JP2006214694A - 空調システム及び空調方法、並びに空調ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 蒸散を利用した空調を簡易適用できるようにする。
【解決手段】 空調ユニットＡは、断熱材で形成された函体１０の中に、蒸発手段２０、外気通過路３０、室内空気通過路４０がそれぞれ形成されている。蒸発手段２０は、函体１０の中に、間に室内空気通過路４０を介在させて複数段設けられている。個々の蒸発手段２０は、被蒸散材５０としての水５０ａを入れる水槽５１ａ有し、外気が水面上を通過して、水の蒸散が発生する。蒸発潜熱が奪われることにより冷やされた水槽５１ａの底部５２に室内空気が接触しながら通過し、この室内空気が室内に強制循環させられて室内空調が行われる。
【選択図】 図１

Description

本発明は空調技術に関し、特に、水等の蒸散を利用して室内空調を簡単な構成で行うことができる技術である。

本発明者は、蒸散技術を用いて、室内空調を行う方法について、以前から研究を重ねてきた。かかる研究成果の一つとして、図７に示すように、建物１００の天井１１０を蒸発皿に見立て、水の蒸散潜熱を利用した天井面冷却システムを提案した（特許文献１、非特許文献１参照）。かかる提案では、天井裏１２０空間に外気を循環させ、天井裏空間１２０と居室空間１３０を仕切る天井１１０を広い蒸発皿に置き換えた構成を有している。

天井裏空間１２０側では蒸散が起こり、湿気が速やかに外気と換気され、居室空間１３０側では冷えた天井１１０面により室内空気が対流熱伝達により冷却される。かかるシステムは、構造上は、天井裏１２０空間で完結した単純なシステム構成を有しているため、他の居室部分の従来構成を特段に変更させる必要がなく、設計対応等がとり易いものであった。

さらには、それまでの蒸散冷却を利用した空調システムでは、蒸散により温度降下を達成することはできるものの、蒸散させることで湿気を含んだ空気が室内に流れ込む等して、温度降下と引き換えに加湿のリスクを背負うこととなっていた。しかし、上記提案の技術は、蒸散面と使用面とを効率よく分離しているため、室内に湿気が浸入する心配がない。また、天井表面も湿球温度以下になることがないため、結露の心配もないユニークな優れた技術であった。
特開２００２−２８５６５０号公報 小野幹治、「A Passive Cooling System with Evaporation of Water above the Ceiling」、PLEA(International Conference on Passive and Low Energy Architecture)2002年の梗概集、副題「Design with the Environment」、p625〜p629

上記の如く、天井裏空間で蒸散を行わせることにより天井板を冷し、室内空気をその天井板で熱交換させることで室内冷房を行う空調技術はユニークなものではあるが、いくつかの点で、まだ解決すべき課題を有していた。

居室空間の直上の天井裏に蒸散用の水を入れた皿を配置する構成であるため、万が一にも居室空間への水漏れがあってはならず、綿密なシール技術が必要となる。しかし、天井裏で蒸散を行わせるについては、外気導入を行うため、どうしても外気導入に伴う埃、虫等の侵入が発生し、メインテナンスが必要となる。かかるメインテナンスに際しては、上記綿密なシール部分を剥がす等の作業が必要となり、簡単なメインテナンスが行えず、施工後の取り扱いに苦慮する等の問題点が懸念される。また、施工時の問題としては、天井内の電気配線、天井裏への給排水方法等、天井裏のおさまりの制約が大きく、施工上手間がかかることも予想される。

ＲＣ構造、Ｓ造等のワイドスパン建物では、長軸方向の大梁が高く、かかる大梁が、天井裏空間内に外気を通す際の通風経路の障害となる場合が想定される。また、壁式工法では、例えば、エレベータホール、配管スペース等の存在で、外壁周りに天井裏に通じる連続した通風開口を設けることができず、通風経路の確保が困難となる場合も十分に想定される。さらには、近年は、バリアフリーに対応するため、水周り等で採用される下げ床方式が取り入れられ、その分天井裏空間が狭くなり、十分なシステム構成の設置スペース、作業スペースの確保が困難となる場合も想定される。

空調したい居室エリアには、天井の全面に当該システムを導入する必要があり、既存建物に対しての適用は、実質的に難しい。リニューアル時に対応しようとしても、天井裏のはり替え等極めて困難で、面倒な作業が予想される。原則的には、設計段階から当該システムを適用すべく対応する必要があり、既設後に適用するにはかなり面倒となり、適用に際しての柔軟性に欠けていた。

上記の如く、本発明者は、以前に提案の技術はユニークで優れたものではあるが、施工上等の種々の場面での適用性と言う観点からは、さらなる簡易性が必要と考えた。

本発明の目的は、蒸散を利用した空調を簡易適用できるようにすることにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明は蒸散を利用した空調システムであって、室外に設けられ、室外の外気により水等の被蒸散材を蒸散させる蒸散手段と、前記蒸散手段に設けられ、室内空気と熱交換を行う熱交換手段と、前記室内空気を前記熱交換手段に接触可能に循環させる室内空気循環手段とを有することを特徴とする。かかる構成において、前記蒸散手段は、複数段積層されていることを特徴とする。以上いずれかの構成において、前記蒸散手段は、被蒸散材面を外気が通過する被蒸散材槽に構成され、前記熱交換手段は、前記室内空気と接触して熱交換を行う前記被蒸散材槽の底に構成されていることを特徴とする。以上いずれかの構成において、前記蒸散手段は、集合住宅のベランダや共用廊下等の室外に設けられていることを特徴とする。

また、本発明は蒸散を利用して室内空気を空調する空調方法であって、前記室内空気を、室外を経由させて循環させ、前記室内空気の室外経由時に、水等の被蒸散材の外気による蒸散を利用して前記室内空気を冷却することを特徴とする。また、本発明は室外に設置して室内空調を行う空調ユニットであって、水等の被蒸散材を入れる被蒸散材槽と、前記被蒸散材槽を途中経路に有し、前記室外の外気を通過させる外気通過路と、前記被蒸散材槽の底部を途中険路に有し、前記室内空気を通過させる室内空気通過路とを有することを特徴とする。かかる構成において、前記被蒸散材槽は、間に前記室内空気通過路を介在させて、複数段に積層されていることを特徴とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

本願発明では、蒸散手段を室外に設置するため、天井裏等の室内に設置する構成とは異なり、メインテナンス等の施工後の対応、既存建物への適用等が容易である。

蒸散手段は、積層化することができるため、同じ蒸散効率を得るに際して、蒸散手段を一段で構成する場合に比べて小面積で対応することができ、コンパクト化が可能である。そのため、空調ユニットとして構成した場合でも、外付けが容易な構成とすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

本発明は、外気により蒸散させられる被蒸散材を容器に収容し、その状態で外気により蒸散させて潜熱を奪い、被蒸散材を入れた容器の温度を降下させ、かかる容器と室内空気とを接触させて熱交換させることで、室内空気の冷却を行う空調技術である。以下の説明では、被蒸散材として水を用いた場合を例に挙げて説明する。しかし、水以外の物質を被蒸散材として使用しても構わないことは言うまでもない。

（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明に係る空調ユニットの構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は水槽の構成を示す断面図である。図２は、本発明に係る空調ユニットの構成を模式的に示す断面図である。

本発明に係る空調ユニットＡは、断熱材で形成された函体１０の中に、蒸発手段２０、外気通過路３０、室内空気通過路４０がそれぞれ形成されている。

蒸発手段２０は、図１に示すように、函体１０の中に、間に室内空気通過路４０を介在させて複数段設けられている。個々の蒸発手段２０は、被蒸散材５０としての水５０ａを入れる被蒸散材槽５１としての水槽５１ａ有している。水槽５１ａは、図１（ｂ）の断面図に示すように、側壁及び天井は断熱材で形成され、底部５２のみが非断熱性の熱伝導材で形成されている。

図示はしないが、水槽５１ａを構成する側壁の相対する面には、外気通過用の開口部が設けられ、一方の開口部から他方の開口部に向けて外気が通過するように構成されている。かかる構成の水槽５１ａに水を入れた状態で、前記開口部を通して外気が水面上を通過して、水の蒸散が起きる。水槽５１ａの中に、水面上を外気が通過する外気通過路３０が形成されている。かかる外気通過路３０は、室内空気とは混じらないように、経路が室内空気の通過路とは隔離されており、室外の外気のみが通過するように構成されている。

一方、底部５２は、図１（ａ）に示すように、室内空気通過路４０に面しており、室内空気は底部５２に接触しながら通過する。底部５２との接触時に、室内空気の熱交換が行われるようになっている。すなわち、水槽５１ａの底部５２が、熱交換手段を構成することとなる。

また、室内空気は、水５０ａの蒸散を行わせる外気とは混じらないように、その通過路である室内空気通過路４０と外気通過路３０とは隔離されている。室内空気通過路４０は、建物等の壁に設けた給気口と排気口とに配管接続されている。室内空気通過路４０内には、例えば、図１（ａ）に示すように、ファン４１を設けて、建物内の室内空気が強制的に、空調ユニットＡ内へ循環させられようになっている。

ファン４１は、図１（ａ）に示す場合には、空調ユニットＡ内に設けた室内空気通過路４０内に設けられているが、給気口あるいは排気口に設ける構成であっても構わない。要は、室内空気を空調ユニットＡ内に強制循環させることができるように設置すれば、上記箇所に限らずどこに設置しても構わない。

図１（ａ）に示す構成では、外気通過路３０を通過する外気と、室内空気通過路４０を通過する室内空気とは、互いに直交方向に交差するように流れるよう設定されている。図１（ａ）の断面図では、室内空気の通過方向が紙面の右から左に通過する状況を示している。図２は、図１（ａ）とは直交方向での断面図で、外気が紙面の左から右方向に通過する状況を示している。尚、図２では、空調ユニットＡを集合住宅のベランダの庇の下に設けた場合を示している。

かかる構成の空調ユニットＡは、例えば、図３に示すように、集合住宅のベランダ等の室外に設置することができる。従来、空調機の室外機が設置されているスペースに設置することができる。空調ユニットＡは、室内空気通過路４０が、図３に示すように、建物の壁６０に設けた給気口６１、排気口６２に、配管６１ａ、６２ａを介して接続されている。

このように、本発明に係る空調ユニットＡを集合住宅Ｂ等の建物のベランダ等の室外に設置し空調システムを構成し、かかる空調システムを用いて室内空調を行う場合について、以下説明する。

前記説明のように、ベランダ等の室外に設置した空調ユニットＡでは、函体１０内に設けた外気通過路３０に対応して、相対する函体１０の側面に設けた開口部の一方から外気が流入し、他方から外気が流出する。函体１０内に流入した外気は、前述のように、蒸散手段２０を構成する水槽５１ａ等の被蒸散材槽５１側に構成した外気通過路３０を通過する。

外気の通過に際しては、水槽５１ａに入れた水５０ａが、外気通過路３０を通過する外気により蒸散させられ、水の潜熱が奪われて水５０ａの温度が降下する。結果として水槽５１ａを構成する底部５２が湿球温度にまで低下させられる。底部５２は非断熱性の熱伝導材で形成されているため、底部５２に接触して通過する室内空気は湿球温度近くにまで冷却されることとなる。

このようにして、室内空気は、ファン４１により室内空気通過路４０内を強制循環させられる間に、室外に設けた空調ユニットＡ内で冷やされ、室内を冷却して所定の空調を行う。

かかる空調ユニットＡには、空調ユニットＡを構成する蒸発手段２０が複数段設けられた場合を示したが、蒸発手段２０の単一構成は、例えば、図４に示すように薄く小型に構成することができる。図４に示す場合には、周囲を断熱材で、例えば、層厚１０ｍｍの薄さで覆われている。周囲をかかる断熱材に覆われた中に、水槽５１ａが設けられている。水槽５１ａは、その底部５２と、水槽５１ａ内に入れた水５１ａと、水５１ａ上に形成される外気通過路３０とを合わせた構成の高さを、例えば、２０ｍｍと薄く設定することができる。底部５２の下に形成される室内空気通過路４０も、例えば、高さを１０ｍｍと薄く設定することができる。

かかる構成では、１個当たりの蒸発手段２０の全高を、５０ｍｍすなわちわずか５ｃｍにまで薄くすることができる。かかる構成の蒸発手段２０を複数段積層させても、全体としてはかなりの薄さに抑えることができる。例えば、図１（ａ）に示すように、４段構成とした場合でも、その高さを約２００ｍｍ程度に収めることが可能である。

また、このように複数段に積層しても、その高さが薄くて済むため、設置スペースの省力化が図れる。蒸発手段２０の１個当たりの蒸発面積をＳとした場合には、例えば４段積層構造では、設置面積をほぼ蒸発手段１個当たりの蒸発面積Ｓに等しい設置面積で済ませることができる。しかし、蒸発処理能力は、４Ｓの蒸発面積で蒸発処理させた場合に相当する。

このように本発明に係る空調ユニットＡは、極めてコンパクトな大きさに抑えることができるため、集合住宅Ｂ等のように無駄スペースを極力排するように設計された建物でも、図５に示すように、ベランダの庇５３部分に、あるいは共用廊下５４側に、建物の妻５５側等に空調ユニットＡを邪魔にならないように設置することができる。図６には、集合住宅のベランダの庇下に空調ユニットＡを受けた場合の建物全体の様子を示している。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

上記実施の形態の説明では、本発明の空調ユニット、空調システム、空調方法を集合住宅等に適用した場合を主に例に挙げて説明したが、本発明の構成では、水等の被蒸散材を蒸発させることができ、かかる蒸散を利用するために空調対象の室内空気を蒸散手段に循環させることができれば、基本的には本発明に係る空調システムを稼働させることができる極めて省エネ的な構成である。そのため、例えば、室内空気を蒸散手段側に強制循環させるファンは、太陽熱発電や風力発電による電力でもまかなうことができるため、電気等のインフラが十分に整備されていない地域でも、室内空調を積極的に行うことができる。さらには、従来適当な空調設備等がなく、夏は暑くて実質的に使用することが不可能に近い電話ボックス、仮設空間等の冷房用に十分に使用することができる。

本発明は、蒸散技術を利用した空調技術の分野で有効に利用することができる。

（ａ）は本発明に係る空調ユニットの構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は蒸発手段の構成を模式的に示す断面図である。 蒸発手段の構成を模式的に示す断面図である。 集合住宅のベランダ側に空調ユニットを設置した様子を模式的に示す説明図である。 蒸発手段の寸法的構成を示す断面図である。 集合住宅の各所に空調ユニットの配置可能性を模式的に示す説明図である。 集合住宅のベランダ側に空調ユニットを設置した様子を示す正面図である。 天井側に水槽を設けて室内の冷房を行う従来構成の蒸散を利用したシステムを示す説明図である。

符号の説明

１０ 函体
２０ 蒸発手段
３０ 外気通過路
４０ 室内空気通過路
４１ ファン
５０ 被蒸散材
５０ａ 水
５１ 被蒸散材槽
５１ａ 水槽
５２ 底部
６０ 壁
６１ 給気口
６１ａ 配管
６２ 排気口
６２ａ 配管
１００ 建物
１１０ 天井
１２０ 天井裏
１３０ 居室空間
Ａ 空調ユニット
Ｂ 集合住宅

Claims (7)

1. 蒸散を利用した空調システムであって、
   室外に設けられ、室外の外気により水等の被蒸散材を蒸散させる蒸散手段と、
   前記蒸散手段に設けられ、室内空気と熱交換を行う熱交換手段と、
   前記室内空気を前記熱交換手段に接触可能に循環させる室内空気循環手段とを有することを特徴とする空調システム。
2. 請求項１記載の空調システムにおいて、
   前記蒸散手段は、複数段積層されていることを特徴とする空調システム。
3. 請求項１または２記載の空調システムにおいて、
   前記蒸散手段は、前記被蒸散材を収容し、前記被蒸散材の面上を外気が通過する被蒸散材槽に構成され、
   前記熱交換手段は、前記室内空気と接触して熱交換を行う前記被蒸散材槽の底に構成されていることを特徴とする空調システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の空調システムにおいて、
   前記蒸散手段は、集合住宅のベランダや共用廊下等の室外に設けられていることを特徴とする空調システム。
5. 蒸散を利用して室内空気を空調する空調方法であって、
   前記室内空気を、室外を経由させて循環させ、
   前記室内空気の室外経由時に、水等の被蒸散材の外気による蒸散を利用して前記室内空気を冷却することを特徴とする空調方法。
6. 室外に設置して室内の空調を行う空調ユニットであって、
   水等の被蒸散材を入れる被蒸散材槽と、
   前記被蒸散材槽を途中経路に有し、前記室外の外気を通過させる外気通過路と、
   前記被蒸散材槽の底部を途中経路に有し、前記室内空気を通過させる室内空気通過路とを有することを特徴とする空調ユニット。
7. 請求項６記載の空調ユニットにおいて、
   前記被蒸散材槽は、間に前記室内空気通過路を介在させて、複数段に積層されていることを特徴とする空調ユニット。