JP7384376B2 - 空気環境調整システム - Google Patents

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Description

本発明は、住宅の空気環境調整システム、特に循環空気による空調を伴う空気環境調整システムに関する。
従来の住宅の冷暖房方式は、部屋ごとに個別の空調機を設置し人が在室する部屋だけを冷暖房することが一般的であった。一方で近年冷暖房に対するエネルギー消費を減少させるために住宅の気密性能や断熱性能の向上が図られるようになってきた。このため、このような高気密・高断熱住宅では複数の住居域を備える住宅全体の空調負荷を1台から2台の空調機で賄うことが可能となってきた。
また、住宅全体を冷暖房すると、たとえば風呂場やトイレ、廊下、洗面所などの人が常時いない場所でも快適さを保つことができる。これらのことから、高気密・高断熱住宅においては住居全体の冷暖房を1台~2台の空調機で集中的に行う「全館空調」が広く採用されるようになった。
このような全館空調を行うにはダクト接続タイプの空調機を使用して、空調機から直接ダクトなどの通風経路を通して各部屋に空調空気を供給する方式(特許文献1)がある。また、調整室を設けて調整室の中に空調機を設置し、調整室から各部屋にダクトや床下、天井裏、階間などの通風経路を通して空調空気を供給する方式がある(特許文献2)。いずれの方式も供給された空調空気は循環されて各部屋から廊下などを経由して調整室や空調機に戻り再び各部屋に分配される。
そのため、いずれかの部屋で発生した粉塵やにおいは、住宅全体に容易に拡散する。例えば調理や、寝具の上げ下げ、掃除、着替え、また、ペットを飼うなどによって、その部屋で発生する粉塵は住宅全体に広がっていく。したがって、全館空調は空気の循環を伴うため、各居住スペースでローカルに空気清浄を行っても粉塵の拡散を完全に防ぐことができない。そこで、各居住スペースに供給される空気をまとめて清浄する必要がある(要請1)。
また、近年の空調では、空調の際に、「快適度」を要求されることが多い。すなわち、全館空調を行う場合、各部屋に供給される空気の温度(供給温度)は、各部屋の目標とする空気の温度(目標温度)にするために、各部屋の実際の温度より高く、又は、低く設定される。この「供給温度」と「目標温度」との温度差は、なるべく小さくすると、快適度が高いとされるようになってきた。この理由は、温度差が大きいと、供給空気の吹出口近くで直接空調された空気に吹かれると寒く感じたり暑く感じたりして快適度が低いと感じられる場合があるからである。また、冷暖房しやすい部屋と冷暖房しにくい部屋などの各部屋の冷暖房負荷は異なる場合があり、そうすると、さらに温度差が大きくなりがちで、快適度が異なる部屋ができてくるからである。
しかしながら、各部屋に必要な熱量を供給する観点からは、快適度の要求を考慮して「供給温度」と「目標温度」の温度差を小さくすると、供給風量を大きくすることが要請される(要請2)。
以上のような要請があるため、全館空調に供給される空気を清浄化するには、供給風量の増加に対応した空気清浄装置が必要になるが、清浄化のためにHEPAフィルター(High Efficiency Particulate Air Filter)などの目の細かいろ紙を通過させるフィルターを採用すると、その通風抵抗のため圧力損失が増加し、送風に必要な消費電力が大きくなるという課題があった。加えて、風量が多いことから目詰まりの頻度も高くなり、フィルター交換などのメンテナンスに手間がかかるという課題があった。また、清浄化のために電気集塵式の集塵機を用いると、圧力損失は小さくできるが、風量が大きい場合は、集塵性能を確保するために消費電力を低く抑えることが困難である。
特開2014-202460号公報 特開2011-174674号公報
本発明は、このような従来事情に鑑みてなされたもので、その目的は、快適度の高い全館空調を行う際の空気清浄に関し、風量が増加する場合でも低い消費電力で清浄化を行い、かつ、冷暖房能力が低下せず、メンテナンスの手間を少なくする空気環境調整システム及びこれに適した空気清浄ユニットを提案することである。
本発明は、上記のような課題の下、発明者が鋭意検討を行って、第1清浄手段と第2清浄手段とを備えることによって、集塵効率は見かけ上低下するが、空気清浄能力は低下せず、消費電力の増加がわずかで供給風量を増加することができる空気清浄を行う空気清浄技術を見出したことに基づくものである。
(動作原理)
空調に際し、「供給温度」と「目標温度」の温度差が小さい場合でも効率的な冷暖房を可能にするためには、供給風量を大きくする必要があるのは前述のとおりである。具体的には、快適度を考慮して、空調を施した冷暖房空気の温度と目標温度の差が5℃~10℃の範囲内とすることが多い。このようにすると、床面積1mあたり10m/h~20m/h程度の供給風量が必要となる。そうすると、床面積100~150m前後の一般住宅で全館空調する場合の供給する空気の必要風量は1,000~3,000m/h程度となる。
(ろ紙フィルターによる集塵の問題)
この必要風量をHEPAフィルターなどのろ紙でできたフィルターで空気清浄しようとすると、通風抵抗が大きいため、送風ファンの消費電力が大きくなる。たとえば、通風寸法610mm×610mmのHEPAフィルターにおける風量1,000~3,000m/hの通風抵抗による初期圧力損失は100Pa~300Pa程度であると考えられるため、必要となる送風ファンの消費電力はおおよそ100W~300Wになる。
加えて、ろ紙フィルターは、性質上汚れが堆積するため目詰まりが起こりやすく、目詰まりが発生するとその分の通風量(単位時間当たり)が低下する。通風量が低下すると、冷暖房性能も低下することになる。これを防止するには、頻繁にメンテナンスやろ紙の交換などの作業が必要になり、これは煩雑である。
(電気式集塵機による集塵の検討)
そこで、ろ紙フィルターに代えて、電気式集塵機による集塵を検討したが、前提とした必要風量1,000~3,000m/hでは、上述のHEPAフィルターの圧力損失は100Pa~300Paであるのに対し、電気式集塵機では、10分の1以下とすることができる。したがって、送風ファンの消費電力を小さくすることができ、さらに、集塵方式の点からHEPAフィルターのような目詰まりは起きないため冷暖房性能を低下させない。
しかしながら、圧力損失については、供給風量が3,000m/hのときの圧力損失は、1,000m/hのときの圧力損失の9倍になるため、さらに装置の消費電力の低下及び小型化の観点から圧力損失を抑える工夫が必要となった。
そこで、風量を確保しながら、圧力損失を抑え、送風ファンの負荷を上げずに低い消費電力で、冷暖房能力が低下しない空調を伴う空気環境調整システムを検討し、以下のような発明に至った。
(解決手段1)
本発明は、上記課題を達成するために提案されたものであって、下記の構成からなる。すなわち、
空気を循環させて住居の空気環境を調整する空気環境調整システムであって、空気を取り込む取込口と、この取込口から取り込んだ空気を調整するシステム本体と、システム本体で調整された空気を住居内に送り出す送出口とを備え、システム本体は、空気清浄部と空調部とを備え、空気清浄部は、取り込んだ空気を第1清浄手段とその第1清浄手段よりも清浄化に伴う空気の圧力損失が低い第2清浄手段に分配してその空気清浄能力を調整し、空調部は、取り込んだ空気の温度及び湿度のいずれか又は両方を調整することを特徴とする。
これにより、第2清浄手段は、第1清浄手段よりも空気の圧力損失が低いため、第1清浄手段と第2清浄手段と合わせて必要な風量を確保することができる。
この場合に、たとえば、第1清浄手段は電気式集塵機とプレフィルター(20~50メッシュの金属製または樹脂製のフィルターで、SUS製又はポリプロピレン製のものなど)の組合せとして集塵能力を高め、第2清浄手段をプレフィルターのみとして電気式集塵機を使わず大きな粉塵を除去するようにすれば、プレフィルターによる圧力損失の増加はわずかであるため、第1清浄手段と第2清浄手段を合わせた空気清浄部全体としては、風量が増加することで集塵効率は若干低下するとしても空気清浄能力(=風量×集塵効率)は所定の能力を確保できる。
(解決手段2)
また、第1清浄手段は少なくとも電気式集塵機を備え、受けた空気は、その一部が第1清浄手段を通過して集塵され、その残りが第2清浄手段を通過するように分配されてその空気清浄能力が調節されることが好ましい。
これにより、第1清浄手段と第2清浄手段を合わせた空気清浄部全体としては、集塵効率は若干低下するとしても空気清浄能力(=風量×集塵効率)は風量に比例するので一定の能力を確保できることに加えて、電気式集塵機は高電圧を印加するときだけ集塵し、高電圧を印加しなければ集塵しないため、必要に応じ電気式集塵機の負荷を軽減しメンテナンス間隔を伸ばすことができる。
(解決手段3)
さらに、空気清浄部は、第2清浄手段の開口の開度を調整する開度調整機構を備え、開度調整機構は、この開度を調整して受けた空気の風量を分配することが好ましい。
これにより、必要に応じ、第1清浄手段と第2清浄手段に空気の風量の分配をすることができるため、さらにきめの細かい空気清浄が可能になる。
(解決手段4)
空気清浄部は、集塵の強度を段階的に変動させて集塵作用を継続することが好ましい。
これにより、可能な限り集塵作用が継続されるため、集塵ができない時間を最小限にすることができ、全体として集塵作用を高効率で運用でき、メンテナンス頻度を減らすことができる
(解決手段5)
さらに、取り込んだ空気の粉塵濃度を計測する粉塵濃度センサーを備え、粉塵濃度の値に基づいて前記開度を決定することが望ましい。
これにより、粉塵濃度に応じた空気清浄を行うことができる。
(解決手段6)
本発明は、前記記載の空気環境調整システムを備えた住居であって、この住居はさらに、調整室を備えるとともに各住居域に吹出口と吸込口を備え、システム本体は、調整室に設けられ、取込口は、吸込口に接続され、送出口は、吹出口にダクトを介して接続された、空気環境を調整することができる住居である。
これにより、空気環境システム本体のメンテナスが容易になるとともに、調整室内がエアだまりとすることができるため、風量が多い場合であっても空調効果が低下しにくくすることができる。
(解決手段7)
前記記載の空気環境調整システムを備えた住居であって、空気環境システム本体は、屋根裏に設けられ、取込口は、前記吸込口にダクトを介して接続され、送出口は、吹出口にダクトを介して接続された、空気環境を調整することができる住居である。
これにより、コンパクトな設備で住居内に空気を調整して循環させ、快適に住まうことができる。
(解決手段8)
本発明は、調整した空気を循環させる空気環境調整システムに用いる空気清浄ユニットであって、筐体と、筐体に収納された第1清浄手段と第2清浄手段を備え、第1清浄手段は、少なくとも電気式集塵機を備え、第2清浄手段は、第1清浄手段よりも清浄化に伴う空気の圧力損失が低い手段を備え、第1清浄手段又は前記第2清浄手段のいずれかを通過するように分配された空気(Ar1、Ar2)の清浄度を調整して送り出す、ことを特徴とする。
これにより、調整した空気を循環させる空気環境調整システムに適した空気清浄ユニットを提供することができる。
本発明は、以上のような構成により、調整した空気を循環させるに際し、快適度の高い全館空調を行う際の空気清浄に関し、風量が増加する場合でも低い消費電力で清浄化を行い、かつ、冷暖房能力が低下せず、メンテナンスの手間を少なくすることができる。
本発明の空気環境調整システムの一例である。 本発明の空気清浄ユニットの斜視図である。 本発明の空気清浄ユニットの空気清浄部のハードウェア構成例である。 本発明の空気環境調整システムの他の例である。 本発明の空気環境調整システムを用いた住居の例を示す模式図である。 本発明の空気環境調整システムのさらに他の例である。 本発明の空気環境調整システムのさらに他の例を用いた住居の例を示す模式図である。 本発明の空気清浄ユニットの機能ブロック図である。 本発明の空気清浄ユニットの開度調整機構の一例の斜視図である。環境システムの第2清浄手段の開閉機構を示す模式図である。 本発明の空気環境調整システムの構成概念図である。
以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
(空気環境調機システム)
図10に、本例の空気環境調機システム(以下、「本システム」ともいう)S1~S3のシステム構成概念図を示す。
本例の空気環境調整システムS1~S3は、同図に示すように、空気を取り込む取込口1と、この取込口1から取り込んだ空気Arを調整するシステム本体2と、このシステム本体2で調整した空気Acを送り出す送出口3で構成される。このシステム本体2は、空気清浄部10、100と空調部20、200とを備えている。
図1に本システムS1の一例(実施例1)を示す。本例では、調整室31にシステム本体2が備えられている。システム本体2は、空気清浄部10と空調部20で構成されており、本例ではまず空気清浄部10で空気清浄を行ってから空調部20で空気の温度調整(湿度調整も含む場合もある、以下、同じ。)を行う。
空気清浄部10は、空気清浄ユニットで構成されている。空気清浄ユニット10は、後述のように第1清浄手段11であるプレフィルター11aと電気式集塵機11b、及び第2清浄手段12であるプレフィルター12aを備えている。
空調部20は、空調した空気の吹出し口が調整室31に設けられている。調整室31は、調整室31から各部屋に送出した空気の戻りArを取り込むエアだまりであり、ここで、温度及び/または湿度が調整される。
調整室31に設けられた送出口3に送風機50が設けられて各住居域(部屋)の吹出口42に至る空気送出機構(ダクト)30が接続されている。調整室31は、その温度調整効果を高めるために断熱材で内壁を被覆してもよい。
本システムS1の取込口1は、空気清浄部10の第1清浄手段11のエア入口11dと第2清浄手段12のエア入り口12dである。取込口1から取り込んだ住居内のリターンエアである空気Arは、まず、空気清浄部10を通過する。空気清浄部10は、第1清浄手段であるプレフィルター11a及び電気集塵フィルター11bと第2清浄手段12であるプレフィルター12aから構成される。
戻ってきた空気Arは、第1清浄手段11を通過する空気Ar1と第2清浄手段12を通過する空気Ar2に分かれて、その清浄度が調整される。
第1清浄手段11と第2清浄手段12を通過して調整室31内に清浄化した空気が取り込まれると、空調部20は、所定の設定温度および/または設定湿度の空調を施し、所望の温度となるように調整が整った空気Acを送出口3から送出して、各部屋の吹出口42から供給する。後述するように、供給風量が多くなっても集塵機能を落とすことがなく、消費電力を低く抑えることができる。加えて、第2清浄手段12に後述のの開度調整機構15を用いるとその調整をきめ細かく行うことが可能になる。
(空気清浄部)
図2は、本例の空気清浄部10である空気清浄ユニット10の外観を示す模式斜視図である。金属製の筐体10aに開口10bが開けられている。開口10bに続き筐体10aの内部に第1清浄手段11のプレフィルター11aとこれに続く電気式清浄機11bが設けられている。また、同様に開口10bに続き第2清浄手段12のプレフィルター12aとこれに続く空気通路12bが設けられている。空気清浄ユニット10の内部のメンテナンスができるように開閉自在の扉10cが開口10bが設けられている側に備えられている。
空気清浄ユニット10が受けた空気Arは、第1清浄手段11に分配される空気Ar1と第2清浄手段12に分配される空気Ar2に分かれてそれぞれ清浄化されて第1清浄手段11で清浄化された空気Af1と第2清浄手段で清浄化された空気Af2となる。空気清浄ユニット10で清浄化された空気Afは、これらを足し合わせたものである。このようにして、取り込んだ空気Arの清浄度が調整される。
(第1清浄手段、第2清浄手段:プレフィルター)
第1清浄手段11のプレフィルター11a及び第2清浄手段12のプレフィルター12aは、開口10bから吸込んだ空気Ar1、Ar2に浮遊する主として、目視可能な程度の粗い粒子を除去するものである。おおむね粒子径が10~20μm以上のものをターゲットとしている。
プレフィルター11a、12aは、20~50メッシュ程度の荒い網目のフィルターである。金属製、たとえばSUS製が用いられるが、用途によりポリプロピレンなどの樹脂製であってもよい。
なお、このプレフィルター11a、12aはメンテナンスのため交換可能である。このため、扉10cはラッチ機構11e,12eが備えられており、開閉自在に閉鎖することができる。
(第1清浄手段:電気式集塵機)
第1清浄手段11では、プレフィルター11aにより浮遊する粗い粒子を除去した後、次段の電気式集塵機11bにより、さらに細かい粒子を除去する。主として、粒子径が0.3μm以上のものをターゲットとしている。たとえば、空気中の土埃、花粉、黄砂やPM2.5などの浮遊粒子である。
なお、第2清浄手段12は、プレフィルター12aの後は空気通路12bが設けられている。このため、第1清浄手段11に比較して通過の際の空気抵抗を少なくすることができる。
図3に電気式集塵機11bのシステム構成図を示す。この電気集塵機11bは、周知の2段荷電型電気集塵機と呼ばれるものであり、イオン化部53と、集塵部54と、その電源55を主として構成される。イオン化部53で空気Ar中の浮遊粒子を帯電させ、帯電した浮遊粒子を集塵部54の電極でクーロン力によりひきつけて集塵を行う。
このような電気集塵機11bは、イオン化線60とイオン化電極51との間、及び集塵電極板62と集塵対電極板63との間の空間を空気Arが通過できるので、ろ紙フィルターに比較して圧力損失が少なく、空気中の浮遊粒子を効率よく除去できる。
加えて、電源55とイオン化部53との間に定電流制御部56を設けるとともに、電源55と集塵部54との間に測定部57を備えた電圧段階制御部58および電圧変更部59を設け、後述のような集塵の強度を段階的に変動させて集塵作用を継続する制御を行うことができる。
さらに詳細は、以下に記載するが、日本国特許第5545559を参照されたい。
(イオン化部)
イオン化部53は、コロナ放電を発生させて空気中の浮遊粒子を帯電するためのイオン化線60およびイオン化電極51からなり、イオン化線60は定電流制御部56を介して電源55のプラス極55aに、イオン化電極51は電源55のマイナス極55bに、それぞれ電気的に接続している。
(集塵部)
この電気式集塵機11bの集塵部54は、イオン化部53で帯電した浮遊粒子を捕集するための集塵電極板62および集塵対電極板63を交互に配置し、かつ、これらを交互にスペーサを用いて等間隔に配置している(不図示)。集塵電極板62と集塵対電極板63は電源55に電気的に接続され、その間に所定電圧が印加されて電界が形成される。
また、集塵電極板62と電源55との間に高抵抗体64を接続している。そして、集塵電極板62は電源55のプラス極55aに、集塵対電極板63は電源55のマイナス極55bにそれぞれ接続している。
電源55は、電気集塵機11bのイオン化部53および集塵部54に対して、必要な電圧値及び電流値を有する電力を供給する。電源55とイオン化部53および集塵部54との接続をオン・オフするためのスイッチ65が設けられている。
(定電流制御部)
イオン化部53の電流を制御する定電流制御部56は、イオン化部53のイオン化線60に電源55から一定電流を送るためのものである。例えば、0.3~2.0mAの範囲内の一定電流を送り、この際の適正電圧は、5,000V~8,000Vの範囲内である。なお、この0.3~2.0mAの範囲内の一定電流を送るため、5,000V~8,000Vの範囲の電圧を著しく逸脱するような電圧、例えば、10,000V以上の電圧になることを防ぐための公知の機能を備えている。
(電圧段階制御部)
集塵部の印加電圧を制御する電圧段階制御部58は、集塵部54の集塵電極板62に電源55から所定電圧、例えば、1,500V~4,800Vの範囲内の所定電圧を印加するための指令を出すものである。この際の電流は、0.05mA~0.1mAの範囲である。
(測定部)
測定部57は、集塵部54に対し印加している電圧値及び電流値の急激な変動を招く異常放電を測定し検知するものである。例えば、集塵部54の電圧値が通常モードの3,900V~4,100Vで、電流値が0.1mAで正常な電界形成がなされている場合、何らかの原因、例えば、湿気、結露、異物の混入など又は集塵物の堆積などにより、電圧値が急に低下したり、電流値が急に増加したりする場合を検知する。例えば、電圧値が1,000V~1,500V、又は電流値が0.3mAに変動するような場合に、異常放電が発生したことを検知する。
(段階制御)
このような異常放電の発生を測定部57が検知すると、その異常放電情報を電圧段階制御部58が受信し、その異常放電情報を受信した電圧段階制御部58は、集塵部54と電源55とをスイッチ65により一旦遮断した後、電圧変更部59に対し、集塵部4に印加する所定電圧が低くなれば、異常放電を回避できる事実に着目して、異常放電しない段階まで所定電圧を変更する指令を発信し、この電圧変更指令を受信した電圧変更部59は、異常放電しない段階の所定電圧、例えば、上記の3,900V~4,100Vから下限値を700V、上限値を600V引き下げて、3,200V~3,500Vに変更する。以下、再び集塵部54に異常放電が発生した場合は、上記の手順で順次所定電圧をさらに、例えば、2,200V~2,600Vに引き下げて対応する。
この変更した所定電圧3,200V~3,500Vで集塵作用を継続し、その際の電圧値及び電流値が一定範囲内での変動、例えば、電圧値で1,000V~1,500Vの範囲の変動や電流値で異常放電と判断される0.3mAに到達しなかったり、到達してもその回数が例えば5回に満たない変動を、設定時間、例えば、2分間~10分間継続した場合、異常放電の原因が解消したと判定して、電圧段階制御部58の指令により、電圧変更部59から所定電圧を上記通常モードの3,900V~4,100Vに昇圧して集塵部54に印加し集塵作用を継続する。
上記のような電圧段階制御部58および電圧変更部59による所定電圧の変更は、例えば、以下のようにしてもよい。(1)異常放電情報を受信した電圧段階制御部58のCPU(不図示)が、受信した異常放電情報と予め記憶している情報とを対比して、集塵部4が異常放電しない段階の所定電圧を決め、その電圧変更指令をPWM(パルス幅変調)信号として電圧段階制御部58の増幅回路(不図示)に発信する。(2)PWM信号を受信した増幅回路は、電圧変更部59に増幅した信号を送る。電圧変更部59の昇圧トランス(不図示)および昇圧回路(不図示)を経て、上記したPWM信号に沿う所定電圧を集塵部54に印加する。
また、電圧段階制御部58および電圧変更部59による所定電圧の変更は、例えば、以下のようにしてもよい。(1)電圧段階制御部58が、集塵部54と電源55の間に並列に配置したn個の抵抗(R1<R2…<Rn-1<Rn、不図示)を有してなる電圧変更部59に指令を出すことで、集塵部54と電源55との間に抵抗R1を接続している時に、測定部57が異常放電を検知した際、集塵部54と電源55とをスイッチ65により一旦遮断する。その後、抵抗R1より抵抗値の大きい抵抗R2に切り替えた後に集塵部54と電源を接続する。そうして異常放電しない段階の所定電圧を印加すると、集塵部54における異常放電後に正常な集塵を回復させることができる。抵抗R2で異常放電が発生する場合は、以後設置したn-2個の抵抗Rについて順次抵抗値の大なる抵抗R3~Rnに切り替えて、段階的に所定電圧を下方変更し集塵部4に印加するようにする。このようにして異常放電が起きない電圧で集塵作用を継続することができる。
なお、n個の抵抗Rの抵抗値は、数MΩの範囲内にある。抵抗Rの数量nは特に限定がないが、たとえば3個から5個を選ぶことができる。
電気式集塵機11bは、以上のような構成であるため、イオン化部53におけるコロナ放電などを安定して継続でき、集塵部に湿気などの環境の変動や集塵の継続による集塵物などにより、火花放電などの異常放電が起きても、印加電圧を下げて速やかに正常な電界形成を再開して集塵作用を継続し、異常放電の原因が解消されると、印加電圧を上げて速やかに集塵作用を継続する。このため、集塵の強度を段階的に変動させて集塵作用を継続することができる。したがって、湿気や結露などの自然回復可能な場合のみならず、集塵物の堆積などの自然回復の困難な場合も含めて、全体として、集塵作用を高効率で運用でき、その上メンテナンス頻度を減らすことができる。
なお、このような第1清浄部11と第2清浄部12が筐体10aに収納された空気清浄部10は、空気環境調整システムS1~S3に用いる空気清浄ユニット10ととして単体で装置を構成することも可能である。
(空調機)
図1に示す調整室31の空調機20は、熱交換を行う室外機(不図示)と接続された室内機でよく、空気温度及び/又は湿度が調整された空気を調整室31内に送出する。空調機20の空調能力は、冷暖房負荷計算により適宜決定することができる。たとえば、断熱区分4地域の140m程度の住宅では空調機20の能力は1台(5kw相当)で足りるであろう。
空調機20から吹出された冷気や暖気は調整室31内の空気の温度や湿度を調整する。前述のように調整室31は、調整された空気Acのエアだまりとなり、調整された空気Acは、送風機50により送出口3から送出される。
(送風機)
送風機50は、調整室31内の調整された空気Acを送出口3に接続されたダクト30内に押し込んで送出先の吹出口42に送風するファンである。送風機50が送風すると、調整室31内は負圧になるため、空気清浄部10の第1清浄手段11と第2清浄手段12を通って調整室31内に戻り空気Arが流れ込むことができる。
(開度調整機構)
図9に本システムS1に用いる開度調整機構6を示す。開度調整機構6は、図2に示す空気清浄部10の第2清浄手段12の上部を覆うように配置されるものである。
開度調整機構6は、矩形の枠6dの中央部に開口6fが開けられており、4つの開閉羽根6bが回動してこの開口6fの開度を調整する。開閉羽根6bの回動は、モータ6cの回転によって行われる。各開閉羽根6bは、連結棒6aに連結され、この連結棒6aは、その中央部が紐部材6eでモータ6cにより巻き取られると各開閉羽根6bは連結棒6aの動きに連動して開き、緩められると自重により連動して閉じる。開閉羽根6bがすべて閉じると開口6fは全閉する。
モータ6cは、ポテンショメータが付属するものを用いることができる。このようにすると、後述の制御部4により開閉羽根6bの位置制御ができ、開口6fが所望の開度になるように開閉させることができる。
開度調整機構6により、前述のように第1清浄手段11よりも第2清浄手段12は圧力損失が低い構造となっているところ、第2清浄手段12を通過する空気を絞ることができ、その結果、第1清浄手段11と第2清浄手段の空気の分配比率を変えることができ、空気清浄部10の供給風量の調整をすることができる。
なお、開度調整機構6は、使用しないことも可能である。その場合は、風量の分配比率は固定される。
(粉塵濃度センサー)
本システムS1は粉塵濃度センサー5を備えることができる。粉塵濃度センサーはたとえば、取込口1周辺に設置でき、取り込んだ空気Arの粉塵濃度を測定する。測定された粉塵濃度の値は、後述の制御部4に送り、この信号に基づいて制御部4は第2清浄手段12の開口10bの開度を決定することができる。
(制御部及び操作部)
図8に本システムS1の機能ブロック図を示す。制御部4は、本システムS1を制御する。操作部7は、開度調整機構6及び電気式集塵機11bに対するオン・オフや開度調整機構の開度の設定、開閉のオンオフ、電気式集塵機11bの段階設定などの入力設定操作信号を制御部4に渡すことができる。操作部7は、必要に応じ、制御部4から本システムS1のステータスを示す情報を受け取り、表示することができる。たとえば、温度、湿度、粉塵濃度センサー5の出力状況などである。
また、制御部4は、粉塵濃度に応じ開度調整機構6の開閉羽根6cの開閉を制御して、第1清浄手段11と第2清浄手段12について所望の風量で空気を分配し、供給空気量を決定することができる。
また、制御部4は、電気式集塵機11bの集塵部54の電圧段階制御を行い、異常放電が生じた場合であっても 段階的に所定電圧を下方変更して印加し、異常放電が起きない電圧で集塵作用を継続するようにすることができる。
次に、図4に実施例2を示す。実施例1との違いは、空調部20で取込口1から吸い込んだ空気Arの温度調整を行ってから空気清浄部10で空気清浄を行う点であり、他の点は基本的に同様である。すなわち、調整室31にシステム本体2が備えられている点、システム本体2は、空気清浄部10と空調部20で構成されている点、空気清浄部10は、空気清浄ユニット10で構成されており、空気清浄ユニット10は、第1清浄手段11であるプレフィルター11aと電気式集塵機11b、及び第2清浄手段12であるプレフィルター12a及び空気通路12bを備えている点、調整室31の送出口3に送風機50が設けられて送出先の吹出口42に至る空気送出機構(ダクト)30が接続可能である点は同様である。このため、特に断らない限り、実施例1と同じ部材は同じ参照番号で示す。
先述のように、本例では空調と清浄の作用を施す順番が実施例1とは逆であるため、調整室31は戻り空気Arの入側の部屋31aと調整した空気Acの出側の部屋31bの2つに分かれている。図4に示すように入側の部屋31aに取込口1として開口が開けられるとともにその内部に空調機20と空気清浄ユニット10が設置されている。空調機20から吹出された冷気や暖気は調整室31の入側の部屋31aの空気の温度や湿度を調整する。
入側の部屋31aの床に空気清浄部10である空気清浄ユニットが設けられている。このため、入側の部屋31aの空調された空気は第1清浄手段11と第2清浄手段12に分けられて空気清浄ユニット10を通過して、出側の部屋31bに送られる。出側の部屋31bは送出口3を備えており、送出口3には送風機50が設けられている。調整室31は、調整された空気Acのエアだまりとなり、調整された空気Acは、送出口3から送出される。
(本システムを備えた住居)
図5は実施例1の空気環境調整システムS1又は実施例2の空気環境調整システムS2を備えた住居R1である。
本システムS1、S2は調整室31に備えられており、調整室31は、2階建ての住居R1の屋根裏73に設けられている。取込口1は、吹き抜け95の天井71に設けられており、送出口3は後述の空気送出機構30を介して各部屋210、211、221、222の吹出口42などに接続されている。
(空気送出機構)
空気送出機構30は、調整室31内の空調された空気Acを各室に送出するものであり、送出口3に接続されて、各室に延びるダクト30を備える。ダクト30に代えて住居の躯体に設けられた竪孔・シャフトなどの空間でも密閉性があれば差し支えない。
(ダクト)
ダクト30が送出口3と各室の吹出口42に接続されており、この吹出口42から、調整された空気Acが各室の内部に向けて吹き出す。
(住居)
図5に示すように、本例の空気環境調整システムS1、S2が用いられる住居R1は、高気密・高断熱の2階建て住居である。各階に区画された複数の住居域を有し、各住居域81、82、91、92を本例の空気環境調整システムS1、S2を用いて空気環境の調整をする。
(住居域)
住居R1は、1階に住居域81、82を備え、2階に住居域91、92を備える。1階と2階の間には、階間96がある。住居R1の中央部には、1階から2階まで達する吹き抜け95がある。1階の住居域81、82の下には、床を隔てて床下空間74がある。
これら住居域81、82、91、92は、住居内外壁および各住居域の天井で区画されており、浴室や洗面所等を含むものとしてもよい。
(空調の目標温度と、総風量)
空調機20は、調整室31の室内の目標温度と、空調対象である上記した住居空間の目標温度とが、冷房空調の際には、5℃以内の温度差、暖房空調の際には摂氏10℃以内の温度差で、調整室31の室内の空気を空調することが望ましい。
空気環境調整システムS1、S2は、送風機50により、調整済みの調整室31内の空気Acを1,000~3,000m/hの流量で送り出す。このように大流量での空調済み空気Acの送風により、各住居域の温度を適度に維持して快適性を確保することができる。
この場合の各階の構成と調整室31へのリターンエアAr、及び各住居域での空気の吹出し・回収の様子について説明する。
(住居域への空気)
住居域81、82、91、92は、その天井に吹出口42を備え、その床に近い壁際に回収口43を備えている。取込口1すなわち空気清浄部10の入側は、吹き抜け95の天井71を貫いて吹き抜け95に接続されており、調整室31内に戻り空気Arとして循環され、この際に空気清浄部10で清浄化される。この際、外気と混合させることもできる。また、住居域81、82、91、92に吹出口42を設置したが、送風能力によっては、吹出口42に吸引送風機を加えても差し支えない。
(吹き抜け部)
床下空間74に送出された調整室31内の調整済み空気Acは、吹き抜け95の床下の吹出口42から吹き抜け95に流入する。
次に、図6に実施例3を示す。実施例1、2のシステムS1、S2は調整室31に備えられたが、本システムS3は、調整室31を省略する構成であり、さらにコンパクトに収納が可能である。
本例においてシステム本体2は、空気清浄部100と空調部200を主体に構成され、取り込んだ空気Arの調整を行う。本例では空気清浄部100で空気清浄を行い、空気清浄後の空気を直接、空調部200にダクト13を介して送る。図6は、屋根裏や階間の空間に収納する天井隠蔽型のエアコンを用いる想定で、床側から天井を透視する視点で示したものである。特に断らない限り、実施例1、2と同じ部材は同じ参照番号で示す。
(空気清浄ユニット)
本例の空気清浄ユニット100は、第1清浄手段11であるプレフィルター11aと電気式集塵機11b、及び第2清浄手段12であるプレフィルター12aを備えている。空気清浄部100は、先述の空気清浄部10と同様に、第1清浄手段11と第2清浄手段12で構成されているが、異なる点は、空気清浄部100の清浄後の空気の出力が空気清浄部100内で集合し、ダクト13に接続されており、空調部200に渡されている点である。また、空調部200は空気溜まりである調整室を介さず清浄化された空気を送出口3に接続されたダクト30を介して送出先の吹出口42から吹出す点である。
(空調機)
本例の空調機200は、天井隠蔽型の室内機であり、ダクト13から送られる空気清浄ユニット100で清浄化した空気を取り込む。実施例1、2と同様に、室外機と接続された室内機を用いることができ、温度及び又は湿度が調整された空気Acを送出口3から送出する。送出口3はダクト30に接続されて、送出先の吹出口42から調整された空気Acを吹出す。なお、図6の吹出口の記載を省略したダクト30も、吹出口42に接続される。
(本システムを備えた住居)
図7は本例の空気環境調整システムS3を備えた住居R2である。
本システムS3は2階の天井裏73及び階間96に設けられている。吸込口41は、1階及び2階の中央の部屋212、222の天井に設けられており、送出口3は後述の空気送出機構30を介して各部屋211~213、221~223の吹出口42に設けられている。
(空気送出機構)
空気送出機構30は、本システムS3で調整された空気Acを各室に送出するものであり、送出口3に接続されて、各室に延びるダクト30を備える。
(ダクト)
ダクト30が送出口3と各室の吹出口42に接続されており、この吹出口42から、調整された空気Acが各室の内部に向けて吹き出す。
(住居)
図7に示すように、本例の空気環境調整システムS3が用いられる住居R2は、高気密・高断熱の2階建て住居である。各階に区画された複数の住居域を有し、1階住居域211~213、及び2階住居域221~223を本例の空気環境調整システムS3がそれぞれ空気環境の調整をする。
(住居域)
住居R2は、1階に住居域211、212、213を備え、2階に住居域221、222、223を備える。1階と2階の間には、階間96がある。住居R2の各階は中央部の部屋212、222で戻りエアArをシステムS3にもどしており、その両隣の部屋は、壁に設けられた回収口43から空気を中央の部屋212、222に戻している。1階の住居域211~213の下には、床を隔てて床下空間74がある。
なお、住居R1と同様、これら住居域211~213、221~223は、住居内外壁および各住居域の天井で区画され、住居域211~213、221~223は、浴室や洗面所等を含むものとしてもよい。
(空調の目標温度と、総風量)
本例の空調機20は、送出口3での目標温度と、空調対象である住居空間の目標温度とが、冷房空調の際には、5℃以内の温度差、暖房空調の際には摂氏10℃以内の温度差になるように、送出口の空気Acを空調することが望ましい。
空気環境調整システムS3は、調整済み調整室内空気Acを1,000~3,000m/hの流量で送り出す。このように大流量での空調済み空気の送風により、各住居域の温度を適度に維持して快適性を確保することができる。
本例の制御システム構成は、実施例1、2のシステムS1,S2と同様である。また、開度調整機構も同様である。
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。その場合でも、本発明の範囲に含まれるものである。
本例のシステムS1、S2、S3は住居のみならず、事業所、事務所等の業務用住居にも適用できる。
Ac 調整された空気、調整済の空気、調整済みの調整室内の空気
Af 清浄化された空気
Ar 戻った空気、リターンエア
Ar1 第1清浄手段(11)を通過する空気
Ar2 第2清浄手段(12)を通過する空気
R1、R2…住居
S1、S2、S3 空気環境調整システム
1 取込口
2 システム本体
3 送出口
4 制御部
5 粉塵濃度センサー
6 開度調整機構、6a 連結棒、6b 開閉羽根、6c 開閉モータ、6d 枠、6e 紐部材、6f 開口
7 操作部
10、100 空気清浄部、空気清浄ユニット
10a 筐体、10b 開口、10c 扉、10dラッチ機構、
11 第1清浄手段
11a プレフィルター、11b 電気式集塵機、
12 第2清浄手段
12a プレフィルター、12b 空気通路
13 ダクト
20、200 空調部 、
30 空気送出機構、ダクト
31 調整室、31a 入側の部屋、31b出側の部屋
41 吸込口
42 吹出口
43 回収口
50 送風機
53 イオン化部
54 集塵部
55 電源、55a プラス極、55b マイナス極
56 定電流制御部
57 測定部
58 電圧段階制御部
59 電圧変更部
60 イオン化線
61 イオン化電極
62 集塵電極板
63 集塵対電極板
64 高抵抗体
65 スイッチ
71 天井
72 屋根
73 屋根裏
74 床下空間
81、82、83、84 住居域、部屋
95 吹き抜け
96 階間
211、212、213、221、222、223 住居域、部屋

Claims (3)

  1. 住居内に快適度を高める全館空調を行うために空気を循環させて住居の空気環境を調整する空気環境調整システムであって、
    空気を取り込む取込口と、この取込口から取り込んだ空気を調整するシステム本体と、前記システム本体で調整された空気を住居内に送り出す送出口と、前記取込口と送出口を備えた調整した空気のエアだまりとなる調整室とを前記住居内部に備え、
    前記システム本体は、空気清浄部と空調部とを備え、
    前記空気清浄部は、
    第1清浄手段と、第2清浄手段とを備え、
    前記第1清浄手段の空気の入り口と前記第2清浄手段の空気の入り口は、同一方向に隣り合わせに並んで前記調整室に設けられ、
    前記第1清浄手段は、少なくとも電気式集塵機を備え、
    前記取り込んだ空気は、その一部が前記第1清浄手段を通過して集塵され、その残りが前記第2清浄手段を通過するように分配されてその空気清浄能力が調節され、
    前記空調部は、前記取り込んだ空気の温度及び湿度のいずれか又は両方を前記調整室で調整する、空気環境調整システム。
  2. さらに、前記取り込んだ空気の粉塵濃度を計測する粉塵濃度センサーと、前記第2清浄手段の開口の開度を調整する開度調整機構とを備え、
    前記開度調整機構は、前記第2清浄手段の空気入り口の開口を覆うように4つの開閉羽根が回動可能に設けられ、各開閉羽根は連動して開閉し、
    制御部は、前記粉塵濃度の値に基づいて前記開度を決定し、前記取り込んだ空気(Ar)の風量を前記第1清浄手段と前記第2清浄手段に所望の風量で空気を分配して供給空気量を決定するとともに前記空気清浄部が集塵の強度を段階的に変動させて集塵作用を継続する、請求項1に記載の空気環境調整システム。
  3. 請求項1又は2に記載の空気環境調整システムを備えた住居であって、
    前記住居はその内部に調整室を備えるとともに各住居域に吹出口と吸込口を備え、
    前記システム本体は、前記調整室に設けられ、
    前記調整室に取り込まれる空気は、
    前記取込口は、前記吸込口に接続され第1清浄手段と、第2清浄手段とを備え、
    同一方向に隣り合わせに並んで設けられた前記第1清浄手段の空気の入り口と前記第2清浄手段の空気の入り口から供給され、
    前記送出口は、前記吹出口にダクトを介して接続された、
    住居内に快適度を高める全館空調を行うために空気環境を調整することができる住居。
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