JPWO2015083733A1 - Dehumidifier - Google Patents
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Abstract
除湿機は、加熱されることで吸湿した水分を直接水滴として排出する吸湿材と、前記吸湿材を担持し通気構造を有するロータ(1)と、前記ロータ(1)を加熱して放湿させる刺激付与部(6)と、前記ロータ(1)を軸周りに回転させて吸湿と放湿を連続して行わせる回転機構とを備えた除湿機であって、前記刺激付与部(6)は前記ロータ(1)の通気構造を空気循環路の一部とする閉鎖空間を形成する。The dehumidifier comprises a moisture absorbent material that directly discharges moisture absorbed by heating as water droplets, a rotor (1) that supports the moisture absorbent and has a ventilation structure, and heats the rotor (1) to release moisture. A dehumidifier comprising a stimulus applying unit (6) and a rotating mechanism for rotating the rotor (1) around an axis to continuously absorb and release moisture, the stimulus applying unit (6) A closed space is formed with the ventilation structure of the rotor (1) as a part of the air circulation path.
Description
本発明は、吸湿材を使用する除湿機に関するものである。 The present invention relates to a dehumidifier using a hygroscopic material.
除湿および調湿を行なうための装置としては、冷凍サイクル式と吸湿材式とがある。「冷凍サイクル式」は、圧縮機を内蔵し、冷媒を圧縮、膨張させて蒸発器で室内空気を冷却することにより空気内の湿度を結露させ、除湿するものである。「吸湿材式」は、ロータに担持した吸湿材に室内空気中の水分を吸湿させ、吸湿したロータに高温の風を当て、ロータ内の水分を高温・高湿の空気として取り出し、その空気を冷却することにより、高温・高湿の空気に含まれる水分を結露させて取り出す。 As a device for performing dehumidification and humidity control, there are a refrigeration cycle type and a hygroscopic material type. The “refrigeration cycle type” has a built-in compressor, compresses and expands the refrigerant, and cools the indoor air with an evaporator to condense and dehumidify the humidity in the air. In the “hygroscopic material type”, moisture in the room air is absorbed by the hygroscopic material carried on the rotor, high-temperature air is applied to the absorbed rotor, and the moisture in the rotor is taken out as high-temperature and high-humidity air, and the air is extracted. By cooling, moisture contained in high-temperature and high-humidity air is condensed and removed.
冷凍サイクル式の例が記載された文献としては、特開2003−144833号公報(特許文献1)を挙げることができる。吸湿材式の例が記載された文献としては、特開2001−259349号公報(特許文献2)を挙げることができる。両者の特徴を合わせた構成は、特開2005−34838号公報(特許文献3)に記載されている。 JP-A-2003-144833 (Patent Document 1) can be cited as a document in which an example of a refrigeration cycle is described. JP-A-2001-259349 (Patent Document 2) can be cited as a document describing an example of the hygroscopic material type. A configuration combining both features is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-34838 (Patent Document 3).
また、従来のゼオライト等の吸湿材とは異なり、分子構造の変化によって吸湿状態と放湿状態とを呈する高分子ゲル材料が開発されており、吸水シートや除湿剤として使用することも特開2002−126442号公報(特許文献4)に提案されている。 Further, unlike conventional hygroscopic materials such as zeolite, a polymer gel material has been developed that exhibits a moisture absorption state and a moisture release state due to a change in molecular structure, and can be used as a water absorbent sheet or a dehumidifying agent. -126442 (patent document 4).
除湿および調湿する機構において、圧縮機を用いる冷凍サイクル式においては冷凍効率COPが5に達するなど効率の高い除湿および調湿が可能である。しかし、このような冷凍サイクル式では、環境破壊につながるハロゲン系ガスを使ったり、圧縮機を搭載するために大型化しがちであったり、騒音が大きかったりなどといった問題が依然として存在する。 In the mechanism for dehumidification and humidity adjustment, in the refrigeration cycle type using a compressor, high-efficiency dehumidification and humidity adjustment such that the refrigeration efficiency COP reaches 5 is possible. However, such refrigeration cycle types still have problems such as the use of halogen-based gases that lead to environmental destruction, the tendency to increase in size due to the installation of a compressor, and the loud noise.
一方、吸湿材式においては、吸湿した吸湿材から水分を排出するために再生熱が必要で、一般には再生熱として200℃前後の高温が必要で、再生側でヒータとファンとにより生成した熱風を吸湿材に当てた後、得られた高温高湿空気に対して熱交換器で冷却して凝縮水にしていたので効率が悪かった。 On the other hand, in the hygroscopic material type, regeneration heat is required to discharge moisture from the hygroscopic material that has absorbed moisture, and generally a high temperature of around 200 ° C. is necessary as regeneration heat, and hot air generated by a heater and a fan on the regeneration side. After being applied to the hygroscopic material, the resulting high-temperature and high-humidity air was cooled with a heat exchanger to form condensed water, so the efficiency was poor.
また、これらを融合したハイブリッドタイプでは、圧縮機の圧縮熱を吸湿材ロータの再生に一部利用するなど改善されており、吸湿材式の利用範囲を広げることができるが、複雑な空気経路や機構が必要になり、大型化は避けられない。また、吸着するなどして集めた水蒸気を冷却用熱交換器で冷却し過飽和冷却することで凝縮させることは冷凍サイクル式と変わりない。 In addition, the hybrid type, which combines these, has been improved by partially using the compression heat of the compressor for the regeneration of the hygroscopic rotor, which can widen the range of use of the hygroscopic material type. A mechanism is required, and an increase in size is inevitable. Further, the water vapor collected by adsorption or the like is cooled by a cooling heat exchanger and condensed by supersaturated cooling, which is the same as the refrigeration cycle type.
そこで、本発明は、ハロゲン系ガスを使わずに、装置の小型化が可能で、さらにエネルギーロスの少ない除湿機を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a dehumidifier that can reduce the size of the apparatus without using a halogen-based gas and that further reduces energy loss.
上記目的を達成するため、本発明に基づく除湿機は、吸湿材を使用する。さらに吸湿材には、水分を吸収しうる第1の状態と、第1の状態のときに吸収した水分を放出する第2の状態とを有し、外部からの刺激により第1の状態から第2の状態に変化し、かつ、刺激がなくなったときには、第1の状態に戻る性質を有する高分子ゲル吸湿材料を使用する。以下の説明では、高分子ゲル吸湿材を単に吸湿材と表する。 In order to achieve the above object, the dehumidifier according to the present invention uses a hygroscopic material. Furthermore, the hygroscopic material has a first state in which moisture can be absorbed and a second state in which the moisture absorbed in the first state is released. A polymer gel moisture-absorbing material having a property of returning to the first state when the state changes to 2 and the stimulus is lost is used. In the following description, the polymer gel hygroscopic material is simply referred to as a hygroscopic material.
さらに、刺激付与部を閉鎖空間とし、外部刺激として用いたエネルギーを外部へ漏出させずに使用可能な構造とする。 Further, the stimulus applying part is a closed space, and the energy used as the external stimulus is configured to be usable without leaking outside.
さらに、高分子ゲル吸湿材が第1の状態から第2の状態へ変化する相転移(体積相転移)温度を変更した高分子ゲル吸湿材を複数使用して、外部刺激を有効に使用できるようにした。 Furthermore, it is possible to effectively use external stimuli by using a plurality of polymer gel hygroscopic materials whose phase transition (volume phase transition) temperature is changed so that the polymer gel hygroscopic material changes from the first state to the second state. I made it.
本発明によれば、吸湿材を使用することでハロゲン系ガスを使わず、装置の小型化が可能で、さらに刺激付与部を閉鎖空間とすることでエネルギーロスが少ない、除湿機とすることができる。 According to the present invention, it is possible to make a dehumidifier that uses a hygroscopic material, does not use a halogen-based gas, can be downsized, and has a reduced energy loss by making the stimulus imparting portion a closed space. it can.
(実施の形態1)
図1および図2を参照して、本発明に基づく実施の形態1における除湿機100について説明する。図1は、除湿機100の構造を概念的に示した平面図であり、図2は図1の中央線II−IIで切断した内部構造を示す断面図である。実際の各部の寸法比や位置関係はこのとおりとは限らない。(Embodiment 1)
With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the
除湿機100は、吸湿材2を担持するとともに通気構造を有するロータ1と、ロータ1を通過して吸湿材2に湿った空気3を供給する外気供給装置4と、吸湿したロータ1に刺激を与える刺激付与部6を備える。吸湿材2には高分子ゲル吸湿材料を使用する。本実施形態において、高分子ゲル吸湿材料は、ポリ−N−イソプロピルアクリルアミド(p−NIPAM)およびその誘導体やポリビニルエーテルおよびその誘導体などの感温性高分子を用いた温度応答型吸湿材料であって、作成後十分に乾燥させた後に水分を吸収しうる第1の状態と、第1の状態のときに吸収した水分を水滴として排出する第2の状態とを有し、外部からの熱刺激により第1の状態から第2の状態に相転移し、かつ、刺激がなくなったときには逆方向に相転移して第1の状態に戻る性質を有する。
The
刺激付与部6は、断熱材を貼り付けたケース6aと、加熱装置7と、空気循環装置8と、ロータ1から排出された水分を機外へ取り出すための排出孔9とを備える。ケース6aは環状になった筒状容器であって内部が空気循環通路6bとなっており、ロータ1が挟み込まれる部分が切除されている。ケース6aは、ロータ1が回転しながらも端部で摺動可能に構成される。ケース6aは、自身とロータ1の通気構造によって空気循環路6bとなる閉空間を形成するようにされる。
The stimulus imparting unit 6 includes a
ロータ1は、波状に成型した基材と平板状の基材を一体としてロール状に巻き上げた構造をしており、中心部に回転軸10が挿入される。ロータ1は、回転軸10で支持されることによって回転自在にされるとともに、外周部には歯付きベルトが施設され、ギア付き駆動モータ13によって白抜き矢印Aで示すように一方向にゆっくりと回転させられる。ロータ1の波状の基材と平板状の基材の間には空間が形成され通気構造を提供する。
The
このように構成された除湿機100の動作について説明を行う。除湿機100においては、吸込風路11を経由して湿った空気3が機外から取り込まれ、外気供給装置4によってロータ1に導かれる。吸込風路11内側のロータ領域は、ロータ1に担持された吸湿材2と湿った空気3が触れる吸湿エリア1aとなる。吸湿材2に触れて除湿された空気は、乾燥空気5となって吹出風路12を経由して室内へ出ていく。
Operation | movement of the
前工程で水分を含んだロータ1は駆動モータ13によって回転軸10の周りにゆっくりと回転駆動されて、刺激付与部6が形成する放湿エリア1bに到達する。刺激付与部6内部は、加熱装置7と空気循環装置8との働きで高温空気6cが循環する状態で満たされており、ロータ1の通気構造を高温空気6cが通過するときに吸湿材2に熱刺激を与えることにより、吸湿状態である第1の状態から放湿状態である第2の状態へと吸湿材2に相転移が起きる。吸湿材2として採用した高分子ゲル吸湿材料ポリ−N−イソプロピルアクリルアミドは相転移を起こす温度がたとえば32℃や40℃などと低温である。すなわち、これは低温で感応する感温性高分子であって、ロータ1の通気構造を通過したのちの空気温度がこの温度と同等であれば相転移するための最低限の条件が達成される。この吸湿材2の相転移に伴って、吸湿されていた水分が直接、水となって排出されて刺激付与部6の下部に溜まり排出孔9から排水され、水受け容器14に受けられる。水受け容器14は必須ではない。
The
実施の形態1では、吸湿材2は、熱刺激を受けることによって吸湿する第1の状態から放湿する第2の状態に変化するものとした。ロータ1に担持された吸湿材2は高温空気6cが通過するときに加熱されて、第1の状態から第2の状態へと相転移し、これに伴って吸湿されていた水分が水滴として排出される。この時の様子を概念的に図3に示す。
In the first embodiment, the
図3において、ロータ1には感温度40℃に調整した吸湿材2が均等に担持されているものとする。ロータ1の上端面から流入した高温空気6cは、通気構造を通って近傍のロータ基材および吸湿材2を加熱しながら下端面へと移動する。同時に、下端面に近づくにつれて高温空気6cの温度が低下する。もし、高温空気6cの温度が上端面通過時に40℃であったとすれば、下端面ではその温度以下になる訳で、この状態では、上端面近傍の吸湿材2は相転移が出来ても、下端面近傍の吸湿材2は相転移温度に達しないので吸湿する状態を継続している。
In FIG. 3, it is assumed that the
つまり、上端面近傍では吸湿した水分が水滴となって排出されるのに、下端面近傍では垂れてきた水滴が吸収されてしまう。このような状態を長く続けると、下端面近傍では吸湿材2が多量の水分で膨潤しロータが変形してしまう。従って、高温空気6cはロータ1を通過した後の温度が、吸湿材2の相転移温度と同等以上であることが要求される。
In other words, moisture that has absorbed moisture is discharged as water droplets in the vicinity of the upper end surface, but water droplets that have drooped in the vicinity of the lower end surface are absorbed. If such a state is continued for a long time, the
ケース6a内部を効率の良い空気循環用閉空間とするために、ケース6aとロータ1とが接触する端面は、ロータ1の回転が阻害されない程度に接触し、空気の漏れは出来る限り少なくなるように構成するのが好ましい。また、ケース6aには断熱を施し熱漏洩が出来る限り少なく出来るように構成するのが好ましい。このように構成することで、熱漏洩が少なくなり高いエネルギー効率で除湿機を作動させることができる。
In order to make the inside of the
さらに、吸湿材2は相転移を起こす温度が約40℃と低温であって、ロータ1の通気構造を通過したのちの空気温度がこの温度と同等であれば最低限の条件が達成されるので、ケース6a内部の温度と機外温度とを比較してもあまり差がない温度で済むことから断熱材を通して漏洩する熱量も少なくなる。循環する高温空気6cの温度は、ロータ1の寸法、基材の材質、吸湿材2の質量やロータ1の回転数等で決まるロータ1の熱容量によって左右されるため適宜実験して決定される。
Further, the
ケース6a内部を約40℃の温度に保つことから、ロータ1から排出された水分の一部が循環する高温空気6cによって蒸発することも考えられるが、空気中の飽和水蒸気の量は、40℃では51グラム/立方メートル(乾燥空気)、50℃で83グラム/立方メートル(乾燥空気)程度であって、除湿機100の運転を継続してもこれ以上の水蒸気は包含されないので、ロータ1から滴下した水滴は、すべて水滴として排出される。
Since the inside of the
本発明に対して吸湿材にゼオライトを使用する従来の吸湿材式除湿機の場合について検討すると、次のような不都合が発生する。 Considering the case of a conventional moisture absorbent dehumidifier using zeolite as a moisture absorbent for the present invention, the following inconvenience occurs.
ゼオライトを使用する吸湿材式除湿機では、吸湿したロータを乾燥するために約200℃の熱風を必要とする。また、ゼオライトは吸湿した水分を水蒸気として放出するので、ロータからは、高温空気と高温水蒸気が排出される。200℃の空気の飽和水蒸気の量は約7500グラム/立方メートル(乾燥空気)であって、ロータから排出された水蒸気量がこの値以上にならないと高温水蒸気は水滴として排出されない。このため、従来の吸湿材式除湿機では、高温水蒸気を冷却するために熱交換器を設け、結露水として機外へ排出する構造が必要であった。また、熱交換器を設けない場合には、刺激付与部を循環型閉空間とせずに、水蒸気を含んだ熱風をそのまま室外等へ排出するしかなかった。また、結露水を得るための熱交換器を設置する場合には、その働きによってロータを乾燥させるための熱風温度が大きく引き下げられ、再加熱するためにも大きなエネルギーを必要とした。 In a moisture absorbent dehumidifier using zeolite, hot air of about 200 ° C. is required to dry the moisture-absorbed rotor. Further, since the zeolite releases the absorbed moisture as water vapor, high temperature air and high temperature water vapor are discharged from the rotor. The amount of saturated water vapor in air at 200 ° C. is about 7500 grams / cubic meter (dry air), and high-temperature water vapor is not discharged as water droplets unless the amount of water vapor discharged from the rotor exceeds this value. For this reason, in the conventional moisture absorption material type dehumidifier, the heat exchanger was provided in order to cool high temperature steam, and the structure discharged | emitted out of the apparatus as condensed water was required. Further, when the heat exchanger is not provided, the stimulation imparting part is not made into the circulation type closed space, and the hot air containing water vapor can only be discharged outside the room as it is. In addition, when a heat exchanger for obtaining condensed water is installed, the hot air temperature for drying the rotor is greatly lowered by the function, and a large amount of energy is required for reheating.
また仮に、熱交換器を備えずに熱風を循環するだけの構造とすると、熱風が水蒸気を含むに従ってロータに担持された吸湿材の水蒸気圧と循環空気の水蒸気圧が接近して、ロータからの水蒸気放出が出来なくなってしまう。これは、ゼオライトの吸放湿特性が、微細孔での水分子の物理的および化学的吸着に基づく特性だからである。ゼオライトの微細孔中の湿度に対して周囲の湿度が高い時には微細孔中に水分子を引き込み、周囲の湿度が低い時には微細孔中の水分子を吐き出すのである。乾燥のために与える高温エネルギーは、微細孔表面から水分子を引き剥がすのに必要なエネルギーとして使用される。このような特性のために、高温の循環空気が水蒸気で飽和した状態では、ロータが全く乾燥されることが無くなり、除湿機として作用しなくなるのである。 If the structure is such that only hot air is circulated without a heat exchanger, the water vapor pressure of the hygroscopic material carried on the rotor and the water vapor pressure of the circulating air approach each other as the hot air contains water vapor. Water vapor can no longer be released. This is because the moisture absorption / release characteristics of zeolite are based on physical and chemical adsorption of water molecules in the micropores. When the ambient humidity is higher than the humidity in the zeolite micropores, water molecules are drawn into the micropores, and when the ambient humidity is low, water molecules in the micropores are discharged. The high temperature energy given for drying is used as the energy required to peel off water molecules from the micropore surface. Due to such characteristics, when the high-temperature circulating air is saturated with water vapor, the rotor is not dried at all and does not function as a dehumidifier.
つまり、ゼオライトなどを使用する従来の吸湿材式除湿機では、ロータを乾燥させる熱エネルギーの漏洩を防ごうと刺激付与部のケースを断熱し、熱風を循環させる構造としても、冷却用熱交換器から多くの熱エネルギーが奪われるという大きな矛盾を生じるのである。 In other words, with conventional moisture absorbent dehumidifiers that use zeolite or the like, a heat exchanger for cooling can also be used as a structure that insulates the case of the stimulus imparting part and circulates hot air to prevent leakage of heat energy that dries the rotor. It causes a big contradiction that a lot of heat energy is deprived.
(実施の形態2)
実施の形態1では、高分子ゲル吸湿材料をポリ-N−イソプロピルアクリルアミドとして説明をしたが、同様に温度に応答して吸湿をする第1の状態と放湿をする第2の状態との間で相転移を行う高分子ゲル材料が他にも知られているので、前者とは動作条件が異なるものの除湿機としての応用が可能である。例えば、ポリエチレンオキシド、ポリメチルビニルエーテルや、オキシエチレン鎖を有するビニルエーテルやポリメタクリレート、ポリヒドロキシブチルビニルエーテルおよびこれらの誘導体などがある。(Embodiment 2)
In the first embodiment, the polymer gel moisture-absorbing material has been described as poly-N-isopropylacrylamide, but similarly, between the first state where moisture is absorbed in response to temperature and the second state where moisture is released. Since other polymer gel materials that undergo phase transition are known, they can be applied as dehumidifiers although their operating conditions differ from those of the former. For example, there are polyethylene oxide, polymethyl vinyl ether, vinyl ether and polymethacrylate having an oxyethylene chain, polyhydroxybutyl vinyl ether, and derivatives thereof.
除湿機のシステムとしては吸湿材料が変更されるだけで、構造等は実施の形態1と同じになるので説明は省略する。 As the dehumidifier system, only the hygroscopic material is changed, and the structure and the like are the same as those of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
(実施の形態3)
実施の形態1では、ロータ1を通過した後の高温空気6cの温度が吸湿材2の相転移温度約40℃以上であることが条件であったが、このような不具合に対応するため、本実施形態では上端面近傍の吸湿材の相転移温度と下端面近傍の吸湿材の相転移温度を異ならせることとした。つまり、ロータの上端面近傍の吸湿材の相転移温度よりも、下端面近傍の吸湿材の相転移温度を低くなるように構成する。好ましくは通気構造を通過する高温空気の温度変化に合わせた相転移温度に調整するのが良い。除湿機構造としては実施の形態1と同じものとなる。以下の説明において、図中の符号は実施の形態1と同じものは同じ番号を附し説明は省く。(Embodiment 3)
In the first embodiment, the condition is that the temperature of the high-
このように構成したロータの放湿動作について概念を図4に示す。本実施形態では、ロータ31の上半分は実施形態1と同様の吸湿材2を担持した構成とし、下半分を相転移温度が低い吸湿材料22を担持したロータとした。実施の形態1と同じ高分子ゲル吸湿材料を使用する場合であれば、ゲル中に含まれるイオンの量によって相転移温度を異ならせることができることが知られている。イオンの量が多いほど相転移温度が低く、イオンの量が少ないほど相転移温度が高くなるので調整が可能である。
The concept of the moisture release operation of the rotor configured as described above is shown in FIG. In the present embodiment, the upper half of the
このように構成したロータを使用した除湿機では、ロータ31の上半分で吸湿材2が相転移して吸湿した水分が放出された場合では、下半分の吸湿材22も相転移しているので、上から垂れてきた放出水15が下半分のロータ部分で再吸収されることなく下端面まで到達し、滴下水16となる。また、このように構成することで、ロータ31通過後の空気温度を低くすることが出来、全体として加熱温度を低下することが出来る。このことで加熱エネルギーが少なくて済み、さらに刺激付与部6と外気との温度差が少なくなるので一層漏洩する熱エネルギーが少なくなる。
In the dehumidifier using the rotor configured as described above, when the
ロータ31の上半分に担持する吸湿材2と下半分に担持する吸湿材22の相転移温度の差をどの程度に設定するかは、高温空気6cの温度や循環風量、ロータの回転速度、ロータの基材材料、ロータの寸法、ロータの質量等のシステム構成によって異なるので、適宜実験して最適なものを設定するのが好ましい。
The degree of difference in the phase transition temperature between the
なお、本実施形態では相転移温度の異なる2種類の吸湿材を使用した例を示したが、使用する吸湿材が2種類に限られないのは言うまでもなく、ロータの厚さや動作させる条件によって異なる相転移温度を持つ数種の吸湿材を用意することが好ましい。また、これに対応して分割数も増やすことも言うまでもない。また、本実施形態では、ロータの厚さ方向を均等に2分割した例を示したが、分割は均等にすることにはこだわらず、適宜比率を決定することができる。 In this embodiment, an example in which two types of moisture absorbent materials having different phase transition temperatures are used has been described. However, it is needless to say that the moisture absorbent material to be used is not limited to two types, and varies depending on the thickness of the rotor and operating conditions. It is preferable to prepare several types of hygroscopic materials having a phase transition temperature. Needless to say, the number of divisions increases correspondingly. Further, in the present embodiment, the example in which the thickness direction of the rotor is equally divided into two has been shown, but the ratio can be appropriately determined without being divided equally.
(実施の形態4)
実施の形態3では、ロータの厚さ方向に数種類の吸湿材を相転移温度が低くなる順に担持する構造について述べたが、本実施形態ではロータの半径方向に異なる相転移温度を有する吸湿材を担持させる場合について説明する。(Embodiment 4)
In the third embodiment, the structure in which several types of moisture absorbing materials are supported in the thickness direction of the rotor in order of decreasing phase transition temperature has been described. However, in this embodiment, moisture absorbing materials having different phase transition temperatures in the radial direction of the rotor are used. The case where it carries is demonstrated.
図5、図6に本実施形態のロータ41について構造模式図を示す。ロータ41は、基材44に透水性材料を使用している。また、吸湿材には温度応答性を有する高分子ゲル吸湿材であって異なる相転移温度を有する吸湿材42および吸湿材43を使用する。この基材44の一方の面に吸湿材42を、他の面に吸湿材43を担持させている。ここでは、吸湿材42は吸湿材43よりも高い温度で相転移するものとする。吸湿材42および吸湿材43を担持した基材44は、波板状と平板状とに各々成形されて組み合わされその隙間が通気構造を提供する。
5 and 6 are structural schematic diagrams of the
なお、除湿機としての構造は実施の形態1と同様とするので図1を参照されたい。このように構成したロータ41を使用した除湿機について動作を説明する。ロータ41はすでに吸湿段階を終えて、放湿のための加熱段階に移行しているものとする。
In addition, since the structure as a dehumidifier is the same as that of
ロータ41が回転軸の周りに回転して刺激付与部6の放湿エリア1bに入った段階で、高温空気6cによって吸湿材42および吸湿材43が加熱される。高温空気6cは、ロータ41の厚さ方向に通過した後でも吸湿材42を相転移させるに十分な温度を有するものとする。吸湿材43は相転移温度が低いので吸湿材42よりも先に相転移温度に達して放湿を始める。この段階では、吸湿材42は未だ吸湿状態であり、基材44を介して吸湿材43が放出した水分を吸収する。
When the
この後も、ロータ41の回転が継続して行われており放湿エリア1b内を回転移動しながら、時間の経過に伴って吸湿材42も次第に相転移温度に到達をする。この段階では、吸湿材43はすべて放湿状態であって再び水分を吸湿することが無く、吸湿材42は吸湿材43が放出した水分をすべて吸収している。ここで、吸湿材42が相転移温度に到達すると吸湿材43が含んでいた水分と吸湿材42が含んでいた水分の両方が一気に放出される。水分が一気に放出されることで、滴下水16の大きさが大きくなり、滴下しやすくなるとともに高温空気6cの影響を受けにくく蒸発が抑えられて排水が良好に行われる。これは、水滴は粒径が小さいほど質量に対する表面積の割合が大きく、外気の影響を強く受けて蒸発がしやすくなる。逆に、水滴の粒径が大きくなれば質量に対する表面積の割合が小さくなり、外気の影響を受けにくくなって蒸発がしにくくなることによる。
Thereafter, the rotation of the
図7に以上の動作について模式図を示す。図7(a)は、外気供給装置4によって水分を含んだ空気3がロータ41に供給され、吸湿材42および43が水蒸気を吸湿している状態である。図7(b)はロータ41が回転して放湿エリア1bに移行して、加熱装置7と空気循環装置8によって加熱された高温空気6cがロータ41に供給され、吸湿材43が相転移温度に達して放湿している状態である。この時点では吸湿材43から放出された水分が、基材44を透過して吸湿材42に吸収をされる。図7(c)は時間が経過して吸湿材42が相転移温度に達して水分を放出している状態で、吸湿材43から移行してきた水分と元々吸湿材42が吸湿していた水分の両方が排出されるため滴下水16が形成される。図7(d)はロータ41が水分の排出を終えてさらに回転移動して放湿エリア1bを抜けた状態を示す。こののちロータ41は回転を継続して吸湿エリア1aに入って再び吸湿をする。このような動作を繰り返して除湿機が動作する。
FIG. 7 shows a schematic diagram of the above operation. FIG. 7A shows a state in which
(実施の形態5)
ロータ41の基材44が構成する通気構造は、図8に示すように断面が三角形であっても、その他の多角形であっても特に制限するものではない。また、吸湿材を粒状に成型して、円筒形で中心軸方向の両端面を通気構造とした筐体に詰めた構造、網状立体構造を有する基材に吸湿材を担持させた構造、など従来から知られる形状であってもよい。(Embodiment 5)
The ventilation structure formed by the
(実施の形態6)
実施の形態4または実施の形態5に示したような相転移温度の異なる吸湿材を複数使用する場合に、より好ましい刺激付与部61の構造について図9に示す。本実施形態では、実施の形態4で使用したロータ41を使用する除湿機として説明を行う。(Embodiment 6)
FIG. 9 shows a more preferable structure of the
本実施形態では、ロータの回転方向に加熱装置7a、7bが並列するように刺激付与部61の内部を仕切り壁61dで区切るものである。刺激付与部61内部は、相転移温度が異なる複数の吸湿材に対応するように高温空気も複数の温度に設定して、ロータ41を厚さ方向に通過した後の温度で加熱温度を調節してある。本実施形態では、放湿エリア41bでは低温で相転移する吸湿材43に対応する高温空気61cを、放湿エリア41cでは高温で相転移する吸湿材42に対応する高温空気62cを発生するように加熱温度を調節する。
In the present embodiment, the inside of the
刺激付与部61は環状に形成された筒状容器であって内部を空気が循環する。環状形状の一部を切除しロータ41が挟み込まれるように配置される。刺激付与部61とロータ41の接触部は、ロータ41の回転が可能でかつ内部を循環する空気が漏れないように構成される。
The
本実施形態においては、放湿エリア41bは高温空気61cで加熱され、放湿エリア41cは高温空気62cで加熱されており、高温空気61cはロータ通過後の温度が吸湿材43を相転移させるに足る温度であり、高温空気62cは高温空気61cよりも高温で、ロータ通過後の温度が吸湿材42を相転移させるに足る温度である。また、刺激付与部61内部は2等分され放湿エリア41bと放湿エリア41cは同等の大きさとなっている。また、室内空気の供給を受け、高分子ゲル吸湿材が水分を吸収する領域は吸湿エリア41aである。その他の部分は実施の形態1と同じなので説明は省略する。
In this embodiment, the
このような構成において除湿動作を説明する。ロータ41は、前述のように基材44に透水性材料を使用している。この基材44の一方の面に高分子ゲル吸湿材からなる吸湿材42を、他の面に吸湿材43を担持させている。吸湿材42は吸湿材43よりも高い温度で相転移する。
The dehumidifying operation in such a configuration will be described. The
ロータ41が吸湿段階を終えて、放湿のための加熱段階に移行しているものとする。ロータ41が回転軸の周りに回転して刺激付与部61の放湿エリア41bに入った段階で、加熱装置7aが発生する高温空気61cによって吸湿材42および43が加熱される。吸湿材43は相転移温度が低いので吸湿材42よりも先に相転移温度に達し放湿を始める。この段階では、吸湿材42は未だ吸湿状態であり、基材44を介して吸湿材43が放出した水分を吸収する。
It is assumed that the
ロータ41が回転継続して放湿エリア41cに移動すると、放湿エリア41cでは加熱装置7bによって高温空気61cよりも高温の高温空気62cが流通しており、時間の経過に伴って吸湿材42も相転移温度に到達する。この段階では、吸湿材43はすべて相転移を終えており放湿状態であって再び水分を吸湿することが無く、吸湿材42は吸湿材43が放出した水分をすべて吸収している。ここで、吸湿材42が相転移温度に到達すると、もともと吸湿材43が含んでいた水分と吸湿材42自身が含んでいた水分の両方が一気に放出される。水分が一気に放出されることで、滴下水16の大きさが大きくなって滴下しやすくなり、高温空気61cまたは62cの影響を受けにくくなって蒸発が抑えられ排水が良好に行われる。また、循環する高温空気61cおよび高温空気62cがロータ41の上面から下面に向かって通過するため滴下を補助する。このような動作を繰り返して除湿機が動作する。
When the
本実施形態において、刺激付与部61内部を2等分したが、3つ以上に分割して構成することも可能である。高分子ゲル吸湿材の種類やロータの質量、高分子ゲル吸湿材の量やロータの回転数によって熱容量が左右されるため、適宜分割比率を変更することもできる。また、分割比率の決定は実験確認などで適切になされるのが好ましい。
In the present embodiment, the inside of the
(実施の形態7)
実施の形態6では、相転移温度が異なる複数の吸湿材をロータの半径方向に配設したものとして説明を行ったが、実施の形態3で使用した様に相転移温度が異なる複数の吸湿材をロータの厚さ方向に配設したものを使用しても同じように動作させることが出来る。除湿機の構成は図10、図11にロータ構造を説明する模式図を示す。(Embodiment 7)
In the sixth embodiment, a description has been given assuming that a plurality of hygroscopic materials having different phase transition temperatures are arranged in the radial direction of the rotor. However, as used in the third embodiment, a plurality of hygroscopic materials having different phase transition temperatures are used. It is possible to operate in the same manner even if a rotor disposed in the thickness direction of the rotor is used. The structure of a dehumidifier shows the schematic diagram explaining a rotor structure in FIG. 10, FIG.
実施の形態3では、ロータ31を使用し、高温で相転移する吸湿材2を上面側、低温で相転移する吸湿材22を下面側に配置したが、本実施形態では逆に配置する。つまり、本実施形態で使用するロータ71では、上面側には低温で相転移する吸湿材22を、下面側には高温で相転移する吸湿材2を配置する。
In the third embodiment, the
刺激付与部は実施の形態6と同じである。前述のように高温空気61cはロータ通過後の温度が吸湿材22を相転移させるに足る温度であり、高温空気62cは高温空気61cよりも高温で、ロータ通過後の温度が吸湿材2を相転移させるに足る温度である。
The stimulus applying unit is the same as in the sixth embodiment. As described above, the high-
ロータ71が吸湿段階を終えて、放湿のための加熱段階に移行しているものとする。ロータ71が回転軸の周りに回転して刺激付与部61の放湿エリア71bに入った段階で、加熱装置7aが発生する高温空気61cによって吸湿材22および2が加熱される。吸湿材22は相転移温度が低いので吸湿材2よりも先に相転移温度に達し放湿を始める。放湿された水分は自重と高温空気61cおよび62cロータ71の下側へ移動する。この段階では、吸湿材2は未だ吸湿状態であり、吸湿材22が放出した水分を吸収する。
It is assumed that the
ロータ71が回転継続して放湿エリア71cに移動すると、放湿エリア71cでは加熱装置7bによって高温空気61cよりも高温の高温空気62cが流通しており、時間の経過に伴って吸湿材2も相転移温度に到達する。この段階では、吸湿材22はすべて相転移を終えており放湿状態であって再び水分を吸湿することが無く、吸湿材2は吸湿材22が放出した水分をすべて吸収している。ここで、吸湿材2が相転移温度に到達すると、もともと吸湿材22が含んでいた水分と吸湿材2自身が含んでいた水分の両方が一気に放出される。水分が一気に放出されることで、滴下水16の大きさが大きくなって滴下しやすくなり、高温空気61cまたは62cの影響を受けにくくなって蒸発が抑えられ排水が良好に行われる。また、循環する高温空気61cおよび高温空気62cがロータ71の上面から下面に向かって通過するため滴下を補助する。このような動作を繰り返して除湿機が動作する。
When the
本実施形態では、刺激付与部内部を高温空気61cが流通する通路と、高温空気62cが流通する通路に分割をしたが、分割をしないで実施の形態1と同じような構成であってもよい。この場合には流通する高温空気をロータ71の下面側に配置した吸湿材2を相転移温度にまで加熱できる温度とすることが重要である。このように相転移温度の異なる吸湿材を配置することで、放湿初期段階において、初めにロータ71の上面側の吸湿材22が水分を放出するが、下面側の吸湿材2は未だ吸湿する状態を保っており、吸湿材22から放出された水分は吸湿材2に吸収される。ロータ71が回転移動して下面側の吸湿材2が相転移温度に達すると、吸湿材22が含んでいた水分と吸湿材2が含んでいた水分が一気に放出されるので、滴下水16が大きくなって排出され易くなる。また、これによって高温空気の影響を受けにくくなり、排水が良好に行われる。
In the present embodiment, the inside of the stimulus imparting unit is divided into a passage through which the
(実施の形態8)
実施の形態1〜7については、使用する吸湿材が温度応答性を有する高分子ゲル吸湿材料であるとして説明を行ったが、温度応答性以外の特性を有する高分子ゲル吸湿材料も使用できる。例えば、電磁波応答性を有する高分子ゲル吸湿材料などが除湿機には使用できる。電磁波応答性を有する高分子ゲル吸湿材料は、前述した温度応答性を有する高分子ゲル吸湿材料に電磁波を吸収して発熱する物質を混合させることで実現できる。例えば、黒鉛やカーボングラファイト、カーボンナノチューブなどの炭素系物質や炭化チタン、炭化ジルコニウムなどの炭化物、黒化銀、酸化鉄などの金属酸化物や天然顔料、有機顔料など多くのものが利用できる。添加する電磁波吸収物質は、高分子ゲル吸湿材料が含んでいる水分に溶解せず、電気的にかい離せずイオン化しない物質が好ましい。(Embodiment 8)
Although
図12に電磁波応答性を有する高分子ゲル吸湿材を使用したロータ81を搭載する除湿機の平面模式図、図13に断面模式図を示す。ロータ81は、電磁波吸収物質を混入した吸湿材82を基材に均等に担持したもので、基本的構造は実施の形態1で使用したロータ1と同じである。除湿機の構成で前述の実施の形態と異なる部分としては、実施の形態1〜7で使用した刺激付与部に代わって刺激付与部83が設けられる。
FIG. 12 is a schematic plan view of a dehumidifier equipped with a
刺激付与部83には、ケース83a、空気循環装置8、電磁波発生装置20、排水孔9が備えられる。ケース83aは、実施の形態1〜7とは異なり必ずしも断熱の必要が無く、周辺の空気で冷却される構造であってもよい。また、加熱装置が無いので内部空間を大きくとる必要も無く全体の小型化が可能である。その他の構成は実施の形態1と同じであり説明は省略する。
The
このように構成された除湿機200の動作について説明を行う。除湿機200においては、吸込風路11を経由して湿った空気3が機外から取り込まれ、外気供給装置4を通じてロータ81に導かれる。吸込風路11内側のロータ領域は、ロータ1に担持された吸湿材82と湿った空気3が触れる吸湿エリア81aとなる。吸湿材82に触れて除湿された空気は、乾燥空気5となって吹出風路12を経由して室内へ出ていく。
Operation | movement of the
前工程で水分を含んだロータ81は回転軸10の周りにゆっくりと回転駆動されて、刺激付与部83で形成する放湿エリア81bに到達する。刺激付与部83内部では、電磁波発生装置20から照射された電磁波がロータ81の電磁波吸収物質に吸収されて電磁波吸収物質が発熱しロータ81を加熱する。このときに吸湿材82に熱刺激を与えることにより、吸湿材82に吸湿状態から放湿状態へと相転移が起きる。この相転移に伴って吸湿されていた水分が直接、水となって排出されて刺激付与部83下部に溜まり排出孔9から排水され、水受け容器14に受けられる。
The
高分子ゲル吸湿材料に混合される電磁波吸収物質の量は、使用する物質、物質の形状、大きさ、などによって発熱状態が異なるため適宜実験して決定される。電磁波吸収物質が発した熱が効率よく使われるためには電磁波吸収物質と高分子ゲル物質とが均一に混合されていることが好ましい。また、高分子ゲル吸湿材内での熱伝搬を良好にするために伝熱特性に優れた材料をさらに添加してもよい。 The amount of the electromagnetic wave absorbing substance to be mixed with the polymer gel hygroscopic material is determined by an appropriate experiment because the heat generation state varies depending on the substance used, the shape and size of the substance, and the like. In order to efficiently use the heat generated by the electromagnetic wave absorbing material, it is preferable that the electromagnetic wave absorbing material and the polymer gel material are uniformly mixed. Moreover, in order to improve the heat propagation in the polymer gel hygroscopic material, a material excellent in heat transfer characteristics may be further added.
本実施形態においては、空気循環装置8は主としてロータ81から滲み出た水滴を吹き飛ばす気流を送出する役目を担うと解釈できる。また、高分子ゲル吸湿材料は炭素などの電磁波吸収材料が無い場合でも水分を含んでいれば電磁波の一種であるマイクロ波によって自己発熱するが、特に配慮をせずに加熱実施すると表面が先に固くなってレンジで茹でたまごを作ったときのようにゲルが破裂してしまう。これを防止するために電磁波を吸収してゲルより先に温度が上がる電磁波吸収物質を出来るだけゲルの中心部に入れ周辺部は少なくするのが良い。
In the present embodiment, it can be interpreted that the
なお、本実施形態において、刺激付与部83は必ずしも断熱する必要が無いと説明したが内部温度を維持するために断熱材を貼り付けることは電磁波による発熱を補助するので好ましい。また、電磁波にはいわゆる電波だけではなく赤外線やその他の光を含む。
In addition, in this embodiment, although it demonstrated that the
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、吸湿材を使用する除湿機に利用することができる。 The present invention can be used for a dehumidifier using a hygroscopic material.
1,31,41,71,81 ロータ、1a,41a,71a,81a 吸湿エリア、1b,41b,41c,71b,81b 放湿エリア、2,22,42,43,82 吸湿材、3 (湿った)空気、4 外気供給装置、5 乾燥空気、6,61,83 刺激付与部、6a,61a,83a ケース、6b,83b 空気循環通路、6c,61c,62c,83c 高温空気、7,7a,7b 加熱装置、8 空気循環装置、9 排水孔、10 (ロータの)回転軸、11 吸込風路、12 吹出風路、13 (ロータの)駆動モータ、14 水受け容器、15 放出水、16 滴下水、20 電磁波発生装置、100,200 除湿機。
1, 31, 41, 71, 81 Rotor, 1a, 41a, 71a, 81a Moisture absorption area, 1b, 41b, 41c, 71b, 81b Moisture release area, 2, 22, 42, 43, 82 Hygroscopic material, 3 (wet ) Air, 4 Outside air supply device, 5 Dry air, 6, 61, 83 Stimulation section, 6a, 61a, 83a Case, 6b, 83b Air circulation passage, 6c, 61c, 62c, 83c Hot air, 7, 7a, 7b Heating device, 8 Air circulation device, 9 Drain hole, 10 (Rotor) rotating shaft, 11 Suction air passage, 12 Blow air passage, 13 (Rotor) drive motor, 14 Water receiving container, 15 Discharge water, 16
Claims (6)
前記吸湿材を担持し通気構造を有するロータと、
前記ロータを加熱して放湿させる刺激付与部と、
前記ロータを軸周りに回転させて吸湿と放湿を連続して行わせる回転機構とを備えた除湿機であって、
前記刺激付与部は前記ロータの通気構造を空気循環路の一部とする閉鎖空間を形成する、除湿機。A moisture absorbent material that directly discharges moisture absorbed by heating as water droplets;
A rotor carrying the hygroscopic material and having a ventilation structure;
A stimulus applying unit that heats and dehumidifies the rotor;
A dehumidifier comprising a rotation mechanism for rotating the rotor around an axis to continuously absorb and release moisture;
The stimulator is a dehumidifier that forms a closed space in which the ventilation structure of the rotor is part of an air circulation path.
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