JP2017032225A - 加湿装置及び空気調和装置 - Google Patents
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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。
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。
(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。
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。
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。
(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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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- 2015-08-03 JP JP2015153621A patent/JP2017032225A/ja active Pending
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