| 【発明の名称】 |
除湿空調装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】前田 健作
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| 【要約】 |
【課題】ヒートポンプ熱源機とデシカント空調機を一体化しコンパクトな構成で、高いエネルギー効率を得る。
【解決手段】第１のデシカント１０３を処理空気と再生空気が交互に流通するようにした除湿空調装置において、ヒートポンプとして、それぞれが密閉構造をなしていて、第２のデシカントを内蔵して冷媒を吸着、脱着するデシカント熱交換器１Ａ，１Ｂと冷媒を蒸発、凝縮させる冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂとを連通した第１の熱交換器組立体１０Ａと、第２の熱交換器組立体１０Ｂを有し、第１および第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器が絞り７を介して連通している１つの吸着ヒートポンプを設けて、吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体に包含した冷媒熱交換器に再生空気と処理空気が交互に流通するよう構成し、かつ再生空気が流通する冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器に吸着ヒートポンプを駆動する加熱媒体を導いて加熱する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１のデシカントにより水分を吸着されたのちヒートポンプの低熱源によって冷却される処理空気の経路と、前記ヒートポンプの高熱源によって加熱されたのち前記水分吸着後の第１のデシカントを通過して第１のデシカント中の水分を脱着して再生する再生空気の経路を有し、第１のデシカントを処理空気と再生空気が交互に流通するようにした除湿空調装置において、前記ヒートポンプとして、それぞれが密閉構造をなしていて、第２のデシカントを内蔵して冷媒を吸着または脱着させるデシカント熱交換器と冷媒を蒸発または凝縮させる冷媒熱交換器とを経路で連通した第１の熱交換器組立体と、第２の熱交換器組立体を有し、該第１および第２の熱交換器組立体の前記冷媒熱交換器が絞りを介して経路で連通している少なくとも１つの吸着ヒートポンプを設けて、該吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体に包含した冷媒熱交換器に前記再生空気と処理空気が交互に流通するよう構成し、かつ再生空気が流通する冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器に吸着ヒートポンプを駆動する加熱媒体を導いて加熱することを特徴とする除湿空調装置。
【請求項２】 前記第１のデシカントを中心軸を中心に回転するロータ形状として、固定された処理空気と再生空気の経路に対してデシカントが相対的に回転移動して、処理空気と再生空気が交互に流通するよう構成するとともに、前記第１の熱交換器組立体と第２の熱交換器組立体とを中心軸に対して対称に放射状に少なくとも１組以上配置し、中心軸を中心に回転可能に構成し、固定された処理空気および再生空気および加熱源熱媒体の経路に対して第１の熱交換器組立体および第２の熱交換器組立体とからなる吸着ヒートポンプが相対的に回転移動して、前記第１および第２の熱交換器組立体に包含した冷媒熱交換器に前記再生空気と処理空気が交互に流通し、かつ再生空気が流通する冷媒熱交換器を包含する前記第１または第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器に加熱媒体を導くよう構成することによって、第１のデシカントの水分吸着脱着工程の切り換えと、吸着ヒートポンプの第２のデシカントの冷媒吸着脱着工程の切り換えを、自動的に行うことを特徴とする請求項１に記載の除湿空調装置。
【請求項３】 処理空気と熱交換している冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器を通過する前の再生空気と、第１のデシカントを通過した処理空気とを熱交換させる第１の顕熱熱交換器を設けるとともに、さらに再生空気と熱交換している冷媒熱交換器を包含する前記第１の熱交換器組立体とは対称位置にある吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器を通過した後の加熱媒体と、第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器を通過した後の再生空気とを熱交換させる第２の顕熱熱交換器とを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の除湿空調装置。
【請求項４】 第１の円筒状ケーシングを設け、内部に前記第１のデシカントと、前記第１の顕熱熱交換器の伝熱面のうち第１のデシカントを通過した処理空気と接する伝熱面と、前記第２の顕熱熱交換器の伝熱面のうち第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器を通過した後の再生空気と接する伝熱面と、前記吸着ヒートポンプの第１及び第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器とを内蔵するとともに、前記第１の円筒状ケーシングを囲んで第１の円筒状ケーシングと中心軸が同じで直径が大きい第２の円筒状ケーシングを設け、前記第１の円筒状ケーシングと第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間に、前記第１の顕熱熱交換器の伝熱面のうち吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体のデシカント熱交換器を通過する前の再生空気と接する伝熱面と、前記第２の顕熱熱交換器の伝熱面のうち吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器を通過した後の吸着ヒートポンプの加熱媒体と接する伝熱面と、前記吸着ヒートポンプの第１及び第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器とを内蔵し、さらに、第１の円筒状ケーシングの端部および内部には、第１のデシカントを通過する処理空気の経路と再生空気の経路とを分ける仕切を設けるとともに、前記第１の円筒状ケーシングと第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の端部および内部には、加熱媒体の経路と再生空気の経路とを分ける仕切を設け、さらに、前記第２の円筒状ケーシングで囲まれた全体を組立構造体として、処理空気は、該組立構造体に流入して、第１のデシカント、第１の顕熱熱交換器、吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体の冷媒熱交換器の順に通過してから該組立構造体流出して空調空間に給気するよう構成し、さらに、再生空気は前記組立構造体の第１および第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の再生空気経路に流入して、第１の顕熱熱交換器、吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体のデシカント熱交換器の順に通過したのち、第１の円筒状ケーシングの再生空気経路に流入して、吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器、第２の顕熱熱交換器、第１のデシカントの順に通過して組立構造体流出するよう構成し、さらに、吸着ヒートポンプの加熱媒体は熱源によって加熱されたのち、組立構造体の第１および第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の加熱媒体経路に流入して、吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器、第２の顕熱熱交換器の順に通過して組立構造体から流出するよう構成し、さらに、該組立構造体内部に設置された少なくとも第１のデシカントと吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体が該組立て構造体外部の処理空気および再生空気および吸着ヒートポンプの加熱媒体経路と相対的に回転移動するよう構成したことを特徴とする請求項３に記載の除湿空調装置。
【請求項５】 前記第１および第２の顕熱交換器は、複数のヒートパイプで構成されていて、伝熱面が第１の円筒状ケーシング内部および第１の円筒状ケーシングと第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の相互に接するよう、円筒状ケーシングの中心軸を中心に放射状に設置したことを特徴とする請求項４に記載の除湿空調装置。
【請求項６】 少なくともデシカント再生後の再生空気の一部を加熱して吸着ヒートポンプの加熱媒体とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の除湿空調装置。
【請求項７】 前記第１のデシカントが少なくとも２つで構成され、一方で処理空気中の水分を吸着し、他方で再生空気によって再生するような第１の切り換え機構を設け、さらに吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体に包含した前記冷媒熱交換器に前記再生空気と処理空気が交互に流通するような第２の切り換え機構を設け、さらに再生空気が流通する冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器に吸着ヒートポンプを駆動する加熱媒体を導く第３の切り換え機構を設けて、第１および第２および第３の切り換え機構を連動させることによって、第１のデシカントの水分吸着脱着工程の切り換えと、吸着ヒートポンプの第２のデシカントの冷媒吸着脱着工程の切り換えを、自動的に行うことを特徴とする請求項１に記載の除湿空調装置。
【請求項８】 処理空気と熱交換している冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器を通過する前かつ加熱源によって加熱される前の加熱媒体と、第１のデシカントを通過した処理空気とを熱交換させる第３の顕熱熱交換器を設けるとともに、さらに再生空気と熱交換している冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器を通過した後の加熱媒体と、第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器を通過した後の再生空気とを熱交換させる第４の顕熱熱交換器とを設けたことを特徴とする請求項７に記載の除湿空調装置。
【請求項９】 室内空気または室内空気と外気との混合空気を処理空気とし、外気または外気と室内排気との混合空気を再生空気および加熱媒体として作動する請求項７又は８に記載の除湿空調装置。
【請求項１０】 前記第３の切り換え機構を、請求項９に記載の運転形態と異なる方向に切り換えて、室内空気または室内空気と外気との混合空気が流通する冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器に加熱媒体を導くことによって、空調空間の暖房を行うことを特徴とする請求項９に記載の除湿空調装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デシカントを用いた空調システムに係り、特に再生空気の加熱および処理空気の冷却用の熱源としてヒートポンプを使用する空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１２に、吸収ヒートポンプを熱源機とし、デシカントを用いた空調機所謂デシカント空調機と組合せた空調システムの従来例を示す。この空調システムは、デシカントロータ１０３により水分を吸着される処理空気の経路Ａと、加熱源によって加熱されたのち前記水分吸着後のデシカントロータ１０３を通過してデシカント中の水分を脱着して再生する再生空気の経路Ｂを有し、水分を吸着された処理空気とデシカントロータ１０３再生前かつ加熱源により加熱される前の再生空気との間に顕熱熱交換器１０４を有する空調機と、蒸発器３、吸収器１、再生器２、凝縮器４を主な構成機器として吸収式冷凍サイクルをなす第１のサイクルと、蒸発器１３、吸収器１１、再生器１２、凝縮器１４を主な構成機器として、前記第１のサイクルよりも低温で作動する第２の吸収冷凍サイクルからなり、前記第１のサイクルの蒸発器３と第２のサイクルの吸収器１１との間に熱交換関係２１を形成し、かつ該第１のサイクルの凝縮器４と第２のサイクルの再生器１２との間に熱交換関係２０を形成した吸収ヒートポンプとを有し、前記吸収ヒートポンプの第１のサイクルの吸収熱および第２のサイクルの凝縮熱を加熱源として前記空調機の再生空気を加熱器１２０で加熱してデシカントの再生を行うとともに前記吸収ヒートポンプの第２のサイクルの蒸発熱を冷却熱源として冷却器１１５で前記空調機の処理空気の冷却を行う空調システムである。
【０００３】そして、この空調システムでは前記公知例で開示したように、吸収ヒートポンプがデシカント空調機の処理空気の冷却と再生空気の加熱を同時に行うよう構成したことで、吸収ヒートポンプに外部から加えた駆動熱によって吸収ヒートポンプが処理空気の冷却効果を発生させ、さらにヒートポンプ作用で処理空気から組み上げた熱と吸収ヒートポンプの駆動熱を合計した熱でデシカントの再生が行えるため、外部から加えた駆動熱の多重効用化が図れて高い省エネルギ効果が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、該システムの熱源機となる吸収ヒートポンプとデシカント空調機との間は、デシカント空調機の加熱機１２０との間に熱媒体経路１２２，１２３，５１を設けて、熱媒体（温水）を流動させる必要があり、また、同様にデシカント空調機の冷却器１１５との間に冷却媒体経路１１７，１１８を設けて、冷却媒体（冷水）を流動させる必要があった。そのため、熱源機とデシカント空調機を別々に設置できるような空調システムに適用範囲が限定される。
【０００５】本発明は、上記課題に鑑み、外部から熱エネルギーによって駆動されるヒートポンプ熱源機とデシカント空調機を一体化して、コンパクトな構成で、かつ高いエネルギー効率を得ることができる除湿空調装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明は、第１のデシカントにより水分を吸着されたのちヒートポンプの低熱源によって冷却される処理空気の経路と、前記ヒートポンプの高熱源によって加熱されたのち前記水分吸着後の第１のデシカントを通過して第１のデシカント中の水分を脱着して再生する再生空気の経路を有し、第１のデシカントを処理空気と再生空気が交互に流通するようにした除湿空調装置において、前記ヒートポンプとして、それぞれが密閉構造をなしていて、第２のデシカントを内蔵して冷媒を吸着または脱着させるデシカント熱交換器と冷媒を蒸発または凝縮させる冷媒熱交換器とを経路で連通した第１の熱交換器組立体と、第２の熱交換器組立体を有し、該第１および第２の熱交換器組立体の前記冷媒熱交換器が絞りを介して経路で連通している少なくとも１つの吸着ヒートポンプを設けて、該吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体に包含した冷媒熱交換器に前記再生空気と処理空気が交互に流通するよう構成し、かつ再生空気が流通する冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器に吸着ヒートポンプを駆動する加熱媒体を導いて加熱することを特徴とする除湿空調装置である。
【０００７】このように、いずれもバッチ処理で除湿再生を行うデシカント空調機と冷媒の吸着脱着を行う吸着ヒートポンプを組み合わせることによって、コンパクトな構成で熱駆動のヒートポンプとデシカント空調機を一体化することができ、かつ省エネルギな除湿空調装置を提供することができる。なお、「脱着」とは吸着の反対の動作、すなわち、吸着した水分を除去することを言う。
【０００８】請求項２に記載の発明は、前記第１のデシカントを中心軸を中心に回転するロータ形状として、固定された処理空気と再生空気の経路に対してデシカントが相対的に回転移動して、処理空気と再生空気が交互に流通するよう構成するとともに、前記デシカント熱交換器と冷媒熱交換器からなる第１の熱交換器組立体と第２の熱交換器組立体とを中心軸に対して対称に放射状に少なくとも１組以上配置し、中心軸を中心に回転可能に構成し、固定された処理空気および再生空気および加熱源熱媒体の経路に対して第１の熱交換器組立体および第２の熱交換器組立体とからなる吸着ヒートポンプが相対的に回転移動して、前記第１および第２の熱交換器組立体に包含した冷媒熱交換器に前記再生空気と処理空気が交互に流通し、かつ再生空気が流通する冷媒熱交換器を包含する前記第１または第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器に加熱媒体を導くよう構成することによって、第１のデシカントの水分吸着脱着工程の切り換えと、吸着ヒートポンプの第２のデシカントの冷媒吸着脱着工程の切り換えを、自動的に行うことを特徴とする請求項１に記載の除湿空調装置である。
【０００９】このように、デシカント空調機の除湿再生を行うバッチ処理工程と、吸着ヒートポンプの冷媒の吸着脱着を行うバッチ処理工程の切り換えを、処理空気経路、再生空気経路、加熱媒体経路とデシカント空調用デシカントおよび吸着ヒートポンプのデシカント熱交換器および冷媒熱交換器との間の相対回転移動によって自動的に行えるよう構成したことによって、コンパクトな構成で、かつ省エネルギな除湿空調装置を提供することができる。
【００１０】請求項３に記載の発明は、処理空気と熱交換している冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器を通過する前の再生空気と、第１のデシカントを通過した処理空気とを熱交換させる第１の顕熱熱交換器を設けるとともに、さらに再生空気と熱交換している冷媒熱交換器を包含する前記第１の熱交換器組立体とは対称位置にある吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器を通過した後の加熱媒体と、第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器を通過した後の再生空気とを熱交換させる第２の顕熱熱交換器とを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の除湿空調装置である。このように、処理空気および再生空気および加熱媒体空気との間で熱交換を行わせることによって、高い省エネルギ効果が得られる。
【００１１】請求項４に記載の発明は、第１の円筒状ケーシングを設け、内部に前記第１のデシカントと、前記第１の顕熱熱交換器の伝熱面のうち第１のデシカントを通過した処理空気と接する伝熱面と、前記第２の顕熱熱交換器の伝熱面のうち第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器を通過した後の再生空気と接する伝熱面と、前記吸着ヒートポンプの第１及び第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器とを内蔵するとともに、前記第１の円筒状ケーシングを囲んで第１の円筒状ケーシングと中心軸が同じで直径が大きい第２の円筒状ケーシングを設け、前記第１の円筒状ケーシングと第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間に、前記第１の顕熱熱交換器の伝熱面のうち吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体のデシカント熱交換器を通過する前の再生空気と接する伝熱面と、前記第２の顕熱熱交換器の伝熱面のうち吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器を通過した後の吸着ヒートポンプの加熱媒体と接する伝熱面と、前記吸着ヒートポンプの第１及び第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器とを内蔵し、さらに、第１の円筒状ケーシングの端部および内部には、第１のデシカントを通過する処理空気の経路と再生空気の経路とを分ける仕切を設けるとともに、前記第１の円筒状ケーシングと第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の端部および内部には、加熱媒体の経路と再生空気の経路とを分ける仕切を設け、さらに、前記第２の円筒状ケーシングで囲まれた全体を組立構造体として、処理空気は、該組立構造体に流入して、第１のデシカント、第１の顕熱熱交換器、吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体の冷媒熱交換器の順に通過してから該組立構造体流出して空調空間に給気するよう構成し、さらに、再生空気は前記組立構造体の第１および第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の再生空気経路に流入して、第１の顕熱熱交換器、吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体のデシカント熱交換器の順に通過したのち、第１の円筒状ケーシングの再生空気経路に流入して、吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器、第２の顕熱熱交換器、第１のデシカントの順に通過して組立構造体流出するよう構成し、さらに、吸着ヒートポンプの加熱媒体は熱源によって加熱されたのち、組立構造体の第１および第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の加熱媒体経路に流入して、吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体のデシカント熱交換器、第２の顕熱熱交換器の順に通過して組立構造体から流出するよう構成し、さらに、該組立構造体内部に設置された少なくとも第１のデシカントと吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体が該組立て構造体外部の処理空気および再生空気および吸着ヒートポンプの加熱媒体経路と相対的に回転移動するよう構成したことを特徴とする請求項３に記載の除湿空調装置である。
【００１２】このように、２重円筒状ケーシングの中に、デシカント空調機の構成機器と吸着ヒートポンプと顕熱交換器を内蔵した組立構造体を構成し、回転移動によって、デシカント空調機の除湿再生を行うバッチ処理工程と、吸着ヒートポンプの冷媒の吸着脱着を行うバッチ処理工程の切り換えを自動的に行えるよう構成したことによって、コンパクトな構成で、かつ省エネルギな除湿空調装置を提供することができる。
【００１３】請求項５に記載の発明は、前記第１および第２の顕熱交換器は、複数のヒートパイプで構成されていて、伝熱面が第１の円筒状ケーシング内部および第１の円筒状ケーシングと第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の相互に接するよう、円筒状ケーシングの中心軸を中心に放射状に設置したことを特徴とする請求項４に記載の除湿空調装置である。このように、ヒートパイプを用いることによって２重円筒ケーシングの中に熱交換効率が高い熱交換器を収納することができ、コンパクトな構成で、かつ省エネルギな除湿空調装置を提供することができる。
【００１４】請求項６に記載の発明は、少なくともデシカント再生後の再生空気の一部を加熱して吸着ヒートポンプの加熱媒体とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の除湿空調装置である。このように、温度が高い再生後の再生空気の一部を加熱して吸着ヒートポンプの加熱媒体空気とすることによって、加熱媒体空気を温度上昇させるために必要な熱量が少なくて済み、省エネルギな除湿空調装置を提供することができる。
【００１５】請求項７に記載の発明は、前記第１のデシカントが少なくとも２つで構成され、一方で処理空気中の水分を吸着し、他方で再生空気によって再生するような第１の切り換え機構を設け、さらに吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体に包含した前記冷媒熱交換器に前記再生空気と処理空気が交互に流通するような第２の切り換え機構を設け、さらに再生空気が流通する冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器に吸着ヒートポンプを駆動する加熱媒体を導く第３の切り換え機構を設けて、第１および第２および第３の切り換え機構を連動させることによって、第１のデシカントの水分吸着脱着工程の切り換えと、吸着ヒートポンプの第２のデシカントの冷媒吸着脱着工程の切り換えを、自動的に行うことを特徴とする請求項１に記載の除湿空調装置である。このように、デシカント空調機の除湿再生を行うバッチ処理工程と、吸着ヒートポンプの冷媒の吸着脱着を行うバッチ処理工程の切り換えを、主要構成機器を固定し、処理空気および再生空気および加熱媒体空気のそれぞれの経路に設けた３つの切り換え機構によって自動的に行えるよう構成したことによって、コンパクトな構成で、かつ省エネルギな除湿空調装置を提供することができる。
【００１６】請求項８に記載の発明は、処理空気と熱交換している冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器を通過する前かつ加熱源によって加熱される前の加熱媒体と、第１のデシカントを通過した処理空気とを熱交換させる第３の顕熱熱交換器を設けるとともに、さらに再生空気と熱交換している冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器を通過した後の加熱媒体と、第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器を通過した後の再生空気とを熱交換させる第４の顕熱熱交換器とを設けたことを特徴とする請求項７に記載の除湿空調装置である。このように、処理空気および再生空気および加熱媒体空気との間で熱交換を行わせることによって、高い省エネルギ効果が得られる。
【００１７】請求項９に記載の発明は、室内空気または室内空気と外気との混合空気を処理空気とし、外気または外気と室内排気との混合空気を再生空気および加熱媒体として作動する請求項７又は８に記載の除湿空調装置である。
【００１８】請求項１０に記載の発明は、前記第３の切り換え機構を、請求項９に記載の運転形態と異なる方向に切り換えて、室内空気または室内空気と外気との混合空気が流通する冷媒熱交換器と直接連通するデシカント熱交換器に加熱媒体を導くことによって、空調空間の暖房を行うことを特徴とする請求項９に記載の除湿空調装置である。このように、加熱媒体空気経路に設けた切り換え機構を冷房時とは逆に切り換えることによって、同じ機器構成のままで、暖房運転にも対応することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る除湿空調装置の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態である除湿空調装置の基本構成を示す図であり、図２は図１の断面Ａ−Ａを示す図であり、図３は図１の断面Ｂ−Ｂを示す図であり、図４は図１の断面Ｃ−Ｃを示す図である。
【００２０】本実施の形態は、図１および図４に示す通り、吸着ヒートポンプとして、密閉構造をなしていて、シリカゲルやゼオライト、活性炭などのデシカント（第２のデシカント）を伝熱面に付着させた形で内蔵して伝熱面を介して冷却することによって内部に封入された水やアルコールなどの冷媒を吸着し、または伝熱面を介して加熱することによって冷媒を脱着（再生）させるデシカント熱交換器１Ａと冷媒を蒸発または凝縮させる冷媒熱交換器３Ａとを経路で連通した第１の熱交換器組立体１０Ａと、該第１の熱交換器組立体１０Ａと同じ構成である第２の熱交換器組立体１０Ｂを有し、該第１および第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂが絞り７を介して経路で連通している複数の吸着ヒートポンプを用いる。
【００２１】本実施の形態は、該吸着ヒートポンプのデシカント熱交換器１Ａと冷媒熱交換器３Ａからなる第１の熱交換器組立体１０Ａと第２の熱交換器組立体１０Ｂとを中心軸５４に対して対称に放射状に配置し、中心軸５４を中心に回転可能に構成し、固定された処理空気および再生空気および加熱源熱媒体の経路に対して第１の熱交換器組立体１０Ａおよび第２の熱交換器組立体１０Ｂとからなる吸着ヒートポンプが相対的に回転移動して、吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体１０Ａ，１０Ｂの冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂに前記再生空気と処理空気を交互に流通させ、かつ再生空気が流通する冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）と直接連通するデシカント熱交換器１Ｂ（１Ａ）に加熱媒体を導くとともに、シリカゲル、ゼオライトなどの大気開放形の除湿用のデシカント（第１のデシカント）１０３を中心軸５４を中心に回転するロータ形状として、固定された処理空気と再生空気の経路に対してデシカント１０３が相対的に回転移動して、処理空気と再生空気が交互に流通するようにし、かつ処理空気と熱交換している冷媒熱交換器３Ａ（３Ｂ）と直接連通するデシカント熱交換器１Ａ（１Ｂ）を通過する前の再生空気と、第１のデシカント１０３を通過した処理空気とを熱交換させ、さらに前記熱交換器組立体１０Ａとは対称位置にあって再生空気と熱交換している冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）と直接連通するデシカント熱交換器１Ｂ（１Ａ）を通過した後の加熱媒体と、同じく第２（第１）の熱交換器組立体１０Ａ（１０Ｂ）の冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）を通過した後の再生空気とを熱交換させるようにするため、以下のように構成している。
【００２２】すなわち、第１の円筒状ケーシング７０および第１の円筒状ケーシングを囲んで第１の円筒状ケーシングと中心軸が同じで直径が大きい第２の円筒状ケーシング７１を設け、さらに第１の円筒状ケーシング７０内部には第１のデシカント１０３と、前記吸着ヒートポンプの第１及び第２の熱交換器組立体１０Ａ，１０Ｂの冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂとを内蔵し、さらに第１の円筒状ケーシングと第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間に、前記吸着ヒートポンプの第１及び第２の熱交換器組立体１０Ａ，１０Ｂのデシカント熱交換器１Ａ，１Ｂとを内蔵し、さらに顕熱交換器１０４Ａ，１０４Ｂの２つの機能を具備する熱交換器として、複数のヒートパイプ２０４で構成されていて、熱放出と熱吸収を行うそれぞれの伝熱面が第１の円筒状ケーシング内部および第１の円筒状ケーシングと第２の円筒状ケーシング７１で囲まれた空間の相互に接するよう、円筒状ケーシングの中心軸５４を中心に放射状に設置し、さらに内部の第１のデシカント１０３を回転させる中心軸５４を軸受５３Ａ，５３Ｂで支持し、モータ５０、歯付きベルト５２、プーリ５１の作用によって回転させ、さらに中心軸５４から減速機８０を介して吸着ヒートポンプを形成する放射状に配置された複数組の第１及び第２の熱交換器組立体１０Ａ，１０Ｂを回転させるよう構成して、全体として組立構造体１００を構成する。
【００２３】前記顕熱交換器１０４Ａ，１０４Ｂは、処理空気と熱交換している冷媒熱交換器３Ａ（３Ｂ）と直接連通するデシカント熱交換器１Ａ（１Ｂ）を通過する前の再生空気と、第１のデシカント１０３を通過した処理空気とを熱交換させる第１の顕熱交換器１０４Ａの作用と、さらに再生空気と熱交換している冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）を包含する吸着ヒートポンプの前記熱交換器組立体１０Ａとは対称位置にある第２（第１）の熱交換器組立体１０Ｂ（１０Ａ）のデシカント熱交換器１Ｂ（１Ａ）を通過した後の加熱媒体と、同じく第２（第１）の熱交換器組立体１０Ａ（１０Ｂ）の冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）を通過した後の再生空気とを熱交換させる第２の顕熱交換器１０４Ｂの作用を兼ねていて、図３に断面Ｂ−Ｂとして示すように仕切１９１Ａ，１９１Ｂを隔てて両方の作用を行えるよう構成され、一体構造で第２の円筒状ケーシング７１によって支えられている。
【００２４】さらに組立構造体１００では、第１の円筒状ケーシング７０の端部および内部には、第１のデシカント１０３を通過する処理空気の経路と再生空気の経路とを分ける仕切（例えば１９２）を設けるとともに、前記第１の円筒状ケーシング７０と第２の円筒状ケーシング７１で囲まれた空間の端部および内部には、加熱媒体の経路と再生空気の経路とを分ける仕切（例えば１９０Ａ，１９０Ｂ）を設けている。
【００２５】一方、処理空気の経路においては、組立構造体１００に経路１０７、送風機１０２、経路１０８を介して流入して、第１のデシカント１０３、顕熱熱交換器１０４、吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体１０Ａの冷媒熱交換器３Ａの順に通過して組立構造体１００から流出して、経路１１２、加湿器１０５を経て空調空間に給気するよう構成し、さらに、再生空気の経路は組立構造体１００に経路１２４、送風機１４０、経路１２５を介して流入して、第１および第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の再生空気経路を経て、（第１の）顕熱熱交換器１０４Ａ、吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体１０Ａのデシカント熱交換器１Ａの順に通過したのち経路１２６を介して第１の円筒状ケーシングの再生空気経路に流入して、前記吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体１０Ａと対称の位置にある吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂの冷媒熱交換器３Ｂ、（第２の）顕熱熱交換器１０４Ｂ、第１のデシカント１０３の順に通過して組立構造体１００から流出するよう構成し、さらに、吸着ヒートポンプの加熱媒体空気の経路は前記再生空気の出口経路１２７から一部分岐して、送風機３０、経路１２８、燃焼室５、経路１２９を経て、組立構造体１００の第１および第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の加熱媒体経路に流入して、吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂのデシカント熱交換器１Ｂ、（第２の）顕熱熱交換器１０４Ｂの順に通過して組立構造体１００から流出するよう構成したものである。
【００２６】図１乃至４に示した第１の実施の形態の作用について、図５乃至７を参照して説明する。図５および図６は吸着ヒートポンプの作用を示すデューリング線図である。図７は空気の状態変化を示す湿り空気線図である。
【００２７】全体の作用を説明する前に、吸着ヒートポンプの作用について簡単に説明する。本発明で使用する吸着ヒートポンプは作動温度範囲が通常用いられている吸着冷凍機と異なる。すなわち蒸発温度はデシカントで除湿した後の空気を冷却するため露点温度まで冷却する必要はなく、従来の吸着冷凍機よりも高い１０℃程度の蒸発温度で作動させる。そして吸着温度は、吸着熱を外気や室内からの排気を再生空気として用いて冷却するため従来とほぼ同じ４０℃程度で作動させる。以上の点は通常の吸着冷凍機の作動状態と大差がない。しかし一方、凝縮温度はデシカントの再生に用いるため熱源温度として９０℃以上の温度で用いると、デシカント空調機側の除湿作用が大きくとれて本発明の目的とするコンパクト化の効果が得やすいため、凝縮温度として９０℃で作動させる必要があり、この点が通常用いられている吸着冷凍機と大きく異なる。このような吸着冷凍サイクルが実現可能であることを以下に説明する。
【００２８】図５はシリカゲルを吸着剤、水を冷媒とした吸着冷凍サイクルを示すデューリング線図であり、この場合加熱源温度が１６０℃となり、シリカゲルの含水率は吸着終りの状態で７.５％、脱着終りの状態で３％となって、本発明の目的とするヒートポンプサイクルが形成できる。一方、図６は、変成ゼオライトを吸着剤、水を冷媒とした吸着冷凍サイクルを示すデューリング線図であり、この場合も加熱源温度が１６０℃となり、変成ゼオライトの含水率は吸着終りの状態で１４％、脱着終りの状態で７.５％となって、同様にして本発明の目的とするヒートポンプサイクルが形成できる。
【００２９】本発明の第１の実施の形態のように構成した吸着ヒートポンプは、以下のように作用する。図１において、第２の熱交換器組立体１０Ｂのデシカント熱交換器１Ｂを外部から加熱媒体空気で加熱すると、加熱媒体空気から吸着熱を奪ってデシカントから冷媒が発生し、冷媒熱交換器３Ｂで外部の再生空気と熱交換して冷媒が凝縮する。その際凝縮熱を冷媒熱交換器３Ｂから再生空気に放出する。凝縮した冷媒は絞り経路７を経て減圧されて第１の熱交換器組立体１０Ａに流入し、冷媒熱交換器３Ａで外部の処理空気と熱交換して冷媒が蒸発する。その際、蒸発熱を外部から奪い、冷媒熱交換器３Ａで冷凍効果が発生する。蒸発した冷媒は外部の別の空気（再生空気）で冷却されているデシカント熱交換器１Ａのデシカントで吸着される。その際吸着熱をデシカント熱交換器１Ａで外部の空気（再生空気）に放出する。デシカント熱交換器１Ａのデシカントが冷媒で飽和して吸着作用が低下すると、第１の熱交換器組立体１０Ａと第２の熱交換器組立体１０Ｂの位置を回転軸５４を中心に回転させて入れ替えて、同様の作用を行い、このようにバッチ処理工程によって連続的に、冷凍効果と加熱効果を発生する。このような作用は当業者にとって公知であるので、これ以上の詳細説明は省略する。
【００３０】次に、空気サイクルの作用について図７を参照して説明する。図１に示したように本発明の第１の実施の形態では処理空気として室内からの還気（ＲＡ）を用い、再生空気としては外気（ＯＡ）を用い、加熱媒体としては、再生空気の排気の一部を用いる事例を説明するが、デシカント空調に関して公知のように、処理空気として外気や外気と室内還気の混合空気を用い、また再生空気として室内排気や室内排気と外気との混合空気を用いても差し支えない。
【００３１】処理空気（状態Ｋ）は、組立構造体１００に経路１０７、送風機１０２、経路１０８を介して流入して、第１のデシカント１０３で水分を吸着されて、湿度が低下し、温度が上昇する（状態Ｌ）。除湿された空気は（第１の）顕熱熱交換器１０４Ａで外気（状態Ｑ）と熱交換して温度が低下し（状態Ｍ）、さらに蒸発器として作用している吸着ヒートポンプの冷媒熱交換器３Ａで冷却され（状態Ｎ）、組立構造体１００から出て、経路１１２を経て加湿器１０５に至り、ここで等エンタルピ過程で加湿され（状態Ｐ）、空調空間に給気（ＳＡ）される。
【００３２】一方、再生空気（状態Ｑ）は、組立構造体１００に経路１２４、送風機１４０、経路１２５を介して流入して、第１および第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の再生空気経路を経て、（第１の）顕熱熱交換器１０４Ａに流入し、処理空気（状態Ｌ）と熱交換して温度上昇する（状態Ｒ）。温度上昇した再生空気は、吸着器として作用している吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体１０Ａのデシカント熱交換器１Ａで加熱され（状態Ｓ）、経路１２６を経て、前記吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体１０Ａと対称の位置にあり、凝縮器として作用している吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂの冷媒熱交換器３Ｂで更に加熱される（状態Ｘ）。冷媒熱交換器３Ｂを出た再生空気は（第２の）顕熱熱交換器１０４Ｂで再生器加熱後の加熱媒体空気と熱交換して更に加熱され（状態Ｔ）たのち、第１のデシカント１０３を通過してデシカントを再生し、自らは加湿され、かつ温度が低下する（状態Ｕ）。第１のデシカントを通過して組立構造体１００から流出した再生空気は、一部は排気（ＥＸ）として外部に捨てられ、残りは加熱媒体空気として使用される。
【００３３】一方、吸着ヒートポンプの加熱媒体空気（状態Ｕ）は、前記再生空気の出口経路１２７から一部分岐して、送風機３０、経路１２８を経て燃焼室５に流入し、燃焼ガスによって１６０℃以上の高温に加熱される。加熱された加熱媒体空気は、経路１２９を経て組立構造体１００の第１および第２の円筒状ケーシングで囲まれた空間の加熱媒体経路に流入し、再生器として作用している吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂのデシカント熱交換器１Ｂに流入してこれを加熱したのち、（第２の）顕熱熱交換器１０４Ｂに流入して更に状態Ｘの再生空気と熱交換して余熱を伝達し、組立構造体１００から流出し、経路１３０を経て排気として外部に捨てられる。
【００３４】そして、組立構造体１００内部で軸５４が回転することによって、固定された処理空気および再生空気および加熱源熱媒体の経路に対して第１の熱交換器組立体１０Ａおよび第２の熱交換器組立体１０Ｂとからなる吸着ヒートポンプが相対的に回転移動し、また除湿用のデシカント１０３が相対的に回転移動して、処理空気と再生空気が交互に流通するため、デシカント空調機の除湿再生を行うバッチ処理工程と、吸着ヒートポンプの冷媒の吸着脱着を行うバッチ処理工程の切り換えが自動的に行え、作用を連続的に行わせることができる。
【００３５】なお、本実施の形態では吸着ヒートポンプの各熱交換器組立体１０Ａ，１０Ｂの回転が除湿用デシカント１０３の回転に対して一定の減速比で遅く回転する構成の事例を示したが、吸着ヒートポンプの吸着脱着サイクルの切り換えに最適な周期と除湿用デシカント１０３の除湿再生の切り換えに最適な周期は、作動条件が変わった場合には、必ずしも同じ減速比で賄えるとは限らないため、各々別の駆動装置を用いても差し支えない。
【００３６】ちなみに、デシカント空調機のデシカントロータの回転数は通常毎時２０回転から３０回転で運転されているが、この場合バッチ処理の切り換え周期は２分乃至３分となり、吸着ヒートポンプの切り換えサイクルには速過ぎて、減速機によって毎時４回転から８回転程度に減速して吸着ヒートポンプの各熱交換器組立体１０Ａ，１０Ｂを回転させる必要がある。しかし、吸着ヒートポンプの伝熱性能を向上させ、デシカントへの冷媒の吸着脱着速度を向上させることができれば、更に速い回転速度で回転させることができる。
【００３７】このように作用する本発明の除湿空調装置では、外部から加えられた駆動熱を吸着ヒートポンプの駆動のためにまず用いることによって、冷媒の蒸発熱による冷房効果が得られるとともに、吸着ヒートポンプからの放熱と排気から回収した熱で再びデシカント空調機のデシカントの再生を行うため、さらにデシカント空調サイクルによる冷房効果が加算され、そのため大きな省エネルギ効果が得られる。以下に詳しく説明する。
【００３８】吸着ヒートポンプの動作係数（ＣＯＰ）は公知の通り一般に０.４〜０.５である。従って外部熱源から１の単位の熱を加えると１.４〜１.５の熱が吸着器及び凝縮器を介して外部に放出される。さらに本実施の形態では排気から回収した熱が加えられるが、この熱量は作動条件が似ているガス冷温水機の事例を参照すると、燃焼後の加熱媒体の再生器入口温度が１６００℃で再生器出口温度が２００℃であるから、本実施の形態の通り、再生器出口の加熱媒体からドレンを生じない温度１２０℃まで熱回収することを想定すると、加熱量１に対して（２００−１２０）／（１６００−２００）＝０.０５７の熱が回収できるから、全体として（１.４＋０.０５７）〜（１.５＋０.０５７）即ち１.４６〜１.５６の熱が得られ、その熱で第１のデシカントを再生できる。本実施の形態のような形態で第１のデシカント１０３を用いる所謂デシカント空調サイクルの動作係数（ＣＯＰ）は再生温度によって異なるが、本実施の形態のように９０℃程度の再生空気を使用する場合、公知の資料（公知例１、公知例２）から０.８以上が得られることが報告されている。
公知例１：文献；米国 ASHRAE Transactions:Symposia IN-９１-４-２ pp６０９〜６１４、"SIMULATION OF ADVANCED GAS-FIRED DESICCANT COOLING SYSTEMS"公知例２：文献；米国 Energy Engineering Vol.９３， No.１， １９９６ pp６〜１９、"Advances in Desiccant Technologies"【００３９】従って、前記１.４６〜１.５６の熱エネルギによってデシカント空調機を駆動すると、この値に０.８を乗じた１.１６〜１.２５の冷房効果得られる。図７に示したように、このデシカントサイクルの冷房効果（過程Ｌ〜Ｍ）に前記の吸着ヒートポンプの冷房効果（過程Ｍ〜Ｎ）０.４〜０.５を加えたものが全冷房効果になるから、（１.１６＋０.４）〜（１.２５＋０.５）即ち、１.５６〜１.７５の冷房効果が全体として得られる。この計算は駆動熱を１としているから、装置全体の動作係数（ＣＯＰ）は、同じく１.５６〜１.７５となって、従来のデシカント空調機に比べて５１％〜５４％、２重効用吸収冷温水機の動作係数１.２と比べても、２３％〜３２％の極めて高い省エネルギ効果が得られることが判る。
【００４０】また、本実施の形態のような構成にすることによって、装置を極めてコンパクトにできる。以下に理由を説明する。まずこの性能を発揮するために必要な吸着ヒートポンプの第２のデシカントの総量を以下に計算する。１冷凍トン（３０２４ｋｃａｌ／ｈ）の性能を発揮する空調装置を想定し、最も低い動作係数をすると、このうち吸着ヒートポンプで発生する冷凍効果は前述の計算から、Ｑｅ＝３０２４ × ０.４／１.５６＝７７５ ｋｃａｌ／ｈとなる。９０℃の凝縮冷媒（水／エンタルピ９０ｋｃａｌ／ｋｇ）と１０℃飽和蒸気（エンタルピ６０２ｋｃａｌ／ｋｇ）から得られる冷凍効果は５１２ｋｃａｌ／ｋｇであるから、７７５ｋｃａｌ／ｈの冷凍効果を発揮する冷媒循環量は、７７５／５１２＝１.５１ｋｇ／ｈである。従って、吸着冷凍機の脱着切り換え周期を１０分とすると、毎時３回吸着を行っていることになるから、１.５１／３＝０.５０３ｋｇの吸着・脱着を行うデシカントが必要となる。従って前記図５および図６から、デシカントとしてシリカゲルを用いる場合には、０.５０３／（０.０７５−０.０３）＝１１.１ｋｇのデシカントが吸着のため必要となる。一方、デシカントとして変成ゼオライトを用いる場合には、０.５０３／（０.１４−０.０７５）＝７.７ｋｇのデシカントが吸着のため必要となる。従って、再生工程を含めると２倍のデシカントが必要で、シリカゲルで２２.２ｋｇ、ゼオライトで１５.４ｋｇのデシカントが必要となる。通常行われている除湿剤の充填密度は７５０ｇ／ｌ程度であるから、体積に換算すると、シリカゲルで２９.６ｌ（リットル）、ゼオライトで２０.５ｌの体積を必要とする。
【００４１】次に、デシカント空調機部分の第１のデシカントロータの寸法を計算する。通常５冷凍トン（１５，１２０ｋｃａｌ／ｈ）の能力で直径約１００ｃｍ、厚さ２０ｃｍの程度のものが用いられているが、本実施の形態では１冷凍トン当たりデシカント空調機が受け持つ冷凍能力は、前記の計算例から、１×１.１６／１.５６＝０.７４冷凍トンであるから、必要な第１のデシカントの直径は、１００×（０.７４／５）1/2＝３８.４ｃｍとなる（厚さ２０ｃｍは同じにする必要がある）。従って第１の円筒状ケーシング７０の直径を約４０ｃｍ 、第２の円筒状ケーシング７１の直径を７０ｃｍとして想定すると、吸着ヒートポンプのデシカント熱交換器１Ａ，１Ｂを配置する、断面積第１の円筒状ケーシング７０と第２の円筒状ケーシング７１で囲まれる部分の断面積は２５９２ｃｍ2となる。吸着ヒートポンプのデシカント熱交換器中のデシカントがこの部分体積の４０％を占めると想定すると、軸方向の長さは、２９.６×１０００／２５９２／０.４＝２８.５ｃｍとなる。
【００４２】次に、顕熱熱交換器１０４の寸法を計算する。顕熱熱交換器の目標とする温度効率を７５％とすると、熱通過数（ＮＴＵ）は３.０程度が必要となるが、このＮＴＵは公知の通り次式で示される。
ＮＴＵ=ＫＡ／ＧＣここで、Ｇは空気の重量流量、Ｃは空気の比熱、Ｋは熱通過率、Ａは伝熱面積である。１冷凍トンの冷房能力を発揮する空気の流量は約３００ｋｇ／ｈ、フィンを含むヒートパイプのフィンの伝熱面を基準にした熱通過率は１５ｋｃａｌ／ｈＣ程度であるから、これらの値から必要なフィンの面積を計算すると、Ａ＝ＮＴＵ・ＧＣ／Ｋ＝３×３００×０.２４／１５＝１４.４ ｍ2となる。第１の円筒状ケーシングの内側に設置できるフィンの長さを計算すると、フィンを半径５ｃｍ〜２０ｃｍの範囲にフィンピッチ２.５４ｍｍで設けるとすると、断面Ｂ−Ｂに現われるフィンの断面長さは、（５＋２０）／２×２π×（２０−５）／０.２５４＝４６３４ｃｍであるから、必要になる軸方向のフィンの奥行き長さは、１４.４×１００００／４６３４＝３１ｃｍとなる。
【００４３】従って、以上の計算から、組立構造体１００の軸方向の所要長さは、第１のデシカントの厚み２０ｃｍ、顕熱熱交換器１０４の長さ３１ｃｍ、吸着ヒートポンプの厚さ２８.５ｃｍを合計した値に若干の隙間を加えた値となる。即ち若干の隙間を除いた値は、２０＋３１＋２８.５＝７９.５ｃｍとなり、従って大略、直径７０ｃｍ、長さ９０ｃｍの円筒形の中に１冷凍トンの冷房能力を持った組立構造体１００を構成することができる。
【００４４】以上説明したように、本実施の形態によれば、極めてコンパクトな空調装置を実現できる。なお本実施の形態では組立構造体１００を水平に設置する事例を示したが、軸５４を垂直に設置しても差し支えない。
【００４５】図８は、本発明の第２の実施の形態である除湿空調装置の基本構成を示す図であり、図９は第１乃至第３の切り換え機構を図８の実施の形態と異なる方向に切り換えた作動形態を示す図である。本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様にして、図８に示すように、吸着ヒートポンプとして、密閉構造をなしていて、第２のデシカントを伝熱面に付着させた形で内蔵して伝熱面を介して冷却することによって内部に封入された水やアルコールなどの冷媒を吸着し、または伝熱面を介して加熱することによって冷媒を脱着（再生）させるデシカント熱交換器１Ａと冷媒を蒸発または凝縮させる冷媒熱交換器３Ａとを経路で連通した第１の熱交換器組立体１０Ａと、第２の熱交換器組立体１０Ｂを有し、該第１および第２の熱交換器組立体の冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂが絞り７を介して経路で連通している吸着ヒートポンプを用いる。
【００４６】本実施の形態は、第１の実施の形態と異なって、組立構造体１００を立方体状の箱形の形状として、第１のデシカントと吸着ヒートポンプを回転しない固定のものとして、それぞれを切り換え機構でバッチ式に各空気の作動経路を切り換えて作動させ、第１のデシカントの水分吸着脱着工程の切り換えと、吸着ヒートポンプの第２のデシカントの冷媒吸着脱着工程の切り換えを、自動的に行うよう構成したものである。
【００４７】すなわち、第１のデシカントが２つの部材１０３Ａ，１０３Ｂで構成され、図８の実施の形態では一方のデシカント１０３Ａ（１０３Ｂ）で処理空気中の水分を吸着し、他方のデシカント１０３Ｂ（１０３Ａ）で再生空気によって再生するような第１の切り換え機構２０１を設け、さらに吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体１０Ａ，１０Ｂに包含した冷媒熱交換器３Ａ，３Ｂに前記再生空気と処理空気が交互に流通するような第２の切り換え機構２０２を設け、さらに再生空気が流通する冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）と直接連通するデシカント熱交換器１Ｂ（１Ａ）に吸着ヒートポンプを駆動する加熱媒体を導く第３の切り換え機構２０３を設けて、第１および第２および第３の切り換え機構２０１，２０２，２０３を連動させることによって、第１のデシカント１０３Ａ，１０３Ｂの水分吸着脱着工程の切り換えと、吸着ヒートポンプの第２のデシカントの冷媒吸着脱着工程の切り換えを、自動的に行うよう構成したものである。
【００４８】さらに、本実施の形態では、処理空気と熱交換している冷媒熱交換器３Ａ（３Ｂ）を包含する吸着ヒートポンプの第１（第２）の熱交換器組立体１０Ａ（１０Ｂ）のデシカント熱交換器１Ａ（１Ｂ）を通過する前かつ加熱源である燃焼器５によって加熱される前の加熱媒体と、第１のデシカント１０３Ａ（１０３Ｂ）を通過した処理空気とを熱交換させる第３の顕熱熱交換器１０４Ａ（１０４Ｂ）を設けるとともに、さらに再生空気と熱交換している冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）と直接連通するデシカント熱交換器１Ｂ（１Ａ）を通過した後の加熱媒体と、第２の熱交換器組立体１０Ｂ（１０Ａ）の冷媒熱交換器３Ｂ（３Ａ）を通過した後の再生空気とを熱交換させる第４の顕熱熱交換器１０４Ｂ（１０４Ａ）とを設けたものである。
【００４９】さらに、本実施の形態では、再生空気の加熱量を節約するため、再生空気と加熱媒体空気の集合排気チャンバ１７０から出る排気と外気から取り入れた再生空気とを熱交換させる熱交換器２１０を設け、さらに第１のデシカントで吸着除湿されて吸着熱によって温度上昇した処理空気を冷却する温度を下げて冷房効果を高めるため、熱交換器１０４Ａ（１０４Ｂ）手前の加熱媒体空気に気化式あるいは水噴射によって加湿して温度を下げるための加湿器２２０を設けたものである。
【００５０】次に、このように構成した第２の実施の形態の作用について説明する。ここでは、図８のように、第１の切り換え機構２０１が経路１０７側と経路１０９Ａが連通し、かつ経路１０９Ｂと排気チャンバ１７０が連通するよう切り換えられ、さらに第２の切り換え機構２０２が経路１２７側と経路１５２Ａが連通し、かつ経路１５２Ｂと経路１１１が連通するよう切り換えられ、さらに第３の切り換え機構２０３が経路１８２側と経路１５０Ａが連通し、かつ経路１５０Ｂと排気チャンバ１７０が連通するよう切り換えられている場合について説明する。
【００５１】この場合、本発明の第２の実施の形態のように構成した吸着ヒートポンプは、以下のように作用する。図８において、第２の熱交換器組立体１０Ｂのデシカント熱交換器１Ｂを外部から燃焼器５で加熱された加熱媒体空気で加熱すると、加熱媒体空気から吸着熱を奪ってデシカントから冷媒が発生し、冷媒熱交換器３Ｂで外部の再生空気と熱交換して冷媒が凝縮する。その際、凝縮熱を冷媒熱交換器３Ｂから再生空気に放出する。凝縮した冷媒は絞り経路７を経て減圧されて第１の熱交換器組立体１０Ａに流入し、冷媒熱交換器３Ａで外部の処理空気と熱交換して冷媒が蒸発する。その際、蒸発熱を外部から奪い、冷媒熱交換器３Ａで冷凍効果が発生する。蒸発した冷媒は外部の別の空気（加熱媒体空気）で冷却されているデシカント熱交換器１Ａのデシカントで吸着される。その際吸着熱をデシカント熱交換器１Ａで外部の空気（再生空気）に放出する。デシカント熱交換器１Ａのデシカントが冷媒で飽和して吸着作用が低下すると、第３の切り換え機構２０３が経路１８２側と経路１５０Ｂが連通し、かつ経路１５０Ａと排気チャンバ１７０が連通するよう切り換えられ、第１の熱交換器組立体１０Ａと第２の熱交換器組立体１０Ｂの作用を入れ替えて同様の作用を行う。このようにバッチ処理工程によって連続的に、冷凍効果と加熱効果を発生する。
【００５２】次に、空気サイクルの作用について図１０を参照して説明する。図８に示したように、この実施の形態では処理空気として室内からの還気（ＲＡ）を用い、再生空気及び加熱媒体空気としては外気（ＯＡ）を用いる事例を説明するが、デシカント空調に関して公知のように、処理空気として外気や外気と室内還気の混合空気を用い、また再生空気として室内排気や室内排気と外気との混合空気を用いても差し支えない。処理空気（ＲＡ：状態Ｋ）は、組立構造体１００に経路１０７、送風機１０２、第１の切り換え機構（４方切り換えダンパ）２０１、経路１０９Ａを介して流入して、第１のデシカント１０３Ａで水分を吸着されて湿度が低下し、温度が上昇する（状態Ｌ）。除湿された空気は加湿された外気（状態Ｄ）と第１の顕熱熱交換器１０４Ａで熱交換して温度が低下し（状態Ｍ）、さらに蒸発器として作用している吸着ヒートポンプの冷媒熱交換器３Ａで冷却され（状態Ｎ）、組立構造体１００から出て、経路１５２Ｂ、第２の切り換え機構２０２、経路１１１を経て加湿器１０５に至り、ここで等エンタルピ過程で加湿され（状態Ｐ）、空調空間に給気（ＳＡ）される。
【００５３】一方、再生空気（状態Ｑ）は、経路１２４、経路１２５を経て熱交換器２１０に至り、ここで排気（状態Ｖ）と熱交換して温度上昇する（状態Ｒ）。温度上昇した再生空気は、経路１２６、送風機１４０、経路１２７、第２の切り換え機構２０２、経路１５２Ａを経て、組立構造体１００に入り、吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂの冷媒熱交換器３Ｂで加熱される（状態Ｓ）。冷媒熱交換器３Ｂを出た再生空気は、第２の顕熱熱交換器１０４Ｂに流入し、吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂのデシカント熱交換器１Ｂを加熱した後の加熱媒体空気と熱交換して更に温度上昇した（状態Ｔ）のち、第２のデシカント１０３Ｂを通過してデシカントを再生して自らは加湿され、かつ温度が低下する（状態Ｕ）。デシカントを再生した再生空気は、経路１０９Ｂ、第１の切り換え機構２０１を経て集合排気チャンバ１７０に至り、加熱媒体空気の排気と合流し（状態Ｖ）、前記熱交換器２１０で外部から取り入れた再生空気（状態Ｑ）と熱交換して温度が低下した（状態Ｗ）のち外部に排気として捨てられる。
【００５４】一方、吸着ヒートポンプの加熱媒体空気（状態Ｑ）は、外部から経路１２４を経て取り入れられ、加湿器２２０に流入し、ここで等エンタルピ的に加湿冷却された（状態Ｄ）のち、送風器２３０、第３の切り換え機構２０３、経路１５０Ａ、組立て構造体１００の内部通路１５１Ａを経て、第１の顕熱交換器１０４Ａに至り、ここで前記デシカント１０３Ａで除湿された処理空気（状態Ｌ）と熱交換して温度上昇する（状態Ｅ）。第１の顕熱交換器１０４Ａを出た加熱媒体空気は吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体１０Ａのデシカント熱交換器１Ａに流入し、吸着ヒートポンプの吸着熱によって加熱され、さらに温度上昇する（状態Ｆ）。デシカント熱交換器１Ａを出た加熱媒体空気は燃焼室５によって燃焼ガスによって１６０℃以上の高温に加熱される。加熱された加熱媒体空気は再生器として作用している吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂのデシカント熱交換器１Ｂに流入してこれを加熱したのち、第２の顕熱熱交換器１０４Ｂに流入して更に状態Ｓの再生空気と熱交換して余熱を伝達する。顕熱熱交換器１０４Ｂを出た加熱媒体空気は、組立て構造体１００の内部通路１５１Ｂ、経路１５０Ｂ、第３の切り換え機構２０３を経て、集合排気チャンバ１７０に流入し、状態Ｕの再生空気の排気と混合し（状態Ｖ）、熱交換器２０１で再生空気（状態Ｑ）と熱交換したのち、外部に排気として捨てられる。
【００５５】そして、第１のデシカントが水分で飽和して１０３Ａの吸着性能が低下するか、或いは吸着冷凍機のデシカント熱交換器のデシカントが冷媒で飽和して冷媒熱交換器３Ａの冷却性能が低下するかの何れかの状態になるか、その状態になる前にあらかじめ設定した一定時間が経過した場合に、図９に示すように、第１の切り換え機構２０１が経路１０７側と経路１０９Ｂが連通し、かつ経路１０９Ａと排気チャンバ１７０が連通するよう切り換えられ、さらに第２の切り換え機構２０２が経路１２７側と経路１５２Ｂが連通し、かつ経路１５２Ａと経路１１１が連通するよう切り換えられ、さらに第３の切り換え機構２０３が経路１８２側と経路１５０Ｂが連通し、かつ経路１５０Ａと排気チャンバ１７０が連通するよう切り換えることによって、デシカント空調機の除湿再生を行うバッチ処理工程と、吸着ヒートポンプの冷媒の吸着脱着を行うバッチ処理工程の切り換えが自動的に行え、作用を連続的に行わせることができる。図９はそのように切り換えた経路の状態を示す説明図であるが、前記図８と比べて処理空気、再生空気、加熱媒体空気の経路のみが異なり作用については同様であるため、説明は省略する。
【００５６】以上示したように、第２の実施の形態においても、外部から加えられた駆動熱エネルギーを吸着ヒートポンプの駆動のためにまず用いることによって、冷媒の蒸発熱による冷房効果（状態Ｍ〜Ｎ）が得られるとともに、吸着ヒートポンプからの放熱と排気から回収した熱（状態Ｒ〜状態Ｔ）で再びデシカント空調機のデシカントの再生を行うため、さらにデシカント空調サイクルによる冷房効果（状態Ｌ〜Ｍ）が加算され、第１の実施の形態と同様、大きな省エネルギ効果が得られる。さらに、本実施の形態では吸着除湿後の処理空気（状態Ｌ）を冷却する空気を加湿した外気（状態Ｄ）としたことによって、状態Ｌ〜Ｍ間の冷房効果が大きくなり、冷房効果は前記第１の実施の形態よりも向上する。さらに本実施の形態では排気から熱交換器２１０によって熱回収しているため、状態Ｒ〜Ｔ間の再生空気の加熱量が少なくて済み、デシカント空調機側のエネルギ効率も前記第１の実施の形態よりも向上する。したがって、本実施の形態では、第１の実施の形態よりも大きな省エネルギ効果と冷房能力が向上する効果が得られる。
【００５７】そして機器の構成においても、必要とするデシカントの量と伝熱面積が第１の実施の形態とほぼ同じであり、しかも組立構造体１００を立方体状に構成できるため、該断面形状が円形である第１の実施の形態に比べて組立構造体１００のタテ、ヨコ、高さで示される外形寸法を小さくできるため、さらにコンパクトにできる効果がある。
【００５８】なお、吸着冷凍機の吸着温度と顕熱熱交換器１０４Ａ，１０４Ｂ出口の処理空気の温度は、低いほど吸着冷凍機の性能が向上し、デシカント空調サイクルの冷房効果（状態Ｌ〜Ｍ）を大きくすることができるため、加熱媒体空気の流量を外部から取り入れて燃焼室５に至るまで多くし、即ち図８の実施の形態では、経路１２４、加湿器２２０、送風機２３０、第３の切り換え機構２０３、経路１５０Ａ、経路１５１Ａ、第１の顕熱熱交換器１０４Ａ、デシカント熱交換器１Ａまで多くし、燃焼室５に流入する前に一部を外部に排気するよう構成しても差し支えない。
【００５９】図１１は、図８および図９に示した本発明の第２の実施の形態の暖房運転形態を示す図である。本運転形態では、図８の実施の形態とは異なって、第３の切り換え機構２０３のみを、前記図８に記載の冷房運転の形態と異なる方向に切り換えて、室内空気または室内空気と外気との混合空気（冷房運転時の処理空気を流動する）が流通する冷媒熱交換器３Ａを包含する吸着ヒートポンプの第１（または第２）の熱交換器組立体のデシカント熱交換器１Ａに加熱媒体を導くように切り換えたものである。すなわち第１の切り換え機構２０１が経路１０７側と経路１０９Ａが連通し、かつ経路１０９Ｂと排気チャンバ１７０が連通するよう切り換えられ、さらに第２の切り換え機構２０２が経路１２７側と経路１５２Ａが連通し、かつ経路１５２Ｂと経路１１１が連通するよう切り換えられ、そして第３の切り換え機構２０３が前記図８と異なって、経路１８２側と経路１５０Ｂが連通し、かつ経路１５０Ａと排気チャンバ１７０が連通するよう切り換えられている。
【００６０】このような暖房運転形態の作用について説明すると、冷房時に処理空気系統を流動する室内空気（ＲＡ）（または室内空気と外気の混合空気）は、組立構造体１００に経路１０７、送風機１０２、第１の切り換え機構（４方切り換えダンパ）２０１、経路１０９Ａを介して流入して、第１のデシカント１０３Ａに流入する。デシカント１０３Ａでは、後述するように室内空気の相対湿度が、第２のデシカント１０３Ｂを通過する再生空気系統の外気よりも低い場合には、室内空気に加湿が行われ、逆の場合には除湿が行われることになるが、後述のごとく外気は吸着ヒートポンプで冷却され、相対湿度が高められたのち第２のデシカント１０３Ｂを通過するため、相対湿度は室内空気よりも高い状態になり易いため、平均的には加湿が行われる傾向にある。デシカント１０３Ａを通過した室内空気は第１の顕熱熱交換器１０４Ａに流入し、吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体１０Ａのデシカント熱交換器１Ａを加熱した後の加熱媒体空気と熱交換して温度が上昇し、さらに凝縮器として作用している吸着ヒートポンプの冷媒熱交換器３Ａで加熱され、組立構造体１００から出て、経路１５２Ｂ、第２の切り換え機構２０２、経路１１１を経て加湿器１０５に至り、ここで等エンタルピ過程で加湿され（状態Ｐ）、空調空間に給気（ＳＡ）される。
【００６１】一方、再生空気系統を流動する外気（または外気と室内排気との混合空気）は、経路１２４、経路１２５を経て熱交換器２１０に至り、ここで排気と熱交換して一旦温度上昇する。温度上昇した外気は、経路１２６、送風機１４０、経路１２７、第２の切り換え機構２０２、経路１５２Ａを経て、組立構造体１００に入り蒸発器として作用している吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂの冷媒熱交換器３Ｂで冷却される。冷媒熱交換器３Ｂを出た外気は、第２の顕熱熱交換器１０４Ｂに流入し、外気から取り入れた加熱媒体空気と熱交換して更に温度低下したのち、第２のデシカント１０３Ｂを通過する。この場合前記の通り、再生空気系統を流動する外気の相対湿度が、処理空気系統を流れる室内空気よりも高い場合には、該第２のデシカント１０３Ｂで水分吸着が行われ、逆の場合には加湿される。デシカントを通過した再生空気は、経路１０９Ｂ、第１の切り換え機構２０１を経て集合排気チャンバ１７０に至り、加熱媒体空気の排気と合流して温度上昇したのち、前記熱交換器２１０で外部から取り入れた再生空気と熱交換して温度が低下したのち外部に排気として捨てられる。
【００６２】一方、吸着ヒートポンプの加熱媒体空気（状態Ｑ）は、外部から経路１２４を経て取り入れられ、加湿器２２０に流入するが、暖房運転時には加湿器２２０は作動を止めていて、そのまま通過し、送風器２３０、第３の切り換え機構２０３、経路１５０Ｂ、組立て構造体１００の内部通路１５１Ｂを経て、第２の顕熱交換器１０４Ｂに至り、ここで前記吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂの冷媒熱交換器３Ｂで冷却された再生空気系統の外気と熱交換しする。第２の顕熱交換器１０４Ｂを出た加熱媒体空気は、吸着器として作用する吸着ヒートポンプの第２の熱交換器組立体１０Ｂのデシカント熱交換器１Ｂに流入し、吸着ヒートポンプの吸着熱によって加熱されさらに温度上昇する。デシカント熱交換器１Ｂを出た加熱媒体空気は燃焼室５によって燃焼ガスによって１６０℃以上の高温に加熱される。加熱された加熱媒体空気は再生器として作用している吸着ヒートポンプの第１の熱交換器組立体１０Ａのデシカント熱交換器１Ａに流入し加熱したのち、第１の顕熱熱交換器１０４Ａに流入して更に処理空気系統の室内空気と熱交換して余熱を伝達する。顕熱熱交換器１０４Ａを出た加熱媒体空気は、組立て構造体１００の内部通路１５１Ａ、経路１５０Ａ、第３の切り換え機構２０３を経て、集合排気チャンバ１７０に流入し、再生空気系統を流れる外気と混合し、熱交換器２０１で再生空気系統を流れる外気と熱交換したのち、外部に排気として捨てられる。
【００６３】そして、吸着冷凍機のデシカント熱交換器のデシカントが冷媒で飽和して冷媒熱交換器３Ｂの冷却性能が低下するか、その状態になる前にあらかじめ設定した一定時間が経過した場合に、第１の切り換え機構２０１が経路１０７側と経路１０９Ｂが連通し、かつ経路１０９Ａと排気チャンバ１７０が連通するよう切り換えられ、さらに第２の切り換え機構２０２が経路１２７側と経路１５２Ｂが連通し、かつ経路１５２Ａと経路１１１が連通するよう切り換えられ、さらに第３の切り換え機構２０３が経路１８２側と経路１５０Ａが連通し、かつ経路１５０Ｂと排気チャンバ１７０が連通するよう切り換えることによって、第１のデシカントの除湿再生を行うバッチ処理工程と、吸着ヒートポンプの冷媒の吸着脱着を行うバッチ処理工程の切り換えが自動的に行え、作用を連続的に行わせることができる。このようにして、暖房運転形態においても、加熱と加湿を行った空気を冷房時に用いた空気系統と同じ経路を使って空調室内に供給することができる。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、大気開放形のデシカントにより水分を吸着されたのちヒートポンプの低熱源によって冷却される処理空気の経路と、ヒートポンプの高熱源によって加熱されたのち水分吸着後の第１のデシカントを通過して第１のデシカント中の水分を脱着して再生する再生空気の経路を有し、第１のデシカントを処理空気と再生空気が交互に流通するようにした所謂ハイブリッドなデシカント空調（除湿空調）装置に、ヒートポンプとして、密閉構造をなしていて、密閉形デシカントを内蔵して冷媒を吸着または脱着（再生）させるデシカント熱交換器と冷媒を蒸発または凝縮させる冷媒熱交換器とを経路で連通した第１および第２の２つの熱交換器組立体を有し、該第１および第２の熱交換器組立体の前記冷媒熱交換器が絞りを介して経路で連通している吸着ヒートポンプを設けて、該吸着ヒートポンプの第１および第２の熱交換器組立体に包含された冷媒熱交換器に前記再生空気と処理空気が交互に流通するよう構成し、かつ再生空気が流通する冷媒熱交換器と直接連通しているデシカント熱交換器に吸着ヒートポンプを駆動する加熱媒体を導いて加熱するよう構成するとともに、主な構成機器を組立て構造体としてコンパクトなケーシングに内蔵し、かつデシカント空調装置のデシカントの水分脱着工程の切り換えと、吸着ヒートポンプの冷媒吸着脱着工程の切り換えを自動的に行えるよう構成したことによって、運転操作が簡単で信頼性が高く、かつ極めて省エネルギーで、かつコンパクトで、かつ冷暖房の両方の運転形態に柔軟に対応することができる除湿空調装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００２３９
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月９日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 勇 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１１８１９２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２９３３１３ |
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