湿および冷房運転に柔軟に対応で
き、除湿運転でも空調空間が冷え過ぎることがなくな
る。
【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の除湿空調システムにおいて、空調する空間の乾球温度
と湿度を検出し、検出した乾球温度が設定値よりも低
く、検出した湿度が設定値よりも高い場合に冷却空気の
流動を停止させることを特徴とする除湿空調システムの
運転方法である。このように、乾球温度が設定値よりも
低くかつ湿度が設定値よりも高い場合すなわち所謂除湿
運転が必要なことを検出した場合、処理空気と冷却空気
との熱交換を停止させることによって、ヒートポンプの
低熱源交換器における顕熱負荷を確保でき、除湿運転で
も空調空間が冷え過ぎることがなくなる。
【００１１】請求項３に記載の発明は、デシカントによ
り水分を吸着されたのちヒートポンプの低熱源によって
冷却される処理空気の経路と、前記ヒートポンプの高熱
源によって加熱されたのち前記水分吸着後のデシカント
を通過してデシカント中の水分を脱着して再生する再生
空気の経路と、デシカントにより水分を吸着された後の
処理空気と熱交換して処理空気を冷却する冷却空気の経
路を有し、デシカントを処理空気と再生空気が交互に流
通するようにした除湿空調システムにおいて、デシカン
トを通過する処理空気および再生空気の流路区画を少な
くとも処理空気の水分吸着工程を行う第１の区画と、再
生空気がデシカントの再生工程を行う第２の区画とに分
割し、デシカントが第１の区画、第２の区画を経て第１
の区画に戻るよう構成するとともに、前記ヒートポンプ
は低熱源熱交換器で処理空気と熱交換しかつ高熱源熱交
換器で再生空気と熱交換するよう構成し、かつ処理空気
の経路は、処理空気の入口から、デシカントの前記第１
の区画、第１の顕熱熱交換器、前記低熱源熱交換器、第
１の加湿器の順に通過して処理空気の出口に至るよう構
成し、かつ再生空気経路は、再生空気の入口から、第２
の顕熱熱交換器、前記高熱源熱交換器、デシカントの前
記第２の区画、第２の顕熱熱交換器の順に通過して再生
空気の出口に至るよう構成し、かつ冷却空気の経路は、
冷却空気の入口から、第２の加湿器、第１の顕熱熱交換
器の順に通過して冷却空気の出口に至るよう構成し、か
つ第１の顕熱熱交換器において処理空気と冷却空気が熱
交換関係を形成し、かつ第２の顕熱熱交換器において再
生空気と再生空気が熱交換関係を形成し、かつ前記冷却
空気の流量を調節する手段を有することを特徴とする除
湿空調システムである。流量を調節する手段によって、
前記処理空気と冷却空気とを可変的に熱交換させること
ができる。
【００１２】このように、処理空気と冷却空気との熱交
換量の熱交換量を調節することによって、様々な顕熱比
を持った空調負荷の除湿および冷房運転に柔軟に対応で
き、除湿運転の場合、デシカントの再生のための低熱源
となる処理空気が低熱源熱交換器に至る前の第１の顕熱
熱交換器で冷却される熱量を抑制することによって、低
熱源熱交換器における顕熱負荷を確保することができ、
除湿運転でも空調空間が冷え過ぎることがなくなり、ま
た空調の顕熱負荷が大きい場合には第１の顕熱熱交換器
で熱交換を行わせることでヒートポンプの処理空気の出
口温度を低下させることができ、冷房運転にも対応でき
る。
【００１３】また請求項３に記載の除湿空調システムで
は、デシカントがロータ形状をしており、デシカントが
回転することによって第１の区画、第２の区画を経て第
１の区画に戻るよう構成したことを特徴としてもよい。
このように、デシカントをロータ形状としデシカントが
回転するようにしたことによって、デシカントによる水
分の吸着処理とヒートポンプによるデシカントの再生処
理を連続的に行うようにすることができる。
【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の除湿空調システムの運転方法である。即ち処理空気を
供給する空調空間における空気の乾球温度および湿度を
検出して、第１の運転モードとして、乾球温度が設定値
よりも高くかつ湿度が設定値よりも高い場合に、前記処
理空気と冷却空気とを熱交換させ、かつ第１の加湿器の
作用を停止し、かつ乾球温度と設定値との偏差の絶対値
が大きくなるに従って圧縮機の能力を増大させて運転
し、第２の運転モードとして、乾球温度が設定値よりも
高く、かつ湿度が設定値よりも低い場合に前記処理空気
と冷却空気とを熱交換させ、かつ第１の加湿器を作動さ
せ、かつ乾球温度と設定値との偏差の絶対値が大きくな
るに従って圧縮機の能力を増大させて運転し、第３の運
転モードとして、乾球温度が設定値よりも低くかつ湿度
が設定値よりも低い場合に乾球温度と設定値との偏差の
絶対値が大きくなるに従って冷却空気の流量を少なくし
て前記処理空気と熱交換させ、かつ第１の加湿器の作用
を停止し、かつ乾球温度と設定値との偏差の絶対値が大
きくなるに従って圧縮機の能力を減少させて運転し、第
４の運転モードとして、乾球温度が設定値よりも低く、
かつ湿度が設定値よりも高い場合に冷却空気の流動を停
止させ、かつ第１及び第２の加湿器の作用を停止し、か
つ湿度と設定値との偏差の絶対値が大きくなるに従って
圧縮機の能力を増大させて運転することを特徴とする除
湿空調システムの運転方法である。この方法で運転する
除湿空調システムでは、ヒートポンプを圧縮機を有する
蒸気圧縮式ヒートポンプで構成するとよい。このよう
に、空調負荷の顕熱負荷と潜熱負荷をそれぞれ検出し
て、圧縮機、冷却空気の流量、加湿器をそれぞれ調節す
ることによって、空調負荷の顕熱比に対応して除湿運転
にも冷房運転にも柔軟に対応できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る除湿空調シス
テムの実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本
発明の第１の実施の形態である除湿空調システムの基本
構成を示す図である。この実施の形態では熱源となるヒ
ートポンプ２００を蒸気圧縮式ヒートポンプで構成し、
該蒸気圧縮式ヒートポンプは圧縮機２６０、低熱源熱交
換器（蒸発器）１１５、高熱源熱交換器（凝縮器）１２
０、膨張弁２７０を構成機器として蒸気圧縮式冷凍サイ
クルを形成し、かつ蒸発器１１５において低圧の冷媒の
湿り蒸気がデシカント１０３通過後の処理空気と熱交換
関係をなし、かつ凝縮器１２０において高圧の冷媒の湿
り蒸気がデシカント１０３通過前の再生空気と熱交換関
係をなすサイクルを形成したものである。
【００１６】デシカントロータ１０３は、図９において
説明したものと同じように、デシカントが、処理空気経
路Ａと再生空気経路Ｂの双方に跨がって所定のサイクル
で回転するよう構成されている。処理空気経路Ａは、空
調空間と還気導入用の送風機１０２の吸い込み口と経路
１０７を介して接続し、送風機１０２の吐出口はデシカ
ントロータ１０３の水分吸着工程を行う第１の区画と経
路１０８を介して接続し、デシカントロータ１０３の処
理空気の出口は冷却空気と熱交換関係にある第１の顕熱
交換器３００と経路１０９を介して接続し、顕熱交換器
３００の処理空気の出口は蒸発器（冷却器）１１５と経
路１１０を介して接続し、蒸発器１１５の処理空気の出
口は加湿器１０５と経路１１１を介して接続し、加湿器
１０５の処理空気の出口は給気口となる処理空気出口と
経路１１２を介して接続して処理空気のサイクルを形成
する。
【００１７】一方、再生空気経路Ｂは、再生空気となる
外気導入用の送風機１４０の吸い込み口と経路１２４を
介して接続し、送風機１４０の吐出口は再生後の処理空
気と熱交換関係にある第２の顕熱交換器１２１の低温流
体側通路と接続し、第２の顕熱熱交換器１２１の低温側
再生空気の出口は凝縮器１２０と経路１２６を介して接
続し、凝縮器１２０の再生空気の出口はデシカントロー
タ１０３の再生空気により再生工程を行う第２の区画と
経路１２７を介して接続し、デシカントロータ１０３の
再生空気により再生工程を行う第２の区画の再生空気の
出口は経路１２８を介して前記第２の顕熱交換器１２１
の高温流体側通路と接続し、第２の顕熱交換器１２１の
高温流体側通路出口は外部空間と経路１２９を介して接
続して再生空気を外部から取り入れて、外部に排気する
サイクルを形成する。
【００１８】一方、冷却空気経路Ｃは、冷却空気となる
外気導入用の送風機１６０の吸い込み口と経路１７１を
介して接続し、送風機１６０の吐出口は処理空気と熱交
換関係にある熱交換器３００と経路１７２を介して接続
する。そして熱交換器組立体３００では、冷却空気が垂
直方向下から上向きに流れるよう構成し、かつ処理空気
を水平方向に流して熱交換するよう構成し、冷却空気の
熱交換器３００出口は外部空間と経路１７３を介して接
続して冷却空気を外部から取り入れて、外部に排気する
サイクルを形成する。なお、図中、丸で囲ったアルファ
ベットＤ〜Ｖは、図２と対応する空気の状態を示す記号
である。
【００１９】また、処理空気経路Ａと再生空気経路Ｂの
双方に跨がって所定のサイクルで回転するデシカント
は、従来例で開示されているように、処理空気経路Ａに
経路１０８，１０９を介して接続されていて水分吸着工
程を行う第１の区画と、再生空気経路Ｂに経路１２７，
１２８を介して接続されていて再生空気により再生工程
を行う第２の区画とに分割され、デシカントが第１の区
画、第２の区画を経て第１の区画に戻るよう構成する。
【００２０】そして、空調空間１０１の乾球温度及び湿
度を還気経路１０７に設けた温度センサ４１０及び湿度
センサ４２０で検出し、該検出信号をコントローラ４０
０に伝達する。コントローラ４００は、検出した乾球温
度が設定値よりも低く、検出した湿度が設定値よりも高
い場合には、冷却空気の送風機１６０と加湿器１０５の
給水弁３４０を停止させて冷却空気の流動を停止させ、
それ以外の場合には、冷却空気の送風機１６０を運転す
るよう制御することによって、処理空気を冷却する熱交
換器に冷却空気を流動させるか若くは流動を停止させ、
前記処理空気と冷却空気とを選択的に熱交換させるよう
に構成されている。
【００２１】上述のように構成されたデシカント空調装
置の蒸気圧縮式冷凍サイクル部分のサイクルを次に説明
する。冷媒は蒸発器（冷却器）１１５でデシカント１０
３で除湿された処理空気から蒸発潜熱を奪って蒸発し、
経路２０４を経て圧縮機２６０に吸引され圧縮されたの
ち経路２０１を経て高熱源熱交換器（凝縮器）１２０に
流入し、冷媒の過熱蒸気の顕熱と凝縮潜熱をデシカント
１０３に流入前の再生空気に放出したのち経路２０２を
経て膨張弁２７０に至り、そこで減圧膨張した後、蒸発
器（冷却器）１１５に還流する。
【００２２】次に前述のように構成されたヒートポンプ
２００を熱源とする除湿空調装置の動作を図２および図
１０の湿り空気線図を参照して説明する。まず、検出し
た乾球温度が設定値よりも低く、検出した湿度が設定値
よりも高い場合に送風機１６０を停止させて、冷却空気
の流動を停止させた場合の動作について説明する。導入
される還気（処理空気：状態Ｋ）は経路１０７を経て送
風機１０２に吸引・昇圧されて経路１０８を経てデシカ
ントロータ１０３の水分吸着工程を行う第１の区画に送
られデシカントロータの吸湿剤で空気中の水分を吸着さ
れ絶対湿度が低下するとともに吸着熱によって空気は温
度上昇する（状態Ｌ）。湿度が下がり温度上昇した空気
は経路１０９を経て第１の顕熱交換器３００に送られる
が、冷却空気が流動していないため熱交換せずそのまま
通過し（状態Ｍ＝Ｌ）、経路１１０を経て蒸発器（冷却
器）１１５を通過して冷却される（状態Ｎ）。冷却され
た処理空気は加湿器１０５に送られるが、この場合、室
内温度が低く、室内湿度が高いことを検出して給水弁３
４０を閉じているため加湿せず（状態Ｐ＝Ｎ）、経路１
１２を経て給気として空調空間に戻される。
【００２３】一方、デシカントロータの再生は次のよう
に行われる。再生空気として用いられる外気（状態Ｑ）
は経路１２４を経て送風機１４０に吸引・昇圧されて顕
熱熱交換器１２１に送られ、デシカント再生後の再生空
気（状態Ｕ）と熱交換して温度上昇し（状態Ｒ）、経路
１２６を経て凝縮器１２０に送られて、冷媒によって加
熱されて温度上昇する（状態Ｔ）。さらに凝縮器２２０
を出た再生空気はデシカントロータ１０３の再生空気に
より再生工程を行う第２の区画を通過してデシカントロ
ータの水分を除去し再生作用を行う（状態Ｕ）。デシカ
ントロータ１０３を通過した再生空気（状態Ｕ）は経路
１２８を経て顕熱交換器１２１に送られ、前記デシカン
ト再生前の再生空気（状態Ｑ）と熱交換して温度降下し
（状態Ｖ）、経路１２９を経て排気として外部に捨てら
れる。また、冷却空気は送風機１６０が停止しているた
め流動しない。
【００２４】このようにして、乾球温度が設定値よりも
低く、検出した湿度が設定値よりも高い場合に、送風機
１６０を停止させて、冷却空気の流動を停止させた場合
の動作では、処理空気の第１の顕熱熱交換器３００の出
口の状態（状態Ｍ）は冷却空気によって冷却されないた
め温度が高くなり、従ってヒートポンプ２００の蒸発器
１１５出口の処理空気温度も高くなる。すなわちヒート
ポンプ２００の低熱源で回収しうる熱源が確保されるた
め、室温を低下させることなく、ヒートポンプ２００の
高熱源で放出するデシカント再生のための熱源を確保で
きる。
【００２５】次に、検出した乾球温度が設定値よりも高
く、検出した湿度が設定値よりも高い場合に送風機１６
０を運転して、冷却空気を流動させた場合の動作につい
て説明する。この場合の動作は、図１０の場合と差異な
いが、以下のように動作する。導入される還気（処理空
気：状態Ｋ）は経路１０７を経て送風機１０２に吸引・
昇圧され、経路１０８を経てデシカントロータ１０３の
水分吸着工程を行う第１の区画に送られ、デシカントロ
ータの吸湿剤で空気中の水分を吸着されて絶対湿度が低
下するとともに吸着熱によって空気は温度上昇する（状
態Ｌ）。湿度が下がり温度上昇した空気は経路１０９を
経て第１の顕熱交換器３００に送られ、冷却空気と熱交
換して冷却される（状態Ｍ）。冷却された空気は経路１
１０を経て蒸発器（冷却器）１１５を通過して冷却され
る（状態Ｎ）。冷却された処理空気は加湿器１０５に送
られ、水噴射または気化式加湿によって等エンタルピ過
程で温度低下し（状態Ｐ）、経路１１２を経て給気とし
て空調空間に戻される。
【００２６】一方、デシカントロータの再生は前記の場
合と同様に次のように行われる。再生空気として用いら
れる外気（状態Ｑ）は経路１２４を経て送風機１４０に
吸引・昇圧されて顕熱熱交換器１２１に送られ、デシカ
ント再生後の再生空気（状態Ｕ）と熱交換して温度上昇
し（状態Ｒ）、経路１２６を経て凝縮器１２０に送られ
て冷媒によって加熱されて温度上昇する（状態Ｔ）。さ
らに凝縮器２２０を出た再生空気はデシカントロータ１
０３の再生工程を行う第２の区画を通過してデシカント
ロータの水分を除去し再生作用を行う（状態Ｕ）。デシ
カントロータ１０３を通過した再生空気（状態Ｕ）は経
路１２８を経て顕熱熱交換器１２１に送られ、前記デシ
カント再生前の再生空気（状態Ｑ）と熱交換して温度降
下し（状態Ｖ）、経路１２９を経て排気として外部に捨
てられる。
【００２７】また、冷却空気は次のようにして処理空気
を冷却する。冷却空気として用いられる外気（状態Ｑ）
は経路１７１を経て送風機１６０に吸引・昇圧されて加
湿器１６５に送られ、水噴射または気化式加湿によって
等エンタルピ過程で温度低下し（状態Ｄ）たのち、第１
の顕熱交換器３００に送られ、冷却空気と熱交換して温
度上昇し（状態Ｅ）、熱交換器組立体３００を出て、経
路１７３を経て排気として外部に捨てられる。
【００２８】このようにして、乾球温度が設定値よりも
高く、検出した湿度が設定値よりも高い場合に、送風機
１６０を運転し、冷却空気を流動させた場合すなわち所
謂冷房運転の動作では、処理空気の第１の顕熱熱交換器
３００の出口の状態（状態Ｍ）は冷却空気によって冷却
されるため、温度が前記除湿運転の場合よりも低くな
り、従ってヒートポンプ２００の蒸発器１１５出口の処
理空気温度も低くなる。すなわち、顕熱負荷を処理しう
る低温の処理空気が生成されるため、除湿運転以外の場
合にも、顕熱負荷と潜熱負荷の両方に対応した通常の所
謂冷房運転を行うことができる。
【００２９】図３は本発明の第２の実施の形態である除
湿空調システムの基本構成を示す図である。本実施形態
では、処理空気経路Ａと再生空気経路Ｂは図１に示した
第１の実施の形態と同じ構成であり、冷却空気経路Ｃの
構成のみが第１の実施の形態と若干異なっている。すな
わち、冷却空気経路Ｃは、冷却空気となる外気導入用の
送風機１６０の吸い込み口と経路１７１を介して接続
し、送風機１６０の吐出口は処理空気と熱交換関係にあ
る熱交換器組立体３００中のプレート形の直交流熱交換
器エレメント３１０と経路１７２を介して接続する。そ
して熱交換器組立体３００の内部では、プレート形の直
交流熱交換器エレメント３１０内部を冷却空気が垂直方
向下から上向きに流れるよう構成し、かつ処理空気を冷
却空気と分離して水平方向に流して熱交換するよう構成
し、かつプレート形の直交流熱交換器エレメント３１０
の冷却空気の伝熱面には、上から水分をポンプ３３０に
よってスプレイ散布して供給し、冷却空気側の伝熱面を
水分で濡らすよう構成する。そして冷却空気の熱交換器
組立体３００出口は外部空間と経路１７３を介して接続
して冷却空気を外部から取り入れて、外部に排気するサ
イクルを形成する。
【００３０】このように冷却空気のサイクルを構成する
ことによって、冷却空気は次のようにして処理空気を冷
却する。すなわち冷却空気として用いられる外気（状態
Ｑ）は経路１７１を経て送風機１６０に吸引・昇圧され
て熱交換器組立体３００に送られ、内部に上からスプレ
イされた水分の蒸発作用によって等エンタルピ過程で温
度が低下し（状態Ｄ）その後、熱交換器組立体３００内
部のプレート形の直交流熱交換器エレメント３１０で冷
却空気側が濡れた伝熱面を介して冷却空気と熱交換する
が、伝熱面に存在する水分の蒸発作用によって空気は相
対湿度９５〜１００％の飽和線に沿って状態変化するた
め、わずかな温度上昇の後（状態Ｅ）、熱交換器組立体
３００を出て、経路１７３を経て排気として外部に捨て
られる。このように本実施形態では、前記の通り処理空
気と冷却空気とを熱交換させる熱交換器エレメント３１
０をプレート式の直交流形熱交換器として、冷却空気を
垂直方向に下から上向きに流し、かつ処理空気を水平方
向に流すよう構成し、かつ冷却空気の伝熱面より上から
水分をスプレイにより散布して、冷却空気側の伝熱面を
水分で濡らすよう構成したことによって、該熱交換器の
性能を向上させ、直交流形熱交換器でありながら、回転
式熱交換器並みの高性能を小さいＮＴＵ（熱通過数）で
実現できる効果が得られるが、本発明の請求範囲ではな
いため、詳細説明は省略する。
【００３１】本実施形態では、さらに、制御機器として
コントローラ４００を設け、該コントローラ４００は、
空調空間からの還気導入経路１０７に設けた乾球温度セ
ンサ４１０、および湿度センサ４２０からの信号を受信
するよう構成し、さらに該コントローラ４００は、冷却
空気の送風機１６０のインバータ４６０を制御して回転
数を調節するよう構成し、さらに該コントローラ４００
は、加湿器１０５の給水調節弁３４０の開度を調節する
よう構成し、さらに該コントローラ４００は、冷媒圧縮
機２６０のインバータ４５０を制御して回転数を調節す
るよう構成し、さらに該コントローラ４００は、再生空
気の送風機１４０のインバータ４４０を制御して回転数
を調節するよう構成したものである。
【００３２】そして、この除湿空調システムは、表１に
示すように、以下のような運転モードで運転される。す
なわち、第１の運転モード（除湿冷房モード）において
は、空調空間における空気の乾球温度および湿度を検出
し、乾球温度が設定値よりも高くかつ湿度が設定値より
も高い場合に、前記冷却空気の送風機４６０を定格回転
で運転し、かつ加湿器１０５の作用を停止し、かつ熱交
換器組立体３００の水噴射ポンプ３３０を運転し、かつ
乾球温度と設定値との偏差の絶対値が大きくなるに従っ
て圧縮機２６０の能力を増大させて運転し、かつ再生空
気の風量を圧縮機２６０の能力（回転数）に比例させて
運転する。
【００３３】
【表１】
【００３４】そして、第２の運転モード（冷房モード）
においては、乾球温度が設定値よりも高く、かつ湿度が
設定値よりも低い場合に、前記冷却空気の送風機４６０
を定格回転で運転し、かつ加湿器１０５を作動させ乾球
温度と設定値との偏差の絶対値が大きくなるに従って加
湿量を増加するよう調節し、かつ熱交換器組立体３００
の水噴射ポンプ３３０を運転し、かつ乾球温度と設定値
との偏差の絶対値が大きくなるに従って圧縮機２６０の
能力を増大させて運転し、かつ再生空気の風量を圧縮機
２６０の能力（回転数）に比例させて運転する。
【００３５】さらに、第３の運転モード（弱冷房モー
ド）においては、乾球温度が設定値よりも低くかつ湿度
が設定値よりも低い場合に、前記冷却空気の送風機４６
０を乾球温度と設定値との偏差の絶対値が大きくなるに
従って少なくなるよう運転し、かつ加湿器１０５の作用
を停止し、かつ熱交換器組立体３００の水噴射ポンプ３
３０を停止し、かつ乾球温度と設定値との偏差の絶対値
が大きくなるに従って圧縮機２６０の能力を増大させて
運転し、かつ再生空気の風量を圧縮機２６０の能力（回
転数）に比例させて運転する。
【００３６】さらに、第４の運転モード（除湿モード）
においては、乾球温度が設定値よりも低く、かつ湿度が
設定値よりも高い場合に、前記冷却空気の送風機４６０
を停止し、かつ加湿器１０５の作用を停止し、かつ熱交
換器組立体３００の水噴射ポンプ３３０を停止し、かつ
検出湿度の設定値との偏差の絶対値が大きくなるに従っ
て圧縮機２６０の能力を増大させて運転し、かつ再生空
気の風量を圧縮機２６０の能力（回転数）に比例させて
運転する。
【００３７】なお、ここで示した湿度は絶対湿度である
ことが望ましいが、湿度センサ３２０としては、相対湿
度センサを用いて、乾球温度センサ３１０の信号と合わ
せて、絶対湿度を演算して用いても差し支えなく、また
同様にセンサとしてエンタルピセンサを用いて乾球温度
センサ３１０の信号と合わせて、絶対湿度を演算して用
いても差し支えなく、また湿度センサ３２０として、絶
対湿度と等価な露点センサを用いても差し支えない。
【００３８】以下に各運転モードにおける作用を順次説
明する。まず、第１の運転モードとして除湿冷房モード
について説明する。この運転モードの空気のサイクルを
図４に示す。図４のサイクルでは処理空気経路の加湿器
１０５が作用していないため処理空気の出口の状態（状
態Ｐ）が低熱源熱交換器出口の状態（状態Ｎ）と同じに
なり、そのため図１０の冷房運転よりも給気の絶対湿度
が低下し、乾球温度が高くなるが、給気として空調空間
よりも乾球温度および湿度が下がるので、空調空間の状
態は次第に設定値に接近する。またこの運転では乾球温
度が高いほど圧縮機２６０の能力を増すので、給気と設
定値との温度差及び湿度差が増加して、空調空間を設定
値まで冷却および除湿する能力が高くなる。
【００３９】次に、第２の運転モードとして冷房モード
について説明する。この運転モードの空気のサイクルを
図５に示す。この運転モードの処理空気のサイクルは図
１０に示した冷房モードと同じであり、冷却空気が処理
空気と熱交換する過程が図１０と異なっていて、９５〜
１００％の相対湿度線に沿って変化するため処理空気の
冷却効果が大きくなる特徴がある。本運転モードでは加
湿器１０５の作用によって除湿能力（潜熱処理能力）を
顕熱処理能力に転換して用いることができるため、顕熱
処理能力が高くなる他、多様な顕熱比の負荷にも対応で
きる。即ち給気として空調空間よりも乾球温度が下がる
ので、空調空間の状態は次第に設定値に接近する。また
この運転では乾球温度が高いほど圧縮機２６０の能力を
増すので、給気と設定値との温度差が増加して、空調空
間を設定値まで冷却する能力が高くなる。
【００４０】次に、第３の運転モードとして弱冷房モー
ドについて説明する。この運転モードの空気のサイクル
を図６に示す。図６に示すように熱交換器組立体３００
の水噴射機構３３０を停止し、かつ冷却空気の送風機１
６０をインバータ制御して冷却空気の流量を減じるた
め、冷却空気と熱交換する状態Ｌの処理空気が冷却され
る熱量が減少して状態Ｍの温度が高くなる。したがって
ヒートポンプ２００の低熱源で冷却した後の状態Ｎの処
理空気の温度も高くなって、顕熱処理能力を低下させる
ことができる。またこの運転では乾球温度が低いほど圧
縮機２６０の能力を減らすので、給気の冷却および除湿
能力が下がり、空調負荷がまさって空調空間を設定値ま
で加湿、加熱することになる。この方法で空調空間の空
調負荷よりも除湿能力および冷却能力を低下させること
によって、空調空間の状態を設定値方向に移行させるこ
とができる。
【００４１】次に、第４の運転モードとして除湿モード
について説明する。この運転モードの空気のサイクルは
前記第１の実施の形態で図２に示した除湿モードと同じ
であり、乾球温度が設定値よりも低く、検出した湿度が
設定値よりも高い場合に、送風機１６０を停止させて、
冷却空気の流動を停止させた場合の動作では、処理空気
の顕熱熱交換器組立体３００の出口の状態（状態Ｍ）は
冷却空気によって冷却されないため温度が高くなり、従
ってヒートポンプ２００の蒸発器１１５出口の処理空気
温度も高くなる。すなわちヒートポンプ２００の低熱源
で回収しうる熱量が確保されるため、室温を低下させる
ことなく、ヒートポンプ２００の高熱源で行うデシカン
ト再生のための熱源を確保できる。それによって、空調
空間に潜熱負荷のみが存在しても、給気を空調空間より
も低湿で、適当な温度にすることができるから、空調空
間の状態を次第に設定値方向に移行させることができ
る。また、この運転では湿度が高いほど圧縮機２６０の
能力を増すので、その場合給気と設定値との湿度差が増
加して空調空間を設定値まで除湿する能力が高くなる。
【００４２】以上の４つの運転モードにおいて、再生空
気の風量は圧縮機２６０の回転数に比例して増減するよ
う構成したが、これは圧縮機２６０の能力が下がると、
再生空気への加熱量も低下するため、一定風量で運転す
ると再生空気をデシカントの再生に必要な温度まで加熱
できなくなるので、これを補うため、圧縮機２６０の能
力が下がり加熱量が低下する際に再生空気の風量を減少
させて、再生温度を維持するためのものである。従っ
て、圧縮機２６０の回転数に比例させる代りの手段とし
て、高熱源熱交換器（凝縮器）１２０の再生空気出口温
度または冷媒出口温度をそれぞれ経路１２７または２０
２で検出して、該温度が一定となるように送風機１４０
の回転数を制御しても差し支えない。
【００４３】このように、本発明では、除湿するデシカ
ントの再生のための低熱源となる処理空気が低熱源熱交
換器１１５に至る前の顕熱熱交換器１０４で冷却される
熱量を調節することによって、低熱源熱交換器における
熱負荷を確保し、顕熱比が小さい空調負荷にも対応可能
にすることができる。なお、本発明の実施の形態では蒸
気圧縮式ヒートポンプを熱源とする事例を示したが、特
開平９−１７０８３９、特開平９−１７０８４０、特開
平９−１７８２８６、特開平９−１７８２８７において
発明者が開示したように、吸収ヒートポンプを用いて冷
温水経路によって高熱源熱交換器及び低熱源熱交換器と
接続した空調システムとしても差し支えなく、請求項１
乃至４の発明に関しては、同様の効果が得られる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、デ
シカントにより水分を吸着されたのちヒートポンプの低
熱源によって冷却される処理空気の経路と、ヒートポン
プの高熱源によって加熱されたのち、水分吸着後のデシ
カントを通過してデシカント中の水分を脱着して再生す
る再生空気の経路と、デシカントにより水分を吸着され
た後の処理空気と熱交換して処理空気を冷却する冷却空
気の経路を有し、デシカントを処理空気と再生空気が交
互に流通するようにした除湿空調システムにおいて、処
理空気を冷却する熱交換器を通過する冷却空気の流量を
調節して、処理空気と冷却空気とを可変的に熱交換させ
ることによって、通常の冷房運転のみならず、処理空気
の出口温度を高く保った除湿運転をも可能にして、除湿
能力に優れ、かつ柔軟に空調負荷に対応でき、かつ省エ
ネルギな空調システムおよび運転方法を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の除湿空調システム
の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の除湿空調システム
の動作を説明する湿り空気線図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の除湿空調システム
の基本構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の除湿空調システム
の第１の動作モードを説明する湿り空気線図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の除湿空調システム
の第２の動作モードを説明する湿り空気線図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の除湿空調システム
の第３の動作モードを説明する湿り空気線図である。
【図７】従来のデシカント空調機と組合せた空調システ
ムの例である。
【図８】図７の空調システムの動作を説明する湿り空気
線図である。
【図９】冷却空気の系統を別に設けた空調システムを示
す図である。
【図１０】図９の空調システムの動作を示す湿り空気線
図である。
【符号の説明】
１０３ デシカント １０５ 第１の加湿器 １１５ 低熱源熱交換器 １２０ 高熱源熱交換器 １２１ 第２の顕熱熱交換器 １６５ 第２の加湿器 ２００ ヒートポンプ ３００ 熱交換器組立体 ４００ コントローラ ４１０ 温度センサ ４２０ 湿度センサ ４６０ インバータ Ａ 処理空気経路 Ｂ 再生空気経路 Ｃ 冷却空気経路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F24F 3/147

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 デシカントにより水分を吸着されたのち
    ヒートポンプの低熱源によって冷却される処理空気の経
    路と、前記ヒートポンプの高熱源によって加熱されたの
    ち前記水分吸着後のデシカントを通過してデシカント中
    の水分を脱着して再生する再生空気の経路と、デシカン
    トにより水分を吸着された後の処理空気と熱交換して処
    理空気を冷却する冷却空気の経路を有し、デシカントを
    処理空気と再生空気が交互に流通するようにした除湿空
    調システムにおいて、 前記処理空気を冷却する熱交換器を通過する冷却空気の
    流量を調節する手段を有することを特徴とする除湿空調
    システム。
  2. 【請求項２】 空調する空間の乾球温度と湿度を検出
    し、検出した乾球温度が設定値よりも低く、検出した湿
    度が設定値よりも高い場合に冷却空気の流動を停止させ
    ることを特徴とする請求項１に記載の除湿空調システム
    の運転方法。
  3. 【請求項３】 デシカントにより水分を吸着されたのち
    ヒートポンプの低熱源によって冷却される処理空気の経
    路と、前記ヒートポンプの高熱源によって加熱されたの
    ち前記水分吸着後のデシカントを通過してデシカント中
    の水分を脱着して再生する再生空気の経路と、デシカン
    トにより水分を吸着された後の処理空気と熱交換して処
    理空気を冷却する冷却空気の経路を有し、デシカントを
    処理空気と再生空気が交互に流通するようにした除湿空
    調システムにおいて、 デシカントを通過する処理空気および再生空気の流路区
    画を少なくとも処理空気の水分吸着工程を行う第１の区
    画と、再生空気がデシカントの再生工程を行う第２の区
    画とに分割し、デシカントが第１の区画、第２の区画を
    経て第１の区画に戻るよう構成するとともに、前記ヒー
    トポンプは低熱源熱交換器で処理空気と熱交換しかつ高
    熱源熱交換器で再生空気と熱交換するよう構成し、かつ
    処理空気の経路は、処理空気の入口から、デシカントの
    前記第１の区画、第１の顕熱熱交換器、前記低熱源熱交
    換器、第１の加湿器の順に通過して処理空気の出口に至
    るよう構成し、かつ再生空気経路は、再生空気の入口か
    ら、第２の顕熱熱交換器、前記高熱源熱交換器、デシカ
    ントの前記第２の区画、第２の顕熱熱交換器の順に通過
    して再生空気の出口に至るよう構成し、かつ冷却空気の
    経路は、冷却空気の入口から、第２の加湿器、第１の顕
    熱熱交換器の順に通過して冷却空気の出口に至るよう構
    成し、かつ第１の顕熱熱交換器において処理空気と冷却
    空気が熱交換関係を形成し、かつ第２の顕熱熱交換器に
    おいて再生空気と再生空気が熱交換関係を形成し、かつ
    前記冷却空気の流量を調節する手段を有することを特徴
    とする除湿空調システム。
  4. 【請求項４】 前記処理空気を供給する空調空間におけ
    る空気の乾球温度および湿度を検出して、次の第１の運
    転モード乃至第４の運転モードのうち少なくとも１つの
    運転モードで運転することを特徴とする、前記ヒートポ
    ンプを圧縮機を有する蒸気圧縮式ヒートポンプで構成し
    たことを特徴とする請求項３に記載の除湿空調システム
    の運転方法。 （Ａ） 第１の運転モード；乾球温度が設定値よりも高く
    かつ湿度が設定値よりも高い場合に、前記処理空気と冷
    却空気とを熱交換させ、かつ第１の加湿器の作用を停止
    し、かつ乾球温度と設定値との偏差の絶対値が大きくな
    るに従って圧縮機の能力を増大させて運転する （Ｂ） 第２の運転モード；乾球温度が設定値よりも高
    く、かつ湿度が設定値よりも低い場合に前記処理空気と
    冷却空気とを熱交換させ、かつ第１の加湿器を作動さ
    せ、かつ乾球温度と設定値との偏差の絶対値が大きくな
    るに従って圧縮機の能力を増大させて運転する （Ｃ） 第３の運転モード；乾球温度が設定値よりも低く
    かつ湿度が設定値よりも低い場合に乾球温度と設定値と
    の偏差の絶対値が大きくなるに従って冷却空気の流量を
    少なくして前記処理空気と熱交換させ、かつ第１の加湿
    器の作用を停止し、かつ乾球温度と設定値との偏差の絶
    対値が大きくなるに従って圧縮機の能力を減少させて運
    転する （Ｄ） 第４の運転モード；乾球温度が設定値よりも低
    く、かつ湿度が設定値よりも高い場合に冷却空気の流動
    を停止させ、かつ第１及び第２の加湿器の作用を停止
    し、かつ湿度と設定値との偏差の絶対値が大きくなるに
    従って圧縮機の能力を増大させて運転する。
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