JP5822653B2 - デシカント空調装置 - Google Patents
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当該デシカント空調装置は、第1吸湿部12aに通流させる気体の水分を吸着すると共に、吸着した水分を第1再生部12bに通流させる気体に放出する第1デシカントロータ12を備えると共に、第1デシカントロータ12の第1吸湿部12aを通流した気体を冷却用媒体との熱交換により冷却させる第1冷却用熱交換器50と、第2吸湿部13aに通流させる気体の水分を吸着すると共に、吸着した水分を第2再生部13bに通流させる気体に放出する第2デシカントロータ13と、当該第2デシカントロータ13の第2吸湿部13aを通流した後の気体を冷却用媒体との熱交換により冷却させる第2冷却用熱交換器14と、気体を加熱用熱媒体との熱交換により加熱させる加熱用熱交換器15とを備えている。
当該デシカント空調装置では、室外空気OAを第1デシカントロータ12の吸湿部12aを通流させて除湿し、これにより昇温した室外空気OAを第1冷却用熱交換器50にて冷却し、第2デシカントロータ13の第2吸湿部13aを通過させて除湿し、これにより昇温した室外空気OAを第2冷却用熱交換器14にて冷却し、最後に、室外空気OAを、第1デシカントロータ12の第1再生部12bを通過させて冷却することで、除湿冷却された空調用空気SAを生成し、空調対象空間Sに導く。
さらに、第2デシカントロータ13を再生すべく、室内空気RAを、冷却用媒体として第1冷却用熱交換器50及び第2冷却用熱交換器14とに通流して加熱し、加熱用熱交換器15にて加熱用媒体と熱交換して加熱した後、第2デシカントロータ13の第2再生部13bを通流させている。
また、上記特許文献1に開示のデシカント空調装置では、除湿冷房機能しか有しないため、冬場に加湿暖房を行うことができなかった。
回転駆動する通気性吸湿体からなり、吸湿部に通流させる気体の水分を吸着すると共に、吸着した水分を再生部に通流させる気体に放出するデシカントロータと、
前記デシカントロータの前記吸湿部を通流した気体を冷却用媒体との熱交換により冷却する第1冷却用熱交換器と、気体を熱源から供給される加熱用媒体との熱交換により加熱する加熱用熱交換器とを備えたデシカント空調装置であり、その特徴構成は、
気体を加湿する第1加湿機と、前記デシカントロータの再生に用いる気体を加熱自在な加熱手段とを備えると共に、
気体を前記デシカントロータの前記吸湿部と前記第1冷却用熱交換器とを記載順に通流させる第1空調流路と、気体を前記冷却用媒体として前記第1冷却用熱交換器へ導き、前記加熱用熱交換器及び前記加熱手段へ導いた後、前記デシカントロータの前記再生部を通流させる第2空調流路とを形成可能に構成され、
第1気体としての室外空気を前記第1空調流路にて空調した後に前記第1加湿機にて加湿することにより冷却して空調用空気として空調対象空間へ導くと共に、再生用空気としての室内空気を前記第2空調流路へ導いて室外空間に放出する第1運転状態と、
第2気体としての室外空気を前記第2空調流路にて空調した後に前記第1加湿機にて加湿して空調用空気として空調対象空間へ導くと共に、吸湿用空気としての室内空気を、前記第1空調流路を通流させた後に室外空間に放出する第2運転状態とを、択一的に切り替える切替手段が設けられ、
前記切替手段が、運転状態を前記第1運転状態に切り替えているときで、前記第1気体として室外空気を用いている場合に、
前記再生用空気として前記第2空調流路に導かれる室内空気の一部を、前記第1空調流路に導く第3空調流路が設けられている点にある。
特に、このとき、再生用空気は、冷却用媒体として第1冷却用熱交換器に導かれて加熱され、加熱用熱交換器にて加熱用媒体との熱交換にて加熱され、加熱手段によっても加熱された後、デシカントロータの再生部を通流して、デシカントロータの通気性吸湿体を再生している。このような構成を採用することにより、例え、コジェネレーションシステムや太陽パネルにより供給できる熱が十分でなく、当該供給される熱にて加熱される加熱用媒体が十分に昇温されない状態で加熱用熱交換器に導かれ、加熱用熱交換器にて再生用空気を十分に昇温できない場合でも、再生用空気を加熱手段にて加熱して、デシカントロータの通気性吸湿体を再生可能な程度まで昇温させることができる。
尚、上記特徴構成によれば、コジェネレーションシステムや太陽パネルによる供給される熱が十分で、当該供給される熱により十分に昇温された熱用熱媒体を加熱用熱交換器に供給可能であり、加熱用熱媒体にて十分に再生用空気を昇温可能な場合には、加熱手段による加熱を省略しても、除湿・冷房運転、加湿暖房運転の双方を良好に実行することができる。
ここで、第1運転状態で除湿冷房運転を実行している場合、第1空調流路を通流する第1気体は、室外空気が好適に用いられ、第2運転状態で加湿暖房運転を実行している場合、第2空調流路を通流する第2気体についても、室外空気が好適に用いられる。
しかしながら、デシカントロータを用いたデシカント空調装置にあっては、空調用空気は、デシカントロータ及び熱交換器等の圧力損失の大きい機器を複数通流する必要があるため、省エネの観点から送風ファンの出力を抑えた状態では、十分な流量とすることができない状況にあった。
上記特徴構成によれば、第1運転(除湿・冷房運転)を実行しているときに、第1空調流路に通流する室外空気に、再生用空気として第2空調流路に導かれる室内空気の一部が、第3空調流路により、第1空調流路に導かれることとなるので、空調用空気として、室外空気と共に室内空気の一部が供給されることになる。これにより、特に、送風ファン等の出力を増加させることなく、空調対象空間に導かれる空調用空気の流量を増加させることができる。
尚、通常、空調用空気の絶対湿度を下げる場合、デシカントロータの再生部を通流する再生用空気を昇温させる必要がある。しかしながら、上述の如く、室外空気に室内空気を混合して空調用空気を生成することで、再生用空気を昇温させなくとも、空調用空気の絶対湿度を下げることができる。
前記第3空調流路には、前記室内空気の通流量を制御する流量制御弁が設けられている点にある。
室外空気を加湿する第2加湿機を備え、
前記第2加湿機にて加湿された室外空気と、前記第1空調流路の前記第1冷却用熱交換器を通流した後の空調用空気とを熱交換可能な第2冷却用熱交換器が設けられている点にある。
上記特徴構成によれば、第2冷却用熱交換器において、第1空調流路でデシカントロータの吸湿部にて除湿され、第1冷却用熱交換器にて冷却された空調用空気を、第2加湿機にて水分が供給されその水分の蒸発潜熱が奪われる形態で冷却された室外空気と、熱交換させることで、空調用空気の温度を、より一層低下させることができる。
これにより、室外空気の温度が高くなる場合でも、適切な除湿冷房運転を実行できる。
デシカント空調装置100につき、図面に基づいて説明する。
当該デシカント空調装置100は、通気性吸湿体112cから成るデシカントロータ112の再生熱源として、コジェネレーションシステム等にて発生した熱を利用すると共に、その熱が不足する場合に、補助熱源であるガス焚きバーナ120にて熱を補う点を特徴としている。
また、当該デシカント空調装置100は、除湿冷房運転、加湿暖房運転、及び除湿運転を、実行可能に構成されており、特に、除湿冷房運転にあっては、空調対象空間Sに供給する空調用空気SAの流量を、170〜360m3/h程度の大流量にできる点も特徴としている。
デシカント空調装置100は、第1四方弁110及び第2四方弁117を切り替えることにより、その回路状態を、図1に示す第1運転状態として除湿冷房運転を実行可能に構成されていると共に、図6に示す第2運転状態として加湿暖房運転を実行可能に構成されている。さらに、デシカント空調装置100は、第1四方弁110及び第2四方弁117を切り替えることにより、図10に示す第3運転状態として除湿運転をも実行可能に構成されている。
そして、当該デシカント空調装置100では、除湿冷房運転、加湿暖房運転、除湿運転を実行するべく、後述する第1空調流路R1、第2空調流路R2、第3空調流路R3、及び第4空調流路R4を形成可能に構成されており、これらの第1空調流路R1〜第4空調流路R4に、室外空気OA又は室内空気RAを通流させることで、温度及び湿度が適切に調整された空調用空気SAを生成している。
そこで、まず、これら第1空調流路R1〜第4空調流路R4について、図面に基づいて説明する。
尚、第1冷却用熱交換器1143の冷却側流路には、第2空調流路R2(図1、8、12で、一点鎖線で示す流路)を流れる比較的低温の気体が通流するように構成されており、第2冷却用熱交換器121の冷却側流路には、第4空調流路R4を流れる比較的低温の気体が通流するように構成されている。
これにより、第1空調流路R1を通流する気体は、デシカントロータ112の吸湿部112aにて除湿され、第1冷却用熱交換器114の被冷却側流路にて冷却され、第2冷却用熱交換器121の被冷却側流路にてさらに冷却されることとなる。
尚、加熱用熱交換器115は、コジェネレーションシステム等にて発生した熱を有する湯水と、気体とを熱交換させるものである。ガス焚きバーナ120は、外部から導かれた燃料ガスを燃焼させて気体を直接昇温するものである。
これにより、第2空調流路R2を通流する気体は、第1冷却用熱交換器114の冷却側流路にて昇温し、加熱用熱交換器115にて加熱され、ガス焚きバーナ120にて直接昇温され、デシカントロータ112の再生部112bにて加湿されることとなる。
これにより、第3空調流路R3が開放されている状態で、第3空調流路R3が設けられている部位において第1空調流路R1の圧力よりも第2空調流路R2の圧力が高い場合にあっては、第1空調流路R1にて空調される気体の流量を増加できることとなり、その流量は流量調整弁122により自在に調整可能となっている。
これにより、第4空調流路R4を通流する気体は、第2加湿機124にて加湿されその湿分が蒸発することによる蒸発潜熱が奪われる形態で冷却され、第2冷却用熱交換器121の冷却側流路を通流して、その被冷却側流路を通流する気体を冷却する。
除湿冷房運転にあっては、図1に示すように、室外空気OA(第1気体)を第1空調流路R1に通流させると共に、室内空気RAを第2空調流路R2に通流させるように、第1四方弁110及び第2四方弁117を切り替え制御される。
このときに、第3空調流路R3の流量調整弁122は全開に設定されており、第2空調流路R2を通流する室内空気RAが、第1空調流路R1に導かれるように構成されている。第3空調流路R3を通流する流量、即ち、第2空調流路R2から第1空調流路R1に導かれる室内空気RAの流量は、第1空調流路R1を通流する室外空気OAの流量と略同程度の流量である。これにより、第1空調流路R1を通流する気体は、略2倍に増加する。
尚、第4空調流路R4には、第1空調流路R1に気体(室外空気OAと室内空気RAの混合気)を通流させている状態において、第2加湿機124にて加湿され冷却された室外空気OAが通流され、当該室外空気OAが第2冷却用熱交換器121の冷却側流路を通流しており、第1空調流路R1を通流する気体の冷却を促進する。
そして、第1空調流路R1にて空調された室外空気OAは、第2四方弁117を介して、第1加湿機111に導かれ、第1加湿機111にて加湿され、その湿分が蒸発するときの蒸発潜熱が奪われる形態で冷却された後、空調用空気SAとして空調対象空間Sに導かれる。
一方、第2空調流路R2を通流した室内空気RAは、第1四方弁110を介して排気VAとして室外空間へ放出される。
また、除湿冷房運転を実行すれば、室内空気RAと室外空気OAとが入れ替わり換気が実行されるので、この除湿冷房運転を24時間実行することにより、24時間換気を実現することができる。
次に、図1の回路状態における除湿冷房運転の空調性能を、図2の空気線図、図3の気体の性質の一覧表に基づいて説明する。
図1で、室外空気OAが第1空調流路R1を介して空調用空気SAへと空調される流れにおいて、P1〜P6に示す位置における温度・絶対湿度・相対湿度等を、図2、図3の夫々に示している。
図1で、室外空気OAが第4空調流路R4を介して排気VAとして排出される流れにおいて、P7〜P10に示す位置における温度・絶対湿度・相対湿度等を、図3に示している。
図1で、室内空気RAが第2空調流路R2を介して排気VAとして排出される流れにおいて、P11〜P17に示す位置における温度・絶対湿度・相対湿度等を、図2、図3の夫々に示している。
また、図2に示すように、空調用空気SAの絶対湿度(P6)を、室内空気RAの絶対湿度(P11)よりも低くなるように設定しているので、空調対象空間Sにおける呼気や発生水分の除湿が可能になっている。
以下、循環温水温度及び再生空気温度を変化させた場合の除湿冷房運転の性能評価を、図4、図5に基づいて行う。
尚、当該性能評価の条件は、室内空気RAの温度が27℃、相対湿度55%、デシカントロータ112の除湿性能を80%で実施している。また、第1ファン118、第2ファン116、第3ファン123の合計電力消費量は、310Wである。
図4(d)により、循環湯水の温度が60℃以上であれば、室外空気OAが2.5kg/h以上除湿できており、適切な除湿が可能であることがわかる。しかしながら、当該循環湯水の温度が低下すると、再生空気の温度が低下し、デシカントロータ112での除湿量が低下するため、第1加湿機111での噴霧量を減らさざるを得ず、図4(a)に示すように、冷房能力が低下すると共に、図4(c)に示すように、空調用空気SAの温度が上がってしまう。
図5(a)より、再生空気の温度を85℃以上とすることで、顕熱だけの冷房能力として1000Wが得られており、図5(c)より、18.6℃の空調用空気SAを得ることができる。図5(b)より、この場合のガス焚きバーナ120の熱負荷は、630Wである。
このように、ガス焚きバーナ120を適切に働かせることにより、デシカント空調装置100にて、適切に冷房能力を発揮することができる。
加湿暖房運転にあっては、図6に示すように、室外空気OA(第2気体)を第2空調流路R2に通流させると共に、室内空気RAを第1空調流路R1に通流させるように、第1四方弁110及び第2四方弁117を切り替え制御される。尚、ここで、第2空調流路R2におけるガス焚きバーナ120は作動させていない。
このときに、第3空調流路R3の流量調整弁122は全閉に設定されており、第2空調流路R2から第1空調流路R1へ気体が導かれないようになっている。
また、第4空調流路R4には、室外空気OAが通流しない。
そして、第2空調流路R2にて空調された室外空気OAは、第2四方弁117を介して、第1加湿機111に導かれ、第1加湿機111にて加湿された後、空調用空気SAとして空調対象空間Sに導かれる。
一方、第1空調流路R1通流した室内空気RAは、第1四方弁110を介して排気VAとして室外空間へ放出される。
また、加湿暖房運転を24時間実行することにより、除湿冷房運転を同様に、24時間換気が実行される。
次に、図6の回路状態における図6の加湿暖房運転の空調性能を、図7の空気線図、図8の気体の性質の一覧表に基づいて説明する。
図6で、室外空気OAが第2空調流路R2を介して空調用空気SAへと空調される流れで、P11〜P17に示す位置における温度・絶対湿度・相対湿度等を、図7、10の夫々に示している。
図6で、室内空気RAが第1空調流路R1を介して排気VAとして排出される流れで、P1〜P6に示す位置における温度・絶対湿度・相対湿度等を、図7、10に示している。
尚、室外空気OAの温度が低い場合には、当然にガス焚きバーナ120を作動させて、空調用空気SAの温度を上昇させることができる。
以下、循環温水温度を変化させた場合の加湿暖房運転の性能評価を、図9に基づいて行う。
尚、当該性能評価の条件は、室外空気OAの温度7℃、相対湿度65%、室内空気RAの温度が20℃、相対湿度35%、換気風量170m3/hである。このときの第1ファン118、第2ファン116の合計消費電力は、約100Wである。
図9(a)に示すように、温水熱負荷を1500Wとした場合、循環温水の温度を55℃にでき、図9(c)に示すように、循環温水温度55℃のときには、空調用空気SAの温度を、35℃程度に維持できる。そして、循環温水温度55℃にした場合には、図9(b)に示すように、デシカントロータ112における室内空気RAからの回収湿分としての640g/hと、図9(d)に示すように、水噴霧による加湿分400g/hとを合わせて、1000g/h以上の加湿を行うことができる。
この場合であっても、本発明によれば、ガス焚きバーナ120を作動させることにより、空調用空気SAの温度の低下を防ぐことができる。
除湿運転にあっては、図10に示すように、室外空気OA(第1気体)を第1空調流路R1に通流させると共に、室内空気RAを第2空調流路R2に通流させるように、第1四方弁110及び第2四方弁117を切り替え制御される。
このときに、第3空調流路R3の流量調整弁122は全閉に設定されており、第2空調流路R2を通流する室内空気RAは、第1空調流路R1に導かれない。これにより、除湿運転において、第1空調流路R1にて空調される気体、即ち、空調用空気SAとして空調対象空間Sに供給される気体の流量は、除湿冷房運転の場合のそれと比べて、小さいもの(略半分程度)となる。
また、第4空調流路R4では、第3ファン123を作動させず、室外空気OAを通流させない。
そして、第1空調流路R1にて除湿・冷却された室外空気OAは、第2四方弁117を介して、第1加湿機111に導かれ、第1加湿機111にて加湿され、その湿分が蒸発するときの蒸発潜熱が奪われる形態で冷却された後、空調用空気SAとして空調対象空間Sに導かれる。
一方、第2空調流路R2を通流した室内空気RAは、第1四方弁110を介して排気VAとして室外空間へ放出される。
また、除湿運転を実行すれば、除湿冷房運転の場合と同様に、室内空気RAと室外空気OAとが入れ替わり換気が実行されるので、この除湿運転を24時間実行することにより、24時間換気を実現できる。
次に、図10の回路状態における除湿運転の空調性能を、図11の空気線図、図12の気体の性質の一覧表に基づいて説明する。
図10で、室外空気OAが第1空調流路R1を介して空調用空気SAへと空調される流れにおいて、P1〜P6に示す位置における温度・絶対湿度等を、図11、14に示している。
図10で、室内空気RAが第2空調流路R2を介して排気VAとして排出される流れにおいて、P11〜P17に示す位置における温度・絶対湿度等について、図11、14に示している。
以下、室外空気OAの相対湿度及び再生空気温度を変化させた場合の除湿運転の評価を、図13、16に基づいて行う。
尚、当該性能評価の条件は、循環温水の温度が75℃、室内空気RAの温度が27℃、相対湿度が55%、室外空気OAの温度が25℃である。第1ファン118、第2ファン116合計電力は、120Wである。
図14から、ガス焚きバーナ120を作動させて、デシカントロータ112の再生空気の温度を上昇させることで、室内空気RAの除湿能力を高められていることがわかる。このように、除湿運転においても、ガス焚きバーナ120を作動させることにより、再生空気の温度を室外空気OAの相対湿度に応じて高めて、室内空気RAの湿度を快適な値に調整することができる。
(1)上記実施形態では、加熱用熱交換器115に供給される湯水は、コジェネレーションシステム等にて発生した熱を有するものであるとして、説明した。当該湯水を加熱する熱源は、コジェネレーションシステム以外のものであっても良く、例えば、燃料電池等も適用することができる。
112 :デシカントロータ
112a :吸湿部
112b :再生部
112c :通気性吸湿体
114 :第1冷却用熱交換器
115 :加熱用熱交換器
120 :ガス焚きバーナ(燃焼装置の一例)
121 :第2冷却用熱交換器
122 :流量調整弁
124 :第2加湿機
100 :デシカント空調装置
OA :室外空気
RA :室内空気
SA :空調用空気
S :空調対象空間
Claims (3)
- 回転駆動する通気性吸湿体からなり、吸湿部に通流させる気体の水分を吸着すると共に、吸着した水分を再生部に通流させる気体に放出するデシカントロータと、
前記デシカントロータの前記吸湿部を通流した気体を冷却用媒体との熱交換により冷却する第1冷却用熱交換器と、気体を熱源から供給される加熱用媒体との熱交換により加熱する加熱用熱交換器とを備えたデシカント空調装置であって、
気体を加湿する第1加湿機と、前記デシカントロータの再生に用いる気体を加熱自在な加熱手段とを備えると共に、
気体を前記デシカントロータの前記吸湿部と前記第1冷却用熱交換器とを記載順に通流させる第1空調流路と、気体を前記冷却用媒体として前記第1冷却用熱交換器へ導き、前記加熱用熱交換器及び前記加熱手段へ導いた後、前記デシカントロータの前記再生部を通流させる第2空調流路とを形成可能に構成され、
第1気体としての室外空気を前記第1空調流路にて空調した後に前記第1加湿機にて加湿することにより冷却して空調用空気として空調対象空間へ導くと共に、再生用空気としての室内空気を前記第2空調流路へ導いて室外空間に放出する第1運転状態と、
第2気体としての室外空気を前記第2空調流路にて空調した後に前記第1加湿機にて加湿して空調用空気として空調対象空間へ導くと共に、吸湿用空気としての室内空気を、前記第1空調流路を通流させた後に室外空間に放出する第2運転状態とを、択一的に切り替える切替手段が設けられ、
前記切替手段が、運転状態を前記第1運転状態に切り替えているときで、前記第1気体として室外空気を用いている場合に、
前記再生用空気として前記第2空調流路に導かれる室内空気の一部を、前記第1空調流路に導く第3空調流路が設けられているデシカント空調装置。 - 前記第3空調流路には、前記室内空気の通流量を制御する流量制御弁が設けられている請求項1に記載のデシカント空調装置。
- 室外空気を加湿する第2加湿機を備え、
前記第2加湿機にて加湿された室外空気と、前記第1空調流路の前記第1冷却用熱交換器を通流した後の空調用空気とを熱交換可能な第2冷却用熱交換器が設けられている請求項1又は2に記載のデシカント空調装置。
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