JP2005233549A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 酸素富化膜によって室内の酸素富化を行うことが可能な酸素富化装置を備えた空気調和装置において、酸素富化装置で得られた酸素富化空気を室内へ供給する際に、酸素富化空気中に含まれる水分の結露するのを防ぐ。
【解決手段】 空気調和装置１は、空気中の水分を吸着して除湿空気を得ることが可能な吸着ロータ５１と吸着ロータ５１を加熱することによって吸着された水分を空気中に脱着させて加湿空気を得ることが可能なヒータ組立体５３とを有する加湿ユニット５と、加湿空気又は加熱空気を加湿ユニット５の外部に案内する加湿空気供給流路５８と、加湿空気供給流路５８に接続され室内に加湿空気又は加熱空気を供給する給気管８と、空気から酸素富化空気を得ることが可能な酸素富化膜６３を有する酸素富化ユニット６と、加湿空気供給流路５８に接続され酸素富化空気を酸素富化ユニット６の外部に案内する酸素富化空気供給流路６７とを備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、空気調和装置、特に、室内の酸素富化を行うための酸素富化装置を備えた空気調和装置に関する。

従来から、酸素富化膜によって酸素富化空気を得ることが可能な酸素富化装置を備えた空気調和装置がある。このような空気調和装置は、室外ユニットと、室内ユニットと、これらのユニット間を接続するための冷媒配管とを備えており、主として、室内の冷暖房を行っている。酸素富化装置は、室外に配置されており、酸素富化膜によって室外空気から酸素富化空気を得て、この酸素富化空気を酸素富化空気供給管を介して室内に供給している。これにより、この空気調和装置では、室内を冷暖房するとともに、冷暖房運転によって締め切られた室内を酸素富化することが可能である（例えば、特許文献１〜５参照。）。
特開平３−７５４２３号公報 特開平３−２１７７３１号公報 特公平７−３０９２７号公報 特公平７−１０９３１３号公報 特開２００２−３９５６９号公報

酸素富化装置を構成する酸素富化膜は、空気中の酸素だけでなく水分も透過する性質を有している。具体的には、水分の酸素富化膜の透過率が窒素や酸素の透過率に比べて非常に大きく、この水分の透過率を制御することが困難である。このため、湿気を含む空気を酸素富化膜に通ずると、空気の湿度の成り行きで容易に結露が生じてしまう。また、水分の酸素富化膜への溶解が早いため、膜の自由面積が小さくなり、酸素の分離性能が損なわれる。

このため、湿気を含む空気を酸素富化装置に通ずると、水分を多く含む酸素富化空気が得られることになる。この水分を多く含む酸素富化空気は、酸素富化装置の出口又は酸素富化空気供給管において、酸素富化空気中に含まれる水分の結露が生じやすいという問題がある。このため、酸素富化空気供給管に結露水を管内から排出するためのドレントラップ等の水抜きユニットが必要になったり、酸素富化空気供給管内がカビや菌で汚れてしまうという問題が生じる。また、水分の酸素富化膜への付着や溶解等により、十分な酸素濃度を有する酸素富化空気が得られないおそれがある。

また、酸素富化空気を室内に供給するための酸素富化空気供給管は、４ｍｍから６ｍｍ程度の小さな管径のものが使用されることが多く、室内に酸素富化空気を吹き出す際の流体音が大きくなり、室内に居るユーザーに不快感を与えるという問題が生じる。これを解決するために、酸素富化空気供給管の室内側に消音器を装着することが考えられるが、上記の水抜きユニットとともにコスト増加を発生させる原因となり望ましくない。

本発明の課題は、酸素富化膜によって室内の酸素富化を行うことが可能な酸素富化装置を備えた空気調和装置において、酸素富化装置で得られた酸素富化空気を室内へ供給する際に、酸素富化空気中に含まれる水分の結露するのを防ぐことにある。

請求項１に記載の空気調和装置は、室外ファンと室外熱交換器とを有する室外ユニットと、室内ユニットとが冷媒配管を介して接続して構成される空気調和装置であって、加湿装置と、加湿空気供給流路と、給気管と、酸素富化装置と、酸素富化空気供給流路とを備えている。加湿装置は、空気中の水分を吸着して除湿空気を得ることが可能な吸着剤と、吸着剤を加熱することによって吸着された水分を空気中に脱着させて加湿空気を得ることが可能な加熱装置とを有している。加湿空気供給流路は、加湿装置によって得られた加湿空気又は加熱空気を加湿装置の外部に案内する。給気管は、加湿空気供給流路に接続され、加湿装置の外部から室内に加湿空気又は加熱空気を供給する。酸素富化装置は、空気から酸素富化空気を得ることが可能な酸素富化膜を有している。酸素富化空気供給流路は、加湿空気供給流路又は給気管に接続され、酸素富化装置によって得られた酸素富化空気を酸素富化装置の外部に案内する。

この空気調和装置では、吸着剤と加熱装置とを備えた温度スイング吸着式の加湿装置を備えているため、加熱空気又は加湿空気を得ることができる。この加熱空気又は加湿空気は、加湿空気供給流路を介して加湿装置の外部に案内され、加湿空気供給流路に接続された給気管を介して加湿装置の外部から室内に供給されるようになっている。一方、酸素富化装置は、酸素富化膜によって空気から酸素富化空気を得ることができる。この酸素富化空気は、酸素富化空気供給流路を介して酸素富化装置の外部に案内される。ここで、酸素富化空気供給流路は、加湿空気供給流路又は給気管に接続されているため、酸素富化装置において得られた水分を多く含む酸素富化空気は、加熱空気又は加湿空気に混合された後、室内に供給されるようになっている。

これにより、酸素富化空気は、加熱空気又は加湿空気に混合されて、露点以下の状態になるため、酸素富化装置で得られた酸素富化空気を室内へ供給する際に、給気管内における酸素富化空気に含まれる水分の結露を防ぐことができる。
しかも、従来の酸素富化装置を備えた空気調和装置において酸素富化空気を室内に供給するために設けられていた酸素富化空気供給管を省略して、加湿装置で得られた加熱空気又は加湿空気を室内に供給するための給気管を介して酸素富化空気を供給できるようになっている。給気管は、従来の酸素富化空気供給管に比べて管径が数倍以上大きく、酸素富化空気が室内に吹き出す際の流体音を生じにくくすることができる。

これにより、消音器を設置することなく、室内に居るユーザーに不快感を与えないようにすることができる。
請求項２に記載の空気調和装置は、請求項１において、室外ファンとは別に、酸素富化膜に空気を供給することが可能な給気ファンをさらに備えている。
従来の酸素富化装置を備えた空気調和装置では、室外ユニットの室外ファンから室外熱交換器の熱源として送る空気の一部を酸素富化装置に導入しているものがある。このため、例えば、室外ファンにより室外熱交換器を通過した空気の一部を酸素富化装置内に導入できるように酸素富化装置を設置する場合には、冷房運転時において、室外熱交換器において加熱された空気を導入することになり、酸素富化膜における分離性能が低下することになる。

しかし、この空気調和装置では、室外ファンとは別に、酸素富化膜に空気を供給することが可能な給気ファンを備えているため、従来の室外ファンによって送風される空気を使用する場合とは異なり、高温の空気を酸素富化装置に導入するような運転を避けることができる。
これにより、酸素富化装置に温度が比較的安定した空気を供給することができるため、酸素富化膜における分離性能の低下を防ぎ、安定した酸素濃度を有する酸素富化空気を室内に供給することができる。

請求項３に記載の空気調和装置は、請求項２において、給気ファンは、吸着剤に水分を吸着させることによって得られた除湿空気を加湿装置の外部に排出することが可能である。
この空気調和装置では、酸素富化装置に空気を供給する給気ファンが、加湿装置の吸着剤において水分が吸着されることによって得られた除湿空気を供給するように設置されているため、酸素富化装置で得られた酸素富化空気中の水分量を減少させることができる。

これにより、酸素富化装置で得られた酸素富化空気を室内へ供給する際に、給気管内において酸素富化空気に含まれる水分が結露するのを防ぐ効果を高めることができる。また、水分の酸素富化膜への付着や溶解等によって酸素富化膜の分離能力の低下してしまうのを抑えることができる。
請求項４に記載の空気調和装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、酸素富化膜を介して空気を吸入し、酸素富化膜を透過させることによって得られた酸素富化空気を酸素富化空気供給流路に排出する減圧ポンプをさらに備えている。減圧ポンプは、酸素富化空気供給流路と加湿空気供給流路又は給気管との接続部よりも上方に配置されている。

この空気調和装置では、酸素富化装置に供給された空気を酸素富化膜を介して吸入し、酸素富化膜を透過することによって得られた酸素富化空気を酸素富化空気供給流路に排出するための機器として減圧ポンプを用いている。このような構成にすると、酸素富化空気供給流路の減圧ポンプの出口から加湿空気供給流路又は給気管との接続部までの間の部分において、酸素富化空気中の水分が結露するおそれがある。減圧ポンプの出口から酸素富化空気供給流路の加湿空気供給流路又は給気管との接続部までの間の部分において結露が生じると、結露した水分が減圧ポンプに逆流するおそれがある。

しかし、この空気調和装置では、減圧ポンプが、酸素富化空気供給流路と加湿空気供給流路又は給気管との接続部よりも上方に配置されているため、減圧ポンプの出口から酸素富化空気供給流路の加湿空気供給流路又は給気管との接続部までの間の部分において、結露した水分が減圧ポンプに逆流するのを防ぐことができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
請求項１にかかる発明では、水分を含む酸素富化空気が加熱空気又は加湿空気に混合されて、露点以下の状態になるため、酸素富化装置で得られた酸素富化空気を室内へ供給する際に、給気管内における酸素富化空気に含まれる水分の結露を防ぐことができる。しかも、消音器を設置することなく、室内に居るユーザーに不快感を与えないようにすることができる。

請求項２にかかる発明では、酸素富化装置に温度が比較的安定した空気を供給することができるため、酸素富化膜における分離性能の低下を防ぎ、安定した酸素濃度を有する酸素富化空気を室内に供給することができる。
請求項３にかかる発明では、酸素富化装置で得られた酸素富化空気を室内へ供給する際に、給気管内において酸素富化空気に含まれる水分が結露するのを防ぐ効果を高めることができる。また、水分の酸素富化膜への付着や溶解等によって酸素富化膜の分離能力の低下してしまうのを抑えることができる。

請求項４にかかる発明では、減圧ポンプの出口から酸素富化空気供給流路の加湿空気供給流路又は給気管との接続部までの間の部分において、結露した水分が減圧ポンプに逆流するのを防ぐことができる。

以下、図面に基づいて、本発明にかかる空気調和装置の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
（１）空気調和装置の概略構成
図１は、本発明の第１実施形態が採用された空気調和装置１の外観図である。
この空気調和装置１は、室内の壁面Ｕなどに取り付けられる室内ユニット２と、室外に設置される室外ユニット３とに分かれて構成されている。室外ユニット３は、室外冷媒ユニット４と、加湿ユニット５（加湿装置）と、酸素富化ユニット６（酸素富化装置）とを備えている。室内ユニット２と室外ユニット３とは、冷媒配管７を介して両ユニットの冷媒回路同士が接続されている。また、室内ユニット２と室外ユニット３とは、加湿ユニット５からの加熱空気又は加湿空気や酸素富化ユニット６からの酸素富化空気を室内ユニット２側に供給するときに使用される給気管８によって接続されている。尚、本実施形態において、加湿ユニット５は室外冷媒ユニット４の上側に重ねられるように配置されており、酸素富化ユニット６は加湿ユニット５の上側に重ねられるように配置されており、設置スペースが大きくならないようになっている。また、給気管８は、加湿ユニット５の側面、前面、背面等に接続されており、室内の壁面Ｕを貫通して室内ユニット２に接続されている。ここで、給気管８は、管径が２０ｍｍから３０ｍｍ程度のものが使用される。

（２）各ユニット内の機器配置及び冷媒回路の構成
図２は、本発明の第１実施形態が採用された空気調和装置１の室内ユニット２内及び室外ユニット３内の各機器の配置を示す図である。図３は、空気調和装置１の冷媒回路の概略構成図、加湿ユニット５の概略構成図及び酸素富化ユニット６の概略構成図である。
室内ユニット２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、複数本のヘアピン形状の管を接続して構成される伝熱管と、伝熱管が挿通される複数のフィンとからなるクロスフィンチューブ型の熱交換器パネルであり、冷媒配管７を介して室内熱交換器１１に供給されて伝熱管内を流れる冷媒と伝熱管及びフィンに接触する空気との間で熱交換を行う。また、室内ユニット２内には、室内ファン１２と、室内ファン１２を回転駆動する室内ファンモータ１３とが設けられている。室内ファン１２は、周面に多数の羽根が設けられた円筒形状のクロスフローファンであり、回転軸と交わる方向に空気流を生成する。この室内ファン１２は、室内空気を室内ユニット２内に吸入させるとともに、室内熱交換器１１の伝熱管内を流れる冷媒との間で熱交換を行った後の空気を室内に吹き出す。さらに、室内ユニット２内には、給気管８の管端部が挿入されており、加湿ユニット５から供給される加熱空気又は加湿空気や酸素富化ユニット６から供給される酸素富化空気が室内ユニット２内に一旦吹き出された後、室内から吸入された空気とともに室内ファン１２によって室内に吹き出されるようになっている。

室外冷媒ユニット４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２５とが設けられている。室外熱交換器２４は、複数本のヘアピン形状の管を接続して構成される伝熱管と、伝熱管が挿通される複数のフィンとからなるクロスフィンチューブ型の熱交換器パネルであり、室外冷媒ユニット４の背面及び側面に近接するように配置されている。電動膨張弁２５は、フィルタ２６および液閉鎖弁２７を介して液側連絡配管３２に接続されており、この液側連絡配管３２を介して室内熱交換器１１の一端に接続されている。また、四路切換弁２２は、ガス閉鎖弁２８を介してガス側連絡配管３１に接続されており、このガス側連絡配管３１を介して室内熱交換器１１の他端に接続されている。これらの連絡配管３１、３２は、図１及び図２の冷媒配管７に相当する。また、室外冷媒ユニット４内には、室外熱交換器２４で熱交換された後の空気を外部に排出するために、室外冷媒ユニット４の背面及び側面から空気を内部に取り込んで前面に向かって吹き出す室外ファン２９が設けられている。この室外ファン２９は、室外ファンモータ３０によって回転駆動されるプロペラファンである。

（３）加湿装置の構成
次に、加湿ユニット５の内部の構成について図２及び図３に基づいて説明する。
加湿ユニット５は、室外冷媒ユニット４の上側に位置する加湿ユニットケーシングを備えており、その内部に、吸湿ロータ５１（吸着剤）、ヒータ組立体５３（加熱装置）、加湿ファン５４、吸着ファン５６（給気ファン）等の加湿ユニット構成機器５０が配置されている。

吸湿ロータ５１は、概ね円板形状を有するハニカム構造のセラミックロータであり、空気が容易に通過できる構造となっている。具体的には、平面視において円形を有するロータであり、水平面で切った断面において細かいハニカム（蜂の巣）状になっている。そして、これらの断面が多角形である吸湿ロータ５１の多数の筒部分を、加湿ユニット空気入口流路６０を通じて導入される室外空気が通過する。吸湿ロータ５１の主たる部分は、ゼオライト、シリカゲル、あるいはアルミナといった吸着剤を焼成したものである。このゼオライト等の吸着剤は、接触する空気中の水分を吸着し、加熱されることで吸着した水分を脱着する性質を有している。この吸湿ロータ５１は、ロータ駆動モータ５２によって回転駆動することが可能である。

ヒータ組立体５３は、吸湿ロータ５１の略半分の部分５１ｂの一方の面を覆うように配置されている。ヒータ組立体５３は、外部から吸入された空気を加熱して吸湿ロータ５１側へ排出することが可能である。
加湿ファン５４は、吸湿ロータ５１の略半分の部分５１ｂの他方の面側であってヒータ組立体５３に対応する位置に配置されている。加湿ファン５４は、加湿ファンモータ５５によって回転する遠心ファンであり、その出口は加湿空気供給流路５８を介して給気管８に接続されている。加湿ファン５４は、水分を吸着した吸湿ロータ５１の略半分の部分５１ｂを通過して得られる加湿空気や水分を吸着していない吸湿ロータ５１の略半分の部分５１ｂを通過して得られる加熱空気を加湿空気供給流路５８を介して給気管８へ送出し、室内ユニット２に供給する。

吸着ファン５６は、吸着ファンモータ５７によって回転する遠心ファンであり、加湿ユニット空気入口流路６０を通じて導入された室外空気を吸湿ロータ５１に通すことができるように配置されている。吸着ファン５６は、吸湿ロータ５１の略半分の部分５１ａを通過する際に水分が吸着・除去されて得られる除湿空気を除湿空気排出流路５９を介して加湿ユニットケーシングの外部に排出する。

（４）酸素富化ユニットの構成
次に、酸素富化ユニット６の内部の構成について図２〜図４に基づいて説明する。ここで、図４は、酸素富化膜モジュール６１の模式図である。
酸素富化ユニット６は、加湿ユニット５の上側に位置する酸素富化ユニットケーシングを備えており、その内部に、酸素富化膜モジュール６１、真空ポンプ６５（減圧ポンプ）、真空ポンプ６５の出口に接続された酸素富化空気供給流路６７などが配置されている。

酸素富化膜モジュール６１は、主に、モジュールケーシング６２と、モジュールケーシング６２内の空間を１次側空間Ｓ１と２次側空間Ｓ２とに分割するようにモジュールケーシング６２内に配置された酸素富化膜６３とを有している。酸素富化膜６３は、空気中の酸素及び水を透過しやすく、かつ、窒素を透過しにくい性質、言い換えれば、酸素及び水を選択的に透過する性質を有している。

１次側空間Ｓ１には、酸素富化ユニット６の外部から供給される空気が導入される空気入口６２ａと、酸素富化膜６３を透過せずに１次側空間Ｓ１内に残った空気が排出される空気排出口６２ｂとが設けられている。また、１次側空間Ｓ１の空気入口６２ａ側には、フィルタ６４が配置されている。本実施形態において、空気入口６２ａは、室外冷媒ユニット４の室外ファン２９が配置された空間と酸素富化ユニット空気入口流路６９を介して連通しており、室外ファン２９によって室外冷媒ユニット４内に取り込まれた室外空気の一部を酸素富化膜６３の一次側空間Ｓ１に導入できるようになっている。また、酸素富化膜を透過せずに１次側空間Ｓ１に残った空気は、空気排出口６２ｂから酸素富化ユニット空気排出流路６８を介して酸素富化ユニット６の外部に排出されるようになっている。２次側空間Ｓ２には、酸素富化膜６３を透過して酸素濃度が増加した酸素富化空気が排出される酸素富化空気排出口６２ｃが設けられている。

尚、図４においては、モジュールケーシング６２内に単１の酸素富化膜６３を配置して、１次側空間Ｓ１及び２次側空間Ｓ２を形成するような構成にしているが、これに限定されるものではなく、中空糸膜や板状膜等からなる酸素富化膜をモジュールケーシング内に複数配置することによって複数の１次側空間及び２次側空間を形成し、かつ、１次側空間同士又は２次側空間同士をそれぞれ連通させて、機能的に図４と同様な構成を有するようにしてもよい。

真空ポンプ６５は、酸素富化膜６３を介して１次側空間Ｓ１の空気を吸入し、２次側空間Ｓ２内の空気を酸素富化空気供給流路６７に排出するためのポンプである。真空ポンプ６５は、ポンプモータ６６により駆動されるようになっており、本実施形態において、酸素富化空気に潤滑油が混入しないように、オイルレスタイプのものが使用されている。そして、真空ポンプ６５を運転すると、酸素富化膜モジュール６１内において、１次側空間Ｓ１と２次側空間Ｓ２との間に圧力差が生じるため、酸素富化膜６３の１次側空間Ｓ１に導入された空気中の酸素が選択的に２次側空間Ｓ２に透過して酸素富化空気が得られる。この酸素富化空気は、真空ポンプ６５によって２次側空間Ｓ２から酸素富化空気供給流路６７に排出される。

酸素富化空気供給流路６７は、真空ポンプ６５の出口と、加湿ユニット５の加湿空気供給流路５８とに接続されており、真空ポンプ６５によって酸素富化膜モジュール６１から排出された酸素富化空気を加湿空気供給流路５８を介して給気管８に流入させるための流路である。すなわち、酸素富化ユニット６で得られた酸素富化空気は、給気管８を介して室内に供給されるようになっている。尚、本実施形態において、酸素富化空気供給流路６７は、酸素富化空気を加湿空気供給流路５８を介して給気管８に流入させるように接続されているが、直接給気管８に接続するようになっていてもよい。

ここで、真空ポンプ６５は、酸素富化空気供給流路６７と加湿空気供給流路５８との接続部よりも上方に配置されている（図２参照）。そして、酸素富化空気供給流路６７は、真空ポンプ６５の出口から加湿空気供給流路５８との接続部までの間の部分が加湿空気供給流路５８に向かって下り勾配になるように配置されている（図２の楔記号Ｗ参照）。
（５）空気調和装置の動作
次に、空気調和装置１の動作について、図２及び図３を用いて説明する。

＜冷媒回路の運転＞
まず、冷房運転について説明する。冷房運転時は、四路切換弁２２が図２の実線で示される状態、すなわち、圧縮機２１の吐出側が室外熱交換器２４のガス側に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側が室外熱交換器２４のガス側に接続された状態となっている。また、液閉鎖弁２７、ガス閉鎖弁２８及び電動膨張弁２５は、開状態になっている。

この冷媒回路の状態で、室外冷媒ユニット４の室外ファン２９、圧縮機２１及び室内ユニット２の室内ファン１２を起動すると、ガス冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮された後、四路切換弁２２を経由して室外熱交換器２４に送られて、室外空気を加熱して凝縮される。ここで、室外空気は、室外ファン２９の駆動によって、室外冷媒ユニット４の背面及び側面から室外冷媒ユニット４内に取り込まれ（図２の矢印Ｆ１参照）、室外熱交換器２４を横切った後、室外冷媒ユニット４の前面から排出されている（図２の矢印Ｆ２参照）。そして、凝縮した液冷媒は、電動膨張弁２５において減圧された後、液側連絡配管３２を経由して室内ユニット２に送られる。そして、室内ユニット２に送られた液冷媒は、室内熱交換器１１で室内空気を冷却して蒸発される。ここで、室内空気は、室内ファン１２の駆動によって、室内ユニット２内に取り込まれ（図２の矢印Ｆ３参照）、室内熱交換器１１を横切った後、室内ユニット２から室内に吹き出されている（図２の矢印Ｆ４参照）。そして、蒸発したガス冷媒は、ガス側連絡配管３１、四路切換弁２２及びアキュムレータ２３を経由して、再び、圧縮機２１に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。

次に、暖房運転について説明する。暖房運転時は、四路切換弁２２が図２の破線で示される状態、すなわち、圧縮機２１の吐出側が室外熱交換器２４のガス側に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側が室外熱交換器２４のガス側に接続された状態となっている。また、液閉鎖弁２７及びガス閉鎖弁２８は、開状態になっている。
この冷媒回路の状態で、室外冷媒ユニット４の室外ファン２９、圧縮機２１及び室内ユニット２の室内ファン１２を起動すると、ガス冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮された後、四路切換弁２２及びガス側連絡配管３１を経由して室内ユニット２に送られる。そして、室内ユニット２に送られたガス冷媒は、室内熱交換器１１で室内空気を加熱して凝縮される。この凝縮した液冷媒は、液側連絡配管３２を経由して室外冷媒ユニット４に送られる。そして、室外冷媒ユニット４に送られた液冷媒は、電動膨張弁２５で減圧された後、室外熱交換器２４で室外空気を冷却して蒸発される。この蒸発したガス冷媒は、四路切換弁２２及びアキュムレータ２３を経由して、再び、圧縮機２１に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。尚、室外空気及び室内空気の流れは、冷房運転時と同様であるため、説明を省略する。

＜加湿ユニットの運転（加湿運転）＞
以下、加湿運転を行う場合の加湿ユニット５の動作について説明する。
加湿ユニット５は、吸着ファン５６を回転駆動することによって、加湿ユニット空気入口流路６０を通じて、外部から室外空気を加湿ユニットケーシング内に取り入れる（図２の矢印Ｆ５参照）。加湿ユニットケーシング内に入ってきた空気は、吸湿ロータ５１の略半分の部分５１ａを通過して、吸着ファン５６を介して加湿ユニットケーシングの外部に排出される。このとき、加湿ユニットケーシング内に外部から取り入れられた空気は、吸湿ロータ５１の略半分の部分５１ａを通過する際に、空気中に含まれている水分が吸着・除去された除湿空気になっている。この除湿空気は、除湿空気排出流路５９を介して加湿ユニットケーシングの外部に排出される（図２の矢印Ｆ８参照）。

この吸着工程で水分を吸着した吸湿ロータ５１の略半分の部分５１ａは、吸湿ロータ５１が半回転することによって、吸湿ロータ５１の水分吸着されていない側の略半分の部分５１ｂとなる。すなわち、吸着された水分は、吸湿ロータ５１の回転に伴い、ヒータ組立体５３及び加湿ファン５４に対応する位置に移動してくる。そして、ここに移動してきた水分は、ヒータ組立体５３からの熱により、加湿ファン５４によって生成される空気流中に脱着される。

加湿ファン５４を回転駆動すると、加湿ユニット空気入口流路６０を通じて、外部から加湿ユニットケーシング内に空気が取り込まれ（図２の矢印Ｆ５参照）、その空気が吸湿ロータ５１の水分吸着された略半分の部分５１ｂを通過し、加湿ファン５４へと至る。加湿ファン５４は、吸湿ロータ５１を通り抜けてきた空気を加湿空気供給流路５８及び給気管８を介して室内ユニット２へ送出する（図２の矢印Ｆ６及びＦ７参照）。この室内ユニット２へと送出される空気は、吸湿ロータ５１に吸着されていた水分を含む加湿空気になっている。このようにして、加湿ユニット５から室内ユニット２に供給された加湿空気は、室内に吹き出される。

＜加湿ユニットの運転（加熱運転）＞
以下、加熱運転を行う場合の加湿ユニット５の動作について説明する。
加湿ユニット５は、加熱運転を行う場合には、吸湿ロータ５１を回転させずにヒータ組立体５３及び加湿ファン５４のみを運転する。具体的には、外部からの空気を吸着工程を経ずに水分が吸着されていない状態のままで吸湿ロータ５１を通過するとともに加熱したり、加湿運転を終了した後の水分が脱着された状態の吸湿ロータ５１に外部からの空気を通過させるとともに加熱することによって行われる。このような加熱運転によって得られる加熱空気は、加湿運転時と同様に、加湿ファン５４によって加湿空気供給流路５８及び給気管８を介して室内ユニット２へ送出される（図２の矢印Ｆ５、Ｆ６及びＦ７参照）。

＜酸素富化ユニットの運転＞
以下、酸素富化運転を行う場合の酸素富化ユニット６の動作について説明する。酸素富化運転は、加湿ユニット５を加湿運転又は加熱運転と連動して行われる。このため、以下の説明では、加湿ファン５４によって、加湿空気又は加熱空気が加湿空気供給流路５８及び給気管８を介して室内ユニット２へ送出されている状態になっているものとする。

酸素富化ユニット６は、室外ファン２９によって室外冷媒ユニット４内に取り込まれた室外空気の一部が酸素富化ユニット空気入口流路６９を介して酸素富化膜モジュール６１の１次側空間Ｓ１内を流れている状態（図２の矢印Ｆ９、Ｆ１１参照）で、真空ポンプ６５を駆動することによって、酸素富化膜モジュール６１に導入された空気は、酸素富化膜６３を透過して酸素富化空気となる。そして、酸素富化空気は、真空ポンプ６５によって、酸素富化空気供給流路６７に排出され（図２の矢印Ｆ１０参照）、加湿空気供給流路５８を流れる加熱空気又は加湿空気に混合された後に給気管８に送られて、室内ユニット２に供給される（図２の矢印Ｆ７参照）。ここで、酸素富化膜６３は、空気中の酸素だけでなく水分も透過しやすいため、酸素富化空気供給流路６７内を流れる酸素富化空気中には、水分が多く含まれる傾向にある。しかし、本実施形態では、酸素富化ユニット６で得られた酸素富化空気は、加湿空気供給流路５８を流れる加熱空気又は加湿空気に混合されるため、露点以下の状態になっている。これにより、給気管８から室内に至るまで間における酸素富化空気中の水分の結露を防ぐことができる。

（６）空気調和装置の特徴
本実施形態の空気調和装置１には、以下のような特徴がある。
（Ａ）本実施形態の空気調和装置１では、吸湿ロータ５１とヒータ組立体５３とを備えた温度スイング吸着式の加湿ユニット５を備えているため、加熱空気又は加湿空気を得ることができる。この加熱空気又は加湿空気は、加湿空気供給流路５８を介して加湿ユニット５の外部に案内され、加湿空気供給流路５８に接続された給気管８を介して加湿ユニット５の外部から室内に供給されるようになっている。一方、酸素富化ユニット６は、空気（本実施形態では、室外ファン２９により送風される空気の一部）から酸素富化空気を得ることができる。この酸素富化空気は、酸素富化空気供給流路６７を介して酸素富化ユニット６の外部に案内される。ここで、酸素富化ユニット６の運転を加湿ユニット５の加湿運転又は加熱運転と連動させると、酸素富化空気供給流路６７は、加湿空気供給流路５８又は給気管８に接続されているため、酸素富化ユニット６において得られた水分を多く含む酸素富化空気は、加湿ユニット５の加湿運転又は加熱運転によって得られた加熱空気又は加湿空気に混合された後、室内に供給されるようになる。

これにより、酸素富化空気は、加熱空気又は加湿空気に混合されて、露点以下の状態になるため、酸素富化ユニット６で得られた酸素富化空気を室内へ供給する際に、給気管８内における酸素富化空気に含まれる水分の結露を防ぐことができる。このため、酸素富化空気供給流路６７や給気管８にドレントラップ等の水抜きユニットを設置する必要がなくなる。また、室内の加湿及び酸素富化を同時に行うことができるため、冷暖房によって締め切られた室内空気の湿度及び酸素濃度を快適な状態に保持することができる。

（Ｂ）本実施形態の空気調和装置１では、従来の酸素富化ユニットを備えた空気調和装置において酸素富化空気を室内に供給するために設けられていた酸素富化空気供給管を省略して、加湿ユニット５で得られた加熱空気又は加湿空気を室内に供給するための給気管８を介して酸素富化空気を供給できるようになっている。給気管８は、従来の酸素富化空気供給管に比べて管径が数倍大きく（例えば、従来の酸素富化空気供給管の管径を６ｍｍとし、給気管８の管径を２５ｍｍとすると約４倍となる）、酸素富化空気が室内に吹き出す際の流体音を生じにくくすることができる。

これにより、消音器を設置することなく、室内に居るユーザーに不快感を与えないようにすることができる。また、加湿ユニット５の加熱運転や加湿運転と連動して酸素富化ユニット６を運転することによって、比較的小流量の酸素富化空気を大流量の加熱空気又は加湿空気に同伴させることができるため、安定的に酸素富化空気を室内に供給することができる。

（Ｃ）本実施形態の空気調和装置１では、酸素富化ユニット６に供給された空気を酸素富化膜６３を介して吸入し、酸素富化膜６３を透過することによって得られた酸素富化空気を酸素富化空気供給流路６７に排出するための機器として真空ポンプ６５を用いている。このような構成にすると、酸素富化空気供給流路６７の真空ポンプ６５の下流側の部分において、酸素富化空気中の水分が結露するおそれがある。このため、真空ポンプ６５の出口から酸素富化空気供給流路６７の加湿空気供給流路５８との接続部までの間の部分において、結露が生じると、結露した水分が真空ポンプ６５に逆流するおそれがある。

しかし、この空気調和装置１では、真空ポンプ６５が、酸素富化空気供給流路６７と加湿空気供給流路５８との接続部よりも上方に配置されているため、真空ポンプ６５の出口から酸素富化空気供給流路６７の加湿空気供給流路５８との接続部までの間の部分において、結露した水分が真空ポンプ６５に逆流するのを防ぐことができる。尚、本実施形態と箱となり、酸素富化空気供給流路６７が給気管８に直接接続されている場合には、真空ポンプ６５を加湿空気供給流路５８と給気管８との接続部よりも上方に配置すれば、本実施形態と同様な効果が得られる。

また、酸素富化空気供給流路６７は、真空ポンプ６５の出口から加湿空気供給流路５８との接続部に向かって下り勾配になるように設置されているため、結露した水分が酸素富化空気供給流路６７内に溜まらないようにすることができる。
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態が採用された空気調和装置１０１の室内ユニット内及び室外ユニット内の各機器の配置を示す図である。図６は、空気調和装置１０１の冷媒回路の概略構成図、加湿ユニット１０５の概略構成図及び酸素富化ユニット１０６の概略構成図である。

空気調和装置１０１は、第１実施形態の空気調和装置１の加湿ユニット５及び酸素富化ユニット６をそれぞれ加湿ユニット１０５及び酸素富化ユニット１０６に変更した点を除いて、第１実施形態の空気調和装置１の構成と同じである。以下、第１実施形態の空気調和装置１の構成と相違する加湿ユニット１０５及び酸素富化ユニット１０６の構成について図５及び図６に基づいて説明する。

本実施形態の空気調和装置１０１の室外ユニット１０３は、室外冷媒ユニット４と加湿ユニット１０５と酸素富化ユニット１０６とから構成されている。
加湿ユニット１０５は、第１実施形態の加湿ユニット５において室外ファン２９によって室外冷媒ユニット４内に取り込まれた空気の一部を酸素富化ユニット空気入口流路６９を介して供給するように構成されている点（図２のＦ９参照）を吸着ファン５６の出口の除湿空気を除湿空気排出流路５９を介して酸素富化ユニット１０６の酸素富化膜モジュール６１に供給するように構成されている点（図５のＦ８参照）のみが異なる。尚、その他の構成については、第１実施形態の加湿ユニット５及び酸素富化ユニット６と同様であるため、説明を省略する。

このような空気調和装置１０１では、室外ファン２９とは別に設けられた吸着ファン５６によって、酸素富化ユニット１０６に空気を供給するようになっているため、室外ファン２９によって室外冷媒ユニット４内に取り込まれた室外空気を使用する場合とは異なり、冷房運転時に室外熱交換器２４内を流れる冷媒によって加熱されて高温になった空気を酸素富化ユニット１０６に導入するような運転を避けることができる。

これにより、酸素富化ユニット１０６に温度が比較的安定した空気を供給することができるため、酸素富化膜６３における分離性能の低下を防ぎ、安定した酸素濃度を有する酸素富化空気を室内に供給することができる。
しかも、空気調和装置１０１では、酸素富化ユニット１０６に空気を供給する吸着ファン５６が、加湿ユニット１０５の吸湿ロータ５１において水分が吸着されることによって得られた除湿空気を供給するように設置されているため、酸素富化ユニット１０６で得られた酸素富化空気（図５のＦ１０参照）中の水分量を減少させることができる。

これにより、酸素富化ユニット１０６で得られた酸素富化空気を室内へ供給する際に、給気管８内において酸素富化空気に含まれる水分が結露するのを防ぐ効果を高めることができる。また、水分の酸素富化膜６３への付着や溶解等によって酸素富化膜６３の分離能力の低下してしまうのを抑えることができる。また、加湿ユニット１０５の運転によって得られる除湿空気の有効利用にも寄与することになる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
（１）前記実施形態では、加湿ユニット及び酸素富化ユニットは、室外冷媒ユニットの上側に段積みに配置されているが、この配置に限定されるものではなく、例えば、室外冷媒ユニットの上側において、両ユニットを並べて配置してもよい。

また、第２実施形態のように、酸素富化ユニットに供給される空気が吸着ファンによって供給される場合には、両ユニットを室外冷媒ユニットとは別置きにしてもよい。
（２）第１実施形態では、全ての除湿空気を酸素富化ユニットに供給しているが、除湿空気の一部だけを酸素富化ユニットに供給して、残りの除湿空気を外部に排出するようにしてもよい。

本発明を利用すれば、酸素富化膜によって室内の酸素富化を行うことが可能な酸素富化装置を備えた空気調和装置において、酸素富化装置で得られた酸素富化空気を室内へ供給する際に、酸素富化空気中に含まれる水分の結露するのを防ぐことができる。

本発明の第１実施形態が採用された空気調和装置の外観図である。 本発明の第１実施形態が採用された空気調和装置の室内ユニット内及び室外ユニット内の各機器の配置を示す図である。 本発明の第１実施形態が採用された空気調和装置の冷媒回路の概略構成図、加湿ユニットの概略構成図及び酸素富化ユニットの概略構成図である。 酸素富化膜モジュールの模式図である。 本発明の第２実施形態が採用された空気調和装置の室内ユニット内及び室外ユニット内の各機器の配置を示す図である。 本発明の第２実施形態が採用された空気調和装置の冷媒回路の概略構成図、加湿ユニットの概略構成図及び酸素富化ユニットの概略構成図である。

符号の説明

１、１０１ 空気調和装置
２ 室内ユニット
３、１０３ 室外ユニット
５、１０５ 加湿ユニット（加湿装置）
６、１０６ 酸素富化ユニット（酸素富化装置）
７ 冷媒配管
８ 給気管
２４ 室外熱交換器
２９ 室外ファン
５１ 吸湿ロータ（吸着剤）
５３ ヒータ組立体（加熱装置）
５６ 吸着ファン（給気ファン）
５８ 加湿空気供給流路
６３ 酸素富化膜
６５ 減圧ポンプ（真空ポンプ）
６７ 酸素富化空気供給流路

Claims (4)

1. 室外ファン（２９）と室外熱交換器（２４）とを有する室外ユニット（３、１０３）と、室内ユニット（２）とが冷媒配管（７）を介して接続して構成される空気調和装置であって、
   空気中の水分を吸着して除湿空気を得ることが可能な吸着剤（５１）と、前記吸着剤を加熱することによって吸着された水分を空気中に脱着させて加湿空気を得ることが可能な加熱装置（５３）とを有する加湿装置（５、１０５）と、
   前記加湿装置によって得られた加湿空気又は加熱空気を前記加湿装置の外部に案内する加湿空気供給流路（５８）と、
   前記加湿空気供給流路に接続され、前記加湿装置の外部から室内に加湿空気又は加熱空気を供給する給気管（８）と、
   空気から酸素富化空気を得ることが可能な酸素富化膜（６３）を有する酸素富化装置（６、１０６）と、
   前記加湿空気供給流路又は前記給気管に接続され、前記酸素富化装置によって得られた酸素富化空気を前記酸素富化装置の外部に案内する酸素富化空気供給流路（６７）と、
   を備えた空気調和装置（１、１０１）。
2. 前記室外ファン（２９）とは別に、前記酸素富化膜（６３）に空気を供給することが可能な給気ファン（５６）をさらに備えている、請求項１に記載の空気調和装置（１０１）。
3. 前記給気ファン（５６）は、前記吸着剤（５１）に水分を吸着させることによって得られた除湿空気を前記加湿装置（１０５）の外部に排出することが可能である、請求項２に記載の空気調和装置（１０１）。
4. 前記酸素富化膜（６３）を介して空気を吸入し、前記酸素富化膜を透過させることによって得られた酸素富化空気を前記酸素富化空気供給流路（６７）に排出する減圧ポンプ（６５）をさらに備えており、
   前記減圧ポンプは、前記酸素富化空気供給流路と前記加湿空気供給流路（５８）又は前記給気管（８）との接続部よりも上方に配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置（１、１０１）。

Images