JP4404151B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機、特に除湿および加湿の両機能を有する空気調和機に関する。

近年、除湿機能と加湿機能とを一台に持たせた空気調和機が広く普及している。代表的なものとして、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用したもの（例えば、特許文献１参照）、吸着素子を利用したもの（例えば、特許文献２参照）が挙げられる。

特許文献１に記載の空気調和機は、除湿運転時は蒸発器で空気中の水分を結露させて除湿し、加湿運転時は貯水タンクの水を加熱して加湿している。また、特許文献２に記載の空気調和機は、回転する円板状の吸着素子を有しており、除湿運転時はその吸着素子に空気中の水分を吸着させて除湿し、加湿運転時はその吸着素子に温風を当て水分を放出させて加湿している。
特開平６−３０７６７７号公報 特開平１１−２４１８３８号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の空気調和機は、除湿時の空気流路と加湿時の空気流路とをそれぞれ別に設けなければならないので、空気調和機の構造が複雑で大型になる。

本発明の課題は、少なくとも除湿機能と加湿機能とを有する小型の空気調和機を提供することにある。

第１発明に係る空気調和機は、送風機と、除湿ユニットと、加湿ユニットと、空気清浄部とを備えている。送風機は、室内から内部に空気を吸い込ませ、空気調和後の空気を室内に戻す。除湿ユニットは、水分を吸着する吸着素子を回転させながら送風機によって流れる空気から水分を吸着して所定容器に貯える。加湿ユニットは、水を気化させる気化素子に貯水容器から水を供給し、その気化素子を回転させながら水を気化させる。空気清浄部は、送風機によって流れる空気を濾過する。除湿ユニットは、ヒータと、第２送風機と、熱交換部とを有している。第２送風機は、ヒータによって温度上昇した高温空気を吸着素子の一部分に当ててその吸着素子から水分を放出させる。熱交換部は、高温空気が第２送風機によって内部を流れ、高温空気と送風機によって外部を流れる空気との間で熱交換を行わせる。熱交換部と吸着素子とは送風機によって流れる空気の流れ方向と垂直な方向に並んで平坦領域を形成している。加湿ユニットは、回転しながら貯水容器の水を汲み上げて気化素子へ給水する水車を有している。送風機によって流れる空気の流れ方向と垂直な気化素子の平坦領域が、除湿ユニットの平坦領域と厚み方向に重なるように並べられ、水車が回転軸を吸着素子及び気化素子それぞれの回転軸と並行にして、吸着素子と気化素子との間に配置されている。除湿運転時に送風機によって流れる空気が除湿される除湿領域は、加湿運転時に送風機によって流れる空気が加湿される加湿領域よりも上流に位置している。空気清浄運転時に送風機によって流れる空気が清浄される空気清浄領域は、除湿領域よりも上流に位置している。除湿ユニットが吸着した水分を貯える所定容器は、貯水容器であって、送風機によって流れる空気の流れ方向を切替えることなく、且つ貯水容器の仕様を切替えることなく、除湿運転と加湿運転とを切替えることができる。

この空気調和機では、空気流路を切り替える必要がないので、風路構成が簡素となり小型となる。さらに、加湿運転から除湿運転に切替えられたときに、除湿された空気が加湿ユニットに残留している水分を乾燥させるので、カビや異臭の発生が防止される。さらに、清浄された空気が除湿又は加湿されるので、除湿ユニットおよび加湿ユニットへの埃や臭いの付着が抑制される。また、除湿によって発生した水を加湿に利用することによって、貯水容器への水補給が自動的に行なわれるので、加湿運転の持続可能時間が伸びる。さらに、吸着素子が熱交換部から空気の流れ方向に突出せず薄型であり、且つ、吸着素子、水車、および気化素子の３つの回転体が軸を並行にしているので、層状に配置することが可能となり、空気調和機の厚み方向の寸法増大が抑制される。

第２発明に係る空気調和機は、第１発明に係る空気調和機であって、除湿ユニットと加湿ユニットとを制御する制御部をさらに備えている。制御部は、除湿ユニットの吸着素子に水分の吸着を行わせず、ヒータ及び第２送風機を機能させて、送風機により熱交換部の外部を流れている空気を暖め、さらに加湿ユニットも稼働させる暖房加湿運転モード、を実行可能であり、その暖房加湿運転モードを実行させる選択部を有している。

この空気調和機では、加湿ユニットが除湿ユニットの下流にあるので、除湿ユニットの加熱手段を熱源として暖房を行ないながら室内を加湿することができる。

第１発明に係る空気調和機では、空気流路を切り替える必要がないので、風路構成が簡素となり小型となる。さらに、吸着素子が熱交換部から空気の流れ方向に突出せず薄型であり、且つ、吸着素子、水車、および気化素子の３つの回転体が軸を並行にしているので、層状に配置することが可能となり、空気調和機の厚み方向の寸法増大が抑制される。

第２発明に係る空気調和機では、加湿ユニットが除湿ユニットの下流にあるので、除湿ユニットの加熱手段を熱源として暖房を行ないながら室内を加湿することができる。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜空気調和機の構成＞
本発明の一実施形態に係る空気調和機は、除湿機能、加湿機能及び空気清浄機能を有しており、除湿運転時は除湿機として、加湿運転時は加湿機として、空気清浄運転時は空気清浄機として働く。また、本実施形態では、単一機能だけでなく、同時に複数の機能を組合せて稼働させることができる。例えば、空気清浄機能と除湿機能との組合せ、空気清浄機能と加湿機能との組合せ、及び除湿機能と加湿機能との組合せである。

図１は、本発明の一実施形態に係る空気調和機の斜視図である。図１において、空気調和機１では、送風機２、除湿ユニット３、加湿ユニット４、空気清浄部５及び制御部６が、本体１０に収納されている。本実施形態では、ユーザーが容易に空気調和機１を移動させることができるように、本体１０の下面（室内の床面と対向する面）に、キャスター（図示せず）が設けられている。

送風機２は、本体１０に対して空気清浄部５と反対側に位置しており、空気清浄部５側から視たとき、空気清浄部５、除湿ユニット３、加湿ユニット４、送風機２の順で並んでいる。送風機２が稼働しているとき、空気が空気清浄部５側から吸い込まれて、除湿ユニット３を通過した後に加湿ユニット４を通過し送風機２に至る空気風路Ａが形成される。制御部６は、本体１０の上部に配置されおり、空気清浄部５、除湿ユニット３、加湿ユニット４及び送風機２を個別に制御することができる。

図２は、除湿ユニット及び加湿ユニットの斜視図である。図２において、手前側に位置するのが除湿ユニット３であり、奥側に位置するのが加湿ユニット４である。図１、図２において、加湿ユニット４の構成部品である貯水容器４０、気化素子４１及び水車４２が加湿ユニット４から飛び出しているが、正規状態では加湿ユニット４の所定位置に配置されている。

＜除湿ユニット＞
図３は、除湿ユニットの斜視図である。図３において、除湿ユニット３は、吸着素子３１、ヒータ３２、第２送風機３３、送風管３４及び熱交換部３５を有している。吸着素子３１は、ハニカム構造体であり、ゼオライト粉末、バインダー及び膨張剤を混合して練り上げた材料によって円板状で多孔質に成形されている。バインダーは、例えば、変性ＰＰＥ、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂から選択される。膨張剤は、ハニカム構造体の成形時に膨張し無数の気泡を形成する。このため、吸着素子３１は、水分に対して高い吸着性を有している。

ヒータ３２は、空気流路Ａに対して吸着素子３１の下流側の側面と対向する場所に配置されており、吸着素子３１の側面の６分の１程度を覆うことができる扇形の取付部材によって取り付けられている。

第２送風機３３は、吸着素子３１の上方から空気流路Ａに対して吸着素子３１の下流側へ突出するように取り付けられている。ヒータ３２と第２送風機３３とは空気の流通ができるように第１送風管３４ａによって連絡されている。第２送風機３３の稼働によって発生する空気は、第１送風管３４ａを通ってヒータ３２に至り、そこで加熱されて高温空気となる。

送風管３４は、第１送風管３４ａ、第２送風管３４ｂ、第３送風管３４ｃ及び第４送風管３４ｄから成る。ヒータ３２によって加熱された高温空気は、対向する吸着素子３１の側面から吸着素子３１の厚み方向に沿って進み、反対側の側面から出てくる。吸着素子３１の高温空気が通過した領域は、高温空気に加熱されて水分を高温空気へ放出する。

吸着素子３１を通過した高温空気は、高温高湿空気となって第２送風管３４ｂに入る。第２送風管３４ｂは、吸着素子３１を通過してきた高温高湿空気を完全に回収できるように、空気流路Ａに対して吸着素子３１の上流側の側面を覆うように配置されている。第２送風管３４ｂは、外形が扇形であって、側面の６分の１程度を覆っている。

第３送風管３４ｃは、第２送風管３４ｂから流れてくる高温高湿空気を、吸着素子３１の径方向外側の外周に沿って流す。第３送風管３４ｃには、空気流路Ａと同じ方向に貫通する複数の長孔３５ａが設けられており、空気流路Ａを流れる空気がその長孔３５ａを通過する。第３送風管３４ｃを流れる高温高湿空気は、長孔３５ａの壁面に接触しながら流れているので、長孔３５ａを通過する空気は、高温高湿空気から熱量を奪う。このため、長孔３５ａの壁面に接触した高温高湿空気は冷却され、長孔３５ａの壁面は結露する。結露水は、所定の出口を通過して後述の貯水容器４０へ入る。

第４送風管３４ｄは、第３送風管３４ｃと第２送風機３３とを連絡している。第３送風管３４ｃを流れる高温高湿空気は、複数の長孔３５ａの壁面に接触して熱量と水分を奪われた後に、第４送風管３４ｄを通って第２送風機３３に吸い込まれる。

長孔３５ａは、吸着素子３１の径方向外側を囲むように設けられており、複数の長孔３５ａが熱交換部３５を形成している。除湿ユニット３は、厚み方向の寸法がほぼ同じ値に設定された平坦領域３ａが形成されており、第３送風管３４ｃと熱交換部３５とは、この平坦領域３ａに含まれる。

図４は、除湿ユニットをヒータ側から視た正面図である。図４において、除湿ユニット３は、駆動モータ３６をさらに有している。駆動モータ３６は、ピニオン歯車３６１を有しており、吸着素子３１の外周には、ピニオン歯車３６１と噛み合う従動歯車３１１が設けられている。駆動モータ３６が稼働している間、吸着素子３１は回転しており、空気流路Ａを通過する空気と接触して水分を吸着し、ヒータ３２と対向する位置でその水分を放出し、再び空気流路Ａを通過する空気と接触する。このため、吸着素子３１は、水分の吸着と放出を繰り返すことができる。

図１において、本体１０の最上面には、空気清浄運転、除湿運転および加湿運転を選択する選択パネル１１が設けられており、制御部６と接続されている。選択パネル１１には、吸着素子３１の回転と停止とを選択できる選択ボタン３７が含まれており、除湿運転時に選択ボタン３７をオフにすると、吸着素子３１の回転が停止し、除湿されなくなる。このとき、ヒータ３２と第２送風機３３は稼働しているので、高温空気は送風管３４内を循環する。このため、空気流路Ａを流れる空気は、熱交換部３５を通過するときに暖められるので、小規模な暖房が行なわれる。このときに加湿ユニット４を同時に稼働させることによって、暖房加湿運転が行なわれる。なお、本実施形態では、制御部６に予め暖房加湿運転モードが設定されており、選択パネル１１から暖房加湿運転を選択できるようにしている。

＜加湿ユニット＞
図５は、加湿ユニットの斜視図である。図５において、加湿ユニット４は、貯水容器４０、気化素子４１、水車４２及び駆動部４３を有している。貯水容器４０は、空気流路Ａを通る空気に与える水分の水源であり、本体１に脱着可能に収納されている。貯水容器４０内の水が不足している場合は、ユーザーによって本体１０の引き出し口から引き出されて、水が補充される。なお、本実施形態の空気調和機においては、除湿ユニット３で捕獲された水を貯水容器４０に貯めて、水の補充の回数を低減している。

気化素子４１は、不織布で円板状に成形され、回転することによって貯水容器４０から送られてくる水を蒸発させる気化部材である。気化素子４１は外周に第１歯車４１１を有しており、第１歯車４１１は駆動部４３によって回転する。気化素子４１は、貯水容器４０の満水時の水位よりも上方に配置されているので、貯水容器４０内の水とは直接接触していない。

図６は、図５の空気流れの下流側から視た加湿ユニットの斜視図である。図６において、水車４２は、貯水容器４０に回転可能に支持されており、貯水容器４０内の水を汲み上げて気化素子４１に向って放出する。加湿ユニット４の厚み方向の寸法を小さくするため、気化素子４１と水車４２は、回転の軸を並行にし、互いに近接して対向している。

したがって、水車４２は側面で水を汲み上げ側面から気化素子４１の側面に向って放出する必要があり、水車４２の側面の外周近傍には、台形上の開口を有する複数の凹部４２１ａが設けられている。

図７は、水車の分解斜視図である。図７において、水車４２は、車輪４２１、車輪カバー４２２及び第２歯車４２３から成る。車輪４２１には、一方の側面から反対側の側面に向って窪んだ複数の凹部４２１ａが円周を描くように形成されている。そして、凹部４２１ａの開口側を覆うように、車輪４２１に車輪カバー４２２が組み合わされている。

車輪カバー４２２には、台形上の孔４２２ａが車輪４２１の凹部４２１ａと対向する位置に円周を描くように形成されている。孔４２２ａの大きさは、凹部４２１ａの開口の半分程度であるので、車輪４２１に車輪カバー４２２が組み合わされたとき、凹部４２１ａの開口の半分程度が開いた状態となる。

第２歯車４２３は、気化素子４１の第１歯車４１１と噛み合う歯車であり、回転の中心には、車輪４２１、車輪カバー４２２および第２歯車４２３が共有する回転軸４２４が設けられている。回転軸４２４を同軸として、第２歯車４２３、車輪カバー４２２、車輪４２１が順に重ねて組み合わされている。

水車４２は、回転することによって、凹部４２１ａが順番に貯水容器４０の水中を通過して上昇してくる。凹部４２１ａが浸水したとき、孔４２２ａから凹部４２１ａの内部へ水が入るので、水中から出てきた凹部４２１ａの内部は水で満たされている。

凹部４２１ａが最上位置に近づくにしたがって、凹部４２１ａ内の水は孔４２２ａから流出し、最上位置を通過したときにほぼ全ての水が流出する。水は、流出する際に重力によってある程度の勢いが付加されているので、凹部４２１ａと近接している気化素子４１の側面に向って流出する。

図６において、回転軸４２４は、貯水容器４０の軸受４０ａに回転可能に支持されており、貯水容器４０の底面から軸受４０ａの軸芯までの高さは、水車４２が配置されたときに貯水容器４０が最低水位のときであっても、水車４２の最下位置にある凹部４２１ａが水没するように設定されている。

また、軸受４０ａは、上半分が開いているので、貯水容器４０が本体１０から引き出されたときに、ユーザーは水車４２を貯水容器４０から取り出して洗浄することができる。

図８は、除湿ユニットと加湿ユニットとが組み合わされた状態の斜視図である。図８において、加湿ユニット４は、除湿ユニット３の第２送風機３３の下方に、重なるように配置されている。加湿ユニット４の気化素子４１は、除湿ユニット３の吸着素子３１及び図８では不可視の熱交換部３５と対向している。そして、水車４２は、気化素子４１と熱交換部３５とで挟まれるように配置されている。

図１で示したように、貯水容器４０は、引き出し式の第１扉１０ａを引き出すことによって本体１０の引き出し口１２から取り出すことができ、気化素子４１は、回転式の第２扉１０ｂを開けることによって、本体１０の引き出し口１３から取り出すことができる。これによって、ユーザーは、貯水容器４０を取り出して、水の補給および水車４２の洗浄を行うことができ、気化素子４１を取り出して交換することもできる。

なお、貯水容器４０内の水の過不足は、第１扉１０ａに設けられた窓部１０ｃから目視によって確認することができる。本実施形態では、窓部１０ｃは矩形状の孔であり、この孔に貯水容器４０に予め形成されている凸部４０ｃ（図６参照）が嵌合している。ユーザーは、窓部１０ｃの孔から凸部４０ｃに映る水位を目視することができる。

図５、図６で示すように、気化素子４１は、本体１０からの取り出しを容易にするために、回転軸を突出させない形状に成形されている。このため、気化素子４１は、第１歯車４１１が駆動歯車４３１及び第２歯車４２３と噛み合うことによって支持されている。第１歯車４１１が、安定した姿勢を維持するために、駆動歯車４３１及び第２歯車４２３は、第１歯車４１１の回転軸よりも下方に位置し、且つ気化素子４１の鉛直中心線に対して互いに反対側に位置している。このため、気化素子４１は、軸支持されていなくても、安定して回転することができ、本体１０から取り出されるときには、突出する軸がないので、本体１０内部に引っ掛かることなく容易に取り出される。

貯水容器４０を本体１０から取り出したときに、気化素子４１から落下してくる水をどう処理するかが問題となる。本実施形態では、図８に示すように、気化素子４１の下方に、水受け容器４４が設けられている。水受け容器４４は、支持枠４ｂの下方に遥動可能に支持されており、遥動の中心となる遥動軸４４ｂに対して気化素子４１側には、水を下方に流すための注ぎ口４４ａを有し、遥動軸４４ｂに対して駆動部４３側には、水を一時的に貯える予備容器４４ｃを有している。

水受け容器４４は、気化素子４１が正規位置にあるときは、注ぎ口４４ａを下方に向けて水を貯水容器４０に流し、気化素子４１が取り出されたときは、注ぎ口４４ａを上方に向けて、気化素子４１から落下してきた水を予備容器４４ｃに貯めている。

＜特徴＞
（１）
空気調和機１では、空気清浄部５、除湿ユニット３、加湿ユニット４及び送風機２の順に並べて配置されている。送風機２が稼働すると、空気が空気清浄部５から送風機２に向って流れる空気流路Ａが形成される。空気流路の方向が切替えられることなく、除湿運転と加湿運転とが切替えられるので、風路構成が簡素で小型である。空気流路Ａに対して、上流から空気清浄領域、除湿領域、加湿領域の順に並んでいるので、清浄された空気が除湿又は加湿され、除湿ユニット３および加湿ユニット４への埃や臭いの付着が抑制される。また、加湿運転から除湿運転に切替えられたときに、除湿された空気が加湿ユニット４に残留している水分を乾燥させるので、カビや異臭の発生が防止される。

（２）
空気調和機１では、制御部６が、除湿ユニット３のヒータ３２と加湿ユニット４とを同時に稼働させる暖房加湿運転モードを有しているので、除湿ユニット３のヒータ３２を熱源として暖房を行ないながら室内を加湿することができる。

（３）
空気調和機１では、除湿によって発生した水を貯水容器４０に貯めるので、貯水容器４０への水補給が自動的に行なわれ、加湿運転の持続可能時間が伸びる。

（４）
空気調和機１では、加湿ユニット４の水車４２は、回転軸を吸着素子３１および気化素子４１それぞれの回転軸と並行にして、吸着素子３１と気化素子４１との間に配置されている。吸着素子３１は除湿ユニット３の平坦領域３ａに収納され、気化素子４１は加湿ユニット４の平坦領域４ａに収納されている。除湿ユニット３の熱交換部３５も、除湿ユニット３の平坦領域３ａに収納され、吸着素子の外周を囲むように配置されている。このため厚み方向の寸法増大が抑制されている。

＜他の実施形態＞
上述の実施形態では、空気流路Ａに対して除湿領域が加湿領域の上流に位置しているが、除湿領域が、加湿領域よりも下流に位置してもよい。これによって、加湿運転から除湿運転に切替えられたときに、加湿ユニット４を通過する空気が、加湿ユニット４に残留する水分を吸収した場合でも、その空気は、除湿ユニット３を通過するので確実に除湿された空気を放出することができる。

また、加湿領域と除湿領域とが並列に位置してもよい。これによって、除湿運転及び加湿運転を同時に行なうことができるので、例えば、加湿された空気で室内湿度を制御しながら、除湿された空気を室内のガラス窓側へ吹き出してガラスの結露を防止することができる。

以上のように、本発明によれば、除湿機能と加湿機能と有する空気調和機を小型にできるので、卓上の多機能空気調和機として有用である。

本発明の一実施形態に係る空気調和機の斜視図。 除湿ユニット及び加湿ユニットの斜視図。 除湿ユニットの斜視図。 除湿ユニットをヒータ側から視た正面図。 加湿ユニットの斜視図。 図５の空気流れの下流側から視た加湿ユニットの斜視図。 水車の分解斜視図。 除湿ユニットと加湿ユニットとが組み合わされた状態の斜視図。

１ 空気調和機
２ 送風機
３ 除湿ユニット
３ａ 平坦領域
４ 加湿ユニット
４ａ 平坦領域
５ 空気清浄部
６ 制御部
３１ 吸着素子（捕水手段）
３２ ヒータ（加熱手段）
３３ 第２送風機（熱交換手段）
３４ 送風管（熱交換手段）
３５ 熱交換部（熱交換手段）
４０ 貯水容器
４１ 気化素子
４２ 水車

Claims (2)

1. 室内から内部に空気を吸い込ませ、空気調和後の前記空気を室内に戻す送風機（２）と、
   水分を吸着する吸着素子（３１）を回転させながら前記送風機（２）によって流れる前記空気から水分を吸着して所定容器に貯える除湿ユニット（３）と、
   水を気化させる気化素子（４１）に貯水容器（４０）から水を供給し、前記気化素子（４１）を回転させながら前記水を気化させる加湿ユニット（４）と、
   前記送風機（２）によって流れる前記空気を濾過する空気清浄部（５）と、
   を備え、
   前記除湿ユニット（３）は、
   ヒータ（３２）と、
   前記ヒータ（３２）によって温度上昇した高温空気を前記吸着素子（３１）の一部分に当てて前記吸着素子（３１）から水分を放出させる第２送風機（３３）と、
   前記高温空気が前記第２送風機（３３）によって内部を流れ、前記高温空気と前記送風機（２）によって外部を流れる前記空気との間で熱交換を行わせる、熱交換部（３５）と、
   を有し、前記熱交換部（３５）と前記吸着素子（３１）とが前記送風機（２）によって流れる前記空気の流れ方向と垂直な方向に並んで平坦領域（３ａ）を形成しており、
   前記加湿ユニット（４）は、回転しながら前記貯水容器（４０）の水を汲み上げて前記気化素子（４１）へ給水する水車（４２）を有し、前記送風機（２）によって流れる前記空気の流れ方向と垂直な前記気化素子（４１）の平坦領域（４ａ）が、前記除湿ユニット（３）の平坦領域（３ａ）と厚み方向に重なるように並べられ、前記水車（４２）が回転軸を前記吸着素子（３１）及び前記気化素子（４１）それぞれの回転軸と並行にして、前記吸着素子（３１）と前記気化素子（４１）との間に配置されており、
   前記除湿運転時に前記送風機（２）によって流れる前記空気が除湿される除湿領域は、前記加湿運転時に前記送風機（２）によって流れる前記空気が加湿される加湿領域よりも上流に位置し、
   前記空気清浄運転時に前記送風機（２）によって流れる前記空気が清浄される空気清浄領域が、前記除湿領域よりも上流に位置し、
   前記除湿ユニット（３）が吸着した前記水分を貯える前記所定容器は、前記貯水容器（４０）であって、前記送風機（２）によって流れる前記空気の流れ方向を切替えることなく、且つ前記貯水容器（４０）の仕様を切替えることなく、前記除湿運転と前記加湿運転とを切替えることができる
   空気調和機（１）。
2. 前記除湿ユニット（３）と前記加湿ユニット（４）とを制御する制御部（６）をさらに備え、
   前記制御部（６）は、
   前記除湿ユニット（３）の前記吸着素子（３１）に水分の吸着を行わせず、前記ヒータ（３２）及び前記第２送風機（３３）を機能させて前記送風機（２）により前記熱交換部（３５）の外部を流れている前記空気を暖め、さらに前記加湿ユニット（４）も稼働させる暖房加湿運転モード、
   を実行可能であり、
   前記暖房加湿運転モードを実行させる選択部（３７）を有している、
   請求項１に記載の空気調和機（１）。

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