WO2022230206A1

WO2022230206A1 - 空気調和機

Info

Publication number: WO2022230206A1
Application number: PCT/JP2021/019989
Authority: WO
Inventors: 秀行佐藤; 英一福本; 直樹前田
Original assignee: 新晃工業株式会社
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2022-11-03
Also published as: JP2022168744A; JP7284779B2; CN117280160A; TW202244435A

Abstract

紫外線ランプを用いて、空気中の細菌やウイルスを不活化して空気の除菌を行う空気調和機において、空気調和機の必要な送風能力を確保しつつ、空気調和機より外部に紫外線が漏洩するのを抑える。　送風ファン（２３）、熱交換器（２４）を内部に備えるとともに、室内の空気を吸い込む吸引口（３４）と調整した空気を送風する送風口（３５）を下面に備える空気調和機（１）である。空気調和機（１）は、吸引口（３４）に隣接して、吸引口（３４）から吸引した空気に紫外線を照射する棒状の紫外線ランプ（４０）及び紫外線ランプ（４０）の下方と両側方の紫外線を遮る反射板（４１ｂ），（４１ｃ）により、上に向かって断面Ｖ字形に形成されたリフレクター（４１）を備え、リフレクター（４１）の反射板（４１ｂ），（４１ｃ）は空気の通過を許容する複数の羽根付きグリル（４２）を備える。

Description

空気調和機

　本発明は、室内の天井に取り付ける空気調和機に関し、特に、空気中の細菌やウイルスを不活化して空気の除菌（空気中の細菌やウイルスの不活化）を行う空気調和機に関する。

　従来、室内の天井に取り付ける空気調和機としては、室内の天井の内部に配置するファンコイルユニットと、このファンコイルユニットの下部に取り付けて天井面に配置する天井パネルユニットとからなるものが知られている（特許文献１）。
　ファンコイルユニットは、その内部に吸気室、送風ファン、熱交換器、送風室を備え、送風ファンによって、空気が吸気室から送風ファンを経て熱交換器、送風室へと流れる。また、天井パネルユニットは、下面に室内の空気を吸い込む吸引口と、室内に空気を吹き出す送風口を備え、吸引口より吸い込んだ室内の空気をファンコイルユニットの吸気室に流すとともに、ファンコイルユニットの送風室より供給された空気を送風口より室内に送風する。

　通常、空気調和機では、内部に備えるフィルターによって塵埃を除去し、熱交換器で温度調節を行うが、空気中の細菌やウイルスを不活化して空気の除菌を行うために、別途除菌装置が必要となる。

　空気調和機において空気の除菌には紫外線ランプが用いられる場合が多い。ただ、紫外線ランプを用いる場合、紫外線による人体への悪影響を考慮する必要がある。そのため、空気調和機の天井パネルユニットより外部（室内）に紫外線ランプの紫外線が漏洩するのを極力抑制する必要がある。

　ところで、紫外線の漏洩を完全に抑えようとすれば、紫外線の光路を塞ぐしかないが、天井パネルユニットの吸引口は塞ぐことができず、延いては、人体への悪影響が及ばない程度にその吸引口を小さくすると、吸い込み可能な空気量が減少し、空気調和機本来の空気の吸気量が得られず送風能力が低下し、空気調和機の必要な送風能力が確保できないという問題が生じる。

特開２００４－２２５９７２号公報

　本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、紫外線ランプを用いて、空気中の細菌やウイルスを不活化して空気の除菌を行う空気調和機において、空気調和機の必要な送風能力を確保しつつ、空気調和機より外部に紫外線が漏洩するのを抑えることである。

　本発明は、送風ファン及び熱交換器を内部に備えるとともに、吸引口及び送風口を下面に備えた空気調和機であって、吸引口に隣接して、吸引口から吸引した空気に紫外線を照射する棒状の紫外線ランプ及び紫外線ランプの下方と両側方の紫外線を遮る反射板により、上に向かって断面Ｖ字形に形成されたリフレクターを備え、リフレクターの反射板は空気の通過を許容する複数の羽根付きグリルを備えた空気調和機である。

　本発明によれば、空気調和機の送風能力を確保しつつ、空気調和機より外部に紫外線が漏洩するのを大幅に低減することができる。具体的には、空気調和機の吸引口に隣接して取り付けた紫外線ランプの下方と両側方の紫外線を遮るリフレクターを備えることで、空気調和機より紫外線ランプの紫外線が外部（ここでは室内）に漏洩するのを大幅に低減することができる。
　また、リフレクターの反射面を断面Ｖ字形に形成すると共に反射面に羽根付きグリルを設け、この羽根付きグリルを空気が通過することで、空気の流れを妨害することなく、空気調和機を流れる空気を所要量に維持することができ、これにより、空気調和機の送風能力を確保することができる。

空気調和機の全体を示す、図２のＡ－Ａに沿った縦断面図である。天井パネルユニットの斜視図である。図２のＢ－Ｂに沿った縦断面図である。図１のＡ部の拡大断面図である。図５Ａは、リフレクターの側面図であり、図５Ｂは、リフレクターの平面図であり、図５Ｃは、リフレクターの正面図である。実験での紫外線の量を測定する位置を示す図である。

　本発明の空気調和機の一実施形態について図面を参照して説明する。
　本実施形態に係る空気調和機は、室内の天井に取り付けるタイプであって、紫外線ランプを用いて、空気中の細菌やウイルスを不活化し、空気の除菌を行うことで、清浄な空気を室内に供給することのできる空気調和機である。なお、ここで室内とは、住宅、オフィス、病院、商業施設、公共機関などにおける内部空間を意味する。

　図１は、空気調和機全体を示す図２の直線Ａ－Ａに沿った縦断面図であり、図２は、天井パネルユニットの斜視図であり、図３は、図２の直線Ｂ－Ｂに沿った縦断面図である。
　ここで、本実施形態に係る空気調和機の説明を行う前に用語の説明を行う。
　本明細書において、「前後方向」とは、後述する天井パネルユニット３の長手方向であり、図２の図面中に矢印Ｘで示す。また、「左右方向」とは、天井パネルユニット３の幅方向であり、図２、図３の図面中に矢印Ｙで示す。また、「上下方向」とは、天井パネルユニット３の高さ方向であり、図２、図３の図面中に矢印Ｚで示す。なお、他の図面中における矢印Ｘ、矢印Ｙ、矢印Ｚも同趣である。

　最初に、空気調和機１の全体の構造を概略的に説明する。
　空気調和機１は、図１に示すように、室内の天井の内側に配置するファンコイルユニット２と、このファンコイルユニット２の下部に取り付けると共にその底面が天井面Ｃに略面一になるよう配置する天井パネルユニット３とから成る。

　ファンコイルユニット２は、そのケーシング内に、下部に空気の吸入口２１を有する吸気室２２と、吸気室２２の上方に配置された送風ファン２３と、送風ファン２３の下流側に隣接した熱交換器（コイル）２４と、熱交換器２４の下流側に隣接した送風室２６を備えている。送風室２６は下部に開口２５を有する。
　ファンコイルユニット２は、送風ファン２３によって空気を吸気室２２から熱交換器２４に送り、熱交換器２４では空気の熱交換を行う。熱交換された空気は送風室２６に送られる。ファンコイルユニット２は、天井の内部から簡単には取り外しできないように室内の天井の内側に固定される。

　天井パネルユニット３は、図２、図３に示す形状で、例えば合成樹脂で成型されている。天井パネルユニット３は、図示のように平面視で矩形をなし、矩形を構成する四辺のうち前後辺は壁体（前壁３０ａ，後壁３０ｂ）であり、左右辺はそれぞれファンコイルユニット２から吐出された空気を室内側に送るための通気路となる左右の送風ダクト３２ａ，３２ｂで構成されている。また、その底面には底パネル３３が取り付けられており、全体形状は上面が開放したケーシング（函）状である。

　底パネル３３には、空気を空気調和機１内に吸い込むための吸引口３４と、調整した（つまり清浄化及び熱交換した）空気を室内側に送風する送風口３５が設けられている。さらに、前壁３０ａには、ファンコイルユニット２を点検するための上下に連通する点検口３０ｃを形成する矩形の枠体３０ｄ、後壁３０ｂには枠体３０ｄと同じ高さで、枠体３０ｄと共にファンコイルユニット２を天井に配置するときの位置決め手段となる凸状部分３０ｅが一体に形成されている。

　右側送風ダクト３２ｂは断面略矩形であり、その上下両端に開口（上部開口３２ｃ，下部開口３２ｄ）を有している。上部開口３２ｃはファンコイルユニット２の送風室２６下端の開口２５と接続されている。右側送風ダクト３２ｂは上部開口３２ｃから右側送風ダクト３２ｂ内に送風された空気を底パネル３３の開口（送風口）３３ａを介して室内に送風するための送風口３５を有する。
　左側送風ダクト３２ａは断面略矩形であり、その下端に供給された空気を底パネル３３の開口（送風口）３３ｂを介して室内に送風するための送風口３５を有し、その上部は後述する連結用ダクト３６と一体に連結されている。

　左右の送風ダクト３２ａ，３２ｂは、図示するように複数の前後方向に等間隔に設けられた連結用ダクト３６（図では２つ）に一体に連結されており、右側送風ダクト３２ｂに流入した空気が連結用ダクト３６により左側送風ダクト３２ａに分岐されて、左側送風ダクト３２ａの下端から底パネル３３の開口（送風口）３３ｂを介して室内に送風される。この左右の送風ダクト３２ａ，３２ｂ、連結用ダクト３６中の空気の流れは、図２、図３中において矢印Ｆで示す。

　天井パネルユニット３の内側には、図１、３に示すように、水平なパネル３７が設けられており、このパネル３７とこれを囲む外側部分３０の前後壁３０ａ，３０ｂと、左右の送風ダクト３２ａ，３２ｂの内側の壁により、下方が開いた空間が形成されている。この下側が開いた空間を底パネル３３で閉鎖することで、室内から吸い込んだ空気が流入する吸込室３８が形成されている。

　水平なパネル３７は連結用ダクト３６の底壁を構成すると共に、連結用ダクト３６間及び連結用ダクト３６間の前後壁３０ａ，３０ｂ間に開口が設けられている。この開口は、後述するように天井パネルユニット３内に吸い込んだ空気がファンコイルユニット２の吸気室２２に流入する流路（入口通路３９）を提供する。この入口通路３９を通る空気の流れは、図２の中において矢印Ｅで示す。

　吸込室３８の下端部、即ち天井パネルユニット３の底面に取り付けた底パネル３３に設けた吸引口３４には、吸い込んだ空気の埃などを除去するフィルター３４ａが備えられている。また、フィルター３４ａに隣接してその上側に紫外線ランプ４０及び紫外線ランプ４０から出る紫外線の照射方向を規制するリフレクター４１等が設けられている。

　次に、紫外線ランプ４０及びリフレクター４１について説明する。
　図４は、図１の中で示すＡ部の拡大断面図であり、図５Ａは、リフレクターの側面図であり、図５Ｂは、リフレクターの平面図であり、図５Ｃは、リフレクターの正面図である。
　紫外線ランプ４０は棒状ランプである。紫外線ランプ４０は、図４に示すように、天井パネルユニット３の内側部分３１の吸込室３８に、つまり底パネル３３の吸引口３４の上方に隣接し、吸引口３４の左右の中央に対応する位置で、天井面Ｃに対して平行（図２の前後方向）に取り付けられている。この紫外線ランプ４０により、吸引口から吸引した空気に紫外線を照射する。

　使用する紫外線ランプ４０は、例えばＵＶ－Ｃを発生するＵＶ－Ｃランプである。ＵＶ－Ｃ（ultraviolet C：短波長紫外線）は、波長が１８０ｎｍ～２８０ｎｍの紫外線であり、紫外線の中で最もエネルギーが大きく、生体に対して強い破壊力を持ち、細菌やウイルスの不活化の効果、つまり、除菌効果が非常に高い。また、紫外線ランプ４０は、ＵＶ－Ｃランプに限らず、例えばＵＶ－Ａ（ultraviolet A：長波長紫外線）を発生するＵＶ－Ａランプ、ＵＶ－Ｂ（ultraviolet B：中波長紫外線）を発生するＵＶ－Ｂランプでもよい。

　リフレクター４１は、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示すように、左右中央に左右の幅が細い前後方向に延びた水平板４１ａと、この水平板４１ａの左右側で対称的に斜め上方に向かう反射板４１ｂ，４１ｃを備えている。すなわち、リフレクター４１は上に向かって開いた、つまり断面Ｖ字形に形成されており、紫外線ランプ４０の下方と両側方を覆うように前後方向に延びている。これにより、この反射板４１ｂ，４１ｃで紫外線ランプ４０の両側方の紫外線を遮る。

　リフレクター４１は、紫外線ランプ４０の長さと同じか又はそれより長く、吸込室３８内に設置した状態で、その上端は吸込室３８の上部に達するように構成されている。
　反射板４１ｂ，４１ｃには、空気の通過を許容する羽根付きグリル４２がそれぞれ設けられている。羽根付きグリル４２はそれぞれスリット４２ａと羽根４２ｂを複数組備えている。羽根４２ｂは吸い込んだ空気をスリット４２ａに案内すると共に、スリット４２ａからの紫外線の漏洩を抑制する。この羽根付きグリル４２は、反射板４１ｂ，４１ｃに対し、その前後方向に所定の間隔で複数、例えば５個（図では２個）設ける。

　リフレクター４１の水平板４１ａは、その前後方向の長さが反射板４１ｂ，４１ｃの前後方向の長さより長い。リフレクター４１は、天井パネルユニット３の底パネル３３に保持される。

　リフレクター４１の水平板４１ａの上側には、ランプホルダー４３が取り付けられている。紫外線ランプ４０は、このランプホルダー４３により、紫外線ランプ４０の下方と両側方がリフレクター４１の反射板４１ｂ，４１ｃによって覆われるようにリフレクター４１の内側に取り付けられる。

　リフレクター４１を用いることで、反射板４１ｂ，４１ｃにより画成される断面Ｖ状の領域に流入する空気に紫外線を照射して除菌することができるが、リフレクター４１は、さらに反射板４１ｂ，４１ｃの内側に、紫外線ランプ４０に沿って所定の高さを有する左右の反射板４４ａ，４４ｂからなるインナーリフレクター４４を備えている。これにより、この反射板４４ａ，４４ｂで紫外線ランプ４０の両側方の紫外線を遮る。このインナーリフレクター４４の上下方向の長さ（高さ）は、リフレクター４１の高さの略２／３程度であり、前後方向の長さはリフレクター４１と同じである。インナーリフレクター４４の高さをリフレクター４１の高さの略２／３にしたのは、その高さがこれよりも高くなると空気に対する必要な紫外線の照射量が不足し、また、これよりも低くなると漏洩する紫外線量が好ましくない程度に増加するためである。

　インナーリフレクター４４を設けたことにより、紫外線ランプ４０から反射板４１ｂ，４１ｃ方向に向かう直接光（紫外線）は、インナーリフレクター４４の反射板４４ａ，４４ｂによって大部分が遮断される。また、反射板４４ａ，４４ｂが空気流に対して邪魔板として作用し、左右の反射板４４ａ，４４ｂで空気の渦流を生じる等して流動する空気を攪拌する。これにより紫外線の漏洩を抑制しつつ、リフレクター４１内に流入した空気に紫外線を万遍なく照射することができ、紫外線による細菌やウイルスを不活化し、除菌効果を高めることができる。

　さらに、図４に示すように、天井パネルユニット３の底面に取り付けた底パネル３３に設けた吸引口３４には、紫外線ランプ４０の長手方向に沿って、複数の羽根３４ｂがフィルター３４ａの下側に取り付けられている。つまり、吸引口３４は、紫外線ランプ４０と平行に間隔を隔てて取り付けた複数の羽根３４ｂを有している。
　羽根３４ｂは、紫外線ランプ４０の両側で上に向かって開くように互いに反対向きに傾斜して取り付けられている。この羽根３４ｂの傾斜方向は、リフレクター４１の反射板４１ｂ，４１ｃの羽根付きグリル４２の羽根４２ｂの傾斜方向と上に向かって逆方向である。
　これにより、吸引口３４から吸い込んだ空気が吸込室３８内で拡散する方向にスムーズに流動できるようにすると共に、傾斜した羽根３４ｂで反射板４１ｂ、４１ｃ又は内側部分３１内などで散乱された紫外線が下方、つまり室内側に漏洩するのを抑制している。

　次に、以上で説明した空気調和機１内での空気の流れ及びその除菌等について説明する。
　図１に示すように、空気調和機１が動作すると、ファンコイルユニット２の送風ファン２３によって、室内の空気は天井パネルユニット３の吸引口３４から吸引される。吸い込んだ空気は、まず、フィルター３４ａによって埃などが除去されて吸込室３８内に流入する。続いて、リフレクター４１に達した空気は、その反射板４１ｂ，４１ｃに設けた羽根付きグリル４２の羽根４２ｂに案内されてスリット４２ａから、リフレクター４１内に流入する。

　リフレクター４１内に流入した空気は紫外線の反射光と散乱光を受けつつ上方に流動し、インナーリフレクター４４の上端に達して以降は、インナーリフレクター４４の作用で攪拌されつつ紫外線ランプからの直接光の照射をも受ける（一部の空気はインナーリフレクター４４内に流入してそこで紫外線の直接光の照射を受ける）。このように紫外線照射されて満遍なく除菌された空気は、入口通路３９を通って、ファンコイルユニット２の吸気室２２中に流入する。

　吸気室２２に流入した空気は、送風ファン２３で熱交換器２４に吐出され、熱交換器２４において熱交換される。熱交換された空気は、送風室２６、送風室２６に接続された右側送風ダクト３２ｂに流入する。右側送風ダクト３２ｂに流入した空気はその一部が連結用ダクト３６で分流されて左側送風ダクト３２ａに流入する。このようにして除菌されかつ熱交換された空気は、空気調和機１の天井パネルユニット３の底パネル３３に設けた送風口３５から室内に送風される。送風口３５から送風される空気は、送風口３５に設けたガイド板３５ａにガイドされて吐出方向を斜め下方に変更されて送風される。

　以上述べたように、本実施形態に係る空気調和機１では、その天井パネルユニット３に、吸引口３４の上方に取り付けた紫外線ランプ４０の下方と両側方の紫外線を遮る断面Ｖ字形のリフレクター４１が備えられているとともに、断面Ｖ字形のリフレクター４１の内側にインナーリフレクター４４が備えられているため、紫外線ランプ４０の紫外線が空気調和機１より外部（室内）に漏洩するのを大幅に低減することができる。また、吸引口３４において羽根３４ｂを取り付けたことで、断面Ｖ字形のリフレクター４１から漏洩した紫外線が室内に漏洩することがさらに抑制できる。このため、空気調和機１より外部に紫外線ランプ４０の紫外線が漏洩するのを大幅に低減することができる。

　また、紫外線ランプ４０の下方と両側方の紫外線を遮るＶ字形のリフレクター４１において、反射板４１ｂ，４１ｃには羽根付きグリル４２を設けられており、空気はこの羽根付きグリル４２の羽根４２ｂで案内されてスリット４２ａをスムーズに通過できるため、空気の流れは妨げられることがなく、空気調和機１を流れる空気を所定の通気量に維持することができ、これにより、空気調和機１の送風能力を維持することができる。

　また、紫外線ランプ４０及び断面Ｖ字形のリフレクター４１などは、天井パネルユニット３内に備えられているため、既存の空気の除菌機能を有しない空気調和機１を、空気中の細菌やウイルスを不活化する空気の除菌機能を備えた空気調和機１に交換する場合、室内の天井の内部に固定したファンコイルユニット２は交換する必要はなく、ファンコイルユニット２の下部に着脱可能に取り付ける天井パネルユニット３を交換するだけで済む。つまり、既存の空気の除菌機能を有しない空気調和機１を空気の除菌機能を備えた空気調和機１に簡単かつ安価に交換することができる。

　なお、空気調和機１は、前述の実施形態では、ファンコイルユニット２と天井パネルユニット３の２つのユニットから構成するものであったが、これに限定されるものではなく、これらを一体化したものなど他のものでもよい。

　次に、本実施形態の空気調和機１において、空気調和機１より外部（室内）に漏洩する紫外線の量を調べる実験を行ったので、これについて説明する。

　実験では、空気調和機１より外部に漏洩する紫外線の量を調べた。
　空気調和機１より外部に漏洩する紫外線の量は、図６に示すように、空気調和機１の下方の４ヶ所（Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・Ｐ４）で紫外線の量を測定した。測定する位置はすべて空気調和機１の天井パネルユニット３の下面より２００ｍｍ離れた位置である。
　また、空気調和機１の天井パネルユニット３内に、断面Ｖ字形のリフレクター４１とインナーリフレクター４４を備えていないものを比較例として、この比較例における外部に漏洩する紫外線の量も測定した。測定する位置は、前述した位置と同様、空気調和機１の下方の４ヶ所（Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・Ｐ４）の位置である。
　その結果を、以下の表１に示す。

　表１に示すように、本実施形態に係る空気調和機１では、外部に漏洩する紫外線の量が０．０２７～０．０８３（μＷ／ｃｍ^２）であり、４ヶ所のすべてで、紫外線の量が０．１（μＷ／ｃｍ^２）以下であり、紫外線（ＵＶ－Ｃ）の安全基準値の０．１（μＷ／ｃｍ^２）を超えることはなかった。
　これに対し、断面Ｖ字形のリフレクター４１とインナーリフレクター４４を備えていない比較例の空気調和機では、外部に漏洩する紫外線の量が２．７８８～５．３４６（μＷ／ｃｍ^２）であり、４ヶ所のすべてで、紫外線の量が安全基準値の０．１（μＷ／ｃｍ^２）を大幅に超えていた。
　以上の通り、本実施形態の空気調和機１では、紫外線ランプ４０の紫外線が室内に漏洩するのを大幅に低減でき、空気調和機１を安全に使用できることが確認できた。

　１…空気調和機、２…ファンコイルユニット、３…天井パネルユニット、２１…吸入口、２２…吸気室、２３…送風ファン、２４…熱交換器、２５…開口、２６…送風室、３０…外側部分、３０ａ…前壁、３０ｂ…後壁、３０ｃ…点検口、３０ｄ…枠体、３０ｅ…凸状部分、３１…内側部分、３２ａ…送風ダクト、３２ｂ…送風ダクト、３２ｃ…上部開口、３２ｄ…下部開口、３３…底パネル、３３ａ…開口（送風口）、３３ｂ…開口（送風口）、３４…吸引口、３４ａ…フィルター、３４ｂ…羽根、３５…送風口、３５ａ…ガイド板、３６…連結用ダクト、３７…パネル、３８…吸込室、３９…入口通路、４０…紫外線ランプ、４１…リフレクター、４１ａ…水平板、４１ｂ…反射板、４１ｃ…反射板、４２…羽根付きグリル、４２ａ…スリット、４２ｂ…羽根、４３…ランプホルダー、４４…インナーリフレクター、４４ａ…反射板、４４ｂ…反射板。

Claims

　送風ファン及び熱交換器を内部に備えるとともに、吸引口及び送風口を下面に備えた空気調和機であって、
　吸引口に隣接して、吸引口から吸引した空気に紫外線を照射する棒状の紫外線ランプ及び紫外線ランプの下方と両側方の紫外線を遮る反射板により、上に向かって断面Ｖ字形に形成されたリフレクターを備え、リフレクターの反射板は空気の通過を許容する複数の羽根付きグリルを備えたことを特徴とする空気調和機。
　請求項１に記載された空気調和機において、
　リフレクターの反射板の内側に紫外線ランプに沿って所定の高さのインナーリフレクターを備え、インナーリフレクターが紫外線ランプの両側方の紫外線を遮る空気調和機。
　請求項２に記載された空気調和機において、
　インナーリフレクターの高さが反射板の高さの略３分の２の高さである空気調和機。
　請求項１ないし３のいずれかに記載された空気調和機において、
　吸引口に紫外線ランプと平行に間隔を隔てて取り付けた複数の羽根を有し、
　羽根は紫外線ランプの両側で上に向かって開くように互いに反対向きに傾斜して取り付けられている空気調和機。
　請求項４に記載された空気調和機において、
　羽根の傾斜方向は、リフレクターの反射板の羽根付きグリルの羽根の傾斜方向と上に向かって逆方向である空気調和機。
　請求項１ないし５のいずれかに記載された空気調和機において、
　紫外線ランプは、ＵＶ－Ｃランプである空気調和機。