JP5917787B2 - Air conditioning system - Google Patents
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Description
本発明は、空気調和システムに関し、詳しくは全熱交換器及びデシカントロータからなる除湿器を用いた空気調和システムに関するものである。 The present invention relates to an air conditioning system , and more particularly to an air conditioning system using a dehumidifier composed of a total heat exchanger and a desiccant rotor.
従来、室内空気の温調及び湿調を行う空気調和(以下「空調」とする場合がある)システムでは、室内の空気を新鮮に保持するため、新鮮な外気を取り込むようにしたものが一般的になっている。 Conventionally, in an air conditioning system (hereinafter sometimes referred to as “air conditioning”) that regulates the temperature and humidity of indoor air, in order to keep indoor air fresh, it is common to take in fresh outside air It has become.
かかる従来の空調システムにおいて、湿度調整するための手段として、外気の湿気を吸着するデシカントロータを用いたものが知られている。 In such a conventional air conditioning system, one using a desiccant rotor that adsorbs moisture of outside air is known as means for adjusting humidity.
デシカントロータは、低温でも再生能力の高い高分子収着剤や、除湿剤として知られているシリカゲルやゼオライトなどが担持されたハニカム状のロータであり、このロータが回転することにより、空気を除湿する除湿領域と、吸着した水分を放出してデシカントロータを再生する再生領域とに区分される構成となっている。そして、除湿したい外気を除湿側流路に通してデシカントロータの除湿領域を通過させ、空気中の水分をデシカントロータに吸着させることにより、絶対湿度の低い空気として送出するのである。なお、デシカントロータ通過後の空気は、吸着熱の発生により温度が高くなるため、必要に応じて冷却または顕熱交換器に通して温度調節している。 The desiccant rotor is a honeycomb-shaped rotor that supports a high-regeneration polymer sorbent and silica gel or zeolite, which are known as dehumidifiers, even at low temperatures. The rotor rotates to dehumidify the air. The dehumidifying area is divided into a regenerating area where the adsorbed moisture is released and the desiccant rotor is regenerated. Then, the outside air to be dehumidified is passed through the dehumidifying side flow path, passes through the dehumidifying region of the desiccant rotor, and the moisture in the air is adsorbed by the desiccant rotor, so that it is sent out as air having a low absolute humidity. In addition, since the temperature of the air after passing through the desiccant rotor becomes higher due to the generation of heat of adsorption, the temperature is adjusted as necessary by cooling or passing through a sensible heat exchanger.
一方、デシカントロータを再生させる場合、通常、室内からの還気を再生側通路に通して当該デシカントロータの再生領域を通過させるのであるが、再生用の空気は相対湿度を下げるために高温である必要があり、そのために、従来、再生側通路のデシカントロータ上流側には、還気を加熱するための加熱手段が配設されている。 On the other hand, when the desiccant rotor is regenerated, the return air from the room is usually passed through the regeneration side passage and passed through the regeneration region of the desiccant rotor. However, the air for regeneration is high in order to reduce the relative humidity. For this reason, conventionally, heating means for heating the return air is disposed upstream of the regeneration side passage in the desiccant rotor.
こうして、高温で相対湿度の低い空気である還気がデシカントロータから水分を奪い取り排気される一方、乾燥された再生領域は、デシカントロータの回転により再び除湿側通路に位置することになり、除湿領域となって水分を吸着する。 Thus, the return air, which is high-temperature and low-relative-humidity air, takes away moisture from the desiccant rotor and exhausts it, while the dried regeneration region is located in the dehumidification side passage again by the rotation of the desiccant rotor, and the dehumidification region And adsorbs moisture.
上述したように、デシカントロータを再生させるためには、空気を加熱するための加熱手段が必要であり、これまで、かかる加熱手段のコストダウンを図るために、マイクロガスタービンや、これよりも熱効率が高く、イニシャルコストの低いマイクロガスエンジンなどの排熱利用が図られてきた。しかし、市場からのイニシャルコストのさらなる低減要求は強く、また、システム全体の省エネルギを図るためには、デシカントロータの再生温度自体を極力低くすることが要望されてきた。 As described above, in order to regenerate the desiccant rotor, a heating means for heating the air is necessary. To date, in order to reduce the cost of such a heating means, a micro gas turbine or a thermal efficiency higher than this is required. The use of exhaust heat, such as a micro gas engine with a high initial cost and a low initial cost, has been attempted. However, there is a strong demand for further reduction of the initial cost from the market, and in order to save energy of the entire system, it has been demanded to reduce the regeneration temperature itself of the desiccant rotor as much as possible.
そこで、低温にてデシカントロータを再生させるために、このデシカントロータで除湿する前に、外気を予め冷却、除湿することが考えられた。 Therefore, in order to regenerate the desiccant rotor at a low temperature, it has been considered to cool and dehumidify the outside air in advance before dehumidifying with the desiccant rotor.
図17に、略50℃の低温でデシカントロータを再生可能とした従来の空調システムの模式的構成図を示す。また、かかる構成からなる空調システムにおいて、外気温度が略33℃、湿度60%の場合に、室内温度を略26℃、湿度50%(絶対湿度略10.5g/kg)となるようにした場合の空気の状態線図を図18に示す。なお、図17に示した○付き数字と図18における○付き数字とは互いにそれぞれ対応しており、図17におけるシステム内の各位置での空気の状態が図18で分かるようにしている。 In FIG. 17, the typical block diagram of the conventional air conditioning system which made the desiccant rotor reproducible at the low temperature of about 50 degreeC is shown. In the air conditioning system having such a configuration, when the outside air temperature is about 33 ° C. and the humidity is 60%, the room temperature is about 26 ° C. and the humidity is 50% (absolute humidity is about 10.5 g / kg). FIG. 18 shows a state diagram of the air. It should be noted that the circled numbers shown in FIG. 17 and the circled numbers in FIG. 18 correspond to each other, and the state of air at each position in the system in FIG. 17 can be seen in FIG.
図17において、符号101は外気を取り入れて室内に供給する給気流路、符号102は室内からの還気を系外へ排気する排気流路を示しており、図示するように、除湿側流路となる給気流路101と、再生側通路となる給気流路101とに跨るようにデシカントロータ200及び顕熱交換器300が配設されている。デシカントロータ200及び顕熱交換器300の位置関係は、給気流路101を基準とすれば、上流側にデシカントロータ200、その下流側に顕熱交換器300が配設される。
In FIG. 17,
給気流路101において、デシカントロータ200の上流側には、当該デシカントロータ200側から順に、外気を予冷却するための冷水コイルCC、給気用送風機S−FANが配設され、顕熱交換器300の下流側には、温度調節用の冷水コイルCCが配設されている。
In the air
また、排気流路102には、顕熱交換器300とデシカントロータ200との間に、デシカント再生用に還気を加熱するための温水コイルHCが配設されるとともに、デシカントロータ200の下流側に還気用送風機R−FANが配設されている。
Further, in the
図示するように、給気流路101に導入された外気(気温略33℃、絶対湿度略19.5g/kg)は、冷水コイルCCにより目標温度(略26℃)まで冷却されるとともに、絶対湿度略18g/kgまで除湿される(○付き数字2)。このときに冷却エネルギI1が必要である。
As shown in the figure, the outside air introduced into the supply air flow channel 101 (temperature approximately 33 ° C., absolute humidity approximately 19.5 g / kg) is cooled to a target temperature (approximately 26 ° C.) by the cold water coil CC, and the absolute humidity. Dehumidified to approximately 18 g / kg (
その後、デシカントロータ200により所望する湿度(絶対湿度略10.5g/kg)まで除湿される(○付き数字3)が、このとき吸着熱が発生して空気の温度は46℃程度まで上昇するため、これを顕熱交換器300によって還気と熱交換すると、略32℃まで下がることになる(○付き数字4)。しかし、目標温度(略26℃)までは至らないため、温度調節用の冷温水コイルCCを用いて目標温度までさらに冷却することになる(○付き数字5)。このときに、冷却エネルギI2がさらに必要である。
After that, the
また、デシカントロータを用いた空調システムとして、外気の湿度上昇による影響が少なく、特に低温の再生空気によっても十分な効果を発揮できるように、全熱交換ロータ(全熱交換器)によって室内からの還気と外気とを全熱交換し、これによって温度・湿度の低下した外気をデシカントロータで除湿し、除湿によって温度の上がった乾燥空気を室内からの還気と顕熱交換することによって温度を下げ、温度の下がった乾燥空気を室内へ供給するようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。 In addition, as an air conditioning system using a desiccant rotor, the total heat exchange rotor (total heat exchanger) is used from the inside of the room so that it is less affected by an increase in the humidity of the outside air, and in particular, it can exert a sufficient effect even with low-temperature regenerated air. Exhaust air with reduced temperature and humidity is dehumidified with a desiccant rotor, and the temperature is adjusted by exchanging sensible heat with the return air from the room. There has been proposed a system in which dry air having a reduced temperature is supplied to a room (see, for example, Patent Document 1).
これによれば、冷温水コイルなどを用いて外気を予め冷却して除湿を行うものに比べ、除湿性能も著しく高くなるが、これを実際に設備するとなると、デシカントロータ、全熱交換ロータ、及びこれもロータ式である顕熱交換器を必要とし、しかも、全熱交換ロータに還気を通過させるための第1の排気ファン、デシカントロータを再生するための外気を吸引するための第2排気ファンなどが必要となるため、図19に示すように、設置容積がかなり必要な比較的大規模なシステムになると考えられる。図19において、OAは外気、SAは給気、RAは還気、EAは排気を示すとともに、THEは全熱交換器、DHEはデシカントロータ、SHEは顕熱交換器を示している。また、HCは温水コイル、CHCは冷温水コイル、HUは加湿器である。
しかしながら、図17及び図18を用いて説明した従来の空調システムのように、吸湿したデシカントロータ低温再生するために、予め空気を予冷するようにしても、多くの冷却エネルギが必要となり、省エネルギにはなり難い。よって、例えば、空調システムなどで生じる排気による低温排熱でデシカントロータを再生できることが望まれている。 However, as in the conventional air conditioning system described with reference to FIGS. 17 and 18, even if the air is precooled in advance in order to regenerate the absorbed desiccant rotor at a low temperature, a large amount of cooling energy is required, which saves energy. It is hard to become. Therefore, for example, it is desired that the desiccant rotor can be regenerated by low-temperature exhaust heat generated by exhaust generated in an air conditioning system or the like.
また、特許文献1に示す構成では、前述したように、システムの大型化が避けられず、例えば既設建築物などに設置することが極めて不利となる。
Moreover, in the structure shown in
さらに、上述した従来技術の図17に示した構成では、デシカントロータが、外気を取り入れて室内に供給する給気流路と、室内からの還気を系外へ排気する排気流路とに跨って配設されているため、室内からの還気で再生される時に、デシカントロータの室内の臭気成分まで吸着されてしまい、これが除湿時に室内への供給空気に乗ってしまうことで、室内に臭気がいつまでも残ってしまうおそれがある。また、特許文献1の構成では、図19に示すように、全熱交換ロータが外気を取り入れて室内に供給する給気流路と、室内からの還気を系外へ排気する排気流路とに跨って配設されているため、これもやはり室内に臭気がいつまでも残ってしまうおそれがあることには変わりがない。
Furthermore, in the configuration shown in FIG. 17 of the above-described prior art, the desiccant rotor straddles the supply passage for supplying outside air into the room and the exhaust passage for exhausting the return air from the room to the outside of the system. Therefore, when it is regenerated with the return air from the room, the odor component in the room of the desiccant rotor is adsorbed, and this gets on the supply air to the room at the time of dehumidification. There is a risk that it will remain forever. Further, in the configuration of
本発明は、上記課題を解決して、デシカントロータを有効活用しつつ、イニシャルコスト及びランニングコストにおいても有利となる空気調和システムを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an air conditioning system that is advantageous in terms of initial cost and running cost while effectively utilizing a desiccant rotor.
(1)本発明では、 外気を取り入れて室内に供給する給気流路と、室内からの還気を導入する第1排気流路と、第1排気流路からの還気を系外へ排気する第2排気流路と、前記給気流路側で冬季は放湿する一方、前記第1排気流路側で冬季は吸湿するロータを有する全熱交換器と、前記第1排気流路の中途に配設されるデシカントロータとを備え、前記第1排気流路及び前記第2排気流路で構成する排気流路と前記給気流路とは、矩形箱状の設備用ケーシング内を隔壁を介してそれぞれ互いに区画された独立流路であり、前記第1排気流路の下流端と前記第2排気流路の上流端とはヘアピンカーブにより連設し、全熱交換器は、一方の1/2部分が給気流路の上流側に臨み、隔壁を介して他方の1/2部分がヘアピンカーブ上流側の第1排気流路上に臨むように配設され、デシカントロータは、一方の1/2部分が第1排気流路上に位置する前記全熱交換器の他方の1/2部分の上流側に臨み、他方の1/2部分が前記第1排気流路から隔壁を介してヘアピンカーブで折り返しした第2排気流路の下流側に臨むように配設し、しかも全熱交換器の下流側に銅チューブからなる温水コイルを配設して給気用の加熱手段としてこの温水コイルに不凍液を通すと共に、第2排気流路のデシカントロータの直上流側に銅チューブからなる冷水コイルを配設し、排気用の冷却手段とし、この冷水コイルに不凍液を通すべく構成し、デシカントロータの除湿領域と再生領域との間で排気の相対湿度に変化をつけて、排気の相対湿度を利用してデシカントロータの再生領域で排気の加湿を行うべく構成し、冬季の暖房時においてデシカントロータを利用して第2排気流路を通過する還気中の水分を吸湿し、吸湿した水分を第1排気流路を通過する還気中に放湿するようにし、外部から給水することなしに無給水加湿を可能とし、しかも、ガスを熱媒体とするヒートポンプを組込んで、給気流路に圧縮器及び凝縮器を配設し、排気流路に蒸発器を配設することによりヒートポンプの低温排熱を利用することを可能としたことを特徴とする空気調和システムとした。 (1) In the present invention, an air supply passage that takes in outside air and supplies it into the room, a first exhaust passage that introduces return air from the room, and exhausts the return air from the first exhaust passage outside the system. a second exhaust flow path, the sheet while winter seasons are you wet release a stream roadside, winter season in the first exhaust flow path is the total heat exchanger having a rotor you moisture absorption, the first exhaust flow path A desiccant rotor disposed in the middle, and the exhaust flow path and the air supply flow path configured by the first exhaust flow path and the second exhaust flow path have a partition wall in a rectangular box-shaped equipment casing Through which the downstream end of the first exhaust passage and the upstream end of the second exhaust passage are connected by a hairpin curve, and the total heat exchanger The ½ portion faces the upstream side of the air supply flow path, and the other ½ portion is the first exhaust on the upstream side of the hairpin curve through the partition wall. The desiccant rotor is arranged so as to face the flow path, and one half of the desiccant rotor faces the upstream side of the other half of the total heat exchanger located on the first exhaust flow path, and the other 1 / 2 portion is arranged so as to face the downstream side of the second exhaust flow path turned back by the hairpin curve from the first exhaust flow path through the partition wall, and further, the hot water made of a copper tube on the downstream side of the total heat exchanger As a heating means for supplying air, an antifreeze liquid is passed through the hot water coil, and a cold water coil made of a copper tube is provided immediately upstream of the desiccant rotor in the second exhaust flow path to cool the exhaust. The anti-freezing liquid is passed through this cold water coil, and the relative humidity of the exhaust is changed between the dehumidifying area and the regeneration area of the desiccant rotor, and the relative humidity of the exhaust is used in the regeneration area of the desiccant rotor. To humidify the exhaust The moisture in the return air passing through the second exhaust passage is absorbed by the desiccant rotor during heating in winter, and the absorbed moisture is released into the return air passing through the first exhaust passage. In addition, non-feed water humidification is possible without supplying water from outside, and a heat pump using gas as a heat medium is incorporated, and a compressor and a condenser are provided in the supply air flow path, and evaporation is performed in the exhaust flow path. The air conditioning system is characterized in that the low-temperature exhaust heat of the heat pump can be used by disposing a vessel.
(2)本発明では、上記(1)の空気調和システムにおいて、前記全熱交換器は、前記ロータを通過する前記給気流路の前記外気と前記第1排気流路の前記還気とが対向流を形成するように、前記給気流路と前記第1排気流路とに跨るように配設されており、前記デシカントロータは、当該デシカントロータを通過する前記第1排気流路の還気と前記第2排気流路の排気とが対向流を形成するように、前記第1排気流路と前記第2排気流路とに跨るように配設され、前記第1排気流路側で冬季は放湿する一方、前記第2排気流路側で冬季は吸湿することを特徴とする。 (2) In the present invention, in the air conditioning system according to (1), in the total heat exchanger, the outside air of the supply air passage that passes through the rotor is opposed to the return air of the first exhaust passage. The desiccant rotor is disposed so as to straddle the supply air channel and the first exhaust gas channel so as to form a flow, and the desiccant rotor includes return air of the first exhaust gas channel passing through the desiccant rotor. as the second exhaust flow path exhaust to form a counter flow, it is arranged so as to extend in said second exhaust flow path and the first exhaust passage, winter season in the first exhaust flow path is while moisture release, winter season in the second exhaust flow path is characterized by moisture absorption.
(5)本発明は、上記(1)〜(4)のいずれかの空気調和システムにおいて、温調用のヒートポンプを備え、このヒートポンプの排熱を前記デシカントロータの再生用熱源としたことを特徴とする。 ( 5 ) The present invention is characterized in that in the air conditioning system according to any one of the above (1) to ( 4 ), a heat pump for temperature adjustment is provided, and the exhaust heat of the heat pump is used as a heat source for regeneration of the desiccant rotor. To do.
本発明に係る空気調和方法及び空気調和システムによれば、低温排熱を利用してデシカントロータを再生することが可能となる。しかも、未利用エネルギを使用することで空調システム全体の省エネルギ化を図ることが可能となる。また、効率的な設備配置とすることで、システム全体が大型化することを防止できるため、市場において本システムを採用し易い。さらに、本システムによれば、デシカントロータが室内へ給気する流路とは区画された排気流路に配置されることになるため、還気空気の臭気が室内に移行して、室内臭気がいつまでも残ってしまうことを可及的に防止することができる。 According to the air conditioning method and the air conditioning system of the present invention, it is possible to regenerate the desiccant rotor using low-temperature exhaust heat. Moreover, it is possible to save energy in the entire air conditioning system by using unused energy. Moreover, since it can prevent that the whole system enlarges by setting it as efficient equipment arrangement | positioning, it is easy to employ | adopt this system in a market. Furthermore, according to the present system, the desiccant rotor is arranged in an exhaust flow path that is partitioned from the flow path for supplying air into the room. It can be prevented as much as possible from remaining forever.
デシカントロータを、50℃程度の低温排熱で再生させることを考えるときに、外気を直接、最適な絶対湿度まで除湿させる方式であれば、「背景技術」でも説明したように、最初に冷却減湿してからデシカントロータで大量に除湿し、顕熱熱交換器で熱交換し、最後に冷却する必要がある。 When considering regenerating the desiccant rotor with low-temperature exhaust heat of about 50 ° C, if it is a system that directly dehumidifies the outside air to the optimum absolute humidity, as described in "Background Art", first reduce the cooling. After wetting, it is necessary to dehumidify a large amount with a desiccant rotor, heat exchange with a sensible heat exchanger, and finally cooling.
そもそも、従来のデシカントロータの使い方としては、上述した例のように、殆ど例外なく「外気」を除湿するのに用いていた。しかし、デシカントロータで大量に除湿するとなれば、その再生にも多くエネルギも必要となることは自明である。逆に、除湿量を少量にすればエネルギは少なくて済むため、発明者は、もともと低い室内の絶対湿度を利用することに着眼した。デシカントロータの再生(除湿性能)は、再生用空気の相対湿度に依存するため、還気空気を利用すれば、50℃程度でも十分再生可能だからである。 In the first place, the conventional desiccant rotor was used to dehumidify “outside air” with almost no exception as in the above-described example. However, if the desiccant rotor is used to dehumidify a large amount, it is obvious that a large amount of energy is required for the regeneration. On the contrary, since the energy can be reduced if the dehumidification amount is made small, the inventor originally focused on utilizing the low indoor absolute humidity. This is because the regeneration (dehumidification performance) of the desiccant rotor depends on the relative humidity of the air for regeneration, and can be sufficiently regenerated even at about 50 ° C. using return air.
しかし、室内空気をさらに除湿しても、外気との換気ができないため、外気と全熱交換器にて熱交換させることとしている。 However, even if the room air is further dehumidified, it cannot be ventilated with the outside air, so heat is exchanged between the outside air and the total heat exchanger.
そこで、本実施形態に係る空気調和方法では、外気と室内からの還気とを全熱交換器により全熱交換して、全熱交換された外気を室内に供給する空気調和方法であって、前記外気を前記全熱交換器に直接導入する一方、前記還気を、予めデシカントロータを用いて除湿した後に前記全熱交換器に導入することとしている。 Therefore, in the air conditioning method according to the present embodiment, the outdoor air and the return air from the room are totally heat-exchanged by the total heat exchanger, and the outdoor air that has been completely heat-exchanged is supplied to the room, The outside air is directly introduced into the total heat exchanger, while the return air is dehumidified in advance using a desiccant rotor and then introduced into the total heat exchanger.
かかる方法によれば、夏場であれば、例えば40〜80℃程度の低温排熱を利用してデシカントロータの再生が可能となり、十分な除湿が行え、しかも、省エネルギを図ることが可能となる。 According to this method, in summer, for example, the desiccant rotor can be regenerated using low-temperature exhaust heat of about 40 to 80 ° C., sufficient dehumidification can be performed, and energy can be saved. .
上述した空気調和方法を実現するための空気調和システム(以下、「空調システム」とする)としては、以下の構成としている。
すなわち、外気を取り入れて室内に供給する給気流路と、室内からの還気を系外へ排気する排気流路と、前記給気流路側で蓄熱及び吸湿する一方、前記排気流路側で放熱及び放湿するロータを有する全熱交換器と、前記排気流路の中途に配設され、前記還気を、前記全熱交換器を通過させる前に予め除湿又は加湿するデシカントロータとを備えた構成としている。
An air conditioning system (hereinafter referred to as “air conditioning system”) for realizing the above-described air conditioning method has the following configuration.
That is, an air supply passage that takes in outside air and supplies it to the room, an exhaust passage that exhausts the return air from the room to the outside of the system, and stores and absorbs moisture on the air supply passage side, while radiating and releasing heat on the exhaust passage side. A total heat exchanger having a moistening rotor and a desiccant rotor which is disposed in the middle of the exhaust flow path and dehumidifies or humidifies the return air before passing through the total heat exchanger. Yes.
かかる構成により、システム全体をコンパクト化することが可能であり、また、例えば低温排熱としては、空調システムにより生じる排気をそのまま利用することが可能であるため、既存の建築物に対しての設置も容易であり、イニシャルコストを著しく低減させることが可能となる。 With this configuration, the entire system can be made compact, and for example, as low-temperature exhaust heat, exhaust generated by an air conditioning system can be used as it is, so that it can be installed in an existing building. Is easy, and the initial cost can be significantly reduced.
本システムのより具体的な構成としては、前記全熱交換器は、前記ロータを通過する前記給気流路の前記外気と前記排気流路の前記還気とが対向流を形成するように、前記給気流路と前記排気流路とに跨るように配設し、前記排気流路は、前記全熱交換器に至るまでの第1排気流路と、前記全熱交換器を通過して流路終端に向かう第2排気流路とから構成し、前記デシカントロータは、当該デシカントロータを通過する前記第1排気流路の還気と前記第2排気流路の排気とが対向流を形成するように、前記第1排気流路と前記第2排気流路とに跨るように配設し、前記第1排気流路側で吸湿する一方、前記第2排気流路側で放湿するように構成することができる。 As a more specific configuration of the present system, the total heat exchanger is configured so that the outside air of the supply air flow path passing through the rotor and the return air of the exhaust flow path form a counter flow. It arrange | positions so that an air supply flow path and the said exhaust flow path may be straddled, and the said exhaust flow path passes through the said total heat exchanger, the 1st exhaust flow path to the said total heat exchanger, and a flow path consist of a second exhaust flow path toward the end, the desiccant rotor, so that the exhaust of the the air instead of the first exhaust flow path passing through the desiccant rotor second exhaust flow path to form a counter flow The first exhaust flow path and the second exhaust flow path are disposed so as to be absorbed by the first exhaust flow path side, and the second exhaust flow path side is dehumidified. Can do.
ところで、上述した空調システムは、夏季に用いるのに好適であるが、全熱交換器やデシカントロータの基本配置などはそのままに、下記のような構成とすることで、冬季にも好適に用いることができる。
すなわち、外気を取り入れて室内に供給する給気流路と、室内からの還気を系外へ排気する排気流路と、前記給気流路側で放熱及び放湿する一方、前記排気流路側で蓄熱及び吸湿するロータを有する全熱交換器と、前記排気流路の中途に配設され、前記還気を、前記全熱交換器を通過させる前に予め加湿するデシカントロータとを備えた構成とするものでる。
By the way, the air conditioning system described above is suitable for use in the summer, but the basic arrangement of the total heat exchanger and the desiccant rotor is not changed, and the following configuration is preferably used in the winter. Can do.
That is, an air supply passage that takes in outside air and supplies it into the room, an exhaust passage that exhausts the return air from the room to the outside of the system, and radiates and releases moisture on the air supply passage side, while storing heat on the exhaust passage side A total heat exchanger having a rotor that absorbs moisture, and a desiccant rotor that is disposed in the middle of the exhaust flow path and humidifies the return air before passing through the total heat exchanger. Out.
かかるシステムのより具体的な構成としては、前記全熱交換器は、前記ロータを通過する前記給気流路の前記外気と前記排気流路の前記還気とが対向流を形成するように、前記給気流路と前記排気流路とに跨るように配設されており、前記排気流路は、前記全熱交換器に至るまでの第1排気流路と、前記全熱交換器を通過して流路終端に向かう第2排気流路とから構成し、前記デシカントロータは、当該デシカントロータを通過する前記第1排気流路の還気と前記第2排気流路の排気とが対向流を形成するように、前記第1排気流路と前記第2排気流路とに跨るように配設され、前記第1排気流路側で放湿する一方、前記第2排気流路側で吸湿するように構成することができる。 As a more specific configuration of such a system, the total heat exchanger may be configured so that the outside air in the supply air passage that passes through the rotor and the return air in the exhaust passage form a counter flow. The exhaust passage is disposed so as to straddle the air supply passage and the exhaust passage, and the exhaust passage passes through the first exhaust passage leading to the total heat exchanger and the total heat exchanger. It consists of a second exhaust flow path toward the flow path end, wherein the desiccant rotor, a gas instead of the first exhaust flow path passing through the desiccant rotor and exhaust of said second exhaust flow path forms a counter current As described above, the first exhaust passage and the second exhaust passage are disposed so as to straddle, and are configured to release moisture on the first exhaust passage side while absorbing moisture on the second exhaust passage side. can do.
上記構成の空調システムは、デシカントロータが排気流路に配設されているため、低温排熱を利用してデシカントロータの再生が可能となり、季節に応じて十分な除湿や加湿が行え、しかも、省エネルギを図ることが可能となるという効果に加え、さらに、例えばシリカゲルが担持されたデシカントロータを低温再生しても、ロータに付着した臭気は排気されるだけであり、給気側、すなわち室内には移行し難くなり、デシカントロータを用いた空調システムにおける課題であった臭気対策も実現することができる。 Since the desiccant rotor is disposed in the exhaust flow path of the air conditioning system configured as described above, the desiccant rotor can be regenerated using low-temperature exhaust heat, and sufficient dehumidification and humidification can be performed according to the season. In addition to the effect of being able to save energy, for example, even if a desiccant rotor carrying silica gel is regenerated at a low temperature, the odor adhering to the rotor is only exhausted. Therefore, it is possible to realize a countermeasure against odor which has been a problem in an air conditioning system using a desiccant rotor.
特に、前記給気流路と前記排気流路とはそれぞれ互いに区画された独立流路とすることが好ましく、上述した臭気の室内への移行をより軽減できるようになる。 In particular, it is preferable that the air supply flow path and the exhaust flow path are independent flow paths partitioned from each other, so that the above-described transfer of odor into the room can be further reduced.
また、上述の空調システムは、温調用のヒートポンプを備え、このヒートポンプの排熱を前記デシカントロータの再生用熱源とすることができる。 The air conditioning system described above includes a heat pump for temperature adjustment, and the exhaust heat of the heat pump can be used as a heat source for regeneration of the desiccant rotor.
ヒートポンプは、省エネネルギ性に優るものとして、近年では多くの空調に用いられており、本願の空調システムにおいても、かかるヒートポンプを利用してさらなる省エネルギ効果を図ることが可能である。 In recent years, heat pumps have been used in many air conditioning systems as being superior in energy saving energy, and even in the air conditioning system of the present application, it is possible to achieve further energy saving effects by using such heat pumps.
以下、本実施形態に係る空調システムについて、図面を参照しながらより具体的に説明する。 Hereinafter, the air conditioning system according to the present embodiment will be described more specifically with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は本発明の空調システムを設備化した場合の説明図、図2は第1の実施形態に係る空調システムにおける空気の状態線図、図3は同空調システムの基本構成を示す模式的説明図である。なお、図2に示した○付き数字と図3に示した○付き数字とは互いにそれぞれ対応しており、図3におけるシステム内の各位置での空気の状態が図2で分かるようにしている。また、図2で示したものは、外気33℃、絶対湿度19.5g/kgの夏季の冷房時であって、室内温度を略26℃、湿度50%(絶対湿度略10.5g/kg)にする場合としている。
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram when the air conditioning system according to the present invention is installed, FIG. 2 is a state diagram of air in the air conditioning system according to the first embodiment, and FIG. 3 is a schematic explanation showing a basic configuration of the air conditioning system. FIG. 2 and the numbers with ○ in FIG. 3 correspond to each other so that the air condition at each position in the system in FIG. 3 can be seen in FIG. . In addition, what is shown in FIG. 2 is the cooling in the summer in which the outside air is 33 ° C. and the absolute humidity is 19.5 g / kg, and the room temperature is about 26 ° C. and the humidity is 50% (the absolute humidity is about 10.5 g / kg) If you are going to.
本実施形態に係る空調システムの基本構成は、図1に示すように、矩形箱状の設備用ケーシング1内を、隔壁11,12を介して上下三つの空間、すなわち、上から給気流路20、第1排気流路21、第2排気流路22に区画形成し、給気流路20の一端側(図における右側)に外気と連通させた外気導入ダクト13を設けるとともに、他端側(図における左側)に、空調対象となる室内と連通させた外気送出ダクト14を設けている。そして、給気流路20の外気送出ダクト14の近傍に給気用送風機S−FANを配設している。
As shown in FIG. 1, the basic configuration of the air conditioning system according to the present embodiment is a rectangular box-shaped
また、第1排気流路21の一端側(図における左側)に室内と連通し、還気を導入する還気導入ダクト15を設け、隔壁11の他端側(図における右側)を切欠して第2排気流路22と連通させるとともに、第2排気流路22の一端側(図における左側)には、外気と連通する排気ダクト16を設けている。また、第1排気流路21の還気導入ダクト15の近傍に還気用送風機R−FANを配設している。こうして、設備用ケーシング1内には、互いに独立した給気流路20と、第1排気流路21及び第2排気流路22からなる排気流路とが形成されることになる。そして、本実施形態では、給気流路20を通過する外気は略直線的に移動し、排気流路を通過する還気は、ヘアピンカーブを描くように移動することになる。
Also, a return
また、設備用ケーシング1内には、給気流路20の上流側(外気導入ダクト13側)に上半分が臨み、隔壁11を介して下半分が第1排気流路21に臨むように、ロータ式の全熱交換器3が配設されるとともに、第1排気流路21に上半分が臨み、隔壁12を介して下半分が第2排気流路22に臨むように、デシカントロータ4が配設されている。
Further, in the
さらに、給気流路20の全熱交換器3の下流側には、給気用送風機F1に向かって順に、銅(Cu)チューブからなる冷温水コイルCHCと、加湿器HUが配設され、排気流路(第2排気流路22)のデシカントロータ4の直上流側には、銅チューブからなる温水コイルHCが配設されている。なお、本実施形態では、上記冷温水コイルCHC及び温水コイルHCが「熱交換器」として機能している。
Further, a cold / hot water coil CHC made of a copper (Cu) tube and a humidifier HU are arranged in order toward the air supply fan F1 on the downstream side of the
全熱交換器3は、温度と湿度を同時に交換することができるもので、前記給気流路20に面した領域で蓄熱及び吸湿する一方、前記排気流路(ここでは第1排気流路21)に面した領域で放熱及び放湿するように、中心軸回りに回転自在としたロータからなり、このロータは、アルミニウム箔などの表面にシリカゲルなどの吸湿材を担持させてハニカム状に成形されている。そして、このロータを回転させ、ロータの上半分に外気を通過させ、下半分に室内空気を通過させて全熱交換する。
The
夏季の冷房時においては、高温高湿の外気が通る上半分のロータ部分ではロータの素材が加熱されるとともに水分が吸湿され、ロータの回転とともに下半分に行き低温低湿の室内からの還気と接することになるため、外気はロータ素材に熱と水分を渡して温度と湿度が低下した状態で室内に供給される。そしてロータ素材は再び下半分に戻り、室内から還流してきた低温・低湿の空気と接しロータ素材から熱と水分を受け取って排気される。 During cooling in summer, the rotor material is heated and moisture is absorbed in the upper half of the rotor where high-temperature and high-humidity outdoor air passes. Since the air comes into contact with the outside air, heat and moisture are transferred to the rotor material, and the temperature and humidity are reduced and the room is supplied indoors. Then, the rotor material returns to the lower half again, contacts the low-temperature, low-humidity air that has circulated from the room, receives heat and moisture from the rotor material, and is exhausted.
デシカントロータ4は、低温でも再生能力の高い高分子収着剤や、シリカゲルやゼオライトなどが担持されたハニカム状のロータであり、上述したように、第1排気流路21に上半分を臨ませるとともに、隔壁12を介して下半分を第2排気流路22に臨ませて、回転自在に配設されている。そして、デシカントロータ4が回転することにより、第1排気流路21側に位置すると空気を除湿する除湿領域になる一方、第2排気流路22に位置すると、吸着した水分を放出して当該デシカントロータ4を再生する再生領域になる。
The
本実施形態では、除湿したい外気を、除湿側流路となる第1排気流路21に通してデシカントロータ4を通過させ、除湿領域において空気中の水分を吸着させることにより、相対湿度の低い空気として全熱交換器3へ送出することになる。
In the present embodiment, outside air to be dehumidified is passed through the
一方、全熱交換器3を通過して熱交換された還気は、第2排気流路22に流れ込み、デシカントロータ4の再生領域を通過して当該デシカントロータ4を再生させるが、全熱交換器3により全熱交換された空気は湿度が高くなっているので、温水コイルHCにより加熱して、相対湿度を下げている。乾燥されたデシカントロータ4の再生領域は、デシカントロータ4が回転して再び第1排気流路21に位置して除湿領域となり、また還気の水分を吸着することとなる。
On the other hand, the return air exchanged through the
ここで、本実施形態に係る空調システムにより処理される空気の温度、湿度の変化について、図2及び図3に示した○付き数字に沿って説明する。 Here, changes in the temperature and humidity of the air processed by the air conditioning system according to the present embodiment will be described along the numbers with ◯ shown in FIGS. 2 and 3.
先ず、外気がシステム内に導入されて給気されるまでについて説明する。
(1)外気が設備用ケーシング1(図1)内に導入されたとき(図2及び図3における○付き数字1)は、温度33℃、絶対湿度19.5g/kgである。
(2)全熱交換器3を通過して全熱交換された外気は、絶対湿度10.5g/kgまで除湿される(○付き数字2)。かかる外気と全熱交換される還気についてみると、デシカントロータ4を通過したときに吸着熱が発生して外気温と略同温度になっているため(○付き数字4→5)、全熱交換器3を通過した外気の温度は殆ど低下しない。
(3)全熱交換器3を通過した外気は、冷水コイルCCにより、目的とする温度である26℃まで冷却され(○付き数字3)、室内へと供給される。
First, a description will be given of the period until outside air is introduced into the system and supplied.
(1) When outside air is introduced into the equipment casing 1 (FIG. 1) (
(2) The outside air that has passed through the
(3) The outside air that has passed through the
次に、還気がシステム内に導入されて排気されるまでについて説明する。
(4)室内から第1排気流路21に流入してきた還気は、給気と略同条件の下にあり、気温略26℃、湿度略50%(絶対湿度略10.5g/kg)の低温低湿の空気となっている(○付き数字4)。
(5)かかる還気は、デシカントロータ4の除湿領域を通過して、さらに除湿されて絶対湿度略8.5g/kgとなり(○付き数字5)、全熱交換器3の第1排気流路21に臨む領域に通過させる。前述したように、このとき、還気の温度は吸着熱によって外気温度と略等しくなっている。
(6)そして、全熱交換器3で外気と全熱交換された還気は、水分を受け取って絶対湿度略17g/kgとなる(○付き数字6)。
(7)かかる還気は高温多湿の状態であるため、温水コイルHCで47℃程度まで加熱することにより相対湿度を湿度略28%程度に下げ(○付き数字7)、デシカントロータ4の除湿領域を通過させる。
(8)デシカントロータ4の除湿性能は、再生空気である排気の相対湿度に依存するため、除湿領域を通過する相対湿度が低下した還気によって再生される。このとき、排気はデシカントロータ4から水分を受け取り、○付き数字1で示した外気と略同様の湿度を有する空気となって(○付き数字8)排出される。
Next, a description will be given of how the return air is introduced into the system and exhausted.
(4) The return air flowing into the
(5) The return air passes through the dehumidifying region of the
(6) The return air that has been totally heat-exchanged with the outside air in the
(7) Since the return air is in a hot and humid state, the relative humidity is lowered to about 28% by heating to about 47 ° C. with the hot water coil HC (
(8) Since the dehumidifying performance of the
上述してきたように、本実施形態によれば、デシカントロータ4自体の除湿量は少なくて済むため、再生させる再生空気の温度も50℃程度の低温でよい。また、デシカントロータ4で除湿する量が少なければ、吸着熱の発生も当然ながら少なくなるため、デシカントロータ4の除湿領域を通過した還気は26℃から7℃程度の上昇となって外気の気温33℃と略等しくなるため、図2の「i」で示すように、本実施形態に係る空調システムでは、冷却エネルギ量も少なくなる。これは、図18で示した従来の冷却エネルギ(I1+I2)の1/2でよいことが分かる。
As described above, according to the present embodiment, the
図4に、デシカントロータ4の再生温度と再生領域の面積との関係について示す。上述してきた実施形態のように、再生温度を50℃にした場合や、図4(a)に示すように再生温度を55℃にした場合などは、再生領域と除湿領域の面積比は1:1、すなわち、再生領域はロータ面積の1/2としているが、温水コイルHCなどの加熱手段により、再生温度を80℃にした場合、図4(b)に示すように、再生領域はロータ面積の1/4まで小さくできる可能性がある。
FIG. 4 shows the relationship between the regeneration temperature of the
図4(b)においては、第2排気流路22に臨ませたデシカントロータ4の下半分の前後を遮るように、所定高さの障害壁5を第2排気流路22の底面から立設して流路を絞るようにしているが、デシカントロータ4自体を小径に構成することもできる。このような小型のデシカントロータ4を使用できるとなれば、設備用ケーシング1の小型化が図れることになり、よりコンパクトな空調システムが実現できる。
In FIG. 4B, the
すなわち、図1及び図4(a)に示した本実施形態に係る空調システムは、設備用ケーシング1の寸法を、長さ3500mm、高さ3200mm、幅2000mmとし、全熱交換器3及びデシカントロータ4のロータ径を1500mmとしているが、図4(b)に示すように、デシカントロータ4の再生領域の面積をロータ面積の1/4程度にした場合は、設備用ケーシング1の寸法を、長さは変わらず3500mmであるが、高さは2750mm、幅は1700mm程度まで縮小することできる。
That is, in the air conditioning system according to the present embodiment shown in FIGS. 1 and 4A, the dimensions of the
(第2の実施形態)
図5は第2の実施形態に係る空調システムにおける空気の状態線図、図6は同空調システムの基本構成を示す模式的説明図であり、本実施形態では、凝縮器COND、蒸発器EVAP、圧縮器COMPRを具備するとともに熱媒体としてガスを利用したヒートポンプHPを組み込んだ空調システムとして、ヒートポンプHPの排熱を利用してデシカントロータ4を再生可能としている。なお、この第2の実施形態に係る空調システムについても、第1の実施形態同様、矩形箱状の設備用ケーシング1に各装置が配設されており、給気流路20に蒸発器EVAPを配設し、排気流路(第1排気流路21又は第2排気流路22)に圧縮器COMPR及び凝縮器CONDを配設している。なお、前述の第1実施形態においては、「熱交換器」として冷温水コイルCHC及び温水コイルHCがその機能を果たしていたが、ここでは、蒸発器EVAP及び凝縮器CONDが「熱交換器」として機能している。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a state diagram of air in the air conditioning system according to the second embodiment, and FIG. 6 is a schematic explanatory diagram showing the basic configuration of the air conditioning system. In this embodiment, the condenser COND, the evaporator EVAP, As an air conditioning system that includes a compressor COMPR and incorporates a heat pump HP that uses gas as a heat medium, the
図5からもわかるように、本実施形態に係る空調システムにより処理される空気の温度、湿度の変化についは、第1の実施形態(図2参照)と同様である。 As can be seen from FIG. 5, changes in the temperature and humidity of the air processed by the air conditioning system according to this embodiment are the same as those in the first embodiment (see FIG. 2).
すなわち、設備用ケーシング1内に導入されたときの外気(○付き数字1)が温度33℃、絶対湿度19.5g/kgの場合、全熱交換器3を通過して全熱交換されると絶対湿度10.5g/kgまで除湿される(○付き数字2)。そして、ヒートポンプHPの蒸発器EVAPを介して目的とする温度である26℃まで冷却され(○付き数字3)、給気用送風機S−FANを介して室内へと供給される。
That is, when the outside air (
一方、室内から第1排気流路21に流入してきた還気は、給気と略同条件の下にあり、気温略26℃、湿度略50%(絶対湿度略10.5g/kg)の低温低湿の空気となっている(○付き数字4)。そして、かかる還気は、デシカントロータ4の除湿領域を通過して、さらに除湿されて絶対湿度略8.5g/kgとなり(○付き数字5)、全熱交換器3の第1排気流路21に臨む領域に通過させる。前述したように、このとき、還気の温度は吸着熱によって外気温度と略等しくなっている。
On the other hand, the return air flowing into the
全熱交換器3で外気と全熱交換された還気は、水分を受け取って絶対湿度略17g/kgとなる(○付き数字6)。そして、ヒートポンプHPの圧縮器COMPRにより圧縮されて高温化されたガスにより還気は凝縮器CONDで熱交換されて47℃程度まで温度上昇する。このとき、相対湿度は湿度略28%程度に下がり(○付き数字7)、その状態でデシカントロータ4の除湿領域を通過させる。
The return air that has undergone total heat exchange with the outside air in the
デシカントロータ4を通過した排気はデシカントロータ4から水分を受け取り、○付き数字1で示した外気と略同様の湿度を有する空気となって(○付き数字8)排出される。なお、排気温度としては略41℃程度である。
Exhaust that has passed through the
上述してきたように、本実施形態においてもデシカントロータ4自体の除湿量は少なくて済むため、再生させる再生空気の温度も50℃程度の低温でよく、また、冷却エネルギ量も少なくなる。このように、本発明は、ヒートポンプHPの低温排熱を利用することが可能である。
As described above, the
(第2の実施形態の変形例)
図7は第2の実施形態の変形例に係る空調システムにおける空気の状態線図、図8は同空調システムの基本構成を示す模式的説明図である。
(Modification of the second embodiment)
FIG. 7 is a state diagram of air in an air conditioning system according to a modification of the second embodiment, and FIG. 8 is a schematic explanatory diagram showing a basic configuration of the air conditioning system.
本変形例では、ヒートポンプHPの蒸発器EVAPを第1排気流路21に配設した構成としており、デシカントロータ4をさらに低温再生可能としている。
In this modification, the evaporator EVAP of the heat pump HP is arranged in the first
以下、この空調システムにより処理される空気の温度、湿度の変化について、図7及び図8に示した○付き数字に沿って説明する。なお、この場合も、設備用ケーシング1内に導入されたときの外気(○付き数字1)は温度33℃、絶対湿度19.5g/kgとしている。
Hereinafter, changes in the temperature and humidity of the air processed by the air conditioning system will be described along the numerals with circles shown in FIGS. 7 and 8. In this case as well, the outside air (
設備用ケーシング1内に導入された外気は、全熱交換器3を通過して全熱交換されて絶対湿度10.5g/kgまで除湿されるとともに、略26℃まで冷却され(○付き数字2)、給気用送風機S−FANを介して室内へと供給される。
このとき、この外気と全熱交換される還気は、蒸発器EVAPによって17℃程度まで冷却され(○付き数字3→4)、その後、デシカントロータ4を通過して温度上昇して24℃程度になっている(○付き数字5)。
The outside air introduced into the
At this time, the return air that is totally heat-exchanged with the outside air is cooled to about 17 ° C. by the evaporator EVAP (
室内から第1排気流路21に流入してきた還気は、給気(○付き数字2)と略同条件の下にあり、気温略26℃、湿度略50%(絶対湿度略10.5g/kg)の低温低湿の空気となっている(○付き数字3)。
The return air flowing into the
そして、かかる還気は、前述したように、ヒートポンプHPの蒸発器EVAPによって17℃程度まで冷却されて(○付き数字4)、デシカントロータ4の除湿領域を通過して除湿され、絶対湿度略8.5g/kgとなる(○付き数字5)。このとき、還気の温度は吸着熱によって略24℃となる。
Then, as described above, the return air is cooled to about 17 ° C. by the evaporator EVAP of the heat pump HP (circled number 4), passes through the dehumidifying region of the
そして、略24℃で絶対湿度略8.5g/kgの還気は全熱交換器3の第1排気流路21に臨む領域を通過し、外気と全熱交換されて水分を受け取り、絶対湿度略17g/kgとなる(○付き数字6)。このとき、温度は31℃程度まで上昇する。
The return air having an absolute humidity of approximately 8.5 g / kg at approximately 24 ° C. passes through the region facing the first
その後、還気はヒートポンプHPの圧縮器COMPRにより圧縮されて高温化されたガスにより凝縮器CONDで熱交換されて37℃程度まで温度上昇する(○付き数字7)。このとき、相対湿度は湿度略42%であり、その状態でデシカントロータ4の除湿領域を通過させる。
Thereafter, the return air is heat-exchanged by the condenser COND by the gas compressed and heated by the compressor COMPR of the heat pump HP, and the temperature rises to about 37 ° C. (
デシカントロータ4を通過した排気はデシカントロータ4から水分を受け取り、○付き数字1で示した外気と略同様の湿度(絶対湿度19.5g/kg)を有する空気となって排出される(○付き数字8)。なお、排気温度は略31℃程度である。
Exhaust that has passed through the
上述してきたように、本変形例では、大気中に放出される排熱が31℃程度に抑えられるため、社会問題でもあるヒートアイランド化の抑制に寄与することが可能である。そして、この場合、40℃未満の温度でデシカントロータ4を再生させることが可能となる。
As described above, in this modified example, the exhaust heat released into the atmosphere is suppressed to about 31 ° C., which can contribute to the suppression of heat island formation, which is a social problem. In this case, the
(第3の実施形態)
図9は第3の実施形態に係る空調システムにおける空気の状態線図、図10は同空調システムの基本構成を示す模式的説明図である。
本実施形態では、図7及び図8を用いて説明した第2の実施形態の変形例で用いたヒートポンプHPに代えて、室内からの還気をデシカントロータ4に導入して除湿する前に、予め冷水コイルCCで冷却するとともに、デシカントロータ4を再生する際の加熱手段として温水コイルHCを利用したものである。したがって、図9からもわかるように、本実施形態に係る空調システムにより処理される空気の温度、湿度の変化についは図7と同様である。
(Third embodiment)
FIG. 9 is an air state diagram in the air conditioning system according to the third embodiment, and FIG. 10 is a schematic explanatory diagram showing a basic configuration of the air conditioning system.
In this embodiment, instead of the heat pump HP used in the modification of the second embodiment described with reference to FIGS. 7 and 8, before introducing the return air from the room into the
すなわち、温度33℃、絶対湿度19.5g/kgの外気が設備用ケーシング1内に導入されると(○付き数字1)、全熱交換器3を通過して全熱交換されて絶対湿度10.5g/kgまで除湿されるとともに、略26℃まで冷却され(○付き数字2)、給気用送風機F1を介して室内へと供給される。
That is, when outside air having a temperature of 33 ° C. and an absolute humidity of 19.5 g / kg is introduced into the equipment casing 1 (
一方、室内から第1排気流路21に流入してきた還気は、給気(○付き数字2)と略同条件の下にあり、気温略26℃、湿度略50%(絶対湿度略10.5g/kg)の低温低湿の空気となっている(○付き数字3)。
On the other hand, the return air flowing into the
そして、かかる還気は、冷水コイルCCによって17℃程度まで冷却されて(○付き数字4)、デシカントロータ4の除湿領域を通過して除湿され、絶対湿度略8.5g/kgとなる(○付き数字5)。このとき、還気の温度は吸着熱によって略24℃となる。
Then, the return air is cooled to about 17 ° C. by the cold water coil CC (
そして、略24℃で絶対湿度略8.5g/kgの還気は全熱交換器3の第1排気流路21に臨む領域を通過し、外気と全熱交換されて水分を受け取り、絶対湿度略17g/kgとなる(○付き数字6)。このとき、温度は31℃程度まで上昇する。
The return air having an absolute humidity of approximately 8.5 g / kg at approximately 24 ° C. passes through the region facing the first
その後、還気は温水コイルHCにより加熱されて37℃程度まで温度上昇する(○付き数字7)。このとき、相対湿度は湿度略42%であり、その状態でデシカントロータ4の除湿領域を通過させる。
Thereafter, the return air is heated by the hot water coil HC, and the temperature rises to about 37 ° C. (
デシカントロータ4を通過した排気はデシカントロータ4から水分を受け取り、○付き数字1で示した外気と略同様の湿度(絶対湿度19.5g/kg)を有する空気となって排出される(○付き数字8)。なお、排気温度は略31℃程度であり、この場合も大気中に放出される排熱の高温化を抑制できる。
Exhaust that has passed through the
以上、本発明を、上述した各実施形態を通して説明したが、本発明は各実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱することのない限り、適宜設計変更してもよい。なお、本発明に係る空調システムは、上述してきたように、夏季の冷房運転時に極めて大きな省エネ効果などを発揮するが、夏季の冷房運転には必要なデシカントロータ4の作動や、このデシカントロータ4の再生用に用いた温水コイルHC(図3参照)の作動を停止させておくことで、本空調システムは冬季運転においても何ら問題なく使用することができる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated through each embodiment mentioned above, this invention is not limited to each embodiment, As long as it does not deviate from the summary of invention, you may change a design suitably. As described above, the air conditioning system according to the present invention exhibits a very large energy saving effect during the cooling operation in summer, but the operation of the
(第4の実施形態)
図11は第4の実施形態に係る空調システムにおける空気の状態線図、図12は同空調システムの基本構成を示す模式的説明図である。
本実施形態では、矩形箱状の設備用ケーシング1に各装置が配設されており、全熱交換器3の下流側に銅チューブからなる温水コイルHCを配設して給気用の加熱手段として、この温水コイルHCに不凍液又はブラインを通すと共に、排気流路(第2排気流路22)のデシカントロータ4の直上流側に銅チューブからなる冷水コイルCCを配設して排気用の冷却手段とし、この冷水コイルCCに、不凍液又はブラインを通し、デシカントロータ4の除湿領域の還気と再生領域の排気との間で相対湿度に変化をつけて、その相対湿度を利用しデシカントロータ4の再生領域で排気の加湿を行うようにしている。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a state diagram of air in the air conditioning system according to the fourth embodiment, and FIG. 12 is a schematic explanatory diagram showing a basic configuration of the air conditioning system.
In the present embodiment, each device is disposed in a rectangular box-shaped
図11に示すように、設備用ケーシング1内に導入されたときの外気(○付き数字1)が温度0℃、絶対湿度2g/kgの場合、全熱交換器3を通過して全熱交換されると絶対湿度8g/kgまで加湿される(○付き数字2)。そして、温水コイルHCを介して目的とする温度である22℃まで加熱され(○付き数字3)、給気用送風機S−FANを介して室内へと供給される。
As shown in FIG. 11, when the outside air (
一方、室内から第1排気流路21に流入してきた還気は、給気と略同条件の下にあり、気温略22℃、湿度略50%(絶対湿度略8g/kg)の高温高湿の空気となっている(○付き数字3)。そして、かかる還気は、デシカントロータ4を通過した還気はデシカントロータ4から水分を受け取って絶対湿度略9.5g/kgとなり(○付き数字4)、全熱交換器3の第1排気流路21に臨む領域に通過させる。
On the other hand, the return air that flows into the
全熱交換器3で外気と全熱交換された還気は、除湿され絶対湿度略3.5g/kgとなる(○付き数字5)。そして、冷水コイルCCにより冷却されて0℃程度まで温度低下する。このとき、相対湿度は湿度略100%程度に上がり(○付き数字6)、その状態でデシカントロータ4の除湿領域を通過させる。
The return air that has undergone total heat exchange with the outside air in the
デシカントロータ4を通過した排気はデシカントロータ4により除湿され、○付き数字1で示した外気と略同様の湿度を有する空気となって(○付き数字7)排出される。なお、排気温度としては略4℃程度である。
Exhaust gas that has passed through the
上述してきたように、本実施形態においてはデシカントロータ4により排気流路(第1排気流路21)を通過する還気を加湿するため、給気流路20を通過する外気は全熱交換器3により加湿される。このように、本実施形態によれば、冬季の暖房時においては、デシカントロータ4を利用して外気を加熱すると共に加湿することができる。
As described above, in the present embodiment, the
特に、デシカントロータ4を利用することで、排気流路(第2排気流路22)を通過する排気中の水分を吸湿し、この吸湿した水分を排気流路(第1排気流路21)を通過する還気中に放湿し、この排気流路(第1排気流路21)を通過する還気と給気とを全熱変換することで給気に放湿するようにしたので、外部から新たに給水することがなく、無給水加湿を行うことができる。
In particular, by using the
ところで、冬季等の温度が低い(例えば、0℃以下)場合に、冷水コイルCC中の冷却手段として冷水を用いると、この冷水が凍結して氷になることで膨張し、冷水コイルCCの銅チューブを破損して漏水する場合があるが、本実施形態では、この冷却手段として不凍液又はブラインを用いるようにしたので、冷水コイルCCの銅チューブ等からなる熱交換器を破損することなく、空気調和システムを動作させることができる。 By the way, when cold water is used as a cooling means in the cold water coil CC when the temperature is low in winter or the like (for example, 0 ° C. or lower), the cold water expands by freezing into ice, and the copper of the cold water coil CC Although the tube may be broken and water leaks, in this embodiment, since the antifreeze or brine is used as the cooling means, the air exchanger without damaging the heat exchanger composed of the copper tube or the like of the cold water coil CC is used. The harmony system can be operated.
なお、第4の実施形態の空調システムに対して、上述したヒートポンプHPを組み込むこともできる。例えば、第4の実施形態の空調システムに対してヒートポンプを組み込む場合には、給気流路20に圧縮器COMPR及び凝縮器CONDを配設し、排気流路(第1排気流路21又は第2排気流路22)に蒸発器EVAPを配設した構成としている。この場合には、ヒートポンプHPの低温排熱を利用することが可能となる。また、ガスを熱媒体とするヒートポンプHPを組み込むことで、温度が低い場合であっても、蒸発器EVAP及び凝縮器CONDなどの熱交換器を破損することがないため、不凍液又はブラインといった特別な冷却手段を用いることなく、排気流路(第2排気流路22)を通過する排気を冷却することができる。
In addition, the heat pump HP mentioned above can also be integrated with respect to the air conditioning system of 4th Embodiment. For example, when a heat pump is incorporated into the air conditioning system of the fourth embodiment, the compressor COMPR and the condenser COND are arranged in the
ところで、冷却コイルCCにブラインを通す場合は、冷水コイルCCだけでなく、例えば、温水コイルHC等の空調システム全体の配管内にもブラインを通す必要があり、更には、空調システム以外の設備機器(例えば、熱源)もブラインを利用するため仕様にする必要があるため、空調システム及びそれ以外の設備機器の設備費用が増加する。そこで、本実施形態では、空調システムに対してヒートポンプHPを組み込むようにしたので、空調システム全体の配管内にブラインを通したり、空調システムの設備機器をブライン仕様にしたりする必要がなく、空調システム及びそれ以外の設備機器の設備費用を低減することができる。 By the way, when the brine is passed through the cooling coil CC, it is necessary to pass the brine not only in the cold water coil CC but also in the piping of the entire air conditioning system such as the hot water coil HC, and further, equipment other than the air conditioning system. Since the brine (for example, heat source) also needs to be specified in order to use the brine, the equipment costs of the air conditioning system and other equipment are increased. Therefore, in this embodiment, since the heat pump HP is incorporated in the air conditioning system, there is no need to pass brine through the piping of the entire air conditioning system or to make the equipment of the air conditioning system to be a brine specification. And the equipment cost of other equipment can be reduced.
(第4の実施形態の変形例)
図13は第4の実施形態の変形例に係る空調システムにおける空気の状態線図、図14は同空調システムの基本構成を示す模式的説明図である。
(Modification of the fourth embodiment)
FIG. 13 is a state diagram of air in an air conditioning system according to a modification of the fourth embodiment, and FIG. 14 is a schematic explanatory diagram showing a basic configuration of the air conditioning system.
本変形例では、矩形箱状の設備用ケーシング1に各装置が配設されており、排気流路(第1排気流路21)に温水コイルHCを配設して第1排気流路21を通過する還気用の加熱手段として、この温水コイルHCに不凍液又はブラインを通すと共に、排気流路(第2排気流路22)のデシカントロータ4の直上流側に冷水コイルCCを配設して第2排気流路22を通過する排気用の冷却手段として、この冷水コイルCCに、不凍液又はブラインを通し、上記第4の実施形態と同様に、デシカントロータ4の除湿領域の還気と再生領域の排気との間で相対湿度に変化をつけて、その相対湿度を利用しデシカントロータ4の再生領域で排気の加湿を行うようにしている。
In this modification, each device is disposed in a rectangular box-shaped
図13からもわかるように、本実施形態に係る空調システムにより処理される空気の温度、湿度の変化についは、第2の実施形態(図11参照)と同様である。 As can be seen from FIG. 13, changes in the temperature and humidity of the air processed by the air conditioning system according to this embodiment are the same as those in the second embodiment (see FIG. 11).
すなわち、設備用ケーシング1内に導入されたときの外気(○付き数字1)が温度0℃、絶対湿度2g/kgの場合、全熱交換器3を通過して全熱交換されると絶対湿度8g/kgまで加湿される(○付き数字2)。そして、給気用送風機S−FANを介して室内へと供給される。
That is, when the outside air (
一方、室内から第1排気流路21に流入してきた還気は、給気と略同条件の下にあり、気温略22℃、湿度略50%(絶対湿度略8g/kg)の高温高湿の空気となっている(○付き数字3)。そして、かかる還気は、温水コイルHCを介して目的とする温度である29℃まで加熱され(○付き数字4)、デシカントロータ4を通過した還気はデシカントロータ4から水分を受け取って絶対湿度略9.5g/kgとなり(○付き数字5)、全熱交換器3の第1排気流路21に臨む領域に通過させる。
On the other hand, the return air that flows into the
全熱交換器3で外気と全熱交換された還気は、除湿され絶対湿度略3.5g/kgとなる(○付き数字6)。そして、冷水コイルCCにより冷却されて0℃程度まで温度低下する。このとき、相対湿度は湿度略90%程度に上がり(○付き数字7)、その状態でデシカントロータ4の除湿領域を通過させる。
The return air that has undergone total heat exchange with the outside air in the
デシカントロータ4を通過した排気はデシカントロータ4により除湿され、○付き数字1で示した外気と略同様の湿度を有する空気となって(○付き数字8)排出される。なお、排気温度としては略4℃程度である。
Exhaust gas that has passed through the
上述してきたように、第4の実施形態の空調システムと同様に、本変形例においてはデシカントロータ4により排気流路(第1排気流路21)を通過する還気を加湿するため、給気流路20を通過する外気は全熱交換器3により加湿される。このように、本変形例によれば、冬季の暖房時においては、デシカントロータ4を利用して外気を加熱すると共に加湿することができる。特に、デシカントロータ4を利用することで、排気流路(第2排気流路22)を通過する排気中の水分を吸湿し、この吸湿した水分を排気流路(第1排気流路21)を通過する還気中に放湿し、この排気流路(第1排気流路21)を通過する還気と給気とを全熱変換することで給気に放湿するようにしたので、外部から新たに給水することがなく、無給水加湿を行うことができる。
As described above, as in the air conditioning system of the fourth embodiment, in this modified example, the
なお、第4の実施形態の変形例の空調システムに対してヒートポンプHPを組み込む場合には、ヒートポンプHPの圧縮器COMPR及び凝縮器CONDを第1排気流路21に配設した構成としている。この場合には、ヒートポンプHPの低温排熱を利用することが可能となる。これにより、上述した第4の実施形態の空調システムと同様の効果が得られる。
When the heat pump HP is incorporated into the air conditioning system according to the modification of the fourth embodiment, the compressor COMPR and the condenser COND of the heat pump HP are arranged in the
(参考例)
参考例として、本空調システムを、デシカントロータ4を作動させることなく冬季の暖房運転に使用した場合について、図15及び図16を参照して簡単に説明する。ここでも、空気の温度、湿度の変化について、図中の○付き数字に沿って説明する。なお、ここでは全熱交換器3の下流側に冷温水コイルCHCを配設して、給気用の加熱手段として、この冷温水コイルCHCに温水を通すようにしている。
(Reference example)
As a reference example, the case where the present air conditioning system is used for a heating operation in winter without operating the
冬季時の外気を温度略2℃、絶対湿度2.5g/kgとすると(○付き数字1)、全熱交換器3を通過して全熱交換された外気は、絶対湿度7g/kgまで加湿されるとともに、18℃まで加温される(○付き数字2)そして、全熱交換器3を通過した外気は冷温水コイルCHCに流す温水により、目的とする温度である略22℃まで加温され(○付き数字3)、次いで、加湿器HUによって相対湿度略50%(絶対湿度略8.5g/kg)程度まで加湿された調和空気として(○付き数字4)室内へと供給される。
If the outdoor temperature in winter is approximately 2 ° C. and the absolute humidity is 2.5 g / kg (
一方、室内から第1排気流路21に流入してきた還気は、給気と略同条件の下にあり(○付き数字5)、かかる還気は、デシカントロータ4の除湿領域を通過するが、デシカントロータ4は作動しておらず、除湿機能も停滞した状態のままなので、ロータ通過後の還気の状態は、通過前と変化していない(○付き数字5)。
On the other hand, the return air flowing into the
したがって、温度略22℃、絶対湿度略8.5g/kgの還気が全熱交換器3の第1排気流路21に臨む領域を通過して外気と全熱交換され、水分を放出して絶対湿度略4g/kgとなるとともに、略7℃まで冷却される(○付き数字6)。
Therefore, the return air having a temperature of about 22 ° C. and an absolute humidity of about 8.5 g / kg passes through the region facing the
かかる還気をそのまま排出すればよいのであるが、図16に示すように、夏季にも用いることができるように、第2排気流路22には温水コイルHCが配設されているため、ここでは全熱交換器3で熱交換された還気は温水コイルHCをバイパスさせた後にデシカントロータ4を通過させて排気するようにしている。なお、ここではデシカントローラ4の機能も停止させた状態であるため、デシカントロータ4をバイパスさせて排気してもよいことは当然である。
Such return air may be discharged as it is, but as shown in FIG. 16, the
ところで、実施形態で用いた冷水コイルCCとしては、夏場には冷水を通し、冬場には温水を通す冷温水コイルCHCを用いてもよいし、デシカントロータ4の再生用として用いた温水コイルHCは蒸気コイルと置換することができる。また、第2の実施形態で説明したように、ヒートポンプHPを利用する場合は、冷水コイルCCや冷温水コイルCHCは蒸発器EVAPと置換できるし、温水コイルHCは凝縮器CONDと置換できる。
By the way, as the cold water coil CC used in the embodiment, a cold / hot water coil CHC that passes cold water in the summer and hot water in the winter may be used, or the hot water coil HC used for regeneration of the
上述してきた実施形態から、以下の空調方法、及び空調システムが実現できる。
(1)外気と室内からの還気とを全熱交換器3により全熱交換して、全熱交換された外気を室内に供給する空気調和方法であって、前記外気を前記全熱交換器3に直接導入する一方、前記還気を、予めデシカントロータ4を用いて除湿した後に前記全熱交換器3に導入する空気調和方法。
From the embodiment described above, the following air conditioning method and air conditioning system can be realized.
(1) An air conditioning method in which the outside air and the return air from the room are totally exchanged by the
(2)外気を取り入れて室内に供給する給気流路20と、室内からの還気を系外へ排気する排気流路(例えば、第1排気流路21と第2排気流路22とからなる)と、前記給気流路20側で蓄熱及び吸湿する一方、前記排気流路側で放熱及び放湿するロータを有する全熱交換器3と、前記排気流路の中途に配設され、前記還気を、前記全熱交換器3を通過させる前に予め除湿するデシカントロータ4とを備えた空気調和システム。
(2) An
(3)前記全熱交換器3は、前記ロータを通過する前記給気流路20の前記外気と前記排気流路(例えば、第1排気流路21)の前記還気とが対向流を形成するように、前記給気流路20と前記排気流路とに跨るように配設されており、前記排気流路は、前記全熱交換器3に至るまでの第1排気流路21と、前記全熱交換器3を通過して流路終端に向かう第2排気流路22とから構成され、前記デシカントロータ4は、当該デシカントロータ4を通過する前記第1排気流路21の還気と前記第2排気流路22の排気とが対向流を形成するように、前記第1排気流路21と前記第2排気流路22とに跨るように配設され、前記第1排気流路21側で吸湿する一方、前記第2排気流路22側で放湿する空気調和システム。
(3) In the
(4)前記給気流路20と前記排気流路(例えば、第1排気流路21と第2排気流路22とからなる)とはそれぞれ互いに区画された独立流路である空気調和システム。
(4) The air conditioning system in which the
(5)温調用のヒートポンプHPを備え、このヒートポンプHPの排熱を前記デシカントロータ4の再生用熱源とした空気調和システム。
(5) An air-conditioning system including a heat pump HP for temperature control, and using the exhaust heat of the heat pump HP as a heat source for regeneration of the
1 設備ケーシング
3 全熱交換器
4 デシカントロータ
20 給気流路
21 第1排気流路
22 第2排気流路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
室内からの還気を導入する第1排気流路と、
第1排気流路からの還気を系外へ排気する第2排気流路と、
前記給気流路側で冬季は放湿する一方、前記第1排気流路側で冬季は吸湿するロータを有する全熱交換器と、
前記第1排気流路の中途に配設されるデシカントロータとを備え、
前記第1排気流路及び前記第2排気流路で構成する排気流路と前記給気流路とは、矩形箱状の設備用ケーシング内を隔壁を介してそれぞれ互いに区画された独立流路であり、
前記第1排気流路の下流端と前記第2排気流路の上流端とはヘアピンカーブにより連設し、
全熱交換器は、一方の1/2部分が給気流路の上流側に臨み、隔壁を介して他方の1/2部分がヘアピンカーブ上流側の第1排気流路上に臨むように配設され、
デシカントロータは、一方の1/2部分が第1排気流路上に位置する前記全熱交換器の他方の1/2部分の上流側に臨み、他方の1/2部分が前記第1排気流路から隔壁を介してヘアピンカーブで折り返しした第2排気流路の下流側に臨むように配設し、
しかも全熱交換器の下流側に銅チューブからなる温水コイルを配設して給気用の加熱手段としてこの温水コイルに不凍液を通すと共に、第2排気流路のデシカントロータの直上流側に銅チューブからなる冷水コイルを配設し、排気用の冷却手段とし、この冷水コイルに不凍液を通すべく構成し、デシカントロータの除湿領域と再生領域との間で排気の相対湿度に変化をつけて、排気の相対湿度を利用してデシカントロータの再生領域で排気の加湿を行うべく構成し、冬季の暖房時においてデシカントロータを利用して第2排気流路を通過する還気中の水分を吸湿し、吸湿した水分を第1排気流路を通過する還気中に放湿するようにし、外部から給水することなしに無給水加湿を可能とし、しかも、ガスを熱媒体とするヒートポンプを組込んで、給気流路に圧縮器及び凝縮器を配設し、排気流路に蒸発器を配設することによりヒートポンプの低温排熱を利用することを可能としたことを特徴とする空気調和システム。 An air supply passage for taking in outside air and supplying it into the room;
A first exhaust passage for introducing return air from the room;
A second exhaust passage for exhausting the return air from the first exhaust passage out of the system;
While you winter seasons are wet discharge in the air-supply flow path side, said first winter season in the exhaust flow path is the total heat exchanger having a rotor you moisture absorption,
A desiccant rotor disposed in the middle of the first exhaust flow path,
The exhaust flow path and the air supply flow path configured by the first exhaust flow path and the second exhaust flow path are independent flow paths partitioned from each other through a partition wall in a rectangular box-shaped equipment casing. ,
The downstream end of the first exhaust passage and the upstream end of the second exhaust passage are connected by a hairpin curve,
The total heat exchanger is arranged so that one half of the heat exchanger faces the upstream side of the air supply flow path and the other half of the heat exchanger faces the first exhaust flow path upstream of the hairpin curve via the partition wall. ,
The desiccant rotor has one half portion facing the upstream side of the other half portion of the total heat exchanger located on the first exhaust passage, and the other half portion is the first exhaust passage. Is arranged so as to face the downstream side of the second exhaust flow path folded back by the hairpin curve through the partition wall,
In addition, a hot water coil made of a copper tube is disposed downstream of the total heat exchanger, and antifreeze is passed through the hot water coil as heating means for supplying air, and copper is directly upstream of the desiccant rotor in the second exhaust passage. A chilled water coil consisting of a tube is arranged to serve as a cooling means for exhaust, and is configured to pass antifreeze liquid through the chilled water coil, and the relative humidity of the exhaust is changed between the dehumidifying region and the regeneration region of the desiccant rotor, It is configured to humidify the exhaust in the regeneration region of the desiccant rotor using the relative humidity of the exhaust, and absorbs moisture in the return air passing through the second exhaust channel using the desiccant rotor during heating in winter. The moisture absorbed is released into the return air passing through the first exhaust flow path, enabling non-supply water humidification without supplying water from the outside, and incorporating a heat pump using gas as a heat medium. Air conditioning system, characterized in that the air intake passage to be disposed compressor and a condenser, was it possible to utilize low temperature waste heat of the heat pump by arranging the evaporator in the exhaust passage.
前記デシカントロータは、当該デシカントロータを通過する前記第1排気流路の還気と前記第2排気流路の排気とが対向流を形成するように、前記第1排気流路と前記第2排気流路とに跨るように配設され、前記第1排気流路側で冬季は放湿する一方、前記第2排気流路側で冬季は吸湿することを特徴とする請求項1記載の空気調和システム。 The total heat exchanger has the supply air flow path and the first exhaust flow so that the outside air of the supply air flow path passing through the rotor forms a counter flow with the return air of the first exhaust flow path. It is arranged to straddle the road,
The desiccant rotor includes the first exhaust passage and the second exhaust so that the return air of the first exhaust passage passing through the desiccant rotor and the exhaust of the second exhaust passage form a counter flow. is arranged so as to extend in the flow path, winter season in the first exhaust flow path whereas the moisture release, winter season in the second exhaust flow path is an air conditioner according to claim 1, wherein the moisture absorption system.
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