(57)【要約】【課題】年間を通してエネルギー負荷を軽減できる空調システムを提供する。【解決手段】ハイブリット太陽光集熱器２は、フィン付き配管４を通る水を太陽エネルギーで温めると共に、空気流路５を通る空気を、太陽エネルギーとフィン付き配管４からの放熱の双方で温めて、暖気と温水を生成する。間接気化空調器３は、空気中の水分を吸着して除湿を行う除湿ローラ８と、除湿ローラ８を再生する再生空気を加熱するヒータ９を備えた除湿ユニット６と、水の気化熱を利用して空気を冷却する間接気化エレメント１０を備える。そして、除湿ローラ８を再生する再生空気に、ハイブリット太陽光集熱器２で生成した暖気を利用し、再生空気を加熱する熱源に、ハイブリット太陽光集熱器２で生成した温水を利用することで、エネルギー負荷の軽減を図る。【選択図】        図１
2006145092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が通るフィン付き配管を、太陽光が入射する入射部に対向して配置すると共に、前記フィン付き配管の周囲に空気が通る空気流路が形成されたハイブリット太陽光集熱手段と、
空気中の水分を吸着して除湿を行う除湿手段と、
前記除湿手段で除湿された空気を、水の気化熱を利用して冷却する間接気化空調手段とを備え、
前記ハイブリット太陽光集熱手段では、前記入射部から入射した太陽光により前記フィン付き配管を通る液体が温められると共に、前記空気流路を通る空気が温められ、かつ、温液体が通る前記フィン付き配管の放熱で前記空気流路を通る空気が更に温められて、温液体と暖気が生成され、
前記ハイブリット太陽光集熱手段で生成した暖気及び温液体が、水分を吸着した前記除湿手段を再生する熱源に利用される
ことを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記除湿手段は、
隔壁で仕切られた除湿流路及び再生流路と、
前記除湿流路と再生流路に跨って回転駆動される除湿ロータと、
前記再生流路を通る再生空気を加熱するヒータを備え、
前記ハイブリット太陽光集熱手段で生成された暖気が、前記再生流路を通る再生空気として利用され、
前記ハイブリット太陽光集熱手段で生成された温液体が、前記ヒータの熱源として利用される
ことを特徴とする請求項１記載の空調システム。
【請求項３】
前記間接気化空調手段は、
ワーキングエアが供給されるワーキングエア流路とプロダクトエアが供給されるプロダクトエア流路を有し、水の気化熱でワーキングエアが冷却され、隔壁で仕切られた前記ワーキングエア流路と前記プロダクトエア流路の間で、ワーキングエアとプロダクトエアとの顕熱交換が行われる間接気化エレメントと、
前記間接気化エレメントに給排水を行う給排水装置を備え、
前記除湿手段で除湿された空気が、ワーキングエア及びプロダクトエアとして利用される
ことを特徴とする請求項１または２記載の空調システム。
【請求項４】
前記間接気化エレメントを通過したプロダクトエアを、室内に空気を給気する給気口へ送るか、屋外に空気を排気する排気口に送るかを切り換えると共に、
前記間接気化エレメントを通過したワーキングエア及び前記除湿手段を通過した再生空気を、前記給気口へ送るか前記排気口に送るか切り換える流路切換手段を備え、
冷房運転時は、前記プロダクトエアが室内に供給され、
暖房運転時は、前記ワーキングエア及び再生空気が室内に供給される
ことを特徴とする請求項３記載の空調システム。
【請求項５】
前記ハイブリット太陽光集熱手段は、
前記フィン付き配管と交差する方向に空気が流れるように前記空気流路を形成する仕切り部を備え、
前記仕切り部を挟んで空気の流れが折り返されるようにして、前記空気流路を延伸させた
ことを特徴とする請求項１，２，３または４記載の空調システム。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の空調システムを備えた
ことを特徴とする建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギーを利用して暖気と温液体を生成するハイブリット太陽光集熱手段と、水の気化熱を利用して空気を冷却する間接気化空調手段を備えた空調システム及びこの空調システムを備えた建物に関する。詳しくは、空気中の水分を吸着して除湿し、間接気化空調手段に除湿した空気を供給する除湿手段を再生する熱源に、ハイブリット太陽光集熱手段で生成された暖気及び温液体を利用することで、エネルギー負荷を軽減させるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の空調器で、暖房装置は、石油燃料を燃焼させて得られるエネルギーや、電気ヒータにより得られるエネルギーを用いて空気を暖気に変える等して熱エネルギーを取得する方法が一般的に用いられている。しかし、地球温暖化防止等の観点より、石油燃料等の代替となるエネルギー資源に対する要望が高まっている。
【０００３】
このため、太陽エネルギーを利用した集熱器が提案されている。そして、太陽エネルギーを利用した集熱器において、集熱効率を高めるため、配管を通した水を太陽エネルギーで温めると共に、配管の周囲の空気を配管からの放熱と太陽エネルギーの双方で温めて、暖気と温水を得られるようにしたハイブリット太陽光集熱器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２１５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来は太陽光集熱器を利用した暖房システムは提案されているが、太陽光集熱器を利用した夏季の冷房システムは確立していない。このため、太陽光集熱器を利用した暖房システムを備えることで、冬季のエネルギー負荷は軽減させることができるが、冷房を行う場合は、従前からの冷房システムも必要であるので、夏季のエネルギー負荷が大きいという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、年間を通してエネルギー負荷を軽減できる空調システム及び建物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、請求項１の発明は、液体が通るフィン付き配管を、太陽光が入射する入射部に対向して配置すると共に、フィン付き配管の周囲に空気が通る空気流路が形成されたハイブリット太陽光集熱手段と、空気中の水分を吸着して除湿を行う除湿手段と、除湿手段で除湿された空気を、水の気化熱を利用して冷却する間接気化空調手段とを備え、ハイブリット太陽光集熱手段では、入射部から入射した太陽光によりフィン付き配管を通る液体が温められると共に、空気流路を通る空気が温められ、かつ、温液体が通るフィン付き配管の放熱で空気流路を通る空気が更に温められて、温液体と暖気が生成され、ハイブリット太陽光集熱手段で生成した暖気及び温液体が、水分を吸着した除湿手段を再生する熱源に利用されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載した発明において、除湿手段は、隔壁で仕切られた除湿流路及び再生流路と、除湿流路と再生流路に跨って回転駆動される除湿ロータと、再生流路を通る再生空気を加熱するヒータを備え、ハイブリット太陽光集熱手段で生成された暖気が、再生流路を通る再生空気として利用され、ハイブリット太陽光集熱手段で生成された温液体が、ヒータの熱源として利用されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載した発明において、間接気化空調手段は、ワーキングエアが供給されるワーキングエア流路とプロダクトエアが供給されるプロダクトエア流路を有し、水の気化熱でワーキングエアが冷却され、隔壁で仕切られたワーキングエア流路とプロダクトエア流路の間で、ワーキングエアとプロダクトエアとの顕熱交換が行われる間接気化エレメントと、間接気化エレメントに給排水を行う給排水装置を備え、除湿手段で除湿された空気が、ワーキングエア及びプロダクトエアとして利用されることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３に記載した発明において、間接気化エレメントを通過したプロダクトエアを、室内に空気を給気する給気口へ送るか、屋外に空気を排気する排気口に送るかを切り換えると共に、間接気化エレメントを通過したワーキングエア及び除湿手段を通過した再生空気を、給気口へ送るか排気口に送るか切り換える流路切換手段を備え、冷房運転時は、プロダクトエアが室内に供給され、暖房運転時は、ワーキングエア及び再生空気が室内に供給されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１，２，３または４に記載した発明において、ハイブリット太陽光集熱手段は、フィン付き配管と交差する方向に空気が流れるように空気流路を形成する仕切り部を備え、仕切り部を挟んで空気の流れが折り返されるようにして、空気流路を延伸させたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の空調システムを備えたことを特徴とする建物である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の空調システムによれば、空気中の水分を吸着して除湿し、間接気化空調手段に除湿した空気を供給する除湿手段を再生する熱源に、ハイブリット太陽光集熱手段で生成された暖気及び温液体を利用することで、太陽エネルギーを利用して冷房を行うことができる。
【００１４】
また、ハイブリット太陽光集熱手段で生成された暖気等を利用することで、太陽エネルギーを利用して暖房を行うことができる。
【００１５】
このように、太陽エネルギーを利用して生成した暖気と温液体を利用して冷房及び暖房を行うことができるので、電気エネルギー等の消費が抑えられ、年間を通してエネルギー負荷を軽減させることができる。
【００１６】
そして、このような空調システムを備えた建物では、空調に関するエネルギー負荷を、年間を通して軽減させることができ、環境に与える負荷を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の空調システムの実施の形態について説明する。
【００１８】
＜空調システムの概要＞
図１は本実施の形態の空調システムの一例を示す構成図である。本実施の形態の空調システム１は、ハイブリット太陽光集熱器２と間接気化空調器３を備える。
【００１９】
ハイブリット太陽光集熱器２はハイブリット太陽光集熱手段の一例で、外周に多数のフィン４ａを有し、内部に液体としての水が流れるフィン付き配管４と、フィン付き配管４の周囲に空気を流す空気流路５を備える。ハイブリット太陽光集熱器２は、太陽エネルギーをフィン付き配管４で集熱させて、フィン付き配管４を流れる水の温度を上昇させることによって温水を得ると共に、空気流路５を流れる空気をフィン４ａの放熱により温度上昇させることによって暖気を得る。
【００２０】
間接気化空調器３は、除湿ユニット６と間接気化ユニット７を備える。除湿ユニット６は除湿手段の一例で、水分を吸着して外気を除湿する除湿ロータ８と、水分を吸着した除湿ロータ８を再生させる再生空気を加熱するヒータ９を備え、除湿した外気を間接気化ユニット７に供給する。
【００２１】
間接気化ユニット７は間接気化空調手段一例で、水の気化熱で処理空気の温度を下げ、処理空気と冷却空気との間で顕熱（温度）交換を行って冷却空気の温度を下げる間接気化エレメント１０を備える。間接気化エレメント１０では、除湿ユニット６で除湿された外気を処理空気及び冷却空気として利用する。ここで、処理空気はワーキングエアＷＡとも称され、冷却空気はプロダクトエアＰＡとも称される。
【００２２】
そして、間接気化空調器３の除湿ユニット６に供給される再生空気に、ハイブリット太陽光集熱器２で温められた暖気を利用すると共に、再生空気を加熱するヒータ９の熱源に、ハイブリット太陽光集熱器２で温められた温水を利用することで、エネルギー負荷を軽減させる。
【００２３】
＜ハイブリット太陽光集熱器の構成例＞
図２はハイブリット太陽光集熱器２の要部側断面図で、次に、図１及び図２を参照してハイブリット太陽光集熱器２の構成について説明する。
【００２４】
ハイブリット太陽光集熱器２は、上述したフィン付き配管４が収容されるケース本体部１１を備える。ケース本体部１１は、直方体形状を有しており、天井面に太陽光Ｓが入射する入射部１２を備える。
【００２５】
入射部１２は、ケース本体部１１の天井面を開口して形成され、透明な上面板１２ａで封止されて、入射部１２からはケース本体部１１内に外気が入り込まない構成となっている。
【００２６】
フィン付き配管４は、入射部１２に対向してケース本体部１１の底面に配置され、入射部１２から入射した太陽光Ｓに照射される。
【００２７】
フィン付き配管４は、直線部４ｂと曲線部４ｃを備える。フィン付き配管４は、複数本の直線部４ｂが、ケース本体部１１の上端辺及び下端辺に対して略平行となるように例えば等間隔で配置される。そして、各直線部４ｂが連通するように、ケース本体部１１の両端部において各直線部４ｂの端部同士がＵ字型の曲線部４ｃで連結される。
【００２８】
これにより、フィン付き配管４は、左右端部でＵターンを繰り返すようにして、ケース本体部１１の上端から下端へと連通して、ケース本体部１１の底面一面を覆うように配置される。
【００２９】
フィン付き配管４は、一端側及び他端側がケース本体部１１の外部へ連通し、一端側に第１の接続部１３ａが形成され、他端側に第２の接続部１３ｂが形成される。第１の接続部１３ａ及び第２の接続部１３ｂには外部配管１４が接続され、第１の接続部１３ａに接続された外部配管１４あるいは、第２の接続部１３ｂに接続された外部配管１４に循環ポンプ１５が接続される。
【００３０】
フィン付き配管４に備えられるフィン４ａは、フィン付き配管４の直線部４ｂに取り付けられる。フィン４ａは、例えば円盤形状の薄板が、互いが接触しないように所定の間隔を開けて配置され、フィン付き配管４に対する伝熱面積を拡大している。
【００３１】
ケース本体部１１は、下端面１１ａに２個の外気導入用開口１６が形成されると共に、２個の外気導入用開口１６の間に１個の暖気取り出し用開口１７が形成される。そして、ケース本体部１１は、内部に仕切り部１８を備えて、各外気導入用開口１６から暖気取り出し用開口１７へ連通した空気流路５が形成される。
【００３２】
仕切り部１８は、フィン付き配管４の直線部４ｂに交差する向きで延在し、ケース本体部１１の底面と上面板１２ａとの間を仕切る。仕切り部１８の下端はケース本体部１１の下端面１１ａと固着しており、隣接する外気導入用開口１６と暖気取り出し用開口１７が区切られている。
【００３３】
これに対して、仕切り部１８の上端は、ケース本体部１１の上端面１１ｂとの間に所定の空間が形成され、仕切り部１８の上端とケース本体部１１の上端面１１ｂとの間を空気が通過できる構成となっている。
【００３４】
ここで、仕切り部１８で区切られて、暖気取り出し用開口１７に連通する空気流５は、外気導入用開口１６に連通する空気流路５の２倍程度の幅を持つように構成されている。
【００３５】
＜間接気化空調器の構成例＞
次に、図１を参照して間接気化空調器３の構成について説明する。間接気化空調器３は、外気ＯＡ（Outside Air）を吸い込む外気吸込口２０と、再生空気を吸い込む再生空気吸込口２１と、再生空気を排出する再生空気吹出口２２と、ワーキングエアＷＡを排出する処理空気吹出口２３と、プロダクトエアＰＡを排出する冷却空気吹出口２４を備える。
【００３６】
上述した除湿ユニット６は、外気吸込口２０と、再生空気吸込口２１と、再生空気吹出口２２に接続され、間接気化ユニット７は、処理空気吹出口２３と、冷却空気吹出口２４に接続される。
【００３７】
また、再生空気吹出口２２及び処理空気吹出口２３と、冷却空気吹出口２４は、給気ＳＡ（Supply Air）を吹き出す給気口２５と、排気ＥＡ（Exhaust Air）を吹き出す排気口２６とそれぞれダクト２７を介して接続される。
【００３８】
更に、流路切換手段として、再生空気吹出口２２及び処理空気吹出口２３を給気口２５と連通させるか、排気口２６と連通させるかを切り換える流路切換ダンパ２７ａを備えると共に、冷却空気吹出口２４を給気口２５と連通させるか、排気口２６と連通させるかを切り換える流路切換ダンパ２７ｂを備える。
【００３９】
外気吸込口２０は、外気給気ファン２８と接続される。外気給気ファン２８は図示しない吸気グリル等に接続されて、外気を吸気する。
【００４０】
再生空気吸込口２１は再生空気給気ファン２９と接続される。再生空気給気ファン２９は、吸込側がハイブリット太陽光集熱器２の暖気取り出し用開口１７とダクト３０ａを介して接続され、吹出側が間接気化空調器３の再生空気吸込口２１とダクト３０ｂを介して接続される。これにより、再生空気給気ファン２９は、ハイブリット太陽光集熱器２で生成された暖気を間接気化空調器３に送り込む。
【００４１】
＜除湿ユニットの構成＞
除湿ユニット６は、隔壁３１で仕切られた除湿流路３１ａ及び再生流路３１ｂを備える。除湿流路３１ａは、吸込側が外気吸込口２０と連通し、吹出側が間接気化ユニット７と連通する。また、再生流路３１ｂは、吸込側が再生空気吸込口２１と連通し、吹出側が再生空気吹出口２２と連通する。
【００４２】
上述した除湿ロータ８は、除湿流路３１ａと再生流路３１ｂに跨って配置され、図示しない回転駆動装置に駆動されて回転する。また、ヒータ９は、再生流路３１ｂにおいて、吸込側となる除湿ロータ８の手前側に配置される。
【００４３】
除湿ロータ８は、シリカゲル等の吸着材を有するハニカム構造の部材が円板状に構成され、軸方向に連通した流路が形成されるように、除湿流路３１ａ及び再生流路３１ｂに跨って配置されて、除湿流路３１ａを通る空気（外気）及び再生流路３１ｂを通る空気（再生空気）はそれぞれ除湿ロータ８を通る。
【００４４】
なお、除湿ロータ８の前後で除湿流路３１ａと再生流路３１ｂは隔壁３１で仕切られており、除湿流路３１ａを通る外気と再生流路３１ｂを通る再生空気が混合されることはない。
【００４５】
ヒータ９は、ハイブリット太陽光集熱器２と接続された外部配管１４と接続され、ハイブリット太陽光集熱器２から供給された温水が通り加熱される。また、ヒータ９を通過した温水は、外部配管１４を通り、ハイブリット太陽光集熱器２に戻る。これにより、ハイブリット太陽光集熱器２のフィン付き配管４と、間接気化空調器３のヒータ９の間で温水が循環する構成である。
【００４６】
＜間接気化ユニットの構成＞
間接気化ユニット７は、上述した間接気化エレメント１０と、給排水装置３２等を備える。間接気化エレメント１０は、水の気化熱で冷却されるワーキングエアＷＡが通るワーキングエア流路１０ａと、ワーキングエアＷＡとの間で顕熱（温度）交換が行われるプロダクトエアＰＡが通るプロダクトエア流路１０ｂを備える。
【００４７】
間接気化エレメント１０のワーキングエア流路１０ａは、吸込側が除湿ユニット６の除湿流路３１ａと連通し、吹出側が処理空気吹出口２３と連通する。間接気化エレメント１０のプロダクトエア流路１０ｂは、吸込側が除湿ユニット６の除湿流路３１ａと連通し、吹出側が冷却空気吹出口２４と連通する。
【００４８】
給排水装置３２は、例えば電磁弁で構成される給水バルブ３２ａを備えて、間接気化エレメント１０に対する給水を行う。本例では、給水バルブ３２ａから供給された水を、間接気化エレメント１０の給水受となっているドレンパン３２ｂへ給水パイプ３２ｃを介して給水するようになっており、ドレンパン３２ｂに貯めた水に、間接気化エレメント１０の下部が浸される。これにより、間接気化エレメント１０の後述する湿潤層３５ｂの下部から上部へと給水された水が浸透する。
【００４９】
なお、ドレンパン３２ｂに給水せずに、間接気化エレメント１０の上側や側方から水を散水または滴下する構成であっても良い。
【００５０】
また、給排水装置３２は、間接気化エレメント１０で気化した水蒸気を結露させて水を回収し、間接気化エレメント１０の上側から滴下または散水する凝縮器３２ｄを備える。
【００５１】
なお、給排水装置３２は、例えば電磁弁で構成される図示しない排水バルブを備えて、ドレンパン３２ｂの水を排水できるようにしても良い。
【００５２】
＜間接気化エレメントの構成＞
図３は間接気化エレメント１０の概要を示す説明図で、図３（ａ）は間接気化エレメント１０の全体構成、図３（ｂ）は間接気化エレメント１０の要部構成、図３（ｃ）は冷却原理を示す。
【００５３】
間接気化エレメント１０は、図３（ｂ）に示すように、仕切り３３ａで仕切られた複数の第１の流路３３ｂを有するドライセル３３と、仕切り３４ａで仕切られた複数の第２の流路３４ｂを有するウェットセル３４と、ドライセル３３とウェットセル３４を仕切る隔壁３５とを備える。
【００５４】
ドライセル３３とウェットセル３４は、第１の流路３３ｂと第２の流路３４ｂが直交する向きで、隔壁３５を挟んで積層される。
【００５５】
隔壁３５は、図３（ｃ）に示すように、ポリエチレンフィルム等で形成された防湿フィルム３５ａと、パルプ等で形成された湿潤層３５ｂを備え、防湿フィルム３５ａがドライセル３３に面し、湿潤層３５ｂがウェットセル３４に面する。
【００５６】
また、隔壁３５は、図３（ｂ）に示すように、一部の第１の流路３３ｂと第２の流路３４ｂを連通させる通気孔３５ｃが形成される。更に、図３（ａ）に示すように、通気孔３５ｃが形成された第１の流路３３ｂの出口には閉塞部３６が形成され、空気が通り抜けないように構成される。
【００５７】
これにより、間接気化エレメント１０において、ワーキングエア流路１０ａは、通気孔３５ｃが形成された第１の流路３３ｂの吸込口から、第１の流路３３ｂ、通気孔３５ｃ及び第２の流路３４ｂを通り、第２の流路３４ｂの吹出口へ連通する。また、プロダクトエア流路１０ｂは、通気孔３５ｃが形成されていない第１の流路３３ｂの吸込口から、第１の流路３３ｂを通りこの第１の流路３３ｂの吹出口へ連通する。
【００５８】
図３（ｃ）を参照に間接気化エレメント１０による冷却原理の概要を説明する。ここで、ワーキングエアＷＡとプロダクトエアＰＡは直交する向きに流れるが、図３（ｃ）ではワーキングエアＷＡとプロダクトエアＰＡの流れる向きを平行に図示している。
【００５９】
ワーキングエア流路１０ａに面した湿潤層３５ｂは、図１に示す給排水装置３２によって水が供給される。これにより、ワーキングエア流路１０ａを通るワーキングエアＷＡと湿潤層３５ｂの温度差によって水分が気化し、ワーキングエアＷＡが冷却される。
【００６０】
ワーキングエアＷＡが冷却されると、ワーキングエア流路１０ａと隔壁３５で仕切られたプロダクトエア流路１０ｂを通るプロダクトエアＰＡは、隔壁３５を通して冷熱を受けて冷却される。
【００６１】
ここで、隔壁３５を構成する防湿フィルム３５ａは水分を通さないことから、プロダクトエアＰＡはプロダクトエア流路１０ｂを通過しても絶対湿度が変化しない。なお、ワーキングエアＷＡは、ワーキングエア流路１０ａを通過すると高湿度になる。
【００６２】
一例として、プロダクトエアＰＡ及びワーキングエアＷＡの入力温度が３０℃、絶対湿度が１０ｇ／ｋｇ（ＤＡ：ドライエア）、相対湿度が約４０％ＲＨとした場合、プロダクトエアＰＡの出口温度は２０℃と下がる。なお相対湿度は温度が下がるため約７０％ＲＨと上がるが、絶対湿度は１０ｇ／ｋｇ（ＤＡ）であり、変化しない。
【００６３】
また、ワーキングエアＷＡの出口温度は２３℃と下がる。但し、絶対湿度は１６ｇ／ｋｇ（ＤＡ）と上がる。
【００６４】
＜空調システムの設置例＞
図４は本実施の形態の空調システム１の設置例を示す構成図で、次に、空調システム１が設置された建物の構成について説明する。建物５１は、例えば一戸建て住宅で、空調システム１は屋外等に設置される。空調システム１のハイブリット太陽光集熱器２は、図２に示す入射部１２が、太陽光Ｓがなるべく常時入射するような向き、例えば南向きに設置される。
【００６５】
なお、空調システム１において、ハイブリット太陽光集熱器２と間接気化空調器３は一体に構成しても、別体に構成しても良いが、ハイブリット太陽光集熱器２の向きの調整等を考慮して、別体に構成すると良い。
【００６６】
間接気化空調器３は、図１に示す給気口２５が、建物５１の壁面や天井面等に取り付けられた給気グリル５２とダクト５３を介して接続される。なお、排気口２６は、間接気化空調器３の図示しない筐体に備えられた排気グリルと接続され、屋外に排気する構成とする。
【００６７】
また、ハイブリット太陽光集熱器２の外気導入用開口１６は、図１に示すケース本体部１１に備えられ、フィルタ等を有する図示しない吸気グリルと接続される。更に、間接気化空調器３の外気吸込口２０と接続された外気給気ファン２８の吸込口は、図示しない筐体に備えられ、フィルタ等を有する吸気グリルと接続されて、外気を取り込める構成とする。
【００６８】
＜空調システムの冷房動作例＞
図５は本実施の形態の空調システム１における冷房時の空気の流れを示す構成図で、次に、空調システム１の冷房時の動作について説明する。
【００６９】
まず、冷房運転を行う場合は、間接気化空調器３において、流路切換ダンパ２７ａを駆動して、再生空気吹出口２２及び処理空気吹出口２３を排気口２６と連通させると共に、流路切換ダンパ２７ｂを駆動して、冷却空気吹出口２４を給気口２５と連通させる。
【００７０】
図６，図７はハイブリット太陽光集熱器２の動作例を示す構成図である。ハイブリット太陽光集熱器２では、再生空気給気ファン２９が駆動されることで、外気導入用開口１６から吸い込まれた外気が空気流路５を通り、暖気取り出し用開口１７へ向かう空気の流れが生成される。
【００７１】
また、循環ポンプ１５が駆動されることで、フィン付き配管４を通る水が循環する。ここで、フィン付き配管４において、第１の接続部１３ｂ側から給水され、第２の接続部１３ａ側から排水されるように循環ポンプ１５を駆動すると、図６に示すように、フィン付き配管４における水の流れは矢印Ａ１で示す方向となる。暖気取り出し用開口１７に連通する空気流路５における空気の流れは矢印Ｂで示す方向で、フィン付き配管４における水の流れは空気の流れと対向する。このような水の流れを向流と称す。
【００７２】
これに対して、フィン付き配管４において、第２の接続部１３ａ側から給水され、第１の接続部１３ｂ側から排水されるように循環ポンプ１５を駆動すると、図７に示すように、フィン付き配管４における水の流れは矢印Ａ２で示す方向となる。暖気取り出し用開口１７に連通する空気流路５における空気の流れは矢印Ｂで示す方向で、フィン付き配管４における水の流れは空気の流れと同方向となる。このような水の流れを並流と称す。
【００７３】
さて、図２に示すように、ハイブリット太陽光集熱器２に太陽光Ｓが入射すると、太陽光Ｓはフィン付き配管４を照射する。これにより、フィン付き配管４を流れる水が温められる。また、空気流路５を流れる空気も温められる。
【００７４】
更に、フィン付き配管４を流れる水が温められると、フィン付き配管４は放熱する。ここで、フィン付き配管４はフィン４ａが取り付けられているので伝熱面積が広い。これにより、空気流路５を流れる空気に効率良く熱を伝えることができ、空気流路５を流れる空気は更に温められる。
【００７５】
これにより、ハイブリット太陽光集熱器２では、太陽エネルギーを利用して、温水と暖気の両方が生成される。
【００７６】
ここで、ハイブリット太陽光集熱器２では、太陽エネルギーでフィン付き配管４を流れる水と空気流路５を流れる空気が温められ、更に、フィン付き配管４の放熱で、空気流路５を流れる空気がさらに温められるので、集熱効率が高い。
【００７７】
特に、本例のハイブリット太陽光集熱器２は、仕切り部１８を設けることで、空気流路５を長くすることができ、空気流路５が長くなると、空気流路５を通る空気が太陽光Ｓに照射される時間及びフィン付き配管４に接する時間が長くなり、受ける熱量が多くなって集熱効率が向上する。
【００７８】
すなわち、仕切り部１８を設けない構成では、外気導入用開口１６を、ケース本体部１１において暖気取り出し用開口１７と対向する辺部に設ける必要がある。これに対して、仕切り部１８を設けることで、外気導入用開口１６と暖気取り出し用開口１７をケース本体部１１の同じ側に設けることができ、同じケース本体部１１の長さで、２倍程度の長さの空気流路５を確保することができる。
【００７９】
また、水の流れを図６に示すように向流型とした場合と図７に示すように並流型とした場合では、並流型とした方が水と空気を総合した集熱効率が高い。
【００８０】
なお、水と空気を総合した集熱効率は、向流型で８０〜９０パーセント程度、並流型で９５パーセント程度であり、非常に高い水と空気の総合集熱効率が得られている。
【００８１】
間接気化空調器３では、外気給気ファン２８が駆動されると、外気吸込口２０から冷却空気吹出口２４及び処理空気吹出口２３へ向かう空気の流れが生成される。
【００８２】
間接気化空調器３において、外気吸込口２０は除湿ユニット６の除湿流路３１ａと連通しているので、外気給気ファン２８が駆動されることで、除湿流路３１ａには外気ＯＡが流れる。
【００８３】
また、除湿ユニット６の再生流路３１ｂは、再生空気吸込口２１と連通している。そして、再生空気吸込口２１は、再生空気給気ファン２９を介してハイブリット太陽光集熱器２の暖気取り出し用開口１７と連通している。これにより、再生空気給気ファン２９が駆動されることで、再生流路３１ｂには、再生空気としてハイブリット太陽光集熱器２で温められた暖気が流れる。
【００８４】
除湿ユニット６において、除湿流路３１ａを通る外気は、水分が除湿ロータ８に吸着され、除湿される。除湿ロータ８は、回転駆動されることで、水分を吸着した部分が再生流路３１ｂ側に移動する。
【００８５】
再生流路３１ｂに備えたヒータ９は、ハイブリット太陽光集熱器２で温められた温水が、外部配管１４を介して循環ポンプ１５によって供給される。これにより、再生流路３１ｂを通る再生空気は、ヒータ９で更に加熱されて除湿ロータ８を通る。除湿ロータ８は、加熱された再生空気が通ることで水分が蒸発し、再度水分を吸着できる状態に再生する。そして、除湿ロータ８を通った再生空気は、再生空気吹出口２２から排出される。
【００８６】
そして、除湿ロータ８は、再生された部分が再び除湿流路３１ａ側に移動する。よって、除湿ユニット６では、除湿ロータ８が回転駆動されることで、除湿ロータ８で水分の吸着と再生を繰り返しながら、除湿流路３１ａを通る外気が除湿されて、間接気化ユニット７に供給される。
【００８７】
なお、ハイブリット太陽光集熱器２からヒータ９に供給された温水は、ヒータ９から外部配管１４を通ってハイブリット太陽光集熱器２に戻り、フィン付き配管４を通ることで再び加温されて、ヒータ９に供給される。
【００８８】
間接気化空調器３では、上述したように、外気給気ファン２８が駆動されることで、外気吸込口２０から冷却空気吹出口２４及び処理空気吹出口２へ向かう空気の流れが生成される。
【００８９】
これにより、除湿ユニット６の除湿流路３１ａを通った除湿された外気の一部は、ワーキングエアＷＡとして間接気化エレメント１０のワーキングエア流路１０ａを通る。また、除湿流路３１ａを通った除湿された外気の一部は、プロダクトエアＰＡとして間接気化エレメント１０のプロダクトエア流路１０ｂを通る。
【００９０】
図３で説明したように、間接気化エレメント１０では、ワーキングエア流路１０ａを通るワーキングエアＷＡが水の気化熱で冷却され、ワーキングエアＷＡが冷却されると、プロダクトエア流路１０ｂを通るプロダクトエアＰＡがワーキングエアＷＡの冷熱を受けて冷却される。
【００９１】
そして、ワーキングエア流路１０ａとプロダクトエア流路１０ｂの間では湿度の移動は起こらないので、間接気化エレメント１０のプロダクトエア流路１０ｂを通った外気は、湿度（絶対湿度）は変化せずに温度は下がる。
【００９２】
間接気化エレメント１０のワーキングエア流路１０ａを通ったワーキングエアＷＡは、処理空気吹出口２３から排出され、プロダクトエア流路１０ｂを通ったプロダクトエアＰＡは、冷却空気吹出口２４から排出される。
【００９３】
冷房運転時は、冷却空気吹出口２４が給気口２５と連通しているので、間接気化エレメント１０のプロダクトエア流路１０ｂを通過した低湿低温の外気が、給気口２５から給気ＳＡとして吹き出される。これにより、室内の温度を下げることができる。
【００９４】
また、再生空気吹出口２２及び処理空気吹出口２３が排気口２６と連通しているので、除湿ユニット６の再生流路３１ｂを通過した高湿高温の再生空気及び間接気化エレメント１０のワーキングエア流路１０ａを通過した中湿中温の外気が、排気口２６から排気ＥＡとして屋外へ排出される。
【００９５】
このように、間接気化空調器３は、間接気化ユニット７の間接気化エレメント１０により、水の気化熱を利用して外気ＯＡの温度を下げて室内に供給することで、電気エネルギーの消費を抑えた冷房器として使用できる。
【００９６】
ここで、間接気化エレメント１０では、ワーキングエアＷＡ及びプロダクトエアＰＡの入口湿度が低い程、プロダクトエアＰＡの出口温度が低下する。
【００９７】
そこで、間接気化ユニット７の前段に除湿ユニット６を備えて、外気を除湿して間接気化ユニット７に供給することで、プロダクトエアＰＡの出口温度を低下させることができる。
【００９８】
但し、除湿ユニット６において除湿ロータ８を再生する熱源に電気ヒータを利用すると、電気ヒータの消費電力が１０００ワット程度であるので、電気エネルギーの消費が多くなる。
【００９９】
そこで、間接気化空調器３において、除湿ユニット６の除湿ロータ８を再生する熱源として、ハイブリット太陽光集熱器２で温められた温水により加熱されるヒータ９を利用すると共に、ヒータ９により加熱される再生空気も、ハイブリット太陽光集熱器２で温められた暖気を利用することで、電気エネルギーの消費を抑えて、エネルギー負荷を軽減させることができる。
【０１００】
特に、冷房は夏季の太陽が出ている暑い状態で使用することが多いので、ハイブリット太陽光集熱器２で生成される温水及び暖気は温度が高く、除湿ロータ８の再生に適した温度の再生空気を、太陽エネルギーを利用して効率的に生成できることになり、ハイブリット太陽光集熱器２を利用する効果は大きい。
【０１０１】
＜空調システムの暖房動作例＞
図８は本実施の形態の空調システム１における暖房時の空気の流れを示す構成図で、次に、空調システム１の暖房時の動作について説明する。
【０１０２】
まず、暖房運転を行う場合は、間接気化空調器３において、流路切換ダンパ２７ａを駆動して、再生空気吹出口２２及び処理空気吹出口２３を給気口２５と連通させると共に、流路切換ダンパ２７ｂを駆動して、冷却空気吹出口２４を排気口２６と連通させる。
【０１０３】
ハイブリット太陽光集熱器２では、再生空気給気ファン２９が駆動されることで、外気導入用開口１６から吸い込まれた外気が空気流路５を通り、暖気取り出し用開口１７へ向かう空気の流れが生成される。また、循環ポンプ１５が駆動されることで、フィン付き配管４を通る水が循環する。
【０１０４】
図２に示すように、ハイブリット太陽光集熱器２に太陽光Ｓが入射すると、太陽光Ｓはフィン付き配管４を照射する。これにより、フィン付き配管４を流れる水が温められる。また、空気流路５を流れる空気も温められる。
【０１０５】
更に、フィン付き配管４を流れる水が温められると、フィン付き配管４は放熱する。ここで、フィン付き配管４はフィン４ａが取り付けられているので伝熱面積が広い。これにより、空気流路５を流れる空気に効率良く熱を伝えることができ、空気流路５を流れる空気は更に温められる。
【０１０６】
これにより、ハイブリット太陽光集熱器２では、太陽エネルギーを利用して、温水と暖気の両方が生成される。
【０１０７】
間接気化空調器３では、外気給気ファン２８が駆動されると、外気吸込口２０から冷却空気吹出口２４及び処理空気吹出口２３へ向かう空気の流れが生成される。
【０１０８】
間接気化空調器３において、外気吸込口２０は除湿ユニット６の除湿流路３１ａと連通しているので、外気給気ファン２８が駆動されることで、除湿流路３１ａには外気ＯＡが流れる。
【０１０９】
また、除湿ユニット６の再生流路３１ｂは、再生空気吸込口２１と連通している。そして、再生空気吸込口２１は、再生空気給気ファン２９を介してハイブリット太陽光集熱器２の暖気取り出し用開口１７と連通している。これにより、再生空気給気ファン２９が駆動されることで、再生流路３１ｂには、再生空気としてハイブリット太陽光集熱器２で温められた暖気が流れる。
【０１１０】
除湿ユニット６において、除湿流路３１ａを通る外気は、水分が除湿ロータ８に吸着され、除湿される。除湿ロータ８は、回転駆動されることで、水分を吸着した部分が再生流路３１ｂ側に移動する。
【０１１１】
再生流路３１ｂに備えたヒータ９は、ハイブリット太陽光集熱器２で温められた温水が、外部配管１４を介して循環ポンプ１５によって供給される。これにより、再生流路３１ｂを通る再生空気は、ヒータ９で更に加熱されて除湿ロータ８を通る。除湿ロータ８は、加熱された再生空気が通ることで水分が蒸発し、再度水分を吸着できる状態に再生する。そして、除湿ロータ８を通った再生空気は、再生空気吹出口２２から排出される。
【０１１２】
そして、除湿ロータ８は、再生された部分が再び除湿流路３１ａ側に移動する。よって、除湿ユニット６では、除湿ロータ８が回転駆動されることで、除湿ロータ８で水分の吸着と再生を繰り返しながら、除湿流路３１ａを通る外気が除湿されて、間接気化ユニット７に供給される。
【０１１３】
なお、ハイブリット太陽光集熱器２からヒータ９に供給された温水は、ヒータ９から外部配管１４を通ってハイブリット太陽光集熱器２に戻り、フィン付き配管４を通ることで再び加温されて、ヒータ９に供給される。
【０１１４】
間接気化空調器３では、上述したように、外気給気ファン２８が駆動されることで、外気吸込口２０から冷却空気吹出口２４及び処理空気吹出口２へ向かう空気の流れが生成される。
【０１１５】
これにより、除湿ユニット６の除湿流路３１ａを通った除湿された外気の一部は、ワーキングエアＷＡとして間接気化エレメント１０のワーキングエア流路１０ａを通る。また、除湿流路３１ａを通った除湿された外気の一部は、プロダクトエアＰＡとして間接気化エレメント１０のプロダクトエア流路１０ｂを通る。
【０１１６】
図３で説明したように、間接気化エレメント１０では、ワーキングエア流路１０ａを通るワーキングエアＷＡが水の気化熱で冷却され、ワーキングエアＷＡが冷却されると、プロダクトエア流路１０ｂを通るプロダクトエアＰＡがワーキングエアＷＡの冷熱を受けて冷却される。
【０１１７】
そして、ワーキングエア流路１０ａとプロダクトエア流路１０ｂの間では湿度の移動は起こらないので、間接気化エレメント１０のプロダクトエア流路１０ｂを通った外気は、湿度（絶対湿度）は変化せずに温度は下がる。
【０１１８】
間接気化エレメント１０のワーキングエア流路１０ａを通ったワーキングエアＷＡは、処理空気吹出口２３から排出され、プロダクトエア流路１０ｂを通ったプロダクトエアＰＡは、冷却空気吹出口２４から排出される。
【０１１９】
暖房運転時は、冷却空気吹出口２４が排気口２６と連通しているので、間接気化エレメント１０のプロダクトエア流路１０ｂを通過した低湿低温の外気が、排気口２６から排気ＥＡとして屋外へ排出される。
【０１２０】
また、再生空気吹出口２２及び処理空気吹出口２３が給気口２５と連通しているので、除湿ユニット６の再生流路３１ｂを通過した中湿高温の再生空気及び間接気化エレメント１０のワーキングエア流路１０ａを通過した中湿中温の外気が混合して、給気口２５から給気ＳＡとして吹き出される。
【０１２１】
再生空気吹出口２２から排出される再生空気は、ヒータ９で加熱されるため、高温である。但し、冬季は、外気中の絶対湿度が低いため、除湿ユニット６の除湿流路３１ａにおいて除湿ロータ８に吸着する水分量が少なく、再生流路３１ｂにおける除湿ロータ８からの水分放出量は少ないので、再生空気の湿度は高くはない。
【０１２２】
そこで、再生空気を中湿中温のワーキングエアＷＡと混合させることで、暖かい加湿された空気を室内に給気できる。
【０１２３】
このように、間接気化空調器３において、除湿ユニット６の除湿ロータ８を再生する熱源として、ハイブリット太陽光集熱器２で温められた温水により加熱されるヒータ９を利用すると共に、ヒータ９により加熱される再生空気も、ハイブリット太陽光集熱器２で温められた暖気を利用して、この再生空気を室内への給気に利用することで、電気エネルギーの消費を抑えて、エネルギー負荷を軽減させた暖房器として使用することができる。
【０１２４】
上述したように、本例のハイブリット太陽光集熱器２では、水と空気を総合した集熱効率が高いので、ハイブリット太陽光集熱器２で生成された暖気と温水の双方を利用することで、効率的に暖房を行うことができる。
【０１２５】
なお、冬季における太陽光の照射が少ない場合を考慮して、補助ヒータを搭載することが望ましい。補助ヒータは電気ヒータを利用するが、ヒータ９を全て電気ヒータで実現する場合と比較して、消費電力は抑えられるので、エネルギー負荷を軽減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明は、太陽エネルギーを利用して生成した暖気と温水を利用して冷房及び暖房を行う空調システムに適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本実施の形態の空調システムの一例を示す構成図である。
【図２】ハイブリット太陽集熱器の要部側断面図である。
【図３】間接気化エレメントの概要を示す説明図である。
【図４】本実施の形態の空調システムの設置例を示す構成図である。
【図５】本実施の形態の空調システムにおける冷房時の空気の流れを示す構成図である。
【図６】ハイブリット太陽光集熱器の動作例を示す構成図である。
【図７】ハイブリット太陽光集熱器の動作例を示す構成図である。
【図８】本実施の形態の空調システムにおける暖房時の空気の流れを示す構成図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１・・・空調システム、２・・・ハイブリット太陽光集熱器、３・・・間接気化空調器、４・・・フィン付き配管、４ａ・・・フィン、４ｂ・・・直線部、４ｃ・・・曲線部、５・・・空気流路、６・・・除湿ユニット、７・・・間接気化ユニット、８・・・除湿ロータ、９・・・ヒータ、１０・・・間接気化エレメント、１０ａ・・・ワーキングエア流路、１０ｂ・・・プロダクトエア流路、１１・・・ケース本体部、１２・・・入射部、１２ａ・・・上面板、１３ａ・・・第１の接続部、１３ｂ・・・第２の接続部、１４・・・外部配管、１５・・・循環ポンプ、１６・・・外気導入用開口、１７・・・暖気取り出し用開口、１８・・・仕切り部、２０・・・外気吸込口、２１・・・再生空気吸込口、２２・・・再生空気吹出口、２３・・・処理空気吹出口、２４・・・冷却空気吹出口、２５・・・給気口、２６・・・排気口、２７・・・ダクト、２７ａ・・・流路切換ダンパ、２７ｂ・・・流路切換ダンパ、２８・・・外気給気ファン、２９・・・再生空気給気ファン、３０ａ・・・ダクト、３０ｂ・・・ダクト、３１・・・隔壁、３１ａ・・・除湿流路、３１ｂ・・・再生流路、３２・・・給排水装置、３２ａ・・・給水バルブ、３２ｂ・・・ドレンパン、３２ｃ・・・給水パイプ、３２ｄ・・・凝縮器、３３・・・ドライセル、３３ａ・・・仕切り、３３ｂ・・・第１の流路、３４・・・ウェットセル、３４ａ・・・仕切り、３４ｂ・・・第２の流路、３５・・・隔壁、３５ａ・・・防湿フィルム、３５ｂ・・・湿潤層、３５ｃ・・・通気穴、３６・・・閉塞部
【図１】
2006145092.tif 000003
【図２】
2006145092.tif 000004
【図３】
2006145092.tif 000005
【図４】
2006145092.tif 000006
【図５】
2006145092.tif 000007
【図６】
2006145092.tif 000008
【図７】
2006145092.tif 000009
【図８】
2006145092.tif 000010