JP2013029248A - 空調空気吹出しダクト装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一端側に空調機からの空調空気を送風し、他端側を閉鎖したダクトの中間路に複数の空調空気の吹出口を設けた空調空気吹出しダクト装置において、前記ダクトは断面が矩形のダクトで構成し、前記各吹出口は前記ダクトの下側板に吹出用の孔を設け、該孔の下方から内側面に雌ネジを切った固定部材を該下側板の下面に固設し、該固定部材の雌ネジと螺号する雄ネジを外側面に切った筒状部材をダクト内方へ挿入可能に設け、該筒状部材は上側端部に水平な開口を有し、下端部に吹出口を設け、該水平な開口のダクト内方への差込長さを調節自在に設けたことを特徴としている。
【選択図】 図1
Description
この主な原因として、以下の3点が考えられる。 その1)空調ダクトの元側に備わる空調機が内蔵する送風機から吐出される、全ての空気吹出口から吹き出す空気量の合算量を同じ断面積のダクト内を通過させるため、まだ空気吹出口から空気量が減少していないダクト元側は、ダクト末端と比較して高速となる。元側に設けた空気吹出口上方ダクト内のダクト延長方向速度が大、つまり動圧が大となり、そこまでの摩擦抵抗を無視すると、送風機で生じた全圧のうちのその位置における動圧が占める割合が大きく、トレードオフとしてダクトの周囲へ押し出す静圧は小さくなっている。よって、ダクト内静圧が小さいことにより元側の空気吹出口からの吹き出しが弱く、風量が小さくなる。 その2)ダクトの延長方向に配置される各空気吹出口から空調空気の一部が流出していくと、その後流の空調ダクト内を流れる空気量が減少し、空気の流速が減少するものの、ダクトの長さ方向直交断面形状が同じ、つまりダクト断面積が同じなので、動圧が小さくなっていくものの、全圧も空気量減少分小さくなっていくので、静圧が上昇しない。 その3)ダクトの元側から中間に掛けての空気吹出口から、期待している空気量が吹き出されないので、ダクト内に余分な空気が残存し、その後流にある空気吹出口の設計合計風量よりも大量の空気が、結局ダクトの終端近くまで持ち越され、風向延長に閉鎖されている終端で空気の動圧が失われると、全圧が静圧に急激に変換され、末端付近の空気吹出口から多量の空気が吹き出す。 というメカニズムを理由として、末端の風量が多い、ダクト延長にそって不均一な吹出し風量のダクト装置となってしまうと考えられる。そして、上記その1に派生して、空気がダクトに吹き込まれた直後においては、鉛直上方から水平に向きを変える際にダクト内延長直交断面で偏って速い流れが生じ、その水平方向へ向かう動圧の影響によりダクト内が近傍の環境より負圧となり、元側の空気吹出口からダクト内に吸い込む逆流が生じる場合もある。 これは、ベンチュリ管の絞り部分での圧力降下の現象(霧吹きが顕著に判る)が生じていると考えて良い。
また、特許文献2には、ダクト内の各吹出口の間に抵抗値の異なる複数種類の抵抗体を設けて空気量の調整を図ったもの、即ち、ダクトの空気送風側に近いものほど大きな抵抗値を持った抵抗体を設けたダクト装置も提案されている。
更に、特許文献3には、空調ダクトの下側板に開口を設け、この開口の内側に上端に開口面が傾斜した開口部を有する吹出用筒体を突出させて取り付けて、傾斜開口部の向きを変えることにより空調空気の吹出し量と向きを調整できるようにした装置が開示されている。
また、特許文献3に記載のダクト装置では、傾斜開口部のダクト内気流への動圧回収度合いに依存しているので、吹出用の筒の取付作業が煩雑であるだけでなく、取付後においては風量を調整する傾斜部がダクト外部から見えないこと、更に風量を調整すると風向き方向も変化するために風量の調節作業が複雑になるという問題点があった。
本願発明は構造も簡単で風量の調整も簡単な、ダクトの長さ方向に複数の空調空気吹出口を設け各空調空気吹出口から吹出す空気量を均等にした空調空気吹出しダクト装置を提供することを課題としている。
請求項1記載の発明は、
一端側に空調機が有する送風機からの空調空気を吹込んで送風し他端側を閉鎖したダクトの中間側面に、前記空調空気を吹き出す複数の空気吹出口を設けた長尺の空調空気吹出しダクト装置において、
前記空調空気吹出しダクトは、断面が矩形をなす四面のダクト板からなり、前記各空気吹出口は前記空調空気吹出しダクトの所定の一面のダクト板に吹出用の孔を設け、内面に雌ネジを切った短管形状でダクト板外側から前記吹出用の孔に挿通する固定部材を前記所定の一面のダクト板に固設し、前記固定部材の雌ネジと螺合する雄ネジを外面に切った円筒状部材をダクト内方へ挿入可能に設け、該円筒状部材はダクト内端部に前記空調空気吹出しダクトの中心軸と平行な開口を有し、他端部に吹出口を設け、該空調空気吹出しダクトの中心軸と平行な開口のダクト内方への差込長さを調節自在に設けたことを特徴としている。
請求項5記載の発明は、請求項1から請求項3の何れか1に記載の発明において、前記各円筒状部材の断面積を、同一面積、且つ断面における空調空気の風速を2(m/s)から8(m/s)の間の何れかに設定して構成し、前記円筒状部材の差込長さを調節することで、前記ダクト内端部の開口部における前記円筒状部材内静圧が略均一な圧力となり、且つ前記各吹出口の吹出量が均一であることを特徴としている。
請求項7記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記円筒状部材の前記開口部を差込む差し込み長さを、同一寸法としたことを特徴とする。
本願の発明者は、空調空気吹出しダクト装置内の空調空気の流れ状態を検証するために以下の予備実験を行った。図10は予備実験に使用したダクト装置を示し、図11は予備実験のダクト装置に利用した空気吹出口の開口の3種類の例を示す。図12は実験結果を示す。図10において、(A)は斜視図、(B)は側面図、(C)は下平面図を示す。ダクト101の基端側は送風機102に接続され、終端側は閉鎖されている。ダクト101は高さが40cm、幅70cm、長さ10mの矩形断面の直方体からなり、下側板に10個の吹出口104が設けられている。吹出口104は図11(A)〜(C)に示す3種類の開口104a、104b、104cの各開口から構成されている。吹出口104aは30cmx30cmの大きな正方形の開口で形成され、吹出口104bは10cmx10cmの小さな正方形の開口で形成され、吹出口104cは10cmx10cmの小さな開口の上側に断面が同型の短管を10cmだけ突き出した突出部105を有する開口から形成されている。
局部抵抗ΔPは、ΔP=ζ・(V**2/2・g)・γ である。ここで、ζは局部抵抗係数、**はべき乗を意味し、速度Vは開口に接するダクト内の流速、γは空気密度で、gは重力加速度である。
この局部抵抗ΔPはダクト内を直線的に速度Vで流れる流体の慣性に対して、これを分岐管の方向に流れを曲げる際には渦が生じ、この渦を発生させるに必要なエネルギと考えられる。
空気調和ハンドブック、丸善株式会社、改訂第4版、第8章ダクト設備、320頁ダクト内の風速分布は、空気が進行する方向に直行する断面では、ダクトを構成する側板に近い箇所では内面の摩擦抵抗により低速であり、ダクト内面直近でほぼ速度ゼロになり、ダクトの内部のある箇所までは風速が増加する分布となっている。図11(c)の場合は吹出口104cの突出部105のダクト内開口が底面板から10cmの位置にあり、この場合のダクト内の流速V(10)はかなり大きい。一方、図11(b)の吹出口104bのダクト内開口は底面板の表面にあり、ダクト内の流速V(0)は小さい。これを考察するに、図11(c)の場合は、高速で吹出口104cの突出部105のダクト内開口に角度を変えながら渦を発生して突入する気流を内部に流す、分岐管を有する開口となっており、更に、分岐管部の流路抵抗だけでなくダクト内開口への向きを変更しながらの突入抵抗が大きいことで急激に圧力エネルギを消費することから、分岐管(突出部)内の流速は小さくなり、開口104cからの吹出風量が、図11(b)の開口104bからの吹出風量と略一致したものと考えられる。しかし、上述した局部抵抗による数式を適用して吹出口からの吹出量を求めると手続が複雑・困難になる。そこで、本発明では差込長さと分岐管からの吹出風量との関係を実験的に求めて、実験式を適用し、吹き出し風量の調節を行う。
図15(A)は差込長さSをゼロにした場合の空気流れを示し、図15(B)は差込長さが大きい場合の空気流れを示す。尚、左図は中心線を通る側断面図で、右図は中心線を通る上平面図を示す。差込長さがゼロの場合は、空気流れはダクトの下板に近い部分の空気流れが吹出口(分岐管)に流れ、それより上の流れは殆ど影響を受けずに通過する。一方、差込長さが大きい場合は短管の差込部による影響を受け、上流側の流れが持ち上げられて分岐管に流れ込み、下流側に渦が発生し、これが大きな吹出抵抗を生じさせる。
これは、ダクト内の風速分布は、空気が進行する方向に直行する断面では、ダクトを構成する側板に近い箇所では内面の摩擦抵抗により低速であって、ダクト内面直近でほぼ速度ゼロになり、ダクトの内部のある箇所までは風速が増加する分布であることを利用し、さらに、高速で突出部105のダクト内開口に角度を変えながら渦を発生して突入する気流を内部に流す、分岐管を有する開口を擁することで、分岐管部の流路抵抗だけでなくダクト内開口への向きを変更しながらの突入抵抗が大きいことで急激に圧力エネルギを消費することをうまく利用しているのである。
以上の予備実験より得られた知見を利用した本発明の実施形態を以下に説明する。
実施形態1は各吹出口からの吹出量を均一にしたい場合の実施例である。
図1は本発明を実施した吹出装置12の実施形態である。図1(A)はダクト装置の一部分(切り欠き付)の斜視図を示し、図1(B)は矢視X−Xから見た断面図を示す。図1において、ダクト10は空調空気送風用のダクトで、断面が矩形に構成され、好ましくは厚さが1mm以下の鋼板で形成されて、長さ方向に直交する断面形状について、空調用ダクトの基から先端まで同じ形状・寸法とする。ダクト10の底辺の適宜な位置に所定間隔で複数の吹出装置12が配設される。吹出装置12はダクト底辺(下板)10aに設けられた取付用の孔10bに装着する固定部材13を孔10bの下側からダクト下板10aの下面に接着剤又はスポット溶接等で固着する。固定部材13は内側に小さなピッチの雌ねじが切られている。吹出筒14aは上部にダクト内端部に当たる端部に、組み付けるとダクト10の中心軸と平行になる開口を有し、外側面には固定部材13のネジと螺合する雄ねじが切られており、下部に吹出口14bが設けられている。
後述する図7は、ループダクト20の始点から任意の距離における吹出装置12の差込長さと吹出し量の関係を示したグラフである。上側の曲線は吹出し量を200(立方m/時間)にした場合で、下側の曲線は100(立方m/時間)にした場合を示す。図7に示すように、送風機の送風量が多いほど差込長さSによる吹出量の変化は多少増大するが、傾向は同じである。
ダクト内の風速分布は、空気が進行する方向に直行する断面では、ダクトを構成する側板に近い箇所では内面の摩擦抵抗により低速であって、ダクト内面直近でほぼ速度ゼロになり、ダクトの内部のある箇所までは風速が増加する分布となる。ところで、ダクト断面積が同一のダクトで、送風量を倍にすると、ダクト内風速(平均した風速)も各部位で倍になる。よって、ダクト内の風速分布は送風量を倍にすると急峻となることは自明である。この図7の最小自乗法で近似処理をおこなった近似線を見ると、ダクト高さ400mmの1/6である67mmの差込長さよりも長く差し込めば、ほぼ傾きが寝ているところに該当し、風量が他と変わらなくなることが判る。これは、前記ダクト高さの1/6より中心軸側の風速分布がほぼ一定になっていることを表しており、そこにダクト内開口を備えておけば、ダクト長のどの部位の吹出装置12においても、同様な分岐管部の流路抵抗だけでなくダクト内開口への向きを変更しながらの突入抵抗の状態を得ることができることを示している。
そして、ダクト内開口がダクトの中心軸と平行な開口を有しているので、固定部材13の雌ねじと雄ネジを外面に切った吹出筒14aとを相対位置を微調整しても、突入抵抗の状態が変化することがない。
図3に示したダクト20内の空調空気の温度分布が放熱等により一定温度でない場合に各吹出口からの吹出し熱量を均一にする場合の制御についての実施形態である。図6は各吹出口からの吹出し量を200(立方m/時間)にした場合と100(立方m/時間)にした場合のダクト内の温度分布を示す。図6に示すように、ダクトの始点24からの距離が長くなるにつれて、ダクト面と外部の冷えた空気との伝熱により熱が逃げるので、暖房のために加熱した空気を搬送するダクト内部の空気温度は下がる。しかし、風量が大きくなるにつれてダクト内風速が上がり、伝熱機会が減少することで、温度の落ち幅は少なくなる。
図7はループダクト20の始点から任意の距離における吹出装置12の差込長さと吹出し量の関係を示したグラフである。上側の曲線は吹出し量を200(立方m/時間)にした場合で、下側の曲線は100(立方m/時間)にした場合を示す。図7に示すように、送風機の送風量が多いほど差込長さSによる吹出量の変化は多少増大するが、傾向は同じである。
ダクト内の風速分布は、空気が進行する方向に直行する断面では、ダクトを構成する側板に近い箇所では内面の摩擦抵抗により低速であって、ダクト内面直近でほぼ速度ゼロになり、ダクトの内部のある箇所までは風速が増加する分布となる。ところで、ダクト断面積が同一のダクトで、送風量を倍にすると、ダクト内風速(平均した風速)も各部位で倍になる。よって、ダクト内の風速分布は送風量を倍にすると急峻となることは自明である。
10a ダクト底辺
10b 取付用の孔
12 吹出装置
13 固定部材
14a 吹出筒
14b 吹出口
20 ダクト
21 送風口
22 送風側ダンパ(全開)
23 終端側ダンパ(閉鎖)
100 予備実験用ダクト装置
101 ダクト
102 送風機
104 吹出口
Claims (8)
- 一端側に空調機が有する送風機からの空調空気を吹込んで送風し他端側を閉鎖したダクトの中間側面に、前記空調空気を吹き出す複数の空気吹出口を設けた長尺の空調空気吹出しダクト装置において、
前記空調空気吹出しダクトは、断面が矩形をなす四面のダクト板からなり、前記各空気吹出口は前記空調空気吹出しダクトの所定の一面のダクト板に吹出用の孔を設け、内面に雌ネジを切った短管形状でダクト板外側から前記吹出用の孔に挿通する固定部材を前記所定の一面のダクト板に固設し、前記固定部材の雌ネジと螺合する雄ネジを外面に切った円筒状部材をダクト内方へ挿入可能に設け、該円筒状部材はダクト内端部に前記空調空気吹出しダクトの中心軸と平行な開口を有し、他端部に吹出口を設け、該空調空気吹出しダクトの中心軸と平行な開口のダクト内方への差込長さを調節自在に設けたことを特徴とする空調空気吹出しダクト装置。 - 前記所定の一面のダクト板は、前記空調空気吹出しダクトの下面をなし、前記円筒状部材のダクト内端部は、水平な開口を有することを特徴とする請求項1に記載の空調空気吹出しダクト装置。
- 前記円筒状部材の差込長さを、矩形である前記空調空気吹出しダクトの中心軸に直交する断面高さの1/6〜1/2としたことを特徴とする請求項1又は請求項2の何れか1に記載の空調空気吹出しダクト装置。
- 前記各円筒状部材の吹出抵抗を、0.07(Pa・時間/立方m)以上2.0(Pa・時間/立方m)以下の間の何れかに設定して構成して、前記ダクト内端部の開口部における前記円筒状部材内静圧が略均一な圧力となり、且つ前記各吹出口の吹出量が均一であることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1に記載の空調空気吹出しダクト装置。
- 前記各円筒状部材の断面積を、同一面積、且つ断面における空調空気の風速を2(m/s)から8(m/s)の間の何れかに設定して構成し、前記円筒状部材の差込長さを調節することで、前記ダクト内端部の開口部における前記円筒状部材内静圧が略均一な圧力となり、且つ前記各吹出口の吹出量が均一であることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1に記載の空調空気吹出しダクト装置。
- 前記各円筒状部材内静圧を略均一な圧力とするために、前記空調空気吹出しダクトの中心軸に直交する断面の風速分布上、ダクト延長に亘って所定の風速範囲にある断面高さ位置まで、前記円筒状部材の前記開口部を差込むことを特徴とする請求項5に記載の空調空気吹出しダクト装置。
- 前記円筒状部材の前記開口部を差込む差し込み長さを、同一寸法としたことを特徴とする請求項6に記載の空調空気吹出しダクト装置。
- 前記空調空気吹出しダクト内の空調空気の温度が、流れ方向に対して一様でなく且つ下流が空調対象空間の温度に近い温度分布であり、前記各吹出口からの吹出空気の熱量が同一となるように前記空調空気吹出しダクト延長に沿って、前記各吹出口の吹出量を変えて供給するよう、前記各円筒状部材の差込長さをそれぞれ調節したことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1に記載の空調空気吹出しダクト装置。
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