【手続補正書】
【提出日】平成16年5月28日(2004.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  除湿方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  風上側から蒸発器および凝縮器を順に配置し、空気流を前記蒸発器で露点温度にまで冷却して水分を除去した後、該空気流を前記凝縮器で所定温度に再熱する除湿方法であって、
前記空気流中の水分を前記蒸発器の表面で滴状凝縮させて、除湿することを特徴とする除湿方法。
【請求項２】  前記蒸発器の風上側に、前記凝縮器を分割して構成される予熱器を配置し、該予熱器により前記蒸発器を通る空気流の温度を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の除湿方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内の空気を蒸発器で冷却し除湿する除湿方法に関し、更に詳しくは、従来の除湿方法に比べて除湿量を大幅に向上させることができる除湿方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、除湿機の除湿方法には、冷却式、圧縮式、吸収式および吸着式などの種々の方式がある。このうち、冷却式は直膨コイル方式とも呼ばれ、圧縮式冷凍機で空気を冷却することで、飽和水蒸気圧を低下し空気中の水分を凝縮させることを除湿の原理としている。この方式は、設備費が安価であるという長所を有し、家庭用除湿機または業務用除湿機として広く適用されている。
【０００３】
従来の冷却式除湿機は、図５に示すように風上側に配置される蒸発器１と、風下側に配置される凝縮器２と、蒸発器１から凝縮器２へ向かう空気流を形成する送風機（図示略）とを有し、蒸発器１で室内の空気を冷却して除湿した後、凝縮器２で当該空気を再熱する構成が一般的である。
【０００４】
通常、除湿量は、図６に示す湿り空気線図から求めることができる。例えば、図中Ｉ点で示す標準点（温度２７℃、相対湿度６０％）の状態にある空気を蒸発器１で冷却したときのその出口における空気がＯ点（温度１７℃）である場合、その除湿量は、ｘ１−ｘ２＝３．６７ｇ／ｋｇ（ＤＲ）と算出される。
【０００５】
また、Ｉ点とＯ点とを結ぶ直線は空気操作線と呼ばれ、さらに延長線をたどると飽和温度曲線に接し、このときの温度Ｆ（本例では１０℃）は通常、装置の露点温度（蒸発温度）と呼ばれる。この露点温度（蒸発温度）が低いほど、上記Ｏ点の温度が低下し、大きな除湿量を得ることが可能となる。
【０００６】
この湿り空気線図から又、装置の顕熱比（ＳＨＦ；Sensible Heat Factor）を求めることができる。顕熱比は、ある空間を冷却する場合、顕熱量が全熱量に占める割合で、顕熱比＝顕熱量ＱＳ／（顕熱量ＱＳ＋潜熱量ＱＬ）である。顕熱量ＱＳは空気の温度を変化させるのに必要な熱量で、潜熱量ＱＬは空気中の水分を凝縮させるのに必要な熱量である。ここで上記の例の場合では、顕熱比は約０．５４で、空気のもつ熱量のうち温度変化に必要な熱量（顕熱量ＱＳ）が全体熱量の５４％であり、残りの４６％が湿気をとる潜熱量ＱＬとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上記したような従来の冷却式除湿方法で得られる最低可能到達露点温度は、湿り空気線図からでは約５℃までであり、０℃以下にすることができない。空気操作線が飽和温度曲線から離れると、運転状態（冷凍サイクル）が不安定となるからである。冷却式の除湿方法で除湿量を増加させるためには、装置の最低露点温度を下げ、空気から奪う潜熱量（ＱＬ）を増大して顕熱比（ＳＨＦ）を低下させることが条件となるが、熱交換器（蒸発器１，凝縮器２）を上記のように配置して除湿する従来の方法では、装置の最低露点温度を５℃以下に下げることは不可能であった。
【０００８】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、装置の最低露点温度を０℃付近まで低下させて除湿量の増大を図ることができる除湿方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題は、風上側から蒸発器および凝縮器を順に配置し、空気流を前記蒸発器で露点温度にまで冷却して水分を除去した後、該空気流を前記凝縮器で所定温度に再熱する除湿方法であって、前記空気流中の水分を前記蒸発器の表面で滴状凝縮させて、除湿することを特徴とする除湿方法、によって解決される。
【００１０】
従来の除湿方法では、凝縮液（空気中の水分）が蒸発器の表面（凝縮面）を膜状に覆う膜状凝縮となり、凝縮面の伝熱はこの液膜を通して行われるため、この液膜が大きな伝熱抵抗となる。これに対して本発明は、空気中の水分を、凝縮液が凝縮面を滴状に覆う滴状凝縮の形態で凝縮させることにより、膜状凝縮に比べて空気流が凝縮面と直接接触する部分の面積を増大させ、熱貫流率（熱伝達率）を高める。
【００１１】
したがって、本発明によれば、熱貫流率の向上と蒸発温度を約０℃付近まで下げることにより水分の凝縮が促進され、空気流から奪う水分量が増大し、除湿量の大幅な向上を図ることが可能となる。
【００１２】
空気中の水分を蒸発器の表面で滴状に凝縮させるには、蒸発器の風上側に凝縮器を分割して構成される予熱器を配置し、この予熱器によって蒸発器を通る空気の温度を上昇させる方法が好適である。これにより、凝縮器の凝縮負荷が低減されて凝縮温度が低下するとともに蒸発温度も低下する。したがって、空気流と蒸発器表面との間の温度差が大きくなって水分の滴状凝縮が促され、除湿量の向上が図られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態を示している。本実施の形態では、風上側から順に予熱凝縮器１１、蒸発器１２および再熱凝縮器１３を鉛直方向に立設配置して室内の空気を除湿する構成を採用している。また、図示せずとも、再熱凝縮器１３の風下側には予熱凝縮器１１から再熱凝縮器１３へ向かう空気流を形成するための送風機が配置されている。なお、図中符号１４は、空気の通過を遮断するシールドである。
【００１５】
予熱凝縮器１１と再熱凝縮器１３は、１台の凝縮器を２つに分割して蒸発器１２の風上側および風下側にそれぞれ配置して成るもので、図２に示すように圧縮機２７からの冷媒の流れに関して並列的な関係にある。なお、図２において符号３２は、冷媒を減圧させ冷媒温度を下げる機能を持つ、キャピラリチューブを示している。
【００１６】
予熱凝縮器１１，蒸発器１２および再熱凝縮器１３はそれぞれ同様な構成を有し、等ピッチに配置される複数枚の放熱フィン１１１，１２１，１３１と、これら放熱フィンを貫通するように配置される冷媒の循環パイプ１１２，１２２，１３２とから構成される。
【００１７】
特に、本実施の形態では蒸発器１２の面積が、図５を参照して説明した従来の除湿機の蒸発器１の面積に比べて小さく構成されている。この蒸発面積はパイプ１２２のヘアピン部分の本数で比較すると、本実施の形態の蒸発器１２では２本、従来の蒸発器１では７本であり、本実施の形態の蒸発器１２の面積は、従来の蒸発器１の面積の３．５分の１である。
【００１８】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
図示しない送風機の駆動により室内の空気が予熱凝縮器１１へ導かれ、ここで所定温度（本実施の形態では５℃）上昇された空気は蒸発器１２で冷却され、水分が除去された後、後段の再熱凝縮器１３によって所定温度に再熱され、室内へ放出される。
【００１９】
本実施の形態では、予熱凝縮器１１の通過により、空気は所定温度高められた状態で蒸発器１２の表面に接触するため、当該予熱凝縮器１１がない場合に比べて大きな温度差で蒸発器１２と接触することになる。また、凝縮器の分割配置により凝縮温度が低下し、露点温度（蒸発温度）が低下する。以上から、水分の滴状凝縮が促進され、空気から奪う水分量が増加するので除湿量の向上が図られる。
【００２０】
露点温度の低下を図３に示す湿り空気線図上で説明すると、室内の空気が例えば標準点（温度２７℃、相対湿度６０％）にあるとすると、予熱凝縮器１１により３２℃にまで予熱された後、蒸発器１２で冷却されることになるが、このとき操作線は、０℃以下（本例では−１℃）で飽和温度曲線と接し、この温度が露点温度（蒸発温度）となる。
【００２１】
この湿り空気線図からでは装置の顕熱比（ＳＨＦ）を表すことはできないが、装置の蒸発温度（露点温度）、除湿量、圧縮機の能力表より計算にて、顕熱比を算出することは可能である。
【００２２】
表１に、標準点（２７℃、相対湿度６０％）を基準とした、予熱凝縮器１１による空気の上昇温度と最低到達蒸発温度との関係を例示的に示す。空気を３℃以上上昇させるように予熱凝縮器の凝縮温度を設定すれば（例えば４０℃）、約−１℃の最低到達蒸発温度を得ることができる。
【００２３】
【表１】
2002130863.tif 000001
【００２４】
また、本実施の形態では、従来の凝縮器２（図５参照）を予熱凝縮器１１と再熱凝縮器１３とに分割して配置しているため、その凝縮能力は従来の凝縮器１の凝縮能力より増加し、しかも、圧縮機２７の能力を低下させないように凝縮負荷を低減して凝縮圧力（凝縮温度）を低くすることができるため（本実施の形態では４０℃）、冷凍能力を低下させることなく除湿量を向上させることができる。同時に、凝縮負荷の低減により周囲温度の上昇を抑制することができる。
【００２５】
図４に、以上のように構成される除湿機で、温湿度の調整のないプレハブ倉庫で行ったときの除湿量を、従来の家庭用除湿機と対比して示す。ここで、実線は発明機を、一点鎖線は従来機をそれぞれ示している。
【００２６】
図においてＡ１点およびＡ２点は、温度２２．５℃、相対湿度４７．６％における発明機および従来機のデータをそれぞれ示している。除湿量を比較すると、従来機では１９０ｃｃ／ｈであるのに対して、発明機では３００ｃｃ／ｈで、従来機の１．５８倍である。
【００２７】
また、図においてＢ１点およびＢ２点は、温度２４．５℃、相対湿度９３．３％における発明機および従来機のデータをそれぞれ示している。除湿量を比較すると、従来機では５２０ｃｃ／ｈであるのに対して、発明機では９５０ｃｃ／ｈで、従来機の１．８倍である。
【００２８】
なお、図においてＣ１点およびＣ２点は、温度２７℃、相対湿度６０％、すなわち標準点における発明機および従来機のそれぞれ除湿量を示している。しかし実際にはこの点で測定していないので詳細は不明であるが、発明機の方が従来機に比べて約２倍の除湿量を有することが推定される。
【００２９】
特に、本実施の形態では、蒸発器１２の面積が従来の蒸発器１の面積の３．５分の１であり、しかも上述のように従来機の除湿量の約２倍の除湿量を得ることができることから、従来機の蒸発器１表面に平均に除湿水が膜状にあるものとすれば、本実施の形態の蒸発器１２の除湿水の膜の厚さは、従来の蒸発器１の除湿水の約７倍の厚さの水膜があることになる。したがって、従来機の約７倍の水膜であれば、それは膜というよりも水滴と表現することも可能である。すなわち、本実施の形態では、空気中の水分を滴状凝縮の形態で除湿していると言うことができる。
【００３０】
更に、凝縮温度および蒸発温度の低下により、冷媒の比容積が増大し、これが冷媒の循環量の低下をもたらすため、消費電力の減少と、蒸発器１２の小型化、ひいては除湿機全体の小型化を図ることができる。すなわち本実施の形態によれば、従来よりも小さい蒸発面積（容量）で除湿量の向上を図ることができる。
【００３１】
ここで、蒸発器の理論設計式より、本発明の蒸発器１２と従来の蒸発器１との容量の関係を、下記の計算式にて確認する。
Ｑｅ＝Ｋ・Ｆ・ｔｄ  ……（１）
Ｑｅ：蒸発器の冷却能力（kcal/h）、
Ｋ：蒸発器の熱貫流率（kcal/℃m2h）、
Ｆ：蒸発器の表面積（ｍ2）
ｔｄ＝（ｔａ＋ｔｂ）／２−ｔｅ……（２）
ｔａ：蒸発器入口の空気温度（℃）、
ｔｂ：蒸発器出口の空気温度（℃）、
ｔｅ：蒸発器の蒸発温度（℃）
発明器の設計条件としては、従来機と同一の圧縮機を使用して、かつ冷却能力もほぼ同じとする。
従来機の蒸発器の冷却能力をＱｅ１とし、発明機の蒸発器の冷却能力をＱｅ２とすると、Ｑｅ１＝Ｑｅ２となる。
従来機の蒸発器の熱貫流率Ｋ１と発明機の蒸発器の熱貫流率Ｋ２との関係については、Ｋ１は膜状凝縮における熱貫流率であり、Ｋ２は滴状凝縮における熱貫流率であるため、Ｋ１＜Ｋ２となる。
そこで（２）式より、従来機ｔｄ１＝（ｔａ１＋ｔｂ１）／２−ｔｅ１、発明機ｔｄ２＝（ｔａ２＋ｔｂ２）／２−ｔｅ２とすれば、ｔａ１＝２７℃、ｔａ２＝３２℃、ｔｂ１＝１７℃、ｔｂ２＝１４℃、ｔｅ１＝１０℃、ｔｅ２＝７℃とした場合、ｔｄ１＝１２℃、ｔｄ２＝１６℃となり、ｔｄ１＜ｔｄ２となる。
したがって、Ｑｅ１＝Ｑｅ２、Ｋ１＜Ｋ２、ｔｄ１＜ｔｄ２の関係より、蒸発器の表面積Ｆは、（１）式より、Ｆ１＞Ｆ２となるので、結論として、従来機の蒸発器の容量より発明機の蒸発器の容量は小さいものでなければならないことが分かる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３３】
例えば以上の実施の形態では、空気中の水分の滴状凝縮を図るべく蒸発器１２の蒸発温度を下げる方法として、蒸発器１２の容量を従来よりも減少させる方法を採用したが、これに代えて、送風機による風量を従来よりも減少させるようにしても、蒸発温度の低下を図ることができる。
【００３４】
また、以上の実施の形態では、冷媒の流量調整手段としてキャピラリチューブ３２を用いたが、蒸発温度の低下による冷媒の流量調整を確実に行わせるため、キャピラリチューブ３２に代えて電子膨張弁を採用してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の除湿方法によれば、熱貫流率の向上と蒸発温度を低下させることにより水分の凝縮が促進され、空気流から奪う水分量が増大し、除湿量の大幅な向上を図ることが可能となる。
【００３６】
請求項２の発明によれば、空気流と蒸発器表面との間の温度差を大きくして水分の滴状凝縮を促し、また、蒸発温度とともに凝縮温度をも下げて冷凍能力の向上、すなわち除湿量の向上を図ることができる。さらに、凝縮負荷の低減により周囲温度の上昇を抑制するとともに、冷媒循環量の低減をもたらして熱交換器の小型化を図り、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態による除湿方法を説明する熱交換器の側面図である。
【図２】
同配管系統図である。
【図３】
本発明の実施の形態による露点温度（蒸発温度）を説明する湿り空気線図である。
【図４】
本発明を適用した除湿機と従来の除湿機との除湿量の比較を示す図である。
【図５】
従来の除湿方法を説明する各熱交換器の配置図である。
【図６】
従来の除湿方法による露点温度（蒸発温度）を説明する湿り空気線図である。
【符号の説明】
１１    予熱凝縮器
１２    蒸発器
１３    再熱凝縮器
２７    圧縮機
１２０  蒸発器
１２２  循環パイプ
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2002130863.tif 000002