JPWO2008117817A1 - 熱交換器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

冷媒と空気との熱交換を行うための熱交換器４０、４０ａ、４０ｂにおいて、伝熱を行うためのフィン４５、４５ａ、４５ｂを有し、フィン４５、４５ａ、４５ｂは、毛管凝縮現象により空気中の水分を吸着する直径が１〜３．５ｎｍの細孔を有する。細孔は、その直径がフィン４５、４５ａ、４５ｂの表面上の位置によって異なるように分布させるのが好ましい。

Description

本発明は、空気中の水分を吸着するための熱交換器及びその熱交換器を有する冷凍サイクル装置に関するものである。

例えば、空気調和システム、冷凍システム等の冷凍サイクルを利用した冷凍サイクル装置では、基本的に、圧縮機、凝縮器（熱交換器）、膨張弁及び蒸発器（熱交換器）が配管接続され、非共沸混合冷媒や擬似共沸混合冷媒、単一冷媒等の冷媒を循環させる冷媒回路を構成している。そして、冷媒が、蒸発、凝縮時に、熱交換対象となる空気に対して吸熱、放熱することを利用し、管内を通過する冷媒の圧力を変化させながら空調運転、冷却運転等を行っている。

蒸発器、凝縮器として機能する熱交換器では、熱交換器内の管に冷媒を通過させて空気との熱交換を行う。ここで、蒸発器として機能する熱交換器では、低温の冷媒が管を通過して空気の熱を吸収するため、空気中の水分（水蒸気）が管表面で凝結して霜となって堆積する。霜が堆積する（着霜する）と、冷媒と空気との間に霜が介在し、また、堆積した霜が、空気が通過する隙間を狭めて空気の流れを悪くするため、冷媒と空気との熱交換がうまく行われず、運転効率が悪くなる。そこで、定期的に又は効率が悪くなったと判断すると、蒸発器に付着した霜を除くための除霜運転（デフロスト）を行っている。

除霜運転を行なうと、蒸発器に着いた霜を除去することはできるものの、その結果として、余計なエネルギを消費してしまい、空気調和装置の効率を向上させることはできなかった。また、除霜運転終了直後は、所定の温度帯域を維持しなければならない冷凍・冷蔵倉庫内の温度が上昇してしまうことになり、必要な温度帯域とするまでの負荷が増大し、消費電力が更に増加し、効率の悪いものとなってしまっていた。

一方、冷暖房を行う空気調和システム等の場合、例えば冷房の中間期（梅雨、秋の時期等）において、冷房負荷が小さくなる傾向にある。このような場合には、通常、圧縮機の運転周波数を制御して、冷媒回路を循環する冷媒の（時間当たりの）流量を少なくするようにしている。このとき、蒸発器における蒸発温度が上昇し、部屋の顕熱は除去できるものの、潜熱（空気中の水分（湿気））は除去できなくなってしまう可能性がある。室内の潜熱を除去できないと、室内の空気の相対湿度が上昇する。これは室内にいる人にとって、不快感が増大しまう原因となる。

このような問題を解決するために、空気中の水分を除去する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この除湿装置では、例えば、水分吸着材（以下、吸着材という）として、多孔性の無機酸化物であるゼオライト等を利用し、空気と冷媒との熱交換を行うフィン等に担持させている。
特開２００４−３５３８８７号公報（図１）

上述した装置においては、例えば熱膨張によりファンと吸着材との間に歪みが生じて吸着材が剥がれ落ち、空気中に含まれて飛散する可能性がある。そのため、特に食品を貯蔵する冷蔵、冷凍倉庫等に用いる場合、食品の品質管理上、吸着材が剥がれ落ちないようにする必要がある。これは居住空間の空気調和を行うための熱交換器においても同様である。このため、吸着材を用いた熱交換器を管理することは難しいし、また、熱伝導の損失もあるため、エネルギ効率も落ちてしまう。

また、熱交換器に流入等する空気中の水分を除去するデシカントロータの表面に例えばゼオライトを吸着材として利用した場合、特に脱着に必要な温度が高く、冷媒回路を流れる冷媒の温度を利用して吸着した水分を脱着し、再び利用できるようにするのは困難であった。

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、熱交換を行う水分の吸着等をさらに効率よく行うことができる熱交換器及び空気調和装置、冷凍装置等の冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換器は、冷媒と空気との熱交換を行うための熱交換器において、伝熱を行うためのフィンを有し、フィンは、毛管凝縮現象により前記空気中の水分を吸着する細孔を表面に有する。そして細孔はフィンの表面上の位置によって孔径が異なる。

なお、フィンの細孔は、１〜２０ｎｍの範囲が好ましい。そして、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ又はタンタルを含む材料をフィンの材料とする。また、フィンが有する細孔を、アノード酸化法により形成する。そして、このときフィンとなる材料にあらかじめ所定の間隔の窪みを形成しておいてから、細孔をアノード酸化法により形成してもよい。

本発明によれば、熱交換器のフィンの表面に細孔を設け、その毛管凝縮現象を利用して、フィン自体が水分吸着手段として機能するようにしたので、特別な手段、材料等を必要としなくても、対象空間の空気の水分を吸着させる熱交換器を得ることができる。例えば、吸着材を担持させたような場合の剥がれ落ちが生じる可能性がなくなり、衛生面等からも安全で管理を行いやすい。また、吸着材による空気の圧損等もないためエネルギ等の面からも効率よく熱交換を行うことができる。また、吸着材を設ける必要がない分、コンパクトにすることもできる。さらに、フィン表面の位置により細孔の孔径を異ならせるようにすることで、より環境等に適切に応じた吸脱着を行なう熱交換器を得ることができる。

実施の形態１に係る熱交換器の要部を示す構成図である。 熱交換器を構成するフィンの細孔径と相対湿度との関係を表す図である。 細孔内に水分が吸着される様子をイメージ的に示した図である。 細孔径と吸着特性を表す図である。 フィン４５の表面の細孔による水分吸着特性の例を表す図である。 フィン４５の表面を拡大した図である。 空気の流れ方向（列方向）に細孔分布を有する熱交換器を示す構成図である。 空気の流れ方向(列方向)と相対湿度との関係を示す図である。 空気の流れ方向と吸着量との関係を示す図である。 空気の流れ方向(列方向)と相対湿度との関係を示す図である。 空気の流れ方向と脱着量との関係を示す図である。 同じ径の細孔フィンの製造方法を示す図である。 異なる径の細孔フィンの製造方法を示す図である。 空気線図上の動作点を示す図である。 実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成例を示す概略構成図である。 蒸発温度とＣＯＰとの関係を示した関係図である。 実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の構成例を示す概略構成図である。 冷凍サイクル装置の加湿ユニットを立体的に示した概略構成図である。 室内ユニットの風路を切替えた状態を示す説明図である。 冷凍サイクルにおける冷媒の状態を示すＰ−ｈ線図である。 冷凍サイクル装置の動作を説明するための空気線図である。 実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の構成例を示す概略構成図である。 蒸発器が内蔵された室内ユニットの構成を示す概略構成図である。 室内ユニットの風路を切替えた状態を示す説明図である。 冷凍サイクルにおける冷媒の状態を示すＰ−ｈ線図である。 冷凍サイクル装置の動作を説明するための空気線図である。 実施の形態７に係る冷凍サイクル装置の構成例を示す概略構成図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 冷媒配管、２，２ａ，３，３ａ バイパス管、１０ 圧縮機、２０ 凝縮器、３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７ 開閉弁、３８，３９ 三方弁、４０ 熱交換器、４０ａ 細孔分布を有する熱交換器、４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆ 除加湿用熱交換器、４５ フィン、４５ａ 細孔、４５ｂ 多孔質層、４５ｃ バリア層、４５aa １列目のフィン、４５ab ２列目のフィン４５ac ３列目のフィン、４６ 伝熱管、５０，５１ 逆流防止手段、６０，６１，６２，６３，６４，８５ 絞り装置、７０ 蒸発器、８０，８０ａ，８０ｂ 制御手段、８１ 温度・湿度検知手段、９０，９１ 送風機、１００，１００ａ，１００ｂ、１００ｃ 冷凍サイクル装置、３００，３００ａ 室内ユニット、３０１ａ，３０１ｂ，３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂ，３０４ａ，３０４ｂ，３１１ａ，３１１ｂ，３１２ａ，３１２ｂ，３１３ａ，３１３ｂ，３１４ａ，３１４ｂ 風路切替手段、３０５ａ，３０５ｂ，３１５ａ，３１５ｂ 風路調整手段、４００ 冷凍倉庫内、４０１ 室内、５００ 外気、６１０ 直流電源、６２０ 電解液、６３０ 電解槽、６４０ カーボン電極、６５０ フィン。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換器４０の要部を示す構成図である。図１に基づいて、本発明の特徴部分である熱交換器４０の構成について説明する。ここでは冷凍装置、空気調和装置等に広く利用されているフィンチューブ式の熱交換器を例に示すものとする。

熱交換器４０は、主として複数の熱交換器用フィン４５（以下、フィン４５という）と複数の伝熱管４６とで構成されている。本実施の形態のフィン４５は、例えば熱伝導率のよいアルミニウム（熱伝導率は約２３０Ｗ／ｍＫ）を材料とする平面板とする。また、フィン４５は、後述するように表面に細孔を有している。このフィン４５を所定の間隔で複数積層させ、各フィン４５に設けた貫通穴を貫通するように、例えば所定の間隔で伝熱管４６が設けられている。各伝熱管４６は冷媒回路の一部となり、管内部を冷媒が流れる。伝熱管４６内部を流れる冷媒と外部を流れる空気の熱をフィン４５を介して伝えることで伝熱面積が拡がり、冷媒と空気との間の熱交換を効率よく行える。ここで、熱交換器４０における伝熱管４６の配管経路については特に限定しない。例えば、フィン４５を貫通する複数の伝熱管４６に冷媒を分岐させて流入し、合流させる流路を形成してもよい。また、熱交換器４０の端部において曲げられ、又は曲管により接続されて積層させたフィン４５を往復させて冷媒の流路を形成してもよい。また、図１では伝熱管４６がフィン４５を６箇所で貫通しているが、伝熱管４６の数はこれに限定されるものではない。

フィン４５は、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ又はタンタルを含む材料から作られ、１〜２０nmの孔径の複数の細孔を有するものである。フィン４５が有する細孔は、アノード酸化法により形成することができる。細孔形成の際、フィン４５となる材料にあらかじめ所定の間隔の窪みを形成しておいてから、細孔をアノード酸化法により形成してもよい。

図２ａはフィン４５が有する細孔の直径（以下、細孔径という）と毛管凝縮現象が発生する相対湿度との関係を表す図である。横軸は細孔径［ｎｍ（ナノメートル）］、縦軸は対象空間における空気の相対湿度［％］（現在の湿度をＰ、現在の湿度における飽和湿度をＰ０としたとき、相対湿度はＰ／Ｐ０と表せる）を表す。この図２ａは数１で表されるケルビンの式に基づいて算出したグラフである。

ここで、v1は凝縮分子体積、γは表面張力、θは毛細管に接触する際の角度、Ｒは気体定数（８．３１[Ｊ／ｍｏｌ・°Ｋ]）、Ｔは絶対温度、ｒは細孔の半径を示している。この関係は水蒸気の場合にも成立し、或る相対圧力Ｐ／Ｐ０に対して、水蒸気が毛管凝縮を生じるために必要な細孔の半径ｒを理論的に求めることができる。
図２ａに示すように、その細孔径に応じた相対湿度において毛管凝縮（細孔内の蒸気（水分）が液化する現象）が起こる。図２ａにおいて、Ａゾーンは細孔内に水分子を保持でき、一方、Ｂゾーンは細孔内に水分子を保持することができない。すなわち、Ａゾーンでは空気中の水分を吸着することができ、逆にＢゾーンの空気状態にすることによって、細孔から水分を除去することができるのである。
図２ｂは細孔内に水分が吸着される様子をイメージ的に示した図である。図２ｂに示すように細孔内に徐々に水分が吸着していく。相対湿度に応じた孔径の細孔が多く、しかも均一に形成できれば、その相対湿度近辺の所定の狭い範囲を境に平衡吸着量が急に増大（変化）することになる。

図２ａから、細孔径と吸着等温線の関係を求めることができる。図３はこの発明の実施の形態１におけるフィン４５の細孔径と含水率（吸着特性）の急激な変化（以下、立ち上がりという）を示す相対湿度との関係を示す特性図である。図３に示すように、フィン４５の細孔径を相対的に小さくすれば、立ち上がり位置の相対湿度が相対的に低くなり（図３の線（ａ））、逆に相対的に大きくすれば、立ち上がり位置の相対湿度が相対的に高くなる（図３の線（ｂ））。
例えば、細孔径ｄを２．０ｎｍ程度に設定すれば図３の線（ｃ）のように、相対湿度３０％付近で急激に立ち上がる特性を示す吸着剤となる。また、細孔径を２０ｎｍ程度に設定すれば、相対湿度が９０％付近で急激に立ち上がる特性を示す吸着剤となる。すなわち、図３を利用することによって、フィン４５の吸着特性を自在にコントロールすることが可能である。

ところで、フィン４５は除湿を目的に吸着剤を使用するため、相対湿度の上限は１００％未満である。吸着特性としては、相対湿度９０％付近において、急激な立ち上がり特性を示す図３中の線（ｂ）が空調機で用いる吸着特性の上限値であり、その細孔径は２０ｎｍ程度である。したがって、空調機（冷凍機を含む）に用いる場合はフィン４５の細孔径上限は２０ｎｍとする。

用途毎に細孔径を選択し、製造を行えば、製造量が少なくなり、吸着剤のコストアップに繋がる。また、ナノスケールの細孔は人間の目では見えないので、細孔径が異なるフィンを識別することができない。その結果、誤って最適ではない細孔径の吸着剤を製品に搭載する恐れがあり、品質の低下につながりかねない。そこで、吸着剤の細孔径を１種類に集約することがコスト面、品質面から望ましい。ただし、除湿用のフィン４５として成立するためには、大部分の用途（大部分の湿度条件）において、除湿できる細孔径に集約する必要がある。

表１に、用途毎に求められる細孔径（相対湿度）の一例を示した。表１は、対象空間における相対湿度とその相対湿度に対して要求されるフィン４５の細孔径を示したものである。なお、この表１は日本冷凍空調学会講演会「最新の湿度制御技術」論文集（Ｐ5〜6、平成17年5月25日発行）による。

例えば、青果物を保存する倉庫では、相対湿度が７０〜９５％程度が求められるため、図２ａに示す吸着特性において、相対湿度が７０〜９５％付近で急激に立ち上がる細孔径にすれば良い。すなわち、図２a（細孔径と毛管現象との関係を示す図）から、吸着剤の細孔径を６〜２０ｎｍに設計すればよい。また、空調空間（人が居住する空間）においては、相対湿度が２０〜３０％以上に保持されるべきであると一般に言われている。
以上から、特殊用途を除き、一般的な相対湿度の下限値はおおよそ２０〜３０％と考えられる。したがって、図３に示すような２０％〜５０％付近にて急激に立ち上がる吸着特性（細孔径は約１．０ｎｍ〜３．５ｎｍ）を有するフィン４５を用いれば、大部分（広い範囲）の用途を網羅することができる。同一仕様（同一細孔径）のフィン４５の使用量が増えれば、量産効果が得られフィン４５の低コスト化を図ることが可能となり、さらに製造品質も向上する。

尚、冷凍装置における冷凍サイクルの設計圧力は凝縮温度で約６５℃相当の凝縮圧力である。この制約から、凝縮器において、外気側１００ａの空気は６５℃程度までしかヒートアップさせることができないため、冷凍サイクルの凝縮器の排熱で作り出せる相対湿度の下限値は１０％程度と考えるのが現実的である（３２℃、相対湿度６０％の外気を凝縮器で６５℃、相対湿度１０％にヒートアップ）。そのときの細孔径は、図２ａより約１ｎｍである。したがって、除湿用のフィン４５の細孔径下限は１ｎｍとする。

図４はフィン４５の表面に形成した細孔による水分吸着特性の例を表す図である。次にフィン４５表面の細孔について説明する。図４は約２ｎｍの径を有する細孔における吸着等温線を示している。横軸は冷却等を行う対象の空間における空気の相対湿度［％］、縦軸は含水率（吸着水量／フィン４５の重さ。平衡吸着量に比例することになる）を表す。

図４のように、約３０％以上の相対湿度において水分を吸着できるフィン４５では、相対湿度が約３０％より小さくなると、水分の吸着が維持できないことになる。したがって、相対湿度を約３０％より小さくすると吸着した水分を脱着させることができる。

図５はフィン４５の表面を拡大した図である。本実施の形態では、上述のように、水分の吸脱着を行うための細孔４５ａを、アノード酸化（陽極酸化）法を用いてフィン４５表面に両面同時に形成するものとする。フィン（アルミニウム）を陽極として、硫酸、シュウ酸、リン酸、クロム酸等の酸性溶液中、リン酸ナトリウム等のアルカリ性溶液中等の環境で直流電解を行うと、フィン（アルミニウム）から溶解したアルミニウムイオン（Ａｌ³⁺）と水（Ｈ₂Ｏ ）とが反応し、酸化アルミニウム（アルミナ）の皮膜（以下、アノード酸化皮膜という）が素地金属であるアルミニウム上に生成される。ここで、例えば、細孔４５ａが貫通孔であっても水分の吸脱着できるという効果は変わらないので、細孔４５ａを貫通孔で形成するようにしてもよい。

アノード酸化皮膜は、垂直な細孔４５ａが形成された多孔質層４５ｂと素地金属と接する底壁部分のバリヤ層４５ｃからなり、いわゆる六角セル構造を有している。細孔４５ａを形成する際、基本的にバリヤ層４５ｃの厚さは一定に形成されるため、細孔４５ａの深さ制御は実質的に皮膜の厚さを制御することで行う。皮膜の形成速度と厚さは供給する両極間の電流または電位及びアノード酸化時間に依存するため、所定の深さの細孔４５ａを形成するときには供給する両極間の電流または電位及びアノード酸化時間を制御する。また、単位面積当たりの細孔数（密度）及び細孔径は両極間の電位に依存するため、所定の数及び細孔径を形成するためには、両極間の電位を制御する。また、細孔４５ａの間隔に合わせて突起が形成されたモールド（金型等）を、フィン４５となるアルミニウム表面に押しつけて表面に規則的な窪みを形成する。その後アノード酸化を行うと、その窪み部分を中心として細孔４５ａが形成され、細孔４５ａの配列を規則正しく行うことができ、密度の面において高い制御を行うことができる。さらに、アノード酸化により形成された細孔４５ａが空気中の水分と反応して閉塞するのを防ぐため、細孔形成後に直ちに１００〜２００℃程度の温風でフィン４５を加熱して皮膜に含まれる水分を除去し、安定な酸化物に変える操作を行う。以上のようにして形成した複数のフィン４５の貫通穴に伝熱管４６を通し、熱交換器４０を形成する。

以上のように実施の形態１によれば、熱交換器４０のフィン４５の表面に細孔を形成し、フィン４５自体が水分吸着手段として機能するようにしたので、特別な手段、材料等を必要とせず、対象空間の空気の水分を吸着させることができる。これにより、例えば熱膨張係数が異なる吸着材との間で、温度スイングによって歪み等が生じ、吸着材が剥がれ落ちてしまうこともなくなる。また、フィン４５とシリカゲル等の吸着材との間の熱抵抗がなくなるため、伝熱効率が向上する。そして、シリカゲルの熱伝導率は約０．０５〜０．１７Ｗ／ｍＫと小さいため熱伝達の効率が悪くなるが、熱伝達率のよいフィン４５と空気との間で直接熱交換を行うことができるので、空気と冷媒との熱交換をさらに効率よく行うことができる。

さらに、フィン４５には吸着材を設ける分の厚みがなくなるので、熱交換器４０において各フィン４５の間隔を広くすることができる。このため、流れる空気の圧力損失が小さくなり、熱交換器４０に空気を流入させるためのファンの入力を低減することができる。また、間隔を変更しなかったとしても、熱交換器４０を吸着材の厚み分、コンパクトにすることができる。そして、約１〜２０ｎｍの範囲内で相対湿度に応じた細孔径の細孔をフィン４５表面に形成するようにしたので、一般的な冷凍サイクル装置を流れる冷媒の熱（排熱）を利用して吸着した水分を脱着させ、再生させる（再度水分を吸着させる）ことができる。

また、アノード酸化法によりフィン４５の表面に垂直に規則的な細孔を形成するようにしたので、例えば細孔の配設方向に秩序のない吸着材とは異なり、吸着した水の方向性を揃えることができ、その結果、フィン４５の熱を効率よく伝えることができる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る熱交換器４０ａの要部を示す構成図である。図６において、フィン４５aa、４５ab、４５acは、空気の流れ方向にしたがって、列毎に細孔径を異ならせるようにしたものである。すなわち、吸着時の空気の流れ方向に対して、風上側は細孔径を大きくし、風下側の細孔径を小さくしている。したがって、図６の場合は、１列目４５aaの細孔径＞２列目４５abの細孔径＞３列目４５acの態様で、細孔が分布している。

図７ａはシミュレーションによって得られた、同一細孔径のフィンを用いた熱交換器の空気の流れ方向（伝熱管の列方向）の相対湿度分布である。なお、このフィン４５は相対湿度３０％付近にて立ち上がる特性を有しているものである。吸着時の風上側の伝熱管の列から、１列目、２列目、３列目としている。図７ａから分かるように、風上から風下に流れるにしたがって、フィン４５で吸着されるので、フィン周囲の相対湿度が低下していくのが分かる。
これに対して、本願の実施の形態では、流れ方向に細孔径を相違させた細孔分布を有するフィンを利用する。すなわち、風上側から見て、１列目のフィン細孔より２列目のフィンの細孔を小さくし、２列目のフィン細孔より３列目のフィン細孔を小さくする。このようにフィン４５の細孔径を列ごとに変化させる。なお、列の数は特に限定されないが、列を多くすると、フィン４５に分布する細孔の径のサイズを徐々に変えることができる。

例えば、一列目のフィン４５aaの細孔は相対湿度50%付近（3.5nm）、二列目のフィン４５abの細孔は相対湿度40%付近（約2.5nm）、三列目のフィン４５acの細孔は相対湿度30%付近（2nm）で立ち上がる細孔径を有するフィンを用いる。その時の風の流れ方向（列方向）に対する吸着量の変化を図７ｂに示す。図７ｂから分かるように、列方向に細孔分布を持たせたフィンの方が、同一細孔径のフィンよりトータルの吸着量が大きくなり、フィンを有効に利用できている。
同一細孔径のフィンの場合は、下流に向かうほど、フィン周囲の空気の相対湿度とフィンの立ち上がり相対湿度３０%の差が小さくなるため、フィンの吸着速度が小さくなる。その結果、吸着量は下流ほど低下する。
また、細孔径が比較的大きいフィンを用いることができるため、トータルのフィンコストを低減させることが可能である（細孔径が大きいほど、製造時間が短縮されるので、生産コストが安くなる）。

次に、同一細孔径のフィンを用いた時の脱着時の風の流れ方向に対する相対湿度を図８ａに示す。風の流れは、吸着時とは異なり反対方向となる。従って、脱着時は３列目が風上側になり、３列目が風下側になる。図８ａより、風下に向かうに従って、フィン周囲の相対湿度が大きくなっているのが分かる。
これに対して、本願の実施の形態では、流れ方向に細孔径を相違させた細孔分布を有するフィンを利用する。例えば、一列目のフィン４５aaの細孔は相対湿度50%付近（3.5nm）、二列目のフィン４５abの細孔は相対湿度40%付近（約2.5nm）、三列目のフィン４５acの細孔は相対湿度30%付近（2nm）で立ち上がる細孔径を有するフィンを用いている。図８ｂに示すように、列方向に細孔分布を持たせた方が、同一細孔径のフィンの方より、トータルの脱着量が大きくなり、フィンを有効に利用できている。同一細孔径のフィンの場合は、下流に向かうほど、フィン周囲の空気の相対湿度とフィン４５の立ち上がり相対湿度３０%の差が小さくなり、フィンの脱着速度が小さくなるため、風下ほど脱着量が低下する。

以上より、フィン４５の細孔径を列方向に分布を持たせることによって、フィン４５を有効に利用でき、吸着性能、脱着性能を向上させることができる。その結果、熱交換器を小型化することができる。

図１に示すような１枚のフィンで２列（図１では２列であるが、３列以上でもかまわない）を賄う場合は、上述したように、風下側では相対湿度が小さくなるので、細孔の直径は比較的小さな径に設定するのがよい。図７ａに示すように、出口付近のフィン周囲の相対湿度は３５％程度であり、相対湿度が２０〜４０％付近にて急激に立上がる特性のフィンにすれば良いので、細孔径は１〜３．５ｎｍ程度にするとよい。
なお、ここでは水分吸着時の風の流れ方向に対して、風下に位置するフィンにおける細孔の直径は、それよりも風上に位置するフィンにおける細孔の直径よりも小さくなる場合について説明した。しかし、フィン毎の細孔径がそれぞれ異なり、それぞれの細孔径が１〜３．５ｎｍの範囲にあるのであれば、水分吸着時の風の流れ方向に対して、風下に位置するフィンの細孔径が、それよりも風下に位置するフィンの細孔径よりも大きくてもよい。例えば、熱交換器の外側に位置するフィンの細孔径が、熱交換器の内側に位置するフィンの細孔径よりも大きくなるようにすれば、熱交換器に空気を触れさせる場合の風の方向を一方向だけでなく、二方向からとして効率よく除湿をすることができる。

ここで、細孔分布を有した熱交換器の製造方法を簡単に説明する。製造方法としては、陽極酸化法を用いる。均一の細孔を有するフィンを製造する場合は、図９ａのように３列のフィン６５０をまとめて電解槽６３０に浸し、細孔を生成する。一方、細孔分布を列方向に有する熱交換器を製造する場合は、図９ｂに示すように、１列ごとにフィン６５０を浸し、所定の細孔を製造する。３列の熱交換器にする場合は、３回、異なる条件にて陽極酸化を行い、３種の細孔の異なるフィンを製造する。その後、１列ごとに伝熱管４３を通し、最終的にはＵ字型の配管を接続し合体することにより、３列の熱交換器にする。なお、図９（ａ）、（ｂ）において、６１０は直流電源、６２０は電解液、６４０は陰極を表している。

次に、細孔を有したフィンを用いた熱交換器４０，４０ａに冷媒を流し、冷却しながら運転した時の効果について説明する。図１０に熱交換器に冷媒を流した場合と流さない場合の空気線図上の動作を示す。熱交換器４０，４０ａの入口空気は、乾球温度２５℃、相対湿度６０％、絶対湿度0.0119[kg/kg]、露点16.7℃である。冷媒を流さない場合は、吸着熱によって空気温度が上昇しながら相対湿度が小さくなり、最終的には状態（ｂ）（乾球温度３２．２℃、相対湿度３０％、絶対湿度0.0119kg/kg、露点12.44℃）の空気となる。一方、熱交換器４０に冷媒を流し、冷却しながら運転した場合、冷媒によって吸着熱を除去されるので、ほぼ等温的に吸着され、最終的には状態（ｃ）（乾球温度２５℃、相対湿度３０％、絶対湿度0.0058kg/kg、露点6.24℃）となる。

冷媒を流した場合と流さない場合の絶対湿度の差を求めると、約２倍（流さない時の絶対湿度差：0.0029[kg/kg]、流した時の絶対湿度差：0.00601[kg/kg]）冷媒を流した方が大きい。すなわち、熱交換器４０，４０ａに冷媒を流しながら吸着させた方が吸着性能を大幅に向上させることができる。また、露点の観点からも、等温吸着的にすることによって、12.44℃から6.24℃まで低くすることができ、低露点用途にも適用することができる。
以上から熱交換器のフィンに毛細管凝縮が発生する細孔を設け、伝熱管４６に冷媒を流すことによって、吸着性能を大幅に向上させた潜熱熱交換器を提供することができる。

実施の形態３．
上述の実施の形態１では、フィン４５の材料をアルミニウムであるものとして説明したが、材料をアルミニウムに限定するものではない。例えば、いわゆるバルブ金属(弁金属)をフィン４５の材料として用い、アノード酸化により表面に細孔を形成するようにしてもよい。バルブ金属とは、アノード酸化法により電解整流作用を示す酸化皮膜を形成できる、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン等の金属の総称である。このうち、フィン４５として実用的に用いることができる金属は、例えば、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル等である。これらの金属を用いても、アルミニウムと同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図１１は本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００の構成例を示す図である。図１１に基づいて冷凍サイクル装置１００により構成される冷媒回路の基本的な構成について説明する。この冷凍サイクル装置１００は、冷媒の循環を利用して、冷却、冷凍、冷暖房運転等を行うものである。

冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０、凝縮器２０、第１の絞り装置６０、除加湿用熱交換器４１、第２の絞り装置６１及び蒸発器７０が冷媒配管１で順次接続されて構成されている。ここで、圧縮機１０と凝縮器２０とは、冷却、空調等の対象空間外に設けられた室外ユニット（熱源側ユニット）に内蔵されており、第１の絞り装置６０と除加湿用熱交換器４１と第２の絞り装置６１と蒸発器７０とは対象空間内に設けられた室内ユニット（負荷側ユニット）に内蔵されているものとして説明する。なお、ここでは冷却、冷房運転等に関して説明するため、凝縮器２０を室外ユニット、蒸発器７０を室内ユニットに設けているが、暖房運転の場合はこの役割が逆に切替えられることになる。この切替えは制御手段が四方弁（図示省略）等を制御して行う。

冷媒配管１は、気体になった冷媒を導通させるガス側冷媒配管と、液体になった冷媒を導通させる液側冷媒配管とで構成されている。液側冷媒配管は、凝縮されて液体となった冷媒を導通するものである。ガス側冷媒配管は、蒸発されて気体になった冷媒を導通するものである。また、凝縮器２０の近傍には、対象空間外の空気（以下、外気という）を凝縮器２０に送り込み、熱交換を促進させるためのファン等の送風機（図示省略）が設けられている。同様に、蒸発器７０の近傍にも、同様にファン等からなる送風機（図示省略）が設けられている。なお、冷媒配管１に封入される冷媒については後述する。

圧縮機１０は、冷媒を吸入して、その冷媒を圧縮して高温・高圧のガス状態にして冷媒配管１に流す。凝縮器２０は、冷媒と外気との間で熱交換を行なって冷媒を凝縮液化する熱交換器である。第１の絞り装置６０は、一般に減圧弁、電子式膨張弁等の膨張弁で構成されており、冷媒を減圧して膨張させるものである。

除加湿用熱交換器４１は、上述の実施の形態１〜３で説明した熱交換器４０，４０ａ（以下、熱交換器４０で代表させる）で構成されており、フィン４５の表面に細孔を有している。特に限定するものではないが、以下、除加湿用熱交換器４１は、約３０％の相対湿度を境に、吸着量を増大させ、吸着した水分を脱着させることができる細孔径を有するものとする。除加湿用熱交換器４１は、主として、水分を吸着して除湿した対象空間内の空気（以下、単に空気という）を蒸発器７０に供給する潜熱除去のための機器として機能する。ただし、この利用に限定するものではなく、加湿ユニットを冷凍サイクル装置１００に設け、除加湿用熱交換器４１を利用して対象空間を加湿するようにしてもよい。

第２の絞り装置６１も、一般に減圧弁、電子式膨張弁等の膨張弁で構成されており、冷媒を減圧して膨張させるものである。蒸発器７０は、冷媒と空気との熱交換によって、その冷媒を蒸発させて気化させる。なお、蒸発器７０の近傍に設けられている送風機は、空気を取り込むと共に、蒸発器７０で熱交換して冷却された空気を冷却対象域（室内や冷蔵、冷凍倉庫内等）に供給するものである。例えばマイクロコンピュータ等で構成される制御装置８０は、圧縮機１０の駆動周波数や、第１の絞り装置６０及び第２の絞り装置６１の開度の制御等を行うものである。本実施の形態では、１台の制御装置８０として説明するが、例えば、室外ユニットと室内ユニットにそれぞれ制御装置を設け、各制御装置が、各ユニットが有する機器（手段）の制御を行うようにしてもよい。また、このとき、信号通信ができるようにして連携して制御を行うようにしてもよい。

ここで、冷凍サイクル装置１００に使用する冷媒について説明する。冷凍サイクル装置１００に使用できる冷媒には、非共沸混合冷媒や擬似共沸混合冷媒、単一冷媒等がある。非共沸混合冷媒には、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒であるＲ４０７Ｃ（Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ）等がある。この非共沸混合冷媒は、沸点が異なる冷媒の混合物であるので、液相冷媒と気相冷媒との組成比率が異なるという特性を有している。擬似共沸混合冷媒には、ＨＦＣ冷媒であるＲ４１０Ａ（Ｒ３２／Ｒ１２５）やＲ４０４Ａ（Ｒ１２５／Ｒ１４３ａ／Ｒ１３４ａ）等がある。

また、単一冷媒には、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）冷媒であるＲ２２やＨＦＣ冷媒であるＲ１３４ａ等がある。この単一冷媒は、混合物ではないので、取扱いが容易であるという特性を有している。その他、自然冷媒である二酸化炭素やプロパン、イソブタン、アンモニア等を使用することもできる。なお、Ｒ２２はクロロジフルオロメタン、Ｒ３２はジフルオロメタンを、Ｒ１２５はペンタフルオロエタンを、Ｒ１３４ａは１，１，１，２−テトラフルオロエタンを、Ｒ１４３ａは１，１，１−トリフルオロエタンをそれぞれ示している。したがって、冷凍サイクル装置１００の用途や目的に応じた冷媒を使用するとよい。

次に冷凍サイクル装置１００の動作について説明する。まず、除加湿用熱交換器４１が空気中の水分を吸着する動作を行う場合について説明する。圧縮機１０で圧縮された高温・高圧の冷媒は、凝縮器２０で外気と熱交換により放熱しながら凝縮液化して液冷媒となる。この液冷媒は、第１の絞り装置６０に流入し、そこで減圧され、例えば低圧の気液二相冷媒となる。除加湿用熱交換器４１に流入した、空気よりも温度が低い気液二相冷媒はフィン４５及びその周辺を通過する空気を、熱交換により冷却させ、一部が蒸発して流出する。このとき、上述したように、フィン４５は通過する空気の水分を吸着する。除加湿用熱交換器４１から流出した気液二相冷媒は、全開状態の第２の絞り装置６１を通過し、蒸発器７０に流入する。この気液二相冷媒は、蒸発器７０における熱交換によりすべて蒸発ガス化し、気体冷媒となって圧縮機１０に再度吸入され、吐出される。

次に、除加湿用熱交換器４１において吸着した水分を脱着する動作を行う場合について説明する。圧縮機１０で圧縮された高温・高圧の冷媒は、凝縮器２０で外気に熱を放出しながら気液二相冷媒となる。この高圧状態の気液二相冷媒は、全開状態の第１の絞り装置６０を通過し、除加湿用熱交換器４１に流入する。除加湿用熱交換器４１に流入した、空気よりも温度が高い気液二相冷媒は、フィン４５及び周辺の空気を加熱し液化する。液化した冷媒は、第２の絞り装置６１で減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。そして、気液二相冷媒は、蒸発器７０に流入し、そこですべて蒸発ガス化し、気体冷媒となって圧縮機１０に再度吸入されるようになっている。

図１２は、蒸発温度とＣＯＰ（Coefficient of Performance：エネルギ消費効率）との関係を示した図である。図１２において、蒸発温度とＣＯＰとは比例関係にあることがわかる。例えば、蒸発温度が１１［℃］である場合、ＣＯＰが３．１程度（図で示す（Ａ））であり、蒸発温度を２０［℃］に上げた場合、ＣＯＰが３．９程度（図で示す（Ｂ））にまで上昇することがわかる。したがって、蒸発温度を高く設定できれば、ＣＯＰをその分改善できる。

本実施の形態の冷凍サイクル装置１００では、空気中の水分の潜熱に対する処理は除加湿用熱交換器４１が行い、顕熱に対する処理は蒸発器７０が行うことで、役割を分担させることができる。そのため、潜熱と顕熱とを蒸発器７０が処理する場合に比べて冷媒の蒸発温度を高く設定できる。これにより、例えば空気調和装置等においては、従来、蒸発器７０において蒸発温度を露点以下にせざるを得ず、霜が堆積していた場合でも、これを防ぐことができ、除霜運転を行わなくてもよくなる。

さらに、例えば凝縮器２０における凝縮排熱を利用することで、除加湿用熱交換器４１（フィン４５）に吸着されている水分を脱着することができる。その水分は廃棄したり、加湿運転に利用したりすることができる。これにより、水分を脱着させるためのヒータ等の加熱手段を特別に設けなくてよくなる。したがって、加熱手段に要していた消費電力が不要となり、消費電力を大幅に削減できる。

例えば、本実施の形態の冷凍サイクル装置１００を冷蔵倉庫に適用した場合、外気側の条件が乾球温度３０［℃］、相対湿度６０［％］、絶対湿度１６．０４［ｇ／ｋｇ］として維持されている場合において、冷蔵倉庫内の冷蔵室（空調空間）を、乾球温度１０［℃］、相対湿度６０［％］、絶対湿度４．５６［ｇ／ｋｇ］という条件で維持・継続するために冷凍サイクル装置を運転するように、制御装置８０は各機器を制御するとよい。

以上のように、実施の形態４の冷凍サイクル装置によれば、上述の実施の形態１〜３の除加湿用熱交換器４１等を除加湿装置に利用し、フィン４５により水分を吸着しておくことで、蒸発器７０において空気との熱交換を行うときの冷媒の蒸発温度について、水分による潜熱分まで考慮して設定する必要がなく、顕熱分を考慮した温度に冷媒を制御すればよい。そのため、冷凍サイクル装置の圧縮機において圧縮比を小さくすることができ、冷凍サイクル装置におけるＣＯＰ等を指標とするエネルギ性能を向上させることができる。

実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１００ａの構成例を示す図である。特に限定するものではないが、本実施の形態の冷凍サイクル装置１００ａは、例えば冷暖房運転を行う空気調和装置であるものとして説明する。また、図１３において実施の形態４で説明した図面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。

冷凍サイクル装置１００ａは、圧縮機１０、凝縮器２０、並設されている第１の開閉弁である開閉弁３０及び第２の開閉弁である開閉弁３１、並設されている除加湿用熱交換器４１ａ及び除加湿用熱交換器４１ｂ、並設されている逆流防止手段５０及び逆流防止手段５１、絞り装置６２及び蒸発器７０が冷媒配管１で順次接続されて構成されている。ここで、冷凍サイクル装置１００ａは、実施の形態１〜３で説明したように、表面に細孔が形成されたフィン４５を有する熱交換器４０等である除加湿用熱交換器４１ａ（第１の熱交換器）及び除加湿用熱交換器４１ｂ（第２の熱交換器）を備えている。そして、この２つの除加湿用熱交換器４１ａ及び除加湿用熱交換器４１ｂは、室内ユニット内にそれぞれ独立して内蔵されている。

また、冷媒配管１は、分岐して冷媒配管１ａと冷媒配管１ｂとなって、開閉弁３０、除加湿用熱交換器４１ａ及び逆流防止手段５０を冷媒配管１ａで接続し、開閉弁３１、除加湿用熱交換器４１ｂ及び逆流防止手段５１を冷媒配管１ｂで接続してから再度合流するように構成されている。この冷媒配管１を流れる冷媒には、実施の形態２で説明したような冷媒を使用するとよい。また、この冷凍サイクル装置１００ａには、蒸発器７０に流入する空気の温度及び湿度を検知するための温度・湿度検知手段８１（第１の温度・湿度検知手段）が蒸発器７０の風路入口側（空気が流入する側）に備えられている。

この温度・湿度検知手段８１は、温度及び湿度を検知できるものであればよく、特に種類を限定するものでない。例えば、サーミスタ等の温度センサや、温度計、湿度センサ、湿度計等で構成すればよい。

開閉弁３０及び開閉弁３１は、冷媒回路の流路を選択する流路選択手段として機能し、特に種類を限定するものではない。逆流防止手段５０及び逆流防止手段５１は、冷媒配管１ａ及び冷媒配管１ｂを流れる冷媒の逆流を防止するものであり、逆流弁等で構成するとよいが、特に種類を限定するものではない。絞り装置６２は、一般に減圧弁や膨張弁で構成されており、冷媒を減圧して膨張させるものであり、例えば電子式膨張弁等で構成するとよい。本実施の形態の制御手段８０は、上述した制御に加え、さらに開閉弁３０、３１等を含む各機器を制御する。また、後述する風路切替手段３０１ａ〜３０４ａ、３０１ｂ〜３０４ｂ等を切替えて風路制御を行う。また、温度・湿度検知手段８１からの情報に基づいて、蒸発器７０での空気の相対湿度を算出し、その相対湿度を露点（露点温度）に換算する等の処理を行う。

図１４は、蒸発器７０等が内蔵された室内ユニット３００の構成を示す図である。図１４の室内ユニット３００は、一部分が冷凍倉庫内（空調空間）４００に、それ以外の部分が外気５００側に設置されている場合を示している。この室内ユニット３００には、図１３で示した除加湿用熱交換器４１ａ、除加湿用熱交換器４１ｂ及び蒸発器７０が内蔵されている。そして、除加湿用熱交換器４１ａ及び除加湿用熱交換器４１ｂの近傍には、それぞれ遠心ファンや軸流ファン等の送風機９０及び送風機９１が備えられている。また、室内ユニット３００にはダクト３１０が設けられており、蒸発器７０から冷凍倉庫内４００に空気を送るだけでなく、吸入することもできる。

この室内ユニット３００は、除加湿用熱交換器４１ａと除加湿用熱交換器４１ｂとを風路（空気の流れ）的に遮断できるような構造となっている。そして、室内ユニット３００は、風路を切替えることができるようになっており、風路を切替えることによって除加湿用熱交換器４１ａ及び除加湿用熱交換器４１ｂを冷凍倉庫内４００や外気５００と連通させることが可能になっている。この風路の切替えは、風路切替手段３０１ａ及び風路切替手段３０１ｂ、風路切替手段３０２ａ及び風路切替手段３０２ｂ、風路切替手段３０３ａ及び風路切替手段３０３ｂ、そして風路切替手段３０４ａ及び風路切替手段３０４ｂで行なわれるようになっている。風路の細かな調整は、風路調整手段３０５ａ及び風路調整手段３０５ｂにより行う。

次に、室内ユニット３００内の空気の流れについて説明する。図１４において、風路切替手段３０１ａ、風路切替手段３０２ｂ、風路切替手段３０３ｂ及び風路切替手段３０４ａが開状態であり、風路切替手段３０１ｂ、風路切替手段３０２ａ、風路切替手段３０３ａ及び風路切替手段３０４ｂが閉状態であることを示している。各風路切替手段がこのような状態のとき、除加湿用熱交換器４１ａの内蔵スペースは外気５００と連通し、外気から空気が流れ込むようになっている（矢印Ａ）。また、除加湿用熱交換器４１ｂの内蔵スペースは、ダクト３１０を介して、冷凍倉庫内４００と連通し、空気（例えば、気温１０［℃］、相対湿度６０［％］）が流れ込むようになっている（矢印Ｂ）。

このように風路を形成している場合において、除加湿用熱交換器４１ａでは脱着が行われ、除加湿用熱交換器４１ｂでは吸着が行われる。これにより、除加湿用熱交換器４１ｂの潜熱処理と蒸発器７０の顕熱処理とを分離している。一方、各風路切替手段の開閉状態が逆の状態になっている場合には、除加湿用熱交換器４１ａの内蔵スペースには、空気が流れ込むようになっており、除加湿用熱交換器４１ｂの内蔵スペースには、外気が流れ込むようになっている。そして、除加湿用熱交換器４１ａでは吸着が行われ、除加湿用熱交換器４１ｂでは脱着が行われる。

図１５は、室内ユニット３００の風路を切替えた状態を示す説明図である。図１５（ａ）は、風路切替手段３０１ａ、風路切替手段３０２ｂ、風路切替手段３０３ｂ及び風路切替手段３０４ａが閉状態であり、風路切替手段３０１ｂ、風路切替手段３０２ａ、風路切替手段３０３ａ及び風路切替手段３０４ｂが開状態であることを示している。

図１５（ａ）では、除加湿用熱交換器４１ｂの内蔵スペースは外気５００と連通し、外気が流れ込むようになっている（矢印Ｃ）。また、除加湿用熱交換器４１ａの内蔵スペースは、ダクト３１０を介して、冷凍倉庫内４００と連通し、空気が流れ込むようになっている（矢印Ｄ）。このとき、除加湿用熱交換器４１ｂでは水分を脱着し、除加湿用熱交換器４１ａでは水分を吸着する。図１５（ｂ）は、図１４で示した場合と同様であるため、説明を省略する。

図１６は、冷凍サイクルにおける冷媒の状態を示すＰ−ｈ線図（モリエル線図）である。図１６に基づいて、冷凍サイクルにおける冷媒の状態について説明する。この図は、縦軸が絶対圧力（Ｐ）で、横軸がエンタルピー（ｈ）を示している。この図１６において、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態の冷媒であることを示し、飽和液線の左側では液化した冷媒であることを示し、飽和蒸気線の右側ではガス化した冷媒であることを示している。つまり、状態（１）及び状態（５）ではガス冷媒であることがわかり、状態（２）及び状態（４）では気液二相冷媒であることがわかり、状態（３）では液冷媒であることがわかるようになっている。

次に図１３及び図１６に基づいて、冷凍サイクル装置１００ａの動作について説明する。ここでは、開閉弁３０を開状態、開閉弁３１を閉状態にし、除加湿用熱交換器４１ａでは水分を脱着するようにし、除加湿用熱交換器４１ｂでは水分を吸着させるようにしたときの動作について説明するものとする。このとき、開閉弁３１が閉状態になっているので、除加湿用熱交換器４１ｂに冷媒は流れ込まないようになっている。

圧縮機１０で圧縮された高温・高圧のガス状態の冷媒（図１６で示す状態（１））は、凝縮器２０に流入する。この状態の冷媒は、凝縮器２０で外気に一部を放熱しながら気液二相冷媒となる（図１６で示す状態（２））。この高圧状態の気液二相冷媒は除加湿用熱交換器４１ａに流入する。流入した気液二相冷媒は伝熱管４６を通過し、このとき、冷媒と空気とが熱交換し、フィン４５とその周辺の空気の温度を高め、相対湿度を低くする。これにより、フィン４５に吸着していた水分が脱着する。気液二相冷媒は液化した液冷媒となる（図１６で示す状態（３））。

この冷媒は、逆流防止手段５０を流れて、絞り装置６２で減圧される。減圧された冷媒は、低圧の気液二相冷媒となる（図１６で示す状態（４））。そして、この気液二相冷媒は、蒸発器７０に流入し、空気から熱を奪うことで蒸発し、低圧のガス冷媒となる（図１６で示す状態（５））。ここで、この空気は後述するように除加湿用熱交換器４１ｂが水分を吸着した空気である。この空気は冷却されて冷凍倉庫内４００に流出する。そして、ガス冷媒は、圧縮機１０に再吸入され、冷媒回路を循環する。したがって、冷媒が吸熱及び放熱を繰り返し状態変化を遷移させながら冷媒回路を循環することで冷房・冷凍運転が行われる。

図１７は、冷凍サイクル装置１００ａの除加湿用熱交換器４１ｂの動作を説明するための空気線図である。この空気線図及び図１４の構成図を用いて、上述した冷凍サイクル装置１００ａの動作について説明する。図１４及び図１７において、冷凍倉庫内４００側と連通させている除加湿用熱交換器４１ｂを通過する空気に対し、除加湿用熱交換器４１ｂの通過前の空気を図１７で示す状態（１）、除加湿用熱交換器４１ｂを通過した直後の空気を図１７で示す状態（２）、蒸発器７０と熱交換した直後の空気を図１７で示す状態（３）として説明するものとする。

除加湿用熱交換器４１ｂが冷凍倉庫内４００内に存在する空気の水分を吸着する場合について説明する。状態（１）の空気は、乾球温度が１０［℃］、相対湿度が６０［％］、絶対湿度が４．５６［ｇ／ｋｇ］である。この状態の空気が除加湿用熱交換器４１ｂに流入すると、等エンタルピー線に沿って、相対湿度が６０［％］から例えば３０［％］まで減湿され、絶対湿度も４．５６［ｇ／ｋｇ］から２．９６［ｇ／ｋｇ］まで減湿され、乾球温度が１０［℃］から１４［℃］まで上昇した状態（２）の空気となって蒸発器７０へ流れるようになっている。

上述したように、除加湿用熱交換器４１ｂは、相対湿度約３０％以上の領域で吸着できる水分量が大きくなるため、状態（１）の空気は減湿できる。そして、この状態（２）の空気は、絶対湿度が一定の状態で、蒸発器７０の熱交換により顕熱が除去されることで冷却され、相対湿度が１００［％］未満、乾球温度が−２［℃］である状態（３）の空気となる。

通常、冷凍倉庫内４００を１０［℃］よりも低い温度帯域で維持するようになっており、蒸発温度を０［℃］よりも低く設定しなければならないことが多い。しかしながら、この冷凍サイクル装置１００ａは、冷凍サイクルが蒸発器７０に着霜した霜を除去する除霜運転を実行しないようにするために、蒸発器７０の蒸発温度（状態（２）の温度１４［℃］）を露点温度（例えば、状態（２）の露点温度−２．９［℃］）よりも高く設定することが可能になっている。

なお、蒸発器７０の蒸発温度を高くするように、制御手段８０は、絞り装置６２の開度や、圧縮機１０の駆動周波数、送風機９１の回転数等を制御して蒸発温度を調節するとよい。また、蒸発温度を高く設定できれば、ＣＯＰをその分改善できることは、図１２で説明した通りである。また、蒸発器７０の蒸発温度を露点以上とすることができるので、ドレインが発生しない。つまり、ドレイン配管が不要となり、製造コストを低減することが可能になる。

この制御手段８０は、温度・湿度検知手段８１からの情報によって、蒸発器７０での空気の相対湿度を算出し、その相対湿度を露点に換算するようになっており、その結果に基づいて露点の検知をするとよい。それから、状態（３）の空気は、冷凍倉庫内４００内へ拡散されて、冷凍倉庫内４００の乾球温度を１０［℃］以下に保つようになっている。また、除加湿用熱交換器４１ｂで吸着できる水分量には限界が存在する。そのため、制御手段８０は、温度・湿度検知手段８１からの検知情報により除加湿用熱交換器４１ｂの風路出口側の相対湿度が所定の閾値以上になった判断した時は、開閉弁３０を開状態から閉状態へ、開閉弁３１を閉状態から開状態に切替えて、冷媒の流れを切替えるようになっている。そして、除加湿用熱交換器４１ｂに高温・高圧のガス冷媒を流入させ、フィン４５とその周辺の空気の温度を高くする。

つまり、水分を吸着していた除加湿用熱交換器４１ｂを、今度は脱着させるように切替える。除加湿用熱交換器４１ｂのフィン４５とその周辺の空気の温度が高くなると相対湿度が低くなり、吸着していた水分が放出されることで、再生が行われる。一方、冷媒の流路を切替えたので、除加湿用熱交換器４１ａが、空気中の水分を吸着するようになる。この除加湿用熱交換器４１ａでは、空気中の水分を吸着し、図１７で示したように状態（１）から状態（２）へと倉庫内４００の空気が減湿されるようになっている。

また、除加湿用熱交換器４１ａで吸着できる水分量には限界が存在する。そのため、制御手段８０は、温度・湿度検知手段８１からの検知情報により除加湿用熱交換器４１ａの風路出口側の相対湿度が所定の閾値以上になった判断した時は、開閉弁３０を閉状態から開状態へ、開閉弁３１を開状態から閉状態へ変更し、冷媒の流れを切替えるようになっている。そして、除加湿用熱交換器４１ａに高温・高圧のガス冷媒を流入し、フィン４５及びその周辺の空気の温度を高め、相対湿度が低くなるようにして水分を脱着させる。

以上のように、冷凍サイクル装置１００ａは、一方の除加湿用熱交換器（除加湿用熱交換器４１ｂ）が水分を吸着している場合は他方の除加湿用熱交換器（除加湿用熱交換器４１ａ）の水分を脱着させ、水分の吸着量に応じて交互に切替えるようになっている。したがって、風路等を切替え、冷媒の流路を選択することにより、連続的に冷凍倉庫内４００の空気の湿度（潜熱）を除去することが可能となる。

表２は、開閉弁３０、開閉弁３１（流路選択手段）及び風路切替手段３０１ａ〜３０４ｂの制御状態と、除加湿用熱交換器４１ａ及び除加湿用熱交換器４１ｂの機能をまとめたものである。表２において、パターン１は、図１５（ａ）で示したように、除加湿用熱交換器４１ａが水分を吸着し、除加湿用熱交換器４１ｂが吸着した水分を脱着する場合を示している。また、パターン２は、図１５（ｂ）で示したように、除加湿用熱交換器４１ａが吸着した水分を脱着し、除加湿用熱交換器４１ｂが水分を吸着する場合を示している。このパターン１とパターン２とを交互に切替えることによって、連続運転を可能としているのである。

以上のように、実施の形態５の冷凍サイクル装置１００ａによれば、上述の実施の形態１〜３の熱交換器４０からなる除加湿用熱交換器４１ａと除加湿用熱交換器４１ｂとが、交互に連続して冷凍倉庫内４００の空気中の水分吸着を行うようにしたので、従来、頻繁に発生していた除霜運転を無くすことができ、除霜運転に伴う消費電力を更に低減できる。また、蒸発器７０の蒸発温度を露点温度よりも高く設定することができるようになるので、冷凍サイクルを効率よく運転することができる。

そして、除加湿用熱交換器４１ａと除加湿用熱交換器４１ｂとが吸着した水分の脱着を行う際、凝縮器２０が凝縮した冷媒の熱（冷凍庫内４００の冷却には必要ない排熱）を利用して脱着を行うようにしたので、脱着用の加熱手段を特別に設けることなく、設置スペースを省略できると共に、加熱手段による加熱のための電力が不要となる。

また、この冷凍サイクル装置１００ａでは、冷媒が臨界圧を越えるほどの高圧を必要としない。つまり、圧縮機１０、凝縮器２０及びこれらを接続する冷媒配管１（冷媒配管１ａ及び冷媒配管１ｂも含めて）の耐圧性能の低いものを使用することができ、製品コストを低減することができる。また、圧縮機１０における冷媒の圧縮比も抑制できるので、圧縮機１０の運転効率を改善できる。つまり、ＣＯＰを大幅に改善することが可能であり、省エネルギを図ることができる。

実施の形態６．
図１８は、本発明の実施の形態６に係る冷凍サイクル装置１００ｂの構成例を示す図である。特に限定するものではないが、本実施の形態の冷凍サイクル装置１００ｂは、例えば冷暖房運転を行う空気調和装置であるものとして説明する。また、図１８において実施の形態４及び５で説明した図面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。

冷凍サイクル装置１００ｂは、圧縮機１０、凝縮器２０、並設されている第１の開閉弁である開閉弁３２及び第２の開閉弁である開閉弁３３、並設されている除加湿用熱交換器４１ｃ及び除加湿用熱交換器４１ｄ、並設されている開閉弁３４及び開閉弁３５、絞り装置８５（第３の絞り装置）、そして蒸発器７０が冷媒配管１で順次接続されて構成されている。ここで、冷凍サイクル装置１００ｂも、表面に細孔が形成されたフィン４５を有する熱交換器４０等である除加湿用熱交換器４１ｃ（第１の熱交換器）及び除加湿用熱交換器４１ｄ（第２の熱交換器）を備えている。そして、この２つの除加湿用熱交換器４１ｃ及び除加湿用熱交換器４１ｄは、室内ユニット内にそれぞれ独立して内蔵されている。

この冷媒配管１は、分岐して冷媒配管１ｃと冷媒配管１ｄとなって、開閉弁３２、除加湿用熱交換器４１ｃ及び開閉弁３４を冷媒配管１ｃで接続し、開閉弁３３、除加湿用熱交換器４１ｄ及び開閉弁３５を冷媒配管１ｄで接続してから再度合流するように構成されている。この冷媒配管１を流れる冷媒には上述した冷媒を使用するとよい。また、冷媒配管１ｃ及び冷媒配管１ｄには、開閉弁３２と除加湿用熱交換器４１ｃとの間における冷媒配管１ｃから分岐し、除加湿用熱交換器４１ｄと開閉弁３５との間における冷媒配管１ｄに合流するバイパス管２（第１のバイパス管）と、開閉弁３３と除加湿用熱交換器４１ｄとの間における冷媒配管１ｄから分岐し、除加湿用熱交換器４１ｃと開閉弁３４との間における冷媒配管１ｃに合流するバイパス管３（第２のバイパス管）が設けられている。

このバイパス管３には、絞り装置６３（第１の絞り装置）及び開閉弁３６（第３の開閉弁）が設けられている。また、このバイパス管２には、絞り装置６４（第２の絞り装置）及び開閉弁３７（第４の開閉弁）が設けられている。また、この冷凍サイクル装置１００ｂには、蒸発器７０の温度及び湿度を検知するための温度・湿度検知手段８１が蒸発器７０の風路入口側に、除加湿用熱交換器４１ｃ及び除加湿用熱交換器４１ｄの温度及び湿度を検知するための温度・湿度検知手段８２（第２の温度・湿度検知手段）が除加湿用熱交換器４１ｃの風路出口側にそれぞれ備えられている。

この温度・湿度検知手段８１及び温度・湿度検知手段８２は、温度及び湿度を検知できるものであればよく、特に種類を限定するものでない。例えば、サーミスタ等の温度センサや、温度計、湿度センサ、湿度計等で構成すればよい。また、温度・湿度検知手段８１及び温度・湿度検知手段８２がそれぞれ１つ設置されている場合を例に示しているが、これに限定するものでなく、複数個設置してもよい。さらに、温度・湿度検知手段８２は、除加湿用熱交換器４１ｃ及び除加湿用熱交換器４１ｄのそれぞれの風路出口側に設置してもよい。

冷凍サイクル装置１００ｂには、圧縮機１０の駆動周波数や開閉弁３２〜３７の開度、絞り装置６３、絞り装置６４及び絞り装置８５の開度を制御する制御手段８０ａが備えられている。開閉弁３２〜３７は、流路を切り換えるものであり、特に種類を限定するものではない。絞り装置６３、絞り装置６４及び絞り装置８５は、一般に減圧弁や膨張弁で構成されており、冷媒を減圧して膨張させるものであり、例えば電子式膨張弁等で構成するとよい。

この制御手段８０ａは、各機器を制御する他、温度・湿度検知手段８２からのデータを含む信号に基づいて、除加湿用熱交換器４１ｃの風路出口側の相対湿度を算出し、さらにその相対湿度を露点（露点温度）に換算し、また温度・湿度検知手段８１からの情報に基づいて、蒸発器７０での相対湿度を算出してその相対湿度を露点（露点温度）に換算する等の処理を行う。なお、除加湿用熱交換器４１ｃと除加湿用熱交換器４１ｄとの吸脱着の機能を切替えた場合は、制御手段８０ａは、除加湿用熱交換器４１ｄの風路出口側の相対湿度を算出してその相対湿度を露点（露点温度）に換算する。

図１９は、蒸発器７０等が内蔵された室内ユニット３００ａの構成を示す図である。図１９に基づいて、室内ユニット３００ａの基本的な構成について説明する。なお、図１４で示した室内ユニット３００との相違点を中心に説明するものとする。図１９では、室内ユニット３００ａの一部分が室内（空調空間）４０１に、それ以外の部分が外気５００側に設置されている場合を示している。この室内ユニット３００ａには、図１８で示した除加湿用熱交換器４１ｃ、除加湿用熱交換器４１ｄ及び蒸発器７０が内蔵されている。

この室内ユニット３００ａは、除加湿用熱交換器４１ｃと除加湿用熱交換器４１ｄとを風路的に遮断するような構造となっている。そして、室内ユニット３００ａは、風路を切替えることができるようになっており、風路を切替えることによって除加湿用熱交換器４１ｃ及び除加湿用熱交換器４１ｄを室内４０１や外気５００と連通させることが可能になっている。この風路の切替えは、風路切替手段３１１ａ及び風路切替手段３１１ｂ、風路切替手段３１２ａ及び風路切替手段３１２ｂ、風路切替手段３１３ａ及び風路切替手段３１３ｂ、そして風路切替手段３１４ａ及び風路切替手段３１４ｂで行なわれるようになっている。風路の細かな調整は、風路調整手段３１５ａ及び風路調整手段３１５ｂにより行う。

次に、室内ユニット３００ａ内の空気の流れについて説明する。図１９において、風路切替手段３１１ａ、風路切替手段３１２ｂ、風路切替手段３１３ｂ及び風路切替手段３１４ａが開状態であり、風路切替手段３１１ｂ、風路切替手段３１２ａ、風路切替手段３１３ａ及び風路切替手段３１４ｂが閉状態であることを示している。各風路切替手段がこのような状態のとき、除加湿用熱交換器４１ｃの内蔵スペースは外気５００と連通し、外気が流れ込むようになっている（矢印Ａ）。また、除加湿用熱交換器４１ｄの内蔵スペースは、ダクト３１０を介して、室内４０１と連通し、空気（例えば、気温２６［℃］、相対湿度６０［％］）が流れ込むようになっている（矢印Ｂ）。

このように風路を形成している場合において、除加湿用熱交換器４１ｃでは脱着が行われ、除加湿用熱交換器４１ｄでは吸着が行われる。これにより、除加湿用熱交換器４１ｄの潜熱処理と蒸発器７０の顕熱処理とを分離している。一方、各風路切替手段の開閉状態が逆の状態になっている場合には、除加湿用熱交換器４１ｃでは吸着が行われ、除加湿用熱交換器４１ｄでは脱着が行われる。

図２０は、室内ユニット３００ａの風路を切替えた状態を示す説明図である。図２０では、室内ユニット３００ａの一部分が室内４０１に、それ以外の部分が外気５００側に設置されている場合を示している。なお、図２０（ａ）は、風路切替手段３１１ａ、風路切替手段３１２ｂ、風路切替手段３１３ｂ及び風路切替手段３１４ａが閉状態であり、風路切替手段３１１ｂ、風路切替手段３１２ａ、風路切替手段３１３ａ及び風路切替手段３１４ｂが開状態であることを示している。

図２０（ａ）では、除加湿用熱交換器４１ｄの内蔵スペースは外気５００と連通し、外気が流れ込むようになっている（矢印Ｃ）。また、除加湿用熱交換器４１ｃの内蔵スペースは、ダクト３１０を介して、室内４０１と連通し、空気が流れ込むようになっている（矢印Ｄ）。このとき、除加湿用熱交換器４１ｄは水分を脱着し、除加湿用熱交換器４１ｃは水分を吸着する。図２０（ｂ）は、図１９で示した場合と同様であるため、説明を省略する。

冷凍サイクル装置１００ｂをルームエアコンやパッケージエアコン等の空気調和装置に適用した場合、外気５００側の条件が乾球温度３０［℃］、相対湿度６０［％］、絶対湿度１６．０４［ｇ／ｋｇ］として維持されている場合において、室内４０１（空調空間）を、乾球温度２６［℃］、相対湿度６０［％］、絶対湿度８．７４［ｇ／ｋｇ］という条件で維持・継続するために、制御装置８０ａは冷凍サイクル装置１００ｂを運転するよう各機器を制御するとよい。

図２１は、冷凍サイクルにおける冷媒の状態を示すＰ−ｈ線図（モリエル線図）である。図２１に基づいて、冷凍サイクルにおける冷媒の状態について説明する。図２１において、状態（１）及び状態（７）ではガス冷媒であることがわかり、状態（２）、状態（４）、状態（５）及び状態（６）では気液二相冷媒であることがわかり、状態（３）では液冷媒であることがわかるようになっている。

次に図１８及び図２１に基づいて、冷凍サイクル装置１００ｂの動作について説明する。ここでは、開閉弁３２、開閉弁３４及び開閉弁３５を開状態、開閉弁３３、開閉弁３７及び開閉弁３６を閉状態にし、除加湿用熱交換器４１ｃを脱着熱交換器として、除加湿用熱交換器４１ｄを吸着熱交換器として機能させた場合における冷凍サイクル装置１００ｂの動作について説明するものとする。

圧縮機１０で圧縮された高温・高圧のガス状態の冷媒（図２１で示す状態（１））は、凝縮器２０に流入する。この状態の冷媒は、凝縮器２０で外気に一部を放熱しながら気液二相冷媒となる（図２１で示す状態（２））。この高圧状態の気液二相冷媒は、除加湿用熱交換器４１ｃに流入する。除加湿用熱交換器４１ｃに流入した気液二相冷媒は、フィン４５及びその周辺の空気の温度を高め、相対湿度を低くする。これにより、フィン４５に吸着していた水分が脱着する。気液二相冷媒は液化した液冷媒となる（図２１で示す状態（３））。

この冷媒は、開閉弁３６を流れて、絞り装置６３で減圧される。減圧された冷媒は、低圧の気液二相冷媒となる（図２１で示す状態（４）、ここでは第１の蒸発温度となる）。そして、この気液二相冷媒は、除加湿用熱交換器４１ｄに流入し、空気よりも低い第１の蒸発温度でフィン４５及びその周辺の空気の温度を低くすることで、吸着の性能を高める。除加湿用熱交換器４１ｄに流入した気液二相冷媒は、一部蒸発し、低圧の気液二相冷媒となる（図２１で示す状態（５））。この気液二相冷媒は、絞り装置８５によってさらに減圧され、第２の蒸発温度（図２１で示す状態（６））となって、蒸発器７０に流入し、熱交換により空気の顕熱を奪って低圧のガス冷媒となる（図２１で示す状態（７））。このガス冷媒は、圧縮機１０に再吸入され、冷媒回路を循環する。

この冷凍サイクル装置１００ｂは、一方の除加湿用熱交換器（ここでは、除加湿用熱交換器４１ｃ）を通過した冷媒をバイパス管（ここでは、バイパス管３）を経由させて、他方の除加湿用熱交換器（ここでは、除加湿用熱交換器４１ｄ）に流入させるようになっている。そのため、一方の除加湿用熱交換器４１では凝縮に係る冷媒の熱を利用して効率よく水分の脱着を行い、他方の除加湿用熱交換器４１では蒸発に係る冷媒の熱を利用して効率よく水分の吸着を行うことで、吸脱着の性能を高め、冷凍サイクル装置の性能向上を図っている。

図２２は、冷凍サイクル装置１００ｂの除加湿用熱交換器４１ｄの動作を説明するための空気線図である。この空気線図及び図１９の構成図を用いて、上述した冷凍サイクル装置１００ｂの動作について説明する。図１９及び図２２において、室内４０１側と連通させている除加湿用熱交換器４１ｄを通過する空気に対し、除加湿用熱交換器４１ｄの通過前の空気を図２２で示す状態（１）、除加湿用熱交換器４１ｄを通過した直後の空気を図２２で示す状態（２）、蒸発器７０と熱交換した直後の空気を図２２で示す状態（３）として説明するものとする。

除加湿用熱交換器４１ｄが室内４０１内に存在する空気の水分を吸着する場合について説明する。状態（１）の空気は、乾球温度が２６［℃］、相対湿度が６０［％］である。この状態の空気が除加湿用熱交換器４１ｄに流入すると、除加湿用熱交換器４１ｄで等温あるいは冷却吸着によって、状態（２）の空気となって蒸発器７０へ流れるようになっている。上述したように、除加湿用熱交換器４１ｂは、相対湿度約３０％以上の領域で吸着できる水分量が大きくなるため、状態（１）の空気は減湿できる。

そして、状態（２）の空気は、蒸発器７０で熱交換されて状態（３）の空気となる。この状態（２）の空気は、蒸発器７０によって、絶対湿度が一定の状態で顕熱のみが除去されることで冷却されて、相対湿度が１００［％］未満、乾球温度が１４［℃］である状態（３）の空気となる。この状態（３）の空気が室内４０１に供給される。

制御手段８０ａは、絞り装置６３及び絞り装置８５の開度や、圧縮機１０の駆動周波数、送風機９１の回転数等を制御し、第１の蒸発温度については、除加湿用熱交換器４１ｄにおける吸込み空気の露点以上（この実施の形態では１８［℃］）となるように調節するとよい。また、第２の蒸発温度については、除加湿用熱交換器４１ｄの出口空気の露点以上（この実施の形態では１４［℃］）になるように調節するとよい。露点温度の検知は、温度・湿度検知手段８１及び温度・湿度検知手段８２で検知した温度及び湿度のデータに基づいて、制御手段８０ａが露点に換算処理する。図２２では第１の蒸発温度が１８［℃］、第２の蒸発温度が１４［℃］としている。

また、吸着熱交換器として機能している除加湿用熱交換器４１ｄで吸着できる水分量には限界が存在する。そのため、制御手段８０ａは、温度・湿度検知手段８１が検知したデータに基づいて蒸発器７０での相対湿度が所定の閾値以上になったと判断したときは、開閉弁３２、開閉弁３６及び開閉弁３５を開状態から閉状態へ、開閉弁３３、開閉弁３７及び開閉弁３４を閉状態から開状態へ変更し、冷媒の流れを切替える。そして、除加湿用熱交換器４１ｄには高温・高圧のガス冷媒を流入し、フィン４５及び周辺の空気の温度を高めて脱着させ再生させる。

一方、冷媒の流路を切替えたので、除加湿用熱交換器４１ｃが吸着熱交換器として機能するようになる。この除加湿用熱交換器４１ｃでは、空気中の水分を吸着する。このように、冷凍サイクル装置１００ｂは、一方の除加湿用熱交換器（除加湿用熱交換器４１ｄ）が水分を吸着している場合は他方の除加湿用熱交換器（除加湿用熱交換器４１ｃ）の水分を脱着させ、水分の吸着量に応じて、を交互に切替えるようになっている。したがって、風路等を切替えることにより、連続的に室内４０１の空気の湿度（潜熱）を除去することが可能となる。

一方、送風機９０によって除加湿用熱交換器４１ｃには、外気５００側から、例えば、乾球温度が３２［℃］、相対湿度が６０［％］の外気が供給される。除加湿用熱交換器４１ｃは吸着した水分を脱着する。このとき、脱着により絶対湿度が増加した状態となって、再び外気５００へ放出される。ここでは単に放出しているが、例えばこの脱着された水分を加湿に利用することができる。このように、潜熱の除去は除加湿用熱交換器４１ｃ、４１ｄで行ない、顕熱の除去は蒸発器７０で行なう。しかも、吸着した水分の脱着は凝縮器２０における凝縮排熱を利用することにより行なうことができ、冷房・冷凍能力は大幅に改善される。

表３は、開閉弁３２〜開閉弁３７の制御状態と、除加湿用熱交換器４１ｃ及び除加湿用熱交換器４１ｄの機能をまとめたものである。表３において、パターン１は、図２０（ｂ）で示したように、除加湿用熱交換器４１ｄが水分を吸着し、除加湿用熱交換器４１ｃが吸着した水分を脱着する場合を示している。このとき開閉弁３２、開閉弁３６及び開閉弁３５が開状態で、開閉弁３３、開閉弁３７及び開閉弁３４が閉状態である。また、パターン２は、図２０（ａ）で示したように、除加湿用熱交換器４１ｄが吸着した水分を脱着し、除加湿用熱交換器４１ｃが水分を吸着する場合を示している。このとき開閉弁３３、開閉弁３７及び開閉弁３４が開状態で、開閉弁３２、開閉弁３６及び開閉弁３５が閉状態である。このパターン１とパターン２とを交互に切替えることによって、連続運転を可能としている。

除加湿用熱交換器４１ｃまたは除加湿用熱交換器４１ｄのいずれかが水分を脱着している場合には、その除加湿用熱交換器では冷媒が凝縮する。また水分を吸着している場合には、冷媒が蒸発している。各開閉弁の開度を制御し、冷媒の流れ切替えることによって、除加湿用熱交換器４１ｃ及び除加湿用熱交換器４１ｄの機能も切替えることが可能となり、吸着と脱着とを交互に切替えながら連続的に運転できる。

例えば、従来の冷凍サイクル装置では、空調空間の状態が乾球温度２６［℃］、相対湿度６０［％］であり、外気の状態が乾球温度３２［℃］、相対湿度６０［％］である場合には、凝縮器２０での凝縮温度４７［℃］、蒸発器７０での蒸発温度１１［℃］付近でバランスを調整し、空調空間の顕熱処理（冷房運転）と潜熱処理（除湿運転）との両方を同時に行なうようにしていた。このような冷凍サイクル装置では、蒸発温度を低く設定しなければならず、冷凍サイクル装置の運転効率等が悪い。

冷凍サイクル装置１００ｂは、空調空間の顕熱処理（冷房運転）と潜熱処理（除湿運転）との両方を別々に行なうことができる。そのため、蒸発器７０では顕熱処理のみを行なえばよく、蒸発温度を高く設定することができる。つまり、従来の蒸発温度が１１［℃］と設定されていたものを、１４［℃］程度まで高く設定できるのである。その結果、冷凍サイクルの効率を大幅に改善できるようになっている。

上述した図１２に示したように、蒸発温度とＣＯＰとは比例関係にある。例えば、実施の形態４の場合であると、蒸発温度が１１［℃］である場合、ＣＯＰが３．１程度（図で示す（Ａ））であるが、この蒸発温度を１４［℃］に上げた場合、ＣＯＰが３．３程度（図で示す（Ｂ））にまで上昇することがわかる。つまり、蒸発温度を３［℃］上げて設定するだけで、ＣＯＰが約１４％程度改善される。

以上のように、実施の形態６の冷凍サイクル装置１００ｂによれば、上述の実施の形態５と同様に除霜運転を行わなくてもよく、また、蒸発器７０の蒸発温度を高く設定することができる。特に本実施の形態では、空気よりも低い第１の蒸発温度の冷媒により、水分を吸着する側の除加湿用熱交換器４１ｃ又は４１ｄのフィン４５及びその周辺の空気の温度を下げて相対湿度を高くして水分の吸着を行いやすくしたので、さらに性能の高い運転を行うことができる。

実施の形態７．
図２３は、本発明の実施の形態７に係る冷凍サイクル装置１００ｃの構成例を示す図である。特に限定するものではないが、本実施の形態の冷凍サイクル装置１００ｃは、例えば冷暖房運転を行う空気調和装置であるものとして説明する。また、図２３おいて実施の形態４、５及び６で説明した図面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。

冷凍サイクル装置１００ｃは、圧縮機１０、凝縮器２０、並設されている第１の開閉弁である開閉弁３２及び第２の開閉弁である開閉弁３３、並設されている除加湿用熱交換器４１ｅ及び除加湿用熱交換器４１ｆ、並設されている三方弁３８及び三方弁３９、並設されている開閉弁３４及び開閉弁３５、絞り装置８５、そして蒸発器７０が冷媒配管１で順次接続されて構成されている。ここで、冷凍サイクル装置１００ｃも、表面に細孔が形成されたフィン４５を有する熱交換器４０である除加湿用熱交換器４１ｅ（第１の熱交換器）及び除加湿用熱交換器４１ｆ（第２の熱交換器）を備えている。そして、この２つの除加湿用熱交換器４１ｅ及び除加湿用熱交換器４１ｆは、室内ユニット内にそれぞれ独立して内蔵されている。また、制御装置８０ｂは三方弁３８及び三方弁３９を制御し、冷媒の流路を選択する。

この冷媒配管１は、上述した実施の形態６に係る冷凍サイクル装置１００ｂと同様に、分岐して冷媒配管１ｃと冷媒配管１ｄとなって、開閉弁３２、除加湿用熱交換器４１ｅ及び三方弁３８を冷媒配管１ｃで接続し、開閉弁３３、除加湿用熱交換器４１ｆ及び三方弁３９を冷媒配管１ｂで接続してから再度合流するように構成されている。この冷媒配管１を流れる冷媒には、上述の冷媒を使用するとよい。また、冷媒配管１ｃ及び冷媒配管１ｄには、開閉弁３２と除加湿用熱交換器４１ｅとの間における冷媒配管１ｃから分岐し、除加湿用熱交換器４１ｆと三方弁３９との間における冷媒配管１ｄに合流するバイパス管２ａ（第１のバイパス管）と、開閉弁３３と除加湿用熱交換器４１ｆとの間における冷媒配管１ｄから分岐し、除加湿用熱交換器４１ｅと三方弁３８との間における冷媒配管１ｃに合流するバイパス管３ａ（第２のバイパス管）が設けられている。

このバイパス管３ａには、絞り装置６３が設けられている。また、このバイパス管２ａには、絞り装置６４が設けられている。また、この冷凍サイクル装置１００ｃには、蒸発器７０の温度及び湿度を検知するための温度・湿度検知手段（図示省略）が蒸発器７０の風路入口側に備えられている。この温度・湿度検知手段は、温度及び湿度を検知できるものであればよく、特に種類を限定するものでない。例えば、サーミスタ等の温度センサや、温度計、湿度センサ、湿度計等で構成すればよい。

冷凍サイクル装置１００ｃには、圧縮機１０の駆動周波数や開閉弁３２及び開閉弁３３の開度、絞り装置６３、絞り装置６４及び絞り装置８５の開度、三方弁３８及び三方弁３９の開度を制御する制御手段（図示省略）が備えられている。三方弁３８及び三方弁３９は、冷媒配管１ａ及び冷媒配管１ｂを流れる冷媒の流れを切替えて、除加湿用熱交換器４１ｅと除加湿用熱交換器４１ｆの機能（吸着と脱着）を切替えるものである。

次に図２３に基づいて冷凍サイクル装置１００ｃの動作について説明する。ここでは、開閉弁３２を開状態、開閉弁３３を閉状態にし、除加湿用熱交換器４１ｅに水分を脱着させるようにし、除加湿用熱交換器４１ｆに吸着させるようにしたときの冷凍サイクル装置１００ｃの動作について説明するものとする。

圧縮機１０で圧縮された高温・高圧のガス状態の冷媒は、凝縮器２０に流入する。この状態の冷媒は、凝縮器２０で外気に一部を放熱しながら気液二相冷媒となる。この高圧状態の気液二相冷媒は除加湿用熱交換器４１ｅに流入する。流入した気液二相冷媒は伝熱管４６を通過し、このとき、冷媒と空気とが熱交換し、フィン４５とその周辺の空気の温度を高め、相対湿度を低くする。これにより、フィン４５に吸着していた水分が脱着する。気液二相冷媒は液化した液冷媒となる。

除加湿用熱交換器４１ｅから流出した冷媒は、制御装置８０ｂによる三方弁３８の制御によって流れる方向が決定する。バイパス管３ａを流れるように制御されていれば、上述の実施の形態６のように、低圧の気液二相冷媒が除加湿用熱交換器４１ｆに流入し、フィン４５及びその周辺の空気の温度を低くすることで、除加湿用熱交換器４１ｆで行われる吸着の性能を高める。除加湿用熱交換器４１ｆを流出した気液二相の冷媒は三方弁３８、開閉弁３５、バイパス配管１ｄを介して絞り装置８５によって減圧され、蒸発器７０に流入し、熱交換により空気の顕熱を奪って低圧のガス冷媒となるこのガス冷媒は、圧縮機１０に再吸入され、冷媒回路を循環する。また、開閉弁３２を閉状態、開閉弁３３を開状態にし、除加湿用熱交換器４１ｆに水分を脱着させるようにし、除加湿用熱交換器４１ｅに吸着させるようにしたときの冷凍サイクル装置１００ｃの動作については、三方弁３８と３９の動作は逆になる。

以上のように実施の形態７によれば、三方弁３８、３９を備えるようにしたので、実施の形態６と同様に、水分を吸着する側の除加湿用熱交換器４１ｅ又は４１ｆのフィン４５及びその周辺の空気の温度を下げて相対湿度を高くして水分の吸着を行いやすくしたので、さらに性能の高い運転を行うことができる。

実施の形態８．
上述の実施の形態４〜７においては、除加湿用熱交換器４１だけに、実施の形態１〜３の熱交換器４０を適用するようにしたが、それに限定するものではない。例えば、熱交換器として機能する凝縮器２０、蒸発器７０にもフィン４５を設け、水分の吸着等を行わせるようにしてもよい。

また、上述の実施の形態４〜７においては、２つの除加湿用熱交換器４１ａ、４１ｂ等を用いて交互に吸脱着を行うようにしているが、除加湿用熱交換器４１の数を限定するものではない。

また、上述の実施の形態４〜７においては、圧縮機１０の種類を特に限定するものではないが、容量制御が可能なインバータ圧縮機や、定速運転を行なう定速圧縮機を使用すればよい。また、各実施の形態では、冷凍サイクルに圧縮機１０の１台が備えられている場合を例に示したが、これに限定するものでなく、複数の圧縮機を備えてもよい。この場合は、制御手段８０が設けた圧縮機の台数分のマルチ制御を行うようにするとよい。

実施の形態９．
各実施の形態では、制御手段８０及び制御手段８０ａが、各開閉弁の開度、圧縮機１０の駆動周波数、各絞り装置の開度、各三方弁の開度を制御する場合を例に説明したが、これに限定するものでない。各機器毎に制御手段を設けてもよい。また、各実施の形態では、蒸発器７０の風路入口側に温度・湿度検知手段８１を１つ設けている場合を例に説明したが、これに限定するものではない。例えば、温度検知手段と湿度検知手段とに分けて設けてもよく、複数個設けてもよい。また、冷媒の圧力を検知する圧力検知手段等を各機器の近傍に設けてもよい。

なお、冷凍サイクル装置１００〜１００ｃは、冷凍装置やルームエアコン、パッケージエアコン等に適用した場合を例に説明したが、これに限定するものではない。例えば、冷凍サイクル装置１００〜冷凍サイクル装置１００ｃは、冷蔵倉庫や、加湿器、調湿装置等に適用することも可能である。つまり、適用される目的・用途に応じて使用する冷媒を決定したり、冷凍サイクルでの風路及び流路を決定したりすればよい。

Claims (12)

1. 冷媒と空気との熱交換を行うための熱交換器において、
   伝熱を行うためのフィンを有し、
   前記フィンは、毛管凝縮現象により空気中の水分を吸着する直径が１〜３．５ｎｍの細孔を有することを特徴とする熱交換器。
2. 前記細孔の直径は、前記フィンの表面上の位置によって異なることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記フィンの細孔は、水分吸着時の風の流れ方向に対して、風上から風下に向かって孔径が小さくなるように前記フィンに分布していることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
4. 前記フィンは、
   第一の所定の直径である細孔径を有する第一のフィンと、
   水分吸着時の風の流れ方向において前記第一のフィンよりも風上または風下のいずれかに位置して、前記第一の所定の直径と大きさの異なる第二の所定の直径である細孔径を有する第二のフィンと、を有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
5. 水分吸着時の風の流れ方向において前記第二のフィンは前記第一のフィンよりも風下に位置し、前記第二の所定の直径は前記第一の所定の直径よりも小さいことを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
6. 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、凝縮された冷媒の圧力調整をするための絞り装置と、前記絞り装置により減圧され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が接続された冷媒回路を有する冷凍サイクル装置であって、
   請求項１〜５のいずれかの熱交換器を除加湿用熱交換器としてさらに備え、
   前記絞り装置は、前記除加湿用熱交換器の吸脱着を制御するために前記冷媒の圧力を調整することを特徴とする冷凍サイクル装置。
7. 前記除加湿用熱交換器を複数備え、
   選択に基づく除加湿用熱交換器に冷媒を流入出させる流路を形成するための流路選択手段と、
   前記絞り装置により減圧され冷媒を流入させて前記蒸発器において熱交換される空気中の水分を吸着させる除加湿用熱交換器と、前記凝縮器により凝縮された冷媒のを流入させて吸着した水分を脱着させる除加湿用熱交換器とを、前記流路選択手段を制御して選択する制御手段と、を有することを特徴とする請求項６記載の冷凍サイクル装置。
8. 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、凝縮された冷媒の圧力調整をするための絞り装置と、前記絞り装置で減圧された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が接続された冷媒回路を有する冷凍サイクル装置であって、
   請求項１〜５のいずれかの熱交換器である複数の除加湿用熱交換器と
   選択に基づく除加湿用熱交換器に、前記凝縮器により凝縮された冷媒を流入させる流路を形成するための流路選択手段と、
   前記蒸発器において熱交換される空気中の水分を吸着させる除加湿用熱交換器と、前記流路選択手段を制御して冷媒を流入させ、吸着した水分を脱着させる除加湿用熱交換器とを選択する制御手段と、を有することを特徴とする冷凍サイクル装置。
9. 前記蒸発器の風路入口側に、該蒸発器の温度及び／又は湿度を検知するための第１の温度・湿度検知手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記第１の温度・湿度検知手段の検知に係るデータに基づいて前記蒸発器における空気の相対湿度を算出し、算出した相対湿度に基づいて、前記流路選択手段を制御して水分を吸着させる除加湿用熱交換器と水分を脱着させる除加湿用熱交換器とを選択することを特徴とする請求項７又は８記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記制御手段は、さらに前記圧縮機の駆動周波数を制御し、
    前記相対湿度を露点に換算して、前記蒸発器における前記冷媒の蒸発温度が、前記露点以上となるように前記圧縮機の駆動周波数と、前記流路選択手段の制御による前記除加湿用熱交換器の選択を制御することを特徴とする請求項７記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記除加湿用熱交換器の風路入口側に、該除加湿用熱交換器の温度及び／又は湿度を検知するための第２の温度・湿度検知手段をさらに備え、
    前記制御手段は、前記第２の温度・湿度検知手段の検知に係るデータに基づいて前記除加湿用熱交換器における空気の相対湿度を算出して該相対湿度の露点に換算し、前記除加湿用熱交換器を通過する冷媒の温度が前記露点以上となるように前記圧縮機の駆動周波数と、前記流路選択手段の制御による前記除加湿用熱交換器の選択を制御することを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記複数の除加湿用熱交換器と前記蒸発器との風路を切替えるための風路切替手段をさらに備え、
    前記制御手段は、風路切替手段を制御して水分を吸着させる熱交換器と前記蒸発器との風路を形成することを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。

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