JP4565111B2 - 流動層型デシカント空調システム - Google Patents

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本発明は、多孔質粒子を流動媒体としたデシカント空調システムに関し、特に、流動媒体と空気との接触に際して圧損が少なく、且つ処理後の流動媒体の再生を容易に処理することができるようにした流動層型デシカント空調システムに関する。

化学プロセスにおける排熱や太陽熱で容易に得られる８００℃以下の低温度熱エネルギーの有効利用技術開発は、現代社会の大きな問題となっている二酸化炭素排出量低減、ヒートアイランド現象、夏季電力需要変動等の、環境保全問題あるいはエネルギー問題への対応における重要課題のひとつである。これに対して有効と考えられる既存技術のひとつが、高い水の吸脱離性を有するデシカントを利用したデシカント空調システムである。

従来より実用化されているデシカント空調システムにおいては、図８に示すように処理行程と再生行程が対面通行の形で行われる。即ちデシカント（乾燥剤）を塗布した除湿ローター１０１と顕熱交換ローター１０２が直列に配置されており、処理側に導入した環境空気の除湿と熱交換を逐次的に行う。顕熱交換ローター１０２の後流に水スプレー１０３を配置し、中温・低湿の空気に水を噴霧することで水の気化熱が奪われ、空気は低温・高湿となる。

一方、再生行程では、室内の中温・高湿の環境空気を取り込み、蒸発式冷却器１０４により低温・高湿の空気とし、顕熱交換ローター１０２に送り込まれる。処理側で高温となった顕熱交換ローター１０２は、この中温・高湿空気によって冷却される。また、顕熱交換ローター１０２より熱が与えられ、温度が高くなった空気はさらに加熱ヒータ１０５により加熱される。なお、この加熱ヒータ１０５の熱源としては種々のものを用いることができる。この高温空気によって除湿ローター１０１を加熱し、除湿剤上の水分を蒸発させ、除湿剤を再生する。

上記のようなデシカント空調システムにおいて、二つのローターはハニカム状になっており、空気との接触が良好に行われるようになっている。これらが低速で回転することによって、処理工程と再生行程を同時に行うことができ、パッケージ化に成功し、商業化されている。なお、このようなデシカント空調装置は例えば特開２００３−３５４３４号に記載されている。
特開２００３−３５４３４号

上記のような従来のデシカント空調システムでは吸湿性を有するデシカントと高湿空気の接触量を大きくするためにハニカム状のローターなどを採用している。その結果、システムにおける所要面積の増大を招いてしまう。そのため、このような構造では特に大容量の空調処理にとって障害となっている。また、特定のデシカント空調装置は空気処理量に応じてその大きさが決まるため、その最適作動効率をなす空気処理容量がほぼ決まってしまう。そのため、１つのデシカント空調装置で広範囲の容量の空調装置として使用することが困難であり、デシカント空調システムにおいて、単位体積・単位時間あたりの空調・調湿容量を容易に変化させる装置の開発が期待されている。

一方、火力発電などのエネルギー生産あるいはエチレンやセメント製造などの物質生産において低温（８０〜２００℃程度）の熱エネルギーがプロセス排熱として未利用のまま環境に放出されている。このように、それ自体が仕事をすることができないような低レベルの熱エネルギー（すなわちエクセルギーがゼロ）を地域の冷暖房あるいは調湿に利用することができればそれは革新的な省エネルギーにつながる。このような目的において、上述のデシカント空調システムは前記のような低温の熱によっても駆動でき、冷・暖房あるいは調湿が可能となるため、有望な省エネルギー技術と言える。

しかしながら、高温プロセスからの低レベル排熱を地域の冷・暖房などの他の需要に量的に適合させ、あるいは時間的に適合させ、更には熱の発生場所と使用場所の位置としての空間的な適合が困難であるため、その熱エネルギーの輸送と蓄積が不可欠となる。それに対して、前記従来のデシカント空調システムではこれらに適合することは困難であり、その対策として多孔質粒子を吸湿剤として利用し、このような低レベル廃熱を利用したエネルギーの貯蔵・輸送を可能とし、且つその能力を飛躍的に高めることが考えられる。

そのため、例えば図９に示すような多孔質粒子を流動媒体とした気泡型循環流動層（CFB：Circulating Fluidized Bed）型デシカント空調システムが提案されている。図９に示す例においては夏季の冷房モードを示しており、このシステムにおいては、高い水分吸着・脱離特性を有する多孔質粒子群を流動媒体に用い、再生塔１１１において外部の熱源で加熱する加熱器１１２で、多孔質粒子及び空気を加熱し、多孔質粒子に吸着した吸着水の脱離を行う。

この乾燥多孔質粒子を管路１１７により処理塔１１３に導入し、室内等の環境の中温・高湿空気と接触させ、空気中の水分を吸着させる。このときの吸着熱の発生により空気は高温・低湿となる。冬季の暖房モードではこの高温・低湿空気を室内に供給する。夏季冷房時には冷熱供給サイトにおいて低湿空気を室温まで自然冷却、或いは冷却器１１４も用いて冷却した後、水スプレー１１５で加湿する。このとき、水の気化に伴い気化熱が奪われ、空気は低温・高湿となって室内に供給される。処理塔１１３で水分を吸収した多孔質粒子は管路１１８により再生塔１１１に導入し、前記のような再生処理を行い、この作動を循環して行う。

また、図９に示すシステムにおいては、再生塔１１１に対して供給する空気は空気加熱器１１６で加熱しており、この例においては更に、この空気加熱器１１６で加熱する空気を前記処理塔１１３から排出する高温空気と熱交換し、この高温空気を冷却するとき再生塔１１１への空気を予熱するようにし、システム全体の熱効率を向上させている。

この多孔質粒子を用いた空気の調湿・空調処理あるいは多孔質粒子群の再生を連続的に行うために前記のようなＣＦＢシステムを用いており、このようなＣＦＢシステムを用いることにより固体粒子群を連続的に処理することができ、かつ塔内で良好な固気接触が実現できるため、処理量も大きくすることができる。

このように、ＣＦＢシステムは粒子群を気流によって流動化し、あたかも流体のような粒子群を取り扱うことができるものであり、次のような特徴を有する。
１）多孔質粒子群の連続供給・排出が可能。
２）ガスおよび粒子の単位時間あたりの処理量を大幅に変えることができる。
３）流動化条件および多孔質粒子群の粒子径によって固気接触時間、接触面積を容易に変化させられる。

本発明者等は実際に上記のようなシステムからなるＣＦＢ実験装置を用いて実験を行った結果、乾燥状態にある多孔質粒子を環境空気で流動化した場合、多孔質粒子層温度は室温から約７０度付近まで増加した。このことにより多孔質粒子が良好な水分吸着性能を有することが判明した（市販の普通性能を有する多孔質粒子で約10g−水／100g−多孔質粒子）。また、この吸湿粒子を加熱すると吸着水分が脱離するので、繰り返し利用のための再生処理が可能である。実験室規模の循環流動層システムにおいて流動化実験を行い、均一かつ定常な流動状態を達成できることを確認した。

上記のようなＣＦＢシステムは前記のように、多孔質粒子群の連続供給・排出が可能であり、ガスおよび粒子の単位時間あたりの処理量を大幅に変えることができ、且つ、流動化条件および多孔質粒子群の粒子径によって固気接触時間、接触面積を容易に変化させられるという特徴を有するものであるが、上記システムにおける再生塔１１１及び処理塔１１３内においては、各塔内に貯留された多孔質粒子の下方から空気を供給すると、図示するように、その空気はあたかも水中に空気を供給したときのように泡状になって多孔質粒子内を上昇する、気泡流動層式の空気供給が行われることとなる。

このように多孔質粒子と空気との流動的な接触に際して、気泡流動層式の接触は必ずしも熱や水分の交換効率は良くないため、大容量の空気の熱交換、湿度交換を行うためには、大型の設備を必要とする問題がある。また、再生塔１１１と処理塔１１３とを各々供給管で接続しているため、再生塔１１１内での再生と処理塔１１３内での処理がほぼ均衡して行われなければならず、したがって大量の廃熱が発生しているときには別途その熱を貯留する設備が必要となり、廃熱が少ないときにこれを利用するための対策も必要となる。また、再生塔１１１と処理塔１１３をあまり離れた場所に設置することはその配管の設備増大の観点から好ましくない。

したがって本発明は、小型の装置で大容量の空調処理を行うことができ、且つ広範囲の空調容量に対応することができるようにした、多孔質粒子を用いて処理空気と流動層式の接触を行わせるデシカント空調システムにおいて、小型の装置で効率よく温度及び湿度の交換を行うことができるようにした流動層型デシカント空調システムを提供することを主たる目的とする。

本発明による流動層型デシカント空調システムは、上の課題を解決するため、分離器で分離した吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、加熱手段を備え該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と空気流とを導入し水分を吸着した多孔質粒子から水分を空気に放出させる再生塔と、該再生塔で除湿された多孔質粒子を該多孔質粒子容器に戻す手段とを備えた再生器と、分離器で分離した前記吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と高湿空気流とを導入し、空気流の水分を多孔質粒子に吸着する処理塔と、該処理塔で吸湿された多孔質粒子を該多孔質粒子容器に戻す手段とを備えた処理器とを用い、前記再生塔及び前記処理塔内では内部の多孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層を形成し、再生器及び処理器の多孔質粒子を容器により互いに交換可能に設けたものである。

また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、分離器で分離した処理器からの吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、加熱手段を備え該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と空気流とを導入し水分を吸着した多孔質粒子から水分を空気に放出させる再生塔と、該再生塔内の多孔質粒子と空気流を加熱する手段とを備えた再生器と、
分離器で分離した前記再生器からの吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と高湿空気流とを導入し、空気流の水分を多孔質粒子に吸着する処理塔を備えた処理器とを備え、
前記処理塔内で内部の多孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層を形成した流動層型デシカント空調システムにおいて、
前記再生器は複数の案内板により区画された複数の再生室を有し、前記分離器で分離した処理器からの吸湿性の多孔質粒子を前記案内板で流下させつつ加熱空気で除湿し、前記案内板の流下端で多孔質粒子の流下粒子量を調節するとともに、前記再生室のそれぞれは両側部に開口を有し、各開口によって該再生室の両側部に設けた空気ダクトに空気を導き、前記加熱空気を前記各再生室に順にジグザグ状に導くようにした。

また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生塔内に導入する空気を、処理器から排出される高温空気により予熱するようにしたものである。

また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生器は、前記処理器からの多孔質粒子を貯留し再生塔にバルブを介して該多孔質粒子を供給する第１の粒子溜と、密封可能で加熱手段を備えた再生塔と、該再生塔で水分を除去した多孔質粒子をバルブを介して導入し貯留する第２の粒子溜とを備え、密封した再生塔を減圧することにより多孔質粒子から水分を除去するようにしたものである。

また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生塔を複数設け、前記処理塔からの多孔質粒子を分配して供給するようにしたものである。

また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生塔を減圧する手段は真空ポンプであり、該真空ポンプと各再生塔とを切替弁を介して接続したものである。

また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生塔は該再生塔に付設したガスダクトを通る高温の廃棄ガスにより加熱するようにしたものである。

また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記ガスダクトには、再生塔の熱を伝熱する伝熱部材を設けたものである。

また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生器で再生した多孔質粒子を、処理器に多孔質粒子を供給する上部貯層を介して真空ポンプにより吸引し、上部貯層に設けたフィルターによって多孔質粒子を分離して多孔質粒子を上部貯層に貯留するようにしたものである。

また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記真空ポンプにより再生器内を減圧して除湿するようにしたものである。

また、本発明による他の流動層型デシカント空調システムは、前記流動層型デシカント空調システムにおいて、前記再生塔で多孔質粒子から水分を吸収した高湿空気は、ガスタービン用燃焼空気に用いるようにしたものである。

多孔質粒子が有する高い水の吸着・脱離性を既存のデシカント空調システムに応用することで単位体積あたりの空気の処理範囲を大幅に拡大できる。また、気体搬送流動層を形成する範囲でガス流速および粒子循環速度等の流動条件を変更し、あるいは粒子サイズを変更することで、空気と粒子の接触面積および接触時間を任意に変更できるため、空調システムとしての性能の更なる向上が達成できる。更に、気体搬送流動層により処理されるので圧損が少ない状態で処理を行うことができる。

本発明は、多孔質粒子を用いるデシカント空調装置において、単位体積あたりの空気の処理範囲を拡大し、空気と粒子の接触面積および接触時間を任意に変更できるようにするために、処理空気と吸湿性の多孔質粒子との接触処理に際して多、孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層の状態で接触処理が行われるようにしたものである。

本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１には本発明による多孔質粒子を用いたデシカント空調システムの前提技術を示しており、このシステムにおいては、前記図９に示したものと同様に、高い水分吸着・脱離特性を有する多孔質粒子群を流動媒体に用いており、再生器１と処理器２を備えている。再生器１においては再生塔３を垂直方向に細長く形成しており、その下端４から加熱空気を導入し、またその部分に多孔質粒子容器５から管路６により、多孔質粒子容器５に貯留されている多孔質粒子７を導入するようにしている。図示においては、管路６にバルブ８を設け、加熱空気の供給量等に応じて再生塔３に供給する多孔質粒子７の供給量を調節可能としている。また、再生塔３には前記図９に示す再生塔１１１と同様にその内部或いは外部に加熱ヒータ９を設けている。

上記のような再生塔３においても多孔質粒子と加熱空気とは流動層方式で接触するものであるが、前記図９に示す再生塔１１１における多孔質粒子の層内に空気の泡が上昇していく方式である気泡流動層方式とは異なり、空気流に多孔質粒子が搬送されている状態の流動層（「気体搬送流動層」と称する）とする。このような気体搬送流動層は、主として再生塔３内の多孔質粒子の量に対して内部の空気の速度が充分に速いとき形成される。

そのため再生塔３が細い程少量の空気で高速の空気流を形成することができるが、再生塔３が細くなるほど流動抵抗が大きくなり、供給する空気を高圧にする必要があると共に再生塔３の容積が小さくならざるを得ないため、それらを総合的に考慮して適当な直径と長さに設定する。また、その長さの程度と再生器の設置スペースに応じて、再生器を螺旋状にする等、流動抵抗を考慮して適宜曲折させて構成することもできる。このような気体搬送流動層の状態で多孔質粒子と加熱空気との接触が行われることにより、水分を吸着した多孔質粒子から効率よく水分を取り除くことができる。

再生塔３において上記のように気体搬送流動層の状態で空気と接触する多孔質粒子は、加熱空気により加熱されるとともに、再生器の管内部に設けられ、または管を外部から加熱するように配置した加熱ヒータ９によって適宜加熱され、高温となって多孔質粒子に吸着した水分は脱離処理される。その後低圧損濾布やサイクロン等からなる固気分離装置２０で多孔質粒子がその重力によって降下し、多孔質粒子容器１５内に貯留される。そのため多孔質粒子容器５内の多孔質粒子７は、最初水分を多量に吸着した多孔質粒子が貯留されていたときにおいても、再生塔３で水分が脱離処理されるため、多孔質粒子容器１５内には再生された多孔質粒子が貯留されることとなる。

一方、処理器２における処理塔１３においては、前記再生塔３と同様に垂直方向に細長く形成しており、その下端１４から中温或いは高温で高湿の環境空気を導入し、またその部分に多孔質粒子容器１５から管路１６により、多孔質粒子容器１５に貯留されている多孔質粒子７を導入するようにしている。図示実施例においては管路１６にバルブ１８を設け、処理塔１３への室内空気の供給量等に応じて処理塔１３に供給する多孔質粒子７の供給量を調節可能としている。

上記のような処理塔１３においても、前記図９に示す処理塔１１３における多孔質粒子と室内空気とが気泡流動層方式で接触するものとは異なり、空気流に多孔質粒子が搬送されている状態の気体搬送流動層方式で接触するようにしている。このような気体搬送流動層の状態で多孔質粒子と室内空気との接触が行われることにより、前記再生塔３で乾燥した多孔質粒子に室内空気の水分を効率よく吸着することができる。また、この処理塔１３に導入された中温或いは高温で高湿の環境空気は、乾燥した多孔質粒子に水分を吸着され、このときの吸着熱の発生により空気は高温・低湿となる。

処理塔１３において上記のように気体搬送流動層の状態で空気と接触する多孔質粒子は、前記吸着熱により高温となって空気と共に前記固気分離装置２０と同様の固気分離装置１０に入り、固気分離装置１０では多孔質粒子がその重力によって降下し、多孔質粒子容器５内に貯留される。この多孔質粒子容器５内の多孔質粒子７は、最初前記のような再生塔３で乾燥した多孔質粒子であっても、次第に上記のように水分が吸着された多孔質粒子となる。その後この多孔質粒子容器９内の水分を吸着した多孔質粒子７は前記のように再生塔３で水分の脱離処理がなされ、多孔質粒子容器１５内に貯留されてこの作動を循環して行うことができる。

固気分離装置１０から排出される高温・低湿の空気は、冬季の暖房モードではこれを室内に供給し、夏季冷房時には冷熱供給サイトにおいて低湿空気を室温まで自然冷却し、或いは冷却器２１も用いて冷却した後、水スプレー２２で加湿する。このとき、水の気化に伴い気化熱が奪われ、空気は低温・高湿となり、これを室内に供給する。また、図示する装置においては、再生塔３に対して供給する空気は、空気加熱器２３で加熱しており、この例においては更に、この空気加熱器２３で加熱する空気を予め前記処理塔１３からの高温空気を冷却することにより加熱された後の空気を導入するようにし、システム全体の熱効率を向上させている。

（実施例１）
さて、以上の前提となるデシカント空調システムにおいて、再生塔３で水分が脱離され再生された多孔質粒子は固気分離装置２０で空気と分離されて多孔質粒子容器１５に貯留され、同時にその下方から処理塔１３に入って室内の高湿空気に含まれる水分を吸着し、多孔質粒子容器５に貯留され、同時に下方から再生器３に入って上記作動を繰り返すため、これらの処理が一連の処理として行われる。それに対して、図２に示す本発明の実施例１においては、図１に示す前提技術とほぼ同様の構成を取りつつ、再生器３１の再生塔３３で再生された後の多孔質粒子を収容する多孔質粒子容器４５と、処理器３２の処理塔４３で高湿の室内空気から水分を吸着した多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器３５とを互いに独立して取り扱うように構成している点で異なっている。

即ち、図２に示す空調システムにおいては、前記図１に示した空調システムと同様に多孔質粒子群を流動媒体に用いており、再生器３１と処理器３２を備えている。再生器３１においては再生塔３３を垂直方向に細長く形成しており、その下端３４から加熱空気を導入し、またその部分に多孔質粒子容器４５から管路３６により、多孔質粒子容器４５に貯留されている多孔質粒子３７を導入するようにしている。

また、加熱空気と多孔質粒子３７とは前記と同様に、空気流に多孔質粒子が搬送されている状態の気体搬送流動層の方式で接触が行われるようにし、このような気体搬送流動層の状態で多孔質粒子と加熱空気との接触が行われることにより、水分を吸着した多孔質粒子から効率よく水分を取り除くことができるようにしている。更に、管路３６にバルブ３８を設け、加熱空気の供給量等に応じて再生塔３３に供給する多孔質粒子３７の供給量を調節可能としている。また、再生塔３３には内部或いは外部に加熱ヒータ３９を設けている。

再生塔３３において上記のように気体搬送流動層の状態で空気と接触する多孔質粒子は、加熱空気により加熱されるとともに、再生器の管内部に設けられ、または管を外部から加熱するように配置した加熱ヒータ３９によって適宜加熱され、高温となって多孔質粒子に吸着した水分は脱離処理される。その後低圧損濾布やサイクロン等からなる固気分離装置５０で多孔質粒子が分離して下方に降下し、多孔質粒子容器４５内に貯留される。そのため多孔質粒子容器４５内の多孔質粒子３７は、最初水分を多量に吸着した多孔質粒子が貯留されていたときにおいても、再生塔３３で順次水分が脱離処理されるため、多孔質粒子容器４５内には再生された多孔質粒子が貯留されることとなる。

一方、処理器３２における処理塔４３においては、前記再生塔３３と同様に垂直方向に細長く形成しており、その下端４４から中温・高湿の室内空気を導入し、またその部分に多孔質粒子容器３５から管路４６により、多孔質粒子容器３５に貯留されている多孔質粒子７を導入するようにしている。図示実施例においては管路４６にバルブ４８を設け、処理塔４３への室内空気の供給量等に応じて処理塔４３に供給する多孔質粒子３７の供給量を調節可能としている。

上記のような処理塔４３においても、前記と同様に空気流に多孔質粒子が搬送されている状態の気体搬送流動層方式で接触するようにしている。このような気体搬送流動層の状態で多孔質粒子と室内空気との接触が行われることにより、前記再生塔３３で乾燥した多孔質粒子３７に室内空気の水分を効率よく吸着することができる。また、この処理塔４３に導入された中温・高湿の室内空気は、乾燥した多孔質粒子に水分を吸着され、このときの吸着熱の発生により空気は高温・低湿となる。

処理塔４３において上記のように気体搬送流動層の状態で空気と接触する多孔質粒子は、前記吸着熱により高温となって空気と共に前記固気分離装置５０と同様の固気分離装置４０に入り、固気分離装置４０では多孔質粒子が分離されてその重力によって降下し、多孔質粒子容器３５内に貯留される。この多孔質粒子容器３５内の多孔質粒子３７は、最初前記のような再生塔３３で乾燥した多孔質粒子であっても、次第に上記のように水分が吸着された多孔質粒子となる。その後この多孔質粒子容器３５内の水分を吸着した多孔質粒子３７は前記のように再生塔３３で水分の脱離処理がなされ、多孔質粒子容器４５内に貯留されてこの作動を循環して行うことができる。

固気分離装置４０から排出される高温・低湿の空気は、前記図１に示すものと同様に、冬季の暖房モードではこれを室内に供給し、夏季冷房時には冷熱供給サイトにおいて低湿空気を室温まで自然冷却し、或いは冷却器５１も用いて冷却した後、水スプレー５２で加湿する。このとき、水の気化に伴い気化熱が奪われ、空気は低温・高湿となり、これを室内に供給する。また、図示する装置においては、再生塔３３に対して供給する空気は、空気加熱器５３で加熱しており、この例においては更に、この空気加熱器５３で加熱する空気を予め前記処理塔４３からの高温空気を冷却することにより加熱された後の空気を導入するようにし、システム全体の熱効率を向上させている。

この実施例において、再生器３１の多孔質粒子容器４５と処理器３２の多孔質粒子容器３５とは容器自体は同一のものを用いるときには、処理塔４３における前記のような処理によって水分を吸着した多孔質粒子が貯留される多孔質粒子容器３５は処理器３２から取り外され、これを再生器３１の設置位置に搬送し、再生器３１における多孔質粒子容器４５として使用する。また、再生器３１における前記のような再生処理によって水分を脱離した多孔質粒子が貯留される多孔質粒子容器４５は再生器３１から取り外され、これを処理器３２の設置位置に搬送し、処理器３２における多孔質粒子容器３５として使用する。

このように再生器３１の多孔質粒子容器４５と処理器３２の多孔質粒子容器３５とを同一のものを用いたときには、互いに交換可能に構成することにより、前記図１に示す実施例のような再生塔１と処理塔２とを直接配管で連結して多孔質粒子を循環させることがなくなり、再生器１と処理器２が互いに遠方に離れていても、この流動層を用いて多孔質粒子に水分を吸着し、またこれを再生塔で再生する処理を行うことが可能となる。なお、上記多孔質粒子容器３５及び４５は固定式とし、内部の多孔質粒子のみを別の搬送用容器に移し替え、これを搬送するようにしても良い。

したがって、火力発電などのエネルギー生産あるいはエチレンやセメント製造などの物質生産において低温の熱エネルギーがプロセス排熱として排出されるとき、その排出部分に再生器３１を設置し、再生塔３３の加熱ヒータ３９用の熱源として、または空気加熱器５３用の熱源として利用する。また、室内の空気の水分を除去する処理器３２はできる限り空調を行う室に近い方が好ましいため、室に隣接し、或いは建物内の適宜の場所に設置される。

そのため、プロセス廃熱が排出される場所に近いところに設置され、再生器３１において除湿され再生された多孔質粒子を貯留した多孔質粒子容器４５、或いは別途この多孔質粒子３７を収納した容器は、その場所から離れた場所にある建物等の処理器３２に輸送する。多孔質粒子容器４５自体を搬送する際はこれを適宜の個数まとめて輸送することもできる。同様に建物等に設置された処理器３２において水分を吸着した多孔質粒子３７を貯留した多孔質粒子容器４５についても、その場所から離れた、プロセス廃熱が排出される場所に近いところに設置された再生器３１に輸送する。

このように、再生器３１の多孔質粒子容器３５と処理器３２の多孔質粒子容器４５とはそれぞれ別個にバッチ処理によって交換することが可能となり、図１に示すような配管によって再生塔と処理塔を接続するもののように、各塔での処理をほぼ均衡させるように設定する必要が無く、また多孔質粒子を循環させる必要が無くなる。そのため、プロセス廃熱が多量に排出されるときには再生器３１で再生された多孔質粒子を貯留した多孔質粒子容器３５が多量に生成し、また、プロセス廃熱が少量しか排出されないときにはそれに合わせて少量生成されることとなる。

同様に空調を行う建物に設置された処理器３２においては、空調負荷が大きく大量の空気を除湿処理するときには、水分を吸着した多孔質粒子を貯留している多孔質粒子容器４５が大量に生成し、空調負荷が小さいときには少量生成することとなる。このようなバッチ処理が可能となることにより、再生器３１、及び処理器３２における各々の処理において最も効率の良い状態で作動させることができるようになる。

（実施例２）
上記のような本発明による流動層型デシカント空調システムは、上記のようなシステムの他、例えば図３に示すようなシステムによっても実施することができる。即ち、図３に示す実施例においては、前記図１の処理器２における処理塔１３に相当する処理器６２における除湿塔６３を備え、この除湿塔６３においてその下方に接続した多孔質粒子供給管７５からの多孔質粒子７０に対して、この除湿塔６３の下端開口６４から供給する高温・高湿度の室内空気が混合し、この室内空気の水分が後述する再生器６１で除湿された多孔質粒子７０によって吸収され、次第に乾燥空気となって上方に移動するようになっている。

この除湿塔６３においても、前記図１の処理塔３と同様に、従来の装置における多孔質粒子の層内に空気の泡が上昇していく方式である気泡流動層方式とは異なり、空気流に多孔質粒子が搬送されている状態の気体搬送流動層としている。このような気体搬送流動層を形成するため、処理塔としての除湿塔６３内の多孔質粒子の量に対して内部に供給する空気の速度を充分に速くする。

前記のように除湿塔６３内で除湿された空気、及び吸湿した多孔質粒子の混合流は固気分離装置６９の低圧損濾布６５を空気のみが通過し、多孔質粒子は適宜熱交換を行った後再生器６１の再生塔６６に流下する。再生塔６６においては図中３段示している多孔質粒子の流下を案内する流下案内板６７上を流下し、各段の下端でその下方の流下案内板に対する流下量が調整されつつ落下するようにしている。このような流下案内板６７とその上を流下する多孔質粒子７０によって複数の再生室７６が形成される。

各再生室７６の両側部には図３（ｂ）及び同図（ｃ）の一部拡大図に示すように開口６８を備えており、各開口６８によって再生室７６の両側部に設けた空気ダクト７０に空気を導き、同図に示すように各再生室７６をジグザグ状に通り、その間に前記のように吸湿した多孔質粒子から水分を奪って再生し、高湿度空気としてその上方の開口から外部に排出している。

再生塔６６の側部には高温ガスダクト７３を配置しており、再生塔６６の側壁からこの高温ガスダクト７３に伝熱管７２を複数突出させている。高温ガスダクト７３には下方から上方に廃ガス等の高温ガスを流動させ、排気口から排出するようにしている。この高温ガスは前記伝熱管７２によって再生塔６６を外部から加熱し、内部における多孔質粒子の再生処理効率を向上させている。

前記のように、各再生室７６を流下案内板６７に沿って下方に流下する多孔質粒子７０は次第に水分を高温空気に放出し、最終的に最下段の多孔質粒子収容部７１に流下し貯留される。このように除湿され再生された多孔質粒子７０は、前記のように多孔質粒子供給管７５から除湿塔６３に供給され、高湿度の室内空気の除湿処理を行い、この作用を循環して行うようにしている。

（実施例３）
上記のようなシステムは更に図４に示すようなシステムによって実施することもできる。前記図３に示す実施例の再生塔６６においては、処理済み多孔質粒子を高温ガスで乾燥させる方式としたのに対して、図４に示す実施例の再生塔７８においては、その内部を低圧にして水分を脱離する方法を採用している。このシステムにおいては、低圧損濾布６５を用いた固気分離装置６９で分離した吸湿粒子を第１粒子溜７７に貯留し、一定量溜まったときに第１バルブ８０によって所定量再生塔７８に供給するようにしている。

再生塔７８には真空ポンプ８２が接続され、再生塔７８に多孔質粒子を所定量供給した後第１バルブ８０を閉じ、再生塔７８とその下方の第２粒子溜７９との間の第２バルブ８１を閉じた状態で真空ポンプ８２を作動し、再生塔７８内を減圧する。それにより再生塔７８内の多孔質粒子７０に吸収されていた水分は外部に放出し、乾燥した粒子となる。

その後真空ポンプ８２を停止し、第２バルブ８１を解放して再生塔７８で乾燥した多孔質粒子を第２粒子溜７９に排出する。第２粒子溜７９には粒子量調整用空気が供給され、この空気流によって第２粒子溜７９内の多孔質粒子７０は、多孔質粒子供給管７５を介して一定速度で除湿塔６３に供給される。なお、除湿塔への粒子供給をより円滑にするため、第２粒子溜７９の下方に第３バルブと第３粒子溜を設け、第３粒子溜の粒子を粒子量調整用空気によって除湿塔６３に供給しても良い。

その後第２バルブ８１を閉じ、第１粒子溜７７に吸湿粒子が一定量溜まったとき、前記と同様に第１バルブ８０を解放して再生塔７８にこれを供給する。以降同様の作動により、除湿塔６３で室内空気を吸着した多孔質粒子７０は順に再生塔７８で乾燥粒子に再生され、第２粒子溜７９に貯留された後、多孔質粒子供給管７５を介して除湿塔６３に送られる作動を繰り返す。

（実施例４）
図５に示す実施例においては、図４に示す実施例の再生塔７８に対して、前記図３に示す再生塔６６と同様に高温ガスダクト７３を付設し、図３に示す実施例と同様に伝熱管７２を高温ガスダクト７３内に突出させている。

（実施例５）
図６に示す実施例においては図４に示す実施例における再生塔を２個併設した例を示しており、第１再生塔７８と共に第２再生塔８６を設け、第１再生塔７８に対しては第１バルブ８０を解放したとき第１粒子溜７７から粒子を供給し、第２再生塔８６に対しては第３バルブ９０を解放したとき第３粒子溜８５から粒子を供給可能としている。また、第１粒子溜７７と第３粒子溜８５に対しては切替弁８４によって固気分離装置６９で分離した多孔質粒子をいずれかの粒子溜に供給することができるようにしている。

また、真空ポンプ８２は切替弁８７によって第１再生塔７８と第２再生塔８６のいずれかに接続可能としており、乾燥粒子を貯留する第２粒子溜７９には、第１再生塔７８で再生を行った乾燥粒子を第２バルブ８１を解放することにより供給し、第２再生塔８６で再生を行った乾燥粒子は第４バルブ９１を解放することにより供給するようにしている。第２粒子溜７９においては、前記図４及び図５に示す実施例と同様に、粒子量調整用空気を供給している。

このように構成することにより、除湿塔６３で除湿し水分を含んだ粒子は固気分離装置６９を通って切替弁８４に切り替えられている第１粒子溜７７に溜められる。一定量溜まった後に第１バルブ８０を開き、第１再生塔７８にこの粒子を供給する。このとき第２バルブ８１は閉じられ、真空ポンプ８２は切替弁８７により第２再生塔８６側を吸引している。

次いで、第１再生塔７８に粒子を供給した後、第１バルブ８０を閉じ、切替弁８７を切り替えて真空ポンプ８２を第１再生塔７８側に作用させ、第１再生塔７８内を低圧化し、粒子の水分を吸引して除湿する。この間に、第３粒子溜８５の粒子は第３バルブ９０の開放により第２再生塔８６に供給される。第１再生塔７８の粒子中の水分が一定量以下に乾燥された後、切替弁８７を切り替えることにより真空ポンプ８２は第２再生塔８６を吸引し減圧する。

このとき、第２バルブ８１を開き、第１再生塔７８内の乾燥した粒子を第２粒子溜７９に移す。全量の粒子が第２粒子溜７９に移った後、第２バルブ８１を閉じる。第２再生塔８６内の粒子が真空ポンプ８２の作用により除湿されている間に、第１粒子溜７７の粒子を第１再生塔７８に移す。第２粒子溜７９の粒子は前記と同様に粒子流量調整用空気によって一定速度で除湿塔６３に送られる。

本発明は上記のような実施例の他、更に種々の態様で実施することができ、例えば図６に示した実施例における２個の再生塔において、各々図５に示す再生塔と同様の高温ガスダクトを付設することができ、また、第２粒子溜７９の下方に更にバルブを介して乾燥粒子溜を配置し、この乾燥粒子溜に粒子量調整用空気を供給することにより、更に安定した粒子の供給を行うようにする等の態様で実施することもできる。また、真空ポンプによって減圧される再生塔は、図６に示すものと同様の構成により更に多数の再生塔を併設することもできる。また、再生塔を複数併設したものにおいて、各再生塔に多孔質粒子を供給する際には、前記のように各再生塔に各々粒子溜を設ける以外に、１つの粒子溜から各再生塔に多孔質粒子を分配して供給するように構成することもできる。

（実施例６）
また、上記各実施例においては吸湿用の多孔質粒子と室内空気との接触に際して、処理塔或いは除湿塔内において空気流を下方から上方に流動させる例を示したが、例えば図７に示すように空気流を上方から下方に流動させる下降流式を採用することもできる。即ち、図７（ａ）に示す例においては処理器９２の上方の空気導入孔９２１から環境空気を導入し、下方の空気排出口９２２から排出すると共に、処理器９２の上方の上部貯槽９３からバルブ９３１を解放することにより再生済みの吸湿粒子を導入し、前記空気導入孔９２１からの室温で高湿の環境空気と共に処理器９２内で混合しながら流下させ、環境空気の水分を吸収して処理器９２の下端に設けた貯留部９２３にこれを貯留する。このように吸湿粒子に水分が吸着されて乾燥した室内空気は、金網等のフィルター９２４で吸湿粒子を分離し、高温低湿空気として前記図１、図２等のシステムと同様に室内に供給する。

図７（ａ）に示す実施例においては、前記処理器９２の下端に設けた貯留部９２３に溜まった高湿の多孔質粒子は、その下方に配置した再生器９４に対して、バルブ９２５を開放することにより導入可能としている。また、この再生器９４によって再生した多孔質粒子は各種の手段によって上部貯槽９３に送り、前記作動を繰り返すことができるようにしている。

再生器９４、及びこの再生器９４から上部貯槽９３に吸湿粒子を送る手段としては種々のものを用いることができ、前記各実施例に示したような種々の再生器、及び搬送手段を用いることができるが、図７（ａ）に示す再生器４４の管内には外部の廃熱源からの加熱流体を供給する例を示している。また、ここで再生された多孔質粒子は真空ポンプ９３２の作動により上部貯槽９３側に吸引して搬送し、上部貯槽９３においてはフィルター９３３によって吸引される空気流から多孔質粒子が分離されて内部に貯留される。したがってこの例において上部貯槽９３は固気分離器として作用する。上記のような真空ポンプ９３２を用いる場合には、この真空ポンプを再生器９４に接続し、前記図４〜図６に示す実施例のような減圧式再生器として作動させることもできる。

このようにして上部貯層９３に貯留された乾燥した多孔質粒子はバルブ９３１を開放することにより、処理器９２の上端に配置した空気導入孔９２１から処理器９２の下方に向けて流れる室内空気流と混合しながら処理器９２内を流下する。この流下の過程においては前記各実施例と同様に多孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層の状態となり、多孔質粒子と空気との混合は従来の気泡流動層式の混合よりも遙かに効率よく処理される。

また、その処理においては前記各実施例のように多孔質粒子が降下するのに対向して処理空気を流すものとは異なり、多孔質粒子の降下と同方向に空気を流すため、空気の流動抵抗を減少させることができ、空調システムの省エネルギー化を図ることができる。このようにして処理器内で除湿された空気流は金網等のフィルター９２４を通ることにより多孔質粒子と分離され、処理済み空気として室内側に送られる。一方、吸湿した多孔質粒子は処理器９２の下端に設けた貯留部９２３に貯留され、以降前記の作動を繰り返す。

（実施例７）
上記の実施例においては処理器９２の下端に設けた貯留部９２３の多孔質粒子を再生器９４に直接導入し、これを真空ポンプの作動により上部貯槽に搬送して循環再生を行う例を示したが、その他例えば図７（ｂ）に示すように、貯留部９２３の多孔質粒子をバルブを９２６を開放して下部貯槽９５に移し、これを別途の搬送手段によって廃熱源に近接してけた再生器９４の場所まで搬送し、前記のような廃熱を利用した各種の再生手段が用いられる再生器９４によって吸湿した粒子を再生し、乾燥した粒子を更に別途の搬送手段によって上部貯槽９３に移すバッチ処理を行うことにより、室内空気を処理する処理器９２と、廃熱等を利用する再生器９４の設置場所が離れているときにも有効に本発明を適用することができる。また、このようなバッチ処理を行うことにより、空気処理と多孔質粒子の再生処理において必要とする熱量が一致せずに熱供給バランスが崩れているときでも、確実にこのシステムを作動させることができる。

本発明は上記のように種々の態様で実施することができ、特に廃熱を有効利用する分野に広く用いることができる。

本発明において再生塔及び処理塔の両方に気体搬送流動層方式を採用した前提となるシステム構成を示す図である。 本発明において再生塔及び処理塔の両方に気体搬送流動層方式を採用した実施例のシステム構成を示す図である。 本発明において処理塔に気体搬送流動層方式を採用した実施例のシステム構成を示す図である。 本発明において処理塔に気体搬送流動層方式を採用し、再生塔を減圧処理した実施例のシステム構成を示す図である。 本発明において処理塔に気体搬送流動層方式を採用し、再生塔を減圧処理した他の実施例において、再生塔を外部加熱した実施例のシステム構成を示す図である。 本発明において処理塔に気体搬送流動層方式を採用し、再生塔を減圧処理した更に他の実施例において、再生塔を複数併設した実施例のシステム構成を示す図である。 本発明において処理塔で空気流を上から落下する吸湿粒子と同方向に流動させた気体搬送流動層方式を採用した例を示す図である。 従来のデシカント空調システムを示す図である。 多孔質粒子を用いたＣＦＢ方式の１例を示す図である。

１ 再生器
２ 処理器
３ 再生塔
４ 下端
５ 多孔質粒子容器
６ 管
７ 多孔質粒子
８ バルブ
９ 加熱ヒータ
１０ 固気分離装置
１３ 処理塔
１４ 下端
１５ 多孔質粒子容器
１６ 管
１８ バルブ
２０ 固気分離装置
２１ 冷却器
２２ 水スプレー
２３ 空気加熱器

Claims (11)

1. 分離器で分離した吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、加熱手段を備え該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と空気流とを導入し水分を吸着した多孔質粒子から水分を空気に放出させる再生塔と、該再生塔で除湿された多孔質粒子を該多孔質粒子容器に戻す手段とを備えた再生器と、
   分離器で分離した前記吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と高湿空気流とを導入し、空気流の水分を多孔質粒子に吸着する処理塔と、該処理塔で吸湿された多孔質粒子を該多孔質粒子容器に戻す手段とを備えた処理器とを用い、
   前記再生塔及び前記処理塔内では内部の多孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層を形成し、
   再生器及び処理器の多孔質粒子を容器により互いに交換可能に設けたことを特徴とする流動層型デシカント空調システム。
2. 分離器で分離した処理器からの吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、加熱手段を備え該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と空気流とを導入し水分を吸着した多孔質粒子から水分を空気に放出させる再生塔と、該再生塔内の多孔質粒子と空気流を加熱する手段とを備えた再生器と、
   分離器で分離した前記再生器からの吸湿性の多孔質粒子を貯留する多孔質粒子容器と、該多孔質粒子容器からの多孔質粒子と高湿空気流とを導入し、空気流の水分を多孔質粒子に吸着する処理塔を備えた処理器とを備え、
   前記処理塔内で内部の多孔質粒子が空気流により搬送される気体搬送流動層を形成した流動層型デシカント空調システムにおいて、
   前記再生器は複数の案内板により区画された複数の再生室を有し、前記分離器で分離した処理器からの吸湿性の多孔質粒子を前記案内板で流下させつつ加熱空気で除湿し、前記案内板の流下端で多孔質粒子の流下粒子量を調節するとともに、前記再生室のそれぞれは両側部に開口を有し、各開口によって該再生室の両側部に設けた空気ダクトに空気を導き、前記加熱空気を前記各再生室に順にジグザグ状に導くことを特徴とする流動層型デシカント空調システム。
3. 前記再生塔内に導入する空気を、処理器から排出される高温空気により予熱することを特徴とする請求項１または請求項２記載の流動層型デシカント空調システム。
4. 前記再生器は、前記処理器からの多孔質粒子を貯留し再生塔にバルブを介して該多孔質粒子を供給する第１の粒子溜と、密封可能で加熱手段を備えた再生塔と、該再生塔で水分を除去した多孔質粒子をバルブを介して導入し貯留する第２の粒子溜とを備え、密封した再生塔を減圧することにより多孔質粒子から水分を除去することを特徴とする請求項１ないし３記載の流動層型デシカント空調システム。
5. 前記再生塔を複数設け、前記処理塔からの多孔質粒子を分配して供給することを特徴とする請求項４記載の流動層型デシカント空調システム。
6. 前記再生塔を減圧する手段は真空ポンプであり、該真空ポンプと各再生塔とを切替弁を介して接続したことを特徴とする請求項５記載の流動層型デシカント空調システム。
7. 前記再生塔は該再生塔に付設したガスダクトを通る高温の廃棄ガスにより加熱することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の流動層型デシカント空調システム。
8. 前記ガスダクトには、再生塔の熱を伝熱する伝熱部材を設けたことを特徴とする請求項７記載の流動層型デシカント空調システム。
9. 前記再生器で再生した多孔質粒子を、処理器に多孔質粒子を供給する上部貯層を介して真空ポンプにより吸引し、上部貯層に設けたフィルターによって多孔質粒子を分離して多孔質粒子を上部貯層に貯留することを特徴とする請求項１ないし８記載の流動層型デシカント空調システム。
10. 前記真空ポンプにより再生器内を減圧して除湿することを特徴とする請求項９記載の流動層型デシカント空調システム。
11. 前記再生塔で多孔質粒子から水分を吸収した高湿空気は、ガスタービン用燃焼空気に用いることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の流動層デシカント空調システム。