JP2015064121A - 除湿システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】除湿システムSは、太陽光発電ユニット201と、配管f1,f2を介して温水を循環させる温水ポンプ202と、空気の水分を処理エリアA1で吸着し、再生エリアA2で脱着する除湿機10と、温水ポンプ202を介して温水と空気とを熱交換する温水熱交換器205と、再生エリアA2で空気を通流させる再生ファン203と、温水ポンプ202に設置されるインバータ204と、太陽光発電パネル201aの発電電力からシステム全体の消費電力を減算することで算出される評価関数に基づいてインバータ204を制御する制御装置400と、を備える。
【選択図】図1
Description
なお、詳細については、発明を実施するための形態において説明する。
<除湿システムの構成>
図1は、本実施形態に係る除湿システムの構成図である。除湿システムSは、太陽光発電を行う際に太陽熱を回収し、除湿機10の吸着剤を再生するための熱源として利用するシステムである。
除湿システムSは、空気に含まれる水分をデシカントロータ11で吸着して除湿する処理側システム100と、水分を吸着したデシカントロータ11に熱風を送り込んで再生(脱着)させる再生側システム200と、を備えている。また、除湿システムSは、日射センサ301等のセンサ類と、制御装置400(図2参照)と、を備えている。
まず、前記した処理側システム100と、再生側システム200と、の両方に含まれる除湿機10について説明する。除湿機10は、処理ファン103から送り込まれる空気(気体)を除湿し、除湿した空気を室内K(被空調空間)に供給するものである。除湿機10は、デシカントロータ11と、筐体12と、を有している。
再生エリアA2の流入口は、ダクトd1,d5を介して室内Kに連通するとともに、ダクトd6を介して系外に開放されている。再生エリアA2の流出口は、ダクトd7を介して系外に開放されている。
処理側システム100は、冷凍機101と、冷水ポンプ102と、処理ファン103と、冷水熱交換器104,105と、を有している。
冷凍機101は、例えば、周知の冷凍サイクルを利用したターボ冷凍機であり、処理ファン103から送り込まれる空気に冷熱を供給する冷熱源である。冷凍機101には、冷水熱交換器104,105が配管e1,e2を介して並列接続されている。
処理ファン103は、ダクトd1、d2を介して室内Kから空気を吸い込み、処理エリアA1でデシカントロータ11に向けて空気を送り込むファンである。処理ファン103は、処理エリアA1の所定位置(上流部)に設置され、制御装置400からの指令に従って駆動する。
つまり、本実施形態では、デシカントロータ11を挟むように二つの冷水熱交換器104,105が設置され、処理ファン103から送り込まれる空気を二段階で冷却する構成になっている。
再生側システム200は、太陽光発電ユニット201と、温水ポンプ202と、再生ファン203と、インバータ204と、温水熱交換器205と、を備えている。
太陽光発電ユニット201は、太陽光発電を行うとともに、太陽熱を回収する機能を有している。太陽光発電ユニット201は、太陽光が照射されることで発電する太陽光発電パネル201aと、太陽熱を温水(熱媒体)によって回収する熱回収装置201bと、を有している。
太陽光発電パネル201aには、その発電電圧を昇降圧するコンバータ(図示せず)、太陽光発電パネル201aの発電電力が供給される負荷(図示せず)等が電気的に接続されている。
なお、熱回収装置201bを経由するように配設される「第1循環流路」は、配管f1と、前記した温水流路と、配管f2と、温水熱交換器205の伝熱管と、を含んで構成される。
温水ポンプ202(第1循環手段)は、制御装置400からの指令に従い、前記した第1循環流路を介して温水を循環させるポンプであり、配管f1に設置されている。
インバータ204(第1インバータ)は、温水ポンプ202のモータ(図示せず)の周波数を制御するものであり、制御装置400(図2参照)からの指令に従って駆動する。
除湿システムSは、日射センサ301と、温湿度センサ302,303と、を備えている。
日射センサ301は、太陽光発電パネル201aに照射される日射量を検出し、検出した日射量を制御装置400(図2参照)に出力する。温湿度センサ302は、外気の温湿度を検出し、検出した温湿度を制御装置400に出力する。温湿度センサ303は、処理エリアA1において冷水熱交換器104よりも下流側、かつ、デシカントロータ11よりも上流側に設置されている。温湿度センサ303は、冷水熱交換器104からデシカントロータ11に向かう空気の温湿度を検出し、制御装置400に出力する。
制御装置400(制御手段)は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、各種インタフェースなどの電子回路(図示せず)を含んで構成され、設定されたプログラムに従って各種処理を実行する。
図2は、制御装置を含む構成図である。図2に示すように、制御装置400は、記憶部401と、制御部402と、を有している。
図3は、インバータの周波数を変化させた場合の、太陽光発電パネルの発電電力Wg、温水ポンプの消費電力Wa、その他機器の消費電力Wk、及び評価関数ΔWの大きさの変化を示す説明図である。以下では、制御装置400が、前記した「その他機器」のそれぞれを定電力(定回転速度)で駆動し、外気の温湿度や日射量に応じてインバータ204(図1参照)の周波数を調整するものとする。
したがって、太陽光発電パネル201aの発電電力Wgから消費電力Wa,Wkの和(又は、消費電力Waのみ)を減算した評価関数ΔWの大きさが最大となる場合、除湿システムSのエネルギ効率が最大になる。
図4は、制御装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
ステップS101において制御部402は、日射センサ301から入力される日射量と、温湿度センサ302,303から入力される温湿度と、を読み込む。
ステップS105において制御部402は、再生ファン203の風量Fを算出する。なお、本実施形態では再生ファン203を定速回転させるため、前記した風量Fは一定である。
また、熱回収装置特性情報401b(熱回収手段特性情報)とは、太陽光発電パネル201aに照射される太陽光の日射量、及び外気温度に対応して、熱回収装置201bの熱回収量を特定するための情報である。
なお、熱交換器特性情報401c(第1熱交換器特性情報)とは、熱回収装置201bの熱回収量、温水ポンプ202の流量Q、及び再生ファン203の風量Fに対応して、温水熱交換器205からデシカントロータ11に向かう空気の温湿度を特定するための情報である。
これによって、インバータ204を周波数fw(Max)で駆動した場合の除湿量Hを算出できる。
除湿量Hが必要除湿量H0以上である場合(S109→Yes)、制御部402の処理はステップS110に進む。一方、除湿量Hが必要除湿量H0未満である場合(S109→No)、制御部402の処理はステップS114に進む。
ステップS1101において制御部402は、温水ポンプ202の消費電力Waを算出する。すなわち、制御部402は、前記した温水ポンプ特性情報401a(図2参照)を参照し、ステップS104で設定した周波数fw(=fw(Max))での温水ポンプ202の消費電力を算出する。
ステップS1104において制御部402は、除湿システムSの総消費電力ΣWを算出する。すなわち、制御部402は、ステップS1101〜S1103で算出した各消費電力Wa,Wb,Wc,…の和(=ΣW)を算出する。
まず、制御装置400は、熱回収装置特性情報401b及び発電パネル特性情報401e(図2参照)に基づき、ステップS101で読み込んだ日射量及び外気温度と、ステップS106で算出した温水ポンプ202の流量Qと、に対応する太陽光発電パネル201aの温度を算出する。
ステップS115において制御部402は、インバータ204の周波数fwを(fw(Max)−iΔf)に設定する。前記した周波数fw(Max)は、ステップS104の処理で設定された値である。また、変化幅Δfは制御部402の演算速度等を考慮して予め設定されている。
ステップS116において制御装置は、インバータ204の周波数を、前記したN個の評価関数ΔWのうち最大となるものに対応する周波数f1wに設定する。つまり、制御部402は、除湿システムS全体のエネルギ効率が最大となるようにインバータ204の周波数を設定する。
なお、時間が経過するにつれて太陽の仰角が変化するため、制御部402は、図2に示す処理を一日当たり複数回(例えば、数時間に一回)実行する。
図6は、除湿システムにおける複数の箇所での状態を示す空気線図である。図6に示す状態P1〜P7は、図1に示す位置P1〜P7に対応している。制御部402は、前記した周波数f1wでインバータ204を制御して温水ポンプ202を駆動するとともに、冷凍機101、冷水ポンプ102、再生ファン203、及び処理ファン103を駆動する。
デシカントロータ11で除湿された空気は、冷水熱交換器105で冷水と熱交換して放熱する。なお、冷水熱交換器105よりも下流側の位置P4を通流する空気は、例えば、乾球温度18℃、相対湿度82%である。このように除湿・冷却された空気は、ダクトd4を介して室内Kに吹き出される。
なお、位置P1の絶対湿度よりも位置P4の絶対湿度のほうが低くなっており、適切に除湿されていることがわかる。
再生ファン203から吹き出された空気は温水熱交換器205で温水と熱交換して吸熱する。なお、再生ファン203とデシカントロータ11との間の位置P6では、例えば、乾球温度35℃、相対湿度30%である。図6に示すように、この状態において除湿限界付近まで除湿されている。
デシカントロータ11の吸着剤を再生させた後、空気はダクトd7を介して系外に排出される。デシカントロータ11は回転しているため、前記した吸着と再生(脱着)とが継続的に行われる。
本実施形態に係る除湿システムSによれば、太陽光発電パネル201aを用いて太陽光発電を行うとともに、熱回収装置201bを用いて回収した太陽熱をデシカントロータ11(吸着剤)の再生に利用する。このように、太陽光発電に加えて太陽熱を回収することで、システム全体のエネルギ効率を向上させることができる。
さらに、電気ヒータやボイラを用いることなくデシカントロータ11の吸着剤を再生できるため、システム全体のエネルギ効率を向上させることができる。
さらに、温水ポンプ202のみにインバータ204が設置されていることから、制御部402が実行する演算量を比較的少なくすることができるとともに、システム全体に要するコストを低減できる。
第2実施形態に係る除湿システムSは、第1実施形態と比較して、記憶部401A(図7参照)に格納されているデータと、制御部402A(図7参照)の処理内容と、が異なるが、その他については第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図7は、本実施形態に係る除湿システムが備える制御装置を含む構成図である。制御装置400Aは、記憶部401Aと、制御部402Aと、を備えている。
記憶部401A(記憶手段)には、日射量と、外気温湿度と、デシカントロータ11よりも上流側の空気の温湿度と、に対応付けて、前記した評価関数ΔWを最大にするインバータの周波数f1wが予め検出値‐周波数テーブル401g(テーブル)として格納されている。
図8は、制御装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。ステップS101で各検出値を読み込んだ後、ステップS201において制御部402Aは、図8に示す検出値‐周波数テーブル401gを参照し、ステップS101で読み込んだ日射量及び温湿度に対応する周波数f1w(インバータ204の周波数)を取得する。
これによって、インバータ204に関して、ステップS101で読み込んだ条件下で評価関数ΔWを最大にする周波数f1wをただちに取得できる。
ステップS117は、第1実施形態で説明した処理(図4参照)と同様である。
本実施形態に係る除湿システムSでは、インバータ204に関し、評価関数ΔWを最大にする周波数f1wが検出値‐周波数テーブル401gとして予め記憶部401Aに格納されている。したがって、第1実施形態と比較して、制御部402Aの演算負荷を大幅に軽減できるとともに、システム全体のエネルギ効率を最大にする周波数f1wをただちに取得できる。
第3実施形態に係る除湿システムSは、第1実施形態に係る除湿システムSに冷却塔110(図9参照)、送風機の周波数を制御するインバータ113、及び、再生ファン203の周波数を制御するインバータ206を追加した点が異なるが、その他の点は第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図9は、本実施形態に係る除湿システムの構成図である。冷却塔110は、送風機111から送り込まれる外気との熱交換によって、配管e1,e2等を通流する冷水を冷却するものである。冷却塔110は、例えば、開放式の冷却塔であり、その内部に担持された充填材(図示せず)に冷却水を流し、外気と熱交換させることで冷却水を冷やすものである。冷却塔110は、前記した充填材に向けて外気を送り込む送風機111と、配管g1,g2を介して冷却水を圧送する冷却水ポンプ112と、を有している。
インバータ206(第1インバータ)は、制御装置400から入力される指令に応じた周波数で再生ファン203を駆動する。
なお、本実施形態では、制御装置400の記憶部(図2参照)に再生ファン特性情報(図示せず)が格納されている。前記した「再生ファン特性情報」とは、再生ファン203を駆動するインバータ206の周波数に対応して、再生ファン203の風量及び消費電力を特定するための情報である。
図10は、制御装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。ステップS103で必要除湿量H0を算出した後、ステップS201において制御装置400は、各インバータ204,113,206の周波数をそれぞれ最大値fw(Max),fc(Max),ft(Max)に設定する。前記した周波数fw(Max)とは、インバータ204の周波数を逐次変更する際の最大値(初期値)であり、予め設定されている。周波数fc(Max),ft(Max)についても同様である。
なお、前記した値N,M,K、及び周波数の変化幅ΔfA,ΔfB,ΔfCは、予め設定されている。
本実施形態に係る除湿システムSによれば、冷水熱交換器104,105で吸熱した冷水(水)と、冷却塔110から流入する冷却水と、を熱交換することで、前記した冷水を放熱させることができる。つまり、冷水熱交換器104,105から流出する冷水(水)に外気の冷熱を与えることで、冷凍機101の負担を軽減できる。その結果、除湿システムS全体のエネルギ効率を向上させることができる。
第4実施形態に係る除湿システムSは、第3実施形態の構成に温水槽211と、温水ポンプ212と、温水温度調整器213と、温度センサ214と、を追加した点が異なるが、その他は第3実施形態と同様である。したがって、第3実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図11は、本実施形態に係る除湿システムの構成図である。温水槽211(タンク)は、熱回収装置201bから配管f1を介して流入する温水を一時的に貯留するものである。温水槽211は、熱回収装置201bと温水熱交換器205とを接続する第1循環流路(配管f1,f2を含む)に介在するように設置されている。
一方の温水ポンプ202(第1循環手段)は、温水槽211から温水熱交換器205に向かう温水が通流する配管f1に設置されている。
他方の温水ポンプ212は、温水槽211から熱回収装置201bに向かう温水が通流する配管f2に設置されている。温水ポンプ202,212を駆動することで、所定流量の温水が前記した第1循環流路を介して循環する。
温度センサ214は、温水槽211から温水熱交換器205に向かう温水が通流する配管f1に設置され、温水槽211から流出する温水の温度を検出して制御装置400に出力する。
図12は、制御装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。ステップS103で必要除湿量H0を算出した後、ステップS301において制御装置400は、インバータ204,113,206の周波数を最大値に設定する(fw=fw(Max),fc=fc(Max),ft=ft(Max))。また、温水槽211の温水温度が最大値となるように(Tw=Tw(Max))、温水温度調整器213に流す電流値を設定する。
本実施形態に係る除湿システムSによれば、温水温度調整器213は、制御装置400からの指令に従って、温水槽211に貯留される温水が所定温度となるように制御する。
熱回収装置201bによって回収される太陽熱の熱量は、季節、天候、時間帯等によって変動するが、前記したように温水温度を所定温度となるように調整することで、再生ファン203から吹き出される空気に対して温水から安定的に放熱させることができる。
以上、本発明に係る除湿システムSについて各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、前記各実施形態では、日射センサ301を用いて日射量を検出する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、日射センサ301を省略し、日時情報や天気情報に基づいて制御装置400が日射量を推定するようにしてもよい。
また、温水ポンプ202(図1参照)、送風機111(図9参照)、再生ファン203(図9参照)、及び温水温度調整器213のうち少なくとも一つにインバータを設置し、当該インバータの周波数を評価関数ΔWに基づいて制御するようにしてもよい。
また、前記各実施形態では、処理エリアA1においてデシカントロータ11の上流側に冷水熱交換器104を設置し、下流側に冷水熱交換器105を設置する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、処理エリアA1においてデシカントロータ11の上流側・下流側のいずれか一方のみに冷水熱交換器を設置する構成にしてもよい。
なお、必要除湿量H0等を算出可能であれば、温湿度センサの位置を適宜変更してもよい。
10 除湿機
11 デシカントロータ
100 処理側システム
101 冷凍機
104,105 冷水熱交換器(第2熱交換器)
110 冷却塔
111 送風機
113 インバータ(第2インバータ、機器)
204,206 インバータ(第1インバータ、機器)
200 再生側システム
201 太陽光発電ユニット
201a 太陽光発電パネル
201b 熱回収装置(熱回収手段)
202 温水ポンプ(第1循環手段、機器)
203 再生ファン
205 温水熱交換器(第1熱交換器)
211 温水槽(タンク)
213 温水温度調整器(温度調整手段、機器)
301 日射センサ
302,303 温湿度センサ
400,400A 制御装置(制御手段)
401,401A 記憶部(記憶手段)
401a 温水ポンプ特性情報(第1循環手段特性情報)
401b 熱回収装置特性情報(熱回収手段特性情報)
401c 熱交換器特性情報(第1熱交換器特性情報)
401d 除湿機特性情報
401e 発電パネル特性情報
401f 室内モデル
401g 検出値‐周波数テーブル(テーブル)
402,402A 制御部
A1 処理エリア
A2 再生エリア
e1,e2 配管(第2循環流路)
f1,f2 配管(第1循環流路)
Claims (7)
- 太陽光が照射されることで発電する太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルの少なくとも一方の面に設置され、太陽熱を熱媒体によって回収する熱回収手段と、を有する太陽光発電ユニットと、
前記熱回収手段を経由する第1循環流路に配置され、前記第1循環流路を介して前記熱媒体を循環させる第1循環手段と、
被空調空間に向けて通流する気体の水分を処理エリアにおいて吸着剤で吸着して除湿し、前記吸着した水分を再生エリアにおいて脱着させて前記吸着剤を再生する除湿機と、
前記第1循環流路を介して循環する熱媒体と、前記除湿機の再生エリアに向かう気体と、を熱交換する第1熱交換器と、
前記第1熱交換器を介して前記除湿機に向かうように、前記再生エリアにおいて気体を通流させる再生ファンと、
前記第1循環手段及び前記再生ファンのうち少なくとも一つに設置される第1インバータと、
前記太陽光発電パネルの発電電力からシステム全体の消費電力を減算することで算出される評価関数に基づいて、前記第1インバータを含む機器の駆動を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする除湿システム。 - 前記制御手段は、
前記評価関数に基づき、当該評価関数を最大とするように、前記第1インバータを含む機器の駆動を制御すること
を特徴とする請求項1に記載の除湿システム。 - 前記太陽光発電パネルに照射される太陽光の日射量、外気温度、及び前記処理エリアにおいて前記吸着剤に向かう気体の温湿度に対応して、前記評価関数を最大とする前記第1インバータの周波数がテーブルとして格納される記憶手段を備え、
前記制御手段は、
日射センサによって検出される日射量と、温湿度センサによって検出される外気の温湿度と、前記処理エリアにおいて前記吸着剤に向かう気体の温湿度を検出する別の温湿度センサの検出値と、を含む情報に対応する前記第1インバータの周波数を、前記テーブルを参照して取得すること
を特徴とする請求項2に記載の除湿システム。 - 前記第1循環手段を駆動する前記第1インバータの周波数に対応して、前記第1循環手段の流量及び消費電力を特定する第1循環手段特性情報と、
前記太陽光発電パネルに照射される太陽光の日射量、及び外気温度に対応して、前記熱回収手段の熱回収量を特定する熱回収手段特性情報と、
前記再生ファンを駆動する前記第1インバータの周波数に対応して、前記再生ファンの風量及び消費電力を特定する再生ファン特性情報と、
前記熱回収量、前記第1循環手段の流量、及び前記再生ファンの風量に対応して、前記再生エリアにおいて前記第1熱交換器から前記吸着剤に向かう気体の温湿度を特定する第1熱交換器特性情報と、
前記再生エリアにおいて前記第1熱交換器から前記吸着剤に向かう気体の温湿度、及び、前記処理エリアにおいて前記吸着剤に向かう気体の温湿度、に対応して、前記除湿機による除湿量を特定する除湿機特性情報と、
前記日射量、外気温度、及び前記第1循環手段の流量に対応して前記太陽光発電パネルの温度を特定するとともに、当該太陽光発電パネルの温度、及び前記日射量に対応して前記太陽光発電パネルの発電電力を特定する発電パネル特性情報と、
が少なくとも格納される記憶手段を備え、
前記制御手段は、
日射センサによって検出される日射量と、温湿度センサによって検出される外気の温湿度と、前記処理エリアにおいて前記吸着剤に向かう気体の温湿度を検出する別の温湿度センサの検出値と、前記記憶手段に格納されるそれぞれの特性情報と、に基づいてシミュレーションを実行し、前記評価関数を算出すること
を特徴とする請求項1に記載の除湿システム。 - 前記第1循環流路に配置され、前記第1循環流路を介して循環する前記熱媒体を一時的に貯留するタンクと、
前記タンクに貯留される前記熱媒体の温度を調整する温度調整手段と、を備え、
前記制御手段は、前記評価関数に基づいて前記第1インバータ及び前記温度調整手段を含む前記機器の駆動を制御すること
を特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の除湿システム。 - 前記処理エリアにおいて前記除湿機の上流側及び/又は下流側に配置され、前記処理エリアを通流する空気と熱交換する第2熱交換器と、
前記第2熱交換器を経由する第2循環流路に配置され、前記第2循環流路を介して通流する熱媒体の温度を調整する冷凍機と、を備え、
前記制御手段は、前記評価関数に基づいて、少なくとも前記第1インバータ及び前記冷凍機を含む前記機器の駆動を制御すること
を特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の除湿システム。 - 外気を送風する送風機を有して、前記送風機から送り込まれる外気との熱交換によって、前記第2循環流路を通流する前記熱媒体を冷却する冷却塔と、
前記送風機に設置される第2インバータと、を備え、
前記制御手段は、前記評価関数に基づいて、少なくとも前記第1インバータ、前記冷凍機、及び前記第2インバータを含む前記機器の駆動を制御すること
を特徴とする請求項6に記載の除湿システム。
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