水蒸気吸着材を用いた空調システム
【課題】デシカント空調機、吸着式冷凍機を利用した空調システムであって、設備全体を小型化でき、一層の省エネルギー化を図り得る空調システムを提供する。
【解決手段】空調システムは、吸着材を利用したシステムであり、温度および湿度調節された空気を屋内に送風する空調機本体１と、除湿空気を空調機本体１に供給するデシカント空調機２と、空気冷却用の冷水を空調機本体１に供給し且つデシカントローター２１冷却用の冷水をデシカント空調機２に供給する吸着式冷凍機３及びチリングユニット４と、これら吸着式冷凍機３及びチリングユニット４の稼働を制御する冷熱源制御装置５とから主に構成される。冷熱源制御装置５は、屋内における所要冷熱量が増大した場合に吸着式冷凍機３に加えてチリングユニット４を稼働させる。
【解決手段】空調システムは、吸着材を利用したシステムであり、温度および湿度調節された空気を屋内に送風する空調機本体１と、除湿空気を空調機本体１に供給するデシカント空調機２と、空気冷却用の冷水を空調機本体１に供給し且つデシカントローター２１冷却用の冷水をデシカント空調機２に供給する吸着式冷凍機３及びチリングユニット４と、これら吸着式冷凍機３及びチリングユニット４の稼働を制御する冷熱源制御装置５とから主に構成される。冷熱源制御装置５は、屋内における所要冷熱量が増大した場合に吸着式冷凍機３に加えてチリングユニット４を稼働させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気吸着材を用いた空調システムに関するものであり、詳しくは、建物に適用する空調システムであって、デシカント空調機、吸着式冷凍機を組み合わせ、一層の省エネルギー化を図るようにした空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度や湿度の調節された空気を屋内に供給する空調技術の分野においては、吸着材の吸着・脱着機能を利用し、太陽熱などの自然エネルギーやコジェネレーションシステム等における低温廃熱を有効活用する吸着式冷凍機やデシカント空調機が種々提案されている。屋内の暖房および加湿を行う場合は、簡単な構造の設備により太陽熱や廃熱、水を直接的に利用できるため、吸着式冷凍機は主に冷熱生成に利用され、デシカント空調機は主に除湿空気の生成に利用される。
【０００３】
吸着式冷凍機は、吸着材の吸着・脱着現象に付随して起こる相変化を利用して熱の汲み上げを行う吸着ヒートポンプであり、吸着材によって吸着質を吸着・脱着する吸着器と、吸着器における吸着操作に伴って吸着質の蒸発により冷熱を生成する蒸発器と、吸着器で脱着された吸着質の蒸気を凝縮させて蒸発器に供給する凝縮器とから主に構成される。吸着式冷凍機においては、補助動力を用いることなく、前述の低温廃熱などを回収して吸着材を加熱再生する（特許文献１参照）。
【０００４】
デシカント空調機は、水蒸気に対する吸着材の吸着・脱着機能を利用し、例えば、湿潤期に除湿を行う装置であり、除湿すべき空気を送風する一方の送風路および吸着材再生用の空気を送風する他方の送風路と、ハニカム構造体に吸着材を担持させて成り且つ両方の送風路に跨がって配置されたデシカントローターとから主に構成され、デシカントローターを回転させながら吸着材の吸着・脱着を繰り返し、一方の送風路で除湿空気を生成するようになされている。デシカント空調機においては、前述の低温廃熱などを吸着材の再生用脱着熱として利用できる（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０５３３１号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、吸着式冷凍機は、これを利用し、屋内全ての冷房を年間を通じて賄おうとすると、装置構成および付帯設備が大型化する。また、デシカント空調機は、これを利用し、屋内全ての除湿を年間を通じて賄おうとすると、吸着操作においてデシカントローターを冷却するための大きな冷熱原が必要であり、斯かる冷熱原として吸着式冷凍機を利用しようとすると、更に吸着式冷凍機が大型化する。しかも、吸着式冷凍機やデシカント空調機を併用するには、低質熱エネルギーと言えども、高温、高湿度の時期に限って大量に供給する必要があり、その設備も大掛かりなものとなる。
【０００７】
上記のような要因から、吸着式冷凍機やデシカント空調機は、実際、殆どの建物に適用できず、広く普及していない状況にある。従って、自然エネルギーや廃熱の有効利用を促進し、二酸化炭素を削減する観点からも、設備全体をできる限り小型化し、設備コストの低減を図り、更に安い運転コストで稼働させ得る改良されたシステムが望まれる。
【０００８】
本発明は、上記の実情に鑑みなされたものであり、その目的は、吸着材を利用して建物の空調を行う空調システムであって、設備全体を小型化でき、一層の省エネルギー化を図り得る空調システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明においては、冷房時に吸着式冷凍機で製造した冷水を低温空気生成用として空調機本体に供給し、また、除湿時に吸着式冷凍機で製造した冷水をデシカントローター冷却用としてデシカント空調機に供給し、低温空気、除湿空気により温度および湿度調節された空気を空調機本体から屋内に送風する。そして、吸着式冷凍機で製造される冷水の冷熱量に対し、空調に必要な冷熱量が大きくなる場合は、吸着式冷凍機とチリングユニットを併用し、デシカント空調機および空調機本体への冷水の供給量を増やすようにした。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨は、吸着材を利用して建物の空調を行う空調システムであって、温度および湿度調節された空気を屋内に送風する空調機本体と、除湿された空気を前記空調機本体に供給するデシカント空調機と、空気冷却用の冷水を前記空調機本体に供給し且つデシカントローター冷却用の冷水を前記デシカント空調機に供給する吸着式冷凍機およびチリングユニットと、これら吸着式冷凍機およびチリングユニットの稼働を制御する冷熱源制御装置とから主に構成され、当該冷熱源制御装置は、屋内における所要冷熱量が所定冷熱量以下の場合は前記吸着式冷凍機を稼働させ、屋内における所要冷熱量が前記所定冷熱量を超える場合は前記吸着式冷凍機および前記チリングユニットを稼働させる機能を備えていることを特徴とする空調システムに存する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の空調システムによれば、低温空気および除湿空気が大量に必要な状況において吸着式冷凍機に加えてチリングユニットを稼働させて冷水を製造するため、年間を通して日常的に必要な冷熱量に応じて吸着式冷凍機の仕様を設計でき、設備全体を小型化して設備コストを低減でき、しかも、運転コストも低減できる。そして、本発明によれば、空調機本体、デシカント空調機および吸着式冷凍機において自然エネルギーや廃熱を有効利用できるため、一層の省エネルギー化を図ることができ、二酸化炭素の削減に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る空調システムの主な装置構成および熱源としての水の循環を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る空調システムの実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の空調システムは、吸着材を利用して建物の空調を行う空調システムであり、図１に示すように、空調機本体１、デシカント空調機２、吸着式冷凍機３、チリングユニット４及び冷熱源制御装置５から主に構成される。本発明は、対象とする建物が特に限定されるものではなく、工場、大小の各種ビル、集合住宅など各種の建物に適用できる。図中の符号９は、空調対象としての工場の作業室を例示したものであるが、以下の説明においては、斯かる作業室を部屋９と言う。なお、以下の装置構成の説明では、送風機、ポンプ、弁類に関する説明を省略する。
【００１４】
空調機本体１は、デシカント空調機２、給気路６１を介して供給された外気に対し、冷却、加温、除湿または加湿を行い、温度および湿度調節された空調用の空気を上記の部屋９に送風路６２を通じて送風する装置であり、別途設けられたコントローラ（図示省略）を使用して制御される。
【００１５】
空調機本体１は、冷房用の低温空気を製造するための熱交換器１２及び１４を備えている。熱交換器１４は、デシカント空調機２から供給された外気を２３℃程度に予冷するコイル型熱交換器である。本発明においては、地下水の熱を有効活用するため、空調機本体１は、地下水を利用した熱交換井の熱交換器（図示省略）で製造される２０〜２５℃の冷水が空気冷却用として冷却水往路８３ａ及び冷却水復路８３ｂを通じて熱交換器１４に循環供給されるように構成されている。また、熱交換器１２は、デシカント空調機２から供給され且つ熱交換器１４で予冷された外気を更に１１〜１５℃まで冷却するコイル型熱交換器であり、吸着式冷凍機３及びチリングユニット４で製造された７℃程度の冷水が空気冷却用として冷水往路７４及び冷水復路７５を通じて循環供給されるように構成されている。
【００１６】
更に、空調機本体１は、暖房用の高温空気を製造するための熱交換器１３を備えている。熱交換器１３は、デシカント空調機２から供給される上記の外気を例えば２２〜３０℃の温度に加温するコイル型熱交換器である。本発明においては、太陽熱を有効活用するため、熱交換器１３は、屋外に設置された太陽熱温水パネル装置（図示省略）で製造される７０℃程度の温水が空気加温用として温水往路８０ａ及び温水復路８０ｂを通じて循環供給されるように構成されている。
【００１７】
熱交換器１３の熱源としては、廃棄される低質熱エネルギーを有効活用する観点から、例えば工場から排出される廃熱を使用することもできる。すなわち、斯かる態様において、空調機本体１は、廃熱を利用して熱交換器（図示省略）で製造された７０℃程度の温水が空気加温用として温水往路８０ａ及び温水復路８０ｂを通じて循環供給されるように構成されている。
【００１８】
また、空調機本体１には、乾燥期などに加湿空気を製造するため、空調機本体１から送風される空気に対して、水を噴霧または水蒸気を放出する加湿器１６が付設されている。水噴霧式の加湿器１６は、別途供給された水を噴霧ノズルから直接ミストとして噴霧する加湿器であり、また、水蒸気式の加湿器１６は、ボイラーで生成され且つ不純物が除去された蒸気を直接使用する加湿器、もしくは、純水製造機で得られた水を前記の蒸気で更に気化させて使用する加湿器である。
【００１９】
上記のデシカント空調機２は、外気を導入して除湿を行い、除湿された空気を空調機本体１に給気路６１を通じて供給すると共に、排気路６３を通じて部屋９の空気を回収する装置である。デシカント空調機２は、通気用セルが両端面に開口する円柱状のハニカム構造体に吸着材を担持させたデシカントローター２１と、除湿すべき空気をデシカントローター２１の例えば半円部に通過させる一方の送風路（図において下側の送風路）と、吸着材再生用の空気をデシカントローター２１の例えば他の半円部に通過させる他方の送風路（図において上側の送風路）とから主に構成されている。そして、デシカントローター２１を回転させながら、一方の送風路に流れる空気を冷却し且つ当該空気から吸着材に水蒸気を吸着させることにより除湿空気を生成し、他方の送風路を流れる昇温された空気により吸着材から水蒸気を脱着することにより吸着材を再生する様になされている。
【００２０】
デシカント空調機２は、吸着操作の際にデシカントローター２１を冷却するため、上記の一方の送風路（外気の導入路）のデシカントローター２１よりも送風方向上流側に熱交換器２２及び２４を備えている。熱交換器２４は、屋外から導入された外気を２３℃程度に予冷するコイル型熱交換器であり、前述の空調機本体１の熱交換器１４と同様のものである。すなわち、本発明においては、地下水の熱を有効活用するため、デシカント空調機２は、地下水を利用した熱交換井の熱交換器（図示省略）で製造される２０〜２５℃の冷水がデシカントローター２１の冷却用として冷却水往路８４ａ及び冷却水復路８４ｂを通じて熱交換器２４に循環供給されるように構成されている。また、熱交換器２２は、屋外から導入され且つ熱交換器２４で予冷された外気を更に１１℃程度まで冷却するコイル型熱交換器であり、吸着式冷凍機３及びチリングユニット４で製造された７℃程度の冷水がデシカントローター２１の冷却用として冷水往路７３及び冷水復路７６を通じて循環供給されるように構成されている。
【００２１】
また、デシカント空調機２は、脱着操作の際にデシカントローター２１を加熱するため、上記の他方の送風路（排気路）のデシカントローター２１よりも送風方向上流側に熱交換器２３を備えている。熱交換器２３は、排気路６３を通じて部屋９から排気された空気を６０℃程度に加熱するコイル型熱交換器であり、前述の熱交換器１３と同様のものである。すなわち、本発明においては、太陽熱を有効活用するため、デシカント空調機２は、屋外に設置された太陽熱温水パネル装置（図示省略）で製造される７０℃程度の温水がデシカントローター２１の加熱用として温水往路８１ａ及び温水復路８１ｂを通じて熱交換器２３に循環供給されるように構成されている。
【００２２】
更に、熱交換器２３の熱源としては、廃棄される低質熱エネルギーを有効活用する観点から、空調機本体１の熱交換器１３と同様に、例えば工場から排出される廃熱を使用してもよい。すなわち、斯かる態様において、デシカント空調機２は、廃熱を利用して熱交換器（図示省略）で製造された７０℃程度の温水がデシカントローター２１の加熱用として温水往路８１ａ及び温水復路８１ｂを通じて熱交換器２３に循環供給されるように構成されている。
【００２３】
また、デシカント空調機２は、部屋９から排気される空気の熱の一部を回収し、一層の省エネルギー化を図るため、前述の給気路６１及び排気路６３の接続部分近傍に顕熱交換器２５を備えている。顕熱交換器２５は、デシカント空調機２の一方の送風路（図において下側の送風路）と他方の送風路（図において上側の送風路）に跨がって配置され且つ導入する外気と排出する部屋９の空気との間で熱交換するいわゆる熱交換素子である。
【００２４】
顕熱交換器２５は、それ自体の温度と接触する空気の温度との差により、当該顕熱交換器を通過する空気との間で熱を授受する機器であり、アルミニウム合金などの熱伝導性に優れた材料によって構成され且つ空気との接触面積の大きな構造を備えている。例えば、顕熱交換器２５は、アルミニウム合金などから成る平板と波板を積層し且つ上下の波板の溝の方向を交互に直交させ、そして、一方向に並ぶ波板の溝には上記の一方の送風路の空気だけが流れ、他の一方向に並ぶ波板の溝には上記の他方の送風路の空気だけが流れるように流路構成されている。
【００２５】
上記の吸着式冷凍機３は、空気冷却用の冷水を空調機本体１に供給し且つデシカントローター２１の冷却用の冷水をデシカント空調機２に供給する装置である。吸着式冷凍機３は、いわゆる吸着ヒートポンプであり、吸着熱を放出しつつ吸着材に吸着質を吸着する操作、および、外部の温熱により吸着材から吸着質を脱着する操作を各ずれた周期で繰り返す２基以上の吸着器と、吸着質の蒸発により得られた冷熱を外部へ取り出すと共に、発生した吸着質の蒸気が前記の吸着器に回収される蒸発器と、前記の吸着器で脱着された吸着質の蒸気を外部の冷熱により凝縮させると共に、凝縮した吸着質を前記の蒸発器に供給する凝縮器とを備えている。
【００２６】
吸着式冷凍機３においては、吸着材の吸着操作の際に吸着器を冷却するため、吸着器は、前述のデシカント空調機２の熱交換器２４と同様に、地下水の熱で冷却可能に構成されている。すなわち、本発明においては、地下水の熱を有効活用するため、吸着式冷凍機３は、地下水を利用した熱交換井の熱交換器（図示省略）で製造される２０〜２５℃の冷水が吸着器冷却用として冷却水往路８５ａ及び冷却水復路８５ｂを通じて循環供給されるように構成されている。更に、図示しないが、吸着式冷凍機３においては、脱着された吸着質を凝縮するため、冷却水往路８５ａ及び冷却水復路８５ｂを分岐させることにより、凝縮器が吸着器と同様に地下水の熱で冷却可能に構成されている。
【００２７】
更に、吸着式冷凍機３においては、吸着材の吸着操作の際に吸着器を加熱するため、吸着器は、制御弁（図示省略）の切替操作により、冷却水往路８５ａ及び冷却水復路８５ｂを遮断し、かつ、前述のデシカント空調機２の熱交換器２３と同様に、太陽熱を活用して吸着器を加熱可能に構成されている。すなわち、本発明において、吸着式冷凍機３は、屋外に設置された太陽熱温水パネル装置（図示省略）で製造された７０℃程度の温水が吸着器再生用として温水往路８２ａ及び温水復路８２ｂを通じて吸着器に循環供給されるように構成されている。
【００２８】
また、吸着材の吸着操作の際の熱源としては、廃棄される低質熱エネルギーを有効活用する観点から、デシカント空調機２の熱交換器２３と同様に、例えば工場から排出される廃熱を使用してもよい。すなわち、斯かる態様において、吸着式冷凍機３は、廃熱を利用して熱交換器（図示省略）で製造された７０℃程度の温水が吸着器の加熱用として温水往路８２ａ及び温水復路８２ｂを通じて吸着器に循環供給されるように構成されている。
【００２９】
本発明の空調システムでは、吸着式冷凍機３で得られる冷熱を冷水として取り出し、これを空調機本体１及びデシカント空調機２に供給するようになされている。具体的には、吸着式冷凍機３の蒸発器に設けられた熱交換器から冷水往路７１、ヘッダー７ａ、冷水往路７３を通じてデシカント空調機２の熱交換器２２に７℃程度の冷水を供給し、冷水復路７６、ヘッダー７ｂ、冷水復路７７を通じて吸着式冷凍機３の蒸発器の熱交換器に冷水が還流されるように構成されており、また、前記の冷水往路７３から分岐する冷水往路７４を通じて空調機本体１の熱交換器１２に同様の温度の冷水を供給し、冷水復路７５を通じて前記の冷水復路７６に還流されるように構成されている。
【００３０】
因に、前述のデシカント空調機２のデシカントローター２１に使用される吸着材、および、上記の吸着式冷凍機３の吸着器に充填される吸着材としては、各種のシリカゲルやゼオライトを使用可能であるが、比較的高い温度条件下で装置が作動するように、低い相対湿度でも吸着質を吸着し、また、装置の小型化が図れるように、吸脱着量が十分に大きく、しかも、低温熱源で再生し得るように、脱着温度が低いものが好ましい。斯かる吸着材としては、例えば、骨格構造にＡｌ及びＰを有するアルミノフォスフェート類や骨格構造にＡｌ、Ｐ及びＦｅを有するアルミノフォスフェート類が挙げられる。なお、吸着式冷凍機３においては、通常、吸着質として水が使用される。
【００３１】
本発明においては、一時的に生じる大きな冷凍負荷を補うため、上記の吸着式冷凍機３に加え、チリングユニット４が設けられる。チリングユニット４は、吸着式冷凍機３と同様に、空気冷却用の冷水を空調機本体１に供給し且つデシカントローター２１の冷却用の冷水をデシカント空調機２に供給する装置である。斯かるチリングユニット４としては、装置の小型化を図るため、空冷式のものが使用される。
【００３２】
空冷式のチリングユニット４は、圧縮機によって凝縮器と蒸発器との間で冷媒を循環させる蒸気圧縮冷凍機（ヒートポンプ）を使用し、水と空気との間で熱交換を行って冷水を製造する冷水製造機である。周知の通り、蒸気圧縮冷凍機においては、気体の冷媒を圧縮機で圧縮し、凝縮器で空気との熱交換により冷却、液化し、膨張弁で断熱膨張させ且つ蒸発器で低温で気化させることにより、気化熱によって水を冷却する。圧縮機の駆動源としては、通常は電動機が使用されるが、工場などの大規模な施設では、ガスエンジン、ガスタービンエンジン、蒸気タービンも使用できる。
【００３３】
本発明の空調システムでは、チリングユニット４で得られた冷水を空調機本体１及びデシカント空調機２に供給するようになされている。具体的には、チリングユニット４の蒸発器から冷水往路７２、ヘッダー７ａ、冷水往路７３を通じてデシカント空調機２の熱交換器２２に７℃程度の冷水を供給し、冷水復路７６、ヘッダー７ｂ、冷水復路７８を通じてチリングユニット４の蒸発器に冷水が還流されるように構成されており、また、前記の冷水往路７３から分岐する冷水往路７４を通じて空調機本体１の熱交換器１２に同様の温度の冷水を供給し、冷水復路７５を通じて前記の冷水復路７６に還流されるように構成されている。
【００３４】
本発明の空調システムにおいては、装置構成をできる限り小型化し且つ効率的に運転して省エネルギー化を図るため、上記の吸着式冷凍機３及びチリングユニット４の稼働を制御する冷熱源制御装置５が備えられている。斯かる冷熱源制御装置５は、予め制御プログラムが書き込まれたコンピュータやプログラマブルコントローラ等の演算手段、機器類の作動を制御する制御回路などから構成されており、屋内における所要冷熱量が所定冷熱量以下の場合は吸着式冷凍機３を稼働させ、屋内における所要冷熱量が前記の所定冷熱量を超える場合は吸着式冷凍機３及びチリングユニット４の両方を稼働させる機能を備えている。
【００３５】
本発明において、吸着式冷凍機３とチリングユニット４の稼働基準となる上記の所定冷熱量とは、システム全体の設計冷熱量、換言すれば、設計条件として予め見込まれた必要最大冷熱量を言う。本発明においては、装置の小型化と省エネルギー化のため、上記の所定冷熱量が設計冷熱量の２５〜３５％、好ましくは３０％に設定されている。
【００３６】
吸着式冷凍機３とチリングユニット４の稼働基準となる所定冷熱量を上記の値に設定する理由は次の通りである。すなわち、年間を通じて冷房が要求される期間においては、平均的な冷凍負荷に対し、大幅に冷凍負荷が増大する時間が比較的短いため、日常の冷凍能力としては、平均的な冷凍負荷に対応し得るだけの能力があれば足りる。一方、最大の冷凍負荷、例えば平均的な冷凍負荷の３倍の負荷を吸着式冷凍機３だけで処理しようとすると、吸着式冷凍機３及びその附帯設備を日常必要とされる規模の３倍の規模に設計しなければならず、初期の設備費のみならず、日常の運転コストも増大し、しかも、装置の占有面積が極めて大きくなる。
【００３７】
そこで、本発明においては、吸着式冷凍機３のバックアップとしてチリングユニット４を配置し、吸着式冷凍機３とチリングユニット４の稼働基準を上記の値に設定することにより、設備規模を最小限に抑え且つ最も効率的な運転を可能にしている。なお、上記の稼働基準は、建物の構造や用途によって具体的な値に違いはあるが、統計的な知見と種々の検討を重ねた結果、一般化できる基準として見出されたものである。
【００３８】
吸着式冷凍機３及びチリングユニット４は、これらを循環する冷水の熱量変化を演算することにより、稼働を制御することができる。具体的には、本発明の空調システムにおいては、吸着式冷凍機３及びチリングユニット４から空調機本体１及びデシカント空調機２へ至る冷水往路７３に水温検出用の温度センサー５２が設けられ、空調機本体１及びデシカント空調機２から吸着式冷凍機３及びチリングユニット４に至る冷水復路７６に流量計５１及び温度センサー５３が設けられている。そして、冷熱源制御装置５は、吸着式冷凍機３又はチリングユニット４と、空調機本体１又はデシカント空調機２との間を往還する冷水、換言すれば、上記の冷水往路７３及び冷水復路７６の冷水流量、温度差（冷水還温度と冷水往温度の差）に基づいて、屋内における所要冷熱量を演算する機能を備えている。なお、冷熱源制御装置５における上記の演算処理においては、以下のような関係式に基づいて所要冷熱量（必要な冷熱量）を演算する。
【００３９】
【数１】
【００４０】
本発明の空調システムにおいては、概略、次のように各装置を稼働させて建物の空調を行う。先ず、部屋９の冷房を行う場合は、空調機本体１及びデシカント空調機２を稼働させ、デシカント空調機２で導入した外気を給気路６１を通じて空調機本体１に供給し、空調機本体１から送風路６２を通じて部屋９に送風する。空調機本体１においては、地下水を熱源と得られた冷水を冷却水往路８３ａ及び冷却水復路８３ｂを通じて空調機本体１の熱交換器１４に循環させ、２３℃程度の低温空気を生成する。
【００４１】
更に、部屋９に対する冷房が不足している場合には、吸着式冷凍機３を稼働させ、当該吸着式冷凍機で製造された冷水を冷水往路７１、７３、７４及び冷水復路７５、７６、７７を通じて空調機本体１の熱交換器１２に循環させ、上記の低温空気を更に冷却して１１〜２３℃の低温空気を生成する。その際、吸着式冷凍機３においては、地下水を熱源と得られた冷水を吸着工程の吸着器ならびに凝縮器に冷却水往路８５ａ及び冷却水復路８５ｂを通じて循環させ、また、太陽熱温水パネル装置で製造された温水または廃熱を利用して製造された温水を脱着工程の吸着器に温水往路８２ａ及び温水復路８２ｂを通じて循環させることにより、蒸発器に設けられた熱交換器で冷水を製造する。
【００４２】
また、部屋９の除湿を行う場合は、デシカント空調機２のデシカントローター２１を駆動させると共に、地下水を熱源として得られた上記の冷水をデシカント空調機２の熱交換器２４に冷却水往路８４ａ及び冷却水復路８４ｂを通じて循環させることにより、デシカント空調機２に導入された外気を予冷し、更に、吸着式冷凍機３で製造された前述の冷水を熱交換器２２に上記の冷水往路７３及び冷水復路７６を通じて循環させることにより、前記の外気を更に冷却し、そして、デシカントローター２１により除湿して例えば部屋９において湿度２８〜４０％の除湿空気を生成する。また、デシカント空調機２においては、太陽熱温水パネル装置で製造された温水または廃熱を利用して製造された温水を熱交換器２３に温水往路８１ａ及び温水復路８１ｂを通じて循環させることにより、デシカントローター２１の吸着材を再生する。
【００４３】
一方、部屋９の暖房を行う場合は、太陽熱温水パネル装置で製造された温水または廃熱を利用して製造された温水を空調機本体１の熱交換器１３に温水往路８０ａ及び温水復路８０ｂを通じて循環させ、デシカント空調機２から供給される空気を加温して例えば２２〜３０℃の高温空気を生成する。更に、加湿が必要な場合には、空調機本体１において加湿器１６を作動させ、空調機本体１から供給される空気を加湿し、例えば部屋９において湿度２８〜４０％に調節する。なお、デシカント空調機２に設けられた顕熱交換器２５により、部屋９の排出空気と外気との間で熱交換し、排出空気の温熱または冷熱の一部を回収することができる。
【００４４】
本発明の空調システムにおいては、上記のように、冷房時に吸着式冷凍機３で製造した冷水を低温空気生成用として空調機本体１に供給し、また、除湿時に吸着式冷凍機３で製造した冷水をデシカントローター２１の冷却用としてデシカント空調機２に供給し、低温空気、除湿空気により温度および湿度調節された空気を空調機本体１から部屋９に送風する。その際、吸着式冷凍機３で製造される冷水の冷熱量が、空調に必要な冷熱量よりも大きくなる場合は、吸着式冷凍機３に加え、更にチリングユニット４を稼働させることにより、空調機本体１及びデシカント空調機２への冷水の供給量を増やす。
【００４５】
具体的には、冷水往路７３に設けられた温度センサー５２により、空調機本体１又はデシカント空調機２に供給される冷水の温度を検出し、冷水復路７６に設けられた流量計５１及び温度センサー５３により、吸着式冷凍機３に還流される冷水の流量および温度を検出し、冷熱源制御装置５により、現在の冷凍負荷、換言すれば、屋内全体で必要とされる冷熱量を演算する。そして、所要冷熱量が所定冷熱量以下の場合、すなわち、所要冷熱量が設計冷熱量の例えば３０％以下の場合は、冷熱源制御装置５の制御により吸着式冷凍機３だけを稼働させ、また、所要冷熱量が所定冷熱量を超える場合、すなわち、所要冷熱量が設計冷熱量の例えば３０％を超える場合は、吸着式冷凍機３及びチリングユニット４の両方を稼働させる。これにより、チリングユニット４で冷水を更に製造し、冷水往路７４及び冷水復路７８を通じ、冷水往路７３及び冷水復路７６に流れる冷水の流量を増加させることが出来る。
【００４６】
上記のように、本発明の空調システムにおいては、低温空気および除湿空気が大量に必要な状況において吸着式冷凍機３に加えてチリングユニット４を稼働させて冷水を製造するため、年間を通して日常的に必要な冷熱量に応じて吸着式冷凍機３の仕様を設計でき、設備全体を小型化して設備コストを低減でき、しかも、運転コストを低減できる。更に、空調機本体１、デシカント空調機２及び吸着式冷凍機３の冷熱源として地下水の熱を利用でき、また、温熱源として太陽熱や廃熱を利用できるため、一層の省エネルギー化を図ることができ、二酸化炭素の削減に寄与できる。
【符号の説明】
【００４７】
１ ：空調機本体
１２ ：熱交換器
１３ ：熱交換器
１４ ：熱交換器
１６ ：加湿器
２ ：デシカント空調機
２１ ：デシカントローター
２２ ：熱交換器
２３ ：熱交換器
２４ ：熱交換器
２５ ：顕熱交換器
３ ：吸着式冷凍機
４ ：チリングユニット
５ ：冷熱源制御装置
５１ ：流量計
５２ ：温度センサー
５３ ：温度センサー
６１ ：給気路
６２ ：送風路
６３ ：排気路
７１ ：冷水往路
７２ ：冷水往路
７３ ：冷水往路
７４ ：冷水往路
８０ａ：温水往路
８１ａ：温水往路
８２ａ：温水往路
８３ａ：冷却水往路
８４ａ：冷却水往路
８５ａ：冷却水往路
９ ：部屋
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気吸着材を用いた空調システムに関するものであり、詳しくは、建物に適用する空調システムであって、デシカント空調機、吸着式冷凍機を組み合わせ、一層の省エネルギー化を図るようにした空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度や湿度の調節された空気を屋内に供給する空調技術の分野においては、吸着材の吸着・脱着機能を利用し、太陽熱などの自然エネルギーやコジェネレーションシステム等における低温廃熱を有効活用する吸着式冷凍機やデシカント空調機が種々提案されている。屋内の暖房および加湿を行う場合は、簡単な構造の設備により太陽熱や廃熱、水を直接的に利用できるため、吸着式冷凍機は主に冷熱生成に利用され、デシカント空調機は主に除湿空気の生成に利用される。
【０００３】
吸着式冷凍機は、吸着材の吸着・脱着現象に付随して起こる相変化を利用して熱の汲み上げを行う吸着ヒートポンプであり、吸着材によって吸着質を吸着・脱着する吸着器と、吸着器における吸着操作に伴って吸着質の蒸発により冷熱を生成する蒸発器と、吸着器で脱着された吸着質の蒸気を凝縮させて蒸発器に供給する凝縮器とから主に構成される。吸着式冷凍機においては、補助動力を用いることなく、前述の低温廃熱などを回収して吸着材を加熱再生する（特許文献１参照）。
【０００４】
デシカント空調機は、水蒸気に対する吸着材の吸着・脱着機能を利用し、例えば、湿潤期に除湿を行う装置であり、除湿すべき空気を送風する一方の送風路および吸着材再生用の空気を送風する他方の送風路と、ハニカム構造体に吸着材を担持させて成り且つ両方の送風路に跨がって配置されたデシカントローターとから主に構成され、デシカントローターを回転させながら吸着材の吸着・脱着を繰り返し、一方の送風路で除湿空気を生成するようになされている。デシカント空調機においては、前述の低温廃熱などを吸着材の再生用脱着熱として利用できる（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０５３３１号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、吸着式冷凍機は、これを利用し、屋内全ての冷房を年間を通じて賄おうとすると、装置構成および付帯設備が大型化する。また、デシカント空調機は、これを利用し、屋内全ての除湿を年間を通じて賄おうとすると、吸着操作においてデシカントローターを冷却するための大きな冷熱原が必要であり、斯かる冷熱原として吸着式冷凍機を利用しようとすると、更に吸着式冷凍機が大型化する。しかも、吸着式冷凍機やデシカント空調機を併用するには、低質熱エネルギーと言えども、高温、高湿度の時期に限って大量に供給する必要があり、その設備も大掛かりなものとなる。
【０００７】
上記のような要因から、吸着式冷凍機やデシカント空調機は、実際、殆どの建物に適用できず、広く普及していない状況にある。従って、自然エネルギーや廃熱の有効利用を促進し、二酸化炭素を削減する観点からも、設備全体をできる限り小型化し、設備コストの低減を図り、更に安い運転コストで稼働させ得る改良されたシステムが望まれる。
【０００８】
本発明は、上記の実情に鑑みなされたものであり、その目的は、吸着材を利用して建物の空調を行う空調システムであって、設備全体を小型化でき、一層の省エネルギー化を図り得る空調システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明においては、冷房時に吸着式冷凍機で製造した冷水を低温空気生成用として空調機本体に供給し、また、除湿時に吸着式冷凍機で製造した冷水をデシカントローター冷却用としてデシカント空調機に供給し、低温空気、除湿空気により温度および湿度調節された空気を空調機本体から屋内に送風する。そして、吸着式冷凍機で製造される冷水の冷熱量に対し、空調に必要な冷熱量が大きくなる場合は、吸着式冷凍機とチリングユニットを併用し、デシカント空調機および空調機本体への冷水の供給量を増やすようにした。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨は、吸着材を利用して建物の空調を行う空調システムであって、温度および湿度調節された空気を屋内に送風する空調機本体と、除湿された空気を前記空調機本体に供給するデシカント空調機と、空気冷却用の冷水を前記空調機本体に供給し且つデシカントローター冷却用の冷水を前記デシカント空調機に供給する吸着式冷凍機およびチリングユニットと、これら吸着式冷凍機およびチリングユニットの稼働を制御する冷熱源制御装置とから主に構成され、当該冷熱源制御装置は、屋内における所要冷熱量が所定冷熱量以下の場合は前記吸着式冷凍機を稼働させ、屋内における所要冷熱量が前記所定冷熱量を超える場合は前記吸着式冷凍機および前記チリングユニットを稼働させる機能を備えていることを特徴とする空調システムに存する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の空調システムによれば、低温空気および除湿空気が大量に必要な状況において吸着式冷凍機に加えてチリングユニットを稼働させて冷水を製造するため、年間を通して日常的に必要な冷熱量に応じて吸着式冷凍機の仕様を設計でき、設備全体を小型化して設備コストを低減でき、しかも、運転コストも低減できる。そして、本発明によれば、空調機本体、デシカント空調機および吸着式冷凍機において自然エネルギーや廃熱を有効利用できるため、一層の省エネルギー化を図ることができ、二酸化炭素の削減に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る空調システムの主な装置構成および熱源としての水の循環を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る空調システムの実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の空調システムは、吸着材を利用して建物の空調を行う空調システムであり、図１に示すように、空調機本体１、デシカント空調機２、吸着式冷凍機３、チリングユニット４及び冷熱源制御装置５から主に構成される。本発明は、対象とする建物が特に限定されるものではなく、工場、大小の各種ビル、集合住宅など各種の建物に適用できる。図中の符号９は、空調対象としての工場の作業室を例示したものであるが、以下の説明においては、斯かる作業室を部屋９と言う。なお、以下の装置構成の説明では、送風機、ポンプ、弁類に関する説明を省略する。
【００１４】
空調機本体１は、デシカント空調機２、給気路６１を介して供給された外気に対し、冷却、加温、除湿または加湿を行い、温度および湿度調節された空調用の空気を上記の部屋９に送風路６２を通じて送風する装置であり、別途設けられたコントローラ（図示省略）を使用して制御される。
【００１５】
空調機本体１は、冷房用の低温空気を製造するための熱交換器１２及び１４を備えている。熱交換器１４は、デシカント空調機２から供給された外気を２３℃程度に予冷するコイル型熱交換器である。本発明においては、地下水の熱を有効活用するため、空調機本体１は、地下水を利用した熱交換井の熱交換器（図示省略）で製造される２０〜２５℃の冷水が空気冷却用として冷却水往路８３ａ及び冷却水復路８３ｂを通じて熱交換器１４に循環供給されるように構成されている。また、熱交換器１２は、デシカント空調機２から供給され且つ熱交換器１４で予冷された外気を更に１１〜１５℃まで冷却するコイル型熱交換器であり、吸着式冷凍機３及びチリングユニット４で製造された７℃程度の冷水が空気冷却用として冷水往路７４及び冷水復路７５を通じて循環供給されるように構成されている。
【００１６】
更に、空調機本体１は、暖房用の高温空気を製造するための熱交換器１３を備えている。熱交換器１３は、デシカント空調機２から供給される上記の外気を例えば２２〜３０℃の温度に加温するコイル型熱交換器である。本発明においては、太陽熱を有効活用するため、熱交換器１３は、屋外に設置された太陽熱温水パネル装置（図示省略）で製造される７０℃程度の温水が空気加温用として温水往路８０ａ及び温水復路８０ｂを通じて循環供給されるように構成されている。
【００１７】
熱交換器１３の熱源としては、廃棄される低質熱エネルギーを有効活用する観点から、例えば工場から排出される廃熱を使用することもできる。すなわち、斯かる態様において、空調機本体１は、廃熱を利用して熱交換器（図示省略）で製造された７０℃程度の温水が空気加温用として温水往路８０ａ及び温水復路８０ｂを通じて循環供給されるように構成されている。
【００１８】
また、空調機本体１には、乾燥期などに加湿空気を製造するため、空調機本体１から送風される空気に対して、水を噴霧または水蒸気を放出する加湿器１６が付設されている。水噴霧式の加湿器１６は、別途供給された水を噴霧ノズルから直接ミストとして噴霧する加湿器であり、また、水蒸気式の加湿器１６は、ボイラーで生成され且つ不純物が除去された蒸気を直接使用する加湿器、もしくは、純水製造機で得られた水を前記の蒸気で更に気化させて使用する加湿器である。
【００１９】
上記のデシカント空調機２は、外気を導入して除湿を行い、除湿された空気を空調機本体１に給気路６１を通じて供給すると共に、排気路６３を通じて部屋９の空気を回収する装置である。デシカント空調機２は、通気用セルが両端面に開口する円柱状のハニカム構造体に吸着材を担持させたデシカントローター２１と、除湿すべき空気をデシカントローター２１の例えば半円部に通過させる一方の送風路（図において下側の送風路）と、吸着材再生用の空気をデシカントローター２１の例えば他の半円部に通過させる他方の送風路（図において上側の送風路）とから主に構成されている。そして、デシカントローター２１を回転させながら、一方の送風路に流れる空気を冷却し且つ当該空気から吸着材に水蒸気を吸着させることにより除湿空気を生成し、他方の送風路を流れる昇温された空気により吸着材から水蒸気を脱着することにより吸着材を再生する様になされている。
【００２０】
デシカント空調機２は、吸着操作の際にデシカントローター２１を冷却するため、上記の一方の送風路（外気の導入路）のデシカントローター２１よりも送風方向上流側に熱交換器２２及び２４を備えている。熱交換器２４は、屋外から導入された外気を２３℃程度に予冷するコイル型熱交換器であり、前述の空調機本体１の熱交換器１４と同様のものである。すなわち、本発明においては、地下水の熱を有効活用するため、デシカント空調機２は、地下水を利用した熱交換井の熱交換器（図示省略）で製造される２０〜２５℃の冷水がデシカントローター２１の冷却用として冷却水往路８４ａ及び冷却水復路８４ｂを通じて熱交換器２４に循環供給されるように構成されている。また、熱交換器２２は、屋外から導入され且つ熱交換器２４で予冷された外気を更に１１℃程度まで冷却するコイル型熱交換器であり、吸着式冷凍機３及びチリングユニット４で製造された７℃程度の冷水がデシカントローター２１の冷却用として冷水往路７３及び冷水復路７６を通じて循環供給されるように構成されている。
【００２１】
また、デシカント空調機２は、脱着操作の際にデシカントローター２１を加熱するため、上記の他方の送風路（排気路）のデシカントローター２１よりも送風方向上流側に熱交換器２３を備えている。熱交換器２３は、排気路６３を通じて部屋９から排気された空気を６０℃程度に加熱するコイル型熱交換器であり、前述の熱交換器１３と同様のものである。すなわち、本発明においては、太陽熱を有効活用するため、デシカント空調機２は、屋外に設置された太陽熱温水パネル装置（図示省略）で製造される７０℃程度の温水がデシカントローター２１の加熱用として温水往路８１ａ及び温水復路８１ｂを通じて熱交換器２３に循環供給されるように構成されている。
【００２２】
更に、熱交換器２３の熱源としては、廃棄される低質熱エネルギーを有効活用する観点から、空調機本体１の熱交換器１３と同様に、例えば工場から排出される廃熱を使用してもよい。すなわち、斯かる態様において、デシカント空調機２は、廃熱を利用して熱交換器（図示省略）で製造された７０℃程度の温水がデシカントローター２１の加熱用として温水往路８１ａ及び温水復路８１ｂを通じて熱交換器２３に循環供給されるように構成されている。
【００２３】
また、デシカント空調機２は、部屋９から排気される空気の熱の一部を回収し、一層の省エネルギー化を図るため、前述の給気路６１及び排気路６３の接続部分近傍に顕熱交換器２５を備えている。顕熱交換器２５は、デシカント空調機２の一方の送風路（図において下側の送風路）と他方の送風路（図において上側の送風路）に跨がって配置され且つ導入する外気と排出する部屋９の空気との間で熱交換するいわゆる熱交換素子である。
【００２４】
顕熱交換器２５は、それ自体の温度と接触する空気の温度との差により、当該顕熱交換器を通過する空気との間で熱を授受する機器であり、アルミニウム合金などの熱伝導性に優れた材料によって構成され且つ空気との接触面積の大きな構造を備えている。例えば、顕熱交換器２５は、アルミニウム合金などから成る平板と波板を積層し且つ上下の波板の溝の方向を交互に直交させ、そして、一方向に並ぶ波板の溝には上記の一方の送風路の空気だけが流れ、他の一方向に並ぶ波板の溝には上記の他方の送風路の空気だけが流れるように流路構成されている。
【００２５】
上記の吸着式冷凍機３は、空気冷却用の冷水を空調機本体１に供給し且つデシカントローター２１の冷却用の冷水をデシカント空調機２に供給する装置である。吸着式冷凍機３は、いわゆる吸着ヒートポンプであり、吸着熱を放出しつつ吸着材に吸着質を吸着する操作、および、外部の温熱により吸着材から吸着質を脱着する操作を各ずれた周期で繰り返す２基以上の吸着器と、吸着質の蒸発により得られた冷熱を外部へ取り出すと共に、発生した吸着質の蒸気が前記の吸着器に回収される蒸発器と、前記の吸着器で脱着された吸着質の蒸気を外部の冷熱により凝縮させると共に、凝縮した吸着質を前記の蒸発器に供給する凝縮器とを備えている。
【００２６】
吸着式冷凍機３においては、吸着材の吸着操作の際に吸着器を冷却するため、吸着器は、前述のデシカント空調機２の熱交換器２４と同様に、地下水の熱で冷却可能に構成されている。すなわち、本発明においては、地下水の熱を有効活用するため、吸着式冷凍機３は、地下水を利用した熱交換井の熱交換器（図示省略）で製造される２０〜２５℃の冷水が吸着器冷却用として冷却水往路８５ａ及び冷却水復路８５ｂを通じて循環供給されるように構成されている。更に、図示しないが、吸着式冷凍機３においては、脱着された吸着質を凝縮するため、冷却水往路８５ａ及び冷却水復路８５ｂを分岐させることにより、凝縮器が吸着器と同様に地下水の熱で冷却可能に構成されている。
【００２７】
更に、吸着式冷凍機３においては、吸着材の吸着操作の際に吸着器を加熱するため、吸着器は、制御弁（図示省略）の切替操作により、冷却水往路８５ａ及び冷却水復路８５ｂを遮断し、かつ、前述のデシカント空調機２の熱交換器２３と同様に、太陽熱を活用して吸着器を加熱可能に構成されている。すなわち、本発明において、吸着式冷凍機３は、屋外に設置された太陽熱温水パネル装置（図示省略）で製造された７０℃程度の温水が吸着器再生用として温水往路８２ａ及び温水復路８２ｂを通じて吸着器に循環供給されるように構成されている。
【００２８】
また、吸着材の吸着操作の際の熱源としては、廃棄される低質熱エネルギーを有効活用する観点から、デシカント空調機２の熱交換器２３と同様に、例えば工場から排出される廃熱を使用してもよい。すなわち、斯かる態様において、吸着式冷凍機３は、廃熱を利用して熱交換器（図示省略）で製造された７０℃程度の温水が吸着器の加熱用として温水往路８２ａ及び温水復路８２ｂを通じて吸着器に循環供給されるように構成されている。
【００２９】
本発明の空調システムでは、吸着式冷凍機３で得られる冷熱を冷水として取り出し、これを空調機本体１及びデシカント空調機２に供給するようになされている。具体的には、吸着式冷凍機３の蒸発器に設けられた熱交換器から冷水往路７１、ヘッダー７ａ、冷水往路７３を通じてデシカント空調機２の熱交換器２２に７℃程度の冷水を供給し、冷水復路７６、ヘッダー７ｂ、冷水復路７７を通じて吸着式冷凍機３の蒸発器の熱交換器に冷水が還流されるように構成されており、また、前記の冷水往路７３から分岐する冷水往路７４を通じて空調機本体１の熱交換器１２に同様の温度の冷水を供給し、冷水復路７５を通じて前記の冷水復路７６に還流されるように構成されている。
【００３０】
因に、前述のデシカント空調機２のデシカントローター２１に使用される吸着材、および、上記の吸着式冷凍機３の吸着器に充填される吸着材としては、各種のシリカゲルやゼオライトを使用可能であるが、比較的高い温度条件下で装置が作動するように、低い相対湿度でも吸着質を吸着し、また、装置の小型化が図れるように、吸脱着量が十分に大きく、しかも、低温熱源で再生し得るように、脱着温度が低いものが好ましい。斯かる吸着材としては、例えば、骨格構造にＡｌ及びＰを有するアルミノフォスフェート類や骨格構造にＡｌ、Ｐ及びＦｅを有するアルミノフォスフェート類が挙げられる。なお、吸着式冷凍機３においては、通常、吸着質として水が使用される。
【００３１】
本発明においては、一時的に生じる大きな冷凍負荷を補うため、上記の吸着式冷凍機３に加え、チリングユニット４が設けられる。チリングユニット４は、吸着式冷凍機３と同様に、空気冷却用の冷水を空調機本体１に供給し且つデシカントローター２１の冷却用の冷水をデシカント空調機２に供給する装置である。斯かるチリングユニット４としては、装置の小型化を図るため、空冷式のものが使用される。
【００３２】
空冷式のチリングユニット４は、圧縮機によって凝縮器と蒸発器との間で冷媒を循環させる蒸気圧縮冷凍機（ヒートポンプ）を使用し、水と空気との間で熱交換を行って冷水を製造する冷水製造機である。周知の通り、蒸気圧縮冷凍機においては、気体の冷媒を圧縮機で圧縮し、凝縮器で空気との熱交換により冷却、液化し、膨張弁で断熱膨張させ且つ蒸発器で低温で気化させることにより、気化熱によって水を冷却する。圧縮機の駆動源としては、通常は電動機が使用されるが、工場などの大規模な施設では、ガスエンジン、ガスタービンエンジン、蒸気タービンも使用できる。
【００３３】
本発明の空調システムでは、チリングユニット４で得られた冷水を空調機本体１及びデシカント空調機２に供給するようになされている。具体的には、チリングユニット４の蒸発器から冷水往路７２、ヘッダー７ａ、冷水往路７３を通じてデシカント空調機２の熱交換器２２に７℃程度の冷水を供給し、冷水復路７６、ヘッダー７ｂ、冷水復路７８を通じてチリングユニット４の蒸発器に冷水が還流されるように構成されており、また、前記の冷水往路７３から分岐する冷水往路７４を通じて空調機本体１の熱交換器１２に同様の温度の冷水を供給し、冷水復路７５を通じて前記の冷水復路７６に還流されるように構成されている。
【００３４】
本発明の空調システムにおいては、装置構成をできる限り小型化し且つ効率的に運転して省エネルギー化を図るため、上記の吸着式冷凍機３及びチリングユニット４の稼働を制御する冷熱源制御装置５が備えられている。斯かる冷熱源制御装置５は、予め制御プログラムが書き込まれたコンピュータやプログラマブルコントローラ等の演算手段、機器類の作動を制御する制御回路などから構成されており、屋内における所要冷熱量が所定冷熱量以下の場合は吸着式冷凍機３を稼働させ、屋内における所要冷熱量が前記の所定冷熱量を超える場合は吸着式冷凍機３及びチリングユニット４の両方を稼働させる機能を備えている。
【００３５】
本発明において、吸着式冷凍機３とチリングユニット４の稼働基準となる上記の所定冷熱量とは、システム全体の設計冷熱量、換言すれば、設計条件として予め見込まれた必要最大冷熱量を言う。本発明においては、装置の小型化と省エネルギー化のため、上記の所定冷熱量が設計冷熱量の２５〜３５％、好ましくは３０％に設定されている。
【００３６】
吸着式冷凍機３とチリングユニット４の稼働基準となる所定冷熱量を上記の値に設定する理由は次の通りである。すなわち、年間を通じて冷房が要求される期間においては、平均的な冷凍負荷に対し、大幅に冷凍負荷が増大する時間が比較的短いため、日常の冷凍能力としては、平均的な冷凍負荷に対応し得るだけの能力があれば足りる。一方、最大の冷凍負荷、例えば平均的な冷凍負荷の３倍の負荷を吸着式冷凍機３だけで処理しようとすると、吸着式冷凍機３及びその附帯設備を日常必要とされる規模の３倍の規模に設計しなければならず、初期の設備費のみならず、日常の運転コストも増大し、しかも、装置の占有面積が極めて大きくなる。
【００３７】
そこで、本発明においては、吸着式冷凍機３のバックアップとしてチリングユニット４を配置し、吸着式冷凍機３とチリングユニット４の稼働基準を上記の値に設定することにより、設備規模を最小限に抑え且つ最も効率的な運転を可能にしている。なお、上記の稼働基準は、建物の構造や用途によって具体的な値に違いはあるが、統計的な知見と種々の検討を重ねた結果、一般化できる基準として見出されたものである。
【００３８】
吸着式冷凍機３及びチリングユニット４は、これらを循環する冷水の熱量変化を演算することにより、稼働を制御することができる。具体的には、本発明の空調システムにおいては、吸着式冷凍機３及びチリングユニット４から空調機本体１及びデシカント空調機２へ至る冷水往路７３に水温検出用の温度センサー５２が設けられ、空調機本体１及びデシカント空調機２から吸着式冷凍機３及びチリングユニット４に至る冷水復路７６に流量計５１及び温度センサー５３が設けられている。そして、冷熱源制御装置５は、吸着式冷凍機３又はチリングユニット４と、空調機本体１又はデシカント空調機２との間を往還する冷水、換言すれば、上記の冷水往路７３及び冷水復路７６の冷水流量、温度差（冷水還温度と冷水往温度の差）に基づいて、屋内における所要冷熱量を演算する機能を備えている。なお、冷熱源制御装置５における上記の演算処理においては、以下のような関係式に基づいて所要冷熱量（必要な冷熱量）を演算する。
【００３９】
【数１】
【００４０】
本発明の空調システムにおいては、概略、次のように各装置を稼働させて建物の空調を行う。先ず、部屋９の冷房を行う場合は、空調機本体１及びデシカント空調機２を稼働させ、デシカント空調機２で導入した外気を給気路６１を通じて空調機本体１に供給し、空調機本体１から送風路６２を通じて部屋９に送風する。空調機本体１においては、地下水を熱源と得られた冷水を冷却水往路８３ａ及び冷却水復路８３ｂを通じて空調機本体１の熱交換器１４に循環させ、２３℃程度の低温空気を生成する。
【００４１】
更に、部屋９に対する冷房が不足している場合には、吸着式冷凍機３を稼働させ、当該吸着式冷凍機で製造された冷水を冷水往路７１、７３、７４及び冷水復路７５、７６、７７を通じて空調機本体１の熱交換器１２に循環させ、上記の低温空気を更に冷却して１１〜２３℃の低温空気を生成する。その際、吸着式冷凍機３においては、地下水を熱源と得られた冷水を吸着工程の吸着器ならびに凝縮器に冷却水往路８５ａ及び冷却水復路８５ｂを通じて循環させ、また、太陽熱温水パネル装置で製造された温水または廃熱を利用して製造された温水を脱着工程の吸着器に温水往路８２ａ及び温水復路８２ｂを通じて循環させることにより、蒸発器に設けられた熱交換器で冷水を製造する。
【００４２】
また、部屋９の除湿を行う場合は、デシカント空調機２のデシカントローター２１を駆動させると共に、地下水を熱源として得られた上記の冷水をデシカント空調機２の熱交換器２４に冷却水往路８４ａ及び冷却水復路８４ｂを通じて循環させることにより、デシカント空調機２に導入された外気を予冷し、更に、吸着式冷凍機３で製造された前述の冷水を熱交換器２２に上記の冷水往路７３及び冷水復路７６を通じて循環させることにより、前記の外気を更に冷却し、そして、デシカントローター２１により除湿して例えば部屋９において湿度２８〜４０％の除湿空気を生成する。また、デシカント空調機２においては、太陽熱温水パネル装置で製造された温水または廃熱を利用して製造された温水を熱交換器２３に温水往路８１ａ及び温水復路８１ｂを通じて循環させることにより、デシカントローター２１の吸着材を再生する。
【００４３】
一方、部屋９の暖房を行う場合は、太陽熱温水パネル装置で製造された温水または廃熱を利用して製造された温水を空調機本体１の熱交換器１３に温水往路８０ａ及び温水復路８０ｂを通じて循環させ、デシカント空調機２から供給される空気を加温して例えば２２〜３０℃の高温空気を生成する。更に、加湿が必要な場合には、空調機本体１において加湿器１６を作動させ、空調機本体１から供給される空気を加湿し、例えば部屋９において湿度２８〜４０％に調節する。なお、デシカント空調機２に設けられた顕熱交換器２５により、部屋９の排出空気と外気との間で熱交換し、排出空気の温熱または冷熱の一部を回収することができる。
【００４４】
本発明の空調システムにおいては、上記のように、冷房時に吸着式冷凍機３で製造した冷水を低温空気生成用として空調機本体１に供給し、また、除湿時に吸着式冷凍機３で製造した冷水をデシカントローター２１の冷却用としてデシカント空調機２に供給し、低温空気、除湿空気により温度および湿度調節された空気を空調機本体１から部屋９に送風する。その際、吸着式冷凍機３で製造される冷水の冷熱量が、空調に必要な冷熱量よりも大きくなる場合は、吸着式冷凍機３に加え、更にチリングユニット４を稼働させることにより、空調機本体１及びデシカント空調機２への冷水の供給量を増やす。
【００４５】
具体的には、冷水往路７３に設けられた温度センサー５２により、空調機本体１又はデシカント空調機２に供給される冷水の温度を検出し、冷水復路７６に設けられた流量計５１及び温度センサー５３により、吸着式冷凍機３に還流される冷水の流量および温度を検出し、冷熱源制御装置５により、現在の冷凍負荷、換言すれば、屋内全体で必要とされる冷熱量を演算する。そして、所要冷熱量が所定冷熱量以下の場合、すなわち、所要冷熱量が設計冷熱量の例えば３０％以下の場合は、冷熱源制御装置５の制御により吸着式冷凍機３だけを稼働させ、また、所要冷熱量が所定冷熱量を超える場合、すなわち、所要冷熱量が設計冷熱量の例えば３０％を超える場合は、吸着式冷凍機３及びチリングユニット４の両方を稼働させる。これにより、チリングユニット４で冷水を更に製造し、冷水往路７４及び冷水復路７８を通じ、冷水往路７３及び冷水復路７６に流れる冷水の流量を増加させることが出来る。
【００４６】
上記のように、本発明の空調システムにおいては、低温空気および除湿空気が大量に必要な状況において吸着式冷凍機３に加えてチリングユニット４を稼働させて冷水を製造するため、年間を通して日常的に必要な冷熱量に応じて吸着式冷凍機３の仕様を設計でき、設備全体を小型化して設備コストを低減でき、しかも、運転コストを低減できる。更に、空調機本体１、デシカント空調機２及び吸着式冷凍機３の冷熱源として地下水の熱を利用でき、また、温熱源として太陽熱や廃熱を利用できるため、一層の省エネルギー化を図ることができ、二酸化炭素の削減に寄与できる。
【符号の説明】
【００４７】
１ ：空調機本体
１２ ：熱交換器
１３ ：熱交換器
１４ ：熱交換器
１６ ：加湿器
２ ：デシカント空調機
２１ ：デシカントローター
２２ ：熱交換器
２３ ：熱交換器
２４ ：熱交換器
２５ ：顕熱交換器
３ ：吸着式冷凍機
４ ：チリングユニット
５ ：冷熱源制御装置
５１ ：流量計
５２ ：温度センサー
５３ ：温度センサー
６１ ：給気路
６２ ：送風路
６３ ：排気路
７１ ：冷水往路
７２ ：冷水往路
７３ ：冷水往路
７４ ：冷水往路
８０ａ：温水往路
８１ａ：温水往路
８２ａ：温水往路
８３ａ：冷却水往路
８４ａ：冷却水往路
８５ａ：冷却水往路
９ ：部屋
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着材を利用して建物の空調を行う空調システムであって、温度および湿度調節された空気を屋内に送風する空調機本体と、除湿された空気を前記空調機本体に供給するデシカント空調機と、空気冷却用の冷水を前記空調機本体に供給し且つデシカントローター冷却用の冷水を前記デシカント空調機に供給する吸着式冷凍機およびチリングユニットと、これら吸着式冷凍機およびチリングユニットの稼働を制御する冷熱源制御装置とから主に構成され、当該冷熱源制御装置は、屋内における所要冷熱量が所定冷熱量以下の場合は前記吸着式冷凍機を稼働させ、屋内における所要冷熱量が前記所定冷熱量を超える場合は前記吸着式冷凍機および前記チリングユニットを稼働させる機能を備えていることを特徴とする空調システム。
【請求項２】
吸着式冷凍機とチリングユニットの稼働基準となる所定冷熱量が、設計冷熱量の２５〜３５％に設定されている請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
冷熱源制御装置は、吸着式冷凍機またはチリングユニットと、空調機本体またはデシカント空調機との間を往還する冷水の流量、温度差に基づいて、屋内における所要冷熱量を演算する機能を備えている請求項１又は２に記載の空調システム。
【請求項４】
空調機本体は、地下水を利用して熱交換器で製造された冷水が空気冷却用として供給されるように構成されている請求項１〜３の何れかに記載の空調システム。
【請求項５】
空調機本体は、太陽熱温水パネル装置で製造された温水が空気加温用として供給されるように構成されている請求項１〜４の何れかに記載の空調システム。
【請求項６】
空調機本体は、廃熱を利用して熱交換器で製造された温水が空気加温用として供給されるように構成されている請求項１〜４の何れかに記載の空調システム。
【請求項７】
空調機本体には、水を噴霧または水蒸気を放出する加湿器が付設されている請求項１〜６の何れかに記載の空調システム。
【請求項８】
デシカント空調機は、地下水を利用して熱交換器で製造された冷水がデシカントローター冷却用として供給されるように構成されている請求項１〜７の何れかに記載の空調システム。
【請求項９】
デシカント空調機は、太陽熱温水パネル装置で製造された温水がデシカントローター加熱用として供給されるように構成されている請求項１〜８の何れかに記載の空調システム。
【請求項１０】
デシカント空調機は、廃熱を利用して熱交換器で製造された温水がデシカントローター加熱用として供給されるように構成されている請求項１〜８の何れかに記載の空調システム。
【請求項１１】
吸着式冷凍機は、地下水を利用して熱交換器で製造された冷水が吸着器冷却用として供給されるように構成されている請求項１〜１０の何れかに記載の空調システム。
【請求項１２】
吸着式冷凍機は、太陽熱温水パネル装置で製造された温水が吸着器再生用として供給されるように構成されている請求項１〜１１の何れかに記載の空調システム。
【請求項１３】
吸着式冷凍機は、廃熱を利用して熱交換器で製造された温水が吸着器加熱用として供給されるように構成されている請求項１〜１１の何れかに記載の空調システム。
【請求項１】
吸着材を利用して建物の空調を行う空調システムであって、温度および湿度調節された空気を屋内に送風する空調機本体と、除湿された空気を前記空調機本体に供給するデシカント空調機と、空気冷却用の冷水を前記空調機本体に供給し且つデシカントローター冷却用の冷水を前記デシカント空調機に供給する吸着式冷凍機およびチリングユニットと、これら吸着式冷凍機およびチリングユニットの稼働を制御する冷熱源制御装置とから主に構成され、当該冷熱源制御装置は、屋内における所要冷熱量が所定冷熱量以下の場合は前記吸着式冷凍機を稼働させ、屋内における所要冷熱量が前記所定冷熱量を超える場合は前記吸着式冷凍機および前記チリングユニットを稼働させる機能を備えていることを特徴とする空調システム。
【請求項２】
吸着式冷凍機とチリングユニットの稼働基準となる所定冷熱量が、設計冷熱量の２５〜３５％に設定されている請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
冷熱源制御装置は、吸着式冷凍機またはチリングユニットと、空調機本体またはデシカント空調機との間を往還する冷水の流量、温度差に基づいて、屋内における所要冷熱量を演算する機能を備えている請求項１又は２に記載の空調システム。
【請求項４】
空調機本体は、地下水を利用して熱交換器で製造された冷水が空気冷却用として供給されるように構成されている請求項１〜３の何れかに記載の空調システム。
【請求項５】
空調機本体は、太陽熱温水パネル装置で製造された温水が空気加温用として供給されるように構成されている請求項１〜４の何れかに記載の空調システム。
【請求項６】
空調機本体は、廃熱を利用して熱交換器で製造された温水が空気加温用として供給されるように構成されている請求項１〜４の何れかに記載の空調システム。
【請求項７】
空調機本体には、水を噴霧または水蒸気を放出する加湿器が付設されている請求項１〜６の何れかに記載の空調システム。
【請求項８】
デシカント空調機は、地下水を利用して熱交換器で製造された冷水がデシカントローター冷却用として供給されるように構成されている請求項１〜７の何れかに記載の空調システム。
【請求項９】
デシカント空調機は、太陽熱温水パネル装置で製造された温水がデシカントローター加熱用として供給されるように構成されている請求項１〜８の何れかに記載の空調システム。
【請求項１０】
デシカント空調機は、廃熱を利用して熱交換器で製造された温水がデシカントローター加熱用として供給されるように構成されている請求項１〜８の何れかに記載の空調システム。
【請求項１１】
吸着式冷凍機は、地下水を利用して熱交換器で製造された冷水が吸着器冷却用として供給されるように構成されている請求項１〜１０の何れかに記載の空調システム。
【請求項１２】
吸着式冷凍機は、太陽熱温水パネル装置で製造された温水が吸着器再生用として供給されるように構成されている請求項１〜１１の何れかに記載の空調システム。
【請求項１３】
吸着式冷凍機は、廃熱を利用して熱交換器で製造された温水が吸着器加熱用として供給されるように構成されている請求項１〜１１の何れかに記載の空調システム。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２０８８２８（Ｐ２０１１−２０８８２８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４６４６（Ｐ２０１０−７４６４６）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００１７６７６３）三菱化学エンジニアリング株式会社 (85)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００１７６７６３）三菱化学エンジニアリング株式会社 (85)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]