JP4646309B2

JP4646309B2 - デシカント式換気装置

Info

Publication number: JP4646309B2
Application number: JP2005277101A
Authority: JP
Inventors: 敏彦石沢; 邦夫三浦
Original assignee: Shin Nippon Air Technologies Co Ltd
Current assignee: Shin Nippon Air Technologies Co Ltd
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: JP2007085680A

Description

本発明は、室内の快適な空調状態を維持しながら、室内外空気の換気を可能としたデシカント式換気装置に関する。

近年、空調効率を向上させるために建物の密閉度を増して断熱性を高めた結果、建材や内装材などに含まれる有害化学物質が飛散して、室内に充満することによるシックハウスなどの健康被害が問題となっている。そのため、平成１５年の建築基準法改正〔シックハウス対策に係る建築基準法等の一部改正〕により、原則として、全ての居室に対し０．５回／ｈ以上の機械換気設備又はこれに相当する換気が義務づけられるようになり、室内換気の必要性が益々重要視されている。

ところが、換気扇等によって、室内の空気を強制的に排気して給気口などから外気を直接給気する方法の場合は、冷暖房設備を作動させて室内外の空気状態の差が大きくなる冬季や夏季においては、空気調整されていない外気が直接室内に供給されることになるため、室内の空気状態を維持できず、これらの時期にはほとんど換気が行われていない実情にあった。

この問題を解決するため、省エネルギーのための排熱利用が可能である、ランニングコストの低減が可能である、フロンを使用しないことにより地球の温暖化を防止できる、二酸化炭素排出量の削減が可能である等の利点を有するデシカント空調機が、主に潜熱負荷の多いスーパーマーケット、食品工場、病院、介護施設、ホテル等の建物を中心に、外気の空気調和を行った後室内に給気する換気装置として採用されつつあり、これに関連した発明も幾つか提案されている。例えば、下記特許文献１では、排気通路と給気通路を仕切壁を介して隣接させ、室外側に通気性と吸湿性を有する吸放湿ロータを、室内側に通気性と蓄熱性を有する冷房用顕熱ロータを、それぞれ上記仕切壁を貫通して両通路を遮るように設け、更に排気通路において、両ロータ間に乾燥用加熱器を、冷房用顕熱ロータの上流側に加湿器をそれぞれ設けてなるデシカント型空調機が開示されている。
特開平９−４２７０９号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載されるデシカント型空調機は、主に夏季の冷房運転時のランニングコスト節減を目的とするものであり、冬季の暖房運転時に効率良く熱交換を行うためには、暖房用顕熱ロータや暖房用加熱器が必要となり、設備が大掛かりなものとなって一般住宅などでは採算があわず、現実的な装置ではなかった。

一方で、上記デシカント空調機は、省エネが可能であるとともに、冷媒を使用しないため環境に優しい空調機であることが知られているが、デシカント空調機は事前の外気冷却除湿処理として従来の空調機と併用して使用されることが多く、このデシカント方式を換気装置として活用することは、ほとんど過去に提案されていなかった。

そこで本発明の主たる課題は、デシカント及び蓄熱材を用いた空気処理により、外気を室内空気条件の近似値まで冷却除湿又は加熱加湿した後、室内に供給可能として換気を行うとともに、構造を簡素化することにより装置をコンパクトにすることができ、汎用性の高いデシカント式換気装置を提供することにある。

前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、外部から室内への給気路と室内から外部への排気路とを隔壁で仕切って隣接配置し、前記給気路と排気路とに跨るように、吸着剤を内蔵した回転式デシカントロータと、蓄熱体を内蔵した回転式顕熱ロータとを配設し、外気は前記回転式デシカントロータ、回転式顕熱ロータの順で通過し空気調整された後、室内に供給され、室内空気は前記回転式顕熱ロータ、回転式デシカントロータの順で通過し空気調整された後、外部に排気されるように構成されたデシカント式換気装置であって、
前記回転式デシカントロータ部において、周方向に亘り前記給気路ゾーン及び排気路ゾーンと共に、マグネトロン加熱器を配設した吸着剤の強制再生ゾーンを画成するとともに、回転方向を正逆切換可能とし、
冬季運転時において；前記回転式デシカントロータを排気路ゾーン、強制再生ゾーン、給気路ゾーンの順で巡る方向に回転させ、室内空気は前記回転式顕熱ロータ部において冷却し、前記回転式デシカントロータ部において除湿した後、外部に排気する一方で、外気は前記回転式デシカントロータ部において前記強制再生ゾーンで再生に伴い発生した水蒸気を利用することにより強制的に加湿加熱し、前記回転式顕熱ロータ部において加熱した後、室内に供給し、
夏季運転時において；前記回転式デシカントロータを給気路ゾーン、強制再生ゾーン、排気路ゾーンの順で巡る方向に回転させ、外気は前記回転式デシカントロータ部において除湿し、前記回転式顕熱ロータ部において冷却した後、室内に供給する一方で、室内空気は前記回転式顕熱ロータ部において加熱し、前記回転式デシカントロータ部において、前記強制再生ゾーンで再生に伴い発生した水蒸気と共に、外部に排気することを特徴とするデシカント式換気装置が提供される。

上記請求項１に記載の本発明は、外気と還気との温湿度交換が効率よく行われ、冬季運転時には低温低湿な外気が、また夏季運転時には高温多湿な外気が、室内の空気状態とほぼ同一の状態まで調整がされてから室内に供給をすることができるとともに、換気に伴う室内の冷暖房効果の低下が抑制される。また、デシカント剤及び蓄熱材を用いて空気調整が図られることから、冷熱源や加湿装置を必要とせず、コンパクトで構造が簡単な換気装置が可能となる。

請求項２に係る本発明として、外気温度を測定する温度測定手段と、外気湿度を測定する湿度測定手段とを備え、前記測定温度及び測定湿度に基づき前記回転式デシカントロータの回転方向を正方向か逆方向かにすべきかを判定するとともに、前記デシカント式換気装置に対して夏季又は冬季運転の設定を行う制御器を備える請求項１記載のデシカント式換気装置が提供される。

上記請求項２記載の発明は、デシカント式換気装置における操作の省力化に伴い、外気温度を測定する温度測定手段と、外気湿度を測定する湿度測定手段と備え、前記測定温度及び測定湿度に基づき前記回転式デシカントロータの回転方向を正方向か逆方向かにすべきかを判定するとともに、前記デシカント式換気装置に対して夏季又は冬季運転の設定を行う制御器を備えるようにしたものである。

以上詳説のとおり本発明によれば、デシカント及び蓄熱材を用いた空気処理により、外気を室内空気条件の近似値まで冷却除湿又は加熱加湿した後、室内に供給する換気が可能となる。また、構造を簡素化することができ、コンパクトで汎用性の高いデシカント式換気装置が提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
〔デシカント式換気装置１のシステム構成〕
本発明に係るデシカント式換気装置１のシステム構成について、図１、２に基づいて詳述する。

デシカント式換気装置１は、図１に示されるように、ケーシング２内が隔壁３によって上下に仕切られ、外部から室内へ給気される給気路ＧＦと室内から外部へ排気される排気路ＲＦとの２つの流路が隣接して配置される。なお、前記隔壁３は、ケーシング２内を左右に仕切るようにしても良く、任意である。

また、本デシカント式換気装置１においては、前記給気路ＧＦと排気路ＲＦとに跨るように、吸着剤（デシカント）を内蔵した回転式デシカントロータ４が外部側に、蓄熱体を内蔵した回転式顕熱ロータ５が室内側に配設されている。なお、前記回転式デシカントロータ４及び回転式顕熱ロータ５は全空気が処理されるように、ケーシング２内空間とほぼ同じ寸法とされる。

前記回転式デシカントロータ４部においては、図２(B)に示されるように、隔壁３によって仕切られ、周方向に亘り給気路ＧＦを形成する給気路ゾーンＧＦ_ｄ、及び排気路ＲＦを形成する排気路ゾーンＲＦ_ｄと共に、マグネトロン加熱器６を配設した吸着剤の強制再生ゾーンＭ_ｄが画成されている。なお、前記強制再生ゾーンＭ_ｄは空気が通過しないように、周囲から遮蔽されたゾーンとなっている。

前記マグネトロン加熱器６は、強制再生ゾーンＭ_ｄの回転式デシカントロータ４に内蔵する吸着剤に電磁波を照射して、吸着剤が吸着した水分子を励振させることにより加熱し、水分の脱着を促進する（吸着剤を強制的に再生する）ための装置である。

前記回転式デシカントロータ４は、回転ドラム状に形成されたケーシングの両側面に網目状、ハニカム状、スリット状などの通気構造が備えられ、前記ケーシングの内部にはシリカゲル等の水分の吸脱着性能に優れた固形の吸着剤が内蔵されている。各流路の気体は、前記通気構造を通って回転式デシカントロータ４の内部を通過することができ、その際に内蔵する吸着剤の水分の吸・脱着作用によって湿度調整が行われる。この回転式デシカントロータ４は回転方向が正逆方向に切換可能とされ、運転時期に応じて、給気路ＧＦ及び排気路ＲＦの一方側を、吸着剤が吸着した水分を脱着し通過する空気を加湿する脱着エリア４ａとして機能させ、他方側を空気中の水分を吸着し通過する空気を除湿する吸着エリア４ｂとして機能させる。

前記回転式顕熱ロータ５は、回転ドラム状に形成されたケーシングの両側面に網目状、ハニカム状、スリット状などの通気構造が備えられ、前記ケーシングの内部には岩石、コンクリート、土壌、煉瓦等の多孔質物質や相変換物質 (PCM：Phase Change Material)などの蓄熱性能に優れた顕熱蓄熱体が内蔵されている。各流路の気体は、前記通気構造を通って回転式顕熱ロータ５の内部を通過することができ、その際に内蔵する顕熱蓄熱体の放熱および蓄熱の作用によって温度調整が行われる。この回転式顕熱ロータ５は運転時期に応じて、給気路ＧＦ及び排気路ＲＦの一方側を、熱を蓄えた顕熱蓄熱体の放熱により通過する空気を加熱する放熱エリア５ａとして機能させ、他方側を通過する空気から熱を奪って顕熱蓄熱体に蓄熱する蓄熱エリア５ｂとして機能させる。

また、外気ＯＡ導入路には給気ファン７が配設されるとともに、還気ＲＡ排出路には排気ファン８が配設されている。
次に、上記のシステム構成からなるデシカント式換気装置１について、以下その運転状態を、冬季と夏季の運転の場合に分けて、図３〜９に基づいて詳述する。図３、４は冬季運転状態図、図５、６は夏季運転状態図、図７はそれらの空気線図、図８は冬季運転における各流路の空気状態図、図９は夏季運転における各流路の空気状態図である。

〔冬季の運転状態〕
冬季における換気運転においては、回転式デシカントロータ４は排気路ゾーンＲＦ_ｄから強制再生ゾーンＭ_ｄを通って給気路ゾーンＧＦ_ｄに向かう方向（図４（Ａ）参照）に回転させるようにする。この場合、回転式デシカントロータ４の給気路ゾーンＧＦ_ｄは脱着エリア４ａ、排気路ゾーンＲＦ_ｄは吸着エリア４ｂとして機能させる。また、回転式顕熱ロータ５が回転することにより、給気路ＧＦにおける回転式顕熱ロータ５は放熱エリア５ａ、排気路ＲＦにおける回転式顕熱ロータ５は蓄熱エリア５ｂとして機能させる。

給気路ＧＦにおいては、給気ファン７によって外部側から回転式デシカントロータ部の給気路ゾーンＧＦ_ｄに送り込まれた外気ＯＡは、まず、回転式デシカントロータ４の脱着エリア４ａに進入する。この脱着エリア４ａにおける吸着剤は、直前の強制再生ゾーンＭ_ｄで、マグネトロン加熱器６の再生作用によって加熱されるとともに、吸着した水蒸気が蒸発して、高温多湿な状態となっている。この高温多湿な吸着剤を内蔵する脱着エリア４ａを外気ＯＡが通過する際に、前述の高温多湿な吸着剤との間で温湿度交換が行われて、外気ＯＡは加熱加湿される（図７、８の点Ａ_１→点Ａ_２）。その後、放熱エリア５ａに送り込まれてさらに加熱され、給気ＳＡとして室内に供給される（図７、８の点Ａ_２→点Ａ_３）。

一方、排気路ＲＦにおいては、排気ファン８によって室内側から吸い込まれた還気ＲＡは、蓄熱エリア５ｂで冷却された後（図７、８の点Ｂ_１→点Ｂ_２）、回転式デシカントロータ部の排気路ゾーンＲＦ_ｄに送り込まれ、回転式デシカントロータ４の吸着エリア４ｂに進入する。この吸着エリア４ｂにおける吸着剤は、直前の給気路ゾーンＧＦ_ｄにおいて十分な脱着が行われて、乾燥した状態となっている。この乾燥した吸着剤を内蔵する吸着エリア４ｂを高温多湿な還気ＲＡが通過する際に、前述の乾燥した吸着剤に還気ＲＡの水分が吸着されて、還気ＲＡは除湿され、その後排気ＥＡとして室外に排気される（図７、８の点Ｂ_２→点Ｂ_３）。

排気路で還気ＲＡから吸着エリア４ｂに吸着された水分および蓄熱エリア５ｂに蓄熱された熱は、回転式デシカントロータ４および回転式顕熱ロータ５がそれぞれ回転することにより、それぞれ給気路における給気ＳＡの加湿源および加熱源として利用される。

このように、給気路および排気路に跨って配設された回転式デシカントロータ４および回転式顕熱ロータ５が回転することにより、冷熱源や温熱源あるいは加湿装置を使用しないで、温湿度調整された外気を給気することが可能となり、クリーンで熱効率が良く、室内の空調を損なうことなく換気を行うことが可能となる。

〔夏季運転状態〕
次に、夏季の運転状態を図５〜図７及び図９に基づいて詳述する。
夏季における換気運転においては、回転方向を反転させ、回転式デシカントロータ４は給気路ゾーンＧＦ_ｄから強制再生ゾーンを通って排気路ゾーンに向かう方向（図６（Ａ）参照）に回転させるようにする。この場合、回転式デシカントロータ４の給気路ゾーンＧＦ_ｄは吸着エリア４ｂ、排気路ゾーンＲＦ_ｄは脱着エリア４ａとして機能させる。また、回転式顕熱ロータ５が回転することにより、給気路ＧＦにおける回転式顕熱ロータ５は蓄熱エリア５ｂ、排気路ＲＦにおける回転式顕熱ロータ５は放熱エリア５ａとして機能させる。

給気路ＧＦにおいては、給気ファン７によって外部側から回転式デシカントロータ部の給気路ゾーンＧＦ_ｄに送り込まれた外気ＯＡは、まず、回転式デシカントロータ４の吸着エリア４ｂに進入する。この吸着エリア４ｂにおける吸着剤は、直前の排気路ゾーンＲＦ_ｄで十分な脱着が行われて、乾燥した状態となっている。この乾燥した吸着剤を内蔵する吸着エリア４ｂを高温多湿な外気ＯＡが通過する際に、前述の乾燥した吸着剤に外気ＯＡの水分が吸着されて、外気ＯＡは除湿される（図７、９の点Ｃ_１→点Ｃ_２）。その後、蓄熱エリア５ｂに送り込まれて冷却され、給気ＳＡとして室内に供給される（図７、９の点Ｃ_２→点Ｃ_３）。

一方、排気路ＲＦにおいては、排気ファン８によって室内側から吸い込まれた還気ＲＡは、放熱エリア５ａで加熱された後（図７、９の点Ｄ_１→点Ｄ_２）、回転式デシカントロータ部の排気路ゾーンＲＦ_ｄに送り込まれ、回転式デシカントロータ４の脱着エリア４ａに進入する。この脱着エリア４ａにおける吸着剤は、直前の強制再生ゾーンＭ_ｄで、マグネトロン加熱器６の再生作用によって加熱されるとともに、吸着した水蒸気が蒸発して、高温多湿な状態となっている。この高温多湿な吸着剤を内蔵する脱着エリア４ａを還気ＲＡが通過する際に、前述の高温多湿な吸着剤との間で温湿度交換が行われながら水蒸気と共に、排気ＥＡとして室外に排気される（図７、９の点Ｄ_２→点Ｄ_３）。

排気路で給気ＳＡから吸着エリア４ｂに吸着された水分および蓄熱エリア５ｂに蓄熱された熱は、回転式デシカントロータ４および回転式顕熱ロータ５がそれぞれ回転することにより、それぞれ排気路における排気ＥＡの加湿源および加熱源として利用（外部へ廃棄）することができる。
このように、本発明に係るデシカント式換気装置１では、冬季と夏季の運転状態に対して、流路の切り換えは一切不要であることから、構造を簡素化することができ、汎用性の高い換気装置を提供することが可能となる。

〔他の形態例〕
(1)上記回転式デシカントロータ４における冬季運転状態又は夏季運転状態の切り換え、すなわち回転方向制御は、手動によって操作することも可能であるが、外気温度を測定する温度測定手段と、外気湿度を測定する湿度測定手段とを設け、前記測定温度及び測定湿度に基づき前記回転式デシカントロータ４の回転方向を正方向か逆方向かにすべきかを判定するとともに、前記回転式デシカントロータ４に対して夏季又は冬季運転の設定、すなわち回転方向の設定を行う制御器を設けるようにすれば、操作の省力化が図れるようになる。

本発明に係るデシカント式換気装置１のシステム構成図である。 (A)は図１のA-A断面を示す模式図、(B)は図１のB-B断面を示す模式図、(C)は図１のC-C断面を示す模式図である。デシカント式換気装置１による冬季運転の流路状態図である。 (A)は図３のA-A断面を示し、回転式デシカントロータ４の回転方向を示す模式図、(B)は図３のB-B断面を示し、回転式顕熱ロータ５の回転方向を示す模式図である。デシカント式換気装置１による夏季運転の流路状態図である。 (A)は図５のA-A断面を示し、回転式デシカントロータ４の回転方向を示す模式図、(B)は図５のB-B断面を示し、回転式顕熱ロータ５の回転方向を示す模式図である。デシカント式換気装置１の空気線図を示す模式図である。デシカント式換気装置１による冬季運転における各流路の空気状態を示す模式図である。デシカント式換気装置１による夏季運転における各流路の空気状態を示す模式図である。

符号の説明

１…デシカント式換気装置、２…ケーシング、３…隔壁、４…回転式デシカントロータ、４ａ…脱着エリア、４ｂ…吸着エリア、５…回転式顕熱ロータ、５ａ…放熱エリア、５ｂ…蓄熱エリア、６…マグネトロン加熱器、７…給気ファン、８…排気ファン、ＧＦ…給気路、ＲＦ…排気路

Claims

外部から室内への給気路と室内から外部への排気路とを隔壁で仕切って隣接配置し、前記給気路と排気路とに跨るように、吸着剤を内蔵した回転式デシカントロータと、蓄熱体を内蔵した回転式顕熱ロータとを配設し、外気は前記回転式デシカントロータ、回転式顕熱ロータの順で通過し空気調整された後、室内に供給され、室内空気は前記回転式顕熱ロータ、回転式デシカントロータの順で通過し空気調整された後、外部に排気されるように構成されたデシカント式換気装置であって、
前記回転式デシカントロータ部において、周方向に亘り前記給気路ゾーン及び排気路ゾーンと共に、マグネトロン加熱器を配設した吸着剤の強制再生ゾーンを画成するとともに、回転方向を正逆切換可能とし、
冬季運転時において；前記回転式デシカントロータを排気路ゾーン、強制再生ゾーン、給気路ゾーンの順で巡る方向に回転させ、室内空気は前記回転式顕熱ロータ部において冷却し、前記回転式デシカントロータ部において除湿した後、外部に排気する一方で、外気は前記回転式デシカントロータ部において前記強制再生ゾーンで再生に伴い発生した水蒸気を利用することにより強制的に加湿加熱し、前記回転式顕熱ロータ部において加熱した後、室内に供給し、
夏季運転時において；前記回転式デシカントロータを給気路ゾーン、強制再生ゾーン、排気路ゾーンの順で巡る方向に回転させ、外気は前記回転式デシカントロータ部において除湿し、前記回転式顕熱ロータ部において冷却した後、室内に供給する一方で、室内空気は前記回転式顕熱ロータ部において加熱し、前記回転式デシカントロータ部において、前記強制再生ゾーンで再生に伴い発生した水蒸気と共に、外部に排気することを特徴とするデシカント式換気装置。
外気温度を測定する温度測定手段と、外気湿度を測定する湿度測定手段とを備え、前記測定温度及び測定湿度に基づき前記回転式デシカントロータの回転方向を正方向か逆方向かにすべきかを判定するとともに、前記デシカント式換気装置に対して夏季又は冬季運転の設定を行う制御器を備える請求項１記載のデシカント式換気装置。