JP7275920B2 - 除湿装置 - Google Patents

Description

本発明は、除湿装置に関する。

従来、水分の吸着および脱着を行う水分吸着材（デシカントとも呼ばれる）とヒートポンプとを組み合わせた除湿装置が知られている。例えば、特許文献１では、少なくとも加熱用の熱交換器１つ、水分吸着材が担持された除湿ブロック、冷却用の熱交換器が直列に並べられた除湿装置が提案されている。この除湿装置では、風路内の空気流路に沿って順に３つの熱交換器、水分吸着・脱着手段およびファンが配置されている。ここで、上流側の２つの熱交換器は、凝縮器または蒸発器として機能し、下流側の熱交換器は凝縮器として機能し、水分吸着・脱着手段は上流側の２つの熱交換器の間で水分を吸着・脱着する。

この除湿装置では、除湿時はファンにより送気された空気は、最初の熱交換器で冷却されて相対湿度の高い空気となり、水分吸着材で空気中の水分が吸着され、続く２つの熱交換器で加熱されて相対湿度が低い空気が生成される。また、加湿／再生時は、ファンにより送気された空気は、最初の熱交換器で加熱されて相対湿度の低い空気となり、水分吸着手段から水分が放出されて、相対湿度の高い空気となり、次の熱交換器で冷却されて凝縮（除湿）される。さらに最後の熱交換器で加熱されて、入口より低湿な空気が生成される。

また、特許文献２では、表面に水分吸着材を担持させた熱交換器とヒートポンプとを組み合わせた除湿装置が提案されている。この除湿装置では、第１熱交換器と中間熱交換器を通過する空気をダンパにより切り替えて（バッチ式）、除湿と加湿（再生）を繰り返す構成となっている。

国際公開第２０１７／１３０３２２号 特開２０１８－４２４４号公報

特許文献１に記載の除湿装置では、熱交換器と水分吸着手段とが別々にあり、水分吸着手段の温度変化（温度制御）は、最初の熱交換器の空気温度を介して間接的に行われるため、熱効率が低い。また、水分吸着手段の設置容積も必要なため、小型化には限界がある。

特許文献２に記載の除湿装置では、多数のダンパが必要であり部品数および可動部が多くなるため、コストや耐久性において課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、簡易かつ小型であり、しかも熱効率の高い除湿装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる除湿装置は、送気手段によって空気が流通する風路と、冷媒が循環する冷媒回路と、を備え、前記冷媒回路は、前記風路における第１通気口から第２通気口までの空気流路に沿って順に配置された第１熱交換器、中間熱交換器および第２熱交換器と、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間に設けられて冷媒を圧縮する圧縮手段と、前記第１熱交換器と前記中間熱交換器との間に設けられた第１膨張弁と、前記中間熱交換器と前記第２熱交換器との間に設けられた第２膨張弁と、を有し、前記第１熱交換器および前記第２熱交換器において空気が流通する表面に水分を吸着および脱着可能な水分吸着材が担持され、前記送気手段は前記風路に対して空気を双方向に送気可能に構成され、前記圧縮手段は前記冷媒回路に対して冷媒を双方向に吐出可能に構成され、前記第１膨張弁および前記第２膨張弁は少なくとも２段階に開度可変であり、制御部の作用下に第１サイクルで運転されるとき、前記圧縮手段は冷媒を前記第２熱交換器から吸い込んで前記第１熱交換器に吐出し、前記送気手段は空気を前記第１通気口から前記第２通気口へ向かって流れるように送気し、少なくとも前記第１膨張弁が冷媒を膨張させるように開度が設定され、前記制御部の作用下に第２サイクルで運転されるとき、前記圧縮手段は冷媒を前記第１熱交換器から吸い込んで前記第２熱交換器に吐出し、前記送気手段は空気を前記第２通気口から前記第１通気口へ向かって流れるように送気し、少なくとも前記第２膨張弁が冷媒を膨張させるように開度が設定されることを特徴とする。

前記制御部は、前記第１サイクルと前記第２サイクルとを所定タイミングで交互に切り替えてもよい。

前記中間熱交換器と前記第１通気口との間は、両者を連通する第１開放流路と、前記第１熱交換器が設けられた第１熱交換流路とに分割されており、前記中間熱交換器と前記第２通気口との間は、両者を連通する第２開放流路と、前記第２熱交換器が設けられた第２熱交換流路とに分割されていてもよい。

前記第１開放流路、前記第１熱交換流路、前記第２開放流路および前記第２熱交換流路にはそれぞれ前記送気手段が設けられていてもよい。

前記風路に吸入される空気の温度または湿度の少なくとも一方を検出するセンサを備え、前記第１膨張弁および前記第２膨張弁は前記制御部の作用下に連続的に開度可変であり、前記制御部は、前記センサの検出値に基づき、前記第１サイクルのときに少なくとも前記第１膨張弁の開度を調整し、前記第２サイクルのときに少なくとも前記第２膨張弁の開度を調整してもよい。

前記圧縮手段は、双方向圧縮機であってもよい。

前記圧縮手段は、単方向圧縮機と流路切替手段とによって構成されていてもよい。

前記中間熱交換器で凝縮し滴下した水分を受ける受水部を備えてもよい。

本発明にかかる除湿装置では、第１熱交換器および第２熱交換器に水分吸着材が担持されており、該水分吸着材の温度制御は、第１熱交換器、第２熱交換器を介して直接的に行われるため、熱効率が高い。また、独立的な水分吸着手段を設ける必要がなく、装置の小型化が可能である。さらに、除湿装置では、冷媒および空気の流れは圧縮手段、送気手段で制御され、流路変更のための手段はほぼ不要であり、部品数を低減することができる。これにより、低コスト化や高耐久性が得られる。

図１は、本発明の実施形態にかかる除湿装置が第１サイクルで運転されている状態の側面模式断面図である。 図２は、第１サイクルにおける冷媒回路のＰ－ｈ線図である。 図３は、除湿装置で風路を通過する空気の湿り空気線図である。 図４（ａ）は、図３の場合と比較して第１膨張弁の開度を絞った場合の風路を通過する空気の湿り空気線図であり、図４（ｂ）は、図３の場合と比較して第１膨張弁の開度を開いた場合の風路を通過する空気の湿り空気線図である。 図５（ａ）は、図２の場合と比較して第２膨張弁の開度をやや絞った場合の冷媒回路のＰ－ｈ線図であり、図５（ｂ）は、図７の場合と比較して第１膨張弁の開度をやや絞った場合の冷媒回路のＰ－ｈ線図である。 図６は、本発明の実施形態にかかる除湿装置が第２サイクルで運転されている状態の側面模式断面図である。 図７は、第２サイクルにおける冷媒回路のＰ－ｈ線図である。 図８は、除湿装置に適用可能な変形例にかかる圧縮手段の模式図であり（ａ）は第１サイクルの動作状態を示し、（ｂ）は第２サイクルの動作状態を示す。 図９は、除湿装置に適用可能な変形例にかかる送気手段の模式図であり、（ａ）は第１変形例にかかる送気手段を示し、（ｂ）は第２変形例にかかる送気手段を示す。 図１０は、変形例にかかる除湿装置が第１運転形式の第１サイクルで運転されている状態の側面模式断面図である。 図１１は、変形例にかかる除湿装置が第１運転形式で運転されている場合の風路を通過する空気の湿り空気線図である。 図１２は、変形例にかかる除湿装置が第２運転形式の第１サイクルで運転されている状態の側面模式断面図である。 図１３は、変形例にかかる除湿装置が第２運転形式で運転されている場合の風路を通過する空気の湿り空気線図である。

以下に、本発明にかかる除湿装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態にかかる除湿装置１０が第１サイクルで運転されている状態の側面模式断面図である。図１に示すように除湿装置１０は、風路１２と、冷媒回路１４と、制御部１６とを備える。制御部１６は除湿装置１０の全体を統括的に制御する。なお、図１および図６において、空気の流れは白抜き矢印で示し、冷媒回路１４の冷媒流路は太線で示し、冷媒の流れは冷媒流路上の矢型で示す。

風路１２は、第１通気口１８ｆから延在する第１空気流路２０ｆと、第２通気口１８ｓから延在する第２空気流路２０ｓと、第１空気流路２０ｆと第２空気流路２０ｓとをつなぐ折返し流路２０ｍと、第１通気口１８ｆに設けられた第１ファン（送気手段）２２ｆと、第２通気口１８ｓに設けられた第２ファン（送気手段）２２ｓとを有する。第１空気流路２０ｆと第２空気流路２０ｓとは並列しており、風路１２は全体として略Ｕ字形状となっている。風路１２はこれ以外の形状でもよく、例えば直線状でもよい。なお、第１ファン２２ｆおよび第２ファン２２ｓは風路１２に空気を流通させるためのものであり、設置される数および箇所は限定されない。例えば、第１ファン２２ｆおよび第２ファン２２ｓはいずれか一方が省略されてもよい。第１ファン２２ｆおよび第２ファン２２ｓは制御部１６からの指令（例えば、通電方向の切り替え）により、空気を双方向に送気可能な構成である。

除湿装置１０の説明においては、第１空気流路２０ｆに係る構成要素には符号に「ｆ」を付し、第２空気流路２０ｓに係る構成要素には符号に「ｓ」を付し、折返し流路２０ｍに係る構成要素には符号に「ｍ」を付す。ただし、これらの添え字は理解を容易にするための概念的なものであり、発明を限定するものではない。

第１通気口１８ｆにはセンサ２４ｆが設けられ、第２通気口１８ｓにはセンサ２４ｓが設けられている。センサ２４ｆ，２４ｓは風路１２に吸入される空気の温度または湿度の少なくとも一方を検出するものであり、検出値は制御部１６に供給される。センサ２４ｆ，２４ｓは、まとめて１つにして風路１２の外に配置し、雰囲気の温度または湿度の少なくとも一方を検出するようにしてもよい。第１通気口１８ｆにはルーバー２６ｆが設けられ、第２通気口１８ｓにはルーバー２６ｓが設けられている。ルーバー２６ｆ，２６ｓは風路１２に対する吸気および排気の方向を調整可能であり、例えば外部で吸気と排気とが交わらない方向に設定される。

折返し流路２０ｍの下部には受水部２８が設けられている。受水部２８は、後述する中間熱交換器３０ｍで凝縮し滴下した水分を受ける槽である。受水部２８には受水した水分を外部に排水する排水孔２８ａが設けられている。排水孔２８ａが設けられていることにより、ユーザが水分を排水させる手間がなくなる。排水孔２８ａには風路１２からの空気漏れを防止するためのバルブが設けられていてもよい。この場合、除湿装置１０の運転が停止しているときにバルブを開けて受水部２８の水分を排水させることができる。受水部２８は排水孔２８ａがないカートリッジ式としてもよい。受水部２８がカートリッジ式である場合、ユーザは水分が溜まった受水部２８を適宜取出して排水させることができ、また洗浄やメンテナンスが可能となる。

冷媒回路１４は、第１空気流路２０ｆに設けられた第１熱交換器３０ｆと、折返し流路２０ｍに設けられた中間熱交換器３０ｍと、第２空気流路２０ｓに設けられた第２熱交換器３０ｓとを有する。すなわち、第１熱交換器３０ｆ、中間熱交換器３０ｍおよび第２熱交換器３０ｓは、風路１２における空気流路に沿ってこの順に配置されている。第１熱交換器３０ｆ、中間熱交換器３０ｍおよび第２熱交換器３０ｓは、風路１２を流通する空気と冷媒回路１４を流通する冷媒とが逆方向に流れることにより多数の伝熱壁を介して熱交換を行う。第１熱交換器３０ｆ、第２熱交換器３０ｓおよび中間熱交換器３０ｍは、それぞれ空気および冷媒が双方向に流通可能である。第１熱交換器３０ｆと中間熱交換器３０ｍとの距離、および中間熱交換器３０ｍと第２熱交換器３０ｓとの距離は、風路１２が過大に長くならない範囲で適宜設定可能である。中間熱交換器３０ｍは、折返し流路２０ｍで水平に設けられていると受水部２８で受水しやすい。

第１熱交換器３０ｆおよび第２熱交換器３０ｓにおいて空気が流通する表面には水分の吸着および脱着が可能な水分吸着材が担持されている。本願で「吸着」とは空気からの吸湿で、実質的に吸水と同義であり、「脱着」とはその反意であって空気への放湿で、実質的に脱水と同義である。水分吸着材つまりデシカントとしては、例えばゼオライト、シリカゲル、活性炭、親水性の官能基を有する有機高分子材料など、空気中の水分を吸着できる材料が適用可能である。

冷媒回路１４はさらに、第１熱交換器３０ｆと第２熱交換器３０ｓとの間の冷媒流路に設けられて冷媒を圧縮する圧縮機（圧縮手段）３２と、第１熱交換器３０ｆと中間熱交換器３０ｍとの間の冷媒流路に設けられた第１膨張弁３４ｆと、第２熱交換器３０ｓと中間熱交換器３０ｍとの間の冷媒流路に設けられた第２膨張弁３４ｓとを有する。第１膨張弁３４ｆ、第２膨張弁３４ｓは通過する冷媒を膨張させる。第１膨張弁３４ｆおよび第２膨張弁３４ｓは、それぞれ冷媒が双方向に流通可能である。圧縮機３２は、制御部１６からの指令（例えば、通電方向の切り替え）により冷媒を双方向に吐出可能な双方向圧縮機である。第１膨張弁３４ｆおよび第２膨張弁３４ｓは制御部１６の作用下に連続的に開度可変となっている。

第１熱交換器３０ｆと第２熱交換器３０ｓ、第１膨張弁３４ｆと第２膨張弁３４ｓ、および第１ファン２２ｆと第２ファン２２ｓはそれぞれ同仕様のものを適用可能である。

除湿装置１０は、制御部１６の作用下に第１サイクルおよび第２サイクルを含む形式で運転される。第１サイクルでは、圧縮機３２は冷媒を第２熱交換器３０ｓから吸い込んで第１熱交換器３０ｆに吐出し、第１ファン２２ｆおよび第２ファン２２ｓは空気を第１通気口１８ｆから第２通気口１８ｓへ向かって流れるように送気し、第１膨張弁３４ｆが冷媒を適度に膨張させるように開度が設定され、第２膨張弁３４ｓは全開状態に設定される。

図２は、第１サイクルにおける冷媒回路１４のＰ－ｈ線図であり、横軸は比エンタルピー［ｈ］で、縦軸は圧力［Ｐ］である。符号３５ａは飽和蒸気線、符号３５ｂは飽和液線、その境界の点３５ｃは臨界点である。図２に示すように、第２熱交換器３０ｓから吸い出された冷媒は圧縮機３２で圧縮されることにより圧力とともに比エンタルピーが増大し高温となる。そして、冷媒は第１熱交換器３０ｆで第１空気流路２０ｆ（図１参照）の空気と熱交換することによってエンタルピーが減少して低温となる。第１熱交換器３０ｆは凝縮器として機能する。さらに、冷媒は第１膨張弁３４ｆで膨張することによって低圧となる。さらにまた、冷媒は中間熱交換器３０ｍおよび第２熱交換器３０ｓで折返し流路２０ｍおよび第２空気流路２０ｓ（図１参照）の空気と熱交換することによってエンタルピーが増大し、その後第２熱交換器３０ｓを通って圧縮機３２に吸い込まれる。中間熱交換器３０ｍおよび第２熱交換器３０ｓは冷媒に関して蒸発器として機能する。この場合、第２膨張弁３４ｓは全開であることから冷媒に対して特段の作用がない。図２から明らかなように、冷媒回路１４は圧縮行程、凝縮行程、膨張行程および蒸発行程を繰り返すヒートポンプ回路となっている。

なお、第１サイクルにおける第１膨張弁３４ｆは冷媒が膨張し減圧するように適度な固定開度に設定可能である。一方、上記のとおり第１サイクルにおける第２膨張弁３４ｓは全開である。また、後述するように第２サイクルにおける第２膨張弁３４ｓは冷媒が膨張し減圧するように適度な固定開度に設定可能であり、第１膨張弁３４ｆは全開である。したがって、第１膨張弁３４ｆおよび第２膨張弁３４ｓは、それぞれ全開状態を含んで少なくとも２段階に開度可変であればよい。

図１に戻り、空気はまず第１ファン２２ｆによって第１通気口１８ｆから第１空気流路２０ｆ内に吸い込まれ、第１熱交換器３０ｆで冷媒と熱交換することにより加熱され、第１熱交換器３０ｆの水分吸着材に含まれていた水分が脱着されて空気の相対湿度が高まる。

そして、高湿度となった空気は、低温の中間熱交換器３０ｍと冷媒と熱交換することによって冷却されて凝縮する。中間熱交換器３０ｍで凝縮して液相となった水分は受水部２８に滴下する。さらに、空気は第２熱交換器３０ｓを通過することによりその表面に担持された水分吸着材によって水分が吸着され、水分量が減少するとともに一層冷却される。その後、空気は第２ファン２２ｓによって第２空気流路２０ｓから第２通気口１８ｓを通って外部に排出される。

図３は、除湿装置１０で風路１２を通過する空気の湿り空気線図である。図３の湿り空気線図で符号ＯＡは吸入側（第１サイクルでは第１通気口１８ｆ）の空気の状態を示し、符号ＳＡは排出側（第１サイクルでは第２通気口１８ｓ）の空気の状態を示す。横軸は温度［Ｔ］、縦軸は飽和水蒸気圧（絶対湿度）［Ｐ］である。なお、後述する各湿り空気線図においても符号ＯＡ，ＳＡ、縦軸、横軸は同様である。以下、図３の説明は第１サイクルに基づいて行う。

図３に示すように、吸入空気ＯＡは、まずＬ１１に沿って温度が上昇する。これは空気が第１熱交換器３０ｆにおいて冷媒と熱交換することによる。また、空気はＬ１２に沿って斜めに上昇し、飽和蒸気線３６に達する。これは空気が第１熱交換器３０ｆに担持された水分吸着材によって脱着されることによる。なお、Ｌ１１とＬ１２とは実際は複合的な経路となる。

さらに、空気はＬ１３で示すように飽和蒸気線３６に沿って斜めに下降する。これは空気が中間熱交換器３０ｍによって凝縮することによる。このＬ１３の縦軸相当量が結露量であり、この間で温度も低下する。さらにまた、空気は飽和蒸気線３６からＬ１４に沿って斜めに下降する。これは空気が第２熱交換器３０ｓに担持された吸着材によって吸着されることによる。また、空気はＬ１５に沿って温度が低下する。これは空気が第２熱交換器３０ｓにおいて冷媒と熱交換することによる。なお、Ｌ１４とＬ１５とは実際は複合的な経路となる。Ｌ１５の終端が放出空気ＳＡであり、風路１２から外部に放出される。

図３から明らかなように、空気のエンタルピーＨはＯＡの地点から次第に増加してＬ１２の終端で最大となるが、その後低下しＳＡの地点では元の状態に戻る。すなわち、この運転はエンタルピー一定運転となっている。なお、空気はＯＡの地点とＳＡの地点とを比較すると、温度がΔＴだけ増大し、飽和蒸気圧がΔＰだけ減少している。

以下に説明するように、除湿装置１０では、第１膨張弁３４ｆおよび第２膨張弁３４ｓが制御部１６の作用下に連続的に開度可変である場合、第１サイクルのときにセンサ２４ｆの検出値に基づいて第１膨張弁３４ｆの開度を調整することによって除湿量を調整することができる。また、同様に第２サイクルのときにセンサ２４ｓの検出値に基づいて第２膨張弁３４ｓの開度を調整することによって除湿量を調整することができる。

図４（ａ）は、第１サイクルで、図３の場合と比較して第１膨張弁３４ｆの開度を絞った場合の風路１２を通過する空気の湿り空気線図であり、図４（ｂ）は第１サイクルで、図３の場合と比較して第１膨張弁３４ｆの開度を開いた場合の風路１２を通過する空気の湿り空気線図である。図４（ａ）のＬ２１～Ｌ２５および図４（ｂ）のＬ３１～Ｌ３５は、図３におけるＬ１１～Ｌ１５に相当する。

図４（ａ）に示すように、Ｌ２１，Ｌ２２は上記のＬ１１，Ｌ１２と同様であるが、Ｌ２３では上記のＬ１３よりも飽和蒸気線３６に沿った斜め方向の下降量が大きくなっている。これは、第１膨張弁３４ｆの開度を一層減少させて中間熱交換器３０ｍの温度をより低温にして露点を下げたことによる。これにより、このＬ２３の縦軸相当量である結露量が大きくなる。そしてＳＡの地点では、ＯＡの地点と比較した温度差ΔＴおよび飽和蒸気圧差ΔＰが図３に示す場合と比較してそれぞれ大きくなっており、高除湿量運転となっている。

図４（ｂ）に示すように、Ｌ３１，Ｌ３２は上記のＬ１１，Ｌ１２と同様であるが、Ｌ３３では上記のＬ１３よりも飽和蒸気線３６に沿った斜め方向の下降量が小さくなっている。これは、第１膨張弁３４ｆの開度を増大させて中間熱交換器３０ｍの温度をやや上昇させて露点を上げたことによる。これにより、このＬ３３の縦軸相当量である結露量が小さくなる。そしてＳＡの地点では、ＯＡの地点と比較した温度差ΔＴおよび飽和蒸気圧差ΔＰが図３に示す場合と比較してそれぞれ小さくなっており、低除湿量運転となっている。

このように、第１サイクルでは第１膨張弁３４ｆの開度に基づいて露点を調整することにより、結露させる量、すなわち除湿量を調整することができる。除湿の目標量は第１サイクルではセンサ２４ｆの検出値に基づいて設定することができる。なお、第２サイクルの場合も第２膨張弁３４ｓの調整によって同様の除湿量調整が可能である。

除湿装置１０では、第１通気口１８ｆから吸入された空気よりも第２通気口１８ｓから排出される空気の方が低湿度となる。第１サイクルでは第１熱交換器３０ｆに担持された水分吸着材は次第に放湿し、第２熱交換器３０ｓに担持された水分吸着材は次第に吸湿する。第２熱交換器３０ｓに担持された水分吸着材の吸湿量が多くなり、水分の単位時間当たりの吸着量が減少してきた段階で第１サイクルを終了し、第２サイクルに切り替える。サイクルの切り替えについてはさらに後述する。

図５（ａ）は、第１サイクルで第２膨張弁３４ｓの開度をやや絞った場合の冷媒回路１４のＰ－ｈ線図であり、図５（ｂ）は第２サイクルで第１膨張弁３４ｆの開度をやや絞った場合の冷媒回路１４のＰ－ｈ線図である。図５に示すように、除湿装置１０の運転においては、中間熱交換器３０ｍの下流側となる第１膨張弁３４ｆまたは第２膨張弁３４ｓをやや絞ることによってその下流側で蒸発器として機能する第１熱交換器３０ｆまたは第２熱交換器３０ｓの温度をさらに下げることができる。つまり、蒸発器として機能する第１熱交換器３０ｆまたは第２熱交換器３０ｓは中間熱交換器３０ｍよりも一層低温になる。これにより中間熱交換器３０ｍの下流側の第１熱交換器３０ｆまたは第２熱交換器３０ｓは、相対的に湿度が上がることから吸着材による水分吸着量が増え、除湿機能が高まる。

なおこの場合、中間熱交換器３０ｍの下流側となる第１膨張弁３４ｆまたは第２膨張弁３４ｓの開度は、例えばセンサ２４ｆ，２４ｓの検出値に基づいて比例的に制御してもよいし、所定の固定開度としてもよい。基本的には、中間熱交換器３０ｍでの結露量を確保するため、中間熱交換器３０ｍの上流側の膨張弁による減圧量の方が、下流側の膨張弁による減圧量よりも大きくなるように開度設定される。中間熱交換器３０ｍの上流側と下流側の膨張弁はそれぞれ固定開度であってもよい。つまり、第１膨張弁３４ｆおよび第２膨張弁３４ｓは少なくとも２段階に開度可変であればよい。

図６は、除湿装置１０が第２サイクルで運転されている状態の側面模式断面図である。図６に示すように、第２サイクルでは、風路１２における空気の流通方向および冷媒回路１４における冷媒の流通方向が第１サイクル(図１参照)と逆向きに設定される。すなわち、第２サイクルでは、圧縮機３２は冷媒を第１熱交換器３０ｆから吸い込んで第２熱交換器３０ｓに吐出し、第１ファン２２ｆおよび第２ファン２２ｓは空気を第２通気口１８ｓから第１通気口１８ｆへ向かって流れるように送気し、第２膨張弁３４ｓが冷媒を適度に膨張させるように開度が設定され、第１膨張弁３４ｆは全開状態に設定される。

図７は、第２サイクルにおける冷媒回路１４のＰ－ｈ線図である。横軸および縦軸は図２と同様である。第１サイクルにかかる図２のＰ－ｈ線図と比較すれば明らかなように、第２サイクルでは第１熱交換器３０ｆと第２熱交換器３０ｓとが入れ替わっており、第１膨張弁３４ｆと第２膨張弁３４ｓとが入れ替わっている。すなわち、第２サイクルにおいては第２熱交換器３０ｓが凝縮器として機能し、第１熱交換器３０ｆが蒸発器として作用する。中間熱交換器３０ｍは、第１サイクルと同様に蒸発器として作用する。この場合、第１膨張弁３４ｆは全開であることから冷媒に対して特段の作用がない。

このように、第２サイクルでは空気および冷媒の流れが第１サイクルと逆になっていることから、第１サイクルと同様の除湿作用があり、第２熱交換器３０ｓに担持された水分吸着材は次第に放湿し、第１熱交換器３０ｆに担持された水分吸着材は次第に吸湿する。第１熱交換器３０ｆに担持された水分吸着材の吸湿量が多くなり、水分の単位時間当たりの吸着量が減少してきた段階で第２サイクルを終了し、第１サイクルに切り替える。

制御部１６は、第１サイクルと第２サイクルとを所定タイミングで交互に切替える。所定タイミングは規定時間、センサ２４ｆ，２４ｓの検出温度、湿度に基づく切替条件成立時などである。規定時間は、例えば第１熱交換器３０ｆおよび第２熱交換器３０ｓのうち空気の流れの下流側における方で水分吸着材の吸湿量が所定値まで高まると想定される時間である。

第１サイクルと第２サイクルとの切り替えは、圧縮機３２の動作方向切り替えと、第１ファン２２ｆおよび第２ファン２２ｓの動作方向切り替えとによって行われる。圧縮機３２の動作方向切り替えと第１ファン２２ｆおよび第２ファン２２ｓの動作方向切り替えとは必ずしも厳密に同時である必要はない。例えば、まず圧縮機３２、第１ファン２２ｆおよび第２ファン２２ｓを停止させ、次いで圧縮機３２を逆方向に回転させ、さらに熱的に安定した状態になった後に第１ファン２２ｆおよび第２ファン２２ｓを逆転させてもよい。除湿装置１０では、少なくとも第１サイクルと第２サイクルとが設けられて、これらが所定タイミングで切り替え運転がなされていればよく、例えば、第１サイクルと第２サイクルとの間に所定の休止サイクルやメンテナンスサイクルが適宜設けられていてもよい。規定時間で第１サイクルと第２サイクルとを切り替える方式は、簡便であって低コストとなる。

このように構成される除湿装置１０は、第１熱交換器３０ｆおよび第２熱交換器３０ｓに水分吸着材が担持されており、該水分吸着材の温度制御は、第１熱交換器３０ｆ、第２熱交換器３０ｓを介して直接的に行われるため、熱効率が高い。また、独立的な水分吸着手段を設ける必要がなく、装置の小型化が可能である。さらに、除湿装置１０では、冷媒および空気の流れは圧縮機３２、第１ファン２２ｆおよび第２ファン２２ｓで制御され、流路変更のための専用手段（例えば、ダンパやダクト）が不要であり、部品数を低減することができる。これにより、低コスト化や高耐久性が得られる。

また、除湿装置１０では風路１２を流通する空気の加熱は冷媒回路１４によって行われ、電気ヒータなどの他の加熱手段が不要である。除湿装置１０は独立的な構成であり、設置に際しては配管作業などの外部機器との接続が不要である。除湿装置１０は、風路１２における単一の空気流路で連続的な除湿・調湿制御が可能である。除湿装置１０の用途としては、例えば生活空間における夏期の除湿、乾燥物を製造する加工工場、および店舗用途に好適である。店舗としては、例えばスーパーマーケット、コンビニエンスストア、ショッピングセンターが挙げられる。

図８は、除湿装置１０に適用可能な変形例にかかる圧縮手段４０の模式図であり（ａ）は第１サイクルの動作状態を示し、（ｂ）は第２サイクルの動作状態を示す。圧縮手段４０は上記の圧縮機３２に置き替え可能である。図８に示すように、圧縮手段４０は、単方向圧縮機４０ａと四方弁（流路切替手段）４０ｂとによって構成されている。四方弁４０ｂは制御部１６によって操作される。図８（ａ）に示すように、第１サイクルでは単方向圧縮機４０ａの吐出口から吐出した冷媒は、四方弁４０ｂによって左方向に案内され第１熱交換器３０ｆに供給される。また、図８（ｂ）に示すように、第２サイクルでは単方向圧縮機４０ａの吸引口に供給される冷媒は、第２熱交換器３０ｓから四方弁４０ｂによって右方向から案内される。

圧縮手段４０における単方向圧縮機４０ａは一方向への高効率の圧縮が可能である。また、流路の切り替え手段は四方弁４０ｂだけで足りる。単方向圧縮機４０ａおよび四方弁４０ｂは廉価である。

図９は、除湿装置１０に適用可能な変形例にかかる送気手段の模式図であり、（ａ）は第１変形例にかかる送気手段４２を示し、（ｂ）は第２変形例にかかる送気手段４４を示す。送気手段４２，４４は上記の第１ファン２２ｆおよび第２ファン２２ｓに置き替え可能である。

図９（ａ）に示すように、送気手段４２は、ファン４２ａと流路切替手段４２ｂとによって構成されている。流路切替手段４２ｂは連動して搖動する２枚の羽根がファン４２ａからの送気を第１通気口１８ｆか第２通気口１８ｓの一方へ案内し、他方を開放する。流路切替手段４２ｂは制御部１６によって操作される。ファン４２ａは単方向送気型である。実線矢印で示すように、第１サイクルではファン４２ａから送気された空気は流路切替手段４２ｂによって第１通気口１８ｆに案内される。また、仮想線矢印で示すように、第２サイクルではファン４２ａから送気された空気は流路切替手段４２ｂによって第２通気口１８ｓに案内される。

このように、送気手段４２では、ファン４２ａに方向性がないことから高効率の送気が可能である。また、流路の切り替え手段は流路切替手段４２ｂだけで足りる。単方向性のファン４２ａおよび流路切替手段４２ｂは廉価である。

図９（ｂ）に示すように、送気手段４４は第１送気部４４ｆと第２送気部４４ｓとを備える。第１送気部４４ｆと第２送気部４４ｓは同じ構成であり、それぞれ第１ファン２２ｆおよび第２ファン２２ｓと置き替え可能である。第１送気部４４ｆおよび第２送気部４４ｓはそれぞれファン４６ａとファン４６ｂとを備える。ファン４６ａ，４６ｂはそれぞれ単方向送気型である。ファン４６ａとファン４６ｂは同じものであるが、前者は風路１２内に空気を送気する向きに設けられており、後者は逆に風路１２から外部に送気する向きに設けられている。

実線矢印で示すように、第１サイクルでは第１送気部４４ｆのファン４６ａから吸入された空気は風路１２を通って第２送気部４４ｓのファン４６ｂから外部に排気される。このとき第１送気部４４ｆのファン４６ｂおよび第２送気部４４ｓのファン４６ａは停止している。仮想線矢印で示すように、第２サイクルでは第２送気部４４ｓのファン４６ａから吸入された空気は風路１２を通って第１送気部４４ｆのファン４６ｂから外部に排気される。このとき第１送気部４４ｆのファン４６ａおよび第２送気部４４ｓのファン４６ｂは停止している。

このように、送気手段４４ではファン４６ａ，４６ｂに方向性がないことから高効率の送気が可能である。また、流路の切り替え手段が不要で構成が簡便である。

次に、変形例にかかる除湿装置１０Ａについて説明する。除湿装置１０Ａの説明において上記の除湿装置１０と同様の構成要素については同符号を付してその詳細な説明を省略する。除湿装置１０Ａは第１運転形式または第２運転形式で運転されるものとする。

図１０は、変形例にかかる除湿装置１０Ａが第１運転形式の第１サイクルで運転されている状態の側面模式断面図である。図１０に示すように除湿装置１０Ａでは、第１空気流路２０ｆが仕切板４７ｆによって第１熱交換流路４８ｆと第１開放流路５０ｆとに分割されており、第２空気流路２０ｓが仕切板４７ｓによって第２熱交換流路４８ｓと第２開放流路５０ｓとに分割されている。

第１熱交換流路４８ｆの端部には第１熱交換器３０ｆが設けられ、第２熱交換流路４８ｓの端部には第２熱交換器３０ｓが設けられている。第１開放流路５０ｆおよび第２開放流路５０ｓと折返し流路２０ｍとの間は連通している。なお、ここでいう連通とは熱的機器が介在していないことであり、例えばフィルタなどが設けられていてもよい。

除湿装置１０Ａでは、第１通気口１８ｆにファン５２ｆおよびファン５４ｆが設けられており、第２通気口１８ｓにファン５２ｓおよびファン５４ｓが設けられている。ファン５２ｆ，５２ｓ，５４ｆ，５４ｓはそれぞれ双方向型であって、制御部１６によって風向および風量が制御される。ファン５２ｆ，５２ｓ，５４ｆ，５４ｓはそれぞれ順に第１熱交換流路４８ｆ、第２熱交換流路４８ｓ、第１開放流路５０ｆ、第２開放流路５０ｓに対する吸気または排気を行う。つまり、第１開放流路５０ｆ、第１熱交換流路４８ｆ、第２開放流路５０ｓおよび第２熱交換流路４８ｓにはそれぞれ送気手段が設けられている。

図１０に示すように、除湿装置１０Ａが第１運転形式の第１サイクルで運転されている状態では、ファン５２ｆ，５４ｆが吸気方向の送気を行い、ファン５２ｓが排気方向の送気を行い、ファン５４ｓは停止している。図示を省略するが、除湿装置１０Ａが第１運転形式の第２サイクルで運転されている状態では、ファン５２ｓ，５４ｓが吸気方向の送気を行い、ファン５２ｆが排気方向の送気を行い、ファン５４ｆは停止している。つまり、第１サイクルと第２サイクルとでは風路１２の空気の流通形式が逆になっている。第１サイクルおよび第２サイクルとも、吸気側の２つのファンによる風量と排気側の１つのファンによる風量とが概ね等しくなるように設定するとよい。冷媒の循環方向は第１サイクルおよび第２サイクルとも上記の場合と同様である。

第１サイクルを例に説明すると、吸気側に関してはファン５２ｆから吸気されて第１熱交換流路４８ｆを通って第１熱交換器３０ｆで冷媒と熱交換された空気と、ファン５４ｆから吸気されて第１開放流路５０ｆを通った空気とが折返し流路２０ｍで中間熱交換器３０ｍに到達するまでに混合される。そして中間熱交換器３０ｍおよび第２熱交換器３０ｓで熱交換が行われた後に第２熱交換流路４８ｓを通ってファン５２ｓから外部に排出されることになる。

図１１は、変形例にかかる除湿装置１０Ａが第１運転形式で運転されている場合の風路１２を通過する空気の湿り空気線図である。以下、第１サイクルを前提に説明するが、第２サイクルでも同様である。図１１におけるＬ４１～Ｌ４５は図３におけるＬ１１～Ｌ１５に相当する。Ｌ４１，Ｌ４２は上記のＬ１１，Ｌ１２と同様であるが、中間熱交換器３０ｍでの熱交換に相当するＬ４３に移る前に混合空気を示すＭＡを経由する。すなわち、Ｌ４２の終端が第１熱交換流路４８ｆおよび第１熱交換器３０ｆを通った空気であり、第１熱交換器３０ｆをバイパスして第１開放流路５０ｆを通る空気（つまりＯＡ）と混合されて混合空気ＭＡが生成される。この混合空気ＭＡが生成される経路は図１１において破線で示している。そして混合空気ＭＡがＬ４３の始端に導かれる。なお、ＭＡの位置は、ファン５２ｆとファン５４ｆとの風量比によりＬ４２の終端とＯＡとの間で調整可能である。

そして、第２熱交換器３０ｓにおける熱交換と吸着材による水分吸着を示すＬ４４、Ｌ４５を経た後にＳＡとして外部に排出される。

ここで、空気のＯＡの地点からＬ４２の終端まで増加するエンタルピーＨは図３に示す場合と同様であるが、Ｌ４３（つまり中間熱交換器３０ｍ）に導かれる混合空気ＭＡはＬ４２の終端からずれており、Ｌ４３～Ｌ４５（つまり中間熱交換器３０ｍ～第２熱交換器３０ｓ）によってエンタルピーＣだけ減少した排気ＳＡは、吸気ＯＡとエンタルピーが異なっている。これによって、排気ＳＡを吸気ＯＡよりも低温にすることができる。

図１２は、変形例にかかる除湿装置１０Ａが第２運転形式の第１サイクルで運転されている状態の側面模式断面図である。

図１２に示すように、除湿装置１０Ａが第２運転形式の第１サイクルで運転されている状態では、ファン５２ｆ，５４ｆが吸気方向の送気を行い、ファン５２ｓ、５４ｓが排気方向の送気を行う。図示を省略するが、除湿装置１０Ａが第２運転形式の第２サイクルで運転されている状態では、ファン５２ｓ，５４ｓが吸気方向の送気を行い、ファン５２ｆ、５４ｆが排気方向の送気を行う。つまり、第１サイクルと第２サイクルとでは風路１２の空気の流通形式が逆になっている。冷媒の循環方向は第１サイクルおよび第２サイクルとも上記の場合と同様である。

この第２運転形式は、吸気側に関しては上記の第１運転形式と同様である。排気側に関しては、第１サイクルを例に説明すると、中間熱交換器３０ｍで熱交換が行われた後、第２熱交換流路４８ｓを通って第２熱交換器３０ｓで冷媒と熱交換されてファン５２ｓから排気され空気と、第２開放流路５０ｓを通ってファン５４ｓから排気された空気とが混合される。

図１３は、変形例にかかる除湿装置１０Ａが第２運転形式で運転されている場合の風路１２を通過する空気の湿り空気線図である。以下、第１サイクルを前提に説明するが、第２サイクルでも同様である。図１３におけるＬ５１～Ｌ５５は図１１におけるＬ４１～Ｌ４５と同様である。また、ＭＡおよびＳＡが生成される過程も同様である。エンタルピーＨおよびエンタルピーＣについても図１１と同様である。

除湿装置１０Ａが第２運転形式で運転されている場合、排気側で混合空気ＭＳＡが生成される。すなわち、Ｌ５３の終端が中間熱交換器３０ｍを通った空気であり、このＬ５３の終端から下方へ向かう矢印が第２熱交換器３０ｓをバイパスして第２開放流路５０ｓを通る空気であり、ＳＡから上方へ向かう矢印が第２熱交換器３０ｓおよび第２熱交換流路４８ｓを通った空気である。そして、この２系統の空気によって混合空気ＭＳＡが生成される。なお、ＭＳＡの位置は、ファン５２ｓとファン５４ｓとの風量比によりＬ５３の終端とＳＡとの間で調整可能である。

このような第２運転形式では、中間熱交換器３０ｍ通過直後の空気質と第２熱交換器３０ｓを通過した低温低湿空気とを混合させることができ、湿度の状態を調整することができる。以上のように、除湿装置１０Ａによれば、空気側、排気側の風路を分割することにより空気質の調整範囲を広げることができる。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０，１０Ａ 除湿装置
１２ 風路
１４ 冷媒回路
１６ 制御部
１８ｆ 第１通気口
１８ｓ 第２通気口
２０ｆ 第１空気流路
２０ｓ 第２空気流路
２０ｍ 折返し流路
２２ｆ 第１ファン（送気手段）
２２ｓ 第２ファン（送気手段）
２４ｆ，２４ｓ センサ
２８ 受水部
３０ｍ 中間熱交換器
３０ｆ 第１熱交換器
３０ｓ 第２熱交換器
３２ 圧縮機（圧縮手段）
３４ｆ 第１膨張弁
３４ｓ 第２膨張弁
４０ 圧縮手段
４０ａ 単方向圧縮機
４０ｂ 四方弁（流路切替手段）
４２，４４ 送気手段
４２ａ，４６ａ，４６ｂ，５２ｆ，５２ｓ，５４ｆ，５４ｓ ファン（送気手段）
４８ｆ 第１熱交換流路
４８ｓ 第２熱交換流路
５０ｆ 第１開放流路
５０ｓ 第２開放流路

Claims (8)

1. 送気手段によって空気が流通する風路と、
   冷媒が循環する冷媒回路と、
   を備え、
   前記冷媒回路は、
   前記風路における第１通気口から第２通気口までの空気流路に沿って順に配置された第１熱交換器、中間熱交換器および第２熱交換器と、
   前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間に設けられて冷媒を圧縮する圧縮手段と、
   前記第１熱交換器と前記中間熱交換器との間に設けられた第１膨張弁と、
   前記中間熱交換器と前記第２熱交換器との間に設けられた第２膨張弁と、
   を有し、
   前記第１熱交換器および前記第２熱交換器において空気が流通する表面に水分を吸着および脱着可能な水分吸着材が担持され、
   前記送気手段は前記風路に対して空気を双方向に送気可能に構成され、
   前記圧縮手段は前記冷媒回路に対して冷媒を双方向に吐出可能に構成され、
   前記第１膨張弁および前記第２膨張弁は少なくとも２段階に開度可変であり、
   制御部の作用下に第１サイクルで運転されるとき、前記圧縮手段は冷媒を前記第２熱交換器から吸い込んで前記第１熱交換器に吐出し、前記送気手段は空気を前記第１通気口から前記第２通気口へ向かって流れるように送気し、少なくとも前記第１膨張弁が冷媒を膨張させるように開度が設定され、
   前記制御部の作用下に第２サイクルで運転されるとき、前記圧縮手段は冷媒を前記第１熱交換器から吸い込んで前記第２熱交換器に吐出し、前記送気手段は空気を前記第２通気口から前記第１通気口へ向かって流れるように送気し、少なくとも前記第２膨張弁が冷媒を膨張させるように開度が設定されることを特徴とする除湿装置。
2. 前記制御部は、前記第１サイクルと前記第２サイクルとを所定タイミングで交互に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の除湿装置。
3. 前記中間熱交換器と前記第１通気口との間は、両者を連通する第１開放流路と、前記第１熱交換器が設けられた第１熱交換流路とに分割されており、
   前記中間熱交換器と前記第２通気口との間は、両者を連通する第２開放流路と、前記第２熱交換器が設けられた第２熱交換流路とに分割されていることを特徴とする請求項１または２に記載の除湿装置。
4. 前記第１開放流路、前記第１熱交換流路、前記第２開放流路および前記第２熱交換流路にはそれぞれ前記送気手段が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の除湿装置。
5. 前記風路に吸入される空気の温度または湿度の少なくとも一方を検出するセンサを備え、
   前記第１膨張弁および前記第２膨張弁は前記制御部の作用下に連続的に開度可変であり、
   前記制御部は、前記センサの検出値に基づき、前記第１サイクルのときに少なくとも前記第１膨張弁の開度を調整し、前記第２サイクルのときに少なくとも前記第２膨張弁の開度を調整することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の除湿装置。
6. 前記圧縮手段は、双方向圧縮機であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の除湿装置。
7. 前記圧縮手段は、単方向圧縮機と流路切替手段とによって構成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の除湿装置。
8. 前記中間熱交換器で凝縮し滴下した水分を受ける受水部を備えることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の除湿装置。

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