JP3711834B2 - 調湿システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、調湿システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、吸脱着素子としては、軸中心に回転する円板状の吸着ロータがある。この吸着ロータは、吸着材をハニカム状(または多孔多粒状)に成形し、軸方向に通過する空気を吸着する一方、加熱された空気に水分を放出する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記吸着ロータでは、空気の水分を吸着して除湿する除湿領域では、除湿される空気が通過するときに、出口側になるほど吸着熱により通過空気の温度が上昇するため、相対湿度が下がり、十分な吸着能力が得られないという問題がある。また、上記吸脱着素子では、加熱された空気に水分を放出して再生する再生領域では、加湿される空気が通過するときに、出口側になるほど気化熱(脱着熱)により通過空気の温度が下がるため、相対湿度が上がり、水分を十分に放出させることができず、吸着材を十分に再生させることができないという問題がある。
【0004】
そこで、この発明の目的は、吸着時、除湿される空気の温度を下げることにより吸着能力を向上でき、再生時、加湿される空気の温度を上げることにより吸着材を十分に再生できる吸脱着素子を用いた調湿システムを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の調湿システムは、通過する空気の水分を吸着または脱着する吸脱着部と、上記吸脱着部を通過する空気と熱交換を行う熱交換部とを有する吸脱着素子を複数備え、一方の上記吸脱着素子で水分の吸着を行い、他方の上記吸脱着素子で水分の脱着を行って、両方の上記吸脱着素子の吸着動作と脱着動作を交互に切り換える調湿システムであって、導入外気の一部により吸着動作中の上記吸脱着素子の冷却を行い、その吸着動作中の上記吸脱着素子を冷却した後の上記導入外気を用いて脱着動作中の上記吸脱着素子を加熱することを特徴としている。
【0006】
上記請求項1の調湿システムによれば、例えば、上記吸脱着部の吸着材としてシリカゲル,ゼオライトまたはアルミナ等を用い、その吸脱着部に空気を通過させて、空気の水分を吸脱着部に吸着させることにより、除湿を行う。一方、上記吸脱着部に加熱空気を通過させて、吸脱着部から水分を放出することにより吸脱着部の再生を行う。このとき、上記吸脱着部を通過する空気と例えば熱媒体(空気または水等)との間で上記熱交換部により熱交換を行って、上記吸脱着部を通過する空気を冷却したり加熱したりすることが可能となる。したがって、上記吸脱着部を通過する空気の温度を制御して、その空気の相対湿度を適切に制御することによって、吸着,再生時の絶対湿度差を大きくとれ、吸脱着部の水分の吸着,放出を効率良く行うことができる。また、吸着,再生時の絶対湿度差を大きくとれるので、調湿システムの小型化が容易となる。
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
また、請求項2の調湿システムは、請求項1の調湿システムにおいて、上記熱交換部は、上記吸脱着部の空気が通過する吸脱着通路と上記吸脱着通路内の空気と熱交換される空気が通過する熱交換通路とが交互に積層された積層構造であることを特徴としている。
【0012】
上記請求項2の調湿システムによれば、上記吸脱着部の空気が通過する吸脱着通路と上記吸脱着通路内の空気と熱交換される空気が通過する熱交換通路とを交互に積層することによって、簡単な構造で吸脱着部を通過する空気と熱交換が可能な熱交換部を実現できる。
【0013】
【0014】
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の調湿システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0016】
(第1実施形態)
図1はこの発明の第1実施形態の調湿システム10の構成図であり、1はケーシング、2は上記ケーシング1内を通路1Aと通路1Bに仕切る仕切板、3は上記通路1A内の一方の側に配置された第1吸脱着素子、4は上記通路1B内の一方の側に配置された第2吸脱着素子、5は上記第1,第2吸脱着素子3,4の間に仕切板2を貫通するように配置された加熱コイル、6は上記ケーシング1内の他方の側に、かつ、通路1A,1Bの両側にわたって配置された積層式顕熱交換器である。なお、上記加熱コイル5には、図示しない熱源から温水が供給される。
【0017】
また、上記ケーシング1の第1吸脱着素子3側の端に通路1Aの出入口12を設ける一方、ケーシング1の第2吸脱着素子4側の端に通路1Bの出入口11を設けている。一方、上記ケーシング1の顕熱交換器6側の端に通路1A,1Bの出入口13,14を設けている。なお、この出入口13は、顕熱交換器6を介して通路1Aにつながり、出入口14は、顕熱交換器6を介して通路1Bにつながっている。
【0018】
また、図2は上記第1吸脱着素子3の構成を示す概略図であり、この第1吸脱着素子3は、所定の間隔をあけて積層された複数の平板20と、上記平板20の間にを一層毎に交互に稜線が直交するように配置された断面波形形状の複数の案内板21,22とを有している。上記断面波形形状の案内板21は、表面および裏面に吸着材(シリカゲル,ゼオライトまたはアルミナ等)が塗布されている。また、吸脱着部としての平板20と案内板21によって、吸脱着通路21a,21bを形成する一方、熱交換部としての平板20と案内板22によって、熱交換通路22a,22bを形成している。なお、図1に示す第2吸脱着素子4も同様の構成をしている(図3参照)。
【0019】
また、図1に示す積層式顕熱交換器6は、方向が直交する扁平な複数の通路(図示せず)が一層毎に交互に積層されて、直交する両通路を流れる空気の間で熱交換を行う。
【0020】
上記構成の調湿システム10は、外部の図示しないダンパー等を用いて、空気の流れる方向を切り換えることによって、第1吸脱着素子3を吸着側から再生側(または再生側から吸着側)に切り換え、第2吸脱着素子4を再生側から吸着側(または吸着側から再生側)に切り換えるバッチ運転が行われる。
【0021】
以下、図1を用いてバッチ運転の一方の状態について上記調湿システム10の動作を説明する。なお、図1では、第1吸脱着素子3を吸着側とし、第2吸脱着素子4を再生側としている。
【0022】
図1において、外気OAが出入口12から第1吸脱着素子3の吸脱着通路21a,21b(図2に示す)を通過し、第1吸脱着素子3の吸脱着通路21a,21bを通って除湿された空気は、通路1Aを矢印X1の方向に流れて、顕熱交換器6を介して出入口13から除湿空気SAが室内に供給される。一方、室内からの空気RAが出入口14から顕熱交換器6を介して通路1Bを矢印Y1の方向に流れて、第2吸脱着素子4の吸脱着通路21a,21b(図3に示す)を通って加湿された空気は、出入口11から水を含んだ空気EAが室外に排出される。このとき、顕熱交換器6では、第1吸脱着素子3で除湿された空気と室内からの空気RAとの間で熱交換が行われる。そうして、上記第1吸脱着素子3で除湿された空気の吸着熱を利用して、室内からの空気RAを暖めて、温められた空気RAによって第2吸脱着素子4の再生を行う。
【0023】
さらに、外気OAの一部は、矢印Zの方向に第1吸脱着素子3の熱交換通路22a,22b(図2に示す)を通って、加熱コイル5で加熱された後、第2吸脱着素子4の熱交換通路22a,22b(図3に示す)を通って矢印Wの方向に流れ、第2吸脱着素子4の吸脱着通路21a,21bを通った空気と共に、水分を含んだ空気EAとして外部に排出される。
【0024】
例えば、図2に示すように、吸着側の第1吸脱着素子3では、乾球温度(DB)が35℃で湿球温度(WB)が27℃の外気OAが、吸脱着通路21a,21bを通過すると共に、その外気OAの一部が熱交換通路22a,22bを通過すると、吸脱着通路21a,21bで水分が吸着された除湿空気の乾球温度は40℃、熱交換通路22a,22bを通過して排気される空気の乾球温度は37℃となる。
【0025】
また、図3に示すように、再生側の第2吸脱着素子4では、乾球温度(DB) が27℃で湿球温度(WB)が19℃の室内からの空気RAが、吸脱着通路21a,21bを通過する一方、第1吸脱着素子3の熱交換通路22a,22bを通過し、加熱コイル5により乾球温度が80℃に加熱された空気が、第2吸脱着素子4の熱交換通路22a,22bを通過する。
【0026】
上記調湿システム10において、第1,第2吸脱着素子3,4の吸脱着通路21a,21bを通過する空気の絶対湿度の変化を図4に示している。なお、図4において、縦軸は乾球温度、横軸は絶対湿度である。
【0027】
図4に示すように、吸着側では、上記第1吸脱着素子3の吸脱着通路21a,21bを通過する空気は、除湿されて(1)の状態から(2)の状態になり、さらに、顕熱交換器6(図1に示す)で室内からの空気RAと熱交換されて、(2)の状態から(3)の状態になる。そうして、絶対湿度は、(1)の0.014kg/kgから(3)の0.008kg/kgまで除湿される。
【0028】
一方、再生側では、まず、室内からの空気RAが顕熱交換器6(図1に示す)で第1吸脱着素子3から室内に供給される空気SAと熱交換されて、さらに、加熱コイル5で加熱された空気と第2吸脱着素子4熱交換され、(4)の状態から(5)の状態になり、次に、第2吸脱着素子4の吸脱着通路21a,21bを通過する空気は、加湿されて(5)の状態から(6)の状態になる。そうして、絶対湿度は、(5)の0.013kg/kgから0.019kg/kgまで加湿される。
【0029】
上記第1吸脱着素子3で熱交換通路22a,22bを用いて、吸脱着通路21a,21bの空気を冷却しない場合、図4に示すように、除湿による吸着熱のために(1)の状態から温度が高いAの状態となってしまう。この場合、除湿される空気の温度が上昇するため、相対湿度が下がり、吸着材の含水率が下がり、除湿能力が低下することになる。一方、上記第第2吸脱着素子4で熱交換通路22a,22bを用いて、吸脱着通路21a,21bの空気を加熱せずに、従来の室内からの空気RAを加熱コイル等により加熱して、第2吸脱着素子4を通過させた場合、図4に示すように、加湿による気化熱のために(5)の状態からBの温度が低い状態となってします。実際には、加湿される空気の温度が低下するために相対湿度が上がり、吸着材の含水率が上がり、再生が十分でなくなる。
【0030】
これに対して、この第1実施形態では、吸着側の第1吸脱着素子3に熱交換部(20,22)を設けて、除湿される空気を冷却することによって、相対湿度を上げ、吸着材の含水率を上げることが可能となり、吸着能力を向上できると共に、再生側の第2吸脱着素子4に熱交換部(20,22)を設けて、加湿される空気を加熱することによって、相対湿度を下げ、吸着材の含水率を下げることが可能となり、吸着材を十分に再生することができる。
【0031】
このように、上記吸脱着部(20,21)を通過する空気の温度を制御して、その空気の相対湿度を適切に制御することによって、吸脱着部(20,21)の水分の吸着,放出を効率良く行うことができる。
【0032】
なお、上記調湿システムでは、図5に示すように、除湿運転により第1吸脱着素子3の吸着能力が低下すると、吸着側と再生側とを切り換えるバッチ運転を行う。すなわち、十分に再生された第2吸脱着素子4を吸着側とし、第1吸脱着素子3を再生側として、空気の流れを図1とすべて逆方向にするのである。以下、図1のときと同様にして除湿運転を行う。
【0033】
(第2実施形態)
図6はこの発明の第2実施形態の調湿システム20の構成図であり、31はケーシング、32は上記ケーシング31内を除湿通路31Aと再生通路31Bに仕切る仕切板、33は上記除湿通路31A,31Bの両側に配置された吸脱着素子としての円板形状の吸着ロータ、34は上記吸着ロータ33の通路1B側に配置された加熱手段、35は上記吸着ロータ33の除湿通路31A側に設けられた冷却手段、36は上記ケーシング1内の他方の側に配置された顕熱ロータ、37は上記再生通路31B内に吸着ロータ33と顕熱ロータ36との間に配置された加熱コイルである。上記吸着ロータ33は、吸着材(シリカゲル,ゼオライトまたはアルミナ等)をハニカム状または多孔多粒状に成形して、無数の吸脱着通路(図示せず)を形成している。この吸着ロータ33の無数の吸脱着通路を通過する空気から水分を吸着する一方、加熱された空気に水分を放出する。
【0034】
また、上記ケーシング31の顕熱ロータ36側の端に再生通路31Bの入口43を設ける一方、ケーシング31の吸着ロータ33側の端に再生通路31Bの出口41を設けている。また、上記ケーシング31の吸着ロータ33側の端に除湿通路31Aの入口42を設ける一方、ケーシング31の顕熱ロータ36側の端に除湿通路31Aの出口44を設けている。
【0035】
上記構成の調湿システム20において、除湿通路31に入口42から流入した外気OAは、吸着ロータ33によって、水分が吸着されて除湿され、かつ、吸着熱により温度上昇して、矢印X2の方向に流れる。さらに、吸着ロータ33で除湿された空気は、顕熱ロータ36によって熱が奪われて、適切な温度になった除湿空気SAが出口44から室内に供給される。一方、室内からの空気RAが再生通路31Bに入口43から流入して、顕熱ロータ36で予熱され、さらに、加熱コイル37によって加熱された後、矢印Y2の方向に流れる。この加熱コイル37により加熱された空気によって、吸着ロータ33から水分を放出させて、吸着ロータ33を再生し、水分を含んだ空気EAを出口41から外部に放出する。このようにして、除湿通路31Aを流れる空気から吸湿ロータ33で水分を再生通路31Bに移送して、除湿空気SAを室内に供給する。
【0036】
このとき、上記吸着ロータ33の除湿通路31A側において、熱交換部としての冷却手段35によって、除湿される空気の温度を冷却する一方、吸着ロータ33の再生通路31B側において、熱交換部としての加熱手段34によって、加湿される空気の温度を加熱する。上記冷却手段35は、吸着ロータ33の除湿通路31A側に面する側方から冷却空気を内部に循環させる構成をしており、加熱手段34は、吸着ロータ33の再生通路31B側に面する側方から加熱空気を内部に循環させる構成をしている。なお、冷却手段35,加熱手段34の構成はこれに限らず、吸着ロータを通過する空気と熱交換する熱交換部であればよい。
【0037】
このようにして、この第2実施形態の調湿システムは、上記第1実施形態の調湿システムと同様に、除湿される空気を冷却することによって、吸着ロータ33の吸着側の吸着能力を向上できると共に、吸着ロータ33の再生側の吸着材を十分に再生することができる。
【0038】
上記第1,第2実施形態では、除湿を行う調湿システムについて説明したが、加湿を行う調湿システムや除湿,加湿の両方を行う調湿システムにこの発明を適用してもよい。
【0039】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項1の発明の調湿システムは、通過する空気の水分を吸着する吸脱着部と、上記吸脱着部を通過する空気と熱交換を行う熱交換部とを有する吸脱着素子を複数備え、一方の吸脱着素子で水分の吸着を行い、他方の吸脱着素子で水分の脱着を行って、両方の吸脱着素子の吸着動作と脱着動作を交互に切り換える調湿システムであって、導入外気の一部により吸着動作中の吸脱着素子の冷却を行い、その吸着動作中の吸脱着素子を冷却した後の導入外気を用いて脱着動作中の吸脱着素子を加熱するものである。
【0040】
したがって、請求項1の発明の調湿システムによれば、上記吸脱着部を通過する空気と例えば熱媒体との間で熱交換部により熱交換を行って、上記吸脱着部を通過する空気を冷却したり加熱したりすることによって、上記吸脱着部を通過する空気の温度を制御し、その空気の相対湿度を適切に制御して、吸脱着部の水分の吸着,放出を効率良く行うことができる。
【0041】
【0042】
【0043】
また、請求項2の発明の吸脱着素子は、請求項1の調湿システムにおいて、上記熱交換部は、上記吸脱着部の空気が通過する吸脱着通路と上記吸脱着通路内の空気と熱交換される空気が通過する熱交換通路とが交互に積層された積層構造であるので、簡単な構造で吸脱着部を通過する空気と熱交換が可能な熱交換部を実現することができる。
【0044】
【0045】
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1はこの発明の第1実施形態の調湿システムの構成図である。
【図2】 図2は上記調湿システムの吸着側の第1吸脱着素子の説明図である。
【図3】 図3は上記調湿システムの再生側の第2吸脱着素子の説明図である。
【図4】 図4は上記調湿システムの吸着,再生を切り換えた状態を説明する図である。
【図5】 図5は上記調湿システムの吸着,再生時の絶対湿度の変化を示す図である。
【図6】 図6はこの発明の第2実施形態の調湿システムの構成図である。
【符号の説明】
1,31…ケーシング、
2,32…仕切板、
3…第1吸脱着素子、
4…第2吸脱着素子、
5,37…加熱コイル、
6…顕熱交換器、
10,20…調湿システム、
20…平板、
21,22…案内板、
21a,21b…吸脱着通路、
22a,22b…熱交換通路、
33…吸着ロータ、
36…顕熱ロータ。
Claims (2)
- 通過する空気の水分を吸着または脱着する吸脱着部(20,21)と、上記吸脱着部(20,21)を通過する空気と熱交換を行う熱交換部(20,22,35)とを有する吸脱着素子を複数備え、一方の上記吸脱着素子で水分の吸着を行い、他方の上記吸脱着素子で水分の脱着を行って、両方の上記吸脱着素子の吸着動作と脱着動作を交互に切り換える調湿システムであって、
導入外気の一部により吸着動作中の上記吸脱着素子の冷却を行い、その吸着動作中の上記吸脱着素子を冷却した後の上記導入外気を用いて脱着動作中の上記吸脱着素子を加熱することを特徴とする調湿システム。 - 請求項1に記載の調湿システムにおいて、
上記熱交換部(22)は、上記吸脱着部(20,21)の空気が通過する吸脱着通路(21a,21b)と上記吸脱着通路(21a,21b)内の空気と熱交換される空気が通過する熱交換通路(22a,22b)とが交互に積層された積層構造であることを特徴とする調湿システム。
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