JP2006118797A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】結露水を利用して室外機から排出される空気の温度を下げる技術は、空調システムの冷房効率向上には寄与しておらず、結露水を凝縮器に吹き付ける方法は空調システム本体を改造しなければ、冷房効率を向上させることができなかった。
【解決手段】室内熱交換器８０と室外熱交換器３０とを備えた空調システムに、プロペラ４０等によって室外熱交換器３０に吹き付けられる外気が通過する場所であって、室外熱交換器３０より上流の位置に、外気冷却用のスリット８を具備した。前記スリット８を湿らせる水に、前記室内熱交換器８０で発生した結露水を使用するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内熱交換器と室外熱交換器を備える空調システムの技術に関し、詳しくは、室内熱交換器で発生した結露水を有効に利用して空調システムの熱交換率を向上させる技術に関する。

従来より、筐体内に室内熱交換器と該室内熱交換器で生じた結露水を受ける露受け皿と室内空気送風用の貫流ファンとを配置してなる室内機と、筐体内に冷媒を圧縮する圧縮機と該圧縮機で圧縮された冷媒を液化する室外熱交換器と室外空気を送風するプロペラファンとを装着してなる室外機と、から構成される空調システムは広く利用されている。
そして、このような、室内熱交換器と室外熱交換器を具備した空調システムでは、室内熱交換器で発生する結露水を利用して、室外機から排出される外気の温度を冷やしてヒートアイランド現象や温暖化を防ぐ技術が公知となっている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

また、室外機から排出される外気を冷やす技術だけでなく、前記室内熱交換器で発生する結露水を利用して冷却効率を向上させる技術も公知となっている。
例えば、前記結露水を室外機へ送り、該結露水を直接、室外機内部の室外熱交換器に吹き付けることによって、室外熱交換器を冷やして冷却効率を向上させる技術（例えば、特許文献３参照。）や、前記結露水を室外機へ送り、該結露水を該室外機のプロペラファン下部に溜めておき、該プロペラファンの端部に具備したスリンガリングによって結露水を掻き揚げて前記室外熱交換器に吹き付けることによって、室外熱交換器を冷やして冷却効率を向上させる技術（例えば、特許文献４参照。）等が、公知となっている。
特開２００４−８５０１７号公報 特開２００４−８５１６１号公報 特開平６−３３１１６１号公報 特開平１１−６３５７１号公報

しかしながら、結露水を利用して室外機から排出される空気の温度を下げる技術は、空調システムの冷房効率向上には寄与しておらず、結露水を凝縮器に吹き付ける方法は空調システム本体を改造しなければ、冷房効率を向上させることができなかった。また、結露水を直接、室外機の室外熱交換器に吹き付けるため、室外熱交換器の表面のうち、結露水が吹き付けられて冷やされる場所が偏ってしまうという不具合があった。また、室外熱交換器に放熱板を設けて室外熱交換器の冷却効率を上げるにしても、該放熱板が濡れた状態で放置されるため、放熱板が錆びやすくなっていた。加えて、濡れた放熱板には汚れが付着しやすく、放熱板による冷却効率が低下してしまい、そのような場合であっても、放熱板のクリーニングが容易に行うことができず、いちいち室外機自体を開いてクリーニングを行う必要があった。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、室内熱交換器と室外熱交換器とを備えた空調システムであって、
ファンによって室外熱交換器に吹き付けられる外気の通り道で、室外熱交換器より上流に、外気冷却用のスリットを具備したものである。

請求項２においては、前記スリットを縦スリットと横スリットより構成し、該スリットは繊維若しくはポーラスセラミックにて構成したものである。

請求項３においては、前記スリットの上方に、前記室内熱交換器から流れてくる結露水を溜める上受け皿を配設し、
該スリットの上端を、前記上受け皿に溜められた結露水に浸したものである。

請求項４においては、前記スリットの下方に、前記スリットから流れてくる結露水を溜める下受け皿を配設し、
該スリットの下端を、前記下受け皿に溜められた結露水に浸したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、冷房効率を向上させながら、室外熱交換器に取り付けた放熱板等が錆びる問題を解消できる。そして、スリットを後付けすることも可能となるので、室外機自体を改造せずに、冷却効率を向上させることができる。また、室外機自体を解体することなく、スリットの洗浄を容易に行うことができる。加えて、蒸発パネル２を室外機１０近辺に配置するだけでよいので、蒸発パネル２のみを独立ユニットとして空調システムに後付けすることが可能となる。

請求項２においては、フィルタのように風の流れの抵抗が大きくなく、また、目詰まりを生じることもない。また、霧化させるための機器も必要でなく、液体の気化熱や毛管現象を利用して、安価で容易に水を蒸発させることができ、室外熱交換器に吹き付けられる外気を冷却することができる。加えて、稼動中のランニングコストも低く、極めて単純な機構で冷却効率を向上させることができる。

請求項３においては、室内熱交換器で生じた結露水を有効利用することができ、わざわざ水道水等を使用する必要がない。また、夏場は多くの場合、結露水は普通の水道水よりも温度が低いため、水道水を利用するよりも冷却効率が向上する。
液体の気化熱や毛管現象を利用して、室外熱交換器に吹き付けられる外気を冷却するので、ランニングコストも低く、極めて単純な機構で冷却効率を向上させることができる。

請求項４においては、下受け皿がスリットで余った水を一時的に溜めることができ、スリットの水が不足した場合には、該下受け皿が下受け皿に溜まった水を毛管水としてスリットに戻すタンクの役割も果たす。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る空調システム１の側面断面図、図２は室外機１０の側面断面図、図３は蒸発パネル２の斜視図、図４は同じく正面図、図５は蒸発パネル２上部の拡大側面断面図である。

図１を参照しながら、本発明の空調システム１の全体構成について説明する。
図１に示すように、本実施例の空調システム１は、圧縮機２０や室外熱交換器３０やプロペラ式のファン４０等を備える室外機１０と、貫流ファン７０や室内熱交換器８０等を備える室内機６０と、から構成される冷暖房切換自在のヒートポンプ方式の空調システム１である。但し、本発明の空調システム１は、冷暖房切換ができない冷房専用の空調システムでも良く、限定するものではない。

まず始めに、室内機６０の室内熱交換器８０について説明する。
室内熱交換器８０は、プレートフィン等を外周に設けた数本のパイプで構成されており、後述する膨張弁若しくは毛細管９０によって減圧された液冷媒が、冷媒分流器（ディストリビュータ）によって各パイプに分配されるように構成されている。
そして、液冷媒は減圧による膨張により周囲の熱を奪うとともに、パイプ内を流れていくうちに、各パイプの外側を流れる室内空気（室内を循環している空気）から熱を奪って蒸発していく。
一方、室内空気は各パイプによって冷却されると同時に、（露点以下になると）水分が室内熱交換器８０表面に凝縮、結露し、該室内熱交換器８０は該室内空気を除湿する役割も果たす。

該結露した水分は、室内熱交換器８０の下方に配設される受け皿に溜められて、結露水として室内機６０（室内）から排除される。結露水は、結露水パイプ１０１を通って、室内機６０から室外機１０へと送られる。
一方、液冷媒は、前記パイプ内を移動するうちに空気から熱を得て蒸発していく。蒸発した冷媒ガスは室内熱交換器８０を出て、冷媒パイプ１００を通って室内機６０から室外機１０へと送られる。

次に、室外機１０の圧縮機２０について説明する。
室外機１０へと送られてきた冷媒ガスは、室外機１０内部の圧縮機２０へと送られる。室外機１０内部の圧縮機２０では、前記室内熱交換器８０で蒸発し続ける冷媒ガスをシリンダに吸い込んで、前記室内機６０の室内熱交換器８０内を常に低圧に維持している。そして圧縮機２０では、前記シリンダ内に吸い込んだ冷媒ガスを再び液に戻しやすい状態（液化させやすい状態）、即ち高い圧力にまで圧縮する。
シリンダ内の冷媒ガスを圧縮するために必要な仕事は、圧縮機用電動機２１の駆動力から与えられる。そして、圧縮されて該仕事を加えられた冷媒ガスは、高圧となり、温度が上昇する。

次に、室外機１０の室外熱交換器３０について説明する。
前記圧縮機２０によって、冷媒ガスは圧縮されて高温、高圧となるが、室外熱交換器３０を通過するときに室外空気によって冷却されて再び、液冷媒に戻される。室外熱交換器３０は、冷媒ガスが放熱しやすいように、熱伝導度が高い材質によって、数枚のフィン状、若しくは数本のパイプ状に形成された通路で構成されている。冷媒ガスの放熱は、室外機１０内に配設されるプロペラファンによって室外機１０内に送られてくる室外空気によって冷媒ガスを冷やすことにより行われるものである。
一方、冷媒ガスを冷やして暖かくなった室外空気は、室外機１０から排出される。

そして、室外熱交換器３０によって冷やされて、再び液体となった液冷媒は冷媒パイプ１００を通って、室内機６０へと送られる。室内機６０内に送られた液冷媒は、再度室内熱交換器８０に送られて、前記冷媒分流器によって前記パイプ内に送られる。そして、該液冷媒によって、室内空気を再び冷やすのである。
液冷媒は、室外機１０の圧縮機２０によって高圧にされているので、室内熱交換器８０に入る前に膨張弁若しくは毛細管９０によって液冷媒を低圧・低温にして、室内熱交換器８０に送られる。

次に、室外熱交換器３０の熱交換効率を向上させるための構成について説明する。
図１に示すように、室外機１０には、筐体１１の内部に圧縮機２０、室外熱交換器３０、プロペラファン４０が配設され、筐体１１外部に蒸発パネル２が配設されている。筐体１１内では、プロペラファン４０によって生じる室外空気の流れを有効に利用するため、プロペラファン４０の下流へ向かって（図１においては、左から右へ）、プロペラファン４０、室外熱交換器３０、圧縮機２０の順に配設されており、該圧縮機２０よりも更に下流側に圧縮機用電動機２１等が配設される。
本実施例では以上のような構成としたが、このような配設はプロペラファン４０によって生じる室外空気の流れを有効に利用することを優先したものであり、筐体１１のコンパクト化の目的等により適宜配設順序を変更しても良い。また、筐体１１内に蒸発パネル２を配置する構成としてもよい。

そして、筐体１１外部であって、プロペラファン４０の上流側に蒸発パネル２を配設する。図２及び図３に示すように、蒸発パネル２は、上部に上受け皿３を、下部に下受け皿５を具備し、該上受け皿３と下受け皿５とを連結して固定する支持壁体４・４を備える蒸発枠体７と、該蒸発枠体７に着脱自在な蒸発スリット８から構成されるものである。
蒸発スリット８は、短冊状の複数の縦スリット８ａ・８ａ・・・と、同じく短冊状の複数の横スリット８ｂ・８ｂ・・・とから構成されており、縦スリット８ａ・８ａ・・・と横スリット８ｂ・８ｂ・・・とが交差して、図４に示すように、正面視において蒸発スリット８が格子状になるように構成されている。つまり、縦スリット８ａ・８ａ・・・を縦向きに立てて配置して、横スリット８ｂ・８ｂ・・・を横向きに寝かせて配置して、交差させるのである。

そして、横スリット８ｂ・８ｂ・・・の内で、一番上方に配置される横スリット８ｂには、各縦スリット８ａ・８ａ・・・と交差する位置から上方に向かって、毛管８ｃ・８ｃ・・・が延設されている。図２乃至図５に示すように、毛管８ｃ・８ｃ・・・は、一番上の横スリット８ｂから上受け皿３の側壁３ａ・３ａを乗り越えて上受け皿３に溜められている結露水に達するように形成されている。
つまり、毛管８ｃ・８ｃ・・・は、一端が一番上方に配設される横スリット８ｂに固設されて、他端が上受け皿３の内側底部に接するように形成されており、縦スリット８ａ・８ａ・・・を上方に延設した構成としている。

蒸発スリット８を構成する縦スリット８ａ・８ａ・・・や、横スリット８ｂ・８ｂ・・・や、毛管８ｃ・８ｃ・・・は、吸水性の高い木綿などの繊維や布あるいはポーラスセラミック等で構成されている。蒸発スリット８は弾性を有していると好適であり、特に毛管８ｃ・８ｃ・・・が弾性に富んでいると、後述するように、蒸発スリット８を蒸発枠体７から着脱する際により好適である。
後述するように、上受け皿３内にまで延設された毛管８ｃ・８ｃ・・・は、毛管現象によって、上受け皿３内に溜められた結露水を下から上に吸い上げて、同じく毛管現象と結露水の自重によって、結露水を縦スリット８ａ・８ａ・・・及び横スリット８ｂ・８ｂ・・・へと送るように構成されている。

一方、上受け皿３や下受け皿５や支持壁体４・４からなる蒸発枠体７は、プラスチックや樹脂等で構成されており、上受け皿３及び下受け皿５は結露水を溜められるように横長の容器状に、支持壁体４・４は上部を上受け皿３に、下部を下受け皿４に固設できるように板状に形成されている。
そして、上受け皿３の前面及び後面を支持壁対壁体４・４の上部に、下受け皿５の前面及び後面を支持壁体４・４の下部に固設することにより、上受け皿３と下受け皿５と支持壁体４・４とを連結固定している。

以上のように、蒸発スリット８は縦スリット８ａ・８ａ・・・と横スリット８ｂ・８ｂ・・・と毛管８ｃ・８ｃ・・・とから一体的に構成されており、蒸発枠体７は上受け皿３と支持壁体４・４と下受け皿５とから一体的に構成されている。そして、蒸発スリット８は、毛管８ｃ・８ｃ・・・の一端を上受け皿３内底部に位置させ、さらに側壁３ａ・３ａの内面から外面に沿わせて他端を縦スリット８ａ・８ａ・・・または横スリット８ｂの上部に接続する。そして、蒸発スリット８は一体的に蒸発枠体７から取り外すこと、または、取り付けることを可能に構成している。こうして、毛管８ｃ・８ｃ・・・の水の吸い上げが劣化した場合には容易に蒸発スリット８を交換できるようにしている。

蒸発スリット８を蒸発枠体７に取り付けている状態で、本発明の空調システム１を作動した場合について説明する。
空調システム１を作動させて室内熱交換器８０が冷えてくると、室内空気に含まれている水分が室内熱交換器８０の表面に結露し始める。そして、結露した水分が増えてくると、該水分は室内機６０内の皿等で集められて、結露水として結露水パイプ１０１から室外機１０へと送られる。室外機１０側に送られてきた結露水は、蒸発パネル２の上受け皿３内に溜められる。

上受け皿３内に溜められた結露水は、結露水に浸かっている毛管８ｃ・８ｃ・・・に沁みこんで、毛管現象によって毛管８ｃ・８ｃ・・・内を上昇していく。結露水は上受け皿３の内部側の毛管８ｃ・８ｃを上昇していき、側壁３ａ・３ａを乗り越えると次は上受け皿３の外部側の毛管８ｃ・８ｃ・・・内を下降していく。
そして、毛管８ｃ・８ｃ・・・を下降した結露水は、縦スリット８ａ・８ａ・・・及び横スリット８ｂ・８ｂ・・・内に沁みこんで、縦スリット８ａ・８ａ・・・及び横スリット８ｂ・８ｂ・・・内を下降していき、最後に下受け皿５内に送られる。

蒸発パネル２は、室外機１０のプロペラファン４０の直前に置かれているため、室外機１０内に吹き込む室外空気は、室外機１０内に吹き込む前に前記蒸発スリット８の間を通過していき、該室外空気の流れによって蒸発スリット８に含まれている結露水がどんどん蒸発させられていく。このため、蒸発していく結露水が、蒸発スリット８の間を通り抜ける室外空気から大量の気化熱を奪っていくので、蒸発スリット８の間を通り過ぎて室外機１０内に吹き込む室外空気は、他の室外空気に比べて温度が低くなっている。
つまり、室外機１０内に吹き込んで、室外熱交換器３０を冷やす室外空気は、他の室外機１０周辺の室外空気よりも温度が低いものとなっているのである。

蒸発パネル２の上部の上受け皿３には、室内機６０側で発生した結露水が結露水パイプ１０１から供給されてくる構成となっているが、結露水パイプ１０１が邪魔にならないように、蒸発パネル２を筐体１１外部であって、室内側（図１及び図２において右側）に配設しても良い。
この場合は、筐体１１内部に配設される部材の配設順序も上述の配設順序とは異なり筐体１１内部には、室内側（図１及び図２において右側）からプロペラファン４０、室外熱交換器３０、圧縮機２０の順に配設すると好適である。

また、室外熱交換器３０の風下側の面に直接蒸発パネル２を配置することで、蒸発時に室外熱交換器３０から直接熱を奪うとともに、室外熱交換器３０には上受け皿３や下受け皿５等で混入した塵埃等が詰まることがない。この場合は、熱伝導度の高い部材によって蒸発パネル２を構成して、直接室外熱交換器３０に配置する、若しくは室外熱交換器３０と蒸発パネル２を一体化すると好適である。
また、空調システム１が作動し始めて間もない間は、結露水が生じないので、上受け皿３または下受け皿５に水が残存しているかをセンサで検知して、水がない場合には水道水等を利用して、前記センサに接続した制御回路からの信号によってバルブを開く等して水を所定量供給する構成としても良い。

住宅等において、従来の空調システムを運転した場合、１時間当たり約１リットル強の結露水が発生する。水の気化熱は５４０ｋｃａｌ／ｇ・℃であるから、結露水全てを気化させれば５４０ｋｃａｌの熱量を室外空気から奪うことが可能となる。
室外熱交換器３０を冷やす１時間当たりの室外空気の量を８００ｍ^３とし、室外空気の比熱が０．２４ｋｃａｌ／ｋｇ・℃、比重が１．３ｋｇ／ｍ^３とすると、全ての結露水の気化熱を利用した場合には室外熱交換器３０に吹き付けられる室外空気の温度を２．１６℃下げることが可能となる。

本実施形態の空調システム１を用いて、屋外で実験を行った結果、室外熱交換器３０に吹き付けられる空気には、約１℃の温度低下が確認された。その結果、室外熱交換器３０は通常よりも温度が１℃下がった室外空気によって熱交換を行うことが可能となり、空調システム１の冷房効率を向上させることができる。
本空調システム１は、他のターボファン、スリンガリング付きプロペラファンのシステム等と比べて、結露水の自重と、蒸発スリット８の毛管現象を利用するだけの、極めて簡単な機構によって冷房効率を上昇させることができ、且つ室外熱交換器３０への結露水の吹き付けを偏らせることも防止できる。

このように、室内熱交換器８０と室外熱交換器３０とを備えた空調システム１であって、
ファン４０によって室外熱交換器３０に吹き付けられる外気の通り道で、室外熱交換器３０より上流に、
外気冷却用のスリット８を具備したので、
冷房効率を向上させながら、室外熱交換器３０に取り付けた放熱板等が錆びる問題を解消できる。そして、スリット８を後付けすることも可能となるので、室外機１０自体を改造せずに、冷却効率を向上させることができる。また、室外機１０自体を解体することなく、スリット８の洗浄を容易に行うことができる。加えて、蒸発パネル２を室外機１０近辺に配置するだけでよいので、蒸発パネル２のみを独立ユニットとして空調システムに後付けすることが可能となる。

また、前記スリット８を縦スリット８ａ・８ａ・・・と横スリット８ｂ・８ｂ・・・より構成し、該スリット８は繊維若しくはポーラスセラミックにて構成したので、
フィルタのように風の流れの抵抗が大きくなく、また、目詰まりを生じることもない。また、霧化させるための機器も必要でなく、液体の気化熱や毛管現象を利用して、安価で容易に水を蒸発させることができ、室外熱交換器３０に吹き付けられる外気を冷却することができる。加えて、稼動中のランニングコストも低く、極めて単純な機構で冷却効率を向上させることができる。

また、前記スリット８の上方に、前記室内熱交換器８０から流れてくる結露水を溜める上受け皿３を配設し、
該スリット８の上端８ｃ・８ｃ・・・を前記上受け皿３に溜められた結露水に浸したものである。
ので、
室内熱交換器８０で生じた結露水を有効利用することができ、わざわざ水道水等を使用する必要がない。また、夏場は多くの場合、結露水は普通の水道水よりも温度が低いため、水道水を利用するよりも冷却効率が向上する。
液体の気化熱や毛管現象を利用して、室外熱交換器３０に吹き付けられる外気を冷却するので、ランニングコストも低く、極めて単純な機構で冷却効率を向上させることができる。

また、前記スリット８の下方に、前記スリット８から流れてくる結露水を溜める下受け皿５を配設し、
該スリット８の下端を、前記下受け皿５に溜められた結露水に浸したので、
下受け皿５がスリット８で余った水を一時的に溜めることができ、スリット８の水が不足した場合には、該下受け皿５が下受け皿５に溜まった水を毛管水としてスリット８に戻すタンクの役割も果たす。

本発明の一実施例に係る空調システム１の側面断面図。 室外機１０の側面断面図。 蒸発パネル２の斜視図。 同じく正面図。 蒸発パネル２上部の拡大側面断面図。

符号の説明

１ 空調システム
２ 蒸発パネル
３ 上受け皿
４ 支持壁体
５ 下受け皿
８ 蒸発スリット
８ａ 縦スリット
８ｂ 横スリット
８ｃ 毛管
１０ 室外機
１１ 筐体
２０ 圧縮機
３０ 室内熱交換器
４０ プロペラファン
６０ 室内機
８０ 室内熱交換器
１０１ 結露水パイプ

Claims (4)

1. 室内熱交換器と室外熱交換器とを備えた空調システムであって、
   ファンによって室外熱交換器に吹き付けられる外気の通り道で、室外熱交換器より上流に、
   外気冷却用のスリットを具備したことを特徴とする空調システム。
2. 前記スリットを縦スリットと横スリットより構成し、該スリットは繊維若しくはポーラスセラミックにて構成したことを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記スリットの上方に、前記室内熱交換器から流れてくる結露水を溜める上受け皿を配設し、
   該スリットの上端を、前記上受け皿に溜められた結露水に浸したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空調システム。
4. 前記スリットの下方に、前記スリットから流れてくる結露水を溜める下受け皿を配設し、
   該スリットの下端を、前記下受け皿に溜められた結露水に浸したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の空調システム。

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