JPH08105242A - 空気屋根と空調用の設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気屋根の形成と内部の空調を同時にできる
移動可能な簡易な設備を得る。 【構成】 可撓性シートで囲われた空気封入用空間に加
圧空気を送入して屋根形状を保持するようにした空気屋
根，或いは室内空気圧を大気圧以上に保持することによ
り，可撓性シートからなる屋根材料を緊張するようにし
た空気屋根をもつ建物において，この建物の内側または
外側近傍に，空気圧縮機，空気冷却器，空気対空気熱交
換器および空気膨張機が一つのケーシング内に収納され
たエアサプライユニットを据付け，該ユニットの圧縮機
吐出側の高圧空気を前記の空気屋根の空気封入用空間に
送気する空気配管と，該ユニットの膨張機吐出側の低温
空気を建物内空間に送気する空気配管を施設してなる空
気屋根と空調用の設備。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，空気屋根を備えた建物
において空気屋根の形成と空調を同時に行なうようにし
た設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気屋根をもつ建物は大きなものはスポ
ーツ施設のドームから小さなテント式のものまで，各種
の形式のものが知られているが，可撓性シートで空気封
入用空間を形成し，この空間内に加圧空気を送入するこ
とによって，屋根形状を維持するようにしたものが最も
普通である。

【０００３】特殊な例では，室内圧を大気圧以上とする
ことによって可撓性シートの屋根を膨らませるものもあ
り，仮設倉庫やテント用等に適用可能である。

【０００４】このような空気屋根用の加圧空気は通常は
コンプレッサーや送風機によって製造されており，漏洩
の場合を想定してそのコンプレーサーを該建物に常設し
ておくのが一般である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】空気屋根をもつ建物で
も空調を必要とする場合がある。観客が入るスポーツ施
設はもとより，展示用仮設建物やサーカス小屋等では冷
房を必要とすることが多い。精密機械や食品・薬品など
を一時的に保管する仮設倉庫や，僻地での簡易仮設建物
等でも同様である。

【０００６】空気屋根を用いた建物の空調を行なう場合
には，従来では別途に空調設備を施工しなければならな
かった。このため，空気屋根用のコンプレッサーに加え
て一般空調設備を常設することが必要となって施設費用
とスペースが嵩み，せっかくの空気屋根を利用した簡易
建物の有利性が損なわれる結果となっていた。

【０００７】一方において，移動式展示場や室内スポー
ツ施設・倉庫等の分野において空気屋根式の簡易建物の
需要は多く，この場合に，空調についても経済的に行え
ることが要求される。本発明の目的はかような課題を同
時に解決することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば，可撓性
シートで囲われた空気封入用空間に加圧空気を送入して
屋根形状を保持するようにした空気屋根，或いは室内空
気圧を大気圧以上に保持することにより，可撓性シート
からなる屋根材料を緊張するようにした空気屋根をもつ
建物において，この建物の内側または外側近傍に，空気
圧縮機，空気冷却器，空気対空気熱交換器および空気膨
張機が一つのケーシング内に収納されたエアサプライユ
ニットを据付け，該ユニットの圧縮機吐出側の高圧空気
を前記の空気屋根の空気封入用空間に送気する空気配管
と，該ユニットの膨張機吐出側の低温空気を建物内空間
に送気する空気配管を施設してなる空気屋根と空調用の
設備を提供する。

【０００９】

【作用】本発明の設備は，空気屋根用の加圧空気と空調
用の冷温風をパッケージ化されたユニットを据付けるこ
とによって同時に得ることができ，また，温水も得られ
る。このユニットは移動可能であり，仮設建物等でもそ
の現場に搬送して据付けるだけでよく，据付け施工や配
管施工は極めて簡単であり，設備費用の低減と省スペー
ス化も図れる。

【００１０】また，本発明のユニットは，従来の空調用
に用いられた冷凍機やヒートポンプユニット等のように
フロンガスやアンモニア等の環境に悪影響を与える冷媒
を使用するものではないから，漏洩による環境汚染の問
題がなく，また漏洩に細心の注意を払わなくても済むこ
とから，配管施工も高度な技術を必要としない。

【００１１】

【実施例】図１は本発明に従う設備の配置例を図解的に
示したものである。空気屋根１をもつ建物の室外近傍に
エアサプライユニット２（以下，ＡＳユニット２と略称
する）を据付け，このＡＳユニット２と建物の屋内空間
３との間で，空気往管４と空気還管５を施設する。また
このＡＳユニット２と空気屋根１の空気封入用空間６と
の間で，送気配管７と戻り配管８を施設する。

【００１２】図１の施設例では空気屋根１は，樹脂系の
可撓性材料を用いた外側シート９と内側シート１０の二
重膜で形成されており，この二重膜で囲われる二次元的
な拡がりをもつ空間６に加圧空気を導入することによっ
て屋根形状が復元するものである。この屋根を支持する
側壁１１は剛体である。

【００１３】空気往管４は，ＡＳユニット２で作られた
低温空気を屋内空間３に供給する管路であり，その空気
吹出端にはエジエクタ１２を取付ける。空気還管５は屋
内空間の空気をＡＳユニット２に戻す管路であり，空気
還管５の吸込側端は室内の吸込口１３に連結している。
図示の例ではエジエクタ１２は屋内の上部に，吸込口１
３は下部に設置されている。

【００１４】送気配管７はＡＳユニット２の圧縮機を経
た高圧空気を空気屋根の空間６に送気するダクトであ
り，戻り配管８はＡＳユニット２の空気対空気熱交換器
に空間６内の空気を戻すダクトである。

【００１５】図２はＡＳユニット２の機器配置を系統図
的に示したものである。このユニットは，一つのケーシ
ング内において，電動モータ１５，圧縮機１６，ギヤボ
ックス１７および膨張機１８を一体的に組み合わせた空
気圧縮膨張装置１９と，空気冷却器である水対空気熱交
換器２０と，空気対空気熱交換器２１および２２と，補
助圧縮機２３およびその電動モータ２４をコンパクトに
配置収納したものであり，これらの機器の間で空気圧５
kg/cm²以下の空気配管が施され，コールドエア取出し用
接続口２５，レタンエア取入れ用接続口２６，高圧空気
取出し用接続口２７，戻り高圧空気取入れ用接続口２
８，冷却水取入れ用接続口２９および冷却水取出し用接
続口３０を備えている。また外気取入れ口３１と３２が
それぞれ制御弁３３ｂと３４ａを介して設けられてい
る。

【００１６】このユニット２の基本原理は，圧縮機１６
で圧縮された高圧空気を空気冷却器である水対空気熱交
換器２０で常温近くまで冷却したあと，高圧空気取出し
用接続口２７から空気屋根の空間６にその高圧空気を送
気し，また，膨張機１８で温度降下した低温空気をコー
ルドエア取出し用接続口２５から屋内空間３に冷風とし
て送気するものであり，この両者の空気を効率よく製造
するために，戻り空気のもつ空気の状態に応じて熱回収
できるようにすると共に膨張機で動力回収もできるよう
にしたものである。そのための機器構成を以下に個別に
説明する。

【００１７】電動モータ１５，圧縮機１６，ギヤボック
ス１７および膨張機１８を一体的に組み合わせた空気圧
縮膨張装置１９において，電動モータ１５はかご型三相
誘導電動機が用いられており，その軸動力はギヤボック
ス１７を介して圧縮機１６に伝達される。また，電動モ
ータ１５の軸動力はギヤボックス１７を介して膨張機１
８にも伝達されるが，膨張機１８が送気される空気圧に
よって自転し，その自転による回転動力がギヤボックス
１７を介して動力側に回収されるようになっているこの
圧縮機１６と膨張機１８はいずれもスクリュー式の遠心
型のものが用いられている。なお，このスクリュー式に
代えてタービン式やターボ式のものも使用可能である。

【００１８】また，補助圧縮機２３も圧縮機１６と同様
のものが使用されており，この圧縮機用の電動モータ２
４が設置されている。この補助圧縮機２３は，場合によ
っては圧縮機１６の電動モータ１５の動力を共用して駆
動することもできる。

【００１９】圧縮機１６から吐出した高圧高温空気を冷
却するための熱交換器２０は，通常のフインチューブ型
の水対空気熱交換器が使用されており，チューブ側に冷
却水が通水される。この冷却水としては水道水が利用で
き，この熱交換器２０を通過して昇温した温水は給湯用
等に利用できる。

【００２０】空気対空気熱交換器２１と２２は，樹脂素
材を熱伝達板とした直交流型のものが使用されている。
すなわち，図３にその原理を示したように，樹脂製のコ
ルゲート板３６と３７をそれらの波線が直交するように
交互に積層すると共に，各コルゲート板の間に隔壁板３
８を介在させたブロックを構成することによって直交す
る多数の空気通路３９と４０を形成したものであり，２
系統の空気をこれら直交する空気通路３９と４０に流す
ことによって互いに混合することなく効率よく熱交換す
ることができる。かようなブロック型の空気対空気熱交
換器の構造自体は良く知られており，本発明ユニットで
は，その熱交換素材は必ずしも金属製ではなくてもよ
く，樹脂製のものでも使用することができる。また，必
ずしも直交流型でなくても向流型や傾斜流型に熱交換す
るものであってもよい。

【００２１】このような機器を使用し，これらの機器間
を図２に示すように空気配管することによって，図示の
矢印の方向に空気を通流させることにより，空気屋根用
の高圧空気と空調用の低温空気を同時に取り出すことが
できる。その動作を以下に説明する。

【００２２】先ず圧縮機１６には，屋内空間３からのレ
タン空気および／または外気取入れ口２６からの外気が
管路ロを経て吸入される。そのさい，屋内空間３のレタ
ン空気は管路イを経て空気対空気熱交換器２２に入り，
ここで，膨張機１８に入る高圧高温空気と熱交換し，レ
タン空気の有する冷熱を該高圧空気に放熱してから圧縮
機１６に吸入される。また圧縮機１６への外気の取入れ
量は制御弁３４ａ，３４ｂの開度制御によって調節され
る。

【００２３】圧縮機１６から吐出する高圧高温空気は，
管路ハと管路ニに分岐したあと管路ホを経て空気屋根用
の高圧空気取出し用接続口２７に至る。管路ハと管路ニ
にはいずれも制御弁４２と４３が介装され，これらの制
御弁の開度調整により各管路への分配比が調節される。
管路ハを通じる高圧高温空気は水対空気熱交換器２０で
冷却され，また管路ニを通じる高圧高温空気は空気対空
気熱交換器２１で，空気屋根からの戻り空気と熱交換し
たうえで，前記接続口２７に至る。

【００２４】一方，補助圧縮機２３には，空気屋根の空
間６からの戻り空気および／または外気取入れ口３１か
らの外気が管路ヘを経て吸入され，外気の取入れ量は制
御弁３３ａと３３ｂの開度制御によって調節される。な
おこの補助圧縮機２３を迂回するバイパス管路ルが設け
られ，このバイパス管にはバイバス弁３３ｃが設けてあ
る。補助圧縮機２３から吐出する高圧高温空気は管路ト
とチに分岐したあと，管路リを経て膨張機１８に入る。
そのさい管路トとチの分配比は制御弁４４と４５の開度
制御によって調節され，管路トに分岐した高圧高温空気
は空気対空気熱交換器２１を，また管路チに分岐した高
圧高温空気は空気対空気熱交換器２２で熱交換したあと
膨張機１８に入り，膨張機１８で回転動力を付与しなが
ら常圧より若干高い圧にまで降圧すると同時に外気温以
下の温度にまで温度降下する。この降圧降温した空気
は，管路ヌを経てコールドエア取出し用接続口２５に導
かれ，図１のダクト４を経て屋内空間３に吹き出され
る。

【００２５】なお，この例ではコールドエア取出し用接
続口２５から外気温度以下の低温空気を取り出す態様を
説明したが，膨張機１８を出るときの空気温度は本ユニ
ットの運転操作を制御することによって任意に調整する
ことができる。このため，暖房用空気を必要とする場合
には，膨張機１８を出るときの空気温度を外気温度以上
の適切な温度に調整して空間６に吹き出せばよい。

【００２６】ユニット内管路イ〜ヌのうち最も高圧にな
るのは，圧縮機１６から高圧空気取出し用接続口２７に
至るまでの管路ハ，ニおよびホと，補助圧縮機２３から
膨張機１８に至る管路ト，チおよびリであるが，それで
も，本ユニットの場合には高々２気圧程度であり５気圧
を超えることはないようにしてある。したがって，特に
高温になる個所は別として殆んどの管路は樹脂管を用い
て構成することができる。

【００２７】本ユニットを稼動すると，空気屋根の空間
６に送気される高圧空気と，屋内空間３に送気される空
気の送気エネルギー並びに戻り配管８および還管５を通
じての戻り空気の吸入エネルギーは，ユニット内の電動
モータ１５と２４の動力で賄われる。しかし，送気路が
長い場合や，管路抵抗が抵抗が大きいときは，これら管
路に送風機を介在させ，必要な送気エネルギーを別途に
調達することも自由に行い得る。

【００２８】このＡＳユニット２で得られる低温空気を
屋内空間３に送気する空気往管４の先端にはエジエクタ
１２が取付けられるが，このエジエクタ１２は，低温空
気を噴流として吹き出すような空気ノズルである。一般
に口径が絞られた空気ノズルから空気を噴流（ジエット
流）として大気圧下の空間に吹き出すと，この噴流の近
傍に存在する空気は，噴流に誘引されて遠くにまで運ば
れる。本発明ではこの原理を利用して，少量の低温空気
であっても，これを周囲空気と拡散混合して室内を低温
にするのであり，また，この拡散混合を屋内空間の上部
で起こさせることによって低温空気を自然に下降させ，
これによる対流現象で屋内全体を冷房された環境に形成
するものである。

【００２９】このエジエクタ１２としては，空気ノズル
の先端に誘引ノズルを取り付ける形式のものも使用でき
る。このような誘引ノズルとしては，空気ノズルから吹
き出される噴流を取り巻くように，中空の筒体を該ノズ
ルの先端に同軸的に取付けたものが知られている。この
筒体の空気入口側に周囲空気を案内するためのラッパ状
のカウリングを設けると，一層，誘引作用が助成される
とされている。

【００３０】ＡＳユニット２の稼動状態を制御する機構
については図面に示していないが，実際には，空気屋根
空間６の空気圧を検出し続け，所定の圧力が維持される
ようにＡＳユニット２を発停並びに回転数制御を行い，
また屋内空間の温度を検出し続け，温度が設定値以下と
なればＡＳユニット２の稼動を停止する。ＡＳユニット
２の停止状態では空気屋根空間６に通ずる空気配管７と
８に介在する自動ダンパ（図示しない）を閉成させ，自
然漏洩等の理由で前記の空気圧検出器が設定値以下とな
ったら該ダンパを開成しＡＳユニット２を稼動する。

【００３１】図４は，空気屋根１を構成するための空気
封入用空間６ａが，可撓性シートで構成されたパイプ状
の空間であり，このパイプ状の空間６ａに加圧空気が送
入されることにより，可撓性のシート屋根４７を支持す
るようにした以外は，図１と同様の設備を示している。
図５はこの建物を斜視図的に示したものである。

【００３２】これらの図に示すように，パイプ状の空間
６ａに加圧空気が導入されることによって，この空間６
ａが梁材として機能して，これに接合したシート屋根４
７を支持する。図示の場合には，建物の側壁１１に沿っ
た一方の横梁４８から対向する他方の横梁４９に多数本
のパイプ空間６ａが懸け渡され，これらのパイプ空間６
ａの一方の端は送気ヘッダー５０に，他方の端は戻りヘ
ッダー５１に連結しており，送気ヘッダー５０にはＡＳ
ユニット２からの送気配管７が接続され，戻りヘッダー
５１はＡＳユニット２への戻り配管８に接続されてい
る。ＡＳユニット２は図２で説明したものが使用され，
このＡＳユニット２の稼動も図２で説明したとおりに行
えばよい。

【００３３】なお，このようなパイプ形状の空間６ａを
シート屋根の支持部材として機能させる場合，図示のよ
うに平面が方形の建物に限らず，いろんな屋根形状の場
合にも，その屋根形状に合わせてパイプ空間６ａを適切
に張り巡らすことができることは勿論である。

【００３４】図６は，室内空気圧を大気圧以上に保持す
ることにより，可撓性シートからなる屋根材料５２を緊
張するようにした空気屋根をもつ建物に対して本発明設
備を適用した例を示している。本例では，空調のための
空気がそのまま空気屋根を形成するための加圧空気とし
ても機能するものである。本例で用いるＡＳユニット２
ａは，図２のものとは機器配置が若干異なっているが，
使用する機器要素は実質的に同一であり，図６のＡＳユ
ニット２ａにおいて，図２のものと同じ符号を付したも
のは，図２のものと同じ機器を表している。

【００３５】このＡＳユニット２ａの機器構成を説明す
ると，このユニットも，一つのケーシング内において，
電動モータ１５，圧縮機１６，ギヤボックス１７および
膨張機１８を一体的に組み合わせた空気圧縮膨張装置１
９と，空気冷却器である水対空気熱交換器２０と，空気
対空気熱交換器２２と，補助圧縮機２３およびその電動
モータ２４をコンパクトに配置収納したものであり，こ
れらの機器の間で空気圧５kg/cm²以下の空気配管が施さ
れ，加圧空調エア取出し用接続口５３，レタンエア取入
れ用接続口５４，冷却水取入れ用接続口２９および冷却
水取出し用接続口３０を備えている。また外気取入れ口
５５と５６がそれぞれ制御弁５７と５８を介して設けら
れている。

【００３６】このユニット２ａでは，圧縮機１６で圧縮
された高圧高温空気は管路ルを経て水対空気熱交換器２
０に入り，ここで冷却水で冷却されたあと，さらに管路
オを経て空気対空気熱交換器２２に入り，ここで，建物
空間３からの戻り空気と熱交換してさらに冷却され，管
路ワを経て膨張機１８に入り，ここで所定の圧力（約
１.１気圧）にまで降圧し降温して接続口５３に到り，
ここから空気往管５９を経て屋内空間３内に吹き出され
る。

【００３７】他方，屋内空間３内の空気は空気還管６０
を経て接続口５４からユニット内に入り，管路カを経て
空気対空気熱交換器２２に入り，ここで，膨張機に入る
前の空気と熱交換したあと，圧縮機１６に入る。この圧
縮機１６からは前記の通り循環を繰り返す。この場合，
圧縮機１６には，戻り空気に加えて，外気取入れ口か５
５から必要量の外気が取入れられ，この取入れ外気によ
って屋内空間３内を加圧するに要する過剰の空気を補充
する。

【００３８】補助圧縮機２３は，系内空気圧が不足する
場合に備えて稼動するものであり，外気取入れ口５６か
ら取り入れた外気を圧縮して管路オに合流させる。ま
た，水対空気熱交換器２０と空気対空気熱交換器２２を
バイバスして圧縮空気を直接膨張機１８に導くバイバス
管路ヨが設けられており，このバイパスする空気量を制
御弁６１と６２で制御することにより，膨張機１８で吐
出する空気温度を調整するようにしてある。この調節に
より，屋内空間３に吹き出される空気は暖房用にも冷房
用にも適用可能な温度にすることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように，本発明設備は，空
気屋根を利用した建物において，その空気屋根を形成す
るための加圧空気と屋内空調用の空気を一つのＡＳユニ
ットで同時に製造することができるので空調された簡易
建物が経済的に構築でき，また設備用スペースは殆んど
必要としないので十分な利用空間が得られる。

【００４０】とくに，加圧空気と調和空気が同時に得ら
れる本発明ユニットはその取扱の容易性と移動可能性か
ら，一定の期間だけ使用されその後は撤去されて移動す
る仮設建物に適用する場合に大きな威力を発揮し，屋内
展示場，各種工事の現場作業所，仮設倉庫，屋内遊戯場
や演芸場等の分野で大きな効果を発揮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う空気屋根・空調用の設備の例を示
す略断面図である。

【図２】図１のＡＳユニットの機器配置系統図である。

【図３】ＡＳユニットで用いる空気対空気熱交換器の例
を示す斜視図である。

【図４】本発明に従う空気屋根・空調用の設備の他の例
を示す略断面図である。

【図５】図４の設備の全体斜視図である。

【図６】本発明に従う空気屋根・空調用の設備のさらに
他の例を示す機器配置系統図である。

【符号の説明】

１ 空気屋根 ２ エアサプライユニット ３ 屋内空間 ４ 空気往管 ５ 空気還管 ６ 空気屋根の空気封入用空間 ７ 送気配管 ８ 戻り配管 ９ 二重膜の外側シート １０ 二重膜の内側シート １５ 電動モータ １６ 圧縮機 １７ ギヤボックス １８ 膨張機 ２０ 空気冷却器（水対空気熱交換器） ２１ 空気対空気熱交換器 ２２ 空気対空気熱交換器 ２３ 補助圧縮機

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可撓性シートで囲われた空気封入用空間
   に加圧空気を送入して屋根形状を保持するようにした空
   気屋根をもつ建物の内側または外側近傍に，空気圧縮
   機，空気冷却器，空気対空気熱交換器および空気膨張機
   が一つのケーシング内に収納されたエアサプライユニッ
   トを据付け，該ユニットの圧縮機吐出側の高圧空気を前
   記の空気屋根の空気封入用空間に送気する空気配管と，
   該ユニットの膨張機吐出側の低温空気を建物内空間に送
   気する空気配管を施設してなる空気屋根と空調用の設
   備。
2. 【請求項２】 空気屋根の空気封入用空間は，外側シー
   トと内側シートの二重膜で形成された二次元的な拡がり
   をもつ空間である請求項１に記載の空気屋根と空調用の
   設備。
3. 【請求項３】 空気屋根の空気封入用空間は，可撓性シ
   ートで構成されたパイプ状の空間であり，このパイプ状
   の空間に加圧空気が送入されることにより，屋根材料を
   支持する機能を果たす請求項１に記載の空気屋根と空調
   用の設備。
4. 【請求項４】 室内空気圧を大気圧以上に保持すること
   により，可撓性シートからなる屋根材料を緊張するよう
   にした空気屋根をもつ建物の内側または外側近傍に，空
   気圧縮機，空気冷却器，空気対空気熱交換器および空気
   膨張機が一つのケーシング内に収納されたエアサプライ
   ユニットを据付け，該ユニットの膨張機吐出側の低温空
   気を建物内空間に送気する空気配管と，建物内空間の空
   気を該ユニットの空気対空気熱交換器に送気する空気配
   管とを施設してなる空気屋根と空調用の設備。
5. 【請求項５】 エアサプライユニットは，電動モータ,
   空気圧縮機および空気膨張機を一体的に組合せてなる空
   気圧縮膨張装置と，水対空気熱交換器と，空気対空気熱
   交換器と，補助圧縮機とを一つのケーシング内に収納
   し，該ケーシング内においてこれらの機器の間で空気圧
   ５kg/cm²以下の空気配管を施してなるパッケージ化され
   たユニットである請求項１，２，３または４に記載の空
   気屋根と空調用の設備。