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JP2013190150A - デシカント空調システム - Google Patents

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JP2013190150A
JP2013190150A JP2012056225A JP2012056225A JP2013190150A JP 2013190150 A JP2013190150 A JP 2013190150A JP 2012056225 A JP2012056225 A JP 2012056225A JP 2012056225 A JP2012056225 A JP 2012056225A JP 2013190150 A JP2013190150 A JP 2013190150A
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Abstract

【課題】冷房及び暖房運転で十分な除湿及び加湿が可能なデシカント空調システムを実現する。
【解決手段】給気通路1に配置された領域D1aと排気通路2に配置された領域D1bとの間でロータD1rを回転させるロータ部D1と、給気通路1における領域D1aよりも上流側に配置された領域D2aと給気通路1における給気領域D1aよりも下流側に配置された領域D2bとの間でロータD2rを回転させるロータ部D2と、冷房及び暖房時に給気通路1の領域D1aと領域D2bとの間の空気を冷却する熱交換部C1と、冷房時に給気通路1の領域D2aと領域D1aとの間の空気を冷却する熱交換部C2と、冷房時に排気通路2の領域D1bの上流側の空気を加熱する加熱部H1と、暖房時に給気通路1の領域D2aと領域D1aとの間の空気を加熱する加熱部H2とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、屋外の空気を屋内に供給する給気通路と、屋内の空気を屋外へ排出する排気通路と、空気が通流する複数の領域間で通気性吸湿体からなるデシカントロータを回転駆動させて当該空気の除湿及び加湿を行うロータ部とを備えたデシカント空調システムに関する。
上記のようなデシカント空調システムとして、上記ロータ部を複数配置したものが知られている(例えば特許文献1を参照。)。
特許文献1に記載のデシカント空調システムでは、上記ロータ部としての第1ロータ部及び第2ロータ部を配置すると共に、給気通路を通流する空気を冷却する第1熱交換部及び第2熱交換部、排気通路を通流する空気を加熱する冷房用加熱部を配置して、冷房運転のみを行うように構成されていた。
このデシカント空調システムでは、上記第1ロータ部は、給気通路に配置された給気領域と排気通路に配置された排気領域との間でデシカントロータを回転駆動させる。一方、上記第2ロータ部は、給気通路における給気領域よりも上流側に配置された上流側領域と給気通路における給気領域よりも下流側に配置された下流側領域との間でデシカントロータを回転駆動させる。また、第1熱交換部は、給気通路における第1ロータ部の給気領域と第2ロータ部の下流側領域との間を通流する空気を、排気通路における第1ロータ部の排気領域の上流側を通流する空気などの熱交換媒体との熱交換により冷却する。一方、第2熱交換部は、給気通路における第2ロータ部の上流側領域と第1ロータ部の給気領域との間を通流する空気を、排気通路における第1熱交換部よりも上流側を通流する空気などの熱交換媒体との熱交換により冷却する。
そして、このデシカント空調システムでは、特に上記第2ロータ部を備えることで、屋外から取り込んだ屋外空気の水分をデシカントロータに吸着させ、屋内へ供給する給気に水分を脱着させる形態で、別途加湿器などによる第2ロータ部への水分補給等を必要とすることなく、十分に除湿した給気を屋内へ供給することができるとされている。
特開2008−57953号公報
上記特許文献1のデシカント空調システムは、冷房運転のみを行うように構成されたものであって、暖房運転を行うようには構成されていなかった。
通常、デシカント空調システムにおいて暖房運転を行うように構成する場合には、給気通路の入口を屋内に接続すると共に出口を屋外に接続し、一方、排気通路の入口を屋外に接続すると共に出口を屋内に接続するというように、冷房運転時における給気通路及び排気通路の屋外及び屋内に対する接続を逆転させる状態で通路を切り替えることが行われる場合がある。しかし、このような通路の切替は比較的複雑な4方向の通路切替ダンパーが2系統必要となるために、構造が非常に複雑となるという問題がある。
また、単一のロータ部を設けたデシカント空調システムでは、ロータ部において吸湿と放湿とを行う領域を切り替えるための加熱部を、排気通路及び給気通路におけるロータ部の各領域の上流側に夫々設ける場合があるが、かかる単一のロータ部だけでは、冷房運転時における除湿や暖房運転時における加湿が十分でないという問題があった。
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、十分に除湿した給気を屋内に供給できる冷房運転を実行可能な上に、十分に加湿した給気を屋内に供給できる暖房運転を実行可能としたデシカント空調システムを提供する点にある。
この目的を達成するための本発明に係るデシカント空調システムは、
屋外から取り込んだ空気を屋内に供給する給気通路と、屋内から取り込んだ空気を屋外へ排出する排気通路と、空気が通流する複数の領域間で通気性吸湿体からなるデシカントロータを回転駆動させて当該空気の除湿及び加湿を行うロータ部とを備え、冷房運転と暖房運転とを択一的に実行可能なデシカント空調システムであって、
その第1特徴構成は、
前記ロータ部として、
前記給気通路に配置された給気領域と前記排気通路に配置された排気領域との間でデシカントロータを回転駆動させる第1ロータ部と、
前記給気通路における前記給気領域よりも上流側に配置された上流側領域と前記給気通路における前記給気領域よりも下流側に配置された下流側領域との間でデシカントロータを回転駆動させる第2ロータ部とを備え、
前記冷房運転時及び前記暖房運転時において、前記給気通路における前記第1ロータ部の給気領域と前記第2ロータ部の下流側領域との間を通流する空気を、熱交換媒体との熱交換により冷却する第1熱交換部と、
前記冷房運転時において、前記給気通路における前記第2ロータ部の上流側領域と前記第1ロータ部の給気領域との間を通流する空気を、熱交換媒体との熱交換により冷却する第2熱交換部と、
前記冷房運転時において前記排気通路における前記第1ロータ部の排気領域の上流側を通流する空気を加熱し、前記暖房運転時において当該加熱を停止する冷房用加熱部と、
前記暖房運転時において前記給気通路における前記第2ロータ部の上流側領域と前記第1ロータ部の給気領域との間を通流する空気を加熱し、前記冷房運転時において当該加熱を停止する暖房用加熱部とを備えた点にある。
上記第1特徴構成によれば、冷房用加熱部を作動状態とし暖房用加熱部を非作動状態として冷房運転を実行し、一方、冷房用加熱部を非作動状態とし暖房用加熱部を作動状態として暖房運転を実行するという形態で、冷房運転と暖房運転とを択一的に実行することができるようになる。
即ち、冷房運転を実行するにあたり、給気通路及び排気通路には以下のような状態で空気が通流することになる。
冷房運転時の給気通路において、屋外から取り込んだ屋外空気は、第2ロータ部の上流側領域を通過することで、第2ロータ部のデシカントロータの吸湿時の放熱作用による温度上昇を伴って除湿された後に、第2熱交換部を通過して冷却される。更に、その冷却後の空気は、第1ロータ部の給気領域を通過することで、第1ロータ部のデシカントロータの吸湿時の放熱作用による温度上昇を伴って除湿された後に、第1熱交換部を通過して冷却されて、低温で且つ非常に低湿の空気となる。続いて、その低温で且つ非常に低湿の空気は、第2ロータ部の下流側領域を通過することで、第2ロータ部のデシカントロータの放湿時の吸熱作用による温度低下を伴って若干加湿されて、非常に低温で且つ適度に低湿の空気となる。そして、そのように得られた低温低湿の空気が給気として屋内に供給される形態で、冷房運転が行われることになる。
また、同冷房運転時の排気通路において、屋内から取り込んだ屋内空気は、冷房用加熱部を通過して加熱された後に第1ロータ部の排気領域を通過することで、第1ロータ部のデシカントロータの放湿時の吸熱作用による温度低下を伴って加湿され、それにより、第1ロータ部のデシカントロータは、水分を十分に脱着させて再生されることになる。そして、冷房運転時には、その水分を含んだ空気が排気として屋外に排出されることになる。
即ち、このような冷房運転では、2個のデシカントロータにより十分に除湿した空気を給気として屋内に供給することができる。
一方、暖房運転を実行するにあたり、給気通路及び排気通路には以下のような状態で空気が通流することになる。
暖房運転の給気通路において、屋外から取り込んだ屋外空気は、第2ロータ部の上流側領域を通過することで、第2ロータ部のデシカントロータの吸湿時の放熱作用による温度上昇を伴って除湿された後に、暖房用加熱部を通過して更に加熱されて、非常に高温で且つ非常に低湿の空気となる。よって、その非常に高温で且つ非常に低湿の空気は、第1ロータ部の給気領域を通過することで、第1ロータ部のデシカントロータの放湿時の吸熱作用による温度低下を伴って加湿され、それにより、第1ロータ部のデシカントロータは、水分を十分に脱着させて再生されることになる。ここで、第1ロータ部の給気領域には、非常に高温で且つ非常に低湿の空気が通過するので、デシカントロータから空気へ多くの水分が放出されることになり、空気が十分に加湿されることになる。更に、その加湿された空気は、第2ロータ部の下流側領域を通過することで、第2ロータ部のデシカントロータの放湿時の吸熱作用による温度低下を伴って更に加湿されて、適度に高温で且つ非常に高湿の空気となり、それにより、第2ロータ部のデシカントロータは、水分を十分に脱着させて再生されることになる。そして、そのように得られた高温高湿の空気が給気として屋内に供給される形態で、暖房運転が行われることになる。
また、同暖房運転時の排気通路において、屋内から取り込んだ屋内空気は、第1ロータ部の排気領域を通過することで、第2ロータ部のデシカントロータの吸湿時の放熱作用による温度上昇を伴って除湿された後に排気として屋外に排出され、それにより、第2ロータ部のデシカントロータは、別途加湿器による水分補給を行うことなく、十分な水分を吸着させることになる。
即ち、このような暖房運転時では、屋外空気を一旦第2ロータ部において除湿した後に第1ロータ部において加湿するという独特な処理により、第1ロータ部の加湿能力を向上することで、十分に加湿した空気を給気として屋内に供給することができる。
従って、本発明により、十分に除湿した給気を屋内に供給できる冷房運転を実行可能な上に、十分に加湿した給気を屋内に供給できる暖房運転を実行可能としたデシカント空調システムを実現することができる。
尚、本願において、第2熱交換部は、冷房運転時においては、給気通路の空気を加熱する必要があるが、暖房運転時においては、その給気通路の空気は暖房用加熱部により加熱されることから、必ずしも当該空気を冷却する必要がない。
本発明に係るデシカント空調システムの第2特徴構成は、上記第1特徴構成に加えて、
前記第1熱交換部が、前記熱交換媒体として、前記排気通路における前記冷房用加熱部の上流側を通流する空気が通過する顕熱交換器として構成されている点にある。
上記第2特徴構成によれば、第1熱交換部に熱交換媒体として供給される排気通路における冷房用加熱部の上流側を通流する空気は、屋内から取り込まれた空気であるため、その温度は室温付近で安定したものとなる。一方、第1熱交換部に冷房運転時及び暖房運転時の冷却対象として供給される給気通路における第1ロータ部の給気領域と第2ロータ部の下流側領域との間を通流する空気は、冷房運転時及び暖房運転時の何れにおいても、その温度は室温よりも十分に高い温度となっている。
従って、これらの空気間の顕熱交換を行う顕熱交換器として第1熱交換部を構成することで、別の熱交換媒体を利用することなく、屋内空気を有効利用して上記冷却対象の空気を冷却することができる。
本発明に係るデシカント空調システムの第3特徴構成は、上記第2特徴構成に加えて、
前記第2熱交換部が、前記熱交換媒体として、前記排気通路における前記第1熱交換部の上流側を通流する空気又は屋外の空気が通過する顕熱交換器として構成されている点にある。
上記第3特徴構成によれば、第2熱交換部に熱交換媒体として供給される排気通路における第1熱交換部の上流側を通流する空気又は屋外の空気は、屋内から取り込まれた空気又は屋外から取り込まれた空気であるため、その温度は室温付近又は外気温付近で安定したものとなる。一方、第2熱交換部に冷房運転時の冷却対象として供給される給気通路における第2ロータ部の上流側領域と第1ロータ部の給気領域との間を通流する空気は、冷房運転時において、第1ロータ部及び第2ロータ部での除湿時の温度上昇により、その温度は室温又は外気温よりも十分に高い温度となっている。
従って、第2熱交換部を、これらの空気間の顕熱交換を行う顕熱交換器として構成することで、別の熱交換媒体を利用することなく、屋内空気を有効利用して冷却対象の空気を冷却することができる。
更に、冷房運転時に、給気通路を通流する冷却対象の空気は、第2ロータ部の上流側領域、第2熱交換部、第1ロータ部の給気領域、第1熱交換部の順に通流し、各ロータ部において除湿に伴って温度上昇することから、第1熱交換部よりも第2熱交換部の方が低温の熱交換媒体が要求される。そこで、第1熱交換部及び第2熱交換部の両方において、屋内から排気通路に取り込んだ屋内空気を熱交換媒体として利用する場合には、当該屋内空気を第2熱交換部、第1熱交換部の順に通過させるように構成することが望ましい。
尚、暖房運転時においては、排気通路における第1熱交換部の上流側を通流する空気又は屋外の空気は、第2ロータ部の上流側領域と第1ロータ部の給気領域との間を通流する空気と比較して、温度差は比較的小さいものとなる。よって、第2熱交換部をこれら空気間の顕熱交換を行う顕熱熱交換器として構成した場合には、暖房運転時において、給気通路を通流する空気が、第2熱交換部において若干冷却又は加熱される場合があるものの、この冷却又は加熱量は、暖房用加熱部による加熱量と比較して極めて小さいものとなる。よって、第2熱交換部を顕熱熱交換器として構成した場合でも、暖房運転時においては、第1ロータ部の給気領域に対してデシカントロータを再生するために充分に高温の空気を供給することができる。
本発明に係るデシカント空調システムの第4特徴構成は、上記第1乃至第3特徴構成の何れかに加えて、
前記暖房用加熱部が、前記給気通路において前記第2熱交換部の下流側に配置されている点にある。
上記第4特徴構成によれば、暖房運転時において、給気通路を通流する空気が、第2熱交換部にて冷却された場合でも、その下流側に配置された暖房用加熱部により充分に加熱することで、第1ロータ部の給気領域に対してデシカントロータを再生するために充分に高温の空気を供給することができる。
本発明に係るデシカント空調システムの第5特徴構成は、上記第1乃至第4特徴構成の何れかに加えて、
前記給気通路において前記第1熱交換部の上流側と下流側とをバイパスする給気バイパス通路を備えると共に、
前記冷房運転時において前記給気バイパス通路での空気の通流を遮断して前記第1熱交換部での空気の通流を許容し、前記暖房運転時において前記給気バイパス通路での空気の通流を許容して前記第1熱交換部での空気の通流を遮断する形態で、前記給気通路における空気の通流状態を切り替える給気バイパス切替手段を備えた点にある。
上記第5特徴構成によれば、暖房運転時の給気通路において、第1ロータ部の給気領域を通過した後の空気は、第1熱交換部において冷却されることなく、給気バイパス通路を通じて、比較的高温低湿のまま、第2ロータ部の下流側領域に供給されて加湿されることになる。よって、第2ロータ部のデシカントロータの再生を十分に行うことができる。
また、第1熱交換部が、熱交換媒体として、排気通路における冷房用加熱部の上流側を通流する空気が通過する顕熱交換器として構成されている場合には、暖房運転時において第1熱交換部には、冷房運転時の冷却対象である給気通路の空気が供給されなくなるので、排気通路を通流する空気は第1熱交換部において加熱されなくなる。よって、暖房運転時の排気通路において、屋内から取り込んだ空気は、第1熱交換部にて加熱されることなく、比較的低温のまま、第1ロータ部の排気領域に供給されて除湿されることになる。よって、第1ロータ部のデシカントロータに対し十分な水分を吸着させることができる。
本発明に係るデシカント空調システムの第6特徴構成は、上記第1乃至第4特徴構成の何れかに加えて、
前記第1熱交換部が、前記熱交換媒体として、前記排気通路における前記第1ロータ部の排気領域の上流側を通流する空気又は屋外の空気が通過する顕熱交換器として構成され、
前記排気通路において前記第1熱交換部の上流側と下流側とをバイパスする排気バイパス通路を備えると共に、
前記冷房運転時において前記排気バイパス通路での空気の通流を遮断して前記第1熱交換部での空気の通流を許容し、前記暖房運転時において前記排気バイパス通路での空気の通流を許容して前記第1熱交換部での空気の通流を遮断する形態で、前記排気通路における空気の通流状態を切り替える排気バイパス切替手段を備えた点にある。
上記第6特徴構成によれば、暖房運転時において第1熱交換部には熱交換媒体となる排気通路の空気が供給されなくなるので、暖房運転時の給気通路において、第1ロータ部の給気領域を通過した後の空気は、第1熱交換部において冷却されることなく、比較的高温低湿のまま、第2ロータ部の下流側領域に供給されて加湿されることになる。よって、第2ロータ部のデシカントロータの再生を十分に行うことができる。
また、暖房運転時の排気通路において、屋内から取り込んだ空気は、第1熱交換部にて加熱されることなく、比較的低温のまま、第1ロータ部の排気領域に供給されて除湿されることになる。よって、第1ロータ部のデシカントロータに対し十分な水分を吸着させることができる。
第1実施形態のデシカント空調システムの概略構成図 第2実施形態のデシカント空調システムの概略構成図 第3実施形態のデシカント空調システムの概略構成図 第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態のデシカント空調システムによる冷房運転時の空気線図 第1実施形態のデシカント空調システムによる暖房運転時の空気線図 第2実施形態及び第3実施形態のデシカント空調システムによる暖房運転時の空気線図 第4実施形態のデシカント空調システムの概略構成図 第5実施形態のデシカント空調システムの概略構成図 第6実施形態のデシカント空調システムの概略構成図 第4実施形態、第5実施形態及び第6実施形態のデシカント空調システムによる冷房運転時の空気線図 第4実施形態のデシカント空調システムによる暖房運転時の空気線図 第5実施形態及び第6実施形態のデシカント空調システムによる暖房運転時の空気線図
〔第1実施形態〕(RA冷却・バイパス無し)
本発明に係るデシカント空調システムの第1実施形態について、図1、図4、及び図5に基づいて説明する。
尚、図1は、第1実施形態のデシカント空調システムの概略構成図であり、図4は、第1実施形態のデシカント空調システムによる冷房運転時の空気線図であり、図5は、第1実施形態のデシカント空調システムによる暖房運転時の空気線図である。
また、第1実施形態のデシカント空調システムは、詳細については後述するが、第2熱交換部C2における空気冷却用の熱交換媒体に屋内空気RAを利用すると共に、給気通路1又は排気通路2にバイパス通路を設けない構成であることから、図面や明細書の説明図において、その構成状態を「RA冷却・バイパス無し」と表現する。
第1実施形態に係るデシカント空調システムは、屋外Oから取り込んだ屋外空気OAを低温低湿の給気SAとして屋内Rに供給する冷房運転と、屋外Oから取り込んだ屋外空気OAを高温高湿の給気SAとして屋内Rに供給する暖房運転とを択一的に実行可能なものとして構成されている。
詳しくは、図1に示すように、屋外Oから取り込んだ屋外空気OAを屋内Rに給気SAとして供給する給気通路1と、屋内Rから取り込んだ屋内空気RAを屋外Oへ排気EAとして排出する排気通路2とが設けられている。更に、これら通路1,2に対して、空気が通流する複数の領域Da、Db間で通気性吸湿体からなるデシカントロータDrを回転駆動させて当該空気の除湿及び加湿を行うロータ部Dが配置されている。
尚、給気通路1及び排気通路2の夫々の入口部には、ファンF1,F2が設けられており、これらファンF1,F2を作動させることにより、夫々の通路1、2において空気が所定の方向に向けて通流することになる。
ロータ部Dに設けられたデシカントロータDrは、モーター等の回転機構部Mにより回転される回転軸Dsに中心部が固定されて比較的ゆっくりの所定の回転速度で回転駆動し、複数の通路に配置される各領域Da、Dbを横断する姿勢で配置された円盤状又は円柱状の部材として構成されている。このデシカントロータDrは、回転軸方向に貫通する多数の通路が形成されたハニカム状に形成されており、各領域Da、Dbにおいて空気がデシカントロータDrを貫通する状態で通過する。また、このデシカントロータDrは、ゼオライト、シリカゲル、活性炭等の公知の吸着剤を担持して、通気性吸湿体とされている。
このようなデシカントロータDrを備えたロータ部Dでは、複数の領域Da,Dbのうちの一方の領域に比較的低温の空気が通過することで、その通過した空気はデシカントロータDrの吸湿時の放熱作用による温度上昇を伴って除湿され、それによりデシカントロータDrは空気の水分を吸着した状態となる。その水分を吸着したデシカントロータDrの部分が上記回転駆動により他方の領域に移動することになる。
一方、複数の領域Da,Dbのうちの他方の領域に比較的高温の空気が通過することで、その空気はデシカントロータDrの放湿時の吸熱作用による温度低下を伴って加湿され、それによりデシカントロータDrは上記吸着した水分を十分に脱着させて再生されることになる。その再生されたデシカントロータDrの部分が上記回転駆動により上記一方の領域に移動することになる。
このようにして、ロータ部Dは、複数の領域Da,Dbを通過する夫々の空気の除湿と加湿とを行うことができるように構成されている。
上記のように空気の除湿及び加湿を行うロータ部Dとして、第1ロータ部D1と第2ロータ部D2とが設けられている。
上記第1ロータ部D1は、給気通路1に配置された給気領域D1aと排気通路2に配置された排気領域D1bとの間でデシカントロータD1rを回転駆動させるように構成されている。一方、上記第2ロータ部D2は、給気通路1における給気領域D1aよりも上流側に配置された上流側領域D2aと給気通路1における給気領域D1aよりも下流側に配置された下流側領域D2bとの間でデシカントロータD2rを回転駆動させるように構成されている。
空気を適宜冷却する熱交換部として、第1熱交換部C1と第2熱交換部C2とが設けられている。
第1熱交換部C1は、給気通路1における第1ロータ部D1の給気領域D1aと第2ロータ部D2の下流側領域D2bとの間の箇所に配置されており、冷房運転時及び暖房運転時においてその箇所を通流する空気を、熱交換媒体との熱交換により冷却する。
一方、第2熱交換部C2は、給気通路1における第2ロータ部D2の上流側領域D2aと第1ロータ部D1の給気領域D1aとの間の箇所に配置されており、冷房運転時においてその箇所を通流する空気を熱交換媒体との熱交換により冷却する。
空気を適宜加熱する加熱部として、冷房用加熱部H1と暖房用加熱部H2とが設けられている。
冷房用加熱部H1は、排気通路2における第1ロータ部D1の排気領域D1bの上流側の箇所に配置されている。この冷房用加熱部H1は、冷房運転時においては、その箇所を通流する空気を温水などの加熱媒体との熱交換により加熱し、暖房運転時においてはその加熱を停止するように構成されている。尚、この加熱及び非加熱の状態を切り替えは、加熱媒体の供給の断続制御により実現されている。
一方、暖房用加熱部H2は、給気通路1における第2ロータ部D2の上流側領域D2aと第1ロータ部D1の給気領域D1aとの間において第2熱交換部C2の上流側の箇所に配置されている。この暖房用加熱部H2は、暖房運転時においてはその箇所を通流する空気を温水などの加熱媒体との熱交換により加熱し、冷房運転時においてはその加熱を停止するように構成されている。尚、この加熱及び非加熱の状態を切り替えは、加熱媒体の供給の断続制御により実現されている。
また、上記のように冷房運転時に排気通路2における第1ロータD1の排気領域D1bの上流側の空気を加熱する冷房用加熱部H1を配置した状態において、上述した第1熱交換部C1及び第2熱交換部C2は、排気通路2における冷房用加熱部H1の上流側の空気を、冷却対象の空気を冷却するための熱交換媒体として利用するように配置されている。即ち、第1熱交換部C1及び第2熱交換部C2は、屋内Rから排気通路2に取り込んだ屋内空気RAを熱交換媒体として有効利用するものとなる。
詳しくは、第1熱交換部C1には、排気通路2における冷房用加熱部H1の上流側を通流する空気が熱交換媒体として通過する顕熱交換器として構成されている。一方、第2熱交換部C2は、排気通路2における第1熱交換部C1の上流側を通流する空気が熱交換媒体として通過する顕熱交換器として構成されている。
上述したような給気通路1及び排気通路2における第1ロータ部D1及び第2ロータ部D2の配置、第1熱交換部C1及び第2熱交換部C2の配置、並びに冷房用加熱部H1及び暖房用加熱部H2の配置からすれば、給気通路1及び排気通路2の夫々において空気は以下に説明する順序で通流することになる。
給気通路1においては、屋外Oから取り込んだ屋外空気OAは、ファンF1を通過した後に、第2ロータ部D2の上流側領域D2a、第2熱交換部C2、暖房用加熱部H2、第1ロータ部D1の給気領域D1a、第1熱交換部C1、第2ロータ部D2の下流側領域D2bを順に通過した後に、給気SAとして屋内Rに供給されることになる。
尚、給気通路1を構成する通路として、上流側から順に、屋外Oと第2ロータ部D2の上流側領域D2aとの間の通路を通路P1、第2ロータ部D2の上流側領域D2aと第2熱交換部C2との間の通路を通路P2、第2熱交換部C2と暖房用加熱部H2との間の通路を通路P3、暖房用加熱部H2と第1ロータ部D1の給気領域D1aとの間の通路を通路P4、第1ロータ部D1の給気領域D1aと第1熱交換部C1との間の通路を通路P5、第1熱交換部C1と第2ロータ部D2の下流側領域D2bとの間の通路を通路P6、第2ロータ部D2の下流側領域D2bと屋内Rとの間の通路を通路P7と呼ぶ。
一方、排気通路2においては、屋内Rから取り込んだ屋内空気RAは、ファンF2を通過した後に、第2熱交換部C2、第1熱交換部C1、冷房用加熱部H1、第1ロータ部D1の排気領域D1bを順に通過した後に、排気EAとして屋外Oに排出されることになる。
尚、排気通路2を構成する通路として、上流側から順に、屋内Rと第2熱交換部C2との間の通路を通路Q1、第2熱交換部C2と第1熱交換部C1との間の通路を通路Q2、第1熱交換部C1と冷房用加熱部H1との間の通路を通路Q3、冷房用加熱部H1と第1ロータ部D1の排気領域D1bとの間の通路を通路Q4、第1ロータ部D1の排気領域D1bと屋外Oとの間の通路を通路Q5と呼ぶ。
上記のようにRA冷却・バイパス無しの構成を採用した第1実施形態のデシカント空調システムは、十分に除湿した給気SAを屋内Rに供給できる冷房運転を実行可能な上に、十分に加湿した給気SAを屋内Rに供給できる暖房運転を実行可能である。
このデシカント空調システムの冷房運転及び暖房運転の夫々の運転状態の詳細について以下に説明する。尚、以下の説明において、給気通路1及び排気通路2の空気の状態として、乾球温度(℃(DB))と絶対湿度(kg/kg(DA))とを表す場合には、(乾球温度の値(℃(DB))、絶対湿度の値(kg/kg(DA)))として括弧書きで表示する。
〔冷房運転〕(RA冷却・バイパス無し)
第1実施形態のRA冷却・バイパス無しの構成を採用したデシカント空調システムの冷房運転について、図4に示す冷房運転時の空気線図も参照して説明する。
尚、冷房運転を行うにあたり、給気通路1のファンF1及び排気通路2のファンF2は作動に伴って、屋外空気OAは(35.0℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の状態で給気通路1に取り込まれ、屋内空気RAは(35.0℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の状態で排気通路2に取り込まれるものとする。
冷房運転においては、冷房用加熱部H1は作動状態されて空気の加熱を行う状態とされ、暖房用加熱部H2は非作動状態とされて空気の加熱を行わない状態とされる。
先ず、冷房運転時での給気通路1における空気の状態変化について説明する。
給気通路1において、通路P1には、屋外Oから、(35.0℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の状態の屋外空気OAが供給される。
この通路P1を通流する空気は、第2ロータ部D2の上流側領域D2aを通過することで温度上昇を伴って除湿されて、(49.9℃(DB)、0.0155kg/kg(DA))の状態となり、通路P2に供給される。更に、その通路P2を通流する空気は、第2熱交換部C2を通過することで、後述する排気通路2の通路Q1から供給される35℃(DB)の空気との顕熱交換により冷却されて、(41.0℃(DB)、0.0155kg/kg(DA))の低温低湿の状態となり、通路P3に供給される。
この通路P3を通流する空気は、非作動状態の暖房用加熱部H2を通過して、そのままの状態で通路P4に供給される。
この通路P4を通流する空気は、第1ロータ部D1の給気領域D1aを通過することで温度上昇を伴って除湿されて、(55.8℃(DB)、0.0095kg/kg(DA))の状態となり、通路P5に供給される。更に、その通路P5を通流する空気は、第1熱交換部C1を通過することで、後述する排気通路2の通路Q2から供給される43.9℃(DB)の空気との顕熱交換により冷却されて、(48.7℃(DB)、0.0095kg/kg(DA))の低温で且つ非常に低湿の状態となり、通路P6に供給される。
この通路P6を通流する空気は、第2ロータ部D2の下流側領域D2bを通過することで温度低下を伴って若干加湿されて、(33.8℃(DB)、0.0155kg/kg(DA))の非常に低温で且つ適度に低湿の状態となり、通路P7に供給される。尚、第2ロータ部D2のデシカントロータD2rは、この加湿により再生されることになる。
そして、この通路P7を通流する低温低湿の空気が、給気SAとして通路P7から屋内Rに供給される形態で、冷房運転が行われることになる。尚、このときの給気SAの絶対湿度は0.0155kg/kg(DA)であり、排気通路2に取り込まれる屋内空気RAの絶対湿度(0.0215kg/kg(DA))と比較して充分に低いことから、冷房運転時において屋内Rの除湿が充分に行われていることがわかる。
次に、冷房運転時での排気通路2における空気の状態変化について説明する。
排気通路2において、通路Q1には、屋内Rから、(35.0℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の状態の屋外空気OAが供給される。
この通路Q1を通流する空気は、第2熱交換部C2を通過することで、上記給気通路1の通路P2を通流する49.9℃(DB)の空気との顕熱交換により加熱されて、(43.9℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の状態となり、通路Q2に供給される。
この通路Q2を通流する空気は、第1熱交換部C1を通過することで、上記給気通路1の通路P5を通流する55.8℃(DB)の空気との顕熱交換により更に加熱されて、(51.1℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の状態となり、通路Q3に供給される。
この通路Q3を通流する空気は、作動状態の冷房用加熱部H1を通過することで加熱されて、(75.0℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の高温の状態となり、通路Q4に供給される。
この通路Q4を通流する空気は、第1ロータ部D1の排気領域D1bを通過することで温度低下を伴って加湿されて、(60.1℃(DB)、0.0275kg/kg(DA))の状態となり、通路Q5に供給される。尚、第1ロータ部D1のデシカントロータD1rは、この加湿により再生されることになる。
そして、この通路Q7を通流する空気が、排気EAとして通路Q7から屋外Oに排出されることになる。
〔暖房運転〕(RA冷却・バイパス無し)
第1実施形態のRA冷却・バイパス無しの構成を採用したデシカント空調システムの暖房運転について、図5に示す暖房運転時の空気線図も参照して説明する。
尚、暖房運転を行うにあたり、給気通路1のファンF1及び排気通路2のファンF2は作動に伴って、屋外空気OAは(7.0℃(DB)、0.0050kg/kg(DA))の状態で給気通路1に取り込まれ、屋内空気RAは(20.0℃(DB)、0.0073kg/kg(DA))の状態で排気通路2に取り込まれるものとする。
暖房運転においては、冷房用加熱部H1は非作動状態されて空気の加熱を行わない状態とされ、暖房用加熱部H2は作動状態とされて空気の加熱を行う状態とされる。
先ず、暖房運転時での給気通路1における空気の状態変化について説明する。
給気通路1において、通路P1には、屋外Oから、(7.0℃(DB)、0.0050kg/kg(DA))の状態の屋外空気OAが供給される。
この通路P1を通流する空気は、第2ロータ部D2の上流側領域D2aを通過することで温度上昇を伴って除湿されて、(10.7℃(DB)、0.0035kg/kg(DA))の状態となり、通路P2に供給される。更に、その通路P2を通流する空気は、第2熱交換部C2を通過することで、後述する排気通路2の通路Q1から供給される20℃(DB)の空気との顕熱交換により加熱されて、(16.3℃(DB)、0.0035kg/kg(DA))の状態となり、通路P3に供給される。
この通路P3を通流する空気は、作動状態の暖房用加熱部H2を通過することで加熱されて、(70.0℃(DB)、0.0035kg/kg(DA))の非常に高温で且つ非常に低湿の状態となり、通路P4に供給される。
この通路P4を通流する空気は、第1ロータ部D1の給気領域D1aを通過することで温度低下を伴って加湿されて、(62.6℃(DB)、0.0065kg/kg(DA))の状態となり、通路P5に供給される。尚、第1ロータ部D1のデシカントロータD1rは、この加湿により再生されることになる。
この通路P5を通流する空気は、第1熱交換部C1を通過することで、後述する排気通路2の通路Q2から供給される14.4℃(DB)の空気との顕熱交換により冷却されて、(33.7℃(DB)、0.0065kg/kg(DA))の状態となり、通路P6に供給される。
この通路P6を通流する空気は、第2ロータ部D2の下流側領域D2bを通過することで温度低下を伴って更に加湿されて、(30.0℃(DB)、0.0080kg/kg(DA))の適度に高温で且つ非常に高湿の状態となり、通路P7に供給される。尚、第2ロータ部D2のデシカントロータD2rは、この加湿により再生されることになる。
そして、この通路P7を通流する高温高湿の空気が、給気SAとして通路P7から屋内Rに供給される形態で、暖房運転が行われることになる。尚、このときの給気SAの絶対湿度は0.0080kg/kg(DA)であり、排気通路2に取り込まれる屋内空気RAの絶対湿度0.0050kg/kg(DA)と比較して充分に高いことから、暖房運転時において屋内Rの加湿が充分に行われていることがわかる。
次に、暖房運転時での排気通路2における空気の状態変化について説明する。
排気通路2において、通路Q1には、屋内Rから、(20.0℃(DB)、0.0073kg/kg(DA))の状態の屋内空気RAが供給される。
この通路Q1を通流する空気は、第2熱交換部C2を通過することで、上記給気通路1の通路P2を通流する10.7℃(DB)の空気との顕熱交換により冷却されて、(14.4℃(DB)、0.0073kg/kg(DA))の状態となり、通路Q2に供給される。
この通路Q2を通流する空気は、第1熱交換部C1を通過することで、上記給気通路1の通路P5を通流する62.6℃(DB)の空気との顕熱交換により加熱されて、(43.3℃(DB)、0.0073kg/kg(DA))の状態となり、通路Q3に供給される。
この通路Q3を通流する空気は、非作動状態の冷房用加熱部H1を通過して、そのままの状態で通路Q4に供給される。
この通路Q4を通流する空気は、第1ロータ部D1の排気領域D1bを通過することで温度上昇を伴って除湿されて、(50.7℃(DB)、0.0043kg/kg(DA))の状態となり、通路Q5に供給される。尚、第1ロータ部D1のデシカントロータD1rは、この除湿により十分な水分を吸着することができる。
そして、この通路Q7を通流する空気が、排気EAとして通路Q7から屋外Oに排出されることになる。
〔第2実施形態〕(RA冷却・給気バイパス)
本発明に係るデシカント空調システムの第2実施形態について、図2、図4、及び図6に基づいて説明する。
尚、図2は、第2実施形態のデシカント空調システムの概略構成図であり、図4は、第2実施形態のデシカント空調システムによる冷房運転時の空気線図であり、図6は、第2実施形態のデシカント空調システムによる暖房運転時の空気線図である。
また、第2実施形態のデシカント空調システムは、詳細については後述するが、第2熱交換部C2における空気冷却用の熱交換媒体に屋内空気RAを利用すると共に、給気通路1に給気バイパス通路1bを設ける構成であることから、図面や明細書の説明図において、その構成状態を「RA冷却・給気バイパス」と表現する。
尚、第2実施形態は、上述した第1実施形態の構成に対して給気バイパス通路1b及び給気バイパス切替弁1vを追加した構成を採用したものであり、その他の構成については上記第1実施形態と同様であるため詳細な説明を割愛する。
第2実施形態では、給気通路1において第1熱交換部C1の上流側と下流側とをバイパスする給気バイパス通路1bが設けられており、更には、その給気バイパス通路1bの給気通路1に対する接続部には、三方切替弁からなる給気バイパス切替弁1vが設けられている。
この給気バイパス切替弁1vは、冷房運転時においては、給気バイパス通路1bでの空気の通流を遮断して第1熱交換部C1での空気の通流を許容し、一方暖房運転時においては、給気バイパス通路1bでの空気の通流を許容して第1熱交換部C1での空気の通流を遮断する形態で、給気通路1における空気の通流状態を切り替える給気バイパス切替手段として機能する。
上記のようにRA冷却・給気バイパスの構成を採用した第2実施形態のデシカント空調システムは、十分に除湿した給気SAを屋内Rに供給できる冷房運転を実行可能な上に、十分に加湿した給気SAを屋内Rに供給できる暖房運転を実行可能である。
このデシカント空調システムの冷房運転及び暖房運転の夫々の運転状態の詳細について以下に説明する。尚、以下の説明において、給気通路1及び排気通路2の空気の状態として、乾球温度(℃(DB))と絶対湿度(kg/kg(DA))とを表す場合には、(乾球温度の値(℃(DB))、絶対湿度の値(kg/kg(DA)))として括弧書きで表示する。
〔冷房運転〕(RA冷却・給気バイパス)
第2実施形態のRA冷却・給気バイパスの構成を採用したデシカント空調システムの冷房運転では、給気バイパス切替弁1vは、給気バイパス通路1bでの空気の通流を遮断して第1熱交換部C1での空気の通流を許容する。従って、給気通路1及び排気通路2における空気の流れ及びその状態変化は、図4の冷房運転時の空気線図に示されるように、上記第1実施形態と同じものとなるため、詳細な説明は割愛する。
〔暖房運転〕(RA冷却・給気バイパス)
第2実施形態のRA冷却・給気バイパスの構成を採用したデシカント空調システムの暖房運転について、図6に示す暖房運転時の空気線図も参照して説明する。
尚、暖房運転を行うにあたり、給気通路1のファンF1及び排気通路2のファンF2は作動に伴って、屋外空気OAは(7.0℃(DB)、0.0050kg/kg(DA))の状態で給気通路1に取り込まれ、屋内空気RAは(20.0℃(DB)、0.0073kg/kg(DA))の状態で排気通路2に取り込まれるものとする。
暖房運転においては、冷房用加熱部H1は非作動状態されて空気の加熱を行わない状態とされ、暖房用加熱部H2は作動状態とされて空気の加熱を行う状態とされる。
先ず、暖房運転時での給気通路1における空気の状態変化について説明する。
給気通路1において、通路P1には、屋外Oから、(7.0℃(DB)、0.0050kg/kg(DA))の状態の屋外空気OAが供給される。
この通路P1を通流する空気は、第2ロータ部D2の上流側領域D2aを通過することで温度上昇を伴って除湿されて、(14.4℃(DB)、0.0020kg/kg(DA))の状態となり、通路P2に供給される。更に、その通路P2を通流する空気は、第2熱交換部C2を通過することで、後述する排気通路2の通路Q1から供給される20℃(DB)の空気との顕熱交換により加熱されて、(17.8℃(DB)、0.0020kg/kg(DA))の状態となり、通路P3に供給される。
この通路P3を通流する空気は、作動状態の暖房用加熱部H2を通過することで加熱されて、(70.0℃(DB)、0.0020kg/kg(DA))の非常に高温で且つ非常に低湿の状態となり、通路P4に供給される。
この通路P4を通流する空気は、第1ロータ部D1の給気領域D1aを通過することで温度低下を伴って加湿されて、(56.4℃(DB)、0.0075kg/kg(DA))の状態となり、通路P5に供給される。尚、第1ロータ部D1のデシカントロータD1rは、この加湿により再生されることになる。
この通路P5を通流する空気は、第1熱交換部C1を通過せずに、給気バイパス切替弁1v及び給気バイパス通路1bを介して、そのままの状態で通路P6に供給される。
この通路P6を通流する空気は、第2ロータ部D2の下流側領域D2bを通過することで温度低下を伴って更に加湿されて、(48.9℃(DB)、0.0105kg/kg(DA))の適度に高温で且つ非常に高湿の状態となり、通路P7に供給される。尚、第2ロータ部D2のデシカントロータD2rは、この加湿により再生されることになる。
そして、この通路P7を通流する高温高湿の空気が、給気SAとして通路P7から屋内Rに供給される形態で、暖房運転が行われることになる。尚、このときの給気SAの絶対湿度は0.0105kg/kg(DA)であり、排気通路2に取り込まれる屋内空気RAの絶対湿度0.0050kg/kg(DA)と比較して充分に高いことから、暖房運転時において屋内Rの加湿が充分に行われていることがわかる。
次に、暖房運転時での排気通路2における空気の状態変化について説明する。
排気通路2において、通路Q1には、屋内Rから、(20.0℃(DB)、0.0073kg/kg(DA))の状態の屋内空気RAが供給される。
この通路Q1を通流する空気は、第2熱交換部C2を通過することで、上記給気通路1の通路P2を通流する14.4℃(DB)の空気との顕熱交換により冷却されて、(16.7℃(DB)、0.0073kg/kg(DA))の状態となり、通路Q2に供給される。
この通路Q2を通流する空気は、第1熱交換部C1を通過するが、当該第1熱交換部C1には給気通路1の通路P5を通流する空気が供給されていないために、そのままの状態で通路Q3に供給される。
この通路Q3を通流する空気は、非作動状態の冷房用加熱部H1を通過して、そのままの状態で通路Q4に供給される。
この通路Q4を通流する空気は、第1ロータ部D1の排気領域D1bを通過することで温度上昇を伴って除湿されて、(30.3℃(DB)、0.0018kg/kg(DA))の状態となり、通路Q5に供給される。尚、第1ロータ部D1のデシカントロータD1rは、この除湿により十分な水分を吸着することができる。
そして、この通路Q7を通流する空気が、排気EAとして通路Q7から屋外Oに排出されることになる。
〔第3実施形態〕(RA冷却・排気バイパス)
本発明に係るデシカント空調システムの第3実施形態について、図3、図4、及び図6に基づいて説明する。
尚、図3は、第3実施形態のデシカント空調システムの概略構成図であり、図4は、第3実施形態のデシカント空調システムによる冷房運転時の空気線図であり、図6は、第3実施形態のデシカント空調システムによる暖房運転時の空気線図である。
また、第3実施形態のデシカント空調システムは、詳細については後述するが、第2熱交換部C2における空気冷却用の熱交換媒体に屋内空気RAを利用すると共に、排気通路2に排気バイパス通路2bを設ける構成であることから、図面や明細書の説明図において、その構成状態を「RA冷却・排気バイパス」と表現する。
尚、第3実施形態は、上述した第2実施形態の構成に対して、給気バイパス通路1b及び給気バイパス切替弁1vの代わりに、排気バイパス通路2b及び排気バイパス切替弁2vを備えた構成を採用したものであり、その他の構成については上記第1及び第2実施形態と同様であるため詳細な説明を割愛する。
第3実施形態では、排気通路2において第1熱交換部C1の上流側と下流側とをバイパスする排気バイパス通路2bが設けられており、更には、その排気バイパス通路2bの排気通路2に対する接続部には、三方切替弁からなる排気バイパス切替弁2vが設けられている。
この排気バイパス切替弁2vは、冷房運転時においては、排気バイパス通路2bでの空気の通流を遮断して第1熱交換部C1での空気の通流を許容し、一方暖房運転時においては、排気バイパス通路2bでの空気の通流を許容して第1熱交換部C1での空気の通流を遮断する形態で、排気通路2における空気の通流状態を切り替える排気バイパス切替手段として機能する。
上記のようにRA冷却・排気バイパスの構成を採用した第3実施形態のデシカント空調システムは、十分に除湿した給気SAを屋内Rに供給できる冷房運転を実行可能な上に、十分に加湿した給気SAを屋内Rに供給できる暖房運転を実行可能である。
このデシカント空調システムの冷房運転及び暖房運転の夫々の運転状態の詳細について以下に説明する。尚、以下の説明において、給気通路1及び排気通路2の空気の状態として、乾球温度(℃(DB))と絶対湿度(kg/kg(DA))とを表す場合には、(乾球温度の値(℃(DB))、絶対湿度の値(kg/kg(DA)))として括弧書きで表示する。
〔冷房運転〕(RA冷却・排気バイパス)
第3実施形態のRA冷却・排気バイパスの構成を採用したデシカント空調システムの冷房運転では、排気バイパス切替弁2vは、排気バイパス通路2bでの空気の通流を遮断して第1熱交換部C1での空気の通流を許容する。従って、給気通路1及び排気通路2における空気の流れ及びその状態変化は、図4の冷房運転時の空気線図に示されるように、上記第1及び第2実施形態と同じものとなるため、詳細な説明は割愛する。
〔暖房運転〕(RA冷却・排気バイパス)
第3実施形態のRA冷却・排気バイパスの構成を採用したデシカント空調システムの暖房運転では、排気バイパス切替弁2vは、排気バイパス通路2bでの空気の通流を許容して第1熱交換部C1での空気の通流を遮断することで、第1熱交換部C1における顕熱交換がされない状態となる。
即ち、給気通路1の通路P5を通流する空気は、そのままの状態で通路P6に供給され、一方、排気通路2の通路Q2を通流する空気は、そのままの状態で通路Q4に供給される。この点で、第3実施形態の空気の流れ及びその状態変化は、図6の暖房運転時の空気線図に示されるように、上記第2実施形態と同じものとなるため、詳細な説明は割愛する。
〔第4実施形態〕(OA冷却・バイパス無し)
本発明に係るデシカント空調システムの第4実施形態について、図7、図10、及び図11に基づいて説明する。
尚、図7は、第4実施形態のデシカント空調システムの概略構成図であり、図10は、第4実施形態のデシカント空調システムによる冷房運転時の空気線図であり、図11は、第4実施形態のデシカント空調システムによる暖房運転時の空気線図である。
また、第4実施形態のデシカント空調システムは、詳細については後述するが、第2熱交換部C2における空気冷却用の熱交換媒体に屋外空気OAを利用すると共に、給気通路1又は排気通路2にバイパス通路を設けない構成であることから、図面や明細書の説明図において、その構成状態を「OA冷却・バイパス無し」と表現する。
尚、第4実施形態は、上述した第1実施形態の構成に対して、第2熱交換部C2に対し屋内空気RAの代わりに屋外空気OAを供給するようにしたものであり、その他の構成については上記第1実施形態と同様であるため詳細な説明を割愛する。
第4実施形態では、給気通路1の通路P1から分岐する通路P1aが設けられており、この通路P1aは、第2熱交換部C2の熱交換媒体側に接続されている。
即ち、第2熱交換部C2は、屋外空気OAが熱交換媒体として通過する顕熱交換器として構成されており、冷房運転時において、給気通路1における第2ロータ部D2の上流側領域D2aと第1ロータ部D1の給気領域D1aとの間を通流する空気を、熱交換媒体としての屋外空気OAとの顕熱交換により冷却するように構成されている。尚、第2熱交換部C2を通過した後の屋外空気OAは、通路P1b及び排気通路2の通路Q5を通じて屋外Oに排出される。
更に、上記のように第2熱交換部C2を構成することにより、排気通路2において空気は、以下に説明する順序で通流することになる。
即ち、排気通路2においては、屋内Rから取り込んだ屋内空気RAは、ファンF2を通過した後に、第1熱交換部C1、冷房用加熱部H1、第1ロータ部D1の排気領域D1bを順に通過した後に、排気EAとして屋外Oに排出されることになる。
尚、排気通路2を構成する通路として、上流側から順に、屋内Rと第1熱交換部C1との間の通路を通路Q1、第1熱交換部C1と冷房用加熱部H1との間の通路を通路Q3、冷房用加熱部H1と第1ロータ部D1の排気領域D1bとの間の通路を通路Q4、第1ロータ部D1の排気領域D1bと屋外Oとの間の通路を通路Q5と呼ぶ。ここで、第1実施形態との比較では、第4実施形態の通路Q1が、第1実施形態の通路Q1及び通路Q2に相当するといえる。
上記のようにOA冷却・バイパス無しの構成を採用した第4実施形態のデシカント空調システムは、十分に除湿した給気SAを屋内Rに供給できる冷房運転を実行可能な上に、十分に加湿した給気SAを屋内Rに供給できる暖房運転を実行可能である。
このデシカント空調システムの冷房運転及び暖房運転の夫々の運転状態の詳細について以下に説明する。尚、以下の説明において、給気通路1及び排気通路2の空気の状態として、乾球温度(℃(DB))と絶対湿度(kg/kg(DA))とを表す場合には、(乾球温度の値(℃(DB))、絶対湿度の値(kg/kg(DA)))として括弧書きで表示する。
〔冷房運転〕(OA冷却・バイパス無し)
第4実施形態のOA冷却・バイパス無しの構成を採用したデシカント空調システムの冷房運転について、図10に示す冷房運転時の空気線図も参照して説明する。
尚、冷房運転を行うにあたり、給気通路1のファンF1及び排気通路2のファンF2は作動に伴って、屋外空気OAは(35.0℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の状態で給気通路1に取り込まれ、屋内空気RAは(35.0℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の状態で排気通路2に取り込まれるものとする。
冷房運転においては、冷房用加熱部H1は作動状態されて空気の加熱を行う状態とされ、暖房用加熱部H2は非作動状態とされて空気の加熱を行わない状態とされる。
先ず、冷房運転時での給気通路1における空気の状態変化について説明する。
給気通路1において、通路P1には、屋外Oから、(35.0℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の状態の屋外空気OAが供給される。
この通路P1を通流する空気は、第2ロータ部D2の上流側領域D2aを通過することで温度上昇を伴って除湿されて、(49.9℃(DB)、0.0155kg/kg(DA))の状態となり、通路P2に供給される。更に、その通路P2を通流する空気は、第2熱交換部C2を通過することで、後述する給気通路1の通路P1aから供給される35℃(DB)の屋外空気OAとの顕熱交換により冷却されて、(41.0℃(DB)、0.0155kg/kg(DA))の低温低湿の状態となり、通路P3に供給される。
この通路P3を通流する空気は、非作動状態の暖房用加熱部H2を通過して、そのままの状態で通路P4に供給される。
この通路P4を通流する空気は、第1ロータ部D1の給気領域D1aを通過することで温度上昇を伴って除湿されて、(55.8℃(DB)、0.0095kg/kg(DA))の状態となり、通路P5に供給される。更に、その通路P5を通流する空気は、第1熱交換部C1を通過することで、後述する排気通路2の通路Q1から供給される35.0℃(DB)の空気との顕熱交換により冷却されて、(43.3℃(DB)、0.0095kg/kg(DA))の低温で且つ非常に低湿の状態となり、通路P6に供給される。
この通路P6を通流する空気は、第2ロータ部D2の下流側領域D2bを通過することで温度低下を伴って若干加湿されて、(28.5℃(DB)、0.0155kg/kg(DA))の非常に低温で且つ適度に低湿の状態となり、通路P7に供給される。尚、第2ロータ部D2のデシカントロータD2rは、この加湿により再生されることになる。
そして、この通路P7を通流する低温低湿の空気が、給気SAとして通路P7から屋内Rに供給される形態で、冷房運転が行われることになる。尚、このときの給気SAの絶対湿度は0.0155kg/kg(DA)であり、排気通路2に取り込まれる屋内空気RAの絶対湿度(0.0215kg/kg(DA))と比較して充分に低いことから、冷房運転時において屋内Rの除湿が充分に行われていることがわかる。
次に、冷房運転時での排気通路2における空気の状態変化について説明する。
排気通路2において、通路Q1には、屋内Rから、(35.0℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の状態の屋外空気OAが供給される。
この通路Q1を通流する空気は、第1熱交換部C1を通過することで、上記給気通路1の通路P5を通流する55.8℃(DB)の空気との顕熱交換により加熱されて、(47.5℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の状態となり、通路Q3に供給される。
この通路Q3を通流する空気は、作動状態の冷房用加熱部H1を通過することで加熱されて、(75.0℃(DB)、0.0215kg/kg(DA))の高温の状態となり、通路Q4に供給される。
この通路Q4を通流する空気は、第1ロータ部D1の排気領域D1bを通過することで温度低下を伴って加湿されて、(60.1℃(DB)、0.0275kg/kg(DA))の状態となり、通路Q5に供給される。尚、第1ロータ部D1のデシカントロータD1rは、この加湿により再生されることになる。
そして、この通路Q7を通流する空気が、排気EAとして通路Q7から屋外Oに排出されることになる。
〔暖房運転〕(OA冷却・バイパス無し)
第4実施形態のOA冷却・バイパス無しの構成を採用したデシカント空調システムの暖房運転について、図11に示す暖房運転時の空気線図も参照して説明する。
尚、暖房運転を行うにあたり、給気通路1のファンF1及び排気通路2のファンF2は作動に伴って、屋外空気OAは(7.0℃(DB)、0.0050kg/kg(DA))の状態で給気通路1に取り込まれ、屋内空気RAは(20.0℃(DB)、0.0073kg/kg(DA))の状態で排気通路2に取り込まれるものとする。
暖房運転においては、冷房用加熱部H1は非作動状態されて空気の加熱を行わない状態とされ、暖房用加熱部H2は作動状態とされて空気の加熱を行う状態とされる。
先ず、暖房運転時での給気通路1における空気の状態変化について説明する。
給気通路1において、通路P1には、屋外Oから、(7.0℃(DB)、0.0050kg/kg(DA))の状態の屋外空気OAが供給される。
この通路P1を通流する空気は、第2ロータ部D2の上流側領域D2aを通過することで温度上昇を伴って除湿されて、(11.5℃(DB)、0.0032kg/kg(DA))の状態となり、通路P2に供給される。更に、その通路P2を通流する空気は、第2熱交換部C2を通過することで、後述する給気通路1の通路P1aから供給される35℃(DB)の屋外空気OAとの顕熱交換により冷却されて、(8.8℃(DB)、0.0032kg/kg(DA))の状態となり、通路P3に供給される。
この通路P3を通流する空気は、作動状態の暖房用加熱部H2を通過することで加熱されて、(70.0℃(DB)、0.0032kg/kg(DA))の非常に高温で且つ非常に低湿の状態となり、通路P4に供給される。
この通路P4を通流する空気は、第1ロータ部D1の給気領域D1aを通過することで温度低下を伴って加湿されて、(63.8℃(DB)、0.0057kg/kg(DA))の状態となり、通路P5に供給される。尚、第1ロータ部D1のデシカントロータD1rは、この加湿により再生されることになる。
この通路P5を通流する空気は、第1熱交換部C1を通過することで、後述する排気通路2の通路Q1から供給される20.0℃(DB)の空気との顕熱交換により冷却されて、(37.5℃(DB)、0.0057kg/kg(DA))の状態となり、通路P6に供給される。
この通路P6を通流する空気は、第2ロータ部D2の下流側領域D2bを通過することで温度低下を伴って更に加湿されて、(33.1℃(DB)、0.0075kg/kg(DA))の適度に高温で且つ非常に高湿の状態となり、通路P7に供給される。尚、第2ロータ部D2のデシカントロータD2rは、この加湿により再生されることになる。
そして、この通路P7を通流する高温高湿の空気が、給気SAとして通路P7から屋内Rに供給される形態で、暖房運転が行われることになる。尚、このときの給気SAの絶対湿度は0.0075kg/kg(DA)であり、排気通路2に取り込まれる屋内空気RAの絶対湿度0.0073kg/kg(DA)と比較して充分に高いことから、暖房運転時において屋内Rの加湿が充分に行われていることがわかる。
次に、暖房運転時での排気通路2における空気の状態変化について説明する。
排気通路2において、通路Q1には、屋内Rから、(20.0℃(DB)、0.0073kg/kg(DA))の状態の屋内空気RAが供給される。
この通路Q1を通流する空気は、第1熱交換部C1を通過することで、上記給気通路1の通路P5を通流する63.8℃(DB)の空気との顕熱交換により加熱されて、(46.3℃(DB)、0.0073kg/kg(DA))の状態となり、通路Q3に供給される。
この通路Q3を通流する空気は、非作動状態の冷房用加熱部H1を通過して、そのままの状態で通路Q4に供給される。
この通路Q4を通流する空気は、第1ロータ部D1の排気領域D1bを通過することで温度上昇を伴って除湿されて、(52.5℃(DB)、0.0048kg/kg(DA))の状態となり、通路Q5に供給される。尚、第1ロータ部D1のデシカントロータD1rは、この除湿により十分な水分を吸着することができる。
そして、この通路Q7を通流する空気が、排気EAとして通路Q7から屋外Oに排出されることになる。
〔第5実施形態〕(OA冷却・給気バイパス)
本発明に係るデシカント空調システムの第5実施形態について、図8、図10、及び図12に基づいて説明する。
尚、図8は、第5実施形態のデシカント空調システムの概略構成図であり、図10は、第5実施形態のデシカント空調システムによる冷房運転時の空気線図であり、図12は、第5実施形態のデシカント空調システムによる暖房運転時の空気線図である。
また、第5実施形態のデシカント空調システムは、詳細については後述するが、第2熱交換部C2における空気冷却用の熱交換媒体に屋外空気OAを利用すると共に、給気通路1に給気バイパス通路1bを設ける構成であることから、図面や明細書の説明図において、その構成状態を「OA冷却・給気バイパス」と表現する。
尚、第5実施形態は、上述した第4実施形態の構成に対して給気バイパス通路1b及び給気バイパス切替弁1vを追加した構成を採用したものであり、その他の構成については上記第1実施形態と同様であるため詳細な説明を割愛する。
第5実施形態では、給気通路1において第1熱交換部C1の上流側と下流側とをバイパスする給気バイパス通路1bが設けられており、更には、その給気バイパス通路1bの給気通路1に対する接続部には、三方切替弁からなる給気バイパス切替弁1vが設けられている。
この給気バイパス切替弁1vは、冷房運転時においては、給気バイパス通路1bでの空気の通流を遮断して第1熱交換部C1での空気の通流を許容し、一方暖房運転時においては、給気バイパス通路1bでの空気の通流を許容して第1熱交換部C1での空気の通流を遮断する形態で、給気通路1における空気の通流状態を切り替える給気バイパス切替手段として機能する。
上記のようにOA冷却・給気バイパスの構成を採用した第5実施形態のデシカント空調システムは、十分に除湿した給気SAを屋内Rに供給できる冷房運転を実行可能な上に、十分に加湿した給気SAを屋内Rに供給できる暖房運転を実行可能である。
このデシカント空調システムの冷房運転及び暖房運転の夫々の運転状態の詳細について以下に説明する。尚、以下の説明において、給気通路1及び排気通路2の空気の状態として、乾球温度(℃(DB))と絶対湿度(kg/kg(DA))とを表す場合には、(乾球温度の値(℃(DB))、絶対湿度の値(kg/kg(DA)))として括弧書きで表示する。
〔冷房運転〕(OA冷却・給気バイパス)
第5実施形態のOA冷却・給気バイパスの構成を採用したデシカント空調システムの冷房運転では、給気バイパス切替弁1vは、給気バイパス通路1bでの空気の通流を遮断して第1熱交換部C1での空気の通流を許容する。従って、給気通路1及び排気通路2における空気の流れ及びその状態変化は、図10の冷房運転時の空気線図に示されるように、上記第4実施形態と同じものとなるため、詳細な説明は割愛する。
〔暖房運転〕(RA冷却・給気バイパス)
第5実施形態のRA冷却・給気バイパスの構成を採用したデシカント空調システムの暖房運転について、図12に示す暖房運転時の空気線図も参照して説明する。
尚、暖房運転を行うにあたり、給気通路1のファンF1及び排気通路2のファンF2は作動に伴って、屋外空気OAは(7.0℃(DB)、0.0050kg/kg(DA))の状態で給気通路1に取り込まれ、屋内空気RAは(20.0℃(DB)、0.0073kg/kg(DA))の状態で排気通路2に取り込まれるものとする。
暖房運転においては、冷房用加熱部H1は非作動状態されて空気の加熱を行わない状態とされ、暖房用加熱部H2は作動状態とされて空気の加熱を行う状態とされる。
先ず、暖房運転時での給気通路1における空気の状態変化について説明する。
給気通路1において、通路P1には、屋外Oから、(7.0℃(DB)、0.0050kg/kg(DA))の状態の屋外空気OAが供給される。
この通路P1を通流する空気は、第2ロータ部D2の上流側領域D2aを通過することで温度上昇を伴って除湿されて、(15.2℃(DB)、0.0017kg/kg(DA))の状態となり、通路P2に供給される。更に、その通路P2を通流する空気は、第2熱交換部C2を通過することで、後述する給気通路1の通路P1aから供給される7.0℃(DB)の屋外空気OAとの顕熱交換により冷却されて、(10.3℃(DB)、0.0017kg/kg(DA))の状態となり、通路P3に供給される。
この通路P3を通流する空気は、作動状態の暖房用加熱部H2を通過することで加熱されて、(70.0℃(DB)、0.0017kg/kg(DA))の非常に高温で且つ非常に低湿の状態となり、通路P4に供給される。
この通路P4を通流する空気は、第1ロータ部D1の給気領域D1aを通過することで温度低下を伴って加湿されて、(57.6℃(DB)、0.0067kg/kg(DA))の状態となり、通路P5に供給される。尚、第1ロータ部D1のデシカントロータD1rは、この加湿により再生されることになる。
この通路P5を通流する空気は、第1熱交換部C1を通過せずに、給気バイパス切替弁1v及び給気バイパス通路1bを介して、そのままの状態で通路P6に供給される。
この通路P6を通流する空気は、第2ロータ部D2の下流側領域D2bを通過することで温度低下を伴って更に加湿されて、(49.4℃(DB)、0.0100kg/kg(DA))の適度に高温で且つ非常に高湿の状態となり、通路P7に供給される。尚、第2ロータ部D2のデシカントロータD2rは、この加湿により再生されることになる。
そして、この通路P7を通流する高温高湿の空気が、給気SAとして通路P7から屋内Rに供給される形態で、暖房運転が行われることになる。尚、このときの給気SAの絶対湿度は0.0100kg/kg(DA)であり、排気通路2に取り込まれる屋内空気RAの絶対湿度0.0073kg/kg(DA)と比較して充分に高いことから、暖房運転時において屋内Rの加湿が充分に行われていることがわかる。
次に、暖房運転時での排気通路2における空気の状態変化について説明する。
排気通路2において、通路Q1には、屋内Rから、(20.0℃(DB)、0.0073kg/kg(DA))の状態の屋内空気RAが供給される。
この通路Q1を通流する空気は、第1熱交換部C1を通過するが、当該第1熱交換部C1には給気通路1の通路P5を通流する空気が供給されていないために、そのままの状態で通路Q3に供給される。
この通路Q3を通流する空気は、非作動状態の冷房用加熱部H1を通過して、そのままの状態で通路Q4に供給される。
この通路Q4を通流する空気は、第1ロータ部D1の排気領域D1bを通過することで温度上昇を伴って除湿されて、(32.4℃(DB)、0.0023kg/kg(DA))の状態となり、通路Q5に供給される。尚、第1ロータ部D1のデシカントロータD1rは、この除湿により十分な水分を吸着することができる。
そして、この通路Q7を通流する空気が、排気EAとして通路Q7から屋外Oに排出されることになる。
〔第6実施形態〕(OA冷却・排気バイパス)
本発明に係るデシカント空調システムの第6実施形態について、図9、図10、及び図12に基づいて説明する。
尚、図9は、第6実施形態のデシカント空調システムの概略構成図であり、図10は、第6実施形態のデシカント空調システムによる冷房運転時の空気線図であり、図12は、第6実施形態のデシカント空調システムによる暖房運転時の空気線図である。
また、第6実施形態のデシカント空調システムは、詳細については後述するが、第2熱交換部C2における空気冷却用の熱交換媒体に屋外空気OAを利用すると共に、排気通路2に排気バイパス通路2bを設ける構成であることから、図面や明細書の説明図において、その構成状態を「OA冷却・排気バイパス」と表現する。
尚、第6実施形態は、上述した第5実施形態の構成に対して、給気バイパス通路1b及び給気バイパス切替弁1vの代わりに、排気バイパス通路2b及び排気バイパス切替弁2vを備えた構成を採用したものであり、その他の構成については上記第4及び第5実施形態と同様であるため詳細な説明を割愛する。
第6実施形態では、排気通路2において第1熱交換部C1の上流側と下流側とをバイパスする排気バイパス通路2bが設けられており、更には、その排気バイパス通路2bの排気通路2に対する接続部には、三方切替弁からなる排気バイパス切替弁2vが設けられている。
この排気バイパス切替弁2vは、冷房運転時においては、排気バイパス通路2bでの空気の通流を遮断して第1熱交換部C1での空気の通流を許容し、一方暖房運転時においては、排気バイパス通路2bでの空気の通流を許容して第1熱交換部C1での空気の通流を遮断する形態で、排気通路2における空気の通流状態を切り替える排気バイパス切替手段として機能する。
上記のようにOA冷却・排気バイパスの構成を採用した第6実施形態のデシカント空調システムは、十分に除湿した給気SAを屋内Rに供給できる冷房運転を実行可能な上に、十分に加湿した給気SAを屋内Rに供給できる暖房運転を実行可能である。
このデシカント空調システムの冷房運転及び暖房運転の夫々の運転状態の詳細について以下に説明する。尚、以下の説明において、給気通路1及び排気通路2の空気の状態として、乾球温度(℃(DB))と絶対湿度(kg/kg(DA))とを表す場合には、(乾球温度の値(℃(DB))、絶対湿度の値(kg/kg(DA)))として括弧書きで表示する。
〔冷房運転〕(OA冷却・排気バイパス)
第6実施形態のOA冷却・排気バイパスの構成を採用したデシカント空調システムの冷房運転では、排気バイパス切替弁2vは、排気バイパス通路2bでの空気の通流を遮断して第1熱交換部C1での空気の通流を許容する。従って、給気通路1及び排気通路2における空気の流れ及びその状態変化は、図10の冷房運転時の空気線図に示されるように、上記第4及び第5実施形態と同じものとなるため、詳細な説明は割愛する。
〔暖房運転〕(OA冷却・排気バイパス)
第6実施形態のOA冷却・排気バイパスの構成を採用したデシカント空調システムの暖房運転では、排気バイパス切替弁2vは、排気バイパス通路2bでの空気の通流を許容して第1熱交換部C1での空気の通流を遮断することで、第1熱交換部C1における顕熱交換がされない状態となる。
即ち、給気通路1の通路P5を通流する空気は、そのままの状態で通路P6に供給され、一方、排気通路2の通路Q2を通流する空気は、そのままの状態で通路Q4に供給される。この点で、第6実施形態の空気の流れ及びその状態変化は、図12の暖房運転時の空気線図に示されるように、上記第5実施形態と同じものとなるため、詳細な説明は割愛する。
〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、夫々単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
(1)上記実施形態では、第1熱交換部C1及び第2熱交換部C2を、給気通路1の所定箇所を通流する屋外空気OAや排気通路2の所定箇所を通流する屋内空気RAを、空気を適宜冷却するための熱交換媒体として供給する顕熱熱交換器として構成したが、別に、給気通路1や排気通路2の他の箇所を通流する空気を熱交換媒体として供給したり、それ以外の例えばクーリングタワーなどで冷却された冷却水を熱交換媒体として供給する熱交換器として構成しても構わない。
(2)上記実施形態では、冷房用加熱部H1や暖房用加熱部H2を、空気を温水などの加熱媒体との熱交換により加熱するように構成したが、別に、電気ヒータやコージェネレーションシステムに設けられたエンジンの排ガスとの熱交換などで空気を加熱するように構成しても構わない。
(3)上記実施形態では、暖房用加熱部H2を給気通路1において第2熱交換部C2の下流側に配置したが、別に、暖房運転時における第2熱交換部C2の空気の冷却量が少ない又は当該冷却を停止する構成として、暖房用加熱部H2を給気通路1において第2熱交換部C2の上流側に配置しても構わない。
本発明は、屋外から取り込んだ空気を屋内に供給する給気通路と、屋内から取り込んだ空気を屋外へ排出する排気通路と、空気が通流する複数の領域間で通気性吸湿体からなるデシカントロータを回転駆動させて当該空気の除湿及び加湿を行うロータ部とを備え、冷房運転と暖房運転とを択一的に実行可能なデシカント空調システムとして好適に利用可能である。
1 :給気通路
1b :給気バイパス通路
1v :給気バイパス切替弁(給気バイパス切替手段)
2 :排気通路
2b :排気バイパス通路
2v :排気バイパス切替弁(排気バイパス切替手段)
C1 :第1熱交換部
C2 :第2熱交換部
D :ロータ部
Da、Db:領域
Dr :デシカントロータ
D1 :第1ロータ部
D1a :給気領域
D1b :排気領域
D1r :デシカントロータ
D2 :第2ロータ部
D2a :上流側領域
D2b :下流側領域
D2r :デシカントロータ
H1 :冷房用加熱部
H2 :暖房用加熱部
O :屋外
R :屋内
OA :屋外空気
SA :給気
RA :屋内空気
EA :排気

Claims (6)

  1. 屋外から取り込んだ空気を屋内に供給する給気通路と、屋内から取り込んだ空気を屋外へ排出する排気通路と、空気が通流する複数の領域間で通気性吸湿体からなるデシカントロータを回転駆動させて当該空気の除湿及び加湿を行うロータ部とを備え、冷房運転と暖房運転とを択一的に実行可能なデシカント空調システムであって、
    前記ロータ部として、
    前記給気通路に配置された給気領域と前記排気通路に配置された排気領域との間でデシカントロータを回転駆動させる第1ロータ部と、
    前記給気通路における前記給気領域よりも上流側に配置された上流側領域と前記給気通路における前記給気領域よりも下流側に配置された下流側領域との間でデシカントロータを回転駆動させる第2ロータ部とを備え、
    前記冷房運転時及び前記暖房運転時において、前記給気通路における前記第1ロータ部の給気領域と前記第2ロータ部の下流側領域との間を通流する空気を、熱交換媒体との熱交換により冷却する第1熱交換部と、
    前記冷房運転時において、前記給気通路における前記第2ロータ部の上流側領域と前記第1ロータ部の給気領域との間を通流する空気を、熱交換媒体との熱交換により冷却する第2熱交換部と、
    前記冷房運転時において前記排気通路における前記第1ロータ部の排気領域の上流側を通流する空気を加熱し、前記暖房運転時において当該加熱を停止する冷房用加熱部と、
    前記暖房運転時において前記給気通路における前記第2ロータ部の上流側領域と前記第1ロータ部の給気領域との間を通流する空気を加熱し、前記冷房運転時において当該加熱を停止する暖房用加熱部とを備えたデシカント空調システム。
  2. 前記第1熱交換部が、前記熱交換媒体として、前記排気通路における前記冷房用加熱部の上流側を通流する空気が通過する顕熱交換器として構成されている請求項1に記載のデシカント空調システム。
  3. 前記第2熱交換部が、前記熱交換媒体として、前記排気通路における前記第1熱交換部の上流側を通流する空気又は屋外の空気が通過する顕熱交換器として構成されている請求項2に記載のデシカント空調システム。
  4. 前記暖房用加熱部が、前記給気通路において前記第2熱交換部の下流側に配置されている請求項1〜3の何れか1項に記載のデシカント空調システム。
  5. 前記給気通路において前記第1熱交換部の上流側と下流側とをバイパスする給気バイパス通路を備えると共に、
    前記冷房運転時において前記給気バイパス通路での空気の通流を遮断して前記第1熱交換部での空気の通流を許容し、前記暖房運転時において前記給気バイパス通路での空気の通流を許容して前記第1熱交換部での空気の通流を遮断する形態で、前記給気通路における空気の通流状態を切り替える給気バイパス切替手段を備えた請求項1〜4の何れか1項に記載のデシカント空調システム。
  6. 前記第1熱交換部が、前記熱交換媒体として、前記排気通路における前記第1ロータ部の排気領域の上流側を通流する空気又は屋外の空気が通過する顕熱交換器として構成され、
    前記排気通路において前記第1熱交換部の上流側と下流側とをバイパスする排気バイパス通路を備えると共に、
    前記冷房運転時において前記排気バイパス通路での空気の通流を遮断して前記第1熱交換部での空気の通流を許容し、前記暖房運転時において前記排気バイパス通路での空気の通流を許容して前記第1熱交換部での空気の通流を遮断する形態で、前記排気通路における空気の通流状態を切り替える排気バイパス切替手段を備えた請求項1〜4の何れか1項に記載のデシカント空調システム。
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