JP4156118B2

JP4156118B2 - 空調装置

Info

Publication number: JP4156118B2
Application number: JP00125399A
Authority: JP
Inventors: 正佳臼井; 洋井上
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 1999-01-06
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: JP2000205607A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は室内の空気状態を調整する空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
室内の空気状態を調整する空調装置は、フロンなどの冷媒を圧縮するコンプレッサ、ガス状の冷媒を凝縮して液状の冷媒にする凝縮器、液状の冷媒を急激に膨張させる膨張器、ガス状の冷媒を蒸発させる蒸発器を備えており、冷房動作時には、コンプレッサで生成されたガス状の圧縮された冷媒が凝縮器で凝縮されて液体の冷媒となり、膨張器で急激に膨張された後、蒸発器で室内に流入する空気と熱交換され、該空気から気化熱を奪って該空気の温度を低下させ、温度が低下した空気が室内に導入され、また、暖房動作時には、コンプレッサで生成されたガス状の圧縮された冷媒が、凝縮器で室内に流入する空気と熱交換され、該空気に凝縮熱を与えて該空気の温度が上昇し、温度が上昇した空気が室内に導入される仕組みとなっている。
【０００３】
しかるにこのような空調装置は、コンプレッサ、凝縮器、膨張器及び蒸発器を必要とし、また冷媒ガスの漏れを防止する密封構造が必要で、構成が複雑となり製造コスト上で問題が生じるとともに、運転にかなりの電力が消費され、維持稼働コストが高くつくこと、さらにコンプレッサの駆動に際しての騒音や振動が大きく、冷媒ガス（フロンガス）による地球環境の汚染の問題も有することから、改善が望まれていた。
【０００４】
そこで本出願人は、前記したような空調装置の問題点を解決するため、冷媒を使用せず構造簡単にして製造コストおよび維持運転コストを低減でき、かつ低騒音で冷媒ガスによる環境汚染もない空調装置を先に提案した（特開平７−１４５９６３号公報参照）。この空調装置は、室内に流入する空気を吸湿加熱して放出するゼオライト反応槽と、該ゼオライト反応槽から放出される低湿高温の空気と前記室内から放出される空気との熱交換を行う熱交換器と、前記ゼオライト反応槽から放出され前記熱交換により温度が低下した低湿の空気を低温の空気にする加湿装置と、冷房動作時には前記加湿装置から放出される空気を、暖房作動時には前記室内から放出され、前記熱交換により温度が上昇した空気をそれぞれ選択して前記室内に流入させる流入空気選択手段と、前記室内から放出される空気を前記熱交換器に流入させる空気送出手段と、冷房動作時には前記室内から放出される空気を、暖房作動時には前記加湿装置から放出される空気をそれぞれ選択して前記ゼオライト反応槽に流入させる返還選択手段と、前記ゼオライト反応槽を加熱する再生手段（電熱ヒーター）とを有する構成となしたもので、ゼオライト反応槽から放出される低湿高温の空気が、熱交換器において室内から放出される空気と熱交換され、さらに加湿装置で気化熱が奪われた低温空気とされ、一方、室内から放出される空気は前記熱交換で高温空気とされ、前記低温空気により冷房動作が行われ、前記高温空気により暖房動作が行われるので、冷媒を使用せず、コンプレッサ、凝縮器、膨張器、蒸発器が不要となり、構造が簡単になり製造コストを低減できるとともに、冷暖房動作時の電力消費が大幅に削減され、稼働コストの低減がはかられ、またコンプレッサからの騒音公害の問題や冷媒による環境汚染の問題もないという特徴を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の空調装置では、ゼオライト反応槽を加熱する再生手段と暖房作動時における室内の空気加熱手段に電熱ヒーターを用いているため、以下に記載する欠点がある。
すなわち、▲１▼電熱ヒーターは湿気に弱いため耐熱性、耐久性が劣る、▲２▼ヒーターの絶縁を必要としコストが高くつく、▲３▼別途ブロワなどを必要とするためコンパクト化できないなどの欠点がある。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消するためになされたもので、耐熱性、耐久性に優れ、かつ維持運転コストを低減でき、装置のコンパクト化をはかることができる加熱手段を用いた空調装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る空調装置は、室内に流入する空気を吸湿加熱して放出するゼオライト反応槽と、該ゼオライト反応槽から放出される低湿高温の空気と前記室内から放出される空気との熱交換を行う熱交換器と、前記ゼオライト反応槽から放出され前記熱交換により温度が低下した低湿の空気を低温の空気にする加湿装置と、冷房動作時には前記加湿装置から放出される空気を、暖房作動時には前記室内から放出され、前記熱交換により温度が上昇した空気をそれぞれ選択して前記室内に流入させる流入空気選択手段と、前記室内から放出される空気を前記熱交換器に流入させる空気送出手段と、冷房動作時には前記室内から放出される空気を、暖房作動時には前記加湿装置から放出される空気をそれぞれ選択して前記ゼオライト反応槽に流入させる返還選択手段と、前記ゼオライト反応槽を加熱する再生手段とを有する空調装置において、前記ゼオライト反応槽の再生手段と、暖房作動時における室内の空気加熱手段にマグネット式ヒーターを用いたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明におけるマグネット式ヒーターは、磁石と導体間に形成される磁路をせん断することにより導体側に発生するスリップ発熱を熱媒体用流体に熱交換する方式であり、具体的には磁石と導体を僅かなギャップを隔てて対向配置し、該磁石と導体を相対的に回転させることによって導体に生じるスリップ発熱で熱媒体用流体を加熱する方式である。このマグネット式ヒーターは熱媒体用流体の温度を短時間に高温まで上昇させることができ、かつ耐熱性に優れるという特徴を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明に係る空調装置の一実施例を示す動作の説明図で、図１は冷房動作を説明するブロック図、図２は暖房動作を説明するブロック図、図３はゼオライトの再生動作を説明するブロック図である。また、図４〜図７は同上実施例におけるマグネット式ヒーターを例示したもので、図４は遠心ファンを用いたマグネット式ヒーターを示す縦断側面図、図５は多翼ファンを用いたマグネット式ヒーターを示す縦断側面図、図６は軸流ファンを用いたマグネット式ヒーターを示す縦断側面図、図７は斜流ファンを用いたマグネット式ヒーターを示す縦断側面図である。図中、１は空気調整が行われる室、２ａ〜２ｈは切換弁、３は仕切弁、５ａ、５ｂ、５ｃはブロワ、６はゼオライト反応槽、７は熱交換器、８は加湿装置、９はマグネット式ヒーター、９−１、１９−１、２９−１、３９−１はポンプ本体、Ｓ１〜Ｓ３は流入口、Ｐ１〜Ｐ３は放出口である。
【００１０】
空気調整が行われる室１には、空気が流入される流入口Ｓ１、Ｓ２と空気が放出される放出口Ｐ１、Ｐ２が設けられ、流入口Ｓ１は切換弁２ｄを介して加湿装置８の出力側に接続され、流入口Ｓ２は切換弁２ｆを介して熱交換器７の第２の出力側に接続されている。同様に、放出口Ｐ１は切換弁２ａを介して切換弁２ｂに接続され、切換弁２ａ、２ｂ間が互いに接続されている。切換弁２ｂにはブロワ５ａの入力側が接続され、ブロワ５ａの出力側は仕切弁３を介して吸湿発熱動作を行うゼオライト反応槽６の入力側に接続され、ゼオライト反応槽６には切換弁２ｇ、２ｈおよびブロワ５ｃを介してマグネット式ヒーター９が接続され、該マグネット式ヒーター９の切換弁２ｇ、２ｈはそれぞれ室１の放出口Ｐ３、流入口Ｓ３に接続されている。ゼオライト反応槽６の出力側には切換弁２ｃを介して熱交換器７の第１の入力側が接続され、熱交換器７の第２の入力側には切換弁２ｅに接続されたプロワ５ｂが接続され、熱交換器７の第１の出力側には加湿装置８の入力側が接続されている。室１の空気調整を行う前の待機状態にあっては、仕切弁３は閉じられ、切換弁２ｃはゼオライト反応槽６側には閉じ、熱交換器７の入力側は大気側に開放し、ゼオライト反応槽６は乾燥状態を保っている。
【００１１】
まず、上記待機状態にある室１を冷房する際の動作を図１に基づいて説明すると、まずゼオライト反応槽６の加熱手段に用いているマグネット式ヒーター９をＯＦＦにし、切換弁２ｇ、２ｈを切換えて室１の放出口Ｐ３、流入口Ｓ３との連通を遮断する。そして、仕切弁３を開くとともに、切換弁２ｃを切換えてゼオライト反応槽６の出力側を熱交換器７の入力側に開き、切換弁２ｅを切換えてブロワ５ｂの入力側を大気側に開き、切換弁２ｆを切換えて熱交換器７の第２の出力側に開く。さらに、切換弁２ｄを切換えて加湿装置８の出力側を流入口Ｓ１に開き、切換弁２ａと切換弁２ｄを切換えて、放出口Ｐ１をブロワ５ａの入力側に開く。
【００１２】
このようにすると、室１内の空気は放出口Ｐ１から放出され、切換弁２ａ、２ｂ、ブロワ５ａ、仕切弁３を介してゼオライト反応槽６に流れ込み、ゼオライト反応槽６内のゼオライトの吸湿作用によって乾燥され、吸湿時のゼオライト反応槽６からの発熱によって、該ゼオライト反応槽６からは低湿度で乾燥しかつ温度の高い空気が放出される。この低湿度で温度の高い空気は、熱交換器７の第１の入力側に供給されて、ブロワ５ｂによって熱交換器７の第２の入力側から供給される外気と熱交換され、熱交換器７の第１の出力側からは温度がやや低下した乾燥空気が放出される。この温度がやや低下した乾燥空気は、加湿装置８に供給され、該加湿装置８の水を気化するための気化熱を放出してさらに温度が低下し、低温度で適当な湿度を有する空気が切換弁２ｄを介して流入口Ｓ１から室１内へ流入し、室１の快適な冷房が行われる。
【００１３】
次に、室１を暖房する際の動作を図２に基づいて説明すると、まずゼオライト反応槽６に接続しているマグネット式ヒーター９をＯＮにし、仕切弁３を開き、切換弁２ｃを切換えてゼオライト反応槽６の出力側を熱交換器７の入力側に開き、切換弁２ｅを切換えてブロワ５ｂの入力側を放出口Ｐ２側に開き、切換弁２ｆを切換えて熱交換器７の第２の出力側を流入口Ｓ２側に開く。そして、切換弁２ｄ、２ａを切換えて加湿装置８の出力側を前記切換弁２ｄ、２ａと２ｂを介してブロワ５ａの入力側に開くととともに、マグネット式ヒーター９側の切換弁２ｇを切換えて放出口Ｐ３側に開き、他方の切換弁２ｈを切換えて流入口Ｓ３側に開く。
【００１４】
このようにすると、室１の空気は放出口Ｐ２およびＰ３から放出され、このうち放出口Ｐ２から放出された空気は切換弁２ｅおよびブロワ５ｂを介して熱交換器７の第２の入力側に供給され、該熱交換器７でゼオライト反応槽６の出力側から供給される乾燥した高温度の空気と熱交換され、温度が上昇して暖かくなった空気が該熱交換器の第２の出力側から流出し、切換弁２ｆを介して流入口Ｓ２から室１内に流入する。また、放出口Ｐ３から放出された空気は切換弁２ｇおよびブロワ５ｃを介してＯＮ状態にあるマグネット式ヒーター９に供給され、ここで加熱されて切換弁２ｈを介して流入口Ｓ３から室１内に流入する。したがって、室１内は前記流入口Ｓ２および流入口Ｓ３から流入する暖かい空気により急速に暖まり、程よい暖房が施される。一方、熱交換器７の第１の出力側から放出される温度が低下し暖かく乾燥した空気は、加湿装置８に供給されて該加湿装置の水に気化熱を与えてより温度が低下するとともに、適度に加湿され、切換弁２ｄ、２ａ、２ｂ、ブロワ５ａおよび仕切弁３を介して再びゼオライト反応槽６に供給される。
【００１５】
そして、室１の冷房動作あるいは暖房動作によりゼオライト反応槽６が過度の吸湿状態になると、図３に示すごとく、切換弁２ｂが大気側とブロワ５ａ側に開き、仕切弁３が開いて切換え弁２ｃが大気側に開くととともに、マグネット式ヒーター９側の切換え弁２ｇ、２ｈが切換えられて室１側の放出口Ｐ３および流入口Ｓ３と遮断されると同時にゼオライト反応槽６側に開いた状態に設定される。この状態でマグネット式ヒーター９がＯＮにされ、ゼオライト反応槽６が間接的に加熱再生される。
【００１６】
なお、ゼオライト反応槽６を複数設置することにより、現在冷房動作あるいは暖房動作を行っていないゼオライト反応槽を再生動作し、現在使用中のゼオライト反応槽６が過度の吸湿状態になった場合に再生動作を完了しているゼオライト反応槽に切換えて使用することも可能である。また、ゼオライト反応槽６の再生動作時に得られた水蒸気を凝縮水として回収し、加湿装置８に戻す事も可能である。
【００１７】
次に、本発明におけるマグネット式ヒーターの具体的構造例を図４〜図７に基づいて説明する。
図４は遠心ファンを用いたマグネット式ヒーターを例示したもので、このマグネット式ヒーターは、流体ポンプのポンプホイールに導体を取付けるか、またはポンプホイールを導体製とし、前記導体または導体製のポンプホイールと僅かなギャップを隔てて対向配置する永久磁石を当該ポンプ本体に組込み、前記ポンプホイールの回転により導体に生じるスリップ発熱により当該ポンプ内の流体が加熱される構造となしたもので、ここに例示したものはポンプ本体９−１内に駆動モーター９−２の回転軸９−３に取付けられたポンプホイール９−４のバックプレート９−５を導体製とし、この導体製のバックプレート９−５と僅かなギャップを隔てて対向する環状の永久磁石支持体９−６がポンプ本体９−１に取付けられ、該永久磁石支持体９−６の背面に前記駆動モーター９−２が取付けられている。前記永久磁石支持体９−６にはドーナツ状の永久磁石９−７がヨーク９−７ａを介して装着されている。なお、前記導体製のポンプホイールはヒステリシス材あるいは鉄板などの基材の永久磁石９−７側の表面にエディカレント材または磁性材を貼着して構成されている。
【００１８】
上記構成のマグネット式ヒーターにおいて、駆動モーター９−２を起動させると、当該ポンプ本体９−１内に流入した流体が矢印で示すように流れると同時に、導体製のバックプレート９−５とポンプ本体１に取付けられた永久磁石支持体９−６の永久磁石９−７との間に形成されている磁路がせん断されて導体製のバックプレート９−５にスリップ発熱が生じる。この導体製のバックプレート９−５に生じた発熱は、ポンプ本体９−１内を流れる流体に熱交換されて加熱され、前記ゼオライト反応槽６の加熱再生や、室１の暖房に供されることとなる。
【００１９】
図５に示す多翼ファンを用いたマグネット式ヒーターは、ポンプ本体１９−１の背面側に設置した駆動モーター１９−２の回転軸１９−３に取付けられた筒形の多翼ファン１９−４を導体製とし、この筒形多翼ファン１９−４の中に該ファンと僅かなギャップを隔てて対向する複数個の永久磁石支持体１９−６がポンプ本体１９−１の流体入口側内壁に突設されている。前記永久磁石支持体１９−６には板状の永久磁石１９−７が貼着されている。なお、前記導体製の多翼ファン１９−４も図４に示すものと同様、ヒステリシス材あるいは鉄板などの基材の永久磁石９−７側の表面にエディカレント材または磁性材を貼着して構成されている。
【００２０】
上記構成のマグネット式ヒーターにおいて、駆動モーター１９−２を起動させると、当該ポンプ本体１９−１内に流入した流体が矢印で示すように流れると同時に、導体製の筒形多翼ファン１９−４とポンプ本体１９−１に取付けられた永久磁石支持体１９−６の永久磁石１９−７との間に形成されている磁路がせん断されて導体製の筒形多翼ファン１９−４にスリップ発熱が生じる。この導体製の筒形多翼ファン１９−４に生じた発熱は、ポンプ本体１９−１内を流れる流体に熱交換されて加熱され、前記ゼオライト反応槽６の加熱再生や、室１の暖房に供されることとなる。
【００２１】
また、図６に示す軸流ファンを用いたマグネット式ヒーターは、ポンプ本体２９−１の背面側に設置した駆動モーター２９−２の回転軸２９−３に取付けられた軸流ファン２９−４を導体製とし、この軸流ファン２９−４と僅かなギャップを隔てて対向する複数個の永久磁石支持体２９−６が前記駆動モーター２９−２の外周に固定され、永久磁石支持体２９−６に永久磁石２９−７が取付けられた構造となしている。なお、前記導体製の軸流ファン２９−４も図４に示すものと同様、ヒステリシス材あるいは鉄板などの基材の永久磁石側の表面にエディカレント材または磁性材を貼着して構成されている。
【００２２】
上記構成のマグネット式ヒーターにおいて、駆動モーター２９−２を起動させると、当該ポンプ本体２９−１内に流入した流体が矢印で示すように流れると同時に、導体製の軸流ファン２９−４とポンプ本体２９−１に取付けられた永久磁石支持体２９−６の永久磁石２９−７との間に形成されている磁路がせん断されて導体製の軸流ファン２９−４にスリップ発熱が生じる。この導体製の軸流ファン２９−４に生じた発熱は、ポンプ本体２９−１内を流れる流体に熱交換されて加熱され、前記ゼオライト反応槽６の加熱再生や、室１の暖房に供されることとなる。
【００２３】
さらに、図７に示す斜流ファンを用いたマグネット式ヒーターは、構造的には前記図６に示す軸流ファンを用いたマグネット式ヒーターと同様であり、ポンプ本体３９−１の背面側に設置した駆動モーター３９−２の回転軸３９−３に取付けられた斜流ファン３９−４を導体製とし、この斜流ファン３９−４と僅かなギャップを隔てて対向する複数個の永久磁石支持体３９−６が前記駆動モーター３９−２の外周に斜流ファン３９−４の傾斜に対応するごとく斜めに固定され、永久磁石支持体３９−６に永久磁石３９−７が取付けられた構造となしている。なお、前記導体製の軸流ファン３９−４も図４に示すものと同様、ヒステリシス材あるいは鉄板などの基材の永久磁石側の表面にエディカレント材または磁性材を貼着して構成されている。
【００２４】
上記構成のマグネット式ヒーターの作用も前記図６に示す軸流ファンを用いたマグネット式ヒーターと同様、駆動モーター３９−２を起動させると、当該ポンプ本体３９−１内に流入した流体が矢印で示すように流れると同時に、導体製の斜流ファン３９−４とポンプ本体３９−１に取付けられた永久磁石支持体３９−６の永久磁石３９−７との間に形成されている磁路がせん断されて導体製の斜流ファン３９−４にスリップ発熱が生じる。この導体製の斜流ファン３９−４に生じた発熱は、ポンプ本体３９−１内を流れる流体に熱交換されて加熱され、前記ゼオライト反応槽６の加熱再生や、室１の暖房に供されることとなる。
【００２５】
なおブロア５ｃが設けられていれば、マグネット式ヒーターとして既に本出願人より提案された特願平１０−１１４２１８号、特願平１０−１３２６６３号、特願平１０−１３２６６４号、特願平１０−１４６５５２号、特願平１０−１４６５５３号、特願平１０−１５３７２８号、特願平１０−１６７７２３号などに記載されたマグネット式ヒーターを用いることもできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明によると、以下に記載する効果を奏する。
（１）熱源のマグネット式ヒーターは、電熱ヒーターと異なり湿気に強いので、ヒーターの絶縁が不要となり製造コストが安くつく。
（２）マグネット式ヒーターは、ファン自体を発熱体として用いることができるので、別途ブロワ等が不要となりコンパクト化できる。
（３）熱源にマグネット式ヒーターを用いたことにより、メンテナンスフリー、耐熱性、耐久性が抜群である。
（４）空調装置の冷暖房機能を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空調装置の一実施例を示す動作の説明図で、冷房動作を説明するブロック図である。
【図２】同上実施例の暖房動作を説明するブロック図である。
【図３】同上実施例のゼオライトの再生動作を説明するブロック図である。
【図４】同上実施例における遠心ファンを用いたマグネット式ヒーターを示す縦断側面図である。
【図５】同上実施例における多翼ファンを用いたマグネット式ヒーターを示す縦断側面図である。
【図６】同上実施例における軸流ファンを用いたマグネット式ヒーターを示す縦断側面図である。
【図７】同上実施例における斜流ファンを用いたマグネット式ヒーターを示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１空気調整が行われる室
２ａ〜２ｈ切換弁
３仕切弁
５ａ、５ｂブロワ
６ゼオライト反応槽
７熱交換器
８加湿装置
９マグネット式ヒーター
９−１、１９−１、２９−１、３９−１ポンプ本体
Ｓ１〜Ｓ３流入口
Ｐ１〜Ｐ３放出口

Claims

室内に流入する空気を吸湿加熱して放出するゼオライト反応槽と、該ゼオライト反応槽から放出される低湿高温の空気と前記室内から放出される空気との熱交換を行う熱交換器と、前記ゼオライト反応槽から放出され前記熱交換により温度が低下した低湿の空気を低温の空気にする加湿装置と、冷房動作時には前記加湿装置から放出される空気を、暖房作動時には前記室内から放出され、前記熱交換により温度が上昇した空気をそれぞれ選択して前記室内に流入させる流入空気選択手段と、前記室内から放出される空気を前記熱交換器に流入させる空気送出手段と、冷房動作時には前記室内から放出される空気を、暖房作動時には前記加湿装置から放出される空気をそれぞれ選択して前記ゼオライト反応槽に流入させる返還選択手段と、前記ゼオライト反応槽を加熱する再生手段とを有する空調装置において、前記ゼオライト反応槽の再生手段と、暖房作動時における室内の空気加熱手段にマグネット式ヒーターを用いたことを特徴とする空調装置。