JPH10205821A

JPH10205821A - 空調機及び空調システム

Info

Publication number: JPH10205821A
Application number: JP2198297A
Authority: JP
Inventors: Kensaku Maeda; 健作前田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1998-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】同一の空気の流通経路による冷暖房のための
空気系統入れ替え用ダンパが不要となり設備が簡素化で
き、各々の運転条件に即したデシカントの選定と使用で
運転特性を最適化できる空調機を提供する。【解決手段】第１の空気経路及び第２の空気経路の空
気の間で熱交換を行なう全熱交換器と、第１又は第２の
空気経路の一方の空気経路の上記全熱交換器より下流側
の空気を加熱する高熱源及び他方の空気経路の上記全熱
交換器より下流側の空気を冷却する低熱源とを供給する
ヒートポンプと、上記高熱源と接触した後の空気と上記
低熱源と接触前の空気に交互に接触して低熱源と接触前
の空気中の水分の吸着と高熱源と接触後の空気による再
生を繰り返すデシカントとを備え、第１の空気経路及び
第２の空気経路には、それぞれ上記デシカントを収容す
るデシカント収容部が設けられ、上記ヒートポンプは、
高熱源と低熱源の動作を切り替え可能に構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調システムに係
り、特に室内空気を循環させて処理する空調機（エアコ
ン）と、外気を処理して室内に導く空調機（外調機）と
を併用する空調システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の空調システムの例を示す
もので、これは、室内空気を循環させて処理する空調機
（ヒートポンプを用いるエアコン）３と、外気を処理し
て室内に導く空調機（外調機）１１とを併用する空調シ
ステムである。この外調機１１は、全熱交換器（エンタ
ルピ熱交換器）であり、外気と室内空気の湿度分と顕熱
を同時に熱交換する。一方、空調空間の内部で発生する
空調負荷は室内の空調機３が取り出して室外に捨ててい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記のような全熱交換
器の動作は、図８に示す湿り空気線図で説明すると、冷
房時において外気（状態K）と室内空気（状態Q）がエン
タルピ交換してそれぞれ処理外気が状態L、室内排気が
状態Tとなって、各々室内への給気、屋外への排気とな
る。この際のエンタルピ交換の効率は、現状の製品では
実用上６０〜７０％と低いので、給気（状態L）と室内
（状態Q）の間にはエンタルピ差ΔHが生じ、結果的に空
気の絶対湿度に差（水分差ΔX）がある空気が室内に供
給され、未処理外気と室内の水分差の３０〜４０％の湿
気が室内に入ってくる。この水分はエアコンで除湿しな
ければならないので、エアコンでは室内空気を露点温度
（１５〜１６℃）以下のおよそ５〜１０℃に冷却して除
湿する必要がある。

【０００４】空調負荷の内、除湿に要する潜熱負荷は全
熱交換器を用いた場合で全空調負荷の１０〜１５％を占
め、残りの８５〜９０％は顕熱負荷である。この顕熱空
調負荷は、露点まで冷却する必要がなく、１５〜２０℃
程度に冷却すれば十分な空調負荷である。しかしなが
ら、前記のこれまでの空調システムでは、導入外気を室
内空気と混ぜて顕熱と潜熱を一括で処理するので、全て
の熱を１０℃程度の露点温度以下の温度レベルで冷却し
てしまうため、エアコンの蒸発温度と凝縮温度の差（温
度ヘッド）を全熱交換器を用いない時と同じに設定する
必要があり、空調負荷は減少させることができるが、熱
を汲み上げる温度ヘッドは減少できない。

【０００５】このように、従来の技術では、高い温度ヘ
ッドを汲み上げて外部に捨てるため、顕熱負荷処理分の
ヒートポンプの駆動エネルギーが無駄に消費されてお
り、エネルギ消費率が大きかった。また、エアコンでは
除湿のための結露を処理するためにドレンを設ける必要
があり、設備の複雑化を招いていた。

【０００６】そこで図２に示すように、外調機１を用い
て外気中の水分を除去し空調における潜熱負荷を賄うと
ともに、顕熱処理用の空調機（エアコン）３を用いる空
調システムが考えられる。

【０００７】このような場合に用いる外調機１として、
図９に示すような空気中の水分を吸着するデシカントと
全熱交換器とヒートポンプと２系統の空気流通系統とを
有する空調機であって、第１の空間から該空調機に導入
した第１の空気系統の空気と第２の空間から第２の空気
系統の空気とを全熱交換させ、さらに全熱交換後の前記
第１の空気系統の空気を前記ヒートポンプの高熱源によ
って加熱したのち前記デシカントを通過させてデシカン
トの脱湿再生を行って該空調機から第２の空間に放出
し、さらに全熱交換後の前記第２の空気系統の空気は、
デシカントとを接触させ除湿し更に冷却する所謂除湿と
冷却の連続した工程を少なくとも２回以上行った後、該
空調機から第１の空間に放出する空調機を、冷房時にお
いて、第１の空気系統が室内からの排気とし、第２の空
気系統を外気として、さらに暖房時において、第１の空
気系統を外気とし、第２の空気系統を室内からの排気と
して用いる空調機が考えられる。

【０００８】このような空調機では、空気調和の部分の
冷房時の作動状態を示す湿り空気線図である図３を参照
して説明すると、室内からの放出空気（RA：状態Q）は
経路１２４を経て送風機１４０に吸引され、昇圧されて
全熱交換器１５３に至り、ここで外気（状態K）と全熱
交換して、全熱交換器の公知の状態変化過程の通り状態
Kと状態Qを結ぶ直線上に沿って状態変化して、エンタル
ピが上昇し温度および絶対湿度が増加する（状態R）。
全熱交換器１５３を出た放出空気は顕熱交換器１８０に
至り、状態Mの導入空気と顕熱交換して温度が上昇す
る。温度上昇した放出空気はヒートポンプの加熱器（高
熱源）２２０に送られ４５〜６０℃まで加熱され、相対
湿度が低下する（状態S）。相対湿度が低下した放出空
気はデシカントロータ１０３の再生空気側に流入してデ
シカントロータの水分を除去する（脱湿再生：状態
T）。デシカントロータ１０３を通過した放出空気は経
路１２８を経て、排気として外部に捨てられる。

【０００９】一方導入される外気（導入空気：状態K）
は経路１０７を経て送風機１０２に吸引され、昇圧され
て経路１０８を経て全熱交換器１５３に至り、ここで放
出空気（状態Q）と全熱交換して、全熱交換器の公知の
状態変化過程の通り状態Kと状態Qを結ぶ直線上に沿って
状態変化して、エンタルピが減少し温度および絶対湿度
が低下する（状態L）。エンタルピが減少し除湿冷却さ
れた空気（状態L）は経路１０９を経てデシカントロー
タ１０３の第１の除湿吸着工程に流入し、等エンタルピ
過程で水分を吸着され絶対湿度が低下する（状態M）。
湿度が低下した導入空気は顕熱交換器１８０に至り、状
態Rの放出空気と顕熱交換して冷却され温度が低下す
る。状態Nまで冷却された導入空気は状態Mに比べて相対
湿度が増加するため再びデシカントロータで吸着するこ
とができる。すなわち経路１１１を経てデシカントロー
タ１０３の第２の除湿吸着工程に流入し、状態Mに等し
い相対湿度になるまで等エンタルピ過程で水分を吸着さ
れ絶対湿度が低下する（状態O）。このようにして再び
相対湿度が低下した導入空気はヒートポンプの第２の冷
却器（低熱源）２１０に送られ１５〜２０℃まで冷却さ
れた（状態P）のち室内空間に供給される。このように
して得られる導入空気（給気：状態P）はエンタルピ及
び絶対湿度を室内空間よりも低くすることができ、特
に、状態Nから状態Oにかけて、デシカントによって再度
除湿吸着する工程を設けたため、この工程を用いない場
合よりもさらに湿度を下げることができる。即ち導入空
気（給気：状態P）と室内空間（状態Q）との間にエンタ
ルピ差Δhおよび絶対湿度差（水分差）Δxを生じさせる
ことが可能で、これによって室内空間に水分を持ち込む
ことが防止されるとともに、エンタルピ差Δhによって
冷房効果を発揮することもできる。

【００１０】また、このように構成されたデシカント空
調機のヒートポンプの作用について説明すると、ヒート
ポンプによって冷却器２１０では、導入空気を冷却し導
入空気の顕熱を除去してエンタルピを低下させる作用を
なし、さらに加熱器２２０では、放出空気を加熱して相
対湿度を低下させデシカント１０３を脱湿再生する作用
をなす。この脱湿再生作用によってデシカントは吸湿能
力を回復し、外部から導入した状態Lの放出空気を状態M
まで除湿する作用をひきおこし、前記の顕熱除去作用と
併せて、給気の状態（状態P）を室内（状態Q）よりも低
温低湿に変化させることができる。このようにヒートポ
ンプの作用によって、導入空気を冷却し除去した熱を昇
温して再びデシカントの再生に用いるため、別々の冷却
熱源と加熱源を用いる場合よりも大幅な省エネルギ効果
が得られる。本発明の空調機１では、状態Mと状態Pのエ
ンタルピ差に空気流量を乗じた熱量の冷凍効果を持った
ヒートポンプで、室内へ持ち込まれる外気負荷を全て除
去することができるが、本発明の外調機１を用いずに外
気を導入した場合には状態Kと状態Q（またはP）のエン
タルピ差に空気流量を乗じた熱量の冷凍効果を持った冷
凍機が必要になるため、その場合と比べても大幅な省エ
ネルギ効果が得られる。またエアコン３で除湿する必要
がなくなり、これにドレンが不要となるので、設備コス
トや操作の手間を削減することができる。

【００１１】また暖房運転においては、図４に示すよう
に、室内の状態と外気の状態が入れ替わり、外気が低温
低湿で室内が高温高湿となる。従って暖房の場合には第
１の空気系統を外気（導入空気）とし、第２の空気系統
を室内からの排気（放出空気）とすることによって、状
態Tが室内への給気となり、状態Pが室外への排気とな
り、外気の水分を回収して室内に加湿することができ、
空調機３の暖房負荷を軽減することができる。また放出
空気の水分を回収し露点温度を下げたのちヒートポンプ
で冷却するので、デフロストの必要もなくなる。

【００１２】このように、冷房時および暖房時におい
て、外気処理が大幅に省エネになり、ランニングコスト
を低下させた空調システムが提供されるとともに、組合
せて用いるエアコン等のドレンを不要としてその面から
もコストを低減させることができる。

【００１３】しかしこのような外調機１では、冷房時に
おいて、第１の空気系統が室内からを排気とし、第２の
空気系統を外気とし、一方暖房時においては、第１の空
気系統を外気とし、第２の空気系統を室内からの排気と
して切り換える必要があり、冷房暖房の切り換えのた
め、建物の空調ダクト経路又は空調機の給気、排気、換
気、外気導入の各ダクトに切り換えダンパを備える必要
があり、設備を複雑にする欠点があった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するためになされたもので、請求項１に記載の発明
は、第１の空間から第２の空間に向かう第１の空気経路
及び第２の空間から第１の空間に向かう第２の空気経路
と、前記第１の空気経路及び第２の空気経路の空気の間
で熱交換を行なう全熱交換器と、前記第１又は第２の空
気経路の一方の空気経路の上記全熱交換器より下流側の
空気を加熱する高熱源及び他方の空気経路の上記全熱交
換器より下流側の空気を冷却する低熱源とを供給するヒ
ートポンプと、上記高熱源と接触した後の空気と上記低
熱源と接触前の空気に交互に接触して低熱源と接触前の
空気中の水分の吸着と高熱源と接触後の空気による再生
を繰り返すデシカントとを備え、前記第１の空気経路及
び第２の空気経路には、それぞれ上記デシカントを収容
するデシカント収容部が設けられ、上記ヒートポンプ
は、高熱源と低熱源の動作を切り替え可能に構成され、
これにより前記第１又は第２の空気経路のうちいずれか
を上記ヒートポンプの高熱源と接触させるかを切り替え
られるようになっていることを特徴とする空調機であ
る。

【００１５】このような構成においては、冷房時におい
て、第１の空間を空調空間として室内空気を第１の空気
系統とし第２の空間を屋外空間として外気を第２の空気
系統として運転する場合に運転する場合と、暖房時にお
いて、第１の空間を屋外空間として第１の空気系統が外
気とし第２の空間を空調空間として排気を第２の空気系
統として運転する場合のいずれにおいても、第１若くは
第２のデシカントを停止し又は除去し、ヒートポンプの
高低熱源を入れ替えることによって、同一の空気の流通
経路で冷暖房に対応することができて、冷暖房のための
空気系統入れ替え用ダンパが不要となり設備が簡素化で
きる。また各々冷暖房で水分の吸着条件や吸着量が異な
るため、各々の運転条件に即したデシカントの選定と使
用が可能となり、運転特性を最適化できる。

【００１６】請求項２に記載の発明は、デシカントによ
る吸着工程を受けた空気とヒートポンプの高熱源による
加熱前の空気の間で熱交換を行う熱交換器と、吸着工程
を受けて該熱交換器で熱交換器を行った空気を再度デシ
カントに戻して第２の吸着工程を行なう追加の吸着経路
を設けたことを特徴とする請求項１に記載の空調機であ
る。

【００１７】請求項３に記載の発明は、前記各デシカン
ト収容部にはデシカントが収容され、ヒートポンプの高
熱源と接触させられる側のデシカントのみが上記全熱交
換器の上流の空気と上記高熱源より下流の空気との間で
交互に移動させられるようになっていることを特徴とす
る請求項１に記載の空調機である。請求項４に記載の発
明は、ヒートポンプの低熱源と接触させられる側のデシ
カントは上記デシカント収容部から除去可能になってい
ることを特徴とする請求項１に記載の空調機である。

【００１８】請求項５に記載の発明は、デシカントがロ
ーター状をしており、ローターを回転することによって
吸着と再生の経路に移動するよう構成したことを特徴と
する請求項１に記載の空調機である。請求項６に記載の
発明は、上記第１の空間が室内空間であり、上記第２の
空間が室外空間であり、冷房時には第１の空気経路を高
熱源と接触させ、暖房時には第２の空気経路を高熱源と
接触させるようにしている請求項１に記載の空調機であ
る。

【００１９】請求項７に記載の発明は、ヒートポンプに
蒸気圧縮式ヒートポンプを用いたことを特徴とする請求
項１に記載の空調機である。請求項８に記載の発明は、
ヒートポンプに吸収式ヒートポンプを用いたことを特徴
とする請求項１に記載の空調機である。

【００２０】請求項９に記載の発明は、上記デシカント
収容部と上記ヒートポンプの熱交換器を内蔵する集合組
立体と、全熱交換器を内蔵する集合組立体を各々別個の
組立体としたことを特徴とする請求項１に記載の空調機
である。このような構成においては、既存の全熱交換器
を利用して本発明の空調機の構成を実現することがで
き、既設の空調システムではコストを下げることができ
る。

【００２１】請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至
９のいずれかに記載の空調機を外調機とし、顕熱処理用
の空調機を併設した空調システムである。これにより、
冷房時には、外調機により外気を導入して第２の空気系
統から室内に供給する空気を放出する室内空気より低い
絶対湿度にすることができるから、水分を室内に持ち込
まないで済む。従って、空調システムとして空調機で除
湿する必要がなくなり、空調機の動作温度ヘッドを低下
させることができ、大幅な省エネが達成される。また、
空調機で除湿する必要がないので、結露処理のためのド
レンが不要となる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明に係る空調システムの実施例を
図１乃至図６を参照して説明する。本発明は図２に示し
たような空調システムに係るもので、空調すべき室内２
の空気を循環させて処理する空調機３と、外気を処理し
て室内に導く空調機（外調機）１とを併用する空調シス
テムである。空調機３としては、冷凍機とヒートポンプ
を切り換えて用いる通常のものでよいが、これ以外の任
意のものを採用することができる。

【００２３】図１（ａ）は本発明の空調機１の部分の構
成を示す第１の実施例である。空調機１は、図１（ｂ）
に示すような水分の吸着と放出（再生）を繰り返すデシ
カントロータ１０３A、１０３Bと、全熱交換器１５３と
ヒートポンプ２００を用いるデシカント空調機である。
すなわち、このデシカント空調機１には、室内空気を室
外に放出する排気放出経路A（第１の空気系統）と、外
気を室内に導入する外気導入経路B（第２の空気系統）
とが交差して設けられている。そして、これらの排気放
出経路A及び外気導入経路Bの間には、両方の経路にまた
がって全熱交換器１５３とデシカントロータ１０３A、
１０３Bが設けられ、このデシカント空調機１の熱源と
なるヒートポンプ２００が設けられている。ヒートポン
プとしては、任意のものを採用して良いが、ここでは、
出願人が先に特願平８ー２２１３３において提案した蒸
気圧縮式ヒートポンプを用いるものとする。

【００２４】室内空気を室外に放出する放出経路A（第
１の空気系統）は、室内空間（第１の空間）の排気取り
出し口（記号RAとして図示）は全熱交換器１５３と経路
１２４を介して接続し、放出経路Aの全熱交換器１５３
出口は、送風機１４０の吸込口と経路１２５を介して接
続し、放出経路Aの送風機１４０の吐出口は、第２のデ
シカント１０３Bの第１の吸着工程区画と経路１２６を
介して接続し、放出経路Aの第２のデシカント１０３Bの
第１の吸着工程区画出口は顕熱交換器１８０と経路１２
７を介して接続し、放出経路Aの顕熱交換器１８０出口
は第２のデシカント１０３Bの第２の吸着工程区画と経
路１２８を介して接続し、放出経路Aの第２のデシカン
ト１０３Bの第２の吸着工程区画出口はヒートポンプの
第２の熱交換器２２０と経路１２９を介して接続し、放
出経路Aのヒートポンプの第２の熱交換器２２０出口は
第１のデシカント１０３Aの再生工程区画と経路１３０
を介して接続し、放出経路Aの第１のデシカント１０３A
の再生工程区画出口は経路１３１を介して、外部空間
（第２の空間）への排気口（記号EXとして図示）に接続
して形成されている。これにより、室内空気を取り入れ
て、外部に排気するサイクルを形成する。

【００２５】一方、外気導入経路Bは、外部空間（第２
の空間：OA）は全熱交換器１５３と経路１０７を介して
接続し、導入経路Bの全熱交換器１５３出口は、送風機
１０２の吸込口と経路１０８を介して接続し、導入経路
Bの送風機１０２の吐出口は、第１のデシカント１０３A
の第１の吸着工程区画と経路１０９を介して接続し、導
入経路Bの第１のデシカント１０３Aの第１の吸着工程区
画出口は顕熱交換器１８０と経路１１０を介して接続
し、導入経路Bの顕熱交換器１８０出口は第１のデシカ
ント１０３Aの第２の吸着工程区画と経路１１１を介し
て接続し、導入経路Bの第１のデシカント１０３Aの第２
の吸着工程区画出口はヒートポンプの第１の熱交換器２
１０と経路１１２を介して接続し、導入経路Bのヒート
ポンプの第１の熱交換器２１０出口は第２のデシカント
１０３Bの再生工程区画と経路１１３を介して接続し、
導入経路Bの第２のデシカント１０３Bの再生工程区画出
口は室内空間（第１の空間）への給気口（記号SAとして
図示）と経路１１４を介して接続して形成されている。
これにより、外気を取り入れて処理して室内に導入する
サイクルを形成する。そしてデシカントロータ１０３A
は冷房時には回転し、暖房時には停止し、一方デシカン
トロータ１０３Bは冷房時には停止し、暖房時には回転
する様構成する。

【００２６】前記ヒートポンプ２００は、圧縮機２３０
と、第１の熱交換器２１０と、第２の熱交換器２２０
と、冷房暖房でサイクルを可逆的に切り換える４方弁２
４０と、冷房用膨張弁２６０Aと、暖房用膨張弁２６０B
と、冷房時開の逆止弁２５０Aと、暖房時開の逆止弁２
５０Bと、冷媒経路２７１〜２７６で構成されており、
冷房運転時は図１に示す通り経路２７２と経路２７７が
連通する方向に４方弁２４０が切り換えられ、第１の熱
交換器２１０が蒸発器として作用してヒートポンプの低
熱源となり、第２の熱交換器２２０が凝縮器として作用
してヒートポンプの高熱源となり、暖房運転時は経路２
７２と経路２７３が連通する方向に４方弁２４０が切り
換えられ、第２の熱交換器２２０が蒸発器として作用し
てヒートポンプの低熱源となり、第１の熱交換器２１０
が凝縮器として作用してヒートポンプの高熱源となるよ
う構成されている。なお図中、丸で囲ったアルファベッ
トK〜Yは、図３と対応する冷房時の空気の状態を示す記
号であり、SAは給気（処理された外気）を、RAは還気
（排出される室内空気）を、OAは外気を、EXは排気を表
わす。

【００２７】次に、前述のように構成されたヒートポン
プを熱源とするデシカント空調機の冷房時の動作を、図
１の実施例の空気調和の部分の作動状態を示す湿り空気
線図である図３を参照して説明する。

【００２８】室内からの放出空気（RA：状態Q）は経路
１２４を経て全熱交換器１５３に至り、ここで外気（状
態K）と全熱交換して、全熱交換器の公知の状態変化過
程の通り状態Kと状態Qを結ぶ直線上に沿って状態変化し
て、エンタルピが増加し温度および絶対湿度が上昇する
（状態R）。全熱交換器１５３を出た放出空気は送風機
１４０に吸引され、昇圧されて第２のデシカントロータ
１０３Bの第１の吸着工程区画に流入するが、前記の通
り、冷房時には停止しているため空気は状態変化せず
（状態R＝r）そのまま通過し、経路１２７を経て顕熱交
換器１８０に至り、ここで導入空気（状態M）と顕熱交
換して温度が上昇し（状態Y）、第２のデシカントロー
タ１０３Bの第２の吸着工程区画に流入するが、前記の
通り、冷房時には停止しているため空気は状態変化せず
（状態Y＝y）そのまま通過する。第２のデシカントロー
タ１０３Bの第２の吸着工程区画を出た放出空気は、ヒ
ートポンプの第２の熱交換器２２０（冷房時には高熱源
として作用する）に送られ４５〜６０℃まで加熱され、
相対湿度が低下する（状態S）。相対湿度が低下した放
出空気は第１のデシカントロータ１０３Aの再生空気側
に流入してデシカントロータの水分を除去する（脱湿再
生：状態T）。デシカントロータ１０３を通過した放出
空気は経路１３１を経て、排気として外部に捨てられ
る。

【００２９】導入される外気（導入空気：状態K）は経
路１０７を経て全熱交換器１５３に至り、ここで放出空
気（状態Q）と全熱交換して、全熱交換器の公知の状態
変化過程の通り状態Kと状態Qを結ぶ直線上に沿って状態
変化して、エンタルピが減少し温度および絶対湿度が低
下する（状態L）。全熱交換器１５３を出た導入空気は
送風機１０２に吸引され、昇圧されて経路１０９を経て
第１のデシカントロータ１０３Aの第１の吸着工程区画
に流入し、等エンタルピ過程で水分を吸着され絶対湿度
が低下する（状態M）。湿度が低下した導入空気は経路
１１０を経て顕熱交換器１８０に至り、ここで放出空気
（状態R）と顕熱交換して温度が低下し（状態N）、第１
のデシカントロータ１０３Bの第２の吸着工程区画に流
入する。状態Nまで冷却された導入空気は状態Mに比べて
相対湿度が増加するため再びデシカントロータで吸着す
ることができる。すなわち、状態Mに等しい相対湿度に
なるまで等エンタルピ過程で水分を吸着され絶対湿度が
低下する（状態O）。このようにして再び相対湿度が低
下した導入空気はヒートポンプの第１の熱交換器２１０
（冷房時には低熱源として作用する）に送られ１５〜２
０℃まで冷却された（状態P）のち第２のデシカントロ
ータ１０３Bの再生空気側に流入するが、前記の通り、
冷房時には停止しているため空気は状態変化せず（状態
P＝p）そのまま通過し経路１１４を経て室内空間に供給
される。

【００３０】このようにして得られる導入空気（給気：
状態P）はエンタルピ及び絶対湿度を室内空間よりも低
くすることができる。（特に、状態Nから状態Oにかけ
て、デシカントによって再度除湿吸着する工程を設けた
ため、この工程を用いない場合よりもさらに湿度を下げ
ることができる。）即ち導入空気（給気：状態P）と室
内空間（状態Q）との間にエンタルピ差Δhおよび絶対湿
度差（水分差）Δxを生じさせることが可能で、これに
よって室内空間に水分を持ち込むことが防止されるとと
もに、エンタルピ差Δhによって冷房効果を発揮するこ
ともできる。

【００３１】このように構成されたデシカント空調機の
ヒートポンプの作用について説明すると、ヒートポンプ
によって第１の熱交換器２１０では、導入空気を冷却し
導入空気の顕熱を除去してエンタルピを低下させる作用
をなし、さらに第２の熱交換器２２０では、放出空気を
加熱して相対湿度を低下させデシカント１０３を脱湿再
生する作用をなす。この脱湿再生作用によってデシカン
トは吸湿能力を回復し、外部から導入した状態Lの導入
空気を状態M〜N〜Oまで除湿する作用をひきおこし、前
記の顕熱除去作用と併せて、給気の状態（状態P）を室
内（状態Q）よりも低温低湿に変化させることができ
る。このようにヒートポンプの作用によって、導入空気
を冷却し除去した熱を昇温して再びデシカントの再生に
用いるため、別々の冷却熱源と加熱源を用いる場合より
も大幅な省エネルギ効果が得られる。本発明の空調機１
では、状態Mと状態Pのエンタルピ差に空気流量を乗じた
熱量の冷凍効果を持ったヒートポンプで、室内への外気
負荷を全て除去することができるが、本発明の外調機１
を用いずに外気を導入した場合には状態Kと状態Q（また
は状態P）のエンタルピ差に空気流量を乗じた熱量の冷
凍効果を持った冷凍機が必要になるため、その場合と比
べても大幅な省エネルギ効果が得られる。

【００３２】今、状態P（給気）を状態Q（室内）に等し
くなるように状態Mの相対湿度状態を設定して設計し、
全熱交換器の効率を７０％とした事例について図７の湿
り空気線図を参照して説明すると、水分の除湿吸着過程
を示す線分線分LM、NOは等エンタルピ線に平行になる。
従って点Mのエンタルピは点Lのエンタルピに置き換える
ことができるため、外気負荷はエンタルピ差K〜Qで示さ
れ、本発明のヒートポンプにより同じ除湿効果を発揮す
る際の冷凍容量を示すエンタルピ差M〜Pはエンタルピ差
L〜Qに置き換えることができる。従って、エンタルピ差（K〜Q）：エンタルピ差（M〜P）＝エンタルピ差（K〜Q）：エンタルピ差（L〜Q）＝１０：３となる。即ち、ヒートポンプの冷凍容量は、外調機１を用いない
場合の外気負荷分を賄う冷凍容量に比べ、３／１０にな
り、７０％省エネルギとなる。

【００３３】一方、エアコン３においても省エネルギ効
果が得られる。つまり、デシカント外調機１により、室
内に供給する空気SAは還気RAより低い絶対湿度にするこ
とができるから、水分を室内に持ち込まないで済む。従
って、エアコン３で除湿する必要がなくなり、空気の顕
熱処理をするだけで良くなる。従って、エアコン３は、
空気を１５〜２０℃程度に冷却すればよく、蒸発温度が
およそ１０℃高くとれる。これにより、温度ヘッドが小
さくなる（例えば、４０℃から３０℃）。これによる省
エネ率は、 ΔT１／ΔT２＝３０／４０＝０．７５であるから約２５％省エネルギとなる。

【００３４】従って、システム全体としての省エネルギ
率は、平均的な空調負荷の外気負荷の割合が３０％程度
であることを勘案すると、０．３×０．３＋０．７×０．７５＝０．６１５であるから、約３８％省エネルギとなる。

【００３５】また、エアコン３で除湿する必要がなくな
り、これにドレンが不要となるので、設備コストや操作
の手間を削減することができる。

【００３６】なお、本実施例では、放出空気と全熱交換
後の導入空気は、デシカントとを接触させ除湿し更に冷
却する所謂除湿と冷却の連続した工程を２回行った後、
該空調機から第１の空間に放出するよう構成した事例を
示したが、梅雨時期などは外気の状態によっては図３に
おける状態Rと状態Mの温度差が少なくなる場合もあり、
そのような場合には第１の吸着工程後の導入空気を顕熱
交換器を設けずに直接ヒートポンプの低熱源で冷却して
も差し支えなく、即ち所謂除湿と冷却の連続した工程は
最低１回としても差し支えない。

【００３７】また、本実施例では、外気の状態（エンタ
ルピ）が室内よりも高温、高湿度な状態において、外気
からの水分の侵入を防止することができることを実施例
で説明したが、外気が室内よりも低温、低湿度の場合に
は、図３に示した従来事例では通常公知な方法として行
われているように、回転式全熱交換器の作動を停止する
か、あるいはバイパスさせることによって、外気からの
水分侵入を防止して、外気による冷房を行うことが考え
られる。本発明においても、外気が室内よりも低温、低
湿度の場合には、このように全熱交換器１５３の作動を
停止するか、あるいはバイパスさせることを行っても差
し支えなく、この場合ヒートポンプは運転しても停止し
ても差し支えないが、外気のエンタルピが比較的室内の
エンタルピに近い場合にはヒートポンプを運転して、外
気冷房効果に冷房除湿効果を付加することができる。

【００３８】また、本実施例では、ヒートポンプ２００
として蒸気圧縮式ヒートポンプを用いたが、前述した内
容によれば、ヒートポンプ作用のある熱源機であれば何
でもよく、例えば、特願平７ー３３３０５３に提案した
ような吸収式ヒートポンプを採用しても差し支えなく、
同様の効果を得ることができる。また熱移送媒体として
本実施例では冷温水を用いる事例を示したが、冷温水の
代りに直接冷媒の蒸発、凝縮作用を利用しても差し支え
ない。

【００３９】また、蒸気圧縮式ヒートポンプの圧縮機の
騒音振動を室内に伝達させないため、例えば、発明者が
特願平８ー１９５７３２に提案したように、デシカント
およびヒートポンプの熱交換器を収容する集合組立体と
ヒートポンプの圧縮機を収納する集合組立体とを分離し
ても差し支えない。

【００４０】また、この実施例では冷房運転の運転形態
について説明したが、暖房運転においては、室内の状態
と外気の状態が入れ替わり、図４に示すように外気が低
温低湿で室内が高温高湿となる。従って暖房の場合には
第１の空気系統を外気（導入空気）とし、第２の空気系
統を室内からの排気（放出空気）とする。この暖房時の
作用について、作動状態を示す湿り空気線図である図４
を参照して説明する。図４は冬季における暖房時の作用
を示す湿り空気線図である。この事例では一般的な設定
と同じく室内を乾球温度２２℃、相対湿度４０％とし、
外気を降雪時を想定して乾球温度０℃相対湿度９０％と
した場合の作用を示す。なお図４中の状態を示すアルフ
ァベットK〜Qは冷房時の状態との相似性を示すため、図
４のみに適用する記号であって、図１に示す冷房時の状
態を示すアルファベットとは異なる。

【００４１】室内からの放出空気（RA：状態K）は経路
１２４を経て全熱交換器１５３に至り、ここで外気（状
態Q）と全熱交換して、全熱交換器の公知の状態変化過
程の通り状態Qと状態Kを結ぶ直線上に沿って状態変化し
て、エンタルピが減少し温度および絶対湿度が低下する
（状態L）。全熱交換器１５３を出た放出空気は送風機
１４０に吸引され、昇圧されて第２のデシカントロータ
１０３Bの第１の吸着工程区画に流入し等エンタルピ過
程で水分を吸着され絶対湿度が低下する（状態M）。第
２のデシカントロータ１０３Bの第１の吸着工程区画を
出た放出空気は経路１２７を経て顕熱交換器１８０に至
り、ここで導入空気（状態R）と顕熱交換する（状態
N）。この暖房時の事例では気象条件の関係から状態Rと
状態Mの温度が極めて近いため熱交換は殆ど行われず、
一方外気が室温に近くなると熱交換するようになる。し
かし熱交換の有無に拘わらずこの実施例の空調機の運転
は可能である。

【００４２】顕熱交換器１８０を出た放出空気は第２の
デシカントロータ１０３Bの第２の吸着工程区画に流入
し、状態Nの空気が状態Mに等しい相対湿度になるまで等
エンタルピ過程で水分を吸着され絶対湿度が低下する
（状態O：この実施例では顕熱交換器が作用しないため
殆ど吸着はされない）。このようにして相対湿度が低下
した放出空気はヒートポンプの第２の熱交換器２２０
（暖房時には低熱源として作用する）に送られ０℃以下
まで冷却された（状態P）のち第１のデシカントロータ
１０３Aの再生空気側に流入するが、前記の通り、暖房
時には停止しているため空気は状態変化せずそのまま通
過し、経路１３１を経て排気（EX）として外部に捨てら
れる。この過程では、放出空気（状態O）がヒートポン
プの低熱源となる第２の熱交換器２２０と接する際、工
程L〜M〜N〜Oの過程で空気中の水分が吸着されるため露
点温度が低下し、そのため熱交換器２２０の伝熱面に着
霜しにくくなる。とくに降雪時のように状態Qの相対湿
度が８０〜９０％程度まで高くなっても、露点温度をマ
イナス７℃以下に下げることができるとともに、状態O
の温度を導入空気の気温より１０℃以上高くできるた
め、ヒートポンプで熱回収する際の利用温度差を１７℃
程度取ってもデフロストの必要がなく安定した作動を継
続することができる。

【００４３】導入される外気（導入空気：状態Q）は経
路１０７を経て全熱交換器１５３に至り、ここで放出空
気（状態K）と全熱交換して、全熱交換器の公知の状態
変化過程の通り状態Qと状態Kを結ぶ直線上に沿って状態
変化して、エンタルピが増加し温度および絶対湿度が上
昇する（状態R）。全熱交換器１５３を出た導入空気は
送風機１０２に吸引され、昇圧されて経路１０９を経て
第１のデシカントロータ１０３Aの第１の吸着工程区画
に流入するが、前記の通り、暖房時には停止しているた
め空気は状態変化せずそのまま通過し、経路１１０を経
て顕熱交換器１８０に至り、ここで放出空気（状態R）
と顕熱交換する。前記の通り、この暖房時の事例では気
象条件の関係から状態Rと状態Mの温度が極めて近いため
熱交換は殆ど行われないが、熱交換の有無に拘わらずこ
の実施例の空調機の運転は可能である。

【００４４】顕熱交換器１８０を出た導入空気は第１の
デシカントロータ１０３Aの第２の吸着工程区画に流入
するが、前記の通り、暖房時には停止しているため空気
は状態変化せずそのまま通過し、経路１１２を経てヒー
トポンプの第１の熱交換器２１０（暖房時には高熱源と
して作用する）に送られ４０〜５０℃まで冷却された
（状態S）のち第２のデシカントロータ１０３Bの再生空
気側に流入してデシカントロータの水分を除去する（脱
湿再生：状態T）。第２のデシカントロータ１０３Bを通
過した導入空気は経路１１４を経て室内空間に供給され
る。このようにして得られる導入空気（給気：状態T）
はエンタルピ及び絶対湿度を室内空間よりも高くするこ
とができる。即ち導入空気（給気：状態T）と室内空間
（状態K）との間にエンタルピ差および絶対湿度差を生
じさせることが可能で、これによって外気から水分を吸
湿して室内空間の加湿に利用できるとともに、エンタル
ピ差によって暖房効果を発揮することもできる。

【００４５】このように構成されたデシカント外調機の
ヒートポンプの作用について説明すると、ヒートポンプ
によって第２の熱交換器２２０では、放出空気を冷却し
顕熱を回収する作用をなし、さらに第１の熱交換器２１
０では、導入空気を加熱して相対湿度を低下させデシカ
ント１０３Bを脱湿再生する作用をなす。この脱湿再生
作用によってデシカントは吸湿能力を回復し、室内空間
から取り出した状態Lの導入空気を状態M〜Oまで除湿す
る作用をひきおこし、前記の顕熱回収作用と併せて、給
気の状態（状態T）を室内（状態K）よりも高温高湿度に
変化させることができる。尚、ヒートポンプの第１の熱
交換器２１０で導入空気を加熱する際、加熱量が不足す
る場合には補助的手段としてホットガスバイパスや補助
ヒータを用いても差し支えない。

【００４６】このように構成した空調機によれば、第１
のデシカントロータまたは第２のデシカントロータのい
ずれかの選択と、それに連動してヒートポンプのサイク
ル切り換えによって、冷暖房の運転モードの切り換えが
可能で、切り換えダンパを必要としない。

【００４７】また、このように構成した空調機では、第
１のデシカントロータと第２のデシカントロータはそれ
ぞれ冷房専用、暖房専用となり、作動に際しての作動条
件が異なり、従って水分吸着量や湿度の条件が異なるた
め、各々の運転条件に即した別々のデシカントを選定し
使用することも可能となり、各々最適な条件で設計でき
運転特性を最適化できる。

【００４８】図５は本発明の空調機部分の構成を示す第
２の実施例である。本実施例では、少なくとも第１のデ
シカント１０３Aおよび第２のデシカント１０３Bとヒー
トポンプ２００の第１の熱交換器２１０および第２の熱
交換器２２０を内蔵する集合組立体１Aと少なくとも全
熱交換器１５３を内蔵する集合組立体１Bを各々別個の
組立体としたことを特徴とする空調機であって、集合組
立体１Aと集合組立体１Bを、ダクト経路１０８B、１２
５Bで接続し構成したものである。図１と対照すると図
１の経路１０８を図５では経路１０８A、１０８B、１０
８Cで構成し、図１の経路１２５を図５では経路１２５
A、１２５B、１２５Cで構成し、さらに各々の組立体１
A、１Bの接続部には接続口３０８J、３０８K、３２５
J、３２５Kを設けて、各々の組立体１A、１Bを接続する
よう構成している。このように構成することによって、
組立体１Bとして既存の全熱交換器ユニットを利用し、
それに組立体１Aを接続することによって本発明の請求
範囲第１乃至９のいずれかに記載の空調機の構成を実現
することができ、既設の空調システムではコストを下げ
ることができる。本実施例の作用については、第１の実
施例と同様なため省略する。

【００４９】図６は本発明の空調機部分の構成を示す第
３の実施例である。本実施例は、ヒートポンプ２００を
２つの蒸気圧縮式冷凍サイクルで構成したもので、空調
機の構成を、発明者が特願平８ー２２１３３に提案した
ような、少なくとも圧縮機、蒸発器、凝縮器を構成機器
として蒸気圧縮式冷凍サイクルをなす第１のサイクル
と、前記第１のサイクルよりも低圧で作動する蒸気圧縮
式冷凍サイクルをなす第２のサイクルを有し、前記第１
のサイクルの凝縮器をデシカント空調機の再生空気の通
路内に前記第２のサイクルの凝縮器よりも下流側に設置
し、かつ前記第１のサイクルの蒸発器を前記デシカント
空調機の処理空気の通路内に前記第２のサイクルの蒸発
器よりも上流側に設置し、前記第１のサイクル及び前記
第２のサイクルの凝縮熱を加熱源としてデシカントの再
生を行うとともに前記第１のサイクル及び前記第２のサ
イクルの蒸発熱を冷却熱源として処理空気の冷却を行う
よう構成したものである。

【００５０】すなわち、ヒートポンプを、冷房時におい
て、第１の蒸気圧縮式冷凍サイクルを有するヒートポン
プ２００Cと第１の蒸気圧縮式冷凍サイクルよりも低圧
で作動するヒートポンプ２００Aによって構成し、第１
のサイクルの凝縮器（第２の熱交換器）２２０Cをデシ
カント空調機の再生空気（放出空気）の通路内に前記第
２のサイクルの凝縮器（第２の熱交換器）２２０Aより
も下流側に設置し、かつ第１のサイクルの蒸発器（第１
の熱交換器）２１０Cを処理空気（導入空気）の通路内
に前記第２のサイクルの蒸発器（第１の熱交換器）２１
０Aよりも上流側に設置し、第１のサイクル及び第２の
サイクルの凝縮熱を加熱源として放出空気を加熱してデ
シカントの再生を行うとともに第１のサイクル及び第２
のサイクルの蒸発熱を冷却熱源として処理空気（導入空
気）の冷却を行うよう構成している。

【００５１】また暖房時においては、ヒートポンプ２０
０Aとヒートポンプ２００Cとが４方弁２４０B、２４０C
の切り換えによる冷暖房サイクルの逆転によって入れ替
わり、第１の蒸気圧縮式冷凍サイクルを有するヒートポ
ンプ２００Aと第１の蒸気圧縮式冷凍サイクルよりも低
圧で作動するヒートポンプ２００Cによって構成したも
のとなり、第１のサイクルの凝縮器（第１の熱交換器）
２１０Aをデシカント空調機の再生空気（導入空気）の
通路内に前記第２のサイクルの凝縮器（第１の熱交換
器）２１０Cよりも下流側に設置し、かつ第１のサイク
ルの蒸発器（第２の熱交換器）２２０Aを処理空気（放
出空気）の通路内に前記第２のサイクルの蒸発器（第１
の熱交換器）２１０Cよりも上流側に設置し、第１のサ
イクル及び第２のサイクルの凝縮熱を加熱源として導入
空気を加熱してデシカントの再生を行うとともに第１の
サイクル及び第２のサイクルの蒸発熱を冷却熱源として
処理空気（放出空気）の冷却を行うよう構成している。

【００５２】このように構成することによって、第１の
サイクルの凝縮器を再生空気（冷房時の放出空気）の顕
熱変化の過程に合わせてデシカント空調機の再生空気の
通路内に第２のサイクルの凝縮器よりも下流側に設置
し、かつ第１のサイクルの蒸発器を処理空気（冷房時の
導入空気）の顕熱変化の過程に合わせてデシカント空調
機の処理空気の通路内に第２のサイクルの蒸発器よりも
上流側に設置することによって、各々のサイクルの凝縮
温度と蒸発温度との温度差を低減することができるた
め、冷媒の圧縮仕事が低減され、エネルギ効率が高く、
しかも汎用性がある圧縮機を使用可能にして安価で信頼
性が高い空調機を提供することができる。冷房時および
暖房時の空気の状態変化とそれに伴う作用については、
第１の実施例と同様であるため省略する。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷房時において、放出空気（排気）と導入空気（外気）
とを全熱交換させ、さらに全熱交換後の放出空気を前記
ヒートポンプの高熱源によって加熱したのち前記デシカ
ントを通過させてデシカントの脱湿再生を行って外部に
放出し、さらに全熱交換後の導入空気をデシカントとを
接触させ除湿したのち、ヒートポンプの低熱源によって
冷却して空調空間に放出する様構成したヒートポンプと
デシカントと全熱交換器を有するハイブリッドな空調機
と、暖房時において、放出空気（排気）と導入空気（外
気）とを全熱交換させ、さらに全熱交換後の導入空気を
前記ヒートポンプの高熱源によって加熱したのち前記デ
シカントを通過させてデシカントの脱湿再生を行って空
調空間に放出し、さらに全熱交換後の放出空気をデシカ
ントとを接触させ除湿したのち、ヒートポンプの低熱源
によって冷却して外部に放出する様構成したヒートポン
プとデシカントと全熱交換器を有するハイブリッドな空
調機とを、第１のデシカントロータまたは第２のデシカ
ントロータのいずれかの選択と、それに連動してヒート
ポンプのサイクル切り換えによって、冷暖房の運転モー
ドの切り換えが可能に構成したことにより、冷房暖房の
切り換えのため、建物の空調ダクト経路又は空調機の給
気、排気、換気、外気導入の各ダクトに切り換えダンパ
を備える必要がなくなり、設備を簡単にしてコストを下
げることができるとともに、一部既存の全熱交換器を利
用したコストダウンも可能になり、更にこのように構成
した空調機を外調機として空調システムに用いることに
より、外気処理が大幅に省エネになり、ランニングコス
トを低下させた空調システムが提供されるとともに、組
合せて用いるエアコン等のドレンを不要としてその面か
らもコストを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空調システムの外調機の第１の実
施例の（ａ）は基本構成を示す説明図、（ｂ）はデシカ
ントロータの詳細を示す図である。

【図２】本発明の空調システムの全体構成を示す説明図
である。

【図３】図１の外調機の冷房時のデシカント空調サイク
ルを湿り空気線図で示す説明図である。

【図４】図１の外調機の暖房時のデシカント空調サイク
ルを湿り空気線図で示す説明図である。

【図５】本発明に係る空調システムの外調機の第２の実
施例の基本構成を示す説明図である。

【図６】本発明に係る空調システムの外調機の第３の実
施例の基本構成を示す説明図である。

【図７】従来の空調システムの基本構成を示す説明図で
ある。

【図８】従来の空調サイクルを湿り空気線図で示す説明
図である。

【図９】従来の空調システムを改良した空調システムの
構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１デシカント外調機２室内空間３空調機（エアコン）１０２，１４０送風機１０３デシカントロータ１５３全熱交換器１８０顕熱交換器２００ヒートポンプ２１０冷却器（低熱源）２２０加熱器（高熱源）Ａ放出経路Ｂ導入経路ＳＡ給気ＲＡ還気ＥＸ排気ＯＡ外気 Δｘ水分差 Δｈエンタルピ差

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の空間から第２の空間に向かう第１
の空気経路及び第２の空間から第１の空間に向かう第２
の空気経路と、前記第１の空気経路及び第２の空気経路の空気の間で熱
交換を行なう全熱交換器と、前記第１又は第２の空気経路の一方の空気経路の上記全
熱交換器より下流側の空気を加熱する高熱源及び他方の
空気経路の上記全熱交換器より下流側の空気を冷却する
低熱源とを供給するヒートポンプと、上記高熱源と接触した後の空気と上記低熱源と接触前の
空気に交互に接触して低熱源と接触前の空気中の水分の
吸着と高熱源と接触後の空気による再生を繰り返すデシ
カントとを備え、前記第１の空気経路及び第２の空気経路には、それぞれ
上記デシカントを収容するデシカント収容部が設けら
れ、上記ヒートポンプは、高熱源と低熱源の動作を切り
替え可能に構成され、これにより前記第１又は第２の空
気経路のうちいずれかを上記ヒートポンプの高熱源と接
触させるかを切り替えられるようになっていることを特
徴とする空調機。
【請求項２】デシカントによる吸着工程を受けた空気
とヒートポンプの高熱源による加熱前の空気の間で熱交
換を行う熱交換器と、吸着工程を受けて該熱交換器で熱
交換器を行った空気を再度デシカントに戻して第２の吸
着工程を行なう追加の吸着経路を設けたことを特徴とす
る請求項１に記載の空調機。
【請求項３】前記各デシカント収容部にはデシカント
が収容され、ヒートポンプの高熱源と接触させられる側
のデシカントのみが上記全熱交換器の上流の空気と上記
高熱源より下流の空気との間で交互に移動させられるよ
うになっていることを特徴とする請求項１に記載の空調
機。
【請求項４】ヒートポンプの低熱源と接触させられる
側のデシカントは上記デシカント収容部から除去可能に
なっていることを特徴とする請求項１に記載の空調機。
【請求項５】デシカントがローター状をしており、ロ
ーターを回転することによって吸着と再生の経路に移動
するよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の空
調機。
【請求項６】上記第１の空間が室内空間であり、上記
第２の空間が室外空間であり、冷房時には第１の空気経
路を高熱源と接触させ、暖房時には第２の空気経路を高
熱源と接触させるようにしている請求項１に記載の空調
機。
【請求項７】ヒートポンプに蒸気圧縮式ヒートポンプ
を用いたことを特徴とする請求項１に記載の空調機。
【請求項８】ヒートポンプに吸収式ヒートポンプを用
いたことを特徴とする請求項１に記載の空調機。
【請求項９】上記デシカント収容部と上記ヒートポン
プの熱交換器を内蔵する集合組立体と、全熱交換器を内
蔵する集合組立体を各々別個の組立体としたことを特徴
とする請求項１に記載の空調機。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれかに記載の空
調機を外調機とし、顕熱処理用の空調機を併設した空調
システム。