JP4451838B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に関するものであって、詳しくは、暖房機を使用する部屋の天井部と床部との温度差及び湿度差を解消し、室内全ての空間を一定の温度並びに湿度に保つことができる空気調和装置に関するものである。

室内で暖房機具を使用すると、部屋の空気は、暖められて上昇し床部に比して天井部が高温となり、同時に水分を失って乾燥状態になる。室内が暖房されて室内の空気が乾燥すると、風邪ひき又は肌荒れなどを起すだけでなく、室内で生育している植物が早期に枯れたりすることがあり、このような現象は日常的に体験していることである。

快適な住空間を得るためには部屋の温度及び湿度を一定に保つことであり、特に暖房機具を使用する冬期は、暖房機と加湿器を併用して湿度の低下を防いでいる。しかし、同じ室内で暖房機と加湿器が別個に使用された場合は、暖房機で暖められた空気と加湿器から放出された水分が均一に混ざることがなく、例えば、ファンなどを使用して室内空気を攪拌した場合には、水分を多く含む空気が部屋の隅部や家具の裏側などに入り込み、結果として室温が高いにもかかわらず結露を発生させる原因となってしまうことがある。

室内で暖房機を使用すると、暖房機に近い空気は暖められ乾いて膨張する。一方、暖まらなかった空気は、暖められた空気に押されて部屋の隅部に押しやられる。また、暖められた空気は、空気中の水分が失われるとともに膨張して比重が下がって室内を上昇し、同時に暖められないままの湿った空気に圧力を加えている。この状態で暖房機の使用を継続すると、暖められた空気は、加速度的に水分を失いつつ膨張を続け圧力を増して湿った空気を押し続けるので、湿った低温の空気は、部屋の隅部から家具の裏側又は押入などに入り込んでしまう。湿った空気によって結露現象が生じるのであり、結露現象が錆又はカビを発生させる原因となることは言うまでもない。

快適な住空間が得られる室内の温度は１８〜２４℃、また、湿度は５０〜６０％の範囲であるとされている。

従来から加湿機能を有する空気調和装置が開発されており、部屋の暖房と加湿を同時に行って部屋の乾燥を防ぐ発明が下記の特許文献によって提案されている。
特開平６−７４５０３号公報 特開２００２−２４３２２５号公報

特許文献１に記載の発明は、同文献図２を参照して、ケーシング１内にファン装置２と該ファン装置２の上方に設けた加熱用熱交換器３を有する空気調和機であって、多孔質素材３１の外部に水が滲出可能な複数の滲出部３２を間隔（同文献図３のＬ）を置いて配置した加湿エレメントを有し、加湿エレメントを通風経路内に設けた加熱用熱交換器３の上方に設置し、多孔質素材３１からの滲出水３３を加熱用熱交換器３に滴下付着可能に配置するとともに、当該加湿エレメントに給水可能に給水管を接続するものである。また、多孔質素材３１に供給された水が当該多孔質素材３１の表面から滲み出て滲出水３３となり加熱用熱交換器３に滴下付着すると、滲出水が加熱されて蒸発し、水分が空気流に供給され温風とともに室内に供給されるものである。

特許文献２に記載の発明は、同文献図２を参照して、本体ケース１１内に熱交換器２０と該熱交換器２０の上方に設けた対流用ファン３４を有する暖房機であって、熱交換器２０の風下側となる送風通路内に吸湿材３８が設けられ、吸湿材３８は直方体に形成されたセラミック焼結体であって吸水可能であり、下部が加湿用水を貯えた加湿皿４０に浸されているものである。対流用ファン３４から熱交換器２０に空気が供給されると、空気が温風になって吸湿材３８に当たり当該吸湿材３８が吸水した水を気化し、水分を室内に温風とともに供給するものである。

特許文献１に記載の発明は、加熱用熱交換器３に水を滴下して蒸発させ、水分を温風とともに室内に供給しているから、一見すると室内の空気は加湿されたようにみえるが、水分が暖気内に混入することがないので室内湿度を高めることはできない。なぜなら、加熱用熱交換器３は、水が滴下された部分では水を蒸発させて水分を発生させているが、室内空気と直接接触している他の部分は空気のみを暖めており、暖められた空気が膨張しながら上昇するので、暖められた空気は、水分を含む空気の上昇を妨げてしまい、水分を暖気と混合させることができないのである。

また、特許文献１のファン装置２は、暖気に対して空気流を生じさせているので、加熱用熱交換器３によって暖められた空気は、暖気の上昇を助長するだけであって、水分と暖気を混合して室内の湿度を高める効果がなく、室内の温度及び湿度を一定に維持することができないといった問題がある。

一方、特許文献２に記載の発明は、熱交換器２０が吸湿材３８と対峙している部分を除く他の部分が室内空気と直接接触しているから、吸湿材３８を通過した暖気は水分を含んで室内に放出されるが、熱交換器２０の大部分は空気のみを暖めており、この場合も特許文献１と同じように、室内に放出された水分が暖気に混入することがないのである。

また、特許文献２では、暖気の放出手段に対流用ファン３４を使用しているので、この場合も、熱交換器２０は暖められた暖気の上昇を助長しており、室内の温度及び湿度を一定に保つことができないといった問題がある。

従来から加湿機能を有する空気調和装置が提案され、また、単独で使用する加湿器も数多く提案されているが、いずれも部屋の天井部と床部との温度差及び湿度差を解消し、室内全ての空間を一定の温度並びに湿度に保つものは提案されたことがなかった。

また、湿度調整を行うために設けた水分放出用の部材にホコリが付着し又は水の供給容器にホコリが混入して水が汚れると、悪臭発生の原因となるが、従来技術においては、水の汚れと悪臭の発生を効果的に抑制できるものが提案されていなかった。

本発明は、従来技術の問題点を解決したものであって、部屋の天井部と床部との温度差及び湿度差を解消し、室内全ての空間を一定の温度並びに湿度に保つことができるようにするとともに、水の汚れが原因で発生する悪臭を効果的に抑制することができるようにした空気調和装置を提供しようとするものである。

解決手段の第１は、室内に設置された熱源と該熱源の前面に設けた加湿部材とにより加温湿ユニットを形成し、上記加温湿ユニットは前面を開放し上面を開閉自在な断熱シートにより被覆し、上記加湿部材は繊維状資材により形成するとともに複数の空気通路を設けて水受容器に供給した水中に含侵して水を含ませ、上記熱源で暖められた空気を上記加湿部材の前面及び上面から放出する際に当該加湿部材から気化した水分を伴って室内に放出して室内の空気調和を行うことを特徴とするものである。

解決手段の第２は、解決手段の第１において、加湿部材を上下方向に移動可能に設けるとともに、水受容器は上記加湿部材が水没できる深さに形成したことを特徴とするものである。

解決手段の第３は、解決手段の第１又は２において、加湿部材が、繊維状資材による複数の給水板を垂直方向に向けて水受容器内に収納したものであって、該各給水板の間に空気通路を形成したことを特徴とするものである。

解決手段の第４は、解決手段の第１又は２において、加湿部材が、繊維状資材を帯状に形成した給水原反をジグザグ状に折畳み、ジグザグ状に折畳んだ時に生ずる隙間を垂直方向に向けて水受容器内に収容したものであって、上記給水原反の上記各隙間を空気通路としたことを特徴とするものである。

解決手段の第５は、解決手段の第１から４のいずれかにおいて、水受容器に供給する水が、木炭の微粉末を混合したものであることを特徴とするものである。

請求項１は、加温湿ユニットの前面が開放し上面を開閉自在な断熱板で覆われているから、熱源で温められた空気は全て加湿部材を通って室内に放出されるものであり、加湿部材を通る時に当該加湿部材の空気通路から気化された水分を伴って室内に放出して室内を加温及び加湿するものであって、室内は空気のみが暖められることがないので、全ての室内空間を一定の温度及び湿度に保つことができる効果がある。また、加温湿ユニットの上面に設けた断熱シートの開口量を調整することにより、室内の湿度調整が可能となる。さらに、空気が加温されて上昇する力のみで室内は適湿に暖められた空気で満たされるものであるから、冷たく湿った空気を部屋の隅に押しやることがないので結露の発生を防止できることの効果がある。

請求項２は、加湿部材を上下方向に移動可能に設けると共に、水受容器を、水の供給時に加湿部材が水没する深さに形成したものであるから、加湿部材を水受容器内に含侵した場合は、表面に付着したホコリを除去できること、並びに水受容器内に含侵することによって当該加湿部材に大量の水を含ませることができるので、短時間で室内温度を上昇させる時に、温度上昇に伴って必要な多量の水分を室内に放出して湿度を高め、温度と湿度をバランスよく高めることができる効果がある。

請求項３は、加湿部材が、複数枚の給水板を垂直方向に向けて水受容器内に設け、該各給水板の間に空気通路を形成したものであるから、熱源で温められた空気が空気通路に気化した水分を伴って室内に放出され、効率よく室内に湿り気を供給できる効果がある。

請求項４は、加湿部材が、帯状の給水原反をジグザグ状に折畳んで複数枚の給水板を形成し、該給水板を垂直方向に向けて水受容器内に設け、該各給水板の間に空気通路を形成したものであるから、効率よく室内に湿り気を供給できることは勿論のこと、加湿部材の製造が容易であることの効果がある。

請求項５は、水受容器に供給する水に木炭の微粉末を混合したものであるから、暖房器具を長期間継続して使用した場合であっても、水が汚れたりしないから、水の汚れが原因で発生する悪臭が抑制される効果がある。

図１は本発明の空気調和装置の全体構造を模式的に示す断面図、図２は同平面図、図３は加湿部材の実施形態を示す斜視図、図４は加湿部材の他の実施形態を示す斜視図、図５は同断面図である。

図１及び図２において、本発明は、室内に設置された熱源１と該熱源１の前面に設けた加湿部材２，２００とにより加温湿ユニット１０が形成されているものである。なお、加温湿ユニット１０には、熱源１及び加湿部材２，２００の上面及び前面を除く両側並びに背面を断熱板３で覆うとともに上面に開閉自在な断熱シート４が設けられている。

熱源１は、温水暖房方式による熱交換器であり、図示しない給湯装置から温水を供給するものである。また、加湿部材２，２００は、繊維状資材で形成されるとともに複数個の空気通路２０が設けられており、該空気通路２０を垂直方向に向けて当該加湿部材２，２００を給水可能な水受容器５に収容するものであって、該水受容器５に供給された水は毛管現象によって繊維状資材の全体に含侵されるものである。

本発明において、加湿用に使用している水は、別途設けた水タンクから水受容器５に供給しており、水が不足した時は自動的に補充されるようになっている。ただし、加湿部材２，２００は水を含んでいるので表面にホコリが付着しやすく、また、水受容器５にホコリが混入することがあり、これらが水の汚れを誘発している。水の汚れは、悪臭を発生させる原因となるので、締切った室内に悪臭が漂うと快適な住空間が得られなくなる。

ここで使用する水は、後述する他の実施形態も含めて、木炭の微粉末を混合したものとする。木炭が脱臭作用を有していることはよく知られているので、水が木炭微粉末を混合したものであれば、長期間継続して使用した場合であっても、加湿部材２，２００に付着したホコリが原因で悪臭が発生するのを抑制できるものである。なお、水に混合する木炭微粉末の量は、重量比で１パーセント程度がよい。

加湿部材２，２００は、側面視で熱源１よりも高く形成し、熱源１と断熱シート４との間に加温空間６を形成している。ただし、加湿部材２，２００の高さを熱源１よりも高くする範囲は任意である。

実施形態において、熱源１は、前面部に加湿部材２，２００と対峙していない箇所があって室内に露出する部分が生じている場合は、当該部分を図示しない断熱板で覆うと室内の空調効率を向上させることができる。

なお、熱源１の実施形態が温水暖房方式による熱交換器であると説明したが、これ以外にオイルヒーターなどの熱交換器が含まれることは勿論である。また、加湿部材２，２００は繊維状資材により形成したものであり、具体的には麻などの天然繊維がよいが、水に含侵した時に毛管現象により部材全体が水を含む性質のものであれば使用可能である。この他、断熱シート４は巻取り可能な構造とし、シートを引出した時に任意の位置で停止する構造を備えていることが好ましい。

本発明は上記の構成であって、水受容器５に加湿部材２，２００を収容し、水受容器５には給水装置から水を供給する。加湿部材２，２００は、底部が水受容器５内の水に漬かっているので部材全体が毛管現象により水分を含んだ状態となる。ここで、加温湿ユニット１０の上面を断熱シート４で閉塞した場合は、加湿部材２，２００の前面のみが室内の空気と直接接触した状態になる。この状態で熱源１を運転すると、熱源１で加温された空気は、加湿部材２，２００の空気通路２０を通って該加湿部材２，２００の前面から室内に向かって放出されるので、空気通路２０を通る時に当該加湿部材２，２００から気化した水分を伴って室内に放出される。

矢印ａは、断熱シート４を完全に閉塞した時の空気の流れを示している。この場合は暖められた空気が加湿部材２，２００の正面からのみ室内に放出されるので、加温された空気に水分が最も多く含まれる。加温された空気は、上昇するが水分を含んでいるので膨張することがない。このため、冷たく湿った空気を部屋の隅に押しやることはなく、室内は床面から天井までどの空間も一定の湿度を有する加温空気で満たされことになる。

室内の温度が高くなって室内が湿ったように感じられたら、加温湿ユニット１０の上面に設けられている断熱シート４の全部又は一部を開放して熱源１から放出される加温空気の流れを調整する。

矢印ｂで示した空気の流れは、断熱シート４を全面開放した時を示している。熱源１で加温された空気が加湿部材２，２００の正面から室内に放出されることは勿論であるが、その一部が加温空間６を通って直接室内に放出されるので、この場合は室内の湿度が低下する。

矢印ｃで示した空気の流れは、断熱シート４の一部を開放した時を示している（図示した状態）。ここでは、加湿部材２，２００の上方の一部が室内に露出しているので、熱源１で加温された空気は、一部が加湿部材２，２００の正面から室内に放出し、一部が上面から放出される。

前述したように、加湿部材２，２００は水を含んでいるが、図１において矢印ｃで示した空気の流れが生ずるように断熱シート４の一部を開放した場合は、加湿部材２，２００の上面から放出される空気の方が、前面から放出されるものよりも水分量が少なくなる。したがって、断熱シート４の一部又は全部を開放すると、室内に水分量が少ない空気が放出されることになり室内の湿度が低下する。

断熱シート４の開閉は自動制御が可能である。断熱シート４の巻取り装置と別途設定した湿度センサーを接続しておき、湿度センサーの検出作用によってシート巻取り装置を駆動すれば、室内の湿度を自動制御することができるが、室内が湿ったように感じられた時又は乾いたように感じられた時に、断熱シート４の開閉を手動により行うだけでも十分である。

次に、図３により加湿部材２を説明する。加湿部材２は、繊維状資材による複数枚の給水板２１を適宜の隙間を設けて並設したものであって、各給水板２１の隙間を空気通路２０に形成したものである。

給水板２１は、繊維状資材を使用し毛管現象によって水を含むことができる性質を有するものであり、適度の剛性を有するものであればよい。なお、給水板２１を水受容器５に収納する場合、図示しない仕切り板等を使用すれば空気通路２０が確保できるが、水受容器５に収納する構造が実施形態に限定されないことは勿論である。

また、図４及び図５により他の加湿部材２００を説明する。加湿部材２００は、繊維状資材で構成し毛管現象によって水を含むことができる性質を有するものであって、帯状に形成した給水原反２０１をジグザグ状に折畳んだものであり、該給水原反２０１をジグザグ状に折畳んだ時に形成される隙間を空気通路２０としたものである。

給水原反２０１をジグザグ状に折畳む枠組体は、上枠２０２，下枠２０３，縦枠２０４を有する正面視額縁状に形成された部材を一対で設け、これら部材の四隅部を横軸２０５で連結して枠組体を形成する。また、上枠２０２及び下枠２０３には、適宜間隔で上桟軸２０６並びに下桟軸２０７を軸架し、給水原反２０１を上桟軸２０６及び下桟軸２０７に交互に折り畳むことでジグザグ形状に形成する。

給水原反２０１は、天然麻を帯状に縫製したものであって、上桟軸及び下桟軸２０６，２０７にジグザグ状に折り畳んで一定幅の空気通路２０を確保したものである。

図６及び図７は本発明の空気調和装置の他の実施形態を示しており、図６は全体構造を模式的に示す断面図、図７は同一部破断の正面図である。

図６及び図７に示す実施形態は、加湿部材２００を上下方向に移動可能に設けるとともに、水受容器５００が、水供給時に当該加湿部材２００が水没できる深さに形成されたものである。なお、この他の構成は、図１及び図２に示す実施形態と同じであり、熱源１及び加湿部材２，２００の上面及び前面を除く両側並びに背面を断熱板３で覆い、また、上面には開閉自在な断熱シート４が設けられている。ただし、本実施形態では、熱源１の上方に断熱板を図示した方向から見て右肩上がりの傾斜断熱板３Ａが設けてあり、熱源１によって暖められた空気を加温空間６から加湿部材２００に誘導するようにしている。

本実施形態の場合も、水受容器５００に水を供給し加湿部材２００の底部を水に漬けた状態で熱源１を運転する。加湿部材２００は毛管現象により全体に水が含まれるので、通常運転時は、加湿部材２００は図示した位置（上方）に引き上げておき、底部が水受容器５００内の水に浸かる位置に設定する。熱源１によって暖められた空気は、加温空間６に放出された後加湿部材２００の空気通路２０を通り水分を伴って室内に放出される。

ここでは、水受容器５００が加湿部材２００を水没できる深さに形成されているので、加湿部材２００を下げて水受容器５００内に供給した水に加湿部材２００の全体を漬ければ、表面に付着したホコリが除去できるだけでなく、水受容器５００内の水に漬けることにより加湿部材２００が大量の水を含ませることができる。これにより、短時間で室内温度を上昇させる時に、急速な温度上昇に伴って必要とする水分を多量に放出して湿度を高めることができることになる。

なお、加湿部材２００は、上下方向に移動可能であるから、水受容器５００から突出する高さを任意に設定できるものである。これによって、室内に放出するする水分量を調整することができるのであり、この場合は、加湿部材２００の上方に設けた断熱シート４を使用しなくても水分調整が可能となる。

本発明は、加湿部材２，２００に含まれる水分を熱源で暖められた空気が当該加湿部材２，２００の空気通路２０を通る時、気化された水分を伴って室内に放出して室内を一定の温度及び湿度に維持するものであるが、短時間で室内の温度を上昇させる場合は、空気通路２０を通る際に暖気が気化した水分を伴って室内に放出するだけでは湿度が不足してしまうことがある。

しかし、上記実施形態は、水受容器５００を加湿部材２００が水没できる深さに形成して、水受容器５００内の水に加湿部材２００の全体を含侵することにより、加湿部材２００に大量の水を含ませることができので、短時間で室内温度を上昇させたい時に多量の水分を室内に放出して湿度を高めることができ、温度と湿度がバランスよく高められるものとなる。

加湿部材２，２００の説明において、図４及び図５に示す加湿部材２００は、上枠２０２，下枠２０３，縦枠２０４によって枠組体が形成されているので、以下、加湿部材の上下移動機構は、図４及び図５に示したものを参照して説明する。ただし、図２及び図３に示した加湿部材２であっても、枠組体を設けることによって上下移動機構を組込むことができることは勿論である。

図７において、加湿部材２００の上枠２０２には、両端部にロープ取付け板２１０が設けられており、該ロープ取付け板２１０に巻上げロープ２１１が固定されている。また、本装置の加温湿ユニット１０の上方位置に設けた天板１１には、上記ロープ取付け板２１０と対峙する位置に第１のプーリ２１２が取付け金具２１３によって設けられている。さらに、天板１１には、上記取付け金具２１３の中間位置に、第２のプーリ２１４が取付け金具２１５により設けられている。なお、図面の都合上、巻上げロープ２１１は上枠２０２の両端部に設けた実施形態を示したが、加湿部材２００が長く両端部を吊るすだけでは安定が悪い場合は、巻上げロープの取付け位置を両端部に限らず複数個設けるようにするとよい。

上記した巻上げロープ２１１は、第１のプーリ２１２を経て第２のプーリ２１４に巻き取られるものであるが、巻上げロープ２１１を第２のプーリ２１４に巻き込む方向を異にすることによって、当該第２のプーリ２１４は任意の位置で停止するものである。

第２のプーリ２１４には、中心部に着脱自在なハンドル２１６が装着されており、ハンドル２１５を右回転（時計方向）するとロープ２１１を巻き込み、左回転（反時計方向）すると巻き戻すことができ、いずれの場合も、ハンドル２１６の回転を停止した位置で巻上げロープ２１１を停止させることができる。

上記ロープ巻上げ装置は、従来公知の構造を採用しており、例えば、農業用ビニールハウスにおけるビニールシートの開閉装置などに利用されている構造である。すなわち、２本の巻上げロープ２１１の先端をいずれも第２のプーリ２１４に固定しておき、正面視で右側に延びる巻上げロープを第２のプーリ２１４に右巻きに巻きつけ、左側に延びる巻上げロープは左巻きに巻きつけることで、第２のプーリ２１４の回転を停止した位置で巻上げロープ２１１が緩まないで停止している構造である。

なお、ハンドル２１６は、第２のプーリ２１４に対し着脱自在であるから、加湿部材２００を上下動させる時は、第２のプーリ２１４に装着し、それ以外の時は外しておく。

本発明の空気調和装置の全体構造を模式的に示す断面図。 図１に示す空気調和装置全体の平面図。 加湿部材の実施形態を示す斜視図。 加湿部材の他の実施形態を示す斜視図。 図４に示す加湿部材の一部を示す断面図。 本発明の空気調和装置の他の実施形態の全体構造を模式的に示す断面図。 図６に示す空気調和装置の一部破断の正面図。

符号の説明

１ 熱源
２，２００ 加湿部材
３，３Ａ 断熱板
４ 断熱シート
５，５００ 水受容器
６ 加温空間
１０ 加温湿ユニット
１１ 天板
２０ 空気通路
２１ 給水板
２０１ 給水原反
２０２ 上枠
２０３ 下枠
２０４ 縦枠
２０５ 横軸
２０６ 上桟軸
２０７ 下桟軸
２１０ ロープ取付け板
２１１ 巻上げロープ
２１２ 第１のプーリ
２１３ 取付け金具
２１４ 第２のプーリ
２１５ 取付け金具
２１６ ハンドル

Claims (5)

1. 室内に設置された熱源（１）と該熱源の前面に設けた加湿部材（２，２００）とにより加温湿ユニット（１０）を形成し、上記加温湿ユニットは前面を開放し上面を開閉自在な断熱シート（４）により被覆し、上記加湿部材は繊維状資材により形成するとともに複数の空気通路（２０）を設けて水受容器（５，５００）に供給した水中に含侵して水を含ませ、上記熱源で暖められた空気を上記加湿部材の前面及び上面から放出する際に当該加湿部材から気化した水分を伴って室内に放出して室内の空気調和を行うことを特徴とする空気調和装置。
2. 加湿部材（２，２００）は、上下方向に移動可能に設けたものであり、水受容器（５００）は、上記加湿部材が水没できる深さに形成したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 加湿部材（２）は、繊維状資材による複数の給水板を垂直方向に向けて水受容器内に収納したものであって、該各給水板の間に空気通路（２０）を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。
4. 加湿部材（２００）は、繊維状資材を帯状に形成した給水原反をジグザグ状に折畳み、ジグザグ状に折畳んだ時に生ずる隙間を垂直方向に向けて水受容器内に収容したものであって、上記給水原反の上記各隙間を空気通路（２０）としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。
5. 水受容器（５，５００）に供給する水は、木炭の微粉末を混合したものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の空気調和装置。
   

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