JP2023164064A - 空気調和システム - Google Patents

Abstract

【課題】快適性を向上させながら各部屋の空調を行うことができるとともにコスト低減を図ることができる空気調和システムを提供すること。
【解決手段】実施形態に係る空気調和システムは、複数の部屋を有する住宅に用いられる空気調和システムであって、空調機と、循環ファンと、吹出口とを備える。空調機は、壁掛け式のものである。循環ファンは、階間または小屋裏に設けられる。吹出口は、循環ファンから送出された空気が吹き出される吹出口であり、空調機の近傍に設けられる。そして、吹出口から吹き出す空気は、空調機から吹き出される温調空気と干渉する。
【選択図】図３

Description

開示の実施形態は、空気調和システムに関する。

従来、複数の部屋を有する住宅に用いられる空気調和システムにおいて、ダクト式や壁掛け式の空調機を備え、空調機から通風路を介して各部屋へ温調空気を供給するものが知られている。このような空気調和システムにおいて、床下、階間または小屋裏に空調機や空調室が設置され、床下、階間または小屋裏へとダクトによって通風路が形成されるものが知られている（たとえば、特許文献１～３）。

特開２０２１－１９６１３３号公報 特開２０２１－０３８８７３号公報 特開２０１９－０６５６８７号公報

しかしながら、上記したような従来の空気調和システムでは、同じ室内であっても空調機の吹出口の近傍の空間の温度と風が届かない空間の温度とに温度ムラがあるため、部屋の人に不快感を与えることがあった。なお、このような温度ムラは、温調空気の吹き出し範囲が狭い壁掛け式の空調機においてより顕著となる。また、空調機の温調空気が直接当たることも部屋の人に不快感を与えていた。

また、上記したような従来の空気調和システムは、床下、階間または小屋裏に空調機や空調室を設置する必要があり、さらに、通風路としてダクトを設置する必要があるため、コストが嵩むものであった。

実施形態の一態様は、快適性を向上させながら各部屋の空調を行うことができるとともにコスト低減を図ることができる空気調和システムを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る空気調和システムは、複数の部屋を有する住宅に用いられる空気調和システムであって、壁掛け式の空調機と、階間または小屋裏に設けられる循環ファンと、前記空調機の近傍に設けられる、前記循環ファンから送出された空気が吹き出される吹出口とを備え、前記吹出口から吹き出す空気は前記空調機から吹き出される温調空気と干渉する。

実施形態の一態様によれば、快適性を向上させながら各部屋の空調を行うことができるとともにコスト低減を図ることができる。

図１は、実施形態に係る空気調和システムの概略構成を示す図である。 図２は、循環ファンおよび吸込口の制御構成を示す図である。 図３は、実施形態に係る空気調和システムにおける循環流を示す図である。 図４は、循環ファンによる気流制御の一例を示す図（その１）である。 図５は、循環ファンによる気流制御の一例を示す図（その２）である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する空気調和システムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

複数の部屋を有する住宅に用いられる空気調和システムには、ダクト式や壁掛け式の空調機を備え、空調機から通風路を介して各部屋へ温調空気を供給するものがある。このような空気調和システムには、床下、階間または小屋裏に空調機や空調室が設置され、床下、階間または小屋裏へとダクトによって通風路が形成されるものがある。

このような空気調和システムでは、部屋数よりも少ない空調機でそれぞれの部屋内を空調することができる。一方で、温調空気の吹き出し範囲が狭いため、同じ室内であっても空調機の吹出口の近傍の空間の温度と風が届かない空間の温度とに温度ムラが生じ、部屋の人に不快感を与えることがある。

また、床下や小屋裏においてチャンバー化した通風路内に空調機を設置した場合、夏場などに狭い通風路内で冷気を吹き出すことで露点温度の低い温度が溜まり、通風路内に結露が発生してカビなどが発生するおそれがある。

また、空調機やダクトが床下や小屋裏に隠蔽されていることから、専門業者以外の者がメンテナンスを行うことがむずかしく、メンテナンス性が低い。また、専用の空調機やダクトを設置する必要があるため、コスト（イニシャルコスト）が嵩む。

そこで、上記のような問題点を解消する空気調和システム、すなわち、快適に使用することができ、結露を防止することができ、メンテナンス性が高く、コスト低減が可能な空気調和システムの実現が期待されている。

＜空気調和システムの概略構成＞
まず、図１を参照して実施形態に係る空気調和システム１の概略構成について説明する。図１は、実施形態に係る空気調和システム１の概略構成を示す図である。なお、図１には、空気調和システム１が設置される住宅１０の側断面を模式的に示している。

図１に示すように、空気調和システム１は、複数の部屋１４を有する後述する住宅１０の空調（全館空調）に用いられる。空気調和システム１が設置される住宅１０は、たとえば、２階建ての住宅であり、床下１１と、階間１２と、小屋裏１３と、複数の部屋１４（１４ａ～１４ｅ）とを備える。床下１１は、１階の下方に設けられる。階間１２は、１階と２階との間に設けられる。小屋裏１３は、２階の上方に設けられる。床下１１、階間１２および小屋裏１３は、空気が流通するための所定の空間を形成している。

複数の部屋１４は、たとえば、１階に２部屋（部屋１４ａ，１４ｂ）、２階に３部屋（部屋１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ）設けられる。１階の部屋１４ａ，１４ｂは、上下は床１５と天井１６とで区画され、前後左右は壁１７で区画される。また、２階の部屋１４ｃ，１４ｄ，１４ｅは、１階の部屋１４ａ，１４ｂと同様、上下は床１５と天井１６とで区画され、前後左右は壁１７で区画される。

図１に示すように、空気調和システム１は、空調機２と、循環ファン３と、吹出口３ａと、吸込口４とを備える。空調機２は、温度調整された空気（温調空気）を送風するエアコンディショナ（エアコン）である。空調機２は、部屋１４の壁１７に設けられる、いわゆる壁掛け式のものである。空調機２の熱源となる図示しない空調室外機は、屋外（住宅１０の室外）に設けられていれば良い。

空気調和システム１では、空調機２として、住宅用として普及している壁掛け型のものを使用することができる。また、吹出口３ａの位置を部屋１４に設置されている既存の空調機の近傍に設置すれば、空調機を新設することなく本発明の空気調和システムとすることができる。空調機２は、たとえば、住宅１０の１階の空調に使用されるものは１階の部屋１４（図示の例では、部屋１４ｃ）に設けられ、住宅１０の２階の空調に使用されるものは２階の部屋１４（図示の例では、部屋１４ｅ）に設けられる。なお、空調機２は、１つの階について部屋１４の数よりも少ない数である。

空調機２は、１階に設けられる場合、階間１２の外部に設けられる。言い換えると、１階に設けられる空調機２は、階間１２の空間内には設けられない。また、空調機２は、２階に設けられる場合、小屋裏１３の外部に設けられる。言い換えると、２階に設けられる空調機２は、小屋裏１３の空間内には設けられない。

循環ファン３は、空調機２と少なくとも同じ数だけ設けられる。循環ファン３は、１階に設けられる場合、階間１２の内部に設けられる。１階に設けられる循環ファン３は、吸込口４から取り込まれ階間１２を流れる空気Ａ３１（図３参照）を、後述する吹出口３ａから部屋１４の内部へと送風する。

また、循環ファン３は、２階に設けられる場合、小屋裏１３の内部に設けられる。２階に設けられる循環ファン３は、吸込口４から取り込まれ小屋裏１３を流れる空気Ａ３１を、後述する吹出口３ａから部屋１４の内部へと送風する。

循環ファン３の吹出口３ａは、部屋１４の天井１６に設けられる。各階において、吹出口３ａは、空調機２の近傍に設けられる。ここでいう近傍とは、吹出口３ａから吹き出される風が、空調機２から吹き出される風に影響を与えることのできる位置であれば良い。また、循環ファン３は、吹出口３ａの近傍に設けられることが好ましい。循環ファン３から吹き出される風の風速が、階間１２または小屋裏１３を流れる間に大きく減少しない位置であれば良い。

また、吹出口３ａには、この吹出口３ａから吹き出される空気Ａ２（図３参照）の向きを変更可能にするための、風向板が設けられていても良い。吹出口３ａから吹き出される風向を変更することで、温調空気Ａ１に対して空気Ａ２をより確実に干渉させることができる。

吸込口４は、羽根板をブラインド状に取り付けた、いわゆるガラリであり、各部屋１４（部屋１４ａ～１４ｅ）の天井１６に設けられる。吸込口４は、１階に設けられる場合、部屋１４と階間１２とを連通している。また、吸込口４は、２階に設けられる場合、部屋１４と小屋裏１３とを連通している。

また、吸込口４は、たとえば、ダンパ構造を備えており、この吸込口４の開度が調整可能に構成される。

＜循環ファンおよび吸込口の制御構成＞
次に、図２を参照して循環ファン３および吸込口４の制御構成について説明する。図２は、循環ファン３および吸込口４の制御構成を示す図である。

図２に示すように、空気調和システム１は、制御部２０と、人感センサ３０とをさらに備える。制御部２０は、開度制御部２１と、気流制御部２２とを備える。開度制御部２１は、後述する人感センサ３０の検知結果に基づいて吸込口４を制御する。気流制御部２２は、循環ファン３を制御する。

なお、制御部２０（開度制御部２１および気流制御部２２）は、ハードウェアとして、たとえば、プロセッサによって実現される。制御部２０を実現するプロセッサの一例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などがある。

また、制御部２０（開度制御部２１および気流制御部２２）は、記憶部（図示せず）を有する。記憶部は、たとえば、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などのメモリ手段によって実現される。

人感センサ３０は、たとえば、赤外線センサや超音波センサであり、各部屋１４（図１参照）に人が在室しているかや、入退室する人を検知する。人感センサ３０は、各部屋１４において入退室した人数を検知することができる。なお、人感センサ３０は、たとえば、部屋１４の壁１７に設けられる。

空気調和システム１では、人感センサ３０によって検知した人数に応じて、開度制御部２１によって吸込口４の開度を制御する。たとえば、空調機２が冬場の暖房運転の場合には、開度制御部２１は、部屋１４の人数が少ないほど吸込口４の開度を広げて部屋１４へ供給する空気の温度を素早く上げるように制御する。また、たとえば、空調機２が冬場の暖房運転の場合には、部屋１４の人数が多いほど吸込口４の開度を狭めて部屋１４へ供給する空気の温度をゆっくり上げるように制御する。このように制御することで、室内の人体からの放熱により室内の温度が目標温度を超えて上昇することを避けることができる。

また、たとえば、空調機２が夏場の冷房運転の場合には、部屋１４の人数が多いほど吸込口４の開度を広げて部屋１４へ供給する空気の温度を素早く下げるように制御する。また、たとえば、部屋１４の人数が少ないほど吸込口４の開度を狭めて部屋１４へ供給する空気の温度をゆっくり下げるように制御する。このように室内の人体からの放熱量を考慮して制御することで、室内の温度が目標温度に到達する時間を短くすることができる。

なお、吸込口４の開度の制御は、上記したような人感センサ３０を用いた自動制御の他、たとえば、リモコンなどからの無線通信によって行ってもよい。

気流制御部２２は、循環ファン３を制御することで、吹出口３ａから吹き出す空気Ａ２（図３参照）の向きを制御する。たとえば、空調機２の温調空気Ａ１（図３参照）の向きに応じて吹出口３ａから吹き出す空気Ａ２の向きを変更することで、後述するように、空調機２の温調空気に対して吹出口３ａからの空気をより確実に干渉させることができる。

また、気流制御部２２は、循環ファン３を制御することで、吹出口３ａから吹き出す空気Ａ２（図３参照）の流れを制御する。たとえば、吹出口３ａから吹き出す空気Ａ２の流れを制御することで、後述するように、たとえば、空調機２が暖房運転の場合において吹出口３ａから下方へ向かう空気Ａ２の流れとなる床面送風が可能となる。また、たとえば、空調機２が冷房運転の場合において吹出口３ａから空調機２の温調空気Ａ１と交差するように向かう空気Ａ２の流れとなるミックス送風が可能となる。

＜空気調和システムにおける循環流＞
次に、図３を参照して実施形態に係る空気調和システム１における循環流Ａ３２について説明する。図３は、実施形態に係る空気調和システム１における循環流Ａ３２を示す図である。

図３に示すように、空気調和システム１では、吹出口３ａから吹き出す空気Ａ２が空調機２の温調空気Ａ１と干渉する。このように、空調機２の温調空気Ａ１と吹出口３ａから吹き出した空気Ａ２とが干渉することで、温調空気Ａ１と吹出口３ａからの空気Ａ２とが混ざり合い、たとえば、１階であれば、吹出口３ａ、部屋１４ａ，１４ｂ内、吸込口４および階間１２を連通するような空気Ａ３１の流れが形成される。そして、このような空気Ａ３１は、吹出口３ａ、部屋１４ａ，１４ｂ内、吸込口４および階間１２を循環する循環流Ａ３２となる。

また、たとえば、２階であれば、吹出口３ａ、部屋１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ内、吸込口４および小屋裏１３を連通するような空気Ａ３１の流れが形成される。そして、このような空気Ａ３１は、吹出口３ａ、部屋１４ａ，１４ｂ内、吸込口４および階間１２を循環する循環流Ａ３２となる。

なお、各階において、循環流Ａ３２は、部屋１４と部屋１４との間は、部屋１４の扉の隙間などを介して循環する。

＜循環ファンによる気流制御＞
次に、図４～６を参照して循環ファン３による気流制御について説明する。図４～６は、循環ファン３による気流制御の一例を示す図である。

図４に示すように、たとえば、空調機２が暖房運転の場合においては、吹出口３ａから下方へ向かうように空気Ａ２の流れ方向を制御することで、空気Ａ２は空調機２から吹き出される温調空気Ａ１と混ざり、温調空気Ａ１を下方へ誘導する。下方へ誘導された温調空気Ａ１は、吹出口３ａからの空気Ａ２によって床面まで到達する。温調空気Ａ１と空気Ａ２が混ざって床面を流れる暖気Ａ_Ｈは、吸込口４に向けて移動する。このように、空気調和システム１では、空調機２が暖房運転の場合においては、上記したような循環流Ａ３２である、いわゆる床面送風が可能となる。

図５に示すように、たとえば、空調機２が冷房運転の場合においては、吹出口３ａから空調機２の温調空気Ａ１と交差するように空気Ａ２の流れ方向を制御する。空気Ａ２は空調機２から吹き出される温調空気Ａ１と混ざり、冷たさが緩和された冷気Ａ_Ｃとなる。冷気Ａ_Ｃは、吸込口４に向けて移動する。このように、空気調和システム１では、空調機２が冷房運転の場合においては、上記したような循環流Ａ３２である、いわゆるミックス送風が可能となる。

また、たとえば、空調機２が冷房運転の場合においては、吹出口３ａから間欠的に吹き出され、空調機２の温調空気Ａ１と交差するように向かう空気Ａ２の流れで、空調機２の温調空気Ａ１と混ざり、冷気の冷たさを緩和しながらいわゆる１／ｆゆらぎとなるような循環流Ａ３２を形成するようにしても良い。

この他にも、空調機２の温調空気Ａ１と吹出口３ａからの空気Ａ２との干渉によって、多様な送風の演出が可能となる。なお、空気調和システム１では、気流制御部２２（図２参照）による循環ファン３の制御は行うが、空調機２は通常運転であり、空調機２に対する特別な制御は行わない。

以上説明したように実施形態に係る空気調和システム１によれば、空調機２の温調空気Ａ１が吹出口３ａから吹き出した空気Ａ２と干渉することで温調空気Ａ１と吹出口３ａからの空気Ａ２とが混ざり合い、温調空気Ａ１の温度ムラが抑制される。また、吹出口３ａが独立して空調機２の近傍に設けられることで、たとえば、空調機２の温調空気Ａ１の温度が低過ぎたり高過ぎたりしても、吹出口３ａからの空気Ａ２が空調機２の温調空気Ａ１と早い段階で混ざるため、部屋１４にいる人に温度が低過ぎたりまたは高過ぎたりした温調空気Ａ１が直接当らないようにすることができる。このようなことから、快適性を向上させながら各部屋の空調を行うことができる。また、空調室などの設置が不要となるとともに、階間１２または小屋裏１３が通風路を形成することでダクトなどの設置が不要となる。これにより、コスト低減を図ることができる。

また、空調機２が階間１２または小屋裏１３の外部に設けられることで、空調機２の交換（買い替え）や修理が容易となり、メンテナンス性を向上させることができる。また、空調機２には市販の空調機を用いることができるため、イニシャルコストを抑えることができ、コスト低減を図ることができる。

また、故障や老朽化による空調機の交換の際は、市販の空調機にて置き換えることができるため、ランニングコストを抑えることもできる。また、建物全体の温調を安定させることで、空調機の高効率な能力帯の運転状態を維持できるため、消費電力を抑えてランニングコストを抑えることができる。

また、階間１２または小屋裏１３に連通する吸込口４が各部屋１４に設けられることで、循環ファン３によって、各部屋１４、各部屋１４の吸込口４、階間１２または小屋裏１３が形成する通風路を循環する大きな循環流Ａ３２が形成されるため、住宅１０全体および各部屋１４内の温度差を小さくすることができ、快適性を向上させることができる。また、空調機２の温調空気Ａ１がダクトのような狭い通風路へ直接入って通風路内で滞らないため、通風路（階間１２または小屋裏１３）内の結露を防止することができる。

また、各部屋１４の吸込口４の開度が調整可能なため、循環流Ａ３２として各部屋１４へ供給する空気の温度（熱量）を制御することができる。

また、開度制御部２１が人感センサ３０の検知結果に基づいて吸込口４の開度を制御することで、たとえば、空調機２が冬場の暖房運転の場合には、室内の人数が少ないほど吸込口４の開度を広げて部屋１４へ供給する空気の温度を素早く上げるように制御し、室内の人数が多いほど吸込口４の開度を狭めて部屋１４へ供給する空気の温度をゆっくり上げるように制御する。また、たとえば、空調機２が夏場の冷房運転の場合には、室内の人数が多いほど吸込口４の開度を広げて部屋１４へ供給する空気の温度を素早く下げるように制御し、室内の人数が少ないほど吸込口４の開度を狭めて部屋１４へ供給する空気の温度をゆっくり下げるように制御する。このように、入室人数に応じて好適な温調が可能となり、快適性を向上させることができる。

また、たとえば、空調機２の温調空気Ａ１の向きに応じて吹出口３ａから吹き出す空気Ａ２の向きを変更する風向板を設けることで、空調機２の温調空気Ａ１に対して吹出口３ａからの空気Ａ２をより確実に干渉させることができる。これにより、温調空気Ａ１の温度ムラなどが抑制され、快適性を向上させることができる。

また、吹出口３ａから吹き出す空気Ａ２の流れを制御することで、たとえば、空調機２が暖房運転の場合において吹出口３ａから下方へ向かう空気の流れで暖気Ａ_Ｈを床面から拡散させる床面送風や、空調機２が冷房運転の場合において吹出口３ａから空調機２の温調空気Ａ１と略直交するように向かう空気の流れで温調空気Ａ１と混ざり合うミックス送風などのような多様な送風が可能となる。これにより、快適性を向上させることができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１ 空気調和システム
２ 空調機
３ 循環ファン
３ａ 吹出口
４ 吸込口
１０ 住宅
１２ 階間
１３ 小屋裏
１４ 部屋
２１ 開度制御部
２２ 気流制御部
３０ 人感センサ
Ａ１ 温調空気
Ａ２ 空気

Claims (7)

1. 複数の部屋を有する住宅に用いられる空気調和システムであって、
   壁掛け式の空調機と、
   階間または小屋裏に設けられる循環ファンと、
   前記空調機の近傍に設けられる、前記循環ファンから送出された空気が吹き出される吹出口と
   を備え、
   前記吹出口から吹き出す空気は前記空調機から吹き出される温調空気と干渉する
   空気調和システム。
2. 前記空調機は、前記階間または前記小屋裏の外部に設けられる
   請求項１に記載の空気調和システム。
3. 各部屋に設けられ、前記階間または前記小屋裏に連通する吸込口
   を備える
   請求項１または２に記載の空気調和システム。
4. 前記吸込口の開度は調整可能である
   請求項３に記載の空気調和システム。
5. 各部屋の人数を検知可能な人感センサと、
   前記人感センサの検知結果に基づいて前記吸込口の開度を制御する開度制御部と
   を備える
   請求項４に記載の空気調和システム。
6. 前記吹出口から吹き出す空気の向きは変更可能である
   請求項１に記載の空気調和システム。
7. 前記循環ファンを制御する気流制御部
   を備え、
   前記気流制御部は、前記循環ファンを制御して前記吹出口から吹き出す空気の流れを制御する
   請求項１に記載の空気調和システム。

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