JP2022126529A - 調湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、冬期に室外の湿度によらず、室内の湿度を十分確保することができる調湿装置を提供する。【解決手段】筐体１０の内部に配設される給気側熱交換手段２１と、排気側熱交換手段２２と、調湿手段駆動部２６によって所定方向に回転する調湿手段２５と、接続配管３１上に配設された膨張弁３２と、接続配管３１の給気側熱交換器と絞り手段との間と液管３３とを接続するバイパス配管３４と、バイパス配管３４上に配設された逆止弁３５と、膨張弁３２を制御する制御部４０と、を備え、制御部４０は、給気側熱交換手段２１を加熱する場合に、排気側熱交換手段２２が冷却または加熱、冷却いずれも行わないように膨張弁３２の開度を調整する。【選択図】図２

Description

本開示は、調湿装置に関する。

特許文献１は、調湿装置を開示する。特許文献１の調湿装置では、ケーシングに収容され且つ空気中の水分を吸着する吸着剤が担持された第１及び第２吸着素子と、各吸着部材の吸着剤を加熱する一方、２つのバッチ動作の間に、次のバッチ動作時に吸着側となる吸着部材の吸着剤を所定時間に亘って冷却する第１及び第２熱交換器と、室内への供給空気の温度を検知する供給空気温度センサと、供給空気温度センサの検知温度に基づいて熱交換器での冷却時間の長さを調節する温度側時間調節部とを備え、２つのバッチ動作を交互に切り換えて加湿動作を行うことで、室内へ供給される空気の温度変動を抑制する。

特開２０１０－２８１４７６号公報

本開示は、冬期に室外の湿度によらず、室内の湿度を十分確保することができる調湿装置を提供する。

本開示における調湿装置は、略直方体の筐体と、前記筐体の内部に配設され、空調対象空間に空気を供給する給気流路に設けられる給気側熱交換手段と、前記筐体の内部に配設され、外部に空気を排気する排気流路に設けられる排気側熱交換手段と、前記給気流路および前記排気流路に設けられ、調湿手段駆動部によって所定方向に回転するロータ形状を成す調湿手段と、前記給気側熱交換手段の一端に接続されたガス管と、前記給気側熱交換手段の他端と前記排気側熱交換手段の一端とを接続する接続配管と、前記排気側熱交換手段の他端に接続された液管と、前記接続配管上に配設された絞り手段と、前記接続配管の前記給気側熱交換手段と前記絞り手段との間と前記液管とを接続するバイパス配管と、前記バイパス配管上に配設された逆止手段と、前記絞り手段を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記給気側熱交換手段を加熱する場合に、前記排気側熱交換手段が冷却または加熱、冷却いずれも行わないように前記絞り手段の開度を調整することを特徴とする。

本開示における調湿装置では、給気側熱交換手段を加熱する加湿運転の場合に、排気側熱交換手段への冷媒の供給を停止することで、室内の排気に含まれる湿度が排気側熱交換手段で凝縮することなく、調湿手段で吸着されて、室内の給気に戻され、室内に加湿された湿度の室外への放出を抑制することができ、調湿手段を回転することで、連続的に室内を加湿することができる。そのため、室外が低湿度のような乾燥した冬期でも、室内に加湿された湿度の屋外への放出を抑制するとともに、室内に連続的に加湿した空気を送ることができ、室内の湿度を十分確保することができる。

実施の形態１における調湿装置を示す概略断面図 実施の形態１における調湿装置を示す冷凍サイクル図 実施の形態１における制御構成を示すブロック図

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、調湿装置では、２つのバッチ動作を交互に切り換えて加湿動作を行うことで、室内へ供給される空気の温度変動を抑制するようにしていた。
しかしながら、室内が乾燥しやすい冬期おいては、室内の加湿された状態を維持する必要があるが、従来特許の構成では、室内の加湿された空気が排気される時に、第２熱交換器で凝縮されてから第２吸着素子で湿度を吸着することになるので、室内空気からの湿度の回収量が少なくなる。そのため、第１吸着素子で外気から必要な湿度を吸着して、室内に供給する必要があるが、室外が低湿度の場合には、多量の湿度を吸着することができずに室内の湿度が十分確保できないという課題を発明者らは発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。
そこで本開示は、冬期に室外の湿度によらず、室内の湿度を十分確保することができる調湿装置を提供する。

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１～図３を用いて、実施の形態１を説明する。
［１－１．構成］
［１－１－１．調湿装置の構成］
図１は、実施の形態１における調湿装置１の概略断面図である。以下の説明において、前後、左右、および、上下、という方向の記載は、図１に示す調湿装置１を基準にして用いる。

調湿装置１は、略直方体の筐体１０を有する。筐体１０の内部には、室外から導入されて空調対象空間である室内に供給される空気、いわゆる、給気が流れる給気流路１１と、室内から導入されて外部に排出される空気、いわゆる、排気が流れる排気流路１２と、が設けられる。
給気流路１１の上流端には、外気給気口１３が設けられる。給気流路１１の下流端には、室内給気口１４が設けられる。
排気流路１２の上流端には、室内環気口１５が設けられる。排気流路１２の下流端には、外気排気口１６が設けられる。

給気流路１１には、給気用搬送手段としての給気ファン１７が配置される。給気ファン１７が作動することにより、給気流路１１を空気が流れて、室内に空気が供給される。
排気流路１２には、排気用搬送手段としての排気ファン１８が配置される。排気ファン１８が作動することにより、排気流路１２を空気が流れて、室内から空気が排出される。

給気流路１１上および排気流路１２上には、全熱交換手段としての全熱交換器２０が配置される。
本実施の形態の全熱交換器２０は、いわゆる、直交型の全熱交換器２０であり、給気流路１１と排気流路１２とが直交している。全熱交換器２０は、例えば、親水性樹脂や難燃性の薬剤を備える多孔質基材で構成され、直線状の流路を備える四角板状の基材が、向きを変えながら交互に積層されることにより、給気流路１１と排気流路１２とが直交する四角柱形状の全熱交換器２０が構成される。
本実施の形態の全熱交換器２０は、伝熱性と透湿性とを有し、給気流路１１を流れる空気と、排気流路１２を流れる空気とが、顕熱（温度）と潜熱（湿度）との全熱の熱交換を可能に構成されている。

給気流路１１において、全熱交換器２０の下流側には、給気側熱交換手段２１が配設される。給気側熱交換手段２１は、給気流路１１を流れる空気に対して、加熱、冷却等を行う。
排気流路１２において、全熱交換器２０の下流側には、排気側熱交換手段２２が配設される。排気側熱交換手段２２は、排気流路１２を流れる空気に対して、加熱、冷却等を行う。

給気側熱交換手段２１および排気側熱交換手段２２は、いわゆる、フィンアンドチューブ式熱交換器であり、冷媒が流れる管（不図示）と、空気と吸放熱を行う吸放熱部（不図示）と、を有する。
給気側熱交換手段２１および排気側熱交換手段２２は、直列接続されて、筐体１０の外部の冷媒回路に接続される。給気側熱交換手段２１および排気側熱交換手段２２には、冷媒回路を介して冷媒が流れる。給気側熱交換手段２１および排気側熱交換手段２２では、その内部を通過する空気と冷媒とが熱交換され、空気が加熱、冷却される。

なお、給気側熱交換手段２１は、加熱、冷却、ならびに、加熱および冷却のいずれも行わない、のいずれかに切替可能である。また、排気側熱交換手段２２は、給気側熱交換手段２１の加熱、冷却とは逆、加熱および冷却のいずれも行わない、のいずれかに切替可能である。
排気流路１２において、排気側熱交換手段２２の下流側には、例えば、加熱ヒータなどからなる補助加熱手段２３が配設される。補助加熱手段２３は、排気側熱交換手段２２が排気流路１２の空気を加熱する場合に、排気側熱交換手段２２が加熱する空気を補助的に加熱する。

給気側熱交換手段２１および排気側熱交換手段２２の下流側には、調湿ユニット２４が配置される。調湿ユニット２４は、調湿手段２５と、調湿手段２５を回転させる電動モータなどの調湿手段駆動部２６とを有する。調湿手段２５は、低温時に吸湿し高温時に放湿する調湿手段２５である。
調湿手段２５に低温の空気が流入すると、空気中の水分が吸着されて、空気の除湿が行われる。また、調湿手段２５に高温の空気が流入すると、調湿手段２５に吸着している水分が空気中に離脱して、空気の加湿が行われる。

調湿手段２５は、調湿手段駆動部２６を駆動することにより所定方向に回転する。調湿手段２５は、ロータ形状部分が給気流路１１と排気流路１２との間を連続的に移動する。調湿手段２５は、給気流路１１および排気流路１２の一方を流れる空気を除湿しながら、他方を流れる空気を加湿する。調湿ユニット２４は、全熱交換器２０よりも下流側の給気流路１１を流れる空気、および、全熱交換器２０よりも下流側の排気流路１２を流れる空気を調湿する。

筐体１０の内部には、全熱交換器２０の上方と下方とを仕切る仕切部材２７が設けられている。
仕切部材２７は、全熱交換器２０、給気側熱交換手段２１を流れる給気流路１１と、全熱交換器２０、排気側熱交換手段２２を流れる排気流路１２とを分離する機能を備えている。

また、室内環気口１５の近傍には、室内の空気温度を検出する温度センサ４２が設けられている。排気側熱交換手段２２と全熱交換器２０との間付近には、排気流路１２を通る空気の湿度を検出する湿度センサ４３が設けられている。

［１－１－２．冷凍サイクルの構成］
図２は、実施の形態１における冷凍サイクル回路を示す冷凍サイクル図である。
図２に示すように、調湿装置１には、図示しない室外機からの冷媒が供給されるように構成されている。
給気側熱交換手段２１の一端には、室外機に接続されるガス管３０が接続されており、給気側熱交換手段２１の一端および排気側熱交換手段２２の他端は、接続配管３１により直列接続されている。
接続配管３１の中途部には、絞り手段としての膨張弁３２が設けられている。

排気側熱交換手段２２の他端には、室外機に接続される液管３３が接続されている。
本実施の形態においては、接続配管３１の給気側熱交換手段２１と膨張弁３２との間には、バイパス配管３４の一端が接続されている。バイパス配管３４の他端は、液管３３に接続されている。
バイパス配管３４の中途部には、逆止手段としての逆止弁３５が設けられている。
なお、逆止手段としては、逆止弁３５の他、バイパス配管３４の液管３３側からの逆流を防止する機能を有するものであれば、開閉弁など他の弁機構を用いてもよい。

［１－１－３．制御構成］
次に、本実施の形態の制御構成について説明する。
図３は、本実施の形態の制御構成を示すブロック図である。
図３に示すように、調湿装置１は、制御部４０を備えている。制御部４０は、調湿装置１の各部の動作を制御する。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサと、記憶部４１とを有する。
記憶部４１には、所定の制御プログラムなどのデータが格納されており、制御部４０が制御プログラムを実行することによって、調湿装置１の各部の動作を制御する。

制御部４０は、温度センサ４２および湿度センサ４３からの検出信号を入力し、給気ファン１７、排気ファン１８および調湿手段駆動部２６をそれぞれ駆動制御する。
また、制御部４０は、温度センサ４２および湿度センサ４３からの検出信号に基づいて膨張弁３２の開度を制御する。具体的には、制御部４０は、給気側熱交換手段２１を加熱する場合（暖房時）に、排気側熱交換手段２２を冷却または加熱、冷却いずれも行わないように絞り手段を調整する。
すなわち、制御部４０は、湿度センサ４３の検出信号に基づいて、結露しない程度に膨張弁３２の開度を制御する。膨張弁３２の開度を全閉状態とすることで、冷媒は、排気側熱交換手段２２に供給されず、バイパス配管３４を介して液管３３に戻される。
これにより、室内の排気に含まれる湿度が排気側熱交換手段２２で凝縮することなく、調湿手段２５で吸着されて、室内の給気に戻されることとなる。

また、本実施の形態においては、制御部４０は、温度センサ４２からの検出信号に基づいて、例えば、調湿装置１の立ち上げ時など室温が低温となって場合には、排気ファン１８の送風量よりも給気ファン１７の送風量を多くするとともに、調湿手段駆動部２６の回転を早くする高加湿モードで制御する。

［１－２．作用］
以上のように構成された調湿装置１の作用について説明する。
実施の形態１の調湿装置１では、制御部４０により、給気ファン１７と排気ファン１８と調湿手段駆動部２６とが駆動されて、給気流路１１には空気（給気）が流れ、排気流路１２には空気（排気）が流れ、調湿手段２５が回転軸を中心に回転する。

給気流路１１、排気流路１２を流れるそれぞれの空気は、全熱交換器２０に流入すると互いに全熱交換して流出し、その下流側の給気側熱交換手段２１および排気側熱交換手段２２では、一方が冷却され、他方が加熱され、調湿手段２５に流入する。
冷却されて低温となった空気が調湿手段２５に流入すると、空気が除湿された状態で調湿手段２５から流出する。
一方、加熱されて高温となった空気が調湿手段２５に流入すると、空気が加湿された状態で調湿手段２５から流出する。
調湿手段２５で調湿された空気は、空調対象空間あるいは外部に、供給、排気される。

制御部４０は、給気側熱交換手段２１を加熱する場合に、排気側熱交換手段２２を冷却または加熱、冷却いずれも行わないように前記絞り手段を調整する。
これにより、給気側熱交換手段２１を加熱する加湿運転の場合に、排気側熱交換手段２２への冷媒の供給を停止することにより、室内の排気に含まれる湿度が排気側熱交換手段２２で凝縮することなく、調湿手段２５で吸着されて、室内の給気に戻され、室内に加湿された湿度の室外への放出を抑制することができ、調湿手段２５を回転することで、連続的に室内を加湿することができる。
また、このように制御することで、室外が低湿度のような乾燥した冬期でも、室内に加湿された湿度の屋外への放出を抑制するとともに、室内に連続的に加湿した空気を送ることができ、室内の湿度を十分確保することができる。

また、調湿手段２５は、温度を下げることで吸着量を増加することができるため、全熱交換器２０を用いることで、室内の排気に含まれる湿度が凝縮することなく、温度を低下することができる。
これにより、室内の排気に含まれる湿度の吸着をより確実に行うことができ、全熱交換器２０で顕熱も回収して室内に戻すことになるので、室内の顕熱損失を抑制することができる。

また、本実施の形態においては、制御部４０は、温度センサ４２からの検出信号に基づいて、室温が低温となって場合には、排気ファン１８の送風量よりも給気ファン１７の送風量を多くするとともに、調湿手段駆動部２６の回転を早くする高加湿モードで制御する。
これにより、排気より給気を多くしつつ、調湿手段２５の回転を早めることで、排気からの湿度の吸着量を抑えて、給気からの湿度の吸着量を増加することができ、室内への加湿量を増加することができる。

［１－３．効果等］
以上述べたように、本実施の形態においては、筐体１０の内部に配設される給気側熱交換手段２１と、排気側熱交換手段２２と、調湿手段駆動部２６によって所定方向に回転する調湿手段２５と、接続配管３１上に配設された膨張弁３２（絞り手段）と、接続配管３１の給気側熱交換手段２１と絞り手段との間と液管３３とを接続するバイパス配管３４と、バイパス配管３４上に配設された逆止弁３５（逆止手段）と、膨張弁３２を制御する制御部４０と、を備え、制御部４０は、給気側熱交換手段２１を加熱する場合に、排気側熱交換手段２２が冷却または加熱、冷却いずれも行わないように膨張弁３２の開度を調整する。

これにより、給気側熱交換手段２１を加熱する加湿運転の場合に、排気側熱交換手段２２への冷媒の供給を停止することで、室内の排気に含まれる湿度が排気側熱交換手段２２で凝縮することなく、調湿手段２５で吸着されて、室内の給気に戻され、室内に加湿された湿度の室外への放出を抑制することができ、調湿手段２５を回転することで、連続的に室内を加湿することができる。そのため、室外が低湿度のような乾燥した冬期でも、室内に加湿された湿度の屋外への放出を抑制するとともに、室内に連続的に加湿した空気を送ることができ、室内の湿度を十分確保することができる。

また、本実施の形態においては、筐体１０の内部に配設され、空調対象空間に供給される空気と空調対象空間から排出される空気とが略直交して熱交換する全熱交換器２０（全熱交換手段）をさらに備えている。

これにより、室外が低湿度のような乾燥した冬期でも、室内に加湿された湿度の屋外への放出を抑制するとともに、室内に連続的に加湿した空気を送ることができ、室内の湿度を十分確保することができる。また、調湿手段２５は、温度を下げることで吸着量を増加することができるため、全熱交換器２０を用いることで、室内の排気に含まれる湿度が凝縮することなく、温度を低下することができる。そのため、室内の排気に含まれる湿度の吸着をより確実に行うことができ、全熱交換器２０で顕熱も回収して室内に戻すことになるので、室内の顕熱損失を抑制することができる。
また、室内で一時的に人が増加する（一時的に潜熱が多く発生する）ような場合でも、調湿手段２５を大型化することなく、室内に加湿された湿度の屋外への放出を抑制して、室内の湿度を十分確保することができル。そのため、室内からの顕熱損失も抑制して、室内に設置された空調の省エネ性を向上させることができる。

また、本実施の形態においては、筐体１０の内部に配設され、空調対象空間に供給される空気を搬送する給気ファン１７（給気用搬送手段）と、空調対象空間から排出される空気を搬送する排気ファン１８（排気用搬送手段）と、をさらに備え、制御部４０は、排気用搬送手段の搬送量よりも給気用搬送手段の搬送量を多くするとともに、調湿手段駆動部２６の回転を早くする高加湿モードで制御する。
これにより、室温が低温となって場合に、排気より給気を多くしつつ、調湿手段２５の回転を早めることで、排気からの湿度の吸着量を抑えて、給気からの湿度の吸着量を増加することができ、室内への加湿量を増加することができる。そのため、室内が低湿度となっている調湿装置１の立ち上げ時でも、室内の加湿を十分に行うことができ、早く所定の湿度を確保することができる。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。

本開示は、室外が低湿度のような乾燥した冬期でも、室内に加湿された湿度の屋外への放出を抑制するとともに、室内に連続的に加湿した空気を送ることができ、室内の湿度を十分確保することができる調湿装置として好適に適用可能である。

１ 調湿装置
１０ 筐体
１１ 給気流路
１２ 排気流路
１３ 外気給気口
１４ 室内給気口
１５ 室内環気口
１６ 外気排気口
１７ 給気ファン
１８ 排気ファン
２０ 全熱交換器
２１ 給気側熱交換手段
２２ 排気側熱交換手段
２３ 補助加熱手段
２４ 調湿ユニット
２５ 調湿手段
２６ 調湿手段駆動部
２７ 仕切部材
３０ ガス管
３１ 接続配管
３２ 膨張弁
３３ 液管
３４ バイパス配管
３５ 逆止弁
４０ 制御部
４１ 記憶部
４２ 温度センサ
４３ 湿度センサ

Claims (3)

1. 略直方体の筐体と、
   前記筐体の内部に配設され、空調対象空間に空気を供給する給気流路に設けられる給気側熱交換手段と、
   前記筐体の内部に配設され、外部に空気を排気する排気流路に設けられる排気側熱交換手段と、
   前記給気流路および前記排気流路に設けられ、調湿手段駆動部によって所定方向に回転するロータ形状を成す調湿手段と、
   前記給気側熱交換手段の一端に接続されたガス管と、
   前記給気側熱交換手段の他端と前記排気側熱交換手段の一端とを接続する接続配管と、
   前記排気側熱交換手段の他端に接続された液管と、
   前記接続配管上に配設された絞り手段と、
   前記接続配管の前記給気側熱交換手段と前記絞り手段との間と前記液管とを接続するバイパス配管と、
   前記バイパス配管上に配設された逆止手段と、
   前記絞り手段を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記給気側熱交換手段を加熱する場合に、前記排気側熱交換手段が冷却または加熱、冷却いずれも行わないように前記絞り手段の開度を調整することを特徴とする調湿装置。
2. 前記筐体の内部に配設され、前記空調対象空間に供給される空気と前記空調対象空間から排出される空気とが略直交して熱交換する全熱交換手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の調湿装置。
3. 前記筐体の内部に配設され、前記空調対象空間に供給される空気を搬送する給気用搬送手段と、
   前記筐体の内部に配設され、前記空調対象空間から排出される空気を搬送する排気用搬送手段と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記排気用搬送手段の搬送量よりも前記給気用搬送手段の搬送量を多くするとともに、前記調湿手段駆動部の回転を早くする高加湿モードで制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の調湿装置。

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