JP7454842B2 - 空調箱及び空調システム - Google Patents

Description

本発明は、エアコンを内蔵して空調空気を生成する空調箱及びこれを用いた空調システムに関し、設備コストを上昇させることなく、混合部内の空調空気の温度のバラツキをほとんどなくすることができ、住宅の各部屋に快適な環境を形成できる空調箱及び空調システムに関する。

特許文献１には、屋根裏に空調機室を設置し、複数のダクトを空調機室の側面から屋根裏下方の２階や１階の各部屋まで延ばして配設し、一つのエアコン（空調機）から温度調整された空気を、複数のダクトを介して住宅の各部屋に送風して空調を行うダクト式の住宅空調システムが開示されている。

しかし、特許文献１の技術では、屋根裏に設置された空調機室の側面から複数のダクトを各部屋まで配設する必要があり、特に、屋根裏から１階の部屋まで配設するダクトは、２階を通過させて配設する必要があり、長くなってしまう欠点がある。

特許文献２には、特許文献１の欠点を解消し、住宅において屋根裏でなく１階や２階に設置可能な小型の空調ユニットが開示されている。

特開２０１２－１５４６２３号公報 特開２０１６－９９０８７号公報

特許文献２の空調ユニットは、小型化によって屋根裏ではなく２階等に設置可能になると共に、ダクト配設作業が容易になり、設置コストの低減を図ることが可能になる。
しかし、特許文献２の空調ユニットは、空調本来の快適な空間の形成という点で解決すべき課題が残されていた。

すなわち、特許文献２の空調ユニットは、複数のファンと、エアコンとを作動させると、箱状筐体外の空気（外気）がエアフィルタを介して流入口からチャンバ室に流入するようになっており、そのチャンバ室内で、エアコンで空調された空調空気と混合され、チャンバ室内の空気が温度調整されようになっている。

特許文献２では、複数のファンが接続されたチャンバ室で温度調整するようになっているため、その複数のファンが稼働すると、チャンバ室内の空気温度の調整が十分とは言えない場合であっても、複数の部屋に送られるおそれがあった。

また上記温度調整の不備を解消するには、複数のファンの稼働を停止し、チャンバ室内の空気を別途設ける撹拌機で撹拌する必要があるが、この方法では、複数のファンの稼働と停止を制御する機構、攪拌機のＯＮ／ＯＦＦ制御が必要になり、設備コストが上昇する欠点ある。

そこで、本発明は、設備コストを上昇させることなく、混合空間内の空調空気の温度のバラツキをほとんどなくすることができ、住宅の各部屋に快適な環境を形成できる空調箱及び空調システムを提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
空気の流入部を上部前面に有する箱体を備え、
該箱体の内部の上部で、前記流入部と対向する位置に取り付けられ、上方に吸込み口、下方に吹出し口を有するエアコンを設けて成り、
前記流入部から前記箱体の内部に流入したレタン給気からなる空気のうち、前記吸込み口から吸込まれ、前記吹出し口から吹出された空調された空気（I）の流線と、前記流入部から流入した空気のうち、前記吸込み口から吸込まれなかった空気（II）の流線とを動的に交差させる流線交差部を、前記エアコンの吹出し口の下方に有し、
前記流線交差部の下方に、前記空気（I）と前記空気（II）とを静的に混合して温度ムラのない空調空気（III）を生成する所定容積の空間からなる静的な混合空間を有することを特徴とする空調箱。
（請求項２）
前記混合空間の下方に、分配チャンバを設け、
該分配チャンバに、空調空気（III）を、空調対象となる複数の部屋に送風するために1又は２以上のファンを接続してなることを特徴とする請求項１記載の空調箱。
（請求項３）
前記混合空間の側面の一側又は両側に分配チャンバを設け、
該分配チャンバに、空調空気（III）を、空調対象となる複数の部屋に送風するために１又は２以上のファンを接続してなることを特徴とする請求項１記載の空調箱。
（請求項４）
前記エアコンを介することなく、前記空気（II）が、前記流入部を介して、前記箱体内に流入される部位に、高さ調整可能な堰板を設けてなり、
該堰板の幅方向上端面の高さは、前記エアコンの幅方向下端面と同じ高さであるか、あるいは前記エアコンの幅方向下端面の高さよりも高いことを特徴とする請求項１又は２記載の空調箱。
（請求項５）
請求項１記載の空調箱と、
請求項１記載の空調箱の混合空間とは別に設けられる分配チャンバに接続された複数のファンとからなり、
前記複数のファンに、空調対象となる複数の部屋の各々に、前記混合空間で生成された空調空気（III）を送風するためのダクトを接続してなる空調システムであって、
前記空調箱の混合空間には、温度調整機能を有し、
且つ前記空調箱の温度調整機能と、前記ファンにより空調空気の搬送機能を分離したことを特徴とする空調システム。

本発明によれば、設備コストを上昇させることなく、混合空間内の空調空気の温度のバラツキをほとんどなくすることができ、住宅の各部屋に快適な環境を形成できる空調箱及び空調システムを提供することができる。

本発明の好ましい実施形態を示す要部断面図 本発明の好ましい他の実施形態を示す正面図 本発明の空調箱を用いた空調システムの好ましい実施形態を示す図 計測器の計測位置を示す図

以下、本発明の空調箱の好ましい実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態を示す断面図である。

図１において、本発明の空調箱１は、例えば、方形状の箱体１０によって構成される。箱体１０は、住宅の空間スペースを無用に減少させないようなコンパクトな形状に形成される。

箱体１０の内部には、１台のエアコン１１が設けられている。本発明は、複数の部屋を1台のエアコンで、全部屋空調を行うことができる技術である。
本発明において、エアコン１１は箱体１０の内部の上部で、箱体１０の背面壁１２に着脱可能に固定されている。好適な空調箱を形成するためである。

エアコン１１は上方に吸込み口１１０、下方に吹出し口１１１を有し、冷房あるいは暖房のいずれの空調機能も有する。
空調能力は、格別限定されないが、一般的な１戸建て住宅の全ての部屋を対象にすると、最大風量８００ｍ^３／Ｈｒの汎用エアコンを用いることができる。

空調箱１の幅と奥行の大きさは、エアコンの幅と奥行に依拠する。例えばエアコンが８００ｍｍ幅×３９０ｍｍ奥行である場合、空調箱１は、８５０～１１００ｍｍ幅×６００～７００ｍｍ奥行の範囲が好ましい。

図１の形態では、箱体１０の背面壁１２の後ろに、図示しないダクト設置領域が設けられていることがあるので、そのダクト設置領域の寸法を加味することが好ましい。いずれの場合においても、箱体１０の形状は、コンパクトであり、部屋の面積を無駄に消費することがないことが好ましい。

箱体１０の前面壁１４には、レタン給気からなる空気の流入部１５が、上部前面に開口しており、流入部１５には、空調箱１への塵埃の侵入を阻止するためにフィルター（図示せず）が設置されている。ここで、レタンとは、リターンのことであり、環気を意味する。

エアコン１１は、レタン給気からなる空気の流入の便宜を考慮して空気の流入部１５に対向する位置に設けられる。

本実施形態において、流入部１５から箱体１０の内部に流入したレタン給気からなる空気のうち、エアコン１１の吸込み口１１０から吸込まれ、吹出し口１１１から吹出された空調された空気（I）の流線ＩＡと、流入部１５から流入したレタン給気からなる空気のうち、吸込み口１１０から吸込まれなかった空気（II）の流線IIＡとを動的に交差させる流線交差部１６が、エアコン１１の吹出し口１１０の下方に形成される。

ここで、動的に交差させるというのは、空調された空気（I）の流線ＩＡと空気（II）の流線IIＡのいずれも、動いている状態（流動状態）にあって、その流線ＩＡと流線IIＡが交差していることを意味する。流線ＩＡと流線IIＡが交差するためには、流動状態で移動している方向は、流線ＩＡが図示のように右下方向に向かって移動しているのに対して、流線IIＡが図示のように左下方向に向かって移動していることが好ましい。

空調された空気（I）の流線ＩＡは、エアコン１１の吹出し口１１１に設けられる案内板１３の角度によって規定される。本実施形態において、案内板１３の好ましい角度は、垂直方向に対して、４５度～６０度傾斜していることであり、より好ましくは、５５度～６０度傾斜していることである。

流線交差部１６の大きさは、箱体１０の大きさが、例えば幅９００ｍｍ×奥行き６５０ｍｍ×高さ１７００ｍｍである場合、幅９００ｍｍ×奥行４００ｍｍ×高さ１００ｍｍであることが好ましい。

本発明では、流線交差部１６の下方に、空気（I）と前記空気（II）とを静的に混合して、温度ムラのない空調空気（III）を生成する所定容積の空間からなる静的な混合空間１７が形成されている。

本発明によると、流線交差部１６において、上述のように流線ＩＡと流線IIＡが交差することによって、空調された空気（I）と空気（II）を動的に混合しているが、この動的な流線交差だけでは、熱ムラが生じていて、本発明の目的を達成する上で十分とは言えない。

そこで、上述の流線交差部１６の下方に、静的な混合空間１７を積極に形成し、静的に混合して、温度ムラのない空調空気（III）を生成するように構成した点が本発明の特徴である。

混合空間１７の大きさは、流線交差部１６の下端から後述するファン１９０の送風口近傍までの領域であり、箱体１０の大きさが、例えば幅９００ｍｍ×奥行６５０ｍｍ×高さ１７００ｍｍである場合、幅９００ｍｍ×奥行４００ｍｍ×高さ２００ｍｍであることが好ましい。

本発明において、温度ムラがないというのは、目標温度に近づき、目標温度に対して空調空気の温度の差が小さくなっていることである。

このことは、水平方向で見ても、垂直方向で見ても、温度分布は均一である。つまり、温度のバラツキのない空調空気が生成されたことが後述の実験例で証明されている。

温度のバラツキのない空調空気は、住宅の空調対象となる複数の部屋に、ファンを用いて送風される。つまり、１台のエアコンで、住宅の複数の部屋を空調でき、この結果、住宅の複数の部屋での温度のバラツキがなくなる。

本実施形態において、混合空間１７とは別に分配チャンバ１９を設けることが好ましい。例えば、図１に示すように、分配チャンバ１９は混合空間１７の下方に設けることができる。

分配チャンバ１９には、複数のファン１９０を接続してなることが好ましい。かかる複数のファン１９０により、混合空間１７で生成された空調空気（III）を、空調対象となる各々の部屋に分配することができる。

かかるファン１９０により、各部屋に空調空気を搬送するには、空調箱１と各部屋に接続されたダクトが設けられていることが好ましい。本実施形態においては、ファン１９０は分配チャンバに接続していなくてもよく、混合空間１７近傍に設けられていればよい。

次に、本発明の他の好ましい態様としては、流入部１５に、高さ調整可能な堰板１８を設けることが好ましい。
堰板１８の高さ調整可能にする構成は格別限定されず、例えば、図示しないが、両側に設けたスライド溝に堰板１８を係合させてスライドさせて高さ調節する手法が挙げられる。

かかる堰板１８を設けると、空気（II）が、流入部１５を介して、箱体１０内に流入され、流線交差部１６へ送られる際に、堰板１８が障害になり、わずかながら圧損を生じさせる。そのため、空調された空気（I）と空気（II）の流量比を変化させることができる。

堰板１８の幅方向上端面の高さは、図１に示すように、エアコンの幅方向下端面よりもやや下方位置（５～５０ｍｍ）であってもよい。これに限定されず、例えば、堰板の上端面の高さ位置は前記エアコンの幅方向下端面と同じ高さであるか、あるいは前記エアコンの幅方向下端面の高さよりも高いことが好ましい。これにより、空気（II）が流線交差部１６へ送られる際の圧損が更に高くなるので、空調された空気（I）の流速により、流線交差部１６へ引っ張られるように作用し、流線交差を助長する。

更に分配チャンバ１９に接続されたファン１９０を稼働させると、流入部１５から箱体１０内に導入される空気（II）が、吸引され、流線交差部１６へ導入され、空調された空気（I）との流線交差を助長するので好ましい。

次に、図２に基づき、本発明の好ましい他の実施形態を説明する。
図２は、本発明の好ましい他の実施形態を示す正面図である。図２において、内部を一点鎖線で示している。

図１に示す実施形態では、混合空間１７の下方に分配チャンバ１９を設ける態様であったが、図２に示す態様では、混合空間１７の下方に、分配チャンバ１９を設けることなく、混合空間１７の側面に設けるものである。この場合、混合空間１７の一方の側面に分配チャンバ１９を設けてもよいし、あるいは両方に分配チャンバ１９を設けてもよい。

図示の例において、空調箱１の上方に２個、下方に２個のファン１９０が設けられているが、上方にファン１９０を設ける場合には、エアコン１１の両側に図示しない仕切り板を設け、下方のファン１９０の近傍から分配チャンバ１９に生成した空調空気（III）を送るようにした方が好ましい。

次に、本発明の空調箱を用いた空調システムの好ましい実施形態について、図３に基づいて説明する。

本発明の空調システムは、上記何れかの実施形態の空調箱１と、分配チャンバ１９に接続された複数のファン１９０とからなり、複数のファン１９０に、空調対象となる複数の部屋の各々に、混合空間１７で生成された空気ムラのない空調空気（III）を送風するためのダクト１９１を接続している。

空調箱１の混合空間１７には、温度調整機能を有し、且つ空調箱１の温度調整機能と、複数のファン１９０により空調空気の搬送機能が分離されている。

上述した空調箱１の混合空間１７によって生成された温度のバラツキがない空調空気（III）は、住宅の空調対象となる複数の部屋２０に、ファン１９０を用いて送風され、ダクト１９１を介して、各部屋に設けられた吹出し部２１から供給される。

吹出し部２１は、図示の例では、部屋の下部に設けられているが、これに限定されず、各部屋を構成する家屋によりダクトの配管設計がなされるので、この配管設計に応じて、配置を変更することができる。また、図示の例では吹出し部２１は２箇所設けられているが、これに限定されず、部屋の大きさ等に応じて数は変更可能である。

（実施例）
以下、本発明の実施例によって、本発明の効果を例証する。

実施例１
図１に示す空調箱を用いて実験を行った。

（１）空調箱の仕様は、以下の通りである。
・箱の形状（外寸）：幅９００ｍｍ×奥行６５０ｍｍ×高さ１７００ｍｍ
・エアコン：最大８００ｍ^３／Ｈｒ
汎用エアコン（三菱電機株式会社製「ＭＳＺ－ＺＸＶ３６１９Ｓ」）
・流線交差部１６の仕様
エアコンの直下に設置した。
流線交差部１６の大きさ：幅９００ｍｍ×奥行４００ｍｍ×高さ１００
・混合空間１７の仕様
混合空間の形状（内寸）は、幅９００ｍｍ×奥行４００ｍｍ×高さ２００ｍｍとした。
・堰板
堰板は、幅９００ｍｍ×高さ３００ｍｍとした。堰板は、堰板の上端がエアコンの下端面と面一になるように設置した。
・空気（II）が空調箱に入る開口は、堰板の幅方向上端面と、エアコンの幅方向下端面によって形成される。開口形状は、幅９００ｍｍ×高さ４００ｍｍとした。
・エアコンの下方に延びる案内板１３によって、空調空気（I）の吹き出し角度を調整した。案内板１３の傾斜角度は６０度に設定し、空調空気（I）の吹き出し角度を６０度に設定した。
・分配チャンバ
混合空間１７の直下に備えられており、形状（内寸）：幅９００ｍｍ×奥行４００ｍｍ×高さ１０８０ｍｍとした。
・送風ファン
分配チャンバの背面側に配置した。送風ファンは、パナソニック株式会社製「ＦＹ２７－ＪＤ７」を、４基使用した。

（２）流線交差部１６、及び混合空間１７での空調結果
図１に示すように、空気（I）の流線と、空気（II）の流線とを流線交差部１６で交差させる。この交差によって、空気（I）と空気（II）とを動的に混合させる。
その後、流線交差部１６の下方に形成された混合空間１７で、静的な混合を継続し、空調空気（III）を生成した。

（３）空調空気（III）について、混合空間１７から分配チャンバ１９を介して送風ファンに送る目標温度を３０℃とした。

（４）流線交差部１６、及び混合空間１７での温度計測
混合空間内の温度を、熱電対（Ｔ＆Ｄ社製おんどとり）を使用して計測した。
４個の熱電対は、板体に１００ｍｍ間隔で取り付けた。
・高さ０ｍｍ、奥行き０ｍｍの地点をエアコンの案内板１３の直下位置に設定した。奥行き位置に、熱電対（計測器１、２、３、４）を、
・奥行き０ｍｍの位置に計測器１、１００ｍｍの位置に計測器２、２００ｍｍの位置に計測器３、奥行き３００ｍｍの位置に計測器４を設置した。
各計測器で、まず高さ０ｍｍでの温度を計測した。
そして、計測器１～４を高さ方向に５０ｍｍずつ下方にずらして設置して、高さ３００ｍｍの位置までの温度を計測した。計測器の計測位置を図４に示す。

計測器４の高さ位置０ｍｍの温度は、２３．６℃であった。これは、流入部１５から流入し、エアコンを通過しない空気（II）の温度である。
計測器２の高さ位置０ｍｍの温度は、３６．７℃であった。これは、エアコンの吹き出し口から送風された空気（I）の温度である。
高さ位置１００ｍｍの流線交差部１６の平均温度は、で、２８．７℃であった。
高さ位置２００ｍｍの混合空間１７の平均温度は、２８．６℃であった。
高さ位置３００ｍｍの混合空間１７の平均温度は、２８．５℃であった。

高さ位置３００ｍｍの混合空間１７の温度は、計測器１で３０．３℃、計測器２で３０．３℃であった。つまり、送風ファン付近の温度は、３０．３℃に混合空調されていたことが確認された。

つまり、流線交差部１６から混合空間１７にかけて徐々に平均気温が下がっており、目標温度である３０℃になるように、流線交差部１６で、空気（II）の２３．６℃の流線と、エアコンの空調空気（I）の３６．７℃の流線が交差し、混合空間１７において、高さ１００ｍｍの位置から３００ｍｍの位置にかけて空気が交差し、混合された混合空調空気（III）は、送風ファンに近づくにしたがって、ほぼ目標温度になっていっていることが確認された。混合空間１７で、温度ムラのない空調空気（III）を生成されたことが確認された。

１： 空調箱
１０：箱体
１１：エアコン
１１０：吸込み口
１１１：吹出し口
１２：背面壁
１３：案内板
１４：前面壁
１５：流入部
１６：流線交差部
１７：混合空間
１８：堰板
１９：分配チャンバ
１９０：ファン
１９１：ダクト
２０：部屋
２１：吹出し部

Claims (4)

1. 空気の流入部を上部前面に有する箱体を備え、
   該箱体の内部の上部で、前記流入部と対向する位置に取り付けられ、上方に吸込み口、下方に吹出し口を有するエアコンを設けて成り、
   前記流入部から前記箱体の内部に流入したレタン給気からなる空気のうち、前記吸込み口から吸込まれ、前記吹出し口から吹出された空調された空気（I）の流線と、前記流入部から流入した空気のうち、前記吸込み口から吸込まれなかった空気（II）の流線とを動的に交差させる流線交差部を、前記エアコンの吹出し口の下方に有し、
   前記流線交差部の下方に、前記空気（I）と前記空気（II）とを静的に混合して温度ムラのない空調空気（III）を生成する所定容積の空間からなる静的な混合空間を有し、
   前記エアコンを介することなく、前記空気（II）が、前記流入部を介して、前記箱体内に流入される部位に、高さ調整可能な堰板を設けてなり、
   該堰板の幅方向上端面の高さは、前記エアコンの幅方向下端面と同じ高さであるか、あるいは前記エアコンの幅方向下端面の高さよりも高いことを特徴とする空調箱。
2. 前記混合空間の下方に、分配チャンバを設け、
   該分配チャンバに、空調空気（III）を、空調対象となる複数の部屋に送風するために1又は２以上のファンを接続してなることを特徴とする請求項１記載の空調箱。
3. 前記混合空間の側面の一側又は両側に分配チャンバを設け、
   該分配チャンバに、空調空気（III）を、空調対象となる複数の部屋に送風するために１又は２以上のファンを接続してなることを特徴とする請求項１記載の空調箱。
4. 請求項１記載の空調箱と、
   請求項１記載の空調箱の混合空間とは別に設けられる分配チャンバに接続された複数のファンとからなり、
   前記複数のファンに、空調対象となる複数の部屋の各々に、前記混合空間で生成された空調空気（III）を送風するためのダクトを接続してなる空調システムであって、
   前記空調箱の混合空間には、温度調整機能を有し、
   且つ前記空調箱の温度調整機能と、前記ファンにより空調空気の搬送機能を分離したことを特徴とする空調システム。

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