WO1996006311A1

WO1996006311A1 - Dispositif de conditionnement d'air et systeme de conditionnement d'air comportant ledit dispositif

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Publication number: WO1996006311A1
Application number: PCT/JP1995/001675
Authority: WO
Inventors: Kanichi Kadotani
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1994-08-24
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 1997-02-24
Also published as: KR970705729A; EP0777087A1

Description

明細書空調装置及びそれを含む空調システム技術分野

この発明は、熱電素子を用いた熱電式調温器と吸湿剤を用いた調湿器を用いて空気の温度と湿度を調節するようにした空調装置及びそれを含む空調システムに関する。背景技術

熱電素子だけを用いて空気の温度と湿度を調節するようにしたものとして小型の除湿機や冷蔵庫が現在実用化されている。しかし、調温だけで除湿するには、空気を冷却して空気中の相対湿度を 1 0 0 %にして結露させなければならないため、大温度差を作り出す運転が必要となるが、熱電素子は温度差が大きくなるほど効率が悪くなるため、中，大型の除湿機や冷蔵庫に適用するにはコスト及び効率の点で不十分であるという問題があった。

一方、熱電素子とシリカゲル等の吸湿剤とを用い、熱電素子で調温を行ない、吸湿剤にて調湿をするようにした空調装置が、実開昭 6 4 — 1 3 7 4号，実開平 4 一 5 0 3 8 6号の各公報で知られている。

しかしながら、熱電素子と吸湿剤とを用いた上記従来の技術は、熱電素子を用いた加熱冷却機（調温器）と、吸湿剤を用いた除湿機（調湿器）とが、装置内において分離しているのみならず、調温，調湿という制御機能上のつながりも無く、全く独立に存在しているに過ぎない構成となっていたため、熱電素子の効率が悪い点も相俟って、所定の量の空気を調温，調湿するためには、大がかりで、しかも制御性の悪い装置となってしまうという問題がのった

なお、圧縮機を用いて空気の調温，調湿をするものでは、上記問題はないが、熱媒体に代替フロンを用いたとしても、代替フロンの使用が将来的には環境上の問題となることは避けられない。そ二で、本発明の一つの目的は、前述の問題点に鑑み、熱電素子と吸湿剤とを用いた空調装置において、熱電素子に対する負荷を軽減できて、これの効率向上を図ることができると共に、空調温度及び湿度を正確に制御でき、あわせて小型化と低コス卜化を図ることができるようにした空調装置を提供することにある。また、他の従来の空調装置、特に熱電式調温器を用いた空調装置として実開平 2 — 1 2 1 1 1 7 号公報及び特開平 5 — 1 0 5 4 3号公報に示されたものが知られている。

そして、上記従来のハイブリツド空調装置の前者は、電子冷却ュニッ卜の熱電素子の電源とファンの電源に太陽電池を用いた構成となっている。

また、上記従来のハイブリツド空調装置の後者は、熱電素子の電源に太陽電池を用いており、また太陽熱にて暖められた空気を熱電素子の吸熱側に通すと共に、居住空間内に供給して暖房するようにしている。

上記両従来のハイプリッド空調装置でも、空気中の湿度の除去は、熱電素子にて空気温度を低くして、この空気中の水分を結露させることにより行うようになっていた。そのため、除湿しょうとすると熱電素子に大きな負担がかかり、現在の技術における熱電素子では、熱電効率等からこの負担に耐えることができなかつた。従って、上記従来のハイブリツド空調装置では、積極的に空気中の水分を除去することができず、湿度調整を含む空調を効率よく行なうことができなかった。

そこで、本発明の他の目的は、上記問題点に鑑み、空気の除湿を電気式調温器による空気の冷却によることなく行なうことかできて、調湿機能に対する電気式調温器の負担を軽減でき、また太陽電池の効率向上と調湿機の効率向上を図ることができ、さらに冬期の場合にも高効率で運転することができるようにしたハイブリッド式の空調システムを提供することを目的とするものである。発明の開示

上記一つの目的を達成するために、本発明の一つの態様によれば、

吸湿剤を用いた調湿器と、熱電素子を用いた熱電式加熱冷却器と、前記調湿器と前記熱電式加熱冷却器のそれぞれの一部を直列に接続して成る空調通路と、前記調湿器と前記熱電式加熱冷却器のそれぞれの他の一部を直列に接続して成る再生通路とを含む空調装置が提供される。

上記構成において、さらに熱交換器を含み、前記熱交換器の一部が前記空調通路の一部を成し、前記熱交換器の他部が前記再生通路の一部を成すようにしても良い。

さらに、上記構成において、さらに前記再生通路の前記調湿器の上流側に加熱源を配置しても良い。上記構成によれば、室内または室外から空調通路に吸入された空気は、調湿器の一部を通ることにより除湿あるいは加湿されついで、熱電式加熱冷却器にて最終の空調温度に加熱あるいは冷却され、あるいは熱交換器で最終空調空気の温度に近い温度に加熱あるいは冷却され、ついで熱電式加熱冷却器にて最終の空調温度になるように冷却あるいは加熱される。

一方、上記空調通路を通る空調空気の空調作用により調湿器は加湿あるいは除湿され、また熱交換器は冷却あるいは加熱されさらに熱電式加熱冷却器は加熱あるいは冷却されるが、これらは再生通路を流れる再生空気にてそれぞれ再生される。

従って、熱電素子と吸湿剤を用いた空調装置において、熱電素子の負担を軽減できて、その効率向上を図ることができると共に出口温度を熱電素子を用いた熱電式加熱冷却装置にて正確に制御できる。また、空調通路と再生通路とがー体構成となっているので、空調装置全体の小型化と低コスト化を図ることができる。

さらに、上記他の目的を達成するために、本発明の他の態様によれば、

太陽エネルギによる発電部及び集熱部とからなるハイプリッドソーラパネルと、空調通路内に吸着式調湿器と電気式調温器とを配置してなるハイプリッド空調機とを含み、前記集熱部を前記吸着式調湿器の再生通路部と前記電気式調温器の再生通路部とに集熱通路を介して接続し、前記発電部を電気式調温器の受電部に接続した空調システムが提供される。

上記構成において、前記発電部の温度を測定する温度測定部と . 該温度測定部にて測定された温度に応じて前記集熱部の外気吸引ファンの運転を制御する制御部とを備えていても良い。

さらに、上記構成において、前記電気式調温器において熱電素子を用いるのが望ましい。

上記構成によれば、ハイブリツド空調機では、空調通路へ吸入された空気は吸着式調湿器にて調湿され、ついで電気式調温器にて調温されて室内へ流入される。一方、ハイブリツドソーラパネルでは、発電部にて発電され、集熱部にて加熱された空気を供給する。そして、上記集熱部からの加熱空気は、吸着式調湿器の再生空気として用いられると共に、電気式調温器の加熱用（再生用）の熱源としても作用する。また、上記発電部が電気式調温器の電源として用いられる。

従って、電気式調温器の電源に太陽電池を用い、さらに太陽にて暖められた空気を利用するようにしたハイプリッド式の空調システムにおいて、空気の除湿を電気式調温器による空気の冷却によることなく行なうことができて、調湿機能に対する電気式調温器の負担を軽減できる。特に、この点は、電気式調温器に熱電素子を用いた場合に、効果が顕著である。また、ハイブリツドソーラパネルからの熱量と電力の供給を適宜制御することにより、太陽電池の効率向上と、調湿機の効率向上を図ることができ、さらに冬期の場合にも高効率で運転することができる。図面の簡単な説明

本発明は、以下の詳細な説明及び本発明の実施例を示す添付図面により、より良く理解されるものとなろう。なお、添付図面に示す実施例は、発明を特定することを意図するものではなく、単に説明及び理解を容易とするものである。

図中、

図 1 は、本発明による空調装置の一実施例を示す概略的な構成説明図である。

図 2 は、上記実施例における再生空気の経路の一例を示す説明図である,

図 3 は上記実施例における再生空気の経路の他例を示す説明図である

図 4 は上記実施例における再生空気の経路のさらに他例を示す説明図である。

図 5 は、湿り空気線図上における空調空気の温度及び湿度の変化を示す説明図である。

図 6は、上記実施例の第 1具体例を示す構成説明図である。図 7は、上記実施例の第 2具体例を示す構成説明図である。図 8は、上記実施例の第 3具体例を示す構成説明図である。図 9は、上記第 1具体例の第 1 応用例を示す断面図である。図 1 0 は、上記第 1具体例の第 2応用例を示す断面図である。図 1 1 は、上記第 1具体例の第 3応用例を示す断面図である。図 1 2は、調湿器の他の具体例を示す一部破断斜視図である。図 1 3 は、本発明による空調システムの一実施例を模式的に示す構成説明図である。

図 1 4 は、電気式調温器として圧縮式調温器を用いた空調装置の一例を示す模式的な構成説明図である。発明を _実施するための好適な態以下に、本発明の好適実施例による空調装置を添付図面を参照しながら説明する。

図 1 は本発明に係る空調装置の一実施例の概略的な構成を示しており、図中 1 は調湿器、 2 は熱交換器、 3 は熱電式加熱冷却器 (調温器）である。そして、 4は空調通路、 5は再生通路である。上記調湿器 1 は、通風路を構成する多数のハニカム状の隔壁を有しており、かっこの各隔壁の表面にシリカゲル等の吸湿剤を塗布した構成となっている。この調湿器 1 の一部が空調通路 4 の一部である空調通路部 1 a となり、他の一部が再生通路 5 の一部である再生通路部 1 b となっている。そして、この調湿器 1 を回転式とすることにより、両通路部 1 a , 1 b は順次入れ替わるようになっている。

この調湿器 1 の具体的な例としては、除湿ロータとして市販されている回転式除湿器がある。

熱交換器 2 は、その一部が空調通路 4 の一部である空調通路部 2 a となり、他の一部が再生通路 5 の一部である再生通路部 2 b となっている。

この熱交換器 2の具体的な例としては、従来公知の回転蓄熱式熱交換器、定置式のプレート型熱交換器、定置式ヒートパイプ型熱交換器等がある。

熱電式加熱冷却器 3 は、多数の熱電素子を集積した構成となつていて、この各熱電素子の一方の電極が上記空調通路 4 の一部である空調通路部 3 a に臨んでおり、他方の電極が再生通路 5 の一部である再生通路部 3 bに臨んでいる。

上記空調通路 4 は、調湿器 1 , 熱交換器 2，熱電式加熱冷却器 3 の各空調通路部 l a , 2 a , 3 a を直列状に接続した構成となっていて、その入口側が室内まはた室外に開口され、また出口側がクリーンルームや居室等、空調空気を必要とする被空調室に開口されている。

上記再生通路 5 は、熱電式加熱冷却器 3 , 熱交換器 2 , 調湿器 1 の各再生通路部 3 b , 2 b ， l bを直列に接続した構成となつていて、その流れ方向が上記空調通路 4 の流れ方向と逆になつている。そして、その入口側が室内または室外に開口され、また出口側が室内または室外へ開口されている。

また、再生通路 5 においては、熱電式加熱冷却器 3 の下流側に室内または室外等の他の系路に連通した吸排気通路 6 a が接続されている。また、再生通路 5 は、熱交換器 2 をバイパスする熱交換バイパス通路 7を有しており、この熱交換器バイパス通路 7 に室内または室外等他の系路に連通した吸排気通路 6 bが接続されている。

上記再生通路 5 においては、調湿器 1 の上流側に、この調湿器 1 の再生通路部 1 b に入る再生空気を加熱するためのヒータ 8 が介装してある。

上記各吸排気通路 6 a , 6 b とバイパス通路 7 と再生通路 5 との各接続点には三方切換弁等の方向切換弁 9が介装してある。上記実施例の作用を以下に説明する。

( 1 ) 高温 ♦ 高湿空気の空調

室内または室外から空調通路 4 へ吸入された高温，高湿の空気は、まず調湿器 1 の空調通路部 1 aで除湿されて絶対湿度が低下させられる。このときの除湿作用はシリカゲル等の吸湿剤により行なわれる。そのため、このときの水分凝縮により潜熱が放出されて、調湿器 1 の空調通路部 1 a を出る空気の温度は吸入時より上昇する。

また、調湿器 1 の空調通路部 1 a の吸湿剤は吸湿により徐々に劣化するが、この調湿器 1 に回転式除湿器を用いた場合、空調通路 1 に臨む空調通路部 1 a は徐々に再生通路 5 に臨む再生通路部 1 b と入れ替り、吸湿剤は再生通路 5に臨む時に順次再生される。調湿器 1 の空調通路部 l a にて除湿されることにより温度が上昇した空調空気は、熱交換器 2 の空調通路部 2 a で必要とする温度に近い温度まで冷却される。これに伴って、そのときの空調空気の相対湿度は上昇する。なお、このときの絶対湿度は変わらない。

次に、空調空気は、熱電式加熱冷却器 3 の空調通路部 3 a にて所定の温度に調温される。

このときの熱電式加熱冷却器 3 の空調通路 3 a は冷却側となつており、空調空気はここを通過することによりその顕熱が吸収されて冷却される。そして、この時の冷却温度は熱電素子への通電量を制御することにより正確に制御される。

次に、上記空調通路 4 に対する再生通路 5側の作用を説明する。再生通路 5を通る再生空気により熱電式加熱冷却器 3 の再生通路部 3 bの熱が奪われて、空調通路部 3 a にて吸収した熱は再生通路部 3 bから放出される。

また、同様に熱交換器 2の再生通路部 2 bの熱が奪われて、空調通路部 2 aにて吸収した熱は再生通路部 2 bから放出される。上記熱電式加熱冷却器 3 の再生通路部 3 b と熱交換器 2 の再生通路部 2 bを通る間に、これらから熱を吸収して温度が上昇した再生空気は、ヒータ 8にてさらに昇温されて調湿器 1 の再生通路部 1 bを通り、空調通路部 1 a にて吸湿した後再生通路部 1 に来た吸湿剤を乾燥して再生する。

このときの再生空気の通過系路は、一般的には熱電式加熱冷却器 3 , 熱交換器 2 , 調湿器 1 の各再生通路部 3 b , 2 b , l b を直列状に接続した系路となるか、再生空気の温度と熱電式加熱冷却器 3 , 熱交換器 2 の各再生通路部 3 b , 2 b の温度との高低関係によっては、図 2 に示すように、熱交換器 2 の再生通路部 2 b をバイパスしたり、図 3 に示すように、熱電式加熱冷却器 3 の再生通路部 3 b とその下流側とに別々の再生空気を用いたり、さらに図 4 に示すように、熱電式加熱冷却器 3 の再生通路 3 b とその下流側を別々の再生空気を用いると共に、熱交換器 2 の再生通路部 2 bの下流側に他の系路からの再生空気を流入させても良い。

また、上記実施例では熱交換器 2を用いているが、絶対湿度が比較的低い場合には、調湿器 1 と熱電式加熱冷却器 3 だけからなる空調器でも同様な効果が得られる。

上記空調通路 4 における空調空気の温度と湿度の推移を、図 5 の湿り空気線図にて説明する。

例えば、温度が 2 6 、湿度が 5 5 % (相対湿度、以下同じ）の最終空調空気を得ようとする場合には、このときの空調空気の絶対湿度は 0 . 0 1 1 5 k g / k g (乾燥空気の湿度）となる。

今、空調される空気の入口温度が 3 3 、入口湿度が 6 3 % ( A点）である場合、調湿器 1 の空調通路部 1 aでは空調空気の絶対湿度が上記の 0 . 0 1 1 5 k g / k g (乾燥空気の湿度）になるまで除湿する。この場合の温度は、除湿作用に伴って発生する水分凝固による潜熱の放出により上昇する。そして、この場合の温度と湿度は等ェンタルピ線に沿って上記絶対湿度 0 . 0 1 1 5 k g / k g (乾燥空気の湿度 : > になる B点まで変化し温度が 5 3て、湿度が約 1 0 %となる。

次に、熱交換器 2では、上記除湿状態の温度 5 3 てがなるベく最終空調空気の温度 2 6 °Cに近づくように、例えば 3 8 °Cにまで冷却する。これにより、このときの空調空気の湿度は 2 8 % (： C 点.）になる。

この空調空気は、さらに熱電式加熱冷却器 3 にて所定の 2 6 てまで冷却され、このときの湿度は 5 5 % ( D点）になる。

上記作用によれば、熱交換器 2の出口の空気と最終空調空気の温度差は 1 2 °Cである。そして、熱電素子は絶対湿度を変えることなく、温度のみを 3 8 °Cから 2 6 。Cにすればよく、その間のェンタルビの移動量は、図 5 に示すように 1 . 6 + 1 . 3 = 2 . 9 k c a 1 / k gで済む。

なお、上記実施例との比較のために、上記図 5 を参照して、従来の技術であるところの、熱電素子だけで除湿冷却を行なう場合について説明すると、以下のようになる。

温度 3 3 、湿度 6 3 %の空気を除湿するには、図中点線で示すような変化で冷却して湿度を 1 0 0 %として結露により除湿しなければならない。従って、まず、湿度 5 5 % にするには、 1 6てまで空気を冷却する必要がある。

このように、湿度 6 3 %の空気を湿度 5 5 %の空気にするには、すなわち、温度 3 3での空気を温度 1 6 °Cの空気にするには、 9 . 5 k c a 1 / k gのェンタルビの移動が必要である。

さらに、 1 6 °Cまで冷却されて除湿された空気は、その次に所望の温度 2 6 までヒー夕で加熱されるため、さらに別の熱量の移動を必要とする。

( 2 ) 低温 · 低湿空気の空調

空調される空気の入口側での温度と湿度が最終空調空気のそれらより低い場合には、まず調湿器 1 で加湿し、次に熱交換器 2 で最終空調空気の温度に近い温度まで加熱し、最後に熱電式加熱冷却器 3 にて所定の温度に加熱すれば良い。

図 6乃至図 8 はそれぞれ本発明に係る空調装置の具体例を示している。図 6に示す第 1 具体例は、調湿器 1 として回転式除湿器 1 0を、熱交換器 2 として回転式熱交換器 1 1 をそれぞれ用いたものである。

以下同様に、図 7 に示す第 2具体例は、熱交換器 2 として定置式プレート型熱交換器 1 2 を用いたものである。また、図 8 に示す第 3具体例は、熱交換器 2 として定置式ヒートパイプ型熱交換器 1 3を用いたものである。

図 9は、上記第 1 具体例である空調装置 1 4 を住宅に用いた第 1 応用例を示しており、これは、空調装置 1 4 を壁 1 5 内に埋込んで室内の冷暖房用として用いるものである。

図 1 0及び図 1 1 は、それぞれ上記第 1 具体例を室内の冷暖房用に用いた第 2及び第 3応用例を示している。

図 1 0に示す第 2応用例は、空調通路 4 の入口側と出口側が共に室内に開口している。そして、熱電式加熱冷却器 3 の再生通路部 3 bには外気が取入れられ、これを冷却して再び室外へ放出す 06311

- 13 - るようになっている。また、回転式の熱交換器 2及び回転式の調湿器 1 の各再生通路部 2 b , 1 b には、熱交換器 2 の上流側から別の室外空気を取入れ、これを再び室外に放出するようになっている。

図 1 1 に示す第 3 応用例は、上記図 1 0 に示すものにおいて調湿器 1 の再生通路部 1 bの上流側にも空気取入口が設けたものである。

すなわち、熱電式加熱冷却器 3 , 熱交換器 2 , 調湿器 1 のそれぞれの再生通路部 3 b， 2 b , l b の上流部に外気取入口 1 5 a , 1 5 b , 1 5 c が設けてある。そして、この各外気取入口 1 5 a , 1 5 b , 1 5 c のそれぞれは開閉板 1 6 a， 1 6 b , 1 6 c を介して太陽集熱器に接続されたダクト 1 7 に接続されており、また熱電式加熱冷却器 3 と熱交換器 2 の両方の外気取入口 1 5 a , 1 5 bには、上記開閉板 1 6 a， 1 6 bにて上記ダクト 1 7側と交互に連通 · 遮断される外気口 1 8 a， 1 8 bが接続されている _c なお、上記各開閉板 1 6 a , 1 6 b , 1 6 c は温度により開閉動作するようにした形状記憶合金を用いてもよい。

そして、この図 1 1 に示す第 3応用例では、夏期の熱い時と冬期の寒い時とで、各開閉板 1 6 a , 1 6 b , 1 6 c の開閉位置を変えて用いるようになつている。

すなわち、夏期の熱い時には、熱電式加熱冷却器 3 と熱交換器 2 に外気を入れ、調湿器 1 にはダクト 1 7から太陽集熱器よりの温風を入れる。

また、冬期の寒い時には、熱電式加熱冷却器 3 と熱交換器 2 に太陽集熱器よりの温風を入れ、調湿器 1 の入口は閉じておくなお、上記各例では、調湿器 1 として回転式で、かつシリカゲル等の吸湿剤を使用したもの用いているが、その他の例としては調湿器 1 として膜モジュール構成のものを用いたものがある。図 1 2 は、この調湿器 1 の具体例を示しており、これは上下のヘッダ 1 9 a , 1 9 b 間に多数の中空糸膜 2 0 が配置してありこの中空糸膜 2 0 の中に吸湿流体あるいは再生流体を流し、中空糸膜 2 0 の外側に空調空気を流すようになつている。そして、中空糸膜 2 0 の外側を流れる空調空気は、中空糸膜 2 0 を介してこの中空糸膜 2 0 内を流れる吸湿流体あるいは再生流体にて除湿あるいは加湿されるようになっている。

図 1 3 は、上記第 3 応用例を実際に家屋に組み込んだ空調システムの一実施例を示している。

図中、 1 0 1 はハイブリッド空調機、 1 0 2 はハイブリッドソーラパネルである。

ハイブリッド空調機 1 0 1 は、軸直角方向に仕切り壁 1 0 3 にて 2 分してなる空調通路 1 0 4 と再生通路（外気通路） 1 0 5 とを有するハウジング 1 0 6 と、このハウジング 1 0 6 内に軸方向に順次配置される吸着式調湿器 1 0 7 ，熱交換器 1 0 8 ，熱電式調温器 1 0 9 とからなっている。そして、上記空調通路 1 0 4 の両端は室内 R Mに開放されている。また、再生通路 1 0 5 の両端はダク卜 1 0 0 を介して室外に導通されている。

上記吸着式調湿器 1 0 7 は、通風路を構成する多数のハニカム状の隔壁を有しており、かつ各隔壁の表面にシリカゲル等の吸湿剤を塗布した構成となっている。

そして、この吸着式調湿器 1 0 7 と熱交換器 1 0 8 は、いずれも上記仕切り壁 1 0 3 に軸支された回転円筒形になっていて、回転することにより各空調通路部と各再生通路部が順次空調通路 1 0 4 と再生通路 1 0 5に入れ替り臨むようになつている。

熱電式調温器 1 0 9は、多数の熱電素子を集積した構成となつていて、この各熱電素子の一方の電極が空調通路 1 0 4 に臨んでおり、他方の電極が再生通路 1 0 5に臨んでいる。

上記ハウジング 1 0 6 の空調通路 1 0 4 の入口部に空調ファン 1 1 0が設けてあり、これにより空調通路 1 0 4 の一端から吸引された空気が吸着式調湿器 1 0 7 , 熱交換器 1 0 8 , 熱電式調温器 1 0 9を経て空調通路 1 0 4 の他端へ排出されるようになっている。そして、この空調通路 1 0 4 の他端の出口には加湿器 1 1 1 が配置されている。

上記再生通路 1 0 5 は、空気が吸着式調湿器 1 0 7を通って室外へ流れるようになつている第 1 再生通路 1 0 5 a と、空気が熱交換器 1 0 8 と吸着式調湿器 1 0 7 を経て室外へ流れるようになっている第 2再生通路 1 0 5 b と、空気が熱電式調温器 1 0 9 を通って室外へ流れるようになつている第 3再生通路 1 0 5 c とからなつている。

そして、上記第 1 , 第 2 , 第 3 の各再生通路 1 0 5 a , 1 0 5 b , 1 0 5 c はそれぞれ独立した開閉弁 1 1 2 a ， 1 1 2 b , 1 1 2 c を介して外気導入ダクト 1 1 3 に接続されている。

なお、第 2 ，第 3 の再生通路 1 0 5 b , 1 0 5 c の開閉弁 1 1 2 , 1 1 2 c は、外気導入ダクト 1 1 3 と室外に導通されたダクト 1 1 4 aのいずれか、外気導入ダクト 1 1 3 と室外に導通されたダク卜 1 1 4 bのいずれかに、それぞれ選択的に開くようになつている。

上記第 1 , 第 3の再生通路 1 0 5 a , 1 0 5 c の出口には、それぞれ吹き出しファン 1 1 5 a , 1 1 5 bが配置されている。

ハイブリツドソーラパネル 1 0 2 は、板状の太陽電池 1 1 6 とこの太陽電池 1 1 6の裏側に設けられた太陽集熱器 1 1 7 とから成っており、これらは屋根 R Fの上面に設置されている。

太陽集熱器 1 1 7は、太陽電池 1 1 6 の裏側に沿う空胴 1 1 8 と、この空胴 1 1 8内に外気を吸引する外気吸引ファン 1 1 9 とから成っている。このファン 1 1 9 は、制御装置 1 2 3 によりその回転数が制御される。そして、この太陽集熱器 1 1 7 の空胴 1 1 8 は、ダクト 1 2 0 及び切換部 1 2 1 を介して上記ハイブリッド空調機 1 0 1 の外気導入ダクト 1 1 3 に接続してある。上記切換部 1 2 1 は太陽集熱器 1 1 7からの加熱空気の一部あるいは全部を、必要に応じて室内 Aへ流入させることが可能な構成になっている。

上記太陽電池 1 1 6 は、ハイプリッド空調機 1 0 1 の熱電式調温器 1 0 9の熱電素子に接続してある。なお、この熱電素子は商用電源にも接続されている。

次に、上記空調システムの作用を説明する。

室内 R Mから空調通路 1 0 4 へ吸入された高温 · 高湿の空気はまず吸着式調湿器 1 0 7 にて除湿されて絶対温度が低下されるこのときの除湿作用はシリカゲル等の吸着剤により行なわれる , このため、このときの水分凝縮により潜熱が放出されて、吸着式調湿器 1 0 7の空調通路部を出た空気の温度は吸入口側より上昇する。

このとき、吸着式調湿器 1 0 7 の空調通路 1 0 4 に臨む部分の吸着剤の吸水能力は水分の吸着により徐々に劣化するが、この吸着除湿器 1 0 7が徐々に回転していることにより、この劣化した部分が徐々に再生通路 1 0 5側に臨む部分と入れ替り、順次再生される。

吸着式調湿器 1 0 7 にて除湿されることにより温度上昇した空調空気は、熱交換器 1 0 8 にて外気と熱交換されて降温される , これに伴って、このときの空調空気の相対湿度は上昇する。なおこのときの絶対湿度は変わらない。

次に、空調空気は、熱電式調温器 1 0 9 にて所定の温度に調温されて再び室内 R Mへ排出される。

このときの熱電式調温器 1 0 9の空調通路 1 0 4側は冷却側としてあり、ここを通過することにより、空調空気はその顕熱が吸収されて冷却される。そして、この時の冷却温度は熱電素子への通電量を制御することにより正確に制御される。このための電力はハイブリツドソーラパネル 1 0 2 の太陽電池 1 1 6 からのものを使う。

上記空調作用時における再生通路 1 0 5 へは切換器 1 1 2 a , 1 1 2 b , 1 1 2 c の切換により室外空気、あるいはハイブリツドソーラパネル 1 0 2の太陽集熱器 1 1 7からの空気が流入され、この流入空気により吸着式調湿器 1 0 7 の吸着部が乾燥されて再生される。この場合、必要に応じて吸着式調湿器 1 0 7 の再生通路 1 0 5 の上流側に電熱器 1 2 2 を介装してこの吸入外気を加温する。なお、上記吸着式調湿器 i 0 7 の再生用外気にハイプリッドソーラパネル 1 0 2 からの加温空気を用いることにより、上記電熱器 1 2 2 を用いることなく充分な熱量を吸入外気の加温に利用することができる。

次に、夏期と冬期におけるシステム運転モードを表 1 乃至表 4 に示す。なお、表 1 , 表 2 は夏期のシステム運転モード、表 3 表 4 は冬期のシステム運転モードをそれぞれ示している。各表中ハイブリッドソーラパネルの運転 0 N , 〇 F F とは、 0 Nはハイプリッドソーラパネル 1 0 2 を運転する場合即ち太陽日射のある場合、 O F F は運転しない場合即ち太陽日射のない場合を示している。また、太陽 ½熱器の運転の強弱とは、外気吸入ファン 1 1 9 の運転を制御して、太陽熱を多量に取り込む場合と少量取り込む場合の運転状態をいう。

2

4

次に上記の空調システムの制御について以下に説明する。

今、外気の温度を T 1 、太陽電池 1 1 6の裏側の温度を T 2 、ハイブリツド空調機 1 0 1 に導入される太陽集熱器 1 1 7からの空気の温度を T3 、室内の温度を Τ4 、室内の湿度を Η4 、室内の設定温度を Τ5 、室内の設定湿度を Η5 、さらに太陽電池 1 1 6の衷側の設定温度を Τ6 とする。そして、上記各温度及び湿度は、それぞれの温度測定部及び湿度測定部（いずれも図示せず）にて则定するようになつている。

まず、室内の設定温度 Τ5 , 設定湿度 Η5 と室内の温度 Τ4 , 湿度 Η4 とを比較する。この場合、下記表 5 に示す 4つのケースが考れるして、の各ケースによって制御方法は異なる

• 制御の基本原則

この空調システムは調温と調湿を独立して制御する方式である , すなわち、上記表 5 の I 群は、調温に関わる部分であり、熱電式調温器 1 0 9 によって制御され、また Π群は、調湿に関わる部分であり、吸着式調湿器 1 0 7 と熱交換器 1 0 8及び加温器 1 1 1 によって制御される。

熱電式調温器 1 0 9の駆動は電気によって行なわれるが、太陽電池 1 1 6からの出力が優先的に用いられ、不足の場合には商用電源からの電力が用いられる。また、吸着式調湿器 1 0 7の吸湿部の再生は加熱によって行なわれるが、太陽集熱器 1 1 7 からの熱出力が優先的に用いられ、不足の場合に商用電源からの電力により発熱する電熱器 1 2 2を用いる。

• 具体的な制御方法

以下、それぞれのケースにおけるハイブリツドソーラノぐネル

1 0 2を用いた場合における制御方法を説明する。 ( ) ケース 1 (冷却、除湿）

この場合には、太陽電池 1 1 6 からの電気出力及び太陽集熱器 1 1 7 からの熱出力が共に必要となるため、太陽電池 1 1 6 及び太陽集熱器 1 1 7 の両方の出力ができるだけ多くなるよう制御する。具体的には、 T 2 が T 1 + 1 0 °C以上になると太陽集熱器 1 1 7 のファン 1 1 9 を O N とし、 T 3 がその設定温度、例えば 6 0 になるようファン 1 1 9 の回転数を制御装置 1 2 3 にて制御する。 T 2 及び T 3 が 6 0 て以上になるような場合には、ファン 1 1 9 の回転数を強にして T 2 及び T 3 を 6 0 ^:Cに押えるようにする。こうすることによって、太陽電池 1 1 6 の高温化による効率低下防止と太陽集熱器 1 1 7 からの熱出力による吸着式調湿器 1 0 7 の効率向上とを同時に図ることかできる。太陽集熱器 1 1 7 からの熱出力は吸着式調湿器 1 0 7 に入って室内空気の除湿に用いられる。このとき、温度レベルが重要である。

( b ) ケース 2 (冷却、加湿）

この場合には、熱電式調温器 1 0 9 への電力は必要であるが吸着式調湿器 1 0 7 への熱は不要なので、太陽電池 1 1 6 からの出力を最大にするように、制御装置 1 2 3 によりファン 1 1 9 の回転数を上げて、 T 2 を T 1 + 5 て以下になるようにする。

( c ) ケース 3 (加温、除湿）

熱電式調温器 1 0 9 への電力と熱及び吸着式調湿器 1 0 7 への熱の両方が必要となるが、加温，除湿共に熱の方がより必要となるため、熱をなるベく多く取り込むように制御する。具体的には T 2 が T 1 + 5 °C以上になった時、太陽集熱器 1 1 7 のファン 1 1 9 を 0 Nにする。そして、 T 3 が設定温度、例えば 6 0 ^SCになるように制御装置 1 2 3 によりファン 1 1 9の回転数を制御するが、 6 0 °C以上になっても T 3の温度を押えるようにする必要はない。太陽集熱器 1 1 7 からの熱出力は、一部は熱電式調温器 1 0 9へ、またその他は熱交換器 1 0 8及び吸着式調湿器 1 0 7 に与えられるが、これらの割合は設定の温度 ' 湿度レベルによつて異なる。このとき、温度レベルと熱量がともに重要である。

(： d ) ケース 4 (加温、加湿）

熱電式調温器 1 0 9への電力と熱が必要となるが、熱出力は温度レベルよりも熱量か必要である。従って、温度レベルを下げて熱を多く取り込めるようにする。具体的には、 T 2 が T l + 5 °C以上になった時、太陽集熱器 1 1 7のファンを O Nにする。そして- T 3 が設定温度、例えば 4 0 °Cになるよう制御装置 1 2 3によりファン 1 1 9の回転数を制御する。 T 3が 4 0 °C以上になるような場合には、ファン 1 1 9の回転数を強にして T 3の温度を 4 0 °Cに押えるようにする。太陽集熱器 1 1 7からの熱出力は、一部は熱電式調温器 1 0 9へ、またその他は熱交換器 1 0 8 に与えられるが、これらの割合は設定の温度 . 湿度レベルによって異なる。この場合、熱量が重要である。

上記実施例では電気式調温器の一例として熱電素子を用いた熱電式の調温器 1 0 9 を用いているが、電気式調温器としては図 1 4 に示すように、圧縮式調温器 1 2 4を用いてもよい。

この圧縮式調温器 1 2 4 は、通常のヒートポンプが用いられ、第 3の再生通路 1 0 5 c側に位置する外気側部 1 2 5 と、空調通路 1 0 4側に位置する室内側部 1 2 6 とが冷媒配管 1 2 7を介して 3方弁 1 2 8 , 圧縮機 1 2 9 , 膨張弁 1 3 0等からなる室外機 1 3 1 に接続されている。

上述のように、本発明によれば、熱電素子と吸湿剤を用いた空調装置において、熱電素子の負担を軽減できて、その効率向上を図ることができると共に、出口温度を熱電素子を用いた熱電式加熱冷却装置にて正確に制御できる。また、空調通路と再生通路とがー体構成となっているので、空調装置全体の小型化と低コスト化を図ることができる。

さらに、本発明によれば、電気式調温器の電源に太陽電池を用い、さらに太陽にて暖められた空気を利用するようにしたイブリッド式の空調システムにおいて、空気の除湿を電気式調温器による空気の冷却によることなく行なうことができて、調湿機能に対する電気式調温器の負担を軽減できる。特に、この点は、電気式調温器に熱電素子を用いた場合に、効果が顕著である。またハイプリッドソーラパネルからの熱量と電力の供給を適宜制御することにより、太陽電池の効率向上と、調湿機の効率向上を図ることができ、さらに冬期の場合にも高効率で運転することができる。

なお、本発明は例示的な実施例について説明したが、開示した実施例に関して、本発明の要旨及び範囲を逸脱することなく種々の変更、省略、追加が可能であることは、当業者において自明である。従って、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された要素によって規定される範囲及びその均等範囲を包含するものとして理解されなければならない。

Claims

請求の範囲

1 . 吸湿剤を用いた調湿器と、熱電素子を用いた熱電式加熱冷却器と、前記調湿器と前記熱電式加熱冷却器のそれぞれの一部を直列に接続して成る空調通路と、前記調湿器と前記熱電式加熱冷却器のそれぞれの他の一部を直列に接続して成る再生通路とを含む空調装置。

2 . さらに熱交換器を含み、前記熱交換器の一部が前記空調通路の一部を成し、前記熱交換器の他部が前記再生通路の一部を成すようにした、請求の範囲 1 に記載の空調装置。

3 . 前記再生通路の前記調湿器の上流側に加熱源を配置した、請求の範囲 1 または 2に記載の空調装置。

4 . 太陽エネルギによる発電部及び集熱部とからなるハイプリッドソーラパネルと、空調通路内に吸着式調湿器と電気式調温器とを配置してなるハイブリツド空調機とを含み、前記集熱部を前記吸着式調湿器の再生通路部と前記電気式調温器の再生通路部とに集熱通路を介して接続し、前記発電部を電気式調温器の受電部に接続した空調システム。

5 . 前記発電部の温度を測定する温度測定部と、該温度測定部にて測定された温度に応じて前記集熱部の外気吸引ファンの運転を制御する制御部とを備えた、請求の範囲 4 に記載の空調システム。

. 前記電気式調温器に熱電素子を用いた、請求の範囲 4 またはに記載の空調システム。