JP2009097837A - 調湿調温デシカントロータ及びこれを用いたデシカント換気システム - Google Patents

Abstract

【課題】除湿や加湿の潜熱処理並びに顕熱処理に伴うエネルギーの無駄を削減し省エネ化を図るとともに、製造コストの低下を実現する。
【解決手段】給気路と排気路の流路方向に対し通気可能な開口13が形成されるとともに、吸着剤が内蔵された湿度交換部10と、該湿度交換部10の流路方向両端面に、通気可能な開口14が形成されるとともに、蓄熱体が内蔵された熱交換部11、12とを一体的に備えたデシカントロータ2を配設し、外気除湿運転時において、外気は、冷熱の放熱領域として機能する第１熱交換部11、湿分の吸着領域として機能する湿度交換部10、温熱の蓄熱領域として機能する第２熱交換部12の順で通過して室内に供給され、室内空気は、温熱の放熱領域として機能する第２熱交換部12、湿分の脱着領域として機能する湿度交換部10、冷熱の蓄熱領域として機能する第１熱交換部11の順で通過して外部に排気されるように構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、消費エネルギーの使用を抑制しながら、自動車、住居、オフィス、商業施設、体育館、イベント会場、工場などの室内空間を快適で衛生的な空気状態に保つための調湿調温デシカントロータ及びこれを用いたデシカント換気システムに関する。

近年、地球温暖化の傾向が顕著となり、その対策として主たる温室効果ガスである二酸化炭素の排出量を削減すべく、電力ならびに化石燃料の高効率使用（省エネルギー活動）が進められている。

その一方で、工場やオフィス、イベント会場などでの換気需要は年々増大し、換気に伴う外気処理（潜熱負荷、顕熱負荷）を如何に高効率に処理するかが大きな課題となっている。

以下に、従来の空調システムにおける換気時のエネルギー的問題点を具体的に示す。

夏季や梅雨時に高温多湿状態にある外気を直接室内へ導入すると、室内での除湿・冷房負荷が増大する結果、空調機のエネルギー消費量が大幅に増大する。

同様に冬季においては、低温乾燥状態にある外気を室内へ導入する結果、加湿・暖房負荷が増大するので加湿器や空調機のエネルギー消費は民生・業務・産業分野の消費エネルギー増大の一因となっている。すなわち、従来の空調機では、我が国のように高温多湿な季節を有する地域においては、除湿のために処理対象の空気を露点以下まで冷却し、空気中の水蒸気を水に凝縮（潜熱除去）して分離することによって除湿がなされ、その後この低温化した空気を再加熱するなどの非効率な運転が行われている（梅雨時などの運転形態）。

一般に空調機の冷房時理論ＣＯＰ（成績係数）は、作動媒体の蒸発温度Ｔevaと凝縮温度Ｔconとを用いて次式にて規定される。

冷房時理論COP ＝Ｔeva／（Ｔcon−Ｔeva）（但し、温度は絶対温度）
このため空調機で除湿を行う場合、蒸発温度Ｔevaを露点以下とする必要から、分母の（Ｔcon−Ｔeva）が大きくなるので、冷房時理論ＣＯＰは小さくなり、エネルギー効率が悪化する（凝縮温度Ｔconは外気温度で決まる）。

従って空調機による除湿が不要となれば、空調機は単に目的温度まで空気温度を低下させるだけで良く、凝縮潜熱を除去する負荷をはじめ、低温度領域まで空気を冷却する負荷からも開放される。

具体例を用いて詳述すると、夏季運転において、気温33℃、相対湿度60％の外気を、気温26℃、相対湿度50％まで冷却する場合、室内空気の露点は15℃程度となり、Ｔeva＝5℃、Ｔcon＝43℃と仮定すれば、理論COPは、（理論COP）＝（5＋273）／（43−5）＝7.3 となる。

これに対し、除湿を不要とした場合は、Ｔeva＝16℃、Ｔcon＝43℃ と見積もれるから、（理論COP）＝（16＋273）／（43−16）＝12.2となり、理論効率は67％上昇する。さらに、冷却負荷総量は凝縮熱分が入らないので空調機のエネルギー消費量が大幅に改善することが可能となる。

一方、冬季や乾燥季の場合は、空調機の暖房負荷は変わらないものの、乾燥した外気を加湿するためのエネルギー消費量が増大する。室内加湿には超音波加湿装置などが用いられるが、最終的に加湿分の蒸発潜熱によって室内空気温度が低減するため、この熱量に相当する電力を消費する。そのため、室内から室外へ排出される空気に含まれる水分を分離回収して、これを室外からの給気に添加すれば、加湿に伴う空調負荷が低減し、大幅な省エネルギーが実現できる。

近年、省エネルギー空調設備として、例えば下記特許文献１〜３に示されるようなデシカント方式の空調設備が提案されている。下記特許文献１では、除湿用吸込口と除湿用吹出口とを結ぶ除湿処理用空気通路と、換気用吸込口と換気用排出口とを結ぶ再生処理用空気通路とに跨るようにしてデシカントローターが備えられ、このデシカントローターに吸着剤が内装され、前記デシカントローターが一定速度で回転することによって、除湿処理用空気通路を通る空気からの吸湿を行うとともに、再生処理用空気通路を通る空気への放湿が行われる除湿換気システムが提案されている。

また、下記特許文献２では、少なくとも２つのデシカントをそれぞれ処理空気経路と再生空気経路に配置し、一方で処理空気中の水分を吸着し、他方で再生空気によって再生するようにした空調システムにおいて、前記再生空気経路にヒートポンプの高温熱源を配して再生空気を加熱し、前記処理空気経路にヒートポンプの低温熱源を配して処理空気を冷却する空調システムが提案されている。

さらに、下記特許文献３では、除湿ローターによって除湿された空気を顕熱交換ローターで冷却して室内に供給するようにし、室内からの還気を顕熱交換ローターに通して除湿ローターに吸着された湿気を脱着するようにするとともに、除湿ローターと顕熱交換ローターとの回転方向を互いに逆にした除湿空調装置が提案されている。
特開２００３−２９４２６７号公報 特開平１０−９６３３号公報 特開２００２−２８２６４１号公報

しかしながら、上記特許文献１、３記載の換気システムでは、快適な室内空調環境を維持する面では有意義であるが、多くの場合、吸着剤の乾燥（再生）に多くの加熱エネルギーを必要とするとともに、吸湿に伴う温度上昇のため、吸湿された空気の冷却に多くの冷熱エネルギーが必要となるなど省エネルギーの観点から問題があった。

また、上記特許文献２記載の空調システムでは、デシカント剤の吸脱着促進に専用の冷凍機が必要であることから、省エネルギー化が図れないとともに、設備コストや運転コストの増大、更には設置スペースが大型化するなどの問題があった。

ところで、上記特許文献３には、図５に示されるデシカントロータと顕熱交換ロータの通風温度分布が示されている。この温度分布から明らかように、デシカントローターを通過した空気温度は回転位置により大きく変化しており、空気の通過部位によっては全く通過空気の除湿や加湿が行われず、いたずらに空気が通過してしまう状況にあり、エネルギー的な無駄があった。

以下、具体的に示すと、同図中「脱着ゾーン出口温度分布」に示されるように、再生側の終端付近はかなりの高温状態となっているとともに、吸着ゾーン５１の始端付近は脱着ゾーン５２の回転方向終端の高温状態をそのまま維持して、相当な高温状態となっている（同図中、「脱着ゾーン出口空気温度分布」及び「吸着ゾーン出口温度分布」参照）。図示されるように、デシカントロータ５０では、脱着ゾーン５２の前段に設けられたヒーター５３によって、脱着ゾーン５２を通過する空気が加熱されて再生が行われるようになっているが、この再生のために加熱された高温空気（低相対湿度空気）は、高温のまま脱着ゾーン５２を通過していることになる。このことは、再生のために投入された加熱エネルギーのムダを意味している。

さらに、吸着ゾーン５１の回転方向始端付近においては、高湿度の外気が加熱されることにより低相対湿度となり、当該吸着ゾーン５１で有効な吸着作用が発揮されない状態となっているため、当然のことながら、この付近を通過する外気の絶対湿度は低下せずに、すっぽ抜けの状態となっている。

一方、吸着ゾーン５１の回転方向終端付近においては、デシカントロータ５０に水分がたっぷりと吸着された状態であるため、この付近の吸着作用は微弱化しており、この付近を通過する外気は低湿化されないまま通過してしまう（水分吸着に伴う温度上昇がない）。このため、後段の顕熱交換ロータ５４の吸熱効率が低下し、ヒーター５３による加熱量を増加せざるを得ない状況となり、省エネ性が損なわれる結果となっている。

他方、従来のデシカントロータの製作では、回転摺動する両端面の加工処理に多くの手間と時間が掛かっていた。すなわち、摺動面を形成する板金加工工程、端面の面だし工程等の加工処理が必要であるとともに、近年は湿分脱着素子として、紙又は樹脂膜に吸湿性を有する吸着剤を担持させた吸湿平板と該吸湿平板をコルゲート加工した吸湿波板とを交互に積層して、前記吸湿平板間に通気可能な開口を複数形成した積層体とし、この積層体を前記開口の通気方向を軸方向として円筒状に巻回したものが多く用いられているが、この場合は両端面を固化するための含浸工程が必要となり、製造コストが嵩む原因となっていた。

そこで本発明の第１課題は、吸着剤によって外気の除湿又は加湿を行うデシカント方式の空調設備に係り、除湿や加湿の潜熱処理並びに顕熱処理に伴うエネルギーの無駄を削減し省エネ化を図るとともに、製造コストの低下を実現した調湿調温デシカントロータを提供することにある。

また、第２課題は上記調湿調温デシカントロータを用いたデシカント換気システムを提供することにある。

前記第１課題を解決するために請求項１に係る本発明として、吸着剤を備えた湿度交換部と、この湿度交換部の流路方向前後端面に夫々、蓄熱体を備えた熱交換部とを一体的に組み合わせたことを特徴とする調湿調温デシカントロータが提供される。

上記請求項１記載の発明では、湿度交換部の両側を熱交換部で挟み込んだサンドイッチ構造とすることにより、外気除湿運転時において、外気は冷熱の放熱領域として機能する一方側熱交換部、湿分の吸着領域として機能する湿度交換部、温熱の蓄熱領域として機能する他方側熱交換部の順で通過して空気調整された後、室内に供給される流路が構成される一方、室内空気は温熱の放熱領域として機能する他方側熱交換部、湿分の脱着領域として機能する湿度交換部、冷熱の蓄熱領域として機能する一方側熱交換部の順で通過して空気調整された後、外部に排気される流路が構成されることになる。

従って、夏季などの湿度の高い外気を室内に取り込む際は、水蒸気を吸着する湿度交換部を通過させることで外気中の水蒸気量を低減させるが、その工程で発生する吸着熱を他方側熱交換部に蓄えることで、通過する空気温度の上昇を抑制することが可能となる（温度上昇抑制機能）。この温熱は、ロータの回転によってその後に還気流路に入ると、還気が暖められ、相対湿度を低下させる。

一方、室内から屋外に排気される還気は、前記吸着熱を蓄えた熱交換部を通過することで温度が上昇し、その相対湿度が低下した後に、湿度交換部に流入するので、湿度交換部において吸着剤を高効率に再生することが可能となる。この再生工程は、吸熱反応となるため通過空気の温度は低下するが、この時の冷熱は一方側熱交換部に蓄えられることで通過する空気温度の低下を抑制することが可能となる（温度低下抑制機能）。この冷熱は、ロータの回転によってその後に給気流路に入ると、外気が冷却され、相対湿度が増大することから、湿度交換部での吸着が効率的に行われるようになる。

以上詳説したように、前記温度上昇抑制機能と温度低下抑制機能とにより、外気及び還気の温度変化が最小化されるとともに、熱交換部で蓄えられた熱（温熱、冷熱）がすべて湿度交換部での吸着や再生を効率的に進めるために利用されるため、除湿や加湿の潜熱処理並びに顕熱処理に伴うエネルギーの無駄を削減し、大幅な省エネ化が図れるようになる。

また、湿度交換部の両端に、熱交換部が一体的に備えられているため、前記湿度交換部においては、湿度交換部端面の平滑化処理、シール及び摺動加工処理、回転軸を設けるための工程などを一切省略できるようになるため、製造コストの大幅な低下をもたらすことが可能となる。

請求項２に係る本発明として、円筒形状のケーシング内に、紙又は樹脂膜に吸湿性を有する吸着剤を担持させた吸湿平板と該吸湿平板をコルゲート加工した吸湿波板とを交互に積層して、前記吸湿平板間に通気可能な開口を複数形成した積層体とし、この積層体を前記開口の通気方向を軸方向として円筒状に巻回して形成される湿度交換部と、この湿度交換部の流路方向前後端面に夫々、金属材からなる蓄熱平板と該蓄熱平板をコルゲート加工した蓄熱波板とを交互に積層して、前記蓄熱平板間に通気可能な開口を複数形成した積層体とし、この積層体を前記開口の通気方向を軸方向として円筒状に巻回して形成される熱交換部とを一体的に組み合わせて収容したことを特徴とする調湿調温デシカントロータが提供される。

上記請求項２記載の発明は、前記デシカントロータの好適な構成形態を示したものである。本デシカントロータは、紙又は樹脂膜を基材として開口が形成された湿度交換部の流路方向両端に、金属材を基材として開口が形成された熱交換部が一体的に組み合わされて構成されているため、従来の紙又は樹脂膜を基材として吸着剤が担持させた湿度交換部のみからなる除湿ロータに比べて、次のような利点がある。

まず第１に、従来より除湿ロータとダクトとの間にはシール材を設けて空気漏洩の防止が図られているが、従来の除湿ロータは、端面が前記紙又は樹脂膜からなる基材によって形成されているため、凹凸やゆがみが生じ、シール材との間に隙間ができて空気が漏洩し易いなどの問題があった。これに対し、本発明に係るデシカントロータは、紙又は樹脂膜を基材として開口が形成された湿度交換部の両端に、金属材を基材として開口が形成された熱交換部が一体的に備えられているため、デシカントロータの両端を比較的容易に平滑に仕上げることができ、空気の漏洩が確実に防止できるようになる。

第２に、従来の除湿ロータでは両端面を固化するため、含浸などの工程が必要となっていたが、本発明に係るデシカントロータではそのような工程が不要となり、製造コストが大幅に低減できるとともに、両端面の固化処理に伴う湿分吸脱着作用の低減が防止できるようになる。

第３に、従来の除湿ロータでは、両端面がシール材との摺動によって基材またはシール材が容易に摩耗して、空気の漏洩の発生、ロータの交換などによるランニングコストの増大、湿分吸脱着作用の低減などの問題が生じていたが、本発明に係るデシカントロータでは、前記構成とすることによりこれらの問題が解決される。

更には、円筒形状のケーシング内に、湿度交換部と熱交換部とを収容したため、円筒形状ケーシングの中心に回転軸を設置するのが容易となり、堅固な状態で回転軸を固定する手段が確保されることになる。

請求項３に係る本発明として、前記蓄熱平板及び蓄熱波板として、アルミニウム薄板が使用されている請求項２記載の調湿調温デシカントロータが提供される。

上記請求項３記載の発明は、前記蓄熱平板及び蓄熱波板として、アルミニウム薄板を使用することで、デシカントロータの重量軽減と端面剛度を適度なものとすることが可能になるとともに、凹凸やバリなどの発生を防止することが可能となる。

請求項４に係る本発明として、前記湿度交換部に形成される開口の等価水力直径は、前記熱交換部に形成される開口の等価水力直径に対し、同等かそれ以下である請求項２，３いずれかに記載の調湿調温デシカントロータが提供される。

上記請求項４記載の発明は、前記湿度交換部に形成される開口と、前記熱交換部に形成される開口の関係を規定したものである。前記湿度交換部に形成される開口の等価水力直径は、前記熱交換部に形成される開口の等価水力直径に対し、同等かそれ以下とすることにより、外気が「一方側熱交換部」→「湿度交換部」→「他方側熱交換部」を流れる流路と、還気が「他方側熱交換部」→「湿度交換部」→「一方側熱交換部」を流れる流路とが区分されて確実に形成されるようになる。ここで、前記等価水力直径とは、任意形状流路（円以外）の断面と等価な円管断面の直径のことである。

請求項５に係る本発明として、前記湿度交換部の流路方向長さは、前記各熱交換部の流路方向長さより長くしてある請求項１〜４いずれかに記載の調湿調温デシカントロータが提供される。

上記請求項５記載の発明は、湿度交換部の流路方向長さと、前記各熱交換部の流路方向長さを定性的に規定したものである。湿度交換部の流路方向長さを、各熱交換部の流路方向長さより長くすることで、通気抵抗の主体が湿度交換部となり、不用意な通風抵抗の上昇が抑制されるようになる。

請求項６に係る本発明として、前記吸着剤として、高分子収着剤又はイモゴライトが用いられている請求項１〜５いずれかに記載の調湿調温デシカントロータが提供される。

上記請求項６記載の発明は、吸着剤の好ましい形態を規定したものである。吸着剤として、高効率な高分子収着剤又はイモゴライトを使用することで、外気が熱交換部で低温下され、相対湿度が１００％近傍となっても、湿度交換部で良好な吸着作用を維持することが可能となる。

上記第２課題を解決するために請求項７に係る本発明として、外部から室内への給気路と室内から外部への排気路とが隣接配置され、これら給気路と排気路とに跨るように、請求項１〜６いずれかに記載の調湿調温デシカントロータを配設し、
外気除湿運転時において、外気は、冷熱の放熱領域として機能する一方側の熱交換部、湿分の吸着領域として機能する湿度交換部、温熱の蓄熱領域として機能する他方側の熱交換部の順で通過して空気調整された後、室内に供給され、一方室内空気は、温熱の放熱領域として機能する他方側の熱交換部、湿分の脱着領域として機能する湿度交換部、冷熱の蓄熱領域として機能する一方側の熱交換部の順で通過して空気調整された後、外部に排気されるようにしたことを特徴とするデシカント換気システムが提供される。

上記請求項７記載の発明は、調湿調温デシカントロータを使用したデシカント換気システムの基本構成例を示したものである。

請求項８に係る本発明として、前記調湿調温デシカントロータと給気路及び排気路を構成するダクトとの摺動部には、空気漏れを防止する円周方向シールと、給気路と排気路とを区分する半径方向シールとからなるシール材が配設されるとともに、各シール材の幅は前記熱交換部に形成される開口の等価水力直径の３倍以上としてある請求項７記載のデシカント換気システムが提供される。

上記請求項８記載の発明では、デシカントロータと給気路及び排気路を構成するダクトとの摺動部に配設されるシール材（円周方向シール及び半径方向シール）の幅を、前記熱交換部に形成される開口の等価水力直径の３倍以上とすることにより、給気路と排気路とが隣接配置されたデシカントロータでも、給気路と排気路との空気の横断（混合）が防止され、調湿調温性能が維持できるようになる。

請求項９に係る本発明として、前記調湿調温デシカントロータは、所定時間毎に、前記回転軸を１８０度ずつ正方向又は逆方向に回転させることにより、各部の機能が断続的に入れ替わる流路構成、又は前記回転軸を一定の角速度で回転させることにより、各部の機能が連続的に入れ替わる流路構成のいずれかを選択可能としてある請求項７〜８いずれかに記載のデシカント換気システムが提供される。

上記請求項９記載の発明は、デシカントロータの流路の入れ替え方式を規定したものであり、使用者の使用目的などに応じて、所定時間毎に、前記回転軸を１８０度ずつ正方向又は逆方向に回転させることにより、各部の機能が断続的に入れ替わる方式、又は前記回転軸を一定の角速度で回転させることにより、各部の機能が連続的に入れ替わる方式のいずれかを選択できるようにする。

以上詳説のとおり本発明によれば、吸着剤によって外気の除湿又は加湿を行うデシカント方式の空調設備に係り、給気路及び排気路を通る空気の温度変化が最小化されるとともに、熱交換部で蓄えられた熱（温熱、冷熱）がすべて湿度交換部での吸着や再生を効率的に進めるために利用されるため、除湿や加湿の潜熱処理並びに顕熱処理に伴うエネルギーを削減し、省エネ化を図ることができるとともに、製造コストを大幅に低下することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。以下、調湿調温デシカントロータ２、これを用いたデシカント換気システム１の順で説明する。

《調湿調温デシカントロータ２》
本調湿調温デシカントロータ２（以下、単にデシカントロータという。）は、図１に示されるように、吸着剤を備えた湿度交換部１０と、この湿度交換部１０の流路方向前後端面に夫々、蓄熱体を備えた熱交換部１１，１２とを一体的に組み合わせた構造とされる。ここで、前記湿度交換部１０と、前記熱交換部１１，１２との接続部は、空気漏れが起こらないように、エアタイトな構造で接続されることが重要である。

前記デシカントロータ２の好適な態様は、前記湿度交換部１０は、図２に示されるように、紙又は樹脂膜に吸湿性を有する吸着剤を担持させた吸湿平板１５と該吸湿平板１５を断面が波形、三角形、四角形又は多角形などとなるようにコルゲート加工した吸湿波板１６とを交互に積層して、前記吸湿平板１５、１５間に通気可能な開口１３、１３…を複数形成した積層体とし、この積層体を前記開口１３の通気方向を軸方向として円筒状に巻回して形成したものとし、一方前記熱交換部１１，１２は、金属材からなる蓄熱平板１７と該蓄熱平板１７を断面が波形、三角形、四角形又は多角形などとなるようにコルゲート加工した蓄熱波板１８とを交互に積層して、前記蓄熱平板１７、１７間に通気可能な開口１４、１４…を複数形成した積層体とし、この積層体を前記開口１４の通気方向を軸方向として円筒状に巻回して形成したものとし、図１に示されるように、円筒形状のケーシング２０内に、前記湿度交換部１０を中央とし、流路方向前後端面に夫々、前記熱交換部１１，１２を一体的に組合せて収容した構造とされる。以下、湿度交換部１０に対して、流路方向の外部側（外気側）を第１熱交換部１１とし、内部側（室内側）を第２熱交換部１２として説明する。

前記湿度交換部１０で使用される吸着剤としては、従来より公知のシリカゲル、ゼオライト、高分子吸着剤、イモゴライトなどを使用することができるが、本発明ではこれら各吸着剤のうち、高分子吸着剤及び／又はイモゴライトを使用することが望ましい。特に、流通空気の相対湿度が１００％又はその近傍における吸着剤の単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率が、流通空気の相対湿度が５０％又はその近傍における吸着剤の単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率の２倍以上である性質を有するものを使用することが望ましい。かかる性質を有する吸着剤の構造としては、例えば特開平11-262621号公報に記載されるように、アニオン交換性基およびカチオン交換性基を有する両性イオン交換体である有機高分子からなり、かつ架橋構造を有する高吸放湿性高分子を用いることができる。上記「イモゴライト」は、高分子吸着剤と同等な吸湿率を有する吸湿剤で、ナノチューブ状をした低結晶性アルミニウムケイ酸塩(SiO₂・Al₂O₃・2H₂O)であり、寸法は、外径：約2nm、内径：約1nm、長さ：数十nm〜数μmである。

また、前記蓄熱平板１７，蓄熱波板１８としては、種々の金属材の内、好ましくはアルミニウム薄板を使用するのが望ましい。また、腐食防止などのため、塗装処理やアルマイト処理、電気メッキ処理などの各種表面処理を施すことができる。

前記デシカントロータ２の一方側端面から流入した空気は、前記湿度交換部１０、第１熱交換部１１及び第２熱交換部１２が一体的に形成されているため、前記開口１３、１４を直進して、他方側端面に流出できるようになっている。

そして、外気除湿運転時においては、給気路では、外気が、冷熱の放熱領域として機能する第１熱交換部１１、湿分の吸着領域として機能する湿度交換部１０、温熱の蓄熱領域として機能する第２熱交換部１２の順で通過して空気調整された後、室内に供給される流路構成となっている。一方、排気路では、室内空気が、温熱の放熱領域として機能する第２熱交換部１２、湿分の脱着領域として機能する湿度交換部１０、冷熱の蓄熱領域として機能する第１熱交換部１１の順で通過して空気調整された後、外部に排気される流路構成となっている。

ここで、デシカントロータ２では湿分調整を主目的とし、流通空気は前記開口１３、１４内を通過する際に、デシカントロータ２に内蔵される蓄熱体又は吸着剤との熱交換又は湿度交換が行われることから、流通空気の湿度調整が確実になされるようにするため、前記湿度交換部１０に形成される開口１３の断面の大きさは、この開口１３の断面と等価な円形断面の直径である等価水力直径が、前記第１熱交換部１１及び第２熱交換部１２に形成される各開口１４の等価水力直径に対して同等かそれ以下とすることが好ましい。

さらに、同様の理由から、流通空気の湿度調整が確実になされるようにするため、前記湿度交換部１０の流路方向長さを、前記第１熱交換部１１及び第２熱交換部１２の各流路方向長さより長く形成することが好ましい。また、湿度交換部の流路方向長さを、各熱交換部の流路方向長さより長くすることで、通気抵抗の主体が湿度交換部となり、不容易な通風抵抗の上昇が抑制されるようになる。

従来、吸着剤が内蔵された湿度交換部のみからなるデシカントロータの場合、吸着剤を定着させる基材が一般に紙又は樹脂膜などからなるため、摺動部となる端面を平滑に仕上げるために、デシカントロータ端面の基材を固化処理したり、シール材とデシカントロータ端面との間にドーナツ型の座板などを設けたりする必要が生じ、製造コストが嵩んでいた。

これに対し、本デシカントロータ２では、湿度交換部１０の流路方向両端部に夫々、熱交換部１１，１２を一体的に備えて構成されているため、湿度交換部（デシカント部）の端面仕上げが不要になるとともに、デシカントロータ２の両端部は、前記熱交換部１１，１２で構成され、該熱交換部１１，１２の開口形成部材は通常金属材からなるため、デシカントロータ２の端面を簡単に平滑に仕上げることが可能になるとともに、耐摩耗性も十分に備えるようになり、デシカントロータ２とダクトとの間にシール材９を設けるだけで十分な空気の漏洩防止が図れるようになる。また、シール箇所数が２面で済むようになり、製造コストが大幅に低減できるようになる。

《デシカント換気システム１》
次いで、上記調湿調温デシカントロータ２を用いたデシカント換気システム１について詳述する。図３は、本発明に係るデシカント換気システム１のシステム構成図である。

本デシカント換気システム１では、図３に示されるように、外部から室内への給気路を構成するダクトと、室内から外部への排気路を構成するダクトとが隣接して配置された中間に、これら給気路と排気路とに跨るように前述したデシカントロータ２が配設されて構成される。前記給気路の外気導入路及び排気路の室内空気導入路には、それぞれ、フィルター３、４及びファン５、６が配設されている。また、デシカントロータ２より室内側の給気路には冷却器７が配設されるとともに、排気路の室内側には加熱器８が配設され、それぞれ流通空気の冷却及び加熱が行われるようになっている。なお、これら冷却器７及び加熱器８は、空調状態に応じて任意に配設する。

図４に示されるように、デシカントロータ２と給気路及び排気路を構成する各ダクトとの間の摺動部には、流通空気が各流路から漏洩しないようなシール材９、９…が設けられている。このシール材９は、前記デシカントロータ２端面の通気部分の外縁にほぼ沿う円周方向のシール材部９ａと、前記デシカントロータ２端面の通気部分を略半分に分割する半径方向のシール材部９ｂとによって構成されている。このシール材９によって、デシカントロータ２が回転しても、デシカントロータ２の端面と各流路を構成するダクトとの摺動がスムーズに行われるとともに、一方の流路から流入した空気がデシカントロータ２の直径方向に略半分の領域を直進できるようになっている。

前記シール材９の幅Ｔは、前記熱交換部１１、１２に形成される開口１４の等価水力直径の３倍以上とすることが望ましい。これにより、給気路と排気路との境界部において、給気と還気の混合を確実に防止することができるようになる。

一方、前記デシカントロータ２は、ケーシング２０の中心部に流路方向に沿って設けられた回転軸２１によって回転自在に支持され、このデシカントロータ２の回転によって、湿度交換部１０及び熱交換部１１、１２のそれぞれについて、給気路側で機能する部位と、排気路側で機能する部位とが入れ替えできるようになっている。さらに、本デシカント換気システム１では、所定時間毎に、前記回転軸２１を１８０度ずつ正方向又は逆方向に回転させることにより、各部の機能が断続的に入れ替わる方式、又は前記回転軸２１を一定の角速度で回転させることにより、各部の機能が連続的に入れ替わる方式のいずれかの方式が選択できるようになっている。上記入れ替え方式は、換気システム１の使用目的、室内の環境条件などに応じて選択される。

図３に示される本システムにおいて、冷却器７及び加熱器８を省略したデシカント換気システム１によって、室内の空調運転を行った。なお、デシカントロータ２の切り換え方式は、所定時間毎に１８０°回転させる方式とした。このときの外気入口（ａ点）、還気入口（ｂ点）、外気出口（ｃ点）の温度、絶対湿度、比エンタルピーをそれぞれ複数回測定するとともに、外気と還気の比エンタルピー差（ａ点とｂ点の比エンタルピー差）、外気出入口の比エンタルピー差（ａ点とｃ点の比エンタルピー差）及び全熱交換効率を算出した結果を下表１に示す。ここで、全熱交換効率は、外気入口の比エンタルピーをＨ１、外気出口の比エンタルピーをＨ２、還気入口の比エンタルピーをＨ３としたとき、全熱交換効率＝（Ｈ１−Ｈ２）／（Ｈ１−Ｈ３）の式から求めた。

この結果、外気の除湿が十分に行われているとともに、この除湿に伴う温度上昇が熱交換部（第２熱交換部１２）にて冷却され、室内へ送り込まれる際には還気の温度と比べて、あまり差は無いことが分かる。すなわち、従来のデシカントロータと比べて過大な温度差が抑制され、高湿度な外気から水分を吸着する際の発熱による通過空気の温度上昇（空気１kg中から１gの水分を吸着すると約2.5℃の温度上昇）に対し、外気の出口温度の上昇は僅かであり、デシカントロータ２通過後の空気温度を還気温度と同程度まで低下できるようになり、冷却手段の省略又は小負荷運転で済むようになるため、無駄なエネルギーの消費が削減され、省エネ化が図れるようになる。

また、外気と還気の比エンタルピー差（Ａ）に対する外気出入口の比エンタルピー差（Ｂ）の比率は約７０％程度である。これは、本発明による換気システムを全熱交換システムとして見た際の全熱交換効率に相当するが、従来の静止型全熱交換器の性能が夏場約60％未満、回転型全熱交換器の性能が圧力損失値100Pa程度の条件で、夏場に65％程度であることを考えれば、本発明換気システムが優れた特性を有していることが判る。

デシカントロータ２の構成概要斜視図である。 (A)は湿度交換部１０の開口１３、(B)は熱交換部１１、１２の開口１４の形成要領を示す斜視図である。 本発明に係るデシカント換気システム１の構成概要図である。 (A)はデシカントロータ２と給気路及び排気路の摺動部を拡大した縦断面図、(B)はそのＢ−Ｂ断面図である。 従来の除湿空調装置の実施例を示す説明図である。

符号の説明

１…デシカント換気システム、２…デシカントロータ、３・４…フィルター、５・６…ファン、７…冷却器、８…加熱器、９…シール材、１０…湿度交換部、１１・１２…熱交換部、１３・１４…開口、１５…吸湿平板、１６…吸湿波板、１７…蓄熱平板、１８…蓄熱波板、２０…ケーシング、２１…回転軸

Claims (9)

1. 吸着剤を備えた湿度交換部と、この湿度交換部の流路方向前後端面に夫々、蓄熱体を備えた熱交換部とを一体的に組み合わせたことを特徴とする調湿調温デシカントロータ。
2. 円筒形状のケーシング内に、紙又は樹脂膜に吸湿性を有する吸着剤を担持させた吸湿平板と該吸湿平板をコルゲート加工した吸湿波板とを交互に積層して、前記吸湿平板間に通気可能な開口を複数形成した積層体とし、この積層体を前記開口の通気方向を軸方向として円筒状に巻回して形成される湿度交換部と、この湿度交換部の流路方向前後端面に夫々、金属材からなる蓄熱平板と該蓄熱平板をコルゲート加工した蓄熱波板とを交互に積層して、前記蓄熱平板間に通気可能な開口を複数形成した積層体とし、この積層体を前記開口の通気方向を軸方向として円筒状に巻回して形成される熱交換部とを一体的に組み合わせて収容したことを特徴とする調湿調温デシカントロータ。
3. 前記蓄熱平板及び蓄熱波板として、アルミニウム薄板が使用されている請求項２記載の調湿調温デシカントロータ。
4. 前記湿度交換部に形成される開口の等価水力直径は、前記熱交換部に形成される開口の等価水力直径に対し、同等かそれ以下である請求項２，３いずれかに記載の調湿調温デシカントロータ。
5. 前記湿度交換部の流路方向長さは、前記各熱交換部の流路方向長さより長くしてある請求項１〜４いずれかに記載の調湿調温デシカントロータ。
6. 前記吸着剤として、高分子収着剤又はイモゴライトが用いられている請求項１〜５いずれかに記載の調湿調温デシカントロータ。
7. 外部から室内への給気路と室内から外部への排気路とが隣接配置され、これら給気路と排気路とに跨るように、請求項１〜６いずれかに記載の調湿調温デシカントロータを配設し、
   外気除湿運転時において、外気は、冷熱の放熱領域として機能する一方側の熱交換部、湿分の吸着領域として機能する湿度交換部、温熱の蓄熱領域として機能する他方側の熱交換部の順で通過して空気調整された後、室内に供給され、一方室内空気は、温熱の放熱領域として機能する他方側の熱交換部、湿分の脱着領域として機能する湿度交換部、冷熱の蓄熱領域として機能する一方側の熱交換部の順で通過して空気調整された後、外部に排気されるようにしたことを特徴とするデシカント換気システム。
8. 前記調湿調温デシカントロータと給気路及び排気路を構成するダクトとの摺動部には、空気漏れを防止する円周方向シールと、給気路と排気路とを区分する半径方向シールとからなるシール材が配設されるとともに、各シール材の幅は前記熱交換部に形成される開口の等価水力直径の３倍以上としてある請求項７記載のデシカント換気システム。
9. 前記調湿調温デシカントロータは、所定時間毎に、前記回転軸を１８０度ずつ正方向又は逆方向に回転させることにより、各部の機能が断続的に入れ替わる流路構成、又は前記回転軸を一定の角速度で回転させることにより、各部の機能が連続的に入れ替わる流路構成のいずれかを選択可能としてある請求項７〜８いずれかに記載のデシカント換気システム。

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