JP2006308247A

JP2006308247A - 調湿装置

Info

Publication number: JP2006308247A
Application number: JP2005133181A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Makino; 浩招牧野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】ヒートポンプサイクルにおける冷媒の熱を利用してヒータ入力を削減し、吸着量が多く且つ吸着エネルギの小さい吸着剤を使用する、あるいは異なった吸着特性を有する複数の吸着剤を組み合わせて使用することにより、トータル的に省エネルギで加湿性能の高い調湿装置及びそれを備えた空気調和機を提供する。
【解決手段】調湿装置５０に加熱用熱交換器９を備え、室外機６０の圧縮機１から吐出した冷媒の熱を利用して室外空気を過熱することで、ヒータ１０の入力エネルギを大幅に削減することが可能になる。また、シリカゲルまたはメソポーラスシリカを第１の吸着剤とし、ゼオライトを第２の吸着剤とすることで、室外空気中に含まれる水分の吸着率を高めることが可能になる。
【選択図】図２

Description

本発明は、室外空気の水分を吸着剤で吸着し、その水分で室内の加湿を行調湿装置に関するものである。

従来、加湿装置で生成した加湿空気を加湿ホースを介して室内に吹き出す加湿運転と、乾燥空気を加湿ホースに吹き込む乾燥運転とを交互に繰り返すことにより、加湿ホース内の結露水の滞留を防ぐようにした加湿機能を有する空気調和機が存在する（たとえば、特許文献１参照）。この加湿機能を有する空気調和機は、低コストで加湿ホース内の結露水の滞留による異音の発生を防止し、加湿ホース内を清潔に保つとともに、加湿空気の水分を有効利用できるようにしたものである。

また、暖房運転時において圧縮機の吐出側をガス管閉鎖弁側に接続する四路切換弁と、ガス管閉鎖弁との間の配管部を加湿ユニット内部に延設してロータ加熱部を構成する加湿ユニットを備えた空気調和機が存在する（たとえば、特許文献２参照）。この加湿ユニットを備えた空気調和機は、圧縮機の吐出側に接続される冷媒配管が加湿ユニットの加湿側空気流生成手段で生成される空気流中を通過するように配設されるようにして、吸湿部剤を効率よく加熱し、コストダウンを図ったものである。

特開２００１−９１００１号公報（第５〜８頁、第４図）特開２００２−８９９０３号公報（第３頁及び第４頁、第２図）

上記の加湿機能を有する空気調和機は、加湿ホース内における結露水の滞留を防止するために、吸湿ロータからの水分を全く脱着しない乾燥運転と吸湿ロータからの水分を脱着する加湿運転とを交互に繰り返すために、脱着風路から供給される水分量が周期的に変動するという問題を有していた。つまり、連続した加湿運転ができないために、加湿要求に十分に対応できるものではなかった。また、脱着風路の周囲の温度が低いと、脱着風路の吸湿ロータ以降の経路に結露が発生してしまうという問題も有していた。

上記の加湿ユニットを備えた空気調和機は、四路切換弁と、ガス管閉鎖弁の間の配管部を加湿ユニット内部に延設してロータ加熱部を構成するものであるため、調湿ユニットを室外機の上部等の室外機近傍に設置しなければならないという問題を有していた。また、加湿量を多くするためには、吸湿ロータの吸着領域を通過する空気の相対湿度と脱着領域を通過する空気の相対湿度との差を大きくしなければならなかった。つまり、脱着領域を通過させる空気を高温に加熱し相対湿度を低くしなければならず、空気を高温に加熱できる加熱装置が必要になるという問題を有していた。

また、吸湿剤としてシリカゲルやゼオライトを用いた場合には、それぞれの有する特徴によって、効果的に加湿を行うことができないという問題を有していた。シリカゲルは、相対湿度の増加に伴い吸着量も増加するという特性を持っており、相対湿度が低い領域での吸湿量が少ない。このために、吸着領域を通過する空気中に含まれる水分のうち吸着されない水分が発生する。特に、空気の温度が低い場合は空気中に含まれる絶対水分量が少ないために、水分の吸着ロスが加湿量の減少につながるという問題を有していた。一方、ゼオライトは、低湿度領域で急激に吸着量が増加するものの、高湿度になっても吸着量の増加が少ないため、吸着領域を通過する湿度が高い場合に吸着ロスが発生するという問題を有していた。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、ヒートポンプサイクルにおける冷媒の熱を利用してヒータ入力を削減し、吸着量が多く且つ吸着エネルギの小さい吸着剤を使用する、あるいは異なった吸着特性を有する複数の吸着剤を組み合わせて使用することにより、トータル的に省エネルギで加湿性能の高い調湿装置を提供するものである。また、室外加湿ユニットで生成された高湿空気を、冷却し凝縮水として室内に搬送することにより、室内外の加湿空気の搬送圧力損失を小さくし、接続ダクトの径を細くし低騒音化ができる連続加湿機能を備えた調湿装置を提供するものである。さらに、ファンの数を削減し、装置全体を小型化して、省スペースで低コスト化を図る調湿装置を提供するものである。

本発明に係る調湿装置は、空気の除湿・加湿を行う調湿装置であって、室外空気を吸気する第１空気流路と、前記第１空気流路内に吸気された室外空気から水分を吸着するデシカントロータと、前記デシカントロータで吸着された水分を脱着するための室外空気を吸気するための第２空気流路と、前記第２空気流路に吸気された室外空気を昇温させる熱交換器とを備え、前記デシカントロータは、高湿度領域の空気に対しての吸湿率が高い材料である第１の吸着剤が担持された第１デシカントロータと、低湿度領域の空気に対して所定の吸湿率を有する第２の吸着剤が担持された第２デシカントロータとを直列に配置して構成したことを特徴とする。

本発明に係る調湿装置は、空気の除湿・加湿を行う調湿装置であって、室外空気を吸気する第１空気流路と、前記第１空気流路内に吸気された室外空気から水分を吸着するデシカントロータと、前記デシカントロータで吸着された水分を脱着するための室外空気を吸気するための第２空気流路と、前記第２空気流路に吸気された室外空気を昇温させる熱交換器とを備え、前記デシカントロータは、高湿度領域の空気に対しての吸湿率が高い材料である第１の吸着剤が担持された第１デシカントロータと、低湿度領域の空気に対して所定の吸湿率を有する第２の吸着剤が担持された第２デシカントロータとを直列に配置して構成したので、室外空気中に含まれる水分の吸着率を大幅に高めることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る調湿装置５０を備えた空気調和機１００の概略構成図である。空気調和機１００は、冷媒を循環させるヒートポンプサイクルを利用して、冷房運転及び暖房運転を行うものである。また、空気調和機１００は、暖房運転時において加湿運転をあわせて行うことができるものである。なお、ヒートポンプサイクルは、暖房運転時におけるものを示している。

空気調和機１００は、調湿装置５０と、室外機６０と、室内機７０とで構成されている。一般的に、調湿装置５０と室外機６０とは室外に、室内機７０は室内にそれぞれ設置されている。調湿装置５０と、室外機６０と、室内機７０とは、冷媒を導通する配管経路８で接続されている。この配管経路８は、ガス側冷媒配管と液側冷媒配管とで構成されている。なお、室外機６０と室内機７０とを接続する冷媒配管を分岐させたバイパス配管を設けて調湿装置５０と接続させてもよい。

（調湿装置５０）
調湿装置５０は、加熱用熱交換器９（主熱源）と、ヒータ１０（補助熱源）と、デシカントロータ１１と、脱着ファン１２とを内蔵している。加熱用熱交換器９は、配管経路８を流れる冷媒を用いて、室外空気と熱交換するものである。ヒータ１０は、室外空気を昇温させる加熱手段としての機能を果たすものである。デシカントロータ１１は、室外空気から水分を吸着し、加熱用熱交換器９及びヒータ１０で昇温された室外空気でその水分が脱着されるようになっているものである。脱着ファン１２は、デシカントロータ１１を経由して生成される高温高湿空気を、室内や室外に搬送するものである。なお、調湿装置５０の詳細については後述する。

（室外機６０）
室外機６０は、圧縮機１と、四方弁２と、室外機熱交換器３と、膨張弁４とを順次配管経路８で接続して構成されている。配管経路８は、圧縮機１で圧縮されて気体になった冷媒を導通させるガス側冷媒配管と、凝縮されて液体になった冷媒を導通させる液側冷媒配管４１ちで構成されている。なお、室外機６０には、室外機熱交換器１５に送風するための図示省略の室外機ファン（送風機）が内蔵されている。

圧縮機１は、配管経路８から吸入した冷媒を圧縮するためのもの機器である。四方弁２は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れを反転させるものである。ここでは、暖房運転時の冷媒の流れを示している。室外機熱交換器３は、空気または水を熱源として冷媒を凝縮させるものである。膨張弁４は、膨張機構として機能するものであり、室外機熱交換器３で凝縮された冷媒を減圧して膨張させるものである。

（室内機７０）
室内機７０は、室内機熱交換器６を内蔵している。この室内機熱交換器６は、配管経路８を介して室外機６０を構成する減圧弁２４と調湿装置５０を構成する加熱用熱交換器９とに接続されている。なお、室内機７０には、室内や室内機熱交換器６に送風するための図示省略の室内機ファン（送風機）が内蔵されている。また、室内機熱交換器６は、図示省略の室内外接続ダクトや水配管等の配管を介して調湿装置５０に内蔵されている脱着ファン９と接続しているとよい。

図２は、本発明に係る調湿装置５０の構成を示す概略構成図である。図に基づいて、調湿装置５０の詳細を説明する。調湿装置５０は、室内空気の加湿・除湿を行う機能を果たすものである。調湿装置５０は、吸着風路１５（第１空気流路）と、脱着風路１４（第２空気流路）とを内蔵している。吸着風路１５には、デシカントロータ１１と、吸着ファン１３とが空気の流れ方向（矢印ａ）に対してこの順番になるように配置されている。脱着風路１４には、加熱用熱交換器９と、ヒータ１０と、デシカントロータ１１と、脱着ファン９とが空気の流れ方向（矢印ｂ）に対してこの順番になるように配置されている。

吸着風路１５は、室外空気を吸気し、デシカントロータ１１で室外空気から水分を吸着された乾燥空気を室外に排気するものである。この乾燥空気の排気は、吸着風路１５内に設けられている吸着ファン１３の回転で行われるようになっている。脱着風路１４は、室外空気を吸気し（以下、脱着風路１４で吸気された室外空気を脱着空気と称する）、加熱用熱交換器９及びヒータ１０で昇温され、デシカントロータ１１で水分が放出（以下、脱着と称する）されて、生成された高温高湿空気を室内機７０に搬送するものである。この高温高湿空気の搬送は、脱着ファン９の回転で行われるようになっている。

デシカントロータ１１は、吸着剤が担持され、軸方向に通気性を有するハニカム構造で構成されており、吸着風路１５及び脱着風路１４に跨って各風路を遮るように設けられている。すなわち、デシカントロータ１１は、吸着風路１５内を流れてくる水分を含んだ室外空気から水分を吸着し、回転することによって、この部分を脱着風路１４に面するようにして、脱着風路１４に吸気・昇温された高温空気でその水分を脱着するようになっている。この脱着された水分と、高温空気とが一体となって高温高湿空気として生成される。このデシカントロータ１１には、ゼオライトやシリカゲル、活性炭からなる多孔質基材等の吸着剤を塗布、表面処理または含浸されたものを使用するとよい。これらの吸着剤の詳細については、後述する。

加熱用熱交換器９は、室外機６０に内蔵されている圧縮機１から吐出され、配管経路８を介して流れ込む冷媒の熱を利用して、脱着空気を昇温させるものである。なお、脱着空気を昇温させた後の冷媒は、配管経路８を流れて室内機７０に戻るようになっている。また、冷房運転時には、冷媒が配管経路８を逆に流れるために逆止弁等を設けておくとよい。ヒータ１０は、加熱用熱交換器９と同様に脱着空気を昇温させるものである。

次に、空気調和機１００の動作について説明する。
まず、吸着風路１５から室外空気を吸気する（矢印ａ）。この室外空気には水分が含まれており、この水分が室内の加湿に利用される。そして、この室外空気は、吸着風路１５内を流れてデシカントロータ１１に到達する。デシカントロータ１１は、この室外空気から水分を吸着し、その室外空気を乾燥空気にする。吸着ファン１３は、この乾燥空気を室外に排気する。

一方、脱着風路１４からも脱着空気を吸気する（矢印ｂ）。この脱着空気は、脱着風路１４内の加熱用熱交換器９及びヒータ１０で昇温されて高温空気となりデシカントロータ１１に到達する。デシカントロータ１１は、回転するようになっており、吸着風路１５で水分を吸着した面が脱着風路１４側に回転移動する。そして、加熱用熱交換器９及びヒータ１０で昇温された高温空気により水分が脱着されて、この水分と高温空気とが一体となって高温高湿空気が生成される。生成された高温高湿空気は、脱着ファン９に到達し、脱着ファン９により室内機７０へ搬送される。

室内機７０では、この高温高湿空気を室内空気と混合し、図示省略の室内機ファンにより室内へ放出する。こうすることで、室内を加湿するようになっている。デシカントロータ１１にゼオライトやシリカゲルのような吸着剤を用いて、水分の脱着を行うには、少なくとも８０℃以上の脱着温度が要求される。しかしながら、ヒータ１０のみで昇温する場合には、約５１０Ｗのヒータ入力が必要となる（暖房標準条件７℃からの昇温、脱着風量０．３５ｍ３／ｍｉｎ）。

空気調和機１００は、調湿装置５０内に加熱用熱交換器９を備えており、圧縮機１からの吐出冷媒を加熱用熱交換器９の内部に導通して脱着空気と熱交換させることにより、その脱着空気を昇温するのでヒータ入力を大幅に削減できる。たとえば、冷媒にＲ４１０を用いている場合には、表１に示すように暖房運転時の標準的なサイクル条件において、吐出条件から飽和蒸気になるまで加熱用熱交換器９で熱交換されるとすると、加熱用熱交換器９通過後の脱着空気温度は約５５℃となるため、ヒータ１０の入力は約１８０Ｗ（５１０Ｗの約３５％）で済み、ヒータ１０のみの加熱の場合に対し約６５％のヒータ入力を削減できることになる。

実施の形態１では、空気の流れに対し加熱用熱交換器９、ヒータ１０の順で脱着風路１４内に配置されている場合を例に示したが、両者を逆に配置してもよい。また、要求される加湿量（高温高湿空気の量）が少量であれば、ヒータ１０を設置せずに加熱用熱交換器９のみで脱着空気の昇温を行ってもよい。また、加熱用熱交換器９は、圧縮機１の回転数や膨張弁４の絞り量で冷媒の流量を調節できるので、細かい温度調整が可能となる。

以上のように、空気調和機１００では、ヒートポンプサイクルにおける、圧縮機１から吐出された吐出冷媒を、調湿装置５０に内蔵されている脱着風路１４内の加熱用熱交換器９に誘導して脱着空気と熱交換させることにより、脱着に使用するヒータ１０の入力を大幅に削減でき、消費エネルギの低減を図ることが可能となる。つまり、ヒータ１０のみで加熱する場合には、ヒータ１０のオン・オフ制御のみとなるため、連続通電以外の場合には一定の温度に保つことが困難であるが、加熱用熱交換器９を用いれば連続通電以外の場合も容易に一定の温度に保つことが可能である。

次に、デシカントロータ１１以降の脱着風路１４内で発生する結露による水の滞留防止について説明する。上述したように、調湿装置５０で加湿を行う場合において、脱着風路１４のデシカントロータ１１以降の脱着風路１４には高温高湿空気が流れるようになっている。そのために、脱着風路１４周辺の温度が低い場合には、脱着風路１４内に結露が発生し、水が滞留してしまうことがある。

脱着風路１４内に水が滞留すると、高温高湿空気の流れが阻害され、室内機７０から送風される風量の低下や室内機７０と接続している図示省略の室内外接続ダクト等に異音が発生する可能性がある。したがって、脱着風路１４内での水の滞留を防止するためには、デシカントロータ１１からの脱着水分量を減らし、脱着風路１４内の相対湿度が１００％とならないように制御する必要がある。つまり、脱着水分量を減らすことで滞留してしまう水を徐々に揮発させるように調整するのである。

一方、デシカントロータ１１からの脱着水分量を必要以上に減らしてしまうと、調湿装置５０の加湿性能が悪化することになる。以上のことから、脱着風路１４内での水の滞留の程度と、調湿装置５０に要求されている加湿性能との均衡を図るように、デシカントロータ１１からの脱着水分量を調整することが望ましい。デシカントロータ１１からの脱着水分量を減らすには、デシカントロータ１１の脱着水分量が最大となる回転数に対して、デシカントロータ１１の回転数をずらして運転させればよい。

すなわち、デシカントロータ１１の回転を制御すれば、脱着水分量の調整が可能になるのである。たとえば、デシカントロータ１１の回転を停止させてしまえば、吸着された水分が脱着風路１４側に回転移動しないために、脱着される水分は無くなるようになっている。しかしながら、回転を停止させてしまうと、脱着風路１４の出口から放出される水分量も無くなってしまうため、加湿運転中であっても加湿が行われないことになってしまう。そこで、デシカントロータ１１の回転を停止させず、デシカントロータ１１からの脱着水分を確保しながら、滞留した水を揮発させることで加湿性能を一定に保つのである。

なお、デシカントロータ１１の回転制御は、図示省略のＩＣやマイクロコンピュータ等の制御手段で行うようにするとよい。また、デシカントロータ１１からの脱着水分を一旦凝縮させて水の状態で室内機７０へ搬送させれば、室内外接続ダクトに水が滞留することがなくなる。この場合には、調湿装置５０と室内機７０とを水配管で接続するとよい。このようにすれば、水の滞留によって、高温高湿空気の流れが阻害されることもなく、室内機７０から送風される風量の低下や室内外接続ダクト等に異音が発生する可能性もなくなる。

図３は、デシカントロータ１１を構成する吸着剤の成分に応じた等温吸着線を示す概念図である。ここでは、シリカゲル、ゼオライト及びメソポーラスシリカを吸着剤としたそれぞれの場合を示している。また、横軸は対象空気の相対湿度（％）を、縦軸は水分の吸着率（％）をそれぞれ示している。各等温吸着線は、シリカゲル１００％で吸着剤を構成した場合、ゼオライト１００％で吸着剤を構成した場合、メソポーラスシリカ１００％で吸着剤を構成した場合を示している。

シリカゲルは、一般的な性質として、高湿度範囲において吸着量が多くなるために除湿用途に適している。ゼオライトは、一般的な性質として、シリカゲルとは反対に広い湿度範囲でほぼ一定の吸着量を有しているために加湿用途に適している。また、ゼオライトは、吸着及び脱着の反応速度が速いという特性がある。さらに、メソポーラスシリカは、口径φ１〜３ｎｍ（ナノメートル）程度の微細な円柱状の孔が開いたシリカで、微細孔の毛管凝縮現象により、相対湿度の狭い領域（相対湿度が３０％〜４０％）で吸湿特性が急峻に変化するという特徴がある。

したがって、メソポーラスシリカを吸着剤とすれば、吸着風路１５に相対湿度４０％以上の室外空気を吸気して水分を吸着し、脱着風路１４に吸気する室外空気を相対湿度３０％以下になるように昇温すれば、デシカントロータ１１に吸着されている水分を脱着することが可能になる。すなわち、加熱用熱交換器９に流入する冷媒との熱交換で得られる５０℃程度に昇温された室外空気でも、十分にデシカントロータ１１から水分を脱着することが可能になり、ヒータ１０を使用しなくてもよいのである。

一方、ゼオライトを吸着剤とすれば、デシカントロータ１１に吸着された水分を脱着するためには、室外空気を１００℃程度の高温に昇温させなければならず、ヒータ１０の入力エネルギが大きくなってしまうことになる。つまり、電力消費を効率良く低減することができない。このために、脱着空気を高温まで昇温し、相対湿度を数％まで下げる必要があるゼオライトを吸着剤に使用する場合に比べて、ヒータ１０を使用しない分だけ、電力消費を低減できる。

図４は、デシカントロータ１１の構成の一例をしめす概略構成図である。デシカントロータ１１は、２つのロータ（高湿空気用ロータ１８及び低湿空気用ロータ１９）で構成されている。高湿空気用ロータ１８は、高湿空気用ロータ吸着領域１６と、高湿空気用ロータ脱着領域１７とで構成されている。低湿空気用ロータ１９も同様に、図示省略の低湿空気用ロータ吸着領域（高湿空気用ロータ吸着領域１６と対向する領域）と、図示省略の低湿空気用ロータ脱着領域（高湿空気用ロータ脱着領域１７と対向する領域）とで構成されている。

図３で示したように、相対湿度（％）と吸湿率（％）の特性は吸着剤の種類によって異なる。たとえば、シリカゲルやメソポーラスシリカは、高湿度領域で高い吸着率を持つが、低湿度猟奇での吸湿率はゼオライトに比べて小さい。一方、ゼオライトは、低湿度領域で吸湿率が急峻に変化するが、一定の湿度以上では吸湿率がほとんど変化しない。したがって、これら吸着剤の特性に基づいてデシカントロータ１１を構成するのが望ましい。

冬季においては、外気温が低いので、相対湿度が高くても室外空気中に含まれる絶対水分量は少ない。すなわち、室外空気は乾燥状態となっているのである。したがって、加湿量（高温高湿空気の量）を多くするためには、デシカントロータ１１で室外空気に含まれる水分を最大限吸着することが要求される。このために、２種類の異なる吸湿特性を持つ吸着剤で構成した高湿空気用ロータ１８と低湿空気用ロータ１９とを吸着風路１５に対して直列に配置することで、室外空気中に含まれる水分を最大限吸着可能にしているのである。

具体的には、高湿空気用ロータ１８には、高湿度領域での吸湿率が高いシリカゲルまたはメソポーラスシリカを用いて構成し、低湿空気用ロータ１９には、低湿度領域での吸湿率が高いゼオライトを用いて構成している。こうすることで、高湿空気用ロータ１８で吸着できなかった水分を低湿空気用ロータ１９で吸着できるため、デシカントロータ１１に吸着されないで通過する空気中の水分を最大限低減することができる。したがって、単一の吸着剤からなるデシカントロータ１１を使用する場合よりも加湿量を多くすることが可能になる。

なお、高湿空気用ロータ吸着領域１６や高湿空気用ロータ脱着領域１７、図示省略の低湿空気用ロータ吸着領域、図示省略の低湿空気用ロータ脱着領域は、吸着風路１５と脱着風路１４との内径に対応した中心角（１８０°）で内分されている場合を便宜的に示している。つまり、高湿空気用ロータ吸着領域１６及び図示省略の高湿空気用ロータ吸着領域が脱着風路１４に面する位置に回転移動すれば高湿空気用ロータ脱着領域１７及び図示省略の高湿空気用ロータ脱着領域となるのである。

図４に基づいて、デシカントロータ１１の動作を説明する。このデシカントロータ１１の高湿空気用ロータ１８及び低湿空気用ロータ１９を吸着風路１５の上流側から見て高湿空気用ロータ３２が手前にくるように設置すれば、吸着ファン１３で吸気された室外空気は、高湿空気用ロータ吸着領域１６、図示省略の低湿空気用ロータ吸着領域の順序で通過して水分を吸着され、乾燥空気となって室外に排気される（矢印ａ）。

すなわち、吸着風路１５において、室外空気は、まず高湿空気用ロータ吸着領域１６を通過し、空気中の水分が吸着される。図３で示したように、高湿空気用ロータ１８に担持されているシリカゲルやメソポーラスシリカの吸着量は、高湿度領域に対して多くなっている。そのために、室外空気は、高湿空気用ロータ吸着領域１６流入初期においては、多くの水分が吸着されてロータの厚み方向に対して相対湿度が低下するようになっている。

しかしながら、相対湿度３０％以下になると吸着量は、ほとんど変化しなくなる。これに対し、高湿空気用ロータ１８の下流に配置された低湿空気用ロータ１９に担持されているゼオライトの吸着量は、相対湿度１００〜２０％程度までほとんど変わらない。そのために、高湿空気用ロータ吸着領域１６から流出した低湿空気の水分は、図示省略の低湿空気用ロータ吸着領域において吸着されるようになっているのである。

一方、脱着風路１４では、脱着ファン９で吸気された室外空気が、加熱用熱交換器９及びヒータ１０により昇温された後、図示省略の低湿空気用ロータ脱着領域、高湿空気用ロータ脱着領域１７の順序で通過する。このとき、高湿空気用ロータ１８及び低湿空気用ロータ１９がそれぞれ回転し、高湿空気用ロータ吸着領域１６、図示省略の低湿空気用ロータ吸着領域で吸着した水分は脱着風路１４側に移行し、高温空気により脱着されて高温高湿空気となる（矢印ｂ）。

すなわち、脱着風路１４においては、室外空気は、加熱用熱交換器９及びヒータ１０により昇温された後、図示省略の低湿空気用ロータ脱着領域に流入する。低湿空気用ロータ１９に担持されているゼオライトの吸着量は、相対湿度０〜２０％の範囲では少なく、相対湿度に対する変化率も大きい。そのために、室外空気は、図示省略の低湿空気用ロータ脱着領域流入初期においては、ロータに吸着されている水分を脱着し、ロータの厚み方向に対して相対湿度が増加するが、相対湿度２０％以上になるとほとんど変化しなくなる。

これに対し、低湿空気用ロータ１９の下流に配置された高湿空気用ロータ１８に担持されているシリカゲルやメソポーラスシリカの吸着量は、相対湿度０〜３０％までは非常に少なく、４０％までは相対湿度に対する変化率も大きい。そのために、図示省略の低湿空気用ロータ脱着領域から流出したある程度湿度の上がった空気でも、相対湿度が４０％に到達するまでは、高湿空気用ロータ脱着領域１７において、ロータに吸着された水分を脱着することができる。

以上のように、２種類の吸着特性の異なる吸着剤を担持したデシカントロータ１１を直列に配置することにより、１種類の吸着剤を使用するよりも吸着量、脱着量が増加し、その結果として、調湿装置５０の除加湿性能が向上することになる。さらに、メソポーラスシリカのように、相対湿度３０〜４０％の範囲で相対湿度に対する吸着量の変化率が大きい吸着剤を用いることにより、相対湿度４０〜１００％まで吸着量が多い状態を維持できるので、より低湿度の空気に対しての吸着量を確保することが可能になる。

図４では、高湿空気用ロータ１８と低湿空気用ロータ１９とを接触させて設置している場合を例に示しているが、両者を分離してある程度離して設置してもよく、また一体型のロータとし、表裏に別々の吸着剤を担持させてもよい。なお、接触させて設置する場合には、圧力損失が発生しないように、両者のデシカントローターハニカム基材のセル位置を合わせる必要がある。

［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２に係る調湿装置５０を備えた空気調和機２００の概略構成図である。空気調和機２００は、冷媒を循環させるヒートポンプサイクルを利用して、冷房運転及び暖房運転を行うものである。また、空気調和機２００は、暖房運転時において加湿運転をあわせて行うことができるものである。なお、ヒートポンプサイクルは、暖房運転時におけるものを示している。また、実施の形態１と同一箇所については同一符号を付し、説明を省略する。

空気調和機２００は、調湿装置５０を室内に設置し、加湿を行うようになっている。吸着風路１５は、室外空気を吸気して屋外に排出する。脱着風路１４は、室外空気を吸気して、デシカントロータ１１で生成される高温高湿空気を室内に放出する。空気調和機２００の基本的な構成は実施の形態１に係る空気調和機１００と同様であるが、調湿装置５０を室内に設置するようにした点が異なる。

すなわち、調湿装置５０を室内に設置することで、脱着風路１４とその周囲温度との温度差を少なくすることが可能になるのである。そのため、脱着風路１４内で発生する結露を低減することができる。また、水分の脱着に利用される室外空気の昇温（加熱用熱交換器９及びヒータ１０）に用いられた熱が、室内に放出されて暖房の熱として利用可能となる。そのため、調湿装置５０を屋外に設置する場合に比べて、熱の損失が低減することになり、暖房運転のための消費電力を削減することができる。

さらに、デシカントロータ１１の吸着材としてメソポーラスシリカを用いれば、低い加熱温度でデシカントロータ１１に吸着した水分を脱着できるため、加熱用熱交換器９での加熱で得られる温度のみで脱着が可能になる。そのため、ヒータ１０の容量を小さく抑え、あるいはヒータ１０を設置しなくても、デシカントロータ１１での脱着が可能となり、ヒータが暴走することもなく、安全性の向上を図ることができる。

実施の形態１に係る調湿装置を備えた空気調和機の概略構成図である。本発明に係る調湿装置の構成を示す概略構成図である。デシカントロータに担持される各種吸着剤の等温吸着線の概念図である。デシカントロータの構成の一例をしめす概略構成図である。実施の形態２に係る調湿装置を備えた空気調和機の概略構成図である。

符号の説明

１圧縮機、２四方弁、３室外機熱交換器、４膨張弁、５液管閉鎖弁、６室内機熱交換器、７ガス管閉鎖弁、８配管経路、９加熱用熱交換器、１０ヒータ、１１デシカントロータ、１２脱着ファン、１３吸着ファン、１４脱着風路、１５吸着風路、１６高湿空気用ロータ吸着領域、１７高湿空気用ロータ脱着領域、１８高湿空気用ロータ、１９低湿空気用ロータ、２２壁、１００空気調和機、２００空気調和機。

Claims

空気の除湿・加湿を行う調湿装置であって、
室外空気を吸気して、該室外空気から水分を吸着させるための第１空気流路と、
該水分を脱着するための室外空気を吸気する第２空気流路と、
前記第２空気流路に吸気された室外空気を昇温させる熱交換器と、
前記第１空気流路内に吸気された室外空気から水分を吸着し、前記熱交換器で昇温された室外空気で該水分が脱着されるデシカントロータとを備え、
前記デシカントロータを、
第１の吸着剤が担持された第１デシカントロータと、前記第１の吸着剤よりも低い湿度領域の空気に対して所定の吸湿率を有する第２の吸着剤が担持された第２デシカントロータとで構成した
ことを特徴とする調湿装置。
前記第１デシカントロータと、前記第２デシカントロータとを直列に配置した
ことを特徴とする請求項１に記載の調湿装置。
前記第１デシカントロータに担持される第１の吸着剤の材料を、メソポーラスシリカで構成した
ことを特徴とする請求項１または２に記載の調湿装置。
前記第１デシカントロータに担持される第１の吸着剤の材料を、シリカゲルで構成した
ことを特徴とする請求項１または２に記載の調湿装置。
前記第２デシカントロータに担持される第２の吸着剤の材料を、ゼオライトで構成した
ことを特徴とする請求項１または２に記載の調湿装置。
前記デシカントロータの回転数を制御可能に構成した
ことを特徴とする請求項１に記載の調湿装置。
室内に配設可能に構成した
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の調湿装置。