(57)【要約】【課題】水の蒸発を容易にして加湿能力を高めた空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置１では、結露熱交換器１１７で結露水が採取される。その結露水は、水供給部２６によって浄化され加湿部２１へ搬送される。加湿部２１は、ノズル２１ａで水を室内熱交換器１５へ噴霧する。水を噴霧するときのノズル圧力は、０．３ＭＰａから１．０ＭＰａに設定されている。この空気調和装置１では、暖房運転時、ノズル２１ａから噴霧された水は、放熱している室内熱交換器１５上へ微粒子となって拡散するので、水の蒸発速度が速まり、加湿の立ち上がり性能が向上する。また、加湿用の水を外気から採取できるので、水切れ、水不足が防止され安定した加湿能力が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内の空気と冷媒との間で熱交換を行なわせる室内熱交換器（１５）と、
前記室内を加湿する加湿手段（２１）と、
前記加湿手段（２１）へ水を搬送する水供給手段（２６）と、
を備え、
前記加湿手段（２１）は、前記水供給手段（２６）によって搬送された水を前記室内熱交換器（１５）へ噴霧するノズル（２１ａ）を有している、
空気調和装置（１）。
【請求項２】
前記水を噴霧するときのノズル圧力が、０．３ＭＰａから１．０ＭＰａに設定されている、
請求項１に記載の空気調和装置（１）。
【請求項３】
前記室内熱交換器（１５）へ冷媒を導く冷媒配管（１７）と、
前記加湿手段（２１）へ水を導く配水管（２２）と、
をさらに備え、
前記冷媒配管（１７）と前記配水管（２２）とが近接して配置されている、
請求項１に記載の空気調和装置（１）。
【請求項４】
外気に含まれる水分を結露させる結露手段（１１７）をさらに備え、
前記水供給手段（２６）は、前記結露手段（１１７）で採取された水を前記加湿手段（２１）へ搬送する、
請求項１に記載の空気調和装置（１）。
【請求項５】
前記室内熱交換器（１５）で熱交換される空気の流れを発生させる室内ファン（６３）をさらに備え、
前記室内熱交換器（１５）は、前記冷媒配管（１７）が接続される冷媒入口を前記室内ファン（６３）よりも上方となるように配置されており、
前記ノズル（２１ａ）が、前記室内熱交換器（１５）の前記冷媒入口の近傍を含む上部領域に向って前記水を噴霧する、
請求項１に記載の空気調和装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置に関し、特に、加湿手段を備えた空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気中から採取した水を室内加湿に利用する空気調和装置が広く普及している（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の空気調和装置は、室外空気中の水分を吸着する素子部、その素子部から水を放出させて結露させる熱交換部、及びその水を噴射して微細な水滴にする霧化部を含む加湿装置を備えている。加湿装置で発生した微細な水滴は、送風機によって室内へ吹き出され、蒸発し拡散する。
【特許文献１】特開２００４−１９０９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の空気調和装置では、加湿装置で発生した微細な水滴は、全てが室内で蒸発して拡散するのではなく、一部は蒸発せずに壁などに付着するので、加湿能力という観点からは非効率である。
【０００４】
本発明の課題は、水の蒸発を容易にして加湿能力を高めた空気調和装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明に係る空気調和装置は、室内熱交換器と、加湿手段と、水供給手段とを備えている。室内熱交換器は、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行なわせる。加湿手段は、室内を加湿する。水供給手段は、加湿手段へ水を搬送する。そして、加湿手段は、水供給手段によって搬送された水を室内熱交換器へ噴霧するノズルを有している。
【０００６】
この空気調和装置では、暖房運転時、ノズルから噴霧された水は、放熱している室内熱交換器上へ霧状に拡散するので、水の蒸発速度が速まり、加湿の立ち上がり性能が向上する。
【０００７】
第２発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、水を噴霧するときのノズル圧力が、０．３ＭＰａから１．０ＭＰａに設定されている。
【０００８】
この空気調和装置では、水が微粒子となって拡散するので、室内熱交換器上で水が蒸発し易くなる。
【０００９】
第３発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、室内熱交換器へ冷媒を導く冷媒配管と、加湿手段へ水を導く配水管とをさらに備えている。そして、冷媒配管と配水管とが近接して配置されている。
【００１０】
この空気調和装置では、暖房運転時、室内熱交換器に流入する冷媒は高温となっており、周囲温度が低温であっても配水管は冷媒配管からの放熱を受けるので、配水管内の水の凍結が防止される。さらに、配水管内で水の温度が上昇しているので、ノズルから噴霧された水が蒸発し易くなる。
【００１１】
第４発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、外気に含まれる水分を結露させる結露手段をさらに備えている。そして、水供給手段は、結露手段で採取された水を加湿手段へ搬送する。
【００１２】
この空気調和装置では、加湿用の水が外気から採取できるので、水切れ、水不足が防止され安定した加湿能力が提供される。
【００１３】
第５発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、室内ファンをさらに備えている。室内ファンは、室内熱交換器で熱交換される空気の流れを発生させる。室内熱交換器は、冷媒配管が接続される冷媒入口を室内ファンよりも上方となるように配置されている。そして、ノズルが、室内熱交換器の冷媒入口の近傍を含む上部領域に向って水を噴霧する。
【００１４】
この空気調和装置では、冷媒入口の近傍を含む上部領域は、流入してきた冷媒が早い段階で通過する領域であり、他の領域に比べて温度が高い。その結果、噴霧された水が蒸発し易くなる。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明に係る空気調和装置では、暖房運転時、ノズルから噴霧された水は、放熱している室内熱交換器上へ霧状に拡散するので、水の蒸発速度が速まり、加湿の立ち上がり性能が向上する。
【００１６】
第２発明に係る空気調和装置では、水が微粒子となって拡散するので、室内熱交換器上で水が蒸発し易くなる。
【００１７】
第３発明に係る空気調和装置では、周囲温度が低温であっても配水管は冷媒配管からの放熱を受けるので、配水管内の水の凍結が防止される。さらに、配水管内で水の温度が上昇しているので、ノズルから噴霧された水が蒸発し易くなる。
【００１８】
第４発明に係る空気調和装置では、加湿用の水が外気から採取できるので、水切れ、水不足が防止され安定した加湿能力が提供される。
【００１９】
第５発明に係る空気調和装置では、冷媒入口の近傍を含む上部領域は、流入してきた冷媒が早い段階で通過する領域であり、他の領域に比べて温度が高い。その結果、噴霧された水が蒸発し易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２１】
＜空気調和装置１の概略構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る空気調和装置の構成図である。図１において、空気調和装置１は、冷媒が流通する冷媒回路１０を備えている。冷媒回路１０は、圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３、第１膨張弁１４ａ、室内熱交換器１５及びアキュームレータ２０などが接続されることによって形成されている。圧縮機１１を出た冷媒は、四路切換弁１２によって室外熱交換器１３又は室内熱交換器１５のいずれか一方に流れる。
【００２２】
たとえば、暖房運転時、制御部４は四路切換弁１２に図１の実線で示した流路を選択させて冷媒を室内熱交換器１５へ流す。一方、冷房運転時には、制御部４は四路切換弁１２に図１の点線で示した流路を選択させて冷媒を室外熱交換器１３へ流す。第１膨張弁１４ａは、冷媒の流路を絞って冷媒を減圧する。アキュームレータ２０は、余分な液冷媒を溜めて圧縮機１１にガス冷媒だけを戻す。
【００２３】
冷媒回路１０は、吸着熱交換器１１６と結露熱交換器１１７とをさらに有している。吸着熱交換器１１６は、室内熱交換器１５と第１膨張弁１４ａとの間に接続されている。結露熱交換器１１７は、室外熱交換器１３と並列に接続されている。室外熱交換器１３と結露熱交換器１１７は共に蒸発器として機能し、特に、結露熱交換器１１７は、外気の水分を結露させることを目的とする。
【００２４】
吸着熱交換器１１６の表面には、ゼオライトを主成分とする吸着剤が担持されている。吸着剤は、ゼオライトに限定されるものではなく、シリカゲル、活性炭、親水性又は吸水性を有する有機高分子ポリマー系材料、カルボン酸基又はスルホン酸基を有するイオン交換樹脂系材料、感温性高分子等の機能性高分子材料などから選択される。
【００２５】
冷媒回路１０は、第２膨張弁１４ｂと第３膨張弁１４ｃとをさらに有している。第２膨張弁１４ｂは、結露熱交換器１１７の冷媒流れの上流に接続されている。第２膨張弁１４ｂは、第１膨張弁１４ａで減圧された冷媒をさらに減圧するので、結露熱交換器１１７での冷媒の蒸発温度は、室外熱交換器１３での冷媒の蒸発温度よりも低く、結露熱交換器１１７の温度は室外熱交換器１３の温度よりも低くなる。第３膨張弁１４ｃは、室内熱交換器１５と吸着熱交換器１１６との間に接続されている。第３膨張弁１４ｃは、室内熱交換器１５から吸着熱交換器１１６へ流れてくる冷媒を減圧するものであるが、通常は開いている。
【００２６】
室内熱交換器１５の近傍には加湿部２１が配置されている。加湿部２１は、室内熱交換器１５を通過して室内に吹出される空気に適度の水分を与える。加湿部２１に供給される水は、タンク２３に貯留されている。タンク２３内の水は、室外熱交換器１３及び結露熱交換器１１７で発生した結露水を浄化した水であり、その水はポンプ２５でくみ上げられ配水管２２を通って加湿部２１に搬送される。
【００２７】
本実施形態では、室内熱交換器１５と加湿部２１とは室内ユニット３側にあり、その他は、室外ユニット２側にある。制御部４は、ＣＰＵ及びメモリを内蔵しており、空気調和装置１の各機器を制御している。
【００２８】
＜室外ユニット２＞
図２は空気調和装置の構造を示す斜視図である。図２において、室外ユニット２と室内ユニット３とは、冷媒配管１７によって繋がっている。室外ユニット２の上部には、外気から水分を結露させて集める捕水部７が配置されている。捕水部７は、吸着熱交換器１１６、結露熱交換器１１７、ドレンパン３１ｂおよびファン１１８を含んでいる。ドレンパン３１ｂは、結露熱交換器１１７の下方に位置し、結露熱交換器１１７で発生した結露水をさらに下方へ流す。
【００２９】
室外ユニット２の上部壁面には通気口１０２が設けられ、通気口１０２から所定距離離れた位置には吹出口１１９が設けられている。ファン１１８は、静圧の高いシロッコファンであり、ファン１１８が回転することによって通気口１０２から外気が吸込まれ、その外気は、空気流Ａとなって吸着熱交換器１１６、結露熱交換器１１７を通過して、吹出口１１９から吹出される。ファン１１８が設けられることによって、吸着熱交換器１１６および結露熱交換器１１７を通過する風量の調節が自由になり、結露水の発生量が制御し易くなる。
【００３０】
室外ユニット２の中央部には、図１で示した圧縮機１１、四路切換弁１２、及び室外熱交換器１３及びドレンパン３１ａが配置されている。また、室外ファン８１も配置されており、回転することによって外気を吸込み、室外熱交換器１３に外気を当てて空気と冷媒との熱交換を活発にする。室外ユニット２の中央部壁面には吹出口１０５が設けられており、室外熱交換器１３で熱交換された空気が吹出される。冷媒は、冷媒配管１７を通って室外熱交換器１３と室内熱交換器１５との間を循環する。
【００３１】
室外ユニット２の下部には、水供給部２６が配置されている。水供給部２６は、配水管２２、タンク２３及びポンプ２５を含む。タンク２３内の水は、ポンプ２５によって汲み上げられ配水管２２を通って加湿部２１に搬送される。配水管２２は、冷媒配管１７と近接して配置されており、周囲温度が低いときでも冷媒配管１７の放熱によって配水管２２内の水が凍結しないよう配慮されている。
【００３２】
図３は、タンクの斜視図である。図３において、タンク２３には、浄水槽３２、第１電磁開閉弁３３、第２電磁開閉弁３４、第３電磁開閉弁３５及び三方弁３６が付随している。結露水は入口３２ａから浄水槽３２の内部に流入する。浄水槽３２の下方には、第１電磁開閉弁３３と第２電磁開閉弁３４が接続されている。第１電磁開閉弁３３を通過した水は排水口５１から排出される。第２電磁開閉弁３４を通過した水はタンク２３に入る。タンク２３の底面側には第３電磁開閉弁３５が接続されており、第３電磁開閉弁３５を通過した水は排水口５１から排出される。ポンプ２５は、タンク２３の底面側から水をくみ上げて三方弁３６に送り、三方弁３６から適量の水が加湿部２１へ供給される。
【００３３】
タンク２３内の水は、殺菌のために紫外線ランプ３７から紫外線が照射されている。紫外線ランプ３７は、タンク２３の上部に取付けられるが、設置が容易であるので作業性がよい。殺菌手段は、紫外線ランプ３７に限定されるものではなく、例えば、オゾン発生器でもよい。
【００３４】
また、空気調和装置１が寒冷地に設置される場合は、タンク２３内の水の凍結を防止するために、ヒーターがタンク２３の近傍、或いはタンク２３内に配置される。ヒーターは常時作動している必要はなく、外気温が氷点下に達したときに作動すればよい。
【００３５】
なお、ヒーターは、タンク２３内の水の凍結を防止することができる加熱手段であればよい。例えば、電気式ヒーターの場合は、ニクロム線、シーズヒーター、カーボンヒーター、セラミックヒーター、シートヒーターなどから選択される。また、冷凍サイクル内の高圧側（圧縮機出口、凝縮器出口など）の配管をタンク２３下部又は近傍へ引き回して加熱するヒートポンプ式を選択することも可能である。さらに、２つの圧縮機を並列に接続し、一方の圧縮機をタンク２３近傍に配置して、その圧縮機の放熱でタンク２３内の水を加熱することもできる。
【００３６】
＜水の循環経路＞
図４は、水の循環経路を示す回路図である。図４に示すように、浄水槽３２の内部は、浄水フィルタ３２３によって第１槽３２１と第２槽３２２とに仕切られており、ドレンパン３１ａ及びドレンパン３１ｂから浄水槽３２に入った水は、先ず、第１槽３２１に貯留され、その後、浄水フィルタ３２３を通過して第２槽３２２に貯留される。水が浄水フィルタ３２３を通過する際には、水中に含まれる塵埃などの不純物が浄水フィルタ３２３によって除去される。
【００３７】
第１槽３２１内が満水状態になったときは、第１電磁開閉弁３３が流路を開き排水する。第２槽３２２内の水は、第２電磁開閉弁３４が流路を開いたときにタンク２３内へ流れる。タンク２３が満水状態になったときは、第２電磁開閉弁３４が流路を閉じる。タンク２３内の水が不要になったときは、第３電磁開閉弁３５が流路を開けて排水する。
【００３８】
三方弁３６は、ポンプ２５から送られてくる水を加湿部２１に供給するだけでなく、必要に応じてその水を浄水槽３２の第２槽３２２へ戻している。水が第２槽３２２に戻されることによって、浄水後の水が、第２槽３２２から第１槽３２１へ逆流し、浄水フィルタ３２３の表面に堆積した不純物が第１槽３２１に戻される。このとき、第１電磁開閉弁３３が流路を開けることによって、浄水フィルタ３２３に堆積した不純物を除去しながら第１槽３２１内の水を排出することができる。本実施形態では、浄水フィルタ３２３の洗浄が必要な時期をポンプ２５の稼働時間で管理しており、浄水フィルタ３２３の性能が良好な状態で維持されるので、噴霧される水は清浄である。
【００３９】
＜室内ユニット３＞
図２において、室内ユニット３内には、室内熱交換器１５、加湿部２１及び室内ファン６３が配置されている。室内ファン６３は、ＡＳ樹脂などの樹脂材料で、長細い円筒形状に成形されており、長軸が水平になるように配置される。室内ファン６３を回転させるための室内ファンモータユニット（図示せず）が室内ファン６３の回転軸に連結されている。
【００４０】
室内熱交換器１５は、断面形状がＶ字状に成形されており、Ｖ字状部分の頂点を上に向け、Ｖ字状部分の開口が室内ファン６３の円周面に対向し、室内ファン６３の前方、上方および後方を取り囲むように取付けられている。室内熱交換器１５は、室内ファン６３の回転によって吸い込まれた空気と、室内熱交換器１５内の冷媒との間で熱交換を行なわせる。
【００４１】
加湿部２１は、水供給部２６から搬送されてくる水を、ノズル２１ａで室内熱交換器１５に噴霧する。水は、蒸発し易いように直径４０μｍ程度の微粒子となるのが好ましい。本実施形態では、ノズル２１ａから出た水が直径４０μｍ程度の微粒子となるように、ノズル２１ａの水の出口径は、０．５ｍｍ以下、ノズル圧力（ノズル２１ａ内の水圧）は、０．３ＭＰａから１．０ＭＰａの範囲に設定されている。
【００４２】
＜空気調和装置の動作＞
空気調和装置１は、四路切換弁１２で冷媒の流路を変更することによって冷房運転と暖房運転とを切り替えることができる。本実施形態では、冷媒回路１０が暖房運転用の回路になっている場合について説明する。
【００４３】
暖房運転時において、制御部４は、四路切換弁１２を制御して図１の実線で示す流路を選択させ、圧縮機１１と室内熱交換器１５とを連通させる。通常、第３膨張弁１４ｃは開いているので、室内熱交換器１５と吸着熱交換器１１６は凝縮器として機能する。室外熱交換器１３と結露熱交換器１１７とは蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機１１より吐出された高温・高圧の冷媒が室内熱交換器１５に導入され、室内熱交換器１５内の冷媒は室内空気と熱交換した後、吸着熱交換器１１６に導入され、吸着熱交換器１１６内の冷媒は外気と熱交換する。その結果、冷媒の温度が低下し、中温・高圧の状態になる。
【００４４】
吸着熱交換器１１６を出た冷媒は、第１膨張弁１４ａで減圧され、一部は室外熱交換器１３に導入され、その他は第２膨張弁１４ｂでさらに減圧されて結露熱交換器１１７に導入される。制御部４は、第２膨張弁１４ｂを制御して結露熱交換器１１７の冷媒の蒸発温度が外気の露点温度以下となるように設定するので、結露熱交換器１１７の温度は室外熱交換器１３の温度よりも低くなる。その結果、外気の露点温度が低く室外熱交換器１３で結露しないときでも、結露熱交換器１１７では常に結露する。
【００４５】
さらに、吸着熱交換器１１６では、冷媒が吸着剤を加温して吸着剤に含まれる水分を空気中へ脱離させているので、吸着熱交換器１１６を通過する空気には吸着剤から脱離された水分が含まれている。その水分も結露熱交換器１１７を通過するときに結露するので、結露熱交換器１１７で発生する結露水は、吸着熱交換器１１６がない場合よりも多くなる。室外熱交換器１３を出た冷媒および結露熱交換器１１７を出た冷媒は、再び圧縮機１１に吸入される。
【００４６】
吸着熱交換器１１６の吸着剤に吸着されている水分は、加温時間の増加に伴って減少していくので、定期的に水分を吸着させることが好ましい。本実施形態では、定期的に第３膨張弁１４ｃで冷媒流路を絞って冷媒を減圧して、吸着熱交換器１１６で冷媒を蒸発させ、吸着剤の冷却を行なう。その結果、吸着剤に空気中の水分が吸着される。
【００４７】
＜特徴＞
（１）
空気調和装置１では、結露熱交換器１１７で結露水が採取される。その結露水は、水供給部２６によって浄化され加湿部２１へ搬送される。加湿部２１は、ノズル２１ａで水を室内熱交換器１５へ噴霧する。水を噴霧するときのノズル圧力は、０．３ＭＰａから１．０ＭＰａに設定されている。
【００４８】
この空気調和装置１では、暖房運転時、ノズル２１ａから噴霧された水は、放熱している室内熱交換器１５上へ微粒子となって拡散するので、水の蒸発速度が速まり、加湿の立ち上がり性能が向上する。また、加湿用の水を外気から採取できるので、水切れ、水不足が防止され安定した加湿能力が提供される。
【００４９】
（２）
空気調和装置１では、冷媒配管１７と配水管２２とは近接して配置されているので、周囲温度が低温であっても配水管は冷媒配管１７からの放熱を受けるので、配水管２２内の水の凍結が防止される。さらに、配水管２２内で水の温度が上昇しているので、ノズル２１ａから噴霧された水が蒸発し易くなる。
【００５０】
＜変形例＞
上記実施形態では、噴霧方向が特定されることなく水が噴霧されているが、水が蒸発し易い領域へ噴霧することで、加湿の立ち上がり性能がさらに向上する。以下、図面を用いて、本実施形態の変形例について説明する。
【００５１】
図５は、室内熱交換器とノズルと示す斜視図である。図５において、２つのノズル２１ａが、室内熱交換器１５の端部近傍にあって、且つＶ字状部分の頂点を挟むように配置されている。ノズル２１ａは、Ｖ字状部分の頂点を含む上部領域に水を噴霧する。
【００５２】
室内熱交換器１５は、層状に配列されたフィンに伝熱管が貫通するフィン・アンド・チューブ型の熱交換器であるので、冷媒は、伝熱管内を流通する間に熱交換される。室内熱交換器１５の温度分布は、冷媒の入口に近いほど温度が高い。本実施形態の変形例では、冷媒入口１５１，１５２が、室内熱交換器１５の端部で且つＶ字状部分の頂点近傍にあるので、Ｖ字状部分の上部領域は他の領域より温度が高く、そこへ水を噴霧することによって、水の粒子が素早く蒸発する。
【００５３】
＜変形例の特徴＞
空気調和装置１では、ノズル２１ａが、室内熱交換器１５の冷媒入口１５１，１５２の近傍を含む上部領域に向って水を噴霧する。冷媒入口１５１，１５２の近傍を含む上部領域は、流入してきた冷媒が早い段階で通過する領域であり、他の領域に比べて温度が高い。その結果、噴霧された水が蒸発し易くなる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明によれば、室内熱交換器に水を噴霧することで、加湿の立ち上がり性能が向上するので、加湿手段を備えた空気調和装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態に係る空気調和装置の構成図。
【図２】空気調和装置の構造を示す斜視図。
【図３】タンクの斜視図。
【図４】水の循環経路を示す回路図。
【図５】変形例に係る空気調和装置の室内熱交換器及びノズルの斜視図
【符号の説明】
【００５６】
１  空気調和装置
１５  室内熱交換器
１７  冷媒配管
２１  加湿部（加湿手段）
２１ａ  ノズル
２２  配水管
２６  水供給部（水供給手段）
６３  室内ファン
１１７  結露熱交換器（結露手段）
【図１】
2008256255.tif 000003
【図２】
2008256255.tif 000004
【図３】
2008256255.tif 000005
【図４】
2008256255.tif 000006
【図５】
2008256255.tif 000007