JP2009030974A - 小型デシカント空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱供給と除湿需要のアンバランスに容易に対応することができ、通常は固定して使用される民生用各種機器からの廃熱を有効に利用して省エネルギー化する。
【解決手段】除湿装置５では再生した吸着剤粒子を貯留する粒子溜１からの吸着剤粒子を導入して室内空気を除湿する。再生装置１２では除湿装置５からの水分を吸着した吸着剤粒子を導入し、民生用コジェネ装置１３等の民生用各種機器からの排熱を用いる熱交換器１１で加熱して吸着した水分を脱離して再生する。再生した吸着剤粒子は真空ポンプ１６によって吸引し吸着剤粒子を粒子溜１に搬送する。真空ポンプ１６からの排気は適宜民生用機器の燃焼空気として利用する。また、上記のように吸着剤粒子を循環させずに、吸着剤粒子を収容した容器を併設し、各容器に交互に室内空気、或いは廃熱を利用した温水等を切り換えて導入し、この切り換えを繰り返すことにより連続的に作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸着剤を利用して除湿等を行うデシカント空調装置に関し、特に小型の熱電併給装置やヒートポンプ式エアコン等の民生用機器における排熱によって再生を行うことができるようにした小型デシカント空調装置に関する。

化学プロセスにおける排熱や各種機器の廃熱或いは太陽熱で容易に得られる８００℃以下の低温度熱エネルギーの有効利用技術開発は、現代社会の大きな問題となっている二酸化炭素排出量低減、ヒートアイランド現象、夏季電力需要変動等の、環境保全問題あるいはエネルギー問題への対応における重要課題のひとつである。これに対して有効と考えられる既存技術のひとつが、高い水の吸脱離性を有する吸着剤を利用したシステムである。

吸着剤を利用したシステムとしては、従来よりデシカント空調システムが広く用いられている。従来より実用化されているデシカント空調システムにおいては、例えば図６に示すように処理行程と再生行程が対面通行の形で行われる。即ちデシカント（乾燥剤）を塗布した除湿ローター１０１と顕熱交換ローター１０２が直列に配置されており、処理側に導入した環境空気の除湿と熱交換を逐次的に行う。顕熱交換ローター１０２の後流に水スプレー１０３を配置し、中温・低湿の空気に水を噴霧することで水の気化熱が奪われ、空気は低温・高湿となる。

一方、再生行程では、室内の中温・高湿の環境空気を取り込み、蒸発式冷却器１０４により低温・高湿の空気とし、顕熱交換ローター１０２に送り込まれる。処理側で高温となった顕熱交換ローター１０２は、この中温・高湿空気によって冷却される。また、顕熱交換ローター１０２より熱が与えられ、温度が高くなった空気はさらに加熱ヒータ１０５により加熱される。なお、この加熱ヒータ１０５の熱源としては種々のものを用いることができる。この高温空気によって除湿ローター１０１を加熱し、除湿剤上の水分を蒸発させ、除湿剤を再生する。

上記のようなデシカント空調システムにおいて、二つのローターはハニカム状になっており、空気との接触が良好に行われるようになっている。これらが低速で回転することによって、処理工程と再生行程を同時に行うことができ、パッケージ化に成功し、商業化されている。なお、このようなデシカント空調装置は例えば特開２００３−３５４３４号（特許文献１）、或いは化学工学会第３回秋季大会C2A04（非特許文献１）等に記載されている。
特開２００３−３５４３４号 化学工学会第３回秋季大会C2A04

このような従来のデシカント空調装置は、デシカント（吸着剤）をハニカム状の担体で形成したローターに保持して一体的に回転させるため、除湿と再生を同時に行わなくてはならなかった。そのため、除湿容量に限界があり、熱供給と除湿需要がマッチしないと小型化できないという問題があった。また、吸湿したデシカントの除湿再生時に加熱熱源を必要とするが、そのためにエネルギーを消費するため効率が悪くなり問題もあった。

したがって本発明は、熱供給と除湿需要のアンバランスに容易に対応することができ、また除湿することによって冷房負荷を減らし、特に通常は固定して使用される民生用各種機器からの廃熱を利用することにより、その機器周辺空間の空調に必要なエネルギー消費を減らすことができるようにした小型デシカント空調装置を提供することを主たる目的とする。

本発明による小型デシカント空調装置は上記課題を解決するため、吸着剤を収容した第１吸着剤容器及び第２吸着剤容器と、室内の空気を前記第１吸着剤容器と第２吸着剤容器の片方に選択的に導いて吸着剤に水分及び有害物資を吸着して、その後室内に送気する除湿操作部と、加熱流体を前記第１吸着剤容器と第２吸着剤容器の他方に選択的に導いて前記水分及び有害物質を吸着した吸着剤粒子を再生する再生操作部とを備え、前記加熱流体の熱源は民生用機器の排熱を用いることを特徴とする。

また、本発明による他の小型デシカント空調装置は、前記小型デシカント空調装置において、前記再生操作部側の吸着剤容器は真空ポンプにより吸引し減圧されることを特徴とする。

また、本発明による他の小型デシカント空調装置は、前記小型デシカント空調装置において、前記民生用機器として、民生用小型熱電併給装置またはヒートポンプ式エアコンの排熱を用いることを特徴とする。

また、本発明による他の小型デシカント空調装置は、前記小型デシカント空調装置において、前記加熱流体の熱源として民生用機器の燃焼装置又は内燃機関の排気を用いたことを特徴とする。

また、本発明による他の小型デシカント空調装置は、前記小型デシカント空調装置において、前記吸着剤の再生後の空気を前記燃焼装置又は内燃機関に供給し燃焼させることを特徴とする。

また、本発明による他の小型デシカント空調装置は、前記小型デシカント空調装置において、前記民生用機器の排熱として、民生用機器からの温排水を用い、吸着剤再生後に該民生用機器に循環させることを特徴とする。

吸着剤粒子を用いたシステムを採用することで稼働台数の非常に多い各種民生機器の廃熱を利用し、その機器周辺空間の空調に際して潜熱負荷を減らすことができ、６０％程度の省エネルギーを達成することができるようになる。また有害物質を吸着し、再生時の高濃度で放出した後にエンジンや各種燃焼器に導入することで環境浄化も行うことができる。更に、燃焼装置やヒートポンプなどからの廃熱を使って粒子を再生するため、外気に放出する熱量を低減でき地域環境にも好影響を与えることができる。

本発明は、熱供給と除湿需要のアンバランスに容易に対応することができ、通常は固定して使用される各種民生機器の廃熱を利用し、その機器周辺空間の空調に際して潜熱負荷を減らして、空調に必要なエネルギー消費を減らすことができるようにした小型デシカント空調装置とするため、吸着剤を収容した第１吸着剤容器及び第２吸着剤容器と、室内の空気を前記第１吸着剤容器と第２吸着剤容器の片方に選択的に導いて除湿し、その後室内に送気する除湿操作部と、加熱流体を前記第１吸着剤容器と第２吸着剤容器の他方に選択的に導いて吸湿した吸着剤粒子を再生する再生操作部とを備え、前記加熱流体の熱源は民生用機器の排熱を用いるように構成する。

図１は本発明による小型デシカント空調装置の一実施例のシステム構成を示す図であり、図示の空調システムにおいては吸着剤粒子を用いてこれを循環させ、廃熱を利用して吸湿した粒子を再生する例を示している。

図１において上部に配置された粒子吸い上げ装置の一部をなす粒子溜１が配置され、その内部に後述するようにして再生されて乾燥した吸着剤粒子が貯留されている。この粒子溜１の吸着剤粒子は、図示実施例においては電磁弁２の解放時に室３内に配置した、エアコン４の一部をなす除湿装置５内に流下できるようにしている。

除湿装置５に流下した吸着剤粒子流は、除湿装置５の下方に配置した送風機６からの室内空気流と流動層状態で攪拌されつつ室内空気中の水分を初めとし、有機物、ＮＯｘ等の有害物質を吸着しながら、分散板７上を落下する。このようにして吸湿した吸着剤粒子は、除湿装置５の下部に設けた除湿装置内粒子溜８に貯留される。

除湿装置５内の吸着剤粒子に前記のように水分等を吸着された送風機６からの室内空気は、エアコン４の熱交換器１０で加熱、或いは冷却され、送風機１１によって室内に送気する。このとき熱交換器１０で室内空気に与えられる熱は、予め水分を除いているので所定の温度に維持するために必要とするエネルギーが少なく、省エネルギーのエアコンとなる。なお、最終的に室内に送風する際には、必要に応じて加湿器１８によって所定の湿度を維持できるようにする。

前記のように除湿装置内粒子溜８内に貯留した吸着剤粒子は、電磁弁１０の解放時に熱交換器１１を備えた再生装置１２内に流下する。この再生装置１２の熱交換器１１には、図示実施例においては各家庭、オフィス、ビル等で用いられる民生用コジェネレーション装置１３から排出される排気ガス、或いは温廃水等の廃熱が導入され、その熱によって再生装置内に流下した吸着剤粒子を加熱し、吸湿した吸着剤から水分及び有害物質を脱離して乾燥させる。民生用コジェネレーション装置としては従来から広く用いられている、小型ガスタービン発電機とその排気により温水或いは蒸気を発生するボイラー等からなるもの、内燃機関による発電機と温水ボイラーからなるもの等、種々のものが用いられる。

再生装置１２とその上部に配置した粒子溜１とは連通管１４で連通しており、粒子溜１に切替弁１５を介して接続した真空ポンプ１６を、電磁弁２及び電磁弁１０を閉じた状態で作動させ、再生装置１２内の吸着剤粒子を内部の空気と共に連通管１４を介して粒子溜１内に吸い上げる。粒子溜１内に吸い上げられた粒子と空気は、フィルタ１７で空気のみを真空ポンプ１６が吸い込み、外気に、或いは前記民生用コジェネレーション装置１３のエンジン或いはバーナー等の燃焼装置の燃焼用空気内に排出する。それにより、高濃度の有害物質を含んだ空気は無害化され、清浄になった後に外部に排出することができる。

なお、再生装置１２と真空ポンプ１６とを電磁弁１５を介して図中破線で示すように接続するときには、真空ポンプ１６の作動によって再生装置１２内を大きな減圧状態とすることができ、それにより再生装置１２内での吸着剤粒子の水分脱離を促進することができる。したがって、このような真空再生作用を用いるときには、民生用コジェネレーション装置１３が作動していないとき、或いは充分作動していないときにおいて、適切な量の廃熱が充分得られない時でも、吸着剤粒子の水分脱離を行い、吸着剤粒子の再生を継続することができる。なお、上記のような真空ポンプによる真空離脱を適切に行うために、そのポンプを吸着剤粒子移送用の真空ポンプとは別のものを用いるようにしても良い。

再生装置１２で用いられる廃熱としては、現在広く用いられているガスエンジンコジェネレーション装置、マイクロガスタービン（ＭＧＴ）装置におけるエンジンや燃焼装置の排気が用いられるほか、エンジンの冷却水を使用することもでき、その際には再生装置からの温水は循環使用される。また、その他冷房中のエアコンの室外機、ヒートポンプ式エアコンの排熱等、民生用機器の各種廃熱を利用することができる。

上記のようなシステムによって、室３内の空気は除湿装置５における吸着剤粒子で除湿され、有機物、ＮＯｘ等が吸着されて、乾燥した清浄な空気となり、熱交換器１０で所望の温度に調節され、適宜加湿されて室内に送風されるので、室内空気を所定の温度に維持する潜熱負荷が減少し、空調用エネルギー消費が少なくなり、省エネルギーのエアコンとすることができる。特に上記のようにして水分等を吸湿した吸着剤粒子は、民生用機器からの排熱を利用して再生することができるので、コジェネレーション装置を含めたシステム全体として省エネルギーなものとすることができる。また、吸着剤粒子の循環路に粒子溜を備えているので、室内のエアコン負荷と、吸着剤の再生装置１２における再生エネルギーとが一致しないときでも、粒子溜に充分な粒子を貯留しておくことにより、熱供給と除湿需要がマッチしない場合でもこれを吸収することができる。

なお、吸着剤としては従来より用いられている種々のものを採用することができ、その吸着剤には空気中の水分、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等、種々の有害物質を吸着することができるようにする。また、その吸着処理に際しては、従来より用いられているＰＴＳＡ(Pressure & Temperature Swing Adsorption)法、ＰＳＡ法、ＴＳＡ法等の吸着法を用いることができる。

また、除湿装置５内の流動層は流動層の厚さを過剰に厚くすることなく、エアコンの吸気抵抗を大きくしないようにする。その際の粒子層高は送風機に併せて、最低で１０〜２０ｍｍ程度、即ちその際の圧損を１０〜２０ｍｍＨ_２Ｏ程度とする。なお、除湿装置５における流動層の形成に際しては図示するように、流動層の分散板７を傾斜させて、またその傾斜の程度を調節して粒子の移動を円滑にする構成とする。

上記実施例１においては、コジェネレーション装置等の排熱を利用して、吸着剤に吸着した水分を再生するに際して、吸着剤粒子を循環するシステムの例を示したが、その他例えば図２及び図３に示すように、吸着剤を充填した容器を固定したシステムとすることができる。

即ち、図２及び図３に示す例においては、除湿剤を収納した第１吸着剤容器２１と第２吸着剤容器２２とを併設し、第１吸着剤容器２１は第１操作塔２３内に、第２吸着剤容器２２は第２操作塔２４内に配置し、送風機２９によって吸引した室２８内の空気を三方弁２５によっていずれかに切り換えて導入可能としている。なお、各吸着剤容器２１には、吸着剤粒子を充填するほか、ハニカム状に形成した吸着剤含有物質を収容することもできる。

図２に示す状態においては、室内２８の空気を三方弁２５によって第１操作塔２３に導入しており、第１吸着剤容器２１内の吸着剤を通過するとき水分及び有害物質をその吸着剤で吸着し、また清浄化された空気が図示するような切替を行っている四方切替弁２６を介してエアコン２７の熱交換器に入り、前記実施例１と同様に温度調節された後適宜水蒸気を添加して室２８に供給するようにしている。したがってこの作動状態においては、第１操作塔２３が吸着剤により除湿を行う除湿操作側となっている。

一方、図２に示す状態において第２操作塔２４には、前記第１吸着剤容器２１における操作と同様の操作によって予め水分を吸着した吸着剤が入っているとき、その内部の熱交換器３０内を後述するような温水等が流れることによって吸着剤が加熱され、吸着した水分等を脱離する。吸着剤から脱離した水分は図示するような切替を行っている四方切替弁２６を介して真空ポンプ３１で吸引される。その際、第２操作塔２４内は減圧されるので、吸着剤からの水分の離脱が促進される。したがってこの作動状態においては、第２操作塔２４が吸着剤の再生を行う再生操作側となっている。

図２に示す例においては前記実施例１と同様の民生用コジェネレーション装置３２を備え、その排気を熱源とする熱交換器３３によって温水、或いは水蒸気を発生させ、その温水等を図示のように切り替えている切替弁３４を介して第２操作塔２４内の熱交換器３０に供給し、前記のように第２吸着剤容器２２内の吸着剤を乾燥させる。前記民生用コジェネレーション装置３２からエンジン冷却水等の温排水が得られるときには、その温水を直接利用することもできる。

第２吸着剤容器２２内の吸着剤を乾燥させた後の温水等は、図示のように切り替えている切替弁３５を介して再び熱交換器３３に戻り、再加熱されて同様の循環を行う。また、前記のように民生用コジェネレーション装置３２の冷却水等の温排水を用いる場合には、それを直接、或いはラジエータを介して戻して作動させることができる。また、民生用コジェネレーション装置３２において燃焼器、或いは内燃機関等を備えているときには、前記実施例１と同様に真空ポンプ３１からの排気を燃焼用空気として導入し、有害物質を無害化して排出することもできる。

上記のような操作を継続し、第１吸着剤容器２１内の吸着作用が少なくなり、また第２吸着剤容器２２内の吸着剤が充分乾燥したときには、図３に示すよう三方弁２５を第２操作塔２４側に、四方切替弁２６を第１操作塔２３と真空ポンプ３１との連通及び第２操作塔２４とエアコン２７との連通側に、更に切替弁３４及び切替弁３５については第１吸着剤容器２１内の熱交換器３６側に切り替える。

上記のような各弁の切り替えにより、送風機２９からの室内の空気は前記操作によって再生された第２吸着剤容器２２内の吸着剤に水分及び有害物質を吸着し、エアコン２７から室２８内に供給する。また、第１吸着剤容器２１内の吸着剤は熱交換器３３からの温水が流れる熱交換器３６で加熱され、前記操作によって吸着した水分及び有害物質を脱離する。離脱した水蒸気等は真空ポンプ３１で吸引され、前記と同様に外部、或いはコジェネレーション装置の燃焼器等に排出される。このような弁の切り替え操作を繰り返すことにより、吸着剤による除湿及びその再生を連続的に行わせることができる。

本発明は一般家庭の他、ビル等において広く用いられている民生用コジェネレーション装置等の種々の民生用機器の廃熱を利用し、空調装置の省エネルギーに寄与するシステムとして広く用いることができる。

本発明の実施例１のシステム構成図である。 本発明の実施例２のシステム構成図における第１の作動状態を示す図である。 本発明の実施例２のシステム構成図における第２の作動状態を示す図である。 従来のデシカント空調装置の例を示す図である。

符号の説明

１ 粒子溜
２ 電磁弁２
３ 室３
４ エアコン４
５ 除湿装置５
６ 送風機６
７ 分散板７
８ 除湿装置内粒子溜８
１０ 熱交換器１０
１１ 送風機１１
１２ 再生装置
１３ 民生用コジェネレーション装置１３
１４ 連通管１４
１５ 切替弁１５
１６ 真空ポンプ１６
１７ フィルタ１７
１８ 加湿装置

Claims (6)

1. 吸着剤を収容した第１吸着剤容器及び第２吸着剤容器と、
   室内の空気を前記第１吸着剤容器と第２吸着剤容器の片方に選択的に導いて吸着剤に水分及び有害物質を吸着して、その後室内に送気する除湿操作部と、
   加熱流体を前記第１吸着剤容器と第２吸着剤容器の他方に選択的に導いて前記水分及び有害物質を吸着した吸着剤粒子を再生する再生操作部とを備え、
   前記加熱流体の熱源は民生用機器の排熱を用いることを特徴とする小型デシカント空調装置。
2. 前記再生操作部側の吸着剤容器は真空ポンプにより吸引し減圧されることを特徴とする請求項１記載の小型デシカント空調装置。
3. 前記民生用機器として、民生用小型熱電併給装置またはヒートポンプ式エアコンの排熱を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の小型デシカント空調装置。
4. 前記加熱流体の熱源として民生用機器の燃焼装置又は内燃機関の排気を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の小型デシカント空調装置。
5. 前記吸着剤の再生後の空気を前記燃焼装置又は内燃機関に供給し燃焼させることを特徴とする請求項４に記載の小型デシカント空調装置。
6. 前記民生用機器の排熱として、民生用機器からの温排水を用い、吸着剤再生後に該民生用機器に循環させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の小型デシカント空調装置。

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