(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温の廃熱ガスとしてエンジンの排ガスと低温廃熱空気として前記エンジンを冷却した空気を発生する装置の廃熱を利用するものであって、気体の湿気を吸着して乾燥させる除湿ローターを有し、前記除湿ローターの脱着用空気として、前記エンジンの排ガスと前記エンジンを冷却した低温排熱空気との間で顕熱交換する静止型顕熱交換手段を通過し排ガスによって加熱された低温廃熱空気によって前記除湿ローターを脱着するようにしたことを特徴とする除湿装置。
【請求項２】
静止型顕熱交換器は直交型熱交換器であり、前記直交型熱交換器の排ガス管接続端から排ガス出口に向かって温度が下がり、その温度分布によって最も温度が高くなった低温排熱空気を除湿ローターの脱着の最終部分に当て、前記直交型熱交換器の温度分布によって最も温度の低い低温排熱空気を前記除湿ロータの脱着の最初の部分に当たるようにした請求項１記載の除湿装置。
【請求項３】
高温の廃熱ガスとしてエンジンの排ガスと低温廃熱空気として前記エンジンを冷却した空気を発生する装置の廃熱を利用するものであって、気体の湿気を吸着して乾燥させる除湿ローターを有し、前記エンジンの排ガスとエンジンを冷却した低温排熱空気及び前記除湿ローターのパージ空気との間で顕熱交換する静止型顕熱交換手段を設け、前記顕熱交換手段を通過し排ガスによって加熱された低温廃熱空気及びパージ空気の混合空気によって前記除湿ローターを脱着するようにし、前記除湿ローターで乾燥された空気を冷却して室内に供給するようにした除湿空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばボイラーを有するマイクロガスタービン発電機などの廃熱を利用して動作する除湿装置及びそれを用いた除湿空調装置に関するものであり、特に廃熱が低温であっても高能率の除湿や空調を行うことのできるものである。
【０００２】
【従来の技術】
除湿装置として冷凍機で外気を露点以下まで冷やして外気から湿気を除去する冷凍式のものと、外気の湿気を吸着あるいは吸収することによって外気を除湿し、乾燥空気を作ってこれを冷却し供給する吸収・吸着式のものとがある。冷凍式のものは外気の絶対湿度が高い場合には除湿効率が高いのであるが、駆動エネルギー源として電気やエンジンを必要とし、エネルギー源として質の高いものを必要とする。
【０００３】
一方、吸収・吸着式のものは露点が０℃以下の乾燥空気を作ることができ、また駆動エネルギー源として１００℃前後の熱でよい為、発電機などの廃熱を有効利用することができる。
【０００４】
また除湿空調装置は吸収・吸着式の除湿装置によって外気を除湿し、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。
【０００５】
従来の除湿空調装置について図９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。
【０００６】
４はヒーターであり、これを通過する空気を１００℃程度まで加熱するものである。ヒーター４を通過した空気は加熱されて除湿ローター２の脱着ゾーン５に入る。６はブロアであり、脱着ゾーン５の空気を吸引して外部へ放出するものである。
【０００７】
ヒーター４としては電気ヒーターやガス燃焼ヒーターあるいは蒸気などの通る熱交換器が一般に用いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような除湿装置は、除湿性能を上げるためには除湿ローター２の脱着を十分に行う必要がある。このためヒーター４の温度は高い方が望ましく、ヒーター４によって加熱される空気の温度が下がると脱着特性は悪くなるのであるが、特に１００℃を境にしてそれ以下になると急激に脱着特性が悪化する。
【０００９】
このためにヒーター４に用いる熱源として１００℃以下の廃熱が使い難いという問題がある。このため例えばコジェネレーション機器として最近注目されているマイクロガスタービン発電機のボイラーを通過した後の排気ガスの余熱などの利用は困難であった。
【００１０】
本発明はボイラーやボイラーを有するマイクロガスタービン発電機などの廃熱を利用しても十分な性能を発揮することの可能な除湿装置及びそれを用いた除湿空調装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【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、高温と低温の廃熱を発生する装置の廃熱を利用するものであって、除湿ローターの脱着用空気と廃熱発生源からの高温廃熱空気と低温廃熱空気との間で顕熱交換する顕熱交換手段を設け、顕熱交換手段を通過し加熱された低温廃熱空気によって除湿ローターを脱着するようにした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、高温と低温の廃熱を発生する装置の廃熱を利用するものであって、気体の湿気を吸着して乾燥させる除湿ローターを有し、除湿ローターの脱着用空気と廃熱発生源からの高温廃熱流体と低温廃熱空気との間で顕熱交換する顕熱交換手段を設け、顕熱交換手段を通過し加熱された低温廃熱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、高温と低温の廃熱を発生する装置の廃熱の全てのエネルギーを利用して除湿ローターの脱着を行うという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の除湿装置によって作られた乾燥空気を冷却して室内に供給するようにしたものであり、高温と低温の廃熱を発生する装置の廃熱の全てのエネルギーを利用して空調を行うという作用を有する。
【００１４】
【実施例】
以下本発明の除湿装置の実施例１について図に沿って詳細に説明する。図１は除湿装置を示す斜視図である。ここでブロア１、除湿ローター２、吸着ゾーン３、脱着ゾーン５、ブロア６については上記従来例のものと同一である。
【００１５】
７は静止型熱交換器の一種である直交形熱交換器であり、日本特許庁の作成したＦタームテーマ３Ｌ０５９のＢＡ０２によって分類されているようなものである。つまり平シートと波状シートとが交互に積層されるとともに波状シートの波の方向が交互に直交したものである。
【００１６】
これらの構成部材は全てエンクロージャー８に収納されている。そしてエンクロージャー８の上半分には外気を取り入れ口９が開口しており、またエンクロージャー８の上半分の反対側には乾燥空気の吐き出し口１０が開口している。直交形熱交換器７はエンクロージャー８の下半分の端から所定の距離を有して取り付けられており、ここに形成される空間は低温排気送入口１１として機能する。そして高温排気はエンクロージャー８の下半分の側面から直交形熱交換器７の側面に送入される。
【００１７】
エンクロージャー８の下半分の端部には除湿ローター２に吸着された湿気を脱着した後の高湿空気の排出口１２を有している。
【００１８】
図２はマイクロガスタービン発電機１３の概略側面図である。マイクロガスタービン発電機１３はエンクロージャー１４の中にガスタービンエンジン１５と、それに連結された発電機１６及びガスタービンエンジン１５の排気ガスの熱を利用して水を加熱するボイラー１７とが設けられている。
【００１９】
ボイラー１７にはガスタービンエンジン１５の排気管１８が連結され、またボイラー１７からは熱交換後の排気ガスを排出する排気管１９がエンクロージャー１４の外まで延出している。２０はファンであり、外気をエンクロージャー１４に送入し、ガスタービンエンジン１５や発電機１６を冷却するものである。送入された外気はガスタービンエンジン１５や発電機１３の熱を奪って温度が５５℃程度まで上がり、排出口２１よりエンクロージャー１４の外に送られる。
【００２０】
図３は図１のＢ−Ｂ断面図とマイクロガスタービン発電機１３の上面図を組み合わせたもので、排出口２１からの空気は低温排気送入口１１に導入され、排気管１９は直交形熱交換器７の側面に連通している。２２は直交形熱交換器７の反対側面に設けられた排出口である。
【００２１】
本発明の実施例１の除湿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。先ずガスタービンエンジン１５を起動すると、発電機１３が発電を開始する。そしてガスタービンエンジン１５は２７０℃程度の高温の排気ガスを出し、この排気ガスが排気管１８を通ってボイラー１７に入る。
【００２２】
ボイラー１７で排気ガスの熱は水に移動し、ボイラー１７より９０℃程度の熱水を熱水使用先へ供給する。ボイラー１７を通過した排気ガスは温度が１００℃程度まで下がり、排気管１９より排出される。
【００２３】
またファン２０が動作して外気をエンクロージャー１４に送る。エンクロージャー１４内に送られた外気はガスタービンエンジン１５や発電機１３を冷却し、５５℃程度まで温度が上がって排出口２１から排出される。
【００２４】
図３に示すようにボイラー１７を通過した後の排気ガスは排気管１９を通って、直交形熱交換器７に入り排出口２２より大気へ放出される。また排出口２１より出る５５℃程度の空気は低温排気送入口１１から直交形熱交換器７を通過して脱着ゾーン５へと入る。
【００２５】
排出口２１より出た５５℃程度の空気は直交形熱交換器７内で排気管１９を通過した排気ガスと熱交換し、図４に示すように６０℃から９０℃まで温度が上昇する。つまり直交形熱交換器７の排気管１９接続端は温度が高く、排出口２２に向かって次第に温度が低下し、これによって温度分布が発生する。
【００２６】
一方ブロア１によって除湿ローター２の吸着ゾーン３に送られた空気は除湿ローター２によって湿気が脱着され、乾燥空気となって吐き出し口１０よりエンクロージャー８の外に送り出される。この乾燥空気を室内へ導く。
【００２７】
この時除湿ローター２は回転しており、除湿ローター２の外気を吸着した部分は脱着ゾーン５へと移動する。除湿ローター２に吸着された湿気は６０℃から９０℃までの高温の空気によって脱着され、ブロア６によって外部へ放出される。
【００２８】
上記のとおり直交形熱交換器７を出た空気に温度分布が発生し、この分布の最も低温の空気を除湿ローター２の脱着ゾーン５へ入った直後の部分に当て、最も温度が高くなった空気を除湿ローター２の脱着の最終部分に当てるようにする。
【００２９】
除湿ローター２の脱着ゾーン５へ入った直後の部分は最も湿気の含有量が多く、低い温度の空気によっても脱着が行われ、除湿ローター２の脱着の最終部分は湿気の含有量が少ないため高い温度の空気によって脱着を行う。これにより低い温度の廃熱を利用しても効率的に除湿ローター２の脱着を行うことができる。
【００３０】
次に以上の説明の除湿装置の実施例１を利用し、除湿装置によって作られた乾燥空気を冷却して室内に供給するようにした除湿空調装置の実施例１について図５に沿って説明する。
【００３１】
図５に示されるものは図１〜図４に記載のブロア１、除湿ローター２、吸着ゾーン３、脱着ゾーン５、ブロア６、直交形熱交換器７、エンクロージャー８、取り入れ口９、低温排気送入口１１、排出口１２、排気管１９と共通である。
【００３２】
２３は第２直交形熱交換器で顕熱のみを交換するものであり、吸着ゾーン３を通過して乾燥された空気をその一方の通路に通過させるものである。この一方の通路を通過した空気は供給空気ＳＡとして室内に供給される。また第２直交形熱交換器２３の他方の通路には室内からの環気ＲＡを通過させる。
【００３３】
２４はスプレーであり、第２直交形熱交換器２３の他方の通路に入る直前の環気ＲＡに水を噴霧するものである。２５は排気通路であり、第２直交形熱交換器２３の他方の通路から出た空気をファン６の吸い込み側に導くものである。
【００３４】
除湿空調装置の本実施例１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。先ずガスタービンエンジン１５を起動すると、発電機１３が発電を開始する。そしてガスタービンエンジン１５は２７０℃程度の高温の排気ガスを出し、この排気ガスが排気管１８を通ってボイラー１７に入る。
【００３５】
ボイラー１７で排気ガスの熱は水に移動し、ボイラー１７より９０℃程度の熱水を熱水使用先へ供給する。ボイラー１７を通過した排気ガスは温度が１００℃程度まで下がり、排気管１９より排出される。
【００３６】
またファン２０が動作して外気をエンクロージャー１４に送る。エンクロージャー１４内に送られた外気はガスタービンエンジン１５や発電機１３を冷却し、５５℃程度まで温度が上がって排出口２１から排出される。
【００３７】
図５に示すようにボイラー１７を通過した後の排気ガスは排気管１９を通って、直交形熱交換器７に入る。図５では排出口２２が示されていないが、直交形熱交換器７を通過したガスは排出口２２より大気へ放出される。また排出口２１より出る５５℃程度の空気は低温排気送入口１１から直交形熱交換器７を通過して脱着ゾーン５へと入る。
【００３８】
排出口２１より出た５５℃程度の空気は直交形熱交換器７内で排気管１９を通過した排気ガスと熱交換し、図４に示すように６０℃から９０℃まで温度が上昇する。つまり直交形熱交換器７の排気管１９接続端は温度が高く、排出口２２に向かって次第に温度が低下し、これによって温度分布が発生する。
【００３９】
一方ブロア１によって除湿ローター２の吸着ゾーン３に送られた３１℃相対湿度６５％の外気は除湿ローター２によって湿気が脱着され、吸着熱によって温度が上昇して温度５６℃相対湿度９．５％の乾燥空気となって第２直交形熱交換器２３の一方の通路へ送られる。そして第２直交形熱交換器２３の一方の通路で冷却され、２５℃相対湿度５０％の快適な供給空気ＳＡとなって室内に供給される。
【００４０】
室内からの環気ＲＡは２７℃相対湿度５５％程度になり、スプレー２４によって水を噴霧されて２１℃相対湿度９５％の低温空気になる。そしてこのスプレー２４による水の噴霧量は、噴霧によって気化する量以上にする。これによって第２直交形熱交換器２３の他方の通路へ送られる空気は相対湿度９５％の空気に水の粒子が浮遊した霧状となる。
【００４１】
この霧状の空気を第２直交形熱交換器２３の他方の通路へ流すと、他方の通路は一方の通路を通過する５６℃の高温空気によって加熱されるため、他方の通路内で霧状の空気中に浮遊する水の粒子が気化する。
【００４２】
従って、第２直交形熱交換器２３の熱交換特性は気体同士の熱交換を行った場合と異なり、他方の通路の出口温度は一方の通路の入口温度より遥かに低くなる。実験では他方の通路の出口の空気は３２℃相対湿度８３％となった。
【００４３】
この多湿空気はファン６の負圧によって排気通路２５を通過して排出口１２より外部へ排出される。
【００４４】
以上の動作中、除湿ローター２は回転しているため除湿ローター２の外気を吸着した部分は脱着ゾーン５へと移動する。除湿ローター２に吸着された湿気は６０℃から９０℃までの高温の空気によって脱着され、ブロア６によって外部へ放出される。
【００４５】
上記のとおり直交形熱交換器７を出た空気に温度分布が発生し、この分布の最も低温の空気を除湿ローター２の脱着ゾーン５へ入った直後の部分に当て、最も温度が高くなった空気を除湿ローター２の脱着の最終部分に当てるようにする。
【００４６】
除湿ローター２の脱着ゾーン５へ入った直後の部分は最も湿気の含有量が多く、低い温度の空気によっても脱着が行われ、除湿ローター２の脱着の最終部分は湿気の含有量が少ないため高い温度の空気によって脱着を行う。これにより低い温度の廃熱を利用しても効率的に除湿ローター２の脱着を行うことができ、外気の除湿効果が高いため快適な空気を供給することができる。
【００４７】
次に除湿装置の実施例２について説明する。図６は除湿装置を示す斜視図である。ここでブロア１、除湿ローター２、吸着ゾーン３、脱着ゾーン５、ブロア６、直交形熱交換器７、エンクロージャー８、取り入れ口９、低温排気送入口１１、排出口１２、排気管１９については上記除湿装置の実施例１のものと共通である。
【００４８】
この除湿装置の実施例２のものは、除湿ローター２の回転方向に対して脱着ゾーン５の下流側で吸着ゾーンの上流側にパージゾーン２６が設けられている。そして外気はこのパージゾーン２６を通過して低温排気送入口１１に入るように構成されている。この除湿装置の実施例２のものは、それ以外の構成については除湿装置の実施例１のものと同一である。
【００４９】
以下この除湿装置の実施例２のものの動作について上記除湿装置の実施例１のものとの相違点のみ説明する。外気はファン１によって吸着ゾーン３とパージゾーン２６とに送られる。
【００５０】
外気はパージゾーン２６に送られて除湿ローター２の熱を吸収する。つまり除湿ローター２は吸着ゾーン３で温度が上昇しているため、外気はパージゾーン２６の通過によって温度が上昇し、除湿ローター２は反対に温度が低下する。
【００５１】
実施例１の説明のとおり、脱着ゾーン５の終端付近で除湿ローター２の温度が９０℃まで上昇していると、パージゾーン２６を出た空気の温度は７０℃まで上昇する。
【００５２】
除湿ローター２は吸着ゾーン３に入る前に温度を下げられているため、吸着ゾーン３での吸着作用が効果的に行われる。またパージゾーン２６を出た空気の温度が７０℃まで上昇しているため、低温排気送入口１１内の温度は５８℃まで上昇し、吸着ローター２の脱着が効果的に行われる。
【００５３】
次に以上の説明の除湿装置の実施例２を利用し、除湿装置によって作られた乾燥空気を冷却して室内に供給するようにした除湿空調装置の実施例２について図８に沿って説明する。
【００５４】
この除湿空調装置の実施例２は、上記除湿空調装置の実施例１のものとブロア１、除湿ローター２、吸着ゾーン３、脱着ゾーン５、ブロア６、直交形熱交換器７、エンクロージャー８、取り入れ口９、低温排気送入口１１、排出口１２、排気管１９、第２直交形熱交換器２３、スプレー２４については共通である。
【００５５】
この除湿装置の実施例２のものは、除湿ローター２の回転方向に対して脱着ゾーン５の下流側で吸着ゾーンの上流側にパージゾーン２６が設けられている。そして外気はこのパージゾーン２６を通過して低温排気送入口１１に入るように構成されている。この除湿空調装置の実施例２のものは、それ以外の構成については除湿空調装置の実施例１のものと同一である。以上の相違点については上記の除湿装置の実施例１のものと実施例２のものとの相違点と同一である。
【００５６】
つまりパージゾーン２６に送られる過程で外気は除湿ローター２の吸着ゾーン３を通過した後の部分を通過する。除湿ローター２は吸着ゾーン３で温度が上昇しているため、外気はパージゾーン２６の通過によって温度が上昇し、除湿ローター２は反対に温度が低下する。
【００５７】
除湿装置の実施例１の説明のとおり、脱着ゾーン５の終端付近で除湿ローター２の温度が９０℃まで上昇していると、パージゾーン２６を出た空気の温度は７０℃まで上昇する。
【００５８】
除湿ローター２は吸着ゾーン３に入る前に温度を下げられているため、吸着ゾーン３での吸着作用が効果的に行われる。またパージゾーン２６を出た空気の温度が７０℃まで上昇しているため、低温排気送入口１１内の温度は５８℃まで上昇し、吸着ローター２の脱着が効果的に行われ、よって室内に供給する空気ＳＡの湿度がより低下し、より快適な空気の供給が可能となる。
【００５９】
また室内の湿度が下がると環気ＲＡの湿度も下がり、スプレー２４による気化後の温度も低下するため、結果として供給空気ＳＡの温度が下がる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の除湿空調装置は上記の如く除湿ローターの脱着用空気と廃熱発生源からの高温廃熱空気と低温廃熱空気との間で顕熱交換する顕熱交換手段を設け、顕熱交換手段を通過し加熱された低温廃熱空気によって除湿ローターを脱着するようにしたので、低温廃熱空気の持つエネルギーと高温廃熱空気の持つエネルギーとの両方によって除湿ローターを脱着することができ、廃熱発生源の廃熱の温度が低くても有効に利用することができる。
【００６１】
また高温と低温の廃熱を発生する装置の廃熱の全てのエネルギーを利用して空調を行うことができ、従来活用できなかったような廃熱源のエネルギーを利用して空調を行うことができるものであり、二酸化炭素の排出の削減や夏場の電力のピークを削減することができる。
【００６２】
さらに本発明の除湿装置及び除湿空調装置は、除湿ローターのパージゾーンを設けることによって、よりエネルギーの無駄を削減し、小さな廃熱源からのエネルギーによって効果的に除湿や冷房を行うことができる。
【００６３】
しかも冷媒として水を使用して効果的な冷房を行うことができるため、フッ素ガスを使用する必要がなく、大気のオゾン層の破壊を防止することができる。
【００６４】
また、本発明の除湿空調装置は、顕熱交換器として直交形熱交換器を用い、その中を水の粒子が通過する間に気化することを利用して空気の冷却を行っているため、除湿した空気が加湿されることなく冷却され、快適な空気を供給することができる。
【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を示す斜視図である。
【図２】本発明に用いられるマイクロガスタービン発電機の一例を示す断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の除湿空調装置の実施例１を示す断面図である。
【図６】本発明の除湿装置の実施例２を示す斜視図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】本発明の除湿空調装置の実施例２を示す断面図である。
【図９】従来の除湿装置の斜視図である。
【符号の説明】
１  ブロア
２  除湿ローター
３  吸着ゾーン
５  脱着ゾーン
６  ブロア
７  直交形熱交換器
８  エンクロージャー
９  取り入れ口
１０  吐き出し口
１１  低温排気送入口
１２  排出口
１３  マイクロガスタービン発電機
１４  エンクロージャー
１５  ガスタービンエンジン
１６  発電機
１７  ボイラー
１９  排気管
２０  ファン
２１  排出口
２２  排出口
２３  第２直交形熱交換器
２４  スプレー
２５  排気通路
２６  パージゾーン
【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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【図９】
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