JP4522190B2

JP4522190B2 - 除湿システム

Info

Publication number: JP4522190B2
Application number: JP2004235408A
Authority: JP
Inventors: 説長谷川; 弘西川; 孝中里
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-08-12
Also published as: JP2006052900A

Description

本発明は、空気を除湿するためのシステムに関するものである。

従来よりスーパーマーケットなどの店舗においては商品を冷却しながら陳列販売するためのショーケースが複数台設置されており、このショーケース、特に、オープンショーケスでは店舗内の湿気を含んだ空気の流入によって蒸発器への着霜が増大し、冷却能力の低下する不都合が生じていた。この場合、蒸発器を加熱し、若しくは、所定時間運転を停止して当該蒸発器に付着した霜を融解する、所謂、除霜運転を行っているが、当該除霜運転中に商品の鮮度が低下する等、商品の鮮度維持が問題となっていた。

そこで、従来より空気中の水分を吸着し、且つ、再生が可能な水分吸着素子を利用した回転型除湿装置を使用したデシカント空調と称される除湿システムが開発されてきている。この回転式除湿装置は、水分吸着領域（処理領域）と水分放出領域（再生領域）を有する水分吸着素子にて構成された除湿ロータを有する。そして、当該除湿ロータを回転させて、水分吸着領域にて空気中の水分を吸着した後、水分放出領域にてガスバーナや電気ヒータにて高温に加熱された空気を送風し、当該高温の通風空気により除湿ロータに吸着した水分が放出して、排出される。これにより、店舗空気の除湿を行って、ショーケースの蒸発器への着霜量を低減することができる（特許文献１参照）。
特開平１０−２０５８１８号公報

ところで、従来の回転式除湿装置は、水分放出領域にて除湿ロータに吸着した水分を放出させて再生するために＋９０℃〜＋１２０℃程度の高温に加熱する必要があるが、係る加熱に上述の如くガスバーナや電気ヒータ等の熱源を使用しているため、消費エネルギーが高騰するという新たな問題が発生していた。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、回転式除湿装置の除湿ロータを効率的に再生することができる除湿システムを提供することを目的とする。

本発明の除湿システムは、圧縮機、ガスクーラ、減圧装置及びショーケースの庫内を冷却する蒸発器等から冷媒回路が構成され、二酸化炭素が冷媒として封入されたヒートポンプ装置と、除湿ロータから構成され、この除湿ロータを回転させることにより、処理領域において水分を吸着し、再生領域において当該吸着した水分を放出する回転式除湿装置と、ガスクーラと熱交換する吸熱側熱交換器、及び、回転式除湿装置の再生領域に流入する再生用の空気と熱交換する放熱側熱交換器を有し、オイルが循環されるオイル循環回路とを備え、被処理空間の空気を回転式除湿装置の処理領域に通過させた後、被処理空間に戻すと共に、再生用の空気を、放熱側熱交換器を通過させてこの放熱側熱交換器にてガスクーラからの熱により加熱した後、回転式除湿装置の再生領域に通過させることを特徴とする。

請求項２の発明の除湿システムは、上記において太陽光により発電する太陽電池を備え、この太陽電池の出力を圧縮機、及び、除湿ロータを回転させるためのモータ、及び、オイル循環回路のオイル循環用ポンプに印加することを特徴とする。

本発明の除湿システムによれば、ヒートポンプ装置によって外気から汲み上げられた熱により、効率的に回転式除湿装置の除湿ロータを再生することができる。

また、ヒートポンプ装置に二酸化炭素冷媒を封入し、高圧側を超臨界圧力として運転することで、ガスクーラにおける熱交換能力が著しく向上するため、再生用空気をガスクーラにて高温に加熱することができるようになり、回転式除湿装置の処理領域において吸着した水分を再生領域において効果的に放出することができるようなる。

更に、ガスクーラからの熱を当該オイル循環回路にて回転式除湿装置の再生領域に搬送することが出来るので、回転式除湿装置の近傍に設けることなく、除湿ロータを再生することができるようになる。これにより、除湿システムの設置形態の自由度が増大するようになる。

特に、オイルを循環して再生用空気を加熱することで、加熱能力の低下を極力抑制することができる。

更に、ヒートポンプ装置の蒸発器によりショーケースの庫内を冷却することができるので、より一層エネルギーを効率的に利用することができるようになる。

請求項２の発明では、上記発明に加えて太陽電池の出力を圧縮機、及び、除湿ロータを回転させるモータ、及び、オイル循環回路のオイル循環用ポンプに印加することで、省エネ化を図ることができるようになる。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態を詳述する。図１は本発明の除湿システム１の概略構成図を示している。実施例の除湿システム１は、スーパーマーケット等の店舗に設置されて店舗３内の空気の除湿を行うものである。図１において、２はスーパーマーケットの店舗３内に複数台設置されるショーケース（例えば、オープンショーケース）であり、このショーケース２には庫内を冷却するための蒸発器１７が取り付けられている。

この蒸発器１７はショーケース２の庫内冷却用の冷凍機（図示せず）と共に、ヒートポンプ装置の冷媒回路１０を構成する。この冷凍機は店舗３外の機械室４に設置されており、前記冷媒回路１０を構成する圧縮機１２とガスクーラ１４等を備えている。また、ヒートポンプ装置は、圧縮機１２、ガスクーラ１４、減圧装置としてのキャピラリチューブ１６及び蒸発器３を順次環状に接続することで冷媒回路１０が構成されている。即ち、圧縮機１２を出た冷媒配管１２Ａはガスクーラ１４の入口に接続され、ガスクーラ１４を出た配管１４Ａには、キャピラリチューブ１６が接続されている。キャピラリチューブ１６を出た配管１６Ａは蒸発器１７の入口が接続され、蒸発器１７を出た配管１７Ａは圧縮機１２の入口に接続されて冷媒回路１０が構成されている。尚、減圧装置は、キャピラリチューブ１６に限らず、膨張弁を用いても構わない。

また、図１において２０は、冷媒回路１０によるヒートポンプ効果により温められたオイルをオイル循環用ポンプ２７により循環するオイル循環回路であり、このオイル循環回路２０には、前記ガスクーラ１４と熱交換する吸熱側熱交換器２１と、後述する回転式除湿装置３０の再生領域に流入する再生用空気と熱交換する放熱側熱交換器２２とを備える。即ち、オイルが循環する蛇行状の配管２３が放熱側熱交換器２２内を通過するよう設けられている。そして、放熱側熱交換器２２の出口側の配管２２Ａにはオイル循環回路２０にオイルを循環させるためのオイル循環用ポンプ２７が設けられ、オイル循環用ポンプ２７の出口側の配管２７Ａは吸熱側熱交換器２１の入口に接続されている。この吸熱側熱交換器２１はオイル循環回路２０のオイルが流通するタンクと、当該タンク内に設けられた冷媒回路１０のガスクーラ１４にて構成されており、配管２７Ａから吸熱側熱交換器２１のタンク内に流入したオイルと、タンク内に配設されたガスクーラ１４内を通過する冷媒回路１０の冷媒とが熱交換可能に設けられている。

また、吸熱側熱交換器２１の出口側に接続された配管２１Ａは前記放熱側熱交換器２２の入口に接続されてオイルが循環するオイル循環回路２０を構成している。

次に、図１において、３０は本発明の除湿システム１の回転式除湿装置である。この回転式除湿装置３０は、除湿ロータ３２とこの除湿ロータ３２を駆動するためのモータ３４と除湿ロータ３２の前後面に設けられた円形の仕切板３５、３６などから構成されている（図２乃至図３）。この除湿ロータ３２は、水分吸着素子としてのゼオライト担持の紙材を巻装することにより構成されている。当該除湿ロータ３２はモータ３４により回転可能に設置されている。また、前記仕切板３５、３６は除湿ロータ３２の前後に取り付けて、固定されている。これら仕切板３５、３５は除湿ロータ３２の径と略同一の径を有しており、仕切板３６の中心部には前記モータ３４の軸３４Ａが貫通するための円形の孔が形成されている。

除湿ロータ３２の前側に設けられた仕切板３５の左右には、図４に示す如く扇状の連通孔３８Ａ、３９Ａが形成されており、これら連通孔３８Ａ、３９Ａは仕切板３５の対角線上に位置している。また、除湿ロータ３２の後側に設けられた仕切板３６の左右にも、仕切板３５と同様に連通孔３８Ｂ、３９Ｂが形成されており、連通孔３８Ｂ、３９Ｂは仕切板３６の対角線上に位置している。そして、これら仕切板３５、３６は連通孔３８Ａと連通孔３８Ｂとが略同一の位置となり、連通孔３９Ａと連通孔３９Ｂとが同一の位置となるように取り付けて固定されている。そして、除湿ロータ３２の連通孔３８Ａと連通孔３８Ｂに対応する部分が本発明の再生領域となる。また、除湿ロータ３２の連通孔３９Ａと連通孔３９Ｂに対応する部分が本発明の処理領域となる。

即ち、仕切板３５の前方の連通孔３８Ａに対応する位置にはオイル循環回路２０の放熱側熱交換器２２と、ファン２４とが設けられている。このファン２４は店舗３内から空気を吸引し、放熱側熱交換器２２を介して、連通孔３８Ａから回転式除湿装置３０の除湿ロータ３２の再生領域を通過させた後、連通孔３８Ｂから外部に排出するためのものである。この再生用の空気をファン２４により店舗３内から吸引し、当該空気を放熱側熱交換器２２にてガスクーラ１４からの熱により加熱した後、回転式除湿装置３０の再生領域を通過させることで、再生領域を効果的に加熱して、除湿ロータ３２に吸着した水分を放出させることができるようになる。

また、仕切板３６の後方の連通孔３９Ｂに対応する位置には空気経路４０の一端が開口している。この空気経路４０の他端は店舗３内に開口している。当該空気経路４０内にはファン２５が設けられており、ファン２５により店舗３内の空気を空気経路４０内に吸引し、連通孔３９Ｂから回転式除湿装置３０の除湿ロータ３２の処理領域を通過させた後、連通孔３９Ａから店舗３内に戻される。即ち、被処理空間としての店舗３内の空気をファン２５により空気経路４０内に吸引し、回転式除湿装置３０の処理領域に通過させた後、店舗３内に戻すことで、回転式除湿装置３０の処理領域にて空気中の水分を吸着して、店舗３内の空気を除湿することができるようになる。

ここで、当該除湿ロータ３２はモータ３４にて所定の速度で回転され、処理領域にあった部分が再生領域に移動され、そして、再生領域からまた処理領域への循環して移動される構成とされている。即ち、除湿ロータ３２をモータ３４にて回転させることにより、当該除湿ロータ３２の処理領域において水分を吸着し、再生領域において吸着した水分を放出する構成とされている。

尚、冷媒回路１０には冷媒として地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である二酸化炭素冷媒（ＣＯ₂）を使用している。

ここで、本発明の除湿システム１は、電気部品に太陽電池４６にて発電された電力（出力）を印加することで、運転されるものである。即ち、太陽電池４６の出力が除湿システム１の圧縮機１２、除湿ロータ３２を回転させるモータ３４、オイル循環回路２０のオイル循環用ポンプ２７、ファン２４、２５に印加されるように構成している。

即ち、図５に示すように除湿システム１の圧縮機１２、除湿ロータ３２を回転させるモータ３４、オイル循環回路２０のオイル循環用ポンプ２７、ファン２４、２５は屋内分電盤７０に接続され、室内分電盤７０にはＤＣ／ＡＣ変換装置７８を介し、屋根上などに設置されて太陽光により所定の発電電力を得られる太陽電池４６が接続されている。更に、屋内分電盤７０には系統商用交流電源ＡＣ（商用電源）が接続されている。この屋内分電盤７０にはまた、照明器具、エアコン、暖房器具、扇風機、音響器具、電話或いは工作器具などの電気器具からなる店内負荷７４が接続される。

屋内分電盤７０は、店内配線の一部に多量の電力が流れることにより店内全体の給電が停止してしまうのを防止するため店内を複数に分割して電力を供給すると共に、店内の配線の一部に多量の電力が流れることにより電気事故が発生してしまうのを防止するため、使用箇所に応じて電力量を分配する器具である。

また、太陽電気４６は、店内負荷７４及び除湿システム１等の店内で昼間使用する全体の電力をまかなえる程の大きな発電能力を有するものが備えられている。そして、太陽電池４６で発電された電力は、既に周知の通り、直流（ＤＣ）電力であるため、店内で使用可能な電力に変換するためのＤＣ／ＡＣ変換装置７８にて直流電力を店内で使用できる周波数及び電圧に変換する技術については、従来より周知の技術であるため詳細な説明を省略する。

また、屋内分電盤７０には太陽電池４６で発電された電力を系統商用交流電源ＡＣに売電可能な売電装置（図示せず）が設けられている。この売電装置は、太陽電池４６にて発電された電力で除湿システム１や店内負荷７４を作動させた状態で、過剰電力が出た場合、太陽電池４６で発電された過剰電力を系統商用交流電源ＡＣに流し、電力会社に売電する。

一方、太陽電池４６で発電された電力に不足が生じた場合は、系統商用交流電源ＡＣから買電し、屋内分電盤７０がショーケース２の電気部品や店内負荷７４に供給することになる。ここで、太陽電池で発電した電力をインバーターで変換して系統商用交流電源ＡＣに供給して電力会社に買電する技術については従来より周知の技術であり詳細な説明を省略する。また、売電装置は屋内分電盤７０に設けても或いは別に設けても差し支えない。

尚、図５において、６０は除湿システム１の制御装置であり、汎用のマイクロコンピュータにて構成されている。当該制御装置６０の出力には前記圧縮機１２、回転式除湿装置３０のモータ３４、オイル循環回路２０のオイル循環用ポンプ２７、ファン２４、３５が接続されており、制御装置６０はこれらの運転を制御している。

以上の構成で本発明の除湿システム１の動作を説明する。尚、制御装置６０は太陽光が出ているときに太陽電池４６にて発電された電力（出力）を除湿システム１の圧縮機１２、回転式除湿装置３０のモータ３４、各ファン２４、２５及びオイル循環用ポンプ２７等に印加して除湿システム１を運転すると共に、太陽光が少なく太陽電池４６にてショーケース２や室内負荷７４を作動させるだけの充分な発電ができない場合、或いは、太陽電池４６が太陽光を受けられない夜間には系統商用交流電源ＡＣにて除湿システム１を駆動するように構成されている。

先ず、制御装置６０は太陽電池４６の電力（出力）を除湿システム１の圧縮機１２、回転式除湿装置３０のモータ３４、各ファン２４、２５及びオイル循環用ポンプ２７に印加して、これらを駆動する。圧縮機１２が駆動されると、圧縮機１２内に冷媒配管１７Ａから冷媒が吸入され圧縮されて、高温高圧の冷媒ガスとなって、圧縮機１２から吐出される。このとき、圧縮機１２から吐出される冷媒は超臨界状態である。

圧縮機１２から吐出された冷媒ガスは冷媒配管１２Ａから吸熱側熱交換器２１のタンク内に設けられたガスクーラ１４内に流入する。そこで、冷媒はタンク内のオイルと熱交換して冷却される。そして、ガスクーラ１４で放熱して温度低下した二酸化炭素冷媒はガスクーラ１４の出口に接続された冷媒配管１４Ａから出て、キャピラリチューブ１６に至り、そこで減圧された後、ショーケース２内に設けられた蒸発器１７内に流入する。

蒸発器１７に流入した冷媒はそこで蒸発することで吸熱作用を発揮する。この蒸発器１７の吸熱作用で冷却された冷気がショーケース２の庫内に循環されて庫内の商品を冷却する。尚、蒸発器１７を出た冷媒は再び圧縮機１２に吸い込まれるサイクルを繰り返す。

一方、前記各ファン２４、２５が駆動すると、ファン２５により被処理空間である店舗３内の空気が空気通路４０から機械室４内に流入する。そして、空気経路４０から出て連通孔３９Ｂを経て回転式除湿装置３０の処理領域に流入する。そこで、店舗３内の空気中の水分は除湿ロータ３２に吸着される。この除湿ロータ３２にて水分が吸着され、除湿された後の空気は連通孔３９Ａから出て店舗３内に戻される。

他方、店舗３内の空気から水分を吸着した除湿ロータ３２の部分は回転して次に再生領域に移動する。この再生領域にはファン２４の運転により放熱側熱交換器２２内の蛇行状の配管２３を流れる高温のオイルによって高温に加熱された再生用の空気が通過する。ここで、冷媒回路１０には前述の如く二酸化炭素冷媒が封入されており、吸熱側熱交換器２１内に設けられたガスクーラ１４を通過する過程で凝縮せず、超臨界のままであるので、オイル循環回路２０内を流れるオイルの加熱能力は極めて高いものとなる。

このため、ファン２４により放熱側熱交換器２２に通風される再生用空気を高温に加熱して、回転式除湿装置３０の再生領域に送風することができる。これにより、回転式除湿装置３０の処理領域において、除湿ロータ２３の吸着水分は係る通風空気に脱着される。このように、処理領域において除湿ロータ２３に吸着した水分を再生領域において効果的に放出することができるようになる。尚、再生領域に通風された空気はそのまま外部に排出される。

このような水分吸着と再生を繰り返して除湿ロータ２３により被処理空間である店舗３内の空気は除湿されていく。従って、店舗３内の空気が除湿されることで、ショーケース２の蒸発器１７への着霜量が減少し、除霜運転の回数及び除霜時間も低減することができるようになり、商品の鮮度維持に与える悪影響も改善することができるようになる。

他方、放熱側熱交換器２２で冷却されたオイル循環回路２０内のオイルは、ポンプ２７により循環して吸熱側熱交換器２１に至り、タンク内にて冷媒回路１０のガスクーラ１４内を流れる冷媒から熱を奪って加熱され、吸熱側熱交換器２１から出て、放熱側熱交換器２２に流れるサイクルを繰り返す。

このように、回転式除湿装置３０の処理領域において吸着した水分を再生領域においてヒートポンプ装置から汲み上げられた熱により、効率的に放出させて、回転式除湿装置３０の除湿ロータ３２を再生することができるようになる。これにより、ガスバーナや電気ヒータ等の熱源を使用することなく除湿ロータ３２に送風する空気を加熱することが出来るようになる。

特に、ヒートポンプ装置に二酸化炭素冷媒を封入し、高圧側を超臨界圧力として運転することで、ガスクーラ１４における熱交換能力が著しく向上するため、再生用空気をガスクーラ１４にて高温に加熱することができるようになり、回転式除湿装置３０の処理領域において吸着した水分を再生領域において効果的に放出することができるようなる。

また、本実施例の如くオイル循環回路２０を介して回転式除湿装置３０の再生領域に流入する再生用の空気を加熱するものとすれば、加熱能力の低下を極力抑制して、ガスクーラ１４からの熱を当該オイル循環回路２０にて回転式除湿装置３０の再生領域に搬送することが出来るので、回転式除湿装置３０の近傍に設けることなく、除湿ロータ３２を再生することができるようになる。これにより、除湿システム１の設置形態の自由度が増大するようになる。

更に、ヒートポンプ装置の蒸発器１７によりショーケース２を冷却することで、当該ショーケース２から熱を汲み上げることができるようになる。また、蒸発器１７によりショーケース２を冷却することで、より一層エネルギーを効率的に利用することができるようになる。

更にまた、本実施例のように太陽電池４６の出力を圧縮機１２や除湿ロータ３２を回転させるモータ３４、或いは、オイル循環回路２０のオイル循環用ポンプ２７に印加することで、省エネ化を図ることができるようになる。

本発明を適用した実施例の除湿システムの概略構成図である。図１の除湿システムの回転式除湿装置の斜視図である図２の回転式除湿装置の平面図である。図２の回転式除湿装置の仕切板の正面図である、図１の除湿システムに関する電気回路のブロック図である。

１除湿システム
２ショーケース
３店舗
４機械室
１０冷媒回路
１２圧縮機
１４ガスクーラ
１６キャピラリチューブ
１７蒸発器
２０オイル循環回路
２１吸熱側熱交換器
２２放熱側熱交換器
２４、２５ファン
３０回転式除湿装置
３２除湿ロータ
３４ロータ
３５、３６仕切板
３８Ａ、３８Ｂ、３９Ａ、３９Ｂ連通孔
４０空気経路
４６太陽電池
６０制御装置
７０屋内分電盤
７４店内負荷
７８ＤＣ／ＡＣ変換装置

Claims

圧縮機、ガスクーラ、減圧装置及びショーケースの庫内を冷却する蒸発器等から冷媒回路が構成され、二酸化炭素が冷媒として封入されたヒートポンプ装置と、
除湿ロータから構成され、該除湿ロータを回転させることにより、処理領域において水分を吸着し、再生領域において当該吸着した水分を放出する回転式除湿装置と、
前記ガスクーラと熱交換する吸熱側熱交換器、及び、前記回転式除湿装置の再生領域に流入する前記再生用の空気と熱交換する放熱側熱交換器を有し、オイルが循環されるオイル循環回路とを備え、
被処理空間の空気を前記回転式除湿装置の処理領域に通過させた後、前記被処理空間に戻すと共に、
再生用の空気を、前記放熱側熱交換器を通過させて該放熱側熱交換器にて前記ガスクーラからの熱により加熱した後、前記回転式除湿装置の再生領域に通過させることを特徴とする除湿システム。
太陽光により発電する太陽電池を備え、該太陽電池の出力を前記圧縮機、及び、前記除湿ロータを回転させるためのモータ、及び、前記オイル循環回路のオイル循環用ポンプに印加することを特徴とする請求項１に記載の除湿システム。