JP4729409B2 - デシカント換気装置 - Google Patents

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本発明は、住居、オフィス、商業施設、体育館、イベント会場などの室内空間を快適な温度・湿度状態に維持しながら、室内空気の換気を可能とするデシカント換気装置に関する。
近年、地球温暖化の傾向が顕著となり、その対策として主たる温室効果ガスである二酸化炭素の排出量を削減すべく化石燃料の高効率使用(省エネルギー活動)が進められている。
特に民生分野(家庭、業務)の空調設備は現在も導入件数が増加しつつあり、エネルギー使用量(特に電力使用量)は拡大しつつあるため、その使用量削減に向けた空調機器・システムの効率改善は喫緊の課題である。
一方、民生分野での省エネルギー対策の一環として実施されている住宅やオフィスビルの高気密化は家具や建材から発生する有害化学物質などに起因するシックハウス症候群などの弊害をもたらしている。この対策として導入されたのが住宅などでの換気(基準)強化である。しかしながら、換気強化は外気による室内空調負荷、とりわけ除湿や加湿などの潜熱負荷増大を招くことから効果的な換気システムが不可欠となる。
ところで、外気が高温多湿な季節においては、換気に際し空調機は除湿のために処理対象の空気を露点以下まで冷却し、空気中の水分(水蒸気)を水に凝縮変換した後に除去する運転を行っている。
従って空調機での除湿が不要となれば、空調機は単に目的温度まで空気温度を低下させるだけで良く、凝縮潜熱を除去する負荷をはじめ、低温度領域まで空気を冷却する負荷からも開放される。
同様に、外気が低温低湿な冬季や乾燥季においては、換気に際し加湿が不可欠となる。加湿には超音波加湿装置などが用いられるが電力消費を伴うという問題がある。これに対し、室内から外気へ排出される空気に含まれる水分を分離回収し、これを外気からの導入空気に添加できれば加湿負荷が低減され、やはり省エネルギー性が確保される。
この様に、われわれの住環境における湿度調整には多大な電力などのエネルギーが使われており、換気に伴う省エネルギー効果のある除湿、加湿の手段が地球温暖化対策に有効であることに気付く。
近年、空気の調湿を冷却除湿や超音波加湿などに頼らないデシカント調湿技術が提案されている。例えば下記特許文献1では、除湿を主目的としたロータリー型の除湿装置として、ハニカム状に形成されたシートに湿気吸着材を担持させ、ハニカム状の除湿ロータの一方端から他方端に向かってシート単位面積当たりの湿気吸着材の担持量が増加するようにし、また除湿ロータの他方端に近接してヒータを設け、除湿ロータの他方端にヒータの輻射熱が加わるようにした除湿装置が記載されている。
また、下記特許文献2では、2つのデシカントを処理空気と再生空気に交互に切り換えて流通可能に配置し、一方で処理空気中の水分を吸着し、他方で再生空気によって再生するようにした空調システムにおいて、再生空気経路にヒートポンプの高温熱源を配して再生空気を加熱し、処理空気経路にヒートポンプの低温熱源を配して処理空気を冷却するとともに、デシカント通過後の処理空気とデシカント通過前の再生空気との間で顕熱交換を行う熱交換器を設けた空調システムが記載されている。
さらに下記特許文献3では、少なくとも2つのデシカントをそれぞれ処理空気経路と再生空気経路に配置し、一方で処理空気中の水分を吸着し、他方で再生空気によって再生するようにした空調システムにおいて、前記2つのデシカントを前記処理空気経路及び再生空気経路に対して相対移動させて前記デシカント部への処理空気と再生空気の流通を切り換え可能にした空調システムが記載されている。
特開2005−13903号公報 特開平9−318127号公報 特開平10−9633号公報
しかしながら、上記特許文献1記載の除湿装置では、除湿材はロータ形状であり、その形成には除湿材をハニカム積層体とした円筒型に成型する必要があるほか、除湿材の乾燥(再生)に通過空気を加熱して高温とし相対湿度を低下させる必要があるなど、設備コストやランニング時の消費エネルギーが多大となる問題があった。
また、上記特許文献2及び特許文献3記載の空調システムでは、除湿材を成形する必要がなく安価であるものの、切替弁や送風機などから構成される流路が複雑となり、設備が大型化する問題があった。
なお、流路を切り替える方法としては他に、切替弁の切り替えによるのではなく送風機の回転方向を制御して切り替える手法もあるが、室内の給気口と排気口が切り替わるために換気効率が低下する問題があった。
したがって、住宅や建築物の換気強化に伴う空調システムの負荷増大の一因となる除湿や加湿の潜熱負荷を低減し、民生分野でのエネルギー効率の改善が望まれるとともに、快適な室内環境を提供するデシカント換気システムの課題となる給気モードと排気モードの切り替え手順を簡潔化して装置コストを低減し、運転制御の容易化が望まれていた。
そこで本発明の主たる課題は、上述のような観点から導入されつつあるデシカント換気装置をコンパクト化ならびに簡易化するとともに、その運転に際して除湿材の吸湿モードと再生モードの切り替え構造を単純化することにより、設備コストやランニングコストを低減し、さらにモード切り替えに伴う換気効率および空調効率の低下を抑制することにある。
前記課題を解決するために請求項1に係る本発明として、外気を室内へ供給する給気流路と、室内空気を室外へ排出する排気流路とが隣接して平行配置された部位に設けられ、
前記給気流路及び排気流路の一方に、流路を形成するためのケーシング内部に除湿材を内蔵する水分吸脱部と蓄熱体を内蔵する蓄熱部とからなる第1空気調整部が設けられ、他方に流路を形成するためのケーシング内部に除湿材を内蔵する水分吸脱部と蓄熱体を内蔵する蓄熱部とからなる第2空気調整部が設けられ、前記水分吸脱部及び蓄熱部はそれぞれカセット方式により前記ケーシングに着脱自在とされるとともに、水分吸脱部と蓄熱部との順序を入れ替え可能とされ、
かつ前記第1空気調整部と第2空気調整部とが直接的または連結部材を介して一体的とされ、前記第1空気調整部及び第2空気調整部は、これらの中心部に流路方向に沿って設けられた回転軸によって回転自在に支持され、所定時間毎に、前記回転軸を180度づつ正方向又は逆方向に回転させることにより、前記第1空気調整部と第2空気調整部とが入れ替わる流路構成とされ、
外気が高温多湿の夏季運転時は、給気流路側は室外側から水分吸脱部、蓄熱部の順で配置され、排気流路側が室内側から蓄熱部、水分吸脱部の順で配置された状態で、給気流路に配設された除湿材の水分吸着および蓄熱体の蓄熱の作用が飽和状態となった時点で、前記第1空気調整部と第2空気調整部との入れ替えを行う運転が行われ、
外気が低温低湿の冬季運転時は、給気流路側は室外側から蓄熱部、水分吸脱部の順で配置され、排気流路側が室内側から水分吸脱部、蓄熱部の順で配置された状態で、給気流路に配設された除湿材の水分脱着および蓄熱体の蓄熱の作用が飽和状態となった時点で、前記第1空気調整部と第2空気調整部との入れ替えを行う運転が行われることを特徴とするデシカント換気装置が提供される。
上記請求項1記載の本発明では、第1の空気調整部および第2空気調整部は夫々ケーシングに収容された構造とし、除湿材の吸湿モードと再生モードの切り替えは前記回転軸を中心として第1空気調整部と第2空気調整部とを180度回転し入れ替えることにより行うようにしたため、複雑な流路構成や流路切り替えに伴うダンパー制御等の設備が無くなり、設備コストやランニングコストを低減することが可能となる。さらに、デシカント換気装置のモード切り換えがダクト内の流れ方向を変えることなく行われるため、室内に設置された給排気口からの空気の入出方向が変わることがなく、換気効率および空調効率の低下が抑制されるようになる。
本発明は、各空気調整部で流通空気の湿度調整の他に、温度調整(顕熱調整)が行えるようにしてある。また、前記水分吸脱部及び蓄熱部はそれぞれカセット方式により前記ケーシングに着脱自在とされるとともに、水分吸脱部と蓄熱部との順序を入れ替え可能としてある
請求項に係る本発明として、前記第1空気調整部のケーシング及び第2空気調整部のケーシングが夫々断面略半円形状のケーシングとされるとともに、これらケーシングが連設され全体形状が円筒状に構成され、前記給気流路および排気流路が夫々前記第1空気調整部のケーシング及び第2空気調整部のケーシングに整合した断面形状とされる請求項1記載のデシカント換気装置が提供される。
上記請求項記載の本発明は、第1空気調整部と第2空気調整部とが円筒状に一体化されたケーシング内に収められるため、装置を小型化することが可能となるとともに、入れ替えが円滑に行え、さらに空気漏洩も防止できるようになる。また、設備コストやランニングコストがさらに低減できるようになる。
請求項に係る本発明として、前記給気流路と排気流路とにそれぞれ送風機が配設されるとともに、前記送風機は、前記第1空気調整部と第2空気調整部との入れ替え開始時に停止させ、前記第1空気調整部と第2空気調整部との入れ替え完了時に再稼働させるようにしてある請求項1〜いずれかに記載のデシカント換気装置が提供される。
上記請求項記載の本発明は、デシカント換気装置の吸湿・再生モードの切り替え時に各流路に配設された送風機を停止することにより、流通空気の漏洩が防止され、流路の切り替えに伴う換気効率および空調効率の低下を抑制することが可能となる。
以上説明したとおり本発明によれば、装置をコンパクト化ならびに簡易化し、吸湿・再生モードの切り替え構造を単純化することにより、設備コストやランニングコストが低減できるとともに、吸湿・再生モードの切り替えに伴う換気効率および空調効率の低下が抑制されるようになる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
〔第1形態例〕
図1は、本発明の第1形態例に係るデシカント換気装置1の構成例を示した図である。
本発明に係るデシカント換気装置1は、図1に示されるように、外気を室内へ供給する給気流路Sと、室内空気を室外へ排出する排気流路Eとが隣接して平行配置された部位に設けられ、前記給気流路S及び排気流路Eの一方側(給気流路S側)に、流路を形成するためのケーシング2Aの内部に除湿材3Aを内蔵する水分吸脱部4Aと蓄熱体5Aを内蔵する蓄熱部6Aとから構成された第1空気調整部7Aが、前記給気流路S及び排気流路Eの一方側(排気流路E側)に、流路を形成するためのケーシング2Bの内部に除湿材3Bを内蔵する水分吸脱部4Bと蓄熱体5Bを内蔵する蓄熱部6Bとから構成された第2空気調整部7Bが、それぞれ設けられ、前記第1空気調整部7Aと第2空気調整部7Bとが、直接的または連結部材15を介して一体的とされ、前記第1空気調整部7A及び第2空気調整部7Bは、これらの中心部に流路方向に沿って設けられた回転軸8によって回転自在に支持されている。そして、所定時間毎に、モータ9によって前記回転軸8を180度づつ正方向又は逆方向に回転させることにより、前記第1空気調整部7Aと第2空気調整部7Bとが入れ替わる流路構成となっている。すなわち、前記給気流路Sにおいて、除湿材3Aが空気中の水分を吸着する吸湿モード及び蓄熱体5Aによる冷却モードで運転している間、前記排気流路Eにおいては、除湿材3Bが空気中に水分を放出する再生モード及び蓄熱体5Bによる加熱モードで運転が行われ、所定の時間の後、前記第1空気調整部7Aと第2空気調整部7Bとを入れ替える運転パターンを繰り返すようになっている。
前記デシカント換気装置1の水分吸脱部4A、4B及び蓄熱部6A、6Bはそれぞれカセット方式により前記ケーシング2A、2Bに着脱自在とされるとともに、水分吸脱部4A(4B)と蓄熱部6A(6B)との順序を入れ替え可能とするのが望ましい。このように構成することによって、デシカント換気装置1のメンテナンスも容易となる。また、前記水分吸脱部4A(4B)と蓄熱部6A(6B)との順序を入れ替え可能とすることにより、後述するように、夏季運転及び冬季運転に対応可能となる。
前記デシカント換気装置1のケーシング2A、2Bの室外側および室内側には、給気流路Sおよび排気流路Eを形成するダクト21A、22A、21B、22Bがそれぞれ接続され、ダクト21A、ケーシング2A又は2B、ダクト22Aにより給気流路Sが構成され、ダクト21B、ケーシング2B又は2A、ダクト22Bにより排気流路Eが構成される。前記ケーシング2A、2Bと前記ダクト21A、22A、21B、22Bとの接続面には、流通空気の漏洩を防止するため、パッキン10A、11A、10B、11Bがそれぞれ配設されている。このパッキン10A、11A、10B、11Bは、図3に示されるように、各ダクト21A、22A、21B、22Bの端部に設けられたフランジ(図示せず)に設置され、ケーシング2A、2Bの端面と接触して空気漏洩防止が図られている。このパッキン10A、11A、10B、11Bは、一般に使用される材質のものを用いることが可能であるが、摺動性等を考慮して、ウレタンやフッ素樹脂からなるものを好適に使用することが好ましい。
各流路には、図1に示されるように、給気、排気のための送風機12、13がそれぞれ配設されている。モードの切り替えを行う際には、各流路に配設された送風ファン12、13は、前記第1空気調整部7Aと第2空気調整部7Bとの入れ替え開始時に停止させ、前記第1空気調整部7Aと第2空気調整部7Bとの入れ替え完了時に再稼働させるようにすることが望ましい。
また、モードの切り替えを行う際、各ケーシング2A,2Bが各流路のダクト21A〜22Bと適正に接続される位置にあるかどうかを検出する、例えば近接スイッチ、リミットスイッチ等の検出器(図示せず)と、その検出した結果により前記回転軸8の回転角を制御する制御手段とを備えるようにすることが好ましい。また、前記第1空気調整部7A、第2空気調整部7Bとこれに接続する空気ダクト21A〜22Bの少なくとも1箇所以上において、図示例では、空気調整部7Bと室外側の排気ダクト21Bとを固定するための固定手段14(ロック装置)を備えるようにすることが望ましい。
前記除湿材3A、3Bには、一般的に知られているように、シリカゲルやゼオライトなどを粒状形状に形成したものを使用することができ、この除湿材3A、3Bはそれぞれケーシング2A、2B内に通気可能に充填して使用される。
前記蓄熱体5A、5Bには、一般的に知られているように、岩石、コンクリート、土壌、煉瓦等の多孔質物質や相変換物質 (PCM:Phase Change Material)などの蓄熱性能に優れた蓄熱体を内蔵しており、気体が通過する際に蓄熱体の放熱および蓄熱の作用により、通過する気体の温度調整を行うことができる。
前記水分吸脱部4A、4Bおよび前記蓄熱部6A、6Bは、その入口および出口において、それぞれ通気性のメッシュが配置され、内蔵する除湿材3A、3Bまたは蓄熱体5A、5Bが外部へ流出しないようになっている。
次に、デシカント換気装置1の運転状態について、夏季運転(高温多湿)、冬季運転(低温低湿)の気候条件に分けて詳述する。
〔夏季運転〕
夏季の場合の流路構成は、図4、5に示されるように、給気流路S側は上流側(室外側)から水分吸脱部4A、蓄熱部6Aの順で配置され、排気流路E側が上流側(室内側)から蓄熱部6B、水分吸脱部4Bの順で配置される。そして、外気がデシカント換気装置1によって除湿、冷却された後に、室内へ供給されるとともに、除湿材3B、蓄熱体5Bが室内空気の還気によって再生されるようになっている。
以下、具体的に詳述すると、給気流路Sにおいては、高温多湿の外気が、給気ファン12によって給気流路Sを流通して、デシカント換気装置1の空気調整部7Aに導入される。この空気調整部7Aでは、まず水分吸脱部4Aに導かれ、内蔵する除湿材3Aと接触しながら流通するにしたがい、除湿材3Aに湿度分が吸着され、流通空気は除湿される(図5中点Y)。次に流通空気は、蓄熱部6Aに導かれ、内蔵する蓄熱体5Aと接触しながら流通するにしたがい、蓄熱体5Aに吸熱され、流通空気は冷却される(図5中点Z)。このように、空気調整部7Aにて除湿および冷却された流通空気は、その後室内に供給される。
一方、排気流路Eにおいては、外気に比して低温低湿の室内空気が、排気ファン13によって排気流路Eを流通して、デシカント換気装置1の空気調整部7Bに導入される。この空気調整部7Bでは、まず蓄熱部6Bに導かれ、内蔵する蓄熱体5Bと接触しながら流通するにしたがい、蓄熱体5Bから吸熱し、流通空気は加熱される。次に流通空気は、水分吸脱部4Bに導かれ、内蔵する除湿材3Bと接触しながら流通するにしたがい、除湿材3Bから湿度分が脱着され、流通空気は加湿される。このように、空気調整部7Bにて加熱および加湿された流通空気は、その後室外に排出される。
このような給気および排気を所定時間継続すると、給気流路Sに配設された除湿材3Aの水分吸着および蓄熱体5Aの蓄熱の作用が飽和状態となる。そこで、給気流路Sの第1空気調整部7Aと、排気流路Eの第2空気調整部7Bとを入れ替えることにより、これまで給気流路Sに配設された除湿材3Aおよび蓄熱体5Aの再生が行えるようになる。この第1空気調整部7Aと排気流路Eの第2空気調整部7Bとの入れ換えは、前述した通り、回転軸8の回転制御により行われる。この入れ替えを所定時間ごと(例えば30分程度)に、第1空気調整部7Aと第2空気調整部7Bとを入れ替えすることによって、外気の温度湿度が調整された空気を室内に供給することができ、室内空調を損なわない快適な換気が可能となる。
〔冬季運転〕
冬季の場合の流路構成は、図6、7に示されるように、給気流路S側は上流側(室外側)から蓄熱部6A、水分吸脱部4Aの順で配置され、排気流路E側が上流側(室内側)から水分吸脱部4B、蓄熱部6Bの順で配置され、給気路Sにおいて蓄熱部6Aで加熱した空気が、水分吸脱部4Aに送られるようになるため、除湿材3Aからの水分脱着が効率よく行われるようになる。そして、外気がデシカント換気装置1によって加湿、加熱された後に、室内へ供給されるとともに、除湿材3B、蓄熱体5Bが室内空気の還気によって再生されるようになっている。
以下、具体的に詳述すると、給気流路Sにおいては、低温低湿の外気が、給気ファン12によって給気流路Sを流通して、デシカント換気装置1の空気調整部7Aに導入される。この空気調整部7Aでは、まず蓄熱部6Aに導かれ、内蔵する蓄熱体5Aと接触しながら流通するにしたがい、蓄熱体5Aから吸熱し、流通空気は加熱される(図7中点Y)。次に流通空気は、水分吸脱部4Aに導かれ、内蔵する除湿材3Aと接触しながら流通するにしたがい、除湿材3Aから湿度分が脱着され、流通空気は加湿される(図7中点Z)。このように、空気調整部7Aにて加熱および加湿された流通空気は、その後室内に供給される。
一方、排気流路Eにおいては、外気に比して高温多湿の室内空気が、排気ファン13によって排気流路Eを流通して、デシカント換気装置1の空気調整部7Bに導入される。この空気調整部7Bでは、まず水分吸脱部4Bに導かれ、内蔵する除湿材3Bと接触しながら流通するにしたがい、除湿材3Bに湿度分が吸着され、流通空気は除湿される。次に流通空気は、蓄熱部6Bに導かれ、内蔵する蓄熱体5Bと接触しながら流通するにしたがい、蓄熱体5Bに吸熱され、流通空気は冷却される。このように、空気調整部7Bにて除湿および冷却された流通空気は、その後室外に排出される。
冬季の場合も、前記夏季の場合と同様に、所定時間ごと(例えば30分程度)に第1空気調整部7Aと第2空気調整部7Bとの入れ替えを繰り返すことによって、外気の温度湿度が調整された空気を室内に供給することができ、室内空調を損なわない快適な換気が可能となる。
〔第2形態例〕
上記第1形態例では、各流路S、Eに配設されるケーシング2A、2Bが離間をあけて夫々独立的に形成されるようにしたが、第2形態例に係るデシカント換気装置1では、図8に示されるように、前記第1空気調整部7Aのケーシング2A及び第2空気調整部7Bのケーシング2Bが夫々断面略半円形状のケーシング2A、2Bとされるとともに、これらケーシング2A、2Bが連設され、全体形状が円筒状に構成され、前記給気流路Sおよび排気流路Eが夫々、前記第1空気調整部7Aのケーシング2A及び第2空気調整部7Bのケーシング2Bに整合した断面形状とされる。そして、中心に設けられた回転軸8により180度づつ正方向又は逆方向に回転制御される。
これにより、デシカント換気装置1の構造がさらに簡略化でき、設備コストの低減、流路切り替えに伴うランニングコストの低減、取付け作業性、メンテナンス性の向上など、多大な効果が発揮される。
〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、第1空気調整部7A及び第2空気調整部7Bのそれぞれにおいて、水分吸脱部4A(4B)と蓄熱部6A(6B)とを設けるようにしたが、水分吸脱部4A、4Bのみを備えるようにしてもよい。この場合、流通空気の湿度調整のみが行われ、温度調整は室内に備えられる空調設備により行われるようにする。これにより、デシカント換気装置1の設備コストをさらに低減することが可能となる。
本発明に係るデシカント換気装置1の構成概要図である。 そのII−II断面図である。 パッキンを示した正面図である。 デシカント換気装置1における夏季の運転状態を示した流路構成図である。 その給気流路Sの空気線図を示した模式図である。 デシカント換気装置1における冬季の運転状態を示した流路構成図である。 その給気流路Sの空気線図を示した模式図である。 本発明の第2形態例に係るデシカント換気装置1の構成概要斜視図である。
1…デシカント換気装置、2A・2B…ケーシング、3A・3B…除湿材、4A・4B…水分吸脱部、5A・5B…蓄熱体、6A・6B…蓄熱部、7A、7B…空気調整部、8…回転軸、9…モータ、10A・10B・11A・11B…パッキン、12・13…送風ファン

Claims (3)

  1. 外気を室内へ供給する給気流路と、室内空気を室外へ排出する排気流路とが隣接して平行配置された部位に設けられ、
    前記給気流路及び排気流路の一方に、流路を形成するためのケーシング内部に除湿材を内蔵する水分吸脱部と蓄熱体を内蔵する蓄熱部とからなる第1空気調整部が設けられ、他方に流路を形成するためのケーシング内部に除湿材を内蔵する水分吸脱部と蓄熱体を内蔵する蓄熱部とからなる第2空気調整部が設けられ、前記水分吸脱部及び蓄熱部はそれぞれカセット方式により前記ケーシングに着脱自在とされるとともに、水分吸脱部と蓄熱部との順序を入れ替え可能とされ、
    かつ前記第1空気調整部と第2空気調整部とが直接的または連結部材を介して一体的とされ、前記第1空気調整部及び第2空気調整部は、これらの中心部に流路方向に沿って設けられた回転軸によって回転自在に支持され、所定時間毎に、前記回転軸を180度づつ正方向又は逆方向に回転させることにより、前記第1空気調整部と第2空気調整部とが入れ替わる流路構成とされ、
    外気が高温多湿の夏季運転時は、給気流路側は室外側から水分吸脱部、蓄熱部の順で配置され、排気流路側が室内側から蓄熱部、水分吸脱部の順で配置された状態で、給気流路に配設された除湿材の水分吸着および蓄熱体の蓄熱の作用が飽和状態となった時点で、前記第1空気調整部と第2空気調整部との入れ替えを行う運転が行われ、
    外気が低温低湿の冬季運転時は、給気流路側は室外側から蓄熱部、水分吸脱部の順で配置され、排気流路側が室内側から水分吸脱部、蓄熱部の順で配置された状態で、給気流路に配設された除湿材の水分脱着および蓄熱体の蓄熱の作用が飽和状態となった時点で、前記第1空気調整部と第2空気調整部との入れ替えを行う運転が行われることを特徴とするデシカント換気装置。
  2. 前記第1空気調整部のケーシング及び第2空気調整部のケーシングが夫々断面略半円形状のケーシングとされるとともに、これらケーシングが連設され全体形状が円筒状に構成され、前記給気流路および排気流路が夫々前記第1空気調整部のケーシング及び第2空気調整部のケーシングに整合した断面形状とされる請求項1記載のデシカント換気装置。
  3. 前記給気流路と排気流路とにそれぞれ送風機が配設されるとともに、前記送風機は、前記第1空気調整部と第2空気調整部との入れ替え開始時に停止させ、前記第1空気調整部と第2空気調整部との入れ替え完了時に再稼働させるようにしてある請求項1〜いずれかに記載のデシカント換気装置。
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