JP4296663B2

JP4296663B2 - 吸着式空調装置

Info

Publication number: JP4296663B2
Application number: JP34797899A
Authority: JP
Inventors: 伸本田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: JP2001162131A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、例えば特開平５−３０１０１４号公報に記載のごとく、室内に吹き出す空調空気を吸着剤にて除湿加熱した後、その除湿加熱された空調空気と加湿冷却された空気と熱交換して空調空気の温度を低下させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の発明では、一旦、加熱された空調空気を加湿冷却された空気にて冷却するので、良好な空調感を得ることができる温度まで空調空気の温度を下げることができない。
【０００４】
これに対して、加湿器により空調空気を加湿冷却するといった手段が考えられるが、加湿器を設けると吸着式空調装置の部品点数が増加し、製造原価上昇を招いてしまう。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、加湿器を設けることなく、良好な空調感を得ることができる温度まで空調空気の温度を下げ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、室内に吹き出す空気が流通する第１空調ケーシング（１１０）と、第１空調ケーシング（１１０）内を流通する空調空気中から水分を吸着する第１吸着剤（１３１）と、第１空調ケーシング（１１０）内に設けられ、第１吸着剤（１３１）にて除湿・加熱された後の空調空気を冷却する第１冷却器（１５０）と、第１空調ケーシング（１１０）外に存在する通路外空気が流通する略閉じた空気通路を構成する第２空調ケーシング（１２０）と、第２空調ケーシング（１２０）を流通する通路外空気中から水分を吸着する第２吸着剤（１６１）と、第２空調ケーシング（１２０）内のうち第２吸着剤（１６１）が位置する部位より空気流れ上流側に設けられ、第１吸着剤（１３１）から脱離した水分を多く含む通路外空気を冷却する第２冷却器（１７０）とを備え、空調空気中から水分を吸着した第１吸着剤（１３１）を通路外空気中に晒すとともに、その通路外空気を加熱して第１吸着剤（１３１）に吸着された水分を脱離させ、第１吸着剤（１３１）から脱離した水分を多く含む通路外空気を第２空調ケーシング（１２０）により第２吸着剤（１６１）に導き、通路外空気中から水分を吸着した第２吸着剤（１６１）を第１冷却器（１５０）にて冷却された空調空気中に晒して吸着された水分を脱離させることを特徴とする。
【０００９】
これにより、本発明では通路外空気から吸着した水分を空調空気中に脱離放出することにより、空調空気を加湿・冷却することとなるので、専用の加湿器を設けることなく、空調空気を良好な空調感を得ることができる温度まで下げることができる。
【００１１】
また、本発明では、第２吸着剤（１６１）を高湿の通路外空気中に晒すことができるので、第２吸着剤（１６１）に確実に多くの水分を吸着させることができる。したがって、空調空気中に確実に水分を脱離放出させることができるので、空調空気を良好な空調感を得ることができる温度まで確実に下げることができる。
【００１２】
ところで、通路外空気中の水分は、第１吸着剤（１３１）を介して空調空気から供給されるているので、通路外空気中に発生した凝縮水は、空調空気から除湿した水分に相当するものである。
【００１３】
そこで、本発明では、第２空調ケーシング（１２０）内のうち第２吸着剤（１６１）が位置する部位より空気流れ上流側には、第１吸着剤（１３１）から脱離した水分を多く含む通路外空気を冷却する第２冷却器（１７０）を設けている。
【００１４】
これにより、第２吸着剤（１６１）を湿度約１００％の空気中に晒すことができるので、空調空気を確実に除湿することができるとともに、第２吸着剤（１６１）に確実に多くの水分を吸着させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、第２空調ケーシング（１２０）内に発生した凝縮水を排水する排水口（１２２）が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
これにより、空調空気から除湿した水分を確実に排水することができる。
【００１７】
なお、両冷却器（１５０、１７０）は、請求項３に記載の発明のごとく、室外空気に熱を放熱する放熱器（１５１）を介して空気を冷却することが望ましい。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、放熱器（１５１）に向けて液体を噴霧する噴霧器（２００）を備えていることを特徴とする。
【００１９】
これにより、第１、２冷却器（１５０、１８０）の冷却能力が増大するので、空調空気の室内吹出温度をより一層下げることができるとともに、空調空気をより一層除湿することができる。
【００２０】
なお、請求項５に記載の発明のごとく、第１吸着剤（１３１）にて除湿・加熱された後の空調空気と第１吸着剤（１３１）にて除湿・加熱される前の通路外空気とを熱交換してもよい。
【００２１】
請求項６に記載の発明では、第１吸着剤（１３１）は、湿度が低い状態においては第２吸着剤（１６１）より多くの水分を吸着する特性を有し、一方、第２吸着剤（１６１）は、湿度が高い状態においては第１吸着剤（１３１）より多くの水分を吸着する特性を有することを特徴とする。
【００２２】
これにより、水分を効率良く吸着することができるので、吸着剤の量をいたずらに増やして吸着式空調装置の大型化を招くことなく、冷房能力及び成績係数を向上させることができる。
【００２３】
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。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る吸着式空調装置１００の模式図であり、１１０は室内に吹き出す空気が流通する第１空調ケーシング（第１空気通路）であり、この第１空調ケーシング１１０は室内から空気を導入して再び室内に戻すものである。なお、以下、第１空調ケーシング１１０内を流通する空気を空調空気と呼ぶ。
【００２５】
因みに、１１１は空気導入口であり、１１２は空気排出口であり、１１３は第１空調ケーシング１１０内に空気を流通させる第１送風機である。
【００２６】
１２０は第１空調ケーシング１１０（第１空気通路）と離隔された第２空気通路を構成する第２空調ケーシングであり、この第２空調ケーシング１２０は、第２空調ケーシング１２０（第２空気通路）内を空気が循環するように略閉じた空気通路を構成している。なお、１２１は第２空調ケーシング１２０（第２空気通路）内に空気を流通させる第２送風機である。
【００２７】
１３０は空気導入口１１１から導入された空調空気中から水分を吸着する第１吸着剤１３１が収納された円筒状の第１吸着ロータであり、この第１吸着剤１３１は、水分を吸着する際には熱（吸着熱）を発生し、加熱されることにより吸着した水分を脱離するもので、本実施形態では、シリカゲルを採用している。
【００２８】
また、第１吸着ロータ（容器）１３０は、図２に示すように、第１吸着剤１３１が収納された状態で網状の蓋部材１３２により閉塞されている。そして、第１吸着ロータ１３０は、回転軸１３３を中心に電動モータ１３４（図１参照）により所定時間毎に１８０°回転することにより、所定時間毎に第１吸着剤１３１を第１空調ケーシング１１０と第２空調ケーシング１２０との間を往復移動させて、第１空調ケーシング１１０内にて水分を吸着した第１吸着剤１３１を第２空調ケーシング２０を流通する空気（通路外空気）、つまり第１空調ケーシング１１０外に存在する空気（以下、この空気を循環空気と呼ぶ。）中に晒して水分を脱離させる第１吸着剤再生手段として機能する。
【００２９】
なお、上記所定時間は、第１吸着剤１３１及び後述する第２吸着剤１６１の吸着能力に基づいて適宜選定されるものである。
【００３０】
そして、第１空調ケーシング１１０のうち第１吸着ロータ１３０より空気流れ下流側には、図１に示すように、第１吸着剤１３１（第１吸着ロータ１３０）を通過して除湿・加熱された後の空調空気と、第１吸着剤１３１（第１吸着ロータ１３０）を通過する前の循環空気とを熱交換する熱交換器１４０が設けられている。この熱交換器１４０は、第１吸着ロータ１３０と同様な構造を有するもので、ドラム内には吸着剤に代えて冷熱を蓄える蓄冷材が収納されており、第１吸着ロータ１３０と機械的に連動して所定時間毎に１８０°回転することにより、空調空気と循環空気とを熱交換する。
【００３１】
また、第１空調ケーシング１１０内のうち熱交換器１４０の空気流れ下流側には、熱交換器１４０を通過した空調空気を冷却する第１冷却器１５０が設けられており、この第１冷却器１５０には、放熱器１５１にて室外空気中に放熱して温度が低下した熱媒体（本実施形態では、水にエチレングリコール等を添加した流体）が供給されている。なお、１５２は熱媒体を循環させるポンプである。
【００３２】
１６０は第１吸着ロータ１３０と同様な構造を有し、内部に収納された第２吸着剤（本実施形態では、シリカゲル）１６１を、第１吸着ロータ１３０と連動して所定時間毎に第１空調ケーシング１１０と第２空調ケーシング１２０との間を往復移動させる第２吸着ロータである。
【００３３】
そして、第２吸着ロータ１６０は、第１吸着剤１３１から脱離した水分を多く含む循環空気中から水分を吸着した第２吸着剤１６１を、第１冷却器１５０にて冷却された空調空気中に晒してその吸着された水分を空調空気中に脱離させる第２吸着剤再生手段として機能する。
【００３４】
ところで、第２空調ケーシング１２０内のうち第２吸着ロータ１６０より空気流れ上流側には、放熱器１５１から供給される熱媒体を冷熱源として循環空気を冷却する第２冷却器１７０であり、この第２冷却器１７０の近傍には、第２空調ケーシング１２０内（特に、第２冷却器１７０にて）発生した凝縮水を外部に排水する排水口１２２が形成されている。
【００３５】
また、第２空調ケーシング１２０のうち熱交換器１４０と第１吸着ロータ１３０との間には、第１吸着ロータ１３０に流入する循環空気を加熱するヒータコア１８０が設けられており、このヒータコア１８０は太陽熱や発電機及びエンジン等の発熱機器からの廃熱を熱源１９０として循環空気を加熱するものである。なお、１９１は熱源１９０とヒータコア１８０との間に熱媒体を循環させるポンプである。
【００３６】
次に、本実施形態の作動を述べる。
【００３７】
空気導入口１１１から導入された空調空気（例えば温度３５℃、湿度５０％）は、図３に示すように、第１吸着剤１３１により（例えば温度６２℃、湿度２％まで）除湿・加熱されるので、空調空気の状態は、図３のＡに示す状態からＢに示す状態に変化する。なお、特に断りがない限り、「湿度」とは「相対湿度」を示すものである。
【００３８】
そして、除湿・加熱された空調空気は、熱交換器１４０及び第１冷却器１５０により冷却されてその状態がＢ→Ｃ（例えば温度５１℃、湿度４％）→Ｄ（例えば温度３５℃、湿度９％）と変化していき、第２吸着剤１６１には空気導入口１１１から導入された状態より湿度が低下した状態の空調空気が流入する。
【００３９】
このため、第２吸着剤１６１は、空調空気の湿度が略１００％となるまで循環空気から吸着した水分を脱離放出するため、空調空気が加湿・冷却（例えば、温度１５℃、湿度１００％）される。
【００４０】
一方、循環空気のうち第１吸着ロータ１３０を通過した直後の空気は、第１吸着剤１３１より脱離放出された水分を多く含んでいるものの、ヒータコア１８０にて加熱された後であるため、その湿度は、図４のＪ状態（例えば温度４８℃、湿度５０％）で示されるように飽和していない。
【００４１】
そして、第１吸着ロータ１３０を通過した空気は、第２冷却器１７０にて冷却されるので、図４のＪ→Ｋ→Ｆに示されるように湿度が１００％となり、凝縮水を発生させながら温度を低下させていく（例えば温度３５℃、湿度１００％）。
【００４２】
このため、第２吸着剤１６１には、湿度が略１００％の高湿の循環空気が供給されるので、第２吸着剤１６１を通過する循環空気は、Ｆ→Ｇに示すように除湿・加熱された後（例えば温度５１℃、湿度３３％）、熱交換器１４０にて（例えば温度６２℃、湿度９％まで）加熱されてヒータコア１８０に流入する。このため、第１吸着剤１３１には、高温・低湿の循環空気（例えば温度６８℃、湿度１２％）が流入する（Ｇ→Ｈ→Ｉ）。
【００４３】
なお、空調空気及び循環空気の状態によっては、循環空気の温度の方が空調空気の温度より高い場合が発生するので、このような場合は、熱交換器１４０の回転を停止させて空調空気と循環空気との熱交換を停止させる。
【００４４】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００４５】
本実施形態によれば、循環空気から吸着した水分を空調空気中に脱離放出することにより空調空気を加湿・冷却するので、専用の加湿器を設けることなく、空調空気を良好な空調感を得ることができる温度まで下げることができる。
【００４６】
また、第２空調ケーシング１２０を閉回路として空気を第２空調ケーシング１２０内を循環させるので、第２吸着剤１６１を高湿（約１００％）の空気中に晒すことができる。したがって、第２吸着剤１６１に確実に多くの水分を吸着させることができるので、空調空気中に確実に水分を脱離放出させることができる。延いては、空調空気を良好な空調感を得ることができる温度まで確実に下げることができる。
【００４７】
ところで、循環空気中の水分は、第１吸着剤１３１を介して空調空気から供給されているので、循環空気中に発生した凝縮水は、空調空気から除湿した水分に相当するものである。したがって、本実施形態のごとく、第２空調ケーシング１２０に排水口１２２を設ければ、空調空気から除湿した水分を確実に排水することができる。
【００４８】
（第２実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、放熱器１５１に向けて水等の液体を噴霧する噴霧器２００を設けたものである。
【００４９】
これにより、第１、２冷却器１５０、１８０の冷却能力が増大するので、図６のＥ’の状態で示されるように空調空気の室内吹出温度をより一層下げることができるとともに、図７のＦ’の状態で示されるように空調空気をより一層除湿することができる。
【００５０】
（第３実施形態）
第１、２実施形態では、第１吸着剤１３１と第２吸着剤１６１とは同種のものであったが、本実施形態は、両吸着剤１３１、１６１の水分吸着特性を相違させたものである。
【００５１】
具体的には、第１吸着剤１３１は室内空気と同等の状態の空調空気中に晒されるのに対して、第２吸着剤１６１は湿度が略１００％と高湿の循環空気中に晒される。
【００５２】
そこで、本実施形態では、第１吸着剤１３１として、図８の吸着剤Ａで示されるような湿度が低い状態においては第２吸着剤１６１より多くの水分を吸着する水分吸着特性を有するもの（本実施形態ではシリカゲルＡ）を採用し、一方、第２吸着剤１６１としては、図８の吸着剤Ｂで示されるような湿度が高い状態においては第１吸着剤１３１より多くの水分を吸着する水分吸着特性を有するもの（本実施形態ではシリカゲルＡＢ）を採用している。
【００５３】
つまり、吸着剤の作動相対湿度範囲の上限と下限とおいて、水分吸着量の差ができる限り大きくなるような水分脱着特性を有する吸着剤を採用すれば、水分を効率良く吸着することができるので、吸着剤の量をいたずらに増やして吸着式空調装置の大型化を招くことなく、冷房能力及び成績係数を向上させることができる。
【００５４】
（第４実施形態）
第１実施形態で述べたように、空調空気及び循環空気の状態によっては、熱交換器１４０にて両空気を熱交換することができない場合があるので、本実施形態は、図９に示すように、第１〜３実施形態に係る吸着式空調装置１００において、熱交換器１４０を廃止することにより吸着式空調装置の製造原価低減を図ったものである。
【００５５】
（第５実施形態）
上述の実施形態では、第１、２吸着ロータ１３０、１６０を回転させることにより、第１、２吸着剤１３１、１６１を空調空気と循環空気との間を行き来（往復）させたが、本実施形態は、図１０に示すように、第１、２吸着剤１３１、１３２、第１冷却器１５０及びヒータコア１８０が配設された２本の空調ケーシング（空気通路）２１０、２２０、並びに第２冷却器１７０が配設された１本の空調ケーシング（空気通路）２３０を設けるとともに、空気流れを切り換える空気切換バルブ２４１、２４２及び熱媒体流れを切り換える熱媒体切換バルブ２５１〜２５４を設け、空気流れを切換制御することより空調空気流れと循環空気流れとを実現するものである。なお、各切換バルブ２４１、２４２、２５１〜２５４の切換タイミングは、第１、２吸着ロータ１３０、１６０と同様なタイミングで行う。
【００５６】
具体的には、各切換バルブ２４１、２４２、２５１〜２５４を実線の状態とした場合には、空調ケーシング２１０に空調空気が流通するとともに、空調ケーシング２２０と空調ケーシング２３０との間で空気が循環して循環空気が流通する。つまり、この状態では、空調ケーシング２１０が上記第１空調ケーシング１１０として機能し、空調ケーシング２２０、２３０が上記第２空調ケーシング１２０として機能する。
【００５７】
一方、各切換バルブ２４１、２４２、２５１〜２５４を破線の状態とした場合には、空調ケーシング２２０に空調空気が流通するとともに、空調ケーシング２１０と空調ケーシング２３０との間で空気が循環して循環空気が流通する。つまり、この状態では、空調ケーシング２２０が上記第１空調ケーシング１１０として機能し、空調ケーシング２１０、２３０が上記第２空調ケーシング１２０として機能する。
【００５８】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、吸着剤としてシリカゲルを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ゼオライト、活性アルミナ、活性炭、臭化リチウムなどでもよい。
【００５９】
また、上述の実施形態では、第２空調ケーシング１２０は閉じた空気通路を構成していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２空調ケーシング１２０を例えば室外に向けて開いた空気通路としてもよい。
【００６０】
また、上述の実施形態では、第１空調ケーシング１１０は室内から空気を導入したが、本発明はこれに限定されるものではなく、室外から空気を導入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る吸着式空調装置の模式図である。
【図２】ａ）は第１実施形態に係る吸着式空調装置の吸着ロータの正面図であり、（ｂ）は第１実施形態に係る吸着式空調装置の吸着ロータの側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る吸着式空調装置の空調空気の状態を示す状態図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る吸着式空調装置の循環空気の状態を示す状態図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る吸着式空調装置の模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る吸着式空調装置の空調空気の状態を示す状態図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る吸着式空調装置の循環空気の状態を示す状態図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る吸着式空調装置に使用される吸着剤の水分脱着特性（相対湿度と水分吸着量との関係）を示すグラフである。
【図９】本発明の第４実施形態に係る吸着式空調装置の模式図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る吸着式空調装置の模式図である。
【符号の説明】
１１０…第１空調ケーシング（第１空気通路）、
１２０…第２空調ケーシング（第２空気通路）、１３０…第１吸着ロータ、
１３１…第１吸着剤、１４０…熱交換器、１５０…第１冷却器、
１６０…第２吸着ロータ、１６１…第２吸着剤、１７０…第２冷却器、
１８０…ヒータコア。

Claims

室内に吹き出す空気が流通する第１空調ケーシング（１１０）と、
前記第１空調ケーシング（１１０）内を流通する空調空気中から水分を吸着する第１吸着剤（１３１）と、
前記第１空調ケーシング（１１０）内に設けられ、前記第１吸着剤（１３１）にて除湿・加熱された後の前記空調空気を冷却する第１冷却器（１５０）と、
前記第１空調ケーシング（１１０）外に存在する通路外空気が流通する略閉じた空気通路を構成する第２空調ケーシング（１２０）と、
前記第２空調ケーシング（１２０）を流通する前記通路外空気中から水分を吸着する第２吸着剤（１６１）と、
前記第２空調ケーシング（１２０）内のうち前記第２吸着剤（１６１）が位置する部位より空気流れ上流側に設けられ、前記第１吸着剤（１３１）から脱離した水分を多く含む前記通路外空気を冷却する第２冷却器（１７０）とを備え、
前記空調空気中から水分を吸着した前記第１吸着剤（１３１）を前記通路外空気中に晒すとともに、その通路外空気を加熱して前記第１吸着剤（１３１）に吸着された水分を脱離させ、
前記第１吸着剤（１３１）から脱離した水分を多く含む前記通路外空気を前記第２空調ケーシング（１２０）により前記第２吸着剤（１６１）に導き、
前記通路外空気中から水分を吸着した前記第２吸着剤（１６１）を前記第１冷却器（１５０）にて冷却された前記空調空気中に晒して吸着された水分を脱離させることを特徴とする吸着式空調装置。
前記第２空調ケーシング（１２０）内に発生した凝縮水を排水する排水口（１２２）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の吸着式空調装置。
前記両冷却器（１５０、１７０）は、室外空気に熱を放熱する放熱器（１５１）を介して空気を冷却することを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。
前記放熱器（１５１）に向けて液体を噴霧する噴霧器（２００）を備えていることを特徴とする請求項３に記載の吸着式空調装置。
前記第１吸着剤（１３１）にて除湿・加熱された後の前記空調空気と前記第１吸着剤（１３１）にて除湿・加熱される前の前記通路外空気とを熱交換する熱交換手段（１４０）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の吸着式空調装置。
前記第１吸着剤（１３１）は、湿度が低い状態においては前記第２吸着剤（１６１）より多くの水分を吸着する特性を有し、
一方、前記第２吸着剤（１６１）は、湿度が高い状態においては前記第１吸着剤（１３１）より多くの水分を吸着する特性を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の吸着式空調装置。