JP5297289B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、空調システムに係り、特に、低露点温度を達成することが可能な回転式ハニカムロータを備えた乾式除湿装置を用いて、除湿負荷に応じてエネルギー消費量を抑えるべく改良を施した空調システムに関するものである。

従来から、湿り空気を除湿する方法としては冷却除湿方法が周知であるが、この冷却除湿方法では、０℃以下の低露点温度を必要とする場合には冷却除湿部分での凍結が問題となるため、０℃以下の低露点温度を必要とするドライルームの空調システムには対応できない。

そこで、低露点温度の空気を供給する除湿機として、例えば、特許文献１に示されるような回転式のロータを用いた乾式除湿装置が使用されている。この乾式除湿装置には、塩化リチウムや塩化カルシウムなどの吸収液を含浸させたハニカム状のロータや、シリカゲル、ゼオライトなどの吸着剤で構成したロータが設けられ、ロータを回転させながら除湿部に処理空気を通過させることによってこの空気を除湿すると共に、再生部に加熱空気を通過させることによってロータを再生する。すなわち、前記除湿部においては、該除湿部に導入された空気に含まれる水分を前記吸収液や吸着剤中に吸収あるいは吸着させて除去し、前記再生部においては、この水分を加熱空気で放出させて、連続的に除湿処理を行うことができるように構成されている。

図５は、上記のような乾式除湿装置を組み込んだ従来の空調システムの一例を示すものである。すなわち、この空調システムにおいては、導入外気は外気導入ダクト１１から本システムに導入され、外気取入用ファン１２によってプレクーラ１３に送られ、このプレクーラ１３によって所定の温度に冷却あるいは冷却除湿された後、乾式除湿装置１４の除湿部１４ａに導入されるように構成されている。なお、前記プレクーラ１３の下流側には温度センサ１３ａが設置され、プレクーラ１３による冷却温度を制御することができるように構成されている。

また、前記除湿部１４ａから出た処理空気は、除湿処理用ファン１７によってドライルーム１６から環気ダクト１８を通って戻ってきた環気エアの一部と共に、空調機１５に送られるように構成されている。これにより、前記除湿部１４ａを通過することにより除湿された空気は、前記空調機１５によって所定の温湿度に調節され、供給ダクト１９を介してドライルーム１６に供給される。

また、前記環気ダクト１８を通って戻ってきた環気エアの一部は、分岐ダクト２０によって、前記乾式除湿装置１４の除湿部１４ａに導入されるように構成されている。このように、空調機１５に導入する環気エア流量と、除湿部１４ａに導入する環気エア流量を調節するため、前記環気ダクト１８及び分岐ダクト２０には、それぞれ風量調整ダンパ２１、２２が設置されている。

なお、前記空調機１５と乾式除湿装置１４への還気量の割合は、空調対象室内で発生する湿度負荷や乾式除湿装置１４の能力等に応じて、対象室の設計温湿度が達成できるように、空調システムの設計時に予め設定されており、前記風量調整ダンパ２１、２２の開度は、この風量比となるように調整されている。また、前記乾式除湿装置１４のロータは、図示しない回転駆動手段によって回転駆動されるように構成されている。

一方、前記乾式除湿装置１４の再生部１４ｂには、再生空気用ファン３１によって給気ダクト３２に導入された再生源空気が、顕熱交換器３３を介し、ヒータ３４を通過することによって所定の温度に加熱された後、前記再生部１４ｂに導入され、ロータを再生することができるように構成されている。そして、再生部１４ｂから出た再生空気は、顕熱交換器３３を介し、排気として排気ダクト３５から外部に排出されるように構成されている。なお、前記ヒータ３４の下流側には温度センサ３４ａが設置され、ヒータ３４による加熱温度を制御することができるように構成されている。なお、再生空気としては、一般的に、外気が用いられる。

特開平６−６３３４４号公報

上述したような従来の空調システムにおいては、通常、前記乾式除湿装置１４の除湿能力は最大除湿負荷に対して設定されている。すなわち、室内の発生水分負荷が最大、且つ、導入外気に含まれる水分負荷が最大（夏季）の状態において、再生源空気となる外気に含まれる水分量が最大（夏季）の再生空気で除湿することができるように設定されている。

しかしながら、室内の発生水分負荷がほとんどなく、さらに導入外気に含まれる水分負荷が最少（冬季）の状態において、再生源空気となる外気に含まれる水分量が最少（冬季）の再生空気で除湿すると、処理空気の湿度が必要以上に下がってしまうため、空調機１５によって再加湿を行う必要があり、そのための加湿エネルギーが必要となっていた。また、必要以上の除湿となるため、再生空気を加熱するエネルギーも無駄なものとなっていた。

このような問題点を解決するために、従来から、外気の湿分負荷やドライルーム１６の発生水分負荷に対応して除湿量を変化させる方法としては、特許文献１のように、乾式除湿装置１４のロータの回転数を制御する方法や、再生空気の温度及び流量を制御する方法が用いられていた。しかしながら、ロータ回転数が遅いことや、ロータの構成材及び吸着剤の熱容量が大きいことによる応答速度の遅れから、未だ精密な温湿度制御を達成するに至っていない。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、過除湿及び再加湿を防ぐことが可能で、再加湿のための加湿エネルギーと再生空気の加熱エネルギーを削減することができ、さらに精密な温湿度制御が可能な空調システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の空調システムにおいては、乾式除湿装置の除湿部における処理風量を室内の発生水分負荷に合わせて可変とすると共に、再生空気の温湿度を年間を通じて一定とすることにより、過除湿及び再加湿を防ぎ、よって再加湿のための加湿エネルギーと再生空気の加熱エネルギーを削減すると共に、精密な温湿度制御を可能とした空調システムを得ることができる。

すなわち、請求項１に記載の発明は、ロータを回転させながら除湿部に処理空気を通過させることによって該空気を除湿すると共に、再生部に加熱空気を通過させることによってロータを再生する乾式除湿装置と、前記乾式除湿装置と空調処理対象室との間に設置された空調機とを備え、前記乾式除湿装置の再生部に再生空気を供給する給気ダクトと、該再生部から排出された空気を外部に排気する排気ダクトを備え、前記空調処理対象室からの環気エアを前記空調機に戻す環気ダクトと、前記乾式除湿装置の除湿部に戻す分岐ダクトとが設けられた空調システムにおいて、前記環気ダクトに第１のダンパが設置されると共に、前記分岐ラインに第２のダンパが設置され、これらのダンパの開度が、前記空調処理対象室に設置された湿度計の検出値に基づいて制御されるように構成され、前記湿度計の検出値が、予め設定された所定の値より低い場合には、前記第１のダンパの開度を大きくすると共に、前記第２のダンパの開度を小さくするように制御するように構成されていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、空調処理対象室に設置された湿度計の検出値に基づいて、環気ダクトに設置された第１のダンパと、分岐ラインに設置された第２のダンパの開度を制御することにより、空調処理対象室における発生水分量が少ない場合には、乾式除湿装置の除湿部に戻す環気エア量を少なくして、除湿部における過除湿を防止すると共に、空調機による再加湿を不要とすることができる。

また、乾式除湿装置の除湿部における処理風量が減少するため、除湿部で除湿される水分量も減少する。その結果、再生部においては排気に含まれる水分量も減少するため、新たに給気ダクトに導入する再生源空気量を減少させることができるので、再生空気を加熱するためのエネルギーも低減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の空調システムにおいて、前記給気ダクトと排気ダクトとの間にバイパスダクトが設けられ、前記給気ダクトには第３のダンパが設置されると共に、前記バイパスダクトには第４のダンパが設置され、これらのダンパの開度が、前記再生部の上流側に設置された露点温度計の検出値に基づいて制御されるように構成され、前記露点温度計の検出値が、予め設定された所定の値より低い場合には、前記第３のダンパの開度を小さくすると共に、前記第４のダンパの開度を大きくするように制御して、バイパスダクトを介して再生空気を循環させるように構成されていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項２に記載の発明によれば、再生部の上流側に設置された露点温度計の検出値に基づいて、給気ダクトに設置された第３のダンパと、バイパスダクトに設置された第４のダンパの開度を制御することにより、バイパスダクトを介して再生空気を循環させることができるので、再生空気の加熱エネルギーを低減することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の空調システムにおいて、前記除湿部と再生部のロータ仕切り部の差圧を測定する差圧センサが設置され、前記除湿部の下流側には第５のダンパが設置されると共に、前記再生部の下流側には第６のダンパが設置され、これらのダンパの開度が、前記差圧センサの検出値に基づいて制御されるように構成されていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項３に記載の発明によれば、処理空気量の変動や再生空気のバイパス運転によって、除湿部と再生部のロータ仕切りの差圧が変化し、リーク量も変化するが、このようなリーク量の変化は制御性を悪くするため、差圧センサの検出値に基づいて、除湿部と再生部のロータ仕切りの差圧がほぼ一定となるように、あるいはリーク量を減らすために差圧が≒０となるように制御することができる。これにより、さらに優れた制御性を維持することができる空調システムを提供することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空調システムにおいて、前記乾式除湿装置の除湿部と再生部の間にパージセクターが設置されていることを特徴とするものである。
本発明の空調システムは、除湿部と再生部の間にパージセクターが設置されている乾式除湿装置を用いた場合にも適用することができる。

本発明によれば、過除湿及び再加湿を防ぐことが可能で、再加湿のための加湿エネルギーと再生空気の加熱エネルギーを削減することができ、さらに精密な温湿度制御が可能な空調システムを提供することができる。

本発明に係る空調システムの実施例１の構成を示す図である。 本発明に係る空調システムの実施例２の構成を示す図である。 本発明に係る空調システムの他の実施例の構成を示す図である。 本発明に係る空調システムの他の実施例の構成を示す図である。 従来の空調システムの構成を示す図である。

以下、本発明に係る空調システムの具体的な実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、図５に示した従来型と同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。

（１−１）実施例１の構成
本実施例においては、図１に示したように、前記ドライルーム１６から戻ってきた環気エアを前記空調機１５に送る環気ダクト１８に第１のダンパ１が設置されると共に、前記乾式除湿装置１４の除湿部１４ａに接続された分岐ライン２０に第２のダンパ２が設置され、これらのダンパ１、２の開度が、ドライルーム１６に設置された湿度計３の検出値に基づいて、制御装置（図示せず）によって制御されるように構成されている。

なお、本空調システムにおいては、運転開始時には、室内設定湿度よりも実際の室内湿度が高いことが多いため、第１のダンパ１は全閉方向に、第２のダンパ２は全開方向に制御されることとなる。この場合、乾式除湿装置１４への風量が多くなり過ぎて、正常な運転が妨げられることがあるため、前記第１のダンパ１の最小開度及び第２のダンパ２の最大開度は、予め設定された最大除湿負荷時の開度に設定されている。

また、本実施例においては、前記乾式除湿装置１４の再生部１４ｂに再生源空気を供給する給気ダクト３２と排気ダクト３５との間にバイパスダクト４が設けられ、前記給気ダクト３２には第３のダンパ５が設置されると共に、前記バイパスダクト４には第４のダンパ６が設置され、これらのダンパ５、６の開度が、再生空気ダクト３６に設置された露点温度計７の検出値に基づいて、制御装置（図示せず）によって制御されるように構成されている。その他の構成は図５に示した従来例と同様であるので、説明は省略する。

（１−２）実施例１の作用
上記のような構成を有する本空調システムは、以下のように作用する。すなわち、外気導入ダクト１１から本システムに導入された導入外気は、外気取入用ファン１２によってプレクーラ１３に送られ、このプレクーラ１３によって所定の温度に冷却あるいは冷却除湿された後、除湿処理用ファン１７によってドライルーム１６から分岐ダクト２０を通って戻ってきた環気エアの一部と共に、乾式除湿装置１４の除湿部１４ａに導入される。そして、前記除湿部１４ａから出た空気は、ドライルーム１６から環気ダクト１８を通って戻ってきた環気エアの一部と共に空調機１５に送られ、この空調機１５によって所定の温湿度に調節され、供給ダクト１９を介してドライルーム１６に供給される。

このドライルーム１６内の発生水分負荷が予め設定された最大負荷に比べて少ない場合には、ドライルーム１６に設置された湿度計３の検出値に基づいて、環気ダクト１８に設置された第１のダンパ１の開度が“開”方向に、また、分岐ライン２０に設置された第２のダンパ２の開度が“閉”方向に制御され、前記乾式除湿装置１４の除湿部１４ａに戻される環気エアの流量を少なくするように制御される。その結果、乾式除湿装置１４による過除湿を防止することができると共に、空調機１５による再加湿も不要となる。

また、この場合、前記乾式除湿装置１４の除湿部１４ａにおける処理風量は減少するため、除湿部１４ａで発生する除湿水量も減少する。その結果、再生部１４ｂにおいては、排気に含まれる水分量も減少するため、新たに給気ダクト３２に導入する再生源空気量を減少させることができるので、ヒータ３４による加熱エネルギーも低減することができる。

すなわち、再生空気ダクト３６に設置された露点温度計７の検出値が予め設定された値よりも低くなった場合に、給気ダクト３２に設置された第３のダンパ５を閉じると共に、バイパスダクト４に設置された第４のダンパ６を開いて、バイパスダクト４を介して再生空気を循環利用することで、新たに給気ダクト３２に導入する再生源空気量を減少させることができる。その結果、新たな再生源空気を導入する場合と比較して、ヒータ３４による加熱エネルギーを削減することができる。

一方、ドライルーム１６内の発生水分負荷が増加していく場合には、ドライルーム１６に設置された湿度計３の検出値も高くなるので、環気ダクト１８に設置された第１のダンパ１の開度は“閉”方向に制御されると共に、分岐ライン２０に設置された第２のダンパ２の開度は“開”方向に制御され、前記乾式除湿装置１４の除湿部１４ａに戻される環気エアの流量を多くして、最大除湿負荷時に対応できるように制御される。

なお、この場合も、再生空気ダクト３６に設置された露点温度計７の検出値によっては、給気ダクト３２に設置された第３のダンパ５を閉じると共に、バイパスダクト４に設置された第４のダンパ６を開いて、再生空気を循環させることもできる。これにより、ヒータ３４による加熱エネルギーを大幅に低減することができる。

（１−３）実施例１の効果
上述したように、本空調システムによれば、乾式除湿装置１４の除湿部における処理風量を、ドライルーム内の発生水分負荷に合わせて可変とすることができる。これにより、乾式除湿装置１４による過除湿を防止することができると共に、空調機１５による再加湿も低減することができるので、再加湿のための加湿エネルギーを削減することができる。

また、再生空気ダクト３６に設置された露点温度計７の検出値に基づいて、給気ダクト３２に設置された第３のダンパ５を閉じると共に、バイパスダクト４に設置された第４のダンパ６を開いて再生空気を循環させると共に、温度センサ３４ａの検出値に基づいてヒータ３４による加熱量を調節することによって、再生空気の温湿度を一定とすることができるので、再生空気の加熱エネルギーを削減することができると共に、除湿量の制御、すなわち装置としての除湿能力が安定し、精密な温湿度制御が可能となる。

（２−１）実施例２の構成
本実施例は上記実施例１の変形例であって、図２に示したように、前記乾式除湿装置１４の外部に、前記除湿部１４ａと再生部１４ｂのロータ仕切り部の差圧を測定する差圧センサ８が設置されている。また、前記乾式除湿装置１４の除湿部１４ａの下流側には第５のダンパ９が設置されると共に、前記再生部１４ｂの下流側には第６のダンパ１０が設置され、これらのダンパ９、１０の開度が、前記差圧センサ８の検出値に基づいて、制御装置（図示せず）によって制御されるように構成されている。その他の構成は上記実施例１と同様であるので、説明は省略する。

（２−２）実施例２の作用
上記のような構成を有する本空調システムにおいては、上記実施例１と同様の作用・効果が得られるだけでなく、以下のような特有の作用・効果が得られる。すなわち、乾式除湿装置１４においては、処理空気量の変動や再生空気のバイパス運転によって、除湿部１４ａと再生部１４ｂのロータ仕切りの差圧が変化し、リーク量も変化する。このようなリーク量の変化は制御性を悪くするため、本実施例においては、除湿部１４ａと再生部１４ｂのロータ仕切りの差圧がほぼ一定となるように、あるいはリーク量を減らすために差圧が≒０となるように、前記差圧センサ８の検出値に基づいて、除湿部１４ａの下流側に設置された第５のダンパ９と、再生部１４ｂの下流側に設置された第６のダンパ１０の開度が制御される。

（２−３）実施例２の効果
上述したように、本空調システムによれば、実施例１と同様の作用・効果に加えて、除湿部１４ａと再生部１４ｂのロータ仕切りの差圧を一定に、あるいは≒０となるように制御することにより、さらに優れた制御性を維持することができる空調システムを提供することができる。

（２−４）他の実施例
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、具体的な各部材の形状、あるいは取付け位置及び方法は適宜変更可能である。例えば、湿度計３は、ドライルーム１６内ではなく、空調機１５の出口部分に設置しても良いし、前記第５のダンパ９及び第６のダンパ１０の代わりに送風機を設置し、その回転数を制御するように構成しても良い。また、これらのダンパあるいは送風機は、処理空気側のみ、処理空気側の入り側及び出側の両方、あるいは、再生空気側のみ、再生空気側の入り側及び出側の両方、さらには処理空気側と再生空気側の両方に設置しても良い。

また、低露点対象や省エネ手法として、従来から、乾式除湿装置の再生部と除湿部の間にパージセクターを設置することがあるが、本発明に係る空調システムはこの場合にも適用することができる。すなわち、図３及び図４に示すように、除湿部１４ａと再生部１４ｂの間にパージセクター１４ｃが設置された乾式除湿装置１４を備えた空調システムにおいて、新たに前記パージセクター１４ｃに接続される第２の分岐ライン４０を設け、この第２の分岐ライン４０に風量調整ダンパ４１を設置しても良い。

すなわち、図３に示した変形例においては、再生空気よりも低湿度の安定した環気エアをパージセクター１４ｃに供給することにより、より安定した低露点温度空気の供給が可能となる。また、再生部１４ｂで高温となっているロータ部を通過するため、ヒータ３４の補助となる。また、本変形例においては、除湿部１４ａを介して空調機へ送られる処理空気側においては、パージセクター１４ｃを通る空気（パージ空気）によってパージセクターのロータ部分が冷やされるので、パージセクター１４ｃが設置されていない場合に比べて高温とならず、空調機側の冷却エネルギーを削減することもできる。

また、図４に示した変形例においては、ヒータ３４をバイパスして再生空気をパージセクター１４ｃに導入するラインを設けることにより、環気エアの導入量を少なくして、パージセクター部の温度を下げることが可能である。環気エアの導入量を少なくすることは、導入外気量の減少につながるので、除湿装置の装置容量の縮小と省エネが可能となる。

１…第１のダンパ
２…第２のダンパ
３…湿度計
４…バイパスダクト
５…第３のダンパ
６…第４のダンパ
７…露点温度計
８…差圧計
９…第５のダンパ
１０…第６のダンパ
１１…外気導入ダクト
１２…外気取入用ファン
１３…プレクーラ
１３ａ…温度センサ
１４…乾式除湿装置
１４ａ…除湿部
１４ｂ…再生部
１４ｃ…パージセクター
１５…空調機
１６…ドライルーム
１７…除湿処理用ファン
１８…環気ダクト
１９…供給ダクト
２０…分岐ダクト
２１、２２…風量調整ダンパ
３１…再生空気用ファン
３２…給気ダクト
３３…顕熱交換器
３４…ヒータ
３４ａ…温度センサ
３５…排気ダクト
３６…再生空気ダクト
４０…第２の分岐ライン
４１…風量調整ダンパ

Claims (4)

1. ロータを回転させながら除湿部に処理空気を通過させることによって該空気を除湿すると共に、再生部に加熱空気を通過させることによってロータを再生する乾式除湿装置と、前記乾式除湿装置と空調処理対象室との間に設置された空調機とを備え、
   前記乾式除湿装置の再生部に再生空気を供給する給気ダクトと、該再生部から排出された空気を外部に排気する排気ダクトを備え、
   前記空調処理対象室からの環気エアを前記空調機に戻す環気ダクトと、前記乾式除湿装置の除湿部に戻す分岐ダクトとが設けられた空調システムにおいて、
   前記環気ダクトに第１のダンパが設置されると共に、前記分岐ラインに第２のダンパが設置され、
   これらのダンパの開度が、前記空調処理対象室に設置された湿度計の検出値に基づいて制御されるように構成され、
   前記湿度計の検出値が、予め設定された所定の値より低い場合には、前記第１のダンパの開度を大きくすると共に、前記第２のダンパの開度を小さくするように制御するように構成されていることを特徴とする空調システム。
2. 前記給気ダクトと排気ダクトとの間にバイパスダクトが設けられ、
   前記給気ダクトには第３のダンパが設置されると共に、前記バイパスダクトには第４のダンパが設置され、
   これらのダンパの開度が、前記再生部の上流側に設置された露点温度計の検出値に基づいて制御されるように構成され、
   前記露点温度計の検出値が、予め設定された所定の値より低い場合には、前記第３のダンパの開度を小さくすると共に、前記第４のダンパの開度を大きくするように制御して、バイパスダクトを介して再生空気を循環させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記除湿部と再生部のロータ仕切り部の差圧を測定する差圧センサが設置され、
   前記除湿部の下流側には第５のダンパが設置されると共に、前記再生部の下流側には第６のダンパが設置され、
   これらのダンパの開度が、前記差圧センサの検出値に基づいて制御されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空調システム。
4. 前記乾式除湿装置の除湿部と再生部の間にパージセクターが設置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空調システム。

Images