JP6873721B2 - 空気処理装置、空気処理装置の制御装置、空気処理システム及び空気処理装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、吸放湿溶液を用いて主として空気の湿度を調整する空気処理装置、空気処理装置の制御装置、空気処理システム及び空気処理装置の制御方法に関する。

建物に設置された外気処理システムは、人の呼気によってＣＯ_２濃度が高くなった還気を外部へ排気し、外部の空気、つまり外気を導入することにより、建物内のＣＯ_２濃度を一定範囲内に維持する。さらに、外気の温度や湿度に応じて外気を加熱、冷却、加湿、除湿して、建物内部の人間の快適性を保つ。

近年、地球温暖化対策や節電対策として、冷房の設定温度を高くすることが求められている。設定温度を高めにしても不快感を低減するために、外気処理システムの除湿性能を高めることが求められている。

ここで、塩化リチウム溶液等の吸放湿溶液に、外気を接触させることにより、除湿又は加湿を行う調湿システムが提案されている（特許文献１参照）。このような調湿システムでは、除湿を行う場合、処理機において空気を取り込んで、高濃度で多量、低温の吸放湿溶液に接触させることで、空気を除湿、冷却して調湿対象となる空間に供給する。吸放湿溶液は、除湿した水分を吸収して希釈化され、再生機により加熱されて濃縮され、再度、処理機に戻されて除湿を行う。

また、加湿を行う場合、処理機において空気を取り込んで、低濃度で多量、高温の吸放湿溶液に接触させることで、吸放湿液体から空気中に水分を放出させて、空気を加湿、加熱して調湿対象となる空間に供給する。水分を放出して濃縮され、低温となった吸放湿溶液は、再生機において給水されて低濃度とされた後、処理機に戻されて加湿を行う。

特開２０１３−１３７１１０号公報

以上のような吸放湿溶液を用いた外気処理システムでは、外気を除湿するために吸放湿溶液が空気中の水分を吸収する際に、凝縮潜熱と溶解熱が発生する。凝縮潜熱は大きいが、溶解熱量及びその凝縮潜熱に対する比率は低いため、夏季の高温高湿の空気を除湿する際に、温度が、ほぼ等エンタルピー線上で上昇する。このため、かかる調湿システムにおいては、低温で高濃度の吸放湿溶液を大量に流通させることにより、温度の上昇及び吸放湿溶液が希釈されることを抑える必要があった。また、吸湿により希釈化された吸放湿溶液は、高濃度に再生させる必要があるため、再生させるための加熱温度が高くなり、高エクセルギーの熱源が大量に必要となるので、省エネルギー性に反する。

また、特許文献１では、処理機自体を、ヒートポンプの熱交換コイルとして構成し、この熱交換コイルによって、吸放湿溶液及びこれに除湿される空気を冷却することにより、温度の上昇を抑えている。しかし、このようなヒートポンプを使用する場合でも、外気の除湿水分量を全量吸放湿溶液に吸収させ、また、再生部において再蒸発させることは、全体としてのエネルギー効率が低下することになるので、ＣＯＰの低下及び処理機、再生機の大型化、高価格化を招く。

さらに、以上のような従来技術では、高濃度の吸放湿溶液を大量に流通させる必要がある。吸放湿溶液として用いられる塩化リチウムは、処理機の金属部分を腐食させる。このため、液量が多い場合、特に、通常熱伝導性の高い金属で製造される熱交換コイルなどに対して腐食の範囲が広くなり、腐食の速度も速くなるので、装置の劣化の進行が速くなる。また、液量が多い場合には、ポンプ等の機器が、大型化、高価格化する。

本発明は、上記のような問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、年間を通して、少量、低濃度の吸放湿溶液を用いて効率のよい吸放湿を実現することにより、小型化、低価格化が可能で、耐久性がある空気処理装置、空気処理装置の制御装置、空気処理システム及び空気処理装置の制御方法を提供することを目的とする。

(１)上記の目的を達成するために、本発明の空気処理装置は、処理対象となる空気を空調空間へ給気する給気路と、前記給気路に設置され、前記空気の比エンタルピーが所定の値となるように、前記空気の温度を調整する調温部と、前記給気路における前記調温部の下流側に設置され、吸放湿溶液が供給されて流通する気液接触部材を有し、前記調温部により温度が調整された前記空気を通過させることにより、前記空気の湿度を調整する調湿部と、前記空気が設定湿度となるように、前記吸放湿溶液の濃度を再生する再生部と、を有し、前記調温部は、熱媒との熱交換により前記空気を冷却して除湿を行う冷却コイルを備え、前記冷却コイルは、前記空気の比エンタルピーが所定の値よりも高ければ前記空気を冷却して当該比エンタルピーが所定の値となるまで下げ、前記加熱コイルは、前記空気の比エンタルピーが所定の値よりも低ければ前記空気を加熱して当該比エンタルピーが所定の値となるまで上げ、さらに前記調温部には前記冷却コイルの冷却により生じた水分を前記吸放湿溶液の系統とは別の系統によって外部に排出する排出部を設けることを特徴とする。

（２）前記再生部に接続され、前記調湿部に前記吸放湿溶液を供給する供給路と、前記調湿部からの前記吸放湿溶液を、前記再生部へ復帰させる復帰路と、を有し、前記調温部は、熱媒との熱交換により前記空気を冷却する冷却コイルと、熱媒との熱交換により前記空気を加熱する加熱コイルと、前記冷却コイルに設けられ、冷却により生じた水分を排出する排出部と、を有していてもよい。

(３)前記調温部および前記調湿部を有する空気処理部を設け、前記空気処理部内での前記吸放湿溶液は、非循環であってもよい。

（４）前記調湿部に供給され、前記再生部により再生される前記吸放湿溶液に、二酸化炭素を吸収する液体を含めてもよい。

（５）本発明の空気処理装置の制御装置は、前記空気処理装置の調湿部の下流に設けられた温度センサにより検出される温度に基づいて、前記比エンタルピーが所定の値となるように、前記調温部の温度を決定する温度決定部と、前記空気処理装置の調湿部の下流に設けられた湿度センサにより検出される湿度に基づいて、設定湿度となるように、前記調湿部の湿度を決定する湿度決定部及び前記吸放湿溶液の濃度を決定する濃度決定部と、を有する。

(６) 前記空気処理装置の調湿部の上流で、且つ前記調湿部と前記調温部の間に設けられた上流側湿度センサにより検出される湿度と、前記調湿部の下流に設けられた前記湿度センサにより検出される湿度の差分を求める差分演算部を有し、前記差分演算部により求めた湿度の差分に応じて、前記濃度決定部が前記吸放湿溶液の濃度を決定してもよい。

（７）本発明の空気処理システムは、前記空気処理装置と前記制御装置とを有する。

（８）本発明の空気処理装置の制御方法は、コンピュータ又は電子回路が、前記空気処理装置の調湿部の下流に設けられた温度センサにより検出される温度に基づいて、前記空気の比エンタルピーが所定の値となるように、前記調温部の温度を決定する温度決定処理と、前記空気処理装置の調湿部の下流に設けられた湿度センサにより検出される湿度に基づいて、設定湿度となるように、前記調湿部の湿度を決定する湿度決定処理及び前記吸放湿溶液の濃度を決定する濃度決定処理と、を実行する。

本発明によれば、年間を通して、少量、低濃度の吸放湿溶液を用いて効率のよい吸放湿を実現することにより、小型化、低価格化が可能で、耐久性がある空気処理装置、空気処理装置の制御装置、空気処理システム及び空気処理装置の制御方法を提供することができる。

実施形態に係る空気処理システムの構成を示す図である。 空気処理システムの制御装置の機能構成を示すブロック図である。 実施形態に係る空気処理システムの、除湿運転時の動作を示す図である。 図３における空気処理部及び再生部を示す図である。 実施形態に係る空気処理システムの、除湿運転時の作用を示す空気線図である。 実施形態に係る空気処理システムの、加湿運転時の動作を示す図である。 図６における空気処理部及び再生部を示す図である。 実施形態に係る空気処理システムの、加湿運転時の作用を示す空気線図である。 一般的な吸放湿溶液による除湿運転時の作用を示す空気線図である。 他の実施形態に係る空気処理部の構成を示す図である。 他の実施形態に係る空気処理部の構成を示す図である。

［１．構成］
以下、本発明に係る空気処理システムの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、空気処理システムは、本実施形態では、建物内の空間（以下、「空調空間」という）Ｒに導入される外気の温度及び湿度を調整し制御するものである。つまり、本実施形態の処理対象となる空気は、外気である。なお、空調空間Ｒには、顕熱処理用の室内用エアコンＡあるいは放射空調用パネルなどが設置され、これらによって空調空間Ｒの顕熱負荷に対する加熱及び冷却が適宜行われる。

空気処理システムは、空気処理装置１０、制御装置９０を有する。空気処理装置１０は、空調空間Ｒに接続された給気路１００と排気路２００を備えている。給気路１００は、図中、外気口１０１から給気口１０２を結ぶ細い実線で示すように、外気を空調空間Ｒへ給気する流路である。本実施形態の給気路１００はダクトであり、一端は屋外の外気口１０１に接続され、他端は空調空間Ｒの給気口１０２に接続される。以下、給気路１００の外気口１０１側を上流、給気口１０２側を下流として説明する。

排気路２００は、空調空間Ｒから外気導入分の還気を排気する流路である。本実施形態の排気路２００はダクトであり、一端は空調空間Ｒの室内排気口１０３に接続され、他端は屋外排気口１０４に接続される。給気路１００及び排気路２００には、それぞれに流量制御のためのファン１０６、１０７が設置されている。

調湿部２３の下流の給気路１００には、空調空間Ｒに給気される外気の温度を計測する温度センサＴ、空調空間Ｒに給気される外気の湿度を計測する湿度センサＨが設置されている。これらのセンサは、後述する制御装置９０に接続されている。なお、温度センサＴ、湿度センサＨは給気口１０２に配置しても良いし、空調空間Ｒ内に配置してもよい。

また、空気処理装置１０は、空気処理部２、再生部３を有する。以下、各部の構成を説明する。

［空気処理部］
空気処理部２は、給気路１００に設けられ、吸放湿溶液により空調空間Ｒの調温調湿を行う処理機である。空気処理部２は、図示は省略しているが、複数の空調空間Ｒに対応して複数設けられている。空気処理部２は、再生部３と１対１で設置されていてもよい。各空気処理部２は、調温部２０、調湿部２３を有する。

（調温部）
調温部２０は、給気路１００に設置され、外気の比エンタルピーが所定の値となるように、外気の温度を調整する装置である。

本実施形態の調温部２０は、熱媒との熱交換により外気の温度の調整を行う。調温部２０は、例えば、冷却コイル２１、加熱コイル２２を有する。冷却コイル２１は、熱媒として冷水を用いて外気を冷却する装置である。加熱コイル２２は、熱媒として温水を用いて外気を加熱する装置である。

冷水及び温水は、後述する冷温水供給装置７０から供給される。冷却コイル２１には、配管２１ａ、２１ｂを介して、冷温水供給装置７０からの冷水が循環供給される。冷却コイル２１への供給側の配管２１ａには、バルブ２１ｃが設けられている。バルブ２１ｃは、冷却コイル２１へ供給される熱媒の流量を調整する第１の熱媒調整部を構成する。

冷却コイル２１には、排出部２１ｄが設けられている。排出部２１ｄは、冷却コイル２１による冷却により生じた水分を排出する。つまり、例えば、夏季の除湿負荷が多い冷却時には外気の比エンタルピーが所定の値となるように外気の温度調整するに伴い、冷却コイル２１に結露することにより除湿が行われるが、この結露により生じた水分が、排出部２１ｄにより排出される。排出部２１ｄは、ドレンパンと排水管を有し、冷却コイル２１からドレンパンに滴下した水分は、排水管を介して吸放湿溶液系統とは別の系統によって外部に排出される。

加熱コイル２２には、配管２２ａ、２２ｂを介して、冷温水供給装置７０からの温水が循環供給される。加熱コイル２２への供給側の配管２２ａには、バルブ２２ｃが設けられている。バルブ２２ｃは、加熱コイル２２へ供給される熱媒の流量を調整する第２の熱媒調整部を構成する。

冷温水供給装置７０は、冷水供給部７１、温水供給部７２を有する。冷温水供給装置７０としては、例えば、空気を熱源として冷媒の気化熱及び凝縮熱を利用して、冷水供給部７１において水を冷却し、温水供給部７２において水を加熱することができる空冷ヒートポンプを用いる。

冷水供給部７１の冷水の供給側の配管７３は、配管２１ａに接続され、冷水の復帰側の配管７４は、配管２１ｂに接続されている。冷水供給部７１からの冷水は、配管７３及び配管２１ａを介して、冷却コイル２１に供給される。外気は、冷水が流通する冷却コイル２１を通過することにより冷却される。冷却コイル２１を通過した冷水は、配管２１ｂ及び配管７４を介して、冷水供給部７１に戻る。配管７４には、送水用のポンプ７４ａが設けられている。バルブ２１ｃの開度の調整により、冷却コイル２１に供給される冷水の流量が調整され、結果として外気の冷却温度が調整される。

温水供給部７２の温水の供給側の配管７５は、配管２２ａに接続され、復帰側の配管７６は、配管２２ｂに接続されている。温水供給部７２からの温水は、配管７５及び配管２２ａを介して、加熱コイル２２に供給される。外気は、温水が流通する加熱コイル２２を通過することにより加熱される。加熱コイル２２を通過した温水や蒸気の凝縮水は、配管２２ｂ及び配管７６を介して、温水供給部７２に戻る。配管７６には、送水用のポンプ７６ａが設けられている。バルブ２２ｃの開度の調整により、加熱コイル２２に供給される温水の流量が調整され、結果として外気の加熱温度が調整される。

さらに、配管７５、７６には、双方の経路を開閉するバルブ７８が設けられ、配管７３、７４には、配管７５、７６との連通を開閉するバルブ７７が設けられている。これらのバルブ７７、７８によって、熱交換器８２に冷水を供給するか、温水を供給するかを切り替える第１の切替部が構成されている。つまり、第１の切替部は、空気処理部２へ供給する吸放湿溶液を熱交換器８２により冷却するか、加熱するかを切り替える。

（調湿部）
調湿部２３は、調温部２０の下流側に設置され、吸放湿溶液が供給されて流通する気液接触部材を有し、調温部２０により温度が調整され、所定の比エンタルピーとなった外気を通過させることにより、外気の湿度を調整する装置である。本実施形態の調湿部２３は、気液接触部材として膜２３ａを用いる。膜２３ａは、複数枚が隙間を空けて配置されており、襞状の皺が形成されることにより、除湿及び加湿に十分な気液接触面積を有する、例えば気化式加湿膜である。

膜２３ａには、後述する再生部３との間で、吸放湿溶液である塩化リチウム水溶液が循環する。再生部３に接続され、調湿部２３に吸放湿溶液を供給する供給路４は、各空気処理部２における調湿部２３に分岐している。供給路４には、送液用のポンプ４１が設けられている。各空気処理部２へ分岐した供給路４には、バルブ４２が設けられている。バルブ４２は、各調湿部２３に供給する吸放湿溶液の液量を調整する液量調整部である。つまり、バルブ４２の開度の調整により、吸放湿溶液の流量が調整され、結果として外気の湿度が調整される。

各調湿部２３において、供給路４からの吸放湿溶液は、膜２３ａの上部に設けられた散液部２３ｂを介して滴下されるように構成されている。散液部２３ｂから滴下された吸放湿溶液は、膜２３ａの上部から下部へと流通する。例えば、夏季の除湿時には、調温部２０において冷却された外気は、調湿部２３を通過することにより、吸放湿溶液に接触して除湿される。冬季の加湿時には、調温部２０において加熱された外気は、調湿部２３を通過することにより吸放湿溶液に接触して加湿される。

膜２３ａの下部には、膜２３ａから落下した吸放湿溶液を受ける受液部２３ｃが設けられている。受液部２３ｃに落下した吸放湿溶液は、復帰路５によりタンク６に合流する。ここの復帰路５は、吸放湿溶液がタンク６に重力により流入する自然復帰路である。タンク６は、各調湿部２３からの吸放湿溶液が合流して、一時的に貯留される容器である。タンク６から再生部３へ向かう復帰路５には、タンク６に貯留された吸放湿溶液を再生部３へ戻すポンプ５１が設けられている。このため、膜２３ａから受液部２３ｃに落下した吸放湿溶液は、タンク６及び復帰路５を介して再生部３に復帰する。ここの復帰路５は、タンク６内の吸放湿溶液がポンプ５１により送り出されて、再生部３に流入する動力復帰路である。

なお、空気処理部２内での吸放湿溶液は、非循環である。つまり、供給路４から膜２３ａに供給された吸放湿溶液は、空気処理部２内で膜２３ａに戻されることなく、復帰路５に排出されて、再生部３から供給路４を介して膜２３ａに戻って来る。

［再生部］
再生部３は、供給路４に接続され、設定湿度が維持されるように、吸放湿溶液の濃度を再生する処理機である。再生部３は、図中、外気が取り込まれる外気口３３から、外気を排出する排気口３４へと抜ける細い実線の矢印で示す流路に配設された、加熱部３１、濃縮部３２を有する。

（加熱部）
加熱部３１は、外気口３３の下流側に設置され、熱媒との熱交換により、外気を加熱する装置である。加熱部３１は、熱媒として冷温水供給装置７０の温水供給部７２からの温水を用いて、外気を加熱するコイルである。

加熱部３１には、温水供給部７２からの温水が、配管３５及び配管３６を介して、循環供給される。配管３５は、温水供給部７２の供給側の配管７５に接続されている。配管３６は、温水供給部７２の復帰側の配管７６に接続されている。外気は、温水が流通する加熱部３１を通過することにより加熱される。加熱部３１を通過した温水は、配管３６、配管７６を経て温水供給部７２に戻る。配管３５には、バルブ３５ａが設けられている。バルブ３５ａは、加熱部３１へ供給される温水の流量を調整する第３の熱媒調整部を構成する。つまり、バルブ３５ａの開度の調整により、温水の流量が調整され、結果として外気の加熱温度が調整される。

（濃縮部）
濃縮部３２は、空気処理部２からの吸放湿溶液が供給されて流通する膜３２ａを有し、膜３２ａを流通する吸放湿溶液から水分を気化することにより、吸放湿溶液を濃縮する。濃縮部３２は、加熱部３１の下流側に設置され、加熱部３１により加熱された外気を通過させることにより、吸放湿溶液から水分を追い出す。膜３２ａは、調湿部２３の膜２３ａと同様に、複数枚が隙間を空けて配置されており、襞状の皺が形成されることにより、十分な気液接触面積を有する、例えば気化式加湿膜である。

膜３２ａには、調湿部２３との間で、吸放湿溶液である塩化リチウム水溶液が循環する。各空気処理部２の調湿部２３において吸湿した吸放湿溶液は、タンク６に収集されて、復帰路５を介して、膜３２ａの上部に設けられた散液部３２ｂから滴下されるように構成されている。散液部３２ｂから滴下された吸放湿溶液は、膜３２ａの上部から下部へと流通する。例えば、夏季の除湿時に、加熱部３１において加熱された外気は、濃縮部３２を通過することにより吸放湿溶液に接触して加湿され、結果として吸放湿溶液は水分が減少して濃縮される。

膜３２ａの下部には、膜３２ａから落下した吸放湿溶液が一時的に貯留される容器である貯液部３２ｃが設けられている。貯液部３２ｃには、吸放湿溶液の濃度を計測する濃度センサＣが設けられている。また、貯液部３２ｃには、吸放湿溶液を水により希釈する希釈部３２１が接続されている。希釈部３２１は、図示しない給水源に接続された給水管３２１ａを有する。

給水管３２１ａには、バルブ３２１ｂが設けられている。バルブ３２１ｂは、希釈部３２１の給水量を調整する水量調整部である。つまり、バルブ３２１ｂの開度の調整により、吸放湿溶液を希釈する水の量が調整される。これにより、調湿部２３に供給される吸放湿溶液の濃度が調整される。貯液部３２ｃには、供給路４が接続され、貯液部３２ｃにおいて濃度が調整された吸放湿溶液は、各空気処理部２の調湿部２３に分岐して供給される。

さらに、散液部３２ｂに接続された復帰路５には、バルブ５３、バイパス部５４が設けられている。バルブ５３は、膜３２ａへの吸放湿溶液の滴下の有無を切り替える。バイパス部５４は、配管５４ａとバルブ５４ｂによって構成される。配管５４ａは、バルブ５３の手前で復帰路５から分岐して、貯液部３２ｃに接続される。バルブ５４ｂは、配管５４ａに設けられ、貯液部３２ｃへの吸放湿溶液の流入の有無を切り替える。

バルブ５３、５４ｂは、調湿部２３が加湿を行う場合に、復帰路５からの吸放湿溶液の復帰先を、膜３２ａから貯液部３２ｃに切り替える第２の切替部を構成する。つまり、バルブ５３を閉じて、バルブ５４ｂを開くことによって、吸放湿溶液を、膜３２ａを介さずに、貯液部３２ｃに供給することができる。

なお、再生部３内での吸放湿溶液は、定常運転においては非循環である。つまり、復帰路５から膜３２ａに供給された吸放湿溶液は、再生部３内で膜３２ａに戻されることなく、供給路４に供給されて、調湿部２３から復帰路５を介して膜３２ａに戻って来る。

但し、再生部３は、吸放湿溶液を循環させるための還流経路も有している。この還流経路は、供給路４から分岐して、散液部３２ｂの手前の復帰路５に接続される配管４３を有する。この配管４３は、加湿モードから除湿モードへの変更時、あるいは、除湿運転時期における一定時間の停止後の運転開始時に、吸放湿溶液を循環させて加熱により水分を放出させることにより濃度を高めるバイパスとなる。配管４３にはバルブ４３ａが設けられ、供給路４にはバルブ４３ｂが設けられている。バルブ４３ａ、４３ｂは、吸放湿溶液を配管４３を介して循環させるか否かを切り替える第３の切替部である。

また、供給路４には、熱交換器８２が設けられている。配管７５には、熱交換器８２への温水又は冷水の供給の有無を切り替えるバルブ７５ａが設けられている。また、熱交換器８２へ供給する水は、吸放湿溶液で除湿する場合には冷水、加湿する場合には温水となるように切り替える。これは、バルブ７７及びバルブ７８を切り替えることによって行う。特に除湿時には、吸放湿溶液を冷却することで、ほぼ等エンタルピー線上を除湿、昇温方向に向かう空気状態を等エンタルピー線上よりも低く、すなわち、温度をあまり上げずに除湿することができる。この効果により、吹き出し温度を低くして、所定の除湿量を得るのに、吸放湿溶液濃度をより低くすることが可能である。これにより、再生部３での加熱温度、すなわち加熱源の温度を低くすることが可能となり、熱源をより広く選択することが可能となる。但し、熱交換器８２は、必ずしも必要ではなく、省略してもよい。

本実施形態の空気処理システムは、設定湿度に応じて除湿モードと加湿モードを切り替える。除湿モードでは外気の冷却あるいは加熱を行った後、除湿を行う。この場合、再生部３においては、加熱部３１により加熱した外気を、濃縮部３２において吸放湿溶液に接触させることにより、吸放湿溶液から水分を追い出して濃縮する。濃縮された吸放湿溶液は、貯液部３２ｃに落下して、調湿部２３に供給される。

一方、加湿モードでは外気の加熱あるいは冷却を行った後、加湿を行う。この場合、再生部３においては、加熱部３１による外気の加熱は行わず、バルブ５３を閉じて、膜３２ａへの吸放湿溶液の滴下を停止する。また、バイパス部５４のバルブ５４ｂを開き、調湿部２３からの吸放湿溶液を、膜３２ａを経由させずに貯液部３２ｃに戻す。このため、濃縮部３２においては、吸放湿溶液の濃縮は行わず、希釈部３２１により水を供給することにより、加湿により減少した水分を補充して、調湿部２３に供給する。

なお、本実施形態では、外気の状態に応じて、冷却及び除湿を行う冷却除湿、加熱及び除湿を行う加熱除湿、加熱及び加湿を行う加熱加湿、冷却及び加湿を行う冷却加湿を行うことができる。

空気処理システムは、また、制御装置９０を備えている。制御装置９０は、図２に示す入力部Ｉや出力部Ｏが接続された、ＣＰＵやメモリを含み所定のプログラムで動作するコンピューターや専用の電子回路で構成されている。以下に説明する制御装置９０及びこの制御装置９０により空気処理装置１０を制御する方法も本発明の一態様である。制御装置９０は、温度センサＴ、湿度センサＨ及び濃度センサＣに接続されている。

制御装置９０は、温度センサＴ及び湿度センサＨの計測結果を利用して、空調空間Ｒに供給される外気が設定温度及び設定湿度になるように、空気処理装置１０の各部の制御を行う。そのために、制御装置９０は、図２に示す機能構成を備えている。すなわち、制御装置９０は、記憶部９１、指示信号出力部９２、モード選択部９３、温度決定部９４、湿度決定部９５、濃度決定部９６を含む。

記憶部９１には、空気処理装置１０の各部の制御に必要なデータが記憶されている。そのようなデータとして、例えば、設定温度、設定湿度、設定濃度、目標となる所定の比エンタルピー及び特定の湿度から所定の比エンタルピーとする温度を求めるための演算式、各種の判断処理の閾値、テーブル等を記憶している。設定温度、設定湿度、設定濃度、所定の比エンタルピー等は、空調空間Ｒの管理者が、予め所望の値を入力部Ｉを介して入力することができる。所望の値として記憶部９１に記憶される各種の設定値、所定値は、時季に応じて予め設定されたものであっても良く、あるいは温度センサＴ、湿度センサＨ、濃度センサＣの計測結果から、所定のアルゴリズムに従って決定したものであっても良い。また、記憶部９１には、温度センサＴ、湿度センサＨ、濃度センサＣから受信した計測結果が一時的に保存される。

指示信号出力部９２は、空気処理装置１０の各部の機構を制御する指示信号を出力する。特に、本実施形態では、モード選択部９３、温度決定部９４、湿度決定部９５、濃度決定部９６での処理結果に基づいて、指示信号出力部９２が指示信号を出力する。

モード選択部９３は、湿度センサＨで計測された空調空間Ｒの湿度に応じて、空気処理装置１０を、除湿モードで運転するか、加湿モードで運転するかを選択する。選択の具体的な態様としては、例えば、計測湿度を記憶部９１に記憶された所定の閾値と比較し、閾値以下であれば加湿モードを選択し、閾値を超えた場合は除湿モードを選択する。モード選択部９３は、入力部Ｉからの入力に応じて、除湿モードとするか、加湿モードとするかを選択してもよい。

モード選択部９３による除湿モードの選択に従って、指示信号出力部９２が出力する指示信号に従って、第１の切替部であるバルブ７７、バルブ７８のうち、バルブ７８が閉じて、バルブ７７が開く。そして、バルブ３５ａが開くことにより、加熱部３１に温水供給部７２からの温水が供給され、濃縮部３２の膜３２ａに加熱された外気が通過する。さらに、指示信号出力部９２が出力する指示信号に従って、第２の切替部であるバルブ５３、５４ｂのうち、バルブ５３を開き、バルブ５４ｂを閉じることにより、復帰路５の吸放湿溶液が膜３２ａに滴下されるようにする。なお、除湿モードとして吸放湿溶液の濃度が、設定濃度より低い場合には、第３の切替部であるバルブ４３ａを開き、バルブ４３ｂを閉じることにより、配管４３を介して吸放湿溶液を循環させて、加熱された外気に接触させることにより、所定の濃度に濃縮を行ってから、バルブ４３ａを閉じ、バルブ４３ｂを開くことにより、除湿運転に移行するものとする。

また、モード選択部９３で加湿モードが選択された場合は、指示信号出力部９２が出力する指示信号に従って、第１の切替部であるバルブ７７、バルブ７８のうち、バルブ７７が閉じて、バルブ７８が開く。そして、バルブ３５ａは閉じることにより、加熱部３１への温水供給は停止する。さらに、指示信号出力部９２が出力する指示信号に従って、第２の切替部であるバルブ５３、５４ｂのうち、バルブ５３を閉じ、バルブ５４ｂを開くことにより、吸放湿溶液が膜３２ａに滴下されずに、貯液部３２ｃに直接供給されるようにする。つまり、濃縮部３２は機能させず、希釈部３２１による希釈のみが行われる。

温度決定部９４は、温度センサＴにより計測される温度及び湿度センサＨにより計測される湿度に基づいて、当該湿度で所定の比エンタルピーが達成できるように、調温部２０による冷却又は加熱の温度を決定する。つまり、計測される温度と湿度により求められる比エンタルピーが、所望の値となるように温度を上昇又は下降させる。

除湿モード又は加湿モードにおいて冷却する場合には、指示信号出力部９２が出力する指示信号に従って、調温部２０のバルブ２１ｃが開き、冷却コイル２１に冷水供給部７１からの冷水が供給される。また、除湿モード又は加湿モードにおいて、加熱する場合には、指示信号出力部９２が出力する指示信号に従って、調温部２０のバルブ２２ａが開き、加熱コイル２２に温水供給部７２からの温水が供給される。

比エンタルピーｈ[ｋＪ／ｋｇ’]は、温度ｔ[℃]と湿度ｘ[ｋｇ／ｋｇ’]から、以下の式１によって求めることができる。ここで、温度ｔは、乾球温度であり、湿度ｘは絶対湿度である。
ｈ＝１．００６ｔ＋（１．８６ｔ＋２５０１）ｘ 式１

このような式１から、湿度センサＨにより計測される現在の湿度に応じて、所望の比エンタルピーｈを得るための温度を決定することができる。現在の温度は、温度センサＴにより計測されるため、その温度をどの程度上昇又は下降させれば、所望の比エンタルピーｈが得られるかが決まる。このような設定温度と設定湿度の組み合わせをあらかじめテーブルで用意しておき、湿度に応じていずれかの温度を選択し、その温度にするには、どの程度温度を上昇又は下降すればよいかを求めるようにしてもよい。

つまり、温度決定部９４は、温度を下降させる場合には、外気の比エンタルピーが所定の値となるまで、外気が冷却されるように冷却コイル２１による冷却温度を決定する。温度決定部９４が決定した冷却温度に従って、指示信号出力部９２が指示信号を出力するので、第１の熱媒調整部であるバルブ２１ｃが開度を調整し、冷却コイル２１の冷水の流量が調整される。

また、温度決定部９４は、温度を上昇させる場合には、外気の比エンタルピーが所定の値となるまで、外気が加熱されるように加熱コイル２２の加熱温度を決定する。温度決定部９４が決定した加熱温度に従って、指示信号出力部９２が指示信号を出力するので、第２の熱媒調整部であるバルブ２２ａが開度を調整し、加熱コイル２１の温水の流量を調整する。

湿度決定部９５は、湿度センサＨにより計測される湿度に基づいて外気の湿度が、設定された値となるように、調湿部２３による除湿又は加湿の量を決定する。湿度決定部９５が決定した除湿又は加湿量に従って、指示信号出力部９２が指示信号を出力するので、液量調整部であるバルブ４２が開度を調整し、膜２３ａへの吸放湿溶液の滴下量が調整される。

濃度決定部９６は、除湿モード又は加湿モードに応じて、吸放湿溶液による除湿あるいは加湿が行われるように、吸放湿溶液の濃度を決定する。つまり、計測される吸放湿溶液の濃度が、設定値となるように濃度を上昇又は下降させる。これにより、調温部２０が所定の比エンタルピーとした外気は、調湿部２３が湿度を調整することにより、設定された温度と湿度が維持される。

より具体的には、モード選択部９３で除湿モードが選択された場合、濃度決定部９６は、外気を調温部２０で冷却後、調湿部２３への吸放湿溶液の設定最大量において、設定湿度まで除湿できるように、吸放湿溶液の濃度を決定する。濃度決定部９６が決定した濃度に従って、指示信号出力部９２が指示信号を出力するので、第３の熱媒調整部であるバルブ３５ａが開度を調整し、加熱部３１の温水の流量が調整され、吸放湿溶液の濃度が調整される。

モード選択部９３で加湿モードが選択された場合、濃度決定部９６は、調湿部２３への吸放湿溶液の設定最大量において設定湿度まで加湿できるように、吸放湿溶液の濃度を決定する。濃度決定部９６が決定した濃度に従って、指示信号出力部９２が指示信号を出力するので、水量調整部であるバルブ３２１ｂが開度を調整し、貯液部３２ｃに供給する水量が調整される。加湿モードでは、上記のように、濃縮部３２は機能させない。

吸放湿溶液の濃度は、濃度センサＣにより計測される。濃度決定部９６は、濃度センサＣにより計測される濃度が、除湿モード又は加湿モードにおいて、設定濃度となるように、計測される濃度を上昇又は下降させる。

例えば、空調空間Ｒに供給される外気の湿度と吸放湿溶液の濃度との相関データを予め試験等を行って作成して記憶部９１に記憶させる。この相関データに基づいて、所望の湿度に応じた吸放湿溶液の濃度を決定するとよい。

［２．動作］
本実施形態の空気処理システムの動作を、除湿モードの運転、加湿モードの運転に分けて説明する。なお、以降はそれぞれを除湿運転、加湿運転として説明する。

［除湿運転］
モード選択部９３が除湿モードを選択した場合、空気処理システムは除湿運転を行う。この動作を、図３及び図４に示す。図４は空気処理部２、再生部３を示している。外気の流れは、給気を白塗りの太い矢印で示す。吸放湿溶液の流れは太い実線、温水又は冷水の流れは太い点線、希釈水の流れは二点鎖線で示す。図３及び図４では、冷却コイル２１に冷水が供給されている状態及び加熱コイル２２に温水が供給されている状態が示されているが、調温部２０において、いずれの状態を選択して外気を冷却するか、加熱するかは、バルブ２１ｃ、バルブ２２ｃの開閉を切り替えることにより行う。なお、吸放湿溶液であるＬｉＣｌ溶液の比重、比熱は、本説明では、水と同じ比重＝１．０（ｇ／ｃｍ^３）、比熱＝４．１８７ｋＪ／（ｋｇ・ｋ）として計算した。

（冷却除湿）
まず、夏季などに、外気を冷却して除湿する冷却除湿運転の場合、図４に示すように、調温部２０の冷却コイル２１が外気を冷却し（［１］点→［２］点）、調湿部２３が外気の除湿を行う（［２］点→［４］点）。再生部３では、加熱部３１による外気の加熱（［５］点→［６］点）、濃縮部３２による吸放湿溶液の濃縮（［６］点→［７］点）が行われる。濃縮された吸放湿溶液は、調湿部２３に供給されて除湿に使用され、再生部３に復帰する（［Ａ］点→［Ｂ］点）。

空気処理システムの冷却除湿運転時の作用をシミュレーションした結果を、図５の空気線図を用いて説明する。設定値（ＳＰ）は、乾球温度２２℃、相対湿度４０％、絶対湿度６.６ｇ／ｋｇ’、比エンタルピー３８．８ｋＪ／ｋｇ’、露点温度７．８℃とし、給気路１００に取り込む外気量は、１ｋｇ’／ｈ（＝０．８４ｍ^３／ｈ）として計算している。

図５の空気線図の［１］〜［７］点は、図４の［１］〜［７］点に対応している。つまり、［１］点は空気処理部２の外気入口、［２］点は冷却コイル２１の出口＝調温部２０の出口、［４］点は調湿部２３の出口である。［４］点は、熱交換器８２がない場合、［４’］点は、熱交換器８２による冷却を行う場合である。［５］点は再生部３の外気入口、［６］点は加熱部３１を通過した点、［７］点は濃縮部３２を通過した点である。［６］、［７］点は、熱交換器８２がない場合、［６’］、［７’］点は、熱交換器８２による冷却を行う場合である。各点において記載した数字は、（乾球温度［℃］／相対湿度［％］／絶対湿度［ｇ／ｋｇ’］／比エンタルピー［ｋＪ／ｋｇ’］、露点温度［℃］）である。

外気口１０１から給気路１００に、高温多湿の外気が導入される（［１］点：３３／６２／１９．８／８３．９／２４．７）。外気は調温部２０の冷却コイル２１によって冷却されることにより、所定の比エンタルピーとなる（［２］点：１４．３／９５／９．７／３８．８／１３．６）。続いて、外気は調温部２０の加熱コイル２２を通過した後（［２］点と同じ）、調湿部２３によって除湿されてＳＰとなり（［４］点：２２／４０／６．６／３８．８／７．８）、給気口１０２から空調空間Ｒに供給される。

［１］の処理対象となる外気の１ｋｇ’（＝０．８４ｍ^３）が［２］へ推移した場合、冷却コイル２１により所定の比エンタルピー（３８．８ｋＪ／ｋｇ’）とするための除湿を含む冷却熱量とその除湿量(1)、また調湿部２３により、設定された湿度値とするための除湿量(2)は、以下の通りである。
冷却熱量：８３．９−３８．８＝４５．１ｋＪ／ｋｇ’
除湿量(1)：１９．８−９．７＝１０．１ｇ／ｋｇ’
除湿量(2)： ９．７−６．６＝３．１ｇ／ｋｇ’

吸放湿溶液であるＬｉＣｌの滴下量を外気量に対して１２．５ｇ／１０００ｇ’＝０．０１２５（Ｌ／Ｇ）として、濃度４０ｗｔ％とすると、ＬｉＣｌの濃度変化は、以下の通りとなる。
ＬｉＣｌ ５．０ｇ＋Ｈ_２Ｏ ７．５ｇ＝１２．５ｇ （４０ｗｔ％）
→ＬｉＣｌ ５．０ｇ＋Ｈ_２Ｏ １０．６ｇ＝１５．６ｇ （３２ｗｔ％）

ＬｉＣｌの滴下量を０．０１２５（Ｌ／Ｇ）として、濃度３５ｗｔ％とすると、ＬｉＣｌの濃度変化は、以下の通りとなる。
ＬｉＣｌ ４．４ｇ＋Ｈ_２Ｏ ８．１ｇ＝１２．５ｇ （３５ｗｔ％）
→ＬｉＣｌ ４．４ｇ＋Ｈ_２Ｏ １１．２ｇ＝１５．６ｇ （２８ｗｔ％）

なお、滴下量を増やすと、ＬｉＣｌの濃度変化は小さくなる。例えば、Ｌ／Ｇ＝２５ｇ／１０００＝０．０２５とすると、ＬｉＣｌ濃度３５ｗｔ％の場合の変化は、以下の通りとなる。
ＬｉＣｌ ８．８ｇ＋Ｈ_２Ｏ １６．２ｇ＝２５．０ｇ （３５ｗｔ％）
→ＬｉＣｌ ８．８ｇ＋Ｈ_２Ｏ １９．３ｇ＝２８．１ｇ （３１ｗｔ％）

以上のように滴下量が多いほど、ＬｉＣｌ濃度を低くしても所定の除湿量を維持できる。ＬｉＣｌ濃度を低くすることは、再生部３での加熱温度を低くすることができるため、エネルギー効率及び加熱源選択の上でメリットが大きい。一方で、冬季の加湿においては、通常の塩化リチウムを含まない水道水など加湿水は、Ｌ／Ｇ＝０．０２程度以下としているため、本実施形態の吸放湿溶液であるＬｉＣｌ溶液でも、Ｌ／Ｇは多くても０．０３以下程度とすることが望ましい。また、気化式加湿の飽和効率にあたる数値も、ＬｉＣｌ濃度により変化することから、外気と気化式加湿装置の気液接触面積により決まる飽和効率は、通常の水道水でのη＝０．７以上が望ましい。

なお、［６］点と［６’］点の比較、［７］点と［７’］点の比較からわかるように、熱交換器８２による冷却を行う場合には、温度を上げずに除湿することができ、再生部３での加熱温度を低くすることができる。

（加熱除湿）
次に、外気を加熱して除湿する加熱除湿運転の場合を説明する。加熱除湿運転が必要となる場合とは、例えば、図５の［１’］で示すように、外気の比エンタルピーがＳＰよりも低く、絶対湿度がＳＰよりも高い場合である。図４に示すように、調温部２０が外気を加熱し（［１’］点→［３］点）、調湿部２３が外気の除湿を行う（［３］点→［４］点）。再生部３では、加熱部３１による外気の加熱（［５］点→［６］点）、濃縮部３２による吸放湿溶液の濃縮（［６］点→［７］点）が行われる。濃縮により濃度調整された吸放湿溶液は、調湿部２３に供給されて除湿に使用され、再生部３に復帰する（［Ａ］点→［Ｂ］点）。

空気処理システムの加熱除湿運転時の作用をシミュレーションした結果を、図５の空気線図を用いて説明する。設定値（ＳＰ）は、上記冷却除湿の時と同様に、乾球温度２２℃、相対湿度４０％、絶対湿度６.６ｇ／ｋｇ’、比エンタルピー３８．８ｋＪ／ｋｇ’、露点温度７．８℃とし、給気路１００に取り込む外気量は、１ｋｇ’／ｈ（＝０．８４ｍ^３／ｈ）として計算している。

図５の空気線図の［１’］、［３］、[４]は、図４の［１］、［３］、［４］点に対応している。各点において記載した数字は、（乾球温度［℃］／相対湿度［％］／絶対湿度［ｇ／ｋｇ’］／比エンタルピー［ｋＪ／ｋｇ’］、露点温度［℃］）である。

外気口１０１から給気路１００に、低温多湿の外気が導入される（［１’］点：１４．０／８０／８．０／３４．２／１０．６）。外気は調温部２０の加熱コイル２２を通過することにより加熱されて所定の比エンタルピーとなり（［３］点：１８．４／６０．８／８．０／３８．８／１０．７）、調湿部２３によって除湿され（［４］点：２２／４０／６．６／３８．８／７．８）、給気口１０２から空調空間Ｒに供給される。

対象処理空気の湿度制御は、湿度センサＨによる値が設定値の湿度よりも高くなった場合には滴下量を多くし、低くなった場合には絞るように制御する。

なお、上記の除湿運転において、調温部２０が上流側、調湿部２３が下流側にあるため、空気状態の設定及び実際の変化は、所定の比エンタルピーへの変化の後、設定湿度への変化となる。設定湿度への変化は、吸放湿溶液の外気水分の溶解熱により、等エンタルピー線上とはわずかに異なる温度変化を伴うが、最終的に設定湿度へ収束するように調温部２０により、冷却、加熱が行われる。

［加湿運転］
モード選択部９３が加湿モードを選択した場合、空気処理システムは加湿運転を行う。この動作を、図６及び図７に示す。図７は空気処理部２、再生部３を示している。外気の流れは、給気を白塗りの太い矢印で示す。吸放湿溶液の流れは太い実線、温水の流れは太い点線、希釈水の流れは二点鎖線で示す。図６及び図７では、冷却コイル２１に冷水が供給されている状態及び加熱コイル２２に温水が供給されている状態が示されているが、調温部２０において、いずれの状態を選択して外気を冷却するか、加熱するかは、バルブ２１ｃ、バルブ２２ｃの開閉を切り替えることにより行う。

（加熱加湿）
まず、冬季などに、外気を加熱して加湿する加熱加湿運転の場合、図７に示すように、調温部２０が外気を加熱し（［１］点→［３］点）、調湿部２３が外気の加湿を行う（［３］点→［４］点）。再生部３では、加熱部３１による外気の加熱、濃縮部３２による吸放湿溶液の濃縮は行わず、希釈部３２１による吸放湿溶液の希釈のみが行われる。希釈により濃度調整された吸放湿溶液は、調湿部２３に供給されて加湿に使用され、再生部３に復帰する（［Ａ］点→［Ｂ］点）。

空気処理システムの加熱加湿運転時の作用をシミュレーションした結果を、図８の空気線図を用いて説明する。設定値（ＳＰ）は、乾球温度２２℃、相対湿度４０％、絶対湿度６．６ｇ／ｋｇ’、比エンタルピー３８．８ｋＪ／ｋｇ’、露点温度７．８℃とし、給気路１００に取り込む外気量は、１ｋｇ’／ｈ（＝０．８４ｍ^３／ｈ）として計算している。

図８の空気線図の［１］、［３］、［４］点は、図７の［１］、［３］、［４］点に対応している。つまり、［１］点は外気入口、［２］点は冷却コイル２１の出口、［３］点は加熱コイル２２の調温部２０の出口、［４］点は調湿部２３の出口である。各点において記載した数字は、（乾球温度［℃］／相対湿度［％］／絶対湿度［ｇ／ｋｇ’］／比エンタルピー［ｋＪ／ｋｇ’］、露点温度［℃］）である。

外気口１０１から給気路１００に、低温低湿の外気が導入される（［１］点：０／３４／１．３／３．２／−１２．５）。外気は、調温部２０の加熱コイル２２によって加熱されることにより、所定の比エンタルピーとなる（［３］点：３５．３／３．７／１．３／３８．８／−１２．５）。続いて、調湿部２３によって加湿され（［４］点：２２／４０／６．６／３８．８／７．８）、給気口１０２から空調空間Ｒに供給される。

［１］の処理対象となる外気の１ｋｇ’（＝０．８４ｍ^３）が［３］へ推移した場合、加熱コイル２２が所定の比エンタルピー（３８．８ｋＪ／ｋｇ’）とするための加熱熱量と、調湿部２３が設定値とするための加湿量は、以下の通りである。
加熱熱量：３８．８−３．２＝３５．６ｋＪ／ｋｇ’
加湿量：６．６−１．３＝５．３ｇ／ｋｇ’

滴下式気化式加湿を用いたシステムでは、上記条件での加湿量を得るためには、飽和効率η＝６３％程度の気化式加湿膜で良い。また、吸放湿溶液の滴下量は、加湿に必要な量の２倍程度とし、塵埃や水中の析出部を防止するのが一般的である。上記の例では、５．３ｇ／ｋｇ’×２＝１０．６ｇ／ｋｇ’が水分だけの滴下量となる。ＬｉＣｌ溶液を濃度１５ｗｔ％とすると、吸放湿溶液としては、
１０．６÷０．８５＝１２．５ｇ／ｋｇ（ＬｉＣｌ １５％＝１．９ｇ，Ｈ_２Ｏ ８５％＝１０．６ｇ）
１２．５ｇ／１０００ｇ’＝０．０１２５（Ｌ／Ｇ）
の滴下量となる。
このときのＬｉＣｌの濃度変化は、以下の通りとなる。
ＬｉＣｌ １．９ｇ＋Ｈ_２Ｏ １０．６ｇ＝１２．５ｇ （１５ｗｔ％）
→ＬｉＣｌ １．９ｇ＋Ｈ_２Ｏ ５．３ｇ＝７．２ｇ （２６ｗｔ％）

（冷却加湿）
次に、外気を冷却して加湿する冷却加湿運転の場合を説明する。冷却加湿が必要となる場合とは、例えば、図８の［１’］で示したように、外気の比エンタルピーがＳＰよりも高く、絶対湿度がＳＰよりも低い場合である。図７に示すように、調温部２０が外気を冷却し（［１］点→［２］点）、調湿部２３が外気の加湿を行う（［２］点→［４］点）。再生部３では、加熱部３１による外気の加熱、濃縮部３２による吸放湿溶液の凝縮は行わず、希釈部３２１による吸放湿溶液の希釈のみが行われる。希釈により濃度調整された吸放湿溶液は、調湿部２３に供給されて加湿に使用され、再生部３に復帰する（［Ａ］点→［Ｂ］点）。

空気処理システムの加湿運転時の作用をシミュレーションした結果を、図８の空気線図を用いて説明する。設定値（ＳＰ）は、乾球温度２２℃、相対湿度４０％、絶対湿度６.６ｇ／ｋｇ’、比エンタルピー３８．８ｋＪ／ｋｇ’、露点温度７．８℃とし、給気路１００に取り込む外気量は、１ｋｇ’／ｈ（＝０．８４ｍ^３／ｈ）として計算している。

図８の空気線図の［１’］、［２］、[４]は、図５の［１］、［２］、［４］点に対応している。各点において記載した数字は、（乾球温度［℃］／相対湿度［％］／絶対湿度［ｇ／ｋｇ’］／比エンタルピー［ｋＪ／ｋｇ’］、露点温度［℃］）である。

外気口１０１から給気路１００に、高温低湿の外気が導入される（［１’］点：２６／３０／６．３／４２．１／７．１）。外気は調温部２０の冷却コイル２１を通過することにより冷却されて所定の比エンタルピーとなり（［２］点：２２．６／３６．９／６．３／３８．８／７．１）、調湿部２３によって加湿されて（［４］点：２２／４０／６．６／３８．８／７．８）、給気口１０２から空調空間Ｒに供給される。

なお、対象処理空気の湿度制御は、湿度センサＨによる測定値が、設定値の湿度よりも高くなった場合には滴下量を絞り、低くなった場合には滴下量を多くするように制御する。

上記の加湿運転においても、調温部２０が上流側、調湿部２３が下流側にあるため、空気状態の設定及び実際の変化は、所定の比エンタルピーへの変化の後、設定湿度への変化となる。設定湿度への変化は、等エンタルピー線上とはわずかに異なる温度変化を伴うが、最終的に設定湿度へ収束するように調温部２０により、冷却、加熱が行われる。

［本実施形態と比較例との比較］
本実施形態では、上記の冷却除湿のように、除湿負荷が大きい場合において、外気の除湿は、冷却コイル２１により冷却される際の除湿と、調湿部２３の吸放湿溶液による除湿の２段階でなされる。冷却コイル２１により除湿された水分は、このまま排出部２１ｄにより排出され、調湿部２３の吸放湿溶液により除湿された水分だけが、吸放湿溶液が加熱されることにより気化蒸発する。例えば、本実施形態では、対象となる処理空気から除湿すべき水分１３．２ｇ／ｋｇ’のうち、排出部２１ｄにより１０．１ｇ／ｋｇ’を排出できる。つまり、排出すべき水分の７７％を、そのまま外部に排出できる。しかし、特許文献１に示したように、熱交換コイルと吸放湿溶液の溶液再生機が一体となっている場合には、除湿すべき水分の全てを溶液再生機によって気化蒸発させる必要がある。すなわち、除湿すべき全水分量の１３．２ｇ／ｋｇ’を気化蒸発させるエネルギーが必要となる。これに対して、本実施形態では、再生部３を構成する装置を小型化することが可能であり、さらに加熱エネルギーの消費量が小さくて済むという利点がある。なお、吸放湿溶液による除湿量としては、気化式加湿装置との大きさを含む性能の整合から、３ｇ／ｋｇ’以内、多くても４ｇ／ｋｇ’以内とすることが望ましい。図５に示した例では、［２］点の絶対湿度９．７ｇ／ｋｇ’−［４］点の絶対湿度６．６ｇ／ｋｇ’＝除湿量３．１ｇ／ｋｇ’となっている。

［３．作用効果］
以上のような本実施形態の作用効果は、以下の通りである。
（１）本実施形態の空気処理装置１０は、処理対象となる空気である外気を空調空間Ｒへ給気する給気路１００と、給気路１００に設置され、外気の比エンタルピーが所定の値となるように、外気の温度を調整する調温部２０と、給気路１００における調温部２０の下流側に設置され、吸放湿溶液が供給されて流通する気液接触部材を有し、調温部２０により温度が調整された外気を通過させることにより、外気の湿度を調整する調湿部２３と、外気が所定の湿度となるように、吸放湿溶液の濃度を再生する再生部３と、を有する。

このため、あらかじめ所定の比エンタルピーとなるように外気の温度を調整してから、吸放湿溶液によるほぼ等エンタルピー線上での湿度の調整を行って、設定された温度、湿度を維持させるので、外気の温度及び湿度調整のための吸放湿溶液の負荷が少なく、吸放湿溶液の流量を少なくして、さらに、除湿時における吸放湿溶液濃度を低く抑えることができる。

より具体的には、調湿部２３において除湿を行う前に、空気処理部２に設けた調温部２０によって冷却を行うことにより、除湿量の一部を除去することで、調湿部２３が除湿に使用する吸放湿溶液の濃度を低くする、あるいは液量を少なくすることができる。このため、吸放湿溶液の再生温度を低くする、あるいは吸放湿溶液による除湿装置部分を小さくすることができ、低エクセルギーの熱源、さらには加湿装置と同サイズとして気化式加湿装置との兼用が可能となるので、省エネルギーとなると同時に装置コストを低減できる。吸放湿溶液の流量については、冷却除湿、加熱除湿を行う場合でも、加熱加湿、冷却加湿を行う場合でも、滴下式気化式加湿器への供給液量程度で済む。このため、空気処理部２の腐食範囲、腐食の速度も遅くなり、劣化の進行も遅くなるので、耐久性が向上する。また、吸放湿溶液の流量が少なくて済むため、ポンプ等の機器も小型化、低コスト化できる。さらに、吸放湿溶液が低濃度で流量が少ないため、複数の空調空間Ｒに対応して設けられた多数の空気処理部２に対して、共通のタンク６、ポンプ５１、再生部３などを使用することができ、低コストでシステムを構築できる。

そもそも、従来の吸放湿溶液を用いる外気処理システムでは、上述のように必要な除湿量の全量を吸放湿溶液に吸収させるため、吸放湿溶液の濃度低下が大きく、また凝縮潜熱により温度上昇が大きい。この変化を仮想的に示した簡略空気線図が、図９［１］→［２］である。従来の吸放湿溶液を用いる外気処理システムでは、高濃度の吸放湿溶液を大量に流通させ、さらに、吸放湿溶液を冷却することにより、温度の上昇を抑えていた。この変化を、図９［２］→［３］に示す。つまり、結果的に、［１］→［３］の変化をさせていた。本実施形態の空気処理装置１０は、図５における［１］→［２］（図９の［１］→［２´］）のように、外気をあらかじめ冷却除湿することにより、低濃度、少量の吸放湿溶液によって、温度上昇を抑えることができる。すなわち、図９で全体除湿量ΔＸ_１＋２のうち、冷却除湿によりΔＸ_１は外部に排出されΔＸ_２のみが吸放湿溶液に吸収されるので、再生部３での加熱量が減少する。

（２）再生部３に接続され、調湿部２３に吸放湿溶液を供給する供給路４と、再生部３からの吸放湿溶液を、調湿部２３へ復帰させる復帰路５と、を有し、調温部２０は、熱媒との熱交換により外気を冷却する冷却コイル２１と、熱媒との熱交換により外気を加熱する加熱コイル２２と、冷却コイル２１に設けられ、冷却により生じた水分を排出する排出部２１ｄと、を有する。

このため、外気から除湿される水分の大半を、冷却コイル２１の排出部２１ｄにより排出させることができるので、吸放湿溶液の加熱によって気化蒸発させる水分を低減できる。したがって、加熱エネルギーの消費量を低減できる。

冷却コイル２１により排出される水分は、設定値での露点温度よりも高い部分での結露水のため、設定湿度まで冷却除湿する場合の冷水温度に比べて高く維持できるため、通常の冷却除湿方式に比べて空冷ヒートポンプ等の冷凍機を含む冷温水供給装置７０の効率が高く維持できる。

（３）空気処理部２内での吸放湿溶液は、非循環である。また、再生部３内での吸放湿溶液も、定常運転においては、非循環である。つまり、吸放湿溶液の流量は少なく、低濃度でよいため、非循環とすることができる。このため、各空気処理部２及び再生部３において、循環用のポンプが不要となり、コストを低減できる。但し、上記のように、再生部３においては、冷却除湿、加熱除湿時における停止時に周囲からの水分吸収及び加湿モードから除湿モードへの変更時に吸放湿溶液の濃度を高めるために、バイパス管を設けている。

［４．他の実施の形態］
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、空気処理装置１０の調湿部２３の上流に、つまり加熱コイル２２と調湿部２３との間に上流側湿度センサＨ２を設ける。また、制御装置９０は、上流側湿度センサＨ２により検出される湿度と、湿度センサＨにより検出される湿度の差分を求める差分演算部を有する。そして、差分演算部により求めた湿度の差分に応じて、濃度決定部９６が吸放湿溶液の濃度を決定する。その他の構成は、上記の実施形態と同様である。

これにより、外気の風量変化が大きい場合や複数台の空気処理部２を有する場合にも、加湿、除湿の制御を適切に行うことができる。通常、外気を処理する空気処理装置１０は省エネ効率を高めるために室内の二酸化炭素濃度に応じて、外気の導入量を変化させる。外気量が減れば装置としての除湿量が減り、吸放湿溶液が薄められる度合、すなわち濃度低下が少なくなるため溶液濃度を低く抑えることができる。また、これにより吸放湿溶液量を極端に微量にすることがなくなるので制御性も良くなる。

なお、空気処理部２と再生部３が、１対１の関係であれば、吸放湿溶液の量を一定として、設定する湿度となるように、吸放湿溶液の濃度を制御することで設定湿度を維持することも可能である。

濃度調整部は、上記の再生部３内で高濃度として、吸放湿溶液の供給路４において希釈水により希釈する構成としてもよい。例えば、図１１に示すように、供給路４のバルブ４２の手前にバルブ４２ａを設け、バルブ４２とバルブ４２ａの間の供給路４に、希釈水の流路を接続し、バルブ４２ｂを設ける。これにより、再生部３の構造や処理を簡素化できる。また、吸放湿溶液の量は少なく、凝縮熱による温度変化が主体となるため、熱交換器８２を省略してシステムを簡素化しても良い。室内からの還気は、外部に排気する前に処理部２に入る前の外気との全熱交換あるいは顕熱交換を行うことで、処理部にかかる負荷を減らしてもよい。また、さらに再生部３の加熱コイル３１の加熱源は、温水には限定されない。例えば、蒸気熱源を用いることにより再生部３をさらに小型化することも可能である。

吸放湿溶液としては、塩化リチウムには限定されず、塩、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、その他の吸湿性を有する液体を用いてもよい。また、温水及び冷水の熱源としての冷温水供給装置７０としては、水冷式のヒートポンプでもよく、温水の熱源、冷水の熱源が別個に構成されたものでもよい。気液接触部材としては、空気と溶液が直接接触しない透湿膜を採用してもよい。

さらに、吸放湿溶液として、二酸化炭素を吸収する液体を含めてもよい。このような液体としては、例えば、ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）_２の水溶液があげられる。この場合、再生部３において二酸化炭素を除去するシステム、あるいは調湿部２３での吸収液体と二酸化炭素反応物を定期的に清掃、除去するシステムとして構成できる。例えば、夏及び冬の外気負荷の大きいときに、二酸化炭素を吸収する液体を追加する。外気のＣＯ_２は、一般的には４００ｐｐｍであるが、都心では、７００ｐｐｍになる場合もある。室内は、１０００ｐｐｍ以下に抑えることが求められているため、一般的な外気との差は６００ｐｐｍ、都心との差は３００ｐｐｍとなる。吸放湿溶液として、二酸化炭素を吸収する液体を含めることにより、外気のＣＯ_２濃度を一般的なレベルに抑えることができる。

本発明の処理対象としての空気は、外気には限定されない。共通の室内で循環させる空気、別個の室内の間で流通させる空気を処理対象としてもよい。

本発明は上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を適宜変形することができる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。例えば、上述の実施形態に示される構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよく、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０ 空気処理装置
２ 空気処理部
２０ 調温部
２１ 冷却コイル
２１ａ 配管
２１ｂ 配管
２１ｃ バルブ（第１の熱媒調整部）
２１ｄ 排出部
２２ 加熱コイル
２２ａ 配管
２２ｂ 配管
２２ｃ バルブ（第２の熱媒調整部）
２３ 調湿部
２３ａ 膜
２３ｂ 散液部
２３ｃ 受液部
３ 再生部
３１ 加熱部
３２ 濃縮部
３２ａ 膜
３２ｂ 散液部
３２ｃ 貯液部
３３ 外気口
３４ 排気口
３５ 配管
３５ａ バルブ（第３の熱媒調整部）
３６ 配管
３２１ 希釈部
３２１ａ 給水管
３２１ｂ バルブ（水量調整部）
４ 供給路
４１ ポンプ
４２、４２ａ、４２ｂ バルブ（液量調整部）
４３ 配管
４３ａ、４３ｂ バルブ（第３の切替部）
５ 復帰路
５１ ポンプ
５３、５４ｂ バルブ（第２の切替部）
５４ バイパス部
５４ａ 配管
６ タンク
７０ 冷温水供給装置
７１ 冷水供給部
７２ 温水供給部
７３ 配管
７４ 配管
７４ａ ポンプ
７５ 配管
７５ａ バルブ
７６ 配管
７６ａ ポンプ
７７、７８ バルブ（第１の切替部）
８２ 熱交換器
９０ 制御装置
９１ 記憶部
９２ 指示信号出力部
９３ モード選択部
９４ 温度決定部
９５ 湿度決定部
９６ 濃度決定部
１００ 給気路
１０１ 外気口
１０２ 給気口
１０３ 室内排気口
１０４ 屋外排気口
１０６ ファン
１０７ ファン
２００ 排気路
Ａ 室内用エアコン
Ｒ 空調空間
Ｔ 温度センサ
Ｈ 湿度センサ
Ｈ２ 上流側湿度センサ
Ｃ 濃度センサ
Ｉ 入力部
Ｏ 出力部

Claims (8)

1. 処理対象となる空気を空調空間へ給気する給気路と、
   前記給気路に設置され、前記空気の比エンタルピーが所定の値となるように、前記空気の温度を調整する調温部と、
   前記給気路における前記調温部の下流側に設置され、吸放湿溶液が供給されて流通する気液接触部材を有し、前記調温部により温度が調整された前記空気を通過させることにより、前記空気の湿度を調整する調湿部と、
   前記空気が設定湿度となるように、前記吸放湿溶液の濃度を再生する再生部と、
   を有し、
   前記調温部は、熱媒との熱交換により前記空気を冷却する冷却コイルおよび前記空気を加熱する加熱コイルを備え、
   前記冷却コイルは、前記空気の比エンタルピーが所定の値よりも高ければ前記空気を冷却して当該比エンタルピーが所定の値となるまで下げ、
   前記加熱コイルは、前記空気の比エンタルピーが所定の値よりも低ければ前記空気を加熱して当該比エンタルピーが所定の値となるまで上げ、
   さらに前記調温部には前記冷却コイルの冷却により生じた水分を前記吸放湿溶液の系統とは別の系統によって外部に排出する排出部を設けることを特徴とする空気処理装置。
2. 前記再生部に接続され、前記調湿部に前記吸放湿溶液を供給する供給路と、
   前記調湿部からの前記吸放湿溶液を、前記再生部へ復帰させる復帰路と、
   を有し、
   前記調温部は、
   熱媒との熱交換により前記空気を冷却する冷却コイルと、
   熱媒との熱交換により前記空気を加熱する加熱コイルと、
   前記冷却コイルに設けられ、冷却により生じた水分を排出する排出部と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の空気処理装置。
3. 前記調温部および前記調湿部を有する空気処理部を設け、
   前記空気処理部内での前記吸放湿溶液は、非循環であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気処理装置。
4. 前記調湿部に供給され、前記再生部により再生される前記吸放湿溶液に、二酸化炭素を吸収する液体を含めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気処理装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の空気処理装置の調湿部の下流に設けられた温度センサにより検出される温度に基づいて、前記比エンタルピーが所定の値となるように、前記調温部の温度を決定する温度決定部と、
   前記空気処理装置の調湿部の下流に設けられた湿度センサにより検出される湿度に基づいて、設定湿度となるように、前記調湿部の湿度を決定する湿度決定部及び前記吸放湿溶液の濃度を決定する濃度決定部と、
   を有することを特徴とする空気処理装置の制御装置。
6. 前記空気処理装置の調湿部の上流で、且つ前記調湿部と前記調温部の間に設けられた上流側湿度センサにより検出される湿度と、前記調湿部の下流に設けられた前記湿度センサにより検出される湿度の差分を求める差分演算部を有し、
   前記差分演算部により求めた湿度の差分に応じて、前記濃度決定部が前記吸放湿溶液の濃度を決定することを特徴とする請求項５記載の空気処理装置の制御装置。
7. 請求項１乃至４のいずれかに記載の空気処理装置と、
   請求項５又は６記載の空気処理装置の制御装置と、
   を有することを特徴とする空気処理システム。
8. 請求項１乃至４のいずれかに記載の空気処理装置の制御方法であって、
   コンピュータ又は電子回路が、
   前記空気処理装置の調湿部の下流に設けられた温度センサにより検出される温度に基づいて、前記空気の比エンタルピーが所定の値となるように、前記調温部の温度を決定する温度決定処理と、
   前記空気処理装置の調湿部の下流に設けられた湿度センサにより検出される湿度に基づいて、設定湿度となるように、前記調湿部の湿度を決定する湿度決定処理及び前記吸放湿溶液の濃度を決定する濃度決定処理と、
   を実行することを特徴とする空気処理装置の制御方法。

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