JP2009150563A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】
室外空気に含まれる水分を室内へ放出して無給水で加湿できる空気調和機を得ること。
【解決手段】
室外空気を室内機に導入するための導入手段と、前記導入手段で前記室内機に導入された前記室外空気に含まれる水分を該室内機で凝集させるための凝集手段と、前記凝集手段で凝集された水分を蒸発させるための蒸発手段と、前記蒸発手段で蒸発された水分を室内に放出するための放出手段とを備えることを特徴とする空気調和機とすることで達成される。
【選択図】図２

Description

本発明は空気調和機にかかり、特に給水無しで加湿の可能な空気調和機に関する。

ヒートポンプ式空気調和機は冷房，暖房，除湿機として広く普及しており、空気の質の向上を目指して様々な試みがなされてきているが、冬季には空気が乾燥していることに加え暖房運転により室内温度が上昇し相対湿度が下がることから加湿機能が必要とされ様々な試みがなされている。無給水で加湿する方式の一つに、シリカゲルや親水性，疎水性ゼオライトなどの多孔質材を合成させて作られた吸湿ロータを室内機または室外機に搭載し、吸湿ファンで室外空気または室内空気を吸湿ロータに送風して空気中の水分を吸着させ、ヒータで加熱して水分を離脱させファンで室内空間へ高湿空気を送風して加湿する手段がある。しかし、従来空気調和機を構成する部品に対し、加湿機能のために多くの追加部品が必要となりコストとサイズアップにつながる。また水分を放出させるために出力５００Ｗ〜７００Ｗ程度のヒータを使用することから、ヒータ周囲の樹脂部品の難燃構造対策，ヒータ過昇温防止などの安全性の確保が必要となり、ヒータによる使用電力量も増加する。ヒータを用いずに無給水で加湿する方式として、特許第３８７３７９４号公報（特許文献１）では、室内空気中に含まれる水分を室内熱交換器を凝縮器とすることで集水し、次に蒸発器とすることでその水分を蒸発させて加湿している。また、特開２００４−２８６４２１号公報（特許文献２）では、室外熱交換器に付着した霜を除霜運転に切り換えることで融解するとともに蒸発させ、ダクトを介して室内機に導き加湿している。

特許第３８７３７９４号公報 特開２００４−２８６４２１号公報

しかし、上記特許文献１では、室内空気の水分を凝縮し放出するものであり、室内空間における絶対水分量は変わらないため、相対湿度を上昇させることは難しい。また、上記特許文献２では、ダクトの途中で結露して室外機へ戻ってしまう水分もあり、蒸気を効率的に室内へ導入しにくく、蒸気導入経路のカビ対策や断熱加工を施す必要がある。

本発明は上記問題点に鑑み、室外空気に含まれる水分を室内へ放出して無給水で加湿できる空気調和機を得ることにある。

上記課題を解決するために本発明は、室外空気を室内機に導入するための導入手段と、前記導入手段で前記室内機に導入された前記室外空気に含まれる水分を該室内機で凝集させるための凝集手段と、前記凝集手段で凝集された水分を蒸発させるための蒸発手段と、前記蒸発手段で蒸発された水分を室内に放出するための放出手段とを備えることを特徴とする空気調和機とすることで達成される。

本発明によれば、室外空気を室内で凝縮・蒸発させることで室内の水分の絶対量を増やし、無給水で加湿できる空気調和機を得ることができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。まず、本実施例の空気調和機１の全体構成を、図１，図２を用いて説明する。図１は本実施例の空気調和機１の構成図、図２は図１の室内機２の側断面図である。図１において、空気調和機１は、室内機２と室外機３とを接続配管５で繋いで構成され、室内を空気調和する。室内機２の筐体９には送風ファン１４，フィルタ１５，１５′，第１室内熱交換器（主熱交換器）１６，露受皿１７，上下風向板１８，左右風向板１９等の基本的な内部構造体が取付けられる。そして、筐体９の内側に取付けられた送風ファン１４等の基本的な内部構造体は、化粧枠８を取付けることにより室内機２内に内包される。化粧枠８の前面には前面パネル７が取付けられている。前面パネル７の下方には運転状況を表示する表示部１１と、別体のリモコン１２からの赤外線の操作信号を受ける受光部１０とが配置されている。外気風路４は新鮮な室外空気を取込む外気導入機構である。図２において、送風ファン１４を作動することにより空気は白抜き矢印のように流れ、通過する空気中の塵埃はフィルタ１５，１５′に捕集される。フィルタ１５，１５′は、吸い込まれた室内空気中に含まれる塵埃を取除くためのものであり、第１室内熱交換器１６の吸込側を覆うように配置されている。送風ファン１４は、室内空気を空気吸込み口６から吸い込んで、吹出し風路２０を通過し、空気吹出し口１３から吹出すように室内機２内の中央に配置されている。第１室内熱交換器１６は送風ファン１４の吸込側に配置され、略逆Ｖ字状に形成されている。

次に無給水加湿手段について図２，図３を用いて説明する。図３は冷凍サイクルを示したものである。加湿サイクルとしては水分の凝集と蒸発からなる。まず、水分の凝集について説明する。冬季の暖房運転時は、圧縮機２６で圧縮された高温高圧の冷媒は凝縮器の役割をもつ第１室内熱交換器１６に入る。このときに、第１室内熱交換器１６と第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃの間に設置した冷媒絞り弁２５を絞ることで第２室内熱交換器（補助熱交換器）２４ａ，２４ｂ，２４ｃには低温低圧の冷媒が流れることになり、第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃのみが蒸発器として機能させることができる。このタイミングで外気導入ファン２３を動作させ、外気導入ダクト２１で室外空気を導入し、外気導入ガイド２２で第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃに黒矢印のように送風する。ここで、第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃを室外空気の露点温度以下または０℃以下にすることで、第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃに室外空気の水分を結露または着霜させることができ、第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃに室外空気の水分を凝集させることができる。凝集した水分は、室外空気に含まれていた水分を凝集したものであり、この水分を室内空間へ放出することで相対湿度を向上させることが可能となる。

次に、蒸発について説明する。前述の室外空気の水分凝集後に冷媒絞り弁２５を全開放状態にする。全開放状態とすることで第１室内熱交換器１６を通過した高温冷媒が第２室内熱交換器にも流れ、第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃは凝縮器となり高温となる。このとき、第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃに凝集していた水分または霜は蒸発する。また、蒸発されない水滴は、重力または図２に示す白抜き矢印の送風ファンの室内空気の給気の流れにより、第１室内熱交換器１６に垂れ落ち、蒸発する。蒸発した水分は送風ファン１４により室内空気と混合されて室内へ送風され加湿する。この凝集と蒸発のサイクルを交互に繰り返すことにより無給水で室内空間の加湿を行うことができる。ここで、第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、図２に示す、通常運転時の室内空気の流れ、白抜き矢印において上流側に配置することで、第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃで蒸発しきれずに落下する水滴を凝縮器の状態にある第１室内熱交換器１６で蒸発させることができ、水分凝縮段階で得た水分の蒸発ロスを防ぐことができ、加湿効率を高めることが可能となる。

図４は、温度７℃で相対湿度８７％の室外空気を、温度１５℃で相対湿度５０％の室内に設置した室内機の第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃに、外気導入ファン２３を使用し、外気導入ガイド２２で送風したときの第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃの表面温度を冷媒絞り量を変動させて測定した結果である。図５は、図４の測定条件における第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃの水分の凝縮量を測定した結果である。冷媒絞り弁２５が全開放の状態を絞り量０％としたとき、絞り量９６％のときに第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃの表面温度は最も低く最低温度−９.８℃、平均−３℃で０℃以下を保持する。このときの水分凝縮量は２１４ｇ／ｈで最も多い。絞り量９８％のときの第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃの表面温度は最低温度−３.２℃，平均１.１℃で、水分凝縮量は１６３ｇ／ｈである。７℃８７％ＲＨ空気の露点温度は約４.７℃であるが、露点温度よりも、さらに第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃの表面温度を下げることで水分凝縮量を向上させることが可能となるといえる。また、第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃの表面温度を０℃以下にすることで冬季の低気温時にも広範囲の温度帯で水分を凝集させることが可能となる。

また、従来技術のように出力５００Ｗ〜７００Ｗ程度のヒータによる蒸発方式とすると、ヒータ周囲の樹脂部品の難燃化構造対策，ヒータ過昇温防止機構の追加や安全装置，回路等の検討や部品追加が必要となり、開発期間の延長やコストアップの問題が生じる。前述の実施例によれば、水分の蒸発にはヒータを使用せず、通常、空気調和機を構成する、第１室内熱交換器１６と第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃで加湿可能であり、信頼性も容易に確保することが可能となる。また加湿を実現するための構成部品は、冷媒絞り弁２５，外気導入ファン２３，外気導入ダクト２１，外気導入ガイド２２のみであり、凝集，蒸発させるための第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃは基本性能を確保するために第１室内熱交換器とは別体に取付けられる補助熱交換器を利用することで加湿をするための構成部品を少なくし、コストアップを抑えることが可能となる。

図６は本発明の第２の実施例での室内機の側断面図である。前述の実施例に対し、第２室内熱交換器２４ａ，２４ｂ，２４ｃを第１室内熱交換器１６の後方に配置し、外気導入経路を短くし、送風ファン１４の吸い込み室内空気に誘引させて室外空気を外気導入ダクト２１から取入れることで外気導入ファン２３と外気導入ガイド２２をなくすことが可能となり、コストアップを抑えることが出来る。

本発明の第一実施例となる空気調和機の全体構成図。 本発明の第一実施例となる空気調和機の室内機側断面図。 実施例における冷凍サイクル図。 実施例における第２室内熱交換器の表面温度測定結果。 実施例における水分凝縮量の測定結果。 本発明の第二実施例となる空気調和機の室内機側断面図。

符号の説明

１ 空気調和機
２ 室内機
３ 室外機
４ 外気風路
５ 接続配管
６ 空気吸込み口
７ パネル
８ 化粧枠
９ 筐体
１０ 受光部
１１ 表示部
１２ リモコン
１３ 空気吹出し口
１４ 送風ファン
１５，１５′ フィルタ
１６ 第１室内熱交換器
１７ 露受皿
１８ 上下風向板
１９ 左右風向板
２０ 吹出し風路
２１ 外気導入ダクト
２２ 外気導入ガイド
２３ 外気導入ファン
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 第２室内熱交換器
２５ 冷媒絞り弁
２６ 圧縮機

Claims (6)

1. 室外空気を室内機に導入するための導入手段と、
   前記導入手段で前記室内機に導入された前記室外空気に含まれる水分を該室内機で凝集させるための凝集手段と、
   前記凝集手段で凝集された水分を蒸発させるための蒸発手段と、
   前記蒸発手段で蒸発された水分を室内に放出するための放出手段と
   を備えることを特徴とする空気調和機。
2. 室内機に室内熱交換器を備えた空気調和機において、
   前記室内熱交換器は、
   主熱交換器である第１室内熱交換器と、
   補助熱交換器である第２室内熱交換器と
   を備え、
   さらに前記第１室内熱交換器と前記第２室内熱交換器との間に設けられた冷媒絞り弁と、
   室外空気を前記室内機の前記第２室内熱交換器に導入するための導入手段と
   を有し、
   前記冷媒絞り弁を絞ることで蒸発器となる前記第２室内熱交換器により前記導入手段で前記室内機に導入された前記室外空気に含まれる水分を凝集させ、この凝集された水分を蒸発させて室内に放出させる
   ことを特徴とする空気調和機。
3. 請求項２に記載の空気調和機において、
   前記冷媒絞り弁を絞ることで蒸発器となる前記第２室内熱交換器により前記導入手段で前記室内機に導入された前記室外空気に含まれる水分を凝集させ、
   前記冷媒絞り弁を開くことで前記第２室内熱交換器を凝縮器として作動させ、
   前記凝集された水分を少なくとも前記第２室内熱交換器で蒸発させる
   ことを特徴とする空気調和機。
4. 請求項２または３のいずれか１項に記載の空気調和機において、
   前記第２室内熱交換器を前記第１室内熱交換器の室内空気の給気上流側に備えることを特徴とする空気調和機。
5. 請求項２に記載の空気調和機において、
   前記室外空気の水分の凝集時における前記第２室内熱交換器の表面温度を露点温度以下とすることを特徴とする空気調和機。
6. 請求項３に記載の空気調和機において、
   前記室外空気の水分の凝集時における前記第２室内熱交換器の表面温度を０℃以下とすることを特徴とする空気調和機。

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