JP5258619B2

JP5258619B2 - 空気調和装置

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Publication number: JP5258619B2
Application number: JP2009041840A
Authority: JP
Inventors: 啓三福原; 猛杉本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: JP2010196965A

Description

本発明は、高性能な除湿機能を有する空気調和装置に関するものである。

従来から、除湿機能を有する空気調和装置が存在している。そのような空気調和装置として、圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器で構成した冷媒サイクルを備えるとともに、吸着特性の異なる吸着剤を用いた２つのハニカムローター（第１の水分吸着手段、第２の水分吸着手段）を空気の流れに対して直列に配置するようにしたものが存在する（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００８−２２４０７４号公報（段落［００４２］〜［００４７］、第４図）

上記のような空気調和装置では、２つの水分吸着手段の回転数が同一に設定されていた。双方の水分吸着手段で最大限の能力を発揮させるためには、２つの水分吸着手段それぞれの回転数を考慮する必要があり、この点で改善の余地があった。また、上記のような空気調和装置では、第１の水分吸着手段で水分とともに吸着された空気が、水分吸着の際に発生する吸着熱により温度上昇し、相対湿度が低下する。空気の相対湿度が低くなると、吸着剤による除湿量が低下することになる。第２の水分吸着手段で十分に除湿するためには、第１の水分吸着手段から供給される空気の相対湿度を考慮する必要があり、この点でも改善の余地があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１水分吸着手段及び第２水分吸着手段のそれぞれが高い能力を発揮し、除湿能力を向上可能にした空気調和装置を提供することを第１の目的としている。また、第１の目的に加えて、第１水分吸着手段で水分とともに吸着された空気の相対湿度を上昇させ、第２水分吸着手段でも十分な吸着性能を発揮できるようにした空気調和装置を提供することを第２の目的としている。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置及び冷却器が直列に接続される冷凍サイクルと、前記冷却器が風上側に配置された水分吸着風路と、前記凝縮器が風上側に配置された水分脱着風路と、吸着剤が担持され、前記水分吸着風路と前記水分脱着風路とに跨るように回転自在に配置されており、回転することで前記水分吸着風路に位置する領域と前記水分脱着風路に位置する領域とが変更する２つの水分吸着手段と、を有し、前記２つの水分吸着手段が、空気の流れ方向に直列に配置された第１水分吸着手段と第２水分吸着手段とで構成され、前記第１水分吸着手段及び前記第２水分吸着手段は、それぞれの周辺空気に応じて回転速度及び回転方向が決定され、前記第１水分吸着手段の回転と前記第２水分吸着手段の回転とが、それぞれ個別に実行されることを特徴とする。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置及び冷却器が直列に接続される冷凍サイクルと、前記冷却器が風上側に配置された水分吸着風路と、前記水分吸着風路に取り込んだ空気を前記冷却器側に戻らないようにする吸着側風路仕切と、前記凝縮器が風上側に配置された水分脱着風路と、前記水分脱着風路に取り込んだ空気を前記凝縮器側に戻らないようにする脱着側風路仕切と、吸着剤が担持され、前記水分吸着風路と前記水分脱着風路とに跨るように回転自在に配置されており、回転することで前記水分吸着風路に位置する領域と前記水分脱着風路に位置する領域とが変更する２つの水分吸着手段と、金属材料で構成され、前記２つの水分吸着手段の間の連通路を形成する連通管と、を有し、前記吸着側風路仕切が前記水分吸着風路における前記連通管の風下側端部に、前記脱着側風路仕切が前記水分脱着風路における前記連通管の風下側端部に、それぞれ設けられており、前記水分吸着風路における前記連通路を流れる空気と前記冷却器出口の空気とで熱交換させ、前記水分脱着風路における前記連通路を流れる空気と前記凝縮器出口の空気とで熱交換させることを特徴とする。

本発明に係る空気調和装置によれば、第１水分吸着手段及び第２水分吸着手段の回転を個別に実行できるので、第１水分吸着手段及び第２水分吸着手段のそれぞれが高い能力を発揮し、除湿能力を向上することができる。

本発明に係る空気調和装置によれば、第１水分吸着手段で水分とともに吸着された空気の相対湿度を上昇させ、第２水分吸着手段でも十分な吸着性能を発揮できるようになる。

実施の形態１に係る空気調和装置の構成を模式的に示す概略構成図である。第１ローター及び第２ローターを模式的に示す斜視図である。第１ローター及び第２ローターに担持する吸着剤の等温吸着線の一例を示すグラフである。第１ローター及び第２ローターに担持する吸着剤の特性例を示すグラフである。第１ローター及び第２ローターでの水分の吸脱着を説明するための説明図である。ローターの回転（方向／速度）により発生する効果を説明するための説明図である。ローターの周囲環境（温度／相対湿度）に対するローターの回転ＭＡＰを示すグラフである。メソポーラス無機材料での吸着速度を説明するためのグラフである。第１ローターの回転速度と第２ローターの回転速度とを変化させた場合の水分吸着量を示すグラフである。実施の形態２に係る空気調和装置の構成を模式的に示す概略構成図である。吸着側風路仕切に第１断熱材を、脱着側風路仕切に第２断熱材を、それぞれ設けた状態を模式的に示す概略構成図である。連通管にフィンを取り付けた状態を模式的に示す概略構成図である。

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に係る空気調和装置１００の構成を模式的に示す概略構成図である。図１に基づいて、空気調和装置１００の構成について説明する。この空気調和装置１００は、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用して、冷房運転又は暖房運転を実行できるものである。併せて、空気調和装置１００は、除湿運転を実行できるようになっている。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

図１に示すように、空気調和装置１００は、圧縮機１、凝縮器２、絞り装置３及び冷却器４が直列に配管接続された冷凍サイクルと、２つの水分吸着手段（第１ローター７、第２ローター８）と、を有している。また、本体５０内には、吸脱着風路仕切９によって２つの風路（吸着風路２０、脱着風路２１）が形成されている。凝縮器２が脱着風路２１の風上側に、冷却器４が吸着風路２０の風上側に、第１ローター７及び第２ローター８が２つの風路に跨るように、それぞれ配置されている。なお、吸着風路２０には、冷却器４を通過した空気が２つの水分吸着手段にバイパスしてしまうのを防ぐ吸着側風路仕切１０が設けられている。また、脱着風路２１には、凝縮器２を通過した空気が２つの水分吸着手段にバイパスしてしまうのを防ぐ脱着側風路仕切１１が設けられている。

本体５０には、室内空気を吸着風路２０に取り入れる第１取込口２０ａ、及び、吸着風路２０を流れてきた空気を室内に供給する第１吹出口２０ｂが形成されている。また、本体５０には、室内空気又は室外空気を脱着風路２１に取り入れる第２取込口２１ａ、及び、脱着風路２１を流れてきた空気を室外に排出する第２吹出口２１ｂが形成されている。そして、第１取込口２０ａの近傍に冷却器４が、第１吹出口２０ｂの近傍に第１送風手段５が、第２取込口２１ａの近傍に凝縮器２が、第２吹出口２１ｂの近傍に第２送風手段６が、それぞれ配置されている。

圧縮機１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機などで構成するとよい。凝縮器２は、第２送風手段６により脱着風路２１に取り込まれる空気と冷媒との間で熱交換を行ない、その冷媒を凝縮液化するものである。絞り装置３は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この絞り装置３は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁などで構成するとよい。冷却器４は、第１送風手段５により吸着風路２０に取り込まれる空気と冷媒との間で熱交換を行ない、その冷媒を蒸発ガス化するものである。

第１送風手段５は、ファン等の送風機で構成され、吸着風路２０に室内空気を取り込み、その室内空気を冷却器４、第１ローター７、第２ローター８の順で通過させ、再度室内に供給するものである。第２送風手段６は、ファン等の送風機で構成され、脱着風路２１に室内空気又は室外空気を取り込み、その空気を凝縮器２、第２ローター８、第１ローター７の順で通過させ、室外に排出するものである。第１ローター７及び第２ローター８は、吸着剤が担持されており、吸着風路２０を流れる室内空気から水分を吸着し、脱着風路２１を流れる室内空気又は室外空気で吸着した水分を脱着する機能を有している。第１ローター７及び第２ローター８としては、たとえば軸方向に通気性を有するハニカム構造のデシカントロータが好ましい。

吸脱着風路仕切９は、吸着風路２０と脱着風路２１とを遮断する、つまり本体５０内に吸着風路２０と脱着風路２１とを形成するものである。ただし、第１ローター７及び第２ローター８が吸着風路２０と脱着風路２１とに跨るように設けられているので、吸着風路２０と脱着風路２１とは、第１ローター７及び第２ローター８を介して関連するようになっている。吸着側風路仕切１０は、第１取込口２０ａから取り込んだ空気が第１ローター７及び第２ローター８をバイパスして第１吹出口２０ｂから室内へ供給されるのを防止するものである。脱着側風路仕切１１は、第２取込口２１ａから取り込んだ空気が第１ローター７及び第２ローター８をバイパスして第２吹出口２１ｂから室外へ排出されるのを防止するものである。

空気調和装置１００の動作について説明する。
第１送風手段５が駆動することにより室内空気が第１取込口２０ａから吸着風路２０内に取り込まれる。この空気は、冷却器４で冷却・除湿されて相対湿度の高い空気となり、第１ローター７に導かれる。この相対湿度の高い空気中に含まれている水分は、第１ローター７の吸着面で毛管凝縮作用により吸着された後、第２ローター８で同様に吸着される。吸着風路２０に取り込まれた空気は、第１ローター７及び第２ローター８で水分吸着されることで、水分量の少ない空気として第１吹出口２０ｂから室内に供給される。このようにして、空気調和装置１００では、室内の除湿運転を実行している。

一方、第２送風手段６が駆動することにより室内空気又は室外空気が第２取込口２１ａから脱着風路２１内に取り込まれる。この空気は、凝縮器２で加熱されて相対湿度の低い空気となり、第２ローター８に導かれる。この相対湿度の低い空気によって、第２ローター８に吸着している水分が脱着された後、第１ローター７で同様に脱着される。つまり、脱着風路２１に取り込んだ空気は、第１ローター７及び第２ローター８を乾燥させるために利用される。この空気は、脱着した水分を含んだ状態で第２吹出口２１ｂから室外に吹き出される。

このように、空気調和装置１００では、第１ローター７及び第２ローター８を軸周りに回転させることで、吸着風路２０で水分を吸着しながら、脱着風路２１で水分を放出して室内の除湿を連続的に行なうことができる。第１ローター７及び第２ローター８は、吸着風路２０と脱着風路２１とに跨るように回転自在に配置されており、回転することで吸着風路２０を流れる空気が導入される領域（たとえば、図５で示すエリア７ａ等）と脱着風路２１を流れる空気が導入される領域（たとえば、図５で示すエリア７ｃ等）とが変更するようになっている。

図２は、第１ローター７及び第２ローター８を模式的に示す斜視図である。図３は、第１ローター７及び第２ローター８に担持する吸着剤の等温吸着線の一例を示すグラフである。図４は、第１ローター７及び第２ローター８に担持する吸着剤の特性例を示すグラフである。図２〜図４に基づいて第１ローター７及び第２ローター８の構成及び機能について詳細に説明する。図３では、横軸が相対湿度を、縦軸が平衡吸着量を、それぞれ表している。また、図４では、横軸が時間を、縦軸が水分吸着量を、それぞれ表している。なお、ここでは、第１ローター７及び第２ローター８が、軸方向に通気性を有するハニカム構造のデシカントロータである場合を例に示している。

第１ローター７及び第２ローター８は、中心部に挿通される軸５１で同方向に回転自在に軸支され、吸着風路２０と脱着風路２１とに跨るように設置されている。したがって、第１ローター７及び第２ローター８は、回転することによって、吸着風路２０側の面を吸着面とし、脱着風路２１側の面を脱着面として機能させることが可能になる。すなわち、第１ローター７及び第２ローター８は、吸着風路２０を流れる空気から水分を吸着面で吸着し、回転することによって吸着面を脱着風路２１側に変更させて脱着面とし、脱着風路２１を流れる空気で水分を脱着するようになっている。

第１ローター７及び第２ローター８には、たとえばゼオライトやシリカゲル、メソポーラス無機材料、活性炭からなる多孔質基材等の吸着剤をセラミック基材等に添着したもの、あるいは、紙に抄き込んだものを使用するとよい。第１ローター７及び第２ローター８に担持される吸着剤は、相対湿度により保持水分量が決まっている。そのため、第１ローター７及び第２ローター８では、曝される空気相対湿度に応じて水分の吸脱着が行なわれることになる。図３に示すような吸着剤を利用した場合、相対湿度ａの環境ではｗａ（ｋｇ／ｋｇ）の水分が保持できるが、相対湿度ｂの環境ではｗｂ（ｋｇ／ｋｇ）の水分を保持できる。したがって、周囲環境の相対湿度がａからｂに変化すると、平衡状態では（Ｗｂ−Ｗａ）分だけローターが水分を吸着して周囲が除湿されたことになる。

図３に示したような吸着剤としては、メソポーラス無機材料がある。このメソポーラス無機材料は、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。他の吸着剤としては、シリカゲルやゼオライトがある。シリカゲルは、高湿度範囲において吸着量が多くなるという特徴がある。ゼオライトは、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という特徴がある。

図４には、高湿度の空気を吸着剤に暴露した場合の吸着量（累計）が示してある。この図４に示すように、吸着剤により水分吸着可能な最大容量が決まっている。脱着に関しても同様の傾向がある。そこで、空気調和装置１００では、最大限の除湿能力が得られるように第１ローター７及び第２ローター８の回転速度を個別に決定することにしている。吸着剤に導かれる空気の相対湿度が高い場合ほど吸着剤の吸着容量に早く到達することから回転速度を早くする。一方、吸着剤に導かれる空気の相対湿度が低い場合では回転速度を遅くする。

空気調和装置１００では、第１ローター７に担持されている吸着剤へは相対湿度の高い空気が導かれるため回転速度を早く、第２ローター８に担持されている吸着剤へは相対湿度の低い空気が導かれるため回転速度を遅くする。このように、空気調和装置１００では、第１ローター７の回転速度と、第２ローター８の回転速度と、を個別に決定し、制御するようにしている。したがって、空気調和装置１００では、２つの水分吸着手段を同一速度で回転させるものに比べて、２つの水分吸着手段のそれぞれを個別の回転速度で制御することにより、高い除湿能力を得ることができることになる。

図５は、第１ローター７及び第２ローター８での水分の吸脱着を説明するための説明図である。図６は、ローターの回転（方向／速度）により発生する効果を説明するための説明図である。図７は、ローターの周囲環境（周辺空気の温度／相対湿度）に対するローターの回転ＭＡＰを示すグラフである。図８は、メソポーラス無機材料での吸着速度を説明するためのグラフである。図９は、第１ローター７の回転速度と第２ローター８の回転速度とを変化させた場合の水分吸着量を示すグラフである。図２及び図５〜図９に基づいて、第１ローター７及び第２ローター８の個別回転制御について、第１ローター７及び第２ローター８の周囲環境に基づいて説明する。なお、図７では、横軸が相対湿度を、縦軸が温度を、それぞれ表している。また、図８及び図９では、横軸が時間（分）を、縦軸が水分吸着量（ｇ／ｇ）を、それぞれ表している。

図２では、第１ローター７及び第２ローター８を軸５１で同方向に回転させている状態を、図５では、第１ローター７及び第２ローター８を軸５１で逆方向に回転させている状態を、それぞれ示している。上述したように、第１ローター７と第２ローター８とは個別に回転制御されるようになっている。つまり、第１ローター７と第２ローター８とを同方向（図２中の矢印で示す時計方向）に回転させることもでき、第１ローター７を半時計方向（図５中に示す矢印Ａ）に、第２ローター８を時計方向（図５中に示す矢印Ｂ）に、それぞれを回転させることもできる。

第１ローター７においては、脱着完了直後の吸着面における部位（エリア７ａ）に比較して、吸着完了間近の吸着面における部位（エリア７ｂ）の方が水分量が多い。同様に、第２ローター８においては、脱着完了直後の吸着面における部位（エリア８ａ）に比較して、吸着完了間近の吸着面における部位（エリア８ｂ）の方が水分量が多い。また、第１ローター７の脱着完了間近の吸着面における部位（エリア７ｃ）に比較して、第２ローター８の吸着完了直後の吸着面における部位（エリア８ｃ）の方が水分量が多い。さらに、エリア７ｂ周辺を通過した空気は、ほぼ水平にエリア８ａ周辺に到達し（矢印Ｃ）、エリア７ａ周辺を通過した空気は、ほぼ水平にエリア８ｂ周辺に到達する（矢印Ｄ）、エリア８ｃ周辺を通過した空気は、ほぼ水平にエリア７ｃ周辺に到達する（矢印Ｅ）。

エリア７ｂでは水分量が多く、場合によってはこれ以上の水分が十分に吸着されないことがある。一方、エリア７ａでは水分量が少なく、これ以上の水分が十分に吸着可能である。したがって、エリア７ｂを通過した空気は、エリア７ａを通過した空気より含有している水分量が多い場合がある。同様に、エリア８ｂでは水分量が多く、場合によってはこれ以上の水分が十分に吸着されないことがある。一方、エリア８ａでは水分量が少なく、これ以上の水分が十分に吸着可能である。

すなわち、空気調和装置１００での全体（第１ローター７及び第２ローター８の双方）の吸着量を多くするには、第２ローター８でより多くの水分を吸着できるようにすることが望ましい。そこで、空気調和装置１００では、第１ローター７の回転方向と、第２ローター８の回転方向と、を逆に回転させることができるようになっている。このようにすることで、第１ローター７を通過した空気に含まれている水分を、第２ローター８で効率的に吸着することができ、空気調和装置１００全体の吸着容量を確保可能にし、高い除湿能力を得られるようにしている。

図８には、メソポーラス無機材料を吸着剤として用いた場合の吸着速度を示している。図８（ａ）から、周囲環境が温度２５℃、相対湿度８０％の場合、１．５分程度の時間で水分吸着量が０．２程度になることがわかる。また、図８（ｂ）から、周囲環境が温度２５℃、相対湿度４０％の場合、水分吸着量が０．２程度になるには、３分程度の時間を要することがわかる。そこで、図９に示すように、空気調和装置１００では、周囲環境による吸着速度の違いを利用して、第１ローター７の回転速度を早く、第２ローター８の回転速度を遅くするように個別に決定できる。たとえば、ロータの吸着側と脱着側の面積を１８０度づつとして、第１ローター７は１．５分で１８０度、つまり回転速度は２０回転／ｈ、第２ローター７は３分で１８０度、つまり回転速度は１０回転／ｈとするとよい。

周囲環境による吸着速度の違いを利用したローターの回転制御の一例について、更に詳しく説明する。
［同方向回転パターン］
周囲の相対湿度が高い場合、空気中の水分量が多く、ローターが飽和吸着量に早く到達するため、早めの脱着が効果的であり、高速回転がよい。また、相対湿度が高いと第１ローター７及び第２ローター８に吸着されている水分量が多く、脱着時に第２ローター８を通過した空気は相対湿度が高い。第１ローター７と第２ローター８を逆回転とすると、第２ローター８で脱着して相対湿度が高く水分量が多い空気が、第１ローター７で脱着完了間際の水分量の少ない部分に到達し、第１ローター７では十分脱着できない可能性がある。脱着性能の低下はローターの吸着容量を低下させることにより吸着性能を悪化させることになる。以上により、同方向回転がよい。

周囲の温度が高い場合は、吸脱着域での温度差が大きく、吸着から脱着に移行したローターを脱着性能を向上するため加熱して相対湿度を低下させるのにある程度の時間を要する。そのため低速回転がよい。また、周囲温度が高い場合は、周囲温度が低い場合に比較して同一相対湿度でも空気中の水分量は多く（同じ相対湿度８０％でも温度１０℃に対し温度２５℃では水分量は２．６倍程度）、脱着性能から同方向回転が比較的よい。

［逆方向回転パターン］
周囲の相対湿度が低い場合、空気中の水分量は少なく、ローターが飽和吸着量に到達するのにある程度の時間が必要であり、比較的にゆっくりと回転させることでも性能を確保できる。そのため低速回転でよい。また、相対湿度が低いと第１ローター７及び第２ローター８に吸着されている水分量が少なく脱着時に第２ローター８を通過した空気もそれほど相対湿度が高くない。第１ローター７と第２ローター８を逆回転とすることでも脱着は十分に可能である。

また、周囲の温度が低い場合は、吸脱着域での温度差が小さく、吸着から脱着に移行したロータを脱着性能を向上するため加熱して相対湿度を低下させるのにそれほどの時間は必要としない。そのため高速回転がよい。さらに、周囲温度が低い場合は、周囲温度が高い場合に比較して同一相対湿度でも空気中の水分量は少なく（同じ相対湿度８０％でも温度２５℃に対し温度１０℃では水分量は３８％程度）逆方向回転でも十分に脱着が可能である。

以上のことから、高湿度においては、逆方向回転パターンとすると、エリア８ｃを通過した水分をある程度含んだ空気では、水分の少ないエリア７ｃで効率的に脱着することができない。そこで、高湿度においては、同方向回転パターンにすることによって、エリア７ｃは脱着開始時で水分が非常に多くエリア８ｃを通過したある程度水分を含んだ空気でも効率的に脱着することができる。一方、低湿度においては、逆方向回転パターンにすることによって、エリア８ｃでは水分が少なく、それほど多くの水分の脱着が行なわれない。したがって、水分をそれほど含まない空気での脱着のため、水分の少ないエリア７ｃでも脱着できることになる。また、吸着では、逆回転が好ましい。そのため、トータルで第１ローター７と第２ローター８とを逆回転とすることが望ましい。

空気調和装置１００のような冷凍サイクルと組合せのシステムは、周囲温度が高いと冷却能力／凝縮能力が増加して吸着側はより低温に、脱着側はより高温となり、吸脱着域での温度差が大きくなり、逆に、周囲温度が低いと冷却能力／凝縮能力が低下して吸脱着域での温度差が小さくなるという特性を有している。また、第２ローター８を低速で回転させるようにすれば、回転に伴う電力消費量を低減することにもなる。なお、季節や時間帯等により第１ローター７及び第２ローター８の周囲の温度・相対湿度が異なるので、その温湿度に応じて第１ローター７の回転と第２ローター８の回転とを個別に制御するとよい。

また、実施の形態１では、第１ローター７に担持する吸着剤と、第２ローター８に担持する吸着剤と、が同一である場合を想定して説明しているが、これに限定するものではなく、特性の異なる吸着剤を組み合わせるようにしてもよい。このようにすれば、さらに吸着効果を向上させることができ、除湿能力の向上に寄与できる。たとえば、第１ローター７に高湿度で水分の吸脱着をしやすい性質を有する吸着剤を担持し、第２ローター８に第１ローター７に担持した吸着剤よりも低湿度で水分の吸脱着をしやすい性質を有する吸着剤を担持するとよい。こうすることで、段階的に湿度を低下させることができ、さらに除湿効果を向上できる。

なお、空気調和装置１００は、軸５１を介して第１ローター７及び第２ローター８を回転駆動させる図示省略の回転駆動手段（制御装置）を有している。また、第１ローター７及び第２ローター８の周囲環境は、温度センサーや湿度センサーを設けて検知すればよい。これらのセンサーで検知された情報は、データとして回転駆動手段に送られ、第１ローター７及び第２ローター８の個別回転制御に利用される。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置１００ａの構成を模式的に示す概略構成図である。図１０に基づいて、空気調和装置１００ａの構成について説明する。この空気調和装置１００ａは、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用して、冷房運転又は暖房運転を実行できるものである。併せて、空気調和装置１００ａは、除湿運転を実行できるようになっている。なお、この実施の形態２では、実施の形態１と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。

空気調和装置１００ａの基本的な構成は、実施の形態１に係る空気調和装置１００と同様である。空気調和装置１００ａでは、第１ローター７と第２ローター８との間に更なる工夫を施している。すなわち、空気調和装置１００ａでは、吸着側風路仕切１０及び脱着側風路仕切１１を設けるだけでなく、第１ローター７と第２ローター８との間に連通路５２を形成するための連通管３０を設けている。この連通管３０は、吸着風路２０及び脱着風路２１と、連通路５２と、の間での伝熱性能を確保するために、金属材料で構成されている。金属材料としては、たとえば鉄鋼や熱伝導率の高い銅やアルミニウムで構成するとよい。

なお、説明の便宜上、吸着風路２０側の連通管３０を第１連通管３０ａと、脱着風路２１側の連通管３０を第２連通管３０ｂと、称するものとする。また、吸着風路２０内において、冷却器４から第１ローター７に至るまでをエリア４０、連通路５２内をエリア４１、第２ローター８から第１吹出口２０ｂに至るまでをエリア４２と称するものとする。さらに、脱着風路２１内において、凝縮器２から第２ローター８に至るまでをエリア４３、連通路５２内をエリア４４、第１ローター７から第２吹出口２１ｂに至るまでをエリア４５と称するものとする。そして、エリア４０の吸着側風路仕切１０近傍をエリア４０ａ、エリア４３の脱着側風路仕切１１近傍をエリア４３ａと称するものとする。

空気調和装置１００ａでは、エリア４０ａとエリア４１との間で熱交換させるために、吸着側風路仕切１０が第１連通管３０ａの風下側端部に設けられている。この位置に吸着側風路仕切１０を設けることにより、吸着風路２０に取り込んだ空気をエリア４１とエリア４０ａとに導くことができる。同様に、エリア４３ａとエリア４４との間で熱交換させるために、脱着側風路仕切１１が第２連通管３０ｂの風下側端部に設けられている。この位置に脱着側風路仕切１１を設けることにより、脱着風路２１に取り込んだ空気をエリア４４とエリア４３ａとに導くことができる。

空気調和装置１００ａの動作について説明する。
第１送風手段５が駆動することにより室内空気が第１取込口２０ａから吸着風路２０内に取り込まれる。この空気は、冷却器４で冷却・除湿されて相対湿度の高い空気となり、エリア４０に流入する。この空気は、第１ローター７に導かれ、第１ローター７で水分が吸着されて低湿となる一方で吸着熱により温度上昇してからエリア４１に流入する。エリア４１に流入した空気は、エリア４０ａの低温度の空気と熱交換する。つまり、金属材料で構成されている第１連通管３０ａを介してエリア４１を低温環境（エリア４０ａ）に曝すのである。こうすることによって、エリア４１の空気の温度を低下させ、相対湿度を上昇させることができる。

この空気は、第２ローター８に導かれ、第２ローター８でも同様に水分が吸着される。第２ローター８では、相対湿度が上昇した空気が導かれるので、水分の吸着性能を向上できることになる。それから、この空気は、水分量の少ない空気としてエリア４２を介して第１吹出口２０ｂから室内に供給される。このようにして、空気調和装置１００ａでは、室内の除湿運転を実行している。

一方、第２送風手段６が駆動することにより室内空気又は室外空気が第２取込口２１ａから脱着風路２１内に取り込まれる。この空気は、凝縮器２で加熱されて相対湿度の低い空気となり、エリア４３に流入する。この空気は、第２ローター８に導かれ、第２ローター８で水分が脱着されて高湿となる一方で脱着熱により温度低下してからエリア４４に流入する。エリア４４に流入した空気は、エリア４３ａの高温度の空気と熱交換する。つまり、金属材料で構成されている第２連通管３０ｂを介してエリア４４を高温環境（エリア４３ａ）に曝すのである。こうすることによって、エリア４４の空気の温度を上昇させ、相対湿度を低下させることができる。

この空気は、第１ローター７に導かれ、第１ローター７でも同様に水分が脱着される。第１ローター７では、相対湿度が低下した空気が導かれるので、水分の脱着性能を向上できることになる。それから、この空気は、水分を多く含んだ空気としてエリア４５を介して第２吹出口２１ｂから室外に吹き出される。このようにして、空気調和装置１００ａでは、室内の除湿運転を実行している。このように、空気調和装置１００ａでは、吸着風路２０で水分を吸着しながら、脱着風路２１で水分を放出して室内の除湿を連続的に行なうことができる。

図１１は、吸着側風路仕切１０に第１断熱材１０ａを、脱着側風路仕切１１に第２断熱材１１ａを、それぞれ設けた状態を模式的に示す概略構成図である。図１１に基づいて、エリア４１とエリア４０ａとでの熱交換、及び、エリア４４とエリア４３ａとでの熱交換の効率を向上させるための工夫について説明する。図１１に示すように、空気調和装置１００ａでは、第１断熱材１０ａ及び第２断熱材１１ａを設け、エリア４０ａとエリア４２との間での熱交換、及び、エリア４３ａとエリア４５との間での熱交換を、抑制することで、エリア４０ａとエリア４１との間での熱交換、及び、エリア４３ａとエリア４４との間での熱交換の効率を向上させるようになっている。断熱材としては、たとえばポリエチレン・ポリウレタンなどのフォーム材に接着剤を貼り付けたものを使用するとよい。

図１１に示すように、第１断熱材１０ａは、吸着側風路仕切１０の風上側に設けられている。この第１断熱材１０ａは、吸着側風路仕切１０に貼り付けてもよく、吸着側風路仕切１０と所定の間隙をもって設けるようにしてもよい。また、第１断熱材１０ａを吸着側風路仕切１０の風下側に設けるようにしてもよい。同様に、第２断熱材１１ａも、脱着側風路仕切１１の風上側に設けられている。この第２断熱材１１ａは、脱着側風路仕切１１に貼り付けてもよく、脱着側風路仕切１１と所定の間隙をもって設けるようにしてもよい。また、第２断熱材１１ａを脱着側風路仕切１１の風下側に設けるようにしてもよい。なお、第１断熱材１０ａ及び第２断熱材１１ａの構成材料、大きさ、形状、及び、厚さを特に限定するものではない。

図１２は、連通管３０にフィン３５を取り付けた状態を模式的に示す概略構成図である。図１２に基づいて、エリア４１とエリア４０ａとでの熱交換、及び、エリア４４とエリア４３ａとでの熱交換の効率を向上させるための工夫について説明する。図１２に示すように、空気調和装置１００ａでは、連通管３０の内周面にフィンを設け、エリア４０ａとエリア４１との間での熱交換、及び、エリア４３ａとエリア４４との間での熱交換の効率を向上させるようになっている。なお、図１２には、図１１で示した第１断熱材１０ａ及び第２断熱材１１ａが併せて図示している。

図１２に示すように、フィン３５は、連通管３０の内周面に設けられている。このように、エリア４０ａとエリア４１との間、及び、エリア４３ａとエリア４４との間にフィン３５を介在させることによって伝熱面積を増加させ、エリア４１とエリア４０ａとでの熱交換、及び、エリア４４とエリア４３ａとでの熱交換の効率が向上することになる。なお、フィン３５を連通管３０の外周面側に設けるようにしてもよい。また、第１断熱材１０ａ及び第２断熱材１１ａを設けている場合に限定するものではない。

以上のように、空気調和装置１００ａでは、エリア４１とエリア４０ａとでの熱交換、及び、エリア４４とエリア４３ａとでの熱交換の効率を向上させることによって、空気調和装置１００ａ全体の吸着容量を確保可能にし、高い除湿能力を得られるようにしている。また、実施の形態１の特徴事項と組み合わせるようにしてもよい。このようにすれば、空気調和装置全体の除湿性能を更に大きく向上させることができる。

なお、実施の形態１及び実施の形態２では、室内空気に含まれている水分を吸脱着することを例に説明したが、これに限定するものではなく、室外空気に含まれている水分を吸脱着するようにしてもよい。この場合、脱着した水分を室内空気に含ませてから、室内に供給すれば、加湿運転を実行することも可能になる。

１圧縮機、２凝縮器、３絞り装置、４冷却器、５第１送風手段、６第２送風手段、７第１ローター（第１水分吸着手段）、７ａエリア、７ｂエリア、７ｃエリア、８第２ローター（第２水分吸着手段）、８ａエリア、８ｂエリア、８ｃエリア、９吸脱着風路仕切、１０吸着側風路仕切、１０ａ第１断熱材、１１脱着側風路仕切、１１ａ第２断熱材、２０吸着風路（水分吸着風路）、２０ａ第１取込口、２０ｂ第１吹出口、２１脱着風路（水分脱着風路）、２１ａ第２取込口、２１ｂ第２吹出口、３０連通管、３０ａ第１連通管、３０ｂ第２連通管、３５フィン、４０エリア、４０ａエリア、４１エリア、４２エリア、４３エリア、４３ａエリア、４４エリア、４５エリア、５０本体、５１軸、５２連通路、１００空気調和装置、１００ａ空気調和装置。

Claims

圧縮機、凝縮器、絞り装置及び冷却器が直列に接続される冷凍サイクルと、
前記冷却器が風上側に配置された水分吸着風路と、
前記凝縮器が風上側に配置された水分脱着風路と、
吸着剤が担持され、前記水分吸着風路と前記水分脱着風路とに跨るように回転自在に配置されており、回転することで前記水分吸着風路に位置する領域と前記水分脱着風路に位置する領域とが変更する２つの水分吸着手段と、を有し、
前記２つの水分吸着手段が、空気の流れ方向に直列に配置された第１水分吸着手段と第２水分吸着手段とで構成され、
前記第１水分吸着手段及び前記第２水分吸着手段は、
それぞれの周辺空気に応じて回転速度及び回転方向が決定され、
前記第１水分吸着手段の回転と前記第２水分吸着手段の回転とが、それぞれ個別に実行される
ことを特徴とする空気調和装置。
前記第１水分吸着手段が前記水分吸着風路において風上側に配置されており、
前記第１水分吸着手段及び前記第２水分吸着手段を同方向又は逆方向に回転させる
ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記第１水分吸着手段を前記第２水分吸着手段よりも高速で回転させる
ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
圧縮機、凝縮器、絞り装置及び冷却器が直列に接続される冷凍サイクルと、
前記冷却器が風上側に配置された水分吸着風路と、
前記水分吸着風路に取り込んだ空気を前記冷却器側に戻らないようにする吸着側風路仕切と、
前記凝縮器が風上側に配置された水分脱着風路と、
前記水分脱着風路に取り込んだ空気を前記凝縮器側に戻らないようにする脱着側風路仕切と、
吸着剤が担持され、前記水分吸着風路と前記水分脱着風路とに跨るように回転自在に配置されており、回転することで前記水分吸着風路に位置する領域と前記水分脱着風路に位置する領域とが変更する２つの水分吸着手段と、
金属材料で構成され、前記２つの水分吸着手段の間の連通路を形成する連通管と、を有し、
前記吸着側風路仕切が前記水分吸着風路における前記連通管の風下側端部に、前記脱着側風路仕切が前記水分脱着風路における前記連通管の風下側端部に、それぞれ設けられており、
前記水分吸着風路における前記連通路を流れる空気と前記冷却器出口の空気とで熱交換させ、前記水分脱着風路における前記連通路を流れる空気と前記凝縮器出口の空気とで熱交換させる
ことを特徴とする空気調和装置。
前記吸着側風路仕切及び前記脱着側風路仕切の近傍にそれぞれ断熱材を設けた
ことを特徴とする請求項４に記載の空気調和装置。
前記連通管にフィンを取り付けた
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の空気調和装置。
前記２つの水分吸着手段が、空気の流れに対して直列に配置された第１水分吸着手段と第２水分吸着手段とで構成されており、
前記第１水分吸着手段の回転と前記第２水分吸着手段の回転とが、それぞれ個別に実行される
ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の空気調和装置。
前記第１水分吸着手段及び前記第２水分吸着手段は、
それぞれの周辺空気に応じて回転速度及び回転方向が決定される
ことを特徴とする請求項７に記載の空気調和装置。
前記第１水分吸着手段が前記水分吸着風路において風上側に配置されており、
前記第１水分吸着手段及び前記第２水分吸着手段を同方向又は逆方向に回転させる
ことを特徴とする請求項８に記載の空気調和装置。
前記第１水分吸着手段を前記第２水分吸着手段よりも高速で回転させる
ことを特徴とする請求項９に記載の空気調和装置。
前記第１水分吸着手段及び前記第２水分吸着手段に担持される吸着剤を、活性炭、シリカゲル、ゼオライトあるいはメソポーラス無機材料、又は、それらの組み合わせで構成した
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の空気調和装置。