JP2971843B2 - 除湿空調装置 - Google Patents

除湿空調装置

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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１２に、吸収ヒートポンプを熱源機と
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の従来例を示す。この空調システ
ムは、デシカントロータ１０３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１
０３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、蒸発器
３、吸収器１、再生器２、凝縮器４を主な構成機器とし
て吸収式冷凍サイクルをなす第１のサイクルと、蒸発器
１３、吸収器１１、再生器１２、凝縮器１４を主な構成
機器として、前記第１のサイクルよりも低温で作動する
第２の吸収冷凍サイクルからなり、前記第１のサイクル
の蒸発器３と第２のサイクルの吸収器１１との間に熱交
換関係２１を形成し、かつ該第１のサイクルの凝縮器４
と第２のサイクルの再生器１２との間に熱交換関係２０
を形成した吸収ヒートポンプとを有し、前記吸収ヒート
ポンプの第１のサイクルの吸収熱および第２のサイクル
の凝縮熱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第２のサイクルの蒸発熱を冷却熱源
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。
【０００３】そして、この空調システムでは前記公知例
で開示したように、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熱の
多重効用化が図れて高い省エネルギ効果が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、該シス
テムの熱源機となる吸収ヒートポンプとデシカント空調
機との間は、デシカント空調機の加熱機１２０との間に
熱媒体経路１２２，１２３，５１を設けて、熱媒体（温
水）を流動させる必要があり、また、同様にデシカント
空調機の冷却器１１５との間に冷却媒体経路１１７，１
１８を設けて、冷却媒体（冷水）を流動させる必要があ
った。そのため、熱源機とデシカント空調機を別々に設
置できるような空調システムに適用範囲が限定される。
【０００５】本発明は、上記課題に鑑み、外部から熱エ
ネルギーによって駆動されるヒートポンプ熱源機とデシ
カント空調機を一体化して、コンパクトな構成で、かつ
高いエネルギー効率を得ることができる除湿空調装置を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、第１の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
前記水分吸着後の第１のデシカントを通過して第１のデ
シカント中の水分を脱着して再生する再生空気の経路を
有し、第１の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装置において、前記ヒート
ポンプとして、それぞれが密閉構造をなしていて、第２
のデシカントを内蔵して冷媒を吸着または脱着させるデ
シカント熱交換器と冷媒を蒸発または凝縮させる冷媒熱
交換器とを経路で連通した第１の熱交換器組立体と、第
２の熱交換器組立体を有し、該第１および第２の熱交換
器組立体の前記冷媒熱交換器が絞りを介して経路で連通
している少なくとも１つの吸着ヒートポンプを設けて、
該吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体
に包含した冷媒熱交換器に前記再生空気と処理空気が交
互に流通するよう構成し、かつ再生空気が流通する冷媒
熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器に吸着ヒー
トポンプを駆動する加熱媒体を導いて加熱することを特
徴とする除湿空調装置である。
【０００７】このように、いずれもバッチ処理で除湿再
生を行うデシカント空調機と冷媒の吸着脱着を行う吸着
ヒートポンプを組み合わせることによって、コンパクト
な構成で熱駆動のヒートポンプとデシカント空調機を一
体化することができ、かつ省エネルギな除湿空調装置を
提供することができる。なお、「脱着」とは吸着の反対
の動作、すなわち、吸着した水分を除去することを言
う。
【０００８】請求項２に記載の発明は、前記第１のデシ
カントを中心軸を中心に回転するロータ形状として、固
定された処理空気と再生空気の経路に対してデシカント
が相対的に回転移動して、処理空気と再生空気が交互に
流通するよう構成するとともに、前記デシカント熱交換
器と冷媒熱交換器からなる第１の熱交換器組立体と第２
の熱交換器組立体とを中心軸に対して対称に放射状に少
なくとも１組以上配置し、中心軸を中心に回転可能に構
成し、固定された処理空気および再生空気および加熱源
熱媒体の経路に対して第１の熱交換器組立体および第２
の熱交換器組立体とからなる吸着ヒートポンプが相対的
に回転移動して、前記第１および第２の熱交換器組立体
に包含した冷媒熱交換器に前記再生空気と処理空気が交
互に流通し、かつ再生空気が流通する冷媒熱交換器を包
含する前記第１または第２の熱交換器組立体のデシカン
ト熱交換器に加熱媒体を導くよう構成することによっ
て、第１のデシカントの水分吸着脱着工程の切り換え
と、吸着ヒートポンプの第２のデシカントの冷媒吸着脱
着工程の切り換えを、自動的に行うことを特徴とする請
求項１に記載の除湿空調装置である。
【０００９】このように、デシカント空調機の除湿再生
を行うバッチ処理工程と、吸着ヒートポンプの冷媒の吸
着脱着を行うバッチ処理工程の切り換えを、処理空気経
路、再生空気経路、加熱媒体経路とデシカント空調用デ
シカントおよび吸着ヒートポンプのデシカント熱交換器
および冷媒熱交換器との間の相対回転移動によって自動
的に行えるよう構成したことによって、コンパクトな構
成で、かつ省エネルギな除湿空調装置を提供することが
できる。
【００１０】請求項３に記載の発明は、処理空気と熱交
換している冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交
換器を通過する前の再生空気と、第１のデシカントを通
過した処理空気とを熱交換させる第１の顕熱熱交換器を
設けるとともに、さらに再生空気と熱交換している冷媒
熱交換器を包含する前記第１の熱交換器組立体とは対称
位置にある吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体の
デシカント熱交換器を通過した後の加熱媒体と、第２の
熱交換器組立体の冷媒熱交換器を通過した後の再生空気
とを熱交換させる第２の顕熱熱交換器とを設けたことを
特徴とする請求項１又は２に記載の除湿空調装置であ
る。このように、処理空気および再生空気および加熱媒
体空気との間で熱交換を行わせることによって、高い省
エネルギ効果が得られる。
【００１１】請求項４に記載の発明は、第１の円筒状ケ
ーシングを設け、内部に前記第１のデシカントと、前記
第１の顕熱熱交換器の伝熱面のうち第１のデシカントを
通過した処理空気と接する伝熱面と、前記第２の顕熱熱
交換器の伝熱面のうち第２の熱交換器組立体の冷媒熱交
換器を通過した後の再生空気と接する伝熱面と、前記吸
着ヒートポンプの第１及び第２の熱交換器組立体の冷媒
熱交換器とを内蔵するとともに、前記第１の円筒状ケー
シングを囲んで第１の円筒状ケーシングと中心軸が同じ
で直径が大きい第２の円筒状ケーシングを設け、前記第
１の円筒状ケーシングと第２の円筒状ケーシングで囲ま
れた空間に、前記第１の顕熱熱交換器の伝熱面のうち吸
着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体のデシカント熱
交換器を通過する前の再生空気と接する伝熱面と、前記
第２の顕熱熱交換器の伝熱面のうち吸着ヒートポンプの
第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器を通過した
後の吸着ヒートポンプの加熱媒体と接する伝熱面と、前
記吸着ヒートポンプの第１及び第２の熱交換器組立体の
デシカント熱交換器とを内蔵し、さらに、第１の円筒状
ケーシングの端部および内部には、第１のデシカントを
通過する処理空気の経路と再生空気の経路とを分ける仕
切を設けるとともに、前記第１の円筒状ケーシングと第
２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の端部および内部
には、加熱媒体の経路と再生空気の経路とを分ける仕切
を設け、さらに、前記第２の円筒状ケーシングで囲まれ
た全体を組立構造体として、処理空気は、該組立構造体
に流入して、第１のデシカント、第１の顕熱熱交換器、
吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体の冷媒熱交換
器の順に通過してから該組立構造体から流出して空調空
間に給気するよう構成し、さらに、再生空気は前記組立
構造体の第１および第２の円筒状ケーシングで囲まれた
空間の再生空気経路に流入して、第１の顕熱熱交換器、
吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体のデシカント
熱交換器の順に通過したのち、第１の円筒状ケーシング
の再生空気経路に流入して、吸着ヒートポンプの第２の
熱交換器組立体の冷媒熱交換器、第２の顕熱熱交換器、
第１のデシカントの順に通過して組立構造体から流出す
るよう構成し、さらに、吸着ヒートポンプの加熱媒体は
熱源によって加熱されたのち、組立構造体の第１および
第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の加熱媒体経路
に流入して、吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体
のデシカント熱交換器、第２の顕熱熱交換器の順に通過
して組立構造体から流出するよう構成し、さらに、該組
立構造体内部に設置された少なくとも第１のデシカント
と吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体
が該組立て構造体外部の処理空気および再生空気および
吸着ヒートポンプの加熱媒体経路と相対的に回転移動す
るよう構成したことを特徴とする請求項３に記載の除湿
空調装置である。
【００１２】このように、２重円筒状ケーシングの中
に、デシカント空調機の構成機器と吸着ヒートポンプと
顕熱交換器を内蔵した組立構造体を構成し、回転移動に
よって、デシカント空調機の除湿再生を行うバッチ処理
工程と、吸着ヒートポンプの冷媒の吸着脱着を行うバッ
チ処理工程の切り換えを自動的に行えるよう構成したこ
とによって、コンパクトな構成で、かつ省エネルギな除
湿空調装置を提供することができる。
【００１３】請求項５に記載の発明は、前記第１および
第２の顕熱交換器は、複数のヒートパイプで構成されて
いて、伝熱面が第１の円筒状ケーシング内部および第１
の円筒状ケーシングと第２の円筒状ケーシングで囲まれ
た空間の相互に接するよう、円筒状ケーシングの中心軸
を中心に放射状に設置したことを特徴とする請求項４に
記載の除湿空調装置である。このように、ヒートパイプ
を用いることによって２重円筒ケーシングの中に熱交換
効率が高い熱交換器を収納することができ、コンパクト
な構成で、かつ省エネルギな除湿空調装置を提供するこ
とができる。
【００１４】請求項６に記載の発明は、少なくともデシ
カント再生後の再生空気の一部を加熱して吸着ヒートポ
ンプの加熱媒体とすることを特徴とする請求項１乃至５
のいずれかに記載の除湿空調装置である。このように、
温度が高い再生後の再生空気の一部を加熱して吸着ヒー
トポンプの加熱媒体空気とすることによって、加熱媒体
空気を温度上昇させるために必要な熱量が少なくて済
み、省エネルギな除湿空調装置を提供することができ
る。
【００１５】請求項７に記載の発明は、前記第１のデシ
カントが少なくとも２つで構成され、一方で処理空気中
の水分を吸着し、他方で再生空気によって再生するよう
な第１の切り換え機構を設け、さらに吸着ヒートポンプ
の第１および第２の熱交換器組立体に包含した前記冷媒
熱交換器に前記再生空気と処理空気が交互に流通するよ
うな第２の切り換え機構を設け、さらに再生空気が流通
する冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器に
吸着ヒートポンプを駆動する加熱媒体を導く第３の切り
換え機構を設けて、第１および第２および第３の切り換
え機構を連動させることによって、第１のデシカントの
水分吸着脱着工程の切り換えと、吸着ヒートポンプの第
２のデシカントの冷媒吸着脱着工程の切り換えを、自動
的に行うことを特徴とする請求項１に記載の除湿空調装
置である。このように、デシカント空調機の除湿再生を
行うバッチ処理工程と、吸着ヒートポンプの冷媒の吸着
脱着を行うバッチ処理工程の切り換えを、主要構成機器
を固定し、処理空気および再生空気および加熱媒体空気
のそれぞれの経路に設けた３つの切り換え機構によって
自動的に行えるよう構成したことによって、コンパクト
な構成で、かつ省エネルギな除湿空調装置を提供するこ
とができる。
【００１６】請求項８に記載の発明は、処理空気と熱交
換している冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交
換器を通過する前かつ加熱源によって加熱される前の加
熱媒体と、第１のデシカントを通過した処理空気とを熱
交換させる第３の顕熱熱交換器を設けるとともに、さら
に再生空気と熱交換している冷媒熱交換器と直接連通す
るデシカント熱交換器を通過した後の加熱媒体と、第２
の熱交換器組立体の冷媒熱交換器を通過した後の再生空
気とを熱交換させる第４の顕熱熱交換器とを設けたこと
を特徴とする請求項７に記載の除湿空調装置である。こ
のように、処理空気および再生空気および加熱媒体空気
との間で熱交換を行わせることによって、高い省エネル
ギ効果が得られる。
【００１７】請求項７又は８に記載の除湿空調装置にお
いて、室内空気または室内空気と外気との混合空気を処
理空気とし、外気または外気と室内排気との混合空気を
再生空気および加熱媒体として作動するようにしてもよ
い。
【００１８】前記第３の切り換え機構を、室内空気また
は室内空気と外気との混合空気が流通する冷媒熱交換器
と直接連通するデシカント熱交換器に加熱媒体を導くよ
うに切り換えることによって、空調空間の暖房を行うよ
うにしてもよい。このように、加熱媒体空気経路に設け
た切り換え機構を冷房時とは逆に切り換えることによっ
て、同じ機器構成のままで、暖房運転にも対応すること
ができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る除湿空調装置
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装置の基本構成を示
す図であり、図２は図１の断面Ａ−Ａを示す図であり、
図３は図１の断面Ｂ−Ｂを示す図であり、図４は図１の
断面Ｃ−Ｃを示す図である。
【００２０】本実施の形態は、図１および図４に示す通
り、吸着ヒートポンプとして、密閉構造をなしていて、
シリカゲルやゼオライト、活性炭などのデシカント（第
２のデシカント）を伝熱面に付着させた形で内蔵して伝
熱面を介して冷却することによって内部に封入された水
やアルコールなどの冷媒を吸着し、または伝熱面を介し
て加熱することによって冷媒を脱着（再生）させるデシ
カント熱交換器１Ａと冷媒を蒸発または凝縮させる冷媒
熱交換器３Ａとを経路で連通した第１の熱交換器組立体
１０Ａと、該第１の熱交換器組立体１０Ａと同じ構成で
ある第２の熱交換器組立体１０Ｂを有し、該第１および
第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂが絞り
７を介して経路で連通している複数の吸着ヒートポンプ
を用いる。
【００２１】本実施の形態は、該吸着ヒートポンプのデ
シカント熱交換器１Ａと冷媒熱交換器３Ａからなる第１
の熱交換器組立体１０Ａと第２の熱交換器組立体１０Ｂ
とを中心軸５４に対して対称に放射状に配置し、中心軸
５４を中心に回転可能に構成し、固定された処理空気お
よび再生空気および加熱源熱媒体の経路に対して第１の
熱交換器組立体１０Ａおよび第２の熱交換器組立体１０
Ｂとからなる吸着ヒートポンプが相対的に回転移動し
て、吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立
体１０Ａ，１０Ｂの冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂに前記再生
空気と処理空気を交互に流通させ、かつ再生空気が流通
する冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）と直接連通するデシカン
ト熱交換器１Ｂ（１Ａ）に加熱媒体を導くとともに、シ
リカゲル、ゼオライトなどの大気開放形の除湿用のデシ
カント（第１のデシカント）１０３を中心軸５４を中心
に回転するロータ形状として、固定された処理空気と再
生空気の経路に対してデシカント１０３が相対的に回転
移動して、処理空気と再生空気が交互に流通するように
し、かつ処理空気と熱交換している冷媒熱交換器３Ａ
（３Ｂ）と直接連通するデシカント熱交換器１Ａ（１
Ｂ）を通過する前の再生空気と、第１のデシカント１０
３を通過した処理空気とを熱交換させ、さらに前記熱交
換器組立体１０Ａとは対称位置にあって再生空気と熱交
換している冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）と直接連通するデ
シカント熱交換器１Ｂ（１Ａ）を通過した後の加熱媒体
と、同じく第２（第１）の熱交換器組立体１０Ａ（１０
Ｂ）の冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）を通過した後の再生空
気とを熱交換させるようにするため、以下のように構成
している。
【００２２】すなわち、第１の円筒状ケーシング７０お
よび第１の円筒状ケーシングを囲んで第１の円筒状ケー
シングと中心軸が同じで直径が大きい第２の円筒状ケー
シング７１を設け、さらに第１の円筒状ケーシング７０
内部には第１のデシカント１０３と、前記吸着ヒートポ
ンプの第１及び第２の熱交換器組立体１０Ａ，１０Ｂの
冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂとを内蔵し、さらに第１の円筒
状ケーシングと第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間
に、前記吸着ヒートポンプの第１及び第２の熱交換器組
立体１０Ａ，１０Ｂのデシカント熱交換器１Ａ，１Ｂと
を内蔵し、さらに顕熱交換器１０４Ａ，１０４Ｂの２つ
の機能を具備する熱交換器として、複数のヒートパイプ
２０４で構成されていて、熱放出と熱吸収を行うそれぞ
れの伝熱面が第１の円筒状ケーシング内部および第１の
円筒状ケーシングと第２の円筒状ケーシング７１で囲ま
れた空間の相互に接するよう、円筒状ケーシングの中心
軸５４を中心に放射状に設置し、さらに内部の第１のデ
シカント１０３を回転させる中心軸５４を軸受５３Ａ，
５３Ｂで支持し、モータ５０、歯付きベルト５２、プー
リ５１の作用によって回転させ、さらに中心軸５４から
減速機８０を介して吸着ヒートポンプを形成する放射状
に配置された複数組の第１及び第２の熱交換器組立体１
０Ａ，１０Ｂを回転させるよう構成して、全体として組
立構造体１００を構成する。
【００２３】前記顕熱交換器１０４Ａ，１０４Ｂは、処
理空気と熱交換している冷媒熱交換器３Ａ（３Ｂ）と直
接連通するデシカント熱交換器１Ａ（１Ｂ）を通過する
前の再生空気と、第１のデシカント１０３を通過した処
理空気とを熱交換させる第１の顕熱交換器１０４Ａの作
用と、さらに再生空気と熱交換している冷媒熱交換器３
Ｂ（３Ａ）を包含する吸着ヒートポンプの前記熱交換器
組立体１０Ａとは対称位置にある第２（第１）の熱交換
器組立体１０Ｂ（１０Ａ）のデシカント熱交換器１Ｂ
（１Ａ）を通過した後の加熱媒体と、同じく第２（第
１）の熱交換器組立体１０Ａ（１０Ｂ）の冷媒熱交換器
３Ｂ（３Ａ）を通過した後の再生空気とを熱交換させる
第２の顕熱交換器１０４Ｂの作用を兼ねていて、図３に
断面Ｂ−Ｂとして示すように仕切１９１Ａ，１９１Ｂを
隔てて両方の作用を行えるよう構成され、一体構造で第
２の円筒状ケーシング７１によって支えられている。
【００２４】さらに組立構造体１００では、第１の円筒
状ケーシング７０の端部および内部には、第１のデシカ
ント１０３を通過する処理空気の経路と再生空気の経路
とを分ける仕切（例えば１９２）を設けるとともに、前
記第１の円筒状ケーシング７０と第２の円筒状ケーシン
グ７１で囲まれた空間の端部および内部には、加熱媒体
の経路と再生空気の経路とを分ける仕切（例えば１９０
Ａ，１９０Ｂ）を設けている。
【００２５】一方、処理空気の経路においては、組立構
造体１００に経路１０７、送風機１０２、経路１０８を
介して流入して、第１のデシカント１０３、顕熱熱交換
器１０４、吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体１
０Ａの冷媒熱交換器３Ａの順に通過して組立構造体１０
０から流出して、経路１１２、加湿器１０５を経て空調
空間に給気するよう構成し、さらに、再生空気の経路は
組立構造体１００に経路１２４、送風機１４０、経路１
２５を介して流入して、第１および第２の円筒状ケーシ
ングで囲まれた空間の再生空気経路を経て、（第１の）
顕熱熱交換器１０４Ａ、吸着ヒートポンプの第１の熱交
換器組立体１０Ａのデシカント熱交換器１Ａの順に通過
したのち経路１２６を介して第１の円筒状ケーシングの
再生空気経路に流入して、前記吸着ヒートポンプの第１
の熱交換器組立体１０Ａと対称の位置にある吸着ヒート
ポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂの冷媒熱交換器３
Ｂ、（第２の）顕熱熱交換器１０４Ｂ、第１のデシカン
ト１０３の順に通過して組立構造体１００から流出する
よう構成し、さらに、吸着ヒートポンプの加熱媒体空気
の経路は前記再生空気の出口経路１２７から一部分岐し
て、送風機３０、経路１２８、燃焼室５、経路１２９を
経て、組立構造体１００の第１および第２の円筒状ケー
シングで囲まれた空間の加熱媒体経路に流入して、吸着
ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂのデシカン
ト熱交換器１Ｂ、（第２の）顕熱熱交換器１０４Ｂの順
に通過して組立構造体１００から流出するよう構成した
ものである。
【００２６】図１乃至４に示した第１の実施の形態の作
用について、図５乃至７を参照して説明する。図５およ
び図６は吸着ヒートポンプの作用を示すデューリング線
図である。図７は空気の状態変化を示す湿り空気線図で
ある。
【００２７】全体の作用を説明する前に、吸着ヒートポ
ンプの作用について簡単に説明する。本発明で使用する
吸着ヒートポンプは作動温度範囲が通常用いられている
吸着冷凍機と異なる。すなわち蒸発温度はデシカントで
除湿した後の空気を冷却するため露点温度まで冷却する
必要はなく、従来の吸着冷凍機よりも高い１０℃程度の
蒸発温度で作動させる。そして吸着温度は、吸着熱を外
気や室内からの排気を再生空気として用いて冷却するた
め従来とほぼ同じ４０℃程度で作動させる。以上の点は
通常の吸着冷凍機の作動状態と大差がない。しかし一
方、凝縮温度はデシカントの再生に用いるため熱源温度
として９０℃以上の温度で用いると、デシカント空調機
側の除湿作用が大きくとれて本発明の目的とするコンパ
クト化の効果が得やすいため、凝縮温度として９０℃で
作動させる必要があり、この点が通常用いられている吸
着冷凍機と大きく異なる。このような吸着冷凍サイクル
が実現可能であることを以下に説明する。
【００２８】図５はシリカゲルを吸着剤、水を冷媒とし
た吸着冷凍サイクルを示すデューリング線図であり、こ
の場合加熱源温度が１６０℃となり、シリカゲルの含水
率は吸着終りの状態で７.５％、脱着終りの状態で３％
となって、本発明の目的とするヒートポンプサイクルが
形成できる。一方、図６は、変成ゼオライトを吸着剤、
水を冷媒とした吸着冷凍サイクルを示すデューリング線
図であり、この場合も加熱源温度が１６０℃となり、変
成ゼオライトの含水率は吸着終りの状態で１４％、脱着
終りの状態で７.５％となって、同様にして本発明の目
的とするヒートポンプサイクルが形成できる。
【００２９】本発明の第１の実施の形態のように構成し
た吸着ヒートポンプは、以下のように作用する。図１に
おいて、第２の熱交換器組立体１０Ｂのデシカント熱交
換器１Ｂを外部から加熱媒体空気で加熱すると、加熱媒
体空気から吸着熱を奪ってデシカントから冷媒が発生
し、冷媒熱交換器３Ｂで外部の再生空気と熱交換して冷
媒が凝縮する。その際凝縮熱を冷媒熱交換器３Ｂから再
生空気に放出する。凝縮した冷媒は絞り経路７を経て減
圧されて第１の熱交換器組立体１０Ａに流入し、冷媒熱
交換器３Ａで外部の処理空気と熱交換して冷媒が蒸発す
る。その際、蒸発熱を外部から奪い、冷媒熱交換器３Ａ
で冷凍効果が発生する。蒸発した冷媒は外部の別の空気
（再生空気）で冷却されているデシカント熱交換器１Ａ
のデシカントで吸着される。その際吸着熱をデシカント
熱交換器１Ａで外部の空気（再生空気）に放出する。デ
シカント熱交換器１Ａのデシカントが冷媒で飽和して吸
着作用が低下すると、第１の熱交換器組立体１０Ａと第
２の熱交換器組立体１０Ｂの位置を回転軸５４を中心に
回転させて入れ替えて、同様の作用を行い、このように
バッチ処理工程によって連続的に、冷凍効果と加熱効果
を発生する。このような作用は当業者にとって公知であ
るので、これ以上の詳細説明は省略する。
【００３０】次に、空気サイクルの作用について図７を
参照して説明する。図１に示したように本発明の第１の
実施の形態では処理空気として室内からの還気（ＲＡ）
を用い、再生空気としては外気（ＯＡ）を用い、加熱媒
体としては、再生空気の排気の一部を用いる事例を説明
するが、デシカント空調に関して公知のように、処理空
気として外気や外気と室内還気の混合空気を用い、また
再生空気として室内排気や室内排気と外気との混合空気
を用いても差し支えない。
【００３１】処理空気（状態Ｋ）は、組立構造体１００
に経路１０７、送風機１０２、経路１０８を介して流入
して、第１のデシカント１０３で水分を吸着されて、湿
度が低下し、温度が上昇する（状態Ｌ）。除湿された空
気は（第１の）顕熱熱交換器１０４Ａで外気（状態Ｑ）
と熱交換して温度が低下し（状態Ｍ）、さらに蒸発器と
して作用している吸着ヒートポンプの冷媒熱交換器３Ａ
で冷却され（状態Ｎ）、組立構造体１００から出て、経
路１１２を経て加湿器１０５に至り、ここで等エンタル
ピ過程で加湿され（状態Ｐ）、空調空間に給気（ＳＡ）
される。
【００３２】一方、再生空気（状態Ｑ）は、組立構造体
１００に経路１２４、送風機１４０、経路１２５を介し
て流入して、第１および第２の円筒状ケーシングで囲ま
れた空間の再生空気経路を経て、（第１の）顕熱熱交換
器１０４Ａに流入し、処理空気（状態Ｌ）と熱交換して
温度上昇する（状態Ｒ）。温度上昇した再生空気は、吸
着器として作用している吸着ヒートポンプの第１の熱交
換器組立体１０Ａのデシカント熱交換器１Ａで加熱され
（状態Ｓ）、経路１２６を経て、前記吸着ヒートポンプ
の第１の熱交換器組立体１０Ａと対称の位置にあり、凝
縮器として作用している吸着ヒートポンプの第２の熱交
換器組立体１０Ｂの冷媒熱交換器３Ｂで更に加熱される
（状態Ｘ）。冷媒熱交換器３Ｂを出た再生空気は（第２
の）顕熱熱交換器１０４Ｂで再生器加熱後の加熱媒体空
気と熱交換して更に加熱され（状態Ｔ）たのち、第１の
デシカント１０３を通過してデシカントを再生し、自ら
は加湿され、かつ温度が低下する（状態Ｕ）。第１のデ
シカントを通過して組立構造体１００から流出した再生
空気は、一部は排気（ＥＸ）として外部に捨てられ、残
りは加熱媒体空気として使用される。
【００３３】一方、吸着ヒートポンプの加熱媒体空気
（状態Ｕ）は、前記再生空気の出口経路１２７から一部
分岐して、送風機３０、経路１２８を経て燃焼室５に流
入し、燃焼ガスによって１６０℃以上の高温に加熱され
る。加熱された加熱媒体空気は、経路１２９を経て組立
構造体１００の第１および第２の円筒状ケーシングで囲
まれた空間の加熱媒体経路に流入し、再生器として作用
している吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０
Ｂのデシカント熱交換器１Ｂに流入してこれを加熱した
のち、（第２の）顕熱熱交換器１０４Ｂに流入して更に
状態Ｘの再生空気と熱交換して余熱を伝達し、組立構造
体１００から流出し、経路１３０を経て排気として外部
に捨てられる。
【００３４】そして、組立構造体１００内部で軸５４が
回転することによって、固定された処理空気および再生
空気および加熱源熱媒体の経路に対して第１の熱交換器
組立体１０Ａおよび第２の熱交換器組立体１０Ｂとから
なる吸着ヒートポンプが相対的に回転移動し、また除湿
用のデシカント１０３が相対的に回転移動して、処理空
気と再生空気が交互に流通するため、デシカント空調機
の除湿再生を行うバッチ処理工程と、吸着ヒートポンプ
の冷媒の吸着脱着を行うバッチ処理工程の切り換えが自
動的に行え、作用を連続的に行わせることができる。
【００３５】なお、本実施の形態では吸着ヒートポンプ
の各熱交換器組立体１０Ａ，１０Ｂの回転が除湿用デシ
カント１０３の回転に対して一定の減速比で遅く回転す
る構成の事例を示したが、吸着ヒートポンプの吸着脱着
サイクルの切り換えに最適な周期と除湿用デシカント１
０３の除湿再生の切り換えに最適な周期は、作動条件が
変わった場合には、必ずしも同じ減速比で賄えるとは限
らないため、各々別の駆動装置を用いても差し支えな
い。
【００３６】ちなみに、デシカント空調機のデシカント
ロータの回転数は通常毎時２０回転から３０回転で運転
されているが、この場合バッチ処理の切り換え周期は２
分乃至３分となり、吸着ヒートポンプの切り換えサイク
ルには速過ぎて、減速機によって毎時４回転から８回転
程度に減速して吸着ヒートポンプの各熱交換器組立体１
０Ａ，１０Ｂを回転させる必要がある。しかし、吸着ヒ
ートポンプの伝熱性能を向上させ、デシカントへの冷媒
の吸着脱着速度を向上させることができれば、更に速い
回転速度で回転させることができる。
【００３７】このように作用する本発明の除湿空調装置
では、外部から加えられた駆動熱を吸着ヒートポンプの
駆動のためにまず用いることによって、冷媒の蒸発熱に
よる冷房効果が得られるとともに、吸着ヒートポンプか
らの放熱と排気から回収した熱で再びデシカント空調機
のデシカントの再生を行うため、さらにデシカント空調
サイクルによる冷房効果が加算され、そのため大きな省
エネルギ効果が得られる。以下に詳しく説明する。
【００３８】吸着ヒートポンプの動作係数（ＣＯＰ）は
公知の通り一般に０.４〜０.５である。従って外部熱源
から１の単位の熱を加えると１.４〜１.５の熱が吸着器
及び凝縮器を介して外部に放出される。さらに本実施の
形態では排気から回収した熱が加えられるが、この熱量
は作動条件が似ているガス冷温水機の事例を参照する
と、燃焼後の加熱媒体の再生器入口温度が１６００℃で
再生器出口温度が２００℃であるから、本実施の形態の
通り、再生器出口の加熱媒体からドレンを生じない温度
１２０℃まで熱回収することを想定すると、加熱量１に
対して（２００−１２０）／（１６００−２００）＝
０.０５７の熱が回収できるから、全体として（１.４＋
０.０５７）〜（１.５＋０.０５７）即ち１.４６〜１.
５６の熱が得られ、その熱で第１のデシカントを再生で
きる。本実施の形態のような形態で第１のデシカント１
０３を用いる所謂デシカント空調サイクルの動作係数
（ＣＯＰ）は再生温度によって異なるが、本実施の形態
のように９０℃程度の再生空気を使用する場合、公知の
資料（公知例１、公知例２）から０.８以上が得られる
ことが報告されている。 公知例１：文献；米国 ASHRAE Transactions:Symposia
IN-９１-４-２ pp６０９〜６１４、"SIMULATION OF ADV
ANCED GAS-FIRED DESICCANT COOLING SYSTEMS" 公知例２：文献；米国 Energy Engineering Vol.９３，
No.１， １９９６ pp６〜１９、"Advances in Desicca
nt Technologies"
【００３９】従って、前記１.４６〜１.５６の熱エネル
ギによってデシカント空調機を駆動すると、この値に
０.８を乗じた１.１６〜１.２５の冷房効果得られる。
図７に示したように、このデシカントサイクルの冷房効
果（過程Ｌ〜Ｍ）に前記の吸着ヒートポンプの冷房効果
（過程Ｍ〜Ｎ）０.４〜０.５を加えたものが全冷房効果
になるから、（１.１６＋０.４）〜（１.２５＋０.５）
即ち、１.５６〜１.７５の冷房効果が全体として得られ
る。この計算は駆動熱を１としているから、装置全体の
動作係数（ＣＯＰ）は、同じく１.５６〜１.７５となっ
て、従来のデシカント空調機に比べて５１％〜５４％、
２重効用吸収冷温水機の動作係数１.２と比べても、２
３％〜３２％の極めて高い省エネルギ効果が得られるこ
とが判る。
【００４０】また、本実施の形態のような構成にするこ
とによって、装置を極めてコンパクトにできる。以下に
理由を説明する。まずこの性能を発揮するために必要な
吸着ヒートポンプの第２のデシカントの総量を以下に計
算する。１冷凍トン（３０２４ｋｃａｌ／ｈ）の性能を
発揮する空調装置を想定し、最も低い動作係数をする
と、このうち吸着ヒートポンプで発生する冷凍効果は前
述の計算から、 Ｑｅ＝３０２４ × ０.４／１.５６＝７７５ ｋｃａｌ
／ｈ となる。９０℃の凝縮冷媒（水／エンタルピ９０ｋｃａ
ｌ／ｋｇ）と１０℃飽和蒸気（エンタルピ６０２ｋｃａ
ｌ／ｋｇ）から得られる冷凍効果は５１２ｋｃａｌ／ｋ
ｇであるから、７７５ｋｃａｌ／ｈの冷凍効果を発揮す
る冷媒循環量は、 ７７５／５１２＝１.５１ｋｇ／ｈ である。従って、吸着冷凍機の脱着切り換え周期を１０
分とすると、毎時３回吸着を行っていることになるか
ら、 １.５１／３＝０.５０３ｋｇ の吸着・脱着を行うデシカントが必要となる。従って前
記図５および図６から、デシカントとしてシリカゲルを
用いる場合には、 ０.５０３／（０.０７５−０.０３）＝１１.１ｋｇ のデシカントが吸着のため必要となる。一方、デシカン
トとして変成ゼオライトを用いる場合には、 ０.５０３／（０.１４−０.０７５）＝７.７ｋｇ のデシカントが吸着のため必要となる。従って、再生工
程を含めると２倍のデシカントが必要で、シリカゲルで
２２.２ｋｇ、ゼオライトで１５.４ｋｇのデシカントが
必要となる。通常行われている除湿剤の充填密度は７５
０ｇ／ｌ程度であるから、体積に換算すると、シリカゲ
ルで２９.６ｌ（リットル）、ゼオライトで２０.５ｌの
体積を必要とする。
【００４１】次に、デシカント空調機部分の第１のデシ
カントロータの寸法を計算する。通常５冷凍トン（１
５，１２０ｋｃａｌ／ｈ）の能力で直径約１００ｃｍ、
厚さ２０ｃｍの程度のものが用いられているが、本実施
の形態では１冷凍トン当たりデシカント空調機が受け持
つ冷凍能力は、前記の計算例から、１×１.１６／１.５
６＝０.７４冷凍トンであるから、必要な第１のデシカ
ントの直径は、 １００×（０.７４／５）1/2＝３８.４ｃｍ となる（厚さ２０ｃｍは同じにする必要がある）。従っ
て第１の円筒状ケーシング７０の直径を約４０ｃｍ 、
第２の円筒状ケーシング７１の直径を７０ｃｍとして想
定すると、吸着ヒートポンプのデシカント熱交換器１
Ａ，１Ｂを配置する、断面積第１の円筒状ケーシング７
０と第２の円筒状ケーシング７１で囲まれる部分の断面
積は２５９２ｃｍ2となる。吸着ヒートポンプのデシカ
ント熱交換器中のデシカントがこの部分体積の４０％を
占めると想定すると、軸方向の長さは、 ２９.６×１０００／２５９２／０.４＝２８.５ｃｍ となる。
【００４２】次に、顕熱熱交換器１０４の寸法を計算す
る。顕熱熱交換器の目標とする温度効率を７５％とする
と、熱通過数（ＮＴＵ）は３.０程度が必要となるが、
このＮＴＵは公知の通り次式で示される。 ＮＴＵ=ＫＡ／ＧＣ ここで、Ｇは空気の重量流量、Ｃは空気の比熱、Ｋは熱
通過率、Ａは伝熱面積である。１冷凍トンの冷房能力を
発揮する空気の流量は約３００ｋｇ／ｈ、フィンを含む
ヒートパイプのフィンの伝熱面を基準にした熱通過率は
１５ｋｃａｌ／ｈＣ程度であるから、これらの値から必
要なフィンの面積を計算すると、 Ａ＝ＮＴＵ・ＧＣ／Ｋ＝３×３００×０.２４／１５＝
１４.４ ｍ2 となる。第１の円筒状ケーシングの内側に設置できるフ
ィンの長さを計算すると、フィンを半径５ｃｍ〜２０ｃ
ｍの範囲にフィンピッチ２.５４ｍｍで設けるとする
と、断面Ｂ−Ｂに現われるフィンの断面長さは、 （５＋２０）／２×２π×（２０−５）／０.２５４＝
４６３４ｃｍ であるから、必要になる軸方向のフィンの奥行き長さ
は、 １４.４×１００００／４６３４＝３１ｃｍ となる。
【００４３】従って、以上の計算から、組立構造体１０
０の軸方向の所要長さは、第１のデシカントの厚み２０
ｃｍ、顕熱熱交換器１０４の長さ３１ｃｍ、吸着ヒート
ポンプの厚さ２８.５ｃｍを合計した値に若干の隙間を
加えた値となる。即ち若干の隙間を除いた値は、 ２０＋３１＋２８.５＝７９.５ｃｍ となり、従って大略、直径７０ｃｍ、長さ９０ｃｍの円
筒形の中に１冷凍トンの冷房能力を持った組立構造体１
００を構成することができる。
【００４４】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、極めてコンパクトな空調装置を実現できる。なお本
実施の形態では組立構造体１００を水平に設置する事例
を示したが、軸５４を垂直に設置しても差し支えない。
【００４５】図８は、本発明の第２の実施の形態である
除湿空調装置の基本構成を示す図であり、図９は第１乃
至第３の切り換え機構を図８の実施の形態と異なる方向
に切り換えた作動形態を示す図である。本実施の形態に
おいても、第１の実施の形態と同様にして、図８に示す
ように、吸着ヒートポンプとして、密閉構造をなしてい
て、第２のデシカントを伝熱面に付着させた形で内蔵し
て伝熱面を介して冷却することによって内部に封入され
た水やアルコールなどの冷媒を吸着し、または伝熱面を
介して加熱することによって冷媒を脱着（再生）させる
デシカント熱交換器１Ａと冷媒を蒸発または凝縮させる
冷媒熱交換器３Ａとを経路で連通した第１の熱交換器組
立体１０Ａと、第２の熱交換器組立体１０Ｂを有し、該
第１および第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器３Ａ，
３Ｂが絞り７を介して経路で連通している吸着ヒートポ
ンプを用いる。
【００４６】本実施の形態は、第１の実施の形態と異な
って、組立構造体１００を立方体状の箱形の形状とし
て、第１のデシカントと吸着ヒートポンプを回転しない
固定のものとして、それぞれを切り換え機構でバッチ式
に各空気の作動経路を切り換えて作動させ、第１のデシ
カントの水分吸着脱着工程の切り換えと、吸着ヒートポ
ンプの第２のデシカントの冷媒吸着脱着工程の切り換え
を、自動的に行うよう構成したものである。
【００４７】すなわち、第１のデシカントが２つの部材
１０３Ａ，１０３Ｂで構成され、図８の実施の形態では
一方のデシカント１０３Ａ（１０３Ｂ）で処理空気中の
水分を吸着し、他方のデシカント１０３Ｂ（１０３Ａ）
で再生空気によって再生するような第１の切り換え機構
２０１を設け、さらに吸着ヒートポンプの第１および第
２の熱交換器組立体１０Ａ，１０Ｂに包含した冷媒熱交
換器３Ａ，３Ｂに前記再生空気と処理空気が交互に流通
するような第２の切り換え機構２０２を設け、さらに再
生空気が流通する冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）と直接連通
するデシカント熱交換器１Ｂ（１Ａ）に吸着ヒートポン
プを駆動する加熱媒体を導く第３の切り換え機構２０３
を設けて、第１および第２および第３の切り換え機構２
０１，２０２，２０３を連動させることによって、第１
のデシカント１０３Ａ，１０３Ｂの水分吸着脱着工程の
切り換えと、吸着ヒートポンプの第２のデシカントの冷
媒吸着脱着工程の切り換えを、自動的に行うよう構成し
たものである。
【００４８】さらに、本実施の形態では、処理空気と熱
交換している冷媒熱交換器３Ａ（３Ｂ）を包含する吸着
ヒートポンプの第１（第２）の熱交換器組立体１０Ａ
（１０Ｂ）のデシカント熱交換器１Ａ（１Ｂ）を通過す
る前かつ加熱源である燃焼器５によって加熱される前の
加熱媒体と、第１のデシカント１０３Ａ（１０３Ｂ）を
通過した処理空気とを熱交換させる第３の顕熱熱交換器
１０４Ａ（１０４Ｂ）を設けるとともに、さらに再生空
気と熱交換している冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）と直接連
通するデシカント熱交換器１Ｂ（１Ａ）を通過した後の
加熱媒体と、第２の熱交換器組立体１０Ｂ（１０Ａ）の
冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）を通過した後の再生空気とを
熱交換させる第４の顕熱熱交換器１０４Ｂ（１０４Ａ）
とを設けたものである。
【００４９】さらに、本実施の形態では、再生空気の加
熱量を節約するため、再生空気と加熱媒体空気の集合排
気チャンバ１７０から出る排気と外気から取り入れた再
生空気とを熱交換させる熱交換器２１０を設け、さらに
第１のデシカントで吸着除湿されて吸着熱によって温度
上昇した処理空気を冷却する温度を下げて冷房効果を高
めるため、熱交換器１０４Ａ（１０４Ｂ）手前の加熱媒
体空気に気化式あるいは水噴射によって加湿して温度を
下げるための加湿器２２０を設けたものである。
【００５０】次に、このように構成した第２の実施の形
態の作用について説明する。ここでは、図８のように、
第１の切り換え機構２０１が経路１０７側と経路１０９
Ａが連通し、かつ経路１０９Ｂと排気チャンバ１７０が
連通するよう切り換えられ、さらに第２の切り換え機構
２０２が経路１２７側と経路１５２Ａが連通し、かつ経
路１５２Ｂと経路１１１が連通するよう切り換えられ、
さらに第３の切り換え機構２０３が経路１８２側と経路
１５０Ａが連通し、かつ経路１５０Ｂと排気チャンバ１
７０が連通するよう切り換えられている場合について説
明する。
【００５１】この場合、本発明の第２の実施の形態のよ
うに構成した吸着ヒートポンプは、以下のように作用す
る。図８において、第２の熱交換器組立体１０Ｂのデシ
カント熱交換器１Ｂを外部から燃焼器５で加熱された加
熱媒体空気で加熱すると、加熱媒体空気から吸着熱を奪
ってデシカントから冷媒が発生し、冷媒熱交換器３Ｂで
外部の再生空気と熱交換して冷媒が凝縮する。その際、
凝縮熱を冷媒熱交換器３Ｂから再生空気に放出する。凝
縮した冷媒は絞り経路７を経て減圧されて第１の熱交換
器組立体１０Ａに流入し、冷媒熱交換器３Ａで外部の処
理空気と熱交換して冷媒が蒸発する。その際、蒸発熱を
外部から奪い、冷媒熱交換器３Ａで冷凍効果が発生す
る。蒸発した冷媒は外部の別の空気（加熱媒体空気）で
冷却されているデシカント熱交換器１Ａのデシカントで
吸着される。その際吸着熱をデシカント熱交換器１Ａで
外部の空気（再生空気）に放出する。デシカント熱交換
器１Ａのデシカントが冷媒で飽和して吸着作用が低下す
ると、第３の切り換え機構２０３が経路１８２側と経路
１５０Ｂが連通し、かつ経路１５０Ａと排気チャンバ１
７０が連通するよう切り換えられ、第１の熱交換器組立
体１０Ａと第２の熱交換器組立体１０Ｂの作用を入れ替
えて同様の作用を行う。このようにバッチ処理工程によ
って連続的に、冷凍効果と加熱効果を発生する。
【００５２】次に、空気サイクルの作用について図１０
を参照して説明する。図８に示したように、この実施の
形態では処理空気として室内からの還気（ＲＡ）を用
い、再生空気及び加熱媒体空気としては外気（ＯＡ）を
用いる事例を説明するが、デシカント空調に関して公知
のように、処理空気として外気や外気と室内還気の混合
空気を用い、また再生空気として室内排気や室内排気と
外気との混合空気を用いても差し支えない。処理空気
（ＲＡ：状態Ｋ）は、組立構造体１００に経路１０７、
送風機１０２、第１の切り換え機構（４方切り換えダン
パ）２０１、経路１０９Ａを介して流入して、第１のデ
シカント１０３Ａで水分を吸着されて湿度が低下し、温
度が上昇する（状態Ｌ）。除湿された空気は加湿された
外気（状態Ｄ）と第１の顕熱熱交換器１０４Ａで熱交換
して温度が低下し（状態Ｍ）、さらに蒸発器として作用
している吸着ヒートポンプの冷媒熱交換器３Ａで冷却さ
れ（状態Ｎ）、組立構造体１００から出て、経路１５２
Ｂ、第２の切り換え機構２０２、経路１１１を経て加湿
器１０５に至り、ここで等エンタルピ過程で加湿され
（状態Ｐ）、空調空間に給気（ＳＡ）される。
【００５３】一方、再生空気（状態Ｑ）は、経路１２
４、経路１２５を経て熱交換器２１０に至り、ここで排
気（状態Ｖ）と熱交換して温度上昇する（状態Ｒ）。温
度上昇した再生空気は、経路１２６、送風機１４０、経
路１２７、第２の切り換え機構２０２、経路１５２Ａを
経て、組立構造体１００に入り、吸着ヒートポンプの第
２の熱交換器組立体１０Ｂの冷媒熱交換器３Ｂで加熱さ
れる（状態Ｓ）。冷媒熱交換器３Ｂを出た再生空気は、
第２の顕熱熱交換器１０４Ｂに流入し、吸着ヒートポン
プの第２の熱交換器組立体１０Ｂのデシカント熱交換器
１Ｂを加熱した後の加熱媒体空気と熱交換して更に温度
上昇した（状態Ｔ）のち、第２のデシカント１０３Ｂを
通過してデシカントを再生して自らは加湿され、かつ温
度が低下する（状態Ｕ）。デシカントを再生した再生空
気は、経路１０９Ｂ、第１の切り換え機構２０１を経て
集合排気チャンバ１７０に至り、加熱媒体空気の排気と
合流し（状態Ｖ）、前記熱交換器２１０で外部から取り
入れた再生空気（状態Ｑ）と熱交換して温度が低下した
（状態Ｗ）のち外部に排気として捨てられる。
【００５４】一方、吸着ヒートポンプの加熱媒体空気
（状態Ｑ）は、外部から経路１２４を経て取り入れら
れ、加湿器２２０に流入し、ここで等エンタルピ的に加
湿冷却された（状態Ｄ）のち、送風器２３０、第３の切
り換え機構２０３、経路１５０Ａ、組立て構造体１００
の内部通路１５１Ａを経て、第１の顕熱交換器１０４Ａ
に至り、ここで前記デシカント１０３Ａで除湿された処
理空気（状態Ｌ）と熱交換して温度上昇する（状態
Ｅ）。第１の顕熱交換器１０４Ａを出た加熱媒体空気は
吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体１０Ａのデシ
カント熱交換器１Ａに流入し、吸着ヒートポンプの吸着
熱によって加熱され、さらに温度上昇する（状態Ｆ）。
デシカント熱交換器１Ａを出た加熱媒体空気は燃焼室５
によって燃焼ガスによって１６０℃以上の高温に加熱さ
れる。加熱された加熱媒体空気は再生器として作用して
いる吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂの
デシカント熱交換器１Ｂに流入してこれを加熱したの
ち、第２の顕熱熱交換器１０４Ｂに流入して更に状態Ｓ
の再生空気と熱交換して余熱を伝達する。顕熱熱交換器
１０４Ｂを出た加熱媒体空気は、組立て構造体１００の
内部通路１５１Ｂ、経路１５０Ｂ、第３の切り換え機構
２０３を経て、集合排気チャンバ１７０に流入し、状態
Ｕの再生空気の排気と混合し（状態Ｖ）、熱交換器２０
１で再生空気（状態Ｑ）と熱交換したのち、外部に排気
として捨てられる。
【００５５】そして、第１のデシカントが水分で飽和し
て１０３Ａの吸着性能が低下するか、或いは吸着冷凍機
のデシカント熱交換器のデシカントが冷媒で飽和して冷
媒熱交換器３Ａの冷却性能が低下するかの何れかの状態
になるか、その状態になる前にあらかじめ設定した一定
時間が経過した場合に、図９に示すように、第１の切り
換え機構２０１が経路１０７側と経路１０９Ｂが連通
し、かつ経路１０９Ａと排気チャンバ１７０が連通する
よう切り換えられ、さらに第２の切り換え機構２０２が
経路１２７側と経路１５２Ｂが連通し、かつ経路１５２
Ａと経路１１１が連通するよう切り換えられ、さらに第
３の切り換え機構２０３が経路１８２側と経路１５０Ｂ
が連通し、かつ経路１５０Ａと排気チャンバ１７０が連
通するよう切り換えることによって、デシカント空調機
の除湿再生を行うバッチ処理工程と、吸着ヒートポンプ
の冷媒の吸着脱着を行うバッチ処理工程の切り換えが自
動的に行え、作用を連続的に行わせることができる。図
９はそのように切り換えた経路の状態を示す説明図であ
るが、前記図８と比べて処理空気、再生空気、加熱媒体
空気の経路のみが異なり作用については同様であるた
め、説明は省略する。
【００５６】以上示したように、第２の実施の形態にお
いても、外部から加えられた駆動熱エネルギーを吸着ヒ
ートポンプの駆動のためにまず用いることによって、冷
媒の蒸発熱による冷房効果（状態Ｍ〜Ｎ）が得られると
ともに、吸着ヒートポンプからの放熱と排気から回収し
た熱（状態Ｒ〜状態Ｔ）で再びデシカント空調機のデシ
カントの再生を行うため、さらにデシカント空調サイク
ルによる冷房効果（状態Ｌ〜Ｍ）が加算され、第１の実
施の形態と同様、大きな省エネルギ効果が得られる。さ
らに、本実施の形態では吸着除湿後の処理空気（状態
Ｌ）を冷却する空気を加湿した外気（状態Ｄ）としたこ
とによって、状態Ｌ〜Ｍ間の冷房効果が大きくなり、冷
房効果は前記第１の実施の形態よりも向上する。さらに
本実施の形態では排気から熱交換器２１０によって熱回
収しているため、状態Ｒ〜Ｔ間の再生空気の加熱量が少
なくて済み、デシカント空調機側のエネルギ効率も前記
第１の実施の形態よりも向上する。したがって、本実施
の形態では、第１の実施の形態よりも大きな省エネルギ
効果と冷房能力が向上する効果が得られる。
【００５７】そして機器の構成においても、必要とする
デシカントの量と伝熱面積が第１の実施の形態とほぼ同
じであり、しかも組立構造体１００を立方体状に構成で
きるため、該断面形状が円形である第１の実施の形態に
比べて組立構造体１００のタテ、ヨコ、高さで示される
外形寸法を小さくできるため、さらにコンパクトにでき
る効果がある。
【００５８】なお、吸着冷凍機の吸着温度と顕熱熱交換
器１０４Ａ，１０４Ｂ出口の処理空気の温度は、低いほ
ど吸着冷凍機の性能が向上し、デシカント空調サイクル
の冷房効果（状態Ｌ〜Ｍ）を大きくすることができるた
め、加熱媒体空気の流量を外部から取り入れて燃焼室５
に至るまで多くし、即ち図８の実施の形態では、経路１
２４、加湿器２２０、送風機２３０、第３の切り換え機
構２０３、経路１５０Ａ、経路１５１Ａ、第１の顕熱熱
交換器１０４Ａ、デシカント熱交換器１Ａまで多くし、
燃焼室５に流入する前に一部を外部に排気するよう構成
しても差し支えない。
【００５９】図１１は、図８および図９に示した本発明
の第２の実施の形態の暖房運転形態を示す図である。本
運転形態では、図８の実施の形態とは異なって、第３の
切り換え機構２０３のみを、前記図８に記載の冷房運転
の形態と異なる方向に切り換えて、室内空気または室内
空気と外気との混合空気（冷房運転時の処理空気を流動
する）が流通する冷媒熱交換器３Ａを包含する吸着ヒー
トポンプの第１（または第２）の熱交換器組立体のデシ
カント熱交換器１Ａに加熱媒体を導くように切り換えた
ものである。すなわち第１の切り換え機構２０１が経路
１０７側と経路１０９Ａが連通し、かつ経路１０９Ｂと
排気チャンバ１７０が連通するよう切り換えられ、さら
に第２の切り換え機構２０２が経路１２７側と経路１５
２Ａが連通し、かつ経路１５２Ｂと経路１１１が連通す
るよう切り換えられ、そして第３の切り換え機構２０３
が前記図８と異なって、経路１８２側と経路１５０Ｂが
連通し、かつ経路１５０Ａと排気チャンバ１７０が連通
するよう切り換えられている。
【００６０】このような暖房運転形態の作用について説
明すると、冷房時に処理空気系統を流動する室内空気
（ＲＡ）（または室内空気と外気の混合空気）は、組立
構造体１００に経路１０７、送風機１０２、第１の切り
換え機構（４方切り換えダンパ）２０１、経路１０９Ａ
を介して流入して、第１のデシカント１０３Ａに流入す
る。デシカント１０３Ａでは、後述するように室内空気
の相対湿度が、第２のデシカント１０３Ｂを通過する再
生空気系統の外気よりも低い場合には、室内空気に加湿
が行われ、逆の場合には除湿が行われることになるが、
後述のごとく外気は吸着ヒートポンプで冷却され、相対
湿度が高められたのち第２のデシカント１０３Ｂを通過
するため、相対湿度は室内空気よりも高い状態になり易
いため、平均的には加湿が行われる傾向にある。デシカ
ント１０３Ａを通過した室内空気は第１の顕熱熱交換器
１０４Ａに流入し、吸着ヒートポンプの第１の熱交換器
組立体１０Ａのデシカント熱交換器１Ａを加熱した後の
加熱媒体空気と熱交換して温度が上昇し、さらに凝縮器
として作用している吸着ヒートポンプの冷媒熱交換器３
Ａで加熱され、組立構造体１００から出て、経路１５２
Ｂ、第２の切り換え機構２０２、経路１１１を経て加湿
器１０５に至り、ここで等エンタルピ過程で加湿され
（状態Ｐ）、空調空間に給気（ＳＡ）される。
【００６１】一方、再生空気系統を流動する外気（また
は外気と室内排気との混合空気）は、経路１２４、経路
１２５を経て熱交換器２１０に至り、ここで排気と熱交
換して一旦温度上昇する。温度上昇した外気は、経路１
２６、送風機１４０、経路１２７、第２の切り換え機構
２０２、経路１５２Ａを経て、組立構造体１００に入り
蒸発器として作用している吸着ヒートポンプの第２の熱
交換器組立体１０Ｂの冷媒熱交換器３Ｂで冷却される。
冷媒熱交換器３Ｂを出た外気は、第２の顕熱熱交換器１
０４Ｂに流入し、外気から取り入れた加熱媒体空気と熱
交換して更に温度低下したのち、第２のデシカント１０
３Ｂを通過する。この場合前記の通り、再生空気系統を
流動する外気の相対湿度が、処理空気系統を流れる室内
空気よりも高い場合には、該第２のデシカント１０３Ｂ
で水分吸着が行われ、逆の場合には加湿される。デシカ
ントを通過した再生空気は、経路１０９Ｂ、第１の切り
換え機構２０１を経て集合排気チャンバ１７０に至り、
加熱媒体空気の排気と合流して温度上昇したのち、前記
熱交換器２１０で外部から取り入れた再生空気と熱交換
して温度が低下したのち外部に排気として捨てられる。
【００６２】一方、吸着ヒートポンプの加熱媒体空気
（状態Ｑ）は、外部から経路１２４を経て取り入れら
れ、加湿器２２０に流入するが、暖房運転時には加湿器
２２０は作動を止めていて、そのまま通過し、送風器２
３０、第３の切り換え機構２０３、経路１５０Ｂ、組立
て構造体１００の内部通路１５１Ｂを経て、第２の顕熱
交換器１０４Ｂに至り、ここで前記吸着ヒートポンプの
第２の熱交換器組立体１０Ｂの冷媒熱交換器３Ｂで冷却
された再生空気系統の外気と熱交換しする。第２の顕熱
交換器１０４Ｂを出た加熱媒体空気は、吸着器として作
用する吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂ
のデシカント熱交換器１Ｂに流入し、吸着ヒートポンプ
の吸着熱によって加熱されさらに温度上昇する。デシカ
ント熱交換器１Ｂを出た加熱媒体空気は燃焼室５によっ
て燃焼ガスによって１６０℃以上の高温に加熱される。
加熱された加熱媒体空気は再生器として作用している吸
着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体１０Ａのデシカ
ント熱交換器１Ａに流入し加熱したのち、第１の顕熱熱
交換器１０４Ａに流入して更に処理空気系統の室内空気
と熱交換して余熱を伝達する。顕熱熱交換器１０４Ａを
出た加熱媒体空気は、組立て構造体１００の内部通路１
５１Ａ、経路１５０Ａ、第３の切り換え機構２０３を経
て、集合排気チャンバ１７０に流入し、再生空気系統を
流れる外気と混合し、熱交換器２０１で再生空気系統を
流れる外気と熱交換したのち、外部に排気として捨てら
れる。
【００６３】そして、吸着冷凍機のデシカント熱交換器
のデシカントが冷媒で飽和して冷媒熱交換器３Ｂの冷却
性能が低下するか、その状態になる前にあらかじめ設定
した一定時間が経過した場合に、第１の切り換え機構２
０１が経路１０７側と経路１０９Ｂが連通し、かつ経路
１０９Ａと排気チャンバ１７０が連通するよう切り換え
られ、さらに第２の切り換え機構２０２が経路１２７側
と経路１５２Ｂが連通し、かつ経路１５２Ａと経路１１
１が連通するよう切り換えられ、さらに第３の切り換え
機構２０３が経路１８２側と経路１５０Ａが連通し、か
つ経路１５０Ｂと排気チャンバ１７０が連通するよう切
り換えることによって、第１のデシカントの除湿再生を
行うバッチ処理工程と、吸着ヒートポンプの冷媒の吸着
脱着を行うバッチ処理工程の切り換えが自動的に行え、
作用を連続的に行わせることができる。このようにし
て、暖房運転形態においても、加熱と加湿を行った空気
を冷房時に用いた空気系統と同じ経路を使って空調室内
に供給することができる。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大気開放形の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
吸着後の第１のデシカントを通過して第１のデシカント
中の水分を脱着して再生する再生空気の経路を有し、第
１のデシカントを処理空気と再生空気が交互に流通する
ようにした所謂ハイブリッドなデシカント空調（除湿空
調）装置に、ヒートポンプとして、密閉構造をなしてい
て、密閉形デシカントを内蔵して冷媒を吸着または脱着
（再生）させるデシカント熱交換器と冷媒を蒸発または
凝縮させる冷媒熱交換器とを経路で連通した第１および
第２の２つの熱交換器組立体を有し、該第１および第２
の熱交換器組立体の前記冷媒熱交換器が絞りを介して経
路で連通している吸着ヒートポンプを設けて、該吸着ヒ
ートポンプの第１および第２の熱交換器組立体に包含さ
れた冷媒熱交換器に前記再生空気と処理空気が交互に流
通するよう構成し、かつ再生空気が流通する冷媒熱交換
器と直接連通しているデシカント熱交換器に吸着ヒート
ポンプを駆動する加熱媒体を導いて加熱するよう構成す
るとともに、主な構成機器を組立て構造体としてコンパ
クトなケーシングに内蔵し、かつデシカント空調装置の
デシカントの水分脱着工程の切り換えと、吸着ヒートポ
ンプの冷媒吸着脱着工程の切り換えを自動的に行えるよ
う構成したことによって、運転操作が簡単で信頼性が高
く、かつ極めて省エネルギーで、かつコンパクトで、か
つ冷暖房の両方の運転形態に柔軟に対応することができ
る除湿空調装置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の実施の形態である除湿空調装置
の基本構成を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面を示す図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面を示す図である。
【図５】吸着ヒートポンプの冷凍サイクルを示すデュー
リング線図であり、
【図６】吸着ヒートポンプの冷凍サイクルを示すデュー
リング線図である。
【図７】空気の状態変化を示す湿り空気線図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の除湿空調装置の基
本構成を示す図である。
【図９】第２の実施の形態の除湿空調装置において、第
１乃至第３の切り換え機構を図８の実施の形態と異なる
方向に切り換えた作動形態を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態の除湿空調装置の空気サイ
クルの作用を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の暖房運転形態を
示す図である。
【図１２】吸収ヒートポンプを熱源機とするデシカント
空調機の従来例を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ デシカント熱交換器 ３Ａ，３Ｂ 冷媒熱交換器 ７ 絞り １０Ａ，１０Ｂ 熱交換器組立体 １０３ 第１のデシカント １０４Ａ，１０４Ｂ 顕熱交換器 ２０４ ヒートパイプ

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の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第１のデシカントを通過して
    第１のデシカント中の水分を脱着して再生する再生空気
    の経路を有し、第１の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装置において、 前記ヒートポンプとして、それぞれが密閉構造をなして
    いて、第２のデシカントを内蔵して冷媒を吸着または脱
    着させるデシカント熱交換器と冷媒を蒸発または凝縮さ
    せる冷媒熱交換器とを経路で連通した第１の熱交換器組
    立体と、第２の熱交換器組立体を有し、該第１および第
    ２の熱交換器組立体の前記冷媒熱交換器が絞りを介して
    経路で連通している少なくとも１つの吸着ヒートポンプ
    を設けて、 該吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体
    に包含した冷媒熱交換器に前記再生空気と処理空気が交
    互に流通するよう構成し、かつ再生空気が流通する冷媒
    熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器に吸着ヒー
    トポンプを駆動する加熱媒体を導いて加熱することを特
    徴とする除湿空調装置。
  2. 【請求項２】 前記第１のデシカントを中心軸を中心に
    回転するロータ形状として、固定された処理空気と再生
    空気の経路に対してデシカントが相対的に回転移動し
    て、処理空気と再生空気が交互に流通するよう構成する
    とともに、前記第１の熱交換器組立体と第２の熱交換器
    組立体とを中心軸に対して対称に放射状に少なくとも１
    組以上配置し、中心軸を中心に回転可能に構成し、固定
    された処理空気および再生空気および加熱源熱媒体の経
    路に対して第１の熱交換器組立体および第２の熱交換器
    組立体とからなる吸着ヒートポンプが相対的に回転移動
    して、前記第１および第２の熱交換器組立体に包含した
    冷媒熱交換器に前記再生空気と処理空気が交互に流通
    し、かつ再生空気が流通する冷媒熱交換器を包含する前
    記第１または第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換
    器に加熱媒体を導くよう構成することによって、第１の
    デシカントの水分吸着脱着工程の切り換えと、吸着ヒー
    トポンプの第２のデシカントの冷媒吸着脱着工程の切り
    換えを、自動的に行うことを特徴とする請求項１に記載
    の除湿空調装置。
  3. 【請求項３】 処理空気と熱交換している冷媒熱交換器
    と直接連通するデシカント熱交換器を通過する前の再生
    空気と、第１のデシカントを通過した処理空気とを熱交
    換させる第１の顕熱熱交換器を設けるとともに、さらに
    再生空気と熱交換している冷媒熱交換器を包含する前記
    第１の熱交換器組立体とは対称位置にある吸着ヒートポ
    ンプの第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器を通
    過した後の加熱媒体と、第２の熱交換器組立体の冷媒熱
    交換器を通過した後の再生空気とを熱交換させる第２の
    顕熱熱交換器とを設けたことを特徴とする請求項１又は
    ２に記載の除湿空調装置。
  4. 【請求項４】 第１の円筒状ケーシングを設け、内部に
    前記第１のデシカントと、前記第１の顕熱熱交換器の伝
    熱面のうち第１のデシカントを通過した処理空気と接す
    る伝熱面と、前記第２の顕熱熱交換器の伝熱面のうち第
    ２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器を通過した後の再生
    空気と接する伝熱面と、前記吸着ヒートポンプの第１及
    び第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器とを内蔵すると
    ともに、前記第１の円筒状ケーシングを囲んで第１の円
    筒状ケーシングと中心軸が同じで直径が大きい第２の円
    筒状ケーシングを設け、前記第１の円筒状ケーシングと
    第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間に、前記第１の
    顕熱熱交換器の伝熱面のうち吸着ヒートポンプの第１の
    熱交換器組立体のデシカント熱交換器を通過する前の再
    生空気と接する伝熱面と、前記第２の顕熱熱交換器の伝
    熱面のうち吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体の
    デシカント熱交換器を通過した後の吸着ヒートポンプの
    加熱媒体と接する伝熱面と、前記吸着ヒートポンプの第
    １及び第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器とを
    内蔵し、 さらに、第１の円筒状ケーシングの端部および内部に
    は、第１のデシカントを通過する処理空気の経路と再生
    空気の経路とを分ける仕切を設けるとともに、前記第１
    の円筒状ケーシングと第２の円筒状ケーシングで囲まれ
    た空間の端部および内部には、加熱媒体の経路と再生空
    気の経路とを分ける仕切を設け、 さらに、前記第２の円筒状ケーシングで囲まれた全体を
    組立構造体として、処理空気は、該組立構造体に流入し
    て、第１のデシカント、第１の顕熱熱交換器、吸着ヒー
    トポンプの第１の熱交換器組立体の冷媒熱交換器の順に
    通過してから該組立構造体から流出して空調空間に給気
    するよう構成し、 さらに、再生空気は前記組立構造体の第１および第２の
    円筒状ケーシングで囲まれた空間の再生空気経路に流入
    して、第１の顕熱熱交換器、吸着ヒートポンプの第１の
    熱交換器組立体のデシカント熱交換器の順に通過したの
    ち、第１の円筒状ケーシングの再生空気経路に流入し
    て、吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体の冷媒熱
    交換器、第２の顕熱熱交換器、第１のデシカントの順に
    通過して組立構造体から流出するよう構成し、 さらに、吸着ヒートポンプの加熱媒体は熱源によって加
    熱されたのち、組立構造体の第１および第２の円筒状ケ
    ーシングで囲まれた空間の加熱媒体経路に流入して、吸
    着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体のデシカント熱
    交換器、第２の顕熱熱交換器の順に通過して組立構造体
    から流出するよう構成し、 さらに、該組立構造体内部に設置された少なくとも第１
    のデシカントと吸着ヒートポンプの第１および第２の熱
    交換器組立体が該組立て構造体外部の処理空気および再
    生空気および吸着ヒートポンプの加熱媒体経路と相対的
    に回転移動するよう構成したことを特徴とする請求項３
    に記載の除湿空調装置。
  5. 【請求項５】 前記第１および第２の顕熱交換器は、複
    数のヒートパイプで構成されていて、伝熱面が第１の円
    筒状ケーシング内部および第１の円筒状ケーシングと第
    ２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の相互に接するよ
    う、円筒状ケーシングの中心軸を中心に放射状に設置し
    たことを特徴とする請求項４に記載の除湿空調装置。
  6. 【請求項６】 少なくともデシカント再生後の再生空気
    の一部を加熱して吸着ヒートポンプの加熱媒体とするこ
    とを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の除湿
    空調装置。
  7. 【請求項７】 前記第１のデシカントが少なくとも２つ
    で構成され、一方で処理空気中の水分を吸着し、他方で
    再生空気によって再生するような第１の切り換え機構を
    設け、さらに吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交
    換器組立体に包含した前記冷媒熱交換器に前記再生空気
    と処理空気が交互に流通するような第２の切り換え機構
    を設け、さらに再生空気が流通する冷媒熱交換器と直接
    連通するデシカント熱交換器に吸着ヒートポンプを駆動
    する加熱媒体を導く第３の切り換え機構を設けて、第１
    および第２および第３の切り換え機構を連動させること
    によって、第１のデシカントの水分吸着脱着工程の切り
    換えと、吸着ヒートポンプの第２のデシカントの冷媒吸
    着脱着工程の切り換えを、自動的に行うことを特徴とす
    る請求項１に記載の除湿空調装置。
  8. 【請求項８】 処理空気と熱交換している冷媒熱交換器
    と直接連通するデシカント熱交換器を通過する前かつ加
    熱源によって加熱される前の加熱媒体と、第１のデシカ
    ントを通過した処理空気とを熱交換させる第３の顕熱熱
    交換器を設けるとともに、さらに再生空気と熱交換して
    いる冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器を
    通過した後の加熱媒体と、第２の熱交換器組立体の冷媒
    熱交換器を通過した後の再生空気とを熱交換させる第４
    の顕熱熱交換器とを設けたことを特徴とする請求項７に
    記載の除湿空調装置。
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