JP6089697B2 - 調湿装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吸収剤を用いて空気を調湿する調湿装置に関するものである。

塩化リチウム水溶液等の液体吸収剤と、液体吸収剤は透過させること無く且つ水蒸気を透過させる透湿膜とを用いた調湿装置が知られている（例えば特許文献１）。また、このような調湿装置に温調装置を組み合わせて、単一の空気調和装置により温度調整及び湿度調整を行なうことも知られている。

このような空気調和装置は、室内空気と液体吸収剤との間で透湿膜を介して水蒸気の授受を行う室内調湿モジュールと、室外空気と液体吸収剤との間で透湿膜を介して水蒸気の授受を行う室外調湿モジュールとを備えた吸収剤回路とを有する。加えて、室内空気と熱交換する室内側熱交換器と、室外空気と熱交換する室外側熱交換器とを備え、冷媒が循環する冷媒回路を有する。このような構成により、室内調湿モジュール及び室内側熱交換器が、室内空気の湿度調整及び温度調節を行なう。

特開平５−１４６６２７号公報

以上に説明した空気調和装置の室外調湿モジュールは、室外空気について、室外側熱交換器の下流側に配置されている。従って、室内を加湿する場合、高濃度の液体吸収剤が流れる室外調湿モジュールには、室外側熱交換器によって冷却された室外空気が流れる。この結果、液体吸収剤は冷却され、室外空気から水分を吸収して低濃度の液体吸収剤となる。

ここで、室外空気が室外側熱交換器によって冷却される際、冷却除湿が行なわれ、室外空気の水分が減少する場合がある。この場合、室外調湿モジュールに流入する空気の水分が減少することになり、室外調湿モジュールにおいて液体吸収剤が吸収できる水分が減少する。この結果、室外調湿モジュールにおいて液体吸収剤は十分な水分を得ることができず、室内調湿モジュールにおいて放湿可能な水分の量が減少する。これは、室内を加湿する能力が低下することを意味する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体吸収剤を利用し、調湿及び温調を行なう調湿装置において、室内の加湿能力の低下を抑制することである。

第１の発明は、調湿装置を前提とする。この調湿装置は、液体吸収剤が充填されて該液体吸収剤が循環する閉回路に構成されると共に、液体吸収剤が空気から吸湿する吸湿側モジュール（40b）と、液体吸収剤が空気へ放湿する放湿側モジュール（40a）とが接続される吸収剤回路（30）と、吸湿側モジュール（40b）の液体吸収剤を冷却する蒸発器（51b）及び放湿側モジュール（40a）の液体吸収剤を加熱する凝縮器（51a）が接続され、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行なう冷媒回路（35）とを備える。そして、蒸発器（51b）は、吸湿側モジュール（40b）に対し、該吸湿側モジュール（40b）を流れる空気の下流側に配置されていることを特徴とする。

第１の発明では、吸湿側モジュール（40b）を流れた空気が蒸発器（51b）を流れる構成となっている。従って、従来の課題、つまり、吸湿側モジュール（40b）において液体吸収剤に吸収される水分が蒸発器（51b）において冷却除湿されることを避け、吸湿側モジュール（40b）における吸湿量を増加させることができる。従って、放湿側モジュール（40a）において放湿可能な水分量が増加し、加湿性能が向上する。

第２の発明は、第１の発明の調湿装置において、吸収剤回路（30）に接続され、蒸発器（51b）から流出する空気が供給されて当該空気によって液体吸収剤を冷却する空気熱交換器（52）を更に備えることを特徴とする。

第２の発明では、吸湿側モジュール（40b）に流れる液体吸収剤を空気熱交換器（52）により冷却することができるので、吸湿側モジュール（40b）における吸湿の効率が向上する。

本発明によれば、吸湿側モジュール（40b）に流れる空気の水分量が蒸発器（51b）において減少するのを避け、吸湿量を確保できるので、放湿側モジュール（40a）における放湿量、ひいては加湿性能を向上できる。

また、上記第２の発明によれば、吸湿側モジュール（40b）における吸湿の効率を改善できるので、加湿性能を向上できる。

図１は、実施形態１の調湿装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、実施形態１の調湿装置の冷媒回路及び吸収剤回路を示す図である。 図３は、実施形態１の調湿装置における伝熱部材の構成例を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
−調湿装置の構成−
図１は、調湿装置（10）の構成を示す図である。図１に示す通り、調湿装置（10）は、室内空気を取り込んで調湿（加湿又は除湿）し、調湿済の空気を室内に供給するための給気処理ユニット（11）と、室外空気を取り込み、水分が増減（給気処理ユニット（11）にて除湿する場合は増加、加湿する場合は減少）した空気を室外に排気する外気処理ユニット（12）とを有する。各々ケーシング（20）を備える給気処理ユニット（11）及び外気処理ユニット（12）は、一対の吸収剤用配管（32a、32b）を介して接続されて吸収剤回路（30）を構成すると共に、一対の冷媒用配管（39a、39b）を介して接続されて冷媒回路（35）を構成している。

給気処理ユニット（11）のケーシング（20a）内には、ファン（27）と、給気側モジュール（40a）とが配置されている。外気処理ユニット（12）のケーシング（20b）内には、ファン（28）と、外気側モジュール（40b）と、吸収剤回路（30）に液体吸収剤を循環させるためのポンプ（31）と、冷媒回路（35）に設けられた圧縮機（36）とが配置されている。

図２は、調湿装置（10）の回路図である。調湿装置（10）は、吸収剤回路（30）及び冷媒回路（35）を備え、温度調節及び湿度調節を行なうように構成されている。

冷媒回路（35）は、圧縮機（36）と、四路切換弁（37）と、膨張弁（38）と、給気側伝熱部材（51a）と、外気側伝熱部材（51b）とが接続された閉回路である。この冷媒回路（35）では、圧縮機（36）の吐出側及び吸引側が、それぞれ順に、四路切換弁（37）の第１ポート及び第２ポートに接続されている。また、この冷媒回路（35）では、四路切換弁（37）の第３ポートから第４ポートへ向かって順に、給気側伝熱部材（51a）と、膨張弁（38）と、外気側伝熱部材（51b）とが配置されている。

膨張弁（38）は、冷媒用配管（39a）を介して給気側伝熱部材（51a）に接続される。給気側伝熱部材（51a）は、冷媒用配管（39b）を介して四路切換弁（37）に接続されている。冷媒回路（35）は、該冷媒回路（35）に封入された冷媒を循環させることによって、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う。

四路切換弁（37）は、第１状態（図２に実線で示す状態）と、第２状態（同図に破線で示す状態）とに切り換わる。第１状態の四路切換弁（37）においては、第１のポートが第３のポートに連通し、第２のポートが第４のポートに連通する。一方、第２状態の四路切換弁（37）においては、第１のポートが第４のポートに連通し、第２のポートが第３のポートに連通する。

次に、吸収剤回路（30）は、給気側モジュール（40a）と、外気側モジュール（40b）と、ポンプ（31）とが接続された閉回路である。この吸収剤回路（30）では、ポンプ（31）の吐出側が外気処理ユニット（12）に備えられた空気熱交換器（52）の入口に、空気熱交換器（52）の出口が外気側モジュール（40b）における吸収剤の流路である外気側流路（47b）の入口に、外気側流路（47b）の出口が給気側モジュール（40a）における液体吸収剤の流路である給気側流路（47a）の入口に、給気側流路（47a）の出口がポンプ（31）の吸引側に、それぞれ接続されている。給気側モジュール（40a）と外気側モジュール（40b）とは、吸収剤用配管（32a、32b）を介して接続されている。また、吸収剤回路（30）には、液体吸収剤として塩化リチウム水溶液が充填されている。

給気処理ユニット（11）において、室内空気（RA）は、給気側伝熱部材（51a）を通過した後に給気側モジュール（40a）を通過し、供給空気（SA）として室内に供給される。つまり、給気側伝熱部材（51a）は、給気側モジュール（40a）に対し、上流側に配置されている。

これに対し、外気処理ユニット（12）において、室外空気（OA）は、外気側モジュール（40b）を通過した後に外気側伝熱部材（51b）を通過する。つまり、外気側伝熱部材（51b）は、外気側モジュール（40b）に対し、下流側に配置されている。尚、外気側伝熱部材（51b）を通過した室外空気は、その後、空気熱交換器（52）を通過し、排出空気（EA）として排出される。

−給気側モジュール及び外気側モジュールの構成−
給気側モジュール（40a）及び外気側モジュール（40b）は、例えば図３に示すように、第１ヘッダ部（41）及び第２ヘッダ部（42）と、両ヘッダ部（41,42）の間に介在するように設けられる複数の調湿配管（43）とを有する。第１ヘッダ部（41）及び第２ヘッダ部（42）には、吸収剤回路（30）に繋がる吸収剤管（41a,41b）がそれぞれ接続している。第１ヘッダ部（41）と第２ヘッダ部（42）との間には、調湿配管（43）の周囲を通過する空気通路（44）が形成される。

調湿配管（43）は、その外周面が水の通過を阻止するが、水蒸気（水分）の通過を許容する透湿膜（43a）により構成され、その内部に液体吸収剤が流れる給気側流路及び外気側流路（47a,47b）が形成される。具体的に、給気側モジュール（40a）の調湿配管（43）の内部には、給気側流路（47a）が形成され、外気側モジュール（40b）の調湿配管（43）の内部には、外気側流路（47b）が形成される。これらの給気側流路及び外気側流路（47a,47b）は、放湿路又は吸湿路を構成する。

〈調湿装置の運転動作〉
次に、実施形態１に係る調湿装置（10）の運転動作について説明する。まず、加湿運転について説明した後で除湿運転について説明する。

《加湿運転》
加湿運転では、四路切換弁（37）が第１状態（図２にて実線より示す状態）に設定された状態において圧縮機（36）が運転される。これにより、加湿運転では、圧縮機（36）で圧縮された冷媒が、給気側伝熱部材（51a）で放熱し、膨張弁（38）で減圧される。減圧後の冷媒は、外気側伝熱部材（51b）で蒸発し、圧縮機（36）に吸入される。つまり、加湿運転では、給気側伝熱部材（51a）が凝縮部となり、外気側伝熱部材（51b）が蒸発部となる。換言すると、吸湿部となる外気側モジュール（40b）の外気側流路（47b）が吸湿路となると共に、放湿部となる給気側モジュール（40a）の給気側流路（47a）が放湿路となる。

冷媒回路（35）において、圧縮機（36）から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四路切換弁（37）を通過し、加熱用の熱媒体として給気処理ユニット（11）の給気側伝熱部材（51a）に供給される。給気側伝熱部材（51a）に流入した冷媒は、ファン（27）により供給される空気に放熱して凝縮し、その後に給気側伝熱部材（51a）から流出する。給気側伝熱部材（51a）から流出した冷媒は、膨張弁（38）を通過する際に減圧されて気液二相状態の低圧冷媒となり、冷却用の熱媒体として外気処理ユニット（12）の外気側伝熱部材（51b）に供給される。外気側伝熱部材（51b）に流入した冷媒は、ファン（28）により供給される空気から吸熱して蒸発し、その後に外気側伝熱部材（51b）から流出する。外気側伝熱部材（51b）から流出した冷媒は、四路切換弁（37）を通過し、圧縮機（36）へ吸入される。圧縮機（36）は、吸入した冷媒を圧縮してから吐出する。

また、加湿運転時には、吸収剤回路（30）のポンプ（31）が運転され、吸収剤回路（30）内を液体吸収剤が循環する。

ポンプ（31）から吐出された液体吸収剤は、外気処理ユニット（12）に備えられた空気熱交換器（52）に流入する。空気熱交換器（52）には外気側伝熱部材（51b）において冷却された空気が流れているので、空気熱交換器（52）に流入した液体吸収剤は当該空気によって冷却される。空気熱交換器（52）から流出した液体吸収剤は、外気側モジュール（40b）の外気側流路（47b）に流入する。外気側モジュール（40b）の空気通路（44）にはファン（28）によって外気が流れている。

外気側モジュール（40b）において、外気に含まれる水分が透湿膜（43a）を透過し、外気側流路（47b）を流れる液体吸収剤に吸収される。液体吸収剤に水分を与えた外気は、外気側伝熱部材（51b）に流入し、ここを流れる冷媒によって冷却される。このように冷却された空気は、その後、空気熱交換器（52）に流入し、ここを流れている液体吸収剤を冷却する。更にその後、空気熱交換器（52）を流れた空気は外気処理ユニット（12）から排出される。

上述のように、外気処理ユニット（12）において、ファン（28）により流れる室外空気は、外気側モジュール（40b）、外気側伝熱部材（51b）、空気熱交換器（52）の順に通る。従って、室外空気は、外気側モジュール（40b）において液体吸収剤に水分を与えた後に、外気側伝熱部材（51b）において冷却され、更にその後、空気熱交換器（52）において液体吸収剤を冷却し、外気処理ユニット（12）から排出される。

ここで、従来のように、空気が外気側伝熱部材（51b）を通った後に外気側モジュール（40b）を通る場合、空気は外気側伝熱部材（51b）において冷却され、結露する等して含有する水分が減少した後に外気側モジュール（40b）を通ることになる。従って、外気側モジュール（40b）において液体吸収剤が吸収できる水分が減少し、ひいては室内における加湿性能が低下する。

これに対し、本実施形態の調湿装置（10）の構成では、空気は、先に外気側モジュール（40b）にて液体吸収剤に水分を与えた後に、外気側伝熱部材（51b）を通って冷却される。この場合、外気側モジュール（40b）における液体吸収剤が吸収可能な水分が冷却除湿によって減少することはないので、室内における加湿性能が低下することはない。

尚、空気熱交換器（52）において冷却された液体吸収剤が外気側モジュール（40b）に流入する構成とすることにより、外気側モジュール（40b）における吸湿の効率を高めている。

外気側モジュール（40b）を流れる液体吸収剤は、外気側流路（47b）を通過する間に空気から水分を吸収して次第に濃度が低下する。

外気側モジュール（40b）から流出した低濃度の液体吸収剤は、給気処理ユニット（11）に備えられた給気側モジュール（40a）の給気側流路（47a）に流入する。給気側モジュール（40a）の空気通路（44）には、給気側伝熱部材（51a）において加熱された空気が流れている。従って、給気側流路（47a）を流れる液体吸収剤は加熱され、含まれていた水分の一部が透湿膜（43a）を介して空気通路（44）を通る空気に付与される。従って、給気側モジュール（40a）を流れる液体吸収剤は、給気側流路（47a）を流れる間に空気に水分を放出して次第に濃度が上昇する。

上述の通り、外気側モジュール（40b）における水分吸収量の低下を抑えていることにより、給気側モジュール（40a）において放出可能な水分量が確保され、室内の加湿性能が向上している。

給気側モジュール（40a）を出た高濃度の液体吸収剤は、ポンプ（31）に吸い込まれて、外気側モジュール（40b）に向かって送り出される。

《除湿運転》
除湿運転では、四路切換弁（37）が第２状態（図２において破線にて示された状態）に設定された状態において圧縮機（36）が運転される。これにより、圧縮機（36）で圧縮された冷媒が、外気側伝熱部材（51b）で放熱し、膨張弁（38）で減圧される。減圧後の冷媒は、給気側伝熱部材（51a）で蒸発し、圧縮機（36）に吸入される。つまり、除湿運転では、外気側伝熱部材（51b）が凝縮部となり、給気側伝熱部材（51a）が蒸発部となる。換言すると、吸湿部となる給気側モジュール（40a）の給気側流路（47a）が吸湿路となり、放湿部となる外気側モジュール（40b）の外気側流路（47b）が放湿路となる。

冷媒回路において、圧縮機（36）から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四路切換弁（37）を通過し、加熱用の熱媒体として外気処理ユニット（12）の外気側伝熱部材（51b）に供給される。外気側伝熱部材（51b）において、ファン（28）によって供給される空気に熱を放出して凝縮し、その後に外気側伝熱部材（51b）から流出する。外気側伝熱部材（51b）から流出した冷媒は、膨張弁（38）を通過する際に減圧されて気液二相状態の低圧冷媒となり、冷却用の熱媒体として給気処理ユニット（11）の給気側伝熱部材（51a）に供給される。給気側伝熱部材（51a）に流入した冷媒は、ファン（27）により供給される空気から熱を吸収して蒸発し、その後に給気側伝熱部材（51a）から流出する。給気側伝熱部材（51a）から流出した冷媒は、四路切換弁（37）を通過し、圧縮機（36）へ吸入される。圧縮機（36）は、吸入した冷媒を圧縮してから吐出する。

また、除湿運転時においても、吸収剤回路（30）のポンプ（31）が運転され、吸収剤回路（30）内を液体吸収剤が循環する。

ポンプ（31）から吐出された液体吸収剤は、外気処理ユニット（12）に備えられた空気熱交換器（52）に流入する。空気熱交換器（52）には外気側伝熱部材（51b）において加熱された空気が流れているので、空気熱交換器（52）に流入した液体吸収剤は当該空気によって加熱される。空気熱交換器（52）から流出した液体吸収剤は、外気側モジュール（40b）の外気側流路（47b）に流入する。外気側モジュール（40b）の空気通路（44）にはファン（28）によって外気が流れている。

外気側モジュール（40b）において、外気側流路（47b）を流れる液体吸収剤に含まれる水分の一部が透湿膜（43a）を透過し、空気に放出される。液体吸収剤から水分を与えられた空気は、外気側伝熱部材（51b）に流入し、ここを流れる冷媒によって加熱される。このように加熱された空気は、その後、空気熱交換器（52）に流入し、ここを流れている液体吸収剤を加熱する。更にその後、空気熱交換器（52）を流れた空気は外気処理ユニット（12）から排出される。

ここで、空気熱交換器（52）において加熱された液体吸収剤が外気側モジュール（40b）に流入する構成とすることにより、外気側モジュール（40b）における放湿の効率を高めている。

外気側モジュール（40b）を流れる液体吸収剤は、外気側流路（47b）を通過する間に空気に水分を放出して次第に濃度が上昇する。

外気側モジュール（40b）から流出した高濃度の液体吸収剤は、給気処理ユニット（11）に備えられた給気側モジュール（40a）の給気側流路（47a）へ流入する。給気側モジュール（40a）の空気通路（44）には、給気側伝熱部材（51a）において冷却された空気が流れている。従って、給気側流路（47a）を流れる液体吸収剤は冷却され、透湿膜（43a）を介して空気から水分の一部が液体吸収剤に吸収される。従って、給気側モジュール（40a）を流れる液体吸収剤は、給気側流路（47a）を流れる間に空気から水分を吸収して次第に濃度が低下する。

給気側モジュール（40a）を出た高濃度の液体吸収剤は、ポンプ（31）に吸い込まれて、外気側モジュール（40b）に向かって送り出される。

上述した通り、除湿運転の際、給気処理ユニット（11）において空気は給気側伝熱部材（51a）を通過して冷却された後に給気側モジュール（40a）を通過する。従って、給気側伝熱部材（51a）において結露等が生じることがある。この場合、給気側モジュール（40a）において液体吸収剤が吸収できる水分が減少することになる。しかし、室内の除湿のために調湿装置（10）を運転しているのであるから、単に結露等をドレンとして除去することにより目的を果たすことができる。

−実施形態の効果−
上述した通り、外気処理ユニット（12）において、室外空気に対し、外気側モジュール（40b）の下流側に外気側伝熱部材（51b）を配置することにより、加湿運転の際に外気側モジュール（40b）にて吸収する水分を確保し、室内の加湿性能を向上することができる。

尚、以上では湿度調節についてのみ説明した。しかしながら、冷媒回路（35）の能力を高めることにより、湿度調節に加えて温度調節を行なうことも可能である。つまり、給気側伝熱部材（51a）における凝縮能力及び外気側伝熱部材（51b）における蒸発能力を向上する。このようにすると、室内空気及び室外空気の温度変化が大きくなり、温度調節を行なうことができる。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、液体吸収剤を用いて空気を調湿する調湿装置について有用である。

１０ 調湿装置
３０ 吸収剤回路
３５ 冷媒回路
４０ａ 給気側モジュール（放湿側モジュール）
４０ｂ 外気側モジュール（吸湿側モジュール）
５１ａ 給気側伝熱部材
５１ｂ 外気側伝熱部材
５２ 空気熱交換器

Claims (1)

1. 液体吸収剤が充填されて該液体吸収剤が循環する閉回路に構成されると共に、上記液体吸収剤が空気から吸湿する吸湿側モジュール（40b）と、上記液体吸収剤が空気へ放湿す
   る放湿側モジュール（40a）とが接続される吸収剤回路（30）と、
   上記吸湿側モジュール（40b）の液体吸収剤を冷却する蒸発器（51b）及び上記放湿側モジュール（40a）の液体吸収剤を加熱する凝縮器（51a）が接続され、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行なう冷媒回路（35）とを備え、
   上記蒸発器（51b）は、上記吸湿側モジュール（40b）に対し、該吸湿側モジュール（40b）を流れる空気の下流側に配置されており、
   上記吸収剤回路（30）に接続され、上記蒸発器（51b）から流出する空気が供給されて
   当該空気によって上記液体吸収剤を冷却する空気熱交換器（52）を更に備えることを特徴とする調湿装置（10）。
   

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