JP2006046776A5 - - Google Patents

Description

空気調和装置

この発明は、除湿機能を有する空気調和装置に関し、特に蒸発器への着霜を低減する空気調和装置に関するものである。

従来の除湿機能を有する空気調和装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、デフロストヒータとで構成されている。空気調和装置の冷凍サイクル内には冷媒が充填されている。圧縮機で圧縮された冷媒は高温高圧のガス冷媒となり、凝縮器に送り込まれる。凝縮器に流れ込んだ冷媒は、空気に熱を放出することにより液化する。液化した冷媒は膨張弁で減圧されて気液二相流状態となり、蒸発器にて周囲空気から熱を吸収することでガス化し、圧縮機へと流れる。特に、冷凍・冷蔵倉庫においては１０℃より低い温度帯に制御しなければならないため、蒸発温度が０℃より低くなる。このため、蒸発器で霜が発生し冷却能力を低下させていた。そこで、蒸発器にヒータを取り付け定期的に霜取り運転を行っていた。その結果、余計なエネルギを消費することになり、空気調和装置の効率の低下を引き起こしていた。さらに、除霜運転後は、冷凍・冷蔵倉庫内の温度が上昇し、空気調和装置の負荷が増大し、消費電力が増加していた。

そこで、冷媒冷凍機と水分吸着手段を組み合わせ、蒸発器（吸熱器）に流れ込む空気の水分を水分吸着手段によりあらかじめ除去し、霜取運転を無くす方法が開示されている。すなわち、水分吸着手段であるデシカントロータで減湿した空気を蒸発器（吸熱器）へ供給する。一方、吸湿したデシカントロータの水分を脱着して再生するために、凝縮器（放熱器）で加熱された高温の空気をデシカントロータへ供給する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２４１６９３号公報（第６頁〜第８頁、第２図）

従来の除湿機能を有する空気調和機は、デシカントロータの表面に設けられる固体吸着材にゼオライトやシリカゲルが用いられる。固体吸着材にゼオライトを用いる場合について、図１にゼオライトの水分平衡吸着特性を示す（非特許文献１参照）。図１より、ゼオライトに吸着した水分を効率よく脱着して再生するには、相対湿度が数パーセント以下の空気を供給する必要があることがわかる。空気の相対湿度を減少するためには空気を高温に加熱する必要がある。そのため、凝縮器で放熱される熱が比較的高温になるものとして、冷媒にＣＯ_２（二酸化炭素）を使用し、圧縮機がＣＯ_２の臨界圧を超えて圧縮する冷凍サイクルを用いている。圧縮機で圧縮される高圧が１００〜１５０［ｋｇｆ／ｃｍ^２］程度であり、冷媒にＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）を用いた通常の臨界圧を越えない冷凍サイクルの場合の２倍程度となるので、圧縮機、凝縮器及びこれらを接続する配管の耐圧を確保するために製品コストが上昇することになる。また、固体吸着材の再生温度が１５０℃程度と高いため、凝縮器出口の空気温度を高くする必要があり、圧縮機の圧縮比が増大し、圧縮機の効率が低下する問題があった。

また、固体吸着材にシリカゲルを用いる場合について、シリカゲルは２種類の吸着特性をもつことが知られている（非特許文献２参照）。関係湿度の低い領域で水分の吸収率が高まり、関係湿度の高い領域で吸収率が飽和する、ゼオライトと同様の特性を有するものについては、上記シリカゲルを用いた場合と同様の問題がある。また、関係湿度の低い領域では吸収率が低く、関係湿度の高い領域で吸収率が高まる特性を有するものについては、水分の吸収率が低い範囲の関係湿度において、関係湿度の異なる空調空間を対象に、吸着と脱着を繰り返して除湿するのに制約があるという問題点があった。

濱本芳徳、岡島次郎、松岡文雄、秋澤淳、柏木孝夫、「除湿・加湿ローターとシステムの性能解析 第１報：理論モデル」日本冷凍空調学会論文集 Trans. of the JSRAE Vol.19, No.3(2002) pp.281-292（第２８７頁、（１７）式） "シリカゲルについて"、信越化成工業株式会社ホームページ、［平成１６年６月１日検索］、インターネット＜URL：http://www.shin-etsu-kasei.co.jp/silica.html＞

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、水分吸着手段による除湿機能を有し、ヒータ加熱が不要、または、冷媒の臨界圧を超えない冷凍サイクルにおける凝縮排熱を用いて水分吸着手段の再生が可能な空気調和装置を得ることを目的とする。

この発明に係る空気調和装置は、第１の相対湿度とこの第１の相対湿度よりも高湿度である第２の相対湿度との第１の範囲にある相対湿度における水分の平衡吸着量の変化率が、第１の範囲外の相対湿度における平衡吸着量の変化率よりも大きい第１の水分吸着手段と、第１の水分吸着手段を駆動して、第１の相対湿度よりも相対湿度が低い第１の空間と第２の相対湿度よりも相対湿度が高い第２の空間とに交互に位置させる第１の駆動手段とを備えたものである。

この発明に係る空気調和装置は、第１の相対湿度と第１の相対湿度よりも高湿度である第２の相対湿度との第１の範囲にある相対湿度における水分の平衡吸着量の変化率が、第１の範囲外の相対湿度における平衡吸着量の変化率よりも大きい第１の水分吸着手段と、第１の水分吸着手段を駆動して、第１の空気の流路と第２の空気の流路とに交互に位置させる第１の駆動手段とを備え、第１の水分吸着手段に流入する第１の空気の相対湿度は第１の相対湿度よりも低く、第１の水分吸着手段に流入する第２の空気の相対湿度は第２の相対湿度よりも高いものである。

この発明に係る空気調和装置によれば、第１の相対湿度とこの第１の相対湿度よりも高湿度である第２の相対湿度との第１の範囲にある相対湿度における水分の平衡吸着量の変化率が、第１の範囲外の相対湿度における平衡吸着量の変化率よりも大きい第１の水分吸着手段と、第１の水分吸着手段を駆動して、第１の相対湿度よりも相対湿度が低い第１の空間と第２の相対湿度よりも相対湿度が高い第２の空間とに交互に位置させる第１の駆動手段とを備えたので、第２の相対湿度よりも相対湿度の高い第２の空調空間の空気である第２の空気を水分吸着手段へ供給して水分を吸着させ、駆動手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域を移動して、第１の相対湿度よりも相対湿度の低い第１の空調空間の空気である第１の空気を水分吸着手段の水分を吸着した領域へ供給し、この第２の空気の水分の吸着と第１の空気の水分の脱着を繰り返すことにより、第２の空調空間の絶対湿度を低下し、第２の空調空間を低温に保つ冷凍機への着霜をなくすことが可能となる。
また、水分吸着手段に吸着した水分を脱着して再生させるのに第１の相対湿度よりも相対湿度が低い第１空間に水分吸着手段を位置させることで十分であり、第１の空気を加熱して相対湿度を低減する必要がなく、空気をヒータで加熱するものとは異なり、ヒータ加熱用の消費電力が不要で省エネを図ることができる。

また、この発明に係る空気調和装置によれば、第１の相対湿度と第１の相対湿度よりも高湿度である第２の相対湿度との第１の範囲にある相対湿度における水分の平衡吸着量の変化率が、第１の範囲外の相対湿度における平衡吸着量の変化率よりも大きい第１の水分吸着手段と、第１の水分吸着手段を駆動して、第１の空気の流路と第２の空気の流路とに交互に位置させる第１の駆動手段とを備え、第１の水分吸着手段に流入する第１の空気の相対湿度は第１の相対湿度よりも低く、第１の水分吸着手段に流入する第２の空気の相対湿度は第２の相対湿度よりも高くすることにより、第２の相対湿度よりも相対湿度の高い第２の空気を水分吸着手段へ供給して水分を吸着させ、駆動手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域を移動して、第１の相対湿度よりも相対湿度の低い第１の空気を水分吸着手段の水分を吸着した領域へ供給し、この第２の空気の水分の吸着と第１の空気の水分の脱着を繰り返すことにより、第２の空気を有する空調空間の絶対湿度を低下し、第２の空気を有する空調空間を低温に保つ冷凍機への着霜をなくすことが可能となる。
また、水分吸着手段に吸着した水分を脱着して再生させるのに第１の相対湿度よりも相対湿度が低い第１の空気の流路に水分吸着手段を位置させることで十分であり、第１の空気を加熱して相対湿度を低減する必要がなく、空気をヒータで加熱するものとは異なり、ヒータ加熱用の消費電力が不要で省エネを図ることができる。

実施の形態１．
図２は、この発明の実施の形態１における空気調和装置の構成を説明する概略図である。図３は、この発明の本実施の形態における空気調和装置の要部構成である水分吸着手段の駆動状態を説明する概略図である。本実施例では、空気調和装置を冷凍冷蔵倉庫に適用した例を示す。冷凍冷蔵倉庫は第１の空間に相当する前室１００ａ及び第２の空間に相当する冷凍室１００ｂの二つの部屋から構成されている。前室１００ａは第１の空調空間であり、空調空間の気温である乾球温度が−２０℃、相対湿度が４０％である。一方、冷凍室１００ｂは第２の空調空間であり、乾球温度が−４０℃、相対湿度が１００％である。なお、前室１００ａには、前室１００ａの乾球温度及び相対湿度を、それぞれ−２０℃及び４０％に維持するための前室空調手段（図示せず。）が備えられている。

次に、空気調和装置の構成を説明する。図２において、空気調和装置は、第１の水分吸着手段であるデシカントロータ１、デシカントロータ１を可動させるための第１の駆動手段であるモータ３、第１の空調空間である前室１００ａの空気である第１の空気４ａをデシカントロータ１へ供給するための第１の送風手段であるファン２ａ、及び、第２の空調空間である冷凍室１００ｂの空気である第２の空気４ｂをデシカントロータ１へ供給するための第２の送風手段であるファン２ｂから構成されている。ファン２ａ及びファン２ｂが回転することにより、第１の空気４ａ及び第２の空気４ｂがそれぞれデシカントロータ１を通過するように気流を形成する。図３に示すように、デシカントロータ１は円柱形をしており、モータ３により矢印５の方向に回転し、前室１００ａと冷凍室１００ｂとの間を時間とともに移動する。

図４は、この発明の本実施の形態における空気調和装置の要部構成である水分吸着手段であるデシカントロータ１に設けられる固体吸着材の水分吸着特性を示す。固体吸着材は多孔質ケイ素材料であり、２．５ｎｍ（ナノメートル）程度の細孔が多数設けられたものである。図４において、横軸は空調空間の相対湿度、縦軸は水分の平衡吸着量である。図４からわかるように、本実施の形態で用いる固体吸着剤は、相対湿度が４５％から６０％の範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率である傾斜が、４５％未満または６０％を超える範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率である傾斜よりも大きい。すなわち、第１の相対湿度及び第２の相対湿度がそれぞれ４５％及び６０％である。なお、固体吸着材の細孔径を増加または減少することにより、第１の相対湿度及び第２の相対湿度を増加または減少することができる。

次に、動作について説明する。
冷凍室１００ｂ内の第２の空気４ｂがデシカントロータ１に供給される領域では、冷凍室１００ｂ内の相対湿度が１００％のため、第２の空気４ｂに含まれる水分を図４に示す点Ｂの平衡吸着量になるまで吸着する。点Ｂの平衡吸着量に達したデシカントロータ１の冷凍室１００ｂ側の領域は、モータ３によってデシカントロータ１が駆動されることにより、前室１００ａ内の第１の空気４ａが供給される領域へ移動する。前室１００ａの相対湿度は４０％であるため、デシカントロータ１の第１の空気４ａが供給される領域では、図４に示す点Ａの平衡吸着量になるまで水分を第１の空気４ａへ脱着する。第１の空気４ａへ脱着された水分は前室１００ａ内の絶対湿度を増加するが、前室空調手段は前室１００ａ内の乾球温度及び相対湿度をそれぞれ−２０℃及び４０％に維持する。したがって、前室空調手段が第１の空気４ａへ脱着された水分を除湿する。点Ａの平衡吸着量に達したデシカントロータ１の前室１００ｂ側の領域は、モータ３によってデシカントロータ１が駆動されることにより、再び冷凍室１００ｂ内の第２の空気４ｂが供給される領域へ移動する。このように、冷凍室１００ｂ内の水分が前室１００ａ側に移送され、前室１００ａに移送された水分が前室空調手段により除湿される。この動作を繰り返すことにより、冷凍室１００ｂ内を減湿する。

空気線図を用いて、上記の動作を説明する。図５はこの発明の本実施の形態における空気調和装置の動作を説明する空気線図である。図２、図３及び図５において、前室１００ａ側のデシカントロータ１を通過する第２の空気４ａに対し、デシカントロータ１の通過前の空気の状態を（３）、通過直後の空気の状態を（４）とする。また、冷凍室１００ｂ側のデシカントロータ１を通過する第１の空気４ｂに対し、デシカントロータ１の通過前の空気の状態を（１）、通過直後の空気の状態を（２）とする。

まず、デシカントロータ１が冷凍室１００ｂ内の水分を吸着する動作を説明する。状態（１）の空気は、乾球温度が−４０［℃］、絶対湿度が０．１［ｇ／ｋｇ］、エンタルピーが−９．６［ｋｃａｌ／ｋｇ］である。状態（１）の空気は、デシカントロータ１により、等エンタルピー線に沿って、相対湿度が１００％から例えば４０％まで減湿され、絶対湿度が０．１［ｇ／ｋｇ］から０．０５［ｇ／ｋｇ］まで減湿され、乾球温度が−４０［℃］から−３９．８［℃］まで上昇し、状態（２）の空気となって冷凍室１００ｂ内へ吹き出す。

次に、デシカントロータ１に吸着された水分が前室１００ａ側で脱着される動作を説明する。前室１００ａにおいて、状態（３）の空気は、乾球温度が−２０［℃］、絶対湿度が０．２５［ｇ／ｋｇ］、エンタルピーが−４．７［ｋｃａｌ／ｋｇ］である。状態（３）の空気は、デシカントロータ１により、等エンタルピー線に沿って、相対湿度が４０％から例えば１００％まで増湿され、乾球温度が−２０［℃］から−２１［℃］まで低下し、絶対湿度が０．２５［ｇ／ｋｇ］から０．５５［ｇ／ｋｇ］まで増湿され、状態（４）の空気となって前室１００ａ内へ吹き出す。前室１００ａ内へ吹き出された相対湿度１００％の空気は拡散され、この相対湿度１００％の空気に含まれる水分は前室空調手段により除湿される。

なお、状態（２）の空気の相対湿度を４０％としたがこれに限るものでなく、デシカントロータ１で吸着される水分の量により状態（２）の空気の相対湿度が定まる。この吸着される水分の量が多いほど、前室１００ａへ移送される水分が多くなる。また、状態（４）の空気の相対湿度を１００％としたがこれに限るものでなく、デシカントロータ１で脱着される水分の量により状態（４）の空気の相対湿度が定まる。この脱着される水分の量が多いほど、冷凍室１００ｂ側のデシカントローラ１で吸着される水分が多くなる。

このように、本実施の形態における空気調和装置は冷凍室１００ｂ内を減湿できるので、冷凍室１００ｂを低温に保つ冷凍機への着霜をなくすことができる。また、デシカントロータ１に設ける固体吸着材の細孔の径を適当に選択することにより、第１の湿度及び第２の湿度の値を適宜設定することができるので、水分を移送する第１の空調空間と第２の空調空間の気温及び相対湿度を設定する自由度が大きくなる。さらに、前室１００ａが冷凍室１００ｂよりも相対湿度が低いときには、デシカントロータ１に吸着した水分を、ヒータ加熱した空気を供給することなく脱着できる。

このように構成された実施の形態１による空気調和装置は、低湿度である第１の相対湿度とこの第１の相対湿度よりも高湿度である第２の相対湿度との第１の範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率が相対湿度の第１の範囲外における相対湿度に対する平衡吸着量の変化率よりも大きく、かつ、第１の相対湿度及び第２の相対湿度が３０％から６０％の範囲である第１の水分吸着手段と、この第１の水分吸着手段により水分が吸着される第２の空気を供給する第２の送風手段と、水分吸着手段に吸着された水分を脱着する第１の空気を供給する第１の送風手段と、水分吸着手段を駆動して第１の空気と第２の空気が供給される領域を変更する駆動手段とを備えたので、低温に保たれ第２の相対湿度よりも相対湿度の高い第２の空調空間の空気である第２の空気を第２の送風手段が水分吸着手段へ供給して水分を吸着させ、駆動手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域を移動して、第２の空調空間よりも高温に保たれ第１の相対湿度よりも相対湿度の低い第１の空調空間の空気である第１の空気を第１の送付手段が第１の水分吸着手段の水分を吸着した領域へ供給し、この第２の空気の水分の吸着と第１の空気の水分の脱着を繰り返すことにより、第２の空調空間の絶対湿度を低下し、第２の空調空間を低温に保つ冷凍機への着霜をなくすことが可能となる。また、第１の相対湿度と第２の相対湿度を３０％〜６０％の範囲で適宜選択できるので、第１の空調空間と第２の空調空間の気温、相対湿度を設定する自由度が大きくなる。さらに、第１の相対湿度が最低で３０％なので、水分吸着手段に吸着した水分を脱着して再生させるのに３０％程度の相対湿度を有する空気で十分であり、第１の空気を加熱して相対湿度を低減する必要がなく、空気をヒータで加熱するものとは異なり、ヒータ加熱用の消費電力が不要で省エネを図ることが可能な空気調和装置を得ることができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２における空気調和装置の構成を説明する概略図である。図７は、この発明の本実施の形態における空気調和装置の要部構成である水分吸着手段の駆動状態を説明する概略図である。本実施例では、空気調和装置を冷蔵倉庫に適用した例を示す。冷蔵倉庫内の冷蔵室２００ｂが第２の空調空間であり、空調空間の気温である乾球温度が１０［℃］、相対湿度が４０％、絶対湿度が３［ｇ／ｋｇ］である。その外部は第１の空調空間である外気側２００ａであり、乾球温度が２３［℃］、相対湿度が９５％、絶対湿度が１７［ｇ／ｋｇ］である。なお、外気側２００ａは開放された空間であり、乾球温度、相対湿度、及び絶対湿度が、それぞれ２３［℃］、９５％、及び１７［ｇ／ｋｇ］に維持されるものとする。

次に、本実施の形態における空気調和装置の構成を説明する。図６において、空気調和装置は、実施の形態１で記載したものと同様の構成に加え、冷凍手段２０を備える。すなわち、水分吸着手段であるデシカントロータ６、デシカントロータ６を可動させるための駆動手段であるモータ８、第１の空調空間である外気側２００ａの空気である第１の空気９ａをデシカントロータ１へ供給するための第１の送風手段であるファン７ａ、第２の空調空間である冷蔵室２００ｂの空気である第２の空気９ｂをデシカントロータ６へ供給するための第２の送風手段であるファン７ｂに加え、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系の冷媒であるＲ４０４Ａが封入され、圧縮機２０ａ、凝縮器２０ｂ、絞り装置である膨張弁２０ｃ、蒸発器２０ｄからなる冷凍手段２０により構成される。冷媒はＲ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａなどでもよい。ファン７ａが回転することにより、第１の空気９ａが凝縮器２０ｂと熱交換するとともにデシカントロータ６を通過するように気流を形成する。また、ファン７ｂが回転することにより、第２の空気９ｂがデシカントロータ６を通過し、蒸発器２０ｄと熱交換するように気流を形成する。また、圧縮機２０ａはＲ４０４Ａの冷媒に対する臨界圧を越えないで圧縮する。また、凝縮器２０ａは、水分吸着手段であるデシカントロータ６に対し第１の空気９ａの風上側に配置される。さらに、蒸発器２０ｄは、水分吸着手段であるデシカントロータ６に対し第２の空気９ｂの風上側に配置される。図７に示すように、デシカントロータ６は円柱形をしており、モータ８により矢印１０の方向に回転し、外気側２００ａと冷蔵室２００ｂとの間を時間とともに移動する。

図８は、この発明の本実施の形態における空気調和装置の要部構成である水分吸着手段であるデシカントロータ６に設けられる固体吸着材の水分吸着特性を示す。固体吸着材は多孔質ケイ素材料であり、１．５ｎｍ（ナノメートル）程度の細孔が多数設けられたものである。図８において、横軸は空調空間の相対湿度、縦軸は水分の平衡吸着量である。図８からわかるように、本実施の形態で用いる固体吸着剤は、相対湿度が３０％から４０％の範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率である傾斜が、３０％未満または４０％を超える範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率である傾斜よりも大きい。すなわち、第１の相対湿度及び第２の相対湿度がそれぞれ３０％及び４０％である。なお、固体吸着材の細孔径を増加または減少することにより、第１の相対湿度及び第２の相対湿度を増加または減少することができる。

次に、動作について説明する。図９はこの発明の本実施の形態における空気調和装置の動作を説明する空気線図である。図６及び図９において、冷蔵室２００ｂ側のデシカントロータ６を通過する第２の空気９ｂに対し、デシカントローラ６の通過前の空気の状態を（５）、デシカントローラ６を通過した直後の空気の状態を（６）、蒸発器２０ｄと熱交換した直後の空気の状態を（７）とする。また、外気側２００ａのデシカントロータ６を通過する第１の空気９ａに対し、凝縮器２０ｂの風上側の空気の状態を（８）、凝縮器２０ｂと熱交換した直後の空気の状態を（９）、デシカントローラ６の通過直後の空気の状態を（１０）とする。

まず、デシカントロータ６が冷蔵室２００ｂ内の水分を吸着する動作を説明する。状態（５）の空気は、気温である乾球温度が１０［℃］、相対湿度が４０％、絶対湿度が３［ｇ／ｋｇ］である。デシカントロータ６に供給された状態（５）の空気は、等エンタルピー線に沿って、相対湿度が４０％から例えば３０％まで減湿され、絶対湿度は３［ｇ／ｋｇ］から２．５［ｇ／ｋｇ］まで減湿され、乾球温度は１０［℃］から１１．８［℃］まで上昇した状態（６）の空気となって蒸発器２０ｄへ向かう。図８に示すように、デシカントロータ６に設けられる固体吸着材は、相対湿度４０％以上の領域では吸着できる水分量が大きいので、状態（５）の空気を減湿できる。状態（６）の空気は蒸発器２０ｄで熱交換され、絶対湿度が一定の状態で顕熱のみが除去されて冷却され、相対湿度が１００％未満、乾球温度が−５［℃］である状態（７）の空気となる。蒸発器２０ｄに着霜して冷凍手段２０が除霜運転をしないようにするために、状態（７）の空気の乾球温度は状態（６）の空気における露点温度よりも高くなるように、膨張弁２０ｃの開度、圧縮機２０ａの回転数、ファン７ｂの回転数等を調節している。状態（７）の空気は冷蔵室２００ｂ内へ拡散され、冷蔵室２００ｂの乾球温度を１０［℃］に保つ。また、デシカントロータ６に吸着した水分は、モータ８により水分の吸着した領域が外気側２００ａに移動され、後述するように外気側２００ａで脱着される。

次に、デシカントロータ６に吸着された水分が外気側２００ａで脱着される動作を説明する。状態（８）の空気は、気温である乾球温度が２３［℃］、相対湿度が９５％、絶対湿度が１７［ｇ／ｋｇ］である。凝縮器２０ｂに供給された状態（８）の空気は、凝縮器２０ｂで熱交換されて加熱され、絶対湿度が一定の状態で顕熱のみが加わり、乾球温度が４４［℃］まで上昇し、相対湿度が３０％まで減湿された状態（９）の空気となってデシカントロータ６へ供給される。凝縮器２０ｂの凝縮温度が４４［℃］になるように、膨張弁２０ｃ、圧縮機２０ａの回転数、ファン７ａの回転数等で調節する。デシカントロータ６へ供給された状態（９）の空気は、等エンタルピー線に沿って、相対湿度が３０％から４０％まで増湿され、絶対湿度が１７［ｇ／ｋｇ］から１８．５［ｇ／ｋｇ］まで増湿され、乾球温度が４４［℃］から４０［℃］まで低下した状態（１０）の空気となり、外気側２００ａへ放出される。相対湿度が３０％である状態（９）の空気がデシカントロータ６に供給されれば、図８に示すようにデシカントロータ６に設けられる固体吸着材で保持できる水分量が相対湿度４０％以上の領域における水分量よりも極端に小さくなるため、外気側２００ａの空気に水分を放出することができる。水分が脱着されたデシカントロータ６の領域は、モータ８によって再び冷蔵室２００ｂ内へ移動する。この動作を繰り返すことにより、冷蔵室２００ｂ内を減湿する。

なお、状態（６）の空気の相対湿度を３０％としたがこれに限るものでなく、デシカントロータ６で吸着される水分の量により状態（６）の相対湿度が定まる。この吸着される水分の量が多いほど、外気側２００ａへ移送される水分が多くなる。また、状態（１０）の空気の相対湿度を４０％としたがこれに限るものでなく、デシカントロータ６で脱着される水分の量により状態（１０）の空気の相対湿度が定まる。この脱着される水分の量が多いほど、冷蔵室２００ｂ側のデシカントローラ６で吸着される水分が多くなる。

このように、本実施の形態における空気調和装置は冷蔵室２００ｂ内を減湿できるので、冷蔵室２００ｂを低温に保つ蒸発器への着霜をなくすことができる。また、第１の相対湿度及び第２の相対湿度が３０％から６０％の範囲である水分吸着手段を用いたので、臨界圧を越えない冷凍サイクルにおける凝縮排熱を用いて水分吸着手段を再生できる。また、デシカントロータ６に設ける固体吸着材の細孔の径を適当に選択することにより、第１の湿度及び第２の湿度の値を適宜設定することができる。さらに、外気側２００ａが冷蔵室２００ｂよりも相対湿度が大きいときには、デシカントロータ６に吸着した水分を、凝縮器で加熱した空気を供給することにより脱着できる。

以上の実施の形態２の説明において、外気側の水分吸着手段に対し第１の空気の風上側に凝縮器を配置したが、外気側が冷蔵室よりも相対湿度が低ければ、実施の形態１と同様に、第１の空気を加熱することなく水分吸着手段を再生できる。

また、冷蔵室側の水分吸着手段に対して第２の空気の風下側に蒸発器を配置したが、冷蔵室を低温に保つ冷凍手段を別に備えれば、蒸発器を水分吸着手段の風下側に配置しなくてよい。

このように構成された実施の形態２による空気調和装置は、低湿度である第１の相対湿度とこの第１の相対湿度よりも高湿度である第２の相対湿度との範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率が相対湿度の範囲外における相対湿度に対する平衡吸着量の前記変化率よりも大きく、かつ、第１の相対湿度及び第２の相対湿度が３０％から６０％の範囲である水分吸着手段と、この水分吸着手段により水分が吸着される第２の空気を供給する第２の送風手段と、水分吸着手段に吸着された水分を脱着する第１の空気を供給する第１の送風手段と、水分吸着手段を駆動して第１の空気と第２の空気が供給される領域を変更する駆動手段と、冷媒が充填され、臨界圧を越えずに冷媒を圧縮する圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器から構成される冷媒回路とを備え、凝縮器が水分吸着手段に対し第１の空気の風上側に配置されるので、低温に保たれ第２の相対湿度よりも相対湿度の高い第２の空調空間の空気である第２の空気を第２の送風手段が水分吸着手段へ供給して水分を吸着させ、駆動手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域を移動して、第２の空調空間よりも高温に保たれ第１の相対湿度よりも相対湿度の低い第１の空調空間の空気である第１の空気を第１の送付手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域へ供給し、この第２の空気の水分の吸着と第１の空気の水分の脱着を繰り返すことにより、第２の空調空間の絶対湿度を低下し、第２の空調空間を低温に保つ蒸発器への着霜をなくすことが可能となる。また、第１の相対湿度と第２の相対湿度を３０％〜６０％の範囲で適宜選択できるので、第１の空調空間と第２の空調空間の気温、相対湿度を設定する自由度が大きくなる。また、第１の相対湿度が最低で３０％なので、水分吸着手段に吸着した水分を脱着して再生させるのに３０％程度の相対湿度を有する空気で十分であり、空気をヒータで加熱するものとは異なり、第１の空気の風上側に配置された凝縮器の放熱を用いて第１の空気を加熱するので、ヒータ加熱用の消費電力が不要である。さらに、冷媒回路における圧縮器では冷媒が臨界圧を越えないので、圧縮機、凝縮器及びこれらを接続する配管の耐圧を低くすることができ製品コストを低減するとともに、圧縮機の圧縮比も抑制できるので、圧縮機の効率を改善でき省エネを図ることができる。

また、低湿度である第１の相対湿度とこの第１の相対湿度よりも高湿度である第２の相対湿度との範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率が相対湿度の範囲外における相対湿度に対する平衡吸着量の変化率よりも大きく、かつ、第１の相対湿度及び第２の相対湿度が３０％から６０％の範囲である水分吸着手段と、この水分吸着手段により水分が吸着される第２の空気を供給する第２の送風手段と、水分吸着手段に吸着された水分を脱着する第１の空気を供給する第１の送風手段と、水分吸着手段を駆動して第１の空気及び第２の空気が供給される領域を変更する駆動手段と、冷媒が充填され、臨界圧を越えずに冷媒を圧縮する圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器から構成される冷媒回路とを備え、蒸発器が水分吸着手段に対し第２の空気の風下側に配置されるので、低温に保たれ第２の相対湿度よりも相対湿度の高い第２の空調空間の空気である第２の空気を第２の送風手段が水分吸着手段へ供給して水分を吸着させ、駆動手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域を移動して、第２の空調空間よりも高温に保たれ第１の相対湿度よりも相対湿度の低い第１の空調空間の空気である第１の空気を第１の送付手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域へ供給し、この第２の空気の水分の吸着と第１の空気の水分の脱着を繰り返すことにより、第２の空調空間の絶対湿度を低下し、第２の空調空間を低温に保つ蒸発器への着霜をなくすことが可能となる。また、第１の相対湿度と第２の相対湿度を３０％〜６０％の範囲で適宜選択できるので、第１の空調空間と第２の空調空間の気温、相対湿度を設定する自由度が大きくなる。また、第１の相対湿度が最低で３０％なので、水分吸着手段に吸着した水分を脱着して再生させるのに３０％程度の相対湿度を有する空気で十分であり、第１の空気を加熱して相対湿度を低減する必要がなく、空気をヒータで加熱するものとは異なり、ヒータ加熱用の消費電力が不要である。さらに、冷媒回路における圧縮器では冷媒が臨界圧を越えないので、圧縮機、凝縮器及びこれらを接続する配管の耐圧を低くすることができ製品コストを低減するとともに、圧縮機の圧縮比も抑制できるので、圧縮機の効率を改善でき、省エネを図ることができる。

実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３における空気調和装置の構成を説明する概略図である。本実施の形態は実施の形態１に示した構成の空気調和装置と実施の形態２に示した構成の空気調和装置とを組み合わせたものであり、冷凍倉庫に適用したものである。
通常、冷凍倉庫は前室１００a、冷凍室１００ｂから構成されている。前室１００ａを設けている理由は、直接、外から冷凍室１００ｂに人やリフトが入れば、冷凍室１００ｂに外気や水分が入り、冷凍室１００ｂに設置されている冷凍装置が頻繁に除霜運転を行い、冷凍能力が著しく低下する。これを解決するために、前室１００ａを設け、前室１００ａであらかじめ除湿と冷却を行い、前室１００ａの空気が冷凍室１００ｂに流れ込むようにして、冷凍室１００ｂの冷凍の負荷を低減している。しかし、前室１００ａは、外気側２００ａの空気が直接入るため、前室１００ａに設置された冷凍機の除霜運転が頻繁に発生していた。本実施の形態は、このような冷凍倉庫に適用するもので、前室１００ａで頻繁に発生する除霜運転をなくすものである。

冷凍室１００ｂ気温である乾球温度、相対湿度及び絶対湿度は、実施の形態１と同様に、それぞれ−４０［℃］、１００％及び０．１［ｇ／ｋｇ］である。前室１００ａの乾球温度、相対湿度及び絶対湿度は、実施の形態１と同様に、それぞれ−２０［℃］、４０％及び０．２５［ｇ／ｋｇ］である。外気側２００ａにおける乾球温度、相対湿度及び絶対湿度は、実施の形態２と同様に、それぞれ２３［℃］、９５％及び１７［ｇ／ｋｇ］である。

図１０において、第２の空間に相当する冷凍室１００ｂの水分を第１の空間に相当する前室１００ａに移送する第１の空気調和装置３０の構成は、図２に示した実施の形態１の構成と同じである。また、前室１００ａの水分を第３の空間に相当する外気側２００ａに移送する第２の空気調和装置４０の構成は、図６に示した実施の形態２の構成と同じである。なお、第１の空気調和装置３０の一部である第１の水分吸着手段に設けられる固体吸着材の水分吸着特性は、図４と同じ特性とする。また、第２の空気調和装置４０の一部である第２の水分吸着手段に設けられる固体吸着材の水分吸着特性は、図８と同じ特性とする。

次に、動作について説明する。
第１の空気調和装置３０の動作は、実施の形態１で説明した動作と同一である。
第２の空気調和装置４０の動作は、実施の形態２における冷蔵室２００ｂの空調環境が本実施の形態における前室１００ａと異なるので、図１０及び図１１の空気線図を用いて説明する。

図１０において、前室１００ａ側のデシカントロータ６を通過する第３の空気９ｂに対し、デシカントローラ６の通過前の空気の状態を（１１）、デシカントローラ６を通過した直後の空気の状態を（１２）、蒸発器２０ｄと熱交換した直後の空気の状態を（１３）とする。

状態（１１）の空気は、乾球温度が−２０［℃］、相対湿度が４０％、絶対湿度が０．２５［ｇ／ｋｇ］である。デシカントロータ６に供給された状態（１１）の空気は、等エンタルピー線に沿って、相対湿度が４０％から例えば３０％まで減湿され、絶対湿度は０．２５［ｇ／ｋｇ］から０．１８［ｇ／ｋｇ］まで減湿され、乾球温度は−２０［℃］から−１９．７［℃］まで上昇した状態（１２）の空気となって蒸発器２０ｄへ向かう。デシカントロータ６に設けられる固体吸着材は、図８に示すように相対湿度が４０％以上の領域では吸着できる水分量が大きいので、状態（１１）の空気を減湿できる。状態（１２）の空気は蒸発器２０ｄで熱交換され、絶対湿度が一定の状態で顕熱のみが除去されて冷却され、相対湿度が１００％未満、乾球温度が−３２［℃］である状態（１３）の空気となる。蒸発器２０ｄに着霜して冷凍手段２０が除霜運転をしないようにするために、状態（１３）の空気の乾球温度は状態（１２）の空気における露点温度よりも高くなるように、膨張弁２０ｃの開度、圧縮機２０ａの回転数、ファン７ｂの回転数等を調節している。なお、前室１００ａ内の水分を外気側２００ａに移送する動作については、実施の形態２に記載の動作と同様である。

このように、冷凍冷蔵倉庫に水分吸着手段を組み合わせた空気調和装置を備えることで、従来、頻繁に発生していた除霜運転を無くすことが可能となり、消費電力を低減できる。さらに、空調空間に捨てていた凝縮排熱で水分吸着手段を再生することができるので、再生用ヒータや、凝縮器２０ｂの風量を低減することなく水分吸着手段に吸着した水分の脱着が可能となり、省エネを図ることができる。

このように構成された実施の形態３による空気調和装置は、低湿度である第１の相対湿度とこの第１の相対湿度よりも高湿度である第２の相対湿度との範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率が相対湿度の範囲外における相対湿度に対する平衡吸着量の変化率よりも大きく、かつ、第１の相対湿度及び第２の相対湿度が３０％から６０％の範囲である水分吸着手段と、この水分吸着手段により水分が吸着される第２の空気を供給する第２の送風手段と、水分吸着手段に吸着された水分を脱着する第１の空気を供給する第１の送風手段と、水分吸着手段を駆動して第１の空気と第２の空気が供給される領域を変更する駆動手段とを備えたので、低温に保たれ第２の相対湿度よりも相対湿度の高い第２の空調空間の空気である第２の空気を第２の送風手段が水分吸着手段へ供給して水分を吸着させ、駆動手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域を移動して、第２の空調空間よりも高温に保たれ第１の相対湿度よりも相対湿度の低い第１の空調空間の空気である第１の空気を第１の送付手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域へ供給し、この第２の空気の水分の吸着と第１の空気の水分の脱着を繰り返すことにより、第２の空調空間の絶対湿度を低下し、第２の空調空間を低温に保つ冷凍機への着霜をなくすことが可能となる。また、第１の相対湿度と第２の相対湿度を３０％〜６０％の範囲で適宜選択できるので、第１の空調空間と第２の空調空間の気温、相対湿度を設定する自由度が大きくなる。さらに、第１の相対湿度が最低で３０％なので、水分吸着手段に吸着した水分を脱着して再生させるのに３０％程度の相対湿度を有する空気で十分であり、第１の空気を加熱して相対湿度を低減する必要がなく、空気をヒータで加熱するものとは異なり、ヒータ加熱用の消費電力が不要で省エネを図ることが可能な空気調和装置を得ることができる。

また、低湿度である第１の相対湿度とこの第１の相対湿度よりも高湿度である第２の相対湿度との範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率が相対湿度の範囲外における相対湿度に対する平衡吸着量の前記変化率よりも大きく、かつ、第１の相対湿度及び第２の相対湿度が３０％から６０％の範囲である水分吸着手段と、この水分吸着手段により水分が吸着される第２の空気を供給する第２の送風手段と、水分吸着手段に吸着された水分を脱着する第１の空気を供給する第１の送風手段と、水分吸着手段を駆動して第１の空気と第２の空気が供給される領域を変更する駆動手段と、冷媒が充填され、臨界圧を越えずに冷媒を圧縮する圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器から構成される冷媒回路とを備え、凝縮器が水分吸着手段に対し第１の空気の風上側に配置されるので、低温に保たれ第２の相対湿度よりも相対湿度の高い第２の空調空間の空気である第２の空気を第２の送風手段が水分吸着手段へ供給して水分を吸着させ、駆動手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域を移動して、第２の空調空間よりも高温に保たれ第１の相対湿度よりも相対湿度の低い第１の空調空間の空気である第１の空気を第１の送付手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域へ供給し、この第２の空気の水分の吸着と第１の空気の水分の脱着を繰り返すことにより、第２の空調空間の絶対湿度を低下し、第２の空調空間を低温に保つ蒸発器への着霜をなくすことが可能となる。また、第１の相対湿度と第２の相対湿度を３０％〜６０％の範囲で適宜選択できるので、第１の空調空間と第２の空調空間の気温、相対湿度を設定する自由度が大きくなる。また、第１の相対湿度が最低で３０％なので、水分吸着手段に吸着した水分を脱着して再生させるのに３０％程度の相対湿度を有する空気で十分であり、空気をヒータで加熱するものとは異なり、第１の空気の風上側に配置された凝縮器の放熱を用いて第１の空気を加熱するので、ヒータ加熱用の消費電力が不要である。さらに、冷媒回路における圧縮器では冷媒が臨界圧を越えないので、圧縮機、凝縮器及びこれらを接続する配管の耐圧を低くすることができ製品コストを低減するとともに、圧縮機の圧縮比も抑制できるので、圧縮機の効率を改善でき省エネを図ることができる。

さらに、低湿度である第１の相対湿度とこの第１の相対湿度よりも高湿度である第２の相対湿度との範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率が相対湿度の範囲外における相対湿度に対する平衡吸着量の変化率よりも大きく、かつ、第１の相対湿度及び第２の相対湿度が３０％から６０％の範囲である水分吸着手段と、この水分吸着手段により水分が吸着される第２の空気を供給する第２の送風手段と、水分吸着手段に吸着された水分を脱着する第１の空気を供給する第１の送風手段と、水分吸着手段を駆動して第１の空気及び第２の空気が供給される領域を変更する駆動手段と、冷媒が充填され、臨界圧を越えずに冷媒を圧縮する圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器から構成される冷媒回路とを備え、蒸発器が水分吸着手段に対し第２の空気の風下側に配置されるので、低温に保たれ第２の相対湿度よりも相対湿度の高い第２の空調空間の空気である第２の空気を第２の送風手段が水分吸着手段へ供給して水分を吸着させ、駆動手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域を移動して、第２の空調空間よりも高温に保たれ第１の相対湿度よりも相対湿度の低い第１の空調空間の空気である第１の空気を第１の送付手段が水分吸着手段の水分を吸着した領域へ供給し、この第２の空気の水分の吸着と第１の空気の水分の脱着を繰り返すことにより、第２の空調空間の絶対湿度を低下し、第２の空調空間を低温に保つ蒸発器への着霜をなくすことが可能となる。また、第１の相対湿度と第２の相対湿度を３０％〜６０％の範囲で適宜選択できるので、第１の空調空間と第２の空調空間の気温、相対湿度を設定する自由度が大きくなる。また、第１の相対湿度が最低で３０％なので、水分吸着手段に吸着した水分を脱着して再生させるのに３０％程度の相対湿度を有する空気で十分であり、第１の空気を加熱して相対湿度を低減する必要がなく、空気をヒータで加熱するものとは異なり、ヒータ加熱用の消費電力が不要である。さらに、冷媒回路における圧縮器では冷媒が臨界圧を越えないので、圧縮機、凝縮器及びこれらを接続する配管の耐圧を低くすることができ製品コストを低減するとともに、圧縮機の圧縮比も抑制できるので、圧縮機の効率を改善でき、省エネを図ることができる。

従来の水分吸着手段に用いられる固体吸着材であるゼオライトの水分平衡吸着特性を説明する特性図である。 この発明の実施の形態１における空気調和装置の構成を説明する概略図である。 この発明の実施の形態１における空気調和装置の要部構成である水分吸着手段の駆動状態を説明する概略図である。 この発明の実施の形態１における空気調和装置の要部構成である水分吸着手段に設けられる固体吸着材の水分吸着特性を説明する特性図である。 この発明の実施の形態１における空気調和装置の動作を説明する空気線図である。 この発明の実施の形態２における空気調和装置の構成を説明する概略図である。 この発明の実施の形態２における空気調和装置の要部構成である水分吸着手段の駆動状態を説明する概略図である。 この発明の実施の形態２における空気調和装置の要部構成である水分吸着手段に設けられる固体吸着材の水分吸着特性を説明する特性図である。 この発明の実施の形態２における空気調和装置の動作を説明する空気線図である。 この発明の実施の形態３における空気調和装置の構成を説明する概略図である。 この発明の実施の形態３における空気調和装置の動作を説明する空気線図である。

符号の説明

１ 水分吸着手段であるデシカントロータ
２ａ 第１の送風手段であるファン
２ｂ 第２の送風手段であるファン
３ 駆動手段であるモータ
４ａ 第１の空気
４ｂ 第２の空気
５ デシカントロータの回転方向
６ 水分吸着手段であるデシカントロータ
７ａ 第１の送風手段であるファン
７ｂ 第２の送風手段であるファン
８ 駆動手段であるモータ
９ａ 第１の空気
９ｂ 第２の空気
１０ デシカントロータの回転方向
２０ 冷凍手段
２０ａ 圧縮機
２０ｂ 凝縮器
２０ｃ 絞り装置である膨張弁
２０ｄ 蒸発器
３０ 第１の空気調和装置
４０ 第２の空気調和装置
１００ａ 前室
１００ｂ 冷凍室
２００ａ 外気側
２００ｂ 冷蔵室

Claims (8)

1. 第１の相対湿度と前記第１の相対湿度よりも高湿度である第２の相対湿度との第１の範囲にある相対湿度における水分の平衡吸着量の変化率が、前記第１の範囲外の相対湿度における前記平衡吸着量の前記変化率よりも大きい第１の水分吸着手段と、
   前記第１の水分吸着手段を駆動して、前記第１の相対湿度よりも相対湿度が低い第１の空間と前記第２の相対湿度よりも相対湿度が高い第２の空間とに交互に位置させる第１の駆動手段と
   を備えた空気調和装置。
2. 第１の相対湿度と前記第１の相対湿度よりも高湿度である第２の相対湿度との第１の範囲にある相対湿度における水分の平衡吸着量の変化率が、前記第１の範囲外の相対湿度における前記平衡吸着量の前記変化率よりも大きい第１の水分吸着手段と、
   前記第１の水分吸着手段を駆動して、第１の空気の流路と第２の空気の流路とに交互に位置させる第１の駆動手段とを備え、
   前記第１の水分吸着手段に流入する第１の空気の相対湿度は前記第１の相対湿度よりも低く、
   前記第１の水分吸着手段に流入する第２の空気の相対湿度は前記第２の相対湿度よりも高い空気調和装置。
3. 冷媒が充填され、前記冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機からの前記冷媒を凝縮させる凝縮器、前記凝縮器からの前記冷媒の圧力を減少させる絞り装置及び前記絞り装置からの前記冷媒を蒸発させる蒸発器を有する冷媒回路を備え、
   前記凝縮器は、第１の相対湿度よりも相対湿度が低い第１の空気が流入する第１の水分吸着手段の上流に位置する請求項１または２のいずれかに記載の空気調和装置。
4. 第１の相対湿度は３０％であり、第２の相対湿度は４０％である請求項３記載の空気調和装置。
5. 冷媒が充填され、前記冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機からの前記冷媒を凝縮させる凝縮器、前記凝縮器からの前記冷媒の圧力を減少させる絞り装置及び前記絞り装置からの前記冷媒を蒸発させる蒸発器を有する冷媒回路を備え、
   前記蒸発器は、第２の相対湿度よりも相対湿度が高い第２の空気が流入する第１の水分吸着手段の下流に位置する請求項１または２のいずれかに記載の空気調和装置。
6. 第３の相対湿度と前記第３の相対湿度よりも高湿度である第４の相対湿度との第２の範囲にある相対湿度における水分の平衡吸着量の変化率が、前記第２の範囲外の相対湿度における前記平衡吸着量の前記変化率よりも大きい第２の水分吸着手段と、
   前記第２の水分吸着手段を駆動して、前記第３の相対湿度よりも相対湿度が低い第３の空間と第１の空間とに交互に位置させる第２の駆動手段とを備え、
   前記第１の空間は前記第４の相対湿度よりも相対湿度が高い請求項１記載の空気調和装置。
7. 第３の相対湿度と前記第３の相対湿度よりも高湿度である第４の相対湿度との第２の範囲にある相対湿度における水分の平衡吸着量の変化率が、前記第２の範囲外の相対湿度における前記平衡吸着量の前記変化率よりも大きい第２の水分吸着手段と、
   前記第２の水分吸着手段を駆動して、第３の空気の流路と第４の空気の流路とに交互に位置させる第２の駆動手段とを備え、
   前記第２の水分吸着手段に流入する第３の空気の相対湿度は前記第３の相対湿度よりも低く、
   前記第２の水分吸着手段に流入する第４の空気の相対湿度は前記第４の相対湿度よりも高く、
   第１の空気と前記第４の空気とは所定の空間にある請求項２記載の空気調和装置。
8. 第１の水分吸着手段において、第１の相対湿度は３０％であり、第２の相対湿度は４０％であり、
   第２の水分吸着手段において、第３の相対湿度は４５％であり、第４の相対湿度は６５％である請求項６または７のいずれかに記載の空気調和装置。