(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通過する空気の水分を吸着または脱着する吸脱着部(２０,２１)と、上記吸脱着部(２０,２１)を通過する空気と熱交換を行う熱交換部(２０,２２,３５)とを有する吸脱着素子を複数備え、一方の上記吸脱着素子で水分の吸着を行い、他方の上記吸脱着素子で水分の脱着を行って、両方の上記吸脱着素子の吸着動作と脱着動作を交互に切り換える調湿システムであって、
導入外気の一部により吸着動作中の上記吸脱着素子の冷却を行い、その吸着動作中の上記吸脱着素子を冷却した後の上記導入外気を用いて脱着動作中の上記吸脱着素子を加熱することを特徴とする調湿システム。
【請求項２】
請求項１に記載の調湿システムにおいて、
上記熱交換部(２２)は、上記吸脱着部(２０,２１)の空気が通過する吸脱着通路(２１a,２１b)と上記吸脱着通路(２１a,２１b)内の空気と熱交換される空気が通過する熱交換通路(２２a,２２b)とが交互に積層された積層構造であることを特徴とする調湿システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、調湿システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、吸脱着素子としては、軸中心に回転する円板状の吸着ロータがある。この吸着ロータは、吸着材をハニカム状(または多孔多粒状)に成形し、軸方向に通過する空気を吸着する一方、加熱された空気に水分を放出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記吸着ロータでは、空気の水分を吸着して除湿する除湿領域では、除湿される空気が通過するときに、出口側になるほど吸着熱により通過空気の温度が上昇するため、相対湿度が下がり、十分な吸着能力が得られないという問題がある。また、上記吸脱着素子では、加熱された空気に水分を放出して再生する再生領域では、加湿される空気が通過するときに、出口側になるほど気化熱(脱着熱)により通過空気の温度が下がるため、相対湿度が上がり、水分を十分に放出させることができず、吸着材を十分に再生させることができないという問題がある。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、吸着時、除湿される空気の温度を下げることにより吸着能力を向上でき、再生時、加湿される空気の温度を上げることにより吸着材を十分に再生できる吸脱着素子を用いた調湿システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の調湿システムは、通過する空気の水分を吸着または脱着する吸脱着部と、上記吸脱着部を通過する空気と熱交換を行う熱交換部とを有する吸脱着素子を複数備え、一方の上記吸脱着素子で水分の吸着を行い、他方の上記吸脱着素子で水分の脱着を行って、両方の上記吸脱着素子の吸着動作と脱着動作を交互に切り換える調湿システムであって、導入外気の一部により吸着動作中の上記吸脱着素子の冷却を行い、その吸着動作中の上記吸脱着素子を冷却した後の上記導入外気を用いて脱着動作中の上記吸脱着素子を加熱することを特徴としている。
【０００６】
上記請求項１の調湿システムによれば、例えば、上記吸脱着部の吸着材としてシリカゲル,ゼオライトまたはアルミナ等を用い、その吸脱着部に空気を通過させて、空気の水分を吸脱着部に吸着させることにより、除湿を行う。一方、上記吸脱着部に加熱空気を通過させて、吸脱着部から水分を放出することにより吸脱着部の再生を行う。このとき、上記吸脱着部を通過する空気と例えば熱媒体(空気または水等)との間で上記熱交換部により熱交換を行って、上記吸脱着部を通過する空気を冷却したり加熱したりすることが可能となる。したがって、上記吸脱着部を通過する空気の温度を制御して、その空気の相対湿度を適切に制御することによって、吸着,再生時の絶対湿度差を大きくとれ、吸脱着部の水分の吸着,放出を効率良く行うことができる。また、吸着,再生時の絶対湿度差を大きくとれるので、調湿システムの小型化が容易となる。
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
また、請求項２の調湿システムは、請求項１の調湿システムにおいて、上記熱交換部は、上記吸脱着部の空気が通過する吸脱着通路と上記吸脱着通路内の空気と熱交換される空気が通過する熱交換通路とが交互に積層された積層構造であることを特徴としている。
【００１２】
上記請求項２の調湿システムによれば、上記吸脱着部の空気が通過する吸脱着通路と上記吸脱着通路内の空気と熱交換される空気が通過する熱交換通路とを交互に積層することによって、簡単な構造で吸脱着部を通過する空気と熱交換が可能な熱交換部を実現できる。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の調湿システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態の調湿システム１０の構成図であり、１はケーシング、２は上記ケーシング１内を通路１Ａと通路１Ｂに仕切る仕切板、３は上記通路１Ａ内の一方の側に配置された第１吸脱着素子、４は上記通路１Ｂ内の一方の側に配置された第２吸脱着素子、５は上記第１,第２吸脱着素子３,４の間に仕切板２を貫通するように配置された加熱コイル、６は上記ケーシング１内の他方の側に、かつ、通路１Ａ,１Ｂの両側にわたって配置された積層式顕熱交換器である。なお、上記加熱コイル５には、図示しない熱源から温水が供給される。
【００１７】
また、上記ケーシング１の第１吸脱着素子３側の端に通路１Ａの出入口１２を設ける一方、ケーシング１の第２吸脱着素子４側の端に通路１Ｂの出入口１１を設けている。一方、上記ケーシング１の顕熱交換器６側の端に通路１Ａ,１Ｂの出入口１３,１４を設けている。なお、この出入口１３は、顕熱交換器６を介して通路１Ａにつながり、出入口１４は、顕熱交換器６を介して通路１Ｂにつながっている。
【００１８】
また、図２は上記第１吸脱着素子３の構成を示す概略図であり、この第１吸脱着素子３は、所定の間隔をあけて積層された複数の平板２０と、上記平板２０の間にを一層毎に交互に稜線が直交するように配置された断面波形形状の複数の案内板２１,２２とを有している。上記断面波形形状の案内板２１は、表面および裏面に吸着材(シリカゲル,ゼオライトまたはアルミナ等)が塗布されている。また、吸脱着部としての平板２０と案内板２１によって、吸脱着通路２１a,２１bを形成する一方、熱交換部としての平板２０と案内板２２によって、熱交換通路２２a,２２bを形成している。なお、図１に示す第２吸脱着素子４も同様の構成をしている(図３参照)。
【００１９】
また、図１に示す積層式顕熱交換器６は、方向が直交する扁平な複数の通路(図示せず)が一層毎に交互に積層されて、直交する両通路を流れる空気の間で熱交換を行う。
【００２０】
上記構成の調湿システム１０は、外部の図示しないダンパー等を用いて、空気の流れる方向を切り換えることによって、第１吸脱着素子３を吸着側から再生側(または再生側から吸着側)に切り換え、第２吸脱着素子４を再生側から吸着側(または吸着側から再生側)に切り換えるバッチ運転が行われる。
【００２１】
以下、図１を用いてバッチ運転の一方の状態について上記調湿システム１０の動作を説明する。なお、図１では、第１吸脱着素子３を吸着側とし、第２吸脱着素子４を再生側としている。
【００２２】
図１において、外気ＯＡが出入口１２から第１吸脱着素子３の吸脱着通路２１a,２１b(図２に示す)を通過し、第１吸脱着素子３の吸脱着通路２１a,２１bを通って除湿された空気は、通路１Ａを矢印Ｘ１の方向に流れて、顕熱交換器６を介して出入口１３から除湿空気ＳＡが室内に供給される。一方、室内からの空気ＲＡが出入口１４から顕熱交換器６を介して通路１Ｂを矢印Ｙ１の方向に流れて、第２吸脱着素子４の吸脱着通路２１a,２１b(図３に示す)を通って加湿された空気は、出入口１１から水を含んだ空気ＥＡが室外に排出される。このとき、顕熱交換器６では、第１吸脱着素子３で除湿された空気と室内からの空気ＲＡとの間で熱交換が行われる。そうして、上記第１吸脱着素子３で除湿された空気の吸着熱を利用して、室内からの空気ＲＡを暖めて、温められた空気ＲＡによって第２吸脱着素子４の再生を行う。
【００２３】
さらに、外気ＯＡの一部は、矢印Ｚの方向に第１吸脱着素子３の熱交換通路２２a,２２b(図２に示す)を通って、加熱コイル５で加熱された後、第２吸脱着素子４の熱交換通路２２a,２２b(図３に示す)を通って矢印Ｗの方向に流れ、第２吸脱着素子４の吸脱着通路２１a,２１bを通った空気と共に、水分を含んだ空気ＥＡとして外部に排出される。
【００２４】
例えば、図２に示すように、吸着側の第１吸脱着素子３では、乾球温度(ＤＢ)が３５℃で湿球温度(ＷＢ)が２７℃の外気ＯＡが、吸脱着通路２１a,２１bを通過すると共に、その外気ＯＡの一部が熱交換通路２２a,２２bを通過すると、吸脱着通路２１a,２１bで水分が吸着された除湿空気の乾球温度は４０℃、熱交換通路２２a,２２bを通過して排気される空気の乾球温度は３７℃となる。
【００２５】
また、図３に示すように、再生側の第２吸脱着素子４では、乾球温度(ＤＢ) が２７℃で湿球温度(ＷＢ)が１９℃の室内からの空気ＲＡが、吸脱着通路２１a,２１bを通過する一方、第１吸脱着素子３の熱交換通路２２a,２２bを通過し、加熱コイル５により乾球温度が８０℃に加熱された空気が、第２吸脱着素子４の熱交換通路２２a,２２bを通過する。
【００２６】
上記調湿システム１０において、第１,第２吸脱着素子３,４の吸脱着通路２１a,２１bを通過する空気の絶対湿度の変化を図４に示している。なお、図４において、縦軸は乾球温度、横軸は絶対湿度である。
【００２７】
図４に示すように、吸着側では、上記第１吸脱着素子３の吸脱着通路２１a,２１bを通過する空気は、除湿されて(1)の状態から(2)の状態になり、さらに、顕熱交換器６(図１に示す)で室内からの空気ＲＡと熱交換されて、(2)の状態から(3)の状態になる。そうして、絶対湿度は、(1)の０．０１４ｋｇ／ｋｇから(3)の０．００８ｋｇ／ｋｇまで除湿される。
【００２８】
一方、再生側では、まず、室内からの空気ＲＡが顕熱交換器６(図１に示す)で第１吸脱着素子３から室内に供給される空気ＳＡと熱交換されて、さらに、加熱コイル５で加熱された空気と第２吸脱着素子４熱交換され、(4)の状態から(5)の状態になり、次に、第２吸脱着素子４の吸脱着通路２１a,２１bを通過する空気は、加湿されて(5)の状態から(6)の状態になる。そうして、絶対湿度は、(5)の０．０１３ｋｇ／ｋｇから０．０１９ｋｇ／ｋｇまで加湿される。
【００２９】
上記第１吸脱着素子３で熱交換通路２２a,２２bを用いて、吸脱着通路２１a,２１bの空気を冷却しない場合、図４に示すように、除湿による吸着熱のために(1)の状態から温度が高いＡの状態となってしまう。この場合、除湿される空気の温度が上昇するため、相対湿度が下がり、吸着材の含水率が下がり、除湿能力が低下することになる。一方、上記第第２吸脱着素子４で熱交換通路２２a,２２bを用いて、吸脱着通路２１a,２１bの空気を加熱せずに、従来の室内からの空気ＲＡを加熱コイル等により加熱して、第２吸脱着素子４を通過させた場合、図４に示すように、加湿による気化熱のために(5)の状態からＢの温度が低い状態となってします。実際には、加湿される空気の温度が低下するために相対湿度が上がり、吸着材の含水率が上がり、再生が十分でなくなる。
【００３０】
これに対して、この第１実施形態では、吸着側の第１吸脱着素子３に熱交換部(２０,２２)を設けて、除湿される空気を冷却することによって、相対湿度を上げ、吸着材の含水率を上げることが可能となり、吸着能力を向上できると共に、再生側の第２吸脱着素子４に熱交換部(２０,２２)を設けて、加湿される空気を加熱することによって、相対湿度を下げ、吸着材の含水率を下げることが可能となり、吸着材を十分に再生することができる。
【００３１】
このように、上記吸脱着部(２０,２１)を通過する空気の温度を制御して、その空気の相対湿度を適切に制御することによって、吸脱着部(２０,２１)の水分の吸着,放出を効率良く行うことができる。
【００３２】
なお、上記調湿システムでは、図５に示すように、除湿運転により第１吸脱着素子３の吸着能力が低下すると、吸着側と再生側とを切り換えるバッチ運転を行う。すなわち、十分に再生された第２吸脱着素子４を吸着側とし、第１吸脱着素子３を再生側として、空気の流れを図１とすべて逆方向にするのである。以下、図１のときと同様にして除湿運転を行う。
【００３３】
（第２実施形態）
図６はこの発明の第２実施形態の調湿システム２０の構成図であり、３１はケーシング、３２は上記ケーシング３１内を除湿通路３１Ａと再生通路３１Ｂに仕切る仕切板、３３は上記除湿通路３１Ａ,３１Ｂの両側に配置された吸脱着素子としての円板形状の吸着ロータ、３４は上記吸着ロータ３３の通路１Ｂ側に配置された加熱手段、３５は上記吸着ロータ３３の除湿通路３１Ａ側に設けられた冷却手段、３６は上記ケーシング１内の他方の側に配置された顕熱ロータ、３７は上記再生通路３１Ｂ内に吸着ロータ３３と顕熱ロータ３６との間に配置された加熱コイルである。上記吸着ロータ３３は、吸着材(シリカゲル,ゼオライトまたはアルミナ等)をハニカム状または多孔多粒状に成形して、無数の吸脱着通路(図示せず)を形成している。この吸着ロータ３３の無数の吸脱着通路を通過する空気から水分を吸着する一方、加熱された空気に水分を放出する。
【００３４】
また、上記ケーシング３１の顕熱ロータ３６側の端に再生通路３１Ｂの入口４３を設ける一方、ケーシング３１の吸着ロータ３３側の端に再生通路３１Ｂの出口４１を設けている。また、上記ケーシング３１の吸着ロータ３３側の端に除湿通路３１Ａの入口４２を設ける一方、ケーシング３１の顕熱ロータ３６側の端に除湿通路３１Ａの出口４４を設けている。
【００３５】
上記構成の調湿システム２０において、除湿通路３１に入口４２から流入した外気ＯＡは、吸着ロータ３３によって、水分が吸着されて除湿され、かつ、吸着熱により温度上昇して、矢印Ｘ２の方向に流れる。さらに、吸着ロータ３３で除湿された空気は、顕熱ロータ３６によって熱が奪われて、適切な温度になった除湿空気ＳＡが出口４４から室内に供給される。一方、室内からの空気ＲＡが再生通路３１Ｂに入口４３から流入して、顕熱ロータ３６で予熱され、さらに、加熱コイル３７によって加熱された後、矢印Ｙ２の方向に流れる。この加熱コイル３７により加熱された空気によって、吸着ロータ３３から水分を放出させて、吸着ロータ３３を再生し、水分を含んだ空気ＥＡを出口４１から外部に放出する。このようにして、除湿通路３１Ａを流れる空気から吸湿ロータ３３で水分を再生通路３１Ｂに移送して、除湿空気ＳＡを室内に供給する。
【００３６】
このとき、上記吸着ロータ３３の除湿通路３１Ａ側において、熱交換部としての冷却手段３５によって、除湿される空気の温度を冷却する一方、吸着ロータ３３の再生通路３１Ｂ側において、熱交換部としての加熱手段３４によって、加湿される空気の温度を加熱する。上記冷却手段３５は、吸着ロータ３３の除湿通路３１Ａ側に面する側方から冷却空気を内部に循環させる構成をしており、加熱手段３４は、吸着ロータ３３の再生通路３１Ｂ側に面する側方から加熱空気を内部に循環させる構成をしている。なお、冷却手段３５,加熱手段３４の構成はこれに限らず、吸着ロータを通過する空気と熱交換する熱交換部であればよい。
【００３７】
このようにして、この第２実施形態の調湿システムは、上記第１実施形態の調湿システムと同様に、除湿される空気を冷却することによって、吸着ロータ３３の吸着側の吸着能力を向上できると共に、吸着ロータ３３の再生側の吸着材を十分に再生することができる。
【００３８】
上記第１,第２実施形態では、除湿を行う調湿システムについて説明したが、加湿を行う調湿システムや除湿,加湿の両方を行う調湿システムにこの発明を適用してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の調湿システムは、通過する空気の水分を吸着する吸脱着部と、上記吸脱着部を通過する空気と熱交換を行う熱交換部とを有する吸脱着素子を複数備え、一方の吸脱着素子で水分の吸着を行い、他方の吸脱着素子で水分の脱着を行って、両方の吸脱着素子の吸着動作と脱着動作を交互に切り換える調湿システムであって、導入外気の一部により吸着動作中の吸脱着素子の冷却を行い、その吸着動作中の吸脱着素子を冷却した後の導入外気を用いて脱着動作中の吸脱着素子を加熱するものである。
【００４０】
したがって、請求項１の発明の調湿システムによれば、上記吸脱着部を通過する空気と例えば熱媒体との間で熱交換部により熱交換を行って、上記吸脱着部を通過する空気を冷却したり加熱したりすることによって、上記吸脱着部を通過する空気の温度を制御し、その空気の相対湿度を適切に制御して、吸脱着部の水分の吸着,放出を効率良く行うことができる。
【００４１】
【００４２】
【００４３】
また、請求項２の発明の吸脱着素子は、請求項１の調湿システムにおいて、上記熱交換部は、上記吸脱着部の空気が通過する吸脱着通路と上記吸脱着通路内の空気と熱交換される空気が通過する熱交換通路とが交互に積層された積層構造であるので、簡単な構造で吸脱着部を通過する空気と熱交換が可能な熱交換部を実現することができる。
【００４４】
【００４５】
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はこの発明の第１実施形態の調湿システムの構成図である。
【図２】  図２は上記調湿システムの吸着側の第１吸脱着素子の説明図である。
【図３】  図３は上記調湿システムの再生側の第２吸脱着素子の説明図である。
【図４】  図４は上記調湿システムの吸着,再生を切り換えた状態を説明する図である。
【図５】  図５は上記調湿システムの吸着,再生時の絶対湿度の変化を示す図である。
【図６】  図６はこの発明の第２実施形態の調湿システムの構成図である。
【符号の説明】
１,３１…ケーシング、
２,３２…仕切板、
３…第１吸脱着素子、
４…第２吸脱着素子、
５,３７…加熱コイル、
６…顕熱交換器、
１０,２０…調湿システム、
２０…平板、
２１,２２…案内板、
２１a,２１b…吸脱着通路、
２２a,２２b…熱交換通路、
３３…吸着ロータ、
３６…顕熱ロータ。
【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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