JP2011247566A - デシカント空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】換気に伴うエネルギー消失がなく、エネルギー効率の高いデシカント空調機を提供する。
【解決手段】湿気吸着剤と二酸化炭素吸着剤と窒素吸着剤とを担持したハニカムロータ１を有し、ハニカムロータを少なくとも吸着ゾーン４と脱着ゾーン２とに分割し、室内空気を吸着ゾーンに通し、吸着ゾーンを通過した空気を再び室内へ戻すようにし、脱着ゾーンを通過した空気を外気放出するようにしたため、室内空気中の二酸化炭素と酸素消費量にみあう窒素の一部は湿気と伴に室外へ放出することができ、これによって換気をすることなく室内の二酸化炭素を除去して酸素濃度を保つようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえばシリカゲルやゼオライトなどの湿気吸着剤を用いたデシカント空調機に関するもので、特に換気をすることなく室内空気の質を上げることのできるデシカント空調機を提供するものである。

デシカント空調機は湿気吸着剤を用いることによって乾燥空気をつくるもので、冷凍式の除湿機と比較して低露点の空気をつくることができる。また湿気吸着剤の脱着に内燃機関などの廃熱を用いることができ、このような場合には省エネルギー効果が高くなる。

さらに乾燥空気をつくる場合に高湿空気もつくられるため、この高湿空気を室内に供給することによって加湿を行うことも可能である。

このようなデシカント空調機は建築物の室内空調に用いられたり、近年ではハイブリッド自動車の空調装置として研究がなされたりしている。つまりハイブリッド自動車は全体的なエネルギー効率が高いため、廃熱量が少なく暖房装置から排出される空気の温度が低く、窓の防曇が十分に行われないという問題があった。このような技術として例えば特許文献１及び特許文献２に開示されたものがある。

特開２０００−２８０７２４号公報 特開２００１−４７８４４号公報 特開２００９−５２７５３号公報

特許文献１に開示されたものは車両用の空調装置に関し、室内空気を循環させることによって換気に伴うエネルギーの消失を防止し、室内の二酸化炭素の増加を防止するのに必要な空気量のみ換気を行うようにしたものである。

しかし特許文献１に記載のものは、依然として換気を行う必要があるため、これに伴うエネルギーの消失があるという問題がある。

さらに特許文献２に開示されたものは車両用の空調装置に関し、省エネルギーで除湿性能を向上させたものである。例えば段落０００３に換気を行うことの問題点が記載されている。このために段落０００４に室内空気の換気量を減らすことが記載されている。

然しながら依然として換気を行っており、換気に伴うエネルギーの損失は解消されていないという問題がある。

そして特許文献３に開示されたものは、室内空気中の有害ガスや二酸化炭素をハニカムロータに吸着させて排出するものである。これに開示されたものは、二酸化炭素や有害ガスのみを排出するため、換気によって有害ガスなどの室内濃度を減らすものよりも格段に省エネルギー効果が高い。

しかしながら、この特許文献３に開示されたものは、長時間使用すると室内の酸素濃度は次第に下がってくるという問題がある。本発明は換気を行わずにエネルギーの損失を抑えつつ、室内の空気を浄化することのできるデシカント空調機を提供しようとするものである。

本件発明は以上のような課題を解決するため、少なくとも湿気吸着剤及び二酸化炭素吸着剤と窒素吸着剤を担持したハニカムロータを有し、このハニカムロータを少なくとも吸着ゾーンと脱着ゾーンとに分け、吸着ゾーンに室内空気を循環して通し、脱着ゾーンを通過した空気を外気放出するようにした。

本発明のデシカント空調機は上記の如く構成したので、室内で人が発生する二酸化炭素はハニカムロータに吸着され、脱着ゾーンで脱着されて外気へ放出される。ここで室内空気中の酸素が消費されるが、窒素吸着剤を担持していると、同時に窒素も吸着排気されるので空気中の酸素濃度は低下しない。ちなみに大気の組成は窒素約７８％、酸素約２１％、その他約１％で成り立っているが、室内で消費された酸素に対応する大気組成比、つまり二酸化炭素１に対し４倍量の窒素を排出することが出来れば、酸素濃度を２１％前後に保つことができる。

一方、二酸化炭素の濃度は許容値が建築基準法では０．１％、（米国国立職業安全衛生研究所及び米国産業衛生専門家会議による許容値０．５％）と言われ、空気中にわずかに増加するだけで人の健康に影響をもたらすため、在室人員１人あたり３０ｍ^３／Ｈの換気が必要とされているが、室内から二酸化炭素と消費された酸素に対応する窒素の一部を排出することが出来れば、３０ｍ３／Ｈの換気をしなくても室内環境の炭酸ガス濃度、酸素濃度共に維持される。

例えば、一人当りの炭酸ガス発生量は０．０２ｍ^３／Ｈなので、窒素ガス０．０８ｍ^３／Ｈと合わせて、０．１ｍ^３／Ｈ換気すればよい。よって建築基準法に基づき換気によって二酸化炭素濃度を所定値以下に維持しようとする場合と比較して換気量が３００分の１となる。

さらに本発明のデシカント空調機は、湿気吸着剤もハニカムロータに担持しているため、室内の除湿も同時に行うことができる。

またハニカムロータに有機溶剤ガス（以下ＶＯＣと書く）の吸着剤も担持することによって室内からＶＯＣを排出することができ、この場合にはさらに室内環境を向上することができる。

特に近年、光化学スモッグなどの発生が都市圏で相次ぎ、このような場合には換気を行うことで、室内に光化学スモッグが入って来ることが懸念される。また幹線道路沿いでは自動車の排気ガスが、繁華街では調理排気による臭気が換気によって室内に入ってくる可能性がある。しかし、本発明のデシカント空調機であれば換気を行わずに、室内空気を浄化することができるため、このような問題はない。

本発明のデシカント空調機の実施例を示すフロー図である。（実施例１） 本発明のデシカント空調機の実施例を示すフロー図である。（実施例２） 本発明のデシカント空調機の実施例を示すフロー図である。（実施例３）

本発明の請求項１に記載の発明はカムロータ、少なくとも湿気吸着又は吸収機能と二酸化炭素吸着又は吸収機能と窒素吸着を併せ持つハニカムを有し、ハニカムロータを少なくとも吸着ゾーンと脱着ゾーンとに分割し、室内空気を吸着ゾーンに通し、吸着ゾーンを通過した空気を再び室内へ戻すようにし、脱着ゾーンを通過した空気を外気放出するようにしたため、室内空気中の二酸化炭素と窒素の一部は湿気と伴に室外へ放出し室内の炭酸ガス濃度と酸素濃度を保つことができるという作用を有する。

以下本発明のデシカント空調機の実施例について図に沿って詳細に説明する。1はハニカムロータであり、セラミック繊維紙などの不燃性のシートをコルゲート（波付け）加工しロータ状にしたもので、それに例えばシリカゲルや親水性ゼオライト等の無機系湿気吸着剤、或いはイオン交換樹脂や高分子吸水剤などの高分子系湿気吸着剤又は塩化リチウム等の吸湿剤が担持されている。

またハニカムロータ１には、炭酸カリウム（重炭酸カリウム）、炭酸ナトリウム（重炭酸ナトリウム）、トリエタノール・アミン、モノエタノール・アミン、ハイドロタルサイト、イオン交換樹脂等の二酸化炭素吸着剤が担持されている。ゼオライトのＣａＡ、ＮａＸ、ＣａＸ、ＬｉＬＳＸ及びＮａＬＳＸ系も炭酸ガスを吸着するが、湿気を優先的に吸着して、湿気を吸着すると炭酸ガスを吸着しなくなり、しかも湿気の脱着に高温を必要とするため、これら吸着剤は処理空気の出口側に多くなるように含浸するか、別々のロータとして組合せて一体化することも出来る。

さらにＣａＡ、ＮａＸ、ＣａＸ、ＬｉＬＳＸ及びＮａＬＳＸ系のゼオライトは窒素も吸着するので、炭酸ガスと同時に窒素も吸着することができるが、前述したように湿気を優先的に吸着して窒素ガスも吸着しなくなる。

望ましい形態としては、処理空気入口側に湿気と共に炭酸ガスを吸着する弱塩基性イオン交換樹脂を担持し、出口側にＣａＡ系、ＣａＸ系、ＬｉＬＳＸ系のゼオライトを担持すると、入口側のイオン交換樹脂が湿気と炭酸ガスとを吸着した後、出口側に多く担持したゼオライトで主に炭酸ガスと窒素ガスを吸着することができる。このような形態にすることで、ゼオライトは湿気の影響を少なく、効率よく窒素ガス及び炭酸ガスを吸着することができる。窒素吸着剤として分子篩活性炭などを用いることもできる。

これに加えてハニカムロータ１に、活性炭、疎水性ゼオライトを担持してもよい。この場合にはハニカムロータは室内の臭気やＶＯＣを吸着する機能をも有するようになる。

ハニカムロータ１は脱着ゾーン２、パージゾーン３、吸着ゾーン４とに分割されている。パージゾーン３および吸着ゾーン４には室内空気がブロアなど（一般的であるので図示せず）で供給される。

室内７空気はハニカムロータ１の吸着ゾーン４を通過した後で、パージゾーン３への管路と、室内７への供給路とに分岐される。

パージゾーン３を通過した空気はヒータ５によって加熱され、脱着ゾーン２を通過して外気へ放出される。吸着ゾーン４を通過した空気は、吸着熱によって温度が上がりすぎる場合にはエバポレータやクーリングコイルなどの冷却手段６によって冷却されて室内７に再び返される。

本発明のデシカント空調機は以上のように構成され、以下その動作について説明する。

先ず、冬期に結露を防止する場合や室内で洗濯物を乾燥させる場合など、室内空気を乾燥させる必要がある。このような場合にはハニカムロータ１を回転させながら、室内空気を吸着ゾーン４及びパージゾーン３に通す。吸着ゾーン４を通過した空気は乾燥し、二酸化炭素と窒素の一部が除去されて室内へ再び戻される。同時にヒータ５に通電し、加熱された空気は脱着ゾーン２を通過して吸着された湿気と二酸化炭素と窒素の一部とを脱着して外気へ放出される。

このようにして室内空気は乾燥し、室内空気中の二酸化炭素と窒素の一部は室外へ放出される。そして吸着ゾーン４を通過した空気は、吸着熱によって温度が上昇し、暖房効果も発揮する。

夏期や梅雨時に室内を除湿しようとする場合には、室内空気を吸着ゾーン４に通すことによって温度が上昇するが、吸着ゾーン４を通過した空気は冷却手段６によって冷却され、乾燥した冷たい空気となって室内へ供給される。

冷却手段６を通過する空気は乾燥しているため、冷却手段６での潜熱負荷（空気中の水分を結露させることによる負荷）がない。よって冷却手段６の能力は小さなものでよい。ヒートポンプを用いて冷却手段６をエバポレータとし、ヒータ５をラジエターとすると全体のエネルギー消費は少なくなる。

室内に新しい家具を搬入したり、壁紙を張り替えたりすることによって室内に有機溶剤ガス（以下「ＶＯＣ」と書く）が放出される場合がある。このような場合に、室内空気中のＶＯＣはハニカムロータ１に吸着され、脱着ゾーン２で脱着されて外気へと排出される。

以上の説明のとおり、換気を行わなくても室内の二酸化炭素と窒素ガスの一部やＶＯ
Ｃが排出され、換気に伴うエネルギーの消失を防止することができる。また外気中に汚染物質が含まれていても、換気を行わないために問題がなく、もし汚染物質が侵入してきてもハニカムロータ１で吸着除去されるので、室内空気は清浄に保たれる。

また外気が汚染されている場合は、室内７空気を清浄に保つために空気清浄機を用いる。このような場合に、室内７に多人数の人が居て呼気から二酸化炭素が排出される場合に、本発明の空調装置によって二酸化炭素が室外に排出され、室内７の酸素濃度も確保される。さらに室内７に入ってくる空気量はハニカムロータで吸着除去した二酸化炭素と窒素ガスの量と同じであり、量が少ないため空気清浄機による浄化が期待できる。

図２に本発明の実施例２のフロー図を示す。上記実施例１では室内空気をパージゾーン３に通すようにした。これに対し実施例２では外気をパージゾーン３に通す。実施例２のものは、室内空気の減少はハニカムロータ１に吸着され、脱着ゾーン２で脱着された二酸化炭素と窒素の量だけである。

このため実施例２のものは、実施例１のものよりさらに換気量が少なくなり、外気が室内に入る量が減る。この実施例２のものは、特に外気が汚染されているような場合に適する。

自動車の場合、冬期窓の結露を防止するため換気暖房することが望ましいが、換気すると暖房エネルギーの多くが消失する。また梅雨時の結露防止や夏季の冷房除湿空調であっても炭酸ガス濃度を下げるため換気が必要で、冷房エネルギーが消失する。

本発明を自動車の空調に適用すれば、車室内を空調・除湿しながら炭酸ガスと酸素消費量にみあう窒素ガスの一部を排出することが出来るので、室内の炭酸ガス濃度と酸素濃度が必要濃度に保たれるため、ハニカムロータで吸着排気した炭酸ガスと窒素ガス分の少量の空気を取り入れるだけでよく、暖房・冷房エネルギーを消失（ロス）することなく結露防止と、炭酸ガス濃度低減と酸素濃度維持の目的を達することが出来る。

ガソリンエンジンを用いた自動車の場合には多量の廃熱が出るため、暖房のために特別な熱源が必要でなかったが、電気自動車の場合には大きな廃熱源がないため、暖房エネルギーをできるだけ節約する必要がある。このような場合に、できるだけ換気量を少なくして暖めた空気が車外に排出されないようにする事が重要である。このような場合に本発明の空調装置を用いると、最小の換気量で良いため、エネルギーの節約になる。

図３に本発明の実施例３のフロー図を示す。上記実施例１及び実施例２ではハニカムロータ１にパージゾーン３を設けた。これに対し実施例３ではパージゾーン３を設けず、外気を脱着ゾーン２に通す。実施例３のものも実施例２と同様、室内空気の減少はハニカムロータ１に吸着され、脱着ゾーン２で脱着された二酸化炭素と窒素の量だけである。

この実施例３のものもヒータ５と冷却手段６とは、ヒートポンプのラジエターとエバポレータを用いる事で消費エネルギーを少なくすることができる。

上記の各実施例とも、室内から排出する二酸化炭素と窒素との比率は、ヒータ５の温度によって制御することができる。つまりハニカムロータ１に吸着された二酸化炭素と窒素の脱着温度が異なっており、ヒータの温度を調節することによって二酸化炭素と窒素の脱着量を調整することができる。

本発明は、換気を行わなくても室内の二酸化炭素と酸素消費量にみあう窒素ガスを外気放出して、室内の炭酸ガス濃度と酸素濃度を保つことが可能なデシカント空調機を提供するものであり、よって換気に伴うエネルギー消失を防止できるデシカント空調機を提供することができる。

１ ハニカムロータ２ 脱着ゾーン３ パージゾーン４ 吸着ゾーン５ ヒータ６ 冷却手段７ 部屋

Claims (3)

1. 少なくとも湿気吸着又は吸収機能と二酸化炭素吸着又は吸収機能と、窒素吸着機能を併せ持つハニカムロータを有し、前記ハニカムロータを少なくとも吸着ゾーンと脱着ゾーンとに分割し、室内空気を前記吸着ゾーンに通し、前記吸着ゾーンを通過した空気を再び室内へ戻すようにし、前記脱着ゾーンを通過した空気を外気放出するようにしたデシカント空調機。
2. 少なくとも湿気吸着又は吸収機能を有するハニカムロータと二酸化炭素吸着又は吸収機能と、窒素吸着機能を有するハニカムロータを有し、前記それぞれのハニカムロータを少なくとも吸着ゾーンと脱着ゾーンとに分割し、室内空気を前記吸着ゾーンにそれぞれ通し、前記吸着ゾーンを通過した空気を再び室内へ戻すようにし、前記それぞれ脱着ゾーンを通過した空気を外気放出するようにしたデシカント空調機。
3. ハニカムロータにパージゾーンを設け、室内空気を前記パージゾーンに通し、前記パージゾーンを通過した空気を加熱して脱着ゾーンに通し、前記脱着ゾーンを通過した空気を室外へ放出するようにした請求項１記載のデシカント空調機。

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