(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理空気を除湿ロータで除湿後に、除湿後の処理空気と再生空気とを熱交換器で熱交換し、熱交換器を通過後の再生空気の一部を除湿ロータのプレ再生のために用い、再生空気の残りを再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温して、除湿ロータの再生に用いるデシカント除湿方法において、
再生温度ｔ℃が５５℃以上７５℃以下であり、
ｒ＝再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温される再生空気量／全再生空気量×１００（％）
とすれば、ｒが（１）式の範囲Ｄ１に在ることを特徴とするデシカント除湿方法。
ｒ＝１４０−ｔ±１０……（１）
【請求項２】
処理空気を除湿ロータで除湿後に、除湿後の処理空気と再生空気とを熱交換器で熱交換し、熱交換器を通過後の再生空気の一部を除湿ロータのプレ再生のために用い、再生空気の残りを再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温して、除湿ロータの再生に用いるデシカント除湿方法において、
再生温度ｔ℃が５５℃以上７５℃以下であり、
再生空気の除湿部通過断面積と処理空気の除湿部通過断面積が実質的に同じであって、ｒ＝再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温される再生空気が通過する除湿部断面積／全再生空気の通過する断面積×１００（％）とすれば、ｒが（１）式の範囲Ｄ１に在ることを特徴とするデシカント除湿方法。
ｒ＝１４０−ｔ±１０……（１）
【請求項３】
ｒが（２）式の範囲Ｄ２に在ることを特徴とする請求項１又は２に記載のデシカント除湿方法。
ｒ＝１４０−ｔ±５……（２）
【請求項４】
熱交換器が回転式顕熱交換器であって、顕熱交換器と除湿ロータの回転方向が逆であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のデシカント除湿方法。
【請求項５】
除湿ロータ、熱交換器、再生ヒータから構成され、処理空気を除湿ロータで除湿後に、除湿後の処理空気と再生空気とを熱交換器で熱交換し、熱交換器を通過後の再生空気の一部を除湿ロータのプレ再生のために用い、再生空気の残りを再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温して、除湿ロータの再生に用いるデシカント除湿機において、
再生温度ｔ℃が５５℃以上７５℃以下であり、
ｒ＝再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温される再生空気量／全再生空気量×１００（％）
とすれば、ｒが（１）式の範囲Ｄ１に在ることを特徴とするデシカント除湿機。
ｒ＝１４０−ｔ±１０……（１）
【請求項６】
除湿ロータ、熱交換器、再生ヒータから構成され、処理空気を除湿ロータで除湿後に、除湿後の処理空気と再生空気とを熱交換器で熱交換し、熱交換器を通過後の再生空気の一部を除湿ロータのプレ再生のために用い、再生空気の残りを再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温して、除湿ロータの再生に用いるデシカント除湿機において、
再生温度ｔ℃が５５℃以上７５℃以下であり、
再生空気の除湿部通過断面積と処理空気の除湿部通過断面積が実質的に同じであって、ｒ＝再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温される再生空気が通過する除湿部断面積／全再生空気の通過する断面積×１００（％）とすれば、ｒが（１）式の範囲Ｄ１に在ることを特徴とするデシカント除湿機。
ｒ＝１４０−ｔ±１０……（１）
【請求項７】
ｒが（２）式の範囲Ｄ２に在ることを特徴とする請求項５又は６に記載のデシカント除湿機。
ｒ＝１４０−ｔ±５……（２）
【請求項８】
熱交換器が回転式顕熱交換器であって、顕熱交換器と除湿ロータの回転方向が逆であることを特徴とする請求項５〜７の何れか一項に記載のデシカント除湿機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デシカント除湿方法及びデシカント除湿機において、再生空気の再生温度ｔ℃が５５℃以上７５℃以下であるデシカント除湿方法及びデシカント除湿機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
京都での国際地球環境会議ＣＯＰ３において、特定フロンのみでなく代替フロンについても削減目標として掲げられた。したがってフロンを使用しない空調システムの開発が急務となっている。フロンレスの空調システムとしては従来から種々の方法が提案されているが、その中で、乾燥剤によって空気を除湿し、熱交換器で冷却した後、低温の空気を得るデシカント空調方式がある。この方式は、１９６８年に考案され、その特許が満了した頃から効率を上げるための方法がいくつか提案されている。例えば、特開平５−１１５７３７「脱臭除湿機能を有する吸着体を使用した脱臭除湿冷房方法」、特開平９−１７８２８９「デシカント空調装置」、特開平９−１７８２９０「デシカント空調装置」、特開平９−１７８２９１「デシカント空調装置」において開示されている。
これら従来のデシカント空調方式の代表的なシステム構成を図６に基づいて説明する。この図６に示したシステムは、全処理空気方式でシステムが構築されており、給気ファン１によって取り入れられた処理空気ＯＡは、除湿ロータ２によって除湿され、その後顕熱交換器３によって再生空気ＲＡと熱交換された後、加湿器４に導入されるようになっている。そして加湿器４において蒸発冷却した後、給気ＳＡとして室Ｒへと供給される。
室Ｒからの再生空気ＲＡは、加湿器５において蒸発冷却されて温度が下げられた後、顕熱交換器３で熱交換され、その後再生ヒータによって加温された後、再生空気として除湿ロータ２へと導入され、排気ファン７によって排気ＥＡとして外部へと排気されるようになっている。
しかしながら、従来の方法では、除湿ロータ２へ導入する排熱からの再生熱量が多過ぎるため、除湿ロータ２で排熱が無駄に使用され、ＣＯＰ  （ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、成績係数ともいう。以下単にＣＯＰということにする。）が悪く、デシカント除湿機のＣＯＰをさらに改良して、より省エネルギー効果が得られるようにする必要が有った。
また、一方、単にデシカント除湿方法のＣＯＰのみの改良に終始していたのでは、除湿ロータの熱交換能力の低下を招き、デシカント除湿機の除湿能力が低下して、小型化及び低コスト化の弊害となることが有った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、排熱温度が低く、例え、再生ヒータで加温した再生空気の温度ｔ℃が５５℃以上７５℃以下であっても、除湿性能の高いデシカント除湿方法及びデシカント除湿機を提供することが本発明の第一課題である。
排熱温度が低く、例え、再生ヒータで加温した再生空気の温度ｔ℃が５５℃以上７５℃以下であっても、ＣＯＰが高く、かつ小型でかつ低価格のデシカント除湿方法及びデシカント除湿機を提供することが本発明の第二課題である。
さらに、例えば１００ｋＷ以下のエンジン又はタービンからなるマイクロコージェネレーションシステムの排熱利用のように、利用可能な排熱が少ない場合であっても、低温度の排熱を利用するデシカント除湿方法及びデシカント除湿システムにおいて、前述の第一課題、第二課題を達成するようなデシカント除湿方法及びデシカント除湿機を提供することが本発明の第三課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための手段は、具体的には、前述の特許請求の範囲の各請求項に記載の発明である。
以下、本明細書中に使用される用語の意味を明確にして、権利内容の不明瞭さを避けるべく、以下用語の説明を行なった後、本発明を説明する。
［用語の説明］
デシカント除湿方法とは、除湿ロータによって処理空気中の水分を吸着させることにより除湿を行う方法である。具体的には、処理空気が、除湿ロータ通過時に空気中の水分を吸着させることにより除湿を行う。その後、熱交換器通過時に、除湿した処理空気を再生空気と熱交換させて、冷却した処理空気を冷却し室Ｒに送り込む。また、除湿ロータを再生させるために、処理空気と熱交換させた再生空気を、再生ヒータで加熱することにより除湿ロータを乾燥させる。
・デシカント除湿機とは、上記デシカント除湿方法を実現するための除湿機であり、回転式の除湿ロータ、熱交換器、再生ヒータ等で構成されている。
・処理空気とは、除湿処理する対象となる空気をいう。室内の空気を循環させた場合の室Ｒの空気も含み得る。
・再生空気とは、処理対象から吸湿した除湿ロータの水分を除去するために用いられる空気（例えば、室Ｒの空気）をいう。再生空気は、熱交換器を通過後に、その一部を除湿ロータのプレ再生のために用い、残りを再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温して、除湿ロータの再生のために用いられる。なお、本発明のデシカント除湿方法においては、再生空気量は、一般には、処理空気量と実質的に同じである。
除湿ロータとは、対象空気の水分を吸着する吸着剤を有する回転ロータである。・熱交換器とは、どのような形式のものでも構わないが、主として、顕熱交換器のことをいう。顕熱熱交換器には、直交式、回転式がある。回転式顕熱交換器は、発電所ボイラ、産業用ボイラの空気予熱器として永く用いられてきた。マトリックスと呼ばれる蓄熱版を内蔵した回転子により、蓄熱と放熱のサイクルを繰り返す。
なお、本願明細書では、熱交換器の中には、除湿ロータは含まれない。
・再生温度とは、処理対象から吸湿した除湿ロータの水分を除去するために加温される再生空気の温度をいう。再生空気は、熱交換器を通過後に、その一部を除湿ロータのプレ再生のために用い、残りを再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温して、除湿ロータの再生に用いられる。
・室Ｒとは、デシカント除湿機によって除湿した給気ＳＡを供給して空調（除湿冷房）を行う対象とする部屋をいう。
・再生ヒータとは、再生空気の一部（全再生空気に対する割合ｒ％）を再生温度ｔ℃まで加温するためのヒータをいう。この場合、加温手段として、コージェネレーションシステムー等の排熱（温水８０℃〜６０℃程度）を有効活用するのが非常にエネルギー効率が高い。
ｒとは、再生空気が、再生ヒータを通過する割合ｒ（％）をいう。
具体的には、下式で表される。
ｒ＝再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温される再生空気量／全再生空気量×１００  （％）……（１）
ｒ＝再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温される再生空気が通過する除湿部断面積／全再生空気の通過する断面積×１００（％）……（２）
【０００５】
【発明の実施の形態】
従来のデシカント除湿方法においては、再生空気は、熱交換器に導入して除湿後の処理空気と熱交換を行うようにする。
既述したように、従来のデシカント除湿システムでは元々再生風量が過剰に設計されていて、そのため結果的にエネルギー損失を招いていたが、単に過剰分を排出して適正風量にするのでは、依然としてエネルギー損失は改善できない。この点本発明によれば、顕熱交換器を通過した後の還気の一部を、減湿装置のプレ再生に用い、残りの一部を加熱装置によって加熱した後に、減湿装置の再生（プレ再生後のいわば本再生ともいうべき再生）に用いるようにすれば、再生熱量を必要最小限にまで低減することができ、エネルギー損失を防止して、ＣＯＰが高く、エネルギー効率のよい除湿運転が行えるのである。
なお本発明のデシカント除湿方法を処理空気の除湿のみを対象にしているが、他の冷房器と並列運転により除湿冷房の空調方法を用いて運転するようにしてもよい。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態にかかるデシカント除湿方法を説明する。図１は本実施の形態にかかるデシカント除湿方法実施するためのデシカント除湿システムの系統を示している。
本実施の形態における空調システムは、給気ファン１によって取り入れられた処理空気ＯＡは、除湿ロータ２で除湿され、その後熱交換器３によって再生空気ＲＡと熱交換された後、給気ＳＡとして室Ｒへと供給されるようになっている。
室Ｒからの再生空気ＲＡは、第２の加湿器５において蒸発冷却されて温度が下げられた後、除湿ロータ２によって除湿された後の処理空気ＯＡと、熱交換器３で熱交換されるようになっている。
除湿された後の処理空気ＯＡと、熱交換器３において熱交換された再生空気ＲＡは、その一部が再生ヒータ６によって加温された後、除湿ロータ２の再生区域２ｂへと供給され、残りの一部はそのまま除湿ロータ２のプレ再生区域２ｃへと供給され、除湿ロータ２のプレ再生に供される。そして除湿ロータ２の再生区域２ｂ、プレ再生区域２ｃを通過した後は、排気ファン７によって水分を多量に含む排気ＥＡとして外部に排出されるようになっている。
前記したように、熱交換器３を出た再生空気ＲＡの一部を再生ヒータ６で加温してから除湿ロータ２の再生区域２ｂへ、残りの一部をそのまま除湿ロータ２のプレ再生区域２ｃへと供給するには、例えば、図２に示したように構成すればよい。すなわち、例えば、除湿ロータ２と熱交換器３とを一体にしてケーシング１１内に納める。そしてケーシング１１内の流路を隔壁１２で仕切り、一側を除湿ロータ２からの給気側、他側を熱交換器３からの再生空気側に分ける。そして再生空気側の流路を隔壁板１３によってさらに上下に仕切る。そして再生ヒータ６を隔壁板１３の上側の流路に設置すればよい。これによって、例えば、再生空気ＲＡの一部を再生ヒータ６で再生温度ｔ℃まで加温して除湿ロータ２の再生区域２ｂへ、残りの再生空気をそのまま除湿ロータ２のプレ再生区域２ｃへと供給することができる。
ここに、ｒ＝再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温される再生空気量／全再生空気量×１００（％）とすれば、（１′）式を満足するように決定する。
ｒ＝１４０−ｔ……（１′）
本実施の形態にかかるデシカント除湿方法を実施するためのデシカント除湿システムは、以上のようにその主要部が構成されている。
また、別の実施態様では、再生空気の除湿部通過断面積と処理空気の除湿部通過断面積が実質的に同じであって、ｒ＝再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温される再生空気が通過する除湿部断面積／全再生空気の通過する断面積×１００（％）とすれば、ｒが（１′）式で表現されるようにすることができる。
ｒ＝１４０−ｔ……（１′）
さらに、別の実施態様では、熱交換器が回転式顕熱交換器であって、顕熱交換器と除湿ロータの回転方向が逆であることを特徴とするデシカント除湿方法とすることができる。
これにより、省エネ性を高めることができる。その理由を以下に説明する。除湿ロータから出る処理空気の湿度は徐々に低下する。つまり、処理区域２ａの初期では高く、後期では低くなる。回転式顕熱交換器を逆回転させ、該回転式顕熱交換器の回転に伴い、該回転式顕熱交換器を通過する処理空気の温度を高くしていくことにより、該回転式顕熱交換器をより高く昇温することができるので、再生空気が該回転式顕熱交換器を通過したときの温度をより高く昇温することができるので、再生ヒータでの熱負荷を小さくできる。また、プレ再生区域でのプレ再生の効率を高めることができる。
［実施例］
下記の仕様のデシカント除湿機を使用して、除湿性能試験を行った。
・除湿ロータ；米国Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ／ＩＣＣ社製
有効直径５００ｍｍ、厚み２００ｍｍ
処理ゾーン角度１８０°、再生ゾーン角度１８０°
・顕熱ロータ；米国Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ／ＩＣＣ社製
有効直径５００ｍｍ、厚み２００ｍｍ
顕熱交換効率８６％
・再生空気および処理空気の風量；
１０６０ｍ３／ｈ、両ロータ前面風速  ３．０ｍ／ｓ
・再生空気；大阪の夏期７月〜９月のほぼ平均の温度と湿度
２７．２℃、相対湿度６７％、絶対湿度１５．２ｇ／ｋｇ′
ｇ／ｋｇ′は乾燥空気ｋｇ当たりに含まれる水分量
・処理空気（室内リターン空気）；２６℃、相対湿度５０％、
絶対湿度１０．５ｇ／ｋｇ′
・再生ヒータ；温水コイル使用、温水温度；８０℃〜６０℃、
再生空気温度ｔ；７５℃〜５５℃
・排熱；          ヤンマーディーゼル（株）製の９．８ｋＷマイクロコージェネレーシ
ョンシステム（ガスエンジン駆動）の温水排熱
再生ヒータを通過する割合ｒ（％）；
再生ヒータで再生温度ｔ℃に加温される
再生空気量／全再生空気量×１００
［実施例１］
実施例１は、特に記載がない場合、前述実施例の条件に従っている。
実施例１は、上記実施例の条件に従いつつ、再生温度を設定した場合、再生ヒータを通過する割合ｒに対する除湿量（ｇ／ｋｇ′）の関係を求めるための実施例である。
上記の条件下、再生温度ｔ℃を５５℃（実施例１の１）、６５℃（実施例１の２）、７５℃（実施例１の３）を変えて、再生ヒータを通過する割合ｒ＝５０、６０、７０、８０、９０、１００の各場合の除湿量（ｇ／ｋｇ′）を算出して、下記の表１に示した。
【０００６】
【表１】
除湿量（ｇ／ｋｇ′）
0003933494.tif 000002
【０００７】
そして、表１の内容を図示したものが図３である。視覚的に分かり易いので図３について説明する。
図３によれば、再生温度ｔが５５℃、６５℃、７５℃の場合において、再生ヒータを通過する割合ｒが大きい領域では、再生ヒータを通過する割合ｒが小さくなっても、除湿量は変化せず、ｒが下限界ｒ′（再生温度ｔ＝５５℃、６５℃、７５℃に対して、それぞれ、ｒの下限値ｒ′＝８５％、７５％、６５％）近傍まではフラットなカーブで推移するが、ｒが下限値ｒ′を下回ると、急激に除湿量が低下する。今回の実験によって、ｒの下限値ｒ′が存在し、下限値ｒ′を境にして除湿量が大きく変動するという、ｒの下限値ｒ′が所謂数値限定の臨界的意義に該当することが分かった。このことは実験を行なって始めて判明したことである。
このことから、デシカント除湿システムの設計する上では、再生ヒータを通過する割合ｒを、各再生温度ｔ℃毎に下限値ｒ′を上回るように設定しておくことが重要である。
［実施例２］
実施例２は、特に記載がない場合、前述実施例の条件に従っている。
実施例２は、再生温度ｔを設定した場合、再生ヒータを通過する割合ｒに対するＣＯＰの関係を求めるための実施例である。
上記の条件下、再生温度ｔ℃を５５℃（実施例２の１）、６５℃（実施例２の２）、７５℃（実施例２の３）を変えて、再生ヒータを通過する割合ｒ＝５０、６０、７０、８０、９０、１００の各場合の除湿量（ｇ／ｋｇ′）を算出して、下記の表２に纏めた。
【０００８】
【表２】
ＣＯＰ
0003933494.tif 000003
【０００９】
表２の内容を図示したものが図４である。
この図４によって、再生ヒータを通過する割合ｒを変化させた場合、ある値ｒｏに対して、ＣＯＰが最大値を有していることが分かった。ここに、ある値ｒｏは、ｔ＝５５℃、６５℃、７５％の場合、それぞれ、８５％、７５％、６５％となった。さらに、ある値ｒｏが前述のｒの下限値ｒ′と奇しくも等しいということが偶然に分かった。
ここで、注意して欲しいのは、“再生ヒータを通過する割合ｒを変化させた場合、ある値ｒｏに対して、ＣＯＰが最大値を有している”という事実も、“ある値ｒｏが前述のｒの下限値ｒ′と等しい”という事実も共に実験を行なって始めて判明したことである。
表１、表２、図３および図４から分かるように、各再生温度ｔ℃が５５℃、６５℃、７５℃に対する再生ヒータを通過する割合ｒの下限値ｒ′は、近似曲線ｒ＝１４０−ｔと近似することができる。
近似曲線に従ってデシカント除湿機を運転すると、除湿量が、ｒ＝１００％のときと略同じレベルになる一方、しかも成績係数を最大にすることができ、本発明の第一課題、第二課題を達成できることが判明した。
ここに、再生ヒータを通過する割合ｒの製作誤差を１０と見込めば、下式の範囲Ｄ１内に設計範囲が在る。
ｒ＝１４０−ｔ±１０……（１）
ここに、再生ヒータを通過する割合ｒの製作誤差を５と見込めば、下式の範囲Ｄ２内に設計範囲が在る。
ｒ＝１４０−ｔ±５……（２）
【００１０】
【発明の効果】
本発明により、排熱量の少ないマイクロコージェネレーションシステムとの組み合わせに対しても、場合によっては追い炊きボイラを使用しなくても、処理風量の大きなデシカント除湿機を高い除湿量と高ＣＯＰで駆動することができるので第３の課題が達成できる。
従来技術の除湿方法では、処理空気を過冷却した後再加温する方法が取られる。これに対して、本発明のデシカント除湿方法では、直接除湿処理することができるため過冷却・再加熱分のエネルギーは不要となり、空調機の冷凍容量や一次エネルギーの低減が可能となる。
本発明に拠れば、排熱温度が低く、例え、再生ヒータで加温した再生空気の温度ｔ℃が５５℃以上７５℃以下であっても、除湿性能の高いデシカント除湿方法及びデシカント除湿機を提供するという本発明の第一課題を達成することができた。
本発明に拠れば、排熱温度が低く、例え、再生ヒータで加温した再生空気の温度ｔ℃が５５℃以上７５℃以下であっても、ＣＯＰが高く、かつ小型でかつ低価格のデシカント除湿方法及びデシカント除湿機を提供するという本発明の第二課題を達成することができた。
さらに、本発明に拠れば、マイクロコージェネレーションシステム排熱利用のように、夏季の利用可能な排熱が少ない場合であっても、低温度の排熱を利用するデシカント除湿方法及びデシカント除湿システムにおいて、前述の第一課題、第二課題を達成するようなデシカント除湿方法及びデシカント除湿機を提供するという本発明の第三課題を達成することができた。
上述の当業者予測不可能な顕著の効果の他、今まで述べてきたように、種々の効果を有する当業者予測不可能な顕著の効果を達成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるデシカント除湿方法を実施するために用いたデシカント除湿システムの構成の概略を示す説明図
【図２】図１のデシカント除湿システムに適用できる除湿ロータと顕熱交換器との間の流路の断面図
【図３】除湿量と再生ヒータを通過する割合ｒとの関係を示した図
【図４】成績係数（ＣＯＰ）と再生ヒータを通過する割合ｒとの関係を示した図
【図５】本発明の再生ヒータを通過する割合ｒの範囲Ｄ１を示した図
【図６】従来技術にかかるデシカント空調方法を実施するために用いたデシカント空調システムの構成の概略を示す説明図
【符号の説明】
２        除湿ロータ
２ａ      処理区域
２ｂ      再生区域
２ｃ      プレ再生区域
３        熱交換器
４        第１の加湿器
５        第２の加湿器
６        再生ヒータ
Ｒ        室
ＯＡ      処理空気
ＳＡ      給気
ＲＡ      再生空気
ＥＡ      排気
【図１】
0003933494.tif 000004
【図２】
0003933494.tif 000005
【図３】
0003933494.tif 000006
【図４】
0003933494.tif 000007
【図５】
0003933494.tif 000008
【図６】
0003933494.tif 000009