JP2017032225A - 加湿装置及び空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低消費電力と高い加湿能力を両立させること。【解決手段】加湿装置１００は、水又は水を含む第一の液体を収容する水タンク１１１と、この水タンクの側壁に設けられた水タンク開口部１１１ａと、この水タンクの側壁に隣接して配置され第一の液体より浸透圧が高く、かつ、水を含む第二の液体を収容する混合タンク１１２と、混合タンクの側壁に設けられ水タンク開口部に連通する混合タンク開口部１１２ａと、水タンク開口部と混合タンク開口部との間に液密に配置された浸透膜１１３とを有する送水部１１０と、送水部から供給された第二の液体から水を気化させる気化モジュール１２１と、混合タンクから気化モジュールへ第二の液体を送出する送り配管１３０と、気化モジュールから混合タンクへ第二の液体を戻す戻り配管１４０とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、加湿装置及び空気調和装置に関する。

空気調和装置を用いて室内（対象空間）を暖房する際、加湿機能を持たせることで快適性を向上させる技術が提案されている。例えば、室外に設置されて加湿用空気を生成する加湿ユニットと、室内に開口して加湿用空気を加湿ユニットから室内に導く空気ダクトとを備え、加湿用空気を室内に送り込んで室内を加湿する加湿装置が提案されている。また、加湿用空気を室内に導入する技術や、浸透圧を用いて送液する技術が知られている。

特許第３４３８６７２号明細書 特開２０１５−０２１４９０号公報

外気から水を回収する加湿機能を有する空気調和装置を用いて、室外が低温・低湿環境で加湿をする場合、外気中に含まれる水分量が低いために加湿能力が低下する。また、熱源を用いて外気から吸着した水を室内に導き放出するため、大きな消費電力が必要となっている。このため、低消費電力と高い加湿能力を両立する加湿装置や、このような加湿装置が組み込まれた空気調和装置が望まれている。

本発明の実施形態の加湿装置は、水又は水を含む第一の液体を収容する水タンクと、この水タンクの側壁側に設けられた水タンク開口部と、この水タンク開口部に隣接して配置され前記第一の液体より浸透圧が高く、かつ、水を含む第二の液体を収容する混合タンクと、前記水タンク開口部に対向してこの混合タンクの側壁側に設けられた混合タンク開口部と、前記水タンク開口部と前記混合タンク開口部との間に液密に配置された浸透膜と、を有する送水部を備えている。また、送水部から供給された前記第二の液体から水を気化させる気化モジュールと、前記混合タンクから前記気化モジュールへ前記第二の液体を送出する送り配管と、前記気化モジュールから前記混合タンクへ前記第二の液体を戻す戻り配管を備えている。

第１の実施の形態に係る加湿装置が組み込まれた空気調和装置の構成を示す説明図。 同空気調和装置に組み込まれた気化モジュールの構成を示す説明図。 第２の実施の形態に係る加湿装置が組み込まれた空気調和装置の構成を示す説明図。

（実施形態１）
図１は第１の実施の形態に係る空気調和装置１０の加湿装置１００と室内機２０の構成を示す説明図、図２は加湿装置１００の気化モジュール１２１の構成を示す説明図である。なお、説明においてＷは水（第一の液体）、Ｐは濃度１〜２０重量％の食塩水などの成分で構成する水溶液（第二の液体）を示している。水溶液は浸透圧誘発媒質である塩化ナトリウムを水に溶解した食塩水などが用いられ、水Ｗより密度が高い。浸透圧誘発媒質として、塩化ナトリウムの他、塩化カルシウム、塩化カリウム、グリセリン等を用いることができる。浸透圧誘発媒質の濃度が高いほど水溶液の密度が高くなる。

空気調和装置１０は、室内の壁面上部に設置される室内機２０と、この室内機２０と冷媒配管で接続され室外に設置される室外機（図示せず）と、詳細を後述する加湿装置１００とを備えている。

室内機２０は、筐体内部に構成する通風路中に室内熱交換器２１、通風路に室内空気を導き、室内熱交換器２１を通過させた空気を再び室内に吹出す送風機２２が配設され、この通風路出口側に吹出し口２３が形成されている。

室外機は、図示しないが、筐体内部に、前記室内機２０の前記室内熱交換器２１と冷媒配管接続されて冷媒回路を構成する圧縮機、流路切換弁、膨張弁、室外熱交換器などの冷凍サイクル部品と、室外熱交換器への通風を行うための室外送風機が設置されている。

加湿装置１００は、室内の床面上に設置される送水部１１０と、室内の壁面上部に設置される室内機２０内に取付けられる気化モジュール１２１と、送水部１１０と気化モジュール１２１とを流体的に接続する送り配管１３０と、戻り配管１４０とを備えている。送り配管１３０は送水部１１０から室内機２０内の気化モジュール１２１へ水溶液Ｐを送り、戻り配管１４０は室内機２０内の気化モジュール１２１から送水部１１０側へ水溶液Ｐを戻す。

なお、送水部１１０と室内機２０との位置関係は、室内機２０に対して重力方向下部に送水部１１０が配置されるよう構成され、具体的には部屋の壁面の高い位置に室内機２０が設置された室内の床面上に送水部１１０が設置されている。

送水部１１０は、水Ｗを貯えた水タンク１１１と、水溶液Ｐを蓄えた混合タンク１１２とを備えている。

水タンク１１１は、混合タンク１１２に連通する側壁に水タンク開口部１１１ａが設けられている。また、混合タンク１１２は、水タンク１１１に連通する側壁に混合タンク開口部１１２ａが設けられている。水タンク開口部１１１ａと混合タンク開口部１１２ａとは互い連通して配置されており、この間に挟持された、浸透膜１１３と、この浸透膜１１３の水タンク１１１側に積層配置された浄水フィルタ１１４と、を備えている。
なお、浸透膜１１３及び浄水フィルタ１１４は水タンク１１１及び混合タンク１１２に対し液密に設けられており、隙間から液体が漏れることはない。

水タンク１１１の上部には開閉蓋１１１ｂが設けられ、使用者が外部から水を供給可能な構造を有している。水タンク１１１内の水Ｗが所定量以下になった場合等は、開閉蓋１１１ｂを開いて市水・井水等を供給する。また、開閉蓋１１１ｂを開いて水を排出することも出来る。

浸透膜１１３は、水タンク１１１内の水Ｗと混合タンク１１２内の水溶液Ｐに含まれる塩化ナトリウムとの濃度差により、低濃度側の水タンク１１１から高濃度側の混合タンク１１２に水を正浸透させる役割を有する。このような浸透膜の１１３材料としてセロファン等の半透膜、ポリビニルアルコール等の逆浸透膜を用いることができる。また、浄水フィルタ１１４は、一般的に水タンク１１１内の水Ｗとして使用される市水や井水に含まれるカルシウムイオン等のスケールやゴミが浸透膜１１３に付着するのを抑制し、浸透膜１１３の機能低下を防止する。

図２に示すように、気化モジュール１２１は、導入された水溶液Ｐを並列に分流して流す複数の通路溝が形成された流路１２１ａと、この流路１２１ａの開口面を覆う気化膜１２１ｂとから構成される。気化モジュール１２１は、送り配管１３０から導入された水溶液Ｐが流路１２１ａで気化膜１２１ｂに接することで、気化膜１２１ｂに浸透させ、水分だけを気化膜１２１ｂの外表面から気化させる機能を有している。流路１２１ａの出口側に送られた水溶液Ｐは、戻り配管１４０から混合タンク１１２側に戻される。

気化モジュール１２１は、流路１２１ａは塩化ビニール、ポリカーボネイト、ＡＢＳ等の樹脂を基材として形成され、気化膜１２１ｂには市販の多孔質性気液分離膜、ポリウレタンフィルム、ナフィオン膜等が用いられる。

気化モジュール１２１は、室内機の通風路中に配置されており、室内熱交換器２１の上流側（空気の流れに対して）に配置しても、下流側に配置しても良い。送風機２２を運転することで、室内機２０の通風路に導かれた室内空気は室内熱交換器２１で冷却・除湿あるいは加熱される、また暖房運転時の加湿運転時は、気化モジュール１２１へ、送水部１１０から水溶液Ｐを供給することで、気化膜１２１ｂの外表面から気化した水分が放出され加湿運転が行われる。

送り配管１３０と戻り配管１４０は、いずれもステンレス等の金属配管の他、テフロン（登録商標）やシリコン等の樹脂配管を用いることができる。戻り配管１４０の途中には逆止弁１４１が設けられている。逆止弁１４１により、気化モジュール１２１から混合タンク１１２方向に水溶液Ｐが流れるが、混合タンク１１２から気化モジュール１２１方向には水溶液Ｐが流れないよう制御される。これにより、水溶液Ｐの流れは混合タンク１１２から送り配管１３０を経て気化モジュール１２１に供給され、戻り配管１４０を経て再び混合タンク１１２へと戻る一方向の液体循環閉ループが形成される。

このように構成された加湿装置１００を有する空気調和装置１０の運転動作について説明する。使用者が加湿動作開始時に水タンク１１１に外部から水Ｗを供給する。混合タンク１１２には所定の濃度の水溶液Ｐが収容されており、水タンク１１１の水Ｗとの濃度差により、浸透膜１１３を介して水タンク１１１から混合タンク１１２へと水Ｗの透過が発生する。水Ｗの透過が進むにつれ、液体循環閉ループの内圧は上昇する。そして、浸透圧と液体循環閉ループの内圧がバランスしたところで圧力は安定する。

次に、暖房運転時、空気調和装置１０の運転を開始することで、室内機２０の送風機２２が運転を開始する。これにより室内の空気が、室内熱交換器２１を通過することで加熱され、気化モジュール９の付近を通過することで気化した水分で加湿され、吹出口２３から室内に送風され、室内は暖房、加湿が行われる。

加湿装置１００は、気化に伴い気化モジュール１２１の流路１２１ａ内の水溶液濃度は増加し、循環ラインの圧力が減少する。流路１２１ａ内の水溶液濃度が増加すると水溶液の密度が増加するため、室内機２０より重力方向下部に配置された送水部１１０へと高濃度の水溶液Ｐが戻り配管１４０を経て移動する。また、圧力が減少すると浸透圧とのバランスにより浸透膜を介して水タンク１１１から混合タンク１１２へと水が透過し、混合タンク１１２内の水溶液が希釈される。混合タンク１１２内の水溶液密度は気化モジュール１２１の流路１２１ａ内の水溶液密度に比べて低くなるため、混合タンク１１２内の希釈された水溶液は送水部１１０より重力方向上部に配置された室内機２０へと送り配管１３０を経て移動する。この一連の水の移動により、連続した加湿動作が可能となる。使用者が水タンク１１１から水を排出することで、加湿動作は停止する。

本実施の形態では浸透膜で生じる浸透圧と、水溶液の密度差による水の移動を利用して受動的に気化モジュール１２１に水を供給する。また、気化モジュール１２１における水の気化に室内機２０の送風機による通風を利用する。よって、低消費電力で室内を加湿することが可能となる。また、浸透圧誘発媒質に塩化ナトリウムを用いた場合、防腐効果により循環ライン内を循環する水溶液Ｐ内に細菌等が発生するのを抑制でき、安全性を確保することが可能となる。さらに、浸透膜１１３はカルシウムイオン等のスケール透過を抑制することから、気化膜１２１ｂにスケールが析出して気化能力が低下することを防止し、信頼性も確保することができる。

加湿装置１００が組み込まれた空気調和装置１０によれば、室外が低温・低湿環境で加湿をする場合であっても、加湿能力が低下せず、また、熱源を用いないので、低い消費電力で動作が可能であり、低消費電力と高い加湿能力とを両立させることができる。

なお、上述した例では、第一の液体は水、第二の液体は水より濃度の高い水溶液として説明したが、浸透膜１１７による水の移動が発生すれば良いため、第一の液体を低濃度の水溶液、第二の液体を高濃度の水溶液としてもよい。
（実施形態２）
図３は第２の実施の形態に係る加湿装置１００Ａが組み込まれた空気調和装置１０Ａの構成を示す説明図である。図３において図１と同一機能部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

加湿装置１００Ａは、室内の床面上に設置される送水部１１０と、室内の壁面上部に設置される室内機２０内に取付けられる気化モジュール１２１と、送水部１１０と気化モジュール１２１とを流体的に接続する送り配管１３０と、戻り配管１４０とを備えている。

加湿装置１００Ａにおいては、送り配管１３０の途中に電磁弁等の開閉弁１３１が設けられている。また、混合タンク１１２内に撹拌部１１２ｂが設けられている。撹拌部１１２ｂは、混合タンク１１２内の水溶液Ｐを撹拌する機能を有し、手動若しくはモータ等の電力による制御可能なものが用いられる。開閉弁１３１は戻り配管１４０に設けても良い。

このように構成された加湿装置１００Ａが組み込まれた空気調和装置１０Ａの運転動作について説明する。まず、開閉弁１３１が閉の状態で使用者が水タンク１１１に外部から水Ｗを供給して、浸透圧と液体循環ループの内圧がバランスしたところで圧力は安定する点までは上述した空気調和装置１０と同じである。

加湿動作が要求された場合には開閉弁１３１を開き、送水部１１０と室内機２０とを流体的に連通させ、その後は上述した空気調和装置１０と同様に加湿が行われる。なお、加湿動作を停止するには、開閉弁１３１を閉める。これにより室内機２０に水溶液Ｐの供給が遮断され、加湿動作が停止する。

次回、加湿装置１００Ａの加湿動作を再開する時には、撹拌部１１２ｂを操作し混合タンク１１２内の水溶液を撹拌し、開閉弁１３１を開く。加湿動作を長期間停止させていると、混合タンク１１２内で塩化ナトリウムの濃度分布が生じ、浸透圧が低下するためである。起動時に混合タンク１１２内を撹拌することで混合タンク１１２内の濃度分布が均一になるようにし、浸透圧による水の移動を安定して起こし、気化モジュール１２１への水供給能力を確保する。なお、加湿動作運転中も撹拌部１１２ｂを操作して混合タンク１１２内の水溶液を撹拌しても良い。これにより運転中に送水部１１０から気化モジュール１２１への水供給能力を確保することが可能となる。

本実施の形態では、開閉弁１３１の開閉と撹拌部１１２ｂの撹拌により加湿動作の安定性と起動・停止時の信頼性を高めることが可能となる。

加湿装置１００Ａが組み込まれた空気調和装置１０Ａによれば、室外が低温・低湿環境で加湿をする場合であっても、加湿能力が低下せず、また、熱源を用いないので、低い消費電力で動作が可能であり、低消費電力と高い加湿能力とを両立させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１０，１０Ａ…空気調和装置、２０…室内機、１００，１００Ａ…加湿装置、１１０…送水部、１１１…水タンク、１１１ａ…水タンク開口部、１１１ｂ…開閉蓋、１１２…混合タンク、１１２ａ…混合タンク開口部、１１２ｂ…撹拌部、１１３…浸透膜、１１４…浄水フィルタ、１２１…気化モジュール、１２１ａ…流路、１２１ｂ…気化膜、１３０…送り配管、１３１…開閉弁、１４０…戻り配管、１４１…逆止弁、Ｗ…水（第一の液体）、Ｐ…水溶液（第二の液体）。

Claims (9)

1. 水又は水を含む液体である第一の液体を収容する水タンクと、この水タンクの側壁に設けられた水タンク開口部と、前記水タンクに隣接して配置され前記第一の液体より浸透圧が高く、かつ、水を含む液体である第二の液体を収容する混合タンクと、この混合タンクの側壁に設けられ前記水タンク開口部に連通する混合タンク開口部と、前記水タンク開口部と前記混合タンク開口部との間に液密に配置された浸透膜とを有する送水部と、
   前記送水部から供給された前記第二の液体から水を気化させる気化モジュールと、
   前記混合タンクから前記気化モジュールへ前記第二の液体を送出する送り配管と、
   前記気化モジュールから前記混合タンクへ前記第二の液体を戻す戻り配管と、を備える加湿装置。
2. 前記戻り配管に前記混合タンク側から前記気化モジュール側への前記第二の液体の逆流を防止する逆止弁が設けられている請求項１に記載の加湿装置。
3. 前記送り配管に開閉弁が設けられている請求項１に記載の加湿装置。
4. 前記送水部は、前記混合タンク内の前記第二の液体を撹拌する撹拌部を備えている請求項１に記載の加湿装置。
5. 前記送水部が室内床面に配置され、前記気化モジュールが前記室内床面より高い場所に配置される請求項１に記載の加湿装置。
6. 前記水タンクと前記浸透膜の間に浄水フィルタが設けられている請求項１に記載の加湿装置。
7. 前記第二の液体として前記第一の液体よりも密度の高い水溶液を用いる請求項１に記載の加湿装置。
8. 前記第一の液体として水、前記第二の液体として濃度１〜２０重量％の水溶液を用いる請求項１に記載の加湿装置。
9. 請求項１〜８のいずれか記載の加湿装置を有する空気調和装置。