JP4455363B2 - 除加湿装置及び換気システム - Google Patents

Description

本発明は、水分を吸着及び脱着するロータを備える除加湿装置及び換気システムに関する。

空気を除加湿する手段としては、デシカント（吸湿材料）に空気中の水分を吸着させることで空気を乾燥させ、この乾燥空気で部屋を除湿したり、デシカントに吸着させた水分をデシカントから脱着させることで空気を加湿し、この加湿空気で部屋を加湿したりする乾式の除加湿装置が知られている。デシカントは、円柱形のハニカム状のロータに担持されており、このロータを回転させることで、ロータの一部を、水分を吸着する吸湿領域とし、ロータの他の部分を、水分を脱着して他の空気を加湿する加湿領域として機能させるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、この種の除加湿装置には、ロータの円周方向に沿って、吸湿領域に空気を通過させる吸湿通路と、加湿領域に空気を通過させる加湿通路と、採熱通路とが順番に配列されているものがある（例えば、特許文献２参照）。吸湿通路では、空気中の水分がロータに吸着され、乾いた空気として排出される。加湿通路では、空気がロータを通過する際に、水分の脱着が促進されて空気が加湿される。採熱通路では、空気がロータを通過する際にロータから採熱することで空気が加温される一方でロータの温度が下げられる。採熱通路は、加湿通路に接続されており、その途中にはヒータが設けられている。したがって、採熱通路で加温された空気は、ヒータで加熱された後に、加湿通路に導かれて加湿される。なお、このように暖かい空気が通過することで加湿領域においてロータが加熱される。
特開２００２−２１３７９７号公報 特開２００１−４１５１４号公報

しかしながら、加湿する空気量が多くなると、加湿領域におけるロータの温度が低く抑えられ、採熱通路で回収される熱量が少なくなるという問題があった。また、加湿領域のロータの温度が低くなると、採熱領域において空気中の水分がロータに吸着され易くなる。この場合には、水分をロータに吸着させた乾いた空気が加湿通路に導かれ、乾いた空気に加湿を行うことになるので、吸着効率が低下し、加湿能力が不足してしまう。なお、このような現象は、除加湿を行う部屋数が多い場合や、大きい部屋の除加湿を行う場合など、能力変動が大きくなる運転条件で生じ易い。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、除加湿を行う空気量が変化した場合に、除加湿の効率が低下することを防止することである。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、水分を吸着可能なロータを回転自在に設け、前記ロータから脱着した水分で加湿される空気を通過させる第一の通路と、空気を通過させる第二の通路と、前記ロータに水分を吸着させる空気を通過させる第三の通路とを前記ロータの回転方向に沿ってこの順番に配置し、第一の通路には前記ロータに流入する空気を加熱する加熱装置を設け、前記第二の通路の前記ロータの下流側には、前記第一の通路において前記加熱装置よりも上流側に接続可能な接続口と、前記第三の通路の前記ロータの下流側に接続可能な連通口とを設け、前記接続口と前記連通口とを開閉する流路切替手段を備えることを特徴とする除加湿装置とした。
この除加湿装置では、流路切替手段で接続口と連通口とを開閉させて第二の通路と第一の通路を連通させると、第二の通路でロータから熱を受け取って暖められた空気を第一の通路に導くことができ、この暖かい空気を利用して加湿を行うことができる。また、第二の通路と第三の通路とを連通させると、第二の通路及び第三の通路を流れる空気の水分をロータに吸着させることができる。

本発明によれば、第二の通路を第一の通路に接続すると、第二の通路を流れる空気でロータの熱を採熱することができる。加湿する空気の量が少ない場合など、ロータの温度が高くなる運転条件において加湿効率を向上させることができる。また、第二の通路を第三の通路に接続すると、第二の通路を流れる空気に含まれる水分をロータに吸着させることができる。加湿する空気の量が相対的に多い場合など、ロータの温度が低くなる運転条件において、ロータに水分を吸着させる空気量及び吸着を行うロータの面積を多くすることができるので、加湿効率を向上させることができる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、除加湿装置１は、装置本体となるケース２内に、円盤状のロータ３が設けられている。ロータ３の外周と、隣接するモータ４の出力軸との間にはベルト５が巻き回されており、モータ４の回転によってロータ３が円周方向に沿って回転駆動されるようになっている。ロータ３は、例えば、ハニカム構造等のように、空気が通過可能な構造を有し、その表面又は内部にデシカント（吸湿材料）を担持させてある。ケース２内には、空気を通流可能な第一の通路６と、第二の通路７と、第三の通路８とが設けられており、これら通路によって、ロータ３は、３つの領域に区画されている。図２に示すように、ロータ３は、周方向に沿って第一の通路６を流れる空気が通過する第一の領域３Ａと、第二の通路７を流れる空気が通過する第二の領域３Ｂと、第三の通路８を流れる空気が通過する第三の領域３Ｃとが順番に形成されている。

第一の通路６は、ケース２の一端部（図１において右側）に吸入口１０を有し、ここから一旦第二の通路７に向かって湾曲し、接続口１１によって第二の通路７に接続した後にロータ３の第一の領域３Ａに向かって延びており、ロータ３の上流には空気を加熱する加熱装置１２が設けられている。さらに、第一の通路６は、ロータ３の下流からケース２の他端部側に向かって延び、再生用送風ファン１３を経由した後にケース２の他端部に排出口１４が形成されている。
第二の通路７は、ケース２の他端部に吸入口１５を有し、ここからロータ３の第二の領域３Ｂに向かって延びている。ロータ３の下流からは、ケース２の一端部側に向かって延びるが、第一の通路６に向かって湾曲し、接続口１１によって第一の通路６に接続した後に、第一の通路６から離間する方向に湾曲し、ケース２内で第三の通路８に連通する連通口１６が形成されている。
第三の通路８は、ケース２の他端部に吸入口１７を有し、ここからロータ３の第三の領域３Ｃを通過するように設けられており、第三の通路８の一端部側には、処理用送風ファン１８が設けられている。処理用送風ファン１８の噴出口は、第三の通路８の排出口１９に接続されている。排出口１９は、ケース２の側部の一端部寄りの位置に形成されている。

ここで、第一の通路６と第二の通路７との接続口１１には、回転式の流路切替手段である第一流路切替ダンパー２０が設けられている。この第一流路切替ダンパー２０は、図１に示すような分離位置では、第一、第二の通路６，７を分離し、空気の流れを遮断する。また、図３に示すような連通位置に回転すると、第二の通路７と第一の通路６とが接続され、第二の通路７の吸入口１５から吸入された空気が第一の通路６の排出口１４から排出されるようになる。また、第二の通路７の連通口１６の周縁部には、流路切替手段である第二流路切替ダンパー２１が連通口１６を開閉自在に設けられている。これら第一、第二流路切替ダンパー２０，２１は、制御装置２２に接続されている。制御装置２２は、図１に示すように第一流路切替ダンパー２０が分離位置にあるときは第二流路切替ダンパー２１で連通口１６を開放する。また、制御装置２２は、図３に示すように第一流路切替ダンパー２０が連通位置にあるときは第二流路切替ダンパー２１で連通口１６を閉鎖する。この制御装置２２は、除加湿装置１全体の制御を行うもので、第一、第二流路切替ダンパー２０，２１の他に、モータ４及び加熱装置１２、各送風ファン１３，１８、操作部２３が接続されている。なお、操作部２３は、部屋内に設置され、ユーザの操作を受け付ける装置である。

この実施の形態の作用について説明する。
この除加湿装置１は、初期状態として第一流路切替ダンパー２０が連通位置にあり、第二流路切替ダンパー２１が連通口１６を閉じるように設定されている。この場合には、ロータ３の第一の領域３Ａが再生領域となり、第二の領域３Ｂが採熱領域、第三の領域３Ｃが吸着領域となる。
まず、第一、第三の通路６，８の各送風ファン１３，１８を運転させ、ロータ３をモータ４の駆動によって回転させると、処理用送風ファン１８によって第三の通路８の吸入口１７から室外の空気が吸入される。この空気は、ロータ３の第三の領域３Ｃを通過する際に、第３の領域３Ｃを通過中のデシカントに水分を吸着させ、乾いた空気として排出口１９から排出される。

また、再生用送風ファン１３によって、屋外の空気は、第二の通路７の吸入口１５から取り込まれる。この空気は、ロータ３の第二の領域３Ｂを通過し、ロータ３に蓄積されている熱を奪ってロータ３の温度を下げ、空気自体は加温される。加温された空気は、第一流路切替ダンパー２０によって接続口１１で折り返されるようにして第一の通路６に導かれ、加熱装置１２で加熱された後、ロータ３の第一の領域３Ａに導かれる。第一の領域３Ａには、ロータ３の回転によって第三の通路８において水分を吸着させたデシカントが移動してきているので、加熱された空気によってデシカントに吸着されている水分が脱着し、空気中に取り込まれる。このようにして加湿された空気は、再生用送風ファン１３を経て排出口１４から排出される。なお、加熱された空気が通過することでロータ３の温度が上昇するが、第一の領域３Ａはロータ３の回転に伴って第二の領域３Ｂに移動し、ここで前記のように第二の通路７を通過する空気によって冷却される。第二の通路７を流れる空気によって温度が下げられた後は、第三の通路８に移動させられ、再び水分が吸着される。

ここで、この除加湿装置１は、ユーザが操作部２３を操作することによって、第一の通路６から排出される空気（再生空気）の量及び第三の通路８から排出される空気（処理空気）の量を調整することができる。第一、第三の通路６，８から排出される空気量を多くするように設定された場合には、制御装置２２は、再生用送風ファン１３及び処理用送風ファン１８の回転数を上昇させる。そして、各送風ファン１３，１８の回転数が予め設定されている閾値を超えたら、第一流路切替ダンパー２０を移動させて分離位置にし、第二流路切替ダンパー２１を移動させて連通口１６を開放する。これによって、第二の通路７の連通口１６が第三の通路８の一端部側に連通し、その一方で第一の通路６と第二の通路７とが独立の通路となる。第一の通路６には、吸入口１０から空気が吸入され、加熱装置１２で加熱された後にロータ３に導かれ、デシカントから水分を脱着させて排出される。この際に、空気量が多いためにロータ３の温度上昇は小さくなる。第二の通路７では、空気がロータ３の第二の領域３Ｂに導かれるが、ロータ３の温度が低いため、空気中の水分がデシカントに吸着される。水分を吸着させた後の乾いた空気は、連通口１６から第三の通路８に流出し、第三の通路８で形成された乾いた空気と混合され、処理用送風ファン１８を経て排出口１９から排気される。その結果、第一、第三の通路６，８から排出される再生空気の量及び処理空気の量がそれぞれ増大する。第一、第二流路切替ダンパー２０，２１を切り替え制御する閾値としては、ロータ３の温度が第二の通路７において採熱よりも吸着が支配的になるような温度に相当する予め風量を計測しておき、このような値を設定することがあげられる。

なお、このような除加湿装置１の使用形態としては、第一の通路６の排出口１４を部屋内に接続して再生空気を加湿空気として部屋内に供給したり、第三の通路８の排出口１９を部屋内に接続して処理空気を除湿空気として部屋内に供給したりすることがあげられる。また、第一、第三の通路６，８の排出口１４，１９のいずれか一方が部屋内に接続されるようにダクト切替装置を設けても良い。このような換気システムの一例を図４に示す。換気システム３０は、空気を除湿及び加湿する除加湿装置１を有し、除加湿装置１の排出口１４には第一のダクト３１が接続され、排出口１９には第二のダクト３２が接続されている。これら第一、第二のダクト３１，３２は、ダクト切替装置３３を介してダクト３４又はダクト３５に接続されている。ダクト３４は部屋３６内に接続されており、ダクト３５は屋外に開放されている。ダクト切替装置３３は、制御装置２２に接続されており、一方のダクト３１，３２と屋内へのダクト３４とを接続し、他方のダクト３１，３２を屋外へのダクト３５に接続するように切り替え制御が可能になっている。

処理空気を除湿空気として部屋３６内に供給し、部屋３６内の空気をダクト３７から屋外に排出することで部屋３６内の換気を行う場合には、制御装置２２がダクト切替装置３３を切り替えて、第三の通路８、排出口１９、及び第二のダクト３２を部屋３６内に接続する。除湿された空気が部屋３６内に導かれ、ロータ３を再生させるために加湿された空気は、ダクト切替装置３３からダクト３５を通って屋外に排出される。また、再生空気を加湿空気として部屋３６内に供給して換気を行う場合には、制御装置２２がダクト切替装置３３を切り換えて、第一のダクト３１を部屋に接続させて加湿空気を部屋３６内に導き、除湿空気を屋外に排出させる。これらの場合に、加湿空気及び除湿空気の量を増大させるときには、前記のように第二の通路７を第三の通路８に接続させる。これによって、除加湿装置１を加湿機として使用する場合、及び除加湿装置１を除湿機として使用する場合のそれぞれについて換気風量が増大する。

この実施の形態に係る除加湿装置１によれば、第二の通路７の接続状態を切り替え可能に構成し、第二の通路７を第一の通路６に接続させたときには、ロータ３の熱回収が可能になり、空気の温度を上昇させることで加湿効率を向上させることが可能になる。また、第二の通路７を第三の通路８に接続させたときには、ロータ３に水分を吸着させる領域を多くすることができる。したがって、水分の吸着量を多くすることができ、結果的に加湿効率を向上させることができる。このような第二の通路７の切り替えは、第一の通路６及び第三の通路８から排出される空気の量に応じて変化させるようにしたので、再生空気及び処理空気の量を多くした場合でも、加湿及び除湿を充分に行うことができる。

また、この実施の形態に係る換気システム３０によれば、部屋３６内に除湿空気や加湿空気を供給することで換気を行うにあたり、風量に応じて第二の通路７の接続状態を切り替えることで、高い加湿効率を維持することができる。特に、１つの換気システム３０で複数の部屋３６の換気を行う場合には風量が変動し易いが、このような場合でも安定して加湿空気及び除湿空気を供給することが可能になる。

次に、本発明の第二の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態に係る除加湿装置及び換気システムは、第二の通路を流れる空気の温度変化に着目して第二の通路の切り替えを行うことを特徴とし、その他の構成要素及び作用は第一の実施の形態と同様である。
図５に示すように、除加湿装置４０は、第二の通路７において、ロータ３の上流、つまりケース２の他端部側には、第二の通路７の雰囲気温度を検出する第一温度検出手段４１がロータ３の入口に近接して設けられている。同様に、第二の通路７において、ロータ３の下流、つまりケース２の一端部側には、第二温度検出手段４２がロータ３の出口に近接して設けられている。これら第一、第二温度検出手段４１，４２は、制御装置２２に接続されている。

第二の通路７の切り替え制御を行う場合には、制御装置２２が第一、第二温度検出手段４１，４２から入力される温度情報から、ロータ３の前後における温度を演算する。温度差が予め定められている所定の閾値以上の場合には、空気がロータ３の第二の領域３Ｂを通過する際に熱回収が行われており、ロータ３の温度が充分に高くなっていると判断して、第一、第二流路切替ダンパー２０，２１の切り替え制御を行って第二の通路７を第一の通路６に接続させる。その結果、第二の通路７において熱回収によって加温された空気が、加熱装置１２で加熱された後にロータ３の第一の領域３Ａに導かれ、デシカントから脱着された水分を取り込んで加湿される。これに対して、ロータ３の前後における温度差が閾値未満である場合には、第二の領域３Ｂで熱回収があまり行われておらず、ロータ３の温度が低いと判断し、第一、第二流路切替ダンパー２０，２１の切り替え制御を行って第二の通路７を第三の通路８に接続させる。その結果、第二の通路７では、空気がロータ３を通過する際にデシカントに水分が吸着され、第三の通路８の乾いた空気と共に排出される。

この実施の形態によれば、第二の通路７の接続状態を切り替え自在に構成したので、第一の実施の形態と同様に加湿効率を向上させることができる。さらに、第二の通路７においてロータ３の前後の雰囲気温度を検出し、これらの温度差に応じて第二の通路７の接続状態を切り替えるように構成したので、ロータ３の温度に応じて熱回収又は吸着の一方が支配的になる第二の領域３Ｂにおいて、実際に支配的となっている現象に応じて空気を第一の通路６又は第三の通路８に接続させることが可能になる。したがって、ロータ３の温度が低くなって第二の領域３Ｂで水分の吸着が支配的になっているときに、第二の通路７で水分を吸着させた乾いた空気が第一の通路６に導かれ、乾いた空気に加湿が行われることが防止される。したがって、加湿効率が向上する。また、図４に示すような換気システムを構築すると、換気効率を向上させることが可能になる。

なお、本発明は、前記の各実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、風量に応じて第二の通路７を切り換える場合には、部屋３６内の空気の汚れや、温度や湿度を検出する検出手段を設け、この検出手段の出力信号に応じて制御装置２２が第一、第二流路切替ダンパー２０，２１の制御を行うように構成しても良い。また、第二の実施の形態の温度検出手段４１，４２を備え、第二の通路７のロータ３前後の温度差と、風量とに応じて制御装置２２が第一、第二流路切替ダンパー２０，２１の切り替え制御を行うように構成しても良い。さらに、第一、第二流路切替ダンパー２０，２１は、１つのダンパーから構成されても良い。

本発明の実施の形態に係る除加湿装置の構成を示す図である。 図１のＡ矢視図であって、ロータの各領域の配置を説明する図である。 第二の通路と第一の通路とを接続させた状態の図である。 除加湿装置を含む換気システムの構成を示す図である。 除加湿装置の構成を示す図であって、第二の通路のロータの前後に温度検出手段を設けた図である。

符号の説明

１，４０ 除加湿装置
３ ロータ
６ 第一の通路
７ 第二の通路
８ 第三の通路
１１ 接続口
１２ 加熱装置
１４ 排出口（出口）
１６ 連通口
２０ 第一流路切替ダンパー（流路切替手段）
２１ 第二流路切替ダンパー（流路切替手段）
２２ 制御装置
３０ 換気システム
３１ 第一のダクト
３２ 第二のダクト
３３ ダクト切替装置
４１ 第一温度検出手段（温度検出手段）
４２ 第二温度検出手段（温度検出手段）

Claims (4)

1. 水分を吸着可能なロータを回転自在に設け、前記ロータから脱着した水分で加湿される空気を通過させる第一の通路と、空気を通過させる第二の通路と、前記ロータに水分を吸着させる空気を通過させる第三の通路とを前記ロータの回転方向に沿ってこの順番に配置し、第一の通路には前記ロータに流入する空気を加熱する加熱装置を設け、前記第二の通路の前記ロータの下流側には、前記第一の通路において前記加熱装置よりも上流側に接続可能な接続口と、前記第三の通路の前記ロータの下流側に接続可能な連通口とを設け、前記接続口と前記連通口とを開閉する流路切替手段を備えることを特徴とする除加湿装置。
2. 前記流路切替手段を前記第一の通路を流れる空気の風量に応じて制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の除加湿装置。
3. 前記第二の通路において前記ロータの上流と下流のそれぞれに設けられ、前記第二の通路の雰囲気温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出される前記ロータの前後の温度差に応じて前記流路切替手段の制御をする制御装置とを備えることを特徴とする請求項１に記載の除加湿装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の除加湿装置と、前記第一の通路の出口に接続される第一のダクトと、前記第三の通路の出口に接続される第二のダクトと、前記第一、第二のダクトのいずれか一方を屋内と接続し、他方を屋外と接続するダクト切替装置とを備えることを特徴とする換気システム。
   
   

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