(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気と還気とを混合して取り入れて空調空間を冷却する空気調和システムにおいて、外気を除湿して空調機本体に供給するデシカント型空調ユニットを設け、該デシカント型空調ユニットは外気の湿気をデシカント熱交換部により吸収するデシカント熱交換部と、外気を空調空間からの還気の一部により冷却する顕熱交換部と、還気を加熱してデシカント熱交換部の湿気を蒸発させる再生器とが設けられ、該再生器には前記空調機本体の熱源装置における圧縮器からの高温の媒体を供給して再生器を加熱するとともに該媒体を液化し、液化した媒体を前記空調機本体の熱源装置の凝縮器へ循環させるとともに、該凝縮器には冷媒の一部或いは全部をリサイクルすべく調整する調整弁を設けたことを特徴とするデシカント型空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、省エネルギーの空気調和機、特にデシカント型空気調和機の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
外気と還気とを混合して取り入れて、オフィスや居室の空調空間を空調機本体で冷却する空気調和システムは公知であり、また、外気をあらかじめ多少低温にしてから、還気と混合して空調機本体で冷却することも公知である。
この際、外気の処理は空調室内からのまだ低温の還気を用いて顕熱交換することも知られている。
一方、空気調整システムとして、デシカントを用いた空調機である所謂デシカント型空調機も、良質の空調システムとして、例えば、特開平8-14600号公報に記載された空調機が提案されている。
上記デシカント型空調器のデシカント熱交換部は、シリカゲルや活性炭の吸湿材を付着した通気性の多孔の回転ロータを設けたもので、外気の湿気を吸湿材に吸収させるが、外部に排気する際に、吸湿材に吸湿した水分は蒸発させて放出する必要があり、そのために加熱器等の再生器を設けているが、再生器の熱源としてボイラを用いたり、ガス給湯器からの温水や電熱ヒータによる加熱温水を用いていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空調機本体からの回収した一次熱媒体により高温にした二次熱媒体は外気に放出するだけで、冷房時の冷却熱交換の効率は悪く、また、デシカント型空調器のデシカント熱交換部の再生器も別途に熱源を必要とする問題点があった。
また、空調機本体だけの稼働では、特に、真夏のそれも真昼の僅かな時間帯では容量が比較的小さな空調機では十分に冷房ができず、最高温度に適応した大きな能力の空気調和機の冷房機器となると、熱交換機である蒸発器や冷房コイルが大型になり設備の高価になるという問題点があった
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、熱のリサイクルをより向上させ、冷房効率の良い空気調和システムおよびデシカント型空調ユニットを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、外気と還気とを混合して取り入れて空調空間を冷却する空気調和システムにおいて、外気を除湿して空調機本体に供給するデシカント型空調ユニットを設け、該デシカント型空調ユニットは外気の湿気をデシカント熱交換部により吸収するデシカント熱交換部と、外気を空調空間からの還気の一部により冷却する顕熱交換部と、還気を加熱してデシカント熱交換部の湿気を蒸発させる再生器とが設けられ、該再生器には前記空調機本体の熱源装置における圧縮器からの高温の媒体を供給して再生器を加熱するとともに該媒体を液化し、液化した媒体を前記空調機本体の熱源装置の凝縮器へ循環させるとともに、該凝縮器には冷媒の一部或いは全部をリサイクルすべく調整する調整弁を設けたことを特徴とするデシカント型空気調和機である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な空気調和機の１実施例を図面に沿って説明する。
[実施例]
図１は、本発明の実施例の冷媒方式での空気調和システムの概略図であるが、図では冷房時の構成を抜粋して図示している。
オフィス等の空調空間１の空気調和は、主に空調機本体２によって行われ、空調機本体２内の膨張弁２１により蒸発器２２は冷却されるが、この蒸発器２２に接する空気を冷却してファン２４によりオフィス等の空調空間１に給気Ａが供給される。
熱源装置４からの冷媒液は膨張弁２１で減圧後に空調機本体２の蒸発器２２（蒸発コイル）に供給され、デシカント空調ユニット５からの外気と空調空間１からの還気Cを混合した混合空気との熱交換により蒸発したのち、熱源装置４内の圧縮器４５を介してホットガスとなり、この高温となった冷媒であるホットガス体は後述するデシカント型空調ユニット５の再生器５３に送られ、再生器５３で排気との熱交換（放熱）により液化した冷媒は熱源装置４へ送られ、その後、外気をファンや蒸発器等で冷却、凝縮して膨張弁２１から再び蒸発器２２に循環させている。
この際、デシカント空調ユニット５での放熱量と空調機本体２の吸熱量との熱量差は、熱源装置４内に設置した凝縮器４１(熱交換器)により外気（又は水）へ放熱（又は吸熱）される。
【０００７】
本発明の特徴の１つは、圧縮器４５により高温となったホットガスの媒体を単に外気等に排出ばかりでではなく、一部或いは全部をリサイクルすることにあり、本実施例では、この高温のホットガスを外気を処理するデシカント型空調ユニット５の再生器５３の熱源、即ち、このデシカント型空調ユニット５の吸放湿器５１１の吸湿した水分を放出するための加熱に利用したものである。
なお、図示するように、凝縮器４１に並列に設けられた調整弁４３は、媒体の一部或いは全部をリサイクルすることを調整する調整弁である。
前記の空調機本体２により給気Ａは、空調空間１を冷却してその還気Ｂとして空調機本体２に循環させるが、この際、外気Ｃをファン６１からデシカント型空調ユニット５を介して、この外気Ｃと還Ｂとを混合して空調機２に循環させ、還気Ｂの１部はデシカント型空調ユニット５を介して、ファン６２により外部に排気Ｄとして排出する。
【０００８】
このデシカント型空調ユニット５は、主にデシカント熱交換部５１、顕熱交換部５２、再生器(加熱器)５３からなり、基本的には既に提案した特開平8-14600号公報に記載のデシカント型空調機と同じであるが、空調機本体２に組み合わせるタイプとし、ユニット化してコンパクトにして取り扱いや、設置を容易にしたものである。
このデシカント型空調ユニット５のデシカント熱交換部５１は、シリカゲルや活性炭等の吸湿材を塗布した回転ロータからなる吸放湿器５１１からなり、顕熱交換部５２は熱交換コイル５２１等からなる公知の顕熱の熱交換器からなり、再生器５３は前記熱源装置４における冷房用凝縮器４１により高温になった媒体により供給して加熱するものである。
【０００９】
デシカント型空調ユニット５の作動は、このような構成であるから、先ず、ファン６１により夏場の高温高湿の外気Ｃを吸い込み、湿気の一部を吸放湿器５１１のシリカゲル等で吸水し、絶対湿度を下げた状態で顕熱交換部５２に送風される。
一方、顕熱交換部５２は、空調空間１で暖まった還気Ｂの一部が屋外に排気すべく顕熱交換部５２に送風されるが、通常夏場では、この還気Ｂは外気よりは低温である。
従って、顕熱交換部５２では、絶対湿度を下げた状態で顕熱交換部５２に送風された外気は、還気Ｂの一部により温度が下げられ、結果として、湿度と温度が下がった外気を空調機本体２に供給することができ、空調機本体２の負荷を軽減することができる。
他方、外部に排気される還気の１部は、前述したように、外気の冷却に利用してデシカント熱交換部５１に送風され、再生器５３により加熱されて、外気の湿気を吸着した回転ロータからなる吸放湿器５１１の水分を蒸発して外部に放出する。
従って、本実施例の空調システムは、空調空間１での外気よりは低い温度の還気を利用し、従来、電熱やボイラ等の熱源を用いていた過熱器の熱源として、空調機３からの冷房用凝縮器４１の熱源により高温になった熱源を利用することによって、熱リサイクルを効率よく実現したものである。
【００１０】
この作用を実験の結果によって説明する。
外気量を一定にした場合で、比較例１として、図３に示すように、外気を直接空調機本体に供給した場合、即ち、外気処理をしない場合に、空調機本体が処理するために必要な熱量を基準とし、比較例２として、図４に示すように、外気を空調空間の還気を利用して、顕熱交換器５'により冷却処理した場合の空調機本体が処理するために必要な熱量、および、本実施例の空調機本体が処理するために必要な熱量を算出し、前記の基準熱量と比較して基準熱量に対する処理熱量から、どの程度軽減されたかを軽減率として算出した。
これを、次の[表１]に示す。
【００１１】
[表１]
外気処理に必要な熱量    軽減量     軽減率
比較例１(基準値)  6,945Ｋcal/h
比較例２          5,168Ｋcal/h    1,777      25.6％
本実施例          3,565Ｋcal/h    3,380      48.7％
【００１２】
したがって、本実施例では、外気を処理しない場合に比べて、48.7％も負荷が軽減した。
また、冷凍機の成績係数であるＣＯＰ(coefficient of performance)の推定値を算出して、上記の軽減によりＣＯＰがどれだけ向上したかを算出した。これを[表２]に示す。
【００１３】
[表２]
冷房負荷＋外気処理    軽減率     推定COP
比較例１(基準値) 21,690Ｋcal/h               3(仮定)
比較例２         19,913Ｋcal/h     8.2％     3.25
本実施例         18,310Ｋcal/h    15.59％    3,47
【００１４】
したがって、熱源のＣＯＰも16％程度の向上する。
さらに、空調機本体２の負荷を軽減することができるので、空調機本体２の最高能力を低く抑えることができ、デシカント型空調ユニットは猛暑ほど能力が発揮されるので、デシカント型空調ユニットを稼働させて、空調機本体２の冷房能力を比較的小さな熱交換機としての冷房コイルを使用しても、冷房コイルの能力以上の高温度時の冷房にも対応可能であって、且つ、運転効率の良い空気調和システムとなる。
【００１５】
[参考例]
図２は、本発明の参考例の水方式での空気調和システムの概略図である。
第２の実施例は、実施例１と同様に、オフィス等の空調空間１の空気調和は、主に空調機本体２によって行われ、空調機本体２内の冷却コイル２２は冷却されるが、この冷却コイル２２に接する空気を冷却してファン２４によりオフィス等の空調空間１に給気Ａが供給される。
即ち、熱源装置４からの第一の二次媒体（冷水）は空調機本体２内のポンプ３１により冷却コイル２２に供給され、デシカント空調ユニット５からの外気と空調空間１からの還気Cを混合した混合空気との熱交換により温度上昇したのち、熱源装置４へ戻される。そして、熱源装置４内の蒸発器２６において、一次媒体との熱交換で冷却された第一の二次媒体は、再び空調機本体４の冷却コイル２２へ循環される。
【００１６】
第二の二次媒体(温水)は熱源装置４の熱交換機４２によって高温になり、ポンプ３２によりデシカント空調ユニット５の再生器５３へ送られ、再生器５３で排気との熱交換（放熱）により温度低下したのち、熱源装置４へ戻って熱交換機４２で加熱され、再び循環される。
熱源装置４において、蒸発器２６で第一の二次媒体（冷水）から熱取得して気化した一次媒体は、圧縮器４５を介してホットガス化したのち、熱交換機２６で第二の二次媒体（温水）との熱交換（放熱）で液化し、膨張弁２１で減圧されたのち、再び蒸発器２６で気化して循環する。
この際、熱源装置４において、蒸発器２６での吸熱量と凝縮器４１での放熱量との熱量差は、熱源装置４内に設置した熱交換器(凝縮器４１)により外気（又は水）等へ放熱（又は吸熱）される。
即ち、本参考例では、高温となったホットガス化した第二の二次媒体は、実施例１と同様に、デシカント型空調ユニット５の再生器５３のポンプ３２より送られ、その後に熱源装置４に戻される。
【００１７】
参考例の特徴も、実施例１と同様に、圧縮器４５により高温となった一次媒体を単に外気等に排出ばかりでではなく、一部或いは全部をリサイクルすることにあり、この高温の第二の二次媒体を外気の処理するデシカント型空調ユニット５の再生器の熱源、即ち、このデシカント型空調ユニット５の吸放湿器５１１の吸湿した水分を放出するための加熱に利用したものであり、凝縮器４１に並列に設けた調整弁４３は、二次媒体の一部或いは全部をリサイクルすることを調整する調整弁であることは、実施例１と同じである。
また、実施例１と同様に空調機本体２により給気Ａは、空調空間１を冷却してその還気Ｂとして空調機本体２に循環させるが、この際、外気Ｃをファン６１からデシカント型空調ユニット５を介して、この外気Ｃと還気Ｂとを混合して空調機２に循環させ、還気Ｂの１部はデシカント型空調ユニット５を介して、ファン６２により外部に排気Ｄとして排出する。
【００１８】
このデシカント型空調ユニット５の構成および作動は、実施例１と同様であるので省略する。
したがって、空調機本体２の負荷を軽減することができるので、空調機本体２の最高能力を低く抑えることができ、デシカント型空調ユニットは猛暑ほど能力が発揮されるので、デシカント型空調ユニットを稼働させて、空調機本体２の冷房能力を比較的小さな熱交換機としての冷房コイルを使用しても、冷房コイルの能力以上の高温度時の冷房にも対応可能であって、且つ、運転効率の良い空気調和システムとなる。
【００１９】
なお、本発明の特徴を損うものでなければ、上記の実施例に限定されるものでないことは勿論であり、例えば、実施例のデシカント熱交換部は回転ロータ型としたが、他の形式のものでもよく、再生器を用いるタイプのものであればよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の空気調和機は、従来利用していなかった、外気ほど高温になっていない空調空間の還気や、熱源装置の圧縮器からの媒体の熱量の一部或いは全部を調整弁でリサイクルすべく調整してデシカント型熱交換の再生器に利用してリサイクルをより向上させ、冷房時の空調機本体の負荷を軽減することができるので、空調機本体の最高能力を低く抑えることができ、デシカント型空調ユニットは猛暑ほど能力が発揮されるので、デシカント型空調ユニットを稼働させて、空調機本体の冷房能力を比較的小さな熱交換機としての冷房コイルを使用しても、冷房コイルの能力以上の高温度時の冷房にも対応可能であって、冷房効率を大幅に改良するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例の空気調和機、および、デシカント型空調ユニットの全体を説明する概略図である。
【図２】  本発明の参考例の空気調和機、および、デシカント型空調ユニットの全体を説明する概略図である。
【図３】  図２は従来の比較例１の外気処理をしない空気調和システムの全体を説明する概略図である。
【図４】  図３は従来の比較例２の外気を顕熱交換器だけで処理する空気調和システムの全体を説明する概略図である。
【符号の説明】
Ａ…給気，Ｂ…還気，Ｃ…外気，Ｄ…排気
１…空調空間、２…空調機本体、２１…膨張弁、２２…蒸発器（冷却コイル）、２３，２４…ファン、２６…熱交換機(蒸発器)、３１、３２…ポンプ、４…熱源装置、４１…凝縮器、４２…熱交換機、４３…調整弁、４４…膨張弁、４５…圧縮器、５…デシカント型空調ユニット、５１…デシカント熱交換部、５１１…吸放湿器(回転ロータ)、５２…顕熱交換部、５２１…熱交換コイル、５３…再生器(加熱器)、６１，６２…ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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