JP5047206B2 - 置換換気システム - Google Patents

Description

本発明は、居室などの空調空間を換気するための置換換気システムに関する。

例えば居室などの空調空間を換気するものとして、特許文献１に記載されたような置換換気システムが知られている。この置換換気システムでは、空調空間内の下部（例えば居住域）に室温より若干低温の空気をゆっくりとした給気速度（一般的には0.2m/s以下）で供給し、その空気が空調空間内に存在する発熱体などによって加熱されて発生する上昇流により、空調空間内で生じた塵埃やガスなどの汚染物質を空調空間内の上方に搬送している。そして、天井などに設けられた排気口から加熱された空気と共に汚染物質を排気することにより、空調空間内の換気を行うものである。

このような置換換気システムにあっては、空調空間内の上方には、高温で汚染物質濃度の高い領域が形成されるが、空調空間内に給気される低温空気によって順次押し出されることにより、高温で汚染物質濃度が高い空気が攪拌されること無く排気されるため、空調空間内の下方は清浄な環境に保たれ、また、給気温度を下げなくても空調空間内の温度を快適範囲に維持できるという利点がある。このように、置換換気システムは省エネルギーと高換気効率運転が可能なシステムとして期待されている。

特開2002-372268号公報

上記のような置換換気システムは、給気ダクトを経て複数の吹出口から同一温度で空調空間に給気される。給気された低温空気は、室内空気との温度差による浮力差によって、床方向に下降し床に沿って流れるドラフトを生じ、空調空間内にいる人間に対し、足元にドラフトによる不快感を与える可能性がある。そこで、従来の置換換気システムでは、吹出口から空調空間内へ吹出す低温空気の速度を0.2m/s以下に抑え、ドラフトの速度をなるべく小さくしていた。

しかしながら、低温空気の吹出し速度をゆっくりにすれば、所定の給気量を得るためには、大型の吹出口を必要とし、設備コストを増大させる要因となる。また、大型の吹出口を設置するための場所の確保も困難になる場合もある。

また、置換換気システムにおいて、空調空間内の上下温度差を小さくするためには、吹出口から吹出す低温空気の風量を増加させ、給排気の温度差を小さくする必要があるが、そのような構成にするとドラフトによる不快感をより一層増大させる課題があった。

本発明の目的は、設備コストを増大させること無く、ドラフトによる不快感をより低減でき、しかも居住域内の上下温度差を小さくできる置換換気システムを得ることにある。

この目的を達成するために、本発明は、空調機により外気を所定温度の空気として空調空間内に供給し、空調空間内で加熱又は冷却された空気を排気することにより換気を行う置換換気システムにおいて、前記空調機は、前記空調空間内に配置され複数の室内熱交換器を有する室内ユニットと、室外に配置され室外熱交換器及び圧縮機を有する室外ユニットとを備え、前記室内ユニットの吸込空気温度と吹出空気温度との温度差が大のときには、前記複数の室内熱交換器の使用個数を増加させ、温度差が小のときには、前記複数の室内熱交換器の使用個数を減少させることを特徴とする。

ここで、本発明は、空調機により外気を冷却して空調空間内に供給し、空調空間内で加熱されて温度上昇した加熱空気を排気する置換換気システムに特に好適である。
前記置換換気システムは、外気を前記室内ユニットに導く外気ダクトと、この外気ダクトの途中に設けられ、外気空気と室内空間からの還気空気とを混合させて前記室内ユニットに導く切替ダンパとを備え、この切替ダンパは、外気空気と室内空間からの還気空気との混合比率を可変可能な構成にすると良い。

ここで、前記複数の熱交換器の使用個数を増減させても、前記室内ユニットから所定の吹出空気温度で供給できない場合、前記切替ダンパにより、外気空気と室内空間からの還気空気との比率を可変することで前記室内ユニットへの吸込空気温度を調整し、前記室内ユニットから所定の吹出空気温度で供給可能とすることができる。

前記室内ユニット又は室外ユニットへの吸込空気温度が上昇または下降して、圧縮機等の空調機を構成する各機器が、それぞれの許容温度、許容圧力範囲外となり連続運転できない場合、前記室内ユニットの複数の熱交換器の使用個数を増加減させ、及び／又は、外気空気と室内空間からの還気空気の比率を前記切替ダンパにより変化させて、冷凍サイクルを構成する各機器がそれぞれの許容温度、許容圧力範囲となるように制御することもできる。

更に、前記室内ユニットの吸込空気温度を計測する為の吸込空気温度検出器と、室内ユニットからの吹出空気温度を計測する為の吹出空気温度検出器と、前記室内空間内の居住域の温度を計測する為の居住域温度検出器とを備え、前記居住域温度検出器で検出された温度に応じて、室内ユニットからの吹出空気温度を制御し、冷温風による不快なドラフト感を抑制する、或いは暖房時における吹出空気の到達距離を伸ばすようにすると良い。

本発明によれば、空調空間内の居住域などの上下温度差を快適範囲に保つことができ、しかもドラフト感の少ない置換換気システムを実現できる。また、吹出口を大型化する必要もなくなり、吹出口などの設置場所の制約を受けにくくなるから、設備コストも低減できる。

本発明の実施例１を示す置換換気システムの構成概略図。 本発明の実施例１に使用される空調機の冷凍サイクル系統図。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例１の置換換気システムを説明する構成概略図、図２は本発明の実施例１に使用される空調機（パッケージエアコン）の冷凍サイクル系統図である。

本実施例は、空調空間内に低温空気を供給し、空調空間内で発熱体などによって加熱されて上昇した加熱空気を排気することにより換気を行う置換換気システムにおいて、空調空間内の居住域温度の検出器及び吹出空気温度の検出器を装備し、かつ室内ユニット内の室内熱交換器を複数に分割することで、冷房能力容量制御幅を広げる構成としたものである。

このように、室内ユニットの室内熱交換器を分割することで、室内ユニットと室外ユニット等で構成する冷凍サイクルにおいて、幅広い容量制御幅で運転しても、圧縮機等の冷凍サイクルを構成する各機器が、それぞれ許容温度、許容圧力範囲内で連続運転することが容易に可能になる。

また、居住域温度を検知して制御することで、ドラフトを感じさせない適正吹出空気温度とすることができるので、ドラフトによる不快感を低減できる。
更に、室内ユニットの吸込空気温度が低下または上昇して適性吹出空気温度を確保できない場合、外気（ＯＡ）と還気（ＲＡ）との比率を、可変可能な切替ダンパを設けて制御することで、吹出空気温度を適正にすることができる。

上記構成とすることにより、低温空気の吹出し速度を落とさずに、ドラフトによる不快感を感じさせないようにでき、設備容量を増加することなく、空調空間の上下温度差を小さくできる。

本実施例の置換換気システムは、図１に示すように、給気ダクト１を経て吹出口２から空調空間３に給気される。吹出口２には複数の開口（図示せず）が設けられ、各開口から同一温度で吹出される。空調空間３に給気された低温空気は、室内空気との温度差による浮力差により、床方向に下降し床に沿って流れるドラフトを生じ、空調空間３内にいる人間４に対し、足元にドラフトによる不快感を与える可能性がある。

本実施例は、ドラフトによる不快感を低減するために、空調空間３内の居住域温度を検知し、ドラフトを感じさせないための適正吹出空気温度としている。この適正吹出空気温度を得るために、本実施例では、空調空間３内の居住域の温度を検出する居住域温度検出器（図示せず）、及び室内ユニット５からの吹出空気の温度を検出する吹出温度検出器を備えている。また、室内ユニット５内の室内熱交換器６を複数に分割し、冷房能力の容量制御幅を広げるようにしている。

室内ユニット５の室内熱交換器６を分割することで、室内ユニット５と室外ユニット７等で構成される空調機（冷凍サイクル）を、幅広い容量制御幅で運転しても、圧縮機８等の空調機を構成する各機器の許容温度、許容圧力範囲内で連続運転することが可能になる。

室内ユニット５の吸込空気温度が低下或いは上昇して適性吹出空気温度を確保できない場合、外気（ＯＡ）と還気（ＲＡ）との比率を可変可能な切替ダンパ９を制御することで、吹出空気温度を適正にする。

これらの構成により、低温空気の吹出し速度を落とさなくともドラフトを感じさせないようにでき、設備容量を増加することなく、空調空間３の上下温度差を小さくしつつ、ドラフトによる不快感も防止できる。

また、切替ダンパを備えるものでは、還気を活用できるので、過負荷運転の防止ができ、更に外気だけによる冷房運転時間の増加が可能となるので省エネルギーに寄与できる。

空調空間３としては、例えば、印刷所、機械加工室、工場などがあり、天井、床および側壁で区画されている。空調空間３内部には、発熱体として人間４、印刷機械（図示せず）、工作機械（図示せず）などが存在している。空調空間３には、空調機（パッケージ型エアコン）の室内ユニット５と、この室内ユニット５に給気ダクト１を介して吹出口２が接続され、該吹出口２を空調空間３の略中央部の中間高さに設け（作業スペースに支障が無ければ吹出口を床面に設置してもよい）、空調空間３上部には排気口１０を設けている。一方、室内ユニット５は、吸込ダクト１１を介して切替ダンパ９に接続され、該切替ダンパ９には、外気を取り入れる外気ダクト１２と室内空気を還気させるための還気ダクト１３とがそれぞれ接続され、この切替ダンパ９で外気（ＯＡ）と還気（ＲＡ）との比率を可変できるようにしている。なお、前記吸込ダクト１１及び外気ダクト１２を総称して外気ダクトとすれは、この外気ダクトの途中に前記切替ダンパ９は設けられていることになる。

空調空間３内の給気したいエリアに前記吹出口２を必要数だけ配置する。前記室内ユニット５の吸込空気は外気ダクト１２、切替ダンパ９、吸込ダクト１１を経由して室内送風機１４により吸い込まれ、室内熱交換器６により所定温度に温度調節後、給気ダクト１を経由して、吹出口２から空調空間３の居住域（人が床面近傍で活動する高さ領域）に向かって給気空気が供給されるようになっている。

ここで、室内ユニット５の室内熱交換器６により、吸込空気を冷却または加熱した給気空気を温度調節し所定温度で吹出すが、その詳細を図２で説明する。

空調空間３内を冷房（冷却）する場合、室外ユニット７の圧縮機８で高温高圧に圧縮された冷媒ガスを、四方弁１９を介して室外熱交換器１５に送り、冷媒ガスはここで冷却されて高圧の液冷媒となる。室外ユニット７に吸い込まれた外気は加熱され大気中に放出されるが、液冷媒は室外膨張弁２０、冷媒配管（液側）１８を経由して室内ユニット５に至る。ここで、室内ユニット５に室内熱交換器が６ａと６ｂの２つ設けたケースで説明すると、室内ユニット側に流入した前記液冷媒は、室内膨張弁２１ａ，２１ｂで減圧され、低温低圧の液・ガス二相域冷媒となり、室内熱交換器６（室内熱交換器６ａ，６ｂ）で室内ユニット５への吸込空気を冷却する。冷却された空気は、給気ダクト１を経由し、吹出口２から空調空間３に供給される。

室内熱交換器６内の液・ガス二相域冷媒は空気により加温され、蒸発して低圧ガス冷媒に変化し、冷媒配管（ガス側）１７から室外ユニット７に入り、四方弁１９，アキュームレータ２２を経由して再び圧縮機８に至る冷凍サイクルを形成する。

空調空間３内を暖房する場合には、圧縮機８からの高温、高圧のガスは四方弁１９により、冷房時と異なり、冷媒ガスを室内ユニット５側に流す冷凍サイクルが形成される。このため、室内熱交換器６では室内ユニットへの吸込空気を加熱し、室外熱交換器１５では室内ユニットへ流入する外気を冷却する。

上記冷凍サイクルにおいて、室内ユニット５の吹出空気を所定温度にするため、圧縮機８による冷媒循環量を変化させ、冷房能力、暖房能力の出力を制御する。ここで、外気温度の上昇／低下、空調負荷の増加／減少等により、室内ユニットの吸入空気と吹出空気の温度差を小さくコントロールしたり、高圧冷媒ガスの圧力上昇を防止したり、或いは低圧冷媒ガスの圧力低下を防止する等の理由により、圧縮機８の下限冷媒量より更に冷媒量を低下させる必要が生じる場合がある。

圧縮機８の下限容量制御よりも更に冷房能力、暖房能力を減少させる場合、複数も設けられた室内熱交換器６ａ，６ｂへ流れる冷媒を室内膨張弁２１ａ，２１ｂを制御して順次閉止させる。能力を増加させる必要が生じた場合には、順次室内膨張弁を２１ａ，２１ｂ開弁させる。ここで、冷房運転時の高圧／低圧圧力上昇時、及び暖房運転時の高圧圧力低下時は能力減少時と同様な動作をさせる。一方、冷房運転時の低圧圧力の低下時及び暖房運転時の高圧圧力の上昇時は能力増加時と同様な動作をさせる。

このような制御をしても、所定の吹出温度が確保できない、或いは冷媒圧力を許容範囲内に確保できない場合は、切替ダンパ９により外気（ＯＡ）と還気（ＲＡ）比率を変化させて、室内ユニット５への吸込空気温度を変化させ、吹出空気温度を制御する。

上記制御を行うため、室内ユニット５の吸込空気温度は吸込空気温度検出器（図示せず）、室内ユニット５の吹出空気温度は吹出空気温度検出器(図示せず)により検出する。前記吸込空気温度検出器及び吹出空気温度検出器はそれぞれの室内ユニット５に内蔵またはその近傍に設ける。また、居住域に居住域温度を検出するための居住域温度検知器（図示せず）を設置し、冷房運転時、外気冷房時においては冷風感を与えない吹出空気温度に制御する。一方、暖房運転時においては、吹出口２からの温風到達距離を伸ばす為、或いは熱風感を与えない吹出温度に制御する。

本置換換気システムでは、吹出口２から供給された空気で、図１に示すように、空調空間３の上部に配置された排気口１０から、空調空間３上部に溜まった空気（空調空間３に存在している人や印刷／工作機械などの熱負荷によって加熱された空気）が、外部に排気（ＥＡ）されるようになっている。

なお、１つの空調空間３を冷暖房するための、空調機は図１に示すものでは２セット設けた例を示しているが、１セットでも３セット以上でも良い。

１：給気ダクト
２：吹出口
３：空調空間
４：人間
５：室内ユニット
６，６ａ，６ｂ：室内熱交換器
７：室外ユニット
８：圧縮機
９：切替ダンパ
１０：排気口
１１：吸込ダクト
１２：外気ダクト
１３：還気ダクト
１４：室内送風機
１５：室外熱交換器
１６：室外送風機
１７：冷媒配管(ガス側)
１８：冷媒配管（液側）
１９：四方弁
２０：室外膨張弁
２１ａ，２１ｂ：室内膨張弁
２２：アキュームレータ。

Claims (6)

1. 空調機により外気を所定温度の空気として空調空間内に供給し、空調空間内で加熱又は冷却された空気を排気することにより換気を行う置換換気システムにおいて、
   前記空調機は、前記空調空間内に配置され複数の室内熱交換器を有する室内ユニットと、室外に配置され室外熱交換器及び圧縮機を有する室外ユニットとを備え、
   前記室内ユニットの吸込空気温度と吹出空気温度との温度差が大のときには、前記複数の室内熱交換器の使用個数を増加させ、温度差が小のときには、前記複数の室内熱交換器の使用個数を減少させることを特徴とする置換換気システム。
2. 請求項１において、空調機により外気を冷却して空調空間内に供給し、空調空間内で加熱されて温度上昇した加熱空気を排気することを特徴とする置換換気システム。
3. 請求項１又は２において、
   外気を前記室内ユニットに導く外気ダクトと、
   この外気ダクトの途中に設けられ、外気空気と室内空間からの還気空気とを混合させて前記室内ユニットに導く切替ダンパとを備え、
   この切替ダンパは、外気空気と室内空間からの還気空気との混合比率を可変可能な構成であることを特徴とする置換換気システム。
4. 請求項３において、前記複数の熱交換器の使用個数を増減させても、前記室内ユニットから所定の吹出空気温度で供給できない場合、前記切替ダンパにより、外気空気と室内空間からの還気空気との比率を可変することで前記室内ユニットへの吸込空気温度を調整し、前記室内ユニットから所定の吹出空気温度で供給可能としたことを特徴とする置換換気システム。
5. 請求項３において、前記室内ユニット又は室外ユニットへの吸込空気温度が上昇または下降して、圧縮機等の空調機を構成する各機器が、それぞれの許容温度、許容圧力範囲外となり連続運転できない場合、前記室内ユニットの複数の熱交換器の使用個数を増加減させ、及び／又は、外気空気と室内空間からの還気空気の比率を前記切替ダンパにより変化させて、冷凍サイクルを構成する各機器がそれぞれの許容温度、許容圧力範囲となるように制御することを特徴とする置換換気システム
6. 請求項１〜５の何れか一において、
   前記室内ユニットの吸込空気温度を計測する為の吸込空気温度検出器と、室内ユニットからの吹出空気温度を計測する為の吹出空気温度検出器と、前記室内空間内の居住域の温度を計測する為の居住域温度検出器とを備え、
   前記居住域温度検出器で検出された温度に応じて、室内ユニットからの吹出空気温度を制御し、冷温風による不快なドラフト感を抑制する、或いは暖房時における吹出空気の到達距離を伸ばすことを特徴とする置換換気システム。

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