JP5762023B2

JP5762023B2 - デシカント空調システム

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Publication number: JP5762023B2
Application number: JP2011018967A
Authority: JP
Inventors: 良枝栂野; 上田　憲治; 憲治上田; 奥田　誠一; 誠一奥田; 紀行松倉; 建永井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP2012159235A

Description

本発明は、デシカント空調システムに関する。

近年、温水ヒートポンプを用いたヒートポンプシステムとして、空調に用いられる外気から熱を回収し、この回収した熱を給湯設備に利用するものがある。具体的には、空調設備に設置した冷水コイルと温水ヒートポンプとの間に熱源水を循環させると共に、給湯タンクに設置した温水コイルと温水ヒートポンプとの間に温水を循環させている。そして、冷水コイルを介して外気の熱を熱源水に回収させ、この外気から回収した熱を、温水ヒートポンプを介して熱源水から温水に移動させ、温水コイルを介して温水の熱を給湯タンク内の水に供給することで湯を得ている。
上記のヒートポンプに類似する技術としては、以下のものがある。

特開２０１０−２７６３２５号公報特開２０１０−２７６３１７号公報

しかしながら、従来の技術においては、冷熱負荷と温熱負荷とがアンバランスな場合（熱源水が冷水コイルから受ける熱量が、温水コイルに供給する熱量に対して過小な場合）においては、ヒートポンプの性能を十分に発揮できなくなり、温水コイル等に安定して熱を供給することができないという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、冷熱負荷と温熱負荷とがアンバランスな場合であっても、ヒートポンプを安定して稼働させると共に性能を十分に発揮させることを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るデシカント空調システムは、周囲から熱を回収する熱源体を有し、前記熱源体が回収した熱を受ける第一熱媒体が循環する熱源系統と、前記熱源体が回収した熱の供給対象となる熱供給体を有し、前記熱供給体に熱を供給する第二熱媒体が循環する熱供給系統と、前記第一熱媒体と前記第二熱媒体とが導入され、前記熱源体が回収した熱を、前記第一熱媒体から前記第二熱媒体に移動させるメインヒートポンプと、を備え、前記熱源系統は、前記メインヒートポンプに導入される前記第一熱媒体を加熱する加熱装置を有し、前記熱源系統は、前記熱源体と前記メインヒートポンプとの間で前記第一熱媒体を循環させており、前記加熱装置は、前記熱源体に導入される前記第一熱媒体を加熱するサブヒートポンプであるヒートポンプシステムと、外部から流入した外気を空調対象に給気する給気流路と、前記空調対象から流入した還気を外部に排気する排気流路と、前記給気流路を通過する前記外気から水分を吸着すると共に、前記排気流路を通過する前記還気に前記吸着した水分を脱着するデシカント部と、前記給気流路のうち前記デシカント部と前記外部との間に設けられ、前記外気を冷却する第一冷却部と、前記排気流路のうち前記デシカント部と前記空調対象との間に設けられ、少なくとも前記デシカント部が前記水分を脱着する再生温度まで前記還気を加熱する第一加熱部と、前記給気流路のうち前記デシカント部と前記空調対象との間に設けられ、前記外気を加熱する第二加熱部と、を備えるデシカント空調システムであって、前記熱源体は、前記第一冷却部を備え、前記熱供給体は、前記第一加熱部を備え、前記サブヒートポンプは、前記第一冷却部に切替接続可能であり、前記メインヒートポンプから独立して前記第一熱媒体を循環させ、前記メインヒートポンプと共に前記第一冷却部を介して前記外気を冷却させることを特徴とする。
このようにすれば、冷熱負荷が、デシカント部を再生するための温熱負荷を上回る環境に対応して、空調を行うことができる。
また、サブヒートポンプを有するので、第一熱媒体と第二熱媒体との温度差を比較的に細かく調整することが可能となる。

また、周囲から熱を回収する熱源体を有し、前記熱源体が回収した熱を受ける第一熱媒体が循環する熱源系統と、前記熱源体が回収した熱の供給対象となる熱供給体を有し、前記熱供給体に熱を供給する第二熱媒体が循環する熱供給系統と、前記第一熱媒体と前記第二熱媒体とが導入され、前記熱源体が回収した熱を、前記第一熱媒体から前記第二熱媒体に移動させるメインヒートポンプと、を備え、前記熱源系統は、前記メインヒートポンプに導入される前記第一熱媒体を加熱する加熱装置を有し、前記熱源系統は、前記熱源体と前記メインヒートポンプとの間で前記第一熱媒体を循環させており、前記加熱装置は、前記熱源体に導入される前記第一熱媒体を加熱するサブヒートポンプであるヒートポンプシステムと、を備えるデシカント空調システムであって、前記熱源体は、前記第一冷却部を備え、前記熱供給体は、前記第一加熱部を備え、前記サブヒートポンプは、前記第二加熱部との間で前記第一熱媒体を循環させるように前記第二加熱部に切替接続可能であり、前記メインヒートポンプが停止していることを条件として、加熱した前記第一熱媒体を前記第二加熱部に供給することを特徴とする。
このようにすれば、冷熱負荷とデシカント部を再生するための温熱負荷が０となる一方で、暖房用の温熱負荷が生じる環境に対応して、空調を行うことができる。
また、サブヒートポンプを有するので、第一熱媒体と第二熱媒体との温度差を比較的に細かく調整することが可能となる。
また、前記熱源系統は、前記熱源体から前記メインヒートポンプに向けて前記第一熱媒体が流れる高温流路と、前記メインヒートポンプから前記熱源体に向けて前記第一熱媒体が流れる低温流路と、前記低温流路に接続され、前記低温流路から前記第一熱媒体を分流させて前記サブヒートポンプに導入する分岐低温流路と、前記高温流路に接続され、前記サブヒートポンプで加熱された前記第一熱媒体を、前記高温流路を流れる前記第一熱媒体に合流させる分岐高温流路と、を含んでもよい。
このようにすれば、メインヒートポンプに流入する第一熱媒体に対して、サブヒートポンプで加熱した第一熱媒体を直接合流させることができるので、第一熱媒体の温度制御が比較的に容易となる。また、既存の設備に本発明を容易に適用することができる。

本発明に係るデシカント空調システムによれば、安定した稼働が可能である。

本発明の第一実施形態に係るデシカント空調システムＳ１の概略構成図である。本発明の第一実施形態に係るデシカント空調システムＳ１の作用説明図である。本発明の第二実施形態に係るデシカント空調システムＳ２の概略構成図である。本発明の第二実施形態に係るデシカント空調システムＳ２の作用説明図であって、夏期と冬期との間の中間期の接続構成を示している。本発明の第二実施形態に係るデシカント空調システムＳ２の作用説明図であって、夏期の接続構成を示している。本発明の第二実施形態に係るデシカント空調システムＳ２の作用説明図であって、冬期の接続構成を示している。本発明の第二実施形態に係るデシカント空調システムＳ２の熱負荷量の年間推移グラフである。本発明の第二実施形態に係るデシカント空調システムＳ２の変形例Ｓ２Ａの概略構成図である。本発明の第三実施形態に係る排熱利用システムＳ３の概略構成図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明の第一実施形態に係るデシカント空調システムＳ１の概略構成図である。デシカント空調システムＳ１は、超乾燥空気（例えば露点温度が−４５℃程度）を半導体や食品等の製造ライン（空調対象）に供給するものであり、図１に示すように、給気流路１と、排気流路２と、デシカント（デシカント部）３と、ヒートポンプシステムＨ１とを備えている。

給気流路１は、外部から流入した外気Ａ１を空調対象に供給するものであり、第一送風ファン４が外部側開口１ａから外気Ａ１を取り込んで給気Ａ３を空調対象側開口１ｂから空調対象に供給する。

排気流路２は、空調対象から流入した還気Ａ４を外部に排気するものであり、第二送風ファン５が空調対象側開口２ｂから還気Ａ４を取り込んで、この還気Ａ４を外部側開口２ａから外部に排気する。この排気流路２は、給気流路１と並設されている。

デシカント３は、回転型のものであり、ハニカム状通路の束からなる円盤状のロータ部材（不図示）と、このロータ部材のハニカム状通路の表面にしみ込んだシリカゲル系吸着剤や高分子収着材とで構成されている。デシカント３は、給気流路１と排気流路２とに亘って配設されて還気Ａ４又は外気Ａ１がハニカム状通路を通過するように構成されており、ロータ部材を回転駆動することで、給気流路１と排気流路２との間でハニカム状通路を入れ替える。
このデシカント３は、給気流路１においてハニカム状通路を通過する外気Ａ１に含まれる水分を流路表面に吸着し、超乾燥空気（例えば露点温度が−４５℃程度）の除湿空気Ａ２とする。そして、ロータ部材が回転することにより、水分を吸着したハニカム状通路を排気流路２に位置させ、ハニカム状通路を通過する還気Ａ４で吸着した水分を脱着する。

ヒートポンプシステムＨ１は、熱源系統２０と、熱供給系統３０と、温水ヒートポンプ（メインヒートポンプ）４０とを有している。

熱源系統２０は、第一冷水コイル（熱源体，第一冷却部）２１と、第二冷水コイル（熱源体）２２と、ターボ冷凍機（冷凍機）２３と、密閉式冷却塔（冷却装置）２４と、冷水回路２６，２７と、熱源水回路２８とを有している。

第一冷水コイル２１は、第一冷水コイル２１の周囲から熱を回収する。この第一冷水コイル２１は、給気流路１においてデシカント３と外部側開口１ａとの間に配設されており、外部からデシカント３に流入する外気Ａ１を予冷する。

冷水回路２６は、第一冷水コイル２１とターボ冷凍機２３とを接続しており、これら第一冷水コイル２１とターボ冷凍機２３との間において、冷水（第三熱媒体）ｍ１を循環させる。この冷水回路２６の冷水ｍ１は、第一冷水コイル２１が周囲の外気Ａ１から回収した熱を受け取る。

第二冷水コイル２２は、第二冷水コイル２２の周囲から熱を回収する。この第二冷水コイル２２は、給気流路１のうちデシカント３と空調対象側開口１ｂとの間に配設されており、デシカント３を通過した除湿空気Ａ２を冷却する。

冷水回路２７は、第二冷水コイル２２とターボ冷凍機２３とを接続しており、これら第二冷水コイル２２とターボ冷凍機２３との間において、冷水ｍ１を循環させる。この冷水回路２７は、ターボ冷凍機２３から第一冷水コイル２１に向かう冷水回路２６の冷水ｍ１を分岐させて第二冷水コイル２２に導入すると共に、第二冷水コイル２２から排出された冷水ｍ１を、第一冷水コイル２１からターボ冷凍機２３に向かう冷水回路２６の冷水ｍ１に合流させる。つまり、冷水回路２７と冷水回路２６とは互いに一部を重複させている。
この冷水回路２７の冷水ｍ１は、第二冷水コイル２２が周囲の除湿空気Ａ２から回収した熱を受け取る。
なお、冷水回路２７と冷水回路２６との重複範囲において、冷水ｍ１がターボ冷凍機２３に向かう配管には、冷水ｍ１を圧送するポンプ２６ａが配設されている。

ターボ冷凍機２３は、第一冷水コイル２１と第二冷水コイル２２とに接続されている一方、温水ヒートポンプ４０に熱源水回路２８を介して接続されている。このターボ冷凍機２３は、第一冷水コイル２１が外気Ａ１から回収した熱と第二冷水コイル２２が除湿空気Ａ２から回収した熱とに、ターボ冷凍機２３の圧縮機の消費動力（排熱）を加えて、熱源水回路２８の熱源水（第一熱媒体，ターボ冷凍機２３から見れば冷却水）ｍ２に受け渡す。

熱源水回路２８は、ターボ冷凍機２３と温水ヒートポンプ４０とを接続しており、これらターボ冷凍機２３と温水ヒートポンプ４０との間において、熱源水ｍ２を循環させる。この熱源水回路２８の熱源水ｍ２は、ターボ冷凍機２３を介して、第一冷水コイル２１が外気Ａ１から回収した熱と、第二冷水コイル２２が外気Ａ１から回収した熱とを、冷水ｍ１から受け取る。また、熱源水ｍ２は、ターボ冷凍機２３からターボ冷凍機２３の圧縮機の消費動力を受け取る。
なお、熱源水回路２８には、熱源水ｍ２を圧送するポンプ２８ｃが配設されている。

密閉式冷却塔２４は、熱源水ｍ２と外部の空気とを非接触な状態で熱交換をさせることにより、熱源水ｍ２の熱を外部の空気に放出する。この密閉式冷却塔２４は、熱源水回路２８において熱源水ｍ２がターボ冷凍機２３に向かう低温管路２８ｂに、バイパス流路２９を介して接続されている。すなわち、低温管路２８ｂにおいてバイパス流路２９の入口及び出口の間に配設された流量弁２８ｄを開閉させることにより、密閉式冷却塔２４に熱源水ｍ２を選択的に流通させることが可能である。

熱供給系統３０は、再生用温水コイル（熱供給体）３１と、温水回路３２とを有している。
再生用温水コイル３１は、第一冷水コイル２１と第二冷水コイル２２とが回収した熱の供給対象となるものであって、温水回路３２を介して温水ヒートポンプ４０に接続されている。この再生用温水コイル３１は、温水回路３２を介して温水ヒートポンプ４０から供給された熱によって、空調対象からデシカント３に流入する還気Ａ４を加熱する。
本実施形態においては、給気Ａ３が超乾燥空気となっており、デシカント３に流入する外気Ａ１と還気Ａ４との相対湿度の差を大きくする必要があることから、デシカント３が吸着した再生温度が比較的に高温（例えば８０℃）に設定されている。

温水回路３２は、温水ヒートポンプ４０と再生用温水コイル３１とを接続しており、これら温水ヒートポンプ４０と再生用温水コイル３１との間において温水（第二熱媒体）ｍ３を循環させる。この温水回路３２の温水ｍ３は、温水ヒートポンプ４０の冷媒ｃから受け取った熱を再生用温水コイル３１に受け渡す。
なお、温水回路３２には、温水ｍ３を圧送するポンプ３２ａが配設されている。

温水ヒートポンプ４０は、冷媒ｃを圧縮する圧縮機４０ａと、圧縮された冷媒ｃを冷却して凝縮する凝縮器４０ｂと、凝縮された冷媒ｃを膨張させる膨張弁４０ｃと、膨張させた冷媒ｃを蒸発させる蒸発器４０ｄとを有している。
なお、凝縮器４０ｂ及び蒸発器４０ｄは、冷媒−水熱交換器であり、汎用的なプレート式熱交換器や二重管熱交換器などを用いることができる。

このような構成からなるヒートポンプシステムＨ１は、以下のようにして、外気Ａ１と外気Ａ１から回収した熱が還気Ａ４に付与される。すなわち、第一冷水コイル２１と第二冷水コイル２２がそれぞれ外気Ａ１から回収した熱が冷水ｍ１に受け渡され、ターボ冷凍機２３を介することにより、冷水ｍ１に受け渡された熱がターボ冷凍機２３の圧縮機の消費動力と共に熱源水ｍ２に受け渡され、温水ヒートポンプ４０を介することにより、熱源水ｍ２に受け渡された熱が温水ヒートポンプ４０の圧縮機４０ａの消費動力と共に温水ｍ３に受け渡され、温水ｍ３によって再生用温水コイル３１に供給された熱が、還気Ａ４に付与される。

次いで、上記の構成からなるデシカント空調システムＳ１及びヒートポンプシステムＨ１の作用について図２を用いて説明する。
以下の説明においては、最初にデシカント空調システムＳ１の作用を説明した後に、ヒートポンプシステムＨ１の作用について説明する。

まず、図２に示すように、外部側開口１ａから給気流路１に流入した外気Ａ１が、第一冷水コイル２１によって熱を回収されて降温し、相対湿度が上昇する。
次に、この外気Ａ１がデシカント３を通過すると、外気Ａ１の水分がハニカム状通路の表面に吸着され、絶対湿度が低下する。

次に、外気Ａ１が第二冷水コイル２２を通過すると、外気Ａ１が第二冷水コイル２２によって熱を回収されて冷却される。この際、デシカント３によって冷熱負荷のうちの潜熱負荷が除去されているので、冷熱負荷のうちの顕熱負荷を除去するだけで除湿空気Ａ２を目標温度にすることができる。
そして、給気Ａ３が空調対象に供給される。

次に、空調対象から空調対象側開口２ｂを介して排気流路２に流入した還気Ａ４が再生用温水コイル３１を通過すると、図２に示すように、還気Ａ４が再生用温水コイル３１から熱を付与されて再生温度まで加熱される。
次に、還気Ａ４がデシカント３を通過すると、デシカント３の水分を脱着させて、還気Ａ４の絶対湿度が上昇する。
そして、この還気Ａ４が外部に排気される。

次いで、ヒートポンプシステムＨ１の作用について説明する。
まず、第一冷水コイル２１及び第二冷水コイル２２が外気Ａ１から熱を回収すると、この回収した熱を、冷水回路２６，２７を循環する冷水ｍ１に受け渡す。
冷水ｍ１は、第一冷水コイル２１及び第二冷水コイル２２から熱を受け取り、受け取った熱をターボ冷凍機２３に受け渡す。冷水ｍ１は、ターボ冷凍機２３の入口において温度ｔ_１１（例えば１２℃）となり、ターボ冷凍機２３の出口において温度ｔ_１２（例えば７℃）となる。

ターボ冷凍機２３は、冷水ｍ１から熱を受け取って、この受け取った熱（第一冷水コイル２１及び第二冷水コイル２２が外気Ａ１から回収した熱）にターボ冷凍機２３の圧縮機の消費動力を加えて、熱源水ｍ２に受け渡す。

熱源水回路２８を循環する熱源水ｍ２は、ターボ冷凍機２３から受け取った熱を、温水ヒートポンプ４０に受け渡す。熱源水ｍ２は、ターボ冷凍機２３の入口において温度ｔ_２１（例えば３５℃）となり、ターボ冷凍機２３の出口において温度ｔ_２２（例えば４０℃）となる。

温水ヒートポンプ４０は、熱源水ｍ２から受け取った熱に温水ヒートポンプ４０の圧縮機４０ａの消費動力を加えて、温水ｍ３に受け渡す。温水ｍ３は、温水ヒートポンプ４０の入口において温度ｔ_３１（例えば７５℃）となり、温水ヒートポンプ４０の出口において温度ｔ_３２（例えば８５℃）となる。

温水回路３２を循環する熱源水ｍ３は、温水ヒートポンプ４０から受け取った熱を、再生用温水コイル３１に供給する。再生用温水コイル３１は、供給された熱を還気Ａ４に加熱して還気Ａ４を再生温度（例えば８０℃）まで昇温させる。

ここで、ターボ冷凍機２３を省略すると共に、第一冷水コイル２１及び第二冷水コイル２２と、温水ヒートポンプ４０とをそれぞれ直接に接続して熱源水ｍ２を循環させる仮想例を考えると、熱源水ｍ２の温度は、外気Ａ１及び除湿空気Ａ２の冷熱負荷に対応して、温水ヒートポンプ４０の入口で温度ｔ_１１（例えば１２℃）、温水ヒートポンプ４０の出口で温度ｔ_１２（例えば７℃）である必要がある。
一方、還気Ａ４を再生温度（例えば８０℃）の温熱負荷に対応して、温水ｍ３の温度は、温水ヒートポンプ４０の入口で温度ｔ_３１（例えば７５℃）、温水ヒートポンプ４０の出口で温度ｔ_３２（例えば８５℃）である必要がある。

このように、冷熱負荷と温熱負荷とがアンバランスな場合に、第一冷水コイル２１及び第二冷水コイル２２と、温水ヒートポンプ４０とをそれぞれ直接に接続すると、低温側の熱源水ｍ２と高温側の温水ｍ３との温度差が過大となって熱バランスが不均衡になる。換言すれば、温水ヒートポンプ４０が温水ｍ３に供給する必要熱量に対して、温水ヒートポンプ４０が熱源水ｍ２から汲み上げる熱量が不足して双方のバランスが取れない。このため、温水ヒートポンプ４０におけるサイクルが崩れて温水ヒートポンプ４０の運転ができなくなってしまうか、あるいは、運転できたとしても還気Ａ４を再生温度にすることができずにデシカント空調システムＳ１の性能を著しく損なってしまう。

これに対して、デシカント空調システムＳ１は、第一冷水コイル２１及び第二冷水コイル２２と温水ヒートポンプ４０とを、ターボ冷凍機２３を介して接続し、ターボ冷凍機２３で熱源水ｍ２を加熱する。
すなわち、熱源水ｍ２の代わりに冷水ｍ１を、第一冷水コイル２１と第二冷水コイル２２とに循環させる（ターボ冷凍機２３の入口で温度ｔ１１（例えば１２℃）、ターボ冷凍機２３の出口で温度ｔ１２（例えば７℃））。そして、ターボ冷凍機２３は、冷水ｍ１から受け取った熱（第一冷水コイル２１が外気Ａ１から回収した熱と第二冷水コイル２２が除湿空気Ａ２から回収した熱）に、ターボ冷凍機２３の消費動力を加えて、熱源水ｍ２に供給する。そのため、熱源水ｍ２の温度は、温水ヒートポンプ４０の入口で温度ｔ２２（ｔ２２＞ｔ１１，例えば４０℃）となる。

このように、冷熱負荷と温熱負荷とがアンバランスな場合であっても、温水ヒートポンプ４０に流入する熱源水ｍ２と温水ｍ３との温度差が適切なものとなって、温水ヒートポンプ４０が安定して稼働する。
そして、冷水ｍ１で冷熱負荷（外気Ａ１及び除湿空気Ａ２の冷熱負荷）を満たすと共に、熱源水ｍ２で温熱負荷（還気Ａ４の再生温度の温熱負荷）を満たすことが可能となる。よって、還気Ａ４を確実に再生温度にしてデシカント３を再生し、空調対象に給気Ａ３が安定して供給され続ける。

一方、ターボ冷凍機２３の排熱の熱量（圧縮機の消費動力）が、熱源水ｍ２の冷却可能な熱量を上回る場合には、熱源水ｍ２を密閉式冷却塔２４に流通させることで、余剰分の排熱を外気に排出する。

以上説明したように、ヒートポンプシステムＨ１によれば、冷熱負荷と温熱負荷とがアンバランスであり、第一冷水コイル２１及び第二冷水コイル２２から熱源水ｍ２が受ける熱量が、再生用温水コイル３１に供給する熱量に対して過小となる場合であっても、ターボ冷凍機２３で熱源水ｍ２の熱を増加させることができる。これにより、熱源水ｍ２と温水ｍ３との温度差を、温水ヒートポンプ４０の稼働に適した温度差にすることができるので、温水ヒートポンプ４０を安定して稼働させることができる。

また、デシカント空調システムＳ１によれば、ヒートポンプシステムＨ１を備えるので、給気Ａ３が超乾燥空気であって再生温度が比較的に高く設定される場合、換言すれば、第一冷水コイル２１及び第二冷水コイル２２と、再生用温水コイル３１との温度差が比較的に大きい場合であっても、温水ヒートポンプ４０が安定して稼働する。これにより、外気Ａ１及び除湿空気Ａ２を十分に冷却して超乾燥空気の給気Ａ３を、空調対象に安定して供給することができる。また、再生用温水コイル３１に十分に熱を供給することができるので、デシカント３の吸着水分を確実に脱着させることができる。従って、デシカント空調システムＳ１を安定して稼働させることができる。

また、ターボ冷凍機２３を用いて加熱するので、ターボ冷凍機２３の冷却水を温水ヒートポンプ４０の熱源水ｍ２として利用することができる。
また、密閉式冷却塔２４を備えるので、ターボ冷凍機２３の排熱の熱量が、熱源水ｍ２を冷却可能な熱量を上回る場合に、余剰分の排熱を除去することが可能となる。

なお、本実施形態においては、超乾燥空気として露点温度が−４５℃程度の除湿空気Ａ２を例示したが、これに限定する趣旨ではなく、他の露点温度の乾燥空気を供給する場合に本発明を適用してもよい。特に、露点温度が−４５℃〜５℃の範囲の乾燥空気を供給するデシカント空調システムに対しては、本発明を良好に適用することが可能である。

〔第二実施形態〕
続いて、本発明の第二実施形態について説明する。
図３は本発明の第二実施形態に係るデシカント空調システムＳ２の概略構成図である。なお、以下の説明及び以下の説明で用いる図面において、上述した実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、デシカント空調システムＳ２は、第一実施形態と同様に給気流路１と排気流路２とデシカント３とを有しているが、ヒートポンプシステムＨ１の代わりにヒートポンプシステムＨ２を備えている点で第一実施形態と相違する。

ヒートポンプシステムＨ２は、熱源系統６０と、熱供給系統７０と、温水ヒートポンプ４０とを有している。

熱源系統６０は、第一冷水コイル２１と、熱源水回路２８と、空冷ヒートポンプ（サブヒートポンプ）６１とを有している。
熱源水回路２８は、第一冷水コイル２１と温水ヒートポンプ４０とを接続しており、具体的にはそれぞれ第一冷水コイル２１と温水ヒートポンプ４０とを連結する高温管路２８ａと低温管路２８ｂとを有している。この熱源水回路２８は、第一冷水コイル２１と温水ヒートポンプ４０とを接続して、これら第一冷水コイル２１と温水ヒートポンプ４０との間において、熱源水ｍ２を循環させる。

空冷ヒートポンプ６１は、外気との間で熱の授受を行って、熱源水ｍ２を加熱及び冷却可能であり、第一冷水コイル２１、温水ヒートポンプ４０、熱供給系統７０に切替接続可能になっている（後述する）。
この空冷ヒートポンプ６１は、それぞれ導入管６３ａと導出管６３ｂとを介して、第一冷水コイル２１に接続されている。空冷ヒートポンプ６１は、第一冷水コイル２１との間で循環する熱源水ｍ２を冷却する。

熱供給系統７０は、再生用温水コイル３１と、暖房用温水コイル（第二加熱部）７１と、温水往ヘッダ７２と、温水還ヘッダ７３とを有している。

再生用温水コイル３１は、図３に示すように、再生用高温管路３１ａから流入した温水ｍ３から熱を受け取ると共に、温水ｍ３を再生用低温管路３１ｂに送り出す。

暖房用温水コイル７１は、給気流路１のうちデシカント３と空調対象との間に配設されており、暖房用高温管路７１ａから流入した温水ｍ３から熱を受け取ると共に、温水ｍ３を暖房用低温管路７１ｂに送り出す。

温水往ヘッダ７２の複数の入口の一つには、温水ヒートポンプ４０の温水出口との間を接続する再生温水往路７４ａが配設されている。
温水往ヘッダ７２の複数の入口の他の一つには、導出管６３ｂに対して三方弁ｓ１を介して接続された暖房温水往路７５ａが連結されている。
また、温水往ヘッダ７２の出口には、管路７６ａが連結されている。
この管路７６ａは、三方弁ｓ３を介して、再生用高温管路３１ａと暖房用高温管路７１ａとが連結されている。

温水還ヘッダ７３の入口には、管路７６ｂが連結されている。
この管路７６ｂには、再生用低温管路３１ｂと暖房用低温管路７１ｂとが連結されている。
温水還ヘッダ７３の複数の出口の一つには、温水ヒートポンプ４０の温水入口との間を接続する再生温水還路７４ｂが配設されている。
温水還ヘッダ７３の複数の出口の他の一つには、導入管６３ａに対して接続された暖房温水還路７５ｂが連結されている。

暖房温水往路７５ａと高温管路２８ａとの間には、分岐管６２ｂが配設されている。この分岐管６２ｂは、暖房温水往路７５ａに対して三方弁ｓ６を介して接続されている。
暖房温水還路７５ｂと低温管路２８ｂとの間には、分岐管６２ａが配設されている。この分岐管６２ａは、低温管路２８ｂに対して三方弁ｓ２を介して接続されている。

すなわち、ヒートポンプシステムＨ２は、三方弁ｓ２を制御することにより、暖房温水還路７５ｂを介して、低温管路２８ｂと導入管６３ａと分岐管６２ａとを連通させて、分岐低温流路６７ａを構成可能である。この分岐低温流路６７ａは、低温管路２８ｂから熱源水ｍ２を分流させて空冷ヒートポンプ６１に導入する。
同様に、三方弁ｓ１，ｓ６を制御することにより、暖房温水往路７５ａを介して、高温管路２８ａと導出管６３ｂと分岐管６２ｂとを連通させて、分岐高温流路６７ｂを構成可能である。この分岐高温流路６７ｂは、空冷ヒートポンプ６１が加熱した熱源水ｍ２を、高温管路２８ａを流れる熱源水ｍ２に合流させる。

次いで、上記の構成からなるデシカント空調システムＳ２及びヒートポンプシステムＨ２の作用について図４〜図７を用いて説明する。
図７は、デシカント空調システムＳ２の熱負荷量の年間推移グラフである。
図７に示すように、夏期と冬期との間の中間期においては、外気Ａ１及び除湿空気Ａ２を冷却するための冷熱負荷が、還気Ａ４を再生温度にするための温熱負荷を下回る（但し、除湿空気Ａ２の再熱用・暖房用の温熱負荷は０）。つまり、冷熱負荷と温熱負荷とがアンバランスとなる。
従って、温水ヒートポンプ４０に流入する熱源水ｍ２に熱を供給するために、以下の構成をとる。

すなわち、夏期と冬期との中間期では、図４に示すように、熱源系統６０において、三方弁ｓ２及び三方弁ｓ１，ｓ６を制御することにより、分岐低温流路６７ａと分岐高温流路６７ｂとをそれぞれ構成する。すなわち、第一冷水コイル２１と温水ヒートポンプ４０との間で熱源水ｍ２を循環させると共に、温水ヒートポンプ４０と空冷ヒートポンプ６１との間で熱源水ｍ２を循環させる。
一方、図４に示すように、熱供給系統７０において、再生温水還路７４ｂ、温水還ヘッダ７３、管路７６ｂ、再生用低温管路３１ｂを連通させると共に、再生温水往路７４ａ、温水往ヘッダ７２、管路７６ａ、三方弁ｓ３、再生用高温管路３１ａを連通させる。すなわち、温水ヒートポンプ４０と再生用温水コイル３１との間で、温水ｍ３を循環させる。

熱源系統６０においては、低温管路２８ｂから熱源水ｍ２の一部を分岐させて空冷ヒートポンプ６１で加熱され、この加熱した熱源水ｍ２が高温管路２８ａの熱源水ｍ２に合流する。
より具体的には、第一冷水コイル２１の入口において温度ｔ_１１（例えば１０℃）、出口で温度ｔ_１２（例えば１２℃）となる熱源水ｍ２が、空冷ヒートポンプ６１によって加熱された熱源水ｍ２が合流することで、温水ヒートポンプ４０の入口で温度ｔ_２１（＞ｔ_１２，例えば１５℃）、温水ヒートポンプ４０の出口で温度ｔ_２２（＞ｔ_１１，例えば１０℃）となる。

そして、温水ヒートポンプ４０は、熱源水ｍ２から受け取った熱を温水ヒートポンプ４０の圧縮機４０ａの消費動力を加えて、温水ｍ３に受け渡す。温水ｍ３は、温水ヒートポンプ４０の入口において温度ｔ_３１（例えば５５℃）となり、温水ヒートポンプ４０の出口において温度ｔ_３２（例えば６５℃）となる。

温水回路３２を循環する温水ｍ３は、温水ヒートポンプ４０から受け取った熱を、再生用温水コイル３１に供給する。再生用温水コイル３１は、供給された熱を還気Ａ４に加熱して還気Ａ４を再生温度（例えば６０℃）まで昇温させる。

このように、冷熱負荷と温熱負荷とがアンバランスな場合であっても、温水ヒートポンプ４０に流入する熱源水ｍ２と温水ｍ３との温度差が適切なものとなって、温水ヒートポンプ４０が安定して稼働する。

一方、夏期においては、図７に示すように、外気Ａ１及び除湿空気Ａ２を冷却するための冷熱負荷が、還気Ａ４を再生温度にするための温熱負荷を上回る（但し、除湿空気Ａ２の再熱用・暖房用の温熱負荷は０）。
この場合においては、図５に示すように、熱源系統６０において、第一冷水コイル２１と温水ヒートポンプ４０との間で熱源水ｍ２を循環させるのに加えて、第一冷水コイル２１と空冷ヒートポンプ６１との間でも熱源水ｍ２を循環させ、空冷ヒートポンプ６１において熱源水ｍ２を冷却する。
具体的には、三方弁ｓ１を制御することにより、導出管６３ｂと暖房温水往路７５ａとの連通を遮断すると共に、三方弁ｓ２を制御することにより、低温管路２８ｂと分岐管６２ａとの連通を遮断して、空冷ヒートポンプ６１を第一冷水コイル２１に接続する。
このようにして、空冷ヒートポンプ６１で冷却した熱源水ｍ２を第一冷水コイル２１に供給する（空冷ヒートポンプ６１の出口における冷水温度ｔ_４１（例えば７℃））。すなわち、空冷ヒートポンプ６１で冷却された熱源水ｍ２により、冷熱負荷が温熱負荷を上回った分を除去する。

一方、冬期においては、図７に示すように、冷熱負荷と還気Ａ４を再生温度にするための温熱負荷が０となる一方で、暖房用の温熱負荷が生じる。
この場合においては、図６に示すように、温水ヒートポンプ４０の稼働を停止し、空冷ヒートポンプ６１と暖房用温水コイル７１との間で温水ｍ３を循環させる。
具体的には、三方弁ｓ１，ｓ６を制御することにより、導出管６３ｂと暖房温水往路７５ａとを連通させて温水往ヘッダ７２と空冷ヒートポンプ６１とを接続する。また、三方弁ｓ２を制御することにより、低温管路２８ｂと分岐管６２ａとの連通を遮断する。
一方、管路７６ａ、三方弁ｓ３、暖房用高温管路７１ａを連通させて温水往ヘッダ７２と暖房用温水コイル７１とを接続する。
このようにすることで、空冷ヒートポンプ６１で加熱された温水ｍ３が暖房用温水コイル７１に供給され（空冷ヒートポンプ６１の出口における温水温度ｔ_４２（例えば４０℃）、暖房用温水コイル７１の入口の温度ｔ_５１（例えば４０℃）、出口の温度ｔ_５２（例えば３０℃））、給気Ａ３に熱を付与して昇温させる。
このようにして、冬季においては、温水ヒートポンプ４０を用いることなく、空冷ヒートポンプ６１を用いて暖房用の温熱を供給する。

以上説明したように、ヒートポンプシステムＨ２によれば、夏期と冬期との中間期においては、第一実施形態と同様に、熱源水ｍ２と温水ｍ３との温度差を、温水ヒートポンプ４０の稼働に適した温度差にすることができるので、温水ヒートポンプ４０を安定して稼働させることができる。
仮に、温熱負荷に対応した熱源水ｍ２の温度が第一冷水コイル２１の入口（温水ヒートポンプ４０の出口）で１０℃、出口（温水ヒートポンプ４０の入口）で１５℃にならなければいけない場合において、第一冷水コイル２１の出口で１２℃となったときには、熱源水ｍ２の温度が漸次低下していき、温水ヒートポンプ４０が運転できなくなってしまう。
しかしながら、ヒートポンプシステムＨ２によれば、熱源水ｍ２の温度が、第一冷水コイル２１の出口で１２℃となったときにおいても、加熱した熱源水ｍ２を合流させることで、温水ヒートポンプ４０の入口で１５℃に上昇させることができるので、温水ヒートポンプ４０を安定して稼働させることができる。

また、空冷ヒートポンプ６１を有するので、熱源水ｍ２と温水ｍ３との温度差を比較的に細かく調整することが可能となる。
また、デシカント空調システムＳ２によれば、夏期用のシステム構成と冬期用のシステム構成を切り換えることが可能であるので、一年を通じて変動する冷熱負荷と、デシカント再生用・暖房用の温熱負荷とに対応させて、最適な空調をすることが可能となる。
また、温水ヒートポンプ４０に流入する熱源水ｍ２に対して、空冷ヒートポンプ６１で加熱した熱源水ｍ２を直接合流させることができるので、熱源水ｍ２の温度制御が比較的に容易となる。また、既存の設備に対しても本発明を容易に適用することができる。

図８は、デシカント空調システムＳ２の変形例Ｓ２Ａの概略構成図である。
このデシカント空調システムＳ２Ａは、導入管６３ａ及び導出管６３ｂが、それぞれ空冷ヒートポンプ６１と温冷兼用コイル（熱源体）７９とを接続している。すなわち、デシカント空調システムＳ２Ａは、中間期において、温冷兼用コイル７９に温水を供給して給気流路１の外気Ａ１を昇温させ、昇温した外気Ａ１を介して第一冷水コイル２１と熱源水ｍ２とを加熱する。一方、夏期においては、温冷兼用コイル７９に冷水を供給して外気Ａ１を冷却して、温熱負荷を超えた冷熱負荷を除去する。
この構成においても、上記のデシカント空調システムＳ２と同様の効果を得ることができる。

〔第三実施形態〕
続いて、本発明の第三実施形態について説明する。
図９は本発明の第三実施形態に係る排熱利用システムＳ３の概略構成図である。なお、以下の説明及び以下の説明で用いる図面において、上述した実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図９に示すように、排熱利用システムＳ３は、ヒートポンプシステムＨ３を備えている。ヒートポンプシステムＨ３は、熱源系統８０と、熱供給系統９０と、温水ヒートポンプ４０とを有している。

熱源系統８０は、第一冷水コイル２１が空調機８１に配設されており、外気Ａ１から回収した熱をターボ冷凍機２３に供給する。
熱供給系統９０は、温水コイル３１が貯湯タンク９１に配設されており、ターボ冷凍機２３から供給された熱を、貯湯タンク９１に貯留された湯に供給する。

本実施形態に係るヒートポンプシステムＨ３においても、冷熱負荷と温熱負荷とがアンバランスであり、第一冷水コイル２１及び第二冷水コイル２２から熱源水ｍ２が受ける熱量が、温水コイル３１に供給する熱量に対して過小となる場合であっても、ターボ冷凍機２３により熱源水ｍ２の熱を増加させることができる。これにより、熱源水ｍ２と温水ｍ３との温度差を、温水ヒートポンプ４０の稼働に適した温度差にすることができるので、温水ヒートポンプ４０を安定して稼働させることができる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した各実施形態における配管構成は、他の配管構成に代えてもよい。

３…デシカント（デシカント部）
２０…熱源系統
２１…第一冷水コイル（熱源体，第一冷却部）
２２…第二冷水コイル（熱源体）
２３…ターボ冷凍機（冷凍機）
２４…密閉式冷却塔（冷却装置）
２８ａ…高温管路
２８ｂ…低温管路
３０…熱供給系統
３１…再生用温水コイル，温水コイル（熱供給体）
４０…温水ヒートポンプ（メインヒートポンプ）
６０…熱源系統
６１…空冷ヒートポンプ（サブヒートポンプ）
６７ａ…分岐低温流路
６７ｂ…分岐高温流路
７０…熱供給系統
７１…暖房用温水コイル（第二加熱部）
７９…温冷兼用コイル（熱源体）
Ａ１…外気
Ａ４…還気
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３…ヒートポンプシステム
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ２Ａ，Ｓ３…デシカント空調システム
ｍ１…冷水（第三熱媒体）
ｍ２…熱源水（第一熱媒体）
ｍ３…温水（第二熱媒体）

Claims

周囲から熱を回収する熱源体を有し、前記熱源体が回収した熱を受ける第一熱媒体が循環する熱源系統と、
前記熱源体が回収した熱の供給対象となる熱供給体を有し、前記熱供給体に熱を供給する第二熱媒体が循環する熱供給系統と、
前記第一熱媒体と前記第二熱媒体とが導入され、前記熱源体が回収した熱を、前記第一熱媒体から前記第二熱媒体に移動させるメインヒートポンプと、を備え、
前記熱源系統は、前記メインヒートポンプに導入される前記第一熱媒体を加熱する加熱装置を有し、
前記熱源系統は、前記熱源体と前記メインヒートポンプとの間で前記第一熱媒体を循環させており、
前記加熱装置は、前記熱源体に導入される前記第一熱媒体を加熱するサブヒートポンプであるヒートポンプシステムと、
外部から流入した外気を空調対象に給気する給気流路と、
前記空調対象から流入した還気を外部に排気する排気流路と、
前記給気流路を通過する前記外気から水分を吸着すると共に、前記排気流路を通過する前記還気に前記吸着した水分を脱着するデシカント部と、
前記給気流路のうち前記デシカント部と前記外部との間に設けられ、前記外気を冷却する第一冷却部と、
前記排気流路のうち前記デシカント部と前記空調対象との間に設けられ、少なくとも前記デシカント部が前記水分を脱着する再生温度まで前記還気を加熱する第一加熱部と、
前記給気流路のうち前記デシカント部と前記空調対象との間に設けられ、前記外気を加熱する第二加熱部と、を備えるデシカント空調システムであって、
前記熱源体は、前記第一冷却部を備え、
前記熱供給体は、前記第一加熱部を備え、
前記サブヒートポンプは、前記第一冷却部に切替接続可能であり、前記メインヒートポンプから独立して前記第一熱媒体を循環させ、前記メインヒートポンプと共に前記第一冷却部を介して前記外気を冷却させることを特徴とするデシカント空調システム。
周囲から熱を回収する熱源体を有し、前記熱源体が回収した熱を受ける第一熱媒体が循環する熱源系統と、
前記熱源体が回収した熱の供給対象となる熱供給体を有し、前記熱供給体に熱を供給する第二熱媒体が循環する熱供給系統と、
前記第一熱媒体と前記第二熱媒体とが導入され、前記熱源体が回収した熱を、前記第一熱媒体から前記第二熱媒体に移動させるメインヒートポンプと、を備え、
前記熱源系統は、前記メインヒートポンプに導入される前記第一熱媒体を加熱する加熱装置を有し、
前記熱源系統は、前記熱源体と前記メインヒートポンプとの間で前記第一熱媒体を循環させており、
前記加熱装置は、前記熱源体に導入される前記第一熱媒体を加熱するサブヒートポンプであるヒートポンプシステムと、
外部から流入した外気を空調対象に給気する給気流路と、
前記空調対象から流入した還気を外部に排気する排気流路と、
前記給気流路を通過する前記外気から水分を吸着すると共に、前記排気流路を通過する前記還気に前記吸着した水分を脱着するデシカント部と、
前記給気流路のうち前記デシカント部と前記外部との間に設けられ、前記外気を冷却する第一冷却部と、
前記排気流路のうち前記デシカント部と前記空調対象との間に設けられ、少なくとも前記デシカント部が前記水分を脱着する再生温度まで前記還気を加熱する第一加熱部と、
前記給気流路のうち前記デシカント部と前記空調対象との間に設けられ、前記外気を加熱する第二加熱部と、を備えるデシカント空調システムであって、
前記熱源体は、前記第一冷却部を備え、
前記熱供給体は、前記第一加熱部を備え、
前記サブヒートポンプは、前記第二加熱部との間で前記第一熱媒体を循環させるように前記第二加熱部に切替接続可能であり、前記メインヒートポンプが停止していることを条件として、加熱した前記第一熱媒体を前記第二加熱部に供給することを特徴とするデシカント空調システム。
前記熱源系統は、前記熱源体から前記メインヒートポンプに向けて前記第一熱媒体が流れる高温流路と、
前記メインヒートポンプから前記熱源体に向けて前記第一熱媒体が流れる低温流路と、
前記低温流路に接続され、前記低温流路から前記第一熱媒体を分流させて前記サブヒートポンプに導入する分岐低温流路と、
前記高温流路に接続され、前記サブヒートポンプで加熱された前記第一熱媒体を、前記高温流路を流れる前記第一熱媒体に合流させる分岐高温流路と、
を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のデシカント空調システム。