JP7308385B2

JP7308385B2 - 除湿装置

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Publication number: JP7308385B2
Application number: JP2019048482A
Authority: JP
Inventors: 達也堀; 彩参納
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2039-03-15
Also published as: JP2020146662A

Description

本発明は、居住空間などに用いられる除湿装置に関するものである。

従来、この種の除湿装置は、空気吸込口と空気吹出口とを有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられたヒートポンプ装置と熱交換器とを備えている。

ヒートポンプ装置は、圧縮機、放熱器、膨張部、吸熱器により形成され、空気吸込口から吸気した第１の空気が熱交換器内の第１の風路を流れて第２の空気となり、第２の空気が空気吹出口に向かって熱交換器内の第２の風路を流れて第１の空気と第２の空気とが熱交換を行う。

空気吸込口から熱交換器の第１の風路、吸熱器、熱交換器の第２の風路、放熱器を経て空気吹出口までの除湿風路内に送風装置が備えられていた。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５－２１４５３３号公報

このような除湿装置では、室内温度が低くなると熱交換器や吸熱器に着霜しやすくなり、霜が成長すると通風抵抗が増加し除湿能力が低下する。これにより、安定した除湿能力を得ることができないという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、安定した除湿能力を得るための除湿装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明に係る除湿装置は、空気吸込口と空気吹出口を有する本体ケースと、前記本体ケース内に設けた圧縮機と放熱器と膨張器と吸熱器とを順に連結した冷凍サイクルと、前記空気吸込口から吸い込んだ本体ケース外の空気を、前記冷凍サイクルを通過させた後に前記空気吹出口から本体ケース外に吹き出す送風機と、第１熱交換風路を流れる空気と第２熱交換風路を流れる空気とを熱交換する熱交換器と、前記送風機によって前記空気吸込口から前記本体ケース内に吸い込んだ空気を、前記熱交換器の前記第１熱交換風路、前記吸熱器、前記熱交換器の前記第２熱交換風路、前記放熱器、前記送風機を介して前記空気吹出口から前記本体ケース外に吹き出す除湿経路を備え、前記本体ケース外の温度を測定する室内温度測定装置と、前記本体ケース外の湿度を測定する室内湿度測定装置と、前記吸熱器の温度を測定する吸熱器温度測定装置と、前記室内温度測定装置と前記室内湿度測定装置の測定値から露点温度を算出し、室内温度が低室温設定値の１２℃以下であり、露点温度が低露点温度設定値の０℃以上の場合には、前記吸熱器温度測定装置が測定する前記吸熱器の温度が着霜蒸発温度設定値の０．５℃となるように前記送風機の風量を調整する制御部と、を有するものであり、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、安定した除湿能力を得ることができる。

本発明の実施の形態１の除湿装置の外観図同除湿装置のＡ－Ａ断面の概略を示す断面図同除湿装置の熱交換器の構成を示す概略図同除湿装置の制御区分を示す空気線図

本発明の除湿装置は、空気吸込口と空気吹出口を有する本体ケースと、前記本体ケース内に設けた圧縮機と放熱器と膨張器と吸熱器とを順に連結した冷凍サイクルと、前記空気吸込口から吸い込んだ本体ケース外の空気を、前記冷凍サイクルを通過させた後に前記空気吹出口から本体ケース外に吹き出す送風機と、第１熱交換風路を流れる空気と第２熱交換風路を流れる空気とを熱交換する熱交換器と、前記送風機によって前記空気吸込口から前記本体ケース内に吸い込んだ空気を、前記熱交換器の前記第１熱交換風路、前記吸熱器、前記熱交換器の前記第２熱交換風路、前記放熱器、前記送風機を介して前記空気吹出口から前記本体ケース外に吹き出す除湿経路を備え、前記本体ケース外の温度を測定する室内温度測定装置と、前記本体ケース外の湿度を測定する室内湿度測定装置と、前記吸熱器の温度を測定する吸熱器温度測定装置と、前記室内温度測定装置と前記室内湿度測定装置の測定値から露点温度を算出し、室内温度が低室温設定値の１２℃以下であり、露点温度が低露点温度設定値の０℃以上の場合には、前記吸熱器温度測定装置が測定する前記吸熱器の温度が着霜蒸発温度設定値の０．５℃となるように前記送風機の風量を調整する制御部と、を有する。

これにより、制御部は、露点温度と室内温度の測定値に応じて送風機の風量を制御することに加え、吸熱器温度測定装置の測定値を設定値となるように送風機の風量の制御を補正することとなるので、必要以上に風量を変えることなく安定した除湿能力を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態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、本実施の形態１の除湿装置の外観図であり、図２は図１内のＡ－Ａ断面における概略を示す断面図である。

図１、２に示すように、除湿装置の本体ケース１は箱形状で、背面には空気吸込口２を備え、天面の前面側には空気吹出口３を、天面の前面側には操作部１ａを有している。

本体ケース１内には、冷凍サイクルと、熱交換器４と、送風機５とを備えている。

冷凍サイクルは、圧縮機６、放熱器７、膨張器８としてキャピラリーチューブ、吸熱器９とからなり、これらを、この順に冷媒配管１０で接続して形成している。この吸熱器９で除湿対象となる空気を冷却除湿するものである。放熱器７と吸熱器９とは、対向して配置されている。放熱器７は、本体ケース１における前面側に配置され、吸熱器９は、本体ケース１における背面側に配置されている。

図３は、熱交換器４の構成を示す概略図である。図２、３に示すように、熱交換器４は、伝熱板Ａ１１および伝熱板Ｂ１２を交互に積層することにより構成されており、それぞれの伝熱板には、積層した際に風路が構成できるようにリブ１３が設けられている。そして、鉛直方向に流れる第１熱交換風路１４と、水平に流れる第２熱交換風路１５とを構成し、この風路間でそれぞれの伝熱板を介して熱交換を行っている。熱交換器４は、伝熱板を積層した状態で下面が傾斜した立方体となり、放熱器７と吸熱器９との間で、吸熱器９から放熱器７への風路中に設けられている。

送風機５は、スクロール形状のケーシング部１６と、このケーシング部１６に固定されたモータ部１７と、このモータ部１７によって回転する羽根部１８とから形成している。ケーシング部１６は、吸込口１９と吐出口２０とを備えている。この吸込口１９は、放熱器７に対向している。吸熱器９と、熱交換器４の第２熱交換風路１５と、放熱器７と、送風機５とは、水平方向に一直線上に配置されている。すなわち、吸熱器９と、熱交換器４と、放熱器７と、吸込口１９とは、一直線上に風路を有するものである。

送風機５によって、矢印に示すように、空気吸込口２からに吸気した空気は、熱交換器４の第１熱交換風路１４へ流入して、すでに吸熱器９により冷却除湿された空気と熱交換して予冷されたのち、吸熱器９における熱交換器４の底面より下方に突出した部分を通過し、その後風向を反転させ、さらに吸熱器９の残りの部分を通って冷却除湿される。なお、熱交換器４の底面より下方に突出した部分は通過せず、吸熱器９に一度のみ通過する風路もある。また、吸熱器９は、熱交換器４の底面から突出させず、吸熱器９の下端と熱交換器４の底面の上端とを同じ高さにしてもよい。

冷却除湿された空気は熱交換器４の第２熱交換風路１５に流入し空気吸込口２から吸気した空気によって加熱され、放熱器７でさらに加熱され、送風機５によって機外に送風される。上記風路が、除湿を行う除湿経路２１となる。

熱交換器４および吸熱器９の下方には、水受け手段２２が設置されている。水受け手段２２には、熱交換器４の第１熱交換風路１４および吸熱器９に生成される結露水が滴下する。すなわち、空気吸込口２から流入した空気が熱交換器４にて予冷される段階で、第１熱交換風路１４内で水分が結露して水滴となって滴下することがあるが、熱交換器４の下方に除湿経路２１を兼ねた水受け手段２２を配置して結露水を受ける構造となっている。

また、本体ケース１内の水受け手段２２の下部には、結露水を貯水するタンク２４を備え、水受け手段２２に設けた、たまった水滴をタンク２４に導出するドレン孔２５を通って、除湿水はタンク２４に回収される。

また、吸熱器９における熱交換器４の反対側（本体ケース１の空気吸込口２側）で、水受け手段２２の上方には、風路カバー２３を設ける。水受け手段２２と風路カバー２３は、除湿経路２１における熱交換器４の第１熱交換風路１４から吸熱器９までの風路の一部である。

本実施形態の特徴は、室内温度測定装置である温度センサー３０と、室内湿度測定装置である湿度センサー３１と、吸熱器温度測定装置である吸熱温度センサー３２と、制御部３３と、を備えている点である。

温度センサー３０は、本体ケース１外の温度を測定するために、空気吸込口２の空気温度を測定する位置に設けられている。具体的には、温度センサー３０は、除湿経路２１における熱交換器４の第１熱交換風路１４から熱交換器４の第１熱交換風路１４までの風路内に配置されている。

湿度センサー３１は、本体ケース１外の湿度を測定するために、空気吸込口２の空気湿度を測定する位置に設けられている。具体的には、湿度センサー３１は、除湿経路２１における熱交換器４の第１熱交換風路１４から熱交換器４の第１熱交換風路１４までの風路内に配置されている。

吸熱温度センサー３２は、吸熱器９の冷媒温度を測定できるように吸熱器９に接するように取り付けられている。

制御部３３は、マイコンを含み、温度センサー３０と、湿度センサー３１と、吸熱温度センサー３２の測定値とから送風機５の風量を制御する。操作部１ａのスイッチ操作により、運転モードが制御部３３によって切り替わる構成としている。

このような構成において、まずは、送風機５の風量を上げ、除湿経路２１内の風量を増加させるときの基本的な動作について説明する。空気吸込口２から吸い込まれる空気の風量が増加することで、吸熱器９、熱交換器４、放熱器７を通過する空気の風速が速くなる。第１熱交換風路１４を流れる空気は速く、熱交換器４を通り抜け熱交換する時間が短くなり、熱交換せずに通り抜けるバイパスファクターの増加により、第１熱交換風路１４を流れる空気の温度の低下が抑制される。そして、この第１熱交換風路１４を出た空気は、吸熱器９に導かれるが、吸熱器９では、空気の温度が上昇していることと、風速が増加していることの相乗効果で、熱交換が促進され、吸熱器９の能力は向上する。

一方、放熱器７では後述するように、放熱器７を流れる空気の温度は変化が少なく、風速だけが早くなるので、風速増加による熱交換能力の増加に留まり、吸熱器９と放熱器７の熱交換能力のバランスが変化して吸熱器９の熱交換能力向上が勝るため、冷媒の蒸発温度は上昇する。このことにより、吸熱器９の出口では、冷媒温度の上昇と、風速の増加によって、吸熱器９を流れる空気は早く通り抜けることと、バイパスファクターの増加により、空気の温度の低下が抑制される。この空気が熱交換器４の第２熱交換風路１５に入り、第１熱交換風路１４を流れる空気と熱交換することで、第１熱交換風路１４の出口の温度低下がさらに抑制され、それぞれの相乗効果により、冷媒の蒸発温度はさらに上昇する。

また、熱交換器４の第２熱交換風路１５では、流れる空気は速く熱交換器４を通り抜け熱交換する時間が短くなり、熱交換せずに通り抜けるバイパスファクターが増加し、第２熱交換風路１５を流れる空気の温度の上昇が抑制される。温度上昇が抑制された空気が第２熱交換風路１５内に入ることにより、第２熱交換風路１５の出口での空気の温度上昇が抑制され、前述したように放熱器７に入る空気温度の変化は小さくなる。また、風量が低下したときは逆の作用になる。

このように、風量の変化に対し、熱交換器４が相乗効果を生み、冷媒の蒸発温度を大きく変化させることが出来る。

このとき、蒸発温度が上昇するということは、蒸発圧力が上昇するということなので、圧縮機６の吸入での冷媒密度が増加することとなり、冷媒循環量が増加することとなる。したがって、冷凍サイクルの冷却能力も増加する。しかし、この作用がそのまま除湿能力の増加となる場合と除湿能力の増加とならない場合がある。それは、空気を露点以下に冷却しないと、結露を伴う冷却にならないためで、除湿機としては結露量を確保することが必要になるため、単に風量を増加させ冷却能力を向上するだけでは除湿能力の向上とはならない場合が生じる。

また、室内が低温になると、熱交換器４や吸熱器９の温度が０℃以下となり着霜し始める。霜が付き始めると風路を徐々に閉塞することで通風抵抗が増加し、風量の低下を伴い除湿能力が低下する。更に、霜が成長し風路が完全に閉塞されると、除湿できなくなるため、圧縮機６を停止して霜取り運転をする必要があり、安定的に除湿することができない。したがって、蒸発温度を０℃以下とならないようにすることが、安定した除湿能力を得るために有効となる。

このような作用を利用して、温度センサー３０で室内温度を測定し、室内温度が低室温設定値より低温になったときに、制御部３３が風量を一定量増加させることで、蒸発温度が上昇し、熱交換器４や吸熱器９に霜が付きにくくすることができる。なお、低室温設定値の一例は、１２℃である。

また、温度センサー３０で室内温度を測定し室内温度が低室温設定値より低温になったときに、吸熱温度センサー３２で測定した吸熱器９の温度が着霜蒸発温度設定値となるように、制御部３３が風量を制御することで、必要以上に風量を増加させることや、風量が不足して着霜してしまうことを抑制することができる。なお、着霜蒸発温度設定値の一例は、０．５℃である。

また、温度センサー３０が測定した室温の測定値と、湿度センサー３１が測定した湿度の測定値から、制御部３３にて露点温度を算出し、この露点温度によって制御部３３が送風機５の風量を制御する。

まず、露点温度が低露点温度設定値として０℃以上の場合には、熱交換器４や吸熱器９に霜を付きにくくするために送風機５の風量を増加させて、蒸発温度が上昇することで、着霜しにくくした方が、安定した除湿能力を得ることができるので、前述した方法で制御部３３にて風量を制御する。

次に、露点温度が低露点温度設定値として０℃以下の場合には、熱交換器４や吸熱器９に霜を付きにくくするために送風機５の風量を増加させて、蒸発温度が上昇してしまうと、結露しにくくなり、除湿能力が低下してしまう。したがって、この条件下では風量を制御することなく、制御部３３は、あえて着霜させる運転をすることで、除湿運転する。

また、温度センサー３０が測定した室温と、湿度センサー３１が測定した湿度から、制御部３３にて露点温度を算出し、この露点温度と室内温度によって、図４の空気線図に示すように、ＡからＦの領域に分けて制御部３３が送風機５の風量を制御する。

まず、室内温度が低室温設定値以下で露点温度が低露点温度設定値以上のＡ領域の場合には、制御部３３は、熱交換器４や吸熱器９に霜を付きにくくするために送風機５の風量を増加させて、蒸発温度が上昇することで、着霜しにくくした方が、安定した除湿能力を得ることができる。したがって、制御部３３が風量を一定量増加させる。

次に、室内温度が低室温設定値以下で露点温度が低露点温度設定値以下のＢ領域の場合には、制御部３３は、熱交換器４や吸熱器９に霜を付きにくくするために送風機５の風量を増加させて、蒸発温度が上昇してしまうと、結露しにくくなり、除湿能力が低下する。したがって、この条件下では、制御部３３は、風量を制御することなく、あえて着霜させる運転をすることで、除湿運転する。

次に、室内温度が低室温設定値以上であり、高室温設定値以下で露点温度が中露点温度設定値以上のＣ領域の場合には、制御部３３は、設定風量に固定することで、運転音の変化を低減する。

次に、室内温度が低室温設定値以上であり、高室温設定値以下で露点温度が中露点温度設定値以下のＤ領域の場合には、除湿能力の低下を抑制するために、制御部３３は、風量を一定量低下させて、蒸発温度を下げて、結露し易くし、除湿能力を増加させる。

次に、室内温度が高室温設定値以上で露点温度が高露点温度設定値以上のＥ領域の場合には、放熱器７の温度上昇を低減するために、制御部３３は、風量を一定量増加させて、冷凍サイクルの負荷を低減することで、安定した除湿能力を得ることができる。

最後に、室内温度が高室温設定値以上で露点温度が高露点温度設定値以下のＦ領域の場合には、露点温度が低い分冷凍サイクルの負荷は高くないので、制御部３３は、風量を一定量増加させるがＥ領域の場合より増加量を抑えることで、蒸発温度を下げて、結露し易くし、除湿能力を低下しにくくする。

このように、露点温度と室内温度によって、送風機５の風量制御の方法を切り替えることで、安定した除湿能力を得ることができるという効果をさらに高めることができる。

また、制御部３３は、温度センサー３０が測定した室温の測定値と、湿度センサー３１が測定した湿度の測定値から、露点温度を算出する。制御部３３は、この露点温度と室内温度によって、図４の空気線図に示すように、ＡからＦの領域に分けて、吸熱温度センサー３２で測定した吸熱器９の温度が、それぞれの蒸発温度設定値となるように風量を制御する。

これにより、制御部３３は、着霜や冷凍サイクル負荷低減のため、風量を増加方向に制御する増加量の調整を行う。

まず、室内温度が低室温設定値以下で、露点温度が低露点温度設定値以上のＡ領域の場合には、制御部３３は、熱交換器４や吸熱器９に霜を付きにくくするために送風機５の風量を増加させて、蒸発温度が上昇することで、着霜しにくくする。しかし、蒸発温度を上げすぎると結露しにくくなり除湿能力が低下するので、制御部３３は、蒸発温度が着霜蒸発温度設定値となるように風量を調整した方が、より安定した除湿能力を得ることができる。

次に、室内温度が低室温設定値以下で、露点温度が低露点温度設定値以下のＢ領域の場合には、制御部３３は、蒸発温度が露点温度より一定温度低い低温蒸発温度設定値となるように風量を調整する。これにより、まず、着霜状態の変化による通風抵抗の増加量の変化による風量の減少のため蒸発温度が低下するのを抑制できる。次に、風量を下げ過ぎて着霜を早めたり、冷凍サイクルの液バックを抑制できる。更に、風量を増加させしすぎて蒸発温度が上昇して結露しにくくなる除湿能力低下を抑制できる。このことより安定した除湿能力を得ることができる。

最後に、室内温度が低室温設定値以上－高室温設定値以下で露点温度が中露点温度設定値以下のＤ領域の場合には、制御部３３は、蒸発温度が露点温度より一定温度低い中温蒸発温度設定値となるように風量を調整する。これにより、風量を下げ過ぎによる除湿能力低下と、風量の低下量が少なく蒸発温度が十分下がらないため結露しにくくなり除湿能力が低下することを抑制して、より安定した除湿能力を得ることとなる。結果として、露点温度と室内温度によって、送風機５の風量制御の方法を切り替え、蒸発温度を調整することで、安定した除湿能力を得ることができるという効果をさらに高めることができる。

また、制御部３３が、前述した方法で風量を制御することの有無を、操作部１ａによって選択可能にする。具体的には、除湿能力を優先する運転と、除湿能力よりも風量の変化を最小限にし、運転音の変化による不快感を低減する運転と、を選択可能にすることができる。これにより、居住空間での使用と、非居住空間での使用を選択でき、ニーズに対応できるという効果を奏する。

なお、本実施の形態では、各温度設定値の全てを明確にはしていないが、これは、実際の機器のセッティングにおいて、調整されるものである。

また、図２に示す領域の分け方は一例であり、詳細に分ければより、細やかな制御が可能となる。

本発明に係る除湿装置は、除湿性能の向上を可能とするものであるので、居室空間などで使用される除湿装置等として有用である。

１本体ケース
２空気吸込口
３空気吹出口
４熱交換器
５送風機
６圧縮機
７放熱器
８膨張器
９吸熱器
１０冷媒配管
１１伝熱板Ａ
１２伝熱板Ｂ
１３リブ
１４第１熱交換風路
１５第２熱交換風路
１６ケーシング部
１７モータ部
１８羽根部
１９吸込口
２０吐出口
２１除湿経路
２２水受け手段
２３風路カバー
２４タンク
２５ドレン孔
３０温度センサー
３１湿度センサー
３２吸熱温度センサー
３３制御部

Claims

空気吸込口と空気吹出口を有する本体ケースと、
前記本体ケース内に設けた圧縮機と放熱器と膨張器と吸熱器とを順に連結した冷凍サイクルと、
前記空気吸込口から吸い込んだ本体ケース外の空気を、前記冷凍サイクルを通過させた後に前記空気吹出口から本体ケース外に吹き出す送風機と、
第１熱交換風路を流れる空気と第２熱交換風路を流れる空気とを熱交換する熱交換器と、
前記送風機によって前記空気吸込口から前記本体ケース内に吸い込んだ空気を、前記熱交換器の前記第１熱交換風路、前記吸熱器、前記熱交換器の前記第２熱交換風路、前記放熱器、前記送風機を介して前記空気吹出口から前記本体ケース外に吹き出す除湿経路を備え、
前記本体ケース外の温度を測定する室内温度測定装置と、
前記本体ケース外の湿度を測定する室内湿度測定装置と、
前記吸熱器の温度を測定する吸熱器温度測定装置と、
前記室内温度測定装置と前記室内湿度測定装置の測定値から露点温度を算出し、室内温度が低室温設定値の１２℃以下であり、露点温度が低露点温度設定値の０℃以上の場合には、前記吸熱器温度測定装置が測定する前記吸熱器の温度が着霜蒸発温度設定値の０．５℃となるように前記送風機の風量を調整する制御部と、を有することを特徴とする除湿装置。