JP4999518B2 - 除加湿装置および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、除湿能力、加湿能力を有する除加湿装置、その装置を有する冷凍サイクル装置に関するものである。特に吸着剤を有する円筒状の除湿ロータを用いて除湿、加湿を行うものである。

空気調和装置等の冷凍サイクル装置においては、空気の温度を調整するだけでなく、例えば対象空間における空気を除湿または加湿して再度送り出すことが行われている。例えば、低温度、低湿度においても安定した除湿能力が得られ、かつ大量の空気の除湿が可能であり、かつ保守性に優れた除湿機能を有する機器として回転式除湿ロータ型除湿機が広く使用されている。

除湿機において用いられている吸着剤は、一般的に、水分をある程度吸着して飽和状態になると除湿能力が低下する。繰り返し用いるには、適宜脱着処理を施して再度吸着できるように再生する必要がある。回転式除湿ロータ型乾式除湿機では、除湿ロータを駆動手段により回転駆動し、除湿ロータに含浸された吸着剤を、所定の周期で吸着経路上と脱着経路上とに繰り返し移行させ、吸脱着を自動的に行えるようにしている。そして、このような除湿ロータに含浸された吸着剤は、除湿能力向上を目的に開発が進んでおり、シリカゲル・ゼオライト・ナノポーラスシリカ等多くの吸着剤が用いられている。

従来の回転式除湿ロータ型乾式除湿機では、除湿ロータにおける吸着部分と脱着部分とにおける面積比が３：１、１：１のものが多く採用されている。例えば、脱着空気温度が高温のときは脱着速度が増大するため、脱着部面積を減少させることができ、面積比を吸着部：脱着部＝３：１とすることができる。一方、脱着空気温度が低温のときには吸着部：脱着部の比率を１：１にする。

また、被除湿空気の湿度が設定した空気絶対温度よりも低い場合には脱着経路上のファンの風量を増大させて、除湿ロータを通過する脱着空気の温度を下げるようにした除湿機も提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−１６１３１６号公報

このような除湿ロータにおいては、吸着剤の種類、吸着または脱着させようとする空気の温度、湿度、風量等により、除湿量が変わるため、これらの条件を適切に設定すれば、除湿量が大きくなる面積比等が求められることがわかっている。逆に面積比等から除湿量を大きくすることができる空気の風量等も設定できる。

しかしながら、設定のための基準となるものが決まっておらず、パラメータも多数存在することから、最適値を探すために莫大な回数の試験が必要となり、最適条件を導き出すことは困難であった。

本発明は、前記のような問題を解決するためになされたもので、除湿または加湿能力、省エネルギ性に優れた条件を得るために設定する基準を定め、その基準に基づいて定めた除湿ロータの除湿部分と脱着部分との面積比等に基づく除加湿装置、その装置を有する冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明に係る除加湿装置は、吸着空気路と脱着空気路とを跨いで設けられ、軸を中心に周方向に回転自在に設置された円筒であって、円筒内に水分吸脱着手段が設けられ、吸着空気路上に位置する吸着部において吸着空気路を通過する空気中の水分を吸着し、脱着空気路上に位置する脱着部において脱着空気路を通過する空気に、吸着部において吸着した水分を脱着する除湿ロータと、除湿ロータを周方向に回転させるロータ駆動手段とを備える除加湿ユニットであって、除湿ロータにおける吸着部と脱着部との面積比を、略、所定量の水分を吸着する時間に係る吸着時定数の１／２乗と所定量の水分を脱着する時間に係る脱着時定数の１／２乗との比とする。

本発明によれば、除湿ロータにおける吸着部と脱着部との面積比を、略、吸着に係る吸着時定数の１／２乗と脱着に係る脱着時定数の１／２乗との比としたので、吸着と脱着とのバランスを効率よく図ることができ、除湿量を大きくすることができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る除湿ロータ１１を中心とする除加湿装置１の概略構成を表す図である。図１に基づいて、除湿ロータ１１を使用した除加湿装置１の基本的な構成について説明する。除加湿装置１は、例えば、除湿機、空気調和装置等に設けられ、室内等の空調対象空間の除湿または加湿を行うユニットである。本実施の形態では対象空間を室内とし、除湿を行うものとして説明する。

円筒状の除湿ロータ（デシカントロータ）１１は、円の中心軸を中心として円周方向に回転自在に設けられている。除湿ロータ１１の円筒内部には、例えばゼオライト、シリカゲル、活性炭、メソポーラスシリカ等、細孔を有し、毛管凝縮により空気中の水分を吸着することができる多孔質の吸着剤（水分吸脱着手段）が、ハニカム構造（後述する図２）のセラミックペーパー等に含浸されている。この吸着剤に室内の空気中の水分を吸着させて除湿を行う。

吸着剤は水分を吸着して飽和状態に近くなると除湿能力が低下する。そのため、再度吸着できるように、吸着した水分を脱着させて再生させる必要がある（脱着は例えば対象空間外（室外）の空気に対して行う）。そこで、モータ等を有するロータ駆動手段１８が制御手段１０からの指示に基づいて、除湿ロータ１１を円周方向に回転させる。そして、例えば除湿ロータ１１の吸着剤が空気中の水分吸着を行う部分（以下、吸着部１１Ａという）にあるときは吸着させ、脱着を行う部分（以下、脱着部１１Ｂという）にあるときは脱着させるようにする。これにより、吸着部１１Ａにおける水分吸着と脱着部１１Ｂにおける水分脱着とを繰り返し行うことができる。除湿ロータ１１における脱着部１１Ｂと吸着部１１Ａの面積比については後述する。

除加湿装置１内では、除湿ロータ１１の吸着部１１Ａおよび脱着部１１Ｂに合わせて、例えば仕切壁１９等で二分された吸着空気路１６および脱着空気路１７が形成されている。

吸着空気路１６上には吸着用ファン（被除湿空気風量調整手段）１２が設けられている。吸着用ファン１２により、除湿を行う被除湿空気（室内空気、吸着空気）２１を吸気して除湿ロータ１１の吸着部１１Ａを通過させ、除湿した空気２２を室内に送り出す空気の流れの経路（以下、吸着経路という）が形成される。ここで、吸着用ファン１２は、制御手段１０からの指示に基づいて回転数を変化することができる。そのため、吸着部１１Ａを通過する空気の風量（風速）を変化させることができる。ここで、一般的に、空気の相対湿度が高い方が吸着剤が水分を吸着しやすい。そのため、吸着空気路１６上に冷却器（被除湿空気温度調整手段）１５を設け、被除湿空気２１を冷却して温度を下げ、相対湿度を高くして吸着部１１Ａを通過させるようにし、除湿能力の向上を図ってもよい。ここで、冷却器１５の冷却について、制御手段１０からの指示に基づいて冷却温度を変化させることができるものとする。

一方、脱着空気路１７上には脱着用ファン（脱着空気風量調整手段）１３が設けられている。脱着用ファン１３により、室外空気２３を吸気し、ヒータまたは凝縮器１４で加熱した空気（加熱空気）２４を、除湿ロータ１１の脱着部１１Ｂに通過させ、水分が放出されて加湿された空気２５を室外に送り出す空気の流れの経路（以下、脱着経路という）が形成される。ここで、脱着用ファン１３についても、制御手段１０からの指示に基づいて回転数を変化することができる。そのため、脱着部１１Ｂを通過する空気の風量（風速）を変化させることができる。ヒータまたは凝縮器（脱着空気温度調整手段）１４は、室外空気２３を加熱して温度を上げ、相対湿度を低くした加熱空気２４により、吸着剤の水分を脱着させるようにするために設けられている。ヒータまたは凝縮器１４の加熱についても、制御手段１０からの指示に基づいて加熱温度を変化させることができるものとする。

図２は除湿ロータ１１における吸脱着を行う部分の構造とその平板モデルを表す図である。除湿ロータ１１の円筒内部は図２（ａ）のようなハニカム構造をしており、簡易的な平板モデルに置き換えると、図２（ｂ）のように表すことができる。平板モデルにおいて、円筒内部の構造はバルク空気層３１、境界層３２および吸着剤層３３で表され、さらに吸着剤層３３には吸着剤細孔３４による凹凸が形成されている。また、バルク空気層３１と境界層３２との間をバルク空気層−境界層間３５とし、境界層３２と吸着剤細孔３４との間を境界層−吸着剤細孔間３６とする。そして、吸着剤層３３の厚さを吸着剤層厚さ３７で表す。

吸着速度、脱着速度は、バルク空気層−境界層間３５と境界層−吸着剤細孔間３６とにおける二段階のＨ₂Ｏ分子の流れを経由して決定される。ここで、統合物質伝達係数ｋｔを用いて吸着速度、脱着速度を表すと次式（１）のようになる。そして、この（１）式の解析解として、一次遅れ系の応答となる（２）式が得られる。時定数Ｔは、除湿ロータ１１が空気中の水分を吸脱着したときの量が、吸着剤１ｋｇに対する平衡吸着水分量ｑ^* の１−ｅ^-1倍（約６３．２％）に達するまでの時間を表すこととなる。
ここで、
ｑ：任意時刻における水分吸脱量（ｋｇ_H2O ／ｋｇ_ads ）
ｔ：任意時刻（ｓ）
ｑ^* ：吸着剤１ｋｇに対する平衡吸着水分量（ｋｇ_H2O ／ｋｇ_ads ）
ｋｔ：統合物質伝達移動係数（１／ｓ）
Ｔ：時定数（ｓ）（Ｔａｄ：吸着時定数（ｓ）またはＴｄｅ：脱着時定数（ｓ））
である。

吸着速度、脱着速度を決定する要因である統合物質伝達係数ｋｔは、図２に示すように、バルク空気層−境界層間３５における物質移動抵抗と、吸着剤層内の表面張力による境界層−吸着剤細孔間３６における物質移動抵抗の２段階メカニズムに起因し、次式（３）で表される。
ここで、
ｋｔ：統合物質伝達移動係数（１／ｓ）
ｋａ：バルク空気層−境界層間３５の物質伝達移動係数（１／ｓ）
ｋｂ₁ ：境界層−吸着剤細孔間３６の物質伝達移動係数（１／ｓ）
である。
１／ｋｔ＝１／ｋａ＋１／ｋｂ₁ …（３）

また、バルク空気層−境界層間３５の吸着時の水分移動量Ｍａｄ、脱着時の水分移動量Ｍｄｅは次式（４）で表される。バルク空気層−境界層間３５の物質伝達移動係数ｋａはバルク空気層−境界層間３５のＨ₂Ｏ 分子の物質伝達係数αｍに比例する。
ここで、
Ｍａｄ：吸着時の水分移動量（ｋｇ_H2O ／（ｍ² ・ｓ））
Ｍｄｅ：脱着時の水分移動量（ｋｇ_H2O ／（ｍ² ・ｓ））
ｘａ：バルク空気層絶対湿度（ｋｇ_H2O ／ｋｇ_air ）
ｘｃ：境界層絶対湿度（ｋｇ_H2O ／ｋｇ_air ）
ρａ：バルク空気層空気密度（ｋｇ_air ／ｍ³ ）
ρｃ：境界層空気密度（ｋｇ_air ／ｍ³ ）
αｍ：バルク空気層と境界層間のＨ₂Ｏ分子の物質伝達係数（ｍ／ｓ）
である。
吸着時：Ｍａｄ＝αｍ×（ｘａ−ｘｃ）×ρａ （ｘａ＞ｘｃ）
脱着時：Ｍｄｅ＝αｍ×（ｘｃ−ｘａ）×ρｃ （ｘｃ＞ｘａ） …（４）

さらに、バルク空気層−境界層間３５のＨ₂Ｏ分子の物質伝達係数αｍは、単位面積あたりに飛び込んでくる分子数で表される凝縮頻度Ｊｉｎと風速ｖの積に比例する。凝縮頻度Ｊｉｎは次式（５）より算出される。また、（５）式に基づいて（６）式も得られる。
ここで、
αｍ：バルク空気層と境界層間のＨ₂Ｏ分子の物質伝達係数（ｍ／ｓ）
Ｊｉｎ：凝縮頻度（個／（ｍ² ・ｓ））
ｖ：風速（ｍ／ｓ）
ｍ：水分子の質量（ｋｇ／個）＝３×１０^-26
ｋ：ボルツマン定数（Ｊ／Ｋ）＝１．３８×１０^-23
Ｔ：絶対温度（Ｋ）
ｐ：水蒸気分圧（Ｎ／ｍ² ）
ｃ１：係数（静特性実験等に基づいて得られる）
Ｔａ：空気層絶対温度（Ｋ）
である。

一方、吸着剤細孔３４内の表面張力による境界層−吸着剤細孔間３６の吸着速度、脱着速度は次式（７）により算出される。
ここで
ｑ：任意時刻における吸着水分量（ｋｇ_H2O ／ｋｇ_ads ）
ｔ：任意時刻（ｓ）
ｄｐ：吸着剤平均粒子径（ｍ）
Ｄｓ：吸着剤細孔３４内の表面拡散係数（ｍ² ／ｓ）
ｑ^* ：吸着剤１ｋｇに対する平衡吸着水分量（ｋｇ_H2O ／ｋｇ_ads ）
ｋｂ：境界層−吸着剤層細孔内の物質伝達移動係数（１／ｓ）
ａｂ：吸着剤層厚さ３７（ｍ）
である。

また、（７）式における吸着剤細孔３４内の表面拡散係数Ｄｓは次式（８）により算出される。ただし、吸着剤層絶対温度Ｔｂは短時間で空気層絶対温度Ｔａとなるため、Ｔｂ≒Ｔａとする。
ここで
Ｄｓ：吸着剤細孔内の表面拡散係数（ｍ² ／ｓ）
Ｄｓ₀ ：２．５４×１０^-4（ｍ² ／ｓ）
Ｅａ：活性化エネルギー（Ｊ／ｍｏｌ）＝４．２×１０⁴
Ｒ０：気体常数（Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ））
Ｔｂ：吸着剤層絶対温度（Ｋ）

吸着剤細孔３４内の表面張力による境界層−吸着剤細孔間３６の物質移動係数ｋｂ₁ は吸着剤細孔３４内の表面拡散係数Ｄｓに比例する。よって次式（９）が得られる。
ここで
ｋｂ₁ ：境界層−吸着剤細孔内の物質伝達移動係数（１／ｓ）
ｋｂ：境界層−吸着剤層細孔内の物質伝達移動係数（１／ｓ）
ａｂ：吸着剤層厚さ３７（ｍ）
ｃ２：係数（静特性実験等に基づいて得られる）
Ｄｓ：吸着剤細孔３４内の表面拡散係数（ｍ² ／ｓ）
である。
ｋｂ₁ ＝ｋｂ／ａｂ ∝ｃ２×Ｄｓ …（９）

（２）式、（６）式および（９）式より、時定数Ｔは次式（１０）により表される。また吸着時定数Ｔａｄおよび脱着時定数Ｔｄｅは（１０）式に基づいて決定する。
ここで、
Ｔ：時定数（ｓ）（Ｔａｄ：吸着時定数（ｓ）またはＴｄｅ：脱着時定数（ｓ））
ｋａ：バルク空気層−境界層１６間の物質伝達移動係数（１／ｓ）
ｋｂ₁ ：境界層−吸着剤細孔内の物質伝達移動係数（１／ｓ）
Ｔａ：空気層絶対温度（Ｋ）
ｃ１：係数（静特性実験等に基づいて得られる）
ｘａ：バルク層絶対湿度（ｋｇ_H2O ／ｋｇ_air ）
ｖ：風速（ｍ／ｓ）
ｃ２：係数（静特性実験等に基づいて得られる）
Ｄｓ：吸着剤細孔３４内の表面拡散係数（ｍ² ／ｓ）
である。

図３は吸脱着時間と吸脱着量との関係を表す図である。実際に空気調和装置に適用する場合には、例えば除湿ロータ１１を用いた静特性実験を行い、上述した式に基づいて、吸着時定数Ｔａｄおよび脱着時定数Ｔｄｅの値等を決定する。

図４は静特性実験の工程を表すための図である。まず、吸着時定数Ｔａｄを決定するための実験等の一般的な例について説明する。ここで、上述したように、吸着用ファン４２および脱着用ファン４３の回転数（風量、風速）並びにヒータまたは凝縮器４４による加熱温度および冷却器４５による冷却温度（通過させる空気の温度、湿度）を所定の値にする制御については、制御手段１０が行うものとする。

脱着用ファン４３を回転し、ヒータまたは凝縮器４４により目標とする温度および湿度の空気（加熱空気）を除湿ロータ１１に通過させ、吸着剤から水分を脱着させて十分に乾燥させる（図４（ａ））。その後、吸着に係る実験を開始する。吸着用ファン４２を回転し、冷却器４５による冷却を行って、所定の温度および湿度の被除湿空気（吸着空気）を所定の風速で除湿ロータ１１に送り込み、通過させる。その際には、吸着に係る実験を終了するまでの除湿ロータ１１の質量を、例えば重量測定器（図示せず）により、経過時間と共に測定する（図４（ｂ））。経過時間に対して、除湿ロータ１１の質量と実験開始前の除湿ロータ１１の質量との差（吸着水分量）をプロットしていくと図３の吸着特性として表れる。この図３の吸着特性は、一次遅れ系の応答として次式（１１）で近似することができる。したがって、実験によって得られた経過時間と吸着水分量とを（１１）式に当てはめて吸着時定数Ｔａｄを決定する。
ここで、
ｑ^* ：吸着剤１ｋｇに対する平衡吸着水分量（ｋｇ_H2O ／ｋｇ_ads ）
ｑ：任意時刻における吸着水分量（ｋｇ_H2O ／ｋｇ_ads ）
Ｔａｄ：吸着時定数（ｓ）
ｔ：任意時刻（ｓ）
である。

次に、吸着に係る実験を終了した後に、脱着用ファン４３を回転し、ヒータまたは凝縮器４４により所定の温度および湿度の空気を所定の風速（風量）により、水分を吸着している除湿ロータ１１に送り込み、通過させる（図４（ａ））。その際にも、脱着に係る実験を終了するまでの除湿ロータ１１の質量を、例えば重量測定器（図示せず）により、経過時間と共に測定する。経過時間に対する除湿ロータ１１の質量と実験開始前の（水分を吸着している）除湿ロータ１１の質量との差の絶対値（水分脱着量）をプロットしていくと図３の脱着特性として表れる。図３の脱着特性も、一次遅れ系の応答として次式（１２）で近似することができる。したがって、実験によって得られた経過時間と水分脱着量とを（１２）式に当てはめて脱着時定数Ｔｄｅを決定する。
ここで、
ｑ^* ：吸着剤１ｋｇに対する平衡水分脱着量（ｋｇ_H2O ／ｋｇ_ads ）
ｑ：任意時刻における水分脱着量（ｋｇ_H2O ／ｋｇ_ads ）
Ｔｄｅ：脱着時定数（ｓ）
ｔ：任意時刻（ｓ）
である。

以上の吸着、脱着に係る実験を、例えば、風速（風量）または空気の温度若しくは湿度の条件を変化させて複数回行い、そのときの吸着時定数Ｔａｄ、脱着時定数Ｔｄｅを決定する。そして、上述した（１０）式に当てはめ、吸着時、脱着時におけるそれぞれの係数ｃ１および係数ｃ２を近似等に基づいて決定する。近似の方法については、例えば最小二乗法等を用いる方法があるが特に限定するものではない。これにより、除湿ロータ１１において、空気の温度、湿度、風量に基づくパラメータにより吸着時定数Ｔａｄ、脱着時定数Ｔｄｅを表すことができる。

吸着時定数Ｔａｄ、脱着時定数Ｔｄｅは、それぞれ同じ分量の水分についての吸着または脱着するまでの時間を表すことになる。例えば吸着部１１Ａが大きすぎると、例えばある位置の吸着剤において、脱着部１１Ｂで吸着した水分を脱着しきれないまま吸着部１１Ａに移動して吸着が行われることになり、吸着水分量が減っていく。また、脱着部１１Ｂが大きすぎると、その分、吸着部１１Ａが少なくなるため、吸着水分量が減ってしまい無駄が多くなる。

そこで、除湿ロータ１１においては、効率よく水分を吸着し、脱着することができるように、吸着時定数Ｔａｄの１／２乗と脱着時定数Ｔｄｅの１／２乗との比となるように、吸着部１１Ａと脱着部１１Ｂの面積を分割する（吸着時定数Ｔａｄの１／２乗と脱着時定数Ｔｄｅの１／２乗との比となるのが最適であるが、厳密にこの比でなくてもよい）。これにより、吸着と脱着とのバランスの面から見た場合の除湿量を大きくすることができる。

図５は除湿ロータ１１の回転に係る係数と除湿量比の関係を表す図である。例えば上述したように、吸着時定数Ｔａｄの１／２乗と脱着時定数Ｔｄｅの１／２乗との比により、吸着部１１Ａと脱着部１１Ｂの面積を分割したとき、除湿ロータ１１の回転数は次式（１３）で表される。
ここで、
Ｎ：除湿ロータ１１の（１時間あたりの）回転数（ｒｐｈ）
Ｔａｄ：吸着時定数（ｓ）
Ｔｄｅ：脱着時定数（ｓ）
ｘ：係数
Ｎ＝３６００／（Ｔａｄ＋Ｔｄｅ）ｘ …（１３）

図５に示すように、計算によるとｘが０に近づくと除湿量が大きくなっていることがわかる。ロータ駆動手段１８によって回転させることができる現実的な回転数を考慮すると、上述した制御手段１０が、除湿ロータ１１の１回転の時間が吸着時定数Ｔａｄと脱着時定数Ｔｄｅとの和（合計時間）の０．４〜０．８倍になるように、ロータ駆動手段１８を駆動させ、回転数を制御すれば、除湿ロータ１１の回転数から見た場合の除湿量を大きくすることができる。

以上のことから、例えば、決定した吸着時定数Ｔａｄと脱着時定数Ｔｄｅとが、Ｔａｄ＝１８０ｓ、Ｔｄｅ＝１２０ｓの場合には、除湿ロータ１１の吸着部分と脱着部分との面積比は（１８０）^1/2：（１２０）^1/2＝１．２２：１となる。また、このとき、除湿ロータ１１を１５〜３０ｒｐｈの回転数で回転させれば、バランスの面からも回転数の面からも除湿量を大きくし、効率的な除湿を行うことができる。

以上のように実施の形態１の除加湿装置１では、除湿ロータ１１について、吸着剤の種類、空気の温度、湿度、風量等で定まるその除湿および加湿能力に基づいて吸着時定数Ｔａｄと脱着時定数Ｔｄｅとを決定し、吸着時定数Ｔａｄの１／２乗と脱着時定数Ｔｄｅの１／２乗との比により、除湿ロータ１１における吸着部１１Ａと脱着部１１Ｂとの面積比を決定するようにしたので、吸着と脱着とのバランスを効率よくして除湿または加湿を行うことができ、除湿量を大きくすることができる。

また、吸着時定数Ｔａｄと脱着時定数Ｔｄｅとの合計時間の０．４〜０．８倍になるように除湿ロータ１１の回転数を制御するようにしたので、さらに効率的な条件で除湿量を大きくすることができる。

そして、吸着する空気の温度および／または相対湿度、風量に基づいて吸着時定数Ｔａｄを決定することができ、脱着する空気の温度および／または相対湿度、風量に基づいて脱着時定数Ｔｄｅを決定することができるため、少ないパラメータで除湿ロータ１１における吸着部１１Ａと脱着部１１Ｂとの面積比を決定することができ、仕様決定等に必要な試験回数を減らすことができる。

さらに、例えば製品として設定された仕様に応じて、効率的に除湿または加湿能力が得られるように面積比および回転数を決定することができるため、例えば、吸着剤の量の削減、除湿ロータ１１の小型化等を実現することができ、また、製品コストの低減を図ることができる。また、除湿量を効率よく大きくすることができるため、例えば、ヒータまたは凝縮器１４による加熱、冷却器１５による冷却等についても効率よく行うことができ、除湿に係るエネルギを少なくし、省エネルギを図ることができる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成例を表す図である。本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した除加湿装置を適用した冷凍サイクル装置について、空気調和装置を例として説明する。図６の空気調和装置は、熱源側ユニット（室外機）１００と負荷側ユニット（室内機）２００とを備え、これらが冷媒配管で連結され、主となる冷媒回路（以下、主冷媒回路という）を構成して冷媒を循環させている。冷媒配管のうち、気体の冷媒（ガス冷媒）が流れる配管をガス配管３００とし、液体の冷媒（液冷媒。気液二相冷媒の場合もある）が流れる配管を液配管４００とする。本実施の形態では、除加湿装置２０４が負荷側ユニット２００内に設けられているものとする。

熱源側ユニット１００は、本実施の形態においては、圧縮機１０１、油分離器１０２、四方弁１０３、熱源側熱交換機１０４、熱源側ファン１０５、アキュムレータ（気液分離器）１０６、熱源側絞り装置（膨張弁）１０７、冷媒間熱交換器１０８、バイパス絞り装置１０９および熱源側制御装置１１０の各装置（手段）で構成する。

圧縮機１０１は、例えばインバータ回路（図示せず）を備え、圧縮機１０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができる。また、油分離器１０２は、冷媒に混じって圧縮機１０１から吐出された潤滑油を分離させるものである。分離された潤滑油は圧縮機１０１に戻される。四方弁１０３は、熱源側制御装置１１１からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。また、熱源側熱交換器１０４は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、熱源側絞り装置１０７を介して流入した低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁１０３側から流入した圧縮機１０１において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。熱源側熱交換器１０４には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、熱源側ファン１０５が設けられている。熱源側ファン１０５もインバータ回路を有してファンモータの運転周波数を任意に変化させてファンの回転速度を細かく変化させるようにしてもよい。

冷媒間熱交換器１０８は、冷媒回路の主となる流路を流れる冷媒と、その流路から分岐してバイパス絞り装置１０９（膨張弁）により流量調整された冷媒との間で熱交換を行う。特に冷房運転時において冷媒を過冷却する必要がある場合に、冷媒を過冷却して負荷側ユニット２００に供給するものである。バイパス絞り装置１０９を介して流れる液体は、バイパス配管１０７を介してアキュムレータ１０６に戻される。アキュムレータ１０６は例えば液体の余剰冷媒を溜めておく手段である。熱源側制御装置１１１は、例えばマイクロコンピュータ等からなる。負荷側制御装置２０５と有線または無線通信することができ、例えば、空気調和装置内の各種検知手段（センサ）の検知に係るデータに基づいて、インバータ回路制御による圧縮機１０１の運転周波数制御等、空気調和装置に係る各手段を制御して空気調和装置全体の動作制御を行う。

一方、負荷側ユニット２００は、負荷側熱交換器２０１、負荷側絞り装置（膨張弁）２０２、負荷側ファン２０３、除加湿装置２０４および負荷側制御装置２０５で構成される。負荷側熱交換器２０１は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管３００から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化（または気液二相化）させ、液配管４００側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、負荷側絞り装置２０２により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管３００側に流出させる。また、負荷側ユニット２００には、熱交換を行う空気の流れを調整するための負荷側ファン２０３が設けられている。この負荷側ファン２０３の運転速度は、例えば利用者の設定により決定される。負荷側絞り装置２０２は、開度を変化させることで、負荷側熱交換器２０１内における冷媒の圧力を調整するために設ける。

除加湿装置２０４は、実施の形態１で説明した除加湿装置１と基本的には同じである。例えば、除加湿装置２０４は室内に除湿した空気を送るだけでなく、あらかじめ除湿して潜熱を除去した空気を負荷側熱交換器２０１に送るため、また、負荷側熱交換器２０１の着霜防止を図るため、本実施の形態では空気の流れる方向に対して負荷側熱交換器２０１の上流側に設けられている。実施の形態１において説明した吸着用ファン１２と負荷側ファン２０３とを兼用させるようにしてもよい。また、冷房運転の場合には負荷側ユニット２００内には低温の冷媒が通過し、暖房運転の場合には高温の冷媒が通過するため、例えばこのような冷媒を利用して、実施の形態１において説明した冷却器１５やヒータまたは凝縮器１４を構成してもよい。

また、負荷側制御装置２０５もマイクロコンピュータ等からなり、例えば熱源側制御装置１１１と有線または無線通信することができる。熱源側制御装置１１１からの指示、居住者等からの指示に基づいて、例えば室内が所定の温度となるように、負荷側ユニット２００の各装置（手段）を制御する。また、例えば、負荷側ユニット２００に設けられた検知手段の検知に係るデータを含む信号を送信する。ここで負荷側制御装置２０５は、除加湿装置２０４の制御も行うものとする。そのため、上述の実施の形態１において説明した制御手段１０による除湿ロータ１１の回転制御等は、負荷側制御装置２０５が行うものとする。

次に空気調和装置の動作について説明する。まず、冷房運転時の主となる冷媒回路における基本的な冷媒循環について説明する。例えば３相電源からの電力供給により、圧縮機１０１が駆動し、冷媒を圧縮する。圧縮機１０１から吐出した高温、高圧ガス（気体）の冷媒は、四方弁１０３から熱源側熱交換器１０４内を通過することで凝縮し、液冷媒となって熱源側ユニット１００を流出する。液配管４００を通って負荷側ユニット２００に流入した冷媒は、負荷側絞り装置２０２の開度調整により圧力調整された低温低圧の液冷媒が負荷側熱交換器２０１内を通過して蒸発して流出する。そして、ガス配管３００を通って熱源側ユニット１００に流入し、四方弁１０３、アキュムレータ１０６を介して圧縮機１０１に吸入され、再度加圧され吐出することで循環する。

また、暖房運転時の主となる冷媒回路における基本的な冷媒循環について説明する。例えば３相電源からの電力供給により、圧縮機１０１が駆動し、冷媒を圧縮する。圧縮機１０１から吐出した高温、高圧ガス（気体）の冷媒は、四方弁１０３からガス配管３００を通って負荷側ユニット２００に流入する。負荷側ユニット２００においては、負荷側絞り装置２０２の開度調整により圧力調整され、負荷側熱交換器２０１内を通過することにより凝縮し、中間圧力の液体または気液二相状態の冷媒となって負荷側ユニット２００を流出する。液配管４００を通って熱源側ユニット１００に流入した冷媒は、熱源側絞り装置１０７の開度調整により圧力調整され、熱源側熱交換器１０４内を通過することで蒸発し、ガスの冷媒となって四方弁１０３、アキュムレータ１０６を介して圧縮機１０１に吸入され、前述したように加圧され吐出することで循環する。

以上のように実施の形態２に係る空気調和装置では、除加湿装置２０４を負荷側ユニット２００に設けるようにしたので、効率よく対象空間の除湿を行うことができる。また、負荷側熱交換器２０１への着霜を防止し、あらかじめ水分による潜熱を除去することができるので、例えば圧縮機１０１における圧縮比を小さくする等、冷媒回路におけるエネルギ性能を向上させることができる。

実施の形態３．
上述の実施の形態１、２では、空調対象空間を除湿することについて説明したが、これに限定するものではない。例えば、空調対象空間となる室内の空気が脱着空気路１７を通るようにし、室外の空気が吸着空気路１６を通るようにすれば、室内を加湿することができる。そして、除湿の場合と同様、最適な条件で効率よく加湿量を大きくすることができる。

実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４に係る除湿ロータ１１を中心とする除加湿装置１Ａの概略構成を表す図である。図７において、図１と同じ符号を付しているものは同様の動作を行うので説明を省略する。除加湿装置１Ａは、固定仕切壁１９Ａ、可動仕切壁１９Ｂ及び仕切壁駆動手段５１を有している点で除加湿装置１と異なる。

本実施の形態では、吸着空気路１６と脱着空気路１７とを仕切る仕切壁を、固定仕切壁１９Ａと可動仕切壁１９Ｂとで構成する。固定仕切壁１９Ａは固定されているが、可動仕切壁１９Ｂは、仕切壁駆動手段５１によって移動して位置が変化し、固定仕切壁１９Ａとの間の角度を変えることができる。仕切壁駆動手段５１は、モータ等を備え、制御手段１０からの指示に基づいて可動仕切壁１９Ｂを仕切壁回転軸１９Ｃを中心に回転駆動させて移動させ、所定の位置で停止させる。

本実施の形態の除加湿装置１Ａは、可動仕切壁１９Ｂの位置を変化させ、除湿ロータ１１の吸着部１１Ａ及び脱着部１１Ｂの面積比（吸着空気路１６と脱着空気路１７との風路の体積）を調整することができるようにしたものである。可動仕切壁１９Ｂの位置については、制御手段１０が、吸着側、脱着側における空気の温度、湿度、風量に基づいて、例えば上述した数式による演算等を行い、除湿ロータ１１の吸着部１１Ａおよび脱着部１１Ｂの最適な面積比を設定する。そして、その面積比に基づいて、可動仕切壁１９Ｂの位置（可動仕切壁１９Ｂとの角度）を決定し、仕切壁駆動手段５１に指示のための信号を送信する。仕切壁駆動手段５１が指示に基づいて可動仕切壁１９Ｂを回転駆動させて所定の位置で停止させる。

このように、除湿ロータ１１の吸着部１１Ａおよび脱着部１１Ｂの面積比を最適にする位置に、可動仕切壁１９Ｂの位置を変化できるようにしたので、吸着と脱着とのバランスを効率よく図ることができ、除湿量を大きくすることができる。このときにも吸着時定数Ｔａｄと脱着時定数Ｔｄｅとの合計時間の０．４〜０．８倍になるように除湿ロータ１１の回転数を制御するようにすればさらによい。

実施の形態５．
上述の実施の形態２では冷凍サイクル装置として空気調和装置について説明したが、これに限るものではない。例えば、冷凍、冷蔵倉庫等に利用する冷却装置、ヒートポンプ装置等にも利用することができる。

除湿ロータ１１を中心とする除加湿装置１の概略構成を表す図である。 除湿ロータ１１の吸脱着を行う構造とその平板モデルを表す図である。 吸脱着時間と吸脱着量との関係を表す図である。 静特性実験の工程を表すための図である。 除湿ロータ１１の回転に係る係数と除湿量比の関係を表す図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 実施の形態４に係る除加湿装置１Ａの概略構成を表す図である。

符号の説明

１ 除加湿装置、１０ 制御手段、１１ 除湿ロータ、１１Ａ 吸着部、１１Ｂ 脱着部、１２，４２ 吸着用ファン、１３，４３ 脱着用ファン、１４，４４ ヒータまたは凝縮器、１５，４５ 冷却器、１６ 吸着空気路、１７ 脱着空気路、１８ ロータ駆動手段、１９ 仕切壁、１９Ａ 固定仕切壁、１９Ｂ 可動仕切壁、２１ 被除湿空気、２２ 除湿した空気、２３ 室外空気、２４ 加熱空気、２５ 加湿された空気、３１ バルク空気層、３２ 境界層、３３ 吸着剤層、３４ 吸着剤細孔、３５ バルク空気層−境界層間、３６ 境界層−吸着剤細孔間、３７ 吸着剤層厚さ、５１ 仕切壁駆動手段、１００ 熱源側ユニット、１０１ 圧縮機、１０２ 油分離器、１０３ 四方弁、１０４ 熱源側熱交換機、１０５ 熱源側ファン、１０６ アキュムレータ、１０７ 熱源側絞り装置、１０８ 冷媒間熱交換器、１０９ バイパス絞り装置、１１０ 熱源側制御装置、２００ 負荷側ユニット、２０１ 負荷側熱交換器、２０２ 負荷側絞り装置、２０３ 負荷側ファン、２０４ 除加湿装置、２０５ 負荷側制御装置、３００ ガス配管、４００ 液配管。

Claims (9)

1. 吸着空気路と脱着空気路とを跨いで設けられ、軸を中心に周方向に回転自在に設置された円筒であって、該円筒内に水分吸脱着手段が設けられ、前記吸着空気路上に位置する吸着部において前記吸着空気路を通過する空気中の水分を吸着し、前記脱着空気路上に位置する脱着部において前記脱着空気路を通過する空気に、前記吸着部において吸着した水分を脱着する除湿ロータと、該除湿ロータを周方向に回転させるロータ駆動手段とを備える除加湿装置であって、
   前記除湿ロータにおける吸着部と脱着部との面積比を、略、所定量の水分を吸着する時間に係る吸着時定数の１／２乗と、前記所定量の水分を脱着する時間に係る脱着時定数の１／２乗との比とすることを特徴とする除加湿装置。
2. 前記ロータ駆動手段は、前記吸着時定数と前記脱着時定数との合計時間の０．４〜０．８倍の時間で、前記除湿ロータを一回転させることを特徴とする請求項１記載の除加湿装置。
3. 前記吸着空気路を通過させる前記空気の温度、湿度および／または前記空気の量に基づいて決定した前記吸着時定数と、前記脱着空気路を通過させる前記空気の温度、湿度および／または前記空気の量に基づいて決定した脱着時定数とに基づいて、前記吸着部と前記脱着部との面積比を変更するための面積比調整手段をさらに有することを特徴とする請求項１又は２記載の除加湿装置。
4. 前記吸着時定数と前記脱着時定数に基づいて、前記吸着空気路を通過させる前記空気の量を調整するための被除湿空気風量調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の除加湿装置。
5. 前記吸着時定数と前記脱着時定数に基づいて、前記吸着空気路を通過させる前記空気の温度および／または湿度を調整するための被除湿空気温度調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の除加湿装置。
6. 前記吸着時定数と前記脱着時定数に基づいて、前記脱着空気路を通過させる前記空気の量を調整するための脱着空気風量調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の除加湿装置。
7. 前記吸着時定数と前記脱着時定数に基づいて、前記脱着空気路を通過させる前記空気の温度および／または湿度を調整するための脱着空気温度調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の除加湿装置。
8. 前記吸着空気路を通過させる前記空気の温度、湿度および／または前記空気の量に基づいて演算により決定した前記吸着時定数と、前記脱着空気路を通過させる前記空気の温度、湿度および／または前記空気の量に基づいて演算により決定した脱着時定数とを用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の除加湿装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の除加湿装置と、
   冷媒を圧縮する圧縮機と、
   熱交換により前記冷媒を凝縮する凝縮器と、
   凝縮された冷媒を減圧させるための絞り装置と、
   減圧した前記冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成することを特徴とする冷凍サイクル装置。

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