(57)【要約】【課題】太陽熱を利用した加熱により、所望とする温度の空気が安定して得られるようにする。【解決手段】太陽光集熱器１０１が加熱した空気の温度を測定する温度センサ１４３と、温度センサ１４３が測定した温度により加熱空気輸送用ファン１４１による空気の送風量を制御する制御部１４４を備えるようにした。温度センサ１４３は、太陽光集熱器１０１の加温された空気が供給される出口における空気の温度を測定する。制御部１４４は、温度センサ１４３が測定した温度が予め設定されている設定温度より高い場合、加熱空気輸送用ファン１４１による空気の送風量を増加させ、太陽光集熱器１０１を通過する空気の流量（流速）を上昇させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を集めて空気を加熱する集熱手段と、
この集熱手段により加熱された空気を送風対象に送風する送風手段と、
前記集熱手段が加熱した空気の温度および前記集熱手段の温度のいずれかを測定する温度測定手段と、
この温度測定手段が測定した温度により前記送風手段による前記空気の送風量を制御する制御手段と
を少なくとも備えることを特徴とする空調装置。
【請求項２】
請求項１記載の空調装置において、
空調の対象となる室内に輸送する空気を冷却する冷却手段と、
この冷却手段に供給する空気の除湿を行うデシカントロータとを備え、
前記送風対象は、前記デシカントロータの再生部である
ことを特徴とする空調装置。
【請求項３】
請求項２記載の空調装置において、
前記冷却手段は、間接型熱交換装置であり、
隔壁により互いに隔絶された複数の空気通路が設けられた熱交換部と、
この熱交換部の下部に配設され水を貯水する水槽部とを備え、
隣接する一方の空気通路は乾燥した空気の通路とされ、隣接する他方の空気通路には水分を吸収する不織布が配置され、この不織布は前記水槽部の水に浸されている
ことを特徴とする空調装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の空調装置において、
前記室内より排気される空気と、前記デシカントロータで除湿を行うために供給される空気との間で熱交換を行う全熱交換器を備える
ことを特徴とする空調装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の空調装置において、
前記送風対象は、空調の対象となる室内である
ことを特徴とする空調装置。
【請求項６】
請求項５記載の空調装置において、
前記集熱手段は、前記室内の空気を循環して加熱する
ことを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光による熱エネルギーを用いた空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーおよび温暖化ガスの排出抑制などの観点より、太陽光による熱エネルギー（太陽熱）を利用して暖房などを行う空調装置が開発されている（特許文献１参照）。この空調装置では、太陽熱を収集する太陽熱集熱板で空気（外気）を加熱し、加熱した空気で室内の暖房を行うようにしている。また、夏期においては、太陽熱で加熱した空気を、除湿のためのデシカントユニットの再生のために用いるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０８２０４号公報
【特許文献２】特開２００２−３６４８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽光の照射により得られるエネルギーは、単位面積あたりの日射熱量があまり大きくなく、太陽熱を利用する場合、時刻、季節による日射量の変化や天候の変化などにより、空気を加熱する能力が大きく変動する。このため、例えば、冬期における暖房では、所望とする暖房能力を得ることができない場合が発生し、夏期におけるデシカントユニットの再生では、再生に必要な空気の温度が得られない場合が発生する。このように、太陽熱により加熱した空気を用いる場合、所望とする温度の空気を安定して供給することが容易ではないという問題がある。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、太陽熱を利用した加熱により、所望とする温度の空気が安定して得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る空調装置は、太陽光を集めて空気を加熱する集熱手段と、この集熱手段により加熱された空気を送風対象に送風する送風手段と、集熱手段が加熱した空気の温度および集熱手段の温度のいずれかを測定する温度測定手段と、この温度測定手段が測定した温度により送風手段による空気の送風量を制御する制御手段とを少なくとも備えるものである。
【０００７】
上記空調装置において、空調の対象となる室内に輸送する空気を冷却する冷却手段と、この冷却手段に供給する空気の除湿を行うデシカントロータとを備え、送風対象は、デシカントロータの再生部である。
【０００８】
上記空調装置において、冷却手段は、間接型熱交換装置であってもよく、これは、隔壁により互いに隔絶された複数の空気通路が設けられた熱交換部と、この熱交換部の下部に配設され水を貯水する水槽部とを備え、隣接する一方の空気通路は乾燥した空気の通路とされ、隣接する他方の空気通路には水分を吸収する不織布が配置され、この不織布は水槽部の水に浸されているようにしたものである。
【０００９】
上記空調装置において、室内より排気される空気と、デシカントロータで除湿を行うために供給される空気との間で熱交換を行う全熱交換器を備えるようにしてもよい。
【００１０】
上記空調装置において、送風対象は、空調の対象となる室内である。また、集熱手段は、室内の空気を循環して加熱するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、集熱手段により加熱された空気を送風対象に送風する送風手段による空気の総風量を、温度測定手段が測定した温度により制御するようにしたので、太陽熱を利用した加熱により、所望とする温度の空気が安定して得られるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における空調装置の構成例を示す構成図である。この空調装置は、太陽光（による太陽熱）を集めて空気を加熱する太陽光集熱器（集熱手段）１０１と、空気の除湿を行うデシカントロータ１０２と、空調の対象となる部屋１０５内に輸送する空気を冷却する冷却部１０３と、部屋１０５より排気される空気とデシカントロータ１０２に供給する空気との間で熱の交換を行う熱交換部（全熱交換器）１０４とを備えている。デシカントロータ１０２は、よく知られているように、シリカゲルや高分子収着剤などの吸湿部材を保持し、円板状に成形され、回転可能とされている。
【００１３】
太陽光集熱器１０１は、図２の断面図に示すように、箱状に形成された本体の表面側に透明板２０１を備えた箱状の本体と、この本体の内部を表面側と裏面側とに分離するように配置された集熱板２０２と、集熱板２０２の表面側に形成される流入室２０３と、集熱板２０２の裏面側に形成される吸入室２０４とを備える。また、流入室２０３に空気を取り込むための吸入口２０５と、吸入室２０４より加熱された空気を供給する供給口２０６とを備える。集熱板２０２は、例えば、表面を黒色とされたアルミニウム板から構成され、口径１．５ｍｍ程度の複数の貫通孔を備え、板全体における開口率が０．３〜１％とされている。また、集熱板２０２は、断面視で波打つように凹凸を設けておくことで、表面積を拡大させることができる。表面積を拡大させることで、空気を効率よく加熱することができるようになる。
【００１４】
太陽光集熱器１０１では、外部の空気が吸入口２０５より流入室２０３に導入され、集熱板２０２の複数の貫通孔を通過して吸入室２０４に移動していく。このように空気が移動していく中で、ガラスまたはポリカーボネートから構成された透明板２０１を透過した太陽光による輻射熱で昇温している集熱板２０２により、集熱板２０２を通過していく空気が加熱され、供給口２０６より供給される。ここで、透明板２０１により、流入室２０３における熱損失を低下させることができる。なお、透明板２０１は、必要なものではない。
【００１５】
また、本実施の形態における空調装置は、太陽光集熱器１０１で加熱された空気を導入する加熱空気導入流路１１１と、太陽光集熱器１０１で加熱されて導入された空気を、デシカントロータ１０２の再生部に供給するための再生空気導入流路１１２と、デシカントロータ１０２の再生部を通過した空気を排気するための排気流路１１３と、太陽光集熱器１０１で加熱されて導入された空気を部屋１０５の暖房用に用いるために導入する暖房用空気供給流路１１４とを備えている。本実施の形態では、デシカントロータ１０２および空調の対象となる部屋１０５が、太陽光集熱器１０１で加熱された空気の送風対象となる。
【００１６】
また、部屋１０５を冷房するためなどに外部より空気を取り込み熱交換部１０４に導入するための外気導入流路１１５と、部屋１０５からの空気を排気するための室内排気流路１１６と、デシカントロータ１０２で除湿する空気をデシカントロータ１０２に導入するための除湿用空気導入流路１１７と、デシカントロータ１０２で除湿した空気を冷却部１０３に輸送するための除湿空気輸送流路１１８と、冷却部１０３で冷却された空気（冷風）を部屋１０５に供給するための冷房空気供給流路１１９とを備える。
【００１７】
また、加熱空気導入流路１１１で導入される空気を、再生空気導入流路１１２および暖房用空気供給流路１１４のいずれかに切り替えるための切り替えダンパー１３１を備える。また、加熱空気導入流路１１１には、加熱された空気を切り替えダンパー１３１の側に送風するための加熱空気輸送用ファン（送風手段）１４１が設けられ、除湿用空気導入流路１１７には熱交換された空気をデシカントロータ１０２の側に送風するための除湿空気輸送用ファン１４２が設けられている。
【００１８】
加えて、本実施の形態における空調装置では、太陽光集熱器１０１が加熱した空気の温度を測定する温度センサ１４３と、温度センサ１４３が測定した温度により加熱空気輸送用ファン１４１による空気の送風量を制御する制御部１４４を備えるようにした。温度センサ１４３は、太陽光集熱器１０１の加温された空気が供給される出口（供給口２０６）における空気の温度を測定する。
【００１９】
例えば、制御部１４４は、温度センサ１４３が測定した温度が予め設定されている設定温度より高い場合、加熱空気輸送用ファン１４１による空気の送風量を増加させ、太陽光集熱器１０１を通過する空気の流量（流速）を上昇させる。温度センサ１４３が測定した温度が設定値より高い場合、太陽光集熱器１０１においては、比較すると多くの日照が得られる状態で、通過する空気をより高い温度にまで加熱できる状態となっている。この状態で、太陽光集熱器１０１を通過する空気の流量を増加させれば、通過する空気が加熱される領域に滞在している時間が短くなるため、太陽光集熱器１０１より供給される温風の温度を低下させることができる。また、風量を増加させることで、集熱板２０２からの熱をより多くの空気に移動させることができるようになり、空気を加熱しきれずに集熱板から外部に放射される熱損失を抑制できるようになる。
【００２０】
一方、温度センサ１４３が測定した温度が予め設定されている設定温度より低い場合、加熱空気輸送用ファン１４１による空気の送風量を減少させ、太陽光集熱器１０１を通過する空気の流量（流速）を低下させる。温度センサ１４３が測定した温度が設定値より低い場合、太陽光集熱器１０１においては、比較すると日照があまり得られていない状態で、通過する空気をあまり高い温度にまで加熱できない状態となっている。この状態で、太陽光集熱器１０１を通過する空気の流量を低下させれば、通過する空気が加熱される領域に滞在している時間が長くなるため、より高い温度にまで上昇させることができ、太陽光集熱器１０１より供給される温風の温度を上昇させることができる。
【００２１】
次に、本実施の形態における空調装置の動作例について説明する。始めに、冷房時の動作について説明する。
【００２２】
まず、外気導入流路１１５からの外気が熱交換部１０４に導入される。熱交換部１０４では、部屋１０５より排気された室内空気も室内排気流路１１６により導入されており、外気と室内空気との間で熱交換を行い、外気の温度を低下させ、除湿用空気導入流路１１７に供給している。このようにして、熱交換部１０４により温度が低下された外気は、除湿用空気導入流路１１７を経て、除湿空気輸送用ファン１４２によりデシカントロータ１０２の除湿部分に導入される。熱交換部１０４により絶対湿度が低くされているので、デシカントロータ１０２における除湿負荷を低減させることができる。また、冷却部１０３における処理対象の空気の冷却負荷を低減させることができる。なお、熱交換部１０４は、必要なものではない。
【００２３】
デシカントロータ１０２の除湿部分を通過して除湿された外気は、除湿空気輸送流路１１８により冷却部１０３に導入される。冷却部１０３は、例えば、間接型熱交換装置（特許文献２参照）を用いればよい。間接型熱交換装置は、隔壁により互いに隔絶された複数の空気通路が設けられた熱交換部と、この熱交換部の下部に配設され水を貯水する水槽部とを備え、隣接する一方の空気通路は乾燥した空気の通路とされ、隣接する他方の空気通路には水分を吸収する不織布が配置され、この不織布は水槽部の水に浸されているようにしたものである。このように、間接型熱交換装置によれば、水の蒸発冷却により処理空気の冷却を行う中で、水が蒸発する領域と処理空気が通過する領域とを分離し、これらの境界壁を通じて処理空気を間接的に冷却する。このため、間接型熱交換装置によれば、処理空気の絶対湿度を上昇させることなく冷却することができる。
【００２４】
以上のようにして冷却部１０３により冷却された冷風は、冷房空気供給流路１１９により部屋１０５に導入される。この結果、部屋１０５には、除湿された冷風が供給され、内部の空気が冷却されて冷房されることになる。冷却部１０３に供給される空気は、デシカントロータ１０２で除湿されているので、結露による排水の発生が抑制できる。
【００２５】
一方、太陽光集熱器１０１で昇温された外気（温風）は、加熱空気導入流路１１１を通り、加熱空気輸送用ファン１４１により送風され、切り替えダンパー１３１により接続されている再生空気導入流路１１２に導入される。再生空気導入流路１１２に導入された温風は、デシカントロータ１０２の再生部に供給される。このようにすることでデシカントロータ１０２に温風を供給することで、回転により除湿部を通って再生部に至った部分のデシカントロータ１０２が再生される。また、デシカントロータ１０２の再生部を通過した温風は、排気流路１１３を流通して排気される。
【００２６】
なお、再生直後の部分のデシカントロータ１０２は、温度が高い状態となっているが、デシカントロータ１０２の回転速度を適宜に制御することで、除湿部に到達するまでに温度を低下させることができる。また、再生部から除湿部に至る領域において、デシカントロータ１０２に冷風を供給して冷却するようにしてもよい。
【００２７】
次に、暖房時の動作について説明する。まず、太陽光集熱器１０１により外気を加熱して温風とする。この温風を、暖房用空気供給流路１１４を経由して部屋１０５に導入する。この結果、部屋１０５には、温風が供給され、内部の空気が加熱されて暖房されることになる。なお、暖房時において、外気ではなく、部屋１０５より排気された空気を、循環して太陽光集熱器１０１により加熱して部屋１０５に供給するようにしてもよい。この場合、部屋１０５より排気される空気を太陽光集熱器１０１の吸入口２０５へと循環する流路を新たに設けるようにすればよい。また、暖房用空気供給流路１１４に加湿部を設け、加湿した温風を部屋１０５に供給するようにしてもよい。
【００２８】
上述したように冷房および暖房が行われる中で、本実施の形態における空調装置では、温度センサ１４３が測定した温度により加熱空気輸送用ファン１４１による空気の送風量を制御することで、日照量の変化による太陽光集熱器１０１より供給される温風の温度の変動を抑制するようにした。この結果、例えば、冷房運転時においては、デシカントロータ１０２の再生をより効率的に行えるようになる。また、暖房運転時においては、安定した温度の空気が供給できるようになる。
【００２９】
ここで、太陽光集熱器１０１について説明する。太陽光集熱器１０１は、例えば、コンサーバル社製の「ソーラーウォール（登録商標）」や日本軽金属株式会社製の「ソーラースパンドレル（登録商標）」などであればよい。このような空気式太陽光集熱器を用いる場合、空気流量を一定とすると、例えば、図３に示すように、時刻の推移による日照量の変化（実線）により、得られる温風の温度（破線）が変化する。なお、図３は、静岡県の９月において、集熱面積が５．１ｍ2のソーラースパンドレルを、水平から６０°傾けた状態で用いた場合の結果である。また、一点鎖線は、外気温度の変化を示している。
【００３０】
これに対し、加熱空気輸送用ファン１４１の送風量を制御することで太陽光集熱器１０１における空気流量を変化させると、例えば、所定量以上の日照が得られる８時から１６時の範囲で、得られる温風の温度を６０℃に一定にすることができる。例えば、図４の破線で示すように、時刻と共に太陽光集熱器１０１の集熱板２０２における単位面積（ｍ2）あたりの熱量が変化する場合、実線で示すように、加熱空気輸送用ファン１４１の風量を制御すればよい。このような太陽光集熱器１０１における空気流量の制御により、上述した時間の範囲であれば、温風の温度を６０℃に一定の状態にすることができる。
【００３１】
ところで、上述では、太陽光集熱器１０１が加熱した空気の温度を測定するようにしたが、これに限るものではない。空気の温度ではなく、太陽光集熱器１０１の温度を温度センサで測定し、この測定した温度により加熱空気輸送用ファン（送風手段）１４１による空気の送風量を制御するようにしてもよい。例えば、集熱板２０２の温度を測定し、この測定した温度により加熱空気輸送用ファン１４１による空気の送風量を、前述同様に制御する。
【００３２】
図５に示すように、太陽光集熱器１０１の出口（供給口２０６）における空気の温度（実線）と、集熱板２０２の温度（点線）とは、時刻の推移に対して同様の変化を示している。この結果から明らかなように、集熱板２０２の温度測定結果を用いても、太陽光集熱器１０１が加熱した空気の温度測定結果を用いた場合と同様の制御が可能である。なお、図５における集熱板２０２の温度変化は、図６に示すように、傾けて配置している集熱板２０２の表面上部（破線）と、集熱板２０２の表面中央部（実線）と、集熱板２０２の下部（一点鎖線）との平均である。また、図５および図６の測定結果は、静岡県の９月において、集熱面積が５．１ｍ2のソーラースパンドレルを、水平から６０°傾けた状態で用いた場合の結果である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態における空調装置の構成例を示す構成図である。
【図２】太陽光集熱器１０１の構成例を示す断面図である。
【図３】空気式太陽光集熱器より得られる温風の温度変化を示す特性図である。
【図４】加熱空気輸送用ファン１４１の制御例を示す特性図である。
【図５】空気式太陽光集熱器より得られる温風の温度と、空気式太陽光集熱器の温度との変化を示す特性図である。
【図６】空気式太陽光集熱器の温度の変化を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０１…太陽光集熱器（集熱手段）、１０２…デシカントロータ、１０３…冷却部、１０４…熱交換部、１０５…部屋、１１１…加熱空気導入流路、１１２…再生空気導入流路、１１３…排気流路、１１４…暖房用空気供給流路、１１５…外気導入流路、１１６…室内排気流路…、１１７…除湿用空気導入流路、１１８…除湿空気輸送流路、１１９…冷房空気供給流路、１３１…切り替えダンパー、１４１…加熱空気輸送用ファン（送風手段）、１４２…除湿空気輸送用ファン、１４３…温度センサ、１４４…制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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