JP2008256285A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結露水をフィルタで浄化し室内加湿に利用する空気調和装置であって、フィルタの洗浄を自動で行い使用者の負荷を軽減することができる空気調和装置を提供する。
【解決手段】空気調和装置１では、結露熱交換器１１７で採取された結露水が浄水フィルタ３２３で浄化され、ポンプ２５によって加湿ユニット２１へ搬送される。加湿ユニット２１とポンプ２５とを連絡する配管の途中に三方弁３６が設けられている。三方弁３６と浄水フィルタ３２３の下流側である第２槽３２２とは戻し配管２２ｃによって連絡されている。制御部４は、浄水フィルタ３２３の洗浄が必要なときに、三方弁３６を制御して加湿ユニット２１へ向う水を戻し配管２２ｃへ流す。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置に関し、特に、暖房運転時に室内を加湿することができる空気調和装置に関する。

近年、暖房運転時に室外熱交換器で発生する結露水を室内加湿に利用する空気調和装置が広く普及している（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の空気調和装置は、圧縮機、室内熱交換器、第１膨張弁、第１室外熱交換器、第２膨張弁および第２室外熱交換器の順に冷媒が循環する冷媒回路を備えている。冷媒が第１膨張弁で減圧された後さらに第２膨張弁で減圧されることによって、第２室外熱交換器の温度が常に氷点下となり結露水が発生する。外気の露点温度が高い場合には第１室外熱交換器でも結露する。第１室外熱交換器および第２室外熱交換器で発生した結露水は、加湿用の水として貯留され、浄化された後にポンプによって加湿手段へ搬送される。
特開２００２−２１３７８０号公報

しかしながら、加湿用の水は外気から水分を結露させて採取されているため、塵埃など空気中の浮遊物が混入し、水を浄化するためのフィルタが汚れ易い。このため、フィルタの洗浄を頻繁に行なう必要があり、使用者に余分な手間を強いることとなる。

本発明の課題は、フィルタの洗浄を自動で行い使用者の負荷を軽減することができる空気調和装置を提供することにある。

第１発明に係る空気調和装置は、結露手段と、加湿手段と、浄化手段とを備えている。結露手段は、外気に含まれる水分を結露させる。加湿手段は、結露手段で採取された水を使用して室内を加湿する。浄化手段は、水を加湿手段へ搬送する際にフィルタで浄化する。浄化手段は、フィルタの洗浄が必要なとき、加湿手段に搬送される水をフィルタの下流側に戻す。

この空気調和装置では、浄化手段が、水をフィルタの下流側から上流側に向って逆流させるので、フィルタに付着していた不純物が解離しフィルタが洗浄される。

第２発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、浄化手段には、ポンプと、三方弁と、戻し配管と、制御部とが含まれている。ポンプは、フィルタで浄化された浄化水を加湿手段へ搬送する。三方弁は、加湿手段とポンプとを連絡する配管の途中に設けられる。戻し配管は、三方弁とフィルタの下流側とを連絡する。制御部は、三方弁を制御して戻し配管側へ浄化水を流入させる。

この空気調和装置では、ポンプによって、水がフィルタを通過する際の水圧が確保されるので、フィルタから不純物が解離しフィルタの目詰まりが解消され性能が再生される。

第３発明に係る空気調和装置は、第２発明に係る空気調和装置であって、浄化手段には、第１開閉弁と、第２開閉弁とがさらに含まれている。第１開閉弁は、フィルタの上流側の水を排出する。第２開閉弁は、フィルタの下流側の水をポンプ側へ流す。制御部は、フィルタの洗浄時に、第１開閉弁を開動作させ、第２開閉弁を閉動作させる。

この空気調和装置では、第１開閉弁が開くことによって汚れた水が排出されて上流側の水位が低下し、第２開閉弁が閉じることによって浄化された水が流出せず下流側の水位が上昇する。その結果、ポンプの圧力が弱くても、水位差によってフィルタに付着した不純物が上流側へ戻されるので、フィルタから不純物が容易に解離する。さらに、フィルタから解離した不純物は、第１開閉弁を通過して排出されるので残留することはく、フィルタが清浄な状態に維持される。

第４発明に係る空気調和装置は、第２発明に係る空気調和装置であって、制御部が、計時部と、演算部と、記憶部とを有している。計時部は、ポンプの稼働時間を計数する。演算部は、稼働時間を積算して積算値を求める。記憶部は、積算値を記憶する。制御部は、積算値が所定時間に達したときに、フィルタの下流側へ浄化水を戻す制御を行なう。

この空気調和装置では、フィルタの汚れの程度がフィルタを通過した水量にほぼ比例し、その水量はポンプの稼動時間から推定することができる。ポンプの稼働時間の積算値が所定時間に達したときがフィルタの洗浄の時期と推定することができるので、フィルタの汚れを検出するための装置が不要となり、コスト増大が抑制される。

第１発明に係る空気調和装置では、浄化手段が、水をフィルタの下流側から上流側に向って逆流させるので、フィルタに付着していた不純物が解離しフィルタが洗浄される。

第２発明に係る空気調和装置では、ポンプによって、水がフィルタを通過する際の水圧が確保されるので、フィルタから不純物が解離しフィルタの目詰まりが解消され性能が再生される。

第３発明に係る空気調和装置では、水位差によってフィルタに付着した不純物が解離し、解離した不純物は第１開閉弁を通過して排出されるので、フィルタが清浄な状態に維持される。

第４発明に係る空気調和装置では、ポンプの稼働時間の積算値が所定時間に達したときがフィルタの洗浄の時期と推定することができるので、フィルタの汚れを検出するための装置が不要となり、コスト増大が抑制される。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜空気調和装置の概略構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る空気調和装置の構成図である。図１において、空気調和装置１は、冷媒が流通する冷媒回路１０を備えている。冷媒回路１０は、圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３、第１膨張弁１４ａ、室内熱交換器１５及びアキュームレータ２０などが接続されることによって形成されている。圧縮機１１を出た冷媒は、四路切換弁１２によって室外熱交換器１３又は室内熱交換器１５のいずれか一方に流れる。

たとえば、暖房運転時、制御部４は四路切換弁１２に図１の実線で示した流路を選択させて冷媒を室内熱交換器１５へ流す。一方、冷房運転時には、制御部４は四路切換弁１２に図１の点線で示した流路を選択させて冷媒を室外熱交換器１３へ流す。第１膨張弁１４ａは、冷媒の流路を絞って冷媒を減圧する。アキュームレータ２０は、余分な液冷媒を溜めて圧縮機１１にガス冷媒だけを戻す。

冷媒回路１０は、吸着熱交換器１１６と結露熱交換器１１７とをさらに有している。吸着熱交換器１１６は、室内熱交換器１５と第１膨張弁１４ａとの間に接続されている。結露熱交換器１１７は、室外熱交換器１３と並列に接続されている。室外熱交換器１３と結露熱交換器１１７は共に蒸発器として機能し、特に、結露熱交換器１１７は外気の水分を結露させることを目的とする。

吸着熱交換器１１６の表面には、ゼオライトを主成分とする吸着剤が担持されている。吸着剤は、ゼオライトに限定されるものではなく、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から選択される。

冷媒回路１０は、第２膨張弁１４ｂと第３膨張弁１４ｃとをさらに有している。第２膨張弁１４ｂは、結露熱交換器１１７の冷媒流れの上流に接続されている。第２膨張弁１４ｂは、第１膨張弁１４ａで減圧された冷媒をさらに減圧するので、結露熱交換器１１７での冷媒の蒸発温度は、室外熱交換器１３での冷媒の蒸発温度よりも低く、結露熱交換器１１７の温度は室外熱交換器１３の温度よりも低くなる。第３膨張弁１４ｃは、室内熱交換器１５と吸着熱交換器１１６との間に接続されている。第３膨張弁１４ｃは、室内熱交換器１５から吸着熱交換器１１６へ流れてくる冷媒を減圧するものであるが、通常は開いている。

室内熱交換器１５の近傍には加湿ユニット２１が配置されている。加湿ユニット２１は、室内熱交換器１５を通過して室内に吹出される空気に適度の水分を与える。加湿ユニット２１に供給される水は、タンク２３に貯留されている。タンク２３内の水は、室外熱交換器１３及び結露熱交換器１１７で発生した結露水を浄化した水であり、その水はポンプ２５でくみ上げられ配管２２ｂを通って加湿ユニット２１に搬送される。加湿ユニット２１は、超音波式加湿器、加熱式加湿器および噴霧式加湿器などから選定される。

本実施形態では、室内熱交換器１５と加湿ユニット２１とは室内ユニット３側にあり、その他は、室外ユニット２側にある。制御部４は、ＣＰＵ４１、メモリ４２及びタイマ４３を内蔵しており、空気調和装置１の各機器を制御している。

＜室外ユニット及び捕水ユニット＞
図２は空気調和装置の室外ユニット及び捕水ユニットの構造を示す斜視図である。図２において、室外ユニット２の上方には、外気から水分を結露させて集める捕水ユニット７が配置されている。捕水ユニット７は、吸着熱交換器１１６、結露熱交換器１１７、ドレンパン３１ｂおよびファン１１８を含んでいる。ドレンパン３１ｂは、結露熱交換器１１７の下方に位置し、結露熱交換器１１７で発生した結露水をさらに下方へ流す。

捕水ユニット７の壁面には通気口１０２が設けられ、通気口１０２から所定距離は離れた位置には吹出口１１９が設けられている。ファン１１８は、静圧の高いシロッコファンであり、ファン１１８が回転することによって通気口１０２から外気が吸込まれ、その外気は、空気流Ａとなって吸着熱交換器１１６、結露熱交換器１１７を通過して、吹出口１１９から吹出される。ファン１１８が設けられることによって、吸着熱交換器１１６および結露熱交換器１１７を通過する風量の調節が自由になり、結露水の発生量が制御し易くなる。

室外ユニット２には、図１で示した圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３及びドレンパン３１ａが配置されている。また、室外ファン８１も配置されており、回転することによって外気を吸込み、室外熱交換器１３に外気を当てて冷媒との熱交換を活発にする。室外ユニット２の壁面には吹出口１０５が設けられており、室外熱交換器１３で熱交換された空気が吹出される。

室外ユニット２の下方には、浄化ユニット２９が配置されている。浄化ユニット２９は、戻し配管２２ｃ、タンク２３、ポンプ２５、浄水槽３２、第１電磁開閉弁３３、第２電磁開閉弁３４、第３電磁開閉弁３５、及び三方弁３６を含む。

図３は、タンクの斜視図である。図３において、結露水は入口３２ａから浄水槽３２の内部に流入する。浄水槽３２の下方には、第１電磁開閉弁３３と第２電磁開閉弁３４が接続されている。第１電磁開閉弁３３を通過した水は排水口５１から排出される。第２電磁開閉弁３４を通過した水はタンク２３に入る。タンク２３の底面側には第３電磁開閉弁３５が接続されており、第３電磁開閉弁３５を通過した水は排水口５１から排出される。ポンプ２５は、タンク２３の底面側から水をくみ上げて三方弁３６に送り、三方弁３６から適量の水が加湿ユニット２１へ供給される。

タンク２３内の水は、殺菌のために紫外線ランプ３７から紫外線が照射されている。紫外線ランプ３７は、タンク２３の上部に取付けられるが、設置が容易であるので作業性がよい。殺菌手段は、紫外線ランプ３７に限定されるものではなく、例えば、オゾン発生器でもよい。

また、空気調和装置１が寒冷地に設置される場合は、タンク２３内の水の凍結を防止するために、ヒーターがタンク２３の近傍、或いはタンク２３内に配置される。ヒーターは常時作動している必要はなく、外気温が氷点下に達したときに作動すればよい。

なお、ヒーターは、タンク２３内の水の凍結を防止することができる加熱手段であればよい。例えば、電気式ヒーターの場合は、ニクロム線、シーズヒーター、カーボンヒーター、セラミックヒーター、シートヒーターなどから選択される。また、冷凍サイクル内の高圧側（圧縮機出口、凝縮器出口など）の配管をタンク２３下部又は近傍へ引き回して加熱するヒートポンプ式を選択することも可能である。さらに、２つの圧縮機を並列に接続し、一方の圧縮機をタンク２３近傍に配置して、その圧縮機の放熱でタンク２３内の水を加熱することもできる。

＜水の循環経路＞
図４は、水の循環経路を示す回路図である。図４に示すように、浄水槽３２の内部は、浄水フィルタ３２３によって第１槽３２１と第２槽３２２とに仕切られており、ドレンパン３１ａ及びドレンパン３１ｂから浄水槽３２に入った水は、先ず、第１槽３２１に貯留され、その後、浄水フィルタ３２３を通過して第２槽３２２に貯留される。水が浄水フィルタ３２３を通過する際には、水中に含まれる塵埃などの不純物が浄水フィルタ３２３によって除去される。

第１槽３２１内が満水状態になったときは、第１電磁開閉弁３３が流路を開き排水する。第２槽３２２内の水は、第２電磁開閉弁３４が流路を開いたときにタンク２３内へ流れる。タンク２３が満水状態になったときは、第２電磁開閉弁３４が流路を閉じる。タンク２３内の水が不要になったときは、第３電磁開閉弁３５が流路を開けて排水する。

タンク２３内の水は、ポンプ２５で汲み上げられ配管２２ａを介して三方弁３６に送られる。三方弁３６は、ポンプ２５から送られてきた水を配管２２ｂに流して加湿ユニット２１に供給する。しかし、制御部４の判断で浄水フィルタ３２３の洗浄が必要となったときは、ポンプ２５から送られてきた水を戻し配管２２ｃに流して浄水槽３２の第２槽３２２へ戻している。

水が第２槽３２２に戻されることによって、浄水後の水が浄水フィルタ３２３を通して浄水前の水側へ強制的に流されるので、浄水フィルタ３２３が清掃される。即ち、第２槽３２２から第１槽３２１へ水が逆流し、浄水フィルタ３２３の表面に堆積した不純物が第１槽３２１に戻される。このとき、第１電磁開閉弁３３が流路を開けることによって、浄水フィルタ３２３に堆積した不純物を除去しながら第１槽３２１内の水を排出することができる。

本実施形態では、水を第２槽３２２へ戻す制御が行なわれるとき、制御部４が第１電磁開閉弁３３を開け、第２電磁開閉弁３４を閉じる。このとき、第１槽３２１内の水が排出されて水位が低下し、第２槽３２２の水位が上昇する。浄水フィルタ３２３に付着した不純物は、第１槽３２１と第２槽３２２との水位差によって第１槽３２１へ勢いよく戻される。その結果、浄水フィルタ３２３の洗浄効果が向上する。浄水フィルタ３２３から解離した不純物は、第１電磁開閉弁３３を通過して排出されるので、第１槽３２１に残留することはない。

制御部４は、ポンプ２５の稼動時間の積算値が所定時間に達したときに、水を第２槽３２２へ戻す制御を行なっている。浄水フィルタ３２３の汚れの程度は、浄水フィルタ３２３を通過した水量にほぼ比例するので、所定水量が通過したときに浄水フィルタ３２３の洗浄を行う必要がある。所定水量を搬送するために必要なポンプ２５の運転時間を所定時間とすれば、ポンプ２５の稼働時間の積算値が所定時間に達したときが、浄水フィルタ３２３の洗浄の時期である。この制御によれば、浄水フィルタ３２３の汚れを検出するための装置が不要となる。

なお、浄水フィルタ３２３の汚れを推定する方法は、ポンプ２５の稼働時間から推定する方法に限定されるものではなく、ポンプ２５の吸込圧力から推定する方法もある。浄水フィルタ３２３の目詰まりが進行すると、ポンプ２５の吸込圧力が低下するので、ポンプ２５の吸込側に圧力センサを設け、その圧力センサが所定圧力以下の吸込圧力を検出したときが、浄水フィルタ３２３の洗浄の時期であると推定することができる。

或いは、浄水フィルタ３２３の目詰まりが進行すると、ポンプ２５の吐出圧力も低下するので、ポンプ２５の吐出側に圧力センサを設け、その圧力センサが所定圧力以下の吐出圧力を検出したときが、浄水フィルタ３２３の洗浄の時期であると推定することもできる。

また、浄水フィルタ３２３の目詰まりが進行すると、ポンプ２５の負荷が増加しポンプ２５のモータ電流が増加するので、モータ電流が所定値を超えたときが浄水フィルタ３２３の洗浄の時期であると推定することもできる。

＜空気調和装置の動作＞
空気調和装置１は、四路切換弁１２で冷媒の流路を変更することによって冷房運転と暖房運転とを切り替えることができる。本実施形態では、冷媒回路１０が暖房運転用の回路になっている場合について説明する。

暖房運転時において、制御部４は、四路切換弁１２を制御して図１の実線で示す流路を選択させ、圧縮機１１と室内熱交換器１５とを連通させる。通常、第３膨張弁１４ｃは開いているので、室内熱交換器１５と吸着熱交換器１１６は凝縮器として機能する。室外熱交換器１３と結露熱交換器１１７とは蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機１１より吐出された高温・高圧の冷媒が室内熱交換器１５に導入され、室内熱交換器１５内の冷媒は室内空気と熱交換した後、吸着熱交換器１１６に導入され、吸着熱交換器１１６内の冷媒は外気と熱交換する。その結果、冷媒の温度が低下し、中温・高圧の状態になる。

吸着熱交換器１１６を出た冷媒は、第１膨張弁１４ａで減圧され、一部は室外熱交換器１３に導入され、その他は第２膨張弁１４ｂでさらに減圧されて結露熱交換器１１７に導入される。制御部４は、第２膨張弁１４ｂを制御して結露熱交換器１１７の冷媒の蒸発温度が外気の露点温度以下となるように設定するので、結露熱交換器１１７の温度は室外熱交換器１３の温度よりも低くなる。その結果、外気の露点温度が低く室外熱交換器１３で結露しないときでも、結露熱交換器１１７では常に結露する。

さらに、吸着熱交換器１１６では、冷媒が吸着剤を加温して吸着剤に含まれる水分を空気中へ脱離させているので、吸着熱交換器１１６を通過する空気には吸着剤から脱離された水分が含まれている。その水分も結露熱交換器１１７を通過するときに結露するので、結露熱交換器１１７で発生する結露水は、吸着熱交換器１１６がない場合よりも多くなる。室外熱交換器１３を出た冷媒および結露熱交換器１１７を出た冷媒は、再び圧縮機１１に吸入される。

吸着熱交換器１１６の吸着剤に吸着されている水分は、加温時間の増加に伴って減少していくので、定期的に水分を吸着させることが好ましい。本実施形態では、定期的に第３膨張弁１４ｃで冷媒流路を絞って冷媒を減圧して、吸着熱交換器１１６で冷媒を蒸発させ、吸着剤の冷却を行なう。その結果、吸着剤に空気中の水分が吸着される。

＜特徴＞
（１）
空気調和装置１では、結露熱交換器１１７で採取された結露水が浄水フィルタ３２３で浄化され、ポンプ２５によって加湿ユニット２１へ搬送される。加湿ユニット２１とポンプ２５とを連絡する配管の途中に三方弁３６が設けられている。三方弁３６と浄水フィルタ３２３の下流側である第２槽３２２とは戻し配管２２ｃによって連絡されている。制御部４は、浄水フィルタ３２３の洗浄が必要なときに、三方弁３６を制御して加湿ユニット２１へ向う水を戻し配管２２ｃへ流す。このとき、水が第２槽３２２から浄水フィルタ３２３を通過して上流側の第１槽３２１へ逆流するので、浄水フィルタ３２３から不純物が解離し浄水フィルタ３２３の目詰まりが解消され性能が再生される。

（２）
第１槽３２１の下方には第１電磁開閉弁３３が接続され、第２槽３２２の下方には第２電磁開閉弁３４が接続されている。制御部４は、浄水フィルタ３２３の洗浄時に、第１電磁開閉弁３３に開動作させて汚れた水を排出させ、第２電磁開閉弁３４に閉動作させて第２槽３２２の水位を上昇させる。その結果、水位差によって浄水フィルタ３２３に付着した不純物が第１槽３２１へ戻されるので、浄水フィルタ３２３から不純物が容易に解離する。浄水フィルタ３２３から解離した不純物は、第１電磁開閉弁３３を通過して排出されるので、浄水フィルタ３２３が清浄な状態に維持される。

（３）
制御部４では、タイマ４３がポンプ２５の稼働時間を計数し、ＣＰＵ４１がその稼働時間を積算して積算値を求め、メモリ４２がその積算値を記憶する。制御部４は、その積算値が所定時間に達したときに、加湿ユニット２１へ向う水を第２槽３２２へ戻す制御を行なう。制御部４は、ポンプ２５の稼働時間から浄水フィルタ３２３の洗浄時期を推定することができるので、浄水フィルタ３２３の汚れを検出するための装置が不要となり、コスト増大が抑制される。

以上のように、本発明によれば、結露水を浄化し加湿用の水として貯えるので、使用者による給水を必要としない無給水の加湿手段を備えた空気調和装置に有用である。

本発明の実施形態に係る空気調和装置の構成図。 空気調和装置の室外ユニット及び捕水ユニットの構造を示す斜視図。 タンクの斜視図。 水の循環経路を示す回路図。

符号の説明

１ 空気調和装置
４ 制御部
１３ 室外熱交換器（結露手段）
２１ 加湿手段
２２ｃ 戻し配管
２５ ポンプ
２９ 浄化ユニット（浄化手段）
３３ 第１電磁開閉弁
３４ 第２電磁開閉弁
３６ 三方弁
４１ ＣＰＵ（演算部）
４２ メモリ（記憶部）
４３ タイマ（計時部）
１１７ 結露熱交換器（結露手段）
３２３ 浄水フィルタ

Claims (4)

1. 外気に含まれる水分を結露させる結露手段（１１７）と、
   前記結露手段（１１７）で採取された水を使用して室内を加湿する加湿手段（２１）と、
   前記水を前記加湿手段（２１）へ搬送する際にフィルタ（３２３）で浄水する浄化手段（２９）と、
   を備え、
   前記浄化手段（２９）は、前記フィルタ（３２３）の洗浄が必要なとき、前記加湿手段（２１）に搬送される水を前記フィルタ（３２３）の下流側に戻す、
   空気調和装置（１）。
2. 前記浄化手段（２９）は、
   前記フィルタ（３２３）で浄水された浄化水を前記加湿手段（２１）へ搬送するポンプ（２５）と、
   前記加湿手段（２１）と前記ポンプ（２５）とを連絡する配管の途中に設けられる三方弁（３６）と、
   前記三方弁（３６）と前記フィルタ（３２３）の下流側とを連絡する戻し配管（２２ｃ）と、
   前記三方弁（３６）を制御して前記戻し配管（２２ｃ）側へ前記浄化水を流入させる制御部（４）と、
   を含む、
   請求項１に記載の空気調和装置（１）。
3. 前記浄化手段（２９）は、
   前記フィルタ（３２３）の上流側の水を排出する第１開閉弁（３３）と、
   前記フィルタ（３２３）の下流側の水を前記ポンプ（２５）側へ流す第２開閉弁（３４）と、
   をさらに含み、
   前記制御部（４）は、前記フィルタ（３２３）の洗浄時に、前記第１開閉弁（３３）を開動作させ、前記第２開閉弁（３４）を閉動作させる、
   請求項２に記載の空気調和装置（１）。
4. 前記制御部（４）は、
   前記ポンプ（２５）の稼働時間を計数する計時部（４３）と、
   前記稼働時間を積算して積算値を求める演算部（４１）と、
   前記積算値を記憶する記憶部（４２）と、
   を有し、
   前記積算値が所定時間に達したときに、前記フィルタ（３２３）の下流側へ前記浄化水を戻す制御を行なう、
   請求項２に記載の空気調和装置（１）。

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