JP2015147160A

JP2015147160A - 除湿構造

Info

Publication number: JP2015147160A
Application number: JP2014020007A
Authority: JP
Inventors: 拓己貴島; Takumi Kijima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2015-08-20
Also published as: CN104819524A; EP2905061A1; CA2880015C; CA2880015A1; US20150219345A1

Abstract

【課題】除湿性能の高い除湿構造を簡単な構成で実現することが可能な技術を提供することを目的とする。
【解決手段】除湿構造１００は、筐体９の内部に、空気中に含まれる水分を取り除く領域である除湿領域１０と、除湿領域１０で取り除かれた水分を離脱させる領域である再生領域２０とを備えている。除湿構造１００は、除湿領域１０に配置される被冷却部である発熱体５を冷却する冷却ユニット４の主要部が配置される領域である非除湿領域３０を筐体９の内部にさらに備えている。除湿領域１０は、再生領域２０および非除湿領域３０に対して密閉構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器または電気機器において結露を防止するための除湿構造に関するものである。

電子機器または電気機器（以下「機器」という）においては、内蔵部品が発熱するため冷却を必要とし、冷媒回路などを用いた冷却手段によって環境温度以下に冷却する場合がある。このような冷却手段では、筐体内で露点以下となる場所が存在し、結露を生じる。結露は、動作不良および信頼性低下につながるため、結露対策の１つとして筐体内を除湿する方法がある。

除湿のために、筐体内の空気を意図的に結露させてこれを除湿水として受け皿またはタンクなどに貯め、結果として筐体内の空気を除湿する技術が多数提案されている。しかし、この方法では保持構造を含めた受け皿またはタンクなどの構造が複雑になるとともに、使用者に対して定期的な除湿水の処理を要求することになるため、メンテナンスフリーを必要とする機器には適さない。そこで、結露を防ぐ技術のうち、除湿水の処理を必要としない様々な技術が提案されている。

例えばレーザ装置用保持箱およびレーザシステムへの適用例として、電解質膜除湿ユニットによって空気中の水分を分解透過する方式、または多孔質体除湿ユニットと空気流入用の内扉と空気流出用の外扉を含む除湿ユニットを配設し、空気中の水分の吸着および放出を可能にしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、例えばプロジェクタへの適用例として、略密閉させたダクトに設けた除湿装置と換気手段とダンパによって筐体内の水分を外部に放出させるものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、例えば円形で９０°ごとに区切られたダンパで、空気中の水分を吸着して除湿する領域と放出して加湿する領域とに分け、このダンパを回転式とすることで風路を切替え可能としたものがある（例えば、特許文献３参照）。これは主に加湿のために提案された技術であるが、加湿空気を筐体の外部に、除湿空気を筐体の内部に送風させるように配置すれば筐体内部の除湿用の技術に応用することができる。

また、例えば冷蔵庫においては、野菜室などの特定の領域を除湿または湿度調整する方法として、水分吸着手段を用いるとともに風路を分けることで水分の吸着と放出を行っているものがある（例えば、特許文献４，５参照）。

特開２００３−２９５２４１号公報特開２００９−２２２９９８号公報特許第４７７２０９９号公報特許第４６１９３７９号公報特許第５１４３２１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、電解質膜除湿ユニットは、除湿速度が遅いため、居住空間などの湿度を保つ用途には適しているが、筐体の内部を所定湿度に下げる用途では時間がかかるため、機器の起動時間が遅くなるという問題があった。また、多孔質体除湿ユニットを適用する例では、空気吸入用の内扉と空気放出用の外扉などの動作部品が必要であり、内扉と外扉の開閉を制御する制御手段も必要であった。

また、特許文献２，３に記載の技術では、外気の吸入口および放出口の開閉手段、または風路切り替え手段としてのダンパなどの部品が必要であり、構造が複雑になるという問題があった。また、水分の吸着と放出の元になる空気の吸入口は１ヶ所だけであるため、換気手段を用いて水分を含んだ空気を放出する際、筐体内よりも高湿度な外気を筐体内に吸入してしまうことになり、除湿効率が低いという問題があった。

また、特許文献４，５に記載の技術は、冷蔵庫において筐体内で除湿と加湿を分けてそれぞれの湿度を調整するための技術であり、除湿部分も加湿部分も１つの筐体内で構成されているため、筐体内の空気に含まれる水分の総量は減少しない。

そこで、本発明は、除湿性能の高い除湿構造を簡単な構成で実現することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る除湿構造は、筐体の内部に、空気中に含まれる水分を取り除く領域である除湿領域と、前記除湿領域で取り除かれた水分を離脱させる領域である再生領域とを備えた除湿構造であって、前記除湿領域に配置される被冷却部を冷却する冷却ユニットの主要部が配置される領域である非除湿領域を前記筐体の内部にさらに備え、前記除湿領域は、前記再生領域および前記非除湿領域に対して密閉構造である。

本発明によれば、除湿領域は、再生領域および非除湿領域に対して密閉構造であるため、漏れ空気以外の空気の出入りがない。また、除湿構造は、筐体の内部に冷却ユニットの主要部が配置される非除湿領域を備えたため、除湿領域には冷却ユニットの主要部が配置されないことから、除湿領域を最小限の容積にすることができる。これにより、目標とする露点温度までの到達時間を短縮することができ、除湿性能の高い除湿構造を実現できる。

また、除湿領域は、再生領域および非除湿領域に対して密閉構造であるため、空気吸入用の扉および空気放出用の扉などを設ける必要がなく、これらを制御する制御手段も不要となり、さらに風路切り替え手段としてのダンパなども設ける必要もなくなり、簡単な構成で除湿性能の高い除湿構造を実現できる。

実施の形態１に係る除湿構造を備える機器の模式図である。実施の形態１に係る除湿構造を備える機器の斜視図である。実施の形態１に係る除湿構造を備える機器の側面図である。実施の形態１に係る除湿構造の除湿ユニットの斜視図である。実施の形態１に係る除湿構造を備える機器において除湿領域内の相対湿度と露点を示すグラフである。実施の形態２に係る除湿構造の除湿ユニットの斜視図である。実施の形態３に係る除湿構造を備える機器の側面図である。実施の形態３に係る除湿構造の除湿ユニットの斜視図である。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係る除湿構造１００を備える機器の模式図である。図２（ａ）は、除湿構造１００を備える機器の斜視図であり、図２（ｂ）は、除湿構造１００を備える機器の別の方向から視た斜視図である。図３は、除湿構造１００を備える機器の側面図であり、図４は、除湿構造１００の除湿ユニット１の斜視図である。なお、機器とは電子機器または電気機器である。

実施の形態１に係る除湿構造１００を機器に適用した例について説明する。図１から図３に示すように、機器は、筐体９と、冷却ユニット４と、発熱体５（被冷却部）と、電源部６と、複数の基板からなる基板部７と、除湿構造１００とを備えている。ここで、筐体９は、説明のため外郭パネルを取り外した状態で図示されており、他の図でも同様である。

筐体９の内部には、第１仕切り板９１と第２仕切り板９２が配置され、筐体９の内部は、筐体９の内部を左右に仕切る第１仕切り板９１と、第１仕切り板９１で仕切られた一方の空間を上下に仕切る第２仕切り板９２によって３つの領域に仕切られている。３つの領域は、除湿領域１０、再生領域２０および非除湿領域３０であり、第１仕切り板９１によって仕切られた他方の空間に除湿領域１０が形成されている。第１仕切り板９１によって仕切られた一方の空間の上下に非除湿領域３０が形成されている。ここで、再生領域２０については後述する。

冷却ユニット４は、発熱体５を冷却する冷却手段であり、圧縮機４１と、凝縮機４２と、銅管４３などからなる冷媒回路を備えている。冷却ユニット４の主要部である銅管４３の一部と圧縮機４１と凝縮機４２は非除湿領域３０に配置され、発熱体５と銅管４３の残部は除湿領域１０に配置されている。発熱体５は、除湿領域１０に配置された銅管４３の残部と接触した状態で配置され、銅管４３内を流れる冷媒によって所定の温度に冷却される。また、電源部６と基板部７も非除湿領域３０に配置されている。

次に、除湿構造１００について説明する。図１に示すように、除湿構造１００は、除湿領域１０と、再生領域２０と、非除湿領域３０と、除湿ユニット１とを備えている。除湿領域１０は、空気中に含まれる水分を取り除く領域である。再生領域２０は、除湿領域１０で取り除かれた水分を離脱させる領域である。非除湿領域３０は、除湿を行わない領域であり、上記のとおり、冷却ユニット４の主要部が配置される領域である。

図２（ａ）と図３と図４に示すように、除湿ユニット１は、筐体９の内部において外郭パネルの周辺部に配置されている。除湿ユニット１は、吸着部１１と、除湿ファン１２と、除湿ダクト１３と、再生部２とを備えている。吸着部１１は、多孔質基材に対して、ゼオライト、シリカゲル、活性炭または活性アルミナなどからなる吸着剤を塗布、表面処理または含浸された円板状の回転体である。吸着部１１は、モータ（図示省略）の駆動によって１分間に略半回転の速さで中心軸を中心に回転可能に構成されている。なお、吸着部１１は、除湿領域１０と再生領域２０とに渡って配置されているが、詳細については後述する。

図３に示すように、除湿ダクト１３は、吸着部１１に対して筐体９の外郭パネル側に配置され、除湿ファン１２は、除湿ダクト１３に対して筐体９の外郭パネル側に配置されている。すなわち、除湿ダクト１３は、除湿ファン１２と吸着部１１の間に配置されている。除湿ファン１２は、除湿ダクト１３を介して吸着部１１に除湿領域１０内の空気を流通させるとともに、除湿領域１０の全域に渡って空気を循環させる。なお、図中の矢印は空気の流れの向きを示しており、他の図でも同様である。

次に、再生部２について説明する。図１、図３および図４に示すように、再生部２は、再生ダクト１４と、ヒータ１４ａと、再生ファン１５と、吸入ダクト１６と、放出ダクト１７とを備えている。ここで、再生部２で囲まれる領域が再生領域２０である。

再生ダクト１４は、吸入ダクト１６から吸入された空気について空気流を流通させて吸着部１１から水分を離脱させるダクトである。再生ダクト１４は、再生ファン１５の羽根部、および加熱手段であるヒータ１４ａを内部に含む空洞体である。再生ダクト１４は、吸着部１１の一部を収容している。換言すると、吸着部１１の一部は、再生領域２０に配置され、吸着部１１の残部は除湿領域１０に配置されている。吸着部１１は、所定の隙間をあけて再生ダクト１４内にその一部が収容されているため、中心軸を中心に回転可能である。

図４に示すように、吸入ダクト１６は、筐体９の外部の空気を吸入するためのダクトである。吸入ダクト１６の一端は、再生ファン１５の周辺部（より具体的には、再生ダクト１４に対して再生ファン１５とは反対側）において再生ダクト１４と連結されている。吸入ダクト１６の他端は、筐体９の外郭パネルに形成された開口（図示省略）と連結されている。すなわち、吸入ダクト１６の他端は、筐体９の外部と連通しており、吸入ダクト１６から筐体９の外部の空気が吸入される。

放出ダクト１７は、離脱した水分を筐体９の外部に放出するためのダクトである。放出ダクト１７の一端は、ヒータ１４ａの周辺部において再生ダクト１４と連結されている。放出ダクト１７の他端は、筐体９の外郭パネルに形成された開口（図示省略）と連結されている。すなわち、放出ダクト１７の他端は、筐体９の外部と連通しており、離脱した水分が放出ダクト１７から筐体９の外部に放出される。

図４に示すように、除湿ファン１２は、吸着部１１に対して吸入ダクト１６および放出ダクト１７と同じ側に配置されており、吸着部１１において除湿ファン１２による吸着の場合の空気の流れと再生ファン１５による放出の場合の空気の流れはそれぞれ逆方向である。

次に、除湿構造１００の動作について説明する。除湿ファン１２によって除湿領域１０内の空気が吸着部１１の面を流通し、吸着部１１が空気中に含まれる水分を吸着することで、除湿領域１０内の空気が除湿される。一方、吸着部１１のうち、再生領域２０に位置する部分はヒータ１４ａによって加熱されて吸着した水分を離脱させる。これと同時に、再生ファン１５は、筐体９の外部の空気を吸入ダクト１６から吸入し、再生ダクト１４内に空気流を流通させる。これにより、吸着部１１から離脱した水分は、放出ダクト１７を介して筐体９の外部に放出される。

吸着部１１はモータの駆動によって回転しており、吸着部１１において除湿領域１０に位置していた部分が徐々に再生領域２０へ移動し、これと同様に、吸着部１１において再生領域２０に位置していた部分が徐々に除湿領域１０へ移動する。これにより、吸着部１１で水分の吸着と、吸着した水分の放出とを継続して実行することが可能になる。特に、吸着部１１が吸着した水分を再生領域２０から直接筐体９の外部に放出できるため、吸着部１１において除湿領域１０に位置する部分は常に水分吸着可能な状態である。

吸着部１１を通過して除湿された空気は、図１と図３の矢印で示すとおり、除湿領域１０内において除湿ユニット１の反対側（図１と図３の紙面左側）に進み、ここからまた除湿ユニット１の除湿ファン１２に向かい、再び除湿ファン１２で吸引されて吸着部１１を流通する。すなわち、空気の動きおよび方向を切り替えるダンパを必要としない構成であり、除湿領域１０内を除湿空気が循環する。結局、吸着部１１の水分吸着能力いっぱいまで除湿領域１０内の空気は除湿され、除湿領域１０内の湿度は均等化される。

ここで、除湿領域１０は、再生領域２０および非除湿領域３０に対して密閉構造となるように構成されている。換言すると、再生領域２０に対して吸入および放出される空気が除湿領域１０に混入することはないため、除湿領域１０内の空気はその他の領域と出入りをしない。また、非除湿領域３０を設けたことで、除湿領域１０の容積は最小限にすることができ、効率のよい除湿を行うことができる。なお、除湿領域１０の密閉構造とは、完全密閉だけでなく微小な隙間を有する場合も含むものとする。

以上より、除湿領域１０内の露点を冷却ユニット４の冷却目標温度以下まで下げることができる。通常、この時点で冷却ユニット４を運転開始するよう、機器を制御する。これにより、機器の環境温度以下に冷却しても結露が発生することなく、機器全体の運転を継続することができる。

次に、除湿構造１００を備える機器において、除湿ユニット１を運転した際の除湿領域１０内の相対湿度と露点を示す実測データについて説明する。図５は、除湿構造１００を備える機器において除湿領域１０内の相対湿度と露点を示すグラフである。

図５に示すように、本願の発明者は、３０℃、８５％ＲＨ環境下で、冷却ユニット４による冷却設定温度を１７．５±２．５℃とし、このときの性能目標露点を１０℃として実測した。このとき、除湿領域１０は、約３００Ｌ（リットル）の容積があり密閉構造である。除湿ユニット１の運転開始後５分弱で必要露点１５℃以下に達し、７分弱で目標露点に達し、以降、露点は−１℃で平衡したことを示している。すなわち、この機器の場合、起動時はまず除湿ユニット１のみを運転し、５分後に冷却ユニット４を運転開始すれば、結露を発生させずに機器全体の運転を継続することができる。この５分という時間は、従来の技術と比較して十分に短い。

しかしながら、除湿領域１０を一切の空気の出入りのない完全密閉にすることは困難である。具体的には、筐体９の外郭パネル、配線(図示省略)および銅管４３の出入口９１０（図２（ａ）参照）などにある微小な隙間を完全に封じることは困難である。これにより、筐体９内にはわずかながら外気が侵入する。外気は通常、除湿領域１０よりも高湿度であるため、完全密閉の場合よりも、除湿領域１０は高湿度になる傾向にある。このとき、除湿領域１０内は、その密閉度と外気の湿度に応じて、吸着部１１の水分吸着能力と均衡するところで湿度が安定する。

このとき、Ｏリングまたはパッキン材などの目張りなどを施すことで除湿領域１０の密閉度を向上させることが可能であるが、これらを使用しなくても、上記均衡は保たれ、所定の低湿度状態を得られることが確認されている。換言すれば、本発明は、Ｏリングまたはパッキン材などの追加部品なしの安価な構成で、結露を防ぐ構造を得られる効果がある。さらに高性能な除湿性能を必要とする場合は、許容される製造コストおよび部品点数を勘案して、目張りなどの対策を施せばよい。

また、本願の発明者は、例えば、除湿領域１０に対し、筐体９の上部に約１５０００ｍｍ^２の開口を設け、３０℃、８５％ＲＨ環境の条件は同じで、意図的に密閉度が緩い状態を模擬した。図５のデータよりも時間はかかるが、必要露点１５℃には運転開始後約５分で達し、また、目標露点１０℃にも８分弱で達し、最終的には露点１．７℃で平衡した。すなわち、設定する露点以下に達したことを検出して、その後に冷却ユニット４を運転開始すれば、密閉度の劣る筐体であっても、結露の問題が生じることなく機器を運転することは可能である。

以上のように、実施の形態１に係る除湿構造１００では、除湿領域１０は、再生領域２０および非除湿領域３０に対して密閉構造であるため、漏れ空気以外の空気の出入りがない。また、除湿構造は、筐体９の内部に冷却ユニット４の主要部が配置される非除湿領域３０を備えたため、除湿領域１０には冷却ユニット４の主要部が配置されないことから、除湿領域１０を最小限の容積にすることができる。これにより、目標とする露点温度までの到達時間を短縮することができ、除湿性能の高い除湿構造を実現できる。

また、目標とする露点温度までの到達時間を短縮することができるため、エネルギー消費量の削減を図ることができる。

また、除湿領域１０は、漏れ空気以外の空気の出入りがなく、最小限の容積であるため、露点温度維持のための除湿能力を小さくすることができ、機器の小型化、低コスト化および省電力化を図ることができる。機器の小型化を図ることができるため、製品の包装容積を削減することが可能となる。

また、除湿領域１０は、再生領域２０および非除湿領域３０に対して密閉構造であるため、空気吸入用の扉および空気放出用の扉などを設ける必要がなく、これらを制御する制御手段も不要となり、さらに風路切り替え手段としてのダンパなども設ける必要もなくなり、簡単な構成で除湿性能の高い除湿構造を実現できる。

除湿領域１０と再生領域２０とに渡って配置され、空気中に含まれる水分を除湿領域１０で吸着し再生領域２０で離脱させる吸着部１１をさらに備えるため、吸着部１１を用いて、空気中に含まれる水分の除湿と再生を効率的に行うことが可能となる。

再生領域２０は、筐体９の外部の空気を吸入するための吸入ダクト１６と、吸着部１１の一部が配置され、吸入ダクト１６から吸入された空気について空気流を流通させて吸着部１１から水分を離脱させるための再生ダクト１４と、離脱した水分を筐体９の外部に放出するための放出ダクト１７とを備える。したがって、除湿水を貯める受け皿またはタンクなどの部品が不要であり、その結果、使用者は除湿水の処理に煩わされることがなくなる。

吸入ダクト１６および放出ダクト１７の一端は再生ダクト１４と連結され、吸入ダクト１６および放出ダクト１７の他端は筐体９の外部と連通する。したがって、吸入ダクト１６および放出ダクト１７は、再生ダクト１４を介して一体形成されることになり、再生領域２０を最小限の容積にすることができる。これにより、機器の小型化および低コスト化を図ることが可能となる。

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る除湿構造１００について説明する。図６は、実施の形態２に係る除湿構造１００の除湿ユニット１Ａの斜視図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

実施の形態１では、吸入ダクト１６と放出ダクト１７は２つの部材で構成されていた。これに対して、本発明の実施の形態２では、吸入ダクトと放出ダクトは一体形成された単一部材である吸放出ダクト１８で構成されている。

吸放出ダクト１８の一端は、再生ダクト１４と連結され、吸放出ダクト１８の他端は、筐体９の外郭パネルの開口と連結されている。再生領域２０の空気は、再生ファン１５によって放出の方向に働くことで、必然的に吸放出ダクト１８内で吸入の動作も生じることから、吸放出ダクト１８は、空気の吸入と放出の機能を果たす。いずれにしても、吸入または放出される空気は除湿領域１０に混入することはないため、除湿領域１０内の空気はその他の領域と出入りしない。

以上のように、実施の形態２に係る除湿構造１００では、吸入ダクトおよび放出ダクトは一体形成された単一部材である吸放出ダクト１８で構成されるため、実施の形態１で得られる効果と同様の効果を得ることができるとともに、ダクトの部品点数を削減することができる。これにより、製品の分解容易性が向上するとともに、運搬の容易性が向上する。

＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３に係る除湿構造１００について説明する。図７は、実施の形態３に係る除湿構造１００を備える機器の側面図であり、図８は、実施の形態３に係る除湿構造１００の除湿ユニット１Ｂの斜視図である。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

また、実施の形態１，２では、吸着部１１において除湿ファン１２による吸着の場合の空気の流れと再生ファン１５による放出の場合の空気の流れはそれぞれ逆方向であるが、これらが同じ方向であってもよい。空気の流れを同じ方向にするために、除湿ファン１２は、図７と図８に示すように、吸着部１１に対して紙面左側に配置され、吸着の場合と放出の場合とで風の向きを同じ方向にすることが可能である。一般に逆方向のほうが除湿性能は高いとされるが、吸着の場合と放出の場合における風の方向は、本発明を限定するものではない。さらに、除湿空気の循環を促進するために、除湿ファン１２の周辺部にダクトを設けてもよい。

図７と図８に示すように、除湿ファン１２は、吸着部１１に対して図４の場合とは反対側（吸着部１１に対して吸入ダクト１６および放出ダクト１７とは反対側）に配置され、さらに、除湿ファン１２の周辺部（除湿ファン１２に対して除湿ダクト１３とは反対側）に循環ダクト１９が配置されている。本実施の形態の場合も、必要とする除湿性能と許容される部品点数および製造コストを勘案して目張りなどの対策を施せばよい。

以上のように、実施の形態３に係る除湿構造１００では、吸着部１１において除湿ファン１２による吸着の場合の空気の流れと再生ファン１５による放出の場合の空気の流れを同じ方向にした。この場合にも、実施の形態１で得られる効果と同様の効果を得ることができるため、除湿構造１００において種々の構成を採用することが可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１除湿ユニット、１Ａ除湿ユニット、１Ｂ除湿ユニット、２再生部、４冷却ユニット、５発熱体、９筐体、１０除湿領域、１１吸着部、１４再生ダクト、１６吸入ダクト、１７放出ダクト、１８吸放出ダクト、２０再生領域、３０非除湿領域、１００除湿構造。

Claims

筐体の内部に、空気中に含まれる水分を取り除く領域である除湿領域と、前記除湿領域で取り除かれた水分を離脱させる領域である再生領域とを備えた除湿構造であって、
前記除湿領域に配置される被冷却部を冷却する冷却ユニットの主要部が配置される領域である非除湿領域を前記筐体の内部にさらに備え、
前記除湿領域は、前記再生領域および前記非除湿領域に対して密閉構造である、除湿構造。
前記除湿領域と前記再生領域とに渡って配置され、空気中に含まれる水分を前記除湿領域で吸着し前記再生領域で離脱させる吸着部をさらに備える、請求項１記載の除湿構造。
前記再生領域は、
前記筐体の外部の空気を吸入するための吸入ダクトと、
前記吸着部の一部が配置され、前記吸入ダクトから吸入された空気について空気流を流通させて前記吸着部から水分を離脱させるための再生ダクトと、
再生された水分を前記筐体の外部に放出するための放出ダクトとを備える、請求項２記載の除湿構造。
前記吸入ダクトおよび前記放出ダクトの一端は前記再生ダクトと連結され、前記吸入ダクトおよび前記放出ダクトの他端は前記筐体の外部と連通する、請求項３記載の除湿構造。
前記吸入ダクトおよび前記放出ダクトは一体形成された単一部材である、請求項３記載の除湿構造。