JP4784340B2 - 除湿機 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気圧縮式のヒートポンプとデシカントローターによる複合除湿運転を行う除湿機に関する。

従来のヒートポンプとデシカントローターによる複合除湿運転を行う除湿機としては、ヒーターとデシカントローターの再生領域と顕熱交換器の一方の通路を環状に接続して循環通路を形成し、デシカントローターが吸湿した水分をヒーターにより循環通路内に放出させ、この水分を顕熱交換器の他方通路を流れるヒートポンプの吸熱器で吸熱した低温の空気によって冷却し、水分を回収するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２８４８１号公報

このような従来の除湿機は、デシカントローターが吸湿した水分を回収するための顕熱交換器が必要であり、また、ヒーターとデシカントローターの再生領域と顕熱交換器の一方の通路を環状に接続した循環通路を形成する必要があるため、装置構成が複雑になり大型化するという課題があった。

また、吸熱器に供給する空気のエンタルピーを効果的に高める手段を有していないため、冬場などの低温時には吸熱器と供給空気とのエンタルピー差が縮小してヒートポンプでの除湿量が大幅に低下し、デシカントローターのみの除湿運転となるため、除湿効率が低下するという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、小型で簡略な構成でヒートポンプとデシカントローターを複合させ、低温時でもヒートポンプを利用して効率良く除湿できる除湿機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明が講じた第１の課題解決手段は、吸込口（２）と吹出口（４）を開口した本体（１）内に、冷媒（８）を圧縮する圧縮機（５）と前記冷媒（８）が供給空気に放熱する放熱器（７）と前記冷媒（８）を膨張させて減圧する減圧機構（１０）と前記冷媒（８）が供給空気から吸熱する吸熱器（６）とを配管接続した蒸気圧縮式のヒートポンプ（９）と、駆動手段（１７）によって回転し、吸湿領域（２２）では供給空気から吸湿するとともに再生領域（２１）では加熱されて水分を放出するデシカントローター（１６）と、前記吸込口（２）から空気を吸引し、前記放熱器（７）に供給して前記吹出口（４）から排出する第１ファン（１１）と、前記吸込口（２）から空気を吸引して前記吸湿領域（２２）と前記再生領域（２１）に分配供給し、前記再生領域（２１）に供給された空気を更に前記吸熱器（６）に供給して前記吸湿領域（２２）に供給された空気とともに前記吹出口（４）から排出する第２ファン（１２）と、前記第２ファン（１２）の空気供給方向における風上側から前記デシカントローター（１６）に向けて輻射熱を照射して前記デシカントローター（１６）を加熱するヒーター（１９）と、を備えたものである。

また、第２の課題解決手段は、ヒーター（１９）が放散する輻射熱をデシカントローター（１６）に向けて反射する反射板（２０）を備えたものである。

また、第３の課題解決手段は、第２ファン（１２）により吸込口（２）から吸引された空気の一部を、ヒーター（１９）を介さずにデシカントローター（１６）の再生領域（２１）に供給する第１バイパス経路（２４）を形成したものである。

また、第４の課題解決手段は、第２ファン（１２）により吸込口（２）から吸引された空気の一部を、ヒーター（１９）およびデシカントローター（１６）の再生領域を介さずに吸熱器（６）に供給する第２バイパス経路（２５）を形成したものである。

そして、上記第１の課題解決手段による作用は、本体（１）内に環状の循環通路や水分回収用の熱交換器を設けずにデシカントローター（１６）が吸湿した水分を吸熱器（６）で結露水として回収する構成にして装置の簡略化、小型化を図るとともに、低温時は第２ファン（１２）の空気供給方向における風上側からデシカントローター（１６）にヒーター（１９）の輻射熱を照射して、再生領域（２１）に位置するデシカントローター（１６）の水分を多く保有している部分を輻射熱で直接加熱して効率良く水分を取り出し、この水分を含み高湿となった空気を吸熱器（６）に供給して冷媒（８）とのエンタルピー差を確保することでヒートポンプ（９）を作動させ除湿効率を高めるものである。

また、第２の課題解決手段による作用は、ヒーター（１９）が放散する輻射熱を反射板（２０）でデシカントローター（１６）に向けて反射し、デシカントローター（１６）の再生エネルギーに利用して水分抽出効率を高めるものである。

また、第３の課題解決手段による作用は、デシカントローター（１６）の回転方向におけるヒーター（１９）の前段および後段に位置する再生領域（２１）に第１バイパス経路（２４）を通じて空気を供給し、ヒーター（１９）後段に供給した空気でデシカントローター（１６）を冷却して吸湿領域（２２）での水分吸湿を速めるとともにヒーター（１９）前段に供給した空気でデシカントローター（１６）を予熱して水分を放出しやすくすることで除湿効率を高めるものである。

また、第４の課題解決手段による作用は、デシカントローター（１６）の再生に適した風量と吸熱器（６）における冷却減湿に適した風量とのアンバランスを第２バイパス経路（２５）を設けて解消することで除湿効率を高めるものである。

本発明の請求項１記載の除湿機は、本体（１）内に環状の循環通路や水分回収用の熱交換器を設けずにデシカントローター（１６）が吸湿した水分を吸熱器（６）で結露水として回収する構成にして装置の簡略化、小型化を図るとともに、低温時は第２ファン（１２）の空気供給方向における風上側からデシカントローター（１６）にヒーター（１９）の輻射熱を照射して、再生領域（２１）に位置するデシカントローター（１６）の水分を多く保有している部分を輻射熱で直接加熱して効率良く水分を取り出し、この水分を含み高湿となった空気を吸熱器（６）に供給して冷媒（８）とのエンタルピー差を確保することでヒートポンプ（９）を作動させ除湿効率を高めるという効果を奏する。

また、本発明の請求項２記載の除湿機は、ヒーター（１９）が放散する輻射熱を反射板（２０）でデシカントローター（１６）に向けて反射し、デシカントローター（１６）の再生エネルギーに利用して水分抽出効率を高めるという効果を奏する。

また、本発明の請求項３記載の除湿機は、デシカントローター（１６）の回転方向におけるヒーター（１９）の前段および後段に位置する再生領域（２１）に第１バイパス経路（２４）を通じて空気を供給し、ヒーター（１９）後段に供給した空気でデシカントローター（１６）を冷却して吸湿領域（２２）での水分吸湿を速めるとともにヒーター（１９）前段に供給した空気でデシカントローター（１６）を予熱して水分を放出しやすくすることで除湿効率を高めるという効果を奏する。

また、本発明の請求項４記載の除湿機は、デシカントローター（１６）の再生に適した風量と吸熱器（６）における冷却減湿に適した風量とのアンバランスを、第２バイパス経路（２５）を設けて解消することで除湿効率を高めるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態にかかる除湿機の概略断面図であり、図に示すように、大略直方体に形成した本体１の片側面に吸込口２、吸込口２の上部に排気口３、排気口３の反対側の側面に吹出口４を開口している。本体１の内部には、底部に圧縮機５、その上方に吸熱器６、さらに、その上方に放熱器７を配設して各々を配管接続し密閉回路を形成している。この密閉回路内に作動流体である冷媒８として例えば、ＨＣＦＣ系冷媒（分子中に塩素、水素、フッ素、炭素の各原子を含む）、ＨＦＣ系冷媒（分子中に水素、炭素、フッ素の各原子を含む）、炭化水素、二酸化炭素等の自然冷媒などの何れかを充填して蒸気圧縮式のヒートポンプ９を形成している。吸熱器６および放熱器７は、ヘアピンチューブに複数枚のフィンを嵌入して空気流通を可能に構成したフィンチューブ型の熱交換器で構成され、吸熱器６と放熱器７を接続する配管中には減圧機構１０として、例えば、キャピラリチューブや膨張弁等を介在させている。

また、吸込口２側から見て、放熱器７の後方に第１ファン１１、吸熱器６の後方に第２ファン１２の各々を配し、隔壁によって風路を形成している。この第１ファン１１および第２ファン１２には、羽根、ケーシング、モータ等から構成される一般的な送風機が用いられる。第１ファン１１は、吸込側が放熱器７を介して吸込口２と連通し、吐出側が吹出口４と連通しているので、第１ファン１１を運転すると吸込口２から吸気して放熱器７に供給し吹出口４から排気する送風動作が行われる。また、第２ファン１２は、吸込側が吸熱器６を介して吸込口２と連通し、吐出側が吹出口４と連通しているので、第２ファン１２を運転すると、吸込口２から吸気して吸熱器６に供給し吹出口４から排気する送風動作が行われる。

ここで圧縮機５を運転すると、放熱器７、減圧機構１０、吸熱器６の順に冷媒８が密閉回路内を循環し、圧縮機５で圧縮された高温高圧の冷媒８が放熱器７において第１ファン１１により供給される空気に放熱するとともに、減圧機構１０で膨張した低温低圧の冷媒８が吸熱器６において第２ファン１２により供給される空気から吸熱し、ヒートポンプ９が作動することになる。

また、第１ファン１１の吐出側には、第１ファン１１の排出先を吹出口４または排気口３の何れかに切り換えるための第１ダンパー１３が配設されている。この第１ダンパー１３は、風路を閉塞するための遮蔽板と、この遮蔽板を移動させる駆動モータを備えており、本体１の上面に配設された図示しない操作部からの指示により駆動モータが作動して遮蔽板が実線で示す切換位置１４もしくは破線で示す切換位置１５の何れか一方の位置に切り替わるように構成されている。そして第１ダンパー１３を実線で示す切換位置１４に設定すると、第１ファン１１の吐出側と吹出口４が連通して排気口３への通路は閉塞状態になり、逆に破線で示す切換位置１５に設定すると、第１ファン１１の吐出側と排気口３が連通して吹出口４への通路が閉塞状態になる。このようにして第１ダンパー１３は、第１ファン１１の排出先を吹出口４または排気口３の何れか一方へ切り換えるように構成されている。

また、第２ファン１２の吸込側には円盤状のデシカントローター１６が回動可能に立設されており、このデシカントローター１６を周方向に毎時１０回転から４０回転程度の速度で回転させる駆動手段１７をデシカントローター１６の外周側に配設している。この駆動手段１７は、デシカントローター１６の外周に形設されたギアと、このギアと歯合する駆動モータを備えており、駆動モータの作動によってギアに回転力を加え、デシカントローター１６を回転させるように動作するものである。また、デシカントローター１６は、仕切り板１８によって第２ファン１２の送風方向に対して二つの領域に仕切られており、その仕切られた一方の領域の風上側にヒーター１９が配設され、さらにその風下側に吸熱器６が位置するように風路が形成されている。このデシカントローター１６は、軸方向に通風可能なハニカム構造もしくはコルゲート構造の円筒構造体に、シリカゲル、ゼオライトなどの無機質の吸着型吸湿剤、あるいは有機高分子電解質（イオン交換樹脂）などの吸湿剤、もしくは塩化リチウムなどの吸収型吸湿剤を１種類若しくは複数担持して構成されており、周囲の環境に応じて吸湿量が変化する特性を有している。

また、ヒーター１９はデシカントローター１６に近接して配設されており、このヒーター１９の発熱によってヒーター１９を通過してデシカントローター１６に供給される空気およびデシカントローター１６自身が加熱されることになる。このヒーター１９は発熱動作を行い得るものであれば良く、例えば、ニクロムヒーター、ハロゲンヒーター、カーボンヒーター、シーズヒーター、ＰＴＣヒーター等を用いることができるが、輻射熱成分を多く放散する形式のものがデシカントローター１６を直接高温に加熱して効率良く水分を放出させることが可能となり好ましい。また、ヒーター１９のデシカントローター１６の反対側には、ヒーター１９が放散する輻射熱をデシカントローター１６に反射させるための反射板２０が配設されている。この反射板２０は、ヒーター１９が放散する輻射熱を反射できるものであればよく、光沢性のある金属板、例えば、アルミニウム板やステンレス板に曲げ加工などを施して形設することができる。さらに反射板２０をヒーター１９の固定を兼ねるように形設すれば、ヒーター１９の固定具が不要となり構成を簡略化できる。さらに反射板２０は、ヒーター１９の発熱に伴う発光を吸込口２から漏れるのを遮るための遮光板としての作用も行い得る。

このように第２ファン１２の吸込側にデシカントローター１６を回転可能に配設して仕切り板１８によって第２ファン１２の送風方向に対して二つの領域に仕切り、仕切られた一方の領域の風上側にヒーター１９を配設するとともに、その風下側に吸熱器６が位置するように風路を形成しているので、第２ファン１２を運転すると、吸込口２から吸引された空気が仕切り板１８によって仕切られた二つの領域に分流され、ヒーター１９が位置する一方の領域側に分流した空気は、ヒーター１９の発熱により高温となってデシカントローター１６に供給され、他方の領域側に供給された空気は室温を維持したままデシカントローター１６に供給される。

このデシカントローター１６に担持されている吸湿剤は、相対的に湿度が高く温度の低い空気から吸湿し、相対的に湿度が低く温度の高い空気に水分を放出する特性を有しているので、ヒーター１９が配設された一方の領域において加熱された高温空気と接触することにより水分を放出して再生し、他方の領域において室温に近い空気から吸湿することになる。したがってヒーター１９が配設された一方の領域が供給空気に対してデシカントローター１６が水分を放出して再生する再生領域２１となり、他方の室温の空気が供給される領域が供給空気からデシカントローター１６が吸湿する吸湿領域２２として作用することになる。このデシカントローター１６は駆動手段１７によって回転しているので、デシカントローター１６に担持されている吸湿剤は、吸湿領域２２と再生領域２１を連続的に移動し、吸湿領域２２における吸湿動作と再生領域２１における水分放出動作を連続的に行うことになる。

吸湿領域２２に供給された空気は、デシカントローター１６が水分を吸湿する際に発生する吸着熱やヒーター１９の余熱により温度が上昇し高温低湿空気となって第２ファン１２に吸込まれる。一方、再生領域２１において放出された水分を含んだ空気は、高温高湿状態となり風下側に配設された吸熱器６に供給される。この高温高湿空気はエンタルピーも上昇しているので、吸熱器６内の冷媒８とのエンタルピー差が拡大して高効率な吸熱動作が行われ、供給空気は飽和温度以下まで冷却される。この冷却過程で飽和した水分は結露水として下方に滴下し、図示しないドレンパンで受け止められた後に本体１の下部に配設された排水タンク２３に貯留される。そして吸熱器６において水分を冷却除去された低温低湿の空気は、吸湿領域２２で吸湿された空気とともに第２ファン１２に吸込まれ、吹出口４から本体１外部に排出されることになる。ここでヒーター１９は、再生領域２１において第２ファン１２によりデシカントローター１６に供給される空気の風向きに対する風上側からデシカントローター１６に輻射熱を照射するように配設されている。したがって第２ファン１２の風上側に位置するデシカントローター１６の上流部分に輻射熱が照射される。このデシカントローター１６の上流部分は吸湿領域２２において第２ファン１２により供給される空気と始めに接触する部分であり、供給空気からの吸湿量が高く多量の水分を保有している部分である。このデシカントローター１６の水分を多く保有している上流部分に対してヒーター１９の輻射熱が照射されるので、輻射熱の直接照射によるデシカントローター１６からの水分放出量が増加し輻射熱が水分放出に有効に利用されることになる。

さらにヒーター１９のデシカントローター１６の反対側には反射板２０が配設されており、この反射板２０によってヒーター１９が放散する輻射熱がデシカントローター１６側に反射して水分放出に再利用されてデシカントローター１６の再生がさらに促進することになる。この反射板２０は吸込口２の開口部からみてヒーター１９全体を覆蓋するように形設するのが好ましく、このように形設するとヒーター１９の輻射熱を漏れなくデシカントローター１６側に反射できるとともに、ヒーター１９の発光が吸込口２から漏れるのを遮光することができる。

また、第２ファン１２の送風経路には、吸込口２から吸引した空気の一部を、ヒーター１９を介さずにデシカントローター１６の再生領域２１に供給する第１バイパス経路２４が形成されている。この第１バイパス経路２４を流通する空気は、デシカントローター１６の回転方向におけるヒーター１９の前段および後段に供給される。

ヒーター１９の後段に供給された空気は、デシカントローター１６に蓄熱されたヒーター１９の余熱を除去してデシカントローター１６を冷却し、回転方向後段に位置する吸湿領域２２での水分吸湿を速める作用を行う。一方、ヒーター１９の前段に供給された空気は、ヒーター１９が放散する輻射熱により温度を高めてデシカントローター１６に供給される。この高温空気がデシカントローター１６を予熱することにより、デシカントローター１６の顕熱上昇に使用されるヒーター１９の直射熱量が減少し、ヒーター１９の直射熱がより有効に水分放出に用いられることになる。このように第１バイパス経路２４を通してデシカントローター１６に空気を供給することにより、吸湿効率と再生効率が高まり高効率な除湿運転が可能となる。

また、第２ファン１２の送風経路には、吸込口２から吸引した空気の一部を、ヒーター１９およびデシカントローター１６の再生領域２１を介さずに吸熱器６に供給する第２バイパス経路２５が形成されている。この第２バイパス経路２５に空気を流通させることにより、デシカントローター１６の再生に適した風量と吸熱器６における冷却減湿に適した風量とのアンバランスが解消されて除湿効率が高まることになる。この第２バイパス経路２５を通って吸熱器６に直接供給される空気とデシカントローター１６の再生領域２１を介して吸熱器６に供給される空気との風量比率は適宜設計可能であるが、ヒートポンプ９の吸熱とデシカントローター１６の再生を効果的に行うには、吸熱器６に供給する空気全体の１０％から７０％を再生領域２１に供給することが好ましい。

以上より吸熱器６での冷却減湿によって生じる凝縮水にはデシカントローター１６が吸湿領域２２において吸湿した水分と、吸込口２から直接吸熱器６に供給された空気を冷却して除去した水分の両方が含まれることになり、吸熱器６における凝縮効率の向上を促すことになる。また、吸湿領域２２と第２ファン１２を接続する送風経路には、空気流通を遮断するための第２ダンパー２６が配設されている。この第２ダンパー２６は、風路を閉塞するための遮蔽板と、遮蔽板を移動させる駆動モータを備えており、本体１の上面に配設された図示しない操作部からの指示により駆動モータが作動して遮蔽板が実線で示す切換位置２７もしくは破線で示す切換位置２８の何れか一方の位置に切り替わるように構成されている。そして第２ダンパー２６を実線で示す切換位置２７に設定すると、吸湿領域２２と第２ファン１２を結ぶ送風経路が開放状態となって第２ファン１２の運転により吸込口２から吸込まれた空気が吸湿領域２２に供給されることになり、逆に破線で示す切換位置２８に設定すると吸湿領域２２と第２ファン１２を結ぶ送風経路が閉塞状態となり、第２ファン１２を運転しても吸湿領域２２への空気供給が遮断されることになる。

さらに吸込口２の開口部には、吸込口２から吸引される空気の温度を検出する室温センサー２９と空気の湿度を検出する湿度センサー３０が配設されており、吸熱器６および放熱器７の側部配管には、蒸発温センサー３１および凝縮温センサー３２が各々着設されている。これら室温センサー２９、湿度センサー３０、蒸発温センサー３１、凝縮温センサー３２の検出値は図示しない制御手段に出力するように構成されている。

図２は、除湿機の制御ブロック図である。図に示すようにマイクロコンピュータから構成される制御手段３３が、室温センサー２９、湿度センサー３０、蒸発温センサー３１、凝縮温センサー３２の各々の検出値および操作部３４の運転指示を入力して、圧縮機５、第１ファン１１、第２ファン１２、駆動手段１７、ヒーター１９、第１ダンパー１３および第２ダンパー２６の各々の作動指示を出力することにより除湿機の運転を制御するように構成されている。

図３は、操作部３４の概略構成を示す図である。図に示すように操作部３４には、複数の操作ボタンおよび表示ランプが配列されている。操作ボタン３５は、除湿機の主電源の入切スイッチであり、この操作ボタン３５を「入」にして除湿機の運転が可能となる。また、操作ボタン３６は、運転切換スイッチであり、この操作ボタン３６を操作することにより、「除湿乾燥モード」、「自動除湿モード」、「冷風除湿モード」の三種類の除湿モードを選択できる。この除湿モードの選択状態は操作ボタン３６の上部にある表示ランプの点灯状況によって確認することができる。また、操作ボタン３７は、除湿機のタイマー運転を設定するスイッチであり、操作ボタン３７の操作により、２時間後、４時間後、８時間後に除湿機の運転を停止させることができる。この切タイマー選択状態は、操作ボタン３７の上部にある表示ランプの点灯状況によって確認することができる。また、操作ボタン３８は、本体１内部、特に吸熱器６に結露した水滴を乾燥させるための「内部乾燥モード」の選択スイッチである。この「内部乾燥モード」の実行中は操作ボタン３８内の表示ランプが点灯して目視確認ができる。また、表示部３９は、本体１が設置されている空間の湿度状態を表示するもので、湿度センサー３０の検出値に基づいて、高湿状態、適湿状態、低湿状態の３段階の表示を行うものである。また、表示ランプ４０は、排水タンク２３が満水もしくは未設置の場合に点灯して報知するためのものであり、表示ランプ４１は、異常温度上昇などの異常が検出された場合に点滅して異常報知を行うものである。

図４は、各々の除湿モードにおける制御動作を示す一覧表である。この一覧表に示した制御動作を実行するように制御手段３３にプログラミングされている。図に示すように操作ボタン３６により「除湿乾燥モード」が選択された場合は、制御手段３３が、圧縮機５、第１ファン１１、第２ファン１２、駆動手段１７およびヒーター１９を作動させるとともに、第１ダンパー１３を切換位置１４に、第２ダンパー２６を切換位置２７に設定する。そして第１ファン１１の運転により吸込口２から本体１内に吸引された空気は、放熱器７に供給され冷媒８の放熱により加熱されて温度が上昇し、第１ダンパー１３が吹出口４と連通させる切換位置１４に設定されているため、吹出口４から本体１外部に排出される。また、第２ファン１２の運転により本体１内に吸引された空気は、仕切り板１８によりデシカントローター１６の吸湿領域２２側と再生領域２１側に分流する。吸湿領域２２側に分流した空気は、デシカントローター１６により吸湿され吸着熱により温度が上昇し、高温低湿状態となって第２ファン１２に吸込まれる。一方、再生領域２１側に分流した空気は、ヒーター１９に供給されるメインの経路、ヒーター１９を介さずにデシカントローター１６に供給される第１バイパス経路２４、吸熱器６に直接供給される第２バイパス経路２５に各々分かれて供給される。メインの経路に供給された空気は、ヒーター１９で二百度以上に加熱された高温空気となってデシカントローター１６に供給され、デシカントローター１６が吸湿領域２２において吸湿した水分の放出を促してデシカントローター１６を再生する。デシカントローター１６からの放出水分を含んだ高湿の空気はエンタルピーが上昇し下流にある吸熱器６に供給される。この吸熱器６にはメインの経路からの高エンタルピー状態の空気とともに第１バイパス経路２４においてデシカントローター１６の余熱や冷却に使用された空気や第２バイパス経路２５を通った室温の空気が全て供給されて冷媒８の吸熱によって冷却される。この冷却過程で飽和した水分は排水タンク２３に回収され、吸熱器で水分を除去された低湿の空気は、デシカントローター１６の吸湿領域２２に供給された空気とともに第２ファン１２に吸込まれ、第１ファン１１から吐出された空気とともに吹出口４から本体１外部に排出される。このようにして「除湿乾燥モード」では、デシカントローター１６とヒートポンプ９を組み合せた複合除湿運転４２を実現しており、この複合除湿運転４２は、駆動手段１７とヒーター１９の作動によりデシカントローター１６の吸放湿動作を実行し、デシカントローター１６が吸湿した水分をヒーター１９の熱で放出させ、この放出した水分を含んだ高エンタルピーの空気をヒートポンプ９の作動によって吸熱器６で冷却して結露水を回収するものであり、後述するヒートポンプ９のみで除湿を行う単独除湿運転４３に対して除湿能力が高く排気温度も高温になるので洗濯物等を素早く乾燥することができる。

また、操作ボタン３６により「自動除湿モード」が選択された場合は、室温センサー２９の検出値Ｔｒおよび湿度センサー３０の検出値Ｈｒによって場合分けされる。まず、湿度センサー３０の検出値Ｈｒが高湿、例えば４０％以上で且つ室温センサー２９の検出値Ｔｒが低温、例えば１５℃未満の場合、前述した「除湿乾燥モード」と同じ複合除湿運転４２が実行される。このような周囲の環境湿度、即ち湿度センサー３０の検出値Ｈｒが高く、周囲の環境温度、即ち室温センサー２９の検出値Ｔｒが低い場合は、除湿負荷が大きく且つヒートポンプ９のみの除湿では吸熱器６内の冷媒８とのエンタルピー差が小さく除湿能力が確保し難い状況と判断し、ヒートポンプ９の冷却除湿とデシカントローター１６の吸放湿作用を組み合せた複合除湿運転４２を実行することによって除湿能力を増加し速やかに除湿を行うように制御する。

また、湿度センサー３０の検出値Ｈｒが低湿、例えば４０％未満の場合、あるいは湿度センサー３０の検出値Ｈｒが４０％以上の高湿でも室温センサー２９の検出値Ｔｒが高温、例えば１５℃以上の場合は、圧縮機５、第１ファン１１、第２ファン１２を作動させ、駆動手段１７とヒーター１９の作動を停止する単独除湿運転４３を実行する。これによりデシカントローター１６は吸湿再生動作を行わなくなり、ヒートポンプ９のみの除湿運転が行われる。すなわち第１ファン１１の運転により吸込口２から本体１内に吸引された空気は、放熱器７に供給され冷媒８の放熱により加熱されて温度が上昇し、第１ダンパー１３が吹出口４と連通させる切換位置１４に設定されているため、吹出口４から本体１外部に排出される。また、第２ファン１２により本体１内に吸引された空気は、仕切り板１８によりデシカントローター１６の吸湿領域２２側と再生領域２１側に分流し、吸湿領域２２側に分流した空気は、デシカントローター１６を通過して第２ファン１２に吸込まれ、一方、再生領域２１側に分流した空気は、ヒーター１９に供給されるメインの経路、第１バイパス経路２４および第２バイパス経路２５の各々に分流した後、下流にある吸熱器６に供給され冷媒８の吸熱により冷却されて水分を除去された後、デシカントローター１６の吸湿領域２２に供給された空気とともに第２ファン１２に吸込まれて第１ファン１１から吐出された空気とともに吹出口４から本体１外部に排出される。このヒートポンプ９の除湿能力は室温条件に大きく依存するものであり、温度が高くなるに従って除湿能力は増加する傾向を示すため、周囲環境湿度、即ち、湿度センサー３０の検出値が低い場合、あるいは周囲環境湿度、即ち、湿度センサー３０の検出値が高くても周囲の環境温度、即ち室温センサー２９の検出値Ｔｒが高い場合は、除湿負荷が小さい状況あるいは除湿負荷が大きくてもヒートポンプ９の除湿能力が確保できる状況と判断し、ヒートポンプ９のみの単独除湿運転４３を実行することによってヒーター１９に投入するエネルギーを削減して効率の良い除湿を行うように制御される。

また、操作ボタン３６により「冷風除湿モード」が選択された場合は、圧縮機５、第１ファン１１、第２ファン１２を作動される単独除湿運転４３が実行される。前述した「自動除湿モード」と相違する点は、第１ダンパー１３が切換位置１５に、第２ダンパー２６が切換位置２８に設定されることである。これにより第１ファン１１の運転により吸込口２から本体１内に吸引された空気は放熱器７に供給されて同様に冷媒８の放熱により加熱されて温度が上昇し、第１ダンパー１３が排気口３と連通させる切換位置１５に設定されているため、吹出口４の逆面に開口した排気口３から本体１外部に排出される。一方、第２ファン１２により本体１内に吸引された空気は、第２ダンパー２６がデシカントローター１６の吸湿領域２２への通風を遮断する切換位置２８に設定されているため、全てデシカントローター１６の再生領域２１側に流れ、ヒーター１９に供給されるメインの経路、第１バイパス経路２４、第２バイパス経路２５に各々分流した後、下流にある吸熱器６に全て供給されて冷媒８の吸熱により冷却されて水分を除去され後、吹出口４から本体１外部に排出される。したがって第１ファン１１の排出先である排気口３からは放熱器７で加熱された高温の空気が排出され、第２ファン１２の排出先である吹出口４からは吸熱器６で冷却減湿された低温低湿の空気が排出される。この低温の空気により使用者が吹出口４側に位置する場合には冷風感を得ることができ、逆に使用者が排気口３側に位置すれば高温空気による温風感を得ることができる。この吹出口４と排気口３は本体１の異なる面に開口されているので、吹出口４から排出される低温空気と排気口３から排出される高温空気が混ざりにくくなり、吹出口４から冷却された低温空気のみを供給する「冷風除湿モード」において使用者がより冷風感を得ることができる。

また、この「冷風除湿モード」においては環境温度に依らず駆動手段１７とヒーター１９は停止状態であるため、デシカントローター１６による吸熱器６への供給空気のエンタルピー上昇が行われず、環境温度が低温になると吸熱器６への着霜現象が発生し除湿能力が大きく低下することになる。そこで吸熱器６の側部配管に具設した蒸発温センサー３１の検出値Ｔｅにより着霜状態を判断し、検出値Ｔｅが０℃未満となった場合には、圧縮機５を停止させるとともに駆動手段１７およびヒーター１９を作動して除霜運転を行う。この除霜運転は、圧縮機５の停止により吸熱器６での吸熱動作を停止して吸熱器６の温度を上昇させ、さらに駆動手段１７とヒーター１９の作動によりデシカントローター１６を介してヒーター１９の熱を第２ファン１２により送風される空気に与えて高温にして吸熱器６に供給することで吸熱器６に付着した霜を速やかに溶解して除去するものである。ここでデシカントローター１６の回転が停止したままだとヒーター１９の発熱がデシカントローター１６の一部に常に供給され続けるため、デシカントローター１６の温度が上昇し過ぎて吸湿剤が劣化してしまうため、駆動手段１７によりデシカントローター１６を回転させて第１バイパス経路２４を利用してデシカントローター１６を冷却するようにしている。そして吸熱器６の霜が完全に除去されて蒸発温センサー３１の検出値Ｔｅが所定値、例えば０℃以上に回復したら、再び圧縮機５を動作させるとともに駆動手段１７とヒーター１９の作動を停止し、「冷風除湿モード」を再開するようにしている。

また、操作ボタン３８の操作により、「内部乾燥モード」が設定された場合は、制御手段３３が、第２ファン１２、駆動手段１７、ヒーター１９のみ作動させ、第１ダンパー１３を切換位置１５に、第２ダンパー２６を切換位置２８に設定する。「内部乾燥モード」は、除湿機を長期間使用せずに収納する場合などに吸熱器６に付着した水滴を乾燥させて黴や臭いの発生を防止するためのものであり、第２ファン１２の作動により吸込口２から本体１内に吸引された空気を、第２ダンパー２６を切換位置２８に設定することによって全てデシカントローター１６の再生領域２１側に供給し、駆動手段１７とヒーター１９の作動によりデシカントローター１６を介してヒーター１９の熱を第２ファン１２により送風される空気に与えて高温にして吸熱器６に供給することで吸熱器６に付着した水滴を短時間で乾燥させるものである。ここでデシカントローター１６を駆動手段１７により回転させるのは、前述したように温度過昇を抑制するためであり、また、第２ダンパー２６により吸湿領域２２への空気供給を遮断するのは、デシカントローター１６の吸放湿動作に伴う吸熱器６への高湿空気供給を抑制して吸熱器６の乾燥をより速やかに行うためである。そして吸熱器６に供給された空気は第２ファン１２に吸込まれて排気口３から排出される。第１ダンパー１３によって第２ファン１２の排出先を排気口３に設定したのは、排気口３が吸込口２と同一面に開口されており、排気された高温空気が吸込口２にショートサーキットすることにより吸熱器６への供給空気温度を上昇させて付着水滴の乾燥をより速やかに実行するためである。

以上のように各々の除湿モードに応じて制御手段３３が、圧縮機５、第１ファン１１、第２ファン１２、駆動手段１７、ヒーター１９、第１ダンパー１３、第２ダンパー２６を制御し、複合除湿運転４２と単独除湿運転４３を適切に切り換えることにより、使用環境や使用者の好みに応じた多様な運転形態を実現している。

図５は、各除湿モードにおける環境温度−除湿能力特性を示すグラフである。図のグラフは除湿機が設置されている環境の相対湿度を６０％に設定した場合の環境温度と除湿能力の関係を示しており、点線のデータは「除湿冷風モード」時の除湿能力特性、破線のデータは「乾燥除湿モード」時の除湿能力特性、実線のデータは「自動除湿モード」時の除湿能力特性を示している。「除湿冷風モード」では、ヒートポンプ９の吸熱作用のみで除湿するため除湿能力の温度依存性が高く、特に低温条件では除湿能力が大きく低下する。また、「除湿乾燥モード」では、ヒートポンプ９の吸熱作用に加え、駆動手段１７とヒーター１９の作動によるデシカントローター１６の吸放湿作用が加わり、除湿能力が向上する。特に低温条件では、ヒーター１９および再生領域２１において加熱加湿された高エンタルピーの空気が吸熱器６に供給されるため吸熱器６への霜の付着が防止されて除湿能力が大幅に改善する。また、「自動除湿モード」では、室温センサー２９の検出値Ｔｒが１５℃未満で駆動手段１７とヒーター１９を作動させ、検出値Ｔｒが１５℃以上で駆動手段１７とヒーター１９を停止させている。したがって環境温度が１５℃未満では「除湿乾燥モード」と同一の除湿能力となり、１５℃以上では「冷風除湿モード」と同一の除湿能力となる。このように室温センサー２９の検出値Ｔｒに基づいて制御することにより、温度条件に依らず年間を通じて効率良く安定した除湿運転を行うことができる。

図６は、各環境温度における第１ファン１１の設定風量と吸熱器６および放熱器７の温度の関係を示したグラフである。図に示すように第１ファン１１の風量は、横軸に記した環境温度に対して三段階に調整するように制御される。この制御方法は、環境温度、即ち、本体１内への吸込温度を室温センサー２９で検出し、その検出値Ｔｒに基づいて制御手段３３が第１ファン１１の風量ノッチの設定および切換を行うことにより実現される。第１ファン１１はＨノッチ、Ｍノッチ、Ｌノッチの３段階の風量切換が可能となっており、室温センサー２９の検出値Ｔｒが３０℃以上の場合はＨノッチ、検出値Ｔｒが１０℃以上３０℃未満の場合はＭノッチ、１０℃未満の場合はＬノッチに設定される。ヒートポンプ９は環境温度に応じて作動圧力が変化する特性を有しており、環境温度が高温になると放熱器７での放熱能力が減少して作動圧力が上昇し、逆に環境温度が低温になると吸熱器６での吸熱量が減少して作動圧力が低下する。そして高温環境における作動圧力の上昇は圧縮機５の高圧上昇につながり、また、低温環境における作動圧力の低下は吸熱器６への着霜を助長する。したがって上述したように環境温度に応じて第１ファン１１の風量を調整することにより、３０℃以上の高温環境下では、放熱器７への供給空気量を増加することで放熱能力を確保して圧縮機５の高圧上昇を抑制し、１０℃以下の低温環境下では、放熱器７への供給空気量を減らすことで放熱器７の圧力を上昇させて第２ファン１２が供給する空気の温度を高め吸熱器６における着霜を抑制することができる。図６のグラフには第１ファン１１の風量を制御した場合の放熱器７および吸熱器６の温度を併せて示している。図に示すように第１ファン１１の風量を増加するに従い放熱器７および吸熱器６の温度が段階的に低下しており、環境温度に応じて第１ファン１１の風量を調整することで放熱器７および吸熱器６の温度を所望の範囲内に制御し、ヒートポンプ９を適正な使用範囲で運転することが可能であることが分かる。

以上、説明した構成および動作により、本実施形態の除湿機は、以下の効果を奏するものである。

本体１内に環状の循環通路や水分回収用の熱交換器を設けずにデシカントローター１６が吸湿した水分を吸熱器６で結露水として回収するので装置の簡略化、小型化を図ることができる。

また、第２ファン１２の空気供給方向における風上側からデシカントローター１６にヒーター１９の輻射熱を照射して、再生領域２１に位置するデシカントローター１６の水分を多く保有している部分を輻射熱で直接加熱して効率良く水分を取り出し、この水分を含み高湿となった空気を吸熱器６に供給して冷媒８とのエンタルピー差を確保することでヒートポンプ９を作動させ除湿効率を高めることができる。

また、ヒーター１９が放散する輻射熱を反射板２０でデシカントローター１６に向けて反射し、デシカントローター１６の再生エネルギーに利用して水分抽出効率を高めることができる。

また、デシカントローター１６の回転方向におけるヒーター１９の前段および後段に位置する再生領域２１に第１バイパス経路２４を通じて空気を供給し、ヒーター１９後段に供給した空気でデシカントローター１６を冷却して吸湿領域２２での水分吸湿を速めるとともにヒーター１９前段に供給した空気でデシカントローター１６を予熱して水分を放出しやすくすることで除湿効率を高めることができる。

また、デシカントローター１６の再生に適した風量と吸熱器６における冷却減湿に適した風量とのアンバランスを、第２バイパス経路２５を設けて解消することで除湿効率を高めることができる。

また、ヒートポンプ９のみで除湿を行う単独除湿運転４３と、ヒーター１９の加熱によりデシカントローター１６から水分を放出させ、この水分を含み高湿となった空気を吸熱器６に供給して冷媒８とのエンタルピー差を確保し、ヒートポンプ９を作動させて除湿効率を高める複合除湿運転４２とを選択可能にすることができる。

また、吸込口２から吸気した空気が低温の場合は複合除湿運転４２を実行して除湿量を確保し、逆に高温の場合はヒートポンプ９のみの単独除湿運転４３を実行して消費電力を抑えることで環境温度に適応した効率の良い除湿運転を行うことができる。

また、吸込口２から吸気した空気が高湿の場合は複合除湿運転４２を実行して除湿量を増加し、逆に低湿の場合はヒートポンプ９のみの単独除湿運転４３を実行して消費電力を抑えることで除湿負荷に適応した効率の良い除湿運転を行うことができる。

また、第１ファン１１により放熱器７に供給されて加熱された高温空気と、第２ファン１２により吸湿領域２２や吸熱器６に供給されて除湿された低湿空気とを、吹出口４と排気口３とに分離して排出する排気形態と高温空気と低湿空気を共に吹出口４から排出する排気形態を使用目的に応じて選択することができる。

また、第１ファン１１の排出先が排気口３に設定された場合に単独除湿運転４３を実行し、第２ファン１２により送風される空気にデシカントローター１６の吸着熱やヒーター１９の余熱を与えずに吹出口４から排出することで室温上昇を抑制することができる。

また、第１ファン１１の排出先が排気口３に設定された場合にデシカントローター１６の吸湿領域２２への空気供給を遮断して第２ファン１２により送風される空気の大半を吸熱器６で冷却し吹出口４から排出することで冷風を供給可能にすることができる。

また、圧縮機５を停止して吸熱器６での吸熱動作を停止するとともにヒーター１９の熱をデシカントローター１６を介して吸熱器６に供給することで吸熱器６に付着した霜を除去することができる。

また、供給空気の温度が低い場合は第１ファン１１の風量を減らし、逆に供給空気の温度が高い場合は第１ファン１１の風量を増やすことでヒートポンプ９の作動圧力を適正に調整し、高圧上昇や着霜を抑制することができる。

また、吹出口４と排気口３を本体１の異なる面に開口したので、吹出口４から排出される空気と排気口３から排出される空気が混ざりにくくなり、吹出口４から冷却された低温空気のみを供給する「冷風除湿モード」において使用者がより冷風感を得ることができる。

また、反射板２０を吸込口２側から見てヒーター１９を覆うように配設したので、ヒーター１９の発光が吸込口２から漏れるのを遮光することができる。

また、圧縮機５を停止してヒートポンプ９の作動を停止し、第２ファン１２、駆動手段１７、ヒーター１９を運転して吸熱器６に温風を供給し、吸熱器６に付着した水滴を乾燥させる「内部乾燥モード」を設けたので、残水による黴や臭いの発生を抑制することができる。

以上説明した内容は、発明を実施するための一形態についてのみ説明したものであり、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、第１ダンパー１３を、第１ファン１１の排出先を吹出口４側に設定する切換位置１４と、排気口３側に設定する切換位置１５の２段階の切換を行うように構成したが、第１ダンパー１３の切換パターンは上記２段階にとどまるものではない。例えば、切換位置１４と切換位置１５の中間位置に設定可能に構成して、第１ファン１１の排出先を吹出口４と排気口３の双方に設定するようにしてもよい。そして第１ダンパー１３の切換パターンは、切換位置１４と中間位置の２段階、中間位置と切換位置１５の２段階、切換位置１４と中間位置と切換位置１５の３段階など様々なパターンに適用することができる。

また、上記実施の形態では、第１ダンパー１３により第１ファン１１の排出先を吹出口４もしくは排気口３に切換可能に構成したが、第１ダンパー１３で第２ファン１２の排出先を切り換えるように構成しても同様の効果を奏することができる。例えば、第２ファン１２の排出先を排気口３に切り換えた場合は、吹出口４からは放熱器７で加熱された高温空気のみが供給されるので、洗濯物の乾燥等に有効に活用することができる。

また、第１ダンパー１３を第１ファン１１と第２ファン１２の各々の排出先を吹出口４と排気口３の何れかに個別に切換可能に構成しても良い。この場合、吹出口４からは、吸熱器６で冷却された低温の空気あるいは放熱器７で加熱された高温の空気を供給することが可能となり使い勝手をさらに向上できる。

また、上記実施の形態では、第１バイパス経路２４によってデシカントローター１６の回転方向における再生領域２１の前段および後段の双方に吸込口２から空気を供給する構成としたが、再生領域２１の前段もしくは後段の何れか一方のみに空気を供給するように第１バイパス経路２４を構成しても良い。

また、上記実施の形態では、「自動除湿モード」において室温センサー２９の検出値Ｔｒが１５℃未満でヒーター１９および駆動手段１７を作動させてデシカントローター１６の吸放湿作用を組み合せる複合除湿運転４２を行い、検出値Ｔｒが１５℃以上でヒーター１９および駆動手段１７を停止させてヒートポンプ９のみで除湿を行う単独除湿運転４３を実行する構成としたが、例えば、ヒーター１９の出力を大、小の２段階に切換可能に構成し、検出値Ｔｒが１０℃未満でヒーター１９の出力を大に設定して複合除湿運転４２を実行し、検出値Ｔｒが１０℃以上かつ２０℃未満でヒーター１９の出力を小に設定して複合除湿運転４２を実行し、検出値Ｔｒが２０℃以上でヒーター１９を停止して単独除湿運転４３を実行するような多段階の運転形態にしてもよい。

また、上記実施の形態では、操作部３４で「除湿冷風モード」が選択された場合にヒーター１９を停止するように制御したが、ヒーター１９の出力を調整可能に構成して「除湿冷風モード」においてヒーター１９を低出力で作動させるように制御してもよい。その場合、駆動手段１７を作動させて冷風を供給しつつデシカントローター１６の吸放湿作用を行わせてもよい。

また、吸込口２の開口面に着脱自在にフィルターを配設して本体１内部への異物流入を抑制する、あるいは排気口３や吹出口４にルーバー機構を設け、排出空気の排気方向を変更可能に構成するなど適宜設計してもよい。

また、排気口３に着脱自在に排気ダクトを設け、排気口３から排出される高温空気を吹出口４から遠方に排出するように構成してもよい。この場合、排気ダクトからの排気を本体１が配置される空間とは別の空間に排出した場合には、本体１が置かれている空間に、吹出口４からの低温空気のみを供給することも可能となり、快適性をさらに向上できる。

また、第１ダンパー１３の切り換えを駆動モータにより遮蔽板を移動させて実行する構成としたが、本体１の上面にある操作部３４に遮蔽板に連結したレバーを設けて手動で切り換えるように構成してもよい。その場合は、遮蔽板に磁石を設け、何れかの位置、例えば切換位置１４側にホール素子などの位置検出器を配設して、第１ダンパー１３の設定位置を検出可能に構成することが望ましい。

以上のように本発明にかかる除湿機は、小型で簡略な構成でヒートポンプとデシカントローターを複合させ、低温時でもヒートポンプを利用して効率良く除湿できるものであり、除湿機、乾燥機、衣類乾燥機、洗濯乾燥機、浴室換気乾燥機、溶剤回収装置または空調機等の高効率な除湿機能が望まれる用途に適している。

本発明の実施の形態１に係る除湿機の概略断面図 同除湿機の制御ブロック図 同除湿機の操作部の概略構成図 同除湿機の運転モード別制御動作一覧を示す図 同除湿機の各運転モード別除湿能力特性グラフ 同除湿機の各環境温度における第１ファンの設定風量と吸熱器および放熱器の温度の関係を示したグラフ

符号の説明

１ 本体
２ 吸込口
３ 排気口
４ 吹出口
５ 圧縮機
６ 吸熱器
７ 放熱器
８ 冷媒
９ ヒートポンプ
１０ 減圧機構
１１ 第１ファン
１２ 第２ファン
１６ デシカントローター
１７ 駆動手段
１９ ヒーター
２０ 反射板
２１ 再生領域
２２ 吸湿領域
２４ 第１バイパス経路
２５ 第２バイパス経路

Claims (4)

1. 吸込口（２）と吹出口（４）を開口した本体（１）内に、ａ）冷媒（８）を圧縮する圧縮機（５）と前記冷媒（８）が供給空気に放熱する放熱器（７）と前記冷媒（８）を膨張させて減圧する減圧機構（１０）と前記冷媒（８）が供給空気から吸熱する吸熱器（６）とを配管接続した蒸気圧縮式のヒートポンプ（９）と、ｂ）駆動手段（１７）によって回転し、吸湿領域（２２）では供給空気から吸湿するとともに再生領域（２１）では加熱されて水分を放出するデシカントローター（１６）と、ｃ）前記吸込口（２）から空気を吸引し、前記放熱器（７）に供給して前記吹出口（４）から排出する第１ファン（１１）と、ｄ）前記吸込口（２）から空気を吸引して前記吸湿領域（２２）と前記再生領域（２１）に分配供給し、前記再生領域（２１）に供給された空気を更に前記吸熱器（６）に供給して前記吸湿領域（２２）に供給された空気とともに前記吹出口（４）から排出する第２ファン（１２）と、ｅ）前記第２ファン（１２）の空気供給方向における風上側から前記デシカントローター（１６）に向けて輻射熱を照射して前記デシカントローター（１６）を加熱するヒーター（１９）と、を備えた、除湿機。
2. ヒーター（１９）が放散する輻射熱をデシカントローター（１６）に向けて反射する反射板（２０）を備えた、請求項１記載の除湿機。
3. 第２ファン（１２）により吸込口（２）から吸引された空気の一部を、ヒーター（１９）を介さずにデシカントローター（１６）の再生領域（２１）に供給する第１バイパス経路（２４）を形成した、請求項１または２に記載の除湿機。
4. 第２ファン（１２）により吸込口（２）から吸引された空気の一部を、ヒーター（１９）およびデシカントローター（１６）の再生領域を介さずに吸熱器（６）に供給する第２バイパス経路（２５）を形成した、請求項１乃至３のいずれかに記載の除湿機。

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