JP6782618B2 - コアンダ気流空調システム - Google Patents

Description

本発明は、コアンダ効果により空調装置から吹出される空調空気を空調対象室の天井面に付着させながら流動させて空調するコアンダ気流空調システムに関する。

流体は平滑な面に付着しながら流動する特性（コアンダ効果）を有し、このようなコアンダ効果を利用したコアンダ気流空調システムは、空調装置からの空調空気が空調対象室の天井面から離脱する離脱距離に至るまでの間、空調空気を天井面に沿って流動させながら空調するものであり、従来から知られている。
このコアンダ気流空調システムにおいて、空調対象室の全域を赤外線センサにより端から端まで順次走査し、特定の領域で熱負荷の変動が検知されると、すなわち、冷房時を例にすれば、特定の領域で高い室内温度が検知されると、上述した離脱距離を調整することにより高い室内温度領域に冷風を積極的に送って空調するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−１０１８９２号公報

しかしながら、上記特許文献に記載の従来技術では、冷房時において高い室内温度領域が生じて初めて空調空気の到達距離が調整されるものであり、空調対象室全体の空調負荷に応じて当該到達距離が調整されるものではない。例えば、冷房時の空調対象室全体の空調負荷が小さくなって空調装置からの空調空気の吹出し風量を低下させた場合に、特定の領域での熱負荷の変動が生じるまでは、吹出し風量の低下に伴って空調空気の到達距離が短くなってしまい、その結果、空調対象室全体において室内温度のバラツキが生じ、快適性を損なうという問題がある。

本発明は、このような従来の問題点に着目したもので、その目的は、空調対象室における室内温度や室内湿度のバラツキを回避しながら、空調対象室全体を所望する温度や湿度に迅速に調整することが可能なコアンダ気流空調システムを提供することにある。

本発明の第１特徴構成は、コアンダ効果により空調装置から吹出される空調空気を空調対象室の天井面に付着させながら流動させて空調するコアンダ気流空調システムであって、前記空調装置からの空調空気の吹出し風量が調整可能に構成され、前記空調装置の作動を自動制御する制御装置が、前記空調装置からの空調空気が前記天井面から離脱する離脱距離を一定に維持した状態で、前記空調装置からの空調空気の吹出し風量を調整し、前記制御装置が、前記空調装置から離れた前記空調対象室の最遠エリアにおける最遠室内温度が目標温度から所定温度差以上乖離した場合、前記空調装置からの空調空気の吹出し風速を増加させる、又は前記空調装置からの空調空気の吹出し風量と吹出し風速を共に増加させる点にある。

本構成によれば、空調装置の作動を自動制御する制御装置が、空調装置からの空調空気が天井面から離脱する離脱距離を一定に維持した状態で、空調装置からの空調空気の吹出し風量を調整するので、天井面からの空調空気の離脱距離を一定に維持することにより空調対象室における室内温度や室内湿度のバラツキを回避しながら、空調空気の吹出し風量の調整によって空調対象室全体を所望する温度や湿度に迅速に調整することができる。
又、本構成によれば、空調装置から遠く離れた最遠エリアにおいて、その最遠室内温度が目標温度から所定温度差以上乖離した場合、制御装置が、空調空気の吹出し風速を増加させる、又は空調空気の吹出し風量と吹出し風速を共に増加させるように制御するので、空調し難い最遠エリアにおいても迅速に所望の状態に空調することが可能となる。

本発明の第２特徴構成は、前記制御装置が、前記空調対象室の室内状況に応じて前記空調装置からの空調空気の吹出し風量を決定する風量決定手段と、その風量決定手段による決定風量に対応して前記離脱距離を一定に維持するための空調空気の吹出し風速を決定する風速決定手段を備え、前記空調装置からの空調空気の吹出し風量を前記風量決定手段による決定風量に調整するとともに、前記空調装置からの空調空気の吹出し風速を前記風速決定手段による決定風速に調整する点にある。

本構成によれば、風量決定手段が、空調対象室の室内状況に応じて空調空気の吹出し風量を決定し、風速決定手段が、その風量決定手段による決定風量に対応して空調空気の離脱距離を一定に維持するための吹出し風速を決定する。そして、空調装置の作動を自動制御する制御装置が、空調空気の吹出し風量を風量決定手段による決定風量に調整し、空調空気の吹出し風速を風速決定手段による決定風速に調整するので、上述したような室内温度や室内湿度におけるバラツキのない迅速な空調を自動的に行うことができる。

本発明の第３特徴構成は、前記空調装置の吹出し部の開口面積を変更する開口面積変更手段を備え、
前記制御装置が、前記開口面積変更手段による前記吹出し部の開口面積の変更により前記空調装置からの空調空気の吹出し風速を調整する点にある。

本構成によれば、比較的構造が簡単で廉価な開口面積変更手段を使用して、空調装置の吹出し部の開口面積を変更することにより空調空気の吹出し風速を確実に調整することができる。

コアンダ気流空調システムの概略を示す側面図 空調装置のダンパを示す正面図 ダンパの別実施形態を示す正面図 ダンパの更なる別実施形態を示す正面図

本発明によるコアンダ気流空調システムの実施形態を図面に基づいて説明する。
コアンダ気流空調システムは、流体が有するコアンダ効果、すなわち、「流体は平滑な面に付着しながら流動する」という特性を空調システムに応用したものである。そのため、図１に示すように、空調装置１が、空調対象室２の天井面３の近くに配置され、空調装置１の吹出し部４から吹出される空調空気Ａが、平坦な天井面３に付着しながら流動するように設置される。
空調装置１の吹出し部４から吹出される空調空気Ａは、その一部が吹出し直後から徐々に下方へと離脱して主として空調装置１側を空調し、最終的には、全てが下方へ離脱して空調対象室２の全体を空調することになる。ただし、図１においては、理解を容易にするため、空調空気Ａの平均的な流れ（中心部分の流れ）を図示し、吹出し部４から吹出された後、天井面３に付着しながら天井面３に沿って流動し、その後、天井面３から下方へ離脱する様子を示している。

この図１を参照して、空調装置１の吹出し部４から離脱箇所に至るまでの離脱距離Ｌは、空調空気Ａの吹出し風速に関係し、吹出し風速が大になると離脱距離Ｌが長くなり、吹出し風速が小になると離脱距離Ｌが短くなる。ところが、吹出し部４の開口面積が一定であれば、空調空気Ａの吹出し風量を大にすると吹出し風速も大となり、吹出し風量を小にすると吹出し風速も小となる。したがって、離脱距離Ｌを一定に維持した状態で、空調空気Ａの吹出し風量を変更調整することは難しい。
本発明のコアンダ気流空調システムは、空調空気Ａの吹出し風量が調整可能な空調装置１において、空調空気Ａの離脱距離Ｌを一定に維持した状態で、空調空気Ａの吹出し風量を調整可能にするものである。そのため、空調装置１の作動を自動制御するコンピュータ内蔵の制御装置５を備え、空調装置１の吹出し部４の開口面積を変更するダンパ６（開口面積変更手段の一例）を備えている。ダンパ６は、図２に示すように、吹出し部４の開口部位に設けられ、上下方向に細長い多数の開口部を有する固定板体６ａと、同じく上下方向に細長い多数の開口部を有して横方向にスライド可能な可動板体６ｂを備えている。ちなみに、図２の（ａ）はダンパ６の全開状態を、図２の（ｂ）は半開状態を示している。

制御装置５は、風量決定手段５ａと風速決定手段５ｂを備え、風量決定手段５ａは、空調対象室２に設けられた複数の温度センサ７ａ、７ｂからの温度情報に基づいて空調対象室２の室内温度を検知し、それによって空調空気Ａの吹出し風量を決定する。それに対し、風速決定手段５ｂは、風量決定手段５ａによる決定風量に対応して、空調空気Ａの離脱距離Ｌを一定に維持するための空調空気Ａの吹出し風速を決定する。
制御装置５は、風量決定手段５ａからの情報に基づいて、例えば、空調装置１に内蔵されたファンの回転数を変更調整して、空調装置１からの空調空気Ａの吹出し風量を風量決定手段５ａによる決定風量に調整する。そして、風速決定手段５ｂからの情報に基づいて、ダンパ６の可動板体６ｂをスライドさせて吹出し部４の開口面積を変更調整し、空調装置１からの空調空気Ａの吹出し風速を風速決定手段５ｂによる決定風速に調整する。
なお、この空調空気Ａの吹出し風量と吹出し風速（吹出し部４の開口面積）の調整に関しては、例えば、実験などにより予め両者の関係データを収集して制御装置５に記憶させておくことにより対応可能である。

次に、このコアンダ気流空調システムの作動について説明する。
まず最初に、例えば、実験などにより事前に収集したデータなどに基づいて、空調対象室２の全体をほぼ均一に空調するために適した空調空気Ａの離脱距離Ｌを決定して制御装置５に記憶させ、その後、空調対象室２を空調する。
空調対象室２を冷房する場合であれば、空調装置１の吹出し部４から空調空気Ａとしての冷風を吹出して、空調対象室２の温度を設定された所望の冷房温度に維持する。
この状態で、例えば、空調対象室２に多数の人が入室して室内温度が全体的に高くなると、風量決定手段５ａが、温度センサ７ａ、７ｂからの温度情報に基づいて冷風の吹出し風量を増加側に決定し、制御装置５が、その増加された決定風量になるように冷風の吹出し風量を調整する。逆に、室内温度が全体的に低くなると、風量決定手段５ａが、冷風の吹出し風量を減少側に決定し、制御装置５が、その減少された決定風量になるように冷風の吹出し風量を調整する。

いずれの場合にも、風速決定手段５ｂが、冷風の離脱距離Ｌを一定に維持するための吹出し風速を決定し、制御装置５が、ダンパ６により吹出し部４の開口面積を調整して冷風の吹出し風速を風速決定手段５ｂによる決定風速に調整して、冷風の離脱距離Ｌを一定に維持する。
そして、例えば、図１に示すように、空調装置１から離れた最遠エリアにガラス窓８があり日射の影響によって、最遠エリアに位置する温度センサ７ｂで検出された最遠室内温度が、所望する冷房温度（目標温度）から予め設定された所定温度差以上乖離すると、制御装置５が、冷風の吹出し風速を増加させるように制御し、最遠エリアの最遠室内温度を所望の冷房温度に迅速に調整する。その後、最遠エリアの最遠室内温度が所望の冷房温度に調整されると、元の制御状態、つまり、冷風の離脱距離Ｌを一定に維持する制御に戻る。

逆に、暖房の場合であれば、空調装置１の吹出し口４から空調空気Ａとしての温風を吹出して、空調対象室２の温度を設定された所望の暖房温度に維持する。
この状態で、空調対象室２の室内温度が全体的に低くなると、風量決定手段５ａが、温度センサ７ａ、７ｂからの温度情報に基づいて温風の吹出し風量を増加側に決定し、制御装置５が、温風の吹出し風量を増加された決定風量に調整する。逆に、室内温度が全体的に高くなると、風量決定手段５ａが、温風の吹出し風量を減少側に決定し、制御装置５が、温風の吹出し風量を減少された決定風量に調整する。

この暖房の場合にも、風速決定手段５ｂが、温風の離脱距離Ｌを一定に維持するための吹出し風速を決定し、制御装置５が、ダンパ６の調整により温風の吹出し風速を風速決定手段５ｂによる決定風速に調整して、温風の離脱距離Ｌを一定に維持する。
そして、例えば、ガラス窓８を通しての冷たい外気温の影響で、最遠エリアに位置する温度センサ７ｂで検出された最遠室内温度が、所望する暖房温度（目標温度）から予め設定された所定温度差以上乖離すると、制御装置５が、温風の吹出し風速を増加させるように制御し、最遠エリアの最遠室内温度を所望の暖房温度に迅速に調整する。その後、最遠エリアの最遠室内温度が所望の暖房温度に調整され次第、温風の離脱距離Ｌを一定に維持する元の制御に戻る。

更に、冷房時又は暖房時において、制御装置５は、空調空気の吹出し風速を増加させた状態を一定時間継続しても、最遠エリアの最遠室内温度が所望の目標温度に調整されない場合等には、空調空気の吹出し風速の増加に加えて、空調空気の吹出し風量を増加させるように制御して、最遠エリアの最遠室内温度の所望の目標温度への調整を一層促すことができる。尚、本実施形態において、制御装置５は、最遠室内温度が目標温度から所定温度差以上乖離した場合において、当初は空調空気の吹出し風速を増加させ、その後に適宜空調空気の吹出し風量を増加させる形態で吹出し風量と吹出し風速を共に増加させるように構成したが、例えば、吹出し風速を増加させるのみで吹出し風量は増加しない、又は、当初から空調空気の吹出し風量と吹出し風速を共に増加させるなどのように、空調空気の吹出し風速の増加に加えて、空調空気の吹出し風量の増加を行うか否かやその開始タイミング等については、適宜変更可能である。

〔別実施形態〕
（１）先の実施形態では、吹出し部４の開口面積を変更する開口面積変更手段の一例として図２に図示のダンパ６の構成を示したが、図３に示すように、左右横方向に細長い複数の開口部を有する固定板体６ｃと、同じく横方向に細長い複数の開口部を有して上下方向にスライド可能な可動板体６ｄからなるダンパ６を開口面積変更手段として使用することもでき、この図３の（ａ）は全開状態、（ｂ）は半開状態を示す。
更に、図４に示すように、多数の小さな開口部が千鳥格子状に配置された固定板体６ｅと、同じく多数の小さな開口部が千鳥格子状に配置されて横方向にスライド可能な可動板体６ｆからなるダンパ６を開口面積変更手段として使用することもでき、この図４の（ａ）は全開状態、（ｂ）は半開状態を示す。
また、開口面積変更手段としてのダンパ６の設置箇所については、先の実施形態のように吹出し部６の開口部位に限定されるものではなく、例えば吹出し部６における開口部位よりも若干奥側の位置に設置するなどのように、吹出し部６の開口面積を変更可能な範囲において適宜設定することができる。

（２）先の実施形態では、空調対象室２に温度センサ７ａ、７ｂを設けて室内温度を検出し、それによって空調対象室２の室内状況を検知する構成を示したが、空調対象室２に湿度センサを設けて室内湿度により室内状況を検知することもできる。更には、温度センサと湿度センサを設けて室内温度と室内湿度との両方から室内状況を検知することも可能である。
また、風量決定手段５ａが、空調対象室２の室内状況に応じて空調空気Ａの吹出し風量を自動的に決定する構成を示したが、空調空気Ａの吹出し風量に関しては、例えば、風量調整用のダイヤルやスイッチなどを設けて、使用者が人為操作により人為的に設定できるように構成することもできる。この場合には、風量調整用のダイヤルやスイッチなどからの情報に基づいて、風速決定手段５ｂが空調空気Ａの吹出し風速を決定することになる。

１ 空調装置
２ 空調対象室
３ 天井面
４ 吹出し部
５ 制御装置
５ａ 風量決定手段
５ｂ 風速決定手段
６ ダンパ（開口面積変更手段）
Ａ 空調空気
Ｌ 離脱距離

Claims (3)

1. コアンダ効果により空調装置から吹出される空調空気を空調対象室の天井面に付着させながら流動させて空調するコアンダ気流空調システムであって、
   前記空調装置からの空調空気の吹出し風量が調整可能に構成され、
   前記空調装置の作動を自動制御する制御装置が、前記空調装置からの空調空気が前記天井面から離脱する離脱距離を一定に維持した状態で、前記空調装置からの空調空気の吹出し風量を調整し、
   前記制御装置が、前記空調装置から離れた前記空調対象室の最遠エリアにおける最遠室内温度が目標温度から所定温度差以上乖離した場合、前記空調装置からの空調空気の吹出し風速を増加させる、又は前記空調装置からの空調空気の吹出し風量と吹出し風速を共に増加させるコアンダ気流空調システム。
2. 前記制御装置が、前記空調対象室の室内状況に応じて前記空調装置からの空調空気の吹出し風量を決定する風量決定手段と、その風量決定手段による決定風量に対応して前記離脱距離を一定に維持するための空調空気の吹出し風速を決定する風速決定手段を備え、前記空調装置からの空調空気の吹出し風量を前記風量決定手段による決定風量に調整するとともに、前記空調装置からの空調空気の吹出し風速を前記風速決定手段による決定風速に調整する請求項１に記載のコアンダ気流空調システム。
3. 前記空調装置の吹出し部の開口面積を変更する開口面積変更手段を備え、
   前記制御装置が、前記開口面積変更手段による前記吹出し部の開口面積の変更により前記空調装置からの空調空気の吹出し風速を調整する請求項１又は２記載のコアンダ気流空調システム。

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