WO2017022129A1 - 換気装置及び空気調和装置 - Google Patents
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- F24F7/08—Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation with forced air circulation, e.g. by fan positioning of a ventilator in or against a conduit with separate ducts for supplied and exhausted air with provisions for reversal of the input and output systems
Definitions
- Embodiments of the present invention relate to a ventilator and an air conditioner.
- Humidity control devices are known as means for improving the comfort of living spaces such as homes and offices and controlling humidity in battery factories and food factories that require strict moisture management.
- a dehumidifying membrane module provided with a dehumidifying membrane, an adsorbing means provided with an adsorbent, and an air supply means for supplying air to the dehumidifying membrane module and the adsorbing means, and dehumidifying on one surface of the dehumidifying membrane
- the air to be dehumidified By supplying the air to be dehumidified and supplying the depressurized air to the other surface, the moisture contained in the air to be dehumidified is discharged to the depressurized air side through the dehumidifying film, and the dehumidified air is discharged.
- a method of obtaining has been proposed.
- moisture contained in the air to be dehumidified can be removed only by decompression, so that the air temperature is increased compared to the method of controlling the humidity while releasing the water absorbed by the moisture adsorbent with a heating source such as a heater, Heat loss to the outside of the humidity control module can be suppressed, and power consumption can be suppressed.
- a ventilator that adjusts the air in the ventilation target space, supplies the air into the ventilation target space, and ventilates the ventilation target space.
- This ventilator is provided with pre-humidified air, a humidity-control side air passage that supplies the air after humidity conditioning to the ventilation target space, and a gas that discharges the air inside the ventilation device to the outside of the ventilation target space
- the ratio of the permeation amount of moisture and dry air permeating from the humidity adjustment side ventilation path to the pressure reduction side ventilation path side is 1/2 to 1/30.
- FIG. 1 is an explanatory view showing the composition of the ventilator concerning a 1st embodiment.
- FIG. 2 is a plan view showing an example of a gas separator incorporated in the ventilation device.
- FIG. 3 is a plan view showing another example of the gas separator incorporated in the ventilation device.
- FIG. 4 is a graph showing the relationship between time and relative humidity when the ventilator is operated by changing the value of ⁇ .
- FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a ventilation device according to the second embodiment.
- FIG. 6 is a graph showing the relationship between time and relative humidity when the ventilator is operated by changing the value of ⁇ .
- FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a ventilation device according to the third embodiment.
- FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a ventilation device according to the fourth embodiment.
- FIG. 9 is an explanatory diagram showing the configuration of the air-conditioning apparatus according to the fifth embodiment.
- FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a ventilation device 100 according to the first embodiment.
- R indicates a room and forms a target space (a ventilation target space) Rx.
- Ra represents an intake port and Rb represents an auxiliary exhaust part.
- a ventilation system is constructed by the ventilation device 100 and the room R (target space Rx, intake port Ra, auxiliary exhaust part Rb). Air is composed of moisture and dry air.
- the ventilation device 100 includes a humidity control module 110, a first air blowing unit (gas supply unit) 150 that sends air in the target space Rx to the humidity control module 110 side, and a part of the humidity control module 110 (a decompression side ventilation path 114). ) And a line (pipe) L1, L2, L3, L4, and L5 for connecting each part and performing fluid connection.
- the humidity control module 110 includes a humidity control side ventilation path (dehumidification) 113 through which air supplied from the first air blower 150 flows, a decompression side ventilation path 114 through which air exhausted by the evacuation pump 160 flows, and a humidity control side A gas separator 120 that partitions the ventilation path 113 and the decompression side ventilation path 114 is provided.
- a humidity control side ventilation path dehumidification
- a decompression side ventilation path 114 through which air exhausted by the evacuation pump 160 flows
- a humidity control side A gas separator 120 that partitions the ventilation path 113 and the decompression side ventilation path 114 is provided.
- the gas separator 120 is constant in moisture (water vapor) contained in the air in the humidity control side ventilation path 113 and dry air, that is, nitrogen, oxygen, carbon dioxide and VOC gas (formaldehyde etc.) as dry air components. It is the porous body or porous membrane which permeate
- the gas separator 120 includes a base material 121 and a large number of pores 122 communicating from the humidity adjustment side ventilation path 113 side to the decompression side ventilation path 114 side. It is formed by being partially filled with a moisture-permeable material 123 that selectively transmits moisture.
- the pores 122 are provided so as to have an opening ratio of 30 to 80% and a pore diameter of 0.03 ⁇ m to 1 ⁇ m with respect to the base material 121.
- the pore diameter is 0.03 ⁇ m or less, the permeation rate of moisture and dry air decreases, and when the pore diameter is 1 ⁇ m or more, the strength decreases.
- the pore diameter is 0.07 ⁇ m to 0.5 ⁇ m, and the aperture ratio is 40. An opening of ⁇ 60% is more preferred.
- the moisture-permeable material 123 is a material having a hygroscopicity of 30 wt% or more and 10 wt% or more, and Nafion, polyurethane, lithium chloride, zeolite, silica gel, or the like can be used.
- these hygroscopic materials absorb water in the air and cause swelling or the like, the openings in the pores are artificially closed, and air permeation into the filled pores is suppressed.
- the operation of the gas separator 120 will be described.
- the permeation ratio of water and dry air can be adjusted.
- the ratio of the permeation amount of water and dry air is defined as the permeation ratio ⁇ as follows.
- ⁇ (N4 water / N4 air ) / (N3 water / N3 air) ...
- (N3 water / N3 air ) is the molar ratio of water in the air flowing to the humidity adjustment side ventilation passage 113 and dry air
- ⁇ 2 to 30.
- the moisture permeable material 123 is likely to be clogged by dust, sand, etc. contained in the air, and is reliable. Reduce sex.
- ⁇ is large, the strength of the porous substrate 121 decreases due to the swelling of the moisture-permeable material 123.
- FIG. 3 is a plan view showing a gas separator 130 that can be used in place of the gas separator 120.
- the gas separator 130 includes a base material 131 and a large number of small-diameter pores 132 and large-diameter pores 133 that communicate from the humidity adjustment side ventilation path 113 side to the decompression side ventilation path 114 side.
- the small-diameter pore 132 is a pore having a diameter of 1 nm to 20 nm
- the large-diameter pore 133 is a pore having a diameter of 50 nm to 10 ⁇ m.
- the vapor pressure in the hole becomes high due to capillary condensation, and moisture in the air tends to condense. Permeation of dry air is blocked by the condensed water, allowing water to permeate selectively.
- the large-diameter pore 133 since condensation within the hole hardly occurs, both water and dry air permeate.
- the 1st ventilation part 150 is a means to supply the air in object space Rx to humidity control side ventilation path 113, and to recirculate to space again.
- the decompression pump 160 is a decompression unit, and is a device that decompresses the pressure in the decompression side ventilation path 114 with respect to the humidity adjustment side ventilation path 113. Depressurization of the humidity-control side ventilation path 113 by the decompression pump 160 allows the gas such as nitrogen, oxygen, and carbon dioxide, which is a gas other than water and water, to be discharged outside the target space Rx.
- the intake port Ra serves to supply air from the outside of the target space Rx, and may be an opening that communicates the inside and outside with the wall surface or the bottom surface of the target space Rx.
- the auxiliary exhaust unit Rb supplements exhaust from the target space Rx when exhaust from the decompression pump 160 is insufficient, and a sirocco fan, an axial fan, or the like can be used.
- the target space Rx and the first air blowing unit 150 inlet are fluidly connected by a line L1, and the first air blowing unit 150 outlet and the target space Rx are fluidly connected by a line L2.
- the line L1 branches before flowing into the first blower 150, and is also fluidly connected to the auxiliary exhaust Rb via the line L3. Further, the decompression side ventilation path 114 and the decompression pump 160 are connected via the line L4. Fluidly connected.
- the first air blowing unit 150 is operated to supply the air in the target space Rx to the humidity adjustment side ventilation path 113.
- the pressure reducing pump 160 is operated to reduce the pressure of the pressure reducing side ventilation path 114 with respect to the humidity adjustment side ventilation path 113, a pressure difference is generated between both surfaces of the gas separator 120, and the pressure reduction side ventilation path 113 extends from the pressure adjustment side ventilation path 113.
- the permeation of water and dry air occurs at 114.
- the water and dry air that have permeated the decompression side ventilation path 114 are discharged out of the target space Rx via the decompression pump 160.
- the water and dry air that have not permeated to the decompression side ventilation path 114 in the humidity adjustment side ventilation path 113 return to the target space Rx again.
- the pressure in the target space Rx decreases, so that external gas is taken in from the intake port Ra and ventilation is performed.
- the ventilation amount is insufficient, the auxiliary exhaust part Rb is operated.
- the relationship between time and relative humidity when the ventilator 100 was operated was simulated by changing the value of ⁇ .
- the simulation condition is a space with a floor area of 70 m 2 and a space volume of 168 m 3
- Vr 0.5 ⁇ space volume [m 3 / h] set in a regular ventilation facility for a room such as a residence
- the required ventilation volume supplied from the outside to the inside of the target space Rx via the line L5 was set to 84 [m 3 / h].
- the environmental conditions are as follows. The temperature is 27 ° C., the humidity is 60%, there is no indoor load, and the humidity change in the target space Rx when the ventilation system 100 is operated is examined. .
- the water permeation speed of the membrane-like moisture permeable material 123 is proportional to the water vapor partial pressure difference between the humidity adjustment side ventilation path 113 and the pressure reduction side ventilation path 114, it is proportional to the relative humidity of the air in the target space Rx flowing through the pressure reduction side ventilation path 114. To do.
- the moisture permeable material 123 was assumed to have a condition that a maximum water permeability of 1000 g / h was obtained at 27 ° C. and a humidity of 100%.
- FIG. 4 is a graph showing the relationship between time and relative humidity when the ventilator 100 is operated by changing the value of ⁇ .
- increasing ⁇ increases the filling ratio of the moisture-permeable material 123, and there is a problem that clogging is likely to occur.
- FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a ventilation device 200 according to the second embodiment. 5, the same functional parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- R indicates a room and forms a target space Rx.
- Rc indicates an exhaust port.
- a ventilation system is constructed by the ventilation device 200 and the room R (target space Rx, exhaust port Rc).
- the ventilation device 200 includes a humidity control module 110, a second air blowing unit (gas supply unit) 210 that sends air outside the room R to the humidity control module 110 side, a decompression pump 160 that depressurizes the humidity control module 110, Lines (piping) L10, L11, and L12 for connecting each part and performing fluid connection are provided.
- the second blower unit 210 can use a blower, an axial fan, a circular fan, or the like.
- the exhaust port Rc serves to discharge air from the target space Rx to the outside of the room R, and may be an opening that communicates the inside and outside with the wall surface or the bottom surface of the room R.
- the second air blowing unit 210 and the humidity adjustment side ventilation path 113 are fluidly connected by a line L10, the humidity adjustment side ventilation path 113 and the space are fluidly connected by a line L11, and the decompression side ventilation path 114. And the vacuum pump 160 are fluidly connected via a line L12.
- the second air blower 210 is operated to supply the air outside the room R to the humidity control side air passage 113.
- the pressure reducing pump 160 is operated to reduce the pressure in the pressure reducing side ventilation path 114 with respect to the humidity adjustment side ventilation path 113, a pressure difference is generated between both surfaces of the gas separator 120, and the pressure reduction side ventilation path 113 extends from the humidity adjustment side ventilation path 113.
- the permeation of water and dry air occurs at 114.
- the water and dry air that have permeated the decompression side ventilation path 114 are discharged out of the target space Rx via the decompression pump 160. Water and dry air that have not permeated to the decompression side ventilation path 114 in the humidity adjustment side ventilation path 113 are supplied to the target space Rx, and excess water and dry air are discharged from the discharge port Rc.
- FIG. 6 is a graph showing the relationship between time and relative humidity when the ventilation device 200 is operated by changing the value of ⁇ .
- the environmental conditions are as follows. The temperature is 27 ° C., the humidity is 60%, there is no indoor load, and the humidity change in the target space Rx when the ventilation system 200 is operated is examined. .
- FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a ventilation device 300 according to the third embodiment. 7, the same functional parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- R indicates a room and forms a target space Rx.
- a ventilation system is constructed by the ventilation device 300 and the room R (target space Rx).
- the ventilation device 300 includes a humidity control module 110, a second air blowing unit 210 that sends air outside the room R to the humidity control module 110 side, a decompression pump 160 that depressurizes the inside of the humidity control module 110, and a second air blowing unit.
- the heat exchanger 310 includes a flow path 311 and a flow path 312, and has a function of performing sensible heat exchange between air outside the target space Rx supplied from the second blower unit 210 and air discharged from the target space Rx.
- a plate heat exchanger or the like is used.
- the second air blower 210 and the flow path 311 of the heat exchanger 310 are connected by a line L20, and the flow path 311 of the heat exchanger 310 and the humidity control side ventilation path 113 are fluidly connected by a line L21. .
- the humidity adjustment side ventilation path 113 and the target space Rx are fluidly connected via a line L11, and the pressure reduction side ventilation path 114 and the pressure reduction pump 160 are fluidly connected via a line L12. Further, the target space Rx and the heat exchanger 310 are fluidly connected via a line L13, and discharged to the outside via the line L14.
- the second air blower 210 is operated to supply air outside the target space Rx to the humidity control side air passage 113.
- the pressure reducing pump 160 is operated and the pressure of the pressure reducing side ventilation path 114 is reduced with respect to the humidity adjustment side ventilation path 113, a pressure difference is generated in the gas separator 120, and the humidity adjustment side ventilation path 113 changes to the pressure reduction side ventilation path 114. Permeation of water and dry air occurs. The water and dry air that have permeated the decompression side ventilation path 114 are discharged out of the target space Rx via the decompression pump 160.
- the water and dry air that have not permeated to the decompression side ventilation path 114 in the humidity adjustment side ventilation path 113 are supplied to the target space Rx, and then heat exchanged with the air supplied from the outside in the heat exchanger 310. , Discharged outside.
- FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a ventilation device 400 according to the fourth embodiment. 8, the same functional parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- R indicates a room and forms a target space Rx.
- Rc indicates an exhaust port.
- a ventilation system is constructed by the ventilation device 400 and the room R (target space Rx, exhaust port Rc).
- the ventilation device 400 includes a humidity control module 110, a second blower unit 210 that sends air outside the room R to the humidity control module 110 side, a water supply pump (water supply unit) 410 that supplies water into the humidity control module 110, Lines (piping) L10, L11, and L14 for connecting each part and making fluid connections are provided.
- the decompression side ventilation path 114 functions as a water supply path.
- the water pump 410 supplies water to the decompression side ventilation path 114.
- a water tank or the like may be provided separately.
- the second air blower 210 and the humidity adjustment side ventilation path (humidification) 113 are fluidly connected by a line L10, and the humidity adjustment side ventilation path 113 and the target space Rx are fluidly connected by a line L11.
- the pump 410 and the decompression side ventilation path 114 are fluidly connected via a line L14.
- the water pump 410 is operated to supply water to the decompression side ventilation path 114.
- the 2nd ventilation part 210 is operated and the air outside the object space Rx is supplied to the humidity control side ventilation path 113.
- Water in the decompression side ventilation path 114 is absorbed by the air flowing through the humidification side ventilation path 3 via the gas separator 120, and moisture-containing air is supplied to the target space Rx via the line L11. That is, a humidifying operation is performed.
- the humidity control module 110 is used to dehumidify the air in the target space Rx.
- the ventilator 400 when the humidity is low, water is supplied to the decompression side ventilation path 114. By supplying, the humidity control module 110 is used to humidify the air in the target space Rx.
- FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of an air-conditioning apparatus 500 according to the fifth embodiment. 9, the same functional parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- R indicates a room and forms a target space Rx.
- the air conditioner 500 includes a ventilation device 510 and a heat pump device 590.
- reference numeral 501 denotes an outdoor unit arranged outside the target space Rx
- 502 denotes an indoor unit installed inside the target space Rx.
- the ventilation device 510 includes a humidity control module 110 provided in the outdoor unit 501, a third blowing unit (gas supply unit) 520, a decompression pump 160, an intake unit 530 provided in the indoor unit 502, and a blowing unit. 540 and lines (piping) L30, L31, L32, and L4 that connect these parts and make fluid connections.
- the heat pump unit 590 includes an outdoor unit side heat exchanger 591 provided in the outdoor unit 501, an indoor unit side heat exchanger 592 provided in the indoor unit 502, an outdoor unit side heat exchanger 591, and an indoor unit side heat exchange.
- coolant piping Lx which connects the container 592 is provided.
- the air intake unit 530 and the third air blowing unit 520 provided in the indoor unit 502 are fluidly connected through a line L30, and the third air blowing unit 520 and the humidity control side air passage 113 are fluidly connected through a line L31.
- the humidity control side ventilation path 113 and the air blowing unit 540 provided in the indoor unit 502 are fluidly connected by a line L32.
- the decompression side ventilation path 114 and the decompression pump 160 are fluidly connected via a line L4 and discharged to the outside of the outdoor unit 501.
- the operation method of the air conditioner 500 configured as described above will be described.
- the air in the target space Rx is supplied to the humidity adjustment side ventilation path 113 by the third blower 520.
- the pressure reducing pump 160 is operated and the pressure of the pressure reducing side ventilation path 114 is reduced with respect to the humidity adjustment side ventilation path 113, a pressure difference is generated in the gas separator 120, and the humidity adjustment side ventilation path 113 changes to the pressure reduction side ventilation path 114.
- Permeation of water and dry air occurs.
- the water and dry air that have permeated the decompression side ventilation path 114 are discharged out of the target space Rx via the decompression pump 160.
- the heat pump unit 590 by driving the heat pump unit 590 as necessary, heat exchange is performed in the outdoor unit-side heat exchanger 591 and the indoor unit-side heat exchanger 592, and the temperature in the target space Rx is adjusted. Note that the temperature-conditioned air can be blown by using the air blowing unit 540 of the ventilation device 510 in common.
- humidity control and ventilation by the humidity control module 110 are performed.
- the heat pump unit 590 controls only the temperature and the dehumidifying module 110 controls only the humidity
- the temperature and humidity can be controlled independently, and comfort can be improved and power consumption can be reduced.
- the outdoor unit 501 and the indoor unit 502 can be shared, and the number of parts and installation space can be reduced.
- the air conditioning apparatus 500 it is possible to ensure a sufficient ventilation amount and to effectively perform humidity adjustment and temperature adjustment with a simple configuration, while reducing facility space and facility introduction cost. Power consumption can be saved.
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Abstract
実施形態によれば、換気対象空間の空気を調湿して、前記換気対象空間内に供給すると共に換気する換気装置が提供される。この換気装置は、調湿前の空気が導入され、前記換気対象空間へ調湿後の空気を供給する調湿側通風路と、前記換気装置内部の空気を前記換気対象空間外へ排出するガス排出部に接続され、内部が減圧される減圧側通風路と、前記調湿側通風路と前記減圧側通風路との間を仕切り、水分と乾燥空気を選択的に透過させるガス分離体とを具備する。このガス分離体は、前記調湿側通風路から前記減圧側通風路側へ透過する水分と乾燥空気の透過量の割合が1/2~1/30である。
Description
本発明の実施形態は、換気装置及び空気調和装置に関する。
家庭やオフィス等の居住空間の快適性向上、及び、厳格な水分管理が要求される電池工場や食品工場での湿度制御のための手段として、調湿装置が知られている。
調湿装置では湿度の処理能力に対して処理に必要なエネルギ(消費電力)を削減する必要がある。例えば、除湿膜を備えた除湿膜モジュールと、吸着材を備えた吸着手段と、除湿膜モジュール及び吸着手段に空気を供給するための空気供給手段とを有し、除湿膜の一方の面に除湿すべき空気を供給し、もう一方の面に減圧した空気を供給することで、除湿すべき空気中に含まれる水分を除湿膜を介して減圧した空気側へと排出し、除湿された空気を得る方法が提案されている。
この方法では減圧のみで除湿すべき空気中に含まれる水分を除去できるため、水分吸着材で吸湿した水をヒータ等の加熱源で放出しながら湿度を制御する方法に比べ、空気温度の上昇、調湿モジュール外部への熱損失を抑えることができ、消費電力を抑えることが可能である。
但し、家庭やオフィス等の居住空間では、換気量を十分に確保するために、換気装置を設ける必要があり、換気装置と調湿モジュールの両方を建物内に設置しようとする場合、設置スペースの増加と設備導入コストの増加が問題となる。なお、建築基準法令により、住宅の居室の換気量として基準換気量Vr=0.5×空間容積[m3/h]を確保する必要があることが知られている。
近年、換気装置にデシカントロータによる調湿モジュールを組み合わせ、吸着材によって外気から供給された空気の水分を吸着し、かつ、ヒートポンプの熱源で加熱された排出空気によって吸着材の水分を脱出するシステムが提案されている。このようなシステムでは換気装置と調湿モジュールが一体化されているため、設備スペースと設備導入コストを削減することが可能となる。しかしながら、吸着材に吸着した水を脱着するために熱エネルギが必要となり、調湿モジュール外部への熱損失による消費電力の増加と、熱源となるヒートポンプ導入コストが問題となっていた。
このような事情から、設備スペースと設備導入コストを削減しつつ、消費電力を節減できる換気装置及び空気調和装置が望まれている。
本実施形態では、換気対象空間の空気を調湿して、前記換気対象空間内に供給すると共に換気する換気装置が提供される。この換気装置は、調湿前の空気が導入され、前記換気対象空間へ調湿後の空気を供給する調湿側通風路と、前記換気装置内部の空気を前記換気対象空間外へ排出するガス排出部に接続され、内部が減圧される減圧側通風路と、前記調湿側通風路と前記減圧側通風路との間を仕切り、水分と乾燥空気を選択的に透過させるガス分離体とを具備する。このガス分離体は、前記調湿側通風路から前記減圧側通風路側へ透過する水分と乾燥空気の透過量の割合が1/2~1/30である。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る換気装置100の構成を示す説明図である。図1中Rは部屋を示しており、対象空間(換気対象空間)Rxを形成している。また、Raは吸気口、Rbは補助排気部を示している。なお、必要とされる換気量は、基準換気量Vr=0.5×空間容積[m3/h]とする。また、換気装置100と部屋R(対象空間Rx、吸気口Ra、補助排気部Rb)とにより換気システムが構築されている。なお、空気は、水分と乾燥空気から構成されている。
図1は、第1の実施形態に係る換気装置100の構成を示す説明図である。図1中Rは部屋を示しており、対象空間(換気対象空間)Rxを形成している。また、Raは吸気口、Rbは補助排気部を示している。なお、必要とされる換気量は、基準換気量Vr=0.5×空間容積[m3/h]とする。また、換気装置100と部屋R(対象空間Rx、吸気口Ra、補助排気部Rb)とにより換気システムが構築されている。なお、空気は、水分と乾燥空気から構成されている。
換気装置100は、調湿モジュール110と、対象空間Rx内の空気を調湿モジュール110側へ送り出す第一の送風部(ガス供給部)150と、調湿モジュール110の一部分(減圧側通風路114)を減圧する減圧ポンプ(ガス排出部)160と、各部を接続し流体的な接続を行うライン(配管)L1、L2,L3,L4,L5を備えている。
調湿モジュール110は、第一の送風部150から供給された空気が流れる調湿側通風路(除湿)113と、 減圧ポンプ160で排気される空気が流れる減圧側通風路114と、調湿側通風路113と減圧側通風路114を仕切るガス分離体120とを備えている。
ガス分離体120は、調湿側通風路113内の空気中に含まれる水分(水蒸気)と、乾燥空気、すなわち乾燥空気成分である窒素、酸素、二酸化炭素及び、VOCガス(ホルムアルデヒド等)を一定の割合で透過する多孔質体もしくは多孔質膜である。
ガス分離体120は、図2に示すように、基材121と、調湿側通風路113側から減圧側通風路114側へと連通する多数の細孔122とを備え、細孔122には水分を選択的に透過する透湿材料123を部分的に充填されて形成されている。細孔122は、基材121に対し開口率が30~80%、気孔径は0.03μm~1μmとなるように設けられている。気孔径0.03μm以下になると、水分と乾燥空気の透過速度が低下し、気孔径1μm以上だと、強度が低下するためであり、好ましくは気孔径0.07μm~0.5μm、開口率40~60%の開口がより好ましい。
基材121の材質としてステンレス、ニッケル、アルミ、チタン、カーボン、アルミナ等を用いることができる。金属の場合、エッチングで開口を設けても良い。透湿材料123は、相対湿度30%以上で10wt%以上の吸湿性を有する材料で、ナフィオン、ポリウレタン、塩化リチウム、ゼオライト、シリカゲル等を用いることができる。これら吸湿性材料が空気中の水を吸って膨潤などを起こすことで細孔内の開口が疑似的に塞がれ、充填した細孔内への空気透過が抑制される。
ガス分離体120の作用について説明する。減圧側通風路114側の圧力を調湿側通風路113より下げると、ガス分離体120両端の圧力差により調湿側通風路113から減圧側通風路114へと水分と乾燥空気の流れが発生する。透湿材料123が充填されていない細孔122は、水分と乾燥空気の両方が透過するのに対し、透湿材料123が充填されている細孔122は、水分が選択的に吸着・透過する。したがって、多孔質基材121の細孔122全てに透湿材料123を充填した場合、水分は透過するが、乾燥空気の透過は抑制される。細孔122へ透湿材料123を充填する充填割合を変えることで、水と乾燥空気の透過比率を調整することが可能となる。ここで、水と乾燥空気の透過量の割合を透過比率αとして次のように定義する。
ガス分離体120の作用について説明する。減圧側通風路114側の圧力を調湿側通風路113より下げると、ガス分離体120両端の圧力差により調湿側通風路113から減圧側通風路114へと水分と乾燥空気の流れが発生する。透湿材料123が充填されていない細孔122は、水分と乾燥空気の両方が透過するのに対し、透湿材料123が充填されている細孔122は、水分が選択的に吸着・透過する。したがって、多孔質基材121の細孔122全てに透湿材料123を充填した場合、水分は透過するが、乾燥空気の透過は抑制される。細孔122へ透湿材料123を充填する充填割合を変えることで、水と乾燥空気の透過比率を調整することが可能となる。ここで、水と乾燥空気の透過量の割合を透過比率αとして次のように定義する。
α=(N4water/N4air)/(N3water/N3air) …(1)
ここで、(N3water/N3air)は調湿側通風路113側に流れる空気中の水と乾燥空気のモル比、(N4water/N4air)は減圧側通風路114側空気中の水と乾燥空気のモル比である。α=1であれば調湿側通風路113から減圧側通風路114へと水と乾燥空気が同じ割合で流れ、α=100であれば、水の透過に対して乾燥空気の透過が1/100に低減されることを意味する。
ここで、(N3water/N3air)は調湿側通風路113側に流れる空気中の水と乾燥空気のモル比、(N4water/N4air)は減圧側通風路114側空気中の水と乾燥空気のモル比である。α=1であれば調湿側通風路113から減圧側通風路114へと水と乾燥空気が同じ割合で流れ、α=100であれば、水の透過に対して乾燥空気の透過が1/100に低減されることを意味する。
ここで、多孔質基材121の細孔122への透湿材料123の充填割合を、α=2~30になるよう調整する。αを大きくするには、透湿材料123の細孔122への充填数を多くする必要があるが、透湿材料123は空気中に含まれるホコリ、砂等により目詰まりを起こしやすくなり、信頼性を低下させる。また、αが大きいと、透湿材料123の膨潤により、多孔質基材121の強度が低下する。
図3は、ガス分離体120の代わりに用いることができるガス分離体130を示す平面図である。ガス分離体130は、基材131と、調湿側通風路113側から減圧側通風路114側へと連通する多数の小径細孔132と大径細孔133とを備えている。
小径細孔132は径が1nm~20nmの細孔であり、大径細孔133は径が50nm~10μmの細孔である。小径細孔132では、毛管凝縮により孔内の蒸気圧が高くなり、空気中の水分が凝縮しやすい。凝縮した水で乾燥空気の透過がブロックされ、水を選択的に透過させるこができる。一方、大径細孔133では孔内での凝縮が起こりにくいため、水と乾燥空気の両方が透過する。基材131に対して小径細孔132と大径細孔133を設ける比率を変えることで水と乾燥空気の透過比率「α」を調整することが可能となる。αを大きくするには、小径細孔132の割合を増やす必要があるが、小径細孔132は空気中に含まれるホコリ、砂等により目詰まりを起こしやすく、信頼性を低下させる。
第一の送風部150は、調湿側通風路113に対象空間Rx内の空気を供給し、再び空間に再循環させる手段である。第一の送風部150としては、例えば、ブロアやファンを用いることが好ましい。減圧ポンプ160は、減圧手段であって、減圧側通風路114内の圧力を調湿側通風路113に対して減圧する装置である。減圧ポンプ160によって調湿側通風路113を減圧することで、含まれる水及び水以外のガスである窒素、酸素、二酸化炭素等の気体を対象空間Rxの外部へと排出することができる、減圧ポンプ160としては、例えば、ダイアフラム型真空ポンプやスクロール型真空ポンプを用いることができる。吸気口Raは、対象空間Rxの外部から空気を供給する役割を果たし、対象空間Rxの壁面や、底面に内外を連通した開口で良い。補助排気部Rbは、減圧ポンプ160からの排気が不足する場合に対象空間Rxからの排気を補うもので、シロッコファン、軸流ファン等を用いることができる。
対象空間Rxと第一の送風部150入口とはラインL1で流体的に接続され、第一の送風部150出口と対象空間RxとはラインL2で流体的に接続される。ラインL1は第一の送風部150に流入する手前で分岐し、補助排気部RbともラインL3で流体的に接続される、さらに、減圧側通風路114と減圧ポンプ160とはラインL4を介して流体的に接続される。
このように構成された換気装置100の運転方法について説明する。まず、第一の送風部150を操作し、調湿側通風路113に対象空間Rx内の空気を供給する。減圧ポンプ160を操作し、減圧側通風路114の圧力を調湿側通風路113に対して減圧すると、ガス分離体120両面間で圧力差が生じ、調湿側通風路113から減圧側通風路114に水と乾燥空気の透過が生じる。減圧側通風路114に透過した水と乾燥空気は減圧ポンプ160を介して対象空間Rxの外へと排出される。調湿側通風路113にて減圧側通風路114へと透過しなかった水と乾燥空気は再び対象空間Rxへと戻る。水と乾燥空気の透過が生じると対象空間Rxの圧力が低下するため、吸気口Raから外部の気体が取り込まれ、換気が行われる。換気量が不足する場合には、補助排気部Rbを動作させる。
ここで、換気装置100を動作させた場合における時間と相対湿度との関係をαの値を変化させてシミュレーションを行った。シミュレーション条件は、床面積70m2、空間容積168m3の空間を仮定し、住居等の居室向け常時換気設備で設定される基準換気量Vr=0.5×空間容積[m3/h]から、対象空間Rx外から内へラインL5を介して供給される必要換気量を84[m3/h]に設定した。環境条件は対象空間Rx内部、外部ともにJIS9617で定められる温度27℃、湿度60%、室内での負荷はないものとし、換気システム100を動作させた時の対象空間Rx内の湿度変化を調べた。
膜状の透湿材料123の水透過速度は調湿側通風路113と減圧側通風路114の水蒸気分圧差に比例するため、減圧側通風路114を流れる対象空間Rxの空気の相対湿度に比例する。透湿材料123は27℃、湿度100%条件で最大1000g/hの水透過能力が得られる条件を仮定した。
図4は、換気装置100を動作させた場合における時間と相対湿度との関係をαの値を変化させて示すグラフである。α=1の場合、対象空間Rx内の湿度は下がらない。α=2、3、10と上がるにつれ、相対湿度は低減するが、α=30以上では湿度の変化は小さく、差が見られなかった。一方で、αを大きくすることは透湿材料123の充填割合を増やすことになり、目詰まりが起こりやすいという問題がある。α=2~30の範囲であれば、十分な換気量を確保すると共に、湿度低減を効果的に行い、かつ、換気システムの信頼性を高めることが可能となる。
このように換気装置100によれば、十分な換気量を確保すると共に、湿度低減を効果的に行うことを簡易な構成により実現できると共に、設備スペースと設備導入コストを削減しつつ、消費電力を節減できる。
(第2の実施形態)
図5は第2の実施形態に係る換気装置200の構成を示す図である。なお、図5において図1と同一機能部分は同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図5中Rは部屋を示しており、対象空間Rxを形成している。また、Rcは排気口を示している。また、換気装置200と部屋R(対象空間Rx、排気口Rc)とにより換気システムが構築されている。
(第2の実施形態)
図5は第2の実施形態に係る換気装置200の構成を示す図である。なお、図5において図1と同一機能部分は同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図5中Rは部屋を示しており、対象空間Rxを形成している。また、Rcは排気口を示している。また、換気装置200と部屋R(対象空間Rx、排気口Rc)とにより換気システムが構築されている。
換気装置200は、調湿モジュール110と、部屋R外の空気を調湿モジュール110側へ送り出す第二の送風部(ガス供給部)210と、調湿モジュール110内を減圧する減圧ポンプ160と、各部を接続し流体的な接続を行うライン(配管)L10,L11,L12を備えている。
第二の送風部210は、ブロア、軸流ファン、円心ファン等を用いることができる。排気口Rcは、対象空間Rxから空気を部屋R外へ排出する役割を果たし、部屋Rの壁面や、底面に内外を連通した開口で良い。
第二の送風部210と調湿側通風路113とはラインL10で流体的に接続され、調湿側通風路113と空間とはラインL11で流体的に接続され、さらに、減圧側通風路114と減圧ポンプ160とはラインL12を介して流体的に接続される。
このように構成された換気装置200の運転方法について説明する。まず、第二の送風部210を操作し、調湿側通風路113に部屋R外の空気を供給する。減圧ポンプ160を操作し、減圧側通風路114の圧力を調湿側通風路113に対して減圧すると、ガス分離体120両面間に圧力差が生じ、調湿側通風路113から減圧側通風路114に水と乾燥空気の透過が生じる。減圧側通風路114に透過した水と乾燥空気は減圧ポンプ160を介して対象空間Rxの外へと排出される。調湿側通風路113にて減圧側通風路114へと透過しなかった水と乾燥空気は対象空間Rxへと供給され、過剰な水と乾燥空気は排出口Rcから排出される。
図6は、換気装置200を動作させた場合における時間と相対湿度との関係をαの値を変化させて示すグラフである。環境条件は対象空間Rx内部、外部ともにJIS9617で定められる温度27℃、湿度60%、室内での負荷はないものとし、換気システム200を動作させた時の対象空間Rx内の湿度変化を調べた。
α=1の場合、対象空間Rx内の湿度は下がらない。α=2、3、10と上がるにつれ、相対湿度は低減するが、α=30以上では湿度の変化は小さく、差が見られなかった。一方で、αを大きくすることは透湿材料123の充填割合を増やすことになり、目詰まりが起こりやすいという問題がある。α=2~30の範囲であれば、十分な換気量を確保すると共に、湿度低減を効果的に行い、かつ、換気システムの信頼性を高めることが可能となる。
α=1の場合、対象空間Rx内の湿度は下がらない。α=2、3、10と上がるにつれ、相対湿度は低減するが、α=30以上では湿度の変化は小さく、差が見られなかった。一方で、αを大きくすることは透湿材料123の充填割合を増やすことになり、目詰まりが起こりやすいという問題がある。α=2~30の範囲であれば、十分な換気量を確保すると共に、湿度低減を効果的に行い、かつ、換気システムの信頼性を高めることが可能となる。
このような動作により、上述した換気装置100と同様の換気機能を果たすことができる。したがって、十分な換気量を確保すると共に、湿度低減を効果的に行うことが可能となる。
このように換気装置200によれば、十分な換気量を確保すると共に、湿度低減を効果的に行うことを簡易な構成により実現できると共に、設備スペースと設備導入コストを削減しつつ、消費電力を節減できる。
(第3の実施形態)
図7は第3の実施形態に係る換気装置300の構成を示す図である。なお、図7において図5と同一機能部分は同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図7中Rは部屋を示しており、対象空間Rxを形成している。また、換気装置300と部屋R(対象空間Rx)とにより換気システムが構築されている。
(第3の実施形態)
図7は第3の実施形態に係る換気装置300の構成を示す図である。なお、図7において図5と同一機能部分は同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図7中Rは部屋を示しており、対象空間Rxを形成している。また、換気装置300と部屋R(対象空間Rx)とにより換気システムが構築されている。
換気装置300は、調湿モジュール110と、部屋R外の空気を調湿モジュール110側へ送り出す第二の送風部210と、調湿モジュール110内を減圧する減圧ポンプ160と、第二の送風部210と調湿側通風路113との間に配置された熱交換器310と、各部を接続し流体的な接続を行うライン(配管)L11,L12,L13,L14,L20,L21を備えている。
熱交換器310は、流路311と流路312とを備え、第二の送風部210から供給される対象空間Rx外の空気と対象空間Rxから排出される空気とを顕熱交換する機能を有しており、例えば、プレート型熱交換器等が用いられる。
第二の送風部210と熱交換器310の流路311とはラインL20で接続され、熱交換器310の流路311と調湿側通風路113とはラインL21で流体的に接続されている。調湿側通風路113と対象空間RxとはラインL11で流体的に接続され、減圧側通風路114と減圧ポンプ160とはラインL12を介して流体的に接続される。さらに、対象空間Rxと熱交換器310とはラインL13を介して流体的に接続され、ラインL14を経て外部へと放出される。
次に、換気装置300の運転方法について説明する。まず、第二の送風部210を操作し、調湿側通風路113に対象空間Rx外部の空気を供給する。減圧ポンプ160を操作し、減圧側通風路114の圧力を調湿側通風路113に対して減圧すると、ガス分離体120に圧力差が生じ、調湿側通風路113から減圧側通風路114に水と乾燥空気の透過が生じる。減圧側通風路114に透過した水と乾燥空気は減圧ポンプ160を介して対象空間Rxの外へと排出される。調湿側通風路113にて減圧側通風路114へと透過しなかった水と乾燥空気は対象空間Rxへと供給された後、熱交換器310にて外部から供給される空気と熱交換し、外へと排出される。
換気装置300では、調湿モジュール110に流入する手前で対象空間Rx外部の空気と内部の空気を熱交換するため、調湿モジュール110による湿度処理に加えて温度調整が可能となる。したがって、換気装置300によれば、十分な換気量を確保すると共に、湿度低減を効果的に行うことを簡易な構成により実現できると共に、設備スペースと設備導入コストを削減しつつ、消費電力を節減できる。さらに、換気、調湿、調温の3つの機能を簡易な構成により構築できる。
(第4の実施形態)
図8は第4の実施形態に係る換気装置400の構成を示す図である。なお、図8において図5と同一機能部分は同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図8中Rは部屋を示しており、対象空間Rxを形成している。また、Rcは排気口を示している。また、換気装置400と部屋R(対象空間Rx,排気口Rc)とにより換気システムが構築されている。
(第4の実施形態)
図8は第4の実施形態に係る換気装置400の構成を示す図である。なお、図8において図5と同一機能部分は同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図8中Rは部屋を示しており、対象空間Rxを形成している。また、Rcは排気口を示している。また、換気装置400と部屋R(対象空間Rx,排気口Rc)とにより換気システムが構築されている。
換気装置400は、調湿モジュール110と、部屋R外の空気を調湿モジュール110側へ送り出す第二の送風部210と、調湿モジュール110内に送水する送水ポンプ(水供給部)410と、各部を接続し流体的な接続を行うライン(配管)L10,L11,L14を備えている。なお、減圧側通風路114は水供給路として機能する。
送水ポンプ410は、減圧側通風路114に水を供給する。水は市水の配管を利用する他、水タンク等を別途設けても良い。第二の送風部210と調湿側通風路(加湿)113とはラインL10で流体的に接続され、調湿側通風路113と対象空間RxとはラインL11で流体的に接続される、送水ポンプ410と減圧側通風路114とはラインL14を介して流体的に接続される。
次に、換気システム400の運転方法について説明する。まず、送水ポンプ410を操作し、減圧側通風路114に水を供給する。次に、第二の送風部210を操作し、調湿側通風路113に対象空間Rx外部の空気を供給する。減圧側通風路114の水はガス分離体120を介して加湿側通風路3を流れる空気に吸収され、水分を含んだ空気がラインL11を介して対象空間Rxへと供給される。すなわち、加湿動作が行われる。
上述した換気装置100,200,300では、調湿モジュール110を対象空間Rxの空気を除湿するために用いたが、換気装置400においては、湿度が低い場合において、減圧側通風路114に水を供給することで、調湿モジュール110を対象空間Rxの空気を加湿するために用いる。
このように換気装置400によれば、十分な換気量を確保すると共に、湿度増加を効果的に行うことを簡易な構成により実現できると共に、設備スペースと設備導入コストを削減しつつ、消費電力を節減できる。
(第5の実施形態)
図9は第5の実施形態に係る空気調和装置500の構成を示す説明図である。図9において図1と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図9中Rは部屋を示しており、対象空間Rxを形成している。
(第5の実施形態)
図9は第5の実施形態に係る空気調和装置500の構成を示す説明図である。図9において図1と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図9中Rは部屋を示しており、対象空間Rxを形成している。
空気調和装置500は、換気装置510と、ヒートポンプ装置590とを備えている。なお、図9中501は、対象空間Rx外に配置された室外機、502は対象空間Rx内に設置された室内機を示している。
換気装置510は、室外機501に設けられた調湿モジュール110と、第三の送風部(ガス供給部)520と、減圧ポンプ160と、室内機502に設けられた吸気部530と、送風部540と、これら各部を接続し流体的な接続を行うライン(配管)L30,L31,L32,L4を備えている。
ヒートポンプ部590は、室外機501に設けられた室外機側熱交換器591と、室内機502に設けられた室内機側熱交換器592と、室外機側熱交換器591と室内機側熱交換器592とを接続する冷媒配管Lxとを備えている。
室内機502に設けられた吸気部530と第三の送風部520とはラインL30で流体的に接続され、第三の送風部520と調湿側通風路113とはラインL31で流体的に接続され、調湿側通風路113と室内機502に設けられた送風部540とはラインL32で流体的に接続されている。減圧側通風路114と減圧ポンプ160とはラインL4を介して流体的に接続され、室外機501の外部へと排出される。
このように構成された空気調和装置500の運転方法について説明する。使用者が除湿モードの動作を指令すると、第三の送風部520により調湿側通風路113に対象空間Rx内の空気が供給される。減圧ポンプ160を操作し、減圧側通風路114の圧力を調湿側通風路113に対して減圧すると、ガス分離体120に圧力差が生じ、調湿側通風路113から減圧側通風路114に水と乾燥空気の透過が生じる。減圧側通風路114に透過した水と乾燥空気は減圧ポンプ160を介して対象空間Rxの外へと排出される。調湿側通風路113にて減圧側通風路114へと透過しなかった水と乾燥空気は再びラインL32を経て室内機502に設けられた送風部540から対象空間Rxは排出される。したがって、換気及び調湿を行うことができる。
一方、必要に応じてヒートポンプ部590を駆動することで、室外機側熱交換器591と室内機側熱交換器592において熱交換が行われ、対象空間Rx内の温度調節が行われる。なお、温度調和空気の送風は、換気装置510の送風部540を共用して行うことができる。
本実施の形態ではヒートポンプ部590による温度制御に加え、調湿モジュール110による湿度制御と換気を行う。ヒートポンプ部590が温度のみを制御し、除湿モジュール110が湿度のみを制御することで、温度と湿度の独立制御が可能となり、快適性の向上及び、消費電力の低減が可能となる。また、室外機501と室内機502とを共用することができ、部品点数や設置スペースを低減できる。
このように空気調和装置500によれば、十分な換気量を確保すると共に、湿度調整及び温度調整を効果的に行うことを簡易な構成により実現できると共に、設備スペースと設備導入コストを削減しつつ、消費電力を節減できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (6)
- 換気対象空間の空気を調湿して、前記換気対象空間内に供給すると共に換気する換気装置において、
調湿前の空気が導入され、前記換気対象空間へ調湿後の空気を供給する調湿側通風路と、
前記換気装置内部の空気を前記換気対象空間外へ排出するガス排出部に接続され、内部が減圧される減圧側通風路と、
前記調湿側通風路と前記減圧側通風路との間を仕切り、水分と乾燥空気を選択的に透過させるガス分離体とを具備し、
前記ガス分離体は、前記調湿側通風路から前記減圧側通風路側へ透過する水分と乾燥空気の透過量の割合が1/2~1/30である、換気装置。 - 前記調湿前の空気は、前記換気対象空間内から導入される請求項1に記載の換気装置。
- 前記調湿前の空気は、前記換気対象空間外から導入される請求項1に記載の換気装置。
- 前記調湿側通風路に導入される前の空気と、前記減圧側通風路から前記換気対象空間外に排気される空気との間で熱交換を行う熱交換器をさらに有する請求項3に記載の換気装置。
- 換気対象空間外の空気を調湿して、前記換気対象空間内に供給すると共に換気する換気装置において、
前記換気対象空間外から調湿前の空気が導入され、前記換気対象空間へ調湿後の空気を供給する調湿側通風路と、
水が供給される水供給流路と、
前記調湿側通風路と前記水供給流路との間を仕切り、水分と乾燥空気を選択的に透過させるガス分離体とを具備し、
前記ガス分離体は、前記調湿側通風路から前記減圧側通風路側へ透過する水分と乾燥空気の透過量の割合が1/2~1/30である、換気装置。 - 請求項1~5いずれか記載の換気装置と、前記換気対象空間の調温を行うヒートポンプ装置とを備えている空気調和装置。
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