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JP4467357B2 - 空調装置 - Google Patents

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Description

本発明は湿度調節を主に行う空調装置に関するもので、特に安価で四季を通じて使用可能なものを提供するものである。
一般的な空調装置は冷凍機を用いて冷暖房を行うもので、除湿は空気を冷却することによって結露させることによって行っている。このため、ある程度気温が低いと除湿が困難である。
このような問題から、シリカゲルやゼオライトなどの吸着剤を用いることによって、除湿を行う除湿装置が開発され、冷凍機を用いる冷暖房装置と共に用いることによって所望の湿度の空気を作り快適な環境を得ることができるようになった。
このような湿気吸着剤を用いた空調装置は、除湿装置として使われるのが一般的であるが、一部には大気中の湿気を室内へ供給する加湿装置としても使用可能な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。
特許出願公開平成５年第３４６２５３号公報
特許文献１に開示されたものは湿気吸着剤を担持した除湿ロータに２つのヒータを組合せ、一方のヒータを動作させた時には除湿動作となり他方のヒータを動作させた時には加湿動作となるようにしたものである。
近年の高気密住宅では所定量以上の換気が必要であり、特許文献１に開示されたもののように外気を除湿して室内へ供給したり、外気を加湿して室内に供給するようにすることが重要である。
しかし特許文献１に記載のものは、梅雨時のように極めて湿度が高い場合には室内空気の湿度よりも除湿された外気の方が湿度が高くなる場合があるという問題がある。つまり梅雨時のように室内空気や外気の絶対湿度が極めて高い場合、冷凍機による除湿の効果が高い。これに対して吸着剤を用いて除湿する場合、気温が低くても除湿可能である反面、多湿時の除湿量は冷凍式に分がある場合が多い。
このため特に湿度が高い場合、外気を除湿ロータで除湿しても除湿ロータを通過した空気の湿度が室内の湿度より高くなる場合がある。このような状態では外気を除湿ロータで除湿して室内へ供給すると、除湿空気による室内空気の換気を行うことはできるのであるが、室内空気の湿度が次第に高くなるという問題がある。
本発明は外気の条件に応じた除湿動作を行うことができ、冷凍機を用いた空調装置と組み合わせることによって快適な空間を提供可能で、かつ換気も可能な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、２つの空気通路を有し、２つの空気通路の一方は外気を室内へ取り入れる通路で他方は室内空気を大気放出する通路となる全熱交換換気モードと、２つの空気通路の一方は外気を加熱して湿気交換ロータに通過させて大気放出する通路で他方は室内空気を湿気交換ロータに通過させて再び室内へ戻す除湿モードとを有するようにした。
本発明の空調装置は上記の如く構成したので、外気の湿度が極端に高い場合には室内空気を循環しながら除湿を行い、換気の必要に応じて外気を除湿して室内に供給することができる。またこの循環除湿動作と換気除湿動作との切り替えタイミングを外気条件や室内の条件に応じて変化させることが可能な空調装置を提供することができる。
本発明の請求項１に記載の発明は、２つの空気通路間で湿気と熱の交換を行う湿気交換ロータを有し、前記２つの空気通路の一方は外気を室内へ取り入れる通路で他方は室内空気を大気放出する通路となる全熱交換換気モード及び、ロータ回転数を遅くして加熱した外気を前記湿気交換ロータに通過させて脱着した湿気を室内に取り入れて加湿する加湿モードと、前記２つの空気通路の一方は外気を加熱して前記湿気交換ロータに通過させて大気放出する通路で他方は室内空気を前記湿気交換ロータに通過させて再び室内へ戻す除湿モードとを有し、これによって冷・暖房中に換気が必要であると全熱換気を行うことができ、加湿が必要な場合は加湿に、除湿が必要な場合には除湿にすることができるという作用を有する。
以下本発明の空調装置の各実施例について図に沿って詳細に説明する。図１〜図４は本発明の実施例１を示す。除湿ロータ１はセラミック紙などの耐熱性のある紙をハニカム（蜂の巣）状に形成し、それにゼオライトやシリカゲル等の湿気吸着剤を担持したものである。
この除湿ロータ１は図２で判るように回転式ダンパー２の上に設けられ、ロータ駆動用ギヤドモータ３によって０．３〜１回転／分程度の回転速度で回転する。回転式ダンパー２は互いに直交する仕切り板４，５を有し、仕切り板５には除湿ロータ１より僅かに大きな丸穴が設けられている。そしてその丸穴内に除湿ロータ１が挿入されている。そして回転式ダンパー２は除湿ロータ１とロータ駆動用ギヤドモータ３を搭載した状態で、ダンパー回転用ギヤドモータ６によって正逆方向に９０度回転する。
図１及び図４に示すように、除湿空調装置は互いに平行な第１空気通路７及び第２空気通路８を有している。そして第１空気通路７にはヒータ９が設けられている。
また回転式ダンパー２は図１に示すように、仕切り板４が第１通路７及び第２空気通路８と平行になる状態と、図４に示すように仕切り板４が第１空気通路７及び第２空気通路８と直角になる状態との２つのモードを有する。前者つまり図１の状態は全熱交換モード又は加湿モード、後者つまり図４の状態は除湿モードとなる。
そして図３に示すようにタイマー１０にリレー１１、回転速度制御回路１２、回転方向制御回路１３が接続され、タイマー１０にはヒータ９が、回転速度制御回路１２にはロータ駆動用ギヤドモータ３が、回転方向制御回路１３にはダンパー回転用ギヤドモータ６が接続されている。
このため、タイマー１０によって決定される所定時間毎にリレー１１が開閉し、ヒータ９への通電が所定時間毎にオン・オフする。また同様にタイマー１０によって回転速度制御回路１２がロータ駆動用ギヤドモータ３の速度を所定時間毎に切替え、回転方向制御回路１３がダンパー回転用ギヤドモータ６を回転させて回転式ダンパー２の方向を切替える。
まず図１の全熱交換モードについて説明を行う。このモードではヒータ９へ通電はされず、このモード単独動作ではタイマー１０も動作しない。回転式ダンパー２は図１に示すように仕切り板４が第１空気通路７及び第２空気通路８と平行になる。また湿気交換ロータ１は高速回転状態である。
夏季の場合、外気OAは湿気交換ロータ１によって乾燥低温空気となり、室内へ製品空気ＳＡとなって供給され、室内からの還気ＲＡは湿気交換ロータ１によって多湿高温空気となって排気ＥＡとして大気へ放出される。
冬季の場合は反対に外気OAは湿気交換ロータ１によって多湿高温空気となり室内へ製品空気ＳＡとなって供給され、室内からの還気ＲＡは湿気交換ロータ１によって乾燥低温空気となって排気ＥＡとして大気へ放出される。
ここで湿気交換ロータ１を低速回転させ、かつヒータ９に通電を行うと加湿モードとなる。つまり外気OAはヒータ９によって加熱され、湿気交換ロータ１に吸着された湿気を脱着し、高温多湿空気となって室内へ製品空気ＳＡとなって供給される。室内からの還気ＲＡは湿気交換ロータ１を通過する際に湿気を湿気交換ロータ１へ与え、乾燥空気となって排気ＥＡとして大気へ放出される。
次に図４の循環除湿モードについて説明する。このモードは梅雨時などの特に多湿な状態で用いるのに適する。ダンパー回転用ギヤドモータ６によって回転式ダンパー２を図４の状態すなわち図１の状態から９０度回転させた状態にする。この状態でヒータ９に通電する。
すると外気OAが加熱され、湿気交換ロータ１に吸着された湿気を脱着して、高温多湿空気を排気ＥＡとして大気放出する。一方、室内からの還気ＲＡは湿気交換ロータ１を通過する際に湿気が吸着されて乾燥空気となり、室内へ製品空気ＳＡとなって供給される。
夏季に外気の湿度が極めて高い場合には、全熱交換モードでは十分に湿気の室内への侵入を防止することができず、冷房装置の潜熱負荷が大きくなる場合には、全熱交換モードと循環除湿モードを交互に動作させる。つまり図３に示すタイマー１０を動作させて、タイマー１０で設定した時間で全熱交換モードと循環除湿モードを交互に動作させると換気と除湿とを適度に行うことができる。
上記の実施例１ではヒータ９として電気ヒータを用いる例を示したが、エネルギー消費を減らすためにヒータ９として温水ヒータを用い、この温水ヒータに発電機や燃料電池から発生する温水が循環され、ここを通過する空気を加熱するようにした空調装置が望まれる。
図５〜図７は以上の観点より発明されたもので本発明の実施例２を示す。ここで上記実施例１と同じ構成部材については同一の番号を付与し、重複した説明は省略する。１４は温水コイルであり、発電機や燃料電池から出た温水がこの温水コイル１４に供給される。１５は切替弁であり、外気OAが温水コイル１４を通って湿気交換ロータ１へ供給されるようにするか、外気OAが直接湿気交換ロータ１へ供給されるようにするか切替えるものである。
温水コイル１４は一般に電気ヒータと比較して熱容量が大きいため、この実施例２のものは、温水コイル１４を第１通路７外に設置している。図５は全熱交換モードを示し、このモードでは切替弁１５の状態は、外気OAが直接湿気交換ロータ１へ供給されるようになっている。この状態は上記実施例１の図１の状態と実質的に同一であるため、重複した説明は省略する。
図６は冬季の加湿モードを示す。このモードでは切替弁１５の状態は、外気OAが温水コイル１４を通って湿気交換ロータ１へ供給されるようになっている。このモードでは上記実施例１と同様湿気交換ロータ１を低速回転させる。
つまり外気OAは温水コイル１４によって加熱され、湿気交換ロータ１に吸着された湿気を脱着し、高温多湿空気となって室内へ製品空気ＳＡとなって供給される。室内からの還気ＲＡは湿気交換ロータ１を通過する際に湿気を湿気交換ロータ１へ与え、乾燥空気となって排気ＥＡとして大気へ放出される。
図７は循環除湿モードを示す。このモードの時も上記実施例１と同様湿気交換ロータ１を低速回転させる。またダンパー回転用ギヤドモータ６によって回転式ダンパー２を図７の状態すなわち図５の状態から９０度回転させた状態にする。
すると外気OAが温水コイル１４によって加熱され、湿気交換ロータ１に吸着された湿気を脱着して、高温多湿空気を排気ＥＡとして大気放出する。一方、室内からの還気ＲＡは湿気交換ロータ１を通過する際に湿気が吸着されて乾燥空気となり、室内へ製品空気ＳＡとなって供給される。
夏季に外気の湿度が極めて高い場合には、全熱交換モードでは十分に湿気の室内への侵入を防止することができず、冷房装置の潜熱負荷が大きくなる場合には、全熱交換モードと循環除湿モードを交互に動作させる。つまり図３に示すタイマー１０を動作させて、タイマー１０で設定した時間で全熱交換モードと循環除湿モードを交互に動作させると換気と除湿とを適度に行うことができる。
次に図８〜図１０に示される実施例３について説明をする。ここでも上記実施例１及び実施例２と同じ構成部材については同一の番号を付与し、重複した説明は省略する。
１６は第１切替弁、１７は第２切替弁である。第１切替弁１６は外気OAが第１温水コイル１８を通って湿気交換ロータ１へ供給されるようにするか、室内からの還気ＲＡが直接湿気交換ロータ１へ供給されるようにするか切替えるものである。第２切替弁１７は室内からの還気ＲＡが第２温水コイル１９を通って湿気交換ロータ１へ供給されるようにするか、外気OAが直接湿気交換ロータ１へ供給されるようにするか切替えるものである。
ここで第１温水コイル１８も第２温水コイル１９も発電機や燃料電池からの排熱温水が供給されるものである。第１温水コイル１８も第２温水コイル１９も一般に電気ヒータと比較して熱容量が大きいため、この実施例３のものも、第１温水コイル１８を第１通路７外に、第２温水コイル１９を第２通路８外に設置している
図８全熱交換モードを示し、このモードでは第１切替弁１６の状態は、還気ＲＡが直接湿気交換ロータ１へ供給されるようになり、第２切替弁１７の状態は外気OAが直接湿気交換ロータ１へ供給されるようになっている。この状態は上記実施例１の図１の状態と実質的に同一であるため、重複した説明は省略する。
図９は冬季の加湿モードを示す。このモードでは第１切替弁１６の状態は、外気OAが第１温水コイル１８を通って湿気交換ロータ１へ供給されるようになっているが、第１温水コイル１８には温水供給を停止する。
また第２切替弁１７の状態は、室内還気ＲＡが第２温水コイル１９を通って湿気交換ロータ１に供給されるようになり、この時に第２温水コイル１９には温水が供給されている。
この加湿モードでは上記実施例１と同様湿気交換ロータ１を低速回転させる。 つまり室内還気ＲＡは第２温水コイル１９によって加熱され、湿気交換ロータ１に吸着された湿気を脱着し、高温多湿空気となって室内へ製品空気ＳＡとなって供給される。
外気OAは第１温水コイル１８を通過するが、ここには温水が供給されていないため温度が上昇せず湿気交換ロータ１を通過する。この際に外気OAは湿湿気を湿気交換ロータ１へ与え、乾燥空気となって排気ＥＡとして大気へ放出される。
次に図１０は夏季の循環除湿モードを示す。このモードでは第１切替弁１６の状態は、外気OAが第１温水コイル１８を通って湿気交換ロータ１へ供給されるようになっているが、第１温水コイル１８には温水供給を行う。
また第２切替弁１７の状態は、室内還気ＲＡが第２温水コイル１９を通って湿気交換ロータ１に供給されるようになり、この時に第２温水コイル１９への温水供給は停止されている。この循環除湿モードでは上記実施例１と同様湿気交換ロータ１を低速回転させる。
すると還気ＲＡは第２温水コイル１９を通る時に温度が変化せず、湿気交換ロータ１を通過することによって湿気を奪われ、乾燥空気となって再び室内へ戻される。また外気OAは第２温水コイル１９を通って温度が上昇し、湿気交換ロータ１に吸着された湿気を脱着する。
梅雨時など外気の湿度が極めて高い場合には、この循環除湿モードと上記の全熱交換モードとを交互に動作させることによって室内空気を除湿し、冷凍機を有する空調機を使用していた場合には、その潜熱負荷を軽減することができる。
本発明は、全熱交換モードと循環除湿モードとを切替可能にすることによって外気の湿度が極端に高い場合であっても換気しながら除湿可能な空調装置を提供する。
本発明の空調装置の実施例１を示す断面図である。 本発明の空調装置の実施例を示す部分斜視図である。 本発明の空調装置の実施例１を示すブロック回路図である。 本発明の空調装置の実施例１を示す断面図である。 本発明の空調装置の実施例２を示す断面図である。 本発明の空調装置の実施例２を示す断面図である。 本発明の空調装置の実施例２を示す断面図である。 本発明の空調装置の実施例３を示す断面図である。 本発明の空調装置の実施例３を示す断面図である。 本発明の空調装置の実施例３を示す断面図である。
符号の説明
１ 湿気交換ロータ
２ 回転式ダンパー
３ ロータ駆動用ギヤドモータ
４，５ 板
６ ダンパー回転用ギヤドモータ
７ 空気通路
８ 空気通路
９ ヒータ
１０ タイマー
１１ リレー
１２ 回転速度制御回路
１３ 回転方向制御回路
１４ 温水コイル
１５ 切替弁
１６ 第１切替弁
１７ 第2切替弁
１８ 第1温水コイル
１９ 第2温水コイル
ＥＡ 排気
OA 外気
ＲＡ 還気
ＳＡ 製品空気

Claims (2)

  1. ２つの空気通路間で湿気と熱の交換を行う湿気交換ロータと回転式ダンパーを有し、回転式ダンパーは互いに直交する仕切り板を有し、その仕切り板の一方には前記湿気交換ロータより僅かに大きな丸穴が形成され、前記湿気交換ロータは回転式ダンパーに形成された丸穴に回転可能な状態に挿入され、前記回転式ダンパーは前記湿気交換ロータを搭載した状態で正逆方向に９０度回転可能であり、前記２つの空気通路の一方は外気を室内へ取り入れる通路でこの空気通路に通す外気を加熱するヒータを有し、他方は室内空気を大気放出する通路となるもので、前記ヒータを動作させない状態で外気を前記湿気交換ロータを通過させて室内に供給する全熱交換換気モードと、前記ヒータを動作させて外気を加熱して前記湿気交換ロータに通過させる加湿モードと、前記全熱交換換気モードに対して前記回転ダンパーを９０度回転させ、前記２つの空気通路の一方は外気を加熱して前記湿気交換ロータに通過させて大気放出する通路で他方は室内空気を前記湿気交換ロータに通過させて再び室内へ戻す除湿モードとを有する空調装置。
  2. 外気を加熱する場合には加熱しない場合より湿気交換ロータの回転数を少なくした請求項２記載の空調装置。
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