JP2014070862A

JP2014070862A - 加湿エレメントの交換時期判断方法

Info

Publication number: JP2014070862A
Application number: JP2012219606A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Eguchi; 晃弘江口; Taketo Sakai; 岳人酒井
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2014-04-21

Abstract

【課題】加湿エレメントの加湿能力に応じた適正な交換時期を知ることができる加湿エレメントの交換時期判断方法を提供する。
【解決手段】空気調和機に備えられており、加湿エレメントからの水分の蒸発により空気の加湿を行う加湿器の当該加湿エレメントの交換時期を判断する方法。機内への吸込空気の温度と、機外への吹出空気の温度と、前記加湿器への給水量、前記空気調和機の風量及び空気密度から算出される、加湿による空調空気の絶対湿度の増加分とに基づいて、空気線図上の等エンタルピー線を利用して求められる、加湿エレメントの性能を示す飽和効率と、前記加湿エレメントの初期運転時に求められる初期飽和効率との比較により当該加湿エレメントの交換時期を判断する。
【選択図】図２

Description

本発明は空気調和機の加湿器に用いられる加湿エレメントの交換時期判断方法に関する。

空気調和機に備えられる加湿器の加湿原理として、ノズルから水を噴霧させる方式以外に、加湿エレメントに給水した水を自然蒸発させる方式がある。後者の方式の一例では、複数の板状加湿セルが立設された加湿エレメントに給水タンクから水を供給し、加湿エレメントに給水された水を透湿膜を介して自然蒸発させて空気の加湿を行っている。

ところで、加湿エレメントに供給される水には硬度成分やシリカなどの不純物が含まれており、この不純物は加湿器を稼動させるにつれて徐々に加湿エレメント内に堆積する。そして、加湿エレメントへの不純物の堆積量が多くなってくると、水の給水性能や蒸発性能が悪くなり加湿能力が低下するが、現状では、この能力の低下を知る手段がない。

そこで、所定の使用時間（例えば、使用開始から２０００時間）を設定し、この使用時間を経過した加湿エレメントを画一的に交換することが行われている。

しかし、加湿器の使われ方はさまざまであり、例えば暖房の設定温度が高いと、それに伴い蒸発量も多くなるため、加湿エレメントの劣化は速くなる。また、供給される水の水質が悪いと、不純物の量も多くなり加湿エレメントの劣化が速くなる。したがって、使用時間だけに基づいて画一的に加湿エレメントを交換すると、加湿能力が十分残っているにも係らず交換される場合や、逆に、加湿能力がかなり低下しているにも係らず使用され続ける場合があり、いずれも問題である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、加湿エレメントの加湿能力に応じた適正な交換時期を知ることができる加湿エレメントの交換時期判断方法を提供することを目的としている。

（１）本発明の加湿エレメントの交換時期判断方法（以下、単に「判断方法」ともいう）は、空気調和機に備えられており、加湿エレメントからの水分の蒸発により空気の加湿を行う加湿器の当該加湿エレメントの交換時期を判断する方法であって、
機内への吸込空気の温度と、機外への吹出空気の温度と、前記加湿器への給水量、前記空気調和機の風量及び空気密度から算出される、加湿による空調空気の絶対湿度の増加分とに基づいて、空気線図上の等エンタルピー線を利用して求められる、加湿エレメントの性能を示す飽和効率と、
前記加湿エレメントの初期運転時に求められる初期飽和効率と
の比較により当該加湿エレメントの交換時期を判断することを特徴としている。

本発明の判断方法では、加湿エレメントの性能を示す飽和効率と、当該加湿エレメントの初期運転時の求められる初期飽和効率との比較により加湿エレメントの交換時期を判断するので、単なる使用時間に基づいて交換時期を決める方法と異なり、加湿エレメントの加湿能力に応じた適正な交換時期を知ることができる。したがって、加湿能力が不足しているにも係らず使用し続ける場合や、加湿能力が十分残っているにも係らず交換される場合が生じるのを防ぐことができる。

（２）上記（１）の判断方法において、さらに吸込空気の相対湿度に基づいて前記飽和効率を求めることができる。この場合、吸込空気の空気線図上の位置を正確に特定することができ、加湿エレメントの飽和効率をより高精度に求めることができる。

本発明の判断方法によれば、加湿エレメントの加湿能力に応じた適正な交換時期を知ることができる。

本発明の判断方法が適用される空気調和機の一例を示す断面説明図である。空気線図に基づく、本発明の判断方法の説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の判断方法の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の判断方法が適用される空気調和機Ａの一例の断面説明図であり、この空気調和機Ａは、居室からのリターンエアを循環利用せずに外気だけを加熱、冷却して居室に供給する全外気方式の空調システムにおける室内機である。空気調和機ＡのケーシングＣ内には、運転時における空気の流れの上流側（外気の吸込口側を上流側とする）から、送風機１、熱交換器２及び加湿器３が、この順に配設されている。

送風機１の上流側のケーシングＣの壁部には、機内吸込空気の温度を検出する吸込温度センサ４及び機内吸込空気の湿度（相対湿度）を検出する湿度センサ５が配設されている。また、加湿器３の下流側のケーシングＣの壁部には、機外吹出空気の温度を検出する吹出温度センサ６が配設されている。なお、簡単のために図示していないが、ケーシングＣ内には、熱交換器２から滴下するドレンを溜めるためのドレンパンや、当該ドレンパンに溜まったドレンを機外に排出するドレンポンプなどが配設されている。

本実施の形態における加湿器３は、加湿エレメントに給水した水を自然蒸発させる方式であり、加湿エレメント７内に複数の板状加湿セルが立設されている。加湿エレメント７には、当該加湿エレメント７よりも上方に配設された給水タンク９から水が補給される。給水タンク９内には、フロートスイッチ１０が配設されており、このフロートスイッチ１０からの信号により、給水管１１の途中に設けられた電磁弁１２が開閉される。また、給水タンク９から加湿エレメント７に至る管路は途中で枝分かれして排水管８となっており、この排水管８には排水弁１６が設けられている。加湿器３の運転停止時に排水弁１６を開放して加湿エレメント７内に溜まった水を排水することにより定期的に前記不純物を流し去ることができる。

前述した構成の空気調和機Ａの冬季の運転時には、吸込側ダクト１３内に配設されたエアフィルター１４で除塵された外気は、熱交換器２で加熱され、必要に応じて加湿器３で加湿され、吹出側ダクト１５を経由して居室に供給される。

本実施の形態では、前述した自然蒸発方式の加湿器３で用いられる加湿エレメント７の適切な交換時期を、当該加湿エレメント７の性能を示す飽和効率の値を用いて判断する。具体的には、空気調和機Ａの最初の運転において、又は、新しい加湿エレメントと交換した直後の運転において求めることができる初期飽和効率と、交換時期を判断する際に求められる飽和効率との比較によって、加湿エレメントの交換時期を判断する。この場合の「比較」は、両飽和効率の差であってもよいし、両飽和効率の比であってもよい。この差又は比を所定の閾値と比較することで加湿エレメントの交換時期を判断することができる。

前記飽和効率は、次のようにして求めることができる。図２は、縦軸が絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ）、横軸が温度（℃）の空気線図である。吸込温度センサ４により求められた機内への吸込空気の温度をＴｉ、湿度センサ５により求められた機内への吸込空気の相対湿度をＲｈｉとすると、この吸込空気の空気線図上における位置はＰｉで示される点である。かかる吸込空気が熱交換器２により加熱されるが、この加熱は顕熱の交換により行われるため、加熱後の空気の絶対湿度と加熱前の空気の絶対湿度とは同一である。

熱交換器２による加熱後の空気に対し、加湿器３により加湿が行われる。この加湿によって、加熱後の空気の絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ）が増加するが、その増加分Δｘは、加湿に用いられた水の量である加湿量Ｍ（ｋｇ／ｈ）、空気調和機Ａの風量Ｑ（ｍ^３／ｈ）、及び空気の密度ρ（ｋｇ／ｍ^３）に基づいて、以下の式（１）により求めることができる。
Δｘ＝Ｍ／（Ｑ×ρ）・・・・・・（１）
ここで、加湿量Ｍは、１回の給水により給水タンク９内に供給される水量は当該給水タンク９の仕様により予め分かっていることから、給水タンク９内に配設されているフロートスイッチ１０から電磁弁１２への開信号の間隔（或る開信号と、その直前の開信号との間隔）により、求めることができる。

空気の密度ρ（ｋｇ／ｍ^３）は、標準空気（２０℃、６５％、１ａｔｍ）における値である１．２（ｋｇ／ｍ^３）を採用することができる。また、空気の密度は温度や湿度によって変化することから、以下の式（２）に従って補正してもよい。
ρ＝ｆ（Ｔｏ、ｘ）・・・（２）
具体的には、以下の式（３）を簡易補正式として用いることができる。
ρ＝４．５５５×１０^−３×（０．６２２＋ｘ）×（Ｔｏ＋２７３．１５）・・・（３）

式（１）により求められる絶対湿度の増加分Δｘと、吹出温度センサ６により求められた機外への吹出空気の温度Ｔｏとから、加湿後の空気の空気線図上における位置Ｐｏを求めることができる。ここで、Ｐｉを通り空気線図の横軸と平行な線分と、Ｐｏを通る等エンタルピー線との交点Ｐｘが熱交換器２により加熱された直後の空気の空気線図上の位置を示している。

そして、ＰｏおよびＰｘを通る等エンタルピー線と、相対湿度１００％を表す曲線Ｒｈ_１００との交点をＰｙとすると、点Ｐｏと点Ｐｘ間の距離を、点Ｐｙと点Ｐｘ間の距離で割った値Ｅｘを加湿エレメント７の性能を示す飽和効率とすることができる。

そして、前記飽和効率Ｅｘと、空気調和機Ａの最初の運転において、又は、新しい加湿エレメントと交換した直後の運転において求めておいた初期飽和効率Ｅ_０との比（Ｅｘ／Ｅ_０）が、例えば０．６よりも小さくなった場合を加湿エレメントの交換時期であると判断することができる。また、Ｅ_０とＥｘとの差が、例えば０．３よりも大きくなった場合を加湿エレメントの交換時期であると判断することができる。

なお、前記飽和効率Ｅｘは、空気線図上で求める以外に、以下のように計算で求めることもできる。すなわち、加湿エレメントを交換した直後の初期加湿量ＬをＬ＝ｇ（Ｑ）×Δｘ´とすれば、この初期加湿量Ｌと運転時における上記加湿量Ｍとの比または差と、所定の閾値との比較に基づいて加湿エレメントの交換時期を判断することもできる。
ここで、Δｘ´は初期運転時における絶対湿度の増加分であり、ｇ（Ｑ）は風量をパラメータとする比例定数である。
初期加湿量は、空気の温度、湿度によらずΔｘ´に比例する。すなわち、加湿エレメントの入口空気の温度が高いほどΔｘ´は大きくなり、初期加湿量もほぼこの値に比例する。Δｘ´は、初期運転時において、吸込み空気（熱交換器による加熱後の空気）の絶対湿度と吹出し温度ＴｏとからＰｘと点Ｐｏを求め、Ｐｏ点とＰｘ点を通る等エンタルピー線と相対湿度１００％を表す曲線Ｒｈ_１００との交点Ｐｙの絶対湿度と、上記吸込み空気の絶対湿度との差から求めることができる。
一方、ｇ（Ｑ）は、使用する加湿エレメントの固有の特性であり、予め実験において同種の加湿エレメントの初期運転時に風量を種々変化させて、Ｌ（＝Ｍ）とΔｘ´を求め、ついでｇ（Ｑ）＝Ｌ／Δｘ´とＱとの関係を最小二乗法などを利用して求めておく。交換後の加湿エレメントの初期運転時の風量Ｑが分かれば、上記関係よりｇ（Ｑ）を求めることができる。

〔その他の変形例〕
なお、今回開示された実施の形態はすべての点において単なる例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、前述した実施の形態では、吸込空気の空気線図上の位置を当該吸込空気の温度と相対湿度とに基づいて特定しているが、図２のＴｘのように吸込空気の温度が低い場合では、相対湿度の違いによる空気線図上の位置の変化が小さいことから、温度Ｔｘを表す線分Ｌの中点ｍを吸込空気の空気線図上の位置として、加湿エレメントの飽和効率を求めることもできる。この場合は、吸込空気の相対湿度の測定を省略することができる。

１送風機
２熱交換器
３加湿器
４吸込温度センサ
５湿度センサ
６吹出温度センサ
７給水パン
８加湿エレメント
９給水タンク
１０フロートスイッチ

Claims

空気調和機（Ａ）に備えられており、加湿エレメント（８）からの水分の蒸発により空気の加湿を行う加湿器（３）の当該加湿エレメント（８）の交換時期を判断する方法であって、
機内への吸込空気の温度と、機外への吹出空気の温度と、前記加湿器（３）への給水量、前記空気調和機（Ａ）の風量及び空気密度から算出される、加湿による空調空気の絶対湿度の増加分とに基づいて、空気線図上の等エンタルピー線を利用して求められる、加湿エレメント（８）の性能を示す飽和効率と、
前記加湿エレメント（８）の初期運転時に求められる初期飽和効率と
の比較により当該加湿エレメント（８）の交換時期を判断することを特徴とする、加湿エレメント（８）の交換時期判断方法。
さらに吸込空気の相対湿度に基づいて前記飽和効率を求める、請求項１に記載の加湿エレメント（８）の交換時期判断方法。