(57)【要約】【課題】水分吸脱着手段の凍結の有無を検知し、凍結が検知された場合には凍結を解除するようにして、安定した除湿性能を得ることが可能な水分吸脱着手段を備えた空気調和装置を提供する。【解決手段】除湿空間内の除湿空気と除湿空間外の再生空気とが通気可能に形成され、除湿空気に含まれる水分を吸着し、吸着した水分を再生空気に与えて除湿能力を再生するデシカントローター１と、デシカントローター１の凍結の有無を検知する凍結検知手段３０と、デシカントローター１を通過する空気を加熱する加熱手段３１と、凍結検知手段３０の検知結果に基づいて加熱手段３１を制御する制御演算手段２０ｈとを備え、制御演算手段２０ｈは、凍結検知手段３０によってデシカントローター１の凍結が検知されたとき、加熱手段３１を駆動し、加熱された空気をデシカントローター１を通過させ、デシカントローター１の凍結を解除する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
除湿空間内の除湿空気と前記除湿空間外の再生空気とが通気可能に形成され、除湿空気に含まれる水分を吸着し、吸着した水分を再生空気に与えて除湿能力を再生する水分吸脱着手段と、
前記水分吸脱着手段の凍結の有無を検知する凍結検知手段と、
前記水分吸脱着手段を通過する空気を加熱する加熱手段と、
前記凍結検知手段の検知結果に基づいて前記加熱手段を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、前記凍結検知手段によって前記水分吸脱着手段の凍結が検知されたとき、前記加熱手段を駆動し、加熱された空気を前記水分吸脱着手段を通過させ、前記水分吸脱着手段の凍結を解除することを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記水分吸脱着手段は、駆動手段によって回転駆動されることにより、除湿空気が通過する除湿部と再生空気が通過する再生空気との間の移動を繰り返すデシカントローターであることを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項３】
圧縮機、凝縮器、減圧器および蒸発器を有する冷媒回路を備え、前記加熱手段は前記凝縮器であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記凝縮器は前記水分吸脱着手段に対して再生空気の風上側に配置され、前記蒸発器は前記水分吸脱着手段に対して除湿空気の風下側に配置されたことを特徴とする請求項３記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記凝縮器は前記水分吸脱着手段に対して再生空気の風下側に配置され、前記蒸発器は前記水分吸脱着手段に対して除湿空気の風上側に配置されたことを特徴とする請求項３記載の空気調和装置。
【請求項６】
除湿空気で再生空気を冷却するための凝縮器と、再生空気を加熱する再生ヒーターと、該再生ヒーターで加熱した再生空気を前記水分吸脱着手段、前記凝縮器および前記再生ヒーターの間で循環させる再生ファンと、前記凝縮器通過後の除湿空気を前記水分吸脱着手段に送る吸湿ファンと、前記凝縮器で凝縮した水を貯水する貯水タンクとを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の空気調和装置。
【請求項７】
前記凍結検知手段は、前記水分吸脱着手段に向けて発光する発光部と、前記水分吸脱着手段からの反射光を受光する受光部とを備え、前記受光部における受光量に応じて凍結の有無を検知することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の空気調和装置。
【請求項８】
前記凍結検知手段は、前記水分吸脱着手段に向けて超音波を発振する発振部と、その反射波を受信する受信部とを備え、該受信部で受信した受信量に応じて凍結の有無を検知することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の空気調和装置。
【請求項９】
前記凍結検知手段は、前記水分吸脱着手段に離間して配置した金属製の電極部を有し、該電極部に電圧を加えることで電極部表面に電界を形成して前記水分吸脱着手段の誘電率を検出し、その誘電率に応じて凍結の有無を検知することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の空気調和装置。
【請求項１０】
前記加熱手段を前記再生空気が通過する風路内に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の空気調和装置。
【請求項１１】
前記凍結検知手段を前記除湿空気が通過する風路内に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れかに記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除湿機能を有する空気調和装置に関し、特に乾球温度が０℃以下において使用する空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の除湿機能を有する空気調和装置において、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を有する冷媒回路と除湿を行う水分吸脱着手段とを組み合わせた装置がある（例えば、特許文献１参照）。この装置では、蒸発器（吸熱器）に流れ込む空気の水分を水分吸脱着手段によりあらかじめ除去し、除湿した空気を蒸発器に供給するようにすることで、蒸発器に付着した霜を除去するための除霜運転を不要とし、除霜運転を行うことによる空気調和装置の効率の低下を防止している。すなわち、水分吸脱着手段であるデシカントローターで予め減湿した空気を蒸発器（吸熱器）へ供給し、一方、吸湿したデシカントローターの水分を脱着して再生するために、凝縮器（放熱器）で加熱された高温の空気をデシカントローターへ供給している。
【０００３】
また、デシカントローターは、その表面に複数の細孔を有する固体吸着材が設けられており、固体吸着材としては、一般的にゼオライトやシリカゲルが用いられる。多数の細孔を有する吸着材は、空気条件が０℃以上であれば細孔内の水分は凍結せずに液として存在する。しかしながら、冷凍庫内などのように０℃以下の環境下では、温度と細孔径の条件によっては細孔内の水分が凍結してしまう。よって、０℃以下の温度が求められるような冷凍庫では、固体吸着材の細孔内で凍結が生じない細孔径に設定する必要がある。そこで、従来より、固体吸着材の細孔径を５μｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下、さらに好ましくは１〜１．４ｎｍとすることで、細孔内の水分が凍結するのを防止するようにした空気調和装置がある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−４６７７６号公報（第６〜８頁、図１〜図４）
【特許文献２】国際公開第２００８／０８４５７３号（第８頁、第９頁、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
環境に合わせた最適な細孔径を選択し、固体吸着材の細孔内の水分が凍結しない構成としても、固体吸着材の粒子間の空隙に水分が入り込み、結果的には凍結してしまう。このように細孔内の水分が凍結すると、デシカントローターの除湿性能が低下してしまう。そして、最終的にはデシカントローター内の送風が不可能になり運転停止することとなってしまう。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、水分吸脱着手段の凍結の有無を検知し、凍結が検知された場合には凍結を解除するようにして、安定した除湿性能を得ることが可能な水分吸脱着手段を備えた空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る空気調和装置は、除湿空間内の除湿空気と除湿空間外の再生空気とが通気可能に形成され、除湿空気に含まれる水分を吸着し、吸着した水分を再生空気に与えて除湿能力を再生する水分吸脱着手段と、水分吸脱着手段の凍結の有無を検知する凍結検知手段と、水分吸脱着手段を通過する空気を加熱する加熱手段と、凍結検知手段の検知結果に基づいて加熱手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、凍結検知手段によって水分吸脱着手段の凍結が検知されたとき、加熱手段を駆動し、加熱された空気を水分吸脱着手段を通過させ、水分吸脱着手段の凍結を解除するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、水分吸脱着手段の凍結の有無を検知し、凍結が検知された場合には凍結を解除するようにしたので、水分吸脱着手段の除湿性能を安定的に発揮することができる空気調和装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における空気調和装置（冷蔵倉庫）の構成を説明する概略図である。
【図２】図１のデシカントローター１の駆動状態を説明する概略図である。
【図３】図１のデシカントローター１に設けられる固体吸着材の水分吸着特性を説明する吸着等温線を示す図である。
【図４】図１の空気調和装置の動作を説明する空気線図である。
【図５】図１のデシカントローター１の内部構造の模式図である。
【図６】図１の凍結検知手段３０の構成および検知方法を示す図である。
【図７】図１の凍結検知手段３０の設置構造を説明する概略図である。
【図８】図１の空気調和装置の要部の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２における空気調和装置（冷凍冷蔵倉庫）の構成を説明する概略図である。
【図１０】図９のデシカントローター１の駆動状態を説明する概略図である。
【図１１】図９のデシカントローター１に設けられる固体吸着材の水分吸着特性を説明する吸着等温線を示す図である。
【図１２】図９の空気調和装置の動作を説明する空気線図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における空気調和装置（加湿器）の構成を説明する概略図である。
【図１４】図１３の空気調和機の動作を説明する空気線図である。
【図１５】本発明の実施の形態４における空気調和装置（除湿機）の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における空気調和装置の構成を説明する概略図である。図２は、図１のデシカントローター１の駆動状態を説明する概略図である。本実施の形態１では、空気調和装置として冷蔵倉庫の場合を例に説明する。
冷蔵倉庫には、除湿空間外である外気側１００ａと、除湿空間である冷蔵倉庫内の冷蔵室１００ｂとの間に、水分吸脱着手段であるデシカントローター１が跨るようにして設置されている。冷蔵倉庫はデシカントローター１により冷蔵室１００ｂ内を除湿する除湿運転を行う。除湿運転の詳細については後述する。
【００１１】
冷蔵室１００ｂは、冷蔵室１００ｂ内の気温である乾球温度が−１０［℃］、相対湿度が６０％ 、絶対湿度が０．９６［ｇ／ｋｇ］である。冷蔵室１００ｂの外部の外気側１００ａは、乾球温度が３２［℃］、相対湿度が６０％、絶対湿度が１８［ｇ／ｋｇ］である。なお、外気側１００ａは開放された空間であり、乾球温度、相対湿度および絶対湿度が、それぞれ３２［℃］、６０ ％および１８［ｇ／ｋｇ］に維持されるものとする。
【００１２】
次に、本実施の形態１における空気調和装置の構成を説明する。
図１において、空気調和装置は、デシカントローター１と、デシカントローター１を可動させるための駆動手段であるモーター２と、第１の送風手段であるファン３ａと、第２の送風手段であるファン３ｂとを備えている。ファン３ａは、外気側１００ａの空気（再生空気）である第１の空気４ａをデシカントローター１へ供給する。すなわちファン３ａが回転することにより、第１の空気４ａが後述の凝縮器２０ｂと熱交換するとともにデシカントローター１を通過する気流を形成する。また、ファン３ｂは、冷蔵室１００ｂの空気である第２の空気４ｂ（除湿空気）をデシカントローター１へ供給する。すなわち、ファン３ｂが回転することにより第２の空気４ｂがデシカントローター１を通過し、後述の蒸発器２０ｄと熱交換する気流を形成する。
【００１３】
デシカントローター１は、図２に示すように円柱形をしており、モーター２により矢印５の方向に所定の回転スピードでゆっくりと回転（例えば、２，３分で１回転）し、外気側１００ａと冷蔵室１００ｂとの間を時間経過に伴って移動する。デシカントローター１において冷蔵室１００ｂ内に位置し、第２の空気４ｂが供給される領域では、第２の空気４ｂに含まれる水分を吸着する。そして、水分吸着後、モーター２によってデシカントローター１が回転することにより、水分を吸着した領域は外気側１００ａへ移動する。外気側１００ａでは、デシカントローター１に第１の空気４ａが通過し、この第１の空気４ａにデシカントローター１内の水分が放出され、デシカントローター１は除湿機能を回復（再生）する。水分を放出したデシカントローター１の外気側１００ａの領域は、モーター２によって再び冷蔵室１００ｂ内へ移動し、冷蔵室１００ｂ内の除湿を行う。この動作を繰り返すことにより冷蔵室１００ｂ内が減湿されることになる。
【００１４】
空気調和装置はさらに、デシカントローター１の凍結の有無を検知する凍結検知手段３０と、デシカントローター１に供給する第１の空気４ａを加熱するヒーターなどの加熱手段３１とを備えている。凍結検知手段３０および加熱手段３１は、ここでは外気側１００ａに設けた例を示しているが、冷蔵室１００ｂ側に設けても良い。凍結検知手段３０はデシカントローター１の近傍に設置する。凍結検知手段３０はデシカントローター１に対して風上側でも風下側でもどちらに設置しても良い。加熱手段３１はデシカントローター１に対して風上側に設置する。
【００１５】
空気調和装置はさらに、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系の冷媒であるＲ４０４Ａが封入され、圧縮機２０ａ、凝縮器２０ｂ、絞り装置である膨張弁２０ｃ、蒸発器２０ｄを有する冷媒回路２０を備えている。冷媒はＲ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ１３４ａ、ＣＯ２、アンモニア、ＨＣなどでも良い。圧縮機２０ａはＲ４０４Ａの冷媒に対する臨界圧を越えない範囲で圧縮する。冷媒回路２０にはさらに、冷蔵室１００ｂ内の温度を検知する温度センサー２０ｆを備えている。
【００１６】
蒸発器２０ｄは、デシカントローター１に対し第２の空気４ｂの風下側に配置される。言い換えれば、蒸発器２０ｄの風上側にデシカントローター１を配置しており、これにより、蒸発器２０ｄに流れ込む第２の空気４ｂの水分をデシカントローター１によって予め除去することが可能となる。その結果、蒸発器２０ｄには減湿された第２の空気４ｂが供給されるため、蒸発器２０ｄにおいて第２の空気４ｂから吸熱する際に、蒸発器２０ｄの表面（フィン、伝熱管）に霜が付着するのを低減することが可能となる。また、凝縮器２０ｂは、デシカントローター１に対し第１の空気４ａの風上側に配置される。
【００１７】
空気調和装置はさらに、マイコン等で構成された制御演算手段２０ｈを備えている。制御演算手段２０ｈは、ＣＰＵと、各種データを記憶するＲＡＭと、空気調和装置全体の運転制御を行うためのプログラム等を記憶するＲＯＭ（何れも図示せず）とを備えている。制御演算手段２０ｈには、モーター２、ファン３ａ、ファン３ｂ、凍結検知手段３０、加熱手段３１および冷媒回路（圧縮機モーター、温度センサー２０ｆ等）２０が接続されている。制御演算手段２０ｈには、凍結検知手段３０および温度センサー２０ｆのそれぞれの検知結果が入力され、検知結果とＲＯＭ内のプログラムに従って各部を適宜制御する。
【００１８】
すなわち、制御演算手段２０ｈは、温度センサー２０ｆの検出結果に基づいて常に冷蔵室１００ｂ内が所定温度（本実施の形態１では−１０℃）になるように冷媒回路２０を制御している。このように、冷蔵室１００ｂ内は、常に乾球温度が０℃以下の温度環境にコントロールされている。また、制御演算手段２０ｈは、ファン３ａ、ファン３ｂおよびモーター２を駆動して、冷蔵室１００ｂ内をデシカントローター１によって除湿する除湿運転を行う。また、制御演算手段２０ｈは、凍結検知手段３０によりデシカントローター１の凍結が検知された場合には凍結解除処理を行う。この凍結解除処理の詳細については後述する。
【００１９】
図３は、図１のデシカントローター１に設けられる固体吸着材の水分吸着特性を説明する吸着等温線を示す図である。
固体吸着材は多孔質ケイ素材料であり、１．５ｎｍ（ナノメートル）程度の細孔が多数設けられたものである。図３において、横軸は空調空間の相対湿度、縦軸は水分の平衡吸着量である。図３からわかるように、本実施の形態１で用いる固体吸着材は、相対湿度が３０％から４０％の範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率である傾斜が、３０％未満または４０％を超える範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率である傾斜よりも大きい。なお、ここでは固体吸着材の水分吸着特性の傾きが大きくなる範囲の下限である第１の相対湿度及び上限である第２の相対湿度をそれぞれ３０％および４０％としている。固体吸着材の細孔径を増加または減少することにより、第１の相対湿度および第２の相対湿度を増加または減少することができる。
【００２０】
次に、空気調和装置の動作について説明する。
図４は、図１の空気調和装置の動作を説明する空気線図である。図１および図２において、冷蔵室１００ｂ側のデシカントローター１を通過する第２の空気４ｂに対し、デシカントローター１の通過前の空気の状態を（１）、デシカントローター１を通過した直後の空気の状態を（２）、蒸発器２０ｄと熱交換した直後の空気の状態を（３）とする。また、外気側１００ａのデシカントローター１を通過する第１の空気４ａに対し、凝縮器２０ｂの風上側の空気の状態を（４）、凝縮器２０ｂと熱交換した直後の空気の状態を（５）、デシカントローター１の通過直後の空気の状態を（６）とする。
【００２１】
まず、デシカントローター１が冷蔵室１００ｂ内の水分を吸着する動作を説明する。状態（１）の空気は、気温である乾球温度が−１０［℃］、相対湿度が６０％、絶対湿度が０．９６［ｇ／ｋｇ］である。デシカントローター１ に供給された状態（１）の空気は、等エンタルピー線に沿って、相対湿度が６０％から例えば２０％まで減湿され、絶対湿度は０．９６［ｇ／ｋｇ］から０．３６［ｇ／ｋｇ］まで減湿され、乾球温度は−１０［℃］から−８．５［℃］まで上昇した状態（２）の空気となって蒸発器２０ｄへ向かう。図３に示すように、デシカントローター１に設けられる固体吸着材は、相対湿度４０％以上の領域では吸着できる水分量が大きいので、状態（１）の空気を減湿できる。
【００２２】
状態（２）の空気は蒸発器２０ｄで熱交換され、絶対湿度が一定の状態で顕熱のみが除去されて冷却され、相対湿度が１００％未満、乾球温度が−２０［℃］である状態（３）の空気となる。なお、状態（３）の空気の乾球温度が状態（２）の空気における露点温度（凝結が始まる温度）よりも高くなるように、制御演算手段２０ｈは膨張弁２０ｃの開度、圧縮機２０ａの回転数、ファン３ｂの回転数等を調節する。これにより、蒸発器２０ｄの着霜を防止して冷媒回路２０の除霜運転を不要とすることが可能となる。状態（３）の空気は冷蔵室１００ｂ内へ拡散され、冷蔵室１００ｂの乾球温度を−１０［℃］に保つ。また、デシカントローター１において水分を吸着した領域は、モーター２による回転駆動により外気側１００ａに移動される。そして、デシカントローター１に吸着された水分は、後述するように外気側１００ａでデシカントローター１から脱着（放出）される。
【００２３】
次に、デシカントローター１に吸着された水分が外気側１００ａでデシカントローター１から脱着される動作を説明する。状態（４）の空気は、気温である乾球温度が３２［℃］、相対湿度が６０％、絶対湿度が１８．０［ｇ／ｋｇ］である。凝縮器２０ｂに供給された状態（４）の空気は、凝縮器２０ｂで熱交換して加熱され、絶対湿度が一定の状態で顕熱のみが加わり、乾球温度が５３［℃］まで上昇する。そして、相対湿度が２０％まで減湿された状態（５）の空気となってデシカントローター１へ供給される。凝縮器２０ｂの凝縮温度が５３［℃］になるように、膨張弁２０ｃの開度、圧縮機２０ａの回転数、ファン３ａの回転数等で調節する。ここで、状態（５）の空気は、加熱手段３１に通電しなくても凝縮器２０ｂとの熱交換により十分加熱された状態となっている。
【００２４】
そして、デシカントローター１へ供給された状態（５）の空気は、等エンタルピー線に沿って、相対湿度が２０％から６０％まで増湿される。また、状態（５）の空気は絶対湿度が１８．０［ｇ／ｋｇ］から２４．４［ｇ／ｋｇ］まで増湿され、乾球温度が５３［℃］から３７．３［℃］まで低下した状態（６）の空気となり、外気側１００ａへ放出される。デシカントローター１に設けられる固体吸着材は、図３に示すように、相対湿度３０％以下の領域では保持できる水分量が少ない。このため、相対湿度が２０％である状態（５）の空気がデシカントローター１に供給されれば、デシカントローター１から水分が脱着され、脱着された水分は状態（５）の空気に放出される。すなわち、状態（５）の空気はデシカントローター１を通過することにより増湿され、状態（６）の空気となる。デシカントローター１において水分が脱着されて除湿能力を回復した領域は、モーター２によって再び冷蔵室１００ｂ内へ移動する。この動作を繰り返すことにより冷蔵室１００ｂ内が減湿される。
【００２５】
ところで、メソ孔、ナノ孔、ミクロ孔と呼ばれるような孔径の細孔では、その細孔径に応じた相対湿度（現在の湿度をＰ、現在の湿度における飽和湿度をＰ０としたとき、相対湿度はＰ／Ｐ０と表せる）において毛管凝縮が起こる。毛管凝縮とは細孔内の空気中に含まれる水分が凝縮して液化する現象である。なお、水が凍結する温度は０℃以下であるが、細孔の中では、水の凍結温度は細孔径が小さくなるほど凍結温度が低くなるという性質を示すことが知られている（Ｇｉｂｂｓ−Ｔｏｍｓｏｎ効果）。０℃付近で水が凍結しない細孔径は５μｍ、−１０℃付近では６〜７ｎｍとされている。本実施の形態１における固体吸着材は、上述したように細孔径が１．５ｎｍ程度であるため、−１０℃付近で水分を吸着しても細孔の中では水は凍結しない。
【００２６】
図５は、デシカントローター１の内部構造の模式図である。デシカントローター１はセラミックや紙などの繊維質である基材４０に固体吸着材４１を担持している。固体吸着材４１の周囲には空隙ができる。その大きさは担持密度や基材４０の内部構造によるが、水４２が浸入するには十分な大きさである。デシカントローター１を通過する空気に含まれる水分は、固体吸着材４１の細孔の中に吸着されるが、上述したように細孔径が１．５ｎｍ程度であるため、−１０℃付近で水分を吸着しても細孔の中では水は凍結しない。デシカントローター１を通過する空気に含まれる水分は、固体吸着材４１の細孔の中に吸着されるだけでなく、固体吸着材４１間の空隙や、基材４０と固体吸着材４１との空隙、基材４０の繊維質にも浸透する。冷蔵室１００ｂ内は−１０℃程度であるため、デシカントローター１において細孔外に浸透した水分は凍結してしまい、最終的にはデシカントローター１そのものが凍結し、細孔をふさいでしまう。本発明の固体吸着材は１．５ｎｍ（ナノメートル）程度の細孔が多数設けられた多孔質ケイ素材料としたが、シリカゲルでも、ゼオライトでも細孔径が２．７ｎｍの固体吸着材でも４．０ｎｍの固体吸着材を用いても、凍結してしまう。
【００２７】
次に、デシカントローター１に吸着された水分の凍結を検知する凍結検知方法について図６を用いて説明する。
図６は、図１の凍結検知手段３０の構成および検知方法を示す図である。図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）の矢視Ａ方向から見た図である。
凍結検知手段３０は、発光素子３０ａと受光素子３０ｂとを有する。
発光素子３０ａは、例えば赤外線発光ダイオードにより構成され、赤外線をデシカントローター１へ照射する。赤外線の波長は水に吸収されにくく、氷に吸収されやすい波長のものを選ぶと良い。
受光素子３０ｂは、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタにより構成され、デシカントローター１で反射した赤外線を受光し、受光光量を検知する。この受光光量に応じてデシカントローター１の凍結有無を判定する。すなわち、赤外線の波長として上述したように、水に吸収されにくく氷に吸収されやすい波長のものを選んだ場合、凍結していると受光素子３０ｂの受光光量が少なくなる。よって、受光素子３０ｂの受光光量により凍結の有無を判定することが可能である。
【００２８】
凍結検知手段３０は、図６に示したように外気側１００ａでデシカントローター１と対向して配置される。さらに詳しくは、デシカントローター１は図６に示すように相対向する一対の気流通過面１ａ、１ｂを有しており、凍結検知手段３０は、一方側の気流通過面（ここでは気流通過面１ａ）に対向して配置される。この凍結検知手段３０による凍結検知範囲は、デシカントローター１の気流通過面積全体に対して小さいものである。デシカントローター１は、上述したように除湿運転中は回転駆動されており、凍結検知手段３０は、気流通過面１ａにおいてデシカントローター１の回転軸を中心とする同一円周上の領域の凍結有無を検知することができる。また、凍結検知手段３０をフォトダイオードやＬＥＤで構成すれば安価に製造することができる。
【００２９】
また、上述では、凍結検知手段３０はデシカントローター１の一対の気流通過面１ａ、１ｂのうち、一方の気流通過面側に配置され、デシカントローター１で反射した赤外線を受光するいわゆる反射型のセンサーを用いた場合を説明したが、透過型のセンサーを用いても良い。また、凍結検知手段３０として発光素子３０ａと受光素子３０ｂとを一体的に構成した一体型の例を示したが、発光素子３０ａと受光素子３０ｂとをそれぞれ別個に分離してした別離型で構成しても良い。
【００３０】
図７（ａ）は、いわゆる透過型の凍結検知手段３０を示している。透過型は、発光素子３０ａと受光素子３０ｂとが向かい合う構造のセンサーである。発光素子３０ａは、デシカントローター１の一方の気流通過面１ａ側に配置され、受光素子３０ｂは、デシカントローター１の他方の気流通過面１ｂ側に配置される。発光素子３０ａは、デシカントローター１へ赤外線を照射し、受光素子３０ｂは、デシカントローター１を透過した赤外線を受光する。水の場合と氷の場合とにおける赤外線の透過量の違いにより、受光素子３０ｂで受光する受光光量が異なる。透過型の赤外線センサーで構成した凍結検知手段３０は、この原理を利用し、受光素子３０ｂにおける受光光量に基づいてデシカントローター１の凍結有無を検知する。
【００３１】
図７（ｂ）は、いわゆる分離型の凍結検知手段３０を示している。図７（ｂ）では、透過型の場合の例を示しているが、反射型の場合も分離型で構成しても良い。
【００３２】
なお、凍結有無の検出は、上述によるものによらず任意のセンサーを用いることができる。例えば、サーモパイル、超音波センサー、電界センサーなどを用いても良い。
【００３３】
凍結検知手段３０としてサーモパイルを用い、図６と同様の設置構造を採用した場合、デシカントローター１の回転駆動に伴い、気流通過面において回転軸を中心とする同一円周上の領域の表面温度を検出することができる。氷の放射率は０．９６〜０．９８であるから、氷があるとサーモパイル出力が低下する。この原理を利用して、受光素子３０ｂにおける受光光量に応じてデシカントローター１の凍結有無を検知する。
【００３４】
凍結検知手段３０として超音波センサーを用いる場合は、超音波の発振部とその反射波を受信する受信部とを備える。超音波センサーは、デシカントローター１に直接的または間接的に接触する場所に設置する。具体的には例えば、デシカントローター１を保持するフレーム（図示せず）などに設置する。フレームであればデシカントローター１が回転中でも確実に超音波センサーをデシカントローター１に間接的に接触させることができる。超音波センサーは、フレームに保持されたデシカントローター１に向けて超音波を発振する。超音波は接触している物質内を伝播するので、超音波センサーがフレームに接触していることで、フレームに接触している物質にも超音波が伝播する。デシカントローター１が未凍結の状態に比べ、凍結状態では超音波は伝播しやすくなり、発振した超音波が受信部に到達する速度が速くなる。この時間差または伝播速度の差から、デシカントローター１の凍結の有無を検知できる。
【００３５】
凍結検知手段３０として電界センサーを用いる場合は、非接触式であるので、図６に示した赤外線センサーと同様の設置構造とすれば良い。電界センサーは金属製の電極部を有し、電極部に電圧を加えることで電極部表面に電界を形成しており、デシカントローター１内部の誘電率によってセンサー出力が変化する。誘電率は、デシカントローター１が未凍結でいるときに比べ、凍結しているときは大幅に小さくなる。この原理を利用してデシカントローター１の凍結の有無を検知できる。電界センサーは小型で構成できるので、空気の流れを邪魔することなくデシカントローター１の凍結を検知できる。また、電界センサーの電極部は金属製であればどのような形状でも良い。電界センサーは形状を自由にできるので、検知する範囲も自由に設定でき、デシカントローター１の凍結箇所を詳細に検出することができる。
【００３６】
次に、空気調和装置（冷蔵倉庫）内の要部の動作について説明する。
図８は、図１の空気調和装置の要部の動作を示すフローチャートである。
制御演算手段２０ｈは、除湿運転を開始後、デシカントローター１の凍結が凍結検知手段３０によって検知されない間は除湿運転を継続して行う（Ｓ１、Ｓ２）。そして、凍結検知手段３０によってデシカントローター１の凍結が検知されたとき（Ｓ１）、制御演算手段２０ｈは凍結を解除するための凍結解除処理を行う（Ｓ２）。凍結解除処理としては、例えば以下の（Ａ）または（Ｂ）の方法が用いられる。なお、凍結が生じるのは冷蔵室１００ｂ側に位置する部分であるため、その凍結部分がデシカントローター１の回転により凍結検知手段３０の検知領域に到達したとき、凍結検知手段３０により凍結が検知されることになる。
【００３７】
（Ａ）加熱手段３１の通電
制御演算手段２０ｈは、加熱手段３１を通電し、状態（４）の空気温度を上げてからデシカントローター１に供給し、デシカントローター１の凍結部分を溶かす。また、制御演算手段２０ｈは、凍結検知手段３０によりデシカントローター１の凍結部分が消滅したことを検知すると、加熱手段３１の通電を終了する。
【００３８】
（Ｂ）冷媒回路２０の制御
制御演算手段２０ｈは、膨張弁２０ｃの開度、圧縮機２０ａの回転数、ファン３ａの回転数等を調節し、凝縮器２０ｂの凝縮温度を上昇させ、状態（４）の空気の温度を、凝縮器２０ｂとの熱交換により上昇させる。これにより、デシカントローター１に供給される空気の温度を上昇させることができ、デシカントローター１の凍結部分を溶かすことが可能である。この処理の場合、ヒーターなどの加熱手段３１を使用する場合よりも消費電力量を抑えることができる。
また、凍結検知手段３０として超音波センサーを使用している場合、超音波センサーを凍結検知に使用するだけでなく、凍結解除に使用するようにしても良い。すなわち、超音波を発振し、氷に振動エネルギーを与えることで氷を溶かすようにしても良い。
【００３９】
以上説明したように本実施の形態１によれば、０℃以下の温度環境下においてデシカントローター１が凍結してしまっても、凍結解除処理を行うことにより凍結を解除できる。このため、デシカントローター１が凍結しても、冷蔵室１００ｂの除湿運転を継続して行え、安定した除湿性能を得ることができる。また、デシカントローター１の凍結による故障も抑制可能となり、メンテナンス回数も少なくてすむ。
【００４０】
また、蒸発器２０ｄをデシカントローター１に対して第２の空気（除湿空気）４ｂの風下側に配置し、デシカントローター１で除湿された乾燥空気を蒸発器２０ｄに供給するようにしているので、蒸発器２０ｄの着霜を防止できる。また、凝縮器２０ｂをデシカントローター１に対して第１の空気（再生空気）４ａの風上側に配置しているので、冷媒回路２０の凝縮器２０ｂの熱を再生空気の加熱に有効に活用できる。
【００４１】
また、加熱手段３１を外気側１００ａ（換言すれば、再生空気が通過する風路内）に配置し、外気側１００ａで凍結解除を行うようにしているため、冷蔵室１００ｂ内の温度を上げることなく凍結解除を行える。よって、凍結解除に際し、保存中の食品、製品類が劣化することがない。なお、加熱手段３１の配置箇所は外気側１００ａ側に限られず、冷蔵室１００ｂ内でも良いが、外気側１００ａの第１の空気４ａの状態（４）は冷蔵室１００ｂ側の第２の空気４ｂの状態（１）より温度が高い。このため、加熱手段３１を外気側１００ａに配置した方が冷蔵室１００ｂ側に配置する場合に比べて凍結部分を溶かすのに要する消費電力量を少なくできる。
【００４２】
また、凍結検知手段３０についても同様に、その配置箇所は外気側１００ａに限られず冷蔵室１００ｂ側でも良い。凍結検知手段３０を冷蔵室１００ｂ（換言すれば、除湿空気が通過する風路内）に配置した場合、外気側１００ａに配置するよりも、凍結を早く検知することができる。このため、デシカントローター１が凍結して完全に第２の空気４ｂが流れなくなってしまう前に凍結解除処理を開始することができる。
【００４３】
なお、本例では凍結検知手段３０および加熱手段３１を両方まとめて外気側１００ａに配置した場合を説明したが、必ずしもまとめて配置しなければならないわけではなく、別々に配置しても良い。
【００４４】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、空気調和装置が冷蔵倉庫であり、冷蔵室１００ｂ内を除湿するデシカントローター１が凍結する場合の凍結検知について説明した。本実施の形態２では、空気調和装置が、前室を有する冷凍冷蔵倉庫であり、冷凍室内を除湿するデシカントローター１が凍結する場合の凍結検知について説明する。実施の形態２は、本発明の要部の構成および動作自体は実施の形態１と基本的に同様である。
【００４５】
図９は、本発明の実施の形態２における空気調和装置（冷凍冷蔵倉庫）の構成を説明する概略図である。図１０は、図９のデシカントローター１の駆動状態を説明する概略図である。
冷凍冷蔵倉庫は前室２００ａおよび冷凍室２００ｂの二つの部屋を備えている。前室２００ａは除湿空間外の空間であり、前室２００ａ内の気温である乾球温度が−２０℃、相対湿度が４０％である。一方、冷凍室２００ｂは除湿空間であり、乾球温度が−４０℃、相対湿度が１００％である。なお、前室２００ａには、前室２００ａの乾球温度および相対湿度を、それぞれ−２０℃および４０％に維持するための前室空調手段（図示せず）が備えられている。
【００４６】
次に、空気調和装置の構成を説明する。図１０において、空気調和装置は、水分吸脱着手段であるデシカントローター１と、デシカントローター１を可動させるための駆動手段であるモーター２と、第１の送風手段であるファン３ａと、第２の送風手段であるファン３ｂとを備えている。ファン３ａは、前室２００ａの空気である第１の空気４ａ（再生空気）をデシカントローター１へ供給する。すなわち、ファン３ａが回転することにより、第１の空気４ａが図１０矢印で示す方向にデシカントローター１を通過する気流を形成する。また、ファン３ｂは、冷凍室２００ｂの空気である第２の空気４ｂをデシカントローター１へ供給する。すなわち、ファン３ｂが回転することにより第２の空気４ｂ（除湿空気）が図１０矢印で示す方向にデシカントローター１を通過する気流を形成する。
【００４７】
デシカントローター１は、図１０に示すように円柱形をしており、モーター２により矢印５の方向に所定の回転スピードでゆっくりと回転（例えば、２，３分で１回転）し、前室２００ａと冷凍室２００ｂとの間を時間経過に伴って移動する。デシカントローター１において冷凍室２００ｂ内に位置し、第２の空気４ｂが供給される領域では、第２の空気４ｂに含まれる水分を吸着する。そして、水分吸着後、モーター２によってデシカントローター１が回転することにより、水分を吸着した領域は前室２００ａへ移動する。前室２００ａでは、デシカントローター１に第１の空気４ａが通過し、この第１の空気４ａにデシカントローター１内の水分を放出し、デシカントローター１は除湿機能を回復する。水分を放出したデシカントローター１の前室２００ａの領域は、モーター２によって再び冷凍室２００ｂ内へ移動し、冷凍室２００ｂ内の除湿を行う。この動作を繰り返すことにより冷凍室２００ｂ内が減湿されることになる。
【００４８】
空気調和装置はさらに、デシカントローター１の凍結の有無を検知する凍結検知手段３０と、デシカントローター１に供給する第１の空気４ａを加熱するヒーターなどの加熱手段３１とを備えている。凍結検知手段３０はデシカントローター１の近傍に設置する。凍結検知手段３０はデシカントローター１に対して風上側でも風下側でもどちらに設置しても良い。加熱手段３１はデシカントローター１に対して風上側に設置する。
【００４９】
空気調和装置はさらに、マイコン等で構成された制御演算手段２０ｈを備えている。制御演算手段２０ｈは、ＣＰＵと、各種データを記憶するＲＡＭと、空気調和装置全体の運転制御を行うためのプログラム等を記憶するＲＯＭ（何れも図示せず）とを備えている。制御演算手段２０ｈには、モーター２、ファン３ａ、ファン３ｂ、凍結検知手段３０、加熱手段３１および前室空調手段（圧縮機モーター等）が接続されている。制御演算手段２０ｈには、凍結検知手段３０等の検知結果が入力され、検知結果とＲＯＭ内のプログラムに従って各部を適宜制御する。
【００５０】
すなわち、制御演算手段２０ｈは、前室空調手段内に設けた温度センサー（図示せず）の検出結果に基づいて常に前室２００ａが所定温度（本実施の形態２では−２０℃）になるように前室空調手段を制御している。このように、前室２００ａ内は、常に乾球温度が−２０℃の温度環境にコントロールされている。また、制御演算手段２０ｈは、ファン３ａ、ファン３ｂおよびモーター２を駆動して、冷凍室２００ｂ内をデシカントローター１によって除湿する除湿運転を行う。また、制御演算手段２０ｈは、凍結検知手段３０によりデシカントローター１の凍結が検知された場合には凍結解除処理を行う。この凍結解除処理は上記実施の形態１の（Ａ）の方法と同様である。
【００５１】
図１１は、図９のデシカントローター１に設けられる固体吸着材の水分吸着特性を説明する吸着等温線を示す図である。
固体吸着材は多孔質ケイ素材料であり、２．５ｎｍ（ナノメートル）程度の細孔が多数設けられたものである。図１１において、横軸は空調空間の相対湿度、縦軸は水分の平衡吸着量である。図１１からわかるように、本実施の形態２で用いる固体吸着材は、相対湿度が４５％から６０％の範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率である傾斜が、４５％未満または６０％を超える範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率である傾斜よりも大きい。なお、ここでは固体吸着材の水分吸着特性の傾きが大きくなる範囲の下限である第１の相対湿度及び上限である第２の相対湿度をそれぞれ３０％および４０％としている。固体吸着材の細孔径を増加または減少することにより、第１の相対湿度および第２の相対湿度を増加または減少することができる。
【００５２】
次に、動作について説明する。
冷凍室２００ｂ内の第２の空気４ｂがデシカントローター１に供給される領域では、冷凍室２００ｂ内の相対湿度が１００％のため、第２の空気４ｂに含まれる水分を図１１に示す点Ｂの平衡吸着量になるまで吸着する。点Ｂの平衡吸着量に達したデシカントローター１の冷凍室２００ｂ側の領域は、モーター２によってデシカントローター１が回転駆動されることにより、前室２００ａ内の第１の空気４ａが供給される領域へ移動する。前室２００ａの相対湿度は４０％であるため、デシカントローター１の第１の空気４ａが供給される領域では、図１１に示す点Ａの平衡吸着量になるまでデシカントローター１中の水分を第１の空気４ａへ脱着する。
【００５３】
第１の空気４ａへ脱着された水分は前室２００ａ内の絶対湿度を増加するが、前室空調手段は前室２００ａ内の乾球温度および相対湿度をそれぞれ−２０℃および４０％に維持する。したがって、前室空調手段が第１の空気４ａへ脱着された水分を除湿する。点Ａの平衡吸着量に達したデシカントローター１の前室２００ａ側の領域は、モーター２によってデシカントローター１が回転駆動されることにより、再び冷凍室２００ｂ内の第２の空気４ｂが供給される領域へ移動する。このように、冷凍室２００ｂ内の水分が前室２００ａ側に移送され、前室２００ａに移送された水分が前室空調手段により除湿される。この動作を繰り返すことにより、冷凍室２００ｂ内を減湿する。
【００５４】
空気線図を用いて、上記の動作を説明する。図１２は、図９の空気調和装置の動作を説明する空気線図である。図９、図１０および図１１において、前室２００ａ側のデシカントローター１を通過する第１の空気４ａに対し、デシカントローター１の通過前の空気の状態を（３）、通過直後の空気の状態を（４）とする。また、冷凍室２００ｂ側のデシカントローター１を通過する第２の空気４ｂに対し、デシカントローター１の通過前の空気の状態を（１）、通過直後の空気の状態を（２）とする。
【００５５】
まず、デシカントローター１が冷凍室２００ｂ内の水分を吸着する動作を説明する。状態（１）の空気は、乾球温度が−４０［℃］、絶対湿度が０．１［ｇ／ｋｇ］、エンタルピーが−９．６［ｋｃａｌ／ｋｇ］である。状態（１）の空気は、デシカントローター１により、等エンタルピー線に沿って、相対湿度が１００％から例えば４０％まで減湿され、絶対湿度が０．１［ｇ／ｋｇ］から０．０５［ｇ／ｋｇ］まで減湿される。そして、状態（１）の空気は乾球温度が−４０［℃］から−３９．８［℃］まで上昇し、状態（２）の空気となって冷凍室２００ｂ内へ吹き出す。
【００５６】
次に、デシカントローター１に吸着された水分が前室２００ａ側でデシカントローター１から脱着される動作を説明する。前室２００ａでは、上述したように前室空調手段（図示せず）により乾球温度および相対湿度がそれぞれ−２０℃および４０％に維持されており、その維持環境の空気（つまり、状態（３）の空気）がデシカントローター１に供給される。すなわち、状態（３）の空気は、乾球温度が−２０［℃］、絶対湿度が０．２５［ｇ／ｋｇ］、エンタルピーが−４．７［ｋｃａｌ／ｋｇ］である。状態（３）の空気は、デシカントローター１により、等エンタルピー線に沿って、相対湿度が４０％から例えば１００％まで増湿される。また、状態（３）の空気は、乾球温度が−２０［℃］から−２１［℃］まで低下し、絶対湿度が０．２５［ｇ／ｋｇ］から０．５５［ｇ／ｋｇ］まで増湿された状態（４）の空気となって前室２００ａ内へ吹き出す。前室２００ａ内へ吹き出された相対湿度１００％の状態（３）の空気は前室２００ａ内へ拡散され、この相対湿度１００％の空気に含まれる水分は前室空調手段により除湿される。
【００５７】
ここで、冷凍室２００ｂにおける状態（１）の空気および前室２００ａにおける状態（４）の空気は相対湿度１００％であり、また、冷凍室２００ｂおよび前室２００ａのどちらも０℃以下である。このため、状態（１）および状態（４）のそれぞれの空気環境近傍のデシカントローター１部分は凍結してしまう。凍結検知手段３０は、このようなデシカントローター１の凍結を検知する。凍結検知手段３０の構成および検知方法は、上記実施の形態１と同様であり、図６および図７とその説明箇所を参照されたい。また、実施の形態１の凍結検知手段３０について適用される変形例は、本実施の形態２の凍結検知手段３０についても同様に適用され、図６および図７に示す赤外線センサーの他、サーモパイル、超音波センサー、電界センサーなどを用いても良い。
【００５８】
次に、空気調和装置内（冷蔵冷凍倉庫）の要部の動作について説明する。この動作フローチャートは実施の形態１の図８と同様である。
制御演算手段２０ｈは、除湿運転を開始後、デシカントローター１の凍結が凍結検知手段３０によって検知されない間は除湿運転を継続して行う（Ｓ１、Ｓ２）。そして、凍結検知手段３０によってデシカントローター１の凍結が検知されたとき、制御演算手段２０ｈは凍結を解除するための凍結解除処理を行う。凍結解除処理としては、上記実施の形態１の（Ａ）の方法が用いられる。その他、加熱手段３１は用いずに、前室２００ａに設けた前室空調手段（図示せず）の膨張弁の開度、圧縮機の回転数、ファンの回転数等を調節して第１の空気４ａの状態（３）の空気温度を上げても良い。また、超音波センサーを用いて超音波を発振し、氷に振動エネルギーを与えることで氷を溶かすようにしても良い。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態２の空気調和装置としての冷凍冷蔵倉庫は、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち、０℃以下の環境下においてデシカントローター１が凍結してしまっても、凍結解除処理を行うことにより凍結を解消できる。その結果、デシカントローター１が凍結しても、冷蔵室１００ｂの除湿運転を継続して行え、安定した除湿性能を得ることができる。また、デシカントローター１の凍結による故障も抑制できるので、メンテナンス回数も少なくてすむ。また、冷凍室２００ｂ内の温度を上げずに凍結解除を図れるため、保存中の食品、製品類を劣化することもない。
【００６０】
また、加熱手段３１を前室２００ａ（換言すれば、再生空気が通過する風路内）に配置し、前室２００ａで凍結解除を行うようにしているため、冷凍室２００ｂ内の温度を上げることなく凍結解除を行える。よって、凍結解除に際し、保存中の食品、製品類が劣化することがない。なお、加熱手段３１の配置箇所は前室２００ａ側に限られず、冷凍室２００ｂ内でも良いが、前室２００ａは冷凍室２００ｂより温度が高い。このため、加熱手段３１を前室２００ａに配置した方が冷凍室２００ｂ側に配置する場合に比べて凍結部分を溶かすのに要する消費電力量を少なくできる。
【００６１】
また、凍結検知手段３０についても同様に、その配置箇所は前室２００ａに限られず冷凍室２００ｂ側でも良い。凍結検知手段３０を冷凍室２００ｂ（換言すれば、除湿空気が通過する風路内）に配置した場合、前室２００ａに配置するよりも、凍結を早く検知することができる。このため、デシカントローター１が凍結して完全に第２の空気４ｂが流れなくなってしまう前に凍結解除処理を開始することができる。
【００６２】
なお、本例では凍結検知手段３０および加熱手段３１を両方まとめて前室２００ａに配置した場合を説明したが、必ずしもまとめて配置しなければならないわけではなく、別々に配置しても良い。
【００６３】
実施の形態３．
上記実施の形態１、２では、空気調和装置が冷蔵室または冷凍室を除湿する冷蔵倉庫または冷凍冷蔵倉庫である場合について説明した。本実施の形態３では、空気調和装置が、デシカントローター１で低温の外気より水分を吸着し、吸着した水分を室内に放出して室内を加湿する加湿器であり、デシカントローター１が外気側で凍結する場合の凍結検知について説明する。実施の形態３は、本発明の要部の構成および動作自体は実施の形態１と基本的に同様である。
【００６４】
図１３は、本発明の実施の形態３における空気調和装置（加湿器）の構成を説明する概略図である。図１４は、図１３の空気調和装置の動作を説明する空気線図である。
本実施の形態３の空気調和装置では、除湿空間である外気側３００ａと外気側３００ａで取得した水分を使用して加湿を行う加湿空間である室内３００ｂとの間に、水分吸脱着手段であるデシカントローター１が跨るようにして設置されている。
【００６５】
室内３００ｂは、室内３００ｂの気温である乾球温度が２５［℃］、相対湿度が４０％ 、絶対湿度が７．８［ｇ／ｋｇ］である。その外部は外気側３００ａであり、乾球温度が０［℃］、相対湿度が５０％、絶対湿度が１．９［ｇ／ｋｇ］である。なお、外気側３００ａは開放された空間であり、乾球温度、相対湿度および絶対湿度が、それぞれ０［℃］、５０ ％ および１．９［ｇ／ｋｇ］に維持されるものとする。
【００６６】
次に、本実施の形態３における空気調和装置の構成を説明する。
図１３において、空気調和装置は、デシカントローター１と、デシカントローター１を可動させるための駆動手段であるモーター２と、第１の送風手段であるファン３ａと、第２の送風手段であるファン３ｂとを備えている。ファン３ａは、外気側３００ａの空気である第１の空気４ａをデシカントローター１へ供給する。すなわち、ファン３ａが回転することにより、第１の空気４ａ（除湿空気）が後述の蒸発器２０ｄと熱交換するとともにデシカントローター１を通過する気流を形成する。また、ファン３ｂは、室内３００ｂの空気である第２の空気４ｂ（再生空気（加湿空気））をデシカントローター１へ供給する。すなわち、ファン３ｂが回転することにより、第２の空気４ｂがデシカントローター１を通過するとともに後述の凝縮器２０ｂと熱交換する気流を形成する。
【００６７】
また、空気調和装置は、実施の形態１と同様の冷媒回路２０を備えている。圧縮機２０ａはＲ４０４Ａの冷媒に対する臨界圧を越えないで圧縮する。蒸発器２０ｄは、水分吸脱着手段であるデシカントローター１に対し第１の空気４ａの風上側に配置される。また、凝縮器２０ｂは、水分吸脱着手段であるデシカントローター１に対し第２の空気４ｂの風下側に配置される。また、空気調和装置は、実施の形態１と同様の制御演算手段２０ｈを備えている。
【００６８】
デシカントローター１は、図２に示したように円柱形をしており、デシカントローター１の機能および動作は上記実施の形態１と同様である。また、室内３００ｂのデシカントローター１の近傍にはデシカントローター１の凍結の有無を検知する凍結検知手段３０と加熱手段３１とが設置されている。凍結検知手段３０はデシカントローター１に対して風上側でも風下側でもどちらに設置しても良い。加熱手段３１はデシカントローター１に対して風上側に設置する。また、デシカントローター１に設けられる固体吸着材の水分吸脱着特性は実施の形態２と同様に図１１に示す多孔質ケイ素材料の特性とする。
【００６９】
次に、動作について説明する。
図１４は、本発明の実施の形態３における空気調和装置の動作を説明する空気線図である。図１３および図１４において、外気側３００ａ側の第１の空気４ａに対し、蒸発器２０ｄの風上側の空気の状態を（１）、蒸発器２０ｄと熱交換した直後の空気の状態を（２）、デシカントローター１の通過直後の空気の状態を（３）とする。また、室内３００ｂ側のデシカントローター１の通過前の空気の状態を（４）、デシカントローター１を通過した直後の空気の状態を（５）、凝縮器２０ｂと熱交換した直後の空気の状態を（６）とする。
【００７０】
まず、デシカントローター１が外気側３００ａで水分を吸着する動作を説明する。状態（１）の空気は、気温である乾球温度が０［℃］、相対湿度が５０％、絶対湿度が１．９［ｇ／ｋｇ］である。蒸発器２０ｄに供給された状態（１）の空気は、蒸発器２０ｄで熱交換され、絶対湿度が一定の状態で顕熱のみが除去され、乾球温度が−８［℃］まで下降し、相対湿度が９０％まで増湿された状態（２）の空気となる。デシカントローター１に設けられる固体吸着材は、図１１に示すように相対湿度６０％以上の領域では吸着できる水分量が大きい。このため、第１の空気４ａを蒸発器２０ｄを通過させ、第１の空気４ａの状態を相対湿度６０％以上の９０％に上昇させてからデシカントローター１に供給するようにしている。そして、状態（２）の空気がデシカントローター１へ供給される。なお、制御演算手段２０ｈは、蒸発器２０ｄの凝縮温度が−８［℃］になるように、膨張弁２０ｃの開度、圧縮機２０ａの回転数、ファン３ａの回転数等で調節する。
【００７１】
デシカントローター１へ供給された状態（２）の空気は、等エンタルピー線に沿って、相対湿度が９０％から４０％まで減湿され、絶対湿度が１．９［ｇ／ｋｇ］から０．９６［ｇ／ｋｇ］まで減湿され、乾球温度が−８［℃］から−６［℃］まで上昇した状態（３）の空気となる。デシカントローター１を通過することによって減湿された状態（３）の空気は外気側３００ａへ放出される。図１１に示すように、デシカントローター１に設けられる固体吸着材は、相対湿度６０％以上の領域では吸着できる水分量が大きいので、デシカントローター１は相対湿度が９０％である状態（２）の空気から水分を吸着する。水分を吸着したデシカントローター１の領域は、モーター２によって室内３００ｂ内へ移動され、室内３００ｂの加湿に利用される。
【００７２】
次に、デシカントローター１に吸着された水分が室内３００ｂでデシカントローター１から脱着される動作を説明する。
状態（４）の空気は、気温である乾球温度が２５［℃］、相対湿度が２５％、絶対湿度が４．９［ｇ／ｋｇ］である。状態（４）の空気は、デシカントローター１に供給されることにより、等エンタルピー線に沿って状態が変化し、状態（５）の空気となる。すなわち、状態（４）の空気は、相対湿度が２５％から例えば６３％まで加湿され、絶対湿度は４．９［ｇ／ｋｇ］から７．８［ｇ／ｋｇ］まで加湿され、乾球温度は２５［℃］から１７．５［℃］まで下降して状態（５）の空気となる。そして、状態（５）の空気は凝縮器２０ｂに供給される。ここで、デシカントローター１に設けられる固体吸着材は、図１１に示すように、相対湿度４５％以下の領域では保持できる水分量が少ない。このため、相対湿度が２５％である状態（４）の空気がデシカントローター１に供給されることにより、デシカントローター１から水分が脱着されて第２の空気４ｂに空気に放出され、増湿された状態（５）の空気となる。
【００７３】
状態（５）の空気は凝縮器２０ｂで熱交換して加熱され、状態（６）の空気となって室内３００ｂ内へ拡散される。すなわち、状態（５）の空気は凝縮器２０ｂの熱交換により、絶対湿度が一定の状態で顕熱のみが加わり、相対湿度が４０％、乾球温度が２５［℃］である状態（６）の空気となって室内３００ｂ内へ拡散される。このように状態（６）の空気を室内３００ｂ内へ拡散することにより室内３００ｂの乾球温度を２５［℃］に保つとともに、室内３００ｂを加湿する。また、水分が脱着して除湿能力（水分吸着能力）を回復した室内３００ｂ側のデシカントローター１の領域は、モーター２により外気側３００ａに移動され、再度、外気側３００ａで水分を吸着する。以上の動作を繰り返すことにより室内３００ｂ内を加湿する。
【００７４】
ところで、外気側３００ａでは、デシカントローター１に流入する状態（２）の空気が、０℃以下、相対湿度１００％であるので、状態（２）の空気環境近傍のデシカントローター１部分は凍結してしまう。凍結検知手段３０は、このようなデシカントローター１の凍結を検知する。凍結検知手段３０の構成および検知方法は、上記実施の形態１と同様であり、図６および図７とその説明箇所を参照されたい。また、実施の形態１の凍結検知手段３０について適用される変形例は、本実施の形態３の凍結検知手段３０についても同様に適用され、図６および図７に示す赤外線センサーの他、サーモパイル、超音波センサー、電界センサーなどを用いても良い。
【００７５】
凍結検知手段３０は、デシカントローター１の凍結有無をチェックしており、制御演算手段２０ｈは、凍結検知手段３０によってデシカントローター１の凍結が検知されたとき、凍結を解除するための凍結解除処理を行う。凍結解除処理としては、上記実施の形態１の（Ａ）の方法が用いられる。上記実施の形態１の（Ａ）の方法が用いられる。すなわち、加熱手段３１に通電し、蒸発器通過後の第１の空気４ａの温度を上げてからデシカントローター１に供給する。また、超音波センサーを用いて超音波を発振し、氷に振動エネルギーを与えることで氷を溶かすようにしても良い。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態３の空気調和装置は、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち、外気が０℃以下の環境下において、デシカントローター１が凍結してしまっても、凍結解除処理を行うことにより凍結を解消できる。その結果、デシカントローター１が凍結しても、外気側３００ａの除湿動作及び室内３００ｂ側の加湿動作を継続して行え、外気側３００ａの安定した除湿性能及び室内３００ｂの安定した加湿性能を得ることができる。また、凍結による故障も抑制できるので、メンテナンス回数も少なくてすむ。また、室内３００ｂ内の温度を上げずに凍結解除を図れるため、快適な室内環境を安定して提供できる。
【００７７】
また、蒸発器２０ｄをデシカントローター１に対して第１の空気（除湿空気）４ａの風上側に配置し、第１の空気４ａの温度を下げて相対湿度を上げてからデシカントローター１に供給するようにしているので、デシカントローター１における水分吸着量を上昇させることができる。また、凝縮器２０ｂをデシカントローター１に対して第２の空気（再生空気）４ｂの風下側に配置しているので、デシカントローター１の通過により温度が低下した第２の空気４ｂの加熱に凝縮器２０ｂの熱を有効に活用できる。
【００７８】
なお、上述では加熱手段３１を外気側３００ａに配置した場合を説明したが、室内３００ｂ側に配置しても良い。室内３００ｂ側の第２の空気４ｂの乾球温度は第１の空気４ａの乾球温度よりも高い。このため、凍結部分を溶かすのに要する加熱手段３１の消費電力量を外気側３００ａに配置する場合よりも少なくすることができる。
【００７９】
なお、本例では凍結検知手段３０および加熱手段３１を両方まとめて外気側３００ａに配置した場合を説明したが、必ずしもまとめて配置しなければならないわけではなく、別々に配置しても良い。
【００８０】
実施の形態４．
上記実施の形態１、２、３では、空気調和装置が冷媒回路を有するものである例を説明したが、本実施の形態４では、冷媒回路を用いない空気調和装置として、除湿機について説明する。
【００８１】
図１５は、本発明の実施の形態４における空気調和装置（除湿機）の概略構成図である。
除湿機５０は、筐体５１の内部に、水分吸脱着手段であるデシカントローター１と、吸湿ファン５２と、再生ファン５３と、再生ヒーター５４と、凝縮器５５と、貯水タンク５６と、ルーバー５７と、凍結検知手段３０と、除湿機５０全体を制御する制御演算手段２０ｈとを有している。
【００８２】
除湿機５０は、筐体５１に設けた吸い込み口５１ａから取り込んだ室内空気（除湿空気）６１をデシカントローター１で吸着除湿し、乾燥空気を吹出口５１ｂから室内へと放出するものである。
【００８３】
デシカントローター１は、除湿空気６１と再生空気６２とが通気可能に形成される。例えば、軸方向に通風可能なハニカム構造若しくはコルゲート構造の円柱構造体に、シリカゲル、ゼオライトなどの無機質の吸着型吸湿剤、あるいは実施の形態２と同様に図１１に示す多孔質ケイ素材料を担持した構成とする。
【００８４】
このデシカントローター１は、筐体５１内で回動可能に立設されており、駆動用モーター（図示せず）によって軸線まわり（図１５の白抜き矢印（ａ）方向）に回転される。デシカントローター１は、除湿部１１ａにおいて除湿空気６１中に含まれる水分を吸着する。除湿部１１ａで水分を吸着して除湿能力が低下したデシカントローター１は、再生部１１ｂへと移動する。そして、再生部１１ｂを通過する再生空気６２にデシカントローター１中の水分を放出して除湿性能を回復する。除湿性能を回復したデシカントローター１は、再び除湿部１１ａへと移動する動作を行う。
【００８５】
吸湿ファン５２は、デシカントローター１の空気出側に設けられている。この吸湿ファン５２は、除湿空気６１を除湿機５０内部に導入し、凝縮器５５およびデシカントローター１を通過させた後、除湿機５０外に放出する気流を形成する。
ルーバー５７は、筐体５１の吹出口５１ｂに設けられ、乾燥空気の吹き出し方向を調整する。
再生ファン５３は、再生ヒーター５４で加熱された再生空気６２をデシカントローター１、凝縮器５５および再生ヒーター５４の間で循環させる。再生ヒーター５４は、再生空気６２を加熱する。
【００８６】
凝縮器５５は、デシカントローター１の空気入側に設けられている。凝縮器５５は、除湿空気６１で再生空気６２を冷却するために設けられている。凝縮器５５には、筐体５１内に流入した除湿空気６１と高温状態の再生空気６２とが流入する。凝縮器５５に流入した再生空気６２は除湿空気６１により冷却されて再生空気６２中の水分が凝縮液化して貯水タンク５６に滴下し、低温状態となって再生ファン５３により再びデシカントローター１へと導かれる。貯水タンク５６は、凝縮器５５から滴下した水分を貯水する。
【００８７】
ところで、除湿機５０の設置された周辺環境が、豪雪地帯のような多湿で０℃以下の場合は、デシカントローター１に吸着される除湿空気６１も高湿０℃以下の空気であるので、デシカントローター１は凍結してしまう。そのデシカントローター１の凍結の有無を凍結検知手段３０で検知する。凍結検知手段３０は、除湿空気６１の風路側のデシカントローター１の気流通過面の一方側に固定して配置される。凍結検知手段３０の構成および検知方法は、上記実施の形態１と同様であり、図６および図７とその説明箇所を参照されたい。また、実施の形態１の凍結検知手段３０について適用される変形例は、本実施の形態４の凍結検知手段３０についても同様に適用され、図６および図７に示す赤外線センサーの他、サーモパイル、超音波センサー、電界センサーなどを用いても良い。
【００８８】
凍結検知手段３０は、デシカントローター１の凍結有無をチェックしており、制御演算手段２０ｈは、凍結検知手段３０によってデシカントローター１の凍結が検知されたとき、凍結を解除するための凍結解除処理を行う。凍結解除処理としては、再生ヒーター５４の通電率を上げる。これにより再生空気６２の空気温度が上がるので、凍結部分を溶かすことができる。また、制御演算手段２０ｈは、凍結検知手段３０によりデシカントローター１の凍結部分が消滅したことを検知すると、加熱手段３１の通電を終了する。
【００８９】
次に、空気調和装置（除湿機）の動作について説明する。
制御演算手段２０ｈは、吸湿ファン５２、再生ファン５３、再生ヒーター５４およびデシカントローター１の駆動用モーターを駆動して除湿運転を開始する。吸湿ファン５２の駆動により吸い込み口５１ａから筐体５１内に流入した室内空気（除湿空気６１）は、デシカントローター１で除湿され、乾燥空気となってルーバー５７により風向を制御されながら吹出口５１ｂから室内へと吹き出される。除湿空気６１の除湿を行って除湿能力が低下した領域（除湿部１１ａに位置していた領域）はデシカントローター１の駆動用モーターの駆動により再生部１１ｂへと移動する。
【００９０】
再生部１１ｂでは、再生ヒーター５４で加熱された再生空気６２が再生ファン５３によりデシカントローター１に供給され、デシカントローター１の水分が再生空気６２に与えられることによりデシカントローター１の除湿能力が再生する。デシカントローター１中の水分が与えられた再生空気６２は凝縮器５５に供給される。凝縮器５５に供給された再生空気６２は除湿空気６１と熱交換して冷却され、低温状態となって再生ファン５３により再びデシカントローター１へと導かれる。なお、凝縮器５５に供給された再生空気６２は除湿空気６１と熱交換して冷却されることにより再生空気６２中の水分が凝縮液化し、凝縮した水分は貯水タンク５６に貯水される。
【００９１】
次に、空気調和装置（除湿機）内の要部の動作について説明する。この動作フローチャートは実施の形態１の図８と同様である。
制御演算手段２０ｈは、除湿運転を開始後、デシカントローター１の凍結が凍結検知手段３０によって検知されない間は除湿運転を継続して行う（Ｓ１、Ｓ２）。そして、凍結検知手段３０によってデシカントローター１の凍結が検知されたとき、制御演算手段２０ｈは凍結を解除するための凍結解除処理を行う。凍結解除処理として、制御演算手段２０ｈは再生ヒーター５４の通電率を上昇させる。これにより、通常の除湿動作時よりも高温の再生空気６２がデシカントローター１に供給され、デシカントローター１の凍結を解除することができる。そして、制御演算手段２０ｈは、凍結検知手段３０によってデシカントローター１の凍結解除が検知されたとき、再生ヒーター５４の通電率を通常の通電率に戻す処理を行う。
【００９２】
以上説明したように、本実施の形態４の空気調和装置としての除湿機は、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち、多湿０℃以下の環境下において、デシカントローター１が凍結してしまっても、除湿運転を継続して行うことができ、安定した除湿性能を得ることができる。また、デシカントローター１の凍結による故障も抑制できるので、メンテナンス回数も少なくてすむ。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
以上、各実施の形態によって説明した本発明は、除湿性能が良好で、０℃以下で使用される家庭および業務用の空気調和装置として広く利用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１  デシカントローター、１ａ  気流通過面、１ｂ  気流通過面、２  モーター、３ａ  ファン、３ｂ  ファン、４ａ  第１の空気、４ｂ  第２の空気、１１ａ  除湿部、１１ｂ  再生部、２０  冷媒回路、２０ａ  圧縮機、２０ｂ  凝縮器、２０ｃ  膨張弁、２０ｄ  蒸発器、２０ｆ  温度センサー、２０ｈ  制御演算手段、３０  凍結検知手段、３０ａ  発光素子、３０ｂ  受光素子、３１  加熱手段、４０  基材、４１  固体吸着材、４２  水、５０  除湿機、５１  筐体、５１ａ  吸い込み口、５１ｂ  吹出口、５２  吸湿ファン、５３  再生ファン、５４  再生ヒーター、５５  凝縮器、５６  貯水タンク、５７  ルーバー、６１  除湿空気、６２  再生空気、１００ａ  外気側、１００ｂ  冷蔵室、２００ａ  前室、２００ｂ  冷凍室、３００ａ  外気側、３００ｂ  室内。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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