JP6021953B2 - 除湿装置 - Google Patents
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Description
また、特許文献1に記載の技術は、ヒートポンプから発生する凝縮熱の一部を利用するために風路を二分割し、デシカント材を通過する空気の相対湿度を低下させ、脱着反応を促進し、残りの凝縮熱は除湿対象空間へそのまま放出している。
すなわち、特許文献1に記載の技術は、風路間の空気の漏洩がないように、デシカント材が風路を区画する部分と摺動しているため、その分、モータトルクが多く必要になり、消費電力が大きくなってしまうという課題があった。
実施の形態1.
[風路構成]
図1は、実施の形態1に係る除湿装置300の概要構成例図である。図2は、実施の形態1に係る除湿装置300の水分吸着手段16の相対湿度に対する飽和水分吸着量の推移を示した吸着等温線図である。図3は、実施の形態1に係る除湿装置300の計測制御システム構成図である。図1〜図3を参照して除湿装置300の構成などについて説明する。
本実施の形態1に係る除湿装置300は、コストアップを抑制すること、消費電力を抑制すること、機器構成の複雑化を抑制すること、及び吸着、脱着の効率が低減するのを抑制することができる改良が加えられたものである。
除湿装置300は、冷媒を圧縮する圧縮機13と、凝縮器又は蒸発器として機能する第1の熱交換器11a及び第2の熱交換器11bと、凝縮器として機能する第3の熱交換器11cと、凝縮された冷媒を減圧する絞り手段14と、冷媒流路を切り替える四方弁15とを有している。この圧縮機13、第1の熱交換器11a、第2の熱交換器11b、第3の熱交換器11c、絞り手段14及び四方弁15が冷媒配管で接続されて冷媒回路Aが構成されている。
なお、以下の説明においては、第1の熱交換器11a、第2の熱交換器11b及び第3の熱交換器11cを合わせて熱交換器11と総称する場合がある。
除湿装置300は、空気の温度及び湿度を検出するのに利用される温湿度センサ1a〜1eと、風速を検出するのに利用される風速センサ2と、冷媒の温度を検出するのに利用される温度センサ3a〜3hと、温湿度センサ1a〜1e、風速センサ2及び温度センサ3a〜3hの検出結果に基づいて四方弁15の切り替えなどをする制御回路4とを有している。
圧縮機13は、吐出側が第3の熱交換器11cに接続され、吸入側が四方弁15に接続されている。圧縮機13は、たとえば、モータ(図示せず)によって駆動される容積式圧縮機で構成するとよい。なお、圧縮機13の台数を1台に限定するものではなく、2台以上の圧縮機が並列もしくは直列に接続されたものであってもよい。
第1の熱交換器11a及び第2の熱交換器11bは、一方が絞り手段14に接続され、他方が四方弁15に接続されている。つまり、第1の熱交換器11aと絞り手段14と第2の熱交換器11bとが直列に接続されている。
第3の熱交換器11cは、一方が圧縮機13の吐出側に接続され、他方が四方弁15に接続されている。なお、空気流れ方向の上流側から順番に、第1の熱交換器11a、第2の熱交換器11b、及び第3の熱交換器11cが配置されている。
熱交換器11は、たとえば、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器などで構成するとよい。
絞り手段14は、冷媒を減圧させるものである。絞り手段14は、一方が第1の熱交換器11aに接続され、他方が第2の熱交換器11bに接続されている。
絞り手段14は、冷媒回路内を流れる冷媒の流量の調節等が行うことができるものであり、ステッピングモータ(図示せず)により絞りの開度を調整することが可能な電子膨張弁または受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁またはキャピラリーチューブである。
四方弁15は、冷媒流路を切り替えて、冷媒回路Aの冷媒の流れを切り替えることができるものである。四方弁15は、第1の熱交換器11aのうちの絞り手段14が接続されていない側と、第2の熱交換器11bのうちの絞り手段14が接続されていない側と、第3の熱交換器11cのうちの圧縮機13の吐出側が接続されていない側と圧縮機13の吸入側とに接続されているものである。
四方弁15は、後述する第1の運転モード時において、第3の熱交換器11cと第2の熱交換器11bとを接続するとともに、第1の熱交換器11aと圧縮機13の吸入側とを接続するように切り替えられる。
また、四方弁15は、後述する第2の運転モード時において、第3の熱交換器11cと第1の熱交換器11aとを接続するとともに、第2の熱交換器11bと圧縮機13の吸入側とを接続するように切り替えられる。
送風手段12は、熱交換器11及び水分吸着手段16が設置される風路に空気を取り込み、風路に取り込んだ空気を空調対象空間に供給するものである。送風手段12は、図1では、第3の熱交換器11cの空気流れ方向の下流側に設置されているものとして図示しているが、それに限定されるものではなく、たとえば、第1の熱交換器11aの上流側などでもよい。
送風手段12は、除湿装置300内の風路を通過する空気の流量を可変することができるファンであり、たとえば、DCファンモータなどのモータによって駆動される遠心ファン、又は多翼ファン等で構成するとよい。
水分吸着手段16は、除湿装置300の風路断面積に対する通風断面積をより広く確保することができるように、たとえば、風路断面に対応した形状をしているものである。たとえば、風路断面が四角形であれば水分吸着手段16の通風断面を四角形とし、風路断面が六角形であれば水分吸着手段16の通風断面を六角形とするということである。
水分吸着手段16は、第1の風路50の空気が通過するように形成された複数の透孔を有する通風体である。水分吸着手段16は、たとえば、多孔質平板などになっており、厚さ方向に空気が通過できるように構成されているということである。
なお、水分吸着手段16は、多孔質平板の表面に、ゼオライト、シリカゲル、活性炭等のような相対的に湿度の高い空気から吸湿して相対的に湿度の低い空気に対して放湿する特性を有する吸着剤を塗布、表面処理、又は、含浸させたものが用いられる。
なお、水分吸着手段16は、従来のようにモータなどで回転するものではなく、第1の風路50に固定されている。
温湿度センサ1a〜1eは、風路内の乾球温度、相対湿度、露点温度、絶対湿度、湿球温度を検出するセンサである。
温湿度センサ1aは、除湿装置300に取り込まれ、第1の熱交換器11aを通過する前の空気の温湿度を検出するものである。温湿度センサ1bは、第1の熱交換器11aを通過後の空気の温湿度を検出するものである。温湿度センサ1cは、水分吸着手段16を通過後の温湿度を検出するものである。温湿度センサ1dは、第2の熱交換器11bを通過後の温湿度を検出するものである。温湿度センサ1eは、第3の熱交換器11cを通過後の温湿度を検出するものである。そして、これらの温湿度センサ1a〜1eは、除湿装置300を制御する制御回路4に接続されている。
風速センサ2は、除湿装置300の第1の風路50に設けられ、第1の風路50内の通過空気風量を検出するものである。風速センサ2は、図1に示すように送風手段12の下流側に配置されているものとして説明するが、それに限定されるものではなく、第1の風路50を通過する風量が検出できれば第1の風路50のいずれの位置に配置されていてもよい。そして、風速センサ2は、除湿装置300を制御する制御回路4に接続されている。
温度センサ3a〜3hは、冷媒の温度を検出するものである。
温度センサ3aは、圧縮機13の吐出側に備えられ、圧縮機13から吐出された冷媒温度を検出するものである。温度センサ3bは、圧縮機13の吸入側に備えられ、圧縮機13に吸入される冷媒温度を検出するものである。
温度センサ3cは、第3の熱交換器11cの冷媒流入側の配管に備えられ、第3の熱交換器11cに流入する冷媒温度を検出するものである。温度センサ3dは、第3の熱交換器11cの冷媒流出側の配管に備えられ、第3の熱交換器11cに流出する冷媒温度を検出するものである。
温度センサ3eは、第2の熱交換器11bの一方側の配管に備えられ、第2の熱交換器11bに流入、流出する冷媒温度を検出するものである。温度センサ3fは、第2の熱交換器11bの他方側の配管に備えられ、第2の熱交換器11bに流出、流入する冷媒温度を検出するものである。
温度センサ3gは、第1の熱交換器11aの一方側の配管に備えられ、第1の熱交換器11aに流入、流出する冷媒温度を検出するものである。温度センサ3hは、第1の熱交換器11aの他方側の配管に備えられ、第1の熱交換器11aに流出、流入する冷媒温度を検出するものである。
そして、これらの温度センサ3a〜3hは、除湿装置300を制御する制御回路4に接続されている。
制御回路4は、温湿度センサ1a〜1f、風速センサ2、及び温度センサ3a〜3hの検出結果に基づいて、四方弁15の切り替え、圧縮機13の周波数、送風手段12の回転数、及び絞り手段14の開度などを制御するものである。
冷媒回路Aに用いられる冷媒はたとえば、R410A、R407C、R404AなどのHFC冷媒、R22、R134aなどのHCFC冷媒、もしくは炭化水素、ヘリウムのような自然冷媒などがある。
冷媒回路の運転モードは四方弁15の切替えによって二種類あり、第1の運転モードでは、冷媒が圧縮機13、第3の熱交換器11c、四方弁15、第2の熱交換器11b、絞り手段14、第1の熱交換器11a、四方弁15の順に流れ、再び圧縮機に流入する。つまり、第1の運転モードでは、実線に沿って冷媒が流れる。
圧縮機13から吐出された冷媒は第3の熱交換器11cへと流れる。この時、第3の熱交換器11cは凝縮器として作用し、冷媒は空気と熱交換する際に一部が凝縮液化する。第3の熱交換器11c通過後に冷媒は、四方弁15を通過して第2の熱交換器11bへと流れる。第2の熱交換器11bは凝縮器として作用し、冷媒は空気と熱交換する際に凝縮液化し、絞り手段14へと流れる。冷媒は絞り手段14で減圧された後、第1の熱交換器11aに流れる。第1の熱交換器11aは、蒸発器として機能し、冷媒は空気と熱交換して蒸発した後、四方弁15を通過して再び圧縮機13に吸入される。
圧縮機13から吐出された冷媒は第3の熱交換器11cへと流れる。この時、第3の熱交換器11cは凝縮器として作用し、冷媒は空気と熱交換する際に一部が凝縮液化する。第3の熱交換器11c通過後に冷媒は、四方弁15を通過して第1の熱交換器11aへと流れる。第1の熱交換器11aは凝縮器として作用し、冷媒は空気と熱交換する際に凝縮液化し、絞り手段14へと流れる。冷媒は絞り手段14で減圧された後、第2の熱交換器11bに流れる。第2の熱交換器11bは、蒸発器として機能し、冷媒は空気と熱交換して蒸発した後、四方弁15を通過して再び圧縮機13に吸入される。
図4は、実施の形態1に係る除湿装置300の各モードでの温湿度推移を示した湿り空気線図である。なお、図4(a)は、第1の運転モードにおける湿り空気線図であり、図4(b)は、第2の運転モードにおける湿り空気線図である。
また、図4(a)中の(1−1)〜(1−5)は、第1の運転モードにおける第1の熱交換器11aを通過前の空気(1−1)、第1の熱交換器11aを通過後の空気(1−2)、水分吸着手段16を通過後の空気(1−3)、第2の熱交換器11bを通過後の空気(1−4)、第3の熱交換器11cを通過後の空気(1−5)を示したものである。
また、図4(b)中の(2−1)〜(2−5)は、第2の運転モードにおける第1の熱交換器11aを通過前の空気(2−1)、第1の熱交換器11aを通過後の空気(2−2)、水分吸着手段16を通過後の空気(2−3)、第2の熱交換器11bを通過後の空気(2−4)、第3の熱交換器11cを通過後の空気(2−5)の状態を示している。
図4を参照して第1の運転モード及び第2の運転モードにおける空気の状態について説明する。
第1の運転モードでは、吸込口より風路内に取り込まれた空気(1−1)は、第1の熱交換器11aに送り込まれる。
ここで、風路に取り込まれた空気は、蒸発器として機能する第1の熱交換器11aによって冷却される。第1の熱交換器11aを通過した空気は、露点温度以下に冷却されることで除湿空気(1−2)となり、水分吸着手段16に送り込まれる。
冷却除湿された空気の相対湿度は70〜90%RH程度と高くなっているため、水分吸着手段16の吸着剤は水分を吸着しやすくなる。冷却された空気が、水分吸着手段16の吸着剤により水分が吸着、除湿され、高温低湿化して第2の熱交換器11bに流入する(1−3)。
第2の熱交換器11bは凝縮器として機能するため、加熱され、通過空気温度を上昇させる(1−4)。
第2の熱交換器11b通過後空気は第3の熱交換器11cに流入する。第3の熱交換器11cは凝縮器として機能しているため、通過空気の温度を上昇させ(1−5)、放出口より除湿対象空間に放出される。
第2の運転モードでは、吸込口より風路に取り込まれた空気(2−1)は、第1の熱交換器11aに送り込まれる。
ここで、風路に取り込まれた空気は、凝縮器として機能する第1の熱交換器11aによって加熱され、通過空気温度が上昇し(2−2)、水分吸着手段16に送り込まれる。
加熱された空気の相対湿度は、流入空気よりも低くなっているため、水分吸着手段16の吸着剤は水分を脱着しやすくなる。加熱された空気が、水分吸着手段16の吸着剤により水分が脱着、加湿され、低温高湿化して第2の熱交換器11bに流入する(2−3)。
第2の熱交換器11bは、蒸発器として機能するため通過空気を冷却し、冷却された通過空気が露点温度以下に冷却された場合には水分が除湿された除湿空気(2−4)となる。
第2の熱交換器11b通過後空気は第3の熱交換器11cに流入する。第3の熱交換器11cは凝縮器として機能しているため、通過空気を上昇させ(2−5)、放出口より除湿対象空間に放出される。
なお、次に説明するように、第1の熱交換器11a及び第3の熱交換器11cは、伝熱面積の比を調整することで、除湿効率が低減してしまうことを抑制することができる。
たとえば、除湿対象空間が、夏期の室内である場合を想定する(温度27℃、湿度60%程度)。第2の運転モードを実行しているときにおいて、第1の熱交換器11aの加熱量が大きいと、水分吸着手段16の放湿量が第2の熱交換器11bの除湿能力以上となり、除湿効率が低減してしまう。
そのため、第1の熱交換器11aに対して第3の熱交換器11cの伝熱面積を大きくすることで、第1の熱交換器11aの凝縮熱量を抑制して流入空気の過加熱を抑制し、除湿効率が低減してしまうことを抑制することができる。
第2の運転モードを実行しているときにおいて、水分吸着手段16に流入する空気の相対湿度を低下させないと、脱着反応による放湿量が少なくなってしまう。このように、水分吸着手段16で放湿量が少なくなるということは、その分、下流側の第2の熱交換器11bに流入する空気の湿度を高めることができないことを意味する。すなわち、第2の熱交換器11bに流入させる空気の湿度を高められない分、第2の熱交換器11bでの除湿量が低減し、除湿効率が低減してしまう。
そのため、第3の熱交換器11cに対する第1の熱交換器11aの伝熱面積比を大きくすることで、第1の熱交換器11aに流入する空気の加熱量を増加させるとよい。これにより、相対湿度が低下した乾燥空気が水分吸着手段16に流入するため脱着量が増加し、相対湿度が高く、エンタルピーも高い空気が第2の熱交換器11bに流入することで除湿効率が低減してしまうことを抑制することができる。
本実施の形態1に係る除湿装置300は、デシカントロータなどのようなモータが水分吸着手段16に設けられていないものであるため、製造コストが増加したり、消費電力が増加したり、機器構成が複雑になってしまうことがなくなっている。
しかし、本実施の形態1に係る除湿装置300は、第1の熱交換器11aを蒸発器として機能させて着霜しても、四方弁15を切替えることによって、第1の熱交換器11aを凝縮器として機能させて除霜しながら、第2の熱交換器11bを蒸発器として機能させて除湿することができる。また、第2の熱交換器11bを蒸発器として機能させて着霜しても、四方弁15を切替えることによって、第2の熱交換器11bを凝縮器として機能させて除霜しながら、第1の熱交換器11aを蒸発器として機能させて水分吸着手段16で除湿することができる。
このように、本実施の形態1に係る除湿装置300は、露点温度が氷点下以下の場合でも、四方弁15を切替ることによってデフロスト運転を実施し、除湿対象空間に除湿空気を提供しながら除霜することができ、時間当たり除湿量が低下してしまうことを抑制することができる。
このため、第2の運転モードを実行しているときにおいて、水分吸着手段16の脱着反応によって空気温度が下がり、さらに、蒸発器として機能する第2の熱交換器11bを通過して冷却された空気が、第2の熱交換器11bの下流側に配置され、凝縮器として機能する第3の熱交換器11cに流入する。
これにより、第3の熱交換器11cの凝縮温度が低下して、冷凍サイクルが高効率化されて、除湿装置300の除湿能力を増加させることができる。
図5は、実施の形態2に係る除湿装置300の概要構成例図である。本実施の形態2は、第1の熱交換器11a、第2の熱交換器11b及び水分吸着手段16などが設置される風路を有する除湿ユニット100と、第3の熱交換器11cなどが設置される風路を有する放熱ユニット200とを有し、第3の熱交換器11cで発生する凝縮熱を除湿対象外に排気する構成としたものである。本実施の形態2では、実施の形態1との相違点を中心に説明するものとし、共通部分については説明を省略している。
除湿ユニット100には、第1の熱交換器11a、第2の熱交換器11b、水分吸着手段16及び第1の送風手段12aが設置される第1の風路50を有している。
そして、除湿ユニット100では、除湿対象空間から第1の風路50に取り入れた空気が、第1の熱交換器11a、水分吸着手段16、第2の熱交換器11bの順に通過し、再び除湿対象空間に供給される。
なお、除湿ユニット100の空気の流れは、図5中の矢印Xに対応している。
放熱ユニット200には、第3の熱交換器11c、及び第2の送風手段12bが設置される第2の風路51を有している。
そして、放熱ユニット200では、除湿対象空間、若しくは除湿対象空間以外の空間から第2の風路51に取り入れた空気が、第3の熱交換器11cを通過し、除湿対象空間外に排出される。
なお、放熱ユニット200の空気の流れは、図5中の矢印Yに対応している。
図6は、実施の形態2に係る除湿装置300の各モードでの温湿度推移を示した湿り空気線図である。なお、図6(a)は、第1の運転モードにおける湿り空気線図であり、図6(b)は、第2の運転モードにおける湿り空気線図である。
また、図6(a)中の(1−1a)〜(1−4a)、(1−1b)及び(1−2b)は、第1の運転モードにおける第1の熱交換器11aを通過前の空気(1−1a)、第1の熱交換器11aを通過後の空気(1−2a)、水分吸着手段16を通過後の空気(1−3a)、第2の熱交換器11bを通過後の空気(1−4a)、第3の熱交換器11cを通過前の空気(1−1b)、及び第3の熱交換器11cを通過後の空気(1−2b)を示したものである。
また、図6(b)中の(2−1a)〜(2−4a)、(2−1b)及び(2−2b)は、第2の運転モードにおける第1の熱交換器11aを通過前の空気(2−1a)、第1の熱交換器11aを通過後の空気(2−2a)、水分吸着手段16を通過後の空気(2−3a)、第2の熱交換器11bを通過後の空気(2−4a)、第3の熱交換器11cを通過前の空気(2−1b)、及び第3の熱交換器11cを通過後の空気(2−2b)を示したものである。
第1の運転モード時の除湿ユニット100では、吸込口より第1の風路50に取り込まれた空気(1−1a)は、第1の熱交換器11aに送り込まれる。
ここで、第1の風路50に取り込まれた空気は、蒸発器として機能する第1の熱交換器11aによって冷却され、通過空気が露点温度以下に冷却された場合には水分が除湿された除湿空気(1−2a)となり、水分吸着手段16に送り込まれる。
冷却除湿された空気の相対湿度は、70〜90%RH程度と高くなっているため、水分吸着手段16の吸着剤は水分を吸着しやすくなる。冷却された空気は、水分吸着手段16の吸着剤により水分が吸着、除湿され、高温低湿化して第2の熱交換器11bに流入する(1−3a)。
第2の熱交換器11bは凝縮器として機能するため、第2の熱交換器11bを通過する空気は加熱されて温度が上昇する(1−4a)。
第2の熱交換器11bを通過した空気は、空気放出口より空調対象空間に放出される。
第1の運転モード時の放熱ユニット200では、吸込口より第2の風路51に取り込まれた空気(1−1b)は、第3の熱交換器11cに送り込まれる。
ここで、第3の熱交換器11cは凝縮器として機能しているため、第3の熱交換器11cを通過する空気の温度が上昇する(1−2b)。
第3の熱交換器11cを通過した空気は、放熱ユニット200の空気排出口より排出される。
第2の運転モード時の除湿ユニット100では、吸込口より第2の風路51に取り込まれた空気(2−1a)は、第1の熱交換器11aに送り込まれる。
ここで、第2の風路51に取り込まれた空気は、凝縮器として機能する第1の熱交換器11aによって加熱され、通過空気温度が上昇し(2−2a)、水分吸着手段16に送り込まれる。
加熱された空気の相対湿度は流入空気よりも低くなっているため、水分吸着手段16の吸着剤は水分を脱着しやすくなる。加熱された空気が、水分吸着手段16の吸着剤により水分が脱着、加湿され、低温高湿化して第2の熱交換器11bに流入する(2−3a)。
第2の熱交換器11bは蒸発器として機能するため通過空気を冷却する。第2の熱交換器11bを通過する冷却された空気は、露点温度以下に冷却されることで除湿空気(2−4a)となる。
第2の熱交換器11bを通過した空気は、空気放出口より空調対象空間に放出される。
第2の運転モード時の放熱ユニット200では、吸込口より第2の風路51に取り込まれた空気(2−1b)は、第3の熱交換器11cに送り込まれる。
第3の熱交換器11cは、凝縮器として機能しているため、第3の熱交換器11cを通過する空気の温度が上昇する(2−2b)。
第3の熱交換器11cを通過した空気は、放熱ユニット200の空気排出口より排出される。
本実施の形態2に係る除湿装置300は、実施の形態1に係る除湿装置300の有する効果に加えて次の効果を有する。
従来の冷却と除湿が必要な空間(たとえば穀物倉庫など)には、再熱除湿機及び冷房装置が設置され、除湿対象空間の温度上昇を抑制しながら除湿がなされていたが、再熱除湿機及び冷房装置の2つの装置が設置される分、省エネルギー性が低減していた。
しかし、本実施の形態2に係る除湿装置300は、凝縮熱を除湿対象外に排気するので、除湿対象空間の温度上昇を抑制、若しくは冷房することができ、省エネルギー性が低減することを抑制することができる。
なお、本実施の形態2に係る除湿装置300も、実施の形態1で説明した変形例を適用してもよい。
図7は、実施の形態3に係る除湿装置300の概要構成例図である。図8は、実施の形態3に係る除湿装置300の冷媒圧力とエンタルピーの変動を示したモリエル線図である。
本実施の形態3では、実施の形態1、2との相違点を中心に説明するものとし、共通部分については説明を省略している。
なお、実施の形態1、2における第2の熱交換器11bと第1の熱交換器11aとの間の絞り手段14を、本実施の形態3では第1の絞り手段14bと称するものとする。
図7及び図8を参照して第1の運転モードにおける冷媒の流れを説明する。
圧縮機13から吐出された冷媒は第3の熱交換器11cへと流れる。この時、第3の熱交換器11cは凝縮器として作用し、冷媒は空気と熱交換する際に一部が凝縮液化する。第3の熱交換器11c通過後に冷媒は、冷媒は第2の絞り手段14aで減圧された後、四方弁15を通過して第2の熱交換器11bへと流れる。第2の熱交換器11bは凝縮器として作用し、冷媒は空気と熱交換する際に凝縮液化し、第1の絞り手段14bへと流れる。冷媒は第1の絞り手段14bで減圧された後、第1の熱交換器11aに流れる。第1の熱交換器11aは、蒸発器として機能し、冷媒は空気と熱交換して蒸発した後、四方弁15を通過して再び圧縮機13に吸入される。
図7及び図8を参照して第2の運転モードにおける冷媒の流れを説明する。
圧縮機13から吐出された冷媒は第3の熱交換器11cへと流れる。この時、第3の熱交換器11cは凝縮器として作用し、冷媒は空気と熱交換する際に一部が凝縮液化する。第3の熱交換器11c通過後に冷媒は、第2の絞り手段14aで減圧された後、四方弁15を通過して第1の熱交換器11aへと流れる。第1の熱交換器11aは凝縮器として作用し、冷媒は空気と熱交換する際に凝縮液化し、第1の絞り手段14bへと流れる。冷媒は第1の絞り手段14bで減圧された後、第2の熱交換器11bに流れる。第2の熱交換器11bは、蒸発器として機能し、冷媒は空気と熱交換して蒸発した後、四方弁15を通過して再び圧縮機13に吸入される。
本実施の形態3に係る除湿装置300は、実施の形態1に係る除湿装置300の有する効果に加えて次の効果を有する。
第2の絞り手段14aの絞りを調整することによって第3の熱交換器11cの凝縮熱量を制御することができ、流入空気の温度及び湿度に合わせた運転状態を、熱交換器11の伝熱面積の変更なしで実現することができる。
逆に、第2の値より湿度が低い高湿空気(たとえば、温度26℃、湿度80%)では、第2の絞り手段14aの絞りをゆるくすることで、第2の運転モード時に第3の熱交換器11cの凝縮圧を低下させて凝縮熱量を低下させ、第1の熱交換器11aの凝縮熱量を増加することで、水分吸着手段16に流入する空気の相対湿度を低下させ放湿量を増加させることができる。
なお、上記では、(1)第1の値より第2の値の方が大きく、(2)第1の値が40より大きく80よりは小さい値であり、(3)第2の値が80よりは小さいが40よりは大きい値である場合を例に説明したが、それに限定されるものではなく、除湿対象空間の温度などに応じて変更してもよい。
図9は、実施の形態4に係る除湿装置300の概要構成例図である。本実施の形態4では、実施の形態1−3との相違点を中心に説明するものとし、共通部分については説明を省略している。
また、第2の運転モード時においては、圧縮機13、第3の熱交換器11c、第4の絞り手段14d、第2の熱交換器11bの順に冷媒が流れる。なお、第2の運転モード時においては、第3の絞り手段14cは全閉としている。
図10は、実施の形態4に係る除湿装置300の各モードでの温湿度推移を示した湿り空気線図である。なお、図10(a)は、第1の運転モードにおける湿り空気線図であり、図10(b)は、第2の運転モードにおける湿り空気線図である。
また、図10(a)中の(1−1c)〜(1−5c)は、第1の運転モードにおける第1の熱交換器11aを通過前の空気(1−1c)、第1の熱交換器11aを通過後の空気(1−2c)、水分吸着手段16を通過後の空気(1−3c)、第2の熱交換器11bを通過後の空気(1−4c)、第3の熱交換器11cを通過後の空気(1−5c)を示したものである。
また、図10(b)中の(2−1c)〜(2−5c)は、第2の運転モードにおける第1の熱交換器11aを通過前の空気(2−1c)、第1の熱交換器11aを通過後の空気(2−2c)、水分吸着手段16を通過後の空気(2−3c)、第2の熱交換器11bを通過後の空気(2−4c)、第3の熱交換器11cを通過後の空気(2−5c)の状態を示している。
図10を参照して第1の運転モード及び第2の運転モードにおける空気の状態について説明する。
第1の運転モードでは、吸込口より風路に取り込まれた空気(1−1c)は、第1の熱交換器11aに送り込まれる。
ここで、風路に取り込まれた空気は、蒸発器として機能する第1の熱交換器11aによって冷却され、通過空気が露点温度以下に冷却された場合には水分が除湿された除湿空気(1−2c)となり、水分吸着手段16に送り込まれる。
冷却除湿された空気の相対湿度は70〜90%RH程度と高くなっているため、水分吸着手段16の吸着剤は水分を吸着しやすくなる。冷却された空気が、水分吸着手段16の吸着剤により水分が吸着、除湿され、高温低湿化して第2の熱交換器11bに流入する(1−3c)。
第2の熱交換器11bは第4の絞り手段14dが全閉であるため、熱交換器として機能せず、温湿度変化は発生しない(1−4c)。第2の熱交換器11bを通過後の空気は第3の熱交換器11cに流入する(1−4c)。
第3の熱交換器11cは凝縮器として機能するため、通過空気の温度を上昇させ、空気の放出口より除湿対象空間に放出される(1−5c)。
第2の運転モード時では、吸込口より風路に取り込まれた空気(2−1c)は、第1の熱交換器11aに送り込まれる。
ここで、第1の熱交換器11aは第3の絞り手段14cが全閉であるため、熱交換器として機能せず、温湿度変化は発生せず(2−2c)、水分吸着手段16に送り込まれる。 流入空気の相対湿度に応じて、水分吸着手段16の吸着剤は水分を脱着しやすくなる。流入空気が水分吸着手段16の吸着剤により水分が脱着、加湿され、低温高湿化して第2の熱交換器11bに流入する(2−3c)。
第2の熱交換器11bは蒸発器として機能するため通過空気を冷却し、冷却された通過空気が露点温度以下に冷却された場合には水分が除湿された除湿空気(2−4c)となる。
第3の熱交換器11cは凝縮器として機能するため、通過空気の温度を上昇させ、空気の放出口より除湿対象空間に放出される(2−5c)。
本実施の形態4に係る除湿装置300は、実施の形態1に係る除湿装置300の有する効果に加えて次の効果を有する。
本実施の形態4に係る除湿装置300は、低湿な空気(たとえば、温度26℃、湿度30%)に対して、第2の運転モード時に水分吸着手段16に流入する空気の過加熱を抑制することができる。
また、第1の運転モードと第2の運転モードとの間のモード切替時の切替ロス(凝縮器から蒸発器に切り替わる際の熱交換器の熱容量など)を低減し、除湿量を増加させることができる。
Claims (12)
- 除湿対象空間から取り込まれる空気が流れる第1の風路と、
前記除湿対象空間の空気を前記第1の風路に取り込む送風手段と、
前記第1の風路内に設けられ、前記第1の風路を流れる空気に含まれている水分を吸着し、及び吸着した水分を前記第1の風路を流れる空気に脱着する水分吸着手段と、
前記水分吸着手段より前記第1の風路の空気流れ方向の上流側に設けられ、空気と冷媒とを熱交換させる第1の熱交換器と、
前記水分吸着手段より前記第1の風路の空気流れ方向の下流側に設けられ、空気と前記冷媒とを熱交換させる第2の熱交換器と、
前記第2の熱交換器より前記第1の風路の空気流れ方向の下流側に設けられ、空気と前記冷媒とを熱交換させる第3の熱交換器と、
前記第1の熱交換器と前記第2の熱交換器との間に設けられ、前記冷媒を減圧させる第1の絞り手段と、
吐出側が前記第3の熱交換器に接続され、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
を有し、
前記第1の熱交換器及び前記第2の熱交換器のうちの一方を凝縮器として機能させ、他方を蒸発器として機能させる
除湿装置。 - 前記圧縮機から吐出された前記冷媒を、前記第3の熱交換器、前記第2の熱交換器、前記第1の絞り手段及び前記第1の熱交換器を経由させて前記圧縮機に戻し、前記第2の熱交換器及び前記第3の熱交換器を凝縮器として機能させ、前記第1の熱交換器を蒸発器として機能させ、前記水分吸着手段で前記第1の風路に取り込まれた空気中の水分を吸着する第1の運転モードと、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を、前記第3の熱交換器、前記第1の熱交換器、前記第1の絞り手段、及び前記第2の熱交換器を経由させて前記圧縮機に戻し、前記第3の熱交換器及び前記第1の熱交換器を凝縮器として機能させ、前記第2の熱交換器を蒸発器として機能させ、前記水分吸着手段に吸着された水分を前記第1の風路の空気に脱着する第2の運転モードとを備えている
請求項1に記載の除湿装置。 - 前記第3の熱交換器と前記第1の熱交換器とは、伝熱面積が異なる
請求項1又は2に記載の除湿装置。 - 除湿対象空間から取り込まれる空気が流れる第1の風路と、
空気が流れる第2の風路と、
前記除湿対象空間の空気を前記第1の風路に取り込む送風手段と、
前記第1の風路内に設けられ、前記第1の風路を流れる空気に含まれている水分を吸着し、及び吸着した水分を前記第1の風路を流れる空気に脱着する水分吸着手段と、
前記水分吸着手段より前記第1の風路の空気流れ方向の上流側に設けられ、空気と冷媒とを熱交換させる第1の熱交換器と、
前記水分吸着手段より前記第1の風路の空気流れ方向の下流側に設けられ、空気と前記冷媒とを熱交換させる第2の熱交換器と、
空気と前記冷媒とを熱交換させる第3の熱交換器と、
前記第1の熱交換器と前記第2の熱交換器との間に設けられ、前記冷媒を減圧させる第1の絞り手段と、
吐出側が前記第3の熱交換器に接続され、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記第1の風路を有し、前記送風手段に対応する第1の送風手段、前記水分吸着手段、前記第1の熱交換器、前記第2の熱交換器、及び前記第1の絞り手段が搭載された除湿ユニットと、
前記第2の風路を有し、前記第3の熱交換器、及び前記第2の風路の空気を前記除湿対象空間外に排出する第2の送風手段が搭載された放熱ユニットと、
を有し、
前記第1の熱交換器及び前記第2の熱交換器のうちの一方を凝縮器として機能させ、他方を蒸発器として機能させる
除湿装置。 - 前記第2の風路は、
この第2の風路を流れる空気の空気吸込口及び空気排出口が、前記除湿対象空間外に連通している
請求項4に記載の除湿装置。 - 前記圧縮機の吸入側と、前記第3の熱交換器のうち前記圧縮機の吐出側が接続されていない側と、前記第2の熱交換器のうち前記第1の絞り手段が接続されていない側と、前記第1の熱交換器のうち前記第1の絞り手段が接続されていない側とが接続されている冷媒流路切替手段を有し、
前記冷媒流路切替手段は、
前記第1の運転モード時に、前記第3の熱交換器と前記第2の熱交換器とを接続するとともに、前記第1の熱交換器と前記圧縮機の吸入側とを接続するように切り替えられ、
前記第2の運転モード時に、前記第3の熱交換器と前記第1の熱交換器とを接続するとともに、前記第2の熱交換器と前記圧縮機の吸入側とを接続するように切り替えられる
請求項2又は請求項2に従属する請求項3に記載の除湿装置。 - 前記第3の熱交換器のうち前記圧縮機の吐出側が接続されていない側と、前記冷媒流路切替手段との間に設けられ、冷媒を減圧させる第2の絞り手段を有し、
前記第2の絞り手段は、
前記第2の運転モード時において、
前記第1の風路に取り込まれた空気の湿度が予め設定された第1の値より小さいと、前記第3の熱交換器における凝縮圧が増加するように開度が設定され、
前記第1の風路に取り込まれた空気の湿度が予め設定された第2の値より大きいと、前記第3の熱交換器における凝縮圧が低下するように開度が設定される
請求項6に記載の除湿装置。 - 除湿対象空間から取り込まれる空気が流れる第1の風路と、
前記除湿対象空間の空気を前記第1の風路に取り込む送風手段と、
前記第1の風路内に設けられ、前記第1の風路を流れる空気に含まれている水分を吸着し、及び吸着した水分を前記第1の風路を流れる空気に脱着する水分吸着手段と、
前記水分吸着手段より前記第1の風路の空気流れ方向の上流側に設けられ、空気と冷媒とを熱交換させる第1の熱交換器と、
前記水分吸着手段より前記第1の風路の空気流れ方向の下流側に設けられ、空気と前記冷媒とを熱交換させる第2の熱交換器と、
前記第2の熱交換器より前記第1の風路の空気流れ方向の下流側に設けられ、空気と前記冷媒とを熱交換させる第3の熱交換器と、
前記第1の熱交換器に接続され、前記冷媒を減圧させる第3の絞り手段と、
前記第2の熱交換器に接続され、前記冷媒を減圧させる第4の絞り手段と、
吐出側が前記第3の熱交換器に接続され、吸入側が前記第1の熱交換器及び前記第2の熱交換器に接続され、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
を有し、
前記第4の絞り手段を全閉とし、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を、前記第3の熱交換器、前記第3の絞り手段及び前記第1の熱交換器を経由させて前記圧縮機に戻し、前記第3の熱交換器を凝縮器として機能させ、前記第1の熱交換器を蒸発器として機能させ、前記水分吸着手段で前記第1の風路に取り込まれた空気中の水分を吸着する第1の運転モードと、
前記第3の絞り手段を全閉とし、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を、前記第3の熱交換器、前記第4の絞り手段、及び前記第2の熱交換器を経由させて前記圧縮機に戻し、前記第3の熱交換器を凝縮器として機能させ、前記第2の熱交換器を蒸発器として機能させ、前記水分吸着手段に吸着された水分を前記第1の風路の空気に脱着する第2の運転モードとを備えている
除湿装置。 - 前記第1の風路は、
この第1の風路を流れる空気の空気吸込口及び空気放出口が、前記除湿対象空間に連通している
請求項1〜8のいずれか一項に記載の除湿装置。 - 前記水分吸着手段は、
相対湿度が40〜100%の空気に対する平衡吸着量が、相対湿度の上昇に対して直線的に増加する吸着剤が担持されている
請求項1〜9のいずれか一項に記載の除湿装置。 - 前記水分吸着手段は、
前記第1の風路内に固定されて設けられている
請求項1〜10のいずれか一項に記載の除湿装置。 - 前記水分吸着手段は、
前記第1の風路の空気が通過するように形成された複数の透孔を有する通風体である
請求項1〜11のいずれか一項に記載の除湿装置。
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