(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿気の吸着剤を担持した除湿ロータおよびヒータを有し吸着ゾーンと再生ゾーンの設けられた除湿手段と、複数の気体流の間で熱交換を行う第１、第２及び第３の熱交換器を備え、さらに前記第１、第２及び第３の熱交換器それぞれの一方の通路には気体中に霧状の水の微細な液滴が浮遊した状態となるまで噴霧して霧状気体流とした空気を流すようにし、被冷却空気を前記第１の熱交換器の他方の通路に通し、前記第１の熱交換器の他方の通路を出た空気を前記除湿手段の吸着ゾーンに通し、前記吸着ゾーンを出た空気を前記第２及び第３の熱交換器それぞれの他方の通路に通すとともに、前記第３の熱交換器の他方の通路を出た空気を前記第２の熱交換器の一方の通路に通し、前記第２の熱交換器の一方の通路を出た空気を前記第３の熱交換器の一方の通路に通すようにした空気調和装置。
【請求項２】
第２の熱交換器の他方の通路を出た空気を加湿冷却する加湿手段を設けた請求項１記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭や事務所などの空気調和あるいは食品等の冷蔵に用いられる空気調和装置に関するものであり、特に水の気化熱によって冷却を行う空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より空気調和装置には圧縮式の冷凍機が広く用いられており、その主な冷媒のフロンガスが大気のオゾン層を破壊するということで、代替フロンが用いられるようになった。しかし、その代替フロンも大気の温室効果を高めるという問題点が指摘され、冷媒を用いない除湿冷房装置等の冷房装置が注目されている。
【０００３】
しかしながら、設備の大きさやエネルギー効率の見地からなかなか実用的なものが開発されていない。この中で、例えば国際公開番号ＷＯ９７／１７５８６に見られるような熱交換器の中で霧状の水の微粒子を気化させるようにしたものは簡単な装置で消費エネルギーも少なく、また大きな冷却効果が得られるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の国際公開公報に開示されたものは空気の供給温度がほぼ２０℃程度であり、供給空気量を多くすれば十分に冷房に適するものであるが、冷蔵には不適である。
【０００５】
本発明は上記の問題点を解決するものであり、上記国際公開公報に見られるような熱交換器の中で霧状の水の微粒子を気化させるようにしたものに除湿機能を付加したものを、さらに供給空気の温度が低くなるようにし冷蔵にも応用できる空気調和装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、吸着ゾーンと再生ゾーンの設けられた吸着式の除湿手段と、複数の気体流の間で熱交換を行う第１、第２及び第３の熱交換器を備え、さらに第１及び第２の熱交換器それぞれの一方の通路には気体中に霧状の揮発性液体の微細な液滴が浮遊した状態となるまで噴霧して霧状気体流とした空気を流すようにし、第１の熱交換器の他方の通路を通って冷却された空気を除湿手段の吸着ゾーンに通し、吸着ゾーンを出た乾燥空気を第２及び第３の熱交換器それぞれの他方の通路に通すとともに、第３の熱交換器の他方の通路を出た空気を第２の熱交換器の一方の通路に通し、第２の熱交換器の一方の通路を出た空気を第３の熱交換器の一方の通路に通すようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、湿気の吸着剤を担持した除湿ロータおよびヒータを有し吸着ゾーンと再生ゾーンの設けられた除湿手段と、複数の気体流の間で熱交換を行う第１、第２及び第３の熱交換器を備え、さらに第１及び第２の熱交換器それぞれの一方の通路には気体中に霧状の揮発性液体の微細な液滴が浮遊した状態となるまで噴霧して霧状気体流とした空気を流すようにし、被冷却空気を第１の熱交換器の他方の通路に通し、そこを出た空気を除湿手段の吸着ゾーンに通し、吸着ゾーンを出た空気を第２及び第３の熱交換器それぞれの他方の通路に通すとともに、第３の熱交換器の他方の通路を出た空気を第２の熱交換器の一方の通路に通し、第２の熱交換器の一方の通路を出た空気を第３の熱交換器の一方の通路に通すようにしたものであり、第１の熱交換器によって冷却された空気が除湿手段によって吸着除湿されるため、除湿効果が高く除湿された乾燥空気に噴霧することによって気化冷却を行うため、供給空気の温度が低くなるという作用を有する。
【０００８】
【実施例】
図１は本発明の実施例１に於けるフローパターン図である。図１に於て、１は除湿手段であり、２，３，４はそれぞれ第１，第２，第３の顕熱交換器である。そして第１の顕熱交換器２および第２の顕熱交換器３はそれぞれ噴霧ノズル５，６を有しており、上記各部の詳細は以下説明する。
【０００９】
図２は除湿手段１の要部断面斜視図である。７は除湿ロータであり、例えばセラミックシートをコルゲート状に形成し平面シートと積層巻してハニカム状にしたものにシリカゲル等の吸湿剤を担持させたものである。
【００１０】
８はケーシングであり、この中に除湿ロータ７が回転自在に収納されており、ベルト９を介しモータ１０によって回転駆動される。また、除湿ロータ７の流通路を１：０.５：２.５の面積比で分割するよう仕切り１１がケーシング８に設けられている。そして面積比１の部分が再生ゾーン１２であり、面積比０.５の部分がパージゾーン１３であり、面積比２.５の部分が吸着ゾーン１４である。
【００１１】
１５はヒータで、その内部を通過する空気を例えば８０℃まで加熱するものであり、ヒータ１５によって加熱された空気は再生ゾーン１２へ送られるようにダクト（図示せず）によって連通されている。
【００１２】
図３は第１，第２，第３の顕熱交換器２，３，４の斜視図である。顕熱交換器２，３，４は例えば直交流型熱交換器であり、アルミニウムその他の金属のシ−トまたはポリエステルその他の合成樹脂のシ−トよりなる隔壁１６と波長３.０ｍｍ、波高１.６ｍｍの波板１７とを交互に且つ波板１７の波の方向が一段毎に直交するように積重ね互に接着したものである。これによって顕熱交換器２，３，４には互いに直交する方向に小透孔群１８および小透孔群１９が形成される。
【００１３】
図４は第１，第２の顕熱交換器２，３および噴霧ノズル５，６よりなる冷却手段の斜視図である。２０はチャンバー２１の流入口であり、チャンバー２１の下端は熱交換器２，３の垂直の流路の入口と連通している。そして、熱交換器２，３の垂直の流路の出口は大気に開放されている。
【００１４】
チャンバー２１の中には噴霧ノズル５，６が取り付けられており、チャンバー２１内の空気の相対湿度を１００％にするとともに、さらに多量の微細な水滴が浮遊した状態即ち霧状とする。噴霧ノズル５，６としては例えば空気噴霧ノズルすなわち、圧縮空気で水を微細粒子にして噴霧するものを用いており、水ポンプおよび空気コンプレッサ（図示せず）が連通されている。
【００１５】
２２は第１，第２の顕熱交換器２，３の水平の通路の流入側チャンバーで、導入管２３と連通されている。２４は顕熱交換器２，３の水平の通路の流出側チャンバーで、導出管２５と連通されている。２６は顕熱交換器２，３の垂直の通路の流出側チャンバーで、導出管２７と連通されている。
【００１６】
図１に戻って２８はブロアであり、その吸い込み側は大気に開放され吐き出し側は第１の顕熱交換器２の垂直の通路及び水平の通路に連通されている。
【００１７】
第１の顕熱交換器２の水平の通路の出口は除湿手段１の吸着ゾーン１４に連通され、吸着ゾーン１４の出口は第２の顕熱交換器３の水平の通路および第３の顕熱交換器４の水平の通路と連通されている。
【００１８】
第２の顕熱交換器３の水平の通路の出口は加湿器２９を通って室内に開放されている。また、第３の顕熱交換器４の垂直の通路の出口は第２の顕熱交換器３のチャンバー２１の流入口２０に連通されている。そして第２の顕熱交換器３の垂直の通路の流出側チャンバー２６の導出管２７は、第３の顕熱交換器４の垂直の通路の入口に連通され、第３の顕熱交換器４の垂直の通路の出口は大気に開放されている。
【００１９】
３０はブロアであり、その吐出側は大気に開放され、入口は除湿手段１の再生ゾーン１２の出口に連通されている。またヒータ１５はパージゾーン１３から再生ゾーン１２に至る通路に設けられている。
【００２０】
以上の説明の本発明の実施例１の空気調和装置は次の動作を行う。先ず、電源の投入に伴ってブロア２８、３０およびモータ１０が起動する。これによって、外気はブロア２８によって第１の顕熱交換器２の垂直および水平の通路に供給される。また噴霧ノズル５にポンプ（図示せず）によって水と空気が送られ、チャンバー２１内に霧状の空気流が発生する。
【００２１】
出願人の実験では、外気の温度３３.０℃、絶対湿度１０g/Kgであった場合、チャンバー２１内の噴霧後の温度は２０.４℃、相対湿度１００％となり、第１の顕熱交換器２の垂直の通路の出口では温度は２５.０℃、相対湿度１００％となり、水平の通路では温度は２０.５℃、絶対湿度１０g/Kgとなった。
【００２２】
つまり、ブロア２８によってチャンバ２１内に空気流ができる。これに噴霧ノズル５より水を噴霧し霧状気体流をつくる。噴霧する水の量は、噴霧によって気化する量以上とする。
【００２３】
すると、噴霧された水の一部が気化し、気化によって気化熱が奪われ、チャンバ２１内に送られた霧状気体流の温度が２０.４℃まで低下する。また、チャンバ２１内の空気は相対湿度が１００％となり、その空気の中に多量の水の微粒子が浮遊した状態即ち霧状となる。
【００２４】
そして、この微細な水滴が多量に浮遊した状態の霧状気体流が第１の顕熱交換器２の垂直の小透孔群１８に入る。これによって、垂直の小透孔群１８と水平の小透孔群１９の間で、隔壁１６を介して顕熱交換が行われる。つまり、水平の小透孔群１９を通過する空気は垂直の小透孔群１８を通過する霧状気体流によって冷却され、同時に垂直の小透孔群１８を通過する霧状気体流は加熱される。
【００２５】
すると、垂直の小透孔群１８を通過する気体流の相対湿度は１００％以下となり、その中に含まれる多量の水の微粒子が気化し、気化熱が奪われ霧状気体流が冷却される。
【００２６】
この作用によって、垂直の小透孔群１８を通過する霧状気体流の温度は低温のままほぼ一定に保たれるため、水平の小透孔群１９を通過する気体流は第１の顕熱交換器２の垂直の小透孔群１８の全域・全長にわたり連続的に冷却され、その温度もほぼ一定に保たれる。
【００２７】
この場合噴霧ノズル５からの水の噴霧量が多過ぎると微細な水滴が第１の顕熱交換器２の垂直の小透孔群１８内の隔壁に集まり凝集して大きな水滴や水流となりその水滴や水流は微細な水滴と比べて表面積は極めて小さくなり小透孔群１９を通過する気体流から奪った熱量では霧状気体流の温度を充分低下させることはできず、従って小透孔群１９を通過する気体流の温度を充分に下げることはできない。
【００２８】
従って、霧状気体流内の微細な水滴が均一に必要最小限よりやや多めに含まれるように噴霧すれば冷却効率がよく、水も節約できる。そして、顕熱交換器２の小透孔群１８内で気化しなかった水滴は、顕熱交換器２の外部へ排出される。
【００２９】
第１の顕熱交換器２の水平の小透孔群１９を出た冷却空気は、ブロア２８の吐出圧で除湿ユニット１の吸着ゾーン１４に流され、除湿ロータ７を通過する間に冷却空気中の湿気は吸着されて除湿され乾燥空気となる。この時、吸着熱によって乾燥空気の温度は大気の温度より高くなる。
【００３０】
出願人の実験では除湿ユニット１の吸着ゾーン１４を出た空気の温度は５０.０℃、絶対湿度は０.２g/Kgとなった。この高温乾燥空気は第２の顕熱交換器３及び第３の顕熱交換器４それぞれの水平の通路の入口に送られる。
【００３１】
第３の顕熱交換器４の垂直の通路には第２の顕熱交換器３の垂直の通路より出た冷気が送入されており、上記の高温乾燥空気を冷却する。第３の顕熱交換器４の水平の通路の出口を出た空気の温度は３０.０℃、絶対湿度は０.２g/Kgとなった。
【００３２】
第２の顕熱交換器３のチャンバ２１内の空気流に噴霧ノズル６より水を噴霧し霧状気体流をつくる。すると第２の顕熱交換器３の内部では、上記の第１の顕熱交換器２の内部で発生する現象と同様の現象が発生し、その垂直の小透孔群１８内で霧状気体流の中に浮遊する水の微粒子が気化し、水平の小透孔群１９を通過する空気が冷却される。
【００３３】
出願人の実験では、第２の顕熱交換器３のチャンバ２１に入る前の空気の温度は３０.０℃、絶対湿度は０.２g/Kgであった。これに噴霧ノズル６より水を噴霧すると水の微粒子が気化し、空気の温度は１０.７℃、相対湿度は１００％となった。この霧状気体流を垂直の小透孔群１８に通すと、上記の第１の顕熱交換器２の中で発生した現象と同様の現象が発生し、第２の顕熱交換器３の中で霧状気体流に含まれる水の微粒子が気化する。
【００３４】
この結果、第２の顕熱交換器３の垂直の小透孔群１８を通過した空気の温度は２６.０℃となり、水平の小透孔群１９を通過した空気の温度は１１.０℃、絶対湿度は０.２g/Kgとなった。
【００３５】
上記の説明の通り、第３の顕熱交換器４の垂直の通路には第２の顕熱交換器３の垂直の小透孔群１８を通過した空気が送入されており、この空気の温度は２６.０℃、相対湿度は１００％であったが、第３の顕熱交換器４の垂直の通路の出口ではこの空気の温度は４６.０℃、相対湿度は３３％となった。
【００３６】
垂直、ブロア３０によって外気は吸引されパージゾーン１３からヒータ１５を通り、再生ゾーン１２に入る。パージゾーン１３を通過し加熱された空気の温度は９０.０℃、絶対湿度は０.１５g/Kgとなった。
【００３７】
そしてヒータ１５によってさらに温度が上昇し、空気の温度は１５５.０℃、絶対湿度は０.１５g/Kgとなった。この再生空気が再生ゾーン１２に入り除湿ロータ７に吸着された湿気を脱着する。脱着後の空気の温度は４４.０℃、絶対湿度は２９.０g/Kgとなった。
【００３８】
以上説明した本発明の実施例のものは、外気が除湿手段１に入る前に第１の顕熱交換器２によって冷却されるようにしているため、多少外気の温度が高くても除湿ロータ７による湿気の吸着効果が高く、除湿手段１は低露点の乾燥空気を発生することができる。
【００３９】
さらに、除湿手段１より出た乾燥空気の温度を第３の顕熱交換器４によって一旦冷却した後、水の気化冷却に使用しているため、第２の顕熱交換器３内部での冷却効果が高く、供給空気の温度を低くすることができる。
【００４０】
また外気の空気条件によっては、あるいは目的とする供給空気の条件によっては第２の顕熱交換器３の水平の小透孔群１９を通過した空気の温度が高すぎる場合がある。このような場合には第２の顕熱交換器３の水平の小透孔群１９を通過した温度１１.０℃、絶対湿度０.２g/Kgの空気を加湿器２９を通過させることによって、温度２.０℃、絶対湿度３.８g/Kgの空気を得ることができる。
【００４１】
以上の実施例では第２の顕熱交換器３と第３の顕熱交換器４とを別体にし、それぞれの垂直の通路を連通させたが、第２の顕熱交換器３と第３の顕熱交換器４とを一体に形成し、水平の通路を第２の顕熱交換器３に相当する部分即ち上半分と第３の顕熱交換器４に相当する部分即ち下半分とに分割することもできる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の空気調和装置は上記の如く構成したので、外気の条件にかかわらず所望の冷気を供給することができるものである。また、必要に応じて供給空気に加湿冷却を行えばさらに供給空気の温度を下げることができる。
【００４３】
さらに本発明のものは、フロンを用いる冷却装置を使うことなく乾燥・冷却空気を供給することができ、地球環境の維持に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気調和装置の実施例を示すフローパターン図である。
【図２】本発明の空気調和装置に用いられる除湿手段の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の空気調和装置に用いられる顕熱交換器の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の空気調和装置に用いられる冷却ユニットの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１      除湿手段
２      第１の顕熱交換器
３      第２の顕熱交換器
４      第３の顕熱交換器
５，６  噴霧ノズル
８      除湿ロータ
５      ケーシング
１２    再生ゾーン
１３    パージゾーン
１４    吸着ゾーン
１５    ヒータ
２７    加湿器
【図１】
0003635295.tif 000002
【図２】
0003635295.tif 000003
【図３】
0003635295.tif 000004
【図４】
0003635295.tif 000005