JP2005351596A - 調湿部材、これを備える空気調和機及び調湿部材の再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸湿材の再生に使用するエネルギー効率が良好であると共に占有するスペースが小さく、さらに吸湿材の再生度合いを容易に調整可能な調湿部材、これを備える空気調和機及び調湿部材の再生方法を提供すること。
【解決手段】 内部に多数の孔部が形成された導電性の基体１１と、前記孔部に担持された吸湿材１３とを有し、基体１１の回転軸１４の軸回りに回転可能であり、基体１１に電流を流す通電手段１５を備えている。また、基体１１の周面から回転軸１４に向かってスリット２１が複数形成され、スリット２１によって基体１１に複数分割形成されたセグメント２２が、それぞれ独立した電流経路を構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば室内の空気を調湿するデシカント方式の空気調和機に用いられる調湿ロータ、これを備える空気調和機及び調湿ロータの再生方法に関する。

従来、温度と湿度とを一体的に処理する空調装置が提案されている。この空調装置は、例えば室内を冷却する際には、送り込まれた外気を直接冷却することによって行っている。しかしながら、このように外気を直接冷却すると、外気に含まれる水分が露点に達することによって水滴が生じてしまう。空調装置で消費されるエネルギーは、このように外気に含まれる水分の温度を低下させることにも用いられているので、効率が良好ではなかった。

そこで、近年、温度と湿度とを独立して処理を行うことによって、送り込まれた外気の温度を効率よく調節することができるデシカント空調装置が提案されている（例えば、特許文献１から３参照）。
このデシカント空調装置は、図７に示すように、仕切板１０１によって処理側と再生側とに通風孔が分かれており、除湿ロータ１０２と、再生側において除湿ロータ１０２よりも上流に配置された顕熱交換ロータ１０３と、再生側において除湿ロータ１０２と顕熱交換ロータ１０３との間に配置されたヒータ１０４と、２つの送風ファン１０５、１０６とによって構成されている。この除湿ロータ１０２としては、シリカゲルなどの吸湿材をハニカム状に成形した物が用いられている。

ここで、このデシカント空調装置による空気調和方法について説明する。
まず、処理側において、送風ファン１０５によって送り込まれた外気Ｃ１は、除湿ロータ１０２の吸湿材によって内部の水分が吸着される。そして、除湿された外気Ｃ２は、顕熱交換ロータ１０３によって冷却され、給気Ｃ３として室内に送風される。
一方、再生側において、室内から排出された排気Ｃ４は、顕熱交換ロータ１０３で熱交換によって加熱された後、ヒータ１０４でさらに加熱することで、過熱された排気Ｃ５として除湿ロータ１０２に導入される。再生側に位置する除湿ロータ１０２は、加熱された排気Ｃ５を導入することによって吸湿材の再生を行う。その後、除湿ロータ１０２を通過した排気Ｃ６は、外部に放出される。
特開２００３−２６２３７６号公報（図１） 特開２００３−１３０３９９号公報（図１） 特開２０００−２８３４９８号公報（図１）

しかしながら、上記従来の除湿ロータ及びその再生方法においては、以下の問題がある。すなわち、上記従来の除湿ロータは、水分を吸着した吸湿材の再生をヒータで加熱した空気を導入することによって行っている。したがって、熱伝達が悪く、除湿材を再生するために使用するエネルギーの効率が低いという問題がある。また、空気を加熱するヒータや空気を除湿材に導入する送風ファンなどを配置するための広いスペースが必要であるという問題がある。さらに、除湿ロータの温度制御が困難であり、過度に吸湿材を再生する場合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、吸湿材の再生に使用するエネルギー効率が良好であると共に占有するスペースが小さく、さらに吸湿材の再生度合いを容易に調整可能な調湿部材、これを備える空気調和機及び調湿部材の再生方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる調湿部材は、内部に多数の孔部が形成された導電性の基体と、前記孔部に担持された吸湿材とを有しする調湿部材であって、前記基体に電流を流す通電手段を備えていることを特徴とする。

また、本発明にかかる調湿部材の再生方法は、内部に吸湿材を担持する多数の孔部が形成された導電性の基体を有する調湿部材の再生方法であって、前記基体に電流を流し、該基体を加熱することによって前記吸湿材の再生を行うことを特徴とする。

この発明にかかる調湿部材及びこの再生方法によれば、基体内部に形成された多数の孔部に担持された吸湿材によって、調湿部材に導入された空気の水分を吸着する。また、通電手段によって、導電性を有する基体に電流を流すことで基体にジュール熱を発生させる。そして、この発熱によって吸湿材で吸着している水分を放出して、調湿部材の再生を行う。
このように、吸湿材を担持する基体に通電してジュール熱を発生させることで直接加熱し、吸湿材の再生を行うので、別途基体を加熱するヒータを配置してこのヒータから加熱した空気を吸湿材に導入することによって吸湿材の再生を行うことと比較して、吸湿材の再生に使用するエネルギー効率が向上する。また、このように別途ヒータを配置する必要がないので、調湿部材を再生するために必要なスペースを小さくすることができる。さらに、基体に通電する電流量を制御することが容易であるので、吸湿材の再生の度合いを適宜調節することができると共に、基体へのヒートショックを防止することができる。

また、本発明にかかる調湿部材は、前記基体が、回転軸を有し、前記基体の周面から前記回転軸に向かってスリットが複数形成され、該スリットによって前記基体に複数分割形成されたセグメントが、それぞれ独立した電流経路を構成することが好ましい。
この発明にかかる調湿部材によれば、基体の周面から回転軸に向かって設けられた複数のスリットによって複数のセグメントを形成することで、通電手段が各セグメントにおいて独立して通電を行ってセグメントの加熱を行うことができる。これにより、吸湿材の再の度合いをより容易に調整することができる。

また、本発明にかかる空気調和機は、上述した調湿部材を備えることを特徴とする。
この発明にかかる空気調和機によれば、上述と同様に、調湿部材を再生する際のエネルギー効率が向上すると共に、再生するために占有するスペースを小さくすることができる。したがって、コストの低減が図れる。

また、本発明にかかる調湿部材の再生方法は、前記基体の回転軸から周面に向かってほぼ放射状に分割された各部で独立して電流を流すことが好ましい。
この発明にかかる調湿部材の再生方法によれば、基体の回転軸から周面に向かってほぼ放射状に分割された各部で独立して電流を流すことで上述と同様に吸湿材の再生をより効率よく行うことができる。

本発明の調湿部材、これを備える空気調和機及び調湿部材の再生方法によれば、吸湿材を担持する基体に通電してジュール熱を発生させることで直接加熱し、吸湿材の再生を行うので、別途基体を加熱するヒータを配置してこのヒータから加熱した空気を吸湿材に導入することによって吸湿材の再生を行うことと比較して、吸湿材の再生に使用するエネルギー効率が向上する。また、別途ヒータを配置する必要がないので、調湿部材を再生するために必要なスペースを小さくすることができる。さらに、通電手段によって基体に通電する電流量を制御することが容易なので、吸湿材の再生の度合いを適宜調節することができる。

以下、本発明にかかる調湿部材及びこれを備える空気調和機の一実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。
本実施形態による調湿ロータ（調湿部材）１は、デシカント空調システム２に用いられる調湿ロータである。
このデシカント空調システム２は、図１に示すように、仕切板３によって再生側の通風孔と処理側の通風孔とに分離されており、円盤形状を有する調湿ロータ１と、調湿ロータ１と同様に円盤形状を有する顕熱交換ロータ４と、外気Ａ１を調湿ロータ１に送り込む送風ファン５とによって構成されている。

調湿ロータ１は、再生側と処理側とを跨ぐように配置されており、図２及び図３に示すように、例えばアルミニウムで形成された導電性の基体１１と、基体１１内部に多数形成されたハニカム状の貫通孔である孔部（図示略）に担持された吸湿材１３と、基体１１の中心軸回りで基体１１を回転させる回転軸１４と、基体１１に電流を流す通電手段１５とを備えている。

基体１１には、その周面から中心軸に向かってレーザやカッターなどで形成されたスリット２１が周方向等間隔に形成されており、基体１１を１６個のセグメント２２に分割している。そして、各スリット２１の内部には、各セグメント２２が導通しないように絶縁性物質である吸湿材１３が充填されている。
吸湿材１３は、例えば、ゼオライトなどによって構成されており、孔部の壁面に担持されている。
回転軸１４は、これを駆動するモータ（図示略）に接続されており、例えば基体１１を基体１１の軸回りで１分間に２回転し、調湿ロータ１の各セグメント２２が再生側と処理側とを交互に循環するように構成されている。また、この回転軸１４は、その表面が導電性を有しており、各セグメント２２の内周面とそれぞれ電気的に接続されると共に、グラウンドに接続されている。

通電手段１５は、基体１１の外部及び各セグメント２２をそれぞれ電気的に接続されるスリップリング２５と、スリップリング２５及び各セグメント２２の外周面をそれぞれ接続する給電線２６と、回転軸１４の内部に配置されて基体１１の回転角度を検出するエンコーダ（図示略）と、基体１１の外部に設けられて各セグメント２２で流れる電流量を制御する通電制御手段２７とを備えている。

スリップリング２５は、回転軸１４の周面に互いが導電しないように１６個設けられており、それぞれが１６分割されているセグメント２２の外周面とそれぞれ独立して設けられた給電線２６を介して接続されている。この給電線２６は、スリット２１の内部に沿って敷設されている。

通電制御手段２７は、各スリップリング２５及び回転軸１４の表面とそれぞれブラシ（図示略）を介して電気的に接続されており、エンコーダによる基体１１の回転角度の検出結果から、再生側に位置されたセグメント２２に対して通電を行い、基体１１を加熱するように制御する。ここで、回転軸１４による基体１１の回転方向に対して、図４に示すように、処理側においてセグメント２２に電流を流さずに、再生側において回転方向へ進むにつれてセグメント２２に流れる電流量を漸次小さくなるように制御している。

顕熱交換ロータ４は、処理側において調湿ロータ１よりも下流側に設けられており、調湿ロータ１と同様に、再生側と処理側とを跨ぐように配置されており、再生側の冷熱と処理側の暖熱とを交換する。

次に、上記のように構成されたデシカント空調システム２による除湿方法及び調湿ロータ１の再生方法について説明する。
まず、処理側において、外部から送風ファン５によって送り込まれた外気Ａ１は、調湿ロータ１の吸湿材１３によって内部の水分が吸着される。そして、除湿された外気Ａ２は、顕熱交換ロータ４によって冷却され、給気Ａ３として室内に送風される。ここで、基体１１が回転軸１４の軸回りで回転しているので、処理側において外気の水分を吸着した吸湿材１３を有するセグメント２２は、仕切り板３によって区切られた再生側に位置するよう送り出される。

通電手段１５は、回転軸１４に設けられたエンコーダからの検出角度によって再生側に位置するセグメント２２に対して電圧を印加し、セグメント２２の周面から回転軸１４に向かって電流を流す。セグメント２２は、この電流によって発生したジュール熱により加熱され、吸湿材１３内部に吸着されている水分を脱着する。このようにして、調湿ロータ１の再生を行う。
再生された吸湿材１３を有するセグメント２２は、基体１１の回転軸１４の軸回りで回転することによって、再び処理側に位置する。そして、送風ファン５によって送り込まれた外気Ａ１内部の水分を吸着する。

ここで、通電制御手段２７は、回転方向へ進むにつれてセグメント２２に流れる電流量を漸次小さくするように制御している。これにより、回転軸１４の軸回りでの回転によりセグメント２２が処理側に近づくにつれて、セグメント２２の加熱が抑えられている。

以上より、本実施形態における調湿ロータ１、これを備えるデシカント空調システム２及び調湿ロータの再生方法によれば、吸湿材１３を担持する基体１１に通電してジュール熱を発生させることで直接加熱し、吸湿材１３の再生を行うので、例えば、別途基体１１を加熱するヒータを配置してこのヒータから加熱した空気を吸湿材１３に導入することによって吸湿材１３の再生を行うことと比較して、吸湿材１３の再生に使用するエネルギー効率が向上する。
また、このようなヒータを別途配置する必要がないので、吸湿材１３を再生するために必要なスペースを小さくすることができる。さらに、通電制御手段２７を設けるだけであり、基体１１に通電する電流量を制御することが容易なので、吸湿材１３の再生の度合いを適宜調節することができる。

また、基体１１の周面から回転軸１４に向かって設けられた複数のスリット２１によって複数のセグメント２２を形成することによって、通電手段１５が各セグメント２２で独立して通電を行ってセグメント２２の加熱を行うことができる。これにより、吸湿材１３の再生をより効率よく行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、吸湿材としてゼオライトを用いたが、これに限らず、シリカゲル、活性炭、活性アルミナ、チタニアであってもよい。
また、上記実施形態では、基体としてハニカム形状を有する導電性の金属を用いたが、吸湿材を担持可能な孔部が形成されていればよく、発泡金属、活性炭あるいは導電性セラミックスを用いてもよい。
また、上記実施形態では、通電制御手段２７が再生側に位置するセグメント２２に対して回転方向へ進むにつれて漸次電流量が小さくなるように制御しているが、吸湿材１３の再生を所望の度合いに応じて適宜変更してもよい。

また、上記実施形態では、調湿ロータ１が処理側を流れる空気の除湿を行うように配置されているが、図５に示すように、調湿ロータ１が処理側を流れる空気の加湿を行うように配置されたデシカント空調システム３０であってもよい。
このデシカント空調システム３０は、上述と同様に仕切板３によって処理側と吸着側とに分離されている。そして、処理側において、調湿ロータ１よりも上流側に顕熱交換ロータ４が配置されている。
そして、処理側において、送風ファン３１によって送り込まれた外気Ｂ１は、顕熱交換ロータ４によって加熱される。そして、加熱された外気Ｂ２と、通電手段１５とによって調湿ロータ１の吸湿材１３に吸着されている水分が放出され、加湿された給気Ｂ３として室内に吸気されるように構成されている。
一方、吸着側において、送風ファン３２によって送風された室内からの排気Ｂ４は、調湿ロータ１によって除湿され、除湿された排気Ｂ５が顕熱交換ロータ４によって冷却される。その後、排気Ｂ６として外部に放出されるように構成されている。

また、上記実施形態では、通電制御手段２７からスリップリング２５を介して各セグメント２２に電流を流すように構成されているが、図６に示すように、通電手段３５が再生側において回転軸１４の軸回りで回転する基体１１の周面に接触するように配置されたブラシ３６を有し、これを通電制御手段２７と電気的に接続することによって、再生側に位置するセグメント２２の加熱を行うような構成であってもよい。このブラシ３６は、基体１１の再生側において、周面で等間隔に配置されている。
このような構成であっても、各ブラシ３６と回転軸１４との間を流れる電流量を適宜設定することができる。
ここで、回転軸１４をグラウンドと接続する構成に限らず、ブラシ３５のうち１つをグラウンドと接続する構成であってもよい。

また、上記実施形態では、調湿ロータ１が回転軸１４の軸回りでする場合を示したが、調湿ロータ１を回転させずに、通電流経路を適宜切り替えることによっても吸湿材１３を再生させることができる。この場合、電流経路の切り替えに対応して、通電するセグメント２２を選択する。

本発明の一実施形態における調湿ロータを備えるデシカント空調システムを示す概略図である。 図１における調湿ロータを示す、（ａ）は側面図、（ｂ）は、正面図である。 図１における調湿ロータを示す要部拡大図である。 図１における通電制御手段による基体の回転角度に対する通電量を示すグラフである。 本発明の一実施形態以外の調湿ロータを適用可能なデシカント空調システムを示す該略図である。 本発明の一実施形態以外の、本発明を適用可能な調湿ロータを示す側面図である。 従来の調湿ロータを備えるデシカント空調システムを示す該略図である。

符号の説明

１ 調湿ロータ（調湿部材）
２、３０ デシカント空調システム（空気調和機）
１１ 基体
１３ 吸湿材
１５、３５ 通電手段
２１ スリット
２２ セグメント

Claims (5)

1. 内部に多数の孔部が形成された導電性の基体と、前記孔部に担持された吸湿材とを有しする調湿部材であって、
   前記基体に電流を流す通電手段を備えていることを特徴とする調湿部材。
2. 前記基体が、回転軸を有し、
   前記基体の周面から前記回転軸に向かってスリットが複数形成され、
   該スリットによって前記基体に複数分割形成されたセグメントが、それぞれ独立した電流経路を構成することを特徴とする請求項１に記載の調湿部材。
3. 請求項１または２に記載の調湿部材を備えることを特徴とする空気調和機。
4. 内部に吸湿材を担持する多数の孔部が形成された導電性の基体を有する調湿部材の再生方法であって、
   前記基体に電流を流し、該基体を加熱することによって前記吸湿材の再生を行うことを特徴とする調湿部材の再生方法。
5. 前記基体の回転軸から周面に向かってほぼ放射状に分割された各部で独立して電流を流すことを特徴とする請求項４に記載の調湿部材の再生方法。
   

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