(57)【要約】【課題】熱歪材料の表面に吸着剤を有した調湿素子において、収縮と伸張を繰り返しても吸着剤の剥離を防止できるようにする。【解決手段】引張力を印加することで発熱し引張力を解除することで吸熱する熱歪材料によって、所定の軸（Y）に添って、当該軸（Y）と直交する断面の面積が互いに異なる部位（71,72）が連続的に形成された熱源部（70）を構成する。断面の面積がより大きい方の部位（71,72）の表面には、空気中の水分の吸着と脱離が可能な吸着層（23）を設ける。【選択図】図３
2014020721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張力を印加することで発熱し前記引張力を解除することで吸熱する熱歪材料において、所定の軸（Y）に添って、当該軸（Y）と直交する断面の面積が互いに異なる部位（71,72）が連続的に形成された熱源部（70）と、
前記断面の面積がより大きい方の部位（71）の表面に設けられ、空気中の水分の吸着と脱離が可能な吸着層（23）と、
を備えたことを特徴とする調湿素子。
【請求項２】
請求項１の調湿素子において、
前記熱歪材料は、形状記憶合金であることを特徴とする調湿素子。
【請求項３】
請求項１の調湿素子において、
前記熱歪材料は、エラストマ樹脂であることを特徴とする調湿素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかの調湿素子と、
前記所定の軸（Y）の方向の引張力を、前記調湿素子に印加するアクチュエータ（22）と、を備えたことを特徴とする調湿モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分の吸着と脱離を行う調湿素子、及びそれを用いた調湿装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
調湿装置には、表面に吸着剤が塗布された空気熱交換器（吸着熱交換器）を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の調湿装置では、冷媒回路の熱交換器に吸着熱交換器が用いられている。２つの吸着熱交換器を用いた調湿装置では、一方の吸着熱交換器で空気中の水分が吸着され、他方の吸着熱交換器で空気中に水分を放出して該吸着熱交換器が再生される。そして、吸着側の熱交換器と再生側の熱交換器を交互に切り換えながら、吸着側の熱交換器を通過した空気を室内に供給することで除湿運転を行ったり、再生側の熱交換器を通過した空気を室内に供給することで加湿運転を行ったりするようにしている。
【０００３】
一方、特許文献２，３には、ゴムなどの弾性体を、断熱伸長させるときに発熱し、断熱収縮させるときに吸熱する性質を利用したヒートポンプ装置が開示されている。そこで、この性質を利用して、調湿装置においてゴムなどの弾性体に吸着剤を塗布したものを上記吸着熱交換器の代わりに用い、水分の吸着と脱離を行うことが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１４２９１号公報
【特許文献２】特開平３−２８６９７５号公報
【特許文献３】特開平１０−２５９９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、表面に吸着剤を塗布した材料を断熱伸長させたり断熱収縮させたりすると、吸着剤を塗布した部分に歪を生じ、塗布してある吸着剤が剥離する可能性がある。
【０００６】
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、熱歪材料（後述）の表面に吸着剤を有した調湿素子において、収縮と伸張を繰り返しても吸着剤の剥離を防止できるようにす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、
引張力を印加することで発熱し前記引張力を解除することで吸熱する熱歪材料において、所定の軸（Y）に添って、当該軸（Y）と直交する断面の面積が互いに異なる部位（71,72）が連続的に形成された熱源部（70）と、
前記断面の面積がより大きい方の部位（71）の表面に設けられ、空気中の水分の吸着と脱離が可能な吸着層（23）と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成では、前記所定の軸（Y）に引張力を加えると、面積がより大きい方の部位（71）の方が、より断面積が小さな部位（72）よりも、前記所定の軸（Y）方向の歪が小さくなる。そのため、吸着層（23）に生ずる歪をより小さくできる。
【０００９】
また、第２の発明は、
第１の発明の調湿素子において、
前記熱歪材料は、形状記憶合金であることを特徴とする。
【００１０】
この構成では、形状記憶合金によって吸着層（23）が加熱される。
【００１１】
また、第３の発明は、
第１の発明の調湿素子において、
前記熱歪材料は、エラストマ樹脂であることを特徴とする。
【００１２】
この構成では、エラストマ樹脂によって吸着層（23）が加熱される。
【００１３】
また、第４の発明は、
第１から第３の発明の何れかの調湿素子と、
前記所定の軸（Y）の方向の引張力を、前記調湿素子に印加するアクチュエータ（22）と、を備えたことを特徴とする調湿モジュールである。
【００１４】
この構成では、加湿又は除湿を行う調湿モジュールにおいて、前記各発明の作用が得られる。
【発明の効果】
【００１５】
第１、２、３のそれぞれの発明によれば、吸着層に生ずる歪をより小さくできるので、調湿素子に所定方向の引張力を付与しても、吸着層の剥離を防止することが可能になる。
【００１６】
また、第４の発明によれば、加湿又は除湿を行う調湿モジュールにおいて、前記各発明の効果を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本実施形態に係る調湿装置を建物の室内に設置した状態を示す概略図である。
【図２】図２は、調湿モジュールの構造を示す斜視図である。
【図３】図３は、調湿素子の斜視図である。
【図４】図４は、熱源部の側面図である。
【図５】図５は、熱源部を平板状の熱歪材料で構成した例（変形例）を示す斜視図である。
【図６】図６は、変形例に係る熱源部に吸着層を設けて形成した調湿素子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
《発明の実施形態》
本実施形態では、本発明の調湿素子を用いた調湿装置の例を説明する。この例では、調湿装置は、建物の室内の加湿を行う加湿装置である。
【００２０】
〈全体構成〉
図１は、本実施形態に係る調湿装置（1）を建物（2）の室内（空調対象空間）（3）に設置した状態を示す概略図である。
【００２１】
調湿装置（1）は、ケーシング（10）、調湿モジュール（20）、２台のファン（30）、及び制御部（35）を備えている。調湿モジュール（20）、ファン（30）、及び制御部（35）は、ケーシング（10）内に収容されている。それぞれのファン（30）は、調湿モジュール（20）に空気を流すものであり、制御部（35）によって回転方向が切り換えられるようになっている。
【００２２】
〈調湿モジュールの構成〉
図２は、調湿モジュール（20）の構造を示す斜視図である。調湿モジュール（20）は、図２に示すように、第１および第２調湿モジュール（20a,20b）を備えている。図２において、第１調湿モジュール（20a）が右側に配置され、第２調湿モジュール（20b）が左側に配置されているものとする。各調湿モジュール（20a,20b）は、アクチュエータ（22）、及び複数の調湿素子（60）を備えている。両調湿モジュール（20a,20b）の間は、仕切板（43）によって左右に仕切られている。
【００２３】
−調湿素子（60）−
図３は、調湿素子（60）の斜視図である。図３に示すように、調湿素子（60）は、吸着層（23）及び熱源部（70）を備えている。
【００２４】
熱源部（70）は、引張力を印加することで発熱し前記引張力を解除することで吸熱する材料（以下、熱歪材料と呼ぶ）によって構成されている。熱歪材料には、一例として、チタン（Ｔｉ）／ニッケル（Ｎｉ）系の合金（例えば形状記憶合金）や、エラストマ樹脂を挙げることができる。
【００２５】
例えば、チタン（Ｔｉ）／ニッケル（Ｎｉ）系の合金では、引張力をかけると、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。このとき、熱歪材料が断熱されていると、エントロピーが減少して分子運動エネルギーが増加する。つまり、熱歪材料の温度が上がる。熱歪材料に引張力をかけたまま、該熱歪材料を加熱対象物に接触させると、熱歪材料の熱が加熱対象物に伝わる。こうすることで、熱歪材料の温度は下がる。そして、熱歪材料にかけられている引張力を除去（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）へと相変化する。このとき、熱歪材料が断熱されていると、エントロピーを大きくするために分子運動からエネルギーを奪う。つまり、熱歪材料の温度が下がる。温度が下がった熱歪材料に冷却対象物を接触させると、該冷却対象物の熱が熱歪材料に伝わる。
【００２６】
図４は、熱源部（70）の側面図である。熱源部（70）は、ワイヤ状の部材であり長手方向（Ｙ軸とする）に、互いに外径が異なる円柱状の部位（71,72）が交互に連続的に形成されている（図３、図４参照）。すなわち、熱源部（70）は、軸（Y）と直交する断面の面積が互いに異なる部位（71,72）が連続的に形成されている。以下では、外径がより大きい方の部位（71）を大径部と呼び、外径がより小さい方の部位（72）を小径部と呼ぶことにする。
【００２７】
吸着層（23）は、空気中の水分の吸着と脱離が可能な材料で構成されている。詳しくは、吸着層（23）は、空気中の水分を吸着し、加熱すると吸着した水分を放出する。このような吸着層（23）としては、具体的には、ゼオライト、シリカゲル、活性炭、親水性又は吸水性を有する有機高分子ポリマー系材料、カルボン酸基又はスルホン酸基を有するイオン交換樹脂系材料、感温性高分子等の機能性高分子材料などが挙げられる。
【００２８】
そして、吸着層（23）は、大径部（71）の表面のみに設けられている。すなわち、小径部（72）には吸着層（23）は設けられていない。
【００２９】
−アクチュエータの構成−
アクチュエータ（22）は、図２に示すように、固定板（40）、第１可動板（41a）、第２可動板（41b）、第１カム（46）、第２カム（47）、及び回転軸（39,39）を備えている。固定板（40）は、略長方形状の薄板に形成されている。固定板（40）の下面は、仕切板（43）によって左右の領域に仕切られ、右側の領域に第１調湿モジュール（20a）の調湿素子（60）の一端が取り付けられ、左側の領域に第２調湿モジュール（20b）の調湿素子（60）の一端が取り付けられている。
【００３０】
仕切板（43）は、略Ｔ字状に形成された部材である。仕切板（43）は、固定板（40）と直交方向の下方に延びる矩形の薄板に形成される本体部（44）と、固定板（40）と略平行に延びる矩形の薄板に形成されるフランジ部（45）とで形成されている。仕切板（43）は、本体部（44）の基端が固定板（40）に対して取り付けられ、フランジ部（45）は、調湿素子（60）の他端と略同じ高さ位置に配置されている。
【００３１】
第１および第２可動板（41a,41b）は、略矩形状の薄板に形成されている。そして、第１可動板（41a）は、固定板（40）と対向する位置で、調湿素子（60）の他端に取り付けられ、該調湿素子（60）に引張力を付与する。また、第２可動板（41b）は、固定板（40）と対向する位置で、調湿素子（60）の他端に取り付けられ、該調湿素子（60）に引張力を付与する。第１可動板（41a）と固定板（40）との間には、第１空気通路（42a）が形成され、第２可動板（41b）と固定板（40）との間には、第２空気通路（42b）が形成されている。
【００３２】
また、第１および第２可動板（41a,41b）は、所定の重量を有している。このため、第１および第２可動板（41a,41b）は、その重みによって調湿素子（60）に荷重を加え、該調湿素子（60）のＹ軸方向へ引張力を付与することができる。すなわち、第１および第２可動板（41a,41b）は、調湿素子（60）に対して引張力を付与可能な重さを有している。
【００３３】
第１カム（46）は、第１可動板（41a）の下面側（調湿素子（60）の取付面とは反対側）に設けられ、第２カム（47）は、第２可動板（41b）の下面側に設けられている。第１および第２カム（46,47）は、可動板（41a,41b）の幅方向（図２の奥行き方向）に延びる略円筒形状に形成された部材である。第１および第２カム（46,47）は、同じ構成であり、円形の外周部（48）と、半円部分が切り欠かれた小径部（49）とが形成されている。
【００３４】
第１および第２カム（46,47）は、回転軸（39）がその中心に挿通されている。それぞれの回転軸（39）には、モータ（図示は省略）が接続され、それぞれのモータの回転位置は、制御部（35）が制御するようになっている。具体的には、制御部（35）は、第１カム（46）と第２カム（47）とは、回転方向位置の位相が互いに１８０°ずれるように制御する。例えば、第２カム（47）の外周部（48）が第２可動板（41b）に接触した場合は、第１カム（46）の小径部（49）が第１可動板（41a）に接触する。この場合は、第１調湿モジュール（20a）の調湿素子（60）に、第１可動板（41a）の荷重がかかり、該調湿素子（60）にＹ軸方向の引張力が付与される。
【００３５】
〈運転動作〉
調湿装置（1）では加湿動作が行われる。図１（Ａ）は、第１調湿モジュール（20a）で放湿動作を行い、第２調湿モジュール（20b）で吸湿動作を行う状態を示している。詳しくは、制御部（35）は、第１調湿モジュール（20a）側のファン（30）の回転方向を、室外空気（OA）が室内に取り込まれるように制御する。また、制御部（35）は、第１調湿モジュール（20a）の調湿素子（60）にＹ軸方向の引張力が付与されるように第１カム（46）の位置を制御する。これにより、第１調湿モジュール（20a）の調湿素子（60）が放熱し、該調湿素子（60）の吸着層（23）が放湿する。それにより、室外から室内（3）へ流れる室外空気（OA）に水分が与えられる。水分が与えられて加湿された空気が供給空気（SA）として室内（3）へ供給される。
【００３６】
一方、制御部（35）は、第２調湿モジュール（20b）側のファン（30）の回転方向は、室内空気（RA）が室外へ排出される方向に制御する。また、制御部（35）は、第２調湿モジュール（20b）の調湿素子（60）のＹ軸方向への引張力が解除されるように第２カム（47）の位置を制御する。これにより、第２調湿モジュール（20b）の調湿素子（60）は、温度が低下するとともに、吸着層（23）が空気中の水分を吸着する。それにより、減湿された空気が排出空気（EA）として室外に放出される。
【００３７】
図１（Ｂ）は、第２調湿モジュール（20b）で放湿動作を行い、第１調湿モジュール（20a）で吸湿動作を行う状態を示している。詳しくは、制御部（35）は、第２調湿モジュール（20b）側のファン（30）の回転方向を、室外空気（OA）が室内に取り込まれるように制御する。また、制御部（35）は、第２調湿モジュール（20b）の調湿素子（60）にＹ軸方向の引張力が付与されるように第２カム（47）の位置を制御する。これにより、第２調湿モジュール（20b）の調湿素子（60）が放熱し、該調湿素子（60）の吸着層（23）が放湿する。それにより、室外から室内（3）へ流れる室外空気（OA）に水分が与えられる。水分が与えられて加湿された空気が供給空気（SA）として室内（3）へ供給される。
【００３８】
一方、制御部（35）は、第１調湿モジュール（20a）側のファン（30）の回転方向は、室内空気（RA）が室外へ排出される方向に制御する。また、制御部（35）は、第１調湿モジュール（20a）の調湿素子（60）のＹ軸方向への引張力が解除されるように第１カム（46）の位置を制御する。これにより、第１調湿モジュール（20a）の調湿素子（60）は、温度が低下するとともに、吸着層（23）が空気中の水分を吸着する。それにより、減湿された空気が排出空気（EA）として室外に放出される。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、いずれか一方の調湿モジュール（20a,20b）で空気を加湿して、その空気を室内（3）へ供給するときに、他方の調湿モジュール（20b,20a）では吸湿動作を行う、図１（Ａ）の運転と図１（Ｂ）の運転とを交互に切り換えることにより、加湿運転を連続して行うことができる。
【００４０】
−調湿素子（60）の歪−
前記加湿運転では、所定の調湿モジュール（20a,20b）の調湿素子（60）にＹ軸方向の引張力が付与される。引張力が付与された調湿素子（60）は、熱源部（70）全体としてはＹ軸方向に歪むことになる。例えば、引張力によっては調湿素子（60）（熱歪材料）は、数％〜１０％程度伸びる。
【００４１】
しかしながら、調湿素子（60）は、既述の通り、Ｙ軸に直行する方向では、大径部（71）の断面積の方が、小径部（72）の断面積よりも大きいので、大径部（71）の方が小径部（72）よりもＹ軸方向の歪が小さくなり、吸着層（23）に生ずる歪をより小さくできる。そして、調湿素子（60）では、大径部（71）よりも小径部（72）の方でより大きな熱が発生し、小径部（72）で発生した熱は、大径部（71）に移動する。これにより、大径部（71）に設けられた吸着層（23）が加熱されるのである。
【００４２】
〈本実施形態における効果〉
以上のように本実施形態によれば、吸着層（23）に生ずる歪をより小さくできるので、調湿素子（60）にＹ軸方向の引張力を付与しても、吸着層（23）の剥離を防止することが可能になる。
【００４３】
《その他の実施形態》
〈１〉なお、熱源部（70）は、ワイヤ状には限定されない。図５は、熱源部（70）を平板状の熱歪材料で構成した例（変形例）を示す斜視図である。図６は、この変形例に係る熱源部（70）に吸着層（23）を設けて形成した調湿素子（60）を示す斜視図である。この例でも、熱源部（70）には、軸（Y）と直交する断面の面積がより大きい部位（71）と、断面の面積がより小さい部位（72）とが交互に連続的に形成されている。また、吸着層（23）は、軸（Y）と直交する断面の面積がより大きい部位（71）に設けられている。断面の面積がより小さい部位（72）には、吸着層（23）は設けられていない。
【００４４】
〈２〉また、アクチュエータ（22）の構成は例示である。すなわち、調湿素子（60）に対して引張力の印加と解除が可能であればどのような形式のものであってもよい。
【００４５】
〈３〉また、調湿装置（1）は、除湿装置として構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、水分の吸着と脱離を行う調湿素子、及びそれを用いた調湿装置として有用である。
【符号の説明】
【００４７】
２０      調湿モジュール
２２      アクチュエータ
２３      吸着層
６０      調湿素子
７０      熱源部
７１      大径部
７２      小径部
【図１】
2014020721.tif 000003
【図２】
2014020721.tif 000004
【図３】
2014020721.tif 000005
【図４】
2014020721.tif 000006
【図５】
2014020721.tif 000007
【図６】
2014020721.tif 000008