JP2014178060A - 飛沫水検知装置及びそれを備えた空気調和装置並びにそれを備えた空気調和システム - Google Patents

飛沫水検知装置及びそれを備えた空気調和装置並びにそれを備えた空気調和システム Download PDF

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Abstract

【課題】飛沫水検知装置が搭載される空気調和装置の圧力損失及びメンテナンス作業負担を抑制しながら、加湿体から水が飛沫することを抑制する飛沫水検知装置及びそれを備えた空気調和装置並びにそれを備えた空気調和システムを提供することを目的としている。
【解決手段】加湿体に対向配置される電極と、電極の静電容量を検知する静電容量検知部と、を有し、静電容量検知部は、静電容量の変化に基づいて加湿体からの飛沫水の有無を判定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、飛沫水検知装置及びそれを備えた空気調和装置並びにそれを備えた空気調和システムに関するものである。
従来の空気調和装置としては、空気調和装置本体内に空気を取り込む送風機と、空気調和装置本体内に設けられ、多孔質体で構成される加湿体とを有し、送風機で取り込んだ空気を加湿体に供給して加湿した後に、この加湿した空気を室内に供給する気化式のものが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
湿潤状態にある加湿体の表面には、水膜を形成する水分が付着している。このため、空気調和装置本体内に取り込まれた空気によって、この水膜が破断し、水滴及び水微粒子など(以下、水とも称する)として飛沫してしまう場合がある。これにより、飛沫した水が、空気に乗って空気調和装置本体内部に付着したり、室内への吹出口から放出されてユーザーの快適性を損ねてしまったりする可能性がある。
また、加湿に用いられる水には水道水が用いられる場合があるが、水道水には「炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムなどといった硬度成分」及び「シリカ」などの不純物が含まれている。
このため、飛沫した水が空気調和装置本体内部に付着すると、この不純物が白色粉状物質として析出される。そして、やがてはこの析出物が送風機の作用によって室内に飛散し、ユーザーの快適性を損ねる可能性がある。
そこで、特許文献1に記載の技術では、加湿体の側面のうちの下流側面に対向するようにエリミネータと呼ばれる水滴飛散防止材を設けている。これにより、加湿体に含まれる水が飛沫して、室内に水が放出されてしまうこと及び空気調和装置本体内に付着してしまうことを抑制することができる。
特開2005−106421号公報([0093]、[0098]及び図1)
特許文献1に記載の技術では、エリミネータに飛沫した水が乾燥することで水がエリミネータに析出物が堆積してしまう場合がある。これにより、空気調和装置の圧力損失が発生し、供給風量が経時的に減少してしまうという課題があった。
また、エリミネータに析出物が堆積した場合などに対応するため、定期的にエリミネータを清掃する方法が考えられるが、この方法では、メンテナンス作業が発生してしまうという課題があった。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、飛沫の検知精度を向上させることができる飛沫水検知装置及びそれを備えた空気調和装置並びにそれを備えた空気調和システムを提供することを目的としている。
本発明に係る飛沫水検知装置は、加湿体に対向配置される電極と、電極の静電容量を検知する静電容量検知部とを有し、静電容量検知部は、静電容量の変化に基づいて前記加湿体からの飛沫水の有無を判定するものである。
本発明に係る飛沫水検知装置によれば、上記構成を有しているので、飛沫の検知精度を向上させることができる。
本発明の実施の形態に係る空気調和システムの模式図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの飛沫水検知装置の模式図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの加湿体に水が供給される様子を説明する模式図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの飛沫水検知装置の模式図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの加湿体から水が飛沫する様子を説明する模式図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの静電容量検知信号、時間平均値、及び飛沫水検知信号の値を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る空気調和システムの制御フローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態.
図1は、実施の形態に係る空気調和システム200の模式図である。図2は、実施の形態に係る空気調和システム200の飛沫水検知装置30の模式図である。図3は、実施の形態に係る空気調和システム200の加湿体20に水が供給される様子を説明する模式図である。図4は、実施の形態に係る空気調和システム200の飛沫水検知装置30の模式図である。
本実施の形態に係る空気調和システム200の空気調和装置の飛沫水検知装置30は、
飛沫の検知精度を向上させることができる。
空気調和装置の室内機1は、「外郭を構成する室内機本体1a」と、「冷媒が供給される熱交換器10」と、「室内機本体1aに取り込まれる空気を加湿するのに利用される加湿体20と、加湿体20に水を供給するのに利用される給水配管21」と、「給水配管21に接続され、給水配管21の流路の開閉を行うのに利用される電磁弁22」と、「室内機本体1a内に空気を取り込み、室内機本体1a外に放出するのに利用される送風機70」と、「加湿体20から水が飛沫することを検知する飛沫水検知装置30」と、「室内機1の送風機70の回転数などを制御する制御装置60」とを有している。
なお、制御装置60には、コントローラ100が接続されており、このコントローラ100と、室内機1と、図示省略の室外機とを併せて空気調和システム200と称する。また、図1では、空気調和システム200として、室内機1を1台有する場合を例に示しているが、それに限定されるものではなく、室内機1を複数台有し、これらをコントローラ100で統括制御することができるように構成してもよい。
また、室内機1は、熱交換器10を有し、空調対象空間の温度調整を行うことができる場合を例に説明するがそれに限定されるものではない。たとえば、室内機1は、「空調対象空間の温度調整は行うことはできないが、加湿を行うことができる加湿器」及び「加湿機能を有する空気清浄機」などを含むものである。
(室内機本体1a)
室内機本体1aは、たとえば直方体形状の外郭を有しているものであり、熱交換器10、加湿体20、給水配管21の一部、電磁弁22、送風機70、飛沫水検知装置30及び制御装置60などが搭載されているものである。
室内機本体1aには、図示を省略しているが、室内機本体1a内に空気を取り込む空気の取入口と、熱交換器10、加湿体20及び飛沫水検知装置30を通過した空気を室内機本体1a外に放出する吹出口とが形成されている。
(熱交換器10)
熱交換器10は、室内機1が暖房運転を実施している場合には、凝縮器として機能し、室内機1が冷房運転を実施している場合には、蒸発器として機能するものである。熱交換器10は、室内機本体1a内に収容され、たとえば送風機70の下流側であって加湿体20の上流側に設けられる。
熱交換器10は、たとえば、冷媒が流れる伝熱管と、この伝熱管に接続される複数並列に設けられるフィンとを有するフィンチューブ型の熱交換器で構成されるものである。熱交換器10には、冷媒配管11a、11b(以下、冷媒配管11とも称する)が接続されている。
この熱交換器10は、図示省略の圧縮機、絞り装置及び熱交換器10とは別の熱交換器と併せて冷凍サイクルを構成しているものである。
(加湿体20)
加湿体20は、給水配管21から供給される水を保水するものである。そして、加湿体20は、送風機70の作用によって室内機本体1a内に取り込まれた空気を加湿することができるものである。加湿体20は、室内機本体1a内に収容され、たとえば、熱交換器10の下流側に設けられる。
加湿体20は、たとえば、直方体形状をしているものである。そして、加湿体20の下流側の側面には、後述する飛沫水検知装置30の電極50が対向配置される。
また、加湿体20の側面には、給水配管21が接続されている。
(給水配管21及び冷媒配管11)
給水配管21は、加湿体20を保水するのに利用される水を供給する配管である。給水配管21は、たとえば、水道水が流れる配管に連通しており、水道水が供給されるようになっている。
給水配管21の一部は、室内機本体1a内に設けられており、その室内機本体1a内に設けられている側が加湿体20に接続されている。そして、給水配管21のうちの加湿体20に接続されている部分には、図3に示すように、給水配管21の長手方向に沿って複数の開口(図示省略)が形成されており、加湿体20にまんべんなく水を供給することができるようになっている。
冷媒配管11は、熱交換器10に接続されているものである。図示は省略しているが、この冷媒配管11は、空気調和装置の室外機に接続されている。
(電磁弁22)
電磁弁22は、給水配管21に設けられ、給水配管21の流路の開閉を行うものである。電磁弁22は、制御装置60に接続されており、制御装置60からの情報に基づいて開度の調整がなされる。なお、本実施の形態では、電磁弁22が室内機1内に設けられているものとして説明するが、それに限定されるものではなく、たとえば、室内機1外でもよい。
また、本実施の形態では、流路の「開(全開)」と「閉(全閉)」とを切り替える電磁弁22が採用されている場合を例に説明するが、それに限定されるものではない。たとえば、電磁弁22の代わりに、「開(全開)」と「閉(全閉)」との間の開度に調整することができる弁(開閉弁)を採用してもよい。
(送風機70)
送風機70は、室内機本体1a内に空気を取り込み、その後室内機本体1a外に空気を放出するものである。送風機70は、室内機本体1a内に収容され、たとえば、熱交換器10の上流側に設けられる。送風機70によって室内機本体1a内に取り込まれた空気は、熱交換器10及び加湿体20を通過した後に、室内機本体1aの吹出口から放出され、その後、空調対象空間に供給される。
(飛沫水検知装置30)
飛沫水検知装置30は、加湿体20に対向配置される電極50と、電極50に接続されている静電容量検知部32と、静電容量検知部32で処理された信号に基づいて接点を開閉させる電磁開閉器33と、静電容量検知部32の演算結果が出力される出力端子34と、外部電源が接続される電源端子35と、電極50と静電容量検知部32とを接続する接続配線40と、を有している。
電極50は、たとえば、加湿体20から飛沫する水をより確実に検知することができるように加湿体20のうちの下流側部分における投影面と同程度の範囲に広がるように形成されているものである。また、電極50は、送風機70から供給される空気の圧力損失を抑制することができるように網目状の電極で形成されているものである。
なお、電極50は、加湿体20のうちの下流側部分の投影面と同程度である必要はない。たとえば、加湿体20のうちの水が飛沫しやすい位置及び加湿体20のうちの最初に水が飛沫する位置が予め特定できていれば、その位置にのみ網目を設けた態様となるように電極50を構成してもよい。
また、電極50は、必ずしも網目状である必要はなく、たとえば、罫線状に形成したものを用いてもよいし、線状に形成したものを用いてもよい。
静電容量検知部32は、たとえば、加湿体20に対応して設けられる電極50と設置電位(基準電位)との間の静電容量を検知するものである。静電容量検知部32は、こうして検知した静電容量の変化に基づいて、加湿体20からの飛沫水を検知する。
電磁開閉器33は、静電容量検知部32で処理された信号に基づいて接点を開閉させるものであり、たとえば、リレーなどで構成されるものである。電磁開閉器33に接続された外部回路の接点の開閉は、静電容量検知部32により行われる。なお、外部回路とは、電磁弁22のコイルに電流を供給するのに利用される回路のことである。この電磁開閉器33により、外部回路のその接点の導通、非導通の切り替えがなされる。
出力端子34は、静電容量検知部32の演算結果が出力される端子である。すなわち、出力端子34は、静電容量検知部32の演算結果を制御装置60に出力するのに利用される端子である。
電源端子35には、図示省略の外部電源が接続される。
接続配線40は、たとえば導電体の外周に被覆がある細径の被覆線が用いられ、外周にシールド層を有するシールド線であるとよい。これにより、接続配線40で発生する静電容量変化を抑制することができ、飛沫水検知装置30の飛沫水の検知精度が低下してしまうことを抑制することができる。
(制御装置60)
制御装置60は、静電容量検知部32からの情報に基づいて、たとえば、飛沫水を抑制するように室内機本体1aの各部を制御するものである。
制御装置60には、外部機器からの制御信号を受信する接点端子が設けられている。すなわち、制御装置60の接点端子は、出力端子34に接続されており、飛沫水検知装置30の情報が出力されるようになっている。このように、飛沫水検知装置30を制御装置60に直接接続できるようになっているので、特段の設定又はシーケンサなどの中継する制御装置が必要なくなっている。
そして、制御装置60は、飛沫水を検知したことを示す信号が飛沫水検知装置30から出力された場合には、前述した電磁弁22のコイルが接続される外部回路に電流を流すか、流さないかを切り替えて電磁弁22の開閉を制御することができるものである。
なお、本実施の形態では、制御装置60が飛沫水を検知したことを示す信号が飛沫水検知装置30から出力された場合には電磁弁22の開閉を制御するものとして説明するが、それに限定されるものではなく、たとえば、空気調和装置の運転を直接停止する動作を行ってもよい。
(コントローラ100)
コントローラ100は、空気調和装置の動作を制御し、飛沫水発生時に飛沫水の発生を報知する報知手段(図示省略)を備えている。この報知手段は、たとえば、液晶画面、LEDなどの点灯による表示であってもよいし、また、ブザーなどの鳴動、音声による発報でもよい。
[飛沫水について]
図5は、実施の形態に係る空気調和システム200の加湿体20から水が飛沫する様子を説明する模式図である。図5を参照して、飛沫水が発生する様子、及びこの飛沫水の抑制方法について説明する。
室内機本体1aに取り込まれた空気は、湿潤状態にある加湿体20に供給されることで加湿される。そして、加湿された空気は、室内機本体1aの吹出口を介して空調対象空間(たとえば、室内など)に供給される。
たとえば、加湿体20が、加湿体20の表面から水が流下するような過度の湿潤状態にある場合には、加湿体20に供給される空気の風圧によって加湿体20の水膜が破断して水滴及び水微粒子などして飛散に至る。
飛沫水が発生しないようにするためには、(1)給水配管21による加湿体20への水供給量を最適化する、或いは、(2)送風機70による加湿体20への通風量を最適化する、という方法が考えられる。
ここで、本実施の形態に係る空気調和システム200は、飛沫水を抑制しないようにすることを目的として、(2)の通風量を最適化するのではなく、(1)の加湿体20への水供給量を最適化する方法を採用している。これは、(2)の通風量については、空調対象空間の設定温度、及び、空調対象空間への新鮮な空気の供給量の確保などの観点から、最適化されるものであるからである。
制御装置60は、静電容量検知部32からの情報に基づいて飛沫水が発生していると判定すると、電磁弁22を閉とする。これにより、加湿体20には水が供給されなくなるため、加湿体20に蓄えられる水の量の増加が止み、加湿体20から水が飛沫してしまうことが抑制される。なお、加湿体20は、多孔質のため水を一定量蓄えることができることから、送風機70から空気が継続して供給されても、その供給された空気を継続して加湿することができる。
すなわち、電磁弁22を閉じることで、水の飛沫を抑制しながらも、加湿を継続して実施して、加湿した空気を空調対象空間に供給することができる。
また、制御装置60は、静電容量検知部32からの情報に基づいて飛沫水が発生していないと判定すると、電磁弁22を開く。これにより、加湿体20には水が供給されて、加湿体20に供給される空気の加湿量を増大させることができるようになる。
[制御装置60及び飛沫水検知装置30などについて]
図6は、実施の形態に係る空気調和システム200の静電容量検知信号、時間平均値、及び飛沫水検知信号の値を示すグラフである。なお、図6に示すように、グラフの横軸は、サンプリング時間(t)、グラフの縦軸は静電容量信号である。
飛沫水検知装置30は、静電容量検知信号x(t)、及び、この静電容量検知信号x(t)のサンプリング数nから、飛沫水の有無の判定に用いられる飛沫水検知信号y(t)を算出する。そこで、静電容量検知信号x(t)、サンプリング数n、及び飛沫水検知信号y(t)について説明する。
予め設定される時間tにおける、電極50の静電容量に対応する信号が静電容量検知信号x(t)である。すなわち、飛沫水の有無などに応じて電極50から出力される静電容量が変化するが、この静電容量に対応する信号が静電容量検知信号x(t)である。
静電容量検知信号x(t)は、図6に示すように、時間経過に応じて微妙に変化していることがわかる。この微妙な変化は、後述するように環境ノイズによるものである。
静電容量検知信号x(t)のサンプリング数nは、静電容量検知信号x(t)の「移動平均数」又は「時間積分値を得るための平均数」である。
このとき、加湿体20からの飛沫水の有無を判定するのに利用される飛沫水検知信号y(t)は、次の関係式(1)から算出される。
y(t)=x(t)−Σ{x(t)}/n …(1)
ここで、飛沫水検知装置30が算出するΣ{x(t)}/nの値を「移動平均値」、「時間平均値」をいう。また、この「移動平均値」、「時間平均値」を算出する処理のことを、「移動平均処理」、「時間平均処理」という。
なお、「移動平均処理」に関することであるが、静電容量を時系列にサンプリングしているため「移動平均処理」を一例として説明したが、単純な加算平均を用いてもよい。
この関係式(1)に示すように、飛沫水検知信号y(t)は、差分信号であるため、「加湿体20の表面に停留する水分」、「加湿体20表面に付着した汚れ」及び「水分を含む埃」などによる環境ノイズを除去することができる。
すなわち、静電容量検知信号x(t)が、環境ノイズなどにより変動してしまっても、飛沫水検知信号y(t)の算出にあたって「移動平均処理」、「時間平均処理」などで得られる値が用いられているので、静電容量検知信号x(t)の値が急激に変化することが抑制される。これにより、より高精度に加湿体20の飛沫を検知することができる。
ところで、「移動平均処理」、「時間平均処理」には処理遅延が伴うが、「移動平均値」、「時間平均値」を、加湿体20の表面に停留する水分量として用いることができる。
なお、「移動平均値」、「時間平均値」を用いないで飛沫水の発生の有無を判定することもできる。この場合には、飛沫水検知信号y(t)は、次の関係式(2)から算出される。
y(t)=x(t) …(2)
この場合には、差分をとらない分だけ、静電容量検知信号x(t)の値が大きくなり、飛沫水検知信号y(t)の値も大きくなってしまう。
このため、「移動平均値」、「時間平均値」を用いる場合と比較して、判定閾値thを大きく設定することで、飛沫水の誤検知を抑制することができる。しかし、判定閾値thを大きく設定すると、飛沫水が発生しても正常であると判定されてしまうことに留意する必要がある。
図7は、実施の形態に係る空気調和システム200の制御フローチャートである。以下、図7を用いて、静電容量検知部32、制御装置60及びコントローラ100の処理を説明する。
(ステップS1)
飛沫水検知装置30は、空気調和装置が通電状態になると、メモリクリアなどの初期化を行う。
(ステップS2)
飛沫水検知装置30は、加湿体20に対向配置された電極50の静電容量の値を検知する。
(ステップS3)
飛沫水検知装置30は、上記の関係式(1)に基づいて、ステップS2で検知した静電容量を平均処理してノイズを除去し、飛沫水検知信号y(t)を算出する。
(ステップS4)
飛沫水検知装置30は、ステップS3の信号処理で得られた飛沫水検知信号y(t)と、予め決定された判定閾値thとに基づいて、飛沫水の有無を判定する。
飛沫水検知信号y(t)が判定閾値th以下である場合には、飛沫水の発生がないと判定してステップS5に移行する。
飛沫水検知信号y(t)が判定閾値thを上回った場合には、飛沫水の発生があると判定してステップS6に移行する。
(ステップS5)
飛沫水検知装置30は、電磁弁22を開いたままとし、ステップS2に移行する。
(ステップS6)
飛沫水検知装置30は、飛沫水があると判定したため、それに対応する信号を制御装置60に出力する。
制御装置60は、静電容量検知部32から出力された信号に基づいて電磁弁22を閉とする。また、制御装置60は、飛沫水検知装置30からの飛沫水があるとの判定を受けて、それに対応する信号をコントローラ100に出力する。
これにより、コントローラ100は、飛沫水があることに対応する表示、音声などの報知を実施する。
なお、本実施の形態では、ステップS6において、制御装置60が電磁弁22を閉(全閉)とする場合を例に説明したが、それに限定されるものではない。たとえば、電磁弁22の代わりに全閉及び全開以外の開度にも調整することができる開閉弁が用いられている場合には、制御装置60は、この開閉弁が閉じる方向に開閉弁の開度を制御してもよい。すなわち、開閉弁の開度を全閉とするのではなく、小さくするということである。これによっても、加湿体20に供給される水の量が低減するため、飛沫水の発生を抑制することができる。
また、本実施の形態では、飛沫水検知信号y(t)が判定閾値thを超えるか否かによって電磁弁22の開閉を切り替える場合を例に説明したが、それに限定されるものではない。たとえば、判定閾値thの代わりに上限閾値及び下限閾値が飛沫水検知装置30に設定されてもよいということである。
具体的には、飛沫水検知信号y(t)の値が上限閾値及び下限閾値の範囲内であるときには飛沫水の発生があると判定し、飛沫水検知信号y(t)の値が上限閾値を超えたとき及び下限閾値未満のときには飛沫水の発生がないと判定するようにしてもよい。
[実施の形態の効果]
本実施の形態に係る飛沫水検知装置30は、加湿体20に対向配置される電極50の静電容量の変化に基づいて飛沫水の有無を判定することができ、飛沫の検知精度を向上させることができる。
本実施の形態に係る空気調和装置は、飛沫水検知装置30が搭載されているので、空調対象空間に飛沫水が放出されたり、「炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムなどといった硬度成分」及び「シリカ」などの不純物を有する析出物が空調対象空間に飛散してしまうことが抑制される。
また、本実施の形態に係る空気調和装置は、エリミネータなどの代わりに飛沫水検知装置30が搭載されているので、エリミネータに析出物が堆積してしまうなどのことがなく、室内機1の圧力損失及びメンテナンス作業負担を抑制することができる。
本実施の形態に係る空気調和システム200は、飛沫水検知装置30が搭載された空気調和装置を有しているため、上述の本実施の形態に係る空気調和装置の効果と同様の効果を得ることができる。
1 室内機、1a 室内機本体、10 熱交換器、11 冷媒配管、11a、11b 冷媒配管、20 加湿体、21 給水配管、22 電磁弁、30 飛沫水検知装置、32 静電容量検知部、33 電磁開閉器、34 出力端子、35 電源端子、40 接続配線、50 電極、60 制御装置、70 送風機、100 コントローラ、200 空気調和システム。

Claims (6)

  1. 加湿体に対向配置される電極と、
    前記電極の静電容量を検知する静電容量検知部と、
    を有し、
    前記静電容量検知部は、
    前記静電容量の変化に基づいて前記加湿体からの飛沫水の有無を判定する
    ことを特徴とする飛沫水検知装置。
  2. 前記静電容量検知部は、
    予め設定される時間tにおける、前記電極の前記静電容量に対応する信号をx(t)とし、前記信号xのサンプリング数をnとしたとき、
    前記加湿体からの飛沫水の有無を判定するのに利用される飛沫水検知信号y(t)を、
    y(t)=x(t)−Σ{x(t)}/n
    という関係式に基づいて算出し、
    前記静電容量検知部は、
    前記飛沫水検知信号が判定閾値を上回った場合に飛沫水有りと判定し、
    前記飛沫水検知信号が前記判定閾値以下の場合に飛沫水無しと判定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の飛沫水検知装置。
  3. 前記電極は、網目状に形成された
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の飛沫水検知装置。
  4. 室内機本体と、
    前記室内機本体に接続される給水配管の開閉を行う開閉弁と、
    を有し、
    前記室内機本体は、
    前記室内機本体に収容され、保水する加湿体と、
    前記室内機本体に一部が収容され、前記加湿体に水を供給する前記給水配管と、
    前記室内機本体に収容され、電極が前記加湿体に対向配置される請求項1〜3のいずれか一項に記載の飛沫水検知装置と、
    前記飛沫水検知装置における飛沫水の有無の判定結果に基づいて前記開閉弁の開度を制御する制御装置とを有している
    ことを特徴とする空気調和装置。
  5. 前記制御装置は、
    前記飛沫水検知装置が飛沫水有りと判定したとき、前記開閉弁が閉じる方向に前記開閉弁の開度を制御する
    ことを特徴とする請求項4に記載の空気調和装置。
  6. 請求項4又は5に記載の空気調和装置と、
    前記空気調和装置の動作を制御するコントローラと、
    を有し、
    前記コントローラは、
    静電容量検知部が飛沫水有りと判定した場合に、飛沫水の発生を報知する
    ことを特徴とする空気調和システム。
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