WO2015163304A1 - 除湿空調方法及び装置 - Google Patents

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thermal fluid
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processing
temperature
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富士夫 小松
山口　雅弘
Original Assignee
株式会社前川製作所
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F3/147—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification with both heat and humidity transfer between supplied and exhausted air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F3/153—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification with subsequent heating, i.e. with the air, given the required humidity in the central station, passing a heating element to achieve the required temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine

Definitions

  • the present invention relates to a dehumidifying air conditioning method and apparatus that includes a desiccant rotor and a heat pump device, and supplies dehumidified and air-conditioned air to an air conditioning room or the like.
  • a desiccant rotor having an adsorption surface or a hydrophilic adsorption surface carrying an adsorbent on a disk-like rotor surface is used.
  • the desiccant rotor adsorbs water vapor on the adsorption surface from processing air sent to an air conditioning chamber or the like. Thereafter, the rotor is rotated halfway, the adsorption surface is exposed to heated low-humidity regeneration air, and a regeneration process is performed in which water vapor is released from the adsorption surface with the heat retained in the regeneration air. In this manner, the rotor is rotated and alternately exposed to the processing air flow path and the regeneration air flow path, and the adsorption process and the regeneration process are alternately performed.
  • a desiccant rotor and a dehumidifying air conditioner including a heat pump device that includes an air cooler that cools the processing air after the adsorption process and an air heater that preheats the regenerated air are used.
  • the present inventors are developing dehumidifying air-conditioning technology using a desiccant rotor. And first, we proposed a low-cost dehumidifying air-conditioning unit that eliminates condensation and frost by controlling the rotation speed of the compressor that makes up the heat pump device and the air flow rate of the regeneration fan that forms the regeneration air flow. (Patent Document 1). Further, a dehumidifying air-conditioning means that enables stable operation even when the cooling load of the air cooler and the heating load of the air heater are unbalanced has been proposed (Patent Document 2).
  • the air heater is mainly controlled and the air cooler must be controlled in order to reliably regenerate the desiccant rotor (see Patent Document 1). .
  • the cooling load of the air cooler is small, such as in winter, the temperature of the processing air decreases at the outlet of the air cooler, and the temperature tends to be unsuitable for supply to the air conditioning room.
  • the processing air temperature on the inlet side of the air cooler further decreases, not only the evaporation temperature is lowered and the COP (coefficient of performance) of the heat pump apparatus is lowered, but also the heat pump apparatus may not be normally operated.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art. In other words, even when the cooling load of the air cooler is insufficient, it is an object to make it possible to control the processing air temperature on the outlet side of the air cooler to a temperature suitable for the air-conditioning room with low cost means.
  • a dehumidifying air-conditioning method of the present invention includes a dehumidifying step in which moisture in processing air is adsorbed by a desiccant rotor to dehumidify the processing air, and the processing air heated in the dehumidifying step is supplied to A cooling process that cools with an air cooler that constitutes a part, a preheating process that preheats regeneration air with an air heater that constitutes a part of the heat pump device, and a regeneration that regenerates the desiccant rotor with the regeneration air that has become high temperature and low humidity in the preheating process It is applied to the dehumidification air conditioning method which performs a process.
  • the method of the present invention includes a first step for detecting the processing air temperature at the outlet of the air cooler and a first step provided in the regeneration air flow path at the outlet of the desiccant rotor when the processing air temperature detected in the first step does not reach the threshold value.
  • a third step is performed in which the processing air is circulated through the exchanger, the processing air is heated with a hot fluid, and the processing air temperature at the outlet of the air cooler is raised to the threshold value or more. For example, when the processing air is supplied to the air conditioning room, the threshold is set to a lower limit value of a temperature range that matches the set temperature of the air conditioning room.
  • the processing air temperature at the air cooler outlet is raised to a preset threshold value or more, so even when the cooling load of the air cooler is insufficient
  • the processing air can be adjusted to a temperature suitable for the air-conditioning room of the supply destination.
  • the temperature of the processing air can be adjusted at a low cost without requiring another heat source.
  • the circulation amount of the thermal fluid circulating to the second heat exchanger is adjusted, and the processing air temperature on the air cooler outlet side is adjusted to a set temperature equal to or higher than the threshold value. Is. In this way, the processing air temperature at the outlet of the air cooler can be easily adjusted to a desired temperature equal to or higher than the threshold only by adjusting the circulation amount of the thermal fluid circulating in the second heat exchanger.
  • the dehumidifying air conditioner of the present invention for directly carrying out the method of the present invention includes a desiccant rotor that adsorbs moisture in the processing air and dehumidifies the processing air, and an air cooler that cools the processing air dehumidified by the desiccant rotor, And a heat pump device having an air heater that preheats the regenerative air that regenerates the desiccant rotor to bring it to high temperature and low humidity.
  • the device of the present invention is provided with a temperature sensor for detecting the processing air temperature at the outlet of the air cooler and a regeneration air flow path on the desiccant rotor outlet side, and exchanges heat between the regeneration air and the thermal fluid.
  • a temperature sensor for detecting the processing air temperature at the outlet of the air cooler and a regeneration air flow path on the desiccant rotor outlet side, and exchanges heat between the regeneration air and the thermal fluid.
  • 1 heat exchanger a second heat exchanger that is provided in the processing air flow path at the outlet of the air cooler and exchanges heat between the processing air and the thermal fluid, and between the first heat exchanger and the second heat exchanger
  • the thermal fluid is circulated through the first heat exchanger and the second heat exchanger to detect the temperature sensor.
  • a control device that controls the detected value to be equal to or greater than the threshold value.
  • the processing air temperature at the outlet of the air cooler is detected by the temperature sensor, and when the detected processing air temperature does not reach the threshold value, the thermal fluid is circulated between the first heat exchanger and the second heat exchanger. Then, the processing air is heated with the retained heat of the thermal fluid, and the processing air temperature is raised to the threshold value or more. Therefore, no other heat source is required, and the processing air can be adjusted to a temperature suitable for the air conditioning room at the supply destination at a low cost.
  • the second heat exchanger is provided in the processing air flow path on the air cooler inlet side or the air cooler outlet side.
  • the processing air heated by the second heat exchanger can be sent to the air cooler. Therefore, even when the cooling load of the air cooler is insufficient, the cooling load of the air cooler can be supplemented by the heating amount by the second heat exchanger, and the evaporation temperature in the air cooler of the refrigerant circulating in the heat pump device can be increased.
  • the COP of the apparatus can be improved. Therefore, an operation that maintains a high COP is possible.
  • the second heat exchanger is provided in the air cooler outlet side processing air flow path in the same manner as the temperature sensor, it does not contribute to the improvement of the COP of the heat pump device, but the detection of the processing air temperature by the temperature sensor.
  • the process air temperature can be adjusted quickly and accurately.
  • Another embodiment of the apparatus of the present invention further includes a circulation amount adjusting means for adjusting a circulation amount of the thermal fluid circulated to the second heat exchanger.
  • the circulation amount adjusting means may branch from a forward path of a thermal fluid closed circuit in which the thermal fluid travels from the first heat exchanger to the second heat exchanger, and from the second heat exchanger to the first heat exchanger. And a valve mechanism capable of adjusting the flow rate of the thermal fluid flowing through the bypass path.
  • Another embodiment of the circulation amount adjusting means is constituted by a storage tank capable of accommodating a part of the thermal fluid flowing through the thermal fluid circulation path. By adjusting the amount of thermal fluid stored in the storage tank, the amount of thermal fluid circulating in the second heat exchanger can be adjusted. Thereby, the processing air temperature at the air cooler outlet can be accurately adjusted to a desired temperature equal to or higher than the threshold value.
  • the storage tank can serve as an expansion tank that absorbs pressure fluctuations in the closed circuit of the thermal fluid.
  • the processing air temperature on the air cooler outlet side can be controlled to a temperature suitable for the air-conditioning room.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a dehumidifying air conditioner according to a first embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows the operation procedure of the said dehumidification air conditioning apparatus. It is a block diagram which shows the control system of the said dehumidification air conditioner. It is a whole block diagram of the dehumidification air-conditioning apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a dehumidifying air conditioner 10A according to the present embodiment.
  • the processing air chamber 12 and the regeneration air chamber 14 are partitioned by a partition wall 16 so as to be arranged in parallel.
  • the outside air OA or the indoor air RA of the air conditioning chamber 18 is introduced into the processing air chamber 12 from an inlet provided at one end 12 a of the processing air chamber 12.
  • the introduced air forms an air flow toward the outlet provided at the other end 12b.
  • the regeneration air chamber 14 introduces the outside air OA or the indoor air RA of the air conditioning chamber 18 from the inlet provided at the end portion 14a opposite to the end portion 12a of the processing air chamber 12 by the operation of the regeneration fan 24. Is done.
  • the introduced air forms an air flow toward the outlet provided at the other end 14b.
  • the temperature and humidity of the taken outside air OA or room air RA are set as processing air SA suitable for the air conditioning chamber 18, and this is supplied to the air conditioning chamber 18.
  • the outside air OA or the indoor air RA taken in is adjusted to a temperature and humidity at which the desiccant rotor 22 can be regenerated, and is sent to the desiccant rotor 22 as regenerating air DA.
  • the air-conditioning room 18 is used as a space where the room needs to be kept in a low temperature atmosphere, for example, a cargo handling room adjacent to a freezing warehouse for freezing and storing frozen foods, a cut room for meat carcasses for meat, and the like.
  • the desiccant rotor 22 is disposed across the processing air chamber 12 and the regeneration air chamber 14, and rotates at a low speed around the rotating shaft 22a.
  • the desiccant rotor 22 adsorbs water vapor contained in the air flow introduced into the processing air chamber 12 at a position located in the processing air chamber 12.
  • the portion where the water vapor is adsorbed rotates and moves to the regeneration air chamber 14, and the water vapor adsorbed in the regeneration air chamber 14 is released to the regeneration air DA.
  • An air heater 36 constituting a part of the heat pump device 30 is provided on the upstream side of the desiccant rotor 22.
  • the regeneration air DA is heated by the air heater 36, and its temperature and relative humidity are adjusted so as to be suitable for taking in water vapor.
  • the desiccant rotor 22 is manufactured in a honeycomb shape with a special sheet impregnated with an adsorbent.
  • the desiccant rotor 22 rotates at a low speed of several tens of revolutions per hour by a drive motor (not shown), and continuously repeats adsorption and regeneration. ing.
  • the adsorbent include inorganic adsorbents such as silica gel and zeolite, and polymer adsorbents.
  • the processing air SA In the processing air chamber 12, when the desiccant rotor 22 adsorbs water vapor from the air flow, the adsorbent releases heat of adsorption, so that the processing air SA is heated and heated.
  • the processing air SA that has passed through the desiccant rotor 22 is heated by a heat exchanger 42 provided at the outlet of the desiccant rotor 22. Thereafter, the processing air SA is cooled by an air cooler 39 constituting a part of the heat pump device 30.
  • the processing air SA cooled by the air cooler 39 is heated by the heat exchanger 42 and heated to a set temperature suitable for the air conditioning chamber 18 and then supplied to the air conditioning chamber 18.
  • the regeneration air DA that has taken in water vapor from the desiccant rotor 22 has a temperature of 40 to 50 ° C., for example, and is used as a heat fluid in the heat exchanger 40 provided at the outlet of the desiccant rotor 22.
  • the heat fluid is heated with heat exchange. Thereafter, the regeneration air DA is released to the outside of the regeneration air chamber 14.
  • the heat pump device 30 is provided with heat pump cycle components such as a compressor 34, an air heater 36, an expansion valve 38, and an air cooler 39 in a refrigerant circulation path 32 through which CO2 refrigerant circulates.
  • heat pump cycle components such as a compressor 34, an air heater 36, an expansion valve 38, and an air cooler 39 in a refrigerant circulation path 32 through which CO2 refrigerant circulates.
  • a thermal fluid closed circuit 44 is connected between the heat exchangers 40 and 42.
  • the thermal fluid closed circuit 44 uses water as the thermal fluid, and the forward fluid 44a flows from the heat exchanger 40 to the heat exchanger 42, and the return fluid 44b flows from the heat exchanger 42 to the heat exchanger 40. Constitutes a closed circuit.
  • a pump 48 for circulating the thermal fluid is provided in the return path 44b.
  • the bypass path 46 branches off in the middle of the forward path 44a, and the bypass path 46 is connected to the return path 44b.
  • a three-way valve 50 is provided at a connection portion between the bypass passage 46 and the return passage 44b. By adjusting the opening degree of the three-way valve 50, the flow rate of the thermal fluid passing through the bypass passage 46 can be adjusted. By adjusting this flow rate, the flow rate of the thermal fluid flowing into the heat exchanger 42 can be adjusted.
  • a temperature sensor 52 is provided in the outlet side region of the heat exchanger 42.
  • the detected temperature value of the processing air SA detected by the temperature sensor 52 is input to the PID controller 54.
  • the PID controller 54 performs PID control of the opening degree of the three-way valve 50 based on the detected temperature value.
  • the processing air SA is heated by the thermal fluid circulated through the heat exchanger 42 by the pump 48.
  • the processing air SA is heated to a threshold value or more at the outlet of the air cooler 39 and supplied to the air conditioning chamber 18.
  • FIG. 2 shows a control system of the dehumidifying air conditioner 10A.
  • the detected value of the temperature sensor 52 is input to the PID controller 54, and the PID controller 54 performs PID control of the opening degree of the three-way valve 50 according to the detected value.
  • the PID controller 54 starts the pump 48 (S12) and performs PID control of the opening degree of the three-way valve 50 (S14). .
  • the thermal fluid is circulated through the heat exchanger 42 and the flow rate of the thermal fluid circulating through the heat exchanger 42 is adjusted by adjusting the flow rate of the thermal fluid passing through the bypass 46.
  • the temperature of the processing air SA on the downstream side of the heat exchanger 42 is adjusted to a set temperature equal to or higher than the threshold value TE.
  • the processing air SA in the processing air chamber 12, the processing air SA is heated at the outlet of the desiccant rotor 22 with the heat retained by the water that is the thermal fluid in the heat exchanger 42, and the temperature is raised above the threshold value.
  • the temperature of the processing air SA at the outlet of the processing air chamber can be accurately adjusted to a set temperature suitable for the air conditioning chamber 18 by adjusting the circulation amount of the thermal fluid circulating in the heat exchanger 42. Therefore, even when the cooling load of the air cooler 39 is insufficient, such as in winter, the processing air SA can be set to a temperature suitable for the air conditioning chamber 18.
  • the processing air SA when the processing air SA is cooled by the air cooler 39, the evaporation temperature of the refrigerant can be raised, so that the COP of the heat pump device 30 can be improved and the heat pump device 30 can be operated with a high COP.
  • the said effect can be implement
  • the temperature of the processing air SA at the processing air chamber outlet can be quickly adjusted to a desired temperature without hunting.
  • water is used as the thermal fluid and sensible heat exchange is performed with the processing air SA in the heat exchangers 40 and 42, but a thermal fluid other than water may be used.
  • a low-boiling point fluid can be used as the thermal fluid
  • the phase of the low-boiling point fluid can be changed by the heat exchanger 40
  • the latent heat can be exchanged with the processing air SA by the heat exchanger 42.
  • the heating amount with respect to the processing air SA can be increased.
  • the heat exchanger 40 may be disposed in a region between the desiccant rotor 22 and the regeneration fan 24.
  • the dehumidifying air conditioner 10 ⁇ / b> B according to the present embodiment is an example in which the heat exchanger 42 is provided in the vicinity of the temperature sensor 52 at the outlet of the air cooler 39 in the processing air chamber 12. Further, means different from that of the first embodiment is used as the means for adjusting the circulation amount of the thermal fluid circulating in the thermal fluid closed circuit 44.
  • the heat fluid circulation amount adjusting means of the present embodiment is not provided with the bypass passage 46 and the three-way valve 50, but with the heat communicating with the forward passage 44a and the return passage 44b of the thermal fluid closed circuit 44 via the branch passages 62a and 62b.
  • a fluid storage tank 60 is provided.
  • Flow control valves 64 and 66 are provided in the branch paths 62a and 62b, respectively.
  • the PID controller 54 performs PID control of the opening degree of the on-off valves 64 and 66 according to the detection value of the temperature sensor 52.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • thermal fluid circulation amount adjusting means of this embodiment a part of the thermal fluid circulating in the thermal fluid closed circuit 44 is accommodated in the thermal fluid storage tank 60. And the circulation amount of the thermal fluid circulating through the thermal fluid closed circuit 44 can be adjusted by adjusting the opening degree of the flow rate adjusting valves 64 and 66 by the PID controller 54.
  • the heat exchanger 42 since the heat exchanger 42 is provided on the outlet side of the air cooler 39, the heat exchanger 42 does not contribute to the improvement of the COP of the heat pump device 30.
  • the heat exchanger 42 since the heat exchanger 42 is disposed in the vicinity of the temperature sensor 52, the temperature of the processing air SA can be quickly adjusted with respect to the temperature detection of the processing air SA by the temperature sensor 52. Further, the processing air temperature on the outlet side of the air cooler 39 can be accurately adjusted to a desired temperature equal to or higher than the threshold by the circulating amount adjusting means for the thermal fluid.
  • the thermal fluid storage tank 60 can also serve as a normal expansion tank that absorbs pressure fluctuations in the thermal fluid closed circuit 44.
  • the processing air temperature on the air cooler outlet side can be controlled to a temperature suitable for the air conditioning room by low cost means.

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Abstract

　エアクーラ（３９）出口の処理空気ＳＡの温度ＴＥを検出する第１工程と、第１工程で検出した処理空気温度ＴＥが閾値（例えば２０℃）に達しないとき、デシカントロータ（２２）の出口側再生空気室（１４）に設けられた熱交換器（４０）で再生空気ＤＡと熱流体とを熱交換させ、該熱流体を加熱する第２工程と、第２工程で加熱された熱流体をデシカントロータ（２２）の出口側処理空気室（１２）に設けられた熱交換器（４２）に循環させ、熱流体で処理空気ＳＡを加熱し、エアクーラ（３９）の出口側処理空気温度を前記閾値以上に昇温させる第３工程とを行う。　上記により、エアクーラの冷却負荷が足りないときでも、低コストな手段で、エアクーラ出口側の処理空気温度を空調室に適した温度に制御可能にすることができる。

Description

除湿空調方法及び装置
　本発明は、デシカントロータとヒートポンプ装置とを備え、空調室などに除湿及び空調された空気を供給する除湿空調方法及び装置に関する。
　空気中の水蒸気を吸着し除湿する手段として、円盤状のロータ表面に吸着剤を担持した吸着面又は親水性吸着面をもつデシカントロータが用いられている。このデシカントロータは、空調室などに送る処理空気から前記吸着面に水蒸気を吸着する。その後、ロータを半回転させ、該吸着面を加熱した低湿度の再生空気に晒し、再生空気の保有熱で該吸着面から水蒸気を放出させる再生処理を行う。このように、ロータを回転させ、処理空気流路と再生空気流路とに交互に晒し、吸着工程と再生工程とを交互に行っている。
　吸着工程では吸着熱が発生し処理空気が昇温するため、吸着工程の後で処理空気を冷却する必要がある。また、再生工程では再生空気を予め予熱し、高温かつ低湿度とする必要がある。
　そのため、デシカントロータと共に、吸着工程後の処理空気を冷却するエアクーラと、再生空気を予熱するエアヒータとを有するヒートポンプ装置を備えた除湿空調装置が用いられている。
　本発明者等はデシカントロータを用いた除湿空調技術の開発を行っている。そして、先に、ヒートポンプ装置を構成する圧縮機の回転数や再生空気流を形成する再生ファンの送風量を制御することで、結露や霜付きをなくした低コストな除湿空調手段を提案している（特許文献１）。また、エアクーラの冷却負荷とエアヒータの加熱負荷とがアンバランスなときでも、安定運転を可能にする除湿空調手段を提案している（特許文献２）。
特許第４８７０８４３号公報 特開２０１４－０１６０９０号公報
　デシカントロータとヒートポンプ装置とを備えた前記除湿空調手段では、デシカントロータの再生を確実に行うために、エアヒータの制御が主体となり、エアクーラの制御が従とならざるを得ない（特許文献１参照）。そのため、冬期などエアクーラの冷却負荷が小さいとき、エアクーラの出口で処理空気温度が下がってしまい、空調室に供給するには不適な温度となりやすい。
　また、エアクーラの入口側の処理空気温度がさらに下がれば、蒸発温度が下がり、ヒートポンプ装置のＣＯＰ（成績係数）が低下するだけでなく、ヒートポンプ装置の正常な運転ができなくなるおそれがある。
　本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものである。即ち、エアクーラの冷却負荷が足りないときでも、低コストな手段で、エアクーラ出口側の処理空気温度を空調室に適した温度に制御可能にすることを目的とする。
　前記目的を達成するため、本発明の除湿空調方法は、デシカントロータで処理空気中の水分を吸着し、処理空気を除湿する除湿工程と、該除湿工程で昇温した処理空気をヒートポンプ装置の一部を構成するエアクーラで冷却する冷却工程と、ヒートポンプ装置の一部を構成するエアヒータで再生空気を予熱する予熱工程と、該予熱工程で高温低湿度となった再生空気でデシカントロータを再生する再生工程とを行う除湿空調方法に適用される。
　本発明方法は、エアクーラ出口の処理空気温度を検出する第１工程と、第１工程で検出した処理空気温度が閾値に達しないとき、デシカントロータ出口の再生空気流路に設けられた第１の熱交換器で再生空気と熱流体とを熱交換させ熱流体を加熱する第２工程と、第２工程で加熱された熱流体をデシカントロータ出口の処理空気流路に設けられた第２の熱交換器に循環させ、熱流体で処理空気を加熱し、エアクーラ出口の処理空気温度を前記閾値以上に昇温させる第３工程とを行うものである。
　前記閾値は、例えば、処理空気を空調室に供給する場合、空調室の設定温度に適合する温度範囲の下限値に設定する。
　本発明方法によれば、デシカントロータ出口側の再生空気の保有熱を利用して、エアクーラ出口の処理空気温度を予め設定された閾値以上に昇温させるので、エアクーラの冷却負荷が足りないときでも、処理空気を供給先の空調室に適した温度に調整できる。
　また、再生空気の保有熱を有効利用するため、処理空気の温度調整を他の熱源を必要とせず、低コストで行うことができる。
　本発明方法の一実施態様は、前記第３工程において、第２の熱交換器に循環する熱流体の循環量を調整し、エアクーラ出口側の処理空気温度を前記閾値以上の設定温度に調整するものである。
　このように、第２の熱交換器に循環する熱流体の循環量を調整するだけで、エアクーラ出口の処理空気温度を前記閾値以上の所望温度に容易に調整できる。
　前記本発明方法を直接実施するための本発明の除湿空調装置は、処理空気中の水分を吸着し、処理空気を除湿するデシカントロータと、該デシカントロータで除湿された処理空気を冷却するエアクーラ、及びデシカントロータを再生する再生空気を予熱して高温低湿度とするエアヒータを有するヒートポンプ装置とを備えていることを前提とする。
　そして、前記目的を達成するため、本発明装置は、エアクーラ出口の処理空気温度を検出する温度センサと、デシカントロータ出口側の再生空気流路に設けられ、再生空気と熱流体と熱交換させる第１の熱交換器と、エアクーラ出口の処理空気流路に設けられ、処理空気と熱流体とを熱交換させる第２の熱交換器と、第１の熱交換器と第２の熱交換器間に接続され、熱流体が循環する熱流体閉回路と、温度センサの検出値が閾値に達しないとき、第１の熱交換器及び第２の熱交換器に熱流体を循環させて温度センサの検出値が前記閾値以上になるように制御する制御装置とをさらに備えている。
　前記構成において、温度センサでエアクーラ出口の処理空気温度を検出し、検出した処理空気温度が閾値に達しないとき、第１の熱交換器と第２の熱交換器間に熱流体を循環させる。そして、熱流体の保有熱で処理空気を加熱し、処理空気温度を前記閾値以上に昇温させる。そのため、他の熱源を必要とせず、低コストで、処理空気を供給先の空調室に適した温度に調整できる。
　本発明装置の一実施態様は、第２の熱交換器がエアクーラ入口側又はエアクーラ出口側の処理空気流路に設けられている。
　第２の熱交換器がエアクーラの入口側に設けられると、第２の熱交換器で加熱された処理空気をエアクーラに送ることができる。そのため、エアクーラの冷却負荷が足りない場合でも、第２の熱交換器による加熱量でエアクーラの冷却負荷を補うことができ、かつヒートポンプ装置を循環する冷媒のエアクーラにおける蒸発温度を上昇できるため、ヒートポンプ装置のＣＯＰを向上できる。従って、高いＣＯＰを維持した運転が可能になる。
　一方、第２の熱交換器が温度センサと同じようにエアクーラ出口側処理空気流路に設けられると、ヒートポンプ装置のＣＯＰの向上には寄与しないが、温度センサによる処理空気温度の検出に対して、処理空気温度の調整を迅速かつ精度良く行うことができる。
　本発明装置の別な一実施態様は、第２の熱交換器に循環される熱流体の循環量を調整する循環量調整手段をさらに備えている。
　前記循環量調整手段により第２の熱交換器に循環される熱流体の循環量を調整することで、エアクーラ出口の処理空気温度を閾値以上の所望温度に容易に調整できる。
　前記循環量調整手段は、例えば、熱流体が第１の熱交換器から第２の熱交換器に向かう熱流体閉回路の往路から分岐し、第２の熱交換器から第１の熱交換器に向かう熱流体閉回路の復路に接続されたバイパス路と、該バイパス路を流れる熱流体の流量を調整可能な弁機構とで構成されている。
　かかる構成により、第２の熱交換器に循環する熱流体の循環量を調整することで、低コストな設備で、エアクーラ出口の処理空気温度を閾値以上の所望温度に精度良く調整できる。
　前記循環量調整手段の別な実施態様は、熱流体循環路を流れる熱流体の一部を収容可能な貯留タンクで構成されている。
　前記貯留タンクに貯留される熱流体量を調整することで、第２の熱交換器に循環する熱流体量を調整できる。これによって、エアクーラ出口の処理空気温度を閾値以上の所望温度に精度良く調整できる。
　なお、貯留タンクは熱流体閉回路の圧力変動を吸収する膨張タンクとしての役割を果たすことができる。
　本発明によれば、第１の熱交換器、第２の熱交換器及びこれらの熱交換器に接続された熱流体閉回路を設けることで、エアクーラの冷却負荷が足りないときでも、低コストな手段で、エアクーラ出口側の処理空気温度を空調室に適した温度に制御できる。
本発明の第１実施形態に係る除湿空調装置の全体構成図である。 前記除湿空調装置の操作手順を示すフロー図である。 前記除湿空調装置の制御系を示すブロック線図である。 本発明の第２実施形態に係る除湿空調装置の全体構成図である。
　以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（実施形態１）
　本発明の第１実施形態に係る除湿空調方法及び装置を図１～図３に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る除湿空調装置１０Ａの全体構成図である。図１において、処理空気室１２及び再生空気室１４が隔壁１６で並列配置となるように仕切られている。処理ファン２０の作動によって、処理空気室１２の一方の端部１２ａに設けられた入口から、外気ＯＡ又は空調室１８の室内空気ＲＡが処理空気室１２に導入される。導入された空気によって他方の端部１２ｂに設けられた出口に向かう空気流が形成される。
　一方、再生空気室１４には、再生ファン２４の作動によって、処理空気室１２の端部１２ａと反対側の端部１４ａに設けられた入口から、外気ＯＡ又は空調室１８の室内空気ＲＡが導入される。導入された空気によって他方の端部１４ｂに設けられた出口に向かう空気流が形成される。
　処理空気室１２では、取り込んだ外気ＯＡ又は室内空気ＲＡの温度及び湿度を空調室１８に適した処理空気ＳＡとし、これを空調室１８に供給する。再生空気室１４では取り込んだ外気ＯＡ又は室内空気ＲＡをデシカントロータ２２を再生可能な温度及び湿度に調整し、再生空気ＤＡとしてデシカントロータ２２に送り込む。
　空調室１８は、室内を低温雰囲気に保持する必要がある空間、例えば、冷凍食品などを冷凍保管する冷凍倉庫に隣接した荷捌き室や、食肉用家畜屠体のカット室等として用いられる。
　デシカントロータ２２は処理空気室１２と再生空気室１４とに跨って配置され、回転軸２２ａを中心に低速で回転する。デシカントロータ２２は、処理空気室１２に位置する部位で処理空気室１２に導入された空気流に含まれる水蒸気を吸着する。水蒸気を吸着した部位は回転して再生空気室１４に移動し、再生空気室１４で吸着した水蒸気を再生空気ＤＡに放出する。デシカントロータ２２の上流側には、ヒートポンプ装置３０の一部を構成するエアヒータ３６が設けられている。再生空気ＤＡはエアヒータ３６で加熱され、その温度及び相対湿度が水蒸気の取り込みに適するように調整される。
　デシカントロータ２２は、吸着剤を含浸させた特殊シートでハニカム状に製作されており、駆動モータ（不図示）で１時間に数十回転という低速で回転し、連続的に吸着と再生とを繰り返している。該吸着剤は、例えばシリカゲルやゼオライト等の無機系吸着剤や高分子吸着剤が用いられる。
　処理空気室１２では、デシカントロータ２２により空気流から水蒸気を吸着するとき、吸着剤は吸着熱を放出するため、処理空気ＳＡは加熱され昇温する。デシカントロータ２２を通過した処理空気ＳＡは、デシカントロータ２２の出口に設けられた熱交換器４２で加熱される。その後、処理空気ＳＡはヒートポンプ装置３０の一部を構成するエアクーラ３９で冷却される。エアクーラ３９で冷却された処理空気ＳＡは、熱交換器４２で加熱され空調室１８に適した設定温度に昇温された後、空調室１８に供給される。
　再生空気室１４において、デシカントロータ２２から水蒸気を取り込んだ再生空気ＤＡは、例えば４０～５０℃の温度を有し、デシカントロータ２２の出口に設けられた熱交換器４０で熱流体として用いられる水と熱交換し該熱流体を加熱する。その後、再生空気ＤＡは再生空気室１４の外部に放出される。
　ヒートポンプ装置３０は、ＣＯ２冷媒が循環する冷媒循環路３２に、圧縮機３４、エアヒータ３６、膨張弁３８及びエアクーラ３９等のヒートポンプサイクル構成機器が設けられている。冷媒として高圧側で超臨界状態となるＣＯ２を用いることで、エアヒータ３６により再生空気ＤＡを８０℃以上の高温に加熱できる。
　熱交換器４０及び４２間には熱流体閉回路４４が接続されている。熱流体閉回路４４は熱流体として水が用いられ、該熱流体が熱交換器４０から熱交換器４２に流れる往路４４ａと、熱流体が熱交換器４２から熱交換器４０に流れる復路４４ｂとで閉回路を構成している。復路４４ｂには熱流体を循環するポンプ４８が設けられている。往路４４ａの途中でバイパス路４６が分岐し、バイパス路４６は復路４４ｂに接続されている。バイパス路４６と復路４４ｂとの接続部には三方弁５０が設けられている。三方弁５０の開度を調整することで、バイパス路４６を通る熱流体の流量を調整でき、この流量を調整することにより、熱交換器４２に流入する熱流体の流量を調整できる。
　処理空気室１２において、熱交換器４２の出口側領域に温度センサ５２が設けられている。温度センサ５２で検出された処理空気ＳＡの温度検出値はＰＩＤ制御器５４に入力される。ＰＩＤ制御器５４は該温度検出値に基づいて三方弁５０の開度をＰＩＤ制御する。
　かかる構成において、温度センサ５２の検出値が閾値に達しないとき、例えば、エアクーラ３９の出口側処理空気温度が５～１０℃であり、空調室１８の設定温度が２０℃以上であるとき、処理空気温度を２０℃以上に加熱する必要がある。そのため、ＰＩＤ制御器５４によって三方弁５０が開放され、かつポンプ４８が起動する。これによって、熱流体である水は熱交換器４０で再生空気ＤＡと熱交換して加熱される。再生空気ＤＡは熱流体を加熱可能な温度、例えば４０～５０℃の温度を有している。加熱された熱流体はポンプ４８によって熱交換器４２に循環される。そして、熱交換器４２に循環した熱流体によって処理空気ＳＡが加熱されるため、エアクーラ３９の出口で処理空気ＳＡは閾値以上に昇温して空調室１８に供給される。
　図２は除湿空調装置１０Ａの制御系を示している。温度センサ５２の検出値はＰＩＤ制御器５４に入力され、ＰＩＤ制御器５４は該検出値に応じて三方弁５０の開度をＰＩＤ制御する。
　次に、図３に基づいて、ＰＩＤ制御器５４による除湿空調装置１０Ａの操作手順を説明する。温度センサ５２の検出値が閾値（ＴＥ＝２０℃）に達しないとき（Ｓ１０）、ＰＩＤ制御器５４がポンプ４８を起動させ（Ｓ１２）、かつ三方弁５０の開度をＰＩＤ制御する（Ｓ１４）。こうして、熱交換器４２に熱流体を循環させると共に、バイパス路４６を通る熱流体の流量を調整することで、熱交換器４２に循環する熱流体の流量を調整する。これによって、熱交換器４２下流側の処理空気ＳＡの温度を閾値ＴＥ以上の設定温度に調整する。
　温度センサ５２の検出値が閾値ＴＥ以上の設定温度に達しているとき（Ｓ１０）、ポンプ４８の稼働を停止させ（Ｓ１６）、かつ三方弁５０を閉鎖し（Ｓ１８）、熱流体の循環を停止させる。
　本実施形態によれば、処理空気室１２において、デシカントロータ２２の出口で処理空気ＳＡを熱交換器４２で熱流体である水の保有熱で処理空気ＳＡを加熱し、閾値以上に昇温させると共に、熱交換器４２に循環する熱流体の循環量を調整することで、処理空気室出口の処理空気ＳＡの温度を空調室１８に適した設定温度に精度良く調整できる。そのため、冬期などエアクーラ３９の冷却負荷が足りない時でも、処理空気ＳＡを空調室１８に適した温度とすることができる。
　また、エアクーラ３９で処理空気ＳＡを冷却する際に、冷媒の蒸発温度を上昇させることができるため、ヒートポンプ装置３０のＣＯＰを向上でき、高いＣＯＰでヒートポンプ装置３０を運転できる。
　また、前記作用効果を新たな熱源を必要とせず、再生空気ＤＡの保有熱を利用し、バイパス路４６及び三方弁５０を付設した低コストな手段で実現できる。
　また、ＰＩＤ制御器５４で三方弁５０の開度をＰＩＤ制御することで、処理空気室出口の処理空気ＳＡの温度がハンチングすることなく、迅速に所望の温度に調整できる。
　なお、本実施形態では、熱流体として水を用い、熱交換器４０及び４２で処理空気ＳＡと顕熱熱交換させているが、水以外の熱流体を用いてもよい。例えば、熱流体として低沸点流体を用い、この低沸点流体を熱交換器４０で相変化させ、熱交換器４２で処理空気ＳＡと潜熱熱交換させることができる。これによって、処理空気ＳＡに対する加熱量を増加させることができる。
　また、再生空気室１４において、熱交換器４０をデシカントロータ２２と再生ファン２４との間の領域に配置してもよい。
（実施形態２）
　次に、本発明の第２実施形態に係る除湿空調方法及び装置を図４に基づいて説明する。図４において、本実施形態に係る除湿空調装置１０Ｂでは、処理空気室１２において、熱交換器４２をエアクーラ３９の出口であって、温度センサ５２の近傍に設けた例である。また、熱流体閉回路４４を循環する熱流体の循環量調整手段として、前記第１実施形態とは別な手段を用いている。
　即ち、本実施形態の熱流体の循環量調整手段は、バイパス路４６及び三方弁５０を設ける代わりに、熱流体閉回路４４の往路４４ａ及び復路４４ｂに分岐路６２ａ及び６２ｂを介して連通する熱流体貯留タンク６０が設けられている。分岐路６２ａ及び６２ｂには夫々流量調整弁６４及び６６が設けられている。ＰＩＤ制御器５４は、温度センサ５２の検出値に応じて、開閉弁６４及び６６の開度をＰＩＤ制御する。その他の構成は前記第１実施形態と同一である。
　本実施形態の熱流体の循環量調整手段では、熱流体閉回路４４を循環する熱流体の一部を熱流体貯留タンク６０に収容する。そして、ＰＩＤ制御器５４によって流量調整弁６４及び６６の開度を調整することで、熱流体閉回路４４を循環する熱流体の循環量を調整できる。
　本実施形態によれば、熱交換器４２がエアクーラ３９の出口側に設けられているので、熱交換器４２はヒートポンプ装置３０のＣＯＰの向上には寄与しない。一方、熱交換器４２が温度センサ５２の近傍に配置されているので、温度センサ５２による処理空気ＳＡの温度検出に対して、処理空気ＳＡの温度調整を迅速に行うことができる。
　また、前記熱流体の循環量調整手段により、エアクーラ３９の出口側の処理空気温度を閾値以上の所望温度に精度良く調整できる。
　また、熱流体貯留タンク６０は熱流体閉回路４４の圧力変動を吸収する通常の膨張タンクとしての役割をも果たすことができる。
　なお、第１実施形態及び第２実施形態において、両者の熱流体の循環量調整手段を置き換えるようにしてもよい。
　本発明によれば、デシカントロータとヒートポンプ装置とを備えた除湿空調装置において、低コストな手段で、エアクーラ出口側の処理空気温度を空調室に適した温度に制御できる。
　１０Ａ、１０Ｂ　　　　　　　　　　　　除湿空調装置
　１２　　　　　　　　　　　　　　　　　処理空気室
　１４　　　　　　　　　　　　　　　　　再生空気室
　１６　　　　　　　　　　　　　　　　　隔壁
　１８　　　　　　　　　　　　　　　　　空調室
　２０　　　　　　　　　　　　　　　　　処理ファン
　２２　　　　　　　　　　　　　　　　　デシカントロータ
　　２２ａ　　　　　　　　　　　　　　　回転軸
　２４　　　　　　　　　　　　　　　　　再生ファン
　３０　　　　　　　　　　　　　　　　　ヒートポンプ装置
　　３２　　　　　　　　　　　　　　　　冷媒循環路
　　３４　　　　　　　　　　　　　　　　圧縮機
　　３６　　　　　　　　　　　　　　　　エアヒータ
　　３８　　　　　　　　　　　　　　　　膨張弁
　　３９　　　　　　　　　　　　　　　　エアクーラ
　４０　　　　　　　　　　　　　　　　　熱交換器（第１の熱交換器）
　４２　　　　　　　　　　　　　　　　　熱交換器（第２の熱交換器）
　４４　　　　　　　　　　　　　　　　　熱流体閉回路
　４６　　　　　　　　　　　　　　　　　バイパス路
　４８　　　　　　　　　　　　　　　　　ポンプ
　５０　　　　　　　　　　　　　　　　　三方弁
　５２　　　　　　　　　　　　　　　　　温度センサ
　５４　　　　　　　　　　　　　　　　　ＰＩＤ制御器
　６０　　　　　　　　　　　　　　　　　熱流体貯留タンク
　６２ａ、６２ｂ　　　　　　　　　　　　分岐路
　６４、６６　　　　　　　　　　　　　　流量調整弁
　ＯＡ　　　　　　　　　　　　　　　　　外気
　ＤＡ　　　　　　　　　　　　　　　　　再生空気
　ＲＡ　　　　　　　　　　　　　　　　　室内空気
　ＳＡ　　　　　　　　　　　　　　　　　処理空気

Claims (7)

  1. 　デシカントロータで処理空気中の水分を吸着し、前記処理空気を除湿する除湿工程と、
    　前記除湿工程で昇温した処理空気をヒートポンプ装置の一部を構成するエアクーラで冷却する冷却工程と、
    　前記ヒートポンプ装置の一部を構成するエアヒータで再生空気を予熱する予熱工程と、
    　前記予熱工程で高温低湿度となった前記再生空気で前記デシカントロータを再生する再生工程とを行う除湿空調方法において、
    　前記エアクーラ出口の処理空気温度を検出する第１工程と、
    　前記第１工程で検出した処理空気温度が閾値に達しないとき、前記デシカントロータ出口の再生空気流路に設けられた第１の熱交換器で前記再生空気と熱流体とを熱交換させ該熱流体を加熱する第２工程と、
    　前記第２工程で加熱された熱流体を前記デシカントロータ出口の処理空気流路に設けられた第２の熱交換器に循環させ、前記熱流体で前記処理空気を加熱し、前記エアクーラ出口の処理空気温度を前記閾値以上に昇温させる第３工程とを行うことを特徴とする除湿空調方法。
  2. 　前記第３工程において、前記第２の熱交換器に循環する熱流体の循環量を調整し、前記エアクーラ出口側の処理空気温度を前記閾値以上の設定温度に調整することを特徴とする請求項１に記載の除湿空調方法。
  3. 　処理空気中の水分を吸着し、処理空気を除湿するデシカントロータと、
    　前記デシカントロータで除湿された前記処理空気を冷却するエアクーラ、及び前記デシカントロータを再生する再生空気を予熱するエアヒータを有するヒートポンプ装置とを備えた除湿空調装置において、
    　前記エアクーラ出口の処理空気温度を検出する温度センサと、
    　前記デシカントロータ出口側の再生空気流路に設けられ、再生空気と熱流体と熱交換させる第１の熱交換器と、
    　前記エアクーラ出口の処理空気流路に設けられ、処理空気と前記熱流体とを熱交換させる第２の熱交換器と、
    　前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器間に接続され、前記熱流体が循環する熱流体閉回路と、
    　前記温度センサの検出値が閾値に達しないとき、前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器に前記熱流体を循環させて前記温度センサの検出値が前記閾値以上になるように制御する制御装置とを備えていることを特徴とする除湿空調装置。
  4. 　前記第２の熱交換器が前記エアクーラ入口側又は前記エアクーラ出口側の処理空気流路に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の除湿空調装置。
  5. 　前記第２の熱交換器に循環される前記熱流体の循環量を調整する循環量調整手段をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の除湿空調装置。
  6. 　前記循環量調整手段は、
    　前記熱流体が前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に向かう前記熱流体閉回路の往路から分岐し、前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器に向かう前記熱流体閉回路の復路に接続されたバイパス路と、
    　前記バイパス路を流れる前記熱流体の流量を調整可能な弁機構とで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の除湿空調装置。
  7. 　前記循環量調整手段は、
    　前記熱流体循環路を流れる前記熱流体の一部を収容可能な貯留タンクで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の除湿空調装置。
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