JP4799478B2

JP4799478B2 - 温度調整装置

Info

Publication number: JP4799478B2
Application number: JP2007126910A
Authority: JP
Inventors: 靖暁加藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-05-11
Also published as: JP2008281295A

Description

この発明は、機器を設置した機器設置空間の温度を調整し、前記機器の使用環境温度を所定範囲に調整する温度調整装置に関するものである。

下記特許文献１には、寒冷地において効率的な冷房を可能にする外気冷房方法が開示されている。この外部冷房方法は、建物の内部において、多数の人が収容され、または多くのＯＡ機器が設置された発熱量の大きな室内空間を、外部空気を利用して冷却するものであり、とくに室内空間の温度よりも温度の低い外部空気を導入し、室内空間の空気と混合することにより、空調機の負荷を減少させ、また設備の小型化を図るものである。

また、機器を設置した機器設置空間の温度調整装置では、温度を細かく調整する場合には、機器設置空間の温度をモニタしながら、熱源の発熱量を制御することが行なわれ、簡単なものでは、バイメタルを使用したスイッチング機構により、熱源をオンオフすることが行なわれている。

特開２００６−１３２８５１号公報

機器を設置した機器設置空間の温度を調整し、機器の使用環境温度を所定範囲に調整する場合、機器の使用環境温度が所定範囲よりも低くなるような環境では、電気ヒータなどの熱源により、機器設置空間の空気を加熱する必要があり、また、機器の使用環境温度が、所定範囲を超えて上昇しないように、熱源の発熱量を制御する必要がある。この熱源の発熱量の制御には、機器設置空間の温度をモニタし、その温度を所定範囲に調整するように、熱源の発熱量を制御する。

しかし、機器の使用環境温度は、実際には所定範囲に調整されるだけで、細かな温度調整は不要な場合が殆んどであり、したがって、温度調整機能を持たない安価な熱源を使用し、機器の使用環境温度を容易に所定範囲に調整する温度調整装置の実現が望まれる。

この発明は、温度調整機能を持たない安価な熱源を使用して、機器の使用環境温度を所定範囲に調整することのできる温度調整装置を提案するものである。

この発明の第１の観点による温度調整装置は、機器を設置した機器設置空間の温度を調整し、前記機器の使用環境温度を所定範囲に調整する温度調整装置であって、前記機器設置空間内に配置され前記機器設置空間内の空気循環経路に沿って空気を循環させる送風機と、前記機器設置空間と外部を連通し前記空気循環経路に外部空気を導入する空気導入口と、前記機器設置空間と外部を連通し前記空気循環経路から外部へ空気を排出する空気排出口と、前記空気導入口の開口率を調整しこの空気導入口から前記空気循環経路に導入される外部空気量を調整する給気調整手段と、前記空気排出口の開口率を調整し前記空気循環経路から前記空気排出口を通り外部へ排気される排気空気量を調整する排気調整手段と、前記機器設置空間内に配置され一定の発熱量で前記空気循環経路を循環する空気を加熱する熱源とを備え、前記給気調整手段と前記排気調整手段は、それぞれ前記空気導入口と前記空気排出口の開口率を実質的に同じ値に調整するように構成され、前記給気調整手段と前記排気調整手段により、前記空気導入口と前記空気排出口の開口率を所定値に調整することにより、前記機器設置空間の温度を調整することを特徴とする。

また、この発明の第２の観点による温度調整装置は、機器を設置した機器設置空間の温度を調整し、前記機器の使用環境温度を所定範囲に調整する温度調整装置であって、前記機器設置空間を含む空気循環経路を形成する循環空気ダクトと、前記空気循環経路に沿って空気を循環させる送風機と、前記循環空気ダクトに設けられ前記空気循環経路に外部空気を導入する空気導入口と、前記循環空気ダクトに設けられ前記空気循環経路から外部へ空気を排出する空気排出口と、前記空気導入口の開口率を調整しこの空気導入口から前記空気循環経路に導入される外部空気量を調整する給気調整手段と、前記空気排出口の開口率を調整し前記空気循環経路から前記空気排出口を通り外部へ排気される排出空気量を調整する排気調整手段と、一定の発熱量で前記空気循環経路を循環する空気を加熱する熱源とを備え、前記給気調整手段と前記排気調整手段は、それぞれ前記空気導入口と前記空気排出口の開口率を実質的に同じ値に調整するように構成され、前記給気調整手段と前記排気調整手段により、前記空気導入口と前記空気排出口の開口率を所定値に調整することにより、前記機器設置空間の温度を調整することを特徴とする。

この発明の第１の観点による温度調整装置では、機器設置空間内に配置され前記機器設置空間内の空気循環経路に沿って空気を循環させる送風機と、前記機器設置空間と外部を連通し前記空気循環経路に外部空気を導入する空気導入口と、前記機器設置空間と外部を連通し前記空気循環経路から外部へ空気を排出する空気排出口と、前記空気導入口の開口率を調整しこの空気導入口から前記空気循環経路に導入される外部空気量を調整する給気調整手段と、前記空気排出口の開口率を調整し前記空気循環経路から前記空気排出口を通り外部へ排気される排出空気量を調整する排気調整手段と、前記機器設置空間内に配置され一定の発熱量で前記空気循環経路を循環する空気を加熱する熱源とを備え、前記給気調整手段と前記排気調整手段は、それぞれ前記空気導入口と前記空気排出口の開口率を実質的に同じ値に調整するように構成され、前記給気調整手段と前記排気調整手段により、前記空気導入口と前記空気排出口の開口率を所定値に調整することにより、前記機器設置空間の温度を調整するので、温度調整機能を持たない安価な熱源を使用して、機器の使用環境温度を所定範囲に調整することができる。

また、この発明の第２の観点による温度調整装置では、機器設置空間を含む空気循環経路を形成する循環空気ダクトと、前記空気循環経路に沿って空気を循環させる送風機と、前記循環空気ダクトに設けられ前記空気循環経路に外部空気を導入する空気導入口と、前記循環空気ダクトに設けられ前記空気循環経路から外部へ空気を排出する空気排出口と、前記空気導入口の開口率を調整しこの空気導入口から前記空気循環経路に導入される外部空気量を調整する給気調整手段と、前記空気排出口の開口率を調整し前記空気循環経路から前記空気排出口を通り外部へ排気される排出空気量を調整する排気調整手段と、一定の発熱量で前記空気循環経路を循環する空気を加熱する熱源とを備え、前記給気調整手段と前記排気調整手段は、それぞれ前記空気導入口と前記空気排出口の開口率を実質的に同じ値に調整するように構成され、前記給気調整手段と前記排気調整手段により、前記空気導入口と前記空気排出口の開口率を所定値に調整することにより、前記機器設置空間の温度を調整するので、温度調整機能を持たない安価な熱源を使用して、機器の使用環境温度を所定範囲に調整することができる。

以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明による温度調整装置の実施の形態１を示す構成図である。この実施の形態１の温度調整装置は、この発明の第１の観点による温度調整装置であり、外囲構造１０を有し、この外囲構造１０の内部に機器設置空間１５を構成し、この機器設置空間１５内に、機器２０と、送風機２１と熱源２３を配置する。

外囲構造１０は、建物または容器で構成される。外囲構造１０が建物である場合には、機器設置空間１５は、その建物内の部屋であり、また、外囲構造１０が容器である場合には、機器設置空間１５は、その容器内の内部空間である。外囲構造１０は、上壁１１と、下壁１２と、側壁１３、１４を有する。機器２０は、下壁１２上に設置され、送風機２１と熱源２３も、下壁１２上に配置される。

機器２０は、例えば空調機用のコンプレッサであり、圧縮機とそれを駆動する電気モータを内蔵する。この機器２０は、その使用環境温度を所定範囲に維持して、運転する必要がある。

送風機２１は、機器２０と間隔を置いて配置される。この送風機２１は、一定の送風能力で運転され、機器設置空間１５内に空気循環経路ＡＰを形成し、この空気循環経路ＡＰに沿って、機器設置空間１５の内部空気Ａ１を循環させる。この内部空気Ａ１は、送風機２１から機器２０に向かって、下壁１２に沿って送風され、まず側壁１４に当たって上方に曲がり、上壁１１に当たって左方に曲がり、さらに側壁１３に当たって下方に曲がり、結果として、空気循環経路ＡＰに沿って機器設置空間１５を循環する。

熱源２３は、空気循環経路ＡＰに位置するように配置される。具体的には、熱源２３は、機器２０と送風機２１の間に、送風機２１に近接して配置される。この熱源２３は、例えば電気ヒータ、具体的には温度調整機能を持たない安価な電気ヒータで構成され、一定の発熱量で、空気循環経路ＡＰを循環する内部空気Ａ１を加熱する。

外囲構造１０の側壁１３には、空気導入口３１と、空気排出口３３が設けられる。空気導入口３１は、側壁１３の下部に、送風機２１と対向するように形成される。この空気導入口３１は、外囲構造１０内の機器設置空間１５と外囲構造１０の外部とを連通し、外囲構造１０の外部に存在する外部空気Ａ２を機器設置空間１５内の空気循環経路ＡＰに導入し、内部空気Ａ１に対して外部空気Ａ２を混合する。この外部空気Ａ２は、空気導入口３１から送風機２１によって空気循環経路ＡＰに導入され、内部空気Ａ１に混合される。空気排出口３３は、空気導入口３１の上部に形成される。この空気排出口３３は、外囲構造１０の内部の機器設置空間１５と外囲器１０の外部とを連通し、内部空気Ａ１の一部を、排出空気Ａ３として外囲構造１０の外部に排出する。

空気導入口３１には、給気調整手段３５が付設され、また、空気排出口３３には、排気調整手段３７が付設される。給気調整手段３５は、空気導入口３１の開口率φを調整する調整弁であり、空気循環経路ＡＰに導入される外部空気Ａ２の外部空気量を調整する。排気調整手段３７は、空気排出口３３の開口率φを調整する調整弁であり、空気排出口３３から排出される排気空気Ａ３の排気空気量を調整する。

外囲器１０は、空気導入口３１と空気排出口３３以外の部分では、外部と連通しておらず、実質的に密封される。空気導入口３１と空気排出口３３は、互いにほぼ同じ開口面積Ｓを持って構成される。給気調整手段３５と排気調整手段３７は互いに連動し、空気導入口３１と空気排出口３３を同じ開口率φ（％）で調整し、それらの実質開口面積Ｓ×φを調整する。具体的には、給気調整手段３５が空気導入口３１の開口率をφ（％）に調整したときに、排気調整手段３７も空気排出口３３の開口率をφ（％）に調整する。

実施の形態１の温度調整装置では、熱源２３が、温度調整機能を持たず、一定の加熱量で内部空気Ａ１を加熱する。機器設置空間１５の温度は、内部空気Ａ１に対する熱の収支により決定される。この内部空気Ａ１に対する熱の収支について、以下詳しく説明する。

図２は、実施の形態１の温度調整装置における熱量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を含む機能ブロック図である。熱量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４およびそれらに関連する物理定数、変数を次の通り定義する。
Ｑ１：外部空気Ａ２の導入により機器設置空間１５に取込まれる熱量。
Ｑ２：排出空気Ａ３により機器設置空間１５から外部へ排出される熱量。
Ｑ３：機器設置空間１５で発生する熱量、すなわち熱源２３による加熱量。
Ｑ４：排出空気Ａ３以外により機器設置空間１５から外部へ排出される熱量、すなわち外囲構造１０の上壁１１、下壁１２、側壁１３、１４から外部に放出される熱量。
Ｔ１：機器設置空間１５の内部空気Ａ１の温度。
Ｔ２：外部空気Ａ２の温度。
ΔＴ：温度Ｔ１、Ｔ２の温度差（Ｔ１−Ｔ２）。
Ｃｐ：空気の比熱。
φ：給気調整手段３５および排気調整手段３７によって調整される空気導入口３１および空気排出口３３の開口率。
Ｖｏ：開口率φを１００％としたときに、空気導入口３１および空気排出口３３から導入および排出される単位時間当たりの空気の容積。
ΔＶ：開口率φのときに、空気導入口３１および空気排出口３３から導入および排出される単位時間当たりの空気の容積ΔＶ＝φ×Ｖｏ。

機器設置空間１５の内部空気Ａ１の温度Ｔ１を一定とすると、次の（１）式が成立する。
Ｑ１−Ｑ２＋Ｑ３−Ｑ４＝０（１）
また、Ｑ１、Ｑ２の間には、次の（２）式の関係がある。
Ｑ１−Ｑ２＝Ｃｐ×ΔＶ×ΔＴ（２）
さらに、Ｑ４は温度差ΔＴ＝（Ｔ１−Ｔ２）に比例するので、その比例係数をｈとすると、次の（３）式が得られる。
Ｑ４＝ｈ×ΔＴ（３）

（１）（２）（３）式を整理すると、開口率φは、次の（４）式で表わされる。
φ＝（ｈ×ΔＴ−Ｑ３）／（Ｃｐ×Ｖｏ×ΔＴ）（４）

式（４）において、比例定数ｈは外囲構造１０によって決まる定数である。また、開口率φを１００％としたときに、空気導入口３１および空気排出口３３から導入および排出される単位時間当たりの空気の容積Ｖｏは、空気導入口３１と空気排出口３３の開口面積Ｓと送風機２１の送風能力で決まり、送風機２１の送風能力は一定であるので、Ｖｏも定数である。加えて、空気の比熱Ｃｐは既知であり、また、機器設置空間１５で発生する熱量Ｑ３は、熱源２３により与えられる一定の熱量であり、これも既知である。したがって、温度差ΔＴを基準値として、（４）式によって開口率φを算出し、給気調整手段３５および排気調整手段３７をこの開口率φに調整すれば、機器設置空間１５の内部空気Ａ１の温度Ｔ１を所定範囲に調整することができる。

なお、図２において、Ｐ１は内部空気Ａ１と外部空気Ａ２の合流点であり、Ｐ２は内部空気Ａ１と排出空気Ａ３の分岐点である。

以上のように、実施の形態１の温度調整装置は、機器設置空間１５内に配置され機器設置空間１５内の空気循環経路ＡＰに沿って空気を循環させる送風機２１と、機器設置空間１５と外部を連通し空気循環経路ＡＰに外部空気Ａ２を導入する空気導入口３１と、機器設置空間１５と外部を連通し空気循環経路ＡＰから外部へ空気を排出する空気排出口３３と、空気導入口３１の開口率φを調整しこの空気導入口３１から空気循環経路ＡＰに導入される外部空気量を調整する給気調整手段３５と、空気排出口３３の開口率φを調整し空気循環経路ＡＰから空気排出口３３を通り外部へ排気される排出空気量を調整する排気調整手段３７と、機器設置空間１５内に配置され一定の発熱量で空気循環経路ＡＰを循環する空気を加熱する熱源２３とを備え、給気調整手段３５と排気調整手段３７は、それぞれ空気導入口３１と空気排出口３３の開口率φを実質的に同じ値に調整するように構成され、給気調整手段３５と前記排気調整手段３７により、空気導入口３１と空気排出口３３の開口率φを所定値に調整することにより、機器設置空間１５の温度を調整するので、温度調整機能を持たない安価な熱源２３を使用して、機器２０の使用環境温度を所定範囲に調整することができる。

実施の形態２．
図３は、この発明による温度調整装置の実施の形態２を示す構成図である。この実施の形態２の温度調整装置は、この発明の第２の観点による温度調整装置である。この実施の形態２では、図３に示すように、外囲構造１０に循環空気ダクト４０が付設され、外囲構造１０の内部の機器設置空間１５と循環空気ダクト４０とを含むように、空気循環経路ＡＰが形成される。

循環空気ダクト４０は、上部ダクト４１と、下部ダクト４３と、連結ダクト４５を含む。上部ダクト４１は、外囲構造１０の上壁１１を通じて、機器設置空間１５に連通する。下部ダクト４３は、外囲構造１０の下壁１２を通じて、機器設置空間１５に連通する。連結ダクト４５が上部ダクト４１と下部ダクト４３を連結し、機器設置空間１５から上部ダクト４１、連結ダクト４５、および下部ダクト４３を通り、機器設置空間１５に返る空気循環経路ＡＰが形成される。なお、外囲構造１０は、上部ダクト４１および下部ダクト４３との連通部分を除く他の部分では、外部と連通しておらず、実質的に密封される。

空気導入口３１は、空気導入ダクト４７に形成される。この空気導入ダクト４７は、下部ダクト４３と連結ダクト４５との連結部に結合され、空気導入口３１と空気循環経路ＡＰを連結し、空気導入口３１からの外部空気Ａ２を空気循環経路ＡＰに導入する。空気排出口３３は、空気排出ダクト４９に形成される。この空気排出ダクト４９は、上部ダクト４１と連結ダクト４５との連結部に結合され、空気排出口３３と空気循環経路ＡＰを連結し、空気循環経路ＡＰからの排出空気Ａ３を外部に排出する。

給気調整手段３５は空気導入ダクト４７の内部に配置され、また排気調整手段３７は空気排出ダクト４９の内部に配置される。また、機器２０は外囲構造１０内の機器設置空間１５の下壁１２上に設置され、また送風機２１と熱源２３は、空気循環ダクト４０の下部ダクト４３の内部に配置される。給気調整手段３５、排気調整手段３７、送風機２１、および熱源２３は、実施の形態１と同じに構成され、同じ機能を行なう。

この実施の形態２においても、（１）（２）（３）（４）式は同様に成立するので、（４）式によって、温度差ΔＴを基準値として開口率φを算出し、給気調整手段３５および排気調整手段３７をこの開口率φに調整することにより、機器設置空間１５の内部空気Ａ１の温度Ｔ１を所定範囲に調整することができる。なお、実施の形態２では、熱量Ｑ４は、排出空気Ａ３によらず、外囲構造１０の上壁１１、下壁１２、側壁１３．１４、および循環空気ダクト４０から、その外部へ放出される熱量とされる。

実施の形態２の温度調整装置は、機器設置空間１５を含む空気循環経路ＡＰを形成する循環空気ダクト４０と、空気循環経路ＡＰに沿って空気を循環させる送風機２１と、循環空気ダクト４０に設けられ空気循環経路ＡＰに外部空気Ａ２を導入する空気導入口３１と、循環空気ダクト４０に設けられ空気循環経路ＡＰから外部へ空気を排出する空気排出口３３と、空気導入口３１の開口率φを調整しこの空気導入口３１から空気循環経路ＡＰに導入される外部空気量を調整する給気調整手段３５と、空気排出口３３の開口率φを調整し空気循環経路ＡＰから空気排出口３３を通り外部へ排気される排出空気量を調整する排気調整手段３７と、一定の発熱量で空気循環経路ＡＰを循環する空気を加熱する熱源２３とを備え、給気調整手段３５と排気調整手段３７は、それぞれ空気導入口３１と空気排出口３３の開口率φを実質的に同じ値に調整するように構成され、給気調整手段３５と排気調整手段３７により、空気導入口３１と空気排出口３３の開口率φを所定値に調整することにより、機器設置空間１５の温度を調整するので、温度調整機能を持たない安価な熱源２３を使用して、機器２０の使用環境温度を所定範囲に調整することができる。

また、実施の形態２では、実施の形態１に比べて、空気導入口３１からの外部空気Ａ２と、排出空気Ａ３とをより確実に分離し、外部空気Ａ２が直接排気空気Ａ３と混合するの
を回避することができるので、機器設置空間１５の内部空気Ａ１の温度を、より安定して調整し、機器２０の使用環境温度を所定範囲に調整することができる。

また、実施の形態２のように、送風機２１と熱源２３を空気循環ダクト４０に配置することにより、機器設置空間１５に配置する必要がなくなるので、機器設置空間１５をより小型に構成することができる。

実施の形態３．
図４は、この発明による温度調整装置の実施の形態３を示す構成図である。この実施の形態３は、実施の形態１における熱源２３を、加熱ダクト２５と、この加熱ダクト２５により加熱される熱交換器２７を用いて構成したものである。その他は、実施の形態１と同じに構成される。

加熱ダクト２５は、外囲構造１０の外部に導出されており、外囲構造１０の外部から加熱媒体の供給を受ける。この加熱媒体には、外囲構造１０の外部に設置された他の機器または装置からの排熱、または地熱、熱泉などで加熱された空気、水などが利用され、一定の加熱量を発生する。熱交換器２７は、機器設置空間１５に配置され、加熱ダクト２５により加熱され、空気循環経路ＡＰを循環する内部空気Ａ１を加熱する。

この実施の形態３では、実施の形態１による効果に加え、加熱ダクト２５の加熱媒体として、他の機器または装置の排熱、地熱、熱泉などを利用することにより、熱エネルギーの有効活用を図ることができる。

実施の形態４．
この実施の形態４は、実施の形態２における熱源２３を、実施の形態３と同様に、加熱ダクト２５と、この加熱ダクト２５により加熱される熱交換器２７を用いて構成したものである。その他は、実施の形態２と同様に構成される。

この実施の形態４では、実施の形態２による効果に加え、加熱ダクト２５の加熱媒体として、他の機器または装置の排熱、地熱、熱泉などを利用することにより、熱エネルギーの有効活用を図ることができる。

この発明による温度調整装置の実施の形態１を示す構成図である。実施の形態１の機能ブロック図である。この発明による温度調整装置の実施の形態２を示す構成図である。この発明による温度調整装置の実施の形態３を示す構成図である。

符号の説明

１０：外囲構造、１５：機器設置空間、２０：機器、２１：送風機、２３：熱源、
２５：加熱ダクト、２７：熱交換器、３１：空気導入口、３３：空気排出口、
３５：給気調整手段、３７：排気調整手段、４０：空気循環ダクト。

Claims

機器を設置した機器設置空間の温度を調整し、前記機器の使用環境温度を所定範囲に調整する温度調整装置であって、
前記機器設置空間内に配置され前記機器設置空間内の空気循環経路に沿って空気を循環させる送風機と、前記機器設置空間と外部を連通し前記空気循環経路に外部空気を導入する空気導入口と、前記機器設置空間と外部を連通し前記空気循環経路から外部へ空気を排出する空気排出口と、前記空気導入口の開口率を調整しこの空気導入口から前記空気循環経路に導入される外部空気量を調整する給気調整手段と、前記空気排出口の開口率を調整し前記空気循環経路から前記空気排出口を通り外部へ排気される排出空気量を調整する排気調整手段と、前記機器設置空間内に配置され一定の発熱量で前記空気循環経路を循環する空気を加熱する熱源とを備え、
前記給気調整手段と前記排気調整手段は、それぞれ前記空気導入口と前記空気排出口の開口率を実質的に同じ値に調整するように構成され、
前記給気調整手段と前記排気調整手段により、前記空気導入口と前記空気排出口の開口率を所定値に調整することにより、前記機器設置空間の温度を調整することを特徴とする温度調整装置。
機器を設置した機器設置空間の温度を調整し、前記機器の使用環境温度を所定範囲に調整する温度調整装置であって、
前記機器設置空間を含む空気循環経路を形成する循環空気ダクトと、前記空気循環経路に沿って空気を循環させる送風機と、前記循環空気ダクトに設けられ前記空気循環経路に外部空気を導入する空気導入口と、前記循環空気ダクトに設けられ前記空気循環経路から外部へ空気を排出する空気排出口と、前記空気導入口の開口率を調整しこの空気導入口から前記空気循環経路に導入される外部空気量を調整する給気調整手段と、前記空気排出口の開口率を調整し前記空気循環経路から前記空気排出口を通り外部へ排気される排出空気量を調整する排気調整手段と、一定の発熱量で前記空気循環経路を循環する空気を加熱する熱源とを備え、
前記給気調整手段と前記排気調整手段は、それぞれ前記空気導入口と前記空気排出口の開口率を実質的に同じ値に調整するように構成され、
前記給気調整手段と前記排気調整手段により、前記空気導入口と前記空気排出口の開口
率を所定値に調整することにより、前記機器設置空間の温度を調整することを特徴とする温度調整装置。
請求項２記載の温度調整装置であって、前記送風機と前記熱源を、前記空気循環ダクトに配置したことを特徴とする温度調整装置。
請求項１または２記載の温度調整装置であって、前記熱源が加熱媒体を流通する加熱ダクトを有し、前記加熱媒体により、前記空気循環経路を循環する空気を加熱することを特徴とする温度調整装置。