JP4861973B2 - 室内空気の還流装置 - Google Patents

Description

本発明は室内空気の還流装置に関し、例えば住宅、オフィスビル、病院、ホテル、百貨店、コンべーションホール、事務所等の場所にて最適に使用することができ、暖房用、または冷房用、もしくは暖房用、および冷房用の既存の空気調和機を利用し、施工性が良く、効率良く室内空気の還流が行え、省エネルギー性が優れた室内空気の還流装置である。

従来、居室空間の空調方法として、居室空間の天井に設けた吹出口から暖房時の調和空気として暖気を下方に吹き出し、室内の壁面や天井面に接近して吹き出された気流が、その面に吸い寄せられて付着して流れる傾向のコアンダ効果により、室空間の下層部の気温が上層部より高くなるように空気層を形成するものがあった（例えば特許文献１参照。）。
特開２００１−２０８４１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された上記従来の居室空間の空調方法は、居室空間の天井に設けた吹出口から暖房時の調和空気として暖気を下方に吹き出すことにより、室内の人の活動領域である下層部に暖気を上層部に対して下層部に集中させておかねばならず、常時多量の暖気を床面近くに送り出すか、または上層部における冷えた室内空気のみを下層部における暖気よりも迅速に天井面に吹出口とは離れて設けた排気口から排気ダクトを通じて排気する必要がある。しかも、一般に暖気は冷気よりも比重が軽く、床面付近よりも天井面付近に上昇する傾向であるが、特許文献１に記載された上記従来の居室空間の空調方法では、反対に暖気が下層部に集中して存在するとともに、冷えた室内空気が上層部に存在されるものであるので、室内空気を還流するのには、吹出口からの吹出側のファン、もしくは排気口から吸引する排気側のファンを駆動させるために、多大な消費電力が必要になり、不経済であつた。しかも、居室空間の下層部と、上層部との温度分布を積極的に差別化をはかることにより、室内空気の自然の流に逆らって、室内空気の空気調和を行おうとするので、全体的に温度ムラなく室内空気の還流を行うのには、効率が悪く、不充分なものであった。

本発明は上記従来の欠点を解決し、既存の空気調和機を利用し、暖房に限らず、冷房における室内空気の還流を温度ムラが少なく、効率的に迅速かつ確実に行えるとともに、例えばファンを駆動するための消費電力が少なく、省エネルギー性に優れて経済的であり、また、構造簡単で製作、組付けが容易で施工性に優れて工期も短い室内空気の還流装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、
暖房用の暖気、または冷房用の冷気、もしくは、暖房用の暖気、および冷房用の冷気を空気調和させる空気調和機と、該空気調和機の吐き出し口に一端が接続されるとともに、天井裏に配設され、他端に設けた小径な略筒状をなす吹出口が天井面から下方に臨まれる送風ダクトと、前記天井裏に配設され、一端には室内空気を吸気する吸気口が前記吹出口の外周に天井面から下方に臨ませて設けられた排気ダクトと、を備えた室内空気の還流装置において、
（Ａ）前記吸気口が、前記吹出口よりも大径な略円筒形に形成されて前記吹出口の外周に同心円的に設けられるか、または前記吸気口が、前記吹出口の外周に径方向に設けられた全体形状が略箱形の下方部をスリット状に開放され、
（Ｂ）前記吹出口から、旋回噴流、または強い乱れの噴流を伴う調和空気の下降流が直線状に床面に到達するまで吹き降ろされる
（Ｃ）ことを特徴とする。

また、本発明の請求項２の発明は、請求項１において、前記旋回噴流、または強い乱れの噴流は、スワール数Ｓｗが、０．１２に設定されることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記排気ダクトの他端側が、前記空気調和機の吸込み口に接続されたことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、暖房用の暖気、または冷房用の冷気、もしくは、暖房用の暖気、および冷房用の冷気を空気調和させる空気調和機と、該空気調和機の吐き出し口に一端が接続されるとともに、天井裏に配設され、他端に設けた小径な略筒状をなす吹出口が天井面から下方に臨まれる送風ダクトと、前記天井裏に配設され、一端には室内空気を吸気する吸気口が前記吹出口の外周に天井面から下方に臨ませて設けられた排気ダクトと、を備えた室内空気の還流装置において、前記吸気口が、前記吹出口よりも大径な略円筒形に形成されて前記吹出口の外周に同心円的に設けられるか、または前記吸気口が、前記吹出口の外周に径方向に設けられた全体形状が略箱形の下方部をスリット状に開放され、前記吹出口から、旋回噴流、または強い乱れの噴流を伴う調和空気の下降流が直線状に床面に到達するまで吹き降ろされるので、天井面に臨まれた小径な略筒状をなす吹出口から吹出される調和空気の下降流は、旋回噴流、または強い乱れの噴流の流動特性を積極的に活用し、最善の直進性と、速度分布の半径方向の拡散性とを設定することにより、長い到達距離と、充分な風圧により室内空気の還流を迅速かつ確実に、しかも万遍なく効率的に行うことができ、暖房に限らず、冷房における室内空気の還流を温度ムラが少なく、効率的に迅速かつ確実に行えるとともに、例えば室内空気を還流するために、調和空気を吹出口から吹き出だしたり、室内空気を吸気するのに必要なファンを駆動させる消費電力が少なく、省エネルギー性に優れて経済的である。また、吹出口、および吸気口は一纏めにコンパクト化されて整然と天井面に設けられるため、構造簡単で製作、組付けが容易で施工性に優れて工期も短くなる。

また、本発明の請求項２の発明によれば、前記旋回噴流、または強い乱れの噴流は、スワール数Ｓｗが、０．１２に設定されることを特徴とするので、吹出口から吹き出される旋回噴流の直進性が最も高く、床面までの下降流の軸方向の到達距離を充分に長くし、しかも床面付近に到達する送風の風圧を充分に強く得ることができる。また、旋回噴流により、天井面の直下における到達距離のみならず、遠心力による拡散と、旋回成分が渦を造り、その渦が伸長することにより旋回中心に空気を集め、軸方向速度の加速により直下から水平方向へ任意距離離れても充分な到達距離において強い風圧が得られ、速度分布の半径方向の拡散性に優れ、室内空気を少ない消費電力により効率的に還流することができる。

また、本発明の請求項３に記載の発明によれば、前記排気ダクトの他端側が、前記空気調和機の吸込み口に接続されたことを特徴とするので、室内空気は既設の空気調和機のファンを駆動することにより吸気口から排気ダクトを通じて排気される。

[実施形態１]
以下、図面に従って本発明の室内空気の最良の形態により、本発明の詳細を説明する。

図１は本発明の室内空気の還流装置の実施形態１を示す斜視図、図２は同じく断面図、図３は本実施形態１の室内空気の還流装置を構成する吹出口から床面に吹き出される下降流を示す説明的な断面図、図４は同じく本実施形態１の室内空気の還流装置における旋回噴流が拡散する様子と、速度が減衰して行く様子とを縦軸に旋回噴流の風速を、また横軸には旋回噴流の風速毎の旋回強さを示す特性図、図５は同じく本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて天井面付近と、床面付近との暖房、および冷房の経時の室内温度を測定する場合の実験例を示す底面図、図６は同じく暖房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２０℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフ、図７は同じく暖房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２２℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフ、図８は同じく暖房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２４℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフ、図９は同じく暖房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２６℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフで、図１０は同じく暖房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２８℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフ、図１１は同じく暖房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を３０℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフ、図１２は同じく冷房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２３℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフ、図１３は同じく冷房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２５℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフ、図１４は同じく冷房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２７℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフ、図１５は同じく冷房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２９℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフである。

本実施形態１は、暖房用の暖気Ｄ、または冷房用の冷気Ｃ、もしくは、暖房用の暖気Ｄ、および冷房用の冷気Ｃを空気調和させる空気調和機１と、該空気調和機１の吐き出し口２に一端３ａが接続されるとともに、天井裏４に配設され、他端３ｂに設けた小径な略筒状をなす吹出口５が天井面Ｔから下方に臨まれる送風ダクト３と、前記天井裏４に配設され、一端６ａには室内空気Ｋを吸気する吸気口７が前記吹出口５の外周に天井面Ｔから下方に臨ませて設けられた排気ダクト６と、を備え、前記吹出口５から直下の床面Ｙに調和空気Ａを到達可能になすことを特徴とする。

前記空気調和機１は、既設の公知のもので良く、その機種、形式、例えば室内機であろうと、室内機であるかを問わない。また、本実施形態１では暖房機、および冷房機に兼用するもの使用されるが、これに限ることなく例えば暖房機、または冷房機として使用される場合であってもよい。そして、この空気調和機１は、内部に図には示さない送風用のファンと、熱交換機を備えている。

前記吹出口５は、前述のように小径な略筒状、例えば図示する実施形態１では、円筒形に形成されるが、図示するものに限ることなく、四角筒状、五角筒状、六角筒状、八角筒状など、筒状であれば、その形状は制限されない。そして、本実施形態１では、直径φ１が６５ｍｍのものが使用される。

また、本実施形態１では、図１に示すように、前記吸気口７が、前記吹出口５よりも大径な略円筒形に形成されて前記吹出口５の外周に同心円的に設けられる。そして、本実施形態１では、この吸気口７は図示するものに限ることなく、例えば図には示さないが、四角筒状、五角筒状、六角筒状、八角筒状など、筒状であれば、その形状は図示するものに制限されない。そして、本実施形態１では、吸気口７は、直径φ２が１７５ｍｍのものが使用される。本実施形態１において、図１に示すように吹出口５を中心にして吸気口７を同心円的に設けるには、天井裏４に配設された送風ダクト３の他端３ｂ側を天井面Ｔから床面Ｙに向けて縦断面略四円形に下方へ屈曲することにより形成される前記吹出口５を、天井裏４に配設された排気ダクト６の一端６ａ側に天井面Ｔから床面Ｙに向かって縦断面略四円形に下方へ屈曲して形成される吸気口７内の中心部に、該吸気口７の上方部から挿入することにより形成される。

前記吹出口５から、吹き出される調和空気Ａは、旋回噴流Ｗ．Ｔ、または強い乱れの噴流を伴う調和空気Ａの下降流Ｗであり、この下降流Ｗは直線状に床面Ｙに到達するまで吹き降ろされる。このように、吹出口５から吹出される調和空気Ａの下降流Ｗは、旋回噴流Ｗ．Ｔ、または強い乱れの噴流としたのは、旋回噴流Ｗ．Ｔ、または強い乱れの噴流の流動特性を積極的に活用し、最善の直進性と、速度分布の半径方向Ｒの拡散性とを設定することにより、長い到達距離Ｎと、充分な風圧により室内空気Ｋの還流を迅速かつ確実に、しかも万遍なく効率的に行うことができ、例えば室内空気Ｋを還流するために、調和空気Ａを吹出口５から吹き出だしたり、室内空気Ｋを吸気するのに必要なファンを駆動させる場合の消費電力が少なくて済み、省エネルギー性に優れて経済的にするためである。

図４は本実施形態１の室内空気の還流装置における旋回噴流Ｗ．Ｔが拡散する様子と、速度が減衰して行く様子とを縦軸に旋回噴流Ｗ．Ｔの風速を、また横軸には旋回噴流Ｗ．Ｔの風速毎の旋回強さを示す特性図であり、図４から旋回噴流Ｗ．Ｔの周方向速度が２０ｒａｄ／ｓにおいては旋回なしの場合と殆ど大きな変化は見られなかった。また、旋回噴流Ｗ．Ｔの風速毎の旋回強さ、すなわち、スワール数Ｓｗが０．０６〜０．１２の範囲では一様に軸方向Ｘの空気の直進性が伸び、スワール数Ｓｗが、０．１２の時、軸方向Ｘに約６．６ｍと最大の直進性を示すことが分かっている。そして、旋回強さが０．１２を超して増加しても、旋回噴流Ｗ．Ｔの直進性は減じ、スワール数Ｓｗが０．１２の時、最大の直進性を示すのに比べてその直進性は約２／３に減少することがわかっている。

この現象は、旋回噴流Ｗ．Ｔの如き旋回成分がある場合、空気より早く遠くへと輸送する性能に関係する影響は、１つには旋回による遠心力による拡散の影響と、２つには旋回成分が渦を造り、その渦は伸長することにより、旋回中心に空気を集め、軸方向速度を加速させる働きとによる。このうち、遠心力による影響が大きい場合に、軸方向Ｘの減衰が早く、直進性は出ない。また、渦の伸長による影響が大きい場合には、軸方向Ｘへの減衰はあまり起こらず、直進性が高くなることが考えられる。そして、直進性を最も高く出すには、軸方向成分としてのスワール数Ｓｗが０．１２程度の旋回成分を加えるのが良い。

本実施形態１では、図１に示すように、前記吸気口７が、前記吹出口５よりも大径な略円筒形に形成されて前記吹出口５の外周に同心円的に設けられる。

また、前記排気ダクト６の他端６ｂ側が、前記空気調和機１の吸込み口８に接続される。

そして、この前記旋回噴流Ｗ．Ｔ、または強い乱れの噴流は、スワール数Ｓｗが、０．１２に設定される。このように、吹出口５から吹き出される旋回噴流Ｗ．Ｔを伴う下降流Ｗは、スワール数Ｓｗが、０．１２に設定されるのは、直進性が最も高く、床面Ｙまでの下降流Ｗの軸方向Ｘの到達距離Ｎを充分に長くし、しかも床面Ｙ付近に到達する送風の風圧を充分に強く得ることができるためである。また、旋回噴流Ｗ．Ｔにより、天井面Ｔの直下における到達距離Ｎのみならず、遠心力による拡散と、旋回成分が渦を造り、その渦が伸長することにより旋回中心に空気を集め、軸方向速度の加速により直下から水平方向へ任意距離離れても充分な到達距離Ｎにおいて強い風圧が得られ、速度分布の半径方向Ｒの拡散性に優れ、室内空気Ｋを少ない消費電力により効率的に環流するようにするためである。

この旋回噴流Ｗ．Ｔを所望の旋回強さ、例えばスワール数Ｓｗが、０．１２に設定するには、例えば空気調和機１の送風ファンを図示しない遠心ファンや軸流ファンを用いるのが好適であり、ファンを駆動するための図には示さないモータの回転速度を制御することにより行われる。このモータの回転速度を制御するのには、例えばモータの回転数をフォトカプラ、エンコーダ、磁気的手段等の検知手段により検知し、この検知手段が検知する情報にもとずき、モータに印加する電流量、または電圧量を変化することにより容易に制御することができ、この制御方法は公知の例えばＰＬＬ制御、周波数同期制御、パルス制御、ＰＷＭ制御、インバータ制御等の何れかが用いられる。

本実施形態１では、図１に示すように、前記吸気口７が、前記吹出口５よりも大径な略円筒形に形成されて前記吹出口５の外周に同心円的に設けられる。

また、前記排気ダクト６の他端６ｂ側が、前記空気調和機１の吸込み口８に接続される。

本発明の室内空気の還流装置の実施形態１は以上の構成からなり、最初に暖房時において室内空気Ｋを還流する場合を説明する。

先ず、空気調和機１の図には示さない始動スイッチをＯＮすることにより空気調和機１が暖房運転されると、空気調和機１の送風ファンが駆動され、回転されることにより空気調和機１の吐き出し口２に一端３ａが接続された送風ダクト３を通じて該送風ダクト３の他端３ｂに天井面Ｔから下方に臨まれるように設けた小径な略筒状をなす吹出口５から調和空気Ａとしての暖気Ｄが吹出口５の直下の床面Ｙに直線的に吹き下ろされ、床面Ｙに到達される。

この際、吹出口５は、前述のように小径な略筒状、例えば本実施形態１では直径φ１が６５ｍｍの円筒形に形成されているのと、調和空気Ａの初速が例えば、２．８ｍ／ｓｅｃ
であるのと、吹出口５から、吹き出される調和空気Ａは、旋回噴流Ｗ．Ｔ、または図には示さない強い乱れの噴流を伴う調和空気Ａの下降流Ｗであることから、直線的に床面Ｙに到達するまで吹き降ろされる。このように、調和空気Ａが、直線的に床面Ｙに到達する下降流Ｗに旋回噴流Ｗ．Ｔ、または強い乱れの噴流を伴うようにするには、前述のように、天井面Ｔに臨まれる吹出口５から集中的に流速の早い調和空気Ａを直線的に吹き出させるために、前述のように、直径φ１が小径、例えば６５ｍｍの略筒形に形成することと、空気調和機１内に設けられる送風ファン（図には示さず）に好ましくは遠心ファンや軸流ファンを用いることにより吹出口５から吹き出される調和空気Ａの初速を高められたものを使用することが望ましい。この際、上記初速は、例えば、２．８ｍ／ｓｅｃであるのは、例示であって、これに限るものではなく、例えば天井面Ｔの高さが高い場合には、初速を高くして風速を強くする必要があり、また、湿度に応じて風速の調整が必要となるが、この場合の風速の制御は、空気調和機１の送風ファンをリモコン等にて風速の設定を変えることにより調整しても良く、また、インバータ制御することにより、風速を制御すれば良い。

この調和空気Ａの下降流Ｗは、旋回噴流Ｗ．Ｔ、または強い乱れの噴流を伴うものであり、スワール数Ｓｗが、０．１２に設定されるものを用いると、直進性が最も高く、床面Ｙまでの下降流Ｗの軸方向Ｘの到達距離Ｎを充分に長くし、しかも床面Ｙ付近に到達する送風の風圧を充分に強く得ることができる。また、旋回噴流Ｗ．Ｔにより、天井面Ｔの直下における到達距離Ｎのみならず、遠心力による拡散と、旋回成分が渦を造り、その渦が伸長することにより旋回中心に空気を集め、軸方向速度の加速により直下から水平方向Ｈ．Ｌへ任意距離離れても充分な到達距離Ｎにおいて強い風圧が得られ、速度分布の半径方向Ｒの拡散性に優れたものとなる。

そして、床面Ｙに吹き降ろされた調和空気Ａとしての暖気Ｄは、一部は床面Ｙにあたり、上昇気流に転じ、一部は床面Ｙに沿って拡散されて冷える。

それから、天井面Ｔに前記吹出口５を中心に同心円的に設けられた大径の、本実施形態１では、直径φ２が１７５ｍｍの略円筒形の吸気口７から天井面Ｔ付近に上昇されている調和空気Ａとしての暖気Ｄは、吸引され、排気ダクト６を通じて排気が行われる。

この際、本実施形態１では、排気ダクト６の他端６ｂ側は、前記空気調和機１の吸込み口８に接続されているので、空気調和機１の図には示さない送風ファンが駆動することにより排気ダクト６を通じて吸気され、室内空気Ｋの排気は円滑かつ迅速に行うことができる。また、図には示さないが、排気ダクト６の途中に図には示さない排気用ファンを設けることによっても、室内空気Ｋの排気を行うことができる。また、図２に示すように空気調和機１に新鮮空気Ｆ．Ａの採り入れダクト９を増設すれば、新鮮空気Ｆ．Ａの外部からの採り入れを容易に達成される。

このようにして、一方では、天井面Ｔから下方に臨んで設けられた小径な略筒状に形成された吹出口５から直下の床面Ｙに到達するように、直線的に調和空気Ａとしての暖気Ｄが吹き出され、他方では吹出口５の外周に同心円的に天井面Ｔから下方に臨んで設けられた吸気口７から排気ダクト６を通じて天井付近の室内空気Ｋが吸気されることにより、室内空気Ｋに対流が生まれ、室内空気Ｋの還流が万遍なく行われる。

そして、今、本実施形態１の室内空気の還流装置と、天井埋め込み形の従来の空気調和機にとの双方につき、暖房時における天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との経時の温度を測定した。

測定条件は、本実施形態１の室内空気の還流装置では、図５に示すように、床面積が、縦Ｌ１が７２００ｍｍ、横Ｌ２が５８００ｍｍ、床面Ｙから天井面Ｔまでの天井高さＨが３０００ｍｍの実験室Ｊ１内において、吹出口５から吹き出される調和空気Ａの影響を直接に受けない個所、例えば底面が空気調和機１の中心部から半径方向Ｒへ３６００ｍｍ、離れた吹出口５の設置個所にて、天井面Ｔから１０ｃｍ下方の位置、およびその直下にて床面Ｙから１０ｃｍ上方の位置に設けたセンサーＳ１、さらに吹出口５から半径方向Ｒに数十ｃｍ、離れることにより吹出口５から吹き出される調和空気Ａの温度の影響を直接に受けないような個所にて天井面Ｔから１０ｃｍ下方の位置、およびその直下にて床面Ｙから１０ｃｍ上方の位置に設けたセンサーＳ２により、それぞれ空気調和機１の設定温度が２０℃、２２℃、２４℃、２６℃、２８℃、３０℃につき、２時間、天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との室内空気Ｋの温度を測定した結果、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１に示すグラフ、および[表１]、[表２]、[表３] 、[表４]、[表５]、[表６]を得た。

同様に天井埋め込み形の四方に吹出口を有する従来の空気調和機につき、図５に示すように、床面積が、縦Ｌ１が７２００ｍｍ、横Ｌ′２が４８００ｍｍ、床面Ｙから天井面Ｔまでの天井高さＨ１が２５００ｍｍの実験室Ｊ２内において、吹出口５から吹き出される調和空気Ｋの影響を直接に受けない個所、例えば底面が空気調和機１から半径方向Ｒへ充分、離れた吹出口５の設置個所にて、天井面Ｔから１０ｃｍ下方の位置、およびその直下にて床面Ｙから１０ｃｍ上方の位置に設けたセンサーＳ３、さらに吹出口５から半径方向Ｒに数十ｃｍ、離れることにより吹出口５から吹き出される調和空気Ａの温度の影響を直接に受けないような個所にて天井面Ｔから１０ｃｍ下方の位置、およびその直下にて床面Ｙから１０ｃｍ上方の位置に設けたセンサーＳ４により、それぞれ空気調和機１の設定温度が２０℃、２２℃、２４℃、２６℃、２８℃、３０℃につき、２時間、天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との室内空気Ｋの温度を測定した結果、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１に示すグラフ、および[表１]、[表２]、[表３] 、[表４]、[表５]、[表６]を得た。

本実施形態１の室内空気の還流装置と、四方に吹出口を有する従来の空気調和機とにつき、天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との暖房時における室内空気Ｋの温度をそれぞれ実験室Ｊ１,Ｊ２において、吹出口５の影響を直接受けないセンサーＳ２と、同様に吹出口５の影響を受けないセンサーＳ４との測定結果を比較、検討すると、本実施形態１では、センサーＳ２の測定による天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との平均温度差は−５．１℃．−５．３℃,−６．１℃,−５．６℃,−７．８℃,−８．４℃であるのに対して従来ではセンサーＳ４の測定による天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との平均温度差は−１０．１℃,−８．１℃,−１１．４℃,−１１．４℃,−１３．７℃,−１３．１℃であったので、本実施形態１の空気調和機１では＋５℃以上の温度むらがなくなり、室内空気Ｋは天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との温度むらが均一になり、室内空気Ｋの還流が充分に行えることがわかった。この際、暖房時において、床面Ｙ付近の室内温度よりも天井面Ｔ付近の室内温度のが高いことがわかった。

次いで、冷房時において室内空気Ｋを還流する場合も同様に、空気調和機１の図には示さない始動スイッチをＯＮされて空気調和機１が冷房運転されると、空気調和機１の送風ファンが駆動され、回転されることにより空気調和機１の吐き出し口２に一端３ａが接続された送風ダクト３を通じて該送風ダクト３の他端３ｂに天井面Ｔから下方に臨まれるように設けた小径な略筒状をなす吹出口５から調和空気Ａとしての冷気Ｃが吹出口５の直下の床面Ｙに直線的に吹き下ろされ、床面Ｙに到達される。

この際、吹出口５から、吹き出される調和空気Ａは、旋回噴流Ｗ．Ｔ、または強い乱れの噴流を伴う調和空気Ａの下降流Ｗであることから、直線的に床面Ｙに到達するまで吹き降ろされる。

この調和空気Ａの下降流Ｗは、旋回噴流Ｗ．Ｔ、または図には示さない強い乱れの噴流を伴うものであり、スワール数Ｓｗが、０．１２に設定されるものを用いると、直進性が最も高く、床面Ｙまでの下降流Ｗの軸方向Ｘの到達距離Ｎを充分に長くし、しかも床面Ｙ付近に到達する送風の風圧を充分に強く得ることができる。

そして、床面Ｙに吹き降ろされた調和空気Ａとしての冷気Ｃは、一部は床面Ｙにあたり、上昇気流に転じ、一部は床面Ｙに沿って拡散される。

それから、天井面Ｔに前記吹出口５を中心に同心円的に設けられた大径の、本実施形態１では、直径φ２が１７５ｍｍの略円筒形の吸気口７から天井面Ｔ付近に上昇されている暖まった調和空気Ａは、吸引され、排気ダクト６を通じて排気が行われる。

この際、本実施形態１では、排気ダクト６の他端６ｂ側は、前記空気調和機１の吸込み口８に接続されているので、空気調和機１の図には示さない送風ファンが駆動することにより排気ダクト６を通じて吸気され、室内空気Ｋの排気は円滑かつ迅速に行うことができる。また、図には示さないが、排気ダクト６の途中に図には示さない排気用ファンを設けることによっても、室内空気Ｋの排気を行うことができる。また、図２に示すように、空気調和機１に新鮮空気Ｆ．Ａの採り入れダクト９を増設すれば、新鮮空気Ｆ．Ａを外部からの採り入れることを容易に行える。

このようにして、一方では、天井面Ｔから下方に臨んで設けられた小径な略筒状に形成された吹出口５から直下の床面Ｙに到達するように、直線的に調和空気Ａとしての冷気Ｃが吹き出され、他方では吹出口５の外周に同心円的に天井面Ｔから下方に臨んで設けられた吸気口７から排気ダクト６を通じて天井付近に上昇した温まった室内空気Ｋが吸気されることにより、室内空気Ｋに対流が生まれ、室内空気Ｋの還流が万遍なく行われる。このため、従来の空気調和機に見られるように、床面Ｙ付近に冷気が停滞されて下半身が冷えることにより引き起こされる冷房病は解消される。

そして、今、本実施形態１の室内空気の還流装置と、天井埋め込み形の従来の空気調和機にとの双方につき、冷房時の天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との経時の温度を測定した。

測定条件は、本実施形態１の室内空気の還流装置では、図５に示すように、床面積が、縦Ｌ１が７２００ｍｍ、横Ｌ２が５８００ｍｍ、床面Ｙから天井面Ｔまでの天井高さＨが３０００ｍｍの実験室Ｊ１内において、吹出口５から吹き出される調和空気Ａの影響を直接に受けない個所、例えば底面が空気調和機１の中心部から半径方向Ｒへ３６００ｍｍ、離れた吹出口５の設置個所にて、天井面Ｔから１０ｃｍ下方の位置、およびその直下にて床面Ｙから１０ｃｍ上方の位置に設けたセンサーＳ１、さらに吹出口５から半径方向Ｒに数十ｃｍ、離れることにより吹出口５から吹き出される調和空気Ａの温度の影響を直接に受けないような個所にて天井面Ｔから１０ｃｍ下方の位置、およびその直下にて床面Ｙから１０ｃｍ上方の位置に設けたセンサーＳ２により、それぞれ空気調和機１の設定温度が２３℃、２５℃、２７℃、２９℃につき、２時間、天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との室内空気Ｋの温度を測定した結果、図１２、図１３、図１４、図１５に示すようなグラフ、および[表７]、[表８]、[表９] 、[表１０]を得た。

同様に天井埋め込み形の四方に吹出口を有する従来の空気調和機につき、図５に示すように、床面積が、縦Ｌ１が７２００ｍｍ、横Ｌ′２が４８００ｍｍ、床面Ｙから天井面Ｔまでの天井高さＨ１が２５００ｍｍの実験室Ｊ２内において、吹出口５から吹き出される調和空気Ａの影響を直接に受けない個所、例えば底面が空気調和機１の吹出口５の設置個所にて、天井面Ｔから１０ｃｍ下方の位置、およびその直下にて床面Ｙから１０ｃｍ上方の位置に設けたセンサーＳ３、さらに吹出口５から半径方向Ｒに数十ｃｍ、離れることにより吹出口５から吹き出される調和空気Ｋの温度の影響を直接に受けないような個所にて天井面から１０ｃｍ下方の位置、およびその直下にて床面Ｙから１０ｃｍ上方の位置に設
けたセンサーＳ４により、それぞれ空気調和機１の設置温度が２３℃、２５℃、２７℃、２９℃につき、２時間、天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との室内空気Ｋの温度を測定した結果、図１２、図１３、図１４、図１５に示すようなグラフ、および[表７]、[表８]、[表９] 、[表１０]を得た。

本実施形態１の室内空気の還流装置と、四方に吹出口を有する従来の空気調和機とにつき、天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との室内空気Ｋの冷房時での温度を測定した結果を、吹出口５の影響を直接受けないセンサーＳ２と、同様に吹出口の影響を受けないセンサーＳ４との測定結果を比較、検討すると、本実施形態１では、センサーＳ２の測定による天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との平均温度差は−２．２℃,−１．３℃,−１．６℃,−１．７℃であるのに対して従来ではセンサーＳ４の測定による天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との平均温度差は−１．８℃,−０．９℃,−０．８℃,０．１℃であり、冷房時での実測値は従来の空気調和機の方が本実施形態１の空気調和機１よりも天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との平均温度差は僅かに良い結果であるが、実際は実験室Ｊ１の方が実験室Ｊ２よりも床面積が広く、天井高さも高いので、結局は本実施形態１の空気調和機の方が天井面Ｔ付近と、床面Ｙ付近との平均温度差にはむらがなく、均一になり、室内空気Ｋの還流が速やかにかつ良好に行えることが推定される。また、冷房時においても、概して床面Ｙ付近の室内温度よりも天井面Ｔ付近の室内温度の方が高いことがわかった。

そして、冷房時において、空気調和機の設定温度を２６℃に選択した場合に、本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いた場合の体感を比較した場合に[表１１]を得た。また、体感を各検証項目に従い、点数表示することにより[表１２]を得た。

上記[表１１]から従来の空気調和機では、検証項目１において、空気調和機のエアコンの風が直接あたり、ずっと当たっていると、寒い風があたり、以外と不快であるとの結果を得た。また、検証項目２において、足元が上半身よりも冷える。少し、暑いという結果を得た。また、検証項目３において、上下で温度差があるように感じる。すぐ足元に冷気Ｃが来る。さらに、検証項目４において、足元に空気調和機の風が当たっている感じがする。既存の部屋の方が涼しい、との結果を得た。

また、上記[表１２]から従来の空気調和機では、検証項目１での検証の平均が２．８であり、検証項目２での検証の平均が３．２であり、検証項目３での検証の平均が２．８であり、検証項目４での検証の平均が３．２であり、さらに各部屋（実験室Ｊ１,Ｊ２）毎の平均が３．０である。

また、上記[表１１]から本実施形態１の空気調和機では、検証項目５において、直接風が当たることはない。概ね快適との結論を得た。また、検証項目６において、検証項目５の検証時よりも若干涼しい。快適からとても快適の領域である。また、検証項目７において、足元から冷える。過ごしやすい。快適である等の結論を得た。さらに、検証項目として、空気調和機の風が当たって寒い。２６℃の設定だと、以外に快適であった。風があたるほうだけ冷えるという結果を得た。

また、上記[表１２]から本実施形態１の空気調和機では、検証項目５での検証の平均が３．０であり、検証項目６での検証の平均が３．８であり、検証項目７での検証の平均が３．８であり、検証項目８での検証の平均が２．４であり、さらに各部屋（実験室Ｊ１,Ｊ２）毎の平均が３．３である。従って、各検証項目毎の体感は[表１１]のように従来の空気調和機よりも、本実施形態１の空気調和機の方が良く、しかも、各部屋毎の体感の点数表示も[表１２]のように従来の空気調和機よりも、本実施形態１の空気調和機の方が高く、良好であると言える。

また、上記実施形態１では、図１、図２に示すように、前記吸気口７が、前記吹出口５よりも大径な略円筒形に形成されて前記吹出口５の外周に同心円的に設けられ、吹出口５を中心にして吸気口７を同心円的に設けるには、天井裏４に配設された送風ダクト３の他端３ｂ側を天井面Ｔから床面Ｙに向けて縦断面略四円形に下方へ屈曲することにより形成される前記吹出口５を、天井裏４に配設された排気ダクト６の一端６ａ側に天井面Ｔから床面Ｙに向かって縦断面略四円形に下方へ屈曲して形成される吸気口７内の中心部に、該吸気口７の上方部から挿入されて形成されることにより、吹出口５、および吸気口７は一纏めにコンパクト化されて整然と天井面Ｔに設けられるため、構造簡単で製作、組付けが容易で施工性に優れて工期も短くなる。

そして、本実施形態１の室内空気の還流装置では、上記のように、暖房時、および冷房時の双方において、小径な吹出口５から調和空気Ａとしての暖気Ｄ、または冷気Ｃが直下の床面Ｙに直線的に吹き下ろされて床面Ｙに到達されるとともに、暖房時には上昇されて天井面Ｔ付近に滞留されがちな室内空気Ｋとしての暖気Ｄを、また冷房時には天井面Ｔ付近に存在する冷気Ｃを前記吹出口５の外周に設けられた吸気口７から速やかに吸気され、排気が行われるので、空気調和機１を利用し、暖房時、および冷房時に室内空気Ｋは温度ムラが少なく、効率的に迅速かつ確実に還流が行える。しかも、室内空気Ｋを吸気口７から速やかに吸気されて排気ダクト６を通じて空気調和機１の吸込口８に還流するようにすれば、暖房に必要な熱エネルギーの無駄使いを省いて省エネルギー化に寄与できるとともに、冷房時にも上昇されて天井面Ｔ付近に滞留されがちな温まった室内空気Ｋを吸気口７から速やかに吸気し、暖房に必要な熱エネルギーの無駄使いを省いて省エネルギー化に寄与でき、既存の空気調和機１を利用し、室内空気Ｋを温度ムラが少なく、万遍なく還流することができる。

そして、送風ダクト３、および排気ダクト６の設置長さ、また、吹出口５、吸気口７の設置方向、設置個数は、１つの部屋毎に自由に選択できるとともに、各部屋に跨り、自由に選択される。

［実施形態２］
図１６および図１７に示すものは、本発明の室内空気の還流装置の実施形態２を示す。この実施形態２では、前記吸気口７′が、前記吹出口５の外周に径方向Ｒ′に向けて設けられた全体形状が略箱形の下方部をスリット状に開放することを特徴とする。

そして、この実施形態２では、天井面Ｔに臨まれた小径な略筒状をなす吹出口５から調和空気Ａが直下の床面Ｙに直線的に吹き下ろされることにより長い到達距離Ｎにて床面Ｙに到達されるとともに、吹出口５の外周に径方向Ｒ′に向けて設けられた全体形状が略箱形の下方部をスリット状に開放するようにした吸気口７′から天井面Ｔ付近の室内空気Ｋが広い範囲にわたり迅速かつ円滑に吸気され、排気されることにより、室内空気Ｋの還流を迅速かつ確実に、しかも万遍なく効率的に行うことができる。また、吹出口５、および吸気口７′は一纏めにコンパクト化されて整然と天井面Ｔに設けられるため、構造簡単で製作、組付けが容易で施工性に優れて工期も短くなるほかは、前記実施形態１と同様の構成、作用である。

なお、上記実施形態１、および実施形態２の室内空気の還流装置の空気調和機１では、暖房および冷房の双方を行える兼用のものを用いたが、本発明の室内空気の還流装置は、上記実施形態１に限らず、暖房または冷房の何れか一方を行うようにした場合も本発明の適用範囲であり、室内空気を効率良く、還流することができる。

本発明の室内空気の還流装置は、既存の空気調和機を利用し、暖房に限らず、冷房における室内空気の還流を温度ムラが少なく、効率的に迅速かつ確実に行えるとともに、例えばファンを駆動するための消費電力が少なく、省エネルギー性に優れて経済的であり、また、構造簡単で製作、組付けが容易で施工性に優れて工期も短い用途・機能に適する。

図１は本発明の室内空気の還流装置の実施形態１を示す斜視図である。 図２は同じく断面図である。 図３は本実施形態１の室内空気の還流装置を構成する吹出口から床面に吹き出される下降流を示す説明的な断面図である。 図４は同じく本実施形態１の室内空気の還流装置における旋回噴流が拡散する様子と、速度が減衰して行く様子とを縦軸に旋回噴流の風速を、また横軸には旋回噴流の風速毎の旋回強さを示す特性図である。 図５は同じく本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて天井面付近と、床面付近との暖房、および冷房の経時の室内温度を測定する場合の実験例を示す底面図である。 図６は同じく暖房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２０℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフである。 図７は同じく暖房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２２℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフである。 図８は同じく暖房時において空気調和機の設定温度を２４℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフである。 図９は同じく暖房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２６℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフである。 図１０は同じく暖房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２８℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフである。 図１１は同じく暖房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を３０℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフである。 図１２は同じく冷房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２３℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフである。 図１３は同じく冷房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２５℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフである。 図１４は同じく冷房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２７℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフである。 図１５は同じく冷房時において本実施形態１の室内空気の還流装置と、比較例として従来の空気調和機とを用いて空気調和機の設定温度を２９℃にした場合の天井面付近と、床面付近との室内空気の温度を測定したグラフである。 図１６は同じく本発明の室内空気の還流装置の実施形態２を示す斜視図である。 図１７は同じく断面図である。

符号の説明

１ 空気調和機
２ 吐き出し口
３ 送風ダクト
３ａ 一端
３ｂ 他端
４ 天井裏
５ 吹出口
６ 排気ダクト
６ａ 一端
６ｂ 他端
７ 吸気口
８ 吸込み口
Ａ 調和空気
Ｃ 冷気
Ｄ 暖気
Ｋ 室内空気
Ｔ 天井面
Ｙ 床面
Ｗ 下降流
Ｗ．Ｔ 旋回噴流

Claims (3)

1. 暖房用の暖気、または冷房用の冷気、もしくは、暖房用の暖気、および冷房用の冷気を空気調和させる空気調和機と、該空気調和機の吐き出し口に一端が接続されるとともに、天井裏に配設され、他端に設けた小径な略筒状をなす吹出口が天井面から下方に臨まれる送風ダクトと、前記天井裏に配設され、一端には室内空気を吸気する吸気口が前記吹出口の外周に天井面から下方に臨ませて設けられた排気ダクトと、を備えた室内空気の還流装置において、
   （Ａ）前記吸気口が、前記吹出口よりも大径な略円筒形に形成されて前記吹出口の外周に同心円的に設けられるか、または前記吸気口が、前記吹出口の外周に径方向に設けられた全体形状が略箱形の下方部をスリット状に開放され、
   （Ｂ）前記吹出口から、旋回噴流、または強い乱れの噴流を伴う調和空気の下降流が直線状に床面に到達するまで吹き降ろされる
   （Ｃ）ことを特徴とする室内空気の還流装置。
2. 前記旋回噴流、または強い乱れの噴流は、スワール数Ｓｗが、０．１２に設定されることを特徴とする請求項１に記載の室内空気の還流装置。
3. 前記排気ダクトの他端側が、前記空気調和機の吸込み口に接続されたことを特徴とする
   請求項１または２の何れかに記載の室内空気の還流装置。

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