JP5443146B2 - デシカント式換気扇システム - Google Patents
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Description
前記第一の冷媒式再生器と前記第二の冷媒式再生器の一方を蒸発器として他方を凝縮器とするヒートポンプ装置と、前記第一の熱媒体式再生器と前記第二の熱媒体式再生器への熱媒体の熱供給源と、前記熱供給源での熱供給量が不足して前記第一の熱媒体式再生器と前記第二の熱媒体式再生器での再生能力が不足する場合は前記第一の冷媒式再生器または前記第二の冷媒式再生器で再生能力を補う制御をする制御基板と
が備えられている。
本発明のデシカント式換気扇システムの全体的な構成について図1を用いて説明する。デシカント式換気扇システム1は、デシカント式換気扇4、太陽熱温水器システム5および熱交換器ユニット60からなる。
デシカント式換気扇4は、第一の送風機26によって屋外から屋内に向かって屋外空気が流される第一の風路25と、第二の送風機36によって屋内から屋外に向かって屋内空気が流される第二の風路35よりなる。第一の風路25および第二の風路35のそれぞれに直交して、屋外側から、回転型デシカント式除湿器12、回転型顕熱交換器11、回転型デシカント式加湿器13の順に設けられており、回転型デシカント式除湿器12を通過する際に屋外空気の除湿が行われ、回転型顕熱交換器11を通過する際に屋外空気と屋内空気の熱移動が行われ、回転型デシカント式加湿器13を通過する際に屋外空気の加湿が行われる。第一の風路25および第二の風路35はその途中において屋外空気と屋内空気とが混ざらないように気密性を保つ構造となっている。回転型デシカント式除湿器12および回転型デシカント式加湿器13はその機能上、一方の機能が働く場合は他方の機能は働かない。
本発明のデシカント式換気扇システム1の主要機能部品について説明する。回転型顕熱交換器11は、対向する二つの面が第一の風路25および第二の風路35のそれぞれに直交して、空気を通過させる部分となる。空気を通過させる部分は扁平な円柱状でモーターの駆動により回転するよう制御されている。空気を通過させられる部分の材質は、空気を通過させる際に空気中の顕熱を蓄熱する又は放熱する吸熱部材となっている。空気を通過させる二つの面は中央部分により二つに仕切られ、仕切られた部分の一方が第一の風路25となり、もう一方が第二の風路35となる。屋内が暖房されている場合において、第二の風路35を流れる暖められた屋内空気の顕熱は空気を通過させる部分の吸熱部材が蓄熱し、蓄熱した空気を通過させる部分が回転して第一の風路25で冷たい屋外空気に放熱することで、屋外空気に顕熱を移動させることができる。これにより、暖房時においては、屋内の暖房効果を損なうことなく換気することができる。冷房時においては逆に、第二の風路35を流れる冷却された屋内空気により、空気を通過させる部分の吸熱部材が冷やされ、冷やされた空気を通過させる部分が回転して第一の風路25で暖かい屋外空気の顕熱を吸熱することで、屋外空気から顕熱を移動させることができる。これにより、冷房時においては、冷房効率を損なうことなく換気することができる。
回転型デシカント式除湿器12は対向する二つの面が第一の風路25および第二の風路35のそれぞれに直交して、空気を通過させる部分となる。空気を通過させる部分は扁平な円柱状で内部にデシカントが備えられ、モーターの駆動により回転するよう制御されている。デシカントは空気中の水分を吸着および加熱により脱着する性質を有している。空気を通過させる二つの面は中央部分で二つに仕切られ、仕切られた部分の一方が第一の風路25となり、もう一方が第二の風路35となる。第一の風路25を通過する屋外空気が回転型デシカント式除湿器12を通過するとデシカントにより屋外空気中の水分が吸着され除湿能力を発揮する。空気を通過させる扁平な円柱状の部分をモーターにより回転させることで、水分を吸着したデシカントは、後述の第一の冷媒式再生器14又は/および第一の熱媒体式再生器61で加熱された屋内空気が第二の風路35を通過することにより水分を脱着し、吸着能力が再生される。このような動作を行うことにより屋外からの湿気を減湿し、屋内空気と共にデシカントに吸着した水分を排出することが出来るので、屋内の湿度を下げることが可能となる。
回転型デシカント式加湿器13は対向する二つの面が第一の風路25および第二の風路35のそれぞれに直交して、空気を通過させる部分となる。空気を通過させる部分は扁平な円柱状で内部にデシカントが備えられ、モーターの駆動により回転するよう制御されている。デシカントは空気中の水分を吸着および加熱により脱着する性質を有している。空気を通過させる二つの面は中央部分で二つに仕切られ、仕切られた部分の一方が第一の風路25となり、もう一方が第二の風路35となる。第二の送風機36を起動させることにより第二の風路35に屋内空気が流れると、デシカントは第二の風路35を通過する屋内の空気に含まれる水分を吸着する。空気を通過させる扁平な円柱状の部分をモーターにより回転させ、水分を吸着した部分が第一の風路25側に来たところで回転型デシカント式加湿器13の上流側に配置された後述の第二の冷媒式再生器15又は/および第二の熱媒体式再生器71で加熱された屋外空気が通過することにより水分を脱着し、再び屋内に送り返す。このような動作を行うことにより屋内の水分を回収し、さらに屋外の空気と共に入ってくる水分が加わることで加湿能力を発揮することができる。
第一の冷媒式再生器14は、第二の風路35の屋内空気が通過する断面のほぼ全面に亘って設けられ、冷媒が循環する熱伝導性の良い銅等の金属管と、金属管の熱伝導面積を広げるためのアルミニウム等の金属製のフィンより構成される。第一の冷媒式再生器14が凝縮器となる場合には、金属管および金属製フィンの外表面を流れる屋内空気に対して高温高圧の気体状の冷媒より熱が移動して冷媒は液化し、この際の凝縮熱で屋内空気は暖められる。暖められた屋内空気により、回転型デシカント式除湿器12に吸着された水分の脱着が効果的に行われ、除湿能力の再生が行われる。第一の冷媒式再生器14が蒸発器となる場合には、低温低圧の冷媒が蒸発する際の気化熱で屋内空気より熱を奪う。第一の冷媒式再生器14は冷媒配管53および冷媒配管55と接続されている。
第二の冷媒式再生器15は、第一の風路25の屋外空気が通過する断面のほぼ全面に亘って設けられ、冷媒が循環する熱伝導性の良い銅等の金属管と、金属管の熱伝導面積を広げるためのアルミニウム等の金属製のフィンより構成される。第二の冷媒式再生器15が凝縮器となる場合には、金属管および金属製フィンの外表面を流れる空気に対して高温高圧の気体状の冷媒より熱が移動し、冷媒は熱を奪われ液化し、この際の凝縮熱で屋外空気は暖められる。暖められた屋外空気により、回転型デシカント式加湿器13に吸着された水分の脱着が効果的に行われ、加湿能力が発揮される。第二の冷媒式再生器15が蒸発器となる場合には、低温低圧の冷媒が蒸発する場合の気化熱が屋外空気より熱を奪う。第二の冷媒式再生器15は冷媒配管54および冷媒配管56と接続されている。
第三の冷媒式再生器16は、第二の風路35に設けられ、冷媒が循環する熱伝導性の良い銅等の金属管と、金属管の熱伝導面積を広げるためのアルミニウム等の金属製のフィンより構成される。第三の冷媒式再生器16は第一の冷媒式再生器14と異なり、第二の風路35の屋外空気の通過断面のほぼ全面に亘るようには設けられておらず、第二の風路の通過断面の一部のみを覆い、除湿運転時や加湿運転時においては通過する屋内空気に対し圧力損失が少なく、通過する屋内空気との熱交換もほとんど行われない。第三の冷媒式再生器16が凝縮器となる場合には、金属管および金属製フィンの外表面を流れる屋内空気に対して高温高圧の気体状の冷媒より熱が移動し、冷媒は熱を奪われ液化する。この際の凝縮熱で屋内空気は暖められる。第三の冷媒式再生器16は冷媒配管55および冷媒配管56と接続されている。
圧縮機41は電気的に駆動して、回転式(ローターリー式)や往復式(レシプロ式)等の方式により気体になった冷媒を圧縮し、高温高圧の気体にして冷媒を液化しやすくしている。圧縮機41は吐出側に冷媒配管51が、吸入側に冷媒配管52が接続されている。なお、圧縮機41は、能力を可変することが可能な所謂インバーター制御対応仕様となっている。
四方弁42は冷凍サイクルの流路を切り換える装置であり、接続口42a、接続口42b、接続口42c、接続口42dの四つの接続口を有している。電気的に駆動させることにより接続口42aと接続口42c、および接続口42bと接続口42dが四方弁42の内部で連通する組合せ、又は接続口42aと接続口42d、および接続口42bと接続口42cが四方弁42の内部で連通する組合せが選択できる。接続口42aには冷媒配管51が、接続口42bには冷媒配管52が、接続口42cには冷媒配管53が、接続口42dには冷媒配管54が接続されている。
第一の膨張弁44は、液化した冷媒を減圧させて気化し易くさせるもので、電気的に駆動させることで通過する冷媒流量の調整が可能となっている。第一の膨張弁44は冷媒配管55の途中に設けられている。
第二の膨張弁45は、液化した冷媒を減圧させて気化し易くさせるもので、電気的に駆動させることで通過する冷媒流量の調整が可能となっている。第二の膨張弁45は冷媒配管56の途中に設けられている。
第一の熱媒体式再生器61は、第一の冷媒式再生器14の上流側に第二の風路35の屋内空気が通過する断面のほぼ全面に亘って設けられ、熱媒体(温水又は不凍液)が循環する熱伝導性の良い銅等の金属管と、金属管の熱伝導面積を広げるための銅又はアルミニウム等の金属製のフィンより構成される。所定温度の熱媒体が循環することにより金属管および金属製フィンの外表面を流れる屋内空気が暖められる。暖められた屋内空気により、回転型デシカント式除湿器12に吸着された水分の脱着が、効果的に行われ除湿性能の再生が行われる。第一の熱媒体式再生器61は熱媒体配管64および熱媒体配管65と接続されている。
第二の熱媒体式再生器71は、第二の冷媒式再生器15の上流側に第一の風路25の屋外空気が通過する断面のほぼ全面に亘って設けられ、熱媒体(温水又は不凍液)が循環する熱伝導性の良い銅等の金属管と、金属管の熱伝導面積を広げるための銅又はアルミニウム等の金属製のフィンより構成される。所定温度の熱媒体が循環することにより金属管および金属製フィンの外表面を流れる屋外空気が暖められる。暖められた屋外空気により、回転型デシカント式加湿器13に吸着された水分の脱着が、効果的に行われ加湿能力の再生が行われる。第二の熱媒体式再生器71は熱媒体配管74および熱媒体配管75と接続されている。
太陽熱温水器システム5は、集熱板80に太陽熱を集熱して温水を直接または不凍液等の熱媒体を間接的に加熱し、この加熱された温水や熱媒体を自然循環または循環ポンプを使用して強制循環させて貯湯タンク70内に貯蔵されている水を温めて温水とし、これを給湯や暖房等に利用できるようにするものである。実施例1においては所謂強制循環式太陽熱温水器を示しており、集熱板80と貯湯タンク70内下部のタンク熱交換器86とが、熱源循環配管94、95で循環回路として連通されており、循環手段として熱源循環配管94の途中には第四の循環ポンプ93が設けられ、形成された前記循環回路内を熱媒体(例えば、プロピレングリコール等の不凍液に防錆剤を添加した液)の循環が行われている。
熱交換器ユニット60には温水や熱媒体が通過してその保有する熱を熱交換する第一の熱交換部62、第二の熱交換部72および第三の熱交換部81が備えられており、第三の熱交換部81の温水と第一の熱交換部62の熱媒体との熱交換、および第三の熱交換部81の温水と第二の熱交換部72の熱媒体との熱交換が行われる。
除湿運転時には、第一の送風機26および第二の送風機36は駆動しており、第一の風路25中を左から右方向に第一の送風機26に吸い込まれるように屋外空気が流れ、第二の風路35中を右から左方向に第二の送風機36に吸い込まれるように屋内空気が流れる。回転型顕熱交換器11および回転型デシカント式除湿器12も同時に駆動し、回転型顕熱交換器11においては、空気を通過させる際に空気中の顕熱を蓄熱する又は放熱する吸熱部材を介して屋外空気と屋内空気が保有する熱の移動が行われる。回転型デシカント式除湿器12において第一の風路25側では、空気を通過させる際にデシカントにより屋外空気の水分が吸着され、第二の風路35側に回転型デシカント式除湿器12が回転して移動すると、デシカントの水分は第一の冷媒式再生器14または/および第一の熱媒体式再生器61により加熱された屋内空気によって脱着が行われる。なお、回転型デシカント式除湿器12の除湿能力の再生のためには所定温度(例えば60℃)以上に加熱された屋内空気であることが望ましく、この希望する所定温度以上にするためには、第一の冷媒式再生器14または第一の熱媒体式再生器61が各々単独に屋内空気を所定温度以上に加熱させる能力を有するか、第一の冷媒式再生器14と第一の熱媒体式再生器61とを併用して屋内空気を所定温度以上に加熱させる能力を有することが望ましいことになる。
加湿運転時には、第一の送風機26および第二の送風機36は駆動しており、第一の風路25中を左から右方向に第一の送風機26に吸い込まれるように屋外空気が流れ、第二の風路35中を右から左方向に第二の送風機36に吸い込まれるように屋内空気が流れる。回転型顕熱交換器11および回転型デシカント式加湿器13も同時に駆動し、回転型顕熱交換器11においては、空気を通過させる際に空気中の顕熱を蓄熱する又は放熱する吸熱部材を介して屋外空気と屋内空気が保有する熱の移動が行われる。回転型デシカント式加湿器13において第二の風路35側では、空気を通過させる際にデシカントにより屋内空気の水分が吸着され、第一の風路25側に回転型デシカント式加湿器13が回転して移動すると、デシカントの水分は第二の冷媒式再生器15または/および第二の熱媒体式再生器71により加熱された屋外空気によって脱着が行われる。なお、回転型デシカント式加湿器13の加湿性能の再生のためには所定温度(例えば約60℃)以上に加熱された屋外空気であることが望ましく、この希望する所定温度以上にするためには、第二の冷媒式再生器15または第二の熱媒体式再生器71が各々単独に屋内空気を所定温度以上に加熱させる能力を有するか、第二の冷媒式再生器15と第二の熱媒体式再生器71とを併用して屋内空気を所定温度以上に加熱させる能力を有することが望ましいことになる。
加湿運転開始時の所定時間の動作について説明する。この動作は回転型デシカント式加湿器13の第二の風路側については停止時において水分を吸着しており、これが臭いを発生させる場合があるのでこれを防止するための動作である。加湿運転開始時の所定時間、圧縮機41のみを駆動させ、第三の冷媒式再生器16が所定の温度(実施例では50〜60℃)以上になるまで待つ。所定の温度になったことを第三の冷媒式再生器16の温度センサー(図示せず)が検出すると、第二の送風機36を低速回転で駆動させ、第二の風路35中を右から左方向に通常の加湿運転よりも少ない流量の屋内空気を流し、第三の冷媒式再生器16が所定の温度未満まで低下すると、第二の送風機36を停止させる。その後、回転型デシカント式加湿器13を、180度以下の所定角度(実施例では約1/5回転)で回転させる。そして、再度第三の冷媒式再生器16が所定の温度になり第二の送風機の駆動および停止、および回転型デシカント式加湿器13を所定角度で回転する動作を繰り返し、回転型デシカント式加湿器13が合計で約1回転した後に通常の加湿運転に移行する。回転型デシカント式加湿器13が断続的に約1回転する間(所定時間)については加湿を行わず第三の冷媒式再生器16で高温にした屋内空気を通過させ第三の冷媒式再生器16により回転型デシカント式加湿器13の第二の風路35側を乾燥させることにより、回転型デシカント式加湿器13に吸着している臭いを屋外に排出することが可能となる。なお、上記所定角度は、第三の冷媒式再生機16が回転型デシカント式加湿器13を覆う広さの関係によって決定される。
本発明のデシカント式換気扇システム2の全体的な構成について図2を用いて説明する。デシカント式換気扇システム2は、デシカント式換気扇4、燃料電池式コージェネレーションシステム6および熱交換器ユニット60からなる。
本発明のデシカント式換気扇システム2の主要な構成であるデシカント式換気扇4および熱交換器ユニット60は実施例1と同様であるので同じ符号を付けて説明を省略する。
燃料電池式コージェネレーションシステム6は、気体燃料や液体燃料を改質器(図示せず)により改質して水素を取り出し、燃料電池スタック96において空気中の酸素と反応させて直流電力を発生させ、これをインバーター97により交流電力に変換させるものである。また同時に水素と酸素が反応する際の発電時の熱を、燃料電池スタック96の周囲に設けられた熱回収装置(熱交換器)91で回収する。回収した熱を温水として蓄熱するために貯湯タンク70aが設けられており、貯湯タンク70aは下部から水道水が給水され、給水された水道水に蓄熱して温水とし、これを給湯や暖房等に利用できるようにするものである。熱回収装置91と貯湯タンク70aは、熱源循環配管94a、95aで循環回路として連通されており、循環手段として熱源循環配管94aの途中に第四の循環ポンプ93aが設けられ、形成された前記循環回路内を貯湯タンク70a内の下部より給水された水道水の循環が行われている。
本発明のデシカント式換気扇システム3の全体的な構成について図3を用いて説明する。デシカント式換気扇システム3は、デシカント式換気扇4、エンジン式コージェネレーションシステム7および熱交換器ユニット60からなる。
本発明のデシカント式換気扇システム3の主要な構成であるデシカント式換気扇4および熱交換器ユニット60は実施例1と同様であるので同じ符号を付けて説明を省略する。
エンジン式コージェネレーションシステム7は、気体燃料や液体燃料のエンジンを駆動源としてエンジン式発電機98を運転させるもので、商用電源となる交流電力が発電されるものである。また同時にエンジン式発電機98の駆動時に発生する熱を、エンジン式発電機98の周囲に設けられた熱回収装置91aで回収する。回収した熱を温水として蓄熱するために貯湯タンク70aが設けられており、貯湯タンク70aは下部から水道水が給水され、給水された水道水に蓄熱して温水とし、これを給湯や暖房等に利用できるようにするものである。熱回収装置91aと貯湯タンク70aは、熱源循環配管94a、95aで循環回路として連通されており、循環手段として熱源循環配管94aの途中に第四の循環ポンプ93aが設けられ、形成された前記循環回路内を貯湯タンク70a内の下部より給水された水道水の循環が行われている。
以上の実施例1、実施例2および実施例3における、第一の冷媒式再生器14および第二の冷媒式再生器15(以下、単に冷媒式再生器と記す)と、第一の熱媒体式再生器61および第二の熱媒体式再生器71(以下、単に熱媒体式再生器と記す)との関係について説明する。
4:デシカント式換気扇
5:太陽熱温水器システム
6:燃料電池式コージェネレーションシステム
7:エンジン式コージェネレーションシステム
11:回転型顕熱交換器
12:回転型デシカント式除湿器
13:回転型デシカント式加湿器
14:第一の冷媒式再生器
15:第二の冷媒式再生器
16:第三の冷媒式再生器
25:第一の風路
26:第一の送風機
35:第二の風路
36:第二の送風機
61:第一の熱媒体式再生器
71:第二の熱媒体式再生器
Claims (4)
- 回転型顕熱交換器と、回転型デシカント式除湿器と、回転型デシカント式加湿器と、前記回転型デシカント式除湿器、前記回転型顕熱交換器および前記回転型デシカント式加湿器を直交して屋外空気が通過する第一の風路と、前記回転型デシカント式加湿器、前記回転型顕熱交換器および前記回転型デシカント式除湿器を直交して屋内空気が通過する第二の風路と、前記第一の風路に空気を通過させる第一の送風機と、前記第二の風路に空気を通過させる第二の送風機と、前記第二の風路側で前記回転型デシカント式除湿器の上流側の近傍に第一の冷媒式再生器および第一の熱媒体式再生器と、前記第一の風路側で前記回転型デシカント式加湿器の上流側の近傍に第二の冷媒式再生器および第二の熱媒体式再生器と、
前記第一の冷媒式再生器と前記第二の冷媒式再生器の一方を蒸発器として他方を凝縮器とするヒートポンプ装置と、前記第一の熱媒体式再生器と前記第二の熱媒体式再生器への熱媒体の熱供給源と、前記熱供給源での熱供給量が不足して前記第一の熱媒体式再生器と前記第二の熱媒体式再生器での再生能力が不足する場合は前記第一の冷媒式再生器または前記第二の冷媒式再生器で再生能力を補う制御をする制御基板と
が備えられたデシカント式換気扇システム。 - 前記第一の熱媒体式再生器と前記第二の熱媒体式再生器に供給される熱媒体の熱供給源は、太陽熱温水器システムで集熱された熱である請求項1記載のデシカント式換気扇システム。
- 前記第一の熱媒体式再生器と前記第二の熱媒体式再生器に供給される熱媒体の熱供給源は、燃料電池式コージェネレーションシステムの発電時の熱である請求項1記載のデシカント式換気扇システム。
- 前記第一の熱媒体式再生器と前記第二の熱媒体式再生器に供給される熱媒体の熱供給源は、エンジン式コージェネレーションシステムの発電時の熱である請求項1記載のデシカント式換気扇システム。
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