JP2003279190A - 気体の除湿装置及び除湿方法 - Google Patents

気体の除湿装置及び除湿方法

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JP2003279190A
JP2003279190A JP2002076574A JP2002076574A JP2003279190A JP 2003279190 A JP2003279190 A JP 2003279190A JP 2002076574 A JP2002076574 A JP 2002076574A JP 2002076574 A JP2002076574 A JP 2002076574A JP 2003279190 A JP2003279190 A JP 2003279190A
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dehumidifying
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air
condenser
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Hideo Nishikawa
日出男 西川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 除湿後の気体の相対湿度を20%〜30%の
水準にできしかも、気体(空気等)の流通経路を切り換
えることなく連続除湿運転可能な気体の除湿装置及び方
法を提供すること。 【解決手段】冷媒の蒸発器、圧縮機、凝縮器、および絞
り機構を有するヒートポンプ方式の除湿装置であって、
吸込み口から空気流通経路に沿って順次、凝縮器、蒸発
器、および除湿気体送出口を配設してなり、吸込み口か
らの空気を凝縮器で熱交換、昇温せしめた後蒸発器表面
に接触させて着霜を防止しつつ空気中の水分を凝縮、除
去して送出口から吹き出す。また、この装置を用いて、
蒸発器における冷媒温度を0℃以下に維持して空気流通
経路を変えることなく連続除湿運転する除湿方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被除湿気体たとえ
ば空気を、相対湿度:20%〜30%にまで除湿するこ
とができかつ、空気流通経路を切り換えることなく着霜
を抑えて連続運転が可能な、気体の除湿装置およびそれ
を用いる除湿方法に関する。
【0002】
【従来の技術】冷媒の圧縮機、凝縮器、絞り機構(膨張
弁)、および蒸発器を有するヒートポンプ方式の除湿装
置が知られている。このヒートポンプ方式の除湿装置に
あっては、被除湿気体たとえば空気を冷媒の蒸発器にお
いて冷却して空気が含有する水分を凝縮させて除去する
過程を採る。蒸発器において多湿空気と熱交換して高温
となった冷媒は圧縮機によって圧縮され、次いで、凝縮
器において、蒸発器で冷却され低温となった除湿後の空
気によって冷却・凝縮され、絞り機構(膨張弁)におい
て膨張せしめられ温度降下し蒸発器で多湿空気と熱交換
し気化するサイクルを採る。
【0003】この従来の除湿装置においては、被除湿気
体たとえば空気中の水分を凝縮(液化)・除去する蒸発
器表面に空気中の水分が霜なって付着し或いは液化され
た(結露)水分が氷結して蒸発器における熱交換能を低
下させるから、除霜のための電気ヒーターを装備した
り、冷媒の循環経路を切り換えて圧縮機からの高温冷媒
を直接蒸発器に送給し除霜するなどの手段が採られてい
た。また、空気の流通経路を逆転させて、凝縮器で空気
を昇温しこの高温空気によって一定時間蒸発器の除霜を
行うことも知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】電気ヒーター等の熱源
によって蒸発器表面の霜や氷を融解する除霜手段を採る
場合、電気ヒーター等の機器を装備する必要があり、除
湿装置の構造が複雑になるのみならずコストを上昇せし
めるとともにエネルギー効率の低下を招く。また、被除
湿気体たとえば空気の流通経路を逆転させて蒸発器表面
の霜や氷を融解する除霜手段を採るときは、空気の流通
経路を逆転させて除霜を行っている間は除湿能力が低下
するので、連続して安定した除湿を行うことができない
問題がある。
【0005】さらに、従来技術における共通した問題と
して、除湿後の相対湿度:50%〜60%が除湿限界で
あるという問題がある。これは、蒸発器に着霜の問題が
あるので、運転中に頻繁に除霜運転を介在させないため
に、蒸発器における冷媒温度を低く設定できないことに
起因している。
【0006】本発明は、簡潔な装置構成にして、除湿後
の相対湿度を20%〜30%のレベルにすることができ
しかも、被除湿気体たとえば空気の流通経路を切り換え
ることなく連続運転可能な、気体の除湿装置およびそれ
を用いる除湿方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項1に記載の発明は、冷媒の蒸発器、圧縮機、凝
縮器、および絞り機構を有するヒートポンプ方式の気体
の除湿装置であって、被除湿気体の吸込み口から被除湿
気体の流通経路に沿って順次、冷媒凝縮器、蒸発器、除
湿気体送出口を配設し、吸込み口からの被除湿気体を先
ず凝縮器で熱交換させて昇温せしめ、次いで、昇温後の
高温被除湿気体を蒸発器に導き、該蒸発器表面で接触さ
せて着霜を防止しつつ被除湿気体中の水分を凝縮・除去
した後送出口から吹出す、一定の気体流通経路で連続的
に除湿運転するよう構成してなる気体の除湿装置であ
る。
【0008】請求項2に記載の発明は、被除湿気体の吸
込み口から被除湿気体の流通経路に沿って順次冷媒凝縮
器、蒸発器、除湿気体送出口を配設し、吸込み口からの
被除湿気体を先ず凝縮器で熱交換させて昇温せしめ、次
いで、昇温後の高温被除湿気体を蒸発器に導き、該蒸発
器表面で接触させて着霜を防止しつつ被除湿気体中の水
分を凝縮・除去した後送出口から吹出す、一定の気体流
通経路で連続的に除湿運転するよう構成してなる気体の
除湿装置を用いる除湿方法であって、前記蒸発器におけ
る冷媒の温度を、除湿装置運転中常時0℃又はその近傍
の温度以下に維持して運転するようにしたことを特徴と
する気体の除湿方法である。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその好ましい実施
形態に則して説明する。
【0010】以下の説明は、被除湿気体が空気である場
合について行う。ヒートポンプ方式の除湿装置によって
空気中の水分を取り除く場合、空気の絶対湿度Xkg-w
ater/1kg-airと、蒸発器表面温度を露点とした絶対湿
度Xkg-water/1kg-airとの差が大きいほど除湿が十
分に行われる。従って、蒸発器の表面温度を十分に低く
設定できない従来技術においては、除湿能力に限界があ
った。本発明においては、蒸発器表面温度を、運転サイ
クル中常時0℃或いはその近傍の温度以下に低く設定で
きるから、大きな除湿能力を有する除湿装置および除湿
方法を提供できる。
【0011】図1に、本発明の気体の除湿装置の構成を
示す。図1において、1は筐体であって、ヒートポンプ
を構成する圧縮機5、凝縮器3、絞り機構(膨張弁)
6、蒸発器4、およびこれらの間で冷媒を循環させる配
管を収納している。2は被除湿気体吸込み口であり、こ
の実施形態にあっては、多湿空気の吸込み口であって、
空気の流通経路でみて、凝縮器3の前段に設けられる。
7は除湿気体送出口であって、蒸発器4で熱交換して除
湿された低湿度の空気を吹き出す。
【0012】8は送風機であり、被除湿気体吸込み口2
から除湿気体送出口7に至る空気の流通経路を形成せし
めるべく機能する。9は水受け皿であり、蒸発器4表面
で空気中の水分が凝縮(結露)し滴下した水を受容し外
部に排出する。
【0013】なお、この実施形態においては、絞り機構
6は、図1に示すように、弁としその開閉度によって絞
り度を調節する構成としているけれども、複数のキャピ
ラリーチューブを配設し、温度に応じて切り換える構成
とすることもできる。
【0014】上記構成になる本発明の気体の除湿装置の
動作は、以下の如くである。冷媒の圧縮機5、凝縮器
3、絞り機構6、蒸発器4、およびこれらを連結する配
管によって冷凍サイクルが形成され、この系の中を冷媒
が循環する。冷媒は蒸発器4表面において空気と熱交換
して昇温・気化して圧縮機5に入り昇圧・昇温せしめら
れて凝縮器3に送り込まれる。
【0015】凝縮器3において、高圧・高温の冷媒は被
除湿気体吸込み口2からの多湿空気と熱交換して降温・
液化されてさらに絞り機構6で減圧されて温度降下し蒸
発器4に入る。蒸発器4表面において、凝縮器3で高温
の冷媒との熱交換によって昇温せしめられた空気と接
触、空気を降温して空気中の水分を凝縮(液化)させて
除湿する。蒸発器4で、空気との熱交換で昇温・気化し
た冷媒は、圧縮機5で圧縮されて冷凍サイクルが完結し
これが繰り返される。本発明の気体の除湿装置にあって
は、被除湿気体吸込み口2から除湿気体送出口7への空
気流通経路は切り換えられることなく、所定の冷凍サイ
クルで連続して除湿運転が遂行される。
【0016】本発明の気体除湿装置における冷凍(除
湿)サイクルを、図2に示すモリエル線図(圧力P−エ
ンタルピーh線図)を用いて、従来技術におけるそれと
比較して説明する。従来の除湿装置にあっては、吸込み
口からの空気は先ず蒸発器表面と接触し、冷却されて空
気中の水分が凝縮(結露)、滴下して除去され、湿度を
低下せしめられる。圧縮機からの高圧・高温の冷媒は凝
縮器で、除湿後の低温空気によって冷却、液化される。
同時に、除湿空気は、冷媒との熱交換によって昇温せし
められる。
【0017】この従来技術における冷凍(除湿)サイク
ルを第2図で見てみると、冷媒はa−b−c−dのサイ
クルを辿る。しかし、除湿対象の空気の温度が比較的低
い場合は、サイクルにおけるc−d(蒸発器)部分で蒸
発器表面の凝縮(結露)水分が氷結し、蒸発器での熱交
換能力を阻害する。そこで、温風を蒸発器表面に吹き付
けたり、電気ヒーター等で加熱して蒸発器表面に付着し
た霜や氷を融解すると、サイクルはa−b−c’−d’
に移行し、その間除湿能力が低下する。従って、従来技
術においては、霜や氷の融解過程が頻繁に生ずるのを避
けるためには、冷媒温度、蒸発器表面温度を十分に低く
採ることができなかった。
【0018】ヒートポンプ方式の除湿装置における空気
の除湿量は、空気の絶対湿度Xkg-water/1kg-air
と、蒸発器表面温度tに対応する飽和水蒸気が存在す
るとした場合の絶対湿度Xkg-water/1kg-airとの差
(X−X)に比例する。また、除湿後の空気の絶対
湿度は、Xに漸近する。従って、蒸発器における冷媒
の温度は、可及的に低く設定することが望ましい。上記
従来技術によるときは、冷媒の蒸発温度を十分に低くと
れないことに起因して、除湿後の空気の相対湿度を50
%〜60%以下とすることが困難である。
【0019】本発明の気体の除湿装置およびこれを用い
る除湿方法にあっては、被除湿気体吸込み口2からの空
気は、先ず凝縮器3で高温の冷媒と熱交換して昇温せし
められる。次いで、この高温多湿空気が蒸発器4の表面
で接触し、熱交換されて温度降下する。蒸発器4表面に
は絶えず高温の湿潤空気が吹き付けられ、従来技術によ
っては、蒸発器表面に霜や氷が付着するような条件下で
も、霜や氷は常に融解され蒸発器表面に付着することが
ない。従って、着霜或いは結露が氷結する可能性がある
低い蒸発器表面温度であっても、安定した連続除湿運転
が可能となる。第2図に示すモリエル線図で見ると、従
来技術におけるサイクルa−b−c−dよりも低い、e
−f−g−hのサイクルで連続運転が可能となる。
【0020】第3図に、本発明の気体の除湿装置におけ
る空気流通経路での空気温度の推移、蒸発器表面温度、
および蒸発器における冷媒温度を、従来技術におけるそ
れと対比して示す。
【0021】空気の温度は、蒸発器入口から出口に向か
って低下しているが、本発明の気体の除湿装置および除
湿方法によるときは、従来技術におけるよりも高い温度
水準で推移している。冷媒の温度は、第2図におけるc
−d(従来技術)およびg−h(本発明)に対応し、本
発明による場合の方が、冷媒温度を低くとることができ
る。本発明においては、冷媒温度を低く設定できるか
ら、従来の除湿装置におけるよりも蒸発器表面温度が低
温となる。本発明においては、既に説明したように、蒸
発器表面に霜や氷が付着しようとする場合も、常時、凝
縮器3からの高温空気が吹き付けられるから霜や氷が融
解され、着霜がない。
【0022】その結果、蒸発器表面の温度tに対応す
る飽和蒸気圧およびその場合の絶対湿度Xkg-water/
1kg-airが低下し、空気の絶対湿度Xkg-water/1kg-a
irとの差が大きくなり、除湿能力が大きくなるとともに
除湿後の空気の湿度を大きく低下させ得る。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、簡潔な装置構成にし
て、従来技術によるときの到達相対湿度:50%〜60
%に対し、到達相対湿度:20%〜30%のレベルが可
能となる。また、大きな除湿能力および低湿度の空気送
出を維持した状態で、被除湿気体たとえば空気の流通経
路を切り換えることなく、連続除湿運転が可能である。
而して、相対湿度:20%〜30%の低湿度が要求され
る薬品製造、電子部品製造、コンピューター等の工場へ
の適用が可能である。さらに、冬期の洗濯物の乾燥にも
適用できる。
【0024】請求項2に記載の発明によるときは、蒸発
器における冷媒温度を常時0℃以下に設定することによ
り、被除湿気体(空気等)の絶対湿度Xkg-water/1k
g-airと、蒸発器表面温度tに対応する飽和水蒸気が
存在するとした場合の絶対湿度Xkg-water/1kg-air
との差を十分に大きくとることができ、大きな除湿能力
および低い相対湿度レベルの被除湿気体(空気等)の送
出下での連続除湿運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の気体の除湿装置の構成を示す模式図
【図2】本発明の気体の除湿装置による冷凍サイクル
を、従来技術によるそれと対比して示すモリエル線図
【図3】本発明の気体の除湿装置による場合の空気温度
推移、蒸発器表面温度、および冷媒温度を、従来技術に
よるそれと対比して示すグラフ
【符号の説明】
1 筐体 2 被除湿気体吸込み口 3 凝縮器 4 蒸発器 5 圧縮機 6 絞り機構 7 除湿気体送出口 8 送風機 9 水受け皿

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷媒の蒸発器、圧縮機、凝縮器、および
    絞り機構を有するヒートポンプ方式の気体の除湿装置で
    あって、被除湿気体の吸込み口から被除湿気体の流通経
    路に沿って順次冷媒凝縮器、蒸発器、除湿気体送出口を
    配設し、吸込み口からの被除湿気体を先ず凝縮器で熱交
    換させて昇温せしめ、次いで、昇温後の高温被除湿気体
    を蒸発器に導き、該蒸発器表面で接触させて着霜を防止
    しつつ被除湿気体中の水分を凝縮・除去した後送出口か
    ら吹出す、一定の気体流通経路で連続的に除湿運転する
    よう構成してなる気体の除湿装置。
  2. 【請求項2】 被除湿気体の吸込み口から被除湿気体の
    流通経路に沿って順次冷媒凝縮器、蒸発器、除湿気体送
    出口を配設し、吸込み口からの被除湿気体を先ず凝縮器
    で熱交換させて昇温せしめ、次いで、昇温後の高温被除
    湿気体を蒸発器に導き、該蒸発器表面で接触させて着霜
    を防止しつつ被除湿気体中の水分を凝縮・除去した後送
    出口から吹出す、一定の気体流通経路で連続的に除湿運
    転するよう構成してなる気体の除湿装置を用いる除湿方
    法であって、前記蒸発器における冷媒の温度を、除湿装
    置運転中常時実質的に0℃以下に維持して運転するよう
    にしたことを特徴とする気体の除湿方法。
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