JP5397107B2 - 調湿換気装置 - Google Patents

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    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/0008Control or safety arrangements for air-humidification

Description

本発明は、屋内の湿度の調節と換気とを行う調湿換気装置に関する。
従来技術として、下記特許文献1に開示された調湿換気装置がある。この調湿換気装置は、室外の空気を室内に給気するための給気通風路と室内の空気を室外に排気するための排気通風路を備えており、給気通風路を流れる空気中から水蒸気を吸湿液体に吸収して除湿する除湿部と、排気通風路を流れる空気に吸湿液体から水分を放出して吸湿液体を再生する再生部とが設けられている。
除湿部には、吸湿液体と給気との間に水蒸気透過性膜が配されており、水蒸気透過性膜を介して給気から吸湿液体への湿分の移動を行うことで、吸湿液体が給気に混入して室内に向かって飛散することを防止するようになっている。
特開平10−61979号公報
しかしながら、上記従来技術の吸湿換気装置では、吸湿液体の飛散を防止するために給気と吸湿液体とを分離する水蒸気透過性膜を用いているので、充分な調湿性能を確保するためには、除湿部が主要部をなす吸湿換気装置の構造が複雑になるという問題がある。
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、簡素な構造で吸湿液体の飛散を抑止することが可能な調湿換気装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、
屋外吸込口(22)から建物(100)の屋内吹出口(23)へ空気を導入する空気導入路(20、21)と、
建物(100)の屋内吸込口(32)から屋外吹出口(33)へ空気を導出する空気導出路(30、31)と、
空気導入路(20、21)の経路中に設けられ、導入空気中から水分を吸湿液体に吸収する吸収処理および吸湿液体から水分を導入空気中に放出する放出処理のいずれかを行う処理部(11)と、
空気導入路(20、21)のうち処理部(11)から屋内吹出口(23)への空気流通経路を形成する吸気ダクト(20)と、を備え、
吸気ダクト(20)は、処理部(11)から屋内吹出口(23)へ向かう空気流れが上昇流となるように上下方向に延設された上下方向延設部(24)を具備し、
吸気ダクト(20)の上下方向延設部(24)は、建物(100)の屋内を所定量換気するように処理部(11)から屋内吹出口(23)へ向かって空気を流通した際のレイノルズ数が臨界レイノルズ数より大きくなるように、内径が設定されていることを特徴としている。
これによると、屋外吸込口(22)から屋内吹出口(23)への導入空気が、処理部(11)を通過する際に吸湿液体の飛沫を取り込んでしまった場合であっても、処理部(11)から屋内吹出口(23)への吸気ダクト(20)は導入空気流れが上昇流となる上下方向延設部(24)を具備しているので、重力を利用して吸湿液体の飛沫が屋内吹出口(23)へ到達することを抑止することができる。したがって、処理部(11)から屋内吹出口(23)への吸気ダクト(20)に上下方向延設部(24)を設けるという簡素な構造により、吸湿液体の飛散を抑止することが可能である。
さらに、これによると、吸気ダクト(20)の上下方向延設部(24)内を上昇する導入空気流れを乱流状態とすることができる。上下方向延設部(24)内の空気流れを乱流状態とすることで、吸湿液体の飛沫を上下方向延設部(24)の中心から径外方向に分散させて上下方向延設部(24)の内壁面に衝突させて付着させることができる。このようにして、吸湿液体の飛散を一層抑止することができる。
また、請求項2に記載の発明では、
屋外吸込口(22)から建物(100)の屋内吹出口(23)へ空気を導入する空気導入路(20、21)と、
建物(100)の屋内吸込口(32)から屋外吹出口(33)へ空気を導出する空気導出路(30、31)と、
空気導入路(20、21)の経路中に設けられ、導入空気中から水分を吸湿液体に吸収する吸収処理および吸湿液体から水分を導入空気中に放出する放出処理のいずれかを行う処理部(11)と、
空気導入路(20、21)のうち処理部(11)から前記屋内吹出口(23)への空気流通経路を形成する吸気ダクト(20)と、を備え、
前記吸気ダクト(20)は、前記処理部(11)から屋内吹出口(23)へ向かう空気流れが上昇流となるように上下方向に延設された上下方向延設部(24)を具備し、
処理部(11)が吸湿処理を行うときには吸湿液体から水分を空気中に放出し、処理部(11)が放出処理を行うときには空気中から水分を吸湿液体に吸収して、吸湿液体の水分吸収放出能を再生する再生処理を行う再生部(12)を備え、
再生部(12)は、空気導出路(30、31)の経路中に設けられて、吸湿液体から水分を導出空気中に放出もしくは導出空気中から水分を吸湿液体に吸収するものであり、
処理部(11)に吸湿液体を循環して吸収処理および放出処理を促進する処理部循環手段(117)と、
再生部(12)に吸湿液体を循環して再生処理を促進する再生部循環手段(127)と、を備え、
屋外の温度および湿度と、屋内の温度および湿度とに基づき、屋外空気と屋内空気のエンタルピ差もしくはエンタルピの関連物理量の差が所定値以下の場合には、処理部循環手段(117)および再生部循環手段(127)の少なくともいずれかの作動を停止することを特徴としている。
これによると、屋外吸込口(22)から屋内吹出口(23)への導入空気が、処理部(11)を通過する際に吸湿液体の飛沫を取り込んでしまった場合であっても、処理部(11)から屋内吹出口(23)への吸気ダクト(20)は導入空気流れが上昇流となる上下方向延設部(24)を具備しているので、重力を利用して吸湿液体の飛沫が屋内吹出口(23)へ到達することを抑止することができる。したがって、処理部(11)から屋内吹出口(23)への吸気ダクト(20)に上下方向延設部(24)を設けるという簡素な構造により、吸湿液体の飛散を抑止することが可能である。
また、再生部(12)で吸湿液体の水分吸収放出能の再生処理を行い、処理部(11)における処理性能を容易に維持することができる。
さらに、屋内からの導出空気が持つ熱エネルギーを再生部(12)での吸湿液体の再生処理エネルギーとして利用することができる。したがって、屋内の換気を行っても屋内の熱エネルギーの回収を行うことが可能である。
また、本請求項に記載の発明は、以下に述べる課題を解決するものである。
従来から、吸気通路と排気通路との交差部に熱交換器を設けて、屋外から屋内への吸気と屋内から屋外への排気との間で熱交換を行う換気装置が知られている。このような換気装置において、吸気通路および排気通路のそれぞれに熱交換器をバイパスするバイパス通路を設けるとともに、これらのバイパス通路を開閉するダンパを設け、春秋等の熱交換が不要なときには、ダンパでバイパス通路を開いて熱交換器を迂回するように吸気および排気を流すものが知られている(例えば、実公昭55−2367号公報参照。)。
しかしながら、上記従来技術の換気装置では、吸気と排気との熱交換機能のオンオフを切り替えるために、2つのバイパス通路とこれらバイパス通路を開閉するダンパとを必要とするため、換気装置の構造が複雑になるという問題がある。本請求項に記載の発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、簡素な構造で熱交換機能のオンオフを切り替えることが可能な調湿換気装置を提供することを目的とする。
本請求項に記載の発明によると、屋外の温度および湿度と、屋内の温度および湿度とに基づき、屋外空気と屋内空気のエンタルピ差もしくはエンタルピの関連物理量の差が所定値以下の場合、すなわち、屋内外の温度差および湿度差が小さく、屋内の熱エネルギーの回収が不要な場合には、処理部循環手段(117)および再生部循環手段(127)の少なくともいずれかの作動を停止するだけで、熱交換機能をオフすることができる。このように、簡素な構造で熱交換機能のオンオフを切り替えることが可能である。
また、請求項3に記載の発明では、吸気ダクト(20)の上下方向延設部(24)の略下方端から処理部(11)へ吸湿液体を還流させる還流手段(27、28)を備えることを特徴としている。これによると、吸気ダクト(20)の上下方向延設部(24)内で飛散を抑止された吸湿液体を、還流手段(27、28)により上下方向延設部(24)の略下方端から処理部(11)へ還流させることができる。したがって、処理部(11)内の吸湿液体の減少を防止することができる。
また、請求項4に記載の発明では、吸気ダクト(20)の上下方向延設部(24)は、樹脂製パイプ部材からなることを特徴としている。これによると、吸湿液体が腐食性を有するものであっても、上下方向延設部(24)の腐食を防止することが可能である。
また、請求項5に記載の発明では、吸気ダクト(20)の上下方向延設部(24)は、建物(100)を構成する外壁(101)よりも内側に配設されていることを特徴としている。これによると、上下方向延設部(24)が外気に触れることを防止できる。したがって、処理部(11)で調湿された空気が上下方向延設部(24)内を上昇する際に外気温の影響を受けることを抑制することができる。
また、請求項6に記載の発明では、吸気ダクト(20)の上下方向延設部(24)よりも下流側部に、吸湿液体を捕捉するためのフィルタ部材(41)が配設されていることを特徴としている。これによると、上下方向延設部(24)内を通過してしまった吸湿液体の飛沫があったとしても、フィルタ部材(41)で捕捉することができる。吸湿液体の飛沫は上下方向延設部(24)で通過を抑制されているので、フィルタ部材(41)まで到達する吸湿液体は僅かであり、フィルタ部材(41)のメンテナンス周期を極めて長くすることができる。
また、請求項7に記載の発明では、吸気ダクト(20)の上下方向延設部(24)よりも下流側部に、空気導入路(20、21)に空気を流通するための吸気用送風機(40)が配設されていることを特徴としている。これによると、吸気用送風機(40)に吸湿液体が付着することを抑制することが可能である。
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
本発明を適用した第1の実施形態における調湿換気装置1を含む空調システムを示すシステム構成図である。 調湿換気装置1の要部構成を示す模式図である。 調湿換気装置1の吸湿液体である塩化リチウム水溶液の液滴直径と液滴落下速度の関係を示したグラフである。 空気中に吸湿液体が液滴として混入した場合の垂直ダクト24内の流れを模式的に示した断面図であり、(a)は、レイノルズ数Reが臨界レイノルズ数より小さい場合を示し、(b)は、レイノルズ数Reが臨界レイノルズ数より大きい場合を示している。 (a)、(b)、(c)は、建物の延床面積と、計画換気量と、垂直ダクトの配管径と、管内流速と、レイノルズ数との関係を示す表である。 名古屋地区の外気温と湿度の年間のデータを示すグラフである。 第2の実施形態における調湿換気装置1を含む空調システムを示すシステム構成図である。 第3の実施形態における調湿換気装置1を含む空調システムを示すシステム構成図である。 第4の実施形態における調湿換気装置1を含む空調システムを示すシステム構成図である。 (a)、(b)、(c)は、複数の屋内吹出口23への吸気ダクト20もしくは空調給気ダクト93の接続構造例を示す模式図である。 他の実施形態における調湿換気装置1の要部構成を示す模式図である。
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(第1の実施形態)
図1は、本発明を適用した第1の実施形態における調湿換気装置1を含む空調システムを示すシステム構成図である。また、図2は、調湿換気装置1の要部構成を示す模式図である。
図1に示すように、建物100に設けられた調湿換気装置1は、例えば塩化リチウム水溶液を吸湿液体とする吸収式の調湿機10と、上流端に屋外吸込口22が設けられて調湿気10へ外気を導入するための吸気管21と、下流端に屋内吹出口23が設けられて調湿機10で調湿された空気を屋内へ導入するための吸気ダクト20と、上流端に屋内吸込口32が設けられて調湿機10へ内気を導出するための排気ダクト30と、下流端に屋外吹出口33が設けられて調湿機10を通過した空気を屋外へ排出する排気管31と、を有している。調湿機10は、例えば、屋外の適所に設置されている。
図2に示すように、調湿機10は、処理部11と、再生部12と、ヒートポンプユニット13と、を有している。処理部11は、導入空気中から水分を吸湿液体に吸収する吸収処理および吸湿液体から水分を導入空気中に放出する放出処理のいずれかを行うことができるようになっており、再生部12は、処理部11が吸湿処理を行うときには吸湿液体から水分を導出空気中に放出し、処理部11が放出処理を行うときには導出空気中から水分を吸湿液体に吸収して、吸湿液体の水分吸収放出能力を再生する再生処理を行うことが可能となっている。ヒートポンプユニット13は、処理部11と再生部12との間で熱移動を行うための装置である。
処理部11の外殻を構成する例えば樹脂製の処理部ケース110の下部は、内部に吸湿液体を貯留する液タンク111をなしている。処理部ケース110の側面部には、吸湿液体の液面よりも高い位置に空気吸込口112が開口しており、空気吸込口112が下流端となるように前述の吸気管21が接続している。吸気管21内(本例では上流端部)には、処理部ケース110内への虫等の異物の侵入防止を目的として、吸気フィルタ221が配設されている。処理部ケース110の側面部には、空気吸込口112よりも更に高い位置に空気吹出口113が開口しており、空気吹出口113が上流端となるように前述の吸気ダクト20が接続している。
処理部ケース110内には、空気吸込口112よりも上方で空気吹出口113よりも下方となる部位に、処理エレメント114が配設されている。処理エレメント114は、例えば、波型に成形されたセルロース繊維の不織圧縮ボードを複数枚積層して構成されており、波型の山および谷が延びる方向が縦方向(上下方向)となるように、かつ、処理部ケース110内を横方向において全域に亘るように設置されている。これにより、処理エレメント114に含浸して落下する吸湿液体と処理エレメント114の積層ボード間を上昇する空気とが大きな面積で接触して効率よく処理が行われるようになっている。
処理部ケース110内の処理エレメント114よりも上方には、処理エレメント114に向かって吸湿液体を滴下するための液ノズル115が配設されている。処理部ケース110の外方には、液タンク111内の吸湿液体を液ノズル115へ送るための循環回路116が設けられており、循環回路116には吸湿液体を循環するための処理部循環手段である循環ポンプ117が設けられている。また、循環回路116の循環ポンプ117よりも下流部には、後述する熱交換器132と、例えば冷水や温水との熱交換により吸湿液体を冷却もしくは加熱することが可能な補助熱交換器119が配設されている。
再生部12は、処理部11とほぼ同様の構成となっている。
再生部12の外殻を構成する例えば樹脂製の再生部ケース120の下部は、内部に吸湿液体を貯留する液タンク121をなしている。再生部ケース120の側面部には、吸湿液体の液面よりも高い位置に空気吸込口122が開口しており、空気吸込口122が下流端となるように前述の排気ダクト30が接続している。再生部ケース120の側面部には、空気吸込口122よりも更に高い位置に空気吹出口123が開口しており、空気吹出口123が上流端となるように前述の排気管31が接続している。排気管31内(本例では下流端部)には、再生部ケース120内への虫等の異物の侵入防止を目的として、排気フィルタ331が配設されている。
再生部ケース120内には、空気吸込口122よりも上方で空気吹出口123よりも下方となる部位に、再生エレメント124が配設されている。再生エレメント124は、例えば、処理エレメント114と同様の構成をなしており、処理部ケース110内における処理エレメント114と同様に再生部ケース120内に設置されている。
再生部ケース120内の再生エレメント124よりも上方には、再生エレメント124に向かって吸湿液体を滴下するための液ノズル125が配設されている。再生部ケース120の外方には、液タンク121内の吸湿液体を液ノズル125へ送るための循環回路126が設けられており、循環回路126には吸湿液体を循環するための再生部循環手段である循環ポンプ127が設けられている。また、循環回路126の循環ポンプ127よりも下流部には、後述する熱交換器134と、例えば冷水や温水との熱交換により吸湿液体を冷却もしくは加熱することが可能な補助熱交換器129が配設されている。
ヒートポンプユニット13は、冷媒を圧縮するための圧縮機131、熱交換器132、冷媒を減圧膨張するための減圧手段133、および熱交換器134を冷媒配管で環状に接続して構成されている。熱交換器132および熱交換器134は、いずれも例えばフィン付二重管式の対向流型熱交換器であって、熱交換器132では冷媒と循環回路116内を流通する吸湿液体との間で熱交換を行い、熱交換器134では冷媒と循環回路126内を流通する吸湿液体との間で熱交換を行うようになっている。
ヒートポンプユニット13は、図示しない四方弁等の切り替えによって冷媒循環方向を変更できるようになっており、熱交換器132で吸湿液体を冷却するときには熱交換器134で吸湿液体を加熱し、熱交換器132で吸湿液体を加熱するときには熱交換器134で吸湿液体を冷却することが可能となっている。
処理部11の液タンク111内と再生部12の液タンク121内とは、連通部14で連通しており、両液タンク111、121内の吸湿液体を相互に流通して(両液タンク111、121間で循環して)、両液タンク111、121内の吸湿液体の濃度が同一となるようになっている。
図1に示すように、屋内吹出口23は、リビング102、和室103、寝室104、子供部屋105、書斎106等の各居室に設けられており、屋内吸込口32は、各居室と図示しないドア部アンダーカット等の隙間連通部を介して連通するホール107、浴室108等の屋内連通エリアに設けられている。一部のみ図示しているが、リビング102等の各居室には、必要に応じて空調装置90の室外機92と冷媒配管で接続された室内機91が設置され、室内機91が設置された各居室の個別空調が可能となっている。
調湿機10の処理部11と屋内吹出口23とを繋ぐ吸気ダクト20は、上下方向に延びる(本例では鉛直方向に延びる)垂直ダクト24を有している。垂直ダクト24は、樹脂製(本例では塩化ビニル樹脂製)のパイプ部材からなり、図1に示すように、調湿機10の処理部11(図2参照)の高さから小屋裏まで、建物100の外壁101の内側の図示しないパイプシャフト内を延びている。吸気ダクト20の垂直ダクト24よりも下流側部には吸気用送風機40が設けられている。吸気ダクト20は、吸気用送風機40下流側部で1階用吸気ダクト25と2階用吸気ダクト26とに分岐しており、各吸気ダクト25、26がそれぞれの階の屋内吹出口23にまで延びている。
垂直ダクト24の下方端部には、吸気ダクト20内と処理部ケース110内とを連通し、処理部11から持ち出された吸湿液体を吸気ダクト20内から処理部11へ戻すための戻し管28が設けられている。
図2に示すように、吸気ダクト20は、垂直ダクト24の下端部において、内周壁が拡径されて形成された環状のトラップ溝部27を有しており、戻し管28の上流端はトラップ溝部27に接続している。一方、戻し管28の下流端は、処理部11の液タンク111に接続している。トラップ溝部27と戻し管28とで、本実施形態における吸湿液体の還流手段を構成している。
なお、例えば、戻し管28に逆止弁等の逆流防止手段を採用したり、戻し管28の処理部11側の開口端が液タンク111の吸湿液体中に開口する構成を採用したりして、戻し管28のトラップ溝部27側の吸気圧が液タンク111側の吸気圧より低くても、安定した吸湿液体の還流を可能とすることが好ましい。
吸湿液体の還流手段は、上述したトラップ溝部27と戻し管28とからなる構成に限定されず、例えば、吸気ダクト20のうち垂直ダクト24より上流側部を、垂直ダクト24下端から空気吹出口113へ向かうほど位置が低くなるように傾斜して配置するものであってもよい。また、例えば、吸気ダクト20のうち垂直ダクト24より上流側部を水平方向に延設し、その内部に、垂直ダクト24下端から空気吹出口113へ向かうほど位置が低くなるように傾斜する還流案内部材を延設したものであってもよい。
各階の屋内吸込口32に接続する排気ダクト30は途中で合流して、前述の図示しないパイプシャフト内を調湿機10の再生部12(図2参照)まで延びている。排気ダクト30の合流点よりも下流側部には、排気用送風機50が設けられている。
吸気用送風機40および排気用送風機50は、いずれも例えばシロッコファンを備える送風機とすることができる。図1では、吸気用送風機40と排気用送風機50とを別体としているが、吸気ダクト20および排気ダクト30の取り回しにより、吸気用送風機40と排気用送風機50とを一体のケースに収め、駆動モータ部を共有とするものであってもよい。
ここで、吸気ダクト20と吸気管21とからなる構成が、本実施形態において、屋外吸込口22から建物100の屋内吹出口23へ空気を導入する空気導入路に相当し、排気ダクト30と排気管31とからなる構成が、建物100の屋内吸込口32から屋外吹出口33へ空気を導出する空気導出路に相当する。したがって、調湿機10の処理部11は、空気導入路の経路中に設けられていると言える。また、垂直ダクト24が、本実施形態において、処理部11から屋内吹出口23へ向かう空気流れが上昇流となるように上下方向に延設された上下方向延設部に相当する。
図2に示すように、再生部ケース120の空気吹出口123に接続した排気管31も、吸気ダクト20と同様に空気流れが上昇流となるように上下方向に延設された上下方向延設部を有しており、本例では、上下方向延設部下端から空気吹出口123へ向かうほど位置が低くなるように傾斜して配置された吸湿液体の還流手段となる部位を備えている。また、排気管31の下流端部に配設された排気フィルタ331は、異物侵入防止ばかりでなく、排気管31の上下方向延設部を通過してしまった吸湿液体の液滴の捕捉機能も有している。
次に、上記構成に基づき調湿換気装置1の作動について説明する。
本実施形態の調湿換気装置1は、図示を省略した制御装置と、屋外の空気の温度および湿度、屋内の空気の温度および湿度を検出する検出手段とを備えており、制御手段である制御装置は、各検出手段が検出した屋内外の温度情報および湿度情報に基づいて、調湿換気装置1の運転を制御するようになっている。
屋外が高温多湿であり屋内の除湿が必要なときには、制御装置は両循環ポンプ117、127および両送風機40、50を作動するとともに、圧縮機131を運転してヒートポンプユニット13に図2図示反時計回りに冷媒を循環し、熱交換器134で吸湿液体を加熱し熱交換器132で吸湿液体を冷却する。
屋外吸込口22から取り入れられた吸気は調湿機10の処理部11の処理エレメント114を通過する際に、低温の吸湿液体と触れて冷却および除湿される。冷却および除湿され温度と湿度が調整された吸気は、吸気用送風機40によって樹脂製の吸気ダクト20を通って、各屋内吹出口23からリビング102、和室103、寝室104、子供部屋105、書斎106等の各居室に供給される。
各居室内の空気は、各居室のドア部アンダーカット等の隙間を通して、ホール107や浴室108等にある屋内吸込口32から吸い込まれ、排気用送風機50によって例えば樹脂製の排気ダクト30を通して調湿機10の再生部12へ送られる。屋内からの排気は調湿機10の再生部12を通過する際に、高温の吸湿液体と触れて加熱および加湿される。再生部12を通過した排気は、屋外吹出口33から屋外へ排出される。
一方、屋外が低温低湿であり屋内の加湿が必要なときには、制御装置は両循環ポンプ117、127および両送風機40、50を作動するとともに、圧縮機131を運転してヒートポンプユニット13に図2図示時計回りに冷媒を循環し、熱交換器132で吸湿液体を加熱し熱交換器134で吸湿液体を冷却する。
屋外吸込口22から取り入れられた吸気は調湿機10の処理部11の処理エレメント114を通過する際に、高温の吸湿液体と触れて加熱および加湿される。加熱および加湿され温度と湿度が調整された吸気は、吸気用送風機40によって樹脂製の吸気ダクト20を通って、各屋内吹出口23からリビング102、和室103、寝室104、子供部屋105、書斎106等の各居室に供給される。
各居室内の空気は、各居室のドア部アンダーカット等の隙間を通して、ホール107や浴室108等にある屋内吸込口32から吸い込まれ、排気用送風機50によって排気ダクト30を通して調湿機10の再生部12へ送られる。屋内からの排気は調湿機10の再生部12を通過する際に、低温の吸湿液体と触れて冷却および除湿される。再生部12を通過した排気は、屋外吹出口33から屋外へ排出される。
このように、換気によって取り込む外気を調湿機10の処理部11で事前に潜熱処理することで、空調装置90の空調負荷が増大することを防止することができる。特に、屋外が高温多湿の時期には、空調装置90の除湿運転頻度が低減することから、室内機91の低圧側熱交換器の温度を上昇させて、エネルギー効率の高い運転が可能となる。
空調装置90の室内機91が設置されたリビング102等の人がいる頻度が高い場所は、空調装置90を顕熱処理に特化して高効率に稼動させることで、省エネで快適な空間を実現することができる。
また、空調装置90の室内機91があるリビング102等の居室だけでなく、空調装置90の室内機91を設けていない他の居室や、ホール107、浴室108等の部屋、または空調装置を運転していない場所も、調湿換気をしない場合に比べて温熱感の改善が成される。
本実施形態の調湿換気装置1によれば、吸気が調湿機10の処理部11を通過する際に、吸湿液体の飛沫を取り込んでしまった場合にも、処理部11と屋内吹出口23とを繋ぐ吸気ダクトに垂直ダクト24を設けているため、重力を利用して吸湿液体の飛沫の飛散を抑制し屋内吹出口23へ到達することを防止できる。
本実施形態では、建物100が二階建てであり、屋外に設置した調湿機10の処理部11の高さから建物100の小屋裏まで垂直ダクト24を延し、小屋裏で吸気ダクト20を1階用吸気ダクト25と2階用吸気ダクトとに分岐している。これにより、垂直ダクト24の長さを例えば5m以上確保して、屋内吹出口23に到達する吸湿液体の液滴を確実に抑制することができる。
また、垂直ダクト24を設けることで、吸湿液体の液滴を捕捉するための液フィルタや複雑な気液分離装置の設置が不要となり、ダクト圧力損失を低減し、低コストで小型な調湿換気システムを実現することができる。
図3は、本実施形態の調湿換気装置1の吸湿液体の一例である塩化リチウム水溶液の液滴直径と液滴落下速度の関係を示したグラフである。ストークスの式に空気粘度、空気密度、吸湿液体の密度の値を入れ、球状とした液滴直径と落下速度との関係を算出している。吸湿液体の密度は温度により比較的大きく変化するため、加熱した高温時の吸湿液体密度1050kg/mの場合を実線で、冷却した低温時の吸湿液体密度1250kg/mの場合を破線で示している。
図3から明らかなように、垂直ダクト24内の流速が4m/sの場合、直径が330〜360μm以上の液滴は垂直ダクト24内を上昇できない。また、垂直ダクト24内の流速が2m/sの場合、230〜255μm以上の液滴は垂直ダクト24内を上昇できない。したがって、多量に飛散すると影響が大きい大粒な液滴(例えば液フィルタを設けている場合にはメンテナンス周期を大幅に短くする大粒の液滴)を垂直ダクト24で圧力損失を増やさずに除去することができる。
図3を用いた説明によれば、直径が比較的小さい微小液滴は、垂直ダクト24内の上昇吸気流に乗って上昇することになるが、本実施形態では、垂直ダクト24の適切な内径の設定により、微小液滴を垂直ダクト24の内壁面に付着させて下流への飛散を防止している。
図4は空気中に吸湿液体が液滴として混入した場合の垂直ダクト24内の流れを模式的に示したものであり、(a)は、レイノルズ数Reが臨界レイノルズ数(2000〜4000)より小さい場合を示し、(b)は、レイノルズ数Reが臨界レイノルズ数より大きい場合を示している。図4(a)に示すように、ダクト内流れのレイノルズ数が臨界レイノルズ数より小さい場合は、ダクト内は層流となり、空気に比べて比重が大きい吸湿液体の液滴はダクト中心軸に集まって流れる傾向が強い集軸分布と呼ばれる液滴分散状態を示す。図4(b)に示すように、ダクト内流れのレイノルズ数が臨界レイノルズ数より大きい場合は、乱流境界層の乱れによって、吸湿液体の液滴の分布が径外方向に拡散し、垂直ダクト24の壁面近くに近づく動きを示す。
したがって、本実施形態では、垂直ダクト24内の流れのレイノルズ数が臨界レイノルズ数を超えるように垂直ダクト24の内径を設定することで、乱流境界層を発生させて、吸湿液体の液滴をダクト中心軸から径外方向に分散させることができ、垂直ダクト24の内面に衝突させて、壁面に付着させる率を向上している。塩化リチウム水溶液の粘度は比較的高く、壁面に付着したときには、吸気流れに乗って下流側(上方側)に向かって移動し難く、屋内吹出口23に到達することを確実に防止することができる。
図5は、建物の延床面積が35〜60坪の場合の、換気量とダクトの配管径(ダクト内径)と管内流速、管内流れのレイノルズ数を示したものである。(a)は、延べ床面積に対する室内空間容積と1時間当たり50%換気する場合の計画換気量(換気量目標値)を示している。(b)は、上記計画換気量を達成するための管内流速を代表的な配管径毎に示し、(c)は、上記管内流速時のレイノルズ数を代表的な配管径毎に示している。
図5から明らかなように、建物の延床面積35〜60坪の場合には垂直ダクト24の内径が100〜250mmまではレイノルズ数が臨界レイノルズ数の3倍以上の安全率を確保できることが確認できる。
吸湿液体の塩化リチウム水溶液が垂直ダクト24の内面に付着しても、垂直ダクト24は樹脂製であるのため、腐蝕等の悪影響を受けることはない。
そして、垂直ダクト24で飛散防止された吸湿液体、すなわち、垂直ダクト24内を上昇しなかった吸湿液体および垂直ダクト24の内面に付着して垂直ダクト24内を落下した吸湿液体は、垂直ダクト24の下端部に形成された環状のトラップ溝部27に捕捉され、戻し管28を介して処理部11の液タンク111内に還流することができる。したがって、調湿機10内の吸湿液体が減少することを防止することができる。
また、吸気用送風機40は垂直ダクト24よりも下流に設けているため、吸湿液体の飛沫(液滴)が吸気用送風機40に付着することを抑止でき、腐蝕等による故障を防止することができる。
さらに、垂直ダクト24は、建物100の外壁101よりも内側のパイプシャフトを通しているため、調湿機10で温度と湿度を調整した吸気が外気温の影響によりによって熱ロスを発生することを防止している。
また、建物100内の空気は、屋内吸込口32から吸い込まれ、調湿機10の再生部12を通過して屋外吹出口33から排気される。したがって、屋外空気より質の良い(夏期は屋外空気よりも低温低湿、冬期は屋外空気よりも高温高湿である)屋内からの排気を活用して、調湿機10の吸湿液体の水分吸収放出能を再生(夏期は吸湿液体から水分を放出、冬期は吸湿液体に水分を吸収)することが可能となり、排気の熱エネルギーを調湿機10の再生エネルギーとして活用することで、熱回収の機能を得る(熱エネルギーを回収する)ことができる。
さらに、図6に名古屋地区の外気温と湿度のデータを示すように、例えば空調目標温度を22〜28℃、目標絶対湿度を6〜9g/kgとした場合に、季節によって調湿が不要なときに熱回収が不要な場合(室内からの排気から熱回収した方が得にならない場合)がある。
本実施形態の調湿換気装置1では、調湿機10の作動をオンオフ選択することにより、簡単に調湿有無と熱回収有無とを制御できる。したがって、調湿および熱回収を行わない場合の換気の圧力損失が、熱交換器で吸気と排気との熱交換を行う方式に比べて小さく、年間を通して換気の省エネルギーを図ることができる。また、吸気と排気との熱交換を行う熱交換器を備えるとともに、熱回収が不要なときに熱交換器をバイパスする吸気および排気の通路を備える方式に比べて、構造を簡素化して小型化することが可能である。調湿機10の循環ポンプ117、127の少なくともいずれかを停止することで、熱回収を停止し、ポンプ動力を削減することができる。
具体的には、図示しない各検出手段が検出した屋内外の温度情報および湿度情報に基づき、必要に応じて内外気の圧力情報にも基づいて、屋外吸込口22から吸い込んだ吸気のエンタルピと、屋内吸込口32から吸い込んだ排気のエンタルピとを算出比較して、エンタルピ差が予め定めた設定値以下である場合には、調湿機10の循環ポンプ117、127の少なくともいずれかを停止する。このときには、圧縮機131の作動も停止してかまわない。
ここで、外気のエンタルピと内気のエンタルピとを求めてエンタルピ差を比較するものに限定されず、外気および内気のエンタルピの関連物理量の差を比較して、エンタルピ関連物理量の差が予め定めた設定値以下である場合には、調湿機10の循環ポンプ117、127の少なくともいずれかを停止するものであってもよい。エンタルピの関連物理量としては、例えば温度および湿度であってもよい。
上述した、少なくとも屋外の温度および湿度と屋内の温度および湿度とに基づいて、屋外空気と屋内空気のエンタルピ差もしくはエンタルピの関連物理量の差が所定値以下の場合には、循環ポンプ117および循環ポンプ127の少なくともいずれかの作動を停止する制御を行えば、垂直ダクト24を有しない調湿換気装置1であっても、その効果を得ることができる。
また、吸気用送風機40および排気用送風機50は、所謂ダクトファンのようにダクトと連結する送風機で、所定の換気量を確保できるようになっている。本実施形態では吸気用送風機40と排気用送風機50とを別体としているが、ダクト取り回しによって吸気用送風機40と排気用送風機50とを一体のケースに収めると、ファンケースや電源、制御部等の小型化が図れ、コストダウンも可能となる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について図7に基づいて説明する。
本第2の実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、吸気ダクト20の構成、吸気用送風機40および排気用送風機50の配設位置が異なる。なお、第1の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
図7に示すように、本実施形態では、吸気ダクト20は、垂直ダクト24の途中で1階用吸気ダクト25を分岐している。また、吸気用送風機40を処理部11より上流側の吸気管21に設け、排気用送風機50を再生部12より下流側の排気管31に設けている。
垂直ダクト24の途中で1階用吸気ダクト25を分岐しているため、第1の実施形態のように1階用吸気ダクト25を小屋裏から下方に引き回す必要がなく、1階用吸気ダクト25を短くして、送風仕事を低減することができる。
また、吸気用送風機40を処理部11よりも上流側に設けたことで、吸気用送風機40に調湿機10の吸湿液体の飛沫が付着することを確実に防止することができる。さらに、排気用送風機50を再生部12よりも下流側に設置することで、吸気用送風機40と排気用送風機50を近接配置でき、送風機のケースや電源、制御基板を共有することができ、低コスト化、小型化が可能になる。
なお、排気用送風機50を排気ダクト30の下流側部(再生部12上流側における再生部12近傍部位)に設け、ダクトの取り回しによって、吸気用送風機40と排気用送風機50を近接配置するものであってもよい。これによれば、排気用送風機50にも調湿機10の吸湿液体の飛沫が付着することを確実に防止することが可能である。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について図8に基づいて説明する。
本第3の実施形態は、前述の第1、第2の実施形態と比較して、建物の空調装置90が各居室を個別に空調する所謂ルームエアコンから複数の居室を同時に空調するダクト式空調装置、所謂全館空調装置とした点が異なる。なお、第1、第2の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
図8に示すように、本実施形態では、全館空調用の室内機91が小屋裏に配設され、室内機91からは、リビング102、和室103、寝室104、子供部屋105、書斎106等の各居室に設けられた屋内吹出口23にまで空調給気ダクト93が延設されている。
吸気ダクト20は、下流端が室内機91に接続されており、調湿機10の処理部11で調湿処理された吸気は室内機91へ供給されるようになっている。吸気ダクト20の垂直ダクト24よりも下流側部にはフィルタ部材である吸気フィルタ41が設けられており、室内機91への吸湿液体の到達を確実に防止するようになっている。ホール107の階段部107aには空調吸込口95が設けられており、空調吸込口95を上流端とする空調リターンダクト94は、下流端が室内機91に接続されている。
本実施形態の調湿換気装置1の空気流れを説明する。屋外吸込口22から取り入れられた吸気は、吸気用送風機40によって調湿機10の処理部11を通過し、垂直ダクト24で小屋裏まで上がり、吸気フィルタ41を通った後、全館空調用の室内機91に入る。
ホール107の階段部107aに設けられた空調吸込口95から吸い込まれた建物100内の空気と調湿機10の処理部11を通った吸気とは、室内機91内で混合され(例えば、吸気と空調吸込口95からの空調リターン風の流量比を1:5〜10として混合され)、温度調節された後に、空調給気ダクト93を介して屋内吹出口23から各居室に供給される。各居室に供給された空気は、図示しないドア部のアンダーカット等を通過して、ホール107で1階分と2階分とがまとまり、空調吸込口95から吸われて、空調リターンダクトを介して室内機91へ戻る。
全館空調用の室外機92は冷媒配管を通して全館空調用の室内機91と接続されて全館空調装置を構成している。
建物100内の空気は、ホール107や浴室等に設置された屋内吸込口32から吸われて、排気ダクト30を通り、調湿機10の再生部12を通過して、排気用送風機50によって屋外吹出口33から屋外へ排出される。
本実施形態の調湿換気装置1によれば、垂直ダクト24で吸気中から吸湿液体の液滴をほぼ全量除去できることから、垂直ダクト24よりも下流部に設けた吸気フィルタ41に付着する吸湿液体を極めて少なくすることができる。したがって、吸気フィルタ41のメンテナンス周期の延長、吸湿液体の付着による吸気フィルタ41の圧力損失上昇を防ぐことができる。
また、空調吸込口95から吸い込んだ建物100内の空気と調湿機10の処理部11を通った吸気とを、室内機91で混合し温度調節した後に各居室に供給するため、換気による外気の空調負荷増大や、空調装置90の除湿運転等による効率低下が防止できる。
特に、全館空調は建物内の全体を空調することから、一般的に大能力の空調装置が必要になるが、外気の潜熱処理分(例えば、夏期では調湿空調負荷の約2分の1)を調湿機10で前処理することから、小型で効率の良い空調装置を採用することができる。また、従来は建物内を1つの全館空調用の室内機で温度調節した空気で処理するため、老若男女の空調に対する好みの違いが問題となり易かったが、調湿機10を組み合わせることで、温度だけの制御よりも幅広くユーザーの好みに適合した空調が可能となる。例えば、高温低湿冷房や低温高湿暖房等も容易である。
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について図9に基づいて説明する。
本第4の実施形態は、前述の第3の実施形態と比較して、全館空調用の室内機91の設置場所が異なる。なお、第1〜第3の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
図9に示すように、本実施形態では、全館空調用の室内機91を、建物100の1階に、階段下等のスペースを利用して設置している。本実施形態においても、調湿機10の処理部11を通った吸気を吸気ダクト20の垂直ダクト24を通して室内機91に導入している。吸気フィルタ41は、室内機91直前となる垂直ダクト24最下流部に設置している。
したがって、垂直ダクト24により吸湿液体の液滴の吸気中への混入比率を低減し、吸気フィルタ41のメンテナンス周期を延長できる。垂直ダクト24の効果を高めるために、垂直ダクト24を室内機91よりも上方にまで延長して、室内機91へ上方から吸気導入するように接続すると、垂直ダクト24の効果を一層高めることができる。
なお、上記第1〜第4の実施形態では詳細な説明は省略していたが、複数の屋内吹出口23への吸気ダクト20もしくは空調給気ダクト93の接続構造は、各種構造を採用することが可能である。
例えば、図10(a)に示すように、2系統のダクトを採用してもよいし、図10(b)に示すように、1系統のダクトを採用してもよい。また、図10(c)に示すように、複数の屋内吹出口23に個々に対応した複数系統のダクトを採用するものであってもよい。また、これらを適宜組み合わせたものであってもよい。
(他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
上記各実施形態では、吸気ダクト20の上下方向延設部は垂直ダクト24であったが、これに限定されるものではなく、上下方向に延設されて処理部11を通過した吸気が上昇流となるものであれば、傾斜していてもかまわない。
また、上記各実施形態では、吸湿液体の還流手段の一部をなすトラップ溝部27は、垂直ダクト24の下方端に設けられていたが、最下端であるものに限定されず、垂直ダクト24内から大部分の吸湿液体が還流できるのであれば、下方端より若干上方であってもかまわない。
また、上記各実施形態では、垂直ダクト24は、建物100の外壁101よりも内側のパイプシャフト内を延びていたが、パイプシャフト内に限定されるものではない。建物100を構成する外壁101よりも内側であれば、例えば、外壁101とその内側に配置される断熱材との間であってもよいし、外壁101の内側に配置される断熱材中に配設されるものであってもよい。
また、上記各実施形態では、吸気用送風機40および排気用送風機50を構成する部材の材質については説明を省略していたが、吸気用送風機40が処理部11よりも吸気流れ下流側に配設される場合および排気用送風機50が再生部12よりも排気流れ下流側に配設される場合には、いずれの送風機も、駆動モータ部以外は全て樹脂製の部材で構成することが好ましい。
また、上記各実施形態では、処理部11の空気吸込口112に吸気管21を接続し、再生部12の空気吹出口123に排気管31を接続していたが、これらはいずれも設けられていなくてもかまわない。すなわち、処理部11の空気吸込口112を屋外吸込口とし、再生部12の空気吹出口123を屋外吹出口としてもかまわない。
また、上記各実施形態では、再生部12を通過する空気は屋内からの排気であったが、これに限定されるものではなく、例えば、排気から熱回収を行う必要がなければ、外気であってもかまわない。図11に例示するように、再生部12の空気吸込口122に屋外の空気を導入する再生側吸気管30aを接続し、その内部に(本例では上流端に)吸気フィルタ331aを設けるものであってもよい。
また、上記各実施形態では、調湿機10の処理部11は、吸収処理および放出処理の両方を行うことが可能であり、屋外環境等の条件に応じていずれかを行うものであったが、吸収処理および放出処理のいずれかのみを行うものであってもよい。
また、上記各実施形態では、調湿換気装置1の調湿機10は、再生部12を備えていたが、再生部を備えないものであっても、本発明は適用して有効である。
1 調湿換気装置
10 調湿機
11 処理部
12 再生部
20 吸気ダクト(空気導入路の一部)
21 吸気管(空気導入路の一部)
22 屋外吸込口
23 屋内吹出口
24 垂直ダクト(上下方向延設部)
27 トラップ溝部(還流手段の一部)
28 戻し管(還流手段の一部)
30 排気ダクト(空気導出路の一部)
31 排気管(空気導出路の一部)
32 屋内吸込口
33 屋外吹出口
40 吸気用送風機
41 吸気フィルタ(フィルタ部材)
100 建物
101 外壁
117 循環ポンプ(処理部循環手段)
127 循環ポンプ(再生部循環手段)

Claims (7)

  1. 屋外吸込口(22)から建物(100)の屋内吹出口(23)へ空気を導入する空気導入路(20、21)と、
    前記建物(100)の屋内吸込口(32)から屋外吹出口(33)へ空気を導出する空気導出路(30、31)と、
    前記空気導入路(20、21)の経路中に設けられ、導入空気中から水分を吸湿液体に吸収する吸収処理および前記吸湿液体から水分を前記導入空気中に放出する放出処理のいずれかを行う処理部(11)と、
    前記空気導入路(20、21)のうち前記処理部(11)から前記屋内吹出口(23)への空気流通経路を形成する吸気ダクト(20)と、を備え、
    前記吸気ダクト(20)は、前記処理部(11)から前記屋内吹出口(23)へ向かう空気流れが上昇流となるように上下方向に延設された上下方向延設部(24)を具備し、
    前記上下方向延設部(24)は、前記建物(100)の屋内を所定量換気するように前記処理部(11)から前記屋内吹出口(23)へ向かって空気を流通した際のレイノルズ数が臨界レイノルズ数より大きくなるように、内径が設定されていることを特徴とする調湿換気装置。
  2. 屋外吸込口(22)から建物(100)の屋内吹出口(23)へ空気を導入する空気導入路(20、21)と、
    前記建物(100)の屋内吸込口(32)から屋外吹出口(33)へ空気を導出する空気導出路(30、31)と、
    前記空気導入路(20、21)の経路中に設けられ、導入空気中から水分を吸湿液体に吸収する吸収処理および前記吸湿液体から水分を前記導入空気中に放出する放出処理のいずれかを行う処理部(11)と、
    前記空気導入路(20、21)のうち前記処理部(11)から前記屋内吹出口(23)への空気流通経路を形成する吸気ダクト(20)と、を備え、
    前記吸気ダクト(20)は、前記処理部(11)から前記屋内吹出口(23)へ向かう空気流れが上昇流となるように上下方向に延設された上下方向延設部(24)を具備し、
    前記処理部(11)が前記吸湿処理を行うときには前記吸湿液体から水分を空気中に放出し、前記処理部(11)が前記放出処理を行うときには空気中から水分を前記吸湿液体に吸収して、前記吸湿液体の水分吸収放出能を再生する再生処理を行う再生部(12)を備え、
    前記再生部(12)は、前記空気導出路(30、31)の経路中に設けられて、前記吸湿液体から水分を導出空気中に放出もしくは前記導出空気中から水分を前記吸湿液体に吸収するものであり、
    前記処理部(11)に前記吸湿液体を循環して前記吸収処理および前記放出処理を促進する処理部循環手段(117)と、
    前記再生部(12)に前記吸湿液体を循環して前記再生処理を促進する再生部循環手段(127)と、を備え、
    前記屋外の温度および湿度と、前記屋内の温度および湿度とに基づき、屋外空気と屋内空気のエンタルピ差もしくはエンタルピの関連物理量の差が所定値以下の場合には、前記処理部循環手段(117)および前記再生部循環手段(127)の少なくともいずれかの作動を停止することを特徴とする調湿換気装置。
  3. 前記上下方向延設部(24)の略下方端から前記処理部(11)へ前記吸湿液体を還流させる還流手段(27、28)を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の調湿換気装置。
  4. 前記上下方向延設部(24)は、樹脂製パイプ部材からなることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の調湿換気装置。
  5. 前記上下方向延設部(24)は、前記建物(100)を構成する外壁(101)よりも内側に配設されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の調湿換気装置。
  6. 前記吸気ダクト(20)の前記上下方向延設部(24)よりも下流側部に、前記吸湿液体を捕捉するためのフィルタ部材(41)が配設されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の調湿換気装置。
  7. 前記吸気ダクト(20)の前記上下方向延設部(24)よりも下流側部に、前記空気導入路(20、21)に空気を流通するための吸気用送風機(40)が配設されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の調湿換気装置。
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