JP6577389B2 - 除加湿装置 - Google Patents

Description

本発明は、除湿運転及び加湿運転のうち少なくとも一方の運転（以下、除加湿運転という。）が可能な除加湿装置に関する。

例えば、特許文献１に記載の発明では、屋内における所要冷熱量が所定冷熱量以下の場合は吸着式冷凍機を稼働させ、屋内における所要冷熱量が前記の所定冷熱量を超える場合は吸着式冷凍機及び蒸気圧縮式冷凍機（チリングユニット）の両方を稼働させる。

特開２０１０−２７６３２５号公報

特許文献１において、上記の所定冷熱量とは、システム全体の設計冷熱量、つまり設計条件として予め見込まれた必要最大冷熱量である。このため、特許文献１に記載の発明では、吸着式冷凍機が稼働する状況、並びに吸着式冷凍機及び蒸気圧縮式冷凍機が共に稼働する状況は、予め設定された状況に固定された状況となる。

したがって、特許文献１に記載した発明を、乾燥剤（吸着剤）を用いた除加湿装置に適用すると、時々刻々と変化する状況に対応して除加湿装置を運転することができない可能性がある。

本発明は、上記点に鑑み、自然界から回収した温熱又は冷熱を有効利用可能な除加湿装置を提供することを目的とする。

本願では、水分を吸着又は放出する乾燥剤を用いた除加湿装置であって、除湿運転及び加湿運転のうち少なくとも一方の運転（以下、除加湿運転という。）が可能な除加湿装置において、乾燥剤を有し、乾燥剤と当該乾燥剤を加熱又は冷却するための流体とが熱交換可能な吸着器（２）と、自然界から温熱又は冷熱を回収し、その回収した温熱又は冷熱（以下、当該温熱又は冷熱を自然熱という。）を流体に付与可能な自然熱回収装置（３）と、電気エネルギー又は化石燃料の供給を受けて温熱又は冷熱を生成し、その生成した温熱又は冷熱（以下、当該温熱又は冷熱を生成熱という。）を流体に供給する熱源装置（４）と、流体に与える自然熱又は生成熱を制御する制御部（１０）とを備え、制御部（１０）は、除加湿運転に必要な「温熱量及び冷熱量」を算出する必要熱量算出処理、自然熱回収装置（３）にて回収可能な自然熱の熱量を算出する回収熱量算出処理、並びに必要熱量算出処理により算出された必要熱量、及び回収熱量算出処理により算出された回収熱量に基づいて、少なくとも自然熱回収装置（３）及び熱源装置（４）のうちいずれの装置にて流体を加熱又は冷却すべきかを判定する稼働装置判定処理を実行することが可能である。

これにより、本願では、必要熱量及び回収熱量が考慮されて流体が加熱又は冷却されるので、自然界から回収した温熱又は冷熱を有効利用可能な除加湿装置を得ることが可能となる。

因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る除加湿装置の模式図である。 本発明の実施形態に係る除加湿装置の模式図である。 本発明の実施形態に係る除加湿装置の模式図である。 本発明の実施形態に係る除加湿装置の模式図である。 本発明の実施形態に係る除加湿装置の制御系ブロック図である。 本発明の実施形態に係る除加湿装置の制御フローを示すチャート図である。

以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されるものではない。

本実施形態は、サーバ室等のＩＣＴ機器が収納された空間の除湿又は加湿を行う除加湿装置に本発明を適用したものである。少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「２つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。

（第１実施形態）
１．除加湿装置の概略構成
本実施形態に係る除加湿装置は、雰囲気中の水分を吸着・吸収可能な乾燥剤（例えば、シリカゲルやゼオライト等）を利用してサーバ室等の除湿又は加湿を行う装置である。除加湿装置１は、図１に示すように、乾燥剤が収納された第１吸着器２Ａ及び第２吸着器２Ｂを少なくとも備える。

第１吸着器２Ａ及び第２吸着器２Ｂ（以下、総称するときは吸着器２と記す。）は同一構造である。具体的には、吸着器２は、乾燥剤が充填された収容部（図示せず。）、及び乾燥剤と流体とを熱交換させる熱交換器（図示せず。）を有する。

吸着器２は、水分の吸着（除湿）をする吸着工程、及び既に吸着した水分を放出する再生工程が実行可能である。なお、図１は、第２吸着器２Ｂが吸着工程であり、第１吸着器２Ａは再生工程である。

したがって、サーバ室内の除湿運転を行う場合には、室内空気を吸着工程中の吸着器２とサーバ室内との間で循環させながら、室外空気を再生工程中の吸着器２と室外との間で循環させる。これにより、サーバ室の空気から除湿された水分は室外に排出される。

サーバ室内の加湿運転を行う場合には、室内空気を再生工程中の吸着器２とサーバ室内との間で循環させながら、室外空気を吸着工程中の吸着器２と室外との間で循環させる。これにより、室外空気から吸収された水分がサーバ室に供給される。

除加湿装置１では、吸着工程を実行する吸着器２と再生工程を実行する吸着器２とが交互に切り替わる。具体的には、第１吸着器２Ａが吸着工程であるときには、第２吸着器２Ｂは再生工程となる。

その後、水分の吸着能力が飽和状態に近づくと、吸着工程にある吸着器２が再生工程となり、再生工程にある吸着器２が吸着工程となる。なお、本実施形態では、予め設定された所定時間毎に吸着工程と再生工程とが切り替わる。

乾燥剤は、雰囲気中の水分（水蒸気）を吸着する際に、吸着した水分の凝縮熱相当の熱（吸着熱）を発生する。このため、吸着工程を実行している吸着器２には冷却用の流体（以下、冷水という。）が循環させられる。これにより、乾燥剤の温度上昇を抑制して水分の吸着能力が大きく低下することを抑制する。

乾燥剤は加熱されると、既に吸着した水分を放出する。このため、再生工程を実行している吸着器２には加熱用の流体（以下、温水という。）が循環させられる。つまり、除加湿装置１を連続稼働させる際には、冷水を生成するための冷熱、及び温水を生成するための温熱が必要である。以下、冷水及び温水を総称する際には、流体と記す。

自然熱回収装置３は乾燥剤に温熱又は冷熱を供給する。当該自然熱回収装置３は、自然界から温熱又は冷熱を回収して乾燥剤に温熱又は冷熱を供給する。熱源装置４は、電気エネルギー又は化石燃料の供給を受けて乾燥剤に温熱又は冷熱を供給する。

本実施形態では、少なくとも２つ自然熱回収装置３Ａ、３Ｂを有する。自然熱回収装置３Ａ（以下、自然冷熱回収装置３Ａという。）は冷熱を流体に供給し、自然熱回収装置３Ｂ（以下、自然温熱回収装置３Ｂという。）は温熱を流体に供給する。

なお、自然冷熱回収装置３Ａは、例えば、地中に埋設された採熱器（図示せず。）を有して構成されている。自然温熱回収装置３Ｂは、例えば、太陽熱を回収する集熱器（図示せず。）を有して構成されている。

本実施形態では、少なくとも２つの熱源装置４Ａ、４Ｂを有する。熱源装置４Ａ（以下、冷熱源装置４Ａという。）は冷熱を流体に供給し、熱源装置４Ｂ（以下、温熱源装置４Ｂという。）は温熱を流体に供給する。なお、冷熱源装置４Ａは蒸気圧縮式冷凍機等を利用したチラー等である。温熱源装置４Ｂは燃焼器や電気式ヒータ等である。

以下、自然冷熱回収装置３Ａ及び自然温熱回収装置３Ｂを総称する際には、自然熱回収装置３と記す。冷熱源装置４Ａ及び温熱源装置４Ｂを総称する際には、熱源装置４と記す。

２．除加湿装置の制御
２．１ 制御の概要
本実施形態に係る除加湿装置１は、自然熱回収装置３及び熱源装置４のうち少なくとも一方から冷熱又は温熱（以下、冷熱と温熱を総称する際には「熱」と記す。）を吸着器２に供給可能である。

すなわち、冷熱は自然冷熱回収装置３Ａ及び冷熱源装置４Ａのうちいずれか一方から吸着器２に供給される。温熱は自然温熱回収装置３Ｂ及び温熱源装置４Ｂのうちいずれか一方から吸着器２に供給される。

具体的には、除加湿装置１の制御部１０（図５参照）は、第１熱供給モード〜第４熱供給モードのうちいずれかの熱供給モードを選択し、その選択した熱供給モードにて各吸着器２に熱を供給する。

第１熱供給モード（図１参照）では、冷熱源装置４Ａから冷水が供給され、温熱源装置４Ｂから温水が供給される。第２熱供給モード（図２参照）では、自然冷熱回収装置３Ａから冷水が供給され、自然温熱回収装置３Ｂから温水が供給される。

第３熱供給モード（図３参照）では、自然冷熱回収装置３Ａから冷水が供給され、温熱源装置４Ｂから温水が供給される。第４熱供給モード（図４参照）では、自然冷熱回収装置３Ａから冷水が供給され、自然温熱回収装置３Ｂから温水が供給される。

制御部１０には、図５に示すように、日射量（天気）及び地中温度等の気象データ、センサＳ１〜Ｓ５の検出値等が入力されている。気象データは、外部に設けられた気象データセンタから送信されてくる。

センサＳ１は吸着器２に供給する流体（温水及び冷水）の温度を検出する。センサＳ２はサーバ室内の気温を検出する。センサＳ３はサーバ室内の相対湿度を検出する。センサＳ４は室外の気温を検出する。センサＳ５は室外の相対湿度を検出する。

２．２ 制御部の制御作動
制御部１０は、「必要熱量算出処理」、「回収熱量算出処理」及び「稼働装置判定処理」を少なくとも実行可能である。

＜必要熱量算出処理＞
「必要熱量算出処理」は、除加湿運転に必要な「温熱量及び冷熱量」を算出する処理である。「温熱量及び冷熱量」とは、「温熱量の絶対値と冷熱量の絶対値との和」であって、本実施形態においては、各熱供給モードで必要とされる熱量をいう。

すなわち、本実施形態では、いずれの熱供給モードにおいても、２つの吸着器２のうち一方は吸着工程であり、他方の吸着器２は再生工程である。このため、いずれの熱供給モードにおいても、再生工程に必要な温熱及び吸着工程に必要な冷熱が同時的に供給されている。

したがって、本実施形態における「温熱量及び冷熱量」とは、「再生工程に必要な温熱の絶対値と吸着工程に必要な冷熱の絶対値との和」となる。なお、以下、必要熱量算出処理により算出された熱量を必要熱量Ｑｄという。

因みに、吸着器２が１つである構成、又は複数の吸着器２を同時に再生工程若しくは吸着工程とする構成においては、吸着工程と再生工程とを１サイクルとし、当該１サイクルで必要な熱量が必要熱量Ｑｄである。したがって、当該構成であっても、「温熱量及び冷熱量」、つまり必要熱量Ｑｄは、「再生工程に必要な温熱の絶対値と吸着工程に必要な冷熱の絶対値との和」となる。

＜回収熱量算出処理＞
「回収熱量算出処理」は、自然熱回収装置３にて回収可能な温熱又は冷熱（以下、当該温熱又は冷熱を自然熱という。）の熱量を算出する処理である。本実施形態に係る制御部１０は、気象データ等を利用して「自然熱回収装置３にて回収可能な自然熱の熱量（以下、回収熱量Ｑｎという。）」を算出する。

＜稼働装置判定処理＞
「稼働装置判定処理」は、必要熱量Ｑｄ及び回収熱量Ｑｎに基づいて、少なくとも自然熱回収装置３及び熱源装置４のうちいずれの装置にて流体を加熱又は冷却すべきかを判定する。

制御部１０は、稼働装置判定処理において、「熱源熱量算出処理」を実行することが可能である。「熱源熱量算出処理」は、必要熱量Ｑｄ及び回収熱量Ｑｎを利用して熱源装置４で生成すべき生成熱の熱量（以下、生成熱量Ｑｓという。）を算出する処理である。

すなわち、第１熱供給モード〜第３供給モードでは、熱源装置４を利用して吸着器２に熱を供給する。そして、第１熱供給モードでは、必要熱量Ｑｄの全てを熱源装置４から供給する必要があるので、生成熱量Ｑｓ＝必要熱量Ｑｄとなる。

第２熱供給モード及び第３供給モードでは、自然熱回収装置３と熱源装置４とが協働して吸着器２に熱を供給するので、生成熱量Ｑｓ＝必要熱量Ｑｄ−回収熱量Ｑｎとなる。
制御部１０は、稼働装置判定処理において、「温度条件判定処理」及び「消費エネルギー算出処理」が実行可能である。

「温度条件判定処理」は、自然熱回収装置３により加熱又は冷却された流体の温度が、予め設定された温度条件を満たすか否かを判定する処理である。当該温度条件は、吸着工程及び再生工程を実行するに必要な温度に基づいて予め設定された温度である。

具体的には、吸着工程にある吸着器２に自然熱回収装置３から冷水を供給する場合には、その冷水の温度が予め設定された冷水温度以下であるか否かが判定される。再生工程にある吸着器２に自然熱回収装置３から温水を供給する場合には、その温水の温度が予め設定された温水温度以上であるか否かが判定される。

「消費エネルギー算出処理」は、甲種消費エネルギー、乙種消費エネルギー及び丙種消費エネルギーを算出する処理である。甲種消費エネルギーは、自然熱回収装置３が必要熱量Ｑｄと同量の自然熱を回収する際に必要とする消費エネルギーをいう。

乙種消費エネルギーは、熱源装置４が必要熱量Ｑｄと同量の生成熱を生成する際に必要とする消費エネルギーをいう。丙種消費エネルギーは、自然熱回収装置３及び熱源装置４が協働して必要熱量Ｑｄと同量の生成熱を生成する際に必要とする消費エネルギーいう。

つまり、甲種消費エネルギーは、第４熱供給モードを実行する際に必要とする消費エネルギーの大きさを示す指標である。乙種消費エネルギーは、第１熱供給モードを実行する際に必要とする消費エネルギーの大きさを示す指標である。丙種消費エネルギーは、第２熱供給モード及び第３熱供給モードを実行する際に必要とする消費エネルギーの大きさを示す指標である。

以下、乙種消費エネルギーを第１消費エネルギーという。丙種消費エネルギーのうち第２熱供給モード時の丙種消費エネルギーを第２消費エネルギーという。丙種消費エネルギーのうち第３熱供給モード時の丙種消費エネルギーを第３消費エネルギーという。甲種消費エネルギーを第４消費エネルギーという。

そして、本実施形態に係る制御部１０は、稼働装置判定処理において、温度条件判定処理にて温度条件を満たすと判定された１又は複数の熱供給モードのうち、消費エネルギーが小さくなる熱供給モードで流体を加熱又は冷却すべきと判定する。

例えば、第２〜第４熱供給モードの全てが温度条件判定処理にて温度条件を満たすと判定された場合には、制御部１０は、第１〜第４消費エネルギーを比較し、消費エネルギーが小さくなる熱供給モードで流体を加熱又は冷却すべきと判定する。

なお、第２〜第４熱供給モードの全てが温度条件判定処理にて温度条件を満たさないと判定された場合には、制御部１０は、第１熱供給モードで流体を加熱又は冷却すべきと判定する。

２．３ 制御部の制御フロー（図６参照）
制御部１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するコンピュータにて構成されている。制御部１０、つまりＣＰＵは、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されているプログラムに従って、必要熱量算出処理等の処理を実行する。

除加湿装置１が起動すると、制御部１０、つまりＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み込むとともに、当該プログラムに従って必要熱量算出処理を実行した後（Ｓ１）、回収熱量算出処理を実行する（Ｓ２）。

次に、制御部１０は、稼働装置判定処理を実行した後（Ｓ３）、実行すべき熱供給モードを決定するとともに、その決定した熱供給モードを実行する（Ｓ５）。その後、制御部１０は、所定時間が経過したか否かを判定し（Ｓ６）、所時間が経過したと判定した場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、再び、Ｓ１を実行する。なお、当該所定時間は、本実施形態では、吸着工程と再生工程とを切り替える際に用いる所定時間と同じである。

３．本実施形態に係る除加湿装置の特徴
本実施形態では、必要熱量Ｑｄ及び回収熱量Ｑｎが考慮されて流体が加熱又は冷却されるので、自然界から回収した温熱又は冷熱を有効利用可能な除加湿装置１を得ることが可能となる。

つまり、「熱源熱量算出処理」では、必要熱量Ｑｄ及び回収熱量Ｑｎを利用して熱源装置４で生成すべき生成熱量Ｑｓが演算される。したがって、熱源装置４にて必要以上の熱が生成されることを抑制できる。

「温度条件判定処理」では、自然熱回収装置３により加熱又は冷却された流体の温度が、予め設定された温度条件を満たすか否かを判定されるので、吸着工程及び再生工程を適切に実行できない、といった不具合の発生を抑制できる。

「消費エネルギー算出処理」にて各熱供給モードが実行されたときの消費エネルギーが算出され、かつ、消費エネルギーが小さくなる熱供給モードで流体を加熱又は冷却すべきと判定されるので、消費エネルギーの削減効果を得られ得る。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、予め設定された所定時間毎に吸着工程と再生工程とが切り替わる構成であった。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、吸着剤の温度又は吸着剤の雰囲気相対湿度等に基づいて吸着工程と再生工程とが切り替わる構成であってもよい。

上述の実施形態に係る自然熱回収装置３は、温熱回収のための自然熱源、及び冷熱回収のための自然熱源がそれぞれ１種類であった。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、複数の自然熱源を併用してもよい。

なお、複数の自然熱源の供給可能な温度域が互いに異なる場合には、必要とする除加湿能力に応じて、そら複数の自然熱源の中からいずれの自然熱源を用いて乾燥剤に熱を供給するかを決定する熱源制御処理を制御部１０に設けてもよい。

上述の実施形態に係る制御部１０は、「温度条件判定処理」及び「消費エネルギー算出処理」を実行した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、いずれか一方の処理、又は両方の処理を廃止してもよい。

なお、両方の処理を廃止した場合には、制御部１０は、例えば、その時の最大回収熱量Ｑｎと生成熱量Ｑｓとの和が必要熱量Ｑｄとなるように熱源装置４を制御してもよい。
上述に実施形態では、サーバ室用の除加湿装置に本発明を適用した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の除加湿装置にも適用できる。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

１… 除加湿装置
２… 吸着器
３… 自然熱回収装置
４… 熱源装置

Claims (7)

1. 水分を吸着又は放出する乾燥剤を用いた除加湿装置であって、除湿運転及び加湿運転のうち少なくとも一方の運転（以下、除加湿運転という。）が可能な除加湿装置において、
   乾燥剤を有し、乾燥剤と当該乾燥剤を加熱又は冷却するための流体とが熱交換可能な吸着器と、
   自然界から温熱又は冷熱を回収し、その回収した温熱又は冷熱（以下、当該温熱又は冷熱を自然熱という。）を前記流体に付与可能な自然熱回収装置と、
   電気エネルギー又は化石燃料の供給を受けて温熱又は冷熱を生成し、その生成した温熱又は冷熱（以下、当該温熱又は冷熱を生成熱という。）を前記流体に供給する熱源装置と、
   前記流体に与える自然熱又は生成熱を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記除加湿運転に必要な「温熱量及び冷熱量」を算出する必要熱量算出処理、
   前記自然熱回収装置にて回収可能な自然熱の熱量を算出する回収熱量算出処理、並びに
   前記必要熱量算出処理により算出された必要熱量、及び前記回収熱量算出処理により算出された回収熱量に基づいて、少なくとも前記自然熱回収装置及び前記熱源装置のうちいずれの装置にて前記流体を加熱又は冷却すべきかを判定する稼働装置判定処理
   を実行することが可能であることを特徴とする除加湿装置。
2. 前記制御部は、前記稼働装置判定処理において、前記必要熱量及び前記回収熱量を利用して前記熱源装置で生成すべき生成熱の熱量を算出する熱源熱量算出処理を実行することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の除加湿装置。
3. 前記制御部は、前記自然熱回収装置により加熱又は冷却された前記流体の温度が、予め設定された温度条件を満たすか否かを判定する温度条件判定処理が実行可能であり、
   前記制御部は、前記稼働装置判定処理において、前記温度条件判定処理にて前記温度条件を満たすと判定された場合に、前記自然熱回収装置にて前記流体を加熱又は冷却できる状態であると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の除加湿装置。
4. 前記制御部は、
   前記自然熱回収装置が前記必要熱量と同量の自然熱を回収する際に必要とする消費エネルギー（以下、甲種消費エネルギーという。）、前記熱源装置が前記必要熱量と同量の生成熱を生成する際に必要とする消費エネルギー（以下、乙種消費エネルギーという。）、並びに前記自然熱回収装置及び前記熱源装置が協働して前記必要熱量と同量の生成熱を生成する際に必要とする消費エネルギー（以下、丙種消費エネルギーという。）を算出する消費エネルギー算出処理が実行可能であり、
   前記制御部は、前記稼働装置判定処理において、前記甲種消費エネルギー、前記乙種消費エネルギー及び前記丙種消費エネルギーを比較し、消費エネルギーが小さくなるように前記流体を加熱又は冷却するための装置を決定可能であることを特徴とする請求項２に記載の除加湿装置。
5. 前記吸着器は、少なくとも２つ吸着器を有して構成されているとともに、それら２つの吸着器のうち一方の吸着器に冷却された前記流体が供給されているときには、他方の吸着器に加熱された前記流体が供給されており、
   前記自然熱回収装置は、前記一方の吸着器に自然熱を供給する第１自然熱回収装置、前記他方の吸着器に自然熱を供給する第２自然熱回収装置を有して構成され、
   前記熱源装置は、前記一方の吸着器に生成熱を供給する第１熱源装置、前記他方の吸着器に生成熱を供給する第２熱源装置を有して構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の除加湿装置。
6. 前記自然熱回収装置は、地中に埋設された採熱器を有して構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の除加湿装置。
7. 前記自然熱回収装置は、太陽熱を回収する集熱器を有して構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の除加湿装置。

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