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。
本実施形態の調湿装置(10)は、空気の除湿と加湿を行うものである。この調湿装置(10)は、いわゆる換気型の調湿装置であって、室外空気(OA)を調湿して室内へ供給すると同時に室内空気(RA)を室外に排出する。
〈調湿装置の全体構成〉
調湿装置(10)について、図1を参照しながら説明する。尚、ここでの説明で用いる「上」「下」「左」「右」「前」「後」「手前」「奥」は、特にことわらない限り、上記調湿装置(10)を正面側から見た場合の方向を意味している。
調湿装置(10)は、ケーシング(11)を備えている。また、ケーシング(11)内には、冷媒回路(50)が収容されている。この冷媒回路(50)には、第1吸着熱交換器(51)、第2吸着熱交換器(52)、圧縮機(53)、四方切換弁(54)、電子膨張弁(55)、及びアキュームレータ(56)が接続されている。冷媒回路(50)の詳細は後述する。
ケーシング(11)は、やや扁平で高さが比較的低い直方体状に形成されている。このケーシング(11)では、前側に前面パネル(12)、奥側に背面パネル(13)、左側に左側面パネル(14)、右側に右側面パネル(15)がそれぞれ立設されており、左右の方向が長手方向となっている。
ケーシング(11)の前面パネル(12)では、左寄りの位置に給気口(21)が、右寄りの位置に排気口(22)がそれぞれ開口している。ケーシング(11)の背面パネル(13)には、左寄りの位置に内気吸込口(23)が、右寄りの位置に外気吸込口(24)がそれぞれ開口している。
ケーシング(11)の内部空間は、ケーシング(11)内に立設された第1仕切板(16)及び第2仕切板(17)によって左右3つの空間に仕切られている。これら仕切板(16,17)は、前面パネル(12)から背面パネル(13)へ、ケーシング(11)の短手方向に沿って延びている。第1仕切板(16)はケーシング(11)の左側面パネル(14)寄りに、第2仕切板(17)はケーシング(11)の右側面パネル(15)寄りにそれぞれ配置されている。そして、第1仕切板(16)の左側の空間が左側空間(71)となり、第1仕切板(16)と第2仕切板(17)の間の空間が中央空間(72)となり、第2仕切板(17)の右側の空間が右側空間(73)となっている。
左側空間(71)は、左側面パネル(14)側の部分と第1仕切板(16)側の部分とに区画されている。
左側空間(71)内におけるケーシング(11)の左面側の空間は、前後2つの空間に仕切られており、前側の空間が給気ファン室(31)を、奥側の空間が内気吸込室(32)を構成している。給気ファン室(31)は、給気口(21)を介して室内空間と連通している。この給気ファン室(31)には、給気ファン(25)が収容されており、給気ファン(25)の吹出口が給気口(21)に接続されている。また、給気ファン室(31)には、圧縮機(53)及びアキュームレータ(56)が収容されている。一方、内気吸込室(32)は、内気吸込口(23)を介して室内と連通している。
左側空間(71)内における第1仕切板(16)側の空間は、上下2つの空間に仕切られており、上側の空間が給気側流路(33)を、下側の空間が内気側流路(34)をそれぞれ構成している。給気側流路(33)は、内気吸込室(32)とは前後に延びる板で仕切られる一方、給気ファン室(31)と連通している。この給気側流路(33)と給気ファン室(31)は、各吸着熱交換器(51,52)を通過した空気(室外空気(OA))を供給空気(SA)として室内へ供給する外気供給路(41)を構成している。一方、内気側流路(34)は、内気吸込室(32)と連通している。この内気側流路(34)と内気吸込室(32)は、室内空気(RA)を各吸着熱交換器(51,52)へ導入する内気導入路(42)を構成している。
右側空間(73)は、ケーシング(11)の右面側の部分と第2仕切板(17)側の部分とに区画されている。
右側空間(73)内におけるケーシング(11)の右面側の空間は、前側の空間が排気ファン室(35)を構成している。一方、奥側の空間は、上下に仕切られており、下側の空間が排気ファン室(35)から仕切られた外気吸込室(36)を構成し、上側の空間が排気ファン室(35)と連通している。排気ファン室(35)は、排気口(22)を介して室外空間と連通している。この排気ファン室(35)には、排気ファン(26)が収容され、排気ファン(26)の吹出口が排気口(22)に接続されている。外気吸込室(36)は、外気吸込口(24)を介して室内と連通している。
右側空間(73)内における第2仕切板(17)側の空間は、上下2つの空間に仕切られており、上側の空間が排気側流路(37)を、下側の空間が外気側流路(38)をそれぞれ構成している。排気側流路(37)は、排気ファン室(35)と連通している。この排気側流路(37)と排気ファン室(35)は、各吸着熱交換器(51,52)を通過した空気(室内空気(RA))を排出空気(EA)として室外へ排出する内気排出路(43)を構成している。一方、外気側流路(38)は、外気吸込室(36)と連通している。この外気側流路(38)と外気吸込室(36)は、室外空気(OA)を各吸着熱交換器(51,52)へ導入する外気導入路(44)を構成している。
中央空間(72)は、左右に延びる中央仕切板(18)によって前後2つの空間に仕切られている。そして、中央仕切板(18)の前側の空間が第1熱交換器室(47)を構成し、中央仕切板(18)の後側の空間が第2熱交換器室(48)を構成している。第1熱交換器室(47)には第1吸着熱交換器(51)が、第2熱交換器室(48)には第2吸着熱交換器(52)がそれぞれ収容されている。
詳しくは後述するが、第1吸着熱交換器(51)と第2吸着熱交換器(52)のぞれぞれは、全体として概ね直方体状に形成されている。これら2つの吸着熱交換器(51,52)は、収容される熱交換器室(47,48)の左右方向の中央に起立した状態で設置されている。また、各吸着熱交換器(51,52)は、その前側面(91)が第1仕切板(16)と対面し、その後側面(92)が第2仕切板(17)と対面する姿勢で配置されている。
第1仕切板(16)には、開閉式のダンパ(61〜64)が4つ設けられている。具体的に、第1仕切板(16)では、正面側の上部に第1ダンパ(61)が、背面側の上部に第2ダンパ(62)が、正面側の下部に第3ダンパ(63)が、背面側の下部に第4ダンパ(64)がそれぞれ取り付けられている。第1ダンパ(61)を開くと、給気側流路(33)と第1熱交換器室(47)が連通する。第2ダンパ(62)を開くと、給気側流路(33)と第2熱交換器室(48)が連通する。第3ダンパ(63)を開くと、内気側流路(34)と第1熱交換器室(47)が連通する。第4ダンパ(64)を開くと、内気側流路(34)と第2熱交換器室(48)が連通する。
第2仕切板(17)には、開閉式のダンパ(65〜68)が4つ設けられている。具体的に、第2仕切板(17)では、正面側の上部に第5ダンパ(65)が、背面側の上部に第6ダンパ(66)が、正面側の下部に第7ダンパ(67)が、背面側の下部に第8ダンパ(68)がそれぞれ取り付けられている。第5ダンパ(65)を開くと、排気側流路(37)と第1熱交換器室(47)が連通する。第6ダンパ(66)を開くと、排気側流路(37)と第2熱交換器室(48)が連通する。第7ダンパ(67)を開くと、外気側流路(38)と第1熱交換器室(47)が連通する。第8ダンパ(68)を開くと、外気側流路(38)と第2熱交換器室(48)が連通する。
〈冷媒回路の構成〉
冷媒回路(50)について、図2を参照しながら説明する。
冷媒回路(50)は、第1吸着熱交換器(51)、第2吸着熱交換器(52)、圧縮機(53)、四方切換弁(54)、電子膨張弁(55)、及びアキュームレータ(56)が接続された閉回路である。この冷媒回路(50)は、充填された冷媒を循環させることによって、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う。
冷媒回路(50)において、圧縮機(53)は、その吐出側が四方切換弁(54)の第1のポートに、その吸入側がアキュームレータ(56)を介して四方切換弁(54)の第2のポートにそれぞれ接続されている。また、冷媒回路(50)では、四方切換弁(54)の第3のポートから第4のポートへ向かって順に、第1吸着熱交換器(51)と、電子膨張弁(55)と、第2吸着熱交換器(52)とが配置されている。
四方切換弁(54)は、冷媒回路(50)の冷媒の循環方向を切り換えるものである。具体的に、四方切換弁(54)は、第1のポートが第3のポートと連通して第2のポートが第4のポートと連通する第1状態(図2に実線で示す状態)と、第1のポートが第4のポートと連通して第2のポートが第3のポートと連通する第2状態(図2に破線で示す状態)とに切り換わる。
〈吸着熱交換器の構成〉
吸着熱交換器(51,52)について、図3及び図4を参照しながら説明する。
第1吸着熱交換器(51)及び第2吸着熱交換器(52)は、何れもクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器によって構成されている。これら吸着熱交換器(51,52)は、円管状の伝熱管(58)と、フィン(57)とを備えている。
フィン(57)は、長方形の板状に形成されたアルミニウム製の部材である。各フィン(57)は、互いに対面する姿勢で立設され、互いに一定の間隔をおいて一列に配置されている。各吸着熱交換器(51,52)では、導入された空気は、それぞれのフィン(57)の間を通過する。各吸着熱交換器(51,52)では、一列に並んだ各フィン(57)の長辺によって一対の面が形成されており、その一対の面の一方が前側面(91)となり、他方が後側面(92)となっている。そして、各吸着熱交換器(51,52)では、その前側面(91)から後側面(92)へ向かって、又はその後側面(92)から前側面(91)へ向かって空気が通過する。
また、各吸着熱交換器(51,52)では、各フィン(57)の表面に吸着剤を含有した吸着層が形成されている。つまり、吸着熱交換器(51,52)のフィン(57)には、吸着剤が担持されている。フィン(57)の間を通過する空気は、フィン(57)に形成された吸着層の吸着剤と接触する。この吸着剤としては、ゼオライト、シリカゲル、親水性の官能基を有する有機高分子材料など、空気中の水蒸気を吸着できるものが用いられる。なお、吸着剤として使用できる“親水性の官能基を有する有機高分子材料”には、いわゆる収着現象によって空気中の水蒸気を捕捉する有機高分子材料も含まれる。
伝熱管(58)は、直管部(58a)とU字管部(58b)が交互に形成された左右に蛇行する形状となっている。伝熱管(58)の直管部(58a)は、一列に並んだ各フィン(57)を貫通しており、その軸方向がフィン(57)と実質的に直交している。U字管部(58b)は、隣接する直管部(58a)の端部同士を互いに接続している。
各吸着熱交換器(51,52)において、伝熱管(58)の直管部(58a)は、フィン(57)の長辺に沿った方向(段方向)と、フィン(57)の短辺に沿った方向(列方向)とに、互いに所定の間隔をおいて配置されている。また、隣り合う列の直管部(58a)は、段方向へ半ピッチだけずれた位置に設けられている。本実施形態の各吸着熱交換器(51,52)において、伝熱管(58)の直管部(58a)は、段方向に十六本ずつ配置され、列方向に四本ずつ配置されている。ただし、この直管部(58a)の本数は、単なる一例である。
各吸着熱交換器(51,52)では、伝熱管(58)によって四つの冷媒パス(80)が形成されている。なお、この冷媒パス(80)の数は、単なる一例である。各吸着熱交換器(51,52)において、四つの冷媒パス(80)は、フィン(57)の長辺に沿った方向(本実施形態では上下方向)に一列に配置されている。
各冷媒パス(80)は、四つの列部(81〜84)を備えている。各列部(81〜84)は、段方向に並んだ四本の直管部(58a)とそれらの端部を接続するU字管部(58b)とによって構成される。つまり、各冷媒パス(80)では、吸着熱交換器(51,52)の前側面(91)から後側面(92)へ向かって順に、第1列部(81)と、第2列部(82)と、第3列部(83)と、第4列部(84)とが配置されている。各冷媒パス(80)では、第1列部(81)の下端が液側端となり、第4列部(84)の下端がガス側端となっている。また、各冷媒パス(80)では、第1列部(81)の上端が第2列部(82)の上端と、第2列部(82)の下端が第3列部(83)の下端と、第3列部(83)の上端が第4列部(84)の上端と、それぞれU字管部(58b)を介して接続されている。
各吸着熱交換器(51,52)に形成された四つの冷媒パス(80)は、冷媒回路(50)において互いに並列となっている。具体的に、第1吸着熱交換器(51)に形成された各冷媒パス(80)は、それぞれの液側端が電子膨張弁(55)に接続され、それぞれのガス側端が四方切換弁(54)の第3のポートに接続されている。また、第2吸着熱交換器(52)に形成された各冷媒パス(80)は、それぞれの液側端が電子膨張弁(55)に接続され、それぞれのガス側端が四方切換弁(54)の第4のポートに接続されている。
−運転動作−
本実施形態の調湿装置(10)では、除湿運転と加湿運転とが行われる。除湿運転中や加湿運転中の調湿装置(10)は、取り込んだ室外空気(OA)を調湿してから供給空気(SA)として室内へ供給すると同時に、取り込んだ室内空気(RA)を排出空気(EA)として室外へ排出する。つまり、除湿運転中や加湿運転中の調湿装置(10)は、室内の換気を行っている。
〈除湿運転〉
除湿運転中の調湿装置(10)では、給気ファン(25)及び排気ファン(26)が運転される。給気ファン(25)を運転すると、室外空気(OA)が外気吸込口(24)からケーシング(11)内へ第1空気として取り込まれる。排気ファン(26)を運転すると、室内空気(RA)が内気吸込口(23)からケーシング(11)内へ第2空気として取り込まれる。また、除湿運転中の調湿装置(10)では、第1動作と第2動作が所定の時間間隔(例えば3分間隔)で交互に繰り返される。
除湿運転時の第1動作について説明する。
この第1動作中の冷媒回路(50)では、図7(A)に示すように、四方切換弁(54)が第1状態に設定される。この状態の冷媒回路(50)では、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、冷媒回路(50)では、圧縮機(53)から吐出された冷媒が第1吸着熱交換器(51)、電子膨張弁(55)、第2吸着熱交換器(52)の順に通過する。そして、冷媒回路(50)では、第1吸着熱交換器(51)が凝縮器(即ち、放熱器)として機能し、第2吸着熱交換器(52)が蒸発器として機能する。
図5に示すように、この第1動作中には、第2ダンパ(62)、第3ダンパ(63)、第5ダンパ(65)、及び第8ダンパ(68)だけが開状態となり、残りのダンパ(61,64,66,67)が閉状態となる。
外気吸込口(24)から外気導入路(44)へ流入した第1空気(室外空気)は、第8ダンパ(68)を通って第2熱交換器室(48)へ流入し、その後に第2吸着熱交換器(52)を通過する。その際、第1空気は、第2吸着熱交換器(52)の後側面(92)から前側面(91)へ向かって流れる。第2吸着熱交換器(52)では、第1空気中の水分が吸着剤に吸着され、その際に生じた吸着熱が冷媒に吸熱される。つまり、第2吸着熱交換器(52)では吸着動作が行われる。第2吸着熱交換器(52)で除湿された第1空気は、第2ダンパ(62)を通って外気供給路(41)へ流入し、給気口(21)を通って室内へ供給される。
一方、内気吸込口(23)から内気導入路(42)へ流入した第2空気(室内空気)は、第3ダンパ(63)を通って第1熱交換器室(47)へ流入し、その後に第1吸着熱交換器(51)を通過する。その際、第2空気は、第1吸着熱交換器(51)の前側面(91)から後側面(92)へ向かって流れる。第1吸着熱交換器(51)では、冷媒で加熱された吸着剤から水分が脱離し、この脱離した水分が第2空気に付与される。つまり、第1吸着熱交換器(51)では再生動作が行われる。第1吸着熱交換器(51)で水分を付与された第2空気は、第5ダンパ(65)を通って内気排出路(43)へ流入し、排気口(22)を通って室外へ排出される。
図7(A)に示すように、この第1動作時の第1吸着熱交換器(51)では、その前側面(91)から後側面(92)へ向かって第2空気が通過する。また、この第1吸着熱交換器(51)の各冷媒パス(80)では、そのガス側端へ流入した冷媒が第4列部(84)と第3列部(83)と第2列部(82)と第1列部(81)とを順に通過し、その液側端から流出する。従って、除湿運転の第1動作中には、第1吸着熱交換器(51)における冷媒の流れと第2空気の流れの関係が、いわゆる対向流となる。
また、図7(A)に示すように、この第1動作時の第2吸着熱交換器(52)では、その後側面(92)から前側面(91)へ向かって第1空気が通過する。また、この第2吸着熱交換器(52)の各冷媒パス(80)では、その液側端へ流入した冷媒が第1列部(81)と第2列部(82)と第3列部(83)と第4列部(84)とを順に通過し、そのガス側端から流出する。従って、除湿運転の第1動作中には、第2吸着熱交換器(52)における冷媒の流れと第1空気の流れの関係が、いわゆる対向流となる。
除湿運転時の第2動作について説明する。
この第2動作中の冷媒回路(50)では、図7(B)に示すように、四方切換弁(54)が第2状態に設定される。この状態の冷媒回路(50)では、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、冷媒回路(50)では、圧縮機(53)から吐出された冷媒が第2吸着熱交換器(52)、電子膨張弁(55)、第1吸着熱交換器(51)の順に通過し、第2吸着熱交換器(52)が凝縮器(即ち、放熱器)として機能し、第1吸着熱交換器(51)が蒸発器として機能する。
図6に示すように、この第2動作中には、第1ダンパ(61)、第4ダンパ(64)、第6ダンパ(66)、及び第7ダンパ(67)だけが開状態となり、残りのダンパ(62,63,65,68)が閉状態となる。
外気吸込口(24)から外気導入路(44)へ流入した第1空気(室外空気)は、第7ダンパ(67)を通って第1熱交換器室(47)へ流入し、その後に第1吸着熱交換器(51)を通過する。その際、第1空気は、第1吸着熱交換器(51)の後側面(92)から前側面(91)へ向かって流れる。第1吸着熱交換器(51)では、第1空気中の水分が吸着剤に吸着され、その際に生じた吸着熱が冷媒に吸熱される。つまり、第1吸着熱交換器(51)では吸着動作が行われる。第1吸着熱交換器(51)で除湿された第1空気は、第1ダンパ(61)を通って外気供給路(41)へ流入し、給気口(21)を通って室内へ供給される。
一方、内気吸込口(23)から内気導入路(42)へ流入した第2空気(室内空気)は、第4ダンパ(64)を通って第2熱交換器室(48)へ流入し、その後に第2吸着熱交換器(52)を通過する。その際、第2空気は、第2吸着熱交換器(52)の前側面(91)から後側面(92)へ向かって流れる。第2吸着熱交換器(52)では、冷媒で加熱された吸着剤から水分が脱離し、この脱離した水分が第2空気に付与される。つまり、第2吸着熱交換器(52)では再生動作が行われる。第2吸着熱交換器(52)で水分を付与された第2空気は、第6ダンパ(66)を通って内気排出路(43)へ流入し、排気口(22)を通って室外へ排出される。
図7(B)に示すように、この第2動作時の第1吸着熱交換器(51)では、その後側面(92)から前側面(91)へ向かって第1空気が通過する。また、この第1吸着熱交換器(51)の各冷媒パス(80)では、その液側端へ流入した冷媒が第1列部(81)と第2列部(82)と第3列部(83)と第4列部(84)とを順に通過し、そのガス側端から流出する。従って、除湿運転の第2動作中には、第1吸着熱交換器(51)における冷媒の流れと第1空気の流れの関係が、いわゆる対向流となる。
また、図7(B)に示すように、この第2動作時の第2吸着熱交換器(52)では、その前側面(91)から後側面(92)へ向かって第2空気が通過する。また、この第2吸着熱交換器(52)の各冷媒パス(80)では、そのガス側端へ流入した冷媒が第4列部(84)と第3列部(83)と第2列部(82)と第1列部(81)とを順に通過し、その液側端から流出する。従って、除湿運転の第2動作中には、第2吸着熱交換器(52)における冷媒の流れと第2空気の流れの関係は、いわゆる対向流となる。
〈加湿運転〉
加湿運転中の調湿装置(10)では、給気ファン(25)及び排気ファン(26)が運転される。給気ファン(25)を運転すると、室外空気(OA)が外気吸込口(24)からケーシング(11)内へ第2空気として取り込まれる。排気ファン(26)を運転すると、室内空気(RA)が内気吸込口(23)からケーシング(11)内へ第1空気として取り込まれる。また、加湿運転中の調湿装置(10)では、第1動作と第2動作とが所定の時間間隔(例えば3分間隔)で交互に繰り返される。
加湿運転時の第1動作について説明する。
この第1動作中の冷媒回路(50)では、図10(A)に示すように、四方切換弁(54)が第1状態に設定される。そして、この冷媒回路(50)では、除湿運転の第1動作中と同様に、第1吸着熱交換器(51)が凝縮器(即ち、放熱器)として機能し、第2吸着熱交換器(52)が蒸発器蒸発器として機能する。
図8に示すように、この第1動作中には、第1ダンパ(61)、第4ダンパ(64)、第6ダンパ(66)、及び第7ダンパ(67)だけが開状態となり、残りのダンパ(62,63,65,68)が閉状態となる。
内気吸込口(23)から内気導入路(42)へ流入した第1空気(室内空気)は、第4ダンパ(64)を通って第2熱交換器室(48)へ流入し、その後に第2吸着熱交換器(52)を通過する。その際、第1空気は、第2吸着熱交換器(52)の前側面(91)から後側面(92)へ向かって流れる。第2吸着熱交換器(52)では、第1空気中の水分が吸着剤に吸着され、その際に生じた吸着熱が冷媒に吸熱される。つまり、第2吸着熱交換器(52)では吸着動作が行われる。第2吸着熱交換器(52)で水分を奪われた第1空気は、第6ダンパ(66)を通って内気排出路(43)へ流入し、排気口(22)を通って室外へ排出される。
一方、外気吸込口(24)から外気導入路(44)へ流入した第2空気(室外空気)は、第7ダンパ(67)を通って第1熱交換器室(47)へ流入し、その後に第1吸着熱交換器(51)を通過する。その際、第2空気は、第1吸着熱交換器(51)の後側面(92)から前側面(91)へ向かって流れる。第1吸着熱交換器(51)では、冷媒で加熱された吸着剤から水分が脱離し、この脱離した水分が第2空気に付与される。つまり、第1吸着熱交換器(51)では再生動作が行われる。第1吸着熱交換器(51)で加湿された第2空気は、第1ダンパ(61)を通って外気供給路(41)へ流入し、給気口(21)を通って室内へ供給される。
図10(A)に示すように、この第1動作時の第1吸着熱交換器(51)では、その後側面(92)から前側面(91)へ向かって第2空気が通過する。また、この第1吸着熱交換器(51)の各冷媒パス(80)では、そのガス側端へ流入した冷媒が第4列部(84)と第3列部(83)と第2列部(82)と第1列部(81)とを順に通過し、その液側端から流出する。従って、加湿運転の第1動作中には、第1吸着熱交換器(51)における冷媒の流れと第2空気の流れの関係が、いわゆる並行流となる。
また、図10(A)に示すように、この第1動作時の第2吸着熱交換器(52)では、その前側面(91)から後側面(92)へ向かって第1空気が通過する。また、この第2吸着熱交換器(52)の各冷媒パス(80)では、その液側端へ流入した冷媒が第1列部(81)と第2列部(82)と第3列部(83)と第4列部(84)とを順に通過し、そのガス側端から流出する。従って、加湿運転の第1動作中には、第2吸着熱交換器(52)における冷媒の流れと第1空気の流れの関係が、いわゆる並行流となる。
加湿運転時の第2動作について説明する。
この第2動作中の冷媒回路(50)では、図10(B)に示すように、四方切換弁(54)が第2状態に設定される。そして、この冷媒回路(50)では、除湿運転の第2動作中と同様に、第2吸着熱交換器(52)が凝縮器(即ち、放熱器)として機能し、第1吸着熱交換器(51)が蒸発器として機能する。
図9に示すように、この第2動作中には、第2ダンパ(62)、第3ダンパ(63)、第5ダンパ(65)、及び第8ダンパ(68)が開状態となり、残りのダンパ(61,64,66,67)が閉状態となる。
内気吸込口(23)から内気導入路(42)へ流入した第1空気(室内空気)は、第3ダンパ(63)を通って第1熱交換器室(47)へ流入し、その後に第1吸着熱交換器(51)を通過する。その際、第1空気は、第1吸着熱交換器(51)の前側面(91)から後側面(92)へ向かって流れる。第1吸着熱交換器(51)では、第1空気中の水分が吸着剤に吸着され、その際に生じた吸着熱が冷媒に吸熱される。つまり、第1吸着熱交換器(51)では吸着動作が行われる。第1吸着熱交換器(51)で水分を奪われた第1空気は、第5ダンパ(65)を通って内気排出路(43)へ流入し、排気口(22)を通って室外へ排出される。
一方、外気吸込口(24)から外気導入路(44)へ流入した第2空気(室外空気)は、第8ダンパ(68)を通って第2熱交換器室(48)へ流入し、その後に第2吸着熱交換器(52)を通過する。その際、第2空気は、第2吸着熱交換器(52)の後側面(92)から前側面(91)へ向かって流れる。第2吸着熱交換器(52)では、冷媒で加熱された吸着剤から水分が脱離し、この脱離した水分が第2空気に付与される。つまり、第2吸着熱交換器(52)では再生動作が行われる。第2吸着熱交換器(52)で加湿された第2空気は、第2ダンパ(62)を通って外気供給路(41)へ流入し、給気口(21)を通って室内へ供給される。
図10(B)に示すように、この第2動作時の第1吸着熱交換器(51)では、その前側面(91)から後側面(92)へ向かって第1空気が通過する。また、この第1吸着熱交換器(51)の各冷媒パス(80)では、その液側端へ流入した冷媒が第1列部(81)と第2列部(82)と第3列部(83)と第4列部(84)とを順に通過し、そのガス側端から流出する。従って、加湿運転の第2動作中には、第1吸着熱交換器(51)における冷媒の流れと第1空気の流れの関係が、いわゆる並行流となる。
また、図10(B)に示すように、この第2動作時の第2吸着熱交換器(52)では、その後側面(92)から前側面(91)へ向かって第2空気が通過する。また、この第2吸着熱交換器(52)の各冷媒パス(80)では、そのガス側端へ流入した冷媒が第4列部(84)と第3列部(83)と第2列部(82)と第1列部(81)とを順に通過し、その液側端から流出する。従って、加湿運転の第2動作中には、第2吸着熱交換器(52)における冷媒の流れと第2空気の流れの関係は、いわゆる並行流となる。
−吸着熱交換器における空気の通過方向−
図7及び図10に示すように、各吸着熱交換器(51,52)では、それが蒸発器として機能するときの空気の通過方向と、それが凝縮器として機能するときの空気の通過方向とが、互いに逆方向となっている。このため、本実施形態の調湿装置(10)では、再生動作の終了時点で吸着熱交換器(51,52)に残存する水分の量を低く抑えることができる。ここでは、上記の効果が得られる理由を、図11を参照しながら説明する。
蒸発器として機能する吸着熱交換器(51,52)は、第1空気に含まれる水分を吸着する。第1空気に含まれる水分は、吸着熱交換器(51,52)を通過する過程で次第に減少してゆく。従って、吸着熱交換器(51,52)のフィン(57)は、第1空気の上流寄りの部分(図11における右寄りの部分)が水分保有量の多い第1空気と接触し、第1空気の下流寄りの部分(図11における左側)が水分保有量の少ない第1空気と接触する。また、調湿装置(10)では、第1動作と第2動作が比較的短い時間間隔で相互に切り換わる。このため、図11(A)及び(B)に示すように、第1動作または第2動作が終了した時点において、蒸発器として機能する吸着熱交換器(51,52)のフィン(57)に吸着された水分の量(即ち、吸着層の含水量)は、第1空気の上流寄りの部分において最も高くなり、第1空気の下流側へ向かって次第に低くなる。
第1動作と第2動作の一方から他方へ切り換わると、これまで蒸発器として機能していた吸着熱交換器(51,52)は、凝縮器として機能し始める。また、吸着熱交換器(51,52)が蒸発器から凝縮器へ切り換わると、吸着熱交換器(51,52)を通過する空気が第1空気から第2空気に切り換わる。
先ず、吸着熱交換器(51,52)において第1空気と第2空気が同じ方向へ流れる場合について、図11(B)を参照しながら説明する。第2空気に含まれる水分は、吸着熱交換器(51,52)を通過する過程で次第に増加してゆく。従って、吸着熱交換器(51,52)のフィン(57)は、第2空気の上流寄りの部分(同図における右寄りの部分)が水分保有量の少ない第2空気と接触し、第2空気の下流寄りの部分(同図における左寄りの部分)が水分保有量の多い第2空気と接触する。
上述したように、蒸発器から凝縮器へ切り換わった吸着熱交換器(51,52)では、フィン(57)の含水量が、第1空気の上流寄りの部分において最も高くなり、第1空気の下流側へ向かって次第に低くなる。従って、第1空気と第2空気が吸着熱交換器(51,52)を同じ方向へ通過する場合は、水分保有量の少ない第2空気が、フィン(57)のうち含水量が多くて水分が脱離し易い部分(図11(B)における右寄りの部分)と接触する。このため、フィン(57)のうち含水量が多い部分からは、比較的多量の水分が脱離してゆく。一方、この場合は、水分保有量の多い第2空気が、フィン(57)のうち含水量が少なくて水分が脱離し難い部分(図11(B)における左寄りの部分)と接触する。このため、フィン(57)のうち含水量が少ない部分からは、水分が殆ど脱離してゆかない。
このように、吸着熱交換器(51,52)において第1空気と第2空気が同じ方向へ流れる場合には、フィン(57)のうち第2空気の下流寄りの部分(図11(B)における左寄りの部分)を充分に再生することができない。このため、吸着熱交換器(51,52)が再び凝縮器から蒸発器へ切り換わった後において、吸着熱交換器(51,52)に吸着される水分の量が少なくなってしまう。
次に、吸着熱交換器(51,52)において第1空気と第2空気が逆方向へ流れる場合(即ち、本実施形態の場合)について、図11(A)を参照しながら説明する。第2空気に含まれる水分は、吸着熱交換器(51,52)を通過する過程で次第に増加してゆく。従って、吸着熱交換器(51,52)のフィン(57)は、第2空気の上流寄りの部分(同図における左寄りの部分)が水分保有量の少ない第2空気と接触し、第2空気の下流寄りの部分(同図における右寄りの部分)が水分保有量の多い第2空気と接触する。
上述したように、蒸発器から凝縮器へ切り換わった吸着熱交換器(51,52)では、フィン(57)の含水量が、第1空気の上流寄りの部分において最も高くなり、第1空気の下流側へ向かって次第に低くなる。従って、第1空気と第2空気が吸着熱交換器(51,52)を逆方向へ通過する場合は、水分保有量の少ない第2空気が、フィン(57)のうち含水量が少なくて水分が脱離し難い部分(図11(A)の左寄りの部分)と接触する。このため、フィン(57)のうち含水量の低い部分からも、水分を脱離させることができる。一方、この場合は、水分保有量の多い第2空気が、フィン(57)のうち含水量が多くて水分が脱離し易い部分(図11(B)における右寄りの部分)と接触する。このため、フィン(57)のうち水分保有量の多い第2空気と接触する部分からも、水分を脱離させることができる。
このように、吸着熱交換器(51,52)において第1空気と第2空気が逆方向へ流れる本実施形態の場合には、フィン(57)の全体を充分に再生することができる。このため、吸着熱交換器(51,52)が再び凝縮器から蒸発器へ切り換わった後において、吸着熱交換器(51,52)に吸着される水分の量を、吸着熱交換器(51,52)において第1空気と第2空気が同じ方向へ流れる場合に比べて増大させることができる。
−加湿運転時に蒸発器として機能する吸着熱交換器−
加湿運転を行う調湿装置(10)において、第1動作中には第2吸着熱交換器(52)が蒸発器として機能して第1空気中の水分を吸着し、第2動作中には第1吸着熱交換器(51)が蒸発器として機能して第1空気中の水分を吸着する。また、第1動作時の第2吸着熱交換器(52)と、第2動作時の第1吸着熱交換器(51)とでは、冷媒の流れと第1空気の流れの関係がいわゆる並行流となる。このため、本実施形態の調湿装置(10)では、吸着動作中に吸着熱交換器(51,52)が吸着する水分の量を増大させることができる。ここでは、上記の効果が得られる理由を、図12を参照しながら説明する。
上述したように、加湿運転を行う調湿装置(10)では、第1運転と第2運転が比較的短い時間間隔で相互に切り換わる。従って、冷媒回路(50)の各吸着熱交換器(51,52)は、比較的短い時間間隔で蒸発器として機能する状態と凝縮器として機能する状態とに切り換わる。このため、図12(A)及び(B)に示すように、蒸発器として機能する吸着熱交換器(51,52)の各冷媒パス(80)では、その概ね前半部分を流れる冷媒は気液二相状態であるが、残りの後半部分を流れる冷媒は実質的にガス単相状態となる。
先ず、蒸発器として機能する吸着熱交換器(51,52)での冷媒の流れと第1空気の流れの関係がいわゆる対向流となっている場合について、図12(B)を参照しながら説明する。
第1空気が吸着熱交換器(51,52)のフィン(57)と接触すると、第1空気中の水分がフィン(57)表面の吸着層に吸着され、その際に吸着熱が発生する。ところが、フィン(57)における第1空気の上流寄りの部分(図12(B)における右寄りの部分)に位置する冷媒パス(80)では、実質的にガス単相状態の冷媒が流れている。このため、冷媒パス(80)を流れる冷媒が吸着熱を充分に吸収しきれず、第1空気の温度が吸着熱によって次第に上昇する。その後、第1空気は、冷媒パス(80)のうち気液二相状態の冷媒が流れる部分に到達し、冷媒パス(80)を流れる冷媒によって冷却され、その温度が次第に低下する。
第1空気の温度が上昇すると、第1空気中の水分がフィン(57)の吸着層に吸着されにくくなる。従って、この場合は、フィン(57)のうち第1空気の下流寄りの部分(図12(B)における左寄りの部分)では、ある程度の量の水分を吸着層に吸着させることができるが、フィン(57)のうち第1空気の上流寄りの部分(図12(B)における右寄りの部分)では、吸着層に充分な量の水分を吸着させることができない。
次に、蒸発器として機能する吸着熱交換器(51,52)での冷媒の流れと第1空気の流れの関係がいわゆる並行流となっている場合(即ち、本実施形態の場合)について、図12(A)を参照しながら説明する。
第1空気が吸着熱交換器(51,52)のフィン(57)と接触すると、第1空気中の水分がフィン(57)表面の吸着層に吸着され、その際に吸着熱が発生する。一方、フィン(57)における第1空気の上流寄りの部分(図12(A)における左寄りの部分)に位置する冷媒パス(80)では、気液二相状態の冷媒が流れている。このため、発生した吸収熱は冷媒に吸収され、更に第1空気の温度が次第に低下してゆく。その後、第1空気は、冷媒パス(80)のうち実質的にガス単相状態の冷媒が流れる部分に到達するが、その時点で第1空気の温度は充分に低くなっている。この部分を第1空気が流れる間にも吸着熱が発生するが、この吸着熱のうちガス単相状態の冷媒に吸収される分は僅かであるため、第1空気の温度が吸着熱によって次第に上昇する。しかし、第1空気の温度は、冷媒パス(80)のうち実質的にガス単相状態の冷媒が流れる部分に到達までに充分低くなっている。従って、フィン(57)のうち第1空気の下流寄りの部分(図12(A)における右寄りの部分)と接触する第1空気の温度は、比較的低く抑えられる。
このように、蒸発器として機能する吸着熱交換器(51,52)での冷媒の流れと第1空気の流れの関係がいわゆる並行流となっている場合は、フィン(57)のほぼ全域において第1空気の温度を比較的低く抑えることができ、フィン(57)のほぼ全域において吸着層が吸着する水分の量を充分に確保することができる。
加湿運転中の調湿装置(10)では、蒸発器として機能する間に水分を吸着した吸着熱交換器(51,52)が凝縮器に切り換わり、この凝縮器に切り換わった吸着熱交換器(51,52)によって、室内へ供給される室外空気が加湿される。そして、蒸発器として機能する間に吸着熱交換器(51,52)が吸着した水分の量が多ければ、その吸着熱交換器(51,52)が凝縮器に切り換わった後に放出する水分の量も多くなる。従って、蒸発器として機能する吸着熱交換器(51,52)での冷媒の流れと第1空気の流れの関係をいわゆる並行流にすれば、調湿装置(10)の加湿能力を増大させることができる。
−加湿運転時に凝縮器として機能する吸着熱交換器−
調湿装置(10)の加湿運転は、室外空気が低温で乾燥している冬季に行われるのが通常である。そして、室外空気がかなりの低温(例えば−5℃程度)である状態で加湿運転を行うと、凝縮器として機能する吸着熱交換器(51,52)で空気中の水分が凝縮して凍結し、それに起因してフィン(57)から吸着剤が剥離するおそれがある。
しかし、本実施形態の調湿装置(10)では、加湿運転時に凝縮器として機能する吸着熱交換器(51,52)における冷媒の流れと第2空気の流れの関係が、いわゆる並行流となっている。このため、本実施形態の調湿装置(10)では、凝縮器として機能する吸着熱交換器(51,52)で空気中の水分が凝縮して凍結することは無い。ここでは、その理由について、図13を参照しながら説明する。なお、以下の説明と図13に示した冷媒と空気の温度は、単なる一例である。
先ず、凝縮器として機能する吸着熱交換器(51,52)での冷媒の流れと第2空気の流れの関係がいわゆる対向流となっている場合について、図13(B)を参照しながら説明する。
凝縮器として機能する吸着熱交換器(51,52)では、冷媒パス(80)へ流入して間もない高温の冷媒と既に温度が上昇した第2空気とが熱交換し、既に温度が低下した冷媒と吸着熱交換器(51,52)へ流入して間もない低温の第2空気とが熱交換する。そして、この吸着熱交換器(51,52)では、冷媒の温度が45℃から2℃へ低下する一方、第2空気の温度が−5℃から28度へ上昇する。
冷媒の流れと第2空気の流れの関係がいわゆる対向流となっている場合、吸着熱交換器(51,52)における第2空気の上流寄りの部分では、その部分を流れる第2空気と冷媒の両方が比較的低温となる。このため、吸着熱交換器(51,52)における第2空気の上流寄りの部分では、フィン(57)の表面温度が氷点下となり、フィン(57)の表面で第2空気中の水分が凝縮して凍結する。
次に、凝縮器として機能する吸着熱交換器(51,52)での冷媒の流れと第2空気の流れの関係がいわゆる並行流となっている場合(即ち、本実施形態の場合)について、図13(A)を参照しながら説明する。
凝縮器として機能する吸着熱交換器(51,52)では、冷媒パス(80)へ流入して間もない高温の冷媒と吸着熱交換器(51,52)へ流入して間もない低温の第2空気とが熱交換し、既に温度が低下した冷媒と既に温度が上昇した第2空気とが熱交換する。そして、この吸着熱交換器(51,52)では、冷媒の温度が45℃から29℃へ低下する一方、第2空気の温度が−5℃から27度へ上昇する。
冷媒の流れと第2空気の流れの関係がいわゆる並行流となっている場合、吸着熱交換器(51,52)における第2空気の上流寄りの部分では、その部分を流れる第2空気の温度は低いが、その部分を流れる冷媒の温度は比較的高くなる。また、この場合、吸着熱交換器(51,52)における第2空気の下流寄りの部分では、第2空気の温度と冷媒の温度がそれ程低くならない。このため、吸着熱交換器(51,52)では、その全域においてフィン(57)の表面温度が0℃以上に保たれ、フィン(57)の表面で第2空気中の水分が凍結することはない。
−実施形態の効果−
加湿運転中の本実施形態の調湿装置(10)では、各吸着熱交換器(51,52)における空気の流れと冷媒の流れの関係が並行流となっている。このため、室外空気の温度がかなりの低温(例えば−5℃程度)であっても、凝縮器として機能する吸着熱交換器(51,52)のフィン(57)の温度が0℃以上に保たれる。従って、本実施形態によれば、加湿運転時における吸着熱交換器(51,52)での水の凍結を未然に防ぐことができ、水の凍結に起因する吸着熱交換器(51,52)からの吸着剤の剥離を防ぐことができる。
また、除湿運転中の本実施形態の調湿装置(10)では、各吸着熱交換器(51,52)における空気の流れと冷媒の流れの関係が対向流となっている。調湿装置(10)の除湿運転は、通常は室外や室内の気温が比較的高い時期に行われるのが通常である。このため、除湿運転中には、吸着熱交換器(51,52)の表面で水が凍結することはない。従って、本実施形態によれば、各吸着熱交換器(51,52)での空気の流れと冷媒の流れの関係が対向流とすることで、吸着熱交換器(51,52)の熱交換性能を充分に発揮させることができる。
なお、上記の実施形態および変形例は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。