JP7248333B2 - 湿気の吸着除湿方法及び湿気の吸着除湿装置 - Google Patents

Description

本発明は、湿気の吸着除湿方法及び湿気の吸着除湿装置に関し、詳しくは、温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度に維持されている室内から取り出した低温の湿った空気をデシカントロータに送り、該デシカントロータによる吸着除湿によって得られる乾いた空気を前記室内に戻すことで、前記室内の相対湿度の上昇を抑制する低温の湿った空気中の湿気の吸着除湿方法、及び、該湿気の吸着除湿方法を実現可能な湿気の吸着除湿に関する。

近年、冷蔵技術や冷凍技術の進化に伴い、生産された食品を冷蔵又は冷凍された状態を維持したまま最終消費地まで配送する低温物流（コールドチェーン）の市場は年々増加している。その際に必要になる中間拠点となる物流倉庫では、冷凍・冷蔵トラックによって産地や食品工場から運ばれてきた食品を、いったん荷捌き室にて受け入れた後、冷蔵庫や冷凍庫へと移動させることが行われている。図８に示したように、荷捌き室は、例えば、－２５℃以下の温度に保持されている冷凍室や、５℃程度の温度に保持されている冷蔵室に隣接して設けられている。そして、荷捌き室の温度環境は、運ばれてきた食品の温度状態を維持するため、５℃～１０℃程度の低温環境に維持されている。

上記したように、荷捌き室は冷蔵室用の冷凍機などによって５℃～１０℃程度の低温環境に維持されるが、外気の湿度が高い夏場では、荷捌き室の相対湿度は８０％以上の高湿度環境となる。このため、荷物の搬入出時など、ドアやシャッターなどの開閉によって、湿った夏の外気が荷捌き室へ流入することで、荷捌き室の天井や床面で結露が起こることが懸念される。これに対し、床面で生じた結露や、天井面で結露した水滴が床面に落ちることは作業者のスリップ事故などにつながるため、できる限り結露が起こらない環境にすることが望ましい。

上記した課題解決のため、下記のような様々な方法が提案されており、実施もされている。例えば、外気空気が直接、荷捌き室に導入しないように、荷捌き室を陽圧に保ち外気流入を防ぐシステム（陽圧方式）や、ドアの開閉によって荷捌き室に流入する外気を、予め冷却除湿する冷却除湿方式や、デシカント除湿空調によって除湿するデシカント除湿方式で乾いた空気が導入されるようにするシステムや、湿った外気が開口部から流入しないように、エアカーテンなどを用いて、物理的に空気の流入を遮断するシステムなど、が提案されている。

上記した陽圧方式は、除湿した外気を陽圧ファンによって荷捌き室内に導入することで荷捌き室を陽圧に保つ方法であり、例えば、陽圧制御に除湿装置を加えたものが、「高効率陽圧除湿空調システムＤＥＭＳ」（長谷川鉄工社製）として製品化されている。冷却除湿方式は、冷却コイルで除湿した空気を再熱（温度調整）して送風する方法であり、特許文献１では、除湿室を荷捌き室の開口部手前に設けることで、外気をクーラユニットによって冷却除湿を行い、その乾いた冷たい空気の雰囲気が開口部手前に形成されるとしている。また、デシカント除湿方式では、デシカント除湿空調によって除湿された室外の空気（以下、外気或いは外気空気と呼ぶ）を荷捌き室へ供給している。

特許文献２では、冷蔵倉庫や冷凍倉庫又は冷蔵車や冷凍庫に用いられるデシカントロータによる除湿装置が提案されている。また、特許文献３では、デシカントロータと顕熱交換器を組み合わせたシステムが提案されている。また、特許文献４では、Ｆ級（冷凍庫用）の荷捌き室の温度環境を維持しつつ、入出庫に伴う外気からの高湿度暖気の侵入を防止できる空調設備についての提供がされている。特許文献５、６では、湿った空気の流入を物理的に遮断するエアカーテンなどの提案がされている。

特開２００２－３０３４７７号公報 特開２００１－１７９０３６号公報 特開２０１５－１５５０８１号公報 特開２０２１－２５７６０号公報 特開２０１７－１６６７２５号公報 特開２０２０－１４３８４９号公報

しかしながら、陽圧方式では、外気空気を除湿することが必要なため、外気を処理する除湿システムと陽圧システムを組み合わせることが必要となる。このため、安価なシステムとはいえず、経済性に劣るといった課題がある。また、デシカント除湿空調との組み合わせにより、冷凍機排熱を再生空気として利用する方法についての提案もある。しかし、後述するように、デシカント除湿空調機そのものが非常に煩雑なシステムとなっており、また、高価であるといった課題がある。さらに、荷捌き室を陽圧にすることで、冷凍庫の扉を開けた場合には、その空気が冷凍庫内へと流入するため、冷凍庫内の蒸発器表面では霜が発生しやすくなるといった別の問題が生じる。

また、前記した冷却除湿方式では、水分の凍結がぎりぎり起こらない温度（例えば、２℃程度）に調整した冷却コイルに湿った空気を導入することで、結露によって除湿を行っており、除湿後の空気は、再熱コイルによって荷捌き室の空気温度まで加温して吹き出すことが行われている。しかし、荷捌き室は、５℃～１０℃程度（相対湿度８０～９５％）の低温に維持されているため、凍結が起こらない２℃程度の冷却コイルでは、処理空気の露点がそもそも低いため除湿量には限界がある。すなわち、低露点空気まで除湿ができない。例えば、５℃、９０％ＲＨ（４．９ｋｇ／ｋｇＤＡ、露点３．５℃）の空気を２℃の冷却コイルで除湿すると、理論的には２℃、１００％ＲＨ（絶対湿度は４．４ｋｇ／ｋｇＤＡ）までしか下げることができないため、低露点空気が冷却除湿方式によって得られるとは言い難い。

前記したデシカント除湿空調方式では、夏場の湿った外気をデシカントロータにて除湿した状態にして導入しており、再生温度にもよるが、冷却除湿よりも低露点の乾いた空気を導入できる。また、デシカント除湿空調方式を利用した技術において、冷凍庫の開口部付近に除湿空気を吹き出すことで、冷凍庫内への湿った空気の流入を防いでいる技術も提案されている。図９に示すように、産業用の冷凍機として、空冷ヒートポンプの排熱利用によるデシカント換気空調装置も販売されている。しかし、このような除湿システムは、デシカントロータや全熱・顕熱交換素子、冷却コイルによる除湿やプレクーリング、アフタークーリング、さらに、除湿ロータ再生のための加熱コイルなどを必要とし、装置全体の構成が複雑であり、価格も非常に高価となる。

また、先に挙げたデシカントロータを除湿に利用したいずれの従来技術も、簡便なものとは言い難く、本発明が課題とする、例えば、５℃～１０℃程度の低温環境に維持される荷捌き室において、特に外気の湿度が高い夏場に懸念される、荷捌き室の相対湿度が８０％以上の高湿度環境となることで、荷物の搬入出時など、ドアやシャッターなどの開閉によって生じる、湿った夏の外気が荷捌き室へ流入することで起こる荷捌き室の天井や床面における結露の抑制に利用できる、簡便で経済的な対処手段とはなり得ない。

したがって、本発明の目的は、温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度環境に維持されている、例えば、荷捌き室などの室内において、特に外気の湿度が高い夏場に懸念される、室内の相対湿度が８０％以上の高湿度環境となることで、ドアやシャッターなどの開閉によって生じる、湿った夏の外気が室内へ流入することで起こる、天井や床面における結露の発生を抑制可能な、簡便で経済的な対処手段とできる有用な、荷捌き室などの室内における低温の湿った空気中の湿気の吸着除湿方法及び湿気の吸着除湿装置を開発することにある。

上記の目的は、以下の低温の湿った空気中の湿気の吸着除湿方法によって達成される。すなわち、本発明は、下記の湿気の吸着除湿方法を提供する。
［１］温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度に維持されている室内から取り出した、低温の湿った空気をデシカントロータに送り、該デシカントロータによる吸着除湿によって得られる乾いた空気を前記室内に戻すことで、前記室内の相対湿度の上昇を抑制する、前記低温の湿った空気中の湿気の吸着除湿方法であって、
前記吸着除湿の手段が、空気中の湿気を吸着したデシカントロータに、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用して加熱された外気を送り、該加熱された外気をデシカントロータに吸着している湿気とともに排気する構成を有することを特徴とする湿気の吸着除湿方法。

上記の湿気の吸着除湿方法の好ましい形態としては、下記が挙げられる。
［２］前記加熱された外気の温度が、４０℃～１４０℃である上記［１］に記載の湿気の吸着除湿方法。
［３］前記ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用する際に、排熱用熱交換器から得られる高温ブラインを加熱コイルに導入し、該加熱コイルを介して前記加熱された外気を得る上記［１］又は［２］に記載の湿気の吸着除湿方法。
［４］前記ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用し、排熱用熱交換器から得られる高温ブラインを、貯湯タンク内部に設置されている熱交換器に導入することで貯湯タンク内の水を加熱し、該加熱された水を利用して前記外気を４０℃～９０℃に加熱する上記［１］～［３］のいずれかに記載の湿気の吸着除湿方法。
［５］前記ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用する際に、高温高圧に圧縮されたＣＯ₂冷媒の圧縮機からの吐出温度を放熱するためのガスクーラから排出される熱風を、前記加熱された外気として、前記空気中の湿気を吸着したデシカントロータに送る上記［１］又は［２］に記載の湿気の吸着除湿方法。

本発明は、別の実施形態としては、下記の湿気の吸着除湿装置を提供する。
［６］温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度に維持されている室内から取り出した、低温の湿った空気をデシカントロータによる吸着除湿で乾いた空気に変換して前記室内に戻すことで、前記室内の相対湿度の上昇を抑制するために用いられる、湿気の吸着除湿装置であって、
前記取り出した室内の空気をデシカントロータに送り、且つ、該デシカントロータで除湿された乾いた空気を前記室内に戻すための機構と、
前記室内から取り出した空気中の湿気を吸着し、吸着した湿気を除湿するためのデシカントロータと、
該デシカントロータに加熱された外気を送風ファンで送り、デシカントロータに送風された該加熱された外気を、デシカントロータに吸着している湿気とともに排気するための、外気の送風・排気機構を有してなり、
該外気の送風・排気機構が、少なくともＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用して４０℃～１４０℃に加熱された外気を得るための外気加熱手段を有してなることを特徴とする湿気の吸着除湿装置。

上記の湿気の吸着除湿装置の好ましい形態としては、下記が挙げられる。
［７］前記外気加熱手段が、加熱コイルを有し、該加熱コイルに、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱の排熱用熱交換器からの高温ブラインを導入するものである上記［６］に記載の湿気の吸着除湿装置。
［８］前記外気加熱手段が、給水弁と熱交換器が設けられている貯湯タンクを有し、ＣＯ₂冷凍機からの高温ブラインを熱交換器に導入することで前記貯湯タンク内の水を加熱し、加熱された水を利用して外気を加熱する構成を有してなる上記［６］又は［７］に記載の湿気の吸着除湿装置。
［９］前記外気加熱手段が、さらに膨張タンクを有してなる上記［６］～［８］のいずれかに記載の湿気の吸着除湿装置。
［１０］前記外気加熱手段が、湿気を吸着した前記デシカントロータに、ＣＯ₂冷凍機のＣＯ₂冷媒の圧縮機からの吐出温度を放熱するためのガスクーラから排出される熱風を送る送風ファンを有してなる上記［６］に記載の湿気の吸着除湿装置。

本発明によれば、５℃～１０℃程度の低温環境に維持される荷捌き室などの室内において、特に外気の湿度が高い夏場に懸念される、室内の相対湿度が８０％以上の高湿度環境となることで、ドアやシャッターなどの開閉によって生じる、湿った夏の外気が室内へ流入することで起こる、該室内の天井や床面における結露に対する簡便で経済的な対処手段とできる、低温の湿った空気中の湿気の吸着除湿方法及び湿気の吸着除湿装置が提供される。本発明について、明細書では荷捌き室を例にとって説明したが、本発明者らの検討によれば、本発明は、本発明で規定する、温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度に維持されている室内空間の湿気を簡便に吸着除湿することを実現できる技術であり、説明のために例示した荷捌き室に限定されるものではない。

本発明の基本構成を説明するための一例の模式図である。 低温高湿度の空気を除湿した場合と、高温の外気を用いてデシカントロータの湿気を除湿して再生した場合の空気線図上で動きを示す図である。 本発明の実施例１の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施例３の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施例４の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施例２の構成を説明するための模式図である。 図６に示したＣＯ₂冷却機で排熱が高温になることを説明するための状態図である。 本発明の湿気の吸着除湿方法を適用する荷捌き室の状況を説明するための一例の模式図である。 産業用の低露点除湿デカントシステムを有する冷凍機製品（新晃工業社製）の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明者らは、上記した従来技術についての課題を解決するべく鋭意検討した結果、近年の研究開発により、冷凍倉庫等などの大型機器において、フロンの代替冷媒としてＣＯ_２を利用した冷凍機が広く普及し始めている現状に鑑み、ＣＯ₂冷凍機の特徴である高温排熱を有効利用することで、５℃～１０℃程度の低温環境に維持される荷捌き室において生じる結露の問題を、簡便に解決することが可能になることを見出した。

すなわち、本発明は、ＣＯ₂冷凍機の高温排熱を利用したデシカント除湿システムであることを特徴とする。本発明の特徴は、従来技術で行われているような、デシカントの利用とは異なり、外気の除湿処理は行わず、温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度の低温環境に維持されている室内の空気（ＲＡ）をデシカントロータに通風した後、吸着除湿された乾いた空気を再び室内に戻す除湿システムである点にある。そして、再生側では、外気（ＯＡ）を、ＣＯ₂冷凍機の排熱にて高温に加熱し、湿気を吸着したデシカントロータを乾いた状態に再生した後、外気（ＯＡ）は、そのまま屋外へ排気（ＥＡ）するように構成したことを特徴とする。すなわち、本発明において、外気（ＯＡ）はデシカントロータの再生に用いるのみで、外気（ＯＡ）の湿度を調整して室内に送るような従来の構成のものでなく、低温の室内の湿った空気（ＲＡ）をデシカントロータに通風して、湿気を吸着剤に吸着させて除湿し、吸着除湿された空気（ＳＡ）を室内に戻すことで、室内の相対湿度を低下させるとした、従来にない構成を有する。

図を参照して、上記構成の本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の基本構成について説明するための模式図である。図１に示したように、荷捌き室のような、温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度に維持されている室内の空気（ＲＡ）をデシカントロータ１に通風し、該デシカントロータ１にＲＡ中の湿気を吸着させて、該デシカントロータ１で湿気を除き、湿気を除いた除湿空気（ＳＡ）を室内に戻す。湿気を吸着したデシカントロータ１の再生には、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用する。図１に示した例では、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱で加熱されたブラインを加熱コイル４に送り、該加熱コイルで外気（ＯＡ）を加熱し、該加熱された外気（ＯＡ）をデシカントロータ１に吸着している湿気とともに排気（ＥＡ）することで除湿し、デシカントロータ１を再生する。デシカントロータ１は、図１に模式的に示したように、室内の空気（ＲＡ）が送風されてくる湿気の吸着ゾーン２と、吸着された湿気が加熱した外気（ＯＡ）とともに排気されて除去される再生ゾーン３とを有してなる。そして、本発明では、デシカントロータの吸着ゾーン２で吸着除湿された空気（ＳＡ）を、温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度に維持されている室内に戻す。

本発明の除湿システムでは、外気（ＯＡ）を加熱する手段にＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用するため、その加熱温度は、例えば、４０～１４０℃になる。したがって、室内に戻される、デシカントロータ１の吸着ゾーン２で吸着除湿されて相対湿度が低下した空気（ＳＡ）は、吸着熱及び再生の際に加熱されたデシカントロータからの熱移行により、温度が上昇したものになる。このため、吸着除湿後の空気（ＳＡ）を低温高湿度に維持する室内に戻すことは、室内の温度上昇の問題を懸念させる。しかし、本発明者らの検討によれば、図２に示したように、デシカントロータに吸着させて湿気を除湿する工程で、温度が上昇することになる空気（ＳＡ）を室内に戻した場合、湿気を除去するために取り出し、且つ、吸着除湿後に戻す室内が、本発明で規定するように、温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度に維持されている場合は、吸着除湿後の空気（ＳＡ）の温度の上昇による影響は小さく、問題なく室内の湿気を効果的に除去することが可能になる。

図２は、本発明の構成における、室内から取り出した湿った空気をデシカントロータで吸着除湿する側の空気線図と、加熱した外気によるデシカントロータの再生側の空気線図である。図２の例示では、低温の室内から取り出した湿った低温高湿度の空気（ＲＡ）は、５℃、相対湿度９０％であり、該室内の絶対湿度は４．９ｇ／ｋｇＤＡである。吸着除湿して、室内の絶対湿度を半減させて２．５ｇ／ｋｇＤＡとなるようにすると仮定すると、図２に示したように、温度は１４℃、相対湿度は２５％程度になる。換言すれば、吸着除湿された空気（ＳＡ）を室内に戻して絶対湿度を半減させたとしても、その温度変化は小さいので、通常の温度制御装置で、容易に室内を通常の状態の温度に維持させることができる。また、夏場の外気（ＯＡ）を温度３３℃、相対湿度６５％と仮定した場合、図２に示したように、その絶対湿度は２０．７ｇ／ｋｇＤＡである。再生ゾーンでＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用して、例えば、外気（ＯＡ）を７０℃に加熱した場合、絶対湿度は外気と同じと仮定すると、相対湿度は１０．５％になる。そして、加熱した外気（ＯＡ）を、デシカントロータに吸着していた湿気とともに排気した場合は、図２に示したように、排気する空気（ＥＡ）の絶対湿度は、先に吸着除湿した２．５ｇ／ｋｇＤＡ分だけ増加し、温度も１０℃程度低下したものになる。

上記したことから、本発明者らは、外気の湿度が高い夏場に生じることが懸念される、荷捌き室内のような、温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度に維持されている室内が、高湿度環境となって結露が生じることに対する除湿を簡便に行うには、図２に示したように、低温高湿度に維持されている室内の空気をデシカントロータに導入し、デシカントロータに空気中の湿気を吸着させて除湿を行って、例えば、絶対湿度を半減させた空気（ＳＡ）を室内に戻すことが有効であることを見出した。また、デシカントロータの再生に用いた加熱した外気は、デシカントロータに吸着した湿気とともに排気すればよいので、予冷などの冷却も不要である。

上記のような基本構成を有する本発明では、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用して、上記した低温高湿度に維持されている室内から取り出した低温で湿った空気の湿気を吸着させたデシカントロータを再生させるが、その際の手段として、種々の手段が考えられる。すなわち、ＣＯ₂冷凍機からの高温の排熱の取り出し方、外気（ＯＡ）への排熱の供給方法において、下記に挙げるような構成を採用することができる。

図３は、先に説明した図１と基本的には同様の構成である。この例では、Ｆ級（冷凍庫用）冷凍機又はＣ級（冷蔵庫用）冷凍機の排熱用熱交換器（不図示）から得られる高温ブラインを、加熱コイル４に直接導入することで排熱を取出して利用する。冷凍機から送り出される高温ブラインの循環ラインは密閉回路となるため、図３に示したように、密閉式膨張タンク６を設けることが好ましい。膨張タンクは、温度変化による体積膨張を吸収するための容器であり、密閉式膨張タンクを用いることで、酸化による腐食なども防ぐことができる。したがって、この点でも膨張タンクを用いることが好ましい。ブラインとは、例えば、冷凍機の冷媒の冷凍能力を、冷却される品物（被冷凍物）に伝える役割をする熱媒体等のことであり、冷却のためのブラインとしては、塩化カルシウム水溶液や塩化ナトリウム水溶液などが挙げられる。場合によっては、塩化マグネシウム水溶液、エチレングリコールなども用いられている。本発明では、冷凍機の排熱用熱交換器から得られる高温ブラインを利用するが、高温ブラインを取り出す場合は、塩化物系のブラインではなく、エチレングリコールやプロピレングリコール、グリセリン、シリコンオイルなどが適している。

前記低温高湿度に維持されている室内から取り出した「低温の湿った空気」をデシカントロータに送り吸着除湿後、吸着した湿気を、前記のようにして取り出した排熱で加熱した外気（ＯＡ）によって除去して再生する際の再生温度は、図３内に記載したように、４０℃～１４０℃が好ましい。さらには６０℃～１２０℃の温度とするとよい。具体的には、前記した冷凍機の運転によって得られる圧縮機排熱を冷凍機の運転の成り行きで得られる加熱されたブライン（液体）を、高温用送液ポンプを用いて加熱コイルへ導入し、該加熱コイルを利用することで外気（ＯＡ）を加熱する。したがって、図３に例示した室内から取り出した湿気の吸着除湿方法を実施するための湿気の吸着除湿装置に必要な設備としては、高温ブラインを送るための高温用送液ポンプ７、膨張タンク６、加熱コイル４、デシカントロータ１、送風ファン（吸着側、再生側）５があればよい。すなわち、極めて簡便な設備だけで実施することができる。

次に、図４を参照して、外気（ＯＡ）への排熱の供給手段に貯湯タンクを利用する例について説明する。設備に貯湯タンクを設ける構成とすることで、荷捌き室などのＣ級冷凍機の排熱を利用するとともに、冷凍庫を冷やすＦ級冷凍機など、複数の冷凍機排熱の利用が可能になるといった利点がある。さらに、本発明は、特に、外気の湿度が高い夏場に、荷捌き室の相対湿度が８０％以上の高湿度環境になり、結露の問題が生じており、この点について簡便な手段で解消することを目的としているため、外気の湿度が高くない、中間期や冬期は、荷捌き室の除湿は不要となる。そのため、本発明を、設備に貯湯タンクを設ける構成とすれば、この荷捌き室の除湿が不要な期間は、貯湯タンクを別の目的に有効利用することができる。貯湯タンクの温水を、例えば、食品工場内で使用される洗浄用の温水や、事務所の暖房用などとして利用することが可能である。

貯湯タンクを利用する場合、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を回収する流体は、高温対応のブラインとする。先に挙げたような給湯水を有効利用することを考慮すると、貯湯タンクには水を使用することが好ましい。水を使用した場合、図４に示したように、デシカントロータの再生温度は４０℃～９０℃程度となる。給湯水の利用を考慮すると、実用的には、６０℃～７５℃とすることが好ましい。本発明者らの検討によれば、このような温度範囲で外気（ＯＡ）を加熱でき、加熱した外気によってデシカントロータに吸着した湿気を十分に除湿できる。図４に示した例は、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を貯湯タンク内の水を利用して回収し、その熱を外気（ＯＡ）の加熱に利用する以外の構成は、先に説明した図３の例と同様である。

図５に示した例は、ＣＯ₂冷凍機の圧縮機吐出温度を放熱するガスクーラから排出される熱風（図６参照）をデシカントロータに直接、通風する極めて単純な方式である。この例では、ブライン配管を使用しないため、高温用送液ポンプも不要になる。図５に示した例は、最もシンプルな構成であり、デシカントロータ１と、送風ファン（吸着側、再生側、放熱側）５があればよい。この例の場合の外気（ＯＡ）は、図５に示したように、４０～１２０℃に加熱される。

図３～図５に例示したように、本発明によれば、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用するだけで、デシカントロータに送られた室内の低温の湿った空気によってデシカントロータに吸着した湿気を、外気（ＯＡ）とともに排気して簡便に効果的に除湿してロータを再生し、湿気を吸着した後の乾いた空気を室内に戻すという単純な構成で、温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度に維持されている室内の湿度を、夏場などに懸念される結露が生じないように抑制できるという顕著な効果の実現が可能になる。

本発明者らの検討によれば、従来のフロン冷凍機排熱では、６０℃以下の低温排熱利用が殆どであり、また、ＣＯ₂冷凍機によって得られる高温排熱を利用するだけで室内の除湿を行うようなシステムは、これまで提案されていない。また、デシカントロータを使用する場合も、これまで提案されている従来技術は、排熱利用による煩雑なデシカント換気空調システムとなっており、簡便に利用できるものではなかった。すなわち、本発明は、先に説明した通り、デシカントロータと、４０℃～１４０℃、好ましくは、６０℃以上の高温空気が得られるＣＯ₂冷凍機排熱を利用するだけで、荷捌き室のような低温高湿度の室内の空気の除湿を行うシステムを目指しており、本発明の簡便な構成によってこの目的を達成しており、従来の排熱利用による煩雑なデシカント換気空調システムとは大きく異なっている。

下記に述べる通り、本発明によって達成された技術は、温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度に維持されている室内において、特に夏場に生じることが懸念される結露が生じないように除湿することに絞って開発したことによってなされたものである。

本発明者らは開発にあたり、まず、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用することについて検討した。冷凍冷蔵倉庫では、近年、地球温暖化の問題から、冷媒にフロンガスを用いないＣＯ₂冷媒冷凍機の導入が進みつつある。ＣＯ₂冷媒冷凍機は、冷媒に、フロンガスのＲ２２（ＨＣＦＣ）や、その代替冷媒のＲ４０４Ａを用いた冷凍機に比べて、１５～３０％程度の省エネ効果が得られる。ＣＯ₂冷凍機では、臨界温度が３１．１℃のため、外気温が高い夏場では、臨界点以上の圧力まで冷媒を圧縮するトランスクリティカル（遷臨界）圧縮運転が求められる。そのため、圧縮機の吐出ガスは高温、高圧の超臨界状態となっており、例えば、図６の２段圧縮式のＣＯ₂冷凍機において、夏場の運転サイクルをｐ－ｈ線図で示すと、図７にあるように、圧縮機の吐出温度は１２０℃～１４０℃までの高温に達する。

上記したＣＯ₂冷凍機における高温排熱の事実状態から、本発明者らは、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を最適に利用することができる本発明の構成を見出した。上記で示したように、ＣＯ₂冷凍機では、真夏のような条件下では、高段圧縮機の吐出温度も１２０～１４０℃程度まで達するなど、非常に高温となる。この高温の排熱を利用すれば、デシカントロータの高温再生が可能であると考えられる。一方、荷捌き室は、５℃～１５℃、相対湿度６０％～９０％以上と、低温かつ高湿度である。したがって、デシカントロータの水分吸着を考えると、荷捌き室における、低温で且つ高い相対湿度は、吸着には望ましい空気状態のため、そのまま通風させて吸着除湿を行うことが理想的である。本発明の着想点はこの部分にあり、荷捌き室の低温高湿度の空気そのものを予め除湿することで、荷捌き室への外気流入による結露などを防ぐことを着想しものである。また、デシカントロータの再生についても、ＣＯ₂冷凍機によって得られる高温排熱を利用することで、ヒータ加熱などを行うことを必要にせずに除湿、再生を達成することができる。

なお、本発明は、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用する技術であるが、あくまでも排熱利用による除湿システムであり、湿度制御などは行わず、冷凍機の運転によって排熱がある限り、成り行きで除湿を行うものである。そのため、除湿後の、荷捌き室などの室内の空気についての数値目標や制御数値などはない。本発明が目的としている、例えば、荷物の搬入出時など、ドアやシャッターなどの開閉によって、湿った夏の外気が荷捌き室へ流入しても、結露が起こらない程度に乾いた空気が供給できるように、室内の除湿が実行されればよい。

また、本発明によれば、荷捌き室内の除湿に適用することで、下記の効果を得ることができる。本発明が除湿の対象としている荷捌き室内は、冷凍機によって５℃程度の低温に維持されている。本発明の除湿システムとの併用により、潜熱負荷の一部（冷凍機側にて行う冷却除湿）を本発明の除湿システムにてまかなうことができるので、冷凍機の冷却消費電力の削減にも貢献できる。

本発明者らの検討によれば、本発明の湿気の吸着除湿方法（除湿システム）を荷捌き室に適用する場合は、下記のようにすることが好ましい。ドアの開閉などによって荷捌き室に流入する暖かい湿った空気は、上昇気流となるため、天井近い部分にたまりやすい。そのため、デシカントロータへ導入する荷捌き室の空気の吸い込み口は、天井付近など高い位置に設けることが望ましい。また、湿気が吸着したデシカントロータを高温排熱を利用して再生し、荷捌き室内の空気を導入したデシカントロータで室内の湿気を吸着除湿したあとの処理空気を荷捌き室へ戻す場合は、デシカントロータへの湿気の吸着によって生じる吸着熱等によって若干温度が高くなっているため、荷捌き室内にある冷却器（蒸発器）の吸い込み口付近へと戻すことが望ましいといえる。

本発明を構成するデシカントロータは、特に限定されず、市販されているロータをいずれも使用することができる。デシカントロータに使用される湿気の吸着剤は、シリカゲルやゼオライト、高分子収着剤、稚内層珪質頁岩、ハスクレイ、メソポーラスシリカなど、４０℃～１４０℃程度の再生温度に適用できる耐熱性を有するものであればよく、その材料は特に問わない。本発明を構成するデシカントロータの役割は、外気の除湿処理によるデシカント換気装置ではないため、処理側風量と再生側空気風量は同じ風量である必要はない。再生温度が高い場合には再生側空気の風量を低下させることが可能である。また、処理側空気風量は除湿量に応じて風量を増減可能である。

本発明で使用する送風のためのファンは、デシカント除湿装置に内蔵されているものでもよいし、内蔵されていない場合は、適宜に適切なファンを用意すればよい。ファンで送る必要風量は、特に限定されず、荷捌き室の容積や設置する場所の外気環境、そして、建物の気密性や断熱性などを考慮して、適切な風量を選定すればよい。本発明において、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱は、プレート式熱交換器などを用いて、高段圧縮機によって超臨界圧力まで圧縮された高温のＣＯ₂冷媒と、ブラインなどの流体が熱交換することによって回収される。

以下、実施例挙げて、本発明をさらに具体例を説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
本実施例では、図３に模式的に示した構成の湿気の吸着除湿装置を用いた。図１に例示したデシカント除湿装置は、物流冷凍倉庫などの荷捌き室や低温室に使用される。デシカント除湿装置には、モーター（不図示）による回転機構を有するデシカントロータ１が納められており、再生側空気（外気ＯＡ）と、デシカントロータ１を用いて除湿をするための処理空気（低温の室内の湿った空気（ＲＡ））が、それぞれデシカントロータ１に導入される。デシカントロータ１にはシリカゲル製のロータを用いた。以下、単にロータとも略記する。

荷捌き室の空気の温湿度を想定した、温度５℃、相対湿度９０％（絶対湿度：４．８６ｇ／ｋｇＤＡ）の処理空気（ＲＡ）を、デシカントロータ１へ導入した。そのときの風量は、９００ｍ³／ｈとした。また、再生側の空気（外気ＯＡ）は、夏の日中の外気条件である、温度３３℃、相対湿度６５％（絶対湿度：２０．７ｇ／ｋｇＤＡ）を、図３に示したようにして、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用して８０℃まで加熱し、加熱した空気をロータの再生空気として導入した。その結果、ロータ通過後の処理空気（ＳＡ）は、２０℃、１６％（絶対湿度：２．３ｇ／ｋｇＤＡ）であり、１時間あたりの除湿量は２．９ｋｇであった。ロータ通過後の処理空気（ＳＡ）は、吸着熱及び加熱されたロータからの熱移行により、２０℃まで上昇した。このため、除湿後の空気（ＳＡ）は、荷捌き室内の温度を制御している蒸発器の吸い込み口付近へ吹き出すようにした。吹き出す位置をこのようにしたことで、温度上昇した処理空気（ＳＡ）を室内に戻すことによって生じる室温の上昇を抑制した。

［実施例２］（加熱ブラインをデシカント再生コイルへ供給）
図６の模式図を参照して説明する。図６に示したように、ＣＯ₂冷凍機の、高段側圧縮機吐出口とガスクーラとの間に、排熱回収用プレート式熱交換器を設置し、そこへ耐熱性の高いブラインを導入することで、高温になっている高段側圧縮機の吐出熱との熱交換により、加熱されたブラインを取り出した。図６中に太い矢印で記載したように、その加熱されたブラインを、デシカントロータ（不図示）の再生空気加熱コイル（不図示）に供給する。また、加熱コイルから出たブラインは、図６中に太い矢印で記載したように、再度、ＣＯ₂冷凍機の排熱回収用プレート式熱交換器へ戻すことで、ブラインを循環させる。

図１に示したように、デシカントロータ１の再生空気である外気（ＯＡ）空気が加熱コイル４を通過することで加熱され、その加熱空気がデシカントロータ１の再生部（再生ゾーン）３に通風される。なお、ブラインの種類は、エチレングリコールやプロピレングリコールなどもあるが、１００℃を超えるような高温の場合には、グリセリン系ブラインやシリコンオイルなどが望ましい。また、ブラインが循環する配管途中には、温度上昇で増える比体積の膨張に伴う配管内の圧力上昇を防ぐため、膨張タンク６を設けている。

本実施例での試験は、荷捌き室での結露が懸念される夏の日中に行った。夏の日中の運転時では、高段側圧縮機の吐出温度は１３５℃まで達しており、１２０℃に加熱された高温ブラインが得られた。この加熱ブラインを直接、デシカント再生側の空気（外気ＯＡ）導入側に設けた加熱コイルに導入することで、再生側の空気（外気ＯＡ）は９０℃まで加温された。外気空気は、日中、３４℃まで上昇し、そのときの相対湿度は６０％（絶対湿度：２０．３ｇ／ｋｇＤＡ）であった。風量は実施例１と同じ条件で行った。その結果、日中の１時間あたりの除湿量は約３．１ｋｇであった。また、冷凍機運転によって得られる加熱ブラインを常に再生側の加熱コイルに導入し、外気空気を加熱しながら、成り行きで除湿運転を行った結果、１日あたりの総除湿量は５２ｋｇであった。

［実施例３］（加熱ブラインを貯湯タンクへ供給）
図４の模式図を参照して説明する。前記実施例２で説明したと同様に、ＣＯ₂冷凍機の高段側圧縮機の吐出熱から回収した高温のブラインを、図４に示したように、熱交換器が内蔵されている貯湯タンクの熱交換器へポンプ７を用いて循環させた。その熱交換器は貯湯タンクの下部に設置されており、貯湯タンク内の水がブラインとの熱交換によって加熱される。なお、貯湯タンク内では温度成層が形成されるため、加熱されたお湯がタンク上部へと移動する。したがって、貯湯タンクの上部が高温の温水となる。このため、デシカントロータの再生のための温水は、貯湯タンクの上部から高温になった温水をポンプによって取り出し、デシカントロータ１を再生する加熱空気を得るために用いる加熱コイル４へと供給する。そして、加熱コイル４からの還り温水は、貯湯タンクの中段付近へと戻すことで循環させる。

また、貯湯タンク内の温水温度が一定温度に到達する、或いは、ブラインの往き温度と還り温度の差が小さくなった時点で、貯湯タンク内温水の沸騰防止のため、加熱ブラインの供給ポンプ７を止めることで、過剰な温度上昇を抑制する。さらに、本実施例のように構成すれば、複数の熱交換器が内蔵された大型の貯湯タンクや、複数の貯湯タンクを接続利用することで、複数台の冷凍機排熱を利用することも可能である。この場合、余剰となった温水は、給湯用温水や食品工場などの洗浄用温水としても利用可能である。温水として利用する場合は、貯湯タンク内の底部から市水を導入することで、貯湯タンク上部から温水が押し出される。また、先に述べたように、デシカントによる除湿が不要な中間期や冬期では、例えば、５０℃～６０℃程度に加熱された温水をパネルヒーターへ循環供給することで、冷凍倉庫の近くに併設されている事務所空間の暖房用温水として利用可能である。このように構成すれば、冷凍機からの高熱排熱を、年間を通じて有効利用することが可能になる。

本発明者らの検討によれば、夏の運転時、１２０℃まで加熱されたブラインを貯湯タンク内の熱交換器に供給することで、貯湯タンク内では高温の温水が生成された。また、貯湯タンク上部の温水は８５℃まで加熱されており、８５℃の温水をデシカントの再生空気加熱コイルへと供給した。本実施例では、再生空気温度は７５℃まで上昇し、その空気をデシカントロータの再生ゾーン３へ供給した。その結果、日中の１時間あたりの除湿量は２．３ｋｇであった。

［実施例４］（ガスクーラ排気空気を直接、デシカントロータ再生空気として供給）
図６の模式図を参照して説明する。図６に示したように、従来のＣＯ₂冷凍機では、高段側圧縮機の吐出熱を放熱のためにガスクーラを使用しているが、本実施例では、デシカントロータへの送風のため、通常のガスクーラと高段圧縮機吐出口の間に、冷凍機本体とは分離して設置できる小型の横吹型ガスクーラを設置した。本実施例では、そのガスクーラから排気される加熱された空気をダクト接続により、デシカントロータの再生ゾーン３へ供給した。本発明者らの検討によれば、夏の運転時、デシカントに供給された風流は１５００ｍ³／ｈであり、また、空気温度は約７０℃であった。本実施例における日中の１時間あたりの除湿量は、２．８ｋｇであった。

１：デシカントロータ
２：吸着ゾーン
３：再生ゾーン
４：加熱コイル
５：送風ファン
６：膨張タンク
７：高温用送液ポンプ

Claims (10)

1. 温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度に維持されている室内から取り出した、低温の湿った空気そのものをデシカントロータに送りそのまま通風させて吸着除湿を行い、該デシカントロータによる吸着除湿によって得られる乾いた空気を前記室内に戻すことで、前記室内の相対湿度の上昇を抑制する、前記低温の湿った空気中の湿気の吸着除湿方法であって、
   前記吸着除湿の手段が、前記低温の湿った空気中の湿気を吸着したデシカントロータに、排熱が高温になるＣＯ₂冷凍機の運転で得られる、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用して加熱した外気を送り、該加熱した外気を、デシカントロータに吸着している湿気とともに排気する構成であり、外気はデシカントロータの再生のみに用いられ、且つ、
   前記吸着除湿の手段によって得られる、吸着熱及び再生の際に加熱されたデシカントロータからの熱移行により前記低温の湿った空気よりも温度が上昇した乾いた空気を、該上昇した温度の状態で前記室内に戻すことを特徴とする湿気の吸着除湿方法。
2. 前記加熱された外気の温度が、４０℃～１４０℃である請求項１に記載の湿気の吸着除湿方法。
3. 前記ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用する際に、排熱用熱交換器から得られる高温ブラインを加熱コイルに導入し、該加熱コイルを介して前記加熱された外気を得る請求項１又は２に記載の湿気の吸着除湿方法。
4. 前記ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用し、排熱用熱交換器から得られる高温ブラインを、貯湯タンク内部に設置されている熱交換器に導入することで貯湯タンク内の水を加熱し、該加熱された水を利用して前記外気を４０℃～９０℃に加熱する請求項１～３のいずれか１項に記載の湿気の吸着除湿方法。
5. 前記ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用する際に、高温高圧に圧縮されたＣＯ₂冷媒の圧縮機からの吐出温度を放熱するためのガスクーラから排出される熱風を、前記加熱された外気として、前記空気中の湿気を吸着したデシカントロータに送る請求項１又は２に記載の湿気の吸着除湿方法。
6. 温度が０℃～１５℃、相対湿度が６０％～９０％の低温高湿度に維持されている室内から取り出した、低温の湿った空気をデシカントロータによる吸着除湿で乾いた空気に変換して前記室内に戻すことで、前記室内の相対湿度の上昇を抑制するために用いられる、湿気の吸着除湿装置であって、
   前記取り出した室内の低温の湿った空気そのものをデシカントロータに送りそのまま通風させて吸着除湿を行い、且つ、該デシカントロータで除湿された、吸着熱及び再生の際に加熱されたデシカントロータからの熱移行により前記取り出した室内の低温の湿った空気よりも温度が上昇した乾いた空気を、該上昇した温度の状態で前記室内に戻すための機構と、
   前記室内から取り出した低温の湿った空気中の湿気を吸着し、吸着した湿気を除湿するためのデシカントロータと、
   該デシカントロータに加熱された外気を送風ファンで送り、デシカントロータに送風された該加熱された外気を、デシカントロータに吸着している湿気とともにそのまま屋外へ排気するように構成されてなる、外気の送風・排気機構を有してなり、
   該外気の送風・排気機構が、排熱が高温になるＣＯ₂冷凍機の運転によって得られる、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱を利用して、デシカントロータの再生に用いるための加熱された外気を得る外気加熱手段を有してなることを特徴とする湿気の吸着除湿装置。
7. 前記外気加熱手段が、加熱コイルを有し、該加熱コイルに、ＣＯ₂冷凍機からの高温排熱の排熱用熱交換器からの高温ブラインを導入するものである請求項６に記載の湿気の吸着除湿装置。
8. 前記外気加熱手段が、給水弁と熱交換器が設けられている貯湯タンクを有し、ＣＯ₂冷凍機からの高温ブラインを熱交換器に導入することで前記貯湯タンク内の水を加熱し、加熱された水を利用して外気を加熱する構成を有してなる請求項６又は７に記載の湿気の吸着除湿装置。
9. 前記外気加熱手段が、さらに膨張タンクを有してなる請求項６～８のいずれか１項に記載の湿気の吸着除湿装置。
10. 前記外気加熱手段が、湿気を吸着した前記デシカントロータに、ＣＯ₂冷凍機のＣＯ₂冷媒の圧縮機からの吐出温度を放熱するためのガスクーラから排出される熱風を送る送風ファンを有してなる請求項６に記載の湿気の吸着除湿装置。

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