(57)【要約】【課題】空気中の水分を捕集して水を生成し、この水をボイラで沸騰させて水蒸気として室内に搬送する場合に、水蒸気の搬送を簡易で安価な搬送構造により確実に行なえる空気調和機を提供する。【解決手段】室内機３と室外機２との間で冷凍サイクルが構成された空気調和機１において、室外機２に付随して設けられて空気中の水分を捕集して水を生成する水生成手段１３と、水生成手段１３で生成された水が導入される加熱手段４ａを有するボイラ２０と、ボイラ２０に接続された真空ポンプ２１と、真空ポンプ２１の吐出側と室内機３とを接続する通路手段５と、を備え、ボイラ２０は真空ポンプ２１により減圧されて１００℃未満の温度で水を沸騰させ、この沸騰により発生した水蒸気が通路手段５を介して室内機３に供給される。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内に設置される室内機と、前記室内機との間で冷凍サイクルを構成する室外機とを備える空気調和機において、
前記室外機に付随して設けられ、空気中の水分を捕集して水を生成する水生成手段と、
前記水生成手段で生成された水が導入される加熱手段を有するボイラと、
前記ボイラに接続された真空ポンプと、
前記真空ポンプの吐出側と前記室内機とを接続する通路手段と、
を備え、
前記ボイラは前記真空ポンプにより減圧されて１００℃未満の温度で水を沸騰させ、この沸騰により発生した水蒸気が前記通路手段を介して前記室内機に供給されることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記水生成手段は、空気中の水分を結露させる蒸発器を備えることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記冷凍サイクルを構成する圧縮機の吐出側配管であることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和機。
【請求項４】
空気調和機の冷凍サイクルとは独立した加湿用冷凍サイクルを有し、前記加湿用冷凍サイクルの凝縮器が前記ボイラの前記加熱手段として用いられ、前記加湿用冷凍サイクルの蒸発器が前記水生成手段において空気中の水分を結露させることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項５】
前記水生成手段と前記ボイラとを接続する導水管の途中にフィルタが設けられ、前記ボイラ内の水を前記フィルタを通して逆流させるフィルタ洗浄手段を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に関し、特に、空気中の水分を捕集して室内の加湿に用いる無給水の加湿機能を有する空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
冬季における空気調和機の暖房運転時には、室内が乾燥状態になることを防止するために室内を加湿する場合がある。
【０００３】
空気調和機を暖房運転している室内を加湿する方法としては、空気中の水分を捕集して水を生成し、生成した水を室内に供給する無給水方式の方法が知られている。
【０００４】
このような無給水方式の加湿機能を備えた空気調和機としては、例えば、下記特許文献１に記載されたように、空気中の水分をゼオライトやシリカゲルなどの吸湿材に通風吸湿させ、その後にこの吸湿材を加熱して高湿空気を生成し、生成した高湿空気を室内に送風する空気調和機が知られている。
【０００５】
また、下記特許文献２に記載されたように、空気中の水分をゼオライトやシリカゲルなどの吸湿材に通風吸湿させ、その後にこの吸湿材を加熱して高湿空気を生成し、生成した高湿空気を冷却して結露水を生成し、生成した結露水を室内に搬送するようにした空気調和機が知られている。
【０００６】
また、空気中の水分をゼオライトやシリカゲルなどの吸湿材に通風吸湿させ、その後にこの吸湿材を加熱して高湿空気を生成し、生成した高湿空気を冷却して結露水を生成し、生成した結露水をボイラで加熱して沸騰させることにより水蒸気を生成し、この水蒸気を室内に搬送するようにした空気調和機が知られている。
【特許文献１】特開昭６３−２８６６３４号公報
【特許文献２】２００２−３１７９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、結露水を沸騰させて水蒸気を生成し、その水蒸気を室内に搬送する方式の空気調和機においては、水蒸気を搬送する際の圧力損失を考慮してボイラの圧力を高くしなければならない。
【０００８】
また、室内に向けて搬送される水蒸気は、搬送途中で結露水を生じるが、加湿性能を高めるためにはこの結露水をも室内に搬送することが望ましく、結露水を搬送するためにはボイラの圧力をさらに高める必要がある。このため、ボイラの耐圧設計を高めたり、破裂弁や圧力逃がし弁を設ける必要が生じ、設備コストが高くなる。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、空気中の水分を捕集して水を生成し、この水をボイラで沸騰させて水蒸気として室内に搬送する場合に、水蒸気の搬送を簡易で安価な搬送構造により確実に行なうことができる空気調和機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、室内に設置される室内機と、前記室内機との間で冷凍サイクルを構成する室外機とを備える空気調和機において、前記室外機に付随して設けられ、空気中の水分を捕集して水を生成する水生成手段と、前記水生成手段で生成された水が導入される加熱手段を有するボイラと、前記ボイラに接続された真空ポンプと、前記真空ポンプの吐出側と前記室内機とを接続する通路手段と、を備え、前記ボイラは前記真空ポンプにより減圧されて１００℃未満の温度で水を沸騰させ、この沸騰により発生した水蒸気が前記通路手段を介して前記室内機に供給されることである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、空気中の水分を捕集して水を生成し、この水をボイラで沸騰させて水蒸気として室内に搬送する場合に、水蒸気の搬送を簡易で安価な搬送構造により確実に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る空気調和機１を、図１ないし図３に基づいて説明する。空気調和機１は、図１に示すように室外に設置された室外機２と、室内の天井近くに設置された室内機３とを有している。室外機２と室内機３との間には、冷媒が流れる冷媒配管４と、水蒸気が搬送される通路手段である搬送チューブ５とが接続されている。冷媒配管４と搬送チューブ５とは、建物の壁６に形成された開口７を通して配設されている。
【００１４】
空気調和機１は冷凍サイクルを有し、この冷凍サイクルは、図２に示すように、圧縮機８と、四方切換弁９と、室外熱交換器１０と、膨張弁１１と、室内熱交換器１２とが冷媒配管４によって接続されている。圧縮機８と四方切換弁９と室外熱交換器１０と膨張弁１１とが室外機２内に設置され、室内熱交換器１２が室内機３内に設置されている。
【００１５】
また、室外機２内には、空気中の水分を捕集して水を生成する水生成手段１３が設置されている。この水生成手段１３は、高湿な空気を生成する高湿空気生成部１４と、高湿な空気を冷却して結露水を生成する結露部１５とを備えている。
【００１６】
高湿空気生成部１４は、ゼオライトやシリカゲルなどの吸湿材により形成されて回転駆動される吸湿回転体（図示せず）と、この吸湿回転体に外気を送風して水分を吸湿させる吸湿用ファン（図示せず）と、水分を吸湿した吸湿回転体に温風を送風することにより吸湿された水分を吸湿回転体から脱離させる脱離用ファン（図示せず）とを備えている。離脱用ファンにより温風が送風され、吸湿回転体に吸湿された水分が吸湿回転体から脱離されることにより高湿空気が生成される。高湿空気は結露部１５に送風される。
【００１７】
結露部１５は、蒸発器として機能する結露用熱交換器１６と、結露水を受ける結露水受け皿１７と、結露用熱交換器１６及び結露水受け皿１７を囲むケース１８とを備えている。高湿空気生成部１４で生成された高湿空気は、ケース１８内に送風される。結露用熱交換器１６は、一端側が結露用膨張弁１９を介して冷媒配管４における膨張弁１１と室内熱交換器１２との間に接続され、他端側が冷媒配管４における四方切換弁９と圧縮機８の吸込側との間に接続されている。
【００１８】
さらに、室外機２内には、ボイラ２０と真空ポンプ２１とが設置されている。
【００１９】
ボイラ２０は、水生成手段１３において生成された結露水が導入される部分であり、水生成手段１３の結露水受け皿１７とボイラ２０との間に結露水が搬送される導水管２２が配管されている。導水管２２の途中には、結露水中のゴミや異物を除去するフィルタ２３と、ボイラ２０内への結露水の流入量を調整する流量調整弁２４とが設けられている。なお、フィルタ２３は、ボイラ２０より下側に位置するように配置されている。
【００２０】
ボイラ２０には、ボイラ２０内の結露水の水位を検知する水位センサ２５が設けられている。この水位センサ２５の検知結果に応じて流量調整弁２４が開閉され、ボイラ２０内の水量が設定値を越えないように調整されている。
【００２１】
また、ボイラ２０には、冷媒配管４における圧縮機８の吐出側配管４ａが加熱手段として配管され、ボイラ２０内に配管された吐出側配管４ａ内を流れる高温・高圧の冷媒によりボイラ２０内の結露水が加熱される。
【００２２】
なお、冷媒配管４における圧縮機８の吐出側配管４ａを、メイン部とバイパス部とに並列に分岐させ、バイパス部のみをボイラ２０内に配管し、ボイラ２０内の結露水の加熱をバイパス部を流れる冷媒により行なうとともに、流体制御弁を設け、バイパス部を流れる冷媒の流量を調節するようにしてもよい。
【００２３】
また、導水管２２の途中であってフィルタ２３より上流側となる部分からはドレン管２６が分岐されており、ドレン管２６の途中には排水弁２７が設けられている。そして、この排水弁２７と、ボイラ２０に設けられたボイラ２０の圧力開放弁（図示せず）と、排水弁２７と圧力開放弁とを開閉制御する制御部（図示せず）とにより、ボイラ２０内の水を逆流させてドレン管２６から排水することによりフィルタ２３を洗浄するフィルタ洗浄手段が設けられている。
【００２４】
真空ポンプ２１の吸込側はボイラ２０に接続され、真空ポンプ２１の吐出側は室内機３に搬送チューブ５を介して接続されている。
【００２５】
このため、圧縮機８の吐出側配管４ａ内を流れる高温・高圧の冷媒によりボイラ２０内の結露水が加熱されることと、ボイラ２０内が真空ポンプ２１によって減圧されることとにより、ボイラ２０内の結露水は１００℃未満で沸騰が始まる。
【００２６】
図３は、ボイラ２０内の圧力と水の沸点との関係を示すグラフであり、ボイラ２０内の圧力を０．０３ＭＰａ（abs）（大気圧；０．１０１３ＭＰａ、完全真空；０ＭＰａ）にするまで減圧すると、水温を７０℃としたときに蒸発が始まり、水蒸気を発生させることができる。
【００２７】
このような構成において、空気調和機１が暖房運転された場合には、水生成手段１３において結露水が生成され、生成された結露水が導水管２２内を通ってボイラ２０内に搬送される。なお、ボイラ２０内は真空ポンプ２１の駆動により減圧されているため、結露水受け皿１７がボイラ２０より下側に位置する場合でも、ポンプを用いることなく結露水受け皿１７からボイラ２０内へ結露水を搬送することができ、結露部１５とボイラ２０との設置位置に関する自由度を高めることができる。
【００２８】
水生成手段１３においては、高湿空気を冷却して結露水を生成するために、蒸発器として機能する結露用熱交換器１６を用いている。このため、単に送風して高湿空気を冷却する場合に比べて、効率良く結露水を得ることができる。
【００２９】
ボイラ２０内には、冷媒配管４における圧縮機８の吐出側配管４ａが配管されており、この吐出側配管４ａが加熱手段として機能することによりボイラ２０内の結露水が加熱される。さらに、真空ポンプ２１が駆動されることによりボイラ２０内が減圧される。このため、ボイラ２０内の結露水が加熱されることと、ボイラ２０内が減圧されることとにより、ボイラ２０内では１００℃未満で沸騰が始まり、水蒸気が発生する。ボイラ２０内で発生した水蒸気は、真空ポンプ２１の吐出側から搬送チューブ５内を通って室内機３内に搬送され、室内に放出されて室内が加湿される。
【００３０】
搬送チューブ５内を搬送される水蒸気は冷やされて搬送チューブ５内で結露することがあり、搬送チューブ５内で結露した水を真空ポンプ２１の排気圧を利用して室内機３へ搬送することができる。
【００３１】
したがって、ボイラ２０で発生した水蒸気の室内機３への搬送を、ボイラ２０の耐圧設計を高めることなく、及び、破裂弁や圧力逃がし弁を設けることなく、安価な搬送構造により確実に行なうことができる。
【００３２】
ボイラ２０は減圧型であり、ボイラ２０内の圧力が上がれば水蒸気が発生しなくなる。したがって、ボイラ２０内の圧力が設定値以上に上昇することを防止するため、ボイラ２０内に流入する結露水の水量を、水蒸気の発生量とが同じ程度となるように調整しなければならない。そこで、水位センサ２５の検知結果に応じて開閉される流量調整弁２４を導水管２２に設けることにより、ボイラ２０内の水量を設定値を越えないように調整することができる。
【００３３】
なお、水位センサ２５に代えてボイラ２０内の圧力を検知する圧力センサを設け、この圧力センサの検知結果に応じて流量調整弁２４を開閉することにより、ボイラ２０内の水量が設定値を越えないように調整してもよい。
【００３４】
ここで、ボイラ２０内の結露水を加熱する加熱手段として、冷媒配管４における圧縮機８の吐出側配管４ａを利用しているため、ヒータ等の専用の加熱手段を設ける必要がなく、部品点数の削減や、室外機２の小型化を図ることができる。
【００３５】
流量調整弁２４にゴミや異物が侵入して流量調整弁２４の動作が支障をきたすと、ボイラ２０内の水量調整が不調になる。このため、流量調整弁２４にゴミや異物が侵入することを防止するためのフィルタ２３を導水管２２の途中に設けている。
【００３６】
なお、フィルタ２３にゴミや異物が付着すると、ボイラ２０内への結露水の導入を十分に行なえなくなる。そこで、フィルタ２３に一定量のゴミや異物が付着した場合、又は、定期的にフィルタ２３の逆流洗浄を行う。このフィルタ２３の逆流洗浄時には、排水弁２７とボイラ２０の圧力開放弁とを開弁することにより行なう。排水弁２７とボイラ２０の圧力開放弁とが開弁されると、ボイラ２０内の液面とフィルタ２３との水頭差により、ボイラ２０内の結露水が導水管２２内をフィルタ２３側へ逆流し、フィルタ２３を通過した後にドレン管２６から排水される。そして、結露水がフィルタ２３を通過する際にフィルタ２３に付着しているゴミや異物がフィルタ２３から剥がされ、フィルタ２３から剥がされたゴミや異物が逆流する結露水と共にドレン管２６から排出される。
【００３７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る空気調和機３１について、図４に基づいて説明する。なお、第１の実施の形態において説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。
【００３８】
第２の実施の形態の基本的な構成は第１の実施の形態と同じであり、異なる点は、第２の実施の形態の空気調和機３１には、冷暖房用の冷凍サイクルと、この冷凍サイクルとは別個に加湿用の冷凍サイクルとが設けられている点である。
【００３９】
冷暖房用の冷凍サイクルは、第１の実施の形態で説明したように、圧縮機８と、四方切換弁９と、室内熱交換器１２と、膨張弁１１と、室外熱交換器１０とが冷媒配管４によって接続されている。
【００４０】
加湿用の冷凍サイクルは、圧縮機３２と、加熱用熱交換器３３と、膨張弁３４、結露用熱交換器３５とが冷媒配管３６によって接続されている。この加湿用の冷凍サイクルは、室外機２内に設置されている。
【００４１】
また、室外機２内には、空気中の水分を捕集して水を生成する水生成手段１３が設置されている。この水生成手段１３は、高湿な空気を生成する高湿空気生成部１４と、高湿な空気を冷却して結露水を生成する結露部１５とを備えている。
【００４２】
結露部１５は、蒸発器として機能する結露用熱交換器３５と、結露水を受ける結露水受け皿１７と、結露用熱交換器３５及び結露水受け皿１７を囲むケース１８とを備えている。高湿空気生成部１４で生成された高湿空気は、ケース１８内に送風される。
【００４３】
さらに、室外機２内には、ボイラ２０と真空ポンプ２１とが設置されている。
【００４４】
ボイラ２０は、水生成手段１３において生成された結露水が導入される部分であり、水生成手段１３の結露水受け皿１７とボイラ２０との間に導水管２２が配管されている。導水管２２の途中には、フィルタ２３と流量調整弁２４とが設けられている。
【００４５】
ボイラ２０には、水位センサ２５が設けられ、水位センサ２５の検知結果に応じて流量調整弁２４が開閉され、ボイラ２０内の水量が設定値を越えないように調整されている。
【００４６】
また、ボイラ２０には、凝縮器として機能する加熱用熱交換器３３が加熱手段として設置され、この加熱用熱交換器３３によりボイラ２０内の結露水が加熱される。
【００４７】
このような構成において、空気調和機３１が暖房運転される場合には、加湿用の冷凍サイクルが駆動される。加湿用の冷凍サイクルが駆動されることにより、水生成手段１３において結露水が生成され、生成された結露水がボイラ２０内に搬送される。
【００４８】
ボイラ２０内の結露水は加熱用熱交換器３３により加熱され、及び、真空ポンプ２１が駆動されてボイラ２０が減圧されることにより、ボイラ２０内では１００℃未満で沸騰が始まり、水蒸気が発生する。ボイラ２０内で発生した水蒸気は、真空ポンプ２１の吐出側から搬送チューブ５内を通って室内機３内に搬送され、室内に放出されて室内が加湿される。
【００４９】
なお、前記第１の実施の形態及び第２の実施の形態において、水生成手段１３に高湿空気生成部１４を設けたが、高湿空気生成部１４を設けずに、外気を直接結露用熱交換器１６、３５に接触させて結露水を得るようにしても良い。また、水生成手段は前記第１の実施の形態及び第２の実施の形態に記載のものに限定されるものではない。
【００５０】
さらに、ボイラ内の結露水の加熱手段は、圧縮機の吐出側配管に限らず、各種のヒータ等であっても良い。
【００５１】
また、水生成手段、ボイラ及び真空ポンプは、室外機の筐体の外側に設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る空気調和機の概略を示す模式図である。
【図２】空気調和機の冷凍サイクルの構成、及び、加湿機構の構成を示すブロック図である。
【図３】圧力と水の沸点との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る空気調和機の冷凍サイクルの構成、及び、加湿機構の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…空気調和機、２…室外機、３…室内機、４ａ…吐出側配管（加熱手段）、５…搬送チューブ（通路手段）、８…圧縮機、１３…水生成手段、１６…結露用熱交換器（蒸発器）、２０…ボイラ、２１…真空ポンプ、２２…導水管、２３…フィルタ、３３…加熱用熱交換器（凝縮器、加熱手段）、３５…結露用熱交換器（蒸発器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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