(57)【要約】【課題】従来より低温の熱媒を利用する場合でも十分に稼働させることができる冷房装置を提供すること。【解決手段】冷房装置は、室内に設けられた入口から、二次除湿ローター１の第１吸着ゾーン１ａ、第１放熱器１１、および加湿冷却ローター３の冷却ゾーン３ａを経て、室内に設けられた出口に至る冷却流路と、室外に設けられた入口から、加湿冷却ローター３の第２吸着ゾーン３ｂ、加熱器１５、および二次除湿ローター１の再生ゾーン１ｂを経て出口に至る再生流路とを備えている。再生流路においては、室外の空気を第２吸着ゾーン３ｂに通してから加熱器１５で加熱しているので、室外の空気をそのまま加熱器１５に通して加熱する場合に比べ、加熱器１５における加熱温度が低くても、空気の相対湿度を十分に低下させることができる。【選択図】　図１
2004093013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に形成された複数の空孔を有するハニカム状構造物であり、相対圧０の場合の吸湿率と相対圧０．５の場合の吸湿率との差が１０％以上を示す吸着剤または相対圧０．５の場合の吸湿率と相対圧１．０の場合の吸湿率との差が１０％以上示す吸着剤が前記空腔内に設けられていて、該空孔内に流される空気と前記吸着剤との間で水分を吸着／脱着可能とされており、しかも、回転駆動されるように構成されているローターと、
内部に流される空気から熱を奪う第１放熱器と、
内部に流される空気と熱媒との熱交換によって、前記空気を加熱する加熱器と、
流路に空気を流す第１送風機と、
流路に空気を流す第２送風機とを備えており、
前記ローターは、少なくとも第１吸着ゾーン、冷却ゾーン、第２吸着ゾーン、および再生ゾーンを含む複数のゾーンに区分されていて、
室内または室外に設けられた入口から、前記第１吸着ゾーン、前記第１放熱器、および前記冷却ゾーンを経て出口に至る冷却流路が形成され、該冷却流路に前記第１送風機で空気を流すように構成され、
室内または室外に設けられた入口から、前記第２吸着ゾーン、前記加熱器、および前記再生ゾーンを経て出口に至る再生流路が形成され、該再生流路に前記第２送風機で空気を流すように構成され、
さらに、前記ローターが回転駆動されるのに伴って、水分を吸着するゾーンとなっていた部分が徐々に水分を脱着するゾーンへと移行し、水分を脱着するゾーンとなっていた部分が徐々に水分を吸着するゾーンへと移行するように構成されている
ことを特徴とする冷房装置。
【請求項２】
前記第１放熱器が、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって、前記空気から熱を奪うものであり、前記冷媒の温度が、２０℃以上かつ前記空気よりも低温の流体である
ことを特徴とする請求項１に記載の冷房装置。
【請求項３】
前記ローターとして、
少なくとも前記第１吸着ゾーンおよび前記再生ゾーンを含む複数のゾーンに区分された二次除湿ローターと、
少なくとも前記冷却ゾーンおよび前記第２吸着ゾーンを含む複数のゾーンに区分された加湿冷却ローターと
を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷房装置。
【請求項４】
前記二次除湿ローターは、回転駆動されるのに伴って、前記再生ゾーンとなっていた部分が、前記第１吸着ゾーンへ移行する前に、冷却サイクルゾーンへと移行するように構成され、
さらに、内部に流される空気から熱を奪う第２放熱器と、
流路に空気を流す第３送風機とを備え、
前記冷却サイクルゾーン、および前記第２放熱器を経て、再び前記冷却サイクルゾーンへと戻る冷却サイクル流路が形成され、該冷却サイクル流路に前記第３送風機で空気を流すように構成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の冷房装置。
【請求項５】
前記二次除湿ローターは、前記第１吸着ゾーン、前記再生ゾーン、および前記冷却サイクルゾーンから構成されており、前記第１吸着ゾーンの占有率は５０．０〜７０．０％、前記再生ゾーンの占有率は１５．０〜４０．０％、前記冷却サイクルゾーンの占有率は１０．０〜１５．０％で、さらに、前記二次除湿ローターの回転速度は５〜２０ｒｐｈである
ことを特徴とする請求項４に記載の冷房装置。
【請求項６】
前記第２放熱器が、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって、前記空気から熱を奪うものであり、前記冷媒の温度が、２０℃以上かつ前記空気よりも低温の流体である
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の冷房装置。
【請求項７】
前記加湿冷却ローターは、回転駆動されるのに伴って、前記第２吸着ゾーンとなっていた部分が、前記冷却ゾーンへ移行する前に、加湿ゾーンへと移行するように構成され、
さらに、内部に流される空気から熱を奪う第３放熱器を備え、
前記再生流路の出口から、前記第３放熱器、および前記加湿ゾーンを経て出口に至る加湿流路が形成されている
ことを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の冷房装置。
【請求項８】
前記加湿冷却ローターは、前記第２吸着ゾーン、前記加湿ゾーン、および前記冷却ゾーンから構成されており、前記第２吸着ゾーンの占有率は５０．０〜７０．０％、前記加湿ゾーンの占有率は０．０１〜２０．０％、前記冷却ゾーンの占有率は２０．０〜５０．０％で、さらに、前記加湿冷却ローターの回転速度は５〜２０ｒｐｈである
ことを特徴とする請求項７に記載の冷房装置。
【請求項９】
前記第３放熱器が、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって、前記空気から熱を奪うものであり、前記冷媒の温度が、２０℃以上かつ前記空気よりも低温の流体である
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の冷房装置。
【請求項１０】
前記加湿冷却ローターは、回転駆動されるのに伴って、前記第２吸着ゾーンとなっていた部分が、前記冷却ゾーンへ移行するように構成されている
ことを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の冷房装置。
【請求項１１】
前記加湿冷却ローターは、前記第２吸着ゾーンおよび前記冷却ゾーンから構成されており、前記第２吸着ゾーンの占有率は５０．０〜７０．０％、前記冷却ゾーンの占有率は３０．０〜５０．０％で、さらに、前記加湿冷却ローターの回転速度は５〜２０ｒｐｈである
ことを特徴とする請求項１０に記載の冷房装置。
【請求項１２】
温度６０〜１００℃の前記熱媒を前記加熱器に導入可能で、絶対湿度５〜２５ｇ／ｋｇかつ温度２５〜４０℃の空気を前記冷却流路および前記再生流路に導入可能な環境において稼働可能である
ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の冷房装置。
【請求項１３】
温度４０〜６０℃の前記熱媒を前記加熱器に導入可能で、絶対湿度５〜１５ｇ／ｋｇかつ温度２５〜３０℃の空気を前記冷却流路および前記再生流路に導入可能な環境において稼働可能である
ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の冷房装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発明者らは、既に図４に示すような冷房装置を提案している。
この冷房装置は、加湿冷却ローター８１、二次除湿ローター８３、第１放熱器８５、第２放熱器８７、第３放熱器８９、第４放熱器９１、加熱器９３、第１送風機９５、第２送風機９６、第３送風機９７、およびダンパー９９などを備えてなる。
【０００３】
上記加湿冷却ローター８１および二次除湿ローター８３は、双方とも、内部に流される空気の温度および湿度と既に吸着している水分との関係に応じて、空気中から水分を吸着、または空気中へ水分を脱着するハニカム状構造物によって形成され、通気方向に延びる軸線を回転中心にして一定の速度で回転駆動されるようになっている。
【０００４】
そして、この冷房装置には、室外から空気を吸入し、その空気を加湿冷却ローター８１に通して除湿し、その空気を第１放熱器８５に通して空気から熱を奪い、その空気を二次除湿ローター８３に通してさらに除湿し、その空気を第２放熱器８７に通して空気から熱を奪い、その空気を加湿冷却ローター８１に通して空気中へ水分を脱着させる冷却流路が構成されていて、この冷却流路に空気を流すことにより、冷却空気を得ることができる。
【０００５】
また、この冷房装置には、室外から空気を吸入し、その空気を加熱器９３に通してその空気の温度を上昇させ、その空気を二次除湿ローター８３に通して空気中へ水分を脱着させる再生流路が構成されていて、この再生流路に空気を流すことにより、二次除湿ローター８３の水分吸着能力を回復させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記冷房装置において、加熱器９３としては、太陽熱、工場廃熱、エンジン廃熱などによって加熱された熱媒を導入して、この熱媒と二次除湿ローター８３に通されることになる空気との間で熱交換を行う熱交換型のものを用いている。
【０００７】
しかし、この冷房装置の場合、加熱器９３に８０℃以上の熱媒を導入しないと、二次除湿ローター８３に通される空気の相対湿度を十分に低下させることができないため、８０℃未満の熱媒しか得られない環境下においては、二次除湿ローター８３を十分に再生することができず、冷房装置を稼働させることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来よりも低温の熱媒を利用する場合でも十分に稼働させることができる冷房装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段、および発明の効果】
上記目的を達成するため、本発明においては次のような構成を採用した。
請求項１に記載の冷房装置は、
並列に形成された複数の空孔を有するハニカム状構造物であり、相対圧０の場合の吸湿率と相対圧０．５の場合の吸湿率との差が１０％以上を示す吸着剤または相対圧０．５の場合の吸湿率と相対圧１．０の場合の吸湿率との差が１０％以上示す吸着剤が前記空腔内に設けられていて、該空孔内に流される空気と前記吸着剤との間で水分を吸着／脱着可能とされており、しかも、回転駆動されるように構成されているローターと、
内部に流される空気から熱を奪う第１放熱器と、
内部に流される空気と熱媒との熱交換によって、前記空気を加熱する加熱器と、
流路に空気を流す第１送風機と、
流路に空気を流す第２送風機とを備えており、
前記ローターは、少なくとも第１吸着ゾーン、冷却ゾーン、第２吸着ゾーン、および再生ゾーンを含む複数のゾーンに区分されていて、
室内または室外に設けられた入口から、前記第１吸着ゾーン、前記第１放熱器、および前記冷却ゾーンを経て出口に至る冷却流路が形成され、該冷却流路に前記第１送風機で空気を流すように構成され、
室内または室外に設けられた入口から、前記第２吸着ゾーン、前記加熱器、および前記再生ゾーンを経て出口に至る再生流路が形成され、該再生流路に前記第２送風機で空気を流すように構成され、
さらに、前記ローターが回転駆動されるのに伴って、水分を吸着するゾーンとなっていた部分が徐々に水分を脱着するゾーンへと移行し、水分を脱着するゾーンとなっていた部分が徐々に水分を吸着するゾーンへと移行するように構成されている
ことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の冷房装置は、
前記第１放熱器が、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって、前記空気から熱を奪うものであり、前記冷媒の温度が、２０℃以上かつ前記空気よりも低温の流体である
ことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の冷房装置は、
前記ローターとして、
少なくとも前記第１吸着ゾーンおよび前記再生ゾーンを含む複数のゾーンに区分された二次除湿ローターと、
少なくとも前記冷却ゾーンおよび前記第２吸着ゾーンを含む複数のゾーンに区分された加湿冷却ローターと
を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の冷房装置は、
前記二次除湿ローターは、回転駆動されるのに伴って、前記再生ゾーンとなっていた部分が、前記第１吸着ゾーンへ移行する前に、冷却サイクルゾーンへと移行するように構成され、
さらに、内部に流される空気から熱を奪う第２放熱器と、
流路に空気を流す第３送風機とを備え、
前記冷却サイクルゾーン、および前記第２放熱器を経て、再び前記冷却サイクルゾーンへと戻る冷却サイクル流路が形成され、該冷却サイクル流路に前記第３送風機で空気を流すように構成されている
ことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の冷房装置は、
前記二次除湿ローターは、前記第１吸着ゾーン、前記再生ゾーン、および前記冷却サイクルゾーンから構成されており、前記第１吸着ゾーンの占有率は５０．０〜７０．０％、前記再生ゾーンの占有率は１５．０〜４０．０％、前記冷却サイクルゾーンの占有率は１０．０〜１５．０％で、さらに、前記二次除湿ローターの回転速度は５〜２０ｒｐｈである
ことを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の冷房装置は、
前記第２放熱器が、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって、前記空気から熱を奪うものであり、前記冷媒の温度が、２０℃以上かつ前記空気よりも低温の流体である
ことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の冷房装置は、
前記加湿冷却ローターは、回転駆動されるのに伴って、前記第２吸着ゾーンとなっていた部分が、前記冷却ゾーンへ移行する前に、加湿ゾーンへと移行するように構成され、
さらに、内部に流される空気から熱を奪う第３放熱器を備え、
前記再生流路の出口から、前記第３放熱器、および前記加湿ゾーンを経て出口に至る加湿流路が形成されている
ことを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の冷房装置は、
前記加湿冷却ローターは、前記第２吸着ゾーン、前記加湿ゾーン、および前記冷却ゾーンから構成されており、前記第２吸着ゾーンの占有率は５０．０〜７０．０％、前記加湿ゾーンの占有率は０．０１〜２０．０％、前記冷却ゾーンの占有率は２０．０〜５０．０％で、さらに、前記加湿冷却ローターの回転速度は５〜２０ｒｐｈである
ことを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の冷房装置は、
前記第３放熱器が、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって、前記空気から熱を奪うものであり、前記冷媒の温度が、２０℃以上かつ前記空気よりも低温の流体である
ことを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の冷房装置は、
前記加湿冷却ローターは、回転駆動されるのに伴って、前記第２吸着ゾーンとなっていた部分が、前記冷却ゾーンへ移行するように構成されている
ことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に記載の冷房装置は、
前記加湿冷却ローターは、前記第２吸着ゾーンおよび前記冷却ゾーンから構成されており、前記第２吸着ゾーンの占有率は５０．０〜７０．０％、前記冷却ゾーンの占有率は３０．０〜５０．０％で、さらに、前記加湿冷却ローターの回転速度は５〜２０ｒｐｈである
ことを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に記載の冷房装置は、
温度６０〜１００℃の前記熱媒を前記加熱器に導入可能で、絶対湿度５〜２５ｇ／ｋｇかつ温度２５〜４０℃の空気を前記冷却流路および前記再生流路に導入可能な環境において稼働可能である
ことを特徴とする。
【００２１】
請求項１３に記載の冷房装置は、
温度４０〜６０℃の前記熱媒を前記加熱器に導入可能で、絶対湿度５〜１５ｇ／ｋｇかつ温度２５〜３０℃の空気を前記冷却流路および前記再生流路に導入可能な環境において稼働可能である
ことを特徴とする。
【００２２】
以上のように構成される冷房装置において、ローターは、相対圧０の場合の吸湿率と相対圧０．５の場合の吸湿率との差が１０％以上を示す吸着剤または相対圧０．５の場合の吸湿率と相対圧１．０の場合の吸湿率との差が１０％以上示す吸着剤を空腔内に設けた構造になっている。吸着剤を設ける方法は、どのような方法でも良いが、例えば、空腔をなす壁面に吸着剤をコーティングもしくは合成しても良いし、吸着剤と適当なバインダー等との混合物を材料としてハニカム状構造物を形成し、それをローターとして利用しても良い。
【００２３】
前記第１，第２，第３放熱器は、その内部に流される空気から熱を奪うものであれば何でもよいが、内部に流される空気と冷媒との熱交換によって空気から熱を奪うものでありなどが好適であり、その場合の冷媒としては、２０℃以上かつ空気よりも低温の流体を用いるとよい。
【００２４】
このような冷房装置において、第１送風機を作動させると、冷却流路では、室内または室外から空気が吸入され、その空気が第１吸着ゾーンに通されて除湿され、その空気が第１放熱器に通されて空気から熱が奪われ、その空気が冷却ゾーンに通されて加湿冷却され、これにより、冷却空気を得ることができる（以下、この冷却空気を得る工程を冷却工程ともいう）。
【００２５】
また、第２送風機を作動させると、再生流路では、室内または室外から空気が吸入され、その空気が第２吸着ゾーンに通されてローターが空気中の水分を吸着し、その空気が加熱器に通されて加熱され、その空気が再生ゾーンに通されてローターが空気中へ水分を脱着し、これにより、ローターの吸着能力および脱着能力を回復させることができる（以下、このローターの吸着能力および脱着能力を回復させる工程を再生工程ともいう）。
【００２６】
そして、これら冷却工程および再生工程は、ローターを回転駆動しながら実施することにより、同時に連続的に実施することができる。
このような冷房装置によれば、再生流路において、室内または室外から吸入した空気を、そのまま加熱器に通すのではなく、第２吸着ゾーンに通して除湿してから加熱器に通すので、加熱器に通される空気中に含まれる水分量は、室内または室外から吸入した空気そのものよりも少なくなる。そのため、室内または室外から吸入した空気をそのまま加熱器に通す場合に比べ、加熱器での加熱温度がいくらか低めでも、再生ゾーンに通される空気の相対湿度を十分に低くして、ローターの吸着能力を回復させることができる。
【００２７】
より具体的に言えば、上述した従来の冷房装置の場合、８０℃以上の熱媒を利用できる環境が無いと、再生ゾーンに通される空気の相対湿度を十分に低下させることができず、冷房装置を十分に連続稼働させることができなかったが、本発明の如く構成した冷房装置であれば、４０℃以上の熱媒を利用できる環境があれば、再生ゾーンに通される空気の相対湿度を十分に低下させることができ、冷房装置を十分に連続稼働させることができるようになる。
【００２８】
なお、ローターは、単一のローターを用いて、その単一のローターを第１吸着ゾーン、冷却ゾーン、第２吸着ゾーン、および再生ゾーンを含む複数のゾーンに区分してもよいし、複数のローターを用いて、各ローターに水分を吸着するゾーン（＝第１吸着ゾーン、または第２吸着ゾーン）と水分を脱着するゾーン（＝冷却ゾーン、または再生ゾーン）が少なくとも一つずつ含まれるように各ゾーンを区分してもよい。
【００２９】
複数のローターを用いる場合の具体例としては、例えば、前記ローターとして、少なくとも前記第１吸着ゾーンおよび前記再生ゾーンを含む複数のゾーンに区分された二次除湿ローターと、少なくとも前記冷却ゾーンおよび前記第２吸着ゾーンを含む複数のゾーンに区分された加湿冷却ローターとを備えているものを挙げることができる。
【００３０】
この場合、前記二次除湿ローターは、回転駆動されるのに伴って、前記再生ゾーンとなっていた部分が、前記第１吸着ゾーンへ移行する前に、冷却サイクルゾーンへと移行するように構成され、さらに、内部に流される空気から熱を奪う第２放熱器と、流路に空気を流す第３送風機とを備え、前記冷却サイクルゾーン、および前記第２放熱器を経て、再び前記冷却サイクルゾーンへと戻る冷却サイクル流路が形成され、該冷却サイクル流路に前記第３送風機で空気を流すように構成されていてもよい。
【００３１】
二次除湿ローターが、第１吸着ゾーン、再生ゾーン、および冷却サイクルゾーンから構成される場合、第１吸着ゾーンの占有率は５０．０〜７０．０％、再生ゾーンの占有率は１５．０〜４０．０％、冷却サイクルゾーンの占有率は１０．０〜１５．０％に設定されると望ましく、この時、二次除湿ローターの回転速度は５〜２０ｒｐｈであるとよい。
【００３２】
この冷房装置によれば、第３送風機を作動させると、冷却サイクル流路において、空気が冷却サイクルゾーンに通されて二次除湿ローターから熱が奪われ、その空気が第２放熱器に通されて空気から熱が奪われ、その空気が再び冷却サイクルゾーンに戻され、これにより、二次除湿ローターの温度を低下させることができる（以下、この二次除湿ローターの温度を低下させる工程を冷却サイクル工程ともいう）。
【００３３】
このような冷却サイクル工程を設ければ、二次除湿ローターが、再生ゾーンにおいて加熱器からの空気によって加熱されても、冷却サイクルゾーンにおいて熱が奪われて温度が低下し、その温度の低下した部分が第１吸着ゾーンへと移動するので、第１吸着ゾーンにおける吸着効率が向上する。そのため、冷却流路において二次除湿ローターに通される空気は、上記冷却サイクルゾーンが設けられていない場合以上に除湿されることになり、その空気を加湿冷却ローターに通すことによって、加湿冷却ローターから脱着する水分の量を増大させることができるので、冷却能力を向上させることができる。
【００３４】
なお、この冷却サイクル流路は、単一のローターを用いる場合にも設けることができる。この場合、ローターは、回転駆動されるのに伴って、再生ゾーンとなっていた部分が、冷却サイクルゾーンへと移行し、その後で第１吸着ゾーンまたは第２吸着ゾーンのいずれかへ移行するように、ローターの回転方向を考慮して各ゾーンの順序が設定される。
【００３５】
また、前記加湿冷却ローターは、回転駆動されるのに伴って、前記第２吸着ゾーンとなっていた部分が、前記冷却ゾーンへ移行する前に、加湿ゾーンへと移行するように構成され、さらに、内部に流される空気から熱を奪う第３放熱器を備え、前記再生流路の出口から、前記第３放熱器、および前記加湿ゾーンを経て出口に至る加湿流路が形成されていてもよい。
【００３６】
加湿冷却ローターが、第２吸着ゾーン、加湿ゾーン、および冷却ゾーンから構成される場合、第２吸着ゾーンの占有率は５０．０〜７０．０％、加湿ゾーンの占有率は０．０１〜２０．０％、冷却ゾーンの占有率は２０．０〜５０．０％に設定されると望ましく、この時、加湿冷却ローターの回転速度は５〜２０ｒｐｈであるとよい。
【００３７】
この冷房装置によれば、再生流路から排出される空気が加湿流路へと流れ、加湿流路において、空気が第３放熱器に通されて空気から熱が奪われ、その空気が加湿ゾーンに通されて加湿冷却ローターが空気中の水分を吸着し、これにより、加湿冷却用として利用される水分が加湿冷却ローターに補充される。したがって、再生流路においてのみ加湿冷却ローターに空気中の水分を吸着させる場合に比べ、加湿冷却ローターの吸着水を増大させて、加湿冷却ローターの水分脱着能力を向上させることができるので、冷却能力を向上させることができる。
【００３８】
なお、この加湿流路は、単一のローターを用いる場合にも設けることができる。この場合、ローターは、回転駆動されるのに伴って、第１吸着ゾーンまたは第２吸着ゾーンのいずれかとなっていた部分が、加湿ゾーンへと移行し、その後で冷却ゾーンへ移行するように、ローターの回転方向を考慮して各ゾーンの順序が設定される。
【００３９】
また、加湿ゾーンを設けない構成にしてもよく、例えば、加湿冷却ローターは、回転駆動されるのに伴って、第２吸着ゾーンとなっていた部分が、直ちに冷却ゾーンへ移行するように構成されていてもよい。この場合、第２吸着ゾーンの占有率は５０．０〜７０．０％、冷却ゾーンの占有率は３０．０〜５０．０％に設定されると望ましく、この時、加湿冷却ローターの回転速度は５〜２０ｒｐｈであるとよい。
【００４０】
以上説明した冷房装置によれば、温度６０〜１００℃の熱媒を加熱器に導入可能な場合、絶対湿度５〜２５ｇ／ｋｇかつ温度２５〜４０℃の空気を冷却流路および再生流路に導入可能な環境において稼働可能である。
また、温度４０〜６０℃の熱媒を加熱器に導入可能な場合、絶対湿度５〜１５ｇ／ｋｇかつ温度２５〜３０℃の空気を冷却流路および再生流路に導入可能な環境において稼働可能である。
【００４１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について一例を挙げて説明する。
以下に説明する冷房装置は、図１に示す通り、二次除湿ローター１、加湿冷却ローター３、第１放熱器１１、第２放熱器１２、第３放熱器１３、加熱器１５、第１送風機２１、第２送風機２２、第３送風機２３、およびダンパー２５などを備えている。
【００４２】
二次除湿ローター１および加湿冷却ローター３は、双方とも、直径２５０ｍｍ×高さ２００ｍｍの円柱形に形成されたコルゲートハニカムシリカゲル（本発明でいうハニカム状構造物）によって形成されたもので、内部に流される空気の温度および湿度と既に吸着している水分との関係に応じて、空気中から水分を吸着、または空気中へ水分を脱着する能力を有している。
【００４３】
これら二次除湿ローター１および加湿冷却ローター３は、通気方向に延びる軸線を回転中心にして、５〜２０ｒｐｈの範囲内で設定される一定の速度（例えば１５ｒｐｈ）で同方向（図１中の矢印Ａ方向）に回転駆動される。
二次除湿ローター１は、第１吸着ゾーン１ａ、再生ゾーン１ｂ、および冷却サイクルゾーン１ｃの３ゾーンに区分されている。これら３ゾーンの回転軸に垂直な切断面における断面積比は、第１吸着ゾーン１ａ：再生ゾーン１ｂ：冷却サイクルゾーン１ｃ＝５：２：１とされている。
【００４４】
加湿冷却ローター３は、冷却ゾーン３ａ、第２吸着ゾーン３ｂ、および加湿ゾーン３ｃの３ゾーンに区分されている。これら３ゾーンの回転軸に垂直な切断面における断面積比は、冷却ゾーン３ａ：第２吸着ゾーン３ｂ：加湿ゾーン３ｃ＝１：３：１とされている。
【００４５】
第１放熱器１１、第２放熱器１２、および第３放熱器１３は、水冷熱交換器であり、内部に流される空気と冷却水との間で熱交換を行うことにより、空気から熱を奪って、空気の温度を冷却水と同程度（本実施形態の場合、２４℃〜２６℃）まで低下させることができる。
【００４６】
加熱器１５も、熱交換器であるが、廃熱を利用して加熱された４０℃〜１００℃の温水を熱媒として導入するように構成されており、内部に流される空気と熱媒との熱交換を行うことにより、空気を加熱して、空気の温度を熱媒と同程度まで上昇させることができる。
【００４７】
第１送風機２１は、室内に設けられた入口から、二次除湿ローター１の第１吸着ゾーン１ａ、第１放熱器１１、および加湿冷却ローター３の冷却ゾーン３ａを経て、室内に設けられた出口に至る冷却流路に、空気を流す装置である。なお、本実施形態において、冷却流路の空塔速度は０．４〜２．０ｍ／ｓｅｃ（好適には０．５〜０．６ｍ／ｓｅｃ）、風量は５５〜６５ｍ３／ｈｒである。
【００４８】
第２送風機２２は、室外に設けられた入口から、加湿冷却ローター３の第２吸着ゾーン３ｂ、加熱器１５、および二次除湿ローター１の再生ゾーン１ｂを経て出口に至る再生流路に、空気を流す装置である。なお、本実施形態において、再生流路の空塔速度は０．４〜２．０ｍ／ｓｅｃ（好適には１．１〜１．２ｍ／ｓｅｃ）、風量は４５〜５５ｍ３／ｈｒである。
【００４９】
第３送風機２３は、二次除湿ローター１の冷却サイクルゾーン１ｃから、第２放熱器１２を経て、二次除湿ローター１の冷却サイクルゾーン１ｃへと戻る冷却サイクル流路に、空気を流す装置である。なお、冷却サイクル流路の空塔速度は０．４〜２．０ｍ／ｓｅｃ（好適には１．９〜２．０ｍ／ｓｅｃ）である。
【００５０】
ダンパー２５は、上記再生流路の出口に設けられており、再生流路の出口から排出される空気を、室外へ放出するか加湿流路の入口へ導入するかを切り替えることができる。加湿流路は、再生流路の出口から、第３放熱器１３、および加湿冷却ローター３の加湿ゾーン３ｃを経て、室外に設けられた出口に至る流路である。
【００５１】
次に、この冷房装置の動作について説明する。
この冷房装置で冷房を行うには、二次除湿ローター１および加湿冷却ローター３を回転駆動しながら、第１送風機２１、第２送風機２２、および第３送風機２３を作動させる。
【００５２】
第１送風機２１の作動に伴って、冷却流路においては、室内から空気が吸入され、その空気が二次除湿ローター１の第１吸着ゾーン１ａに通されて除湿される。このとき、二次除湿ローター１の第１吸着ゾーン１ａでは吸着熱が発生するため、第１吸着ゾーン１ａに通された空気はいくらか温度が上昇する。続いて、その空気が第１放熱器１１に通され、空気から熱が奪われる。続いて、その空気が加湿冷却ローター３の冷却ゾーン３ａに通されて加湿冷却される。すなわち、加湿冷却ローター３の冷却ゾーン３ａでは、加湿冷却ローター３から水分が脱着し、脱着に伴って空気から熱が奪われて空気の温度が低下する。そして、その空気が室内に放出される結果、室内の温度が低下する。
【００５３】
また、第２送風機２２の作動に伴って、再生流路においては、室外から空気が吸入され、その空気が加湿冷却ローター３の第２吸着ゾーン３ｂに通される。このとき、加湿冷却ローター３が空気中の水分を吸着し、加湿冷却ローター３の水分脱着能力が回復するとともに、空気の湿度が低下する。加湿冷却ローター３の第２吸着ゾーン３ｂに通された空気は、続いて加熱器１５に通されて加熱される。この加熱により、空気の相対湿度は、さらに低下することになる。そして、その空気が二次除湿ローター１の再生ゾーン１ｂに通される。このとき、二次除湿ローター１が空気中へ水分を脱着し、二次除湿ローター１の水分吸着能力が回復する。このように、この冷房装置においては、加湿冷却ローター３で空気中の水分を吸着した上で、その空気を加熱器１５に通しているので、加熱器１５においては、従来ほど高温にしなくても、空気の相対湿度を十分に低下させることができるのである。
【００５４】
また、第３送風機２３の作動に伴って、冷却サイクル流路においては、空気が二次除湿ローター１の冷却サイクルゾーン１ｃに通されて二次除湿ローター１から熱が奪われ、その空気が第２放熱器１２に通されて空気から熱が奪われ、その空気が再び二次除湿ローター１に戻され、これにより、再生のために加えられた熱を除去し、二次除湿ローター１の温度を低下させて第１吸着ゾーン１ａにおける吸着能力を向上させることができる。
【００５５】
さらに、ダンパー２５によって、再生流路の出口から排出される空気を加湿流路へ導入することもでき、この場合、加湿流路において、空気が第３放熱器１３に通されて空気から熱が奪われ、その空気が加湿冷却ローター３に通されて加湿冷却ローター３が空気中の水分を吸着し、これにより、水分が加湿冷却ローター３に補充される。
【００５６】
これら一連の動作は、二次除湿ローター１および加湿冷却ローター３を回転駆動しながら実施されるため、二次除湿ローター１は、第１吸着ゾーン１ａ、再生ゾーン１ｂ、および冷却サイクルゾーン１ｃの順に各ゾーンへ移行する動作を繰り返す。また、加湿冷却ローター３は、冷却ゾーン３ａ、第２吸着ゾーン３ｂ、および加湿ゾーン３ｃの順に各ゾーンへ移行する動作を繰り返す。したがって、二次除湿ローター１および加湿冷却ローター３は、それぞれ各ゾーンへ移行する毎に吸着／脱着を繰り返す状態になり、連続的に冷房運転を行うことができる。
【００５７】
特に、加湿冷却ローター３においては、冷却ゾーン３ａにおいて低温化した部分が第２吸着ゾーン３ｂへと移行し、その低温化した第２吸着ゾーン３ｂで水分を吸着するので、第２吸着ゾーン３ｂの吸着能力が向上する。
以上のように構成された冷房装置において、冷却流路および再生流路を流れる空気の状態は、図２のグラフに示すように変化する。
【００５８】
すなわち、まず、冷却流路においては、空気が二次除湿ローター１に通されることにより、空気の湿度が低下し、温度が上昇する（Ｓ１→Ｓ２）。続いて、その空気が第１放熱器１１に通されることにより、空気の温度が低下する（Ｓ２→Ｓ３）。続いて、その空気が加湿冷却ローター３に通されることにより、空気の温度がさらに低下し、湿度が上昇する（Ｓ３→Ｓ４）。こうして得られた空気は、温度が２０℃程度まで低下しているので、室内の冷房に利用できる。
【００５９】
また、再生流路においては、空気が加湿冷却ローター３に通されることにより、空気の温度が上昇し、湿度が低下する（Ｓ５→Ｓ６）。続いて、その空気が加熱器１５に通されることにより、空気の温度が上昇する（Ｓ６→Ｓ７）。続いて、その空気が二次除湿ローター１に通されることにより、空気の温度が低下し、湿度が上昇する（Ｓ７→Ｓ８）。この結果、加湿冷却ローター３は水分脱着能力が回復し、二次除湿ローター１は水分吸着能力が回復する。
【００６０】
次に、この冷房装置を実際に作動させて冷房能力を検証した。
実験条件は、下記表１の通りである。
【００６１】
【表１】
2004093013.tif 000003
【００６２】
以上の実験条件で冷房装置を稼働させたところ、再生流路において、加湿冷却ローター３に通された空気は、相対湿度が２７％まで低下した。また、その空気を加熱器１５に通して５５〜６５℃まで加熱すると、相対湿度が約５．５％まで低下した。この空気を二次除湿ローター１に通すことにより、二次除湿ローター１は水分吸着能力を回復させることができた。
【００６３】
一方、冷却流路において、二次除湿ローター１に通された空気は、絶対湿度が３．５ｇ／ｋｇまで低下した。また、その空気を第１放熱器１１に通して２５℃まで温度を低下させ、その空気を加湿冷却ローター３に通すと、空気の温度は２０℃まで低下し、その状態を維持したまま連続稼働させることができた。
【００６４】
次に、上記実験１よりも室外空気が高湿度となる条件下で、上記実験１と同様の実験を行った。
実験条件は、下記表２の通りである。
【００６５】
【表２】
2004093013.tif 000004
【００６６】
以上の実験条件で冷房装置を稼働させたところ、再生流路において、加湿冷却ローター３に通された空気は、相対湿度が３５％まで低下した。また、その空気を加熱器１５に通して５５〜６５℃まで加熱すると、相対湿度が約１２％まで低下した。この空気を二次除湿ローター１に通すことにより、二次除湿ローター１は水分吸着能力を回復させることができた。
【００６７】
一方、冷却流路において、二次除湿ローター１に通された空気は、絶対湿度が５ｇ／ｋｇまで低下した。また、その空気を第１放熱器１１に通して２５℃まで温度を低下させ、その空気を加湿冷却ローター３に通すと、空気の温度は２０℃まで低下し、その状態を維持したまま連続稼働させることができた。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の具体的な一実施形態に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。
例えば、上記実施形態では、ローターとして、二次除湿ローター１および加湿冷却ローター３の２つを用いたが、ローターの数は１つでもよく、３つ以上でもよい。
【００６９】
より具体的な例を示すと、例えば、図３に示す冷房装置のように、１つのローター３１、第１放熱器３３、第２放熱器３５、加熱器３７、第１送風機３９、第２送風機４１、第３送風機４３などを備えたものを考え得る。
この冷房装置において、ローター３１は、上記二次除湿ローター１や加湿冷却ローター３と同様なハニカム状構造物によって形成されており、第１吸着ゾーン３１ａ、再生ゾーン３１ｂ、冷却サイクルゾーン３１ｃ、冷却ゾーン３１ｄ、および第２吸着ゾーン３１ｅの５ゾーンに区分されている。
【００７０】
第１放熱器３３、第２放熱器３５、加熱器３７、第１送風機３９、第２送風機４１、第３送風機４３は、先に説明した冷房装置と同様のものである。
そして、この冷房装置においても、室内に設けられた入口から、ローター３１の第１吸着ゾーン３１ａ、第１放熱器３３、およびローター３１の冷却ゾーン３１ｄを経て、室内に設けられた出口に至る冷却流路が形成され、また、室外に設けられた入口から、ローター３１の第２吸着ゾーン３１ｅ、加熱器３７、およびローター３１の再生ゾーン３１ｂを経て出口に至る再生流路が形成され、さらに、ローター３１の冷却サイクルゾーン３１ｃから、第２放熱器３５を経て、ローター３１の冷却サイクルゾーン３１ｃへと戻る冷却サイクル流路が形成されている。
【００７１】
このように構成された冷房装置でも、ローター３１を回転駆動するとともに、第１送風機３９、第２送風機４１、および第３送風機４３を作動させることにより、連続的に冷房運転を行うことができる。しかも、再生流路においては、室外からの空気をそのまま加熱器３７に通すのではなく、室外からの空気をローター３１の第２吸着ゾーン３１ｅに通してから加熱器３７に通しているので、加熱器３７での加熱温度が低めでも、十分に相対湿度が低い空気をローター３１の再生ゾーン３１ｂに通すことができ、十分な冷房能力を得ることができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、冷却流路の出口を室内に設けることにより、冷却流路から室内に冷却空気を放出して冷房を行うように構成してあったが、冷却空気を直接室内に放出せず、冷却流路から得られる冷却空気と室内の空気とを熱交換器に導入して熱交換を行うことにより、室内の空気を冷却するように構成してもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、第１放熱器１１、第２放熱器１２、および第３放熱器１３において、２４℃〜２６℃の冷却水を冷媒として利用していたが、冷却対象となる空気よりも低温の流体であれば冷媒として利用可能であり、２０℃以上の流体であっても実用上は十分に冷媒として利用可能である。
【００７４】
また、上記実施形態では、二次除湿ローターを、特定の比率で第１吸着ゾーン、再生ゾーン、および冷却サイクルゾーンに区分したが、第１吸着ゾーンの占有率は５０．０〜７０．０％、再生ゾーンの占有率は１５．０〜４０．０％、冷却サイクルゾーンの占有率は１０．０〜１５．０％程度の範囲で調節可能である。また、加湿冷却ローターについても、特定の比率で第２吸着ゾーン、加湿ゾーン、および冷却ゾーンに区分したが、第２吸着ゾーンの占有率は５０．０〜７０．０％、加湿ゾーンの占有率は０．０１〜２０．０％、冷却ゾーンの占有率は２０．０〜５０．０％程度の範囲で調節可能である。また、加湿冷却ローターは、加湿ゾーンを設けず、第２吸着ゾーンおよび冷却ゾーンから構成されていてもよく、その場合は、第２吸着ゾーンの占有率は５０．０〜７０．０％、冷却ゾーンの占有率は３０．０〜５０．０％程度の範囲で調節可能である。
【００７５】
加えて、上記実施形態では、特定温度の熱媒を加熱器１５に導入する例を示したが、加熱器１５に４０℃〜１００℃程度の熱媒を導入可能な環境であれば、本冷房装置を稼働させることができる。但し、熱媒の温度条件が変わると、処理可能な空気の温度条件や湿度条件はいくらか変わることになる。目安としては、例えば、温度６０〜１００℃の熱媒を加熱器１５に導入可能な場合、絶対湿度５〜２５ｇ／ｋｇかつ温度２５〜４０℃の空気を冷却流路および再生流路に導入可能な環境において、本冷房装置を稼働させることができる。また、例えば、温度４０〜６０℃の熱媒を加熱器１５に導入可能な場合、絶対湿度５〜１５ｇ／ｋｇかつ温度２５〜３０℃の空気を冷却流路および再生流路に導入可能な環境において、本冷房装置を稼働させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態として説明した冷房装置の構成図である。
【図２】冷房装置内を流れる空気の状態変化を示すグラフである。
【図３】別の実施形態として説明した冷房装置の構成図である。
【図４】従来の冷房装置の構成図である。
【符号の説明】
１・・・二次除湿ローター、１ａ・・・第１吸着ゾーン、１ｂ・・・再生ゾーン、１ｃ・・・冷却サイクルゾーン、３・・・加湿冷却ローター、３ａ・・・冷却ゾーン、３ｂ・・・第２吸着ゾーン、３ｃ・・・加湿ゾーン、１１・・・第１放熱器、１２・・・第２放熱器、１３・・・第３放熱器、１５・・・加熱器、２１・・・第１送風機、２２・・・第２送風機、２３・・・第３送風機、２５・・・ダンパー、３１・・・ローター、３１ａ・・・第１吸着ゾーン、３１ｂ・・・再生ゾーン、３１ｃ・・・冷却サイクルゾーン、３１ｄ・・・冷却ゾーン、３１ｅ・・・第２吸着ゾーン、３３・・・第１放熱器、３５・・・第２放熱器、３７・・・加熱器、３９・・・第１送風機、４１・・・第２送風機、４３・・・第３送風機。
【図１】
2004093013.tif 000005
【図２】
2004093013.tif 000006
【図３】
2004093013.tif 000007
【図４】
2004093013.tif 000008