JP3988819B2 - ガス燃焼型デシカント除湿機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種商品や製品の製造工場や処理工場や貯蔵保管庫の雰囲気湿度を目標値に維持するために使用されるガス燃焼型デシカント除湿機に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の除湿機では、従来一般に、再生用空気の温度が 130〜 150℃になるようにガスバーナの出力を調整していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、再生用空気としては、通常外気を除湿して使用するが、外気の絶対湿度そのものが季節的に変化し、例えば、中間期や冬期では小さく、夏期では大きく、また、一日の間でも、朝と昼とでは変化する。
【0004】
従来では、そのような外気の絶対湿度の変化のいかんにかかわらず、再生用空気の温度が 130〜 150℃の範囲内の設定温度になるようにガスバーナの出力を調整しており、中間期や冬期などでは、必要以上に再生温度が高く、ガスバーナで燃料を無駄に消費することとなって不経済であった。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項1に係る発明は、外気の絶対湿度に応じて再生温度を変化させ、省エネルギー性を向上できるようにするとともに再生用空気に対する加熱を均一に行えるようにすることを目的とし、また、請求項2に係る発明は、省エネルギー性の向上をより有効に発揮させることができるようにすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
除湿用の空気を流す除湿処理路と、再生用の外気を流す再生処理路とを隣接して設け、吸湿材を保持した除湿部材を、前記吸湿材が前記除湿処理路に臨む除湿ゾーンと前記再生処理路に臨む再生ゾーンとに変位するように設け、前記再生処理路に、再生ゾーンに供給される再生用の空気を加熱するガスバーナを設けたガス燃焼型デシカント除湿機において、
前記除湿処理路に供給される除湿用の空気の温度を測定する温度計と、
前記除湿処理路に供給される除湿用の空気の相対湿度を測定する湿度計と、
前記温度計で測定される温度と、前記湿度計で測定される相対湿度とに基づいて、前記除湿処理路から取り出される除湿後の空気の絶対湿度が目標値になるように前記ガスバーナへの燃料供給量を調整する制御手段とを備え、
かつ、前記ガスバーナがブンゼン式であり、炎口が矩形または直線上に並んだバーナヘッドを複数有し、前記バーナヘッドを再生用空気の流れ方向と同じ方向に炎を噴出するように設けるとともに隣り合う前記バーナヘッドの二次空気通気用の隙間の長さを6〜30mmにする。
バーナヘッドの二次空気通気用の隙間の長さが6mm未満では、バーナヘッド間に再生用の空気を十分に流すことができないために、二次空気量を十分に確保できず、完全燃焼できる最大出力が小さくなるからである。また、炎口から噴出される炎が長炎になって絞り比を大きくとれなくなるからである。一方、30mmを越えると、バーナヘッド間の火移りが不確実になり、複数のバーナヘッドに対して1ないし少数の点火源で確実に着火することができなくなり、各バーナヘッドに点火源が必要になって高価になるからである。また、1ないし少数の炎検出器で全バーナヘッドの燃焼状態を監視できなくなり、各バーナヘッドに炎検出器が必要になって高価になるからである。
【0007】
また、請求項2に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項1に記載のガス燃焼型デシカント除湿機において、
除湿処理路に供給される除湿用の空気が外気であるとともに前記除湿処理路から取り出される除湿後の空気の絶対湿度の目標値が1g/kg’以上である場合に、ガスバーナの最大絞り比(最大燃焼点/最小燃焼点)を2.0以上にする。より好ましくは4.0以上である。上記絶対温度の目標値が1g/kg’未満の場合、再生処理をより十分に行う必要があるため、冬期でも再生温度を低くすることができず、夏期と冬期のガスバーナの出力比が小さくなる。この場合、最大絞り比が2.0未満のものを使用できる。また、この絶対温度の目標値では、季節的なバーナ出力調整による省エネルギー効果は小さくなる。
【0009】
【作用】
請求項1に係る発明のガス燃焼型デシカント除湿機の構成によれば、除湿処理路に供給される除湿用の空気の温度と相対湿度とを測定することにより、その除湿用の空気の絶対湿度を求めることができ、求めた絶対湿度と除湿後の空気の目標値となる絶対湿度とから、除湿材を再生すべき再生温度を求めて再生用の空気に対する加熱温度を求め、これによりガスバーナへの燃料供給量を調整し、除湿後の空気の絶対湿度を目標値に維持することができる。
更に、隣り合うバーナヘッドの二次空気通気用の隙間の長さを6〜30mmにして、再生用空気に対する加熱を均一に行うことができる。また、二次空気量を十分に確保できて最大出力も向上できる。更に、炎口から噴出される炎を短炎にできて燃焼が安定し、絞り比を大きくとることができる。
【0010】
また、請求項2に係る発明のガス燃焼型デシカント除湿機の構成によれば、ガスバーナの最大絞り比(最大燃焼点/最小燃焼点)を2.0以上として、きめの細かい調整を行うことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係るガス燃焼型デシカント除湿機の実施例を示す概略構成図、図2は空気の流れを示す斜視図であり、中空筒状のハウジング1内の空間が、仕切り部材1aによって、除湿用の空気を流す除湿処理路R1と再生用の外気を流す再生処理路R2とに仕切られている。
【0013】
ハウジング1の筒軸心方向の中間箇所に、吸湿材2を保持した除湿部材3が筒軸心周りで回転可能に設けられ、除湿ゾーンZ1で除湿処理路R1に臨ませて除湿用の空気に対する除湿を行い、その吸着した水分を再生ゾーンZ2の再生処理路R2に臨ませて脱着し、吸湿材2を再生するように構成されている。
【0014】
再生処理路R2には、除湿部材3の上流側にガスバーナ4が設けられ、一方、除湿部材3の下流側に排気ファン5が設けられ、再生用の空気を再生ゾーンZ2に供給するとともに、その再生用の空気を加熱し、吸湿材2に吸着された水分を蒸発除去してから大気中に排出するように構成されている。
【0015】
除湿処理路R1には、除湿部材3の上流側に吸気ファン6が設けられ、除湿部材3の下流側において、除湿処理路R1と除湿対象箇所7とが給気配管8を介して接続され、除湿後の空気を除湿対象箇所7に供給するように構成されている。
【0016】
ガスバーナ4はブンゼン式で、図3の平面図、および、図4の側面図に示すように、燃料供給部9と混合管10とバーナヘッド11とから構成され、バーナヘッド11には、その長手方向に所定間隔を隔てて直線上に並ぶ状態でトラック形状の炎口12が設けられている。
【0017】
バーナヘッド11の3本が再生用空気の流れ方向と同じ方向に炎を噴出するように設けられるとともに、隣り合うバーナヘッド11の二次空気通気用の隙間Lの長さが6〜30mmの所定値に設定されている。
【0018】
除湿処理路R1に、そこに供給される除湿用の空気の温度を測定する温度計13と、相対湿度を測定する湿度計14とが設けられている。
図5のブロック図に示すように、温度計13と湿度計14とが制御手段としてのコントローラ15に接続され、そのコントローラ15に、燃料供給部9への燃料供給管(図示せず)に介装された燃料調整弁16が接続されている。
コントローラ15には、絶対湿度算出手段17と再生温度算出手段18と絞り量算出手段19とが備えられている。
【0019】
絶対湿度算出手段17では、温度計13で測定される温度と、湿度計14で測定される相対湿度とに基づいて、除湿処理路R1に導入される除湿用の空気の絶対湿度を算出するようになっている。
【0020】
再生温度算出手段18では、絶対湿度算出手段17で算出された絶対湿度と目標絶対湿度とを比較して、例えば、両者の絶対湿度差に比例する形で昇温幅、すなわち、目標絶対湿度を得るのに必要な再生温度を算出するようになっている。この算出において、事前に除湿処理する空気の温度と相対湿度、再生温度および目標絶対湿度の相関を示す詳細なデータをとり、その相関を数式化したものを用いて精度を高くしている。
【0021】
絞り量算出手段19では、再生温度算出手段18で算出された再生温度に基づいて、燃料調整弁16の開度、すなわち、絞り量を算出し、算出された絞り量が得られるように燃料調整弁16に開度信号を出力するようになっている。
【0022】
上記構成により、除湿処理路R1から取り出される除湿後の空気の絶対湿度が目標値になるようにガスバーナ4への燃料供給量を調整し、除湿対象箇所7に目標絶対湿度の空気を供給できるようになっている。
【0023】
次に、具体実施例について説明する。
▲1▼実施例1
除湿対象箇所7に供給すべき空気の目標絶対湿度を 1.5g/kg’とした。
デシカント除湿機としては、吸湿材としてシリカゲルを用いた、直径が 500mmで通気方向長さが 200mmの除湿部材(西部技研株式会社製)を用いた。
処理ゾーンと再生ゾーンとのゾーン面積比を3:1とし、処理風量を処理ゾーンで1060m3/h(30℃換算)、再生ゾーンで 350m3/h(30℃換算)とし、処理ゾーンおよび再生ゾーンいずれでも、吸湿材2より上流での前面風速が2m/sになるようにした。
再生用のガスバーナ4としては、出力が14.5kWで最大絞り比(最大燃焼点/最小燃焼点)が2.34のブンゼン式バーナを用いた。バーナヘッド11は3本で構成され、都市ガスを燃料として、直接再生用空気で燃焼させた。バーナヘッド11としては、図6の側面図に示すように、炎口12が矩形状に並んだものを使用し、各バーナヘッド11の炎口12を、その長手方向が水平方向で、炎の放射方向が再生用空気の流動方向と平行になるように配置した。各バーナヘッド11の二次空気通気用の隙間Lの長さを9mmと25mmの2水準とした。点火源および炎検知器は共に一つで3本のバーナヘッド11の点火および断火を検知できるものであった。
このデシカント除湿機を用いて前述のように制御したところ、夏期運転および冬期運転それぞれで、次のような結果が得られた。
a.夏期運転
外気の相対湿度が17.5g/kg’、温度が30℃であり、この外気を、一般的冷熱温度である7℃冷水によるプレクーラによって13℃、 8.5g/kg’まで除湿してから、デシカント除湿機で除湿し、除湿後の絶対湿度が 1.5g/kg’の空気を得るようにしたところ、再生温度が 140℃でガスバーナ4の出力が12.6kWであった。また、除湿部材3の前面での温度分布は最大と最小で10℃以内であり、良好な均一性が得られた。
b.冬期運転
外気の相対湿度を 3.3g/kg’、温度を 5.1℃とし、この外気をデシカント除湿機で除湿し、除湿後の絶対湿度が 1.5g/kg’の空気を得るようにしたところ、再生温度は60℃でガスバーナ4の出力が 6.3kWであった。
すなわち、冬期では、夏期に比べて、ガスバーナ4の出力を50%低減でき、高い省エネルギー性を実現できた。
【0024】
▲2▼実施例2
再生用のガスバーナ4として最大絞り比(最大燃焼点/最小燃焼点)が4.0のものを用いた以外は、実施例1と同じデシカント除湿機を用いた。
a.夏期運転
上記実施例1と同じである。
b.冬期運転
外気の条件は、相対湿度を年間でほぼ最低である 2.5g/kg’とし、温度を 5.1℃とし、実施例1と同様にして、除湿後の絶対湿度が 1.5g/kg’の空気を得るようにしたところ、再生温度は50℃でガスバーナ4の出力が 5.1kWであった。
すなわち、冬期では、夏期に比べて、ガスバーナ4の出力を59%低減でき、高い省エネルギー性を実現できた。
【0025】
▲3▼実施例3
再生用のガスバーナ4として最大絞り比(最大燃焼点/最小燃焼点)が1.67のものを用いた以外は、実施例1と同じデシカント除湿機を用いた。
a.夏期運転
上記実施例1と同じである。
b.冬期運転
外気の条件は実施例1と同じとし、実施例1と同様にして、除湿後の絶対湿度が 1.5g/kg’の空気を得るようにしたところ、制御上の再生温度は60℃でガスバーナ4の出力が 9.4kWであったが、実際の再生温度は87℃であった。
すなわち、冬期において、実施例1に比べて余分に昇温し、51%の無駄な出力増加があり、省エネルギー性がやや低いものであった。
【0026】
▲4▼実施例4
再生用のガスバーナとして、ベースバーナ(定格出力 3.6kW)と温調用バーナ(最大出力10.9kW)とを組み合わせたものを用いた以外は、実施例1と同じデシカント除湿機を用いた。なお、温調用バーナは最大絞り比Yが4.0のものを用いた。
a.夏期運転
上記実施例1と同じである。
b.冬期運転
外気の条件は実施例1と同じとし、実施例1と同様にして、除湿後の絶対湿度が 1.5g/kg’の空気を得るようにしたところ、制御上の再生温度は60℃でガスバーナ4の出力は最大に絞った状態の 6.3kWであった。
すなわち、冬期において、実施例1と同じ省エネルギー性を実現できた。
【0027】
▲5▼実施例5
除湿後の空気の絶対湿度を 0.9g/kg’に設定した以外は、実施例1と同じデシカント除湿機を用いた。
a.夏期運転
150℃の再生温度を必要とし、その昇温幅は 120℃(= 150℃−30℃)となった。このときのガスバーナ出力は13.7kWであった。
b.冬期運転
100℃の再生温度を必要とし、その昇温幅は約95℃(≒ 100℃− 5.1℃)となった。このときのガスバーナ出力は10.9kWであった。この場合、最大絞り比は2.0を要せず、1.33程度(=14.5kW/10.9kW)で済んだ。つまり、除湿後の絶対湿度が1g/kg’未満の場合、再生温度の季節的変化は小さく、夏期と同程度昇温しないといけないため、ガスバーナ4の出力変化は小さいため、最大絞り比が小さいものを用いてもよい。
【0028】
▲6▼比較例1
バーナヘッド11の二次空気通気用の隙間Lの長さを5mmにした以外は、実施例2と同じデシカント除湿機を用いた。
このとき、二次空気の供給に制限を受け、完全燃焼できるガスバーナ4の最大出力が低下し、11kW程度になった。また、結果として、ガスバーナ4の最大絞り比は3.0程度に低下した。この結果、夏期において、除湿後の空気の絶対湿度 1.5g/kg’を確保するための再生温度 140℃が確保できず、試験を中止した。また、除湿部材3の前面での温度分布の最大と最小は20℃程度まで拡大した。
【0029】
▲7▼比較例2
バーナヘッド11の二次空気通気用の隙間Lの長さを40mmにした以外は、実施例2と同じデシカント除湿機を用いた。
このとき、一つの点火源で確実に3本のバーナヘッドを点火することができなくなった。また、一つの炎検出器で3本のバーナヘッドの燃焼状態を監視できなくなった。
すなわち、炎検出器から最も遠い1本のバーナヘッドが断火しても隣のバーナヘッドから火移りせず、断火したままであり、炎検出器はそれを検出できず、近いバーナヘッドの炎を検出してそのまま正常として運転を継続しようとしたため、試験を中止した。
【0030】
上述実施例では、吸湿材としてシリカゲルを用いているが、例えば、ゼオライトなどを用いても良い。シリカゲルを用いる場合は、吸着性能の耐久性の点から、再生温度は 150℃以下にするのが望ましい。
【0031】
また、夏期運転において、高湿度の外気を除湿する場合、デシカント除湿機による除湿後の空気の絶対湿度を 1.5g/kg’にするために、プレクーラにより除湿する前処理が必要であるが、この前処理としては、一般の冷却方式の空調機を用いるのが実用上望ましい。この場合、前処理によって得られる空気の相対湿度は、実用上 8g/kg’程度が限度である。
【0032】
上記実施例では、バーナヘッド11を3本設けたものを用いているが、2本あるいは4本以上設けたものを用いても良く、要するに、複数本設けたものを用いるものであれば良い。
また、バーナヘッド11に形成する炎口12としては、図4に示したように直線上に並んで設けたもの、具体実施例で使用した(図6参照)ような、矩形状に並んで設けたもののいずれであっても良い。
【0033】
また、上記実施例4では、ベースバーナを用いる例を示しているが、このベースバーナを用いる好ましい構成例としては、例えば、ベースバーナと温調バーナを交互に配置する構成や、3本の場合に、中心部にベースバーナを配置し、その両側に温調バーナを配置する構成が挙げられる。
これにより、再生空気の温度分布幅を低減できるという効果を発揮できる。また、全バーナのより安定した燃焼状態を実現できるという効果を発揮できる。断火する確率は、ベースバーナより温調バーナの方が高く、交互に配置することにより、万が一断火しても、その隣のベースバーナの炎により再燃焼するためである。
【0034】
また、本発明としては、前述実施例の制御手段としてのコントローラ15において、デシカント除湿機による除湿後の空気の絶対湿度を測定する湿度計を設け、その湿度をコントローラ15に入力し、制御後の絶対湿度と目標絶対湿度とを比較し、両者に差があるときに、流量調整弁16を微調整するようにフィードバック制御し、より制御精度を高くするように構成しても良い。
【0035】
本発明は、紙(印刷、美術品等)、繊維、木材、皮革、タバコ、食品(海苔、飴等)などのような含水率の管理を必要とする品物の保管倉庫、パンの発酵などのように反応速度の管理を必要とする品物の製造工場、金属関係、食品関係などのように防錆、防黴のために除湿を必要とする品物の製造工場や保管倉庫、繊維、紙、電子部品などのように静電気の発生を防止する必要がある品物の製造工場や保管倉庫、機械類(自動車、エンジン等)、精密機械などのように高精度の湿度管理を必要とする試験室、動物園や製薬会社の動物飼育室等などのように生物環境の調節を必要とする飼育室など、各種の除湿対象箇所に適用できる。
【0036】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1に係る発明のガス燃焼型デシカント除湿機によれば、季節的変化など、外気の絶対湿度に応じて、除湿材を再生すべき再生温度を変化させるから、再生用空気を必要以上に加熱することを回避でき、ガスバーナでの燃料消費量を低減でき、省エネルギー性を向上できる。
また、隣り合うバーナヘッドの二次空気通気用の隙間の長さを6〜30mmにして再生用空気に対する加熱を均一に行えるから、加熱後の再生用空気を除湿材の加熱面全体に均一な温度分布で供給でき、また、二次空気量を十分に確保できて最大出力も向上でき、再生処理を良好に行えるとともにその結果として除湿処理性能を向上できる。
更に、炎口から噴出される炎を短炎にできて燃焼が安定し、絞り比を大きくとることができ、燃料消費量のきめ細かな調整を良好に行えて省エネルギー性を有効に向上できる。
また、隣り合うバーナヘッド間の火移りが確実で、複数のバーナヘッドに対して、1ないし少数の点火源で確実に点火できるとともに、1ないし少数の炎検出器で全バーナヘッドの燃焼状態を監視でき、点火源および炎検出器の個数を極力少なくでき、構成が簡単で安価にできる。
【0037】
また、請求項2に係る発明のガス燃焼型デシカント除湿機によれば、ガスバーナの最大絞り比を2.0以上とするから、ガスバーナでの燃料消費量をきめ細かく調整でき、燃料消費量をより少なくできて省エネルギー性の向上をより有効に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガス燃焼型デシカント除湿機の実施例を示す概略構成図である。
【図2】空気の流れを示す斜視図である。
【図3】ガスバーナの平面図である。
【図4】ガスバーナの側面図である。
【図5】制御系を示すブロック図である。
【図6】ガスバーナの側面図である。
【符号の説明】
2…吸湿材
3…除湿部材
4…ガスバーナ
13…温度計
14…湿度計
15…コントローラ(制御手段)
L…二次空気通気用の隙間の長さ
R1…除湿処理路
R2…再生処理路
Claims (2)
- 除湿用の空気を流す除湿処理路と、再生用の外気を流す再生処理路とを隣接して設け、吸湿材を保持した除湿部材を、前記吸湿材が前記除湿処理路に臨む除湿ゾーンと前記再生処理路に臨む再生ゾーンとに変位するように設け、前記再生処理路に、再生ゾーンに供給される再生用の空気を加熱するガスバーナを設けたガス燃焼型デシカント除湿機において、
前記除湿処理路に供給される除湿用の空気の温度を測定する温度計と、
前記除湿処理路に供給される除湿用の空気の相対湿度を測定する湿度計と、
前記温度計で測定される温度と、前記湿度計で測定される相対湿度とに基づいて、前記除湿処理路から取り出される除湿後の空気の絶対湿度が目標値になるように前記ガスバーナへの燃料供給量を調整する制御手段とを備え、
かつ、前記ガスバーナがブンゼン式であり、炎口が矩形または直線上に並んだバーナヘッドを複数有し、前記バーナヘッドを再生用空気の流れ方向と同じ方向に炎を噴出するように設けるとともに隣り合う前記バーナヘッドの二次空気通気用の隙間の長さを6〜30mmにしたことを特徴とするガス燃焼型デシカント除湿機。 - 請求項1に記載のガス燃焼型デシカント除湿機において、
除湿処理路に供給される除湿用の空気が外気であるとともに前記除湿処理路から取り出される除湿後の空気の絶対湿度の目標値が1g/kg’以上である場合に、ガスバーナの最大絞り比(最大燃焼点/最小燃焼点)を2.0以上にするものであるガス燃焼型デシカント除湿機。
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