JP5127280B2 - 空気調和機 - Google Patents
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また吸着剤として吸着エネルギの小さい疎水性ゼオライトを用いると、ゼオライトはシリカゲルや活性炭などの吸着剤に比べ吸着量が少なく、特に疎水性ゼオライトは吸着エネルギが小さくて済む反面、吸着量も少ないため充分な加湿量を得られないという課題があった。
図1は、本発明の実施の形態1における、除加湿機能搭載の空気調和機の概略構成図であり、図1(a)が下面から見た室内側装置の概略構成図、図1(b)が側面から見た室内側装置の概略構成とヒートポンプサイクルの冷媒回路(暖房回路)を示した図である。ヒートポンプサイクルは周知の通り、圧縮機4と、暖房運転時には図中の実線ように、冷房運転時には図中の破線ように切り換わる四方弁7と、冷房運転時には凝縮器として、暖房運転時には蒸発器として機能する室外機熱交換器5と、凝縮器で凝縮された高温、高圧の液体を膨張させて低温、低圧の冷媒とする膨張弁6とからなる室外機2と、冷房運転時には蒸発器として、暖房運転時には凝縮器として機能する室内機熱交換器3を備えた室内機1とからなり、室外空気との熱交換によって得られた熱を室内に供給することが可能となる。室内機熱交換器3は図1(b)では2つに分離しているように示されているが、図1(a)の破線に示すように室内吸込口15を一周するように設置されるものである。なお、図1(a)において、室内熱交換器3の周囲4箇所には室内吸込口16が形成されている。
一方、再生風路となる第2の空気風路14では、室内吸込口15から第2の送風手段13により乾燥した室内空気を吸込み、暖房運転のため凝縮器として機能している室内熱交換器3により昇温されて加熱空気となる。水分吸着手段10が回転し、第1の空気風路12で吸着し第2の空気風路14側に移行してきた水分が、加熱空気により再生されて高温高湿空気となる。生成された高温高湿空気が室内吹出口16から放出されて、室内は暖房加湿される。
図4は、本発明の実施の形態2における、除加湿機能搭載の空気調和機の概略構成図であり、図4(a)が側面から見た室内側装置の概略構成図、図4(b)が下面から見た室内側装置の概略構成とヒートポンプサイクルの冷媒回路(暖房回路)を示す図である。実施の形態1と同一の箇所については説明を割愛する。室内機熱交換器3は図4(a)では2つに分離しているように示されているが、図4(b)に示すように室内吸込口15を一周するように設置されるものである。除加湿ユニット9は、天井面8に据え付けられた室内機1の近傍の天井裏に設置されている。除加湿ユニット9の内部は、仕切壁25によって第1の空気風路12と第2の空気風路14が形成され、第1の空気風路12には第1の送風手段11、第2の空気風路14には第2の送風手段13が設置されている。第1の空気風路12は、実施の形態1と同様に室外と連通し、第2の空気風路14は、第1の室内機接続ダクト26および第2の室内機接続ダクト27により室内機1と接続されており、室内機1の室内吸込口15、室内吹出口16を介して室内と連通している。また、水分吸着手段10は除加湿ユニット9の内部において、第1の空気風路12および第2の空気風路14を跨るように設置されている。
図7は、本発明の実施の形態3における、除加湿機能搭載の空気調和機の概略構成図であり、側面から見た室内側装置の概略構成とヒートポンプサイクルの冷媒回路(暖房回路)を示した図である。実施の形態1と同一の箇所については説明を割愛する。除加湿ユニット9内部に形成される第1の空気風路12において、水分吸着手段10の上流側に、室外熱交換器5と直列に接続された補助熱交換器28が設置されている。
図8は、本発明の実施の形態4における、除加湿機能搭載の空気調和機の概略構成図であり、側面から見た室内側装置の概略構成とヒートポンプサイクルの冷媒回路(暖房回路)を示した図である。実施の形態1と同一の箇所については説明を割愛する。除加湿ユニット9内部に設置された回転可能な水分吸着手段10には回転駆動手段29が接続され、また第1の空気風路12において、水分吸着手段10の上流側には、風量検出手段30、第1の温度検出手段31、第1の湿度検出手段32が設置され、下流側には第2の温度検出手段33、第2の湿度検出手段34が設置されている。
一方、再生風路となる第1の空気風路12では、室外の高温空気を給気ダクト17から吸込む。吸込まれた室外空気は、風量検出手段30により風量Vを、第1の温度検出手段31により入口空気温度T1を、第1の湿度検出手段32により入口空気相対湿度φ1を検出される。その後水分吸着手段10が回転し、第2の空気風路14で吸着し第1の空気風路12側に移行してきた水分を、室外の高温空気により再生し高温高湿空気となる。生成された高温高湿空気は、第2の温度検出手段33により出口空気温度T2を、第2の湿度検出手段34により出口空気相対湿度φ2を検出され、第1の送風手段11により排気ダクト18を介して室外に排気される。
W=ρ×V×ΔX ――――――――――――――――(1)
ここで、W(kg/h)は除加湿量、ρ(kg/m3)は空気密度、V(m3/h)は空気流量、ΔX(kg/kg‘)は入口空気絶対湿度X1と出口空気絶対湿度X2の差である。
入口空気絶対湿度X1は、第1の温度検出手段31により検出された入口空気温度T1と、第1の湿度検出手段32により検出された入口空気相対湿度φ1から求めることができ、出口空気絶対湿度X2は、第2の温度検出手段33により検出された出口空気温度T2と、第2の湿度検出手段34により検出された出口空気相対湿度φ2から求めることができるため、風量検出手段30により検出された空気流量Vと合わせ、実測データから除加湿量Wを算出することができる。水分吸着手段10における吸着水分量と再生水分量は原理的に等しくなるので、(1)式により、加湿運転時は第1の空気風路12における吸着量(除湿量)、除湿運転時は第1の空気風路12における再生量(加湿量)を求めることにより、それぞれ第2の空気風路14における加湿量、除湿量を推算することができる。
図9は、本発明の実施の形態5における、除加湿機能搭載の空気調和機の概略構成図であり、下面から見た室内側装置の概略構成とヒートポンプサイクルの冷媒回路(暖房回路)を示した図である。実施の形態2と同一の箇所については説明を割愛する。除加湿ユニット9内部に設置された回転可能な水分吸着手段10には回転駆動手段29が接続され、また第2の空気風路14において、水分吸着手段10の上流側には、風量検出手段30、第1の温度検出手段31、第1の湿度検出手段32が設置され、下流側には第2の温度検出手段33、第2の湿度検出手段34が設置されている。
図10は、本発明の実施の形態6における、水分吸着手段に担持される各種吸着剤の等温吸着線の概念図であり、35は一般的なゼオライト、36は1.5〜2.5nm(ナノメートル)程度の細孔が多数設けられた多孔質ケイ素材料である第1の吸着剤、37は0.7nm程度の細孔が多数設けられたゼオライト系材料である第2の吸着剤の等温吸着線を示す。図10において、横軸は対象空気の相対湿度、縦軸は水分の平衡吸着量である。図10において、一般的なゼオライトの等温吸着線35に示されているように、空気の相対湿度が第0の相対湿度38(Φ0)以下の範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率である傾斜が、第0の相対湿度38を超える範囲における傾斜よりも大きく、第0の相対湿度38は一般的に10%未満である。また第1の吸着剤の等温吸着線36に示されているように、本実施の形態6で用いる第1の吸着剤は、空気の相対湿度が第0の相対湿度38より大きい第1の相対湿度39(Φ1)から第2の相対湿度40(Φ2)の範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率である傾斜が、第1の相対湿度39未満または第2の相対湿度40を超える範囲における傾斜よりも大きい。
なおカオチンとは、ゼオライトの分子構造でイオン結合した陽イオンのことで、このカオチンを様々な物質でイオン交換することにより吸着特性が変化するので、目的に応じて終端カチオンを交換して吸着特性を改善することが可能となる。
図12において、横軸は吸着エネルギ、縦軸は吸着水分量の積算値であり、各吸着エネルギで吸着している水分量を吸着エネルギの小さい方から積算して示している。図中の各線は、それぞれ58はSiO2/Al2O3小(≒2.5)、59はSiO2/Al2O3中(≒3.5)、60はSiO2/Al2O3大(≒5.0)における分布であり、SiO2/Al2O3が小さい方が、低い吸着エネルギでより多くの水分が吸着していることを示している。
図13は、本発明の実施の形態7における、水分吸着手段の概略設置図であり、50は高湿空気用水分吸着手段、51は低湿空気用水分吸着手段を示し、それぞれ高湿空気用水分吸着手段吸着領域50a、高湿空気用水分吸着手段再生領域50b、および低湿空気用水分吸着手段吸着領域51a、低湿空気用水分吸着手段再生領域51bに分割される。高湿空気用水分吸着手段50に担持する吸着剤としては、例えば図10に等温吸着線36で示される第1の吸着剤、低湿空気用水分吸着手段51に担持する吸着剤としては、例えば図10に等温吸着線37で示される第2の吸着剤がある。図14はこのときの空気相対湿度変化の概念図であり、図14(a)の52は吸着時の空気相対湿度変化、図14(b)の53は再生時の空気相対湿度変化を示している。また、54は吸着時の空気相対湿度(Φadin)、55は再生時の空気相対湿度(Φdein)を示し、Φ1、Φ2、Φ3は、それぞれ図10における、第1の相対湿度39、第2の相対湿度40、第3の相対湿度41に対応する。
Claims (22)
- 圧縮機、四方弁、室外機熱交換器、および膨張弁を有する室外機と、
室内機熱交換器を有する室内機と、を備え、
前記圧縮機、前記四方弁、前記室外機熱交換器、前記膨張弁、前記室内機熱交換器を順次配管で接続して冷暖房切替え可能なヒートポンプサイクルを備えた空気調和機において、
第1の送風手段を有し、この第1の送風手段により室外の空気を取り込み室外へ排出する第1の風路と、
第2の送風手段を有し、この第2の送風手段により室内の空気を取り込み前記室内機熱交換器を介して室内へ排出する第2の風路と、
前記第1の風路と前記第2の風路に跨って配置され、前記第1の風路に面する領域及び前記第2の風路に面する領域が移動して、一方の風路の空気中の水分を吸着し、該吸着した水分を他方の風路の空気で再生する水分吸着手段と、
を備え、
前記第2の風路において、前記室内機熱交換器は前記水分吸着手段よりも上流側に配置され、
前記室内機熱交換器が凝縮器として機能して前記第2の風路内の空気を加熱するとき、
前記水分吸着手段が前記第1の風路で吸着した水分は、前記第2の風路の前記加熱された空気によって、前記第2の風路内で再生され、
前記室内機熱交換器が蒸発器として機能して前記第2の風路内の空気を冷却するとき、
前記水分吸着手段が前記第2の風路で吸着した水分は、前記第1の風路を介して取り込んだ前記室外の空気によって、前記第1の風路内で再生され、
前記水分吸着手段として、異なる吸着剤が担持された第1の水分吸着手段、第2の水分吸着手段が直列に配置され、
前記第1の送風手段および前記第2の送風手段が冷暖房運転に応じて正逆回転可能とし、冷暖房運転に応じて暖房運転時に回転方向を切替えることを特徴とする空気調和機。 - 室内加湿運転時には、前記室内熱交換器が凝縮器として動作して前記第2の風路内の空気を加熱することを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
- 前記第2の風路の前記水分吸着手段の上流側に設けられた補助加熱器を備え、
室内加湿運転時には、前記補助加熱器を動作させて前記第2の風路内の空気を加熱することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の空気調和機。 - 前記第2の風路の前記水分吸着手段の上流側に設けられ、前記圧縮機の出口と開閉弁を有するバイパス配管を介して接続された再生補助加熱器を備え、
室内加湿運転時には、前記開閉弁を制御して前記再生補助加熱器を凝縮器として動作させて前記第2の風路内の空気を加熱することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の空気調和機。 - 室内除湿運転時には、前記室内熱交換器が蒸発器として動作して前記第2の風路内の空気を露点温度付近まで冷却することを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
- 前記第1の風路の前記水分吸着手段の上流側に設けられた補助加熱器を備え、
室内除湿運転時には、前記補助加熱器を動作させて前記第1の風路内の空気を加熱することを特徴とする請求項1又は請求項5に記載の空気調和機。 - 前記第1の風路の前記水分吸着手段の上流側に設けられ、前記圧縮機の出口と開閉弁を有するバイパス配管を介して接続された再生補助加熱器を備え、
室内除湿運転時には、前記開閉弁を制御して前記再生補助加熱器を凝縮器として動作させて前記第1の風路内の空気を加熱することを特徴とする請求項1又は請求項5に記載の空気調和機。 - 前記第1の風路の前記水分吸着手段の上流側に設けられ、前記室外機熱交換器と直列に接続された再生補助加熱器を備え、
室内除湿運転時には、前記再生補助加熱器を凝縮器として動作させて前記第1の風路内の空気を加熱することを特徴とする請求項1又は請求項5に記載の空気調和機。 - 前記第1の風路の前記水分吸着手段の上流側に設けられた第1の補助加熱器と、
前記第2の風路の前記水分吸着手段の上流側に設けられた第2の補助加熱器と、を備え、
除湿運転時には前記第1の補助加熱器を動作させて前記第1の風路の空気を加熱し、
加湿運転時には前記第2の補助加熱器を動作させて前記第2の風路の空気を加熱することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項5のいずれかに記載の空気調和機。 - 前記第1の風路の前記水分吸着手段の上流側に設けられ、前記圧縮機の出口と第1の開閉弁を有する第1のバイパス配管を介して接続された第1の再生補助加熱器と、
前記第2の風路の前記水分吸着手段の上流側に設けられ、前記圧縮機の出口と第2の開閉弁を有する第2のバイパス配管を介して接続された第2の再生補助加熱器と、を備え、
除湿運転時には前記第1の開閉弁と第2の開閉弁を制御して前記第1の再生補助加熱器を凝縮器として動作させて前記第1の風路の空気を加熱し、
加湿運転時には第1の開閉弁と前記第2の開閉弁を制御して前記第2の再生補助加熱器を凝縮器として動作させて前記第2の風路の空気を加熱することを特徴とする請求項1、請求項2、請求項5のいずれかに記載の空気調和機。 - 前記水分吸着手段を収納する除加湿ユニットを備え、
前記第1の送風手段と前記第2の送風手段は、前記除加湿ユニットに収納されることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の空気調和機。 - 前記第1の風路の前記水分吸着手段の上流側に設けられた第1の温度検出手段と、
前記第1の風路の前記水分吸着手段の下流側に設けられた第2の温度検出手段と、
前記第1の風路の前記水分吸着手段の上流側と下流側の、いずれか一方または双方に設けられた湿度検出手段と、
前記第1の温度検出手段、前記第2の温度検出手段、および前記湿度検出手段の出力値に基づいて、前記水分吸着手段による除加湿量を推算する除加湿量算出手段と、を備えたことを特徴とする請求項1記載の空気調和機。 - 前記第2の風路の前記水分吸着手段の上流側に設けられた第1の温度検出手段と、
前記第2の風路の前記水分吸着手段の下流側に設けられた第2の温度検出手段と、
前記第2の風路の前記水分吸着手段の上流側と下流側の、いずれか一方または双方に設けられた湿度検出手段と、
前記第1の温度検出手段、前記第2の温度検出手段、および前記湿度検出手段の出力値に基づいて、前記水分吸着手段による除加湿量を推算する除加湿量算出手段と、を備えたことを特徴とする請求項1記載の空気調和機。 - 前記除加湿量算出手段により推算された除加湿量に基づいて、前記第1の送風手段、前記第2の送風手段の、いずれか一方または双方の送風量を制御することを特徴とする請求項12または請求項13記載の空気調和機。
- 前記水分吸着手段を、円柱状に成形され軸方向に通気性を有する回転式のものとし、前記水分吸着手段を回転させる駆動手段を備え、
前記除加湿量算出手段により推算された除加湿量に基づいて、前記駆動手段により水分吸着手段の回転数を制御することを特徴とする請求項12または請求項13に記載の空気調和機。 - 前記第1の風路の吸込口と吹出口の、どちらか一方または双方が室内天井裏に配設され、前記室内天井裏から空気を吸入する、または前記室内天井裏に排気することを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の空気調和機。
- 前記水分吸着手段に担持される吸着剤として、1.5〜2.5ナノメートルの穴径の細孔が多数設けられたケイ素材料で構成され、低湿度である第1の相対湿度と該第1の相対湿度よりも高湿度である第2の相対湿度との範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率が前記相対湿度の範囲外における相対湿度に対する前記平衡吸着量の前記変化率よりも大きく、かつ、前記第1の相対湿度および前記第2の相対湿度が30%から60%の範囲であるような吸着特性を有する第1の吸着剤を使用したことを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の空気調和機。
- 前記水分吸着手段に担持される吸着剤として、0.7ナノメートル程度の穴径の細孔が多数設けられたゼオライト系の材料で構成され、前記第1の相対湿度よりも低湿度である第3の相対湿度以下の範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率が、前記第3の相対湿度以上の範囲における相対湿度に対する前記平衡吸着量の前記変化率よりも大きい吸着特性を有する第2の吸着剤を使用したことを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の空気調和機。
- 前記水分吸着手段に担持される吸着剤として、ゼオライトとシリカゲルを混合したものであって、ゼオライトの配合比を多くして合成したものとし、前記ゼオライトの終端カチオン種を、カリウムが50%以上の比率とした第3の吸着剤を使用したことを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の空気調和機。
- 前記第1の水分吸着手段に担持される吸着剤として、前記第1の吸着剤を使用したことを特徴とする請求項17に記載の空気調和機。
- 前記第2の水分吸着手段に担持される吸着剤として、前記第2の吸着剤を使用したことを特徴とする請求項18記載の空気調和機。
- 前記第2の水分吸着手段に担持される吸着剤として、前記第3の吸着剤を使用したことを特徴とする請求項19記載の空気調和機。
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CN104676781A (zh) * | 2013-11-27 | 2015-06-03 | 南京五洲制冷集团有限公司 | 一种双效节能型屋顶式空调机组 |
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