(57)【要約】【課題】吸着材の吸脱着機能を十分に発揮させることができ、しかも、一層の省エネルギー化を図ることができるデシカント空調機を提供する。【解決手段】デシカント空調機は、除湿すべき被処理空気を送気する第１の送風路１と、当該第１の送風路の上方に配置され且つ吸着材再生用の空気を送気する第２の送風路２と、吸着材を担持させてなるデシカントローター３と、第２の送風路２のデシカントローター３よりも送風方向上流側に配置されたヒーター４とから主に構成されている。第２の送風路２は、その入口部分２１と出口部分２２が上下に隣接する折り返し構造を備え、第２の送風路２には、入口部分２１と出口部分２２に亙ってヒートパイプ７が挿通されている。【選択図】図１
2012097983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着材の水蒸気吸脱着機能を利用して湿度調節を行うデシカント空調機であって、除湿すべき被処理空気を送風する第１の送風路と、当該第１の送風路の上方に配置され且つ吸着材再生用の空気を送風する第２の送風路と、吸着材を担持させてなり且つ被処理空気および吸着材再生用の空気がその通気孔を通過するように前記第１の送風路および前記第２の送風路に跨がって配置されたデシカントローターと、前記第２の送風路の前記デシカントローターよりも送風方向上流側に配置されたヒーターとから主に構成され、前記第２の送風路は、その入口部分と出口部分が上下に隣接する折り返し構造を備え、前記第２の送風路には、前記入口部分と前記出口部分に亙ってヒートパイプが挿通されていることを特徴とするデシカント空調機。
【請求項２】
ヒートパイプは、第２の送風路の入口部分の送風方向に沿って複数基並列に配列され、かつ、各ヒートパイプには、冷媒として、配列順に沿って、沸点の高い冷媒から沸点の低い冷媒が順次に封入されている請求項１に記載のデシカント空調機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着材の水蒸気吸脱着機能を利用して湿度調節を行うデシカント空調機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デシカント空調機は、吸着材の水蒸気吸脱着機能を利用して湿度調節を行う装置であり、各種の除湿装置や冷暖房装置として使用されている。デシカント空調機は、吸着材を担持させてなるデシカントローター、除湿すべき被処理空気を送風する第１の送風路および吸着材再生用の空気を送風する第２の送風路を備えており、２つの送風路に跨がって配置されたデシカントローターを一定速度で回転させながら、第１の送風路において水蒸気を吸着して除湿空気を生成し、第２の送風路において水蒸気を脱着してデシカントローターの吸着材を再生するように構成されている。なお、第２の送風路には、デシカントローターの脱着領域へ吸着材再生用として高温空気を供給するために加熱手段が設けられている。
【０００３】
ところで、上記のデシカント空調機においては、第２の送風路の加熱手段として、一般的なヒーターに代えて、ヒートパイプを使用したものも提案されている。斯かる空調機においては、除湿処理する第１の送風路（除湿処理ユニット）に対し、吸着材再生用の空気を生成する第２の送風路（再生処理ユニット）が上方に配置され、第１の送風路から第２の送風路に亙ってヒートパイプが挿通されており、デシカントローター（除湿ロータ）で発生する吸着熱をヒートパイプにより第１の送風路から第２の送風路に伝達し、吸着材再生用の空気を加熱するようにしている。また、上記のデシカント空調機においては、吸着材再生用の空気を生成する第２の送風路にデシカントローターの前後に亙ってヒートパイプが配置され、脱着に利用できなかった熱をデシカントローターの後方側で捕集してデシカントローターの前方側で放熱することにより、吸着材再生用の空気の加熱に利用するようにしている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２００８−１１１６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなデシカント空調機におけるヒートパイプの利用は、省エネルギー化を図る観点からすれば好ましい技術と言えるが、現実的には、吸着熱を全量汲み上げてこれを全て脱着に利用することは困難であり、ヒートパイプによる熱移動だけで吸着材の吸脱着機能を十分に発揮させることはできない。
【０００６】
一方、吸着材の再生において従前のヒーターを使用した場合は、吸着材の種類や質量に応じてヒーター容量を調節することにより、吸着材に吸着された水蒸気を十分に脱着でき、確実に吸着機能を再生できる。しかしながら、加熱された吸着材再生用の空気の熱は一部しか利用できないため、実際に再生に必要とされる熱量よりもヒーターの発熱量が大きくなり、余剰の熱は装置外へ放出されている。
【０００７】
本発明は、上記の実情に鑑みなされたものであり、その目的は、吸着材の吸脱着機能を十分に発揮させることができ、しかも、一層の省エネルギー化を図ることができるデシカント空調機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明では、除湿すべき被処理空気を送風する第１の送風路と吸着材再生用の空気を送風する第２の送風路に跨がってデシカントローターが配置されたデシカント空調機において、第１の送風路に対して第２の送風路を上方に配置し、吸着材再生用の空気を加熱するヒーターを第２の送風路のデシカントローターよりも送風方向上流側に配置すると共に、第２の送風路をその入口部分と出口部分が上下に隣接する折り返し構造に構成し、かつ、第２の送風路の入口部分と出口部分に亙ってヒートパイプを挿通することにより、第２の送風路で吸着材再生用としてデシカントローターに通過させた空気の熱、すなわち、ヒーターの余剰の熱を出口部分で回収し、これを入口部分で放出するようにした。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨は、吸着材の水蒸気吸脱着機能を利用して湿度調節を行うデシカント空調機であって、除湿すべき被処理空気を送風する第１の送風路と、当該第１の送風路の上方に配置され且つ吸着材再生用の空気を送風する第２の送風路と、吸着材を担持させてなり且つ被処理空気および吸着材再生用の空気がその通気孔を通過するように前記第１の送風路および前記第２の送風路に跨がって配置されたデシカントローターと、前記第２の送風路の前記デシカントローターよりも送風方向上流側に配置されたヒーターとから主に構成され、前記第２の送風路は、その入口部分と出口部分が上下に隣接する折り返し構造を備え、前記第２の送風路には、前記入口部分と前記出口部分に亙ってヒートパイプが挿通されていることを特徴とするデシカント空調機に存する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るデシカント空調機によれば、ヒーターによって吸着材再生用の空気を加熱し、確実にデシカントローターの吸着材を脱着再生するため、吸着材の吸脱着機能を十分に発揮させることができ、しかも、ヒートパイプを使用し、第２の送風路において吸着材の再生に利用されることなく排出されるヒーターの余剰の熱を回収し、斯かる熱を吸着材再生用の空気の昇温に再利用できるため、ヒーターの消費電力を低減でき、一層の省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るデシカント空調機の主要な部材の配置を示す破断側面図である。
【図２】ヒートパイプが複数基配置された本発明に係るデシカント空調機の主要な部材の配置を示す破断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係るデシカント空調機の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明のデシカント空調機は、吸着材の水蒸気吸脱着機能を利用して湿度調節を行う装置であり、主に除湿装置や空調装置として使用される。デシカント空調機には、図１に符号３で示すように、吸着材を担持させてなるデシカントローターが組み込まれている。
【００１３】
デシカントローター３は、吸着材を担持させてなる円柱状、例えば図示するような短軸円柱状のハニカム構造体から構成されている。装置規模によって異なるが、通常、デシカントローターの外径は２０〜２００ｃｍ程度、厚さ（通気孔の長さ）は１〜４０ｃｍ程度である。そして、デシカントローターは、後述する第１の送風路と第２の送風路の境界部分に沿ってその軸を配置され、例えばインバータ制御されるモーター及びその回転を伝達する駆動用歯車からなる駆動機構によって５〜６０回転／分、好ましくは５〜２０回転／分で定速回転するように構成されている。
【００１４】
上記のハニカム構造体は、通気孔が両端面に開口する通気部材であり、例えば、無機または有機の繊維状物質の集合体からなる繊維質シートやポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリアミド等の樹脂シートをハニカム成型して構成されている。ハニカム構造体の形態としては、平板状の基材シートと波板状の基材シートとを交互にローターの直径方向に沿って積層状態に配列し、略三角形の開口形状の通気孔を形成したもの、あるいは、波板状の基材シートをローターの円周方向に沿って積層状態に配列し、略六角形の開口形状の通気孔をしたものが挙げられる。これらは、特開２００７−１９０５４６号公報などに開示された方法、例えば、積層状態の基材シートを上下でピッチをずらして溶着して展開することにより製造できる。また、ハニカム構造体は、後述する吸着材または吸着材の前駆体を含む材料を押出成形し、前駆体の場合は更に焼成などの後処理を施して製造することもできる。
【００１５】
吸着材は、当該吸着材とバインダーを水に分散させてなる水系分散液を上記のようなハニカム構造体に塗布し、当該ハニカム構造体を加熱乾燥することにより、基材シートの表面および内部に繊維と絡み合う状態で担持させることができる。また、ハニカム構造体を押出成形する場合、吸着材は、成形材料中に予め混合することにより担持させることができる。吸着材としては、シリカゲルやゼオライトが挙げられるが、比較的狭い温度領域において水蒸気を吸着・脱着でき且つ吸着量が大きい点において、骨格構造に少なくともアルミニウムとリンを含むアルミノフォスフェート類（ＡｌＰＯ類）、あるいは、骨格構造に少なくともアルミニウムとリンと鉄とを含む結晶性鉄アルミノフォスフェート類（ＦＡＰＯ類）が好適である。ＡｌＰＯ類は、特公平１−５７０４１、特開２００３−１８３０２０等の公報に記載の合成法を利用して製造でき、ＦＡＰＯ類は、特開２００４−１３６２６９等の公報に記載の合成法を利用して製造できる。
【００１６】
図１に示すように、本発明のデシカント空調機は、除湿すべき被処理空気を送風する第１の送風路１と、当該第１の送風路の上方に配置され且つ吸着材再生用の空気を送風する第２の送風路２と、被処理空気および吸着材再生用の空気がその通気孔を通過するように第１の送風路１及び第２の送風路２に跨がって配置された前述のデシカントローター３と、第２の送風路２のデシカントローター３よりも送風方向上流側（図においてはデシカントローター３の右側）に配置されたヒーター４とから主に構成されている。
【００１７】
上記の第１の送風路１及び第２の送風路２は、箱状のケーシング１Ａの内部を分割して構成されている。第１の送風路１は、除湿された空気を屋内の空調空間へ供給する空気流路であり、両端が開放された流路としてケーシング１Ａの下部に設けられている。第１の送風路１には、屋内の空調空間または屋外から空気を導入し、これをデシカントローター３の吸着領域に通過させて上記の空調空間へ吹き出すための送風機５が配置されている。なお、送風機５としては、多翼型、軸流型、遠心送風型などの各種のファンやブロワ或いはファンモータを使用できる。
【００１８】
第２の送風路２は、吸着材再生用の空気をデシカントローター３に供給する空気流路であり、ケーシング１Ａ内において上記の第１の送風路１の上部に設けられている。第２の送風路は、デシカントローターよりも送風方向上流側の部位が下向きに折り返され且つ当該第２の送風路の入口部分２１と出口部分２２が上下に隣接する構造を備えている。第２の送風路２には、例えば、屋内の空調空間または屋外から空気を導入し、これをデシカントローター３の脱着領域に通過させて屋外へ排出するための送風機６が配置されている。なお、送風機６としては、送風機５と同様のものを使用できる。
【００１９】
また、ヒーター４は、第２の送風路２に導入された空気と共にデシカントローター３を直接加熱するため、デシカントローター３の近傍に配置されている。通常、ヒーター４としては、第２の送風路２内の空間をより広範囲に加熱するため、Ｕ字状やＭ字状に屈曲させた構造で且つフィン付きのパイプヒーターが使用される。パイプヒーターは、ニクロム線や鉄−クロム線からなる螺旋状の発熱線をステンレス製の金属管に挿入し且つ当該金属管に酸化マグネシウム等の高絶縁粉末を高密度で充填、封入して構成されたいわゆるシースヒーターである。通常、ヒーター４の容量は０．５〜５０ｋＷ程度である。
【００２０】
なお、図示しないが、本発明のデシカント空調機においては、デシカントローター３の近傍の空気の温度を検出する温度センサーが第２の送風路２に付設され、デシカントローター３へ供給される空気の温度が例えば４５〜２００℃程度の一定温度となるように、ヒーター４への供給電力を制御するように構成される。
【００２１】
本発明においては、ヒーター４で加熱されてデシカントローター３を通過した空気の熱、すなわち、水蒸気の脱着に利用されなかったヒーター４の余剰の熱を回収し、これを再び吸着材再生用の空気の昇温に利用するため、第２の送風路２には、入口部分２１と出口部分２２に亙ってヒートパイプ７が略鉛直に挿通されている。これにより、本発明においては、脱着操作に使用されるヒーター４の消費電力を低減することができる。
【００２２】
周知の通り、ヒートパイプは、熱伝導性の高いアルミニウム合金や銅合金からなるパイプに作動液として揮発性の冷媒を封入して構成された移動熱移動手段である。すなわち、ヒートパイプは、パイプの一端側が加熱された場合、一端側の冷媒が蒸発し且つその潜熱として熱を吸収し、また、パイプの他端側が冷却された場合、他端側の冷媒が凝縮し且つその凝縮熱として熱を放出する機能により、パイプの一端側から他端側へ熱を伝えるように構成されている。また、パイプ内部には、相変化に伴う冷媒の移動を促進するため、金属製網状物がウィックとして充填されていてもよい。
【００２３】
具体的には、上記のヒートパイプ７は、例えば、平行かつ並列に配列された５〜１０本のパイプの一端および他端がそれぞれにヘッダーに繋ぎ込まれ、かつ、各パイプの外周部が多数のフィンで連結された構造を備えている。そして、ヒートパイプ７には、冷媒として、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）やハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）等のいわゆる代替フロン又はこれらの混合物が封入されている。ＨＣＦＣとしてはＲ２２が挙げられ、ＨＦＣとしてはＲ３２又はＲ３２とＲ１２５の混合物が挙げられる。
【００２４】
また、本発明においては、第２の送風路２から排出される熱の回収効率を高めるため、図２に示すように、ヒートパイプ７は、第２の送風路２の入口部分２１の送風方向で見た場合、その送風方向に沿って複数基並列に配列され、かつ、各ヒートパイプ７には、冷媒として、配列順に沿って、沸点の高い冷媒から沸点の低い冷媒が順次に封入されている。例えば、図２に例示した態様においては、３基のヒートパイプ７１〜７３が第２の送風路２の入口部分２１での送風方向に沿って並列に配置されている。そして、冷媒として、例えば、ヒートパイプ７１にはＲ２２（沸点−４１℃）、ヒートパイプ７２にはＲ４１０Ａ（Ｒ３２（５０％）とＲ１２５（５０％）の混合物）（沸点−４９℃）、ヒートパイプ７３にはＲ３２（沸点−５２℃）が封入されている。上記のように、沸点の異なる冷媒が充填されたヒートパイプ７を沸点の順に配列することにより、第１の送風路１と第２の送風路２の温度が空気の流れ方向で変化しても、熱交換される熱量を増やすことができる。
【００２５】
本発明のデシカント空調機においては、デシカントローター３を定速回転させつつ、第１の送風路１において、外気または屋内の空気を導入し、デシカントローター３で空気中の水蒸気を吸着することにより、除湿された空気を生成する。除湿された空気は、第１の送風路１を通じて、居室などの送風口や空調装置のダクトに供給される。
【００２６】
また、デシカントローター３が回転する間、第２の送風路２においては、入口部分２１から外気または屋内の空気を吸い込み、斯かる空気を折り返し部分で反転させてヒーター４により加熱し、そして、デシカントローター３に供給する。デシカントローター３においては、相対湿度の低い高温の空気により水蒸気が脱着され、吸着材が再生される。デシカントローター３を通過した空気は、湿潤な空気であり、出口部分２２を通じて排気口から屋外に排気される。
【００２７】
上記のデシカント空調機の運転において、ヒートパイプ７は、第２の送風路２の出口部分２２に位置するその下端側において、デシカントローター３を通過した吸着材再生用の空気から熱を汲み上げ、第２の送風路２の入口部分２１に位置するその上端側において、新たに導入された吸着材再生用の空気に対し、汲み上げた熱を放出する。すなわち、第２の送風路２は、その入口部分２１と出口部分２２が上下に隣接する折り返し構造に構成されており、第２の送風路２の入口部分２１と出口部分２２に亙ってヒートパイプ７が挿通されているため、第２の送風路２においては、ヒートパイプ７により、ヒーター４の余剰の熱を出口部分２２で回収し、これを入口部分２１で放出し、吸着材の再生に使用される空気を予備加熱することができる。
【００２８】
本発明に係るデシカント空調機においては、上記のように、ヒーター４によって吸着材再生用の空気を加熱し、確実にデシカントローター３の吸着材を脱着再生するため、吸着材の吸脱着機能を十分に発揮させることができる。しかも、ヒートパイプ７を使用し、第２の送風路２において吸着材の再生に利用されることなく排出されるヒーター４の余剰の熱を回収し、斯かる熱を吸着材再生用の空気の昇温に再利用できる。従って、本発明によれば、ヒーター４の消費電力を低減でき、一層の省エネルギー化を図ることができる。
【実施例】
【００２９】
図２に示す構造のデシカント空調機を製作し、デシカントローター３の脱着操作に要するヒーター４の消費電力を確認した。デシカントローター３は、直径を３２ｃｍ、厚さを１０ｃｍに設計し、吸着材としてＦＡＰＯ−５を８００ｇ担持させて構成した。第１の送風路１の断面積は６００ｃｍ２、第２の送風路２の断面積は２００ｃｍ２に設計した。第２の送風路２には、吸着材再生用のヒーター４として３０ｋＷのパイプヒータを配置した。また、第２の送風路２では、デシカントローター３の上流側直近に温度センサーを設置し、ヒーター４への電力を制御することにより、デシカントローター３の脱着領域に供給する吸着材再生用の空気の温度を１４０℃に調整した。なお、ヒーター４の回路には、消費電力を測定するための積算電力計を設置した。
【００３０】
更に、第２の送風路２には、ヒートパイプ７として、入口部分２１の送風方向に沿ってヒートパイプ７１〜７３の３基を設置した。ヒートパイプ７１〜７３は、各々、８本のパイプの上下端をヘッダーで連結し且つ各パイプの外周がフィンで覆われた構造のものにした。そして、ヒートパイプ７１にはＲ２２（沸点−４１℃）を封入し、ヒートパイプ７２にはＲ４１０Ａを封入し、ヒートパイプ７３にはＲ３２を封入した。
【００３１】
デシカント空調機の運転においては、１６℃、相対湿度８７％の室内空気を第１の送風路１に導入して除湿空気を生成し、同時に、同様の室内空気を第２の送風路２に吸着材再生用として導入した。そして、斯かる空気の温度を１１５℃に制御しながら、１時間の連続運転を行い、第１の送風路１から吹き出される空気の湿度を測定し、また、運転中のヒーター４の消費電力を積算電力計によって測定した。その結果、継続的に湿度５０％の除湿空気を生成でき、その間の消費電力は８．２ｋＷ・ｈｒであった。これに対し、ヒートパイプ７を全て取り外して、上記と同様の運転を行ったところ、ヒーター４の消費電力は１０．２ｋＷ・ｈｒであった。これにより、本発明のデシカント空調機では、消費電力を約１９．６％削減できることが確認された。
【符号の説明】
【００３２】
１Ａ：ケーシング
１  ：第１の送風路
２  ：第２の送風路
２１：入口部分
２２：出口部分
３  ：デシカントローター
４  ：ヒーター
５  ：送風機
６  ：送風機
７  ：ヒートパイプ
７１〜７３：ヒートパイプ
【図１】
2012097983.tif 000003
【図２】
2012097983.tif 000004