JP4161495B2

JP4161495B2 - 吸着式空調装置

Info

Publication number: JP4161495B2
Application number: JP35481899A
Authority: JP
Inventors: 伸本田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: JP2001173993A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着剤を用いた開放型の吸着式空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
開放型の吸着式空調装置は、特開平５−３０１０１４号公報に記載のごとく、室内に吹き出す空気（以下、この空気を空調風と呼ぶ。）を吸着剤にて除湿するとともに、除湿時の吸着熱により加熱された空調風を室外に吹き出す空気と熱交換して冷却するものである。このとき、室外に吹き出す空気（以下、この空気を空調排気と呼ぶ。）に水等の液体を噴霧して空調風と空調排気との温度差を確保している。
【０００３】
そして、上述の実施形態では、水分を吸着した吸着剤を再生する（水分を脱離させる）に当たっては、外部から供給する熱に加えて、空調風から空調排気中に回収された熱を利用している。なお、以下、吸着剤を再生するに必要な熱量を再生熱量と呼ぶ。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空調風から空調排気中に回収された熱は、吸着剤にて除湿される前の空気の状態（エンタルピ）によって大きく変動するので、上記公報に記載の発明では、吸着剤にて除湿される前の空気の湿度が低いと、空調風から十分な量の熱を回収することができず、外部から吸着式冷凍機に供給する再生熱量が増大してしまい、吸着式冷凍機の成績係数（＝冷房能力／外部から投入した再生熱量）の悪化を招く。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、開放型の吸着式空調装置の成績係数が悪化することを防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、室外から吸入されて室内に吹き出す空気が流通する第１空気通路（１１０）と、室内から室外に向けて流通する空気が流れる第２空気通路（１２０）と、第１空気通路（１１０）内を流通する空気中から水分を吸着する吸着剤（１１５ａ）と、第１空気通路（１１０）内を流通する空気のうち、吸着剤（１１５ａ）にて除湿された空気と第２空気通路（１２０）内を流通する空気とを熱交換する熱交換器（１１６）と、第１空気通路（１１０）内を流通する空気のうち、熱交換器（１１６）を通過した後の空気中に水分を噴霧する第１加湿器（１１７）と、第２空気通路（１２０）内を流通する空気のうち熱交換器（１１６）にて熱交換される前の空気中に水分を噴霧する第２加湿器（１２２）と、第２空気通路（１２０）内に配設され、外部から供給される熱を熱源として熱交換器（１１６）を通過した空気を加熱する加熱手段（１２３）と、第１空気通路（１１０）内にて水分を吸着した吸着剤（１１５ａ）を加熱手段（１２３）を通過した空気にて加熱し、吸着していた水分を第２空気通路（１２０）を流通する空気中に脱離させる吸着剤再生手段（１１５）と、吸着剤（１１５ａ）の空気流れ上流側に配設され、第１空気通路（１１０）に流入した空気と、その流入した空気よりエンタルピの高い空気とを全熱交換させて、第１空気通路（１１０）に流入した空気の温度および絶対湿度を上昇させる全熱交換器（１１２）とを備え、第１空気通路（１１０）に吸入された空気が、全熱交換器（１１２）→吸着剤（１１５ａ）→熱交換器（１１６）の順に通過した後に、第１加湿器（１１７）により加湿冷却されて室内に吹き出され、第２空気通路（１２０）に吸入された空気が、第２加湿器（１２２）により加湿冷却された後に、熱交換器（１１６）→加熱手段（１２３）→吸着剤再生手段（１１５）の順に通過して室外に排気されることを特徴とする。
【０００７】
これにより、熱交換器（１１６）における第１空気通路（１１０）を流通する空気と第２空気通路（１２０）を流通する空気との温度差を確実に大きくすることができるので、第１空気通路（１１０）を流通する空気から十分な量の熱を回収することができる。したがって、外部から吸着式空調装置に供給する再生熱量を低減することができるので、吸着式冷凍機の成績係数の向上を図ることができる。
【０００８】
なお、本明細書で言う「湿度」とは、特に断りがない限り、「相対湿度」を意味するものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明のごとく第１空気通路（１１０）に流入する空気よりエンタルピの高い空気として、燃料電池装置の排気を用いてもよい。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のごとく、加熱手段（１２３）は、燃料電池の廃熱を熱源として空気を加熱してもよい。因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る吸着式空調装置をビル用空調装置等の定置型空調装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る吸着式空調装置（以下、空調装置と略す。）１００の模式図である。
【００１２】
図１中、１１０は室外から吸入した空気を室内に導く第１空気通路であり、この第１空気通路１１０の空気流れ上流側には、室外空気を吸入する室外吸気口１１１、及び室外吸気口１１１から吸入された室外空気と燃料電池装置（図示せず。）の排気とを全熱交換する全熱交換器１１２が配設されている。
【００１３】
なお、全熱交換器１１２とは、温度（熱）のみならず、湿度をも交換するもので、排気の通路と室外空気の通路とが濾紙等の多孔質膜にて仕切られたものである。また、以下、第１空気通路１１０を流通する空気を空調空気と呼ぶ。
【００１４】
因みに、燃料電池装置とは、周知のごとく、水素と酸素とを化学反応させて電力を発生させるもので、その排気は、化学反応により発生した水蒸気を含んだ約５０℃以上の高温・高湿の気体である。そして、１１３は、全熱交換器１１２の燃料電池装置の排気が流入する流入口であり、１１４は全熱交換器１１２にて全熱交換を終えた排気を室外に排出するための排気口である。
【００１５】
１２０は室内から吸入した空気を室外に排出する第２空気通路であり、１２１は室内空気を吸入する室内吸入口であり、１２２は第２空気通路１２０を流通してきた空気を室外に吹き出す室外排気口である。なお、以下、第２空気通路１２０を流通する空気を空調排気と呼ぶ。
【００１６】
１１５は燃料電池の排気と全熱交換された空調空気中から水分を吸着する（除湿する）吸着剤（本実施形態では、シリカゲル）１１５ａが収納された円筒状の吸着ドラムであり、この吸着ドラム（容器）１１５は、図２に示すように、吸着剤１１５ａが収納された状態で網状の蓋部材１１５ｂにより閉塞されている。
【００１７】
そして、吸着ドラム１１５は、回転軸１１５ｃを中心に一定速度で回転することにより、吸着剤１１５ａを第１、２空気通路１１０、１２０間を往復移動させて、第１空気通路１１０内にて水分を吸着した吸着剤１１５ａを第２空気通路１２０を流通する空気中に脱離させる吸着剤再生手段として機能する。
【００１８】
１１６は空調空気と空調排気とを熱交換する熱交換器であり、１１７は空調空気のうち熱交換器１１６を通過した空調空気中に水分を噴霧する第１加湿器である。
【００１９】
一方、第２空気通路１２０内には、空調排気のうち熱交換器１１６にて熱交換する前の空調排気中に水分を噴霧する第２加湿器１２２、及び燃料電池装置を冷却する冷却水（燃料電池装置の廃熱）を熱源として、熱交換器１１６を通過した空調排気を加熱するヒータコア（加熱手段）１２３が配設されている。
【００２０】
なお、１１８は第１空気通路１１０内に空気を流通させる第１送風機であり、１２４は第２空気通路１２０内に空気を流通させる第２送風機である。
【００２１】
次に、本実施形態の作動を述べる。
【００２２】
室外空気（例えば温度３５℃・湿度５０％）より高温・高湿の燃料電池の排気（例えば温度５０℃・湿度５０％）と室外空気とを全熱交換すると、吸着剤１１５ａ（吸着ドラム１１５）には、室外空気より温度及び湿度が高い空気（例えば温度４０℃・湿度４０％）が供給されるため、空調空気の状態は、全熱交換器１１２により、図３のＡｏに示す状態からＡに示す状態に変化する。
【００２３】
次に、吸着ドラム１１５に流入した高温・高湿の空調空気は、吸着剤１１５ａにより水分が吸着されて除湿されるとともに、吸着剤１１５ａが水分を吸着する際に発生する吸着熱（凝縮熱）により加熱され、高温・低湿（例えば温度８３℃・湿度１％）の空気となるため、空調空気の状態は、吸着ドラム１１５により、図３のＡに示す状態からＢに示す状態に変化する。
【００２４】
一方、室内吸入口１２１から第２空気通路１２０内に吸入された室内空気（例えば温度２７℃・湿度５０％）は、第２加湿器１２２により加湿冷却（例えば温度１９．５℃・湿度１００％）された後、熱交換器１１６にて空調空気と熱交換されるため、空調排気の状態は、図４のＥ→Ｆ→Ｇの順に変化する。
【００２５】
このため、空調空気は、熱交換器１１６にて冷却されて温度を低下させた（例えば温度２５℃・湿度１６％）後、第１加湿器１１７により加湿冷却（例えば温度１１．５℃・湿度１００％）されて室内に吹き出され、その状態は、図３のＢ→Ｃ→Ｄの順に変化する。
【００２６】
また、熱交換器１１６にて加熱された空調排気は、ヒータコア１２３により更に加熱されて高温・低湿（例えば温度９０℃・湿度１％）になった後、吸着ドラム１１５に供給されて吸着剤１１５ａに吸着された水分を脱離させ、その状態は、Ｇ→Ｈ→Ｉの順に変化する。
【００２７】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００２８】
本実施形態によれば、室外空気より高湿の空気（本実施形態では、燃料電池の排気）と室外空気とを全熱交換した後、その高温・高湿となった空気を第１空気通路１１０に供給するので、熱交換器１１６における空調空気と空調排気との温度差を確実に大きくすることができる。したがって、空調空気から十分な量の熱を回収することができるので、外部から空調装置１００に供給する再生熱量を低減することができ、吸着式冷凍機の成績係数の向上を図ることができる。
【００２９】
因みに、上述の例における冷房能力は第１空気通路１１０から室内に吹き出す空気のエンタルピと第２空気通路１２０に吸入される室内空気のエンタルピとの差（図３のΔｉｑ）であり、外部から投入した再生熱量はヒータコア１２３から供給された熱量（図４のΔｉ）であるので、成績係数はΔｉｑ／Δｉとなる。
【００３０】
一方、全熱交換を行わず、室外空気をそのまま第１空気通路１１０に流通させた場合における冷房能力を本実施形態と同じとすると、熱交換器１１６を介して空調排気に供給される燃料電池の廃熱が無い分だけ外部から投入する再生熱量はを大きくせざるを得なく、その量は図４のΔｉｏ（＞Δｉ）となる。
【００３１】
したがって、本実施形態では、燃料電池の廃熱があるかぎり、成績係数を安定的に向上させることができる。
【００３２】
（第２実施形態）
第１実施形態では、室外空気より温度の高い空気と室外空気とを全熱交換しているので、空調空気と空調排気との温度差が大きく、熱交換器１１６及び第１加湿器１１７にて大きな冷却能力を必要とする。
【００３３】
そこで、本実施形態では、図５に示すように、熱交換器１３１、１３２により全熱交換器１１２に流入する燃料電池装置の排気を室外空気と熱交換して、排気の温度を室外空気の温度近くまで下げた後、全熱交換させるようにしたものである。なお、熱交換器１３１、１３２間には、ポンプ１３３により熱媒体（本実施形態では、エチレングリコール系の不凍液が混入された水）を循環させている。
【００３４】
これにより、第１空気通路１１０に供給される空気は、図６に示すように、第１実施形態と同様に室外空気より高い湿度を有しながら、その温度は室外空気程度となるので、熱交換器１１６及び第１加湿器１１７にて比較的小さな冷却能力にて空調空気の温度を低下させることができる。
【００３５】
なお、熱交換器１１６にて空調空気から空調排気に回収される熱量（エンタルピ）は、第１空気通路１１０に供給される空気の温度が低くなった分だけ低下するものの、湿度は第１実施形態と同等以上の高湿であるので、第１実施形態と同等以上の吸着熱（凝縮熱）が発生し、かつ、吸着熱は顕熱より十分に大きいため、十分な量の熱量を回収することができる。
【００３６】
したがって、外部から投入した再生熱量は、図７のΔｉｏ（＞Δｉ）となるので、燃料電池の廃熱があるかぎり、成績係数を安定的に向上させることができる。
【００３７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、燃料電池装置の排気を高温・高湿の空気として採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の廃熱や高湿の空気を供給してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空調装置の模式図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態に係る空調装置の吸着ドラムの正面図であり、（ｂ）は第１実施形態に係る空調装置の吸着ドラムの側面図である。
【図３】第１実施形態に係る空調装置の空調空気の状態を示す状態図である。
【図４】第１実施形態に係る空調装置の空調排気の状態を示す状態図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る空調装置の模式図である。
【図６】第２実施形態に係る空調装置の空調空気の状態を示す状態図である。
【図７】第２実施形態に係る空調装置の空調排気の状態を示す状態図である。
【符号の説明】
１１０…第１空気通路、１１２…全熱交換器、１１５…吸着ドラム
１１５…熱交換器、１１７…第１加湿器、１１８…第２加湿器。

Claims

室外から吸入されて室内に吹き出す空気が流通する第１空気通路（１１０）と、
室内から室外に向けて流通する空気が流れる第２空気通路（１２０）と、
前記第１空気通路（１１０）内を流通する空気中から水分を吸着する吸着剤（１１５ａ）と、
前記第１空気通路（１１０）内を流通する空気のうち、前記吸着剤（１１５ａ）にて除湿された空気と前記第２空気通路（１２０）内を流通する空気とを熱交換する熱交換器（１１６）と、
前記第１空気通路（１１０）内を流通する空気のうち、前記熱交換器（１１６）を通過した後の空気中に水分を噴霧する第１加湿器（１１７）と、
前記第２空気通路（１２０）内を流通する空気のうち前記熱交換器（１１６）にて熱交換される前の空気中に水分を噴霧する第２加湿器（１２２）と、
前記第２空気通路（１２０）内に配設され、外部から供給される熱を熱源として前記熱交換器（１１６）を通過した空気を加熱する加熱手段（１２３）と、
前記第１空気通路（１１０）内にて水分を吸着した前記吸着剤（１１５ａ）を前記加熱手段（１２３）を通過した空気にて加熱し、吸着していた水分を前記第２空気通路（１２０）を流通する空気中に脱離させる吸着剤再生手段（１１５）と、
前記吸着剤（１１５ａ）の空気流れ上流側に配設され、前記第１空気通路（１１０）に流入する空気と、その流入する空気よりエンタルピの高い空気とを全熱交換させて、前記第１空気通路（１１０）に流入した空気の温度および絶対湿度を上昇させる全熱交換器（１１２）とを備え、
前記第１空気通路（１１０）に吸入された空気が、前記全熱交換器（１１２）→前記吸着剤（１１５ａ）→前記熱交換器（１１６）の順に通過した後に、前記第１加湿器（１１７）により加湿冷却されて室内に吹き出され、
前記第２空気通路（１２０）に吸入された空気が、前記第２加湿器（１２２）により加湿冷却された後に、前記熱交換器（１１６）→前記加熱手段（１２３）→前記吸着剤再生手段（１１５）の順に通過して室外に排気されることを特徴とする吸着式空調装置。
前記第１空気通路（１１０）に流入する空気よりエンタルピの高い空気として、燃料電池装置の排気を用いたことを特徴とする請求項１に記載の吸着式空調装置。
前記加熱手段（１２３）は、燃料電池の廃熱を熱源として空気を加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の吸着式空調装置。