JP4339149B2 - 除湿空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリカゲルやゼオライトなどの湿気吸着剤を用いた除湿空調装置に関し、特に住宅用に適し夏季の潜熱負荷の高い時にも十分な除湿性能の発揮可能なものに関する。

除湿空調装置は吸着式除湿手段を用いることによって、湿度調整を行うものであって、吸着式除湿手段の駆動エネルギーとして発電機などの排熱を用いることができ、省エネルギー効果が高くなるとともに、快適性が高く、健康に良いなどの理由によって急速に普及している。

除湿空調装置は換気を行いながら空調を行うものが一般的であり、このようなものにあっては夏季の極めて顕熱及び潜熱負荷の高い場合にも十分な性能の発揮できるものの開発が求められている。このような技術として例えば特許文献１に開示されたものがある。
特開２０００−１１１０９６号公報

特許文献１に開示されたものは供給空気と排気との間で全熱交換を行い、外気の湿度が高い場合の潜熱負荷を下げ、全熱交換後の空気を除湿し、冷却して室内へ供給する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、外気の湿度が極めて高い場合に全熱交換だけでは十分に湿度を下げることができないという問題がある。

本発明は、外気の負荷が大きい場合でも冷凍機などを利用することなく、十分に室内の湿度を低下させ快適な空気を供給することが可能な除湿空調装置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、外気を除湿ロータで除湿し、この乾燥空気と外気とを顕熱交換し、さらに別の顕熱交換器内で水を気化させ、その気化熱によって乾燥空気を冷却し、冷却された乾燥空気の一部を再び除湿ロータの吸着側へ戻すようにした。

本発明の除湿空調装置は上記の如く構成したので、外気の湿度が上がった場合には、冷却された乾燥空気の一部を再び除湿ロータの吸着ゾーンへ循環するようにしたので吸着熱を除去された空気を再び湿気吸着することになり、室内の湿度を十分に下げることができる。

さらに循環量に応じて吸着ゾーンを通過する空気の量を増加させているため、室内への空気の供給量を確保することができる。また供給空気の全量を循環せず、外気と混合しているため、新鮮な外気を室内に送ることができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、外気を除湿ロータで除湿し、得られた乾燥空気と外気とを顕熱交換し、さらに別の冷却用顕熱交換器内で水を気化させ、その気化熱によって乾燥空気を冷却し、この冷却された乾燥空気を室内に供給するようにし、冷却された乾燥空気の一部を再び除湿ロータの吸着側へ戻すようにしたため、外気の湿度が高くても供給空気の湿度を下げることができるという作用を有する。

以下、本発明の除湿空調装置の実施例について図に沿って詳細に説明する。除湿ロータ１はセラミックシート等の耐熱性シートをハニカム（蜂の巣）状に形成し、シリカゲルやゼオライト等の湿気吸着剤を担持したものである。

前記顕熱交換器としての顕熱交換ロータ２は、アルミニウムシート等の湿気を吸着しないシートをハニカム状に形成したものである。そして除湿ロータ１及び顕熱交換ロータ２はそれぞれギヤドモータ（図示せず）等によって互いに逆向きに回転される。

また除湿ロータ１は、吸着ゾーン３、低温脱着ゾーン４、及び高温脱着ゾーン５とに分割されている。そして顕熱交換ロータ２は吸熱ゾーン６と放熱ゾーン７とに分割されている。低温脱着ゾーン４は除湿ロータ１の回転方向に対して上手側に位置し、高温脱着ゾーン５は下手側に位置する。

前記冷却用顕熱交換器としての直交型熱交換器８は、互いに方向が直交する２つの流路、即ち第１流路９及び第２流路１０を有し、それぞれの流路内で顕熱交換を行うものである。そして第１流路９の入口には、その内部に水を噴霧する噴霧ノズル１１を設けている。

温水コイル１２には発電機（図示せず）等の発熱源から発生する温水を流すようにしている。無論、ボイラーなどからの温水を流してもよいが、発電機等の排熱を利用した方が地球環境によい。

そして温水コイル１２を通過し加熱された空気が除湿ロータ１の高温脱着ゾーン５を通るように高温脱着ゾーン５の前に温水コイル１２を設置する。

ブロア１３は空気を通路へ押し込む状態で設置され、外気を除湿ロータ１の吸着ゾーン３、顕熱交換ロータ２の吸熱ゾーン６及び直交型熱交換器８の第２流路１０へ送るものである。そして直交型熱交換器８の第２流路１０を通過した空気は室内へ供給される。

ブロア１４は空気を通路から吸い出す構成で設置され、外気を顕熱交換ロータ２の放熱ゾーン７、温水コイル１２、除湿ロータ１の低温脱着ゾーン４及び高温脱着ゾーン５を通過させる。このようにブロア１４に吸い込まれ通過した空気は大気へ放出される。

さらに直交型熱交換器８の第２流路１０を通過した空気の一部は再びブロア１３の吸い込み側に戻るように帰還管路１５が設けられている。そしてこの帰還管路１５の途中にこの管路を開閉するバルブ１６が設けられている。

ブロア１７は直交型熱交換器８の第１流路９の空気を吸い出し、大気へ放出するものである。ここでブロア１７は第１流路９の空気を吸い出すようにしているため、第１流路９内の気圧が下がり、第１流路９内で水の沸点が下がり第１流路９内の温度が低くなる。

ブロア１７として防水タイプのものを使用したくない場合は、第１流路９に空気を押し込むようにして使用するとよい。この場合は温度低下が小さくなるが、ブロアとして安価なものを採用することができる。

本発明の除湿空調装置は以上の構成よりなり、以下その動作について説明する。先ず、夏季の晴天時など潜熱負荷がそれほど大きくない場合の動作について説明する。

図２に示すように、バルブ１６を閉じた状態でブロア１３、ブロア１４、ブロア１７を動作させる。また除湿ロータ１及び顕熱交換ロータ２を回転させ、温水コイル１２に温水を流し、噴霧ノズル１１から水を噴霧する。

これによって、外気が除湿ロータ１の吸着ゾーン３を通過し乾燥空気となる。この乾燥空気は吸着ゾーン３を通過する際に吸着熱によって温度が上がる。温度の上がった高温乾燥空気は顕熱交換ロータ２の吸熱ゾーン６を通過することによって熱を顕熱交換ロータ２に与え、温度が下がる。

温度の下がった乾燥空気は直交型熱交換器８の第２流路１０を通過する。この時、第１通路９内には噴霧された水が空気とともに通過しており、第１通路９内で水が気化する。

この気化に伴う気化熱で第１通路９とともに第２通路１０内部の温度も低下し、乾燥空気はさらに温度が低下して快適な空気となって室内へ供給される。直交型熱交換器８内部では、水が気化しながら熱交換が同時に進むため、第１通路９の出口では相対湿度が１００％となる。また第１通路９及び第２通路１０の出口温度は、ともにほぼ同じ温度になる。

つまり第１通路９に入る空気の条件を空気線図上にプロットすると、そこから空気線図上のエンタルピー線に沿って温度が下がり、相対湿度１００％の線と交わった点の温度まで温度が下がることとなる。

一方、外気はブロア１４によって顕熱交換ロータ２の放熱ゾーン７を通過し、顕熱交換ロータ２の熱を奪って温度が上昇する。この温度の上がった空気の一部は直接除湿ロータ１の低温脱着ゾーン４へ入る。温度の上がった空気の残りは温水コイル１２を通過してさらに温度が上昇し、除湿ロータ１の高温脱着ゾーン５へ入る。

低温脱着ゾーン４は除湿ロータ１の回転の上手側に位置するため、この部分では除湿ロータ１は多くの水分を含んでおり、低い脱着温度でも多量の水分が脱着される。高温脱着ゾーン５では、残った水分を高温の空気で脱着する。このように低温脱着ゾーン４と高温脱着ゾーン５とを分けて設けているために少ないエネルギーで除湿ロータ１を脱着することができる。

次に夏季の雨天時など外気の潜熱及び顕熱負荷が大きな場合の動作について説明する。ここで上記の説明と重複する部分については冗長性を避けるために説明を省略する。

図１に示すように、バルブ１６を開けた状態とする以外は上記の説明と同様、ブロア１３、ブロア１４、ブロア１７を動作させ、除湿ロータ１及び顕熱交換ロータ２を回転させ、温水コイル１２に温水を流し、噴霧ノズル１１から水を噴霧する。

ブロア１３によって除湿ロータ１の吸着ゾーン３、顕熱交換ロータ２の吸熱ゾーン６、直交型熱交換器８の第２通路１０を通過し、温度の下がった乾燥空気の一部は部屋へ供給され、残りの部分はバルブ１６を通過して帰還管路１５を戻る。

帰還管路１５から戻った低温乾燥空気は外気と混合される。これによって除湿ロータ１の吸着ゾーン３へ入る空気は温度・湿度とも外気より下がった状態となる。吸着ゾーン３での吸着限界は被処理空気の温度と湿度に依存する。

つまり被処理空気の湿度が除湿ロータ１の能力より高いとそれ以上の吸着は不可能であり、また被処理空気の温度が高いと吸着熱でさらに温度が上昇するために容易に吸着不可能な温度まで被処理空気の温度が到達する。

このように被処理空気即ち吸着ゾーン３を通過する空気の温度・湿度を少し下げることによって吸着ゾーン３を通過する空気の湿度を十分に低くすることができる。

図１に示す実施例の動作のうち、除湿ロータ１の脱着に関する動作は上記図２に示す実施例の動作と全く同じであるので説明は省略する。また以上の説明でバルブ１６を完全に開放あるいは閉鎖した動作を説明したが、外気の条件に応じてその開度を調節し、部屋への空気条件を適切なものとすることができる。

このように本発明の除湿空調装置は冷却された乾燥空気の一部を除湿ロータ１の吸着ゾーン３へ戻すことによって外気負荷が大きい場合であっても供給空気の条件を所望のものとすることができる。

本発明により、夏季の潜熱負荷の高い時にも十分な除湿性能の発揮が可能な除湿空調装置を提供することができる。

本発明の除湿空調装置の実施例を示すフロー図である。 本発明の除湿空調装置の実施例の他の動作を示すフロー図である。

符号の説明

１ 除湿ロータ
２ 顕熱交換ロータ
３ 吸着ゾーン
４ 低温脱着ゾーン
５ 高温脱着ゾーン
６ 吸熱ゾーン
７ 放熱ゾーン
８ 直交型熱交換器
９ 第１流路
１０ 第２流路
１１ 噴霧ノズル
１２ 温水コイル
１３ ブロア
１４ ブロア
１５ 帰還管路
１６ バルブ
１７ ブロア

Claims (3)

1. 外気をブロアによって除湿ロータの吸着ゾーンへ押し込み、外気を除湿ロータで除湿し、得られた乾燥空気と外気とを顕熱交換器で顕熱交換し、さらに別の冷却用顕熱交換器内で水を気化させて生じる気化熱によって乾燥空気を冷却し、当該冷却された乾燥空気を室内に供給すると共に、前記冷却された乾燥空気の一部を前記ブロアの吸い込み側に送ることによって外気とともに再び除湿ロータの吸着側へ戻すようにした除湿空調装置。
   
2. 前記除湿ロータの吸着側へ戻される前記冷却された乾燥空気の量に応じて、前記除湿ロータの吸着側へ送る空気量を変化させるようにした前記請求項１に記載の除湿空調装置。
3. 前記除湿ロータの脱着ゾーンを低温脱着ゾーンと高温脱着ゾーンとに分割し、低温脱着ゾーンを除湿ロータの回転方向の上手側とした前記請求項１又は２に記載の除湿空調装置。

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