JP5322975B2 - 自然蒸発式加湿装置及びそれを備えた空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、加湿エレメントが組み込まれ、空調空気を水の自然蒸発によって加湿する自然蒸発式加湿装置及びその自然蒸発式加湿装置を備えた空気調和装置に関し、特に加湿エレメントの構造の改良に関するものである。

従来より、天井埋込形空気調和機に取り付けられる自然蒸発式の加湿装置が知られている。このような自然蒸発式の加湿装置として、毛細管現象により給水槽から供給水を吸い上げた蒸発板を空気調和機の風路内に配置し、蒸発板より供給水を蒸発させ、吹出空気を加湿し、余剰水を水頭差にて排水槽へと落とし込むものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１−１７４８３５号公報（第４頁、図１等）

特許文献１に記載されているような加湿装置では、供給水が蒸発する際に供給水中の不純物が残され、供給水中の不純物の濃度が上昇し、水中に溶け込みきれなくなった不純物が蒸発板上にて析出するという現象が生じてしまう。供給水中の不純物が内部で析出すれば、毛細管現象により水を吸い上げる経路を塞ぎ、蒸発板の吸水力を低下させてしまう。また、供給水中の不純物が蒸発板表面にて析出すれば、析出した不純物上にてさらに不純物が析出するという現象も発生する。最終的に、不純物の落下、不純物からの水の滴下といった問題が生じる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、加湿エレメントの構造を改良し、加湿エレメントを構成している蒸発板上での供給水中の不純物の析出を抑制する自然蒸発式加湿装置及びそれを備えた空気調和装置を提供することを第１の目的としている。また、本発明は、第１の目的に加え、水の流れを妨げずに加湿エレメントの強度を向上させる自然蒸発式加湿装置及びそれを備えた空気調和装置を提供することを第２の目的とするものである。

本発明に係る自然蒸発式加湿装置は、毛細管現象を利用して水を吸い上げ、全体に水分が供給される複数枚の蒸発板、及び、前記複数枚の蒸発板を連結する櫛状の固定部材を備えた加湿エレメントを有し、水の自然蒸発によって空気を加湿する自然蒸発式加湿装置であって、前記蒸発板は、端面の角部において弧を描くよう形成されており、下部端面の一部を下方に突出させ、水に浸漬させる給水槽浸漬部位と、下部端面の一部を下方に突出させ、前記給水槽浸漬部位から吸い上げた水分を排水させる排水部位と、を有していることを特徴とする。

本発明に係る自然蒸発式加湿装置によれば、加湿エレメントを構成している蒸発板の形状を工夫したので、蒸発板上での供給水中の不純物の析出を抑制することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の内部構成の一部を側面から見た状態を示す部分透視図である。 本発明の実施の形態に係る加湿装置に備えられる加湿エレメントを構成する蒸発板の形状を示す概略図である。 蒸発板を連結する櫛状の固定部材の構成を示す概略斜視図である。 加湿エレメントの外観形状を示す概略斜視図である。 櫛状の固定部材を取り付ける一般的な方法として、蒸発板外周にスリットを設けた蒸発板の構造を示す概略図である。 供給水分配補助スリットとは別のスリットを設けた蒸発板の構造を示す概略図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、空気調和装置１００の内部構成の一部を側面から見た状態を示す部分透視図である。図１に基づいて、空気調和装置１００の構成及び動作について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

この空気調和装置１００は、住宅やビル、マンション等の室内（空調対象空間）における天井（図１で示す天井３）に埋め込むように設置され、冷凍サイクルを利用することで生成された空調空気を空調対象空間に供給するものである。また、空気調和装置１００には、空調空気の１つとしての加湿空気を生成するための自然蒸発式加湿装置５０（以下、単に加湿装置５０と称するものとする）が備えられている。加湿装置５０については、図２以降で詳細に説明するものとする。

空気調和装置１００は、側面の一部及び下方が開口されている本体１と、本体１の下方に取り付けられる化粧パネル２と、本体１の内部に設けられている熱交換器１１と、本体１の側面に取り付けられる加湿装置５０と、を少なくとも有している。なお、図１には、本体１内で生成され、空調対象空間に供給される空調空気の吹出空気流路５と併せて、空調対象空間に供給される空気の流れ（以下、単に空気１２と称する）を図示している。

本体１は、空気調和装置１００の外郭を構成し、内部に熱交換器１１の他、図示省略の送風機等を収容するものである。化粧パネル２は、本体１の下方を覆い、本体１の内部に取り込む空気の吸気口（図示省略）及び吹出空気流路５と連通する吹出口２ａを有している。熱交換器１１は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能し、図示省略の送風機から供給される空気と図示省略の熱源機（室外機）から供給される冷媒との間で熱交換を行ない、空調空気を生成するものである。吹出空気流路５は、空調対象空間から本体１内に取り込まれた空気を、熱交換器１１、本体１の下方開口部の順に導通させるものである。

加湿装置５０は、加湿装置本体４と、加湿エレメント２１と、給水槽１３と、ドレンパン１４と、を少なくとも備えている。加湿装置本体４は、本体１の側面に取り付けられ、内部に加湿エレメント２１の一部（給水槽浸漬部位３１、排水部位３２）、給水槽１３及びドレンパン１４が収容されるようになっている。加湿エレメント２１は、複数枚の蒸発板１５と、その複数枚の蒸発板１５を連結する櫛状の固定部材２２と、で構成されている。加湿エレメント２１の一部は、本体１内における吹出空気流路５に突出するようになっている。給水槽１３は、内部に水が貯留されており、蒸発板１５の給水槽浸漬部位３１が位置するようになっている。ドレンパン１４は、蒸発板１５の排水部位３２の下方に配置され、排水部位３２からの排水を受けるようになっている。

空気調和装置１００から加湿空気を供給する際の動作を簡単に説明する。
空気調和装置１００が動作を開始すると、図示省略の送風機が回転し、空気調和装置１００が設置されている空調対象空間の空気（以下、単に室内空気）が、化粧パネル２の図示省略の吸込口から本体１内に吸い込まれる。本体１内に吸い込まれた室内空気は、熱交換器１１に導かれ、この熱交換器１１を流れる冷媒と熱交換され、空調空気となる。この空調空気は、加湿エレメント２１の蒸発板１５を介し、蒸発板１５の表面から水分が与えられることで湿度を高め、加湿空気となる。なお、蒸発板１５に供給された水分は、自然蒸発によって空調空気を加湿するようになっている。この加湿空気は、送風機の回転により、吹出空気流路５を介して化粧パネル２の吹出口より空調対象空間に吹き出される。

図２は、加湿エレメント２１を構成する蒸発板１５の形状を示す概略図である。この図２では、吹出空気流路５を流れる空気の流れ方向と略平行となる面側から蒸発板１５を見た状態を示している。図２に基づいて、加湿エレメント２１（特に蒸発板１５）について詳細に説明する。

加湿エレメント２１は、毛細管現象を利用して水を吸い上げ、全体に水分が供給されるようになっている。また、加湿エレメント２１は、供給される水に含まれる不純物（スケール成分（たとえば、カルシウム（Ｃａ）やマグネシウム（Ｍｇ）等）の蓄積を防止するために、下端から吸い上げた水分を排水するようになっている。

上述したように、加湿エレメント２１は、複数枚の蒸発板１５と、その複数枚の蒸発板１５を連結する櫛状の固定部材２２と、で構成されている。蒸発板１５は、少なくとも上部端面３６、下部端面３７、及び、横端面を有している。そして、蒸発板１５は、給水槽浸漬部位３１と、排水部位３２と、を有し、端面のコーナー部（角部）では弧を描くように形成されている（湾曲部３４）。なお、蒸発板１５を構成する板材の材質としては、たとえば発泡基材や、不織布基材、焼結基材等を適用するとよい。

給水槽浸漬部位３１は、給水槽１３に貯留されている水を汲み上げるために給水槽１３に貯留されている水に浸漬させる部位である。給水槽浸漬部位３１は、蒸発板１５の下部端面３７の一部を下方に突出させて形成されている。給水槽浸漬部位３１の突出長さを特に限定するものではなく、給水槽１３に貯留されている水に浸漬可能な長さを有していればよい。

排水部位３２は、給水槽浸漬部位３１から供給される水に含まれる不純物の蓄積を防止するために、下端（給水槽浸漬部位３１）から吸い上げた水分を排水させる部位である。排水部位３２は、給水槽浸漬部位３１と給水槽浸係止部３９を介して隣接する位置に、蒸発板１５の下部端面３７の一部を下方に突出させて形成されている。排水部位３２の突出長さを特に限定するものではないが、先端部が蒸発板１５の最下端となるように形成するとよい。なお、給水槽浸係止部３９は、給水槽１３の壁面に引っ掛かるようなスリット形状として形成されている。

湾曲部３４は、給水槽浸漬部位３１から最も離れた部位に形成されている。湾曲部３４は、上部端面３６の一部と、下部端面３７の一部と、上部端面３６と下部端面３７とを連続的に結ぶ弧を描くような形状の横端面（紙面右側の横端面、以下湾曲端面３８と称する）と、で構成されている。

加湿エレメント２１は、供給水吸い上げ箇所（給水槽浸漬部位３１）より離れた箇所ほど水の供給量は少なくなるため、給水槽浸漬部位３１から最も離れた部位に湾曲部３４を設けるようにしている。このようにすることで、湾曲部３４において局所的に見て水の流動できる範囲が接線方向に１８０°開けていることになり、新たな供給水が入りやすく、かつ余剰水が流出しやすい状態となり、不純物の析出が生じやすい環境におちいることを回避できる。

加湿エレメント２１の蒸発板１５上のある一点にて供給される水量と蒸発量が等しくなり、余剰水にて残留した不純物を搬送できなくなってしまうと、蒸発した供給水内の不純物が残留し続けることになり、不純物の濃度が上がり、不純物の析出に至る。この現象は、蒸発板１５上のあらゆる箇所に蒸発量以上の水が流れ込み、蒸発しきれずに残る水が蒸発した供給水中の不純物と一緒に流れ出て行くことで回避できる。従来からあるような蒸発板では、上部端面と横端面とが９０°で接続されており、水の流動するための経路がその角度の範囲にて制限されることになり、局所的に供給水の流入が少ない状態となってしまう。そうすると、特にその角の先端にて不純物の析出が発生し易いものとなる。

これに対し、本実施の形態に係る加湿装置５０における加湿エレメント２１は、給水槽浸漬部位３１から最も離れた部位に湾曲部３４を設けるようにしている。このようにすることで、湾曲部３４において局所的に見て水の流動できる範囲が接線方向に１８０°開けていることになり、新たな供給水が入りやすく、かつ余剰水が流出しやすい状態となり、不純物の析出を効率的に低減することが可能になる。

また、蒸発板１５上において給水槽浸漬部位３１から離れるほど、毛細管現象による供給水の搬送が困難となる。そのため、給水槽浸漬部位３１から離れるほど供給水の持ち上げ高さが低くなるように上部端面３６を傾斜（湾曲端面３８に向かって下側に向かうように傾斜）させることが望ましい。なお、図２には、図３で詳細に説明するが、蒸発板１５に供給水分配補助スリット（第１スリット）３３が貫通形成されている状態を例に示している。

図３は、蒸発板１５を連結する櫛状の固定部材２２の構成を示す概略斜視図である。図４は、加湿エレメント２１の外観形状を示す概略斜視図である。図５は、櫛状の固定部材を取り付ける一般的な方法として、蒸発板外周にスリット２００を設けた蒸発板の構造を示す概略図である。図６は、供給水分配補助スリット３３とは別のスリット（第２スリット）３５を設けた蒸発板１５の構造を示す概略図である。図３〜図６に基づいて、加湿エレメント２１について更に詳しく説明する。図２で示したように、蒸発板１５には、供給水分配補助スリット３３が貫通形成されている。

加湿エレメント２１は、複数枚の蒸発板１５が固定部材２２によって連結されて構成される。図３に示すように、固定部材２２は、櫛状に形成されている。この固定部材２２は、図２で示した供給水分配補助スリット３３に挿し込まれ、図４に示すように蒸発板１５を連結させる。つまり、加湿エレメント２１は、固定部材２２の櫛歯の間に形成される間隙のそれぞれに蒸発板１５が嵌め込まれることで連結されて構成されるようになっている。

供給水分配補助スリット３３は、給水槽１３より毛細管現象により持ち上げた供給水が重力に従い排水部位３２に流れていく経路を遮り、供給水を水平方向へ導く機能を有している。つまり、供給水分配補助スリット３３は、蒸発板１５上において供給水を全体に分配する役割を担っているのである。本実施の形態に係る加湿装置５０では、このような役割を担っている供給水分配補助スリット３３を固定部材２２の挿し込み口として利用するようにしている。このようにすることで、蒸発板１５内の供給水の流動に干渉せず、加湿エレメント２１の強度を向上させることが可能になる。

なお、供給水分配補助スリット３３は、重力による影響を効果的に水平方向の流動に活かすために、給水槽浸漬部位３１から離れる方向へ下っていくように傾斜、つまり湾曲端面３８に向かって下側に向かうように傾斜していることが望ましい（図２参照）。また、固定部材２２の材質を特に限定するものではないが、たとえば樹脂材料（ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＡＳ（アクリロニトリル・スチレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等）や、発泡基材、不織布基材等を適用するとよい。

固定部材２２の挿入による蒸発板１５の連結強度の向上効果は、蒸発板１５との嵌合性や、固定部材２２自体の剛性に影響される。これは、固定部材２２の効果的な挿し込み方向が存在するということを意味している。蒸発板１５の連結強度は、固定部材２２と蒸発板１５との嵌合がよいほど、櫛歯の挿入方向に対して水平方向に働く力に対して強くなり、固定部材２２の剛性が高いほど、櫛歯の挿入方向に対して垂直方向に働く力に対して強くなる。

図４においては、蒸発板１５に形成した供給水分配補助スリット３３に固定部材２２を挿入して蒸発板１５を連結している状態を例に示しているが、供給水の分配に効果的な供給水分配補助スリット３３の方向と、強度向上のために固定部材２２を挿し込む方向と、が一致しない場合は、別の位置に固定部材２２を連結するためのスリットを設ける必要がある。

一般的に、櫛状の固定部材で蒸発板を連結する場合、組立作業が容易であることもあり、蒸発板の外周のいずれかに固定部材を挿し込むためのスリット（図５で示すようなスリット２００）を設けることが多い。しかしながら、この場合、スリットの根元に１８０°以下の角度の部位が生じてしまうため、供給水中の析出物の発生を抑制する観点より好ましくない。そこで、供給水分配補助スリット３３に供給水分配の補助役割を担わせられない場合の対策の一例について図６に示す。

図６には、蒸発板１５の内部に設けられた供給水分配補助スリット３３において固定部材２２の挿し込み方向と、供給水の分配を補助する役割と、が両立しない場合における固定部材２２の挿し込み用のスリット３５を蒸発板１５に貫通形成した状態を示している。供給水分配補助スリット３３に供給水分配の補助役割を担わせられない場合にも供給水内の不純物析出を抑制することが望ましい。そのためには、蒸発板１５の内側に固定部材２２を挿入するためのスリット３５を設けるとよい。スリット３５は、供給水分配補助スリット３３の湾曲部３４側に、挿入される固定部材２２の櫛歯が鉛直方向となるように形成されている。

このようなスリット３５を蒸発板１５に形成することによって、供給水分配補助スリット３３に供給水分配の補助役割を担当させ、スリット３５に蒸発板１５の連結強度の向上役割を担当させることが可能になる。したがって、供給水分配補助スリット３３に供給水分配の補助機能を十分に発揮させることができ、供給水内の不純物析出の抑制が可能になる。

以上のように、加湿装置５０においては、加湿エレメント２１を構成している蒸発板１５に湾曲部３４を形成することで、湾曲部３４において局所的に見て水の流動できる範囲が接線方向に１８０°開けていることになり、新たな供給水が入りやすく、かつ余剰水が流出しやすい状態となり、不純物の析出が生じやすい環境におちいることを回避できる。また、加湿装置５０においては、蒸発板１５に供給水分配補助スリット３３を形成することで、蒸発板１５の連結強度を確保しつつ蒸発板１５上において供給水を全体に分配することが可能になっている。なお、加湿装置５０は、供給水分配補助スリット３３に供給水分配の補助役割を担わせられない場合には、供給水分配補助スリット３３とは別のスリット３５を形成することで対応可能にしている。

このような加湿装置５０が備えられる空気調和装置１００においても、同様の効果を有していることになる。

１ 本体、２ 化粧パネル、２ａ 吹出口、３ 天井、４ 加湿装置本体、５ 吹出空気流路、１１ 熱交換器、１２ 空気、１３ 給水槽、１４ ドレンパン、１５ 蒸発板、２１ 加湿エレメント、２２ 固定部材、３１ 給水槽浸漬部位、３２ 排水部位、３３ 供給水分配補助スリット（第１スリット）、３４ 湾曲部、３５ スリット（第２スリット）、３６ 上部端面、３７ 下部端面、３８ 湾曲端面、３９ 給水槽浸係止部、５０ 加湿装置、１００ 空気調和装置、２００ スリット。

Claims (7)

1. 毛細管現象を利用して水を吸い上げ、全体に水分が供給される複数枚の蒸発板、及び、前記複数枚の蒸発板を連結する櫛状の固定部材を備えた加湿エレメントを有し、水の自然蒸発によって空気を加湿する自然蒸発式加湿装置であって、
   前記蒸発板は、
   端面の角部において弧を描くよう形成されており、
   下部端面の一部を下方に突出させ、水に浸漬させる給水槽浸漬部位と、
   下部端面の一部を下方に突出させ、前記給水槽浸漬部位から吸い上げた水分を排水させる排水部位と、を有している
   ことを特徴とする自然蒸発式加湿装置。
2. 前記蒸発板の上部端面を前記給水槽浸漬部位から離れるにしたがって下側に向かうように傾斜させている
   ことを特徴とする請求項１に記載の自然蒸発式加湿装置。
3. 前記蒸発板の全体に水分を分配する第１スリットを前記蒸発板に貫通形成し、
   前記第１スリットに前記固定部材を挿入することで前記複数枚の蒸発板を連結している
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の自然蒸発式加湿装置。
4. 前記蒸発板の全体に水分を分配する第１スリットを前記蒸発板に貫通形成するとともに、前記固定部材を挿入する第２スリットを前記蒸発板の前記第１スリットの弧を描くよう形成された端面側に貫通形成している
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の自然蒸発式加湿装置。
5. 前記第２スリットは、
   挿入された前記固定部材の櫛歯が鉛直方向となるように形成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の自然蒸発式加湿装置。
6. 前記第１スリットを弧を描くよう形成された端面に向かって下側に向かうように傾斜させている
   ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の自然蒸発式加湿装置。
7. 前記請求項１〜６のいずれか一項に記載の自然蒸発式加湿装置を備えた
   ことを特徴とする空気調和装置。

Images