JP2013128866A - 除湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、除湿装置の凝縮水を低消費電力で浄化することを目的とするものである。
【解決手段】この目的を達成するために本発明の除湿装置１は、供給された被処理空気から水分を吸着する除湿部材２と、被処理空気を前記除湿部材２に流通させる吸着経路１６と、再生用空気を加熱する加熱手段３が設けられている。また、前記除湿部材２に再生用空気を流通させる一次再生経路１７と、除湿部材２を通過した再生用空気から水分を凝縮する熱交換器４を備えており、前記熱交換器４と、その近傍に設置した高圧電極５の間に高電圧を印加して活性種を生成する除湿装置１としたものであり、活性種の作用により凝縮水を低消費電力で浄化する除湿装置１が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気中の水分を除湿部材に吸着し、再生用加熱空気により除湿部材を再生する除湿装置に関するものである。

従来の除湿装置として、除湿部材の再生にともなって発生する凝縮水を水タンクに回収し、凝縮水を水浄化手段により浄化することで加湿に用いる除湿装置が知られている（例えば下記特許文献１参照）。

以下、従来の除湿装置について説明する。

従来の除湿装置は、室内の空気中に含まれる水分を除湿部材により吸着している。水分を吸着した除湿部材には加熱された再生空気が吹き込まれる。その結果、除湿部材から水分が脱離する。脱離された水分を含む再生空気は熱交換器を用いて室内空気と熱交換することで水分が凝縮される。水分はその自重によりタンクに回収される。

タンクに回収された水には、室内空気中に含まれるガス成分や微生物が混入する可能性があるが、水浄化手段により浄化することで加湿用などに再利用することができる。従来の除湿装置では、水を浄化するための浄化成分を発生する水浄化手段を設け、タンクに回収された水に浄化成分を注入することで、ガス成分の浄化や微生物の殺菌を実施している。

特開２００９−１４５０２２号公報

特許文献１に示された除湿装置においては、タンクに回収された水に浄化成分を作用させるために、水浄化手段により発生した浄化成分を含む空気を、タンクの水中に気泡として吹き込んでおり、以下の二点について課題がある。

第一の課題は、水浄化手段により発生した浄化成分の利用効率が低いことである。水浄化手段の実施形態として、近接した電極間に高電圧を印加することで生成するラジカルやオゾンなどの活性種を浄化成分として利用することが示されている。しかし、高活性を示し浄化成分として有効なラジカルは、その高活性ゆえに存在時間が極端に短いことが特徴であり、特に高活性な活性種であるヒドロキシラジカルはその存在時間が１マイクロ秒以下である。

したがって、浄化対象である水が保持されるタンクと水浄化手段が異なる場所に離れて設置されている従来の除湿装置は、高活性の浄化成分を利用することができず、目的の浄化性能を実現するためには過剰に浄化成分を生成する必要があり、水浄化手段の消費電力が増加することになる。

第二の課題は、タンクの水中における浄化成分の利用効率が低いことである。浄化成分は気泡としてタンクの水中に吹き込まれているが、浄化作用が発現される領域は気泡と水の界面でのみである。さらに、気泡はその浮力により容易に水面へ浮上するので、気泡に含まれた浄化成分はその大半が大気中へ放出されてしまう。つまり、タンクの水中では気泡が吹き込まれた近傍の水のうち、気泡が通過した領域だけが浄化されることとなる。したがって、タンクに回収された水に確実に浄化成分を作用させるためにはタンクの内部の広範囲で浄化成分を含む気泡を発生させる必要があり、水中へ多量の気泡を吹き込むために大出力の電動ポンプ等を用いれば、その消費電力が増加することになる。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであり、凝縮水の浄化を低消費電力で実現する除湿装置を提供することを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために、本発明は、再生空気中に含まれる水分を凝縮する熱交換器の近傍に高圧電極を設置して熱交換器と高圧電極の間に高電圧を印加する除湿装置としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明は、再生空気中に含まれる水分を凝縮する熱交換器の近傍に高圧電極を設置して熱交換器と高圧電極の間に高電圧を印加する構成としたものである。上記構成によれば、放電で生成される活性種を速やかに凝縮水に作用させることができ、熱交換器と高圧電極間で生成される存在時間の短い高活性の活性種を含む様々な活性種の作用を最大限に活用することができるので、浄化成分である活性種を過剰に生成する必要がなく、消費電力を低減することができるという効果を得ることができる。

また上記構成によれば、一旦貯留した水に対して浄化成分を作用させるのではなく、熱交換器上で生成する微小な凝縮水の水膜の極近傍で浄化成分を発生させて、水膜に直接作用させることができるので、水中に浄化成分を気泡として吹き込むためのポンプ等の手段が不要となり、消費電力を低減することができるという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の除湿装置を示す概略断面図 同除湿装置を示す概略斜視図 同熱交換器と高圧電極を示す概略部分断面図

本発明の請求項１記載の水処理装置は、再生空気中に含まれる水分を凝縮する熱交換器の近傍に高圧電極を設置して熱交換器と高圧電極の間に高電圧を印加する構成としたものであるので、熱交換器と高圧電極間で生成される存在時間の短い高活性の活性種を含む様々な活性種の作用を最大限に活用することができるので、浄化成分である活性種を過剰に生成する必要がなく、消費電力を低減することができるという効果を奏する。

また上記構成によれば、一旦貯留した水に対して浄化成分を作用させるのではなく、熱交換器上で生成する微小な凝縮水の水膜の近傍で浄化成分を発生させて、水膜に直接作用させることができるので、水中に浄化成分を気泡として吹き込むためのポンプ等の手段が不要となり、消費電力を低減することができるという効果を得ることができる。

また、熱交換器と高圧電極を通過した再生用空気を前記除湿部材に供給する二次再生経路を設けた構成にしてもよい。これにより熱交換器と高圧電極の間で生成された活性種を含む乾燥空気が除湿部材を再度通過することで、除湿部材に残留する有機物を活性種の作用により分解することができるので、長期間に渡って除湿部材の吸着性能を維持することができるという効果を奏する。

また、熱交換器と高圧電極の間に印加する電圧がパルス電圧である構成にしてもよい。これにより、短時間に高電圧を印加するので低消費電力で活性種を発生させることが可能になる。また、エネルギー損失が大きいアーク放電に移行する前に電圧の印加を止めるので、エネルギー損失を抑えて活性種を生成することができ、消費電力を低減することができるという効果を奏する。

また、熱交換器もしくは高圧電極の表面が誘電体でコーティングされている構成にしてもよい。これにより、アーク放電により大電流が一気に流れて電気系統が破損することを防止することができ、安定して活性種を発生させることができるという効果を奏する。さらに、電極の導電体部が放電により消耗することがないので、電極の長寿命化、導電体材料溶出に伴う凝縮水の成分変化がないという効果を奏する。さらに、電極同士の短絡を防止できるので、印加電圧や消費電力が小さくなるよう、電極間距離を可能な限り小さく設定することができるという効果を奏する。

また、再生用空気を処理するオゾン分解フィルタを設ける構成にしてもよい。これにより熱交換器と高圧電極の間でオゾンを高濃度に生成した場合においても、再生空気の放出経路の途中でオゾンを分解することができるので、除湿装置の外部にオゾンを放出することがなく、凝縮水の浄化や除湿部材の有機物分解を高効率に実施することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、除湿装置１は除湿部材２、加熱手段３、熱交換器４、高圧電極５、水受け部６、オゾン分解フィルタ７、吸込口８、被処理空気搬送用送風機９、被処理空気吹出口１０、再生用空気搬送用送風機１１、再生用空気吹出口１２、タンク１３を備えている。除湿部材２は図１において左右方向に厚さを有する円盤状の部材であり、軸方向に貫通するセル構造を有しているものである。加熱手段３は電源１４と接続され、高圧電極５は熱交換器４の下流側に設けられ高圧パルス電源１５と接続されている。

吸着経路１６と一次再生経路１７、二次再生経路１８、再生用空気排出経路１９は除湿部材２を経由して連通している。吸着経路１６は被処理空気を除湿部材２に導入し、排出するための経路であり、一次再生経路１７は再生用空気を除湿部材２に導入し、除湿部材２から水分を脱離する経路である。二次再生経路１８は活性種を含む再生用空気を除湿部材２に導入し、除湿部材に残留している有機物を分解する経路である。温熱排出経路２０には熱交換器４の上部が設置されており、熱交換器４の下部において再生用空気から冷媒に伝達された熱が温熱排出経路２０内で排出される。熱交換器４の下部で生成される凝縮水２１はその自重によって水受け部６に貯留される。水受け部６は図示されていないドレン配管でタンク１３と連通している。オゾン分解フィルタ７はオゾン分解触媒２２が担時されたフィルタである。

図２に示すように、除湿部材回転用モーター２３はローラー２４を介して除湿部材２を回転可能な状態で接触している。ドレン配管２５は図１で図示した水受け部６とタンク１３を連通している。なお図２は説明を容易にするために除湿装置１の外装、温熱排出経路２０、熱交換器４の上部などを省略して記載している。

図３に熱交換器４と高圧電極５の一部の拡大概略断面図を示す。熱交換器４の伝熱板２６は内部に空洞を有する略平板状の構造であり、図３ではその概略断面を示している。伝熱板２６は導電体２７に誘電体２８をコーティングして構成されており、高圧電極５も同様に導電体２９に誘電体３０をコーティングして構成されている。熱交換器４の伝熱板２６は配線を経由して電気的に接地されており、高圧電極５は配線を介して高圧パルス電源１５と接続されている。伝熱板２６の空洞部には冷媒が充填されており、冷媒配管接続部３１と冷媒配管３２を経由して温熱排出経路２０内に設けられた伝熱板と連通しているものである。熱交換器４の表面では凝縮水２１が水膜を形成している。

このような構成によれば、除湿部材２は連続的に回転しているため、吸着経路１６の後流での吸着工程と一次再生経路１７の後流での一次再生工程、二次再生経路１８の後流での二次再生工程の三工程を連続的に実施されることとなる。すなわち除湿装置１により被処理空気中の水分が吸着除去され、除湿部材２は除湿装置１の内部において連続的に再生されるものである。

さらに具体的には、吸込口８から吸込まれた被処理空気は、吸着経路１６を経由して除湿部材２を通過する際に水分が吸着される。一方で、被処理空気の一部は加熱手段３により加熱されて高温の再生用空気として一次再生経路１７から除湿部材２に供給される。

以下で本願の特徴である熱交換器４と高圧電極５について、詳細に説明する。

除湿部材２を通過した高温の再生用空気は除湿部材２から水分を脱着し、高温高湿度の再生用空気となり、熱交換器４に接触することとなる。熱交換器４の上部は温熱排出経路２０において室内空気と接触しているので、低温の室内空気と高温高湿度の再生用空気が熱交換されることとなる。したがって高温高湿度の再生用空気が熱交換器４で冷却され、再生用空気に含有している水分が熱交換器４上で凝縮される。凝縮水はその自重により熱交換器４から脱離して水受け部６に滴下する。水受け部６に滴下した凝縮水２１はドレン配管２５を経由してタンク１３に貯水される。

貯水された凝縮水は除湿装置１に加湿手段を付加することで、時間と場所を変更して加湿に用いることができる。たとえば湿度が異なる２部屋の室内空気について、高湿度の部屋の空気を除湿することで凝縮水を貯水し、加湿手段を用いて貯水された凝縮水を別の部屋に放出することが可能となる。そのような場合においては除湿装置に加湿手段とダクトを付加することで、高湿度の部屋の空気に含まれる水分を低湿度の部屋の加湿に用いることができる。

または、同一の室内においても、時間帯によって湿度が大きく変動する場合は、高湿度の時間帯に除湿することでタンク１３内に凝縮水を貯水し、低湿度の時間帯には付加した加湿手段を用いて室内に水分を放出することで湿度を一定に保つことができる。

本発明の実施の形態では加湿手段に関して詳細を示さないが、特に方式を限定するものではなく、タンク１３内の凝縮水について、凝縮水をヒーターにより加熱することで加湿するヒーター式加湿手段や、凝縮水を多孔質の吸収体に吸引させ、さらに気流を透過させることで加湿する気化式加湿手段など、どのような加湿手段を用いてもよい。

ただし、加湿用途として空気中に水分を放出する場合には、凝縮水中に有害な化学物質や微生物が存在しないように対策を講じるべきである。

熱交換器４と高圧電極５の間に高電圧パルスが印加されると、熱交換器４上に生成した凝縮水２１の水膜を介して熱交換器４と高圧電極５の間で放電が行われる。放電の際にはラジカルやオゾンなどの活性種が生成される。特に、伝熱板２６の表面に薄く付着している凝縮水２１と空気の界面ではヒドロキシラジカルが生成される。ヒドロキシラジカルの作用により、再生用空気中の水分が凝縮する際に再生用空気から凝縮水２１に混入する可能性のある微生物やガス成分を除菌または酸化分解することができる。

本実施の形態では、浄化対象である凝縮水２１の発生部分と浄化手段である高圧電極５が近傍に設置されているので、浄化手段で生成される浄化成分である活性種を有効に活用することができるので、過剰に活性種を生成する必要がなく、低消費電力で凝縮水２１を浄化することができる。

また、熱交換器４の表面において凝縮水２１は薄い水膜を形成しており、放電により生成した活性種は容易に凝縮水２１の水膜内に拡散されるので、過剰に活性種を生成する必要がなく、低消費電力で凝縮水２１を浄化することができる。

また、凝縮水２１の生成と同時に浄化してからタンク１３に貯留するので、タンク１３内に活性種を注入するためにポンプ等を設ける必要がなく、低消費電力で凝縮水２１を浄化することができる。

一方、放電により生成される活性種のなかでも比較的存在時間の長いオゾンは二次再生経路１８を通過して除湿部材２に供給される。除湿部材２は吸着工程において被処理空気中に存在していたガス成分を吸着する可能性があるが、放電により生成したオゾンを除湿部材２に作用させることで残留している有機物を分解することができる。

また、熱交換器４と高圧電極５の間にはパルス電圧を印加することから、放電状態が熱の発生量の多いアーク放電に移行する前に放電を停止することができ、活性種の生成効率を向上することができる。

また、熱交換器４もしくは高圧電極５の表面が誘電体でコーティングされていることから、アーク放電に移行した場合においても、熱交換器４または高圧電極５の表面の損傷を防止することができる。熱交換器４または高圧電極５の表面状態を維持することで長期間にわたって浄化性能を維持することが可能となる。さらに、熱交換器４または高圧電極５の表面物質が凝縮水に異物として混入することを防止することができる。

なお、誘電体とそのコーティング方法については、特に限定するものではない。具体的にはゾルゲル法による無機酸化被膜を形成させる方法が好ましく、また材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、Ｙ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ２などが使用できる。比誘電率などの観点から、好ましくはＢａＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２が採用される。

また、再生用空気排出経路１９にはオゾン分解フィルタ７が設けられており、オゾン分解フィルタ７にはオゾン分解触媒２２が担持されている。除湿部材２に残留している有機物が少量である場合など、再生用空気排出経路１９に有機物の分解に寄与しなかった余剰オゾンが排出される場合はオゾン分解フィルタ７の作用により分解される。オゾン分解触媒２２としては特に限定するものではないが、二酸化マンガン、酸化第一鉄などを用いてもよく、オゾンが分解されて酸素が生成されるような触媒であれば同様の効果を得ることができる。

また凝縮水２１はその自重により伝熱板２６から滴下されるとしたが、図３に示すように伝熱板２６を水平ではなく斜めに配置することで、凝縮水２１が高圧電極５の近傍に偏在して集積した後に滴下することとなり、高電圧の印加により生成される活性種を効果的に凝縮水に対して作用させることができる。

また、再生用空気が流通する経路において、高圧電極５は熱交換器４の後流に設置することが好ましい。熱交換器４の後流では再生用空気の湿度が低下しており、放電による活性種の生成効率を向上させることができる。

また、本発明の実施の形態においては、熱交換器４と高圧電極５は熱交換器４の表面に凝縮水の水膜を形成した状態で放電するものとしたが、これに限ったものではなく、凝縮水の水膜を形成していない状態、すなわち被処理空気が低湿度の場合においても効果を得ることができる。水膜のない状態で放電すれば、水膜のある状態よりも低い電圧で活性種を生成することが可能となり、除湿部材２に残留している有機物の分解や、熱交換器４の表面の清浄化に活性種を活用することができる。

また、本発明の実施の形態においては、熱交換器４の伝熱板２６の構造について、内部に空洞を有する略平板状の構造であり、冷媒を介して低温の室内空気と再生用空気の熱交換を行うものとしたが、この構造に限ったものではなく、伝熱板を介して低温の室内空気と再生用空気を平行または直交して流通させて熱交換を行ってもよい。再生用空気を冷却することで凝縮水を生成する熱交換機能と、高圧電極との間で放電が成立するような電気的特性を有していれば樹脂製の伝熱板に導電性のコーティングを施工しても同様の効果を得ることができる。

また、本発明の実施の形態においては、凝縮水の再利用方法について特に限定するものではないが、凝縮水に含まれる可能性のある有害な化学物質や微生物が分解・除菌されていれば、除湿装置１に加湿手段を付加することで、加湿装置として活用してもよい。または、タンク１３を取り外して別の加湿装置に水を供給しても同様の効果を得ることができる。

以上のように本発明の除湿装置は、低消費電力で凝縮水を浄化することができるものであり、凝縮水を加湿等に再利用する除湿装置として有用である。

１ 除湿装置
２ 除湿部材
３ 加熱手段
４ 熱交換器
５ 高圧電極
６ 水受け部
７ オゾン分解フィルタ
８ 吸込口
９ 被処理空気搬送用送風機
１０ 被処理空気吹出口
１１ 再生用空気搬送用送風機
１２ 再生用空気吹出口
１３ タンク
１４ 電源
１５ 高圧パルス電源
１６ 吸着経路
１７ 一次再生経路
１８ 二次再生経路
１９ 再生用空気排出経路
２０ 温熱排出経路
２１ 凝縮水
２２ オゾン分解触媒
２３ 除湿部材回転用モーター
２４ ローラー
２５ ドレン配管
２６ 伝熱板
２７ 導電体
２８ 誘電体
２９ 導電体
３０ 誘電体
３１ 冷媒配管接続部
３２ 冷媒配管

Claims (5)

1. 供給された被処理空気から水分を吸着する除湿部材と、被処理空気を前記除湿部材に流通させる吸着経路と、再生用空気を加熱する加熱手段と、前記除湿部材に再生用空気を流通させる一次再生経路と、除湿部材を通過した再生用空気から水分を凝縮する熱交換器を備え、前記熱交換器の近傍に高圧電極を設置して前記熱交換器と前記高圧電極の間に高電圧を印加する除湿装置。
2. 前記熱交換器と前記高圧電極を通過した再生用空気を前記除湿部材に供給する二次再生経路を設けた請求項１に記載の除湿装置。
3. 前記熱交換器と前記高圧電極の間に印加する電圧がパルス電圧である請求項１または２に記載の除湿装置。
4. 前記熱交換器もしくは前記高圧電極の表面が誘電体でコーティングされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の除湿装置。
5. 再生用空気を処理するオゾン分解フィルタを設けた請求項１から４のいずれか一項に記載の除湿装置。

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