JP2004101057A - Personal air-conditioning unit - Google Patents

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JP2004101057A JP2002263116A JP2002263116A JP2004101057A JP 2004101057 A JP2004101057 A JP 2004101057A JP 2002263116 A JP2002263116 A JP 2002263116A JP 2002263116 A JP2002263116 A JP 2002263116A JP 2004101057 A JP2004101057 A JP 2004101057A
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Shinsuke Kato
加藤 信介
Sadakuni Ryo
梁 禎訓
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively and comfortably perform partial cleaning or partial air-conditioning by providing a blower unit for blowing blowoff air flow from an air blowoff port at low air speed with uniform air speed distribution. <P>SOLUTION: This personal air-conditioning unit has a cover 1 for an air intake port for taking in air; a cross flow fan 3 and vanes 5 for taking in the air and producing the air of uniform air quantity and air speed within the plane of the air blowoff port from a cover 2 serving as the air blowoff port; a filter 4 interposed between the air intake port and the blowing part to clean the air; and a filter 6 provided inside the cover 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気清浄機または空気調和器などとして用いられるパーソナル空調ユニットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来からよく知られている空気清浄機、空気調和機等は、送風機を内蔵した本体の空気吸込口と対向するように通風抵抗体である空気濾過手段あるいは熱交換器が配設され、空気濾過手段を通過した清浄空気あるいは熱交換器を通過した温調空気を空気吹出口から吹き出す送風ユニットとして作用するものである。
上述した構成の送風ユニットは、例えば居住空間全体の空気を清浄化しあるいは温度調整することを目的として使用されることとされているため、吹き出される空気が居住空間全体に拡散し易いように吹出風速が大きく設定されることとなっている(例えば、特許文献1)。
【特許文献1】
特開2000−115876号公報 (第2ページ、図1)
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空気清浄機を例にとってみると、アレルギー性物質や揮発性有機物に対する感受性には個人差があり、平均的な感受性に合わせて清浄度を決定すると、敏感な人は清浄とは感じられないし、最も敏感な人に合わせて居住空間の清浄度を決定すると、効率が悪くなる。
また、室内が清浄であってもアレルゲンの発生源が人の近くにある場合には、空気清浄機の効果が低くなってしまう場合がある。例えば、蒲団がダニなどのアレルゲンの発生源になっている場合には、就寝時に蒲団からのアレルゲンが直接に就寝者に吸引されてしまい、アレルギー症状を引き起こす。
【0004】
そこで、空気清浄機を局所的な空気清浄、例えば枕元やデスクサイドに適用しようとすると、風速の速い吹出空気流が体に直接当たることとなり、不快感や寒冷感をもたらすという不具合を招くおそれがある。このような不具合に対処するために、送風機の回転数を制御して風速を小さくしても、空気吹出口の面積自体が小さいと清浄領域が局所的になり過ぎることとなり、使いにくい。
【0005】
上記のような不具合を解消するためには、空気吹出口の面積をできるだけ大きくして吹出風速を小さくすればよい。
しかしながら、従来例においては、軸流送風機を用いて吸い込まれた空気をそのまま吹出しているので、吹き出し口から供給される空気の流れが旋回流となり周辺空気との混合が進むと思われる。
このため、低風速では、デスク上に配置するとしても、ある程度の距離範囲において、周辺の空気と混合する割合が増加してしまうことになる。
【0006】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、空気吹出口からの吹出空気流が低い風速で、できるだけ一様な風速分布で吹き出される送風ユニットを提供し、もって局所清浄あるいは局所空調を効果的かつ快適に行い得るようにすることを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のパーソナル空調ユニットは、空気を取り入れる空気取り入れ口と、前記空気を取り入れ、空気吹き出し口から、この空気吹き出し口の面内において風量および風速が均一の風を発生して送風する送風部と、前記空気取り入れ口と前記送風部との間に介挿された、前記空気を清浄化するフィルタとを有することを特徴とする。
【0008】
本発明のパーソナル空調ユニットは、前記空気吹き出し口の面積が
(Vx/V0)=K(D0/X)
X :吹出口からの距離[m]
Vx:距離Xにおける最大風速[m/s]
V0:吹出口風速[m/s]
D0:吹出口の有効直径[m]
K :吹出口定数
ノズル(円形、正方形)≒5.0
長方形ノズル(アスペクト比<40)≒4.3
グリル、レジスタ≒4.1
の演算式で設計されていることを特徴とする。
【0009】
本発明のパーソナル空調ユニットは、前記送風部が旋回流を有さない、低速の風の送風を行うことを特徴とする。
なお、ここで言う低風速とは、人体のドラフト感防止の観点から定められたガイドラインとしての0.5m/s以下の風速を示している。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明は、パーソナル空調ユニットの吹出口から出る清浄空気が周辺空気との混合が少ない第1域(Core Zone or Potential Zone)を利用者の吸気領域を満足させるため、デスクのワークスペースの奥、すなわち壁またはパーティションの位置にパーソナル空調ユニットを配置する。
ここで、この第1域は、ノズル吹出口からの気流が(1)式において(Vx/V0)=1となる領域までと定義される。
パーソナル空調ユニットを、デスク上に配置して使用する場合、空気清浄機の吹出口から人間が座る場所まで最低1.0mをワークスペースとして確保する必要がある。
【0011】
ここで、以下に示す(1)式によりパーソナル空調ユニットの吹出口の有効直径は25cmとなる。
有効直径が25cm以上の大開口のパーソナル空調ユニットにより、吹出風速(送風の風速)と関係なく吹出口から1.0m以内のワークスペースにおいて、人間に対して要項な呼吸空気質の確保が可能となる。
すなわち、アンビエント空調の空調方式によらずに、各個人用として汎用的に使うことが可能である。
【0012】
(Vx/V0) = K(D0/X)      …(1)
X :吹出口からの距離[m]
Vx:距離Xにおける最大風速[m/s]
V0:吹出口風速[m/s]
D0:吹出口の有効直径[m]
K :吹出口定数
ノズル(円形、正方形)≒5.0
長方形ノズル(アスペクト比<40)≒4.3
グリル、レジスタ≒4.1
(この吹出口定数は、空気調和衛生学会便覧における吹出気流に有る値であり、同様に、アメリカ空調学会の便覧(ASHRAE HAND−BOOK)にも同様の記述がなされている。)
【0013】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は本発明の第1の実施形態によるの構成を示す概念図である。
この図においては、内部の構造を説明するため、側面のカバーを透過した状態で示されている。
カバー1(吸い込み口、空気取り込み口)はパーソナル空調ユニットTの上部に設けられており、グリル型(スリット状の穴があいている)であり、空気の取り入れ口となっている。
また、カバー2(吹き出し口)は、カバー1と同様にグリル型となっており、パーソナル空調ユニットTの前面に設けられており、清浄化された空気の吹き出し口となっている。
このパーソナル空調ユニットTは、上述したカバー1および2以外の部分について、密閉状態となっている。
【0014】
クロスフローファン3は、図示しないモータ等により、矢印Fの方向に回転させることで、カバー1から入力された空気を、フィルタ4を介してベーン5に所定の風量の空気を供給する。
フィルタ4は、HEPA(集塵)フィルタであり、カバー1から吸い込まれた空気を一方の面(上面)から供給され(吸い込まれ)、他方の面(下面)から、花粉やハウスダストなどを除去した清浄化された空気を供給する。
【0015】
フィルタ6は、カバー2の面積と同様の大きさであり、カバー2の内面、すなわち、ベーン5とカバー2との間に介挿されて設けられている。
このフィルタ6は、サブミクロン級のエアロゾルを補修するULPA(ultra low penetration air)フィルタ,及び活性炭など吸着物質、または触媒反応による揮発性有機ガスなどを吸着したり分解したりするフィルタとする。
フィルタ6は、断面通過風速が遅い(低風速)部位(場所)に設置されることにより、有効に汚染物質を除去する。
【0016】
ベーン5は、各々のベーンの形状が分離した領域からほぼ一定の風量の風が供給される構造に形成されている。
すなわち、この清浄空気は、クロスフローファン3の下の流断面積が小さい部分から、流断面積が大きいパーソナル空調ユニットTの前面部の吹出口(カバー2)まで曲げられたベーン5により誘導されて吹出される。
ここで、ベーン5の構造は、ベーン5を複数設けることにより、吹き出し口から送風される風を複数の領域において分割し、すなわち複数のベーン5により複数の吹き出し口に分離するよう構成されている。
そして、図1において正確に示されていないが、各ベーン5毎の曲げの曲率と、およびこのベーン5で仕切られた領域にクロスフローファンから供給される空気の取り入れ口の面積とが、ベーン5の各領域の吹き出し口から吹き出す風速および風量がほぼ一定となるよう構成されている。
【0017】
上述した構成により、清浄空気は流断面積が小さい部分から流断面積が大きい吹出口まで誘導される過程で、クロスフローファン3から出る空気の旋回成分が減衰され、かつ、乱流強度も減衰され、加えて風速および風量の分布が均一な低風速の風を供給することとなり、周辺空気と混合しない清浄空気が利用者に対して吹出される。
従来例においては、軸流ファンを用いて吸い込まれた空気をそのまま吹出しているので、旋回流となり周辺空気との混合が進むと思われる。
また、パーソナル空調ユニットTは、クロスフローファン3の回転数を制御することにより、風速調節(V0)が可能であり、この風速調節により人体の対流熱放散量の調節、即ち人体の温熱感調節を行うことができる。
【0018】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
図2に示す、第2の実施形態での構成も可能である。
図2の一定の流量の一定面積単位の空気の流れを発生する整風部13は、図3,4,5,6で説明する構造をしている。
図3は図2の内部に配置されたパネル型の風車装置(羽根車)10の構造を模式的に示す斜視図、図4は同風車装置10に組み込まれた動翼部50を示す斜視図、図5は同風車装置10の要部を示す平面図、図6は同風車装置10の側面図である。なお、これらの図中矢印XYZは互いに直交する三方向を示しており、特に矢印XYは水平方向、矢印Zは鉛直方向を示している。また、矢印Wは風の方向を示している。
【0019】
風車装置10は、主駆動部20と、副従動部30と、位相調整部40と、複数の動翼部50とを備えており、風Wが入力する手前側が室外、奥側が室内である。
主駆動部20は、8本の主駆動軸21a〜21hと、これら主駆動軸21a〜21d,21e〜21hにそれぞれ取り付けられた一対の主駆動輪22a〜22d,23a〜23dと、主駆動輪22a〜22dに掛け渡された主索25と、主駆動輪23a〜23dに掛け渡された主索26とを備えている。主索25,26には所定の間隔で主索接合部27が設けられ、後述する動翼51の翼軸52の両端部が回転自在に支持されている。なお、主駆動軸21a,21b相互間、21c,21d相互間には主駆動軸としての出力軸28,29が設けられており、これら出力軸28,29には、それぞれ主索25,26が掛け渡された出力輪28a,28b及び29a,29bが設けられている。
【0020】
副従動部30は、8本の副従動軸31a〜31hと、これら副従動軸31a〜31d,31e〜31hにそれぞれ取り付けられた副従動輪32a〜32d,33a〜33dと、副従動輪32a〜32dに掛け渡された副索35と、副従動輪33a〜33dに掛け渡された副索35,36とを備えている。副索36には所定の間隔でリング部37が設けられている。
【0021】
位相調整部40は、出力軸28に取り付けられた主位相調整輪41と、副従動軸31eに取り付けられた副位相調整輪42と、図1中矢印α方向に往復動自在に設けられた第1調整輪43及び第2調整輪44と、これら各輪に掛け渡されたタイミングベルト45とを備えている。
【0022】
動翼部50は、パネル状の動翼51と、この動翼51の回転軸となる翼軸52と、この翼軸52に取り付けられた副索接合ステイ53とを備えている。動翼51の上面を51a、下面を51bとする。副索接合ステイ53には、長孔54が設けられ、後述するリング部37がスライド自在に接合されている。すなわち、動翼51の傾き(ピッチ角θ)は翼軸52が主索25,26に取り付けられ、副索接合ステイ53が副索35,36に取り付けられている関係上、主索25,26と副索35,36との位置関係に応じて定まる。
【0023】
なお、これらの図においては、構造を説明するために動翼51の数を省略して描いているが、実際には例えば動翼の奥行幅と同じ程度の間隔で設置されている。
このように構成された風車装置10は、次のようにして作動する。予め位相調整部40により動翼51の角度を調節する。すなわち、第1調整輪43と第2調整輪44の位置を移動させることにより、タイミングベルト45を移動させ、主位相調整輪41と副位相調整輪42との位相を変化させる。これに伴って、主索25,26と副索35,36との進行方向における相対位置が変化し、上述したように動翼51のピッチ角θが変化する。
【0024】
ピッチ角θを例えば30°に設定する。出力軸28を図示しないモータなどにより駆動することにより、主駆動輪22a〜22d、23a〜23d及び出力輪28a,28b、29a,29bが回転することで、主索25,26が図1中矢印β方向へ移動する。主駆動輪22a〜22d、23a〜23d及び出力輪28a,28b、29a,29bの回転力は位相調整部40を介して副従動輪32a〜32d,33a〜33dに伝達され、副索35,36も図3中矢印β方向に移動する。すなわち、主索25,26と同期して副索35,36も移動することになり、動翼51はピッチ角θを保った状態で風車装置10の下端から上端に移動する。これにより、手前側に位置する動翼51の下面51bに当たり図5中矢印β方向への力が作用し、空気を移動させて風Wを発生する。
すなわち、動翼51のβ方向へ移動により空気が移動して風Wが発生する。
【0025】
上端に到達した動翼51は主駆動輪22a,22b,23a,23b及び出力輪28a,28b、副従動輪32a,32b、33a,33bの上方を通過して、風車装置10の奥側に移動する。そして、ピッチ角θを保った状態で風車装置10の上端から下端に移動する。
なお、主駆動輪22a〜22d、23a〜23d及び出力輪28a,28b、29a,29bが回転し、主索25,26が図1中矢印γ方向へ移動する。これにより、動翼51の上面51aも移動することにより、図3中矢印γ方向への力が作用し、空気を移動させて風Wを発生する。
【0026】
上述したように、出力軸28を駆動(回転)させることで、主駆動輪22a〜22d、23a〜23d及び出力輪28a,28b、29a,29bが回転することになり、出力軸28の回転数に応じた風量の風Wを発生することが可能である。
なお、ピッチ角θを0°とすると動翼51にはほとんど空気が当たらず、風が発生しない。一方、ピッチ角θを90°とすると動翼51には主索25,26を駆動する方向への力が作用せず、動翼51が矩形のパネル状の形態となり流れの方向に交差する方向に沿って密となるため、風の流路が閉ざされることになる。
【0027】
上述したように、ピッチ角θを調節することで、出力する風の流量、流速を調整することが可能である。
図2に戻り、パーソナル口調ユニットTにおいて、上述した整風部13を風Wがカバー12方向に送風されるように配置する。
ここで、カバー11(吸い込み口)および12(吹き出し口)は、第1の実施形態におけるカバー1および2と同様にグリル型である。
整風部13が駆動する事により、カバー11から流入した空気が、フィルタ14(フィルタ4と同様)及びフィルタ16を通過することで清浄化され、カバー12から外部に供給される。
【0028】
フィルタ16は、カバー12の面積と同様の大きさであり、カバー2の内面に設けられ、すなわち、整風部13とカバー12との間に介挿されて設けられている。
このフィルタ16は、第1の実施形態のフィルタ6と同様に、サブミクロン級のエアロゾルを補修するULPAフィルタ,及び活性炭など吸着物質、または触媒反応による揮発性有機ガスなどを吸着したり分解したりするフィルタとする。フィルタ16は、断面通過風速が遅い(低風速)部位(場所)に設置されることにより、有効に汚染物質を除去する。
【0029】
清浄空気は、整風部13がカバー12の面内に所定の間隔で分布した動翼51の移動により風Wを発生させるため、カバー12の面内において、第1の実施形態と同様に風量および風速がほぼ均一の分布状態で供給されるため、軸流ファン(軸流送風機)を使用した場合の旋回流がなく、カバー12の面内均一な風量の風を供給し、かつ、乱流強度も少ないことから周辺空気と混合しない状態で吹出される。
また、パーソナル空調ユニットTは、出力軸28の回転数を制御することにより、風速調節(V0)が可能であり、この風速調節により人体の対流熱放散量の調節、即ち人体の温熱感調節を行うことができる
【0030】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上述した実施の形態では、主駆動輪及び副従動輪として小型のものを片側に4つずつ配置したが、大型のものを片側に2つずつ配置する等、主駆動輪・副従動輪の形状・数量は特に限定されない。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【0031】
第1の実施形態および第2の実施形態とにおいて、双方共に、(1)式において、(Vx/V0)=1を満足させる領域で使用することが必要である。
すなわち、使用する領域において、(Vx/V0)=1となるように、各パラメータ(X,K,D0)を調節して、パーソナル空調ユニットを設計する必要がある。
上述した(1)式において、(Vx/V0)=1を満足する状態で、吹き出す風の乱流強度(空気の乱れの強さ)が少なく、周辺空気と混合しにくい。
このとき、パーソナル空調ユニットから吹き出す風を低風速として使用すれば、さらに効果的に、周辺空気との混合を低減することができる。
ここで、低風速とは、ドラフト風速以下のことを示している。
ドラフト風速は、室内の環境設計において、風速が0.5m/sを超えると、この風があたる人間が不快感を感じ、人間が実際に活動する空間の気流速度として0.5m/s以下と推奨されているため、この0.5m/sの風速を言う。
したがって、低風速とは、0.5m/s以下の風速を示している。
【0032】
これにより、吸い込み口(カバー1,11)から吸い込んだ空気をフィルタにより清浄化して、大開口の吹き出し口(カバー2,12)から送風される清浄化された空気を、周辺の清浄化されていない空気とあまり混合させずに、(1)式における位置まで供給(送風)させることができる。
そして、吹き出し口からでる清浄化された空気の吹き出し風速を、低風速とすることにより、この清浄化された空気は、さらに周辺の空気と混合しづらくなり、利用者の呼吸領域をカバーし、周辺空気に対してエアカーテンの役割をするため、呼吸空気質を向上させることができる。
また、空気の吸い込み口であるカバー1および11を、パーソナル空調ユニットの上部に設けることで、ユニットを壁やデスクのパーティションに密着して設置できるため、ワークスペースの無駄な空間の占有を避ける効果がある。
【0033】
次に、本発明の効果を示すために行ったシミュレーションについての説明を行う。
空調のパーソナル化によるオフィスワーカー個別の温熱快適性調節や呼吸空気質の確保の試みが検討されている。
その結果、様々なパーソナル空調ユニットが提案されているが、これらの研究の多くは人体周辺の熱上昇流や呼吸が呼吸空気質に与える影響を再現することなく、人体の吸気領域における空気齢などの換気効率指標に着目して人体の呼吸空気質を評価している。
その際、パーソナル空調の吹出性状は主に人体の温冷感に着目して決められていることが多い。
本解析では、清浄化された大量の清浄空気を人体の呼吸領域に直接送ることで、人体の呼吸空気質向上に有効となるパーソナル空調ユニットを検討することを目的とする。
【0034】
パーソナル空調ユニットTの吹出風量は様々な観点から決められるが、人体の呼吸量(6.0リットル/min)15)を−つの目安とすることは合理的と思われる。
本解析においては、呼吸量の約200倍の流量をパーソナル空調の風量とし、人体が呼吸(ここでは定常吸入)を行っている状態で等温気流のパーソナル空調において風量を一定とし風速の違いが人体の呼吸空気質に及ぼす影響をCFD(Computationa Fluid Dynamics)により詳細に検討する。
【0035】
・解析概要
1) 解析対象空間
オフィス内を想定し、図7に示すようにパーティションで仕切られた机(デスク)に人体モデルが着席している場合を解析する。
アンビエント空調として、壁掛け型のルームエアコンディショナを設ける。
タスク域のパーソナル空調ユニットTは、このユニットの前面から人体の正面に清浄化された空気を吹出し、ユニットの上面から空気を吸込む(取り込む)方式とする。(本解析においては、周辺のOA機器の発熱は考慮しない。)
【0036】
2) 解析ケース
本解析は図8に示すテーブル1の各ケースにおいて行う。
Caselはアンビエント空調のみが使用されている場合、Case2及びCase3はCaselと同様なアンビエント空調にタスク空調として等温のパーソナル空調ユニットTを併用した場合を想定する。
パーソナル空調の吹出風速はそれぞれ0.5m/s(Case2)と6.0m/s(Case3)であり、吹出口面から人体までの距離は前者が吹出口の有効直径の約3倍、後者が約10倍となる。
【0037】
3) CFDモデル及び境界条件の概要
流れ場解析は標準k−εモデルに基づく。k−ε方程式移流項には一次風上スキームを用い、定常解を算出する。
境界条件を図9のテーブル2に示す。パーソナル空調の吹出 温度はパーソナルユニットの吸込口温度と等しくし、等温吹出し気流となるよう設定する。人体の呼吸は別報11)と同じく定常吸気を仮定する。
ここで、Case2の吹き出し口の面積は0.2m×0.24mであり、Case3の吹き出し口の面積は0.05m×0.08mである。風量はCase2,3とも同様に、0.024立法m/秒である。
【0038】
人体モデルの吸気は鼻から行い、定常吸気量は14.4(リットル/分)になるよう境界条件として与えている。
全ての固体表面に関して、人体表面も含め風速に対して一般化対数則(Generalized log law)を適用している。
周囲の温度の境界条件として、部屋の壁面と家具面は断熱とする。人体モデル表面の発熱は、対流熱伝達量の総量(33.8W/人)を22.8W/m2として与える。
【0039】
4) 呼吸空気質の評価指標
人体の呼吸空気質の評価は、以下に示す換気効率指標SVEs(Scale for ventilation Efficiencies)とCRP (Contribution Ratio of Pollution Source)とを用いて行う。
(1)吸気領域(SVE5):吸気している鼻孔を吸込口と見なして、人体が吸気する領域(範囲)を評価する。数値はその部分の空気のうち鼻孔により吸込まれる割合を示す。
(2)空気齢(SVE3):室内に導入された新鮮空気がある位置(点)に至るまでの時間を名目換気時間(換気回数の逆数)に対して評価する。
(3)空気余命(SVE6):空気がある位置(点)を通過して室内から排出されるまでの時間を名目換気時間に対して評価する。
(4)汚染寄与率CRPI:ある汚染源の汚染発生量の内、どれだけの割合(%)が人体に吸引されるかを示す。
【0040】
・解析結果
1) スカラー風速分布
図10に示すように、全Case(1〜3)においてアンビエント空調による風速分布はほぼ一致している。
ここで、Case1の場合、アンビエント空調の吹出口から出た気流はパーティションで遮られ、人体周辺はほぼ静穏環境となり、人体の頭上に熱上昇流が形成されている。
また、Case2はパーソナルユニットから0.5m/sの低風速で清浄空気が吹出され、人体の顔周辺まで約0.14m/sの気流場が形成されている。このとき、人体の熱上昇流は頭後部に生じる。
【0041】
そして、Case3の場合、6.0m/sの高風速で吹出された清浄空気により、人体周辺に大きな風速が生じ、周辺空気と吹出気流の混合が促進されていることがわかる。
また、Case2はCase3に比べて、吹出開口(吹出口の有効直径)が大きく、吹出気流のCore Zone とTransition Zoneがより人体モデルの胸部分近くに達しているため、パーソナル空調による清浄空気の人体の吸気領域まで輸送が良好となっていることが判る。
【0042】
2) 温度分布(図11)
人体の発熱で加熱された空気は、浮力により室内の天井部に輸送され、アンビエント空調の吸込口から除去されている。
また、人体の熱上昇流はCase1の場合に人体から直上方向に、Case2とCase3の場合にパーソナル空調の吹出風速の影響により風下側となる頭の後方向に熱上昇流が形成されている。
【0043】
さらに、Case3は他ケース(Case1,2)に比べて、パーソナル空調ユニットTからの高風速吹出の影響により、人体周辺上昇流の昇温部分が薄くなっている。そして、全Caseにおいて、室内の上下温度差及び温度分布が約1.0℃以下で均一な環境となっている。
また、アンビエント空調の吸込口からのリターン温度は各ケースで熱負荷が等しく熱除去がアンビエント空調吸込口のみで生じるため、ほぼ等しく約26.3℃となっている。
【0044】
3) 吸気領域(SVE5)
図12に示すように、吸気領域(SVE5)が0.1以上の領域を示す。
アンビエント空調のみのCase1において、吸気領域は鼻孔から机上の近い所まで広く分布している。
高風速吹出の影響を受けているCase3の場合、吸気領域(SVE5)は、Case1に比べてかなり狭い鼻と口周辺のみに分布している。
【0045】
4) 空気齢(SVE3)
図13に示すように、空気齢は換気回数の逆数(名目換気時間)で無次元化して示す。
吸気領域における空気齢は、Case1で約0.75、Case2が0.43、Case3が0.86である。
これを時間で表すと、それぞれ0.19,0.06,0.12h(時)となる。
すなわち、アンビエント空調のみ行っている場合に比ベて、パーソナル空調ユニットT使用時において、人体は相対に若い空気齢の空気を吸引することとなる。
同風量のパーソナル空調ユニットTにおいて、低風速吹出のCase2は周辺空気との混合が少なく、高風速吹出のCase3に比べて吸気領域での清浄空気の到達時間が約1/2と半分になっている。
【0046】
5) 空気余命(SVE6)
図14に示すように、空気余命も空気齢と共に換気回数の逆数(名目換気時間)で無次元化して表す。
鼻周辺の空気余命分布は吸気領域の計算結果とほぼ対応している。
各Caseにおいて、吸気領域周辺の空気余命は、Case1が0.5、Case2が0.64、Case3が0.79である。
これを時間で表すとそれぞれ0.13,0.09,0.11h(時)となる。
吸気領域周辺において空気の滞在時間(空気齢+空気余命)はCase2が一番短くなっている。
すなわち、周辺空気との混合が少ない低風速吹出のパーソナル空調(Caae2)は人体にとって清浄空気を吸引しやすく、呼出空気も速やかに排出される。
【0047】
6) 汚染寄与率CRP1
図15および図16に示すように、8箇所の位置から汚染質発生対して汚染寄与率CRP1を検討し、その結果を図16のテーブル3に示す。
パーソナル空調ユニットTが採用されているCase2とCase3とが、アンビエント空調のみのCase1の場合に比べてかなりCRP1の値が低い。
【0048】
そして、机とパーティションとからの汚染質発生に対しては、Case2とCase3はほぼ同じCRP1を示している。
しかし、室内の周壁面からの汚染質の発生に対し、パーソナル空調と周辺空気との混合の少ないCase2はCase3に比べて約半分程度のCRP1となっている。
しなわち、低風速気流のパーソナル空調は壁等からVOC発生に対しても人体の吸気領域に大量の清浄空気供給により、人体の呼吸空気質の向上、確保が容易であると思われる。
【0049】
以上の解析の結果として、
a)高風速吹出の場合(Case3)が吹出空気は周辺空気との混合が進む。
b)低風速吹出のパーソナル空調(Case2)は周辺空気との混合が少なく、他ケースに比べて空気齢と空気余命が小さく良好な換気性状を示す。
また、室内の汚染発生に対し家具や周壁面から発生する汚染質の吸入空気に対する寄与が少ない。
したがって、本発明のパーソナル空調ユニットは、Case2とCase3との比較により、吹き出し口の面内において風量および風速がほぼ均一であり、低風速で風を供給することにより、清浄空気の供給対象まで、周辺の空気と混合せずに清浄化された空気を送風することが可能であることがわかる。
【0050】
【発明の効果】
本願発明によれば、吹き出し口から送風される風が、この吹き出し口の面内において風量および風速がほぼ均一な分布となるよう設計され、かつ空気吹き出し口からの吹出空気流が低い風速で供給されるため、周辺の空気との混合を大幅に低減することができ、局所清浄あるいは局所空調を効果的かつ快適に行い得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態によるパーソナル空調ユニットの構成例を示すブロック図である。
【図2】本発明の第2の実施形態によるパーソナル空調ユニットの構成例を示すブロック図である。
【図3】図2における整風部13の構成を説明する概念図である。
【図4】図2における整風部13の構成を説明する概念図である。
【図5】図2における整風部13の構成を説明する概念図である。
【図6】図2における整風部13の構成を説明する概念図である。
【図7】シミュレーションにより解析する解析対象空間を示す概念図である。
【図8】シミュレーションにより解析する場合を示すCaseが示されたテーブル1である。
【図9】シミュレーションにより解析する場合の各Caseにおける境界条件が示されたテーブル2である。
【図10】シミュレーション結果のスカラー風速分布を示す面内分布図である。
【図11】シミュレーション結果の温度分布を示す面内分布図である。
【図12】シミュレーション結果の吸気領域の状態を示す面内分布図である。
【図13】シミュレーション結果の空気齢の状態を示す面内分布図である。
【図14】シミュレーション結果の空気余命の状態を示す面内分布図である。
【図15】汚染物質の発生位置を示す概念図である。
【図16】汚染物質の発生位置毎の汚染寄与率を示すテーブル3である。
【符号の説明】
1,2,11,12 カバー
3 クロスフローファン
4,6,14,16 フィルタ
5 ベーン
13 整風部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a personal air conditioning unit used as an air purifier or an air conditioner.
[0002]
[Prior art]
Conventionally known air purifiers, air conditioners and the like are provided with an air filtering means or a heat exchanger, which is a ventilation resistor, so as to face an air suction port of a main body having a built-in blower. It functions as a blower unit that blows clean air that has passed through the means or temperature-controlled air that has passed through the heat exchanger from the air outlet.
The blower unit having the above-described configuration is used for the purpose of, for example, purifying the air in the entire living space or adjusting the temperature, so that the blown air is blown out so as to be easily diffused throughout the living space. The wind speed is set to be large (for example, Patent Document 1).
[Patent Document 1]
JP 2000-115876 A (page 2, FIG. 1)
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, taking an air purifier as an example, there are individual differences in sensitivity to allergic substances and volatile organic substances, and if the cleanliness is determined according to the average sensitivity, sensitive people do not feel clean. Determining the cleanliness of a living space for the most sensitive people can be inefficient.
Further, even if the room is clean, if the source of the allergen is near a person, the effect of the air purifier may be reduced. For example, when the bun is a source of allergens such as mites, the allergen from the bun is directly inhaled by the sleeping person at bedtime, causing allergic symptoms.
[0004]
Therefore, when applying an air purifier to a local air purifier, for example, to a bedside or a desk side, a high-speed blown air stream directly hits a body, which may cause discomfort or a feeling of cold. is there. Even if the rotation speed of the blower is controlled to reduce the wind speed in order to cope with such a problem, if the area of the air outlet is small, the clean region becomes too local, which is difficult to use.
[0005]
In order to solve the above-mentioned problems, the area of the air outlet may be increased as much as possible to reduce the blown air velocity.
However, in the conventional example, since the air sucked in using the axial blower is blown as it is, the flow of the air supplied from the blowout port becomes a swirling flow, and it is considered that the mixing with the surrounding air proceeds.
For this reason, at a low wind speed, even if it is arranged on the desk, the mixing ratio with the surrounding air increases within a certain distance range.
[0006]
The present invention has been made in view of the above points, and provides a blower unit in which an airflow blown from an air outlet is blown at a low wind speed and with a wind speed distribution as uniform as possible. Is intended to be able to be performed effectively and comfortably.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The personal air-conditioning unit of the present invention has an air intake port for taking in air, and a blower section that takes in the air and generates and blows a uniform amount of air and a uniform velocity in the plane of the air outlet from the air outlet. And a filter interposed between the air intake and the air blower for purifying the air.
[0008]
In the personal air conditioning unit of the present invention, the area of the air outlet is
(Vx / V0) = K (D0 / X)
X: Distance from the outlet [m]
Vx: Maximum wind speed at distance X [m / s]
V0: Wind velocity at outlet [m / s]
D0: Effective diameter of outlet [m]
K: outlet constant
Nozzle (circular, square) $ 5.0
Rectangular nozzle (aspect ratio <40) $ 4.3
Grill, register $ 4.1
It is characterized by the following arithmetic expression.
[0009]
The personal air-conditioning unit according to the present invention is characterized in that the blower unit blows low-speed wind having no swirling flow.
Here, the low wind speed refers to a wind speed of 0.5 m / s or less as a guideline determined from the viewpoint of preventing a draft feeling of a human body.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention satisfies the first zone (Core Zone or Potential Zone) where the clean air exiting from the air outlet of the personal air-conditioning unit is less mixed with the surrounding air to satisfy the intake area of the user. That is, the personal air conditioning unit is arranged at the position of the wall or the partition.
Here, the first region is defined as a region where the airflow from the nozzle outlet is (Vx / V0) = 1 in the equation (1).
When the personal air-conditioning unit is used by arranging it on a desk, it is necessary to secure at least 1.0 m as a workspace from the outlet of the air purifier to a place where a person sits.
[0011]
Here, the effective diameter of the outlet of the personal air conditioning unit is 25 cm according to the following equation (1).
A personal air-conditioning unit with a large opening with an effective diameter of 25 cm or more can ensure essential breathing air quality for humans in a workspace within 1.0 m from the outlet, regardless of the blowing speed (blowing speed). Become.
That is, regardless of the air conditioning system of the ambient air conditioning, the air conditioner can be generally used for each individual.
[0012]
(Vx / V0) = K (D0 / X) (1)
X: Distance from the outlet [m]
Vx: Maximum wind speed at distance X [m / s]
V0: Wind velocity at outlet [m / s]
D0: Effective diameter of outlet [m]
K: outlet constant
Nozzle (circular, square) $ 5.0
Rectangular nozzle (aspect ratio <40) $ 4.3
Grill, register $ 4.1
(This outlet constant is a value present in the airflow in the Handbook of the Japan Society of Air Conditioning and Hygiene, and similarly, the same description is given in the handbook of the American Society of Air Conditioning (ASHRAE HAND-BOOK).)
[0013]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration according to the first embodiment of the present invention.
In this figure, in order to explain the internal structure, it is shown in a state of being transmitted through a side cover.
The cover 1 (suction port, air intake port) is provided on the upper part of the personal air-conditioning unit T, is a grill type (with a slit-shaped hole), and serves as an air intake port.
The cover 2 (air outlet) is a grill type like the cover 1 and is provided on the front surface of the personal air-conditioning unit T, and serves as an outlet for purified air.
The personal air-conditioning unit T is in a closed state with respect to portions other than the covers 1 and 2 described above.
[0014]
The cross flow fan 3 is rotated in the direction of arrow F by a motor or the like (not shown) to supply the air input from the cover 1 to the vane 5 through the filter 4 at a predetermined air volume.
The filter 4 is a HEPA (dust collection) filter, which is supplied (inhaled) with air sucked from the cover 1 from one surface (upper surface) and removes pollen, house dust, and the like from the other surface (lower surface). Supply clean air that has been cleaned.
[0015]
The filter 6 has the same size as the area of the cover 2, and is provided so as to be interposed between the inner surface of the cover 2, that is, between the vane 5 and the cover 2.
The filter 6 is a ULPA (ultra low penetration air) filter for repairing submicron aerosols, and a filter for adsorbing or decomposing an adsorbing substance such as activated carbon, or a volatile organic gas by a catalytic reaction.
The filter 6 is disposed at a site (place) where the cross-section passing wind speed is low (low wind speed), thereby effectively removing contaminants.
[0016]
The vanes 5 are formed in a structure in which a substantially constant air volume is supplied from a region where the shape of each vane is separated.
That is, the clean air is guided by the vane 5 bent from a portion having a small flow cross section below the cross flow fan 3 to an outlet (cover 2) at a front portion of the personal air conditioning unit T having a large flow cross section. Be blown out.
Here, the structure of the vane 5 is configured such that by providing a plurality of vanes 5, the wind blown from the outlet is divided into a plurality of regions, that is, separated into a plurality of outlets by the plurality of vanes 5. .
Although not shown accurately in FIG. 1, the curvature of the bending of each vane 5 and the area of the intake of the air supplied from the cross flow fan to the area partitioned by the vanes 5 are defined by the vanes. 5 is configured such that the wind speed and the air volume blown out from the outlets of the respective regions are substantially constant.
[0017]
With the above-described configuration, in the process in which the clean air is guided from the portion having a small cross-sectional area to the outlet having the large cross-sectional area, the swirling component of the air flowing out of the cross flow fan 3 is attenuated, and the turbulence intensity is also attenuated. In addition, a low-velocity wind having a uniform distribution of the wind speed and the air volume is supplied, and the clean air which is not mixed with the surrounding air is blown out to the user.
In the conventional example, since the air sucked in using the axial fan is blown out as it is, it is considered that the air becomes a swirling flow and the mixing with the surrounding air proceeds.
The personal air-conditioning unit T can adjust the wind speed (V0) by controlling the rotation speed of the cross flow fan 3, and by adjusting the wind speed, adjusts the amount of convective heat dissipation of the human body, that is, adjusts the thermal sensation of the human body. It can be performed.
[0018]
As described above, one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like within a range not departing from the gist of the present invention. Are also included in the present invention.
The configuration in the second embodiment shown in FIG. 2 is also possible.
The air conditioning unit 13 for generating the air flow in a constant area unit at a constant flow rate in FIG. 2 has a structure described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the structure of a panel-type windmill device (impeller) 10 arranged inside FIG. 2, and FIG. 4 is a perspective view showing a moving blade unit 50 incorporated in the windmill device 10. FIG. 5 is a plan view showing a main part of the wind turbine device 10, and FIG. 6 is a side view of the wind turbine device 10. In these figures, arrows XYZ indicate three directions orthogonal to each other, and in particular, arrow XY indicates a horizontal direction, and arrow Z indicates a vertical direction. Arrow W indicates the direction of the wind.
[0019]
The wind turbine device 10 includes a main driving unit 20, a sub-driven unit 30, a phase adjustment unit 40, and a plurality of moving blade units 50. The front side to which the wind W is input is the outside and the back side is the room.
The main drive unit 20 includes eight main drive shafts 21a to 21h, a pair of main drive wheels 22a to 22d, and 23a to 23d attached to the main drive shafts 21a to 21d and 21e to 21h, respectively. A main rope 25 is provided to extend over the main drive wheels 23a to 23d. Main rope joints 27 are provided at predetermined intervals on the main ropes 25 and 26, and both ends of a blade shaft 52 of a moving blade 51 described later are rotatably supported. In addition, output shafts 28 and 29 as main drive shafts are provided between the main drive shafts 21a and 21b and between 21c and 21d, and main cables 25 and 26 are respectively provided on the output shafts 28 and 29. Bridged output wheels 28a, 28b and 29a, 29b are provided.
[0020]
The sub driven portion 30 includes eight sub driven shafts 31a to 31h, sub driven wheels 32a to 32d, 33a to 33d attached to the sub driven shafts 31a to 31d, 31e to 31h, respectively, and a sub driven wheel 32a to 32d. The vehicle includes a sub rope 35 extended over 32d, and sub ropes 35 and 36 extended over sub driven wheels 33a to 33d. Ring portions 37 are provided on the sub rope 36 at predetermined intervals.
[0021]
The phase adjustment unit 40 includes a main phase adjustment wheel 41 attached to the output shaft 28, a sub phase adjustment wheel 42 attached to the sub driven shaft 31e, and a second The vehicle includes a first adjustment wheel 43, a second adjustment wheel 44, and a timing belt 45 stretched over these wheels.
[0022]
The moving blade unit 50 includes a panel-shaped moving blade 51, a blade shaft 52 serving as a rotation axis of the moving blade 51, and a sub-cord connecting stay 53 attached to the blade shaft 52. The upper surface of the rotor blade 51 is denoted by 51a, and the lower surface is denoted by 51b. An elongated hole 54 is provided in the auxiliary cable joining stay 53, and a ring portion 37 described later is slidably joined. That is, the inclination (pitch angle θ) of the moving blade 51 is determined by the fact that the blade axis 52 is attached to the main ropes 25 and 26 and the sub-coupling stays 53 are attached to the sub-coils 35 and 36. It is determined according to the positional relationship between the sub ropes 35 and 36.
[0023]
In these drawings, the number of the moving blades 51 is omitted for the sake of explanation of the structure, but actually, for example, the moving blades 51 are installed at intervals substantially equal to the depth width of the moving blades.
The wind turbine device 10 configured as described above operates as follows. The angle of the moving blade 51 is adjusted by the phase adjusting unit 40 in advance. That is, by moving the positions of the first adjustment wheel 43 and the second adjustment wheel 44, the timing belt 45 is moved, and the phases of the main phase adjustment wheel 41 and the sub phase adjustment wheel 42 are changed. Accordingly, the relative positions of the main ropes 25 and 26 and the sub ropes 35 and 36 in the traveling direction change, and the pitch angle θ of the moving blade 51 changes as described above.
[0024]
The pitch angle θ is set to, for example, 30 °. When the output shaft 28 is driven by a motor (not shown) or the like, the main drive wheels 22a to 22d and 23a to 23d and the output wheels 28a, 28b, 29a and 29b rotate, so that the main ropes 25 and 26 are turned by arrows in FIG. Move in β direction. The rotational force of the main drive wheels 22a to 22d, 23a to 23d and the output wheels 28a, 28b, 29a, 29b is transmitted to the sub driven wheels 32a to 32d, 33a to 33d via the phase adjustment unit 40, and the sub ropes 35, 36 are provided. Also moves in the direction of arrow β in FIG. That is, the sub ropes 35 and 36 also move in synchronization with the main ropes 25 and 26, and the rotor blades 51 move from the lower end to the upper end of the wind turbine device 10 while maintaining the pitch angle θ. Thereby, a force in the direction of the arrow β in FIG. 5 acts on the lower surface 51b of the rotor blade 51 located on the front side, and moves the air to generate the wind W.
That is, the air moves due to the movement of the moving blade 51 in the β direction, and the wind W is generated.
[0025]
The moving blade 51 reaching the upper end passes over the main driving wheels 22a, 22b, 23a, 23b, the output wheels 28a, 28b, and the sub driven wheels 32a, 32b, 33a, 33b, and moves to the far side of the windmill device 10. I do. Then, the wind turbine device 10 moves from the upper end to the lower end while maintaining the pitch angle θ.
The main drive wheels 22a to 22d, 23a to 23d and the output wheels 28a, 28b, 29a, 29b rotate, and the main ropes 25, 26 move in the direction of arrow γ in FIG. Thereby, the upper surface 51a of the moving blade 51 also moves, so that a force acts in the direction of arrow γ in FIG. 3 to move the air and generate the wind W.
[0026]
As described above, by driving (rotating) the output shaft 28, the main drive wheels 22a to 22d, 23a to 23d and the output wheels 28a, 28b, 29a, 29b rotate, and the rotation speed of the output shaft 28 It is possible to generate a wind W having a flow rate according to the above.
When the pitch angle θ is 0 °, almost no air hits the moving blade 51 and no wind is generated. On the other hand, when the pitch angle θ is 90 °, no force acts on the moving blade 51 in the direction in which the main ropes 25 and 26 are driven, and the moving blade 51 has a rectangular panel shape and intersects with the flow direction. , The wind flow path is closed.
[0027]
As described above, by adjusting the pitch angle θ, it is possible to adjust the flow rate and the flow velocity of the output wind.
Returning to FIG. 2, in the personal tone unit T, the above-described air conditioning unit 13 is arranged so that the wind W is blown toward the cover 12.
Here, the covers 11 (inlet) and 12 (outlet) are of a grill type, like the covers 1 and 2 in the first embodiment.
When the air conditioning unit 13 is driven, the air flowing from the cover 11 is cleaned by passing through the filter 14 (similar to the filter 4) and the filter 16, and is supplied from the cover 12 to the outside.
[0028]
The filter 16 has the same size as the area of the cover 12, and is provided on the inner surface of the cover 2, that is, provided between the air conditioner 13 and the cover 12.
The filter 16, like the filter 6 of the first embodiment, absorbs or decomposes an ULPA filter for repairing submicron-class aerosols, an adsorbent such as activated carbon, or a volatile organic gas due to a catalytic reaction. Filter. The filter 16 is installed at a site (place) where the cross-section passing wind speed is low (low wind speed), thereby effectively removing contaminants.
[0029]
The clean air generates the wind W by the movement of the moving blades 51 distributed at predetermined intervals in the surface of the cover 12 by the air conditioning unit 13, so that the air volume and the air flow in the surface of the cover 12 are the same as in the first embodiment. Since the wind speed is supplied in a substantially uniform distribution state, there is no swirling flow when an axial fan (axial blower) is used, and a wind having a uniform air volume in the plane of the cover 12 is supplied, and the turbulence intensity is increased. Because it is also small, it is blown out without mixing with the surrounding air.
The personal air-conditioning unit T can adjust the wind speed (V0) by controlling the number of revolutions of the output shaft 28. By adjusting the wind speed, it is possible to adjust the amount of convective heat dissipation of the human body, that is, to adjust the thermal sensation of the human body. It can be carried out
[0030]
The present invention is not limited to the above embodiment. That is, in the above-described embodiment, four small main drive wheels and two sub driven wheels are arranged on one side, but two main drive wheels and two sub driven wheels are arranged on one side. The shape and quantity of are not particularly limited. In addition, it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0031]
In both the first embodiment and the second embodiment, it is necessary to use them in a region satisfying (Vx / V0) = 1 in Expression (1).
That is, it is necessary to design the personal air-conditioning unit by adjusting each parameter (X, K, D0) so that (Vx / V0) = 1 in the region to be used.
In the above equation (1), when (Vx / V0) = 1 is satisfied, the turbulence intensity of the blown wind (the strength of turbulence of the air) is small, and it is difficult to mix with the surrounding air.
At this time, if the wind blown out from the personal air conditioning unit is used at a low wind speed, the mixing with the surrounding air can be more effectively reduced.
Here, the low wind speed indicates that the wind speed is equal to or lower than the draft wind speed.
Draft wind speed is, in the indoor environment design, when the wind speed exceeds 0.5 m / s, the person hit by the wind feels discomfort, and the airflow velocity in the space where the human is actually active is 0.5 m / s or less. Since it is recommended, this wind speed of 0.5 m / s is referred to.
Therefore, the low wind speed indicates a wind speed of 0.5 m / s or less.
[0032]
As a result, the air sucked in from the suction ports (covers 1 and 11) is cleaned by the filter, and the purified air blown from the large opening outlets (covers 2 and 12) is cleaned in the surrounding area. The air can be supplied (blowed) to the position in the expression (1) without being mixed with much air.
And by making the blowing wind speed of the purified air coming out of the outlet into a low wind speed, the purified air becomes more difficult to mix with the surrounding air, and covers the breathing area of the user, Since it acts as an air curtain for the surrounding air, it is possible to improve the quality of breathing air.
Further, by providing the covers 1 and 11 serving as the air suction ports above the personal air-conditioning unit, the unit can be installed in close contact with a wall or a partition of a desk, thereby avoiding useless use of the workspace. There is.
[0033]
Next, a simulation performed to show the effect of the present invention will be described.
Attempts are being made to control the thermal comfort of individual office workers and to ensure the quality of breathing air by personalizing air conditioning.
As a result, various personal air-conditioning units have been proposed, but most of these studies did not reproduce the effects of heat rise around the human body or the effects of breathing on respiratory air quality, such as the age of the air in the inhalation region of the human body. The respiratory air quality of the human body is evaluated by paying attention to the ventilation efficiency index.
At that time, the blowing properties of personal air conditioning are often determined mainly by focusing on the thermal sensation of the human body.
The purpose of this analysis is to study a personal air-conditioning unit that is effective for improving the respiratory air quality of the human body by directly sending a large amount of purified clean air to the respiratory region of the human body.
[0034]
The amount of air blown from the personal air-conditioning unit T is determined from various viewpoints, but it seems reasonable to use the amount of breathing of the human body (6.0 liter / min) 15) as one standard.
In this analysis, the flow rate of about 200 times the respiratory flow rate was used as the air flow rate for personal air conditioning, and when the human body was breathing (here, steady inhalation), the air flow rate was constant for personal air conditioning with an isothermal air flow, and the difference in wind speed was significant. The effect of air on respiratory air quality will be examined in detail by CFD (Computational Fluid Dynamics).
[0035]
・ Analysis summary
1) Analysis target space
Assuming the inside of an office, a case where a human body model is seated on a desk (desk) partitioned by partitions as shown in FIG. 7 is analyzed.
A wall-mounted room air conditioner will be provided for ambient air conditioning.
The personal air-conditioning unit T in the task area blows purified air from the front of the unit to the front of the human body, and sucks (takes) air from the upper surface of the unit. (In this analysis, the heat generation of peripheral OA equipment is not considered.)
[0036]
2) Analysis case
This analysis is performed in each case of Table 1 shown in FIG.
It is assumed that Case uses only ambient air-conditioning, and Case2 and Case3 use ambient air-conditioning similar to that of Casel and also uses an isothermal personal air-conditioning unit T as task air-conditioning.
The blowing air velocity of the personal air conditioner is 0.5 m / s (Case 2) and 6.0 m / s (Case 3), respectively. The distance from the outlet surface to the human body is about three times the effective diameter of the outlet in the former, and the latter in the latter. It becomes about 10 times.
[0037]
3) Outline of CFD model and boundary conditions
Flow field analysis is based on a standard k-ε model. A steady-state solution is calculated using a primary upwind scheme for the advection term of the k-ε equation.
The boundary conditions are shown in Table 2 of FIG. The outlet temperature of the personal air conditioner is set to be equal to the inlet temperature of the personal unit, and set so as to provide an isothermal outlet airflow. As for the respiration of the human body, a steady inspiration is assumed as in the separate report 11).
Here, the area of the outlet of Case 2 is 0.2 mx 0.24 m, and the area of the outlet of Case 3 is 0.05 mx 0.08 m. The air volume is 0.024 cubic m / sec similarly for Cases 2 and 3.
[0038]
The inhalation of the human body model is performed through the nose, and the steady-state inhalation amount is given as a boundary condition so as to be 14.4 (liter / min).
For all solid surfaces, a generalized log law is applied to the wind speed, including the surface of the human body.
As a boundary condition of the surrounding temperature, the wall surface of the room and the furniture surface are insulated. The heat generation on the human body model surface gives the total amount of convective heat transfer (33.8 W / person) as 22.8 W / m2.
[0039]
4) Respiratory air quality evaluation index
The evaluation of the respiratory air quality of the human body is performed using the ventilation efficiency index SVEs (Scale for ventilation Efficiencies) and CRP (Contribution Ratio of Pollution Source) shown below.
(1) Inhalation area (SVE5): The area (range) where the human body inhales is evaluated by regarding the nostril inhaling as an inlet. The numerical value indicates the proportion of the air in that portion that is inhaled by the nostrils.
(2) Age of air (SVE3): The time required for fresh air introduced into the room to reach a certain position (point) is evaluated with respect to a nominal ventilation time (reciprocal of the number of times of ventilation).
(3) Life expectancy (SVE6): The time required for air to pass through a certain position (point) and be discharged from the room is evaluated relative to the nominal ventilation time.
(4) Contamination contribution ratio CRPI: It indicates how much (%) of the amount of contamination generated by a certain contamination source is sucked into the human body.
[0040]
·Analysis result
1) Scalar wind speed distribution
As shown in FIG. 10, the wind speed distribution by the ambient air-conditioning is substantially the same in all Cases (1 to 3).
Here, in the case of Case 1, the airflow from the outlet of the ambient air conditioning is blocked by the partition, the surroundings of the human body are almost in a calm environment, and a heat rising flow is formed above the head of the human body.
In Case 2, clean air is blown from the personal unit at a low wind speed of 0.5 m / s, and an airflow field of about 0.14 m / s is formed around the face of the human body. At this time, the heat rising flow of the human body occurs at the back of the head.
[0041]
In the case of Case 3, it can be seen that a large wind speed is generated around the human body by the clean air blown at a high wind speed of 6.0 m / s, and the mixing of the blown airflow with the surrounding air is promoted.
In addition, Case 2 has a larger outlet opening (effective diameter of the outlet) than Case 3, and the Core Zone and the Transition Zone of the outlet air flow reach closer to the chest of the human body model. It can be seen that the transportation was good up to the intake area of the.
[0042]
2) Temperature distribution (Fig. 11)
The air heated by the heat of the human body is transported to the ceiling in the room by buoyancy, and is removed from the suction port of the ambient air conditioning.
In Case 1, a heat rising flow of the human body is formed right above the human body, and in Case 2 and Case 3, a heat rising flow is formed in the rearward direction of the head on the leeward side due to the blowing wind speed of the personal air conditioning.
[0043]
Further, in the case 3, as compared with the other cases (cases 1 and 2), the temperature rising portion of the ascending flow around the human body is thinner due to the effect of the high airflow from the personal air conditioning unit T. In all cases, the environment is uniform with the vertical temperature difference and the temperature distribution in the room being about 1.0 ° C. or less.
In addition, the return temperature from the inlet of the ambient air conditioning is almost equal to about 26.3 ° C. because the heat load is equal in each case and heat is removed only at the ambient air conditioning inlet.
[0044]
3) Intake area (SVE5)
As shown in FIG. 12, the intake area (SVE5) indicates an area of 0.1 or more.
In Case 1 with only ambient air conditioning, the inhalation area is widely distributed from the nostrils to a place near the desk.
In the case of Case 3 which is affected by high wind speed blowing, the intake area (SVE5) is distributed only around the nose and mouth which are considerably narrower than in Case 1.
[0045]
4) Age of air (SVE3)
As shown in FIG. 13, the air age is expressed as dimensionless by the reciprocal of the number of ventilations (nominal ventilation time).
The air age in the intake region is about 0.75 in Case 1, 0.43 in Case 2, and 0.86 in Case 3.
When this is expressed in time, they are 0.19, 0.06, and 0.12 h (hour), respectively.
That is, when the personal air-conditioning unit T is used, the human body sucks relatively young air when compared to the case where only the ambient air-conditioning is performed.
In the personal air-conditioning unit T of the same air volume, Case 2 of low wind speed blowout has less mixing with the surrounding air, and the arrival time of the clean air in the intake area is about half that of Case 3 of high wind speed blowout. I have.
[0046]
5) Life expectancy (SVE6)
As shown in FIG. 14, the life expectancy of the air is expressed in a dimensionless manner together with the age of the air by the reciprocal (nominal ventilation time) of the ventilation frequency.
The life expectancy distribution around the nose almost corresponds to the calculation result of the inspiratory region.
In each case, the remaining life of the air around the intake area is 0.5 for Case1, 0.64 for Case2, and 0.79 for Case3.
When this is expressed in time, they are 0.13, 0.09, and 0.11 h (hour), respectively.
Case 2 has the shortest air stay time (air age + remaining air life) around the intake area.
That is, the personal air-conditioning (Caae2) that blows out at a low wind speed with little mixing with the surrounding air easily sucks the clean air for the human body, and the exhalation air is quickly discharged.
[0047]
6) Contamination contribution rate CRP1
As shown in FIG. 15 and FIG. 16, the contamination contribution ratio CRP1 is examined with respect to the generation of contaminants from eight positions, and the results are shown in Table 3 of FIG.
The values of CRP1 in Case2 and Case3 in which the personal air-conditioning unit T is adopted are considerably lower than those in Case1 in which only the ambient air-conditioning is used.
[0048]
Then, for the generation of pollutants from the desk and the partition, Case 2 and Case 3 show almost the same CRP1.
However, for the generation of pollutants from the peripheral wall surface in the room, CRP1 in which the mixing of the personal air conditioning and the surrounding air is small is about half of that in Case3.
That is, it is considered that personal air-conditioning with a low wind velocity can easily improve and secure the quality of the respiratory air of the human body by supplying a large amount of clean air to the intake area of the human body even when VOC is generated from a wall or the like.
[0049]
As a result of the above analysis,
a) In the case of high wind speed blowing (Case 3), the blowing air mixes with the surrounding air.
b) The personal air-conditioning (Case 2) with low wind speed blowout has less mixing with the surrounding air, and the air age and the remaining life of the air are smaller than those of the other cases, indicating good ventilation characteristics.
Also, the contribution of contaminants generated from furniture and peripheral wall surfaces to the intake air for indoor pollution is small.
Therefore, the personal air-conditioning unit of the present invention, by comparing Case2 and Case3, the air volume and the wind speed are almost uniform in the plane of the outlet, and the air is supplied at a low wind speed, so that the clean air supply target can be obtained. It can be seen that it is possible to blow the purified air without mixing with the surrounding air.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, the wind blown from the outlet is designed so that the air volume and the wind speed have a substantially uniform distribution in the plane of the outlet, and the air flow blown out from the air outlet is supplied at a low wind speed. Therefore, mixing with surrounding air can be greatly reduced, and local cleaning or local air conditioning can be performed effectively and comfortably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a personal air conditioning unit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a personal air conditioning unit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a wind regulating unit 13 in FIG.
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a wind regulating unit 13 in FIG.
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a wind regulating unit 13 in FIG.
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a wind regulating unit 13 in FIG.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an analysis target space analyzed by simulation.
FIG. 8 is a table 1 in which Case indicating analysis by simulation is shown.
FIG. 9 is a table 2 showing boundary conditions in each case when analyzing by simulation.
FIG. 10 is an in-plane distribution diagram showing a scalar wind speed distribution as a simulation result.
FIG. 11 is an in-plane distribution diagram showing a temperature distribution of a simulation result.
FIG. 12 is an in-plane distribution diagram showing a state of an intake region as a result of simulation.
FIG. 13 is an in-plane distribution diagram showing the state of air age as a result of simulation.
FIG. 14 is an in-plane distribution diagram showing a state of remaining life of air as a result of simulation.
FIG. 15 is a conceptual diagram showing a generation position of a pollutant.
FIG. 16 is a table 3 showing a contamination contribution rate for each generation position of a contaminant.
[Explanation of symbols]
1,2,11,12 cover
3 Cross flow fan
4,6,14,16 Filter
5 Vane
13 Wind control section

Claims (3)

空気を取り入れる空気取り入れ口と、
前記空気を取り入れ、空気吹き出し口から、この空気吹き出し口の面内において風量および風速が均一の風を発生して送風する送風部と、
前記空気取り入れ口と前記送風部との間に介挿された、前記空気を清浄化するフィルタと
を有することを特徴とするパーソナル空調ユニット。
An air intake that takes in air,
A blower that takes in the air, blows the air from the air outlet, and generates and blows a wind having a uniform air volume and speed in the plane of the air outlet,
A personal air conditioning unit, comprising: a filter interposed between the air intake and the blower for purifying the air.
前記空気吹き出し口の面積が
(Vx/V0)=K(D0/X)
X :吹出口からの距離[m]
Vx:距離Xにおける最大風速[m/s]
V0:吹出口風速[m/s]
D0:吹出口の有効直径[m]
K :吹出口定数
ノズル(円形、正方形)≒5.0
長方形ノズル(アスペクト比<40)≒4.3
グリル、レジスタ≒4.1
の演算式で設計されていることを特徴とする請求項1記載のパーソナル空調ユニット。
The area of the air outlet is (Vx / V0) = K (D0 / X)
X: Distance from the outlet [m]
Vx: Maximum wind speed at distance X [m / s]
V0: Wind velocity at outlet [m / s]
D0: Effective diameter of outlet [m]
K: outlet constant nozzle (circular, square) ≒ 5.0
Rectangular nozzle (aspect ratio <40) $ 4.3
Grill, register $ 4.1
The personal air-conditioning unit according to claim 1, wherein the personal air-conditioning unit is designed by the following equation.
前記送風部が旋回流を有さない、低速の風の送風を行うことを特徴とする請求項1または請求項2記載のパーソナル空調ユニット。The personal air-conditioning unit according to claim 1 or 2, wherein the blower blows a low-speed wind having no swirling flow.
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