JP2010121921A - 静止型除湿器を備えた空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな設計による省エネタイプの空調システムとすること。
【解決手段】空気を通す多数の通路を有し、可逆的な吸放湿機能を備えた静止型除湿器３，４と、通風路に温水を循環する加熱管を配設した空気加熱器１，２と、外気を吸引する送風機１２とを備えた空気通路を２系統併設し、個々の空気通路に配設した前記空気加熱器への温水の流入路６及び外部への温水の排水路７を接続し、数分間隔で交互に一方の前記空気加熱器に切替える切替弁を流入路、排水路に配置すると共にこの空気加熱器の下流に設けた前記静止型除湿器３，４から排出する空気を大気中に排出または間接式気化冷却器５に供給する切替弁１０，１１を各空気通路に配置し、前記両空気通路から前記間接式気化冷却器を経由して冷却された冷気を室内または車内に供給する空調システムの構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、家庭や自動車の空調システム等に使用される静止型除湿器を備えた空調システムに関する。

空調システムの除湿器として一般的に円形で除湿材を充填した除湿ローターを回転して使用している。しかし回転型のために空気通路（通風路）は断面形状が円形であり、装置が大型になっている。また、回転する除湿ローターへ気流を送り込む部分の動シールが必要であって、回転機構部分の構成も複雑で高価なものとなっている。特に、蓄電池と内燃機関エンジンを搭載したハイブリッド型自動車においては、蓄電池を装備し、この電気量によってモータを回動して自動車を動かすものであるから、蓄電池の容量には限りがあるため、蓄電池の電気は自動車の動力源として使用する以外の目的（例えば、車内エアコン、除湿ローターの電動モータ）には極力電気の使用量を最小に抑える必要がある。

回転ローターを使用しない除湿器として特開平０５−１６４３５９公報に記載されている静止型除湿器が知られている。この静止型除湿器は可逆的な吸湿と放湿とが可能なもので、除湿器が動かない構成であるため、動シールや回転機構部分が扶養で簡素な構成をとることができ製造も比較的容易である。この除湿剤としてシリカゲル、ゼオライト、高分子ポリマー、活性アルミナ等である。この静止型除湿器は吸湿剤を付着したコルゲート材やハニカム材を捲層して円柱状に構成したり、積層して六面体のブロックとして構成したりしている。

自動車用の空気調節（以下空調と称す）器としては、一般に圧縮器による空調システムが使用され、この圧縮器は自動車のガソリンエンジン（内燃機関）を動力として動かしている。しかし、ハイブリット車においては自動車を動かす動力源の一部は蓄電池であり、この蓄電池の電気量を使用して圧縮器のモータを駆動した場合、使用電気量が増加し、蓄電池の電気量による走行距離が短縮されることになる。従って、ハイブリット車においては従来のエンジン式のような空調システムの使用は困難である。一方、圧縮器による空調は、過冷却方式であり、過冷却による除湿、冷却を行う方式であるために相当なエネルギーを使用することになっている。

特開平０５−１６４３５９公報 実開平０６−００８１４号公報第１頁

特許文献１は一般的な家庭内で使用する除湿器であり、一個の静止型除湿器を備えて、流入する外気（大気）の空気通路を切り替えることにより除湿剤を再生するものである。また、特許文献２に記載のように従来のヒートポンプ式空調装置を搭載した電気自動車は圧縮器を使用して空気を冷却するため電気消費量が多く、蓄電池の電気容量が直ちに消費されるため、実用的ではなかった。

本発明の空調システムでは除湿ローターを使用せず、温度上昇した空気を冷却するに加湿せずに水の気化現象で顕熱（温度）だけを下げる冷却方法にし、エネルギーを使用せずに冷却が可能としたものである。
本発明は、除湿装置の除湿剤の再生熱源として、内燃機関エンジンのラジエータの温水、または排気管によって加熱された温水を利用する空気加熱器を使用し、静止型除湿器及び間接式気化冷却器を組み合わせて一回充電した蓄電池で長距離走行可能な最小の電気エネルギーで可能な空調システムを提供するものである。
本発明は、乾式の静止型除湿器及び冷却には水の気化現象を利用した間接式気化冷却器を使用して、ラジエータの空気加熱器により電気使用量を極力小さくすることを目的とするものである。

本発明は、内燃機関の排気ガスなどを利用することでエネルギー効率を大幅に改善し、静止型除湿器を通過後の顕熱の制御には圧縮器を使用せず、水の気化現象による空気を冷却することでシステム全体のエネルギー効率を更に向上させ、省エネルギーを図ることができる静止型除湿器と間接式気化冷却器を備えた空調システムを提供する。

本発明の課題は、以下の構成によって達成できる。
空気を通す多数の通路を有し、可逆的な吸放湿機能を備えた静止型除湿器と、通風路に温水を循環する加熱管を配設した空気加熱器と、外気を吸引する送風とを備えた空気通路を２系統併設し、大気流入側から送風機、空気加熱器、静止型除湿器を順次配設し、個々の空気通路に配設した前記空気加熱器への温水の流入路及び外部への温水の排水路を接続し、数分間隔で交互に一方の前記空気加熱器に切替える切替弁を流入路、排水路に配置すると共にこの空気加熱器の下流に設けた前記静止型除湿器から排出する空気を大気中に排出または間接式気化冷却器に供給する切替弁を各空気通路に配置し、前記両空気通路から前記間接式気化冷却器を経由して冷却された冷気を室内または車内に供給する静止型除湿器を有する空調システムの構成である。

本発明の前記課題は、空気を通す多数の通路を有し、可逆的な吸放湿機能を備えた静止型除湿器と、通風路に温水を循環する加熱管を配設した空気加熱器と、外気を吸引する送風機とを備えた空気通路を２系統併設し、大気流入側から送風機、空気加熱器、静止型除湿器を順次配設し、個々の空気通路に配設した前記空気加熱器への温水の流入路及び外部への温水の排水路を接続し、数分間隔で交互に一方の前記空気加熱器に切替える切替弁を流入路、排水路に配置すると共に前記空気加熱器の下流に設けた前記静止型除湿器から排出する空気を大気中に排出または間接式気化冷却器に供給する切替弁を各空気通路に配置し、前記両空気通路から前記間接式気化冷却器を経由して冷却された冷気を車内に供給し、蓄電池を搭載したハイブリッド型電気自動車内の空気調節を行う自動車の空調システムの構成によって達成できる。

本発明の前記課題は、前記空気加熱器が自動車の内燃機関エンジンのラジエータからの温水または内燃機関エンジンの排気管によって加熱された温水を循環して送風機によって流入する空気を加熱して前記静止型除湿器に供給し、除湿剤を再生する構成によって達成できる。

自動車の駆動源として蓄電池と内燃機関エンジンを搭載しているハイブリット型の空調システムにおいて、外気（大気）を送風機によって流入する通路に温水の循環する熱交換部を備えた空気加熱器を配置し、この空気加熱器への温水の供給をＯＮ、ＯＦＦすることにより静止型除湿器へ流入する外気の温度制御するようにしてあるから、２個の静止型除湿器に流入する外気の温度が異なる。空気加熱器の温水の供給がＯＮのときは加熱された外気が静止型除湿器に供給されて除湿剤を再生すえることになり、空気加熱器の温水の供給がＯＦＦのとき外気は通常の温度で静止型除湿器に供給されて除湿されて冷却される。

本発明の空調システムの大気流入通路に温水コイルを有する空気加熱器を配置し、この温水コイルにラジエータの温水または自動車のエンジンの排気管の熱源によって作られた温水を流し、この温水で加温された空気を静止型除湿器に導入して除湿剤を再生処理する。

本発明の空調システムを使用する電気自動車は、自動車の走行のための駆動源として蓄電池を使用するものであり、この蓄電池の他に従来の内燃機関エンジンを搭載して、走行しながら両方の駆動源を交互に使用して走行するハイブリッド型自動車である。

本発明の室内または車内に供給する除湿された外気は前記間接式気化冷却器を使用してあるから、この間接式気化冷却器は水の気化熱を利用した構成であり、これらの冷却器については本発明出願人が先に出願した特開２００４−１９０９０７号公報、特開２００４−３４０５５１号公報、特開２００８−１０１８９０号公報などに記載される間接式気化冷却器である。

本発明の空調システムは外気を除湿すると共にこれを通過した温度の上昇した空気が圧縮器を使用せず水だけによる間接式気化冷却器で冷却されて室内または車内に供給されるからヒートポンプの気化部（圧縮器）の冷却に比較して電気の使用量を大幅に低減できる。しかも、自動車に搭載したときには静止型除湿器の除湿剤の再生にはラジエータや排気管の熱により作られた温水による空気加熱器を使用するからボイラー、電気ヒータなどの熱源を利用した温水を使用しないのでこの種類の熱源のエネルギー効率（ＣＯＰ）を大幅に向上させることができる。

本発明の空調システムは、空調装置による室内または車内に給気する冷気の冷却用として圧縮器を使用せず、しかも静止型除湿器の除湿剤の再生に使用する高温空気は太陽熱利用温水、ラジエータの温水等を利用するものであるから空調用消費電力を従来の圧縮器による冷却システムに比較して大幅に低減した空調システムである。

本発明は、蓄電池の蓄電容量に限度のあるハイブリット型自動車などにおける空調に使用する電気容量を最小限にすることができる。
本発明の空調システムは、従来の自動車用の空調に使用する電気容量（圧縮器の容量）を約１／２〜１／３程度にすることが可能である。
圧縮器の容量を約１／２〜１／３にすることは、使用する冷媒ガスの使用量も少なくすることとなるので、炭酸ガス（ＣＯ２）削減効果が大きい。

本発明に係る静止型除湿器の空調システムの実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係わる空調システムの第１の実施形態の概略を示す空調システム構造図、図２は図１の実施形態の性能シュミーレーションを示す構造図、図３は本発明の空調システムを搭載した自動車の斜視図である。

本発明の空調システムについて第１の実施形態を説明する。
外気を車内に供給する空気通路を２系統配設し、それぞれの空気通路に大気（車内からの還気）中から吸引する送風機１２，１２、空気加熱器１，２、静止型除湿器３，４、を配設し、これら静止型除湿器３，４から排出された空気を冷却する間接式気化冷却器５が１個配置してある。

前記空気加熱器１，２は通風路に温水を循環する温水コイルを内蔵してある。この両空気加熱器１，２の温水コイルに温水を供給する流入路６には切替弁８が配置されて両空気加熱器１，２への温水の供給を切り替えるようになっている。他方、両空気加熱器１，２の温水コイルの排水口には排水路７が接続され、切替弁９が配置してあり、両空気加熱器１，２の排水路７を切り替えるようになっている。

前記静止型除湿器３，４は可逆的な吸湿と放湿とが可能なもので、除湿器が動かない構成であり、吸湿剤（除湿剤）を付着したコルゲート材やハニカム材を捲層して円柱状に構成して多数の空気を通す通路を有するものであり、積層して六面体のブロックとして構成してもよい。この除湿剤としてシリカゲル、ゼオライト、高分子ポリマー、活性アルミナ等である。

空気通路の静止型除湿器３，４を通過した空気は切替弁１０，１１を介在して１つの間接式気化冷却器５に供給するようになっている。この切替弁１０，１１は静止型除湿器３，４において除湿剤の再生工程が行われた空気は大気中に排出するためのものである。空気加熱器１，２の切替弁８，９の操作と連動するようになっている。

以上のような構成である本発明の空調システムの工程を説明する。
二つ空気通路を設けて、それぞれの空気通路に配置した空気加熱器１，２に供給する内燃機関エンジンのラジエータや排気管によって加熱された温水を交互に供給するように切替弁８，９を動作することになる。例えば、３分間隔で切り替えてＯＮ，ＯＦＦを行うことにより、大気中の空気を取り込むことになる。
前記間接式気化冷却器５は本発明出願人が出願した特開平２００４−１９０９０４号公報などに記載したものである。

このような第１の実施形態では、送風機１２によって外気をシステム内に導入する。導入された外気は、温水の供給がＯＦＦの状態の空気加熱器１を通過し、静止型除湿器３に供給される。このとき湿気が除去されて切替弁１０により外部に排気する。他方の空気通路では吸引された外気は、切替弁８の開放により温水が供給されている空気加熱器２を通過して温められ乾燥した空気が静止型除湿器４に供給されて除湿剤の再生が行われる。湿度が高められた外気は切替弁１１を通過して間接式気化冷却器５に導入されて冷却されて室内または車内に供給されることになる。

本発明の間接式気化冷却器５による冷却は、外気を加湿することなく、顕熱のみを下げるので吸入した外気の絶対湿度は変わらないが、この間接式気化冷却器５を通過した空気の相対湿度は上昇している。これによって空気の絶対湿度は変わらないで顕熱は下がり、冷却される。この調温、調湿された空気が室内または自動車の車内に給気されることになる。

本発明の空調システムにおける性能シュミーレーションについて説明すると、図２に示すように、内燃機関エンジンの始動時は空気加熱器２が充分な働きをしないから、温水の供給がＯＦＦの状態の空気加熱器２を通過し、静止型除湿器４を経ることになる。この場合、空気通路に送風機１０によって３５℃湿度１９ｇ／ｋｇの外気に車内の還気（１９℃、湿度１０ｇ／Ｋｇ）を混合して、温度３０℃、湿度１５ｇ／ｋｇとし、空気加熱器２を通過し、静止型除湿器４に供給し、除湿された５０℃、湿度９．５ｇ／ｋｇの空気を間接式気化冷却器５によって冷却して１９℃、湿度９．５ｇ／ｋｇとして車内に供給する。
一方、外気（大気）３５℃、湿度１９ｇ／ｋｇを送風機１２によって吸引された外気（大気）は、温水を切替弁１３を経て供給される空気加熱器１を通過させて加熱し、７０℃、湿度１９ｇ／ｋｇの高温の空気にし、これを静止型除湿器３に導入して除湿剤を再生し、５０℃、湿度２５ｇ／ｋｇの空気にし、切替弁１０を経て排気として車外に放出する。

本発明の空調システムの他の実施形態は、動力源として内燃機関エンジンと蓄電池とを併設したハイブリッド自動車の場合の空調システムにも利用することができる。
蓄電池による自動車の走行時は、再生通路側に配置したヒートポンプの凝縮熱作用で外気または車内の還気を加熱して静止型除湿器３に導入して除湿剤を再生する。しかし、内燃機関エンジンによる走行時には、ヒートポンプの動作を停止し、切換操作により内燃機関のラジェータ、排気管を熱源とした空気加熱器１または２により外気などを加温して静止型除湿器３、４に導入する。

本発明の空調システムにおいて、間接式気化冷却器５に使用する水は蒸発部７において発生する水を回収して間接式気化冷却器５の冷却水として使用することができる。

本発明に係わる空調システムの第１の実施形態の概略を示すシステム構造図である。 図１の実施形態の性能シュミーレーションを示す構造図である。 本発明の空調システムを搭載した自動車の斜視図である。

符号の説明

１、２ 空気加熱器
３、４ 静止型除湿器
５ 間接式気化冷却器
６ 流入路
７ 排水路
８、９ 切替弁
１０、１１ 切替弁
１２ 送風機

Claims (4)

1. 空気を通す多数の通路を有し、可逆的な吸放湿機能を備えた静止型除湿器と、通風路に温水を循環する加熱管を配設した空気加熱器と、外気を吸引する送風機とを備えた空気通路を２系統併設し、
   大気流入側から送風機、空気加熱器、静止型除湿器を順列に配設し、
   個々の空気通路に配設した前記空気加熱器への温水の流入路及び外部への温水の排水路を接続し、数分間隔で交互に一方の前記空気加熱器に切替える切替弁を流入路、排水路に配置すると共にこの空気加熱器の下流に設けた前記静止型除湿器から排出する空気を大気中に排出または間接式気化冷却器に供給する切替弁を各空気通路に配置し、前記両空気通路から前記間接式気化冷却器を経由して冷却された冷気を室内または車内に供給することを特徴とする静止型除湿器を有する汎用空調システム。
2. 空気を通す多数の通路を有し、可逆的な吸放湿機能を備えた静止型除湿器と、通風路に温水を循環する加熱管を配設した空気加熱器と、外気を吸引する送風機とを備えた空気通路を２系統併設し、
   大気流入側から送風機、空気加熱器、静止型除湿器を順列に配設し、
   個々の空気通路に配設した前記空気加熱器への温水の流入路及び外部への温水の排水路を接続し、数分間隔で交互に一方の前記空気加熱器に切替える切替弁を流入路、排水路に配置すると共にこの空気加熱器の下流に設けた前記静止型除湿器から排出する空気を大気中に排出または間接式気化冷却器に供給する切替弁を各空気通路に配置し、前記両空気通路から前記間接式気化冷却器を経由して冷却された冷気を自動車の車内に供給し、自動車内の空気調節を行うことを特徴とする自動車用の空調システム。
3. 前記空気加熱器に流す温水の熱源器として、太陽熱利用の温水器、ガス温水器、電気温水器、エコキュート、小型ガスコージェネ等の温水を利用することを特徴とする請求項１に記載の汎用空調システム。
4. 前記空気加熱器が自動車の内燃機関エンジンのラジエータからの温水または内燃機関エンジンの排気管によって加熱された温水を循環して送風機によって流入する空気を加熱して前記静止型除湿器に供給し、除湿剤を再生することを特徴とする請求項２に記載の自動車の空調システム。

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