WO2015083733A1

WO2015083733A1 - 除湿機

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Publication number: WO2015083733A1
Application number: PCT/JP2014/081959
Authority: WO
Inventors: 浦元　嘉弘; 伸基崎川; 康昌鈴木; 克嗣森本
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2015-06-11
Also published as: JP6091656B2; JPWO2015083733A1; CN105473208A; CN105473208B; MY173576A

Abstract

　除湿機は、加熱されることで吸湿した水分を直接水滴として排出する吸湿材と、前記吸湿材を担持し通気構造を有するロータ（１）と、前記ロータ（１）を加熱して放湿させる刺激付与部（６）と、前記ロータ（１）を軸周りに回転させて吸湿と放湿を連続して行わせる回転機構とを備えた除湿機であって、前記刺激付与部（６）は前記ロータ（１）の通気構造を空気循環路の一部とする閉鎖空間を形成する。

Description

除湿機

　本発明は、吸湿材を使用する除湿機に関するものである。

　除湿および調湿を行なうための装置としては、冷凍サイクル式と吸湿材式とがある。「冷凍サイクル式」は、圧縮機を内蔵し、冷媒を圧縮、膨張させて蒸発器で室内空気を冷却することにより空気内の湿度を結露させ、除湿するものである。「吸湿材式」は、ロータに担持した吸湿材に室内空気中の水分を吸湿させ、吸湿したロータに高温の風を当て、ロータ内の水分を高温・高湿の空気として取り出し、その空気を冷却することにより、高温・高湿の空気に含まれる水分を結露させて取り出す。

　冷凍サイクル式の例が記載された文献としては、特開２００３－１４４８３３号公報（特許文献１）を挙げることができる。吸湿材式の例が記載された文献としては、特開２００１－２５９３４９号公報（特許文献２）を挙げることができる。両者の特徴を合わせた構成は、特開２００５－３４８３８号公報（特許文献３）に記載されている。

　また、従来のゼオライト等の吸湿材とは異なり、分子構造の変化によって吸湿状態と放湿状態とを呈する高分子ゲル材料が開発されており、吸水シートや除湿剤として使用することも特開２００２－１２６４４２号公報（特許文献４）に提案されている。

特開２００３－１４４８３３号公報特開２００１－２５９３４９号公報特開２００５－３４８３８号公報特開２００２－１２６４４２号公報

　除湿および調湿する機構において、圧縮機を用いる冷凍サイクル式においては冷凍効率ＣＯＰが５に達するなど効率の高い除湿および調湿が可能である。しかし、このような冷凍サイクル式では、環境破壊につながるハロゲン系ガスを使ったり、圧縮機を搭載するために大型化しがちであったり、騒音が大きかったりなどといった問題が依然として存在する。

　一方、吸湿材式においては、吸湿した吸湿材から水分を排出するために再生熱が必要で、一般には再生熱として２００℃前後の高温が必要で、再生側でヒータとファンとにより生成した熱風を吸湿材に当てた後、得られた高温高湿空気に対して熱交換器で冷却して凝縮水にしていたので効率が悪かった。

　また、これらを融合したハイブリッドタイプでは、圧縮機の圧縮熱を吸湿材ロータの再生に一部利用するなど改善されており、吸湿材式の利用範囲を広げることができるが、複雑な空気経路や機構が必要になり、大型化は避けられない。また、吸着するなどして集めた水蒸気を冷却用熱交換器で冷却し過飽和冷却することで凝縮させることは冷凍サイクル式と変わりない。

　そこで、本発明は、ハロゲン系ガスを使わずに、装置の小型化が可能で、さらにエネルギーロスの少ない除湿機を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明に基づく除湿機は、吸湿材を使用する。さらに吸湿材には、水分を吸収しうる第１の状態と、第１の状態のときに吸収した水分を放出する第２の状態とを有し、外部からの刺激により第１の状態から第２の状態に変化し、かつ、刺激がなくなったときには、第１の状態に戻る性質を有する高分子ゲル吸湿材料を使用する。以下の説明では、高分子ゲル吸湿材を単に吸湿材と表する。

　さらに、刺激付与部を閉鎖空間とし、外部刺激として用いたエネルギーを外部へ漏出させずに使用可能な構造とする。

　さらに、高分子ゲル吸湿材が第１の状態から第２の状態へ変化する相転移（体積相転移）温度を変更した高分子ゲル吸湿材を複数使用して、外部刺激を有効に使用できるようにした。

　本発明によれば、吸湿材を使用することでハロゲン系ガスを使わず、装置の小型化が可能で、さらに刺激付与部を閉鎖空間とすることでエネルギーロスが少ない、除湿機とすることができる。

本発明の実施の形態１における除湿機の概念的な構造を示す平面図である。図１中のＩＩ－ＩＩ線で切断した概念的な構造を示す断面図である。本発明の実施の形態１における放湿メカニズムを説明する模式図である。本発明の実施の形態３におけるロータ構造を示す軸方向断面図である。本発明の実施の形態４におけるロータ構造を示す部分拡大平面図である。本発明の実施の形態４におけるロータ構造を示す軸方向断面図である。本発明の実施の形態４における除湿機の一連動作を説明する図である。本発明の実施の形態５におけるロータ構造を示す部分拡大平面図である。本発明の実施の形態６における除湿機の概念的な構造を示す平面図である。本発明の実施の形態７における除湿機の概念的な構造を示す平面図である。本発明の実施の形態７における放湿メカニズムを説明する模式図である。本発明の実施の形態８における除湿機の概念的な構造を示す平面図である。図１１中のＸＩＩ－ＸＩＩ線で切断した概念的な構造を示す断面図である。

　（実施の形態１）
　図１および図２を参照して、本発明に基づく実施の形態１における除湿機１００について説明する。図１は、除湿機１００の構造を概念的に示した平面図であり、図２は図１の中央線ＩＩ－ＩＩで切断した内部構造を示す断面図である。実際の各部の寸法比や位置関係はこのとおりとは限らない。

　除湿機１００は、吸湿材２を担持するとともに通気構造を有するロータ１と、ロータ１を通過して吸湿材２に湿った空気３を供給する外気供給装置４と、吸湿したロータ１に刺激を与える刺激付与部６を備える。吸湿材２には高分子ゲル吸湿材料を使用する。本実施形態において、高分子ゲル吸湿材料は、ポリ－Ｎ－イソプロピルアクリルアミド（ｐ－ＮＩＰＡＭ）およびその誘導体やポリビニルエーテルおよびその誘導体などの感温性高分子を用いた温度応答型吸湿材料であって、作成後十分に乾燥させた後に水分を吸収しうる第１の状態と、第１の状態のときに吸収した水分を水滴として排出する第２の状態とを有し、外部からの熱刺激により第１の状態から第２の状態に相転移し、かつ、刺激がなくなったときには逆方向に相転移して第１の状態に戻る性質を有する。

　刺激付与部６は、断熱材を貼り付けたケース６ａと、加熱装置７と、空気循環装置８と、ロータ１から排出された水分を機外へ取り出すための排出孔９とを備える。ケース６ａは環状になった筒状容器であって内部が空気循環通路６ｂとなっており、ロータ１が挟み込まれる部分が切除されている。ケース６ａは、ロータ１が回転しながらも端部で摺動可能に構成される。ケース６ａは、自身とロータ１の通気構造によって空気循環路６ｂとなる閉空間を形成するようにされる。

　ロータ１は、波状に成型した基材と平板状の基材を一体としてロール状に巻き上げた構造をしており、中心部に回転軸１０が挿入される。ロータ１は、回転軸１０で支持されることによって回転自在にされるとともに、外周部には歯付きベルトが施設され、ギア付き駆動モータ１３によって白抜き矢印Ａで示すように一方向にゆっくりと回転させられる。ロータ１の波状の基材と平板状の基材の間には空間が形成され通気構造を提供する。

　このように構成された除湿機１００の動作について説明を行う。除湿機１００においては、吸込風路１１を経由して湿った空気３が機外から取り込まれ、外気供給装置４によってロータ１に導かれる。吸込風路１１内側のロータ領域は、ロータ１に担持された吸湿材２と湿った空気３が触れる吸湿エリア１ａとなる。吸湿材２に触れて除湿された空気は、乾燥空気５となって吹出風路１２を経由して室内へ出ていく。

　前工程で水分を含んだロータ１は駆動モータ１３によって回転軸１０の周りにゆっくりと回転駆動されて、刺激付与部６が形成する放湿エリア１ｂに到達する。刺激付与部６内部は、加熱装置７と空気循環装置８との働きで高温空気６ｃが循環する状態で満たされており、ロータ１の通気構造を高温空気６ｃが通過するときに吸湿材２に熱刺激を与えることにより、吸湿状態である第１の状態から放湿状態である第２の状態へと吸湿材２に相転移が起きる。吸湿材２として採用した高分子ゲル吸湿材料ポリ－Ｎ－イソプロピルアクリルアミドは相転移を起こす温度がたとえば３２℃や４０℃などと低温である。すなわち、これは低温で感応する感温性高分子であって、ロータ１の通気構造を通過したのちの空気温度がこの温度と同等であれば相転移するための最低限の条件が達成される。この吸湿材２の相転移に伴って、吸湿されていた水分が直接、水となって排出されて刺激付与部６の下部に溜まり排出孔９から排水され、水受け容器１４に受けられる。水受け容器１４は必須ではない。

　実施の形態１では、吸湿材２は、熱刺激を受けることによって吸湿する第１の状態から放湿する第２の状態に変化するものとした。ロータ１に担持された吸湿材２は高温空気６ｃが通過するときに加熱されて、第１の状態から第２の状態へと相転移し、これに伴って吸湿されていた水分が水滴として排出される。この時の様子を概念的に図３に示す。

　図３において、ロータ１には感温度４０℃に調整した吸湿材２が均等に担持されているものとする。ロータ１の上端面から流入した高温空気６ｃは、通気構造を通って近傍のロータ基材および吸湿材２を加熱しながら下端面へと移動する。同時に、下端面に近づくにつれて高温空気６ｃの温度が低下する。もし、高温空気６ｃの温度が上端面通過時に４０℃であったとすれば、下端面ではその温度以下になる訳で、この状態では、上端面近傍の吸湿材２は相転移が出来ても、下端面近傍の吸湿材２は相転移温度に達しないので吸湿する状態を継続している。

　つまり、上端面近傍では吸湿した水分が水滴となって排出されるのに、下端面近傍では垂れてきた水滴が吸収されてしまう。このような状態を長く続けると、下端面近傍では吸湿材２が多量の水分で膨潤しロータが変形してしまう。従って、高温空気６ｃはロータ１を通過した後の温度が、吸湿材２の相転移温度と同等以上であることが要求される。

　ケース６ａ内部を効率の良い空気循環用閉空間とするために、ケース６ａとロータ１とが接触する端面は、ロータ１の回転が阻害されない程度に接触し、空気の漏れは出来る限り少なくなるように構成するのが好ましい。また、ケース６ａには断熱を施し熱漏洩が出来る限り少なく出来るように構成するのが好ましい。このように構成することで、熱漏洩が少なくなり高いエネルギー効率で除湿機を作動させることができる。

　さらに、吸湿材２は相転移を起こす温度が約４０℃と低温であって、ロータ１の通気構造を通過したのちの空気温度がこの温度と同等であれば最低限の条件が達成されるので、ケース６ａ内部の温度と機外温度とを比較してもあまり差がない温度で済むことから断熱材を通して漏洩する熱量も少なくなる。循環する高温空気６ｃの温度は、ロータ１の寸法、基材の材質、吸湿材２の質量やロータ１の回転数等で決まるロータ１の熱容量によって左右されるため適宜実験して決定される。

　ケース６ａ内部を約４０℃の温度に保つことから、ロータ１から排出された水分の一部が循環する高温空気６ｃによって蒸発することも考えられるが、空気中の飽和水蒸気の量は、４０℃では５１グラム／立方メートル（乾燥空気）、５０℃で８３グラム／立方メートル（乾燥空気）程度であって、除湿機１００の運転を継続してもこれ以上の水蒸気は包含されないので、ロータ１から滴下した水滴は、すべて水滴として排出される。

　本発明に対して吸湿材にゼオライトを使用する従来の吸湿材式除湿機の場合について検討すると、次のような不都合が発生する。

　ゼオライトを使用する吸湿材式除湿機では、吸湿したロータを乾燥するために約２００℃の熱風を必要とする。また、ゼオライトは吸湿した水分を水蒸気として放出するので、ロータからは、高温空気と高温水蒸気が排出される。２００℃の空気の飽和水蒸気の量は約７５００グラム／立方メートル（乾燥空気）であって、ロータから排出された水蒸気量がこの値以上にならないと高温水蒸気は水滴として排出されない。このため、従来の吸湿材式除湿機では、高温水蒸気を冷却するために熱交換器を設け、結露水として機外へ排出する構造が必要であった。また、熱交換器を設けない場合には、刺激付与部を循環型閉空間とせずに、水蒸気を含んだ熱風をそのまま室外等へ排出するしかなかった。また、結露水を得るための熱交換器を設置する場合には、その働きによってロータを乾燥させるための熱風温度が大きく引き下げられ、再加熱するためにも大きなエネルギーを必要とした。

　また仮に、熱交換器を備えずに熱風を循環するだけの構造とすると、熱風が水蒸気を含むに従ってロータに担持された吸湿材の水蒸気圧と循環空気の水蒸気圧が接近して、ロータからの水蒸気放出が出来なくなってしまう。これは、ゼオライトの吸放湿特性が、微細孔での水分子の物理的および化学的吸着に基づく特性だからである。ゼオライトの微細孔中の湿度に対して周囲の湿度が高い時には微細孔中に水分子を引き込み、周囲の湿度が低い時には微細孔中の水分子を吐き出すのである。乾燥のために与える高温エネルギーは、微細孔表面から水分子を引き剥がすのに必要なエネルギーとして使用される。このような特性のために、高温の循環空気が水蒸気で飽和した状態では、ロータが全く乾燥されることが無くなり、除湿機として作用しなくなるのである。

　つまり、ゼオライトなどを使用する従来の吸湿材式除湿機では、ロータを乾燥させる熱エネルギーの漏洩を防ごうと刺激付与部のケースを断熱し、熱風を循環させる構造としても、冷却用熱交換器から多くの熱エネルギーが奪われるという大きな矛盾を生じるのである。

　（実施の形態２）
　実施の形態１では、高分子ゲル吸湿材料をポリ-Ｎ－イソプロピルアクリルアミドとして説明をしたが、同様に温度に応答して吸湿をする第１の状態と放湿をする第２の状態との間で相転移を行う高分子ゲル材料が他にも知られているので、前者とは動作条件が異なるものの除湿機としての応用が可能である。例えば、ポリエチレンオキシド、ポリメチルビニルエーテルや、オキシエチレン鎖を有するビニルエーテルやポリメタクリレート、ポリヒドロキシブチルビニルエーテルおよびこれらの誘導体などがある。

　除湿機のシステムとしては吸湿材料が変更されるだけで、構造等は実施の形態１と同じになるので説明は省略する。

　（実施の形態３）
　実施の形態１では、ロータ１を通過した後の高温空気６ｃの温度が吸湿材２の相転移温度約４０℃以上であることが条件であったが、このような不具合に対応するため、本実施形態では上端面近傍の吸湿材の相転移温度と下端面近傍の吸湿材の相転移温度を異ならせることとした。つまり、ロータの上端面近傍の吸湿材の相転移温度よりも、下端面近傍の吸湿材の相転移温度を低くなるように構成する。好ましくは通気構造を通過する高温空気の温度変化に合わせた相転移温度に調整するのが良い。除湿機構造としては実施の形態１と同じものとなる。以下の説明において、図中の符号は実施の形態１と同じものは同じ番号を附し説明は省く。

　このように構成したロータの放湿動作について概念を図４に示す。本実施形態では、ロータ３１の上半分は実施形態１と同様の吸湿材２を担持した構成とし、下半分を相転移温度が低い吸湿材料２２を担持したロータとした。実施の形態１と同じ高分子ゲル吸湿材料を使用する場合であれば、ゲル中に含まれるイオンの量によって相転移温度を異ならせることができることが知られている。イオンの量が多いほど相転移温度が低く、イオンの量が少ないほど相転移温度が高くなるので調整が可能である。

　このように構成したロータを使用した除湿機では、ロータ３１の上半分で吸湿材２が相転移して吸湿した水分が放出された場合では、下半分の吸湿材２２も相転移しているので、上から垂れてきた放出水１５が下半分のロータ部分で再吸収されることなく下端面まで到達し、滴下水１６となる。また、このように構成することで、ロータ３１通過後の空気温度を低くすることが出来、全体として加熱温度を低下することが出来る。このことで加熱エネルギーが少なくて済み、さらに刺激付与部６と外気との温度差が少なくなるので一層漏洩する熱エネルギーが少なくなる。

　ロータ３１の上半分に担持する吸湿材２と下半分に担持する吸湿材２２の相転移温度の差をどの程度に設定するかは、高温空気６ｃの温度や循環風量、ロータの回転速度、ロータの基材材料、ロータの寸法、ロータの質量等のシステム構成によって異なるので、適宜実験して最適なものを設定するのが好ましい。

　なお、本実施形態では相転移温度の異なる２種類の吸湿材を使用した例を示したが、使用する吸湿材が２種類に限られないのは言うまでもなく、ロータの厚さや動作させる条件によって異なる相転移温度を持つ数種の吸湿材を用意することが好ましい。また、これに対応して分割数も増やすことも言うまでもない。また、本実施形態では、ロータの厚さ方向を均等に２分割した例を示したが、分割は均等にすることにはこだわらず、適宜比率を決定することができる。

　（実施の形態４）
　実施の形態３では、ロータの厚さ方向に数種類の吸湿材を相転移温度が低くなる順に担持する構造について述べたが、本実施形態ではロータの半径方向に異なる相転移温度を有する吸湿材を担持させる場合について説明する。

　図５、図６に本実施形態のロータ４１について構造模式図を示す。ロータ４１は、基材４４に透水性材料を使用している。また、吸湿材には温度応答性を有する高分子ゲル吸湿材であって異なる相転移温度を有する吸湿材４２および吸湿材４３を使用する。この基材４４の一方の面に吸湿材４２を、他の面に吸湿材４３を担持させている。ここでは、吸湿材４２は吸湿材４３よりも高い温度で相転移するものとする。吸湿材４２および吸湿材４３を担持した基材４４は、波板状と平板状とに各々成形されて組み合わされその隙間が通気構造を提供する。

　なお、除湿機としての構造は実施の形態１と同様とするので図１を参照されたい。このように構成したロータ４１を使用した除湿機について動作を説明する。ロータ４１はすでに吸湿段階を終えて、放湿のための加熱段階に移行しているものとする。

　ロータ４１が回転軸の周りに回転して刺激付与部６の放湿エリア１ｂに入った段階で、高温空気６ｃによって吸湿材４２および吸湿材４３が加熱される。高温空気６ｃは、ロータ４１の厚さ方向に通過した後でも吸湿材４２を相転移させるに十分な温度を有するものとする。吸湿材４３は相転移温度が低いので吸湿材４２よりも先に相転移温度に達して放湿を始める。この段階では、吸湿材４２は未だ吸湿状態であり、基材４４を介して吸湿材４３が放出した水分を吸収する。

　この後も、ロータ４１の回転が継続して行われており放湿エリア１ｂ内を回転移動しながら、時間の経過に伴って吸湿材４２も次第に相転移温度に到達をする。この段階では、吸湿材４３はすべて放湿状態であって再び水分を吸湿することが無く、吸湿材４２は吸湿材４３が放出した水分をすべて吸収している。ここで、吸湿材４２が相転移温度に到達すると吸湿材４３が含んでいた水分と吸湿材４２が含んでいた水分の両方が一気に放出される。水分が一気に放出されることで、滴下水１６の大きさが大きくなり、滴下しやすくなるとともに高温空気６ｃの影響を受けにくく蒸発が抑えられて排水が良好に行われる。これは、水滴は粒径が小さいほど質量に対する表面積の割合が大きく、外気の影響を強く受けて蒸発がしやすくなる。逆に、水滴の粒径が大きくなれば質量に対する表面積の割合が小さくなり、外気の影響を受けにくくなって蒸発がしにくくなることによる。

　図７に以上の動作について模式図を示す。図７（ａ）は、外気供給装置４によって水分を含んだ空気３がロータ４１に供給され、吸湿材４２および４３が水蒸気を吸湿している状態である。図７（ｂ）はロータ４１が回転して放湿エリア１ｂに移行して、加熱装置７と空気循環装置８によって加熱された高温空気６ｃがロータ４１に供給され、吸湿材４３が相転移温度に達して放湿している状態である。この時点では吸湿材４３から放出された水分が、基材４４を透過して吸湿材４２に吸収をされる。図７（ｃ）は時間が経過して吸湿材４２が相転移温度に達して水分を放出している状態で、吸湿材４３から移行してきた水分と元々吸湿材４２が吸湿していた水分の両方が排出されるため滴下水１６が形成される。図７（ｄ）はロータ４１が水分の排出を終えてさらに回転移動して放湿エリア１ｂを抜けた状態を示す。こののちロータ４１は回転を継続して吸湿エリア１ａに入って再び吸湿をする。このような動作を繰り返して除湿機が動作する。

　（実施の形態５）
　ロータ４１の基材４４が構成する通気構造は、図８に示すように断面が三角形であっても、その他の多角形であっても特に制限するものではない。また、吸湿材を粒状に成型して、円筒形で中心軸方向の両端面を通気構造とした筐体に詰めた構造、網状立体構造を有する基材に吸湿材を担持させた構造、など従来から知られる形状であってもよい。

　（実施の形態６）
　実施の形態４または実施の形態５に示したような相転移温度の異なる吸湿材を複数使用する場合に、より好ましい刺激付与部６１の構造について図９に示す。本実施形態では、実施の形態４で使用したロータ４１を使用する除湿機として説明を行う。

　本実施形態では、ロータの回転方向に加熱装置７ａ、７ｂが並列するように刺激付与部６１の内部を仕切り壁６１ｄで区切るものである。刺激付与部６１内部は、相転移温度が異なる複数の吸湿材に対応するように高温空気も複数の温度に設定して、ロータ４１を厚さ方向に通過した後の温度で加熱温度を調節してある。本実施形態では、放湿エリア４１ｂでは低温で相転移する吸湿材４３に対応する高温空気６１ｃを、放湿エリア４１ｃでは高温で相転移する吸湿材４２に対応する高温空気６２ｃを発生するように加熱温度を調節する。

　刺激付与部６１は環状に形成された筒状容器であって内部を空気が循環する。環状形状の一部を切除しロータ４１が挟み込まれるように配置される。刺激付与部６１とロータ４１の接触部は、ロータ４１の回転が可能でかつ内部を循環する空気が漏れないように構成される。

　本実施形態においては、放湿エリア４１ｂは高温空気６１ｃで加熱され、放湿エリア４１ｃは高温空気６２ｃで加熱されており、高温空気６１ｃはロータ通過後の温度が吸湿材４３を相転移させるに足る温度であり、高温空気６２ｃは高温空気６１ｃよりも高温で、ロータ通過後の温度が吸湿材４２を相転移させるに足る温度である。また、刺激付与部６１内部は２等分され放湿エリア４１ｂと放湿エリア４１ｃは同等の大きさとなっている。また、室内空気の供給を受け、高分子ゲル吸湿材が水分を吸収する領域は吸湿エリア４１aである。その他の部分は実施の形態１と同じなので説明は省略する。

　このような構成において除湿動作を説明する。ロータ４１は、前述のように基材４４に透水性材料を使用している。この基材４４の一方の面に高分子ゲル吸湿材からなる吸湿材４２を、他の面に吸湿材４３を担持させている。吸湿材４２は吸湿材４３よりも高い温度で相転移する。

　ロータ４１が吸湿段階を終えて、放湿のための加熱段階に移行しているものとする。ロータ４１が回転軸の周りに回転して刺激付与部６１の放湿エリア４１ｂに入った段階で、加熱装置７ａが発生する高温空気６１ｃによって吸湿材４２および４３が加熱される。吸湿材４３は相転移温度が低いので吸湿材４２よりも先に相転移温度に達し放湿を始める。この段階では、吸湿材４２は未だ吸湿状態であり、基材４４を介して吸湿材４３が放出した水分を吸収する。

　ロータ４１が回転継続して放湿エリア４１ｃに移動すると、放湿エリア４１ｃでは加熱装置７ｂによって高温空気６１ｃよりも高温の高温空気６２ｃが流通しており、時間の経過に伴って吸湿材４２も相転移温度に到達する。この段階では、吸湿材４３はすべて相転移を終えており放湿状態であって再び水分を吸湿することが無く、吸湿材４２は吸湿材４３が放出した水分をすべて吸収している。ここで、吸湿材４２が相転移温度に到達すると、もともと吸湿材４３が含んでいた水分と吸湿材４２自身が含んでいた水分の両方が一気に放出される。水分が一気に放出されることで、滴下水１６の大きさが大きくなって滴下しやすくなり、高温空気６１ｃまたは６２ｃの影響を受けにくくなって蒸発が抑えられ排水が良好に行われる。また、循環する高温空気６１ｃおよび高温空気６２ｃがロータ４１の上面から下面に向かって通過するため滴下を補助する。このような動作を繰り返して除湿機が動作する。

　本実施形態において、刺激付与部６１内部を２等分したが、３つ以上に分割して構成することも可能である。高分子ゲル吸湿材の種類やロータの質量、高分子ゲル吸湿材の量やロータの回転数によって熱容量が左右されるため、適宜分割比率を変更することもできる。また、分割比率の決定は実験確認などで適切になされるのが好ましい。

　（実施の形態７）
　実施の形態６では、相転移温度が異なる複数の吸湿材をロータの半径方向に配設したものとして説明を行ったが、実施の形態３で使用した様に相転移温度が異なる複数の吸湿材をロータの厚さ方向に配設したものを使用しても同じように動作させることが出来る。除湿機の構成は図１０、図１１にロータ構造を説明する模式図を示す。

　実施の形態３では、ロータ３１を使用し、高温で相転移する吸湿材２を上面側、低温で相転移する吸湿材２２を下面側に配置したが、本実施形態では逆に配置する。つまり、本実施形態で使用するロータ７１では、上面側には低温で相転移する吸湿材２２を、下面側には高温で相転移する吸湿材２を配置する。

　刺激付与部は実施の形態６と同じである。前述のように高温空気６１ｃはロータ通過後の温度が吸湿材２２を相転移させるに足る温度であり、高温空気６２ｃは高温空気６１ｃよりも高温で、ロータ通過後の温度が吸湿材２を相転移させるに足る温度である。

　ロータ７１が吸湿段階を終えて、放湿のための加熱段階に移行しているものとする。ロータ７１が回転軸の周りに回転して刺激付与部６１の放湿エリア７１ｂに入った段階で、加熱装置７ａが発生する高温空気６１ｃによって吸湿材２２および２が加熱される。吸湿材２２は相転移温度が低いので吸湿材２よりも先に相転移温度に達し放湿を始める。放湿された水分は自重と高温空気６１ｃおよび６２ｃロータ７１の下側へ移動する。この段階では、吸湿材２は未だ吸湿状態であり、吸湿材２２が放出した水分を吸収する。

　ロータ７１が回転継続して放湿エリア７１ｃに移動すると、放湿エリア７１ｃでは加熱装置７ｂによって高温空気６１ｃよりも高温の高温空気６２ｃが流通しており、時間の経過に伴って吸湿材２も相転移温度に到達する。この段階では、吸湿材２２はすべて相転移を終えており放湿状態であって再び水分を吸湿することが無く、吸湿材２は吸湿材２２が放出した水分をすべて吸収している。ここで、吸湿材２が相転移温度に到達すると、もともと吸湿材２２が含んでいた水分と吸湿材２自身が含んでいた水分の両方が一気に放出される。水分が一気に放出されることで、滴下水１６の大きさが大きくなって滴下しやすくなり、高温空気６１ｃまたは６２ｃの影響を受けにくくなって蒸発が抑えられ排水が良好に行われる。また、循環する高温空気６１ｃおよび高温空気６２ｃがロータ７１の上面から下面に向かって通過するため滴下を補助する。このような動作を繰り返して除湿機が動作する。

　本実施形態では、刺激付与部内部を高温空気６１ｃが流通する通路と、高温空気６２ｃが流通する通路に分割をしたが、分割をしないで実施の形態１と同じような構成であってもよい。この場合には流通する高温空気をロータ７１の下面側に配置した吸湿材２を相転移温度にまで加熱できる温度とすることが重要である。このように相転移温度の異なる吸湿材を配置することで、放湿初期段階において、初めにロータ７１の上面側の吸湿材２２が水分を放出するが、下面側の吸湿材２は未だ吸湿する状態を保っており、吸湿材２２から放出された水分は吸湿材２に吸収される。ロータ７１が回転移動して下面側の吸湿材２が相転移温度に達すると、吸湿材２２が含んでいた水分と吸湿材２が含んでいた水分が一気に放出されるので、滴下水１６が大きくなって排出され易くなる。また、これによって高温空気の影響を受けにくくなり、排水が良好に行われる。

　（実施の形態８）
　実施の形態１～７については、使用する吸湿材が温度応答性を有する高分子ゲル吸湿材料であるとして説明を行ったが、温度応答性以外の特性を有する高分子ゲル吸湿材料も使用できる。例えば、電磁波応答性を有する高分子ゲル吸湿材料などが除湿機には使用できる。電磁波応答性を有する高分子ゲル吸湿材料は、前述した温度応答性を有する高分子ゲル吸湿材料に電磁波を吸収して発熱する物質を混合させることで実現できる。例えば、黒鉛やカーボングラファイト、カーボンナノチューブなどの炭素系物質や炭化チタン、炭化ジルコニウムなどの炭化物、黒化銀、酸化鉄などの金属酸化物や天然顔料、有機顔料など多くのものが利用できる。添加する電磁波吸収物質は、高分子ゲル吸湿材料が含んでいる水分に溶解せず、電気的にかい離せずイオン化しない物質が好ましい。

　図１２に電磁波応答性を有する高分子ゲル吸湿材を使用したロータ８１を搭載する除湿機の平面模式図、図１３に断面模式図を示す。ロータ８１は、電磁波吸収物質を混入した吸湿材８２を基材に均等に担持したもので、基本的構造は実施の形態１で使用したロータ１と同じである。除湿機の構成で前述の実施の形態と異なる部分としては、実施の形態１～７で使用した刺激付与部に代わって刺激付与部８３が設けられる。

　刺激付与部８３には、ケース８３ａ、空気循環装置８、電磁波発生装置２０、排水孔９が備えられる。ケース８３ａは、実施の形態１～７とは異なり必ずしも断熱の必要が無く、周辺の空気で冷却される構造であってもよい。また、加熱装置が無いので内部空間を大きくとる必要も無く全体の小型化が可能である。その他の構成は実施の形態１と同じであり説明は省略する。

　このように構成された除湿機２００の動作について説明を行う。除湿機２００においては、吸込風路１１を経由して湿った空気３が機外から取り込まれ、外気供給装置４を通じてロータ８１に導かれる。吸込風路１１内側のロータ領域は、ロータ１に担持された吸湿材８２と湿った空気３が触れる吸湿エリア８１ａとなる。吸湿材８２に触れて除湿された空気は、乾燥空気５となって吹出風路１２を経由して室内へ出ていく。

　前工程で水分を含んだロータ８１は回転軸１０の周りにゆっくりと回転駆動されて、刺激付与部８３で形成する放湿エリア８１ｂに到達する。刺激付与部８３内部では、電磁波発生装置２０から照射された電磁波がロータ８１の電磁波吸収物質に吸収されて電磁波吸収物質が発熱しロータ８１を加熱する。このときに吸湿材８２に熱刺激を与えることにより、吸湿材８２に吸湿状態から放湿状態へと相転移が起きる。この相転移に伴って吸湿されていた水分が直接、水となって排出されて刺激付与部８３下部に溜まり排出孔９から排水され、水受け容器１４に受けられる。

　高分子ゲル吸湿材料に混合される電磁波吸収物質の量は、使用する物質、物質の形状、大きさ、などによって発熱状態が異なるため適宜実験して決定される。電磁波吸収物質が発した熱が効率よく使われるためには電磁波吸収物質と高分子ゲル物質とが均一に混合されていることが好ましい。また、高分子ゲル吸湿材内での熱伝搬を良好にするために伝熱特性に優れた材料をさらに添加してもよい。

　本実施形態においては、空気循環装置８は主としてロータ８１から滲み出た水滴を吹き飛ばす気流を送出する役目を担うと解釈できる。また、高分子ゲル吸湿材料は炭素などの電磁波吸収材料が無い場合でも水分を含んでいれば電磁波の一種であるマイクロ波によって自己発熱するが、特に配慮をせずに加熱実施すると表面が先に固くなってレンジで茹でたまごを作ったときのようにゲルが破裂してしまう。これを防止するために電磁波を吸収してゲルより先に温度が上がる電磁波吸収物質を出来るだけゲルの中心部に入れ周辺部は少なくするのが良い。

　なお、本実施形態において、刺激付与部８３は必ずしも断熱する必要が無いと説明したが内部温度を維持するために断熱材を貼り付けることは電磁波による発熱を補助するので好ましい。また、電磁波にはいわゆる電波だけではなく赤外線やその他の光を含む。

　なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

　本発明は、吸湿材を使用する除湿機に利用することができる。

　１，３１，４１，７１，８１　ロータ、１ａ，４１ａ，７１ａ，８１ａ　吸湿エリア、１ｂ，４１ｂ，４１ｃ，７１ｂ，８１ｂ　放湿エリア、２，２２，４２，４３，８２　吸湿材、３　（湿った）空気、４　外気供給装置、５　乾燥空気、６，６１，８３　刺激付与部、６ａ，６１ａ，８３ａ　ケース、６ｂ，８３ｂ　空気循環通路、６ｃ，６１ｃ，６２ｃ，８３ｃ　高温空気、７，７ａ，７ｂ　加熱装置、８　空気循環装置、９　排水孔、１０　（ロータの）回転軸、１１　吸込風路、１２　吹出風路、１３　（ロータの）駆動モータ、１４　水受け容器、１５　放出水、１６　滴下水、２０　電磁波発生装置、１００，２００　除湿機。

Claims

　加熱されることで吸湿した水分を直接水滴として排出する吸湿材と、
　前記吸湿材を担持し通気構造を有するロータと、
　前記ロータを加熱して放湿させる刺激付与部と、
　前記ロータを軸周りに回転させて吸湿と放湿を連続して行わせる回転機構とを備えた除湿機であって、
　前記刺激付与部は前記ロータの通気構造を空気循環路の一部とする閉鎖空間を形成する、除湿機。
　前記ロータは、放湿開始温度の異なる複数の吸湿材を基材に担持させたものである、請求項１に記載の除湿機。
　前記ロータの半径方向に放湿開始温度の異なる複数の吸湿材が配置されている、請求項２に記載の除湿機。
　前記ロータの軸方向に放湿開始温度の異なる複数の吸湿材が配置されている、請求項２に記載の除湿機。
　前記刺激付与部からの放熱を防ぐ断熱層が設けられている、請求項１から４のいずれかに記載の除湿機。
　前記吸湿材は、作成時にはまず乾燥させてから使い始めるものである、請求項１から５のいずれかに記載の除湿機。