JP2008246354A - 除加湿装置および冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吸着空気路16と脱着空気路17とを跨いで設けられ、軸を中心に周方向に回転自在に設置された円筒であって、円筒内に吸着剤が設けられ、吸着部11Aにおいて吸着空気路16を通過する空気中の水分を吸着し、脱着部11Bにおいて脱着空気路17を通過する空気に、吸着部11Aにおいて吸着した水分を脱着する除湿ロータ11と、除湿ロータ11を周方向に回転させるロータ駆動手段18とを備える除加湿装置であって、除湿ロータ11における吸着部11Aと脱着部11Bとの面積比を、略、所定量の水分を吸着する時間に係る吸着時定数Tadの1/2乗と所定量の水分を脱着する時間に係る脱着時定数Tdeの1/2乗との比とする。
【選択図】図1
Description
図1は本発明の実施の形態1に係る除湿ロータ11を中心とする除加湿装置1の概略構成を表す図である。図1に基づいて、除湿ロータ11を使用した除加湿装置1の基本的な構成について説明する。除加湿装置1は、例えば、除湿機、空気調和装置等に設けられ、室内等の空調対象空間の除湿または加湿を行うユニットである。本実施の形態では対象空間を室内とし、除湿を行うものとして説明する。
ここで、
q:任意時刻における水分吸脱量(kgH2O /kgads )
t:任意時刻(s)
q* :吸着剤1kgに対する平衡吸着水分量(kgH2O /kgads )
kt:統合物質伝達移動係数(1/s)
T:時定数(s)(Tad:吸着時定数(s)またはTde:脱着時定数(s))
である。
ここで、
kt:統合物質伝達移動係数(1/s)
ka:バルク空気層−境界層間35の物質伝達移動係数(1/s)
kb1 :境界層−吸着剤細孔間36の物質伝達移動係数(1/s)
である。
1/kt=1/ka+1/kb1 …(3)
ここで、
Mad:吸着時の水分移動量(kgH2O /(m2 ・s))
Mde:脱着時の水分移動量(kgH2O /(m2 ・s))
xa:バルク空気層絶対湿度(kgH2O /kgair )
xc:境界層絶対湿度(kgH2O /kgair )
ρa:バルク空気層空気密度(kgair /m3 )
ρc:境界層空気密度(kgair /m3 )
αm:バルク空気層と境界層間のH2O分子の物質伝達係数(m/s)
である。
吸着時:Mad=αm×(xa−xc)×ρa (xa>xc)
脱着時:Mde=αm×(xc−xa)×ρc (xc>xa) …(4)
ここで、
αm:バルク空気層と境界層間のH2O分子の物質伝達係数(m/s)
Jin:凝縮頻度(個/(m2 ・s))
v:風速(m/s)
m:水分子の質量(kg/個)=3×10-26
k:ボルツマン定数(J/K)=1.38×10-23
T:絶対温度(K)
p:水蒸気分圧(N/m2 )
c1:係数(静特性実験等に基づいて得られる)
Ta:空気層絶対温度(K)
である。
ここで
q:任意時刻における吸着水分量(kgH2O /kgads )
t:任意時刻(s)
dp:吸着剤平均粒子径(m)
Ds:吸着剤細孔34内の表面拡散係数(m2 /s)
q* :吸着剤1kgに対する平衡吸着水分量(kgH2O /kgads )
kb:境界層−吸着剤層細孔内の物質伝達移動係数(1/s)
ab:吸着剤層厚さ37(m)
である。
ここで
Ds:吸着剤細孔内の表面拡散係数(m2 /s)
Ds0 :2.54×10-4(m2 /s)
Ea:活性化エネルギー(J/mol)=4.2×104
R0:気体常数(J/(mol・K))
Tb:吸着剤層絶対温度(K)
ここで
kb1 :境界層−吸着剤細孔内の物質伝達移動係数(1/s)
kb:境界層−吸着剤層細孔内の物質伝達移動係数(1/s)
ab:吸着剤層厚さ37(m)
c2:係数(静特性実験等に基づいて得られる)
Ds:吸着剤細孔34内の表面拡散係数(m2 /s)
である。
kb1 =kb/ab ∝c2×Ds …(9)
ここで、
T:時定数(s)(Tad:吸着時定数(s)またはTde:脱着時定数(s))
ka:バルク空気層−境界層16間の物質伝達移動係数(1/s)
kb1 :境界層−吸着剤細孔内の物質伝達移動係数(1/s)
Ta:空気層絶対温度(K)
c1:係数(静特性実験等に基づいて得られる)
xa:バルク層絶対湿度(kgH2O /kgair )
v:風速(m/s)
c2:係数(静特性実験等に基づいて得られる)
Ds:吸着剤細孔34内の表面拡散係数(m2 /s)
である。
ここで、
q* :吸着剤1kgに対する平衡吸着水分量(kgH2O /kgads )
q:任意時刻における吸着水分量(kgH2O /kgads )
Tad:吸着時定数(s)
t:任意時刻(s)
である。
ここで、
q* :吸着剤1kgに対する平衡水分脱着量(kgH2O /kgads )
q:任意時刻における水分脱着量(kgH2O /kgads )
Tde:脱着時定数(s)
t:任意時刻(s)
である。
ここで、
N:除湿ロータ11の(1時間あたりの)回転数(rph)
Tad:吸着時定数(s)
Tde:脱着時定数(s)
x:係数
N=3600/(Tad+Tde)x …(13)
図6は本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の構成例を表す図である。本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した除加湿装置を適用した冷凍サイクル装置について、空気調和装置を例として説明する。図6の空気調和装置は、熱源側ユニット(室外機)100と負荷側ユニット(室内機)200とを備え、これらが冷媒配管で連結され、主となる冷媒回路(以下、主冷媒回路という)を構成して冷媒を循環させている。冷媒配管のうち、気体の冷媒(ガス冷媒)が流れる配管をガス配管300とし、液体の冷媒(液冷媒。気液二相冷媒の場合もある)が流れる配管を液配管400とする。本実施の形態では、除加湿装置204が負荷側ユニット200内に設けられているものとする。
上述の実施の形態1、2では、空調対象空間を除湿することについて説明したが、これに限定するものではない。例えば、空調対象空間となる室内の空気が脱着空気路17を通るようにし、室外の空気が吸着空気路16を通るようにすれば、室内を加湿することができる。そして、除湿の場合と同様、最適な条件で効率よく加湿量を大きくすることができる。
図7は本発明の実施の形態4に係る除湿ロータ11を中心とする除加湿装置1Aの概略構成を表す図である。図7において、図1と同じ符号を付しているものは同様の動作を行うので説明を省略する。除加湿装置1Aは、固定仕切壁19A、可動仕切壁19B及び仕切壁駆動手段51を有している点で除加湿装置1と異なる。
上述の実施の形態2では冷凍サイクル装置として空気調和装置について説明したが、これに限るものではない。例えば、冷凍、冷蔵倉庫等に利用する冷却装置、ヒートポンプ装置等にも利用することができる。
Claims (9)
- 吸着空気路と脱着空気路とを跨いで設けられ、軸を中心に周方向に回転自在に設置された円筒であって、該円筒内に水分吸脱着手段が設けられ、前記吸着空気路上に位置する吸着部において前記吸着空気路を通過する空気中の水分を吸着し、前記脱着空気路上に位置する脱着部において前記脱着空気路を通過する空気に、前記吸着部において吸着した水分を脱着する除湿ロータと、該除湿ロータを周方向に回転させるロータ駆動手段とを備える除加湿装置であって、
前記除湿ロータにおける吸着部と脱着部との面積比を、略、所定量の水分を吸着する時間に係る吸着時定数の1/2乗と、前記所定量の水分を脱着する時間に係る脱着時定数の1/2乗との比とすることを特徴とする除加湿装置。 - 前記ロータ駆動手段は、前記吸着時定数と前記脱着時定数との合計時間の0.4〜0.8倍の時間で、前記除湿ロータを一回転させることを特徴とする請求項1記載の除加湿装置。
- 前記吸着空気路を通過させる前記空気の温度、湿度および/または前記空気の量に基づいて決定した前記吸着時定数と、前記脱着空気路を通過させる前記空気の温度、湿度および/または前記空気の量に基づいて決定した脱着時定数とに基づいて、前記吸着部と前記脱着部との面積比を変更するための面積比調整手段をさらに有することを特徴とする請求項1又は2記載の除加湿装置。
- 前記吸着時定数と前記脱着時定数に基づいて、前記吸着空気路を通過させる前記空気の量を調整するための被除湿空気風量調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の除加湿装置。
- 前記吸着時定数と前記脱着時定数に基づいて、前記吸着空気路を通過させる前記空気の温度および/または湿度を調整するための被除湿空気温度調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の除加湿装置。
- 前記吸着時定数と前記脱着時定数に基づいて、前記脱着空気路を通過させる前記空気の量を調整するための脱着空気風量調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の除加湿装置。
- 前記吸着時定数と前記脱着時定数に基づいて、前記脱着空気路を通過させる前記空気の温度および/または湿度を調整するための脱着空気温度調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の除加湿装置。
- 前記吸着空気路を通過させる前記空気の温度、湿度および/または前記空気の量に基づいて演算により決定した前記吸着時定数と、前記脱着空気路を通過させる前記空気の温度、湿度および/または前記空気の量に基づいて演算により決定した脱着時定数とを用いることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の除加湿装置。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の除加湿装置と、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
熱交換により前記冷媒を凝縮する凝縮器と、
凝縮された冷媒を減圧させるための絞り装置と、
減圧した前記冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成することを特徴とする冷凍サイクル装置。
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