JP2006087972A - 除湿装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置の構成を簡素化するとともに、被冷却物の冷却状態を良好なものとし、確実な除湿を行い安全性を確保することができる除湿装置を提供する。
【解決手段】水蒸気を含む気体を通過させる流路1内に、上記水蒸気を帯電させる絶縁被覆2cがなされた帯電電極2aと、上記帯電状態2aの水蒸気とは逆極性で上記帯電状態の水蒸気を吸着する絶縁被覆2dがなされた吸着電極2bとを備え、帯電電極2aを気流の上流側に配置した状態で対をなして配置されている。これにより、帯電された水蒸気は吸着電極2bに吸着されて、気体中の水蒸気が除去されて、十分な除湿がなされる。
【選択図】図2

Description

本発明は、流路内を通過する水蒸気を含む気体から水蒸気を除去する除湿装置に関するものである。
図7に示すように、食品類のショーケースや保冷ケース等の保管室100内に冷気を供給して、食品類を冷凍状態あるいは冷蔵状態に維持することが行なわれている。上記の冷気を発生させるために、冷凍機等の冷気発生装置101を動作させているのであるが、冷却される空気中に水蒸気が含まれていると、食品類に霜が付着して食品類に霜焼,食品類同士の固着等が発生して食品類の変質や変色を来す問題がある。さらに、霜付着により食品類の各種表示印刷が十分に判読できなくなることがある。
そこで、冷気発生装置101に除湿装置102を組み合わせることが行なわれている。その一例として、特許文献1に開示されているように、空気中の水蒸気を正に帯電させるための放電電極を設置し、負に帯電した電極に水蒸気を吸着するものがある。また、特許文献2に開示されているように、冷水等のブラインを除湿冷却器に循環させて、冷却器の上流側で除湿を行なうものがある。さらには、特許文献3に開示されているように、冷却器に付着した霜を除霜ヒータ、すなわちデフロスターで溶かして排水するものがある。
特開平7−275641号公報 特開平9−89444号公報 特開2002−243349号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示されているような空気中の水蒸気を放電電極で正に帯電させ、負に帯電した電極に水蒸気を吸着する形式のものにおいては、放電電極の表面に空気中の不純物が付着しないようにして、常に放電性能を正常に維持する必要がある。さらに、放電電極であるために電極の表面を絶縁体で被覆することができず、正・負の両電極が絶縁構造とされていないために、何等かの異物が電極に付着して短絡状態になると、食品類のショーケース等に漏電し、顧客が感電する危険性がある。
また、特許文献2に開示されているような冷水等のブラインを除湿冷却器に循環させる形式のものにおいては、ブラインの巡回回路や循環ポンプの設置が必要であり、そのため、設備規模が大きくなって設備費用が高額になり、また、循環ポンプの駆動エネルギー費用も大きな負担になる。
さらに、特許文献3に開示されているような冷却器に付着した霜を除霜ヒータで取り除くものは、除霜ヒータからの熱によって、冷却効果が低下するという問題がある。このような問題による悪影響を少なくするために、除霜ヒータの動作制御を種々な制御因子にしたがって行い、そのために、制御装置が複雑になり原価高騰や動作信頼性の問題が生じたりしている。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、装置の構成を簡素化するとともに、被冷却物の冷却状態を良好なものとし、安全性を確保することができる除湿装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の除湿装置は、水蒸気を含む気体を通過させる流路内に、上記水蒸気を帯電させる絶縁被覆がなされた帯電電極と、上記帯電状態の水蒸気とは逆極性で上記帯電状態の水蒸気を吸着する絶縁被覆がなされた吸着電極とを備え、帯電電極を気流の上流側に配置した状態で対をなして配置されていることを要旨とする。
すなわち、水蒸気が上記帯電電極に接触することにより、水蒸気が確実に帯電状態になり、その後、気流によって帯電した水蒸気が吸着電極の方へ移動して、水蒸気の帯電極性とは逆の極性である吸着電極に吸着される。したがって、帯電電極における確実な水蒸気の帯電と、吸着電極における確実な水蒸気の吸着がなされて、水蒸気の除去が十分なレベルまで達成され、食品等の被冷却物に霜が付着しない。
上記のように霜が発生しないことにより、食品類であれば霜焼や変色が防止でき、その鮮度を低下させることなく保存できる。また、霜発生により固着した包装袋同士を無理にひきはがして袋を破いたりすることが発生しない。霜付着がないので、各種表示印刷が常に読みやすい状態が維持でき、商品点検等の作業性の低下が防止できる。さらに、加熱することにより霜を除去するデフロスターを採用する必要がないので、デフロスターのように食品等を温めたり冷やしたりして、鮮度や色彩を悪化させることがない。また、冷凍サイクル機器の可動部分に霜が付着することがないので、可動部分等の破損を防止することができる。
本発明の除湿装置において、上記帯電電極は、多数の通気路が設けられた部材で構成されている場合には、水蒸気が気流と共に上記多数の通気路を通過するので、水蒸気は確実に帯電電極に接触して、良好な水蒸気の帯電がなされる。
本発明の除湿装置において、上記吸着電極は、回転駆動される部材である場合には、帯電した水蒸気を含む気体を回転している吸着電極に接触させるので、吸着電極の表面全体に上記気体が接触し、帯電した水蒸気が逆極性の吸着電極の広い領域に対して吸着され、いわゆる吸着電極の表面積に対する吸着率を向上させることができる。
本発明の除湿装置において、上記吸着電極に、吸着電極の表面に結露した水蒸気の結露水を吸着電極の周縁に導く液体ガイド部が形成されている場合には、上記結露水を液体ガイド部で集水して吸着電極の周縁に導くので、吸着された水蒸気から発生した液体をあますところなく全て集約することができる。また、吸着電極が回転駆動されている場合には、回転による遠心力で液体ガイド部における液体移動を一層確実に行うことができる。
本発明の除湿装置において、上記液体ガイド部によって導かれた結露水を集水して上記流路外に導く液滴回収器が流路を構成する部材に設けられている場合には、吸着電極で集水された全ての液体が液体回収器に回収されるので、異常な箇所へ液漏れを発生したりすることなく、気体中の除湿が期待通りに達成される。
つぎに、本発明の除湿装置を実施するための最良の形態を説明する。
図1,図2,図3および図4は、本発明の除湿装置の一実施例を示す。
この実施例は、冷凍食品販売用のオープンショーケースの場合である。ショーケース全体は符号40で示されている。上記ショーケース40の断面形状は、図1の左側が開放された略コ字型であり、ケーシング41の内側に食料品を陳列する陳列空間42が形成されている。上記陳列空間42はケーシング41内に設置した隔壁板43によって構成され、この隔壁板43に陳列棚44が複数段取り付けられている。そして、左側の開放しているところから食料品の出し入れをするようになっている。
上記隔壁板43とケーシング41との間に形成された空間が、気体を流通させる流路45となっている。上記通路45には冷気発生装置の一部を構成する主冷却器46が配置され、この主冷却器46は、図示していないが、凝縮器やコンプレッサ等からなる冷却回路中に接続されている。主冷却器46の気流の上流側に後述の除湿装置47が配置され、さらにその上流側に送気ファン48が配置されている。上記送気ファン48により、図1に矢線で示すように、気流が反時計方向に循環するようになっている。
上記ケーシング41の天板前側にハニカム構造の冷気吹出口49が設けられ、他方、ケーシング41に下部前板の部分に冷気吸込口50が形成され、この冷気吹出口49と冷気吸込口50は上下方向に略対向した状態で配置されている。冷気吹出口49から整流されて吹出した冷気は冷気吸込口50に吸い込まれて、陳列空間42の前面部にエアーカーテン51が形成されて、陳列空間42内の温度が上昇しないようになっている。なお、図示していないが、陳列空間42内に冷気を供給する供給口が、食料品の冷凍状態を正常に保つ位置に配置されている。
つぎに、図2,図3および図4にしたがって、上記除湿装置47について説明する。
上記除湿装置47は、主として、水蒸気を含む空気を通過させる流路1内に、水蒸気を帯電させる帯電電極2aと、帯電した水蒸気を吸着する吸着電極2bとが設けられ、さらに、帯電電極2aと吸着電極2bを回転運動させるモータ3と、吸着電極2bに付着した水蒸気から生じた水滴を回収する水滴回収器4とによって構成されている。
上記流路1は、断面円形のダクト1aによって構成され、このダクト1aは断熱層(図示していない)を有する絶縁材料製のパイプ材でできている。なお、このパイプ材が、例えば、導電性のあるステンレス鋼でできている場合には、除湿装置47を構成する部分のパイプ材を隣接するパイプ材に対して絶縁するか、あるいはこの部分だけ絶縁材料製のパイプ材におきかえる。
空気中の水蒸気を帯電させるために、帯電電極2aがダクト1a内に配置されている。上記帯電電極2aは偏平な円盤型で、その外周部はダクト1aの内面との間にわずかな隙間が付与されている。帯電電極2aの中心部に回転軸7aが固定され、上記回転軸7aは軸受7cにより回転自在な状態で支持されている。回転軸7aの上端部にはプーリ8aが取り付けられ、モータ3の駆動軸9aの先端部に取り付けられたプーリ10aとベルト11aで連結されている。これにより、モータ3の駆動軸9aが回転することにより、帯電電極2aが軸心を中心として回転するようになっている。また、帯電電極2aとモータ3とがベルト11aによって絶縁されている。
上記帯電電極2aは、図3(A)に示すように、空気を通過させる複数の貫通穴5aが形成されている。帯電電極2aは絶縁層2cで被覆されている。上記絶縁層2cは、合成樹脂等の絶縁材料で形成されているもので、塗装や溶融合成樹脂中にディッピングしてコーティングされる。
帯電電極2aの金属部分は、ステンレス鋼等の導電体から形成され、下面中心に回転接触部14aが突設されている。上記回転接触部14aには、プラス側固定電極16aからブラシ15aを介して高圧のプラス電位が印加され、空気中の水蒸気をプラスに帯電させるようになっている。図において、17は直流電源である。なお、空気は図2に示した矢線のように、図2の下から上に向かって流れる。なお、帯電電極2aは偏平な部材で形成されているので、このような形状の帯電電極2aを気体の流路断面全体を覆うように配置して、水蒸気の帯電性を一層効果的にすることができる。また、帯電電極2aの変形例として、金属製網目材料を積層して用いた3次元網目構造とし、網目線材の表面が絶縁材料でコーティングされて絶縁層を形成するようにすることもできる。
帯電電極2aでプラスに帯電された水蒸気を吸着するために、上記吸着電極2bが帯電電極2aの下流側に配置されている。上記吸着電極2bは偏平な円盤型で、その中心部に回転軸7bが固定され、上記回転軸7bは軸受7dにより回転自在な状態で支持されている。回転軸7bの下端部にはプーリ8bが取り付けられ、モータ3の駆動軸9bの先端部に取り付けられたプーリ10bとベルト11bで連結されている。これにより、モータ3の駆動軸9bが回転することにより、吸着電極2bが軸心を中心として回転するようになっている。また、吸着電極2bとモータ3とがベルト11bによって絶縁されている。
上記吸着電極2bは、図3(B)や図4に示すように、空気を通過させる複数の貫通穴5bが形成されている。吸着電極2bは絶縁層2dで被覆されている。上記絶縁層2dは、合成樹脂等の絶縁材料で形成されているもので、塗装や溶融合成樹脂中にディッピングしてコーティングされる。また、吸着電極2bの上面および下面には、中心部から放射状に延びるガイド溝6が刻設され、吸着された水蒸気から生じた水滴を上記ガイド溝6に沿って吸着電極2bの周縁に導くようになっている。
上記吸着電極2bの周囲の回転円周上に、上記水滴回収器4が配置されている。上記水滴回収器4は、断面形状が大略コ字状であり、コ字状の下側部が内側に延びて水滴を受ける樋部(水滴受け部)12に形成されている。上記樋部12には、ドレン管13が連結されて溜まった水滴を外部に排出するようになっている。
吸着電極2bの金属部分は、ステンレス鋼等の導電体から形成され、上面中心に回転接触部14bが突設されている。上記回転接触部14bには、マイナス側固定電極16bからブラシ15bを介してマイナス電位が印加され、空気中のプラスに帯電された水蒸気を吸着電極2bに吸着するようになっている。なお、吸着電極の変形例として、貫通穴が設けられたブロック形状の部材をダクト内に絶縁して配置することも可能である。
上記除湿装置では、例えばつぎのようにして除湿が行われる。
水蒸気を含んだ空気が図2矢線の方向に流通すると、プラス電位に印加された帯電電極2aにより、水蒸気はプラスに帯電する。このとき、帯電電極2aは回転しているので、貫通穴5aを通過する空気は貫通穴5aの前後で乱流を生じて、帯電電極2aの上面と下面に接触する度合いが向上して、より多くの水蒸気が帯電状態になり、後述の吸着電極2bにおける吸着率が向上する。
上記帯電電極2aを通過した空気は、回転している吸着電極2bに接触し、このときにプラス電位の水蒸気はマイナス電位の吸着電極2bに吸着される。空気が吸着電極2bの貫通穴5bを通過するときにも空気は貫通穴5bの前後で乱流を生じて、吸着電極2bの上面と下面に接触する度合いが向上して、より多くの水蒸気が吸着される。上記水蒸気から生じた水滴は、回転運動による遠心力でガイド溝6に沿って吸着電極2bの周縁に達し、そこから遠心力で飛ばされて吸着電極2bの周囲に配置された水滴回収器4にキャッチされ回収される。
上記のように、水蒸気が帯電されて吸着されて行く現象を水の分子レベルで考察する。
図5は、絶縁された帯電電極2aと吸着電極2b間における水蒸気の挙動を説明するための模式図である。図5(A)に示すように、プラス電位の帯電電極2aにおいては、誘電率の大きな絶縁層2cに分極作用が生じ、上記絶縁層2cの帯電電極2a近傍はマイナスに、表面部分はプラスになる。一方、マイナス電位の吸着電極2bにおいては、誘電率の大きな絶縁層2dに分極作用が生じ、上記絶縁層2dの吸着電極2b近傍はプラスに、表面部分はマイナスになる。
そして、帯電電極2aと吸着電極2bとの間に移動してきた水分子は、帯電電極2aと吸着電極2bとによって発生した電界のエネルギーを受けて電子軌道の電荷が偏って、水分子の励起起動に浮遊電子が取り込まれたり放出されたりすることによる帯電が生じる。このような帯電作用によって、水分子の分子分極が一層顕著となる。
すなわち、水分子は、図5(B)に示すように、通常の状態でも酸素原子側がマイナスに水素原子側がプラスに偏ってそれ自体が分極した状態であるが、上述したような電界の作用によって水分子の電子軌道に変化が生じ、図5(C)に示すように、分子分極が一層顕著な状態となる。
さらに、この状態において、上記分子分極した水分子は、帯電電極2aと吸着電極2bとの間において、図5(C)に示すように、マイナス電位の酸素原子が帯電電極2aの絶縁層2c表面のプラスに引かれるとともに、プラス電位の水素原子が上記絶縁層2cから遠ざかった箇所に向くよう配向する。この状態で、上記水分子が帯電電極2aから吸着電極2bの方へ気流の作用を受けることにより、配向した水分子の水素原子側が吸着電極2bに吸い寄せられ、吸着されるのである。
一方、マイナス電位の吸着電極2b側においては、帯電電極2aとは逆の極性の分極作用が生じていて、絶縁層2dの表面部分はマイナス状態になり、帯電電極2aでプラスに帯電した水の分子(HO)が吸着電極2bのマイナス表面部分に向って移動し、上記のように水滴化する。
上記のように水の分子をプラス帯電にしやすくするために、両電極2a,2bの絶縁層2c,2dを水よりも仕事関数の大きな物質で形成する。このように仕事関数の大きな絶縁材料を使用することにより、水の分子(HO)から電子が放出しやすくなるので、水の分子は(HO)となり、吸着電極2bに確実に吸着される。
上記のような現象により、導電性金属でできた電極2a,2bを覆っている絶縁層2c,2dに分極現象が発生するので、絶縁層2c,2dの表面部全域がプラスまたはマイナスの極性となり、帯電電極2aに接触した水蒸気は確実にプラス帯電の状態になり、その後、この水蒸気は絶縁層2dが分極されてマイナスの表面状態とされた吸着電極2bの表面部に吸着される。絶縁層2c,2dを誘電率の大きな絶縁材料で構成することにより、上記分極現象が顕著に現われるので、より好ましい。
したがって、両電極2a,2bの絶縁層2c,2dに分極現象を発生させて所定の表面極性を設定し、水蒸気の帯電ないしは吸着が確実になされる。
しかも、絶縁層2c,2dによって両電極2a,2bが完全に絶縁されているので、ショーケース40への漏電等を確実に防止できて、安全性の高いショーケース40が採用できる。
上記実施例の作用効果を列記すると、つぎのとおりである。
すなわち、水蒸気が上記帯電電極2aに接触することにより、水蒸気が確実に帯電状態になり、その後、空気流によって帯電した水蒸気が吸着電極2bの方へ移動して、水蒸気の帯電極性とは逆の極性である吸着電極2bに吸着される。したがって、帯電電極2aにおける確実な水蒸気の帯電と、吸着電極2bにおける確実な水蒸気の吸着がなされて、水蒸気の除去が十分なレベルまで達成され、食品等の被冷却物に霜が付着しない。
上記のように霜が発生しないことにより、食品類であれば霜焼や変色が防止でき、その鮮度を低下させることなく保存できる。また、霜発生により固着した包装袋同士を無理にひきはがして袋を破いたりすることが発生しない。霜付着がないので、各種表示印刷が常に読みやすい状態が維持でき、商品点検等の作業性の低下が防止できる。さらに、加熱することにより霜を除去するデフロスターを採用する必要がないので、デフロスターのように食品等を温めたり冷やしたりして、鮮度や色彩を悪化させることがない。また、冷凍サイクル機器の可動部分に霜が付着することがないので、可動部分等の破損を防止することができる。
上記吸着電極2bは、回転駆動される偏平な部材であるから、帯電した水蒸気を含む空気を回転している吸着電極2bに接触させ、吸着電極2bの表面全体に空気が接触し、帯電した水蒸気が逆極性の吸着電極2bの広い領域に対して吸着され、いわゆる吸着電極2bの表面積に対する吸着率を向上させることができる。
上記吸着電極2bに、吸着電極2bの表面に結露した水蒸気の結露水を吸着電極2bの周縁に導くガイド溝6が形成されていることにより、上記結露水をガイド溝6で集水して吸着電極2bの周縁へ導き、吸着された水蒸気から発生した水をあますところなく全て集約することができる。また、吸着電極2bが回転駆動されている場合には、回転による遠心力でガイド溝6における水の移動を一層確実に行うことができる。
上記ガイド溝6によって導かれた結露水を集水して上記流路1外に導く水滴回収器4がダクト1aに設けられていることにより、吸着電極2bで集水された全ての水が水滴回収器4に回収されるので、異常な箇所へ水漏れを発生したりすることなく、空気中の除湿が期待通りに達成される。
図6(A)から(C)は、本発明の除湿装置の第2ないし第4の実施例を示す。この実施例は、帯電電極2aの変形例である。
図6(A)に示したものは、平板状の導電性材料でできた電極板18に多数の通気口19を設け、上記電極板18を流路1を横切る向きに取り付け、電極板18の空気の後流側に導電性材料でできた電極針20を多数設けたものである。この電極針20の先端部は尖った形状とされている。図示していないが、電極板18や電極針20は絶縁材料で被覆され、その絶縁層には符号2cが付してある。それ以外は、上記実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
上記構成により、通気口19を空気が通過するときには、通過する手前で空気は拡散されるので、空気は電極板18の上流側の端面に十分に接触する。そして、通気口19を通過した空気は乱流を起こすので、空気は電極針20に十分に接触する。したがって、空気中の水蒸気は電極全域に接触して、十分な帯電がなされる。さらに、このような電極針20によれば、電極針20が電界密度を高めるための突起として機能し、特に、先端部の尖った箇所の電界密度が他の箇所よりも大きくなるので、より大きな電界エネルギーが水蒸気の水分子に対して投入され、この部分における水蒸気の帯電現象がより一層促進される。それ以外は、上記実施例と同様の作用効果を奏する。
図6(B)に示したものは、導電材料でできた金網、すなわちメッシュ状の部材で形成したメッシュ電極21である。それ以外は、上記各実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
上記構成により、メッシュ状の通気路を通過する際に水蒸気がプラス帯電される。また、通気路がメッシュ状であるから、メッシュ部分と空気との接触が十分に行われて、水蒸気の帯電性が良好になされる。それ以外は、上記各実施例と同様の作用効果を奏する。
図6(C)に示したものは、平たい導電性材料に多数の通気口22を設けたパンチメタル23の場合である。それ以外は、上記各実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
上記構成により、パンチメタル23であるから、簡単なプレス加工で製作することができて、原価低減に有効である。それ以外は、上記各実施例と同様の作用効果を奏する。
上記図6(A),(B)および(C)に示した実施例は、多数の通気路が設けられた偏平な部材で構成されている。このため、水蒸気が空気と共に上記多数の通気路を通過し、水蒸気は確実に帯電電極2aに接触して、良好な水蒸気の帯電がなされる。さらに、帯電電極2aは偏平な部材で形成されているので、このような形状の帯電電極2aを気体の流路断面全体を覆うように配置して、水蒸気の帯電性を一層効果的にすることができる。
気体中の水蒸気を帯電電極で帯電させて、帯電した水蒸気と逆の極性とされた吸着電極に水蒸気を吸着させる構造であり、しかも、帯電電極および吸着電極はともに絶縁被覆がなされている。したがって、帯電した水蒸気は確実に吸着電極に吸着されて、除湿が図られる。よって、食品等の冷凍保管における除湿やエアコンディショナーの除湿等の広い分野で有効に利用することができる。
本発明を適用したオープンショーケースの断面図である。 除湿装置の断面図である。 帯電電極と吸着電極の部分的な断面図である。 吸着電極の斜視図である。 帯電電極と吸着電極における水蒸気の帯電と吸着現象を説明する模式図である。 帯電電極の他の実施例を示す断面図である。 従来例を示すブロック図である。
符号の説明
1 流路
1a ダクト
2a 帯電電極
2b 吸着電極
2c 絶縁層
2d 絶縁層
3 モータ
4 水滴回収器
5a 貫通穴
5b 貫通穴
6 ガイド溝
7a 回転軸
7b 回転軸
7c 軸受
7d 軸受
8a プーリ
8b プーリ
9a 駆動軸
9b 駆動軸
10a プーリ
10b プーリ
11a ベルト
11b ベルト
12 樋部(水滴受け部)
13 ドレン管
14a 回転接触部
14b 回転接触部
15a ブラシ
15b ブラシ
16a プラス側固定電極
16b マイナス側固定電極
17 直流電源
18 電極板
19 通気口
20 電極針
21 メッシュ電極
22 通気口
23 パンチメタル
40 ショーケース
41 ケーシング
42 陳列空間
43 隔壁板
44 陳列棚
45 流路
46 主冷却器
47 除湿装置
48 送気ファン
49 冷気吹出口
50 冷気吸込口
51 エアーカーテン
100 保管室
101 冷気発生装置
102 除湿装置

Claims (5)

  1. 水蒸気を含む気体を通過させる流路内に、上記水蒸気を帯電させる絶縁被覆がなされた帯電電極と、上記帯電状態の水蒸気とは逆極性で上記帯電状態の水蒸気を吸着する絶縁被覆がなされた吸着電極とを備え、帯電電極を気流の上流側に配置した状態で対をなして配置されていることを特徴とする除湿装置。
  2. 上記帯電電極は、多数の通気路が設けられた部材で構成されている請求項1記載の除湿装置。
  3. 上記吸着電極は、回転駆動される部材である請求項1または2記載の除湿装置。
  4. 上記吸着電極に、吸着電極の表面に結露した水蒸気の結露水を吸着電極の周縁に導く液体ガイド部が形成されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の除湿装置。
  5. 上記液体ガイド部によって導かれた結露水を集水して上記流路外に導く液滴回収器が流路を構成する部材に設けられている請求項4記載の除湿装置。







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