(57)【要約】【課題】コンパクトで且つ省エネルギー性に優れるとともに、除湿及び加湿の性能に優れた調湿空調システムを提供する。【解決手段】自然冷媒を凝縮させる凝縮熱交換器６と自然冷媒を蒸発させる蒸発熱交換器８とを備える冷凍システム１４と、収着材を内蔵し供給空気からの除湿を行う吸着領域９と供給空気の加湿を行う再生領域７とからなるデシカントロータとを組み合わせた調湿空調システムであって、前記デシカントロータの収着材は、流通空気の相対湿度が１００％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率が、流通空気の相対湿度が５０％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率の２倍以上である高分子収着材またはイモゴライトを使用し、前記供給空気の除湿を行う除湿運転時に、凝縮熱交換器６、デシカントロータの再生領域７、蒸発熱交換器８、デシカントロータの吸着領域９を順に巡る流路とする。【選択図】図１
2008304113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然冷媒を作動媒体とし、前記自然冷媒を凝縮させる凝縮熱交換器と前記自然冷媒を蒸発させる蒸発熱交換器とを備える冷凍システムと、収着材を内蔵し供給空気からの除湿を行う吸着領域と供給空気の加湿を行う再生領域とからなるデシカントロータとを組み合わせ、外気及び／又は室内空気を調湿した後、供給空気として室内へ供給するための調湿空調システムであって、
前記デシカントロータの収着材は、流通空気の相対湿度が１００％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率が、流通空気の相対湿度が５０％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率の２倍以上である高分子収着材またはイモゴライトを使用し、
前記供給空気の除湿を行う除湿運転時に、前記凝縮熱交換器、前記デシカントロータの再生領域、前記蒸発熱交換器、前記デシカントロータの吸着領域を順に巡る流路が構成されることを特徴とする調湿空調システム。
【請求項２】
自然冷媒を作動媒体とし、前記自然冷媒を凝縮させる凝縮熱交換器と前記自然冷媒を蒸発させる蒸発熱交換器とを備える冷凍システムと、収着材を内蔵し供給空気からの除湿を行う吸着領域と供給空気の加湿を行う再生領域とからなるデシカントロータとを組み合わせ、外気及び／又は室内空気を調湿した後、供給空気として室内へ供給するための調湿空調システムであって、
前記デシカントロータの収着材は、流通空気の相対湿度が１００％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率が、流通空気の相対湿度が５０％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率の２倍以上である高分子収着材またはイモゴライトを使用し、
前記供給空気の加湿を行う加湿運転時に、前記蒸発熱交換器、前記デシカントロータの吸着領域、前記凝縮熱交換器、前記デシカントロータの再生領域を順に巡る流路が構成されることを特徴とする調湿空調システム。
【請求項３】
前記凝縮熱交換器に代えて、地域熱供給施設から供給される温水、原動機を冷却した後の冷却水又は吸収式冷凍機の温水を循環させる放熱器を設置し、
前記蒸発熱交換器に代えて、地域熱供給施設から供給される冷水、吸収式冷凍機によって製造される冷水又は地下水を循環させる冷却器を設置した請求項１、２いずれかに記載の調湿空調システム。
【請求項４】
自然冷媒を作動媒体とし、前記自然冷媒を凝縮又は蒸発させる一方側熱交換器と前記自然冷媒を蒸発又は凝縮させる他方側熱交換器とを備える冷凍システムと、収着材を内蔵し供給空気からの除湿を行う吸着領域と供給空気の加湿を行う再生領域とからなるデシカントロータとを組み合わせ、外気及び／又は室内空気を調湿した後、供給空気として室内へ供給するための調湿空調システムであって、
前記デシカントロータの収着材は、流通空気の相対湿度が１００％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率が、流通空気の相対湿度が５０％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率の２倍以上である高分子収着材またはイモゴライトを使用し、
前記自然冷媒を凝縮又は蒸発させる熱交換器と、前記自然冷媒を蒸発又は凝縮させる熱交換器とは、冷凍サイクルの冷媒流路を切り換える切換弁によって、一方側の熱交換器を凝縮用とし、他方側の熱交換器を蒸発用とする使用形態と、一方側の熱交換器を蒸発用とし、他方側の熱交換器を凝縮用とする使用形態とに切り換え可能とし、
前記供給空気の除湿を行う除湿運転時に、前記凝縮熱交換器、前記デシカントロータの再生領域、前記蒸発熱交換器、前記デシカントロータの吸着領域を順に巡る流路が構成され、
前記供給空気の加湿を行う加湿運転時に、前記蒸発熱交換器、前記デシカントロータの吸着領域、前記凝縮熱交換器、前記デシカントロータの再生領域を順に巡る流路が構成されることを特徴とする調湿空調システム。
【請求項５】
前記一方側熱交換器及び他方側熱交換器に代えて、地域熱供給施設から供給される温水／冷水、吸収式冷凍機の温水／冷水を循環させる熱交換器と、地域熱供給施設から供給される冷水／温水、吸収式冷凍機によって製造される冷水／温水を循環させる熱交換器とを設置し、流路を切り換える切換弁によって、一方側の熱交換器を放熱用とし、他方側の熱交換器を冷却用とする使用形態と、一方側の熱交換器を冷却用とし、他方側の熱交換器を放熱用とする使用形態とに切り換え可能としてある請求項４記載の調湿空調システム。
【請求項６】
外気湿度を測定する湿度測定手段を備え、この測定湿度に基づき前記流路構成を除湿運転時か加湿運転時かにすべきかを判定するとともに、流路の切り換えを行う制御器を備える請求項４，５いずれかに記載の調湿空調システム。
【請求項７】
前記自然冷媒として、アンモニアを使用している請求項１〜６いずれかに記載の調湿空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特には工場やビル、劇場などの通年して所定の湿度条件や温度条件が要求される空間に適用可能とするために、高い能力で除湿や加湿が行えるとともに、省エネルギー性に優れ、かつコンパクトな調湿空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の傾向が顕著となり、その対策として主たる温室効果ガスである二酸化炭素や代替フロンの排出量を削減すべく、化石燃料の高効率使用（省エネルギー活動）及び代替フロン類（いわゆる３ガス）の排出抑制技術の導入が進められている。
【０００３】
一般に、室内の冷房や除湿には、冷凍サイクルを利用した冷房装置や、水分を吸脱着する吸着材を内蔵したデシカント除湿装置などが使用されている。前者の冷房装置の場合は、露点温度以下まで冷却し、空気中の水分を結露させて除湿するものであり、後者のデシカント除湿装置は、下記特許文献１、２に示されるように、例えば給気路と排気路とに跨るように配設された吸着材を内蔵したデシカントロータにより、除湿された外気が室内に供給されるとともに、排気される室内空気によって吸着材の再生が行われるようにしたものである。
【特許文献１】特開２００７−３２９１２号公報
【特許文献２】特開２００７−８５６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、我が国や東南アジア、中近東の国々などにおいては、外気の絶対湿度が１５g/kg以上となるため、高度な除湿が要求されている。また、半導体工場、劇場、スポーツ施設などにおいては、通年して室内が低湿度に維持されることが要求される。
【０００５】
前記デシカント式換気装置は、一定の湿度調整効果を有し、省エネルギーに貢献しているが、我が国において、特に梅雨時や夏季のような高湿度の気候条件において除湿運転を行う場合、単位除湿量が８g/kg程度以上の高度の除湿量を備えていないと十分な除湿効果が得られず、真に省エネルギーに貢献しているとは言い難い。このため従来は、８g/kg以上の単位除湿量を確保するために、デシカントロータを２段以上で複数段設置したり、吸着材の除湿効果を向上させるために再生温度が１００℃以上となるように加熱器を設置したりするなどの対策が講じられてきた。
【０００６】
しかしながら、これらの対策では、装置が大型化したり、加熱のための余計なエネルギーを消費したりするなどの点から、デシカント式換気装置の省エネルギー性のメリットが喪失するおそれがあった。また、上記のような高度な除湿を行うためには、室内空気の排出と導入する外気の処理などにおいて、空気ダクトが複数本必要となるため、システムが大型化するなどの問題も指摘されていた。
【０００７】
一方で、従来よりデシカント装置による水分吸着では十分な除湿効果が得られない場合には、別途設備した冷凍システムによって、所定の絶対湿度となる露点温度以下まで冷却し、空気中の水分を結露させて除湿する対策も行われていた。
【０００８】
しかし、前記デシカント装置と冷凍システムとを組み合わせる場合、冷凍システムで多くのエネルギーを消費してしまうと、デシカント装置の省エネルギー性のメリットが喪失するおそれがあった。
【０００９】
例えば、温度３３℃、相対湿度６０％の空気（絶対湿度約19.1g/kg）を、絶対湿度約6.2g/kgまで除湿しようとすれば、空気を７℃以下に冷却する必要がある。この場合、冷凍機の理想作動温度域は、絶対温度で高温側（273＋33＝306K）となり、低温側（273＋7＝280K）となるので、冷凍サイクルの理論成績係数（COP）＝280/(33-7)＝10.77となる。この理論成績係数を改善するには分母（33-7）の値を小さくすればよいわけであるから、冷凍サイクルの温度幅（凝縮温度と蒸発温度の差）を小さくすることが肝要となる。仮に、蒸発温度が１５℃となれば、COP＝(273+15)/(33-15)＝16.0となり、冷凍機が必要とする動力は４０％以上も改善されることになる。
【００１０】
また、前記冷房装置の冷媒としては、温暖化係数の大きい代替フロンが広く使用されているが、日常的な使用における漏洩や、解体・廃棄時の漏洩によって大気中に放出され、温室効果が促進されることが問題となっている。
【００１１】
従って、高度の湿度調整が可能なシステムの構築には、冷凍効率が高く、且つ温暖化係数の小さい自然冷媒を用いた冷凍システムと、吸着性能に優れた吸着材を使用したデシカント装置とを巧みに組合せることが重要であり、かつ前記冷凍システムにおいて省エネルギーを実現するには、ＣＯＰを大きくする工夫が課題となる。
【００１２】
そこで本発明の主たる課題は、自然冷媒を用いた冷凍システムやこれに代わる熱源設備と、デシカント装置とを組み合わせた調湿空調システムであって、省エネルギー性に優れるとともに、除湿及び加湿の性能に優れ、かつコンパクトな調湿空調システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、自然冷媒を作動媒体とし、前記自然冷媒を凝縮させる凝縮熱交換器と前記自然冷媒を蒸発させる蒸発熱交換器とを備える冷凍システムと、収着材を内蔵し供給空気からの除湿を行う吸着領域と供給空気の加湿を行う再生領域とからなるデシカントロータとを組み合わせ、外気及び／又は室内空気を調湿した後、供給空気として室内へ供給するための調湿空調システムであって、
前記デシカントロータの収着材は、流通空気の相対湿度が１００％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率が、流通空気の相対湿度が５０％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率の２倍以上である高分子収着材またはイモゴライトを使用し、
前記供給空気の除湿を行う除湿運転時に、前記凝縮熱交換器、前記デシカントロータの再生領域、前記蒸発熱交換器、前記デシカントロータの吸着領域を順に巡る流路が構成されることを特徴とする調湿空調システムが提供される。
【００１４】
上記請求項１記載の本発明は、供給空気の除湿を行う除湿運転時の流路構成並びに、デシカントロータに使用される収着材を規定したものであり、除湿運転時に上記流路構成とすることにより、供給空気は、凝縮熱交換器で加熱され、デシカントロータの再生領域で収着材から水分を脱着することによって加湿される。その後、蒸発熱交換器で冷却され、湿分が結露することにより第１段目の除湿がなされるとともに、相対湿度が100％となる。その後、この供給空気は、デシカントロータの吸着領域で内蔵する収着材に湿分が吸着されることにより第２段目の除湿がなされる。このように、本発明では、蒸発熱交換器での結露による除湿と、収着材の湿分吸着による除湿とで２段階の除湿が効率よく行われるため、従来のように複数段のデシカントロータを設置するためのスペースを省略することができ、システムをコンパクト化することが可能となる。
【００１５】
さらに、収着材として、流通空気の相対湿度が１００％又はその近傍における収着材の単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率が、流通空気の相対湿度が５０％又はその近傍における収着材の単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率の２倍以上である高分子収着材またはイモゴライトを使用しているため、蒸発熱交換器で冷却されることにより相対湿度が１００％又はその近傍となった供給空気に対して、前記収着材による湿分吸着が効率よく行われるようになる。加えて、前述の通り吸着領域での湿分吸着が効率よく行われるため、再生領域での再生による湿分の脱着量が増加し、再生領域通過後の供給空気は、相対湿度が１００％近傍まで上昇するようになる。このため、蒸発熱交換器での冷却に伴う結露の発生が速やかに行われ、蒸発熱交換器における除湿量が増加する。これにより、本調湿空調システムは、省エネルギー性に優れ、高度の除湿が可能となる。
【００１６】
請求項２に係る本発明として、自然冷媒を作動媒体とし、前記自然冷媒を凝縮させる凝縮熱交換器と前記自然冷媒を蒸発させる蒸発熱交換器とを備える冷凍システムと、収着材を内蔵し供給空気からの除湿を行う吸着領域と供給空気の加湿を行う再生領域とからなるデシカントロータとを組み合わせ、外気及び／又は室内空気を調湿した後、供給空気として室内へ供給するための調湿空調システムであって、
前記デシカントロータの収着材は、流通空気の相対湿度が１００％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率が、流通空気の相対湿度が５０％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率の２倍以上である高分子収着材またはイモゴライトを使用し、
前記供給空気の加湿を行う加湿運転時に、前記蒸発熱交換器、前記デシカントロータの吸着領域、前記凝縮熱交換器、前記デシカントロータの再生領域を順に巡る流路が構成されることを特徴とする調湿空調システムが提供される。
【００１７】
上記請求項２記載の本発明は、供給空気の加湿を行う加湿運転時の流路構成並びに、デシカントロータに使用される収着材を規定したものである。この場合、前記蒸発熱交換器、前記デシカントロータの吸着領域、前記凝縮熱交換器、前記デシカントロータの再生領域の順に巡る流路構成とする。
【００１８】
請求項３に係る本発明として、前記凝縮熱交換器に代えて、地域熱供給施設から供給される温水、原動機を冷却した後の冷却水又は吸収式冷凍機の温水を循環させる放熱器を設置し、
前記蒸発熱交換器に代えて、地域熱供給施設から供給される冷水、吸収式冷凍機によって製造される冷水又は地下水を循環させる冷却器を設置した請求項１、２いずれかに記載の調湿空調システムが提供される。
【００１９】
上記請求項３記載の本発明は、前記冷凍システムの凝縮熱交換器に代えて、放熱器の温熱源として、地域熱供給施設から供給される温水、エンジンやガスタービンなどの原動機を冷却した後の冷却水又は吸収式冷凍機の温水を使用し、前記冷凍システムの蒸発熱交換器に代えて、冷却器の冷熱源として、地域熱供給施設から供給される冷水、吸収式冷凍機によって製造される冷水又は地下水を使用するようにしたものである。
【００２０】
請求項４に係る本発明として、自然冷媒を作動媒体とし、前記自然冷媒を凝縮又は蒸発させる一方側熱交換器と前記自然冷媒を蒸発又は凝縮させる他方側熱交換器とを備える冷凍システムと、収着材を内蔵し供給空気からの除湿を行う吸着領域と供給空気の加湿を行う再生領域とからなるデシカントロータとを組み合わせ、外気及び／又は室内空気を調湿した後、供給空気として室内へ供給するための調湿空調システムであって、
前記デシカントロータの収着材は、流通空気の相対湿度が１００％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率が、流通空気の相対湿度が５０％又はその近傍における単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率の２倍以上である高分子収着材またはイモゴライトを使用し、
前記自然冷媒を凝縮又は蒸発させる熱交換器と、前記自然冷媒を蒸発又は凝縮させる熱交換器とは、冷凍サイクルの冷媒流路を切り換える切換弁によって、一方側の熱交換器を凝縮用とし、他方側の熱交換器を蒸発用とする使用形態と、一方側の熱交換器を蒸発用とし、他方側の熱交換器を凝縮用とする使用形態とに切り換え可能とし、
前記供給空気の除湿を行う除湿運転時に、前記凝縮熱交換器、前記デシカントロータの再生領域、前記蒸発熱交換器、前記デシカントロータの吸着領域を順に巡る流路が構成され、
前記供給空気の加湿を行う加湿運転時に、前記蒸発熱交換器、前記デシカントロータの吸着領域、前記凝縮熱交換器、前記デシカントロータの再生領域を順に巡る流路が構成されることを特徴とする調湿空調システムが提供される。
【００２１】
上記請求項４記載の本発明は、一方側の熱交換器を流通する自然冷媒の流路と、他方側の熱交換器を流通する自然冷媒の流路とを切り換える切換弁を設けることにより、除湿運転時と加湿運転時の流路構成を任意に切り替え可能としたものである。
【００２２】
請求項５に係る本発明として、前記一方側熱交換器及び他方側熱交換器に代えて、地域熱供給施設から供給される温水／冷水、吸収式冷凍機の温水／冷水を循環させる熱交換器と、地域熱供給施設から供給される冷水／温水、吸収式冷凍機によって製造される冷水／温水を循環させる熱交換器とを設置し、流路を切り換える切換弁によって、一方側の熱交換器を放熱用とし、他方側の熱交換器を冷却用とする使用形態と、一方側の熱交換器を冷却用とし、他方側の熱交換器を放熱用とする使用形態とに切り換え可能としてある請求項４記載の調湿空調システムが提供される。
【００２３】
上記請求項５記載の発明は、冷凍サイクルの一方側熱交換器及び他方側熱交換器に代えて、地域熱供給施設から供給される温水／冷水、吸収式冷凍機の温水／冷水を循環させる熱交換器と、地域熱供給施設から供給される冷水／温水、吸収式冷凍機によって製造される冷水／温水を循環させる熱交換器とを使用するようにしたものである。
【００２４】
請求項６に係る本発明として、外気湿度を測定する湿度測定手段を備え、この測定湿度に基づき前記流路構成を除湿運転時か加湿運転時かにすべきかを判定するとともに、流路の切り換えを行う制御器を備える請求項４，５いずれかに記載の調湿空調システムが提供される。
【００２５】
上記請求項６記載の発明は、除湿運転か加湿運転かを外気湿度に基づいて、自動選択するようにしたものである。
【００２６】
請求項７に係る本発明として、前記自然冷媒として、アンモニアを使用している請求項１〜６いずれかに記載の調湿空調システムが提供される。冷凍システムの自然冷媒としては、広く一般に使用されていたＲ２２と同程度のＣＯＰを有し、熱伝達が良いアンモニアを使用することが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
以上詳説のとおり本発明によれば、自然冷媒を用いた冷凍システムやこれに代わる熱源設備と、デシカント装置とを組み合わせた調湿空調システムであって、省エネルギー性に優れるとともに、除湿及び加湿の性能に優れ、かつコンパクトな調湿空調システムが実現できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
〔第１形態例〕
図１は、本発明に係る調湿空調システムの除湿運転時のシステム構成図、図２は、同じく加湿運転時のシステム構成図である。
【００２９】
本第１形態例に係る調湿空調システムは、冷暖房設備や冷凍設備などに用いられている冷凍システムと、除湿性能に優れた収着材を内蔵するデシカントロータとを組み合わせたものである。具体的には、自然冷媒を作動媒体とし、前記自然冷媒を凝縮させる凝縮熱交換器６と前記自然冷媒を蒸発させる蒸発熱交換器８とを備える冷凍システム１４と、高分子収着材やイモゴライトなどの収着材を内蔵し供給空気からの除湿を行う吸着領域９と供給空気の加湿を行う再生領域７とからなるデシカントロータとを組み合わせ、外気及び／又は室内空気を調湿した後、供給空気として室内へ供給するための調湿空調システムである。以下、さらに具体的に詳述する。
【００３０】
本調湿空調システムでは、図１、図２に示されるように、必要に応じて外気１と室内空気２とを所定の割合で混合して供給空気とする混合器３が備えられるとともに、該混合器３で生成した供給空気をファン４によってダクト５などを通じて室内１１へ供給する流路が形成されている。そして、この流路には、前記冷凍システム１４の凝縮熱交換器６と蒸発熱交換器８とが備えられるとともに、前記デシカントロータの吸着領域９と再生領域７とが備えられている。
【００３１】
前記冷凍システム１４は、冷暖房設備や冷凍設備などに用いられ、自然冷媒を作動媒体として熱を移動させるヒートポンプシステムであり、一般に、冷媒を蒸発させて冷媒に熱を吸収させる蒸発熱交換器８と、前記冷媒を吸入圧縮する圧縮機と、該圧縮機から吐出された前記冷媒を凝縮させて冷媒から熱を奪う凝縮熱交換器６と、該凝縮熱交換器６からの前記冷媒を減圧する膨張弁とから構成されるものである。
【００３２】
前記冷媒として従来は、フロン類や代替フロンが使用されていたが、本発明では、オゾン層破壊防止及び地球温暖化防止などの地球環境保護の観点から、アンモニア、二酸化炭素、炭化水素（イソブタン、プロパンなど）、水、空気などの自然冷媒を用いる。特に、本発明では、広く一般に使用されていたＲ２２と同程度のＣＯＰを有し、熱伝達が良いアンモニアを使用することが好ましい。
【００３３】
前記収着材は、流通空気の相対湿度が１００％又はその近傍における収着材の単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率が、流通空気の相対湿度が５０％又はその近傍における収着材の単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率の２倍以上である高分子収着材またはイモゴライトを使用する。図３（日本エクスラン工業（株）の製品カタログより抜粋）は、前記高分子収着材（従来の吸着材と区分する意味で、本発明では特に「収着材」と表記する。）とその他の吸着材（シリカゲルＡ型、Ｂ型及びActive carbon）の相対湿度（％RH）と吸湿率（％重量）との関係を示した吸着等温曲線である。同図から明らかなように、高分子収着材は、その他の吸着材と比較して吸湿率が優れるとともに、流通空気の相対湿度が１００％RH近傍における吸湿率が１２０％重量以上と、飛び抜けて高く、その上、相対湿度５０％RH近傍における吸湿率約５０％重量の２倍以上となる性質を有している。かかる性質を有する高分子収着材の構造としては、例えば特開平11-262621号公報に記載されるように、アニオン交換性基およびカチオン交換性基を有する両性イオン交換体である有機高分子からなり、かつ架橋構造を有する高吸放湿性高分子収着材を好適に用いることができる。
【００３４】
また、前記高分子収着材と同等若しくは同等以上の吸湿率を有する吸着材として、イモゴライトを挙げることができる。前記イモゴライトは、ナノチューブ状をした低結晶性アルミニウムケイ酸塩(SiO2・Al2O3・2H2O)であり（外径約2nm、内径約1nm、長さは数十nm〜数μm）、その特異な形態により高い比表面積を有するだけでなく水との親和性にも非常に優れている。そのため、工場の排熱や太陽熱などの低温排熱を利用したヒートポンプシステムの熱交換剤、生活環境の湿度を自律的に制御する湿度調節剤や結露防止剤など、さまざまな工業的応用が期待されているものである。図４に示されるイモゴライトの相対湿度(％RH)と吸湿率(wt％)曲線から明らかなように、相対湿度が１００％又はその近傍における収着材の単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率が、流通空気の相対湿度が５０％又はその近傍における収着材の単位重量当たりの吸着水分重量の割合である吸湿率の２倍以上となる性質を有している。
【００３５】
前記デシカントロータは、回転式とされ、回転ドラム状に形成されたケーシングの両側面に網目状、ハニカム状、スリット状などの通気構造が備えられ、前記ケーシングの内部に前記収着材が内蔵されている。流路を流通する供給空気は、前記通気構造を通って回転式デシカントロータの内部を通過することができ、その際に内蔵する収着材の水分の吸・脱着作用によって湿度調整が行われる。この回転式デシカントロータは、折り返されて相隣接する流路間を中央で跨いで２つの領域に画成され、運転時期に応じて、一方側の領域を、収着材が吸着した水分を脱着し通過する空気を加湿する再生領域７として機能させ、他方側の領域を空気中の水分を吸着し通過する空気を除湿する吸着領域９として機能させる。
【００３６】
前記蒸発熱交換器８では、流通空気の湿分が結露して空気の除湿が行われるようになっている。このため、前記蒸発熱交換器８の下方には、滴下する結露水を回収・排出するための受水装置１３を設けることが好ましい。なお、この回収した結露水は、濾過処理した後、室内１１へ供給する直前に湿度調整のための加湿用水として使用することができる。さらに、前記結露水は、濾過処理した後、後述する安全システム１２の散布用水として使用することもできる。
【００３７】
一方、図１に示されるように、前記供給空気を室内１１に供給する前に、供給空気内に冷凍システム１４の自然冷媒が漏洩していないことを確認する安全システム１２を備えることが好ましい。この安全システム１２は、ダクト１０に、冷凍システム１４の自然冷媒の漏洩を検出する漏洩検出装置（図示せず）と、凝縮熱交換器６及び蒸発熱交換器８より下流側において流通空気に対して水を散布する散布器（図示せず）と、該散布器より散布した水を回収するための回収装置（図示せず）とが配設され、前記漏洩検出装置の漏洩検出結果に応じて、前記散布器から水が散布されるようになっている。これにより、例えば自然冷媒としてアンモニアを使用して、凝縮熱交換器６又は蒸発熱交換器８などで自然冷媒が漏洩して供給空気内に混入したとしても、散布した水に溶解して素早く回収することが可能となる。このため、室内１１にアンモニアが拡散することが防止できる。
【００３８】
〔除湿運転時の運転状態〕
供給空気の除湿を行う除湿運転時の運転状態について、図１に基づいて詳述すると、除湿運転時には、ファン４によって圧送される供給空気は、ダクト５を通って、冷凍システム１４の凝縮熱交換器６、デシカントロータの再生領域７、冷凍システム１４の蒸発熱交換器８、デシカントロータの吸着領域９の順に巡り、ダクト１０を通って室内１１に供給されるようになっている。
【００３９】
この除湿運転時の運転状態における供給空気の状態変化について、図５の湿り空気線図に具体例を挙げて詳述すると、まず、外気１と室内空気２とが混合器３で混合された供給空気の状態は点ａで示され、温度がTa、絶対湿度が約18g/kgである。
【００４０】
先ず初めに、この点ａの状態の供給空気は、凝縮熱交換器６に送られる。このとき、供給空気は、凝縮熱交換器６の放熱作用によって加熱されるとともに、それに伴って相対湿度が40％以下まで低下し、点ｂの状態となる。
【００４１】
点ｂの状態の供給空気は、デシカントロータの再生領域７に送られる。このとき、供給空気は、内蔵する収着材から水分を受け取り加湿されるとともに、同時に温度が低下し、点ｃの状態となる。この点ｃの状態は、温度がTc、絶対湿度が約22g/kgである。
【００４２】
次に、点ｃの状態の供給空気は、蒸発熱交換器８に送られる。このとき、供給空気は、蒸発熱交換器８の吸熱作用によって露点以下まで冷却され、点ｄの状態となる。ここで、蒸発熱交換器８の表面には、流通する供給空気の湿分が結露して水滴となって付着し、供給空気からの第１段目の除湿が行われる。この付着した結露水は、前記受水装置１３に回収され、外部へ排出される。この点ｄの状態は、温度がTd、絶対湿度が約13g/kg、相対湿度が約100％である。
【００４３】
その後、この点ｄの状態の流通空気は、デシカントロータの吸着領域９に送られ、内蔵する収着材により、第２段目の除湿が行われる。このとき、点ｄの状態の供給空気は相対湿度が約100％であるため、収着材の吸湿率が最大となる状態で効率よく除湿が行われる（図３参照）。除湿後の状態は点ｅで表され、この点ｅの状態は、温度が約28℃、絶対湿度が約10g/kgである。上述の流路を経た流通空気は、ダクト１０を通って室内１１へ供給される。
【００４４】
ところで、本調湿空調システムの理論COPについて考察すると、図５に示されるように、本調湿空調システムでは、点ｃから点ｄへ冷却する際の除熱量はエンタルピー差ｈとなり、このときの冷凍システム１４での理論COPは、温度TcとTdにて規定され、COP＝Td／(Tc−Td)となる。
【００４５】
一方、従来の空調システムでは、点ａから点ｆを経て点ｅにかけて除湿冷却され、除熱量はエンタルピー差Ｈとなり（実際には、更に別途加熱が必要）、本調湿空調システムのエンタルピー差ｈに比べて大きな値となることは明白である。
【００４６】
また、従来の空調システムでは、冷凍システムでの理論COPは、温度TaとTfにて規定され、COP＝Tf／(Ta−Tf)となる。したがって、本調湿空調システムでは、従来の空調システムの理論COPと比較して、冷凍サイクルの温度幅（凝縮温度と蒸発温度の差）を小さくすることができ、冷凍効率及び省エネルギー性に優れた冷凍システムとすることができる。
【００４７】
上述した通り、本発明に係る調湿空調システムは、冷凍システムと、除湿性能に優れた収着材を内蔵するデシカントロータとを組み合わせることによって、蒸発熱交換器８及び吸着領域９において２段階の除湿が可能となり、高度な除湿が実現される。その結果、図５の湿り空気線図からも明らかなように、単位除湿量８g/kg以上（点ｃの絶対湿度22g/kg−点ｄの絶対湿度13g/kg＝９g/kg）を達成することが可能となる。
【００４８】
〔加湿運転時の運転状態〕
次に、供給空気の加湿を行う加湿運転時の運転状態について、図２に基づいて詳述する。加湿運転時には、図２に示されるように、ファン４によって圧送される供給空気は、ダクト５を通って、冷凍システム１４の蒸発熱交換器８、デシカントロータの吸着領域９、冷凍システム１４の凝縮熱交換器６、デシカントロータの再生領域７の順に巡り、ダクト１０を通って室内１１に供給されている。
【００４９】
ここで、前記除湿運転時の運転状態と加湿運転時の運転状態とは、同一の流路構成とし、季節に応じて、前記凝縮熱交換器６及び蒸発熱交換器８の自然冷媒の流路を切り換えることによって、それぞれの運転状態に切り換え可能とすることができる。
【００５０】
具体的には、図６に示されるように、自然冷媒を凝縮又は蒸発させる熱交換器２０と、自然冷媒を蒸発又は凝縮させる熱交換器２１とは、冷凍サイクル１４の冷媒流路を切り換える切換弁２２によって、凝縮用又は蒸発用の使用形態を切り換え可能とすることができる。すなわち、第１の使用形態として、図６(A)に示されるように、一方側の熱交換器２０を蒸発用とした蒸発熱交換器８として機能させ、他方側の熱交換器２１を凝縮用とした凝縮熱交換器６として機能させる。第２の使用形態として、同図(B)に示されるように、一方側の熱交換器２０を凝縮用とした凝縮熱交換器６として機能させ、他方側の熱交換器２１を蒸発用とした蒸発熱交換器８として機能させる。
【００５１】
前記各熱交換器２０、２１の使用形態の切り換えは、手動で行うようにしてもよいが、外気湿度を測定する湿度測定手段を備え、この測定湿度に基づき前記流路構成を除湿運転時か加湿運転時かにすべきかを判定するとともに、前記切換弁２２を切り換えて、流路の切り換えを行う制御器を備えることによって、自動で行うようにすることが好ましい。
【００５２】
〔第２形態例〕
上記第１形態例では冷凍システム１４の凝縮熱交換器６及び蒸発熱交換器８を熱源として供給空気の加熱、冷却を行っていたが、本第２形態例に係る調湿空調システムでは、前記冷凍システムに代えて、地域熱供給施設から供給される冷温水、エンジンやガスタービンなどの原動機の冷却水又は吸収式冷凍機の冷温水などを循環させる機器を熱交換器として供給空気の加熱、冷却を行うものである。
【００５３】
具体的には、図７に示されるように、上記第１形態例の凝縮熱交換器６に代えて、地域熱供給施設からの温水を供給するための温水供給装置１５を備えるとともに、調湿空調システムの流路に、前記温水供給装置１５から供給される温水を循環させる放熱器１６を設置する。また、上記第１形態例の蒸発熱交換器８に代えて、地域熱供給施設からの冷水を供給するための冷水供給装置１７を備えるとともに、調湿空調システムの流路に、前記冷水供給装置１７から供給される冷水を循環させる冷却器１８を設置する。
【００５４】
さらに、前記放熱器１６の温熱源として、前記地域熱供給施設からの温水の他、エンジンやガスタービンなどの原動機を冷却後の冷却水又は吸収式冷凍機の温排水を利用することもでき、前記冷却器１８の冷熱源として、前記地域熱供給施設からの冷水の他、吸収式冷凍機によって製造される冷水又は地下水を利用することもできる。
【００５５】
一方、上記第１形態例の除湿運転時と加湿運転時とを切り換え可能に構成した形態例の場合は、冷凍システム１４の一方側熱交換器（凝縮熱交換器６又は蒸発熱交換器８）及び他方側熱交換器（蒸発熱交換器８又は凝縮熱交換器６）に代えて、図８に示されるように、地域熱供給施設から供給される温水／冷水、吸収式冷凍機の温水／冷水を循環させる熱交換器２０と、地域熱供給施設から供給される冷水／温水、吸収式冷凍機によって製造される冷水／温水を循環させる熱交換器２１とを設置し、流路を切り換える切換弁２２によって、一方側の熱交換器２０を冷却用とし、他方側の熱交換器２１を放熱用とする使用形態（図８(A)）と、一方側の熱交換器２０を放熱用とし、他方側の熱交換器２１を冷却用とする使用形態（図８(B)）とに切り換え可能として、任意に除湿運転と加湿運転とを切り換えできるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１形態例に係る調湿空調システムの除湿運転時のシステム構成図である。
【図２】第１形態例に係る調湿空調システムの加湿運転時のシステム構成図である。
【図３】高分子収着材と、その他の吸着材（シリカゲルＡ型、Ｂ型及びActive carbon）との吸着等温曲線である。
【図４】イモゴライトの相対湿度（％RH）と吸湿率（％重量）との関係を示した吸着等温曲線である。
【図５】除湿運転時の湿り空気線図である。
【図６】(A)、(B)は冷凍システム１４の切換弁の切り換えによる使用形態を示すシステム構成図である。
【図７】第２形態例に係る調湿空調システムの除湿運転時のシステム構成図である。
【図８】(A)、(B)は温水／冷水供給設備１５，１７の切換弁の切り換えによる使用形態を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…外気、２…室内空気、３…混合器、４…ファン、５・１０…ダクト、６…凝縮熱交換器、７…再生領域、８…蒸発熱交換器、９…吸着領域、１１…室内、１２…安全システム、１３…受水装置、１４…冷凍システム、１５…温水供給装置、１６…放熱器、１７…冷水供給装置、１８…冷却器
【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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【図７】
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【図８】
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