JP2005315463A - 調湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着熱交換器の吸着剤における水分の吸脱着量を増大させることである。
【解決手段】圧縮機（63）と膨張弁（65）と水分の吸脱着可能な吸着剤が担持された２つの吸着熱交換器（61,62）とが接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（60）の冷媒循環を切り換えて各吸着熱交換器（61,62）で水分の吸脱着を交互に行う。そして、膨張弁（65）の開度を通常開度より小さくすることにより、圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を上昇させる過熱度制御部（71）を備えている。これにより、圧縮機（63）の吐出冷媒の顕熱量が増大し、この冷媒によって吸着剤が一層加熱されるので、水分の脱離量が増大する。また、これに伴い、水分の吸着量も増大する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、吸着剤が表面に担持された熱交換器を有する調湿装置に関し、特に、除湿能力および加湿能力の向上対策に係るものである。

従来より、吸着剤と冷凍サイクルとを用いて空気の湿度調節を行う調湿装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記調湿装置は、吸着剤を有する２つの吸着素子と冷凍サイクルを行う冷媒回路とを備えている。この調湿装置は、第１の吸着素子で第１空気を除湿すると共に冷媒回路の凝縮器で加熱された第２空気で第２の吸着素子を再生する第１動作と、第２の吸着素子で第１空気を除湿すると共に凝縮器で加熱された第２空気で第１の吸着素子を再生する第２動作とを行う。そして、この２つの動作が交互に繰り返され、除湿した第１空気または加湿した第２空気が室内へ供給される。

一方、上記吸着素子と熱交換器とを一体化し、吸着剤が担持された吸着熱交換器を用いることが考えられている。この場合、吸着熱交換器は、多数の板状のフィンと該フィンを貫通する銅管とを備えた、いわゆるフィン・アンド・チューブ型の熱交換器に構成されている。そして、このフィンおよび銅管の表面に吸着剤が担持されている。この熱交換器では、吸着剤によって水分が吸脱着がされて流通空気の除加湿が行われると共に、銅管内を流れる冷媒によって吸着剤の加熱や冷却が行われる。
特開２００４−６０９５４号公報

しかしながら、上述した吸着剤が表面に担持された吸着熱交換器を単に従来の冷凍サイクルに用いるだけでは、除加湿能力の向上が図れていないという問題があった。つまり、従来の空調機などに用いられる冷凍サイクルにおいては、圧縮機の吐出温度（圧縮機の吸入温度）がある程度定められ、凝縮によって吸着剤における水分の脱離量が定まっていた。したがって、圧縮機の吐出冷媒の顕熱を積極的に利用していないことから、水分の脱離能力が低いという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮機の吐出温度を上げて吐出冷媒の顕熱量を増大させ、吸着剤における水分の吸脱着量を増大させることである。

具体的に、第１の発明は、圧縮機（63）と第１熱交換器（61）と膨張機構（65）と第２熱交換器（62）とが配管接続されて冷媒循環が可逆に構成され、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（60）と、上記第１熱交換器（61）および第２熱交換器（62）のそれぞれ表面に担持された水分の吸脱着可能な吸着剤とを備え、上記冷媒回路（60）の冷媒の循環方向を切り換えることにより第１熱交換器（61）および第２熱交換器（62）で水分の吸脱着を交互に行って空気の湿度調整を行う調湿装置を前提としている。そして、上記圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を上昇させる過熱度制御手段（71）を備えている。

上記の発明では、蒸発器として機能する第１熱交換器（61）または第２熱交換器（62）において、流通する冷媒によって吸着剤が冷却されると共に空気中の水分が吸着剤に吸着される。一方、凝縮器として機能する第２熱交換器（62）または第１熱交換器（61）において、流通する冷媒によって吸着剤が加熱されると共に吸着剤から脱離した水分が空気中へ放出される。ここで、圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度が上昇されるので、圧縮機（63）から吐出された過熱ガス冷媒の温度も上昇している。そして、このより高温となった過熱ガス冷媒が凝縮器となる熱交換器（61,62）に流れるので、顕熱量が増大し、凝縮器における吸着剤が冷媒により一層加熱され、水分の脱離量が増大する。また、吸着剤における水分の脱離量が増大すると、凝縮器から蒸発器となった吸着剤においては水分の吸着量が増大することになる。このように、水分の吸脱着量が増大し、除湿能力および加湿能力が向上する。

また、第２の発明は、上記第１の発明において、上記過熱度制御手段（71）が膨張機構としての膨張弁（65）の開度を通常開度より小さくする。

上記の発明では、膨張弁（65）の開度を小さくして蒸発器における冷媒流量を減らすことにより、冷媒が吸着剤の吸着熱および流通空気に一層加熱されて圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度が確実に上昇する。

また、第３の発明は、上記第１の発明において、上記過熱度制御手段（71）が蒸発器となる第１熱交換器（61）または第２熱交換器（62）の送風量を増大させる。

上記の発明では、蒸発器の送風量が増大するので、該蒸発器を流れる冷媒が流通空気によって一層加熱されて圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度が確実に上昇する。

また、第４の発明は、上記第１〜３の何れか１の発明において、上記過熱度制御手段（71）により圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を所定時間の間上昇させた後に冷媒の循環方向を切り換える切換手段（72）が設けられている。

上記の発明では、冷媒循環の切換後のしばらくの間、圧縮機（63）の吸入ガス冷媒が通常の過熱度で運転が行われ、その後所定時間の間上昇させた過熱度で運転を行って再び冷媒循環を切り換える。これにより、通常の過熱度時において吸着剤よりある程度水分を脱離させた後、脱離しきれずに残った水分を上昇させた過熱度時に脱離させる。したがって、運転全般に亘って過熱度を上昇させる場合より、無駄なく効果的に水分が脱離する。

また、第５の発明は、上記第１〜４の何れか１の発明において、上記各熱交換器（61,62）は、凝縮器として機能する際に冷媒が流入する上流側から冷媒が流出する下流側に向かって空気が流通する並行流式に構成されている。

上記の発明では、図４に示すように、冷媒温度の高い領域（Ｓ１部）から低い領域（Ｓ２（＋Ｓ３）部）へ向かって空気が流れるようになっている。上記Ｓ１部では、高温の冷媒が流れるため、他部と比べて水分が一層脱離し易くなっている。一方、上記Ｓ１部には、相対湿度の低い空気が流入する、つまり水分を取り込みやすい空気が流れる。このことから、Ｓ１部において、他部より多めの水分が脱離して流通空気に取り込まれることになる。これに対して、対向流式とした場合には、図５に示すように、Ｓ１部で水分が脱離し易くなっているが、流通空気の相対湿度が割と高くなっているので、あまり水分が流通空気に取り込まれないことになる。以上のことから、並行流とした場合の方が冷媒温度の高温域（顕熱域）が有効に利用され、水分の脱離量が増大する。

したがって、第１の発明によれば、圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を上昇させる過熱度制御手段（71）を設けるようにしたので、圧縮機（63）から吐出された過熱ガス冷媒の温度が上昇し、冷媒の顕熱量が増大することから、凝縮器となる熱交換器（61,62）の吸着剤をより加熱することができる。これにより、吸着剤における水分の脱離量を増大させることができる。また、これに伴い、凝縮器から蒸発器へ切り換わった熱交換器（61,62）の吸着剤における水分の吸着量を増大させることができる。この結果、加湿能力および除湿能力を向上させることができる。

また、第２または第３の発明によれば、過熱度を上昇させる手段として、膨張弁（65）の開度を小さくするようにし、または蒸発器となる熱交換器（61,62）の送風量を増大させるようにしたので、簡易に且つ確実に過熱度を上昇させることができる。

また、第４の発明によれば、過熱度制御手段（71）により圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を所定時間の間上昇させた後に冷媒の循環方向を切り換える切換手段（72）を設けるようにしたので、通常の過熱度時にある程度吸着剤より水分を脱離させた後残った水分を上昇させた過熱度時に脱離させることができる。これにより、運転全般に亘って過熱度を上昇させる場合に比べて、圧縮機（63）の入力をそれ程増やすことなく、凝縮器における吸着剤の再生を効果的に行うことができる。

また、第５の発明によれば、各熱交換器（61,62）が凝縮器として機能する際に冷媒流れと空気流れとが並行流となるようにしたので、高温の過熱ガス冷媒が流れる部分に相対湿度の低い空気を流すことができる。これにより、高温のガス冷媒によって他部よりも多量に脱離した水分を確実に空気に付与させることができる。したがって、対向流式とした場合と比べて、高温の過熱ガス冷媒を有効に利用し、水分の脱離量を増大させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
図１〜３に示すように、本実施形態の調湿装置（10）は、室内空気の除湿と加湿とを行うものであり、中空直方体状の箱状のケーシング（11）を備えている。そして、このケーシング（11）には、冷媒回路（60）等が収納されている。

上記冷媒回路（60）は、圧縮機（63）と、流路切換手段である四路切換弁（64）と、第１吸着熱交換器（61）と、膨張機構である膨張弁（65）と、第２吸着熱交換器（62）とが順に接続された閉回路であって、冷媒が充填されている。この冷媒回路（60）は、充填された冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うように構成されている。なお、上記冷媒回路（60）の詳細については後述する。

先ず、図１に基づいて、上記ケーシング（11）の内部構造について説明する。なお、図１(Ｂ)においては、下側がケーシング（11）の正面側であって、上側がケーシング（11）の背面側である。また、以下の説明における「右」「左」「上」「下」は、何れも参照する図面におけるものを意味する。

上記ケーシング（11）は、平面視が概ね正方形状で扁平な箱型に形成されている。このケーシング（11）においては、左側面板（12）と右側面板（13）とが、また正面板（14）と背面板（15）とがそれぞれケーシング（11）の厚さ方向に位置して互いに対向する２つの端面を構成している。上記左側面板（12）には、背面板（15）寄りに室外空気吸込口（21）が形成され、正面板（14）寄りに室内空気吸込口（22）が形成されている。一方、上記ケーシング（11）の右側面板（13）には、背面板（15）寄りに排気吹出口（23）が形成され、正面板（14）寄りに給気吹出口（24）が形成されている。そして、上記室外空気吸込口（21）および室内空気吸込口（22）が空気の流入口を構成し、排気吹出口（23）および給気吹出口（24）が空気の流出口を構成している。

上記ケーシング（11）の内部には、左右方向の中心部よりも右側面板（13）寄りに第１仕切板（31）が立設されている。上記ケーシング（11）の内部空間（16）は、第１仕切板（31）によって左右に仕切られている。そして、この第１仕切板（31）の右側が第１空間（17）となり、第１仕切板（31）の左側が第２空間（18）となっている。

上記ケーシング（11）の第１空間（17）は、第７仕切板（37）によって正面側の空間と背面側の空間とに仕切られている。上記第１空間（17）における背面側の空間には、冷媒回路（60）の圧縮機（63）と排気ファン（26）とが配置されている。また、図示しないが、この背面側の空間には、冷媒回路（60）の膨張弁（65）や四路切換弁（64）も配置されている。一方、上記第１空間（17）における正面側の空間には、給気ファン（25）が配置されている。上記排気ファン（26）は排気吹出口（23）に接続され、上記給気ファン（25）は給気吹出口（24）に接続されている。

上記ケーシング（11）の第２空間（18）には、第２仕切板（32）と第３仕切板（33）と第６仕切板（36）とが設けられている。上記第２仕切板（32）は正面板（14）寄りに立設され、第３仕切板（33）は背面板（15）寄りに立設されている。そして、上記第２空間（18）は、第２仕切板（32）および第３仕切板（33）により、正面側から背面側に向かって３つの空間に仕切られている。上記第６仕切板（36）は、第２仕切板（32）と第３仕切板（33）に挟まれた空間に設けられている。この第６仕切板（36）は、第２空間（18）の左右方向の中央に立設されている。

上記第２仕切板（32）と第３仕切板（33）に挟まれた空間は、第６仕切板（36）によって左右に仕切られる。このうち、右側の空間は、第１熱交換室（41）を構成しており、その内部に第１吸着熱交換器（61）が配置されている。一方、左側の空間は、第２熱交換室（42）を構成しており、その内部に第２吸着熱交換器（62）が配置されている。つまり、上記第１熱交換室（41）と第２熱交換室（42）とは、隣接して配置されている。

上記第２空間（18）のうち第３仕切板（33）とケーシング（11）の背面板（15）に挟まれた空間には、第５仕切板（35）が設けられている。この第５仕切板（35）は、空間の高さ方向の中央部を横断するように設けられ、空間を上下に仕切っている（図１(Ａ)を参照）。そして、上記第５仕切板（35）の上側の空間が第１流入路（43）を構成し、下側の空間が第１流出路（44）を構成している。また、上記第１流入路（43）は室外空気吸込口（21）に連通し、第１流出路（44）は排気ファン（26）を介して排気吹出口（23）に連通している。

一方、上記第２空間（18）のうち第２仕切板（32）とケーシング（11）の正面板（14）に挟まれた空間には、第４仕切板（34）が設けられている。この第４仕切板（34）は、空間の高さ方向の中央部を横断するように設けられ、空間を上下に仕切っている（図１(Ｃ)を参照）。そして、上記第４仕切板（34）の上側の空間が第２流入路（45）を構成し、下側の空間が第２流出路（46）を構成している。また、上記第２流入路（45）は室内空気吸込口（22）に連通し、第２流出路（46）は給気ファン（25）を介して給気吹出口（24）に連通している。

上記第３仕切板（33）には、４つの開口（51〜54）が形成されている（図１(Ａ)を参照）。この４つの開口（51〜54）は、行列方向に近接して位置し、つまり、上下左右に２つずつ升目状に配置されている。そして、上記第１開口（51）は、第１流入路（43）と第１熱交換室（41）とを連通させ、上記第２開口（52）は、第１流入路（43）と第２熱交換室（42）とを連通させている。また、上記第３開口（53）は、第１流出路（44）と第１熱交換室（41）とを連通させ、上記第４開口（54）は、第１流出路（44）と第２熱交換室（42）とを連通させている。

上記第２仕切板（32）には、４つの開口（55〜58）が形成されている（図１(Ｃ)を参照）。この４つの開口（55〜58）は、行列方向に近接して位置し、つまり、上下左右に２つずつ升目状に配置されている。そして、上記第５開口（55）は、第２流入路（45）と第１熱交換室（41）とを連通させ、上記第６開口（56）は、第２流入路（45）と第２熱交換室（42）とを連通させている。また、上記第７開口（57）は、第２流出路（46）と第１熱交換室（41）とを連通させ、上記第８開口（58）は、第２流出路（46）と第２熱交換室（42）とを連通させている。

上記第３仕切板（33）および第２仕切板（32）の各開口（51〜58）は、図示しないが、それぞれ開閉手段であるダンパを備えている。これらのダンパは、開閉することによって各開口（51〜58）を開口状態と閉鎖状態とに切り換え、第１空気および第２空気の流通経路を切り換えるように構成されている。

上記第１吸着熱交換器（61）および第２吸着熱交換器（62）は、図２に示すように、それぞれクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。具体的に、上記第１吸着熱交換器（61）および第２吸着熱交換器（62）は、長方形板状に形成されたアルミニウム製の多数のフィン（6a）と、該フィン（6a）を貫通する銅製の伝熱管（6b）とを備えている。

上記フィン（6a）および伝熱管（6b）の外表面には、水分の吸脱着可能な吸着剤がディップ成形（浸漬成形）により担持されている。そして、上記第１吸着熱交換器（61）が第１熱交換器を構成し、第２吸着熱交換器（62）が第２熱交換器を構成している。なお、本実施形態では、各フィン（13）および伝熱管（15）の外表面に吸着剤をディップ成形により担持しているが、これに限らず、吸着剤としての性能を損なわない限り、如何なる方法でその外表面に吸着剤を担持してもよい。

次に、図３に基づいて、上記冷媒回路（60）について説明する。

上記冷媒回路（60）の四路切換弁（64）は、第１のポートが圧縮機（63）の吐出側に接続され、第２のポートが圧縮機（63）の吸入側に接続されている。また、上記四路切換弁（64）の第３のポートは第１吸着熱交換器（61）に接続され、第４のポートは第２吸着熱交換器（62）に接続されている。

上記冷媒回路（60）は、四路切換弁（64）の切り換えによって冷媒の循環方向が切り換わるように構成されている。つまり、上記四路切換弁（64）は、第１のポートと第３のポートとが連通すると同時に第２のポートと第４のポートとが連通する状態（図３(Ａ)に示す状態）と、第１のポートと第４のポートとが連通すると同時に第２のポートと第３のポートとが連通する状態（図３(Ｂ)に示す状態）とに切り換わる。上記四路切換弁（64）が図３(Ａ)に示す状態に切り換わると、冷媒回路（60）は、圧縮機（63）から吐出された冷媒が第１吸着熱交換器（61）で凝縮した後、第２吸着熱交換器（62）で蒸発するように冷媒が循環する第１冷凍サイクル動作を行う。また、上記四路切換弁（64）が図３(Ｂ)に示す状態に切り換わると、冷媒回路（60）は、圧縮機（63）から吐出された冷媒が第２吸着熱交換器（62）で凝縮した後、第１吸着熱交換器（61）で蒸発するように冷媒が循環する第２冷凍サイクル動作を行う。

また、上記調湿装置（10）は、除湿運転と加湿運転とが切り換わるように構成されている。

例えば、除湿運転時において、上記調湿装置（10）は、冷媒が蒸発する第２吸着熱交換器（62）または第１吸着熱交換器（61）を流れる空気の水分を吸着剤で吸着し、冷媒が凝縮する第１吸着熱交換器（61）または第２吸着熱交換器（62）を流れる空気に水分を放出させて吸着剤を再生し、上記吸着剤で除湿された空気を室内に供給するように冷媒回路（60）の冷媒循環および空気の流通経路を切り換える。

一方、加湿運転時において、上記調湿装置（10）は、冷媒が蒸発する第１吸着熱交換器（61）または第２吸着熱交換器（62）を流れる空気の水分を吸着剤で吸着し、冷媒が凝縮する第２吸着熱交換器（62）または第１吸着熱交換器（61）を流れる空気に水分を放出させて吸着剤を再生し、上記吸着剤で加湿された空気を室内に供給するように冷媒回路（60）の冷媒循環および空気の流通経路を切り換える。

上記調湿装置（10）は、何れの運転時においても、冷媒回路（60）の冷媒循環を切り換えて、第１吸着熱交換器（61）および第２吸着熱交換器（62）で水分の吸脱着を交互に行うことにより、除湿運転および加湿運転を連続的に行うように構成されている。

上記冷媒回路（60）は、コントローラ（90）を備えている。このコントローラ（90）には、本発明の特徴として、過熱度制御部（71）と循環切換部（72）とが設けられている。

上記過熱度制御部（71）は、膨張弁（65）の開度を通常開度より小さくして圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を上昇させる過熱度制御手段に構成されている。具体的に、本実施形態では、通常時において吸入ガス冷媒の過熱度が２℃未満となるように膨張弁（65）の開度が設定されている。そして、上記過熱度制御部（71）によって過熱度が２℃〜２０℃（最適範囲は５℃〜１０℃）となるように膨張弁（65）の開度が制御されている。

上記圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度が上昇することにより、圧縮機（63）の吐出ガス冷媒の温度が上昇し、顕熱量が増大するので、凝縮器となる吸着熱交換器（61,62）において吐出ガス冷媒による吸着材の加熱量が増大し、その吸着材における水分の脱離量が増大することになる。つまり、吸着材の再生能力を増大させることができる。また、吸着剤における水分の脱離量が増大することにより、その後凝縮器から蒸発器として切り換わった吸着熱交換器（61,62）での水分の吸着量も増大することになる。このように、吸着剤の再生能力および吸着能力が向上する。

上記循環切換部（72）は、過熱度制御部（71）により圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を所定時間の間上昇させた後に冷媒の循環方向を切り換える切換手段に構成されている。つまり、冷媒循環を切り換えてからしばらくの間は圧縮機（63）の吸入ガス冷媒を通常の過熱度（２℃未満）に設定し、凝縮器において吸着剤よりある程度水分を脱離させ、その後は過熱度を上昇させて所定時間の間に残った水分を脱離させることになる。この所定時間は、残った水分が脱離されるに必要な時間に設定されている。これにより、運転全般に亘って過熱度を上昇させる場合に比べて、圧縮機（63）の入力をそれ程増やすことなく、凝縮器における吸着剤の再生を効果的に行うことができる。

また、上記各吸着熱交換器（61,62）は、図４に示すように、凝縮器として機能する際に冷媒が流入する上流側から冷媒が流出する下流側に向かって空気が流通する並行流式に構成されている。つまり、凝縮器となる吸着熱交換器（61,62）では、冷媒温度の高い領域（つまり、顕熱領域であるＳ１部）から低い領域（Ｓ２（＋Ｓ３）部）へ向かって空気が流れるようになっている。なお、上記Ｓ１部は圧縮機（63）から吐出された高温の過熱ガス冷媒が、Ｓ２部は二相状態の冷媒が、Ｓ３部は過冷却液状態の冷媒が流れる部分をそれぞれ表している。

上記凝縮器となる吸着熱交換器（61,62）では、流通空気の相対湿度（吸着剤表面湿度がＳ１部において著しく上昇し、Ｓ２（＋Ｓ３）部において徐々に高くなっている。また、吸着剤の温度は、Ｓ１部で急激に低下し、その後殆ど低下しない。つまり、このＳ１部においては、高温の過熱ガス冷媒が流れることにより水分の脱離量が他部より多くなるが、この脱離した水分が流入したばかりの相対湿度の低い空気に確実に付与されるため、相対湿度が極端に上昇することになる。

ここで、吸着熱交換器を対向流式にした場合と比べてみる。図５に示すように、この対向流式の吸着熱交換器は、冷媒が流出する下流側から冷媒が流入する上流側へ向かって空気が流通するように構成される。つまり、この吸着熱交換器では、冷媒温度の低い領域（Ｓ２（＋Ｓ３）部）から高い領域（Ｓ１部）へ向かって空気が流れるようになっている。この場合、流入した空気の相対湿度は、Ｓ２（＋Ｓ３）部において徐々に高くなるが、Ｓ１部において低くなる。これは、Ｓ２（＋Ｓ３）である程度加湿された空気がＳ１部を流れるためにあまり水分を取り込めず、加えて高温の過熱ガス冷媒によって加熱されることから、空気の相対湿度が低下することになる。

このように、凝縮器となる吸着熱交換器（61,62）を並行流式とし、高温の過熱ガス冷媒が流れる部分（Ｓ１部）に相対湿度の低い空気を流通させることにより、高温のガス冷媒を効果的に利用して吸着剤における水分の脱離量を増大させることができる。つまり、吸着剤の再生能力が向上する。

また、上記各吸着熱交換器（61,62）は、吸着剤としてゼオライトとシリカゲルとが用いられ、ゼオライトが担持されている部分とシリカゲルが担持されている部分の２つによって構成されている。具体的に、ゼオライトは吸着熱交換器（61,62）が凝縮器として機能する際に冷媒が流入する側の部分に担持され（図４のＳ１部）、シリカゲルはその冷媒が流出する側の部分に担持されている（図４のＳ２部）。つまり、上記ゼオライトは吸着熱交換器（61,62）における空気の流入側の部分に担持され、シリカゲルはその空気の流出側の部分に担持されている。

ここで、ゼオライトおよびシリカゲルの吸着特性について、図５を参照しながら説明する。相対湿度が低いときは、シリカゲルよりゼオライトの方が吸着等温線の傾きが大きく、相対湿度が高くなると、ゼオライトよりシリカゲルの方が吸着等温線の傾きが大きくなっている。つまり、相対湿度が低いときはゼオライトの方が相対湿度の変化に対する水分の脱離量が多く、相対湿度が高いときではシリカゲルの方が相対湿度の変化に対する水分の脱離量が多いということが分かる。このことから、吸着熱交換器（61,62）において、相対湿度の低い空気が流れる流入側の部分にゼオライトを担持させ、相対湿度の高い空気が流れる流出側の部分にシリカゲルを担持させることにより、全体に亘ってゼオライトまたはシリカゲルを担持させた場合に比べて、水分の脱離量を増大させることができる。

なお、本実施形態では、吸着剤としてゼオライトとシリカゲルの組み合わせを用いたが、これに限らず、アルミナやイオン交換樹脂系材料など、いわゆるＩ型（ラングミュア型
）の吸着特性をもつ吸着剤をそれぞれ組み合わせるようにしてもよい。このＩ型の吸着剤
は、国際純正応用化学連合（ＩＵＰＡＣ）によって区分された６つの型の１つであり、ある相対湿度以上になると吸着量が増加しないものである。

−運転動作−
上記調湿装置（10）の調湿動作について説明する。この調湿装置（10）では、除湿運転と加湿運転とが切り換え可能になっている。ここでは、除湿運転および加湿運転の第１冷凍サイクル動作および第２冷凍サイクル動作の通常動作について説明した後に、過熱度制御部（71）による圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を上昇させた場合の動作について説明する。

《除湿運転》
この除湿運転時において、調湿装置（10）では、給気ファン（25）および排気ファン（26）が運転される。そして、この調湿装置（10）は、室外空気（OA）を第１空気として取り込んで室内に供給する一方、室内空気（RA）を第２空気として取り込んで室外に排出する。

先ず、除湿運転時の第１冷凍サイクル動作について、図３および図７を参照しながら説明する。この第１冷凍サイクル動作では、第１吸着熱交換器（61）において吸着材の再生が行われ、第２吸着熱交換器（62）において第１空気である室外空気（OA）の除湿が行われる。

上記冷媒回路（60）では、四路切換弁（64）が図３(Ａ)の状態に切り換えられる。この状態で圧縮機（63）を運転すると、冷媒回路（60）で冷媒が循環し、第１吸着熱交換器（61）が凝縮器となって第２吸着熱交換器（62）が蒸発器となる第１冷凍サイクル動作が行われる。

具体的に、上記圧縮機（63）から吐出された冷媒は、第１吸着熱交換器（61）で放熱して凝縮し、その後に膨張弁（65）へ送られて減圧される。この減圧された冷媒は、第２吸着熱交換器（62）で吸熱して蒸発し、その後に圧縮機（63）へ吸入されて圧縮される。そして、この圧縮された冷媒は、再び圧縮機（63）から吐出される。

また、上記第１冷凍サイクル動作時において、各開口（51〜58）のダンパを切り換えることにより、第２開口（52）と第３開口（53）と第５開口（55）と第８開口（58）とを開口状態とし、第１開口（51）と第４開口（54）と第６開口（56）と第７開口（57）とを閉鎖状態とする。そして、図７に示すように、第１吸着熱交換器（61）へ第２空気としての室内空気（RA）が供給され、第２吸着熱交換器（62）へ第１空気としての室外空気（OA）が供給される。

具体的に、上記室内空気吸込口（22）より流入した第２空気は、第２流入路（45）から第５開口（55）を通って第１熱交換室（41）へ送り込まれる。この第１熱交換室（41）では、第２空気が第１吸着熱交換器（61）を上から下へ向かって通過する。この第１吸着熱交換器（61）では、外表面に担持された吸着材が冷媒により加熱され、この吸着材から水分が脱離する。この吸着材から脱離した水分は、第１吸着熱交換器（61）を通過する第２空気に放出される。この第１吸着熱交換器（61）で水分を付与された第２空気は、第１熱交換室（41）から第３開口（53）を通って第１流出路（44）へ流出する。その後、第２空気は、排気ファン（26）へ吸い込まれ、排気吹出口（23）から排出空気（EA）として室外へ排出される。

一方、上記室外空気吸込口（21）より流入した第１空気は、第１流入路（43）から第２開口（52）を通って第２熱交換室（42）へ送り込まれる。この第２熱交換室（42）では、第１空気が第２吸着熱交換器（62）を上から下へ向かって通過する。この第２吸着熱交換器（62）では、外表面に担持された吸着材に第１空気中の水分が吸着される。その際に生じる吸着熱は、冷媒が吸熱する。上記第２吸着熱交換器（62）で除湿された第１空気は、第２熱交換室（42）から第８開口（58）を通って第２流出路（46）へ流出する。その後、第１空気は、給気ファン（25）へ吸い込まれ、給気吹出口（24）から供給空気（SA）として室内へ供給される。

次に、上記除湿運転時の第２冷凍サイクル動作について、図３および図８を参照しながら説明する。この第２冷凍サイクル動作では、第２吸着熱交換器（62）において吸着材の再生が行われ、第１吸着熱交換器（61）において第１空気である室外空気（OA）の除湿が行われる。

上記冷媒回路（60）では、四路切換弁（64）が図３(Ｂ)の状態に切り換えられる。この状態で圧縮機（63）を運転すると、冷媒回路（60）で冷媒が循環し、第１吸着熱交換器（61）が蒸発器となって第２吸着熱交換器（62）が凝縮器となる第２冷凍サイクル動作が行われる。

具体的に、上記圧縮機（63）から吐出された冷媒は、第２吸着熱交換器（62）で放熱して凝縮し、その後に膨張弁（65）へ送られて減圧される。この減圧された冷媒は、第１吸着熱交換器（61）で吸熱して蒸発し、その後に圧縮機（63）へ吸入されて圧縮される。そして、この圧縮された冷媒は、再び圧縮機（63）から吐出される。

また、上記第２冷凍サイクル動作時において、各開口（51〜58）のダンパを切り換えることにより、第１開口（51）と第４開口（54）と第６開口（56）と第７開口（57）とを開口状態とし、第２開口（52）と第３開口（53）と第５開口（55）と第８開口（58）とを閉鎖状態とする。そして、図８に示すように、第１吸着熱交換器（61）へ第１空気としての室外空気（OA）が供給され、第２吸着熱交換器（62）へ第２空気としての室内空気（RA）が供給される。

具体的に、上記室内空気吸込口（22）より流入した第２空気は、第２流入路（45）から第６開口（56）を通って第２熱交換室（42）へ送り込まれる。この第２熱交換室（42）では、第２空気が第２吸着熱交換器（62）を上から下へ向かって通過する。この第２吸着熱交換器（62）では、外表面に担持された吸着材が冷媒により加熱され、この吸着材から水分が脱離する。この吸着材から脱離した水分は、第２吸着熱交換器（62）を通過する第２空気に放出される。上記第２吸着熱交換器（62）で水分を付与された第２空気は、第２熱交換室（42）から第４開口（54）を通って第１流出路（44）へ流出する。その後、第２空気は、排気ファン（26）へ吸い込まれ、排気吹出口（23）から排出空気（EA）として室外へ排出される。

一方、上記室外空気吸込口（21）より流入した第１空気は、第１流入路（43）から第１開口（51）を通って第１熱交換室（41）へ送り込まれる。この第１熱交換室（41）では、第１空気が第１吸着熱交換器（61）を上から下へ向かって通過する。この第１吸着熱交換器（61）では、外表面に担持された吸着材に第１空気中の水分が吸着される。その際に生じる吸着熱は、冷媒が吸熱する。上記第１吸着熱交換器（61）で除湿された第１空気は、第１熱交換室（41）から第７開口（57）を通って第２流出路（46）へ流出する。その後、第１空気は、給気ファン（25）へ吸い込まれ、給気吹出口（24）から供給空気（SA）として室内へ供給される。

《加湿運転》
上記加湿運転時において、調湿装置（10）では、給気ファン（25）および排気ファン（26）が運転される。そして、この調湿装置（10）は、室内空気（RA）を第１空気として取り込んで室外に排出する一方、室外空気（OA）を第２空気として取り込んで室内に供給する。

先ず、加湿運転時の第１冷凍サイクル動作について、図３および図９を参照しながら説明する。この第１冷凍サイクル動作では、第１吸着熱交換器（61）において第２空気である室外空気（OA）の加湿が行われ、第２吸着熱交換器（62）において第１空気である室内空気（RA）から水分の回収が行われる。上記冷媒回路（60）では、四路切換弁（64）が図３(Ａ)の状態に切り換えられ、第１冷凍サイクル動作が行われる。

また、上記第１冷凍サイクル動作時において、各開口（51〜58）のダンパを切り換えることにより、第１開口（51）と第４開口（54）と第６開口（56）と第７開口（57）とを開口状態とし、第２開口（52）と第３開口（53）と第５開口（55）と第８開口（58）とを閉鎖状態とする。そして、図９に示すように、第１吸着熱交換器（61）には第２空気としての室外空気（OA）が供給され、第２吸着熱交換器（62）には第１空気としての室内空気（RA）が供給される。

具体的に、上記室内空気吸込口（22）より流入した第１空気は、第２流入路（45）から第６開口（56）を通って第２熱交換室（42）へ送り込まれる。この第２熱交換室（42）では、第１空気が第２吸着熱交換器（62）を上から下へ向かって通過する。この第２吸着熱交換器（62）では、外表面に担持された吸着材に第１空気中の水分が吸着される。その際に生じる吸着熱は、冷媒が吸熱する。その後、水分を奪われた第１空気は、第４開口（54）、第１流出路（44）、排気ファン（26）を順に通過し、排出空気（EA）として排気吹出口（23）から室外へ排出される。

一方、上記室外空気吸込口（21）より流入した第２空気は、第１流入路（43）から第１開口（51）を通って第１熱交換室（41）へ送り込まれる。この第１熱交換室（41）では、第２空気が第１吸着熱交換器（61）を上から下へ向かって通過する。この第１吸着熱交換器（61）では、外表面に担持された吸着材が冷媒により加熱され、この吸着材から水分が脱離する。この吸着材から脱離した水分は、第１吸着熱交換器（61）を通過する第２空気に放出される。その後、加湿された第２空気は、第７開口（57）、第２流出路（46）、給気ファン（25）を順に通過し、供給空気（SA）として給気吹出口（24）から室内へ供給される。

次に、上記加湿運転時の第２冷凍サイクル動作について、図３および図１０を参照しながら説明する。この第２冷凍サイクル動作では、第２吸着熱交換器（62）において第２空気である室外空気（OA）の加湿が行われ、第１吸着熱交換器（61）において第１空気である室内空気（RA）から水分の回収が行われる。上記冷媒回路（60）では、四路切換弁（64）が図３(Ｂ)の状態に切り換えられ、第２冷凍サイクル動作が行われる。

また、上記第２冷凍サイクル動作時において、各開口（51〜58）のダンパを切り換えることにより、第２開口（52）と第３開口（53）と第５開口（55）と第８開口（58）とを開口状態とし、第１開口（51）と第４開口（54）と第６開口（56）と第７開口（57）とを閉鎖状態とする。そして、図１０に示すように、第１吸着熱交換器（61）には第１空気としての室内空気（RA）が供給され、第２吸着熱交換器（62）には第２空気としての室外空気（OA）が供給される。

具体的に、上記室内空気吸込口（22）より流入した第１空気は、第２流入路（45）から第５開口（55）を通って第１熱交換室（41）に送り込まれる。この第１熱交換室（41）では、第１空気が第１吸着熱交換器（61）を上から下に向かって通過する。この第１吸着熱交換器（61）では、外表面に担持された吸着材に第１空気中の水分が吸着される。その際に生じる吸着熱は、冷媒が吸熱する。その後、水分を奪われた第１空気は、第３開口（53）、第１流出路（44）、排気ファン（26）を順に通過し、排出空気（EA）として排気吹出口（23）から室外へ排出される。

一方、上記室外空気吸込口（21）より流入した第２空気は、第１流入路（43）から第２開口（52）を通って第２熱交換室（42）に送り込まれる。この第２熱交換室（42）では、第２空気が第２吸着熱交換器（62）を上から下へ向かって通過する。この第２吸着熱交換器（62）では、外表面に担持された吸着材が冷媒により加熱され、この吸着材から水分が脱離する。この吸着材から脱離した水分は、第２吸着熱交換器（62）を通過する第２空気に付与される。その後、加湿された第２空気は、第８開口（58）、第２流出路（46）、給気ファン（25）を順に通過し、供給空気（SA）として給気吹出口（24）から室内へ供給される。

《過熱度制御部による過熱度の上昇》
上述した除湿運転および加湿運転の各冷凍サイクル動作では、途中に過熱度制御部（71）によって圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度が上昇される。そして、この上昇した過熱度で所定時間の間運転した後に、循環切換部（72）による冷媒循環の切換によって第１冷凍サイクル動作と第２冷凍サイクル動作とが切り換えられる。

具体的に、循環切換部（72）によって冷凍サイクル動作が切り換わると、膨張弁（65）の開度が通常開度に設定されて圧縮機（63）が駆動される。この状態では、圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度が通常の過熱度（２℃未満）になっている。そして、しばらくした後、過熱度制御部（71）によって膨張弁（65）の開度を小さくして吸入ガス冷媒の過熱度を例えば１０℃まで上昇させる。この過熱度で所定時間の間運転した後、再び循環切換部（72）によって冷凍サイクル動作が切り換えられる。

ここで、圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を上昇させた場合の冷媒挙動について、図１１を参照しながら説明する。ここに、図中の破線で示す冷凍サイクル（ａ→ｂ→ｃ→ｄ）は通常の過熱度（２℃未満）時の場合を表し、実線で示す冷凍サイクル（Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ）は上昇した過熱度（１０℃）時の場合を表している。

上記通常の過熱度時では、まず、圧縮機（63）によって冷媒がａ点（例えば、６５℃）まで圧縮されて吐出される。このａ点の冷媒は、凝縮器となる吸着熱交換器（61,62）で吸着剤へ放熱して凝縮し、ｂ点の冷媒となる。このｂ点の冷媒は、膨張弁（65）によって減圧され、ｃ点の冷媒（例えば、０℃）となる。このｃ点の冷媒は、蒸発器となる吸着熱交換器（61,62）で吸着剤の吸着熱を吸熱して蒸発し、ｄ点の冷媒（２℃未満）となり、再び圧縮機（63）に吸入されて圧縮される。

一方、上記上昇した過熱度時では、圧縮機（63）によって冷媒がＡ点（例えば、１００℃）まで圧縮されて吐出される。このＡ点の冷媒は、凝縮器となる吸着熱交換器（61,62）で吸着剤へ放熱して凝縮し、Ｂ点の冷媒となる。このＢ点の冷媒は、膨張弁（65）によって減圧され、Ｃ点の冷媒（例えば、０℃）となる。このＣ点の冷媒は、蒸発器となる吸着熱交換器（61,62）で吸着剤の吸着熱を吸熱して蒸発し、Ｄ点の冷媒（例えば、１０℃）となり、再び圧縮機（63）に吸入されて圧縮される。

このように、圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を上昇させることにより、凝縮器における冷媒の過熱ガス（Ｓ１部）の温度が高くなり、冷媒の顕熱量が増大し、また冷媒の過冷却液（Ｓ３部）の温度が低くなり、結果として凝縮器の能力が増大する。したがって、冷媒による吸着剤の加熱量を増やすことができ、吸着剤における水分の脱離量を増大させることができる。また、水分の脱離量が増大することから、同様に水分の吸着量も増大させることができる。

特に、凝縮器として機能する際に吸着熱交換器（61,62）が並行流式となるようにしているので、過熱ガス冷媒（Ｓ１部）の高温を吸着剤における水分脱離に有効に利用することができる。これにより、水分の脱離量を増大させることができる。

さらに、各吸着熱交換器（61,62）において、顕熱領域である過熱ガス冷媒が流れる部分（Ｓ１部）にゼオライトを担持させ、それ他の部分（Ｓ２（＋Ｓ３）部）にシリカゲルを担持させているので、それらの特性から各部で水分の脱離量を効果的に稼ぐことができる。

ところで、蒸発器となる吸着熱交換器（61,62）において、膨張弁（65）の開度が小さくなることによって冷媒流量が減少し、蒸発能力がやや低下するように思えるが、上述したように吸着剤における水分の吸着量が増大することによって吸着熱が増大するので、蒸発能力は低下しない。

−実施形態の効果−
以上説明したように、本実施形態１によれば、圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を上昇させる過熱度制御部（71）を設けるようにしたので、圧縮機（63）から吐出された過熱ガス冷媒の温度を上げて顕熱量を増大させることができ、凝縮器となる吸着熱交換器（61,62）の吸着剤をより加熱することができる。これにより、吸着剤における水分の脱離量を増大させることができる。また、これに伴い、凝縮器から蒸発器へ切り換わった吸着熱交換器（61,62）の吸着剤における水分の吸着量が増大することになる。この結果、加湿能力および除湿能力を向上させることができる。

また、上記過熱度を上昇させる手段として、膨張弁（65）の開度を小さくするようにしたので、簡易に且つ確実に過熱度を上昇させることができる。

また、上記過熱度制御部（71）により圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を所定時間の間上昇させた後に冷媒の循環方向を切り換える循環切換部（72）を設けるようにしたので、通常の過熱度時にある程度吸着剤より水分を脱離させた後残った水分を上昇させた過熱度時に脱離させることができる。これにより、運転全般に亘って過熱度を上昇させる場合に比べて、圧縮機（63）の入力をそれ程増やすことなく、凝縮器における吸着剤の再生を効果的に行うことができる。

また、各吸着熱交換器（61,62）が凝縮器として機能する際に冷媒流れと空気流れとが並行流となるようにしたので、高温の過熱ガス冷媒が流れる部分に相対湿度の低い空気を流すことができる。これにより、高温のガス冷媒によって他部よりも多量に脱離した水分を確実に空気に付与させることができる。したがって、対向流式とした場合より、高温の過熱ガス冷媒を有効に利用し、水分の脱離量を増大させることができる。

特に、各吸着熱交換器（61,62）において、凝縮器として機能する際の空気の流入側（相対湿度の低い空気が流れる側）に吸着剤としてのゼオライトを担持させ、空気の流出側（相対湿度の高い空気が流れる側）に吸着剤としてのシリカゲルを担持させたので、全体に亘ってゼオライトまたはシリカゲルを担持させるより、両者の特性でもって相対湿度の高低に応じた水分の脱離量を効果的に稼ぐことができる。

《発明の実施形態２》
本実施形態２の調湿装置（10）は、上記実施形態１におけるコントローラ（90）の過熱度制御部（71）の構成を変更したものである。つまり、本実施形態は、蒸発器となる第１吸着熱交換器（61）または第２吸着熱交換器（62）の送風量を増大させるように過熱度制御部（71）を構成するようにした。

具体的に、上記過熱度制御部（71）は、除湿運転の場合、各冷凍サイクル動作の途中で
給気ファン（25）の周波数を増加させ、加湿運転の場合、各冷凍サイクル動作の途中で排気ファン（26）の周波数を増加させる。これにより、第１吸着熱交換器（61）または第２吸着熱交換器（62）における送風量が増大する。したがって、蒸発器能力が増加し、冷媒がより加熱されて過熱度が上昇する。その他の構成、作用および効果は、実施形態１と同様である。

以上説明したように、本発明は、表面に吸着剤が担持された熱交換器を備えた調湿装置として有用である。

実施形態に係る調湿装置を示す概略構成図である。 実施形態に係る吸着熱交換器を示す斜視図である。 実施形態に係る調湿装置の冷媒回路を示す回路図である。 冷媒と空気の流れを並行流とした場合の凝縮器を模式的に示す図である。 冷媒と空気の流れを対向流とした場合の凝縮器を模式的に示す図である。 ゼオライトおよびシリカゲルの吸着特性を示す吸着等温線図である。 実施形態１に係る除湿運転時の第１動作における空気の流れを示す調湿装置の概略構成図である。 実施形態１に係る除湿運転時の第２動作における空気の流れを示す調湿装置の概略構成図である。 実施形態１に係る加湿運転時の第１動作における空気の流れを示す調湿装置の概略構成図である。 実施形態１に係る加湿運転時の第２動作における空気の流れを示す調湿装置の概略構成図である。 冷媒回路における冷媒の挙動を示すモリエル線図である。

符号の説明

10 調湿装置
60 冷媒回路
61,62 第１，第２吸着熱交換器（第１，第２熱交換器）
63 圧縮機
65 膨張弁（膨張機構）
71 過熱度制御部（過熱度制御手段）
72 循環切換部（切換手段）

Claims (5)

1. 圧縮機（63）と第１熱交換器（61）と膨張機構（65）と第２熱交換器（62）とが配管接続されて冷媒循環が可逆に構成され、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（60）と、
   上記第１熱交換器（61）および第２熱交換器（62）のそれぞれ表面に担持された水分の吸脱着可能な吸着剤とを備え、
   上記冷媒回路（60）の冷媒の循環方向を切り換えることにより第１熱交換器（61）および第２熱交換器（62）で水分の吸脱着を交互に行って空気の湿度調整を行う調湿装置であって、
   上記圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を上昇させる過熱度制御手段（71）を備えている
   ことを特徴とする調湿装置
2. 請求項１において、
   上記過熱度制御手段（71）は、膨張機構としての膨張弁（65）の開度を通常開度より小さくする
   ことを特徴とする調湿装置。
3. 請求項１において、
   上記過熱度制御手段（71）は、蒸発器となる第１熱交換器（61）または第２熱交換器（62）の送風量を増大させる
   ことを特徴とする調湿装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項において、
   上記過熱度制御手段（71）により圧縮機（63）の吸入ガス冷媒の過熱度を所定時間の間上昇させた後に冷媒の循環方向を切り換える切換手段（72）が設けられている
   ことを特徴とする調湿装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項において、
   上記各熱交換器（61,62）は、凝縮器として機能する際に冷媒が流入する上流側から冷媒が流出する下流側に向かって空気が流通する並行流式に構成されている
   ことを特徴とする調湿装置。
   

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