(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中の湿気を吸着して乾燥させる吸着ゾーンと吸着された湿気を脱着する脱着ゾーンとを有する除湿ローターと、２つの流路間で顕熱交換を行う直交型熱交換器を設け、前記除湿ロータの吸着ゾーンを通過することによって乾燥した外気を前記直交型熱交換器の一方の通路に通して室内に供給し、室内からの還気を前記直交型熱交換器の他方の通路に通して前記除湿ロータの脱着ゾーンに送るようにし、前記直交型熱交換器の室内からの還気の通過する通路は２つに分割され、その一方であって前記除湿ロータから供給される乾燥空気の流れの上流側に位置する通路を非加湿通路とし、その下流側に位置する通路に水を噴射して加湿冷却する加湿通路とし、これによって前記除湿ロータによって乾燥され室内に供給される空気を冷却し、前記加湿通路を通過した空気を外部に放出し、前記直交型熱交換器の一方の通路は２つに分割され、その一方であって前記室内からの還気の流れの上流側に位置する通路に乾燥した空気を流して非加熱通路とし、その他方であって前記室内からの還気の流れの下流に位置する通路に廃熱源からの熱風を送って加熱通路とし、前記加熱通路から出た空気を外部に放出するようにするとともに、前記加熱通路を通過する熱風と前記非加湿通路を通過する空気とを顕熱交換し非加湿通路を通過する空気を前記除湿ロータの脱着ゾーンに送るようにしたことを特徴とする除湿空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばボイラーの廃熱などの低温の廃熱であっても高能率の空調を行うことのできる除湿空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
除湿空調装置は外気の湿気を吸着あるいは吸収によって除湿し、乾燥空気を作ってこれを冷却し供給するものである。このような除湿空調装置はフロンを使用しない点や、駆動エネルギー源として熱を使うためガスの燃焼熱や排熱あるいは太陽熱など多種のエネルギーを用いることができ、よって二酸化炭素の排出を減少することができ、夏場の電力ピークを抑制することができるなど、多くの特徴を有している。
【０００３】
従来の除湿空調装置について図４に沿って説明する。１はブロアであり、大気ＯＡを除湿ローター２の吸着ゾーン３へ送る。これによって空気は温度が上昇するとともに乾燥空気となる。ここで除湿ローター２は、ハニカム（蜂の巣）状に形成された紙にシリカゲルやゼオライトなどの吸湿剤を担持したものであり、モーター（図示せず）によってベルト等（図示せず）を介して回転駆動されるものである。
【０００４】
除湿ローター２の吸着ゾーン３を出た空気は、直交形顕熱交換素子４の一方の通路５を通過し、これによって乾燥空気の温度が下がる。ここで直交形顕熱交換素子４は、図２に示すように波状に形成されたアルミ箔や合成樹脂フィルムと平面状のアルミ箔や合成樹脂フィルムを交互にかつ波の方向が交互になるように積層して構成されたものであり、互いに直交する２つの通路を有し、それぞれの通路の間で顕熱交換が行われる。またその２つの通路を通過する気体がそれぞれ混合することはない。
【０００５】
直交形顕熱交換素子４の一方の通路５を出た乾燥空気は水噴霧ノズル６に入る。水噴霧ノズル６は、ここを通過する空気に水を噴霧し、水の気化熱によって冷却するものである。水噴霧ノズル６を出てさらに温度の下がった空気を供給空気ＳＡとして室内に供給する。
【０００６】
室内の空気ＲＡはブロア７によって吸引され、先ず水噴霧ノズル８の設けられた管路に入る。室内の空気は一般的には相対湿度１００％ではないため、水噴霧ノズル８によって水が気化され冷却される。
【０００７】
水噴霧ノズル８によって冷却された空気は直交形顕熱交換素子４の他方の通路９を通過し、直交形顕熱交換素子４の一方の通路５の温度を下げるとともに温度が上昇してヒーター１０に入る。ここでヒーター１０は、天然ガスやプロパンガスなどの可燃性ガスを燃焼するガスバーナーや温水の通されるラジエターである。あるいはヒーター１０は加熱手段であれば、他の燃焼機器からの高温排気ガス、または高温排気ガスと空気との混合ガスのような手段であってもよい。
【０００８】
ヒーター１０によって加熱された空気は、除湿ローター２の脱着ゾーン１１を通り、除湿ローター２の吸湿剤に吸着された湿分を脱着し、ブロア７によって排気ＥＡとして大気へ放出される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の除湿空調装置はヒーター１０を通って加熱された空気によって除湿ローター２の脱着を行っている。除湿ローター２の脱着を行うには、吸着ゾーン３を通る空気より脱着ゾーン１１を通る空気の方が相対湿度が低くなる必要があり、この相対湿度の差が大きい程脱着効果が高い。
【００１０】
従ってガスボイラーの排気ガスのように相対湿度が高くかつ温度が９０〜１００℃程度のガスを脱着ゾーン１１に送ることよって脱着を行うのは困難で、このような排気ガスの廃熱を利用することが難しいという問題がある。
【００１１】
特に近年注目されているマイクロガスタービン発電機で天然ガスを燃焼するものは、エネルギー効率を高めるために排気ガスの熱で温水をつくり、供給するようにしているが、このような装置の排気ガスは相対湿度がほぼ１００％で温度が９０〜１００℃程度であり、除湿ローター２の脱着が極めて困難である。
【００１２】
このような装置は発電とともに温水を供給することで総合的な熱効率は７０％程度になるのであるが、残りの３０％のエネルギーは排気ガスから熱として放出されており、このエネルギーを利用して空調を行えば総合的な熱効率は９５％を超えるようになる。
【００１３】
本発明は低温で相対湿度の高いボイラーやコジェネマイクロガスタービン発電機の排気ガスの熱などを利用して高効率で空調機能を発揮する除湿空調装置を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本件発明は以上のような課題を解決するため、顕熱交換手段を乾燥空気と室内空気との間で熱交換する領域と、廃熱供給源からの空気と室内からの還流空気との間で顕熱交換する領域とに分け、廃熱供給源からの空気と顕熱交換した室内空気を吸着ローターの脱着ゾーンに供給するようにした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、室内からの空気を加湿冷却する加湿冷却手段と、加湿冷却された室内からの空気と室内へ供給する空気との間で顕熱交換する顕熱交換手段と、顕熱交換手段へ送られる外気の湿気を吸着して乾燥させる除湿ローターとを有し、室内からの還流空気と廃熱発生源からの熱風との間で顕熱交換するよう顕熱交換手段の一部の領域を分け、顕熱交換手段の領域を分けられた部分を通過し加熱された室内からの還流空気によって除湿ローターを脱着するようにしたものであり、排熱発生源からの熱風が多湿であった場合に、除湿ローターの脱着空気は熱風の有する潜熱でも加熱されるという作用を有する。
【００１６】
【実施例】
以下本発明の除湿空調装置の実施例について図１に沿って詳細に説明する。ここで、ブロア１、除湿ローター２、吸着ゾーン３、直交形顕熱交換素子４、一方の通路５、ブロア７、水噴霧ノズル８、他方の通路９、脱着ゾーン１１については従来の除湿空調装置を示す図３と同一のものであり、冗長性を避けるため重複した説明を省略する。
【００１７】
１２は第１仕切板であり、直交形顕熱交換素子４の他方の通路９入口を非加湿通路１３と加湿通路１４とに分割している。そして分割された加湿通路１４には水噴霧ノズル８が設けられている。この水噴霧ノズル８による噴霧量は、相対湿度が１００％の空気中に水の微粒子が浮遊する状態になるまでとする。ここで非加湿通路１３と加湿通路１４には双方とも部屋からの戻り空気が流れる。
【００１８】
１５は第２仕切り板であり、直交形顕熱交換素子４の一方の通路５入口を非加熱通路１６と加熱通路１７とに分割している。非加熱通路１６には除湿ローター２の吸着ゾーン３を通った空気を通し、加熱通路１７にはマイクロガスタービン（図示せず）の排気ガス管２２を連通する。
【００１９】
１８は排気通路であり、加湿通路１４出口と加熱通路１７出口とが開口している。１９は脱着通路であり、非加湿通路１３の出口と連通している。またブロア７は脱着通路１９と排気通路１８との両方の空気を外に送るものである。
【００２０】
排気通路１８は底面が傾斜しており、ここに溜まった結露水の排出を容易にしている。また排気通路１８の出口には気水分離を行うデフューザー２０が設けられ、さらに脱着通路１９と排気通路１８とを通過する空気の量の比を調節するバルブ２１が設けられている。
【００２１】
本発明の除湿空調装置は以上のように構成され、以下その動作について説明する。
【００２２】
ブロア１，７を起動し、次にマイクロガスタービンを点火し、水噴霧ノズル８に水を送る。すると外気ＯＡはブロア１に吸引されてブロア１に入り、ブロア１に押し出されて除湿ローター２の吸着ゾーン３に入る。ここで、外気の湿気が除湿ローター２に吸着され、乾燥空気となるとともに吸着熱によって温度が上昇する。
【００２３】
温度の上がった乾燥空気は直交形顕熱交換素子４の一方の通路５の非加熱通路１６に入る。ここで、乾燥空気はその顕熱を直交形顕熱交換素子４に与え、温度が下がる。つまり直交形顕熱交換素子４の非加熱通路１６を出た乾燥空気は室内空気ＲＡ及び水噴霧ノズル８によって噴霧された水の気化熱によって温度が下がり、快適な供給空気ＳＡとなって室内に供給される。
【００２４】
室内の空気ＲＡは、ブロア７の吸引によって直交形顕熱交換素子４の他方の通路９の非加湿通路１３と加湿通路１４に入る。そして脱着通路１９及び排気通路１８を通過してブロア７の吸い込み口に入り、大気へ放出される。
【００２５】
つまり室内の空気ＲＡの一部は冷却通路１４に入り、冷却通路１４内の空気は水噴霧ノズル８によって加湿され温度が下がるとともに、水の微粒子が浮遊した状態となる。
【００２６】
この水の微粒子は冷却通路１４を通過する間に、直交形顕熱交換素子４の一方の通路５を通過する空気によって気化され、気化熱を奪い排気通路１８に入る。そして直交形顕熱交換素子４の一方の通路５と他方の通路９との間は顕熱交換のみが行われ、両気体の混合はないため、当然一方の通路５内の空気と冷却通路１４内の空気とが混合することもない。従って、直交形顕熱交換素子４の一方の通路５を通過する空気は加湿されることなく冷却される。
【００２７】
ここでこの冷却について詳細に説明すると、冷却通路１４の入り口付近では冷却効果が高く、ここでの熱交換は冷却通路１４内の空気と非加熱通路１６内の空気との間で行われる。従って、非加熱通路１６内の温度が効果的に下がり、室内へ供給される。
【００２８】
一方マイクロガスタービンの排気は燃料中の水素原子の酸化によって多量の水分が含まれており、燃料が天然ガスの場合は水分が最も多くなり、排気ガスの相対湿度はほぼ１００％になる。従って、この空気が非冷却通路１３内を通過する室内空気と顕熱交換を行うと、排気ガス中の水分は凝縮する。
【００２９】
このため排気ガスの有する９０〜１００℃の顕熱と潜熱とによって非冷却通路１３内を通過する室内空気が加熱され脱着ゾーン１９に入る。つまり室内空気ＲＡは単なる顕熱によって加熱されるより効果的に加熱され脱着ゾーン１９へ入るため、排気ガスの温度があまり高くなくても除湿ローター２の湿分を脱着するのに十分な温度になる。
【００３０】
例えば温度１００℃・湿度４０％の空気が熱交換によって温度７０℃・湿度１００％になったとすると温度は３０℃しか変化していないのであるが、そのカロリー差は１０７Kcalとなり、大きなエネルギーを取り出すことができる。これは顕熱のみが下がって３０℃の温度差があった場合に比較して４〜５倍のエネルギーを取り出したことになる。
【００３１】
このように直交形顕熱交換素子４の加熱通路１７を出た空気は、温度が８５℃まで上昇し除湿ローター２の脱着ゾーン１１を通過し、除湿ローター２の持つ湿分を脱着する。除湿ローター２の脱着ゾーン１１を出た高温多湿空気はブロア７を通過して排気ＥＡとなって大気に放出される。また排気通路１８を通過した空気も、ブロア７によって除湿ローター２の脱着ゾーン１１を出た高温多湿空気とともに排気ＥＡとなって大気に放出される。
【００３２】
そしてバルブ２１を調節することによって、排気通路１８内に流れる空気の量を調節することができ、この調節と水噴霧ノズル８からの噴霧量によって供給空気ＳＡの温度を制御することができる。
【００３３】
以上の実施例では室内空気ＲＡを非加湿通路１３及び加湿通路１４の両方に供給するようにしていたが、この空気量が不足する場合には外気を加湿通路１４に供給するようにしてもよい。
【００３４】
また排熱源としてマイクロガスタービンの温水ボイラーを通過した排気ガスを利用する例を示したが、直燃焼式のボイラーの排気ガスなども使用することができる。
【００３５】
さらに静止形顕熱交換素子として直交形熱交換素子の例を示したが、流れの方向が斜めであるものや、流れの方向が対向するものなどを用いることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の除湿空調装置は排熱発生源からの熱風として室内空気の絶対湿度より高い絶対湿度を有する空気を用い、この高温・多湿空気と室内空気との間で顕熱交換をするようにしているため、排熱源などから供給される高温・多湿空気の持つ顕熱だけでなく潜熱をも利用して除湿ローターの脱着を行うことができ、排熱源からの空気の温度が低くても十分な脱着を行うことができる。つまり例えばボイラーの排熱などの従来使用が困難であったような排熱を利用することができる。
【００３７】
しかも供給空気の温度を顕熱交換によって下げるようにしているため、供給空気の湿度が上がることはなく快適性の高い空気を供給することができる。そしてその顕熱交換を行う手段によって潜熱を回収するようにしているため、部品点数が少なく構造が簡単である。
【００３８】
また１つの静止形顕熱交換素子の領域を分けることによって排熱回収（室内冷気による供給空気の冷却）と間接気化冷却と排熱源からの潜熱の回収を行っており、装置全体がコンパクトかつ低コストで実現できる。
【００３９】
特に熱交換器として静止形顕熱交換素子を使用しているため、熱交換を行う気体間で湿気の持ち込みがなく、供給空気の湿度を低く維持することができる。
【００４０】
そして外気の湿度が低い場合には、加湿冷却を付加することもでき、この場合いはさらに供給空気の温度を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の除湿空調装置の実施例１を示すフロー図である。
【図２】本発明に用いられる除湿空調装置に用いられる直交形熱交換器を示す斜視図である。
【図３】従来の除湿空調装置の例を示すフロー図である。
【符号の説明】
１  ブロア
２  除湿ローター
３  吸着ゾーン
４  直交形顕熱交換素子
５  一方の通路
７  ブロア
８  水噴霧ノズル
９  他方の通路
１１  脱着ゾーン
１２  第１仕切板
１３  非加湿通路
１４  加湿通路
１５  第２仕切り板
１６  非加熱通路
１７  加熱通路
１８  排気通路
１９  脱着通路
２０  デフューザー
２１  バルブ
２２  排気ガス管
【図１】
0004749559.tif 000002
【図２】
0004749559.tif 000003
【図３】
0004749559.tif 000004