JP4920989B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、室内の下方で吹出し上方で吸込む方式の成層空調システムに関し、特に大量の風量を低速で吹出し空気撹拌を行うことなく快適空間を形成して、省エネルギを達成できる空調システムに関する。

従来の空調システムでは、ファン等を介して熱処理された空気を室内に吹出し、該熱処理された空気と室内の空気とを撹拌混合したり、或いは吹出部からの風速を高めて、できるだけ迅速に空気調和が得られるようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、これら従来の空調システムにあっては、周知のように暖気は比重が軽く、室内に吹出された温風は上昇気流となって天井面近くで停滞しがちであり、一方、冷気は逆に比重が重く、床面付近に滞留しがちであるため、空気攪拌に多大なエネルギを必要とするばかりか、風速が高いために、吹出部近辺の風当たりが強く快適性に難があると言う問題があった。

特開２００１−３０４６３２号公報（第２頁、第１図）

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、空調領域を居住域に限って大量の風量を低速で吹出し空気撹拌を行うことなく快適空間を形成して、省エネルギを達成できる空調システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の空調システムは、
空調対象の室内における所定の下方箇所に吹出部を設け、該吹出部から床面に対して略水平方向に、該室温との温度差が１０℃以内となるように熱処理された空気を低速で吹出すとともに、人体や動植物の生活空間を基準とする該室内空間内の所定の上方箇所に第１吸入口を設け、該室内に温度成層を形成して空調領域と非空調領域とを区画設定する空調システムであって、
前記吹出部と前記第１吸入口とを有し前記室内の空調領域に設けられる室内ユニットと、
前記室内の非空調領域若しくは前記室外に設けられ、前記室内ユニットと通気路を介して接続されており、前記室外に設けられた外気吸入口から吸入される外気を、前記第１吸入口から吸入される室内空気に混合する外気混合手段と、
前記室内の非空調領域若しくは前記室外における前記外気混合手段よりも下流に設けられ、前記外気混合手段により混合された空気を熱処理する熱処理手段と、前記外気吸入口からの外気及び前記第１吸入口からの室内空気を吸入するとともに、該熱処理手段にて熱処理された熱処理済空気を前記室内ユニットに供給する第１送風手段と、有する熱処理ユニットと、を備え、
前記室内ユニットは、
第２吸入口と、該第２吸入口から前記室内の空気を吸入するための第２送風手段と、前記第２吸入口から吸入される室内空気と前記熱処理ユニットから該室内ユニットに供給される熱処理済空気とを混合する混合手段と、前記吹出部から吹出される空気の流速を２．０ｍ／ｓｅｃ以下に減速させる減速手段と、を有し、
前記混合手段にて混合された混合空気を前記吹出部から吹出すことを特徴としている。
この特徴によれば、第１送風手段により熱処理ユニットから供給される第１空気に加えて、室内ユニットに設けられた第２送風手段により供給される第２空気が混合されて生成される大量の熱処理された空気が、減速手段を介して２．０ｍ／ｓｅｃ以下の低速で室内ユニットの吹出部から室内に吹出されるために、室内の居住域に限って均一な快適な空調領域を迅速に形成させることができる。また、室内に配置される室内ユニットに、第２送風手段と、第１空気と第２空気とを混合するための混合手段とを設けることで、熱処理しない空気の流路を架設する必要がなく、これら熱処理しない空気の流路を架設するための工期や、コストが通常の空調システムに比較して大きくなってしまうことを解消することもできる。
また、熱処理手段を有し外部に熱を発する熱処理ユニットが、室内の空調領域を除いた非空調領域若しくは室外の所定箇所に設けられているため、室内の空調領域における温度成層を維持できる。
また、室外の新鮮な空気を室内に取り込む換気効果を得ることができる。
更に、通常、空調システムを稼働させる必要が生じる場合にあっては室温と外気とは温度差や湿度差があるが、これら温度差や湿度差がある外気を直接熱処理することができるとともに、該熱処理によって室内空気と外気とが混合されながら熱処理されるので、熱処理済空気の均質性を向上できる。

本発明の請求項２に記載の空調システムは、請求項１に記載の空調システムであって、
前記外気混合手段が、前記第１送風手段を利用したベンチュリ手段であることを特徴としている。
この特徴によれば、ファン等の動力を要せずに外気を第１送風手段にて吸入される室内空気に混合でき、これらファン等の動力に電力を供給するための電力配線等を架設する必要もない。

本発明の請求項３に記載の空調システムは、請求項１または２に記載の空調システムであって、
前記第２吸入口が、前記第１吸入口の近傍に設けられ、前記第２送風手段が、空調時においてほぼ一定速度で常時運転状態を維持するようになっていることを特徴としている。
この特徴によれば、第２送風手段が、空調時において一定速度で常時運転状態を維持することにより、これらの第２送風手段の風量や運転、停止を制御するための構成を室内ユニット内部に設ける必要がなく、室内ユニットを簡素化できるばかりか、室内の上方から吸入される室内空気が常時下方から吹出されるため、室内の上方と下方との温度差を少ない状態で維持できる。

本発明の請求項４に記載の空調システムは、請求項１ないし３のいずれかに記載の空調システムであって、
前記減速手段が、前記吹出し通路よりも広い通過断面を有する減速空間部であることを特徴としている。
この特徴によれば、吹出部から吹出される大量の空気を、簡素な構成にて良好に減速させることができる。

本発明の請求項５に記載の空調システムは、請求項４に記載の空調システムであって、
前記吹出部には、前記熱処理された空気を前記吹出部の全面に亘って一定速度で吹出す抵抗手段が設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、減速手段に加えて抵抗手段を設けることで、室内空気の温度成層を維持することのできる低速の大量空気を吹出すことができる。

本発明の請求項６に記載の空調システムは、請求項５に記載の空調システムであって、
前記抵抗手段が、前記熱処理ユニットから供給される熱処理済空気と、前記第２吸入口から吸入されて第２送風手段により送り出される室内空気とを混合する前記混合手段を兼ねていることを特徴としている。
この特徴によれば、抵抗手段が混合手段を兼ねているため、シンプルな構造で、第１送風手段により送り出される熱処理空気と、第２送風手段により送り出される室内空気とを、更に良好に混合しつつ、吹出部の全面から均一な吹出し速度で吹出すことができる。

本発明の請求項７に記載の空調システムは、請求項６に記載の空調システムであって、
前記混合手段を兼ねている前記抵抗手段が、前記熱処理ユニットから供給される熱処理済空気と、前記第２吸入口から吸入されて第２送風手段により送り出される室内空気とを通過させる多数の孔部を有する面状体から構成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、熱処理済空気と室内空気とが、面状体の孔部を通過する際に、渦流を発生させることで効率よく混合される。

本発明の第１実施例を以下に説明する。

本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図1は、本発明の第１実施例における成層空調システムの全体を示す配管系統図である。図２は、各居室における屋内機の模式図である。図３（ａ）は、室内ユニットの平面図であり、（ｂ）は同じく正面図であり、（ｃ）は同じく側面図である。図４は、室内ユニットの正面パネルを開いた状態の正面図である。図５は、室温調整システムの制御フローを示すフロー図である。図６（ａ）は、空調領域高さと吹出部高さを示した模式図であり、（ｂ）は本発明の第１変形例における各居室の室内ユニットの配置を示した平面図である。図７（ａ）は、外気混合手段を示した模式図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。図８は、本発明の第２変形例における室内ユニットの正面パネルを開いた状態の正面図である。図９は、本発明の第２実施例における室内ユニットの側面図である。

図１に示されるように、本実施例の成層空調システム１（以下、「成層空調１」と略する）は、ビルの屋外に配置される1台の屋外機４と、各居室２に対応して配置される複数台の屋内機３と、屋外機４とそれぞれの屋内機３とを接続する冷媒管５ａ、５ｂとからなる。

本実施例の成層空調１の基本的な構成は、一般事務所ビルやホテル等の複数の居室を有するビルなどにおいて一般的に採用されるビルマルチシステムと同様である。具体的には屋外機４の冷暖房切替ユニット４１にて冷媒の供給方向を切替えることで、冷暖房運転の切替が可能であり、各居室２にて空調の個別の起動又は停止が可能であり、また増設が容易にできるという特徴を有している。

例えば、冷房時においては、冷暖房切替ユニット４１の開閉弁４４ａ、４４ｄが開状態となり（開閉弁４４ｂ、４４ｃは閉状態）、冷媒液ポンプ４３の起動により、液溜４５内の冷媒液が冷媒液管５ａを介して各居室２の屋内機３に供給され、各居室２において個別の空調（冷房運転）が可能となっている。

各居室２における冷房運転により蒸発気化された冷媒ガスは、冷媒ガス管５ｂを介して熱交換器４２に供給され、熱媒体管４６を介して供給される熱媒体との熱交換により凝縮液化されて、再び冷暖房切替ユニット４１の液溜４５内に供給される。

また、暖房時においては、冷暖房切替ユニット４１の開閉弁４４ｂ、４４ｃが開状態となり（開閉弁４４ａ、４４ｄは閉状態）、冷媒液ポンプ４３の起動により液溜４５内の冷媒液が熱交換器４２に供給され、熱媒体管４６を介して供給される熱媒体との熱交換により蒸発気化されて、冷媒ガス管５ｂを介して各居室２の屋内機３に供給され、各居室２において個別の空調（暖房運転）が可能となっている。

各居室２における暖房運転により凝縮液化された冷媒液は、冷媒液管５ａを介して再び冷暖房切替ユニット４１の液溜４５内に供給される。

上記のように、冷媒が蒸発気化と凝縮液化とを繰り返すことにより、発生する（冷）熱を利用して、連続的な冷房運転又は暖房運転ができるようになっている。

各居室２における空調運転について具体的に説明すると、図２に示されるように、各居室２に対応して配置される屋内機３は、各居室２外部に配設されて緩冷風又は緩温風（熱処理された熱処理済空気）を生成する本発明における熱処理ユニットとなる空調ユニット１０と、各居室２内部に設置されて居室２内に緩冷風又は緩温風を吹出し及び居室２内の空気を吸入する室内ユニット２０と、空調ユニット１０及び室内ユニット２０を接続する第１吸入ダクト１６ａ１（通気路）、本発明における外気混合手段となる吸引部１４ａ、該吸引部１４ａと空調ユニット１０とを接続する第１ダクト１６ｂ（通気路）、空調ユニット１０にて熱処理された熱処理済空気を空調ユニット１０に供給するための第２ダクト１６ｃ（通気路）と、各居室２の室温を個別に管理可能とする室温調整システムとからなる。

熱処理手段を有し外部に熱を発する熱処理ユニットとしての空調ユニット１０が、居室２内の空調領域を除いた居室２外部に設けられているため、居室２内の空調領域における温度成層を維持できる。

尚、熱処理ユニットとしての空調ユニットの配設箇所は、必ずしも本実施例における居室２外部に限られるものではなく、例えば居室２内の天井面２ａ近傍等の非空調領域に設けられていても、同様に居室２内の空調領域における温度成層を維持できる効果が得られる。更に空調ユニットの配設箇所は、上述した居室外若しくは居室内の非空調領域に限られず、居室内の空調領域であっても構わない。

空調ユニット１０における緩冷風又は緩温風の生成について説明すると、空調ユニット１０を構成する第１チャンバー１７内には、冷媒液管５ａと冷媒ガス管５ｂとが接続されて冷媒を蒸発気化又は凝縮液化する熱交換部１３（熱源）と、第１ファン１２（第１送風手段）とが格納されており、第１ダクト１６ｂを介して導入された空気（居室２内の室内空気＋吸引部１４ａにて混合された外気）が、第１ファン１２の回転により熱交換部１３にて発生した低温又は高温の熱源に向かって吹出され、冷風又は温風の熱処理済空気（第1空気）が生成されて第２ダクト１６ｃを介して室内ユニット２０に供給される。

このように生成された冷風又は温風の熱処理済空気（第1空気）は、後述する室温調整システムにより、その風量と風温が調整される。

また、第１チャンバー１７の上流部位置には、室内ユニット２０からの室内空気が流入する第１吸入ダクト１６ａ１と、室外の所定箇所に設けらた外気吸入口９からの外気が流入する第２吸入ダクト１６ａ２とに接続された吸引部１４ａが設けられており、該吸引部１４ａにおいて、第１吸入ダクト１６ａ１から流入する室内空気に対して、外気が導入・混合されるようになっている。

本実施例に用いた吸引部１４ａは、図７（ａ）に示すように、内部が連通して形成された前方管３１と接続管３３と後方管３２とが互いに連結して成っている。そして、図７（ｂ）に示すように、中央部に先端ノズル３３ｂを有しており、内部にくびれた流体経路が形成されている、いわゆるベンチュリ管として機能するものである。すなわち、第１吸入ダクト１６ａ１を介して前方管３１の流入口３１ａより流入された室内空気は、先細った先端ノズル３１ｂを流下される。このとき、先端ノズル３１ｂ付近で水圧低下現象が生じるため、ベンチュリ効果により接続管３３の接続口３３ａより第２吸入ダクト１６ａ２を介して外気吸入口９からの外気が吸引部１４ａ内に吸入され、室内空気と混合される。尚、これら導入される外気の比率としては、本実施例にあっては、概ね１５容量％（最終的に、吹出部２１から吐出される際の容積比率として約１０容量％となる）である。

このように吸引部１４ａ内において、導入された外気は、空調ユニット１０において室内空気とともに、熱処理と同時に撹拌混合されて均一化された後、第２ダクト１６ｃを介して室内ユニット２０に供給される。

つまり、本実施例の吸引部１４ａにおいては、該吸引部１４ａが第１送風手段となる第１ファン１２を利用したベンチュリ管（ベンチュリ手段）として機能することで、特にファン等の動力を使用することなく、室内ユニット２０からの室内空気に外気が導入・混合されており、このようにすることは、ファン等の動力に電力を供給するための電力配線等を架設する必要がないことから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら吸引部１４ａに代えて、ファン等を用いて、室内ユニット２０からの室内空気に外気を混合するようにしても良い。

尚、吸引部１４ａの内部は、上記のように第１吸入ダクト１６ａ１を介して流入された室内空気の流れを利用して、第２吸入ダクト１６ａ２ｃを介して外気が吸入されて混合される構造を有していれば、必ずしも上述のように内部にくびれた流体経路が形成されていなくともよい。

次に居室２内の成層空調１による空調について詳細に説明する。

図２及び図３に示されるように、空調ユニット１０と該空調ユニット１０にとって上流側となる第１吸入ダクト１６ａ１と第１ダクト１６ｂ、並びに下流側となる第２ダクト１６ｃを介して接続された室内ユニット２０は、背面を居室２の壁面２ｂに近接させた位置に配置されている。

図３（ｂ）、（ｃ）に示されるように、室内ユニット２０の正面下部には、室内ユニット２０とほぼ同幅となる横長状の吹出部２１が設けられているとともに、図4に示すように、該吹出部２１の内方側中央位置には吹出口２１ａが設けられていて、該吹出口２１ａには、該吹出口２１ａと第２ダクト１６ｃとを連通させるために、該室内ユニット２０内に設けられている、第２ダクト１６ｃとほぼ同径の連結ダクト１６ｃ’が接続されており、空調ユニット１０にて生成された熱処理済空気（第１空気）が、第２ダクト１６ｃ並びに連結ダクト１６ｃ’を通じて吹出口２１ａから吹出部２１に供給され、該吹出部２１から居室２内に緩冷風又は緩温風として吹出せるようになっている。

また、室内ユニット２０前面の正面上部には、居室２内の室内空気を吸入するための室内ユニット２０とほぼ同幅となる横長状の吸入部２２が設けられている。さらに、この吸入部２２の内方側底部には、図４に示すように、第１吸入ダクト１６ａ１に接続された第１吸入口２２ａを有する有底箱状の第１吸入部２２ａ’と、該室内ユニット２０内部に設けられている第２ファン１４（第２送風手段）に繋がる内部吸入ダクト１５ａに接続された第２吸入口２２ｂを有する有底箱状の第２吸入部２２ｂ’とが設けられており、吸入部２２から吸入された室内空気の一部（約２／３）は、第１吸入口２２ａ並びに第１吸入ダクト１６ａ１と第１ダクト１６ｂを通じて空調ユニット１０の第１チャンバー１７に供給されることにより、熱処理された後、室内ユニット２０に再度供給される一方、吸入部２２から吸入された室内空気の一部（約１／３）は、第２吸入口２２ｂ並びに内部吸入ダクト１５ａを通じて第２ファン１４に供給され、第２ファン１４から連結ダクト１６ｃ’上に形成された混合チャンバー１８に供給ダクト１５ｂを通じて供給されることで、空調ユニット１０から供給される熱処理済空気と混合チャンバー１８内において混合されるようになっている。

このように、空調を行っている時点の室温を有する室内空気を第２ファン１４により混合チャンバー１８内に送り出し、第１ファン１２により送り出される熱処理済空気（第１空気）と混合して、緩冷風又は緩温風を生成することができるため、緩冷風又は緩温風の温度と、空調を行っている時点の室温との温度差を安定的に近づけることができる。

つまり、室内ユニット２０の下部に位置する吹出部２１を介して緩冷風又は緩温風を居室２内に吹出させ、好ましい実施態様として、床面２ｃから８００〜２２００ｍｍの範囲内に開口させた吸入部２２を経由して室内空気を吸入するようにしたものである。

また図３（ｃ）及び図４に示されるように、本実施例における吹出部２１と第２ダクト１６ｃとほぼ同径の連結ダクト１６ｃ’との間には、該連結ダクト１６ｃ’（第２ダクト１６ｃ）内の緩冷風又は緩温風の通過断面よりも広く、吹出部２１と略同一の開口面積を有する本発明における減速空間部（減速手段）となる横長有底箱状の大口ダクト２８が設けられており、混合チャンバー１８にて混合された空調ユニット１０からの熱処理済空気と第２ファン１４からの室内空気との混合空気である大量の緩冷風又は緩温風が減速されて、２．０ｍ／ｓｅｃ以下の低速の吹出し速度で吹出されるようになっているために、図２に示すように、居室２内の空調領域Ａに限って均一な快適空間を迅速に形成させることができる。

また、吹出部２１の近傍位置に大口ダクト２８が設けられているために、空調ユニット１０と室内ユニット２０とを接続する第２ダクト１６ｃの通過断面を小型化することができる。

さらに、本実施例における吹出部２１の背面側には、吹出部２１と略同一の面積を有するメッシュフィルタ２６（抵抗手段、混合手段）が設けられていることにより、混合チャンバー１８にて混合されて生成された大量の緩冷風或いは緩温風は、吹出部２１の背面側で均一な抵抗を受けるため、吹出部２１全面に亘ってほぼ一定速度で居室２内に吹出されるようになっており、吹出部２１の面積を大型化することができる。

また、メッシュフィルタ２６を介して緩冷風又は緩温風が居室２内に吹出されることにより、冷風又は温風と送風とが、より混合されて均一な温度の緩冷風又は緩温風に生成しつつ、上記のように吹出部２１の全面から一定速度で吹き出すことが、シンプルな構造で可能となる。

さらに、本実施例における吹出部２１の背面側の所定位置に配設される水平ブレード２７により、吹出部２１から吹出される緩冷風或いは緩温風は、居室２の床面２ｃと略平行に吹出されるようになっている。

また、本実施例の室温調整システムは、第1ファン１２と、熱交換部１３と、冷媒量調整弁２５と、図３（ｂ）に示すように、室内ユニット２０の前面を開閉可能に覆う正面パネル２９に取り付けられた室温検知センサ２４ａと、吹出口２１ａの近傍に取り付けられた吹出し温度センサ２４ｂ、室温設定パネル２３と、冷媒量及び第１ファン１２の回転数を制御する制御手段１９と、から構成される。

室温検知センサ２４ａは、吸入部２２の近傍となるように、正面パネル２９に設けられており、吸入部２２から吸込まれる居室２内の空気の温度を検知できるようになっており、吹出し温度センサ２４ｂは、吹出口２１ａの近傍、具体的には、大口ダクト２８の内側底部壁に取り付けて設けられており、これら室温検知センサ２４ａ並びに吹出し温度センサ２４ｂは、図２に示すように、制御手段１９に接続されて、検知した温度を制御手段１９に出力する。

このように、居室２内の上方箇所に位置する吸入部２２の近傍に室温検知センサ２４ａが設けられており、居室２内の下方箇所に位置する吹出部２１から吹出される緩冷風又は緩温風の風量及び／又は温度が、後述する室温調整システムにより制御されているため、居室２内における上方と下方との温度差を少ない状態にして、居室内の快適な空調領域Ａを形成することができる。尚、本実施例において室温とは、室温検知センサ２４ａにて検知された温度のことを示す。

次に、室温調整システムの制御フローについて、図５に基づいて具体的に説明すると、室温設定パネル２３により目標室温が設定入力され、運転が起動されると、目標室温と室温検知センサ２４ａにより検知された現室温との温度差に応じて、制御手段１９により冷媒量調整弁２５の開閉操作が制御されて温度調整され、同様に制御手段１９により第１ファン１２の回転数が制御されて風量調整された冷風又は温風が吹き出される。一方、第２ファン１２は、前記運転の起動により、制御手段１９による制御とは関わりなく一定速度で常時運転状態となる。

そして、第１ファン１２により空調ユニット１０から供給される冷風或いは温風と、第２ファン１４により送風される室内空気とが混合された緩冷風或いは緩温風は、吹出し温度センサ２４ｂにて検知される温度が、温検知センサ２４ａにより検知される現室温との温度差が１０℃以内となるように生成され、室内ユニット２０の吹出部２１より居室２内に吹出される。

居室２内に吹出された冷風又は温風により、現室温が目標室温に達成（現室温と目標室温との温度差がゼロあるいは所定値以下になる）すると、第１ファン１２の運転が自動停止又は微風状態にて運転するようになっており、第２ファン１４の運転は別途手動にて停止可能となっている。

このように第２ファン１４が、制御手段１９による制御とは関わりなく運転可能となっているために、第１ファン１２による第１空気が制御手段１９により停止又は微風状態になったとしても、第２ファン１４による送風空気により一定量の空気の風量を確保できることにより、居室２内の温度成層を壊さない程度の空気の循環が形成され、居室２内の温度差を維持できるとともに、これら第２ファン１４の風量等を制御するための機構や機器を室内ユニット２０内に設ける必要がないので、室内ユニット２０の構成を簡素化でき、その結果として、室内ユニット２０のコストを低減できる。

また、居室２内の上方に設けられた第２吸入口２２ｂから吸入される室内空気が、下方に設けられた吹出部２１から常時吹出されるため、居室２内の上方と下方との温度差を少ない状態で維持できる。

また、第２ファン１４による送風は、吸入部２２から吸入された居室２内の空気の一部を利用しており、制御手段１９に拠らずに常に現室温を有しているため、温度調整及び風量調整された冷風又は温風の温度を穏やかに緩和して、かつ安価に風量を増大できる。

次に、吹出部２１の背面側に設置される抵抗手段、混合手段について第２実施例を以下に示す。

図９に示すように、本実施例における吹出部２１の背面側には、混合手段を兼ねている抵抗手段として、多数の孔部３６ａを有する面状体であって吹出部２１と略同じ面積を有するパンチングメタル３６が、吹出部２１と略平行に所定の空間部３８を離間して設置されている。

このようにすることで、熱処理済空気と室内空気とが、面状体としてのパンチングメタル３６の孔部３６ａを通過して空間部３８に送り出される際に、渦流を発生させることで効率よく混合される。

また、パンチングメタル３６と同幅であって同じ仕様の孔径、ピッチを有し、パンチングメタル３６より低い縦寸法を有するパンチングメタル３７が、パンチングメタル３６の背面側に重なるように、孔部３６ａと孔部３７ａとの配置位置を僅かにずらし、より小径の孔部を形成した位置で設置されている。このように、特に熱処理済空気と室内空気とが流れる速度分布に応じて、適宜孔部の仕様を変えて、吹出部２１から吹き出される空気の速度を一様にすることが出来る。

更に、熱処理済空気と室内空気との混合状況に応じて、汎用のパンチングメタルにおける孔部の径若しくはピッチ仕様を適宜選択することで、安価に混合手段を兼ねている抵抗手段を構成できる。更に、同一の若しくは異なる仕様の複数のパンチングメタルを重ねて孔部の径若しくはピッチ仕様を適宜調整してもよい。

尚、混合手段を兼ねている抵抗手段として、多数の孔部を有する面状体であれば、必ずしもパンチングメタルでなくてもよい。また、上記した面状体は、吹出部２１の背面側に所定の空間部を離間して設置されていれば、必ずしも吹出部２１と略平行に設置されている必要はなく、例えば面状体が、熱処理済空気及び室内空気の流路に対して所定角度を有する斜方向に設置されていてもよい。

更に、上述した面状体は、本実施例のように吹出部２１の背面側に必ずしも全面に亘って一様に孔部を有している必要はなく、熱処理済空気と室内空気とが流れる速度分布若しくは熱処理済空気と室内空気との混合状況に応じて、面状体における所定の一部を閉塞板で構成してもよい。

次に、成層空調１における室内ユニット２０の配置について第１変形例を以下に示す。

図６に示されるように、ペリメ−タゾ−ンＰは、壁面２ｂ、窓８などを通して外気の気象条件の影響を受ける建築物の屋内周囲空間を指し、通常は図示のように５０００ｍｍ程度の幅をいうことが多いが、その数値には特別の意味はない。すなわち本発明では単に壁面２ｂに近い周囲空間といった程度の意義を有するにすぎず、また、その周囲の空間であるペリメータゾーンＰで囲まれる内側の空間をインテリアゾ−ンＩとする。

また、冷房専用室内ユニット２０ａを使用する場合には、インテリアゾ−ンＩの境界付近に設置し、また暖房専用室内ユニット２０ｂを使用する場合には、これをペリメ−タゾ−ンＰの領域、すなわち壁面２ｂ近くに設置するのがよい。それは、周知のように建物での外界との熱の授受は、主として窓８などの外壁構成個所で生じ、一般に夏は壁面２ｂ部分から熱が流入し、冬は熱が流出するからである。

したがって室内ユニットは、壁面２ｂ近辺に設置するのが効率的であるが、冷房専用室内ユニット２０ａに限っては、インテリアゾ−ンＩの領域に設置するのが望ましい。インテリアゾ−ンＩには照明７、事務機器が存在すると共に、人体などの発熱体も共存して、一種の発熱ゾ−ンとみなすことができるからである。すなわち、温風は比重が軽いので上昇気流となり、インテリアゾ−ンＩに向かって吹出すときの到達距離が冷風に比較し短くなるが、インテリアゾ−ンＩは実質的には発熱領域とみなすことができるので、比重差による暖気の拡がりを冷気ほどには期待しなくともよいのである。

成層空調１における屋内機３の運転状況においては吹出し温度を夏季は比較的高く（１９〜２１℃程度）、冬季は比較的低く（３５℃程度）設定しており、従来の空調システムにおける室内機の運転状況においての吹出し温度を夏季は１５℃程度、冬季は４０℃程度と設定しているのと比較すると、成層空調１は常に室温との温度差を抑えた冷気又は暖気を居室２内に送り込むことにより、居室２内の特に吹出部２１近辺における快適性を維持できる。

以上、本実施例によれば、空調領域Ａを高さ方向において天井面２ａよりも下方に位置する居住域に限定し、空調領域Ａを室内ユニット２０の吸入部２２によって積極的に区画設定することができる。空調領域Ａより上方に位置する非空調領域Ｂは、空調の対象から除外して、空調に要するエネルギ消費が少なくなるようにした。なお、天井面２ａ近傍には比重の軽い暖気が充満する結果、非空調領域Ｂは高い温度となる。このように本発明にあっては、従来のように天井面２ａ付近を含めた居室２内全体を満遍なく空調する方式と異なり、それだけ省エネルギを実現し得るのである。

また、冷暖房いずれの場合においても、緩冷風又は緩温風の吹出し速度を２．０ｍ／ｓｅｃ以下に保ち、従来のように３〜４ｍ／ｓｅｃ程度を基準に空調していた方式と比較すると、格段に風速を弱めることができ、それだけ省エネルギ効果を発揮する。換言すれば、従来のように冷気または暖気の吹出し風速を大きくすることなく、他方、ファン等を用いての居室２内空気の撹拌も必要でないからエネルギ消費が少ない。

また、冷房時には主として冷気の比重差による空気の拡散を利用して下から押しあげるように空調を行ない、一方、暖房時には建物内部の発熱ゾ−ンを活用すると共に、主としてペリメ−タゾ−ンＰに対してのみ暖気を供給するようにしたから、吹出し速度を緩めることが可能となり、他方、冷房時の吹出し温度も従来のように１５℃といった低温を廃して、２３〜２５℃程度とすることができ、これは熱源としても省エネルギになる。

または暖房時にあっても、従来の空調ユニットよりも温度を低め、空調ユニット２０周辺の周囲温度と比較しての温度差を１０℃以下にして、積極的に空気の混合が生ずるようにした。なお、従来の空調ユニットにあっては、温度差を１５〜４０℃程度に保ち周囲に較べ高い温度にしていたので、空気の混合が起こりにくく省エネルギの点でも効果が小さかった。

本発明にあっては、前記のよう温度差を縮めて空気の混合を促進するようにしたため、例えば、周囲温度が１０℃であるときは吹出し温度を２０℃に設定し、周囲温度が１５℃のときは吹出し温度を２５℃とすることが可能となり、それだけ、省エネルギ面でも有効に機能する。

上に詳しく説明したように、本発明においては、冷暖房いずれの場合にあっても、居室２内全体の空気調和を図るのではなく、高さ方向における居住域に限定しての空調領域Ａのみが快適温度に保たれるように、特定の条件下に居室２内の下部から吹出し、上部から吸込みを行うように運用させるものであるから、温度ムラの発生が少ないだけでなく、省エネルギの観点からみて画期的な効果を奏することが明白である。

例えば暖房時、床面２ｃ近くの吹出部２１から吹出された温風は、天井面２ａ方向に上昇せず床面２ｃ全域に速やかに広がり床面２ｃ近くに暖気層を形成する、一方床面２ｃの冷気層は暖気層に押し上げられて一時的に逆転現象が生じる。一般に、床面２ｃや壁面２ｂなどの平坦面に接近して吹出された気流は、コアンダ効果により、当該平坦面に付着して流れるが、本発明では、暖房開始初期の室温と、吹出される温風温度との温度差が小さいため、相対的に浮力が小さく、また、吹出し風速も２．０ｍ／ｓｅｃ以下と従来の空調システムと比較して低いため床面２ｃに温風が引き付けられる。

すなわち、床面２ｃに対する付着力が温風の浮力より大きいために、温風は直ちに天井面２ａ方向に上昇することはない。吹出部２１からゆっくりと吹出させると、吹出し空気の気流が障害物に衝突しても天井面２ａ方向に吹き上がることはない。障害物にゆっくりと衝突するため障害物を水平方向に取り巻き迂回して床面２ｃ全域に広がる。天井吹出しとする従来空調システムでは「風量を到達させる位置での風速」は、中心で約０．２５ｍ／ｓｅｃとされているが、実際には暖房時などは中心で０．５ｍ／ｓｅｃ以下に設定されている。このことから、本発明では吹出部２１から吹出す風速を２．０ｍ／ｓｅｃ以下、具体的には２．０ｍ／ｓｅｃ〜０．５ｍ／ｓｅｃ前後とし、これにより塵埃が室内に舞い上がることがないようにしている。

一方、冷房時にあっても暖房時と同じく居室２内の下部に設けられた吹出部２１から吹出され、この場合の冷気も同様に２ｍ／ｓｅｃ以下に保ち、さらに吹出された冷風は比重の関係から床面２ｃ上を次第に拡散してゆき、次いで温度が高く比重の小さな空気を下から押し上げるようにして温度ムラのない一様な快適空間を作り出すようにしたものである。

また、低速に吹出した場合でも、吹出し口付近には誘因的に空気の撹拌が生じるから、それによっても温度の均一化が図れる。

換気機能については、新鮮な空気は床面２ｃに近い吹出部２１から居住域である空調領域Ａに送気され、居室２内に発生する機器或いは人体Ｍの発熱量Ｈ及び臭気等の空気よりも比重の軽いものは、その場で温度成層を壊すことなく分離されて上昇気流となって上昇し、排気口６より居室２外部に排気され、換気効率が非常に高いといえる。脱臭についても周囲に影響を与えることなく排気される。

また、成層空調１は第１ファン１２により送られる冷風又は温風の量に、第２ファン１４による送風量が付加されており、従来の空調システムよりも風量が増大しているために、目標室温に迅速に到達することが可能である。

また、天井面２ａには排気口６が設けられており、居室２内の人体Ｍあるいは照明７等からの発熱量や汚染空気を除去するようになっている。

冬期においても、床面２ｃ近傍から吹出された緩温風は、室温との温度差が少ないことから、吹出部２１を出た後に直接上昇せずに、吹出部２１の周囲から暖気の塊を生成し、居室２内に広がっていく。時間の経過とともに居室２内の低温の空気との混合が平面的に進んでいくため、暖房方式としては理想的とされる、床暖房に近い状況が実現される。

また、吹出し速度が低速であるため、空気の攪拌により室温の均一化がなされるのでなく、上下方向の空気の流れはほとんどないが、空気中の温度のみが垂直方向に伝播可能となる。

また、好ましい実施例としては、吹出部２１と吸入部２２の開口高さを、それぞれ空調領域Ａの高さの１／２を越えない範囲に保持するのがよい。

なお、例えば既存のビルマルチシステムの室内機を、本実施例の室内ユニット２０に交換することにより、既存のビルマルチシステムを生かしつつ、新たに通気路の大幅な工事等を行うことなく、安価に成層空調１を形成することが可能となる。

また、前記実施例のように、第１ファン１２により送られる冷風又は温風の量と、第２ファン１４により送られる送風量との流量比率は、２：１程度であることが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの比率は、居所の使用目的や利用状況等に応じて、適宜に設定すれば良い。

また、成層空調１は、既存の空調システムにおける吹出部よりも広い開口面積を有する吹出部２１が設けられていることにより、既存の空調システムにおける吹出し速度よりも低速の吹出し速度にて緩冷風又は緩温風を居室２内に送り込むことが可能となる。緩冷風又は緩温風の居室２内への吹出し速度は、２．０ｍ／ｓ以下が好ましい。

また、前記実施例によれば、居室２内に配置される室内ユニット２０に、熱処理されていない室内空気（第２空気）と、空調ユニット１０（熱処理ユニット）から供給される熱処理済空気（第１空気）とを混合する混合チャンバー１８（混合手段）と、混合チャンバー１８（混合手段）に熱処理されていない室内空気（第２空気）を供給する第２ファン１４（第２送風手段）とを設けることで、熱処理しない室内空気（第２空気）の流路を、室外等に架設する必要がなく、これら熱処理しない空気の流路を架設するための工期や、コストが通常の空調システムに比較して大きくなってしまうことを解消することができ、もって、成層空調システムの普及を図ることができるばかりか、第２ファン１４（第２送風手段）を室内ユニット２０内に有することで、第２ファン１４（第２送風手段）と第２吸入口２２ｂ並びに吹出口２１ａとの距離、すなわち、内部吸入ダクト１５ａと、供給ダクト１５ｂの長さを、従来の成層空調システムに比較して大幅に短縮でき、よって、これら通気ダクトにおける通気抵抗を低減できるので、低出力の第２ファンでも十分な風量を得ることができ、よって成層空調システム全体の空調効率も向上できる。

また、前記実施例によれば、外気吸入口９からの外気が、外気混合手段となる吸引部１４ａにて室内空気に導入・混合されるので、室外の新鮮な空気を室内に取り込む換気効果を得ることができる。

また、前記実施例によれば、外気混合手段となる吸引部１４ａを空調ユニット１０（熱処理ユニット）の上流部に設けているので、温度差や湿度差がある外気を、空調ユニット１０（熱処理ユニット）において直接熱処理することができるとともに、該熱処理によって室内空気と外気とが混合されながら熱処理されるので、熱処理済空気の均質性を向上できる。

また、前記実施例によれば、外気混合手段となる吸引部１４ａとして、第１ファン１２（第１送風手段）を利用したベンチュリ管を用いることで、ファン等の動力を要せずに外気を第１ファン１２（第１送風手段）にて吸入される室内空気に混合でき、これらファン等の動力に電力を供給するための電力配線等を架設する必要もない。

また、前記実施例によれば、第２ファン１４（第２送風手段）が、空調時において一定速度で常時運転状態を維持することにより、これらの第２ファン１４（第２送風手段）の風量や運転、停止を制御するための構成を室内ユニット２０内部に設ける必要がなく、室内ユニットを簡素化できるばかりか、室内の上方から吸入される室内空気が常時下方から吹出されるため、室内の上方と下方との温度差を少ない状態で維持できる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、本発明の空調システムは、暖房専用機、冷房専用機および冷暖房兼用機器等、空気調和に役立つ機器をすべて含む。

また、居住域である空調領域Ａの下限値の０ｍｍは、通常の状態においてベッドに横臥した状態の高さを充分にカバ−する範囲であることにより、空調領域Ａの上限値の２２００ｍｍは通常の人体の身長をカバ−する範囲であることによるが、植物または人間以外の動物を対象として空調領域を設定する等の場合には、必ずしも前記数値にこだわる必要はない。

また、吹出部２１の背面側には、左右方向にスイングさせることができる垂直ブレードを設けて風向きを左右方向に変更することができるような構成であってもよい。

また、前記実施例では、室温調整システムにおいて冷風又は温風の風量及び風温のいずれも制御していたが、冷風又は温風の運転制御ができれば、いずれか一方の制御でもよい。

また、前記実施例では、室温調整システムにおいて目標室温に到達すると、第１ファン１２のみが自動停止するように制御されているが、居室２内の室温管理が可能であれば、例えば第１ファン１２と第２ファン１４とのいずれもが、室温調整システムにおける運転制御の対象であってもよい。

また、前記実施例では、室温検知センサ２４ａの取付位置は第１吸入口２２ａ近傍であるが、本実施例で近傍とは、第１吸入口２２ａから３０ｃｍ四方程度の範囲内であることが好ましい。但し居室２内の空間が比較的狭い場合や空調領域Ａにおける温度成層の形成等の条件により、第１吸入口２２ａの近傍と略同一の温度が検知できれば、室温検知センサ２４ａの取付位置は、前記範囲内には必ずしも限定されず、例えば第１吸入口２２ａと略同一高さであって第１吸入口２２ａと離間した所定の箇所であってもよい。さらに室温検知センサ２４ａの取付位置は、室内ユニット２０の中央高さ位置でもよいし、或いは室内ユニット２０とは離間した所定の箇所であってもよい。

また、前記実施例では、１台の屋外機４に対して複数台の屋内機３が各居室２に配設され、冷媒管５ａ、５ｂにより接続されるいわゆるビルマルチシステムが応用されているが、成層空調１による効果を有するものであれば、空調の方法はビルマルチシステムに限らず、例えばファンコイル方式であってもよい。

また、前記実施例では、第１ファン１２により生成された冷風（温風）と、第２ファンにより生成される送風空気とが、混合チャンバー１８により混合されて緩冷風（緩温風）が生成されているが、混合の方法は必ずしも混合チャンバー１８に限らない。

例えば本発明の第２変形例として図８に示される室内ユニット２０’のように、第１ファン１２により生成された冷風（温風）と、第２ファン１４により生成される送風空気とが、それぞれ吹出部２１’内部に送り出されてもよく、このようにすることで、メッシュフィルタ２６が、緩冷風（緩温風）の抵抗手段と混合手段とを兼ねているため、シンプルな構造で、第１ファン１２により生成された冷風（温風）と、第２ファン１４により生成される送風空気との混合による大量の緩冷風（緩温風）を生成しつつ、吹出部２１’の全面から均一な吹出し速度で吹出せる。

また、前記実施例では、吸入部２２内部に第１吸入口２２ａを有する第１吸入部２２ａ’と、第２吸入口２２ｂを有する第２吸入部２２ｂ’とを隣接して設け、同一の吸入部２２から室内空気が吸い込まれるようにしており、このようにすることは、吸入部２２を共通とすることで、温度成層を安定して保持できることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら第２吸入部２２ｂ’を、吸入部２２以外の位置、例えば、吸入部２２の下方位置に、横長状の第２吸入部を個別に設け、該第２吸入部内に第２吸入部２２ｂ’を設けるようにしても良いし、逆に、吸入部２２の上部位置に、第２吸入部２２ｂ’を有する第２吸入部を個別に設けるようにしても良い。

また、前記実施例では、第２送風手段として１つの第２ファン１４を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら第２ファン１４の数や大きさ等は、適宜に選択すれば良い。

また、前記実施例では、吸引部１４ａを設けて、外気を導入する構成としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら吸引部１４ａを有しない、つまり外気を導入しない空調システムであっても良い。

また、前記実施例では、吸引部１４ａにおいて常時、外気が導入されるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第２吸入ダクト１６ａ２の経路状に流路を遮断・連通させる電磁開閉バルブを設け、該電磁開閉バルブを室温設定パネル２３における設定に応じて制御手段１９にて制御することで、外気の導入・非導入を適宜、変更できるようにしても良い。

また、前記実施例では、吸引部１４ａを空調ユニット１０の上流側に配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら吸引部１４ａを空調ユニット１０の下流側となる第２ダクト１６ｃの経路上に配置するようにしても良い。

また、前記実施例では、成層空調システム１の運転中において第２ファン（第２送風手段）の運転を連続運転状態とすることで、第２吸入口２２ｂから第２ファン（第２送風手段）吸入される室内空気の量を、ほぼ一定となるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、空調の開始時点においては、空調ユニット１０にて熱処理する空気量を大きくするために、第２吸入口２２ｂから吸入した室内空気の一部（例えば１／２）を、空調ユニット１０に、第１吸入口２２ａから吸入した室内空気に合流させて送り、吸入した室内空気の一部を混合チャンバー１８へ送るようにし、室内温度が目標温度に近接してきた場合には、空調ユニット１０への送気を終了して、第２吸入口２２ｂから吸入した室内空気の全部を混合チャンバー１８へ送るように制御しても良い。

また、前記実施例では、第２吸入ダクト１６ａ２の先端となる外気吸入口９を、屋外に露出させて外気を取り込んでいるが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら外気吸入口９を、他の居室内に配置して、他の居室の室内空気を導入するようにしたり、或いは、先端を複数設け、一端を屋外に露出させ、一端を他の居室に配置するようにして、外気と他の居室の室内空気を同時に導入するようにしても良い。

本発明の第１実施例における成層空調システムの全体を示す配管系統図である。 各居室における室内機の模式図である。 （ａ）は、室内ユニットの平面図であり、（ｂ）は同じく正面図であり、（ｃ）は同じく側面図である。 室内ユニットの正面パネルを開いた状態の正面図である。 室温調整システムの制御フローを示すフロー図である。 （ａ）は、空調領域高さと吹出部高さを示した模式図であり、（ｂ）は本発明の第１変形例における各居室の室内機の配置を示した平面図である。 （ａ）は、外気混合手段を示した模式図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 本発明の第２変形例における室内ユニットの正面パネルを開いた状態の正面図である。 本発明の第２実施例における室内ユニットの側面図である。

符号の説明

１ 成層空調システム
２、２’ 居室
２ａ 天井面
２ｂ、２ｂ’ 壁面
２ｃ、２ｃ’ 床面
３ 屋内機
４ 屋外機
５ａ、５ｂ 冷媒液管、冷媒ガス管
６ 排気口
７ 照明
８ 窓
１０、１０’ 空調ユニット（熱処理ユニット）
１２ 第１ファン（第１送風手段）
１３ 熱交換部（熱源）
１４ 第２ファン（第２送風手段）
１４ａ 吸引部（ベンチュリ手段）
１５ａ 内部吸入ダクト
１５ｂ 供給ダクト
１６ａ１ 第１吸入ダクト（通気路）
１６ａ２ 第２吸入ダクト
１６ｂ 第１ダクト（通気路）
１６ｃ 第２ダクト（通気路）
１７ 第１チャンバー
１８ 混合チャンバー（混合手段）
１９ 制御手段
２０、２０’ 室内ユニット
２０ａ 冷房専用室内ユニット
２０ｂ 暖房専用室内ユニット
２１、２１’ 吹出部
２１ａ 吹出口
２１ｂ 第２吹出口
２２ 吸入部
２２ａ 第１吸入口
２２ｂ 第２吸入口
２２ａ’ 第１吸入部
２２ｂ’ 第２吸入部
２３ 室温設定パネル
２４ａ 室温検知センサ
２４ｂ 吹出し温度センサ
２５ 冷媒量調整弁
２６ メッシュフィルタ（抵抗手段、混合手段）
２７ 水平ブレード
２８ 大口ダクト（減速空間部；減速手段）
２９ 正面パネル
３１ 前方管
３１ａ 流入口
３１ｂ 先端ノズル
３２ 後方管
３２ａ 流出口
３３ 接続管
３３ａ 接続口
３６、３７ パンチングメタル（抵抗手段、混合手段）
３６ａ、３７ａ 孔部
３８ 空間部
４１ 冷暖房切替ユニット
４２ 熱交換器
４３ 冷媒液ポンプ
４４ 開閉弁
４５ 液溜
４６ 熱媒体管
Ａ 空調領域
Ｂ 非空調領域
Ｉ インテリアゾーン
Ｍ 人体
Ｐ ぺリメータゾーン

Claims (7)

1. 空調対象の室内における所定の下方箇所に吹出部を設け、該吹出部から床面に対して略水平方向に、該室温との温度差が１０℃以内となるように熱処理された空気を低速で吹出すとともに、人体や動植物の生活空間を基準とする該室内空間内の所定の上方箇所に第１吸入口を設け、該室内に温度成層を形成して空調領域と非空調領域とを区画設定する空調システムであって、
   前記吹出部と前記第１吸入口とを有し前記室内の空調領域に設けられる室内ユニットと、
   前記室内の非空調領域若しくは前記室外に設けられ、前記室内ユニットと通気路を介して接続されており、前記室外に設けられた外気吸入口から吸入される外気を、前記第１吸入口から吸入される室内空気に混合する外気混合手段と、
   前記室内の非空調領域若しくは前記室外における前記外気混合手段よりも下流に設けられ、前記外気混合手段により混合された空気を熱処理する熱処理手段と、前記外気吸入口からの外気及び前記第１吸入口からの室内空気を吸入するとともに、該熱処理手段にて熱処理された熱処理済空気を前記室内ユニットに供給する第１送風手段と、有する熱処理ユニットと、を備え、
   前記室内ユニットは、
   第２吸入口と、該第２吸入口から前記室内の空気を吸入するための第２送風手段と、前記第２吸入口から吸入される室内空気と前記熱処理ユニットから該室内ユニットに供給される熱処理済空気とを混合する混合手段と、前記吹出部から吹出される空気の流速を２．０ｍ／ｓｅｃ以下に減速させる減速手段と、を有し、
   前記混合手段にて混合された混合空気を前記吹出部から吹出すことを特徴とする空調システム。
2. 前記外気混合手段が、前記第１送風手段を利用したベンチュリ手段であることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記第２吸入口が、前記第１吸入口の近傍に設けられ、前記第２送風手段が、空調時においてほぼ一定速度で常時運転状態を維持するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の空調システム。
4. 前記減速手段が、前記吹出し通路よりも広い通過断面を有する減速空間部であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の空調システム。
5. 前記吹出部には、前記熱処理された空気を前記吹出部の全面に亘って一定速度で吹出す抵抗手段が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の空調システム。
6. 前記抵抗手段が、前記熱処理ユニットから供給される熱処理済空気と、前記第２吸入口から吸入されて第２送風手段により送り出される室内空気とを混合する前記混合手段を兼ねていることを特徴とする請求項５に記載の空調システム。
7. 前記混合手段を兼ねている前記抵抗手段が、前記熱処理ユニットから供給される熱処理済空気と、前記第２吸入口から吸入されて第２送風手段により送り出される室内空気とを通過させる多数の孔部を有する面状体から構成されていることを特徴とする請求項６に記載の空調システム。

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