JP7485863B2 - 空調機、および空調設備 - Google Patents

Description

本発明は、空調機、および空調設備に関する。

有害または有毒な揮発性物質を扱う空間の空調に際しては、空調の対象である空調対象室から気体を排気しつつ、外部から空調対象室に温度あるいはさらに湿度が調節された気体を供給する空調設備が用いられている。また、空調対象室から排気する気体の量に応じて、空調対象室内に供給する気体の量を変更し、空調対象室内の気圧を一定に保つ空調設備も用いられている。（特許文献１参照）。

特開昭５９－２０５５３９号公報

従来においては、空調対象室から排気する気体の量が増減しても空調対象室内の気圧を一定に保つには、外部から空調対象室に温度調節された気体を供給する空調機の給気ファンの回転数等を、空調対象室の気圧に応じて適切に制御する必要があった。このため、給気ファンの回転数の調整が可能な高価な空調機を含む、高価な空調設備が必要であった。

第１の態様による空調機は、気体を取り込む入力部と、気体を供給する出力部と、前記入力部から取り込んだ気体を温度調節して前記出力部に供給する温調送風部と、前記温調送風部が前記出力側に供給した気体のうちの所定の量の気体を前記入力部に移送する環気部と、を備える。
第２の態様による空調機は、第１の態様による空調機において、さらに、前記出力部から前記空調対象室に流すべき気体の量に関する情報を受信する受信部を有し、前記受信部で受信した情報に基づいて、前記出力部から前記空調対象に流す気体の流量を制御する。
第３の態様による空調設備は、第２の態様による空調機と、空調対象室から排気される気体の量を計測する排気量計測部と、前記排気量計測部が計測した気体の量に関する情報を、前記空調機の前記受信部に送信する送信部と、を備える。

本発明によれば、供給する気体の量を容易に変更可能な簡便な空調機を実現することができる。

一実施形態の空調機を備えた空調設備の概略構成を示す図。 空調設備の変形例の概略構成を示す図。

（一実施形態の空調機および空調設備）
図１は、一実施形態の空調機２を備えた空調設備１の概略構成を示す図である。破線で囲って示した空調機２は、温調送風部３を有している。温調送風部３の吸気側には、ダクト９ｂを介して入力部４が接続されている。温調送風部３の供給側（温調送風部３から気体が吹き出す側）には、ダクト９ｃを介して出力部５が接続されている。入力部４には、例えば図１に示したように、外気吸気部１４およびダクト９ａを介して外気が取り入れられる。

温調送風部３は、冷却機構、加熱機構、加湿器、および送風ファンを備え、入力部４から気体を取り込み、温度および湿度を調整して出力部５に供給する。温調送風部３は、除塵フィルタを備えていても良い。温調送風部３は、一例として市販されている通常の外気処理エアコンであっても良い。
出力部５からは、温度および湿度が制御された気体が、例えば図１に示したようにダクト９ｄ、９ｅ、第２流量制御部１０、および供給口１５を介して、空調対象室３０に供給される。

一実施形態の空調機２は、所定の量の気体を出力部５から入力部４に移送する、ダクト８ａ、８ｂおよび第１流量制御部７を有している。温調送風部３が出力部５に供給した気体のうちの一部は、ダクト８ａ、８ｂおよび第１流量制御部７を通って、入力部４に移送（環気）される。以下では、ダクト８ａ、８ｂおよび第１流量制御部７を、併せてまたは個々に「環気部」６とも呼ぶ。
なお、図中に破線で示した矢印は、その近傍のダクト８ａ、８ｂ、９ｅ、９ｆ、または温調送風部３内での気体の移動方向を示している。

第１流量制御部７および第２流量制御部１０はいずれも、一例として、ダンパ開閉型の可変風量装置（ＶＡＶ：variable air volume system）を備えている。
第１流量制御部７は受信部１１を備え、受信部１１が受信した信号Ｓ２（制御指令）に基づいてダンパの開閉量が制御され、第１流量制御部７が出力部５から入力部４に向かって流す気体の流量が制御される。

第２流量制御部１０は受信部１２を備え、受信部１２が受信した信号Ｓ３（制御指令）に基づいてダンパの開閉量が制御され、第２流量制御部１０が出力部５から空調対象室３０に向かって流す気体の流量が制御される。
本明細書では、「気体の量」とは、例えば、大気圧下における気体の体積を言う。また、「気体の流量」とは、大気圧下において単位時間当たりに流れる気体の体積を言う。

一実施形態の空調設備１においては、空調機２は、空調機械室３１内に設置されている。空調機械室３１は、床３５ｂと、床（天井）３５ｃと、壁３６ａ、３６ａにより仕切られた空間である。一方、空調機２による空調の対象となる空間である空調対象室３０は、床３５ａと床（天井）３５ｂと、壁３６ａ、３６ｂにより仕切られた空間である。空調対象室３０の天井３５ｂは、空調機械室３１の床３５ｂである。
上述のとおり、空調機２により温調された気体は、出力部５から、ダクト９ｄ、９ｅ、第２流量制御部１０、および供給口１５を介して、空調対象室３０に供給される。供給口１５は、空調対象室３０の天井３５ｂに設けられた通気部である。

空調対象室３０内には、揮発性の有害物質または有毒物質を取り扱うための設備であるドラフトチャンバ２０が設置されている。ドラフトチャンバ２０には、流量計２１を介してダクト９ｆが接続されており、ダクト９ｆの他端は、排気機械室３２内に設置された排気ファン２５に接続されている。排気機械室３２は、床３５ｃと、床（天井）３５ｄと、壁３６ａ、３６ａにより仕切られた空間である。

排気ファン２５により、ドラフトチャンバ２０内の気体は、ダクト９ｆおよびダクト９ｇを通って、排気機械室３２外の排気部２６から外部に排気される。排気に際し、ドラフトチャンバ２０内で扱われていた有害物質または有毒物質は、ドラフトチャンバ２０内またはダクト９ｆの一部に設置されている吸着フィルタ等の除去装置により除去される。

排気ファン２５によりドラフトチャンバ２０内の気体が排気されると、ドラフトチャンバ２０が設置されている空調対象室３０内の気体の量が減少し、気圧が低下してしまう。そこで、空調機２は、排気ファン２５により排気された気体の量に相当する空調された気体を供給口１５から空調対象室３０内に供給する。

ドラフトチャンバ２０に設けられている流量計２１は、排気ファン２５により排気される気体の量を計測する。流量計２１として、例えば差圧式、超音波式、ピトー管式等の流量計を用いることができる。流量計２１により計測された排気される気体の量は、信号Ｓ５として、ドラフトチャンバ２０に設けられている制御盤２２に送られる。制御盤２２は、信号Ｓ５に基づいて、第１流量制御部７の受信部１１に送信する信号Ｓ２、および第２流量制御部１０の受信部１２に送信する信号Ｓ３を生成し、送信する。すなわち、制御盤２２は、信号Ｓ２および信号Ｓ３を送信する送信部としても機能する。

第２流量制御部１０は、受信部１２が受信した信号Ｓ３に基づいてダンパの開閉量等を制御することにより、出力部５からダクト９ｄ、９ｅ、および供給口１５を介して空調対象室３０に供給する気体の量を制御する。信号Ｓ３は、流量計２１により計測された排気される気体の量（以下、「排気量」という）自体を示す信号であっても良く、排気量と等量の気体を空調対象室３０に供給するために必要な第２流量制御部１０内のダンパの開閉量を示す信号であっても良い。

第１流量制御部７は、受信部１１が受信した信号Ｓ２に基づいてダンパの開閉量等を制御することにより、環気部６により出力部５から入力部４に移送される気体の量を制御する。信号Ｓ２は、例えば、温調送風部３が入力部４から出力部５に送風する流量から、上記の排気量を差し引いた量を示す信号であっても良く、その差し引いた量の気体を出力部５から入力部４に移送するために必要な第１流量制御部７内のダンパの開閉量を示す信号であっても良い。
温調送風部３が入力部４から出力部５に送風する流量は、信号Ｓ２を生成する制御盤２２内に、例えば固定値として記憶されていても良い。

ドラフトチャンバ２０に設けられている制御盤２２は、排気ファン２５に信号Ｓ４を送り、流量計２１により計測された排気量が、ユーザーが設定した排気すべき量と一致するように排気ファン２５を制御しても良い。
制御盤２２は、排気ファン２５により排気される排気量が所定値より少ない場合には、空調機２内の温調送風部３に信号Ｓ１を送り、温調送風部３を停止させても良い。

あるいは、制御盤２２は、排気ファン２５により排気される気体の量に応じて、温調送風部３に信号Ｓ１を送り、温調送風部３が入力部４から出力部５に送る風量を制御しても良い。この場合には制御盤２２は、この制御するべき風量を温調送風部３が入力部４から出力部５に送風する流量として、上述の信号２を生成しても良い。

以上の一実施形態の空調機２においては、温調送風部３で温度および湿度が調整された気体のうち、空調対象室３０に供給されなかった分は、排気されることなく、入力部４に移送され、再度温調送風部３に供給される。従って、一実施形態の空調機２は、温調した気体を廃棄することなく、すなわちエネルギーを無駄に消費することなく、効率良く気体の空調を行うことができる。

上記について別の観点から見ると、出力部５の気体を入力部４に移送することにより、温調送風部３が入力部４から取り込む気体の温度および湿度を、外気よりも、温調送風部３が目標とする温度および湿度に近づけることができる。これにより、空調設備１に供給されるべき外気の温度および湿度の条件を緩和することができる。すなわち、以上の一実施形態の空調機２および空調設備１は、従来に比べ、より広い温度範囲および湿度範囲の環境条件で使用可能となる。

以上の一実施形態においては、空調機２は空調機械室３１内に、排気ファン２５は排気機械室３２内に、それぞれ設置されるものとした。しかし、空調機２および排気ファン２５の設置場所はこれに限られるものではなく、空調機２および排気ファン２５を共に空調機械室３１内に設置しても良い。あるいは、空調機２または排気ファン２５は、屋外に設置してもよい。

以上の一実施形態においては、第１流量制御部７および第２流量制御部１０は、ダンパ開閉型の可変風量装置を備えるものとした。しかし、第１流量制御部７および第２流量制御部１０は、これに限られるものではなく、送風ファンを内蔵し、送風ファンの回転数を制御することで風量を制御する方式のものであっても良い。

なお、空調機２から空調対象室３０に供給する気体の量の制御が、第２流量制御部１０による流量の制御のみで達成される場合には、第１流量制御部７を設けなくても良い。この場合、環気部６は、出力部５と入力部４とを繋ぐダクト８ａ、８ｂにより構成される。第２流量制御部１０により、空調対象室３０への供給の供給量が制限されると、出力部５内の気圧が上がるため、ダクト８ａ、８ｂを介して、出力部５から入力部４に気体が流れる。
なお、第１流量制御部７を設けることにより、出力部５が過度に陽圧になる等の圧力変動を防止することができる。

また、空調対象室３０側に、供給口１５を介して流入する気体の量を制御する機能が備わっている場合には、空調機２は第２流量制御部１０を有しなくても良い。この場合においても、空調対象室３０側の制御機能により制限される流量を超える流量の気体は、環気部６により、空調機２内の出力部５から入力部４に移送される。従って、空調機２が空調対象室３０に供給する気体の量は、容易に変更可能となっている。
また、空調対象室３０側の制御機能により制限される流量を超える流量の気体についても、排気することなく、入力部４に移送するため、エネルギー効率の高い空調を実現することができる。

また、第１流量制御部７および第１流量制御部１０のいずれについても、厳密に流量を制御するに限らず、気体の流れに対する抵抗を増減して、気体の流動状態を変更するものであっても良い。

以上の一実施形態においては、空調対象室３０内に設置されたドラフトチャンバ２０を介して、空調対象室３０からの排気が行われるものとした。しかし、空調対象室３０の排気は、空調対象室３０自体に設置された排気口等の排気設備を介して行わる構成とすることもできる。この場合には、その排気設備が、流量計２１および制御盤２２を備え、上述の信号Ｓ１～Ｓ４を送信する。
また、空調対象室３０は、上述のように、床、天井および壁で仕切られた空間に限られるわけではなく、密閉または半密閉された装置内の空間であっても良い。

以上の一実施形態において、入力部４は、外気吸気部１４と温調送風部３の吸気側とを繋ぐダクト９ａ、９ｂと、環気部６の一部であるダクト８ｂとが分岐する部分であれば、どのような形状の部分であっても良い。入力部４は、例えば、ダクト９ａとダクト９ｂとダクト８ｂとが接続された分岐ボックスであっても良い。また、ダクト９ａとダクト９ｂとダクト８ｂとを繋ぐ分岐継手であっても良い。
入力部４は、温調送風部３の吸気側にダクトを介さずに設けられた分岐部であっても良い。

同様に、出力部５は、温調送風部３の供給側と第２流量制御部１０とを繋ぐダクト９ｄ、９ｅと、環気部６の一部であるダクト８ａとが分岐する部分であれば、どのような形状の部分であっても良い。出力部５は、例えば、ダクト９ｄとダクト９ｅとダクト８ａとが接続された分岐ボックスであっても良い。また、ダクト９ｄとダクト９ｅとダクト８ａとを繋ぐ分岐継手であっても良い。
出力部５は、温調送風部３の供給側にダクトを介さずに設けられた分岐部であっても良い。

（変形例の空調設備）
図２は、変形例の空調設備１ａの概略構成を示す図である。変形例の空調設備１ａは、多くの構成が上述の一実施形態の空調設備１と共通するので、以下では、共通する構成には同一の符号を付して、適宜、説明を省略する。

変形例の空調設備１ａにおいても、使用する空調機２の構成は、図１に示した上述の一実施形態の空調設備１と同様である。従って、図２においては、空調機２はその全体概要を示すに留め、空調機２の内部の構成の図示は省略する。

変形例の空調設備１ａでは、複数の空調対象室３０ａ～３０ｃのそれぞれに対して、空調機２、排気ファン２５およびそれらを繋ぐダクト９ｅ、９ｆ等がそれぞれ設けられている点が、一実施形態の空調設備１と異なっている。
換言すれば、変形例の空調設備１ａは、位置実施形態の空調設備１が複数配置されたものであるとも言える。
変形例の空調設備１ａでは、それぞれ独立して運転可能な複数の空調機２が、これらの複数の空調対象室３０ａ～３０ｃのいずれか１つを空調する。空調対象室３０ａ～３０ｃおよび空調機２の数は、図示した３個に限られるものではなく、任意の個数であって良い。

従来の複数の空調対象室を有する空調設備においては、いわゆるセントラル空調給気方式が採用されることが一般的であった。すなわち、１つに集約された空調機からダクトを介して各空調対象室に空調された気体が供給されていた。従って、従来においては、複数の空調対象室のそれぞれから排気される気体の量が変動した場合、給排気量のバランスを維持することが容易ではなかった。

変形例の空調設備１ａでは、複数の空調対象室３０ａ～３０ｃのそれぞれに対して、供給する気体の量を容易に変更可能な空調機２が設置される。従って、各空調対象室３０ａ～３０ｃから排気される気体の量が変動した場合であっても、各空調対象室３０ａ～３０ｃの給排気量のバランスを容易に維持することができる。

また、変形例の空調設備１ａでは、従来のセントラル空調給気方式に比べて、空調設備を構築するためのイニシャルコストを抑えることも可能である。これには、複数の空調対象室３０ａ～３０ｃのそれぞれを跨ぐようなダクトの設置が不要になることに加え、複数の空調対象室を１つに集約された空調機で空調する際に必要な制御プログラムの開発が不要になることによるコストダウンも含まれる。

また、変形例の空調設備１ａでは、空調設備１ａのメンテナンスについても、空調対象室３０ａ～３０ｃのそれぞれについて独立して行うことができる。このため、空調対象室３０ａ～３０ｃの使用予定に合わせて各室毎にメンテナンスを行うことができ、メンテナンスのための設備管理を簡素化できるという利点がある。また、各空調対象室３０ａ～３０ｃの空調設備が独立しているため、例えば空調対象室３０ａの空調機２が故障しても、他の空調対象室３０ｂ、３０ｃの空調を独自に行うことができるという利点もある。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、各実施形態および変形例は、それぞれ単独で適用しても良いし、組み合わせて用いても良い。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

（態様）
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項）一態様に係る空調機は、気体を取り込む入力部と、気体を供給する出力部と、前記入力部から取り込んだ気体を温度調節して前記出力部に供給する温調送風部と、前記温調送風部が前記出力部に供給した気体のうちの所定の量の気体を前記入力部に移送する環気部と、を有する。
この構成により、温調送風部３から出力部５に供給された気体のうち、出力部５から外部（空調対象室３０等）に供給される気体以外の余剰の気体は、環気部６により入力部４に移送される。これにより、出力部５から外部に供給する気体の量を容易に変更可能な空調機２を簡便に実現することができる。

（第２項）他の一態様に係る空調機は、第１項に記載の空調機において、前記環気部は、前記出力部から前記入力部に移送する気体の流動状態を制御する第１流量制御部を有する。
この構成により、出力部５から入力部４に移送する気体の量を制御することができ、出力部５から外部に供給する気体の量を正確に調整することができる。

（第３項）他の一態様に係る空調機は、第１項または第２項に記載の空調機において、前記出力部から空調対象室に至る流路上に第２流量制御部を備える。
この構成により、出力部５から外部に供給する気体の量をより正確に調整することができる。

（第４項）他の一態様に係る空調機は、第３項に記載の空調機において、前記第２流量制御部は、前記出力部から前記空調対象室に流すべき気体の量に関する情報を受信する受信部を有し、前記受信部で受信した情報に基づいて、前記出力部から前記空調対象室に流す気体の流量を制御する。
この構成により、供給すべき量の気体を、出力部５から外部に正確に供給することができる。

（第５項）他の一態様に係る空調設備は、第４項に記載の空調機と、空調対象室から排気される気体の量を計測する排気量計測部と、前記排気量計測部が計測した気体の量に関する情報を、前記空調機の前記受信部に送信する送信部と、を有する。
この構成により、空調設備１が空調すべき空調対象室３０に対し、空調対象室３０から排気される気体の量に基づいた量の気体を供給することができる。

（第６項）他の一態様に係る空調設備は、第５項に記載の空調設備において、前記入力部が、外気を取り込む外気吸気部に接続されている。
この構成においては、空調設備１内の空調機２の入力部４には、外気とともに、出力部５から移送された気体が供給される。出力部５から移送された気体は、既に温調送風部３により空調された気体であるので、入力部４に供給される気体の温度および湿度を、外気に比べて、温調送風部３が目標とする温度および湿度に近付けることができる。従って、空調設備１に供給されるべき外気の温度および湿度の条件を緩和することができ、すなわち、より広い範囲の環境条件で使用可能な空調設備１を実現することができる。

（第７項）他の一態様に係る空調設備は、第５項または第６項に記載の空調設備を複数有し、複数の前記空調設備のそれぞれが、複数の空調対象室のいずれか１つを空調する。
この構成により、複数の空調すべき空調対象室３０ａ～３０ｃに対して、それぞれを独立して空調することが可能となる。

１，１ａ…空調設備、２…空調機、３…温調送風部、４…入力部、５…出力部、６…環気部、７…第１流量制御部、８ａ～８ｂ，９ａ～９ｇ…ダクト、１０…第２流量制御部、１１，１２…受信部、１４…外気吸気部、１５…供給口、２０…ドラフトチャンバ、２１…流量計、２２…制御盤、２５…排気ファン、２６…排気部、３０、３０ａ～３０ｃ…空調対象室、３１、３１ａ～３１ｃ…空調機械室、３２、３２ａ～３２ｃ…排気機械室、３５ａ～３５ｄ…床（天井）、３６ａ～３６ｄ…壁

Claims (2)

1. 温度が調節された気体を空調対象室へ供給するための空調機と、
   前記空調対象室の内部から前記空調対象室の外部へ排気される気体の流量を計測する排気量計測部と、を備え、
   前記空調機は、
   気体を取り込む入力部と、
   気体を供給する出力部と、
   前記入力部から取り込んだ気体を温度調節して前記出力部に供給する温調送風部と、
   前記入力部と前記出力部との間を連通させるダクトと、
   前記ダクトを通じて前記出力部から前記入力部へ向かって流れる気体の流動状態を制御する第１流量制御部と、
   前記空調対象室に至る流路上に設けられ、前記出力部から前記空調対象室に供給する気体の流量を制御する第２流量制御部と、
   を備え、
   前記出力部から前記空調対象室に供給される気体の量が前記空調対象室から排気される気体の量に相当するように、前記第１流量制御部及び前記第２流量制御部が前記排気量計測部によって計測される気体の流量に基づいて動作するように構成されている、空調設備であって、
   複数の前記空調設備が複数の空調対象室に個別に対応するように設けられ、複数の前記空調設備のそれぞれが対応する前記空調対象室を空調する、空調設備。
2. 請求項１に記載の空調設備において、
   前記入力部が、外気を取り込む外気吸気部に接続されている、空調設備。
   

Images