特許 6188438 空調装置、及びその運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6188438

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】空調装置、及びその運転方法

(51)【国際特許分類】

   F24F 3/147 20060101AFI20170821BHJP

【ＦＩ】

   F24F3/147

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-125766(P2013-125766)

(22)【出願日】2013年6月14日

(65)【公開番号】特開2015-1334(P2015-1334A)

(43)【公開日】2015年1月5日

【審査請求日】2016年6月13日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 掲載年月日 平成２５年５月２２日 掲載資料名 第５０回日本伝熱シンポジウム講演論文集（電子版） 掲載アドレス ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｆｓ．ｔｏｈｏｋｕ．ａｃ．ｊｐ／￣ｍａｒｕ／ｎｈｔｓ２０１３／ｐｄｆｓ／Ｆ１１１．ｐｄｆ 〔刊行物等〕 集会名 第５０回日本伝熱シンポジウム 開催場所 ウェスティンホテル仙台および仙台トラストシティ（宮城県仙台市青葉区一番町１−９−１） 開催日 平成２５年５月２９日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100107308

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 修一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100120352

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100128901

【弁理士】

【氏名又は名称】東 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】岸本 章

(72)【発明者】

【氏名】久角 喜徳

(72)【発明者】

【氏名】後藤 稔

(72)【発明者】

【氏名】堀 司

【審査官】 ▲高▼藤 啓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−００４２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２８３４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０５４９３６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−２５７５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１１１０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９０９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３２４９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２１０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２７６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４７２９７７４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ ３／１４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気が通流する吸湿部と再生部との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、
前記ロータ部の前記再生部を通過する前の空気を外部から導かれる熱媒により加熱する第１加熱器とを備え、
空気を、前記ロータ部の前記吸湿部を通過した後の空気と熱交換させる熱交換器と、前記第１加熱器と、前記ロータ部の前記再生部とに通過させ空調用空気として供給する加湿暖房運転を実行可能な空調装置であって、
空気を加湿する第１加湿器と、
前記ロータ部の前記吸湿部を通過した後の空気を、前記第１加熱器を通過した後の熱媒により加熱する第２加熱器と、
空気を前記ロータ部の前記吸湿部と前記第２加熱器と前記熱交換器とに記載順に通過させる第１空調流路と、空気を前記第１加湿器と前記熱交換器と前記第１加熱器と前記ロータ部の前記再生部とに記載順に通過させる第２空調流路とを備え、
前記第２空調流路を通流した空気を空調用空気として供給すると共に前記第１空調流路を通流した空気を排気として排出する加湿暖房運転を実行可能に構成されている空調装置。

【請求項2】

前記第１空調流路を通過した空気を空調用空気として供給すると共に前記第２空調流路を通過した空気を排気として排出する除湿冷房運転と、前記加湿暖房運転とを択一的に切り換える運転切替手段を備える請求項１に記載の空調装置。

【請求項3】

前記第１空調流路は、前記第２加熱器をバイパスするバイパス路を備え、
前記第２加熱器をバイパスするバイパス路に空気を通流させるバイパス状態と、前記第２加熱器を通過する非バイパス状態とを択一的に切り換える通流状態切替手段を備え、
前記通流状態切替手段は、前記除湿冷房運転時に前記バイパス状態に切り換え、前記加湿暖房運転時に前記非バイパス状態に切り換える請求項２に記載の空調装置。

【請求項4】

前記第１加湿器とは別に空気を加湿する第２加湿器を備え、
前記除湿冷房運転時に、前記第１空調流路を通過した後の空気を前記第２加湿器にて加湿冷却する請求項２又は３に記載の空調装置。

【請求項5】

前記熱交換器が、前記第１空調流路を通流する空気と前記第２空調流路を通流する空気とを対向流で熱交換させる対向流型熱交換器である請求項１〜４の何れか一項に記載の空調装置。

【請求項6】

請求項１〜５の何れか一項に記載の空調装置において、
前記第１加熱器に導かれる熱媒の温度を、前記第２空調流路で前記第１加熱器を通過する空気の温度よりも高く設定すると共に、前記第２加熱器に導かれる熱媒の温度を、前記第１空調流路で前記第２加熱器を通過する空気の温度よりも高く設定する空調装置の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気が通流する吸湿部と再生部との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、前記ロータ部の前記再生部を通過する前の空気を外部から導かれる熱媒により加熱する第１加熱器とを備え、空気を、前記ロータ部の前記吸湿部を通過した後の空気と熱交換させる熱交換器と、前記第１加熱器と、前記ロータ部の前記再生部とに通過させ空調用空気として供給する加湿暖房運転を実行可能な空調装置に関する。

【背景技術】

【0002】

今日、震災以降の慢性的な電力不足から節電技術に対する要望が高まっている。特に、空調装置の消費電力は、夏季及び冬季において電力需要のピークを押し上げる主要因となっているため、その消費電力を低減する技術の開発が強く望まれている。
この現状に対し、住宅建築においては高気密高断熱仕様とすることで、空調負荷低減を図っており、このような住宅は建築基準法により２４時間換気できる仕様が義務付けられている。このような２４時間換気において、空調負荷低減を図る目的で、従来の換気扇に代わり、室外空気と室内空気とを熱交換させる熱交換器を設けると共に、熱交換後の室外空気を空調用空気として室内へ供給する換気空調装置がある。
当該換気空調装置の一例として、図８に示すように、空気が通流する吸湿部１０ｂと再生部１０ａとの間で通気性吸湿体からなるデシカントロータ１１を回転駆動させて当該空気の吸湿及び加湿を行うロータ部１０と、当該ロータ部１０の再生部１０ａを通過する前の空気を外部から導かれる熱媒により加熱する加熱器２５と、空気を加湿する加湿器２４と、室外空気と室内空気とを熱交換させる熱交換器２３と、これらの各空調機器に対する空気の流れを加湿暖房運転時と除湿冷房運転時とで切り換える四方切替弁３１、３２とを備えたものが知られている（特許文献１を参照）。
当該特許文献１に開示の空調装置は、その加熱器２５にガスエンジンや燃料電池等のコジェネレーションシステムの排熱を回収した熱媒が導かれ、当該熱媒と空気との熱交換器により、空気を加熱するように構成され、加熱された空気が、ロータ部１０の再生部１０ａに導かれデシカントロータ１１を再生する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−１８９３０１号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に開示の空調装置にあっては、特に、冬季において、コジェネレーションシステムの熱が給湯や床暖房等に利用されることが多くなり、加熱器２３に導かれる熱媒の保有する熱が不足するという課題がある。
尚、加熱器２３で熱不足が生じる他の要因としては、加熱器２３での熱媒と空気との温端温度差に起因するエクセルギーの損失が大きいことが挙げられる。
ここで、エクセルギーとは、ある系から仕事として取り出せるエネルギーのことであり、エクセルギー損失とは、当該仕事を取り出す際に、エントロピーの増大により伝熱や燃焼などの過程において必ず発生する有効仕事に変換できないエネルギーのことをいう。

【0005】

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来にない空調回路構成を採用することにより、特に、冬季で熱不足が発生する状況（冬季に空調に使用できる熱が限定される状況）であっても、エクセルギー損失の低減を図ることができながら、実用に耐え得る加湿暖房運転を実行可能な空調装置を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための空調装置は、
空気が通流する吸湿部と再生部との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、
前記ロータ部の前記再生部を通過する前の空気を外部から導かれる熱媒により加熱する第１加熱器とを備え、
空気を、前記ロータ部の前記吸湿部を通過した後の空気と熱交換させる熱交換器と、前記第１加熱器と、前記ロータ部の前記再生部とに通過させ空調用空気として供給する加湿暖房運転を実行可能な空調装置であって、その特徴構成は、
空気を加湿する第１加湿器と、
前記ロータ部の前記吸湿部を通過した後の空気を、前記第１加熱器を通過した後の熱媒により加熱する第２加熱器と、
空気を前記ロータ部の前記吸湿部と前記第２加熱器と前記熱交換器とに記載順に通過させる第１空調流路と、空気を前記第１加湿器と前記熱交換器と前記第１加熱器と前記ロータ部の前記再生部とに記載順に通過させる第２空調流路とを備え、
前記第２空調流路を通流した空気を空調用空気として供給すると共に前記第１空調流路を通流した空気を排気として排出する加湿暖房運転を実行可能に構成されている点にある。

【0007】

上記特徴構成によれば、第１加熱器に加えて、第１空調流路を通流する空気を、第１加熱器を通過した後の熱媒により加熱する第２加熱器を備えているから、第２加熱器では、第１空調流路を通流する空気が熱媒の保有する熱を回収することにより、当該熱は、その下流側の熱交換器にて第２空調流路を通流する空気に伝熱される。そして、このように加熱された当該第２空調流路を通流する空気が、さらに第１加熱器にてさらに加熱されて、当該第２空調流路を流れる空気が保有する熱が、ロータ部の再生部の再生の用に供されることとなる。つまり、熱媒（外部から空調装置内に導入され、系外から熱を供給する熱媒）の側からみると、その保有する熱が、第１加熱器に加えて、第２加熱器でも回収（利用）されることとなり、当該回収（利用）された熱が、第２空調流路を通流する空気に伝達され、デシカントロータの再生の用に供される。結果、熱媒が系外に捨てる熱、即ち、利用されることなく系の外部へ放熱される熱の量を低減でき、エクセルギー損失の低減を図ることができる。
一方、第１加熱器での空気と熱媒との熱交換に着目すると、第１加熱器における熱媒と空調用空気との温端温度差を低減して、エクセルギー損失を低減することができる。結果、冬季で熱媒の保有する熱が不足する場合であっても、適切に加湿暖房運転を実行することができる。
尚、熱媒の保有する熱不足が生じていない状況にあっては、熱媒の流量を低減することができ、この場合でも、エクセルギー損失の低減を図ることができる。
以上より、デシカントロータを用いた空調装置において、新たな回路構成を採用することにより、エクセルギー損失を低減できると共に、特に、冬季で熱不足が発生する状況であっても、実用に耐える加熱暖房運転を実行可能な空調装置を実現できる。

【0008】

本発明の空調装置の更なる特徴構成は、
前記第１空調流路を通過した空気を空調用空気として供給すると共に前記第２空調流路を通過した空気を排気として排出する除湿冷房運転と、前記加湿暖房運転とを択一的に切り換える運転切替手段を備える点にある。

【0009】

上記特徴構成によれば、除湿冷房運転をも実行することができ、運転切替手段により、除湿冷房運転と加湿暖房運転とを択一的に切り換えて、年間を通じて適切な空調を実行可能な空調装置を実現できる。

【0010】

本発明の空調装置の更なる特徴構成は、
前記第１空調流路は、前記第２加熱器をバイパスするバイパス路を備え、
前記第２加熱器をバイパスするバイパス路に空気を通流させるバイパス状態と、前記第２加熱器を通過する非バイパス状態とを択一的に切り換える通流状態切替手段を備え、
前記通流状態切替手段は、前記除湿冷房運転時に前記バイパス状態に切り換え、前記加湿暖房運転時に前記非バイパス状態に切り換える点にある。

【0011】

上述した空調装置にあっては、除湿冷房運転時において、第１空調流路を通流する空気（空調用空気として供給される空気）が、ロータ部の除湿部を通過して除湿され、第２加熱器にて加熱され、熱交換器における熱交換により降温した後、空調対象空間に供給される。
即ち、除湿冷房運転で、第１空調流路を通流する空気（空調用空気として供給される空気）の除湿よりも降温を優先させる場合には、第２加熱器での加熱を行わないことが好ましい。
上記特徴構成によれば、通流状態切替手段により、除湿冷房運転時には、第１空調流路を通流する空気（空調用空気として供給される空気）を、第２加熱器をバイパスするバイパス状態にできるから、空調用空気としての空気の温度を、不要に昇温させることなく低温の状態を保った状態で、空調対象空間へ供給できる。
尚、除湿冷房運転時であっても、降温よりも除湿を優先させる場合には、ロータ部の再生部へなるべく高温の空気を通過させることが好ましいため、第１空調流路を通流する空気（空調用空気として供給される空気）が第２加熱器を通過させる非バイパス状態として、当該第２加熱器にて第１空調流路を通流する空気が回収した熱を、熱交換器にて、ロータ部の再生部へ導かれる第２空調流路を通流する空気に伝熱させる構成を採用することもできる。

【0012】

本発明の空調装置の更なる特徴構成は、
前記第１加湿器とは別に空気を加湿する第２加湿器を備え、
前記除湿冷房運転時に、前記第１空調流路を通過した後の空気を前記第２加湿器にて加湿冷却する点にある。

【0013】

上記特徴構成によれば、除湿冷房運転時に、除湿よりも降温を優先させる場合には、第１空調流路を通過した後の空気（空調用空気としての空気）を、第２加湿器にて加湿冷却することができ、十分に降温された空気を、空調用空気として空調対象空間へ供給することができる。

【0014】

本発明の空調装置の更なる特徴構成は、
前記熱交換器が、前記第１空調流路を通流する空気と前記第２空調流路を通流する空気とを対向流で熱交換させる対向流型熱交換器である点にある。

【0015】

通常、ロータ部を備える空調装置にあっては、設置スペースの制約等の関係で、第１空調流路を通過する空気と第２空調流路を通過する空気との熱交換器に、クロスフィン型の熱交換器が採用される。しかしながら、当該クロスフィン型の熱交換器では、温端温度差が大きくなるため、エクセルギー損失が大きくなるという問題があった。
上記特徴構成によれば、熱交換器として比較的大きい伝熱係数を有する対向流型熱交換器を採用することで、温端温度差を減少させ、エクセルギー損失を低減することができる。尚、ここで、対向流型熱交換器とは、例えば、二重管式熱交換器で内管の内部と内管と外管との間とに対向流で空気を通流させ熱交換する熱交換器を意味することとする。

【0016】

本発明の空調装置の運転方法は、
前記第１加熱器に導かれる熱媒の温度を、前記第２空調流路で前記第１加熱器を通過する空気の温度よりも高く設定すると共に、前記第２加熱器に導かれる熱媒の温度を、前記第１空調流路で前記第２加熱器を通過する空気の温度よりも高く設定する点を特徴とする。

【0017】

上記特徴構成の如く、熱媒の温度を設定することにより、第１加熱器において熱媒の保有する熱を第２空調流路を通流する空気へ適切に伝熱させることができると共に、第２加熱器において熱媒の保有する熱を第１空調流路を通流する空気へ適切に伝熱させることができ、空調装置を適切に働かせることができる。
尚、上記温度設定に係る制御に関しては、実体上は、第１加熱器及び第２加熱器を通過する熱媒の流量を調整することとなる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１実施形態での除湿冷房運転における回路状態を示す図

【図2】図１に示す回路の各部位での空気の状態を示す空気線図

【図3】第１実施形態での加湿暖房運転における回路状態を示す図

【図4】図３に示す回路の各部位での空気の状態を示す空気線図

【図5】本発明と図８に示す従来技術とでの加湿暖房運転時におけるエクセルギーサンキーダイアグラムを示す図

【図6】第２加熱器をバイパスするバイパス路を備えた第２実施形態を示す回路図

【図7】本発明に係る加湿暖房運転を専用で実施する別実施形態を示す図

【図8】加湿暖房運転における回路状態を示す従来技術の図

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の空調装置１００は、従来にない回路構成を採用することにより、特に、冬季で熱不足が発生する状況でも、エクセルギー損失を低減して、実用に耐え得る加熱暖房運転を実行可能なものであり、以下その実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
本発明の空調装置１００は、空気の通流状態を切り換え可能な第１四方切替弁３１及び第２四方切替弁３２を備えており、当該第１四方切替弁３１と第２四方切替弁３２とを対応して切り換えることにより、図１に示す除湿冷房運転時の回路状態と、図３に示す加湿暖房運転時の回路状態とを切り換え可能に構成されている。当該第１四方切替弁３１及び第２四方切替弁３２が、運転切替手段として働く。
以下、本発明の空調装置１００の基本的な構成、第１空調流路Ｒ１、第２空調流路Ｒ２の構成及び働きについて順に説明し、その後、除湿冷房運転及び加湿暖房運転について説明する。
本発明の空調装置１００は、基本的な構成として、空気に直接水を噴霧して加湿可能な第１加湿器２４、第２加湿器４１、空気が通流する吸湿部１０ｂと再生部１０ａとの間で通気性吸湿体からなるデシカントロータ１１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１０と、熱媒の熱により空気を加熱する第１加熱器２５及び第２加熱器２２と、室外空気ＯＡ又は室内空気ＲＡを吸入すると共に空調用空気ＳＡ又は排気ＶＡとして吹出する第１ファン２１及び第２ファン２６と、室外空気ＯＡと室内空気ＲＡとを熱交換させる対向流型熱交換器２３とを備えて構成されている。

【0020】

尚、第１加熱器２５及び第２加熱器２２には、エンジンや燃料電池等のコージェネレーションシステム（図示せず）の排熱を回収した熱媒を通流する熱媒流路Ｒ３が、記載の順に熱媒を循環させるように配設されている。

【0021】

ロータ部１０に設けられるデシカントロータ１１は、モータ等の回転駆動部１２により、回転される回転駆動軸に中心部が固定されて比較的ゆっくりした所定の回転速度で回転駆動し、後述する第１空調流路Ｒ１及び第２空調流路Ｒ２に配設される吸湿部１０ｂ及び再生部１０ａを横断する姿勢で配設された円盤状又は円柱状の部材として構成されている。当該デシカントロータ１１は、回転駆動軸に沿う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、吸湿部１０ｂ及び再生部１０ａにおいて、空気がデシカントロータ１１を貫通して通過する。当該デシカントロータ１１は、ゼオライト、シリカゲル、及び活性炭等の公知の吸着材を担持して、通気性吸着体とされている。
このようなデシカントロータ１１を備えたロータ部１０は、吸湿部１０ｂに、比較的低温の空気が通過することにより、当該空気がデシカントロータ１１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１１は空気の水分を吸着した状態（吸湿状態）となる。その水分を吸着したデシカントロータ１１の部分が、上記回転駆動により再生部１０ａに移動することになる。
一方、当該再生部１０ａ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１１の放湿時の吸湿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１１は、上記吸着した水分を脱着させた状態（乾燥状態）となり、再生されることとなる。当該再生されたデシカントロータ１１の部分が、上記回転駆動により吸湿部１０ｂに移動することになる。
このようにして、ロータ部１０は、吸湿部１０ｂ及び再生部１０ａ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。

【0022】

第１空調流路Ｒ１は、第１ファン２１から送り出された空気を、ロータ部１０の吸湿部１０ｂ、第２加熱器２２及び対向流型熱交換器２３に通過させる状態で構成されている。そして、この第１空調流路Ｒ１を通過した後に、第２加湿器４１を通過する。ここで、第１空調流路Ｒ１は、図１、３に示される回路図において、第１四方切替弁３１と第２四方切替弁３２との間に設けられる。
一方、第２空調流路Ｒ２は、第２ファン２６にて吸入される空気を、第１加湿器２４、対向流型熱交換器２３、第１加熱器２５、及びロータ部１０の再生部１０ａに順に通過させる状態で設けられる。ここで、第２空調流路Ｒ２は、図１、３に示される回路図において、第１四方切替弁３１と第２四方切替弁３２との間に設けられる。

【0023】

熱媒流路Ｒ３では、第１加熱器２５に導かれる熱媒の温度が、第２空調流路Ｒ２で第１加熱器２５に導かれる空気の温度よりも高く、第２加熱器２２に導かれる熱媒の温度が、第１空調流路Ｒ１で第２加熱器２２に導かれる空気の温度よりも高くなるように、図示しない制御装置により制御されている。
説明を追加すると、制御装置は、実質的には、熱媒流路Ｒ３を通流する熱媒の流量を制御することで、第１加熱器２５、及び第２加熱器２２での熱媒の温度を上述の温度に設定する。
これにより、第２加熱器２２では、第１空調流路Ｒ１を通流する空気が常に熱媒の保有する熱を回収する（加熱される）ことにより、当該熱は、対向流型熱交換器２３にて第２空調流路Ｒ２を通流する空気に伝熱され、当該第２空調流路Ｒ２を通流する空気が、さらに第１加熱器２５にて加熱されて、当該第２空調流路Ｒ２の保有する熱が、ロータ部１０の再生部１０ａでのデシカントロータ１１の再生の用に供されることとなる。つまり、熱媒の側からみると、その保有する熱が、空調装置１００の第１加熱器２５に加えて、第２加熱器２２でも回収されることとなり、当該回収された熱が、第２空調流路Ｒ２を通流する空気に伝達され、デシカントロータ１１の再生の用に供されるから、利用されることなく系の外部へ排熱される熱の量を低減でき、エクセルギー損失の低減を図ることが可能な構成となっている。

【0024】

〔除湿冷房運転〕
除湿冷房運転では、図示しない制御装置による制御により、第１四方切替弁３１と第２四方切替弁３２とを、図１に示す回路状態へと切り替えられる。これにより、室外空気ＯＡは、第１空調流路Ｒ１を通流して空調され、第２加湿器４１にて加湿冷却された後に空調用空気ＳＡとして空調対象空間（図示せず）へ導かれる。一方、室内空気ＲＡは、第２空調流路Ｒ２を通流した後に排気として空調対象空間の外部へ導かれる。
説明を追加すると、室外空気ＯＡは、第１四方切替弁３１を通過した後に、第１ファン２１で圧送され、ロータ部１０の吸湿部１０ｂにて吸湿時の放熱作用による温度上昇を伴って除湿され、第２加熱器２２にて熱媒との熱交換により加熱され、対向流型熱交換器２３にて室内空気ＲＡと熱交換して降温し、第２四方切替弁３２を通過し、第２加湿器４１にて加湿冷却された後に、低湿・低温の空調用空気ＳＡとして空調対象空間へ導かれる。
一方、室内空気ＲＡは、第１四方切替弁３１を通過した後に、第１加湿器２４にて加湿冷却され、対向流型熱交換器２３にて室外空気ＯＡと熱交換して昇温し、第１加熱器２５にて熱媒との熱交換により加熱されて十分に昇温された状態で、ロータ部１０の再生部１０ａを通過することで、当該再生部１０ａに位置するデシカントロータ１１の部位を再生した後、第２ファン２６にて圧送されて排気ＶＡとして空調対象空間の外部へ排出される。

【0025】

〔除湿冷房運転における空調性能〕
当該除湿冷房運転の除湿冷房性能を、シミュレーションにより評価する。空調する空間は、床面積が１０７ｍ²、天井高さ４．２ｍの空間とした。図２に示されるＰ１〜Ｐ１０は、図１における回路上のＰ１〜Ｐ１０に対応しており、図２の空気線図では、各Ｐ１〜Ｐ１０における気体の状態（温度、絶対湿度、相対湿度）を示している。
シミュレーションを行う条件としては、室内空気ＲＡが、温度２７℃、絶対湿度１０．３ｇ／ｋｇＤＡ、相対湿度４７％とし、室外空気ＯＡが、温度３５℃、絶対湿度１３．９ｇ／ｋｇＤＡ、相対湿度４０％とし、室内空気ＲＡ及び室外空気ＯＡの流量（換気流量）が、３４７ｍ³／ｈとする。
空調装置１００を構成する各機器の条件としては、第１ファン２１及び第２ファン２６の消費電力を夫々１５０Ｗとし、その断熱効率をモータ効率を含め５０％とし、ロータ部１０のデシカントロータ１１の除湿効率を７５％とし、対向流型熱交換器２３の伝熱係数を７００Ｗ／Ｋとし、第１加熱器２５及び第２加熱器２２の伝熱係数を１２５Ｗ／Ｋとし、第１ファン２１の揚程を７８０Ｐａとし、第２ファン２６の揚程を７２０Ｐａとし、第１加湿器２４の水噴霧量を０．１０ｋｇ／ｈとし、第２加湿器４１の水噴霧量を０．５７ｋｇ／ｈとし、熱媒の導入温度を７０℃、循環流量を３．４Ｌ／ｍｉｎとする。

【0026】

上記条件でシミュレーションを行った結果、図２の空気線図に示すように、室内空気ＲＡが加湿・昇温されて排気ＶＡとして排出されるのに伴って、室外空気ＯＡが、除湿・冷却され、温度２６．９℃、絶対湿度９．８ｇ／ｋｇＤＡ、相対湿度４５％、風量３３６ｍ³／ｈの空調用空気ＳＡ（図２でＰ５における空気）として空調対象空間（図示せず）に導かれることとなった。尚、当該シミュレーションにおいて、ロータ部１０の吸湿部１０ｂにおける除湿量（図２でＰ１―Ｐ２での除湿量）は、２．１６ｋｇ／ｈ（正味除湿量は１．５９ｋｇ／ｈ）となり、熱媒の戻り温度は、６１．８℃となり、熱媒熱負荷は２１３５Ｗとなった。

【0027】

一方、図８に示す従来技術においても同様のシミュレーションを行った。尚、図８は加湿暖房運転時の回路状態を示すものであるが、第１四方切替弁３１、第２四方切替弁３２を回転させて除湿冷房運転時の回路状態としたものを前提として、当該シミュレーションを行った。シミュレーションの条件は、熱交換器２３の伝熱係数が１９０Ｗ／Ｋとする点、及び第２加熱器２２を設けない点以外は、上述の条件と同様である。
当該シミュレーションの結果、図８に示す従来技術では、空気線図には示さないが、室外空気ＯＡが、除湿・冷却され、温度３１．４℃、絶対湿度１０．１ｇ／ｋｇＤＡ、相対湿度３７．３％、風量３４１ｍ³／ｈの空調用空気ＳＡとして空調対象空間（図示せず）に導かれることとなった。尚、当該シミュレーションにおいて、ロータ部１０の吸湿部１０ｂにおける除湿量は、１．８９ｋｇ／ｈ（正味除湿量は１．３２ｋｇ／ｈ）となり、熱媒の戻り温度は、６１．６℃となり、熱媒熱負荷は１９７８Ｗとなった。

【0028】

これらの結果より、熱媒の導入温度及び循環流量が同一である場合、本発明の空調装置１００によれば、図８に示す従来技術に比べ、空調用空気ＳＡの温度を４．５℃低下させることができ、除湿量も２７０ｇ／ｋｇＤＡ増加させることができるといえる。

【0029】

〔加湿暖房運転〕
加湿暖房運転では、図示しない制御装置による制御により、第１四方切替弁３１と第２四方切替弁３２とを、図３に示す回路状態へと切り替えられる。これにより、室外空気ＯＡは、第２空調流路Ｒ２を通流して空調され、空調用空気ＳＡとして空調対象空間（図示せず）へ導かれる。一方、室内空気ＲＡは、第１空調流路Ｒ１を通流した後に排気ＶＡとして空調対象空間の外部へ導かれる。
説明を追加すると、室外空気ＯＡは、第１四方切替弁３１を通過した後に、第１加湿器２４にて加湿冷却され、対向流型熱交換器２３にて室内空気ＲＡと熱交換して昇温し、第１加熱器２５にて熱媒との熱交換により加熱されて十分に昇温され、ロータ部１０の再生部１０ａにて放湿時の吸熱作用による温度低下を伴って加湿され、第２ファン２６にて圧送されて第２四方切替弁３２を通過した後、空調用空気ＳＡとして空調対象空間へ供給される。
一方、室内空気ＲＡは、第１四方切替弁３１を通過した後に、第１ファン２１で圧送され、ロータ部１０の吸湿部１０ｂにて吸湿時の放熱作用による温度上昇を伴って除湿され、第２加熱器２２にて熱媒との熱交換により加熱され、対向流型熱交換器２３にて室外空気ＯＡと熱交換して降温し、第２四方切替弁３２を通過した後に、排気ＶＡとして空調対象空間の外部へ排出される。

【0030】

〔加湿暖房運転における空調性能〕
当該除湿冷房運転の除湿冷房性能を、シミュレーションにより評価する。図４に示されるＰ１〜Ｐ９は、図３における回路上のＰ１〜Ｐ９に対応しており、図４の空気線図では、各Ｐ１〜Ｐ９における気体の状態（温度、絶対湿度、相対湿度）を示している。
以下、シミュレーションを行う条件につき、上記除湿冷房運転のシミュレーションの条件と異なるものについて示す。
加湿暖房運転のシミュレーションの条件は、室内空気ＲＡが、温度１６．８℃、絶対湿度５．３ｇ／ｋｇＤＡ、相対湿度４５％とし、室外空気ＯＡが、温度７．０℃、絶対湿度２．３ｇ／ｋｇＤＡ、相対湿度３９％とし、室内空気ＲＡ及び室外空気ＯＡの流量（換気流量）が、３４７ｍ³／ｈとする。
空調装置１００を構成する各機器の条件としては、第１ファン２１の揚程を７８０Ｐａとし、第２ファン２６の揚程を７００Ｐａとし、第１加湿器２４の水噴霧量を０．１０ｋｇ／ｈとし、熱媒の導入温度を６０℃、循環流量を１．７Ｌ／ｍｉｎとする。

【0031】

上記条件でシミュレーションを行った結果、図４の空気線図に示すように、室内空気ＲＡが除湿・降温されて排気ＶＡとして排出されるのに伴って、室外空気ＯＡが、加湿・昇温され、温度３６．０℃、絶対湿度５．６ｇ／ｋｇＤＡ、相対湿度１５％、風量３８２ｍ³／ｈの空調用空気ＳＡ（図４でＰ５における空気）として空調対象空間（図示せず）に導かれることとなった。尚、当該シミュレーションにおいて、ロータ部１０の再生部１０ａにおける加湿量（図２でＰ４―Ｐ５での除湿量）は、１．３４ｇ／ｈ（正味除湿量は１．４４ｋｇ／ｈ）となり、熱媒の戻り温度は、３６．８℃となり、熱媒熱負荷は２７２２Ｗとなった。

【0032】

一方、図８に示す従来技術においても同様のシミュレーションを行った。シミュレーションの条件は、熱交換器２３の伝熱係数を１９０Ｗ／Ｋとする点、第２加熱器２２を設けない点、及び第２ファン２６の揚程を７１７Ｐａとする点以外は、上述の条件と同様である。
当該シミュレーションの結果、図８に示す従来技術では、空気線図には示さないが、室外空気ＯＡが、除湿・冷却され、温度３０．９℃、絶対湿度５．４ｇ／ｋｇＤＡ、相対湿度２０％、風量３７３ｍ³／ｈの空調用空気ＳＡとして空調対象空間（図示せず）に導かれることとなった。尚、当該シミュレーションにおいて、ロータ部１０の再生部１０ａにおける加湿量は、１．２４ｋｇ／ｈ（正味除湿量は１．３４ｋｇ／ｈ）となり、熱媒の戻り温度は、３８．８℃となり、熱媒熱負荷は２８９７Ｗとなった。

【0033】

これらの結果より、熱媒の導入温度及び循環流量が同一である場合、本発明の空調装置１００によれば、図８に示す従来技術に比べ、空調用空気ＳＡの温度を５．１℃上昇させることができ、加湿量も１００ｇ／ｋｇＤＡ増加させることができるといえる。

【0034】

次に、当該加湿暖房運転において、本発明と従来技術でのエクセルギーサンキーダイアグラムを比較したものを図５に示す。ここで、エクセルギーとは、ある系から仕事として取り出せるエネルギーのことであり、エクセルギー損失とは、当該仕事を取り出す際に、エントロピーの増大により伝熱や燃焼などの過程において必ず発生する有効仕事に変換できないエネルギーのことをいう。
当該ダイアグラムを、加熱器でのエクセルギー損失の観点でみると、従来技術の加熱器でのエクセルギー損失は４４６Ｗであり、本発明の加熱器（第１加熱器の９５Ｗと第２加熱器６６Ｗとの合計）でのエクセルギー損失は１６１Ｗであるから、エクセルギー損失の低減率は、（４４５Ｗ−１６１Ｗ）／４４５Ｗ≒６５％となることがわかる。これにより、同様の負荷で加湿暖房運転を行う場合、熱媒の循環量を従来技術に比べて約４５％まで減らすことが可能となる。

【0035】

〔第２実施形態〕
第１実施形態に係る空調装置１００にあっては、除湿冷房運転時において、第１空調流路Ｒ１を通流する空気（空調用空気として供給される空気）が、ロータ部１０の吸湿部１０ｂを通過して除湿され、第２加熱器２２にて加熱され、対向流型熱交換器２３における熱交換により降温し、第２加湿器４１にて加湿冷却され、空調用空気ＳＡとして空調用空間に供給される。しかしながら、除湿冷房運転時で、第１空調流路Ｒ１を通流する空気（空調用空気として供給される空気）の除湿よりも降温を優先させる場合には、当該空気を第２加熱器２２での加熱を行わないことが好ましい。
当該第２実施形態では、第１空調流路Ｒ１において、第２加熱器２２をバイパスするバイパス路Ｒ４を備えると共に、第１空調流路Ｒ１を通流する空気の通流状態を、バイパス路Ｒ４の側に通流するバイパス状態と、第２加熱器２２の側に通流する非バイパス状態との間で択一的に切り換える三方弁４２を備えている。
これにより、除湿冷房運転時には、図示しない制御装置により、三方弁４２が、第１空調流路Ｒ１を通流する空気が第２加熱器２２をバイパスするバイパス状態に切り換え制御され、第１空調流路Ｒ１を通流する空気が第２加熱器２２にて不要に昇温させることを回避し、空調用空気ＳＡの温度を、比較的低温に維持する。
ここで、上記三方弁４２及びその開閉状態を制御する制御装置が、通流状態切替手段として働く。
尚、当該第２実施形態においても、加湿暖房運転時には、第１空調流路Ｒ１を通流する空気が第２加熱器２２を通過する非バイパス状態とし、熱媒の保有する熱を第２加熱器２２でも十分に回収し、エクセルギー損失を低減する。

【0036】

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態において、室外空気ＯＡと室内空気ＲＡとを熱交換する熱交換器２３は、そこでの温端温度差を減少させて、エクセルギー損失を低減するべく、伝熱係数の高い対向流型の熱交換器を採用した。しかしながら、ある程度のエクセルギー損失の低減を許容できる場合には、当該熱交換器２３は、クロスフィン型の熱交換器等を採用することもできる。

【0037】

（２）上記第２実施形態では、第１空調流路Ｒ１を通流する空気を第２加熱器２２をバイパスさせるバイパス状態と、バイパスさせない非バイパス状態とを、択一的に切り換え可能な構成において、除湿冷房運転時にあっては、第２加熱器２２をバイパスするバイパス状態とする例を示した。
しかしながら、本発明にあっては、第１空調流路Ｒ１を通流する室外空気ＯＡが第２加熱器２２で回収した熱は、対向流型熱交換器２３で回収され、ロータ部１０の再生部１０ａにてデシカントロータ１１の再生の用に供される。即ち、第１空調流路Ｒ１を通流する室外空気ＯＡが、第２加熱器２２で回収した熱が多いほど、デシカントロータ１１の再生が促進されるため、第１空調流路Ｒ１を通流する室外空気ＯＡが、ロータ部１０の吸湿部１０ｂでのデシカントロータ１１により吸湿される吸湿量が多くなる。
従って、除湿冷房運転において、降温よりも除湿を優先させる場合には、バイパス状態としても構わない。
また、三方弁４２は、第１空調流路Ｒ１を通流する空気を、第２加熱器２２の側とバイパス路Ｒ４の側とで択一的に切り換えるのではなく、要求される除湿量・降温量に応じて、空気の一部を第２加熱器２２の側へ導き、空気の残部をバイパス路Ｒ４の側へ導く流量調整機能を有するものを採用することができる。

【0038】

（３）本発明の空調装置１００は、加湿暖房運転と除湿冷房運転とが切替可能な空調装置に限定されるものではない。例えば、図８に示すように、第１四方切替弁３１及び第２四方切替弁３２を含まず、加湿暖房運転のみを行う空調装置をも含むものである。
当該構成においても、加湿暖房運転においては、上述の実施形態で説明したように、エクセルギー損失の低減を図ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明の空調装置、及びその運転方法は、従来にない回路構成を採用することにより、特に、冬季で熱不足が発生する状況であっても、エクセルギー損失の低減を図ることができながら、実用に耐え得る加湿暖房運転を実行可能な空調装置及びその運転方法として、有効に利用可能である。

【符号の説明】

【0040】

１０ ：ロータ部
１０ａ ：再生部
１０ｂ ：吸湿部
１１ ：デシカントロータ
２２ ：第２加熱器
２３ ：対向流型熱交換器
２４ ：第１加湿器
２５ ：第１加熱器
３１ ：第１四方切替弁
３２ ：第２四方切替弁
４１ ：第２加湿器
１００ ：空調装置
ＯＡ ：室外空気
Ｒ１ ：第１空調流路
Ｒ２ ：第２空調流路
Ｒ４ ：バイパス路
ＲＡ ：室内空気
ＳＡ ：空調用空気
ＶＡ ：排気

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】