JP4348531B2 - Dehumidifying air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、たと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するもので、特に燃料電池の排熱を利用して全体的な熱効率を高めたものを提供するものである。 The present invention relates to a dehumidifying air-conditioning apparatus using a moisture adsorbent such as silica gel or zeolite, and in particular, provides an apparatus having improved overall thermal efficiency by utilizing exhaust heat of a fuel cell.
除湿空調装置は湿気吸着剤を用いることによって、除湿を行うものであって、発電機や燃料電池などから排出される排熱を利用することによって省エネルギー効果が高くなる。 The dehumidifying air conditioner performs dehumidification by using a moisture adsorbent, and the energy saving effect is enhanced by using exhaust heat discharged from a generator or a fuel cell.
また、除湿することにより冷凍機空調装置のみによる空調と比較して室内の湿度を下げることができ、特に夏季に快適性が向上し、さらに冷房病を防ぐことができるため急速に普及している。 In addition, dehumidification can reduce indoor humidity compared to air conditioning using only refrigerator air conditioners, and it is rapidly spreading because it can improve comfort and prevent cooling disease, especially in summer. .
このような除湿空調装置は出来る限り、燃料電池などの発生する排熱を地用するものの開発が求められている。このような技術として例えば特許文献1に開示されたものがある。
特許文献1に開示されたものは燃料電池のオフガスバーナー、燃料電池、燃料改質器全てから排出される熱を温水として取り出し、この温水を一旦タンクに溜め、それを除湿空調装置の除湿ロータ脱着用の高温空気をつくるために利用したものである。 Patent Document 1 discloses that the heat discharged from all of the off-gas burner, fuel cell, and fuel reformer of the fuel cell is taken out as hot water, and this hot water is temporarily stored in a tank, which is removed from the dehumidifying rotor of the dehumidifying air conditioner. It was used to create hot air for use.
しかし特許文献1に記載のものは、特許文献1に開示されたものは燃料電池の排出する排熱を有効に利用するものであるが、燃料電池の排熱は温度が低く、除湿空調装置の効率を上げることが困難であるという問題がある。 However, although what is disclosed in Patent Document 1 effectively uses the exhaust heat exhausted by the fuel cell, the exhaust heat of the fuel cell is low in temperature and the dehumidifying air conditioner is There is a problem that it is difficult to increase efficiency.
つまり燃料電池の発電効率改善とともに、燃料電池から排出される熱量とともに排出排熱の温度も下がってきている。このために排熱が次第に利用し難くなっており、どのようにして温度の低い排熱を有効に利用するのか特許文献1には開示がない。 That is, as the power generation efficiency of the fuel cell is improved, the temperature of the exhaust heat exhausted together with the amount of heat exhausted from the fuel cell is decreasing. For this reason, exhaust heat becomes increasingly difficult to use, and Patent Document 1 does not disclose how to effectively use exhaust heat having a low temperature.
また特許文献1に記載のものでも、まだ燃料電池の排熱を有効に活用されておらず、もっと高い効率が望まれるという問題がある。 Further, even the one described in Patent Document 1 has a problem that the exhaust heat of the fuel cell has not been effectively utilized yet and higher efficiency is desired.
本発明は燃料電池の排出する熱を有効に活用することが可能で、かつ温度の低い燃料電池の排熱でも除湿効率を高くすることが可能な除湿空調装置を提供しようとするものである。 An object of the present invention is to provide a dehumidifying air conditioner that can effectively use heat discharged from a fuel cell and can increase dehumidifying efficiency even with exhaust heat from a fuel cell having a low temperature.
本件発明は以上のような課題を解決するため、除湿ロータを脱着する高温空気をつくる加熱用熱交換器から出た熱媒体とオフガスとを熱交換する第1熱交換器を設けてオフガスの持つ潜熱を回収しこの回収熱で第1温水コイルを加熱し、燃料電池セルあるいは改質器の予熱を回収した回収熱で第2温水コイルを加熱し、除湿ロータの脱着ゾーンにおいて除湿ロータの回転方向に対して第1温水コイル、第2温水コイルの順で配置し、脱着ゾーンの温度を除湿ロータの回転方向に対して順次上昇させるようにした。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a first heat exchanger for exchanging heat between a heat medium that is emitted from a heat exchanger for heating that generates high-temperature air to desorb a dehumidifying rotor and off-gas, and the off-gas has. The latent heat is recovered, the first hot water coil is heated with the recovered heat, the second hot water coil is heated with the recovered heat recovered from the preheating of the fuel cell or reformer, and the rotation direction of the dehumidification rotor in the desorption zone of the dehumidification rotor On the other hand, the first hot water coil and the second hot water coil are arranged in this order, and the temperature of the desorption zone is sequentially raised with respect to the rotation direction of the dehumidifying rotor.
本発明の除湿空調装置は上記の如く構成したので、オフガスの持つ潜熱まで回収することができ、熱効率が極めて高くなる。また改質装置や燃料電池などよりなる燃料電池システム全体の排熱を温度の低いものから順に除湿ロータの回転方向に合わせて用いることによって、除湿ロータの脱着効果を高めることができ、よって熱効率高いの除湿空調装置を提供することができる。 Since the dehumidifying air-conditioning apparatus of the present invention is configured as described above, it can recover even the latent heat of the offgas, and the thermal efficiency is extremely high. In addition, by using the exhaust heat of the entire fuel cell system including the reformer and the fuel cell in order from the lowest temperature in accordance with the rotation direction of the dehumidification rotor, the desorption effect of the dehumidification rotor can be enhanced, and thus the thermal efficiency is high A dehumidifying air conditioner can be provided.
さらに燃料電池システムからの排気中に含まれる水分が結露によって大幅に除去されるため、例えば家庭用に燃料電池システムを用いた場合、燃料電池システムから排出されるガス中の水分によって隣接する建物の壁で結露を生じ、建物を傷めるようなことがない。 Furthermore, since moisture contained in the exhaust from the fuel cell system is largely removed by condensation, for example, when the fuel cell system is used for home use, the moisture in the gas discharged from the fuel cell system causes There is no condensation on the walls and no damage to the building.
本発明の請求項1に記載の発明は、除湿ロータと燃料電池とを有し、燃料電池から出たオフガスと除湿ロータの脱着ゾーンを加熱する第1加熱器を出た熱媒体とを熱交換する第1熱交換器を設け、さらに燃料電池の排熱と除湿ロータの脱着ゾーンを加熱する第2加熱器を出た熱媒体とを熱交換する第2熱交換器を設け、除湿ロータの回転方向に対して上手側に第1加熱器を配置し、下手側に第2加熱器を配置し、脱着ゾーンの温度を除湿ロータの回転方向に対して順次上昇させるようにしたことによって、低い温度でも効果的に除湿ロータを脱着できるという作用を有する。 The invention according to claim 1 of the present invention includes a dehumidification rotor and a fuel cell, and exchanges heat between the off-gas emitted from the fuel cell and the heat medium exiting the first heater for heating the desorption zone of the dehumidification rotor. And a second heat exchanger for exchanging heat between the exhaust heat of the fuel cell and the heat medium exiting the second heater for heating the desorption zone of the dehumidification rotor, and the rotation of the dehumidification rotor The first heater is disposed on the upper side with respect to the direction, the second heater is disposed on the lower side, and the temperature of the desorption zone is sequentially increased with respect to the rotation direction of the dehumidification rotor, thereby reducing the temperature. However, it has the effect | action that a dehumidification rotor can be attached or detached effectively.
以下本発明の除湿空調装置の実施例について図に沿って詳細に説明する。図1〜3は本発明の除湿空調装置の実施例1を示す。図3は本発明の除湿空調装置の実施例1の側断面図である。図3において1はキャビネットであり、大きく上下に2分割され、この中に除湿ロータ2や顕熱交換ロータ3などが収納されている。
除湿ロータ2はセラミック紙などをハニカム(ハチの巣)状に形成し、そこにシリカゲルを合成したものである。また顕熱交換ロータ3はアルミニウムシートをハニカム状に形成したものである。そして除湿ロータ2と顕熱交換ロータ3とはそれぞれギヤドモータ(図示せず)によって回転駆動される。
4,5はそれぞれブロアであり、ブロア4は外気OAを除湿ロータ2の吸着ゾーン6に送るものである。またブロア5は除湿ロータ2の脱着ゾーン7からの空気を大気へ排気EAとして放出するものである。
Hereinafter, embodiments of the dehumidifying air-conditioning apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1-3 shows Example 1 of the dehumidification air-conditioning apparatus of this invention. FIG. 3 is a side sectional view of Embodiment 1 of the dehumidifying air conditioner of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a cabinet, which is largely divided into two parts in the vertical direction, in which the
The
8は噴霧器であり、水を顕熱交換ロータ3に噴霧するものである。9〜11はそれぞれ温水コイルであり、脱着ゾーン7に設けられ除湿ロータ2の回転方向に対して上手から順に温水コイル9、温水コイル10、温水コイル11と取り付けられている。ここで温水コイル9〜11とは一般に市販されており、銅などのパイプとアルミニウムシートよりなる放熱フィンとで構成される。
A
図1を参照し、12は燃料電池ユニットで、例えば天然ガス(LNG)や液化石油ガス(LPG)を改質して水素を取り出す改質器13、燃料電池セル14、オフガス・バーナー15などよりなる。これらの燃料電池ユニット12は既に多くのものが提案されており、公知であるので詳細な説明は省略する。
Referring to FIG. 1,
燃料電池ユニット12には改質器13、燃料電池セル14、オフガス・バーナー15それぞれからの排熱を回収する第1〜第3熱交換器16〜18が設けられている。オフガス・バーナー15の排熱を回収する第3熱交換器18はオフガス・バーナー15の排気口19に設けられている。
The
そして温水コイル9は第1熱交換器16と連結され、温水コイル10は第2熱交換器17と連結され、温水コイル12は第3熱交換器18と連結されている。
The
本発明の除湿空調装置の実施例1の構成は以上の説明のとおりであり、以下その動作について説明する。先ず、燃料電池ユニット12の改質器13の予熱バーナー(図示せず)に点火し改質器13の動作を開始する。
The configuration of the first embodiment of the dehumidifying air conditioner of the present invention is as described above, and the operation thereof will be described below. First, the preheat burner (not shown) of the
これによってLNGやLPGから水素を取り出すことができ、燃料電池セル14が動作を開始する。ここで第2熱交換器17にボイラー20から温水を供給して予熱するようにすると、燃料電池セル14の動作開始が早くなる。
As a result, hydrogen can be extracted from LNG or LPG, and the
燃料電池セル14が動作し、水素から電気を起こすようになるが、燃料電池セル14によって消費されなかった水素はオフガス・バーナー15によって燃焼される。この時、同時に改質器13で発生した一酸化炭素も燃焼され無害な二酸化炭素になってオフガス・バーナー15の排気口19から大気へ放出される。
The
次にブロア4によって外気OAが除湿ロータ2の吸着ゾーン6に送られる。外気はこの吸着ゾーン6で乾燥空気となるとともに吸着熱で温度が上がる。
温度の上がった乾燥空気は顕熱交換ロータ3を通過する間に熱を奪われ、温度が下がり、快適な低温乾燥空気となって室内(図示せず)に供給空気SAとして送られる。
部屋からの還気RAは噴霧器8の周囲を通過する。この時に噴霧器8は水を噴霧し、水の気化熱によって還気RAの温度を下げる。部屋には乾燥空気が送られているため、還気RAの湿度も低く水の気化によって十分に温度が下がる。
温度の下がった還気RAは顕熱交換ロータ3を通過し、顕熱交換ロータ3の温度を下げ、還気RAは温度が上がる。この温度の上がった還気RAは温水コイル9〜11に達する。
図1は実施例1の上面図であり、これから判るように温水コイル9〜11は脱着ゾーン7に設けられ除湿ロータ2の回転方向に対して上手から順に温水コイル9、温水コイル10、温水コイル11と取り付けられている。
Next, the outside air OA is sent to the
The dry air whose temperature has risen is deprived of heat while passing through the sensible
The return air RA from the room passes around the
The return air RA whose temperature has decreased passes through the sensible
FIG. 1 is a top view of the first embodiment, and as can be seen from FIG. 11 is attached.
温水コイル9〜11に達した還気RAは温水コイル9〜11を通過することによって温度が上昇する。温水コイル9はオフガス・バーナー15の排気口19から出るガスと熱交換する第3熱交換器18によって温度が上昇した温水が流れている。
The return air RA that has reached the
このオフガス・バーナー15の排気口19から出るガスは多くの湿気を含んでおり、第3熱交換器18の温度がオフガスの露点以下になるように温水コイル9と第3熱交換器18の間に十分な温水循環量を確保する。これによって第3熱交換器18でオフガス中の湿気が結露する。つまり第3熱交換器18を通過する温水はオフガス・バーナー15の排気口19から出るガスの潜熱によって加熱される。
The gas exiting the exhaust port 19 of the off-
第3熱交換器18には結露水を受けるドレンパン(図示せず)を設けるとよい。そして第3熱交換器18を通り大気放出されるガスは絶対湿度が低くなる。第3熱交換器18によって加熱された温水は温水コイル9に流れ、ここを通過する空気を加熱する。
The
また燃料電池セル14を冷却する第2熱交換器17を通過した温水は、温水コイル10に流れ、これもここを通過する空気を加熱する。同様に改質器13を冷却する第1熱交換器16を通過した温水は、温水コイル11に流れ、これもここを通過する空気を加熱する。
Moreover, the warm water which passed the
ここで温水コイル9〜11の温度の関係は温水コイル9<温水コイル10<温水コイル11となる。これによって脱着ゾーン7の温度分布ができる。
Here, the temperature relationship of the
図1には左端に除湿ロータ2に入る空気の温度分布を示すグラフも示している。このグラフの横軸は温度を示し、右に向かう程温度が高い。そしてこのグラフの縦軸は除湿ロータ2上の位置に対応している。
図1のグラフに示すように除湿ロータ2の回転方向は図1のブロック矢印の方向であり、除湿ロータ2は脱着ゾーン7では回転に従って次第に温度が上昇する。除湿ロータ2は脱着ゾーン7に入った時には湿気を多く含んでおり、低い温度でも脱着が進む。
FIG. 1 also shows a graph showing the temperature distribution of air entering the
As shown in the graph of FIG. 1, the rotation direction of the
そして脱着ゾーン7で次第に湿気が減少して行くが、脱着に供される空気の温度も次第に上昇する。これによって、除湿ロータ2の脱着し易い部分は低い温度で脱着され、脱着し難い部分だけ高い温度で脱着されるようになるため、少ないエネルギーによっても脱着が進む。
このように燃料電池ユニット12の効率が改善され、排出される排熱が少なくなっても有効に排熱を利用することができる。なお、以上の実施例では温水コイル9〜11の寸法について説明していないが、除湿ロータ2の回転方向の下手側にある温水コイル11については特に温度が高くなるような寸法にするとよい。つまり温水コイル11を流れる温水の温度が高くかつ流量が少ない場合には、他の温水コイル9、10より寸法を小さくし、出来る限り温水コイル11を通過する空気の温度が高くなるようにする。
Then, the humidity gradually decreases in the
Thus, the efficiency of the
また以上の実施例ではオフガス・バーナー15を示したが、燃料電池ユニット12によってはオフガス・バーナー15が不要であり、この場合は燃料電池ユニットから大気放出されるガスの潜熱を奪うように第1熱交換器を設置するとよい。
In the above embodiment, the off-
本発明は燃料電池の排出する熱を有効に活用することが可能で、かつ温度の低い燃料電池の排熱でも除湿効率を高くすることが可能な除湿空調装置を提供する。 The present invention provides a dehumidifying air conditioner that can effectively use the heat discharged from a fuel cell and can increase the dehumidifying efficiency even with the exhaust heat of a fuel cell having a low temperature.
1 キャビネット
2 除湿ロータ
3 顕熱交換ロータ
4 ブロア
5 ブロア
6 吸着ゾーン
7 脱着ゾーン
8 噴霧器
9 温水コイル
10 温水コイル
11 温水コイル
12 温水コイル
12 燃料電池ユニット
13 改質器
14 燃料電池セル
15 オフガス・バーナー
16 熱交換器
17 熱交換器
18 熱交換器
19 排気口
20 ボイラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
A dehumidification rotor and a fuel cell are provided, and a first heat exchanger is provided for exchanging heat between the off gas emitted from the fuel cell and the heat medium emitted from the first heater for heating the desorption zone of the dehumidification rotor, and further the fuel cell A second heat exchanger for exchanging heat between the exhaust heat of the dehumidification rotor and the heat medium exiting the second heater for heating the desorption zone of the dehumidification rotor is provided, and the first heater is located on the upper side with respect to the rotation direction of the dehumidification rotor And a second heater on the lower side so that the temperature of the desorption zone is sequentially increased with respect to the rotation direction of the dehumidifying rotor , and hot water is supplied to the second heat exchanger at the start of operation of the fuel cell. A dehumidifying air conditioner provided with a boiler that supplies the fuel cell so as to preheat the fuel cell .
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