JP2011027332A - 熱交換器およびヒートポンプ型デシカントシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 吸放湿性能が向上し、抗菌・防かび性に優れ、かつ製造が容易な熱交換器およびヒートポンプ型デシカントシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明にかかる熱交換器１３０の代表的な構成は、熱伝達媒体を循環させて熱伝達媒体と空気との間で熱を交換する熱交換器１３０であって、熱伝達媒体を流通させるチューブ１３４またはチューブ１３４と接合されたフィン１３８のいずれか１方または両方の外表面に設けられた吸湿層１４０と、を備え、吸湿層１４０は、チューブ１３４またはフィン１３８に固着された繊維１４４と、繊維１４４に固着され、温度によって吸放湿を制御し得る吸着剤１４８と、を含んで構成されることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、吸着剤に湿分を一次的に担持させることにより吸湿および放湿を行う熱交換器およびヒートポンプ型デシカントシスシステムに関する。

従来から、室内空気の湿度を調節（特に除湿）するために、過冷却方式、あるいは吸着方式の空調設備が用いられている。

過冷却方式とは、空気を冷却して結露させ、空気中から水分を分離させる方式である。排出する空気が冷たくなってしまうと快適さが損なわれるため、気体を再加熱する場合が多い。一方、吸着方式とは、シリカゲルやゼオライトなどの吸着剤（デシカント）を用いて空気中の湿分を取り除くものであり、デシカントシステムとも呼ばれている。

デシカントシステムにおける吸着剤は、ハニカム状のロータに吸着剤をしみこませた構成のものが一般的であるが、他の部材の表面に吸着剤を固着させた構成のものもある。また、吸着剤は、吸着した水分を放出して吸湿性能を回復（再生）させるために、加熱を行う必要がある。これは、吸着剤は温度が上昇すると吸湿性能が低下して放湿する（飽和蒸気圧が上昇する）という性質によるものである。

上記の吸着剤の性質を利用して、吸着による除湿だけでなく、放出による加湿も行うことが可能な空調設備も存在している。例えば、特許文献１には、吸着剤を有する吸着素子と、冷媒を循環させる冷媒回路とを備え、吸着動作と放出動作を行うことで除湿運転および加湿運転が可能な調湿装置が開示されている。

また特許文献２には、熱伝導性に優れる金属表面上に基材を付加し、基材上または基材内部に吸着剤を含む溶液を塗布または含浸させた吸湿層を形成した構成が記載されている。ここで基材としては、紙、不織布、布帛よりなる群の１種以上から選択されるとしている。また吸着剤には、抗菌性／防カビ性をもたせたものを使用するとしている。

特開２００３−２２７６２９号公報 特開２００７−１３２６１４号公報

しかし、特許文献１に記載の調湿装置では、吸着素子は、平板状の平板部材と、波形状の波板部材とを交互に積層し、その表面にシリカゲル等の吸着剤を塗布して構成されている。このような吸着素子を再生（放湿）させるためには加熱を行うが、通常、吸着素子に温風を供給することによって加熱している。しかし吸着剤の熱伝導率は決して高いものではなく、温風によって加熱しても内部の温度は上昇しにくく、再生能力を向上させにくいという問題がある。

そこでヒートポンプの熱交換器（蒸発器または凝縮器）の表面に吸着剤を固着して、内部から加熱することも考えられる。ここで、熱交換器の表面にシリカゲルの層を形成させる手段としては、接着剤によってシリカゲルを固着させる方法や、ゾル状のシリカゲルに平板部材等を浸してゲル化させて固着させる方法（ゾルゲル法）が考えられる。しかし、前者の方法では、粉体のシリカゲルを平面に固着させるためには、接着剤の層に少なくとも粉体の半分程度が埋まる厚みが必要になるため、シリカゲルへの熱伝導率が低下して吸放湿性能が阻害される恐れがある。一方、後者のゾルゲル法では、１回の工程で固着させられるシリカゲルの量が少ない（膜厚が薄い）ために、浸して乾かす工程を何度も繰り返す必要があるため、製造コストの増大を招いてしまう。

また特許文献２に記載の吸着式熱交換モジュールでは、基材として紙や不織布などを接着して構成しているが、これらの素材は長い繊維が複雑に絡み合った構造であって、金属表面への接着面積が小さく、かつ熱が金属表面から繊維を伝って吸着剤に到達するまでの距離が長い。すなわち、長い繊維のうち金属表面に当接している部分は熱が伝わるが、金属から離れている部分には繊維によって熱が伝えられることになるため、数ミリの距離を蛇行しながら熱伝導が行われることになる。また接着剤が熱抵抗として働くため、これらによって金属表面から吸着層への熱伝導が阻害される。また吸着剤自体に抗菌性／防カビ性をもたせたとしても、紙や不織布、金属表面上に細菌やカビが発生する可能性がある。金属表面などは全体に連続しているため、カビ等が発生した場合には成長してコロニーが形成されるおそれがある。

すなわち上記のようなデシカントシステム（調湿装置）において、吸着剤の接着性を向上させるためには高い親水性が必要であり、高い除加湿能力を得るためには吸着剤に対する高い熱伝導率が必要である。しかし、紙、ポリエステル、綿、アクリル、ナイロン等の不織布は、親水性はよいが、熱伝導性が低いという問題がある。一方、炭素繊維、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属繊維は、熱伝導性はよいが、親水性が低いという問題がある。また不織布に金属繊維等を混合した場合にも、吸着剤は不織布の繊維には付着するが、金属繊維等には付着しないため、結果的に両方の特性を同時に満たすことは困難である。

本発明は、このような課題に鑑み、吸放湿性能が向上し、抗菌・防かび性に優れ、かつ製造が容易な熱交換器およびヒートポンプ型デシカントシステムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる熱交換器の代表的な構成は、熱伝達媒体を循環させて熱伝達媒体と空気との間で熱を交換する熱交換器であって、熱伝達媒体を流通させるチューブまたはチューブと接合されたフィンのいずれか一方または両方の外表面に設けられた吸湿層と、を備え、吸湿層は、チューブまたはフィンに固着された繊維と、繊維に固着され、温度によって吸放湿する吸着剤と、を含んで構成されることを特徴とする。

上記構成によれば、吸湿層における空気との接触面積を、チューブまたはチューブと接合されたフィン（以下、単に「フィン等」と記載する。）だけでなく、フィン等の外表面に固着させた繊維によってさらに増大させることができる。そして、植毛した繊維に吸着剤を付着させることにより、広い面積に薄い吸湿層を設けることができる。これらにより、吸放湿性能と熱伝達効率が向上した熱交換器を提供することが可能となる。

繊維は、チューブまたはフィンに塗布した接着剤に静電植毛することによりチューブまたはフィンに固着されてもよい。これによれば、繊維を、その一本一本が金属製のチューブまたはフィンの外表面に確実に接するように固着させることができる。そのため、繊維が層を形成していても、熱がフィン等の外表面から繊維を伝って吸着剤に到達するまでの距離は短くなる。よって、これに吸着剤を固着させることにより吸放湿性能の高い吸湿層を容易にフィン等の外表面上に形成することが可能となる。また接着剤に銀や抗菌性物質を含有させても良い。これにより、フィン表面の抗菌・抗カビ性をもたせ、コロニーの増大を防ぐことができる。

繊維は、炭素を含浸したレーヨン繊維からなってもよい。レーヨン繊維は親水性が高いため、ゾル状の吸着剤を保持しやすく、吸湿層を少ない工程で容易に形成することが可能となる。また、炭素は熱伝導性が高いため、炭素を含浸した（含有させた）レーヨン繊維を吸湿層に用いることにより、吸湿層の吸放湿性能、とくに放湿性能（吸着剤の再生力）を向上できる。また、炭素は耐食性も高いため、吸湿層の耐久性をさらに向上させることができる。

炭素は、木炭から生成されてもよい。木炭は天然素材であるため、仮に繊維が脱落したとしても、他の人工材料と比較して人体に悪影響を与える心配がない。また当該熱交換器の製造および廃棄に伴う環境負荷が低減できる。また木炭は抗菌・防かび性を有するため、繊維に抗菌・防かび性をもたせ、コロニーの増大を防ぐことができる。

繊維は、平均長さ１ｍｍ以下であってもよい。このように短い繊維を用いることで、長い繊維が複雑に絡み合ったような構造をとることなく、高密度な吸湿層を形成することができる。そのため、空気を媒介して熱を伝えたりせずに、繊維自体の熱伝導により吸着剤を直接加熱および冷却することができる。これらによって、吸湿層の一定範囲あたりの表面積も増大し、当該熱交換器の吸放湿性能を向上させることが可能となる。

吸着剤は、繊維にゾルゲル法により固着されてもよい。平面に直接ゾルゲル法によって固着する場合と異なり、繊維間にゾル状の吸着剤が担持された状態で乾燥されるため、少ない工程で多くの吸着剤を固着させることができる。また、接着剤等を使用することなく吸着剤を固着させることができるため、接着剤等によって吸湿層を厚くすることがなく、熱伝導性を損なうことがない。

吸着剤は、シリカゲルからなってもよい。シリカゲルは多孔性を有し表面積が広いため、高い吸湿力を有している。また、加熱すると水分を放出するため、吸湿性能を容易に再生できる。したがって、シリカゲルを用いることで、当該熱交換器は吸放湿性能を容易に制御することが可能となる。

吸湿層は、厚さ３００μｍ以下であるとよい。このような構成により、吸湿層の吸放湿性能を低下させることがない。また、上記の吸湿層であれば、このように薄い構成としても充分な吸湿量を確保することができる。

上記課題を解決するために、本発明にかかるヒートポンプ型デシカントシステムの代表的な構成は、上記の熱交換器を２つ備え、２つの熱交換器の間に熱伝達媒体を循環させる循環経路と、循環経路上において２つの熱交換器の間の一方側に配置された圧縮器と、循環経路上において２つの熱交換器の間の他方側に配置された膨張弁と、圧縮器から送出される熱伝達媒体の送出方向を切り換える切換弁と、２つの熱交換器を通過する気流の向きを制御する制御部と、から構成されることを特徴とする。

上記構成によれば、上記の熱交換器によって効率的に吸着剤を再生させることができるため、効率的に除加湿運転をすることができる。したがって、省エネ効果の高い湿度調節を行うことが可能となる。

上述した熱交換器の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、上記のヒートポンプ型デシカントシステムにも適用可能である。

本発明によれば、吸放湿性能が向上し、抗菌・防かび性に優れ、かつ製造が容易な熱交換器およびヒートポンプ型デシカントシステムを提供することができる。

第１実施形態にかかるデシカントユニットを説明する概略図である。 熱交換器を説明する図である。 吸湿層を説明する図である。 デシカントユニットの除湿運転を説明する図である。 デシカントユニットの加湿運転を説明する図である。 抗菌・防かび対策と一般的な菌やカビとの組み合わせによる有効性を示す図である。 第２実施形態にかかるデシカントユニットを説明する概略図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

[第１実施形態]
本発明にかかるヒートポンプ型デシカントシステム（以下、単に「デシカントユニット」と記載する。）の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態にかかるデシカントユニットを説明する概略図である。かかるデシカントユニット１００は、除湿装置または加湿装置として機能する。

図１（ａ）に示すように、デシカントユニット１００は、建物１０の天井裏に設置できる。しかし、これに限るものではなく、例えば屋外ユニットとして外壁近傍や屋上に設置することもできる。

本実施形態では、デシカントユニット１００には４本のダクトが接続されている。ダクト１０２は、建物１０の外壁に設置された排気孔１０６とデシカントユニット１００とに接続され、デシカントユニット１００に外気を流通させたり、デシカントユニット１００から湿分や排熱を含んだ空気を排気したりする。一方、ダクト１０４は、デシカントユニット１００と建物１０の天井面に設置された吹出部１０８とに接続され、デシカントユニット１００によって除湿および加湿された空気を室内へ流通させたり、室内の空気をデシカントユニット１００へ流通させたりする。

図１（ｂ）はデシカントユニット１００の内部構成を説明する図である。図１（ｂ）に示すように、デシカントユニット１００は、圧縮機１１０と、循環経路１１４と、膨張弁１１８と、切換弁１２０と、ファン１２４と、制御部１２８と、蒸発器または凝縮器として機能する２つの熱交換器１３０（１３０ａ、１３０ｂ）と、を備えている。図１（ｂ）では冷媒が右回りするものとして説明するが、左回りする場合には２つの熱交換器１３０の役割（蒸発器または凝縮器）が入れ替わる。

循環経路１１４は、管形状の経路であって、内部に熱伝達媒体（以下、「冷媒」と記載する。）を封入している。循環経路１１４は、２つの熱交換器１３０と圧縮機１１０および膨張弁１１８の間に冷媒を循環させる。

圧縮機１１０は、冷媒を電力を利用して圧縮し、高温高圧の気体にする。圧縮機１１０は、循環経路１１４上において２つの熱交換器１３０の間の一方側に配置されている。高温高圧の気体の冷媒は熱交換器１３０ａ（凝縮器）において放熱して液化する。

膨張弁１１８は、圧縮機１１０により圧縮された冷媒を減圧状態にして膨張させ、低温低圧の液体にする。低温低圧液体の冷媒は蒸発器（熱交換器１３０ｂ）において吸熱して気化する。低温低圧気体となった冷媒は、圧縮機１１０によって圧縮されて、高温高圧の気体となる。上記サイクルを繰り返すことにより、熱交換器１３０ａ、１３０ｂの間で冷媒を通じて熱を移動させることができる。

切換弁１２０は、圧縮機１１０から送出される循環経路１１４内の冷媒の送出方向を切り換える。これにより、２つの熱交換器１３０ａ、１３０ｂの高温側（凝縮器）と低温側（蒸発器）を切り換えることができる。

ファン１２４は、回転することで気流を生じさせて空気を流通させる。ファン１２４によって、外部（屋外または屋内）から熱交換器１３０へ空気が導かれ、また、熱交換器１３０から熱交換後の空気が外部へ送り出される。

制御部１２８は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含んで構成され、デシカントユニット１００の全体の動作を制御する。具体的には、制御部１２８は、ダクト１０２、１０４の経路を不図示のダンパで切り替えたり、ファン１２４の回転方向を切り替えたりすることにより、熱交換器１３０を通過する気流の向き（屋外から屋内、またはその逆）を制御する。また制御部１２８は、切換弁１２０を管理することで冷媒の送出方向を制御する。

（熱交換器１３０）
図２は熱交換器を説明する図、図３は吸湿層を説明する図である。上記のようにデシカントユニット１００は２つの熱交換器１３０ａ、１３０ｂを備えているが、部材としての熱交換器１３０の構成は同様であるため、区別せずに説明する。

図２（ａ）に示すように、本実施形態において熱交換器１３０はフィンチューブ型であって、チューブ１３４と、フィン１３８を含んで構成されている。

チューブ１３４は冷媒を流通させる管であり、循環経路１１４に接続されることで、２つの熱交換器１３０と、圧縮機１１０および膨張弁１１８との間で冷媒を循環している。チューブ１３４はそれ自体が空気との熱交換を行うが、さらに表面積を増やすためにフィン１３８が接合（溶接）されている。チューブ１３４はフィン１３８を反復して貫通しており、図２（ａ）に示すように、フィン１３８に対してチューブ１３４は千鳥状（交互に配置されていること）となっている。これにより、空気の流通を阻害することなく、チューブ１３４からフィン１３８への伝熱効率を高めることができる。

フィン１３８は、平行して立設される複数枚の板状部材である。フィン１３８は、熱交換器１３０における空気との伝熱面であり、チューブ１３４内を循環する冷媒からすれば放熱板としての機能を有している。そのため、熱交換器１３０を凝縮器として機能させた場合には、高温高圧の冷媒はフィンによって放熱され、凝縮して液体となる。また、熱交換器１３０を蒸発器として機能させた場合には、膨張冷却された冷媒はフィン１３８によって吸熱し、冷媒として再利用される。

そして図２（ｂ）に示すように、チューブ１３４またはフィン１３８（以下、単に「フィン等」と記載する。）の外表面には吸湿層１４０が設けられている。図３に示すように、吸湿層１４０は、フィン１３８等に固着された繊維１４４と、繊維１４４の層に固着された吸着剤１４８と、を含んで構成されている。

繊維１４４は、フィン等の外表面に不規則に固着され、層を形成している。繊維１４４を備えることで、フィン等の平坦な表面に比べて飛躍的に表面積を増大させることができる。このとき、繊維１４４は、平均長さ１ｍｍ以下であるとよい。このように短い繊維（以下、単に「短繊維」と記載する）を用いることで、長い繊維が複雑に絡み合ったような構造をとることなく、高密度な吸湿層１４０を形成できる。そのため、空気を媒介して熱を伝えたりすることなく、繊維１１４自体の熱伝導により吸着剤１４８を直接加熱および冷却することができる。これらによって、吸湿層１４０の一定範囲あたりの表面積もさらに増大し、熱交換器１３０の吸放湿性能を向上させることが可能となる。

繊維１４４の固着の方法としては、静電植毛を行うことが有効である。具体的には、フィン等の外表面に接着剤１４６を塗布し、電圧を印加して電界を形成させることで繊維１４４を静電気の吸引力によってフィン等に貼り付け、そして乾燥させることで繊維１４４を固着させることができる。静電植毛であれば、フィン１３８同士の対向面（フィン１３８の隙間）や、フィン１３８の奥のチューブ１３４にも繊維１４４を好適に固着させることができる。

このように静電植毛を行うことで、上記の短繊維を、その１本１本が確実にフィン等に接するように固着させることができる。そのため、繊維１４４が層を形成していても、熱がフィン等の外表面から繊維１４４を伝って吸着剤１４８に到達するまでの距離は短くなる。これらによって、繊維１４４の熱伝導性が高く、繊維１４４自体がフィン１３８の外表面においてさらにフィンとしての役割を果たすことができる。従来のように、基材として紙や不織布などを接着して構成した場合には、複雑に絡み合った長い繊維を蛇行しながら吸着剤まで熱が伝えられることになるため、フィンから繊維末端の吸着剤までの熱伝導は期待できない。しかし上記構成によれば、吸着層１４０の全体に十分な熱伝導性を確保することができる。

なお、静電植毛に使用する接着剤１４６としては、アクリル系接着剤を用いるとよい。アクリル系接着剤は、耐薬品性および物理性質に優れているため、当該デシカントシステム１００の運転時に発生する風圧に耐え得る吸湿層１４０を形成することができる。またウレタン系接着剤を用いても同様の効果を得ることができるが、ウレタン系接着剤としては低粘度のものを用いることが好適である。

接着剤１４６には、銀や抗菌性物質を含有させても良い。これにより、フィン表面の抗菌・抗カビ性をもたせ、コロニーの増大を防ぐことができる。

繊維１４４としては、後述するゾルゲル法によって吸着剤１４８を固着させるために、親水性の高いものを用いることが好ましい。親水性が高いものであればゾル状の吸着剤１４８を保持し易くなるため、吸湿層１４０を少ない工程で容易に形成することが可能となる。

繊維１４４の材質としては、炭素を含浸したレーヨン繊維を用いることができる。レーヨン繊維は親水性が高いため、ゾル状の吸着剤１４８を保持しやすく、吸湿層を少ない工程で容易に形成することが可能となる。また、炭素は熱伝導性が高いため、炭素を含浸したレーヨン繊維を吸湿層１４０に用いることにより、吸湿層１４０の吸放湿性能、とくに放湿性能（吸着剤１４８の再生力）を向上できる。また、炭素は耐食性も高いため、吸湿層１４０の耐久性をさらに向上させることができる。なお炭素をレーヨン繊維に含浸させる方法としては、レーヨンの基材に炭素の粒子を含む溶液を染みこませてもよく、また炭素の粒子をレーヨンの素材に練り込んでから繊維を形成してもよい。

例えば、炭素としては、木炭から生成した木炭繊維を用いることができる。木炭は天然素材であるため、他の人工材料と比較して人体に悪影響を与える心配がない。そして、熱交換器１３０の製造および廃棄に伴う環境負荷が低減できる。

さらに木炭はアルカリ性であるため、抗菌・防かび性を有する。このため、繊維１４４自体にも抗菌・防かび性をもたせ、コロニーの増大を防ぐことができる。したがって、上記のように繊維の接着剤１４６に銀や抗菌性物質を用いたことと相まって、吸湿層１４０全体の抗菌・防かび性を高めることができる。

ここで、発明者らは木炭の素材となる木炭の種類について検討したところ、備長炭を用いることが、吸着剤１４８をより好適に固着させるために、またフィン等から吸着剤１４８への熱伝導率を向上させるために有効であることを見出した。備長炭は、樫を原料にした木炭であり、極めて微細な空洞を多くもつことで、悪臭や不純物を吸着する作用を有することが知られている。樫は非常に硬い材質の広葉樹であって、そこから作られる備長炭は木炭のなかでもとくに高密度な組織を有している。そして、他の種類の木炭と比較して高い熱伝導性を有しているため、吸放湿性能をさらに向上させることができる。

なお、繊維１４４の基材としては、レーヨンに代えて、グラスファイバーやカーボンファイバー、ウレタン、ナイロン等の樹脂材料を用いることも可能である。親水性の低い材質を用いる場合には、酸化処理（凹凸処理）により親水性を向上させておくことが望ましい。

吸着剤１４８は、繊維１４４の外表面に固着されている。本実施形態では、吸着剤１４８としてシリカゲルを用いている。シリカゲルは多孔性を有し表面積が広いため、高い吸湿力を有している。また、加熱すると水分を放出するため、吸湿性能を容易に再生できる。したがって、シリカゲルを用いることで、熱交換器１３０は吸放湿性能を容易に制御することが可能となる。

シリカゲルは、ゾルゲル法により、接着剤を使用することなく繊維１４４に固着させることができる。具体的には、シリカ粒子を分散させたコロイド溶液に、上記の静電植毛により繊維１４４を固着させたフィン等を浸し、乾燥させた後にアルカリ処理や酸処理を施し、再度の乾燥と共に加熱することにより固化させる。このとき上記構成の繊維１４４であれば、親水性を有するためにコロイド溶液が繊維１４４の層の内部にまで浸り易く好適である。

ここで、上述したように、繊維１４４が親水性を有することから、ゾルゲル法においてシリカゲルが繊維１４４の層の中に浸透しやすい。そしてフィン１３８等の平坦な表面に比べて表面積が多いこと、および複雑に入り組んだ繊維１４４の間に表面張力によってゾル状のシリカゲルを担持できることから、一度の浸潤で多量のシリカゲルを固着させることができる。さらに、表面積が大きいことから、従来と同程度の量のシリカゲルを固着させる場合であっても、シリカゲルの層が薄くてよい。したがって、フィン１３８等のみでは何度も浸潤と乾燥の工程を繰り返す必要があるところ、繊維１４４の層を用いることによって一回の工程で、もしくは少ない工程で吸湿層１４０を容易に形成することが可能になる。

吸湿層１４０の厚みは、３００μｍ以下であることが好ましい。シリカゲルは温度により湿分の吸着と放出を制御することができるが、吸湿層１４０が厚くなると、フィン等から吸湿層１４０の表面近傍のシリカゲルまで熱が伝達されにくくなってしまう。しかし、厚みが３００μｍ以下であれば吸放湿性能を低下させることがない。

このように構成した吸湿層１４０は、図３に示すように、繊維１４４の外表面にシリカゲルが固着した構造となり、繊維１４４同士の間の隙間によってシリカゲルの空気との接触面積を増大させることができる。よって、吸湿層１４０であれば、薄い構成としても充分な吸湿量と高い熱伝達性を確保することができる。なお一例として、図３に示す状態で、繊維１４４の直径が１０μｍ程度、シリカゲルの結晶の粒子径は５〜１０μｍ程度であった。

（除加湿運転）
デシカントユニット１００の除加湿運転について図４および図５を用いて説明する。図４はデシカントユニット１００の除湿運転を説明する図、図５はデシカントユニットの加湿運転を説明する図である。

図４および図５において、図中の黒い矢印は冷媒の送出方向を示すものであって、白抜きの矢印は空気の流通方向を示すものである。なお、空気の流通方向と、ダクト１０２、１０４の構成は概略的であって、設置環境等によって適宜変更することができる。

図４（ａ）に示すように、デシカントユニット１００の除湿運転時において、まず、第１熱交換器１３０ａは蒸発器として機能していて、低温の状態にある。このとき第１熱交換器１３０ａの吸湿層１４０は、ダクト１０２を通じて屋外から吸引された空気（外気）から湿分を吸着（吸湿）して除湿する。除湿された空気はファン１２４によってダクト１０４を通じて屋内に供給される。

第２熱交換器１３０ｂは、凝縮器として機能していて、高温の状態にある。したがって第２熱交換器１３０ｂの吸湿層１４０は、ダクト１０４を通じて屋内から吸引された空気に放湿し、湿度の高くなった空気がダクト１０２から屋外に排気される。これにより吸湿層１４０の再生が行われる。

上記の除湿運転をしばらく行うと、第１熱交換器１３０ａの吸湿層１４０への湿分吸着量が増加し、やがて第１熱交換器１３０ａの吸湿性能が低下してしまう。しかし、デシカントユニット１００は、切換弁１２０によって冷媒の送出方向を切り換えることで、かかる第１熱交換器１３０ａの機能と第２熱交換器１３０ｂの機能を切り換えることができる。

図４（ｂ）に示すように、切換弁１２０によって冷媒の送出方向が切り換えられると、蒸発器として機能していた第１熱交換器１３０ａは凝縮器へと機能が切り換わって、高温となる。よって、第１熱交換器１３０ａの吸湿層１４０は吸着した湿分を放出する。そして、切換弁１２０による冷媒の送出方向の切り換えと共に、制御部１２８による気流の向きの切り換えを行うことで、第１熱交換器１３０ａが放出した湿分を屋外へ排出し、第１熱交換器１３０ａの吸湿性能を再生することができる。

また、切換弁１２０の切り換えによって、凝縮器として機能していた第２熱交換器１３０ｂは蒸発器に機能が切り換わって、低温となる。そして、制御部１２８による気流の切り換えを行うことで、第１熱交換器１３０ａは、屋外から吸引された空気から湿分を吸着（吸湿）して除湿を行い、かかる空気が屋内に供給される。

なお図４の例では、屋外の空気を吸湿しながら屋内に供給する、いわゆる換気モードを示している。しかし上記例に限らず、屋内空気を吸湿して屋内に排気し、屋外空気に放湿して屋外に排気することにより、急速に屋内空気を除湿することができる。このときのダクト１０２、１０４の経路の切り替えは、既知の構造と制御によって適宜行うことができる。

加湿運転を行う場合、図５（ａ）に示すように、凝縮器として機能する高温の第１熱交換器１３０ａによって、屋外空気に放湿しながら屋内に排気する。したがって、室内には屋外空気よりも湿度の高い空気が供給される。一方、蒸発器として機能する低温の第２熱交換器１３０ｂは、屋内から吸引された空気から吸湿し、湿度の低下した空気を屋外に排気する。

上記の加湿運転をしばらく行うと、第１熱交換器１３０ａの吸湿層１４０が保有している湿分が失われる。そこで図５（ｂ）に示すように切換弁１２０によって冷媒の送出方向を切り替え、また制御部１２８によって気流の向きを逆転させる。これにより第１熱交換器１３０ａと第２熱交換器１３０ｂの役割を交代させて、継続して屋内の空気を加湿することができる。

なお図５の例でも、屋外の空気を加湿しながら屋内に供給する、いわゆる換気モードを示している。しかし上記例に限らず、屋外空気から吸湿して屋外に排気し、屋内空気に放湿して屋内に排気することにより、急速に屋内空気を加湿することができる。

上記の除湿運転および加湿運転において、伝熱面たるフィン等の上に吸湿層１４０が設けられた熱交換器１３０は、吸湿層１４０が繊維１４４の層であるため吸着剤１４８と空気との接触面積が大きいこと、繊維１４４の層はフィン上に短繊維の１本１本が固着した構造を有するためさらにフィンとしての役割を果たすこと、さらに繊維１４４に備長炭を用いることにより繊維１４４自体も熱伝導性が高いことなどにより、吸放湿性能の切り換えと再生が容易に制御できるため、除湿運転および加湿運転を効率的に行うことができる。したがって、本実施形態にかかるデシカントユニット１００であれば、省エネ効果の高い湿度調節を行うことが可能となる。

図６は抗菌・防かび対策と一般的な菌やカビとの組み合わせによる有効性を示す図である。本実施形態では抗菌・防かび対策として、ブラックライトによって紫外線を照射することと、接着剤１４６に防菌防かび剤として銀粉を含浸することと、繊維１４４の表面に備長炭を含浸することと、再生によって吸湿層１４０が乾燥するタイミングを再現することを組み合わせて評価した。

なお、上記のように植毛した繊維１４４を用いた吸湿層１４０では、紙や不織布に比べて目が粗いことから、長期間滞留する水がない。また吸着剤１４８が保有する水も再生によって放出されることから、吸湿層１４０は容易に乾燥する。したがって菌の発生危険度を飛躍的に低減させることができ、匂いの発生を防ぐことができる。また、紫外線は波長が短いほどエネルギーが高いが、波長が２５０ｎｍ程度の紫外線では繊維１４２が痛んでしまうため、３６０ｎｍ以上であることが好ましい。

図６を参照すれば、上記対策ごとに有効な菌やカビが異なっている。そして湿潤状態での連続使用中は、紫外線（ブラックライト）と銀粉の含浸が有効であることがわかる。ただし湿潤状態では、赤色酵母に対する有効性は認められなかった。しかし、赤色酵母は乾燥に弱く、かつ熱交換器１３０は吸湿層１４０の再生のために必ず定期的に乾燥される。特に上記構成にあっては、繊維１４４の熱伝導性がよいために、吸湿層１４０の内部まで確実に乾燥する。そして、図６から、乾燥殺菌中は銀成分を含有させることによりほとんどの菌やカビに有効であることがわかる。従って、接着剤１４６に銀成分を含浸し、紫外線を照射することが最も有効な防菌防かび対策であるということができる。

なお、上記の例では接着剤１４６に銀粉を含浸しているが、樹脂繊維（レーヨン繊維）に銀粉を含浸し、これに炭素を含浸して繊維１４４を構成してもよい。ただしフィン等の表面を覆う接着剤１４６に銀粉を含浸することにより、より確実にかび等の成長を阻害し、コロニーの形成を防止することができる。

[第２実施形態]
本発明にかかるヒートポンプ型デシカントシステムの第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態にかかるデシカントユニットを説明する概略図である。なお、上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

デシカントユニット２００は、圧縮機１１０と、循環経路１１４と、膨張弁１１８と、切換弁１２０と、ファン１２４と、制御部１２８と、熱交換器２３０と、を備えている。

デシカントユニット２００は、上記第１実施形態にて説明した２つの熱交換器１３０（１３０ａ、１３０ｂ）と、吸湿層１４０を設けていない２つの熱交換器２３０（２３０ａ、２３０ｂ）とを備えている。そして循環経路１１４上において圧縮器１１０と膨張弁１１８の間の両側にそれぞれ、吸湿層１４０を備えた熱交換器１３０と備えていない熱交換器２３０とをそれぞれ設けている。

すなわち、上記説明した熱交換器１３０は、吸着剤１４８に対する熱伝導性は優れているが、冷媒と空気との熱交換のみを考慮した場合には、熱伝達率は低下してしまう。そこで上記のように、吸湿層１４０を設けていない熱交換器２３０を併設することにより、冷媒と空気との熱伝達を高めることができ、通常の空気調和機に劣らない冷暖房機能を併せ持つことができる。この場合において、暖房時に加湿、冷房時に除湿を行うことになるが、一般に夏は高温多湿であり、冬は低温乾燥となるから、これらの気候を緩和して快適な空気調和を行うことが可能となる。また、吸着側では相対湿度を高めることで吸着性能を上げることができ、再生側では相対湿度を下げることで再生効率を上げることが出来る。

なお、図７では２種類の熱交換器１３０、２３０を直列に接続して示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、冷媒の循環経路１１４を分岐させて、並列に接続してもよい。特に並列に接続した場合には、熱交換器１３０のみ、または熱交換器２３０のみに冷媒が流れるように切替弁を設けてもよい。また、上記説明では２種類の熱交換器１３０、２３０を別体として説明しているが、ユニットとして１つの熱交換器の一部（例えば半分）に吸湿層１４０を形成することにより、２種類の熱交換器を構成してもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、ヒートポンプを用いずにデシカントユニットを構成しようとした場合は、熱交換器のチューブ内に冷媒に代えて熱流体（湯や油）を流したり、チューブに代えて電熱ヒータを用いたりすることも可能である。またフィン全体に電流を流して、フィン自体を発熱させてもよい。

本発明は、吸着剤に湿分を一次的に担持させることにより吸湿および放湿を行う熱交換器およびヒートポンプ型デシカントシスシステムに利用することができる。

１０ …建物
１００ …デシカントユニット
１０２、１０４ …ダクト
１０６ …排気口
１０８ …吹出部
１１０ …圧縮機
１１４ …循環経路
１１８ …膨張弁
１２０ …切換弁
１２４ …ファン
１２８ …制御部
１３０ …熱交換器
１３０ａ …第１熱交換器
１３０ｂ …第２熱交換器
１３４ …チューブ
１３８ …フィン
１４０ …吸湿層
１４４ …繊維
１４６ …接着剤
１４８ …吸着剤
２３０ …熱交換器
２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｃ …熱交換器

Claims (9)

1. 熱伝達媒体を循環させて該熱伝達媒体と空気との間で熱を交換する熱交換器であって、
   前記熱伝達媒体を流通させるチューブまたは該チューブと接合されたフィンのいずれか一方または両方の外表面に設けられた吸湿層を備え、
   前記吸湿層は、
   前記チューブまたは前記フィンに固着された繊維と、
   前記繊維に固着され、温度によって吸放湿する吸着剤と、
   を含んで構成されることを特徴とする熱交換器。
2. 前記繊維は、前記チューブまたは前記フィンに塗布した接着剤に静電植毛することにより該チューブまたは該フィンに固着されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記繊維は、炭素を含浸したレーヨン繊維からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。
4. 前記炭素は、木炭から生成されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記繊維は、平均長さ１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 前記吸着剤は、前記繊維にゾルゲル法により固着されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 前記吸着剤は、シリカゲルからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 前記吸湿層は、厚さ３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換器を２つ備え、
   前記２つの熱交換器の間に熱伝達媒体を循環させる循環経路と、
   前記循環経路上において前記２つの熱交換器の間の１方側に配置された圧縮器と、
   前記循環経路上において前記２つの熱交換器の間の他方側に配置された膨張弁と、
   前記圧縮器から送出される熱伝達媒体の送出方向を切り替える切換弁と、
   前記２つの熱交換器を通過する気流の向きを制御する制御部と、から構成されることを特徴とするヒートポンプ型デシカントシステム。

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