JP2015055451A - 空調システム及び空調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の部屋を対象として空調を行うにあたり、居住者それぞれの快適性を確保できる空調システム及び空調方法を得る。
【解決手段】室内ユニット２ａ，２ｂ間で異なる温度の風を生成し、集合管４６１〜４６４それぞれへ送り、混合する。このとき、バルブ４５ａ，４５ｂの開度を調節して、室内ユニット２ａからの風と室内ユニット２ｂからの風の混合比を調節することで、混合空気をそれぞれの設定温度とする。それぞれの設定温度となった空気は、ダクト５１〜５４を介して各部屋へと吹き出す。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の部屋を対象として空調を行う空調システム及び空調方法に関するものである。

従来、複数の部屋を対象として空調を行う空調システムにおいては、ユーザによる温度設定入力が可能な温度設定スイッチと、部屋の空気温度を検出する部屋内空気温度センサと、ユーザが所望する涼しさ増加度合いや暖かさ増加度合いの体感度数を入力する体感度数入力スイッチと、部屋内の輻射熱源の表面温度を検出する表面温度センサと、空調システムを統括的に制御する制御装置とを備え、ユーザによる体感度数入力スイッチの操作に応じて目標温度を演算することで、ユーザの体感を反映した空調を行っていた（例えば特許文献１）。

特開２０１２−０６３１１５号公報

ところで、体感温度は居住者それぞれで異なるため、部屋ごとに違う温熱環境の要求が生じる。そして、上記のような従来の、複数の部屋を対象とする空調システムでは、熱源機を含む空調ユニットで生成された温風又は冷風を、給気ダクトを介してそのまま各部屋の吹き出し口から吹き出しているため、吹き出し口からの吹き出し風量を各部屋ごとに調節することにより、部屋ごとに違う温熱環境を実現することが考えられる。
しかし、吹き出し風量の調節だけで、部屋間で温度差を設けた空調を行うには限界があるため、従来の複数の部屋を対象とする空調システムでは、居住者それぞれの快適性を確保することが難しい。
また、各部屋の吹き出し口からの吹き出し温度についても、快適と感じる温度は居住者それぞれで異なるが、従来の複数の部屋を対象とする空調システムでは、吹き出し口からの吹き出し温度はどの部屋においても同じとなるため、この点でも居住者それぞれの快適性を確保することが難しかった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の部屋を対象として空調を行いつつ、居住者それぞれの快適性を確保できる空調システム及び空調方法を得ることを目的とする。

この発明に係る空調システムは、異なる温度の風を生成する第１及び第２の風生成部と、第１及び第２の風生成部が生成した異なる温度の風の混合比を調節し、混合した混合空気がそれぞれの設定温度となるように制御する複数の混合制御部と、複数の混合制御部それぞれで制御した混合空気を、それぞれ対応する部屋へ通す複数のダクトとを備えることを特徴とするものである。

この発明に係る空調方法は、第１及び第２の風生成部が、異なる温度の風を生成する風生成ステップと、複数の混合制御部が、風生成ステップで生成した異なる温度の風の混合比を調節し、混合した混合空気がそれぞれの設定温度となるように制御する混合制御ステップとを備えることを特徴とするものである。

この発明によれば、複数の部屋を対象として空調を行いつつ、居住者それぞれの快適性を確保することができる。

この発明の実施の形態１に係る空調システムを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１に係る空調システムのミキシングユニットを示す斜視図及び平面図である。 この発明の実施の形態１に係る空調システムのミキシングユニットの動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る空調システムの概略構成図である。この空調システムは、複数の部屋を対象に空調を行うものであり、ここでは、建物内の部屋１０１〜１０４の４つの部屋を対象とした場合を例に示す。
なお、部屋数、部屋構成等はこれに限るものではなく、また、戸建て、集合住宅の形態も問わない。

この発明の実施の形態１に係る空調システムは、換気システムに空調機能を組み合わせたものであり、室外に設けられる室外ユニット１と、室内に設けられる室内ユニット（風生成部）２ａ，２ｂ、換気ユニット３、ミキシングユニット４、ダクト５ａ，５ｂ，５１〜５４、制御部（不図示）から構成される。
室外ユニット１は、外気と冷媒を熱交換させるものであり、圧縮機、水冷式の熱交換器（又は空冷式の熱交換器とファン）等を有し、冷媒の循環ライン（不図示）を介して室内ユニット２ａ，２ｂと接続される。

２台の室内ユニットである室内ユニット２ａ，２ｂは、例えば廊下に設けられ、それぞれ熱交換器、ファン等を有する。室内ユニット２ａ，２ｂは、室外ユニット１から冷媒の循環ラインを介して送られた冷媒と、取り入れた空気を、熱交換器で熱交換させ、熱交換後の空気をファンにより送り出すことで、温風又は冷風を生成する。室内ユニット２ａにより生成された温風又は冷風は、ダクト５ａを介して、室内ユニット２ｂにより生成された温風又は冷風は、ダクト５ｂを介してミキシングユニット４へそれぞれ送られる。
室内ユニット２ａ，２ｂに取り入れられる空気は、後述する換気ユニット３で熱交換された外気の他、部屋１０１〜１０４からの戻り空気も考えられる。

室外ユニット１からの冷媒の流量を、室内ユニット２ａ，２ｂ間で異なる量とすること、または、室外ユニット１からの冷媒の流量は室内ユニット２ａ，２ｂで同じとし、冷媒と熱交換させる空気の流量を室内ユニット２ａ，２ｂ間で異なる量とすること等により、室内ユニット２ａ，２ｂ間で異なる温度の温風又は冷風を生成することができる。
または、室外ユニット１を室内ユニット２ａ用及び室内ユニット２ｂ用に２台設置し、一方の室外ユニット１と室内ユニット２ａ、他方の室外ユニット１と室内ユニット２ｂでそれぞれ独立的に運転を行い、室内ユニット２ａ，２ｂ間で異なる温度の温風又は冷風を生成してもよい。

換気ユニット３は、例えば廊下に設けられ、熱交換器、ファン等を有し、換気を行う。具体的には、不図示のダクトを介して外気を取り入れるとともに、部屋１０１〜１０４に設けた不図示の吸気口から部屋１０１〜１０４内の空気を取り入れ、両者を熱交換器で熱交換させる。熱交換後の外気は室内ユニット２ａ，２ｂへ送り、熱交換後の部屋１０１〜１０４からの空気は屋外へ不図示のダクトを介して排出する。
以上の室外ユニット１、室内ユニット２ａ，２ｂ、換気ユニット３は、一般的な空調設備で設けられるものと同様の構成、機能を有するものであるため、詳細な動作原理等については省略する。

ミキシングユニット４は、例えば天井裏に設けられ、室内ユニット２ａ，２ｂから送られる温風又は冷風を混合し、混合した空気をダクト５１〜５４を介して部屋１０１〜１０４へ送り出す。ダクト５１〜５４の先端が各部屋の吹き出し口に繋がっている。
この発明の実施の形態１に係る空調システムは、室外ユニット１、室内ユニット２ａ，２ｂ、換気ユニット３、ミキシングユニット４を制御部（不図示）が総括的に制御することで、１つのシステムとして機能する。

なお、室外ユニット１、室内ユニット２ａ，２ｂ、換気ユニット３、ミキシングユニット４、ダクト５ａ，５ｂ，５１〜５４の設置位置は、上記で示したものに限らない。例えば、外気の取り入れ及び排出が可能であれば室外ユニット１を室内に設置してもよい。または、室内ユニット２ａ，２ｂを廊下以外の室内（天井裏等）又は室外に設置してもよい。また、換気ユニット３を廊下以外の室内（天井裏等）に設置してもよい。また、ミキシングユニット４を天井裏以外の室内（廊下等）に設置してもよい。
また、室内ユニット２ａ，２ｂとミキシングユニット４が近傍に設置されている場合は、ダクト５ａ，５ｂを省略して、室内ユニット２ａ，２ｂから直接ミキシングユニット４へ送風してもよい。

ここで、ミキシングユニット４について詳細に説明する。図２（ａ）はミキシングユニット４の斜視図、図２（ｂ）はミキシングユニット４の平面図である。
ミキシングユニット４は、入口側（室内ユニット２ａ，２ｂとの接続側）から出口側（部屋１０１〜１０４との接続側）を見た際に、分岐管４１ａ，４１ｂ、ダクト４２ａ，４２ｂ、分岐管４３ａ，４３ｂ、ダクト４４ａ，４４ｂ、バルブ４５ａ，４５ｂ、集合管４６１〜４６４の順で接続され、構成される。

分岐管４１ａにはダクト５ａが、分岐管４１ｂにはダクト５ｂが接続されており、室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風は、分岐管４１ａ，４１ｂによりそれぞれ２方向に分岐される。分岐管４１ａで分岐された室内ユニット２ａから送られた温風又は冷風は、ダクト４２ａを通り分岐管４３ａに入る。同様に、分岐管４１ｂで分岐された室内ユニット２ｂから送られた温風又は冷風は、ダクト４２ｂを通り分岐管４３ｂに入る。分岐管４１ａ，４１ｂにて２分岐される構成であるため、ダクト４２ａ，４２ｂと分岐管４３ａ，４３ｂは、それぞれ２つずつ設けられる。

室内ユニット２ａから送られた温風又は冷風は、分岐管４３ａで更に２方向に分岐され、ダクト４４ａを通り、集合管４６１〜４６４に入る。同様に、室内ユニット２ｂから送られた温風又は冷風は、分岐管４３ｂで更に２方向に分岐され、ダクト４４ｂを通り、集合管４６１〜４６４に入る。ダクト４４ａ，４４ｂは、それぞれ４つずつ設けられ、１つのダクト４４ａと１つのダクト４４ｂを１組として、集合管４６１〜４６４それぞれに１組ずつ接続される。

ここで、集合管４６１〜４６４には、ダクト４４ａに対してバルブ４５ａが、ダクト４４ｂに対してバルブ４５ｂが設けられている。上記のとおりダクト４４ａ，４４ｂは、それぞれ４つずつ設けられているので、バルブ４５ａ，４５ｂは、それぞれ４つずつ設けられる。バルブ４５ａ，４５ｂの開度を調節することにより、室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風の、集合管４６１〜４６４への流入量つまり混合比が調節される。バルブ４５ａ，４５ｂは、風量調節可能なダンパであってもよい。また、室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風の混合比が調節可能であれば、バルブ４５ａと、当該バルブ４５ａと対になるバルブ４５ｂを、図２に示すようにそれぞれ別個とせずに、一体的に構成してもよい。
なお、ミキシングユニット４の各構成の制御は、ミキシングユニット制御部（不図示）により行われる。
また、分岐管４１ａ，４１ｂ、分岐管４３ａ，４３ｂにより、分岐部が構成される。
また、バルブ４５ａ，４５ｂ、集合管４６１〜４６４、ミキシングユニット制御部により、混合制御部が構成される。

集合管４６１にはダクト５１が、集合管４６２にはダクト５２が、集合管４６３にはダクト５３が、集合管４６４にはダクト５４がそれぞれ接続されており、室内ユニット２ａから送られた温風又は冷風と、室内ユニット２ｂから送られた温風又は冷風を混合した空気が、ダクト５１〜５４を介して部屋１０１〜１０４へ吹き出される。

なお、分岐管４１ａ，４１ｂ、分岐管４３ａ，４３ｂは、２分岐でなく、適宜３分岐以上の多分岐のものを用いてもよい。また、分岐管、集合管に代えて、チャンバ―ボックスを用いて、空気の分岐、混合を行う構成としてもよい。
また、分岐管４３ａ，４３ｂ、ダクト４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ、バルブ４５ａ，４５ｂ、集合管それぞれの設置数も上記に示すものに限らない。例えば、４１ａ，ｂが４分岐の構成であれば、ダクト４２ａ，４２ｂ，分岐管４３ａ，４３ｂは省略可能である。
また、分岐（分岐管及びチャンバ―ボックスにて、ダクトを接続可能な箇所）を必要最小限の数よりも多く設けて、ダクトが未接続となっている分岐を有するようにミキシングユニット４を構成してもよい。つまり、室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風が分岐して通れるダクトの数を変更可能とする構成である。このように構成することで、空調対象の部屋が増えて吹き出し口を新設するとき等、吹き出し口の設置数等の変化に容易に対応することができる。

続いて、ミキシングユニット４の動作について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
空調システムの動作時、ミキシングユニット制御部は、室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風の温度を測る温度センサ（不図示）により、室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風の温度を取得する（ステップＳＴ１）。

なお、温度センサは、室内ユニット２ａ，２ｂ内に設けてもよいし、ミキシングユニット４内の例えば分岐管４１ａ，４１ｂに設けてもよい。また、部屋１０１〜１０４へ吹き出されるまでの熱損失を考慮して、温度センサから取得した温度値を補正した値を後述する処理に用いてもよい。

次に、ミキシングユニット制御部は、部屋１０１〜１０４それぞれへの吹き出し温度の設定値を取得する（ステップＳＴ２）。
各部屋への吹き出し温度の設定値は、例えば部屋１０１〜１０４それぞれにリモコンを設置し、居住者がこのリモコンを操作して設定した吹き出し温度の値である。または、制御部が各部屋の状況（容積、人数、部屋内空気温度等）、居住者が設定した制御要素（運転モード、部屋内設定空気温度等）に応じて適当な吹き出し温度の設定値を算出し、ミキシングユニット制御部へ出力するようにしてもよい。

なお、室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風の温度は、制御部が制御する室外ユニット１及び室内ユニット２ａ，２ｂでの熱処理に依存する。このため、ステップＳＴ１でミキシングユニット制御部が取得する温度は、居住者が希望する温熱環境に応じて制御部が室外ユニット１及び室内ユニット２ａ，２ｂを制御することによる成り行きの温度となる。または、ステップＳＴ２で吹き出し温度の設定値を得た次のサイクルにおいては、該設定値を実現するのに最も効率的な室内ユニット２ａ，２ｂからの温風又は冷風を得られるように、室内ユニット２ａ，２ｂから送られる温風又は冷風の温度を積極的に制御部が制御してもよい。

次に、ミキシングユニット制御部は、部屋１０１〜１０４への吹き出し温度がステップＳＴ２で取得した設定温度になるように、バルブ４５ａ，４５ｂを制御して、バルブ４５ａ，４５ｂの開度を調節する（ステップＳＴ３）。
ここでは、室内ユニット２ａから送られた風が１５度、室内ユニット２ｂから送られた風が２５度、部屋１０１への吹き出し設定温度が１５度、部屋１０２への吹き出し設定温度が２０度、部屋１０３への吹き出し設定温度が２０度、部屋１０４への吹き出し設定温度が２５度であったものとして説明する。

この場合、部屋１０１へのダクト５１につながる集合管４６１へ入る室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風の流量を調節するバルブ４５ａ，４５ｂについては、バルブ４５ａを開、バルブ４５ｂを閉とする。
また、部屋１０２へのダクト５２につながる集合管４６２へ入る室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風の流量を調節するバルブ４５ａ，４５ｂについては、どちらも開とする。このとき、バルブ４５ａ，４５ｂを通る流量が同程度となるようにバルブ４５ａ，４５ｂを開とする。具体的には、室内ユニット２ａ，２ｂで生成する温風又は冷風の風量が同じであれば、バルブ４５ａ，４５ｂの開度は同じとすればよく、室内ユニット２ａ，２ｂで生成する温風又は冷風の風量がそもそも異なるのであれば、その風量を考慮した開度とすればよい。

また、部屋１０３へのダクト５３につながる集合管４６３へ入る室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風の流量を調節するバルブ４５ａ，４５ｂについては、どちらも開とする。このとき、バルブ４５ａ，４５ｂを通る流量が同程度となるようにバルブ４５ａ，４５ｂを開とする。
また、部屋１０４へのダクト５４につながる集合管４６４へ入る室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風の流量を調節するバルブ４５ａ，４５ｂについては、バルブ４５ａを閉、バルブ４５ｂを開とする。

このようにして、集合管４６１〜４６４で混合されて吹き出し設定温度となった風は、ダクト５１〜５４を通り、部屋１０１〜１０４それぞれへと吹き出される。
なお、同一の集合管に対して設けられた一組のバルブ４５ａ，４５ｂでは、開度の比によって混合後の温度を設計するが、その比を保ちつつどの程度バルブ４５ａ，４５ｂを開くかは、居住者が設定する吹き出し口からの吹き出し風量等を考慮して調節すればよい。
また、空調システムの運転開始時、又は、急激に吹き出し温度の設定値が変化したとき等には、室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風の混合比を変更しても設定値を満足できないことがある。この場合は、室内ユニット２ａ，２ｂから送られた温風又は冷風の温度のうち、吹き出し温度の設定値に近い方の温風又は冷風のみを吹き出すようにバルブ４５ａ，４５ｂを制御するなどすればよい。

以上のようにこの実施の形態１によれば、複数の部屋を対象に空調を行う空調システムにおいて、異なる温度の風を生成する室内ユニット２ａ，２ｂと、室内ユニット２ａ，２ｂが生成した異なる温度の風の混合比を調節し、混合した混合空気がそれぞれの設定温度となるように制御するバルブ４５ａ，４５ｂ、集合管４６１〜４６４、ミキシングユニット制御部と、混合空気を、それぞれ対応する部屋１０１〜１０４へ通すダクト５１〜５４を備えたので、部屋間で温度差を設けた空調を行いやすく、また、吹き出し口からの吹き出し温度も部屋ごとに設定できるため、居住者それぞれの快適性を確保することができる。

また、室内ユニット２ａ，２ｂが生成した異なる温度の風を、それぞれ複数に分岐させる分岐管４１ａ，４１ｂ、分岐管４３ａ，４３ｂを備え、分岐管４１ａ，４１ｂ、分岐管４３ａ，４３ｂから室内ユニット２ａ，２ｂが生成した異なる温度の風が分岐する数は、それぞれ可変としたので、空調対象の部屋が増えて吹き出し口を新設するとき等、吹き出し口の設置数等の変化に容易に対応することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 室外ユニット
２ａ，２ｂ 室内ユニット（風生成部）
３ 換気ユニット
４ ミキシングユニット
５ａ，５ｂ ダクト
４１ａ，４１ｂ 分岐管（分岐部）
４２ａ，４２ｂ ダクト
４３ａ，４３ｂ 分岐管（分岐部）
４４ａ，４４ｂ ダクト
４５ａ，４５ｂ バルブ（混合制御部）
４６１〜４６４ 集合管（混合制御部）
５１〜５４ ダクト
１０１〜１０４ 部屋

Claims (3)

1. 複数の部屋を対象に空調を行う空調システムにおいて、
   異なる温度の風を生成する第１及び第２の風生成部と、
   前記第１及び第２の風生成部が生成した異なる温度の風の混合比を調節し、混合した混合空気がそれぞれの設定温度となるように制御する複数の混合制御部と、
   前記複数の混合制御部それぞれで制御した混合空気を、それぞれ対応する前記部屋へ通す複数のダクトとを備えることを特徴とする空調システム。
2. 前記第１及び第２の風生成部が生成した異なる温度の風を、それぞれ複数に分岐させる分岐部を備え、
   前記分岐部から前記第１及び第２の風生成部が生成した異なる温度の風が分岐する数は、それぞれ可変であることを特徴とする請求項１記載の空調システム。
3. 複数の部屋を対象に複数のダクトを用いて空調を行う空調システムの空調方法において、
   第１及び第２の風生成部が、異なる温度の風を生成する風生成ステップと、
   複数の混合制御部が、前記風生成ステップで生成した異なる温度の風の混合比を調節し、混合した混合空気がそれぞれの設定温度となるように制御する混合制御ステップとを備えることを特徴とする空調方法。

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