WO2010053015A1 - デシカント空調装置 - Google Patents

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WO2010053015A1
WO2010053015A1 PCT/JP2009/068259 JP2009068259W WO2010053015A1 WO 2010053015 A1 WO2010053015 A1 WO 2010053015A1 JP 2009068259 W JP2009068259 W JP 2009068259W WO 2010053015 A1 WO2010053015 A1 WO 2010053015A1
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desiccant
regeneration
desiccant rotor
region
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福留 二朗
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ヤンマー株式会社
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    • Y02B30/56Heat recovery units

Definitions

  • the present invention relates to a desiccant air conditioner that utilizes dehumidification and sensible heat exchange.
  • the desiccant air-conditioning system is attracting attention as a future air-conditioning system because it cools after dehumidifying the air, so there is no risk of mold and bacteria breeding, and it does not use chlorofluorocarbons.
  • FIG. 7 shows a configuration of a general desiccant air conditioner a. That is, in the desiccant air conditioner a, the flow of the air SA and RA is opposite to each other in the introduction path b for flowing the air SA from the outside to the room and the discharge path c for flowing the air RA from the room to the outside. And a desiccant rotor d and a sensible heat rotor e are provided so as to straddle the introduction path b and the discharge path c.
  • the air SA taken into the introduction path b from the outside is dehumidified by the desiccant rotor d, cooled by the sensible heat rotor e, and then supplied to the room.
  • the air RA taken into the discharge path c from the room is heat recovered by the sensible heat rotor e, further heated by the heater f, then absorbed by the desiccant rotor d and exhausted to the outdoors.
  • the desiccant rotor d is formed in a disc shape having air permeability by a moisture absorbing material, and is provided so as to be orthogonal to the flow of the air SA, RA in the introduction path b and the discharge path c, and rotates. However, it is configured to repeat sorption (moist moisture absorption) and desorption (moisture release) by alternately contacting the air SA and RA passing through the introduction path b and the discharge path c.
  • the desiccant rotor d absorbs moisture from the air SA passing through the introduction path b, but when the rotor d moves to the discharge path c due to rotation, the desiccant rotor d releases moisture to the air RA passing through the discharge path c. Then, the dehumidifying ability is regenerated, and then the desiccant rotor d is rotated again to move to the introduction path b. Thereafter, the same operation is repeated repeatedly.
  • the dehumidifying capacity is affected by the performance of the desiccant rotor d, so that there is a limit to the ability to adjust humidity and temperature.
  • the desiccant rotor d since the desiccant rotor d generates moisture when it absorbs air from the air SA passing through the introduction path b, the moisture absorption capacity is lowered and there is a limit in increasing the degree of drying.
  • the air from the introduction path is guided to the desiccant rotor and dehumidified in the first dehumidification region, and further guided to the heat exchanger to exchange heat with the air from the discharge path. Then, it is guided to the desiccant rotor, dehumidified in the second dehumidifying region, further heat-exchanged with the low heat source of the heat pump, cooled, and then supplied indoors.
  • the air from the discharge path is heated by exchanging heat with the air from the introduction path, and further heated by the heat source of the heat pump, and then guided to the desiccant rotor to heat the regeneration region, The moisture retained in the regeneration area is released to regenerate the moisture absorption capacity of the desiccant rotor.
  • Desiccant air conditioners As shown in Patent Document 2, a desiccant rotor having one dehumidifying region through which air in the introduction passage passes and two regeneration regions through which air in the discharge passage passes is used. Desiccant air conditioners have been proposed.
  • the air from the introduction path is led to the desiccant rotor and dehumidified in the dehumidification region, and further led to the heat exchanger to exchange heat with the air from the discharge path to be cooled. Furthermore, heat is exchanged with a low heat source of the heat pump and cooled, and then supplied indoors.
  • the air from the discharge passage is heated by exchanging heat with the air from the introduction passage, further heated by the heat source of the heat pump, then branched into two, and passes through one branch passage
  • the air to be conducted is guided to the desiccant rotor to heat the first regeneration region, and the moisture retained in the first regeneration region is dehumidified to regenerate the moisture absorption capability of the desiccant rotor.
  • the air passing through the other branch path is further heated by the heat source of the heat pump, and then guided to the desiccant rotor to regenerate the second regeneration region.
  • JP 9-318129 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-267576
  • the first dehumidification area and the second dehumidification area are adjacent to each other, the first dehumidification area is dehumidified by the passage of air from the introduction path.
  • the desiccant rotor is moved to the second dehumidifying region by the rotation of the desiccant rotor in a state where the desiccant is lowered, and the air from the introduction path has sufficient dehumidifying ability by the desiccant rotor when passing through the second dehumidifying region. It will not be obtained.
  • the first regeneration region is the second by the rotation of the desiccant rotor while the dehumidifying capacity is regenerated by the air passing through one branch passage heated by the heat source of the heat pump.
  • the air passing through the other branch passage must be further heated by the heat source of the heat pump, which complicates the structure. .
  • the air flow from the exhaust path is branched into two regeneration areas. It will not be possible to demonstrate the ability to play.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a desiccant air conditioner that can effectively exhibit the dehumidifying ability of the desiccant rotor with a simple configuration.
  • a desiccant air conditioner for solving the above-described problems includes an introduction path for introducing air from the outside into the room, a discharge path for discharging air from the room to the outside, and air in the air flowing through the introduction path.
  • a desiccant rotor designed to regenerate dehumidification capacity by desorbing moisture by adsorbing moisture and releasing moisture into the air flowing through the discharge path, and a heat exchanger for heating to heat the air in the discharge path
  • the desiccant rotor includes a dehumidifying region through which air in the introduction passage passes and a discharge passage. Two regeneration regions through which air passes are formed alternately.
  • the air flowing through the introduction path may flow in two dehumidification areas in series, and the air flowing through the discharge path may flow in two regeneration areas in series.
  • the air flow directions in the two dehumidification areas are the same, the air flow directions in the two regeneration areas are the same, and the air flow directions in these dehumidification areas are opposite to the air flow directions in the regeneration areas. It may be.
  • the air that has exited the upstream dehumidification area is cooled down by heat exchange with air or outside air flowing through the discharge path, or heat exchange with low-temperature refrigerant or cooling water supplied separately, and then the dehumidification area downstream. It may be one that flows in.
  • the air that has exited the upstream regeneration region may be heated by a hot water heat exchanger, a gas burner, or an electric heater and then flow into the downstream regeneration region.
  • the desiccant rotor is formed in a ring shape in which a through passage penetrating the desiccant rotor is formed in the center, and air flowing from the upstream regeneration region to the downstream regeneration region flows through the through passage. Good.
  • the heat exchanger that reheats the air flowing through the discharge passage may be provided in the through passage.
  • the desiccant rotor rotates in the direction of moving to the downstream dehumidifying area after being regenerated, and when cooling energy efficiency (COP) is prioritized, it is regenerated in the downstream regeneration area. Then, the desiccant rotor may rotate in the direction of moving to the dehumidifying area on the downstream side.
  • COP cooling energy efficiency
  • the temperature of the air flowing into the downstream regeneration region may be controlled to be lower than the temperature of the air flowing into the upstream regeneration region.
  • a heating heat exchanger for heating is provided in the introduction path between the sensible heat exchanger between the air flowing through the introduction path and the air flowing through the discharge path and the downstream regeneration region, and the air flowing through the introduction path during heating It may be configured to perform heating and soot humidification.
  • the desiccant rotor is formed with two dehumidification areas through which air in the introduction path passes and regeneration areas through which air in the discharge path passes alternately. Regeneration can be performed alternately. Therefore, the dehumidifying ability of the desiccant rotor can be effectively exhibited without performing inefficient two-stage dehumidification and two-stage regeneration.
  • (A) is a schematic block diagram in the horizontal cross section of the desiccant air conditioner which concerns on this invention
  • (b) is a schematic block diagram in the same vertical cross section. It is a refrigerant circuit figure explaining the outline of the whole composition of the desiccant air conditioner concerning the present invention. It is an air line figure which shows the characteristic of the discharge air at the time of air_conditionaing
  • FIG. 1 shows an outline of the overall configuration of a desiccant air conditioner 1 according to the present invention
  • FIG. 2 shows a refrigerant circuit of the desiccant air conditioner 1
  • FIG. 3 shows an air line diagram when the desiccant air conditioner 1 is in a cooling operation. Is shown.
  • the desiccant air conditioner 1 includes an introduction path 11 for introducing the air SA from the outside into the room, a discharge path 12 for discharging the air RA from the room to the outside, and the air SA flowing through the introduction path 11.
  • the desiccant rotor 2 adapted to adsorb moisture and dehumidify, release moisture into the air RA flowing through the discharge passage 12 to regenerate the dehumidification capability, and heating heat for heating the air RA in the discharge passage 12
  • the sensible heat exchanger 4 that exchanges heat between the exchanger 3 and the air SA that flows through the introduction path 11 and the air RA that flows through the discharge path 12 is provided.
  • the desiccant rotor 2 includes the sensible heat exchanger 4.
  • the first dehumidification area 2a and the second dehumidification area 2b through which the air SA passes and the first regeneration area 2c and the second regeneration area 2d through which the air RA in the discharge path 12 pass are alternately arranged. is there.
  • the desiccant air conditioner 1 is configured to be accommodated in a casing 10 having a length of 1370 mm, a width of 820 mm, and a height of 460 mm, and the flow of the air SA in the introduction path 11 and the air RA in the discharge path 12 is determined by these introduction paths 11. And fans 13 and 14 provided in the discharge path 12, respectively.
  • the desiccant rotor 2 can be freely rotated in the forward and reverse directions by driving a motor 15 that meshes with the outer peripheral edge thereof. The driving of the fans 13 and 14 and the motor 15 is controlled by the control device 16.
  • Air SA introduced into the introduction path 11 from the outside is purified by the purification filter 17.
  • the material of the desiccant rotor 2 is not particularly limited as long as it is made of a material having sorption properties and desorption properties that are used in a normal desiccant air conditioner 1, and any material can be suitably used.
  • Specific examples include synthetic silica gels, cross-linked polyacrylate high moisture absorbing / releasing materials, natural silica alumina type desiccants, and ceramic type desiccants such as molecular sieves.
  • the definition of the crosslinked polyacrylate-based high moisture absorbing / releasing material is not particularly limited as long as it is used for this type of desiccant rotor 2, but the increase in nitrogen content by hydrazine crosslinking is usually 1.
  • carboxylic acid group of 0 to 10.0% by weight, carboxylic acid group of 1.0 to 5.0 mmol / g and amide group introduced into the balance is used, the pH is always 7.5 to 8.0. Therefore, it can be suitably used because it has a performance with a pH buffering ability to maintain a high pH and also has antibacterial properties and deodorizing action.
  • the desiccant rotor 2 is formed in a ring shape in which a through passage 20 penetrating the desiccant rotor 2 is formed at the center of a thick disc, and the through passage 20 is downstream from the first regeneration region 2c on the upstream side.
  • the air RA toward the second regeneration region 2d on the side flows.
  • the dehumidifying areas 2a and 2b are arranged along the circumferential direction so that the first dehumidifying area 2a and the second dehumidifying area 2b are opposed to each other, and the first reproducing area 2c and the second reproducing area 2d are opposed to each other. And reproduction areas 2c and 2d are alternately provided.
  • the air SA passes from one surface 21 to the other surface 22 of the desiccant rotor 2, and in the first regeneration region 2c and the second regeneration region 2d, the desiccant rotor 2 Air RA passes from the other surface 22 to the one surface 21.
  • the desiccant rotor 2 rotates in the normal rotation direction N by driving the motor 15 to move in the order of the first dehumidifying region 2a, the first regenerating region 2c, the second dehumidifying region 2b, and the second regenerating region 2d, and reversely rotate.
  • the first dehumidification region 2a, the second regeneration region 2d, the second dehumidification region 2b, and the first regeneration region 2c are moved in this order.
  • the heating heat exchanger 3 is configured such that heat recovered by the engine exhaust heat recovery device 32 from a heat source 31 of a cogeneration system or a gas heat pump is circulated and supplied by a pump 33.
  • the heating heat exchanger 3 is provided at three locations, the two heating heat exchangers 3 are provided in the discharge passage 12, and the one heating heat exchanger 3 is provided in the introduction passage 11.
  • One of the heating heat exchangers 3 provided in the discharge path 12 is provided in a path between a sensible heat exchanger 4 and a desiccant rotor 2 described later.
  • the other heating heat exchanger 3 is disposed in the through-passage 20 of the desiccant rotor 2, and is provided in a path between the first regeneration region 2 c and the second regeneration region 2 d of the desiccant rotor 2.
  • the heat exchanger 3 provided in the introduction path 11 is provided in a path between a sensible heat exchanger 4 described later and the second dehumidifying region 2 b of the desiccant rotor 2.
  • the heat exchanger 3 for heating is configured such that the heat recovered by the engine exhaust heat recovery device 32 from the heat source 31 of the cogeneration system or gas heat pump is circulated and supplied by the pump 33.
  • the heat exchanger 3 for heating is not particularly limited as long as it can heat the air SA in the introduction passage 11 and the air RA in the discharge passage 12. Or a gas burner (not shown).
  • the sensible heat exchanger 4 exchanges heat between the air SA passing through the introduction path 11 and the air RA passing through the discharge path 12, and enters the discharge path 12 from the room to enter the heat exchanger.
  • 3 is provided between the discharge path 12 up to 3 and the introduction path 11 through the first dehumidification region 2 a to the heat exchanger 3.
  • the cooling operation of the desiccant air conditioner 1 configured as described above will be described with reference to the air diagram of FIG.
  • the recovered heat is not supplied to the heating heat exchanger 3 provided in the introduction path 11, but the recovered heat is supplied only to the heating heat exchanger 3 provided in the discharge path 12. Is done. Further, it is assumed that the desiccant rotor 2 rotates in the reverse rotation direction R.
  • the air SA introduced from the outside into the introduction path 11 (state A) is dehumidified in the first dehumidifying region 2a of the desiccant rotor 2, and heat of adsorption generated when moisture in the air SA is adsorbed by the desiccant rotor 2. As a result, the temperature rises (state B).
  • the air SA dehumidified and raised in temperature (state B) is sent to the sensible heat exchanger 4 and is cooled by exchanging heat with the air RA passing through the discharge path 12 from the room (state C). ).
  • the cooled air SA is dehumidified again in the second dehumidifying region 2b of the desiccant rotor 2, and further supplied to the room after the humidity is lowered (state D).
  • the dehumidification rotor 2 is adsorbed in the second regeneration region 2d described later between the dehumidification in the first dehumidification region 2a and the dehumidification in the second dehumidification region 2b. Since the removed moisture is removed to regenerate the dehumidifying capacity, the dehumidification in the second dehumidifying region 2b can be performed effectively.
  • the temperature of the air SA is also increased by the heat of adsorption, but the humidity itself of the air SA is sufficiently lowered by dehumidifying in the first dehumidifying region 2a. Therefore, the temperature increase of the air SA due to the heat of adsorption in the second dehumidifying region 2b can be suppressed to be lower than the temperature increase of the air SA due to the heat of adsorption in the first dehumidifying region 2a.
  • the air SA after passing through the second dehumidifying region 2b may be further cooled by a cooler (not shown) of another heat pump cycle and then supplied indoors.
  • the cooler (not shown) and the sensible heat exchanger 4 are switched so that the order of cooling by the cooler (not shown) and the cooling by the sensible heat exchanger 4 are reversed. It may be what you did.
  • the indoor air RA introduced into the discharge path 12 (state E) is sent to the sensible heat exchanger 4 and cools the air SA passing through the introduction path 11 from the outside to raise its temperature (state). F).
  • This temperature-raised air RA (state F) is further sent to the heating heat exchanger 3 to be heated and the temperature rises (state G).
  • the air RA having increased in temperature (state G) passes through the first regeneration region 2c of the desiccant rotor 2, removes moisture adsorbed on the desiccant rotor 2, and regenerates the desiccant rotor 2.
  • the air RA that has absorbed moisture by this regeneration (state H) is further heated by another heat exchanger 3 for heating (state I), and then passes through the second regeneration region 2d. Even in 2d, the moisture adsorbed on the desiccant rotor 2 is removed and the desiccant rotor 2 is regenerated.
  • the air RA that has absorbed the water after regeneration (state J) is discharged to the outside.
  • the desiccant rotor 2 is rotated in the reverse rotation direction R by the rotation of the motor 15, and thus moves in the order of the first dehumidifying region 2a, the second regeneration region 2d, the second dehumidifying region 2b, and the first regeneration region 2c. Then, the desiccant rotor 2 that has passed through the second dehumidifying region 2b can be regenerated in the first regeneration region 2c, and the desiccant rotor 2 that has passed through the first dehumidifying region 2a can be regenerated in the second regeneration region 2d. Since the air RA does not pass continuously through the second regeneration region 2d, the desiccant rotor 2 can be effectively regenerated by two-stage regeneration.
  • the air SA passing through the introduction path 11 is dehumidified in the first dehumidifying area 2a using the desiccant rotor 2 regenerated in the first regeneration area 2c, and is first used in the desiccant rotor 2 regenerated in the second regeneration area 2d. Since the dehumidification is performed in the two dehumidification regions 2b, the first dehumidification region 2a and the second dehumidification region 2b are not continuously passed, so that dehumidification can be effectively performed by two-stage dehumidification.
  • the desiccant rotor 2 having excellent dehumidifying capacity and regeneration capacity by the desiccant air conditioner 1 has the introduction path 11 for supplying the air SA to the first dehumidifying area 2a and the second dehumidifying area 2b, the first regeneration area 2c, Since it can be obtained simply by the flow path configuration with the discharge path 12 for supplying the air RA to the second regeneration area 2d, it can be installed in a space such as the attic of the house, under the floor, inside the wall, etc. Can be formed.
  • the size of the desiccant air conditioner 1 is not particularly limited, and can be appropriately designed according to the air conditioning capacity and the air volume required for the indoor environment. In the case of the desiccant air conditioner 1 shown in FIG.
  • air RA flows from the upstream first regeneration region 2c to the downstream second regeneration region 2d through the through passage 20 provided in the desiccant rotor 2.
  • the heating heat exchanger 3 is provided in the through-passage 20, the flow path can be easily handled and the heating heat exchanger 3 can be accommodated, and a more compact design can be achieved.
  • FIG. 4 shows the absolute humidity of the air SA when it is introduced into the introduction passage 11 and dehumidified and then supplied into the room, and when it passes through the desiccant rotor 2 after being introduced from the room into the discharge passage 12 and heated.
  • the relationship with the temperature of the air RA is shown.
  • a dehumidifying ability superior to that when the desiccant rotor 2 is rotated in the reverse rotation direction R is obtained.
  • the higher the temperature of the air RA when passing through the desiccant rotor 2 the better the dehumidifying ability.
  • FIG. 5 shows the relationship between the cooling energy efficiency (COP) of the desiccant air conditioner 1 and the temperature of the air RA when passing through the desiccant rotor 2 after being introduced into the exhaust passage 12 from the room and heated. .
  • COP cooling energy efficiency
  • the desiccant rotor 2 when priority is given to dehumidification, the desiccant rotor 2 can be exerted with excellent dehumidifying ability by rotating in the forward rotation direction N. When priority is given to energy efficiency, the desiccant rotor 2 is moved in the reverse rotation direction R. Therefore, it is possible to perform optimum operation according to the use environment and the situation by appropriately changing the rotation direction of the desiccant rotor 2 of the desiccant air conditioner 1. .
  • FIG. 6 shows the relationship between the cooling energy efficiency (COP) of the desiccant air conditioner 1 and the temperature of the air RA when passing through the desiccant rotor 2 after being introduced into the discharge passage 12 from the room and heated.
  • the temperature of the air RA when passing through the desiccant rotor 2 is such that the temperature of the first regeneration region 2c is the same as that of the first regeneration region 2c and the second regeneration region 2d.
  • the cooling energy efficiency cannot be improved.
  • the temperature of the second regeneration region 2d is lowered, the energy efficiency can be greatly improved. Therefore, further improvement of the cooling energy efficiency from the normal operation state can be realized by lowering the temperature of the air RA when passing through the second regeneration region 2d.
  • the control of the temperature of the air RA passing through the first regeneration region 2c and the second regeneration region 2d may be performed in combination with the control of the rotational direction of the desiccant rotor 2 described above.
  • the desiccant air conditioner 1 does not supply the recovered heat to the heat exchanger 3 for heating provided in the discharge path 12, but only recovers the heat recovered to the heat exchanger 3 for heating provided in the introduction path 11. Supply.
  • the air RA introduced into the discharge path 12 from the room is sent to the sensible heat exchanger 4 and is cooled by exchanging heat with the low-temperature air SA passing through the introduction path 11 from the outside.
  • the air RA whose relative humidity has increased by this cooling has absorbed moisture in the first regeneration region 2c and the second regeneration region 2d when passing through the first regeneration region 2c and the second regeneration region 2d of the desiccant rotor 2. After that, it is discharged outside the room.
  • the low-temperature air SA introduced into the introduction path 11 from the outside passes through the first dehumidification region 2a of the desiccant rotor 2, is sent to the sensible heat exchanger 4, and passes through the discharge path 12 from the room. Heated with heat exchange.
  • the air SA whose temperature has risen is further sent to the heating heat exchanger 3 to be heated, and the temperature rises.
  • the air SA whose temperature has risen is supplied to the room after absorbing moisture adsorbed by the desiccant rotor 2 when passing through the second dehumidifying region 2b of the desiccant rotor 2.
  • the moisture in the air RA discharged from the discharge path 12 is recovered by simply switching the heating heat exchanger 3 without switching the air flow path from the time of cooling.
  • the air SA supplied from the introduction path 11 to the room can be humidified.
  • the desiccant rotor 2 is formed with a through passage 20 penetrating the desiccant rotor 2 in the center, and the through passage 21 is connected to the upstream side first regeneration region 2c on the downstream side.
  • the air RA toward the second regeneration region 2d is configured to flow.
  • the shape of the desiccant rotor 2 is not limited to that in which the through passage 20 is formed in this way, and is simply a disc shape. It may be formed.

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Abstract

【課題】簡単な構成でデシカントロータの除湿能力を有効に発揮させることができるデシカント空調装置を提供する。 【解決手段】室外からの空気SAを室内へと導入する導入路11と、室内からの空気RAを室外へと排出する排出路12と、導入路11を流れる空気SA中の水分を吸着して除湿を行うとともに、排出路12を流れる空気RA中に水分を放出して除湿能力を再生するようになされたデシカントロータ2と、排出路12の空気RAを加熱する加熱用熱交換器3と、導入路11を流れる空気SAと排出路12を流れる空気RAとの間で熱交換を行う顕熱熱交換器4とを備えたデシカント空調装置1において、デシカントロータ2には、導入路11の空気が通過する第一除湿領域2a,第二除湿領域2bと排出路12の空気Raが通過する第一再生領域2c,第二再生領域2dとを交互に各二つ形成したものである。

Description

デシカント空調装置
 本発明は、除湿と顕熱交換とを利用するデシカント空調装置に関するものである。
 デシカント空調装置は、冷却除湿方式と異なり、空気を除湿した後に冷却するため、カビや細菌が繁殖する恐れがなく、しかもフロンを使用しないため、今後の空調装置として注目されている。
 図7は、一般的なデシカント空調装置aの構成を示している。すなわち、デシカント空調装置aは、室外からの空気SAを室内へと流す導入路bと、室内からの空気RAを室外へと流す排出路cとを、互いの空気SA,RAの流れが逆方向となるように隣接した向流状態で設け、これら導入路bおよび排出路cをまたぐようにしてデシカントロータdと顕熱ロータeとを設けて構成されている。そして、室外から導入路bに取り込まれた空気SAは、デシカントロータdで除湿された後、顕熱ロータeで冷却されてから室内に供給される。一方、室内から排出路cに取り込まれた空気RAは、顕熱ロータeで熱回収された後、加熱器fでさらに加熱された後、デシカントロータdから吸湿して屋外に排気される。
 この際、デシカントロータdは、吸湿材料によって通気性を有する円盤状に形成され、導入路bおよび排出路cの空気SA,RAの流れに対して直交するようにして設けられており、回転しながら、導入路bおよび排出路cを通過する空気SA,RAと交互に接触して、収着( 吸湿)と脱着(放湿)とを繰り返すように構成されている。すなわち、デシカントロータdは、導入路bを通過する空気SAから吸湿するが、ロータdが回転することによって排出路cに移動した場合には、この排出路cを通過する空気RAに放湿して乾燥され、除湿能力が再生され、その後、再度デシカントロータdが回転することによって導入路bに移動し、以後、同様の動作を反復して繰り返すようになされている。
 このようなデシカント空調装置aにおいては、デシカントロータdの性能によって除湿能力が左右されることとなるため、湿度や温度の調整能力には限界があった。特にデシカントロータdは、導入路bを通過する空気SAから吸湿する時に吸湿熱を発生するため、吸湿能力が低下し、乾燥度を上げることにも限界があった。
 そこで、従来より、デシカントロータによる除湿能力の向上を図るものとして、例えば、特許文献1に示すように、導入路の空気が通過する二つの除湿領域と、排出路の空気が通過する一つの再生領域とを有するデシカントロータを用いたデシカント空調装置が提案されている。
 このデシカント空調装置において、導入路からの空気は、デシカントロータに導かれて第一の除湿領域で除湿され、さらに熱交換器に導かれて排出路からの空気との間で熱交換が行われて冷却され、さらにデシカントロータに導かれて第二の除湿領域で除湿され、さらにヒートポンプの低熱源との間で熱交換が行われて冷却された後、室内に供給される。また、排出路からの空気は、導入路からの空気との間で熱交換を行って加熱された後、ヒートポンプの熱源でさらに加熱された後、デシカントロータに導かれて再生領域を加熱し、この再生領域に保持された水分を放湿させてデシカントロータの吸湿能力を再生させる。
 また、他のデシカント空調装置としては、特許文献2に示すように、導入路の空気が通過する一つの除湿領域と、排出路の空気が通過する二つの再生領域とを有するデシカントロータを用いたデシカント空調装置が提案されている。
 このデシカント空調装置において、導入路からの空気は、デシカントロータに導かれて除湿領域で除湿され、さらに熱交換器に導かれて排出路からの空気との間で熱交換が行われて冷却され、さらにヒートポンプの低熱源との間で熱交換が行われて冷却された後、室内に供給される。また、排出路からの空気は、導入路からの空気との間で熱交換を行って加熱された後、ヒートポンプの熱源でさらに加熱された後、二つに分岐し、一方の分岐路を通過する空気は、デシカントロータに導かれて第一の再生領域を加熱し、この第一の再生領域に保持された水分を放湿させてデシカントロータの吸湿能力を再生させる。他方の分岐路を通過する空気は、ヒートポンプの熱源でさらに加熱された後、デシカントロータに導かれて第二の再生領域を再生させる。
特開平9-318129号公報 特開平10-267576号公報
 しかし、上記特許文献1記載のデシカント空調装置の場合、第一の除湿領域と第二の除湿領域とが隣接しているため、第一の除湿領域は、導入路からの空気の通過により除湿能力が低下した状態のままデシカントロータの回転によって第二の除湿領域へと移動することとなり、導入路からの空気は、この第二の除湿領域を通過する際にはデシカントロータによる充分な除湿能力が得られないこととなる。
 また、上記特許文献2のデシカント空調装置の場合、第一の再生領域は、ヒートポンプの熱源で加熱した一方の分岐路を通過する空気により除湿能力を再生した状態のままデシカントロータの回転によって第二の再生領域へと移動することとなる。したがって、第二の再生領域でデシカントロータによる充分な除湿能力を得るためには、他方の分岐路を通過する空気をヒートポンプの熱源でさらに加熱しなければならず、構造が複雑化することとなる。また、他方の分岐路を通過する空気をヒートポンプの熱源でさらに加熱する構成にしたとしても、排気路からの空気を二つの再生領域に分岐するため、各再生領域の空気流量が低下し、充分な再生能力が発揮できないこととなる。
 本発明は係る実情に鑑みてなされたものであって、簡単な構成でデシカントロータの除湿能力を有効に発揮させることができるデシカント空調装置を提供することを目的としている。
 上記課題を解決するための本発明のデシカント空調装置は、室外からの空気を室内へと導入する導入路と、室内からの空気を室外へと排出する排出路と、導入路を流れる空気中の水分を吸着して除湿を行うとともに、排出路を流れる空気中に水分を放出して除湿能力を再生するようになされたデシカントロータと、排出路の空気を加熱する加熱用熱交換器と、導入路を流れる空気と排出路を流れる空気との間で熱交換を行う顕熱熱交換器とを備えたデシカント空調装置において、デシカントロータには、導入路の空気が通過する除湿領域と排出路の空気が通過する再生領域とを交互に各二つ形成したものである。
 導入路を流れる空気は、二つの除湿領域を直列に流れ、排出路を流れる空気は二つの再生領域を直列に流れるものであってもよい。
二つの除湿領域における空気の流れ方向は同一となされ、二つの再生領域における空気の流れ方向は同一となされ、これら除湿領域の空気の流れ方向と再生領域の空気の流れ方向とは逆方向となされたものであってもよい。
 上流側の除湿領域を出た空気は、排出路を流れる空気または外気との熱交換、あるいは別途供給される低温冷媒または冷却水との熱交換により温度を低下させた後、下流側の除湿領域に流入するものであってもよい。
 上流側の再生領域を出た空気は、温水熱交換器またはガスバーナまたは電気ヒータにより加熱された後、下流側の再生領域に流入するものであってもよい。
 デシカントロータは、その中央に、デシカントロータを貫通する貫通路が形成されたリング状に形成され、この貫通路を、上流側再生領域から下流側再生領域へと向かう空気が流れるものであってもよい。
 貫通路に、排出路を流れる空気を再加熱する熱交換器が設けられているものであってもよい。
 除湿能力優先時は、上流側の再生領域で再生された後、下流側の除湿領域に移動する方向にデシカントロータが回転し、冷房エネルギ効率(COP)優先時は、下流側の再生領域で再生された後、下流側の除湿領域に移動する方向にデシカントロータが回転するものであってもよい。
 再生領域を通過する前後の空気の温度差、および/または除湿領域を通過する前後の空気の湿度差を測定し、温度差および/または湿度差の低下を検知してデシカントロータの回転方向を逆転させるものであってもよい。
 下流側再生領域へ流入する空気の温度が、上流側再生領域へ流入する空気の温度よりも低くなるように制御するようになされたものであってもよい。
 導入路を流れる空気と排出路を流れる空気との顕熱熱交換器と、下流側再生領域との間の導入路に、暖房時加熱用熱交換器が設けられ、暖房時に導入路を流れる空気の加熱・ 加湿を行うようになされたものであってもよい。
 以上述べたように、本発明によると、デシカントロータには、導入路の空気が通過する除湿領域と排出路の空気が通過する再生領域とを交互に各二つ形成しているので、除湿と再生とを交互に行うことができる。したがって、非効率的な二段除湿や二段再生を行うことなく、デシカントロータの除湿能力を有効に発揮させることができる。また、これらの交互に形成された除湿領域と再生領域とに空気を供給する導入路および排出路の流路変更だけで、簡単に構成することが可能である。
(a)は本発明に係るデシカント空調装置の水平断面における概略構成図、(b)は同垂直断面における概略構成図である。 本発明に係るデシカント空調装置の全体構成の概略を説明する冷媒回路図である。 本発明に係るデシカント空調装置の冷房運転時の排出空気と導入空気との特性を示す空気線図である。 デシカントロータの回転方向の違いによる冷房エネルギ効率と空気温度との関係を示すグラフである。 デシカントロータの回転方向の違いによる除湿能力と空気温度との関係を示すグラフである。 デシカントロータを通過する導入空気または排出空気の温度変化と冷エネルギ効率力との関係を示すグラフである。 従来のデシカント空調装置の全体構成を示す概略説明図である。
 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
 図1は本発明に係るデシカント空調装置1の全体構成の概略を示し、図2は同デシカント空調装置1の冷媒回路を示し、図3は同デシカント空調装置1を冷房運転した際の空気線図を示している。
 すなわち、このデシカント空調装置1は、室外からの空気SAを室内へと導入する導入路11と、室内からの空気RAを室外へと排出する排出路12と、導入路11を流れる空気SA中の水分を吸着して除湿を行うとともに、排出路12を流れる空気RA中に水分を放出して除湿能力を再生するようになされたデシカントロータ2と、排出路12の空気RAを加熱する加熱用熱交換器3と、導入路11を流れる空気SAと排出路12を流れる空気RAとの間で熱交換を行う顕熱熱交換器4とを備えており、デシカントロータ2には、導入路11の空気SAが通過する第一除湿領域2a、第二除湿領域2bと、排出路12の空気RAが通過する第一再生領域2c、第二再生領域2dとが交互に配置するように形成したものである。
 デシカント空調装置1は、長さ1370mm、幅820mm、高さ460mmのケーシング10内に納まるように構成されており、導入路11の空気SAおよび排出路12の空気RAの流れは、これら導入路11および排出路12にそれぞれ設けたファン13,14によって形成される。デシカントロータ2は、その外周縁部に歯合するモータ15の駆動によって正逆方向自在に回動することができるようになされている。これらファン13,14およびモータ15の駆動は、制御装置16によって制御される。屋外から導入路11に導入される空気SAは、浄化フィルター17によって浄化される。
 デシカントロータ2の材料としては、通常のデシカント空調装置1に用いられる収着性および脱着性を有する材料からなるのものであれば、特に限定されるものではなく、何れも好適に用いることができる。具体的には、合成品のシリカゲルや架橋ポリアクリレート系高吸放湿材、天然のシリカアルミナ系の乾燥剤や、モレキュラシーブスなどのセラミック系の乾燥剤などを挙げることができる。この中でも特に、アクリル繊維を原料にして、ニトリル基を一部加水分解してアミド基およびカルボン酸基を生成させ、さらにその一部をヒドラジンなどで架橋させた架橋ポリアクリレート系高吸放湿材は、優れた収着性および脱着性を発揮することができる。この架橋ポリアクリレート系高吸放湿材の定義については、特にこの種のデシカントロータ2に使用されるものであれば限定されるものではないが、通常ヒドラジン架橋による窒素含有量の増加が1.0~10.0重量%であり、1.0~5.0mmol/gのカルボン酸基が、残部にはアミド基が導入されたものを用いた場合、pHを常に7.5~8.0に保つpH緩衝力を持った性能を有しており、また抗菌性、消臭作用なども併せて有するため、好適に使用することができる。
 このデシカントロータ2は、厚みを有する円盤の中央に、このデシカントロータ2を貫通する貫通路20が形成されたリング状に形成され、この貫通路20を、上流側の第一再生領域2cから下流側の第二再生領域2dへと向かう空気RAが流れるように構成されている。このデシカントロータ2は、第一除湿領域2aと第二除湿領域2bとが対向し、第一再生領域2cと第二再生領域2dとが対向するように、周方向に沿って除湿領域2a,2bと再生領域2c,2dとが交互に設けられている。そして、第一除湿領域2aおよび第二除湿領域2bにおいて、デシカントロータ2の一面21から他面22へと空気SAが通過し、第一再生領域2cおよび第二再生領域2dにおいて、デシカントロータ2の他面22から一面21へと空気RAが通過するようになされている。
 このデシカントロータ2は、モータ15の駆動によって正転方向Nに回転することで、第一除湿領域2a、第一再生領域2c、第二除湿領域2b、第二再生領域2dの順に移動し、逆転方向Rに回転することで、第一除湿領域2a、第二再生領域2d、第二除湿領域2b、第一再生領域2cの順に移動する。
 加熱用熱交換器3は、コージェネレーションシステムやガスヒートポンプの熱源31から、エンジン排熱回収器32によって回収した熱が、ポンプ33によって循環供給されるように構成されている。この加熱用熱交換器3は、三箇所に設けられ、二つの加熱用熱交換器3は排出路12に設けられ、一つの加熱用熱交換器3は導入路11に設けられる。排出路12に設けられる加熱用熱交換器3の一方は、後述する顕熱熱交換器4とデシカントロータ2との間の経路に設けられる。また、他方の加熱用熱交換器3は、デシカントロータ2の貫通路20に配置され、デシカントロータ2の第一再生領域2cと第二再生領域2dとの間の経路に設けられる。導入路11に設けられる熱交換器3は、後述する顕熱熱交換器4とデシカントロータ2の第二除湿領域2bとの間の経路に設けられる。
 なお、本実施の形態において、加熱用熱交換器3は、コージェネレーションシステムやガスヒートポンプの熱源31から、エンジン排熱回収器32によって回収した熱が、ポンプ33によって循環供給されるように構成されているが、この加熱用熱交換器3としては、導入路11の空気SAや排出路12の空気RAを加熱することができるものであれば、特に限定されるものではなく、電気ヒーター(図示省略)やガスバーナー(図示省略)によるものであってもよい。
 顕熱熱交換器4は、導入路11を通過する空気SAと排出路12を通過する空気RAとの間で互いに熱交換するようになされており、室内から排出路12に入って熱交換器3に到るまでの排出路12と、第一除湿領域2aを通過して熱交換器3に到るまでの導入路11との部分との間に設けられている。
 次に、このようにして構成されるデシカント空調装置1の冷房時の動作を、図3の空気線図を参照して説明する。なお、冷房の場合、導入路11に設けられた加熱用熱交換器3には、回収した熱が供給されず、排出路12に設けられた加熱用熱交換器3にのみ回収した熱が供給される。また、デシカントロータ2は、逆転方向Rに回転しているものとする。
 室外から導入路11に導入された空気SAは(状態A)、デシカントロータ2の第一除湿領域2aで除湿され、この空気SA中の水分がデシカントロータ2に吸着される際に発生する吸着熱によって温度が上昇する(状態B)。
 このようにして除湿されて温度が上昇した空気SAは(状態B)、顕熱熱交換器4に送られ、室内から排出路12を通過する空気RAと熱交換して冷却される(状態C)。
 冷却された空気SAは、再度デシカントロータ2の第二除湿領域2bで除湿され、さらに湿度低下した状態となってから室内に供給される(状態D)。この第二除湿領域2bでの除湿の際、第一除湿領域2aでの除湿と、この第二除湿領域2bでの除湿との間には、後述する第二再生領域2dにおいてデシカントロータ2に吸着された水分を除去して除湿能力の再生を図っているので、第二除湿領域2bでの除湿は、有効に行うことができる。また、この第二除湿領域2bでの除湿の際、やはり吸着熱によって空気SAの温度は上昇するが、先の第一除湿領域2aでの除湿によって空気SAの湿度自体が充分に低下しているので、この第二除湿領域2bでの吸着熱による空気SAの温度上昇は、第一除湿領域2aでの吸着熱による空気SAの温度上昇よりも低く抑えることができる。
 なお、冷房能力をさらに向上させるのであれば、この第二除湿領域2bを通過した後の空気SAをさらに他のヒートポンプサイクルの冷却器(図示省略)で冷却してから室内に供給してもよい。また、この場合、冷却器(図示省略)による冷却と顕熱熱交換器4による冷却の順が逆となるように、これら冷却器(図示省略)と顕熱熱交換器4とを入れ替えて配置したものであってもよい。
 一方、排出路12に導入された室内の空気RAは(状態E)、顕熱熱交換器4に送られ、室外から導入路11を通過する空気SAを冷却して自らは温度上昇する(状態F)。この温度上昇した空気RAは(状態F)、さらに加熱用熱交換器3に送られて加熱され、温度上昇する(状態G)。
 この温度上昇した空気RAは(状態G)、デシカントロータ2の第一再生領域2cを通過し、このデシカントロータ2に吸着された水分を除去し、デシカントロータ2を再生させる。
 この再生によって水分を吸収した空気RAは(状態H)、その後、他の加熱用熱交換器3でさらに加熱された後(状態I)、第二再生領域2dを通過し、この第二再生領域2dでも、デシカントロータ2に吸着された水分を除去してデシカントロータ2を再生させる。再生後の水分を吸収した空気RAは(状態J)、室外に排出される。
 この際、デシカントロータ2は、モータ15の回転によって逆転方向Rに回転することで、第一除湿領域2a、第二再生領域2d、第二除湿領域2b、第一再生領域2cの順に移動するので、第二除湿領域2bを経たデシカントロータ2を第一再生領域2cで再生し、第一除湿領域2aを経たデシカントロータ2を第二再生領域2dで再生することができることとなり、第一再生領域2cと第二再生領域2dとを連続して空気RAが通過することにならないので、二段階再生によって有効にデシカントロータ2を再生することができる。
 また、導入路11を通過する空気SAは、第一再生領域2cで再生したデシカントロータ2を使って第一除湿領域2aで除湿し、第二再生領域2dで再生したデシカントロータ2を使って第二除湿領域2bで除湿するので、第一除湿領域2aと第二除湿領域2bとを連続して通過することにならないので、二段階除湿によって有効に除湿することができる。
 なお、上記した二段階再生および二段階除湿の効果は、デシカントロータ2を逆転方向Rに回転させた場合だけではなく、正転方向Nに回転させた場合にも得られる。
 また、このデシカント空調装置1によるデシカントロータ2の優れた除湿能力および再生能力は、第一除湿領域2aおよび第二除湿領域2bに空気SAを供給する導入路11と、第一再生領域2cおよび第二再生領域2dに空気RAを供給する排出路12との流路構成だけで簡単に得られるため、住宅の屋根裏、床下、壁面内部などの空間に設置可能な上記したような小型化した大きさに形成することができる。なお、このデシカント空調装置1の大きさとしては、特に限定されるものではなく、室内環境に求められる空調能力や風量などに応じて適宜設計することができる。また、図1に示すデシカント空調装置1の場合、デシカントロータ2に設けられた貫通路20を、上流側の第一再生領域2cから下流側の第二再生領域2dへと向かう空気RAが流れるように構成し、しかもこの貫通路20に加熱用熱交換器3を設けているので、流路の取り回しや加熱用熱交換器3の納まりを容易にし、さらにコンパクト設計が可能となる。
 図4は、導入路11に導入されて除湿された後、室内に供給される際の空気SAの絶対湿度と、室内から排出路12に導入されて加熱後、デシカントロータ2を通過する際の空気RAの温度との関係を示している。このグラフからも判るように、デシカントロータ2を正転方向Nに回転させた場合は、逆転方向Rに回転させた場合よりも優れた除湿能力が得られる。特に、デシカントロータ2を通過する際の空気RAの温度が高い領域になる程、優れた除湿能力が得られる。
 また、図5は、デシカント空調装置1の冷房エネルギ効率(COP)と、室内から排出路12に導入されて加熱後、デシカントロータ2を通過する際の空気RAの温度との関係を示している。このグラフからも判るように、デシカントロータ2を逆転方向Rに回転させた場合は、正転方向Nに回転させた場合よりも優れたエネルギ効率が得られる。特に、デシカントロータ2を通過する際の空気RAの温度が低い領域になる程、優れたエネルギ効率が得られる。
 上記したように、除湿を優先する場合は、デシカントロータ2を正転方向Nに回転させることで優れた除湿能力を発揮することができ、エネルギ効率を優先する場合はデシカントロータ2を逆転方向Rに回転させることで優れたエネルギ効率を発揮することができるので、デシカント空調装置1のデシカントロータ2の回転方向を適宜変更することで、使用環境や状況に応じた最適な運転を行うことができる。
 図6は、デシカント空調装置1の冷房エネルギ効率(COP)と、室内から排出路12に導入されて加熱後、デシカントロータ2を通過する際の空気RAの温度との関係を示している。このグラフからも判るように、デシカントロータ2を通過する際の空気RAの温度は、第一再生領域2cと第二再生領域2dとを同じに設定した状態から、第一再生領域2cの温度が低くなるようにした場合は冷房エネルギ効率の向上は得られないが、第二再生領域2dの温度が低くなるようにした場合は、エネルギ効率の大幅な向上が得られる。したがって、通常運転状態からさらに冷房エネルギ効率の向上を図る場合には、第二再生領域2dを通過する際の空気RAの温度を低下させることによって実現することが可能である。この第一再生領域2cと第二再生領域2dとを通過する空気RAの温度の制御は、上記したデシカントロータ2の回転方向の制御と組み合わせて行ってもよい。
 次に、このデシカント空調装置1による暖房時の動作について述べる。暖房時、デシカント空調装置1は、排出路12に設けられた加熱用熱交換器3に回収した熱を供給せず、導入路11に設けられた加熱用熱交換器3にのみ回収した熱を供給する。
 室内から排出路12に導入された空気RAは、顕熱熱交換器4に送られ、室外から導入路11を通過する低温の空気SAと熱交換して冷却される。この冷却によって相対湿度が上昇した空気RAは、デシカントロータ2の第一再生領域2cおよび第二再生領域2dを通過する際、これら第一再生領域2cおよび第二再生領域2dに水分を吸湿された後、室外に排出される。一方、室外から導入路11に導入された低温の空気SAは、デシカントロータ2の第一除湿領域2aを通過し、顕熱熱交換器4に送られ、室内から排出路12を通過する空気RAと熱交換して加熱される。この温度上昇した空気SAは、さらに加熱用熱交換器3に送られて加熱され、温度上昇する。この温度上昇した空気SAは、デシカントロータ2の第二除湿領域2bを通過する際、デシカントロータ2に吸着された水分を吸湿して加湿された後、室内に供給される。
 このように、暖房時は、冷房時からの空気流路の切り替えを行うことなく、単に加熱用熱交換器3の切り替えを行うだけで、排出路12から排出される空気RA中の水分を回収して導入路11から室内へと供給される空気SAを加湿することができる。
 なお、本実施の形態において、デシカントロータ2は、その中央に、このデシカントロータ2を貫通する貫通路20が形成され、この貫通路21を、上流側の第一再生領域2cから下流側の第二再生領域2dへと向かう空気RAが流れるように構成されているが、このデシカントロータ2の形状としてはこのように貫通路20が形成されたものに限定されるものではなく、単純に円盤状に形成されたものであってもよい。
 デシカント空調装置に利用できる。
1 デシカント空調装置
11 導入路
12 排出路
2 デシカントロータ
20 貫通路
2a 第一除湿領域
2b 第二除湿領域
2c 第一再生領域
2d 第二再生領域
3 加熱用熱交換器
4 顕熱熱交換器
SA 空気
RA 空気
N 正転方向
R 逆転方向

Claims (11)

  1. 室外からの空気を室内へと導入する導入路と、室内からの空気を室外へと排出する排出路と、導入路を流れる空気中の水分を吸着して除湿を行うとともに、排出路を流れる空気中に水分を放出して除湿能力を再生するようになされたデシカントロータと、排出路の空気を加熱する加熱用熱交換器と、導入路を流れる空気と排出路を流れる空気との間で熱交換を行う顕熱熱交換器とを備えたデシカント空調装置において、
     デシカントロータには、導入路の空気が通過する除湿領域と排出路の空気が通過する再生領域とを交互に各二つ形成したことを特徴とするデシカント空調装置。
  2. 導入路を流れる空気は、二つの除湿領域を直列に流れ、排出路を流れる空気は二つの再生領域を直列に流れる請求項1記載のデシカント空調装置。
  3. 二つの除湿領域における空気の流れ方向は同一となされ、二つの再生領域における空気の流れ方向は同一となされ、これら除湿領域の空気の流れ方向と再生領域の空気の流れ方向とは逆方向となされた請求項2記載のデシカント空調装置。
  4. 上流側の除湿領域を出た空気は、排出路を流れる空気または外気との熱交換、あるいは別途供給される低温冷媒または冷却水との熱交換により温度を低下させた後、下流側の除湿領域に流入する請求項2記載のデシカント空調装置。
  5. 上流側の再生領域を出た空気は、温水熱交換器またはガスバーナまたは電気ヒータにより加熱された後、下流側の再生領域に流入する請求項2記載のデシカント空調装置。
  6. デシカントロータは、その中央に、デシカントロータを貫通する貫通路が形成されたリング状に形成され、この貫通路を、上流側再生領域から下流側再生領域へと向かう空気が流れる請求項2ないし5の何れか一記載のデシカント空調装置。
  7. 貫通路に、排出路を流れる空気を再加熱する熱交換器が設けられている請求項6記載のデシカント空調装置。
  8. 除湿能力優先時は、上流側の再生領域で再生された後、下流側の除湿領域に移動する方向にデシカントロータが回転し、冷房エネルギ効率(COP)優先時は、下流側の再生領域で再生された後、下流側の除湿領域に移動する方向にデシカントロータが回転する請求項2ないし5の何れか一記載のデシカント空調装置。
  9. 再生領域を通過する前後の空気の温度差、および/または除湿領域を通過する前後の空気の湿度差を測定し、温度差および/または湿度差の低下を検知してデシカントロータの回転方向を逆転させる請求項2ないし5の何れか一記載のデシカント空調装置。
  10. 下流側再生領域へ流入する空気の温度が、上流側再生領域へ流入する空気の温度よりも低くなるように制御するようになされた請求項2ないし5の何れか一記載のデシカント空調装置。
  11. 導入路を流れる空気と排出路を流れる空気との顕熱熱交換器と、下流側再生領域との間の導入路に、暖房時加熱用熱交換器が設けられ、暖房時に導入路を流れる空気の加熱・ 加湿を行うようになされた請求項2ないし5の何れか一記載のデシカント空調装置。
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