JP4285010B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、吸収式冷凍システムとデシカント部材とを組み合わせると共に、発電機等の排熱を利用する空気調和装置が知られている。例えば、特許文献１には、燃料電池と吸収式冷凍装置とデシカント空調機とを組み合わせることにより、エネルギー効率の向上を図った空気調和装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２７４７３４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記空気調和装置では、室外から室内に外気を直接導入しつつ、室内から装置内に取り入れた室内空気（還気）をデシカントロータで除湿し、除湿後の空気を再び室内に供給する一方、室外から装置内に外気を取り入れ、この外気を用いてデシカントロータの再生を行っていた。そのため、外気を取り入れる空気系統として、室外から室内に外気を直接導入する系統と、デシカントロータの再生用に外気を取り入れる系統とが必要であった。しかし、外気を取り入れる空気系統を２つ別々に設けることは、多大な労力及びコストを要することとなった。特に、上記空気調和装置を多層階のビルディングなどの大規模建築物に設置する場合等には、ダクト工事が大がかりになり、非常に面倒であった。
【０００５】
また、上記空気調和装置では、燃料電池を冷却して高温になった冷却水によって外気を加熱し、そのうえで当該外気でデシカントロータを再生していた。そのため、燃料電池の排熱を利用しているものの、燃料電池の高温の排ガスを間接的に利用しているに過ぎず、エネルギーの利用効率が十分高いとは言い難かった。また、デシカントロータの再生温度を十分高くすることが困難であり、その分、除湿能力の向上に限界があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、吸収式冷凍システムとデシカント部材とを備え且つ排熱を利用する空気調和装置において、設置工事の簡単化を図ることを目的とする。また、排熱の利用効率の向上を図り、デシカント部材の除湿能力の向上を図ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る空気調和装置は、発電機の排ガスを導入する第１ガス流路と、空気を冷却する冷却器を有し、前記第１ガス流路の排ガスを駆動熱源とする吸収式冷凍システムと、前記吸収式冷凍システムの駆動熱源として使用された後の排ガスを流通させる第２ガス流路と、室外空気を導入する第１空気流路と、前記第１空気流路を流れる空気を除湿する一方、前記第２ガス流路を流れる排ガスの熱を利用して再生されるデシカント部材と、前記デシカント部材によって除湿された空気を前記吸収式冷凍システムの冷却器に供給する第２空気流路と、前記吸収式冷凍システムの冷却器に冷却された空気を室内に供給する第３空気流路とを備えているものである。
【０００８】
更に、請求項１に係る空気調和装置は、室内空気を導入する還気流路と、前記還気流路の空気と前記第２空気流路の空気とを熱交換させる熱交換器とを備え、前記第２ガス流路には、前記熱交換器において加熱された後の前記還気流路の空気を取り入れ、該空気と該第２ガス流路の排ガスとを混合させる合流部が設けられているものである。
【０００９】
加えて、請求項１に係る空気調和装置は、前記デシカント部材は、空気を段階的に除湿する第１及び第２のデシカントロータからなり、前記熱交換器は、前記第１及び第２デシカントロータで除湿された空気と前記還気流路の空気とを熱交換させるように構成され、前記第１デシカントロータは、前記熱交換器を流出した後の第２空気流路の空気によって再生されると共に該空気を加湿冷却するように構成され、前記第２デシカントロータは、前記第２ガス流路の排ガスと前記還気流路の空気との混合気体により再生されるように構成されているものである。
【００１０】
上記空気調和装置では、第１空気流路に導入された室外空気は、デシカント部材で除湿され、吸収式冷凍システムの冷却器で冷却されてから、第３空気流路を通じて室内に供給される。室外空気を室内に導入する空気系統は第３空気流路のみで足りるので、別個独立した２つの系統を設ける必要がなく、設置工事の簡単化を図ることができる。また、発電機の排ガスは吸収式冷凍システム、デシカント部材の順に流通し、温水を用いることなく発電機の排熱が有効活用される。このように、排熱をカスケード式に有効利用しながら、デシカント部材の再生温度を高く維持することができ、その分だけ、デシカント部材の除湿能力を向上させることができる。したがって、空気をより低湿度まで除湿することが可能となる。
【００１１】
また、上記空気調和装置では、上記熱交換器を介して室内空気の熱が回収され、この室内空気から回収した熱と排ガスの熱との双方をデシカント部材の再生に利用することができる。
【００１２】
なお、還気流路の空気と排ガスとの混合割合を調整する調整手段を設けることとすれば、デシカント部材の再生に用いられる混合気体の温度を適宜調整することが可能となり、デシカント部材の特性に応じた再生動作を行わせることができる。
【００１３】
また、上記空気調和装置によれば、第１及び第２デシカントロータによって一旦必要絶対湿度以下に除湿された空気は、上記熱交換器を介して室内からの還気によって冷却された後、第１デシカントロータの再生部において加湿冷却される。そのため、吸収式冷凍システムの冷却器に供給される空気の温度を下げることができ、吸収式冷凍システムの負荷を低減することができる。
【００１４】
請求項２に係る空気調和装置は、請求項１に記載の空気調和装置において、前記還気流路における前記熱交換器の上流側に、加湿冷却器が設けられているものである。
【００１５】
上記空気調和装置によれば、吸収式冷凍システムの冷却器に供給される空気が加湿冷却器によって冷却されるので、その温度が更に低下する。そのため、吸収式冷凍システムの負荷をより一層低減することができる。
【００１６】
請求項３に係る空気調和装置は、発電機(1)の排ガスを導入する第１ガス流路(11)と、空気を冷却する冷却器(2)を有し、前記第１ガス流路(11)の排ガスを駆動熱源とする吸収式冷凍システム(3)と、前記吸収式冷凍システム(3)の駆動熱源として使用された後の排ガスを流通させる第２ガス流路(12)と、室外空気を導入する第１空気流路(21)と、前記第１空気流路(21)を流れる空気を除湿する一方、前記第２ガス流路(12)を流れる排ガスの熱を利用して再生されるデシカント部材(30)と、前記デシカント部材(30)によって除湿された空気を前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に供給する第２空気流路(22)と、前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に冷却された空気を室内に供給する第３空気流路(23)と、室外空気を導入する外気導入流路と、前記外気導入流路の空気と前記第２空気流路の空気とを熱交換させる熱交換器とを備え、前記第２ガス流路には、前記熱交換器において加熱された前記外気導入流路の空気を取り入れ、該空気と該第２ガス流路の排ガスとを混合させる合流部が設けられているものである。
【００１７】
上記空気調和装置は、室外空気の方が室内空気よりも温度が低い場合に好適である。上記空気調和装置によれば、室内に供給される空気を、熱交換器を介してより低温の室外空気で冷却することができ、より効果的な空調が可能となる。
【００１８】
請求項４に係る空気調和装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の空気調和装置において、前記冷却器に供給される空気の前面風速が３ｍ／ｓ以上に設定されているものである。
【００１９】
仮に冷却器において空気が冷却除湿されるとすると、冷却器にはドレンが発生する。そして、供給される空気の前面風速が大きければ、ドレンが飛散しやすくなる。ところが、上記空気調和装置では、冷却器に対して除湿後の空気が供給されるため、冷却器におけるドレンの発生が抑制又は防止される。したがって、ドレンの飛散が抑制又は防止され、前面風速を従来以上に大きくすることが可能となる。その結果、装置のコンパクト化を促進することができる。
【００２０】
請求項５に係る空気調和装置は、発電機(1)の排ガスを導入する第１ガス流路(11)と、空気を冷却する冷却器(2)を有し、前記第１ガス流路(11)の排ガスを駆動熱源とする吸収式冷凍システム(3)と、前記吸収式冷凍システム(3)の駆動熱源として使用された後の排ガスを流通させる第２ガス流路(12)と、室外空気を導入する第１空気流路(21)と、前記第１空気流路(21)を流れる空気を除湿する一方、前記第２ガス流路(12)を流れる排ガスの熱を利用して再生されるデシカント部材(30)と、前記デシカント部材(30)によって除湿された空気を前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に供給する第２空気流路(22)と、前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に冷却された空気を室内に供給する第３空気流路(23)と、室内空気を導入する還気流路と、第１空気流路の室外空気と発電機からの排ガス又は該排ガスと還気流路からの室内空気との混合ガスとを熱交換させる熱交換器とを備え、前記デシカント部材の吸着部において前記還気流路の室内空気から水分を回収し、前記熱交換器で加熱された室外空気を前記デシカント部材の再生部で加湿して室内に供給する加湿暖房運転を実行するものである。
【００２１】
上記空気調和装置では、排ガスを直接利用しながらいわゆる無給水加湿を行うことができる。
【００２２】
請求項６に係る空気調和装置は、請求項５に記載の空気調和装置において、還気流路は、第２ガス流路に接続され、発電機の排ガスを第３ガス流路におけるデシカントロータと前記熱交換器との間に導く第４ガス流路と、前記第４ガス流路に設けられ、加湿暖房運転時には開放される一方、除湿冷房運転時には閉鎖される流路開閉手段と、前記第２ガス流路に設けられ、加湿暖房運転時には閉鎖される一方、除湿冷房運転時には開放される流路開閉手段とを更に備えているものである。
【００２３】
上記空気調和装置によれば、高温の排ガスを室内側に持ち込むことなく、室外空気の加熱やデシカント部材の再生に利用することができる。
【００２４】
請求項７に係る空気調和装置は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の空気調和装置において、前記吸収式冷凍システムは、吸収式冷凍機からなり、前記冷却器は、前記吸収式冷凍機の蒸発器からなっているものである。
【００２５】
通常、冷却器に供給される空気の温度は室内空気温度よりも高くなる（例えば、３５℃前後）。上記空気調和装置では、空気を冷却する冷却器が吸収式冷凍機の蒸発器自体で構成されているので、吸収式の冷凍サイクルの蒸発温度をより高くすることができる。したがって、効率的な運転が可能になる。
【００２６】
請求項８に係る空気調和装置は、請求項７に記載の空気調和装置において、前記吸収式冷凍機が複数段の吸収式冷凍機であるものである。
【００２７】
上記空気調和装置では、蒸発器を通過する空気の出入口温度差を大きく確保することができるため、複数段化による効率向上が十分に図られる。
【００２８】
請求項９に係る空気調和装置は、請求項１〜８のいずれか一つに記載の空気調和装置において、前記吸収式冷凍システムは、空冷式の吸収式冷凍機からなっているものである。
【００２９】
上記空気調和装置では、吸収式冷凍システムにおいて冷却水系統が不要となるので、メンテナンスが容易になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
そこで、先ず、本願発明の前提技術について説明した後、本願発明の実施形態を説明する。
【００３２】
〈前提技術〉
図１に示すように、本願発明の前提技術に係る空気調和システム(51)は、発電機(1)と空気調和装置(50)とヒートポンプ式の空気調和装置(52)とから構成されている。空気調和システム(51)はビルディング(45)に設置され、複数の部屋の空調を行うものである。
【００３３】
発電機(1)の種類は特に限定されるものではないが、例えば、マイクロガスタービン、固体電解質型燃料電池等の燃料電池などを好適に用いることができる。
【００３４】
空気調和装置(50)は、吸収式冷凍システム(3)とデシカント空調機(40)とを備えている。吸収式冷凍システム(3)は、吸収式冷凍機(6)と、吸収式冷凍機(6)の蒸発器（図示せず）で冷却された冷水が循環する水循環回路(7)と、水循環回路(7)に設けられ、冷水で空気を冷却する冷却器(2)とを有している。
【００３５】
デシカント空調機(40)には、デシカント部材としてのデシカントロータ(30)と、熱交換器(4)と、冷却器(2)とが設けられている。また、デシカント空調機(40)には、発電機(1)の排ガスを吸収式冷凍機(6)に導入する第１ガス流路(11)が設けられている。なお、吸収式冷凍機(6)は、第１ガス流路(11)から導入された排ガスを駆動熱源としている。また、デシカント空調機(40)には、吸収式冷凍機(6)で利用された排ガスをデシカントロータ(30)の再生部に導く第２ガス流路(12)と、デシカントロータ(30)を再生した後の排ガスを排出する第３ガス流路(13)とが設けられている。
【００３６】
更に、デシカント空調機(40)には、室外空気（外気）を導入してデシカントロータ(30)の吸着部に導く第１空気流路(21)と、デシカントロータ(30)によって除湿された空気を熱交換器(4)の一方の流路に導く第２空気流路(22)と、熱交換器(4)を通過した空気を室内に供給する第３空気流路(23)とが設けられている。なお、冷却器(2)は第３空気流路(23)に設けられ、第３空気流路(23)を流通する空気を冷却する。また、デシカント空調機(40)には、室内空気（還気）を熱交換器(4)の他方の流路に導く還気流路(24)が設けられている。第２ガス流路(12)には、熱交換器(4)からの還気を取り入れる合流部(12a)が形成され、還気と排ガスとが混合されるようになっている。
【００３７】
なお、合流部(12a)に還気の取り入れ量を調整する調整手段を設けてもよい。これにより、還気と排ガスとの混合割合を自由に調整することが可能となり、デシカントロータ(30)の再生部に供給する排ガス（厳密には、排ガスと空気との混合気体）の温度を調整することができる。調整手段には、例えばダンパー等を好適に用いることができる。
【００３８】
空気調和装置(52)は、相変化する冷媒（例えばフロン系冷媒）を用いた空気調和装置であり、室外に設けられた熱源機(53)と複数の室内機(54)とを備えている。本前提技術では、室内の潜熱負荷は専ら空気調和装置(50)によって処理されるため、空気調和装置(52)は、冷媒の蒸発温度を調節することによって主として顕熱負荷を処理する。図示は省略するが、空気調和装置(52)はインバータ圧縮機を備えており、冷媒回路の低圧側圧力に基づいて上記インバータ圧縮機の制御が行われる。このように圧力を制御することにより、応答性の良い制御が可能となる。
【００３９】
発電機(1)、吸収式冷凍機(6)及びデシカント空調機(40)は、屋上に設置されている（室外設置）。そして、室内からの還気及び室内への給気を行う流路（本前提技術では第３空気流路(23)及び還気流路(24)）は、建物を縦方向に貫通するダクトによって形成されている。図示は省略するが、各流路にはファン等の送風手段が適宜設けられている。
【００４０】
なお、空気調和装置(50)及び空気調和装置(52)の各機器は、外部の電力を用いて運転されてもよく、あるいは外部の電力を用いずに発電機(1)からの電力で運転されるように構成されていてもよい。
【００４１】
次に、空気調和システム(51)の動作について説明する。
【００４２】
空気調和装置(52)においては、室内機(54)によって室内空気が冷却される。発電機(1)においては、空気と燃料とが供給され、発電動作が行われる。
【００４３】
発電機(1)で生じた高温（例えば２７０℃程度）の排ガスは、第１ガス流路(11)を通じて吸収式冷凍機(6)に供給される。この排ガスは吸収式冷凍機(6)の駆動熱源として用いられた後、第２ガス流路(12)を通じてデシカントロータ(30)の再生部に供給される。その際、第２ガス流路(12)の排ガスは、合流部(12a)において室内からの還気と混合され、デシカントロータ(30)に適した所定の温度になる。デシカントロータ(30)を再生した排ガスは、第３ガス流路(13)を通じて外部に排出される。
【００４４】
第１空気流路(21)に吸い込まれた外気は、デシカントロータ(30)の吸着部で除湿された後、第２空気流路(22)を通じて熱交換器(4)に流入する。熱交換器(4)において、上記外気は還気流路(24)からの還気と熱交換を行い、冷却される。そして、熱交換器(4)において冷却された上記外気は、冷却器(2)によって更に冷却され、低温の空気となって第３空気流路(23)から各部屋に供給される。
【００４５】
なお、図１の点Ａ１〜Ａ９の位置における空気の状態は、それぞれ図２の空気線図上の点Ａ１〜Ａ９の通りである。
【００４６】
以上のように、本前提技術によれば、室内に外気を導入する空気系統は第３空気流路(23)のみであり、室内に外気を導入する空気系統が１つで足りるため、大がかりなダクト工事が不要になる。
【００４７】
また、従来のように冷却水を介して発電機(1)の排熱を間接的に利用するのではなく、発電機(1)からの排ガスを吸収式冷凍機(6)の駆動熱源及びデシカントロータ(30)の再生用流体として直接的に利用するので、発電機(1)の排熱の利用効率が向上する。
【００４８】
排ガスを吸収式冷凍機(6)、デシカントロータ(30)の順に段階的に利用するので、デシカントロータ(30)の再生温度を高温に維持しつつ、排ガスの有効利用を図ることができる。再生温度が高い分、デシカントロータ(30)の除湿能力を向上させることができる。したがって、外気を低湿度まで除湿して室内に供給することが可能となる。
【００４９】
吸収式冷凍機(6)からの排ガスを、室内からの還気と混合させた後にデシカントロータ(30)の再生部に供給することとしているので、排ガスの温度を低下させてから再生部に供給することができる。排ガスと還気との混合割合を調整することとすれば、再生部に供給される排ガスの温度を調節することができ、デシカントロータ(30)の特性に応じた温度の排ガスを供給することが可能となる。
【００５０】
なお、冷却器(2)には、デシカントロータ(30)で除湿されて乾燥した空気が供給されるため、当該空気が冷却器(2)で除湿されることはほとんどない。そのため、冷却器(2)に対する前面風速を大きくしても、ドレンの飛散に伴う問題（いわゆる露飛び等）は生じにくい。したがって、冷却器(2)に対する空気の風速を大きくする（例えば、３ｍ／ｓ以上）ことが好ましい。このことにより、ダクトを大型化することなく、風速を上げることによって室内への供給風量を増加させることができる。したがって、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００５１】
空気調和装置(50)で除湿を行うことにより、空気調和装置(52)における除湿は不要となる。そのため、除湿を全く行わない状態又はほとんど行わない状態（以下、単に除湿を行わない状態という）で空気調和装置(52)を運転することが可能となり、熱源機(53)における冷媒蒸発温度を高くする等、高効率な運転が可能となる。更に、室内機(54)ではドレンが発生しない、又はほとんど発生しないため、室内機(54)の衛生状態を向上させることができる。また、室内機(54)のドレン配管が不要となり、施工の簡単化を図ることができる。
【００５２】
空気調和装置(50)だけでも相当程度の冷房能力を発揮するため、冷房負荷の比較的少ないいわゆる中間期においては、空気調和装置(52)の運転を行わずに室内を冷房することが可能となる。
【００５３】
空気調和装置(52)の熱源機(53)、発電機(1)、吸収式冷凍機(6)、及びデシカント空調機(40)が屋上に設置されており、外気処理をすべて屋上で行うことができるので、設置工事が容易であり、建物内に余分な設置スペースを設ける必要がなくなる。
【００５４】
〈実施形態１〉
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００５５】
実施形態１は、上述した前提技術のデシカント空調機(40)に変更を加えたものである。デシカント空調機(40)以外の構成は前提技術と同様であるので、以下ではデシカント空調機(40)のみを説明することとする。
【００５６】
図３に示すように、本実施形態のデシカント空調機(40)は、デシカント部材として、第１及び第２のデシカントロータ(31,32)を備えている。第１デシカントロータ(31)の吸着部は第１空気流路(21)の上流側に設けられ、第２デシカントロータ(32)の吸着部は、第１空気流路(21)における第１デシカントロータ(31)の下流側に設けられている。第１デシカントロータ(31)の再生部は、第２空気流路(22)に設けられている。一方、第２デシカントロータ(32)の再生部は、第２ガス流路(12)に設けられている。
【００５７】
本実施形態では、第１空気流路(21)から取り入れられた外気は、第１デシカントロータ(31)及び第２デシカントロータ(32)によって段階的に除湿される。除湿後の空気は、熱交換器(4)を介して還気流路(24)からの還気によって冷却される。熱交換器(4)を流出した空気は、第１デシカントロータ(31)の再生部を再生し、自らは加湿冷却される。加湿冷却された空気は、冷却器(2)によって更に冷却され、第３空気流路(23)を通じて各部屋に供給される。
【００５８】
第２ガス流路(12)では、吸収式冷凍機(6)からの排ガスが還気流路(24)からの還気と混合され、第２デシカントロータ(32)の再生部を再生する。第２デシカントロータ(32)を再生した後の排ガスは、第３ガス流路(13)から外部に排出される。
【００５９】
なお、図３の点Ｂ１〜Ｂ１０の位置における空気の状態は、それぞれ図４の空気線図上の点Ｂ１〜Ｂ１０の通りである。
【００６０】
本実施形態によれば、第１及び第２デシカントロータ(31,32)によって一旦必要絶対湿度以下に除湿した外気を、第１デシカントロータ(31)の再生部で加湿冷却することとしたので、冷却器(2)に供給される空気の温度を低下させることができる。そのため、吸収式冷凍機(6)の冷凍負荷を低減することができ、吸収式冷凍機(6)の効率を向上させることができる。
【００６１】
なお、図５に示すように、還気流路(24)における熱交換器(4)の上流側に、加湿冷却器(5)を設けるようにしてもよい。このことにより、熱交換器(4)に流入する還気の温度が低下するので、熱交換器(4)において、外気はより低温にまで冷却される。したがって、冷却器(2)に供給される空気の温度がより低下し、吸収式冷凍機(6)の効率を更に向上させることができる。
【００６２】
また、図６に示すように、還気に代えて外気を加湿冷却器(5)及び熱交換器(4)に供給するようにしてもよい。室内よりも室外の方が温度が低い場合には、還気よりも外気を用いた方が熱交換器(4)における冷却能力が大きくなる。そのため、還気流路(24)に代えて（又は還気流路(24)と共に）外気導入流路(25)を設け、熱交換器(4)に外気を導入することにより、より効果的な空調が可能となる。
【００６３】
〈実施形態２〉
実施形態２は、上述した前提技術に係る空気調和システム(51)を室内の暖房加湿が可能なように変更したものである。
【００６４】
図７に示すように、実施形態２に係るデシカント空調機(40)には、第３ガス流路(13)のガスと第１空気流路(21)の空気とを熱交換させる熱交換器(8)が設けられている。また、発電機(1)の排ガスを第３ガス流路(13)におけるデシカントロータ(30)と熱交換器(8)との間に導く第４ガス流路(61)が設けられている。なお、第２ガス流路(12)には流路開閉機構(62)が設けられ、第４ガス流路(61)には流路開閉機構(63)が設けられている。流路開閉機構(62,63)の種類は特に限定されないが、例えば開閉式のダンパ等を好適に用いることができる。
【００６５】
空気調和システム(51)による暖房加湿動作は、以下のようにして行われる。
【００６６】
すなわち、吸収式冷凍機(6)は運転を停止し、第２ガス流路(12)の流路開閉機構(62)は閉鎖され、第４ガス流路(61)の流路開閉機構(63)は開放される。そして、発電機(1)の排ガスは、第４ガス流路(61)を通じて第３ガス流路(13)に導かれる。
【００６７】
一方、還気流路(24)に回収された室内空気は、熱交換器(4)を通った後に第２ガス流路(12)に流入し、デシカントロータ(30)の吸着部を通過する。この際、室内空気の水分が吸着部に吸着される。吸着部を通過した空気は、第４ガス流路(61)からの排ガスと合流し、混合後の気体（以下、単に排ガスという）は熱交換器(8)に流入する。熱交換器(8)に流入した排ガスは、第１空気流路(21)から取り入れられた外気を加熱した後、室外に排出される。
【００６８】
熱交換器(8)において排ガスに加熱された外気は、デシカントロータ(30)の再生部に流入し、デシカントロータ(30)によって加湿される。加湿された空気は、熱交換器(4)を介して還気と熱交換を行い、還気によって加熱される。吸収式冷凍機(6)は運転を停止しているので、熱交換器(4)を流出した空気は、冷却器(2)によって冷却されることなく、第３空気流路(23)を介して各室内に供給される。
【００６９】
なお、図７の点Ｃ１〜Ｃ７の位置における空気の状態は、それぞれ図８の空気線図上の点Ｃ１〜Ｃ７の通りである。
【００７０】
本実施形態によれば、デシカントロータ(30)によって、還気に含まれる湿度を回収し、室内に供給することができる。したがって、いわゆる無給水加湿を実現することができる。
【００７１】
また、発電機(1)からの排ガスを室内に持ち込むことなく、外気の加熱及びデシカントロータ(30)の再生に利用することができる。
【００７２】
なお、場合によっては、暖房運転開始時に還気の絶対湿度が低く、湿度回収による加湿能力が小さいことも考えられる。そのような場合、加湿能力を確保しながら短時間で室内を所定の湿度にすることができるように、予め補助加湿装置を設けておき、暖房運転開始時には補助加湿装置を利用するようにしてもよい。
【００７３】
〈その他の実施形態〉
前記実施形態では、冷却器(2)には、吸収式冷凍機(6)の蒸発器で冷却された水が供給されていた。しかし、吸収式冷凍機(6)の蒸発器自体で外気を冷却するようにしてもよい。つまり、吸収式冷凍機(6)の蒸発器を冷却器(2)として利用するようにしてもよい。通常、冷却器(2)に供給される空気の温度は、室内空気の温度よりも高く、一般的な設計値では３５℃前後となる。したがって、吸収式冷凍機(6)の蒸発器を冷却器(2)として利用することにより、吸収サイクルの蒸発温度を高めることができ、効率的な運転が可能となる。
【００７４】
加えて、吸収式冷凍機(6)を２段又は３段以上の吸収式冷凍機で構成してもよい。上記実施形態は、蒸発器における空気の出入口温度差を大きく確保することができるため、多段吸収サイクルを組みやすいという特徴を有している。多段式の吸収式冷凍機を用いることにより、より効率的な運転が可能となる。
【００７５】
吸収式冷凍機(6)は水冷式であってもよく、空冷式であってもよい。空冷式の吸収式冷凍機を用いることとすれば、冷却水系統が不要となり、メンテナンスが容易になる。
【００７６】
空気調和装置(52)の種類も特に限定されるものではない。空気調和装置(52)は、冷却媒体が水又は水を主成分とした液体からなり、熱源機(53)によって冷却媒体の温度制御を行うものであってもよい。例えば、冷却媒体としても水を用い、室内機(54)における水の温度が所定温度になるように熱源機(53)の容量制御を行うようにしてもよい。このような水温制御を行うことにより、安定性に優れた制御が可能となる。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、外気を室内に取り入れる空気系統が１つで足りるので、設置工事の簡単化を図ることができる。また、発電機の排熱を従来以上に有効に活用することができるので、除湿能力の向上を図ることができる。
【００７８】
また、室内空気から回収した熱と排ガスの熱との双方をデシカント部材の再生に利用することができる。
【００７９】
また、吸収式冷凍システムの冷却器に供給される空気の温度を下げることができ、吸収式冷凍システムの負荷を低減することができる。
【００８０】
請求項２に係る発明によれば、吸収式冷凍システムの負荷をより一層低減することができる。
【００８１】
請求項３に係る発明によれば、外気を室内に取り入れる空気系統が１つで足りるので、設置工事の簡単化を図ることができる。また、発電機の排熱を従来以上に有効に活用することができるので、除湿能力の向上を図ることができる。
【００８２】
また、室内に供給される空気をより低温の室外空気で冷却することができ、更に効果的な空調が可能となる。
【００８３】
請求項４に係る発明によれば、ドレンの飛散を抑制又は防止しながら、前面風速を従来以上に大きくすることが可能となる。その結果、装置のコンパクト化を促進することができる。
【００８４】
請求項５に係る発明によれば、外気を室内に取り入れる空気系統が１つで足りるので、設置工事の簡単化を図ることができる。また、発電機の排熱を従来以上に有効に活用することができるので、除湿能力の向上を図ることができる。
【００８５】
また、排ガスを直接利用しながらいわゆる無給水加湿を行うことができる。
【００８６】
請求項６に係る発明によれば、高温の排ガスを室内側に持ち込むことなく室外空気の加熱やデシカント部材の再生に利用することができる。
【００８７】
請求項７に係る発明によれば、吸収式の冷凍サイクルの蒸発温度をより高くすることができ、効率的な運転が可能になる。
【００８８】
請求項８に係る発明によれば、蒸発器を通過する空気の出入口温度差を大きく確保することができ、複数段化による効率向上が十分に図られる。
【００８９】
請求項９に係る発明によれば、吸収式冷凍システムにおいて冷却水系統が不要となるので、メンテナンスが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 前提技術に係る空気調和システムの構成図である。
【図２】 前提技術に係る空気線図である。
【図３】 実施形態１に係るデシカント空調機の構成図である。
【図４】 実施形態１に係る空気線図である。
【図５】 実施形態１の変形例に係るデシカント空調機の構成図である。
【図６】 実施形態１の他の変形例に係るデシカント空調機の構成図である。
【図７】 実施形態２に係る空気調和システムの構成図である。
【図８】 実施形態２に係る空気線図である。
【符号の説明】
(1) 発電機
(2) 冷却器
(3) 吸収式冷凍システム
(4) 熱交換器
(5) 加湿冷却器
(6) 吸収式冷凍機
(7) 水循環回路
(11) 第１ガス流路
(12) 第２ガス流路
(21) 第１空気流路
(22) 第２空気流路
(23) 第３空気流路
(30) デシカントロータ
(40) デシカント空調機
(45) ビルディング
(51) 空気調和システム
(52) 空気調和装置
(53) 熱源機
(54) 室内機
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、吸収式冷凍システムとデシカント部材とを組み合わせると共に、発電機等の排熱を利用する空気調和装置が知られている。例えば、特許文献１には、燃料電池と吸収式冷凍装置とデシカント空調機とを組み合わせることにより、エネルギー効率の向上を図った空気調和装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２７４７３４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記空気調和装置では、室外から室内に外気を直接導入しつつ、室内から装置内に取り入れた室内空気（還気）をデシカントロータで除湿し、除湿後の空気を再び室内に供給する一方、室外から装置内に外気を取り入れ、この外気を用いてデシカントロータの再生を行っていた。そのため、外気を取り入れる空気系統として、室外から室内に外気を直接導入する系統と、デシカントロータの再生用に外気を取り入れる系統とが必要であった。しかし、外気を取り入れる空気系統を２つ別々に設けることは、多大な労力及びコストを要することとなった。特に、上記空気調和装置を多層階のビルディングなどの大規模建築物に設置する場合等には、ダクト工事が大がかりになり、非常に面倒であった。
【０００５】
また、上記空気調和装置では、燃料電池を冷却して高温になった冷却水によって外気を加熱し、そのうえで当該外気でデシカントロータを再生していた。そのため、燃料電池の排熱を利用しているものの、燃料電池の高温の排ガスを間接的に利用しているに過ぎず、エネルギーの利用効率が十分高いとは言い難かった。また、デシカントロータの再生温度を十分高くすることが困難であり、その分、除湿能力の向上に限界があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、吸収式冷凍システムとデシカント部材とを備え且つ排熱を利用する空気調和装置において、設置工事の簡単化を図ることを目的とする。また、排熱の利用効率の向上を図り、デシカント部材の除湿能力の向上を図ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る空気調和装置は、発電機の排ガスを導入する第１ガス流路と、空気を冷却する冷却器を有し、前記第１ガス流路の排ガスを駆動熱源とする吸収式冷凍システムと、前記吸収式冷凍システムの駆動熱源として使用された後の排ガスを流通させる第２ガス流路と、室外空気を導入する第１空気流路と、前記第１空気流路を流れる空気を除湿する一方、前記第２ガス流路を流れる排ガスの熱を利用して再生されるデシカント部材と、前記デシカント部材によって除湿された空気を前記吸収式冷凍システムの冷却器に供給する第２空気流路と、前記吸収式冷凍システムの冷却器に冷却された空気を室内に供給する第３空気流路とを備えているものである。
【０００８】
更に、請求項１に係る空気調和装置は、室内空気を導入する還気流路と、前記還気流路の空気と前記第２空気流路の空気とを熱交換させる熱交換器とを備え、前記第２ガス流路には、前記熱交換器において加熱された後の前記還気流路の空気を取り入れ、該空気と該第２ガス流路の排ガスとを混合させる合流部が設けられているものである。
【０００９】
加えて、請求項１に係る空気調和装置は、前記デシカント部材は、空気を段階的に除湿する第１及び第２のデシカントロータからなり、前記熱交換器は、前記第１及び第２デシカントロータで除湿された空気と前記還気流路の空気とを熱交換させるように構成され、前記第１デシカントロータは、前記熱交換器を流出した後の第２空気流路の空気によって再生されると共に該空気を加湿冷却するように構成され、前記第２デシカントロータは、前記第２ガス流路の排ガスと前記還気流路の空気との混合気体により再生されるように構成されているものである。
【００１０】
上記空気調和装置では、第１空気流路に導入された室外空気は、デシカント部材で除湿され、吸収式冷凍システムの冷却器で冷却されてから、第３空気流路を通じて室内に供給される。室外空気を室内に導入する空気系統は第３空気流路のみで足りるので、別個独立した２つの系統を設ける必要がなく、設置工事の簡単化を図ることができる。また、発電機の排ガスは吸収式冷凍システム、デシカント部材の順に流通し、温水を用いることなく発電機の排熱が有効活用される。このように、排熱をカスケード式に有効利用しながら、デシカント部材の再生温度を高く維持することができ、その分だけ、デシカント部材の除湿能力を向上させることができる。したがって、空気をより低湿度まで除湿することが可能となる。
【００１１】
また、上記空気調和装置では、上記熱交換器を介して室内空気の熱が回収され、この室内空気から回収した熱と排ガスの熱との双方をデシカント部材の再生に利用することができる。
【００１２】
なお、還気流路の空気と排ガスとの混合割合を調整する調整手段を設けることとすれば、デシカント部材の再生に用いられる混合気体の温度を適宜調整することが可能となり、デシカント部材の特性に応じた再生動作を行わせることができる。
【００１３】
また、上記空気調和装置によれば、第１及び第２デシカントロータによって一旦必要絶対湿度以下に除湿された空気は、上記熱交換器を介して室内からの還気によって冷却された後、第１デシカントロータの再生部において加湿冷却される。そのため、吸収式冷凍システムの冷却器に供給される空気の温度を下げることができ、吸収式冷凍システムの負荷を低減することができる。
【００１４】
請求項２に係る空気調和装置は、請求項１に記載の空気調和装置において、前記還気流路における前記熱交換器の上流側に、加湿冷却器が設けられているものである。
【００１５】
上記空気調和装置によれば、吸収式冷凍システムの冷却器に供給される空気が加湿冷却器によって冷却されるので、その温度が更に低下する。そのため、吸収式冷凍システムの負荷をより一層低減することができる。
【００１６】
請求項３に係る空気調和装置は、発電機(1)の排ガスを導入する第１ガス流路(11)と、空気を冷却する冷却器(2)を有し、前記第１ガス流路(11)の排ガスを駆動熱源とする吸収式冷凍システム(3)と、前記吸収式冷凍システム(3)の駆動熱源として使用された後の排ガスを流通させる第２ガス流路(12)と、室外空気を導入する第１空気流路(21)と、前記第１空気流路(21)を流れる空気を除湿する一方、前記第２ガス流路(12)を流れる排ガスの熱を利用して再生されるデシカント部材(30)と、前記デシカント部材(30)によって除湿された空気を前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に供給する第２空気流路(22)と、前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に冷却された空気を室内に供給する第３空気流路(23)と、室外空気を導入する外気導入流路と、前記外気導入流路の空気と前記第２空気流路の空気とを熱交換させる熱交換器とを備え、前記第２ガス流路には、前記熱交換器において加熱された前記外気導入流路の空気を取り入れ、該空気と該第２ガス流路の排ガスとを混合させる合流部が設けられているものである。
【００１７】
上記空気調和装置は、室外空気の方が室内空気よりも温度が低い場合に好適である。上記空気調和装置によれば、室内に供給される空気を、熱交換器を介してより低温の室外空気で冷却することができ、より効果的な空調が可能となる。
【００１８】
請求項４に係る空気調和装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の空気調和装置において、前記冷却器に供給される空気の前面風速が３ｍ／ｓ以上に設定されているものである。
【００１９】
仮に冷却器において空気が冷却除湿されるとすると、冷却器にはドレンが発生する。そして、供給される空気の前面風速が大きければ、ドレンが飛散しやすくなる。ところが、上記空気調和装置では、冷却器に対して除湿後の空気が供給されるため、冷却器におけるドレンの発生が抑制又は防止される。したがって、ドレンの飛散が抑制又は防止され、前面風速を従来以上に大きくすることが可能となる。その結果、装置のコンパクト化を促進することができる。
【００２０】
請求項５に係る空気調和装置は、発電機(1)の排ガスを導入する第１ガス流路(11)と、空気を冷却する冷却器(2)を有し、前記第１ガス流路(11)の排ガスを駆動熱源とする吸収式冷凍システム(3)と、前記吸収式冷凍システム(3)の駆動熱源として使用された後の排ガスを流通させる第２ガス流路(12)と、室外空気を導入する第１空気流路(21)と、前記第１空気流路(21)を流れる空気を除湿する一方、前記第２ガス流路(12)を流れる排ガスの熱を利用して再生されるデシカント部材(30)と、前記デシカント部材(30)によって除湿された空気を前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に供給する第２空気流路(22)と、前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に冷却された空気を室内に供給する第３空気流路(23)と、室内空気を導入する還気流路と、第１空気流路の室外空気と発電機からの排ガス又は該排ガスと還気流路からの室内空気との混合ガスとを熱交換させる熱交換器とを備え、前記デシカント部材の吸着部において前記還気流路の室内空気から水分を回収し、前記熱交換器で加熱された室外空気を前記デシカント部材の再生部で加湿して室内に供給する加湿暖房運転を実行するものである。
【００２１】
上記空気調和装置では、排ガスを直接利用しながらいわゆる無給水加湿を行うことができる。
【００２２】
請求項６に係る空気調和装置は、請求項５に記載の空気調和装置において、還気流路は、第２ガス流路に接続され、発電機の排ガスを第３ガス流路におけるデシカントロータと前記熱交換器との間に導く第４ガス流路と、前記第４ガス流路に設けられ、加湿暖房運転時には開放される一方、除湿冷房運転時には閉鎖される流路開閉手段と、前記第２ガス流路に設けられ、加湿暖房運転時には閉鎖される一方、除湿冷房運転時には開放される流路開閉手段とを更に備えているものである。
【００２３】
上記空気調和装置によれば、高温の排ガスを室内側に持ち込むことなく、室外空気の加熱やデシカント部材の再生に利用することができる。
【００２４】
請求項７に係る空気調和装置は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の空気調和装置において、前記吸収式冷凍システムは、吸収式冷凍機からなり、前記冷却器は、前記吸収式冷凍機の蒸発器からなっているものである。
【００２５】
通常、冷却器に供給される空気の温度は室内空気温度よりも高くなる（例えば、３５℃前後）。上記空気調和装置では、空気を冷却する冷却器が吸収式冷凍機の蒸発器自体で構成されているので、吸収式の冷凍サイクルの蒸発温度をより高くすることができる。したがって、効率的な運転が可能になる。
【００２６】
請求項８に係る空気調和装置は、請求項７に記載の空気調和装置において、前記吸収式冷凍機が複数段の吸収式冷凍機であるものである。
【００２７】
上記空気調和装置では、蒸発器を通過する空気の出入口温度差を大きく確保することができるため、複数段化による効率向上が十分に図られる。
【００２８】
請求項９に係る空気調和装置は、請求項１〜８のいずれか一つに記載の空気調和装置において、前記吸収式冷凍システムは、空冷式の吸収式冷凍機からなっているものである。
【００２９】
上記空気調和装置では、吸収式冷凍システムにおいて冷却水系統が不要となるので、メンテナンスが容易になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
そこで、先ず、本願発明の前提技術について説明した後、本願発明の実施形態を説明する。
【００３２】
〈前提技術〉
図１に示すように、本願発明の前提技術に係る空気調和システム(51)は、発電機(1)と空気調和装置(50)とヒートポンプ式の空気調和装置(52)とから構成されている。空気調和システム(51)はビルディング(45)に設置され、複数の部屋の空調を行うものである。
【００３３】
発電機(1)の種類は特に限定されるものではないが、例えば、マイクロガスタービン、固体電解質型燃料電池等の燃料電池などを好適に用いることができる。
【００３４】
空気調和装置(50)は、吸収式冷凍システム(3)とデシカント空調機(40)とを備えている。吸収式冷凍システム(3)は、吸収式冷凍機(6)と、吸収式冷凍機(6)の蒸発器（図示せず）で冷却された冷水が循環する水循環回路(7)と、水循環回路(7)に設けられ、冷水で空気を冷却する冷却器(2)とを有している。
【００３５】
デシカント空調機(40)には、デシカント部材としてのデシカントロータ(30)と、熱交換器(4)と、冷却器(2)とが設けられている。また、デシカント空調機(40)には、発電機(1)の排ガスを吸収式冷凍機(6)に導入する第１ガス流路(11)が設けられている。なお、吸収式冷凍機(6)は、第１ガス流路(11)から導入された排ガスを駆動熱源としている。また、デシカント空調機(40)には、吸収式冷凍機(6)で利用された排ガスをデシカントロータ(30)の再生部に導く第２ガス流路(12)と、デシカントロータ(30)を再生した後の排ガスを排出する第３ガス流路(13)とが設けられている。
【００３６】
更に、デシカント空調機(40)には、室外空気（外気）を導入してデシカントロータ(30)の吸着部に導く第１空気流路(21)と、デシカントロータ(30)によって除湿された空気を熱交換器(4)の一方の流路に導く第２空気流路(22)と、熱交換器(4)を通過した空気を室内に供給する第３空気流路(23)とが設けられている。なお、冷却器(2)は第３空気流路(23)に設けられ、第３空気流路(23)を流通する空気を冷却する。また、デシカント空調機(40)には、室内空気（還気）を熱交換器(4)の他方の流路に導く還気流路(24)が設けられている。第２ガス流路(12)には、熱交換器(4)からの還気を取り入れる合流部(12a)が形成され、還気と排ガスとが混合されるようになっている。
【００３７】
なお、合流部(12a)に還気の取り入れ量を調整する調整手段を設けてもよい。これにより、還気と排ガスとの混合割合を自由に調整することが可能となり、デシカントロータ(30)の再生部に供給する排ガス（厳密には、排ガスと空気との混合気体）の温度を調整することができる。調整手段には、例えばダンパー等を好適に用いることができる。
【００３８】
空気調和装置(52)は、相変化する冷媒（例えばフロン系冷媒）を用いた空気調和装置であり、室外に設けられた熱源機(53)と複数の室内機(54)とを備えている。本前提技術では、室内の潜熱負荷は専ら空気調和装置(50)によって処理されるため、空気調和装置(52)は、冷媒の蒸発温度を調節することによって主として顕熱負荷を処理する。図示は省略するが、空気調和装置(52)はインバータ圧縮機を備えており、冷媒回路の低圧側圧力に基づいて上記インバータ圧縮機の制御が行われる。このように圧力を制御することにより、応答性の良い制御が可能となる。
【００３９】
発電機(1)、吸収式冷凍機(6)及びデシカント空調機(40)は、屋上に設置されている（室外設置）。そして、室内からの還気及び室内への給気を行う流路（本前提技術では第３空気流路(23)及び還気流路(24)）は、建物を縦方向に貫通するダクトによって形成されている。図示は省略するが、各流路にはファン等の送風手段が適宜設けられている。
【００４０】
なお、空気調和装置(50)及び空気調和装置(52)の各機器は、外部の電力を用いて運転されてもよく、あるいは外部の電力を用いずに発電機(1)からの電力で運転されるように構成されていてもよい。
【００４１】
次に、空気調和システム(51)の動作について説明する。
【００４２】
空気調和装置(52)においては、室内機(54)によって室内空気が冷却される。発電機(1)においては、空気と燃料とが供給され、発電動作が行われる。
【００４３】
発電機(1)で生じた高温（例えば２７０℃程度）の排ガスは、第１ガス流路(11)を通じて吸収式冷凍機(6)に供給される。この排ガスは吸収式冷凍機(6)の駆動熱源として用いられた後、第２ガス流路(12)を通じてデシカントロータ(30)の再生部に供給される。その際、第２ガス流路(12)の排ガスは、合流部(12a)において室内からの還気と混合され、デシカントロータ(30)に適した所定の温度になる。デシカントロータ(30)を再生した排ガスは、第３ガス流路(13)を通じて外部に排出される。
【００４４】
第１空気流路(21)に吸い込まれた外気は、デシカントロータ(30)の吸着部で除湿された後、第２空気流路(22)を通じて熱交換器(4)に流入する。熱交換器(4)において、上記外気は還気流路(24)からの還気と熱交換を行い、冷却される。そして、熱交換器(4)において冷却された上記外気は、冷却器(2)によって更に冷却され、低温の空気となって第３空気流路(23)から各部屋に供給される。
【００４５】
なお、図１の点Ａ１〜Ａ９の位置における空気の状態は、それぞれ図２の空気線図上の点Ａ１〜Ａ９の通りである。
【００４６】
以上のように、本前提技術によれば、室内に外気を導入する空気系統は第３空気流路(23)のみであり、室内に外気を導入する空気系統が１つで足りるため、大がかりなダクト工事が不要になる。
【００４７】
また、従来のように冷却水を介して発電機(1)の排熱を間接的に利用するのではなく、発電機(1)からの排ガスを吸収式冷凍機(6)の駆動熱源及びデシカントロータ(30)の再生用流体として直接的に利用するので、発電機(1)の排熱の利用効率が向上する。
【００４８】
排ガスを吸収式冷凍機(6)、デシカントロータ(30)の順に段階的に利用するので、デシカントロータ(30)の再生温度を高温に維持しつつ、排ガスの有効利用を図ることができる。再生温度が高い分、デシカントロータ(30)の除湿能力を向上させることができる。したがって、外気を低湿度まで除湿して室内に供給することが可能となる。
【００４９】
吸収式冷凍機(6)からの排ガスを、室内からの還気と混合させた後にデシカントロータ(30)の再生部に供給することとしているので、排ガスの温度を低下させてから再生部に供給することができる。排ガスと還気との混合割合を調整することとすれば、再生部に供給される排ガスの温度を調節することができ、デシカントロータ(30)の特性に応じた温度の排ガスを供給することが可能となる。
【００５０】
なお、冷却器(2)には、デシカントロータ(30)で除湿されて乾燥した空気が供給されるため、当該空気が冷却器(2)で除湿されることはほとんどない。そのため、冷却器(2)に対する前面風速を大きくしても、ドレンの飛散に伴う問題（いわゆる露飛び等）は生じにくい。したがって、冷却器(2)に対する空気の風速を大きくする（例えば、３ｍ／ｓ以上）ことが好ましい。このことにより、ダクトを大型化することなく、風速を上げることによって室内への供給風量を増加させることができる。したがって、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００５１】
空気調和装置(50)で除湿を行うことにより、空気調和装置(52)における除湿は不要となる。そのため、除湿を全く行わない状態又はほとんど行わない状態（以下、単に除湿を行わない状態という）で空気調和装置(52)を運転することが可能となり、熱源機(53)における冷媒蒸発温度を高くする等、高効率な運転が可能となる。更に、室内機(54)ではドレンが発生しない、又はほとんど発生しないため、室内機(54)の衛生状態を向上させることができる。また、室内機(54)のドレン配管が不要となり、施工の簡単化を図ることができる。
【００５２】
空気調和装置(50)だけでも相当程度の冷房能力を発揮するため、冷房負荷の比較的少ないいわゆる中間期においては、空気調和装置(52)の運転を行わずに室内を冷房することが可能となる。
【００５３】
空気調和装置(52)の熱源機(53)、発電機(1)、吸収式冷凍機(6)、及びデシカント空調機(40)が屋上に設置されており、外気処理をすべて屋上で行うことができるので、設置工事が容易であり、建物内に余分な設置スペースを設ける必要がなくなる。
【００５４】
〈実施形態１〉
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００５５】
実施形態１は、上述した前提技術のデシカント空調機(40)に変更を加えたものである。デシカント空調機(40)以外の構成は前提技術と同様であるので、以下ではデシカント空調機(40)のみを説明することとする。
【００５６】
図３に示すように、本実施形態のデシカント空調機(40)は、デシカント部材として、第１及び第２のデシカントロータ(31,32)を備えている。第１デシカントロータ(31)の吸着部は第１空気流路(21)の上流側に設けられ、第２デシカントロータ(32)の吸着部は、第１空気流路(21)における第１デシカントロータ(31)の下流側に設けられている。第１デシカントロータ(31)の再生部は、第２空気流路(22)に設けられている。一方、第２デシカントロータ(32)の再生部は、第２ガス流路(12)に設けられている。
【００５７】
本実施形態では、第１空気流路(21)から取り入れられた外気は、第１デシカントロータ(31)及び第２デシカントロータ(32)によって段階的に除湿される。除湿後の空気は、熱交換器(4)を介して還気流路(24)からの還気によって冷却される。熱交換器(4)を流出した空気は、第１デシカントロータ(31)の再生部を再生し、自らは加湿冷却される。加湿冷却された空気は、冷却器(2)によって更に冷却され、第３空気流路(23)を通じて各部屋に供給される。
【００５８】
第２ガス流路(12)では、吸収式冷凍機(6)からの排ガスが還気流路(24)からの還気と混合され、第２デシカントロータ(32)の再生部を再生する。第２デシカントロータ(32)を再生した後の排ガスは、第３ガス流路(13)から外部に排出される。
【００５９】
なお、図３の点Ｂ１〜Ｂ１０の位置における空気の状態は、それぞれ図４の空気線図上の点Ｂ１〜Ｂ１０の通りである。
【００６０】
本実施形態によれば、第１及び第２デシカントロータ(31,32)によって一旦必要絶対湿度以下に除湿した外気を、第１デシカントロータ(31)の再生部で加湿冷却することとしたので、冷却器(2)に供給される空気の温度を低下させることができる。そのため、吸収式冷凍機(6)の冷凍負荷を低減することができ、吸収式冷凍機(6)の効率を向上させることができる。
【００６１】
なお、図５に示すように、還気流路(24)における熱交換器(4)の上流側に、加湿冷却器(5)を設けるようにしてもよい。このことにより、熱交換器(4)に流入する還気の温度が低下するので、熱交換器(4)において、外気はより低温にまで冷却される。したがって、冷却器(2)に供給される空気の温度がより低下し、吸収式冷凍機(6)の効率を更に向上させることができる。
【００６２】
また、図６に示すように、還気に代えて外気を加湿冷却器(5)及び熱交換器(4)に供給するようにしてもよい。室内よりも室外の方が温度が低い場合には、還気よりも外気を用いた方が熱交換器(4)における冷却能力が大きくなる。そのため、還気流路(24)に代えて（又は還気流路(24)と共に）外気導入流路(25)を設け、熱交換器(4)に外気を導入することにより、より効果的な空調が可能となる。
【００６３】
〈実施形態２〉
実施形態２は、上述した前提技術に係る空気調和システム(51)を室内の暖房加湿が可能なように変更したものである。
【００６４】
図７に示すように、実施形態２に係るデシカント空調機(40)には、第３ガス流路(13)のガスと第１空気流路(21)の空気とを熱交換させる熱交換器(8)が設けられている。また、発電機(1)の排ガスを第３ガス流路(13)におけるデシカントロータ(30)と熱交換器(8)との間に導く第４ガス流路(61)が設けられている。なお、第２ガス流路(12)には流路開閉機構(62)が設けられ、第４ガス流路(61)には流路開閉機構(63)が設けられている。流路開閉機構(62,63)の種類は特に限定されないが、例えば開閉式のダンパ等を好適に用いることができる。
【００６５】
空気調和システム(51)による暖房加湿動作は、以下のようにして行われる。
【００６６】
すなわち、吸収式冷凍機(6)は運転を停止し、第２ガス流路(12)の流路開閉機構(62)は閉鎖され、第４ガス流路(61)の流路開閉機構(63)は開放される。そして、発電機(1)の排ガスは、第４ガス流路(61)を通じて第３ガス流路(13)に導かれる。
【００６７】
一方、還気流路(24)に回収された室内空気は、熱交換器(4)を通った後に第２ガス流路(12)に流入し、デシカントロータ(30)の吸着部を通過する。この際、室内空気の水分が吸着部に吸着される。吸着部を通過した空気は、第４ガス流路(61)からの排ガスと合流し、混合後の気体（以下、単に排ガスという）は熱交換器(8)に流入する。熱交換器(8)に流入した排ガスは、第１空気流路(21)から取り入れられた外気を加熱した後、室外に排出される。
【００６８】
熱交換器(8)において排ガスに加熱された外気は、デシカントロータ(30)の再生部に流入し、デシカントロータ(30)によって加湿される。加湿された空気は、熱交換器(4)を介して還気と熱交換を行い、還気によって加熱される。吸収式冷凍機(6)は運転を停止しているので、熱交換器(4)を流出した空気は、冷却器(2)によって冷却されることなく、第３空気流路(23)を介して各室内に供給される。
【００６９】
なお、図７の点Ｃ１〜Ｃ７の位置における空気の状態は、それぞれ図８の空気線図上の点Ｃ１〜Ｃ７の通りである。
【００７０】
本実施形態によれば、デシカントロータ(30)によって、還気に含まれる湿度を回収し、室内に供給することができる。したがって、いわゆる無給水加湿を実現することができる。
【００７１】
また、発電機(1)からの排ガスを室内に持ち込むことなく、外気の加熱及びデシカントロータ(30)の再生に利用することができる。
【００７２】
なお、場合によっては、暖房運転開始時に還気の絶対湿度が低く、湿度回収による加湿能力が小さいことも考えられる。そのような場合、加湿能力を確保しながら短時間で室内を所定の湿度にすることができるように、予め補助加湿装置を設けておき、暖房運転開始時には補助加湿装置を利用するようにしてもよい。
【００７３】
〈その他の実施形態〉
前記実施形態では、冷却器(2)には、吸収式冷凍機(6)の蒸発器で冷却された水が供給されていた。しかし、吸収式冷凍機(6)の蒸発器自体で外気を冷却するようにしてもよい。つまり、吸収式冷凍機(6)の蒸発器を冷却器(2)として利用するようにしてもよい。通常、冷却器(2)に供給される空気の温度は、室内空気の温度よりも高く、一般的な設計値では３５℃前後となる。したがって、吸収式冷凍機(6)の蒸発器を冷却器(2)として利用することにより、吸収サイクルの蒸発温度を高めることができ、効率的な運転が可能となる。
【００７４】
加えて、吸収式冷凍機(6)を２段又は３段以上の吸収式冷凍機で構成してもよい。上記実施形態は、蒸発器における空気の出入口温度差を大きく確保することができるため、多段吸収サイクルを組みやすいという特徴を有している。多段式の吸収式冷凍機を用いることにより、より効率的な運転が可能となる。
【００７５】
吸収式冷凍機(6)は水冷式であってもよく、空冷式であってもよい。空冷式の吸収式冷凍機を用いることとすれば、冷却水系統が不要となり、メンテナンスが容易になる。
【００７６】
空気調和装置(52)の種類も特に限定されるものではない。空気調和装置(52)は、冷却媒体が水又は水を主成分とした液体からなり、熱源機(53)によって冷却媒体の温度制御を行うものであってもよい。例えば、冷却媒体としても水を用い、室内機(54)における水の温度が所定温度になるように熱源機(53)の容量制御を行うようにしてもよい。このような水温制御を行うことにより、安定性に優れた制御が可能となる。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、外気を室内に取り入れる空気系統が１つで足りるので、設置工事の簡単化を図ることができる。また、発電機の排熱を従来以上に有効に活用することができるので、除湿能力の向上を図ることができる。
【００７８】
また、室内空気から回収した熱と排ガスの熱との双方をデシカント部材の再生に利用することができる。
【００７９】
また、吸収式冷凍システムの冷却器に供給される空気の温度を下げることができ、吸収式冷凍システムの負荷を低減することができる。
【００８０】
請求項２に係る発明によれば、吸収式冷凍システムの負荷をより一層低減することができる。
【００８１】
請求項３に係る発明によれば、外気を室内に取り入れる空気系統が１つで足りるので、設置工事の簡単化を図ることができる。また、発電機の排熱を従来以上に有効に活用することができるので、除湿能力の向上を図ることができる。
【００８２】
また、室内に供給される空気をより低温の室外空気で冷却することができ、更に効果的な空調が可能となる。
【００８３】
請求項４に係る発明によれば、ドレンの飛散を抑制又は防止しながら、前面風速を従来以上に大きくすることが可能となる。その結果、装置のコンパクト化を促進することができる。
【００８４】
請求項５に係る発明によれば、外気を室内に取り入れる空気系統が１つで足りるので、設置工事の簡単化を図ることができる。また、発電機の排熱を従来以上に有効に活用することができるので、除湿能力の向上を図ることができる。
【００８５】
また、排ガスを直接利用しながらいわゆる無給水加湿を行うことができる。
【００８６】
請求項６に係る発明によれば、高温の排ガスを室内側に持ち込むことなく室外空気の加熱やデシカント部材の再生に利用することができる。
【００８７】
請求項７に係る発明によれば、吸収式の冷凍サイクルの蒸発温度をより高くすることができ、効率的な運転が可能になる。
【００８８】
請求項８に係る発明によれば、蒸発器を通過する空気の出入口温度差を大きく確保することができ、複数段化による効率向上が十分に図られる。
【００８９】
請求項９に係る発明によれば、吸収式冷凍システムにおいて冷却水系統が不要となるので、メンテナンスが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 前提技術に係る空気調和システムの構成図である。
【図２】 前提技術に係る空気線図である。
【図３】 実施形態１に係るデシカント空調機の構成図である。
【図４】 実施形態１に係る空気線図である。
【図５】 実施形態１の変形例に係るデシカント空調機の構成図である。
【図６】 実施形態１の他の変形例に係るデシカント空調機の構成図である。
【図７】 実施形態２に係る空気調和システムの構成図である。
【図８】 実施形態２に係る空気線図である。
【符号の説明】
(1) 発電機
(2) 冷却器
(3) 吸収式冷凍システム
(4) 熱交換器
(5) 加湿冷却器
(6) 吸収式冷凍機
(7) 水循環回路
(11) 第１ガス流路
(12) 第２ガス流路
(21) 第１空気流路
(22) 第２空気流路
(23) 第３空気流路
(30) デシカントロータ
(40) デシカント空調機
(45) ビルディング
(51) 空気調和システム
(52) 空気調和装置
(53) 熱源機
(54) 室内機
Claims (9)
- 発電機(1)の排ガスを導入する第１ガス流路(11)と、
空気を冷却する冷却器(2)を有し、前記第１ガス流路(11)の排ガスを駆動熱源とする吸収式冷凍システム(3)と、
前記吸収式冷凍システム(3)の駆動熱源として使用された後の排ガスを流通させる第２ガス流路(12)と、
室外空気を導入する第１空気流路(21)と、
前記第１空気流路(21)を流れる空気を除湿する一方、前記第２ガス流路(12)を流れる排ガスの熱を利用して再生されるデシカント部材(30)と、
前記デシカント部材(30)によって除湿された空気を前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に供給する第２空気流路(22)と、
前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に冷却された空気を室内に供給する第３空気流路(23)と、
室内空気を導入する還気流路(24)と、
前記還気流路(24)の空気と前記第２空気流路(22)の空気とを熱交換させる熱交換器(4)とを備え、
前記第２ガス流路(12)には、前記熱交換器(4)において加熱された後の前記還気流路(24)の空気を取り入れ、該空気と該第２ガス流路(12)の排ガスとを混合させる合流部(12a)が設けられる一方、
前記デシカント部材は、空気を段階的に除湿する第１及び第２のデシカントロータ(31,32)からなり、
前記熱交換器(4)は、前記第１及び第２デシカントロータ(31,32)で除湿された空気と前記還気流路(24)の空気とを熱交換させるように構成され、
前記第１デシカントロータ(31)は、前記熱交換器(4)を流出した後の第２空気流路(22)の空気によって再生されると共に該空気を加湿冷却するように構成され、
前記第２デシカントロータ(32)は、前記第２ガス流路(12)の排ガスと前記還気流路(24)の空気との混合気体により再生されるように構成されている空気調和装置。 - 請求項１に記載の空気調和装置であって、
前記還気流路(24)における前記熱交換器(4)の上流側には、加湿冷却器(5)が設けられている空気調和装置。 - 発電機(1)の排ガスを導入する第１ガス流路(11)と、
空気を冷却する冷却器(2)を有し、前記第１ガス流路(11)の排ガスを駆動熱源とする吸収式冷凍システム(3)と、
前記吸収式冷凍システム(3)の駆動熱源として使用された後の排ガスを流通させる第２ガス流路(12)と、
室外空気を導入する第１空気流路(21)と、
前記第１空気流路(21)を流れる空気を除湿する一方、前記第２ガス流路(12)を流れる排ガスの熱を利用して再生されるデシカント部材(30)と、
前記デシカント部材(30)によって除湿された空気を前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に供給する第２空気流路(22)と、
前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に冷却された空気を室内に供給する第３空気流路(23)と、
室外空気を導入する外気導入流路(25)と、
前記外気導入流路(25)の空気と前記第２空気流路(22)の空気とを熱交換させる熱交換器(4)とを備え、
前記第２ガス流路(12)には、前記熱交換器(4)において加熱された前記外気導入流路(25)の空気を取り入れ、該空気と該第２ガス流路(12)の排ガスとを混合させる合流部(12a)が設けられている空気調和装置。 - 請求項１〜３のいずれか一つに記載の空気調和装置であって、
前記冷却器(2)に供給される空気の前面風速が３ｍ／ｓ以上に設定されている空気調和装置。 - 発電機(1)の排ガスを導入する第１ガス流路(11)と、
空気を冷却する冷却器(2)を有し、前記第１ガス流路(11)の排ガスを駆動熱源とする吸収式冷凍システム(3)と、
前記吸収式冷凍システム(3)の駆動熱源として使用された後の排ガスを流通させる第２ガス流路(12)と、
室外空気を導入する第１空気流路(21)と、
前記第１空気流路(21)を流れる空気を除湿する一方、前記第２ガス流路(12)を流れる排ガスの熱を利用して再生されるデシカント部材(30)と、
前記デシカント部材(30)によって除湿された空気を前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に供給する第２空気流路(22)と、
前記吸収式冷凍システム(3)の冷却器(2)に冷却された空気を室内に供給する第３空気流路(23)と、
室内空気を導入する還気流路(24)と、
第１空気流路(21)の室外空気と、発電機(1)からの排ガス又は該排ガスと還気流路(24)からの室内空気との混合ガスとを熱交換させる熱交換器(8)とを備え、
前記デシカント部材(30)の吸着部において前記還気流路(24)の室内空気から水分を回収し、前記熱交換器(8)で加熱された室外空気を前記デシカント部材(30)の再生部で加湿して室内に供給する加湿暖房運転を実行する空気調和装置。 - 請求項５に記載の空気調和装置であって、
還気流路(24)は、第２ガス流路(12)に接続され、
発電機(1)の排ガスを第３ガス流路(13)におけるデシカントロータ(30)と前記熱交換器(8)との間に導く第４ガス流路(61)と、
前記第４ガス流路(61)に設けられ、加湿暖房運転時には開放される一方、除湿冷房運転時には閉鎖される流路開閉手段(63)と、
前記第２ガス流路(12)に設けられ、加湿暖房運転時には閉鎖される一方、除湿冷房運転時には開放される流路開閉手段(62)とを備えている空気調和装置。 - 請求項１〜６のいずれか一つに記載の空気調和装置であって、
前記吸収式冷凍システム(3)は、吸収式冷凍機からなり、
前記冷却器(2)は、前記吸収式冷凍機の蒸発器からなっている空気調和装置。 - 請求項７に記載の空気調和装置であって、
前記吸収式冷凍機は、複数段の吸収式冷凍機である空気調和装置。 - 請求項１〜８のいずれか一つに記載の空気調和装置であって、
前記吸収式冷凍システム(3)は、空冷式の吸収式冷凍機からなっている空気調和装置。
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