JP2011080734A - 空気調和機および空気調和方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気への水分の吸着効率を向上する。
【解決手段】貯水槽１５内の水を加湿部材４０によって吸水して水面より上部の加湿領域に汲み上げる一方、貯水槽１５上の加湿領域に送風手段（シロッコファン２２）によって空気を送風し、加湿部材４０を通過させることにより空気に水分を吸着させて機外に供給する空気調和機において、加湿部材４０は、貯水槽１５内の水に浸漬される吸水部４１ａを有する２以上のフィルタ部４１ｂ，４１ｂを備え、各フィルタ部４１ｂ，４１ｂを混合空間部４８を隔てて配設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加湿器や、加湿機能を搭載した空気清浄機および冷暖房機などの空気調和機およびその空気調和方法に関するものである。

この種の空気調和機による空気の加湿機構は、貯水槽内の水を加湿部材によって吸水して水面より上部の加湿領域に汲み上げる。また、貯水槽上の加湿領域に送風手段によって空気を送風し、加湿部材を通過させることにより、空気に水分を吸着させて機外に供給するものである。

特許文献１には、平面状の布体と波状の布体とを接着したフィルタ構造体を設け、このフィルタ構造体を複数並設して保持体内に収容した気化フィルタ（加湿部材）を設け、この気化フィルタによって貯水槽内の水を汲み上げるようにした加湿器が提供されている。このように構成した気化フィルタは、微小な通気孔を多数有するハニカム状をなし、その通気孔を空気が通過する際に、布体が含んだ水分を吸着する。また、気化フィルタは、多数の通気孔が空気の送風方向に沿って延びるように配設される。さらに、気化フィルタは、送風方向の肉厚を厚くすることにより、空気に対する吸着効率を向上でき、これに伴って加湿性能を向上できる。

しかし、空気への水分の吸着は、一定厚さを越えると効率が上がらなくなる。これは、図１１に示すように、通気孔Ｈを空気が通過する際には、通気孔Ｈの壁面に近い領域を通過する空気Ｗ１の流速が遅くなり、空気Ｗ２，Ｗ３と中心に近づく程、流速が早くなる。そして、空気Ｗ１は、通気孔Ｈの壁との接触により含有する水分を十分に吸着するが、中心の空気Ｗ３は殆ど吸着しないためであると考えられる。

特許文献２には、大（強）風量での運転時の加湿効率を向上するために、円筒状をなす一対の加湿フィルタを設け、これら加湿フィルタを回転可能に構成した加湿装置が記載されている。この加湿装置は、送風手段からの送風を分流させ、各加湿フィルタを通過させることにより、加湿効率を向上できるように構成している。なお、加湿フィルタは、空気が径方向外側から内部に通過されて水分を吸着した後、内部空間を経て径方向外側に通過されて水分を再び吸着する。

しかし、この加湿装置は加湿領域にて、空気の送風方向に逆らってまたは空気の送風方向に沿って加湿フィルタが回転するため、１回目または２回目の通過による水分の吸着時には、既に他の空気が水分を吸着した領域を通過することになる。よって、水分の吸着効率が悪く、まだ改良の余地がある。

特開２００３−７４９１６号公報 特開２００８−７００４７号公報

本発明は、空気への水分の吸着効率を向上できる空気調和機および空気調和方法を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明の空気調和機は、貯水槽内の水を加湿部材によって吸水して水面より上部の加湿領域に汲み上げる一方、前記加湿領域に送風手段によって空気を送風し、前記加湿部材を通過させることにより空気に水分を吸着させて機外に供給する空気調和機において、前記加湿部材は、前記貯水槽内の水に浸漬される吸水部を有する２以上のフィルタ部を備え、各フィルタ部を混合空間部を隔てて配設した構成としている。
なお、その空気調和方法は、貯水槽内の水を加湿部材の吸水部から、水面より上部の加湿領域に位置する第１および第２フィルタ部に汲み上げる一方、送風手段によって前記加湿領域に空気を送風し、前記第１フィルタ部を通過させることにより、該第１フィルタ部が含んだ水分を空気に吸着させた後、第１および第２フィルタ部間の混合空間部にて空気を混合し、更に前記第２フィルタ部を通過させることにより、該第２フィルタ部が含んだ水分を空気に吸着させて機外に供給するものである。

この空気調和機によれば、第１および第２のフィルタ部がそれぞれ貯水槽内の水を吸水して加湿領域に汲み上げるため、それぞれが十分な吸水状態をなす。よって、それぞれのフィルタ部に空気を通過させることにより、その際に十分な吸着作用を付与できる。また、第１のフィルタ部を通過した空気は、混合空間部にて混合されるため、第２のフィルタ部を通過する際に、まだ水分を吸着可能な空気が水分を吸着できる。よって、空気に対する水分の吸着効率を向上でき、その結果、加湿効率を向上できる。

この空気調和機では、前記フィルタ部は、空気の送風方向に対して略直交方向に延びるように配設されることが好ましい。このようにすれば、送風手段による空気の送風に不要な抵抗を与えることなく、確実に空気を供給して水分を吸着させることができる。

また、前記混合空間部は、フィルタ部を除く部位からの空気の漏出を防止した閉空間であることが好ましい。このようにすれば、空気の漏出を防止できるため、加湿効率を効率的に高めることができる。

本発明の空気調和機および空気調和方法では、第１および第２のフィルタ部がそれぞれ十分な吸水状態をなすため、これらに空気を通過させることにより、十分な吸着作用を付与できる。また、第１のフィルタ部を通過した空気は混合空間部にて混合され、第２のフィルタ部を通過する際に水分を未だ吸着可能な空気が水分を吸着するため、吸着効率および加湿効率を向上できる。

本発明の第１実施形態の空気調和機である加湿器を示す分解斜視図である。 加湿器の構成を示す概略図である。 加湿器の構成を示すブロック図である。 （Ａ）は第１実施形態の加湿部材の断面図、（Ｂ）は加湿部材の腰部拡大正面図である。 第１実施形態の加湿部材の分解斜視図である。 第２実施形態の加湿部材の断面図である。 従来例に対する第１実施形態および第２実施形態の構成による効果を示す図表である。 加湿部材の変形例を示す斜視図である。 他の変形例の加湿部材を適用した加湿器を示す概略図である。 更に他の変形例の加湿部材を適用した加湿器を示す概略図である。 従来の課題を説明するための概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１乃至図３は、本発明の実施形態に係る空気調和機である加湿器を示す。この加湿器は、加湿部材４０を２以上のフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂによって構成し、これらの間に混合空間部４８を設けるようにした点で、従来の加湿器と相違する。まず、加湿器の従来と同様の概略構成について説明する。

加湿器は、図１に示すように、加湿器本体１０の側部に貯水タンク１１が着脱可能に配設される。また、加湿器本体１０の下部には、トレー１２が着脱可能に配設される。このトレー１２は隔壁１３によって、貯水タンク１１の下部に位置する水受部１４と貯水槽１５とに区画されている。これら水受部１４と貯水槽１５とは、隔壁１３の下端に設けた連通口によって通水可能に連通している。

貯水タンク１１内の水は、加湿器本体１０に装着することにより水受部１４に給水され、この水受部１４内の水が貯水槽１５内へ供給される。これら水受部１４および貯水槽１５内が所定水位まで満たされると、貯水タンク１１の下端が水で塞がれることにより、該貯水タンク１１からの給水が停止する。そして、水受部１４および貯水槽１５の内部は、貯水タンク１１内の水が無くなるまで、一定水位に維持される。なお、水受部１４内には、貯水タンク１１内の水が無くなったことを検出するために、水に浮動するフロートスイッチ１６が水無し検出手段として配設されている。

また、加湿器本体１０の内部は、図２に示すように、トレー１２の上部に上向きに延びる隔壁１７が設けられ、この隔壁１７により空気を吸引する側の吸引部１８と、空気を送出する側の送出部１９とに区画されている。図１に示すように、吸引部１８の外壁には吸込口２０が設けられ、その周囲に吸引した空気の湿度を検出する湿度センサ２１が湿度検出手段として配設されている。また、吸引部１８内には、図２に示すように、軸方向に沿って吸引した空気を径方向に送出するシロッコファン２２が送風手段として配設されている。

シロッコファン２２から送出された空気は、このシロッコファン２２の下部に配設した加熱手段であるヒータ２３を通過することにより、所定温度に加熱可能である。また、ヒータ２３を通過した空気は、トレー１２の貯水槽１５内の水面上である加湿領域にて、加湿部材４０を通過することにより加湿された後、送出部１９を通って加湿器本体１０の送出口２４から機外へ供給される。

この加湿器には、加湿器本体１０の上部に図示しない制御基板が内装されるとともに、動作条件等を設定操作するための操作パネル２５が配設されている。そして、図３に示すように、制御基板に実装した制御手段であるマイコン２６により、ユーザが操作パネル２５を操作することによる設定条件で、各部品が駆動されて加湿制御が実行される。

次に、本発明の第１実施形態の加湿部材４０を用いた加湿機構について具体的に説明する。

加湿部材４０は、トレー１２とともに加湿器本体１０に対して着脱可能に装着されるものである。本実施形態のトレー１２には、加湿部材４０を開放した上部から下向きに配設するために、貯水槽１５内に突出するように隔壁１３および対向壁３０にガイド枠３１が設けられている。なお、加湿器本体１０の下部のトレー配設部には、トレー１２が装着されているか否かを検出するトレー検出手段としてマイクロスイッチ３２が配設され、トレー１２の非装着状態では、加湿制御を実行しないように構成している。

本実施形態の加湿部材４０は、貯水槽１５内の水を加湿領域に汲み上げることにより、シロッコファン２２によって送風された空気に水分を吸着させるものである。この加湿部材４０は、図４（Ａ），（Ｂ）および図５に示すように、一対のフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂと、これらを保持する枠体４５とを備えている。

フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂは、毛細管現象の作用等によって水を吸水して加湿領域まで浸透可能な従来と同様のフィルタシートからなる。このフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂは、図４（Ｂ）および図５に示すように、短冊状の矩形シート４２と、並設された矩形シート４２，４２間に波状をなすように配設した波状シート４３とを備えている。このフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂは、矩形シート４２と波状シート４３の間に、略半円筒状をなす通気孔４４が形成される。また、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂは、枠体４５のフィルタ配設部４６の開口面積に応じて積層して形成され、通気孔４４が加湿領域において空気の送風方向に沿って延びるように構成される。本実施形態では、通気孔４４がフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂの肉厚方向に延びるとともに、水面に対して略平行に延びるように構成されている。そして、これらフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂは、水中に浸漬される下部が吸水部４１ａを構成し、加湿領域に位置される上部がフィルタ部４１ｂを構成する。

枠体４５は、図４（Ａ）および図５に示すように、トレー１２の貯水槽１５内に配設する四角筒状の枠体４５からなる。この枠体４５の内部空間は、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂを着脱可能に配設するフィルタ配設部４６を構成する。このフィルタ配設部４６には、中央に内向きに突出する位置決め段部４７が設けられている。そして、フィルタ配設部４６に対して、開口した両端からフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂをそれぞれ外側から嵌め込むようにして配設する構成としている。これにより、このフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂの間には、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂを配設した面を除く部位からの空気の漏出を防止した閉空間からなる混合空間部４８が形成される。

この加湿部材４０は、トレー１２の貯水槽１５に対してガイド枠３１，３１間に位置するように配置する。そして、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂは、前述のように、貯水槽１５の水中に浸漬される部分が吸水部４１ａを構成する。この状態で、加湿器本体１０に装着すると、水面から露出する上部が貯水槽１５上の加湿領域に位置するフィルタ部４１ｂを構成する。また、各フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂは、加湿領域に送風される空気の送風方向に対して略直交方向に延びるように位置するとともに、送風方向に沿って所定間隔をもって位置する。

加湿部材４０を装着した加湿器の加湿制御を実行すると、マイコン２６は、前述のように、シロッコファン２２を駆動させることにより、室内の空気を吸引部１８から吸い込んで、トレー１２上の加湿領域へ送風し、送出部１９を経て送出口２４から室内（機外）に空気を循環供給する。なお、ヒータ２３は、ユーザによる加湿設定（強弱）に応じてオンオフされる。

この際、加湿領域では、まず、シロッコファン２２から送風された空気は、第１のフィルタ部材４１Ａのフィルタ部４１ｂの通気孔４４内を通気することにより、フィルタ部材４１Ａが含む水分を吸着する。但し、通気孔４４の中心部を通過する空気Ｗ３は、従来と同様に水分を殆ど吸着しない。

ついで、フィルタ部材４１Ａのフィルタ部４１ｂを通過した空気Ｗ１〜Ｗ３は、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ間の混合空間部４８に流入する。そして、この混合空間部４８内では、水分を十分に吸着した空気Ｗ１と、殆ど水分を吸着していない空気Ｗ３とが混合され、全体的に平均化した吸湿状態となる。即ち、第１のフィルタ部材４１Ａの通過時に、飽和状態まで水分を吸着した空気Ｗ１があっても、全体では未だ吸着が可能な状態をなす。

その後、混合空間部４８内の空気Ｗ１〜Ｗ３は、第２のフィルタ部材４１Ｂのフィルタ部４１ｂの通気孔４４内を通気することにより、フィルタ部材４１Ｂが含む水分を吸着する。この際にも従来と同様に、通気孔４４の中心部を通過する空気Ｗ３は水分を殆ど吸着しない。但し、第１のフィルタ部材４１Ａで水分を吸着している空気Ｗ１が含まれるため、水分を全く吸着していないわけではない。

ここで、各フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂは、それぞれが吸水部４１ａ，４１ａから貯水槽１５内の水を吸水して加湿領域のフィルタ部４１ｂに汲み上げるため、それぞれが十分な吸水状態をなす。よって、それぞれのフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂのフィルタ部４１ｂに空気を通過させることにより、十分な吸着作用を付与できる。また、第１のフィルタ部材４１Ａにて水分を吸着しなかった空気は、混合空間部４８にて混合されて第２のフィルタ部材４１Ｂで水分を吸着することが可能である。よって、空気に対する水分の吸着効率を向上でき、その結果、室内の加湿効率を向上できる。

また、各フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂのフィルタ部４１ｂは、シロッコファン２２による空気の送風方向に対して略直交方向に延びるように配設されているため、シロッコファン２２による空気の送風に不要な抵抗を与えることなく、確実に空気を流動させて効率的に水分を吸着させることができる。また、混合空間部４８は、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂを除く部位からの空気の漏出を防止した閉空間により構成しているため、加湿効率を効率的に高めることができる。

図６は第２実施形態の加湿器の加湿部材４０を示す。この加湿部材４０は、枠体４５内に３枚のフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを配設する構成とした点で、第１実施形態と大きく相違している。これらフィルタ部材４１Ａ〜４１Ｃは第１実施形態のフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂと同様であり、肉厚を薄くした点でのみ相違する。枠体４５は、一方に偏った位置に位置決め段部４７を設け、この位置決め段部４７により第１および第２のフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ間に混合空間部４８Ａを形成する。また、本実施形態の枠体４５は、四角形状をなす別体の位置決め枠４９を備え、この位置決め枠４９を第２および第３のフィルタ部材４１Ｂ，４１Ｃ間に配設することにより、これらの間に混合空間部４８Ｂを形成する構成としている。

このように構成した加湿部材４０は、第１のフィルタ部材４１Ａのフィルタ部４１ｂで空気に水分を吸着させ、ついで、第１の混合空間部４８Ａで空気を混合し、第２のフィルタ部材４１Ｂのフィルタ部４１ｂで更に水分を吸着させる。その後、さらに第２の混合空間部４８Ｂで空気を混合した後、第３のフィルタ部材４１Ｃのフィルタ部４１ｂで更に水分を吸着させることができる。そのため、フィルタ部材４１Ａ〜４１Ｃの肉厚が薄いものであっても、空気に対する空気の吸着効率を向上できるため、室内の加湿効率を向上できる。

なお、本願発明の発明者らは、これら第１および第２実施形態の加湿部材４０の効果を確認するために、加湿量の確認を行った。この実験では、三菱製紙製のロングライフ加湿フィルタを、セル（通気孔４４）ピッチ６ｍｍとしたフィルタ部材を用いた。そして、比較例である従来品の加湿部材は、厚さが４５ｍｍの一枚のフィルタ部材とした。また、本発明の第１実施形態品である加湿部材４０は、全体厚（枠体４５の厚さ）が比較例と同様の４５ｍｍになるようにし、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂの肉厚を２０ｍｍとして合計厚が４０ｍｍとなるようにした。そして、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ間には、５ｍｍの混合空間部４８（隙間）を形成した。さらに、本発明の第２実施形態品である加湿部材４０は、第１実施形態品と同様に、全体厚が４５ｍｍとなるようにし、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃの肉厚を１０ｍｍとして合計厚が３０ｍｍとなるようにした。そして、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ間には７．５ｍｍの混合空間部４８Ａ，４８Ｂを形成した。

これらの加湿部材を同一の加湿器に装着してシロッコファン２２により送風し、送出口２４から送出された空気の湿度および風量を測定した。その結果は、図７に示すように、従来品の加湿量、即ち空気の湿度が４１６ml/hであった。これに対して、本発明の第１実施形態品は、空気の湿度が５２０ml/hであった。また、第２実施形態品は、空気の湿度が５００ml/hであった。

この結果から、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ間に混合空間部４８を形成する構成とした本発明の各実施形態品は、混合空間部４８を形成しない従来品より水分の吸着量、即ち加湿効率を向上できるといえる。しかも、本実施形態は、従来と比較してフィルタ部材の合計肉厚も少ない。そのため、加湿効率を向上しつつ、コストダウンを図ることができる。

なお、本発明の空気調和機および空気調和方法は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、第１実施形態では、加湿部材４０を別体のフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂと枠体４５とで構成したが、図８に示すように、各フィルタ部５２ａ，５２ｂを下端の連結部５２ｃで連結することにより一体化した１個のフィルタ部材５２で構成してもよい。勿論、この構成は、第２実施形態のように３個のフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを用いる場合でも同様に適用可能である。このようにしても、各フィルタ部は、連結部５２ｃを含む下部の吸水部５２ｄから水を吸水し、十分に水分を含有させることができ、同様の作用および効果を得ることができる。この場合、連結部５２ｃが下側に位置するように配設するのではなく、上側に位置するように配設してもよい。このようにすれば、枠体４５のような別部材を用いることなく、上部からの空気の漏出を防止できる。

また、各実施形態では、各フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを枠体４５により一体化してトレー１２に配設する構成としたが、トレー１２にフィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ毎にガイド枠３１を設けることにより、枠体４５を使用しない構成としてもよい。この場合、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃの形状とトレー１２の形状、および、加湿器本体１０の隔壁１７の形状により、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ間には、閉空間からなる混合空間部４８を形成することが好ましい。勿論、混合空間部４８は、上部および／または側部を開放した構成としてもよい。

さらに、各実施形態では、各フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを並行に位置するように配設したが、図９に示すように、平坦な第１のフィルタ部材４１Ａと、略Ｌ字形状をなす第２のフィルタ部材４１Ｂを設け、第２のフィルタ部材４１Ｂは、ガイド枠３１によって略水平方向に延びるように配設した上部を空気が通気する構成としてもよい。このように、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは、空気の送風方向に沿って略直交方向に延びるように配設すれば、その配置構成は希望に応じて変更が可能である。

勿論、各フィルタ部４１ｂ，５２ａ，５２ｂを空気の送風方向に対して略直交方向に延びるように配設するのではなく、一方のフィルタ部または両方のフィルタ部を送風方向に対して傾斜させて配設する構成としてもよい。

さらにまた、各実施形態では、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂを可動することのない固定式としたが、図１０に示すように、各フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂを円板状に形成するとともに、これらに対して回転軸５０を貫通させる。そして、この回転軸５０を図示しない駆動手段であるモータと連結機構である歯車５１などによって回転可能として、フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂを回転可能に構成してもよい。なお、この場合には、各フィルタ部材４１Ａ，４１Ｂは、各状態で貯水槽１５の水中に浸漬した領域が吸水部４１ａ，４１ａを構成する。このようにしても、各実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

そして、前記実施形態では、本発明の空気調和機として加湿器を用いて説明したが、加湿機能を搭載した空気清浄機や冷暖房機などであっても同様に適用可能であり、同様の作用および効果を得ることができる。

１０…加湿器本体
１１…貯水タンク
１２…トレー
１５…貯水槽
２２…シロッコファン（送風手段）
２３…ヒータ
２６…マイコン
４０…加湿部材
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，５２…フィルタ部材
４１ａ，５２ｄ…吸水部
４１ｂ，５２ａ，５２ｂ…フィルタ部
４４…通気孔
４５…枠体
４８，４８Ａ，４８Ｂ…混合空間部

Claims (4)

1. 貯水槽内の水を加湿部材によって吸水して水面より上部の加湿領域に汲み上げる一方、前記加湿領域に送風手段によって空気を送風し、前記加湿部材を通過させることにより空気に水分を吸着させて機外に供給する空気調和機において、
   前記加湿部材は、前記貯水槽内の水に浸漬される吸水部を有する２以上のフィルタ部を備え、各フィルタ部を混合空間部を隔てて配設したことを特徴とする空気調和機。
2. 前記フィルタ部は、空気の送風方向に対して略直交方向に延びるように配設されることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記混合空間部は、フィルタ部を除く部位からの空気の漏出を防止した閉空間であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
4. 貯水槽内の水を加湿部材の吸水部から、水面より上部の加湿領域に位置する第１および第２フィルタ部に汲み上げる一方、
   送風手段によって前記加湿領域に空気を送風し、前記第１フィルタ部を通過させることにより、該第１フィルタ部が含んだ水分を空気に吸着させた後、第１および第２フィルタ部間の混合空間部にて空気を混合し、更に前記第２フィルタ部を通過させることにより、該第２フィルタ部が含んだ水分を空気に吸着させて機外に供給する
   ことを特徴とする空気調和方法。

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