JP3729595B2 - 空調システム及びその運転方法 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調システムに係り、特に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えるようにした空調システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
図10は、USP4,430,864に開示された従来技術であり、これは、処理空気経路Aと、再生空気経路Bと、2つのデシカントベッド103A,103Bと、デシカントの再生及び処理空気の冷却を行うヒートポンプ200とを有している。このヒートポンプ200は、2つのデシカントベッド103A,103Bに埋設された熱交換器220,210を高低熱源として用いるもので、一方のデシカントベッドは処理空気を通過させて吸着工程を行い、他方のデシカントは再生空気を通過させて再生工程を行う。この空調処理が所定時間行われた後、4方切り換え弁105,106を切り換えて、再生及び処理空気を逆のデシカントベッドに流して逆の工程を行う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の技術においては、ヒートポンプ200の高低の熱源と各デシカントがそれぞれ一体化されていたために、冷房効果ΔQに相当する熱量がヒートポンプ(冷凍機)にそのまま負荷される。すなわち、ヒートポンプ(冷凍機)の能力以上の効果が出せない。したがって、装置を複雑にしただけの効果が得られない。
【0004】
そこで、このような問題点を解決するために、図11に示すように、再生空気経路Bにヒートポンプの高温熱源220を配して再生空気を加熱し、処理空気経路Aにヒートポンプの低温熱源240を配して処理空気を冷却するとともに、デシカント103通過後の処理空気とデシカント103通過前の再生空気との間で顕熱交換を行う熱交換器104を設けることが考えられる。ここでは、デシカント103が、処理空気経路Aと再生空気経路Bの双方にまたがって回転するデシカントロータを用いている。
【0005】
これにより、図12の湿り空気線図に示すように、ヒートポンプによる冷却効果の他に、処理空気と再生空気の間の顕熱交換による冷却効果を併せた冷却効果(ΔQ)を得ることができるので、コンパクトな構成で図10の空調システムより高い効率を得ることができる。
【0006】
しかしながら、この構成の空調システムにおいても、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240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。
【0007】
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を低熱源熱交換器に至る前にあらかじめ加熱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。
【0008】
さらに、この発明は、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えるようにした空調システムの、デシカント通過後かつ低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを熱交換させて、処理空気を低熱源熱交換器に至る前にあらかじめ加熱し、低熱源熱交換器における顕熱負荷を確保することによって、顕熱比が小さい場合の除湿主体の運転を可能にして、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を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、処理空気中の水分を吸着するデシカントと、圧縮機を有し、処理空気を低熱源、再生空気を高熱源として動作して再生空気にデシカント再生用の熱を供給するヒートポンプとを備えた空調システムにおいて、デシカント通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを熱交換させることを特徴とする空調システムである。
【0010】
このように、デシカント再生後の再生空気の保有熱を処理空気に伝えることによって、低熱源熱交換器における熱回収量を増加することができ、デシカント再生のため熱を確保することができるため、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2に記載の発明は、処理空気中の水分を吸着するデシカントと、圧縮機を有し、処理空気を低熱源、再生空気を高熱源として動作して再生空気にデシカント再生用の熱を供給するヒートポンプとを備えた空調システムにおいて、第1の顕熱熱交換器においてデシカント通過後の処理空気と前記ヒートポンプの高熱源熱交換器に流入前の再生空気とを熱交換させるとともに、第2の顕熱熱交換器において前記第1の顕熱熱交換器通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを選択的に熱交換させることを特徴とする空調システムである。
【0012】
このように、第1の顕熱熱交換器で処理空気からデシカント再生前の再生空気に熱を伝えることで、ヒートポンプの加熱量を節約するとともに、第2の顕熱熱交換器で熱交換を選択的に行えることで、空調の顕熱負荷が小さい場合にはデシカント再生後の再生空気の保有熱を処理空気に伝えて低熱源熱交換器における熱回収量を増加することができ、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2の顕熱熱交換器で熱交換を停止することでヒートポンプの冷却能力を全て処理空気の冷却に使用でき、冷房運転にも対応できる。
【0013】
請求項3に記載の発明は、少なくとも第2の顕熱熱交換器を蓄熱式回転型熱交換器として、該第2の顕熱熱交換器を回転させるか、または停止させることによって、第1の顕熱熱交換器通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを選択的に熱交換させることを特徴とする請求項2に記載の空調システムである。このように、熱交換能力の調整が容易な蓄熱式回転型熱交換器の回転を調節することで、除湿運転にも冷房運転にも対応できる。
【0014】
請求項4に記載の発明は、処理空気中の水分を吸着するデシカントと、圧縮機を有し、処理空気を低熱源、再生空気を高熱源として動作して再生空気にデシカント再生用の熱を供給するヒートポンプとを備えた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、前記ヒートポンプを少なくとも圧縮機と低熱源熱交換器と高熱源熱交換器で構成し、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、第2の顕熱熱交換器、前記低熱源熱交換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1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、かつ第1の顕熱熱交換器および第2の顕熱熱交換器において処理空気と再生空気が熱交換関係を形成し、かつ第2の顕熱熱交換器の熱交換量を調節可能にしたことを特徴とする空調システムである。
【0015】
このように、デシカントの吸着工程と再生工程を連続的に行えるよう構成するとともに、第1の顕熱熱交換器においてデシカント通過後の処理空気と前記ヒートポンプの高熱源熱交換器に流入前の再生空気とを熱交換させるとともに、第2の顕熱熱交換器において前記第1の顕熱熱交換器通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気との熱交換量を調節することによって、第1の顕熱熱交換器で処理空気からデシカント再生前の再生空気に熱を伝えることで、ヒートポンプの加熱量を節約するとともに、第2の顕熱熱交換器では、空調の顕熱負荷が小さい場合にはデシカント再生後の再生空気の保有熱を処理空気に伝えて低熱源熱交換器における熱回収量を増加することができ、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2の顕熱熱交換器で熱交換を抑制することでヒートポンプの冷却能力を処理空気の冷却に使用でき、多様な顕熱比の冷房空調負荷に対応できる。
【0016】
請求項5に記載の発明は、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する請求項4に記載の空調システムである。
【0017】
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えるようにすることができる。
【0018】
請求項6に記載の発明は、少なくとも第2の顕熱熱交換器を蓄熱式回転型熱交換器として、該第2の顕熱熱交換器の回転数を調節することによって、顕熱熱交換器の熱交換量を調節可能にしたことを特徴とする請求項4又は5に記載の空調システムである。このように、熱交換能力の調整が容易な蓄熱式回転型熱交換器の回転を調節することで、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対応できる。
【0019】
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の空調システムの運転方法であって、空調する空間の乾球温度および湿度を検出して、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第2の顕熱熱交換器を回転させ、乾球温度と設定値との偏差の絶対値が大きい場合には回転を速く、乾球温度と設定値との偏差の絶対値が小さい場合には回転を遅く調節することを特徴とする空調システムの運転方法である。
【0020】
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場合、負荷の状況に応じて、顕熱負荷が大きい場合には再生空気から処理空気に伝える熱量を減少させ、顕熱負荷が小さい場合には再生空気から処理空気に伝える熱量を増大させることによって、空調空間の顕熱除去と除湿が別々に制御できるため、除湿運転でも空調空間を快適に保つことができる。
【0021】
請求項8に記載の発明は、処理空気中の水分を吸着するデシカントと、圧縮機を有し、処理空気を低熱源、再生空気を高熱源として動作して再生空気にデシカント再生用の熱を供給するヒートポンプとを備えた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、前記ヒートポンプを少なくとも圧縮機と低熱源熱交換器と高熱源熱交換器で構成し、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、第2の顕熱熱交換器、前記低熱源熱交換器、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1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、かつ第1の顕熱熱交換器および第2の顕熱熱交換器において処理空気と再生空気が熱交換関係を形成し、かつ第2の顕熱熱交換器の熱交換量を調節可能にした空調システムである。
【0022】
このように、このように、デシカントの吸着工程と再生工程を連続的に行えるよう構成するとともに、第1の顕熱熱交換器においてデシカント通過後の処理空気と前記ヒートポンプの高熱源熱交換器に流入前の再生空気とを熱交換させ、かつ第2の顕熱熱交換器において前記第1の顕熱熱交換器通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気との熱交換量を調節することによって、第1の顕熱熱交換器で処理空気からデシカント再生前の再生空気に熱を伝えることで、ヒートポンプの加熱量を節約するとともに、第2の顕熱熱交換器では、空調の顕熱負荷が小さい場合にはデシカント再生後の再生空気の保有熱を処理空気に伝えて低熱源熱交換器における熱回収量を増加することができ、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2の顕熱熱交換器で熱交換を抑制することでヒートポンプの冷却能力を処理空気の冷却に使用でき、さらに湿度が低い場合には加湿器を使用して潜熱処理能力を顕熱処理能力に置き換えて冷房することもでき、多様な顕熱比の冷房空調負荷に対応できる。
【0023】
請求項9に記載の発明は、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する請求項8に記載の空調システムである。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えるようにすることができる。
【0024】
請求項10に記載の発明は、少なくとも第2の顕熱熱交換器を蓄熱式回転型熱交換器として、該第2の顕熱熱交換器の回転数を調節することによって、顕熱熱交換器の熱交換量を調節可能にしたことを特徴とする請求項8又は9に記載の空調システムである。このように、熱交換能力の調整が容易な蓄熱式回転型熱交換器の回転を調節することで、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対応できる。
【0025】
請求項11に記載の発明は、処理空気を低熱源熱交換器の下流から分岐して、処理空気のデシカント上流部へバイパスさせるバイパス経路を設けたことを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載の空調システムである。このように、一度デシカントで除湿した処理空気を再循環させることによって、デシカントの除湿負荷が減少し、空調負荷が少ない場合に対応でき、また始動前にデシカントのみを再生する場合に再生時間を短縮できる。
【0026】
請求項12に記載の発明は、請求項8乃至11のいずれかに記載の空調システムの運転方法であって、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、前記第2の顕熱熱交換器の作用を停止し、かつ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第2の顕熱熱交換器の作用を停止し、かつ加湿器を作動させ、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前記第2の顕熱熱交換器の作用を停止し、かつ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前記第2の顕熱熱交換器の熱交換量が増加するよう該第2の顕熱熱交換器を作用させ、かつ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空調システムの運転方法である。このように、圧縮機、第2の顕熱熱交換器、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対応できる。
【0027】
請求項13に記載の発明は、圧縮機の能力が小さくなるに従って、再生空気の流量を減少させることを特徴とする請求項12に記載の空調システムの運転方法である。このように、圧縮機の能力に応じて再生空気の流量を調整することで、再生空気のデシカント再生温度を所定値に保つことができるため、常にデシカントの除湿能力を確保でき、多様な空調負荷に対応できる。
【0028】
請求項14に記載の発明は、圧縮機の能力が小さくなるに従って、処理空気の低熱源熱交換器の下流から分岐して処理空気のデシカント上流部へバイパスする流量を増加させることを特徴とする請求項12又は13に記載の空調システムの運転方法である。このように、冷房空調負荷が減少して、圧縮機の能力を絞った場合に、一度デシカントを通過した処理空気を再循環させることで、デシカントの吸湿能力を高く保ったままで、外部負荷に対する除湿能力を冷房空調負荷に応じて減少させることができる。
【0029】
請求項15に記載の発明は、請求項11に記載の空調システムの運転方法であって、第2の顕熱熱交換器を作用させ、処理空気を低熱源熱交換器の下流から分岐して、処理空気のデシカント上流部へバイパスさせて、デシカントの再生運転を行うことを特徴とする空調システムの運転方法である。このように、空調システムの長期停止によってデシカントが吸湿してしまった場合には、処理空気をバイパスさせて、デシカントへの吸着量を抑制しつつ、再生のための熱源を第2の顕熱熱交換器によって回収してデシカントを再生できるため、始動特性を向上させることができる。
【0030】
【実施例】
以下、本発明に係るデシカント空調装置の実施例を図面を参照して説明する。図1は本発明に係る空調システムの第1の実施例の基本構成を示す図であり、このうち蒸気圧縮式ヒートポンプの部分は、圧縮機260、低熱源熱交換器(蒸発器)240、高熱源熱交換器(凝縮器)220、膨張弁250を構成機器として蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成したものである。そして低熱源熱交換器(蒸発器)240において低圧の冷媒蒸気がデシカント103通過後の処理空気と熱交換関係をなし、かつ高熱源熱交換器(凝縮器)220において高圧の冷媒蒸気がデシカント通過前の再生空気と熱交換関係をなすよう形成したものである。
【0031】
また空気系統のサイクルはつぎのように構成されている。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再生空気と熱交換関係にある第1の顕熱熱交換器104と経路109を介して接続し、第1の顕熱熱交換器104の処理空気の出口は第2の顕熱熱交換器150と経路110を介して接続し、第2の顕熱熱交換器150の処理空気の出口は低熱源熱交換器(蒸発器)240と経路111を介して接続し、低熱源熱交換器(蒸発器)240の処理空気の出口は加湿器105と経路112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113を介して接続して処理空気のサイクルを形成する。
【0032】
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の吐出口は処理空気と熱交換関係にある第1の顕熱熱交換器104と接続し、第1の顕熱熱交換器104の再生空気の出口は高熱源熱交換器(凝縮器)220と経路126を介して接続し、高熱源熱交換器(凝縮器)220の再生空気の出口はデシカントロータ103の再生空気の再生工程を行う第2の区画と経路127を介して接続し、デシカントロータ103の再生空気の再生工程を行う第2の区画の再生空気の出口は第2の顕熱熱交換器150と経路128を介して接続し、第2の顕熱熱交換器150の再生空気の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。
【0033】
そして再生空気と処理空気は第1の顕熱熱交換器104および第2の顕熱熱交換器150で熱交換関係を形成するが、該第2の顕熱熱交換器150は、蓄熱式回転型熱交換器であって、該第2の顕熱熱交換器150を回転させるか、または停止させることによって、第1の顕熱熱交換器104通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器240に流入前の処理空気とデシカント103再生後の再生空気とを選択的に熱交換させることができるよう構成する。
【0034】
このように本実施例では図11の従来例に比べて、デシカント103通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器240に流入前の処理空気とデシカント103再生後の再生空気とを選択的に熱交換させることができる第2の顕熱熱交換器150を設けたことに特徴がある。なお図中、丸で囲ったアルファベットK〜Uは、図2乃至4と対応する空気の状態を示す記号である。
【0035】
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。冷媒は低熱源熱交換器(蒸発器)240でデシカント103で除湿された処理空気から蒸発潜熱を奪って蒸発し(状態a:約10℃、4.2kg/cm2)、経路204を経て圧縮機260に吸引され圧縮される。圧縮された冷媒(状態b:約80℃、19.3kg/cm2)は経路201を経て高熱源熱交換器(凝縮器)220に流入し冷媒の過熱蒸気の顕熱および凝縮潜熱をデシカント103に流入前の再生空気に放出して凝縮した(状態c:約65℃、19.3kg/cm2)のち経路202を経て膨張弁250に至りそこで減圧膨張した(状態d:約10℃、4.2kg/cm2)後、経路203を経て低熱源熱交換器(蒸発器)240に還流する。このように蒸気圧縮式冷凍サイクル部分のサイクルは、従来ルームエアコン等の空調分野で通常行われているものと技術上大きな差異はなく、作用温度と圧力のみが異なる。
【0036】
次に前述のように構成されたヒートポンプを熱源とするデシカント空調システムの動作を、図2乃至3の湿り空気線図を参照して説明する。まず従来からこの種のデシカント空調システムで行われているものと同様な冷房運転について図2を用いて説明する。この冷房運転では第2の顕熱熱交換器の回転は停止し、熱交換は行わないよう設定して運転する。
【0037】
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に吸引され昇圧されて経路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の顕熱熱交換器104に送られ外気(再生空気)と熱交換して冷却される(状態M)。冷却された空気は経路110を経て第2の顕熱熱交換器150に送られるが前述の通り回転していないため熱交換せずそのまま通過し(状態N)、経路111を経て低熱源熱交換器(蒸発器)240に流入して冷却される(状態O)。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113を経て給気として空調空間に戻される。この場合加湿量を調整することによって、図2に示すように空調負荷の多様な顕熱比に対応できる。
【0038】
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に吸引され昇圧されて顕熱熱交換器104に送られ、処理空気を冷却して自らは温度上昇し(状態R)、経路126を経て高熱源熱交換器(凝縮器)220に送られて、冷媒蒸気によって加熱されて温度上昇する(状態S)。さらに高熱源熱交換器(凝縮器)220を出た再生空気はデシカントロータ103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い(状態T)、経路128を経て第2の顕熱熱交換器150に送られるが前述の通り回転していないため熱交換せずそのまま通過し(状態U)、経路129を経て、排気として外部に捨てられる。このようにして、デシカントの再生と処理空気の除湿、冷却をくりかえし行うことによって、デシカントによる冷房運転を行うことができる。
【0039】
次に、梅雨時期のように空調空間の乾球温度が低く、湿度が高い場合に必要な所謂除湿運転について図3を用いて説明する。この除湿運転では第2の顕熱熱交換器は定格で回転させ、熱交換が効率良く行われるよう設定して運転する。
【0040】
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に吸引され昇圧されて経路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の顕熱熱交換器104に送られ外気(再生空気)と熱交換して冷却される(状態M)。冷却された空気は経路110を経て第2の顕熱熱交換器150に送られて高温の処理空気と熱交換して温度上昇し(状態N)、経路111を経て低熱源熱交換器(蒸発器)240に流入して冷却される(状態O)。冷却された処理空気は加湿器105に送られるが、除湿運転では加湿する必要がないためそのまま通過し、経路113を経て給気として空調空間に戻される。この場合、給気(状態P)は換気(状態K)よりも高めの温度で換気との間に絶対湿度差ΔXが得られるよう調整しておく。
【0041】
一方、デシカントロータ103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に吸引され昇圧されて第1の顕熱熱交換器104に送られ、処理空気を冷却して自らは温度上昇し(状態R)、経路126を経て高熱源熱交換器(凝縮器)220に送られて、冷媒蒸気によって加熱されて温度上昇する(状態S)。さらに高熱源熱交換器(凝縮器)220を出た再生空気はデシカントロータ103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い(状態T)、経路128を経て第2の顕熱熱交換器150に送られ処理空気と熱交換して冷却され(状態U)、経路129を経て排気として外部に捨てられる。
【0042】
このようにして、第2の顕熱熱交換器150によって低熱源熱交換器(蒸発器)240入口の処理空気を加熱してからデシカントの再生に必要な熱を低熱源熱交換器(蒸発器)240で回収するため、処理空気が冷え過ぎることなく空調空間との絶対湿度差ΔXが得られるため、除湿運転を行うことができる。
【0043】
一方、同じ除湿運転でも乾球温度が設定値に近く、給気温度を少し下げて運転したい場合(所謂蒸し暑い場合)には、第2の顕熱熱交換器は適当な中間速度で回転させ、熱交換が抑制されて行われるよう設定して運転することによって、処理空気への加熱量が減少し、図4に示すように、処理空気の第2の顕熱熱交換器150出口(状態N)の温度が若干左方向の低温側に移動するため、ヒートポンプの低熱源熱交換器(蒸発器)240で冷却された後の給気(状態P)の乾球温度も下げることができる。
【0044】
このような除湿運転は、空調する空間の乾球温度および湿度を検出して、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、除湿モードの運転として、第2の顕熱熱交換器150を回転させ、乾球温度と設定値との偏差の絶対値が大きい場合には回転を速く、乾球温度と設定値との偏差の絶対値が小さい場合には回転を遅く調節することによって行うことができる。
【0045】
このように、本実施例によれば、デシカント通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを熱交換させる第2の顕熱熱交換器を蓄熱式回転型熱交換器として、該第2の顕熱熱交換器を回転させるか、または停止させることによって、第1の顕熱熱交換器通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを選択的に熱交換させることによって、冷房運転と除湿運転のいずれにも対応することができる。また該第2の顕熱熱交換器の回転数を調節することによって、顕熱熱交換器の熱交換量を調節して除湿運転においても給気温度を調節して、若干の顕熱負荷にも対応することができる。
【0046】
なお、第2の顕熱熱交換器として蓄熱式回転型熱交換器を使用する事例を示したが、その代りに中間の熱媒体(例えば温水)を用いて再生空気および処理空気とそれぞれ熱交換する熱交換器を第2の顕熱熱交換器と同じ位置に設置し、該熱媒体の循環量を制御することによって熱交換量を調節しても差し支えなく、同様の効果が得られる。
【0047】
図5は本発明の第2の実施例である。この実施例では、蒸気圧縮式ヒートポンプの部分は、図1の第1の実施例と同じ構成であるため省略する。また空気系統のサイクルでは、再生空気のサイクルは図1の実施例と同じく構成されており、処理空気のサイクルは、図1の実施例の構成に加えて、低熱源熱交換器240の出口と加湿器105を結ぶ経路112から分岐して経路117、調節ダンパ360、経路118を経て、処理空気経路の送風機102と空調空間を結ぶ経路107に合流するバイパス経路を設けたものである。
【0048】
また本実施例では、制御機器としてコントローラ300を設け、該コントローラ300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310、および湿度センサ320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300は、第2の顕熱熱交換器150の回転駆動装置350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300は、前記バイパス経路の調節ダンパ360の開度を調節するよう構成し、さらに該コントローラ300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300は、冷媒圧縮機260のインバータ380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300は、再生空気の送風機140のインバータ370を制御して回転数を調節するよう構成したものである。
【0049】
そして、図6の運転モードの説明図に示すように、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(除湿冷房モード)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、前記第2の顕熱熱交換器150の作用を停止し、かつ加湿器105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260の能力を増大させて運転し、かつバイパスダンパ360を閉とし、再生空気の風量を圧縮機260の能力(回転数)に比例させて運転し、さらに第2の運転モード(冷房モード)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第2の顕熱熱交換器150の作用を停止し、かつ加湿器105を作動させて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、かつバイパスダンパ360を閉とし、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よう構成している。
【0050】
さらに第3の運転モード(弱冷房モード)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前記第2の顕熱熱交換器150の作用を停止し、かつ加湿器105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260の能力を減少させて運転し、かつバイパスダンパ360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開度が大きくなるよう調節し、再生空気の風量を圧縮機260の能力(回転数)に比例させて運転し、さらに第4の運転モード(除湿モード)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前記第2の顕熱熱交換器150の熱交換量が増加するよう該第2の顕熱熱交換器150の回転数を上昇させて作用させ、かつ加湿器105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260の能力を増大させて運転し、かつバイパスダンパ360を閉とし、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よう構成している。さらに下表に示すように、第5の運転モード(デシカント再生)として、始動時にデシカントが吸湿してしまっていて吸着能力が低下している場合に行う運転方法として、第2の顕熱熱交換器150を定格回転で作用させ、かつ加湿器105の作用を停止し、圧縮機260の能力を最大で運転し、バイパスダンパ360を全開とし、再生空気の風量を最大にして、デシカントの再生運転を行うよう運転方法を構成したものである。
【0051】
【表1】
【0052】
なお、ここで示した湿度と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。
【0053】
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7に示す。図7のサイクルでは図2に示した冷房モードの運転に比べて、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O)と同じになり、そのため図2の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図6中左上方向の設定値に向かって移行する。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(図中不感帯と示す部分)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。
【0054】
つぎに第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は図2に示した冷房モードと同じであり、加湿器の作用によって多様な顕熱比の負荷に対応できる。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図6中左方向の設定値に向かって移行する。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(図中不感帯と示す部分)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。
【0055】
つぎに第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8に示す。図8に示すように還気(状態K)はバイパス経路を流れる状態Oの空気と混合された(状態X)のち、デシカントに吸着される。従ってデシカント入口の空気が乾燥してデシカントの水分吸着量が減少するとともに、給気(状態P)の風量も減少するため、除湿能力および冷却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。この方法によって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、空調空間の状態を次第に図6中右下方向の設定値に向かって移行させることができる。
【0056】
つぎに第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図3乃至4に示した除湿モードと同じであり、第2の顕熱熱交換器の回転数を調節することによって、顕熱熱交換器の熱交換量を調節して除湿運転においても給気温度を調節して、若干の顕熱負荷にも対応することができる。それによって、空調空間に潜熱負荷と顕熱負荷が混在しても、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図6中右上方向の設定値に向かって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(図中不感帯と示す部分)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。
【0057】
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)220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202で検出して、該温度が一定となるように送風機124の回転数を制御しても差し支えない。
【0058】
つぎに第5の運転モードとしてデシカント再生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9に示す。図9に示すように還気(状態K)はバイパス経路を流れる状態Oの空気と混合された(状態X)のち、デシカントに吸着され(状態L)、第1の顕熱熱交換器で外部から取り入れた再生空気と熱交換し(この例では吸着量が少ないため状態Mの温度が上昇せずほとんど熱交換しない)、さらに第2の顕熱熱交換器150でデシカント再生後の再生空気と熱交換して加熱され(状態N)、さらにヒートポンプの低熱源240で冷却され(状態O)、一部はバイパスして還気(状態K)と混合して、再び同じ経路を循環し、残りは加湿器105を素通りして空調空間に放出される。このように、始動前に長期停止によってデシカントの吸着能力が落ちている場合、この運転モードでは処理空気を内部循環させてデシカントへの吸着量を抑制することと、ヒートポンプの低熱源で回収する熱量を、再生空気から処理空気に第2の顕熱熱交換器150で伝えることによって、ヒートポンプの最大の加熱能力を発揮させることができるため、速やかにデシカントの吸湿能力を回復させることができる。
【0059】
このようにして、本実施例によれば、「除湿冷房」、「冷房」、「弱冷房」、「除湿」、「デシカント再生」の各運転モードによって、様々な空調負荷に柔軟に対応することができる。
【0060】
【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えるようにした空調システムの、デシカント通過後かつ低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを熱交換させて、処理空気を低熱源熱交換器に至る前にあらかじめ加熱し、低熱源熱交換器における顕熱負荷を確保することによって、顕熱比が小さい場合の除湿主体の運転を可能にするとともに、「除湿冷房」、「冷房」、「弱冷房」、「除湿」、「デシカント再生」の各種運転モードからなる運転方法を用いることによって、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】本発明に係る空調システムの第1の実施例の基本構成を示す説明図である。
【図2】図1の実施例のデシカント空調システムの動作を示す湿り空気線図である。
【図3】図1の実施例のデシカント空調システムの動作を示す湿り空気線図である。
【図4】図1の実施例のデシカント空調システムの動作を示す湿り空気線図である。
【図5】本発明に係る空調システムの第2の実施例の基本構成を示す説明図である。
【図6】図5の実施例の運転モードを説明する図である。
【図7】図5の実施例のデシカント空調システムの動作を示す湿り空気線図である。
【図8】図5の実施例のデシカント空調システムの動作を示す湿り空気線図である。
【図9】図5の実施例のデシカント空調システムの動作を示す湿り空気線図である。
【図10】従来のデシカント空調システムの基本構成を示す説明図である。
【図11】さらに他の従来のデシカント空調システムの基本構成を示す説明図である。
【図12】図11に示す従来のデシカント空調の空気のデシカント空調サイクルを湿り空気線図で示す説明図である。
【符号の説明】
200 ヒートポンプ
102,140 送風機
103 デシカントロータ
104 第1の顕熱熱交換器
150 第2の顕熱熱交換器
220 高熱源熱交換器
240 低熱源熱交換器
260 圧縮機
A 処理空気経路
B 再生空気経路
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調システムに係り、特に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えるようにした空調システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
図10は、USP4,430,864に開示された従来技術であり、これは、処理空気経路Aと、再生空気経路Bと、2つのデシカントベッド103A,103Bと、デシカントの再生及び処理空気の冷却を行うヒートポンプ200とを有している。このヒートポンプ200は、2つのデシカントベッド103A,103Bに埋設された熱交換器220,210を高低熱源として用いるもので、一方のデシカントベッドは処理空気を通過させて吸着工程を行い、他方のデシカントは再生空気を通過させて再生工程を行う。この空調処理が所定時間行われた後、4方切り換え弁105,106を切り換えて、再生及び処理空気を逆のデシカントベッドに流して逆の工程を行う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の技術においては、ヒートポンプ200の高低の熱源と各デシカントがそれぞれ一体化されていたために、冷房効果ΔQに相当する熱量がヒートポンプ(冷凍機)にそのまま負荷される。すなわち、ヒートポンプ(冷凍機)の能力以上の効果が出せない。したがって、装置を複雑にしただけの効果が得られない。
【0004】
そこで、このような問題点を解決するために、図11に示すように、再生空気経路Bにヒートポンプの高温熱源220を配して再生空気を加熱し、処理空気経路Aにヒートポンプの低温熱源240を配して処理空気を冷却するとともに、デシカント103通過後の処理空気とデシカント103通過前の再生空気との間で顕熱交換を行う熱交換器104を設けることが考えられる。ここでは、デシカント103が、処理空気経路Aと再生空気経路Bの双方にまたがって回転するデシカントロータを用いている。
【0005】
これにより、図12の湿り空気線図に示すように、ヒートポンプによる冷却効果の他に、処理空気と再生空気の間の顕熱交換による冷却効果を併せた冷却効果(ΔQ)を得ることができるので、コンパクトな構成で図10の空調システムより高い効率を得ることができる。
【0006】
しかしながら、この構成の空調システムにおいても、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240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。
【0007】
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を低熱源熱交換器に至る前にあらかじめ加熱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。
【0008】
さらに、この発明は、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えるようにした空調システムの、デシカント通過後かつ低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを熱交換させて、処理空気を低熱源熱交換器に至る前にあらかじめ加熱し、低熱源熱交換器における顕熱負荷を確保することによって、顕熱比が小さい場合の除湿主体の運転を可能にして、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を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、処理空気中の水分を吸着するデシカントと、圧縮機を有し、処理空気を低熱源、再生空気を高熱源として動作して再生空気にデシカント再生用の熱を供給するヒートポンプとを備えた空調システムにおいて、デシカント通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを熱交換させることを特徴とする空調システムである。
【0010】
このように、デシカント再生後の再生空気の保有熱を処理空気に伝えることによって、低熱源熱交換器における熱回収量を増加することができ、デシカント再生のため熱を確保することができるため、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2に記載の発明は、処理空気中の水分を吸着するデシカントと、圧縮機を有し、処理空気を低熱源、再生空気を高熱源として動作して再生空気にデシカント再生用の熱を供給するヒートポンプとを備えた空調システムにおいて、第1の顕熱熱交換器においてデシカント通過後の処理空気と前記ヒートポンプの高熱源熱交換器に流入前の再生空気とを熱交換させるとともに、第2の顕熱熱交換器において前記第1の顕熱熱交換器通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを選択的に熱交換させることを特徴とする空調システムである。
【0012】
このように、第1の顕熱熱交換器で処理空気からデシカント再生前の再生空気に熱を伝えることで、ヒートポンプの加熱量を節約するとともに、第2の顕熱熱交換器で熱交換を選択的に行えることで、空調の顕熱負荷が小さい場合にはデシカント再生後の再生空気の保有熱を処理空気に伝えて低熱源熱交換器における熱回収量を増加することができ、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2の顕熱熱交換器で熱交換を停止することでヒートポンプの冷却能力を全て処理空気の冷却に使用でき、冷房運転にも対応できる。
【0013】
請求項3に記載の発明は、少なくとも第2の顕熱熱交換器を蓄熱式回転型熱交換器として、該第2の顕熱熱交換器を回転させるか、または停止させることによって、第1の顕熱熱交換器通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを選択的に熱交換させることを特徴とする請求項2に記載の空調システムである。このように、熱交換能力の調整が容易な蓄熱式回転型熱交換器の回転を調節することで、除湿運転にも冷房運転にも対応できる。
【0014】
請求項4に記載の発明は、処理空気中の水分を吸着するデシカントと、圧縮機を有し、処理空気を低熱源、再生空気を高熱源として動作して再生空気にデシカント再生用の熱を供給するヒートポンプとを備えた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、前記ヒートポンプを少なくとも圧縮機と低熱源熱交換器と高熱源熱交換器で構成し、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、第2の顕熱熱交換器、前記低熱源熱交換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1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、かつ第1の顕熱熱交換器および第2の顕熱熱交換器において処理空気と再生空気が熱交換関係を形成し、かつ第2の顕熱熱交換器の熱交換量を調節可能にしたことを特徴とする空調システムである。
【0015】
このように、デシカントの吸着工程と再生工程を連続的に行えるよう構成するとともに、第1の顕熱熱交換器においてデシカント通過後の処理空気と前記ヒートポンプの高熱源熱交換器に流入前の再生空気とを熱交換させるとともに、第2の顕熱熱交換器において前記第1の顕熱熱交換器通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気との熱交換量を調節することによって、第1の顕熱熱交換器で処理空気からデシカント再生前の再生空気に熱を伝えることで、ヒートポンプの加熱量を節約するとともに、第2の顕熱熱交換器では、空調の顕熱負荷が小さい場合にはデシカント再生後の再生空気の保有熱を処理空気に伝えて低熱源熱交換器における熱回収量を増加することができ、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2の顕熱熱交換器で熱交換を抑制することでヒートポンプの冷却能力を処理空気の冷却に使用でき、多様な顕熱比の冷房空調負荷に対応できる。
【0016】
請求項5に記載の発明は、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する請求項4に記載の空調システムである。
【0017】
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えるようにすることができる。
【0018】
請求項6に記載の発明は、少なくとも第2の顕熱熱交換器を蓄熱式回転型熱交換器として、該第2の顕熱熱交換器の回転数を調節することによって、顕熱熱交換器の熱交換量を調節可能にしたことを特徴とする請求項4又は5に記載の空調システムである。このように、熱交換能力の調整が容易な蓄熱式回転型熱交換器の回転を調節することで、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対応できる。
【0019】
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の空調システムの運転方法であって、空調する空間の乾球温度および湿度を検出して、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第2の顕熱熱交換器を回転させ、乾球温度と設定値との偏差の絶対値が大きい場合には回転を速く、乾球温度と設定値との偏差の絶対値が小さい場合には回転を遅く調節することを特徴とする空調システムの運転方法である。
【0020】
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場合、負荷の状況に応じて、顕熱負荷が大きい場合には再生空気から処理空気に伝える熱量を減少させ、顕熱負荷が小さい場合には再生空気から処理空気に伝える熱量を増大させることによって、空調空間の顕熱除去と除湿が別々に制御できるため、除湿運転でも空調空間を快適に保つことができる。
【0021】
請求項8に記載の発明は、処理空気中の水分を吸着するデシカントと、圧縮機を有し、処理空気を低熱源、再生空気を高熱源として動作して再生空気にデシカント再生用の熱を供給するヒートポンプとを備えた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、前記ヒートポンプを少なくとも圧縮機と低熱源熱交換器と高熱源熱交換器で構成し、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、第2の顕熱熱交換器、前記低熱源熱交換器、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1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、かつ第1の顕熱熱交換器および第2の顕熱熱交換器において処理空気と再生空気が熱交換関係を形成し、かつ第2の顕熱熱交換器の熱交換量を調節可能にした空調システムである。
【0022】
このように、このように、デシカントの吸着工程と再生工程を連続的に行えるよう構成するとともに、第1の顕熱熱交換器においてデシカント通過後の処理空気と前記ヒートポンプの高熱源熱交換器に流入前の再生空気とを熱交換させ、かつ第2の顕熱熱交換器において前記第1の顕熱熱交換器通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気との熱交換量を調節することによって、第1の顕熱熱交換器で処理空気からデシカント再生前の再生空気に熱を伝えることで、ヒートポンプの加熱量を節約するとともに、第2の顕熱熱交換器では、空調の顕熱負荷が小さい場合にはデシカント再生後の再生空気の保有熱を処理空気に伝えて低熱源熱交換器における熱回収量を増加することができ、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2の顕熱熱交換器で熱交換を抑制することでヒートポンプの冷却能力を処理空気の冷却に使用でき、さらに湿度が低い場合には加湿器を使用して潜熱処理能力を顕熱処理能力に置き換えて冷房することもでき、多様な顕熱比の冷房空調負荷に対応できる。
【0023】
請求項9に記載の発明は、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する請求項8に記載の空調システムである。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えるようにすることができる。
【0024】
請求項10に記載の発明は、少なくとも第2の顕熱熱交換器を蓄熱式回転型熱交換器として、該第2の顕熱熱交換器の回転数を調節することによって、顕熱熱交換器の熱交換量を調節可能にしたことを特徴とする請求項8又は9に記載の空調システムである。このように、熱交換能力の調整が容易な蓄熱式回転型熱交換器の回転を調節することで、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対応できる。
【0025】
請求項11に記載の発明は、処理空気を低熱源熱交換器の下流から分岐して、処理空気のデシカント上流部へバイパスさせるバイパス経路を設けたことを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載の空調システムである。このように、一度デシカントで除湿した処理空気を再循環させることによって、デシカントの除湿負荷が減少し、空調負荷が少ない場合に対応でき、また始動前にデシカントのみを再生する場合に再生時間を短縮できる。
【0026】
請求項12に記載の発明は、請求項8乃至11のいずれかに記載の空調システムの運転方法であって、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、前記第2の顕熱熱交換器の作用を停止し、かつ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第2の顕熱熱交換器の作用を停止し、かつ加湿器を作動させ、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前記第2の顕熱熱交換器の作用を停止し、かつ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前記第2の顕熱熱交換器の熱交換量が増加するよう該第2の顕熱熱交換器を作用させ、かつ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空調システムの運転方法である。このように、圧縮機、第2の顕熱熱交換器、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対応できる。
【0027】
請求項13に記載の発明は、圧縮機の能力が小さくなるに従って、再生空気の流量を減少させることを特徴とする請求項12に記載の空調システムの運転方法である。このように、圧縮機の能力に応じて再生空気の流量を調整することで、再生空気のデシカント再生温度を所定値に保つことができるため、常にデシカントの除湿能力を確保でき、多様な空調負荷に対応できる。
【0028】
請求項14に記載の発明は、圧縮機の能力が小さくなるに従って、処理空気の低熱源熱交換器の下流から分岐して処理空気のデシカント上流部へバイパスする流量を増加させることを特徴とする請求項12又は13に記載の空調システムの運転方法である。このように、冷房空調負荷が減少して、圧縮機の能力を絞った場合に、一度デシカントを通過した処理空気を再循環させることで、デシカントの吸湿能力を高く保ったままで、外部負荷に対する除湿能力を冷房空調負荷に応じて減少させることができる。
【0029】
請求項15に記載の発明は、請求項11に記載の空調システムの運転方法であって、第2の顕熱熱交換器を作用させ、処理空気を低熱源熱交換器の下流から分岐して、処理空気のデシカント上流部へバイパスさせて、デシカントの再生運転を行うことを特徴とする空調システムの運転方法である。このように、空調システムの長期停止によってデシカントが吸湿してしまった場合には、処理空気をバイパスさせて、デシカントへの吸着量を抑制しつつ、再生のための熱源を第2の顕熱熱交換器によって回収してデシカントを再生できるため、始動特性を向上させることができる。
【0030】
【実施例】
以下、本発明に係るデシカント空調装置の実施例を図面を参照して説明する。図1は本発明に係る空調システムの第1の実施例の基本構成を示す図であり、このうち蒸気圧縮式ヒートポンプの部分は、圧縮機260、低熱源熱交換器(蒸発器)240、高熱源熱交換器(凝縮器)220、膨張弁250を構成機器として蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成したものである。そして低熱源熱交換器(蒸発器)240において低圧の冷媒蒸気がデシカント103通過後の処理空気と熱交換関係をなし、かつ高熱源熱交換器(凝縮器)220において高圧の冷媒蒸気がデシカント通過前の再生空気と熱交換関係をなすよう形成したものである。
【0031】
また空気系統のサイクルはつぎのように構成されている。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再生空気と熱交換関係にある第1の顕熱熱交換器104と経路109を介して接続し、第1の顕熱熱交換器104の処理空気の出口は第2の顕熱熱交換器150と経路110を介して接続し、第2の顕熱熱交換器150の処理空気の出口は低熱源熱交換器(蒸発器)240と経路111を介して接続し、低熱源熱交換器(蒸発器)240の処理空気の出口は加湿器105と経路112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113を介して接続して処理空気のサイクルを形成する。
【0032】
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の吐出口は処理空気と熱交換関係にある第1の顕熱熱交換器104と接続し、第1の顕熱熱交換器104の再生空気の出口は高熱源熱交換器(凝縮器)220と経路126を介して接続し、高熱源熱交換器(凝縮器)220の再生空気の出口はデシカントロータ103の再生空気の再生工程を行う第2の区画と経路127を介して接続し、デシカントロータ103の再生空気の再生工程を行う第2の区画の再生空気の出口は第2の顕熱熱交換器150と経路128を介して接続し、第2の顕熱熱交換器150の再生空気の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。
【0033】
そして再生空気と処理空気は第1の顕熱熱交換器104および第2の顕熱熱交換器150で熱交換関係を形成するが、該第2の顕熱熱交換器150は、蓄熱式回転型熱交換器であって、該第2の顕熱熱交換器150を回転させるか、または停止させることによって、第1の顕熱熱交換器104通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器240に流入前の処理空気とデシカント103再生後の再生空気とを選択的に熱交換させることができるよう構成する。
【0034】
このように本実施例では図11の従来例に比べて、デシカント103通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器240に流入前の処理空気とデシカント103再生後の再生空気とを選択的に熱交換させることができる第2の顕熱熱交換器150を設けたことに特徴がある。なお図中、丸で囲ったアルファベットK〜Uは、図2乃至4と対応する空気の状態を示す記号である。
【0035】
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。冷媒は低熱源熱交換器(蒸発器)240でデシカント103で除湿された処理空気から蒸発潜熱を奪って蒸発し(状態a:約10℃、4.2kg/cm2)、経路204を経て圧縮機260に吸引され圧縮される。圧縮された冷媒(状態b:約80℃、19.3kg/cm2)は経路201を経て高熱源熱交換器(凝縮器)220に流入し冷媒の過熱蒸気の顕熱および凝縮潜熱をデシカント103に流入前の再生空気に放出して凝縮した(状態c:約65℃、19.3kg/cm2)のち経路202を経て膨張弁250に至りそこで減圧膨張した(状態d:約10℃、4.2kg/cm2)後、経路203を経て低熱源熱交換器(蒸発器)240に還流する。このように蒸気圧縮式冷凍サイクル部分のサイクルは、従来ルームエアコン等の空調分野で通常行われているものと技術上大きな差異はなく、作用温度と圧力のみが異なる。
【0036】
次に前述のように構成されたヒートポンプを熱源とするデシカント空調システムの動作を、図2乃至3の湿り空気線図を参照して説明する。まず従来からこの種のデシカント空調システムで行われているものと同様な冷房運転について図2を用いて説明する。この冷房運転では第2の顕熱熱交換器の回転は停止し、熱交換は行わないよう設定して運転する。
【0037】
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に吸引され昇圧されて経路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の顕熱熱交換器104に送られ外気(再生空気)と熱交換して冷却される(状態M)。冷却された空気は経路110を経て第2の顕熱熱交換器150に送られるが前述の通り回転していないため熱交換せずそのまま通過し(状態N)、経路111を経て低熱源熱交換器(蒸発器)240に流入して冷却される(状態O)。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113を経て給気として空調空間に戻される。この場合加湿量を調整することによって、図2に示すように空調負荷の多様な顕熱比に対応できる。
【0038】
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に吸引され昇圧されて顕熱熱交換器104に送られ、処理空気を冷却して自らは温度上昇し(状態R)、経路126を経て高熱源熱交換器(凝縮器)220に送られて、冷媒蒸気によって加熱されて温度上昇する(状態S)。さらに高熱源熱交換器(凝縮器)220を出た再生空気はデシカントロータ103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い(状態T)、経路128を経て第2の顕熱熱交換器150に送られるが前述の通り回転していないため熱交換せずそのまま通過し(状態U)、経路129を経て、排気として外部に捨てられる。このようにして、デシカントの再生と処理空気の除湿、冷却をくりかえし行うことによって、デシカントによる冷房運転を行うことができる。
【0039】
次に、梅雨時期のように空調空間の乾球温度が低く、湿度が高い場合に必要な所謂除湿運転について図3を用いて説明する。この除湿運転では第2の顕熱熱交換器は定格で回転させ、熱交換が効率良く行われるよう設定して運転する。
【0040】
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に吸引され昇圧されて経路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の顕熱熱交換器104に送られ外気(再生空気)と熱交換して冷却される(状態M)。冷却された空気は経路110を経て第2の顕熱熱交換器150に送られて高温の処理空気と熱交換して温度上昇し(状態N)、経路111を経て低熱源熱交換器(蒸発器)240に流入して冷却される(状態O)。冷却された処理空気は加湿器105に送られるが、除湿運転では加湿する必要がないためそのまま通過し、経路113を経て給気として空調空間に戻される。この場合、給気(状態P)は換気(状態K)よりも高めの温度で換気との間に絶対湿度差ΔXが得られるよう調整しておく。
【0041】
一方、デシカントロータ103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に吸引され昇圧されて第1の顕熱熱交換器104に送られ、処理空気を冷却して自らは温度上昇し(状態R)、経路126を経て高熱源熱交換器(凝縮器)220に送られて、冷媒蒸気によって加熱されて温度上昇する(状態S)。さらに高熱源熱交換器(凝縮器)220を出た再生空気はデシカントロータ103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い(状態T)、経路128を経て第2の顕熱熱交換器150に送られ処理空気と熱交換して冷却され(状態U)、経路129を経て排気として外部に捨てられる。
【0042】
このようにして、第2の顕熱熱交換器150によって低熱源熱交換器(蒸発器)240入口の処理空気を加熱してからデシカントの再生に必要な熱を低熱源熱交換器(蒸発器)240で回収するため、処理空気が冷え過ぎることなく空調空間との絶対湿度差ΔXが得られるため、除湿運転を行うことができる。
【0043】
一方、同じ除湿運転でも乾球温度が設定値に近く、給気温度を少し下げて運転したい場合(所謂蒸し暑い場合)には、第2の顕熱熱交換器は適当な中間速度で回転させ、熱交換が抑制されて行われるよう設定して運転することによって、処理空気への加熱量が減少し、図4に示すように、処理空気の第2の顕熱熱交換器150出口(状態N)の温度が若干左方向の低温側に移動するため、ヒートポンプの低熱源熱交換器(蒸発器)240で冷却された後の給気(状態P)の乾球温度も下げることができる。
【0044】
このような除湿運転は、空調する空間の乾球温度および湿度を検出して、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、除湿モードの運転として、第2の顕熱熱交換器150を回転させ、乾球温度と設定値との偏差の絶対値が大きい場合には回転を速く、乾球温度と設定値との偏差の絶対値が小さい場合には回転を遅く調節することによって行うことができる。
【0045】
このように、本実施例によれば、デシカント通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを熱交換させる第2の顕熱熱交換器を蓄熱式回転型熱交換器として、該第2の顕熱熱交換器を回転させるか、または停止させることによって、第1の顕熱熱交換器通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを選択的に熱交換させることによって、冷房運転と除湿運転のいずれにも対応することができる。また該第2の顕熱熱交換器の回転数を調節することによって、顕熱熱交換器の熱交換量を調節して除湿運転においても給気温度を調節して、若干の顕熱負荷にも対応することができる。
【0046】
なお、第2の顕熱熱交換器として蓄熱式回転型熱交換器を使用する事例を示したが、その代りに中間の熱媒体(例えば温水)を用いて再生空気および処理空気とそれぞれ熱交換する熱交換器を第2の顕熱熱交換器と同じ位置に設置し、該熱媒体の循環量を制御することによって熱交換量を調節しても差し支えなく、同様の効果が得られる。
【0047】
図5は本発明の第2の実施例である。この実施例では、蒸気圧縮式ヒートポンプの部分は、図1の第1の実施例と同じ構成であるため省略する。また空気系統のサイクルでは、再生空気のサイクルは図1の実施例と同じく構成されており、処理空気のサイクルは、図1の実施例の構成に加えて、低熱源熱交換器240の出口と加湿器105を結ぶ経路112から分岐して経路117、調節ダンパ360、経路118を経て、処理空気経路の送風機102と空調空間を結ぶ経路107に合流するバイパス経路を設けたものである。
【0048】
また本実施例では、制御機器としてコントローラ300を設け、該コントローラ300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310、および湿度センサ320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300は、第2の顕熱熱交換器150の回転駆動装置350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300は、前記バイパス経路の調節ダンパ360の開度を調節するよう構成し、さらに該コントローラ300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300は、冷媒圧縮機260のインバータ380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300は、再生空気の送風機140のインバータ370を制御して回転数を調節するよう構成したものである。
【0049】
そして、図6の運転モードの説明図に示すように、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(除湿冷房モード)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、前記第2の顕熱熱交換器150の作用を停止し、かつ加湿器105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260の能力を増大させて運転し、かつバイパスダンパ360を閉とし、再生空気の風量を圧縮機260の能力(回転数)に比例させて運転し、さらに第2の運転モード(冷房モード)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第2の顕熱熱交換器150の作用を停止し、かつ加湿器105を作動させて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、かつバイパスダンパ360を閉とし、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よう構成している。
【0050】
さらに第3の運転モード(弱冷房モード)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前記第2の顕熱熱交換器150の作用を停止し、かつ加湿器105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260の能力を減少させて運転し、かつバイパスダンパ360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開度が大きくなるよう調節し、再生空気の風量を圧縮機260の能力(回転数)に比例させて運転し、さらに第4の運転モード(除湿モード)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前記第2の顕熱熱交換器150の熱交換量が増加するよう該第2の顕熱熱交換器150の回転数を上昇させて作用させ、かつ加湿器105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260の能力を増大させて運転し、かつバイパスダンパ360を閉とし、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よう構成している。さらに下表に示すように、第5の運転モード(デシカント再生)として、始動時にデシカントが吸湿してしまっていて吸着能力が低下している場合に行う運転方法として、第2の顕熱熱交換器150を定格回転で作用させ、かつ加湿器105の作用を停止し、圧縮機260の能力を最大で運転し、バイパスダンパ360を全開とし、再生空気の風量を最大にして、デシカントの再生運転を行うよう運転方法を構成したものである。
【0051】
【表1】
【0052】
なお、ここで示した湿度と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。
【0053】
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7に示す。図7のサイクルでは図2に示した冷房モードの運転に比べて、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O)と同じになり、そのため図2の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図6中左上方向の設定値に向かって移行する。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(図中不感帯と示す部分)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。
【0054】
つぎに第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は図2に示した冷房モードと同じであり、加湿器の作用によって多様な顕熱比の負荷に対応できる。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図6中左方向の設定値に向かって移行する。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(図中不感帯と示す部分)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。
【0055】
つぎに第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8に示す。図8に示すように還気(状態K)はバイパス経路を流れる状態Oの空気と混合された(状態X)のち、デシカントに吸着される。従ってデシカント入口の空気が乾燥してデシカントの水分吸着量が減少するとともに、給気(状態P)の風量も減少するため、除湿能力および冷却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。この方法によって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、空調空間の状態を次第に図6中右下方向の設定値に向かって移行させることができる。
【0056】
つぎに第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図3乃至4に示した除湿モードと同じであり、第2の顕熱熱交換器の回転数を調節することによって、顕熱熱交換器の熱交換量を調節して除湿運転においても給気温度を調節して、若干の顕熱負荷にも対応することができる。それによって、空調空間に潜熱負荷と顕熱負荷が混在しても、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図6中右上方向の設定値に向かって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(図中不感帯と示す部分)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。
【0057】
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)220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202で検出して、該温度が一定となるように送風機124の回転数を制御しても差し支えない。
【0058】
つぎに第5の運転モードとしてデシカント再生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9に示す。図9に示すように還気(状態K)はバイパス経路を流れる状態Oの空気と混合された(状態X)のち、デシカントに吸着され(状態L)、第1の顕熱熱交換器で外部から取り入れた再生空気と熱交換し(この例では吸着量が少ないため状態Mの温度が上昇せずほとんど熱交換しない)、さらに第2の顕熱熱交換器150でデシカント再生後の再生空気と熱交換して加熱され(状態N)、さらにヒートポンプの低熱源240で冷却され(状態O)、一部はバイパスして還気(状態K)と混合して、再び同じ経路を循環し、残りは加湿器105を素通りして空調空間に放出される。このように、始動前に長期停止によってデシカントの吸着能力が落ちている場合、この運転モードでは処理空気を内部循環させてデシカントへの吸着量を抑制することと、ヒートポンプの低熱源で回収する熱量を、再生空気から処理空気に第2の顕熱熱交換器150で伝えることによって、ヒートポンプの最大の加熱能力を発揮させることができるため、速やかにデシカントの吸湿能力を回復させることができる。
【0059】
このようにして、本実施例によれば、「除湿冷房」、「冷房」、「弱冷房」、「除湿」、「デシカント再生」の各運転モードによって、様々な空調負荷に柔軟に対応することができる。
【0060】
【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えるようにした空調システムの、デシカント通過後かつ低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを熱交換させて、処理空気を低熱源熱交換器に至る前にあらかじめ加熱し、低熱源熱交換器における顕熱負荷を確保することによって、顕熱比が小さい場合の除湿主体の運転を可能にするとともに、「除湿冷房」、「冷房」、「弱冷房」、「除湿」、「デシカント再生」の各種運転モードからなる運転方法を用いることによって、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】本発明に係る空調システムの第1の実施例の基本構成を示す説明図である。
【図2】図1の実施例のデシカント空調システムの動作を示す湿り空気線図である。
【図3】図1の実施例のデシカント空調システムの動作を示す湿り空気線図である。
【図4】図1の実施例のデシカント空調システムの動作を示す湿り空気線図である。
【図5】本発明に係る空調システムの第2の実施例の基本構成を示す説明図である。
【図6】図5の実施例の運転モードを説明する図である。
【図7】図5の実施例のデシカント空調システムの動作を示す湿り空気線図である。
【図8】図5の実施例のデシカント空調システムの動作を示す湿り空気線図である。
【図9】図5の実施例のデシカント空調システムの動作を示す湿り空気線図である。
【図10】従来のデシカント空調システムの基本構成を示す説明図である。
【図11】さらに他の従来のデシカント空調システムの基本構成を示す説明図である。
【図12】図11に示す従来のデシカント空調の空気のデシカント空調サイクルを湿り空気線図で示す説明図である。
【符号の説明】
200 ヒートポンプ
102,140 送風機
103 デシカントロータ
104 第1の顕熱熱交換器
150 第2の顕熱熱交換器
220 高熱源熱交換器
240 低熱源熱交換器
260 圧縮機
A 処理空気経路
B 再生空気経路
Claims (15)
- 処理空気中の水分を吸着するデシカントと、圧縮機を有し、処理空気を低熱源、再生空気を高熱源として動作して再生空気にデシカント再生用の熱を供給するヒートポンプとを備えた空調システムにおいて、デシカント通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを熱交換させることを特徴とする空調システム。
- 処理空気中の水分を吸着するデシカントと、圧縮機を有し、処理空気を低熱源、再生空気を高熱源として動作して再生空気にデシカント再生用の熱を供給するヒートポンプとを備えた空調システムにおいて、第1の顕熱熱交換器においてデシカント通過後の処理空気と前記ヒートポンプの高熱源熱交換器に流入前の再生空気とを熱交換させるとともに、第2の顕熱熱交換器において前記第1の顕熱熱交換器通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを選択的に熱交換させることを特徴とする空調システム。
- 少なくとも第2の顕熱熱交換器を蓄熱式回転型熱交換器として、該第2の顕熱熱交換器を回転させるか、または停止させることによって、第1の顕熱熱交換器通過後かつ前記ヒートポンプの低熱源熱交換器に流入前の処理空気とデシカント再生後の再生空気とを選択的に熱交換させることを特徴とする請求項2に記載の空調システム。
- 処理空気中の水分を吸着するデシカントと、圧縮機を有し、処理空気を低熱源、再生空気を高熱源として動作して再生空気にデシカント再生用の熱を供給するヒートポンプとを備えた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、前記ヒートポンプを少なくとも圧縮機と低熱源熱交換器と高熱源熱交換器で構成し、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、第2の顕熱熱交換器、前記低熱源熱交換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1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、かつ第1の顕熱熱交換器および第2の顕熱熱交換器において処理空気と再生空気が熱交換関係を形成し、かつ第2の顕熱熱交換器の熱交換量を調節可能にしたことを特徴とする空調システム。
- 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する請求項4に記載の空調システム。
- 少なくとも第2の顕熱熱交換器を蓄熱式回転型熱交換器として、該第2の顕熱熱交換器の回転数を調節することによって、顕熱熱交換器の熱交換量を調節可能にしたことを特徴とする請求項4又は5に記載の空調システム。
- 請求項6に記載の空調システムを運転する方法であって、空調する空間の乾球温度および湿度を検出して、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第2の顕熱熱交換器を回転させ、乾球温度と設定値との偏差の絶対値が大きい場合には回転を速く、乾球温度と設定値との偏差の絶対値が小さい場合には回転を遅く調節することを特徴とする空調システムの運転方法。
- 処理空気中の水分を吸着するデシカントと、圧縮機を有し、処理空気を低熱源、再生空気を高熱源として動作して再生空気にデシカント再生用の熱を供給するヒートポンプとを備えた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、前記ヒートポンプを少なくとも圧縮機と低熱源熱交換器と高熱源熱交換器で構成し、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、第2の顕熱熱交換器、前記低熱源熱交換器、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1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、かつ第1の顕熱熱交換器および第2の顕熱熱交換器において処理空気と再生空気が熱交換関係を形成し、かつ第2の顕熱熱交換器の熱交換量を調節可能にした空調システム。
- 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する請求項8に記載の空調システム。
- 少なくとも第2の顕熱熱交換器を蓄熱式回転型熱交換器として、該第2の顕熱熱交換器の回転数を調節することによって、顕熱熱交換器の熱交換量を調節可能にしたことを特徴とする請求項8又は9に記載の空調システム。
- 処理空気を低熱源熱交換器の下流から分岐して、処理空気のデシカント上流部へバイパスさせるバイパス経路を設けたことを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載の空調システム。
- 請求項8乃至11のいずれかに記載の空調システムの運転方法であって、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、前記第2の顕熱熱交換器の作用を停止し、かつ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第2の顕熱熱交換器の作用を停止し、かつ加湿器を作動させ、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前記第2の顕熱熱交換器の作用を停止し、かつ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前記第2の顕熱熱交換器の熱交換量が増加するよう該第2の顕熱熱交換器を作用させ、かつ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空調システムの運転方法。
- 圧縮機の能力が小さくなるに従って、再生空気の流量を減少させることを特徴とする請求項12に記載の空調システムの運転方法。
- 圧縮機の能力が小さくなるに従って、処理空気の低熱源熱交換器の下流から分岐して処理空気のデシカント上流部へバイパスする流量を増加させることを特徴とする請求項12又は13に記載の空調システムの運転方法。
- 第2の顕熱熱交換器を作用させ、処理空気を低熱源熱交換器の下流から分岐して、処理空気のデシカント上流部へバイパスさせて、デシカントの再生運転を行うことを特徴とする請求項11に記載の空調システムの運転方法。
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