JP4953743B2 - 輻射空調ユニット - Google Patents

Description

本発明は、室内を空調（空気調和）するための輻射空調ユニットに関し、特に、冷房時の結露を防止することができる輻射空調ユニットに関する。

室内を冷暖房するための冷暖房装置としては、例えば、強制対流方式のエアコン（エア・コンディショナー）やファンヒーター等が利用されている。このエアコンやファンヒーター等は、その噴き出し部から冷風又は温風を室内空間に吹き出すことで室内の温度を調整し、室内の冷暖房を行うものである。

ところが、近年の住宅は気密性に優れているので、エアコンやファンヒーター等の吹き出し部から噴き出された冷風又は温風は、室内で対流しながら室内に溜まったハウスダストを室内空間に撒き散らしてしまい、アレルギーや喘息等を引き起こす原因となっていた。

そこで、従来から、室内に面して天井面等に設置された輻射パネルと、その輻射パネルに接して設けられた配管とから構成される自然対流方式の輻射冷暖房装置が利用されている。この輻射冷暖房装置は、輻射パネルの内面に接する配管内に冷却又は加熱された媒体を通すことで輻射パネルを冷却又は加熱し、その輻射パネルの輻射熱と若干の自然対流による僅かな空気の移動だけで冷暖房を行うものである。自然対流であれば、ゆっくり空気が移動するだけであるので、ハウスダスト等を室内に撒き散らすといったことを防止することができる。

しかし、従来の輻射冷暖房装置は、冷房時において、輻射パネルの温度が室内の空気の露点温度よりも低くなると、輻射パネルの室内側表面に多量の結露が発生していまい、その結露により発生した水滴が室内に落ちたりして床面等を汚してしまうという問題があった。特に、大温度差空調方式の輻射冷暖房装置では、結露が大きな問題となっていた。そこで、このような問題を解決するために、下記特許文献１及び特許文献２が開示されている。
特開平５−３３２５８０号公報 特開平８−２４７４８７号公報

上記特許文献１には、天井面に所定の間隔で設置された複数の輻射パネルと、その輻射パネルに接するように配置された複数本の冷温水配管と、輻射パネルの両端部に設けられ、幅方向両側に空調エアの吹き出し口を備えたダクトとから構成される輻射冷暖房装置が開示されている。この輻射冷暖房装置は、輻射パネルの内面に接する冷温水配管内に温水又は冷水を流すことで輻射パネルを加熱又は冷却し、室内の冷暖房を行うものである。そして、この輻射冷暖房装置は、ダクトの幅方向両側の吹き出し口から輻射パネルの室内側表面に沿って調温、調湿された空調エアを吹き出すことで輻射パネルの室内側表面に結露が発生することを防止している。特許文献１は、また、ダクトの幅方向両側の吹き出し口に複数の整流板を互いに間隔を隔てて設置して、これらの整流板の隙間から空調エアを輻射パネルの室内側表面に平行に沿うように吐出させることを提案している。

また、上記特許文献２には、室外ユニットの室外熱交換機に接続された冷媒配管を内蔵した放射器を備える輻射冷暖房用の放射冷房装置に、天井面に設置される断熱ケースに収容された熱交換器と、送風ファンとを追加した放射冷房装置が開示されている。この放射冷房装置は、室外ユニットから送られる代替フロン等の冷媒が冷房配管を通過することにより放射器（輻射パネル）を冷却し、室内の冷房を行うものである。そして、さらにこの放射冷房装置においては、天井面の断熱ケース内の熱交換器で空気の冷却、除湿を行うと共に、送風ファンにより、熱交換器と放射器（輻射パネル）の室内側表面とを循環する空気の流れを作り出している。これにより、放射器（輻射パネル）の室内側表面に、常に冷却、除湿された空気が流れ、その室内側表面に発生する結露が低減される。

しかしながら、特許文献１のように吹き出し口に複数の比較的幅狭つまり空調エアの流れ方向寸法が比較的小さい整流板を設け、これらの整流板の隙間から空調エアを吐出したとしても、この整流板は空調エアの流れ方向を整える程度のものであり、したがって輻射パネルの室内側表面に空調エアの膜を形成するには、吹き出し口から吐出する空調エアの風量が多くして、空調エアが輻射パネルから剥離するのを防止する必要がある。しかし、空調エアの吹き出し量を多くするには、ファンの動力源として大きな能力を備えた動力源を用意する必要があるのは勿論であるが、他に吹き出し音が発生し易くなる。

特許文献２のように、各輻射パネル毎に空調エアの循環流を作り出す場合には、各輻射パネル毎に送風ファンを設ける必要がありコストがかかる。また、設備が増えるため天井内部の構造も複雑になりメンテナンスにも手間がかかってしまうと共に、大掛かりな設備の配置場所も必要になってしまうという問題がある。

本発明の目的は、吹き出し口からの空調エアの吐出量を抑えつつ輻射パネルの室内側表面に空調エアの膜を形成して結露を防止することのできる輻射空調ユニット及び結露防止方法を提供することにある。

本発明の更なる目的は、輻射空調システムの構成を簡素化しつつ結露を防止することのできる輻射空調ユニット及び結露防止方法を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明の第１の観点によれば、
空調された輻射冷暖房用の空調エアの供給を受ける筐体と、該筐体に設置され且つ室内に面した室内側表面を備えた輻射パネルとを有し、前記筐体に供給される前記空調エアによって前記輻射パネルを冷却することで室内の冷房を行う輻射空調ユニットであって、
前記筐体に供給される空調エアを前記輻射パネルの端付近から中央部に向けて前記輻射パネルの室内側表面に沿って吐出する吹き出し口を有し、
該吹き出し口が、空調エアの流れを整流化する数多くの真っ直ぐに延びる細長い整流生成通路で構成され、
該数多くの整流生成通路から吐出される整流化された空調エア流の束によって前記輻射パネルの室内側表面に、室内空気と前記輻射パネルの室内側表面とを隔絶する空調エアの膜が形成されることを特徴とする輻射空調ユニットを提供することにより達成される。

すなわち、本発明の第１の観点によれば、吹き出し口を真っ直ぐに延びる細長い数多くの整流生成通路で構成し、各整流生成通路で気流を整流化して、各整流生成通路から吐出される気流の束で輻射パネルの室内側表面に空調エアの膜を形成するようにしてある。このように数多くの真っ直ぐに延びる細長い整流生成通路によって輻射パネルの室内側表面に沿った直線性の高い空調エア流の束を作るようにしたため、空調エアが輻射パネルから剥離するのを抑制することができる。したがって、空調エアの膜が輻射パネルから剥離するのを防止するのに吹き出し口から吐出される空調エアの風量の依存度合いを下げることができる。

また、本発明の第１の観点によれば、輻射パネルを冷却する空調エアを使って、この空調エアを吹き出し口から吐出させて輻射パネルの室内側表面に空調エアの膜を形成するようにしてあるため、共通する空調エアで輻射パネルをサンドウィッチした形式で輻射パネルを冷却することができるので、輻射パネルを冷却するための伝熱効率を向上することができ、また、空調システムの構成を簡素化することができる。

上記細長い整流生成通路は、該整流生成通路の断面形状の最大径の４倍以上の長さ寸法を有するのがよく、好ましくは４〜６倍の長さ寸法を有するのがよく、最も好ましくは８倍以上である。

上記の技術的課題は、本発明の第２の観点によれば、
空調された輻射冷暖房用の空調エアの供給を受ける筐体と、該筐体に設置され且つ室内に面した室内側表面を備えた輻射パネルとを有し、前記筐体に供給される前記空調エアによって前記輻射パネルを冷却することで室内の冷房を行う輻射空調ユニットであって、
前記筐体に供給される空調エアを前記輻射パネルの端付近から中央部に向けて前記輻射パネルの室内側表面に沿って吐出する吹き出し口を有し、
該吹き出し口が、互いに横方向又は縦方向に間隔を隔てて配置された複数の仕切り板によって形成された、空調エアの流れ方向を整える複数の横並び又は縦並びの整流生成通路で構成され、
前記吹き出し口から吐出される空調エアが前記輻射パネルの室内側表面に接近する方向に、前記吹き出し口の吐出方向が前記輻射パネルの室内側表面側に向けられていることを特徴とする輻射空調ユニットを提供することにより達成される。

本発明の第２の観点によれば、第１の観点と同様に、輻射パネルを冷却する空調エアを使って、この空調エアを吹き出し口から吐出させて輻射パネルの室内側表面に空調エアの膜を形成するようにしてあるため、共通する空調エアで輻射パネルをサンドウィッチした形式で輻射パネルを冷却することができるので、輻射パネルを冷却するための伝熱効率を向上することができ、また、空調システムの構成を簡素化することができる。また、本発明の第２の観点によれば、輻射パネルの室内側表面に向けて吹き出し口を傾斜して配置してあるため、吹き出し口から吐出される空調エアは輻射パネルの室内側表面に接近する方向に差し向けられ、これにより輻射パネルの室内側表面に沿って流れる空調エアが輻射パネルから剥離する傾向を抑えることができる。そして、このことにより輻射パネルの室内側表面に沿って流れる空調エアの膜が輻射パネルから剥離するのを防止するのに吹き出し口から吐出される空調エアの風量の依存度合いを下げることができる。

上記の技術的課題は、本発明の第３の観点によれば、
空調された輻射冷暖房用の空調エアの供給を受ける筐体と、該筐体に設けられ且つ室内に面した室内側表面を備えた輻射パネルとを有し、前記筐体に供給される前記空調エアによって前記輻射パネルを冷却することで室内の冷房を行う輻射空調ユニットであって、
前記筐体に供給される前記空調エアを前記輻射パネルの端付近から中央部に向けて前記輻射パネルの室内側表面に沿って吐出する吹き出し口を有し、
該吹き出し口が、互いに横方向又は縦方向に間隔を隔てて配置された複数の仕切り板によって形成された、気流の流れ方向を整える複数の横並び又は縦並びの整流生成通路で構成され、
前記輻射パネルの室内側表面において、前記吹き出し口の近傍に設けられ且つ該吹き出し口の一端から他端に亘って延びる突条を更に有することを特徴とする輻射空調ユニットを提供することにより達成される。

本発明の第３の観点によれば、第１、第２の観点と同様に、輻射パネルを冷却する空調エアを使って、この空調エアを吹き出し口から吐出させて輻射パネルの室内側表面に空調エアの膜を形成するようにしてあるため、共通する空調エアで輻射パネルをサンドウィッチした形式で輻射パネルを冷却することができるので、輻射パネルを冷却するための伝熱効率を向上することができ、また、空調システムの構成を簡素化することができる。また、本発明の第３の観点によれば、吹き出し口の近傍に設けられた突条が設けられているため、吹き出し口から吐出された空調エアが突条を乗り越えた領域に負圧領域が生成され、この負圧によって輻射パネルに沿って流れる空調エア流を輻射パネルの室内側表面側に引き寄せることができ、これにより空調エアが輻射パネルから剥離するのを抑えることができる。

本発明の実施の形態を説明する前に、図１〜図９を参照して参考例を説明する。図１は、参考例の輻射空調ユニット１０の全体斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ線拡大断面図、図３は、図２のＢ−Ｂ線部分拡大図である。参考例の輻射空調ユニット１０は、後述するように、天井面１１２に設置して使用される。

図１乃至図３に示すように、輻射空調ユニット１０は、概略、ユニット本体１２と、輻射パネル１４とから構成される。この輻射空調ユニット１０は、後述するように、ユニット本体１２内に流入した空調エアを輻射パネル１４に当てることで輻射パネル１４を冷却又は加熱し、その輻射熱により室内の冷暖房を行うものである。

なお、空調（空気調和）とは、空調機等により、室内の空気の温度、湿度、清浄度等を所定の状態に調整することを意味する。この空調機で空調された空調エアが給気ダクトを介して輻射空調ユニットに流入して輻射パネルを冷却又は加熱することで、室内の空調が行われる。

ユニット本体１２は、筐体１６と、筐体１６の内部に設けられた気流調整板１８などで構成される。このユニット本体１２は、後述するように、ユニット本体１２に組み付けられた輻射パネル１４の室内側表面１４ｂが、天井面１１２の室内に面するように天井内部に配置される。

筐体１６は、後述する給気ダクト１０８が接続される第１チャンバ部（プレナムチャンバ部）１６ａと、第１チャンバ部１６ａより幅の広い第２チャンバ部１６ｂとを備え、鋼板等により一体成形されている。上記の輻射パネル１４は第２チャンバ部１６ｂの室内側に設置される。筐体１６に用いられる鋼板は、空調ユニット１０が設置される場所及び使用状態により適宜選択され、例えば、亜鉛鉄板、ステンレス鋼板等が使用される。筐体１６は、必要に応じてその周囲に断熱材（図示せず）が添設される。

筐体１６の第１チャンバ部１６ａの上面１６ｃには、後述する給気ダクト１０８を接続し、その内部に空調エアを流入させるための接続孔１６ｄが形成されている。また、筐体１６の第２チャンバ１６ｂの下面フランジ１６ｅによって、輻射パネル１４を室内に露出するための長方形状の開口部１６ｆが形成されている。

筐体１６の下面フランジ１６ｅは、輻射パネル１４の両側縁に沿って延びる吹き出し口２２の下壁面を規定し、この吹き出し口２２から、流れ方向を整えた空調エアが輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに沿った方向に指向された状態で吐出される。吹き出し口２２及びこれに空調エアを導く内部誘導路２３を図３に基づいて説明する。

輻射パネル１４の互いに対向する両側縁には、夫々、気流ガイド板２４が設けられている。気流ガイド板２４は、この参考例では輻射パネル１４とは別の部品で構成されているが、輻射パネル１４の両側縁部を成形することにより作ってもよい。

図３を参照して、気流ガイド板２４は、アルファベットのＪの字の形状を有する。すなわち、気流ガイド板２４は、輻射パネル１４の各側縁から上方且つ輻射パネル１４の中央側に若干傾斜した起立部２４ａを有し、この起立部２４ａの下端は輻射パネル１４の室内側表面１４ｂよりも若干下位に位置し、この起立部２４ａの下端から輻射パネル１４側に比較的小さな曲率半径で湾曲して輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに向けて延びる傾斜部２４ｂに連なり、この傾斜部２４ｂは下方に若干膨出する湾曲した形状を有している。この傾斜部２４ｂは、吹き出し口２２の上壁面を構成する。すなわち、吹き出し口２２は、下方に若干膨出した湾曲した傾斜部２４ｂによって上壁面が構成され、筐体１６の上述した下面フランジ１６ｅによって下壁面が構成されている。

なお、図３を参照して、内部誘導路２３の図３に参照符号２５で示すコーナー部は滑らかに湾曲した形状であるが、これをＬ字状に角張った形状であってもよい。すなわち、第２チャンバ部１６ｂの側壁面１６ｉと下面フランジ１６ｅとが略直角に交わるようにしてもよい。

J字状の気流ガイド板２４は、輻射パネル１４を加熱・冷却するために第２チャンバ１６ｂに導入された空調エアを吹き出し口２２に導きながら空調エアの流れ方向を整える内部誘導路２３を形成するものであるが、気流ガイド板２４の起立部２４ａによって、この起立部２４ａに隣接した領域に渦流ができる。この渦流の旋回方向は、内部誘導路２３を通る空調エアの流れ方向に関して気流ガイド板２４と衝突方向である。すなわち、図３は右側の吹き出し口２２を示すものであるが、この吹き出し口２２に関して言えば、渦流の旋回方向は時計回り方向である。そして、Ｊ字状の気流ガイド板２４は起立部２４ａの下端から比較的小さな曲率半径で湾曲した後に傾斜部２４ｂに連なり、この傾斜部２４ｂは下方に向けて若干膨出する湾曲した形状を有しているため、Ｊ字状気流ガイド板２４に沿って流動する過程で上述した渦流は比較的大きな旋回流になり、図３に破線で示すように、この旋回流により吹き出し口２２から吐出される空調エアが輻射パネル１４の室内側表面１４ｂ側に引き寄せられる。

したがって、空調エアは、吹き出し口２２から輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに沿った方向に吐出されて輻射パネル１４に沿って流れて輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに空調エアの膜を作ることになるが、吹き出し口２２に空調エアを導く内部誘導路２３で生成される比較的大きな旋回流によって、吹き出し口２２から吐出される空調エアを輻射パネル１４の室内側表面１４ｂ側に引き寄せられるため、吹き出し口２２から吐出される空調エアの流れが輻射パネル１４から剥離するのを抑制しつつ輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに空調エアの膜を形成して結露を防止することができる。このことにより、輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに空調エアの膜を形成するために吹き出し口２２から吐出する空調エアの風量に依存する割合を小さくすることができる。

吹き出し口２２は、好ましくは、その上壁面（傾斜部２４ｂ）と下壁面（下面フランジ１６ｅ）との間の距離Ｄが、吹き出し口２２の先端つまり吐出側端に向けて徐々に拡大させるのがよい。これにより、吹き出し口２２の吐出側端で気流が膨張して気流が拡散するのを抑えることができる。

また、吹き出し口２２の下壁面を構成する下面フランジ１６ｅの筐体側内面１６ｈは、吹き出し口２２の先端に向かうに従って上方向つまり輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに接近するように傾斜しているのが好ましい。つまり吹き出し口２２の中心線が輻射パネル１４の室内側表面１４ｂ側に傾斜して、吹き出し口２２から吐出する空調エアの吐出方向つまり吹き出し口２２の指向方向が輻射パネル１４の室内側表面１４ｂ側に差し向けられている。

なお、本実施の形態において、筐体側内面１６ｈの傾斜角は約５度である。このように吹き出し口２２から吐出される、流れ方向を整えた空調エアの吐出方向が輻射パネル１４と接近する方向に指向されるため、輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに沿って流れる空調エアの流れを輻射パネル１４に張り付かせることができ、これにより輻射パネル１４に沿った空調エアの流れが輻射パネル１４から剥離するのを抑えることができる。

また、筐体１６内の第１チャンバ部１６ａと、第２チャンバ部１６ｂとの間には、第１チャンバ部１６ａ内に流入した空調エアを、第２チャンバ部１６ｂ内に均等な状態で流入させるための気流調整板１８が設けられている。気流調整板（パンチンググリル）１８は、鋼板等により板状に一体成形され、その平面部には空調エアを通過させることができる多数の通気孔１８ａが格子状に設けられている。各通気孔１８ａの形状としては、例えば、丸孔又は角孔が用いられる。

輻射パネル１４は、全領域にわたって平らな形状を有していてもよいし、下方つまり室内側が凸となるように湾曲した形状を有していてもよいが、この参考例では、筐体１６の下面フランジ１６ｅに形成された開口部１６ｆよりも若干大きい長方形状の鋼板を、長辺に平行な中心線で度〜度折り曲げ、その長辺に垂直な断面形状が図中下方に凸の山形（ふたつの傾斜面が合わさった形状）となるように一体成形されている（図２参照）。したがって、輻射パネルの稜線は室内に面し、輻射パネル１４の内角は、約度から度となる。

この、輻射パネル１４は、第２チャンバ部１６ｂの内側上面１６ｇと、輻射パネル１４の筐体側内面１４ｃとにそれぞれ両端が固定される棒状の接続部材２０によって、筐体１６内に固定されている。このとき、輻射パネル１４は、その室内側表面１４ｂが、筐体１６の第２チャンバ１６ｂの筐体側内面１６ｈと接しないように、隙間を空けて固定される。この隙間が、上述した空調エアの吹き出し口２２となる。なお、吹き出し口２２の上壁面（傾斜部２４ｂ）と下壁面（下面フランジ１６ｅ）との間の距離Ｄの平均値は、この参考例では、約１０mm乃至約１５mmである。

上述したように、輻射空調ユニット１０内に空調機１０４から流入して、輻射パネル１４の筐体側内面１４ｃにぶつかった空調エアは、輻射パネル１４の筐体側内面１４ｃと第２チャンバ１６ｂの内側上面１６ｇで挟まれた空間を通って、輻射パネル１４の端辺に向かって進み、気流ガイド板２４で渦流が生成されて吹き出し口２２から輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに沿った方向に指向されて吐出される。このように、輻射パネル１４の筐体側内面に当たった空調エアは、筐体１６の第２チャンバ１６ｂと輻射パネル１４とによって形成された流路を通って第２チャンバ１６の両側部まで移動し、そして所定の旋回方向の渦流となって吹き出し口２２から吐出される。

なお、気流ガイド板２４は、細長い長方形状の平らな鋼板を、上述したようにアルファベットの「Ｊ」文字の形状に折り曲げて成形され、この気流ガイド板２４の先端部分（Ｊの字の終端）が、輻射パネル１４の室内側表面１４ｂの両端部から約１０mm程度内側の部分に溶接されて、気流ガイド板２４により輻射パネル１４の長辺側両端部を覆うように、輻射パネル１４に固定されている。気流ガイド板２４に隣接した領域では規定の旋回方向の渦流ができ、この渦流はＪ字状気流ガイド板２４の形状に沿って流動する過程で比較的大きな旋回流となって、この旋回流により、吹き出し口２２から吐出される空著エアの流れを輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに張り付かせることができる。

次に、輻射空調ユニット１０を使用した空調システム１００の構成を、図１乃至図３に加え、図４を参照して詳細に説明する。図４は、参考例の輻射空調ユニット１０を使用した空調システム１００の概略構成図である。なお、図４では、ビル等のフロア毎に設置された空調システム１００を示し、簡単化した二次元図で図示している。同図に示すように、本システム１００では、各階に設けられた一組の全熱交換器１０２及び空調機１０４を、複数の輻射空調ユニット１０で共有しており各階でフロア全体の空調を一括して管理している。

全熱交換器１０２は、室外に設置されており、室内の空気を建物外部に排出しながら外気を取り込む換気を行っている。この際、室内から排出される空気中の熱エネルギを逃がさないように換気を行う機能を有する。また、全熱交換器１０２の下流側に配置された空調機１０４は、全熱交換器１０２から送られてくる空気を所定の温度及び湿度に調整する機能を有する。

図１乃至図４に示すように、空調システム１００は、前述した輻射空調ユニット１０と、室内の空気を効率よく入れ替えるための全熱交換器１０２と、全熱交換器１０２から送られた空気を空調（温度、湿度、清浄度を所定の状態に調整）する空調機１０４と、全熱交換器１０２にて熱交換された空気を排出する排気ファン１１６と、これらを接続する配管等から構成される。空調システム１００は、配管として、全熱交換器１０２にて熱交換された空気を空調機１０４に送るための搬送ダクト１０６と、空調機１０４で空調された空調エアを輻射空調ユニット１０に送るための給気ダクト１０８と、室内の空気を全熱交換器１０２に送るための還気ダクト１１０とを備えている。

なお、本実施の形態に係る空調システム１００は、大温度差空調方式による空調を行っている。大温度差空調方式とは、熱媒となる空気の給気と還気との温度差を大きく取り、ダクト内の送風量を小さくすることによって、空調機等の空調搬送能力を低減する方式である。例えば、冷房時においては、従来の空調の場合、空調機からの吹き出し温度が約１２℃から２０℃であるのに対し、大温度差空調方式では、約１５℃以下、好ましくは約５〜１２℃、更に好ましくは約５〜１０℃と、通常より低い温度に設定できる。このため、エネルギーの単位当たりの搬送量が倍加することにより、空調機からの送風量を半減できるので、送風機の動力も半減することができる。

輻射空調ユニット１０は、各フロアにおいて、室内の天井面１１２に所定の間隔で複数台（参考例では５台）設置される。それぞれの輻射空調ユニット１０には、空調機１０４と連通された給気ダクト１０８が接続されている。これにより、それぞれの輻射空調ユニット１０には、空調機１０４で空調された空調エアが供給される。

また、天井面１１２には、室内の空気を換気するための換気口１１４が設けられている。この換気口１１４には、全熱交換器１０２と連通された還気（「換気」のミスタイプですか？）ダクト１１０が接続されており、室内の空気はこの換気口１１４から全熱交換器１０２に送られる。全熱交換器１０２に吸引された室内の空気は、全熱交換器１０２で熱交換され、不要となった空気は排気ファン１１６から外部に排出される。これにより、熱エネルギを逃がさずに室内の空気を新鮮な外気に換気することができ、室内の清浄度を一定に保つことができる。

以上、参考例の輻射空調ユニット１０及び空調システム１００の構成について詳細に説明したが、次に、このように構成された輻射空調ユニット１０及び空調システム１００が作動する際の作用を図１乃至図４を参照しながら詳細に説明する。なお、ここでは、例えば約１０℃に冷やした空調エアにより室内を所定の温度に輻射冷房する際の作用を説明する。もちろん、輻射パネル１４を加熱することで暖房としても使用することができる。

上述したように、全熱交換器１０２では、外気を取り込むと共に、室内から換気された空気を取り込んで全熱交換を行う。そして、熱交換された空気は、全熱交換機１０２から搬送ダクト１０６を介して空調機１０４に送られる。次に、空調機１０４は、全熱交換器１０２から送られた空気を所定の温度（１２℃）、湿度及び清浄度に調整する。そして、空調機１０４は、給気ダクト１０８を介して、空調した空調エアを各輻射空調ユニット１０へと供給する。

輻射空調ユニット１０内に供給された空調エアは、図２に矢印で示すように、筐体１６の第１チャンバ部１６ａ内に流入し、筐体１６内に設けられた気流調整板１８に当たる。このとき、気流調整板１８に当たった空調エアは、気流調整板１８の平面に設けられた複数の通気孔１８ａを通過することで、気流調整板１８の全面にわたって輻射パネル１４の筐体側内面１４ｃに向かう均質な空気流に整えられ第２チャンバ部１６ｂ内に流入する。

第２チャンバ部１６ｂ内に流入した空調エアは、第２チャンバ部１６ｂ内に設けられた輻射パネル１４の筐体側内面１４ｃのうち、第１チャンバ部１６ａの真下に位置する部分に当たる。空調エアの温度は１０℃に調整されており、輻射パネル１４は、この空調エアにより、約１０℃に冷却される。輻射パネル１４が冷却されると、その輻射により室内が所定の温度に冷房される。

前述したように、吹き出し口２２から輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに沿って吐出される空調エアは輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに引き寄せられため、輻射パネル１４に沿って流動する空調エアが輻射パネル１４から剥離するのを抑制することができ、これにより輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに生成される空調エアの膜を的確に生成することができ、輻射パネル１４の結露を防止することができる。また、輻射パネル１４の上下両面を空調エアでサンドイッチする形態となるため、輻射パネル１４に対する伝熱効率を向上することができる。

空調エアが結露することはありえない。したがって、空調エアで冷却された輻射パネル１４の室内側表面１４ｂの結露対策として、従来見られるような結露防止エアの温度や湿度を複雑に制御する必要がなく、したがって結露対策に関連したシステム構成を簡素化することができる。

そして、輻射パネル１４の室内側表面１４ｂの中央部に向かって流れる空調エアは、その中央部付近で衝突し、室内側に向かって垂直方向下方に流れていき、直接、対流方式により室内の空調も行う。このとき、室内に向かって流れる空調エアの量は、参考例の大温度差方式の輻射空調システムでは、通常の強制対流方式のエアコン等に比べて非常に少なく、約３分の１から４分の１程度である。

このようにして室内に吹き出された空調エアは、図４に示した換気口１１４より、還気ダクト１１０を通って全熱交換器１０２へと送られて、取り込まれた外気と熱交換される。これにより、室内は、一定の清浄度を保ち、常に空調された状態を維持することができる。

このように、大温度差方式による輻射式の冷房であれば、強制対流方式の空調システムにように室内に強い空気の流れが発生することもないので、ハウスダストが室内に撒き散らされるといった問題も生じず、効率よく室内の冷房を行うことができる。特に、従来では考えられなかった１０℃以下、例えば５℃前後の低温まで輻射パネル１４を冷やしたとしても輻射パネル１４の結露を防止できるため大温度差方式による輻射式の冷房を実用化することができる。

なお、上記の参考例では大温度差方式の輻射空調システムとしたが、大温度差方式でない通常の輻射空調システムを採用したとしても、吹き出し口から吹き出されて室内に送り込まれる空気の量は、強制対流方式の空調システムよりは大幅に少ない。すなわち、基本的に輻射空調システムである参考例では、冷却された輻射パネルの輻射効果があるため、空調エアのみによって室内の冷房を行う強制対流方式に比べれば、大幅に室内に流入する空気の量を少なくできる。

以上説明した参考例では、図４に示すように、フロア毎に全熱交換器１０２と空調機１０４とを設置したが、全熱交換機や空調機の設置態様等は、適宜変更可能である。

例えば、図５に示すように、上記参考例で用いた空調機１０４に代えて、送風用のファンを有し、ファンにより循環される空気を加熱又は冷却するファンコイルユニット２０２を備えた空調システム２００を用いて良い。なお、空調機１０４に換えて、ファンコイルユニット２０２を用いる以外は、上記参考例と同様である。

空調システム２００は、まず、全熱交換器１０２で外気を取り込むと共に、室内から換気された空気を取り込んで全熱交換を行う。そして、全熱交換器１０２は、その全熱交換された空気を、搬送ダクト２０６を介してファンコイルユニット２０２に送る。

次に、ファンコイルユニット２０２は、全熱交換器１０２から送られた空気を空調し、その空調された空調エアを、給気ダクト２０４を介して輻射空調ユニット１０に送るものである。この空調システム２００によれば、１台のファンコイルユニット２００で、数台（参考例では２台）の輻射空調ユニット１０の温度管理が可能となるので、部屋毎に独立した空調等が可能となる。

また、図６に示すように、ファンコイルユニット２０２に代えて、輻射空調ユニット１０の筐体１６に、空調機及び熱交換器を備えた空調装置２１０を取り付けても良い。この空調装置２１０を用いた輻射空調ユニット１０によれば、ダクト等の設備が必要なくなるので、施工が簡単であり、工事費等を大幅に削減することができる。

上述した参考例によれば、輻射冷暖房用の輻射パネル１４を冷却するための空調エアを利用して、輻射パネル１４上に発生する結露を防止しているので、従来の輻射空調システムのように結露防止用の設備を別途設ける必要がなく、経済的であり、天井内部の構造も簡素化することが可能となる。

また、上述した参考例では、大温度差方式による空調システムを採用しており、エネルギの単位当たりの搬送量が倍加して空調機からの送風量を半減できるので、エネルギ効率の良い空調を実現できる。また、送風量が少ないので、室内に流れ込む空調エアの量が少なく、室内のハウスダストを撒き散らすといった問題も防止できる。

また、上述した参考例では、輻射空調システムでありながら、輻射用の空調エアを室内に流入させており、輻射効果による冷暖房に加えて、対流方式による冷暖房効果を得ることもでき、エネルギ効率の良い空調を実現できる。

なお、上述した参考例では、輻射パネル１４の形状を、その断面形状が下に凸の山形となるような形状としたが、もちろん、他の形状を選択することもできる。例えば、図７に示すように、その断面形状が下方に凸の曲面状となるように一体成形された輻射パネル２２０としても良い。

さらに、輻射パネル１４の形状は、図８に示すように、平板状の輻射パネル２３０としても良い。この輻射パネルの形状が平面に近いほど、中央部に流れてくる空気同士が真っ直ぐにぶつかって、気流が拡散しやすく、反対に、輻射パネルの室内側表面１４ｂ側（下方）に凸の角度が大きくなるほど、中央部に流れてくる空気同士が斜めにぶつかることになり、気流が収束しやすい。よって、輻射空調ユニット１０の設置位置や使用状況に応じて、適宜、輻射パネル１４の形状を選択すれば良い。

前述した図１などを参照して説明した参考例においては、輻射パネル１４の長辺側の両端の吹き出し口２２から空調エアを吹き出したが、輻射パネル１４の四方に吹き出し口を設けて、四方から空調エアを輻射パネル１４の室内側表面１４ｂへ吹き出す構成としても良い。この場合には、輻射パネルを四角錐型のような形状とすれば、輻射パネルの室内側表面１４ｂに効果的に空調エアの膜を形成することができる。

また、上述した参考例では、輻射パネル１４の表面に当たった空調エアを吹き出し口２２に案内する流路を、輻射パネル１４と、筐体の第２チャンバ部により挟まれた空間によって形成するようにしたが、輻射パネル１４のみ、又は筐体のみで形成することもできる。輻射パネル１４のみで流路を形成する場合には、例えば、輻射パネル１４に穴を開け、内面に当たった空気が表面側に向けて流れるようにすれば良い。但し、表面側に空調エアの膜が効果的に形成されるような流路形状とする必要がある。また、筐体のみで形成する場合も、輻射パネルの表面側に空調エアの膜が効果的に形成されるような流路形状とする必要がある。

また、上述した参考例の態様として、輻射冷暖房機能に加え、図９に例示するように照明器具等を組み合わせた照明輻射空調ユニットとしても使用することができる。なお、この上記の参考例によれば、輻射パネルの表面上に発生する結露を防止することができるので、輻射パネルとして、本来表面結露が起きやすいガラス又はプラスチック等の透明又は半透明の材料が使用できることになる。

図９は、照明器具３０２を備えた輻射空調ユニット３００の概略断面図である。図９に示すように、輻射空調ユニット３００は、筐体１６の第２チャンバ部１６ｂ内に、照明器具３０２と、照明器具３０２を固定するための支持具３０４とを備えている。支持棒３０４、筐体１６の第２チャンバ部１６ｂの内側側面に固定されている。また、輻射パネル１４は、透明又は半透明のガラス又はプラスチック材料により一体成形されている。

照明器具３０２は、ＬＥＤ、蛍光灯、板状発光体（有機ＥＬ）等、明るさに比べ、比較的に発熱量の少ない照明器具が使用される。なお、照明器具３０２及び支持棒３０４は、細い部材によってライン状又は格子状に筐体１６内に設けられるので、空調エアの流れを阻害することなく設置することができる。

このように、照明器具３０２を備えた輻射空調ユニット３００によれば、照明器具と空調ユニットを別々に天井面に配置する必要がなくなる、施工に係る手間を大幅に削減でき、コストも減らすことができる。また、照明器具と空調ユニットとを一つのユニットとして天井面に設置することで天井面を有効に活用できると共に、インテリアとしても利用することができる。

図１０以降の図面は本発明の実施形態を示す。なお、本発明の実施形態において、空調エアの吹き出し口及びこれに関連した構造（気流ガイド板２４）を除く部位に関しては本発明の実施形態に組み込むことが可能であり、このことを前提として以下に本発明の実施形態を説明する。

図１０（ａ）は、吹き出し口２２にハニカム形状の整流生成機構２４０を設けた例を示す。この整流生成機構２４０は、図１０（ｂ）、図１１から分かるように、共通の略六角形及びその半分の通路断面を有する数多くの整流生成通路２４０ａを有し、これらの整流生成通路２４０ａは互いに隣接して配置されている。なお、図１１は、整流生成機構２４０の部分正面図である。

整流生成機構２４０は、各整流生成通路２４０ａが真っ直ぐに延び、その長さ寸法Ｌは、各整流生成通路２４０ａの六角形の通路断面の重心を通る最大径の４倍以上、好ましくは６倍以上、更に好ましくは８倍以上であるのが好ましい。このような長さ寸法Ｌを備えることにより、整流生成通路２４０ａから吐出される空調エア流が整流化して直進性に優れた気流となる。ちなみに、六角形の各整流生成通路２４０ａの一辺の長さは約４〜５mmであり、整流生成機構２４０の長さ寸法Ｌは約２０〜４０mmである。

整流生成機構２４０を備えた吹き出し口２２は、空調エアの吹き出し方向が輻射パネル１４の室内側表面１４ｂと平行であってもよいが、好ましくは、吹き出し口２２から吐出される空調エアが輻射パネル１４と接近する方向に指向させるのがよく、例えば、吹き出し口１１の傾斜角は、輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに対して３〜７度、好ましくは５度であるのがよい。

図１０、図１１に図示の吹き出し口２２にハニカム形状の整流生成機構２４０を設けることにより、各整流生成通路２４０ａから吐出される空調エア流の束によって輻射パネル１４の室内側表面１４ｂを覆うことができ、この空調エアの膜により室内空気と前記輻射パネルの室内側表面とが隔絶された状態となって、輻射パネル１４の結露を防止することができる。

勿論、図１、図２などを参照して前述した参考例と同様に、筐体１６内に供給された空調エアで輻射パネル１４の上下両面をサンドウィッチする形態となるため、輻射パネル１４に対する伝熱効率を向上することができる。

図１２は、整流生成機構２４０の変形例の部分正面図であり、その全面が共通の三角形の通路断面形状の整流生成通路２４０ｂで構成されている。図１３は、整流生成機構２４０の他の変形例の部分正面図であり、図１２の例よりも大きな三角形の共通の通路断面形状の整流生成通路２４０ｃで構成されている。図１４は、整流生成機構２４０の他の変形例の部分正面図であり、その全面が共通の四角形の通路断面形状の整流生成通路２４０ｄで構成されている。

図１５は、整流生成機構２４０の更なる変形例の部分正面図であり、その全面が共通の略台形の通路断面形状の整流生成通路２４０ｅで構成されている。図１６は、整流生成機構２４０の別の変形例の部分正面図であり、共通の円形の通路断面形状の主整流生成通路２４０ｆ及びその間に形成された小さな略三角形の通路断面形状のサブ整流生成通路２４０ｇで構成されている。この図１６に例示の整流生成機構２４０のように形状の異なる２つの通路２４０ｆ、２４０ｇで構成されているときには、大きな通路断面の主整流生成通路２４０ｆの重心を通る最大径（図示の例では円形であるので直径ｄ）の４倍以上、好ましくは６倍以上、更に好ましくは８倍以上となるように整流生成機構２４０の長さ寸法Ｌを設定すればよい。

図１７は第２の実施形態を説明するための図である。輻射パネル１４の室内側表面１４ｂには、吹き出し口２２の近傍に突条３０が設けられ、この突条３０は吹き出し口２２の幅方向全域に延びている。突条３０は、図１７に図示するように断面翼の形状であってもよいし、図１８に図示のように断面円弧状であってもよいし、図１９に図示するように断面三角形状であってもよい。突条３０の高さＨは、空調エアの流れの高さｈの２０％〜３０％であるのが好ましい。

このように、吹き出し口２２の前方に突条３０を設けることは、図１０〜図１６を参照して説明した第１実施形態にも適用可能であるが、図２０、図２１に示すように、吹き出し口２２に横方向（図２０）又は縦方向（図２１）に間隔を隔てて設けた複数の仕切り板３１で横並び（図１９）又は縦並び（図２０）の第２の整流生成通路３２を形成した例に好ましく適用される。この第２の整流生成通路３２を備えた吹き出し口２２では、空調エアが、第２の整流生成通路３２で、その流れ方向が整えられ、そして吹き出し口２２から輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに沿って吐出された空調エアの流れが突条３０を乗り越えた領域Ｒに負圧が生成される。そして、この負圧により輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに沿って流れる空調エアの流れが輻射パネル１４側に引き寄せられる。

なお、突条３０を設けた図１７〜図１９の例では、これに代えて吹き出し口１１を傾斜して配置して吹き出し口２２から吐出される空調エア流が輻射パネル１４と接近する方向に指向させてもよい。この吹き出し口２２の傾斜は、輻射パネル１４の室内側表面１４ｂに対する傾斜角度が約５度であるのがよい。

参考例の輻射空調ユニットの全体斜視図である。 図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図２のＢ−Ｂ線部分拡大図である。 参考例の輻射空調ユニットを使用した空調システムの概略構成図である。 ファンコイルユニットを備えた空調システムの概略構成図である。 空調装置を用いた輻射空調ユニットの概略断面図である。 輻射パネルの変形例を示す図である。 輻射パネルの変形例を示す図である。 参考例の照明器具を備えた輻射空調ユニットの概略断面図である。 第１実施形態の輻射空調ユニットの吹き出し口に組み込んだ整流生成機構を説明するための図であり、(a)は吹き出し口近傍の部分断面図であり、（ｂ）は整流生成機構の部分斜視図である。 図１０（ｂ）のハニカム状の整流生成機構の部分正面図である。 他の例の整流生成機構の部分正面図である。 別の例の整流生成機構の部分正面図である。 更に他の例の整流生成機構の部分正面図である。 他の例の整流生成機構の部分正面図である。 別の例の整流生成機構の部分正面図である。 吹き出し口の前方に隣接して第１の形態の突条を設けた例を説明するための図である。 吹き出し口の前方に隣接して第２の形態の突条を設けた例を説明するための図である。 吹き出し口の前方に隣接して第３の形態の突条を設けた例を説明するための図である。 横方向に離間して配置した複数の仕切り板で横並びの整流生成通路を形成した吹き出し口を説明するための図である。 縦方向に離間して配置した複数の仕切り板で縦並びの整流生成通路を形成した吹き出し口を説明するための図である。

符号の説明

１０ 輻射空調ユニット
１２ ユニット本体
１４ 輻射パネル
１４ｂ 輻射パネルの室内側表面
１６ 筐体
１６ａ プレナムチャンバ部
１６ｂ 第２チャンバ部
１８ 気流調整板
２２ 吹き出し口
３０ 突条
３２ 空調エアの流れを整える第２整流生成通路
１００ 空調システム
１０２ 全熱交換器
１０４ 空調機
２４０ 整流生成機構
２４０ａ〜ｇ 細長い真っ直ぐな整流生成通路
３０２ 照明器具

Claims (5)

1. 空調された輻射冷暖房用の空調エアの供給を受ける筐体と、当該筐体に設置され且つ室内に面した室内側表面を備えた輻射パネルとを有し、前記筐体に供給される前記空調エアによって前記輻射パネルを冷却することで室内の冷房を行う輻射空調ユニットであって、
   前記筐体に供給される空調エアを前記輻射パネルの端付近から中央部に向けて前記輻射パネルの室内側表面に沿って吐出する吹き出し口を有し、
   当該吹き出し口が、空調エアの流れの方向を前記輻射パネルの室内側表面に沿った方向に整流化する真っ直ぐに延びる細長い整流生成通路を複数束ねて構成されており、
   前記吹き出し口から吐出される整流化された空調エア流の束によって前記輻射パネルの室内側表面に、室内空気と前記輻射パネルの室内側表面とを隔絶する空調エアの膜が形成されることを特徴とする輻射空調ユニット。
   
2. 空調された輻射冷暖房用の空調エアの供給を受ける筐体と、該筐体に設置され且つ室内に面した室内側表面を備えた輻射パネルとを有し、前記筐体に供給される前記空調エアによって前記輻射パネルを冷却することで室内の冷房を行う輻射空調ユニットであって、
   前記輻射パネルは、外側から中央部に向かって室内側に膨らんだ形状を有し、
   前記筐体に供給される空調エアを前記輻射パネルの端付近から中央部に向けて吐出する吹き出し口を、前記輻射パネルの両側に有し、
   当該吹き出し口が、空調エアの流れの方向を、前記輻射パネルの室内側表面に対する角度が３度から７度の間の角度となる角度で、前記輻射パネルの室内側表面方向に向かう方向に整流化する真っ直ぐに延びる細長い整流生成通路を複数束ねて構成されており、
   前記輻射パネルの両側の吹き出し口によって、前記輻射パネルの両側から吐出される整流化された空調エア流の束によって前記輻射パネルの室内側表面に、室内空気と前記輻射パネルの室内側表面とを隔絶する空調エアの膜が形成されることを特徴とする輻射空調ユニット。
   
3. 請求項１または２記載の輻射空調ユニットであって、
   前記整流生成通路は、その通路断面の幾何学的な重心を通る最大径の６倍以上の長さを有することを特徴とする輻射空調ユニット。
   
4. 請求項１、２または３記載の輻射空調ユニットであって、
   前記輻射パネルの室内側表面において、前記吹き出し口の近傍に設けられ且つ該吹き出し口の一端から他端に亘って延びる突条を有することを特徴とする輻射空調ユニット。
   
5. 請求項１、２、３または４記載の輻射空調ユニットであって、
   前記輻射パネルが光透過性の材料から構成され、
   前記筐体の内部に室内照明用の照明部材が設けられていることを特徴とする輻射空調ユニット。

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