JP4681203B2 - 冷房装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷房装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、発明者らは、既に図3に示すような冷房装置を提案している。
この冷房装置は、加湿冷却ローター81、二次除湿ローター83、第1放熱器85、第2放熱器87、第3放熱器89、第4放熱器91、加熱器93、第1送風機95、第2送風機96、第3送風機97、およびダンパー99などを備えてなる。
【0003】
上記加湿冷却ローター81および二次除湿ローター83は、双方とも、内部に流される空気の温度および湿度と既に吸着している水分との関係に応じて、空気中から水分を吸着、または空気中へ水分を脱着するハニカム状構造物によって形成され、通気方向に延びる軸線を回転中心にして一定の速度で回転駆動されるようになっている。
【0004】
そして、この冷房装置には、室外から空気を吸入し、その空気を加湿冷却ローター81に通して除湿し、その空気を第1放熱器85に通して空気から熱を奪い、その空気を二次除湿ローター83に通してさらに除湿し、その空気を第2放熱器87に通して空気から熱を奪い、その空気を加湿冷却ローター81に通して空気中へ水分を脱着させる冷却流路が構成されていて、この冷却流路に空気を流すことにより、冷却空気を得ることができる。
【0005】
また、この冷房装置には、室外から空気を吸入し、その空気を加熱器93に通してその空気の温度を上昇させ、その空気を二次除湿ローター83に通して空気中へ水分を脱着させる再生流路が構成されていて、この再生流路に空気を流すことにより、二次除湿ローター83の水分吸着能力を回復させることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記冷房装置において、加熱器93としては、太陽熱、工場廃熱、エンジン廃熱などによって加熱された熱媒を導入して、この熱媒と二次除湿ローター83に通されることになる空気との間で熱交換を行う熱交換型のものを用いている。
【0007】
しかし、この冷房装置の場合、加熱器93に80℃以上の熱媒を導入しないと、二次除湿ローター83に通される空気の相対湿度を十分に低下させることができないため、80℃未満の熱媒しか得られない環境下においては、二次除湿ローター83を十分に再生することができず、冷房装置を稼働させることができないという問題があった。
【0008】
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、従来よりも低温の熱媒を利用する場合でも十分に稼働させることができる冷房装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段、および発明の効果】
上記目的を達成するため、本発明においては次のような構成を採用した。
請求項1に記載の冷房装置は、
並列に形成された複数の空孔を有するハニカム状構造物であり、相対圧0の場合の吸湿率と相対圧0.5の場合の吸湿率との差が10%以上を示す吸着剤または相対圧0.5の場合の吸湿率と相対圧1.0の場合の吸湿率との差が10%以上示す吸着剤が前記空孔内に設けられていて、該空孔内に流される空気と前記吸着剤との間で水分を吸着/脱着可能とされており、水分を吸着するゾーンに該当する第1吸着ゾーン、および水分を脱着するゾーンに該当する再生ゾーンを少なくとも含む複数のゾーンに区分されていて、回転駆動されるのに伴って、水分を吸着するゾーンとなっていた部分が徐々に水分を脱着するゾーンへと移行し、水分を脱着するゾーンとなっていた部分が徐々に水分を吸着するゾーンへと移行するように構成された二次除湿ローターと、
並列に形成された複数の空孔を有するハニカム状構造物であり、相対圧0の場合の吸湿率と相対圧0.5の場合の吸湿率との差が10%以上を示す吸着剤または相対圧0.5の場合の吸湿率と相対圧1.0の場合の吸湿率との差が10%以上示す吸着剤が前記空孔内に設けられていて、該空孔内に流される空気と前記吸着剤との間で水分を吸着/脱着可能とされており、水分を吸着するゾーンに該当する第2吸着ゾーン、水分を吸着するゾーンに該当する加湿ゾーン、および水分を脱着するゾーンに該当する冷却ゾーンを少なくとも含む複数のゾーンに区分されていて、回転駆動されるのに伴って、水分を吸着するゾーンとなっていた部分が徐々に水分を脱着するゾーンへと移行し、水分を脱着するゾーンとなっていた部分が徐々に水分を吸着するゾーンへと移行し、しかも、前記水分を吸着するゾーンの内、前記第2吸着ゾーンとなっていた部分は、前記冷却ゾーンへ移行する前に前記加湿ゾーンへと移行してから、前記冷却ゾーンへと移行するように構成された加湿冷却ローターと、
内部に流される空気から熱を奪う冷却流路用放熱器と、
内部に流される空気から熱を奪う加湿流路用放熱器と、
内部に流される空気と熱媒との熱交換によって、前記空気を加熱する加熱器と、
流路に空気を流す第1送風機と、
流路に空気を流す第2送風機とを備えており、
室内に設けられた入口から、前記第1吸着ゾーン、前記冷却流路用放熱器、および前記冷却ゾーンを経て、前記室内に設けられた出口に至る冷却流路が形成され、該冷却流路に前記第1送風機で空気を流すように構成され、
室外に設けられた入口から、前記第2吸着ゾーン、前記加熱器、および前記再生ゾーンを経て、前記室外に設けられた出口に至る再生流路が形成され、該再生流路に前記第2送風機で空気を流すように構成され、
さらに、前記再生流路の出口から、前記加湿流路用放熱器、および前記加湿ゾーンを経て、前記室外に設けられた出口に至る加湿流路が形成されている
ことを特徴とする。
【0010】
請求項2に記載の冷房装置は、
前記冷却流路用放熱器が、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって、前記空気から熱を奪うものであり、前記冷媒の温度が、20℃以上かつ前記空気よりも低温の流体である
ことを特徴とする。
【0012】
請求項3に記載の冷房装置は、
前記二次除湿ローターは、回転駆動されるのに伴って、前記再生ゾーンとなっていた部分が、前記第1吸着ゾーンへ移行する前に、冷却サイクルゾーンへと移行するように構成され、
さらに、内部に流される空気から熱を奪う冷却サイクル流路用放熱器と、
流路に空気を流す第3送風機とを備え、
前記冷却サイクルゾーン、および前記冷却サイクル流路用放熱器を経て、再び前記冷却サイクルゾーンへと戻る冷却サイクル流路が形成され、該冷却サイクル流路に前記第3送風機で空気を流すように構成されている
ことを特徴とする。
【0013】
請求項4に記載の冷房装置は、
前記二次除湿ローターは、前記第1吸着ゾーン、前記再生ゾーン、および前記冷却サイクルゾーンから構成されており、前記第1吸着ゾーンの占有率は50.0〜70.0%、前記再生ゾーンの占有率は15.0〜40.0%、前記冷却サイクルゾーンの占有率は10.0〜15.0%で、さらに、前記二次除湿ローターの回転速度は5〜20rphである
ことを特徴とする。
【0014】
請求項5に記載の冷房装置は、
前記冷却サイクル流路用放熱器が、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって、前記空気から熱を奪うものであり、前記冷媒の温度が、20℃以上かつ前記空気よりも低温の流体である
ことを特徴とする。
【0016】
請求項6に記載の冷房装置は、
前記加湿冷却ローターは、前記第2吸着ゾーン、前記加湿ゾーン、および前記冷却ゾーンから構成されており、前記第2吸着ゾーンの占有率は50.0〜70.0%、前記加湿ゾーンの占有率は0.01〜20.0%、前記冷却ゾーンの占有率は20.0〜50.0%で、さらに、前記加湿冷却ローターの回転速度は5〜20rphである
ことを特徴とする。
【0017】
請求項7に記載の冷房装置は、
前記加湿流路用放熱器が、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって、前記空気から熱を奪うものであり、前記冷媒の温度が、20℃以上かつ前記空気よりも低温の流体である
ことを特徴とする。
【0020】
請求項8に記載の冷房装置は、
温度60〜100℃の前記熱媒を前記加熱器に導入可能で、絶対湿度5〜25g/kgかつ温度25〜40℃の空気を前記冷却流路および前記再生流路に導入可能な環境において稼働可能である
ことを特徴とする。
【0021】
請求項9に記載の冷房装置は、
温度40〜60℃の前記熱媒を前記加熱器に導入可能で、絶対湿度5〜15g/kgかつ温度25〜30℃の空気を前記冷却流路および前記再生流路に導入可能な環境において稼働可能である
ことを特徴とする。
【0022】
以上のように構成される冷房装置において、二次除湿ローターおよび加湿冷却ローターは、相対圧0の場合の吸湿率と相対圧0.5の場合の吸湿率との差が10%以上を示す吸着剤または相対圧0.5の場合の吸湿率と相対圧1.0の場合の吸湿率との差が10%以上示す吸着剤を空孔内に設けた構造になっている。吸着剤を設ける方法は、どのような方法でも良いが、例えば、空孔をなす壁面に吸着剤をコーティングもしくは合成しても良いし、吸着剤と適当なバインダー等との混合物を材料としてハニカム状構造物を形成し、それを二次除湿ローターおよび加湿冷却ローターの各ローターとして利用しても良い。
【0023】
前記冷却流路用放熱器、加湿流路用放熱器、および冷却サイクル流路用放熱器は、その内部に流される空気から熱を奪うものであれば何でもよいが、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって空気から熱を奪うものでありなどが好適であり、その場合の冷媒としては、20℃以上かつ空気よりも低温の流体を用いるとよい。
【0024】
このような冷房装置において、第1送風機を作動させると、冷却流路では、室内または室外から空気が吸入され、その空気が第1吸着ゾーンに通されて除湿され、その空気が冷却流路用放熱器に通されて空気から熱が奪われ、その空気が冷却ゾーンに通されて加湿冷却され、これにより、冷却空気を得ることができる(以下、この冷却空気を得る工程を冷却工程ともいう)。
【0025】
また、第2送風機を作動させると、再生流路では、室内または室外から空気が吸入され、その空気が第2吸着ゾーンに通されてローターが空気中の水分を吸着し、その空気が加熱器に通されて加熱され、その空気が再生ゾーンに通されてローターが空気中へ水分を脱着し、これにより、ローターの吸着能力および脱着能力を回復させることができる(以下、このローターの吸着能力および脱着能力を回復させる工程を再生工程ともいう)。
【0026】
そして、これら冷却工程および再生工程は、ローターを回転駆動しながら実施することにより、同時に連続的に実施することができる。
このような冷房装置によれば、再生流路において、室内または室外から吸入した空気を、そのまま加熱器に通すのではなく、第2吸着ゾーンに通して除湿してから加熱器に通すので、加熱器に通される空気中に含まれる水分量は、室内または室外から吸入した空気そのものよりも少なくなる。そのため、室内または室外から吸入した空気をそのまま加熱器に通す場合に比べ、加熱器での加熱温度がいくらか低めでも、再生ゾーンに通される空気の相対湿度を十分に低くして、ローターの吸着能力を回復させることができる。
【0027】
より具体的に言えば、上述した従来の冷房装置の場合、80℃以上の熱媒を利用できる環境が無いと、再生ゾーンに通される空気の相対湿度を十分に低下させることができず、冷房装置を十分に連続稼働させることができなかったが、本発明の如く構成した冷房装置であれば、40℃以上の熱媒を利用できる環境があれば、再生ゾーンに通される空気の相対湿度を十分に低下させることができ、冷房装置を十分に連続稼働させることができるようになる。
【0030】
なお、前記二次除湿ローターは、回転駆動されるのに伴って、前記再生ゾーンとなっていた部分が、前記第1吸着ゾーンへ移行する前に、冷却サイクルゾーンへと移行するように構成され、さらに、内部に流される空気から熱を奪う冷却サイクル流路用放熱器と、流路に空気を流す第3送風機とを備え、前記冷却サイクルゾーン、および前記冷却サイクル流路用放熱器を経て、再び前記冷却サイクルゾーンへと戻る冷却サイクル流路が形成され、該冷却サイクル流路に前記第3送風機で空気を流すように構成されていてもよい。
【0031】
二次除湿ローターが、第1吸着ゾーン、再生ゾーン、および冷却サイクルゾーンから構成される場合、第1吸着ゾーンの占有率は50.0〜70.0%、再生ゾーンの占有率は15.0〜40.0%、冷却サイクルゾーンの占有率は10.0〜15.0%に設定されると望ましく、この時、二次除湿ローターの回転速度は5〜20rphであるとよい。
【0032】
この冷房装置によれば、第3送風機を作動させると、冷却サイクル流路において、空気が冷却サイクルゾーンに通されて二次除湿ローターから熱が奪われ、その空気が冷却サイクル流路用放熱器に通されて空気から熱が奪われ、その空気が再び冷却サイクルゾーンに戻され、これにより、二次除湿ローターの温度を低下させることができる(以下、この二次除湿ローターの温度を低下させる工程を冷却サイクル工程ともいう)。
【0033】
このような冷却サイクル工程を設ければ、二次除湿ローターが、再生ゾーンにおいて加熱器からの空気によって加熱されても、冷却サイクルゾーンにおいて熱が奪われて温度が低下し、その温度の低下した部分が第1吸着ゾーンへと移動するので、第1吸着ゾーンにおける吸着効率が向上する。そのため、冷却流路において二次除湿ローターに通される空気は、上記冷却サイクルゾーンが設けられていない場合以上に除湿されることになり、その空気を加湿冷却ローターに通すことによって、加湿冷却ローターから脱着する水分の量を増大させることができるので、冷却能力を向上させることができる。
【0035】
また、本発明において、前記加湿冷却ローターは、水分を吸着するゾーンの内、前記第2吸着ゾーンとなっていた部分が、前記冷却ゾーンへ移行する前に前記加湿ゾーンへと移行してから、前記冷却ゾーンへと移行するように構成され、さらに、内部に流される空気から熱を奪う加湿流路用放熱器を備え、前記再生流路の出口から、前記加湿流路用放熱器、および前記加湿ゾーンを経て、前記室外に設けられた出口に至る加湿流路が形成されている。このような加湿流路を形成することにより、第2吸着ゾーンにおいて加湿冷却ローターに通された空気は、加熱器、再生ゾーン、および加湿流路用放熱器を経た後、前記加湿ゾーンにおいて再び前記加湿冷却ローターに通される。
【0036】
加湿冷却ローターが、第2吸着ゾーン、加湿ゾーン、および冷却ゾーンから構成される場合、第2吸着ゾーンの占有率は50.0〜70.0%、加湿ゾーンの占有率は0.01〜20.0%、冷却ゾーンの占有率は20.0〜50.0%に設定されると望ましく、この時、加湿冷却ローターの回転速度は5〜20rphであるとよい。
【0037】
このような加湿流路を備えた本発明の冷房装置によれば、再生流路から排出される空気が加湿流路へと流れ、加湿流路において、空気が加湿流路用放熱器に通されて空気から熱が奪われ、その空気が加湿ゾーンに通されて加湿冷却ローターが空気中の水分を吸着し、これにより、加湿冷却用として利用される水分が加湿冷却ローターに補充される。したがって、再生流路においてのみ加湿冷却ローターに空気中の水分を吸着させる場合に比べ、加湿冷却ローターの吸着水を増大させて、加湿冷却ローターの水分脱着能力を向上させることができるので、冷却能力を向上させることができる。
【0040】
以上説明した冷房装置によれば、温度60〜100℃の熱媒を加熱器に導入可能な場合、絶対湿度5〜25g/kgかつ温度25〜40℃の空気を冷却流路および再生流路に導入可能な環境において稼働可能である。
また、温度40〜60℃の熱媒を加熱器に導入可能な場合、絶対湿度5〜15g/kgかつ温度25〜30℃の空気を冷却流路および再生流路に導入可能な環境において稼働可能である。
【0041】
【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。
以下に説明する冷房装置は、図1に示す通り、二次除湿ローター1、加湿冷却ローター3、第1放熱器11(本発明でいう冷却流路用放熱器に相当)、第2放熱器12(本発明でいう冷却サイクル流路用放熱器に相当)、第3放熱器13(本発明でいう加湿流路用放熱器に相当)、加熱器15、第1送風機21、第2送風機22、第3送風機23、およびダンパー25などを備えている。
【0042】
二次除湿ローター1および加湿冷却ローター3は、双方とも、直径250mm×高さ200mmの円柱形に形成されたコルゲートハニカムシリカゲル(本発明でいうハニカム状構造物)によって形成されたもので、内部に流される空気の温度および湿度と既に吸着している水分との関係に応じて、空気中から水分を吸着、または空気中へ水分を脱着する能力を有している。
【0043】
これら二次除湿ローター1および加湿冷却ローター3は、通気方向に延びる軸線を回転中心にして、5〜20rphの範囲内で設定される一定の速度(例えば15rph)で同方向(図1中の矢印A方向)に回転駆動される。
二次除湿ローター1は、第1吸着ゾーン1a、再生ゾーン1b、および冷却サイクルゾーン1cの3ゾーンに区分されている。これら3ゾーンの回転軸に垂直な切断面における断面積比は、第1吸着ゾーン1a:再生ゾーン1b:冷却サイクルゾーン1c=5:2:1とされている。
【0044】
加湿冷却ローター3は、冷却ゾーン3a、第2吸着ゾーン3b、および加湿ゾーン3cの3ゾーンに区分されている。これら3ゾーンの回転軸に垂直な切断面における断面積比は、冷却ゾーン3a:第2吸着ゾーン3b:加湿ゾーン3c=1:3:1とされている。
【0045】
第1放熱器11、第2放熱器12、および第3放熱器13は、水冷熱交換器であり、内部に流される空気と冷却水との間で熱交換を行うことにより、空気から熱を奪って、空気の温度を冷却水と同程度(本実施形態の場合、24℃〜26℃)まで低下させることができる。
【0046】
加熱器15も、熱交換器であるが、廃熱を利用して加熱された40℃〜100℃の温水を熱媒として導入するように構成されており、内部に流される空気と熱媒との熱交換を行うことにより、空気を加熱して、空気の温度を熱媒と同程度まで上昇させることができる。
【0047】
第1送風機21は、室内に設けられた入口から、二次除湿ローター1の第1吸着ゾーン1a、第1放熱器11、および加湿冷却ローター3の冷却ゾーン3aを経て、室内に設けられた出口に至る冷却流路に、空気を流す装置である。なお、本実施形態において、冷却流路の空塔速度は0.4〜2.0m/sec(好適には0.5〜0.6m/sec)、風量は55〜65m3/hrである。
【0048】
第2送風機22は、室外に設けられた入口から、加湿冷却ローター3の第2吸着ゾーン3b、加熱器15、および二次除湿ローター1の再生ゾーン1bを経て出口に至る再生流路に、空気を流す装置である。なお、本実施形態において、再生流路の空塔速度は0.4〜2.0m/sec(好適には1.1〜1.2m/sec)、風量は45〜55m3/hrである。
【0049】
第3送風機23は、二次除湿ローター1の冷却サイクルゾーン1cから、第2放熱器12を経て、二次除湿ローター1の冷却サイクルゾーン1cへと戻る冷却サイクル流路に、空気を流す装置である。なお、冷却サイクル流路の空塔速度は0.4〜2.0m/sec(好適には1.9〜2.0m/sec)である。
【0050】
ダンパー25は、上記再生流路の出口に設けられており、再生流路の出口から排出される空気を、室外へ放出するか加湿流路の入口へ導入するかを切り替えることができる。加湿流路は、再生流路の出口から、第3放熱器13、および加湿冷却ローター3の加湿ゾーン3cを経て、室外に設けられた出口に至る流路である。
【0051】
次に、この冷房装置の動作について説明する。
この冷房装置で冷房を行うには、二次除湿ローター1および加湿冷却ローター3を回転駆動しながら、第1送風機21、第2送風機22、および第3送風機23を作動させる。
【0052】
第1送風機21の作動に伴って、冷却流路においては、室内から空気が吸入され、その空気が二次除湿ローター1の第1吸着ゾーン1aに通されて除湿される。このとき、二次除湿ローター1の第1吸着ゾーン1aでは吸着熱が発生するため、第1吸着ゾーン1aに通された空気はいくらか温度が上昇する。続いて、その空気が第1放熱器11に通され、空気から熱が奪われる。続いて、その空気が加湿冷却ローター3の冷却ゾーン3aに通されて加湿冷却される。すなわち、加湿冷却ローター3の冷却ゾーン3aでは、加湿冷却ローター3から水分が脱着し、脱着に伴って空気から熱が奪われて空気の温度が低下する。そして、その空気が室内に放出される結果、室内の温度が低下する。
【0053】
また、第2送風機22の作動に伴って、再生流路においては、室外から空気が吸入され、その空気が加湿冷却ローター3の第2吸着ゾーン3bに通される。このとき、加湿冷却ローター3が空気中の水分を吸着し、加湿冷却ローター3の水分脱着能力が回復するとともに、空気の湿度が低下する。加湿冷却ローター3の第2吸着ゾーン3bに通された空気は、続いて加熱器15に通されて加熱される。この加熱により、空気の相対湿度は、さらに低下することになる。そして、その空気が二次除湿ローター1の再生ゾーン1bに通される。このとき、二次除湿ローター1が空気中へ水分を脱着し、二次除湿ローター1の水分吸着能力が回復する。このように、この冷房装置においては、加湿冷却ローター3で空気中の水分を吸着した上で、その空気を加熱器15に通しているので、加熱器15においては、従来ほど高温にしなくても、空気の相対湿度を十分に低下させることができるのである。
【0054】
また、第3送風機23の作動に伴って、冷却サイクル流路においては、空気が二次除湿ローター1の冷却サイクルゾーン1cに通されて二次除湿ローター1から熱が奪われ、その空気が第2放熱器12に通されて空気から熱が奪われ、その空気が再び二次除湿ローター1に戻され、これにより、再生のために加えられた熱を除去し、二次除湿ローター1の温度を低下させて第1吸着ゾーン1aにおける吸着能力を向上させることができる。
【0055】
さらに、ダンパー25によって、再生流路の出口から排出される空気を加湿流路へ導入することもでき、この場合、加湿流路において、空気が第3放熱器13に通されて空気から熱が奪われ、その空気が加湿冷却ローター3に通されて加湿冷却ローター3が空気中の水分を吸着し、これにより、水分が加湿冷却ローター3に補充される。
【0056】
これら一連の動作は、二次除湿ローター1および加湿冷却ローター3を回転駆動しながら実施されるため、二次除湿ローター1は、第1吸着ゾーン1a、再生ゾーン1b、および冷却サイクルゾーン1cの順に各ゾーンへ移行する動作を繰り返す。また、加湿冷却ローター3は、冷却ゾーン3a、第2吸着ゾーン3b、および加湿ゾーン3cの順に各ゾーンへ移行する動作を繰り返す。したがって、二次除湿ローター1および加湿冷却ローター3は、それぞれ各ゾーンへ移行する毎に吸着/脱着を繰り返す状態になり、連続的に冷房運転を行うことができる。
【0057】
特に、加湿冷却ローター3においては、冷却ゾーン3aにおいて低温化した部分が第2吸着ゾーン3bへと移行し、その低温化した第2吸着ゾーン3bで水分を吸着するので、第2吸着ゾーン3bの吸着能力が向上する。
以上のように構成された冷房装置において、冷却流路および再生流路を流れる空気の状態は、図2のグラフに示すように変化する。
【0058】
すなわち、まず、冷却流路においては、空気が二次除湿ローター1に通されることにより、空気の湿度が低下し、温度が上昇する(S1→S2)。続いて、その空気が第1放熱器11に通されることにより、空気の温度が低下する(S2→S3)。続いて、その空気が加湿冷却ローター3に通されることにより、空気の温度がさらに低下し、湿度が上昇する(S3→S4)。こうして得られた空気は、温度が20℃程度まで低下しているので、室内の冷房に利用できる。
【0059】
また、再生流路においては、空気が加湿冷却ローター3に通されることにより、空気の温度が上昇し、湿度が低下する(S5→S6)。続いて、その空気が加熱器15に通されることにより、空気の温度が上昇する(S6→S7)。続いて、その空気が二次除湿ローター1に通されることにより、空気の温度が低下し、湿度が上昇する(S7→S8)。この結果、加湿冷却ローター3は水分脱着能力が回復し、二次除湿ローター1は水分吸着能力が回復する。
【0060】
次に、この冷房装置を実際に作動させて冷房能力を検証した。
実験条件は、下記表1の通りである。
【0061】
【表1】
【0062】
以上の実験条件で冷房装置を稼働させたところ、再生流路において、加湿冷却ローター3に通された空気は、相対湿度が27%まで低下した。また、その空気を加熱器15に通して55〜65℃まで加熱すると、相対湿度が約5.5%まで低下した。この空気を二次除湿ローター1に通すことにより、二次除湿ローター1は水分吸着能力を回復させることができた。
【0063】
一方、冷却流路において、二次除湿ローター1に通された空気は、絶対湿度が3.5g/kgまで低下した。また、その空気を第1放熱器11に通して25℃まで温度を低下させ、その空気を加湿冷却ローター3に通すと、空気の温度は20℃まで低下し、その状態を維持したまま連続稼働させることができた。
【0064】
次に、上記実験1よりも室外空気が高湿度となる条件下で、上記実験1と同様の実験を行った。
実験条件は、下記表2の通りである。
【0065】
【表2】
【0066】
以上の実験条件で冷房装置を稼働させたところ、再生流路において、加湿冷却ローター3に通された空気は、相対湿度が35%まで低下した。また、その空気を加熱器15に通して55〜65℃まで加熱すると、相対湿度が約12%まで低下した。この空気を二次除湿ローター1に通すことにより、二次除湿ローター1は水分吸着能力を回復させることができた。
【0067】
一方、冷却流路において、二次除湿ローター1に通された空気は、絶対湿度が5g/kgまで低下した。また、その空気を第1放熱器11に通して25℃まで温度を低下させ、その空気を加湿冷却ローター3に通すと、空気の温度は20℃まで低下し、その状態を維持したまま連続稼働させることができた。
【0068】
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な一実施形態に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。
【0073】
例えば、上記実施形態では、第1放熱器11、第2放熱器12、および第3放熱器13において、24℃〜26℃の冷却水を冷媒として利用していたが、冷却対象となる空気よりも低温の流体であれば冷媒として利用可能であり、20℃以上の流体であっても実用上は十分に冷媒として利用可能である。
【0074】
また、上記実施形態では、二次除湿ローターを、特定の比率で第1吸着ゾーン、再生ゾーン、および冷却サイクルゾーンに区分したが、第1吸着ゾーンの占有率は50.0〜70.0%、再生ゾーンの占有率は15.0〜40.0%、冷却サイクルゾーンの占有率は10.0〜15.0%程度の範囲で調節可能である。また、加湿冷却ローターについても、特定の比率で第2吸着ゾーン、加湿ゾーン、および冷却ゾーンに区分したが、第2吸着ゾーンの占有率は50.0〜70.0%、加湿ゾーンの占有率は0.01〜20.0%、冷却ゾーンの占有率は20.0〜50.0%程度の範囲で調節可能である。また、加湿冷却ローターは、加湿ゾーンを設けず、第2吸着ゾーンおよび冷却ゾーンから構成されていてもよく、その場合は、第2吸着ゾーンの占有率は50.0〜70.0%、冷却ゾーンの占有率は30.0〜50.0%程度の範囲で調節可能である。
【0075】
加えて、上記実施形態では、特定温度の熱媒を加熱器15に導入する例を示したが、加熱器15に40℃〜100℃程度の熱媒を導入可能な環境であれば、本冷房装置を稼働させることができる。但し、熱媒の温度条件が変わると、処理可能な空気の温度条件や湿度条件はいくらか変わることになる。目安としては、例えば、温度60〜100℃の熱媒を加熱器15に導入可能な場合、絶対湿度5〜25g/kgかつ温度25〜40℃の空気を冷却流路および再生流路に導入可能な環境において、本冷房装置を稼働させることができる。また、例えば、温度40〜60℃の熱媒を加熱器15に導入可能な場合、絶対湿度5〜15g/kgかつ温度25〜30℃の空気を冷却流路および再生流路に導入可能な環境において、本冷房装置を稼働させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態として説明した冷房装置の構成図である。
【図2】 冷房装置内を流れる空気の状態変化を示すグラフである。
【図3】 従来の冷房装置の構成図である。
【符号の説明】
1・・・二次除湿ローター、1a・・・第1吸着ゾーン、1b・・・再生ゾーン、1c・・・冷却サイクルゾーン、3・・・加湿冷却ローター、3a・・・冷却ゾーン、3b・・・第2吸着ゾーン、3c・・・加湿ゾーン、11・・・冷却流路用放熱器、12・・・冷却サイクル流路用放熱器、13・・・加湿流路用放熱器、15・・・加熱器、21・・・第1送風機、22・・・第2送風機、23・・・第3送風機、25・・・ダンパー。
Claims (9)
- 並列に形成された複数の空孔を有するハニカム状構造物であり、相対圧0の場合の吸湿率と相対圧0.5の場合の吸湿率との差が10%以上を示す吸着剤または相対圧0.5の場合の吸湿率と相対圧1.0の場合の吸湿率との差が10%以上示す吸着剤が前記空孔内に設けられていて、該空孔内に流される空気と前記吸着剤との間で水分を吸着/脱着可能とされており、水分を吸着するゾーンに該当する第1吸着ゾーン、および水分を脱着するゾーンに該当する再生ゾーンを少なくとも含む複数のゾーンに区分されていて、回転駆動されるのに伴って、水分を吸着するゾーンとなっていた部分が徐々に水分を脱着するゾーンへと移行し、水分を脱着するゾーンとなっていた部分が徐々に水分を吸着するゾーンへと移行するように構成された二次除湿ローターと、
並列に形成された複数の空孔を有するハニカム状構造物であり、相対圧0の場合の吸湿率と相対圧0.5の場合の吸湿率との差が10%以上を示す吸着剤または相対圧0.5の場合の吸湿率と相対圧1.0の場合の吸湿率との差が10%以上示す吸着剤が前記空孔内に設けられていて、該空孔内に流される空気と前記吸着剤との間で水分を吸着/脱着可能とされており、水分を吸着するゾーンに該当する第2吸着ゾーン、水分を吸着するゾーンに該当する加湿ゾーン、および水分を脱着するゾーンに該当する冷却ゾーンを少なくとも含む複数のゾーンに区分されていて、回転駆動されるのに伴って、水分を吸着するゾーンとなっていた部分が徐々に水分を脱着するゾーンへと移行し、水分を脱着するゾーンとなっていた部分が徐々に水分を吸着するゾーンへと移行し、しかも、前記水分を吸着するゾーンの内、前記第2吸着ゾーンとなっていた部分は、前記冷却ゾーンへ移行する前に前記加湿ゾーンへと移行してから、前記冷却ゾーンへと移行するように構成された加湿冷却ローターと、
内部に流される空気から熱を奪う冷却流路用放熱器と、
内部に流される空気から熱を奪う加湿流路用放熱器と、
内部に流される空気と熱媒との熱交換によって、前記空気を加熱する加熱器と、
流路に空気を流す第1送風機と、
流路に空気を流す第2送風機とを備えており、
室内に設けられた入口から、前記第1吸着ゾーン、前記冷却流路用放熱器、および前記冷却ゾーンを経て、前記室内に設けられた出口に至る冷却流路が形成され、該冷却流路に前記第1送風機で空気を流すように構成され、
室外に設けられた入口から、前記第2吸着ゾーン、前記加熱器、および前記再生ゾーンを経て、前記室外に設けられた出口に至る再生流路が形成され、該再生流路に前記第2送風機で空気を流すように構成され、
さらに、前記再生流路の出口から、前記加湿流路用放熱器、および前記加湿ゾーンを経て、前記室外に設けられた出口に至る加湿流路が形成されている
ことを特徴とする冷房装置。 - 前記冷却流路用放熱器が、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって、前記空気から熱を奪うものであり、前記冷媒の温度が、20℃以上かつ前記空気よりも低温の流体である
ことを特徴とする請求項1に記載の冷房装置。 - 前記二次除湿ローターは、回転駆動されるのに伴って、前記再生ゾーンとなっていた部分が、前記第1吸着ゾーンへ移行する前に、冷却サイクルゾーンへと移行するように構成され、
さらに、内部に流される空気から熱を奪う冷却サイクル流路用放熱器と、
流路に空気を流す第3送風機とを備え、
前記冷却サイクルゾーン、および前記冷却サイクル流路用放熱器を経て、再び前記冷却サイクルゾーンへと戻る冷却サイクル流路が形成され、該冷却サイクル流路に前記第3送風機で空気を流すように構成されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の冷房装置。 - 前記二次除湿ローターは、前記第1吸着ゾーン、前記再生ゾーン、および前記冷却サイクルゾーンから構成されており、前記第1吸着ゾーンの占有率は50.0〜70.0%、前記再生ゾーンの占有率は15.0〜40.0%、前記冷却サイクルゾーンの占有率は10.0〜15.0%で、さらに、前記二次除湿ローターの回転速度は5〜20rphである
ことを特徴とする請求項3に記載の冷房装置。 - 前記冷却サイクル流路用放熱器が、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって、前記空気から熱を奪うものであり、前記冷媒の温度が、20℃以上かつ前記空気よりも低温の流体である
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の冷房装置。 - 前記加湿冷却ローターは、前記第2吸着ゾーン、前記加湿ゾーン、および前記冷却ゾーンから構成されており、前記第2吸着ゾーンの占有率は50.0〜70.0%、前記加湿ゾーンの占有率は0.01〜20.0%、前記冷却ゾーンの占有率は20.0〜50.0%で、さらに、前記加湿冷却ローターの回転速度は5〜20rphである
ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の冷房装置。 - 前記加湿流路用放熱器が、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって、前記空気から熱を奪うものであり、前記冷媒の温度が、20℃以上かつ前記空気よりも低温の流体である
ことを特徴とする請求項6に記載の冷房装置。 - 温度60〜100℃の前記熱媒を前記加熱器に導入可能で、絶対湿度5〜25g/kgかつ温度25〜40℃の空気を前記冷却流路および前記再生流路に導入可能な環境において稼働可能である
ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の冷房装置。 - 温度40〜60℃の前記熱媒を前記加熱器に導入可能で、絶対湿度5〜15g/kgかつ温度25〜30℃の空気を前記冷却流路および前記再生流路に導入可能な環境において稼働可能である
ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の冷房装置。
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