JP6205576B2 - 除湿装置 - Google Patents

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本発明は、ヒートポンプを利用して冷却除湿をおこなう除湿装置に関する。
従来、この種の除湿装置は、熱交換手段を搭載した除湿装置が知られている(例えば特許文献1参照)。
このような従来の除湿装置の構成は以下のようになっていた。
除湿装置本体は、圧縮機、放熱器(凝縮器)、膨張手段(絞り装置)、吸熱器(蒸発器)をこの順に冷媒配管で接続してヒートポンプを形成し、吸熱器で除湿対象となる空気を冷却除湿するものであり、吸熱器から放熱器への風路中に直交流型の熱交換手段が配置されている。
上記構成において、流入口から流入した空気は熱交換手段へ入り、すでに吸熱器により冷却除湿された空気と熱交換して予冷され、流出口より出る。そして、風路によって空気の流れを270°変えられ、吸熱器を通って冷却除湿される。その後、冷却除湿された空気は熱交換手段の流入口より再び熱交換手段に入り流入口から流入した空気によって加熱され、流出口より出て、放熱器でさらに加熱されて、送風手段によって機外に送風される。
特開2005−214533号公報
このような従来の除湿装置で、より消費電力を下げるためには、放熱器を冷却する必要がある。ところが、放熱器の冷却のために送風量の増大をはかると、吸熱器に流入する空気も増大するため、吸熱器の顕熱交換量が増加し、吸気した空気が十分に除湿されずに排気される。更に、通風抵抗が大きい風路であるため、送風量を増大させるためには、送風手段の出力が増大する。
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、除湿装置の消費電力を低下することができる除湿装置を提供することを目的としている。
そして、この目的を達成するために、本発明は、本体ケースと、該本体ケース内に設けられた送風機、ヒートポンプおよび熱交換器とを備えた除湿装置であって、前記本体ケースは吸気口と吹出口を有し、前記吸気口は前記本体ケースの外周壁の上部に設けられ、前記送風機は前記吸気口から空気を吸い込んで前記吹出口から空気を吹き出し、前記ヒートポンプは、圧縮機と、該圧縮機の下流に順次設けた放熱器、膨張手段、吸熱器とにより形成し、前記放熱器と前記吸熱器は互いに対向し、前記放熱器と前記吸熱器との間に前記熱交換器が設けられ、前記熱交換器は熱交換を行なうことができる第1の熱交換風路と第2の熱交換風路とを備え、前記吸気口から前記本体ケース内に吸い込まれた空気は、前記第1の熱交換風路、前記吸熱器、前記第2の熱交換風路、前記放熱器、を順次介する除湿風路を通過する空気と、前記第1の熱交換風路、前記第2の熱交換風路および前記吸熱器を介さずに前記放熱器を介するバイパス風路を通過する空気とに分けられ、前記除湿風路を通過した空気と前記バイパス風路を通過した空気は前記送風機によって混合されて前記吹出口から吹き出され、前記放熱器の上端部は、前記熱交換器の上端よりも上の高さ位置に設けられ、該上端部が前記バイパス風路を形成することを特徴としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
本発明によれば、除湿風路に流入する空気の量をほとんど変えることなく、放熱器に流れる空気を増加させることで、放熱器が冷却される。特に、放熱器の上端部は、熱交換器の上端よりも上の高さ位置に設けられているため、バイパス風路の通風抵抗を低くすることができ、放熱器の冷却を効率良く行うことができる。結果として、除湿能力の低下を防ぎつつ、除湿装置の消費電力を下げることができる。また、バイパス風路は、除湿風路に比べ通風抵抗が少ない風路であるため、ファンの出力増加を軽減することができる。これらの結果により、消費電力を低減させることができるのである。
本発明の実施の形態1の除湿装置を示す斜視図 本発明の実施の形態1の除湿装置を示す正面図 本発明の実施の形態1の除湿装置の鉛直断面を示す断面図 本発明の実施の形態1の除湿装置の上面を示す上面図 本発明の実施の形態1の除湿装置の熱交換器を説明する図
本発明の請求項1記載の除湿装置は、本体ケースと、該本体ケース内に設けられた送風機、ヒートポンプおよび熱交換器とを備えた除湿装置であって、前記本体ケースは吸気口と吹出口を有し、前記吸気口は前記本体ケースの外周壁の上部に設けられ、前記送風機は前記吸気口から空気を吸い込んで前記吹出口から空気を吹き出し、前記ヒートポンプは、圧縮機と、該圧縮機の下流に順次設けた放熱器、膨張手段、吸熱器とにより形成し、前記放熱器と前記吸熱器は互いに対向し、前記放熱器と前記吸熱器との間に前記熱交換器が設けられ、前記熱交換器は熱交換を行なうことができる第1の熱交換風路と第2の熱交換風路とを備え、前記吸気口から前記本体ケース内に吸い込まれた空気は、前記第1の熱交換風路、前記吸熱器、前記第2の熱交換風路、前記放熱器、を順次介する除湿風路を通過する空気と、前記第1の熱交換風路、前記第2の熱交換風路および前記吸熱器を介さずに前記放熱器を介するバイパス風路を通過する空気とに分けられ、前記除湿風路を通過した空気と前記バイパス風路を通過した空気は前記送風機によって混合されて前記吹出口から吹き出され、前記放熱器の上端部は、前記熱交換器の上端よりも上の高さ位置に設けられ、該上端部が前記バイパス風路を形成するという構成を有する。
この構成によれば、バイパス風路の通風抵抗を低くすることができ、放熱器の冷却を効率良く行うことができる。結果として、除湿能力の低下を防ぎつつ、除湿装置の消費電力を下げることができる。
また、前記放熱器の前記上端部における少なくとも一部は前記吸気口の上端と下端の間の高さに位置するという構成にしてもよい。
この構成によれば、本体ケースの外周壁の上部に設けられた吸気口から吸い込まれた空気が、熱交換器の上方を水平方向に進み、バイパス風路を形成する放熱器の上端部に辿り着く。この空気は、吸気口から放熱器の上端部に至るまで、進行方向がほとんど曲げられることなく、放熱器の上端部に直接辿り着くことができるため、バイパス風路の通風抵抗をさらに低くすることができる。
また、前記放熱器の前記上端部の下端よりも下方における前記放熱器の他の一部分が前記除湿風路を形成し、前記放熱器の前記上端部の下端から上端までの長さは、前記放熱器の前記他の一部分の下端から上端までの長さより短いという構成にしてもよい。
この構成によれば、通風抵抗が比較的小さいバイパス風路を形成する放熱器の上端部を、通風抵抗が比較的大きい除湿風路を形成する放熱器の他の一部分よりも狭くすることができる。このため、除湿風路による除湿とバイパス風路による放熱器の冷却をバランス良く行うことができるので、除湿能力の低下を防ぎつつ、除湿装置の消費電力をさらに下げることができる。
また、前記除湿風路を通過する空気の量よりも前記バイパス風路を通過する空気の量の方が多いという構成にしてもよい。
この構成によれば、除湿風路による除湿とバイパス風路による放熱器の冷却をバランス良く行うことができるので、除湿能力の低下を防ぎつつ、除湿装置の消費電力をさらに下げることができる。
また、前記本体ケースの前記吹出口は、前記吸気口と同じ或いは前記吸気口よりも高い高さ位置に設けられたという構成にしてもよい。
この構成によれば、部屋の中で空気が効果的に吹き出されるため、除湿効率を高めることができる。
また、前記放熱器の前記上端部の下端より高い範囲に、前記熱交換器および前記吸熱器を設けず、前記放熱器の前記上端部の下端よりも低い範囲に、前記熱交換器および前記吸熱器を設けるという構成にしてもよい。
この構成によれば、本体ケースの外周壁の上部に設けられた吸気口から吸い込まれた空気が、吸熱器および熱交換器の上方を進み、バイパス風路を形成する放熱器の上端部に辿り着く。この空気は、吸気口から放熱器の上端部に至るまで、進行方向が頻繁に曲げられることなく、放熱器の上端部に直接辿り着くことができるため、バイパス風路の通風抵抗をさらに低くすることができる。
また、前記送風機によって、前記吸気口から前記バイパス風路を介して前記放熱器の前記上端部へ送風される空気は、前記ヒートポンプの冷媒が流れる方向における前記放熱器の前記上端部の下流側に送風される風量より、前記ヒートポンプの冷媒が流れる方向における前記放熱器の前記上端部の上流側に送風される風量が大きいという構成にしてもよい。
この構成によれば、ヒートポンプの冷媒が流れる方向における放熱器の上端部の上流側は、放熱器の高温部分であるため、バイパス風路に吸気した空気をヒートポンプの冷媒が流れる方向における放熱器の上端部の上流側に多く送風することで、放熱器の熱交換量が大きくなる。このため、放熱器が効率よく冷却されることでヒートポンプの消費電力を低減できる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は、本実施形態の除湿装置10の外観斜視図である。図1に示すように、除湿装置10の本体ケース1は箱形状で、吸気口2と吹出口3を有している。吸気口2は本体ケース1の外周壁の上部に設けられ、吹出口3は吸気口2と同じ或いは吸気口2よりも高い高さ位置に設けられている。
ここで、本体ケース1の外周壁の上部とは、除湿装置10を置いた状態で、本体ケース1の中心における高さ位置よりも高い位置における本体ケース1の外周壁の部分をいう。
また、除湿装置10の下部には、除湿によって生じた水を溜めるタンク4が設けられている。
図2は、本実施形態の除湿装置10の正面図である。図2では、除湿装置10の吸気口2が開いた状態となっており、本体ケース1の外周壁の上部に設けられている。この例では、開いた状態の吸気口2から本体ケース1内部にある放熱器5の上端部5aを見ることができる。
なお、図2は正面図であるため、本来、本体ケース1内部を見ることはできないが、便宜上、本体ケース1内に設けられたタンク4、圧縮機(コンプレッサ)6、ドレインパン7等を表示している。ドレインパン7は、後で述べる吸熱器13の下方に設けられ、吸熱器13を通過した空気が除湿されることによって生じた水を受けて、タンク4に水を送るものである。
図3は、図2のA−A断面において、除湿装置10の鉛直断面を示す断面図である。図3に示すように、除湿装置10は、本体ケース1と、本体ケース1内に設けられた送風機8、ヒートポンプおよび熱交換器(顕熱交換器)11とを備えている。なお、図2のA−A断面では、本来、タンク4が表示されるが、便宜上、手前にある圧縮機6を表示している。
ヒートポンプは、圧縮機6と、圧縮機6の冷媒が流れる下流に順次設けた放熱器(凝縮器)5、膨張手段(キャピラリーチューブ)12、吸熱器(蒸発器)13とにより形成されており、これらを冷媒配管で接続して冷凍サイクルを形成している。この吸熱器13で除湿対象となる空気を冷却除湿するものである。
送風機8は、スクロール形状のケーシング部8aと、このケーシング部8aに固定されたモータ部8bと、このモータ部8bによって回転する羽根部8cとから形成している。
ケーシング部8aは、吸込口9aと吐出口9bとを備えている。この吸込口9aは、放熱器5に対向している。すなわち、吸熱器13と、熱交換器11と、放熱器5と、吸込口9aとは、この例では一直線上に風路を有するものである。
図4は、本実施形態の除湿装置10の上面を示す上面図である。図4にも示すように、放熱器5と吸熱器13は互いに対向し、放熱器5と吸熱器13との間に熱交換器11が設けられている。
図5に示すように、熱交換器11は、例えば、直交流型の熱交換器などの顕熱交換器であり、樹脂または金属などからなる第1の伝熱板11aと第2の伝熱板11bを交互に積層して形成されたものである。
熱交換器11は、熱交換を行なうことができる第1の熱交換風路11cと第2の熱交換風路11dとを備えている。この例では、第1の熱交換風路11cは鉛直方向の風路であり、第2の熱交換風路11dは水平方向の風路である。
図3の矢印Cに示すように、送風機8によって吸気口2から吸い込まれた空気は、熱交換器11の上面である第1の熱交換風路11cの流入口へ流入して、すでに吸熱器13により冷却除湿された空気と熱交換して予冷され、熱交換器11の下面である第1の熱交換風路11cの流出口から出る。
そして、第1の熱交換風路11cの流出口から出た空気は、吸熱器13を通って冷却除湿される。
吸熱器13によって冷却除湿された空気は第2の熱交換風路11dの流入口より再び熱交換器11に入り、第1の熱交換風路11cの流入口から流入した空気によって加熱される。
そして、第2の熱交換風路11dの流出口から出た空気は、放熱器5でさらに加熱され、送風機8によって機外に送風される。
このように、吸気口2から本体ケース1内に吸い込まれた空気が、第1の熱交換風路11c、吸熱器13、第2の熱交換風路11d、放熱器5、を順次介する除湿風路14を備えている。
本実施形態における特徴は、矢印Dに示すように、送風機8によって吸気口2から本体ケース1内に吸い込まれた空気の一部が、熱交換器11(第1の熱交換風路11cおよび第2の熱交換風路11d)と吸熱器13を介さずに放熱器5へ送風できるバイパス風路15を設け、さらに、放熱器5の上端部5aを熱交換器11の上端よりも上の高さ位置に設け、この放熱器5の上端部5aがバイパス風路を形成することにした点である。ここで、放熱器5の上端部5aとは、除湿装置10を置いた状態における放熱器5の上端を含んだ放熱器5の部分をいう。
本実施形態の除湿装置10は、放熱器5へ流入する空気を増大させることで、放熱器5の冷媒と吸気した空気の熱交換量が増し、放熱器5がより冷却されるものである。
また、吸入した空気を、除湿風路14を通過する空気とバイパス風路15を通過する空気のふたつに分けることで、熱交換器11と吸熱器13に送風される風量を除湿能力が最適な風量に保ちながら、放熱器5に送風する風量を増やすことができるため、除湿能力の低下を防止できる。なお、ふたつに分けられた空気は、送風機8によって混合されて吹出口3から吹き出される。
バイパス風路15は、除湿風路14より通風抵抗が少ない風路であるため、送風機8の出力増加を軽減することができる。
特に、放熱器5の上端部5aを熱交換器11の上端よりも上の高さ位置に設け、放熱器5の上端部5aがバイパス風路15を形成することにしているため、バイパス風路15の通風抵抗をさらに低くすることができ、放熱器5の冷却を効率良く行うことができる。
これらの結果により、除湿能力を低下させずに消費電力を低減させることができる。
なお、放熱器5の前記上端部5aにおける何れかの高さは、吸気口の上端と下端の間の高さに位置するという構成にしてもよい。
この構成によれば、本体ケース1の外周壁の上部に設けられた吸気口2から吸い込まれた空気が、熱交換器11の上方を水平方向に進み、バイパス風路15を形成する放熱器5の上端部5aに辿り着く。この空気は、吸気口2から放熱器5の上端部5aに至るまで、進行方向がほとんど曲げられることなく、放熱器5の上端部5aに直接辿り着くことができるため、バイパス風路15の通風抵抗をさらに低くすることができる。
また、放熱器5の上端部5aの下端よりも下方における放熱器5の他の一部分5bが除湿風路14を形成し、放熱器5の上端部5aの下端から上端までの長さは、放熱器5の他の一部分5bの下端から上端までの長さより短いという構成にしてもよい。ここで、放熱器5の上端部5aの下端の高さは、熱交換器11の上端の高さをいう。
この構成によれば、通風抵抗が比較的小さいバイパス風路15を形成する放熱器5の上端部5aを、通風抵抗が比較的大きい除湿風路14を形成する放熱器5の他の一部分5bよりも狭くすることができる。具体的には、除湿風路14には、第1の熱交換風路11c、吸熱器13、第2の熱交換風路11dを有し、バイパス風路15には、第1の熱交換風路11c、吸熱器13、第2の熱交換風路11dを有さない。
この構成によれば、バイパス風路15は、除湿風路14に比べ通風抵抗が小さいので、放熱器5の上端部5aの面積を放熱器5の他の一部分5bより小さくしても、除湿風路14による除湿とバイパス風路15による放熱器5の冷却をバランス良く行うことができるので、除湿能力の低下を防ぎつつ、除湿装置の消費電力をさらに下げることができる。
また、除湿風路14を通過する空気の量よりもバイパス風路15を通過する空気の量の方が多いという構成にしてもよい。
この構成によれば、除湿風路14による除湿とバイパス風路15による放熱器5の冷却をバランス良く行うことができるので、除湿能力の低下を防ぎつつ、除湿装置の消費電力をさらに下げることができる。
具体的には、放熱器5の上部には、圧縮機6から伸びた冷媒配管が接続され、放熱器5の下部には、膨張手段12から伸びた冷媒配管が接続されている。圧縮機6で高温となった冷媒は、最初に、放熱器5の上部、つまり放熱器5の上端部5aに流れ込む。これにより、放熱器5において、上端部5aは、他の一部分5bに比べて温度が高いものとなる。そして、除湿風路14には、第1の熱交換風路11c、吸熱器13、第2の熱交換風路11dを有するので、バイパス風路15は、除湿風路14に比べ通風抵抗が小さいものである。
すなわち、放熱器5における他の一部分5bに比べて温度が高い上端部5aに、除湿風路14を通過する空気より多くの量のバイパス風路15を通過する空気が流れるので、除湿風路14による除湿とバイパス風路15による放熱器5の冷却をバランス良く行うことができる。
また、本体ケース1の吹出口3は、吸気口2と同じ或いは吸気口2よりも高い高さ位置に設けられたという構成にしてもよい。
この構成によれば、部屋の中で除湿装置10から除湿された空気が効果的に吹き出されるため、除湿効率を高めることができる。
また、放熱器5の上端部5aの下端より高い範囲に、熱交換器11および吸熱器13を設けず、放熱器5の上端部5aの下端よりも低い範囲に、熱交換器11および吸熱器13を設けるという構成にしてもよい。
この構成によれば、本体ケース1の外周壁の上部に設けられた吸気口2から吸い込まれた空気が、吸熱器13および熱交換器11の上方を進み、バイパス風路15を形成する放熱器5の上端部5aに辿り着く。この空気は、吸気口2から放熱器5の上端部5aに至るまで、進行方向が頻繁に曲げられることなく、放熱器5の上端部5aに直接辿り着くことができるため、バイパス風路15の通風抵抗をさらに低くすることができる。
また、送風機8のケーシング部8aの吸込口9aは、吸熱器13、熱交換器11、放熱器5と対向し、バイパス風路15は、放熱器5の周縁部の少なくとも一部の近傍に連通するという構成にしてもよい。
また、送風機8によって、吸気口2からバイパス風路15を介して放熱器5の上端部5aへ送風される空気は、ヒートポンプの冷媒が流れる方向における放熱器5の上端部5aの下流側に送風される風量より、ヒートポンプの冷媒が流れる方向における放熱器5の上端部5aの上流側に送風される風量が大きいという構成にしてもよい。
この構成によれば、ヒートポンプの冷媒が流れる方向における放熱器5の上端部5aの上流側は、放熱器5の高温部分であるため、バイパス風路15に吸気した空気をヒートポンプの冷媒が流れる方向における放熱器5の上端部5aの上流側に多く送風することで、放熱器5の熱交換量が大きくなる。このため、放熱器5が効率よく冷却されることでヒートポンプの消費電力を低減できる。
具体的には、放熱器5の上端部5aにおける何れかの高さは、吸気口2の上端と下端の間の高さに位置し、更に、放熱器5の上端部5aにおける何れかの高さは、吸気口2の上端より下端に近い位置にしてもよい。そして、放熱器5の上端部5aの上方で、吸気口2に対向した位置には、空間部16を有してもよい。本体ケース1内には、吸気口2側から順に、吸熱器13、熱交換器11、放熱器5、送風機8が配置されており、空間部16の一部は、放熱器5の上端面と送風機8のケーシング部8aの外面とによって囲まれている。
これにより、吸気口2からバイパス風路15を介して放熱器5の上端部5aへ送風される空気は、放熱器5の上端部5aにおける上部には、2つの面から流れ込み易くなるので、上端部5aにおける下部に比べ、上端部5aにおける上部に多く流れ込むと考えられる。
1つ目の面は、放熱器5の上端部5aにおける吸気口2に対向した面である。2つ目の面は、本体ケース1の天面に対向した面、つまり上端面である。この上端面には、吸気口2からバイパス風路15、および上端部5aの上方の空間部16を介して流れ込むと考えられる。また、空間部16に達した空気の一部は、吸気口2に対向したケーシング部8aの外面に当たることにより、下方へ方向を変えて、上端面に流れ込むとも考えられる。
すなわち、放熱器5の上端部5aにおける2つの面から、放熱器5の上端部5aにおける上部に流れ込むので、吸気口2からバイパス風路15へ流れた空気は、放熱器5の上端部5aにおける下部に比べ上部に多く流れ込むと考えられる。
すなわち、放熱器5の上端部5aにおいて、下部より温度が高い上部、つまりヒートポンプの冷媒が流れる方向における放熱器5の上端部5aの上流側に、バイパス風路15を通過する空気が上端部5aにおける下部より多く流れるので、放熱器5の上端部5aの冷却をバランス良く行うことができる。
本発明の除湿装置は、家庭用や事務所用などの、除湿装置として活用が期待されるものである。
1 本体ケース
2 吸気口
3 吹出口
4 タンク
5 放熱器
5a 上端部
5b 他の一部分
6 圧縮機
7 ドレインパン
8 送風機
8a ケーシング部
8b モータ部
8c 羽根部
9a 吸込口
9b 吐出口
10 除湿装置
11 熱交換器
11a 第1の伝熱板
11b 第2の伝熱板
11c 第1の熱交換風路
11d 第2の熱交換風路
12 膨張手段
13 吸熱器
14 除湿風路
15 バイパス風路
16 空間部

Claims (7)

  1. 本体ケースと、該本体ケース内に設けられた送風機、ヒートポンプおよび熱交換器とを備えた除湿装置であって、前記本体ケースは吸気口と吹出口を有し、前記吸気口は前記本体ケースの外周壁の上部に設けられ、前記送風機は前記吸気口から空気を吸い込んで前記吹出口から空気を吹き出し、前記ヒートポンプは、圧縮機と、該圧縮機の下流に順次設けた放熱器、膨張手段、吸熱器とにより形成し、前記放熱器と前記吸熱器は互いに対向し、前記放熱器と前記吸熱器との間に前記熱交換器が設けられ、前記熱交換器は熱交換を行なうことができる第1の熱交換風路と第2の熱交換風路とを備え、前記吸気口から前記本体ケース内に吸い込まれた空気は、前記第1の熱交換風路、前記吸熱器、前記第2の熱交換風路、前記放熱器、を順次介する除湿風路を通過する空気と、前記第1の熱交換風路、前記第2の熱交換風路および前記吸熱器を介さずに前記放熱器を介するバイパス風路を通過する空気とに分けられ、前記除湿風路を通過した空気と前記バイパス風路を通過した空気は前記送風機によって混合されて前記吹出口から吹き出され、前記放熱器の上端部は、前記熱交換器の上端よりも上の高さ位置に設けられ、該上端部が前記バイパス風路を形成することを特徴とする除湿装置。
  2. 前記放熱器の前記上端部における少なくとも一部は、前記吸気口の上端と下端の間の高さに位置することを特徴とする請求項1に記載の除湿装置。
  3. 前記放熱器の前記上端部の下端よりも下方における前記放熱器の他の一部分が前記除湿風路を形成し、前記放熱器の前記上端部の下端から上端までの長さは、前記放熱器の前記他の一部分の下端から上端までの長さより短いことを特徴とする請求項1または2に記載の除湿装置。
  4. 前記除湿風路を通過する空気の量よりも前記バイパス風路を通過する空気の量の方が多いことを特徴とする請求項3に記載の除湿装置。
  5. 前記本体ケースの前記吹出口は、前記吸気口と同じ或いは前記吸気口よりも高い高さ位置に設けられたことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の除湿装置。
  6. 前記放熱器の前記上端部の下端より高い範囲に、前記熱交換器および前記吸熱器を設けず、前記放熱器の前記上端部の下端よりも低い範囲に、前記熱交換器および前記吸熱器を設けることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の除湿装置。
  7. 前記送風機によって、前記吸気口から前記バイパス風路を介して前記放熱器の前記上端部へ送風される空気は、前記ヒートポンプの冷媒が流れる方向における前記放熱器の前記上端部の下流側に送風される風量より、前記ヒートポンプの冷媒が流れる方向における前記放熱器の前記上端部の上流側に送風される風量が大きいことを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載の除湿装置。
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