(57)【要約】【課題】バッチ式空気調和装置の性能向上を図る。【解決手段】応力の付与により発熱し前記応力の解除により吸熱する熱歪部材（21）と、熱歪部材（21）に応力の付与と解除を行うアクチュエータ（22）とを有し、アクチュエータ（22）の動作に応じて、加熱と冷却を行う冷却加熱モジュール（20）を設ける。アクチュエータ（22）を制御して、歪を付与する時間と、歪を解除する時間とが互いに異なるように、冷却加熱モジュール（20）に歪の付与と解除を交互に行わせる制御部（55）を設ける。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力の付与により発熱し前記応力の解除により吸熱する熱歪部材（21）と、前記熱歪部材（21）に応力の付与と解除を行うアクチュエータ（22）とを有し、前記アクチュエータ（22）の動作に応じて、加熱と冷却を行う冷却加熱モジュール（20）と、
前記アクチュエータ（22）を制御して、前記応力を付与する時間と、前記応力を解除する時間とが互いに異なるように、前記冷却加熱モジュール（20）に前記応力の付与と解除を交互に行わせる制御部（55）と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
請求項１の空気調和装置において、
前記制御部（55）は、予め記憶した前記熱歪部材（21）の特性表に基づいて、前記応力を付与する時間と、前記応力を解除する時間とを決定することを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の空気調和装置において、
前記熱歪部材（21）の発熱により加熱されて空気中に水分を脱離させ、該熱歪部材（21）の吸熱により冷却されて空気中の水分を吸着する吸着層（35）を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷房や暖房、あるいは空気の除湿や加湿を行う空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、張力の付与により発熱して張力の解除により吸熱する熱歪材料が知られている。特許文献１には、この種の熱歪材料としてニッケルチタン合金等が開示されている。特許文献１の段落００２０には、熱歪材料からなるワイヤーに張力を付与するとワイヤーが発熱し、ワイヤーの放熱後に張力を解除するとワイヤーが吸熱することが記載されている。また、この特許文献１には、熱歪材料からなる部材を利用した冷却システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２０１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のように、熱歪材料を用いると、空気の冷却と加熱を行う冷却加熱モジュールを構成できる。このような冷却加熱モジュールを空気調和装置に用いる場合には、例えば、利用側の熱交換と排熱側の熱交換を同一の冷却加熱モジュールに交互に行わせるように空気調和装置を構成することが考えられる（以下、このような空気調和装置をバッチ式空気調和装置と呼ぶ）。
【０００５】
しかしながら、このようなバッチ式空気調和装置では、利用側の熱交換が間欠的に行われるので、いっそうの性能向上が求められることになる。
【０００６】
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、前記バッチ式空気調和装置の性能向上を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するため、第１の発明は、
応力の付与により発熱し前記応力の解除により吸熱する熱歪部材（21）と、前記熱歪部材（21）に応力の付与と解除を行うアクチュエータ（22）とを有し、前記アクチュエータ（22）の動作に応じて、加熱と冷却を行う冷却加熱モジュール（20）と、
前記アクチュエータ（22）を制御して、前記応力を付与する時間と、前記応力を解除する時間とが互いに異なるように、前記冷却加熱モジュール（20）に前記応力の付与と解除を交互に行わせる制御部（55）と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置である。
【０００８】
この構成では、応力を付与する時間と、前記応力を解除する時間とが互いに異なるようにした。それにより、冷却加熱モジュール（20）において利用側の熱交換と排熱側の熱交換とを交互に行わせる場合に、無駄な時間（熱交換がほとんど行われない時間）を省くことができる。
【０００９】
また、第２の発明は、
第１の発明の空気調和装置において、
前記制御部（55）は、予め記憶した前記熱歪部材（21）の特性表に基づいて、前記応力を付与する時間と、前記応力を解除する時間とを決定することを特徴とする空気調和装置である。
【００１０】
この構成では、熱歪部材（21）の特性表に基づいて応力の付与と解除とが行われる。
【００１１】
また、第３の発明は、
第１又は第２の発明の空気調和装置において、
前記熱歪部材（21）の発熱により加熱されて空気中に水分を脱離させ、該熱歪部材（21）の吸熱により冷却されて空気中の水分を吸着する吸着層（35）を備えたことを特徴とする空気調和装置である。
【００１２】
この構成では、応力を付与する時間と、前記応力を解除する時間とが互いに異なるようにした。それにより、無駄な時間（熱交換、すなわち調湿がほとんど行われない時間）を省くことができる。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、無駄な時間（熱交換がほとんど行われない時間）を省くことができるので、空気調和装置における単位時間当たりの性能向上が可能になる。
【００１４】
また、第２の発明によれば、容易に応力の付与と解除を制御できる。
【００１５】
また、第３の発明によれば、調湿を行う空気調和装置において、単位時間当たりの性能向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施形態１に係る空気調和装置を室内に設置した状態を示す概略図であり、図１（Ａ）が冷却動作（後述）の状態を示し、図１（Ｂ）が加熱動作（後述）の状態を示している。
【図２】図２は、実施形態１に係る冷却加熱モジュールの概略構成図である。
【図３】図３は、熱歪材料のＴ−Ｓ線図の一例である。
【図４】図４は、（Ａ）が実施形態１に係る冷却加熱モジュールによる冷却動作の状態を示し、（Ｂ）がその冷却加熱モジュールによる加熱動作の状態を示している。
【図５】図５は、利用側の熱交換時間と、熱源側（排熱側）の熱交換時間の配分を例示する図であり、（Ａ）が利用側の熱交換時間（バッチ時間）と熱源側の熱交換時間（バッチ時間）を同じにした場合の冷却加熱モジュールの温度変化の例（比較例と呼ぶ）であり、（Ｂ）が本実施形態に係る冷却加熱モジュールの温度変化の例である。
【図６】図６は、実施形態２に係る調湿装置を建物の室内（空調対象空間）に設置した状態を示す概略図であり、図６（Ａ）が吸湿動作の運転状態を示し、図６（Ｂ）が放湿動作の運転状態を示している。
【図７】図７は、調湿モジュールの概略の構成を示す。
【図８】図８は、（Ａ）が調湿装置の吸湿動作の状態を示し、（Ｂ）が放湿動作の状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１８】
《発明の実施形態１》
〈全体構成〉
図１は、実施形態１に係る空気調和装置（1）を室内（3）に設置した状態を示す概略図であり、図１（Ａ）が冷却動作（後述）の状態を示し、図１（Ｂ）が加熱動作（後述）の状態を示している。空気調和装置（1）は、建物（2）の室内（3）に設置されて、室内（3）を空調（この場合、冷房）するものである。図１に示すように、空気調和装置（1）は、ケーシング（10）、冷却加熱モジュール（20）、ファン（50）、及び制御部（55）を備えている。
【００１９】
ケーシング（10）の内部には、空気通路（P）が形成されている。この空気通路（P）には、冷却加熱モジュール（20）とファン（50）とが配置されている。空気通路（P）は、室内（3）から流入した空気を冷却加熱モジュール（20）へ送り該冷却加熱モジュール（20）で処理された空気を室内（3）へ戻すように構成されている。さらに、空気通路（P）は、室外から流入した空気を冷却加熱モジュール（20）へ送り該冷却加熱モジュール（20）で処理された空気を室外へ戻すように構成されている。ファン（50）は、室内空気（RA）または室外空気（OA）を冷却加熱モジュール（20）へ送るものである。このファン（50）は、制御部（55）でその回転方向を切り換えることで、空気通路（P）における空気の流通方向を切り換えるように構成されている。
【００２０】
〈冷却加熱モジュールの構成〉
図２は、実施形態１に係る冷却加熱モジュール（20）の概略構成図である。図２に示すように、冷却加熱モジュール（20）は、複数の熱歪部材（21）（後述）、及びアクチュエータ（22）を備えている。図２に示すように、熱歪部材（21）は、ワイヤー状の部材であり、所定の間隔で横方向（図２における横方向）に配列されている。各熱歪部材（21）は、下端が固定部材（28）に接続され、上端がアクチュエータ（22）に接続されている。
【００２１】
熱歪部材（21）は、応力（例えば張力や圧縮力）を付与することで発熱し該応力の付与を解除することで吸熱する材料（Thermoelastic）によって構成されている。熱歪部材（21）として、例えば、チタン（Ｔｉ）／ニッケル（Ｎｉ）系の合金（例えば形状記憶合金）やエラストマ樹脂が挙げられる。
【００２２】
図３は、熱歪材料のＴ−Ｓ線図の一例である。チタン（Ｔｉ）／ニッケル（Ｎｉ）系の合金の場合、図３に示すように、熱歪部材（21）に応力を加えると、熱歪部材（21）を構成する熱歪材料が母相（オーステナイト相）からマルテンサイト相へと相変化することで、エントロピーが減少し、その分、発熱して熱歪部材（21）自身が加熱される（IからII）。熱歪部材（21）に応力を加えたまま、該熱歪部材（21）を加熱対象物に接触させると、熱歪部材（21）の熱が加熱対象物に伝わる（IIからIII）。こうすることで、熱歪部材（21）の温度は下がる。そして、熱歪部材（21）にかけられている応力を除去（解除）すると、マルテンサイト相から母相（オーステナイト相）に変化する（IIIからIV）。このとき、熱歪部材（21）が断熱されていると、熱歪部材（21）の温度が下がる。温度が下がった熱歪部材（21）に冷却対象物を接触させると、該冷却対象物の熱が熱歪部材（21）に伝わる（IVからI）。
【００２３】
アクチュエータ（22）は、熱歪部材（21）に応力（具体的には引張力）を付与する（この場合、熱歪部材（21）を上向きに引張る）ものである。このアクチュエータ（22）は、制御部（55）に接続され、該制御部（55）によって熱歪部材（21）への引張力の付与と解除とが制御される。アクチュエータ（22）の構成には、特に限定はない。アクチュエータ（22）は、例えば、カムやクランクをモータで駆動して往復運動を行う機構を用いて構成できる。アクチュエータ（22）の往復運動により、熱歪部材（21）に対して、引張力の付与と解除を行わせることができる。
【００２４】
〈制御部（55）の構成〉
制御部（55）は、アクチュエータ（22）やファン（50）の制御を行う。制御部（55）は、例えばマイクロコンピュータとそれを動作させるプログラムで構成する。本実施形態の制御部（55）は、後に詳述するように、冷却加熱モジュール（20）の熱歪部材（21）に対して引張力を付与する時間と、前記引張力を解除する時間とが互いに異なるようにアクチュエータ（22）を制御する。
【００２５】
〈運転動作〉
空気調和装置（1）の運転動作について説明する。この空気調和装置（1）では、室内（3）を冷房するための冷房運転が行われる。冷房運転では、所定の時間間隔で冷却動作と加熱動作が交互に行われる(以下、それぞれの動作をバッチと呼ぶ)。図４は、（Ａ）が実施形態１に係る冷却加熱モジュール（20）による冷却動作の状態を示し、（Ｂ）がその冷却加熱モジュール（20）による加熱動作の状態を示している。本実施形態の冷却加熱モジュール（20）は、利用側の熱交換と排熱側（熱源側）の熱交換を交互に行う。
【００２６】
〈冷却動作〉
まず、冷却動作（利用側の熱交換）について、図１（Ａ）及び図４（Ａ）を参照しながら説明する。冷却動作が開始すると、ファン（50）によって、室内空気（RA）が空気通路（P）へ流入して、冷却加熱モジュール（20）へと送られる。この時、冷却加熱モジュール（20）では、熱歪部材（21）に付与されていた引張力が解除される。
【００２７】
熱歪部材（21）に付与されていた引張力が解除されると、熱歪部材（21）は吸熱しつつ下向きに縮む。この時、熱歪部材（21）の間を通過する空気が冷却される。そして、その冷却された空気は、空気通路（P）を通って室内（3）へと供給される。
【００２８】
〈加熱動作〉
次に、加熱動作（排熱側の熱交換、すなわち熱源側の熱交換）について、図１（Ｂ）と図４（Ｂ）とを参照しながら説明する。
【００２９】
加熱動作が開始すると、ファン（50）によって、室外空気（OA）が空気通路（P）へ流入して、冷却加熱モジュール（20）へと送られる。この時、冷却加熱モジュール（20）では、アクチュエータ（22）が駆動して、熱歪部材（21）に引張力が上向きに付与される。
【００３０】
熱歪部材（21）は、引張力が付与されることで、発熱しつつ上向きに伸びる。すなわち、それぞれの熱歪部材（21）は加熱される。このように熱歪部材（21）が加熱されると、熱歪部材（21）間を通過する空気が加熱される。加熱された空気（EA）は、空気通路（P）を通って室外へと排出される。
【００３１】
そして、アクチュエータ（22）の変位が完了してから所定時間が経過した後に、制御部（55）は前記加熱動作を終了させる。加熱動作が終了すると、熱歪部材（21）は冷却動作前の状態へ戻る。本実施形態の冷房運転では、冷却動作時に室内（3）を冷房し、加熱動作時に熱歪部材（21）を冷却動作前の状態へ戻しており、室内（3）を冷房する動作が間欠的に行われる。
【００３２】
〈バッチ時間の制御〉
本実施形態の空気調和装置（1）は、利用側の熱交換時間と、熱源側（排熱側）の熱交換時間の配分に特徴がある。本実施形態では、熱歪部材（21）は、引張力を加えて発熱が完了する時間の方が、引張力を解除して吸熱が完了する時間よりも短いという特性の材料で構成してある。
【００３３】
図５は、利用側の熱交換時間と、熱源側（排熱側）の熱交換時間の配分を例示する図であり、（Ａ）が利用側の熱交換時間（バッチ時間）と熱源側の熱交換時間（バッチ時間）を同じにした場合の冷却加熱モジュール（20）の温度変化の例（比較例と呼ぶ）であり、（Ｂ）が本実施形態に係る冷却加熱モジュール（20）の温度変化の例である。なお、図５の各グラフの縦軸は、冷却加熱モジュール（20）（熱歪部材（21））の温度である。
【００３４】
比較例では、利用側（冷却動作)のバッチ時間中には、熱交換が行われない時間が存在する(図５(Ａ)参照)。これは、熱歪部材（21）は、引張力を加えて発熱が完了する時間の方が、引張力を解除して吸熱が完了する時間よりも短いという特性の熱歪部材（21）を用いたうえで、吸熱が完了する時間を基準にバッチ切替のサイクルを定めたからである。
【００３５】
本実施形態では、前記冷却動作のバッチ時間と、前記加熱動作のバッチ時間とが互いに異なるようにして、同一の冷却加熱モジュール（20）に前記冷却動作と前記加熱動作を交互に行わせるようにした。より詳しくは、図５(Ｂ)に示すように、制御部（55）は、前記加熱動作側のバッチ時間の方を冷却動作側のバッチ時間よりも短くしている。この例では、熱歪部材（21）の温度変化がなくなった状態になるタイミングで加熱動作が終わるように、制御部（55）は、アクチュエータ（22）を制御して熱歪部材（21）への引張力を解除させている。引張力が解除されると、冷却加熱モジュール（20）は、冷却動作へ移行する。
【００３６】
バッチを切り替えるタイミングの決定方法は、種々の方法が考えられる。例えば、熱歪部材（21）の特性を関数やテーブル(以下、これらを総称して特性表と呼ぶ)を制御部（55）に記憶させておいて、その特性表から決定するようにすることが考えられる。また、室内（3）への吹き出し空気（SA）や熱歪部材（21）近傍の空気温度をセンシングして、検出した温度から熱交換の終了したタイミングを判定して、バッチを切り替えてもよい。
【００３７】
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態では、引張力を付与する時間と、前記引張力を解除する時間とが互いに異なるように、同一の冷却加熱モジュール（20）において利用側の熱交換と排熱側の熱交換とを交互に行わせている。それにより、無駄な時間(熱交換がほとんど行われない時間)を省くことができ、空気調和装置（1）における単位時間当たりの性能向上が可能になる。
【００３８】
なお、熱歪部材（21）を構成する材料の特性によっては、バッチ時間の長さの関係が前記の例とは逆転する場合がある。例えば、引張力を加えて発熱が完了する時間の方が、引張力を解除して吸熱が完了する時間よりも長いという特性の熱歪部材（21）を用いる場合には、熱歪部材（21）に引張力を加える時間の方を、引張力を解除する時間よりも長く制御する。
【００３９】
《実施形態１の変形例》
実施形態１の空気調和装置（1）は、冷却動作中に室内空気（RA）を冷却して室内（3）へ戻し、加熱動作中に熱歪部材（21）を冷却動作前の状態へ戻す冷房専用機である。しかし、空気調和装置（1）は、加熱動作中に室内空気（RA）を加熱して室内（3）へ戻し、冷却動作中に熱歪部材（21）を加熱動作前の状態へ戻す暖房専用機でも良い。さらに、空気調和装置（1）は、室内（3）の冷房と暖房の両方が可能なものでも良い。
【００４０】
《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２では、空気調和装置の一例である調湿装置について説明する。
【００４１】
〈装置の全体構成〉
図６は、実施形態２に係る調湿装置（1）を建物（2）の室内（3）（空調対象空間）に設置した状態を示す概略図であり、図６（Ａ）が吸湿動作の運転状態を示し、図６（Ｂ）が放湿動作の運転状態を示している。実施形態２の調湿装置（1）は、除湿装置として構成されている。
【００４２】
この調湿装置（1）は、ケーシング（10）と、ケーシング（10）内に収納された調湿モジュール（40）と、調湿モジュール（40）に空気を流すファン（50）と、制御部（55）とを備えている。
【００４３】
ケーシング（10）内には、該ケーシング（10）内に導入された空気を調湿モジュール（40）に通して室内（3）へ供給するための空気通路（P）が形成されている。この実施形態では、調湿モジュール（40）で吸湿処理した空気をこの空気通路（P）により室内（3）に導入することにより、吸湿運転を行うことができるようになっている。
【００４４】
−調湿モジュール−
図７は、調湿モジュール（40）の概略の構成を示す。調湿モジュール（40）は、図７に示すように、実施形態１の冷却加熱モジュール（20）における熱歪部材（21）の表面に、前記熱歪部材（21）の発熱により加熱されて空気中に水分を脱離させ、該熱歪部材（21）の吸熱により冷却されて空気中の水分を吸着する吸着層（35）を設けたものである。したがって、熱歪部材（21）に引張力を付与すると、熱歪部材（21）が発熱し、吸着層（35）が加熱される。吸着層（35）が加熱されると、吸着層（35）に吸着されていた水分が空気中に放出される（放湿動作）。すなわち、調湿モジュール（40）を通過した後の空気中の水分は通過前より多くなる。
【００４５】
また、熱歪部材（21）への引張力を解除すると、熱歪部材（21）が吸熱し、吸着層（35）が冷却される。吸着層（35）が冷却されると、空気中の水分が吸着層（35）に吸着される（吸湿動作）。したがって、調湿モジュール（40）を通過した後の空気中の水分は通過前より少なくなる。この調湿装置（1）では、放湿動作と吸湿動作が交互に行われる。
【００４６】
〈運転動作〉
この調湿装置（1）では除湿動作のみが行われる。除湿動作では、所定の時間間隔で吸湿動作と放湿動作交互に行われる(以下、それぞれの動作をバッチと呼ぶ)。図８は、（Ａ）が調湿装置（1）の吸湿動作の状態を示し、（Ｂ）が放湿動作の状態を示している。
【００４７】
〈吸湿動作〉
図６（Ａ）に示す吸湿動作では、それまで加熱されていた調湿モジュール（40）への引張力が解除される。そうすると、調湿モジュール（40）が吸熱し、吸着層（35）が冷却される。吸着層（35）は、それまで加熱されていたことにより、既に水分を放出している。したがって、図６（Ａ）に示すように、室外から室内（3）へ向かって空気が流れると、その空気から水分が吸着される（図８（Ａ）参照）。そして、水分が吸着されて減湿された空気（供給空気（SA））が室内（3）へ供給される。また、このとき、調湿モジュール（40）が冷却されるため、吸着熱による吸着層（35）の発熱が抑えられる。したがって、吸着性能が低下せずに吸湿動作が行われる。
【００４８】
〈放湿動作〉
次に、図６（Ｂ）に示す放湿動作では、ファン（50）の回転方向が切り換えられ、室内空気（RA）が室外へ排出される。このとき、調湿モジュール（40）の熱歪部材（21）に引張力が付与される。そうすると、調湿モジュール（40）が放熱し、吸着層（35）が加熱される。吸着層（35）が加熱されると、吸着層（35）に含まれていた水分が室内（3）から室外へ流れる空気に放出される（図８（Ｂ）参照）。したがって、この放湿運転のときには、調湿モジュール（40）の吸着層（35）が再生され、水分は空気（排出空気（EA））とともに室外に排出される。
【００４９】
本実施形態では、図６（Ａ）の吸湿動作と図６（Ｂ）の放湿動作を交互に繰り返し行うことにより、除湿運転が間欠的に行われる。
【００５０】
〈バッチ時間の制御〉
本実施形態の調湿装置（1）でも、吸湿側の熱交換時間と、放湿側の熱交換時間の配分に特徴がある。本実施形態でも、熱歪部材（21）は、引張力を加えて発熱が完了する時間の方が、引張力を解除して吸熱が完了する時間よりも短いという特性の材料で構成してある。
【００５１】
そこで、本実施形態においても、吸湿側の熱交換の時間（吸湿側のバッチ時間と呼ぶ）と、放湿側の熱交換の時間（放湿側のバッチ時間と呼ぶ)とが互いに異なるように、同一の冷却加熱モジュール（20）に、吸湿動作と放湿動作とを交互に行わせるようにした。つまり、本実施形態でも、制御部（55）は、調湿モジュール（40）の熱歪部材（21）に対して引張力を付与する時間と、前記引張力を解除する時間とが互いに異なるようにアクチュエータ（22）を制御するのである。より具体的には、制御部（55）は、放湿側のバッチ時間（張力を加える時間）の方を吸湿側のバッチ時間（張力を解除する時間）よりも短くしている。
【００５２】
〈本実施形態における効果〉
本実施形態でも、引張力を付与する時間と、前記引張力を解除した状態とする時間とが互いに異なるようにしたので、熱交換がほとんど行われない無駄な時間を省くことができ、調湿装置（1）における単位時間当たりの性能向上が可能になる。
【００５３】
《その他の実施形態》
前記実施形態やその変形例で説明した熱歪部材（21）の形状は例示である。例えば、板状の材料で熱歪部材（21）を構成することも可能である。
【００５４】
また、上述した各実施形態の熱歪部材（21）は、張力の付与により発熱し、張力の解除により吸熱するように構成される。しかし、熱歪部材（21）は、圧縮力の付与により発熱し、圧縮力の解除により吸熱する構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、冷房や暖房、あるいは空気の除湿や加湿を行う空気調和装置として有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１        空気調和装置
２０      冷却加熱モジュール
２１      熱歪部材
２２      アクチュエータ
３５      吸着層
５５      制御部
【図１】
2014178099.tif 000003
【図２】
2014178099.tif 000004
【図３】
2014178099.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2014178099.tif 000008
【図７】
2014178099.tif 000009
【図８】
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