JP4958935B2

JP4958935B2 - 除湿空調装置

Info

Publication number: JP4958935B2
Application number: JP2009096758A
Authority: JP
Inventors: 允煥李
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-04-13
Filing date: 2009-04-13
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2029-04-13
Also published as: JP2010249342A

Description

本発明は、液体デシカントを用いる除湿空調装置に関し、特に吸収器及び再生器に係るものである。

従来、液体デシカント除湿空調装置として例えば「濃縮器によって適切な濃度に管理された除湿剤溶液を、液冷却器で適切な温度に冷却した後、空気冷却器に供給し、空気冷却器において充填材や板を収容した容器や壁等に除湿剤溶液を散布して被冷却空気と熱交換し、これにより室温と湿度とを同時に制御・・・」する液体デシカント除湿空調装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−４５８０３号公報（請求項２、図２）

上記の特許文献１の液体デシカント除湿空調装置では、デシカント溶液が吸収器及び再生器の伝熱管の構成材料である金属に対し強い腐食性を有する。そのため、デシカント溶液による腐食を回避する目的で、耐食性を有する高価な合金を吸収器及び再生器の材料に用いる必要があった。しかしその場合、液体デシカント除湿空調装置の製造及び維持コストが増大するという問題点があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、デシカント溶液に対する耐食性を維持しつつも、高価な耐食性の合金の使用量を低減して製造及び維持コストを抑えた、液体デシカント除湿空調装置用の吸収器及び再生器を提供することを目的とする。

本発明に係る除湿空調装置は、デシカント濃溶液が空気中の熱及び水蒸気を吸収してデシカント希溶液に変化することで、前記空気を冷却乾燥させて処理空気を生成する吸収器と、前記デシカント希溶液から熱及び水蒸気を放出させて、前記デシカント希溶液を前記デシカント濃溶液に再生させる再生器とを備えた除湿空調装置であって、前記吸収器及び再生器の少なくとも一方は、前記デシカント濃溶液に対する耐食性を有した合金から形成され、内部に前記デシカント濃溶液又は希溶液（以下、デシカント溶液と示す。）とは異なる伝熱流体が流動する複数の流路が形成されている熱交換プレートと、非腐食性基板から形成され、かつ対向する前記熱交換プレートの表面を流下する前記デシカント溶液が供給されて前記デシカント溶液の液膜流を表面に形成し、空気と前記液膜流とが接触することで前記空気と前記デシカント溶液との間で熱交換及び水分の脱吸着が行われる前記表面を提供するデシカント捕集フィンとを有することを特徴とする。

本発明においては、吸収器及び再生器の熱交換手段として熱交換プレートを用いることにより伝熱性能を向上させ、かつ装置自体をコンパクト化することにより、高価な耐食性の合金の使用を低減し製造及び維持コストを削減することができる。

液体デシカント除湿空調装置の基本構成図である。 (a) 熱交換プレートと波形フィンとを有する吸収器又は再生器の構成図である。(b) 一対の熱交換プレートに挟まれた波状フィンの部分拡大図である。ウェブにより分離された複数の内部チャンネルを有する熱交換プレートの断面図である。熱交換プレート及び熱交換プレートと嵌合可能な三角形差込み部の斜視図である。複数の内部チャンネルで構成された多重流動パスを有し、伝熱流体の流動方向を１８０°転換させる円形の切抜き部を備えた熱交換プレートの正面図である。三角形の切抜き部と三角形差込機構とを有する熱交換プレートの斜視図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る、液体デシカント除湿空調装置の基本構成図である。ただし、吸収器及び再生器の詳細は図示していない。吸収器及び再生器の詳細については後述する。
液体デシカント除湿空調装置は、除湿部１と再生部７とを有している。除湿部１では、デシカント溶液をクーラ３により冷却した後、吸収器６の伝熱管群にスプレーして処理空気２と気液接触させることによって、処理空気２中の水分をデシカント溶液に吸湿させる。

連続的に除湿を行うには、デシカント溶液に吸湿された水分を除去する再生過程が必要となる。吸湿して除湿能力が低下したデシカント希溶液５は、ポンプ１４により再生部７に送られる。再生部７ではデシカント希溶液５を、ポンプ１３を介してヒータ９により加熱した後、再生器１２の伝熱管群にスプレーし、フラッシングにより発生した蒸気を再生空気８と接触させて排気する。するとデシカント希溶液５は加熱濃縮されてデシカント濃溶液１１となり、吸湿能力を回復する。このように従来の液体デシカント除湿空調装置では、デシカント濃溶液１１が吸収器６の伝熱管群に直接噴霧されることにより、空気を冷却し空気中の水蒸気を吸収していた。またデシカント希溶液５を再生器１２の伝熱管群に直接噴霧することにより、空気を加熱し空気中に水蒸気を放出する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る吸収器又は再生器の構成図である。以下、吸収器として説明するが、再生器の場合も同様の構成である。
吸収器２０は、熱交換プレート２１と、デシカント捕集波形フィン２２（以下、波形フィンと呼ぶ）と、分配多枝管２３と、分配管２４と、分配パッド２５とを有する。

熱交換プレート２１は、プレート面と垂直な方向に一定間隔で複数枚配置されている。波形フィン２２は隣接する熱交換プレート２１同士の間に設けられ、波形フィン２２と熱交換プレート２１との間には、デシカント溶液が通過できる程度の間隙を有している。分配パッド２５は、熱交換プレート２１の面上部に配置され、分配パッド２５の上面には分配管２４が設けられている。分配管２４は、分配多枝管２３に接続されている。
波形フィン２２は非金属材料で形成されているが、その表面はデシカント溶液が一様に流れるように処理されている。また分配パッド２５は、開放型セル泡又は不織布織物等の多孔性物質で構成されている。

波形フィン２２の適切な形態として、プラスチック、メタル、カーボン、グラス、セラミック又はセルロース等の非腐食性の繊維で作られる不織布織物シート又はメッシュが挙げられる。また、波形フィン２２の表面に適する物質として、プラスチック、メタル、カーボン、グラス、セラミック、ミネラル又はセルロース等の非腐食性物質で構成される砂塵又は繊維を有する薄膜が挙げられる。

分配多枝管２３は、デシカント溶液が供給源から搬送される際の通り道となる。デシカント溶液は、分配多枝管２３から分配管２４を介して分配パッド２５へと流入する。分配パッド２５は、デシカント溶液を熱交換プレート２１及び波形フィン２２の表面上に広く拡散させる働きをする。以下、分配多枝管２３、分配管２４及び分配パッド２５の総称を、デシカント溶液供給アセンブリと示す。

分配管２４から放出されたデシカント溶液は、分配パッド２５を介して拡散し、熱交換プレート２１及び波形フィン２２の表面上を一様に流下する。一方、吸収器２０を通過する空気は、隣接する熱交換プレート２１同士の間隙や波状フィン２２と熱交換プレート２１とで形成される間隙を通過する。波形フィン２２及び熱交換プレート２１の表面上を流下するデシカント溶液と空気が接触することにより、前記空気は冷却かつ乾燥される。

図２(b)を用いて、分配パッド２５から流下したデシカント溶液が、熱交換プレート２１と波形フィン２２の境界部分２６に流入する際の流路について説明する。図２(b)に示す境界部分２６で、デシカント溶液の流路は２通りに分かれる。すなわち、熱交換プレートの前面２７上を流下する場合（流路Ａ）と、波形フィン２２の内表面に沿って流下する場合（流路Ｂ）である。

図２(b)に示す流路Ａの場合、熱交換プレートの前面２７は、熱交換プレート２１内部を流れる伝熱流体により冷却されるため、流路Ａをたどるデシカント溶液は熱交換が行われて冷却される。さらに前記デシカント溶液は、熱交換プレートの前面２７を流下しながら空気中の水蒸気を吸収する。
一方、流路Ｂの場合、デシカント溶液は波形フィン２２の内表面に沿って流下しながら空気中の水蒸気を吸収する。また、熱交換プレートの背面２８と波形フィン２２との間に形成される流路Ｃの場合、流路Ｃをたどるデシカント溶液は熱交換プレートの背面２８で冷却されながら空気中の水蒸気を吸収する。

以上のように、各流路をたどるデシカント溶液は流下しながら空気を冷却し、かつ前記空気が有する水蒸気を吸収する。この冷却及び水蒸気の吸収は繰り返し行われる。前記水蒸気の吸収の一部が非金属の波形フィン２２上で行われることにより、空気とデシカント溶液との接触表面積の一部を波形フィン２２が担うことができる。そこで、従来の吸収器の伝熱管に必要な耐食性合金の使用量を低減することができる。

波形フィン２２は、熱交換プレート２１と複数の箇所で、熱交換プレート２１の表面と最も近くなるように配置される。熱交換プレート２１の表面と波形フィン２２が最も近くなる箇所では、デシカント溶液にとって最も狭い流路となる。したがってデシカント溶液の流れを整えてから、再び薄膜流を形成することができ、熱交換プレート２１の表面の濡れ性が回復する。このような、デシカント溶液の流れを整えて薄膜を形成する機構がないと、熱交換プレート２１の表面上には不連続的な小川の模様をなしたデシカント液筋ができやすくなる。小川の模様のデシカント液筋の存在は、熱交換プレート２１の表面の一部でしかデシカント溶液との熱交換が行われていないことを意味する。

図３は、本発明の実施の形態１に係る、熱交換プレート２１の断面図である。
熱交換プレート２１は伝熱性能を向上させるために、熱交換プレート２１内を流れる伝熱流体に対し、複数の流路が形成されることが望ましい。熱交換プレート２１はその厚み以上の長さと幅を有するとともに、伝熱流体の流動に必要な複数の内部チャンネル３２を有する。熱交換プレート２１の内部は、一定間隔で配置された複数のウェブ３３により分割され、熱交換プレート２１の外面は、一様な形に維持された一組のプレート壁３４から形成される。ウェブ３３は、伝熱流体の搬送のための複数の流体搬送チャンネルを提供する。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る熱交換プレート４１の斜視図である。
熱交換プレート４１は、複数の差込機構チャンネル４３を有した三角形差込機構４４と結合することができる。三角形差込機構４４が熱交換プレート４１と結合した時に、熱交換プレート４１の内部チャンネル４２が差込機構チャンネル４３と接続され、プレート内で上下２方向の流路を形成することができる。例えば、伝熱流体は熱交換プレート４１の一方の内部チャンネル４２に流入してから差込機構チャンネル４３に流入する。その後、熱交換プレート４１の他方の内部チャンネル４２に流入する際は、伝熱流体の流入方向が１８０°転換される。このように伝熱流体の方向転換を、外部のマニホルダやフィティングを追加することなく、熱交換プレート４１内部で行うことができる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る、多重流動パスを備えた熱交換プレート５７である。
熱交換プレート５７に多重流動パスを設けることで、伝熱性能を向上させるために、伝熱流体を上下交互に流すことが可能になる。伝熱流体は入口５１から熱交換プレート５７に流入し、Ａ方向にチャンネル内を流れる。図５に示すように、伝熱流体はまず三つのチャンネルからなる１番目のチャンネルセット５２Ａ内を流れる。伝熱流体がチャンネルセット５２Ａ内を流れ、入口５１からエンド部５４に到達した後、流れ方向が１８０°転換し、２番目のチャンネルセット５３Ｂ内をＢ方向に流れ始める。流動方向の逆転は、熱伝導プレート５７のエンド部５４にある切抜き部５５により行われる。

切抜き部５５の形状は充分長く、伝熱流体の流れ方向が１８０°転換する際に生じる、伝熱流体の圧力損失を回避できる程度の転換領域を有する。図５で、切抜き部５５には複数のチャンネルから伝熱流体が流入する。切抜き部５５は、伝熱流体が矢印Ｂで示された方向に向かうために充分な径を有する円形のものである。熱交換プレート５７には、伝熱流体が入口５１から出口５６に向かってプレート内部を上下に流れるように、充分な数の切抜き部５５が備えられている。

図６に示す熱交換プレートは、伝熱流体の流れ方向を切り換える手段として、三角形切り抜き部６１を有する。三角形切抜き部６１に三角形差込機構６２を挿入することで、伝熱流体の流れ方向を１８０°転換させて逆方向に流すことができる。なお、切り抜き部の形状は三角形に限らず、円形、半円形又は長方形としてもよい。

１除湿部、２処理空気、３クーラ、４デミスター、５デシカント希溶液、６吸収器、７再生部、８再生空気、９ヒータ、１０デミスター、１１デシカント濃溶液、１２再生器、１３ポンプ、１４ポンプ、２１熱交換プレート、２２デシカント捕集波形フィン、２３分配多枝管、２４分配管、２５分配パッド、２６境界部分、２７熱交換プレートの前面、２８熱交換プレートの背面、３２内部チャンネル、３３ウェブ、３４プレート壁、４１熱交換プレート、４２内部チャンネル、４３差込機構チャンネル、５１入口、５２ＡＡ方向のチャンネルセット、５３ＢＢ方向のチャンネルセット、５４エンド部、５５切り抜き部、５６出口、５７熱交換プレート、６１三角形切り抜き部、６２三角形差込機構、６３入口、６４出口、６５熱交換プレート。

Claims

デシカント濃溶液が空気中の熱及び水蒸気を吸収してデシカント希溶液に変化することで、前記空気を冷却乾燥させて処理空気を生成する吸収器と、
前記デシカント希溶液から熱及び水蒸気を放出させて、前記デシカント希溶液を前記デシカント濃溶液に再生させる再生器と
を備えた除湿空調装置であって、
前記吸収器及び再生器の少なくとも一方は、
前記デシカント濃溶液に対する耐食性を有した合金から形成され、内部に前記デシカント濃溶液又は希溶液（以下、デシカント溶液と示す。）とは異なる伝熱流体が流動する複数の流路が形成されている熱交換プレートと、
非腐食性基板から形成され、かつ対向する前記熱交換プレートの間に配置され、前記熱交換プレートの表面を流下する前記デシカント溶液が供給されて前記デシカント溶液の液膜流を表面に形成し、空気と前記液膜流とが接触することで前記空気と前記デシカント溶液との間で熱交換及び水分の脱吸着を行うデシカント捕集フィンと
を有すること
を特徴とする除湿空調装置。
前記デシカント捕集フィンは前記熱交換プレートと複数の箇所で最も近くなるように配置され、空気が前記熱交換プレートと前記デシカント捕集フィンとの間を通過できること
を特徴とする請求項１に記載の除湿空調装置。
前記デシカント捕集フィンが波形であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の除湿空調装置。
前記熱交換プレートの上部には、デシカント溶液を搬送するためのデシカント溶液供給アセンブリが設けられ、
前記デシカント溶液供給アセンブリは、
前記デシカント溶液の供給源から前記デシカント溶液が搬送される分配多枝管と、
前記分配多枝管から前記デシカント溶液が流入する分配管と、
前記分配管から供給された前記デシカント溶液を前記熱交換プレートの上部に搬送するための分配パッドと
を有すること
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の除湿空調装置。
前記熱交換プレートは、複数の前記流路から形成されるチャンネルセットを有すること
を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の除湿空調装置。
前記チャンネルセットは、隣接する前記チャンネルセットの末端部分同士を接続させる連結手段を有し、前記連結手段は前記熱交換プレート内に切り抜き部と前記切り抜き部に嵌合可能な差込機構とを備えられ、前記差込機構を前記切り抜き部に嵌合させることにより、前記チャンネルセット内を導通する前記伝熱流体の流動方向を１８０°転換させること
を特徴とする請求項５に記載の除湿空調装置。
前記切り抜き部の形状が、円形、半円形、三角形又は長方形の何れかであること
を特徴とする請求項６に記載の除湿空調装置。