(57)【要約】【課題】空気の流れに追従できる粒径の水滴を混合した空気を吹き出すことのできる空気調和機室内機を提供する。【解決手段】熱交換器３により熱交換された空気に、一流体ノズル４が粒径１０μｍ以下の水滴を噴霧する。水滴噴霧の制御は、温度センサー７及び湿度センサー８の計測結果に基づいて、電磁弁５の開閉を制御することによって行う。噴霧された粒径１０μｍ以下の水滴が混合された空気を吹き出し口６から吹き出し、ダクト１０を通して室内へと届ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風機と熱交換器とを備えた空気調和機室内機において、
前記熱交換器の下流に水滴を噴霧する水滴噴霧手段を備え、
水滴の空気流への追従性のパラメータであるストークス数Ｓｔが１となる粒径ｒより小さい水滴を空気に混合して吹き出す
ことを特徴とする空気調和機室内機。
但し、
Ｓｔ＝ρｒ2ｕ／μＬ
ρ：水の密度、ｕ：水滴の速度、μ：空気の粘性係数、Ｌ：吹出し風路の代表長さ
【請求項２】
前記水滴噴霧手段は、水道圧によってストークス数Ｓｔが１となる粒径ｒより小さい水滴を噴霧する一流体ノズルである
ことを特徴とする請求項１記載の空気調和機室内機。
【請求項３】
サイクロン流路を備え、
前記サイクロン流路は、前記水滴噴霧手段が噴霧した水滴のうちストークス数Ｓｔが１となる粒径ｒ以上の水滴を回収することにより、
ストークス数Ｓｔが１となる粒径ｒより小さい水滴を空気に混合して吹き出す
ことを特徴とする請求項１記載の空気調和機室内機。
【請求項４】
送風機と熱交換器とを備えた空気調和機室内機において、
前記熱交換器の下流に水滴を噴霧する水滴噴霧手段を備え、
粒径１０μｍ以下の水滴を空気に混合して吹き出す
ことを特徴とする空気調和機室内機。
【請求項５】
前記水滴噴霧手段は、水道圧によって粒径１０μｍ以下の水滴を噴霧する一流体ノズルである
ことを特徴とする請求項４記載の空気調和機室内機。
【請求項６】
サイクロン流路を備え、
前記サイクロン流路は、前記水滴噴霧手段が噴霧した水滴のうち粒径が１０μｍより大きい水滴を回収することにより、
粒径１０μｍ以下の水滴を空気に混合して吹き出す
ことを特徴とする請求項４記載の空気調和機室内機。
【請求項７】
前記水滴噴霧手段は、水道圧によって水滴を噴霧する一流体ノズルである
ことを特徴とする請求項３又は請求項６記載の空気調和機室内機。
【請求項８】
前記水滴噴霧手段は、冷房運転時に水滴を噴霧する
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の空気調和機室内機。
【請求項９】
空気の吸込み口に温度検出手段及び湿度検出手段を設け、
温度、湿度、及び温度と湿度とから算出する不快指数のうち少なくとも１つ以上の値に基づいて水滴噴霧の制御を行う
ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の空気調和機室内機。
【請求項１０】
空気の吸込み口に温度検出手段及び湿度検出手段を設け、
冷房時には、温度、湿度、及び温度と湿度とから算出する不快指数の値に基づいて水滴噴霧の制御を行う
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の空気調和機室内機。
【請求項１１】
温度２７℃以上かつ湿度７５％以下の場合に水滴を噴霧し、不快指数が７０に近づくように前記熱交換器と前記水滴噴霧手段の動作制御を行う
ことを特徴とする請求項１０記載の空気調和機室内機。
【請求項１２】
空気の吸込み口に温度検出手段及び湿度検出手段を設け、
暖房時には、湿度の値に応じて水滴を噴霧する
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の空気調和機室内機。
【請求項１３】
湿度が７５％以下の場合に水滴を噴霧する
ことを特徴とする請求項１２記載の空気調和機室内機。
【請求項１４】
空気の吸込み口に温度検出手段及び湿度検出手段を設け、
送風時には、温度と湿度とから算出する不快指数の値に基づいて水滴噴霧の制御を行う
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の空気調和機室内機。
【請求項１５】
不快指数が６５以上７５以下の場合に水滴を噴霧する
ことを特徴とする請求項１４記載の空気調和機室内機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送風機と熱交換器とを備えた空気調和機室内機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空調装置においては、湿度を快適な状態でコントロールするための種々の装置が提案されており、例えば「空気が吸い込まれる吸い込み口と空気が吹出される吹出口を有するケース内にファンと熱交換器が設置されるとともに、上記ケース内には、上記ファンの駆動により生ずる気流の経路中に平均粒子径１５ミクロン以下の霧を噴霧する二流体ノズルが配置されてなる・・・」というものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６９４９６号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の空調装置においては、噴霧された水滴の中に粒径の大きなものが含まれていると、噴霧した水滴がダクト内で凝結して水滴が室内に十分に噴霧されない場合があった。
また、従来の二流体ノズルを気流経路中に配置して吹き出し空気に水滴を噴霧する空調装置では、二流体ノズルに水と圧縮空気とを供給する必要があるが、圧縮空気を得るための圧縮機や圧縮空気を搬送するための配管などを設置することは容易でなかった。
さらには、水滴を混合した空気を吹き出しても、従来の空調装置では加湿のみを目的として水滴の噴霧を行っていてその水滴噴霧の制御は専ら湿度のみに依存していたため、室内の温度によっては水滴を噴霧することで湿度が過度に上昇して快適性を損ねることがあった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、空気の流れに追従できる粒径の水滴のみを混合した空気を吹き出すことのできる空気調和機室内機を提供するものである。
第２の目的は、空気の流れに追従できる粒径の水滴を噴霧できる、設置が簡易な水滴噴霧手段を備えた空気調和機室内機を提供するものである。
第３の目的は、冷房運転時と暖房運転時と送風運転時とを問わず、快適な室内空気環境を得ることができ、かつ、消費電力を低減することのできる空気調和機室内機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る送風機と熱交換器とを備えた空気調和機室内機においては、前記熱交換器の下流に水滴を噴霧する水滴噴霧手段を備え、空気の流れに追従できる粒径の水滴を空気に混合して吹き出すものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の空気調和機室内機は、空気の流れに追従できる粒径の水滴のみを混合した空気を吹き出すので、水滴がダクト内で凝結することのない空気調和機室内機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における、天井埋め込み型空気調和機室内機本体の主要部の構成を示す断面図である。室内機本体には、空気を吸い込むための吸込み口１と空気を吹き出すための吹出し口６が形成されており、室内機本体の内部には、送風機２と、熱交換器３と、ドレンパン９が配置されている。
また、熱交換器の下流側には水滴を噴霧するための一流体ノズル４が配置され、一流体ノズル４は電磁弁５を介して図示しない水道管に繋がっている。一流体ノズル４は、水道圧またはこれ以上の水圧によって１０μｍ以下の様々な粒径の水滴を噴霧できるよう、ノズル形状を形成している一流体ノズルである。
また、吸込み口１には、吸い込んだ空気の温度を測定する温度センサー７及び、湿度を測定する湿度センサー８が設けられている。
吹出し口６と図示しない室内とは、室内機本体外のダクト２０によって接続されている。
【０００９】
次に、動作について説明する。空気調和機室内機が運転を開始すると、送風機２が駆動して吹込み口１から空気を吸い込む。吸い込まれた空気は熱交換器３を通過して熱交換される。
熱交換された空気は、一流体ノズル４により粒径１０μｍ以下の水滴を噴霧される。この水滴噴霧の制御は、温度センサー７及び湿度センサー８の計測結果に基づいて、電磁弁５の開閉を制御することによって行う。噴霧された水滴が混合された空気は、吹出し口６及びダクト２０を通して室内へと吹き出される。室内へ吹き出されると、空気中に混合された水滴は室内で蒸発する。
また、熱交換器３から排出された凝縮水は、ドレンパン９に回収された後、図示しないドレンホースを通過して屋外に排出される。
【００１０】
ここで、噴霧する水滴の粒径について説明する。例えば冷房運転時においては、熱交換器通過後の空気は相対湿度が高く、粒径の大きな水滴を噴霧すると水滴が室内に吹き出される前に空調機本体内やダクト２０の途中で凝結するおそれがある。このような風路途中での水滴の凝結を回避するためには、水滴が吹き出し空気に十分に追従できるようにして、水滴の重量で重力方向に沈降したり、慣性でダクトの壁面に衝突したりといった現象が生じないようにする必要がある。水滴の空気流への追従性のパラメータとして、下記で表されるストークス数で表され、ストークス数が１より小さければ、水滴は空気の流れに追従する。
Ｓｔ＝ρｒ2ｕ／μＬ
上記の式の記号はそれぞれ、Ｓｔ：ストークス数、ρ：水の密度、ｒ：水滴の直径、ｕ：水滴の速度、μ：空気の粘性係数、Ｌ：吹出し風路の代表長さを意味する。
一般的な空調機を考えた場合、各パラメータは下記のようになる。
ρ＝１０００［ｋｇ／ｍ３］
μ＝１．８２×１０−５［Ｐａ・ｓ］
ｕ＝５［ｍ／ｓ］
Ｌ＝０．０５［ｍ］
したがって、水滴の直径ｒ＝１３μｍのときに、ストークス数Ｓｔ≒１となる。なお、上記のｕ（水滴の速度）及びＬ（吹き出し風路の代表長さ）は、最も水滴が凝結しやすい吹出し口６付近の値を用いている。
以上より、一般的な空気調和機室内機で計算した場合、水滴が空気の流れに追従するためには、水滴の直径である粒径が１３μｍより小さければ良く、本実施の形態１では１０μｍ以下としている。このように、粒径が１０μｍ以下の水滴であれば、この水滴は空気の流れに追従するので、風路の途中で凝結することがほとんどない。
【００１１】
次に、水滴噴霧の制御について説明する。水滴を噴霧するとき、室内の相対湿度が十分に低ければ噴霧した水滴が室内で適切に蒸発する。しかし、逆に相対湿度が高い場合には水滴が蒸発できず、温度を下げることができない上に相対湿度も上昇させてしまい、快適性を損ねてしまう。そのため、室内温度の低下に貢献し、かつ、快適性を損ねないような水滴噴霧制御が必要となる。
ここで、快適性を判断する一つの指標として、「不快指数」がある。「不快指数」とは、温度と湿度から下記の要領で算出される値であり、人間が感じる蒸し暑さを示す値でもある。
不快指数＝０．８１Ｔ＋０．０１Ｈ（０．９９Ｔ−１４．３）＋４６．３
上記の式の記号はそれぞれ、Ｔ：吸込み空気の温度、Ｈ：吸込み空気の相対湿度を意味する。
一般に、不快指数７０程度が快適といわれているので、不快指数７０を目標にして空調機の室温と水滴噴霧の制御を行う。
【００１２】
冷房運転時は、吸込み空気の温度と湿度を温度センサー７と湿度センサー８によって測定し、その値によって水滴噴霧を制御する。例えば、温度が２７℃以上であり、かつ湿度が７５％以下のときにのみ電磁弁５を制御して水滴を噴霧し、これ以外の場合は水滴を噴霧しない。水滴噴霧中は、温度と湿度の値から前述の不快指数を算出し、不快指数が７０に近づくよう電磁弁５を開閉して水滴噴霧動作を制御する。
【００１３】
暖房運転時には、熱交換器を通過した空気の相対湿度は低いため、風路の途中で水滴が凝結することはないが、室内の相対湿度が高い状態で水滴を噴霧しても室内の窓などが結露するおそれがある。したがって、湿度センサー８で測定した相対湿度が例えば７５％以下の場合にのみ、水滴を噴霧するように電磁弁５の開閉を制御する。湿度が７５％より高い場合には、水滴噴霧を行わないようにする。
【００１４】
送風運転時には、温度センサー７と湿度センサー８で測定した温度及び湿度から前記不快指数を求め、不快指数が例えば６５以上７５以下の場合にのみ、水滴を噴霧するよう電磁弁５の開閉を制御する。
【００１５】
以上のように本実施の形態１によれば、水滴を噴霧する装置を水道圧によって粒径１０μｍ以下の水滴を噴霧できる一流体ノズルとしたので、水道管の直結工事を行うだけでよく、高圧ポンプの設置や、二流体ノズルを使用したときのように圧縮空気を供給する装置の設置も不要となる。このため、粒径１０μｍ以下の水滴を混合した空気を吹き出すことのできる、設置が容易な空気調和機室内機を得ることができる。
【００１６】
また、粒径１０μｍ以下の水滴を噴霧できる水滴噴霧手段を設けたので、冷房運転時においては、吹出し風路内に水滴が凝結することがなく、水滴を十分に空気に混合して吹き出すことができる。そのため、吹き出した水滴が室内で蒸発する際に室内の熱を奪い、室内温度を下げることができる。
ここで、水滴の蒸発による空気の冷却効果について説明する。水滴の蒸発熱は下記で表され、噴霧量に比例する。
Ｑ＝γｍ／３６００
上記の式の記号はそれぞれ、Ｑ：蒸発熱、γ：水の潜熱、３６００：単位時間（３６００ｓｅｃ／ｈｒ）を意味する。
噴霧に消費する電力に対して、蒸発熱は３００倍程度の熱量であるので、ＣＯＰ（成績係数）は３００程度となる。一方、一般のヒートポンプ式空調機のＣＯＰは３〜５程度であるので、水滴による冷房効果は同じ消費電力に対して６０〜１００倍と見込まれる。ただし、噴霧量を増やしすぎると室内の湿度が過剰となり快適性が低下するので、実際には噴霧量を制限する必要がある。一般的な空気調和機室内機の冷却能力を考慮すると、ヒートポンプによる冷却能力の５〜１０％を水滴の蒸発熱で負担すれば、快適性を維持しつつ蒸発熱による冷却効果をも得ることができる。このように、ヒートポンプによる空気調和と水滴噴霧を併用することで、ヒートポンプだけによる空気調和に比べ、低い消費電力で高い冷却効果を得ることができる。
また、温度と湿度と不快指数とによって水滴噴霧の制御を行うようにしたので、冷却効果を得つつ、室内を快適に保つことができる。
【００１７】
また、暖房運転時には、室内の湿度に応じて水滴噴霧の制御を行うようにしたので、相対湿度が過度に上昇することを抑制しつつ、水滴の加湿効果により室内の乾燥を解消し、室内の快適性を向上させることができる。
【００１８】
また、送風運転時においては、不快指数の値に応じて水滴噴霧の制御を行うようにしたので、水滴噴霧による冷却効果を得つつ、少ない消費電力で快適性を向上させることができる。
【００１９】
なお、本実施の形態１で示した水滴噴霧制御のパラメータとなる温度、湿度、及び不快指数の数値は一例であり、空気調和機室内機の設置環境や目的に応じてこれらの値を変化させてもよい。また、冷房時と暖房時と送風時とを問わず、温度、湿度、不快指数の値を任意に組み合わせて水滴噴霧を制御してもよい。
【００２０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、熱交換器３を通過した空気に、一流体ノズル４から噴霧した粒径１０μｍ以下の水滴を直接混入させる方法について説明した。しかし、市販されているようなノズルを用いた場合、ノズルから吹き出される水滴の粒径にはある程度のバラツキが生じ、１０μｍより大きい水滴が含まれることがある。本実施の形態２では、このような場合に１０μｍ以下の水滴を空気に混入して吹き出す発明について説明する。
【００２１】
図２は、この発明の実施の形態２における、天井埋め込み型空気調和機室内機の主要部の断面図である。実施の形態１と同じものについては、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図２においては、水滴噴霧装置として、平均粒径１０μｍ以下の水滴を噴霧する一流体ノズル４ａが設けられている。この一流体ノズル４ａが噴霧する水滴は平均粒径が１０μｍ以下なので、１０μｍより大きい水滴が含まれている場合もあることになる。一流体ノズル４ａと吹出し口６との間には、サイクロン流路１０が設けられており、サイクロン流路１０には、サイクロン流路１０に空気を流入させるための流入口１１が熱交換器の下流側に開口している。サイクロン流路１０と吹出し口６とは、サイクロン流路１０から空気を排出する吐き出し口１２によって接続されている。
【００２２】
以上のように構成された空気調和機室内機において、吸込み口１から吸い込まれた空気は、熱交換器３を通過した後、一流体ノズル４ａにより水滴を噴霧される。水滴を噴霧された空気は、流入口１１を介してサイクロン流路１０に入って旋回流となる。この旋回流中で粒子が受ける遠心力は、重力の３００〜２０００倍となる。粒子が受ける遠心力は粒子の重量に比例し、粒径が２倍になると受ける遠心力は２3＝８倍となり、空気調和機室内機の風量に適したサイクロン径とすることで、粒径分別が可能となる。したがって、一流体ノズル４が噴霧する水滴に１０μｍより大きい粒径の水滴が混入していても、サイクロン流路１０を通過する際に遠心力によってサイクロン流路１０の壁面に衝突し、重力によってドレンパン９に回収されることとなる。１０μｍ以下の水滴のみが混入された空気は、ダクト２０の室内側に設けられた図示しない吸気ファンの駆動により吸い出され、吸い出し口１２を介して吹出し口６から吹き出され、ダクト２０を通過して室内に届けられる。なお、ドレンパン９に回収された水滴は熱交換器３からの凝縮水とともに、図示しないドレンホースを通過して屋外に排出される。
このように、吹出し口６を通過する空気には１０μｍ以下の水滴しか含まないので、室内に到達するまでの間にダクト２０内で凝結することがない。
【００２３】
以上のように本実施の形態２によれば、サイクロン流路を設けることにより、１０μｍより大きい粒径の水滴は回収して粒径１０μｍ以下の水滴だけを選択的に室内に吹き出すことができる。このため、ノズルが吹き出す水滴に１０μｍより大きい粒径の水滴が含まれている場合でも、ダクト内での水滴の凝結を抑制することができる。したがって、比較的安価で水道水のスケールによる詰まりも少ないような、若干吹き出し粒径の大きい一流体ノズルを使用しても、蒸発効果の高い１０μｍ以下の水滴だけを室内に吹き出すことができ、適切に水滴を蒸発させることができる。
【００２４】
なお、本実施の形態２では、平均粒径１０μｍ以下の水滴を噴霧する一流体ノズルを用いた場合を例に説明したが、例えば、設置は困難となるが二流体ノズルに対しても適用可能である。
【００２５】
ところで、上記説明では天井埋め込み形空調機を例にとって説明したが、４方向カセット形や天吊形、壁掛形、床置形などの空調機室内機においても適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１における空気調和機室内機を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２における空気調和機室内機を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  吸込み口、２  送風機、３  熱交換器、４、４ａ  一流体ノズル、５  電磁弁、６  吹出し口、７  温度センサー、８  湿度センサー、９  ドレンパン、１０  サイクロン流路、１１  流入口、１２  吐き出し口、２０  ダクト。
【図１】
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【図２】
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