WO2017183689A1 - 外気処理システム、外気処理システムの制御装置及び制御方法 - Google Patents

外気処理システム、外気処理システムの制御装置及び制御方法 Download PDF

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WO2017183689A1
WO2017183689A1 PCT/JP2017/015869 JP2017015869W WO2017183689A1 WO 2017183689 A1 WO2017183689 A1 WO 2017183689A1 JP 2017015869 W JP2017015869 W JP 2017015869W WO 2017183689 A1 WO2017183689 A1 WO 2017183689A1
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heating
unit
air
outside air
mode
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PCT/JP2017/015869
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English (en)
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Inventor
海老根　猛
Original Assignee
株式会社テクノ菱和
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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
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/89—Arrangement or mounting of control or safety devices

Definitions

  • the present invention relates to an outside air processing system that adjusts the temperature and humidity of outside air introduced into a building using a desiccant rotor, a control device for the outside air processing system, and a control method.
  • the outside air treatment system installed in the building exhausts the return air whose CO 2 concentration has been increased by the exhalation of people to the outside, and introduces outside air from outside to maintain the CO 2 concentration in the building within a certain range. To do. Furthermore, the outside air is heated, cooled, humidified or dehumidified according to the temperature and humidity of the outside air to maintain human comfort inside the building.
  • the desiccant rotor Before the outside air is dehumidified by the desiccant rotor, it is efficient if it is cooled to increase the relative humidity or dehumidified in advance. When passing through the desiccant rotor, the temperature of the outside air rises due to moisture adsorption, condensation, and the heat capacity of the desiccant rotor, so that it is necessary to further cool after dehumidification, if necessary. Therefore, a load for cooling and dehumidification occurs. In addition, it is desirable that the amount of outside air and the amount of return air are balanced so that regeneration and dehumidification of the desiccant rotor can be performed stably and efficiently.
  • the amount of outside air to be introduced varies due to the control of the CO 2 concentration performed for energy saving.
  • return air may be exhausted from places other than the main exhaust passage such as a toilet, and there is a possibility that a sufficient amount of return air that matches the amount of outside air cannot be secured. In such a case, adjustment of temperature and humidity becomes unstable, and there is a possibility that sufficient regeneration and dehumidification functions are not exhibited.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems.
  • the object of the present invention is excellent in economic efficiency and convenience that can exert sufficient dehumidifying performance while reducing the load on cooling and dehumidification of outside air in an outside air processing system equipped with a recyclable desiccant rotor. It is an object of the present invention to provide an outside air processing system, a control device for the outside air processing system, and a control method.
  • an outside air processing system of the present invention includes an air supply path for supplying outside air to an air-conditioned space, an exhaust path for exhausting return air from the air-conditioned space, and the air supply Installed in the downstream side of the total heat exchanging section of the air supply path and the total heat exchanging section for exchanging total heat with the return air passing through the exhaust path, and heating the outside air.
  • a regeneration unit including a regeneration side of a desiccant rotor through which the outside air heated by the heating coil passes, and a regeneration side of the desiccant rotor, which is installed downstream of the regeneration unit in the air supply path
  • a dehumidifying section including a cooling coil that cools the outside air that has passed through and a dehumidifying side of a desiccant rotor that dehumidifies the outside air cooled by the cooling coil.
  • the outside air processing system may further include a cooling unit that is disposed on the downstream side of the dehumidifying unit in the air supply path and that cools the outside air that has passed through the dehumidifying unit.
  • the outside air processing system includes a humidifying unit installed on the downstream side of the dehumidifying part of the air supply path, and an outside air that is disposed on the downstream side of the humidifying part of the air supply path and has passed through the humidifying part.
  • a heating section that heats the air supply path, a first bypass path that connects between the heating coil and the regeneration side of the desiccant rotor in the air supply path, and between the dehumidifying section and the humidifying section, and the heating coil
  • a first switching device that shuts off the introduction of the outside air that has passed through the desiccant rotor, allows the outside air to pass through the first bypass path, and introduces the outside air into the humidification unit may be further provided.
  • the outside air processing system includes a mode selection unit that selects a cooling mode or a heating mode according to the temperature of the air-conditioned space, and the first switching device when the heating mode is selected by the mode selection unit.
  • a mechanism control unit that operates, a first heating amount determination unit that determines a heating amount of the heating unit so that outside air is heated to a set temperature when the heating mode is selected by the mode selection unit, And a second heating amount determination unit that determines a heating amount of the heating coil in accordance with the selection of the cooling mode or the heating mode in the mode selection unit, and the second heating amount
  • the determination unit determines the heating amount of the heating coil according to the dehumidification amount required on the dehumidification side of the desiccant rotor, and the mode selection unit Heating mode There when selected, depending on the humidification amount required in the humidification unit may determine the amount of heating of the heating coil.
  • the humidification unit includes a vaporizing humidifier, and the second heating amount determination unit determines the heating amount of the heating coil so that the outside air humidified by the humidification unit becomes a set humidity,
  • the humidifier may humidify the outside air heated by the heating coil to a set humidity.
  • the outside air processing system is configured to introduce a second bypass path connecting the air supply path and the exhaust path between the total heat exchange section and the regeneration section, and introduction of the outside air into the regeneration section. And a second switching device that shuts off and introduces the return air of the exhaust passage through the second bypass passage into the air supply passage.
  • the outside air processing system is either a steady operation for supplying outside air to the air conditioned space or a circulating operation for supplying return air to the air conditioned space according to the CO 2 concentration of the air conditioned space.
  • a control device having an operation selection unit that selects the above and a mechanism control unit that operates the second switching device when the circulation operation is selected by the operation selection unit.
  • the present invention also relates to a control device for the outside air processing system described in (3) above, wherein the control device selects a cooling mode or a heating mode according to the temperature of the conditioned space.
  • the mechanism control unit that operates the first switching device, and when the heating mode is selected by the mode selection unit, the outside air is heated to the set temperature.
  • a first heating amount determination unit that determines the heating amount of the heating unit, and a second that determines the heating amount of the heating coil according to the selection of the cooling mode or the heating mode in the mode selection unit.
  • the second heating amount determination unit according to the dehumidifying amount required on the dehumidifying side of the desiccant rotor when the cooling mode is selected by the mode selection unit.
  • the heating Determining the amount of heating yl, when the heating mode in the mode selection unit is selected, depending on the humidification amount required in the humidification unit, determines the heating amount of said heating coil.
  • the present invention also relates to a control method for the outside air processing system described in (3) above, and the control method selects a cooling mode or a heating mode according to the temperature of the conditioned space.
  • the control method selects a cooling mode or a heating mode according to the temperature of the conditioned space.
  • the heating mode is selected in the mode selection process
  • the outside air is heated to the set temperature when the first switching device is operated and the heating mode is selected in the mode selection process.
  • the first heating amount determination process for determining the heating amount of the heating unit and the second heating for determining the heating amount of the heating coil according to the selection of the cooling mode or the heating mode in the mode selection process.
  • the second heating amount determination process according to the dehumidifying amount required on the dehumidifying side of the desiccant rotor when the cooling mode is selected in the mode selection process.
  • the heating amount of the heating coil is determined and when the heating mode in the mode selection process is selected, depending on the humidification amount required in the humidification unit, determines the heating amount
  • the same outside air is used for regeneration and dehumidification of the desiccant rotor.
  • the same outside air is used for regeneration and dehumidification of the desiccant rotor.
  • the outside air processing system 1 adjusts and controls the temperature and humidity of outside air introduced into a space (hereinafter referred to as “air-conditioned space”) A in a building.
  • air-conditioned space A a space
  • an indoor air conditioner is installed, and the air-conditioned space A is appropriately heated and cooled by the indoor air conditioner.
  • the outside air processing system 1 includes an air supply path 100 and an exhaust path 200 connected to the air-conditioned space A.
  • the air supply path 100 is a duct for supplying outside air to the air-conditioned space A, and one end is connected to the outdoor air outlet 101 and the other end is connected to the air inlet 102 of the air-conditioned space A.
  • the exhaust path 200 is a duct that exhausts the return air from the air-conditioned space A, and one end is connected to the return air port 103 of the air-conditioned space A and the other end is connected to the outdoor exhaust port 104.
  • the facility such as a toilet in the air-conditioned space A is also provided with an exhaust path 500 for exhausting the return air to the outside.
  • Fans 106, 107, and 108 for controlling the flow rate are installed in the air supply path 100 and the exhaust paths 200 and 500, respectively.
  • a temperature sensor T In the conditioned space A, a temperature sensor T, a humidity sensor H, and a CO 2 concentration sensor C are installed. These sensors are connected to a control device 90 described later.
  • the temperature sensor T and the humidity sensor H may be disposed at the air supply port 102, and the CO 2 concentration sensor C may be disposed at the return air port 103.
  • the outside air processing system 1 includes a total heat exchange unit 2, a regeneration unit 3, a dehumidifying unit 4, a humidifying unit 5, a heating unit 6, and a cooling unit that are installed from upstream to downstream of the air supply path 100. 7.
  • the total heat exchanging unit 2 is disposed so as to connect the vicinity of the outside air port 101 of the air supply path 100 and the vicinity of the exhaust port 104 of the exhaust path 200.
  • the total heat exchange unit 2 performs total heat exchange between the outside air taken into the air supply path 100 from the outside air port 101 and the return air passing through the exhaust path 200. That is, heat and moisture are exchanged.
  • a rotary or stationary total heat exchanger can be used as the total heat exchange unit 2.
  • the regeneration unit 3 is installed on the downstream side of the total heat exchange unit 2 and regenerates the heating coil 31 that heats the outside air that has passed through the total heat exchange unit 2 and the desiccant rotor R through which the outside air heated by the heating coil 31 passes. Side 32.
  • the heating coil 31 is connected to a heat source supply device 70 such as a heater by piping. Hot water and steam are supplied from the hot heat source supply device 70 via a pipe. The outside air is heated by passing through the heating coil 31. The warm water and steam condensate that have passed through the heating coil 31 are configured to return to the warm heat source supply device 70 by piping.
  • the pipe is provided with a valve. By adjusting the opening of the valve, the flow rate of the heat source supplied to the heating coil 31 is adjusted, and as a result, the heating temperature of the outside air is adjusted.
  • the desiccant rotor R has an adsorbent supported on the surface of a cylindrical member, and the center portion is fixed to the rotating shaft.
  • adsorbent zeolite, lithium chloride, silica gel, activated carbon or the like is used.
  • the inside of the rotor is formed in a honeycomb shape, and a large number of passages pass through in the direction along the rotation axis.
  • the adsorbent adsorbs moisture to dehumidify the air.
  • heated air is passed through the desiccant rotor R that has adsorbed moisture, the moisture is desorbed from the adsorbent and the desiccant rotor R is regenerated.
  • the desiccant rotor R is disposed so as to straddle the path of the air to be dehumidified and the path of the heated air, and the rotating shaft is rotated at a low speed by the drive motor. By rotation, each passage inside the desiccant rotor R alternately contacts the air to be dehumidified and the heated air. As a result, the dehumidifying process of the air and the regeneration process of the desiccant rotor are continuously performed. As seen from the whole, the desiccant rotor R is divided into two parts, a dehumidifying side 42 and a regeneration side 32.
  • a part of the desiccant rotor R is disposed on the downstream side of the heating coil 31 in the air supply path 100.
  • the moisture adsorbed on the desiccant rotor R is desorbed and regenerated. That is, the regeneration side 32 of the desiccant rotor R is disposed downstream of the heating coil 31 in the air supply path 100.
  • the dehumidifying unit 4 is installed on the downstream side of the regenerating unit 3 and cools the outside air that has passed through the regeneration side 32 of the desiccant rotor R, and the dehumidifying of the desiccant rotor R through which the outside air cooled by the cooling coil 41 passes. Side 42.
  • the cooling coil 41 is connected to a cooling water supply device 80 such as a refrigerator by piping, for example. Cooling water is supplied from the cooling water supply device 80 via a pipe. The outside air is cooled by passing through the cooling coil 41. The cooling water that has passed through the cooling coil 41 is configured to return to the cooling water supply device 80 through a pipe.
  • the pipe is provided with a valve. By adjusting the opening of the valve, the flow rate of the cooling water supplied to the cooling coil 41 is adjusted, and as a result, the cooling temperature of the outside air is adjusted.
  • the air supply path 100 turns back when it passes through the cooling coil 41 and passes through the desiccant rotor R again.
  • the portion through which the air supply path 100 passes is the remaining portion excluding a part of the regeneration side 32, that is, the dehumidifying side 42.
  • the humidification part 5 is installed in the downstream of the dehumidification part 4, and humidifies the external air which passes.
  • the humidification part 5 is comprised from the vaporization type humidifier, for example.
  • the vaporizing humidifier is, for example, a device in which water is supplied to the top of a hydrophilic material. The water supplied from the top of the hydrophilic material spreads over the entire hydrophilic material by gravity. When the outside air passes through the hydrophilic material, the water contained in the hydrophilic material is vaporized and the outside air is humidified.
  • the amount of water supplied to the hydrophilic material is about four times the required humidification amount. This prevents dust and the like from adhering to the hydrophilic material and condensation of impurities such as silica contained in the supplied water.
  • the heating unit 6 is installed on the downstream side of the humidifying unit 5.
  • the cooling unit 7 is installed on the downstream side of the heating unit 6.
  • the cooling unit 7 may be installed on the downstream side of the dehumidifying side 42 of the desiccant rotor R, the cooling unit 7 is installed on the upstream side of the heating unit 6. May be.
  • the heating unit 6 can have the same configuration as that of the heating coil 31 of the reproducing unit 3 and receives a supply of a heat source from the heat source supply device 70 via a pipe.
  • the cooling unit 7 can have the same configuration as the cooling coil 41 of the dehumidifying unit 4, and receives cooling water from the cooling water supply device 80 via a pipe.
  • the regenerating unit 3, the dehumidifying unit 4, the humidifying unit 5, the heating unit 6, and the cooling unit 7 are continuously arranged along the air supply path 100.
  • the outside air processing system 1 needs to be switched between the cooling mode and the heating mode according to the season.
  • the cooling mode the outside air is cooled and dehumidified, but since the dehumidification is possible without excessively reducing the temperature of the outside air, the humidifying unit 5 and the heating unit 6 are not operated.
  • the heating mode only humidification and heating of the outside air are performed.
  • the outside air processing system 1 is provided with a first bypass path 120 for bypassing the desiccant rotor R in the heating mode.
  • the first bypass path 120 connects the part of the air supply path 100 between the heating coil 31 and the regeneration side 32 of the desiccant rotor R and the part between the dehumidifying part 4 and the humidifying part 5.
  • the portion between the dehumidifying unit 4 and the humidifying unit 5 is a portion between the dehumidifying side 42 of the desiccant rotor R and the humidifying unit 5.
  • the outside air processing system 1 includes a first switching device that blocks introduction of outside air that has passed through the heating coil 31 into the desiccant rotor R and causes the outside air to pass through the first bypass path 120 and be introduced into the humidifying unit 5. Is provided.
  • valves 121, 122, and 123 that switch opening and closing of the air supply path 100 are installed.
  • the valve 121 is installed in the first bypass path 120.
  • the valve 122 is installed between the connection point on the upstream side of the air supply path 100 and the first bypass path 120 and the regeneration side 32 of the desiccant rotor R.
  • the valve 123 is installed between the connection point on the downstream side of the air supply path 100 and the first bypass path 120 and the dehumidifying side 42 of the desiccant rotor R.
  • the outside air heated by the heating coil 31 of the regeneration unit 3 passes through the regeneration side 32 of the desiccant rotor R, the cooling coil 41, and the dehumidifying side 42 of the desiccant rotor R. Without being introduced directly into the humidifying section 5.
  • the first switching device is not limited to a valve as long as it can guide outside air to the first bypass path 120.
  • the first switching device may be configured with a shutter or the like.
  • the return air whose CO 2 concentration is increased by the exhalation of the person is exhausted outside the building through the exhaust passage 200, and the outside air passes through the air supply passage 100 instead. Supplied in the building.
  • the CO 2 concentration of the return air is difficult to increase. Therefore, it is not necessary to discharge the return air to the outside and take in the outside air. In such a case, it is desirable to block the outside air, introduce the return air into the air supply path 100, and supply it to the air-conditioned space A again. Therefore, the outside air processing system 1 is provided with a second bypass path 110 for introducing the return air into the air supply path 100.
  • the second bypass path 110 connects the part between the total heat exchange part 2 and the regeneration part 3 of the air supply path 100 and the upstream part of the total heat exchange part 2 of the exhaust path 200.
  • the outside air processing system 1 includes a second switching device that shuts off the introduction to the total heat exchanger 2 and introduces the return air of the exhaust passage 200 into the air supply passage 100 through the second bypass passage 110. Is provided.
  • valves 111, 112, and 113 are installed as the second switching device.
  • the valve 111 is installed in the second bypass path 110.
  • the valve 112 is installed between the total heat exchange unit 2 and the regeneration unit 3 in the air supply path 100 and upstream of the connection point with the second bypass path 110.
  • the valve 113 is installed between the connection point of the exhaust path 200 with the second bypass path 110 and the total heat exchange unit 2. By opening the valve 111 and closing the valves 112 and 113, the introduction of outside air from the total heat exchange unit 2 to the regeneration unit 3 is blocked. Further, the return air passes through the second bypass path 110 and enters the air supply path 100 instead of being discharged to the outside through the total heat exchanging section 2 and is supplied to the regeneration section 3.
  • the second switching device may be any device that can guide the return air to the second bypass path 110, and is not limited to a valve.
  • the second switching device may be configured with a shutter or the like.
  • the outside air processing system 1 also includes a control device 90.
  • the control device 90 is configured by a computer or a dedicated electronic circuit including a CPU and a memory, to which an input unit I and an output unit O are connected, and which operates according to a predetermined program.
  • the control device 90 is connected to a temperature sensor T, a humidity sensor H, and a CO 2 concentration sensor C installed in the air-conditioned space A.
  • the control device 90 uses the measurement results of the temperature sensor T and the humidity sensor H to control each part of the outside air processing system 1 so that the outside air supplied to the air-conditioned space A has a set temperature and a set humidity. Further, the measurement result of the CO 2 concentration sensor C is used to control the flow rate of the outside air and the return air and the switching between the circulation operation and the steady operation.
  • the control device 90 has the functional configuration shown in FIG. That is, the control device 90 includes a mode selection unit 91, an operation selection unit 92, a first heating amount determination unit 93, a second heating amount determination unit 94, a cooling amount determination unit 95, a water supply amount determination unit 96, and a flow rate determination unit. 97, a mechanism control unit 98 and a storage unit 99 are included.
  • the storage unit 99 stores data necessary for controlling each unit of the outside air processing system 1. As such data, for example, a set temperature and set humidity of outside air are stored.
  • the set temperature and set humidity may be preset according to the season, or may be determined according to a predetermined algorithm from the measurement result of the temperature sensor T or the humidity sensor H. Alternatively, it may be input via the input unit I by the administrator of the air-conditioned space A.
  • the storage unit 99 temporarily stores measurement results received from the temperature sensor T, the humidity sensor H, and the CO 2 concentration sensor C.
  • the mechanism control unit 98 controls the mechanism of each part of the outside air processing system 1.
  • the mode selection unit 91 selects whether to operate the outside air processing system 1 in the cooling mode or the heating mode according to the temperature of the air-conditioned space A measured by the temperature sensor T.
  • the measured temperature is compared with a predetermined threshold stored in the storage unit 99, and if it is equal to or lower than the threshold, the heating mode is selected, and if the threshold is exceeded, the cooling mode is selected. .
  • the mechanism control unit 98 does not operate the valves 121, 122, and 123, which are the first switching devices, when the mode selection unit 91 selects the cooling mode. That is, the valves 122 and 123 are opened and the valve 121 is kept closed. As a result, the outside air that has passed through the heating coil 31 is introduced into the regeneration side 32 of the desiccant rotor R.
  • the valves 121, 122, 123 as the first switching device are operated. That is, the valves 122 and 123 are closed and the valve 121 is opened so that the outside air that has passed through the heating coil 31 passes through the first bypass path 120 and is introduced into the humidifying unit 5.
  • the operation selection unit 92 supplies the air-conditioned space A by circulating the return air and the steady operation of supplying the outside air to the air-conditioned space A according to the CO 2 concentration of the air-conditioned space A measured by the CO 2 concentration sensor C. Select one of the circulating operations you care about. As a specific mode of selection, for example, the measured concentration is compared with a predetermined threshold value stored in the storage unit 99, and if it is equal to or lower than the threshold value, the circulation operation is selected, and if the threshold value is exceeded, the steady operation is selected. .
  • the valves 111, 112, and 113 as the second switching device are not operated. That is, the valves 112 and 113 are opened and the valve 111 is closed. As a result, the outside air that has passed through the total heat exchange unit 2 is introduced into the regeneration unit 3.
  • the valves 111, 112, 113 as the second switching device are operated. That is, the valves 112 and 113 are closed and the valve 111 is opened to block the intake of outside air so that the return air of the exhaust passage 200 passes through the second bypass passage 110 and is introduced into the air supply passage 100. To do.
  • both the first switching device and the second switching device are operated.
  • the return air introduced through the path 110 passes through the heating coil 31, further passes through the first bypass path 120, and is introduced into the humidifying unit 5.
  • the first heating amount determination unit 93 determines the heating amount of the heating unit 6 according to the temperature of the air-conditioned space A measured by the temperature sensor T so that the outside air is heated to the set temperature. For example, the temperature of the air-conditioned space A is compared with the set temperature, and if it is lower than the set temperature, the heating amount is increased.
  • the mechanism control unit 98 adjusts the opening of a valve provided in the piping of the heating unit 6 based on the heating amount determined by the first heating amount determination unit 93 and is supplied from the heat source supply device 70. The flow rate of the heat source is adjusted to control the determined heating amount.
  • the second heating amount determination unit 94 determines the heating amount of the heating coil 31 according to the selection of the cooling mode or the heating mode by the mode selection unit 91.
  • the cooling mode the outside air that has passed through the heating coil 31 is introduced to the regeneration side 32 of the desiccant rotor R.
  • the desiccant rotor R by passing heated air through the desiccant rotor R that has adsorbed moisture, the moisture is desorbed from the adsorbent, and the desiccant rotor R is regenerated. That is, if the heating amount is increased, the moisture desorption amount is increased, and as a result, the dehumidifying amount of the desiccant rotor R is increased.
  • the second heating amount determination unit 94 acquires the humidity of the air-conditioned space A measured by the humidity sensor H, and the dehumidifying amount required for dehumidifying the outside air to the set humidity on the dehumidifying side 42 of the desiccant rotor R. And the heating amount of the heating coil 31 necessary for obtaining the dehumidifying amount is calculated.
  • the calculation of the heating amount is not limited to a specific method. For example, correlation data between the heating amount of the heating coil 31 and the dehumidification amount of the desiccant rotor R is created by performing a test or the like in advance and stored in the storage unit 99, and the correlation It is good to calculate using data.
  • the humidification part 5 is comprised with the vaporization type humidifier.
  • the vaporizing humidifier is excellent in energy saving, it is difficult to control the humidity accurately and stably by turning on / off the water supply or adjusting the water supply amount.
  • the amount of humidification can be adjusted accurately by controlling the heating temperature in the heating coil 31 installed in the front stage of the vaporizing humidifier.
  • the heating coil 31 functions as a heating means for adjusting the humidity of the outside air humidified by the vaporizing humidifier.
  • the second heating amount determination unit 94 calculates the heating amount of the heating coil 31 so that the humidity measured by the humidity sensor H becomes the set humidity.
  • the calculation of the heating amount is not limited to a specific method, for example, correlation data between the heating amount of the heating coil 31 and the humidifying amount of the humidifying unit 5 is created by performing a test or the like in advance and stored in the storage unit 99, and the correlation It is good to calculate using data.
  • the mechanism control unit 98 adjusts the opening degree of the valves provided in the piping of the heating coil 31 and the heating unit 6 based on the heating amount determined by the heating amount determination unit, and is supplied from the heat source supply device 70. The flow rate of the heat source is adjusted to control the determined heating amount.
  • the water supply amount determination unit 96 calculates the amount of water supplied to the vaporizing humidifier of the humidifying unit 5.
  • the water supply amount determination unit 96 normally calculates, as the amount of water supplied to the vaporizing humidifier, about four times the humidification amount necessary to humidify the outside air to the set humidity.
  • the water supply amount determination unit 96 performs humidification necessary for humidifying from the predicted humidity announced by the Japan Meteorological Agency or the humidity calculated from the outside air humidity sensor (not shown) and the total heat exchanger efficiency to the set humidity. It is preferable to calculate the amount and determine the amount that is about four times as the water supply amount.
  • the mechanism control unit 98 adjusts the opening degree of a valve provided in the piping of the vaporizing humidifier based on the calculation result of the water supply amount determination unit 96, and performs control so that the determined water supply amount is supplied.
  • the cooling amount determination unit 95 cools the cooling coil 41 and the cooling unit 7 based on the measurement result of the temperature sensor T so that the outside air is cooled to the set temperature when the mode selection unit 91 selects the cooling mode. Calculate the quantity.
  • the mechanism control unit 98 adjusts the opening degree of the valves provided in the piping of the cooling coil 41 and the cooling unit 7 based on the calculation result of the cooling amount determination unit 95, and supplies the cooling water supplied from the cooling water supply device 80. The flow rate is adjusted to control the cooling amount determined.
  • the cooling unit 7 may not be operated when the outside air can be cooled to the set temperature only by the cooling coil 41.
  • the flow rate determination unit 97 acquires the CO 2 concentration measured by the CO 2 concentration sensor C, and determines the flow rates of the outside air and the return air in the supply passage 100 and the exhaust passage 200 according to the CO 2 concentration.
  • the determination of the flow rate is not limited to a specific method, for example, a calculation formula for calculating the flow rate according to the CO 2 concentration is stored in the storage unit 99, and the flow rate is calculated using the calculation formula. good.
  • it stores the flow table of outside air and return air in accordance with the CO 2 concentration in the storage unit 99 may acquire the flow rate corresponding to the CO 2 concentration measured by referring to the table.
  • the mechanism control unit 98 controls the inverters of the fans 106 and 107 installed in the air supply path 100 and the exhaust path 200 based on the flow rate determined by the flow rate determination unit 97. For example, if the CO 2 concentration detected CO 2 concentration sensor C is low, by throttling the flow of return air through the outside air and an exhaust passage 200 through the air supply passage 100, it is possible to save energy.
  • Point A is the total heat exchanger 2 inlet
  • point B is the total heat exchanger 2 outlet
  • point C is the outlet of the heating coil 31 of the regenerator 3
  • point D is the outlet of the regeneration side 32 of the desiccant rotor R
  • point E is dehumidified
  • the point F is the outlet of the dehumidifying side 42 of the desiccant rotor R
  • the point G is the outlet of the cooling unit 7.
  • the numbers described at each point are dry bulb temperature [° C.] / Absolute humidity [g / kg (DA)] / specific enthalpy [kJ / kg (DA)].
  • the humidity of the outside air increases by releasing the moisture adsorbed by the desiccant rotor R, while the temperature of the outside air decreases by heat exchange with the desiccant rotor R (D point: 26.1 / 15.4 / 65.3). Subsequently, the outside air is cooled by the cooling coil 41 of the dehumidifying unit 4 (E point: 12.9 / 8.77 / 35.1) and passes through the dehumidifying side 42 of the desiccant rotor R. When the air is cooled by the cooling coil 41, the humidity of the outside air is reduced, but is further dehumidified by the desiccant rotor R.
  • the temperature of the outside air rises due to heat exchange with the desiccant rotor R (F point: 19.3 / 7.1 / 37.3).
  • the outside air is cooled by the cooling unit 7 (G point: 16.0 / 7.1 / 34.7) and supplied to the air-conditioned space A from the air supply port 102.
  • the heating load in the heating coil 31 in the regeneration unit 3 and the cooling load in the cooling coil 41 and the cooling unit 7 of the dehumidifying unit 4 are generated.
  • the heating load and cooling load are calculated as follows.
  • the total heating load and cooling load is 82800 kJ / h.
  • FIG. 5 shows a simplified configuration of the conventional outside air processing system 1.
  • the dehumidifying part 4A and the cooling part 7A are arranged in the air supply path 100A from the upstream side toward the downstream side.
  • the humidification unit and the heating unit are not shown.
  • the dehumidifying part 4A is composed of a cooling coil 41A and a dehumidifying side 42A of the desiccant rotor RA.
  • the regeneration side 32A of the desiccant rotor RA is disposed in the exhaust path 200A.
  • the operation of the conventional example is shown in the air diagram of FIG.
  • the points H to M in the air diagram of FIG. 6 correspond to the points H to M of FIG.
  • Point H is the inlet of the cooling coil 41A of the dehumidifying part 4A
  • point I is the outlet of the cooling coil 41A
  • point J is the outlet of the dehumidifying side 42A of the desiccant rotor RA
  • point K is the outlet of the cooling part 7A
  • point L is the desiccant rotor RA of the exhaust passage 200A.
  • the playback side 32A inlet and point M are the playback side 32A outlet.
  • High temperature and high humidity outside air is introduced into the air supply passage 100A from the outside air port 101A (H point: 34.4 / 19.27 / 84.0).
  • the outside air is cooled by the cooling coil 41A of the dehumidifying section 4A (point I: 12.9 / 8.77 / 35.1) and passes through the dehumidifying side 42A of the desiccant rotor RA. While moisture contained in the outside air is adsorbed by the desiccant rotor RA and dehumidified, the temperature rises due to heat exchange (point J: 18.2 / 7.13 / 36.4). Subsequently, the outside air is cooled by passing through the cooling unit 7A (K point: 16.0 / 7.1 / 34.7) and supplied to the air-conditioned space A.
  • the load applied in the comparative example is a cooling load in the cooling coil 41A of the dehumidifying unit 4A and the cooling unit 7A.
  • this embodiment can reduce about 35% rather than a comparative example. Even if the total of the heating load and the cooling load of the present embodiment is compared with the cooling load of the comparative example, the present embodiment can be reduced by 32% from the comparative example. In this embodiment, by heating only the necessary amount of outside air supplied into the system in this embodiment and using it for regeneration of the desiccant rotor R, the load required for cooling during dehumidification can be reduced, and the entire load can be reduced. Has led to a reduction in
  • FIG. 1 The operation of the outside air processing system 1 in the cooling circulation operation is shown in FIG.
  • the two-dot chain line arrow indicates the flow of return air.
  • the shaded portion is the portion that is operating during the cooling circulation operation.
  • the heating coil 31, the dehumidifying unit 4, and the cooling unit 7 of the regeneration unit 3 are operated as in the steady operation.
  • the humidification part 5 and the heating part 6 are not operated.
  • the valves 112 and 113 are closed to block the introduction of the outside air into the regeneration unit 3 and the discharge of the return air to the outside.
  • the valve 111 is opened to allow the second bypass path 110 to communicate. As a result, the return air passes through the second bypass path 110 and enters the air supply path 100 and is introduced into the regeneration unit 3.
  • the return air is heated to a predetermined temperature by the heating coil 31 and passes through the regeneration side 32 of the desiccant rotor R to regenerate the desiccant rotor R. Further, the return air is cooled by the cooling coil 41 and passes through the dehumidifying side 42 of the desiccant rotor R to be dehumidified. The return air is further cooled by the cooling unit 7 as necessary and supplied to the air-conditioned space A.
  • FIG. Dashed arrows indicate the flow of outside air.
  • the shaded portion is the portion that is operating during normal heating operation.
  • heating and humidification of the outside air are required.
  • the heating coil 31 and the humidifying unit 5 of the regeneration unit 3 are operated according to the set humidity, and the heating unit 6 is operated according to the set temperature.
  • the cooling coil 41 of the cooling unit 7 is not operated. Since dehumidification is not necessary, the outside air passes through the air supply path 100 so as to bypass the desiccant rotor R. That is, the valves 122 and 123 are closed to shut off the heating coil 31 of the regeneration unit 3 and the regeneration side 32 of the desiccant rotor R, and the valve 121 is opened to connect the first bypass path 120.
  • the low-temperature and low-humidity outside air is introduced into the air supply path 100 from the outside air port 101.
  • the outside air is totally heat-exchanged with the hot and humid return air passing through the exhaust passage 200, and is humidified and heated. Subsequently, the outside air is heated by the heating coil 31 of the regeneration unit 3.
  • the heated outside air bypasses the desiccant rotor R and is introduced into the humidifying unit 5 through the first bypass path 120.
  • the outside air humidified to the set humidity by the humidifying unit 5 is heated to the set temperature by the heating unit 6 and supplied to the conditioned space A from the air supply port 102.
  • FIG. 1 The operation of the outside air processing system 1 in the heating circulation operation is shown in FIG.
  • the two-dot chain line arrow indicates the flow of return air.
  • the shaded part is the part that is operating during heating circulation operation.
  • the heating coil 31, the humidification unit 5, and the heating unit 6 of the regeneration unit 3 are operated, and the cooling unit 7 is not operated, as in the steady operation.
  • the first bypass path 120 is communicated.
  • the valves 112 and 113 are closed to block the passage of outside air to the regeneration unit 3 and block the discharge of return air to the outside.
  • the valve 111 is opened to allow the second bypass path 110 to communicate.
  • the return air passes through the second bypass path 110 and enters the air supply path 100, and passes through the heating coil 31 of the regeneration unit 3. Thereafter, similarly to the steady operation, the air passes through the first bypass path 120, passes through the humidifying unit 5 and the heating unit 6, and is supplied to the air-conditioned space A from the air supply port 102.
  • the outside air processing system 1 of the present embodiment is taken into the air supply path 100 that supplies outside air to the air-conditioned space A, the exhaust path 200 that exhausts the return air from the air-conditioned space A, and the air supply path 100.
  • the regeneration unit 3 including the regeneration side 32 of the desiccant rotor R through which the outside air heated by the heating coil 31 passes, and the regeneration side 32 of the desiccant rotor R are installed downstream of the regeneration unit 3 in the air supply path 100.
  • the dehumidifying part 4 includes a cooling coil 41 that cools the outside air that has passed through and a dehumidifying side 42 of the desiccant rotor R that dehumidifies the outside air cooled by the cooling coil 41.
  • the outside air processing system 1 excellent in economical efficiency and convenience can be provided.
  • the outside air processing system 1 may further include a cooling unit 7 that is disposed on the downstream side of the dehumidifying unit 4 in the air supply path 100 and cools the outside air that has passed through the dehumidifying unit 4.
  • a cooling unit 7 that is disposed on the downstream side of the dehumidifying unit 4 in the air supply path 100 and cools the outside air that has passed through the dehumidifying unit 4.
  • the outside air can be cooled by the cooling coil 41 installed in the dehumidifying section 4, the temperature rises when passing through the regeneration side 32 of the desiccant rotor R, and thus cooling may not be sufficient.
  • the cooling unit 7 By providing the cooling unit 7 on the downstream side of the dehumidifying unit 4, the outside air can be reliably cooled to the set temperature.
  • the outside air processing system 1 is disposed on the downstream side of the humidifying unit 5 of the air supply path 100 and the humidifying unit 5 installed on the downstream side of the dehumidifying unit 4 of the air supply path 100, and passes through the humidifying unit 5.
  • a heating unit 6 that heats the outside air
  • a first bypass path 120 that connects between the heating coil 31 and the regeneration side 32 of the desiccant rotor R, and between the dehumidifying unit 4 and the humidifying unit 5 in the air supply path 100.
  • Valves 121 and 122 are used as first switching devices that block the introduction of outside air that has passed through the heating coil 31 into the desiccant rotor R and allow the outside air to pass through the first bypass path 120 and be introduced into the humidifying unit 5.
  • 123 may be further provided.
  • the outside air processing system 1 By providing the outside air processing system 1 with the first bypass path 120 that bypasses the desiccant rotor R, it is possible to cope with both the heating mode and the cooling mode in one air supply path 100, and the air conditioning equipment is made compact. be able to.
  • the heating coil 31 functions as a part of the regeneration unit 3 that regenerates the desiccant rotor R in the cooling mode, but the heating coil 31 is positioned in front of the humidification unit 5 by bypassing the desiccant rotor R in the heating mode. Will do.
  • the heating coil 31 acts as a heating means for heating the outside air before humidification.
  • the outside air processing system 1 can have an efficient and compact configuration.
  • the outside air processing system 1 includes a control device 90.
  • the control device 90 operates the first switching device when the mode selection unit 91 that selects the cooling mode or the heating mode according to the temperature of the air-conditioned space A and the heating mode is selected by the mode selection unit 91.
  • the first heating amount determination unit 93 that determines the heating amount of the heating unit 6 so that the outside air is heated to the set temperature
  • the mode A second heating amount determination unit 94 that determines the heating amount of the heating coil 31 in accordance with the selection of the cooling mode or the heating mode in the selection unit 91.
  • the second heating amount determining unit 94 determines the heating amount of the heating coil 31 according to the dehumidifying amount required on the dehumidifying side 42 of the desiccant rotor R when the cooling mode is selected by the mode selecting unit 91.
  • the heating amount of the heating coil 31 is determined according to the humidification amount required by the humidifying unit 5.
  • Appropriate humidity control in both humidification and dehumidification by determining the heating amount of the heating coil 31 in the second heating amount determination unit 94 according to the selection of the cooling mode or the heating mode in the mode selection unit 91 It can be performed. Moreover, indoor heating can be maintained by heating the outside air to the set temperature by the heating unit 6.
  • the humidifying unit 5 includes a vaporizing humidifier, and the second heating amount determining unit 94 determines the heating amount of the heating coil 31 so that the outside air humidified by the humidifying unit 5 becomes the set humidity, and humidifies The unit 5 humidifies the outside air heated by the heating coil 31 to the set humidity.
  • Vaporizing humidification is excellent in energy saving, but conventionally, there has been a problem that stable humidity control cannot be performed because humidity control is performed by turning on / off water supply or adjusting the amount of water supply.
  • the amount of humidification in the humidifying unit 5 can be precisely controlled by adjusting the amount of heating with the heating coil 31, so that the humidity can be controlled accurately and stably.
  • the outside air processing system 1 includes the second bypass path 110 that connects the air supply path 100 and the exhaust path 200 between the total heat exchanging section 2 and the regeneration section 3, and the introduction of the outside air into the regeneration section 3.
  • the valves 111, 112, and 113 are provided as a second switching device for introducing the return air of the exhaust passage 200 into the air supply passage 100 through the second bypass passage 110.
  • the control device 90 performs either a steady operation for supplying outside air to the air-conditioned space A or a circulating operation for supplying return air to the air-conditioned space A according to the CO 2 concentration in the air-conditioned space A.
  • An operation selection unit 92 that selects the above, and a mechanism control unit 98 that operates the valves 111, 112, and 113 when the circulation operation is selected by the operation selection unit 92. Accordingly, the steady operation and the circulation operation can be appropriately switched according to the CO 2 concentration of the air-conditioned space A, and the cost can be reduced while maintaining the comfort of the air-conditioned space A.
  • the circulation operation and the steady operation are switched based on the CO 2 concentration in the air-conditioned space A measured by the CO 2 concentration sensor.
  • the CO 2 concentration is not directly used as a reference, and CO 2 A standard that affects the increase or decrease in density may be used.
  • a human sensor may be installed in the air-conditioned space A, and the circulation operation may be switched to the steady operation when the number of persons detected by the human sensor exceeds a predetermined threshold.
  • the control device 90 may be provided with a timer, and switching from the circulating operation to the steady operation may be performed at the start time.
  • switching to steady operation may be performed manually. Further, it is not limited to the complete switching operation between the steady operation and the circulation operation.
  • a mixing method may be used in which only a part of the return air is circulated according to the CO 2 concentration, and outside air is introduced according to the exhaust amount of the return air.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and the constituent elements can be appropriately modified without departing from the gist thereof. Moreover, you may combine suitably the some component currently disclosed by the above-mentioned embodiment. For example, some constituent elements may be deleted from the constituent elements shown in the above-described embodiments, and constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

Abstract

十分な除湿性能を発揮し、除湿にかかる負荷を低減する外気処理システムを提供する。外気処理システム１は、外気を空調空間Ａへ給気する給気路１００と、空調空間Ａからの還気を排気する排気路２００と、給気路１００に取り込まれた外気を排気路２００を通過する還気と全熱交換する全熱交換部２と、給気路１００の全熱交換部２の下流側に設置され、外気を加熱する加熱コイル３１と加熱コイル３１により加熱された外気が通過するデシカントロータＲの再生側３２とを含む再生部３と、給気路１００の再生部３の下流側に設置され、デシカントロータＲの再生側３２を通過した外気を冷却する冷却コイル４１と、冷却コイル４１により冷却された外気が通過して除湿されるデシカントロータＲの除湿側４２とを含む除湿部４と、を備える。

Description

外気処理システム、外気処理システムの制御装置及び制御方法
　本発明は、デシカントロータを用いて建物内に導入する外気の温度及び湿度を調整する外気処理システム、外気処理システムの制御装置及び制御方法に関する。
　建物に設置された外気処理システムは、人の呼気によってＣＯ２濃度が高くなった還気を外部へ排気し、外部から外気を導入することにより、建物内のＣＯ２濃度を一定範囲内に維持する。さらに、外気の温度や湿度に応じて外気を加熱、冷却、加湿又は除湿して、建物内部の人間の快適性を保つ。
　近年、地球温暖化対策や節電対策として、冷房の設定温度を高くすることが求められている。設定温度を高めにしても不快感を低減するために、外気処理システムの除湿性能を高めることが求められている。従来の除湿方法は、主に冷却除湿によるものであったが、運転効率の悪さや冷やし過ぎ等の問題があった。近年、除湿手段として、円柱状の部材の表面に吸着材を担持させたデシカントロータが提案されている。デシカントロータは除湿と再生を連続して行うことができるため、高い除湿性能が期待される。デシカントロータの再生には、建物内から排気する還気が用いられることが多い。デシカントロータの再生によって湿度が上昇した還気は外部に排気される。
特開２０１２－１４５２４７号公報
　外気をデシカントロータで除湿する前に、冷却して相対湿度を上げたり、予備的に除湿すると効率が良い。デシカントロータを通過すると、水分の吸着、凝縮及びデシカントロータの熱容量によって外気の温度が上昇するため、必要に応じて、除湿後にさらに冷却する必要がある。したがって、冷却や除湿のための負荷が生じる。また、デシカントロータの再生と除湿が安定して効率良く行われるようにするためには、外気量と還気量が釣り合っていることが望ましい。しかしながら、省エネのために行われるＣＯ２濃度の制御により、導入する外気量は変動する。一方、還気はトイレ等、メインの排気路以外からも排気されることがあり、外気量に釣り合う十分な量の還気が確保できない可能性がある。そのような場合には温度及び湿度の調整が不安定となり、十分な再生及び除湿の機能が発揮されない可能性がある。
　本発明は、上記のような問題点を解決するために提案されたものである。本発明の目的は、再生可能なデシカントロータを備えた外気処理システムにおいて、外気の冷却や除湿にかかる負荷を低減しつつ、十分な除湿性能を発揮することができる経済性及び利便性に優れた外気処理システム、外気処理システムの制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。
（１）上記の目的を達成するために、本発明の外気処理システムは、外気を空調空間へ給気する給気路と、前記空調空間からの還気を排気する排気路と、前記給気路に取り込まれた外気を、前記排気路を通過する前記還気と全熱交換する全熱交換部と、前記給気路の、前記全熱交換部の下流側に設置され、前記外気を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルにより加熱された外気が通過するデシカントロータの再生側とを含む再生部と、前記給気路の、前記再生部の下流側に設置され、前記デシカントロータの再生側を通過した外気を冷却する冷却コイルと、前記冷却コイルにより冷却された外気を除湿するデシカントロータの除湿側とを含む除湿部と、を備える。
（２）外気処理システムは、前記給気路の、前記除湿部の下流側に配置され、前記除湿部を通過した外気を冷却する冷却部を更に備えても良い。
（３）外気処理システムは、前記給気路の前記除湿部の下流側に設置された加湿部と、前記給気路の、前記加湿部の下流側に配置され、前記加湿部を通過した外気を加熱する加熱部と、前記給気路の、前記加熱コイルと前記デシカントロータの再生側の間と、前記除湿部と前記加湿部の間を接続する第１のバイパス経路と、前記加熱コイルを通過した外気の前記デシカントロータへの導入を遮断して、当該外気を前記第１のバイパス経路を通過させ、前記加湿部に導入させる第１の切り替え装置と、を更に備えても良い。
（４）外気処理システムは、前記空調空間の温度に応じて、冷房モード又は暖房モードを選択するモード選択部と、前記モード選択部で暖房モードが選択された場合に、前記第１の切り替え装置を動作させる機構制御部と、前記モード選択部で暖房モードが選択された場合に、外気が設定温度まで加熱されるように前記加熱部の加熱量を決定する第１の加熱量決定部と、前記モード選択部での冷房モード又は暖房モードへの選択に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定する第２の加熱量決定部と、を有する制御装置を更に備え、前記第２の加熱量決定部は、前記モード選択部で冷房モードが選択された場合には、前記デシカントロータの除湿側で要求される除湿量に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定し、前記モード選択部で暖房モードが選択された場合には、前記加湿部で要求される加湿量に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定しても良い。
（５）前記加湿部は気化式加湿器を備え、前記第２の加熱量決定部は、前記加湿部で加湿された外気が設定湿度となるように前記加熱コイルの加熱量を決定し、前記加湿部は、前記加熱コイルにより加熱された前記外気を設定湿度まで加湿しても良い。
（６）外気処理システムは、前記全熱交換部と前記再生部との間で、前記給気路と前記排気路を接続する第２のバイパス経路と、前記外気の前記再生部への導入を遮断して、前記排気路の還気を前記第２のバイパス経路を通過させて前記給気路に導入する第２の切り替え装置と、を更に備えるようにしても良い。
（７）外気処理システムは、前記空調空間のＣＯ２濃度に応じて、外気を前記空調空間に給気する定常運転と、還気を循環させて前記空調空間に給気する循環運転とのいずれかを選択する運転選択部と、前記運転選択部で循環運転が選択された場合に、前記第２の切り替え装置を動作させる機構制御部と、を有する制御装置を更に備えるようにしても良い。
（８）本発明はまた、上記（３）に記載した外気処理システムの制御装置に関するものであり、制御装置は、前記空調空間の温度に応じて、冷房モード又は暖房モードを選択するモード選択部と、前記モード選択部で暖房モードが選択された場合に、前記第１の切り替え装置を動作させる機構制御部と、前記モード選択部で暖房モードが選択された場合に、外気が設定温度まで加熱されるように前記加熱部の加熱量を決定する第１の加熱量決定部と、前記モード選択部での冷房モード又は暖房モードの選択に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定する第２の加熱量決定部と、を有し、前記第２の加熱量決定部は、前記モード選択部で冷房モードが選択された場合には、前記デシカントロータの除湿側で要求される除湿量に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定し、前記モード選択部で暖房モードが選択された場合には、前記加湿部で要求される加湿量に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定する。
（９）本発明はまた、上記（３）に記載した外気処理システムの制御方法に関するものであり、制御方法は、前記空調空間の温度に応じて、冷房モード又は暖房モードを選択するモード選択処理と、前記モード選択処理で暖房モードが選択された場合に、前記第１の切り替え装置を動作させる処理と、前記モード選択処理で暖房モードが選択された場合に、外気が設定温度まで加熱されるように前記加熱部の加熱量を決定する第１の加熱量決定処理と、前記モード選択処理での冷房モード又は暖房モードの選択に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定する第２の加熱量決定処理と、を有し、前記第２の加熱量決定処理は、前記モード選択処理で冷房モードが選択された場合には、前記デシカントロータの除湿側で要求される除湿量に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定し、前記モード選択処理で暖房モードが選択された場合には、前記加湿部で要求される加湿量に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定する。
　本発明によれば、デシカントロータの再生と除湿に同一の外気を用いる。これによって、除湿と再生における給気量のバランスを取ることができ、十分な除湿性能を発揮することができる。さらに、還気との全熱交換により外気の湿度を下げてから再生に用いることにより、結果として除湿にかかる負荷を低減することができる。これにより、経済性及び利便性に優れた外気処理システムを提供することができる。
実施形態に係る外気処理システムの構成を示す図である。 外気処理システムの制御装置の機能構成を示すブロック図である。 実施形態に係る外気処理システムの、冷房定常運転時の動作を示す図である。 実施形態に係る外気処理システムの、冷房定常運転時の作用を示す空気線図である。 従来例に係る外気処理システムの、冷房定常運転時の動作を示す図である。 従来例に係る外気処理システムの、冷房定常運転時の作用を示す空気線図である。 実施形態に係る外気処理システムの、冷房運転開始時の動作を示す図である。 実施形態に係る外気処理システムの、暖房定常運転時の動作を示す図である。 実施形態に係る外気処理システムの、暖房運転開始時の動作を示す図である。
［１．構成］
　以下、本発明に係る外気処理システムの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、外気処理システム１は、建物内の空間（以下、「空調空間」という）Ａに導入される外気の温度及び湿度を調整し制御するものである。なお、空調空間Ａには室内用エアコンが設置され、室内用エアコンによって空調空間Ａの加熱及び冷却が適宜行われる。
　外気処理システム１は、空調空間Ａに接続する給気路１００と排気路２００を備えている。給気路１００は、外気を空調空間Ａへ給気するダクトであり、一端は屋外の外気口１０１に接続され、他端は空調空間Ａの給気口１０２に接続される。排気路２００は、空調空間Ａからの還気を排気するダクトであり、一端は空調空間Ａの還気口１０３に接続され、他端は屋外の排気口１０４に接続される。なお、空調空間Ａのトイレ等の設備にも、還気を外部へ排気する排気路５００が設けられている。給気路１００及び排気路２００，５００には、それぞれに流量制御のためのファン１０６，１０７，１０８が設置されている。
　空調空間Ａには、温度センサＴ、湿度センサＨ及びＣＯ２濃度センサＣが設置されている。これらのセンサは後述する制御装置９０に接続されている。なお、温度センサＴ、湿度センサＨは給気口１０２に配置しても良く、ＣＯ２濃度センサＣは還気口１０３に配置しても良い。
　給気路１００の外気口１０１側を上流、給気口１０２側を下流として説明する。排気路２００については、還気口１０３側を上流とし、排気口１０４側を下流として説明する。外気処理システム１は、給気路１００の上流から下流に向かって設置された、全熱交換部２と、再生部３と、除湿部４と、加湿部５と、加熱部６と、冷却部７とを備えている。
　以下、各部の構成を説明する。
　全熱交換部２は、給気路１００の外気口１０１の近傍と、排気路２００の排気口１０４近傍を接続するように配置されている。全熱交換部２は、外気口１０１から給気路１００に取り込まれた外気と、排気路２００を通過する還気との間で全熱交換を行う。すなわち熱と水分を交換する。全熱交換部２として、例えば、回転型又は静止型の全熱交換器を用いることができる。
　再生部３は、全熱交換部２の下流側に設置され、全熱交換部２を通過した外気を加熱する加熱コイル３１と、加熱コイル３１により加熱された外気が通過するデシカントロータＲの再生側３２とを備えている。
　加熱コイル３１は、加熱機等の温熱源供給装置７０と、配管により接続されている。温熱源供給装置７０から配管を介して温水や蒸気が供給されている。外気はこの加熱コイル３１を通過することにより加熱される。加熱コイル３１を通過した温水や蒸気の凝縮水は配管により温熱源供給装置７０に戻るように構成されている。配管には、バルブが設けられている。バルブの開度の調整により、加熱コイル３１に供給される温熱源の流量が調整され、結果として外気の加熱温度が調整される。
　デシカントロータＲは、円柱状の部材の表面に吸着材を担持させたものであり、中心部が回転軸に固定されている。吸着材は、ゼオライト、塩化リチウム、シリカゲル、活性炭等を用いる。ロータの内部はハニカム状に形成され、回転軸に沿った方向に多数の通路が貫通する。デシカントロータＲに湿気を含んだ空気を通過させると、吸着材が湿気を吸着して空気を除湿する。湿気を吸着したデシカントロータＲに対して加熱空気を通過させると、吸着材から湿気が脱着されて、デシカントロータＲは再生される。デシカントロータＲを、除湿対象の空気の経路と加熱空気の経路にまたがるように配置し、駆動モータにより回転軸を低速で回転させる。回転によってデシカントロータＲ内部の各通路は、除湿対象の空気と加熱空気に交互に接触する。これによって、空気の除湿処理と、デシカントロータの再生処理とが連続して行われる。全体から見れば、デシカントロータＲは除湿側４２と再生側３２の２つの部分に分かれている。
　本実施形態では、給気路１００の加熱コイル３１の下流側に、デシカントロータＲの一部が配置される。加熱コイル３１によって加熱された高温の外気がデシカントロータＲを通過することにより、デシカントロータＲに吸着した湿気が脱着されて再生される。すなわち、給気路１００の加熱コイル３１の下流側にはデシカントロータＲの再生側３２が配置される。
　除湿部４は、再生部３の下流側に設置され、デシカントロータＲの再生側３２を通過した外気を冷却する冷却コイル４１と、冷却コイル４１により冷却された外気が通過するデシカントロータＲの除湿側４２とを備えている。
　冷却コイル４１は、例えば、冷凍機等の冷却水供給装置８０と、配管により接続される。冷却水供給装置８０から配管を介して冷却水が供給される。外気はこの冷却コイル４１を通過することにより冷却される。冷却コイル４１を通過した冷却水は配管により冷却水供給装置８０に戻るように構成されている。配管には、バルブが設けられている。バルブの開度の調整により、冷却コイル４１に供給される冷却水の流量が調整され、結果として外気の冷却温度が調整される。
　給気路１００は、冷却コイル４１を通過したところで折り返し、再びデシカントロータＲを通過する。給気路１００が通過する部分は、再生側３２の一部を除く残部、すなわち除湿側４２である。冷却コイル４１によって冷却された外気がデシカントロータＲの除湿側４２を通過することにより、外気に含まれる湿気が吸着材に吸着されて除湿される。
　加湿部５は、除湿部４の下流側に設置され、通過する外気を加湿するものである。加湿部５は、例えば、気化式加湿器から構成されている。気化式加湿器は、例えば、親水性素材の上部に水を供給する装置を配置したものである。親水性素材の上部から供給した水は重力で親水性素材全体に行き渡る。親水性素材を外気が通過することによって、親水性素材に含まれた水が気化して外気が加湿される。親水性素材に供給する水の量は、必要加湿量の４倍程度とする。これによって、親水性素材への塵芥等の付着及び供給する水に含まれるシリカ等の不純物の凝縮を防止する。
　加熱部６は、加湿部５の下流側に設置される。図１では、冷却部７が加熱部６の下流側に設置されているが、冷却部７はデシカントロータＲの除湿側４２の下流側に設置すれば良いため、加熱部６の上流側に設置されても良い。加熱部６は、再生部３の加熱コイル３１と同様の構成とすることができ、配管を介して温熱源供給装置７０から温熱源の供給を受ける。冷却部７は、除湿部４の冷却コイル４１と同様の構成とすることができ、配管を介して冷却水供給装置８０から冷却水の供給を受ける。
　以上述べたように、本実施形態の外気処理システム１は、再生部３、除湿部４、加湿部５、加熱部６及び冷却部７が給気路１００に沿って連続して配置されている。一方、外気処理システム１は、時季に応じて冷房モードと暖房モードに切り替える必要がある。冷房モードでは外気の冷却及び除湿を行うが、外気の温度を低くしすぎることなく除湿が可能であるため、加湿部５及び加熱部６を動作させない。一方、暖房モードでは外気の加湿及び加熱のみを行う。外気がデシカントロータＲを通過して除湿されても加湿部５によって必要な湿度まで加湿することはできるが、そもそも除湿が必要ない。そのため、外気処理システム１には、暖房モードにおいてデシカントロータＲを迂回するための第１のバイパス経路１２０が設けられている。
　第１のバイパス経路１２０は、給気路１００の、加熱コイル３１とデシカントロータＲの再生側３２の間の部分と、除湿部４と加湿部５の間の部分とを接続する。除湿部４と加湿部５の間の部分とは、具体的にはデシカントロータＲの除湿側４２と加湿部５の間の部分である。外気処理システム１には、加熱コイル３１を通過した外気のデシカントロータＲへの導入を遮断し、その外気を第１のバイパス経路１２０を通過させて加湿部５に導入させる第１の切り替え装置が設けられている。
　第１の切り替え装置として、本実施形態では、給気路１００の開閉を切り替えるバルブ１２１，１２２，１２３が設置されている。バルブ１２１は、第１のバイパス経路１２０に設置されている。バルブ１２２は、給気路１００と第１のバイパス経路１２０の上流側の接続点とデシカントロータＲの再生側３２の間に設置されている。バルブ１２３は、給気路１００と第１のバイパス経路１２０の下流側の接続点とデシカントロータＲの除湿側４２の間に設置されている。バルブ１２１を開いてバルブ１２２，１２３を閉じることによって、再生部３の加熱コイル３１によって加熱された外気は、デシカントロータＲの再生側３２、冷却コイル４１及びデシカントロータＲの除湿側４２を通過せずに、加湿部５に直接導入される。
　なお、第１の切り替え装置は、外気を第１のバイパス経路１２０に誘導できるものであれば良く、バルブに限定されない。例えば、第１の切り替え装置をシャッター等で構成しても良い。
　また、本実施形態の外気処理システム１において、人の呼気によってＣＯ２の濃度が高くなった還気が排気路２００を通って建物外に排気され、代わりに外気が給気路１００を通って建物内に供給される。しかしながら、早朝等、建物に人が少ない状態では、還気のＣＯ２濃度は高くなりにくい。そのため、還気を外部に排出して外気を取り入れる必要が無い。このような場合には、外気を遮断して、還気を給気路１００に導入し、再び空調空間Ａに供給することが望ましい。そこで、外気処理システム１には、還気を給気路１００に導入するための第２のバイパス経路１１０が設けられている。
　第２のバイパス経路１１０は、給気路１００の全熱交換部２と再生部３との間の部分と、排気路２００の全熱交換部２の上流側の部分とを接続する。外気処理システム１には、全熱交換部２への導入を遮断して、排気路２００の還気を第２のバイパス経路１１０を通過させて給気路１００に導入する第２の切り替え装置が設けられている。第２の切り替え装置として、本実施形態では、バルブ１１１，１１２，１１３が設置されている。バルブ１１１は、第２のバイパス経路１１０に設置されている。バルブ１１２は、給気路１００の、全熱交換部２と再生部３との間で、かつ第２のバイパス経路１１０との接続点より上流側に設置されている。バルブ１１３は、排気路２００の、第２のバイパス経路１１０との接続点と全熱交換部２の間に設置されている。バルブ１１１を開き、バルブ１１２，１１３を閉じることで、外気の全熱交換部２から再生部３への導入が遮断される。また、還気も全熱交換部２を通って外部へ排出される代わりに、第２のバイパス経路１１０を通過して給気路１００に入り、再生部３に供給される。
　以降、還気を循環させる運転を「循環運転」と称し、外気を取り込み還気を排出する運転を「定常運転」と称する。
　なお、第２の切り替え装置は、還気を第２のバイパス経路１１０に誘導できるものであれば良く、バルブに限定されない。例えば、第２の切り替え装置をシャッター等で構成しても良い。
　外気処理システム１は、また、制御装置９０を備えている。制御装置９０は、入力部Ｉや出力部Ｏが接続された、ＣＰＵやメモリを含み所定のプログラムで動作するコンピューターや専用の電子回路で構成されている。制御装置９０は、空調空間Ａに設置された温度センサＴ及び湿度センサＨとＣＯ２濃度センサＣに接続している。
　制御装置９０は、温度センサＴ及び湿度センサＨの測定結果を利用して、空調空間Ａに供給される外気が設定温度及び設定湿度になるように、外気処理システム１の各部の制御を行う。さらに、ＣＯ２濃度センサＣの測定結果を利用して、外気及び還気の流量の制御と、循環運転と定常運転の切り替えを制御する。そのために、制御装置９０は、図２に示す機能構成を備えている。すなわち、制御装置９０は、モード選択部９１、運転選択部９２、第１の加熱量決定部９３、第２の加熱量決定部９４、冷却量決定部９５、給水量決定部９６、流量決定部９７、機構制御部９８及び記憶部９９を含む。
　記憶部９９には、外気処理システム１の各部の制御に必要なデータが記憶されている。そのようなデータとして、例えば、外気の設定温度及び設定湿度を記憶している。設定温度及び設定湿度は、時季に応じて予め設定されたものであっても良く、あるいは温度センサＴ又は湿度センサＨの測定結果から、所定のアルゴリズムに従って決定したものであっても良い。あるいは、空調空間Ａの管理者が入力部Ｉを介して入力したものであっても良い。また、記憶部９９には、温度センサＴ、湿度センサＨ及びＣＯ２濃度センサＣから受信した測定結果が一時的に保存される。
　機構制御部９８は、外気処理システム１の各部の機構を制御する。特に、本実施形態では、モード選択部９１、運転選択部９２、第１の加熱量決定部９３、第２の加熱量決定部９４、冷却量決定部９５、給水量決定部９６及び流量決定部９７での処理結果に基づいて制御を行う。
　モード選択部９１は、温度センサＴで測定された空調空間Ａの温度に応じて、外気処理システム１を、冷房モードで運転するか、暖房モードで運転するかを選択する。選択の具体的な態様としては、例えば、測定温度を記憶部９９に記憶された所定の閾値と比較し、閾値以下であれば暖房モードを選択し、閾値を超えた場合は冷房モードを選択する。
　機構制御部９８は、モード選択部９１で冷房モードが選択された場合は、第１の切り替え装置であるバルブ１２１，１２２，１２３を動作させない。すなわち、バルブ１２２，１２３は開き、バルブ１２１は閉じたままの状態にする。これによって、加熱コイル３１を通過した外気がデシカントロータＲの再生側３２に導入される。
　モード選択部９１で暖房モードが選択された場合に、第１の切り替え装置であるバルブ１２１，１２２，１２３を動作させる。すなわち、バルブ１２２，１２３を閉じ、バルブ１２１を開いて、加熱コイル３１を通過した外気が第１のバイパス経路１２０を通過して、加湿部５に導入されるようにする。
　運転選択部９２は、ＣＯ２濃度センサＣで測定された空調空間ＡのＣＯ２濃度に応じて、外気を空調空間Ａに給気する定常運転と、還気を循環させて空調空間Ａに給気する循環運転とのいずれかを選択する。選択の具体的な態様としては、例えば、測定濃度を記憶部９９に記憶された所定の閾値と比較し、閾値以下であれば循環運転を選択し、閾値を超えた場合は定常運転を選択する。
　運転選択部９２で定常運転が選択された場合、第２の切り替え装置であるバルブ１１１，１１２，１１３を動作させない。すなわち、バルブ１１２，１１３は開き、バルブ１１１は閉じた状態にする。これによって、全熱交換部２を通過した外気が再生部３に導入される。
　運転選択部９２で循環運転が選択された場合、第２の切り替え装置であるバルブ１１１，１１２，１１３を動作させる。すなわち、バルブ１１２，１１３を閉じ、バルブ１１１を開いて、外気の取り込みを遮断し、排気路２００の還気が第２のバイパス経路１１０を通過して、給気路１００に導入されるようにする。
　なお、モード選択部９１で暖房モードが選択され、かつ運転選択部９２で循環運転が選択された場合は、第１の切り替え装置と第２の切り替え装置の両方を動作させるため、第２のバイパス経路１１０を介して導入された還気が、加熱コイル３１を通過し、さらに第１のバイパス経路１２０を通過して、加湿部５に導入される。
　第１の加熱量決定部９３は、温度センサＴで測定された空調空間Ａの温度に応じて、外気が設定温度まで加熱されるように加熱部６の加熱量を決定する。例えば、空調空間Ａの温度を設定温度と比較し、設定温度より低ければ加熱量を増加させる。
　機構制御部９８は、第１の加熱量決定部９３で決定された加熱量に基づいて、加熱部６の配管に設けられたバルブの開度を調整して温熱源供給装置７０から供給される温熱源の流量が調整し、決定された加熱量になるように制御する。
　第２の加熱量決定部９４は、モード選択部９１での冷房モード又は暖房モードへの選択に応じて、加熱コイル３１の加熱量を決定する。冷房モードの場合に、加熱コイル３１を通過した外気は、デシカントロータＲの再生側３２に導入される。上述したように、湿気を吸着したデシカントロータＲに対して加熱空気を通過させることで、吸着材から湿気が脱着されて、デシカントロータＲは再生される。すなわち、加熱量を増加させれば、湿気の脱着量が増加し、結果としてデシカントロータＲの除湿量が増加する。
　すなわち、第２の加熱量決定部９４は、湿度センサＨで測定された空調空間Ａの湿度を取得し、デシカントロータＲの除湿側４２で外気を設定湿度まで除湿するのに要求される除湿量を算出し、その除湿量を得るために必要な加熱コイル３１の加熱量を算出する。加熱量の算出は特定の方法に限定されないが、例えば、加熱コイル３１の加熱量とデシカントロータＲの除湿量の相関データを予め試験等を行って作成して記憶部９９に記憶させ、その相関データを用いて算出すると良い。
　一方、モード選択部９１で暖房モードが選択された場合、加熱コイル３１を通過した外気は、デシカントロータＲ及び冷却コイル４１は通過せず、第１のバイパス経路１２０を迂回して加湿部５に導入される。本実施形態では加湿部５を気化式加湿器で構成している。気化式加湿器は省エネ性に優れているが、給水のオン、オフあるいは給水量の調整では、湿度を正確かつ安定して制御することが難しい。しかしながら、気化式加湿器の前段に設置された加熱コイル３１での加熱温度を制御することで、加湿量の調整を正確に行うことができる。すなわち、加熱コイル３１は、気化式加湿器で加湿される外気の湿度を調整するための加熱手段として作用する。第２の加熱量決定部９４は、湿度センサＨで測定される湿度が、設定湿度となるように、加熱コイル３１の加熱量を算出する。加熱量の算出は特定の方法に限定されないが、例えば、加熱コイル３１の加熱量と加湿部５の加湿量の相関データを予め試験等を行って作成して記憶部９９に記憶させ、その相関データを用いて算出すると良い。
　機構制御部９８は、加熱量決定部で決定された加熱量に基づいて、加熱コイル３１及び加熱部６の配管に設けられたバルブの開度を調整して温熱源供給装置７０から供給される温熱源の流量が調整し、決定された加熱量になるように制御する。
　給水量決定部９６は、加湿部５の気化式加湿器への水の供給量を演算する。給水量決定部９６は、通常、外気を設定湿度まで加湿するのに必要な加湿量の４倍程度を気化式加湿器への水の供給量として演算する。例えば、給水量決定部９６は、気象庁から発表される予想湿度又は不図示の外気の湿度センサの測定値と全熱交換器効率から算出される湿度から、設定湿度まで加湿するために必要な加湿量を算出し、その４倍程度の量を給水量として決定すると良い。機構制御部９８は、給水量決定部９６の演算結果に基づいて気化式加湿器の配管に設けられたバルブの開度を調整し、決定された給水量が給水されるように制御する。
　冷却量決定部９５は、モード選択部９１で冷房モードが選択された場合に、温度センサＴの測定結果に基づいて、外気が設定温度まで冷却されるように冷却コイル４１及び冷却部７の冷却量を演算する。機構制御部９８は、冷却量決定部９５の演算結果に基づいて、冷却コイル４１及び冷却部７の配管に設けられたバルブの開度を調整し、冷却水供給装置８０から供給される冷却水の流量を調整し、決定された冷却量になるように制御する。なお、冷却部７は、冷却コイル４１のみで外気を設定温度まで冷却できる場合には、動作させなくても良い。
　流量決定部９７は、ＣＯ２濃度センサＣで測定されたＣＯ２濃度を取得し、ＣＯ２濃度に応じて、給気路１００及び排気路２００での外気及び還気の流量を決定する。流量の決定は、特定の方法に限られないが、例えば、ＣＯ２濃度に応じた流量を算出するための計算式を記憶部９９に記憶させ、その計算式を用いて流量を演算しても良い。あるいは、ＣＯ２濃度に応じた外気及び還気の流量のテーブルを記憶部９９に記憶させ、テーブルを参照して測定したＣＯ２濃度に対応する流量を取得しても良い。機構制御部９８は、流量決定部９７で決定された流量に基づいて、給気路１００及び排気路２００に設置されたファン１０６，１０７のインバータを制御する。例えば、ＣＯ２濃度センサＣで検出されたＣＯ２濃度が低い場合には、給気路１００を流れる外気及び排気路２００を流れる還気の流量を絞ることで、省エネを図ることができる。
［２．動作］
　本実施形態の外気処理システム１の動作を、冷房モードの定常運転、冷房モードの循環運転、暖房モードの定常運転、暖房モードの循環運転に分けて説明する。なお、以降はそれぞれを冷房定常運転、冷房循環運転、暖房定常運転、暖房循環運転として説明する。
［冷房定常運転］
　冷房定常運転の外気処理システム１の動作を、図３に示している。外気の流れは破線の矢印で示している。網掛けしている部分が冷房定常運転において動作している部分である。冷房モードでは、外気の除湿及び冷却が必要となるため、設定温度及び設定湿度に従って、再生部３の加熱コイル３１、除湿部４の冷却コイル４１、冷却部７を動作させる。加湿部５及び加熱部６は動作させない。また、第２のバイパス経路１１０及び第１のバイパス経路１２０は連通させない。
　冷房定常運転の外気処理システム１の作用をシミュレーションしたものを、図４の空気線図を用いて説明する。設定温度及び設定湿度は、温度２８℃、湿度４０％とし、給気路１００に取り込む外気量は、２，０００ｍ３／ｈとして計算している。図４の空気線図のＡ～Ｇ点は、図３のＡ～Ｇ点に対応している。Ａ点は全熱交換部２入口、Ｂ点は全熱交換部２出口、Ｃ点は再生部３の加熱コイル３１の出口、Ｄ点はデシカントロータＲの再生側３２の出口、Ｅ点は除湿部４の冷却コイル４１の出口、Ｆ点はデシカントロータＲの除湿側４２の出口、Ｇ点は冷却部７の出口である。各点において記載した数字は、乾球温度［℃］／絶対湿度［ｇ／ｋｇ（ＤＡ）］／比エンタルピー［ｋＪ／ｋｇ（ＤＡ）］である。
　外気口１０１から給気路１００に、高温多湿の外気が導入される（Ａ点：34.4/19.27/84.0）。全熱交換部２において、外気は排気路２００を通過する低温低湿の還気と全熱交換され、除湿及び冷却される（Ｂ点：30.3/13.46/64.7）。なお、ここで全熱交換器の効率は、顕熱交換効率が６４％、潜熱交換効率が５９％としている。続いて、外気は再生部３の加熱コイル３１によって加熱され（Ｃ点：31.9/13.46/66.4）、デシカントロータＲの再生側３２を通過する。デシカントロータＲが吸着した水分が放出されることによって外気の湿度は上昇する一方、デシカントロータＲとの熱交換によって外気の温度は下がる（Ｄ点：26.1/15.4/65.3）。続いて、外気は除湿部４の冷却コイル４１によって冷却され（Ｅ点：12.9/8.77/35.1）、デシカントロータＲの除湿側４２を通過する。冷却コイル４１で冷却された際に外気の湿度は下がるが、デシカントロータＲによってさらに除湿される。一方、デシカントロータＲとの熱交換によって外気の温度は上昇する（Ｆ点：19.3／7.1／37.3）。最後に、冷却部７によって外気は冷却され（Ｇ点：16.0/7.1/34.7）、給気口１０２から空調空間Ａに供給される。
　本実施形態において、再生部３での加熱コイル３１での加熱負荷と、除湿部４の冷却コイル４１及び冷却部７での冷却負荷が生じる。加熱負荷と冷却負荷を計算すると、以下の通りとなる。
・加熱負荷＝Ｃ点－Ｂ点＝(66.4-64.7)×1×2000×1.2=4080kJ/h
・冷却負荷＝Ｄ点－Ｅ点＋Ｆ点－Ｇ点＝{(65.3-35.1)+(37.3-34.7)}×2000×1.2=78720kJ/h
　加熱負荷と冷却負荷の合計は、82800kJ/hである。
［比較例］
　ここで、比較のために、還気を加熱せずにデシカントロータＲの再生に用いる従来の外気処理システムでもシミュレーションを行った。冷房の設定は、本実施形態の例と同様に、温度２８℃、湿度４０％とし、給気路１００Ａに取り込む外気量は、2,000m3/hとして計算している。従来の外気処理システム１の構成を簡略化したものを図５に示す。従来例では、給気路１００Ａには、上流側から下流側に向かって除湿部４Ａと冷却部７Ａが配置されている。加湿部及び加熱部の図示は省略している。除湿部４Ａは冷却コイル４１ＡとデシカントロータＲＡの除湿側４２Ａから構成される。デシカントロータＲＡの再生側３２Ａは、排気路２００Ａに配置されている。従来例の作用を図６の空気線図に示す。図６の空気線図のＨ～Ｍ点は、図５のＨ～Ｍ点に対応している。Ｈ点は除湿部４Ａの冷却コイル４１Ａ入口、Ｉ点は冷却コイル４１Ａ出口、Ｊ点はデシカントロータＲＡの除湿側４２Ａ出口、Ｋ点は冷却部７Ａ出口、Ｌ点は排気路２００ＡのデシカントロータＲＡの再生側３２Ａ入口、Ｍ点は再生側３２Ａ出口である。
　外気口１０１Ａから給気路１００Ａに、高温多湿の外気が導入される（Ｈ点：34.4/19.27/84.0）。外気は除湿部４Ａの冷却コイル４１Ａによって冷却され（Ｉ点：12.9/8.77/35.1）、デシカントロータＲＡの除湿側４２Ａを通過する。外気に含まれる水分がデシカントロータＲＡに吸着されて除湿される一方、熱交換によって温度は上昇する（Ｊ点：18.2/7.13/36.4）。続いて、外気は冷却部７Ａを通過して冷却され（Ｋ点：16.0/7.1/34.7）、空調空間Ａに供給される。
　比較例でかかる負荷は、除湿部４Ａの冷却コイル４１Ａと、冷却部７Ａでの冷却負荷である。冷却負荷を計算すると以下の通りである。
　・冷却負荷＝Ｈ－Ｉ＋Ｊ－Ｋ＝{(84.0-35.1)+(36.4-34.7)}×2000×1.2=121440kJ/h
　本実施形態と比較例の冷却負荷を比較すると、本実施形態は比較例よりもおよそ３５％低減することができる。本実施形態の加熱負荷と冷却負荷の合計と比較例の冷却負荷を比較しても、本実施形態は比較例より３２％低減することができる。これは、本実施形態においてシステム内に供給する外気そのものを必要量のみ加熱してデシカントロータＲの再生に利用することによって、除湿の際の冷却に必要な負荷を減らすことができ、全体の負荷の低減につながっている。
［冷房循環運転］
　冷房循環運転の外気処理システム１の動作を、図７に示している。二点鎖線の矢印は、還気の流れを示している。網掛けしている部分が冷房循環運転時に動作している部分である。冷房循環運転では、定常運転時と同様に、再生部３の加熱コイル３１、除湿部４及び冷却部７を動作させる。加湿部５及び加熱部６は動作させない。バルブ１１２，１１３を閉じて、外気の再生部３への導入を遮断し、還気の外部への排出を遮断する。バルブ１１１を開いて第２のバイパス経路１１０を連通させる。これによって、還気が第２のバイパス経路１１０を通過して給気路１００に入り、再生部３に導入される。還気は、加熱コイル３１によって所定温度まで加熱され、デシカントロータＲの再生側３２を通過してデシカントロータＲを再生する。さらに還気は冷却コイル４１によって冷却され、デシカントロータＲの除湿側４２を通過して除湿される。還気はさらに必要に応じて冷却部７で冷却され、空調空間Ａに供給される。
 [暖房定常運転]
　暖房定常運転時の外気処理システム１の動作を、図８に示している。破線の矢印は、外気の流れを示している。網掛けしている部分が暖房の定常運転時に動作している部分である。暖房モードでは、外気の加熱及び加湿が必要となる。設定湿度に従って、再生部３の加熱コイル３１及び加湿部５を動作させ、かつ設定温度に従って加熱部６を動作させる。冷却部７の冷却コイル４１は動作させない。除湿も必要無いため、外気はデシカントロータＲを迂回するように給気路１００を通過させる。すなわち、バルブ１２２，１２３を閉じて再生部３の加熱コイル３１とデシカントロータＲの再生側３２との間を遮断し、バルブ１２１を開いて第１のバイパス経路１２０を連通させる。
　外気口１０１から給気路１００に、低温低湿の外気が導入される。全熱交換部２において、外気は排気路２００を通過する高温多湿の還気と全熱交換され、加湿及び加熱される。続いて、外気は再生部３の加熱コイル３１によって加熱される。加熱された外気は、デシカントロータＲを迂回して、第１のバイパス経路１２０を通って加湿部５に導入される。加湿部５によって設定湿度まで加湿された外気は、加熱部６によって設定温度まで加熱され、給気口１０２から空調空間Ａに供給される。
 [暖房循環運転]
　暖房循環運転の外気処理システム１の動作を、図９に示している。二点鎖線の矢印は、還気の流れを示している。網掛けしている部分が暖房循環運転時に動作している部分である。循環運転の際には、定常運転時と同様に、再生部３の加熱コイル３１、加湿部５及び加熱部６を動作させ、冷却部７は動作させない。また、デシカントロータＲを迂回させるため、第１のバイパス経路１２０を連通させる。さらに、バルブ１１２，１１３を閉じて、外気の再生部３への通過を遮断し、還気の外部への排出を遮断する。バルブ１１１を開いて第２のバイパス経路１１０を連通させる。これによって、還気が第２のバイパス経路１１０を通過して給気路１００に入り、再生部３の加熱コイル３１を通過する。その後は定常運転と同様に、第１のバイパス経路１２０を通って加湿部５及び加熱部６を通過し、給気口１０２から空調空間Ａに供給される。
［３．効果］
　以上のような本実施形態の効果は、以下のとおりである。
（１）本実施形態の外気処理システム１は、外気を空調空間Ａへ給気する給気路１００と、空調空間Ａからの還気を排気する排気路２００と、給気路１００に取り込まれた外気を、排気路２００を通過する還気と全熱交換する全熱交換部２と、給気路１００の、全熱交換部２の下流側に設置され、外気を加熱する加熱コイル３１と、加熱コイル３１により加熱された外気が通過するデシカントロータＲの再生側３２とを含む再生部３と、給気路１００の、再生部３の下流側に設置され、デシカントロータＲの再生側３２を通過した外気を冷却する冷却コイル４１と、冷却コイル４１により冷却された外気を除湿するデシカントロータＲの除湿側４２とを含む除湿部４と、を備える。
　デシカントロータＲの再生に還気ではなく、室内に導入するために除湿する対象である外気を用いることによって、除湿と再生における給気量のバランスを取ることができ、十分な除湿性能を発揮することができる。さらに、還気との全熱交換により外気の湿度を下げてから再生に用いることにより、結果として除湿にかかる負荷を低減することができる。これにより、経済性及び利便性に優れた外気処理システム１を提供することができる。
（２）外気処理システム１は、給気路１００の、除湿部４の下流側に配置され、除湿部４を通過した外気を冷却する冷却部７を更に備えるようにしても良い。除湿部４に設置した冷却コイル４１によって外気を冷却することができるが、デシカントロータＲの再生側３２を通過すると温度が上昇するため、冷却が十分でない場合もある。除湿部４の下流側に冷却部７を設けることによって、外気を設定温度まで確実に冷却することができる。
（３）外気処理システム１は、給気路１００の除湿部４の下流側に設置された加湿部５と、給気路１００の、加湿部５の下流側に配置され、加湿部５を通過した外気を加熱する加熱部６と、給気路１００の、加熱コイル３１とデシカントロータＲの再生側３２の間と、除湿部４と加湿部５の間を接続する第１のバイパス経路１２０と、加熱コイル３１を通過した外気のデシカントロータＲへの導入を遮断して、その外気を第１のバイパス経路１２０を通過させ、加湿部５に導入させる第１の切り替え装置として、バルブ１２１，１２２，１２３を更に備えるようにしても良い。
　外気処理システム１に、デシカントロータＲを迂回する第１のバイパス経路１２０を設けることで、一つの給気路１００において暖房モードと冷房モードの双方への対応が可能となり、空調設備をコンパクトにすることができる。また、加熱コイル３１は、冷房モードではデシカントロータＲを再生させる再生部３の一部として作用するが、暖房モードでデシカントロータＲを迂回することによって、加熱コイル３１は加湿部５の前段に位置することになる。これによって、加熱コイル３１は、加湿の前に、外気を加熱する加熱手段として作用する。これによって、外気処理システム１を、効率的かつコンパクトな構成とすることができる。
（４）外気処理システム１は、制御装置９０を備える。制御装置９０は、空調空間Ａの温度に応じて、冷房モード又は暖房モードを選択するモード選択部９１と、モード選択部９１で暖房モードが選択された場合に、第１の切り替え装置を動作させる機構制御部９８と、モード選択部９１で暖房モードが選択された場合に、外気が設定温度まで加熱されるように加熱部６の加熱量を決定する第１の加熱量決定部９３と、モード選択部９１での冷房モード又は暖房モードへの選択に応じて、加熱コイル３１の加熱量を決定する第２の加熱量決定部９４と、を有する。第２の加熱量決定部９４は、モード選択部９１で冷房モードが選択された場合には、デシカントロータＲの除湿側４２で要求される除湿量に応じて、加熱コイル３１の加熱量を決定し、モード選択部９１で暖房モードが選択された場合には、加湿部５で要求される加湿量に応じて、加熱コイル３１の加熱量を決定する。
　モード選択部９１での冷房モード又は暖房モードの選択に応じて、第２の加熱量決定部９４で加熱コイル３１の加熱量の決定を行うことで、加湿及び除湿の両方において、適切な湿度制御を行うことができる。また、加熱部６によって、外気を設定温度まで加熱することによって、室内の快適性を保つことができる。
（５）加湿部５は気化式加湿器を備え、第２の加熱量決定部９４は、加湿部５で加湿された外気が設定湿度となるように加熱コイル３１の加熱量を決定し、加湿部５は、加熱コイル３１により加熱された外気を設定湿度まで加湿する。気化式加湿は省エネ性に優れているが、従来は、給水のオン、オフあるいは給水量の調整によって湿度の制御を行っていたため、安定した湿度制御ができていないという問題があった。本実施形態では、加熱コイル３１で加熱量を調整することで、加湿部５での加湿量を精密に制御することができるため、湿度の制御を正確かつ安定して行うことができる。
（６）外気処理システム１は、全熱交換部２と再生部３との間で、給気路１００と排気路２００を接続する第２のバイパス経路１１０と、外気の再生部３への導入を遮断して、排気路２００の還気を第２のバイパス経路１１０を通過させて給気路１００に導入する第２の切り替え装置として、バルブ１１１，１１２，１１３を備える。
　建物内の人がいない、あるいは少ないときは、ＣＯ２排出量も少ない。そのような場合でも還気を定量的に排出して外気を取り入れてしまうと、外気の冷却及び除湿に余分なコストがかかることになる。そこで、還気を給気路１００に取り込む第２のバイパス経路１１０を設けることによって、循環運転を行うことができるようにした。還気は、夏季であれば外気より低温低湿であり、冬季は外気より高温高湿である。よって、還気を用いることで外気処理にかかる負荷を低減することができ、コストを削減することができる。
（７）制御装置９０は、空調空間ＡのＣＯ２濃度に応じて、外気を空調空間Ａに給気する定常運転と、還気を循環させて空調空間Ａに給気する循環運転とのいずれかを選択する運転選択部９２と、運転選択部９２で循環運転が選択された場合に、バルブ１１１，１１２，１１３を動作させる機構制御部９８と、を有する。これによって、空調空間ＡのＣＯ２濃度に応じて定常運転と循環運転を適切に切り替えることができ、空調空間Ａの快適性を保ちつつ、コストを削減することができる。
［その他の実施の形態］
　上述の実施形態では、加熱部６及び冷却部７をそれぞれ別個の加熱コイル及び冷却コイルで構成する例を説明したが、これに限られない。例えば、加熱部６及び冷却部７を、冷水及び温水の供給を切り換え可能な一つのコイルで構成しても良い。一つのコイルで冷水の供給によって外気を冷却し、温水の供給によって外気を加熱することによって、省スペースを達成することができる。
　上述の実施形態では、ＣＯ２濃度センサで測定した空調空間ＡのＣＯ２濃度を基準として、循環運転と定常運転の切り替えを行っていたが、ＣＯ２濃度を直接的な基準とせず、ＣＯ２濃度の増減に影響を与える基準を用いても良い。例えば、空調空間Ａに人感センサを設置し、人感センサで検出される人の数が所定の閾値以上になったところで循環運転から定常運転に切り替えても良い。あるいは、空調空間Ａがオフィスビル等の場合には、制御装置９０にタイマを備え、始業時間に循環運転から定常運転への切り替えを行っても良い。あるいは、手動により定常運転への切り替えを行っても良い。また、定常運転と循環運転の完全な切り替え運転に限られない。ＣＯ２濃度に応じて還気を一部のみ循環し、還気の排気分に応じて外気を導入する、混合方式を用いても良い。
　本発明は上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を適宜変形することができる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。例えば、上述の実施形態に示される構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよく、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１　外気処理システム
２　全熱交換部
３　再生部
４　除湿部
５　加湿部
６　加熱部
７　冷却部
３１　加熱コイル
３２　デシカントロータの再生側
４１　冷却コイル
４２　デシカントロータの除湿側
７０　温熱源供給装置
８０　冷却水供給装置
９０　制御装置
９１　モード選択部
９２　運転選択部
９３　第１の加熱量決定部
９４　第２の加熱量決定部
９５　冷却量決定部
９６　給水量決定部
９７　流量決定部
９８　機構制御部
９９　記憶部
１００　給気路
１０１　外気口
１０２　給気口
１０３　還気口
１０４　排気口
１０６，１０７，１０８　ファン
１１０　第２のバイパス経路
１１１，１１２，１１３　バルブ（第２の切り替え装置）
１２０　第１のバイパス経路
１２１，１２２，１２３　バルブ（第１の切り替え装置）
２００　排気路
５００　トイレの排気路
Ａ　空調空間
Ｒ　デシカントロータ
Ｉ　入力部
Ｏ　出力部

Claims (9)

  1. 　外気を空調空間へ給気する給気路と、
    　前記空調空間からの還気を排気する排気路と、
    　前記給気路に取り込まれた外気を、前記排気路を通過する前記還気と全熱交換する全熱交換部と、
    　前記給気路の、前記全熱交換部の下流側に設置され、前記外気を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルにより加熱された外気が通過するデシカントロータの再生側とを含む再生部と、
    　前記給気路の、前記再生部の下流側に設置され、前記デシカントロータの再生側を通過した外気を冷却する冷却コイルと、前記冷却コイルにより冷却された外気を除湿するデシカントロータの除湿側とを含む除湿部と、を備えることを特徴とする外気処理システム。
  2. 　前記給気路の、前記除湿部の下流側に配置され、前記除湿部を通過した外気を冷却する冷却部を更に備えることを特徴とする請求項１記載の外気処理システム。
  3. 　前記給気路の前記除湿部の下流側に設置された加湿部と、
    　前記給気路の、前記加湿部の下流側に配置され、前記加湿部を通過した外気を加熱する加熱部と、
    　前記給気路の、前記加熱コイルと前記デシカントロータの再生側の間と、前記除湿部と前記加湿部の間を接続する第１のバイパス経路と、
    　前記加熱コイルを通過した外気の前記デシカントロータへの導入を遮断して、当該外気を前記第１のバイパス経路を通過させ、前記加湿部に導入させる第１の切り替え装置と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の外気処理システム。
  4. 　前記空調空間の温度に応じて、冷房モード又は暖房モードを選択するモード選択部と、
    　前記モード選択部で暖房モードが選択された場合に、前記第１の切り替え装置を動作させる機構制御部と、
    　前記モード選択部で暖房モードが選択された場合に、外気が設定温度まで加熱されるように前記加熱部の加熱量を決定する第１の加熱量決定部と、
    　前記モード選択部での冷房モード又は暖房モードへの選択に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定する第２の加熱量決定部と、を有する制御装置を更に備え、
    　前記第２の加熱量決定部は、前記モード選択部で冷房モードが選択された場合には、前記デシカントロータの除湿側で要求される除湿量に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定し、前記モード選択部で暖房モードが選択された場合には、前記加湿部で要求される加湿量に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定することを特徴とする請求項３記載の外気処理システム。
  5. 　前記加湿部は気化式加湿器を備え、前記第２の加熱量決定部は、前記加湿部で加湿された外気が設定湿度となるように前記加熱コイルの加熱量を決定し、前記加湿部は、前記加熱コイルにより加熱された前記外気を設定湿度まで加湿することを特徴とする請求項４記載の外気処理システム。
  6. 　前記全熱交換部と前記再生部との間で、前記給気路と前記排気路を接続する第２のバイパス経路と、
    　前記外気の前記再生部への導入を遮断して、前記排気路の還気を前記第２のバイパス経路を通過させて前記給気路に導入する第２の切り替え装置と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の外気処理システム。
  7. 　前記空調空間のＣＯ２濃度に応じて、外気を前記空調空間に給気する定常運転と、還気を循環させて前記空調空間に給気する循環運転とのいずれかを選択する運転選択部と、
    　前記運転選択部で循環運転が選択された場合に、前記第２の切り替え装置を動作させる機構制御部と、を有する制御装置を更に備えることを特徴とする請求項６記載の外気処理システム。
  8. 　請求項３に記載の外気処理システムの制御装置であって、
    　前記空調空間の温度に応じて、冷房モード又は暖房モードを選択するモード選択部と、
    　前記モード選択部で暖房モードが選択された場合に、前記第１の切り替え装置を動作させる機構制御部と、
    　前記モード選択部で暖房モードが選択された場合に、外気が設定温度まで加熱されるように前記加熱部の加熱量を決定する第１の加熱量決定部と、
    　前記モード選択部での冷房モード又は暖房モードの選択に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定する第２の加熱量決定部と、を有し、
    　前記第２の加熱量決定部は、前記モード選択部で冷房モードが選択された場合には、前記デシカントロータの除湿側で要求される除湿量に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定し、前記モード選択部で暖房モードが選択された場合には、前記加湿部で要求される加湿量に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定することを特徴とする外気処理システムの制御装置。
  9. 　請求項３に記載の外気処理システムの制御方法であって、
    　前記空調空間の温度に応じて、冷房モード又は暖房モードを選択するモード選択処理と、
    　前記モード選択処理で暖房モードが選択された場合に、前記第１の切り替え装置を動作させる処理と、
    　前記モード選択処理で暖房モードが選択された場合に、外気が設定温度まで加熱されるように前記加熱部の加熱量を決定する第１の加熱量決定処理と、
    　前記モード選択処理での冷房モード又は暖房モードの選択に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定する第２の加熱量決定処理と、を有し、
    　前記第２の加熱量決定処理は、前記モード選択処理で冷房モードが選択された場合には、前記デシカントロータの除湿側で要求される除湿量に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定し、前記モード選択処理で暖房モードが選択された場合には、前記加湿部で要求される加湿量に応じて、前記加熱コイルの加熱量を決定することを特徴とする外気処理システムの制御方法。
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