JP2011163682A

JP2011163682A - 間接蒸発冷却型外調機システム

Info

Publication number: JP2011163682A
Application number: JP2010028045A
Authority: JP
Inventors: Makoto Koganei; 真小金井; Hitoshi Kono; 仁志河野
Original assignee: Asahi Kogyosha Co Ltd
Current assignee: Asahi Kogyosha Co Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: JP5417213B2

Abstract

【課題】既設空調機とデシカント除湿器を組合せ、デシカント除湿器からの除湿空気を室温レベルまで冷却できる間接蒸発冷却型外調機システムを提供する。
【解決手段】空調空間１０を空調する既設空調機１１とデシカント除湿器２０を組合せ、そのデシカント除湿器２０で外気を除湿して既設空調機１１に供給すると共に空調空間１０の空気をデシカント除湿器２０で、除湿後の空気と熱交換させて排気し、その熱交換した除湿空気を既設空調機１１に供給する際に、換気空気供給ライン２１に、除湿空気を冷却する間接蒸発型冷却器３２を接続し、その間接蒸発型冷却器３２に冷却水を供給循環する冷却塔３３を接続し、その冷却塔３３に、間接蒸発型冷却器３２で冷却された冷却除湿空気の一部を導入して外気に排気する除湿空気排気ライン４６を接続したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、病院やホテル等のビルをドレンレス空調するための外調機システムに係り、特にデシカント除湿器と間接蒸発型冷却器とを用いた間接蒸発冷却型外調機システムに関するものである。

従来、病院やホテル等のビル内の部屋を空調する際には、各室内に設置されたファンコイルユニット（ＦＣＵ）等の室内機に外調機で外気負荷処理を行った空気を導入して冷暖房するようにしている。しかし、夏場の冷房では、潜熱負荷処理のために、外調機及び室内機の冷却コイルには、除湿のため結露が発生し、微生物汚染によるＩＡＱ（空気質）の低下の問題がある。

そこで、本発明者は、この外調機及び室内機の内部の結露の問題を改良するために、室内機を既設空調機としてそのまま使用し、その既設空調機にデシカント除湿器を組み込んだドレンレス空調システムを提案した（特許文献２）。

このドレンレス空調システムは、デシカント除湿器で、除湿（潜熱処理）を行い、冷却コイルで、冷却（顕熱処理）して、室内側に送風することで、空調空気が露点温度以下になることを防止している。

しかし、デシカント除湿器では、除湿により温度上昇した空気を冷却するために、冷凍機やヒートポンプ等の冷凍サイクルを用いるためＣＯＰが低下しやすく、省エネの観点からは改良が必要である。

省エネの観点では、特許文献１に示されるように、デシカント除湿器で除湿されて昇温した除湿空気を、蒸発型熱交換器で冷却することが好ましい。この蒸発型熱交換器は、除湿空気が通る流路と上水が通る流路とを交互に積層したもので、上水を除湿空気と熱交換させることで蒸発させ、その蒸発潜熱で除湿空気を冷却するものである。しかし、除湿空気の冷却のために上水を必要とし、熱交換後に排水されて、回収利用されないため、上水を無駄に使用する問題がある。また間接型熱交換器は、紙をベースとした材料が用いられるため、バクテリア、細菌の繁殖が避けられない懸念がある。

そこで、クーリングタワーなどの冷却塔を用いて冷却水とし、その冷却水とデシカント除湿器で除湿された除湿空気とを間接蒸発型冷却器で、間接熱交換して冷却することで、ＩＡＱの問題もなく、また省エネルギーの間接蒸発冷却型システムとすることが可能である。

特開２００７−２４４６７号公報特許第３５５９２５５号公報

しかし、外気導入の一般の冷却塔による冷却では、冷却水の温度を３０℃までしか冷却できず、３０℃程度の冷却水では、冷房に必要な室温レベル（２６℃程度）まで冷却できず、冷却能力が不足するため、既設空調機の負荷が大きくなる問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、既設空調機とデシカント除湿器を組合せ、デシカント除湿器からの除湿空気を室温レベルまで冷却できる間接蒸発冷却型外調機システムを提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、空調空間を空調する既設空調機とデシカント除湿器を組合せ、そのデシカント除湿器で外気を導入すると共に除湿して換気空気供給ラインを介して既設空調機に除湿した空気を供給し、他方空調空間の空気を換気空気排気ラインを介してデシカント除湿器に排気すると共に、その排気空気を除湿後の空気と熱交換させて排気し、その排気空気と熱交換した除湿空気を既設空調機に冷却して供給するための間接蒸発冷却型外調機システムにおいて、上記換気空気供給ラインに、除湿空気を冷却する間接蒸発型冷却器を接続し、その間接蒸発型冷却器に冷却水を供給循環する冷却塔を接続し、その冷却塔に、間接蒸発型冷却器で冷却された冷却除湿空気の一部を導入して大気中に排気する除湿空気排気ラインを接続したことを特徴とする間接蒸発冷却型外調機システムである。

請求項２の発明は、既設空調機の空調空気循環量に対して、０．１〜０．５倍の外気をデシカント除湿器に導入すると共に、導入外気と等量の空気を空調空間からデシカント除湿器に排気し、上記間接蒸発型冷却器で冷却された冷却除湿空気の０．２〜０．４倍の冷却除湿空気を冷却塔に流すようにした請求項１記載の間接蒸発冷却型外調機システムである。

請求項３の発明は、上記冷却塔と間接蒸発型冷却器とは冷却水循環ラインにて接続され、上記冷却塔に導入された冷却除湿空気で冷却水を１９〜２４℃に冷却して上記間接蒸発型冷却器に供給する請求項２記載の間接蒸発冷却型外調機システムである。

請求項４の発明は、上記冷却塔として既設の外気導入型冷却塔を用い、その外気導入型冷却塔の外気導入部を覆って導入室を形成し、その導入室に上記除湿空気排気ラインを接続した請求項１〜３いずれかに記載の間接蒸発冷却型外調機システムである。

本発明によれば、間接蒸発型冷却器で冷却された湿球温度の低い冷却除湿空気を冷却塔に通風して、間接蒸発型冷却器に供給循環する冷却水と直接熱交換させることで、水の蒸発が促進され、冷却循環水の温度を効率的に低下させることができ、この冷却水を間接蒸発型冷却器に供給循環して除湿空気を冷却することで、既設空調機の負荷が少なくドレンレスで空調できるという優れた効果を発揮するものである。

本発明の一実施の形態を示す図である。本発明の間接蒸発冷却型外調機システムにおけるデシカント除湿器から冷却塔で排気される空気の状態を、空気線図により示した図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１において、１０は、ホテルやオフィス等の建物の部屋である空調空間であり、この空調空間１０には、ファンコイルユニット（ＦＣＵ）等の既設空調機１１が設けられる。

この既設空調機１１は、吸込口１２と吹出口１３を有する本体１４内に、冷媒液（冷水又は温水等）が供給されるコイル１５と循環ファン１６が設けられ、既設空調機１１のコイル１５が、冷媒供給管１７と冷媒排出管１８を介して冷温水発生機等（図示せず）に接続されて構成される。

既設空調機１１は、循環ファン１６にて室内空気ＲＡを吸込口１２から吸引し、その室内空気ＲＡをコイル１５で設定温度に調整して冷風（或いは温風）とし、その空調空気ＳＡを吹出口１３から空調空間１０に吹き出して空調空間１０を設定の温度に空調する。

既設空調機１１には、換気空気供給ライン２１を介してデシカント除湿器２０が接続され、そのデシカント除湿器２０に空調空間１０からの室内空気の一部を換気空気ＶＡとして排気する換気空気排気ライン２２が接続される。

デシカント除湿器２０は、ケーシング２３内が外気導入通路２４と排気通路２５に仕切られ、その両通路２４、２５を横断するように回転自在に設けられた除湿ロータ２６と顕熱ロータ２７とで構成される。

外気導入通路２４には押し込みファン２８が設けられ、排気通路２５に吸引ファン２９が設けられ、その排気側にダンパ３０が設けられ、排気通路２５の顕熱ロータ２７と除湿ロータ２６間に、太陽熱など自然エネルギーまたは電気、ガス等で加熱された熱媒を利用するヒータ３１が設けられる。

このデシカント除湿器２０においては、外気ＯＡが押し込みファン２８より導入され、除湿ロータ２６で除湿され、顕熱ロータ２７を通って冷却されて換気空気供給ライン２１に供給され、空調空間１０の換気空気ＶＡは、換気空気排気ライン２２より顕熱ロータ２７を通って温熱が回収され、ヒータ３１で加熱され、その加熱された換気空気で除湿ロータ２６を再生し、排気ファン２９、ダンパ３０を通して排気空気ＥＡとして大気中に排出される。

さて、本発明においては、デシカント除湿器２０の除湿ロータ２６により除湿された外気ＯＡが吸着熱により温度が上昇し（６０℃程度）、顕熱ロータ２７で、換気空気ＶＡの冷熱を回収して冷却しても、除湿空気の温度は３０℃以上もあるため、その除湿空気を、デシカント除湿器２０と既設空調機１１間の換気空気供給ライン２１に接続した間接蒸発型冷却器３２で、１９〜２４℃に冷却するものである。

この間接蒸発型冷却器３２の循環冷却水は、冷却塔３３により空冷されるが、従来例で説明したように一般の外気導入型冷却塔で空冷しても３０℃程度にしか冷却できない。

そこで、本発明は、冷却塔３３の冷却水を空冷する際に、間接蒸発型冷却器３２で冷却され、既設空調機１１に供給する冷却除湿空気の一部を、冷却塔３３に導入して空冷した後、大気中に排出するようにしたものである。

以下この間接蒸発型冷却器３２と冷却塔３３を説明する。

先ず冷却塔３３は、新規の冷却塔でも既設の冷却塔でもよく、図では既設の外気導入型の冷却塔を改良して冷却塔３３としたものである。

冷却塔３３は、塔本体３４の上部に散水管３５が設けられると共に塔本体３４に排気ファン３６が設けられ、その散水管３５で散水された水と排気ファン３６で排気される空気とを直接接触させて熱交換する充填材３７ａからなる熱交換部３７が設けられ、その熱交換部３７の上部にミストエリミネータ３８が設けられて構成される。

この冷却塔３３と間接蒸発型冷却器３２とが冷却水循環ライン４０にて接続され、塔本体３４の冷却水溜３９の冷却水が、入口側冷却水循環ライン４０ａを介して間接蒸発型冷却器３２に供給され、熱交換後の冷却水が出口側の冷却水循環ライン４０ｂより、循環ポンプ４１を介して散水管３５に供給されて循環されるようになっている。

なお、図では、熱交換部３７は、気液接触を良好にするための充填材３７ａを充填して形成し、その熱交換部３７の下部に排気ファン３６を設ける例を示しているが、熱交換部３７が単に気液接触する空間で形成され、また排気ファン３６が、熱交換部３７の上部にある一般の筒状のクーリングタワーであっても良い。

この冷却塔３３の熱交換部３７の下部の外気導入部４４は、一般の外気導入型冷却塔では、大気開放されているが、本発明においては、この外気導入部４４を覆って導入室４５を形成し、その導入室４５に、間接蒸発型冷却器３２の下流側の換気空気供給ライン２１から分岐した除湿空気排気ライン４６を接続したものである。

この除湿空気排気ライン４６と、除湿空気排気ライン４６が接続された換気空気供給ライン２１の下流側には、冷却除湿空気を分配するためのダンパ４７、４８が接続される。

本発明においては、既設空調機１１をドレンレス空調とする際には、二点鎖線で囲ったようにデシカント除湿器２０、間接蒸発型冷却器３２、冷却塔３３からなる外調機５０を既設空調機１１に接続することで、間接蒸発冷却型外調機システムを構築することができる。

次に、間接蒸発冷却型外調機システムにおける空調を説明する。

先ず、既設空調機１１のコイル１５に冷温水発生機等から、冷媒液（冷水）を供給して冷房運転を行う。この際、既設空調機１１のコイル１５のみで冷房を行うと結露が発生し、これが原因でＩＡＱの低下を招くため、コイル１５で結露が発生しないように、外気ＯＡをデシカント除湿器２０を介して除湿した空気を既設空調機１１に導入することで、ドレンレス空調を行う。換気空気として導入する外気ＯＡは、既設空調機１１の空調空気循環量に対して０．１〜０．５倍導入し、その外気導入量と同量の空気を空調空間１０から換気空気ＶＡとしてデシカント除湿器２０に排気する。

導入された外気ＯＡは、デシカント除湿器２０の除湿ロータ２６を通って除湿され、吸着熱によって、６０℃程度の除湿空気となって顕熱ロータ２７を通り、他方、顕熱ロータ２７では、空調空間１０の換気空気ＶＡが、換気空気排気ライン２２を通して導入されるため、除湿空気と換気空気とが顕熱ロータ２７を介して間接熱交換される。

顕熱ロータ２７を通って昇温した換気空気は、太陽熱など自然エネルギーまたは電気、ガス等で加熱されるヒータ３１にて加熱され、除湿ロータ２６に吸着された水分を脱着し、除湿ロータ２６を再生した後、排気される。

次に顕熱ロータ２７で冷却された除湿空気は、間接蒸発型冷却器３２で、１９〜２４℃に冷却され、換気空気供給ライン２１を通して、既設空調機１１側に供給され、そこで吸込口１２の室内空気と混合されて既設空調機１１内に導入されコイル１５で設定の温度に冷却されて吹出口１３から吹き出される。

このように冷却除湿空気を既設空調機１１に供給することで、コイル１５での結露を発生させずにＩＡＱの高い空調が行える。

本発明においては、間接蒸発型冷却器３２で冷却された冷却除湿空気の２０〜４０％を除湿空気排気ライン４６を介して冷却塔３３に導入し、冷却塔３３の循環冷却水を空冷することで、水の蒸発が促進され、冷却塔３３の冷却水の温度を効果的に低下させることができるため、既設空調機１１のコイル１５で冷却する熱量は僅かであり、ＣＯＰを向上させることができる。

なお、暖房時は、コイル１５に冷媒液（温水）を供給して暖房を行う。この暖房運転においては、外調機５０は基本的には停止状態とするが、換気用空気を供給する場合には、デシカント除湿器２０を通して供給するようにしてもよい。

次に、図２の空気線図により、外気が除湿され、冷却塔で冷却されるまでの除湿空気の状態を説明する。

先ず、図２では、冷却塔３３の循環冷却水量を５．４ｌ／ｍｉｎ、冷却塔３３への風量２３０ｍ³／Ｈ、換気空気供給ライン２１の主風量６００ｍ³／Ｈ、水空気比１．２としたときの例を示したものである。

図２において、点Ａの外気（３０．５℃、絶対湿度０．０２０ｋｇ／ｋｇＤＡ）がデシカント除湿器２０の除湿ロータ２６で除湿されて点Ｂ（５６℃、絶対湿度０．０１０ｋｇ／ｋｇＤＡ）とされ、顕熱ロータ２７にて、点Ｃ（３２℃、絶対湿度０．０１０ｋｇ／ｋｇＤＡ）とされる。この除湿空気は、間接蒸発型冷却器３２にて点Ｄ（２７℃）とされて冷却塔３３に導入されて循環冷却水と直接熱交換すると共に冷却水が蒸発することで、点Ｅ（温度２４℃、相対湿度１００％）となって排気される。

ここで冷却塔３３の循環冷却水は、点Ｅの排気空気と同じ２４℃以下まで冷却され、これが間接蒸発型冷却器３２に供給循環されることで、除湿空気は２４℃以下にされて既設空調機１１側に供給されることとなる。

一般に、外気導入型の冷却塔を用いた場合、水の温度を、外気の湿球温度（夏期２５℃程度）＋５℃程度＝３０℃程度までしか冷却できないが、本発明ではデシカント除湿器２０により作られた低湿球温度（１９℃程度）の除湿空気の一部を冷却塔３３に導入することにより、水の蒸発を促進し、循環冷却水温度を２４℃程度まで低下することができる。

デシカント除湿器を組み込んだ外調機では、一般に供給空気温度を室温設定温レベル（２６〜２７℃程度）まで下げることが求められるため、外気導入型の冷却塔で作られた３０℃程度の冷却水では対応できないが、本発明では２４℃程度の冷却水が使えるため、間接蒸発型冷却器３２での除湿空気の冷却に適用できる。

この間接蒸発型冷却器３２による冷却は、冷却のために冷凍機を使用しないので、脱フロン型の外調機システムとなると共に間接蒸発型冷却器３２は、冷却コイルを介した間接冷却方式であるため、絶対湿度を低く維持したまま除湿空気冷却することが可能である。

また、本発明においては、既設空調機１１に外調機５０を組み込む際に、デシカント除湿器２０を使用し、冷却塔３３は、既設の冷却塔を改良するだけでシステムを構築することが可能となり、設備コストを低減することが可能である。

１０空調空間
１１既設空調機
２０デシカント除湿器
２１換気空気供給ライン
３２間接蒸発型冷却器
３３冷却塔
４６除湿空気排気ライン

Claims

空調空間を空調する既設空調機とデシカント除湿器を組合せ、そのデシカント除湿器で外気を導入すると共に除湿して換気空気供給ラインを介して既設空調機に除湿した空気を供給し、他方空調空間の空気を換気空気排気ラインを介してデシカント除湿器に排気すると共に、その排気空気を除湿後の空気と熱交換させて排気し、その排気空気と熱交換した除湿空気を既設空調機に冷却して供給するための間接蒸発冷却型外調機システムにおいて、上記換気空気供給ラインに、除湿空気を冷却する間接蒸発型冷却器を接続し、その間接蒸発型冷却器に冷却水を供給循環する冷却塔を接続し、その冷却塔に、間接蒸発型冷却器で冷却された冷却除湿空気の一部を導入して大気中に排気する除湿空気排気ラインを接続したことを特徴とする間接蒸発冷却型外調機システム。
既設空調機の空調空気循環量に対して、０．１〜０．５倍の外気をデシカント除湿器に導入すると共に、導入外気と等量の空気を空調空間からデシカント除湿器に排気し、上記間接蒸発型冷却器で冷却された冷却除湿空気の０．２〜０．４倍の冷却除湿空気を冷却塔に流すようにした請求項１記載の間接蒸発冷却型外調機システム。
上記冷却塔と間接蒸発型冷却器とは冷却水循環ラインにて接続され、上記冷却塔に導入された冷却除湿空気で冷却水を１９〜２４℃に冷却して上記間接蒸発型冷却器に供給する請求項２記載の間接蒸発冷却型外調機システム。
上記冷却塔として既設の外気導入型冷却塔を用い、その外気導入型冷却塔の外気導入部を覆って導入室を形成し、その導入室に上記除湿空気排気ラインを接続した請求項１〜３いずれかに記載の間接蒸発冷却型外調機システム。