(57)【要約】【課題】デシカントの再生に必要な熱量を十分に安定して確保することのできるデシカント空調システムを提供することを課題とする。【解決手段】室内Ｒを除湿可能なデシカント空調システム１であって、超臨界圧サイクルを行うヒートポンプユニット３と、室内Ｒを冷暖房する空調機本体５と、デシカント部２１及びデシカント部２１を再生させるための温水ヒータ２２を有するデシカントユニット２と、ヒートポンプユニット３の放熱器３２によって加熱された温水をデシカントユニット２の温水ヒータ２２へ供給する温水供給ユニット４と、を備えている。【選択図】図１
2010145007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内を除湿可能なデシカント空調システムであって、
圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器を有し、二酸化炭素を冷媒として前記圧縮機の吐出圧を臨界圧力以上とするヒートポンプユニットと、
室内を冷暖房する空調機本体と、
空気中の水分を吸着するデシカント部、及び前記デシカント部を再生させるための温水ヒータを有するデシカントユニットと、
前記ヒートポンプユニットの放熱器によって加熱された温水を前記デシカントユニットの温水ヒータへ供給する温水供給ユニットと、
前記デシカント部及び空調機本体を介して、外気を室内に送り込む給気流路と、
前記温水ヒータ及びデシカントユニットを介して室内の空気を室外へ排出する排気流路と、
室内の空気を前記デシカントユニットへ送り再度室内へ戻す第１の循環流路と、
室内の空気を前記空調機本体へ送り再度室内へ戻す第２の循環流路と、
を備えた、デシカント空調システム。
【請求項２】
請求項１に記載のデシカント空調システムを用いた空調方法であって、
前記給気流路から前記デシカント部で処理して室内へ送り込まれる外気の風量である外気処理風量ＱＯＡｍ３／ｈと、前記デシカント部によって処理可能な最大風量であるデシカント処理風量ＱＤＥＳｍ３／ｈとを以下の式を満たすように調整する、デシカント空調方法。
ＱＯＡ＜ａ・ＱＤＥＳ＋ｂ
ＱＤＥＳ≧１５０
（ただし、ａ、ｂは、前記空調機本体で処理する風量であるエアコン風量ＱＡＣｍ３／ｈによって決まる定数である。）
【請求項３】
請求項１に記載のデシカント空調システムを用いた空調方法であって、
前記給気流路から前記デシカント部で処理して室内へ送り込まれる外気の風量である外気処理風量ＱＯＡｍ３／ｈと、前記空調機本体で処理する風量であるエアコン風量ＱＡＣｍ３／ｈとを以下の式を満たすように調整する、デシカント空調方法。
ＱＯＡ＜ｃ・ＱＡＣ２＋ｄ・ＱＡＣ＋ｅ
ＱＡＣ≧４００
（ただし、ｃ，ｄ，ｅは、前記デシカント部によって処理可能な最大風量であるデシカント処理風量ＱＤＥＳｍ３／ｈによって決まる定数である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デシカント空調システム、及びこれを使用したデシカント空調方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、室内の除湿を行うためにデシカントを用いたデシカント空調システムが提案されている。例えば特許文献１のデシカント空調システムは、外気をデシカント型空調ユニットを通して除湿してから空調機本体へ送り、空調機本体の蒸発器で外気を冷却して室内空間へと送っている。デシカント型空調ユニットのデシカントに外気を通すことで外気中の水分がデシカントに吸着するが、デシカント型空調ユニット内に設置した再生器で加熱された空気がデシカントに送風されることでデシカントに吸着された水分を放出して再生させている。
【特許文献１】特開２００２−３０３４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記デシカント空調システムは、空調機本体の蒸発器から圧縮機に送られて圧縮機で圧縮され高温となった冷媒を、デシカントを再生するための再生器の熱源としている。しかし、この方法では、デシカントを再生させるための熱源を安定して確保できない可能性があった。
【０００４】
そこで、本発明は、デシカントの再生に必要な熱量を十分に安定して確保することのできるデシカント空調システム及びデシカント空調方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るデシカント空調システムは、上記課題を解決するためになされたものであり、室内を除湿可能なデシカント空調システムであって、圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器を有し、二酸化炭素を冷媒として前記圧縮機の吐出圧を臨界圧力以上とするヒートポンプユニットと、室内を冷暖房する空調機本体と、空気中の水分を吸着するデシカント部、及び前記デシカント部を再生させるための温水ヒータを有するデシカントユニットと、前記ヒートポンプユニットの放熱器によって加熱された温水を前記デシカントユニットの温水ヒータへ供給する温水供給ユニットと、前記デシカント部及び空調機本体を介して、外気を室内に送り込む給気流路と、前記デシカントユニットを介して室内の空気を室外へ排出する排気流路と、室内の空気を前記デシカントユニットへ送り再度室内へ戻す第１の循環流路と、室内の空気を前記空調機本体へ送り再度室内へ戻す第２の循環流路と、を備えている。
【０００６】
本発明に係るデシカント空調システムのデシカント部を再生させる温水ヒータの熱源は、ヒートポンプユニットの放熱器である。このヒートポンプユニットは、冷媒である二酸化炭素を圧縮機で臨界圧力以上まで圧縮する、いわゆる超臨界圧サイクルを行うため、圧縮機から吐出されて放熱器内を流れる冷媒は比較的高温となる。このため、この放熱器によって加熱されて温水ヒータへと供給される温水も高温となり、温水ヒータの熱源を安定して確保することができる。
【０００７】
また、本発明に係る第１のデシカント空調方法は、上記デシカント空調システムを用いた空調方法であって、前記給気流路から前記デシカント部で処理して室内へ送り込まれる外気の風量である外気処理風量ＱＯＡｍ３／ｈと、前記デシカント部によって処理可能な最大風量であるデシカント処理風量ＱＤＥＳｍ３／ｈとを以下の式を満たすように調整する。
ＱＯＡ＜ａ・ＱＤＥＳ＋ｂ
ＱＤＥＳ≧１５０
（ただし、ａ、ｂは、前記空調機本体で処理する風量であるエアコン風量ＱＡＣｍ３／ｈによって決まる定数である。）
このような条件で室内を冷房することによって、室内及び空調機本体内の結露の発生を防ぐことができる。
【０００８】
また、本発明に係る第２のデシカント空調方法は、上記デシカント空調システムを用いた空調方法であって、前記給気流路から前記デシカント部で処理して室内へ送り込まれる外気の風量である外気処理風量ＱＯＡｍ３／ｈと、前記空調機本体で処理する風量であるエアコン風量ＱＡＣｍ３／ｈとを以下の式を満たすように調整する。
ＱＯＡ＜ｃ・ＱＡＣ２＋ｄ・ＱＡＣ＋ｅ
ＱＡＣ≧４００
（ただし、ｃ，ｄ，ｅは、前記デシカント部によって処理可能な最大風量であるデシカント処理風量ＱＤＥＳｍ３／ｈによって決まる定数である。）
このような条件で室内を冷房することによって、室内及び空調機本体内の結露の発生を防ぐことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、デシカント部の再生に必要な熱量を十分に安定して確保することのできるデシカント空調システム及びデシカント空調方法を提供することを課題とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係るデシカント空調システムの実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、デシカント空調システムの概略を示す図である。
【００１１】
図１に示すように、デシカント空調システム１は、空気の湿度を調整するデシカントユニット２と、デシカントユニット２の熱源である温水を作るヒートポンプユニット３と、デシカントユニット２の各温水ヒータ２２，２３に温水を供給するための温水供給ユニット４と、室内Ｒを冷暖房する空調機本体５とを備えている。また、デシカント空調システム１は、給気流路６，排気流路７、第１の循環流路８，第２の循環流路９を備えている。給気流路６は、屋外から取り込んだ外気をデシカントユニット２及び空調機本体５を通過させて室内Ｒに取り込む流路であり、排気流路７は室内Ｒの空気をデシカントユニットを通して室外へと排出する流路である。また、第１の循環流路８は室内Ｒの空気をデシカントユニット２及び空調機本体５を通して再度室内Ｒに戻す流路であり、第２の循環流路９は室内Ｒの空気を空調機本体５を通して再度室内Ｒに戻す流路である。また、外気を室内に送り込む給気ファン１０と、室内の空気を室外へと排出する排気ファン１１とが設置されている。なお、排気流路７だけではデシカントロータ２１を再生するのに十分な風量を得られないことがあるため、屋外から外気を取り込む補助排気流路７１が設置されている。
【００１２】
デシカントユニット２は、回転可能に設置されたデシカントロータ（デシカント部）２１と、デシカントロータ２１の上部と対向するよう設置された第１の温水ヒータ２２と、デシカントローラ２１の下部と対向するよう設置された第２の温水ヒータ２３とを有している。第１の温水ヒータ２２と第２の温水ヒータ２３とは、デシカントロータ２１を挟むように間にデシカントロータ２１を介して設置されている。
【００１３】
デシカントロータ２１は、ハニカム構造の円盤状に形成されており、厚さ方向に空気が通過できるよう構成されている。このデシカントロータ２１は、通過した空気中の水分を吸着できるよう、高分子収着材やシリカゲル、ゼオライトなどから形成されている。また、高温の空気が通過すると、吸着した水分が空気に奪い取られて再生するように構成されている。なお、デシカントロータ２１は低速で円周方向に回転している。
【００１４】
第１の温水ヒータ２２及び第２の温水ヒータ２３は、後述するヒートポンプユニット３の放熱器３２によって加熱された温水を熱源としており、内部にその温水が流れるように構成されている。なお、冷房除湿運転のときは、第１の温水ヒータ２２内にのみ温水が流れ、暖房加湿運転のときは、第２の温水ヒータ２３のみに温水が流れる。
【００１５】
ヒートポンプユニット３は、圧縮機３１，放熱器３２，膨張弁３３，蒸発器３４が順次環状に接続されており、内部に冷媒である二酸化炭素が循環している。圧縮機３１は、冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出するように構成されている。放熱器３２は、内部に流れる冷媒の熱を、後述する温水供給ユニット４の熱交換器４１内に流れる水に対して放熱するように構成されている。また、膨張弁３３は、冷媒を急激に減圧するように構成されており，蒸発器３４は内部を流れる冷媒を蒸発するように構成されている。
【００１６】
温水供給ユニット４は、ヒートポンプユニット３の放熱器３２と対向する位置に配置された熱交換器４１と、冷媒の放熱によって加熱された温水が貯留される貯湯タンク４２を備えている。貯湯タンク４２の下部には、水道水を貯湯タンク４２内に供給する給水配管４３が接続されている。また、貯湯タンク４２の上部にはデシカントユニット４の各温水ヒータ２２，２３に貯湯タンク４２内のお湯を供給するための給湯配管４４が接続されている。なお、本実施形態では給湯配管４４は各温水ヒータ２２，２３のみに接続されているが、実際は、給湯配管４４は複数に分岐して床暖房器具や浴室などへも接続されている。また、給水配管４３から貯湯タンク４２内に供給された水を熱交換器４１へ送って加熱し、再度貯湯タンク４２内へ戻すための循環配管４５が貯湯タンク４２の下部と上部に接続されている。
【００１７】
次に、上述したように構成されたデシカント空調システムを使用して室内を冷房しつつ除湿する冷房除湿運転方法について説明する。
【００１８】
室内冷房除湿運転では、第２の温水ヒータ２３は加熱させずに第１の温水ヒータ２２のみを加熱させる。この第１の温水ヒータ２２は、温水供給ユニット４の貯湯タンク４２内に貯められた温水を熱源としている。この貯湯タンク４２内の水を加熱する方法について説明すると、給水配管４３から貯湯タンク４２内に送られてきた水が、循環配管４５を介して熱交換器４１へと送られて、ヒートポンプユニット３の放熱器３２内を流れる冷媒によって加熱されて温水となり貯湯タンク４２内へと戻される。このヒートポンプユニット３では、圧縮機３１によって臨界圧力以上にまで圧縮されて高温高圧となった冷媒（二酸化炭素）が放熱器３２に送られる。放熱器３２内での冷媒は、温水供給ユニット４の熱交換器４１内を流れる水に放熱し、これによって熱交換器４１内を流れる水は加熱される。なお、冷媒自体は、超臨界圧状態であるために凝縮されることなく温度が低下して膨張弁３３へと送られる。そして冷媒は膨張弁３３にて減圧されて湿り蒸気の状態となって蒸発器３４へと送られる。蒸発器３４では、外気から吸熱することで蒸発されて飽和蒸気となり再度圧縮機３１へと送られる。以上のサイクルを繰り返すことで温水供給ユニット４の熱交換器４１内を流れる水を加熱して貯湯タンク４２内に温水が貯留される。
【００１９】
このように生成された貯湯タンク４２内の温水が給湯配管４４を経由し第１の温水ヒータ２２へと送られて第１の温水ヒータ２２が加熱される。なお、給湯配管４４は、途中に設けられた切換弁４６から２本に分岐しており、１本は第１の温水ヒータ２２へと接続され、もう１本は第２の温水ヒータ２３へと接続されている。この切換弁４６を制御することによって、第１の温水ヒータ２２又は第２の温水ヒータ２３に貯湯タンク４２内の温水を選択的に送ることができる。
【００２０】
次に、上述したように加熱された第１の温水ヒータ２２を用いた冷房除湿運転方法について説明する。まず、室内Ｒは、換気のために、給気流路６から外気が供給されるとともに排出流路７によって室内Ｒの空気が屋外へと排出されている。給気流路６を経由して室内Ｒに供給される外気は、一旦デシカントロータ２１を通過してデシカントロータ２１に水分が吸着されるとともに空調機本体５で冷却されてから室内Ｒに供給される。また、排気流路７を経由して室外へと送られる空気は、途中、第１の温水ヒータ２２で加熱されて高温となった状態でデシカントロータ２１を通過するため、デシカントロータ２１が吸着した水分を奪い取ってデシカントロータ２１を再生させている。なお、デシカントロータ２１は低速で回転しているため、給気流路６及び第１の循環流路８を流れる空気から水分を吸収した下部が上部へ移動し、排気流路７を流れる空気によって水分が放出されて再生するようになっている。なお、排気流路７を介して室外へ排出される空気のみではデシカントロータ２１を十分に再生できる風量ではないため、補助排気流路７１から外気を取り込んでこの外気も使用してデシカントロータ２１を再生している。また、室内Ｒの空気を冷却するために、室内Ｒの空気は第１及び第２の循環流路８，９を流れている。第１の循環流路８に流れた空気はデシカントロータ２１を通過して水分が吸着されるとともに空調機本体５で冷却されて再度室内Rに戻されており、第２の循環流路９へと流れた空気はデシカントロータ２１は経由せずに空調機本体５で冷却されて室内Ｒに戻される。以上により、室内Ｒを換気するとともに冷房除湿も行っている。
【００２１】
そして、シミュレーションの結果より、以下のような条件で冷房除湿運転することにより、無結露運転が成立することが分かった。すなわち、空調機本体５で冷却されて室内Rに送られる風量であるエアコン風量ＱＡＣが一定の場合において、給気流路６を流れてデシカントロータ２１によって処理される空気の風量である外気処理風量ＱＯＡと、デシカントロータ２１が処理できる最大の風量であるデシカント処理風量ＱＤＥＳとが以下の関係式を満たすように各風量を調整することにより無結露運転とすることができる。なお無結露運転とは、室内での結露が起こらず、且つ空調機本体内部での結露も起こらない運転のことである。
ＱＯＡ＜ａ・ＱＤＥＳ＋ｂ
ＱＤＥＳ≧１５０
なお、各風量Ｑの単位は、ｍ３／ｈである。また、ａ、ｂはエアコン風量ＱＡＣによって決まる定数であり、
ａ＝０．０４８ＱＡＣ＋１．０１８１、
ｂ＝−１９．０３３ＱＡＣ−１０６．０６
の式で表される。シミュレーション結果により得られた代表的なａ、ｂの値を以下の表１に示す。また、エアコン風量ＱＡＣ毎の無結露運転域を示したグラフを図２に示す。グラフの各線より下の領域が、無結露運転が成立する無結露域である。
【００２２】
【表１】
2010145007.tif 000003
また、デシカント処理風量ＱＤＥＳを一定とした場合における無結露運転が成立する条件は、外気処理風量ＱＯＡと、エアコン風量ＱＡＣとが以下の式を満たすように各風量を調整することで無結露運転とすることができる。
ＱＯＡ＜ｃ・ＱＡＣ２＋ｄ・ＱＡＣ＋ｅ
ＱＡＣ≧４００
なお、ｃ，ｄ，ｅは、デシカント処理風量ＱＤＥＳによって決まる定数であり、その値は、シミュレーションの結果より、表２に示す通りとなった。また、デシカント処理風量ＱＤＥＳ毎の無結露運転領域を示したグラフを図３に示す。グラフの各線より下の領域が、無結露運転が成立する無結露域である。
【００２３】
【表２】
2010145007.tif 000004
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、デシカント空調システム１によって冷房除湿運転を行っているが、暖房加湿運転を行うこともできる。この場合は、まず、第２の温水ヒータ２３のみを加熱する。第２の温水ヒータ２３の加熱方法は、上述した第１の温水ヒータ２２の加熱方法と同じであり、給湯配管４４を切換弁４６で切り替えて第１の温水ヒータ２２には温水を流さずに第２の温水ヒータ２３のみに温水を供給する。このように第２の温水ヒータ２３のみに温水を供給した状態で、排気流路７及び補助排気流路７１を流れる空気がデシカントロータ２１を通過するとデシカントロータ２１に水分が吸着される。そして、第２の温水ヒータ２３で加熱された給気流路６及び第１の循環流路８からの空気によってデシカントロータ２１に吸着された水分を奪い取り、湿度の高くなった空気が室内Ｒに送られることで室内Ｒを加湿することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るデシカント空調システムの実施形態を示す概略図である。
【図２】無結露運転が成立する条件を示したグラフである。
【図３】無結露運転が成立する条件を示したグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１  デシカント空調システム
２  デシカントユニット
２１  デシカントロータ
２２  第１の温水ヒータ
２３  第２の温水ヒータ
３  ヒートポンプユニット
４  温水供給ユニット
５  空調機本体
６  給気流路
７  排気流路
８  第１の循環流路
９  第２の循環流路
【図１】
2010145007.tif 000005
【図２】
2010145007.tif 000006
【図３】
2010145007.tif 000007