JP2023032539A - 除湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】除湿装置のシステム全体で効率的に運転することができるとともに、水冷式において補給水の供給量を低減することのできる除湿装置を提供する。【解決手段】除湿装置１は、冷媒が循環する冷凍サイクル２０と、冷凍サイクルの冷却コイル２１が配置され、ファン１０によって取り込まれた空気を冷却除湿する除湿部３０と、除湿部の冷却コイルより下流側に配置され、空気を加熱する加温部３１Ａと、冷凍サイクルの凝縮器２３、および除湿部に接続される冷却塔４０と、除湿部および冷却塔を接続する第１経路５０と、冷却塔および凝縮器を接続する第２経路６０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、除湿装置に関する。

従来から、夏場に工場内や体育館内等の環境改善のため、内部の空気を冷却除湿する除湿装置が種々開発されている。

このような除湿装置としては、圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器が順に配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、除湿対象空間から蒸発器および凝縮器を経由して除湿対象空間に戻る風路に空気を流通させる送風機と、を有するものが知られている（例えば下記の特許文献１）。

国際公開第２０１８／１７３１２０号

このような除湿装置に対して、除湿装置のシステム全体で効率的に運転することが求められている。また、このような除湿装置では、水の供給や設備の取り扱いの観点から空冷方式が主流であるが、エネルギー効率が悪いことが課題である。一方で、水冷式ではエネルギー効率が高いが、水の消費量が多いため補給水の供給量が増大することが課題である。

本発明は、上記課題を解決するために発明されたものであり、除湿装置のシステム全体で効率的に運転することができるとともに、水冷式において補給水の供給量を低減することの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本発明に係る除湿装置は、冷媒が循環する冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルの冷却コイルが配置され、ファンによって取り込まれた空気を冷却除湿する除湿部と、前記除湿部の前記冷却コイルより下流側に配置され、空気を加熱する加温部と、前記冷凍サイクルの凝縮器、および前記除湿部に接続される冷却塔と、前記除湿部および前記冷却塔を接続する第１経路と、前記冷却塔および前記凝縮器を接続する第２経路と、を有する。

上述の除湿装置によれば、除湿部において発生したドレイン水が、第１経路を介して、冷却塔に流入し、第２経路を循環する冷却水と混合される。そして、ドレイン水と混合されて低温になった冷却水は、第２経路を介して凝縮器に移動される。ドレイン水は、一般的に冷却水よりも温度が低いため、ドレイン水が混合されることによってより低温の液体が凝縮器に供給される。このため、除湿装置のシステム全体で効率的に運転することができる。また、ドレイン水を補給水として用いることができるため、水冷式において補給水の供給量を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る除湿装置を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る除湿装置を示す概略図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係る除湿装置を示す概略図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る除湿装置１を、図１を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、第１実施形態に係る除湿装置１を示す概略図である。

第１実施形態に係る除湿装置１は、ファン１０によって取り込んだ空気を冷却除湿することができる。除湿装置１が配置される箇所としては、特に限定されないが、例えば工場や体育館である。

第１実施形態に係る除湿装置１は、図１に示すように、ファン１０と、冷媒が循環する冷凍サイクル２０と、ファン１０によって取り込まれて空気を冷却除湿する除湿部３０と、冷却塔４０と、除湿部３０および冷却塔４０を接続する第１経路５０と、冷却塔４０および凝縮器２３を接続する第２経路６０と、第２経路６０から分岐されて噴霧部３３に接続される第３経路７０と、補給水が冷却塔４０に移動する第５経路８０と、を有する。以下、各構成について説明する。

ファン１０は、図１に示すように、冷凍サイクル２０の冷却コイル２１の空気の流れの上流側に設けられる。ファン１０は、工場等の内部の空気または外気（被処理空気）を取り込んで、冷凍サイクル２０の冷却コイル２１に向けて送風する。

冷凍サイクル２０は、図１に示すように、冷却コイル２１と、圧縮機２２と、凝縮器２３と、膨張弁２４と、循環ライン２５と、を有する。

冷却コイル２１において、ファン１０によって取り込まれた空気の熱により蒸発した冷媒は、圧縮機２２によって圧縮され、高温高圧になった冷媒は凝縮器２３において冷却されて凝縮し、凝縮された冷媒は、膨張弁２４に送られて膨張され、膨張した冷媒は、冷却コイル２１に送られて、ファン１０によって取り込まれた空気の冷却除湿に用いられる。

冷却コイル２１は、図１に示すように、除湿部３０のハウジング３１の内部に配置されている。圧縮機２２は、モーターＭによって駆動される。

冷凍サイクル２０を循環する冷媒としては、アンモニアやＣＯ_２、ＨＦＯといったいわゆるグリーン冷媒やフロン冷媒を用いることができ、特に限定されない。

除湿部３０は、ファン１０によって取り込まれた空気を冷却除湿することができる。除湿部３０には、図１に示すように、冷凍サイクル２０の冷却コイル２１が配置される。除湿部３０は、図１に示すように、ハウジング３１と、水または不凍液が循環する循環部３２と、噴霧部３３と、を有する。

ハウジング３１の内部には、冷却コイル２１が配置されている。ハウジング３１は、断熱壁から構成されることが好ましい。

循環部３２は、ハウジング３１内の右側に位置する第１熱交換部３２Ａと、ハウジング３１内の左側に位置する第２熱交換部３２Ｂと、ポンプ３２Ｃと、循環ライン３２Ｄと、を有する。

第１熱交換部（加温部に相当）３２Ａは、冷却コイル２１によって冷却された空気を加熱することでより快適な温度及び湿度の空気を供給する機能を持つ。つまり、第１熱交換部３２Ａにおいて、冷却コイル２１によって冷却された空気と熱交換することで、第１熱交換部３２Ａ内部を循環する媒体（水または不凍液）の温度が低下する。このとき、第１熱交換部３２Ａによって冷却コイル２１によって冷却された空気が温められることで、相対湿度が下がりより快適な温度で供給できる。そして、温度が低下した媒体は、第２熱交換部（冷却部に相当）３２Ｂに移動されて、第２熱交換部３２Ｂにおいて、ファン１０によって取り込まれた比較的高温の空気と熱交換して空気を冷却し、媒体の温度は上昇する。そして、温度が上昇した媒体は、ポンプ３２Ｃによって第１熱交換部３２Ａに移動される。このように循環部３２が設けられることによって、冷却コイル２１の入口側における空気の温度を下げ、冷却負荷を低減することができ、かつ冷却コイル２１の出口側における空気の温度を上げ、快適な温度で空気を供給することができる。

噴霧部３３は、冷却塔４０から第２経路６０および第３経路７０を移動してきた液体を、除湿部３０のハウジング３１の内部に噴霧する。噴霧部３３の構成は、水を噴霧できる構成であれば特に限定されない。噴霧部３３は、液体を水平方向に噴霧するように配置されている。この構成によれば、ファン１０によって取り込まれた空気に汚れが付着している場合に好適に除去することができる。また、散水する構成と比較して、噴霧することによって水の蒸発潜熱を効果的に用いることができ、プレクーリングの効果をより向上させることができる。

冷却塔４０は、第２経路６０を循環する冷却水を冷却する。第２経路６０を循環する冷却水は、図１に示すように、散水部４１から散水される。

冷却塔４０の内部には、冷却塔４０内部の冷却水の水位を測定するためのレベルセンサー４２が配置されている。

第１経路５０は、除湿部３０および冷却塔４０を連結する。除湿部３０において、ファン１０によって取り込まれた高温高湿の空気を冷却除湿する際に生じるドレイン水は、第１経路５０を介して、冷却塔４０に移動する。これにより、ドレイン水を冷却塔４０の補給水として用いることができるため、補給水の供給量を低減することができる。また、比較的低温のドレイン水が冷却塔４０に供給されることで、冷却水の温度を低下させることができ、凝縮器２３に低温の冷却水を供給することができるため、冷凍サイクルの効率が向上する。

第２経路６０は、冷却塔４０および凝縮器２３を連結する。第２経路６０は、ドレイン水によって温度が低下された冷却水が循環する。第２経路６０上には、冷却水を循環させるためのポンプ６１が配置されている。

このように、第２経路６０をドレイン水によって温度が低下された冷却水が循環して、ドレイン水によって温度が低下された冷却水が凝縮器２３に供給されるため、凝縮器２３の効率が上昇するとともに、圧縮機２２を駆動するためのモーターＭの負荷が低減する。

第３経路７０は、第２経路６０から分岐されて噴霧部３３に接続される。ドレイン水によって温度が低下された冷却水が噴霧部３３から、ファン１０によって取り込まれた空気に噴霧されるため、ファン１０によって取り込まれた空気をプレクーリングすることができる。このため、冷却コイル２１における冷却負荷を低減することができる。

なおドレイン水によって温度が低下された冷却塔４０の冷却水を噴霧部３３に供給するに際し、夏場、外気温が高くなると冷却水内に菌（レジオネラ菌）が発生する場合がある。そのため、第３経路７０には、ドレイン水によって温度が低下された冷却水内の菌を殺菌するための紫外線ランプが配置されていることが好ましい。

第５経路８０は、補給水を冷却塔４０に供給するための経路である。第５経路８０には、図１に示すように、補給水の冷却塔４０への供給量を調整するための調整弁８１が配置されている。

次に、第１実施形態に係る除湿装置１の使用方法について説明する。使用方法の説明において記載する温度や湿度の数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。

第１実施形態の除湿装置１は、被処理空気（温度３０℃、相対湿度７５％）を取り込んで、冷却除湿した空気（温度２０℃、相対湿度７０％）として工場や体育館等に供給する。

まず、ファン１０によって被処理空気（温度３０℃、相対湿度７５％）を取り込んで、冷凍サイクル２０の冷却コイル２１に向けて送風する。

そして、噴霧部３３から噴霧される水によって、空気はプレクーリングされる（温度２９．８℃）。

そして、被処理空気は第１熱交換部３２Ａと熱交換して冷却され（温度２７℃、相対湿度１００％）、さらに冷却コイル２１において、冷却除湿される（温度１０℃、相対湿度１００％）。このとき、除湿部３０の内部において、ドレイン水（温度５℃）が発生し、ハウジング３１の下部に貯蔵される。

そして、冷却コイル２１によって冷却された空気は、第１熱交換部３２Ａで加熱されたうえで（温度２０℃、相対湿度７０％）、工場や体育館などに供給される。

また、除湿部３０で発生したドレイン水は、第１経路５０を介して、冷却塔４０に送られる。そして、冷却塔４０において、第２経路６０を循環する冷却水（温度３１．３℃）と混合されて、冷却水はドレイン水によって冷却される（温度３１．２℃）。このように第１経路５０を介して、ドレイン水が冷却塔４０に供給されるため、冷却塔４０の内部において、冷却水が不足することを好適に抑制することができる。

そして、ドレイン水によって冷却された冷却水は、第２経路６０を流れて、冷凍サイクル２０の凝縮器２３に移動する。このように、第２経路６０をドレイン水によって温度が低下された冷却水が循環して、ドレイン水によって温度が低下された冷却水が凝縮器２３に供給されるため、凝縮器２３の効率が上昇するとともに、凝縮熱が低下することで圧縮機２２を駆動するためのモーターＭの負荷が低減する。また、ドレイン水を冷却塔４０の補給水として用いることができるため、冷却塔４０に供給する補給水量を低減することができ、省水となる。

また、ドレイン水によって冷却された冷却水は、第２経路６０および第３経路７０を介して、噴霧部３３まで移動した後、噴霧部３３から霧状に噴霧される。ドレイン水によって温度が低下された冷却水が噴霧部３３から、ファン１０によって取り込まれた空気に噴霧されるため、ファン１０によって取り込まれた空気をプレクーリングすることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る除湿装置１は、冷媒が循環する冷凍サイクル２０と、冷凍サイクル２０の冷却コイル２１が配置され、ファン１０によって取り込まれた空気を冷却除湿する除湿部３０と、前記除湿部の前記冷却コイルより下流側に配置され、空気を加熱する第１熱交換部３２Ａと、冷凍サイクル２０の凝縮器２３、および除湿部３０に接続される冷却塔４０と、除湿部３０および冷却塔４０を接続する第１経路５０と、冷却塔４０および凝縮器２３を接続する第２経路６０と、を有する。このように構成された除湿装置１によれば、除湿部３０において発生したドレイン水が、第１経路５０を介して、冷却塔４０に流入し、第２経路６０を循環する冷却水と混合される。そして、ドレイン水と混合されて低温になった冷却水は、第２経路６０を介して凝縮器２３に移動される。ドレイン水は、一般的に冷却水よりも温度が低いため、ドレイン水が混合されることによってより低温の液体が凝縮器２３に供給される。このため、除湿装置１のシステム全体で効率的に運転することができる。また、ドレイン水を補給水として用いることができるため、水冷式において補給水の供給量を低減することができる。

また、除湿装置１は、除湿部３０において発生したドレイン水が、除湿部３０の上流に配置される噴霧部３３に移動する第３経路７０をさらに有する。このように構成された除湿装置１によれば、ファン１０によって取り込まれた空気をプレクーリングすることができる。

また、第３経路７０は、第２経路６０から分岐されるように形成される。このように構成された除湿装置１によれば、ドレイン水が混合された冷却水が噴霧部３３に供給されるため、噴霧部３３から噴霧される液体が枯渇することを防止できる。

また、噴霧部３３において、ドレイン水は水平方向に噴霧される。このように構成された除湿装置１によれば、ファン１０によって取り込まれた空気に汚れが付着している場合に好適に除去することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図２を参照して、本発明の第２実施形態に係る除湿装置２の構成について説明する。

図２は、第２実施形態に係る除湿装置２を示す概略図である。第１実施形態と共通する部分は説明を省略し、第２実施形態のみに特徴のある個所について説明する。なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付して説明し、重複した説明は省略する。第２実施形態は、第１実施形態と比較して、第４経路１７０が第１経路５０から分岐される点などが異なる。

第２実施形態に係る除湿装置２は、図２に示すように、ファン１０と、冷媒が循環する冷凍サイクル２０と、ファン１０によって取り込まれた空気を冷却除湿する除湿部３０と、冷却塔４０と、除湿部３０および冷却塔４０を接続する第１経路５０と、冷却塔４０および凝縮器２３を接続する第２経路６０と、第１経路５０から分岐されて噴霧部３３に接続される第４経路１７０と、補給水が冷却塔４０に供給される第５経路８０と、第１経路５０から第４経路１７０に分岐される箇所に配置されるタンク９０と、を有する。ファン１０、冷凍サイクル２０、除湿部３０、冷却塔４０、第１経路５０、第２経路６０、第５経路８０の構成は、上述した第１実施形態に係る除湿装置１と同様であるため、説明は省略する。

第４経路１７０は、第１経路５０から分岐されるように形成される。第４経路１７０には、第１経路５０を流れるドレイン水を噴霧部３３まで移動させるためのポンプ１７１が配置されている。

タンク９０は、図２に示すように、第４経路１７０が第１経路５０から分岐される箇所に配置されている。タンク９０にはタンク９０におけるドレイン水の水位を把握できるレベルセンサー９１が配置されている。

次に、第２実施形態に係る除湿装置２の使用方法について説明する。第１実施形態に係る除湿装置１と同一の使用方法については適宜省略する。

ファン１０によって取り込まれた空気は、冷却コイル２１において、冷却除湿される。このとき、除湿部３０の内部において、ドレイン水が発生し、ハウジング３１の下部に貯蔵される。

そして、ドレイン水は、第１経路５０を介して、タンク９０に送られる。そして、初期状態のタンク９０がドレイン水で満たされる前において、タンク９０内のドレイン水は、ポンプ１７１によって噴霧部３３に移動されて、噴霧部３３から噴霧されて、空気をプレクーリングする。

そして、第１経路５０から冷却塔４０にドレイン水が供給される。その後の使用方法は、第１実施形態に係る除湿装置１と同様であるため、説明は省略する。

以上説明したように、第２実施形態に係る除湿装置２において、第４経路１７０は、第１経路５０から分岐されるように形成される。このように構成された除湿装置２によれば、ドレイン水が第２経路６０を循環する冷却水に混合されることなく、冷たいドレイン水が直接プレクーリングに用いられるため、ファン１０によって取り込まれた空気をより好適にプレクーリングすることができる。

＜第２実施形態の変形例＞
次に、図３を参照して、第２実施形態の変形例に係る除湿装置３の構成について説明する。

図３は、第２実施形態の変形例に係る除湿装置３は、図３に示すように、ファン１０と、冷媒が循環する冷凍サイクル２０と、ファン１０によって取り込まれた空気を冷却除湿する除湿部３０と、冷却塔４０と、除湿部３０および冷却塔４０を接続する第１経路５０と、冷却塔４０および凝縮器２３を接続する第２経路６０と、第１経路５０から分岐されて噴霧部３３に接続される第４経路１７０と、補給水が冷却塔４０に供給される第５経路８０と、第１経路５０から第４経路１７０に分岐される箇所に配置されるタンク９０と、第６経路１００と、を有する。

ファン１０、冷凍サイクル２０、除湿部３０、冷却塔４０、第１経路５０、第２経路６０、第４経路１７０、第５経路８０、およびタンク９０の構成は、上述した第２実施形態に係る除湿装置２と同様であるため、説明は省略する。

第６経路１００は、図３に示すように、第５経路８０から分岐するとともに第４経路１７０に合流する。第６経路１００には、第６経路１００を流通する補給水の量を調整するための調整弁１０１が設けられている。

次に、図３を参照して、第２実施形態の変形例に係る除湿装置３の使用方法について説明する。

第２実施形態の変形例に係る除湿装置３において、被処理空気の温度が補給水の温度よりも高い場合は、第５経路８０の調整弁８１を閉じると共に、第６経路１００の調整弁１０１を開いて、補給水を、第４経路１７０を流れるドレイン水と混合させて、噴霧部３３から噴霧して、ファン１０によって取り込まれた空気をプレクーリングする。

一方、被処理空気の温度が補給水の温度よりも低い場合は、第５経路８０の調整弁８１を開くと共に、第６経路１００の調整弁１０１を閉じて、補給水を、第５経路８０を介して、冷却塔４０に供給する。

第２実施形態の変形例に係る除湿装置３によれば、被処理空気の温度が補給水よりも高い場合に、補給水とドレイン水とが混合された低温の水を多量に噴霧部３３から噴霧する事ができるため、より高効率にファン１０によって取り込まれた空気をプレクーリングすることができる。

以上、実施形態および変形例を通じて、除湿装置１、２、３の構成について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。

例えば、上述した第１実施形態では、除湿装置１は、除湿部３０において発生したドレイン水が、除湿部３０の上流に配置される噴霧部３３に移動する第３経路７０を有していたが、第３経路を有していなくてもよい。

また、上述した第１実施形態では、噴霧部３３において、ドレイン水は水平方向に噴霧された。しかしながら、噴霧部において、ドレイン水は水平方向に噴霧されなくてもよい。

１、２、３ 除湿装置、
１０ ファン、
２０ 冷凍サイクル、
２１ 冷却コイル、
２２ 圧縮機、
２３ 凝縮器、
２４ 膨張弁、
３０ 除湿部、
３２ 循環部、
３３ 噴霧部、
４０ 冷却塔、
５０ 第１経路、
６０ 第２経路、
７０ 第３経路、
８０ 第５経路、
９０ タンク、
１００ 第６経路、
１７０ 第４経路。

Claims (8)

1. 冷媒が循環する冷凍サイクルと、
   前記冷凍サイクルの冷却コイルが配置され、ファンによって取り込まれた空気を冷却除湿する除湿部と、
   前記除湿部の前記冷却コイルより下流側に配置され、空気を加熱する加温部と、
   前記冷凍サイクルの凝縮器、および前記除湿部に接続される冷却塔と、
   前記除湿部および前記冷却塔を接続する第１経路と、
   前記冷却塔および前記凝縮器を接続する第２経路と、を有する除湿装置。
2. 水または不凍液である媒体が循環する循環部をさらに有し、
   前記循環部は前記加温部と、前記除湿部の前記冷却コイルより上流側に配置され、空気を冷却する冷却部と、前記媒体を循環させるポンプと、を有する請求項１に記載の除湿装置。
3. 前記ファンと前記冷却コイルの間の空気流路に配置され、空気に水を噴霧するように構成された噴霧部を有する、請求項１または２に記載の除湿装置。
4. 前記第２経路から分岐され、前記冷却塔の冷却水を前記噴霧部に移動するように形成される第３経路を有する、請求項３に記載の除湿装置。
5. 前記除湿部において発生した少なくとも一部のドレイン水が、前記噴霧部に移動する第４経路をさらに有する、請求項３に記載の除湿装置。
6. 前記第４経路は、前記第１経路から分岐されるように形成される、請求項５に記載の除湿装置。
7. 前記冷却塔に補給水が供給する第５経路と、
   前記第５経路から分岐して前記第４経路に合流する第６経路と、をさらに有する、請求項５または６に記載の除湿装置。
8. 前記噴霧部において、水は水平方向に噴霧される、請求項３～７のいずれか１項に記載の除湿装置。

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