JP5170181B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、室外機に併設された加湿ユニットにより、室内機側に加湿空気を搬送して、室内空気の湿度調整を行うことを可能とした空気調和機に関する。

セパレート型の空気調和機では、室外機内に配置される室外熱交換器と、室内機内に配置される室内熱交換器とが冷媒配管で接続され、各熱交換器が冷媒の凝縮器および蒸発器として作用するように制御することにより冷房運転または暖房運転を行うように構成されている。

室外機内には、空気流を生成するための室外ファンが配置されており、この室外ファンによって外気を導入し、室外熱交換器の内部を通過する冷媒と空気との間で熱交換を行う。

同様に、室内機にも室内機ケーシング内部に空気流を生成する室内ファンが配置されており、この室内ファンのよって室内空気を吸い込んで、室内熱交換器の内部を通過する冷媒と空気との間で熱交換を行う。

一般的に空気調和機の暖房運転では、水分が供給されないまま室温だけが上がるため、室内の相対湿度が大幅に低下する場合が多い。このため、空気調和機に加湿ユニットを設けて室内に加湿空気を供給することが提案されている。加湿ユニットは、たとえば、空気中の水分を吸着し、加熱することにより吸着された水分を離脱するようなゼオライトなどの多孔質の吸湿材料で円盤形状のロータを構成し、これを回転可能に支持する。空気中の水分をロータに吸着させるために外気を導入してロータの一部を通過する空気流を生成するための吸湿ファンと、ロータから離脱した水分を含む加湿空気を室内機側に搬送するための空気流を生成する加湿ファンとを備えている。吸湿ファンによる空気流と加湿ファンによる空気流は、それぞれロータの回転方向に異なる位置でロータを通過するように構成されており、加湿ファンによる空気流が通過する位置には、ロータを加熱するヒータが配置される。

吸湿ファンによる空気流中に含まれる水分はロータの吸湿材料に吸着される。ロータはモータにより回転駆動されており、ヒータによる加熱位置では吸着された水分が離脱し、加湿ファンによる空気流中に水分を与えることができる。

前述したような加湿ユニットは、室外機に重ねて設置されるか、あるいは室外機近傍に設置され、吸湿ファンにより室外から取り込まれた空気中の水分をロータに吸着し、吸着した水分を再度分離して加湿空気として室内機側に搬送する。

ここで、室外機に設けられた室外ファンは、室外熱交換器の内部を通過する冷媒との熱交換を行うための空気流を生成している。また、加湿ユニットの吸湿ファンは、ロータによる水分の吸着を行うための空気流を生成している。室外ファンおよび吸湿ファンは、いずれも室外空気をケーシング内部に導入して、室外熱交換器または吸湿ロータを通過後にケーシング外に排気している。

このような室外空調ユニットと加湿ユニットとを１つの室外機ケーシングに収納し、室外ファンおよび吸湿ファンを共通のものにすることができれば、部品点数が少なくなってコスト削減をはかることができ、運転時の省エネおよび室外機の小型化を図ることも可能となる。

本発明の目的は、加湿ユニットを備えた空気調和機において、運転時の省エネ、室外機の小型化およびコスト削減を図ることにある。

本発明に係る空気調和機は、室外機ケーシングと、室外機ケーシング内に収納される室外熱交換器と、室外機ケーシング内に収納され、室外熱交換器との間で熱交換を行う空気流を発生するための室外ファンとを含む室外空調ユニットと、室内に設置される室内機ケーシングと、室内ケーシング内に収納される室内熱交換器を含む室内空調ユニットと、室外機ケーシング内に回動可能に収納され、空気中の水分を吸着し加熱されることにより吸着した水分を放出する吸湿材料で構成される吸湿部材と、吸湿部材を回転駆動するための駆動手段と、吸湿部材の一部を加熱する加熱手段と、吸湿部材の加熱手段により加熱された部分から離脱した水分を空気と混合して室内機ケーシング側に搬送する加湿空気搬送手段とを含む加湿ユニットと、室内空調ユニットと加湿ユニットとの間に設けられている加湿空気用配管とを備える。加湿ユニットでは、室外ファンによって室外機ケーシング内に取り込まれた室外の空気が吸湿部材に接触することで、吸湿部材が室外ファンによって室外機ケーシング内に取り込まれる室外の空気中の水分を吸着する。また、加湿ユニットでは、加熱手段により加熱された吸湿部材から放出される水分と、室外の空気とを混合して加湿空気を生成している。さらに、加湿ユニットで生成された加湿空気は、加湿空気用配管を介して加湿ユニットから室内空調ユニット側に供給される。

この場合、吸湿部材が室外ファンによって室外機ケーシング内に取り込まれる室外の空気中の水分を吸着するため、加湿ユニットに吸着ファンを設ける場合に比して騒音を少なくすることが可能となる。また、モータなどの部品点数を少なくして小型化を図ることが可能となるとともに、コストダウンを図ることが可能となる。

ここで、室外機ケーシング内に室外空調ユニットと加湿ユニットとを仕切る仕切板を備え、仕切板に開口部を設ける構成とすることができる。

また、室外熱交換器を通過した後の室外の空気中の水分を、吸湿部材が吸着する構成とすることができる。

本発明の空気調和機では、吸湿部材が室外ファンによって室外機ケーシング内に取り込まれる室外の空気中の水分を吸着するため、加湿ユニットに吸着ファンを設ける場合に比して騒音を少なくすることが可能となる。また、モータなどの部品点数を少なくして小型化を図ることが可能となるとともに、コストダウンを図ることが可能となる。

本発明の１実施形態が採用される空気調和機の外観構成を示す斜視図。 冷媒回路の説明図。 室外機の分解斜視図。 室外機の概略を示す断面図。 室外機の概略を示す断面図。 室外ファン制御による加湿運転制御のフローチャート。

〔空気調和機の外観〕
本発明の１実施形態が採用される空気調和機の外観を図１に示す。

この空気調和機１は、室内の壁面などに取り付けられる室内機２と、室外に設置される室外機３と備えている。室外機３は、室外熱交換器や室外ファンなどを収納する室外空調ユニット５と、加湿空気を室内機２に搬送する加湿ユニット４とを備えている。

室内機２内には室内熱交換器が収納され、室外機３内には室外熱交換器が収納されており、各熱交換器が冷媒配管６により接続されることにより冷媒回路を構成している。また、加湿ユニット４と室内機２との間には、加湿ユニット４からの加湿空気を室内機２側に供給するための加湿空気用配管７が設けられている。

〔冷媒回路の概略構成〕
空気調和機１で用いられる冷媒回路の一例を、図２に示す。

室内機２内には、室内熱交換器１１が設けられている。この室内熱交換器１１は、長さ方向両端で複数回折り返されてなる伝熱管と、伝熱管が挿通される複数のフィンとからなり、接触する空気との間で熱交換を行う。

また、室内機２内には、室内空気を吸い込んで室内熱交換器１１との間で熱交換を行った後の空気を室内に排出するためのクロスフローファン１２が設けられている。クロスフローファン１２は、円筒形状に構成され、周面には回転軸方向に羽根が設けられているものであり、回転軸と交わる方向に空気流を生成する。このクロスフローファン１２は、室内機２内に設けられるファンモータ１３によって回転駆動される。

室外空調ユニット５には、圧縮機２１と、圧縮機２１の吐出側に接続される四路切換弁２２と、圧縮機２１の吸入側に接続されるアキュムレータ２３と、四路切換弁２２に接続された室外熱交換器２４と、室外熱交換器２４に接続された電動膨張弁でなる減圧器２５とが設けられている。減圧器２５は、フィルタ２６および液閉鎖弁２７を介して現地配管３１に接続されており、この現地配管３１を介して室内熱交換器１１の一端と接続される。また、四路切換弁２２は、ガス閉鎖弁２８を介して現地配管３２に接続されており、この現地配管３２を介して室内熱交換器１１の他端と接続されている。この現地配管３１，３２は図１の冷媒配管６に相当する。

室外空調ユニット５内には、室外熱交換器２４での熱交換後の空気を外部に排出するためのプロペラファン２９が設けられている。このプロペラファン２９は、ファンモータ３０によって回転駆動される。

〔室外機の構成〕
室外機３の構成を図３に示す分解斜視図を用いて説明する。

室外機３は、底板４１、右側板４２、左側板４３、前板４４、保護金網４６、天板４７、加湿ユニットケーシング４８などを含む室外機ケーシングを備えている。

前板４４の後方には、ファン吸込口４５と仕切板４９が取り付けられる。また、室外機ケーシングの後面に位置する保護金網４６の前面には平面視略Ｌ次形状でなる室外熱交換器２４が取り付けられる。

室外熱交換器２４の前面にはファンモータ台５０が取り付けられており、このファンモータ台には室外ファンモータ３０が固定される。この室外ファンモータ３０には室外ファン２９が取り付けられる。室外ファン２９は、室外ファンモータ３０により駆動されることで、ファン吸込口４５、仕切板４９、左側板４３、室外熱交換器２４および加湿ユニットケーシング４８の底板によって形成される空間内に負圧を形成し、後面および左側面から導入した空気を室外熱交換器２４と接触させた後、前板４４の前面に排気する。

仕切板４９と右側板４２との間には、圧縮機２１、四路切換弁２２、電動弁２５、液管閉鎖弁２７、ガス管閉鎖弁２８などの冷媒回路構成部品と、各部の温度を検出するためのサーミスタ５１などが配置されている。右側板４２の右側方には、液管閉鎖弁２７、ガス管閉鎖弁２８を保護するための閉鎖弁カバー５２が取り付けられる。

室外ファン２９の上方には、電装品箱５３が取り付けられる、この電装品箱５３には、各部を制御するための回路部品を搭載したプリント基板５４が収納され、回路部品で生じた熱を放熱するための放熱フィン５５が取り付けられている。

また、圧縮機２１などの冷媒回路部品が収納されている空間の上部には、万一発火した際に延焼を防止するための防炎板５６および加湿ユニット側からの水滴の侵入を防止する防滴板５７が設けられている。

加湿ユニットケーシング４８内には、加湿ロータ５８が配置されている。加湿ロータ５８は、接触する空気中の水分を吸着し、加熱されることによって吸着した水分を離脱する性質を有する多孔質のゼオライトなどを円盤形状にしたものであり、加湿ユニットケーシング４８側に設けられるロータ駆動モータ６１の駆動軸に取り付けられている。ロータ駆動モータ６１の回転軸は水平方向に支持されており、これに伴って加湿ロータ５８は水平方向の回転軸を中心に回転する。

加湿ロータ５８の前面のうち上半分をほぼ覆うようにヒータ組立体６４が配置されている。ヒータ組立体６４は、ヒータ本体６６と、ヒータ本体６６をカバーする前部カバー６５と、空気を吸入するための吸入口６７およびヒータ本体６６で加熱された空気を排出する排出口６８を有する後部カバー６９とからなり、ヒータ固定板６３を介して加湿ロータ５８の前面に取り付けられる。

加湿ロータ５８の後方であってヒータ組立体６４に対応する位置に、加湿ファン７０が配置されている。加湿ファン７０は、加湿側連絡ダクト７２に連なるケーシング内に配置される遠心ファンであり、加湿ロータ５８下方に取り付けられる加湿ファン吸込口７１に一体的に設けられる。加湿ファン７０は、加湿ロータ５８を通過した空気を加湿側連絡ダクト７２側に排気し、加湿ホース７３および加湿空気用配管７を介して室内機２側に加湿空気を送出する。

この加湿ロータ５８は、下半分が室外ファン２９により生成される空気流中に位置するように、室外空調ユニット５と加湿ユニット４とを仕切る仕切板より室外ファン２９の設置空間側に突出して配置されている。したがって、加湿ロータ５８は、室外ファン２９が生成する空気流中に位置する部分により、外部から導入された空気中の水分を吸着し、ヒータ組立体６４の位置する部分により吸着した水分を分離して、加湿ファン７０によって加湿空気として室外機側に搬送されることとなる。

加湿ユニットケーシング７５内には、プリント基板７８を内部に収納する電装品箱７６と電装品箱蓋７７でなる電装品ケーシングおよび電源基板７９などが配置される。

〔加湿ユニットの空気流路〕
図４及び図５に室外機３の簡略化した断面図を示す。

加湿ユニット４は、室外空調ユニット５の上部に配置されており、室外機ケーシング８０内に一体的に収納されている。室外機ケーシング８０の内部には、加湿ユニット４と室外空調ユニット５とを仕切る仕切板８１を備えている。

加湿ロータ５８は、回転軸が水平方向にとなるように固定されたロータ駆動モータ６１によって回転駆動されるように配置されており、下半分が仕切板８１に設けられた開口部９１より下方に突出するように構成されている。

室外ファン２９は、室外熱交換器２４と接触する空気流を生成するように配置されており、この空気流と室外熱交換器２４内部を通過する冷媒との間で熱交換が行われる。加湿ロータ５８の下半分は、室外ファン２９が生成する空気流中に位置しており、空気中に含まれる水分を吸着することとなる。

また、加湿ファン７０は、ヒータ組立体６４によって加熱されて加湿ロータ５８から離脱した水分を含む空気流を生成し、室内機２側にこの加湿空気を搬送することとなる。

図示した例では、室外熱交換器２４を通過した空気流が、加湿ロータ５８の下半分に接触するように構成されているが、室外熱交換器２４を加湿ロータ５８よりも前面に位置するように構成することも可能である。この場合には、暖房運転時において蒸発器として作用する室外熱交換器２４により空気中に含まれる水分が凝縮される前に、加湿ロータ５８に空気を接触させることができるので、水分の吸着を効率よく行うことが可能となる。

また、加湿ファン７０を加湿ロータ５８の前面に配置して、加湿側の空気流を後方から前方に向けて生成させるように構成することも可能である。

〔加湿運転制御〕
加湿運転モードにおいて、外気の湿度に応じて室外ファン２９の回転数を制御し、導入した空気からの水分の吸着量を調整することが考えられる。この場合のフローチャートを図６に示す。

ステップＳ１１では外気湿度の検出を行う。室外機３に湿度センサが設けられている場合にはこの湿度センサにより外気湿度を検出することが可能である。また、外気温度を検出するための外気温度センサおよび加湿ロータ通過後の空気温度を検出するためのロータ通過後温度センサが設けられているような場合には、外気温度センサおよびロータ通過後温度センサの検出値から外気湿度を検出するように構成することができる。

ステップＳ１２では、外気湿度が第１の所定値よりも低いか否かを判別する。外気湿度が第１の所定値よりも低いと判断した場合にはステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、室外ファン２９の回転数を高く設定する。ここでは、室外ファン２９を駆動する室外ファンモータ３０をＤＣモータで構成し、この室外ファンモータ３０に供給される電源周波数を高くすることで回転数を高く設定することが可能となる。

ステップＳ１４では、外気湿度が第２の所定値よりも高いか否かを判別する。この第２の所定値は第１の所定値よりも大きい値に設定されており、検出された外気湿度が第２の所定値よりも高い場合にはステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、室外ファン２９の回転数を低く設定する。ここでは、室外ファンモータ３０に供給される電源周波数を低く設定することで回転数を低く設定することが可能となる。

〔トルマリン〕
室内機２の空気吹出口周辺のケーシング部材や各構成部材を、トルマリン粉末が混合された合成樹脂で構成することができる。また、トルマリン粉末を含有する塗料をケーシング部材や各構成部材に塗布するように構成することもできる。さらに、加湿ユニット４から室内機２に至る加湿空気用配管７内部や、加湿ユニット４の各構成部品をトルマリン粉末含有の合成樹脂で構成したり、トルマリン粉末含有の塗料を塗布したものを用いる構成とすることができる。

トルマリンは、水分に触れることにより放電してマイナスイオンを発生する。このため、室内機２の室内機２より吹き出される空気中に大量にマイナスイオンを含ませることができ、人体に有害な活性酸素の発生を少なくし、高血圧症などの成人病の予防を行うことができる。

本発明では、運転時の省エネ、室外機の小型化およびコスト削減を図ることができるため、加湿ユニットを備えた空気調和機への適用が有効である。

３ 室外機
４ 加湿ユニット
５ 室外空調ユニット
５８ 加湿ロータ
６４ ヒータ組立体
７０ 加湿ファン
８１ 仕切板

Claims (3)

1. 室外機ケーシング（８０）と、
   前記室外機ケーシング（８０）内に収納される室外熱交換器（２４）と、前記室外機ケーシング（８０）内に収納され、前記室外熱交換器（２４）との間で熱交換を行う空気流を発生するための室外ファン（２９）とを含む室外空調ユニット（５）と、
   室内に設置される室内機ケーシングと、
   前記室内ケーシング内に収納される室内熱交換器（１１）を含む室内空調ユニット（２）と、
   前記室外機ケーシング（８０）内に回動可能に収納され空気中の水分を吸着し加熱されることにより吸着した水分を放出する吸湿材料で構成される吸湿部材（５８）と、前記吸湿部材（５８）を回転駆動するための駆動手段（６１）と、前記吸湿部材（５８）の一部を加熱する加熱手段（６４）と、前記吸湿部材（５８）の前記加熱手段（６４）により加熱された部分から離脱した水分を空気と混合して前記室内機ケーシング側に搬送する加湿空気搬送手段（７０，７２，７３）とを含む加湿ユニット（４）と、
   前記室内空調ユニット（２）と前記加湿ユニット（４）との間に設けられる加湿空気用配管（７）と、
   を備え、
   前記加湿ユニット（４）では、前記室外ファン（２９）によって前記室外機ケーシング（８０）内に取り込まれた室外の空気が前記吸湿部材（５８）に接触することで前記吸湿部材（５８）が室外の空気中の水分を吸着し、前記加熱手段（６４）により加熱された前記吸湿部材（５８）から放出される水分と室外の空気とを混合して加湿空気を生成しており、
   前記加湿ユニット（４）で生成された加湿空気は、前記加湿空気用配管（７）を介して前記加湿ユニット（４）から前記室内空調ユニット（２）側に供給される、
   空気調和機。
2. 前記室外機ケーシング（８０）内に前記室外空調ユニット（５）と前記加湿ユニット（４）とを仕切る仕切板を備え、
   前記仕切板には、開口部が設けられている、
   請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記吸湿部材（５８）は、前記室外熱交換器（２４）を通過した後の室外の空気中の水分を吸着する、
   請求項１又は２に記載の空気調和機。

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