JP4423499B2 - 吸収式除湿空調システム - Google Patents

Description

本発明は、農業用の温室などの多湿の環境を改善するために使用される除湿装置に関し、とくに吸湿液を利用した吸収式除湿装置を備えた温室用空調システムに関するものである。

従来、農業用温室等の除湿手段として、フロンガスを用いた冷凍機による冷却式除湿機が多用されてきた。これは湿った空気をその露点温度以下の温度まで冷却することにより、空気中の水分を結露させて除去するものである。他にも空気中に含まれる水蒸気を多孔質の固体に吸着させて除湿する固体吸着法もある。

しかしながら、冷凍機を用いる方法では、処理する空気の温度が水の凍結温度に近づくに伴い除湿能力が著しく低下する。また、固体吸着材を用いる方法では、その加熱再生に高温の空気を用いるが、エネルギー利用効率が悪いこと、吸着材が長期間の反復使用に耐えられないといった難点が指摘されている。そこで、所定の温度で加熱再生できる吸湿液（例えば、トリエチレングリコール等）を用い、気液接触により除湿する手段を備え、これをバーナで加熱し、バーナの排熱を利用して、凝縮器から送られてくる空気を加熱し、温風を得る熱交換器を備え、１０℃〜２０℃の比較的低温度でも高い除湿能力を得ることができる温風暖房装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特公平５−５７４９１号公報（第２頁−第３頁、第１図）

本発明は、上記のような吸湿液を利用した温室用除湿装置の除湿効率を更に高めることができるばかりでなく、暖房あるいは冷房装置としての運用も可能な温室用空調システムを提供するものである。

そこで本発明は、温室（２４）内の空気を加熱したバーナー（８）の排熱を利用して、所定の温度で加熱再生できる吸湿液（Ｄ）を用い、温室（２４）内の湿潤空気（ＭＡ）と吸湿液（Ｄ）とを気液接触させ、当該湿潤空気（ＭＡ）中の水分を吸湿液（Ｄ）に吸着除去し、除湿に使用した後の吸湿液（Ｄ）により、加熱濃縮後の吸湿液（Ｄ）の顕熱回収を行なう第１の排熱回収手段である吸湿液熱交換ユニット（１）を設けると共に、加熱濃縮する際に吸湿液（Ｄ）から蒸発する水蒸気（６）の潜熱回収を行なう第２の排熱回収手段である凝縮熱交換ユニット（２）を設けた吸収式除湿空調システムにおいて、温室（２４）内に設置された吸収式除湿装置（１４）と、当該吸収式除湿装置（１４）から輸送されてくる使用済み吸湿液（Ｄ）の昇温と冷却を行なう吸湿液再生装置（２６）とを備え、前記吸湿液再生装置（２６）は、除湿に使用した後の吸湿液（Ｄ）により加熱濃縮後の吸湿液（Ｄ）の顕熱回収を行う吸湿液熱交換ユニット（１）と、その管内を吸湿液利用除湿器（１４）で使用された後、前記吸湿液熱交換ユニット（１）を経由した吸湿液（Ｄ）が流れる際に、その外部が水蒸気（６）と接触し、水蒸気（６）が有する潜熱と顕熱とを管壁から伝熱して吸湿液（Ｄ）を加温する凝縮器（３ａ）とを有し、当該凝縮器（３ａ）で加熱された吸湿液（Ｄ）を、吸湿液加熱ユニット（２５）内に設置した吸湿液滴下ノズル（３）からメッシュフィルター（４）へ滴下してフラッシュ現象を呈させ、吸湿液（Ｄ）に含まれる一部の水を気化・分離し、その水蒸気（６）を冷却して凝縮水（Ｖ）となす凝縮熱交換ユニット（２）とを有し、当該凝縮水（Ｖ）を、水封式凝縮水貯留タンク（７）を介して外部に排出する一方、ある程度水分が蒸発した吸湿液（Ｄ）を吸湿液加熱ユニット（２５）へ流下せしめ、バーナー（８）で所定の温度まで加熱し、水蒸気（６）を分離しつつ、所定の濃度まで加熱濃縮し、濃縮した吸湿液（Ｄ）を流下管（９）を通して吸湿液交換ユニット（１）へ流下して高濃度で低温度の吸湿液（Ｄ）となし、更に、当該吸湿液（Ｄ）をフィルター付ポンプ（１０）を用いて、前記吸湿熱交換ユニット（２）で加熱再生された吸湿液（Ｄ）と冷却水貯留タンク（２０）を介して冷却水（Ｗ）を導入する水冷ユニット（２２）を備えた放熱器（２７）で冷却した後、前記吸湿液利用除湿器（１４）へ輸送せしめると共に、前記吸湿液利用除湿器（１４）は、温室（２４）内から吸引した多湿の空気（ＭＡ）に吸湿液（Ｄ）をフィルター付ポンプ（１５）から滴下器（１６）で滴下して気液接触させ、空気及び吸湿液（Ｄ）を冷却する空気冷却用熱交換器（１７）と、飛散した吸湿液（Ｄ）と空気とを気液分離する気液分離用フィルター（１８）と、送風機（１９）及び除湿した空気を加湿し気化熱により低温にする加湿ユニット（２３）とからなり、除湿された空気を加湿し、その気化熱により冷風を発生させることを特徴とする。

本発明の効果は次のとおりである。
（１）バーナーにより加熱された吸湿液から蒸発・分離した水蒸気で、気液接触器より送られてきた吸湿液（Ｄ）を加熱する凝縮器（３ａ）を備えたことにより、水蒸気が有する潜熱を使用後の吸湿液（Ｄ）の加温に利用することが可能となる。
（２）濃縮再生された吸湿液（Ｄ）と使用後の低温の吸湿液（Ｄ）とを顕熱熱交換する吸湿液熱交換ユニット（１）を設けることにより、濃縮再生済みの吸湿液（Ｄ）を冷却すると共に、使用後の吸湿液（Ｄ）の加温に利用することが可能となる。
（３）温室において、湿潤空気と吸湿液（Ｄ）とを気液接触させることにより、湿潤空気中の水分を除去すると共に、吸湿液に発生する吸収熱を用いて除湿空気を加温することが可能となる。
（４）温室において、湿潤空気と吸湿液（Ｄ）とが気液接触する際に発生する吸収熱を外気等の冷熱を用いて冷却する。さらに、その低温の除湿空気を加温することにより発生する水の気化熱を用いて冷房を行うことが可能となる。
以上より、本発明の吸収式除湿空調システムは、除湿、冷房、または加温を行うことが可能であり、農業温室用空調機器の省エネルギー化と植物等の病害予防に有効である。

そこで、低温度領域での除湿特性の改善を目的に、低温度でも凍結することなく、除湿性能を維持できる吸収式の除湿方法を採用した。
まず、除湿に要するエネルギーコストの低減法として、
第１に吸湿液利用除湿器から輸送されてくる使用済みの吸湿液と加熱濃縮済みの高温の吸湿液を吸湿液熱交換ユニットにより熱交換し、使用済み吸湿液の昇温と濃縮済み吸湿液の冷却を行なう。すなわち、使用済み吸湿液の昇温は排熱回収・省エネであり、濃縮済み吸湿液を冷却・低温化することにより吸湿液の輸送機器、フィルター・ポンプ系の低価格化・簡素化を可能とした。

また、昇温した使用済み吸湿液は凝縮熱交換ユニットにおいて、吸湿液加熱ユニットからの高温の水蒸気と熱交換し、更に昇温される。そして、使用済み吸湿液の水の一部は沸騰し、吸湿液加熱ユニット内でフラッシュ蒸発する。つまり、吸湿液加熱ユニットからの水蒸気の熱回収を行ない、大幅な省エネを達成することを可能とした。

さらに、大容量分散装置への拡張性を可能とした。すなわち、簡易に貯蔵できる石油類の燃焼熱を主な熱源としており、大容量の吸湿液再生装置の製作が可能であること、吸湿液の配管を行なうだけで複数の吸湿液利用除湿器を運用可能であることなどから、大型温室などへの適用を可能とした。

さらにまた、除湿空気を利用した簡易冷房が実現可能である。多量の除湿空気を製造し、これに効率的に加湿することにより、低温度の空気を製造・活用することを可能とした。

本発明では、吸湿液（例えば、トリエチレングリコール液、塩化カルシウム水溶液等）を利用した吸湿液利用除湿器により、温室内の湿った空気と吸湿液とを接触させ空気中の水分を吸湿液に吸着させて除去するが、吸湿液の除湿能力を維持・制御するために、吸水して希釈され濃度が低下した吸湿液を加熱し、吸着した水分を蒸発・分離させて再度濃縮している。

この吸湿液の加熱濃縮過程の省エネルギー化のために、吸湿液利用除湿器で使用された後の低濃度及び低温の吸湿液と、吸湿液加熱ユニットにより加熱され高濃度及び高温の吸湿液とを吸湿液熱交換ユニットで熱交換し、吸湿液利用除湿器で使用された後の吸湿液を加熱する。すなわち、除湿に使用した後、温度が低下した後の吸湿液でもって加熱濃縮された後の高温の吸湿液の顕熱回収を行なう。

さらに、こうして吸湿液熱交換ユニットで熱交換され加熱された吸湿液と、吸湿液加熱ユニットにより加熱され、吸湿液から蒸発・分離された水蒸気と熱交換させて加熱する。すなわち、温室の除湿に使用した後の低温の吸湿液でもって高温の吸湿液から蒸発した水蒸気の潜熱回収を行なう。以上、これら二つの排熱回収手段により温室用空調システムの省エネルギー化を図ることができ、運用コストを大幅に削減できる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係る吸収式除湿空調システムの一実施例を模式的に示す概略構成図である。

本発明の吸収式除湿システムでは、吸湿液Ｄに湿った温室内空気を接触させて、空気に含有する水分を吸収除去するが吸湿液利用除湿器１４の機能を維持あるいは制御するためには、濃度が低下した吸湿液Ｄ（例えば、トリエチレングリコール水溶液、塩化カルシウム水溶液など）を、昇温して吸収した水分を蒸発・分離・濃縮する必要がある。
この吸収液Ｄの加熱濃縮過程の省ネルギー手段として、吸湿液利用除湿器１４で使用して濃度が低下した低温度の吸湿液Ｄを、吸湿液熱交換ユニット１で熱交換して昇温させる。また、使用済み吸収液Ｄは、吸湿液加熱ユニット２５内で発生した高温度の水蒸気（約１４０℃）と凝縮熱交換ユニット２内の凝縮器３ａで熱交換し、使用済み吸湿液Ｄに含まれる水を沸騰させる。すなわち、加熱濃縮過程で分離した水蒸気の潜熱回収を行なう。この２タイプの排熱回収により本システムの運用コストを大幅に低減できる。

図１において、温室２４内には、吸湿液利用除湿器１４が設置されている。吸湿液利用除湿器１４は、吸湿液Ｄ（トリエチレングリコール等）を利用して温室内の湿った空気と吸湿液Ｄとを接触させ空気中の水分を吸湿液Ｄに吸着させて除去するものである。吸湿液Ｄはフィルター付ポンプ１５から滴下器１６で空気冷却用熱交換器１７に滴下される。ここで吸入空気（温室内湿潤空気）ＭＡと接触し、水分を吸収した後、吸湿液利用除湿器１４の底部に貯留し、吸湿液再生装置（吸湿液加熱再生装置）２６に導入される。

一方、吸入空気ＭＡは、吸湿液利用除湿器１４内の空気冷却用熱交換器１７で除湿され、気液分離用フィルター１８を通過して乾いた空気となり、送風機１９から温室２４内に排出される。吸湿液利用除湿器１４の底部に貯留した吸湿後の吸湿液Ｄはフィルター付ポンプ１３でもって吸湿液再生装置（吸湿液加熱再生装置）２６に導入される。

吸湿液再生装置２６の吸湿液加熱ユニット２５では、バーナー８の熱を受けて吸湿液Ｄを所定の温度に加熱すると、吸湿液Ｄは沸騰し、吸湿液Ｄに吸着された水分が水蒸気６となって気化する。水蒸気６は、凝縮熱交換ユニット２内で複数に屈曲して設けられた凝縮器３ａを流通する冷めた吸湿液Ｄによって冷却され、凝縮し液化すると同時に凝縮器３ａを流通する冷めた吸湿液Ｄは加温される。ここで生じた凝縮水Ｖは、封水式の凝縮水貯留タンク７に貯留される。また、除湿空気の湿度の制御は、吸湿液Ｄの濃度、フィルター付ポンプ１５の流量及び送風機１９の風量によって制御される。
尚、吸湿液Ｄの濃度調節は、凝縮水Ｖの流出方向（図示しない内部還流口方向または凝縮水排出口）を変えることで実行可能である。また、温風温度とその風量は、送風機１９とバーナー８によって制御する。

本発明装置の作用は次のとおりである。
バーナ８の燃焼熱により加熱された吸湿液Ｄは、吸湿液Ｄの温度に対応した含有水分濃度になるまで、吸湿した水分を蒸発・分離する。このとき発生する水蒸気６は、吸湿液加熱ユニット２５内部を上昇し、凝縮熱交換ユニット２内の凝縮器３ａで冷却される。この凝縮器３ａは、その管内を吸湿液利用除湿器１４で使用された後、吸湿液熱交換ユニット１を経由した吸湿液Ｄが流れ、外部は水蒸気６と接触しており、水蒸気６が有する潜熱と顕熱とを、凝縮器３ａの管壁から伝熱して吸湿液Ｄを加温する。

凝縮器３ａで冷却され、凝縮した凝縮水Ｖは自然落下により、凝縮器３ａの下方にある凝縮水貯留タンク７に集められる。

加熱再生された吸湿液Ｄは、吸湿熱交換ユニット２で熱交換した後でもまだ高い温度を有しており、冷却する必要がある。この吸湿液を気液接触器から送られてくる除湿空気によって冷却するのが放熱器２７である。放熱器２７では、加熱再生された吸湿液を冷却する作用がある。

さらに、凝縮器３ａで加熱された吸湿液Ｄは吸湿液加熱ユニット２５内に設置した吸湿液滴下ノズル３からメッシュフィルター４へ滴下される。すると、加熱された高温の吸湿液Ｄは、吸湿液加熱ユニット２５内の吸湿液適下ノズル３及びメッシュフィルター４においてフラッシュ現象を呈し、吸湿液Ｄに含まれる一部の水は気化・分離され、その水蒸気６は凝縮熱交換ユニット２で冷却され凝縮水Ｖとなり、水封式凝縮水貯留タンク７を介して外部に排出される。尚、図中１１は液面計である。
一方、ある程度水分が蒸発した吸湿液部分（トリエチレングリコール等）は吸湿液加熱ユニット２５へ流下し、バーナー８により所定の温度まで加熱され、水蒸気６を分離しつつ、所定の濃度まで加熱濃縮される。濃縮された吸湿液Ｄは流下管９を通って、吸湿液熱交換ユニット１へ流下し、高濃度で低温度の吸湿液Ｄとなる。

更に、この吸湿液Ｄはフィルター付ポンプ１０を用いて、冷却水貯留タンク（２０）を介して冷却水（Ｗ）を導入する水冷ユニット（２２）を備えた放熱器２７で冷却され、温室２４等に設置した吸湿液利用除湿器１４へ輸送される。すなわち、吸湿液利用除湿器１４は、温室２４内から吸引した多湿の空気と吸湿液Ｄとを気液接触する手段１６と、空気及び吸湿液Ｄを冷却する手段１７と、飛散した吸湿液Ｄと空気とを気液分離する手段１８と、送風手段１９及び除湿した空気を加湿し気化熱により低温にする手段２３とから構成されている。

吸湿液輸送量、送風量、除湿量、加湿量などのシステム運用制御装置は任意に設定できることとする。濃度が低下し除湿性能が落ちた吸湿液Ｄは再び加熱濃縮するために、吸湿液加熱ユニット２５へ返送する。また、吸湿液利用除湿器１４は液滴飛散が無く、気液接触効率の高い気液接触法、例えば流下液膜法、液滴スプレー法、ハニカムコア法、回転式の保水性ベルト法などを採用して、コンパクトで低コスト化する。

本発明の温室用除湿装置は、処理する空気の温度が１０℃程度の比較的低温度であっても、除湿能力が低下しない吸収除湿の原理を用いるもので、
（１）低温度域での除湿性能が改善される。
（２）除湿に要するエネルギーコストが低減できる。
（３）大容量分散装置への拡張性を図ることができる。
（４）除湿空気を利用した簡易冷房の実現が可能になる。
という利点がある。
そこで、本システムを加温・除湿装置として運転する場合、温室内に設置した湿度センサーを併用して任意の湿度に保つことができる。この際、吸湿液及び空気冷却用熱交換器１７は停止しておく。一方、本システムを冷房装置として用いる場合は、吸湿液及び空気冷却用熱交換器１７を運転し、できるだけ低温度・低湿度の空気を作り、加湿ユニット２３へと導き、超音波加湿器や微細スプレーノズルなどを用いて加湿し、その気化熱により低温空気を得る。そして、その低温空気をダクト等により植物等の低温空調に活用する。

本発明に係る吸収式除湿空調システムの一実施例を模式的に示す概略構成図である。

符号の説明

１ 吸湿液熱交換ユニット
２ 凝縮熱交換ユニット
３ 吸湿液滴下ノズル
３ａ凝縮器
４ メッシュフィルター
５ 気液分離フィルター
６ 水蒸気
７ 凝縮水貯留タンク
８ バーナー
９ 吸湿液流下管
１０フィルター付ポンプ
１１液面計
１２送風ファン
１３フィルター付ポンプ
１４吸湿液利用除湿器
１５フィルター付ポンプ
１６滴下器
１７空気冷却用熱交換器
１８気液分離用フィルター
１９送風機
２０冷却水貯留タンク
２１フィルター付ポンプ
２２水冷ユニット
２３加湿ユニット
２４温室
２５吸湿液加熱ユニット
２６吸湿液再生装置（吸湿液加熱再生装置）
２７放熱器

Claims (1)

1. 温室（２４）内の空気を加熱したバーナー（８）の排熱を利用して、所定の温度で加熱再生できる吸湿液（Ｄ）を用い、温室（２４）内の湿潤空気（ＭＡ）と吸湿液（Ｄ）とを気液接触させ、当該湿潤空気（ＭＡ）中の水分を吸湿液（Ｄ）に吸着除去し、除湿に使用した後の吸湿液（Ｄ）により、加熱濃縮後の吸湿液（Ｄ）の顕熱回収を行なう第１の排熱回収手段である吸湿液熱交換ユニット（１）を設けると共に、加熱濃縮する際に吸湿液（Ｄ）から蒸発する水蒸気（６）の潜熱回収を行なう第２の排熱回収手段である凝縮熱交換ユニット（２）を設けた吸収式除湿空調システムにおいて、温室（２４）内に設置された吸収式除湿装置（１４）と、当該吸収式除湿装置（１４）から輸送されてくる使用済み吸湿液（Ｄ）の昇温と冷却を行なう吸湿液再生装置（２６）とを備え、前記吸湿液再生装置（２６）は、除湿に使用した後の吸湿液（Ｄ）により加熱濃縮後の吸湿液（Ｄ）の顕熱回収を行う吸湿液熱交換ユニット（１）と、その管内を吸湿液利用除湿器（１４）で使用された後、前記吸湿液熱交換ユニット（１）を経由した吸湿液（Ｄ）が流れる際に、その外部が水蒸気（６）と接触し、水蒸気（６）が有する潜熱と顕熱とを管壁から伝熱して吸湿液（Ｄ）を加温する凝縮器（３ａ）とを有し、当該凝縮器（３ａ）で加熱された吸湿液（Ｄ）を、吸湿液加熱ユニット（２５）内に設置した吸湿液滴下ノズル（３）からメッシュフィルター（４）へ滴下してフラッシュ現象を呈させ、吸湿液（Ｄ）に含まれる一部の水を気化・分離し、その水蒸気（６）を冷却して凝縮水（Ｖ）となす凝縮熱交換ユニット（２）とを有し、当該凝縮水（Ｖ）を、水封式凝縮水貯留タンク（７）を介して外部に排出する一方、ある程度水分が蒸発した吸湿液（Ｄ）を吸湿液加熱ユニット（２５）へ流下せしめ、バーナー（８）で所定の温度まで加熱し、水蒸気（６）を分離しつつ、所定の濃度まで加熱濃縮し、濃縮した吸湿液（Ｄ）を流下管（９）を通して吸湿液交換ユニット（１）へ流下して高濃度で低温度の吸湿液（Ｄ）となし、更に、当該吸湿液（Ｄ）をフィルター付ポンプ（１０）を用いて、前記吸湿熱交換ユニット（２）で加熱再生された吸湿液（Ｄ）と冷却水貯留タンク（２０）を介して冷却水（Ｗ）を導入する水冷ユニット（２２）を備えた放熱器（２７）で冷却した後、前記吸湿液利用除湿器（１４）へ輸送せしめると共に、前記吸湿液利用除湿器（１４）は、温室（２４）内から吸引した多湿の空気（ＭＡ）に吸湿液（Ｄ）をフィルター付ポンプ（１５）から滴下器（１６）で滴下して気液接触させ、空気及び吸湿液（Ｄ）を冷却する空気冷却用熱交換器（１７）と、飛散した吸湿液（Ｄ）と空気とを気液分離する気液分離用フィルター（１８）と、送風機（１９）及び除湿した空気を加湿し気化熱により低温にする加湿ユニット（２３）とからなり、除湿された空気を加湿し、その気化熱により冷風を発生させることを特徴とする吸収式除湿空調システム。

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