JP6616973B2 - 排熱利用型除湿システム - Google Patents

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本発明は、加熱空気を除湿機構に供給して除湿剤の除湿機能を再生しつつ、除湿機構を利用して作られた除湿空気を除湿空調空間に給気する排熱利用型除湿システムに関する。
除湿空気を作る除湿処理ゾーンと、除湿機能を再生する除湿機能再生ゾーンと、除湿剤を有して除湿処理ゾーンおよび除湿機能再生ゾーンに配置された除湿機構と、除湿機構の上流側における除湿機能再生ゾーンに配置され、ヒートポンプを利用して除湿機構に給気する空気を加熱する第1熱交換機構と、除湿機能再生ゾーンに位置する除湿機構の下流側に配置された第2熱交換機構とを備え、第1熱交換機構によって所定温度に加熱された加熱空気を除湿機能再生ゾーンに位置する除湿機構に給気して除湿剤の除湿機能を再生しつつ、除湿処理ゾーンに位置する除湿機構を利用して作られた除湿空気を除湿空調空間に給気する除湿システムが開示されている(特許文献1参照)。
この除湿システムでは、第2熱交換機構が所定の冷媒を利用して除湿機能再生ゾーンの除湿機構を通流した排気空気の排熱を回収し、第2熱交換機構によって回収された排熱を冷媒を利用して第2熱交換機構から第1熱交換機構に供給し、第1熱交換機構においてその排熱を空気の加熱に利用する。第2熱交換機構において、排気空気の排熱が回収されることで排気空気の温度が低下すると同時に、排気空気の除湿が行われ、排気空気の湿度が低下する。温度および湿度が低下した排気空気は、屋外に排気される。
特願2014−0192217号
前記特許文献1に開示の除湿システムでは、ヒーターと併用する第1熱交換機構による加熱でヒーターの省エネが図られる。しかし、第2熱交換機構において排熱が回収された排気空気がそのまま屋外に排気され、温度および湿度が低い排気空気が再利用されることはなく、第1熱交換機構に外気を給気し、外気を第1熱交換機構によって加熱して加熱空気を作り、または、外気の温度や湿度を調節する外気調和機を第1熱交換機構の上流側に設置し、その外気調和機によって所定の温度および湿度に調節された外気を第1熱交換機構に給気し、温度および湿度に調節された外気を第1熱交換機構によって加熱して加熱空気を作るから、外気調和機の負荷を軽減することができず、システムの省エネルギー化を図ることができない。この除湿システムは、第1熱交換機構に外気を常時給気しなければならず、外気を利用せずに閉じたルートを循環する加熱空気や排気空気によって稼働する循環式の除湿システムを実現することができない。
本発明の目的は、第2熱交換機構によって温度および絶対湿度が低下した排気空気を再利用することができ、外気調和機の負荷を低減させて省エネルギー化を図ることができる排熱利用型除湿システムを提供することにある。本発明の他の目的は、閉じたルートを循環する空気によって稼働する循環式の排熱利用型除湿システムを提供することにある。
前記課題を解決するための本発明の前提は、除湿空気を作る除湿処理ゾーンと、除湿機能を再生する除湿機能再生ゾーンと、除湿剤を有して除湿処理ゾーンおよび除湿機能再生ゾーンに配置された除湿機構と、除湿処理ゾーンの上流側に位置して除湿処理ゾーンに連結された処理側上流ダクトと、除湿処理ゾーンの下流側に位置して除湿処理ゾーンに連結された処理側下流ダクトと、除湿機能再生ゾーンの上流側に位置して除湿機能再生ゾーンに連結された再生側上流ダクトと、除湿機能再生ゾーンの下流側に位置して除湿機能再生ゾーンに連結された再生側下流ダクトと、除湿機能再生ゾーンに位置する除湿機構の上流側に配置され、ヒートポンプを利用して除湿機構に給気する空気を加熱する第1熱交換機構と、除湿機能再生ゾーンに位置する除湿機構の下流側に配置され、所定の冷媒を利用して除湿機能再生ゾーンの除湿機構を通流した所定温度の排気空気の排熱を回収しつつ第1熱交換機構と熱交換を行う第2熱交換機構とを備え、第2熱交換機構によって回収された排熱を第1熱交換機構における空気の加熱に利用するとともに、第1熱交換機構によって所定温度に加熱された加熱空気を除湿機能再生ゾーンに位置する除湿機構に給気して除湿剤の除湿機能を再生しつつ、除湿処理ゾーンに位置する除湿機構によって作られた除湿空気を除湿空調空間に給気する排熱利用型除湿システムである。
前記前提における本発明の排熱利用型除湿システムの第1の特徴は、
排熱利用型除湿システムが、第1熱交換機構の上流側に延びる再生側上流ダクトと第2熱交換機構の下流側に延びる再生側下流ダクトとを連結し、除湿機能再生ゾーンの除湿機構を通流した排気空気を再生側下流ダクトから再生側上流ダクトに環流させる排気空気環流ダクトと、排気空気環流ダクトの下流側に延びる再生側下流ダクトに設置されて再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を調節する第1ダンパと、排気空気環流ダクトに設置されて排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を調節する第2ダンパと、第2熱交換機構と排気空気環流ダクトとの間に延びる再生側下流ダクトに設置されて排気空気の温度を測定する第1温度センサと、第1熱交換機構と除湿機構との間に延びる再生側上流ダクトに設置され、第1熱交換機構によって所定温度に加熱された加熱空気を加熱するヒーターとを含み、排熱利用型除湿システムが、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、第1ダンパの開度を所定の開度に保持して再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を所定の流量に保持するとともに、第2ダンパの開度を大きくして排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を多くする第1循環運転と、第1ダンパの開度を全閉にして再生側下流ダクトからの排気空気の排気を遮断し、第2ダンパの開度を全開にして排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を最大にする第2循環運転とのうちのいずれかを実施し、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、第1ダンパの開度を所定の開度に保持して再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を所定の流量に保持するとともに、第2ダンパの開度を小さくして排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を少なくする第3循環運転を実施し、排熱利用型除湿システムの起動時では、第2ダンパの開度を全閉にして排気空気環流ダクトにおける排気空気の通流を遮断し、第1ダンパの開度を全開にして再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を最大にしつつシステムを起動する排気環流スタンバイ運転を実施し、排気環流スタンバイ運転では、ヒートポンプユニットの仕事量の増減と、ヒーターの発停と、ヒーターの熱量の増減とのうちの少なくとも1つを行うことで、加熱空気の測定温度が設定温度になるように加熱空気の温度を調節し、排熱利用型除湿システムでは、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、第1および第2循環運転のうちのいずれかを実施し、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、第3循環運転を実施することにある。
前記第1の特徴を有する本発明の排熱利用型除湿システムの一例としては、排熱利用型除湿システムが、冷媒を第1熱交換機構と第2熱交換機構とに環流させる冷媒環流管と、冷媒環流管に接続されて冷媒を第2熱交換機構に通流させずに冷媒を第1熱交換機構に環流させる冷媒バイパス管と、第2熱交換機構に通流させる冷媒の流量と冷媒バイパス管に通流させる冷媒の流量とを調節する弁機構と、第2熱交換機構における冷媒流出口と冷媒バイパス管との間に延びる冷媒環流管に設置され、第2熱交換機構の冷媒流出口から流出した冷媒の温度を測定する第2温度センサとを含み、排熱利用型除湿システムでは、第1〜第3循環運転のいずれかを実施中に、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持しつつ、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を少なくするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くし、第1〜第3循環運転のいずれかを実施中に、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持しつつ、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を多くするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくする。
前記第1の特徴を有する本発明の排熱利用型除湿システムの他の一例として、排熱利用型除湿システムでは、排気環流スタンバイ運転を実施中に、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を少なくするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くし、排気環流スタンバイ運転を実施中に、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を多くするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくし、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、弁機構における冷媒の流量を一定に保持しつつ第1循環運転または第2循環運転を実施し、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、弁機構における冷媒の流量を一定に保持しつつ第3循環運転を実施する。
前記前提における本発明の排熱利用型除湿システムの第2の特徴は、排熱利用型除湿システムが、第1熱交換機構の上流側に延びる再生側上流ダクトと第2熱交換機構の下流側に延びる再生側下流ダクトとを連結し、除湿機能再生ゾーンの除湿機構を通流した排気空気を再生側下流ダクトから再生側上流ダクトに環流させる排気空気環流ダクトと、除湿処理ゾーンに位置する除湿機構と第1熱交換機構の上流側に延びる再生側上流ダクトとに連結され、除湿処理ゾーンの除湿機構のパージ領域を通流した所定温度のパージ空気を除湿機構から再生側上流ダクトに導入させるパージ空気導入ダクトと、除湿機能再生ゾーンと第2熱交換機構との間に延びる再生側下流ダクトに連結された空気排気ダクトと、排気空気環流ダクトの下流側に延びる再生側下流ダクトに設置されて再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を調節する第1ダンパと、排気空気環流ダクトに設置されて排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を調節する第2ダンパと、空気排気ダクトに設置されて空気排気ダクトから排気する空気の流量を調節する第3ダンパと、第2熱交換機構と排気空気環流ダクトとの間に延びる再生側下流ダクトに設置されて排気空気の温度を測定する第1温度センサとを含み、排熱利用型除湿システムが、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、第1ダンパの開度を全閉にするとともに第3ダンパの開度を所定の開度に保持して空気排気ダクトから排気する空気の流量を所定の流量に保持しつつ、第2ダンパの開度を大きくして排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を多くする第1循環運転を実施し、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、第1ダンパの開度を全閉にするとともに第3ダンパの開度を所定の開度に保持して空気排気ダクトから排気する空気の流量を所定の流量に保持しつつ、第2ダンパの開度を小さくして排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を少なくする第2循環運転を実施することにある。
前記第2の特徴を有する本発明の排熱利用型除湿システムの一例としては、排熱利用型除湿システムが、第2ダンパの開度を全閉にして排気空気環流ダクトにおける排気空気の通流を遮断し、第3ダンパの開度を全閉にするとともに第1ダンパの開度を全開にして再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を最大にしつつシステムを起動する排気環流スタンバイ運転を含み、排熱利用型除湿システムでは、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、第1循環運転を実施し、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、第2循環運転を実施する。
前記第2の特徴を有する本発明の排熱利用型除湿システムの他の一例としては、排熱利用型除湿システムが、冷媒を第1熱交換機構と第2熱交換機構とに環流させる冷媒環流管と、冷媒環流管に接続されて冷媒を第2熱交換機構に通流させずに冷媒を第1熱交換機構に環流させる冷媒バイパス管と、第2熱交換機構に通流させる冷媒の流量と冷媒バイパス管に通流させる冷媒の流量とを調節する弁機構と、第2熱交換機構における冷媒流出口と冷媒バイパス管との間に延びる冷媒環流管に設置され、第2熱交換機構の冷媒流出口から流出した冷媒の温度を測定する第2温度センサとを含み、排熱利用型除湿システムでは、第1循環運転と第2循環運転とのいずれかを実施中に、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持しつつ、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を少なくするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くし、第1循環運転と第2循環運転とのいずれかを実施中に、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持しつつ、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を多くするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくする。
前記第2の特徴を有する本発明の排熱利用型除湿システムの他の一例として、排熱利用型除湿システムでは、排気環流スタンバイ運転を実施中に、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を少なくするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くし、排気環流スタンバイ運転を実施中に、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を多くするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくし、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、弁機構における冷媒の流量を一定に保持しつつ第1循環運転を実施し、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、弁機構における冷媒の流量を一定に保持しつつ第2循環運転を実施する。
前記第2の特徴を有する本発明の排熱利用型除湿システムの他の一例としては、排熱利用型除湿システムが、第1熱交換機構と前記除湿機構との間に設置され、第1熱交換機構によって所定温度に加熱された加熱空気を加熱するヒーターを含む。
前記第1および第2の特徴を有する本発明の排熱利用型除湿システムの一例としては、第2熱交換機構がコイルユニットであり、コイルユニットが排気空気の排熱を回収しつつ排気空気を除湿する。
前記第1および第2の特徴を有する本発明の排熱利用型除湿システムの他の一例としては、排熱利用型除湿システムが、除湿処理ゾーンの除湿機構と除湿機能再生ゾーンの除湿機構とに給気する外気を除湿しつつその外気の温度を調節する外気調和機を含む。
前記第1および第2の特徴を有する本発明の排熱利用型除湿システムの他の一例としては、除湿機構がデシカントローターであり、冷媒が水またはブラインである。
第1の特徴を有する本発明の排熱利用型除湿システムによれば、第1熱交換機構の上流側に延びる再生側上流ダクトと第2熱交換機構の下流側に延びる再生側下流ダクトとを排気空気環流ダクトによって連結し、第2熱交換機構によって温度が低下しつつ除湿された低温度かつ低湿度の排気空気を第1熱交換機構の上流側に延びる再生側上流ダクトに流入させるとともに、その排気空気を第1熱交換機構に流入させ、その排気空気を第1熱交換機構によって再び加熱して加熱空気を作り、その加熱空気によって除湿剤の除湿機能を再生させるから、第2熱交換機構によって温度および湿度が低下した排気空気を再利用することができ、システムの省エネルギー化を図ることができる。排熱利用型除湿システムは、低湿度の排気空気を加熱した加熱空気を除湿機構に給気することで除湿剤の除湿機能を十分に再生させることができ、除湿機構によって作られた除湿空気を除湿空調空間に給気することができる。第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、第1ダンパの開度を所定の開度に保持して再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を所定の流量に保持するとともに、第2ダンパの開度を大きくして排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を多くする第1循環運転を行う排熱利用型除湿システムは、排気空気の測定温度が設定温度以下になっていることで、その排気空気の温度および湿度の低い状態が維持され、排気空気の温度や湿度が良好であり、良好な温度および湿度の多量の排気空気を第1熱交換機構に環流させて湿度の低い加熱空気を作ることができるから、第1熱交換機構の負荷を軽減することができ、システムの省エネルギー化を図ることができる。第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、第1ダンパの開度を全閉にして再生側下流ダクトからの排気空気の排気を遮断し、第2ダンパの開度を全開にして排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を最大にする第2循環運転を行う排熱利用型除湿システムは、排気空気の測定温度が設定温度以下になっていることで、その排気空気の温度および湿度の低い状態が維持され、排気空気の温度や湿度が良好であり、良好な温度および湿度の全ての排気空気を第1熱交換機構に流入させて湿度の低い加熱空気を作ることができるから、第1熱交換機構の負荷を軽減することができ、システムの省エネルギー化を図ることができるのみならず、第1熱交換機構と除湿機構と第2熱交換機構とを循環する排気空気および加熱空気によって稼働する循環式の除湿システムを実現することができる。第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、第1ダンパの開度を所定の開度に保持して再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を所定の流量に保持するとともに、第2ダンパの開度を小さくして排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を少なくする第3循環運転を行う排熱利用型除湿システムは、排気空気の測定温度が設定温度を超過していることで、その排気空気の温度および湿度が高く、その場合に所定の温度および湿度に調節された外気を第1熱交換機構に給気することで、排気空気の温度を設定温度以下に戻すことができ、第1熱交換機構のヒートポンプの負荷を軽減してシステムの省エネルギー化を図りつつ、排気空気の温度を設定温度近傍に安定させることができるとともに、第3循環運転から第1および第2循環運転速のいずれかに速やかに移行させることができる。
排熱利用型除湿システムは、排気環流スタンバイ運転システムの起動運転時に排気空気環流ダクトにおける排気空気の通流を遮断しつつ、第1ダンパの開度を全開にして再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を最大にし、所定の温度および所定の湿度に調節された外気を第1熱交換機構に流入させて加熱空気を作ることで、排気空気の温度を設定温度近傍に安定させることができ、排気環流スタンバイ運転後に第1および第2循環運転や第3循環運転に円滑に移行することができる。
排熱利用型除湿システムは、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になり、第1循環運転を行う場合は、良好な温度および湿度の多量の排気空気を第1熱交換機構に流入させて湿度の低い加熱空気を作ることができるから、第1熱交換機構の負荷を軽減することができ、システムの省エネルギー化を図ることができる。
排熱利用型除湿システムは、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になり、第2循環運転を行う場合は、良好な温度および湿度の多量の排気空気を第1熱交換機構に流入させて湿度の低い加熱空気を作ることができるから、第1熱交換機構の負荷を軽減することができ、システムの省エネルギー化を図ることができるのみならず、第1熱交換機構と除湿機構と第2熱交換機構とを循環する空気によって稼働する循環式の除湿システムを実現することができる。
排熱利用型除湿システムは、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過し、第3循環運転を行う場合は、所定の温度および湿度に調節された外気を第1熱交換機構に給気することで、排気空気の温度を設定温度以下に戻すことができ、第1熱交換機構のヒートポンプの負荷を軽減してシステムの省エネルギー化を図りつつ、排気空気の温度を設定温度近傍に安定させることができるとともに、第3循環運転から第1および第2循環運転速のいずれかに速やかに移行させることができる。
排熱利用型除湿システムは、第1熱交換機構によって所定温度に加熱された加熱空気を加熱するヒーターを含み、そのヒーターを利用して所定温度に加熱された加熱空気をさらに加熱するから、外気の温度が低い冬期のようにヒートポンプの蒸発器に供給する熱量が少ない状態であっても除湿機構に給気する空気を十分に加熱することができ、その加熱空気を利用して除湿剤の除湿機能を確実に再生させることができる。
冷媒環流管や冷媒バイパス管、弁機構、第2温度センサを含み、第1〜第3循環運転のいずれかを実施中に、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持しつつ、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を少なくするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くし、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持しつつ、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を多くするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくする排熱利用型除湿システムは、第1〜第3循環運転のいずれかを実施中に冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くすることで、第2熱交換機構における温度調節機能や除湿機能を最大限に利用することができるとともに、第2熱交換機構によって排気空気の温度および湿度を確実に低下させることができ、第2熱交換機構によって温度および湿度が低下した排気空気を効率的に再利用することができる。排熱利用型除湿システムは、第1〜第3循環運転のいずれかを実施中に冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくするから、ヒートポンプを利用した第1熱交換機構の加熱能力が下がり、たとえば、除湿剤の除湿機能の再生温度が低い場合に加熱空気の温度を低くすることができ、第1熱交換機構において消費されるエネルギーを抑えつつ除湿剤の除湿機能を回復させることができる。排熱利用型除湿システムは、弁機構を調節して冷媒の流量を調節する場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持するから、弁機構の調節中に各ダンパの開度を変化させる場合と比較し、弁機構の調節制御と各ダンパの調節制御とを協調させることができる。
排気環流スタンバイ運転を実施中に、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を少なくするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くし、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を多くするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくし、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、弁機構における冷媒の流量を一定に保持しつつ第1循環運転または第2循環運転を行い、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、弁機構における冷媒の流量を一定に保持しつつ第3循環運転を行う排熱利用型除湿システムは、排気環流スタンバイ運転を実施中に冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くすることで、第2熱交換機構における温度調節機能や除湿機能を最大限に利用することができるから、第2熱交換機構によって排気空気の温度および湿度を確実に低下させることができるとともに、排気空気の温度を設定温度近傍に速やかに安定させることができ、排気環流スタンバイ運転後に第1および第2循環運転や第3循環運転に円滑に移行することができる。排熱利用型除湿システムは、排気環流スタンバイ運転を実施中に冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくすることで、ヒートポンプを利用した第1熱交換機構の加熱能力が下がり、たとえば、除湿剤の除湿機能の再生温度が低い場合に加熱空気の温度を低くすることができ、第1熱交換機構において消費されるエネルギーを抑えつつ除湿剤の除湿機能を回復させることができる。排熱利用型除湿システムは、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1〜第3循環運転のいずれかを行う場合、弁機構による流量調節で第2熱交換機構における冷媒の流量を一定に保持するから、第1〜第3循環運転の実施中に弁機構における冷媒の流量を変化させる場合と比較し、弁機構の調節制御と各ダンパの調節制御とを協調させることができる。
第2の特徴を有する本発明の排熱利用型除湿システムによれば、第1熱交換機構の上流側に延びる再生側上流ダクトと第2熱交換機構の下流側に延びる再生側下流ダクトとを排気空気環流ダクトによって連結し、第2熱交換機構によって温度が低下しつつ除湿された低温度かつ低湿度の排気空気を第1熱交換機構の上流側に延びる再生側上流ダクトに流入させるとともに、その排気空気を第1熱交換機構に流入させ、その排気空気を第1熱交換機構によって再び加熱して加熱空気を作り、その加熱空気によって除湿剤の除湿機能を再生させるから、第2熱交換機構によって温度および湿度が低下した排気空気を再利用することができ、第1熱交換機構の負荷を軽減することができるとともに、システムの省エネルギー化を図ることができる。排熱利用型除湿システムは、低湿度の排気空気を加熱した加熱空気を除湿機構に給気することで除湿剤の除湿機能を十分に再生させることができ、除湿機構によって作られた除湿空気を除湿空調空間に給気することができる。第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、第1ダンパの開度を全閉にするとともに第3ダンパの開度を所定の開度に保持して空気排気ダクトから排気する空気の流量を所定の流量に保持しつつ、第2ダンパの開度を大きくして排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を多くする第1循環運転を行う排熱利用型除湿システムは、排気空気の測定温度が設定温度以下になっていることで、その排気空気の温度および湿度の低い状態が維持され、排気空気の温度や湿度が良好であり、パージ空気分を除いた良好な温度および湿度の全ての排気空気を第1熱交換機構に環流させて湿度の低い加熱空気を作ることができるから、第1熱交換機構の負荷を軽減することができ、システムの省エネルギー化を図ることができるのみならず、第1熱交換機構と除湿機構と第2熱交換機構とを循環する排気空気および加熱空気によって稼働する循環式の除湿システムを実現することができる。第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、第1ダンパの開度を全閉にするとともに第3ダンパの開度を所定の開度に保持して空気排気ダクトから排気する空気の流量を所定の流量に保持しつつ、第2ダンパの開度を小さくして排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を少なくする第2循環運転を行う排熱利用型除湿システムは、排気空気の測定温度が設定温度を超過していることで、その排気空気の温度および湿度が高く、その場合に所定の温度および湿度に調節された外気を第1熱交換機構に給気することで、排気空気の温度を設定温度以下に戻すことができ、第1熱交換機構のヒートポンプの負荷を軽減してシステムの省エネルギー化を図りつつ、排気空気の温度を設定温度近傍に安定させることができるとともに、第2循環運転から第1循環運転速に速やかに移行させることができる。
第2ダンパの開度を全閉にして排気空気環流ダクトにおける排気空気の通流を遮断し、第3ダンパの開度を全閉にするとともに第1ダンパの開度を全開にして再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を最大にしつつシステムを起動する排気環流スタンバイ運転を含み、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、第1循環運転を実施し、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、第2循環運転を実施する排熱利用型除湿システムは、排気環流スタンバイ運転時に排気空気環流ダクトにおける排気空気の通流や空気排気ダクトにおける空気の通流を遮断しつつ、第1ダンパの開度を全開にして再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を最大にし、所定の温度および所定の湿度に調節された外気を第1熱交換機構に流入させて加熱空気を作ることで、排気空気の温度を設定温度近傍に安定させることができ、排気環流スタンバイ運転後に第1循環運転や第2循環運転に円滑に移行することができる。排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になり、第1循環運転を行う場合は、パージ空気分を除いた良好な温度および湿度の全ての排気空気を第1熱交換機構に流入させて湿度の低い加熱空気を作ることができるから、第1熱交換機構の負荷を軽減することができ、システムの省エネルギー化を図ることができるのみならず、第1熱交換機構と除湿機構と第2熱交換機構とを循環する加熱空気や排気空気によって稼働する循環式の除湿システムを実現することができる。排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過し、第2循環運転を行う場合は、所定の温度および湿度に調節された外気を第1熱交換機構に給気することで、排気空気の温度を設定温度以下に戻すことができ、第1熱交換機構のヒートポンプの負荷を軽減してシステムの省エネルギー化を図りつつ、排気空気の温度を設定温度近傍に安定させることができ、第2循環運転から第1循環運転速に速やかに移行させることができる。
冷媒環流管や冷媒バイパス管、弁機構、第2温度センサを含み、第1循環運転と第2循環運転とのいずれかを実施中に、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持しつつ、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を少なくするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くし、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持しつつ、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を多くするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくする排熱利用型除湿システムは、第1および第2循環運転のいずれかを実施中に冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くすることで、第2熱交換機構における温度調節機能や除湿機能を最大限に利用することができるとともに、第2熱交換機構によって排気空気の温度および湿度を確実に低下させることができ、第2熱交換機構によって温度および湿度が低下した排気空気を効率的に再利用することができる。排熱利用型除湿システムは、第1および第2循環運転のいずれかを実施中に冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくするから、ヒートポンプを利用した第1熱交換機構の加熱能力が下がり、たとえば、除湿剤の除湿機能の再生温度が低い場合に加熱空気の温度を低くすることができ、第1熱交換機構において消費されるエネルギーを抑えつつ除湿剤の除湿機能を回復させることができる。排熱利用型除湿システムは、弁機構を調節して冷媒の流量を調節する場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持するから、弁機構の調節中に各ダンパの開度を変化させる場合と比較し、弁機構の調節制御と各ダンパの調節制御とを協調させることができる。
排気環流スタンバイ運転を実施中に、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を少なくするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くし、第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、弁機構を調節して冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を多くするとともに、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくし、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、弁機構における冷媒の流量を一定に保持しつつ第1循環運転を実施し、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、弁機構における冷媒の流量を一定に保持しつつ第2循環運転を実施する排熱利用型除湿システムは、排気環流スタンバイ運転を実施中に冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くすることで、第2熱交換機構における温度調節機能や除湿機能を最大限に利用することができるから、第2熱交換機構によって排気空気の温度および湿度を確実に低下させることができるとともに、排気空気の温度を設定温度近傍に速やかに安定させることができ、排気環流スタンバイ運転後に第1循環運転や第2循環運転に円滑に移行することができる。排熱利用型除湿システムは、排気環流スタンバイ運転を実施中に冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくすることで、ヒートポンプを利用した第1熱交換機構の加熱能力が下がり、たとえば、除湿剤の除湿機能の再生温度が低い場合に加熱空気の温度を低くすることができ、第1熱交換機構において消費されるエネルギーを抑えつつ除湿剤の除湿機能を回復させることができる。排熱利用型除湿システムは、排気環流スタンバイ運転を実施してから第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、第1循環運転と第2循環運転とのいずれかを行う場合、弁機構による流量調節で第2熱交換機構における冷媒の流量を一定に保持するから、第1および第2循環運転の実施中に弁機構における冷媒の流量を変化させる場合と比較し、弁機構の調節制御と各ダンパの調節制御とを協調させることができる。
第1熱交換機構と除湿機構との間に設置され、第1熱交換機構によって所定温度に加熱された加熱空気を加熱するヒーターを含む排熱利用型除湿システムは、ヒーターを利用して所定温度に加熱された加熱空気をさらに加熱するから、外気の温度が低い冬期のようにヒートポンプの蒸発器に供給する熱量が少ない状態であっても除湿機構に給気する空気を十分に加熱することができ、その加熱空気を利用して除湿剤の除湿機能を確実に再生させることができる。
第2熱交換機構がコイルユニットであり、コイルユニットが排気空気の排熱を回収しつつ排気空気を除湿する排熱利用型除湿システムは、コイルユニットによって排気空気の温度や湿度を確実に低下させることができるから、低温度かつ低湿度の排気空気を第1熱交換機構の上流側に延びる再生側上流ダクトに流入させるとともに、その排気空気を第1熱交換機構に流入させ、その排気空気を第1熱交換機構によって加熱して低湿度の加熱空気を作ることができ、その加熱空気によって除湿剤の除湿機能を確実に再生させることができる。排熱利用型除湿システムは、除湿機能再生ゾーンの除湿機構を通流するとともにコイルユニットによって温度および湿度が低下した排気空気を再利用することができ、第1熱交換機構の負荷を軽減することができるとともに、システムの省エネルギー化を図ることができる。
除湿処理ゾーンの除湿機構と除湿機能再生ゾーンの除湿機構とに給気する外気を除湿しつつその外気の温度を調節する外気調和機を含む排熱利用型除湿システムは、第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、排気空気環流ダクトに通流させる排気空気の流量が多くし、外気調和機によって所定の温度および湿度に調節された外気の第1熱交換機構への給気が少なくなり、または、外気調和機によって所定の温度および湿度に調節された外気の第1熱交換機構への給気が停止することで、気調和機の負荷を軽減することができ、外気調和機において消費されるエネルギーを低減させることでシステムの省エネルギー化を図ることができる。排熱利用型除湿システムは、第1温度センサが測定した前記排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、外気調和機を利用して所定の温度および湿度に調節された外気を第1熱交換機構に流入させて加熱空気を作ることで、排気空気の温度を設定温度近傍に安定させることができ、排気環流スタンバイ運転後に各循環運転に円滑に移行することができる。
除湿機構がデシカントローターであり、冷媒が水またはブラインである排熱利用型除湿システムは、デシカントローターを利用して空気に含まれる湿気を除去した除湿空気を確実に作ることができ、その除湿空気を除湿空調空間に給気することができる。排熱利用型除湿システムは、水またはブラインの冷媒を利用することで、第1熱交換機構と第2熱交換機構との間で確実に熱交換が行われ、第2熱交換機構によって回収された排気空気の排熱を第1熱交換機構における空気の加熱に確実に利用することができる。
一例として示す排熱利用型除湿システムの構成図。 除湿空調空間に対する除湿空気の給気および還気の一例を示す図。 除湿空調空間に対する除湿空気の給気および排気の他の一例を示す図。 排熱利用型除湿システムの排気環流スタンバイ運転を説明する図。 排熱利用型除湿システムの第1循環運転または第3循環運転を説明する図。 排熱利用型除湿システムの第2循環運転を説明する図。 他の一例として示す排熱利用型除湿システムの構成図。 図7の排熱利用型除湿システムの排気環流スタンバイ運転を説明する図。 図7の排熱利用型除湿システムの第1循環運転または第3循環運転を説明する図。 図7の排熱利用型除湿システムの第2循環運転を説明する図。 他の一例として示す排熱利用型除湿システムの構成図。 図11の排熱利用型除湿システムの排気環流スタンバイ運転を説明する図。 図11の排熱利用型除湿システムの第1循環運転または第2循環運転を説明する図。 他の一例として示す排熱利用型除湿システムの構成図。 図14の排熱利用型除湿システムの排気環流スタンバイ運転を説明する図。 図14の排熱利用型除湿システムの第1循環運転または第2循環運転を説明する図。
一例として示す排熱利用型除湿システム10Aの構成図である図1等の添付の図面を参照し、本発明にかかる排熱利用型除湿システムの詳細を説明すると、以下のとおりである。なお、図2は、除湿空調空間35に対する除湿空気の給気および還気の一例を示す図であり、図3は、除湿空調空間35に対する除湿空気の給気および排気の他の一例を示す図である。図1では、除湿空調空間35の図示を省略し、図2,3では、デシカント空調機11の構成機器の図示を省略している。
排熱利用型除湿システム10A(後記する排熱利用型除湿システム10B〜10Dを含む)は、湿度が低い除湿空気(低露点空気を含む)を作り、その除湿空気をリチウム電池製造工場や製薬工場、クリーンルーム、環境試験室、食品加工工場、半導体製造工場、機械製品倉庫等の除湿空気を必要とする除湿空調空間35(図2,3参照)に給気する。排熱利用型除湿システム10Aは、デシカント空調機11、第1熱交換機構12、ヒーター13、第2熱交換機構14、外気調和機15、コントローラ16を備えている。
デシカント空調機11は、デシカントローター17(除湿機構)と、デシカントローター17を利用して除湿空気を作る除湿処理ゾーン18と、デシカントローター17(除湿剤)の除湿機能を再生する除湿機能再生ゾーン19とを有する。デシカントローター17は、除湿処理ゾーン18と除湿機能再生ゾーン19とに配置されている。デシカントローター17は、円筒筐体の内部にシリカゲル剤やゼオライト剤等の除湿剤(図示せず)が収容され、デシカント空調機11の内部において一方向へ回転し、除湿処理ゾーン18と除湿機能再生ゾーン19とを繰り返し移動する。
デシカントローター17は、除湿処理ゾーン18に位置する部分が除湿域20になり、除湿機能再生ゾーン19に位置する部分が放湿域21になる。除湿処理ゾーン18に位置するデシカントローター17の除湿域20では、空気に含まれる湿気を除湿剤に吸着(吸湿)させて除湿空気を作る。除湿機能再生ゾーン19に位置するデシカントローター17の放湿域21では、湿気を吸着した除湿剤に加熱空気を通流させて除湿剤を加熱し、除湿剤から湿気を放出させて除湿剤の除湿機能を再生する。
デシカント空調機11の除湿処理ゾーン18の上流側には、処理側上流ダクト22が設置されている。処理側上流ダクト22は、除湿処理ゾーン18の空気取入口に連結され、除湿処理ゾーン18と建物の外気取入口(図示せず)とにつながっている。処理側上流ダクト22には、建物の除湿空調空間35につながる除湿空間環流ダクト23が連結されている。デシカント空調機11の除湿処理ゾーン18の下流側には、処理側下流ダクト24が設置されている。処理側下流ダクト24は、除湿処理ゾーン18の空気給気口に連結され、除湿処理ゾーン18と建物の除湿空調空間35とにつながっている。
デシカント空調機11の除湿機能再生ゾーン19の上流側には、再生側上流ダクト25が設置されている。再生側上流ダクト25は、除湿機能再生ゾーン19の空気取入口に連結され、除湿機能再生ゾーン19と建物の外気取入口とにつながっている。デシカント空調機11の除湿機能再生ゾーン19の下流側には、再生側下流ダクト26が設置されている。再生側下流ダクト26は、除湿機能再生ゾーン19の空気排気口に連結され、除湿機能再生ゾーン19と建物の排気口(図示せず)とにつながっている。
デシカント空調機11の除湿処理ゾーン18における空気取入口(処理側上流ダクト22)とデシカントローター17との間には、給気用送風機27が設置されている。デシカント空調機11の除湿機能再生ゾーン19におけるデシカントローター17と空気排気口(再生側下流ダクト26)との間には、排気用送風機28が設置されている。再生側上流ダクト25および再生側下流ダクト26には、排気空気環流ダクト29が設置されている。
排気空気環流ダクト29は、第1熱交換機構12の上流側に延びる再生側上流ダクト25に連結されているとともに、第2熱交換機構14の下流側に延びる再生側下流ダクト26に連結されている。排気空気環流ダクト29は、除湿機能再生ゾーン19のデシカントローター17を通流した排気空気を再生側下流ダクト26から再生側上流ダクト25に環流させる。
デシカント空調機11では、給気用送風機27が起動すると、空気が処理側上流ダクト22から空気取入口を通って除湿処理ゾーン18に流入し、空気がデシカントローター17の除湿剤に接触して湿気が吸湿された除湿空気が作られた後、その除湿空気が空気給気口から処理側下流ダクト24に流入する。また、排気用送風機28が起動すると、空気が再生側上流ダクト25から空気取入口を通って除湿機能再生ゾーン19に流入し、第1熱交換機構12やヒーター13によって加熱された加熱空気がデシカントローター17の除湿剤に接触して除湿剤を乾燥させた後、排気空気(加熱空気)が空気排気口から再生側下流ダクト26に流入する。
排気空気環流ダクト29の下流側に延びる再生側下流ダクト26には、第1ダンパ30(第1モーターダンパ)が設置されている。第1ダンパ30は、再生側下流ダクト26から排気する排気空気の流量を調節する。第1ダンパ30は、その制御部(図示せず)が制御信号線31を介してコントローラ16に接続されている。再生側下流ダクト26の近傍に延びる排気空気環流ダクト29には、第2ダンパ32(第2モーターダンパ)が設置されている。第2ダンパ32は、排気空気環流ダクト29を通流する排気空気の流量を調節する。第2ダンパ32は、その制御部(図示せず)が制御信号線31を介してコントローラ16に接続されている。
第2熱交換機構14と排気空気循環ダクト29との間に延びる再生側下流ダクト26には、第1温度センサ33が設置されている。第1温度センサ33は、制御信号線31を介してコントローラ16に接続されている。第1温度センサ33は、再生側下流ダクト26を通流する排気空気の温度を測定し、測定した排気空気の温度(測定温度)をコントローラ16に送信する。デシカントローター17の上流側に位置する除湿機能再生ゾーン18には、温度センサ34が設置されている。温度センサ34は、制御信号線31を介してコントローラ16に接続されている。温度センサ34は、除湿機能再生ゾーン19を通流する加熱空気の温度を測定し、測定した加熱空気の温度(測定温度)をコントローラ16にする。
除湿空調空間35に対する除湿空気の給排気の一例としては、図2に示すように、デシカント空調機11によって作られた除湿空気が処理側下流ダクト24から除湿空調空間35に給気され、除湿空調空間35から排気された環気空気が除湿空間環流ダクト23を通って処理側上流ダクト22に戻される。デシカント空調機11の除湿処理ゾーン18には、除湿空調空間35から排気された環気空気が給気されるとともに、処理側上流ダクト22から取り入れられた外気が給気される。除湿空調空間35に対する除湿空気の給排気の他の一例としては、図3に示すように、除湿空調空間35から排気された空気が処理側上流ダクト22に戻されることなく、室外(外気)に放出される。デシカント空調機11の除湿処理ゾーン18には、処理側上流ダクト22から取り入れられた所定流量の外気が給気される。なお、図2の除湿空気の給排気を例としてシステム10A〜10Dを説明する。
第1熱交換機構12は、デシカントローター17(除湿機能再生ゾーン18)の上流側に配置され、再生側上流ダクト22に設置されている。第1熱交換機構12は、インバーター制御方式のコンプレッサー36(圧縮機)を有するヒートポンプユニット37と熱交換器38とから形成されている。ヒートポンプユニット37は、CO2を冷媒とした冷凍サイクルを構成する。ヒートポンプユニット37は、再生側上流ダクト22の内部に設置された凝縮器39と、熱交換器38の内部に設置された蒸発器40と、膨張弁47とを有する。
ヒートポンプユニット37のコンプレッサー36や凝縮器39、蒸発器40、膨張弁47は、往管41および還管42によって連結されている。ヒートポンプユニット37のコンプレッサー36は、往管41に設置されている。ヒートポンプユニット37は、その制御部(図示せず)が制御信号線31を介してコントローラ16に接続されている。なお、凝縮器39がデシカントローター17の上流側の除湿機能再生ゾーン18(デシカント空調機11の内部)に設置されていてもよい。
熱交換器38には、第1熱交換機構12(ヒートポンプユニット37の蒸発器40)と熱交換する熱交換コイル43が設置されている。熱交換コイル43には、冷媒環流管44が連結されている。冷媒環流管44は、冷媒を熱交換器38の熱交換コイル43と第2熱交換機構14とに環流(冷媒を第1熱交換機構12と第2熱交換機構14とに環流)させる。熱交換コイル43と第2熱交換機構14との間に延びる冷媒環流管44には、冷媒を循環させる循環ポンプ45が設置されている。第2熱交換機構14や熱交換コイル43、冷媒環流管44を通流する冷媒には、水またはブラインが使用されているが、水やブラインとは異なる冷媒を利用することもできる。
ヒーター13は、第1熱交換機構12とデシカント空調17との間に延びる再生側上流ダクト22に設置されている。ヒーター13は、ヒートポンプユニット37の凝縮器39(第1熱交換機構12)によって所定温度に加熱された加熱空気をさらに加熱する。ヒーター13は、凝縮器39における空気の加熱が不十分である場合にその加熱機能を補い、除湿機能再生ゾーン19のデシカントローター17に給気する空気を所定温度(約120〜約130℃)にまで昇温させる。ヒーター13は、その制御部(図示せず)が制御信号線31を介してコントローラ16に接続されている。
第2熱交換機構14は、デシカントローター17(除湿機能再生ゾーン19)の下流側に配置され、再生側下流ダクト26に設置されている。第2熱交換機構14は、熱交換コイルを備えたコイルユニット46であり、そのコイルユニット46が再生側下流ダクト26の内部に設置されている。コイルユニット46には、熱交換器38の熱交換コイル43から延びる冷媒環流管44が連結されている。
なお、コイルユニット46がデシカントローター17の下流側の除湿機能再生ゾーン19(デシカント空調機11の内部)に設置されていてもよい。第2熱交換機構14では、コイルユニット46に流入する冷媒(水やブライン)を利用して再生側下流ダクト26を通流する排気空気(除湿機能再生ゾーン19のデシカントローター17の放湿域21を通流した排気空気)と熱交換を行い、排気空気の熱(排熱)を回収する。
外気調和機15は、外気を所定の温度および所定の湿度に調節して空調空気を作り、その空調空気を再生側上流ダクト25に給気するとともに、空調空気を処理側上流ダクト22に給気する。なお、図1では、外気調和機15が排気空気環流ダクト29の上流側に延びる再生側上流ダクト25と空調空間環流ダクト23の上流側に延びる処理側上流ダクト22とに設置された状態が図示されているが、再生側上流ダクト25と処理側上流ダクト22とに設置された外気調和機15は同一のそれであり、1台の外気調和機15によって再生側上流ダクト25と処理側上流ダクト22とに空調空気を給気する。
コントローラ16は、中央処理装置と記憶装置と記憶領域(ハードディスク等)とを備え、物理的なOS(オペレーティングシステム)によって動作する論理的なコンピュータである。コントローラ16の記憶領域には、デシカントローター17の放湿域21に給気される加熱空気の設定温度(約120〜約130℃)が格納され、第2熱交換機構14(コイルユニット46)の下流側に延びる再生側下流ダクト26を通流する排気空気の設定温度(たとえば、12℃)が格納されている。各設定温度は、任意に設定することができる。コントローラ16は、温度センサ34から送信された加熱空気の測定温度と加熱空気設定温度とを比較し、比較結果に基づいてヒートポンプユニット37のコンプレッサー36の回転数の増減を調節し、ヒーター13の発停を行うとともに、ヒーター13の熱量(出力)の増減を調節する。
コントローラ16がコンプレッサー36の回転数を増加させる回転数増加信号をヒートポンプユニット37の制御部に送ると、ヒートポンプユニット37の制御部がコンプレッサー36の回転数を増加させ、ヒートポンプユニット37の仕事量が増加する。逆に、コントローラ16がコンプレッサー36の回転数を減少させる回転数減少信号をヒートポンプユニット37の制御部に送ると、ヒートポンプユニット37の制御部がコンプレッサー36の回転数を減少させ、ヒートポンプユニット37の仕事量が減少する。
コントローラ16がON信号(起動信号)をヒーター13の制御部に送ると、制御部がヒーター13を稼働させる。コントローラ16がOFF信号(停止信号)をヒーター13の制御部に送ると、制御部が稼働中のヒーター13を停止させる。コントローラ16が熱量増加信号をヒーター13の制御部に送ると、制御部が稼働中のヒーター13の熱量を増加させ、コントローラ16が熱量減少信号をヒーター13の制御部に送ると、制御部が稼働中のヒーター13の熱量を減少させる。
ヒートポンプユニット37の凝縮器39(ヒーター13を含む場合がある)によって除湿機能再生ゾーン19を通る空気が所定温度(約120〜約130℃)に加熱されて加熱空気になり、熱交換コイル43がヒートポンプユニット37の蒸発器39と熱交換することにより、冷媒環流管44から熱交換コイル43に流入した冷媒が所定温度(約7℃)に冷却される。冷却された冷媒は、熱交換コイル43から冷媒環流管44に流入し、冷媒環流管44を通って第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入し、所定温度(約12℃)に昇温される。
図4は、排熱利用型除湿システム10Aの排気環流スタンバイ運転(システム予備運転)を説明する図であり、図5は、排熱利用型除湿システム10Aの第1循環運転または第3循環運転を説明する図である。図6は、排熱利用型除湿システム10Aの第2循環運転を説明する図である。図4〜図6では、除湿空調空間35の図示を省略している。図4〜図6では、ダクト25,26,29やデシカント空調機11における加熱空気や排気空気の流れを矢印A1で示し、ダクト22,23,24やデシカント空調機11における外気や除湿空気、環気空気の流れを矢印A2で示す。
コントローラ16のシステム起動スイッチをONにすると、除湿システム10Aが起動する。除湿システム10Aが起動すると、デシカント空調機11や第1熱交換機構12(ヒートポンプユニット37)、ヒーター13、第2熱交換機構14(コイルユニット46)、外気調和機15、第1および第2ダンパ30,32、各温度センサ33,34、循環ポンプ45が起動する。
デシカント空調機11が起動すると、給気用送風機27や排気用送風機28が起動し、デシカントローター17が一方向へ回転を開始する。ヒートポンプユニット37や循環ポンプ45が稼働すると、冷媒が冷媒環流管44を環流し、冷媒が往管41および還管42を環流する。温度センサ34は、除湿機能再生ゾーン19を通流する加熱空気の温度測定を開始し、測定した加熱空気の測定温度をコントローラ16に送信する。第1温度センサ33は、再生側下流ダクト26を通流する排気空気の温度測定を開始し、測定した排気空気の測定温度をコントローラ16に送信する。
排熱利用型除湿システム10Aでは、その起動時に排気環流スタンバイ運転が実施される。排気環流スタンバイ運転においてコントローラ16は、第1ダンパ30の制御部に開度全開信号を送信し、第2ダンパ32の制御部に開度全閉信号を送信する。開度全開信号を受信した第1ダンパ30の制御部は、第1ダンパ30の旋回羽根を旋回させてダンパ30の空気流路を開放(全開)し、再生側下流ダクト26から排気する排気空気の流量を最大にする。開度全閉信号を受信した第2ダンパ32の制御部は、第2ダンパ32の旋回羽根を旋回させてダンパ32の空気流路を閉鎖(全閉)し、排気空気環流ダクト29への排気空気の流入を遮断する。
排気環流スタンバイ運転では、図4に矢印A1で示すように、外気が外気調和機15に流入し、外気調和機15によって外気の温度と湿度とが調節され、所定の温度と湿度とに調節された空調空気が作られる。空調空気は、再生側上流ダクト25を通って第1熱交換機構12の凝縮器39に流入するとともに、処理側上流ダクト22を通ってデシカント空調機11の除湿処理ゾーン18に流入する。第1熱交換機構12では、ヒートポンプユニット37のコンプレッサー36によって冷媒(CO2)が往管41および還管42(コンプレッサー36、凝縮器39、蒸発器40、膨張弁47)を環流し、凝縮器39によって空調空気が加熱され、所定温度の加熱空気が作られる。
温度センサ34によって測定された加熱空気の測定温度がコントローラ16に送信されると、コントローラ16が加熱空気(デシカントローター17の放湿域21に給気される加熱空気)の測定温度と記憶領域に格納された設定温度(約120℃〜約130℃)とを比較する。コントローラ16は、加熱空気の測定温度が設定温度の範囲内に入るように、ヒートポンプユニット37のコンプレッサー36やヒーター13に対してフィードバック制御またはフィードフォワード制御を行う。コントローラ16は、ヒートポンプユニット37の仕事量を増減させ、または、ヒーター13の発停を行い、あるいは、ヒーター13の熱量(出力)を増減させることで、加熱空気の測定温度が設定温度になるように加熱空気の温度を調節する。
第1熱交換機構12の熱交換機38では、ヒートポンプユニット37の蒸発器40と熱交換コイル43との間で熱交換が行われ、冷媒環流管44から熱交換コイル43に流入した冷媒(約12℃の水またはブライン)が所定温度(約7℃)に冷却されてその冷媒が再び冷媒環流管44に流出し、冷媒環流管44を通って第2熱交換機構14(コイルユニット46)に送られる。第1熱交換機構12(ヒートポンプユニット37の凝縮器39)によって加熱された加熱空気は、除湿機能再生ゾーン19を通って再生ゾーン19に位置するデシカントローター17の放湿域21を通流する。加熱空気が放湿域21を通流する際、デシカントローター17の放湿域21に存在する除湿剤が加熱空気によって加熱され、除湿剤に吸着された湿気が放出されることで、デシカントローター17(除湿剤)の除湿機能が再生(乾燥による吸着性能の回復)する。
デシカントローター17の放湿域21を通流した排気空気(加熱空気)(約80℃)は、除湿機能再生ゾーン19から再生側下流ダクト26に流入し、再生側下流ダクト26を通って屋外(外気)に放出される。排気空気が再生側下流ダクト26を通流するときに、第2熱交換機構12(コイルユニット46)を流動する冷媒と再生側下流ダクト26を通流する排気空気との間で熱交換が行われ、排気空気の排熱が第2熱交換機構12によって回収される。回収された交換熱は、冷媒によって熱交換機38の熱交換コイル43に運ばれる。なお、排気空気は、コイルユニット46によってその温度が低下しつつ除湿され、低温度かつ低湿度の排気空気になる。
外気調和機15によって湿気が除去されるとともに所定温度に冷却された空調空気は、図4に矢印A2で示すように、外気調和機15から処理側上流ダクト22を通ってデシカント空調機11の除湿処理ゾーン18に流入する。除湿処理ゾーン18に流入した空調空気は、除湿処理ゾーン18に位置するデシカントローター17の除湿域20を通流する。空調空気が除湿域20を通流することで、空気の湿気が除湿剤によって除去されて除湿空気(低露点空気を含む)が作られる。
除湿空気は、デシカントローター17の下流側に延びる除湿処理ゾーン18から処理側下流ダクト24に流入し、処理側下流ダクト24を通って除湿空調空間35に給気される。除湿空調空間35に給気された除湿空気は、除湿空調空間35の湿気を含んだ環気空気になる。環気空気は、除湿空調空間35から空間環流ダクト23に流入し、空間環流ダクト23を通って処理側上流ダクト22に流入し、空調空気と混合されて再びデシカントローター17の除湿域20を通流して除湿空気になる。
排熱利用型除湿システム10A(排熱利用型除湿システム10B〜10Dを含む)は、その起動運転時に排気空気環流ダクト29における排気空気の通流を遮断しつつ、第1ダンパ30の開度を全開にして再生側下流ダクト26から排気する排気空気の流量を最大にし、外気調和機15によって所定の温度および所定の湿度に調節された空調空気(外気)を第1熱交換機構12の凝縮器39に流入させて加熱空気を作ることで、排気空気の温度を設定温度近傍に安定させることができ、排気環流スタンバイ運転後に第1および第2循環運転や第3循環運転に円滑に移行することができる。
排熱利用型除湿システム10A(排熱利用型除湿システム10B〜10Dを含む)は、除湿機能再生ゾーン19のデシカントローター17の放湿域21を通流した排気空気の排熱(交換熱)を第2熱交換機構14(コイルユニット46)が冷媒を利用して回収し、第2熱交換機構14によって回収された排熱が冷媒を利用して第2熱交換機構14から熱交換器38に供給され、ヒートポンプユニット37を利用した第1熱交換機構12の蒸発機40と熱交換コイル43との間で熱交換が行われることで、排気空気の排熱が第1熱交換機構12における空気の加熱に利用されるから、デシカントローター17の除湿剤の除湿機能の再生に使用された排気空気の排熱が無駄に捨てられることはなく、排気空気から回収した排熱を利用してヒートポンプユニット37における空気の加熱に再利用することができる。
排熱利用型除湿システム10A排熱利用型除湿システム10B〜10Dを含む)は、排気空気の排熱を第1熱交換機構12における空気の加熱に利用することで、外気の温度が低い冬期であってもヒートポンプユニット37を安定して運転することができるため、デシカントローター17に給気する空気を十分に加熱することができ、その加熱空気を利用してデシカントローター17の除湿剤の除湿機能を確実に再生させることができる。
コントローラ16は、排気環流スタンバイ運転を実施してから所定時間が経過し、第1温度センサ33が測定した排気空気の測定温度が安定した後、第1循環運転〜第3循環運転のうちのいずれかを実施する。コントローラ16は、第1温度センサ33が測定した排気空気の測定温度と記憶領域に格納された排気空気の設定温度とを比較し、排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合(測定温度≦設定温度)、第1循環運転と第2循環運転とのいずれかを実施する。コントローラ16は、排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合(測定温度>設定温度)、第3循環運転を実施する。第1〜第3循環運転では、排気環流スタンバイ運転と同様に、デシカントローター17の除湿域を通流した除湿空気が処理側下流ダクト24を通って除湿空調空間35に給気される。
除湿システム10Aでは、排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合であって、再生側上流ダクト25から所定流量の外気(空調空気)が給気され、その外気の流量の分を再生側下流ダクト26から屋外(外気)に放出する場合に第1循環運転が行われる。第1循環運転においてコントローラ16は、第1ダンパ30の制御部に開度保持信号を送信し、第2ダンパ32の制御部に開度拡大信号を送信する。開度保持信号を受信した第1ダンパ30の制御部は、第1ダンパ30の旋回羽根の旋回を停止し、現状の開度を保持する。第1ダンパ30の空気流路を通過した排気空気(外気の流量の分)は、再生側下流ダクト26を通って屋外に放出される。開度拡大信号を受信した第2ダンパ32の制御部は、第2ダンパ32の旋回羽根を旋回させ、開度を大きくし、排気空気環流ダクト29を通流する排気空気の流量を多くする。
排気空気環流ダクト29に流入した低温度かつ低湿度の多量の排気空気は、図5に矢印A1で示すように、排気空気環流ダクト29を通って再生側上流ダクト25に流入し、外気調和機15によって所定の温度および湿度に調節された少量の空調空気(外気)と混合され、第1熱交換機構12の凝縮器39によって再び加熱されて加熱空気となり、デシカントローター17の放湿域21を通流し、デシカントローター17の除湿剤の除湿機能を再生する。
排熱利用型除湿システム10Aは、第1温度センサ33が測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になり、第1循環運転を行う場合、温度および湿度の低い状態が維持された多量の排気空気を第1熱交換機構12の凝縮器39に環流させて湿度の低い加熱空気を作ることができるから、外気調和機15によって低温度かつ低湿度に調節された多量の外気を第1熱交換機構12に給気する必要はなく、外気調和機15の負荷を軽減することができ、外気調和機15において消費されるエネルギーを低減させることでシステム10Aの省エネルギー化を図ることができる。
除湿システム10Aでは、排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合であって、外気調和機15が停止し、外気の給気が遮断(停止)される場合に第2循環運転が行われる。第2循環運転においてコントローラ16は、第1ダンパ30の制御部に開度全閉信号を送信し、第2ダンパ32の制御部に開度全開信号を送信する。開度全閉信号を受信した第1ダンパ30の制御部は、第1ダンパ30の旋回羽根を旋回させ、開度を全閉にして第1ダンパ30の空気流路を遮断する。開度全開信号を受信した第2ダンパ32の制御部は、第2ダンパ32の旋回羽根を旋回させ、開度を全開にする。
排気空気は、図6に矢印A1で示すように、その全てが排気空気環流ダクト29に流入する。排気空気環流ダクト29に流入した低温度かつ低湿度の全ての排気空気は、排気空気環流ダクト29を通って再生側上流ダクト25に流入し、第1熱交換機構12の凝縮器39によって再び加熱されて加熱空気となり、デシカントローター17の放湿域21を通流し、デシカントローター17の除湿剤の除湿機能を再生する。
排熱利用型除湿システム10Aは、第1温度センサ33が測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になり、第2循環運転を行う場合、温度および湿度の低い状態が維持された全ての排気空気を第1熱交換機構12の凝縮器39に環流させて湿度の低い加熱空気を作ることができるから、外気調和機15によって低温度かつ低湿度に調節された外気を第1熱交換機構12に給気する必要はなく、外気調和機15の負荷を軽減することができ、システム10Aの省エネルギー化を図ることができるのみならず、第1熱交換機構12の凝縮器39とデシカント空調機11(除湿機構)と第2熱交換機構14(コイルユニット46)とを循環する排気空気および加熱空気によって稼働する循環式の除湿システム10Aを実現することができる。
除湿システム10Aでは、排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、第3循環運転が行われる。第3循環運転においてコントローラ16は、第1ダンパ30の制御部に開度保持信号を送信し、第2ダンパ32の制御部に開度縮小信号を送信する。開度保持信号を受信した第1ダンパ30の制御部は、第1ダンパ30の旋回羽根の旋回を停止し、現状の開度を保持する。第1ダンパ30の空気流路を通過した排気空気(外気の流量の分)は、再生側下流ダクト26を通って屋外に放出される。開度縮小信号を受信した第2ダンパ32の制御部は、第2ダンパ32の旋回羽根を旋回させ、開度を小さくし、排気空気環流ダクト29を通流する排気空気の流量を少なくする。
排気空気環流ダクト29に流入した低温度かつ低湿度の少量の排気空気は、図5に矢印A1で示すように、排気空気環流ダクト29を通って再生側上流ダクト25に流入し、外気調和機15によって所定の温度および湿度に調節された多量の空調空気と混合されて第1熱交換機構12の凝縮器39によって再び加熱されて加熱空気となり、デシカントローター17の放湿域21を通流し、デシカントローター17の除湿剤の除湿機能を再生する。
排熱利用型除湿システム10Aは、排気空気の測定温度が設定温度を超過し、第3循環運転を行う場合、温度および湿度が高い少量の排気空気を循環させるとともに、所定の温度および湿度に調節された空調空気(外気)を第1熱交換機構12に給気することで、排気空気の温度を設定温度以下に戻すことができ、第1熱交換機構12のヒートポンプユニット37の負荷を軽減してシステム10Aの省エネルギー化を図りつつ、排気空気の温度を設定温度近傍に安定させることができるとともに、第3循環運転から第1および第2循環運転速のいずれかに速やかに移行させることができる。
排熱利用型除湿システム10A(排熱利用型除湿システム10B〜10Dを含む)は、第1熱交換機構12の上流側に延びる再生側上流ダクト25と第2熱交換機構14の下流側に延びる再生側下流ダクト26とを排気空気環流ダクト29によって連結し、第2熱交換機構14(コイルユニット46)によって温度が低下しつつ除湿された低温度かつ低湿度の排気空気を第1熱交換機構12の上流側に延びる再生側上流ダクト25に流入させるとともに、その排気空気を第1熱交換機構12の凝縮器39に流入させ、その排気空気を第1熱交換機構12によって再び加熱して加熱空気を作り、その加熱空気によって除湿剤の除湿機能を再生させるから、コイルユニット46によって温度および湿度が低下した排気空気を再利用することができ、システム10Aの省エネルギー化を図ることができる。
排熱利用型除湿システム10A(排熱利用型除湿システム10B〜10Dを含む)は、低湿度の排気空気を加熱した加熱空気をデシカント空調機11(除湿機構)に給気することでデシカントローター17の除湿剤の除湿機能を十分に再生させることができ、デシカント空調機11によって作られた除湿空気を除湿空調空間35に給気することができる。
図7は、他の一例として示す排熱利用型除湿システム10Bの構成図であり、図8は、排熱利用型除湿システム10Bの排気環流スタンバイ運転を説明する図である。図9は、排熱利用型除湿システム10Bの第1循環運転または第3循環運転を説明する図であり、図10は、排熱利用型除湿システム10Bの第2循環運転を説明する図である。図7〜図10では、除湿空調空間35の図示を省略している。図8〜図10では、ダクト25,26,29やデシカント空調機11における加熱空気や排気空気の流れを矢印A1で示し、ダクト22,23,24やデシカント空調機11における外気や除湿空気、環気空気の流れを矢印A2で示す。
この排熱利用型除湿システム10Bが図1のそれと異なるところは、冷媒環流管44に冷媒バイパス管48、三方弁49(弁機構)、第2温度センサ50が設置されている点であり、その他の構成は図1の除湿システム10Aのそれらと同一であるから、図1と同一の符号を付すとともに、図1の除湿システム10Aの説明を援用することで、その他の構成についての説明は省略する。
排熱利用型除湿システム10Bは、図1のシステム10Aと同様の、デシカント空調機11、第1熱交換機構12、ヒーター13、第2熱交換機構14、外気調和機15、コントローラ16、処理側上流ダクト22、除湿空間環流ダクト23、処理側下流ダクト24、再生側上流ダクト25、再生側下流ダクト26、排気空気環流ダクト29、第1および第2ダンパ30,32、各温度センサ33,34、熱交換機38,循環ポンプ45を備えている。コントローラ16の記憶領域には、加熱空気の設定温度(約120〜約130℃)や排気空気の設定温度(たとえば、12℃)、冷媒の設定温度(たとえば、12℃)が格納されている。各設定温度は、任意に設定することができる。
冷媒バイパス管48は、第2熱交換機構14(コイルユニット46)の近傍に延びる冷媒環流管44に接続されている。冷媒バイパス管48は、そこを冷媒が通流することで、冷媒をコイルユニット46に通流させずに冷媒を熱交換機38の熱交換コイル43(第1熱交換機構)に環流させる。三方弁49は、コイルユニット46の近傍に延びる冷媒環流管44と冷媒バイパス管48とに設置されている。三方弁49は、コイルユニット46に通流させる冷媒の流量と冷媒バイパス管48に通流させる冷媒の流量とを調節する。三方弁49は、その制御部(図示せず)が制御信号線31を介してコントローラ16に接続されている。
第2温度センサ50は、第2熱交換機構14(コイルユニット46)における冷媒流出口と冷媒バイパス管48との間に延びる冷媒循環管44に設置されている。第2温度センサ50は、制御信号線31を介してコントローラ16に接続されている。第2温度センサ50は、第2熱交換機構14の熱交換コイル46の冷媒流出口から流出した冷媒の温度を測定し、測定した冷媒の温度(測定温度)をコントローラ16に送信する。
コントローラ16のシステム起動スイッチをONにすると、除湿システム10Bが起動する。除湿システム10Bが起動すると、デシカント空調機11や第1熱交換機構12(ヒートポンプユニット37)、ヒーター13、第2熱交換機構14(コイルユニット46)、外気調和機15、第1および第2ダンパ30,32、各温度センサ33,34,50、循環ポンプ45、三方弁49が起動する。給気用送風機27や排気用送風機28が起動し、デシカントローター17が一方向へ回転を開始する。冷媒が冷媒環流管44を環流し、冷媒が往管41および還管42を環流する。温度センサ34が除湿機能再生ゾーン19を通流する加熱空気の温度測定を開始し、第1温度センサ33が再生側下流ダクト26を通流する排気空気の温度測定を開始するとともに、第2温度センサ50がコイルユニット46の冷媒流出口から流出した冷媒の温度測定を開始する。
除湿システム10Bでは、その起動時に排気環流スタンバイ運転(システム予備運転)が実施される。排気環流スタンバイ運転は、図1の除湿システム10Aのそれと同一であり、排気環流スタンバイ運転による効果は、図1の除湿システム10Aのそれと同一である。排気環流スタンバイ運転中の各ダクト25,26における外気や空調空気、加熱空気、排気空気の流れは、図8に矢印A1で示すように、図4のそれと同一である。また、排気環流スタンバイ運転中の各ダクト22〜24における外気や空調空気、除湿空気、環気空気の流れは、図8に矢印A2で示すように、図4のそれと同一である。コントローラ16は、温度センサ34によって測定された加熱空気の測定温度が設定温度の範囲内に入るように、ヒートポンプユニット37のコンプレッサー36やヒーター13に対してフィードバック制御またはフィードフォワード制御を行う。
第1熱交換機構12の熱交換機38では、ヒートポンプユニット37の蒸発器40と熱交換コイル43との間で熱交換が行われ、冷媒環流管44から熱交換コイル43に流入した冷媒(約12℃の水またはブライン)が所定温度(約7℃)に冷却されてその冷媒が再び冷媒環流管44に流出し、冷媒環流管44を通って第2熱交換機構14(コイルユニット46)に送られる。排気空気の排熱がコイルユニット46によって回収され、回収された交換熱が冷媒によって熱交換機38の熱交換コイル43に運ばれる。図1のシステム10Aと同様に、排気空気から回収した排熱がヒートポンプユニット37における空気の加熱に利用される。
コントローラ16は、排気環流スタンバイ運転を実施中に、第2温度センサ50が測定した冷媒の測定温度と記憶領域に格納された冷媒の設定温度とを比較し、第2温度センサ50が測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、三方弁49の制御部に冷媒バイパス管48の側の弁開度の縮小信号を送信し、冷媒環流管44の側の弁開度の拡大信号を送信する。弁開度の縮小信号と拡大信号とを受信した三方弁49の制御部は、冷媒バイパス管48の側の弁開度を小さくして冷媒バイパス管48に流入する冷媒の流量を少なくし、冷媒環流管44の側の弁開度を大きくして第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を多くする。
排熱利用型除湿システム10Bは、排気環流スタンバイ運転を実施中に冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を多くすることで、熱交換コイル46における温度調節機能や除湿機能を最大限に利用することができるから、コイルユニット46によって排気空気の温度および湿度を確実に低下させることができるとともに、排気空気の温度を設定温度近傍に速やかに安定させることができ、排気環流スタンバイ運転後に第1および第2循環運転や第3循環運転に円滑に移行することができる。
コントローラ16は、排気環流スタンバイ運転を実施中に、第2温度センサ50が測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、三方弁49の制御部に冷媒バイパス管48の側の弁開度の拡大信号を送信し、冷媒環流管44の側の弁開度の縮小信号を送信する。弁開度の拡大信号と縮小信号とを受信した三方弁49の制御部は、冷媒バイパス管48の側の弁開度を大きくして冷媒バイパス管48に流入する冷媒の流量を多くし、冷媒環流管44の側の弁開度を小さくして第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を少なくする。
排熱利用型除湿システム10Bは、排気環流スタンバイ運転を実施中に冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を少なくすることで、ヒートポンプユニット37を利用した第1熱交換機構12の加熱能力が下がり、たとえば、デシカントローター17の除湿剤の除湿機能の再生温度が低い場合に加熱空気の温度を低くすることができ、第1熱交換機構12において消費されるエネルギーを抑えつつ除湿剤の除湿機能を回復させることができる。
コントローラ16は、排気環流スタンバイ運転を実施してから所定時間が経過し、第1温度センサ33が測定した排気空気の測定温度が安定した後、第1循環運転〜第3循環運転のうちのいずれかを実施する。コントローラ16は、第1温度センサ33が測定した排気空気の測定温度と記憶領域に格納された排気空気の設定温度とを比較し、排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合(測定温度≦設定温度)、第1循環運転と第2循環運転とのいずれかを実施する。コントローラ16は、排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合(測定温度>設定温度)、第3循環運転を実施する。
第1〜第3循環運転では、排気環流スタンバイ運転と同様に、デシカントローター17の除湿域を通流した除湿空気が処理側下流ダクト24を通って除湿空調空間35に給気される。なお、第1〜第3循環運転の実施中では、三方弁49の弁開度が現状の開度に保持され、三方弁49における冷媒の流量が一定に保持される。したがって、冷媒バイパス管48に流入する冷媒の流量や第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量が一定に保持される。除湿システム10Bは、第1〜第3循環運転のいずれかを行う場合、三方弁49における冷媒の流量を一定に保持するから、第1〜第3循環運転の実施中に三方弁49における冷媒の流量を変化させる場合と比較し、三方弁49(弁機構)の調節制御と各ダンパ30,32の調節制御とを協調させることができる。
第1〜第3循環運転は、図1の除湿システム10Aのそれらと同一であり、第1〜第3循環運転による効果は、図1の除湿システム10Aのそれと同一である。第1循環運転中または第3循環運転中の各ダクト25,26における外気や空調空気、加熱空気、排気空気の流れは、図9に矢印A1で示すように、図5のそれと同一である。また、第1循環運転中または第3循環運転中の各ダクト22〜24における外気や空調空気、除湿空気、環気空気の流れは、図9に矢印A2で示すように、図5のそれと同一である。第2循環運転中の各ダクト25,26における外気や空調空気、加熱空気、排気空気の流れは、図10に矢印A1で示すように、図6のそれと同一である。また、第2循環運転中の各ダクト22〜24における外気や空調空気、除湿空気、環気空気の流れは、図10に矢印A2で示すように、図6のそれと同一である。
コントローラ16は、第1〜第3循環運転のいずれかを実施中に、第2温度センサ50が測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、第1および第2ダンパ30,32の制御部に開度保持信号を送信し、三方弁49の制御部に冷媒バイパス管48の側の弁開度の縮小信号を送信するとともに、冷媒環流管44の側の弁開度の拡大信号を送信する。開度保持信号を受信した第1および第2ダンパ30,32の制御部は、第1および第2ダンパ30,32の旋回羽根の旋回を停止し、現状の開度(第1ダンパ30全閉)を保持する。弁開度の縮小信号と拡大信号とを受信した三方弁49の制御部は、冷媒バイパス管48の側の弁開度を小さくして冷媒バイパス管48に流入する冷媒の流量を少なくし、冷媒環流管44の側の弁開度を大きくして第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を多くする。
排熱利用型除湿システム10Bは、第1〜第3循環運転のいずれかを実施中に冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を多くすることで、コイルユニット46における温度調節機能や除湿機能を最大限に利用することができるとともに、コイルユニット46によって排気空気の温度および湿度を確実に低下させることができ、コイルユニット46によって温度および湿度が低下した排気空気を効率的に再利用することができる。
コントローラ16は、第1〜第3循環運転のいずれかを実施中に、第2温度センサ50が測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、第1および第2ダンパ30,32の制御部に開度保持信号を送信し、三方弁49の制御部に冷媒バイパス管48の側の弁開度の拡大信号を送信するとともに、冷媒環流管44の側の弁開度の縮小信号を送信する。開度保持信号を受信した第1および第2ダンパ30,32の制御部は、第1および第2ダンパ30,32の旋回羽根の旋回を停止し、現状の開度を保持する。弁開度の拡大信号と縮小信号とを受信した三方弁49の制御部は、冷媒バイパス管48の側の弁開度を大きくして冷媒バイパス管48に流入する冷媒の流量を多くし、冷媒環流管44の側の弁開度を小さくして第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を少なくする。
排熱利用型除湿システム10Bは、第1〜第3循環運転のいずれかを実施中に冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を少なくするから、ヒートポンプユニット37を利用した第1熱交換機構12の加熱能力が下がり、たとえば、デシカントローター17の除湿剤の除湿機能の再生温度が低い場合に加熱空気の温度を低くすることができ、第1熱交換機構12において消費されるエネルギーを抑えつつ除湿剤の除湿機能を回復させることができる。排熱利用型除湿システム10Bは、三方弁49を調節してコイルユニット46や冷媒バイパス管44に流入する冷媒の流量を調節する場合、各ダンパ30,32の開度を所定の開度に保持するから、三方弁49の調節中に各ダンパ30,32の開度を変化させる場合と比較し、システム10Bのハンチングを防ぐことができる。
なお、三方弁49によって冷媒の流量を調節してから所定時間が経過し、第2温度センサ50が測定した冷媒の測定温度が安定した後、第1循環運転〜第3循環運転のうちのいずれかを実施(再開)する。この場合、三方弁49の弁開度が現状の開度に保持され、三方弁49における冷媒の流量が一定に保持される。
図11は、他の一例として示す排熱利用型除湿システム10Cの構成図であり、図12は、排熱利用型除湿システム10Cの排気環流スタンバイ運転を説明する図である。図13は、排熱利用型除湿システム10Cの第1循環運転または第2循環運転を説明する図である。図11〜図13では、除湿空調空間35の図示を省略している。図11〜図13では、ダクト25,26,29やデシカント空調機11における加熱空気や排気空気の流れを矢印A1で示し、ダクト22,23,24やデシカント空調機11における外気や除湿空気、環気空気の流れを矢印A2で示すとともに、パージ空気導入ダクト51におけるパージ空気の流れを矢印A3で示す。
この除湿システム10Cが図1のそれと異なるところは、再生側上流ダクト25にパージ空気導入ダクト51が設置され、再生側下流ダクト26に空気排気ダクト52が設置されているとともに、空気排気ダクト52に第3ダンパ53が設置されている点であり、その他の構成は図1の除湿システム10Aのそれらと同一であるから、図1と同一の符号を付すとともに、図1の除湿システム10Aの説明を援用することで、その他の構成についての詳細な説明は省略する。
除湿システム10Cは、図1のシステム10Aと同様の、デシカント空調機11、第1熱交換機構12、ヒーター13、第2熱交換機構14、外気調和機15、コントローラ16、処理側上流ダクト22、除湿空間環流ダクト23、処理側下流ダクト24、再生側上流ダクト25、再生側下流ダクト26、排気空気環流ダクト29、第1および第2ダンパ30,32、各温度センサ33,34、熱交換機38,循環ポンプ45を備えている。コントローラ16の記憶領域には、加熱空気の設定温度(約120〜約130℃)や排気空気の設定温度(たとえば、12℃)が格納されている。各設定温度は、任意に設定することができる。
パージ空気導入ダクト51は、除湿処理ゾーン18に位置するデシカントローター17(除湿機構)のパージ領域と第1熱交換機構12(凝縮器39)の上流側(第1熱交換機構12の凝縮器39と排気空気環流ダクト29との間)に延びる再生側上流ダクト25とに連結されている。パージ空気導入ダクト51は、除湿処理ゾーンのデシカントローター17のパージ領域を通流した所定温度(約80〜90℃)のパージ空気をデシカントローター17から再生側上流ダクト25に環流させる。
空気排気ダクト52は、除湿機能再生ゾーン19と第2熱交換機構14(コイルユニット46)との間に延びる再生側下流ダクト26に連結されている。空気排気ダクト52は、再生側上流ダクト25に流入したパージ空気と外気との混合空気を室外(外気)に放出する。第3ダンパ53(第3モーターダンパ)は、空気排気ダクト52に設置されて排気ダクト52から排気する混合空気(パージ空気と外気との混合空気)の流量を調節する。第3ダンパ53は、その制御部(図示せず)が制御信号線31を介してコントローラ16に接続されている。
コントローラ16のシステム起動スイッチをONにすると、除湿システム10Cが起動する。除湿システム10Cが起動すると、デシカント空調機11や第1熱交換機構12(ヒートポンプユニット37)、ヒーター13、第2熱交換機構14(コイルユニット46)、外気調和機15、第1〜第3ダンパ30,32,53、各温度センサ33,34、循環ポンプ45が起動する。給気用送風機27や排気用送風機28が起動し、デシカントローター17が一方向へ回転を開始する。冷媒が冷媒環流管44を環流し、冷媒が往管41および還管42を環流する。温度センサ34が除湿機能再生ゾーン19を通流する加熱空気の温度測定を開始し、第1温度センサ33が再生側下流ダクト26を通流する排気空気の温度測定を開始する。
除湿システム10Cでは、その起動時に排気環流スタンバイ運転(システム予備運)が実施される。排気環流スタンバイ運転においてコントローラ16は、第1ダンパ30の制御部に開度全開信号を送信し、第2ダンパ32の制御部と第3ダンパ53の制御部とに開度全閉信号を送信する。第1ダンパ30の制御部は、第1ダンパ30の旋回羽根を旋回させてダンパ30の空気流路を開放(全開)し、再生側下流ダクト26から排気する排気空気の流量を最大にする。第2ダンパ32の制御部は、第2ダンパ32の旋回羽根を旋回させてダンパ32の空気流路を閉鎖(全閉)し、排気空気環流ダクト29への排気空気の流入を遮断する。第3ダンパ53の制御部は、第3ダンパ53の旋回羽根を旋回させてダンパ53の空気流路を閉鎖(全閉)し、空気排気ダクト52への排気空気の流入を遮断する。
排気環流スタンバイ運転中の各ダクト25,26における外気や空調空気、加熱空気、排気空気の流れは、図12に矢印A1で示すように、図4のそれと同一である。また、排気環流スタンバイ運転中の各ダクト22〜24における外気や空調空気、除湿空気、環気空気の流れは、図12に矢印A2で示すように、図4のそれと同一である。デシカントローター17のパージ領域から排気されたパージ空気は、図12に矢印A3で示すように、除湿処理ゾーンからパージ空気導入ダクト51を通って第1熱交換機構12の凝縮器39と排気空気環流ダクト29との間に延びる再生側上流ダクト25に流入し、外気(空調空気)と混合される。コントローラ16は、温度センサ34によって測定された加熱空気の測定温度が設定温度の範囲内に入るように、ヒートポンプユニット37のコンプレッサー36やヒーター13に対してフィードバック制御またはフィードフォワード制御を行う。
第1熱交換機構12の熱交換機38では、ヒートポンプユニット37の蒸発器40と熱交換コイル43との間で熱交換が行われ、冷媒環流管44から熱交換コイル43に流入した冷媒(約12℃の水またはブライン)が所定温度(約7℃)に冷却されてその冷媒が再び冷媒環流管44に流出し、冷媒環流管44を通って第2熱交換機構14(コイルユニット46)に送られる。排気空気の排熱が第2熱交換機構14によって回収され、回収された交換熱が冷媒によって熱交換機38の熱交換コイル43に運ばれる。図1のシステム10Aと同様に、排気空気から回収した排熱がヒートポンプユニット37における空気の加熱に利用される。
コントローラ16は、排気環流スタンバイ運転を実施してから所定時間が経過し、第1温度センサ33が測定した排気空気の測定温度が安定した後、第1循環運転または第2循環運転のいずれかを実施する。コントローラ16は、第1温度センサ33が測定した排気空気の測定温度と記憶領域に格納された排気空気の設定温度とを比較し、排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合(測定温度≦設定温度)、第1循環運転を実施する。コントローラ16は、排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合(測定温度>設定温度)、第2循環運転を実施する。第1および第2循環運転では、排気環流スタンバイ運転と同様に、デシカントローター17の除湿域を通流した除湿空気が処理側下流ダクト24を通って除湿空調空間35に給気される。
第1循環運転においてコントローラ16は、第1ダンパ30の制御部に開度全閉信号を送信し、第3ダンパ53の制御部に開度保持信号を送信するとともに、第2ダンパ32の制御部に開度拡大信号を送信する。開度全閉信号を受信した第1ダンパ30の制御部は、第1ダンパ30の旋回羽根を旋回させてダンパ30の空気流路を閉鎖(全閉)し、再生側下流ダクト26から屋外(外気)への排気空気の放出を遮断する。
開度保持信号を受信した第3ダンパ53の制御部は、第3ダンパ53の旋回羽根の旋回を停止し、現状の開度を保持し、パージ空気排気ダクトから排気する排気空気(パージ空気と外気との混合空気)の流量を所定(現在)の流量に保持する。第3ダンパ53の空気流路を通過した排気空気(パージ空気と外気との混合空気の流量の分)は、空気排気ダクト52を通って屋外に放出される。開度拡大信号を受信した第2ダンパ32の制御部は、第2ダンパ32の旋回羽根を旋回させ、開度を大きくし、排気空気環流ダクト29を通流する排気空気の流量を多くする。
排気空気環流ダクト29に流入した低温度かつ低湿度の多量の排気空気は、図13に矢印A1で示すように、排気空気環流ダクト29を通って再生側上流ダクト25に流入し、外気調和機15によって所定の温度および湿度に調節された少量の空調空気(外気)と混合されて第1熱交換機構12の凝縮器39によって再び加熱されて加熱空気となり、デシカントローター17の放湿域21を通流し、デシカントローター17の除湿剤の除湿機能を再生する。パージ空気は、図13に矢印A3で示すように、除湿処理ゾーンからパージ空気導入ダクト51を通って第1熱交換機構12の凝縮器39と排気空気環流ダクト29との間に延びる再生側上流ダクト25に流入する。
排熱利用型除湿システム10Cは、第1温度センサ33が測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になり、第1循環運転を行う場合、パージ空気分を除いた温度および湿度の低い状態の全ての排気空気を第1熱交換機構12の凝縮器39に環流させて湿度の低い加熱空気を作ることができるから、外気調和機15によって低温度かつ低湿度に調節された外気を第1熱交換機構12に給気する必要はなく、外気調和機15の負荷を軽減することができ、システム10Cの省エネルギー化を図ることができるのみならず、第1熱交換機構12の凝縮器39とデシカント空調機11(除湿機構)と第2熱交換機構14(コイルユニット46)とを循環する排気空気および加熱空気によって稼働する循環式の除湿システム10Cを実現することができる。
第2循環運転においてコントローラ16は、第1ダンパ30の制御部に開度全閉信号を送信し、第3ダンパ53の制御部に開度保持信号を送信するとともに、第2ダンパ32の制御部に開度縮小信号を送信する。開度全閉信号を受信した第1ダンパ30の制御部は、第1ダンパ30の旋回羽根を旋回させてダンパ30の空気流路を閉鎖(全閉)し、再生側下流ダクト26から屋外(外気)への排気空気の放出を遮断する。
開度保持信号を受信した第3ダンパ53の制御部は、第3ダンパ53の旋回羽根の旋回を停止し、現状の開度を保持し、パージ空気排気ダクトから排気する排気空気(パージ空気と外気との混合空気)の流量を所定の流量に保持する。第3ダンパ53の空気流路を通過した排気空気(パージ空気の流量の分)は、空気排気ダクト52を通って屋外に放出される。開度縮小信号を受信した第2ダンパ32の制御部は、第2ダンパ32の旋回羽根を旋回させ、開度を小さくし、排気空気環流ダクト29を通流する排気空気の流量を少なくすると同時に、空気排気ダクト52を通流する排気空気の流量を多くする。
排気空気環流ダクト29に流入した低温度かつ低湿度の少量の排気空気は、図13に矢印A1で示すように、排気空気環流ダクト29を通って再生側上流ダクト25に流入し、外気調和機15によって所定の温度および湿度に調節された多量の空調空気と混合されて第1熱交換機構12の凝縮器39によって再び加熱されて加熱空気となり、デシカントローター17の放湿域21を通流し、デシカントローター17の除湿剤の除湿機能を再生する。
排熱利用型除湿システム10Cは、排気空気の測定温度が設定温度を超過し、第2循環運転を行う場合、温度および湿度が高い少量の排気空気を循環させるとともに、所定の温度および湿度に調節された空調空気(外気)を第1熱交換機構12に給気することで、排気空気の温度を設定温度以下に戻すことができ、第1熱交換機構12のヒートポンプユニット37の負荷を軽減してシステム10Cの省エネルギー化を図りつつ、排気空気の温度を設定温度近傍に安定させることができるとともに、第2循環運転から第1循環運転速に速やかに移行させることができる。
図14は、他の一例として示す排熱利用型除湿システム10Dの構成図であり、図15は、排熱利用型除湿システム10Dの排気環流スタンバイ運転を説明する図である。図16は、排熱利用型除湿システム10Dの第1循環運転または第2循環運転を説明する図である。図14〜図16では、除湿空調空間35の図示を省略している。図14〜図16では、ダクト25,26,29やデシカント空調機11における加熱空気や排気空気の流れを矢印A1で示し、ダクト22,23,24やデシカント空調機11における外気や除湿空気、環気空気の流れを矢印A2で示すとともに、パージ空気導入ダクト51におけるパージ空気の流れを矢印A3で示す。
この除湿システム10Dが図1のそれと異なるところは、冷媒環流管44に冷媒バイパス管48、三方弁49(弁機構)、第2温度センサ50が設置されている点、再生側上流ダクト25にパージ空気導入ダクト51が設置され、再生側下流ダクト26に空気排気ダクト52が設置されているとともに、空気排気ダクト52に第3ダンパ53が設置されている点であり、その他の構成は図1の除湿システム10Aのそれらと同一であるから、図1と同一の符号を付すとともに、図1の除湿システム10Aの説明を援用することで、その他の構成についての説明は省略する。
除湿システム10Dは、図1のシステム10Aと同様の、デシカント空調機11、第1熱交換機構12、ヒーター13、第2熱交換機構14、外気調和機15、コントローラ16、処理側上流ダクト22、除湿空間環流ダクト23、処理側下流ダクト24、再生側上流ダクト25、再生側下流ダクト26、排気空気環流ダクト29、第1および第2ダンパ30,32、各温度センサ33,34、熱交換機38,循環ポンプ45を備えている。コントローラ16の記憶領域には、加熱空気の設定温度(約120〜約130℃)や排気空気の設定温度(たとえば、12℃)、冷媒の設定温度(たとえば、12℃)が格納されている。各設定温度は、任意に設定することができる。
冷媒バイパス管48や三方弁49、第2温度センサ50は図7のシステム10Bのそれらと同一であるから、図7のシステム10Bのそれらと同一の符号を付すとともに、図7の説明を援用することで、冷媒バイパス管48や三方弁49、第2温度センサ50の説明は省略する。パージ空気導入ダクト51や空気排気ダクト52、第3ダンパ53は図11のシステム10Cのそれらと同一であるから、図11のシステム10Cのそれらと同一の符号を付すとともに、図11の説明を援用することで、パージ空気導入ダクト51や空気排気ダクト52、第3ダンパ53の説明は省略する。
コントローラ16のシステム起動スイッチをONにすると、除湿システム10Dが起動する。除湿システム10Dが起動すると、デシカント空調機11や第1熱交換機構12(ヒートポンプユニット37)、ヒーター13、第2熱交換機構14(コイルユニット46)、外気調和機15、第1〜第3ダンパ30,32,53、各温度センサ33,34,50、循環ポンプ45、三方弁49が起動する。給気用送風機27や排気用送風機28が起動し、デシカントローター17が一方向へ回転を開始する。冷媒が冷媒環流管44を環流し、冷媒が往管41および還管42を環流する。温度センサ34が除湿機能再生ゾーン19を通流する加熱空気の温度測定を開始し、第1温度センサ33が再生側下流ダクト26を通流する排気空気の温度測定を開始するとともに、第2温度センサ50がコイルユニット46の冷媒流出口から流出した冷媒の温度測定を開始する。
除湿システム10Dでは、その起動時に排気環流スタンバイ運転(システム予備運転)が実施される。排気環流スタンバイ運転は、図11の除湿システム10Cのそれと同一であり、排気環流スタンバイ運転による効果は、図11の除湿システム10Cのそれと同一である。排気環流スタンバイ運転中の各ダクト25,26における外気や空調空気、加熱空気、排気空気の流れは、図15に矢印A1で示すように、図12のそれと同一である。また、排気環流スタンバイ運転中の各ダクト22〜24における外気や空調空気、除湿空気、環気空気の流れは、図15に矢印A2で示すように、図12のそれと同一である。
デシカントローター17のパージ領域から排気されたパージ空気は、図15に矢印A3で示すように、除湿処理ゾーンからパージ空気導入ダクト51を通って第1熱交換機構12の凝縮器39と排気空気環流ダクト29との間に延びる再生側上流ダクト25に流入し、外気(空調空気)と混合される。コントローラ16は、温度センサ34によって測定された加熱空気の測定温度が設定温度の範囲内に入るように、ヒートポンプユニット37のコンプレッサー36やヒーター13に対してフィードバック制御またはフィードフォワード制御を行う。
第1熱交換機構12の熱交換機38では、ヒートポンプユニット37の蒸発器40と熱交換コイル43との間で熱交換が行われ、冷媒環流管44から熱交換コイル43に流入した冷媒(約12℃の水またはブライン)が所定温度(約7℃)に冷却されてその冷媒が再び冷媒環流管44に流出し、冷媒環流管44を通って第2熱交換機構14(コイルユニット46)に送られる。排気空気の排熱が第2熱交換機構12によって回収され、回収された交換熱が冷媒によって熱交換機38の熱交換コイル43に運ばれる。図1のシステム10Aと同様に、排気空気から回収した排熱がヒートポンプユニット37における空気の加熱に利用される。
コントローラ16は、排気環流スタンバイ運転を実施中に、第2温度センサ50が測定した冷媒の測定温度と記憶領域に格納された冷媒の設定温度とを比較し、第2温度センサ50が測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、三方弁49の制御部に冷媒バイパス管48の側の弁開度の縮小信号を送信し、冷媒環流管44の側の弁開度の拡大信号を送信する。弁開度の縮小信号と拡大信号とを受信した三方弁49の制御部は、冷媒バイパス管48の側の弁開度を小さくして冷媒バイパス管48に流入する冷媒の流量を少なくし、冷媒環流管44の側の弁開度を大きくして第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を多くする。
排熱利用型除湿システム10Dは、排気環流スタンバイ運転を実施中に冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を多くすることで、熱交換コイル46における温度調節機能や除湿機能を最大限に利用することができるから、コイルユニット46によって排気空気の温度および湿度を確実に低下させることができるとともに、排気空気の温度を設定温度近傍に速やかに安定させることができ、システム起動運転後に第1循環運転や第2循環運転に円滑に移行することができる。
コントローラ16は、排気環流スタンバイ運転を実施中に、第2温度センサ50が測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、三方弁49の制御部に冷媒バイパス管48の側の弁開度の拡大信号を送信し、冷媒環流管44の側の弁開度の縮小信号を送信する。弁開度の拡大信号と縮小信号とを受信した三方弁49の制御部は、冷媒バイパス管48の側の弁開度を大きくして冷媒バイパス管48に流入する冷媒の流量を多くし、冷媒環流管44の側の弁開度を小さくして第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を少なくする。
排熱利用型除湿システム10Dは、排気環流スタンバイ運転を実施中に冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を少なくすることで、ヒートポンプユニット37を利用した第1熱交換機構12の加熱能力が下がり、たとえば、デシカントローター17の除湿剤の除湿機能の再生温度が低い場合に加熱空気の温度を低くすることができ、第1熱交換機構12において消費されるエネルギーを抑えつつ除湿剤の除湿機能を回復させることができる。
コントローラ16は、排気環流スタンバイ運転を実施してから所定時間が経過し、第1温度センサ33が測定した排気空気の測定温度が安定した後、第1循環運転または第2循環運転のいずれかを実施する。コントローラ16は、第1温度センサ33が測定した排気空気の測定温度と記憶領域に格納された排気空気の設定温度とを比較し、排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合(測定温度≦設定温度)、第1循環運転を実施する。コントローラ16は、排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合(測定温度>設定温度)、第2循環運転を実施する。
第1および第2循環運転は、図11の除湿システム10Cのそれらと同一であり、第1および第2循環運転による効果は、図11の除湿システム10Cのそれと同一である。第1および第2循環運転中の各ダクト25,26における外気や空調空気、加熱空気、排気空気の流れは、図16に矢印A1で示すように、図13のそれと同一である。また、第1および第2循環運転中の各ダクト22〜24における外気や空調空気、除湿空気、環気空気の流れは、図16に矢印A2で示すように、図13のそれと同一である。
第1循環運転または第2循環運転の実施中では、三方弁49の弁開度が現状の開度に保持され、三方弁49における冷媒の流量が一定に保持される。したがって、冷媒バイパス管48に流入する冷媒の流量や第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量が一定に保持される。除湿システム10Dは、第1および第2循環運転のいずれかを行う場合、三方弁49における冷媒の流量を一定に保持するから、第1および第2循環運転の実施中に三方弁49における冷媒の流量を変化させる場合と比較し、三方弁49(弁機構)の調節制御と各ダンパ30,32,53の調節制御とを協調させることができる。
コントローラ16は、第1および第2循環運転のいずれかを実施中に、第2温度センサ50が測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、第1〜第3ダンパ30,32,53の制御部に開度保持信号を送信し、三方弁49の制御部に冷媒バイパス管48の側の弁開度の縮小信号を送信するとともに、冷媒環流管44の側の弁開度の拡大信号を送信する。開度保持信号を受信した第1〜第3ダンパ30,32,53の制御部は、第1〜第3ダンパ30,32,53の旋回羽根の旋回を停止し、現状の開度(第1ダンパ30全閉)を保持する。弁開度の縮小信号と拡大信号とを受信した三方弁49の制御部は、冷媒バイパス管48の側の弁開度を小さくして冷媒バイパス管48に流入する冷媒の流量を少なくし、冷媒環流管44の側の弁開度を大きくして第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を多くする。
排熱利用型除湿システム10Dは、第1および第2循環運転のいずれかを実施中に冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を多くすることで、コイルユニット46における温度調節機能や除湿機能を最大限に利用することができるとともに、コイルユニット46によって排気空気の温度および湿度を確実に低下させることができ、コイルユニット46によって温度および湿度が低下した排気空気を効率的に再利用することができる。
コントローラ16は、第1および第2循環運転のいずれかを実施中に、第2温度センサ50が測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、第1〜第3ダンパ30,32,53の制御部に開度保持信号を送信し、三方弁49の制御部に冷媒バイパス管48の側の弁開度の拡大信号を送信するとともに、冷媒環流管44の側の弁開度の縮小信号を送信する。開度保持信号を受信した第1〜第3ダンパ30,32,53の制御部は、第1〜第3ダンパ30,32,53の旋回羽根の旋回を停止し、現状の開度(第1ダンパ30全閉)を保持する。弁開度の拡大信号と縮小信号とを受信した三方弁49の制御部は、冷媒バイパス管48の側の弁開度を大きくして冷媒バイパス管48に流入する冷媒の流量を多くし、冷媒環流管44の側の弁開度を小さくして第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を少なくする。
排熱利用型除湿システム10Dは、第1および第2循環運転のいずれかを実施中に冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、第2熱交換機構14(コイルユニット46)に流入する冷媒の流量を少なくするから、ヒートポンプユニット37を利用した第1熱交換機構12の加熱能力が下がり、たとえば、デシカントローター17の除湿剤の除湿機能の再生温度が低い場合に加熱空気の温度を低くすることができ、除湿剤を痛めることなくその除湿剤の除湿機能を回復させることができる。除湿システム10Dは、三方弁49を調節してコイルユニット46や冷媒バイパス管44に流入する冷媒の流量を調節する場合、各ダンパ30,32,53の開度を所定の開度に保持するから、三方弁49の調節中に各ダンパ30,32,53の開度を変化させる場合と比較し、三方弁49(弁機構)の調節制御と各ダンパ30,32,53の調節制御とを協調させることができる。
なお、三方弁49によって冷媒の流量を調節してから所定時間が経過し、第2温度センサ50が測定した冷媒の測定温度が安定した後、第1循環運転と第2循環運転とのうちのいずれかを実施(再開)する。この場合、三方弁49の弁開度が現状の開度に保持され、三方弁49における冷媒の流量が一定に保持される。
10A 排熱利用型除湿システム
10B 排熱利用型除湿システム(三方弁を備えた構成)
10C 排熱利用型除湿システム(空気排気ダクトを備えた構成)
10D 排熱利用型除湿システム(三方弁、空気排気ダクトを備えた構成)
11 デシカント空調機
12 第1熱交換機構
13 ヒーター
14 第2熱交換機構
15 外気調和機
16 コントローラ
17 デシカントローター(除湿機構)
18 除湿処理ゾーン
19 除湿機能再生ゾーン
20 除湿域
21 放湿域
22 処理側上流ダクト
23 除湿空間環流ダクト
24 処理側下流ダクト
25 再生側上流ダクト
26 再生側下流ダクト
27 給気用送風機
28 排気用送風機
29 排気空気環流ダクト
30 第1ダンパ
31 制御信号線
32 第2ダンパ
33 第1温度センサ
34 温度センサ
35 除湿空調空間
36 コンプレッサー(圧縮機)
37 ヒートポンプユニット(ヒートポンプ)
38 熱交換機
39 凝縮器
40 蒸発機
41 往管
42 還管
43 熱交換コイル(ヒートポンプユニット用)
44 冷媒環流管
45 循環ポンプ
46 熱交換コイル(排気用)
47 膨張弁
48 冷媒バイパス管
49 弁機構(三方弁)
50 第2温度センサ
51 パージ空気導入ダクト
52 空気排気ダクト
53 第3ダンパ

Claims (11)

  1. 除湿空気を作る除湿処理ゾーンと、除湿機能を再生する除湿機能再生ゾーンと、除湿剤を有して前記除湿処理ゾーンおよび前記除湿機能再生ゾーンに配置された除湿機構と、前記除湿処理ゾーンの上流側に位置して該除湿処理ゾーンに連結された処理側上流ダクトと、前記除湿処理ゾーンの下流側に位置して該除湿処理ゾーンに連結された処理側下流ダクトと、前記除湿機能再生ゾーンの上流側に位置して該除湿機能再生ゾーンに連結された再生側上流ダクトと、前記除湿機能再生ゾーンの下流側に位置して該除湿機能再生ゾーンに連結された再生側下流ダクトと、前記除湿機能再生ゾーンに位置する前記除湿機構の上流側に配置され、ヒートポンプを利用して該除湿機構に給気する空気を加熱する第1熱交換機構と、前記除湿機能再生ゾーンに位置する除湿機構の下流側に配置され、所定の冷媒を利用して前記除湿機能再生ゾーンの除湿機構を通流した所定温度の排気空気の排熱を回収しつつ前記第1熱交換機構と熱交換を行う第2熱交換機構とを備え、前記第2熱交換機構によって回収された排熱を前記第1熱交換機構における空気の加熱に利用するとともに、前記第1熱交換機構によって所定温度に加熱された加熱空気を前記除湿機能再生ゾーンに位置する前記除湿機構に給気して前記除湿剤の除湿機能を再生しつつ、前記除湿処理ゾーンに位置する前記除湿機構によって作られた除湿空気を除湿空調空間に給気する排熱利用型除湿システムにおいて、
    前記排熱利用型除湿システムが、前記第1熱交換機構の上流側に延びる前記再生側上流ダクトと前記第2熱交換機構の下流側に延びる前記再生側下流ダクトとを連結し、前記除湿機能再生ゾーンの除湿機構を通流した排気空気を前記再生側下流ダクトから前記再生側上流ダクトに環流させる排気空気環流ダクトと、前記排気空気環流ダクトの下流側に延びる前記再生側下流ダクトに設置されて該再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を調節する第1ダンパと、前記排気空気環流ダクトに設置されて該排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を調節する第2ダンパと、前記第2熱交換機構と前記排気空気環流ダクトとの間に延びる前記再生側下流ダクトに設置されて排気空気の温度を測定する第1温度センサと、前記第1熱交換機構と前記除湿機構との間に延びる前記再生側上流ダクトに設置され、前記第1熱交換機構によって所定温度に加熱された加熱空気を加熱するヒーターとを含み、
    前記排熱利用型除湿システムが、前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、前記第1ダンパの開度を所定の開度に保持して前記再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を所定の流量に保持するとともに、前記第2ダンパの開度を大きくして前記排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を多くする第1循環運転と、前記第1ダンパの開度を全閉にして前記再生側下流ダクトからの排気空気の排気を遮断し、前記第2ダンパの開度を全開にして前記排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を最大にする第2循環運転とのうちのいずれかを実施し、前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、前記第1ダンパの開度を所定の開度に保持して前記再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を所定の流量に保持するとともに、前記第2ダンパの開度を小さくして前記排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を少なくする第3循環運転を実施し、
    前記排熱利用型除湿システムの起動時では、前記第2ダンパの開度を全閉にして前記排気空気環流ダクトにおける排気空気の通流を遮断し、前記第1ダンパの開度を全開にして前記再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を最大にしつつ該システムを起動する排気環流スタンバイ運転を実施し、前記排気環流スタンバイ運転では、前記ヒートポンプユニットの仕事量の増減と、前記ヒーターの発停と、該ヒーターの熱量の増減とのうちの少なくとも1つを行うことで、加熱空気の測定温度が設定温度になるように加熱空気の温度を調節し、
    前記排熱利用型除湿システムでは、前記排気環流スタンバイ運転を実施してから前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、前記第1および第2循環運転のうちのいずれかを実施し、前記排気環流スタンバイ運転を実施してから前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、前記第3循環運転を実施することを特徴とする排熱利用型除湿システム。
  2. 前記排熱利用型除湿システムが、前記冷媒を前記第1熱交換機構と前記第2熱交換機構とに環流させる冷媒環流管と、前記冷媒環流管に接続されて前記冷媒を前記第2熱交換機構に通流させずに該冷媒を前記第1熱交換機構に環流させる冷媒バイパス管と、前記第2熱交換機構に通流させる前記冷媒の流量と前記冷媒バイパス管に通流させる該冷媒の流量とを調節する弁機構と、前記第2熱交換機構における冷媒流出口と前記冷媒バイパス管との間に延びる前記冷媒環流管に設置され、前記第2熱交換機構の冷媒流出口から流出した冷媒の温度を測定する第2温度センサとを含み、前記排熱利用型除湿システムでは、前記第1〜第3循環運転のいずれかを実施中に、前記第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持しつつ、前記弁機構を調節して前記冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を少なくするとともに、前記第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くし、前記第1〜第3循環運転のいずれかを実施中に、前記第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持しつつ、前記弁機構を調節して前記冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を多くするとともに、前記第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくする請求項1に記載の排熱利用型除湿システム。
  3. 前記排熱利用型除湿システムでは、前記排気環流スタンバイ運転を実施中に、前記第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、前記弁機構を調節して前記冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を少なくするとともに、前記第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くし、前記排気環流スタンバイ運転を実施中に、前記第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、前記弁機構を調節して前記冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を多くするとともに、前記第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくし、前記排気環流スタンバイ運転を実施してから前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、前記弁機構における冷媒の流量を一定に保持しつつ前記第1循環運転または前記第2循環運転を実施し、前記排気環流スタンバイ運転を実施してから前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、前記弁機構における冷媒の流量を一定に保持しつつ前記第3循環運転を実施する請求項2に記載の排熱利用型除湿システム。
  4. 除湿空気を作る除湿処理ゾーンと、除湿機能を再生する除湿機能再生ゾーンと、除湿剤を有して前記除湿処理ゾーンおよび前記除湿機能再生ゾーンに配置された除湿機構と、前記除湿処理ゾーンの上流側に位置して該除湿処理ゾーンに連結された処理側上流ダクトと、前記除湿処理ゾーンの下流側に位置して該除湿処理ゾーンに連結された処理側下流ダクトと、前記除湿機能再生ゾーンの上流側に位置して該除湿機能再生ゾーンに連結された再生側上流ダクトと、前記除湿機能再生ゾーンの下流側に位置して該除湿機能再生ゾーンに連結された再生側下流ダクトと、前記除湿機能再生ゾーンに位置する前記除湿機構の上流側に配置され、ヒートポンプを利用して該除湿機構に給気する空気を加熱する第1熱交換機構と、前記除湿機能再生ゾーンに位置する除湿機構の下流側に配置され、所定の冷媒を利用して前記除湿機能再生ゾーンの除湿機構を通流した所定温度の排気空気の排熱を回収しつつ前記第1熱交換機構と熱交換を行う第2熱交換機構とを備え、前記第2熱交換機構によって回収された排熱を前記第1熱交換機構における空気の加熱に利用するとともに、前記第1熱交換機構によって所定温度に加熱された加熱空気を前記除湿機能再生ゾーンに位置する前記除湿機構に給気して前記除湿剤の除湿機能を再生しつつ、前記除湿処理ゾーンに位置する前記除湿機構によって作られた除湿空気を除湿空調空間に給気する排熱利用型除湿システムにおいて、
    前記排熱利用型除湿システムが、前記第1熱交換機構の上流側に延びる前記再生側上流ダクトと前記第2熱交換機構の下流側に延びる前記再生側下流ダクトとを連結し、前記除湿機能再生ゾーンの除湿機構を通流した排気空気を前記再生側下流ダクトから前記再生側上流ダクトに環流させる排気空気環流ダクトと、前記除湿処理ゾーンに位置する前記除湿機構と前記第1熱交換機構の上流側に延びる前記再生側上流ダクトとに連結され、前記除湿処理ゾーンの除湿機構のパージ領域を通流した所定温度のパージ空気を該除湿機構から前記再生側上流ダクトに導入させるパージ空気導入ダクトと、前記除湿機能再生ゾーンと前記第2熱交換機構との間に延びる前記再生側下流ダクトに連結された空気排気ダクトと、前記排気空気環流ダクトの下流側に延びる前記再生側下流ダクトに設置されて該再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を調節する第1ダンパと、前記排気空気環流ダクトに設置されて該排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を調節する第2ダンパと、前記空気排気ダクトに設置されて該空気排気ダクトから排気する空気の流量を調節する第3ダンパと、前記第2熱交換機構と前記排気空気環流ダクトとの間に延びる前記再生側下流ダクトに設置されて排気空気の温度を測定する第1温度センサとを含み、
    前記排熱利用型除湿システムが、前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、前記第1ダンパの開度を全閉にするとともに前記第3ダンパの開度を所定の開度に保持して前記空気排気ダクトから排気する空気の流量を所定の流量に保持しつつ、前記第2ダンパの開度を大きくして前記排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を多くする第1循環運転を実施し、前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、前記第1ダンパの開度を全閉にするとともに前記第3ダンパの開度を所定の開度に保持して前記空気排気ダクトから排気する空気の流量を所定の流量に保持しつつ、前記第2ダンパの開度を小さくして前記排気空気環流ダクトを通流する排気空気の流量を少なくする第2循環運転を実施することを特徴とする排熱利用型除湿システム。
  5. 前記排熱利用型除湿システムが、前記第2ダンパの開度を全閉にして前記排気空気環流ダクトにおける排気空気の通流を遮断し、前記第3ダンパの開度を全閉にするとともに前記第1ダンパの開度を全開にして前記再生側下流ダクトから排気する排気空気の流量を最大にしつつ該システムを起動する排気環流スタンバイ運転を含み、前記排熱利用型除湿システムでは、前記排気環流スタンバイ運転を実施してから前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、前記第1循環運転を実施し、前記排気環流スタンバイ運転を実施してから前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、前記第2循環運転を実施する請求項4に記載の排熱利用型除湿システム。
  6. 前記排熱利用型除湿システムが、前記冷媒を前記第1熱交換機構と前記第2熱交換機構とに環流させる冷媒環流管と、前記冷媒環流管に接続されて前記冷媒を前記第2熱交換機構に通流させずに該冷媒を前記第1熱交換機構に環流させる冷媒バイパス管と、前記第2熱交換機構に通流させる前記冷媒の流量と前記冷媒バイパス管に通流させる該冷媒の流量とを調節する弁機構と、前記第2熱交換機構における冷媒流出口と前記冷媒バイパス管との間に延びる前記冷媒環流管に設置され、前記第2熱交換機構の冷媒流出口から流出した冷媒の温度を測定する第2温度センサとを含み、前記排熱利用型除湿システムでは、前記第1循環運転と前記第2循環運転とのいずれかを実施中に、前記第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持しつつ、前記弁機構を調節して前記冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を少なくするとともに、前記第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くし、前記第1循環運転と前記第2循環運転とのいずれかを実施中に、前記第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、各ダンパの開度を所定の開度に保持しつつ、前記弁機構を調節して前記冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を多くするとともに、前記第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくする請求項4または請求項5に記載の排熱利用型除湿システム。
  7. 前記排熱利用型除湿システムでは、前記排気環流スタンバイ運転を実施中に、前記第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度以上になった場合、前記弁機構を調節して前記冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を少なくするとともに、前記第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を多くし、前記排気環流スタンバイ運転を実施中に、前記第2温度センサが測定した冷媒の測定温度が設定温度未満になった場合、前記弁機構を調節して前記冷媒バイパス管に流入する冷媒の流量を多くするとともに、前記第2熱交換機構に流入する冷媒の流量を少なくし、前記排気環流スタンバイ運転を実施してから前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度以下になった場合、前記弁機構における冷媒の流量を一定に保持しつつ前記第1循環運転を実施し、前記排気環流スタンバイ運転を実施してから前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が安定した後に、前記第1温度センサが測定した排気空気の測定温度が設定温度を超過した場合、前記弁機構における冷媒の流量を一定に保持しつつ前記第2循環運転を実施する請求項6に記載の排熱利用型除湿システム。
  8. 前記排熱利用型除湿システムが、前記第1熱交換機構と前記除湿機構との間に設置され、前記第1熱交換機構によって所定温度に加熱された加熱空気を加熱するヒーターを含む請求項4ないし請求項7いずれかに記載の排熱利用型除湿システム。
  9. 前記第2熱交換機構が、コイルユニットであり、前記コイルユニットが、前記排気空気の排熱を回収しつつ該排気空気を除湿する請求項1ないし請求項8いずれかに記載の排熱利用型除湿システム。
  10. 前記排熱利用型除湿システムが、前記除湿処理ゾーンの除湿機構と前記除湿機能再生ゾーンの除湿機構とに給気する外気を除湿しつつその外気の温度を調節する外気調和機を含む請求項1ないし請求項9いずれかに記載の排熱利用型除湿システム。
  11. 前記除湿機構が、デシカントローターであり、前記冷媒が、水またはブラインである請求項1ないし請求項10いずれかに記載の排熱利用型除湿システム。


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