JP5402194B2 - 吸着熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、有機高分子材料をフィン表面に担持した吸着熱交換器に関するものである。

従来より、フィンや伝熱管の表面に吸着剤が担持された吸着熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。この吸着熱交換器では、吸着動作時に、フィンの間を通過する空気が水分を吸着剤に奪われて除湿される。そして、吸着熱交換器の伝熱管内を流れる冷却水は、空気中の水分が吸着剤へ吸着される際に生じる吸着熱を吸熱する。また、伝熱管内の冷却水は、空気からも吸熱する。

一方、再生動作時には、伝熱管内を流れる温水によって吸着剤やフィンの間を通過する空気が加熱される。そして、吸着剤から水分が脱離し、この脱離した水分がフィンの間を通過する空気へ付与される。

特開平７−２６５６４９公報

ここで、吸着剤としては、ゼオライトやシリカゲル等の無機材料を用いることが一般的であるが、本発明者は、水分の吸着性能をさらに向上させるために、有機高分子材料を用いることを考えた。具体的に、有機高分子材料を吸着剤として用いた場合には、吸着剤自身が吸湿することにより膨潤して放湿することにより収縮する。このように、有機高分子材料は、吸放湿時に体積変化することで、無機材料に比べてより多量の水分を吸放出することができ、水分の吸着性能を向上させることができる。

しかしながら、有機高分子材料を吸着剤として用いた場合には、吸着剤自身の体積変化によって、フィン間を通過する空気の圧力損失が変化することで風量変化が生じてしまい、例えば、この吸着熱交換器を調湿外気処理装置に適用した場合に換気量が安定しないといったことが懸念される。

具体的に、吸着動作時には、吸着熱交換器へ供給された空気は、フィンの間を通過する過程で次第に水分を奪われていく。つまり、吸着側の吸着熱交換器を通過する空気は、フィンの間を通過する過程で絶対湿度が次第に低下し、それに伴って相対湿度も次第に低下していく。そして、一般的には、空気の相対湿度が低くなるほど、空気中の水分が吸着剤に吸着されにくくなる。

このため、従来の吸着熱交換器では、空気流の上流側に位置する部分に比べて空気流の下流側に位置する部分に吸着される水分量が少なくなる。有機高分子材料を用いた吸着熱交換器では、空気流の上流側に位置する吸着剤の膨潤量が大きく、下流側に位置する吸着剤の膨潤量が小さくなることで、フィン間の空気通路の通路幅が偏ってしまい、フィン間を通過する空気の圧力損失が局所的に増大する。結果、風量変化が発生する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィン間を通過する空気の圧力損失の局所的な増大を防ぎ、吸着熱交換器を通過する空気の風量を安定させることにある。

上述した目的を達成するため、本発明は、上流側フィン群のフィンピッチを、空気流の下流側に位置する下流側フィン群のフィンピッチよりも広くするようにした。

具体的に、本発明は、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）に接続されて内部を熱媒体が流通する伝熱管（40）と、該伝熱管（40）に取り付けられるとともに表面に吸着剤（35a）が担持された複数のフィン（30）とを備え、該フィン（30）間を通過する空気を該フィン（30）表面の該吸着剤（35a）と接触させて、除湿した空気を室内へ供給する除湿運転又は加湿した空気を室内へ供給する加湿運転を行うための吸着熱交換器を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、前記吸着剤（35a）は、吸湿することにより膨潤して放湿することにより収縮するような特性を持ち、
前記複数のフィン（30）は、前記伝熱管（40）の伸長方向に沿って所定のピッチで配置される一方、空気流の上流側に位置する上流側フィン群（31）と、下流側に位置する下流側フィン群（32）とをそれぞれ構成し、
前記上流側フィン群（31）は、前記下流側フィン群（32）に比べて前記フィン（30）同士のピッチが広くなるように構成され、
前記フィン（30）同士のピッチは、前記吸着剤（35a）が吸湿により膨潤したときに、空気の通過方向に開口する前記上流側フィン群（31）の開口面積の合計値が前記下流側フィン群（32）の開口面積の合計値と略等しくなるように設定されていることを特徴とするものである。

第１の発明では、吸着剤（35a）は、吸湿することにより膨潤、すなわち空気中の水分が吸着剤（35a）へ吸着される際に膨潤する一方、放湿することにより収縮、すなわち吸着剤（35a）から水分が脱離した際に収縮する。複数のフィン（30）は、伝熱管（40）の伸長方向に沿って所定のピッチで配置される。また、複数のフィン（30）は、空気流の上流側に位置する上流側フィン群（31）と、下流側に位置する下流側フィン群（32）とをそれぞれ構成している。そして、上流側フィン群（31）は、下流側フィン群（32）に比べてフィン（30）同士のピッチが広くなっている。また、フィン（30）同士のピッチは、吸着剤（35a）が吸湿により膨潤したときに、空気の通過方向に開口する上流側フィン群（31）の開口面積の合計値と、下流側フィン群（32）の開口面積の合計値とが略等しくなるように設定される。

このような構成とすれば、吸着剤（35a）が吸湿により膨潤したときでも、フィン（30）間の空気通路の通路幅を十分に広く確保することができる。これにより、上流側フィン群（31）から下流側フィン群（32）にかけて空気をスムーズに通過させることができ、フィン（30）間を通過する空気の圧力損失の局所的な増大を防ぐことができる。

具体的に、吸着熱交換器（20）では、空気流の上流側に位置する部分に比べて空気流の下流側に位置する部分に吸着される水分量が少なくなる。これは、吸着側の吸着熱交換器（20）を通過する空気が、フィン（30）間を通過する過程で絶対湿度が次第に低下し、それに伴って相対湿度も次第に低下していくことで、空気中の水分が吸着剤（35a）に吸着されにくくなるからである。

ここで、上流側フィン群（31）と下流側フィン群（32）とのフィン（30）同士のピッチを同じピッチに設定した場合には、上流側フィン群（31）の吸着剤（35a）が下流側フィン群（32）の吸着剤（35a）に比べてより多くの水分を吸湿してその膨潤量が大きくなることから、空気流の上流側のフィン（30）間の空気通路の通路幅が狭くなって、フィン（30）間を通過する空気の圧力損失が局所的に増大してしまう。

これに対し、本発明では、上流側フィン群（31）のフィンピッチを下流側フィン群（32）のフィンピッチよりも広く設定しておくことで、上流側フィン群（31）に担持された吸着剤（35a）が下流側フィン群（32）に担持された吸着剤（35a）に比べてより多くの水分を吸湿してその膨潤量が大きくなったときでも、フィン（30）間を通過する空気の圧力損失の局所的な増大を防ぐことができる。

本発明によれば、上流側フィン群（31）のフィンピッチを下流側フィン群（32）のフィンピッチよりも広く設定しておくことで、上流側フィン群（31）に担持された吸着剤（35a）が下流側フィン群（32）に担持された吸着剤（35a）に比べてより多くの水分を吸湿してその膨潤量が大きくなったときでも、フィン（30）間の空気通路の通路幅を十分に広く確保することができ、フィン（30）間を通過する空気の圧力損失の局所的な増大を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る冷媒回路の構成と動作を示す冷媒回路図である。 本実施形態に係る吸着熱交換器の斜視図である。 吸着熱交換器をＵ管側から見た側面図である。 吸着熱交換器をフィンの短辺側から見た概略側面図である。 吸着層が膨潤した状態を示す概略側面図である。 本参考例に係る吸着熱交換器の斜視図である。 吸着熱交換器をＵ管側から見た側面図である。 吸着熱交換器をフィンの短辺側から見た概略側面図である。 吸着層が膨潤した状態を示す概略側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る冷媒回路の構成と動作を示す冷媒回路図である。本実施形態に係る調湿装置は、冷媒回路（10）を備え、除湿した空気を室内へ供給する除湿運転と、加湿した空気を室内へ供給する加湿運転とが可能に構成されている。

図１に示すように、前記冷媒回路（10）は、第１吸着部材（11）、第２吸着部材（12）、圧縮機（13）、四方切換弁（14）、及び電動膨張弁（15）が設けられた閉回路で構成されている。この冷媒回路（10）には、冷媒が充填されている。冷媒回路（10）では、充填された冷媒を循環させることにより蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。また、第１吸着部材（11）と第２吸着部材（12）は、何れも吸着熱交換器（20）によって構成されている。吸着熱交換器（20）の詳細については後述する。

前記冷媒回路（10）において、圧縮機（13）は、その吐出側が四方切換弁（14）の第１ポートに、その吸入側が四方切換弁（14）の第２ポートにそれぞれ接続されている。第１吸着部材（11）の一端は、四方切換弁（14）の第３ポートに接続されている。第１吸着部材（11）の他端は、電動膨張弁（15）を介して第２吸着部材（12）の一端に接続されている。第２吸着部材（12）の他端は、四方切換弁（14）の第４ポートに接続されている。

前記四方切換弁（14）は、第１ポートと第３ポートが連通して第２ポートと第４ポートが連通する第１状態（図１（ａ）に示す状態）と、第１ポートと第４ポートが連通して第２ポートと第３ポートが連通する第２状態（図１（ｂ）に示す状態）とに切り換え可能となっている。

上述のように、前記第１吸着部材（11）及び第２吸着部材（12）は、それぞれが吸着熱交換器（20）によって構成されている。この吸着熱交換器（20）について、図２〜図５を参照しながら説明する。

図２に示すように、前記吸着熱交換器（20）は、いわゆるクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器である。吸着熱交換器（20）は、銅製の伝熱管（40）と、アルミニウム製のフィン（30）とを複数ずつ備えている。

前記フィン（30）は、長方形板状に形成されており、伝熱管（40）の伸長方向に沿って所定のピッチで配置されている。また、このフィン（30）は、空気流の上流側に位置する上流側フィン群（31）と、下流側に位置する下流側フィン群（32）とをそれぞれ構成している。伝熱管（40）は、それぞれが直管状に形成されており、互いに平行に配置されている。

図３に示すように、吸着熱交換器（20）では、各伝熱管（40）の配列がいわゆる千鳥配列となっている。具体的に、この吸着熱交換器（20）では、フィン（30）の長辺に沿って所定のピッチで伝熱管（40）が配置されている。また、この吸着熱交換器（20）では、フィン（30）の短辺に沿って所定のピッチで伝熱管（40）が配置されている。フィン（30）の長辺方向における伝熱管（40）のピッチがいわゆる段ピッチであり、フィン（30）の短辺方向における伝熱管（40）のピッチがいわゆる列ピッチである。

前記吸着熱交換器（20）では、フィン（30）の長辺に沿って一列に並んだ一群の伝熱管（40）が第１管列（41）〜第４管列（44）を構成している。第１管列（41）〜第４管列（44）は、空気流の上流側（図３における左側）から下流側にかけて順に並べられている。具体的に、第１管列（41）及び第２管列（42）は、上流側フィン群（31）に一体に取り付けられている。また、第３管列（43）及び第４管列（44）は、下流側フィン群（32）に一体に取り付けられている。

ここで、前記第１管列（41）〜第４管列（44）のうち隣接するものは、フィン（30）の長手方向へ段ピッチの半分だけずれている。また、第１管列（41）〜第４管列（44）では、隣接する伝熱管（40）が互いにＵ字状のＵ管（45）で接続されている。さらに、第１管列（41）〜第４管列（44）は、互いに並列に接続されている（図４参照）。

前記冷媒回路（10）では、吸着熱交換器（20）における第１管列（41）〜第４管列（44）の一端が四方切換弁（14）に接続され、第１管列（41）〜第４管列（44）の他端が電動膨張弁（15）に接続されている。

図４に示すように、前記上流側フィン群（31）及び下流側フィン群（32）のフィン（30）の表面には、吸着層（35）が形成されている。この吸着層（35）は、吸湿性を有する有機高分子材料からなる吸着剤（35a）と、ウレタン樹脂等からなるバインダとによって構成されている。この吸着剤（35a）として用いられる有機高分子材料では、分子中に親水性の極性基を有する複数の高分子主鎖が互いに架橋されており、互いに架橋された複数の高分子主鎖が三次元構造体を形成している。

前記吸着剤（35a）は、水蒸気を捕捉（すなわち、吸湿）することによって膨潤する。この吸着剤（35a）が吸湿することによって膨潤するメカニズムは、以下のようなものと推測される。つまり、この吸着剤（35a）が吸湿する際には、親水性の極性基の周りに水蒸気が吸着され、親水性の極性基と水蒸気が反応することで生じた電気的な力が高分子主鎖に作用し、その結果、高分子主鎖が変形する。そして、変形した高分子主鎖同士の隙間へ水蒸気が毛細管力によって取り込まれ、水蒸気が入り込むことによって複数の高分子主鎖からなる三次元構造体が膨らみ、その結果、吸着剤（35a）の体積が増加する。

このように、前記吸着剤（35a）では、水蒸気が吸着剤（35a）に吸着される現象と、水蒸気が吸着剤（35a）に吸収される現象の両方が起こる。つまり、この吸着剤（35a）には、水蒸気が収着される。また、この吸着剤（35a）に捕捉された水蒸気は、互いに架橋された複数の高分子主鎖からなる三次元構造体の表面だけでなく、その内部にまで入り込む。その結果、この吸着剤（35a）には、表面に水蒸気を吸着するだけのゼオライト等に比べ、多量の水蒸気が捕捉される。

また、この吸着剤（35a）は、水蒸気を放出（すなわち、放湿）することによって収縮する。つまり、この吸着剤（35a）が放湿する際には、高分子主鎖同士の隙間に捕捉された水の量が減少してゆき、複数の高分子主鎖で構成された三次元構造体の形状が元に戻ってゆくため、吸着剤（35a）の体積が減少する。

前記吸着剤（35a）は、フィン（30）に対してバインダによって接合されており、空気流の上流側から下流側にかけての厚みが略均一となるように設定されている。また、特に図示しないが、伝熱管（40）の表面にも吸着層（35）が形成されている。

なお、本実施形態の吸着剤（35a）として用いられる材料は、吸湿することによって膨潤して放湿することによって収縮するものであれば上述した材料に限定されず、例えば吸湿性を有するイオン交換樹脂であってもよい。

前記吸着熱交換器（20）では、上流側フィン群（31）と下流側フィン群（32）とは、隙間を存して空気流の通過方向に並ぶように配置されている。そして、上流側フィン群（31）のフィンピッチＰ１は、下流側フィン群（32）のフィンピッチＰ２に比べて広くなるように設定されている。このような構成とすれば、吸着剤（35a）が吸湿して吸着層（35）が膨潤したときでも、フィン（30）間の空気通路の通路幅を十分に広く確保することができ、フィン（30）間を通過する空気の圧力損失の局所的な増大を防ぐことができる。

具体的に、前記上流側フィン群（31）のフィンピッチＰ１と下流側フィン群（32）のフィンピッチＰ２とを同じピッチに設定した場合には、空気流の上流側のフィン（30）間の空気通路の通路幅が狭くなって、フィン（30）間を通過する空気の圧力損失が局所的に増大してしまう。これは、吸着側の吸着熱交換器（20）を通過する空気は、フィン（30）間を通過する過程で絶対湿度が次第に低下し、それに伴って相対湿度も次第に低下していくことで、空気中の水分が吸着剤（35a）に吸着されにくくなるため、上流側フィン群（31）の吸着層（35）が下流側フィン群（32）の吸着層（35）に比べてその膨潤量が大きくなるからである。

これに対し、本発明では、上流側フィン群（31）のフィンピッチＰ１を下流側フィン群（32）のフィンピッチＰ２よりも広く設定しておくことで、図５に示すように、上流側フィン群（31）の吸着層（35）が下流側フィン群（32）の吸着層（35）に比べてその膨潤量が大きくなったときでも、フィン（30）間の空気通路の通路幅を十分に広く確保することができ、フィン（30）間を通過する空気の圧力損失の局所的な増大を防ぐことができる。

さらに、前記フィン（30）同士のピッチは、吸着剤（35a）が吸湿して吸着層（35）が膨潤したときに、空気の通過方向に開口する上流側フィン群（31）の開口面積の合計値が下流側フィン群（32）の開口面積の合計値と略等しくなるように設定されている。

このような構成とすれば、上流側フィン群（31）から下流側フィン群（32）にかけて空気をスムーズに通過させることができ、フィン（30）間を通過する空気の圧力損失の局所的な増大を防ぐことができる。

なお、本実施形態では、吸着熱交換器（20）のフィン（30）を、上流側フィン群（31）と下流側フィン群（32）とに分割して、上流側フィン群（31）と下流側フィン群（32）との間に隙間を設けた構成について説明したが、この形態に限定するものではなく、上流側フィン群（31）から下流側フィン群（32）にかけて空気がスムーズに通過できるのであれば、この隙間は設けなくてもよい。また、空気流の上流側から下流側にかけて一体物のフィン（30）に対して第１管列（41）〜第４管列（44）を取り付けた構成としても良い。

さらに、上流側フィン群（31）と下流側フィン群（32）とでフィンピッチを２通りに設定するようにしたが、第１管列（41）〜第４管列（44）のそれぞれに対応する４つのフィン群を設けることで、フィンピッチを４通りに設定するようにしても良い。

−運転動作−
前記調湿装置では、除湿運転と加湿運転とが可能である。この調湿装置は、除湿運転中と加湿運転中の何れにおいても、第１動作と第２動作を所定の時間間隔（例えば３分間隔）で交互に繰り返す。

前記調湿装置は、除湿運転中であれば第１空気として室外空気（OA）を、第２空気として室内空気（RA）をそれぞれ取り込む。また、前記調湿装置は、加湿運転中であれば第１空気として室内空気（RA）を、第２空気として室外空気（OA）をそれぞれ取り込む。

まず、第１動作について説明する。第１動作中には、第１吸着部材（11）へ第２空気が、第２吸着部材（12）へ第１空気がそれぞれ送り込まれる。この第１動作では、第１吸着部材（11）についての再生動作と、第２吸着部材（12）についての吸着動作とが行われる。

図１（ａ）に示すように、第１動作中の冷媒回路（10）では、四方切換弁（14）が第１状態に設定される。圧縮機（13）を運転すると、冷媒回路（10）で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（10）では、第１吸着部材（11）が凝縮器として機能し、第２吸着部材（12）が蒸発器として機能する。

具体的に、圧縮機（13）から吐出された冷媒は、第１吸着部材（11）で放熱して凝縮する。第１吸着部材（11）で凝縮した冷媒は、電動膨張弁（15）を通過する際に減圧され、その後に第２吸着部材（12）で吸熱して蒸発する。第２吸着部材（12）で蒸発した冷媒は、圧縮機（13）へ吸入されて圧縮され、再び圧縮機（13）から吐出される。

前記吸着熱交換器（20）により構成された第１吸着部材（11）では、フィン（30）表面の吸着層（35）が伝熱管（40）内の冷媒によって加熱され、加熱された吸着層（35）から脱離した水分が第２空気に付与される。また、同じく吸着熱交換器（20）により構成された第２吸着部材（12）では、フィン（30）表面の吸着層（35）に第１空気中の水分が吸着され、発生した吸着熱が伝熱管（40）内の冷媒に吸熱される。

そして、除湿運転中であれば、第２吸着部材（12）で除湿された第１空気が室内へ供給され、第１吸着部材（11）から脱離した水分が第２空気とともに室外へ排出される。一方、加湿運転中であれば、第１吸着部材（11）で加湿された第２空気が室内へ供給され、第２吸着部材（12）に水分を奪われた第１空気が室外へ排出される。

次に、第２動作について説明する。第２動作中には、第１吸着部材（11）へ第１空気が、第２吸着部材（12）へ第２空気がそれぞれ送り込まれる。この第２動作では、第２吸着部材（12）についての再生動作と、第１吸着部材（11）についての吸着動作とが行われる。

図１（ｂ）に示すように、第２動作中の冷媒回路（10）では、四方切換弁（14）が第２状態に設定される。圧縮機（13）を運転すると、冷媒回路（10）で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（10）では、第２吸着部材（12）が凝縮器として機能し、第１吸着部材（11）が蒸発器として機能する。

具体的に、圧縮機（13）から吐出された冷媒は、第２吸着部材（12）で放熱して凝縮する。第２吸着部材（12）で凝縮した冷媒は、電動膨張弁（15）を通過する際に減圧され、その後に第１吸着部材（11）で吸熱して蒸発する。第１吸着部材（11）で蒸発した冷媒は、圧縮機（13）へ吸入されて圧縮され、再び圧縮機（13）から吐出される。

前記吸着熱交換器（20）により構成された第２吸着部材（12）では、フィン（30）表面の吸着層（35）が伝熱管（40）内の冷媒によって加熱され、加熱された吸着層（35）から脱離した水分が第２空気に付与される。また、同じく吸着熱交換器（20）により構成された第１吸着部材（11）では、フィン（30）表面の吸着層（35）に第１空気中の水分が吸着され、発生した吸着熱が伝熱管（40）内の冷媒に吸熱される。

そして、除湿運転中であれば、第１吸着部材（11）で除湿された第１空気が室内へ供給され、第２吸着部材（12）から脱離した水分が第２空気とともに室外へ排出される。一方、加湿運転中であれば、第２吸着部材（12）で加湿された第２空気が室内へ供給され、第１吸着部材（11）に水分を奪われた第１空気が室外へ排出される。

−吸着熱交換器への水分の吸着−
前記調湿装置の運転中には、第１吸着部材（11）や第２吸着部材（12）を構成する吸着熱交換器（20）が蒸発器として機能し、その吸着熱交換器（20）へ空気中の水分が吸着される。蒸発器として機能する吸着熱交換器（20）へは、低圧冷媒が冷却用の熱媒体として供給される。ここでは、蒸発器となっている吸着熱交換器（20）へ空気中の水分が吸着される過程について説明する。

蒸発器となっている吸着熱交換器（20）では、電動膨張弁（15）で減圧された冷媒が第１管列（41）〜第４管列（44）へ分配される。吸着熱交換器（20）へ送り込まれた空気は、上流側フィン群（31）と下流側フィン群（32）とを順に通過していき、その過程で熱と水分を吸着熱交換器（20）に奪われていく。そして、空気がフィン（30）同士の間を通過する際に吸着層（35）と接触して吸着層（35）が膨潤する。

以上のように、本実施形態に係る吸着熱交換器（20）によれば、上流側フィン群（31）のフィンピッチＰ１を下流側フィン群（32）のフィンピッチＰ２よりも広く設定しておくことで、上流側フィン群（31）の吸着層（35）が下流側フィン群（32）の吸着層（35）に比べてより多くの水分を吸湿することでその膨潤量が大きくなったときでも、フィン（30）間の空気通路の通路幅を十分に広く確保することができ、フィン（30）間を通過する空気の圧力損失の局所的な増大を防ぐことができる。

＜参考例＞
図６は、本参考例に係る吸着熱交換器の構成を示す斜視図である。前記実施形態とは、吸着熱交換器（20）の構成のみが異なるため、以下、実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図６に示すように、前記吸着熱交換器（20）は、いわゆるクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器である。吸着熱交換器（20）は、銅製の伝熱管（40）とアルミニウム製のフィン（30）とを複数ずつ備えている。フィン（30）は、それぞれが長方形板状に形成され、一定の間隔で並べられている。各伝熱管（40）は、直管状に形成され、一定間隔で並べられたフィン（30）を貫通している。つまり、吸着熱交換器（20）では、各伝熱管（40）の軸方向に沿って多数のフィン（30）が等間隔で配置されている。

図７は、本参考例に係る吸着熱交換器をＵ管側から見た側面図である。図７にも示すように、吸着熱交換器（20）では、各伝熱管（40）の配列がいわゆる千鳥配列となっている。具体的に、この吸着熱交換器（20）では、フィン（30）の長辺に沿って所定のピッチで伝熱管（40）が配置されている。また、この吸着熱交換器（20）では、フィン（30）の短辺に沿っても所定のピッチで伝熱管（40）が配置されている。フィン（30）の長辺方向における伝熱管（40）のピッチがいわゆる段ピッチであり、フィン（30）の短辺方向における伝熱管（40）のピッチがいわゆる列ピッチである。

前記吸着熱交換器（20）では、フィン（30）の長辺に沿って一列に並んだ一群の伝熱管（40）が第１管列（41）〜第４管列（44）を構成している。第１管列（41）〜第４管列（44）は、空気流の上流側（図７における左側）から下流側にかけて順に並べられている。

ここで、前記第１管列（41）〜第４管列（44）のうち隣接するものは、フィン（30）の長手方向へ段ピッチの半分だけずれている。また、第１管列（41）〜第４管列（44）では、隣接する伝熱管（40）が互いにＵ字状のＵ管（45）で接続されている。さらに、図８に示すように、第１管列（41）〜第４管列（44）は、互いに並列に接続されている。

前記冷媒回路（10）では、吸着熱交換器（20）における第１管列（41）〜第４管列（44）の一端が四方切換弁（14）に接続され、第１管列（41）〜第４管列（44）の他端が電動膨張弁（15）に接続されている。

前記フィン（30）には、本体部分（61）と、前縁部分（62）と、後縁部分（63）とが形成されている。具体的に、フィン（30）では、空気流の方向における第１管列（41）の直前から第４管列（44）の直後に亘る部分が本体部分（61）を構成している。また、フィン（30）では、本体部分（61）よりも空気流の上流側の部分が前縁部分（62）を、本体部分（61）よりも空気流の下流側の部分が後縁部分（63）をそれぞれ構成している。つまり、フィン（30）では、前縁部分（62）が本体部分（61）の前縁から空気流の上流側へ延び、後縁部分（63）が本体部分（61）の後縁から空気流の下流側へ延びている。このフィン（30）において、前縁部分（62）の長さＬ１は、後縁部分（63）の長さＬ２よりも長くなっている。

このような構成とすれば、フィン（30）の前縁部分（62）から後縁部分（63）にかけてフィン（30）の表面に形成された吸着層（35）と空気との相対湿度差が平均化され、フィン（30）に対する水分吸着量も前縁部分（62）から後縁部分（63）にかけて平均化される。これにより、図９に示すように、吸着剤（35a）が吸湿して吸着層（35）が膨潤したときに、空気流の上流側から下流側にかけての吸着層（35）の厚みが略均一となることから、フィン（30）間の空気通路の通路幅の偏りをなくして、フィン（30）間を通過する空気の圧力損失の局所的な増大を防ぐことができる。

具体的に、空気流の上流側へ延びる前縁部分（62）は、空気流の下流側へ延びる後縁部分（63）に比べて長くなっており、そのフィン効率が本体部分（61）や後縁部分（63）のフィン効率に比べて低くなる。このため、全ての伝熱管（40）内を同じ温度の熱媒体が流通する状態であっても、フィン（30）では前縁部分（62）の温度と本体部分（61）や後縁部分（63）の温度とが相違する。

例えば、吸着熱交換器（20）に空気中の水分を吸着させる際に伝熱管（40）内へ冷却用の熱媒体を供給する場合、フィン（30）では前縁部分（62）の温度に比べて本体部分（61）や後縁部分（63）の温度が低くなる一方、吸着熱交換器（20）を通過する過程で空気の温度は次第に低下していく。

従って、吸着熱交換器（20）では、前縁部分（62）から後縁部分（63）にかけてフィン（30）の表面に形成された吸着層（35）と空気との相対湿度差が平均化され、フィン（30）に対する水分吸着量も前縁部分（62）から後縁部分（63）にかけて平均化される。その結果、吸着層（35）の膨潤量も、空気流の上流側から下流側にかけて平均化されて吸着層（35）の厚みが略均一となり、フィン（30）間を通過する空気の圧力損失の局所的な増大を防ぐことができる。

−運転動作−
本参考例における調湿装置の動作は、前記実施形態と同様である。ここでは、本参考例の吸着熱交換器（20）に対して空気中の水分が吸脱着される過程を説明する。

−吸着熱交換器への水分の吸着−
上述のように、前記調湿装置の運転中には、第１吸着部材（11）や第２吸着部材（12）を構成する吸着熱交換器（20）が蒸発器として機能し、その吸着熱交換器（20）へ空気中の水分が吸着される。蒸発器として機能する吸着熱交換器（20）へは、低圧冷媒が冷却用の熱媒体として供給される。ここでは、蒸発器となっている吸着熱交換器（20）へ空気中の水分が吸着される過程について説明する。

蒸発器となっている吸着熱交換器（20）では、電動膨張弁（15）で減圧された冷媒が第１管列（41）〜第４管列（44）へ分配される。吸着熱交換器（20）へ送り込まれた空気は、フィン（30）の間へ流れ込み、フィン（30）の間を吸着層（35）と接触しながら流れていく。その過程において、空気は、表面に吸着層（35）の形成されたフィン（30）に水分と熱を奪われる。空気からフィン（30）へ移動した熱は、熱伝導によって伝熱管（40）へと移動し、最終的には伝熱管（40）内の冷媒に吸熱される。このフィン（30）では、伝熱管（40）から離れた場所ほど、その温度が空気の温度に近くなる。つまり、蒸発器となっている吸着熱交換器（20）において、フィン（30）の温度は、伝熱管（40）から離れるにつれて高くなる。このため、フィン（30）の前縁部分（62）は、その本体部分（61）や後縁部分（63）に比べてフィン効率が低くなる。

このように、蒸発器となっている吸着熱交換器（20）のフィン（30）では、吸着熱交換器（20）へ流入して間もない空気と接触する前縁部分（62）の温度が相対的に高くなり、既にある程度冷却された空気と接触する本体部分（61）や後縁部分（63）の温度が相対的に低くなっている。従って、吸着熱交換器（20）では、前縁部分（62）から後縁部分（63）にかけてフィン（30）の表面に形成された吸着層（35）と空気との相対湿度差が平均化され、フィン（30）に対する水分吸着量も前縁部分（62）から後縁部分（63）にかけて平均化される。

以上のように、本参考例に係る吸着熱交換器（20）によれば、前縁部分（62）から後縁部分（63）にかけてフィン（30）の表面に形成された吸着層（35）と空気との相対湿度差が平均化され、フィン（30）に対する水分吸着量も前縁部分（62）から後縁部分（63）にかけて平均化されるから、空気流の上流側から下流側にかけて吸着層（35）の厚みが略均一となる。これにより、フィン（30）間の空気通路の通路幅の偏りをなくして、フィン（30）間を通過する空気の圧力損失の局所的な増大を防ぐことができる。

以上説明したように、本発明は、有機高分子材料を用いた吸着熱交換器において、フィン間を通過する空気の圧力損失の局所的な増大を防ぎ、この吸着熱交換器を通過する空気の風量を安定させることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

20 吸着熱交換器
30 フィン
31 上流側フィン群
32 下流側フィン群
35 吸着層
35a 吸着剤
40 伝熱管

Claims (1)

1. 蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）に接続されて内部を熱媒体が流通する伝熱管（40）と、該伝熱管（40）に取り付けられるとともに表面に吸着剤（35a）が担持された複数のフィン（30）とを備え、該フィン（30）間を通過する空気を該フィン（30）表面の該吸着剤（35a）と接触させて、除湿した空気を室内へ供給する除湿運転又は加湿した空気を室内へ供給する加湿運転を行うための吸着熱交換器であって、
   前記吸着剤（35a）は、吸湿することにより膨潤して放湿することにより収縮するような特性を持ち、
   前記複数のフィン（30）は、前記伝熱管（40）の伸長方向に沿って所定のピッチで配置される一方、空気流の上流側に位置する上流側フィン群（31）と、下流側に位置する下流側フィン群（32）とをそれぞれ構成し、
   前記上流側フィン群（31）は、前記下流側フィン群（32）に比べて前記フィン（30）同士のピッチが広くなるように構成され、
   前記フィン（30）同士のピッチは、前記吸着剤（35a）が吸湿により膨潤したときに、空気の通過方向に開口する前記上流側フィン群（31）の開口面積の合計値が前記下流側フィン群（32）の開口面積の合計値と略等しくなるように設定されていることを特徴とする吸着熱交換器。

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