JP2005127606A - 空調装置 - Google Patents

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【課題】輻射型空調装置では熱交換パネル表面に汚れが付着しやすい。
【解決手段】冷熱源から供給される冷却媒体を内部に流通させる熱交換パネル21a,21bを有する空調装置で、熱交換パネルの表面に光触媒材料(例えば酸化チタン)を含む皮膜を形成する。鉛直方向に延在する複数の熱交換パネルの上部に水平に延在しかつ該パネルと連通する上部導管41と、該パネルの下部に水平に延在しかつ該パネルと連通する下部導管51と、落下する結露水を捕捉するため上部導管と下部導管との間に設けた集水板61と、結露水を排水するドレインパン15とを備える。集水板は、幅方向の中央部に尾根状の山部を有し、その両側に谷部を有して断面W字形状を呈し、両側縁部に、熱交換パネルの側縁部を収容する切欠溝を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、空調装置に係り、特にパネル内部に冷水を流通させて周囲空気との熱交換を行いかつ輻射による冷房を行うことが可能な空調装置に関する。
機械送風による強制気流を生じることがなく、在室者に快適な室内環境を提供できる輻射型の冷暖房装置が提供されている。この種の空調装置は、一般に建物室内に設置した熱交換器(熱交換パネル/ラジエータ)に温水や冷水等の液状媒体を供給することによって熱交換器表面を通じて室内空気と熱交換を行い、また輻射による冷暖房を行う。冷房運転時には、相対湿度の上昇を防ぎ室内の快適性を維持するため、パネル(熱交換器)表面に結露水を生じさせ、これを集めて排水することにより除湿を同時に行う。
また、このような冷暖房装置を開示する文献としては、例えば下記特許文献1および2がある。
特開2002−340373号公報 特開2002−71168号公報
ところで、かかる輻射型の空調装置では、室内空気との熱交換並びに輻射機能を発揮させる構造上の必然性から、室内に設置された熱交換パネルは常に室内空気に晒されあるいは露出した状態にあり、このためパネル表面が汚れやすいという側面を有する。
具体的には、在室者の手に触れて手垢・脂汚れが付き、あるいは室内空気中に飛散した様々な物質(例えばキッチンのコンロや卓上調理器から発生される油汚れ、煙草のヤニ、塵埃等)が付着することがある。特に、この種の空調装置は、ポータブルストーブや扇風機などの冷暖房器と異なってシーズン終了とともに収納されるようなことも一般になく、年間を通じて室内に設置された状態にあるから、汚れが溜まりやすい。さらに冷房運転時には、パネル表面は結露水によって常に濡れた状態にあるから、室内の環境状態によっては雑菌やカビが繁殖する余地がある。
そして、パネル表面に付着した汚れは、見た目や衛生状態を損なうだけでなく、汚れによってパネル表面に形成された油膜や塵埃層が熱交換を妨げ、冷暖房効率や除湿効率を低下させる原因ともなる。
したがって本発明が解決しようとする問題点は、輻射型空調装置では熱交換パネル表面に汚れが付着しやすい点、並びに付着した汚れによって冷暖房効率・除湿効率が低下する点にある。
前記課題を解決するため、本発明に係る空調装置(請求項1)は、冷却媒体供給源から供給される冷却媒体を内部に流通させることが可能な熱交換パネルを有する空調装置であって、前記熱交換パネルの表面に光触媒材料を含む皮膜を形成したことを特徴とする。
酸化チタンを代表とする光触媒材料は、光(特に紫外線)の照射により活性化され、有機物および化学物質に対する強力な酸化分解力、表面を親水化する機能、防汚・脱臭・抗菌作用を発揮することが知られており、これらの機能を利用した外装タイルや窓ガラス、道路資材(ガードレール、標示板等)、医療施設用の壁・床材などが実用化されている。
一方、輻射型空調装置の分野では、従来、光触媒材料が利用されることはなかった。光触媒材料を適用するとその表面は非常に高い親水性の状態となるため、輻射型空調(冷房)装置にとっては不利であると考えられてきたからである。
すなわち、輻射型冷房装置では、前述のように熱交換パネル(熱交換器)の表面に結露水(凝縮水)を生じさせて除湿を行う原理上、結露水がパネル表面に生じることは仕方がない。しかしながら、発生した結露水は出来るだけ早急に排除し、パネル表面に結露水を留めておくべきでないというのが一般的な考え方であった。なぜなら、パネル表面が結露水によって覆われると、カビの発生や汚れの付着の原因となるだけでなく、結露水がパネルと室内空気との間に介在して断熱材として機能し、熱交換を妨げるからである。
したがって、輻射型装置でパネル表面を親水化することは従来の考えでは避けるべき事項であり、防錆以外の何らかの表面処理を施すとすれば、親水処理よりもむしろ撥水処理(例えばフッ素系材料によりコーティングする等)を施すのが常識的な考えであった。
本件出願人は、このような当該分野における技術常識に対し、実験(後述する)と試行錯誤を繰り返すことにより、親水化することが除湿効率の点でも逆に有利であることを見出し、本発明を完成するに至った。
したがって、本発明では、熱交換パネルに光触媒材料を含む皮膜を形成する。光触媒材料が持つ有機物および化学物質の酸化分解力によって、汚れ(有機物)を分解し、パネル表面を清浄な状態に維持することが出来る。また、光触媒材料によりパネル表面は高い親水性の状態となるが、これにより除湿量が増大する。この点については実験結果とともに後に述べる。
光触媒材料としては、例えば酸化チタン(二酸化チタン等)を使用する(請求項2)。二酸化チタン(TiO2)は、波長380nm以下の紫外光(太陽光にも蛍光灯の光にも含まれている)を吸収することにより活性化され、上記防汚・親水化・抗菌等の各作用を発揮する。尚、光触媒材料による上記各作用を当初からより十分に得るために、空調装置のパネル面に予め紫外線を照射しておく(例えば工場出荷時に紫外線照射を行う)ようにしても良い。
また、本発明の空調装置は、略鉛直方向に延在する複数の前記熱交換パネルと、該熱交換パネルの上部位置に略水平に延在しかつ該熱交換パネルと連通して前記冷却媒体を内部に流通可能な上部導管と、前記熱交換パネルの下部位置に略水平に延在しかつ該熱交換パネルと連通して前記冷却媒体を内部に流通可能な下部導管と、落下する結露水を捕捉するため前記上部導管と前記下部導管との間に略水平に延在しかつ該捕捉した結露水を前記熱交換パネルに沿って流し落とすため前記熱交換パネルに近接するよう配置した集水板と、結露水を排水するため前記下部導管の下部に配したドレインパンとを備える場合がある(請求項3)。
パネル表面に光触媒材料を適用することにより結露水量が増えることとなるが、この結露水を集めてスムースに排水するためである。この空調装置(請求項3)では、上部導管、下部導管並びにこれらの間に配した熱交換パネルの内部に冷却媒体を流通させ、冷房を行う。冷却媒体の流通によりこれら導管およびパネルの表面には結露水が生じ、この結露水はパネルに沿って下方へ流れ落ち、ドレインパンに流れ込んで排水されることとなる。一方、除湿水量の増大に伴い、パネル表面に沿って流れ落ちるべき通常の排水ルートから外れて、上部導管やパネル上部からしたたり落ちて直接ドレインパンや下部導管に落下(滴下)する結露水も生じ得る。このように滴下する結露水は、ドレインパンに溜まった水を装置周囲に飛び散らせ、あるいは下部導管に直接ぶつかって周囲に飛び跳ねる不都合を生じさせるおそれがある。
したがって本発明(請求項3)では、かかる水跳ねを防ぐために、上部導管と下部導管との間に略水平に延在する集水板を設け、この集水板によって落下する結露水を一旦受け止め、その後、パネル表面に沿ってドレインパンに向け下方へ流れ落ちるようにする。
さらに、かかる空調装置においては、前記上部導管および下部導管の両側部にそれぞれ前記熱交換パネルを配するとともに、前記集水板を、前記上部導管から落下する結露水を捕捉可能なように該上部導管の略直下位置に配置し、該集水板は、幅方向の略中央部に該集水板の長さ方向に延びる尾根状の山部を有する一方、該山部の両側に谷部を有して断面略W字形状を呈し、さらに該集水板の側縁部から前記谷部まで該集水板の略幅方向に延在して前記熱交換パネルの側縁部を収容可能な切欠溝を有することがある(請求項4)。
集水板を上部導管の略直下位置に配置することにより、特に上部導管の表面に結露して落下する結露水をより確実に捉えることが可能となる。また、集水板の断面形状を略W字状とすることにより、捕捉した結露水が集水板の側縁からこぼれ落ちて前述した水跳ねの問題を同様に引き起こすことを防ぐことが出来る。さらに、集水板の略中央部を山型に形成することによって、落下してくる結露水をスムースに(水跳ねが生じることなく)受け止め、左右の谷部に振り分け流し落とすことが可能となる。さらに、谷部に導かれた結露水は、切欠溝を通じてパネル表面に伝えられ、パネル表面を流れ落ちることとなる。
本発明によれば、輻射型空調装置における熱交換パネル表面の汚れを防ぎ、冷暖房効率並びに除湿効率を向上させることが出来る。
本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の本発明の実施の形態および実施例の説明により明らかにする。
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図1から図6は、本発明に係る空調装置の一例を示すものである。図に示すようにこの空調装置11は、床面1および天井面2に固定可能な支持端板12,13の間に、一定の間隔を隔てて配列させた複数の熱交換パネル21a,21b(以下、単にパネルという)を備えたもので、これらパネル21a,21bの内部に冷水(冷房運転時)または温水(暖房運転時)を流通させることによって周囲空気との熱交換を行い、さらに輻射による冷暖房を可能とした冷暖房装置である。
各パネル21a,21bは、上下両端部を閉塞した扁平の(長板状の)鋼管からなり、装置上部に水平に配した上部導管41と、装置下部に同じく水平に配した下部導管51との左右両側にそれぞれ対をなすように配列させてある。各パネル21a,21bと上部導管41および下部導管51とは、冷温水を循環させることが出来るよう互いに連通している。
具体的には、上下各導管41,51の左右側面に管内に通じる複数の連通孔48,58を設ける一方、パネル21a,21b側には、上下各端部近傍位置の内側縁部を切り欠いて形成した切欠孔(図示せず)を設ける。そして、これら連通孔48,58および切欠孔を通じて導管41,51とパネル21a,21bの内部との間に自由に冷温水が流通できかつ外部に冷温水が漏れることがないよう水密状態にパネル21a,21bと導管41,51とを溶接して接続する。
各パネル21a,21bの表面には、光触媒材料を含む皮膜を形成する。例えば二酸化チタン(TiO2)を含む皮膜(以下、光触媒層という)である。光触媒層の形成方法は、特に問わない。例えば、パネル表面塗装用の塗料に光触媒材料を混合し塗装(例えば静電粉体塗装)することにより光触媒層を形成することが出来る。また、光触媒材料自体の塗布、ゾルゲル法による成膜、スパッタリング、蒸着あるいは溶射等によっても光触媒層を形成可能である。光触媒層の厚さは、例えば0.001μmから数百μm程度とすることができ、これにより後に述べる防汚・抗菌・除湿量増大等の十分な効果を得ることが可能である。
光触媒層を形成する光触媒材料は、二酸化チタンに限られない。例えば可視光でも活性化される酸化タングステン、チタン含有ゼオライトその他を使用しても良く、また複数種類の光触媒材料を適宜混合して使用することも可能である。
さらに、光触媒層の形成にあたっては、パネル表面にまず下地層を形成し(例えばプライマ処理を行う)、その上に光触媒層を形成することが望ましい。光触媒層の密着性を高めるとともにパネル材料表面を保護するためである。下地層の材料としては、例えば二酸化ケイ素(SiO2)系の材料を使用することが出来る。
尚、パネル21a,21bと同様に防汚・抗菌等の機能を付与するため、装置各部、すなわち上部導管41、下部導管51、左右端板12,13並びにドレインパン15(後述する)についてもそれらの表面に光触媒層を形成することが可能である。
上部導管41は、冷熱源からの冷水および温水を供給パイプ(図示せず)を通じて装置に導入するための供給口42と、パネル21a,21b内を通した冷水および温水を還流パイプ(図示せず)を通じて冷熱源に戻すための還流口43を備えている。また、上部導管41の内部には、図3に示すように、導管両端部を閉塞する端壁45,46に加え、供給口側の例えば4枚のパネル分の長さを仕切る隔壁47を導管中間部に設けてあり、この隔壁47に遮られて供給口42から流入した冷温水は、還流口側に短絡的に流れることなく、当該4枚のパネルの内部を下部導管51に向け下方に流れ落ちる。尚、図中(図1,図3)符号44は、空気抜きのための孔である。
一方、下部導管51は、導管両端部を閉塞する端壁55,56を有するが、管の中間部には隔壁を備えていない。したがって前記供給口側のパネル内を流れ下って連通口58から下部導管51内に流入した冷温水は、下部導管51内を還流口側に(図3の右方に)進み、導管51の左右側面に設けられた連通孔58を通じて還流口側のパネル21a,21bの内部に再び浸入する。そして、これらのパネル21a,21b内を上部導管41に向け上方に流れて上部導管左右側面の連通孔48を通じて再び上部導管41の中に浸入し、還流口43から還流パイプを通って冷熱源に戻る。尚、図2および図3に冷温水の流れを矢印で示している。
各パネル21a,21bおよび下部導管51の下方位置には、パネル21a,21bの表面に生じる結露水を集めて排水するためのドレインパン15を設ける。このドレインパン15は、略V字状の断面形状を有し、長さ方向の中央部に結露水を排出するためのドレイン口16を設けてある。このドレイン口16に排水パイプ(図示せず)を接続して結露水の排水を行う。
導管41,51を挟んで両側に対をなすよう配置されたパネル21a,21bの間には、上下導管41,51と平行にかつ上部導管41の直下位置に集水板61を設けてある。上部導管41の表面あるいはパネル21a,21bの上部表面から滴下する結露水を捉え、ドレインパン15に結露水が直接落下して水跳ねが生じることを防ぐためである。集水板61は、この実施形態では2枚(1枚は上部導管に近い高さ位置に、もう1枚はパネルの高さのほぼ半分の高さ位置に)設けてあるが、装置規模・パネルの高さ寸法等によっては、1枚としても良いし、3枚以上設けることも可能である。
集水板61は、図5および図6に示すようにW字形状の断面形状を有し、幅方向の中央が盛り上がって集水板61の長さ方向に延びる尾根部62(山部)を有するとともに、尾根部62の両側に谷部63を有する。また、該集水板の側縁64から谷部63付近まで集水板61の幅方向に延びる複数の切欠溝65を形成してあり、これらの切欠溝65にパネル21a,21bの側縁部を収容する。
集水板61をこのような形状とすることにより、ドレインパン15での水跳ねを防ぐことが出来るだけでなく、集水板61の上での水跳ねを抑えることも可能となる。落下してくる結露水は、例えば平らな(平板状の)集水板を設けた場合と異なって水平な面に衝突するのではなく、落下してくる方向に突出した尾根部62の頂上あるいは傾斜した尾根部の斜面によってよりスムースに受け流されるからである。さらに、集水板上に捕捉された結露水は、尾根部62の左右に振り分けられて谷部63に導かれ、切欠溝65を通じてパネル21a,21bの表面に伝えられてパネル表面をドレインパン15に向け流れ落ちる。またこのとき、集水板61の左右両側縁64は斜め上方に持ち上がっているから、捕捉した結露水が集水板の側縁64からこぼれ落ちることがない。尚、結露水の主な流下ルートを図5および図6に一点鎖線で示した。
さらに、かかる集水板61は、パネルのぶれ・しなりを抑える機能も有する。例えば、室内に設置されたパネル21a,21bに人や物が衝突したような場合、該パネルは前後に(図3紙面の左右方向/図6紙面の上下方向に)撓むが、このとき上下導管41,51とパネル21a,21bの接合部が破損したり、水密状態が損なわれるようなアクシデントが生じないとも限らない。特にパネル21a,21bの高さを大きくした場合(例えば床から天井近くまでのパネルサイズとし、あるいは天井が高い建物や吹抜け空間に設置するような場合)には、その分、パネル21a,21bは撓みやすくなる。これに対し、集水板61をパネル21a,21b間に装着し、パネル21a,21bの側縁部を切欠溝65に収容しておくことでパネルの撓みを抑えることができ、前記破損事故を防ぐことが出来る。
本実施形態の空調装置は、パネル21a,21bの表面(上下導管41,51、端板12,13、ドレインパン15および集水板61を含む)に光触媒層を備えているから、次のような効果を得ることが出来る。
(1)防汚(セルフクリーニング)効果
室内に据え置くこの種の空調装置は、手垢やキッチンからの油汚れ、煙草のヤニ、塵埃等によって表面が汚れることがあることは既に述べたとおりであるが、本実施形態の空調装置では、このような汚れを光触媒材料の強力な酸化分解力によって分解することが出来る。分解された汚れ物質は、表面に生じる結露水によって洗い流され、ドレインパンに集められて排出除去される。パネル表面には常に新鮮な結露水が生じ、光触媒層の形成によって親水性の高い状態となるから、かかる汚れの分解・結露水による洗い流しが良好に行われ、表面を常に清浄な状態に維持することが出来る。
有機物の分解効果を確かめる実験を行った。実験は、光触媒層を表面に形成した前記パネルの試験片(光触媒層形成品)を用意し、この試験片を水平に置いてその上に底のない(したがって試験片が底になる)筒状のガラス容器を立て、その中にメチレンブルーの試験液を入れ、その後、ブラックライトによって紫外線(波長310〜400nm,強度1mW/cm2)を照射し、濃度変化を測定するものである。また、対照として、光触媒層を形成せず標準塗装(粉体塗装による防錆塗装)を行った標準品についても同一条件で試験を行った。
結果は、図7に示すとおりである。標準品では、メチレンブルーの濃度は殆ど変化がないのに対し、光触媒層形成品では、時間の経過とともに濃度が低下している。
(2)除湿効果
本実施形態の空調装置では、光触媒層の形成によりパネル表面が親水性の高い状態になるが、これにより除湿量が増大することが本件出願人の実験によって判明した。実験は、パネル表面に標準塗装をしたもの(標準品)と、光触媒材料を塗布したもの(親水化品)と、フッ素系樹脂を塗装し撥水化したもの(撥水化品)を試験室内に設置し、冷水を熱交換パネル内部に流し、24時間での結露水を回収してその量を測定した。結果は、下記表1のとおりである。尚、本実験で用いたそれぞれの装置パネル表面での水に対する接触角は、表2に示すとおりである。
表1から明らかなように、光触媒材料を塗布した親水化品は、標準品に較べ8〜20%結露水量が増大した。標準品と撥水化品でのパネル表面では、結露してできた微小な水滴は、すぐに脱落してドレインパンに排水されるのではなく、一定時間パネル表面に留まり、やがて大きくなり、自重によって下方に移動し、下方の水滴とドッキングし、筋状の水流を形成してドレインパンに排出される現象が観察された。これに対して、親水化品では、結露してできた微小な水滴は、すぐにぬれ広がり、まわりの水滴とドッキングし、網目状の水流を形成してドレインパンに排出される現象が観察された。従って、標準品と撥水化品での結露水のドレインパンへの排水は、断続的であるのに対して、親水化品では連続的であるという特徴を示した。以上のことから、パネルと周囲空気との間で行われる熱交換と結露水の形成に必要な真の表面積は、実際には親水化品の方が大きいのではないかと推測され、このことが親水化品での回収結露水の増大をもたらしたと考えられる。尚、撥水化品は、標準品と較べて1〜11%の結露水量の増加に留まり、これと比較しても本発明に基づく親水化品は除湿効果が高いことが分かる。
(3)抗菌効果
光触媒材料の表面から発生される活性酸素によって各種の菌やカビの繁殖を抑え、死滅させることが可能であり、さらに菌やカビの死骸や毒素を分解することが出来る。したがって、本発明に係る空調装置は、特に菌やカビの発生繁殖を嫌う建物室内(例えば病院、厨房、食品貯蔵庫、保育園、幼稚園、学校、老人ホーム、乳幼児のいる家庭など)で使用するのに好適である。
(4)消臭効果とシックハウス対策
二酸化チタンを主成分とする光触媒材料の酸化分解反応により、悪臭の原因物質のひとつとされるアセトアルデヒドを二酸化炭素と水に分解する効果が期待できる。また、シックハウス症候群や化学物質過敏症などの原因物質のひとつとされるホルムアルデヒドの光触媒材料による分解効果も期待できる。したがって本発明の空調装置によれば、室内空気中に含まれるこれらの有害物質を分解除去し、室内の消臭を図り、有害物質による健康被害の発生を抑えることが可能となる。特に、輻射型空調装置に対して光触媒材料を適用する本発明では、当該空調装置の構造上、パネルの表面積(総面積)が大きく、したがって光触媒層の総表面積も非常に広いものとなるから、室内においてこれら消臭や有害物質の分解除去機能を効果的に発揮させることが出来る利点を有する。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。
例えば、熱交換パネルの形状・構造・サイズ・配設数等、あるいはパネルへの冷温水の供給構造(例えば導管の配設位置や本数等)は、図示の例以外にも様々に設計変更することが可能である。装置の固定構造についても、例えば床面にのみ固定したり、壁面に固定する、あるいは床に単に置くだけの所謂自立型の装置とすることも可能である。また、冷房機能と暖房機能の両方を備えた装置に限られず、冷房機能のみを有する装置も本発明の範囲内である。さらに、工場出荷前に紫外線を照射してパネル表面の光触媒材料を活性化しておいても良いことは既に述べたとおりであるが、パネル表面に向け紫外線を照射する手段(紫外線ランプ)を空調装置自体に設けておくことも可能である。
本発明に係る空調装置の一例(実施形態)を示す斜視図である。 前記実施形態に係る空調装置の内部構造を示す正面断面図である。 前記実施形態に係る空調装置の内部構造を示す側面断面図である。 前記実施形態の空調装置(手前の熱交換パネルを外した状態)における集水板の構造を示す斜視図である。 前記実施形態の空調装置における集水板を示す正面図である。 前記実施形態の空調装置における集水板を示す平面図である。 光触媒材料による有機物(メチレンブルー)の分解試験の結果を示す線図である。
符号の説明
11 空調装置
12,13 支持端板
15 ドレインパン
21a,21b 熱交換パネル
41 上部導管
42 供給口
43 還流口
45,46,55,56 端壁
47 隔壁
48,58 連通孔
51 下部導管
61 集水板
62 尾根部(山部)
63 谷部
65 切欠溝

Claims (4)

  1. 冷却媒体供給源から供給される冷却媒体を内部に流通させることが可能な熱交換パネルを有する空調装置であって、
    前記熱交換パネルの表面に光触媒材料を含む皮膜を形成した
    ことを特徴とする空調装置。
  2. 前記光触媒材料が酸化チタンを含むことを特徴とする請求項1に記載の空調装置。
  3. 略鉛直方向に延在する複数の前記熱交換パネルと、
    該熱交換パネルの上部位置に略水平に延在しかつ該熱交換パネルと連通して前記冷却媒体を内部に流通可能な上部導管と、
    前記熱交換パネルの下部位置に略水平に延在しかつ該熱交換パネルと連通して前記冷却媒体を内部に流通可能な下部導管と、
    落下する結露水を捕捉するため前記上部導管と前記下部導管との間に略水平に延在し、かつ該捕捉した結露水を前記熱交換パネルに沿って流し落とすため前記熱交換パネルに近接するよう配置した集水板と、
    結露水を排水するため前記下部導管の下部に配したドレインパン
    を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の空調装置。
  4. 前記上部導管および下部導管の両側部にそれぞれ前記熱交換パネルを配するとともに、
    前記集水板を、前記上部導管から落下する結露水を捕捉可能なように該上部導管の略直下位置に配置し、
    該集水板は、
    幅方向の略中央部に該集水板の長さ方向に延びる尾根状の山部を有する一方、該山部の両側に谷部を有して断面略W字形状を呈し、
    さらに該集水板の側縁部から前記谷部まで該集水板の略幅方向に延在して前記熱交換パネルの側縁部を収容可能な切欠溝を有する
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の空調装置。
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