JP4240731B2 - 空調システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特開平６−３１３６３２号公報に記載されているように、吸着剤との接触によって乾燥させた空気を加湿冷却して、その冷却された空気を家屋の冷房に利用する空調システムが提案されている。
【０００３】
上記公報に記載の空調システムにおいて、室内の空気は、吸着剤との接触によって除湿され、その除湿された空気は、水冷または空冷された後、再び室内へと戻される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報記載の空調システムの場合、吸着剤によって室内の空気から吸着された水分は、吸着剤を再生する際に単に室外へと排気されていて、何ら有効に利用されていない。その一方で、この種の空調システムにおいては、冷却が不充分となる場合に散水等による加湿冷却が行われることがあり（上記公報段落［００２１］参照）、その場合は、散水に用いるための水を供給する必要がある。
【０００５】
つまり、上記のような空調システムは、吸着によって水が得られるにもかかわらず、その水を有効利用することなく、加湿冷却のために系外から水を導入しており、この点において必ずしも効率のよいシステムにはなっていなかった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、吸着によって得た水を有効に利用して加湿冷却を実施可能な空調システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段、および発明の効果】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の空調システムは、
雰囲気の温度および湿度に応じて湿気を吸着または脱着し、吸着に伴って雰囲気温度を上昇させる一方、脱着に伴って雰囲気温度を低下させる吸着剤を利用して、室内空気の冷却および除湿を行う空調システムであって、
室外から空気を導入して前記吸着剤と接触させ、該吸着剤から湿気を脱着させて空気の温度を低下させ、その低温空気を利用して室内の空気を冷却する脱着冷却モードと、
室内から空気を導入して前記吸着剤と接触させ、該吸着剤に湿気を吸着させて空気の湿度を低下させ、その低湿空気を室内へ戻すことによって除湿を行う除湿モードと、
室外から空気を導入して前記吸着剤と接触させ、該吸着剤に湿気を吸着させる飽和吸着モードとを、いずれかに切り替えて作動可能に構成されている
ことを特徴とする。
【０００７】
この空調システムにおいて、上記吸着剤としては、相対湿度４０％〜１００％における吸着／脱着能力が１０％以上あるものを用いると望ましく、より具体的には、Ｂ型シリカゲルなどが好適である。吸着剤は、空気の流路をなす容器に充填されていてもよいし、空気の流路をなす壁面に添着されていてもよいし、空気の流路をなす容器ないし壁面そのものが吸着剤を主成分とする材料からなる成形体であってもよい。
【０００８】
この空調システムにおいて、上記脱着冷却モードは、室内の空気を冷却するモードであると同時に、吸着剤を再生する（吸着剤の吸湿能を回復させる）モードでもある。
上記除湿モードは、室内の空気から除湿するモードであると同時に、吸着剤を湿らせるモードでもある。
【０００９】
上記飽和吸着モードも、吸着剤を湿らせるモードであり、この点は上記除湿モードと同じであるが、室外から空気を導入する点で上記除湿モードとは異なる。
これら各モードは上記の通り機能するので、除湿モードで作動した後に脱着冷却モードで作動し、脱着冷却モードで作動した後に除湿モードで作動するようにモードを切り替えると、水分の吸着および脱着を繰り返し、冷却および除湿を実施することができる。これに加え、室外の湿度が高い場合には、上記飽和吸着モードも利用するとよく、具体的には、除湿モードでの作動に伴って除湿能力が低下した後、吸着剤の吸湿能が飽和状態に達していなければ、さらに飽和吸着モードで作動する。これにより、吸着剤が吸着している水分量を増大させ、脱着冷却モードに移行した時の冷却能力を高めることができる。
【００１０】
脱着冷却モードにおいて得られる低温空気は、通常、そのまま室内へ放出すればよく、これにより、冷房を行うことができる。この場合、この低温空気は湿度が比較的高いので、一部を室内へ放出、残りの一部を室外へ排出することにより、室内の湿度上昇を抑制するようにしてもよい。あるいは、上記低温空気と室内の空気とを一旦熱交換器に導入して熱交換し、この熱交換によって冷却された室内の空気を再び室内へ戻すようにしてもよい。この場合は、室内の空気中の水分の絶対量が増大することはない。
【００１１】
除湿モードにおいて得られる低湿空気は、そのまま室内へ放出することにより、室内の湿度を低下させることができる。
飽和吸着モードにおいて得られる空気は、室内の湿度よりも低湿度であれば、室内へ導入することにより、室内の除湿に利用することもできるが、室内の湿度より高湿度となる場合もあり得るので、その場合は室外へ排気する方がよい。したがって、この空気を室内の除湿に利用するのであれば、例えば、この空気の湿度を測定し、その測定結果に応じて空気を室内へ導入するか否かを制御するように構成するとよい。必要があれば、室内の湿度をも測定し、両湿度を比較して室内へ導入するか否かを制御するようにしてもよい。なお、このような制御が面倒であれば、常に室外へ排気するように構成し、除湿には利用しないようにしても構わない。
【００１２】
以上のように構成された空調システムによれば、上記各モードを切り替えることにより、吸着によって得た水を有効に利用して加湿冷却を実施できる。したがって、散水等による加湿冷却を行わなくても十分に冷却能力を高めることができる。また、散水のための配管等が不要となる分だけ装置構成を簡略化することができる。
【００１３】
ところで、これらの各モードの切り替えは、手動操作によって切り替わるものや一定時間毎に切り替わるものなども考え得るが、上記請求項２に記載したように、
室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、吸着剤との接触前後に変化した空気の温度差、および、吸着剤との接触前後に変化した空気の湿度差の中から選ばれる一または二以上の条件に基づいて、前記各モードでの作動および作動停止を制御すると望ましい。
【００１４】
より具体的な例としては、例えば請求項３に記載の通り、
室内温度ＲＴ＞２６℃且つ室外湿度ＯＨ＜６０％の場合に、前記脱着冷却モードで作動し、
室外湿度ＯＨ＞６５％の場合、または、吸着剤との接触前後に変化した空気の温度差ΔＴ＜３℃の場合に、前記脱着冷却モードでの作動を停止し、
室内湿度ＲＨ＞７０％の場合に、前記除湿モードで作動し、
吸着剤との接触前後に変化した空気の湿度差ΔＨ＜１０％の場合に、前記除湿モードでの作動を停止し、
室外湿度ＯＨ＞８０％の場合に、前記飽和吸着モードで作動し、
吸着剤との接触前後に変化した空気の湿度差ΔＨ＜５％の場合、または、吸着剤との接触前後に変化した空気の温度差ΔＴ＜２℃の場合に、前記飽和吸着モードでの作動を停止する、といったものを考え得る。
【００１５】
このような空調システムによれば、室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、吸着剤との接触前後に変化した空気の温度差、および、吸着剤との接触前後に変化した空気の湿度差の中から選ばれる一または二以上の条件が、上記各モードでの作動に適した状態（例えば、請求項３に記載した各状態）となった場合に、各モードで作動するので、上記諸条件とは無関係な条件（例えば、単なる時間条件等）に応じて各モードでの作動および作動停止を制御するシステムに比べ、吸着剤の吸湿能を有効に利用して、より効果的に冷房および除湿を行うことができる。
【００１６】
なお、上記諸条件（室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、吸着剤との接触前後に変化した空気の温度差、および、吸着剤との接触前後に変化した空気の湿度差）は、種々の組み合わせで作動条件とすることができ、上記請求項３に記載した条件以外にも種々の条件を設定し得る。
【００１７】
例えば、冷房を行うか否かについては、絶対的な温度（室内温度または室外温度）に基づいて冷房を行うか否かを判断してもよいし、夏期の平均的な温度／湿度の相関を基準にすれば、湿度（室内湿度または室外湿度）から平均的な温度を予測できるので、これに基づいて冷房を行うか否かを判断してもよい。あるいは、冷房能力があるか否かを基準にすることとし、吸着剤との接触前後に変化した空気の温度差または湿度差に基づいて冷房を行うか否かを判断してもよい。さらに、これらの複数の条件を複合させてもよく、その場合、複数の条件の論理和をとって冷房条件を成立させやすくしてもよいし、複数の条件の論理積をとって冷房条件を成立させにくくしてもよい。除湿を行うか否かについても、同様の手法によって判断できる。
【００１８】
設定した条件によっては、同時に２以上のモードについて作動開始条件を満たすようになる場合もあるが、その場合は、利用者が任意に選択したモードで作動するようになっていればよく、あるいは、いずれのモードで作動すべきかを別の条件に基づいて判断するようになっていてもよい。
【００１９】
次に、請求項４に記載の空調システムは、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載した空調システムにおいて、
前記各モード毎にあらかじめ定められた時間帯であることを必要条件として、前記各モードで作動する
ことを特徴とする。
【００２０】
このような空調システムによれば、上記各モードで作動する時間帯があらかじめ決められるので、一日の気温変化および湿度変化に関連づけて、比較的気温が上がって湿度が下がる時間帯には冷房を行い、比較的気温が下がって湿度が上がる時間帯に除湿を行うように、各時間帯を決めておくことができる。したがって、昼夜の気温変化および湿度変化をうまく利用して、さらに効率よく冷房および除湿を行うことができる。
【００２１】
より具体的な例としては、例えば請求項５に記載の通り、
前記脱着冷却モードで作動するに当たっては、７時から１８時に至る時間帯であることを必要条件とし、
前記除湿モードで作動するに当たっては、１０時から２４時に至る時間帯であることを必要条件とし、
前記飽和吸着モードで作動するに当たっては、０時から７時に至る時間帯であることを必要条件とする、といったものを考え得る。
【００２２】
このような空調システムによれば、上記各時間帯である場合に限り、各モードで空調システムが作動するので、一日の内、比較的気温が上がって室外の湿度が下がる時間帯には冷房を行い、比較的気温が下がって室内の湿度が上がる時間帯に除湿を行うことができる。
【００２３】
ちなみに、上記請求項５に記載の空調システムの場合、１０時から１８時に至る時間帯については、条件により、脱着冷却モードでの作動条件と除湿モードでの作動条件を同時に満足する可能性があるが、この場合は、どちらのモードで作動すべきかを利用者が任意に選択できるようになっていればよく、あるいは、必ず脱着冷却モードまたは除湿モードのいずれか一方で作動するようにあらかじめ決めてあってもよい。また、例えば、室内に人がいるか否かといった別の条件をも加味して、室内に人がいれば脱着冷却モードとし、人がいなければ除湿モードとするなど、こうした別の条件に基づいていずれのモードで作動すべきかを決定してもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について一例を挙げて説明する。
以下に説明する空調システムは、図１（ａ）に示す通り、熱交換型吸着器１、第１流路３、第２流路５、第１ファン７、第２ファン９、第１ダンパー１１、第２ダンパー１３、第３ダンパー１５、第４ダンパー１７によって構成されている。
【００２５】
熱交換型吸着器１は、第１流路３を流れる空気と第２流路５を流れる空気との間で熱交換を行うとともに、第１流路３を流れる空気と吸着剤とを接触させるものである。
本実施形態においては、熱交換型吸着器１として、図２に示すように、第１の段ボール状通気層１ａと第２の段ボール状通気層１ｂとを交互に積層したものを採用している。２つの段ボール状通気層１ａ，１ｂは、通気方向が互いに直交するように配置され、第１流路３を流れる空気が第１の段ボール状通気層１ａの内部を通過し、第２流路５を流れる空気が第２の段ボール状通気層１ｂの内部を通過するようになっている。段ボール状通気層１ａ，１ｂの基材部分は、蒸気断性および熱伝導性に優れた材料（本実施形態においてはアルミニウム）によって形成され、第１の段ボール状通気層１ａの内部表面には、吸着剤（本実施形態においてはシリカゲル）が添着されている。なお、熱交換型吸着器１の具体的な構造については、同等の熱交換性能および吸着／脱着性能を備えるものであれば、上記のものとは異なる構造となっていてもよい。例えば、段ボール状通気層１ａ，１ｂの基材部分を吸着剤として機能する材料（例えばシリカ成形体）によって形成し、第２の段ボール状通気層１ｂの内部表面に蒸気断性を付与する材料（例えば樹脂）をコーティングしても、所期の熱交換型吸着器１を構成することができる。
【００２６】
第１流路３、第２流路５は、いずれも空気の流れる流路であり、パイプやチューブ等の導管を使って構成されている。
第１ファン７、第２ファン９は、それぞれ第１流路３、第２流路５内の空気を流動させる装置で、少なくとも第１ファン７については、送風方向を正逆両方向のいずれかに切り替え可能なものが採用されている。
【００２７】
第１ダンパー１１、第２ダンパー１３は、第１流路３の空気の吸入元または排出先を、室内または室外のいずれかに切り替える装置である。また、第３ダンパー１５、第４ダンパー１７は、第２流路５の空気の吸入元または排出先を、室内または室外のいずれかに切り替える装置である。
【００２８】
本空調システムにおいて、上記第１ファン７、第２ファン９、第１ダンパー１１、第２ダンパー１３、第３ダンパー１５、第４ダンパー１７は、図１（ｂ）に示すように、制御部２１によって作動状態が制御されている。
制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを数個のＬＳＩチップに集積して構成されたマイクロコンピュータを中心にして、各種インターフェイス回路等を配して構成される周知のものである。
【００２９】
この制御部２１には、室内温度センサ２３、室内湿度センサ２５、室外温度センサ２７、室外湿度センサ２９、吸着器入口温度センサ３１、吸着器入口湿度センサ３３、吸着器出口温度センサ３５、吸着器出口湿度センサ３７といったセンサ群が接続されている。これらのセンサ群は、室内、室外、熱交換型吸着器１の入口、および熱交換型吸着器１の出口における温度および湿度を検出するもので、これらの検出結果から、後述する各運転モードでの運転開始／停止条件が満たされているか否かを判断するようになっている。
【００３０】
なお、吸着器入口温度センサ３１および吸着器入口湿度センサ３３は、後述する脱着冷却モードにおいて熱交換型吸着器１の入口における温度および湿度を検出し、吸着器出口温度センサ３５および吸着器出口湿度センサ３７は、後述する脱着冷却モードにおいて熱交換型吸着器１の出口における温度および湿度を検出する。脱着冷却モード以外のモードになると、第１流路３内の空気の流動方向が切り替わる都合上、熱交換型吸着器１の入口と出口は入れ替わることになるが、その時は、吸着器入口温度センサ３１および吸着器入口湿度センサ３３が、熱交換型吸着器１の出口における温度および湿度を検出し、吸着器出口温度センサ３５および吸着器出口湿度センサ３７が、熱交換型吸着器１の入口における温度および湿度を検出する。いずれにしても、こうして熱交換型吸着器１の入口および出口における温度および湿度が検出され、これに基づいて「吸着剤との接触前後に変化した空気の温度差おとび湿度差」が算出されることになる。
【００３１】
また、制御部２１には時計３９も接続され、この時計３９によって２４時間周期の時刻を管理できるようになっている。
次に、上記空調システムの運転モードについて説明する。
この空調システムでは、制御部２１が、第１ファン７、第２ファン９、第１ダンパー１１、第２ダンパー１３、第３ダンパー１５、および第４ダンパー１７の作動状態を制御することによって運転モードを切り替える。運転モードとしては、「脱着冷却モード（図３（ａ）参照）」、「除湿モード（図３（ｂ）参照）」、「飽和吸着モード（図３（ｃ）参照）」の３つがあり、制御部２１は、各モード毎に定められた開始条件／停止条件（後で詳述）が成立した場合に、各モードでの運転を開始／停止するように上記各部を制御する。なお、図３（ａ）〜同図（ｃ）において、点線は、第１ダンパー１１〜第４ダンパー１７の切り替えに伴って空気が流れない状態になっている流路を示し、また、第１流路３の端部、第２流路５の端部、第１ファン７内、第２ファン９内に併記してある矢印は、空気が流れる方向を示している。
【００３２】
脱着冷却モードでは、図３（ａ）に示すように、第１流路３内に室外の空気が導入されて熱交換型吸着器１に通され、同時に、第２流路５内に室内の空気が導入されて熱交換型吸着器１に通される。この時、熱交換型吸着器１内の吸着剤は、除湿モードや飽和吸着モードでの運転によって既に水分を吸着した状態になっていて、第１流路３内に導入された空気との接触に伴って水分を脱着するため、この水分の脱着に伴って第１流路３内に導入された空気が冷却される。また、熱交換型吸着器１内において第１流路３内の空気や吸着剤が第２流路５内の空気よりも低温になるため、第２流路５内の空気から熱が奪われ、第２流路５内に導入された空気も冷却される。こうして冷却された第２流路５内の空気が室内へと戻されて冷房が行われる。なお、第１流路３内の加湿された空気は、室外へと排出される。
【００３３】
以上のような脱着冷却モードでの運転により、例えば、室外温度３５℃、室外湿度５０％、室内温度３５℃、室内湿度４０％の場合、室内へは温度２８℃、湿度９０％の空気を送り込んで冷房を行うことができる。
除湿モードでは、図３（ｂ）に示すように、第１流路３内に室内の空気が導入されて熱交換型吸着器１に通され、同時に、第２流路５内に室外の空気が導入されて熱交換型吸着器１に通される。この時、熱交換型吸着器１内の吸着剤は、脱着冷却モードでの運転によってさらに水分を吸着可能な状態になっていて、第１流路３内に導入された空気との接触に伴って水分を吸着するため、この水分の吸着に伴って第１流路３内に導入された空気の除湿がなされ、その除湿された空気が室内へと戻されて室内の除湿が行われる。水分の吸着に伴って吸着剤からは熱が発生するが、その熱は第２流路５内の空気によって奪われるため、第１流路３内の空気の温度は室外の温度と同程度までしか上昇しない。そのため、熱交換型吸着器１内の吸着剤は、温度上昇に伴う吸着性能の低下を招かないので優れた吸着性能をより長時間にわたって維持することができ、さらに、室内へ空気を戻した際に室内の温度が過度に上昇することもない。なお、第２流路５内の加熱された空気は、室外へと排出される。
【００３４】
以上のような除湿モードでの運転により、例えば、室外温度２５℃、室外湿度９０％、室内温度２５℃、室内湿度９０％の場合、室内へは温度２５℃、湿度６０％の空気を送り込んで除湿を行うことができる。
飽和吸着モードでは、図３（ｃ）に示すように、第１流路３内に室外の空気が導入されて熱交換型吸着器１に通され、同時に、第２流路５内に室外の空気が導入されて熱交換型吸着器１に通される。この時、熱交換型吸着器１内の吸着剤は、さらに水分を吸着可能な状態になっていて、第１流路３内に導入された空気との接触に伴って水分を吸着する。水分の吸着に伴って吸着剤からは熱が発生するが、その熱は第２流路５内の空気によって奪われるため、第１流路３内の空気の温度は室外の温度と同程度までしか上昇しない。そのため、熱交換型吸着器１内の吸着剤は、温度上昇に伴う吸着性能の低下を招かないので優れた吸着性能をより長時間にわたって維持することができる。なお、第１流路３および第２流路５内の空気は、ともに室外へと排出される。
【００３５】
以上のような飽和吸着モードでの運転により、吸着剤の吸着能力の範囲内において最大限に近い量の水分を吸着させることができる。
次に、上記各モードでの運転条件について説明する。
上述の３つのモードの内、脱着冷却モードは、温度が比較的高くて湿度が比較的低い場合の運転モードで、本実施形態においては、室内温度ＲＴ＞２６℃且つ室外湿度ＯＨ＜６０％の場合に、本空調システムが脱着冷却モードで作動し、室外湿度ＯＨ＞６５％の場合、または、吸着剤との接触前後に変化した空気の温度差ΔＴ＜３℃の場合に、脱着冷却モードでの作動を停止するように構成されている。
【００３６】
脱着冷却モードにおいて、作動条件として「室内温度ＲＴ＞２６℃」を設定した理由は、室内温度ＲＴが２６℃以下の場合は、冷房が必要なほど暑くはなく、むしろ、室内温度ＲＴが２６℃を超えた時のために、冷房能力を温存しておく方がよいとの判断からである。また、作動条件として「室外湿度ＯＨ＜６０％」、停止条件として「室外湿度ＯＨ＞６５％」を設定した理由は、室外湿度ＯＨが６０％〜６５％を超えるような高湿環境下では、吸着剤から水分を効果的に脱着させにくく、十分な冷房能力を発揮させにくいためである。作動条件と停止条件とで５％の差を設けたのは、室外湿度ＯＨの僅かな変化によって作動と停止を繰り返してしまうのを防止するためである。停止条件として「温度差ΔＴ＜３℃」を設定した理由は、例えば吸着剤中の脱着させ得る水分が残り僅かになるなど、実質的な冷房能力が失われているためである。
【００３７】
除湿モードは、湿度が比較的高くて温度が比較的低い場合の運転モードで、本実施形態においては、室内湿度ＲＨ＞７０％の場合に、本空調システムが除湿モードで作動し、吸着剤との接触前後に変化した空気の湿度差ΔＨ＜１０％の場合に、除湿モードでの作動を停止するように構成されている。
【００３８】
除湿モードにおいて、作動条件として「室内湿度ＲＨ＞７０％」を設定した理由は、室内湿度ＲＨが７０％未満の場合は、除湿が必要なほど高湿ではなく、むしろ、室内湿度ＲＨが７０％以上となった時のために、除湿能力を温存しておく方がよいとの判断からである。停止条件として「湿度差ΔＨ＜１０％」を設定した理由は、例えば吸着剤が飽和するなど、実質的な除湿能力が失われているためである。
【００３９】
飽和吸着モードも、湿度が比較的高くて温度が比較的低い場合の運転モードであり、除湿モードでの運転後に吸着剤が吸着している水分量をさらに増大させるためのモードである。本実施形態においては、室外湿度ＯＨ＞８０％の場合に、本空調システムが飽和吸着モードで作動し、吸着剤との接触前後に変化した空気の湿度差ΔＨ＜５％の場合、または、吸着剤との接触前後に変化した空気の温度差ΔＴ＜２℃の場合に、飽和吸着モードでの作動を停止するように構成されている。
【００４０】
飽和吸着モードにおいて、作動条件として「室外湿度ＯＨ＞８０％」を設定した理由は、室外湿度ＯＨが８０％未満の場合は、吸着剤が吸着している水分量をさらに増大させることが難しいためである。停止条件として「湿度差ΔＨ＜５％」を設定した理由は、例えば吸着剤が飽和するなど、実質的な除湿能力が失われているためである。停止条件として「温度差ΔＴ＜２℃」を設定した理由も、吸着熱の発生が少ないことから、実質的な除湿能力が失われていると判断できるためである。
【００４１】
さらに、本空調システムにおいて、脱着冷却モードで作動するに当たっては、７時から１８時に至る時間帯であることを必要条件とし、除湿モードで作動するに当たっては、１０時から２４時に至る時間帯であることを必要条件とし、飽和吸着モードで作動するに当たっては、０時から７時に至る時間帯であることを必要条件とする。すなわち、各モード毎に定められた時間帯である場合は、各モードでの運転を実施する一方、各モード毎に定められた時間帯でない場合は、他の運転開始条件を満足していても、各モードでの運転を実施しない。このような時間条件を設けると、一日の気温変化および湿度変化に関連づけて、比較的気温が上がって湿度が下がる時間帯には冷房を行い、比較的気温が下がって湿度が上がる時間帯に除湿を行うことができるので、昼夜の気温変化および湿度変化をうまく利用して、効率よく冷房および除湿を行うことができる。
【００４２】
なお、１０時から１８時に至る時間帯については、条件により、脱着冷却モードでの作動条件と除湿モードでの作動条件を同時に満足する可能性があるが、本実施形態においては、脱着冷却モードでの運転が優先される。また、上述の通り、本空調システムは、昼間の高温低湿時に吸着剤から水分を脱着させる一方、夜間の低温高湿時に吸着剤に水分を吸着させ、一日を周期として水分の吸着／脱着を繰り返すのを基本とするが、梅雨時などには一昼夜にわたって湿度が低下しない日もあるので、それを想定して、吸着剤の量は、２日間程度は除湿モードでの連続運転ができる程度にしておくとよい。
【００４３】
以上のように構成された空調システムによれば、最初は除湿モードで作動し、続いて脱着冷却モードで作動し、以後は、除湿モードでの作動と脱着冷却モードでの作動を繰り返して、冷却および除湿を実施することができる。また、室外の湿度が高い場合には、除湿モードでの作動に続いて飽和吸着モードでも作動して、吸着剤が吸着している水分量を増大させ、脱着冷却モードに移行した時の冷却能力を高めることができる。したがって、この空調システムによれば、吸着によって得た水を有効に利用して加湿冷却を実施でき、散水等による加湿冷却を行わなくても十分に冷却能力を高めることができる。また、散水のための配管等が不要となる分だけ装置構成を簡略化することができる。さらに、時間条件をも加味して各モードでの運転を制御しているので、昼夜の気温変化および湿度変化をうまく利用して、効率よく冷房および除湿を行うことができる。
【００４４】
次に、上記第１の実施形態とは異なる第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態として以下に説明する空調システムは、吸着器と熱交換器が別々に設けてある点において第１の実施形態とは相違するシステムであり、図４（ａ）〜同図（ｃ）に示す通り、吸着器４１、第１熱交換器４３、第２熱交換器４５、第１流路４７、第２流路４９、第３流路５１、第１ファン５３、第２ファン５５、第３ファン５７、第１ダンパー５９、第２ダンパー６１によって構成されている。
【００４５】
吸着器４１は、第１流路４７を流れる空気と吸着剤とを接触させるもので、入口および出口となる２つの通気口を有する容器内に、吸着剤であるシリカゲルを充填した構造になっている。
第１熱交換器４３は、第１流路４７を流れる空気と第２流路４９を流れる空気との間で熱交換を行うものであり、また、第２熱交換器４５は、第１流路４７を流れる空気と第３流路５１を流れる空気との間で熱交換を行うものである。なお、これらの熱交換器の具体的な形態としては、エロフィン式、プレート式などを任意に採用できる。
【００４６】
第１流路４７、第２流路４９、第３流路５１は、いずれも空気の流れる流路であり、パイプやチューブ等の導管を使って構成されている。
第１ファン５３、第２ファン５５、第３ファン５７は、それぞれ第１流路４７、第２流路４９、第３流路５１内の空気を流動させる装置で、少なくとも第１ファン５３については、送風方向を正逆両方向のいずれかに切り替え可能なものが採用されている。
【００４７】
第１ダンパー５９、第２ダンパー６１は、第１流路４７の空気の吸入元または排出先を、室内または室外のいずれかに切り替える装置である。
なお、本空調システムも、先に説明した実施形態と同様の制御部、各種センサ群、時計などを備え、その制御部によって、上記第１ファン５３、第２ファン５５、第３ファン５７、第１ダンパー５９、第２ダンパー６１の作動状態が制御される。但し、これら制御部、各種センサ群、時計の各機能および制御条件については、上述の実施形態と同様に構成されているので、ここでの説明は省略する。
【００４８】
次に、上記空調システムの運転モードについて説明する。
この空調システムも、先に説明したシステムと同様に、「脱着冷却モード（図４（ａ）参照）」、「除湿モード（図４（ｂ）参照）」、「飽和吸着モード（図４（ｃ）参照）」のいずれかで動作する。
【００４９】
脱着冷却モードでは、図４（ａ）に示すように、第１流路４７内に室外の空気が導入されて吸着器４１に通される。この時、吸着器４１内の吸着剤は、除湿モードや飽和吸着モードでの運転によって既に水分を吸着した状態になっていて、第１流路４７内に導入された空気との接触に伴って水分を脱着するため、この水分の脱着に伴って第１流路４７内に導入された空気が冷却される。続いて、その冷却された空気は、第１熱交換器４３に通され、同時に、第２流路４９内に室内の空気が導入されて第１熱交換器４３に通される。第１熱交換器４３内では、第１流路４７内に第２流路４９内の空気よりも低温の空気が通されるため、第２流路４９内の空気から熱が奪われ、第２流路４９内に導入された空気も冷却される。こうして冷却された第２流路４９内の空気が室内へと戻されて冷房が行われる。なお、第１流路４７内の加湿された空気は、室外へと排出される。
【００５０】
除湿モードでは、図４（ｂ）に示すように、第１流路４７内に室内の空気が導入されて吸着器４１に通される。この時、吸着器４１内の吸着剤は、脱着冷却モードでの運転によってさらに水分を吸着可能な状態になっていて、第１流路４７内に導入された空気との接触に伴って水分を吸着するため、水分の吸着に伴って第１流路４７内に導入された空気の除湿がなされる。また、吸着剤から発生する熱によって第１流路４７内の空気の温度は上昇する。続いて、この除湿された空気は第２熱交換器４５に通され、同時に、第３流路５１内に室外の空気が導入されて第２熱交換器４５に通される。この時、第１流路４７内の空気は、第２流路５内の空気によって熱を奪われ、第１流路３内の空気の温度は室外の温度と同程度まで低下する。そして、この空気が室内へと戻されて室内の除湿が行われる。なお、第３流路５１内の加熱された空気は、室外へと排出される。
【００５１】
飽和吸着モードでは、図４（ｃ）に示すように、第１流路４７内に室外の空気が導入されて吸着器４１に通される。この時、吸着器４１内の吸着剤は、さらに水分を吸着可能な状態になっていて、第１流路４７内に導入された空気との接触に伴って水分を吸着する。なお、第１流路４７内の空気は、室外へと排出される。
【００５２】
以上のように構成された空調システムの場合も、最初は除湿モードで作動し、続いて脱着冷却モードで作動し、以後は、除湿モードでの作動と脱着冷却モードでの作動を繰り返して、冷却および除湿を実施することができる。また、室外の湿度が高い場合には、除湿モードでの作動に続いて飽和吸着モードでも作動して、吸着剤が吸着している水分量を増大させ、脱着冷却モードに移行した時の冷却能力を高めることができる。したがって、この空調システムによれば、吸着によって得た水を有効に利用して加湿冷却を実施でき、散水等による加湿冷却を行わなくても十分に冷却能力を高めることができる。また、散水のための配管等が不要となる分だけ装置構成を簡略化することができる。さらに、時間条件をも加味して各モードでの運転を制御すれば、昼夜の気温変化および湿度変化をうまく利用して、効率よく冷房および除湿を行うことができる。
【００５３】
次に、第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態として以下に説明する空調システムは、水冷式になっている点において第１，第２の実施形態とは相違するシステムであり、図５（ａ）〜同図（ｃ）に示す通り、熱交換型吸着器７１、第１流路７３、第２流路７５、ファン７７、ポンプ７９、第１ダンパー８１、第２ダンパー８３によって構成されている。
【００５４】
熱交換型吸着器７１は、第１流路７３を流れる空気と第２流路７５を流れる水との間で熱交換を行うとともに、第１流路７３を流れる空気と吸着剤とを接触させるもので、冷媒として水を用いる点以外は、第１の実施形態と同様に構成されたものである。
【００５５】
第１流路７３は、空気の流れる流路であり、パイプやチューブ等の導管を使って構成されている。また、第２流路７５は、冷却水の流れる流路であり、これもパイプやチューブ等の導管を使って構成されている。なお、第２流路７５の水源については特に限定されず、例えば地下水、水道水、貯水塔の水などを任意に採用できる。
【００５６】
ファン７７は、第１流路７３内の空気を流動させる装置で、送風方向を正逆両方向のいずれかに切り替え可能なものが採用されている。また、ポンプ７９は、第２流路７５内の水を流動させる装置である。
第１ダンパー８１、第２ダンパー８３は、第１流路７３の空気の吸入元または排出先を、室内または室外のいずれかに切り替える装置である。
【００５７】
なお、本空調システムも、先に説明した実施形態と同様の制御部、各種センサ群、時計などを備え、その制御部によって、上記ファン７７、ポンプ７９、第１ダンパー８１、第２ダンパー８３の作動状態が制御される。但し、これら制御部、各種センサ群、時計の各機能および制御条件については、上述の実施形態と同様に構成されているので、ここでの説明は省略する。
【００５８】
次に、上記空調システムの運転モードについて説明する。
この空調システムも、先に説明したシステムと同様に、「脱着冷却モード（図５（ａ）参照）」、「除湿モード（図５（ｂ）参照）」、「飽和吸着モード（図５（ｃ）参照）」のいずれかで動作する。
【００５９】
脱着冷却モードでは、図５（ａ）に示すように、第１流路７３内に室外の空気が導入されて熱交換型吸着器７１に通される。この時、熱交換型吸着器７１内の吸着剤は、除湿モードや飽和吸着モードでの運転によって既に水分を吸着した状態になっていて、第１流路７３内に導入された空気との接触に伴って水分を脱着するため、この水分の脱着に伴って第１流路７３内に導入された空気が冷却される。こうして冷却された第１流路７３内の空気の内、半分程度が室内へと戻されて冷房が行われる。また、第１流路７３内の空気の内、残りの半分程度は室外へと排出される。なお、第１流路７３内の空気の全量を室内へ戻さないのは、室内の湿度上昇を抑制するためである。
【００６０】
除湿モードでは、図５（ｂ）に示すように、第１流路７３内に室内の空気が導入されて熱交換型吸着器７１に通され、同時に、第２流路７５内に冷却水が導入されて熱交換型吸着器７１に通される。この時、熱交換型吸着器７１内の吸着剤は、脱着冷却モードでの運転によってさらに水分を吸着可能な状態になっていて、第１流路７３内に導入された空気との接触に伴って水分を吸着するため、この水分の吸着に伴って第１流路７３内に導入された空気の除湿がなされ、その除湿された空気が室内へと戻されて室内の除湿が行われる。水分の吸着に伴って吸着剤からは熱が発生するが、その熱は第２流路５内の冷却水によって奪われるため、第１流路７３内の空気の温度は冷却水と同程度の温度になる。そのため、熱交換型吸着器７１内の吸着剤は、温度上昇に伴う吸着性能の低下を招かないので優れた吸着性能をより長時間にわたって維持することができ、さらに、室内へ空気を戻した際に室内の温度が過度に上昇することもない。
【００６１】
飽和吸着モードでは、図５（ｃ）に示すように、第１流路７３内に室外の空気が導入されて熱交換型吸着器７１に通され、同時に、第２流路７５内に冷却水が導入されて熱交換型吸着器７１に通される。この時、熱交換型吸着器７１内の吸着剤は、さらに水分を吸着可能な状態になっていて、第１流路７３内に導入された空気との接触に伴って水分を吸着する。水分の吸着に伴って吸着剤からは熱が発生するが、その熱は第２流路７５内の冷却水によって奪われるため、第１流路７３内の空気の温度は冷却水と同程度の温度になる。そのため、熱交換型吸着器７１内の吸着剤は、温度上昇に伴う吸着性能の低下を招かないので優れた吸着性能をより長時間にわたって維持することができる。
【００６２】
以上のように構成された空調システムの場合も、最初は除湿モードで作動し、続いて脱着冷却モードで作動し、以後は、除湿モードでの作動と脱着冷却モードでの作動を繰り返して、冷却および除湿を実施することができる。また、室外の湿度が高い場合には、除湿モードでの作動に続いて飽和吸着モードでも作動して、吸着剤が吸着している水分量を増大させ、脱着冷却モードに移行した時の冷却能力を高めることができる。したがって、この空調システムによれば、吸着によって得た水を有効に利用して加湿冷却を実施でき、散水等による加湿冷却を行わなくても十分に冷却能力を高めることができる。また、散水のための配管等が不要となる分だけ装置構成を簡略化することができる。さらに、時間条件をも加味して各モードでの運転を制御すれば、昼夜の気温変化および湿度変化をうまく利用して、効率よく冷房および除湿を行うことができる。
【００６３】
次に、第４の実施形態について説明する。
第４の実施形態として以下に説明する空調システムは、水冷式になっている点において第１，第２の実施形態とは相違し、さらに、吸着器と熱交換器が別々に設けてある点において第３の実施形態とも相違するシステムである。この空調システムは、図５（ａ）〜同図（ｃ）に示す通り、吸着器９１、熱交換器９３、第１流路９５、第２流路９７、ファン９９、ポンプ１０１、第１ダンパー１０３、第２ダンパー１０５によって構成されている。
【００６４】
吸着器９１は、第１流路９５を流れる空気と吸着剤とを接触させるもので、入口および出口となる２つの通気口を有する容器内に、吸着剤であるシリカゲルを充填した構造になっている。
熱交換器９３は、第１流路９５を流れる空気と第２流路９７を流れる冷却水との間で熱交換を行うものである。
【００６５】
第１流路９５は、空気の流れる流路であり、パイプやチューブ等の導管を使って構成されている。また、第２流路９７は、冷却水の流れる流路であり、これもパイプやチューブ等の導管を使って構成されている。
ファン９９は、第１流路９５内の空気を流動させる装置で、送風方向を正逆両方向のいずれかに切り替え可能なものが採用されている。また、ポンプ１０１は、第２流路９７内の水を流動させる装置である。
【００６６】
第１ダンパー１０３、第２ダンパー１０５は、第１流路９５の空気の吸入元または排出先を、室内または室外のいずれかに切り替える装置である。
なお、本空調システムも、先に説明した実施形態と同様の制御部、各種センサ群、時計などを備え、その制御部によって、上記ファン９９、ポンプ１０１、第１ダンパー１０３、第２ダンパー１０５の作動状態が制御される。但し、これら制御部、各種センサ群、時計の各機能および制御条件については、上述の実施形態と同様に構成されているので、ここでの説明は省略する。
【００６７】
次に、上記空調システムの運転モードについて説明する。
この空調システムも、先に説明したシステムと同様に、「脱着冷却モード（図６（ａ）参照）」、「除湿モード（図６（ｂ）参照）」、「飽和吸着モード（図６（ｃ）参照）」のいずれかで動作する。
【００６８】
脱着冷却モードでは、図６（ａ）に示すように、第１流路９５内に室外の空気が導入されて吸着器９１に通される。この時、吸着器９１内の吸着剤は、除湿モードや飽和吸着モードでの運転によって既に水分を吸着した状態になっていて、第１流路９５内に導入された空気との接触に伴って水分を脱着するため、この水分の脱着に伴って第１流路９５内に導入された空気が冷却される。こうして冷却された第１流路９５内の空気の内、半分程度が室内へと戻されて冷房が行われる。また、第１流路９５内の空気の内、残りの半分程度は室外へと排出される。なお、第１流路９５内の空気の全量を室内へ戻さない理由は、第３の実施形態の場合と同じである。
【００６９】
除湿モードでは、図６（ｂ）に示すように、第１流路９５内に室内の空気が導入されて吸着器９１に通される。この時、吸着器９１内の吸着剤は、脱着冷却モードでの運転によってさらに水分を吸着可能な状態になっていて、第１流路９５内に導入された空気との接触に伴って水分を吸着するため、水分の吸着に伴って第１流路９５内に導入された空気の除湿がなされる。また、吸着剤から発生する熱によって第１流路９５内の空気の温度は上昇する。続いて、この除湿された空気は熱交換器９３に通され、同時に、第２流路９７内に冷却水が導入されて熱交換器９３に通される。この時、第１流路９５内の空気は、第２流路９７内の冷却水によって熱を奪われ、第１流路９５内の空気の温度は冷却水と同程度の温度になる。そして、この空気が室内へと戻されて室内の除湿が行われる。
【００７０】
飽和吸着モードでは、図６（ｃ）に示すように、第１流路９５内に室外の空気が導入されて吸着器９１に通される。この時、吸着器９１内の吸着剤は、さらに水分を吸着可能な状態になっていて、第１流路９５内に導入された空気との接触に伴って水分を吸着する。なお、第１流路９５内の空気は、室外へと排出される。
【００７１】
以上のように構成された空調システムの場合も、最初は除湿モードで作動し、続いて脱着冷却モードで作動し、以後は、除湿モードでの作動と脱着冷却モードでの作動を繰り返して、冷却および除湿を実施することができる。また、室外の湿度が高い場合には、除湿モードでの作動に続いて飽和吸着モードでも作動して、吸着剤が吸着している水分量を増大させ、脱着冷却モードに移行した時の冷却能力を高めることができる。したがって、この空調システムによれば、吸着によって得た水を有効に利用して加湿冷却を実施でき、散水等による加湿冷却を行わなくても十分に冷却能力を高めることができる。また、散水のための配管等が不要となる分だけ装置構成を簡略化することができる。さらに、時間条件をも加味して各モードでの運転を制御すれば、昼夜の気温変化および湿度変化をうまく利用して、効率よく冷房および除湿を行うことができる。
【００７２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の具体的形態に限定されるものではなく、上記以外の形態でも実施可能である。
例えば、上記第１，第２の実施形態においては、脱着冷却モードにおいて得られた冷気と室内の空気とで熱交換を行い、冷却された室内の空気を室内へ戻すように構成してあったが、これに代えて、第３，第４の実施形態で示したような、脱着冷却モードにおいて得られた冷気の一部を直接室内へ導入する構成を採用してもよい。また、この場合、上記第３，第４の実施形態では、冷気の半分程度を室内へ導入する旨の説明を行ったが、室内へ導入する冷気の流量をどの程度とすべきかは、空調システムの規模や室内の大きさに応じて適宜設定されていればよく、室内へ戻す流量と室外へ排気する流量はいずれかが多くても構わないし、室内の湿度に応じて可変制御されても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態として説明した空調システムを示し、（ａ）はその概略構成図、（ｂ）は電気系のブロック図である。
【図２】 熱交換型吸着器の主要部を表す斜視図である。
【図３】 第１の実施形態として説明した空調システムを示し、（ａ）は脱着冷却モードにおける空気フローを表す構成図、（ｂ）は除湿モードにおける空気フローを表す構成図、（ｃ）は飽和吸着モードにおける空気フローを表す構成図である。
【図４】 第２の実施形態として説明した空調システムを示し、（ａ）は脱着冷却モードにおける空気フローを表す構成図、（ｂ）は除湿モードにおける空気フローを表す構成図、（ｃ）は飽和吸着モードにおける空気フローを表す構成図である。
【図５】 第３の実施形態として説明した空調システムを示し、（ａ）は脱着冷却モードにおける空気フローを表す構成図、（ｂ）は除湿モードにおける空気フローを表す構成図、（ｃ）は飽和吸着モードにおける空気フローを表す構成図である。
【図６】 第４の実施形態として説明した空調システムを示し、（ａ）は脱着冷却モードにおける空気フローを表す構成図、（ｂ）は除湿モードにおける空気フローを表す構成図、（ｃ）は飽和吸着モードにおける空気フローを表す構成図である。
【符号の説明】
１・・・熱交換型吸着器、１ａ，１ｂ・・・段ボール状通気層、３・・・第１流路、５・・・第２流路、７・・・第１ファン、９・・・第２ファン、１１・・・第１ダンパー、１３・・・第２ダンパー、１５・・・第３ダンパー、１７・・・第４ダンパー、２１・・・制御部、２３・・・室内温度センサ、２５・・・室内湿度センサ、２７・・・室外温度センサ、２９・・・室外湿度センサ、３１・・・吸着器入口温度センサ、３３・・・吸着器入口湿度センサ、３５・・・吸着器出口温度センサ、３７・・・吸着器出口湿度センサ、３９・・・時計、４１・・・吸着器、４３・・・第１熱交換器、４５・・・第２熱交換器、４７・・・第１流路、４９・・・第２流路、５３・・・第１ファン、５５・・・第２ファン、５７・・・第３ファン、５９・・・第１ダンパー、６１・・・第２ダンパー、７１・・・熱交換型吸着器、７３・・・第１流路、７５・・・第２流路、７９・・・ポンプ、８１・・・第１ダンパー、８３・・・第２ダンパー、９１・・・吸着器、９３・・・熱交換器、９５・・・第１流路、９７・・・第２流路、９９・・・ファン、１０１・・・ポンプ、１０３・・・第１ダンパー、１０５・・・第２ダンパー。

Claims (5)

1. 雰囲気の温度および湿度に応じて湿気を吸着または脱着し、吸着に伴って雰囲気温度を上昇させる一方、脱着に伴って雰囲気温度を低下させる吸着剤を利用して、室内空気の冷却および除湿を行う空調システムであって、
   室外から空気を導入して前記吸着剤と接触させ、該吸着剤から湿気を脱着させて空気の温度を低下させ、その低温空気を利用して室内の空気を冷却する脱着冷却モードと、
   室内から空気を導入して前記吸着剤と接触させ、該吸着剤に湿気を吸着させて空気の湿度を低下させ、その低湿空気を室内へ戻すことによって除湿を行う除湿モードと、
   室外から空気を導入して前記吸着剤と接触させ、該吸着剤に湿気を吸着させる飽和吸着モードとを、いずれかに切り替えて作動可能に構成されている
   ことを特徴とする空調システム。
2. 室内温度、室内湿度、室外温度、室外湿度、吸着剤との接触前後に変化した空気の温度差、および、吸着剤との接触前後に変化した空気の湿度差の中から選ばれる一または二以上の条件に基づいて、前記各モードでの作動および作動停止を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載した空調システム。
3. 室内温度ＲＴ＞２６℃且つ室外湿度ＯＨ＜６０％の場合に、前記脱着冷却モードで作動し、
   室外湿度ＯＨ＞６５％の場合、または、吸着剤との接触前後に変化した空気の温度差ΔＴ＜３℃の場合に、前記脱着冷却モードでの作動を停止し、
   室内湿度ＲＨ＞７０％の場合に、前記除湿モードで作動し、
   吸着剤との接触前後に変化した空気の湿度差ΔＨ＜１０％の場合に、前記除湿モードでの作動を停止し、
   室外湿度ＯＨ＞８０％の場合に、前記飽和吸着モードで作動し、
   吸着剤との接触前後に変化した空気の湿度差ΔＨ＜５％の場合、または、吸着剤との接触前後に変化した空気の温度差ΔＴ＜２℃の場合に、前記飽和吸着モードでの作動を停止する
   ことを特徴とする請求項２に記載した空調システム。
4. 前記各モード毎にあらかじめ定められた時間帯であることを必要条件として、前記各モードで作動する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載した空調システム。
5. 前記脱着冷却モードで作動するに当たっては、７時から１８時に至る時間帯であることを必要条件とし、
   前記除湿モードで作動するに当たっては、１０時から２４時に至る時間帯であることを必要条件とし、
   前記飽和吸着モードで作動するに当たっては、０時から７時に至る時間帯であることを必要条件とする
   ことを特徴とする請求項４に記載した空調システム。

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