JP2004325032A - 除湿空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着剤で充填された通路を有する除湿空調装置に関し、壁面効果による水分吸着量の不均一を改良することができる除湿空調装置を提供する。
【解決手段】被除湿空気が流れる第１通路１１を並設して形成される第１流路部分１０と、熱交換用空気が流れる第２通路２１を並設して形成される第２流路部分２０と、を交互に積層してなる除湿空調装置１であって、第１通路１１は、吸着剤１５が充填された上流側の第１充填部分１２と、吸着剤１５が充填された下流側の第２充填部分１４と、第１充填部分１２と第２充填部分１４の間に空気混合用の空間を有する中間部分１３とを備えてなる除湿空調装置１とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被除湿空気を除湿する吸着剤が充填された通路を並設した第１流路部分と、熱交換用空気が流れる第２流路部分とを交互に積層してなる除湿空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸着剤を担持した除湿空調装置に被除湿空気を通過させて空気中の水分を取り除く技術が導入されている。
下記特許文献１には、流路の内面に吸着剤を有するクロスフロー型除湿空調装置が開示されている。このクロスフロー型除湿空調装置は、吸着剤を内部に担持した通路を並設した第１流路部分と、熱交換用空気が流れる第２流路部分とを、熱伝達可能となるように交互に積層したものである。
このクロスフロー型除湿空調装置では、通路における除湿効果を上げるために、通路の断面の全体に吸着剤がいきわたるような構成で吸着剤が充填されている。
【０００３】
吸着工程においては、第１流路部分に被除湿空気を流し、吸着剤に被除湿空気の湿度が吸着される。このとき、吸着剤は吸着熱を発生する。この吸着熱は第２流路部分に伝えられ、第２流路部分を流れる冷却空気によって冷却される。
【０００４】
また、脱着工程においては、第２流路部分に高温空気を流し、吸着剤の温度を上げて第１流路部分に吸着した水分を脱着させる。この際、第１流路部分にパージガスを流して、脱着した水分を取り除いている。
【０００５】
上記吸着工程において、通路出口の被除湿空気の平均の湿度が一定の湿度を超える状態（以下、「破過状態」と呼ぶ。）が発生することがある。この状態は、吸着剤の許容量を超えて、被除湿空気が供給された場合に発生するが、流れ方向断面で、不均一な吸着が起きている場合には、吸着剤が吸着余力を十分に残した状態でも破過状態に至る場合がある。このような状態が頻繁に発生する空調システムの場合、吸着と脱着の切替時間が必要以上に短くなり、エネルギー消費効率であるＣＯＰが低下するという問題点がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２００１−６２２４２号公報
【０００７】
【発明の解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を鑑みてされたものであり、吸着剤が充填された通路を有する除湿空調装置に関し、水分吸着の不均一を改良することができる除湿空調装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の除湿空調装置は、被除湿空気が流れる第１通路を並設して形成される第１流路部分と、熱交換用空気が流れる第２通路を並設して形成される第２流路部分と、を交互に積層してなる除湿空調装置であって、前記第１通路は、吸着剤が充填された上流側の第１充填部分と、吸着剤が充填された下流側の第２充填部分と、前記第１充填部分と前記第２充填部分の間に空気混合用の空間を有する中間部分とを備えてなることを特徴としている。
【０００９】
第１充填部分の全体に吸着剤を充填した場合、流路中心付近では吸着剤が最密充填に近い状態に保持され空隙率が低いのに対し、流路の壁際では壁の影響により最密充填にはならず空隙率が高くなる。そのため被除湿空気が除湿空調装置の壁際に多く流れる現象が生じる（以下、「壁面効果」と呼ぶ。）。この壁面効果により、流路壁際の吸着剤には被除湿空気が多く供給され、許容量に早く達するのに対して、流路中心付近の吸着剤には被除湿空気の供給が少なく、許容量に達するまでの時間が長い。破過状態は、流路壁際の吸着剤の許容量を超えた時点で観察されるため、中心付近の吸着剤に余力を残したまま、切り替えざるを得なくなる。しかし、この請求項１の構成によると、第１通路の第１充填部分を通過した、湿分の高い壁際の被除湿空気と、乾燥した中心部の被除湿空気との湿分とを中間部分で均一に混合することができる。従って、壁面効果が弱められ、第２充填部分で再度水分が吸着されるため、第１通路出口で破過状態に至るまでの時間が長くなる効果が得られる。
【００１０】
請求項２に記載の除湿空調装置は、請求項１に記載の除湿空調装置であって、前記第１通路の全長を１としたとき、前記第１充填部分の長さは、０．５〜０．８の範囲内にあり、前記中間部分の長さは、０．０５〜０．２の範囲内にあることを特徴としている。
【００１１】
この請求項２の構成によると、第１充填部分で十分な水分吸着を進行させ、中間部分で不均一となった空気を混合し、第２充填部分で残りの水分を吸着するため、吸着剤を効果的に利用することができ、吸着剤を充填しない中間部分を薄くすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の除湿空調装置は、請求項１または２に記載の除湿空調装置であって、前記中間部分に空気を混合させる攪拌部材を設けたことを特徴としている。
【００１３】
この請求項３の構成によると、中間部分での空気混合が攪拌部材により更に改善される。
【００１４】
請求項４に記載の除湿空調装置は、請求項１または２に記載の除湿空調装置であって、上流側の前記第１充填部分が、流れ方向に沿って分割されている。
【００１５】
この請求項４の構成によると、第１通路の第１充填部分を流れ方向に沿って分割することにより、第２充填部分および中間部分よりも細かい幅で第１充填部分を構成することができる。従って、第１充填部分における吸着剤への熱伝達性能が向上するとともに、中間部分における空気の混合性能が向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明にかかる除湿空調装置の一実施形態例について説明する。
【００１７】
まず、本発明に係る除湿空調装置の第１実施形態例の構造について説明する。図１及び図２は、本発明に係る除湿空調装置の第１実施形態例を示したものである。図１は、第１流路部分と第２流路部分の一部を示した斜視断面図である。図２は、除湿空調装置の斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、除湿空調装置１は、互いに熱伝達可能な分離された、被除湿空気を流す第１流路部分１０と、熱交換用空気を流す第２流路部分２０とを有している。第１流路部分１０と第２流路部分２０とは、図１に示すように、交互に９０度ずつずらした状態で積層され、熱伝達可能となるように互いに接合される。従って、第１流路部分１０と第２流路部分２０の積層を繰り返すことにより、図２に示すような多層構造を形成している。
【００１９】
第１流路部分１０は、図１に示すように、被除湿空気を流す断面矩形の第１通路１１を横一列に並設して形成されている。第１流路部分１０は、アルミニウムその他の金属よりなる押出型材１０ａで筒状に形成されている。この押出型材１０ａは、第１平板１０ｂと第２平板１０ｃとの間に多数の仕切１０ｄを設けたものであり、全体として筒状の平板となっている。被除湿空気は、第１通路１１の一方から流され、押出型材１０ａの間を通って、第１通路１１の他方から排出される。
【００２０】
第２流路部分２０は、図１に示すように、熱交換用空気を流す第２通路２１を併設して形成されている。第２流路部分２０は、アルミニウムその他の金属のシートを折り曲げ加工した波板２０ａで形成されている。熱交換用空気は、第２通路２１の一方から流され、波板２０ａの間を通って、第２通路２１の他方から排出される。
【００２１】
また、第１通路１１は、図１に示すように、第１充填部分１２と、第２充填部分１４と、前記第１充填部分１２と前記第２充填部分１４の間に中間部分１３とを備えてなる。
【００２２】
第１充填部分１２及び第２充填部分１４においては、第１通路１１全体に吸着剤１５が充填されている。吸着剤１５は、球状のシリカゲル（直径３〜７ｍｍ程度）、あるいは、ペレット（円柱）状の合成ゼオライト（直径３〜５ｍｍ、長さ５〜１０ｍｍ程度）等で構成される。中間部分１３は、空気混合用の空間を形成しており、吸着剤が充填されていない。なお、吸着剤１５は第１通路１１全体に充填されているが、図１においては、吸着剤１５のうち、第１通路１１中心部の吸着剤１５ａおよび第１通路１１壁際の吸着剤１５ｂのみを表示し、その他の吸着剤１５は図示省略している。
【００２３】
中間部分１３と第１充填部分１２及び第２充填部分１４との間は、中間部分１３への吸着剤１５の侵入を防ぐため、吸着剤１５よりもメッシュの細かいパンチングメタルや金網等の薄くて熱容量の小さい材料により区切り１６を設けている。
【００２４】
第１充填部分１２は、第１通路１１の上流側である前半部分に構成される。特に、第１通路１１の全長を１とすると、第１充填部分１２の長さは０．５〜０．８の範囲内であることが望ましい。
【００２５】
中間部分１３は、第１充填部分１２の下流側であって、第１充填部分１２と第２充填部分１４の間に構成される。中間部分１３の長さは短いほうが好ましいが、最低でも第１通路１１の幅Ｗ程度の長さは必要である。特に、第１通路１１の全長を１とすると、中間部分１３の長さは０．０５〜０．２の範囲内にあることが望ましい。
【００２６】
第２充填部分１４は、中間部分１３の下流側であって、第１通路１１の下流側である後半部分に構成される。第２充填部分１４は、できるだけ後半部分に構成されることが好ましい。特に、第１通路１１の全長を１とすると、第２充填部分１４の長さは、上述した第１充填部分１２と中間部分１３の長さを差し引いた残りの範囲内であることが望ましい。
【００２７】
また、図１に示すように、第１通路１１の第１充填部分１２の面積と、中間部分１３の面積と、第２充填部分１４の面積とは同じになるように構成されている。
【００２８】
次に、本発明に係る除湿空調装置の第２実施形態例の構造について説明する。図３は、第２実施形態例に係る除湿空調装置１０１の第１流路部分１１０の平面断面図である。
【００２９】
第１実施形態例に係る除湿空調装置１と同様に、除湿空調装置１０１の第１流路部分１１０は、図３に示すように、被除湿空気を流す第１通路１１１を並設して形成されている。また、第１通路１１１は、図３に示すように、第１充填部分１１２と、第２充填部分１１４と、前記第１充填部分１１２と前記第２充填部分１１４の間に中間部分１１３とを備えてなる。
【００３０】
第１実施形態例に係る除湿空調装置１と同様に、第１充填部分１１２及び第２充填部分１１４においては、第１通路１１１全体に吸着剤が充填されている。中間部分１１３は、空気混合用の空間を形成しており、吸着剤が充填されていない。なお、中間部分１１３と第１充填部分１１２及び第２充填部分１１４との間は、中間部分１１３への吸着剤の侵入を防ぐため、吸着剤よりもメッシュの細かいパンチングメタルや金網等の薄くて熱容量の小さい材料により区切り１１６を設けている。
【００３１】
各第１通路１１１は、中間部分１１３の流れ方向の略中央に、攪拌板１１７を有している。攪拌板１１７は、中間部分１１３の幅よりも狭い幅を有している。第１充填部分１１２を通過した被除湿空気は、中間部分１１３を通る際、攪拌板１１７に当たり、攪拌されて、第２充填部分１１４に流れる。
【００３２】
また、第１通路１１１は、流れ方向に沿った面で分割された第１充填部分１１２と、第１充填部分１１２の全体の断面積を有する中間部分１１３と、この中間部分１１３と同じ断面積の第２充填部分１１４とを備えた押出型材１１０ａから形成される。第２実施形態例に係る除湿空調装置１０１では、図３に示すように、第１通路１１１の第１充填部分１１２は、流れ方向に沿った面で２分割されている。
【００３３】
なお、第２実施形態例に係る除湿空調装置１０１では、図３にあるように、第１通路１１１の中間部分１１３に攪拌板１１７を設け、かつ、第１通路１１１の第１充填部分１１２を流れ方向に沿った面で分割している。しかし、攪拌板１１７の設置および第１充填部分１１２の分割は、双方を同時に行う必要はなく、どちらか一方のみを行うものであってもよい。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る除湿空調装置１の作用について説明する。本実施の形態に係る除湿空調装置１を用いた除湿方法は、吸着工程と、脱着工程１と、脱着工程２とからなっている。
【００３５】
吸着工程においては、第２流路部分２０に熱交換用空気として冷却用空気を流しつつ、第１流路部分１０に被除湿空気を流し、乾燥空気を得る。まず、被除湿空気は、除湿空調装置１に流され、第１通路１１の第１充填部分１２を通過する。ここで、第１充填部分１２では壁面効果が発生するため、第１充填部分１２における第１通路１１の壁際に被除湿空気が多く流れる。したがって、第１充填部分１２を通過した直後の被除湿空気は、第１通路１１の壁際の被除湿空気は湿分が高く、第１通路１１の中央部の被除湿空気は湿分が低くなっている。
【００３６】
次に、第１充填部分１２を通過した被除湿空気は、中間部分１３に流れる。中間部分１３においては、第１通路１１の壁際の被除湿空気と、第１通路１１の中央部の被除湿空気が混合される。したがって、中間部分１３において、第１通路１１の壁際の被除湿空気と、第１通路１１の中央部の被除湿空気の湿分が均一に混合される。
【００３７】
また、図３に示すように、攪拌板１１７が設置されている場合は、攪拌板１１７に被除湿空気がぶつかることにより、第１通路１１の壁際の被除湿空気と、第１通路１１の中央部の被除湿空気の混合が向上する。また、図３のように、第１充填部分１１２が分割され、中間部分１１３が広がることにより、被除湿空気の混合が向上する。
【００３８】
最後に、中間部分１３を通過して湿分が均一に混合された被除湿空気は、第２充填部分１４に流れる。第２充填部分１４においては、被除湿空気は再度水分が吸着され、除湿空調装置１から排出されて吸着工程が終了する。ここで、第２充填部分１４に至る被除湿空気の乾燥は相当進んでいる為、第２充填部分１４の長さが短くても、壁面効果は発生しにくい。したがって、第１通路１１の壁際と、第１通路１１の中央部とで、湿分はほぼ同程度の被除湿空気が得られる。
【００３９】
吸着工程が終了すると、脱着工程に移行する。脱着工程１においては、第２流路部分２０に熱交換用空気として高温空気を流し、第１流路部分１０の吸着剤１５に吸着している水分を脱着させる。この時、第１流路部分１０には何も流さない。次に、脱着工程２においては、第１流路部分１０にパージガスを流し、第１流路部分１０に放出されている水分を追い出す。そして吸着工程に戻る。
【００４０】
以上のように、本実施の形態に係る除湿空調装置１によると、第１通路１１の第１充填部分１２を通過した、湿分の高い壁際の被除湿空気と乾燥した中央部の被除湿空気の湿分が、中間部分１３で均一に混合することにより、壁面効果が弱められる。そして、第２充填部分１４で再度水分が吸着されるため、除湿空調装置１出口で破過状態にいたるまでの時間が長くなる効果が得られる。
【００４１】
また、中間部分１３に攪拌板を設けることにより、さらに第１通路１１の第１充填部分１２を通過した、湿分の高い壁際の被除湿空気と乾燥した中央部の被除湿空気の湿分の混合が向上して、破過時間が長くなる効果が得られる。
【００４２】
さらに、第１通路１１の流れ方向の下流側に中間部分１３が設けられている。これにより、第１充填部分１２が長くなり、壁面効果により圧力損失が減少し、被除湿空気を流すためのファン動力が小さくなる。また、中間部分１３は吸着剤１５が存在しないため、除湿空調装置１全体の熱容量が小さくなり、脱着工程で加熱しやすくなるという効果がある。
【００４３】
さらに、第１充填部分１２を分割して型材１０ａを形成することにより、断熱材とほぼ同様の物性値で熱の伝わりにくい吸着剤１５の高速熱授受を行うことができ、吸着剤１５への熱伝達性能が向上する効果がある。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る除湿空調装置１を用いて行った実験について、図４乃至図６を参照しつつ説明する。
【００４５】
実験は、図３に示す除湿空調装置１を用いる。第１通路１１は、幅３０ｍｍ、高さ４０ｍｍ、長さ４００ｍｍの押出型材１０ａにより構成されている。第２通路２１は、波長１０ｍｍ、波高４０ｍｍ、長さ４００ｍｍの波板２０ａにより構成されている。また、吸着剤にはシリカゲルを用いる。
【００４６】
図４は、図３に示す第１充填部分の点Ａ（除湿空調装置入口）と点Ｂ（除湿空調装置中心）における、吸着工程における第１通路１１の壁際の吸着剤１５ａと中心部の吸着剤１５ｂの水分吸着量の時間変化の計算結果を示したグラフである。図５は、図３に示す第２充填部分１４の点Ｄにおける、吸着工程における第１通路１１の壁際の吸着剤１５ａと中心部の吸着剤１５ｂの水分吸着量の時間変化の計算結果を示したグラフである。図６は、除湿空調装置１出口における絶対湿度と破過状態の関係を表したグラフである。
【００４７】
第１充填部分１２においては壁面効果が発生しているため、壁際に被除湿空気が多く流れる。したがって、図４に示すように、第１充填部分１２の点Ａと点Ｂの双方において、壁際の吸着剤１５ａの方が中心部の吸着剤１５ｂよりも水分吸着量が多くなっている。
【００４８】
一方、第１充填部分１２を通過した後は、中間部分１３を通って湿分が均一に混合された被除湿空気が、第２充填部分１４に流れる。また、第２充填部分１４は第１通路１１の下流側後方部分に設けられており、長さが短いため壁面効果は発生しにくい。したがって、図５に示すように、第２充填部分１４の点Ｄにおいては、壁際の吸着剤１５ａも中心部の吸着剤１５ｂも水分吸着量がほぼ同じになっている。
【００４９】
また、第１通路に中間部分を設けず、第１通路すべてに吸着剤を設置した場合、図６の点線で示すように、壁面効果により破過時間が短くなる。しかし、本実施の形態にかかる除湿空調装置１によると、図６の実線で示すように、壁面効果が弱められ、破過時間が長くなっている。
【００５０】
なお、本発明に係る除湿空調装置は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能である。
【００５１】
例えば、前記実施形態例において、押出型材で形成した第１流路部分と、波板で形成した第２流路部分とを交互に９０度ずつずらした状態で積層し、互いに接合して、除湿空調装置を構成している。しかし、波板で形成した第１流路部分と、波板で形成した第２流路部分とを交互に９０度ずつずらした状態で積層し、第１流路部分と第２流路部分の間に平板を挟み、平板に対して波板を接合して、除湿空調装置を構成してもよい。
【００５２】
また、直交型の除湿空調装置ではなく、回転型の除湿空調装置であってもよい。すなわち、回転軸線の周りに回転駆動される円柱状のロータを有して、そのロータが回転軸線に平行な第１流路部分と垂直な第２流路部分を回転軸線回りに交差して設ける除湿空調装置の構造であってもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係る除湿空調装置によると、第１通路部分の第１充填部分を通過した、湿分の高い壁際の被除湿空気と、乾燥した中心部の被除湿空気との湿分を中間部分で均一に混合することができる。即ち、除湿工程に関し、壁面効果による水分吸着量の不均一を改良することができる。従って、壁面効果が弱められ、第２充填部分で再度水分が吸着されるため、除湿空調装置出口で破過状態に至るまでの時間が長くなる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る除湿空調装置の第１実施形態例を示すものであり、第１流路部分と第２流路部分の一部を示した斜視断面図である。
【図２】本発明に係る除湿空調装置の第１実施形態例を示すものであり、除湿空調装置の斜視図である。
【図３】本発明に係る除湿空調装置の第２実施形態例を示すものであり、第１流路部分の平面断面図である。
【図４】本発明に係る除湿空調装置の点Ａおよび点Ｂにおける吸着剤の水分吸着量の時間変化の計算結果を示したグラフ図である。
【図５】本発明に係る除湿空調装置の点Ｃにおける吸着剤の水分吸着量の時間変化の計算結果を示したグラフ図である。
【図６】除湿空調装置出口における絶対湿度と破過状態の関係を表したグラフ図である。
【符号の説明】
１ 除湿空調装置
１０ 第１流路部分
１１ 第１通路
１２ 第１充填部分
１３ 中間部分
１４ 第２充填部分
１５ 吸着剤
２０ 第２流路部分
２１ 第２通路

Claims (4)

1. 被除湿空気が流れる第１通路を並設して形成される第１流路部分と、熱交換用空気が流れる第２通路を並設して形成される第２流路部分と、を交互に積層してなる除湿空調装置であって、
   前記第１通路は、吸着剤が充填された上流側の第１充填部分と、吸着剤が充填された下流側の第２充填部分と、前記第１充填部分と前記第２充填部分の間に空気混合用の空間を有する中間部分とを備えてなる除湿空調装置。
2. 前記第１通路の全長を１としたとき、前記第１充填部分の長さは、０．５〜０．８の範囲内にあり、前記中間部分の長さは、０．０５〜０．２の範囲内にある請求項１に記載の除湿空調装置。
3. 前記中間部分に空気を混合させる攪拌部材を設けた請求項１または２に記載の除湿空調装置。
4. 上流側の前記第１充填部分が、流れ方向に沿って分割されている請求項１または２に記載の除湿空調装置。

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