JP4919498B2 - 冷房空調システム - Google Patents
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Description
このような従来の冷房空調システムとして、特許文献1には、第1デシカントロータとしての吸熱ロータ及び第1冷却器としての顕熱交換ロータに加え、第1デシカントロータの吸湿部を通過して乾燥され高温となった後に第1冷却器を通過することで冷却された空調用空気に、水を噴霧して蒸発潜熱を奪う形態で冷却する加湿機を設け、空調用空気通流手段が、加湿機を通過して低温となった空調用空気を冷却対象空間に供給することによって、冷却対象空間の冷房を行っている。
また、加湿機にて空調用空気を加湿するために、加湿機に補給する水が必要となり、ランニングコストの増大を招く虞がある。
また、第2吸湿部及び第1冷却器を通過した空調用空気を冷却するために、第2デシカントロータを設けることになるが、第2デシカントロータは、第1冷却器を通過した空調用空気を冷却するためだけに用いるのではなく、第1デシカントロータに供給する前の空調用空気を除湿するためにも用いている。したがって、第1冷却器を通過した空調用空気を冷却するためだけの専用の機器を設けずに、第1冷却器を通過した空調用空気をより一層冷却できる。
さらに、第2デシカントロータは、第1デシカントロータに供給する前の空調用空気を除湿するときにその空調用空気の水分を吸着し、その吸着した水分を空調用空気に放出して水分の脱着熱を奪う形態で空調用空気を冷却する。したがって、第2デシカントロータに対して水を補給することなく、第1冷却器を通過した空調用空気を冷却できる。
以上のことから、システム構成の簡素化、及び、ランニングコストの低減を図ることができながら、冷房対象空間の冷房を充分に行うことができる冷房空調システムを提供できるに至った。
更に、前記第1デシカントロータが、前記通気性吸湿体を当該第1デシカントロータの前記第1吸湿部、前記再生部、前記第2吸湿部の順に通過させるように回転駆動することにより、第1デシカントロータの通気性吸湿体において、一番水分の吸着量が多く再生を必要とする第1吸湿部にあった通気性吸湿体の領域が、回転駆動により再生部へ移動することとなり、効率良く再生を行うことが可能となる。また、再生部にて再生された通気性吸湿体の領域が、回転駆動により第2吸湿部へ移動することとなり、再生部は一番乾燥した状態にあるため比較的低湿の空調用空気であっても吸湿することが可能となる。さらに、第2吸湿部にてある程度水分を吸湿した通気性吸湿体の領域が、回転駆動により第1吸湿部へ移動することとなり、比較的高湿な空調用空気であっても、さらに吸湿して当該空調用空気を乾燥させることが可能となる。
したがって、第1デシカントロータの通気性吸湿体において水分を、再生、ある程度の吸湿、更なる吸湿、再生するというサイクルを連続的に行うことができ、効率の良い除湿及び冷却を行うことが可能となる。
そして、第1冷却器に冷却用媒体として低温の冷却用空気が通流していることにより、低温側冷却部、高温側冷却部で、その部位を流れる空調用空気を所要の温度域で冷却することができる。したがって、第1冷却器内で冷却用媒体と熱交換を行う空調用空気を、上記低温側冷却部、高温側冷却部のいずれに通流させるかを選択することができ、熱交換により所要の温度域まで低温化することができる。
そして、冷却用媒体通流手段により第1冷却器を通過した冷却用空気は、第1冷却器及び第2冷却器における空調用空気との熱交換により加熱される。したがって、第1デシカントロータの再生部に通流させる前に、既に加熱された空調用空気を再生用気体として加熱手段にて加熱することになる。その結果、加熱手段の加熱能力として大きいものが要求されず、この点からも構成の簡素化及びランニングコストの低減を図ることができる。
この冷房空調システム100は、図1に示すように、第1デシカントロータ1、第1冷却器2、第2デシカントロータ3、第2冷却器4を備えて構成されている。
そして、室外の外気を空調用空気として、各機器に通流させたのち冷却対象空間としての室内空間5に供給する空調用空気通流手段6、第1デシカントロータ1に再生用気体を通流させる再生用気体通流手段8、及び、第1冷却器2及び第2冷却器4に冷却用媒体を通流させる冷却用媒体通流手段9も備えられている。
また、前記第1デシカントロータ1は、通気可能なハニカム状の基材に通気性吸湿体を保持して回転自在に設けられており、第1駆動用モータ10により回転駆動される。前記第1デシカントロータ1が、第1駆動用モータ10により回転駆動されると、第1吸湿部1a1、第2吸湿部1a2、再生部1bにそれぞれ相当する部位が回転方向に連続的に変化するように構成されている。図1では、回転駆動により、通気性吸湿体が第1吸湿部1a1、再生部1b、第2吸湿部1a2の順に通過するように、これら領域が配置されている。そして、第1デシカントロータ1は、例えば1時間に数10回転で一定に回転駆動されている。
そして、第1冷却器2の内部は、その第1冷却器2内を通流する冷却用媒体としての冷却用空気が流され、高温側となる高温側冷却部2a1及び低温側となる低温側冷却部2a2の2つの領域が形成されている。例えば、第1冷却器2内において低温の冷却用空気の通流する領域2bから近い順に、低温側となる低温側冷却部2a2、高温側となる高温側冷却部2a1とする熱勾配が形成される。したがって、例えば、図1に示すように、第1冷却器2に冷却用空気と熱交換させる気体を通流する際に、高温側冷却部2a1に第1デシカントロータ1の第1吸湿部1a1を通過した比較的高温となる空調用空気を通流させ、低温側冷却部2a2に第1デシカントロータ1の第2吸湿部1a2を通過した比較的低温となる空調用空気を通流させるように構成する。これにより、冷却用空気と熱交換して、比較的低温の空調用空気であっても充分に冷却することができるとともに、比較的高温の空調用空気も充分に冷却することができ、冷却用空気の冷熱を有効に利用することができる。
この空調用空気通流手段6は、第2デシカントロータ3の吸湿部3a、第2冷却器4、第1デシカントロータ1の第1吸湿部1a1、第1冷却器2の高温側冷却部2a1、第1デシカントロータ1の第2吸湿部1a2、第1冷却器2の低温側冷却部2a2、第2デシカントロータ3の再生部3b、室内空間5を連通する空調用空気流路12と、外気を空調用空気として空調用空気流路12に通流させる電動式の空調用空気供給ファン13とから構成されている。そして、空調用空気通流手段6は、室内空間5の空調を行うときに、空調用空気供給ファン13を連続的に作動させて、例えば、100m3/hの流量で空調用空気を室内空間5に連続的に供給するように構成されている。
この冷却用媒体通流手段9は、室内空間5、第2冷却器4、第1冷却器2を連通する冷却用媒体流路14と、室内空間5から取り込んだ冷却用空気を冷却用媒体流路14に通流させる電動式の冷却用媒体供給ファン15とから構成されている。そして、冷却用媒体通流手段9は、室内空間5の冷房を行うときに、冷却用媒体供給ファン15を連続的に作動させて、冷却用空気を第2冷却器4及び第1冷却器2に連続的に供給するように構成されている。
この再生用気体通流手段8は、第1冷却器2、加熱手段7、第1デシカントロータ1の再生部1bを連通する再生用気体流路16から構成されている。つまり、再生用気体通流手段8は、冷却用媒体通流手段9により第1冷却器2を通過した冷却用空気を再生用気体とすることにより、冷却用空気及び再生用気体を通流させるために冷却用媒体供給ファン15を兼用している。したがって、再生用気体通流手段8を単に再生用気体流路16から構成することができ、構成の簡素化を図ることができる。
そして、空調用空気は、第2デシカントロータ3の吸湿部3aを通過するときに除湿されて低湿で高温となり、第2冷却器4を通過するときに冷却されて低湿なままで第2デシカントロータ3の吸湿部3aを通過したときよりも低温となる。次に、空調用空気は、第1デシカントロータ1の吸湿部1aが2つに分割された領域の一方である第1吸湿部1a1を通過する際に、除湿されて一層低湿で高温となり、第1冷却器2の高温側吸湿部2a1を通過するときに冷却されて一層低湿なままで第1デシカントロータ1の第1吸湿部1a1を通過したときよりも低温となる。そして、空調用空気は、第1冷却器2の高温側吸湿部2a1を通過した後、第1デシカントロータ1の吸湿部1aの他方の領域である第2吸湿部1a2を通過する際に、より一層低湿で高温となり、第1冷却器2の低温側吸湿部2a2を通過するときに冷却されて低湿なままで第1デシカントロータ1の第2吸湿部1a2を通過したときよりも低温となる。その後、この低温(常温程度)、低湿状態となっている空調用空気は、第2デシカントロータ3の再生部3bを通過するときに水分の脱着熱を奪う形態でさらに冷却されることにより少し湿度は上昇するが低湿なまま、さらに低温となる。このようにして、低温で低湿となった空調用空気を冷却対象空間としての室内空間5に供給して、室内空間5の冷房を行うことができる。
図1の冷房空調システム100において、第1デシカントロータ1及び第2デシカントロータ3を、いずれも直径200mm、厚さ60mmのハニカム状の基材を有するハニカムロータとし、当該基材の表面に通気性吸湿体としてのポリアクリル酸ナトリウム粉末を設置して構成した。また、第1冷却器2及び第2冷却器4は、厚さ0.1mmの樹脂製コルゲート板からなる一辺が200mmの立方体形状の顕熱交換素子を用いて構成した。空調用空気供給ファン13及び冷却用媒体供給ファン15により、空調用空気としての外気及び室内空間5から取り込んだ冷却用空気を、それぞれ100m3/hの流量で連続的に供給した。加熱手段7としての温水熱交換器には、60℃の温水を2リットル/分の流量で供給した。
表1に、上記条件において、空調用空気としての外気及び冷却用空気の温度を変化させた場合に、本冷房空調システム100により室内空間5に供給される空調用空気の温度の実測結果を示す。この際、外気及び冷却用空気の相対湿度は60%に調整している。
これは、第2冷却器4、第1冷却器2の高温側冷却部2a1、第1冷却器2の低温側冷却部2a2、第2デシカントロータ3の再生部3bにおいて、空調用空気が数度にわたり冷却されることにより、効率的かつ確実に温度が低下した状態で、冷却対象空間である室内空間5に空調用空気を供給することが可能となっているものと考えられる。
したがって、本冷房空調システム100により、外気を室内空間5に供給する際には、充分に冷却した空調用空気を供給できることが確認でき、従来のように専用の加湿器を設けることなく、連続的かつ充分な冷房を行うとともに、給水設備が不要な冷房空調システムを実現することができたものである。
(1)上記実施形態では、第1デシカントロータ1及び第2デシカントロータ3における通気性吸湿体が、吸湿性高分子であるポリアクリル酸ナトリウムを主成分として用いた場合について説明しているが、これに限らず、吸湿特性の高い通気性吸湿体であれば特に制限なく用いることができ、例えば、感温性高分子としてのポリアクリルアミドを用いることもできる。このような感温性高分子を用いることにより、転移温度を挟んで空調用空気の温度が低く、相対湿度が低い場合(例えば、30℃、70%程度)であっても、デシカントロータの吸湿部における吸湿量を充分に確保することができ、また、空調用空気の温度が高い場合(例えば、50℃程度)には、相対湿度に関係なく、デシカントロータの再生部における再生量を充分に確保することができる。
なお、第1デシカントロータ1、第2デシカントロータ3の通気性吸湿体に、上記の吸湿性高分子や感温性高分子を用いたが、これに限らず、例えば、イソブチレン/マレイン酸塩系、デンプン/ポリアクリル酸塩系、PVA(ポリビニルアルコール)/ポリアクリル酸塩系、デンプン/アクリルアミド/ポリアクリル酸塩系、架橋PVA系、架橋CMC(Sodium Carboxymethylcellulose)系等、適宜変更して好適に用いることができる。
また、上記実施形態では、高温側冷却部に第1デシカントロータの第1吸湿部を通過した空調用空気を、低温側冷却部に第1デシカントロータの第2吸湿部を通過した空調用空気を通流させることとしているが、第1吸湿部を通過した空調用空気を低温側冷却部、第2吸湿部を通過した空調用空気を高温側冷却部に通流させることもできる。
例えば、室内空間5から取り込んだ冷却用空気を冷却用媒体として第1冷却器2に通流させる第1冷却器用通流手段と、室内空間5から取り込んだ冷却用空気を冷却用媒体として第2冷却器4に通流させる第2冷却器用通流手段とを各別に設けて実施することもできる。
1a1 第1吸湿部
1a2 第2吸湿部
1b 再生部
2 第1冷却器
2a1 高温側冷却部
2a2 低温側冷却部
3 第2デシカントロータ
3a 吸湿部
3b 再生部
4 第2冷却器
5 冷却対象空間(室内空間)
6 空調用空気通流手段
7 加熱手段
8 再生用気体通流手段
9 冷却用媒体通流手段
Claims (6)
- 回転駆動する通気性吸湿体からなり、吸湿部に通流される気体の水分を吸着し、その吸着した水分を再生部に通流される気体に放出する第1デシカントロータと、
気体を冷却用媒体との熱交換により冷却させる第1冷却器と、
前記第1デシカントロータの吸湿部、前記第1冷却器の順に通過させる状態で夫々に空調用空気を通流させて、前記第1冷却器を通過した前記空調用空気を冷却対象空間に供給する空調用空気通流手段と、
再生用気体を加熱手段にて加熱したのち前記第1デシカントロータの再生部に通流させる再生用気体通流手段とが設けられている冷房空調システムであって、
回転駆動する通気性吸湿体からなり、吸湿部に通流される気体の水分を吸着し、その吸着した水分を再生部に通流される気体に放出する第2デシカントロータと、
気体を冷却用媒体との熱交換により冷却させる第2冷却器とが、前記第1デシカントロータ及び前記第1冷却器とは別に設けられるとともに、
前記第1デシカントロータの吸湿部が、当該第1デシカントロータの回転駆動方向とは逆方向において互いに隣接する第1吸湿部及び第2吸湿部の2つの領域に分割されて構成され、
前記第1デシカントロータが、前記通気性吸湿体を当該第1デシカントロータの前記第1吸湿部、前記再生部、前記第2吸湿部の順に通過させるように回転駆動し、
前記空調用空気通流手段が、前記第2デシカントロータの吸湿部、前記第2冷却器の順に通過させる状態で夫々に前記空調用空気を通流させて、前記第2冷却器を通過した前記空調用空気を前記第1デシカントロータの第1吸湿部、前記第1冷却器の順に通流させるとともに、当該第1冷却器を通過した前記空調用空気を前記第1デシカントロータの第2吸湿部、前記第1冷却器の順に通流させ、当該第1冷却器を通過した前記空調用空気を前記第2デシカントロータの再生部に通流させて、前記第2デシカントロータの再生部を通過した前記空調用空気を前記冷却対象空間に供給する冷房空調システム。 - 前記冷却対象空間から取り込んだ冷却用空気を前記冷却用媒体として、前記第2冷却器、前記第1冷却器の順に通過するように通流させる冷却用媒体通流手段が設けられ、当該第1冷却器内において前記冷却用空気により冷却される、低温側の低温側冷却部と、高温側の高温側冷却部とが形成されている請求項1に記載の冷房空調システム。
- 前記空調用空気通流手段が、前記第1デシカントロータの第1吸湿部を通過した前記空調用空気を、前記第1冷却器の前記高温側冷却部に通流させ、当該高温側冷却部を通過して前記第1デシカントロータの第2吸湿部を通過した前記空調用空気を、前記第1冷却器の前記低温側冷却部に通流させる請求項2に記載の冷房空調システム。
- 前記再生用気体通流手段が、前記冷却用媒体通流手段により前記第1冷却器を通過した前記冷却用空気を前記再生用気体として前記第1デシカントロータの再生部に通流させて、前記第1デシカントロータの再生部を通過した前記再生用気体を屋外に排出する請求項2又は3に記載の冷房空調システム。
- 前記第1デシカントロータ及び前記第2デシカントロータにおける前記通気性吸湿体のいずれか一方又は両方が、吸湿性高分子を主成分とするものである請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷房空調システム。
- 前記第1デシカントロータ及び前記第2デシカントロータにおける前記通気性吸湿体のいずれか一方又は両方が、感温性高分子を主成分とするものである請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷房空調システム。
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