JP2019027689A

JP2019027689A - 変風量コアンダ空調システム

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Publication number: JP2019027689A
Application number: JP2017147895A
Authority: JP
Inventors: 坂本　裕; Yutaka Sakamoto; 裕坂本; 瞳五十嵐; Hitomi Igarashi; 桜子山北; Sakurako Yamakita; 藤野　健治; Kenji Fujino; 健治藤野; 大輔羽鳥; Daisuke Hatori; 信洋平須賀; Nobuhiro Hirasuga; 駿加藤; Shun Kato; 隆之木場; Takayuki Koba; 正行岡島; Masayuki Okajima
Original assignee: Shinryo Corp; Shibaura Institute of Technology; Kyoritsu Air Tech Inc; Shinryo Air Conditioning Co Ltd; Mitsubishi Jisho Sekkei Inc
Current assignee: Shinryo Corp; Shibaura Institute of Technology; Kyoritsu Air Tech Inc; Shinryo Air Conditioning Co Ltd; Mitsubishi Jisho Sekkei Inc
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2037-07-31
Also published as: JP6453951B1

Abstract

【課題】室内の温熱環境や換気効率の向上を図ると共に、搬送動力の低減を図る。【解決手段】本発明は、制気口１６より空気の流通方向上流側に設けられる吹出しチャンバー２８と、吹出しチャンバー２８内において空気の流通方向に交差する幅方向に設けられる回転軸３１と、回転軸３１を支点に上下に回動可能に設けられる可動羽根３２と、を備え、可動羽根３２は、回転軸３１より空気の流通方向上流側に設けられるウェイト部３３と、吹出しチャンバー２８内を流通する空気が当たるように回転軸３１より空気の流通方向下流側に形成される風受け部３４と、を備え、風受け部３４に当たる空気の風量が増加するに従って、制気口１６の吹き出し面積を増加させる方向に可動羽根３２が回動することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、室内の熱負荷に応じて変風量で制気口から室内側に吹き出される空気を、コアンダ効果を利用して天井面に沿わせて室内の空調を行う変風量コアンダ空調システムに関する。

事務所ビルや展示施設などにおいて、階高低減やダクト工事削減・搬送動力低減等を実現するシステムとして、天井面に吹出噴流を這わせて気流の到達距離を伸ばすコアンダ空調システムがある。

コアンダ空調システムは、到達距離が減じないように一定の風量(吹出風速)を維持する必要がある。そのため、室内の熱負荷が少ない時に送風量を減らす変風量制御をコアンダ空調に採用しようとすると、吹出し空気の到達距離不足により室内の温熱環境の悪化や換気効率の悪化を招いてしまう。したがって、従来、コアンダ空調システムにおいて変風量制御を採用することはできなかった。

そこで、従来のコアンダ空調システムとしては、例えば、特許文献１に記載されているように、条件によって冷却を停止し、室温と同等の空気を送風することで、空調空気をより遠くへ飛ばし、室内空気を撹拌することで、空調空気を室内に均等に行き渡らせようとする技術が知られている。

特開２０１１−２２６７３９号公報

しかしながら、上記した従来のコアンダ空調システムでは、室内の温度ムラを解消するために室内空気を撹拌することを目的としており、吹出し空気を変風量制御している訳ではないため、搬送動力を低減する効果を得ることができない。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、室内の温熱環境や換気効率の向上を図ると共に、搬送動力の低減を図ることのできる変風量コアンダ空調システムを提供することを目的とするものである。

上記した目的を達成するため、本発明は、室内の熱負荷に応じて制気口から変風量で室内側に吹き出される空気を、コアンダ効果を利用して天井面に沿わせて室内の空調を行う変風量コアンダ空調システムであって、前記制気口より空気の流通方向上流側に設けられる吹出しチャンバーと、前記吹出しチャンバー内において空気の流通方向に交差する幅方向に設けられる回転軸と、前記回転軸を支点に上下に回動可能に設けられる可動羽根と、を備え、前記可動羽根は、前記回転軸より空気の流通方向上流側に設けられるウェイト部と、前記吹出しチャンバー内を流通する空気が当たるように前記回転軸より空気の流通方向下流側に形成される風受け部と、を備え、前記風受け部に当たる空気の風量が増加するに従って、前記制気口の吹き出し面積を増加させる方向に前記可動羽根が回動することを特徴とする。

また、本発明の変風量コアンダ空調システムにおいて、前記可動羽根は、最大風量時に水平姿勢を維持し、風量が減少するに従って傾斜角度が大きくなるように回動することを特徴とする。
また、本発明の変風量コアンダ空調システムにおいて、前記ウェイト部の先端には錘が取り付けられていることを特徴とする。
また、本発明の変風量コアンダ空調システムにおいて、前記制気口は、幅方向に細長い形状を有していることを特徴とする。

本発明によれば、室内の温熱環境や換気効率の向上を図ると共に、搬送動力の低減を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムの全体構成を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムの制気口廻りの内部構成を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムの制気口廻りの内部構成を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムの制気口を示す正面図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、最小風量時の可動羽根の動作を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、最大風量時の可動羽根の動作を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、ＶＡＶ開度が３０％の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、ＶＡＶ開度が４０％の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、ＶＡＶ開度が５０％の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、ＶＡＶ開度が６０％の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、ＶＡＶ開度が７０％の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、ＶＡＶ開度が８０％の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、ＶＡＶ開度が９０％の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、ＶＡＶ開度が１００％の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムの年間搬送動力の低減効果を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム１０について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム１０によって事務室内の空調を行う場合について例示して説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム１０の全体構成を示す概略図であり、矢印及び白抜き矢印はいずれも空気の流通方向を示している。この変風量コアンダ空調システム１０は、間仕切壁１１を介して事務室に隣接する機械室内にそれぞれ設置される空調機１２、全熱交換器１３、及び可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４と、間仕切壁１１の天井面１５に近接した位置に設置される制気口１６と、間仕切壁１１の床面１７に近接した位置に設置される室内還気口１８と、を備えており、機械室は還気チャンバーを形成している。

空調機１２は、二次側外気導入ダクト１９を介して全熱交換器１３の二次側と接続されると共に、給気ダクト２０を介して可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４と接続されている。また、空調機１２には還気口２１が接続されており、還気口２１は機械室内において開口されている。

全熱交換器１３は、一次側排気ダクト２２を介して外部排気口２３に接続されていると共に、一次側外気導入ダクト２４を介して外気取入口２５に接続されている。また、全熱交換器１３の二次側には排気口２６が接続されており、排気口２６は機械室内において開口されている。

図２〜図４に良く示されているように、制気口１６は、空気の流通方向に交差する左右幅方向に細長い長方形状のユニバーサル（ＶＨ）型の吹出口であり、例えば、１０００ｍｍの幅と１２５ｍｍの高さを有している。制気口１６より空気の流通方向上流側には吹出しチャンバー２８が接続されている。吹出しチャンバー２８は、扁平な直方体形状を有し、幅と高さは制気口１６に対応する寸法を有しており、空気の流通方向に沿った長さは、例えば、４２０ｍｍを有している。吹出しチャンバー２８の底面の空気の流通方向上流側には、左右幅方向に細長い凹部２９が形成されている。

また、吹出しチャンバー２８には、凹部２９より空気の流通方向上流側に整流用パンチング板３０が吹き出しチャンバー２８の開口を閉塞する垂直向きに取り付けられている。整流用パンチング板３０は、例えば、０．８ｍｍの厚みを有する鋼製であり、直径６ｍｍの孔が６０度の千鳥状に形成され、４０．３％の開口率を有している。

吹出しチャンバー２８の内部の底面に近接した位置には、左右幅方向に水平姿勢で回転軸３１が設けられている。回転軸３１は、吹出しチャンバー２８の左右側面と中央部の３箇所において、それぞれ、軸受２７を介して回転自在に支持されている。この回転軸３１には可動羽根３２が支持されており、可動羽根３２は吹出しチャンバー２８の内部において回転軸３１を支点に上下に回動可能に設けられている。

可動羽根３２は、例えば、１．５ｍｍの厚みを有するアルミニウム板により形成され、吹出しチャンバー２８の内幅に対応した幅寸法を有している。可動羽根３２は、回転軸３１より空気の流通方向上流側に設けられるウェイト部３３と、回転軸３１より空気の流通方向下流側に設けられる風受け部３４と、により構成されている。可動羽根３２は、吹出しチャンバー２８内を流通する風量が最大の時に水平姿勢を維持するように形成されている（図２の実線参照）。そして、可動羽根３２は、吹出しチャンバー２８内を流通する風量が減少するに従って傾斜角度αが大きくなり、吹出しチャンバー２８内を流通する風量が最小の時に傾斜角度αが最大となるように回動するようになっている（図２の破線参照）。

ウェイト部３３の先端には錘３５が取り付けられており、錘３５は、例えば、一辺が１６ｍｍの鋼製角パイプにより構成されている。錘３５の重量は、吹出しチャンバー２８内を流通する風量が最小の時における、回転軸３１回りの風受け部３４の重量によるモーメント及び風受け部３４に対する風圧によるモーメントと、錘３５を含むウェイト部３３の重量によるモーメントとの釣り合いの等式に基づき決定される。錘３５の選定は、風量の均一性と最小風量時の風速確保の観点から、前記釣り合いの等式から求められた計算値を０．９〜１．１倍した範囲から選定されるのが好ましく、本発明の実施の形態において、錘３５は、前記釣り合いの等式から求められた計算値を０．９倍して、０．６６ｋｇに設定されている。また、錘３５は、吹出しチャンバー２８内を流通する風量が最小の時に凹部２９に収容されるようになっている。

可動羽根３２におけるウェイト部３３の長さ寸法Ｌ１と風受け部３４の長さ寸法Ｌ２との比は、任意であるが、風受け部３４の長さＬ２が短過ぎると錘３５の重量の選定を高精度で行う必要がある一方、ウェイト部３３の長さＬ１が短過ぎると製造し難くなる虞があるため、１：３程度に設定するのが好ましい。

風受け部３４の先端には上方に傾斜又は湾曲したガイド部３６が形成されている。また、吹出しチャンバー２８の内部の制気口１６に近接した位置には、可動羽根３２の傾斜角度αが最大となった時に風受け部３４のガイド部３６の上端とほぼ同じ高さになるように第１ガイド板３７が水平姿勢で形成されている。さらに、第１ガイド板３７の上方であって、吹出しチャンバー２８の上板の内面側には、第２のガイド板３８が形成されている。第２のガイド板３８の空気の流通方向上流側端部は上方に傾斜しており、最小風量時に吹出しチャンバー２８内を流通する空気が第１のガイド板３７と第２のガイド板３８の間に案内されるようになっている。

また、吹出しチャンバー２８の底面にはストッパ板３９が固定されている。ストッパ板３９は、凹部２９と整流用パンチング板３０の間から空気の流通方向下流側に向かって上傾し、凹部２９の上方において水平姿勢となるように形成されている。これにより、最大風量時に可動羽根３２のウェイト部３３にストッパ部３９が係合して、ウェイト部３２がさらに上方に回動するのを抑制することで、可動羽根３２の水平姿勢が維持されるようになっている（図２の実線参照）。

次に、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム１０の作用について説明する。

本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム１０では、事務室内の熱負荷に応じて、可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４の開度が制御され、吹出しチャンバー２８及び制気口１６を流通する空気の風量が調整される。この時、可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４の開度が最小となり、吹出しチャンバー２８及び制気口１６を流通する空気の風量が最小になった場合、可動羽根３２の風受け部３４に当たる空気の風量が減少するため、図５に示されているように、錘３５が凹部２９の底面に接触し、可動羽根３２の傾斜角度αは最大となる。

その後、可動羽根３２の風受け部３４に当たる空気の風量が増加するに従って、可動羽根３２の風受け部３４は回転軸３１を支点として、制気口１６の吹き出し面積を増加させる方向（下方）に回動する。そして、可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４の開度が最大となり、吹出しチャンバー２８及び制気口１６を流通する空気の風量が最大になると、可動羽根３２の風受け部３４に当たる空気の風量が増加するため、図６に示されているように、可動羽根３２は水平姿勢となり、制気口１６の吹き出し面積は最大となる。この時、可動羽根３２のウェイト部３３にストッパ部３９が係合し、ウェイト部３２の上方へのさらなる回動が抑制されるため、可動羽根３２の水平姿勢は維持される。

図７〜図１４は、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム１０において、制気口１６から吹き出される空気の最大風量を１０００ｍ^３／ｈとし、可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４の開度を３０％〜１００％に変化させながら、可動羽根３２の開度と制気口１６からの吹出し面風速を実際に測定した結果を示している。なお、図７〜図１４中、上下方向の実線矢印は可動羽根３２の開度を示している。

図７は、可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４の開度を３０％（すなわち、空気の風量を３００ｍ^３／ｈ）とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根３２の開度は３０〜３５％となり、制気口１６からの吹出面風速は３〜４ｍ／ｓとなった。

また、図８は、可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４の開度を４０％（すなわち、空気の風量を４００ｍ^３／ｈ）とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根３２の開度は４４〜４８％となり、制気口１６からの吹出面風速は３〜４ｍ／ｓとなった。

また、図９は、可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４の開度を５０％（すなわち、空気の風量を５００ｍ^３／ｈ）とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根３２の開度は５５〜５８％となり、制気口１６からの吹出面風速は３〜４ｍ／ｓとなった。

また、図１０は、可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４の開度を６０％（すなわち、空気の風量を６００ｍ^３／ｈ）とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根３２の開度は６５〜６８％となり、制気口１６からの吹出面風速は３〜４ｍ／ｓとなった。

また、図１１は、可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４の開度を７０％（すなわち、空気の風量を７００ｍ^３／ｈ）とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根３２の開度は７５〜７８％となり、制気口１６からの吹出面風速ほぼ４ｍ／ｓとなった。

また、図１２は、可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４の開度を８０％（すなわち、空気の風量を８００ｍ^３／ｈ）とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根３２の開度は８３〜８６％となり、制気口１６からの吹出面風速ほぼ４ｍ／ｓとなった。

また、図１３は、可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４の開度を９０％（すなわち、空気の風量を９００ｍ^３／ｈ）とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根３２の開度は９０〜９３％となり、制気口１６からの吹出面風速ほぼ４ｍ／ｓとなった。

また、図１４は、可変風量ダンパ（ＶＡＶ）１４の開度を１００％（すなわち、空気の風量を１０００ｍ^３／ｈ）とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根３２の開度は９５％となり、制気口１６からの吹出面風速ほぼ４ｍ／ｓとなった。

このように本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム１０によれば、可動羽根３２は空気の風量に応じて概ねリニアに追従し、吹出し面風速を常時３〜４ｍ／ｓ以上に確保可能であることが分かる。

また、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム１０について、ハードウェアとして、iDetaPlex dx360M4（ＩＢＭ製）、ソフトウェアとして、STREAM ver12.0（ソフトウェアクレイドル製）、乱流モデルとして、k-ε型２方程式モデル、移流項差分スキームとして、QUICKをそれぞれ用いた解析環境において、数値気流シミュレーションを行ったところ、事務室内が低負荷（小風量）時であっても、制気口１６からの到達距離を十分に確保できることが分かった。したがって、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム１０によれば、低負荷時においても制気口１６からの吹出し面風速を所定風速に維持することができるため、冷房時に、コアンダ効果を利用して空気を天井面１５に沿わせて気流の到達距離を確保することができ、室内の途中で下降流が発生するのを防止することができる。

さらに、従来の定風量ダクト空調システム、従来の定風量コアンダ空調システム、及び本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム１０のそれぞれについて、実際のオフィスビルの空調運用データ（１０分間隔１年分）から空調時間、室内負荷処理データを用い、架空の空調システムを設定し、それぞれ１０分毎に必要搬送動力を推定し、月毎及び通年で集計することによって、年間搬送動力を試算した。なお、この時の試算条件としては、空調機の設計風量を８０００ｍ^３／ｈ、変風量時の最小風量を最大風量の４０％（但し、１１月〜３月までの暖房期は、上下温度ムラから大幅な風量低減が困難なため、最小風量を最大風量の９０％）、圧力損失は風量の二乗に比例させ、送風機効率は０．６とした。

その結果、図１５に示されているように、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム１０によれば、従来の定風量ダクト空調システムや定風量コアンダ空調システムと比べて、年間搬送動力を約６５％低減できることが分かった。

なお、上記した本発明の実施の形態の説明は、本発明に係る変風量コアンダ空調システムにおける好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１０変風量コアンダ空調システム
１５天井面
１６制気口
２８吹出しチャンバー
３１回転軸
３２可動羽根
３３ウェイト部
３４風受け部
３５錘

Claims

室内の熱負荷に応じて変風量で制気口から室内側に吹き出される空気を、コアンダ効果を利用して天井面に沿わせて室内の空調を行う変風量コアンダ空調システムであって、
前記制気口より空気の流通方向上流側に設けられる吹出しチャンバーと、
前記吹出しチャンバー内において空気の流通方向に交差する幅方向に設けられる回転軸と、
前記回転軸を支点に上下に回動可能に設けられる可動羽根と、
を備え、前記可動羽根は、
前記回転軸より空気の流通方向上流側に設けられるウェイト部と、
前記吹出しチャンバー内を流通する空気が当たるように前記回転軸より空気の流通方向下流側に形成される風受け部と、
を備え、
前記風受け部に当たる空気の風量が増加するに従って、前記制気口の吹き出し面積を増加させる方向に前記可動羽根が回動することを特徴とする変風量コアンダ空調システム。
前記可動羽根は、最大風量時に水平姿勢を維持し、風量が減少するに従って傾斜角度が大きくなるように回動する請求項１に記載の変風量コアンダ空調システム。
前記ウェイト部の先端には錘が取り付けられている請求項１又は２に記載の変風量コアンダ空調システム。
前記制気口は、幅方向に細長い形状を有している請求項１〜３のいずれかの請求項に記載の変風量コアンダ空調システム。