JP5285860B2 - 除湿装置 - Google Patents

Description

本発明は、除湿装置に関するものである。

従来、下記特許文献１及び２に開示されているように、空気を除湿するための除湿装置が知られている。具体的に、特許文献１に示された除湿装置は、蒸発器（冷却器）及び凝縮器を備えた蒸気圧縮式に構成されており、蒸発器によって空気中の水分を蒸発させて除湿するようにしている。そして、除湿後の空気が凝縮器で室温近くに加熱されて乾燥室に戻されるようになっている。

特許文献２の除湿装置では、空気の吸い込み側にペルチエ素子の吸熱側が配置されるとともに、空気の吐出側にペルチエ素子の放熱側が配置されている。そして、湿った空気はペルチエ素子の吸熱側で冷却されて結露し、これにより空気の除湿が行われ、この除湿された空気は、ペルチエ素子の放熱側によって熱風となって吐出されるようになっている。
特開２００１−１３６９４４号公報 特開平６−３０４３９３号公報

前記特許文献１に開示された除湿装置では、蒸気圧縮式に構成されているため、冷却能力及び除湿能力が大きいが、除湿装置を駆動するために必要な動力が大きくなるという問題がある。また、蒸発器における顕熱比（ＳＨＦ）は０．８程度であり、潜熱負荷に対する顕熱負荷の比が大きい。このため蒸気圧縮式では除湿能力は大きいものの除湿効率は決して高いとは言えない。

一方、前記特許文献２に開示されたペルチエ素子の吸熱側で空気を冷却することによって空気中の水分を結露させる構成では、動力は小さくなるが、空気を冷却する能力すなわち顕熱を奪う能力が大きく、除湿の観点からは効率的とは言えず、このものでもやはり除湿効率が低いという問題がある。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、駆動するための動力が低く、かつ除湿効率の高い除湿装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、空気を除湿するための除湿装置であって、作動流体が封入されるとともにヒートパイプ現象を生じさせ得るように、ヒートパイプ、又は、蛇行細管型ヒートパイプ若しくは自励振動式ヒートパイプによって構成された本体部と、前記本体部の基側部で気体状の前記作動流体を凝縮させるための吸熱部と、前記本体部の基側部と前記本体部の先側部との間の位置で、前記本体部に外嵌される断熱部と、前記空気の温度を検出する温度検出手段と、前記空気の相対湿度を検出する湿度検出手段と、前記温度検出手段及び前記湿度検出手段による検出結果に基づいて前記吸熱部を制御する制御手段と、前記空気の相対湿度の設定値を入力する入力部と、を備え、前記本体部は、液体状の前記作動流体が蒸発する前記本体部の先側部で空気を除湿し、前記吸熱部は、ペルチエ素子の吸熱側によって構成され、前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記空気の温度と前記湿度検出手段により検出された前記空気の相対湿度とから前記空気の絶対湿度の検出値を求める一方、前記温度検出手段により検出された前記空気の温度と前記入力部から入力された前記設定値とから前記空気の絶対湿度の目標値を求め、前記絶対湿度の検出値を前記絶対湿度の目標値に近づけるように前記ペルチエ素子を制御する除湿装置である。

本発明では、本体部の先側部に空気中の水分が接触すると、この先側部に接触した水分が凝縮する。これにより空気が除湿される。一方、本体部内では、水分の凝縮に伴って先側部の作動流体が蒸発し、気体状になって略音速で本体部内を基側部に移動する。基側部では、吸熱部によって作動流体の潜熱が奪われ、作動流体は凝縮する。このように本体部内では作動流体の蒸発と凝縮が繰り返される。このとき、断熱部によって、本体部の先側部を流通する空気から基側部への伝熱が遮断されているので、本体部内において先側部と基側部との温度差が所定温度以上に維持される。これにより、本体部における作動流体の蒸発及び凝縮を確保することができる。このように、本発明による除湿装置では、本体部でヒートパイプ現象を生じさせることにより空気中の水分を相変化させて除去するので、潜熱負荷に対する顕熱負荷の比が小さくなり、除湿効率が高くなる。しかも、吸熱部によって本体部の基側部を吸熱するのみであり、除湿装置を駆動する動力は低いものとなる。
また、この態様では、空気の湿度を所望の湿度に効果的に制御することができる。

前記ペルチエ素子の放熱側で加熱された空気を排出可能に構成されていてもよい。この態様では、ペルチエ素子の放熱側で加熱された空気を排出させるようにすることにより、ペルチエ素子の放熱側から放出される熱を有効に利用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、駆動するための動力が低く、かつ除湿効率の高い除湿装置にすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明による除湿装置の一実施形態を概略的に示している。同図に示すように、本実施形態に係る除湿装置１０は、例えば乾燥室内に設置され、その室内の空気を除湿するのに用いられるものである。その他、この除湿装置１０は、環境試験室内に設置することも可能である。

除湿装置１０は、筐体１２を備えており、内部が空洞になっている。筐体１２には、その側壁間に断熱部１４が架設されており、断熱部１４により筐体１２内の空間が２つの空間に仕切られている。一方の空間は、室内の空気を除湿するための除湿空間Ｓ１であり、もう一方の空間は、筐体１２内で発生した熱を外部へ放出するための放熱空間Ｓ２である。断熱部１４は、板状に形成されており、この断熱部１４には貫通孔が複数設けられている。

筐体１２内には、除湿モジュール２０が配設されている。除湿モジュール２０は、筐体１２内に導入された空気中の水分を除去するためのモジュールであり、本実施形態では複数設けられている。各除湿モジュール２０は、一方向に延びる棒状に形成された本体部２２と、この本体部２２の端部に設けられたペルチエ素子２４とをそれぞれ有する。本体部２２は、ヒートパイプによって構成されている。言い換えると、本体部２２は、作動流体としての水が減圧状態で封入されるとともにヒートパイプ現象を生じさせ得るように構成されている。ここでいうヒートパイプ現象とは、封入された作動流体が所定の場所で蒸発と凝縮を繰り返すことにより、作動流体が蒸発するところから凝縮するところへ、作動流体の流動に伴って熱が輸送される現象を意味している。

各本体部２２は、それぞれ上下に延びる姿勢で配設されていて、断熱部１４の各貫通孔にそれぞれ挿通されている。言い換えると、断熱部１４よりも下方に位置し、除湿空間Ｓ１内に配置される本体部２２の下側部（先側部）２２ａと、断熱部１４よりも上方に位置し、放熱空間Ｓ２内に配置される本体部２２の上側部（基側部）２２ｂとの間で、断熱部１４が本体部２２に外嵌されている。

ペルチエ素子２４は、吸熱側２４ａと放熱側２４ｂとを備え、入力電力に応じて吸熱側２４ａが吸熱動作を行うとともに放熱側２４ｂが放熱動作を行う。そして、ペルチエ素子２４の吸熱側２４ａは、本体部２２の端部に熱的に接続されている。ペルチエ素子２４の吸熱側２４ａは、本体部２２の基側部２２ｂで気相の作動流体を凝縮させるための吸熱部であり、ペルチエ素子２４による吸熱動作により、本体部２２でヒートパイプ現象が生じるようになっている。一方、ペルチエ素子２４の放熱側２４ｂには放熱手段としてのヒートシンク２６が熱的に接続されている。ヒートシンク２６は、ペルチエ素子２４の放熱側２４ｂの熱を逃がすために用いられている。放熱手段としては、ヒートシンク２６に限られるものではなく、フィンとしてもよい。

本体部２２の基側部２２ｂとペルチエ素子２４とは接続部２８によって互いに結合されている。接続部２８には、本体部２２の基側部２２ｂが挿入される筒状部２８ａと、ペルチエ素子２４の吸熱側２４ａに結合される板状部２８ｂとが一体的に設けられている。接続部２８は、本体部２２の基側部２２ｂとペルチエ素子２４の吸熱側２４ａとを、互いにリジッドに接続しつつ互いに熱的に接続するためのものである。

筐体１２には、室内の空気を取り入れるための取り入れ口３１と、筐体１２内に導入された空気を排出するための排気口３２とが設けられている。これら取り入れ口３１と排気口３２は何れも除湿空間Ｓ１に臨むように設けられている。除湿空間Ｓ１にはファン３４が配設されており、除湿空間Ｓ１には取り入れ口３１から排気口３２へ向かう空気の通路が形成されるようになっている。そして、この空気通路に本体部２２の先側部２２ａが位置している。これにより、筐体１２内に導入された空気中の水分が本体部２２の先側部２２ａに接触するようになっている。

筐体１２には、放熱空間Ｓ２に臨むように上部開口３６及び側部開口３７が設けられている。上部開口３６は、放熱空間Ｓ２内の空気を外部（室内）へ排出するための開口である。側部開口３７は、室内の空気を放熱空間Ｓ２に導入するための開口である。放熱空間Ｓ２にはファン３９が配設されていて、このファン３９を駆動することにより、側部開口３７を通して室内空気が放熱空間Ｓ２へ導入される一方、放熱空間Ｓ２内で加熱された空気が上部開口３６を通して排出される。

除湿空間Ｓ１には、本体部２２の表面で凝縮した水分を回収するための回収部４０が設けられている。回収部４０は、本体部２２の下方に配設されており、本体部２２から滴下する水分を受けて回収する。

除湿装置１０には、室内温度を検出する温度検出手段としての温度センサ４５と、室内湿度を検出する湿度検出手段としての湿度センサ４７と、除湿装置１０を運転制御するためのコントローラ５０とが設けられている。温度センサ４５は、取り入れ口３１の近傍に配設され、除湿空間Ｓ１に導入される空気の温度を検出して、検出結果に応じた信号を出力する。湿度センサ４７は、取り入れ口３１の近傍に配設され、除湿空間Ｓ１に導入される空気の相対湿度を検出して、検出結果に応じた信号を出力する。

図２に示すように、コントローラ５０は、湿度の設定値を入力するための入力部５２と、制御手段としての制御部５４とを有する。制御部５４には、入力部５２から出力された信号、及び各センサ４５，４７から出力された信号が入力される。制御部５４は、マイコンからなり、記録された制御プログラムを実行することによって動作する。制御部５４には、その機能として判定手段５５と調整手段５６とが含まれている。

判定手段５５は、湿度センサ４７による検出結果（相対湿度）に基づく周囲空気湿度と、入力部５２に入力された設定値（相対湿度）に基づく周囲空気湿度とを比較する。ここでは、温度センサ４５によって検出された空気温度Ｔｐｖと湿度センサ４７によって検出された相対湿度Ｈｐｖとから、周囲空気の絶対湿度（検出値）ＡＢＨｐｖを演算する一方、温度センサ４５によって検出された空気温度Ｔｐｖと入力部５２で設定された設定値Ｈｓｖとから、目標値となる周囲空気の絶対湿度ＡＢＨｓｖを演算し、これらを比較するようにしている。そして、判定手段５５は、検出値ＡＢＨｐｖが目標値ＡＢＨｓｖよりも高いか否かを判定する。

調整手段５６は、判定手段５５による判定結果に基づいて、ファン３４，３９及びペルチエ素子２４を制御する。

次に、除湿装置１０の制御動作について、図３を参照しつつ説明する。同図に示すように、まず、相対湿度の設定値Ｈｓｖが入力部５２に入力されると（ステップＳＴ１）、制御部５４において、目標値となる周囲空気の絶対湿度ＡＢＨｓｖが算出されるとともに、周囲空気の絶対湿度（検出値）ＡＢＨｐｖが算出される（ステップＳＴ２及びＳＴ３）。そして、検出値ＡＢＨｐｖと目標値ＡＢＨｓｖとを比較し、検出値ＡＢＨｐｖが目標値ＡＢＨｓｖよりも高いか否かを判定する（ステップＳＴ４）。このとき、周囲空気湿度について、絶対湿度ベースで検出湿度と目標湿度とを比較するようにしているので、相対湿度ベースで検出湿度と目標湿度とを比較する場合に比べ、要求される除湿量をより正確に導出することができる。

そして、検出値ＡＢＨｐｖが目標値ＡＢＨｓｖよりも大きいときには、ファン３４，３９を駆動するとともにペルチエ素子２４を駆動する（ステップＳＴ５）。これにより、室内の空気が取り入れ口３１を通して除湿空間Ｓ１に導入されて、この空間Ｓ１内を室内空気が流通する。そして、本体部２２の先側部２２ａに空気中の水分が付着して凝縮する。先側部２２ａ表面における水分の凝縮に伴って、先側部２２ａ内の作動流体が蒸発し、この気体状の作動流体は略音速で基側部２２ｂに向かって流れる。一方、本体部２２の基側部２２ｂでは、ペルチエ素子２４の吸熱側２４ａによる吸熱作用により、気体状の作動流体が凝縮し、この液状の作動流体は先側部２２ａに向かって流れる。このように本体部２２内では、作動流体が所定の場所で蒸発と凝縮を繰り返すことにより、作動流体が蒸発するところから凝縮するところへ、作動流体の流動に伴って熱が輸送される。

ペルチエ素子２４の放熱側２４ｂは、ペルチエ素子２４の駆動に伴って昇温するため、この放熱側２４ｂの熱がヒートシンク２６を介して放熱空間Ｓ２に放熱される。そして、放熱空間Ｓ２内で昇温した空気は、ファン３９の駆動に伴って上部開口３６から室内に排出される。このため、ペルチエ素子２４の放熱側２４ｂで生ずる熱を乾燥室内の加熱に利用することができる。

ファン３４，３９及びペルチエ素子２４の駆動中は、周囲空気の絶対湿度（検出値）ＡＢＨｐｖが所定周期で演算されていて（ステップＳＴ６）、検出値ＡＢＨｐｖと目標値ＡＢＨｓｖとが比較されている（ステップＳＴ７）。そして、検出値ＡＢＨｐｖが目標値ＡＢＨｓｖよりも大きいときには、ファン３４，３９及びペルチエ素子２４を継続して駆動する一方、検出値ＡＢＨｐｖが目標値ＡＢＨｓｖ以下になると、ファン３４，３９及びペルチエ素子２４を停止する（ステップＳＴ８）。これにより、周囲空気の湿度が設定湿度に調整される。

ここで、除湿装置１０を実際に運転動作したときの周囲空気の温度及び湿度の推移の一例を図４（ａ）〜（ｃ）に示す。図４（ａ）は温度センサ４５によって検出された周囲空気の温度Ｔｐｖ、相対湿度の設定値Ｈｓｖ及び湿度センサ４７によって検出された相対湿度Ｈｐｖの推移を示し、図４（ｂ）は目標値となる絶対湿度ＡＢＨｓｖ及び検出値に基づく周囲空気の絶対湿度ＡＢＨｐｖの推移を示し、図４（ｃ）は、ファン３４，３９及びペルチエ素子２４のオン・オフ状態の推移を示している。このチャートから明らかなように、ファン３４，３９及びペルチエ素子２４の駆動に伴い、周囲温度Ｔｐｖがほとんど変化することなく（約６０℃でほぼ一定）、周囲空気の絶対湿度ＡＢＨｐｖは目標値ＡＢＨｓｖに漸近した後ほぼ一致し、また周囲空気の相対湿度Ｈｐｖは設定値Ｈｓｖに漸近した後ほぼ一致している。

以上説明したように、本実施形態では、本体部２２の先側部２２ａに空気中の水分が接触すると、この先側部２２ａに接触した水分が凝縮する。これにより空気が除湿される。一方、本体部２２内では、水分の凝縮に伴い、先側部２２ａの作動流体が蒸発し、気体状になって略音速で本体部２２内を基側部２２ｂに移動する。基側部２２ｂでは、ペルチエ素子２４の吸熱側２４ａによって作動流体の潜熱が奪われ、作動流体は凝縮する。このように本体部２２内では作動流体の蒸発と凝縮が繰り返される。このとき、断熱部１４によって、本体部２２の先側部２２ａを流通する空気から基側部２２ｂへの伝熱が遮断されているので、本体部２２内において先側部２２ａと基側部２２ｂとの温度差が所定温度以上に維持される。これにより、本体部２２における作動流体の蒸発及び凝縮を確保することができる。このように、本除湿装置１０では、本体部２２でヒートパイプ現象を生じさせることにより空気中の水分を相変化させて除去するので、潜熱負荷に対する顕熱負荷の比が小さくなり、除湿効率が高くなる。しかも、ペルチエ素子２４の吸熱側２４ａによって本体部２２の基側部２２ｂを吸熱するのみであり、除湿装置１０を駆動する動力は低いものとなる。なお、蒸気圧縮式の蒸発器を用いた除湿装置に比べると除湿能力は低いものの、消費電力が低く、かつ騒音・振動がない除湿装置１０となっている。

また本実施形態では、ヒートパイプからなる本体部２２とペルチエ素子２４とを接続部２８によって接続するとともに、本体部２２を断熱部１４の貫通孔に挿通する構成なので、メンテナンス性に優れている。すなわち、本体部２２を貫通孔から引き抜いて交換することが可能であり、蒸気圧縮式の除湿機に比べ、メンテナンス作業を楽に行うことができる。

また本実施形態では、ペルチエ素子２４の放熱側２４ｂで加熱された空気を排出させるようにしているので、ペルチエ素子２４の放熱側２４ｂから放出される熱を有効に利用することができる。

また本実施形態では、湿度センサ４７の検出結果に基づいてペルチエ素子２４を制御するようにしているので、周囲空気の湿度を所望の湿度に効果的に制御することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、乾燥室以外の室内に設置する場合等、室内に温風を吹き出させる必要のない場合等には、放熱空間Ｓ２で加熱された空気を外部へ排出するためのファン３９を省略してもよい。

また、前記実施形態では、本体部２２をヒートパイプによって構成したが、これに代え、本体部２２をヒートレーン（登録商標）として知られている蛇行細管型ヒートパイプ又は自励振動式ヒートパイプによって構成してもよい。

本発明の実施形態に係る除湿装置を概略的に示す図である。 前記除湿装置の制御系統を説明するためのブロック図である。 前記除湿装置の制御動作を説明するためのフロー図である。 （ａ）〜（ｃ）は何れも前記除湿装置を運転動作したのきの周囲空気の温度及び湿度の推移の一例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１４ 断熱部
２０ 除湿モジュール
２２ 本体部
２２ａ 先側部
２２ｂ 基側部
２４ ペルチエ素子
２４ａ 吸熱側
２６ ヒートシンク
４７ 湿度センサ
５０ コントローラ

Claims (2)

1. 空気を除湿するための除湿装置であって、
   作動流体が封入されるとともにヒートパイプ現象を生じさせ得るように、ヒートパイプ、又は、蛇行細管型ヒートパイプ若しくは自励振動式ヒートパイプによって構成された本体部と、
   前記本体部の基側部で気体状の前記作動流体を凝縮させるための吸熱部と、
   前記本体部の基側部と前記本体部の先側部との間の位置で、前記本体部に外嵌される断熱部と、
   前記空気の温度を検出する温度検出手段と、
   前記空気の相対湿度を検出する湿度検出手段と、
   前記温度検出手段及び前記湿度検出手段による検出結果に基づいて前記吸熱部を制御する制御手段と、
   前記空気の相対湿度の設定値を入力する入力部と、を備え、
   前記本体部は、液体状の前記作動流体が蒸発する前記本体部の先側部で空気を除湿し、
   前記吸熱部は、ペルチエ素子の吸熱側によって構成され、
   前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された前記空気の温度と前記湿度検出手段により検出された前記空気の相対湿度とから前記空気の絶対湿度の検出値を求める一方、前記温度検出手段により検出された前記空気の温度と前記入力部から入力された前記設定値とから前記空気の絶対湿度の目標値を求め、前記絶対湿度の検出値を前記絶対湿度の目標値に近づけるように前記ペルチエ素子を制御する除湿装置。
2. 前記ペルチエ素子の放熱側で加熱された空気を排出可能に構成されている請求項１に記載の除湿装置。

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