CN101652258A - 车辆用除湿、加湿装置 - Google Patents
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Abstract
车辆用除湿、加湿装置,通过在作为空气流路的壳体中依次容纳第一鼓风机(2a)、第一流路切换装置(4a)、吸附剂组件(3)、第二流路切换装置(4b)、第二鼓风机(2b)构成。吸附剂组件(3)通过将第一吸附元件(31)及第二吸附元件(32)直接配置在珀尔帖元件(30)的各个板面上构成。并且,通过使流过珀尔帖元件(30)的电流反转,利用第一流路切换装置(4a)及第二流路切换装置(4b)进行流路切换,将被除湿(或加湿)的空气连续地从第一吹出口(11)吹出,将加湿(或除湿)的空气连续地从第二吹出口(12)吹出。
Description
技术领域
本发明涉及车辆用除湿、加湿装置,更详细地说,涉及利用吸附剂的吸附、解吸功能,例如在冬季向窗玻璃提供防雾用的除湿空气,向乘坐人员侧提供加湿空气的车辆用除湿、加湿装置。
背景技术
作为车辆室内的空调技术之一,为了使车辆室内更舒适并且节省能量,研究了各种利用吸附剂的水蒸气解吸功能的除湿、加湿技术。作为这种技术,提出了“车室内的空调方法”,在该方法中,例如在冬季,在一边使室内的空气循环一边为了窗玻璃的防雾而将室外的干燥的外部空气导入并吹到窗玻璃上时,利用活性炭、沸石等吸附剂捕捉从室内向室外排出的一部分空气中的水分,将捕捉的水分返回到室内,借此防止室内干燥。
在上述空调方法中,将吸附剂载置在由能够透气的圆柱状的蜂窝结构体构成的所谓的吸附转子中,一边使吸附转子以一定速度旋转,一边在吸附转子的一部分通过规定的吸附区域(室内空气的排出流路)时,吸附水分,在通过规定的解吸区域(室内空气的循环流路)时,利用由电热加热器加热的空气加热吸附剂,将吸附剂的水分解吸。
专利文献1:特开2000-142096号公报
另外,作为除湿、加湿技术,提出了“空气调节装置”,所述空气调节装置,例如在夏季,为了实现制冷用的空调机(制冷设备)的节能化并且向乘坐人员侧供应除湿的舒适空气,利用间隔板分隔成两个系列的送风通路,并且对于以各自的两端作为进气口和排气口的空气流路,以跨越两个送风通路的方式依次配置热交换部和吸湿构件(吸附转子)。
在上述空气调节装置中,在热交换部冷却通过一个送风通路的空气,加热通过另外一个送风通路的空气,同时,使吸湿构件在两个送风通路之间转动或者摆动,反复进行吸附、解吸操作,并且,向室内提供通过一个送风通路并被除湿的空气,将通过另外一个送风通路并被加湿的空气排出到室外。另外,热交换部,通过在珀尔帖(Peltier)元件的吸热部和散热部分别配置热传导部而构成,通过利用珀尔帖元件的散热部侧的热传导部冷却一个送风通路的空气,利用珀尔帖元件的散热部侧的热传导部加热另一个送风通路的空气,对吸湿构件提供用于促进吸附的低温热和解吸所必要的高温热。
专利文献2:特开2000-146220号公报
发明内容
不过,在基于使用吸附剂的如上所述的除湿、加湿技术构成车辆用除湿、加湿装置的情况下,将吸附剂载置在吸附转子等旋转构件上,为了在构成吸附区域及解吸区域的送风通路等特定空间中驱动旋转构件,其驱动机构是必要的,存在着不能简化装置结构的问题。进而,需要足够容纳旋转构件及其驱动机构的充分的容积的壳体,存在着难以小型化的问题。
另外,如上所述,在利用珀尔帖元件的情况下,与利用电热加热器进行吸附剂的加热解吸的从前的技术相比,由于能够同时进行吸附剂的加热和冷却,所以,可以提高吸附剂的吸附效率。但是,在利用珀尔帖元件的情况下,由于一度经由该珀尔帖元件的两侧的热传导部加热、冷却送风通路的空气,并且,经由通过吸附转子的空气本身加热、冷却吸附剂,所以,存在着热效率低,珀尔帖元件本身与其发热量相比尺寸大型化的问题。
进而,在吸附转子方式中,由于利用应当除湿的空气冷却吸附转子的吸附剂,所以,由于由吸附引起的放热,在通过吸附转子期间,空气本身的温度上升,吸附剂整体上不能充分发挥吸附功能,另外,由于利用应当加湿的空气加热吸附转子的吸附剂,所以,由于由解吸引起的吸热,在通过吸附转子期间,空气本身的温度下降,同样地,吸附剂整体上不能充分发挥解吸功能。结果,不得不增大通气面积,载置比需要的量更多的吸附剂,存在吸附转子大型化的倾向。
本发明是鉴于上述情况做出的,其目的是提供一种车辆用除湿、加湿装置,所述车辆用除湿、加湿装置,利用吸附剂的吸附、解吸功能,例如,在冬季,向窗玻璃提供防雾用的除湿空气,向乘坐人员侧提供加湿空气,所述车辆用除湿、加湿装置能够简化装置结构,并且能够使装置小型化。
为了解决上述课题,在本发明中,通过将载置有吸附剂的固定方式的一对吸附元件分别直接配置在起着珀尔帖元件的吸热部及散热部作用的一对板面上,构成吸附剂组件,利用珀尔帖元件,例如直接冷却第一吸附元件,促进由吸附剂进行的吸附物的吸附,同时,例如直接加热第二吸附元件,进行由吸附剂进行的吸附物的解吸,将通过第一吸附元件获得的被除湿的空气向第一吹出口吹出,将通过第二吸附元件获得的被加湿的空气向第二吹出口吹出。并且,在吸附剂组件中,通过使流向珀尔帖元件的电流反转,将吸热部和散热部在功能上互换,借此,切换对各个吸附元件的冷却和加热,使各个吸附元件的吸附操作和解吸操作反转,同时,使用流路切换装置,响应吸附操作和解吸操作的反转,切换通过第一吸附元件的空气和通过第二吸附元件的空气的转向目的地。借此,例如在冬季,可以将被除湿的空气从第一吹出口连续地吹出,将其用于窗玻璃的防雾,另外,可以将被加湿的空气从第二吹出口连续地吹出,将其用于提高乘坐人员的舒适性。
即,本发明的一种形式,是一种车辆用除湿、加湿装置,用于对车辆室内的空气除湿及加湿,所述车辆用除湿、加湿装置通过将第一鼓风机、第一流路切换装置、吸附剂组件、第二流路切换装置以及第二鼓风机依次容纳在设置有第一吸入口、第二吸入口、第一吹出口及第二吹出口的作为空气流路的壳体内而构成,吸附剂组件由配备有分别起着吸热部及散热部的作用的一对板面的珀尔帖元件、和将吸附剂载置在能够通风的部件上而成且分别直接配置在前述珀尔帖元件的各个板面上的第一吸附元件及第二吸附元件构成,并且,所述吸附剂组件以由前述各个鼓风机送风的空气能够并列地分别通过前述第一吸附元件或第二吸附元件的方式配置在前述壳体内,前述第一流路切换装置能够将从前述第一鼓风机送风的空气转向前述吸附剂组件的第一吸附元件(或者第二吸附元件),同时,将通过前述第二吸附元件(或者第一吸附元件)的空气导入并转向前述第二吹出口,并且,能够切换从前述第一鼓风机送风的空气的转向目的地及转向前述第二吹出口的空气的导入源,前述第二流路切换装置能够将通过前述吸附剂组件的第一吸附元件(或者第二吸附元件)的空气导入并转向前述第一吹出口,同时,将从前述第二鼓风机送风的空气转向前述第二吸附元件(或者第一吸附元件),并且,能够切换转向前述第一吹出口的空气的导入源及从前述第二鼓风机送风的空气的转向目的地,并且,通过在前述吸附剂组件中使流过珀尔帖元件的电流反转以便将该珀尔帖元件的吸热部及散热部互换,同时,响应电流的反转而切换前述第一流路切换装置及第二流路切换装置,将被除湿(或加湿)的空气从前述第一吹出口吹出,将被加湿(或除湿)的空气从前述第二吹出口吹出。
根据本发明的车辆用除湿、加湿装置,由于利用固定方式的一对吸附元件和珀尔帖元件构成吸附剂组件,通过流向珀尔帖元件的电流的反转,使各个吸附元件的吸附操作和解吸操作反转,并且,利用流路切换装置切换被除湿、加湿的各个空气相对于吹出口的转向目的地,所以,没有必要设置现有技术中的吸附转子方式的旋转驱动部,而且,由于将各个吸附元件直接配置在珀尔帖元件的起着吸热部及散热部的作用的各个板面上,在加热、冷却吸附元件时的珀尔帖元件与吸附元件之间的热传导性高,所以,可以进一步将吸附剂组件小型化,结果,可以简化装置结构,并且可以将整个装置进一步小型化。
附图说明
图1是表示根据本发明的车辆用除湿、加湿装置的结构例的框图。
图2是表示在本发明的车辆用除湿、加湿装置中使用的吸附剂组件的一个例子的透视图。
图3是表示在本发明的车辆用除湿、加湿装置中使用的吸附剂组件的另外一个例子的透视图。
图4A是表示在车辆用除湿、加湿装置中使用的流路切换装置的一个例子的内部结构的平面图。
图4B是表示在车辆用除湿、加湿装置中使用的流路切换装置的一个例子的内部结构的侧视图。
图5A是图4A及4B所示的流路切换装置的正视图。
图5B是图4A及4B所示的流路切换装置的背面图。
图6A是沿着图4A的B-B线剖开的剖视图,是表示流路切换装置的功能的图示。
图6B是沿着图4A的B-B线剖开的剖视图,是表示流路切换装置的功能的图示。
图7是表示适合于本发明的车辆用除湿、加湿装置的吸附剂的吸附特性的水蒸气吸附等温线。
符号说明
11:第一吹出口
12:第二吹出口
2:鼓风机
2a:第一鼓风机
2b:第二鼓风机
3:吸附剂组件
30:珀尔帖元件
31:吸附元件
32:吸附元件
33:部件
4:流路切换装置
4a:第一流路切换装置
4b:第二流路切换装置
41:导入室
42:导入室
43:换向室
44:风门
45:驱动器
具体实施方式
下面基于附图说明根据本发明的车辆用除湿、加湿装置的实施形式。图1是表示根据本发明的车辆用除湿、加湿装置的结构例的框图。图2及图3分别是表示本发明的车辆用除湿、加湿装置中使用的吸附剂组件的一个例子的透视图。图4A及4B分别是表示车辆用除湿、加湿装置中使用的流路切换装置的一个例子的内部结构的平面图及侧视图,图5A及5B是图4A及4B所示的流路切换装置的正视图及背面图。图6A及6B是沿着图4A的B-B线剖开的剖视图,是表示流路切换装置的功能的图示。另外,图7是表示适合于本发明的车辆用除湿、加湿装置的吸附剂的吸附特性的水蒸气吸附等温线。另外,在下面的实施形式的说明中,将车辆用除湿、加湿装置简单地记作“除湿、加湿装置”。
本发明的除湿、加湿装置是将车辆室内的空气除湿以及加湿的除湿、加湿装置,在外部气体干燥的例如冬季,用于向窗玻璃提供防雾用的除湿空气,向乘坐人员侧提供加湿空气。另外,通过变更后面所述的流路切换装置的动作设定,在外部气体成为高湿度的夏季,可以向乘坐人员侧提供除湿空气。进而,尽管本发明的除湿、加湿装置可以组装到已经设置好的空调装置中,但是,如下面的实施形式所述,可以将其整体构成薄的箱状,设置在室内的顶板部分等上。
本发明的除湿、加湿装置,如图1所示,将第一鼓风机2a、第一流路切换装置4a、吸附剂组件3、第二流路切换装置4b以及第二鼓风机2b依次容纳在设置有第一吸入口(图中省略)、第二吸入口(图中省略)、第一吹出口11及第二吹出口12的作为空气流路的壳体(图中省略)中。
所述壳体可以根据设置场所设计成各种形状,将厚度方向、长度方向、宽度方向的外部轮廓形状形成曲线状等,但是,如上所述,例如,为了设置在顶板上,形成将相当于高度的厚度部分设计得薄的扁平的长方体的箱体状。并且,在壳体的内部,构成从第一吸入口(例如图的左侧)至第一吹出口11(例如图的右侧)的空气流路、以及从第二吸入口(例如图的右侧)至第二吹出口12(例如图的左侧)的空气流路两个流路。
上述两个流路,例如,在壳体的各个端部左右并列地设置,在流路切换装置4与吸附剂组件3之间上下并列地设置。并且,在一个空气流路中,例如,从图的左侧的壳体的端部起配置第一鼓风机2a、第一流路切换装置4a的一部分、吸附剂组件3的第一吸附元件31,在另外一个空气流路中,配置第二鼓风机2b、第二流路切换装置4b的一部分、吸附剂组件3的第二吸附元件32。即,第一流路切换装置4a、吸附剂组件3及第二流路切换装置4b跨越两个空气流路配置。
尽管图中未示出,第一吹出口11,例如,连接到已有的DEF吹出口或者设置在仪表盘、顶板部或者座位上的新的DEF吹出口上,另外一个第二吹出口12,例如,连接到已有的FACE中心吹出口或者设置在仪表盘、顶板部或者座位上的新的FACE吹出口上。为了降低压力损失,这些第一吹出口11、第二吹出口12也可以具有由曲线构成的截面形状。各个鼓风机2是能够正反旋转的鼓风机,作为这种鼓风机,通常使用直流式的离心风机。这种离心风机的转速为3000~6000rpm左右,最大静压为100~300Pa左右,最大风量为0.1~0.5m3/min左右。
在本发明中,为了使装置小型化,使用无需驱动机构、并且热效率高的特定的吸附剂组件3。即,如图2所示,吸附剂组件3由具有分别作为吸热部及散热部起作用的一对板面的珀尔帖元件30;以及将吸附剂载置在能够通气的元件33上而成、并且分别直接配置在珀尔帖元件30的各个板面3a、3b上的第一吸附元件31及第二吸附元件32构成。并且,吸附剂组件3以由各鼓风机2送风的空气(被处理空气)能够分别并列地、即能够同时通过第一吸附元件31或第二吸附元件32的方式配置在上述壳体内。
吸附剂组件3也可以如图2所示形成扁平的长方体,或者,也可以根据壳体的结构形成具有曲面的形状。另外,在吸附剂组件3中,第一吸附元件31及第二吸附元件32,为了有效地将热(高温热和低温热)从珀尔帖元件30传递给部件33,将部件33容纳在金属制的壳体中。进而,第一吸附元件31及第二吸附元件32可以以相对于珀尔帖元件30的各个板面3a、3b不隔着空气层或其它隔热部件、通过热传导传递由珀尔帖元件30生成的高温热及低温热的方式配置,也可以经由银膏、油脂等热传导材料配置。
众所周知,珀尔帖元件30是利用珀尔帖效应的元件,是作为计算机等电子设备的冷却装置使用的电子部件。即,珀尔帖元件是在两种金属板之间配置多个P型半导体和N型半导体,同时,利用一个金属板构成N-P结、且利用另一金属板构成P-N结的元件,在这种元件中,通过在PN结部分流过电流,引起热传递,在一个金属板上产生吸热现象,在另一金属板上产生放热现象。
在本发明中,为了将吸附剂组件3小型化,例如使用各板面3a、3b分别起着吸热部、散热部作用的平板状的珀尔帖元件30。这种珀尔帖元件30的耗电为1.4~120W,发热最高温度为80~90℃,最大温度差为64~83℃。在本发明的除湿、加湿装置中,在设计珀尔帖元件30时,根据下面的公式计算出对该珀尔帖元件要求的放热容量W1及吸热容量W2。
[数学公式1]
放热容量(W1)=[(加湿空气的比焓-[kJ/kg(DA)])
-(入口空气的比焓-[kJ/kg(DA)])]
×(空气密度[kg(DA)/m3])×(加湿空气的风量[m3/h])
放热容量(W1)=[(入口空气的比焓-[kJ/kg(DA)])
-(除湿空气的比焓-[kJ/kg(DA)])]
×(空气密度[kg(DA)/m3])×(除湿空气的风量[m3/h])
在上述公式中的单位符号kg(DA)表示干燥空气1kg。
作为部件33,只要能够谋求小型化,而且,能够确保大的吸附面积并且能够保持更多量的粉状的吸附剂,可以使用各种结构的部件。作为这种部件33的结构,例如,可以列举出利用波纹板状的基体材料片将通气小室的开口形状形成大致三角形的图中所示的所谓波纹型、将通气小室的开口形状形成大致六角形的蜂窝型、以及将通气小室的开口形状形成四角形的网格型等结构。
例如,如图2所示,波纹型的部件33是将形成大致波纹板状的基体材料片及形成大致平板状的基体材料片交互地叠层而构成多个通气小室的部件。即,各个吸附元件31、32的部件33具有通过将波纹板状的基体材料片重叠在平板状的基体材料片上形成一列小室的多个蜂窝片相对于珀尔帖元件30的板面3a、3b平行地邻接配置的结构,换句话说,具有将各个蜂窝片的大致平板状的基体材料片与珀尔帖元件30的板面3a、3b平行地配置的结构,通气小室,通过将波纹板状的基体材料片的各个凸出部与邻接的平板状的基体材料片接合,部件端面侧(通气方向的两端面侧)的开口形状形成大致三角形。
另外,波纹型的部件33也可以像图3所示的那样构成。图3所示的部件33,具有通过将波纹板状的基体材料片重叠到平板状的基体材料片上形成一列小室的多个蜂窝片以相对于珀尔帖元件30的板面3a、3b正交的状态邻接配置的结构,即,具有上述蜂窝片沿着珀尔帖元件30的板面3a、3b排列的结构。换句话说,部件33具有将各个蜂窝片的大致平板状的基体材料片以与珀尔帖元件30的板面3a、3b正交的状态配置的结构。如上所述,在作为吸附元件31、32,使用部件33的蜂窝片相对于珀尔帖元件30的板面3a、3b垂直地配置的元件的情况下,可以相对于构成各个吸附元件31、32的部件33的各个蜂窝片均匀并且有效地传递珀尔帖元件30的高温热及低温热,可以进一步提高利用珀尔帖元件30进行的加热、冷却的效果。
在上述图2及图3所示的各吸附元件31、32的部件33中使用的蜂窝片,可以利用将长度不同的两种基体材料片交互地层叠、并且一边牵拉长的基体材料片一边以一定间隔进行接合的所谓蜂窝成形机制造,这时,邻接的平板状的基体材料片和波纹板状的基体材料片,通过加热熔接、超声波熔接或者使用粘结剂的粘接等进行接合。并且,可以利用上述方法制作由作为基体材料片的陶瓷纸(ceramic paper)等构成的例如波纹型等的蜂窝片,将蜂窝片层叠制作成部件的结构体,之后,将前述结构体浸渍到由吸附剂、接合剂和溶剂构成的浆料内,制造部件33。另外,蜂窝片的制造方法本身是公知的,例如,在特开2004-209420号公报中被公开。
在本发明中,例如,在冬季,为了将从第一吹出口11吹出的窗玻璃防雾用的空气充分除湿,并且,将从第二吹出口12向乘坐人员侧吹出的空气有效地加湿,优选地,载置在部件33上的吸附剂具有以下的吸附特性。
即,在冬季供暖时在车室内循环的空气,在使其温度为25℃的情况下,相对湿度为25~50%左右比较低的湿度,为了利用吹出的空气实现对于例如5℃的低温的窗玻璃的防雾的效果,吸附剂有必要具备即使在如前面所述的低湿度下也能够充分吸附水分,并且,能够将吹出的空气的相对湿度进一步降低到20%左右以下的特性。
另一方面,在吸附剂的再生过程中,使用前述的珀尔帖元件30,但是,为了降低消耗的电力,吸附剂有必要能够在温度90℃以下、优选在70℃以下的比较低的温度将水分解吸。并且,在车室内处于适度的舒适状态的情况下,例如,在温度为25℃,湿度为50%的情况下,在利用珀尔帖元件30将通过部件33的空气加热到90℃时的相对湿度为2%,在加热到70℃时的相对湿度变成4%。从而,对于吸附剂,希望具有在相对湿度在2~25%的范围、优选在4~25%的范围内能够容易地进行吸附、解吸的特性。
另外,对于吸附剂所必要的吸附、解吸量,如下面所述。即,在为了防雾而将车室内的空气提供给窗玻璃的情况下,一般地,吹出120m3/h左右的空气。这时,当使窗玻璃的温度为5℃时,为了防止窗玻璃结露,优选地,将吹出的空气除湿到在5℃的饱和状态下的绝对湿度以下,约5g/kg以下。并且,如前面所述,当室内空气的温度25℃、湿度50%时,由于该空气的绝对湿度为9.8g/kg,所以,对于120m3/h(=15.5kg/h)的空气,有必要除湿4.8g/kg以上。从而,优选地,能够利用吸附剂例如吸附750g/h的水分。
进而,当将车室内的空气加湿、不给予不快感地提供给乘坐人员侧时,例如,设想以1~2m/s的风速并且以4.7m3/h的风量吹出空气。这时,吸入空气的温度为20℃,相对湿度为30%,绝对湿度为4.35g/kg(DA),当向乘坐人员侧吹出温度为25℃、相对湿度为40%、绝对湿度为7.91g/kg(DA)的加湿空气时,有必要将绝对湿度提高1.82g/kg(DA)的程度,必须以上述风量、以10.3g/h的水分量加湿。
另一方面,在吸附剂组件3的动作中,如后面所述,交互地切换由第一吸附元件31、第二吸附元件32进行的吸附操作和解吸操作,但是,当吸附、解吸操作的切换次数进行12次/h时,在各个吸附元件31、32的一次吸附操作及解吸操作中,有必要由吸附剂进行吸附、解吸约0.85g的水分。而且,在实用上,为了装入更小型的壳体中,有必要将吸附元件31、32小型化,在将部件33中的有效体积(在载置吸附剂的状态下的表观体积)设计成35cm3的情况下,能够载置在部件33上的吸附剂的质量为6g左右。从而,在吸附剂中,要求至少0.14g/g的吸附、解吸量。
即,在本发明中,载置在吸附剂组件3的各个吸附元件31、32上的吸附剂,有必要具有在25℃的水蒸气吸附等温线上的相对湿度为25%时的吸附量和相对湿度为2%时的吸附量之差在0.14g/g以上的吸附特性。优选地,有必要具有在相对湿度为25%时的吸附量与相对湿度为4%时的吸附量之差在0.14g/g以上的吸附特性。
在本发明中,作为满足上述特性的吸附剂,可以列举出在低湿度下容易吸附水蒸气、并且在低的温度下容易解吸水蒸气的沸石。作为这种沸石,可以列举出二氧化硅、氧化铝之比在2.5以上的FAU型等的硅酸铝类或磷酸铝(磷铝酸盐)类,特别是,优选为在骨架结构中至少包含有Al和P的结晶性磷酸铝类。从提高吸附剂的各个粒子中的水蒸气的扩散的观点出发,吸附剂的粒子的大小(平均粒径)通常为0.1~300μm,优选为0.5~250μm,更优选为1~200μm,最优选为2~100μm。
上述磷酸铝类(下面适当地简称为“ALPO类”)是IZA(International Zeolite Association:国际沸石协会)规定的结晶性磷酸铝。结晶性磷酸铝,其构成骨架结构的原子是铝及磷,它的一部分也可以被其它原子置换。特别是,从吸附特性的观点出发,优选地:(I)铝被杂原子Me1部分置换的Me磷酸铝(其中,Me1是属于周期表中的第三或第四周期的2A族、7A族、8族、1B族、2B族、3B族(除Al之外)的元素中选择出来的至少一种元素),(II)磷被杂原子Me2置换的Me磷酸铝(其中,Me2是属于周期表第三或第四周期的4B族元素),或者,(III)铝和磷两者分别被杂原子Me1、Me2置换的Me磷酸铝。
Me可以包括一种或者两种以上。优选地,Me(Me1、Me2)是属于周期表第三、第四周期的元素。Me1优选为在2价状态下离子半径在0.3nm以上、0.8nm以下,更优选为在2价、4配位的状态下离子半径在0.4nm以上、0.7nm以下。在上述情况下,从合成的容易性、吸附特性的观点出发,优选为从Fe、Co、Mg、Zn中选择出的至少一种元素,特别优选为Fe。Me2是属于周期表第三或第四周期的4B族元素,优选是Si。
另外,作为上述磷酸铝类,通常,使用其骨架密度(FD)在13T/nm3以上、并且在20T/nm3以下的磷酸铝。骨架密度的下限优选在13.5T/nm3以上,更优选在14T/nm3以上。另一方面,骨架密度的上限优选在19T/nm3以下。在骨架密度不足上述范围时,存在结构不稳定的倾向,耐久性低。另一方面,当骨架密度超过上述范围时,吸附容量变小,不适合于作为吸附剂使用。另外,所谓骨架密度(单位:T/nm3)指的是每单位体积(nm3)存在的T原子(每1nm3沸石的除氧以外的构成骨架的元素的数目)。
作为磷酸铝类的结构,当用IZA规定的结构的代码表示时,可以列举出AEI、AEL、AET、AFI、AFN、AFR、AFS、AFT、AFX、ATO、ATS、CHA、ERI、LEV、VFI。特别是,从吸附特性、耐久性的观点出发,优选为具有AEI、AEL、AFI、CHA、LEV结构的磷酸铝类,特别优选为具有AFI、CHA结构的磷酸铝类。
作为吸附剂,在上述那样的磷酸铝类中,特别优选地是SAPO-34,FAPO-5。另外,也可以使用一种ALPO类或者将两种以上的ALPO类组合使用。另外,对于FAPO及SAPO,其制造条件没有特定的限制,但是,通常,在将铝源、磷源、根据需要Si、Fe等的Me源、以及模板(template)混合之后,进行热液合成来制造。另外,对于ALPO类,例如可以利用特公平1-57041、特开2003-183020、特开2004-136269等公报记载的公知的合成法进行合成。
顺便提及,适合于本发明的除湿、加湿装置的吸附剂,例如,结晶性硅铝磷酸盐(SAPO-34)具有如图7中用实线所示的吸附特性,在25℃的水蒸气吸附等温线上,在从相对湿度2%到相对湿度25%之间,吸附量急剧变化,其差值δ1在0.15g/g以上。与此相对,现有技术的吸附剂,例如,A型硅胶或活性炭,具有在图7中用虚线表示的吸附特性,在25℃的水蒸气吸附等温线上,从相对湿度2%到相对湿度25%之间,吸附量的变化小,其差值δ2在SAPO-34的1/2以下。即,在本发明中应用的吸附剂,在低的湿度范围内,具有吸附、解吸更多的水分的特性。
另外,在本发明中,上述第一吸附元件31及第二吸附元件32,优选地,将通气面积(与部件33的通气方向正交的总开口面积)设定在吸附剂组件3的上游侧及下游侧的流路的最小截面面积(与通气方向正交的开口面积)以上。具体地说,第一吸附元件31及第二吸附元件32,也可以形成比壳体的容纳鼓风机2及流路切换装置4的部位的宽度大的宽度。另外,也可以形成比壳体的容纳鼓风机2及流路切换装置4的部位的厚度大的厚度。在如上所述地设定吸附元件31、32的通气面积的情况下,可以减小在各个吸附元件31、32内通过的空气的流速,可以进一步提高吸附及解吸功能。
另外,在本发明的除湿、加湿装置中,为了容易进行维护保养,可更换地构成吸附剂组件3的吸附元件31、32。具体地说,吸附剂组件3,将吸附元件31、32以相对于珀尔帖元件30不固定而与之贴紧的状态容纳到壳体内。并且,吸附元件31、32能够通过打开设置在壳体上的盖(图中未示出)而卸下地构成。借此,在吸附能力降低等情况下,可以更换吸附元件31、32。
在本发明的除湿、加湿装置中,在上述吸附剂组件3的各个吸附元件31、32中,一边交互地切换吸附操作、解吸操作,一边连续地吹出被除湿的空气及被加湿的空气。而且,在两个空气流路中,总是向不同的方向送风。因此,在本发明中,如图1所示,在吸附剂组件3的上游侧及下游侧配置作为两个空气流路的切换机构的第一流路切换装置4a、第二流路切换装置4b。
作为两个空气流路的切换机构,可以使用:使两个柔性管路移动、变更其连接目的地的机构,将利用联杆等同步动作的两个闸门交互地开闭、变更其连接目的地的机构,将相互邻接、并且在侧视图中正交的同轴的两个旋转闸门各旋转90度以变更其连接目的地的机构等,但是,从简化装置结构以及小型化的观点出发,使用利用由致动器45转动的风门44切换前述各个空气的转向目的地的流路切换装置4。第一流路切换装置4a和第二流路切换装置4b,除了以吸附剂组件3为中心对称的对向配置之外,具有同样的结构。
下面具体说明流路切换装置4的结构,例如,第二流路切换装置4b,如图4A及4B所示,在构成该流路切换装置的外部轮廓的箱体的内部,配置通过吸附剂组件3的空气流入的上部的第一导入室41、从第二鼓风机2b送风的空气流入的下部的第二导入室42、这些导入室41、42之间的换向室43、切换空气流的风门44、以及使该风门动作的致动器45。
如图4A、4B及图5A所示,在第二流路切换装置4b的箱体的前端(图4A及4B的左侧的端部),设置空气流入或者流出的空气的出入口51、52,在箱体的后端(图4A及4B的右侧的端部),设置吹出换向的空气的吹出口81及吸进从鼓风机2b供应的空气的吹入口82。并且,沿着空气的流动方向利用间隔壁15前后划分箱体内部(参照图4A及图4B),将比间隔壁15更靠上游侧(吸附剂组件3侧)的空间用两个间隔板16、17间隔成上下三层,形成上述第一导入室41、第二导入室42及换向室43(参照图4B及图5A)。
第一导入室41,如图4B及图5A所示,以通过吸附剂组件3的第一吸附元件31的空气经由设置在箱体前端(图4A及4B中左侧的端部)的上部的出入口51流入的方式构成,并且,向第一吸附元件31供应空气。另一方面,第二导入室42,以经由设置在箱体前端(图4A及4B中左侧的端部)的下部的出入口52向吸附剂组件3的第二吸附元件32供应空气的方式构成,并且,以通过第二吸附元件32的空气流入的方式构成。
换向室43是与风门44协同起作用、将空气的流出目的地及导入源换向的空间,如图4B及图5A所示,配置在上述第一导入室41与第二导入室42之间。并且,如图6A及6B所示,在前述两个间隔板16、17各自的中央,分别设置通气孔61、62,这些通气孔61、62成为通向换向室43的空气的出入口。另外,在间隔壁15的相当于换向室43的高度的部位的左右,分别设置吹出孔71、吹入孔72,这些吹出孔71、吹入孔72成为对于换向室43的空气的出入口。
即,在换向室43,设置分别通向上述各个导入室41、42的第一通气孔61及第二通气孔62,使导入室41、42的空气流入,另外,空气向导入室41、42流出。并且,在换向室43,设置分别通向吹出口81及吹入口82的吹出孔71及吹入孔72,换向室43的空气向吹出口81流出,将从吹入口82供应的空气导入换向室43。
风门44,如图4A及4B、图5A及图6A及图6B所示,配置在上述换向室43的中央,换句话说,配置在通气孔61、62之间,并且,能够围绕与箱体的前端面及间隔壁15的板面正交的轴以一定的角度旋转。上述风门44相对于间隔壁15,借助配置在与换向室43相反侧(下游侧)的致动器45动作,通过该风门的左右侧缘与间隔板16、17接触,可以将换向室43分隔成两个空间。另外,作为致动器45,为了使风门44以一定的角度正反旋转,通常使用齿轮式步进马达。
如图6A所示,换向室43通过上述风门44向一个方向的转动,将箱体内部(第二流路切换装置4b的内部)分隔成包含通气孔61及吹出孔71的空间8a和包含通气孔62及吹入孔72的空间8b,通过上述风门44向另外一个方向的转动,如图6B所示,将箱体内部(第二流路切换装置4b的内部)分隔成包含通气孔61及吹入孔72的空间9a和包含通气孔62及吹出孔71的空间9b。
第一流路切换装置4a和第二流路切换装置4b,以前述的出入口51、52(参照图5A及5B)分别与吸附剂组件3的第一吸附元件31、第二吸附元件32的通气面(部件33露出的面)邻接的关系的方式配置。即,如图1所示,第一流路切换装置4a和第二流路切换装置4b,如前面所述,以夹着吸附剂组件3前后颠倒的方式配置。
借助图4A~图6B所示的流路切换装置4的结构以及流路切换装置4的上述配置,如图1所示,第一流路切换装置4a能够将从第一鼓风机2a送风的空气转向吸附剂组件3的第一吸附元件31(或者第二吸附元件32),同时,导入通过第二吸附元件32(或者第一吸附元件31)的空气,转向第二吹出口12。而且,能够切换从第一鼓风机2a送风的空气的转向目的地以及转向上述第二吹出口12的空气的导入源。
另外,借助上述流路切换装置4的结构和配置,第二流路切换装置4b能够将通过吸附剂组件3的第一吸附元件31(或者第二吸附元件32)的空气导入并转向第一吹出口11,同时,能够将从第二鼓风机2b送风的空气转向第二吸附元件32(或者第一吸附元件31)。而且,能够切换转向第一吹出口11的空气的导入源以及从第二鼓风机2b送风的空气的转向目的地。
在本发明的除湿、加湿装置中,为了连续地吹出被除湿的空气以及被加湿的空气,在吸附剂组件中使流过珀尔帖元件的电流反转,交换该珀尔帖元件的吸热部和散热部,同时,通过响应电流的反转而切换前述第一流路切换装置及第二流路切换装置,将被除湿(或者加湿)的空气从前述第一吹出口吹出,将被加湿(或者被除湿)的空气从前述第二吹出口吹出。另外,尽管图中未示出,在本发明的除湿、加湿装置中,使用另外设置的控制装置,进行各个鼓风机2的旋转控制、珀尔帖元件30的电流控制以及各个流路切换装置4的动作控制。
本发明的除湿、加湿装置,例如,在外部气体干燥的冬季,如下面所述地运转。即,第一鼓风机2a从壳体的第一吸入口(图1的左侧)吸入室内的空气,将其向第一流路切换装置4a送风。第一流路切换装置4a,最初,处于风门向一个方向转动了的位置,将被送入的空气导向到吸附剂组件3的第一吸附元件31。第一吸附元件31通过由控制装置进行的电流控制(施加方向的控制)与处于冷却状态的珀尔帖元件30的一个板面3a接触,被冷却到低温。从而,载置在第一吸附元件31上的吸附剂发挥吸附功能,从通过部件33的空气中除去水蒸气。然后,当将通过第一吸附元件31获得的除湿空气向第二流路切换装置4b送风时,第二流路切换装置4b处于风门向一个方向转动了的位置,将流入的空气向吹出口81导向。结果,从壳体的第一吹出口11(图1的右侧)吹出被除湿的空气。
另一方面,第二鼓风机2b从壳体的第二吸入口(图1的右侧)吸入室内的空气,将其向第二流路切换装置4b送风。第二流路切换装置4b,如上所述,处于风门向一个方向转动的位置,将送入的空气向吸附剂组件3的第二吸附元件32导向。第二吸附元件32,与通过借助控制装置进行的电流控制(施加方向的控制)的控制处于加热状态的珀尔帖元件30的另外一个板面3b接触,被加热到高温。从而,载置在第二吸附元件32中的吸附剂发挥解吸功能,向通过部件33的空气放出水蒸气。并且,当将通过第二吸附元件32获得的加湿空气向第一流路切换装置4a送风时,第一流路切换装置4a,如上所述,处于风门向一个方向转动的位置,将流入的空气向吹出口81导向。结果,从壳体的第二吹出口12(图1的左侧)吹出被加湿的空气。
其次,在吸附剂组件3中,当上述那样的吸附及解吸操作进行一定的时间,例如进行30~1800秒时,通过利用控制装置进行的电路控制,切换对珀尔帖元件30的电压施加的方向。即,在吸附剂组件3中,珀尔帖元件30的一个板面3a被加热,另外一个板面3b被冷却。进而,伴随着对珀尔帖元件30的电压施加方向的切换,通过利用控制装置进行的致动器45的动作控制,切换各个流路切换装置4的风门44。第一流路切换装置4a被切换到风门向另外一个方向转动的位置,同时,第二流路切换装置4b也被切换到风门向另外一个方向转动的位置。
如上所述,在吸附剂组件3中,当对于珀尔帖元件30的通电状态及各个流路切换装置4中的流路被切换时,从第一鼓风机2a送风的空气,被第一流路切换装置4a向吸附剂组件3的第二吸附元件32导向。由于第二吸附元件32被珀尔帖元件30冷却到低温,载置的吸附剂发挥吸附功能,从通过部件33的空气中除去水蒸气。并且,利用第二流路切换装置4b将获得的除湿空气导向到吹出口81,从壳体的第一吹出口11吹出。
另一方面,从第二鼓风机2b送风的空气,被第二流路切换装置4b导向到吸附剂组件3的第一吸附元件31。由于第一吸附元件31被珀尔帖元件30加热到高温,所以,载置的吸附剂发挥解吸功能,向通过部件33的空气放出水蒸气。然后,所获得的加湿空气被第一流路切换装置4a导向到吹出口81,被从壳体的第二吹出口12吹出。
在本发明的除湿、加湿装置中,以一定的定时使在上述那样的吸附剂组件3的第一吸附元件31处的吸附、解吸操作和在第二吸附元件32处的吸附、解吸操作反转,同时,与此相应,利用第一流路切换装置4a及第二流路切换装置4b切换被除湿的空气和被加湿的空气的流路。借此,可以例如从第一吹出口11连续地吹出被除湿的空气,从第二吹出口12连续地吹出被加湿的空气。并且,可以将被除湿的空气用于窗玻璃的防雾,可以将被加湿的空气用于提高舒适性。另外,在本发明中,作为珀尔帖元件30的电流控制及流路切换装置4的动作控制的方法,可以利用根据由湿度传感器检测出来的室内的湿度进行切换的方法等各种方法。
如上所述那样,在本发明的除湿、加湿装置中,利用固定方式的一对吸附元件31、32和珀尔帖元件30构成吸附剂组件3,通过流向珀尔帖元件30的电流的反转,使各个吸附元件31、32的吸附操作和解吸操作反转,并且,利用流路切换装4a、4b切换被除湿、加湿的各个空气的流动,借此,可以从第一吹出口11例如连续地吹出被除湿的空气,从第二吹出口12例如连续地吹出被加湿的空气,所以,没有必要像现有技术的吸附转子方式那样设置旋转构件的驱动机构,而且,由于将各个吸附元件31、32直接配置在起着珀尔帖元件30的吸热部及散热部的功能各个板面3a、3b上,珀尔帖元件30与各个吸附元件31、32之间的热传导性高,所以,热效率优异,可以将吸附剂组件3进一步小型化。并且,可以简化装置结构,而且可以将装置整体进一步小型化。
另外,在本发明的除湿、加湿装置中,由于通过在吸附剂组件3中切换解吸、吸附操作,分别在第一吸附元件31、第二吸附元件32中反转空气流,所以能够在各个吸附元件31、32的整个长度上充分发挥吸附剂的性能。进而,由于被除湿的空气流和被加湿的空气流是不同方向的,可以将第一吹出口11和第二吹出口12配置在壳体的两端等间隔开的位置上,所以,可以根据用途提高车辆内的配置的自由度。
进而,本发明的除湿、加湿装置,如前面所述,通过能够交换吸附剂组件3的吸附元件31、32,在由于堵塞或者由于除水蒸气之外的物质的吸附,吸附能力下降的情况下,通过从壳体中取出吸附剂组件3,只更换吸附元件31、32,可以恢复装置的性能。另外,不使用过滤器,例如以数年为单位通过更换吸附元件31、32,可以长时间维持装置,可以降低维护费用。
另外,作为上述水蒸气之外的物质,例如,可以列举出VOC13物质(甲醛、乙醛、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、对二氯苯、十四烷、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸(2乙基己)酯、二嗪农、仲丁威、氯蜱硫磷)、醋酸、脂肪酸(正丁酸)、胺、氨等有臭味的物质,但是,如上所述,在吸附元件31、32能够更换的情况下,可以防止在室内成为高温时被浓缩的前述有臭味的物质等再次放出到室内。
另外,尽管图中未示出,在本发明的除湿、加湿装置中,为了向乘坐人员侧吹出更舒适的空气,也可以配置在用吸附剂组件3的第一吸附元件31除湿(或加湿)的空气和用第二吸附元件32加湿(或除湿)的空气之间进行显热交换的热交换器。例如,从第二吹出口12向乘坐人员侧吹出的加湿空气是含有在吸附剂组件3中被解吸的水分的空气,但是,存在由于在加热解吸时的热而变为超过必要温度的高温的情况。另一方面,从第一吹出口11向窗玻璃侧吹出的除湿空气,由于通过被冷却的吸附元件31、32,而变成低温。因此,在本发明中,在吸附剂组件3的上游侧及下游侧配置热交换器,借助这种热交换器降低加湿空气的温度,提高除湿空气的温度。
作为上述热交换器,可以使用由铝等热传导率高的金属构成、并且在表面上具有多个风扇的块状的显热热交换器;具有由和前面所述同样的金属构成的多个平行平板、并且使高温的空气和低温的空气在平板之间的相互邻接的间隙中相互邻接地流动的正交型热交换器等显热交换器等各种热交换器。在配置有上述热交换器的情况下,由于可以在温度高的加湿空气和温度低的除湿空气之间进行热交换,所以,例如在冬季,可以向乘坐人员侧吹出被加湿并且温度适度降低的舒适的空气。
进而,上述热交换器的配置位置,优选为各个流路切换装置4的下游侧。在将热交换器配置在流路切换装置4的下游侧的情况下,与配置在吸附剂组件3与流路切换装置4之间的情况相比,由于没有热交换器中的高温空气和低温空气的流路的互换,没有热交换器本身中的热损失,所以,可以高效率地进行热交换,可以降低向乘坐人员侧吹出的加湿空气的温度。
另外,在本发明中,为了降低从吸附剂组件3送风的加湿空气的温度、并且提高除湿空气的温度,也可以在吸附剂组件3的上游侧及下游侧(吸附剂组件3的前后)配置利用珀尔帖元件的加热冷却器。这种加热冷却器,由配备有分别作为吸热部及散热部起作用的一对板面的珀尔帖元件、和配备有能够通气的热交换用的部件且配置在珀尔帖元件的各个板面上的第一热交换元件及第二热交换元件构成。作为第一及第二热交换元件的各个部件的结构,和吸附元件31、32中的一样,可以利用波纹型结构、蜂窝型或网格型等的结构。
在本发明的除湿、加湿装置中,在使用上述加热冷却器的情况下,通过与吸附剂组件3的切换操作同步地切换珀尔帖元件的电流,切换第一热交换元件和第二热交换元件中的加热和冷却,能够可靠地降低从吸附剂组合3送出的加湿空气的温度,能够可靠地提高除湿空气的温度。另外,根据需要,通过控制珀尔帖元件的电流,可以调节加湿空气及除湿空气的温度。
另外,在上述实施形式中,从第一吹出口11吹出被除湿的空气,从第二吹出口12吹出被加湿的空气,但是,通过使吸附剂组件3的珀尔帖元件30的电流控制反转,可以从第一吹出口11吹出被加湿的空气,从第二吹出口12吹出被除湿的空气。借此,例如,在外部气体成为高湿度的夏季,向乘坐人员侧吹出除湿空气,可以提高室内的舒适性。
另外,在本发明的除湿、加湿装置中,为了捕捉室内的臭味成分,也可以在吸附剂组件3的上游侧或下游侧配置除臭用的过滤器。进而,流路的形状及配置、吸附剂组件3的配置形态、鼓风机2的配置等,并不局限于各个图所示的结构,只要无损于它们的功能,可以适当地进行设计。
工业上的利用可能性
本发明作为向车辆的窗玻璃供应防雾用的除湿空气、或者向乘坐人员供应加湿空气的车辆用除湿、加湿装置,可以广泛地应用于一般车辆。
Claims (8)
1.一种车辆用除湿、加湿装置,用于对车辆室内的空气除湿及加湿,所述车辆用除湿、加湿装置通过将第一鼓风机、第一流路切换装置、吸附剂组件、第二流路切换装置以及第二鼓风机依次容纳在设置有第一吸入口、第二吸入口、第一吹出口及第二吹出口的作为空气流路的壳体内而构成,吸附剂组件由配备有分别起着吸热部及散热部的作用的一对板面的珀尔帖元件、和将吸附剂载置在能够通风的部件上而成且分别直接配置在前述珀尔帖元件的各个板面上的第一吸附元件及第二吸附元件构成,并且,所述吸附剂组件以由前述各个鼓风机送风的空气能够并列地分别通过前述第一吸附元件或第二吸附元件的方式配置在前述壳体内,前述第一流路切换装置能够将从前述第一鼓风机送风的空气转向前述吸附剂组件的第一吸附元件(或者第二吸附元件),同时,将通过前述第二吸附元件(或者第一吸附元件)的空气导入并转向前述第二吹出口,并且,能够切换从前述第一鼓风机送风的空气的转向目的地及转向前述第二吹出口的空气的导入源,前述第二流路切换装置能够将通过前述吸附剂组件的第一吸附元件(或者第二吸附元件)的空气导入并转向前述第一吹出口,同时,将从前述第二鼓风机送风的空气转向前述第二吸附元件(或者第一吸附元件),并且,能够切换转向前述第一吹出口的空气的导入源及从前述第二鼓风机送风的空气的转向目的地,并且,通过在前述吸附剂组件中使流过珀尔帖元件的电流反转以便将该珀尔帖元件的吸热部及散热部互换,同时,响应电流的反转而切换前述第一流路切换装置及第二流路切换装置,将被除湿(或加湿)的空气从前述第一吹出口吹出,将被加湿(或除湿)的空气从前述第二吹出口吹出。
2.如权利要求1所述的车辆用除湿、加湿装置,其特征在于,吸附剂组件的第一吸附元件及第二吸附元件分别能够更换。
3.如权利要求1或2所述的车辆用除湿、加湿装置,其特征在于,第一吸附元件及第二吸附元件的部件是将多个由大致波纹板状的基体材料片及大致平板状的基体材料片构成的蜂窝片层叠而成的波纹型的部件,并且,该部件具有前述各个蜂窝片的大致平板状的基体材料片与珀尔帖元件的板面相平行地配置的结构。
4.如权利要求1或2所述的车辆用除湿、加湿装置,其特征在于,第一吸附元件及第二吸附元件的部件是将多个由大致波纹板状的基体材料片及大致平板状的基体材料片构成的蜂窝片层叠而成的波纹型的部件,并且,该部件具有前述各个蜂窝片的大致平板状的基体材料片以与珀尔帖元件的板面正交的状态配置的结构。
5.如权利要求1~4中任何一项所述的车辆用除湿、加湿装置,其特征在于,吸附剂是在骨架结构中至少含有Al和P的结晶性磷酸铝类。
6.如权利要求1~5中任何一项所述的车辆用除湿、加湿装置,其特征在于,流路切换装置利用由致动器驱动的风门,切换各个空气的转向目的地。
7.如权利要求1~6中任何一项所述的车辆用除湿、加湿装置,其特征在于,在吸附剂组件的上游侧及下游侧配置热交换器,所述热交换器在被该吸附剂组件的第一吸附元件除湿(或加湿)的空气与被第二吸附元件加湿(或除湿)的空气之间进行显热交换。
8.如权利要求1~7中任何一项所述的车辆用除湿、加湿装置,其特征在于,与吸附剂组件的吸附元件的通气方向正交的总开口面积大于或等于与吸附剂组件的上游侧及下游侧流路的通气方向正交的最小开口截面面积。
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