JP2006125801A - 空気調和機とその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の空気調和機の室内機で生育する微生物の不活化方法は、室内機筐体内の微生物を不活化するために、筐体内全体を加湿、昇温するものであった。そのため、室内機筐体内で水分を蒸発させる等の加湿手段を必要とし、空気調和機のコストアップを引き起こすという課題があった。
【解決手段】冷房サイクル運転を行っているときに、不活化運転の指示が出されると、結露センサにより室内熱交換器の表面が結露水で覆われているかを確認する。結露水で覆われると、ファンを停止するとともに逆冷房サイクル運転を行い、室内熱交換器を昇温させる。そして室内熱交換器の表面温度を温度センサで計測し、微生物の蛋白質変性温度に達すると、室内熱交換器をその温度以上で所定時間保持する。
【選択図】図３

Description

本発明は空気調和機とその運転方法に関し、特に空気調和機の室内熱交換器の表面で生育する微生物の数を減じる不活化に関する。

微生物の不活化方法としては加熱処理があるが、微生物を加熱空気による乾熱加熱を行う場合と、蒸気や熱水による湿熱加熱を行う場合とで不活化効果は大きく異なる。すなわち、湿熱加熱は乾熱加熱に比べて不活化効果が大きいことが知られている（例えば、非特許文献１）。この理由としては、微生物の生育培地の水分量が多くなるほど、微生物への伝熱量も大きく加熱効果が高くなり、微生物を構成する蛋白質および核酸が熱変性しやすくなるためと考えられる。

そこで空気調和機の室内機で生育する微生物の不活化方法としても、湿熱加熱による方法が開示されている（例えば、特許文献１）。これは、空気調和機の室内機筐体内部に加湿器で水分を供給するとともに、室内熱交換器で加熱する方法である。
特開平９−２２９４５６号公報 芝崎勲監修「殺菌・除菌応用ハンドブック」（株）サイエンスフォーラム、昭和６０年９月２５日、ｐ２２−２５

このように、従来の空気調和機の室内機で生育する微生物の不活化方法は、室内機筐体内全体を加湿、昇温するものであった。これは、従来の空気調和機では室内機筐体内全体を昇温させる速度が遅く、不活化するのに必要な温度に上昇させるまでに室内機筐体内の水分が蒸発するため、湿熱加熱を行うには加湿手段が必要となっていた。その結果、加湿手段が空気調和機のコストアップを引き起こすという課題があった。

そこで、本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、空気調和機の冷房サイクル運転時に室内熱交換器の表面で生育する微生物に対して、室内機筐体内に加湿手段を必要とすることなく湿熱加熱が行え、コストアップを引き起こさない空気調和機を提供することを目的とする。

本発明は、冷媒を室内熱交換器で蒸発させ室外熱交換器で放熱させて室内熱交換器で冷却された室内空気を室内機吹出口からファンで室内に送風する冷房サイクル運転と、冷媒を室外熱交換器で蒸発させ室内熱交換器で放熱させる逆冷房サイクル運転とを切り替える制御部を備えた空気調和機であって、制御部は、冷媒を二酸化炭素とし室内熱交換器表面に冷房サイクル運転時の結露水を付着させファンを停止したのち、冷房サイクル運転から逆冷房サイクル運転に切り替え室内熱交換器表面を微生物の蛋白質変性温度以上にし、室内熱交換器表面を微生物の蛋白質変性温度以上で所定時間保持することである。

ファンを停止するとともに冷媒として二酸化炭素を用いることにより、容易に高い冷媒温度を得られるため、室内熱交換器表面の温度上昇を急速にできる。その結果、冷房サイクル運転から逆冷房サイクル運転に切り替えると、室内熱交換器表面を結露水が蒸発する以前に微生物の蛋白質変性温度以上とすることができる。ここで微生物を不活化させるには、加熱温度が高温では短時間でよいが低温では長時間の加熱が必要となる。また、微生物を不活化させるには、微生物を構成している蛋白質を変性させる必要がある。そのため、微生物を不活化させるための加熱温度は、微生物の蛋白質変性温度以上にする必要があり、その温度以上で所定時間保持することで微生物を不活化できる。このように、室内熱交換器表面で生育する微生物に対して、室内熱交換器表面での湿熱加熱が加湿手段を必要とすることなく可能となるため、空気調和機のコストアップにつながることもない。

また本発明の空気調和機は、室内熱交換器の表面に接して温度センサおよび結露センサを備えたえた構成としてもよい。このような構成により、より確実に室内熱交換器表面の温度および結露水が蒸発していないかを確認でき、微生物の不活化をより確実にできる。

また本発明の空気調和機は、結露水を受けるドレンパンに室内熱交換器を分岐して接触させた構成としてもよい。このような構成により、ドレンパンで生育する微生物も不活化できる。

本発明の空気調和機の運転方法は、冷媒を室内熱交換器で蒸発させ室外熱交換器で放熱させて室内熱交換器で冷却された室内空気を室内機吹出口からファンで室内に送風する冷房サイクル運転と、冷媒を室外熱交換器で蒸発させ室内熱交換器で放熱させる逆冷房サイクル運転とが切り替え可能であって、冷媒を二酸化炭素とし室内熱交換器表面に冷房サイクル運転時の結露水を付着させファンを停止させる第１ステップと、冷房サイクル運転から逆冷房サイクル運転に切り替え室内熱交換器表面を微生物の蛋白質変性温度以上にする第２ステップと、室内熱交換器表面を微生物の蛋白質変性温度以上で所定時間保持する第３ステップとを含む不活化運転を行うことである。このような運転方法により、室内機内に加湿手段を必要とすることなく、室内熱交換器の表面の微生物を不活化できる。

また、本発明の空気調和機の運転方法の逆冷房サイクル運転は、室内機吹出口を閉じて行なってもよい。このようにすることで、室内熱交換器表面の温度上昇をより速くできる。

また、本発明の空気調和機の運転方法の第３ステップの室内熱交換器表面の温度および所定時間を、７５℃以上で５分以上としてもよい。このような温度、時間条件では、空中浮遊細菌および真菌を不活化できる。

また、本発明の空気調和機の運転方法の第３ステップの室内熱交換器表面の温度および所定時間を、８５℃以上で１０分以上としてもよい。このような温度、時間条件では、ウエルシ菌を不活化できる。

本発明の空気調和機とその運転方法によれば、冷房サイクル運転時に室内熱交換器の表面に生育する微生物の湿熱加熱を、空気調和機の室内機内に加湿手段を必要とすることなく行えるため、空気調和機のコストアップを引き起こすことがない。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態の空気調和機の概略構成図である。空気調和機は室内機１０と室外機２０とにより構成されている。そして室内機１０には、室内熱交換器１４および室内制御部１６が備えられている。室内熱交換器１４には、室内熱交換器１４の表面に水分が付着しているかを検出する結露センサ１２および、室内熱交換器１４の表面温度を検出する温度センサ１３が備えられている。また、室外機２０には室外熱交換器２２、膨張弁２４、圧縮機２６、四方弁２８、室外制御部３０が備えられている。さらに、図１に示すように、室内熱交換器１４、膨張弁２４、室外熱交換器２２、四方弁２８、および圧縮機２６は冷媒配管３４で接続され、冷凍サイクルを構成している。冷媒としては二酸化炭素が充填されている。

次に、このような空気調和機の冷凍サイクルにおける動作を説明する。図１において冷房サイクル運転では、冷媒は実線矢印Ａのように流れ、室内熱交換器１４で蒸発し、室外熱交換器２２で放熱する。また、逆冷房サイクル運転では、冷媒は破線矢印Ｂのように流れ、室外熱交換器２２で蒸発し、室内熱交換器１４で放熱する。なお、このような冷媒の流れの切り替えは四方弁２８で行われ、圧縮機２６は冷媒を高温、高圧にして放熱しやすくし、膨張弁２４では冷媒の圧力を低下させて蒸発させやすくしている。

図２は、本発明の実施の形態の空気調和機における室内熱交換器１４の斜視図である。室内熱交換器１４は、例えば冷媒が通る銅管３６とアルミ製のフィン３８で構成されるフィンチューブ型で、その表面に結露センサ１２および温度センサ１３が備えられている。温度センサ１３の取り付け位置は室内熱交換器１４の表面を平均する温度を計測できるように、銅管３６とフィン３８の辺縁の中央がよい。冷房サイクル運転では、室内熱交換器１４で冷媒が蒸発し、その表面が低温になるため結露して結露水４０に覆われた状態になっている。ここでフィン３８の表面は一様に水膜に覆われているが、フィン３８の上端から下端にかけて水滴を形成し、ドレンパン４４に流下する。従ってフィン３８の下端が最も濡れた状態になっている。そのため図２に示すように、逆冷房サイクル運転時の圧縮機からの高温冷媒を室内熱交換器１４の下部から上部に向けて循環させると、最も微生物４２が生育しやすい箇所から高温加熱できるので効果的である。

次に、このように結露水４０で覆われた室内熱交換器１４上の微生物を不活化する不活化運転を説明する。なお、この不活化運転を記憶している制御部は、図１の信号線３２で接続された室内制御部１６と室外制御部３０とで構成されている。

図３は、本発明の実施の形態の空気調和機の運転方法である微生物の不活化運転のフローチャートである。冷房サイクル運転を行っているときに、不活化運転の指示が出されると、第１ステップでは結露センサにより室内熱交換器の表面が結露水で覆われているかを確認する。結露水で覆われていないと、室内熱交換器の表面が結露水で覆われるまで冷房サイクル運転を続ける。結露水で覆われると、ファンを停止する。また、室内熱交換器の急速な昇温を図るために室内機吹出口を閉鎖してもよい。第２ステップでは逆冷房サイクル運転を行い、室内熱交換器を昇温させる。そして室内熱交換器の表面温度を温度センサで計測し、微生物の蛋白質変性温度に達しているか確認する。微生物の蛋白質変性温度に達していないと、逆冷房サイクル運転を続ける。第３ステップでは室内熱交換器の表面の温度が微生物の蛋白質の構造を破壊する蛋白質変性温度に達すると、室内熱交換器をその温度以上で所定時間保持する。

ここで室内熱交換器表面の結露水の蒸発能力は、室内熱交換器の周囲の空気の温度における飽和蒸気圧と絶対湿度の差である。室内熱交換器に高温冷媒が流入して加熱されると、室内熱交換器の表面の温度は急速に上昇するものの、周囲の空気への熱伝達は遅れがあるため、結露水の蒸発も遅れて促進される。そのため、室内熱交換器の表面の結露水が蒸発する以前にその表面温度を微生物の蛋白質変性温度より高くすることができ、その温度以上で所定時間保持する湿熱加熱を行え、室内熱交換器の表面で生育する微生物を不活化できる。

ほとんどの微生物は、水分が一定以上ないと生育できず、空気調和機の室内機内では、結露水に覆われる室内熱交換器および結露水を受けるドレンパンで微生物が生育するだけである。このように、空気調和機の室内機内で生育する場所の微生物のみを湿熱加熱で効率的に不活化できるため、室内機内全体を加湿する装置も必要なくコストアップにつながることはない。

次に二酸化炭素を冷媒とし、冷房サイクル運転から逆冷房サイクル運転に切り替える時の運転条件の一例について説明する。図１に示すように冷房サイクル運転から冷媒の流れを矢印Ａから、四方弁２８で矢印Ｂに切り替え、例えばインバータ式の圧縮機２６ではその運転を最大周波数である１００Ｈｚとした。図４は、このときの冷凍サイクルをモリエ線図で示したものである。冷媒が放熱する高圧圧力が１１ＭＰａ、蒸発する低圧圧力が３．５ＭＰａで室内熱交換器の表面温度は９０℃以上となった。このように二酸化炭素を冷媒とすると高圧圧力と低圧圧力の比である圧縮比が３．１で９０℃以上の室内熱交換器１４の表面温度、すなわち９０℃以上の高温冷媒となる。従来のフロン系冷媒であるＲ−１２では、例えば低圧圧力は０℃で蒸発させると０．３２ＭＰａで、高圧圧力は９０℃で凝縮させても２．８７ＭＰａとなり圧縮比は９．０となり、圧縮機に過重な負担がかかってしまう。しかし、二酸化炭素を冷媒とすると、圧縮比が小さく圧縮機に過重な負担がかからない範囲で容易に高温冷媒が得られる。

次に、本発明の実施の形態の空気調和機の運転方法での微生物の不活化条件についての実験方法を説明する。室内熱交換器の表面温度を約１５℃とした冷房サイクル運転から、逆冷房サイクル運転に切り替え結露水が蒸発しない条件で、到達させる室内熱交換器１４の表面温度とその温度で保持する時間を変えた。そして、それぞれの温度と時間の組み合わせにおける室内熱交換器１４のアルミフィン上の微生物が死滅せずに残っている生残菌数を計測した。その計測の試験方法は菌転写法を、菌数の測定方法は平板混釈法を用いた。

具体的には室内熱交換器の表面温度と、その温度で保持する時間を変えたそれぞれの条件および逆冷房サイクル運転前の室内熱交換器の表面が１５℃のとき、室内熱交換器の下部から５ｍｍ×５ｍｍのアルミ片をそれぞれ切り出した。

そして、切り出したアルミ片を高圧蒸気殺菌して滅菌処理したリン酸緩衝生理食塩水（ＪＩＳ Ｚ ２８０１に基づき作製する）１０×１０−３Ｌ（リットル）が入った試験管に浸漬後、よく振とうすることで表面に付着した菌を液中に分散させた。次に、シャーレにピペットでその試験管から液０．１×１０−３Ｌ採り、４５℃〜４６℃に保温した普通寒天培地（肉エキス５．０ｇ、ペプトン１０．０ｇ、塩化ナトリウム５．０ｇ、寒天１５．０ｇを１Ｌの水に溶かし、ｐＨ＝７に調整してある）約１５×１０−３Ｌをシャーレに加え室温で放置し、培地が固まった後シャーレを倒置し、温度３４℃〜３６℃で４０時間〜４８時間培養した。その後、寒天培地１枚当たりの微生物の群落であるコロニー数を計数することでアルミ片上の生残菌数を計測した。

（実験１）
逆冷房サイクル運転で到達させる室内熱交換器の表面温度を６５℃、７５℃、８５℃とし、それぞれの温度で保持する時間を３分、５分、１０分とした。そして上述の実験方法に従い生残菌数を計測した。その結果を（表１）に示す。

（表１）からわかるように、室内熱交換器の表面温度を７５℃以上で、５分以上保持する条件で微生物の生残菌数が、逆冷房サイクル運転前で１５℃の室内熱交換器での生残菌数の１０００分の１未満に減少している。また、このときの微生物の種類を調べると空中浮遊細菌および真菌であった。従って、室内熱交換器の表面温度を少なくとも７５℃で５分保持すると、空中浮遊細菌および真菌を不活化できる。

なお、空中浮遊粉塵からまれに発見されるウイルスについても、同様の温度、時間条件で実験を行ったが、室内熱交換器の表面を７５℃以上で５分以上保持すると不活化できた。

（実験２）
次に実験１で求められた不活化条件である、室内熱交換器の表面温度を７５℃で５分以上保持する実験を繰り返し行った。そして、逆冷房サイクル運転前の１５℃での室内熱交換器の表面の生残菌数に対して、７５℃で５分保持したときの生残菌数の割合を減菌率と定義し、その減菌率を３８件で調べた。（表２）にその結果を示す。

（表２）に示すように３８件中、３２件は７５℃、５分保持で減菌率が１０００分の１未満となっているが、減菌率が１００分の１、１０分の１未満の場合が６例あり、それらの場合について、以下の条件で生残菌数を調べた。逆冷房サイクル運転で室内熱交換器の表面の温度を７５℃、８５℃、９５℃とし、それぞれの温度で保持する時間を５分、１０分、１５分とした。また、逆冷房サイクル運転前の表面温度が１５℃の室内熱交換器の生残菌数も調べた。そして、実験１と同様の実験を行い寒天培地１枚当たりの生残菌数を計測した。その結果を（表３）に示す。

（表３）からわかるように、室内熱交換器の表面温度を８５℃以上で、１０分以上保持する条件で微生物の生残菌数が、逆冷房サイクル運転前で１５℃の室内熱交換器での生残菌数の１０００分の１未満に減少している。また、このときの微生物の種類を調べるとウエルシ菌であった。従って、室内熱交換器の表面温度を少なくとも８５℃で、１０分保持するとウエルシ菌の生残菌数が減少し、不活化できることがわかる。このように不活化運転の温度、時間条件を異ならせることで、室内熱交換器の表面で生育する微生物を選択的に不活化することもできる。具体的には、逆冷房サイクル運転で到達させる室内熱交換器の表面の温度を複数に変えるようにすればよい。例えば２段階に変え、「不活化ノーマル運転」は、空中浮遊細菌および真菌を不活化する。これらの微生物を不活化させる条件は、室内熱交換器の表面温度を７５℃以上で５分以上保持すれば不活化できる。「不活化強運転」は、ウエルシ菌を不活化する。この微生物を不活化させる条件は、室内熱交換器の表面温度を８５℃以上で１０分以上保持すれば不活化できる。

なお、不活化運転の指示は図１に示すように、リモコン３５から行うようにすればよい。このようにすれば、不活化運転を行うタイミングを選択でき、冷房運転を終了し無人となった室内で不活化運転を行えるため、高温気流による不快を感じることもないし、毎日繰返して行う等の不活化運転の効果的な運転方法も選択できる。

また図２に示すように、室内熱交換器１４の結露水４０を受けるドレンパン４４の通水面４６と反対面４８に、室内熱交換器１４を分岐した銅管５０を接触させてもよい。通水面４６は常に結露水４０が供給されるので、生育しやすい環境である。従って、このようなドレンパン４４も上述した微生物の生育上限温度以上で所定時間保持すればよい。ドレンパン４４の材質としては、伝熱特性に優れたアルミ等の金属がよい。また、図２に示すように室内熱交換器１４を弁５２で銅管３６と銅管５０とに分岐させ、逆冷房サイクル運転のときのみ銅管５０に冷媒を流すようにすればよい。このようにすることで、冷房サイクル運転時に、冷房能力が低下することもなく、また銅管５０による結露が生じることもない。

また、本発明の実施の形態では室内用の空気調和機で説明したが、自動車車内の空気調和機として使用しても、同様の効果が得られる。

本発明の空気調和機とその運転方法によれば、加湿手段を有することなく湿熱加熱が可能となり、室内や自動車内等の室内熱交換器の表面に生育する微生物の不活化の用途に適用できる。

本発明の実施の形態の空気調和機の概略構成図 同実施の形態の空気調和機における室内熱交換器の斜視図 同実施の形態の微生物の不活化運転のフローチャート 同実施の形態の二酸化炭素が冷媒の冷凍サイクルのモリエ線図

符号の説明

１０ 室内機
１２ 結露センサ
１３ 温度センサ
１４ 室内熱交換器
１６ 室内制御部
２０ 室外機
２２ 室外熱交換器
２４ 膨張弁
２６ 圧縮機
２８ 四方弁
３０ 室外制御部
３２ 信号線
３４ 冷媒配管
３５ リモコン
３６，５０ 銅管
３８ フィン
４０ 結露水
４２ 微生物
４４ ドレンパン
４６ 通水面
４８ 反対面
５２ 弁

Claims (7)

1. 冷媒を室内熱交換器で蒸発させ室外熱交換器で放熱させて前記室内熱交換器で冷却された室内空気を室内機吹出口からファンで室内に送風する冷房サイクル運転と、
   前記冷媒を前記室外熱交換器で蒸発させ前記室内熱交換器で放熱させる逆冷房サイクル運転と
   を切り替える制御部を備えた空気調和機であって、
   前記制御部は、
   前記冷媒を二酸化炭素とし前記室内熱交換器表面に前記冷房サイクル運転時の結露水を付着させ前記ファンを停止したのち、前記冷房サイクル運転から前記逆冷房サイクル運転に切り替え前記室内熱交換器表面を前記微生物の蛋白質変性温度以上にし、前記室内熱交換器表面を前記微生物の蛋白質変性温度以上で所定時間保持することを特徴とする空気調和機。
2. 前記室内熱交換器の表面に接して温度センサおよび結露センサを備えたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記結露水を受けるドレンパンに前記室内熱交換器を分岐して接触させたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の空気調和機。
4. 冷媒を室内熱交換器で蒸発させ室外熱交換器で放熱させて前記室内熱交換器で冷却された室内空気を室内機吹出口からファンで室内に送風する冷房サイクル運転と、
   前記冷媒を前記室外熱交換器で蒸発させ前記室内熱交換器で放熱させる逆冷房サイクル運転と
   が切り替え可能であって、
   前記冷媒を二酸化炭素とし前記室内熱交換器表面に前記冷房サイクル運転時の結露水を付着させ前記ファンを停止させる第１ステップと、
   前記冷房サイクル運転から前記逆冷房サイクル運転に切り替え前記室内熱交換器表面を前記微生物の蛋白質変性温度以上にする第２ステップと、
   前記室内熱交換器表面を前記微生物の蛋白質変性温度以上で所定時間保持する第３ステップと
   を含む不活化運転を行うことを特徴とする空気調和機の運転方法。
5. 前記逆冷房サイクル運転は前記室内機吹出口を閉じて行うことを特徴とする請求項４記載の空気調和機の運転方法。
6. 前記第３ステップの室内熱交換器表面の温度および所定時間を７５℃以上で５分以上とすることを特徴とする請求項４または請求項５記載の空気調和機の運転方法。
7. 前記第３ステップの室内熱交換器表面の温度および所定時間を８５℃以上で１０分以上とすることを特徴とする請求項６記載の空気調和機の運転方法。

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