JP6223950B2

JP6223950B2 - 除湿機

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Publication number: JP6223950B2
Application number: JP2014221826A
Authority: JP
Inventors: 雅一奥村; 光美岩田
Original assignee: Zojirushi Corp
Current assignee: Zojirushi Corp
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2034-10-30
Also published as: TWI644064B; JP2016087503A; TW201616060A; CN205323497U

Description

本発明は、除湿機に関する。

除湿機には、空気（処理空気）を吸気し、除湿機内の除湿ロータを通過させて除湿し、排気する種類のものがある。吸湿した除湿ロータは、ヒータで加熱された高温の再生空気にその水分を放出することで、処理空気を連続的に除湿できる。従って、この除湿機内では、除湿対象である処理空気と、除湿ロータを再生（乾燥）させるための再生空気の２つの空気を流動させる経路が設けられている。

特許文献１に開示された除湿機では、処理空気と再生空気の間で熱交換している。再生空気は、ヒータで加熱された後、除湿ロータの水分を回収して高温高湿となる。この高温高湿の再生空気は、第１熱交換器において除湿ロータを通過する前の処理空気と熱交換して冷却され凝縮する。凝縮した再生空気の水分は凝縮水として回収される。水分を回収された低温の再生空気は、第２熱交換器において除湿ロータを通過した後の高温の処理空気と熱交換して加熱され、さらにヒータにより加熱された後、再び除湿ロータに戻される。

このように特許文献１の除湿機では、２つの熱交換器において再生空気の冷却と加熱が行われている。冷却側の第１熱交換器は、凝縮器として機能し、再生空気から凝縮水として水分を回収している。加熱側の第２熱交換器では、再生空気をヒータの加熱前に予加熱することでヒータの電力を節約している。

しかし、特許文献１の除湿機では、２つの熱交換器を使用して再生空気を凝縮させる効率を向上させ、処理空気の除湿効率を向上させることに関しては特段の考慮がなされていない。

特許３８５７８０９号公報

本発明は、再生空気の凝縮効率向上による、除湿機における処理空気の除湿効率向上を課題とする。

本発明の第１の態様は、吸気口と排気口とを有する処理空気経路と、前記処理空気経路内の処理空気を前記吸気口から吸気して前記排気口から排気する第１ファンと、前記処理空気から吸湿する除湿ロータと、前記除湿ロータの一部を通過し、閉経路からなる再生空気経路と、前記再生空気経路内の再生空気を循環させる第２ファンと、前記再生空気経路内で前記再生空気の循環方向に対して前記除湿ロータの直前に配置され、前記再生空気を加熱するヒータと、前記処理空気経路内の前記除湿ロータを通過する前の前記処理空気と、前記再生空気経路内の前記ヒータを通過する前の前記再生空気とで熱交換して前記再生空気を冷却する第１熱交換器と、前記処理空気経路内の前記除湿ロータを通過した後の前記処理空気と、前記再生空気経路内の前記除湿ロータを通過した後で前記第１熱交換器を通過する前の前記再生空気とで熱交換して前記再生空気を冷却する第２熱交換器とを備える除湿機を提供する。

この除湿機によれば、第１熱交換器及び第２熱交換器の両方において、再生空気を冷却しているため、凝縮水の回収量が増大し、再生空気の凝縮効率を向上できる。従って、除湿ロータから多くの水分を回収でき、除湿ロータの再生効率（乾燥効率）を向上できる。このため、除湿ロータを通過する処理空気からより多く吸湿でき、処理空気の除湿効率を向上できる。ここで、処理空気とは除湿する対象である室内の空気であり、再生空気とは除湿機内で循環して除湿ロータを再生させるための空気である。

前記除湿機は、前記処理空気及び前記再生空気が前記除湿ロータの厚み方向に対して同方向から前記除湿ロータに進入することが好ましい。

この除湿機によれば、処理空気と再生空気が除湿ロータの同一面から進入するため、除湿ロータの吸湿及び再生（乾燥）を効率良く行うことができ、除湿効率を向上できる。除湿ロータにおいて、処理空気が進入する面（進入面）と脱出する面（脱出面）では、水分の含有量が異なっている。具体的には、進入面の方が脱出面に対して水分含有量が多い。これは、処理空気が進入面から脱出面に向けて除湿ロータを通過する際、徐々に吸湿されるためである。このため、水分の含有量の多い進入面から再生空気を進入させる構成とすることで、除湿ロータの水分をより多く回収でき、除湿ロータの再生効率を向上できる。

前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器は、ともに前記再生空気を凝縮させる凝縮器であることが好ましい。

この除湿機によれば、第２熱交換器において予め再生空気の凝縮を行っているため、第１熱交換器の全冷却過程において凝縮が行われる。従って、再生空気の凝縮効率をより向上でき、処理空気の除湿効率をより向上できる。

本発明によれば、第１熱交換器及び第２熱交換器の両方において、再生空気を冷却しているため、再生空気の凝縮効率を向上させて処理空気の除湿効率を向上できる。

本発明の実施形態に係る除湿機のシステム図。従来の除湿機のシステム図。本発明の実施形態に係る除湿機と従来の除湿機の気液線図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る除湿機２のシステム図である。図１を参照して、除湿機２の構成を説明する。

除湿機２は、外部（例えば除湿対象の室内）の空気（処理空気）を吸気し、除湿して排気する。除湿機２は、処理空気経路４及び再生空気経路６を有する。処理空気経路４の内部には、除湿対象である処理空気が流れている。再生空気経路６の内部には、再生空気が流れている。

処理空気経路４は、除湿機２の吸気口８から排気口１０までを接続している。処理空気経路４には、メイン熱交換器（第１熱交換器）１２、除湿ロータ１４、サブ熱交換器（第２熱交換器）１６、及びメインファン（第１ファン）１８が配置されている。また、処理空気経路４は、第１の処理空気経路４ａ、第２の処理空気経路４ｂ、第３の処理空気経路４ｃ、及び第４の処理空気経路４ｄからなる。第１の処理空気経路４ａは、吸気口８からメイン熱交換器１２までを接続している。第２の処理空気経路４ｂは、メイン熱交換器１２から除湿ロータ１４までを接続している。第３の処理空気経路４ｃは、除湿ロータ１４からサブ熱交換器１６までを接続している。第４の処理空気経路４ｄは、サブ熱交換器１６から排気口１０までを接続し、経路上にはメインファン１８が配置されている。従って、吸気口８から排気口１０に向かって、換言すると処理空気が流れる方向に沿って順に、メイン熱交換器１２、除湿ロータ１４、サブ熱交換器１６、及びメインファン１８が配置されている。処理空気は、メインファン１８により、吸気口８から吸気されて、メイン熱交換器１２、除湿ロータ１４、及びサブ熱交換器１６を順に通過して、排気口１０から排気される。ただし、メインファン１８の配置に関しては、第４の処理空気経路４ｄ上に特に限定されず、吸気口８から排気口１０へ処理空気を流すことができる限り、処理空気経路４上のいずれの位置に配置されてもよい。

除湿ロータ１４は、ゼオライト等の吸湿材を含み、これを通過する処理空気から水分を吸湿する。除湿ロータ１４は、全体にわたって均一に吸湿できるようにするため、その形状を円盤状にし、中央を軸支することで回転可能としている。例えばモータのような駆動手段を設け、これにより除湿ロータ１４を回転駆動している。

再生空気経路６は、閉経路であり、再生空気経路６上には再生ファン（第２ファン）２０が設けられている。この再生ファン２０により、再生空気は、再生空気経路６の内部を循環する。再生空気経路６には、再生ファン２０、ヒータ２２、除湿ロータ１４、サブ熱交換器１６、及びメイン熱交換器１２が配置されている。また、再生空気経路６は、第１の再生空気経路６ａ、第２の再生空気経路６ｂ、第３の再生空気経路６ｃ、及び第４の再生空気経路６ｄからなる。第１の再生空気経路６ａは、メイン熱交換器１２からヒータ２２までを接続し、経路上には再生ファン２０が配置されている。第２の再生空気経路６ｂは、ヒータ２２から除湿ロータ１４までを接続している。第３の再生空気経路６ｃは、除湿ロータ１４からサブ熱交換器１６までを接続している。第４の再生空気経路６ｄは、サブ熱交換器１６からメイン熱交換器１２までを接続している。従って、再生空気の循環方向に、順に、再生ファン２０、ヒータ２２、除湿ロータ１４、サブ熱交換器１６、及びメイン熱交換器１２が配置されている。再生空気は、ヒータ２２、除湿ロータ１４、サブ熱交換器１６、及びメイン熱交換器１２を順に通過し、そして再びヒータ２２に戻るように循環している。ただし、再生ファン２０の配置に関しては、特に限定されず、再生空気経路６上のいずれの位置に配置されてもよい。

ヒータ２２は、例えば電気ヒータであり、除湿ロータ１４に進入する再生空気を所定の温度まで加熱する。ヒータ２２は除湿ロータ１４の直前に配置されている。

メイン熱交換器１２は、第１の処理空気経路４ａの除湿ロータ１４を通過する前の処理空気と、第４の再生空気経路６ｄのヒータ２２を通過する前の再生空気との間で熱交換を行っている。第１の処理空気経路４ａ内の処理空気は、吸気口８から吸気された後、除湿ロータ１４を通過する前の空気であるため、系全体の中では温度が低い。従って、メイン熱交換器１２では、処理空気は加熱され、再生空気は冷却される。

サブ熱交換器１６は、第３の処理空気経路４ｃの除湿ロータ１４を通過した後の処理空気と、第３の再生空気経路６ｃの除湿ロータ１４を通過した後でメイン熱交換器１２を通過する前の再生空気との間で熱交換を行っている。第３の再生空気経路６ｃ内の再生空気は、ヒータ２２で加熱された後、第２の再生空気経路６ｂ及び除湿ロータ１４を通過した後の再生空気である。ヒータ２２による熱量が大きいため、第３の再生空気経路６ｃ内の再生空気は、第３の処理空気経路４ｃ内の処理空気よりも温度が高い。従って、サブ熱交換器１６でも、処理空気は加熱され、再生空気は冷却される。

次に、図１を参照して除湿機２の作用を説明する。

処理空気は、吸気口８から吸気されると、第１の処理空気経路４ａを通ってメイン熱交換器１２で加熱される。加熱された処理空気は第２の処理空気経路４ｂを通って除湿ロータ１４へと流れる。除湿ロータ１４では、処理空気は水分を除湿される。除湿された処理空気は、第３の処理空気経路４ｃを通ってサブ熱交換器１６へと流れる。サブ熱交換器１６でも処理空気は加熱される。加熱された処理空気は、第４の処理空気経路４ｄを通ってメインファン１８を通過して排気口１０より排気される。

再生空気は、再生空気経路６内を循環している。再生空気は、再生ファン２０を通過してヒータ２２で加熱され、第２の再生空気経路６ｂを通って除湿ロータ１４へと流れる。除湿ロータ１４では、高温の再生空気が除湿ロータ１４から水分を吸湿して除湿ロータ１４を再生する。除湿ロータ１４で吸湿した再生空気は第３の再生空気経路６ｃを通ってサブ熱交換器１６へと流れる。サブ熱交換器１６では、再生空気は冷却される。冷却された再生空気の一部は凝縮する。凝縮した再生空気の水分は凝縮水として回収される。冷却された再生空気は、第４の再生空気経路６ｄを通ってメイン熱交換器１２へと流れる。メイン熱交換器１２でも再生空気は冷却される。サブ熱交換器１６と同様に、冷却された再生空気の一部は凝縮し、凝縮した再生空気の水分は凝縮水として回収される。冷却された再生空気は、第１の再生空気経路６ａを通って再生ファン２０を通過してヒータ２２へと流れる。そしてこれらを繰り返す。

このように、第１熱交換器及び第２熱交換器の両方において、再生空気を冷却して凝縮させている。特に、サブ熱交換器１６において、メイン熱交換器１２に流入する前に再生空気の一部を予め凝縮（予凝縮）させることで、メイン熱交換器１２での冷却は全て凝縮現象となる。このように本実施形態の除湿機２では、メイン熱交換器１２の凝縮効率を最大化している。従って、凝縮水の回収量が増大し、再生空気の凝縮効率を向上でき、これにより除湿ロータから多くの水分を回収し、除湿ロータの再生効率を向上できる。このため、除湿ロータを通過する処理空気からより多く吸湿でき、処理空気の除湿効率を向上できる。

除湿効率をさらに向上させるため、処理空気及び再生空気は、除湿ロータ１４に対して厚み方向に同方向から進入する構成となっている。除湿ロータ１４において、処理空気が進入する面（進入面）と脱出する面（脱出面）では、水分の含有量が異なっている。具体的には、除湿ロータ１４は、進入面の方が脱出面に対して水分含有量が多い。これは、処理空気が進入面から脱出面に向けて除湿ロータ１４を通過する際、徐々に吸湿されるためである。このため、水分の含有量の多い進入面から再生空気を進入させる構成とすることで、除湿ロータ１４の水分をより多く回収でき、除湿ロータ１４の再生効率を向上できる。

特許文献１に開示されているような従来の除湿機３のシステムを説明する。

図２は、従来の除湿機３のシステム図である。図２を参照して、本実施形態との比較のため従来の除湿機３の構成を説明する。図１に示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略することがある。

処理空気経路４の構成は、本実施形態の除湿機２と同様である。

再生空気経路６は、内部を流れる再生空気の循環方向と、ヒータ２２及び再生ファン２０の位置を除いて、本実施形態の除湿機２と同様である。具体的には、再生空気の循環方向に、順に、ヒータ２２、除湿ロータ１４、メイン熱交換器１２、サブ熱交換器１６、及び再生ファン２０が配置されている。再生空気は、ヒータ２２、除湿ロータ１４、メイン熱交換器１２、及びサブ熱交換器１６を順に通過し、そして再びヒータ２２に戻るように循環している。

メイン熱交換器１２は、処理空気経路４の除湿ロータ１４を通過する前の処理空気と、再生空気経路６の除湿ロータ１４を通過した後の再生空気との間で熱交換を行っている。この処理空気は、吸気口８から吸気された後、除湿ロータ１４を通過する前の空気であるため、系全体の中では温度が低い。従って、メイン熱交換器１２では、処理空気は加熱され、再生空気は冷却される。

サブ熱交換器１６は、処理空気経路４の除湿ロータ１４を通過した後の処理空気と、再生空気経路６のヒータ２２を通過する前の再生空気との間で熱交換を行っている。この再生空気は、メイン熱交換器１２を通じて系の中では低温の処理空気と熱交換した後の再生空気である。これに対して、処理空気は、メイン熱交換器１２及び除湿ロータ１４を通過して加熱されている。従って、処理空気経路４の除湿ロータ１４を通過した後の処理空気は、再生空気経路６のヒータ２２を通過する前の再生空気よりも温度が高い。このため、サブ熱交換器１６では、処理空気は冷却され、再生空気は加熱される。

次に、図２を参照して従来の除湿機３の作用を説明する。

処理空気は、吸気口８から吸気されると、メイン熱交換器１２で加熱される。加熱された処理空気は、除湿ロータ１４へと流れる。除湿ロータ１４では、処理空気は水分を除湿される。除湿された処理空気は、サブ熱交換器１６へと流れる。サブ熱交換器１６では処理空気は冷却される。冷却された処理空気は、メインファン１８を通過して排気口１０より排気される。

再生空気は、再生空気経路６内を循環している。再生空気は、ヒータ２２で加熱され、除湿ロータ１４へと流れる。除湿ロータ１４では、高温の再生空気が除湿ロータ１４から水分を吸湿して除湿ロータ１４を再生する。除湿ロータ１４で吸湿した再生空気は、メイン熱交換器１２へと流れる。メイン熱交換器１２では、再生空気は冷却される。冷却された再生空気の一部は凝縮する。凝縮した再生空気の水分は凝縮水として回収される。冷却された再生空気は、サブ熱交換器１６へと流れる。サブ熱交換器１６では再生空気は加熱される。加熱された再生空気は、再生ファン２０を通過してヒータ２２へと流れる。そしてこれらを繰り返す。

処理空気及び再生空気は、除湿ロータ１４に対して厚み方向に異方向から進入する構成となっている。このため、除湿ロータ１４の再生効率が同方向から進入する場合と比べて低下している。

本実施形態の除湿機２と従来の除湿機３の違いについて図３を参照して説明する。

図３は、本実施形態の除湿機２と従来の除湿機３の再生空気の気液線図を示している。本実施形態の除湿機２について実線で示されており、従来の除湿機３について破線で示されている。グラフの縦軸が絶対湿度（水分量）を示し、横軸は温度を示している。

図１を併せて参照すると、図１のシステム図における点と、図３の気液線図における点を対応した記号で示している。本実施形態の除湿機２の再生空気は、ヒータ２２により加熱され、温度が循環経路中で最大となる（点Ｘ_１）。除湿ロータ１４を通過して除湿ロータ１４中の水分を吸湿し、絶対湿度が最大となる（点Ｘ_２）。サブ熱交換器１６で冷却され、露点（点Ｘ_２’）を越えてその一部が凝縮する（点Ｘ_３）。ここで点Ｘ_２’及び点Ｘ_３は、飽和湿度を示す曲線上に位置しており、この曲線上では相対湿度は１００％である。従って、この曲線上では温度が低下すると凝縮が起こる。そして、メイン熱交換器１２でさらに冷却及び凝縮され、絶対湿度が最低となる（点Ｘ_４）。そしてヒータ２２により加熱され、再び温度が最大となる（点Ｘ_１）。

このように、メイン熱交換器１２及びサブ熱交換器１６の両方において、再生空気を凝縮しているため、凝縮水の回収量が増大し、再生空気の凝縮効率を向上できる。従って、除湿ロータ１４から多くの水分を回収でき、除湿ロータ１４の再生効率を向上できる。

サブ熱交換器１６では、凝縮まで至らず、温度を低下させるだけであってもよい（点Ｘ_２−点Ｘ_３’）。この場合、メイン熱交換器１２では、露点まで温度を低下させた後（点Ｘ_３’−点Ｘ_２’）、再生空気は凝縮される（点Ｘ_２’−点Ｘ_４）。また、サブ熱交換器１６からメイン熱交換器１２までの第４の再生空気経路６ｄ中で放熱を行い、再生空気の温度を露点まで低下させてもよい（点Ｘ_３’−点Ｘ_２’）。この場合、メイン熱交換器１２では、冷却の全過程で再生空気が凝縮される（点Ｘ_２’−点Ｘ_４）。また、サブ熱交換器１６で再生空気の温度を露点まで低下させてもよい（点Ｘ_２−点Ｘ_２’）。この場合も同様にサブ熱交換器１６では凝縮が行われないが、メイン熱交換器１２では、冷却の全過程で再生空気が凝縮される（点Ｘ_２’−点Ｘ_４）。このようにして、メイン熱交換器１２の凝縮効率を向上させてもよい。

図２を併せて参照すると、図２のシステム図における点と、図３の気液線図における点を対応した記号で示している。従来の除湿機３の再生空気は、ヒータ２２により加熱され、温度が循環経路中で最大となる（点Ｙ_１）。除湿ロータ１４を通過して除湿ロータ１４中の水分を吸湿し、絶対湿度が最大となる（点Ｙ_２）。メイン熱交換器１２で露点（点Ｙ_２’）を越えて冷却及び凝縮し、絶対湿度が最低となる（点Ｙ_３）。ここで点Ｙ_２’及び点Ｙ_３は、飽和湿度を示す曲線上に位置している。飽和湿度を示す曲線は再生空気の物性値によって決定されるため、本実施形態と従来で共通となっている。この後、サブ熱交換器１６で加熱されて温度が上昇する（点Ｙ_４）。そしてヒータ２２により加熱され、再び温度が最大となる（点Ｙ_１）。

本実施形態と従来の違いを説明すると、本実施形態の除湿機２では、サブ熱交換器１６において再生空気は冷却されているのに対し、従来の除湿機３では加熱されている。本実施形態の除湿機２では、メイン熱交換器１２による凝縮を行う前に、再生空気の一部を凝縮開始するように予凝縮している（点Ｘ_２’−点Ｘ_３）。このようにすることで、メイン熱交換器１２に流入する再生空気は既に飽和湿度曲線上にある（点Ｘ_３）ため、温度が低下すると同時に凝縮が起こる（点Ｘ_３−点Ｘ_４）。しかし、従来の除湿機３では除湿ロータ１４を通過して吸湿した再生空気は予凝縮されずにメイン熱交換器１２へと流入する。従って、凝縮を開始する前に一定温度分の冷却が必要である（点Ｙ_２−点Ｙ_２’）。このため、従来の除湿機３は本実施形態の除湿機２に比べて、凝縮量が低減している（Ｈ_Ｘ＞Ｈ_Ｙ）。また、先に記載のようにサブ熱交換器１６において凝縮が行われない場合（点Ｘ_２−点Ｘ_３’又は点Ｘ_２−点Ｘ_２’）でも、従来と比べて凝縮効率は向上している。従来の除湿機３のメイン熱交換器１２の凝縮に至るまでの温度低下量（点Ｙ_２−点Ｙ_２’）に比べて、本実施形態の除湿機２の凝縮に至るまでの温度低下量（点Ｘ_３’−点Ｘ_２’又はゼロ）は少ないため、効率的に凝縮する。

さらに、図１と図２に示すように、除湿ロータ１４に対して、処理空気と再生空気の進入方向が本実施形態と従来では異なる。先に記載のように、再生空気が除湿ロータ１４から水分をより多く吸湿するためには、除湿ロータ１４に対して同方向からの進入が有利である。これを図３で見ると、点Ｘ_１から点Ｘ_２の直線の傾きと点Ｙ_１から点Ｙ_２の直線の傾きを比較して、点Ｘ_１から点Ｘ_２の直線の傾きの方が大きい。再生空気が除湿ロータ１４を通過することによって一定程度の温度低下が起こるため、傾きの大きな場合の方がより多くの水分を吸湿していることがわかる。

なお、本発明の除湿機は、例えば室内を乾燥させることを目的とした室内空気を除湿対象とする他、衣類の乾燥を目的とした衣類の水分を除湿対象とするものや、これらの両方の目的を達成するものが含まれる。

２本実施形態の除湿機
４処理空気経路
４ａ第１の処理空気経路
４ｂ第２の処理空気経路
４ｃ第３の処理空気経路
４ｄ第４の処理空気経路
６再生空気経路
６ａ第１の再生空気経路
６ｂ第２の再生空気経路
６ｃ第３の再生空気経路
６ｄ第４の再生空気経路
８吸気口
１０排気口
１２メイン熱交換器（第１熱交換器）
１４除湿ロータ
１６サブ熱交換器（第２熱交換器）
１８メインファン（第１ファン）
２０再生ファン（第２ファン）
２２ヒータ

Claims

吸気口と排気口とを有する処理空気経路と、
前記処理空気経路内の処理空気を前記吸気口から吸気して前記排気口から排気する第１ファンと、
前記処理空気から吸湿する除湿ロータと、
前記除湿ロータの一部を通過し、閉経路からなる再生空気経路と、
前記再生空気経路内の再生空気を循環させる第２ファンと、
前記再生空気経路内で前記再生空気の循環方向に対して前記除湿ロータの直前に配置され、前記再生空気を加熱するヒータと、
前記処理空気経路内の前記除湿ロータを通過する前の前記処理空気と、前記再生空気経路内の前記ヒータを通過する前の前記再生空気とで熱交換して前記再生空気を冷却する第１熱交換器と、
前記処理空気経路内の前記除湿ロータを通過した後の前記処理空気と、前記再生空気経路内の前記除湿ロータを通過した後で前記第１熱交換器を通過する前の前記再生空気とで熱交換して前記再生空気を冷却する第２熱交換器と
を備える除湿機。
前記処理空気及び前記再生空気は、前記除湿ロータの厚み方向に対して同方向から前記除湿ロータに進入する、請求項１に記載の除湿機。
前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器は、ともに前記再生空気を凝縮させる凝縮器である、請求項１又は請求項２に記載の除湿機。