JP2010107095A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】水の乾燥と除去を促進し、露垂れを防止することができる空気調和機を提供する。
【解決手段】この発明に係る空気調和機１００は、吸込口１、熱交換器３、送風機４、風路８、吹出口７を有する空気調和機１００において、冷房運転時に送風機４以降の風下側の風路８の親水化塗料塗布部位１１に親水性処理を施すと共に、紫外線照射により親水化し、さらにポリエチレングリコールを含む親水化塗料を塗布し乾燥する親水性処理を施した風路８の近傍領域の中で最も低い位置に起毛テープ１２等の水滞留機構を設けるものである。
【選択図】図４

Description

この発明は、空気調和機に係り、特に室内機の風路の露付き・露垂れを防止できる空気調和機に関する。

冷風を吹き出すことにより、室内の空気調和を行う空気調和機では、冷房運転や除湿運転時、吹き出される冷風によって吹出口周辺が冷却されたところに、室内空気が巻き込まれて触れることによって、冷やされ結露を生じ、そのまま長時間運転を続けると結露水が大きな水滴に成長し（露付き）、ついには落下してしまう（露垂れ）。

これを防ぐために、風向偏向板を親水化して、露の成長を防ぐようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、風向偏向板と片側を断熱材で構成し、冷たい偏向板と暖かい室内空気が触れないようにしているものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平４−３４４０３２号公報 特開２００７−１８７４０５号公報

このように様々な結露防止方法が提案されているが、以下のような課題がある。特許文献１の例では、最下部に移動した水が露垂れを起こしてしまう課題があった。また、特許文献２の例では、断熱材の無い側において、一部の暖かい室内空気が触れ結露してしまう課題があった。また、いずれの例でも他の風路から到達した多量の露には対処できなかった。

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、水の乾燥と除去を促進し、露垂れを防止することができる空気調和機を提供する。

この発明に係る空気調和機は、吸込口、熱交換器、送風機、風路、吹出口を有する空気調和機において、冷房運転時に送風機以降の風下側の風路に親水性処理を施すと共に、親水性処理を施した風路の近傍領域の中で最も低い位置に水滞留機構を設けるものである。

この発明に係る空気調和機は、冷房運転時に送風機以降の風下側の風路を親水性にすることにより、露の水が広がるため、水の空気と接する面積が大きくなって乾燥しやすくなる。また、付着したままにならず、最下部に移動しやすくなる。最下部においては、落下しにくくなる。または露垂れの起こらない部位に移動しやすくなる。これらの結果として、露垂れが防止できる。

実施の形態１．
図１は一般的な空気調和機１００の縦断面図、図２は冷房運転において温度変化を測定するために風の流れに沿ってａ〜ｄの４か所に温度測定器１０を設置した空気調和機１００の縦断面図、図３は水が重力によって溜まる位置を具体的な例として示す空気調和機１００内部の一部の図（図３（ａ）、（ｂ）は断面図、図３（ｃ）は正面図）、図４は実施の形態１を示す図で、親水化塗料を塗布する親水化塗料塗布部位１１及び貼付する起毛テープ１２を示す空気調和機１００の断面図、図５は実施の形態１を示す図で、親水性塗料および起毛テープ１２の効果を模式的に時系列に示した図である。

まず結露の仕組みについて、図１を用いて詳しく説明する。まず従来の説について説明する。代表的な空気調和機１００の冷房運転においては、まず熱交換器３に冷媒を通すことによって冷却する。つぎに送風機４を回転することによって室内空気を、吸込口１→プレフィルター２→熱交換器３→送風機４自身→風路８→吹出口７の順番で流す。風の向きを変えるために、吹出口７付近で、左右風向制御板５および上下風向制御板６の近傍を風が通過する。なお、熱交換器３、送風機４の形態は様々なものがある。また左右風向制御板５および上下風向制御板６は必ずしも必要ない。風路８は、風路材１８等で構成される。また、熱交換器３の下方に、熱交換器３のドレンを受けるドレンパン９が設けられる。さらに、吸込口１には、室内空気の温度をモニターする温度測定器１０を備える。

従来の結露の説においては、冷却した空気が吹出口７周辺の風路材や左右風向制御板５および上下風向制御板６をまず冷却し、ここに何らかの理由で暖かく湿度の高い室内空気が触れて、水蒸気が液体の水に変化するものである。場合によっては、室内空気が送風機４に触れることによって送風機４上にも結露するというものである。これは、送風機４の形態（クロスフローファン、プロペラファン、シロッコファンなど）や熱交換器３と送風機４の位置関係には依存しない。しかしながら我々は、室内空気の湿度が比較的低い場合においても、また、風の巻き込みを防いだ場合においても、送風機４の羽・翼や風路材１８や左右風向制御板５および上下風向制御板６上に結露することを実験により見出した。

そこで図２に示すように、風の流れに沿ってａ〜ｄの４か所に温度測定器１０を設置し、冷房運転において温度変化を詳しく測定した。その結果、通常運転における温度は、ｂ＜ｃ＜ｄ＜ａとなった。これは、暖かい室内空気ａが空気調和機１００内に取り込まれた後、熱交換器３によって冷却され（ｂ）、その後は空気調和機１００が持つ熱や空気調和機１００自身が出す熱が移動してくるために次第に空気温度が上昇するためである。

ところが、冷房運転中に一定の温度に達したときに、温度制御によっては、ｂ＞ｃ＜ｄ＜ａ（ｂ＞ｄ）となる逆転現象が観測された。これは気温の設定温度に達したために、制御部が熱交換器３の冷却能力を下げたためである。この結果、それまで冷却されていた熱交換器３には結露水が付着しているが、熱交換器３を通った空気は温度があまり下がらないまま結露水の水分を蒸発させ湿度として含むことになる。この高湿度の空気が、温度逆転現象でその空気よりも温度の低い状態のままの送風機４や風路材１８や左右風向制御板５および上下風向制御板６に触れたために、これらの表面に結露が生じたのである。いわゆる露付き現象である。

さらに送風機４の水滴は、送風機４の回転による遠心力と風の影響で送風機４から離れ、風路材１８等に付着した。ただし、普通は、温度逆転現象はせいぜい数分しか続かず、いったん送風機４等に付着した結露水がその後の正常状態において乾燥し、結露が成長することはなかった。ところが、ある古い空気調和機１００においては、温度逆転現象が起こっていない状態においても、結露水が乾燥せず、あるいは乾燥が不十分で、次の温度逆転現象時に露が成長し、ついには風路から落下した。いわゆる露垂れや露飛び現象が起こった。これまでに示された説では説明できない現象である。

そこで、露の付いた風路材１８（異常材）と新しい風路材１８（正常材）について、同量の水（５μＬ）を付着させ、同一温湿度条件のきれいな空気の気流下で乾燥させた。その結果、露の付いた風路材１８では１．３時間、新しい風路材１８では０．８時間で乾燥した。すなわち、異常材には乾燥を妨げる何かが付着していることが推定された。

また、正常材を２つ用意し、同様に同量の水を付着させ、一方は古い空気調和機１００がおかれていた部屋（異常部屋）、もう一方はクリーンルームに設置し、同一の温湿度、風速で乾燥時間を測定した。その結果、異常部屋では１．０時間、クリーンルームでは０．７時間で乾燥した。すなわち、異常部屋には乾燥を妨げる何かが空気に含まれていると考えられた。ところで、近年の化粧品等には保湿剤が含まれている。これらは、具体的にはセチルアルコールなどである。これらは肌に付着して、肌の乾燥を防止するものである。化粧品等では直接肌に塗りつけるものもあるが、スプレーによって噴霧するタイプが主流となっている。そこで、異常材や異常部屋において蒸発が防止されたのは、保湿剤が噴霧によって部屋の空気中を漂い、一部は吸込口１から吸い込まれて、あるいは直接に風路材１８に到達し付着したり、結露水表面に付着した可能性が考えられた。

そこでこのことを確かめるために、セチルアルコールをエチルアルコールに濃度１％で溶解し、これを正常材に塗布して乾燥し、クリーンルーム内でセチルアルコールを塗布しないものと蒸発の比較実験を行った。その結果、乾燥時間が、セチルアルコールありでは１．１時間、正常材では、０．７時間であった。

また、セチルアルコールの濃度を２％で行った場合には、乾燥時間が１．８時間であった。さらには、異常材と正常材に霧吹きで露を強制的に付着したところ、これらの乾燥時間は、予想通り、異常材で長くなったが、さらに、乾燥後、上記異常部屋の空気調和機１００で冷房運転を行ったところ、露は強制的に付着させた位置と全く同一の位置に成長した。このことは、露が乾燥すると、露表面に付いた気中浮遊物が風路材１８表面で濃縮され、露の付着を促進する効果があると推定された。

また、露は、濃縮物が存在する部位に制限されるために露が成長しても付着面積は増加せず、接触角は増大しかつ露の表面積を露の体積で割った値が減少した。また蒸発を妨害する物質も濃縮して存在するために、乾燥時間が非常に長くなった。すなわち、風路材１８に付着した物質の影響で露の乾燥時間は長くなり、露が成長しやすくなった。今回は風路材１８での評価であったが送風機４や左右風向制御板５および上下風向制御板６などにおいても同様の影響を与えていると推定された。さらには、熱交換器３の表面が空気中の物質（有機物蒸気やミスト）が付着し、本来親水的であったものが疎水化・撥水化し、熱交換器３上に付着した場合に、盛り上がった玉状の結露水となることがある。親水的表面の時には、結露水は速やかに流れ落ちるが、玉状になった場合には流れず、上記の温度逆転減少時に空気中に蒸発する水の量が格段に多くなった。その結果、温度逆転現象時に送風機等に付着する結露水も多くなった。

以上のことをまとめると、
（１）温度の逆転現象によって、送風機４や風路材１８等に露付きが発生する。
（２）撥水化する物質が気中に存在し、熱交換器３に付着して撥水化させ熱交換器３に残る水の量を増加させる。
（３）露の乾燥を遅らせる物質が気中に存在し風路材１８に付着してからあるいは直接に露表面に付着し乾燥を遅らせる。
（４）露の乾燥によって付着物が濃縮され、風路材１８などにおいて露が成長する位置が固定され乾燥が遅れる。

これらの研究結果を踏まえて、露付き・露垂れを軽減または防止するためには、送風機４から飛んで最初に付着し、また自らも露の発生場所となる風路材１８等における露の乾燥を早めることおよびすばやく移動させることが重要である。

露の乾燥を早める手段は様々考えられるが、露における気水界面面積（空気と接している面積）を露体積で割ったもの（以下露の比表面積と呼ぶ）をなるべく大きくすることが重要である。これによって露の空気に接する面積が増えるために乾燥しやすいからである。すなわち、親水性化することが重要である。親水化によって、接触面積が小さくなるため、すなわち露は広がるためである。さらに、広がった露同士が接触するとさらに比表面積が大きくなることが観察された。すなわち、水滴の接触角が望ましくは２０度以下がよい。しかしながらそれだけでは全ての露を乾燥することはできない。なぜならば、露は重力によって引っ張られ、親水性化面の内、近傍領域の中で最も低い位置に移動し集まり、その部分では露の比表面積が小さくなるため、乾燥が遅くなる。また、重力や風や振動によって落下・飛散が起こる。すなわち露垂れ、露飛びが起こる。

そこで、親水性化面の内、近傍領域の中で最も低い位置には、水の貯留機構または排除機構を設けることがきわめて効果的である。すなわち、親水化処理単独または水の滞留機構または排除機構単独では、多量の露水を処理しなければならないため、露垂れを防ぐことはできない。両者が同時に機能することにより、露の乾燥を早めつつ、集めた露水が垂れないようにすることを行って初めて露垂れ・露飛びを防止することができる。

なお、近傍領域の中で最も低い位置というのは、水が重力によって溜まる位置を示し、具体的な例として、空気調和機１００内部の一部の断面図として図３（ａ）、（ｂ）、正面図として図３（ｃ）に示す。矢印で示した部位の近傍を意味する。併せて付着した露の模式図を斜線で示す。

具体的な実施例を以下に述べる。図４の太線部および斜線部（ハッチング部）が上記の露付き部分となる。具体的には、風路材１８や左右風向制御板５および上下風向制御板６である。この部分は、比較的疎水的なプラスチックであるポリスチレンまたはＡＢＳ樹脂（アクロル二トリルブタジエンスチレン）で作製される。まずこれらの表面を紫外線照射により親水化した。このままでは空気中の有機物等によりすぐに疎水化するため、さらにポリエチレングリコールを含む親水化塗料を塗布し乾燥した。図４の親水化塗料塗布部位１１に、これらの処理を施した。紫外線照射により親水化し、さらにポリエチレングリコールを含む親水化塗料を塗布し乾燥する処理を、「親水性処理」と定義する。

つぎに、図４のドット部に水滞留機構として起毛テープ１２を貼付した。起毛テープ１２とポリエチレングリコール塗料は接するようにした。起毛テープ１２は、短い毛が多数植えられたテープであり、毛の間に、表面張力により水を保持（滞留）することができる。この結果、上記した異常部屋で一ヶ月運転しても一度も露垂れは起こらなかった。

親水性塗料および起毛テープ１２の効果を模式的に時系列に示した図５を用いて説明する。すなわち、（ａ）では、風路材１８が未処理の状態を示しているが、玉になって付着した水が、最下部に滑って到達すると、次第に水玉が大きくなり、最後は重力や振動や風の影響で落下するものである。これが露垂れである。

ところが、風路材１８を親水性塗料を塗布して親水化した場合（ｂ）、付着した露は玉にならず、表面に広がる。比表面積が大きくなるため水の多くは蒸発乾燥するが、一部は重力で底部に溜まる。乾燥速度よりも水が集まる速度が大きい場合には最後には露垂れが起こる。なお、露垂れに至る時間は、（ａ）の場合に比べてずっと長い。

最後に、さらに起毛テープ１２を付けた場合（ｃ）には、風路最下部に至った水は、起毛テープ１２の毛の中に保持され、露垂れは起こらない。

なお、上下風向制御板６は、空気調和機１００の運転中および停止中等で向きが変化するが、冷房運転中に最も一般的な向きを基準として最下部を選び起毛テープ１２を貼付するのがよい。

また、左右風向制御板５および上下風向制御板６にはこれを動かすための支え棒や柱が付随しているので、これらにも親水化塗装するのがよい。

実施の形態２．
図６は実施の形態２を示す図で、天井埋め込み型空気調和機２００の縦断面図である。実施の形態１では、送風機４の下側に吹出口７があった。この場合、風路８全体を親水化処理することが必要である。しかし、風路８が上に凸となっている場合には、結露水全てが、吹出口７に向かうわけではないので、全てを親水化する必要がない。図６にそのような例として、天井埋め込み型空気調和機２００（室内機）を示す。

図６に示す天井埋め込み型空気調和機２００の場合は、筐体２０の底面に吸込口１が形成されている。図１に示す空気調和機１００と同様に、冷房運転においては、まず熱交換器３に冷媒を通すことによって冷却する。つぎに送風機４を回転することによって室内空気を、吸込口１→プレフィルター２→熱交換器３→送風機４自身→風路８→吹出口７の順番で流す。風の向きを変えるために、吹出口７付近で、左右風向制御板５および上下風向制御板６の近傍を風が通過する。風路８は、風路材１８等で構成される。また、熱交換器３の下方に、熱交換器３のドレンを受けるドレンパン９が設けられる。

吹出口７は、筐体２０の底面の吸込口１の側部に形成されている。従って、風路８は、送風機４の風上側では下から上に形成され、送風機４の風下側で上から下に形成される。このように、風路８が上に凸となっているので、結露水全てが、吹出口７に向かうわけではなく、図６の太線部および斜線部（ハッチング部）を、親水化すればよい。

実施の形態１と同様に、親水化塗料塗布部位１１の表面を紫外線照射により親水化し、さらにポリエチレングリコールを含む親水化塗料を塗布し乾燥した。そっして、図６のドット部に滞留機構として起毛テープ１２を貼付した。その結果、露垂れは起こらなかった。

実施の形態３．
図７は実施の形態３を示す図で、起毛テープ１２の代わりに溝１３を設ける例を示す図（（ａ）は空気調和機１００の断面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同側面図）である。

上記実施の形態１、２では、滞留機構として起毛テープ１２を用いたが、図７に示すように、起毛テープ１２の代わりに親水化塗料塗布部位１１の“最も低い位置”近傍に溝１３を設けてもよい。溝１３は、図７（ｂ）に示すように、空気調和機１００の左右方向の略全幅に形成される。溝１３には、背面へ抜ける穴１４が設けられ、この穴１４にチューブ１６を連結し、重力でドレンパンに水を流すようにしたり、穴１４にポンプ１５を転結して水を強制的に除去してもよい（図７（ｃ））。チューブ１６、ポンプ１５を、「水除去機構」と定義する。

なお、これまで親水化処理においては、まずプラスチックの表面を紫外線で親水化したが、コロナやプラズマなどの放電処理、酸化クロムやオゾンなどの酸化剤による化学酸化でもよい。また、親水化塗料として、ポリエチレングリコールを含む塗料を用いたが、ポリビニルアルコールなど親水性高分子でもよい。アルカリ性にした水にシリカ（酸化珪素）など親水性無機化合物微粒子を懸濁したものなどでもよい。また、塗料ではなく親水性の膜を貼り付けてもよい。親水性化後の水の接触角は、２０度未満が望ましい。特に３０度以上では付着した露どうしが接触することがほとんど無いため、風路材面に水が広がらず、乾燥しにくい。

さらに、フッ素化合物微粒子を、界面活性剤とともに、シリカ懸濁液に混ぜてもよい。フッ素化合物が疎水性であるために多すぎると疎水性の面になるが、フッ素化合物微粒子の重さを、シリカの重さの１／２以下にすると、親水性が充分得られ、かつ、空気中の微粒子による汚損を受けにくい効果が得られた。

なお、本実施の形態により、露垂れが防止されるだけでなく、風路材１８の乾燥が早まるために、カビの繁殖や悪臭の発生をも防ぐことができた。

実施の形態４．
実施の形態３で示した溝１３を設ける位置に、溝１３の代わりにニクロム線や半導体などの加熱装置を設け、水を徐々に蒸発させても、露垂れを防ぐことができた。超音波発振素子を設け、霧化してもよい。加熱装置や超音波発振器は、起毛テープ１２や溝１３と併用することもできる。その場合、間欠的に運転でき、消費電力を少なくする効果がある。加熱装置を、「水除去機構」と定義する。

一般的な空気調和機１００の縦断面図。 冷房運転において温度変化を測定するために風の流れに沿ってａ〜ｄの４か所に温度測定器を設置した空気調和機１００の縦断面図。 水が重力によって溜まる位置を具体的な例として示す空気調和機１００内部の一部の図（（ａ）、（ｂ）は断面図、（ｃ）は正面図）。 実施の形態１を示す図で、親水化塗料を塗布する親水化塗料塗布部位１１及び貼付する起毛テープ１２を示す空気調和機１００の断面図。 実施の形態１を示す図で、親水性塗料および起毛テープ１２の効果を模式的に時系列に示した図。 実施の形態２を示す図で、天井埋め込み型空気調和機２００の縦断面図。 実施の形態３を示す図で、起毛テープ１２の代わりに溝１３を設ける例を示す図（（ａ）は空気調和機１００の断面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同側面図）。

符号の説明

１ 吸込口、２ プレフィルター、３ 熱交換器、４ 送風機、５ 左右風向制御板、６ 上下風向制御板、７ 吹出口、８ 風路、９ ドレンパン、１０ 温度測定器、１１ 親水化塗料塗布部位、１２ 起毛テープ、１３ 溝、１４ 穴、１５ ポンプ、１６ チューブ、１８ 風路材、２０ 筐体、１００ 空気調和機、２００ 天井埋め込み型空気調和機。

Claims (6)

1. 吸込口、熱交換器、送風機、風路、吹出口を有する空気調和機において、冷房運転時に前記送風機以降の風下側の前記風路に親水性処理を施すと共に、前記親水性処理を施した前記風路の近傍領域の中で最も低い位置に水滞留機構を設けることを特徴とする空気調和機。
2. 前記水滞留機構は、毛の密集した起毛テープであることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記水滞留機構は、溝であることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
4. 吸込口、熱交換器、送風機、風路、吹出口を有する空気調和機において、冷房運転時に前記送風機以降の風下側の前記風路に親水性処理を施すと共に、前記親水性処理を施した前記風路の近傍領域の中で最も低い位置に水除去機構を設けることを特徴とする空気調和機。
5. 前記水除去機構はチューブまたはポンプであることを特徴とする請求項４記載の空気調和機。
6. 前記水除去機構は加熱装置であることを特徴とする請求項４記載の空気調和機。