JP4122346B2 - 除湿空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばシリカゲルやゼオライトなどの湿気吸着剤を用いた除湿空調装置に関し、特に除湿や加湿などの機能を切り替え可能なものに関する。

除湿空調装置は湿気吸着剤を担持した除湿ロータなどを用いることによって、乾燥空気をつくり、部屋に供給するものであって、除湿ロータに吸着された湿気の脱着に要する熱としては、外部の熱発生源から排出される排熱を用いることが可能であり、排熱のエネルギを用いた場合には大幅な省エネルギ効果が得られると共に湿度の低い快適な空気を得ることができるため急速に普及している。

このような除湿空調装置は夏場だけでなく、四季を通じて使用できるものの開発が求められている。つまり夏場は乾燥空気を部屋に送り、冬場など湿度の低い季節には加湿する機能を有するものが望まれている。

近年、省エネルギを推進することによって二酸化炭素の排出を抑制することが地球温暖化の防止に寄与するという観点から、燃料電池や家庭用ガス発電給湯器などのコジェネレーション（熱・電気併供給）機器の普及が図られている。すなわち、発電所の発電効率は一般に４０％程度と言われており、これに送電ロスを加えると末端で使用可能なエネルギは、発電燃料の持つエネルギの３５％程度しかない。これに対し、コジェネレーション機器は発電に伴って排出される熱エネルギも利用することができるために、より高い効率とすることができ、総合エネルギ効率が８０％を超えるものも商品化されつつある。

これら燃料電池や家庭用ガス発電給湯器等を前記除湿空調装置で用いる排熱の発生源とし、燃料電池や家庭用ガス発電給湯器を除湿空調装置と組合わせて一種のコジェネレーション機器として用いる場合には、できるだけこれらの機器の運転時間を延ばし、コジェネレーション効果を高くすることが、地球温暖化ガスの排出削減にも寄与するものである。

しかしながら、除湿空調装置において、冬季においては発電に伴う排熱を暖房に利用できるものの、春から秋にかけては風呂などへの給湯にのみしか排熱を利用できない。このため、発電側機器では、排熱を捨ててエネルギ効率が低いまま発電を行うか、排熱利用ができる時のみ発電を行うようにせざるを得ない。つまり、高価なコジェネレーション機器を導入しても、高いエネルギ効率を得ることができなかったり、あるいは高いエネルギ効率を得てもその期間が短いなどの問題があった。

このように発電機や燃料電池の排熱を用いて運転する除湿空調装置にあっては、できる限り排熱を有効に使用し総合的なエネルギ効率を高めることが必要である。近年、除湿空調装置を適切な構成として効率を高めるものが提案されており、このような技術として、例えば特開平６−３２１号公報に開示されたものがある。
特開平６−３２１号公報

前記特許文献１に開示されたものは、加熱器と除湿ロータ及び顕熱交換ロータを有するユニットを回転させ、その動作を切り替えることによって夏季と冬季との運転切り替えを簡単な構造で行えるようにしたものである
しかし特許文献１に記載のものは、除湿と加湿暖房の２つのモードしか採れず、できる限り多くの条件で運転を行い、年間の運転時間を長くすることによってできる限り排熱を有効に使用し総合的なエネルギ効率を高めるという目的には不十分であるという課題を有していた。

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、極めて簡単な構造ながら多くの動作モードを有して多目的に対応でき、年間を通じて使用機会を多くして発電機や燃料電池の排熱を有効利用し、総合的なエネルギ効率を高めることが可能な除湿空調装置を提供することを目的とする。

本発明に係る除湿空調装置は、除湿ロータと顕熱交換ロータと前記除湿ロータの脱着用ヒータとを一体にして空気通路を切り替える回転式ダンパ上に設け、前記回転式ダンパによって外気を室内へ供給し且つ室内空気を外部へ排出する状態と、外気を前記回転式ダンパを介して排出すると共に室内空気を前記回転式ダンパを介して室内へ戻す状態とに切り替えるようにしたものである。

本発明の除湿空調装置は上記の如く構成したので、回転式ダンパの回転位置調節で、除湿ロータ及び顕熱交換ロータを通じて外気を室内へ供給し且つ室内空気を外部へ排出する状態と、外気を除湿ロータ及び顕熱交換ロータの一部に通して外部へ排出し、且つ室内空気を除湿ロータ及び顕熱交換ロータの他部に通して室内へ戻す状態とが切り替えられ、こうした回転式ダンパの回転位置によって除湿還気モード、全熱交換モード、換気加湿モードなど多くの動作モードを得ることができ、四季を通じて使用できることとなり、家庭用燃料電池や家庭用発電給湯器などの排熱を利用するようにすると上記機器の運転時間を増やすことができ、上記機器の減価償却の期間を短くすることができる。

また、主要構成部品が１つのユニットにまとまっているため、故障の際にユニットを交換することで容易に修理を行うことができ、清掃などの保守も容易に行うことができる。
さらに、換気動作を伴うモードでの性能を高めたい場合に容易に性能を高めることが可能である。

（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１〜図５に沿って詳細に説明する。除湿ロータ１はセラミック紙などの耐熱性のある紙をハニカム（蜂の巣）状に形成し、それにゼオライトやシリカゲル等の湿気吸着剤を担持したものである。
この除湿ロータ１は回転式ダンパ２上に設けられ、ギヤドモータ３によって回転する。この回転速度は０．３〜１回転／分程度の低速回転と３回転／分程度の高速回転とに切り替え可能である。

なお、こうしたギヤドモータ３の連続回転させる回転速度を高速と低速の二通りに切り替える例以外に、前記低速回転時と同じ０．３〜１回転／分程度の単位時間あたり回転量が得られるように、ギヤドモータ３を間歇動作させてもよい。つまり、例えばギヤドモータ３を１０秒毎に０．５秒間回転動作させ、１分経過した時点で除湿ロータ１が０．３〜１回転するようにすることもできる。この場合、低速回転にあたる間歇回転動作状態に対し、連続回転動作状態が高速回転にあたることとなる。

さらに、回転式ダンパ２上には顕熱交換ロータ４が設けられ、この顕熱交換ロータ４は、ギヤドモータ５によって３回転／分程度の回転速度で回転する。上記除湿ロータ１は、シール板６によって吸着ゾーンと脱着ゾーンとに分割され、顕熱交換ロータ４は、シール板７によって吸熱ゾーンと放熱ゾーンとに分割されている。
両シール板６、７の間には温水によって空気を加熱するヒータ８が設けられ、顕熱交換ロータ４の放熱ゾーンを通過し除湿ロータ１の脱着ゾーンに入る空気を加熱する。

回転式ダンパ２は、延長線が互いに直交する関係にある各仕切り板９、１０を有すると共に、図１〜図５に示すように、１８０度回転可能であり、ダンパ回転に伴う仕切り板９、１０位置変化によって、ＯＡ（外気）通路１１、ＳＡ（供給空気）通路１２、ＲＡ（室内還気）通路１３、ＥＡ（排気）通路１４の連通関係が切り替えられる。
この他、一般的な技術であるため図示していないが、ＯＡをＯＡ通路１１へ送るブロア及びＲＡをＲＡ通路１３へ送るブロアが設けられている。

次に、前記構成の除湿空調装置の各動作モードについて説明する。図１の状態では除湿換気モード、全熱換気モードあるいは顕熱換気モードとなる。つまり仕切り板９が垂直、仕切り板１０が水平であり、回転式ダンパ２を介してＯＡ通路１１とＳＡ通路１２が前記供給流路として連続し、また、ＲＡ通路１３とＥＡ通路１４が前記排出流路として連続する状態となっている。具体的には、除湿ロータ１が外部寄り、顕熱交換ロータ４が室内寄りに位置し、ブロアによってＯＡ通路１１から入ったＯＡは除湿ロータ１の吸着ゾーン及び顕熱交換ロータ４の吸熱ゾーンを通過してＳＡ通路１２へ送られる。また、ブロアによってＲＡ通路１３へ送られたＲＡは、顕熱交換ロータ４の放熱ゾーン、ヒータ８、除湿ロータ１の脱着ゾーンを通過してＥＡ通路１４へ送られる。

まず、除湿換気モードについて説明する。上記の状態で、ヒータ８に温水を送りながら、除湿ロータ１を低速あるいは間歇回転させ、且つ顕熱交換ロータ４を回転させると、ＯＡの湿気は除湿ロータ１の吸着ゾーンを通過することによって吸着され乾燥空気となると共に、吸着熱によって温度が上昇する。この高温乾燥空気は顕熱交換ロータ４の吸熱ゾーンを通過することによって温度が下がり、ＳＡ通路１２を通って室内へ供給される。

一方、室内空気はブロアによってＲＡ通路１３に入り、顕熱交換ロータ４の放熱ゾーンを通過して温度が上昇し、ヒータ８によってさらに温度が上昇して除湿ロータ１の脱着ゾーンを通過する。この時に除湿ロータ１に吸着された湿気が脱着され、多湿空気となってＥＡ通路１４を通過し、外部に排出される。

続いて、全熱換気モードについて説明する。上記の状態で、ヒータ８には温水を送らず、除湿ロータ１を高速回転させ、顕熱交換ロータ４の回転を止める。夏季で冷房中であったとするとＯＡの温度は高く、ＯＡに含まれる水分は多い。よってＯＡは除湿ロータ１によってＲＡと全熱交換され、ＯＡに含まれる水分は除去されると共に温度が下がってＳＡ通路１２を通過して室内へ供給される。
室内の空気は、ＲＡ通路１３他を通って除湿ロータ１に達し、除湿ロータ１の温度を下げると共に除湿ロータ１に吸着された湿気を脱着した後、ＥＡ通路１４を通って外部へ排出される。冬季で暖房中であった場合は、ＯＡとＲＡの空気条件が逆となる。

さらに、顕熱換気モードでは、除湿ロータ１の回転を停止し、顕熱交換ロータ４を回転させる。すると除湿ロータ１の全熱交換機能は停止し、顕熱交換ロータ４の顕熱交換機能のみ発揮されるため、室内空気をＯＡと入れ替えながら顕熱交換することができる。このモードは例えば洗濯物を室内で温風乾燥させて室内の湿度が高くなった場合などに用いることができる。

最後に、図２の換気加湿モードについて説明する。このモードでは前記同様に仕切り板９が垂直、仕切り板１０が水平であるが、図１の状態とは逆向きの状態、つまり図１の状態から回転式ダンパ２が１８０度回転した状態であり、顕熱交換ロータ４が外部寄り、除湿ロータ１が室内寄りとなっている。

このモードでは、除湿ロータ１を低速回転させ、顕熱交換ロータ４を回転させ、ヒータ８に温水を流す。これによってＯＡは顕熱交換ロータ４で温度が上昇し、さらにヒータ８によって加熱されて除湿ロータ１に吸着された湿気を脱着し、ＳＡ通路に高温・多湿空気を流す。
ＲＡは除湿ロータ１によって湿気を吸着され高温乾燥空気となり、この熱は顕熱交換ロータ４の温度上昇に用いられる。ＲＡは温度を低下させてＥＡ通路１４を通って外部に排出される。

（本発明の第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図３〜図５に沿って説明する。
本実施形態に係る除湿空調装置は、前記第１の実施形態のものと比較して、回転式ダンパ２における除湿ロータ１と顕熱交換ロータ４の配置関係が逆であり、それ以外は同一である。
本実施形態に係る除湿空調装置における図３の循環加湿モードについて説明する。このモードでは、回転式ダンパ２上の仕切り板９が水平、仕切り板１０が垂直となっており、除湿ロータ１が前記供給流路をなすＯＡ通路１１とＳＡ通路１２側にあり、顕熱交換ロータ４が前記排出流路をなすＲＡ通路１３とＥＡ通路１４側にある。そして、除湿ロータ１を低速回転させ、顕熱交換ロータ４を回転させ、ヒータ８に温水を流す。
ＯＡは除湿ロータ１の吸着ゾーンを通過し除湿ロータ１に湿気を与える。乾燥したＯＡはＥＡ通路１４を通過して排気される。除湿ロータ１に吸着された湿気はヒータ８で加熱されたＲＡによって脱着され、高温・多湿空気となってＳＡ通路１２を通って室内へ供給される。

図４は循環除湿モードを示すものであり、図３の状態から回転式ダンパ２が１８０度回転し、除湿ロータ１と顕熱交換ロータ４の位置が入れ替った状態である。このモードでは除湿ロータ１を低速回転させ、顕熱交換ロータ４を回転させ、ヒータ８に温水を流す。
このモードではＲＡが除湿ロータ１の吸着ゾーンを通過することによって乾燥高温空気となり、顕熱交換ロータ４の吸熱ゾーンを通過して温度が下がり、ＲＡとほぼ同じ温度の乾燥空気としてＳＡ通路１２を介して室内へ供給される。
また、ＯＡは顕熱交換ロータ４の放熱ゾーンを通過して、顕熱交換ロータ４を冷却すると共に温度が上昇する。そして、ヒータ８によってさらに温度を上昇させた上でＯＡは除湿ロータ１の脱着ゾーンを通過し、除湿ロータ１に吸着された湿気を脱着する。

次に、図５の全熱換気モードについて説明する。このモードでは、図３の状態から回転式ダンパ２が９０度回転し、仕切り板９が垂直、仕切り板１０が水平となっており、除湿ロータ１が外部寄り、顕熱交換ロータ４が室内寄りにそれぞれ位置している。そして、除湿ロータ１を高速回転させ、顕熱交換ロータ４は回転を停止させ、ヒータ８に温水を流さない。この状態で、例えば夏季で冷房中であったとすると、ＯＡの温度は高く、ＯＡに含まれる水分は多い。よってＯＡは、除湿ロータ１によってＲＡと全熱交換され、ＯＡに含まれる水分を除去されると共に温度を下げられた上で、ＳＡ通路１２を通過して室内へ供給される。
室内の空気は、ＲＡ通路１３を通って除湿ロータ１の温度を下げると共に除湿ロータ１に吸着された湿気を脱着した後、ＥＡ通路１４を通って外部に排出される。冬季で暖房中であった場合は、ＯＡとＲＡの空気条件が逆となる。

（本発明の第３の実施形態）
さらに、本発明の第３の実施形態について、図６に沿って説明する。
本実施形態に係る除湿空調装置は、図１に示した前記第１の実施形態の構成に、全熱交換器の一種である全熱交換ロータ１５を追加したものである。ＯＡがＥＡと全熱交換された後に除湿ロータ１の吸着ゾーンに入るため、ＯＡの湿度・温度が下げられ、ＳＡの湿度・温度ともさらに下げることができる。

なお、前記第３の実施形態に係る除湿空調装置においては、前記第１の実施形態の構成に全熱交換ロータ１５を追加するようにしたが、前記第２の実施形態の構成に全熱交換ロータ１５を追加したものとすることもできる。さらに、全熱交換器としては全熱交換ロータ１５に限らず、一般的な直交形全熱交換素子を用いることもできる。そして、図６には除湿空調装置内に全熱交換手段を設ける例を示したが、この他、図７に示すように、屋内空調配管の途中に設けられる全熱交換ユニット１６と接続される配管に、前記第１の実施形態の構成となる除湿空調装置を接続し、ＯＡとＲＡを全熱交換ユニット１６を介して除湿空調装置に供給することもできる。

また、前記第１ないし第３の各実施形態において、ロータの回転駆動手段としてはギヤドモータ３、５を用いる構成としているが、これに限らず、ステッピングモータなどを使用することもできる。

本発明によれば、簡単な構造で多くの動作モードを有し、四季を通じて使用することが可能な除湿空調装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る除湿空調装置の除湿換気モード、全熱換気モード、顕熱換気モードを示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る除湿空調装置の換気加湿モードを示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る除湿空調装置の循環加湿モードを示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る除湿空調装置の循環除湿モードを示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る除湿空調装置の全熱換気モードを示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る除湿空調装置の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る除湿空調装置の他例の配置図である。

符号の説明

１ 除湿ロータ
２ 回転式ダンパ
３、５ ギヤドモータ
４ 顕熱交換ロータ
６、７ シール板
８ ヒータ
９、１０ 仕切り板
１１ ＯＡ通路
１２ ＳＡ通路
１３ ＲＡ通路
１４ ＥＡ通路
１５ 全熱交換ロータ
１６ 全熱交換ユニット

Claims (7)

1. 除湿ロータ、顕熱交換ロータ、及び前記除湿ロータの脱着用ヒータとを少なくとも有する除湿空調装置において、
   並列に配置される外気の室内への供給流路と室内空気の外部への排出流路とにそれぞれ跨って配設され、前記供給流路をそのまま連続させ、且つ前記排出流路をそのまま連続させる状態と、供給流路と排出流路の各外部寄り部分を互いに連通させ、且つ供給流路と排出流路の各室内寄り部分を互いに連通させる一方、各流路の外部側と室内側との連続を絶つ状態との二通りの状態に切り替え可能な回転式ダンパを備え、
   前記除湿ロータ、顕熱交換ロータ、及び脱着用ヒータが、それぞれ空気の流通可能な向きを一致させて並べた状態で前記回転式ダンパ上に配設され、前記二通りの状態のいずれでも、外気が除湿ロータ及び顕熱交換ロータの一部を通過し、室内空気が除湿ロータ及び顕熱交換ロータの他部を通過し、且つ外気又は室内空気の一方のみが脱着用ヒータを通過可能とされることを特徴とする除湿空調装置。
2. 前記回転式ダンパが、前記除湿ロータを外部寄り、前記顕熱交換ロータを室内寄りにそれぞれ位置させ、外気を除湿ロータ、顕熱交換ロータの順で通過させて室内へ供給し、且つ室内空気を前記顕熱交換ロータ、除湿ロータの順で通過させて外部へ排出するモードと、除湿ロータを室内寄り、顕熱交換ロータを外部寄りに位置させ、外気を顕熱交換ロータ、除湿ロータの順で通過させて室内へ供給し、且つ室内空気を除湿ロータ、顕熱交換ロータの順で通過させて外部へ排出するモードとにそれぞれ切り替え可能であることを特徴とする前記請求項１記載の除湿空調装置。
3. 前記回転式ダンパが、前記除湿ロータを前記供給流路内に、前記顕熱交換ロータを前記排出流路内にそれぞれ位置させ、外気を除湿ロータの吸着ゾーン、顕熱交換ロータの吸熱ゾーンの順で通過させて外部へ排出すると共に、室内空気を顕熱交換ロータの放熱ゾーン、脱着用ヒータ、除湿ロータの脱着ゾーンの順で通過させて室内へ戻すモードを有することを特徴とする前記請求項１又は２に記載の除湿空調装置。
4. 前記回転式ダンパが、前記除湿ロータを前記排出流路内に、前記顕熱交換ロータを前記供給流路内にそれぞれ位置させ、外気を顕熱交換ロータの放熱ゾーン、脱着用ヒータ、除湿ロータの脱着ゾーンの順で通過させて外部へ排出すると共に、室内空気を除湿ロータの吸着ゾーン、顕熱交換ロータの吸熱ゾーンの順で通過させて室内へ戻すモードを有することを特徴とする前記請求項１ないし３のいずれかに記載の除湿空調装置。
5. 前記除湿ロータの回転が、高速回転状態と低速回転状態の２つの回転状態に切替え可能とされることを特徴とする前記請求項１ないし４のいずれかに記載の除湿空調装置。
6. 前記除湿ロータの高速回転状態が、連続回転動作状態であり、且つ、低速回転状態が、間歇回転動作状態であることを特徴とする前記請求項５記載の除湿空調装置。
7. 前記回転式ダンパからは独立した配置状態で前記供給流路と前記排出流路とにそれぞれ跨って配設され、供給流路を回転式ダンパ側へ向う外気と排出流路を外部側へ向う排気との間で全熱交換を行わせる全熱交換器を備えることを特徴とする前記請求項１ないし６のいずれかに記載の除湿空調装置。

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