JPH1019412A - 空調システム - Google Patents

空調システム

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JPH1019412A
JPH1019412A JP19573396A JP19573396A JPH1019412A JP H1019412 A JPH1019412 A JP H1019412A JP 19573396 A JP19573396 A JP 19573396A JP 19573396 A JP19573396 A JP 19573396A JP H1019412 A JPH1019412 A JP H1019412A
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desiccant
conditioning system
regeneration
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JP19573396A
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Kensaku Maeda
健作 前田
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Original Assignee
Ebara Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒートポンプとデシカントを組み合わせて、
バッチ的なプロセスによりデシカントの吸着・再生を行
うコンパクトで効率の高い空調システムを提供する。 【解決手段】 複数のデシカント部を交互に処理空気経
路Ａ及び再生空気経路Ｂに流通するように切り換え可能
に配置した空調システムにおいて、デシカント部１０３
Ａ〜１０３Ｄを２つづつが処理空気経路Ａ及び再生空気
経路Ｂに配置されるように少なくとも４つ設け、処理空
気経路Ａは、処理空気を１つのデシカント部に導いて第
１の吸着を行った後、デシカント通過前の再生空気との
間で顕熱交換を行う熱交換器１０４に導いて冷却し、他
のデシカント部に導いて第２の吸着を行い、さらにヒー
トポンプ２００の低熱源に導いて熱交換を行って冷却す
るようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は空調システムに係
り、特に複数のデシカントを処理空気と再生空気に交互
に切り換えて流通させて処理空気を連続的に処理する空
調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は、ＵＳＰ第４，４３０，８６４号
に開示された従来技術であり、これは、処理空気経路Ａ
と、再生空気経路Ｂと、２つのデシカントベッド１０３
Ａ，１０３Ｂと、デシカントの再生及び処理空気の冷却
を行うヒートポンプ２００とを有している。このヒート
ポンプ２００は、２つのデシカントベッド１０３Ａ，１
０３Ｂに埋設された熱交換器２１０，２２０を高低熱源
として用いるもので、一方のデシカントベッドは処理空
気を通過させて吸着工程を行い、他方のデシカントは再
生空気を通過させて再生工程を行う。この空調処理を所
定時間行った後、４方切り換え弁１０５，１０６を切り
換えて、再生及び処理空気を逆のデシカントベッドに流
して全体としては同様の工程を、それぞれのデシカント
ベッドにおいては逆の工程を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の技
術においては、ヒートポンプ２００の高低の熱源と各デ
シカントがそれぞれ一体化されていたために、冷房効果
ΔＱに相当する熱量がヒートポンプ（冷凍機）にそのま
ま負荷される。すなわち、ヒートポンプ（冷凍機）の能
力以上の効果が出せない。したがって、装置を複雑にし
ただけの効果が得られなかった。
【０００４】そこで、このような問題点を解決するため
に、図６に示すように、再生空気経路Ｂにヒートポンプ
２００の高温熱源２２０を配して再生空気を加熱し、処
理空気経路Ａにヒートポンプ２００の低温熱源２１０を
配して処理空気を冷却するとともに、デシカント１０３
通過後の処理空気とデシカント１０３通過前の再生空気
との間で顕熱交換を行う熱交換器１０４を設けることが
考えられる。ここでは、デシカント１０３として、処理
空気経路Ａと再生空気経路Ｂの双方にまたがって回転す
るデシカントロータを用いている。
【０００５】これにより、図７に示すように、ヒートポ
ンプ２００による冷却効果（Δｑ）の他に、処理空気と
再生空気の間の顕熱交換による冷却効果（ΔＱ−Δｑ）
を併せた冷却効果（ΔＱ）を得ることがてきるので、コ
ンパクトな構成で図５の空調システムより高い効率を得
ることができる。
【０００６】しかしながら、この構成の空調システムに
おいても、ヒートポンプの高温熱源と低温熱源の温度差
が、すなわち温度ヘッドが、図７に示すように高くなり
（ΔＴ）、そのためにエネルギー効率の改善が不充分で
あった。
【０００７】本発明は上記課題に鑑み、ヒートポンプと
デシカントを組み合わせて、バッチ的なプロセスにより
デシカントの吸着・再生を行うコンパクトで効率の高い
空調システムを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、
複数のデシカント部を交互に処理空気経路及び再生空気
経路に流通するように切り換え可能に配置し、前記再生
空気経路にヒートポンプの高温熱源を配して再生空気を
加熱し、前記処理空気経路にヒートポンプの低温熱源を
配して処理空気を冷却し、処理空気経路において前記デ
シカント部に処理空気中の水分を吸着し、再生空気経路
において再生空気によって前記デシカント部を再生する
ようにした空調システムにおいて、前記デシカント部を
２つづつが前記処理空気経路及び再生空気経路に配置さ
れるように少なくとも４つ設け、前記処理空気経路は、
処理空気を１つの前記デシカント部に導いて第１の吸着
を行った後、上記デシカント通過前の再生空気との間で
顕熱交換を行う熱交換器に導いて冷却し、他のデシカン
ト部に導いて第２の吸着を行い、さらに前記ヒートポン
プの低熱源に導いて熱交換を行って冷却するようになっ
ていることを特徴とする空調システムである。
【０００９】これにより、処理空気中の水分の吸着工程
を間に熱交換による冷却工程を含む２段階の吸着工程と
したことにより、同じ熱を汲み上げるヒートポンプの最
低温度が高くなる。従って、ヒートポンプの温度ヘッド
が小さくなり、省エネルギーとなる。また、同じデシカ
ントを使って２回吸着させるので、吸湿能力を大きくと
れるため、相対的に装置を小型化することができる。
【００１０】請求項２に記載の発明は、複数のデシカン
ト部を処理空気経路及び再生空気経路に対して相対移動
して流通を切り換えるようになっていることを特徴とす
る請求項１に記載の空調システムである。これにより、
複数の弁を各経路に設けて連動させる必要がなく、装置
の構成が簡単になる。
【００１１】請求項３に記載の発明は、前記各デシカン
ト部が機械的に結合されて連動可能となっていることを
特徴とする請求項２に記載の空調システムであり、デシ
カント自体及び経路構成、駆動機構などを簡単化するこ
とができる。請求項４に記載の発明は、前記相対移動が
直線的移動であることを特徴とする請求項３に記載の空
調システムである。請求項５に記載の発明は、前記相対
移動が回転移動であることを特徴とする請求項３に記載
の空調システムである。
【００１２】請求項６に記載の発明は、前記ヒートポン
プは蒸気圧縮式ヒートポンプであることを特徴とする請
求項１に記載の空調システムである。請求項７に記載の
発明は、前記ヒートポンプは吸収式ヒートポンプである
ことを特徴とする請求項１に記載の空調システムであ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る空調システム
の一実施例を図面を参照して説明する。図１及び図２は
本発明の空調システムの基本構成を示すもので、処理空
気経路Ａと再生空気経路Ｂと、４つに区分されたデシカ
ント１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０４Ｄと、デシ
カントの再生及び処理空気の冷却を行うヒートポンプ２
００とを有している。ヒートポンプとしては、任意のも
のを採用してよいが、ここでは、出願人が先に特願平８
−２２１３３において提案した蒸気圧縮式ヒートポンプ
を用いるものとする。
【００１４】図１において処理空気経路Ａは、処理空気
入口（通常は室内空気取入口）、経路１１０、処理空気
の送風機１０２、経路１１１を経て、上記デシカントを
収納するケーシング３０２の第１の処理空気入口に接続
され、該第１の処理空気入口からケーシング３０２内部
のデシカント１０３Ｂを経由して、ケーシング３０２の
第１の処理空気出口に導かれる。さらに、ケーシング３
０２の第１の処理空気出口は経路１１３を介して再生空
気との熱交換を行なう熱交換器１０４に接続され、熱交
換器１０４の処理空気出口は経路１１４を介してケーシ
ング３０２の第２の処理空気入口に接続され、該第２の
処理空気入口からケーシング３０２に入った空気は内部
のデシカント１０３Ａを通過して、ケーシング３０２の
第２の処理空気出口に導かれ、ケーシング３０２の第２
の処理空気出口は経路１１５を介してヒートポンプ２０
０の低熱源熱交換器２２０に接続され、低熱源熱交換器
２２０の処理空気の出口は経路１１６を介して処理空気
出口に至る。
【００１５】再生空気経路Ｂは、再生空気入口（通常は
外気取入口）から経路１２０、送風機１４０、経路１２
１、処理空気と熱交換関係にある顕熱熱交換器１０４、
経路１２２、ヒートポンプ２００の高温熱源熱交換器２
１０及び経路１２３を経て、ケーシング３０２の２つの
再生空気入口に通じる経路１２４Ｂまたは１２４Ａに至
る。この２つの再生空気入口は、デシカントに連動した
シャッター３０１Ａまたは３０１Ｂによって一方の入口
が選択的に閉塞するよう構成されており、この再生空気
入口はケーシング３０２内のデシカント１０３Ｃ及び１
０３Ｄを介してケーシング３０２の２つの再生空気出口
の一方から経路１２５Ａまたは１２５Ｂに導かれ、さら
に経路１２６を経て再生空気出口に至る。
【００１６】４つに区分されたデシカント１０３Ａ，１
０３Ｂ，１０３Ｃ，１０４Ｄは、プーリ３１０〜３１３
及びベルト機構３０４を介してモータ３０３によって駆
動され、ケーシング３０２の内部をケーシングに対して
相対的に移動させられる。デシカント１０３Ａ及び１０
３Ｂが吸着過程でデシカント１０３Ｃ及び１０３Ｄが再
生過程の場合には、図１に示す位置に、デシカント１０
３Ａ及び１０３Ｂが再生過程でデシカント１０３Ｃ及び
１０３Ｄが吸着過程の場合には、図２に示す位置に移動
する。その際、デシカント１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３
Ｃ，１０３Ｄの動きに連動して図１の場合はシャッター
３０１Ａが経路１２４Ａに接続した空気入口を閉塞し、
図２の場合はシャッター３０１Ｂが経路１２４Ｂに接続
した空気入口を閉塞するように構成されている。なお、
図中、丸で囲ったアルファベットＫ〜Ｔは、図３と対応
する空気の状態を示す記号である。
【００１７】次に、前述のように構成されたヒートポン
プを熱源とする空調システムの動作を、図３の湿り空気
線図を参照しながら説明する。図１では、デシカント１
０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄの位置が、デシ
カント１０３Ｂを処理空気の第１の吸着工程に、デシカ
ント１０３Ａを処理空気の第２の吸着工程に、デシカン
ト１０３Ｃ，１０３Ｄを再生空気系統に繋ぐようになっ
ているので、この状態での動作を説明する。
【００１８】処理空気（状態Ｋ）は、処理空気入口から
経路１１０を経て送風機１０２に吸引され、昇圧されて
経路１１１を経てケーシング３０２の再生空気の第１の
入口からケーシング内部に流入し、第１のデシカント１
０３Ｂに送られ、空気中の水分を吸着されて絶対湿度が
低下するとともに吸着熱により温度上昇する（状態
Ｌ）。湿度が下がり温度が上昇した空気は経路１１３を
経て顕熱熱交換器１０４に送られ、再生空気と熱交換し
て冷却される（状態Ｍ）。湿度と温度が下がった空気
は、経路１１４を経て第２のデシカント１０３Ａに送ら
れ、第２の吸着工程によって再び空気中の水分を吸着さ
れて絶対湿度が低下するとともに吸着熱により温度上昇
する（状態Ｎ）。そして、処理空気は経路１１５を経て
ヒートポンプ２００の低温熱源である熱交換器２２０に
送られてさらに冷却され、経路１１６を経て空調空間に
給気される（状態Ｐ）。このようにして処理空気（状態
Ｋ）と給気（状態Ｐ）との間にはエンタルピ差ΔＱが生
じ、これによって空調空間の冷房が行われる。
【００１９】上記の吸着工程において第２の吸着が起き
るのは、以下の理由による。すなわち、熱交換器１０４
により状態Ｌから状態Ｍまで等湿度で冷却すると相対湿
度が上がるので、再度デシカント１０３Ａで吸着工程を
行うポテンシャルが生じる。その吸着ポテンシャルの差
を使って第２の吸着を行うことができる。
【００２０】同じサイクルにおいて、他方のデシカント
１０３Ｃ，１０３Ｄは以下のように再生過程を経る。す
なわち、再生空気（状態Ｑ）は経路１２０を経て送風機
１４０に吸引され、昇圧されて経路１２１を経て顕熱熱
交換器１０４に送られ、処理空気を冷却して自らは温度
上昇し（状態Ｒ）、経路１２２を経てヒートポンプ２０
０の高熱源の熱交換器２１０に流入し、加熱されて６０
〜８０℃まで温度上昇し、相対湿度が低下する（状態
Ｓ）。相対湿度が低下した再生空気は経路１２３、経路
１２４Ｂを経てケーシング３０２に設けられた再生空気
入口から内部に流入し、デシカント１０３Ｃ，１０３Ｄ
を並列に通過してデシカントの水分を除去する（状態
Ｔ）。デシカント１０３Ｃ，１０３Ｄを通過した再生空
気は経路１２５Ｂ、経路１２６を経て再生空気の出口に
至る。この場合、経路１２４Ａに接続した再生空気入口
は、ケーシング３０２内部でデシカントに連動したシャ
ッター３０１Ａによって閉塞されているため、再生空気
は経路１２４Ａに流通しない。
【００２１】この空調処理が所定時間行われてデシカン
ト中の水分が所定以上になると、モータ３０３を作動さ
せ、プーリベルト機構３０４，３１０〜３１３によって
デシカント１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄを
ケーシング３０２に対して相対移動させて、図２に示す
ように、デシカント１０３Ａ，１０３Ｂが再生空気経路
Ｂに、デシカント１０３Ｄが処理空気経路Ａ中の第１の
吸着工程の経路に、１０３Ｃが第２の吸着工程の経路に
繋がるようにする。このようにして、デシカントの吸着
と再生はバッチ的に行われる。図２の場合には、再生空
気が経路１２４Ｂを流通し、経路１２４Ａが閉塞される
が、動作は図１の場合と同様であるので説明を省略す
る。
【００２２】このようにしてデシカントの再生と処理空
気の除湿、冷却を繰り返し行うことによって、デシカン
トによる空調を行う。なお、再生用空気として室内換気
に伴う排気を用いる方法も従来からデシカント空調では
広く行われているが、本発明においても室内からの排気
を再生用空気として使用しても差し支えなく、本実施例
と同様の効果が得られる。
【００２３】この空調システムでは、デシカントとデシ
カントの間に熱交換による冷却工程を含む２段階の吸着
工程としたことにより、同じ熱ΔＱを汲み上げるヒート
ポンプの最低温度が、図７に示す場合と比べると、図３
において状態Ｎから状態Ｐに移動する。従って、ヒート
ポンプの温度ヘッドΔＴ２がΔＴ１と小さくなり、省エ
ネルギーとなる。また、同じデシカントを使って２回吸
着させるので、吸湿能力を大きくとれるため、相対的に
装置を小型化することができる。
【００２４】さらに、このように構成されたデシカント
空調システムでは、ヒートポンプの冷房効果は図３にお
ける状態Ｍと状態Ｐのエンタルピ差Δｑであり、装置全
体における冷房効果ΔＱよりも大幅に少なくて済み、ヒ
ートポンプの能力以上の冷房効果が出せる。従って、装
置を小型化することができ、コストが安い装置を提供す
ることができる。
【００２５】このように構成されたデシカント空調機の
ヒートポンプ部分の熱の流れを図４に示す。図４におい
て、入熱は低熱源熱交換器からの入熱と圧縮機動力で、
出熱は全て高熱源熱交換器に加えられる。いま、圧縮機
動力を１の熱量とすると、この種のヒートポンプの温度
リフトは最低でも１５℃の処理空気から熱を汲み上げて
７０℃まで昇温させるために５５℃の温度リフトとな
り、通常のヒートポンプの温度リフト４５℃に比べて２
２％増加し、圧力比が若干高くなるため動作係数は大略
３程度に設計できる。従って、処理空気からの入熱量は
３となり、一方、出熱は合計１＋３で４となり、この熱
量が全て再生空気を加熱してデシカント空調機に使用さ
れる。
【００２６】ヒートポンプを除いたデシカント空調機の
単体におけるエネルギー効率を示す動作係数（ＣＯＰ）
は図３における冷房効果ΔＱを再生加熱量で除した値で
示されるが、大略最大で０．８〜１．２であることが一
般に報告されている。従って、デシカント空調機の動作
係数（ＣＯＰ）を大略１とすると、デシカント空調機に
よって１の冷房効果が得られることになるので、ヒート
ポンプの圧縮機入力を１とするとデシカント空調機の駆
動熱量は４となり、従って、この再生加熱によって４の
冷房効果が得られる。本空調システムでは、この他にヒ
ートポンプの蒸発器による冷房効果が３あるので合計７
の冷房効果が得られ、このデシカント外調機全体の動作
係数は、 動作係数＝冷房効果／圧縮機入力＝７ となる。この値は従来システムの値「４以下」を大幅に
上回るものである。
【００２７】なお、上記の実施例では、ヒートポンプ２
００として蒸気圧縮式ヒートポンプを用いたが、前述し
た内容によれば、ヒートポンプ作用のある熱源機であれ
ば何でもよく、例えば、特願平７−３３３０５３に提案
したような吸収式ヒートポンプを採用しても差し支えな
く、同様の効果を得ることができる。また、熱移送媒体
として本実施例では冷媒の蒸発・凝縮作用を直接用いる
事例を示したが、冷媒の代わりに冷温水を利用してヒー
トポンプと接続しても差し支えない。
【００２８】また、デシカント１０３Ａ，１０３Ｂの移
動機構としてモータに接続したプーリベルト機構を用い
たが、前述した内容によれば、直接運動を生じる機構で
あれば何でも良く、例えば再生空気又は処理空気用の送
風機の静圧を利用したダイヤフラムピストン機構、ある
いは空気圧を使用したシリンダピストン機構、あるいは
電動式のラックアンドピストン機構、あるいは螺旋ねじ
を用いたリサーキュレーティングボール機構、あるいは
リンク機構などを用いても差し支えない。
【００２９】さらに、上記実施例ではケーシングとデシ
カントを直線的に移動させたが、回転移動させてもよ
い。すなわち、ケーシングを円筒状に形成し、これを周
方向に分割してそれぞれに入口と出口を設け、一方、デ
シカントをこれに対応して互いに隔壁で周方向に仕切ら
れた円柱状として、ケーシング内部で回転移動させる構
造としてもよい。また、デシカントは互いに隔壁で仕切
られて空気の相互の流通を規制した構成としているが、
全く切り離した構成として所定の機構で連動させるよう
にしてもよく、逆に、場合によってはある程度相互の空
気流通性があっても差し支えない。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、少
なくとも４つのデシカント部を処理空気と再生空気に交
互に切り換えて流通可能にするとともに、デシカントと
デシカントの間に熱交換による冷却工程を含む２段階の
吸着工程としたことにより、ヒートポンプの温度ヘッド
が小さくなって省エネルギーとなり、また、同じデシカ
ントを使って２回吸着させるので吸湿能力を大きくとれ
るため、相対的に装置を小型化することができる。さら
に、再生空気経路にヒートポンプの高温熱源を配して再
生空気を加熱し、処理空気経路にヒートポンプの低温熱
源を配して処理空気を冷却しつつ、上記デシカント通過
後の処理空気と上記デシカント通過前の再生空気との間
で顕熱交換を行うことで、従来に比較し、ヒートポンプ
の冷却能力以上の冷房効果が発揮でき、エネルギー効率
が飛躍的に高い空調システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空調システムの一実施例の基本構
成を示す説明図である。
【図２】図１の実施例の他の動作状態を示す説明図であ
る。
【図３】図１の空調システムの空気のデシカント空調サ
イクルを湿り空気線図で示す説明図である。
【図４】本発明の空調システムに係るヒートポンプの熱
の移動を示す説明図である。
【図５】従来の空調システムの基本構成を示す説明図で
ある。
【図６】仮想的な空調システムの構成を示す説明図であ
る。
【図７】図６の空調システムの空気のデシカント空調サ
イクルを湿り空気線図で示す説明図である。
【符号の説明】
１０２，１４０ 送風機 １０３Ａ〜１０３Ｄ デシカント部（デシカントロー
タ） １０４ 顕熱熱交換器 ２００ ヒートポンプ ２１０ 冷却器（冷水熱交換器） ２２０ 加熱器（温水熱交換器） ２６１ 圧縮機 Ａ 処理空気経路 Ｂ 再生空気経路 ＳＡ 給気 ＲＡ 還気 ＥＸ 排気 ＯＡ 外気 ΔＱ 冷房効果 Δｑ 冷水による冷却量 ΔＨ 温水による加熱量

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のデシカント部を交互に処理空気経
    路及び再生空気経路に流通するように切り換え可能に配
    置し、前記再生空気経路にヒートポンプの高温熱源を配
    して再生空気を加熱し、前記処理空気経路にヒートポン
    プの低温熱源を配して処理空気を冷却し、処理空気経路
    において前記デシカント部に処理空気中の水分を吸着
    し、再生空気経路において再生空気によって前記デシカ
    ント部を再生するようにした空調システムにおいて、 前記デシカント部を２つづつが前記処理空気経路及び再
    生空気経路に配置されるように少なくとも４つ設け、前
    記処理空気経路は、処理空気を１つの前記デシカント部
    に導いて第１の吸着を行った後、上記デシカント通過前
    の再生空気との間で顕熱交換を行う熱交換器に導いて冷
    却し、他のデシカント部に導いて第２の吸着を行い、さ
    らに前記ヒートポンプの低熱源に導いて熱交換を行って
    冷却するようになっていることを特徴とする空調システ
    ム。
  2. 【請求項２】 複数のデシカント部を処理空気経路及び
    再生空気経路に対して相対移動して流通を切り換えるよ
    うになっていることを特徴とする請求項１に記載の空調
    システム。
  3. 【請求項３】 前記各デシカント部が機械的に結合され
    て連動可能となっていることを特徴とする請求項２に記
    載の空調システム。
  4. 【請求項４】 前記相対移動が直線的移動であることを
    特徴とする請求項３に記載の空調システム。
  5. 【請求項５】 前記相対移動が回転移動であることを特
    徴とする請求項３に記載の空調システム。
  6. 【請求項６】 前記ヒートポンプは蒸気圧縮式ヒートポ
    ンプであることを特徴とする請求項１に記載の空調シス
    テム。
  7. 【請求項７】 前記ヒートポンプは吸収式ヒートポンプ
    であることを特徴とする請求項１に記載の空調システ
    ム。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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