JP5158762B2 - 除加湿装置 - Google Patents

Description

この発明は室内機と室外機を備えた空調装置において、循環する除湿剤を用い、室内への空気を夏期は除湿し冬期は加湿することができるようにした除加湿装置に関する。

従来より家庭用等の比較的小型の空調装置においては、室内機と室外機とに分離した空調装置が広く用いられており、夏期は室内を冷房し、冬期は暖房を行うようにした暖冷房共用の空調装置が普及している。これらの空調装置は多くの電力を消費し、夏期の電力不足の原因となっている。しかしながら電力の供給増大には多くの障害があり、そのためこのような空調装置の効率向上は急務となっている。

一方、近年は除湿剤を利用した空調装置が用いられるようになっており、冷房負荷の減少や夏期の除湿空気の供給による快適さのため、次第に普及している。このような除湿剤を利用した空調装置は、現在は除湿剤粒子を含有した回転体を用い、回転部分の一部を除湿領域とし、他の部分を再生領域及び緩衝領域としたロータ式の除湿装置が用いられている。

それに対して本発明者等は従来より除湿剤粒子を利用した除湿装置を提案しており、この装置においては除湿剤の貯溜部を備えることにより除湿剤循環量制御を容易に行うことができるようにし、従来の前記ロータ式における負荷変動への追従の困難性を解消して、より効率的な除湿を行う手法を研究し、例えば特開２００５−２２１１９号公報、特開２００５−３３７５５９号公報等に種々の技術を提案している。
特開２００５−２２１１９号公報 特開２００５−３３７５５９号公報

前記のように室内機と室外機を備えた比較的小型で、主として一般家庭で広く用いられている空調装置において、効率の向上は急務であり、またロータ式の除湿剤を用いて効率を向上させる技術が開発されているものの、負荷への追従に対して充分ではない等、種々の問題があるため、より効率の良い除加湿装置の開発が望まれている。

したがって本発明は、室内機と室外機を備えると共に暖冷房の切り替え運転を行う空調装置において、除湿剤を利用してより効率を向上させることができるようにした除加湿装置を提供することを主たる目的とする。

本発明に係る除加湿装置は上記課題を解決するため、室内機と室外機を備え、暖冷房可能な空調装置における室外熱交換器と、室内給気処理部との間に、除湿剤貯溜部を介して除湿剤を循環可能に配置し、前記室内給気処理部には加熱媒体と冷却媒体のいずれかを選択的に供給可能とすると共に室内空気または外気を吸入して処理空気を室内に供給し、前記室外熱交換器で放熱しているときには前記室内給気処理部には冷却媒体を供給して、除湿剤により給気の除湿処理を行うと共に、前記室外熱交換器では除湿剤の再生処理を行い、前記室外熱交換器で吸熱しているときには前記室内給気熱処理部には加熱媒体を供給して、除湿剤の再生を行って給気を加湿する処理を行うと共に、前記室外熱交換器では除湿処理を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る他の除加湿装置は、前記除加湿装置において、前記室内給気処理部で除湿処理を行っているときには、該処理された空気を室内気の熱交換部分に供給することを特徴とする。

また、本発明に係る他の除加湿装置は、前記除加湿装置において、前記室内給気処理部において加湿処理を行っているときには、室外熱交換器に室内空気を導くことを特徴とする。

また、本発明に係る他の除加湿装置は、前記除加湿装置において、前記室内給気処理部において加湿処理を行っているときには、空調装置の停止期間中にも前記除湿剤の循環を行い、前記室外熱交換器部分で外気の水分を吸着し、空調装置運転時に吸着した水分により加湿を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る他の除加湿装置は、外部から加熱媒体を供給する第１熱交換部と、外部から加熱媒体と冷却媒体のいずれかを選択的に供給する第２熱交換部と、除湿剤貯溜部との間を除湿剤を循環可能に設け、前記第１熱交換部には、室内機と室外機を備えた冷暖房可能な空調装置における室外熱交換器からの給気、或いは前記第１熱交換部から前記室外熱交換器への給気のいずれかを選択し、前記第２熱交換部に冷却水を供給して除湿剤により除湿処理を行うときには、除湿空気を室内に供給すると共に、第１熱交換器に前記室外熱交換器からの廃熱を供給して除湿剤の再生処理を行い、前記第２熱交換器に加熱媒体を供給し除湿剤により加湿処理を行うときには、該加湿空気を室内に供給すると共に、第１熱交換器で水分の吸着処理を行い除湿した空気を前記室外熱交換器へ給気することを特徴とする。

また、本発明に係る他の除加湿装置は、前記除加湿装置において、前記除湿剤による除湿処理部分では等温除湿を行い、除湿剤の加熱再生処理部分では伝導加熱を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る他の除加湿装置は、前記除加湿装置において、前記除湿剤及び除湿剤循環用装置をカセット化し、熱交換部分から着脱自在としたことを特徴とする。

本発明は上記のように構成したので、室内機と室外機を備えると共に暖冷房の切り替え運転を行う空調装置において、除湿剤を利用してより効率を向上させることができる。即ち、夏期運転時において室外熱交換器で放熱し除湿剤を再生するときには、除湿剤が吸着した水分の蒸発潜熱が奪われることにより、エアコン蒸発部の熱交換器を小型化し、また、送風機風量を削減することができる。

また、除湿される空気及び再生用空気はダクトの切り替えにより室内気、外気のどちらでも選べるようにしており、室内気を除湿する場合は除湿負荷が小さくなる。また外気を除湿する場合は除湿負荷は大きいが、新鮮な空気を室内に取り込めることと、ダクト配管を1本にすることもできる。更に再生用空気を室内気とする場合は、外気を使うよりも再生能力を高めることができる。また、乾燥空気供給用ダクトの送風口をエアコン室内機近くとすることにより、室内機内の凝縮を防止することで潜熱除去による消費電力増加を減少させることができる。

また冬期運転において、外気除湿を行うときには低露点となるために着霜を防止し、また、吸着時の発熱を利用することで外部の熱の汲み上げ効果を促進することにより除霜動力の低減と連続運転が可能となる。また、冬期の外気絶対湿度は低いため、除湿操作はヒートポンプ運転の停止中でも行って水分を蓄えることができる。

本発明は、室内機と室外機を備えると共に暖冷房の切り替え運転を行う空調装置において、除湿剤を利用してより効率を向上させるという課題を、室内機と室外機を備え、暖冷房可能な空調装置における室外熱交換器と、室内給気処理部との間に、除湿剤貯溜部を介して除湿剤を循環可能に配置し、前記室内給気処理部には加熱媒体と冷却媒体のいずれかを選択的に供給可能とすると共に室内空気または外気を吸入して処理空気を室内に供給し、前記室外熱交換器で放熱しているときには前記室内給気処理部には冷却媒体を供給して、除湿剤により給気の除湿処理を行うと共に、前記室外熱交換器では除湿剤の再生処理を行い、前記室外熱交換器で吸熱しているときには前記室内給気熱処理部には加熱媒体を供給して、除湿剤の再生を行って給気を加湿する処理を行うと共に、前記室外熱交換器では除湿処理を行うことにより実現した。

図１には本発明による除加湿装置の実施例を示しており、屋内のエアコン室内機１と屋外のエアコン室外機２を備え、エアコン室外機の室外熱交換器３とエアコン室内機１との間に設けた切替弁４によって冷媒の流路を切り替えることができるようにして、圧縮機５で冷媒を加圧し循環させる従来と同様の空調装置を備えている。この切替弁４の切り替えによって、冷媒流路は図示するように変化し、夏期は圧縮機５で加圧し高温になった冷媒を室外熱交換器３で主として外気により冷却し、凝縮した冷媒を膨張弁で膨張させ、室内機１の熱交換器を冷却し、室内を冷房する。また冬季においては圧縮機で加圧し高温になった冷媒を室内機の熱交換器に導き、室内を暖房すると共に温度が低下し一部凝縮した冷媒を室外熱交換器３に導いて膨張弁で膨張させ、外気で温度を上昇させ、圧縮機５に再び導いて循環させている。したがってエアコンの室外熱交換器３においては、夏期は外気に熱を放出する放熱部となり、冬期は外気の熱を受ける吸熱部として作用する。

本発明においてはこのエアコンの室外熱交換器３に除湿剤粒子或いは除湿剤粒子を保持するシート等の除湿剤保持部材（以下除湿剤と略称する）を循環供給するものであり、除湿剤は図中エアコン室内機１にダクト１３によって空気を供給する室内給気処理部６、除湿剤第１貯槽７、前記室外熱交換器３、除湿剤第２貯槽８との間を例えば後述する図２に示すような装置用いて循環供給可能としている。この除湿剤循環路において、図１に示す例では除湿剤貯槽を２個設けた例を示したが、必ずしも２個は必要はなく、１個でも負荷に応じた除湿剤の供給は可能である。

室内給気処理部６においては、 室内空気処理熱交換器１０を備え、この熱交換器に供給する熱媒体を切替弁１１により、夏期は冷却水を供給し、冬期は温水の供給に切り替え可能とし、それにより夏期は冷却用熱交換器として、冬期は加熱用熱交換器として作用させる。室内給気処理部６には図示の例では切替・混合弁１２で室内気と外気に切り替え、或いは適宜混合可能とし、その空気を室内給気処理部６とエアコン用の室外熱交換器３に適宜供給可能とした例を示している。なお、図示の例では切替・混合弁を用いているが、室内空気のみ、或いは室外気のみを供給するように設定しても良い。

室内給気処理部６で室内気を導入するとき、室内給気処理部６に循環する除湿剤によりその空気を除湿して、ダクト１３を介してエアコン室内機１にこれを導く。それにより室内への乾燥空気の供給を行うと共に、エアコン室内機１における室内空気の凝縮を防止し、凝縮水の潜熱除去による消費電力増加を減少させることができる。また、室内給気処理部６に供給された室内供給用の空気は、冷却用熱交換器によって等温除湿を可能とし、効率的な除湿を行うことができるようにしている。

室内給気処理部６で除湿して水分を吸着した除湿剤は、図示の例では除湿剤第１貯槽７で適宜貯留され、負荷に応じて室外熱交換器３に供給する。室外熱交換器３では夏期においては高温の冷媒を冷却することにより高温の放熱部となっており、ここに供給される除湿剤はその高温の熱交換器と接触して伝導加熱を行い、効率的な除湿剤の再生を行うとともに、除湿剤が吸着した水分の蒸発潜熱が奪われることにより、効率的な熱交換を行うことができ、室外熱交換器の小型化が可能となるとともに、送風風量を削減し電力消費の低減が可能となる。その後除湿剤は除湿剤第２貯槽８に循環させて除湿剤を適宜貯留する。その後前記と同様に負荷に応じて室内給気処理部６に除湿剤を供給して、同様の作動を繰り返す。

このとき室内給気処理部６或いは室外熱交換器３に供給する室内気或いは外気については、室内気を供給するときには除湿された室内気が供給されるため、熱交換効率が向上し、更にその温度が低温でも除湿剤の乾燥度を上げることができ、室内給気処理部６での除湿効率も向上する。なお、室内気を供給することのない、外気のみを用いるシステムとするときには、壁に開ける開口はダクト１４のみで良くなり、また新鮮な室外気の導入が可能となる。

一方、図１の装置を冬期に使用するときには、冷媒の切替弁４は前記のように切り替えられ、エアコン室外熱交換器３では膨張弁で気化し冷却している冷媒をそれよりも高温の外気等の空気により加熱することとなるが、この室外熱交換器３に供給する除湿剤によって外気を除湿して乾燥し、熱交換効率を向上させるとともに、そのとき等温除湿することにより効率的な除湿が可能となる。また、この外気除湿部では低露点となるため着霜を防止することができ、更に吸着時の発熱を利用することで外部の熱の汲み上げ効果を促進することにより熱交換効率を向上させ、更に除霜のための動力を低減し、除霜時の運転停止を必要とせず、連続運転を可能とする。

その後除湿剤は除湿剤第２貯槽８に循環し、更に負荷に応じて室内給気処理部６に供給する。室内給気処理部６には切替弁１１により内部の室内給気処理熱交換器１０に外部の廃熱等による温水が供給され、前記のように室外熱交換器３で吸湿した除湿剤を伝導加熱により加熱して乾燥再生し、除湿剤を効率よく再生する。このとき室内給気処理部６内の除湿剤は室内気等の空気を加熱し、除湿剤の再生によって加湿を行い、このようにして加熱加湿された空気をダクト１３により室内に供給する。

前記のような室外熱交換器３での除湿剤による除湿に際しては、特に冬期の外気絶対湿度は低いため、除湿操作はヒートポンプ運転の停止中でも行い、ゆっくりと水分を蓄えることができる。なお、室内と連結するダクトを、室内給気処理部６から室内へのダクトの１本しか備えない場合は、加湿空気源として外気を用いることとなる。

上記のような装置における除湿剤の循環に際しては、例えば図２に示すように、適宜折り曲げることができるシート、或いはパネル状の除湿剤保持部材２１を用い、搬送ローラ２２によって搬送し循環させるようにしても良い。図２に示す除湿剤保持部材２１は前記の室内給気処理部６、除湿剤第１貯槽７、室外熱交換器３、除湿剤第２貯霜８の間を無端状に循環可能としており、特に室内給気処理部６と室外熱交換器３においては、図中４枚重ねている除湿剤保持部材２１のシートを分離し、それぞれ熱交換部材と接触可能としている。

図２に示す例においては前記各部を循環する除湿剤保持部材について、カセット２３として一体的に着脱可能とすることができる。ここで室外熱交換器３の部分においては、エアコン用冷媒が流れる熱交換部材２４、及び必要に応じて設けられる他の熱交換管２５の間に、図中４枚に分割した各シート状の吸着剤保持部材が挿入できるように設定する。同様に室内給気処理部６においても、内部に配管されている熱交換管２６と接触できるように挿入可能とする。このようにカセット化して着脱自在にすることにより、長時間の運転によって除湿剤に各種異物が吸着して性能が劣化するとき、これを取り出して工場等で再生処理を容易に行うことができるようになる。

上記のように除湿剤保持部材として、エンドレスとしたシート、繊維、パネルなどとする場合、伝導加熱乾燥部では伝熱効率を良くするため、プラスチック粒子などの流動層内に熱交換面、除湿剤保持部材を通過させるようにし、熱効率を向上させることができる。

本発明においては更に例えば図３に示すようにカセット化して用いることができる。即ち図３に示す例においては前記図２に示す除湿剤のカセット２３と同様の構成をなす除湿剤カセット３０を用い、室外熱交換器３１に対してダクト３２を着脱自在に設け、ダクト３２の他端を除湿剤カセット３０の第１熱交換部３３に接続するようにしている。このダクト３２は同図（ａ）に示す夏期の場合には、室外熱交換器３１の出口側に接続して室外熱交換器３１からの温風を導くようにし、同図（ｃ）に示す冬期の場合には室外熱交換器３１の吸入側に接続し、第１熱交換部３３からの空気を室外熱交換器３１に導くことができるようにしている。この第１熱交換部３３には必要に応じて熱交換管３４を配置し、内部に温水を供給可能とし、前記図２の例と同様に、各熱交換管３４の間に除湿剤が挿入され、循環することができるようにする。

また第２熱交換部３５にも同様に熱交換管３６を配置し、内部に冷却水または温水を供給可能とし、この部分においても各熱交換管３６の間に除湿剤が挿入され、循環可能とする。この第２熱交換部３５からの処理空気はダクト３７を介して室内に供給する。

図３（ａ）の夏期の例においては、第１熱交換部３３の熱交換管３４に温排水や廃熱などを導いて伝熱加熱を行うことができるようにし、また室外熱交換器３１からの廃熱により除湿剤を効率よく再生する。このとき第２熱交換部３５の熱交換管３６においてはクーリングタワー等からの冷却水を導入し、吸気を冷却しながら除湿することにより等温除湿を可能とする。ここで湿度が低下した空気はダクト３７を介して室内に供給し、前記図１の例と同様に室内熱交換器部分に導いて除湿作用を行わせる。

一方図３（ｃ）に示すような冬期においては、第１熱交換部３３に循環する除湿剤により除湿を行い、除湿した空気をダクト３２により室外熱交換器３１の吸入側に導き、乾燥した空気により熱交換を行うようにする。このとき第１熱交換部３３には特に冷却水の供給は必要としない。

また第２熱交換部３５の熱交換管３６には温排水や廃熱を供給し、伝導加熱により除湿剤を再生可能とする。第２熱交換部３５で除湿剤から脱離した水分で空気を加湿し、またこの部分の熱交換により温度を上昇させ、ダクト３７から室内に供給する。

上記のような装置においては除湿剤をカセット化することが容易であり、除湿剤を工場等で再生することが容易となる。また、現在用いられている空調装置に容易に適用することができ、実施化が容易となる。

本発明の実施例のシステム構成図である。 本発明に用いる除湿剤カセットの例を示す図である。 本発明の他の実施例を示す図である。

符号の説明

１ エアコン室内機
２ エアコン室外機
３ 室外熱交換器
４ 切替弁
５ 圧縮機
６ 室内給気処理部
７ 第１貯槽
８ 第２貯槽
１０ 室内空気処理熱交換器
１１ 切替弁
１２ 切り替え・混合弁
１３ ダクト

Claims (6)

1. 室内機と室外機を備え、暖冷房可能な空調装置における室外熱交換器と、室内給気処理部との間に、除湿剤貯溜部を介して除湿剤を循環可能に配置し、
   前記室内給気処理部には加熱媒体と冷却媒体のいずれかを選択的に供給可能とすると共に室内空気または外気を吸入して処理空気を室内に供給し、
   前記室外熱交換器で放熱しているときには前記室内給気処理部には冷却媒体を供給して、除湿剤により給気の除湿処理を行うと共に、前記室外熱交換器では除湿剤の再生処理を行い、
   前記室外熱交換器で吸熱しているときには前記室内給気熱処理部には加熱媒体を供給して、除湿剤の再生を行って給気を加湿する処理を行うと共に、前記室外熱交換器では除湿処理を行う除加湿装置であって、
   前記室内給気処理部において加湿処理を行っているときには、室外熱交換器に室内空気を導くことを特徴とする除加湿装置。
2. 前記室内給気処理部で除湿処理を行っているときには、該処理された空気を室内気の熱交換部分に供給することを特徴とする請求項１記載の除加湿装置。
3. 前記室内給気処理部において加湿処理を行っているときには、空調装置の停止期間中にも前記除湿剤の循環を行い、前記室外熱交換器部分で外気の水分を吸着し、空調装置運転時に吸着した水分により加湿を行うことを特徴とする請求項１記載の除加湿装置。
4. 外部から加熱媒体を供給する第１熱交換部と、外部から加熱媒体と冷却媒体のいずれかを選択的に供給する第２熱交換部と、除湿剤貯溜部との間を除湿剤を循環可能に設け、
   前記第１熱交換部には、室内機と室外機を備えた冷暖房可能な空調装置における室外熱交換器からの給気、或いは前記第１熱交換部から前記室外熱交換器への給気のいずれかを選択し、
   前記第２熱交換部に冷却水を供給して除湿剤により除湿処理を行うときには、除湿空気を室内に供給すると共に、第１熱交換器に前記室外熱交換器からの廃熱を供給して除湿剤の再生処理を行い、
   前記第２熱交換器に加熱媒体を供給し除湿剤により加湿処理を行うときには、該加湿空気を室内に供給すると共に、第１熱交換器で水分の吸着処理を行い除湿した空気を前記室外熱交換器へ給気することを特徴とする除加湿装置。
5. 前記除湿剤による除湿処理部分では等温除湿を行い、除湿剤の加熱再生処理部分では伝導加熱を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の除加湿装置。
6. 前記除湿剤及び除湿剤循環用装置をカセット化し、熱交換部分から着脱自在としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の除加湿装置。

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