JP2010091120A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の水を蒸発させて加湿する空気調和機は、休止時にも加湿ユニット内に水が残っており、その残水が蒸発して保水量を減らしてしまうという課題を有している。
【解決手段】室内機１０２に備えた、水蒸気を放出して室内の空気を加湿する加湿手段１２６と、室外機１０１に備えた、暖房運転時に、凝縮水回収手段１２１で室外熱交換手段１１１に生じた凝縮水を回収して貯水する貯水手段１２３と、吸水切換え手段１２４と、貯水手段に貯えられた貯水を加湿手段１２６に送る搬送手段１２５とを配管で環状に接続し、貯水を循環させて加湿をおこない、加湿終了時には吸水切換え手段１２４で搬送手段１２６が空気を吸引するように切換え、循環経路内の水を貯水手段１２３に回収するので、停止中の保水量の減少防ぎ、室外熱交換器１０１から獲得した凝縮水を有効に利用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒を用いヒートポンプを構成して暖房をおこなうとともに、室外の熱交換器で生じた凝縮水を室内に供給し、加湿をおこなうことのできる空気調和機に関するものである。

従来、この種の空気調和機は、数多くの発明が創作されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

図２は、特許文献１に記載された加湿装置を搭載した従来の空気調和機の構成を示すものである。

図２に示すように、室内熱交換器１１７と室内送風機１１８を備えた室内機１０２と、圧縮機１１３、四方弁１１５、室外熱交換器１１１、室外送風機１１２、膨張弁１１４を備えた室外機１０１を接続し、冷媒を矢印１１６の向きに循環させてヒートポンプサイクルを構成し、室内１０３の暖房をおこなう。四方弁１１５を切換えると、冷媒の流れる向きは矢印１１６とは逆になり冷房をおこなうことができる。

そして、室内１０３の加湿をおこなうために、室外機１０１には、室外熱交換器１１１で生じた凝縮水を貯める貯水槽１２１とポンプ１５０が備えられ、室内機１０２には非多孔性の透湿膜を用いた加湿ユニット１５１が備えられている。さらに、加湿ユニット１５１の終端には排水弁１５２が接続されている。

加湿をおこなう場合には、貯水槽の水がポンプ１５０によって、矢印１５５の向きに室内機１０２の加湿ユニット１５１へ送られ、非多孔性の透湿膜を用いた加湿ユニット１５１で蒸発して室内１０３に拡散する。このとき、非多孔性の透湿膜は水分子のみ透過させ、加湿ユニット１５１内には蒸発せずに残った不純物が蓄積していくため、空気調和機の積算運転時間に応じて排水弁１５２を開放して、水をドレンパンへ排水することで不純物を排出する。ドレンパンに排出された不純物を含んだ水は、ドレンホース１５４から排水される。

特許文献２に記載の室外熱交換器で生成した凝縮水を用いて加湿をおこなう空気調和機では、貯水槽とポンプが、室内機、室外機の両方に設けられ、貯水槽にはそれぞれ水の汚れを検知するセンサーが備えられている。そして、水の汚れが検知されると貯水槽の水を排出するよう構成されている。

そして、室外熱交換器において凝縮水を効率よく得る運転方法が記載されている。

さらに、実施例においては、室内機に設けられた貯水槽がオーバーフローした場合や、水汚れによる室内貯水槽の排水をおこなう場合や、加湿ユニットで蒸発せず余剰水が生じた場合には、室外機の貯水槽に戻るように構成されている。
特許第２９１９７１１号公報 特許第３０７１０７４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、常に加湿用の水を豊富に確保できるわけではない
。凝縮水が得にくい条件下において、意図的に凝縮水を得ようとすると暖房運転の効率を落とすことになるので、一度得た凝縮水は有効に利用することが望ましい。そこで、休止時にも加湿ユニット内に水が残っているため、その残水が蒸発してむだに保水量を減らしてしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、獲得した凝縮水を有効に利用し、効率の高い運転をすることのできる加湿装置を備えた空気調和機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、水蒸気を放出して室内の空気を加湿する加湿手段と、暖房運転時に生じた凝縮水を回収する凝縮水回収手段と、回収した前記凝縮水を貯水する貯水手段と、貯水手段に貯えられた貯水を加湿手段に送る搬送手段と、搬送手段に送る貯水と空気を切換える吸水切換え手段とを備え、貯水手段と吸水切換え手段と搬送手段と加湿手段を配管で環状に接続し貯水を循環させて加湿をおこない、加湿終了時には吸水切換え手段で搬送手段が空気を吸引するように切換え、循環経路内の水を貯水手段に回収するものである。

これによって、運転休止中に加湿手段から水が蒸発して保水量がいたずらに減るのを防止することができる。

本発明の空気調和機は、運転休止中に加湿手段から水が蒸発して保水量が減少するのを防止し、室外熱交換器から獲得した凝縮水を有効に利用することで、凝縮水獲得のために生じる効率の低下を抑え、効率の良い加湿運転を実現することができ、より快適な空調空間を提供することができる。

第１の発明は、水蒸気を放出して室内の空気を加湿する加湿手段と、暖房運転時に室外熱交換手段に生じた凝縮水を回収する凝縮水回収手段と、回収した凝縮水を貯水する貯水手段と、貯水手段に貯えられた貯水を加湿手段に送る搬送手段と、搬送手段に送る貯水と空気を切換える吸水切換え手段とを備え、貯水手段と吸水切換え手段と搬送手段と加湿手段を配管で環状に接続し貯水を循環させて加湿をおこない、加湿終了時には吸水切換え手段で搬送手段が空気を吸引するように切換え、循環経路内の水を貯水手段に回収することによって、運転休止中に加湿手段から水が蒸発して保水量がいたずらに減るのを防止し、室外熱交換器から獲得した凝縮水を有効に利用することができ、凝縮水獲得のために生じる効率の低下を抑え、効率の良い暖房をおこなう装置を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の搬送手段から加湿手段を経て貯水手段へ到る経路の配管内径を、概略８ｍｍ以下とすることによって、前記配管内の水が管内を閉塞するように結集し、前記搬送手段から送られた空気に押されて、残らず前記貯水手段に回収することができ、運転休止中の保水量減少を極力抑えるとともに、前記配管中に藻類や黴菌類などが発生して閉塞を起こすのを防ぎ、衛生的で運転効率の高い装置を提供することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の貯水手段が、貯水を加熱する加熱手段を有することにより、前記貯水の温度を上昇させて高温にしたり、高温の水を前記加湿手段へ送り、前記貯水の殺菌や凍結防止や前記加湿手段の加湿能力向上を実現することができ、衛生的で信頼性に優れ、加湿能力の高い装置を提供することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の貯水手段に、吸水があったときに貯水を加熱するこ
とにより、藻類や黴菌類が新たに侵入しても殺菌することができ、常に前記貯水を衛生的な状態に保つことのできる装置が提供できる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の貯水手段が排水手段を有し、積算加湿量が所定の値に達するたびに貯水を排水することにより、貯水中の塩類などの濃度が上昇し、析出して運転効率を悪化させたり、信頼性を損なうことを防ぐことができ、水質悪化などに対して信頼性の高い装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和機の構成図を示すものである。

図１に示すように、第１の実施の形態における空気調和機は、室内熱交換手段である室内熱交換器１１７と室内送風手段である室内送風機１１８を備えた室内機１０２と、圧縮機１１３、四方弁１１５、室外熱交換手段である室外熱交換器１１１、室外送風手段である室外送風機１１２、絞り手段である膨張弁１１４を備えた室外機１０１で、冷凍あるいはヒートポンプサイクルを構成している。図１において、冷媒サイクルは暖房状態を示しており、冷媒は矢印１１６の方向に流れており、圧縮機１１３で圧縮された高温高圧の冷媒が四方弁１１４を通って室内熱交換器１１７で凝縮し、室内１０３を暖房する。室内熱交換器１１７で凝縮した冷媒は、膨張弁１１４で減圧膨張し、室外熱交換器１１１で気化し、四方弁１１５を通って圧縮機１１３に戻る。

除霜運転時や冷房運転時は、四方弁１１５を切換えて、冷媒を四方弁１１５から順に室外熱交換器１１１、室内熱交換器１１７を経て四方弁１１５に戻す向きに流す。

暖房専用機などの場合、四方弁１１５は必ずしも必要ではない。

一方、加湿をおこなうための装備として、室内機１０２には加湿手段である加湿ユニット１２６が配備されている。加湿ユニット１２６は透湿性の膜を用いて構成されており、水蒸気のみが放出される。

室外機１０１には、凝縮水回収手段である室外ドレン受１２１と給水ポンプ１２２、貯水手段である水タンク１２３、搬送手段である搬送ポンプ１２５が備えられている。水タンク１２３と搬送ポンプ１２５の間には、吸水切換え手段である三方弁１２４が配置され、加湿時は水タンク１２３の下部に取付けられた配管から水を、加湿終了時には水タンク１２３の上部に取付けられた配管から空気を、搬送ポンプ１２５に吸引させる。

暖房運転時には、室外熱交換器１１１は蒸発器となり、室外の空気から熱を吸収して冷媒を蒸発させる。その結果、室外熱交換器１１１を室外の空気が通過するときに、露点以下の温度になると室外熱交換器１１１に結露を生じる。当然、いつも結露しやすい条件ばかりではなく、この凝縮水が豊富に得られるわけではないので、室外ドレン受１２１に流れ落ちた凝縮水を給水ポンプ１２２で、水タンク１２３に貯えるのである。

それでも加湿用の水が不足する場合には、意図的に凝縮水が生じるような運転を行なうことになる。具体的には、暖房運転時に、室外送風機１１２の回転数を落としたり、圧縮機の回転数を上げたりといった制御をおこなったり、外気条件の良いときに水を得るためにだけ運転して保水量を増やすといった動作をおこなう。

しかし、こうした動作は省エネルギーの観点からは決して望ましい動作ではなく、極力発生しないようにするのが望ましい。

水タンク１２３、三方弁１２４、搬送ポンプ１２５、加湿ユニット１２６は加湿配管１３１で環状に接続されており、加湿時には、三方弁１２４は水タンク１２３の下部から水を搬送ポンプ１２５に供給するよう設定されていて、矢印１３０のように、水タンク１２３の水が搬送ポンプ１２５によって加湿ユニット１２６に送られる。そして、加湿ユニット１２６で水の一部が蒸発し、吹き出し空気１１９に乗って室内１０３に拡散して加湿する。残りの水は、水タンク１２３へ戻り、再び搬送ポンプ１２５により加湿ユニット１２６へ送られる。こうして、水タンク１２３の貯水は、蒸発して加湿に使われるまで、水タンク１２３と加湿ユニット１２６の間を循環し続ける。

加湿終了時には、三方弁１２４は水タンク１２３の上部の空気部から空気を搬送ポンプ１２５に供給するよう設定して、搬送ポンプ１２５は空気を吸い込んで加湿ユニット１２６へ送り出す。循環経路中の水は、搬送ポンプ１２５から送り出された空気に押されて水タンク１２３へと戻っていく。そして、経路中の水がすべて水タンク１２３へ戻ったところで、搬送ポンプ１２５を停止し加湿運転を終了する。

加湿終了時の一連の動作により、加湿ユニット１２６の内部は空気に置き換えられ水は残っていない。加湿ユニット１２６の内部に水が残っていると、停止中に加湿する意図が無くても、加湿ユニット１２６から水が自然蒸発していく。その結果、空気調和機の運転を再開し加湿しようとした時に、保水量が減っているので、場合によってはエネルギーの消費量を増加させて凝縮水を獲得することになってしまう。

本発明の空気調和機では、加湿ユニット１２６の内部は空気に置き換えられ水は残っていないので、保水量がいたずらに減るのを防止し、室外熱交換器１０１から獲得した凝縮水を有効に利用することができる。

したがって、凝縮水獲得のために生じる効率の低下を抑え、効率の良い暖房をおこなう装置を提供することができる。

また、通常、循環水系の配管径や流路の断面積は、単位時間当たりの流量や全流路長、ポンプの能力などにより決定される。

しかし、本発明の実施例においては、加湿配管１３１や加湿ユニット１２６内部の配管は、内径が８ｍｍ以下あるいは同等以下の流路面積になるような配管や流路形状に構成している。

本発明のような構成では、配管の内径や流路断面積が大きいと、加湿終了時に搬送ポンプ１２５から空気を送り込んだとき、局所的な場合も含めて最下端などにおいて、水が内部に取り残されてしまうことがある。特に、室外機よりも室内機が高さ方向において下になるような設置形態の場合、水が内部に取り残されやすい。

ところが、配管の内径や流路断面積が小さくなると、まず流路断面積が小さくなったこと自体で取り残される水の量が減り、さらに小さくなると、水の表面張力で管内を閉塞するような形状になるので、空気を送ることによりほとんどすべてが回収できる。

つまり、本発明では、加湿配管１３１や加湿ユニット１２６内部の配管は、内径が８ｍｍ以下あるいは同等以下の流路面積になるような配管や流路形状にとすることで、循環経路中の水を残らず水タンク１２３に回収することができる。

したがって、運転休止中の保水量減少を極力抑えるとともに、加湿配管１３１中に藻類や黴菌類などが発生して閉塞を起こすのを防ぎ、衛生的で運転効率の高い装置を提供することができる。

また、加湿配管１３１の内表面に抗菌処理などを施せば、衛生的にはさらに高い効果が得られる。

図１に示した空気調和機では、さらに、水タンク１２３の底に加熱ヒータ１２７が備えられている。

加熱ヒータ１２７により、水タンク１２３の水を加熱して高温にすれば殺菌を行うことができる。そして、加熱した水を加湿ユニット１２６へ送ることで、循環経路内での凍結を防止することができる。さらには、加湿ユニット１２６における水温を上昇させることにより、水の蒸発を促進して加湿量を増やすことができる。

その結果、衛生的で信頼性に優れ、加湿能力の高い装置を提供することができる。

また、図１の空気調和機では、給水ポンプ１２２から水タンク１２３への給水は不定期であり、加湿をおこなっていない場合でも、室外ドレン受１２１に凝縮水が得られ、水タンク１２３の容積に空きがあれば給水をおこなう。したがって、藻類や黴菌類が新たに水タンク内に侵入する可能性があるので、給水が終わった時点で、加熱ヒータ１２７により水タンク１２３の水を加熱して高温にすれば殺菌することができ、常に貯水を衛生的な状態に保つことのできる装置が提供できる。

また、図１の空気調和機では、加湿を長期にわたっておこなうと、水だけが加湿ユニット１２６から蒸発するので、凝縮水中の微量の不純物が残留し濃度が高くなって水質が悪化してくる。水質が悪化すると、有機系不純物や構造体の腐食を促進したり、塩基系析出物が生じて性能の低下や配管の閉塞を招くことがある。

そこで、排水手段として排水弁１２８を配備した排水経路１３２を備え、積算加湿量が所定の値に達すると排水弁１２８を開放して全貯水の排水をおこなう。このとき、水タンク１２３上部に取り付けられた、空気弁１２９を開放して排水が円滑におこなえるようにする。水タンク１２３内の水を排水した後は、また加湿に備えて貯水をおこなっていく。

空気弁１２９は、加湿停止時には基本的に閉じて貯水の蒸発を防ぎ、加湿運転時には開いて水の減少分の空気を導入する。加湿停止時であっても、凝縮水を給水ポンプ１２２により給水する場合には、開いて給水分に相当する空気を排出する。

このように、貯水中の塩類などの濃度上昇に対しては、積算加湿量が所定の値に達するたびに貯水を排水することで、運転効率が悪化したり信頼性を損なうことを防ぐことができ、信頼性の高い装置を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる空気調和機は、水分を室外より持ち込む加湿機能を有し、衛生的で信頼性の高い加湿機能を実現することができるので、空気調和機全般に広く適用することができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の構成図 従来の空気調和機の構成図

符号の説明

１０１ 室外機
１０２ 室内機
１０３ 室内
１１１ 室外熱交換器
１１２ 室外送風機
１１３ 圧縮機
１１４ 膨張弁
１１５ 四方弁
１１７ 室内熱交換器
１１８ 室内送風機
１２１ 室外ドレン受
１２２ 給水ポンプ
１２３ 水タンク
１２４ 三方弁
１２５ 搬送ポンプ
１２６ 加湿ユニット
１２７ 加熱ヒータ
１２８ 排水弁
１２９ 空気弁
１３１ 加湿配管
１３２ 排水経路

Claims (5)

1. 室内の空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換手段と、前記室内の空気を前記室内熱交換手段に送る室内送風手段と、室外の空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換手段と、前記室外の空気を前記室外熱交換手段に送る室外送風手段と、前記冷媒を吸い込み圧縮して吐出する圧縮機と、前記冷媒の流通抵抗を調整して高圧冷媒を減圧膨張させる絞り手段とを備え、前記室内熱交換手段と、前記室内送風手段と、前記室外熱交換手段と、前記室外送風手段と、前記圧縮機と、前記絞り手段とを接続してヒートポンプサイクルを構成する空気調和機であって、更に水蒸気を放出して前記室内の空気を加湿する加湿手段と、暖房運転時に前記室外熱交換手段に生じた凝縮水を回収する凝縮水回収手段と、回収した前記凝縮水を貯水する貯水手段と、前記貯水手段に貯えられた前記貯水を前記加湿手段に送る搬送手段と、前記搬送手段に送る前記貯水と空気を切換える吸水切換え手段とを備え、前記貯水手段と前記吸水切換え手段と前記搬送手段と前記加湿手段を配管で環状に接続し前記貯水を循環させて加湿をおこない、加湿終了時には前記吸水切換え手段で前記搬送手段が空気を吸引するように切換え、循環経路内の水を前記貯水手段に回収することを特徴とした空気調和機。
2. 前記搬送手段から前記加湿手段を経て前記貯水手段へ到る経路の内径が、概略８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記貯水手段が、前記貯水を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 前記凝縮水回収手段から前記貯水手段に給水があった際に、前記貯水を加熱することを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。
5. 前記貯水手段が排水手段を有し、積算加湿量が所定の値に達するたびに前記貯水を排水することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和機。