(57)【要約】【課題】確実に除湿運転又は加湿運転を行うことのできる調湿システムを提供することを課題とする。【解決手段】室内機２１と、室内機２１からの送風中に配置される第１の透湿膜モジュール３と、室外機２２と、室外機２２からの送風中に配置される第２の透湿膜モジュールと、塩化リチウム水溶液を貯留するリザーバタンク５と、第１の透湿膜モジュール３とリザーバタンク５との間で塩化リチウム水溶液を循環させる第１の循環流路と、第２の透湿膜モジュール４とリザーバタンク５との間で塩化リチウム水溶液を循環させる第２の循環流路と、第１の透湿膜モジュール３と第２の透湿膜モジュール４との間で塩化リチウム水溶液を循環させる第３の循環流路と、を備えている。各循環流路に設けられた開閉弁を制御することによって、塩化リチウム水溶液が循環する流路を第１、第２、及び第３の循環流路の中から選択される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内熱交換器及び第１の送風ファンを有する室内機と、
前記第１の送風ファンによる気流中に配置されるとともに、内部が中空となるよう透湿膜によって形成された第１の透湿膜モジュールと、
室外熱交換器及び第２の送風ファンを有する室外機と、
前記第２の送風ファンによる気流中に配置されるとともに、内部が中空となるよう透湿膜によって形成された第２の透湿膜モジュールと、
空気中の水分を吸収可能な吸収液を貯留するリザーバタンクと、
前記第１の透湿膜モジュールと前記リザーバタンクとの間で前記吸収液を循環させる第１の循環流路と、
前記第２の透湿膜モジュールと前記リザーバタンクとの間で前記吸収液を循環させる第２の循環流路と、
前記第１の透湿膜モジュールと前記第２の透湿膜モジュールとの間で前記吸収液を循環させる第３の循環流路と、
前記第１、第２、及び第３の循環流路の間で吸収液を循環させる循環流路を切り替える切り替え手段と、
を備えた、調湿システム。
【請求項２】
前記第３の循環流路は、前記リザーバタンクを介在させて前記第１の透湿膜モジュールと前記第２の透湿膜モジュールとの間で前記吸収液を循環させる、請求項１に記載の調湿システム。
【請求項３】
前記室内機及び室外機の各送風口の湿度及び前記リザーバタンク内の吸収液の濃度に基づいて、前記切り替え手段を制御する制御手段をさらに備えた、請求項１又は２に記載の調湿システム。
【請求項４】
前記吸収液は、塩化リチウム水溶液である、請求項１〜３のいずれかに記載の調湿システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調湿システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
塩化リチウム水溶液のような水分を吸収可能な吸収液と、気体（水蒸気）のみを透過して液体（水）を透過させない透湿膜とを利用した調湿システムが提案されている（例えば、特許文献１）。この調湿システムは、室内機及び室外機の各送風口の前方に透湿膜モジュールをそれぞれ配置しており、冷房運転時において、室内機前方の透湿膜モジュール内で吸収液が室内機から送られる空気中の水分を吸収させて除湿するとともに、室外機前方の透湿膜モジュール内で吸収液が室外機から送られる空気に水分が奪われて屋外へ放湿する構成となっている。また、暖房運転時においては、室外機前方の透湿膜モジュール内で吸収液が室外機から送られる空気中の水分を吸収し、室内機前方の透湿膜モジュール内で吸収液が室内機から送られる空気に水分が奪われて、室内を加湿することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した調湿システムは、冷房運転時において、室内機によって吹き出される空気の相対湿度が室外機によるものよりも高いことが前提となっていたが、例えば、梅雨の時期などは、夏期と比べて屋外の相対湿度が高くなるため、吸収液による水分の移動ができずに除湿運転が機能しないという問題が発生する可能性があった。また、暖房運転時においては、冷房運転時の逆で、室内機によって吹き出される空気の相対湿度が室外機によるものよりも低いことが前提となっている。しかし、例えば、冬期の非常に空気が乾燥している晴れた日中のように暖房負荷が小さく外気相対湿度が低い場合は、室内機によって吹き出される空気の相対湿度が室外機のものよりも高くなるため、吸収液による水分の移動ができずに加湿運転が機能しないという問題が発生する可能性があった。そこで、本発明は、梅雨の時期などであっても冷房運転時に十分に除湿機能を発揮することのでき、また、暖房運転時には十分に加湿機能を発揮することのできる調湿システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る調湿システムは、室内熱交換器及び第１の送風ファンを有する室内機と、前記第１の送風ファンによる気流中に配置されるとともに、内部が中空となるよう透湿膜によって形成された第１の透湿膜モジュールと、室外熱交換器及び第２の送風ファンを有する室外機と、前記第２の送風ファンによる気流中に配置されるとともに、内部が中空となるよう透湿膜によって形成された第２の透湿膜モジュールと、空気中の水分を吸収可能な吸収液を貯留するリザーバタンクと、前記第１の透湿膜モジュールと前記リザーバタンクとの間で前記吸収液を循環させる第１の循環流路と、前記第２の透湿膜モジュールと前記リザーバタンクとの間で前記吸収液を循環させる第２の循環流路と、前記第１の透湿膜モジュールと前記第２の透湿膜モジュールとの間で前記吸収液を循環させる第３の循環流路と、前記第１、第２、及び第３の循環流路の間で吸収液を循環させる循環流路を切り替える切り替え手段と、を備えている。
【０００６】
上記第３の循環流路は、第１の透湿膜モジュールと第２の透湿膜モジュールとの間で吸収液を循環させているが、間にリザーバタンクを介在させて吸収液を循環させることもできる。
【０００７】
また、上記循環流路を切り替える切り替え手段を制御するための制御手段をさらに備えていてもよく、この場合は、制御手段は、室内機や室外機の各送風口近傍の湿度及びリザーバタンク内の吸収液の濃度に基づいて、切り替え手段を制御する。
【０００８】
また、上記吸収液は、空気中の水分を吸収可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えば塩化リチウム水溶液を採用することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、梅雨の時期などのような屋外の湿度が高い場合であっても十分に除湿機能を発揮することのでき、また、屋外の湿度が低い場合であっても十分に加湿機能を発揮することのできる調湿システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本実施形態に係る調湿システムを示す概略構成図である。
【図２】図２は本実施形態に係るヒートポンプユニットを示す概略構成図である。
【図３】図３は本実施形態に係る透湿膜モジュールを示す概要図である。
【図４】図４は除湿運転若しくは加湿運転のみを行う流路を示す調湿システムの概略構成図である。
【図５】図５は放湿運転若しくは吸湿運転のみを行う流路を示す調湿システムの概略構成図である。
【図６】図６は除湿運転及び放湿運転、又は加湿運転及び吸湿運転を行う流路を示す調湿システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る調湿システムの実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、吸収液として塩化リチウム水溶液を使用するものとする。また、図中の矢印は吸収液や、冷媒、空気の流れ方向を示す。
【００１２】
図１に示すように、調湿システム１は、室内機２１、室外機２２、第１及び第２の透湿膜モジュール３，４、リザーバタンク５を主な構成としている。第１の透湿膜モジュール３、第２の透湿膜モジュール４、及びリザーバタンク５は、各配管によってそれぞれ相互に接続されており、配管を介して塩化リチウム水溶液がそれぞれの間で循環している。
【００１３】
室内機２１及び室外機２２は、ヒートポンプユニット２を構成している。より詳細には、ヒートポンプユニット２は、図２に示すように、圧縮機２０１、四方切替弁２０２、室外側熱交換器２０３、膨張弁２０４、及び室内側熱交換器２０５が冷媒配管によって環状に接続されており、冷媒が循環するような構造となっている。また、室内側熱交換器２０５近傍には第１の送風ファン２０６が、室外側熱交換器２０３近傍には第２の送風ファン２０７が設置されている。この第１の送風ファン２０６によって発生した気流中には室内側熱交換器２０５及び第１の透湿膜モジュール３が配置されており、第２の送風ファン２０７によって発生した気流中には室外側熱交換器２０３及び第２の透湿膜モジュール４が配置されている。なお、一般的には、室内側熱交換器２０５及び第１の送風ファン２０６が室内機２１内に設置され、圧縮機２０１、四方弁２０２、室外側熱交換器２０３、膨張弁２０４、及び第２の送風ファン２０７が室外機２２内に設置されているが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、圧縮機２０１や膨張弁２０４は室内機２１内に設置されていてもよい。
【００１４】
第１及び第２の透湿膜モジュール３，４は、図３に示すように、透湿膜によって管状に形成された複数の透湿管３１、４１から構成されており、各透湿管３１，４１の内部空間には、配管を介して送られてくる塩化リチウム水溶液が流れている。また、室内機２１や室外機２２の送風口には、湿度を測定するための湿度センサ（図示省略）が設置されている。この透湿膜モジュール３，４は上述したように第１又は第２の送風ファン２０６，２０７によって発生する気流中に設置されているため、室内機２１又は室外機２２の送風口から送られる空気が、各透湿管３１，４１近傍を通過する際に各透湿管３１，４１の外側面と接触し、塩化リチウム水溶液の空気への飛散を防ぎつつ塩化リチウム水溶液との間で水蒸気を移動させることが可能となる。そして、透湿管３１，４１内における塩化リチウム水溶液の濃度が、その透湿管３１，４１内における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも高ければ空気中の水分を吸収（除湿）し、これと逆、すなわち、透湿管３１，４１内における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも低ければ空気に対して水分を放出（放湿）する。すなわち、透湿管３１，４１内における塩化リチウム水溶液と平衡な空気相対湿度が、その透湿管３１，４１に接触する空気の相対湿度より低ければ空気中の水分を吸収（除湿）し、これと逆、すなわち、透湿管３１，４１に接触する空気の相対湿度より高ければ空気に対して水分を放出（放湿）する。
【００１５】
第１及び第２の透湿膜モジュール３，４の各透湿管３１，４１を構成する透湿膜は、気体（水蒸気を含む）は通すが液体（水を含む）を通さない性質を有しており、例えば、疎水性ポリテトラフルオロエチレンなどを挙げることができ、具体的にはゴアテックス（登録商標、ジャパンゴアテックス社）やフレミオン（登録商標、旭硝子）などを挙げることができる。透湿膜モジュール３，４の具体例としては、ＡＧＣエンジニアリング株式会社製のサンセップ−Ｗ（登録商標）を挙げることができる。
【００１６】
リザーバタンク５は、内部に塩化リチウム水溶液を貯留するためのタンクであって、特に限定されるものではないが、その容量は例えばリザーバタンク５以外に貯留する塩化リチウム水溶液の容積の約６倍程度以上必要となり、例えばリザーバタンク５以外の塩化リチウム水溶液の容積が１Lであれば、リザーバタンク５の容積は６L以上必要となる。このリザーバタンク５内には、リザーバタンク５内の塩化リチウム水溶液の濃度を測定するための濃度センサ（図示省略）が設置されていることが好ましいが、濃度センサを設置せずに最初に投入した塩化リチウム水溶液の容積から濃度を逆算することも可能である。
【００１７】
第１の透湿膜モジュール３，第２の透湿膜モジュール４、及びリザーバタンク５を相互に接続する各配管には、塩化リチウム水溶液の流路を切り替えるための開閉弁（切り替え手段）Ｖや、塩化リチウム水溶液を循環させるための送液ポンプＰ１、Ｐ２が設置されている。この開閉弁の開閉状態は、制御装置（図示省略）によって制御され、より詳細には、リザーバタンク５内に設置された濃度センサによって測定された塩化リチウム水溶液の濃度や、各透湿膜モジュール３，４に設置された湿度センサによって測定された湿度から得た各透湿膜モジュール３，４における塩化リチウム水溶液の平衡濃度に基づいて、制御装置は開閉弁の開閉状態を制御して塩化リチウム水溶液の流路を切り替える。
【００１８】
続いて、上述した調湿システムによる除湿運転について説明する。なお、各図面において、白抜きの開閉弁は開いた状態、黒塗りの開閉弁は閉じた状態、白抜きの送液ポンプは稼働状態、黒塗りの送液ポンプは停止状態を示しており、他よりも太い線で示した配管が塩化リチウム水溶液の流路を示している。
【００１９】
まず、リザーバタンク５内の塩化リチウム水溶液の濃度が、第１の透湿膜モジュール３における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも高いか否か、第２の透湿膜モジュール４における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも高いか否かを制御装置により判断する。より詳細には、リザーバタンク５内の塩化リチウム水溶液の濃度は濃度センサにより検知する。また、各透湿膜モジュール３、４における塩化リチウム水溶液の平衡濃度は、その湿度によって決定されるため、室内機２１や室外機２２の送風口近傍における湿度を湿度センサによって検知することで、各透湿膜モジュール３，４における塩化リチウム水溶液の平衡濃度を得る。そして、これらのデータが制御装置に送られ、制御装置がリザーバタンク５内の塩化リチウム水溶液の濃度と、各透湿膜モジュール３、４内における塩化リチウム水溶液の平衡濃度との関係を判定する。
【００２０】
リザーバタンク５内の塩化リチウム水溶液の濃度が、第１の透湿膜モジュール３における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも高い場合、制御装置は、開閉弁の開閉状態を切り替えて、図４に示すような流路とする。すなわち、リザーバタンク５と第１の透湿膜モジュール３との間で塩化リチウム水溶液が循環するような流路とする。なお、この流路が本発明の第１の循環流路に相当する。この流路では、リザーバタンク５から第１の透湿膜モジュール３へ送られた塩化リチウム水溶液が室内機２１から吹き出される空気の水分を吸収するため、除湿された空気が室内に供給される、いわゆる除湿運転が行われる。なお、リザーバタンク５と第２の透湿膜モジュール４との間では、送液ポンプＰ２は停止しているが、開閉弁は開いているため、仮に第２の透湿膜モジュール４において塩化リチウム水溶液が空気中の水分を吸収した場合であってもその水分吸収による水溶液の膨張に対応することができ、透湿膜や配管の破損を防止することができる。
【００２１】
次に、リザーバタンク５内の塩化リチウム水溶液の濃度が、第１の透湿膜モジュール３における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも低い場合、制御装置は、開閉弁の開閉状態を切り替えて、図５に示すような流路とする。すなわち、リザーバタンク５と第２の透湿膜モジュール４との間で塩化リチウム水溶液が循環するような流路とする。なお、この流路が本発明の第２の循環流路に相当する。この流路では、リザーバタンク５から第２の透湿膜モジュール４に送られた塩化リチウム水溶液が室外機２２から送られる空気に水分を放出した状態でリザーバタンク５内に戻ってくる、いわゆる放湿運転が行われる。この場合においても、上述したのと同様にリザーバタンク５と第１の透湿膜モジュール３との間で送液ポンプＰ１は停止しているが開閉弁が開いているために、第１の透湿膜モジュール３において塩化リチウム水溶液が空気中の水分を吸収した場合であってもその水分吸収による水溶液の膨張に対応することができ、透湿膜や配管の破損を防止することができる。
【００２２】
リザーバタンク５内の塩化リチウム水溶液の濃度が、第１の透湿膜モジュール３における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも高く、且つ、第２の透湿膜モジュール４における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも低い場合、制御装置は、開閉弁の開閉状態を切り替えて、図６に示すような流路とする。すなわち、リザーバタンク５を介在させて第１の透湿膜モジュール３と第２の透湿膜モジュール４との間で塩化リチウム水溶液が循環するような流路とする。なお、この流路が本発明の第３の循環流路に相当する。この流路では、各透湿膜モジュール３，４間を循環する塩化リチウム水溶液は、第１の透湿膜モジュール３においては室内機２１から送られる空気中の水分を吸収し、第２の透湿膜モジュール４においては室外機２２から送られる空気に対して水分を放出する、いわゆる、除湿運転と放湿運転とが繰り返して行われる。
【００２３】
なお、上記各除湿運転において、リザーバタンク５から第１の透湿膜モジュール３に送る塩化リチウム水溶液の送液量を調整することで、第１の透湿膜モジュール３における除湿量の制御を行う。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態に係る調湿システム１では、梅雨の時期などのような屋外の湿度が高い場合であっても、室内において放湿運転を行うことがない。すなわち、塩化リチウム水溶液の濃度が第１の透湿膜モジュール３における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも低い場合、この塩化リチウム水溶液を第１の透湿膜モジュール３に送れば室内において放湿してしまうが、本実施形態では、このような場合は、図５に示すような第２の循環流路に切り替えて第１の透湿膜モジュール３には塩化リチウム水溶液を送らず、室内で放湿運転がされることを防止することができる。
【００２５】
次に、上述した調湿システムによる加湿運転について説明する。リザーバタンク5内の塩化リチウム水溶液の濃度が、第１の透湿膜モジュール３における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも高いか否か、第２の透湿膜モジュール４における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも高いか否かを制御装置により判断する方法は、上記除湿運転と同じである。
【００２６】
リザーバタンク５内の塩化リチウム水溶液の濃度が、第１の透湿膜モジュール３における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも低い場合、制御装置は、開閉面の開閉状態を切り替えて、図４に示すような流路とする。すなわち、リザーバタンク５と第１の透湿膜モジュール３との間で塩化リチウム水溶液が循環するような流路とする。この流路では、リザーバタンク５から第１の透湿膜モジュール３へ送られた塩化リチウム水溶液が、室内機２１から吹き出される空気に水分を放出し、加湿された空気が室内に供給される、いわゆる加湿運転が行われる。
【００２７】
また、リザーバタンク５内の塩化リチウム水溶液の濃度が、第１の透湿膜モジュール３における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも高い場合、制御装置は、開閉弁の開閉状態を切り替えて、図５に示すような流路とする。すなわち、リザーバタンク５と第２の透湿膜モジュール４との間で塩化リチウム水溶液が循環するような流路とする。この流路では、リザーバタンク５から第２の透湿膜モジュール４に送られた塩化リチウム水溶液が、室外機２２から送られる空気から水分を吸収した状態でリザーバタンク５内に戻ってくる、いわゆる吸湿運転が行われる。
【００２８】
そして、リザーバタンク５内の塩化リチウム水溶液の濃度が、第１の透湿膜モジュール３における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも低く、且つ、第２の透湿膜モジュール４における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも高い場合、制御装置は、開閉弁の開閉状態を切り替えて、図６に示すような流路とする。すなわち、リザーバタンク５を介在させて第１の透湿膜モジュール３と第２の透湿膜モジュール４との間で塩化リチウム水溶液が循環するような流路とする。この流路では、塩化リチウム水溶液は、第１の透湿膜モジュール３においては室内機２１から送られる空気に対して水分を放出し、第２の透湿膜モジュール４においては室外機２２から送られる空気中の水分を吸収する、いわゆる、加湿運転と吸湿運転とが繰り返し行われる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態に係る調湿システム１は、冬期の非常に空気が乾燥した晴れた日中のように、外気相対湿度が低い場合であっても、室内において除湿が行われることはない。すなわち、塩化リチウム水溶液の濃度が第１の透湿膜モジュール３における塩化リチウム水溶液の平衡濃度よりも高い場合、この塩化リチウム水溶液を第１の透湿膜モジュール３に送れば室内において除湿してしまうが、本実施形態では、このような場合は、図５に示すような第２の循環流路に切り替えて第１の透湿膜モジュール３には塩化リチウム水溶液送らず、室内が除湿されることを防止することができる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では吸収液として塩化リチウム水溶液を採用して説明したが、吸収液は、空気中に含まれる水分を吸収可能なものであればよく、例えば、塩化カルシウム水溶液、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン、リン酸、硫酸、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などを好ましく用いることができる。なお、この中でも塩化リチウム水溶液が加吸湿能力面、環境面、無害性の観点から好ましい。
【００３１】
また、上記実施形態では各透湿管３１，４１内に塩化リチウム水溶液等の吸収液を流していたが、各透湿膜モジュール３，４を、各透湿管３１，４１を囲むような外側容器を有する構造とし、この各透湿管３１，４１と外側容器との間に吸収液を流すよう配管を接続し、各透湿管３１，４１内に送風口からの空気を流すような構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１    調湿システム
２１  室内機
２２  室外機
２０６  第１の送風ファン
２０７  第２の送風ファン
３    第１の透湿膜モジュール
４    第２の透湿膜モジュール
【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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