JP2011085373A - 屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冬期における建物全体および／または居室内の湿度を効率よく有効湿度に保持して建物全体および／または居室内の実際温度を下げた暖房機器の運転を可能にすることで、暖房機器の負担を軽減し、暖房機器運転のための消費エネルギーを削減して省エネを実現できる屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置を提供する。
【解決手段】 屋外に設置されるヒートポンプ３と、該ヒートポンプ３に隣接して屋外に設置されるとともに、ヒートポンプ３の凝縮器として作用する熱交換器３４を介して加熱された加湿用水を循環する加湿用水循環系４と、加湿用水に空気を接触させて加湿空気を生成するとともに、この加湿空気を建物２全体および／または居室２Ａ，２Ｂ内のうちの少なくともいずれか一方に循環させる屋外設置構造の加湿空気循環系５とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置に関する。

従来、建物の居室内が暖房機器で所望の温度に加温され、かつ湿度が１０％程度に保持されている冬期において、居室内の湿度を有効湿度４０％〜５０％に保持すると、居住者の体感温度は暖房機器の加温によって設定されている居室内の実際温度よりも２℃程度高くなることが実験あるいは経験則などによって知得している。そのため、加湿装置によって居室内の湿度を有効湿度４０％〜５０％に保持しておけば、居室内の実際温度を２℃程度低下させても居住者は実際温度よりも２℃程度高い温度を体感することができる。したがって、それだけ暖房機器の負担が軽減されるので、暖房機器運転のための消費エネルギーを削減して省エネを図ることができるといえる。

居室内の加湿装置として、ヒータを使って水を沸騰させることでスチームを噴気させて加湿するスチーム式、吸水したフィルターに風をあてて加湿する気化式、前記スチーム式と気化式とを複合構造により吸水したフィルターに温風をあてて加湿するハイブリッド式、超音波によって水を微細な粒子として放出する超音波式など種々の機種が存在している。

一方、加湿空気の吹出口を建物内の任意の位置に配することができるように、箱体外郭に吐出口と空気取り入れ口を備え、箱体内部に加湿器を搭載した加湿ユニットを、たとえば階段下などの居室外スペースに設置して、前記加湿器の吐出口を居室の天井面に設置された吹出口とダクトを介して連通することにより、加湿ユニットで生成された加湿空気を居室内に供給するとともに、接続されるダクトの長さを変更して建物または居室内の吹出口の位置を自由に選択できるようにした加湿装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００３−３０２０７５号公報

しかし、前記従来のスチーム式、気化式、ハイブリッド式、超音波式などの前者の加湿装置は、比較的小型の居室内設置タイプであるので、調湿域が加湿装置まわりの狭い空間に制限され、居室内の全域の湿度を有効湿度４０％〜５０％に保持することは困難であるばかりか、居室内設置タイプであることにより、加湿装置の設置スペースに相当してそれだけ居室内スペースが小さくなる。しかも、複数の居室のそれぞれに少なくとも１台の加湿装置を設置する条件下では、居室数に応じて加湿装置の設置台数が増加するなどの問題点を有する。

一方、前記特許文献１に記載されている後者の加湿装置は、前者の加湿装置と比較して大型であるため加湿空気量が十分に確保できることと、加湿空気がダクトを介して複数の居室に分配できることとなどによって、前者の加湿装置と比較して、１台の加湿装置により少なくとも３〜４の居室内を加湿できる。

ところで、前記後者の加湿装置は、加湿ユニットが備えている吸水管によって吸い上げた水を加湿器の内壁に衝突させることで微細化し、この微細化された水に加湿器に取り入れた居室内の空気を混合して加湿空気を生成し、加湿器の吐出口直前に設けた水滴分離ネットと気水分離器からなる気水分離手段によって前記加湿空気中の大粒の水滴を除去したのちに前記吐出口に放出し、ダクトを通して複数の居室内に供給することで居室内を加湿するとともに、屋内に既設の暖房機器によって加温された加湿空気を加湿器に取り入れて循環させるように構成されている。

このような構成の前記後者の加湿装置では、吸水管によって吸い上げた水を加湿器内で加熱していない。そのため、蒸発が促されないので加湿能力が低い。したがって、低温で微細化した水に居室内の空気を混合しても高い効率で加湿することができない。これにより、居室内の湿度を有効湿度４０％〜５０％に保持するのに長時間を要するばかりか、比較的通気性のよい居室であれば居室内を有効湿度４０％〜５０％に保持することが期待できない。その結果、居室内の実際温度を２℃程度低下させて暖房機器を運転すると、居住者は実際温度をそのまま体感して寒さを感じることになるので、居室内の実際温度を２℃程度高める暖房機器の運転が必要になる。つまり、暖房機器の負担が増すので暖房機器運転のための消費エネルギーが増大して省エネを妨げることになる問題点を有している。

また、前記後者の加湿装置は、たとえば階段下などの居室外スペースに設置されるので、前記後者の加湿装置のように居室内スペースが小さくなるのは避けることができるものの、前記階段下などの居室外スペースの有効利用が妨げられる問題点を有している。

本発明は、このような問題を解決するものであって、その目的とするところは、冬期における建物全体および／または居室内の湿度を効率よく有効湿度に保持して建物全体および／または居室内の実際温度を下げた暖房機器の運転を可能にすることで、暖房機器の負担を軽減し、暖房機器運転のための消費エネルギーを削減して省エネを実現できる屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係る屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置は、屋外に設置されるヒートポンプと、該ヒートポンプに隣接して屋外に設置されるとともに、ヒートポンプの凝縮器として作用する熱交換器を介して加熱された加湿用水を循環する加湿用水循環系と、前記加湿用水に空気を接触させて加湿空気を生成するとともに、この加湿空気を建物全体および／または居室内のうちの少なくともいずれか一方に循環させる屋外設置構造の加湿空気循環系と、を備えていることを特徴としている。

これによれば、加湿用水循環系を循環する加湿用水は、ヒートポンプの凝縮器として作用する熱交換器での熱交換により、加熱損失を小さく抑えた高い熱効率で加熱されるので加熱コストを削減できる。また、加湿用水循環系を循環する加湿用水は、加熱されることで蒸発が促されるようになって加湿能力が高くなる。そして、加湿能力が高くなった加湿用水に、加湿空気循環系を循環する加湿空気が接触することで加湿空気自体が加熱され、加湿用水との接触による加湿空気の生成能力が高められて高い加湿効率で加湿空気が生成されることになり、この加湿空気が建物全体および／または居室内のうちの少なくともいずれか一方に循環されるので、建物全体および／または居室内のうちの少なくともいずれか一方の湿度を有効湿度に保持することが容易である。したがって、建物全体および／または居室内の実際温度を下げた暖房機器の運転が可能になるので、暖房機器の負担が軽減され暖房機器運転のための消費エネルギーを削減して省エネを実現できる。また、屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置は、加湿容量を高めるために大型化しても、建物全体および／または居室内に影響しないのでそれらの有効利用スペースを拡大できる。

さらに、冬期においては、建物全体および／または居室内のうちの少なくともいずれか一方が既設の暖房機器により加温されているので、前記加湿空気循環系を循環する加湿空気は既設の暖房機器により加温されて加湿空気循環系を循環することになる。そのため、加湿用水との接触による加湿空気の生成能力が加温されていない加湿空気を循環させるよりも一層高められる。これにより、建物全体および／または居室内のうちの少なくともいずれか一方の湿度を有効湿度に保持することが一層容易になる。したがって、建物全体および／または居室内の実際温度を下げた暖房機器の運転が容易になって、暖房機器の負担が軽減されるので、暖房機器運転のための消費エネルギーを削減した省エネを容易に実現できる。

また、加湿用水に空気を接触させる過程において、空気中に漂う塵や埃、煙草の煙などを加湿用水が取り込むことにより、空気を洗浄、清浄化することができる。

本発明に係る屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置は、前記加湿用水に空気を接触させて加湿空気を生成する散水加湿ユニットが前記加湿用水循環系と、前記加湿空気循環系との両者に跨がって配置されている。

これによると、加熱されて加湿用水循環系を循環する加湿用水は、散水加湿ユニットで散水されることで蒸発面積が増大して、蒸発がより一層促されて加湿能力が一層高くなる。このように、加湿能力が一層高くなった加湿用水に、加湿空気循環系を循環する加湿空気が接触することで、加湿用水との接触による加湿空気の生成能力が一層高められて高い加湿効率で加湿空気を生成することができる。

さらに、加湿用水が散水加湿ユニットで散水されることで空気との接触面積が増大して、空気中に漂う塵や埃、煙草の煙などを加湿用水が取り込む能力が一層高くなり、それに伴い、空気を洗浄、清浄化する能力も高まる。

本発明に係る屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置は、前記散水加湿ユニットを、複数の落水口を有する上側散水管と、この上側散水管の下側に対向配置されて上側散水管からの落水を貯水する下側貯水部とを備えた重力式散水装置によって構成し、前記上側散水管と下側貯水部との間に落水に干渉して落水距離を稼いで該落水と前記加湿空気との接触面積を増大させる接触面積増大部材が介在している。

このように、接触面積増大部材によって落水と加湿空気との接触面積が増大することで、加湿用水との接触による加湿空気の生成能力がさらに高められて、より一層高い加湿効率で加湿空気を生成することができる。また、空気中に漂う塵や埃、煙草の煙などを加湿用水が取り込む能力もより一層高くなり、それに伴い、空気を洗浄、清浄化する能力も高まる。

本発明に係る屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置は、前記加湿用水に薬剤を混合するための薬剤注入タンクを備えることが望ましい。これによると、薬剤が混合している加湿用水と加湿空気との接触により、加湿空気に薬剤が混合され、この加湿空気が建物全体および／または居室内のうちの少なくともいずれか一方を循環する。したがって、建物全体および／または居室内のうちの少なくともいずれか一方を薬剤によってもクリーンにできる。

本発明に係る屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置によれば、冬期における建物全体および／または居室内の湿度を効率よく有効湿度に保持して建物全体および／または居室内の実際温度を下げた暖房機器の運転を可能にすることで、暖房機器の負担を軽減し、暖房機器運転のための消費エネルギーを削減して省エネを実現することができる。

本発明に係る屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置の屋外設置状態の一例を示す斜視図である。 本発明に係る屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置の一実施形態を展開して系統的に示す説明図である。 散水加湿ユニットを構成する重力式散水装置の一実施形態を拡大して示す説明図である。 薬剤注入タンクと加湿用水循環系との関係の一例を拡大して示す説明図である。

図１は屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置の屋外設置状態の一例を示す斜視図、図２は本発明に係る屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置の一実施形態を系統的に示す説明図であり、これらの図において、屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置１は建物２に隣接して屋外に設置される。そして、この屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置１は、ヒートポンプ３と、該ヒートポンプ３に隣接して配置される加湿用水循環系４と、加湿空気循環系５とを備え、ヒートポンプ３と、加湿用水循環系４と、加湿空気循環系５の一部は、屋外設置式の角形ボックス６に収納されている。なお、建物２の各居室２Ａ，２Ｂには暖房機器２ａが配置されている。

ヒートポンプ３は、作動媒体循環路３０を流れる液状の熱媒（作動媒体）を蒸発させて低温・低圧のガスにして外気３１から熱を奪う蒸発器として作用する熱交換器３２と、低温・低圧のガスになった作動媒体を圧縮して高温・高圧化する圧縮機３３と、高温・高圧のガスになった作動媒体の熱を放出する凝縮器として作用する熱交換器３４と、高圧のガスになった作動媒体を減圧膨張させて再び液化させる膨張弁３５とを備える。

加湿用水循環系４は、前記ヒートポンプ３の凝縮器として作用する熱交換器３４を介して加熱された加湿用水を循環させるもので、その加湿用水循環路４０に循環ポンプ４１とフィルター４２が直列して介設されており、循環ポンプ４１から吐出された加湿用水は、前記ヒートポンプ３の熱交換器３４を介して加熱されたのち、後述する散水加湿ユニットを通過して循環ポンプ４１の吸込口に還流される。

加湿空気循環系５は、前記加湿用水循環系４を循環する加湿用水に空気を接触させることで生成された加湿空気を建物２に循環させるもので、循環ファン５０の吸込口と建物２の内部とを連通させる還流路５１と、循環ファン５０の吐出口から吐出されて後述する散水加湿ユニットを通過した加湿空気を建物２に送り込む送気路５２とを備えている。

前記散水加湿ユニット７は、加湿用水循環系４を循環する加湿用水に加湿空気循環系５を循環する空気を接触させて加湿空気を生成するためのもので、加湿用水循環系４と加湿空気循環系５の両者に跨がって配置されており、たとえば、図３に示すように、加湿用水循環系４の加湿用水循環路４０においてヒートポンプ３の熱交換器３４を介して加熱された加湿用水を導入する導入口７０と、この導入口７０の下流側に設けられて紙面の表裏方向にのびるヘッダー管７１と、このヘッダー管７１の下流側に設けられて該ヘッダー管７１の長手方向（紙面の表裏方向）で所定の間隔を有して分岐接続された複数本の上側散水管７２（ただし、図３では１本の上側散水管７２のみが示されている）と、これら上側散水管７２の下側に対向配置された下側貯水部７３とを備えた重力式散水装置によって構成されている。

前記各上側散水管７２のそれぞれは、複数の落水口７２ａを有している。そして、上側散水管７２と下側貯水部７３との間には、各上側散水管７２において複数の落水口７２ａからの落水Ｗに干渉して、落水Ｗと前記加湿空気との接触面積を増大させる接触面積増大部材７４が介在している。この接触面積増大部材７４としては、たとえば不織布や繊維シート材やプラスチックシート材、金属シート材などを波形状に成形した基材であって、隣接する前記基材間で空気流通用の空洞を形成するように連結した部材などが適用できる。また、重力によって接触面積増大部材７４を通過した落水Ｗは、下側貯水部７３に貯水され、その吐出口７３ａからフィルター４２を経て循環ポンプ４１の吸込口に還流される。なお、下側貯水部７３には、下側貯水部７３内の貯水の目減りに対応して適宜補給口７３ｂから水道水が加湿用水として補給される。

前記構成の屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置１によれば、加湿用水循環系４を循環する加湿用水は、ヒートポンプ３の凝縮器として作用する熱交換器３４での熱交換により、加熱損失を小さく抑えた高い熱効率で４０℃〜５０℃に加熱されるので加熱コストを削減できる。また、加湿用水循環系４を循環する加湿用水は、加熱されることで蒸発が促されるようになって加湿能力が高くなる。そして、加湿能力が高くなった加湿用水に、加湿空気循環系５を循環する加湿空気が接触することで加湿空気自体が加熱され、加湿用水との接触による加湿空気の生成能力が高められて高い加湿効率で加湿空気が生成されることになり、この加湿空気が建物２に循環されるので、建物２全体の湿度、詳しくは建物２の各居室２Ａ，２Ｂ内を有効湿度４０％〜５０％に保持することが容易である。したがって、建物２内の実際温度、詳しくは建物２の各居室２Ａ，２Ｂ内の実際温度を２℃下程度げた暖房機器２ａの運転が可能になるので、各暖房機器２ａの負担が軽減され各暖房機器２ａ運転のための消費エネルギーを削減して省エネを実現できる。また、屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置１は、加湿容量を高めるために大型化しても、建物２の内部や各居室２Ａ，２Ｂ内に影響しないので、それらの有効利用スペースを拡大できる。

冬期においては、既設の各暖房機器２ａによって建物２全体、詳しくは建物２の各居室２Ａ，２Ｂ内が加温されているので、加湿空気循環系５を循環する加湿空気は前記既設の各暖房機器２ａにより加温されて加湿空気循環系５を循環することになる。そのため、加湿用水との接触による加湿空気の生成能力が加温されていない加湿空気を循環させるよりも一層高められる。これにより、建物２全体、詳しくは建物２の各居室２Ａ，２Ｂ内の湿度を有効湿度４０％〜５０％に保持することが一層容易になる。したがって、建物全体２、詳しくは建物２の各居室２Ａ，２Ｂ内の実際温度を下げた各暖房機器２ａの運転が容易になって、各暖房機器２ａの負担が軽減されるので、各暖房機器２ａ運転のための消費エネルギーを削減した省エネを容易に実現できる。また、加湿用水に加湿空気を接触させる過程において、空気中に漂う塵や埃、煙草の煙などを加湿用水が取り込むことにより、空気を洗浄、清浄化することができる。

前記散水加湿ユニット７が加湿用水循環系４と、加湿空気循環系５との両者に跨がって配置されているので、加熱されて加湿用水循環系４を循環する加湿用水は、散水加湿ユニット７で散水されることで蒸発面積が増大して、蒸発がより一層促されて加湿能力が一層高くなる。このように、加湿能力が一層高くなった加湿用水に、加湿空気循環系５を循環する加湿空気が接触することで、加湿用水との接触による加湿空気の生成能力が一層高められて高い加湿効率で加湿空気を生成することができる。さらに、加湿用水が散水加湿ユニット７で散水されることで加湿空気との接触面積が増大して、空気中に漂う塵や埃、煙草の煙などを加湿用水が取り込む能力が一層高くなり、それに伴い、空気を洗浄、清浄化する能力も高まる。

特に、前記散水加湿ユニット７を、複数の落水口７２ａを有する複数本の上側散水管７２と、これら上側散水管７２の下側に対向配置されて各上側散水管７２からの落水を貯水する下側貯水部７３とを備えた重力式散水装置によって構成し、各上側散水管７２と下側貯水部７３との間には、各上側散水管７２において複数の落水口７２ａからの落水Ｗに干渉して、該落水Ｗを、図示のように蛇行しながら落水させることで落水距離を稼ぎ、落水Ｗと加湿空気との接触面積を増大させる接触面積増大部材７４が介在しているので、この接触面積増大部材７４によって落水Ｗと加湿空気との接触面積が増大することで、加湿用水との接触による加湿空気の生成能力がさらに高められて、より一層高い加湿効率で加湿空気を生成することができる。また、空気中に漂う塵や埃、煙草の煙などを加湿用水が取り込む能力もより一層高くなり、それに伴い、空気を洗浄、清浄化する能力も高まる。

たとえば図４に示すように、散水加湿ユニット７に薬剤注入タンク８を取付けて、その薬剤注出口８０を下側貯水部７３に貯水される加湿用水に臨ませておけば、注入弁８１を開くことで下側貯水部７３内の加湿用水に薬剤注入タンク８内の薬剤を混合することができる。そのため、薬剤が混合している加湿用水と加湿空気との接触により、加湿空気に薬剤が混合され、この加湿空気が建物２全体、詳しくは建物２の各居室２Ａ，２Ｂ内を循環してそれらをクリーンにする。なお、前記薬剤としては、たとえば除菌、抗菌能力にすぐれたヒノキチオールが使用される。これにより、除菌、抗菌の他に害虫の繁殖防止や消臭あるいはシックハウス症候群の原因物質であるホルムアルデヒドを化学的に中和させることなどが期待できる。

前記実施形態では、建物２全体に加湿空気を循環させているが、建物２内の各居室２Ａ，２Ｂにのみ加湿空気を循環させてもよい。

また、建物２の内部および／または居室２Ａ，２Ｂ内に湿度センサー（図示省略）を配置することにより、該湿度センサーによって建物２の内部および／または居室２Ａ，２Ｂ内の湿度が前記有効湿度４０％〜５０％を超えた状態を検知し、この高湿度検知に基づいてヒートポンプ３の運転を停止し、有効湿度４０％〜５０％未満の湿度検知に基づいてヒートポンプ３を運転する簡単な制御系を別途構成することで、まず、建物２の内部および／または居室２Ａ，２Ｂ内が高湿度になるのを避けることができる。そして、ヒートポンプ３の運転を停止しても、各暖房機器２ａによって加温された加湿空気が建物２の内部および／または居室２Ａ，２Ｂ内を循環することになるので、ヒートポンプ３の運転停止後、短時間で建物２の内部および／または居室２Ａ，２Ｂ内の湿度が前記有効湿度４０％〜５０％未満に低下するのを抑制できるので、比較的長時間にわたってヒートポンプ３の運転を停止することが可能になり、その間、ヒートポンプ３運転のための消費エネルギーを削減して省エネを図ることができる。

一方、各暖房機器２ａの運転が不要な冬期以外の季節において、ヒートポンプ３の運転を停止し、加湿用水循環系４と加湿空気循環系５とを運転すれば、建物２の内部および／または居室２Ａ，２Ｂ内に前記薬剤が混合されている加湿空気を循環させて、建物２の内部および／または居室２Ａ，２Ｂ内を清浄化することができる。

冬期において暖房機器で加温されている居室内の湿度を有効湿度４０％〜５０％に保持することで、居室内の実際温度を低下させても低下した実際温度よりも体感温度を高めて、暖房機器の負担を軽減し、暖房機器運転のための消費エネルギーを削減して省エネを図る。

１ 屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置
２ 建物
２Ａ 居室
２Ｂ 居室
３ ヒートポンプ
３４ ヒートポンプの凝縮器として作用する熱交換器
４ 加湿用水循環系
５ 加湿空気循環系
７ 散水加湿ユニット
７２ 上側散水管
７２ａ 落水口
７３ 下側貯水部
７４ 接触面積増大部材
８ 薬剤注入タンク

Claims (4)

1. 屋外に設置されるヒートポンプと、該ヒートポンプに隣接して屋外に設置されるとともに、ヒートポンプの凝縮器として作用する熱交換器を介して加熱された加湿用水を循環する加湿用水循環系と、前記加湿用水に空気を接触させて加湿空気を生成するとともに、この加湿空気を建物全体および／または居室内のうちの少なくともいずれか一方に循環させる屋外設置構造の加湿空気循環系と、を備えていることを特徴とする屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置。
2. 前記加湿用水に空気を接触させて加湿空気を生成する散水加湿ユニットが前記加湿用水循環系と、前記加湿空気循環系との両者に跨がって配置されている請求項１に記載の屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置。
3. 前記散水加湿ユニットを、複数の落水口を有する上側散水管と、この上側散水管の下側に対向配置されて上側散水管からの落水を貯水する下側貯水部とを備えた重力式散水装置によって構成し、前記上側散水管と下側貯水部との間に落水に干渉して落水距離を稼いで該落水と前記加湿空気との接触面積を増大させる接触面積増大部材が介在している請求項２に記載の屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置。
4. 前記加湿用水に薬剤を混合するための薬剤注入タンクを備えている請求項１または請求項２に記載の屋外設置型ヒートポンプ式加湿装置。

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