特許 7414033 空気処理装置および空気処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】空気処理装置および空気処理方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/64 20060101AFI20240109BHJP

   H05B 6/76 20060101ALI20240109BHJP

   H05B 6/78 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

H05B6/64 G

H05B6/64 H

H05B6/76 Z

H05B6/78 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021056288

(22)【出願日】2021-03-29

(65)【公開番号】P2021163760

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-01-31

(31)【優先権主張番号】P 2020060714

(32)【優先日】2020-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菅原 有理

(72)【発明者】

【氏名】田中 健二

(72)【発明者】

【氏名】奥野 大樹

(72)【発明者】

【氏名】和田 雄二

(72)【発明者】

【氏名】藤井 知

(72)【発明者】

【氏名】小澤 聡

(72)【発明者】

【氏名】椿 俊太郎

【審査官】根本 徳子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０５３７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０８３７３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２５２３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１９７４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０００７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１３４０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５５９４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ６／６４－６／８０

Ｆ２４Ｆ ３／００－３／１６７

Ｂ０１Ｄ ５３／２６－５３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気に含まれる特定の分子を吸着する吸着部材と、
少なくとも特定の周波数のマイクロ波を出力する半導体式発振器により前記吸着部材を加熱して前記分子の吸着前の状態に前記吸着部材を再生する再生手段と、
前記半導体式発振器のマイクロ波がアンテナによって内部に放射され、前記特定の周波数のマイクロ波で共振が発生し、かつ、当該特定の周波数帯のマイクロ波を遮蔽する構造を有する加熱炉と、
前記加熱炉内に前記吸着部材を搬送する搬送機構と、を備え、
前記アンテナは、前記吸着部材の対向面、もしくは、前記加熱炉の内面近傍に配置され、
前記加熱炉は、前記吸着部材を板面に配置し、回転軸方向に通気空洞が形成されている多孔質ハニカム構造を有する円柱状の部材の一部を、送風路を介して流入した前記空気を加熱して前記円柱状の部材の板面に案内する入力側部材と、前記円柱状の部材の通気空洞を介した空気を外部へ出力する出力側部材とで覆い、
前記搬送機構は、前記円柱状の部材を周方向に回転することで前記吸着部材を前記加熱炉に搬送する、
ことを特徴とする空気処理装置。

【請求項2】

空気に含まれる特定の分子を吸着する吸着部材と、
少なくとも特定の周波数のマイクロ波を出力する半導体式発振器により前記吸着部材に吸着した前記分子を加熱して前記吸着部材を前記分子の吸着前の状態に再生する再生手段と、
前記半導体式発振器のマイクロ波がアンテナによって内部に放射され、前記特定の周波数のマイクロ波で共振が発生し、かつ、当該特定の周波数帯のマイクロ波を遮蔽する構造を有する加熱炉と、
前記加熱炉内に前記吸着部材を搬送する搬送機構と、を備え、
前記アンテナは、前記吸着部材の対向面、もしくは、前記加熱炉の内面近傍に配置され、
前記加熱炉は、前記吸着部材を板面に配置し、回転軸方向に通気空洞が形成されている多孔質ハニカム構造を有する円柱状の部材の一部を、送風路を介して流入した前記空気を加熱して前記円柱状の部材の板面に案内する入力側部材と、前記円柱状の部材の通気空洞を介した空気を外部へ出力する出力側部材とで覆い、
前記搬送機構は、前記円柱状の部材を周方向に回転することで前記吸着部材を前記加熱炉に搬送する、
ことを特徴とする空気処理装置。

【請求項3】

前記半導体式発振器は、前記吸着部材の加熱、前記分子の加熱、または、前記分子の分解を促すことに対応する周波数のマイクロ波を出力する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の空気処理装置。

【請求項4】

前記半導体式発振器を制御する制御部をさらに備え、
前記半導体式発振器は、前記制御部の制御に基づき、複数の周波数の中のいずれかの周波数のマイクロ波を出力する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の空気処理装置。

【請求項5】

前記吸着部材の状態を取得する状態取得部と、
前記半導体式発振器を制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、取得した前記吸着部材の状態に基づいて前記半導体式発振器による加熱を制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の空気処理装置。

【請求項6】

前記状態取得部は、前記半導体式発振器が前記吸着部材に対して出力したマイクロ波の反射状態を検出することで前記吸着部材の状態を取得する、
ことを特徴とする請求項５に記載の空気処理装置。

【請求項7】

空気に含まれる特定の分子を吸着部材が吸着し、
前記分子を吸着した吸着部材を少なくとも特定の周波数のマイクロ波を出力する半導体式発振器により加熱し、前記分子の吸着前の状態に前記吸着部材を再生し、
前記半導体式発振器のマイクロ波がアンテナによって内部に放射され、前記特定の周波数のマイクロ波で共振が発生し、かつ、当該特定の周波数帯のマイクロ波を遮蔽する構造を有する加熱炉内に前記吸着部材を搬送する、処理を含み、
前記アンテナは、前記吸着部材の対向面、もしくは、前記加熱炉の内面近傍に配置され、
前記加熱炉は、前記吸着部材を板面に配置し、回転軸方向に通気空洞が形成されている多孔質ハニカム構造を有する円柱状の部材の一部を、送風路を介して流入した前記空気を加熱して前記円柱状の部材の板面に案内する入力側部材と、前記円柱状の部材の通気空洞を介した空気を外部へ出力する出力側部材とで覆い、
前記搬送は、前記円柱状の部材を周方向に回転することで前記吸着部材を前記加熱炉に搬送する、
ことを特徴とする空気処理方法。

【請求項8】

空気に含まれる特定の分子を吸着部材が吸着し、
前記吸着部材に吸着した前記分子を少なくとも特定の周波数のマイクロ波を出力する半導体式発振器により加熱し、前記分子の吸着前の状態に前記吸着部材を再生し、
前記半導体式発振器のマイクロ波がアンテナによって内部に放射され、前記特定の周波数のマイクロ波で共振が発生し、かつ、当該特定の周波数帯のマイクロ波を遮蔽する構造を有する加熱炉内に前記吸着部材を搬送する、処理を含み、
前記アンテナは、前記吸着部材の対向面、もしくは、前記加熱炉の内面近傍に配置され、
前記加熱炉は、前記吸着部材を板面に配置し、回転軸方向に通気空洞が形成されている多孔質ハニカム構造を有する円柱状の部材の一部を、送風路を介して流入した前記空気を加熱して前記円柱状の部材の板面に案内する入力側部材と、前記円柱状の部材の通気空洞を介した空気を外部へ出力する出力側部材とで覆い、
前記搬送は、前記円柱状の部材を周方向に回転することで前記吸着部材を前記加熱炉に搬送する、
ことを特徴とする空気処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、空気処理装置および空気処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、吸着部材を設けたデシカントローターを用いて除湿や脱臭などの空気処理を行う吸着方式の空気処理装置が知られている。この吸着方式では、吸着後の吸着部材を加熱して再生処理（例えば水分の脱離）を行うために、マグネトロンによるマイクロ波で吸着部材を加熱する従来技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平７－７５０号公報

【文献】特表２０１４－５１７１７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記の従来技術では、装置の小型化と吸着部材の効率的な加熱再生処理の両立を行うことが困難であった。例えば、マイクロ波を発生するマグネトロンは、駆動電源として1kV必要であり、その生成には高圧トランスや高圧コンデンサーが付随するため、必然的に装置が大型化する傾向にあった。マイクロ波で加熱効率を上げるためには、被加熱物が吸収しやすい周波数において、照射するマイクロ波の、電界強度を高めることが有効であるが、マグネトロン式で電界強度を高めるためには、必然的にマグネトロン自身や高圧トランスやコンデンサー、あるいはインバーター回路の付加といった装置の大型化につながってしまう。装置の大型化をせず加熱効率を上げる方法としては、加熱炉内の一定領域にマイクロ波の電磁波を閉じ込め、共振構造を取ることで電界強度を高める方法も考えられるが、マグネトロンは、発振スペクトラムが広帯域（例えば電子レンジに用いられるものにおいては２．４５ＧＨｚ±２０ＭＨｚ）であり、加熱炉内で共振構造を取ることが極めて困難であるという課題があった。

【0005】

本発明の１つの側面では、比較的小型で、かつエネルギー効率のよい空気処理を行う空気処理装置および空気処理方法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】

【0006】

１つの案では、空気処理装置は、空気に含まれる特定の分子を吸着する吸着部材と、吸着部材を加熱して分子を吸着する前の状態に再生する再生手段と、を備える。再生手段は、少なくとも特定の周波数のマイクロ波を出力する半導体式発振器により吸着部材を加熱する。

【発明の効果】

【0007】

エネルギー効率のよい空気処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態にかかる空気処理装置の処理機構を例示するブロック図である。

【図2】図２は、実施形態にかかる空気処理の流れの模式図である。

【図3A】図３Ａは、実施形態にかかる空気処理装置の外観を例示する斜視図である。

【図3B】図３Ｂは、実施形態にかかる空気処理装置の外観を例示する斜視図である。

【図4A】図４Ａは、実施形態にかかる空気処理装置の内部を例示する斜視図である。

【図4B】図４Ｂは、実施形態にかかる空気処理装置の内部を例示する斜視図である。

【図5】図５は、加熱器の外観を例示する斜視図である。

【図6A】図６Ａは、入力側組品の外観を例示する斜視図である。

【図6B】図６Ｂは、入力側外郭部材の外観を例示する斜視図である。

【図6C】図６Ｃは、制限版の外観を例示する斜視図である。

【図6D】図６Ｄは、入力側共振部材の外観を例示する斜視図である。

【図6E】図６Ｅは、通風板の外観を例示する斜視図である。

【図7A】図７Ａは、出力側組品の外観を例示する斜視図である。

【図7B】図７Ｂは、出力側外郭部材の外観を例示する斜視図である。

【図7C】図７Ｃは、出力側共振部材の外観を例示する斜視図である。

【図8】図８は、ＴＥＭモードの加熱炉構造を例示する断面概略図である。

【図9】図９は、入力側共振部材および出力側共振部材構造の概要を説明する断面概略図である。

【図10】図１０は、デシカントローターの一例を説明する説明図である。

【図11A】図１１Ａは、別実施形態にかかる加熱炉の形状を説明する説明図である。

【図11B】図１１Ｂは、別実施形態にかかる加熱炉の形状を説明する説明図である。

【図11C】図１１Ｃは、別実施形態にかかる加熱炉の形状を説明する説明図である。

【図12A】図１２Ａは、別実施形態にかかる加熱炉内の電場モードを説明する説明図である。

【図12B】図１２Ｂは、別実施形態にかかる加熱炉内の電場モードを説明する説明図である。

【図12C】図１２Ｃは、別実施形態にかかる加熱炉内の電場モードを説明する説明図である。

【図13A】図１３Ａは、別実施形態にかかる加熱炉内の電場モードとアンテナ配置とを説明する説明図である。

【図13B】図１３Ｂは、別実施形態にかかる加熱炉における電場、磁場、インピーダンスを説明する説明図である。

【図14】図１４は、別実施形態にかかる加熱炉の筐体とアンテナ部との構成を説明する説明図である。

【図15】図１５は、別実施形態にかかる加熱炉のアンテナ部分の拡大図である。

【図16】図１６は、発振器から加熱炉にマイクロ波を取り入れる構成例を説明する説明図である。

【図17】図１７は、周波数シフトを説明する説明図である。

【図18】図１８は、ポールアンテナの形状例を説明する説明図である。

【図19】図１９は、ポールアンテナの形状による周波数特性の違いを説明する説明図である。

【図20】図２０は、別実施形態にかかる加熱炉の形状を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、実施形態にかかる空気処理装置および空気処理方法を説明する。実施形態において同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、以下の実施形態で説明する空気処理装置および空気処理方法は、一例を示すに過ぎず、実施形態を限定するものではない。また、以下の各実施形態は、矛盾しない範囲内で適宜組みあわせてもよい。

【0010】

図１は、実施形態にかかる空気処理装置の処理機構を例示するブロック図である。図２は、実施形態にかかる空気処理の流れの模式図である。図１および図２に示すように、空気処理装置１は、デシカントローター１６に設けられた吸着部材を用いて空気中の水分子を吸着することで除湿を行う装置である。

【0011】

具体的には、空気処理装置１は、管理部１０、状態取得部１１、加熱器１２、ステッピングモータ１３、送風用ファン１４、エアフィルタ１５、デシカントローター１６、再生用ファン１７、凝縮器１８、ポンプ１９、水浄化フィルタ２０および水受タンク２１を有する。ここで、エアフィルタ１５、デシカントローター１６および水浄化フィルタ２０は、空気処理部材に含まれる。

【0012】

送風用ファン１４は、図１および図２に示すように、外部の空気を吸気してエアフィルタ１５を介してデシカントローター１６に向けて空気Ｂを送り、デシカントローター１６に水分（水分子）を吸着させる。デシカントローター１６に向けて送られた空気Ｂは、デシカントローター１６を通過して外部へ排気される。

【0013】

また、送風用ファン１４は、図１および図２に示すように、凝縮器１８に向けて室温の空気Ｒを送る。送風用ファン１４から送られた空気Ｒが凝縮器１８に吹き付けられることで、凝縮器１８が冷却されて水分Ｗが結露して水となる。送風用ファン１４は、管理部１０からの制御を受けて回転数が変化する。送風用ファン１４の回転数が変化することで、空気Ｒの量が変化し、凝縮器１８の凝縮能力が変化する。

【0014】

エアフィルタ１５は、送風用ファン１４が吸い込む空気Ｂを濾過するフィルタである。エアフィルタ１５は、予め設けられた空気汚染の閾値毎に複数種類存在する。空気汚染の度合いは、例えば、ＰＭ（Particulate Matter）２．５、砂及び花粉などの汚染物質の量によって決定される。空気汚染の閾値は、それらの汚染物資の量に基づいて決定される。

【0015】

デシカントローター１６は、耐熱性を有する紙（ガラスペーパー等）の表面に吸着部材の一例であるデシカント材を添着させ、回転軸方向に通気空洞が形成されている多孔質ハニカム構造を有する円柱状の部材（円柱部材）である。デシカント材は、多数の細孔を有し、その細孔を空気が通過する際、空気中に含まれる水分子を吸着する吸着部材である。

【0016】

デシカントローター１６は、駆動手段の一例であるステッピングモータ１３により駆動され、図２に示すように、円柱の軸を中心とする周方向の矢印Ｃの方向に回転する。デシカントローター１６は、エアフィルタ１５で濾過された空気Ｂが通過する。これにより、デシカントローター１６を通過した空気Ｂに含まれる水分が吸着される。

【0017】

ステッピングモータ１３は、例えば図２の矢印Ｃのように、送風用ファン１４から送られる空気Ｂの流れに直交する方向（円柱状のデシカントローター１６の中心を軸とする周方向）にデシカントローター１６を回転させる。これにより、空気Ｂが通過するデシカントローター１６の領域が変化する。ステッピングモータ１３は、管理部１０の制御を受けて回転数が変化する。ステッピングモータ１３の回転数が変化することで、デシカントローター１６の回転速度も変化する。

【0018】

加熱器１２は、デシカントローター１６を加熱する機器である。具体的には、加熱器１２は、少なくとも特定の周波数帯のマイクロ波ＭＷを出力する発振器１２ａを有し、この発振器１２ａが出力するマイクロ波ＭＷによりデシカントローター１６の吸着部材またはデシカントローター１６に吸着した水分子を加熱する。

【0019】

発振器１２ａは、マイクロ波の発振方式が例えばシリコン（Si）、窒化ガリウム(ＧａＮ)半導体などを用いた半導体方式の発振器（半導体式発振器）であり、ＩＳＭバンドとして認められている９１５ＭＨｚまたは２４５０ＭＨｚなど特定の周波数のマイクロ波ＭＷを出力する。また、発振器１２ａは、半導体方式でマイクロ波ＭＷを出力することから、出力するマイクロ波の周波数の制御が可能である。

【0020】

例えば、加熱器１２において、電熱線などのヒーターにより高温の空気（例えば２００℃～）を作り出してデシカントローター１６を加熱する場合は、加熱量の大きなヒーターが必要となり、結果的に消費電力が大きくなる。また、ヒーターで加熱した高温の空気をデシカントローター１６に当てる場合は、デシカントローター１６への熱の伝わりが遅くなる（熱が表面からしか伝わらないため）。特に、デシカントローター１６の厚み方向への熱の伝わりが遅く、性能向上の妨げともなる。また、ヒーターからデシカントローター１６以外の部品や空気への熱の逃げ（例えば、ヒーターを覆う金属からの熱伝達、熱放射による熱の逃げ）が多く発生する。このように、加熱器１２においてヒーターで加熱した高温の空気をデシカントローター１６に当てる場合は、熱ロスが多く発生し、エネルギー効率が悪くなる。

【0021】

これに対し、発振器１２ａが出力するマイクロ波ＭＷで加熱する場合は、デシカントローター１６が吸着した水分子を直接加熱できるので、熱ロスが少なく高効率で加熱することができ、加熱スピードも早くなる。

【0022】

また、発振器１２ａでは、マグネトロン方式ではなく、半導体方式によりマイクロ波ＭＷを発生させる。マグネトロン方式の発振器は、高圧トランス等を含めた電源重量が大きく（例えば、１ｋＷ出力で６ｋｇ程度）、加熱に必要な印加電圧が大きい（１ｋＶなど）、また発振周波数のコントロールが困難で、発振スペクトラムが広帯域、であるという特徴がある。これに対し、半導体方式の発振器１２ａでは、電源重量が軽量（例えば、５０Ｗ出力で１ｋｇ程度）、加熱に必要な印加電圧が小さい（５０Ｖなど）、発振周波数のコントロールが可能で、スペクトラムが狭帯域、発振器出力がマグネトロンと比較して小さい（～２５０Ｗ程度）と言った特徴が挙げられる。

【0023】

このように、それぞれマグネトロン、半導体式発振器に一長一短があり、用途に応じて使い分けが必要であると考えられるが、装置の大型化をせず加熱効率を上げる方法としては、加熱炉内の一定領域にマイクロ波の電磁波を閉じ込め、共振構造を取ることで電界強度を高める方法が考えられる。上記の特徴から、マイクロ波を加熱炉内の一定領域内に閉じ込めるにあたっては、スペクトラムが狭帯域である半導体式発振器が向いており、かつ装置の小型化を図ることができる。また、半導体式発振器１２ａでは、マグネトロンと比較して出力が小さい特徴があるが、加熱炉内で特定の周波数のマイクロ波ＭＷを出力してマイクロ波を共振させ、加熱炉内での部分的な電界強度を高めることで、マグネトロンと同等かそれ以上の電界強度を低消費電力で維持することが可能になる。この部分的に電界強度が高い位置に被加熱物である誘電体を配置し加熱を行うので、誘電体のマイクロ波吸収電力（加熱効率）の式（１）より、マグネトロン方式と比較して、装置の大型化を防ぎつつ、再生処理におけるエネルギー効率を向上させることができる。

【0024】

【数1】

【0025】

加熱器１２は、発振器１２ａを制御する制御部としての機能を有する管理部１０からの制御を受けて発振器１２ａが出力するマイクロ波ＭＷの強度を変化させることで、デシカントローターの温度が変化する。デシカントローターの温度が変化することで、デシカントローター１６からの単位時間あたりの水分Ｗの離脱量が変化する。

【0026】

また、加熱器１２は、管理部１０からの制御を受けて発振器１２ａが出力するマイクロ波ＭＷについて、複数の周波数の中のいずれかの周波数のマイクロ波ＭＷを出力する。周波数を変化させることにより、誘電特性を変化させることが可能となる。例えば、２４５０ＭＨｚの周波数では反射が大きくなり加熱効率が悪くなる場合、周波数をＩＳＭバンド内で変化（２４５０±５０ＭＨｚ）させることで、加熱効率の低下を抑えられる。

【0027】

物質の誘電特性（比誘電率、誘電損失）は物質固有の値であり、加熱の前後（温度変化、吸着物質の放出等）で誘電特性の値が変化する。半導体方式の発振器１２ａでは、管理部１０の制御のもと、出力するマイクロ波ＭＷについて、発振周波数のコントロールが可能である。温度変化に伴い、物質の誘電特性が変化すると、それまで加熱に使用していた発振周波数での反射が大きくなる。この反射が大きいままで加熱を続けることは、エネルギー効率の観点から無駄が多く（反射エネルギー＝熱として放射）、また過大な反射が起きることで半導体式発振器の破壊につながる恐れがある。したがって、加熱器１２では、被加熱物質に対し発振周波数をコントロールすることで、常に効率よく加熱することが可能である。例えば、マグネトロン方式では、発振周波数のコントロールが困難であるため、半導体方式と同等レベルに加熱する場合は、加熱電力増加で対応する他なく、必然的に装置が大きくなる。

【0028】

デシカントローター１６に吸着された水分は、図１および図２に示すように、加熱器１２でマイクロ波ＭＷにより加熱されて蒸発し、デシカントローター１６から離脱する。この離脱した水分を含む高湿の再生空気ＨＡ’は凝縮器１８へ送られる。凝縮器１８内で再生空気ＨＡ’は水分Ｗと低湿空気ＬＡとに分けられ、水分Ｗはポンプ１９へ、低湿空気ＬＡは再生用ファン１７へ送られる。

【0029】

再生用ファン１７は、凝縮器１８から送られた低湿空気ＬＡを加熱器１２へ向けて送風する。この後、低湿空気ＬＡは、加熱器１２内で加熱されたデシカントローターからの熱と、デシカントローター１６から離脱した水分を含む再生空気ＨＡ’となる。すなわち、再生用ファン１７は、前述のように凝縮器１８、再生用ファン１７、加熱器１２、デシカントローター１６で構成される循環システム内で循環される空気を送風する役割を有する。

【0030】

凝縮器１８は、送風用ファン１４から送られた室温の空気Ｒにより冷やされ、凝縮器１８において水分Ｗは結露して水となる。ポンプ１９は、凝縮器１８において水となった水分Ｗを吸い込んで吐出し、水浄化フィルタ２０を経由させて水受タンク２１へ送る。水浄化フィルタ２０は、ポンプ１９から吐出された水分Ｗを濾過する。水受タンク２１は、ポンプ１９から吐出され水浄化フィルタ２０により浄化された水分Ｗを貯水する。水受タンク２１は、殺菌灯２１１が取り付けられる。

【0031】

状態取得部１１は、各種センサなどにより空気処理装置１の状態を取得する。例えば、状態取得部１１は、送風用ファン１４が吸気する外部の空気の温度（室温）、湿度など取得する温度センサや湿度センサなどである。また、状態取得部１１は、デシカントローター１６を通過して外部へ排気される空気Ｂの湿度などを取得する湿度センサなどである。

【0032】

また、状態取得部１１は、デシカントローター１６に吸着された水分子の量など、デシカントローター１６の状態を検出する水分量の検出センサなどである。より具体的には、状態取得部１１は、発振器１２ａから出力されたマイクロ波ＭＷがデシカントローター１６で反射される反射状態を検出するマイクロ波受信器などである。状態取得部１１は、発振器１２ａが出力した特定の周波数のマイクロ波ＭＷの強度と、マイクロ波受信器で受信したマイクロ波ＭＷの受信強度との差分である、デシカントローター１６の吸着部材や吸着した水分子の加熱によるマイクロ波の減衰量をもとに、デシカントローター１６の状態を検出する。

【0033】

なお、状態取得部１１は、マイクロ波ＭＷの受信用アンテナを兼ねており、この受信用アンテナで受信したマイクロ波ＭＷの強度を測定することで、デシカントローター１６の吸着部材の状態を取得してもよい。その取得データを元に、例えば、管理部１０は、状態取得部１１が取得した吸着部材の状態が乾燥状態である場合、マイクロ波照射強度を弱める、あるいはデシカントローター１６の回転速度を一時的に早くするといった制御変更が考えられる。また、管理部１０は、状態取得部１１が取得した吸着部材の状態が乾燥状態である場合、送風用ファンの回転速度を一時的に早くすることも考えられる。これらの制御変更のメリットは、ローターが乾燥状態下において、マイクロ波加熱されることによる異常加熱防止、及び過剰なマイクロ波照射や、反射を抑制し、消費電力を削減することにある。

【0034】

管理部１０は、空気処理装置１における各種動作の管理（制御）を行う処理部である。具体的には、管理部１０は、状態取得部１１が取得した状態に基づき、送風用ファン１４および再生用ファン１７の送風量、ステッピングモータ１３におけるデシカントローター１６の駆動量、加熱器１２における発振器１２ａが出力するマイクロ波ＭＷの強度を制御する。

【0035】

例えば、管理部１０は、外部の空気の温度（室温）、湿度や、外部へ排気される空気Ｂの湿度に対応する、除湿効率のよい送風用ファン１４、再生用ファン１７の風量、ステッピングモータ１３におけるデシカントローター１６の駆動量などを示す制御情報をメモリなどに保持する。管理部１０は、この制御情報を参照し、状態取得部１１が取得した状態（外部の空気の温度（室温）および湿度、外部へ排気される空気Ｂの湿度）に対応する制御量で、送風用ファン１４および再生用ファン１７の送風量、ステッピングモータ１３におけるデシカントローター１６の駆動量を制御する。

【0036】

また、管理部１０は、デシカントローター１６の状態（例えばデシカントローター１６に吸着した水分子の量）に対応する、加熱効率のよい発振器１２ａにおけるマイクロ波ＭＷの強度や、発振器１２ａが出力するマイクロ波ＭＷの周波数などを制御情報としてメモリに保持してもよい。管理部１０は、この制御情報を参照し、状態取得部１１が取得したデシカントローター１６の状態（例えばデシカントローター１６に吸着した水分子の量）に対応する制御量（マイクロ波ＭＷの強度、周波数帯）で加熱器１２の加熱量を制御する。これにより、空気処理装置１では、デシカントローター１６の状態に応じた、効率のより再生処理を行うことが可能となる。

【0037】

また、管理部１０は、乾燥状態と判断した場合、ステッピングモータ１３の駆動量を変更し、デシカントローター１６の回転速度を一時的に変更してもよい。例えば、管理部１０は、ステッピングモータ１３の単位時間あたりの駆動量を大きく（速く）し、デシカントローター１６の加熱（再生）部分が加熱される時間を短くしてもよい。あるいは、送風用ファン１４の単位時間あたりの回転数を上げて、より多くの水分を吸着ができるようにする、といった制御の連動が考えられる。これらの制御変更のメリットは、ローターが乾燥状態下において、マイクロ波加熱されることによる異常加熱防止、及び過剰なマイクロ波照射や、反射を抑制し、消費電力を削減することにある。

【0038】

図３Ａ、図３Ｂは、実施形態にかかる空気処理装置１の外観を例示する斜視図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、空気処理装置１は、筐体背部３０よび筐体前部３２により内部を覆う構成となっている。また、水受タンク２１は、取手２２により前面（＋Ｚ方向）により引き出すことができる。ユーザーは、水受タンク２１を筐体から引き出すことで、水受タンク２１が内部に貯留した水分Ｗを取り除くことができる。

【0039】

筐体背部３０の上部（＋Ｙ方向）には、空気処理後の空気を排気するための通風口３１が設けられている。また、筐体前部３２には、吸気を行う通風口３３が前面（＋Ｚ方向）に設けられている。これにより、空気処理装置１は、通風口３３より吸気した空気に対して除湿などの空気処理を行い、処理後の空気を通風口３１より排気する。

【0040】

図４Ａ、図４Ｂは、実施形態にかかる空気処理装置１の内部を例示する斜視図である。図４Ａ、図４Ｂに示すように、送風用ファン１４、加熱器１２、デシカントローター１６、再生用ファン１７、凝縮器１８などの図２に例示した空気処理に関連する構成部品は、内部の内部フレーム４０により支持されている。

【0041】

具体的には、デシカントローター１６は、通風口３３より吸気される空気が送風用ファン１４より背面（－Ｚ方向）に抜ける間に除湿されるように、板面をＺ方向と直交する向きで、中心を軸として回転可能に内部フレーム４０により支持されている。また、加熱器１２は、デシカントローター１６の上部の一部分を覆うように内部フレーム４０により支持されている。

【0042】

図４Ｂに示すように、加熱器１２には、再生用ファン１７からの空気を加熱器１２に送風する送風路４１が接続されている。また、図４Ａに示すように、加熱器１２には、デシカントローター１６から離脱した水分を含む高湿の再生空気ＨＡ’を凝縮器１８の上部に導く送風路４２が接続されている。これにより、デシカントローター１６から離脱した水分を含む高湿の再生空気ＨＡ’は、外部に漏らされることなく、凝縮器１８に導かれることとなる。この凝縮器１８の下部には、凝縮器１８で凝縮した水分Ｗを水受タンク２１に導く水路４３が接続されている。これにより、空気処理で除湿された水分Ｗは、水受タンク２１に貯留される。また、加熱器１２と、発振器１２ａとは、同軸ケーブルで接続されており、この同軸ケーブル１２ｂにより加熱器１２の中にマイクロ波ＭＷが送られる。

【0043】

図５は、加熱器１２の外観を例示する斜視図である。図５に示すように、加熱器１２は、入力側組品５０と、出力側組品６０とによりデシカントローター１６の円板面の一部を扇状に覆う構成である。入力側組品５０は、再生用ファン１７からの空気の入力を送風路４１と接続する通風孔５１１より内部に受け付け、その空気をデシカントローター１６の板面に吹き当てる。出力側組品６０は、入力側組品５０によりデシカントローター１６の板面に吹き当てられ、デシカントローター１６から離脱した水分を含む高湿の再生空気ＨＡ’を回収し、凝縮器１８へ出力する。

【0044】

図６Ａは、入力側組品５０の外観を例示する斜視図である。図６Ａに示すように、入力側組品５０は、入力側外郭部材５１、制限板５２、入力側共振部材５３および通風板５４より構成される。入力側組品５０において、入力側外郭部材５１、制限板５２、入力側共振部材５３および通風板５４で覆われた内部は中空となっており、入力側外郭部材５１の側面に設けられた通風孔５１１より再生用ファン１７からの空気が流入する。

【0045】

図６Ｂは、入力側外郭部材５１の外観を例示する斜視図である。図６Ｃは、制限板５２の外観を例示する斜視図である。図６Ｄは、入力側共振部材５３の外観を例示する斜視図である。図６Ｅは、通風板５４の外観を例示する斜視図である。

【0046】

図６Ｂに示すように、入力側外郭部材５１は、底板５１２と、底板５１２の縁と直交する側面壁５１３とを有する。側面壁５１３には、再生用ファン１７からの空気を取り入れる通風孔５１１を設けている。この通風孔５１１は、通風かつ電磁波（マイクロ波ＭＷ）漏洩防止のために、例えば直径３ｍｍ穴の中心同士が５ｍｍピッチなどのメッシュのある金属板を設けている。このメッシュのある金属板は、加熱器１２側に固定されるものでも、送風路４１側に固定されるものでもいずれでもよい。

【0047】

また、この通風孔５１１の専有面積の大きさは、電磁波遮断のために、例えば矩形の場合はＥＩＡＪ規格の方形導波管ＷＲＩ－４０サイズ、扁平形状の場合は扁平導波管ＷＦＩ－４０サイズといった、一辺のサイズaがマイクロ波の自由空間波長λに対しa＜λ／2の関係を満たすものであることが望ましい。通風孔５１１の位置は、例えば入力側外郭部材５１の下方側面や入力側外郭部材５１のデシカントローター１６対向面の反対側に設けることが望ましいが、特に限定されるものではなく、装置全体のレイアウトを考慮して決定すればよい。

【0048】

図６Ｃに示すように、制限板５２は、例えばアルミなどの金属で形成され、入力側組品５０のデシカントローター１６対向面に配置される。望ましくは、制限板５２は、デシカントローター１６の回転方向に対し上流側（前段側）で、通風孔５１１に近い部分に配置することが望ましい。この制限板５２の役割は、通風孔５１１より流入した再生用の空気がデシカントローター１６に直接吹き付けられることを抑制する役割を担う。これにより、再生用空気がデシカントローターに直接吹き付けられた事による、ローター内部温度の低下による、加熱効率低下を抑制する効果がある。

【0049】

また、この制限板５２の実施例としては、管理部１０の制御のもとで稼働する電熱線などのヒーターによる加熱機能を持たせてもよい。この制限板５２の加熱機能により、加熱効率の向上が見込める。これは、デシカントローター１６の回転方向に対し、前段に制限板５２のヒーターによる加熱、後段に加熱器１２内の加熱共振部材（入力側共振部材５３ないし出力側共振部材６２）を設けることで、デシカントローター１６をヒーター（加熱板）によりプレヒート（加温）した後に、マイクロ波ＭＷで加熱する構成である。この場合、プレヒートにかかる電力は必要最小限の電力で加温することが望ましい（目標加温温度：室温＋２０℃など）。このように、プレヒートによる加温状態から加熱器１２内の加熱共振部材（入力側共振部材５３ないし出力側共振部材６２）によるマイクロ波加熱を行うことで、極力短い時間のマイクロ波照射かつ小さな電界強度での水分脱離が可能になり、マクロは照射にかかる電力とプレヒートにかかる電力を加味しても低消費電力化が見込める。

【0050】

また、他の利点として、マイクロ波ＭＷによる加熱時において、誘電体の誘電特性が温度とともに変化するため、予め目標の温度に加温されておくと、マイクロ波ＭＷによる加熱制御がしやすいという点がある。更に、本配置では、ヒーターから外郭方向への（空気の通過ルート）への熱伝達、熱放射があるため、入力側共振部材５３あるいは通風板５４へ至る空気を加温することができ、水分の脱着効率が向上する。加えて、制限板５２において、ＰＴＣヒーターなどの発熱体を固定するだけの簡単な構造にでき、低コストにできること、ヒーターの加熱部分をごく小規模に限定できるため、消費電力を抑えられることがメリットとしてあげられる。

【0051】

入力側共振部材５３は、出力側共振部材６２（図７Ａ参照）と対となってデシカントローター１６の板面を両面から挟み、内部に出力（発振）したマイクロ波ＭＷを内面で反射して共振させてデシカントローター１６を加熱する加熱炉を構成する。

【0052】

具体的には、図６Ｄに示すように、入力側共振部材５３は、金属板で構成され、通風しかつ電磁波（マイクロ波ＭＷ）漏洩防止のために、内部の一面に例えば直径３ｍｍ穴の中心同士が５ｍｍピッチなどの通風孔５３１を設けている。この通風孔５３１は、再生用の空気の入力側の通風口５１１の近傍に設けられていることが望ましい。また、通風孔５３１の変形例としては、矩形状のスリットを設ける形状が考えられる。このスリットの向きは電界方向と平行（例えば図６Ｄでは５３の長辺と平行な向き）にであり、大きさは、例えば３～５ｍｍ×９０ｍｍで、５～７ｍｍピッチ等が考えられる。このような通風孔５３１の形状は、入力側共振部材５３のＱ値と、通過させたい風量の大きさに応じて適宜調整すればよい。

【0053】

図６Ｅに示すように、通風板５４は、通風しかつ電磁波（マイクロ波ＭＷ）漏洩防止のために、例えば直径３ｍｍ穴の中心同士が５ｍｍピッチなどの通風孔５４１のある金属板である。この通風孔５４１の専有面積の大きさは、電磁波遮断のために、例えば矩形の場合はＥＩＡＪ規格の方形導波管ＷＲＩ－４０サイズ、扁平形状の場合は扁平導波管ＷＦＩ－４０サイズといった、一辺のサイズaがマイクロ波の自由空間波長λに対しa＜λ／2の関係を満たすものであることが望ましい。

【0054】

図７Ａは、出力側組品６０の外観を例示する斜視図である。図７Ａに示すように、出力側組品６０は、出力側外郭部材６１および出力側共振部材６２より構成される。図７Ｂは、出力側外郭部材６１の外観を例示する斜視図である。図７Ｃは、出力側共振部材６２の外観を例示する斜視図である。

【0055】

図７Ｂに示すように、出力側外郭部材６１は、底板６１２と、底板６１２の縁と直行する側面壁６１３とを有する。側面壁６１３には、回収した再生空気ＨＡ’を凝縮器１８へ出力する通風孔６１１が設けられている。

【0056】

この通風孔６１１は、通風しかつ電磁波（マイクロ波ＭＷ）漏洩防止のために、例えば直径３ｍｍ穴の中心同士が５ｍｍピッチなどのメッシュのある金属板を設けている。このメッシュのある金属板は、加熱器１２側に固定されるものでも、出力側外郭部材６１に接続される送風路４２側に固定されるものでもいずれでもよい。

【0057】

また、この通風孔６１１の専有面積の大きさは、電磁波遮断のために、例えば矩形の場合はＥＩＡＪ規格の方形導波管ＷＲＩ－４０サイズ、扁平形状の場合は扁平導波管ＷＦＩ－４０サイズといった、長辺のサイズaがマイクロ波の自由空間波長λに対しa＜λ／2の関係を満たすものであることが望ましい。通風孔６１１の位置は、例えば出力側外郭部材６１の上方、もしくは出力側外郭部材６１のデシカントローター１６対向面の反対側に設けることが望ましいが、特に限定されるものではなく、装置全体のレイアウトを考慮して決定すればよい。

【0058】

また、側面壁６１３の上端部分には、デシカントローター１６を通過して出力側外郭部材６１の内部に入った再生空気ＨＡ’を逃さないようにするための風向制御板６１４が設けられている。この風向制御板６１４により、再生空気ＨＡ’が外部に漏れないようにその風向が制限されることから、出力側外郭部材６１は、回収した再生空気ＨＡ’を効率よく通風孔６１１より外部へ出力することができる。

【0059】

図７Ｃに示すように、出力側共振部材６２は、金属板で形成され、通風しかつ電磁波（マイクロ波ＭＷ）漏洩防止のために、内部の一面に例えば直径３ｍｍ穴の中心同士が５ｍｍピッチなどの通風孔６２１を設けている。この通風孔６２１は、出力側外郭部材６１の通風孔６１１の近傍に設けられていることが望ましい。また、通風孔６２１の変形例としては、矩形状のスリットを設ける形状が考えられる。このスリットの向きは電界方向と平行（例えば図６Ｄでは５３の長辺と平行な向き）にであり、大きさは、例えば３～５ｍｍ×９０ｍｍで、５～７ｍｍピッチ等が考えられる。このような通風孔５３１の形状は、入力側共振部材５３のＱ値と、通過させたい風量の大きさに応じて適宜調整すればよい。

【0060】

なお、図７Ａ～図７Ｃには図示しないが、入力側組品５０の制限板５２と同様に通風方向を制御するための制限板を設けてもよい。この制限板は、例えばアルミなどの金属で形成され、出力側組品６０のデシカントローター１６対向面に配置される。望ましくは、デシカントローター１６の回転方向に対し上流側（前段側）に配置することが望ましい。この制限板の変形例として上記の制限板５２と同様に加熱機能をもたせてもよい。

【0061】

また、入力側組品５０および出力側組品６０の組品例は、あくまで一例であり、例えば風向板、外郭、共振器などが一体となって成形されたものでも構わない。また、入力側組品５０および出力側組品６０（の一部）が一体となって成形されたものでも構わない。

【0062】

以上で説明した入力側組品５０および出力側組品６０を踏まえ、加熱器１２における空気の流れについて説明する。まずは入力側組品５０の内部での空気の流れについて図６Ａを用いて説明する。

【0063】

通風孔５１１より流入した空気は、デシカントローター１６には直接行かず、入力側共振部材５３の側面（ないし背面）の通風孔５３１に流入する。この入力側共振部材５３の通風孔５３１より流入した空気は、デシカントローター１６に吹き付けられる。

【0064】

一方、入力側外郭部材５１と、入力側共振部材５３の間（デシカント対向面の反対側）には空隙を設けてあり、通風孔５１１より入力された空気の一部は、この空隙を通過する。空隙を通過した空気は、その先にある通風板５４を通過し、デシカントローター１６に吹き付けられる。

【0065】

デシカントローター１６に吹き付けられた空気は、デシカントローターのハニカム構造の空隙を通過し、出力側組品６０に到達する。入力側共振部材５３および出力側共振部材６２による共振器内部を通過するルートでは、入力側共振部材５３の一面に設けられた通風孔５３１を介し、デシカントローター１６→出力側共振部材６２→通風孔６１１→出力側外郭部材６１という流れで再生空気ＨＡ’を回収する。

【0066】

また、入力側組品５０にある通風板５４を通過するルートでは、通風板５４→デシカントローター１６→出力側外郭部材６１という流れで再生空気ＨＡ’を回収する。出力側外郭部材６１で回収した再生空気ＨＡ’は、通風孔６１１を介して凝縮器１８側へ出力される。

【0067】

ここで、加熱器１２では、入力側共振部材５３および出力側共振部材６２が対となってデシカントローター１６の板面を両面から挟んで構成する加熱炉内に発振器１２ａからのマイクロ波ＭＷが出力される。この加熱炉内部に出力されたマイクロ波ＭＷが、入力側共振部材５３および出力側共振部材６２の内面で反射して共振し、デシカントローター１６を加熱する。この加熱炉の内部にはアンテナによってマイクロ波ＭＷが放射される。このアンテナは、発振器１２ａと加熱炉内部とを接続する電力導入部を介し、例えば、デシカントローター１６の対向面、もしくは、加熱炉の内面近傍に配置される。

【0068】

また、加熱炉内のマイクロ波ＭＷの共振モードはＴＭ（Transverse Magnetic）、ＴＥ（Transverse Electric)モードなどが考えられる。これらのモードは、加熱炉内のマイクロ波ＭＷにおける定在波の閉じ込め方に依存する。例えば、図６Ａ～図７Ｃに例示した入力側共振部材５３および出力側共振部材６２の形状では、電界強度の高い部分がデシカントローター１６の半径方向に向かって発生するモードとなる。

【0069】

図８は、ＴＥＭモードで加熱する場合の構造を例示する断面概略図である。図１０に示すように、入力側共振部材５３および出力側共振部材６２で覆われた加熱炉内において、電力導入部７０を介して外部の発振器１２ａと接続する中心導体７１と、接地側の中心導体７２とは、デシカントローター１６に対して互いに向き合うように配置され、ＴＥＭモードの共振構造としてもよい。

【0070】

ここで、入力側共振部材５３および出力側共振部材６２の高さＬ１、Ｌ２は、入力側共振部材５３および出力側共振部材６２の中心にあるデシカントローター１６をマイクロ波で加熱する観点から、中心導体７１より出力するマイクロ波の周波数の管内波長（λｇ）に対してλｇ／４であることが望ましい。また、入力側共振部材５３および出力側共振部材６２における隙間（加熱炉内の入口）の幅Ｌ３は、マイクロ波の漏洩防止の観点から、λｇ／１６以下であることが望ましい。

【0071】

また、加熱炉の、特定の周波数のマイクロ波ＭＷを遮蔽する構造（図１０中の５３、６２）の一部は、特定の周波数帯のマイクロ波ＭＷを遮蔽する大きさのパンチングメタルやスリットを有する構成であってもよい。また、マイクロ波ＭＷを遮蔽する構造の一部は、特定の周波数のマイクロ波ＭＷ（管内波長λgとする）を遮蔽する意図で、加熱炉（共振構造を含む）の、外周にλg／４以上の大きさの金属遮蔽板を設けてもよい。

【0072】

また、上記の加熱炉、すなわちマイクロ波ＭＷで共振させるために設けられた入力側共振部材５３および出力側共振部材６２（キャビティ）は、デシカントローター１６を完全に覆わないことを特徴とし、デシカントローター１６を挟み込むようなそれぞれ独立した組み合わせで成り立つことを特徴とする。そして、このキャビティは、特定の周波数帯のマイクロ波ＭＷを遮蔽する構造を有することが望ましい。

【0073】

図９は、入力側共振部材５３および出力側共振部材６２における電磁波漏洩抑制のための構造の概要を説明する断面概略図である。図９に示すように、入力側共振部材５３および出力側共振部材６２との間の間隙（Ｌ１２）は、内部に放射されるマイクロ波ＭＷ（誘電体内波長：λｄg）に対し、λｄg／４未満である（これは下記フランジ部材部を含む）。また、入力側共振部材５３の縁より外部に向けて設けられたフランジ部材５３２と、出力側共振部材６２の縁より外務に向けて設けられたフランジ部材６２２とは、内部の電磁波の漏れ防止のために、幅Ｌ１０、Ｌ１１がともにλｄg／４よりも長くなっている。また、デシカントローターの厚みをｄとすると、（Ｌ１２－ｄ）＞０の関係が常に成り立つ。これは、デシカントローター16は回転するため、摺動によるデシカントローターの損傷や回転停止を避けるためである。つまりλｄg／４＞Ｌ１２＞ｄの関係が成り立つようにする。なお、入力側共振部材５３の底部から出力側共振部材６２の底部までの高さＬ１３は、（自由空間波長：λ）λ／２以上であることが望ましい。これはλ／２未満であれば、実質遮断条件となりマイクロ波が入射しないためである。このような共振構造とフランジ部材を追加した構造により、特定の周波数帯のマイクロ波を加熱炉の内部から外部に漏らさないようにすることができる。

【0074】

なお、この加熱炉内には、デシカントローター１６に接しない程度の位置に、マイクロ波透過性の物質でできた板を配置してもよい。このマイクロ波透過性物質の例としては、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、テフロン（登録商標）、ポリスチレンなどが挙げられる。このようなマイクロ波透過性物質を配置することで、空気との比誘電率の差により波長短縮が起きるため、透過物質を配置しない場合と比較して、加熱炉の小型化ができる。

【0075】

また、上記のデシカントローター１６の厚み制約に加え、デシカントローター１６の内部からの電波漏洩は少ないほうが望ましい。図１０は、デシカントローター１６の一例を説明する説明図である。

【0076】

また、図１０に示すように、デシカントローター１６は、回転軸より支持する内径部材１６２と、デシカントローター１６との間に、円状の金属プレートを挿入してもよい。また、デシカントローター１６を覆う外径部材１６３の外壁面は、アルミ等の金属製としてもよい。この反射板により、加熱炉内の反射板と合わせて加熱効率を向上させてもよい。

【0077】

以上のように、空気処理装置１は、空気に含まれる特定の分子を吸着する吸着部材を備えたデシカントローター１６と、デシカントローター１６の吸着部材または吸着した分子（例えば水分子）を加熱して分子の吸着前の状態に吸着部材を再生する再生手段の一例である加熱器１２とを有する。加熱器１２は、少なくとも特定の周波数帯のマイクロ波ＭＷを出力する半導体式の発振器１２ａにより吸着部材または吸着した分子を加熱する。

【0078】

したがって、空気処理装置１では、特定の周波数帯のマイクロ波ＭＷを出力して、加熱炉内の一定領域にマイクロ波の電磁波を閉じ込め、共振構造を取ることでマグネトロン以上に電界強度を高めることで、装置の大型化をせず、加熱に要するエネルギー効率を上げることができ、効率よく空気処理を行うことができる。

【0079】

なお、上記の空気処理装置１では、空気に含まれる特定の分子を吸着する吸着部材を備えたデシカントローター１６により、水分子を吸着して除湿する構成を例示したが、空気処理装置１の空気処理は除湿に限定しない。例えば、デシカントローター１６は臭い成分の元となる特定の分子を吸着する吸着部材を備えてもよい。このような空気処理装置１では、上記の加熱器１２と同様の構成により、吸着部材が吸着した特定の分子を加熱して吸着部材を分子の吸着前の状態に再生する。このように、空気処理装置１は、空気より臭い成分の元となる特定の分子を除去する空気処理を行ってもよい。

【0080】

また、空気処理装置１における加熱器１２は、空気中に含まれる特定の分子を分解する空気処理部材における分子の分解を促す手段として用いてもよい。具体的には、「マイクロ波加熱を利用したアンモニア分解による水素製造」（矢崎総業）毛利安希、豊田和弘、戸羽辰夫、植松正一、（産総研）佐藤剛一、西岡将輝、宮沢 哲、石油学会 年会・秋季大会講演要旨集 2018f(0), 110, 2018、「マイクロ波照射光触媒による迅速水処理技術」、堀越智、静電気学会誌,38,2（2014）95-100の文献に例示されたような触媒に対し加熱器１２を適用してもよい。すなわち、空気処理装置１は、少なくとも特定の周波数帯のマイクロ波を出力する発振器１２ａのマイクロ波によって空気処理部材における分子の分解を促す励起手段として加熱器１２を用い、空気中に含まれる特定の分子の分解を行う空気処理を行ってもよい。

【0081】

以上で説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【0082】

次に、空気処理装置１の加熱器１２に関連する加湿炉の別実施形態について、具体的な形状を説明する。図１１Ａ～図１１Ｃは、別実施形態にかかる加熱炉の形状を説明する説明図である。なお、図１１Ａ～図１１Ｃに記載の寸法は、ケース内の内寸を示している。

【0083】

図１１Ａ～図１１Ｃに示すように、加熱炉３００Ａ～Ｃは、ＴＥ１０１モードなど、加熱炉内部の形状、デシカントローター１６の誘電率、マイクロ波ＭＷの波長（周波数）によって決まる電場モード（共振モード）が成り立つものであり、様々なパターンがあり得る。

【0084】

図１１Ａに示すように、加熱炉３００Ａは、内寸（Ｘ×Ｙ×Ｚ）が２２４．５ｍｍ×７０．６ｍｍ×９２．７ｍｍの筐体３０１Ａと、２５ｍｍ幅（漏れ防止機構）のフランジ部３０２Ａとで構成される。筐体３０１Ａの上部には、Ｘ方向の内壁面より中心線に沿って４２．３ｍｍずれたところに、内部にマイクロ波ＭＷを出力するアンテナ部３０３Ａが設けられている。加熱炉３００Ａでは、アンテナ部３０３Ａから筐体３０１Ａの内部に出力したマイクロ波ＭＷにより、内径９０ｍｍ、外径１８０ｍｍのデシカントローター１６を加熱する。

【0085】

図１１Ｂに示すように、加熱炉３００Ｂは、内寸（Ｘ×Ｙ×Ｚ）が１４７．７ｍｍ×７０．５ｍｍ×８３．５ｍｍの筐体３０１Ｂと、２５ｍｍ幅（漏れ防止機構）のフランジ部３０２Ｂとで構成される。筐体３０１Ｂの上部には、Ｘ方向の内壁面より中心線に沿って４７．３ｍｍずれたところに、内部にマイクロ波ＭＷを出力するアンテナ部３０３Ｂが設けられている。

【0086】

図１１Ｃに示すように、加熱炉３００Ｃは、内寸（Ｘ×Ｙ×Ｚ）が７０．５ｍｍ×６７ｍｍ×８７ｍｍの筐体３０１Ｃと、２５ｍｍ幅（漏れ防止機構）のフランジ部３０２Ｃとで構成される。筐体３０１Ｃの上部には、Ｘ方向の内壁面より中心線に沿って２８．５ｍｍずれたところに、内部にマイクロ波ＭＷを出力するアンテナ部３０３Ｃが設けられている。

【0087】

なお、以後の説明において、加熱炉３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃおよびそれらに関連する部材（筐体３０１Ａ、３０１Ｂ…など）を特に区別しない場合は、加熱炉３００、筐体３０１…と称するものとする。

【0088】

加熱炉３００の筐体３０１については、脱離物質（水蒸気など）を取り出す、あるいは内部の加熱状況を観察するためのパンチング穴が設けられてもよい（図１１Ｂ参照）。このようなパンチング穴は、筐体３０１の内部に放射されるマイクロ波ＭＷがもれない寸法の穴であれば自由に開けることができる。

【0089】

図１２Ａ～図１２Ｃは、別実施形態にかかる加熱炉内の電場モードを説明する説明図である。図１２Ａ～図１２Ｃにおいて、網掛け部分は共振によって電界強度が集中している部分を示し、点線は電界に関するグラフを示す。なお、これら電界状態は、有限要素法などを用いた公知の電磁場解析により得られた解析結果である。

【0090】

図１２Ａに示すように、加熱炉３００Ａは、筐体３０１Ａにおいて、ＴＥ１０３と呼ばれる電場モードで共振するように設計されている。図１２Ｂに示すように、加熱炉３００Ｂは、筐体３０１Ｂにおいて、ＴＥ１０２と呼ばれる電場モードで共振するように設計されている。図１２Ｃに示すように、加熱炉３００Ｃは、筐体３０１Ｃにおいて、ＴＥ１０１と呼ばれる電場モードで共振するように設計されている。

【0091】

ＴＥ１０１は、筐体３０１Ｃの内部に出力されたマイクロ波ＭＷにより、１箇所で電界が集中して共振する電場モードである（グラフにおける“波の腹”が１箇所）。ＴＥ１０２は、筐体３０１Ｂの内部に出力されたマイクロ波ＭＷにより、２箇所で電界が集中して共振する電場モードである。ＴＥ１０３は、筐体３０１Ａの内部に出力されたマイクロ波ＭＷにより、３箇所で電界が集中して共振する電場モードである。なお、上記の電場モードは一例であり、加熱炉３００では、筐体３０１の内寸を適宜設計することで様々電場モードを適用できる。

【0092】

また、筐体３０１において、アンテナ部３０３はどこに設置されていてもよい。ただし、アンテナ部３０３の設置位置によっては電場の向きなどが変わるため、アンテナ部３０３は、どの設置位置であっても電場が共振しており、筐体３０１外にマイクロ波ＭＷが漏れない状態となるように加熱炉３００を設計することが望ましい。

【0093】

図１３Ａは、別実施形態にかかる加熱炉３００Ａ内の電場モードとアンテナ配置とを説明する説明図である。ＴＥ１０３モードで共振する加熱炉３００Ａでは、図１３Ａに示すような位置のアンテナ部３０３Ａが配置されている。基本的には、アンテナ部３０３Ａは、筐体３０１Ａにおけるいずれの面のどの位置であっても、筐体３０１Ａ内に存在する誘電物（被加熱物）であるデシカントローター１６の影響を考慮した内部寸法を設計すれば、共振によるマイクロ波ＭＷでの加熱は実現可能である。

【0094】

ただし、アンテナを差し込む面によっては、図とは異なる向きに電場が立つことも考えられる。したがって、筐体３０１Ａの内部寸法や、デシカントローター１６の挿入穴（フランジ部３０２Ａの開口部分）などは、電場を考慮しながらマイクロ波ＭＷが漏れないように設計する。

【0095】

図１３Ｂは、別実施形態にかかる加熱炉３００Ａにおける電場、磁場、インピーダンスを説明する説明図である。図１３Ｂにおいて、グラフＧ１は電場、グラフＧ２は磁場、グラフＧ３はインピーダンスを示す。図１３Ｂに示すように、電場と磁場がそれぞれ最大となっている地点間でインピーダンスも変動しており、５０Ωとなる位置（インピーダンス０付近）でのアンテナ部３０３Ａの配置でインピーダンスマッチングが取り易いと考えられる。

【0096】

ただし、インピーダンスマッチングは、アンテナ部３０３Ａを筐体３０１Ａの内部に差し込む深さで調整可能である。例えば、インピーダンスが０に近い位置でなくとも、アンテナ部３０３Ａの差し込む深さでインピーダンスマッチングが可能である。これは、アンテナ部３０３Ａの差し込む深さで、可変抵抗のようにインピーダンスを調整できることを示している。したがって、アンテナ部３０３Ａについては、設計状況に応じて、配置する場所を任意に決定できる。

【0097】

ここで、加熱炉３００の筐体３０１とアンテナ部３０３との構成を参照して、加熱炉３００におけるインピーダンスマッチングを説明する。図１４は、別実施形態にかかる加熱炉３００の筐体３０１とアンテナ部３０３との構成を説明する説明図である。図１５は、別実施形態にかかる加熱炉３００のアンテナ部分の拡大図である。

【0098】

図１４に示すように、アンテナ部３０３は、筐体３０１の接続コネクタ３１１を介して発振器１２ａ側の同軸ケーブル３１０と、筐体３０１内部のポールアンテナ３１２とが接続する構成である。また、同軸ケーブル３１０とポールアンテナ３１２とが連結された接続部分の様子は図１５に示すようになっており、ポールアンテナ３１２の接続部分において、アンテナ直径（α）に対し、アンテナ周囲の空洞部分の内径（β）は、β＞αである。

【0099】

ポールアンテナ３１２の周囲の空洞部分については、例えばテフロン（登録商標）樹脂などを充填してもよい。例えば、ポールアンテナ３１２の周囲の空洞部分にテフロン（登録商標）樹脂を充填する場合は、通風口３１に後付けとして、鉛筆のキャップのようにテフロン（登録商標）樹脂を嵌めてもよい。または、予めポールアンテナ３１２を差し込める穴が空いたテフロン（登録商標）樹脂を、筐体３０１側に固定してもよい。

【0100】

ポールアンテナ３１２の差し込み深さを変えたい場合（後述する）は、テフロン（登録商標）樹脂を別のものに取り替えてもよい。また、ポールアンテナ３１２の稼働範囲をカバーする長さのちくわ状に貫通されたテフロン（登録商標）樹脂を設け、ポールアンテナ３１２がどの位置に制御されても、テフロン（登録商標）樹脂からはみ出さないようにしてもよい。また、ポールアンテナ３１２の先端部分にキャップ状のテフロン（登録商標）樹脂が固定され、ポールアンテナ３１２の稼働に合わせて、先端部分のテフロン（登録商標）樹脂も可動させてもよい（ポールアンテナ３１２全体をテフロン（登録商標）樹脂が覆っていなくてもよい）。

【0101】

発振器１２ａにおけるインピーダンスは、例えば量産されているもので通常５０Ωである。このため、加熱炉３００では、アンテナ部３０３および筐体３０１内の空洞部分が５０Ωでマッチングするように設計する。

【0102】

同軸ケーブル３１０から接続されるアンテナ部分は、同軸ケーブル３１０と同じインピーダンスに設計するのが一般的である。インピーダンスＺ_０は、同軸ケーブル３１０のインピーダンス計算式であるＺ_０＝１３８／√ε_ｒ×ｌｏｇ₁₀（β／α）のように、αと、βによって計算できることが既知である。ε_ｒは、同軸ケーブル３１０周りに充填される誘電体であり、例えば、空気ならば１、テフロン（登録商標）ならば２．０６である。

【0103】

ここで、ポールアンテナ３１２は、筐体３０１の壁に囲まれた領域Ａ１と、筐体３０１の空洞部分の領域Ａ２の２つの領域に分けられる。ポールアンテナ３１２の形状を既知の理論式で５０Ωに設計した上で、単純に筐体３０１に差し込むだけでは、インピーダンスマッチングしないこともある。この場合、Ａ１とＡ２との割合によってインピーダンスの調整が可能であるため、ポールアンテナ３１２について丁度よい差し込み量（深さ）を探り、インピーダンスマッチングさせてもよい。接続コネクタ３１１においては、例えばネジ込み式でポールアンテナ３１２と接続することで、ポールアンテナ３１２が筐体３０１の内部に突出する長さを調整可能になる。

【0104】

ポールアンテナ３１２の長さＬは、ポールアンテナ３１２より出力する電磁波の波長をλとすると、通常λ／４で設計される。このため、ポールアンテナ３１２よりマイクロ波ＭＷを出力する場合は、Ｌは３０．５ｍｍ前後である。ただし、管内波長λ_ｇは、自由空間波長λと異なり、筐体３０１内の寸法に依存する。

【0105】

また、ポールアンテナ３１２の周囲に誘電率の高い物質（例えばテフロン（登録商標）樹脂）が充填された場合は、ポールアンテナ３１２の長さＬを短く設計できる。具体的には、充填する物質の誘電率をε_ｒ、誘電体内の波長をλ_ｄとした場合、λ_ｄ＝λ_ｇ／√ε_ｒとなる。

【0106】

一例として、λ_ｇ＝１２２ｍｍ、ε_ｒ＝２．０６（テフロン（登録商標）樹脂）の場合、λ_ｄ＝８５ｍｍとなる。つまり、ポールアンテナ３１２の長さＬ＝０．８５／４≒２１ｍｍが、基本的な設計思想に基づくポールアンテナ３１２の長さ（数値）となる。

【0107】

なお、発明者における検証では、ポールアンテナ３１２の周囲に誘電体を充填しなくとも、ポールアンテナ３１２を短くした状態で、ポールアンテナ３１２の差し込み深さや、差し込む位置を調整することで、インピーダンスマッチングできることを電磁場解析および実験的に確認している。例えば、ポールアンテナ３１２の長さが約２０ｍｍであっても、問題なくインピーダンスマッチングが可能であることを確認している。ポールアンテナ３１２の周囲に誘電体を充填した場合は、更にポールアンテナ３１２を小さく設計することが可能であり、被加熱体（デシカントローター１６）が大きい場合はポールアンテナ３１２が干渉しづらくなるというメリットがあり、ポールアンテナ３１２にかかる材料コストも削減可能である。

【0108】

図１６は、発振器１２ａから加熱炉３００にマイクロ波を取り入れる構成例を説明する説明図である。図１６のケースＣ１～Ｃ３に示すように、マイクロ波を取り入れる構成については、様々なパターンがある。ただし、発振器１２ａと加熱炉３００との間に構成部品が多い程、その構成部品によるエネルギーロスが生じることから、可能な限り少ない構成部品でマイクロ波ＭＷを出力させることが好ましい。

【0109】

ケースＣ１は、発振器１２ａと加熱炉３００（アンテナ部３０３）とを同軸ケーブル３１０などで直接接続したものであり、最も損失が少なくなるケースである。尚、同軸ケーブル３１０は短い程損失が少なくなるため短い方が望ましい。ケースＣ１では、加熱炉３００の内部空洞構造、誘電体条件、アンテナ配置条件を考慮して予め５０Ωでインピーダンスマッチングが取れるように設計しておけば、中間の部品が不要になる。ただし、被加熱物は設計時のモノに限定され、全く違う物質や異なるサイズの被加熱体を加熱することが難しくなる（誘電体の状態変化には対応できない）。

【0110】

インピーダンスマッチングは、設計時点で合わせ込むことが望ましいが、設計時点での調整だけでは対応できない場合もある。例えば、被加熱体（デシカントローター１６）の誘電率特性によってもインピーダンスがずれてしまい、マイクロ波ＭＷの入射効率が悪化することがある。具体的には、被加熱体から水分など誘電率を持つ物質量が変化した場合、被加熱体の体積が変化する場合、被加熱体の種類を変更した場合などである。

【0111】

ケースＣ２では、加熱炉３００におけるインピーダンスマッチングのずれを検知する検知手段３２０と、加熱炉３００におけるインピーダンスを調整する整合器３３０とを有する構成である。

【0112】

検知手段３２０は、加熱炉３００内に出力されたマイクロ波ＭＷを検出する検出器などである。マイクロ波ＭＷが加熱炉３００内に上手く入射されているか（インピーダンスマッチングがとれているか）を確認する一般的な方法として、Ｓ_１１パラメータというマイクロ波ＭＷの入射と反射の周波数特性カーブ（後述する）を取得し評価する手法がある。Ｓ_１１パラメータの周波数特性カーブから最も効率よくマイクロ波ＭＷが加熱炉３００内に入射されている最適な周波数が把握可能となる。検知手段３２０は、加熱炉３００内に入射されたマイクロ波ＭＷの強度を検出して最適な周波数における強度、あるいは予め設定した基準値などと比較することで、インピーダンスマッチングのずれを検知する。マイクロ波ＭＷの強度が低下していれば、インピーダンスマッチングがずれていると判断できる。

【0113】

図１７は、周波数シフトを説明する説明図である。図１７に示すグラフのカーブがＳ_１１パラメータと呼ばれる特性カーブである。加熱炉３００内に投入したエネルギー（マイクロ波ＭＷ）の内、何％が反射しているかの特性を表す。反射が最も少ない位置の周波数が、最も効率よく加熱炉３００内にマイクロ波ＭＷが照射されており、インピーダンスマッチングがほぼ５０Ωになっていることになる。

【0114】

一般的に、反射特性を表す図１７の縦軸の単位はｄＢで、－１０ｄＢや－２０ｄＢというように表す。また、数値は小さい程（マイナスが大きい程）良く、設計上は目的の任意周波数帯で最低でも－１０ｄＢ以下となるように設計することが多い（－１０ｄＢ≒反射１０％、－２０ｄＢ≒反射１％、－３０ｄＢ≒反射０．１％となる）。例えば、反射量が下がっているということは、図１７に示すように、インピーダンスマッチングがずれることによって周波数がシフトしている可能性がある。

【0115】

整合器３３０は、検知手段３２０による検知結果をもとに、インピーダンスの調整を行う。例えば、整合器３３０は、可変抵抗器などの電子回路やポールアンテナ３１２の差し込み深さを調節するアクチュエータなどである。整合器３３０は、検知手段３２０による検知結果をもとに、強制的にインピーダンスを合わせ、シフトした周波数を基に戻す。

【0116】

ケースＣ３では、整合器３３０の代わりに発振器１２ａが出力するマイクロ波ＭＷの周波数を制御する周波数制御回路３４０を有する構成である。周波数制御回路３４０は、検知手段３２０による検知結果をもとに、発振器１２ａが出力するマイクロ波ＭＷを制御することで、シフトした周波数を基に戻す。ケースＣ３のように、発振器１２ａから照射されるマイクロ波ＭＷの周波数を、電磁波強度が高まる周波数に変更することで、被加熱体（デシカントローター１６）の加熱状態を維持させてもよい。

【0117】

図１８は、ポールアンテナの形状例を説明する説明図である。図１８に示すように、加熱炉３００においてマイクロ波ＭＷを出力するポールアンテナは、円筒形状の金属を基本とするポールアンテナ３１２Ａの他、面取りまたはＲ加工を施したポールアンテナ３１２Ｂであってもよい。また、加熱炉３００のポールアンテナは、先端部分の直径を大きくしたポールアンテナ３１２Ｃ、３１２Ｄや、先端部分をラッパ状（内部は金属などが充填される）に広げたポールアンテナ３１２Ｅなどであってもよい。

【0118】

図１９は、ポールアンテナの形状による周波数特性の違いを説明する説明図である。図１９の左側のグラフは、ポールアンテナ３１２Ａなどの円筒形状の場合の周波数特性を示している。右側のグラフは、ポールアンテナ３１２Ｄなどの先端部分の直径を大きく（太く）した場合の周波数特性を示している。図１９に示すように、ポールアンテナ３１２Ａからポールアンテナ３１２Ｄのように先端を太くすることで、Ｓ１１パラメータの反射特性カーブがブロードになる。

【0119】

また、加熱炉内部の形状は、図１１Ａ～図１１Ｃのような直方体に限定しない。図２０は、別実施形態にかかる加熱炉の形状を説明する説明図である。図２０に示すように、加熱炉は、円筒形の筐体３０１Ｄにより、加熱炉内部の形状を円筒形としてもよい。図示例の筐体３０１Ｄは、ＴＭ０１０という電場モードでマイクロ波ＭＷが共振するように設計されている。

【符号の説明】

【0120】

１…空気処理装置
１０…管理部
１１…状態取得部
１２…加熱器
１２ａ…発振器
１３…ステッピングモータ
１４…送風用ファン
１５…エアフィルタ
１６…デシカントローター
１７…再生用ファン
１８…凝縮器
１９…ポンプ
２０…水浄化フィルタ
２１…水受タンク
２２…取手
３０…筐体背部
３１、３３…通風口
３２…筐体前部
４０…内部フレーム
４１、４２…送風路
４３…水路
５０…入力側組品
５１…入力側外郭部材
５２…制限版
５３…入力側共振部材
５４…通風板
６０…出力側組品
６１…出力側外郭部材
６２…出力側共振部材
７０…電力導入部
７１、７２…中心導体
１６２…内径部材
１６３…外径部材
２１１…殺菌灯
３００、３００Ａ～３００Ｃ…加熱炉
３０１、３０１Ａ～３０１Ｄ…筐体
３０２Ａ～３０２Ｃ…フランジ部
３０３、３０３Ａ～３０３Ｃ…アンテナ部
３１０…同軸ケーブル
３１１…接続コネクタ
３１２、３１２Ａ～３１２Ｅ…ポールアンテナ
３２０…検知手段
３３０…整合器
３４０…周波数制御回路
５１１、５３１、５４１、６１１、６２１…通風孔
５１２、６１２…底板
５１３、６１３…側面壁
５３２…フランジ部材
６１４…風向制御板
６２２…フランジ部材
Ｂ、Ｒ…空気
Ｃ…矢印
Ｃ１～Ｃ３…ケース
Ｇ１～Ｇ３…グラフ
ｄ…デシカントローター厚み
ＨＡ‘…再生空気
ＬＡ…低湿空気
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１３…高さ
Ｌ３、Ｌ１０、Ｌ１１…幅
Ｌ１２、Ｌ２０…間隔
ＭＷ…マイクロ波
Ｗ…水分

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】