(57)【要約】      （修正有）【課題】オフィス空間、工場などの換気（外気導入）に伴う調湿（加湿、除湿）エネルギー消費量の増大を防止し、室内の湿度環境を快適条件に維持できる省エネルギー型の高度空調システムを安価に提供する。【解決手段】高分子収着剤などを使用する複数個の調湿ユニット３を外気導入ダクト１と室内気排出ダクト２に跨って設置し、各ダクト１，２との接続点に摺動弁６を設置し、また調湿ユニット３内には一組の通風ファンを設置し、これらを制御装置４で一括制御することで複数個の調湿ユニット３を連続的にバッチ方式で切り替え運用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分の収着（吸着）機能を有する高分子収着剤やイモゴライト、シリカゲル、ゼオライトを担持した紙、樹脂あるいは金属などの薄板平板と、当該薄板平板をコルゲート加工した波板を交互に通風可能な状態で接着積層した調湿モジュールを内部に収納した調湿ユニットを外気導入ダクトならびに室内気排出ダクトに複数個並列に接続し、調湿ユニットと各ダクトの接続点に、開閉が制御装置にて制御される摺動弁を設置したことを特徴とする高度調湿システム。
【請求項２】
前記調湿ユニットの内部で、調湿モジュールの前後に通風方向が互いに逆である１組の通風ファンを設置し、この通風ファンと前記摺動弁の動作は制御装置にて一括調整されると共に、通風ファンの回転数も制御可能としたことを特徴とする請求項１記載の高度調湿システム。
【請求項３】
前記調湿ユニットの内部に、通風ファンと調湿モジュールの間に熱交換器を設置したことを特徴とする請求項１又は２記載の高度調湿システム。
【請求項４】
前記調湿ユニットを、外気導入ダクトならびに室内気排出ダクトに複数個並列に接続し、制御装置により通風ファンの発停と回転数、摺動弁の開閉、ならびに熱交換器への熱媒体の流入と停止を制御装置で一括調整すると共に、複数個の調湿ユニットの運転制御をプログラム化し、通過空気からの水分収着（吸着）運転を行う調湿ユニットと、通過空気への水分放出を行う調湿ユニットの数を常に不等としたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の高度調湿システム。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか記載の高度調湿システムを運転する高度調湿システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は連続換気を行うオフィス、商業施設、体育館、イベント会場、ホテル、工場、などの空調空間を所定の湿度状態に保つ省エネルギー型換気空調システム技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
換気に伴う除湿や加湿がいかにエネルギーを消費するかに付いて紹介する。
例えば高温多湿時には、除湿のために空調機は外気を露点以下まで冷却し、空気中の水蒸気を水に凝縮（潜熱除去）させて空気中から分離する。この結果、室内への空気供給において低温化した空気を再度加熱するなどの運転を行っている。このため除湿のためには露点以下までの冷却に加えて、再加熱のエネルギーが消費されてしまう。
【０００３】
一般に空調機の冷房時理論COP（成績係数）は作動媒体の蒸発温度（Ｔeva）と凝縮温度（Tcon）による次式にて規定される。
冷房時理論COP ＝（Ｔeva）／[(Tcon）−(Ｔeva)]  （温度は絶対温度）
従って冷却除湿を行う場合、(Tcon）は外気温度で決まるものの（Ｔeva）は露点以下となるので、分子は小さくなり、分母となる[(Tcon）−(Ｔeva)]が大きくなるので、冷房時理論COPは小さくなりエネルギー効率が低下する。
もし、空調機による除湿負荷が無ければ空調機は空気を露点以下まで冷却する必要が無いので（Ｔeva）は上昇する。その結果、空調機の理論COPは改善される。一般に空調機の理論COPと実運用時のCOPはほぼリニアーな関係にあるので、実運用時のCOPを改善するためには理論COPの改善が不可欠である。
【０００４】
例えば、夏季運転で、外気温度が33℃、相対湿度60％である場合、これを室内へ導き、室温26℃、相対湿度50％とするには（室内空気の露点は15℃程度ゆえ）、冷凍機の冷媒温度を、Ｔeva＝5℃、Tcon＝43℃と仮定すれば、
（理論COP）＝（5＋273）／（43−5）＝7.3
となる。
【０００５】
これに対し、冷凍機の除湿負荷がなければ、冷凍機は単に26℃の低温空気を作るだけとなり、（Ｔeva）は16℃程度と見込める。Tcon＝43℃ 一定として、
（理論COP）＝（16＋273）／（43−16）＝12.2
となる。
【０００６】
結果、理論COPは7.3から12.2となり、改善率は67％ となる。
実運用時のCOPは機種や設置条件などの影響を受けるが、改善率はほぼ同等となる傾向があるので、省エネルギー効果は大きいと言える。
【０００７】
また、冬季や乾燥季には空調機の暖房負荷は変わらないものの、室内加湿には加湿水分量の100℃までの加温と蒸発潜熱相当のエネルギー投入が不可欠となる。
【０００８】
一方、最近の省エネルギー換気空調設備として、シリカゲルやゼオライトなどの除湿材を通風可能なロータ形状とし、これを一定速度で回転させつつ、その半円部分で空気中の水分を吸着し、残りの半円部分で除湿材を乾燥させるデシカント装置と冷凍機を組み合わせたハイブリッド型のデシカント調湿空調システムが提案・実用化されている。
【０００９】
これら装置では、一定速度で回転するロータ面に摺動シールをエアータイトに接触させ、ロータ摺動面で空気流路を分割している。そのため、ロータ摺動面の硬度を確保した上で、摺動面の平滑化仕上げが不可欠であり、摺動シールの磨耗対策等が必要であり、装置価格や保守コストが増大すると共に摺動シールを介しての空気漏洩の課題を有している。
【００１０】
また、別のデシカントシステムでは摺動に伴うコストアップを回避する目的で、除湿剤をロータ形状とせずに複数の容器内に充填し、この容器を導入する外気と排出される室内気の２つの空気ダクトに対してバッチにて移動させて吸着と再生を繰り返す構成であるが、移動のための装置が複雑化する問題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６５５７３６５号公報
【特許文献２】米国特許第４７１９７６１号公報
【特許文献３】特開平１０−００９６３３号公報
【特許文献４】特開２００７−３０３７７２号公報
【特許文献５】特開２００７−３２７７１２号公報
【特許文献６】特開平１０−０１９４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明はこのような従来の事情に鑑みてなされたものであり、工場や建築物の換気に伴う空調システムの負荷増大の主因である除湿や加湿の潜熱負荷を、新規の調湿システムにて低減し大幅な省エネルギーを達成させ、安全で快適な室内空調環境を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、例えば水分の収着機能を有する高分子収着剤を紙、樹脂あるいは金属などからなる薄板平板に塗布することで担持し、この塗布された薄板平板と、当該薄板平板をコルゲート加工した波板を交互に接着積層した構造体をまず製作し、この構造体を所定寸法に切断した後に積み重ねて調湿コアを形成し、該調湿コアを、調湿モジュールとして組み立てた後に、これを単独あるいは複数個組み合わせて調湿ユニットを形成し、複数の調湿ユニットを外気導入ダクトならびに室内気排出ダクトに並列に接続する。調湿ユニットと各ダクトの接続点に、それぞれ開閉が制御される摺動弁を設置した高度調湿システムが提供される。
【００１４】
また、各調湿ユニットはその内部の調湿モジュールの前後に通風方向が互いに逆である１組の通風ファンを設置している。この通風ファンと前記摺動弁の動作は制御装置にて一括調整されており、同一調湿ユニット内の通風ファンが同時に稼働する事は無い。また、通風ファンの回転数も制御されるため、外気導入運転時の調湿ユニットを通過する空気量と、室内気の排出運転時の調湿ユニットを通過する空気量を不等とする制御が可能であり、複数台設置されている調湿ユニットの内、外気導入運転を行う調湿ユニット数と室内気の排出運転を行う調湿ユニット数を可変とする事が可能となる。
また、いうまでもないが外気導入ダクトならびに室内気排出ダクトの上流側にそれぞれ防塵フィルターが配置されている。
【００１５】
制御装置は、各調湿ユニットと外気導入ダクトならびに室内気排出ダクトとの接続点にある摺動弁と、各調湿ユニット内の通風ファンを一括制御する。これにより、複数台の調湿ユニットのバッチ運転のプログラム化が実施されるので、外気導入運転に供される調湿ユニット数と室内気排出運転に供される調湿ユニットの数が不等であっても、通過する空気量を等量とする事が可能と成り、かつ外気導入と室内気の排出を連続的に行う事が可能となる。
【００１６】
より詳しく記載するが、外気導入運転に供される調湿ユニット数と室内気排出運転に供される調湿ユニットの数が不等であっても、導入外気量と室内気の排出量を等しくできるのは、各調湿ユニットの通風ファンの運転（ファン回転数）を調整しているからである。すなわち、導入外気を処理する調湿ユニットと室内気の排出を担当する調湿ユニットの数に対して稼働するファンの回転数を調整することで通過する空気の総量を等しく制御している。
【００１７】
また、各調湿ユニットの外気導入運転と室内気排出運転を順番に切り替えてゆく（プログラム制御をかける）事で、常に外気導入運転に供される調湿ユニット数と室内気排出運転に供される調湿ユニットの数を一定に保っている。これにより、単位時間内で空気中の水分を吸着（又は収着）する能力と、吸着剤（又は収着剤）に蓄えた水分を通過する空気中へ放出する能力に差があっても、個々の調湿ユニットの運転時間を調整できるので、システム全体では常に同量の水分の吸脱着量を維持する運転が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明による高度調湿システムでは、調湿ユニット内の調湿モジュールの前後に、通風方向が互いに逆の通風ファンを１組設置し、各ファンの運転・停止タイミング、運転時のファン能力、各調湿ユニットと外気導入ダクトならびに室内気排出ダクトの接続点に設置した摺動弁の開閉を制御装置にて一括制御する構成としたので、従来の回転ロータ型デシカント調湿システムで不可欠であった摺動シールが不要となるほか、吸着（収着）剤が水分を吸着（収着）する速度と、吸着（収着）剤が水分を放出する能力に差があっても、その能力を通風量と運転時間を調整することで最適な運転状態を形成することが可能となる。
【００１９】
調湿ユニットに設置されている通風ファンの運転を、水分収着（吸着）運転時と水分放出運転時とでファンの回転数を調整することで、通過する空気からの水分収着（吸着）運転に供されている調湿ユニットの台数と、通過する空気への水分放出運転に供されている調湿ユニットの台数を任意に調整する事が可能となる。
このような運転方法を採用することで、水分収着（吸着）運転時の収着水分量と水分放出運転時の放出水分量は等しく、かつ最も性能が良い条件での運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１発明に係る高度調湿システム１０を形成する外気導入ダクト１，室内気排出ダクト２、調湿ユニット３、制御装置４、フィルター５、摺動弁６の関係概要図である。
【図２】第１発明に係る調湿ユニット３を形成する調湿モジュール７、通風ファン８、熱交換器９などの主要構成部材の関係を示した構成図である。
【図３】第１発明に係る調湿ユニット３と外気導入ダクト１，室内気排出ダクト２の接続点に設置される摺動弁６の設置例である。
【図４】第１発明において水分の収着・放出に使用される高分子収着剤の収着等温線図である。
【図５】第１発明に係る高度調湿システム１０を形成する５セットの調湿ユニット（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）の運転パターンを示すプログラム運転制御例である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、第１発明に係る高度調湿システム１０を形成する外気導入ダクト１、室内気排出ダクト２、調湿ユニット３、制御装置４、フィルター５、摺動弁６の関係を示したものである。
【００２２】
外気導入ダクト１、室内気排出ダクト２は室外と室内を繋ぐため、図では４本のダクトとして描かれているが、各ダクトに跨る形で調湿ユニット３が接続されているので、その様に見えるだけである。また、各ダクトの上流側に除塵フィルター５が設置されており、外部や室内からのゴミ類の調湿ユニット３への流入を防止している。
また、調湿ユニット３の両端にある4本の接続ダクト３−１と、外気導入ダクト１、室内気排出ダクト２との結合点で、外気導入ダクト１、室内気排出ダクト２側には摺動弁６が設置されており、その開閉は電動にてなされ開閉指示は制御装置４にて実施されている。
【００２３】
図２は、第１発明に係る調湿ユニット３を形成する調湿モジュール７、通風ファン８、熱交換器９などの主要構成部材の関係を示した構成図である。
調湿ユニット３は接続ダクト３−１を介して外気導入ダクト１、室内気排出ダクト２と接続されている。調湿ユニット３の内部には高分子収着剤を通風可能な状態で担持した調湿モジュール７が配置され、その両側に通過空気の加熱、冷却を行うための熱交換器９、さらにその外側には通風方向が互いに逆方向の通風ファン８が少なくとも一組設置されている。
【００２４】
図３は、第１発明に係る調湿ユニット３と外気導入ダクト１，室内気排出ダクト２の接続点に設置される摺動弁６の設置例である。
摺動弁６は駆動用のチェーン６−１にて摺動ガイド６−２に沿って室内気排出ダクト２の壁面に平行に移動する。駆動用チェーン６−１はモータ駆動装置６−３により移動するが、摺動弁６は室内気排出ダクト２の壁面に対してエアータイトな状態で摺動する様に、室内気排出ダクト２の壁面には弾力性を持たせた樹脂シールが設置されている。
また、モータ駆動装置６−３は制御装置４からの指令により動作する。
【００２５】
このように構成された調湿ユニット３を通過する外気あるいは室内気と調湿モジュール７との間で行われる水分授受の仕組みについて説明する。
図４は本発明において使用される高分子収着剤の収着等温線図を他の物質との比較にて示した図である。
高分子収着剤はシリカゲルやゼオライトなどの吸着剤と同様に、その周囲にある空気の相対湿度に従い、空気中の水蒸気を自身に取り込んだり、放出する能力を有している。
図の縦軸に示される吸湿率とは、乾燥状態にある収着剤重量に比しての取り込まれた水分の重量比を示す。従って、高分子収着剤は相対湿度１００％領域において吸湿率が際立って高いことが特徴と言える。
【００２６】
図１に示す例では、5セットの調湿ユニットを用いているが、制御装置４の指令にて内３セットを収着運転（相対湿度の高い空気からの水分の取り込み）、２セットを再生運転（相対湿度の低い空気への水分の放出）とすることが可能である。当然の事であるが、収着運転時の調湿ユニット１セットあたりの通風量は、再生運転の調湿ユニット１セットあたりの通風量の２／３となるように、制御装置にて通風ファンの回転数が制御されている。
これは、一般的に収着速度に比して、再生速度が速いという高分子収着剤の特性を考慮しての運転方法を実現したものである。
【００２７】
図５は本発明による、５セットの調湿ユニット（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）の運転パターンをプログラム制御する際の例を示したものである。
図中のハッチング部分は収着運転、白抜きの部分は再生運転を行っている状態を示している。結果的にどの時間帯も収着運転を行う調湿ユニットが３セット、再生運転を行う調湿ユニットが２セットとなるように計画的な運転が可能となっている。当然のことながら、偶数セットの調湿ユニットを使用して通風量制御を行わず、収着運転と再生運転を等間隔で繰り返す運転モードも可能である。
【００２８】
このような運転を実施する中で、熱交換器９に流通させる熱媒体温度を調整することで、収着能力や再生能力を向上させることが可能である。
通過空気の温度調整を行い、その相対湿度をコントロールすることでデシカント調湿装置の能力を向上する手法は従来（デシカントロータ）型の調湿システムにても応用されている。
本発明では、低温の排熱源を有する工場やビルなどで、６０℃程度の温排水熱を利用して室内からの排気を加熱し、その相対湿度を低下させる事で収着剤を再生する手法を取り込んでいるが、加熱目的の熱交換器は電気式の加熱ヒータでも容易に形成できる。これにより収着剤からの水分放出が活発化するので、その結果として相対湿度の高い外気からの水分吸着能力が向上する効果を得ている。また、空気の冷却による相対湿度の増大作用は高分子収着剤の場合に大きな効果を有することは図４の特性からも有効である。
【符号の説明】
【００２９】
１      外気導入ダクト
２      室内気排出ダクト
３      調湿ユニット
３−１  接続ダクト
４      制御装置
５      除塵フィルター
６      摺動弁
６−１  摺動弁駆動用チェーン
６−２  摺動ガイド
６−３  モータ駆動装置
７      調湿モジュール
８      通風ファン
９      熱交換器
１０    高度調湿システム
【図１】
2011043311.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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