(57)【要約】【課題】部屋の空気を循環させる場合や入れ換える場合は、従来はサーキュレーターや換気扇のファンを使って室内の空気を動かす事になるが、一つのファンを回転させて動かすだけであり、部屋の空気の一部を動かすしかできないので、空気が滞留してしまう等、効率が悪く、部屋全体の空気を動かすには時間が掛かってしまうという課題があった。【解決手段】複数の駆動部を持ったファンを並べたファンアレイにより、部屋全体に向けた風を発生させ、部屋の中の全ての空気を壁や天井に押しやる様な流れを作る事で、ファンアレイの吸気口に向けて空気が折り返る事になり、部屋全体を効率よく循環する空気の流れを作り出す事ができる。また、部屋の外からファンアレイが吸気して、部屋の排気口から排気する場合でも上記と同様に部屋全体に向けた風を発生させることで、全ての空気が淀む事なく排気口に向けて効率よく流れ出す様になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面あるいは曲面状に配置した複数の流体吹き出し口を具備し、閉じた空間の隅々にまで届く強さで全方向に向けて前記流体の流れを作り出す為の複数の駆動部を持ったファンまたはスクリューを具備し、前述の閉じた空間にある全ての流体が滞留せずに動き続ける様な流れを生成する事を特徴とした流体の集散装置
【請求項２】
平面あるいは曲面状に配置した複数の流体吹き出し口を具備し、
閉じた空間の隅々にまで届く強さで全方向に向けて前記流体の流れを作り出す為の複数の駆動部を持ったファンまたはスクリューを具備し、前記複数の駆動部の回転数を個々に制御する為の回転制御部と前記回転制御部からの複数の前記駆動部への制御線とを具備し、
前記複数の駆動部を持ったファンまたはスクリューの回転速度を時間と共に変化させて前記複数の流体吹き出し口から吹き出す流体の速度を変化させ、前述の閉じた空間の中にある障害物による流体の滞留場所を変化させる事で、流体が滞留せずに動き続ける様な流れを生成する事を特徴とした流体の集散装置
【請求項３】
平面あるいは曲面状に配置した複数の流体吹き出し口と、前記吹き出す為の流体を吸い込む吸い込み口を具備し、閉じた空間の隅々にまで届く強さで全方向に向けて前記流体の流れを作り出す為の複数の駆動部を持ったファンまたはスクリューと、前記流体を吸い込む為の駆動部を持ったファンまたはスクリューを具備し、前記流体の吹き出し口から吹き出す単位時間当たりの流体の量と、前記吸い込み口から吸い込む単位時間当たりの流体の量を比較検知するセンサーと、その結果をフィードバックして常に一定の流体が流れ続ける様に、前記吹き出し口または吸込み口の駆動部の回転数を制御する機能を具備し、前述の閉じた空間にあるすべての流体が滞留せずに動き続ける様な流れを生成する事を特徴とした流体の集散装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉じた3次元領域内にある流体を効率よく動かし、循環、撹拌、入換えが短時間でムラなく実現する為の装置を提供するものである。例えば、部屋などの閉空間における空気を循環させて成る空気乾燥機、空気清浄機、換気装置、あるいは従来の概念とは異なる掃除機にも応用できる。また、水の入った水槽等では、温度や混合物密度を均一にする為の撹拌機、水をフィルタに通して循環させて成る浄水機等へも適用可能な流体の集散装置を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気や水等の流体を循環や撹拌させる為には、一つのファンやスクリュー等で流れを作り出す事が一般的であり、まんべんなく全体を循環や撹拌させる為に、ファンやスクリューからの吹き出し口を動かして多くの領域の流体を動かすしかなかった。その為、吹き出し口から出た流体は、部分的には拡散するにしても、場所によってはムラが発生する事により、流体の一部が動かずに滞留する事もあり、効率の悪い循環や撹拌しかできなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】畠山昭弘著  「ファンアレイ装置」  特願２０１８−１９２９８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
部屋等の閉空間内における空気の温度を均一化する場合には、従来サーキュレーターという、ファンから送り出される筒状またはスカート状の風を作り、その向きを首振り等の機械的に動作させながら部屋全体の空気を局所的に押し出す様に動かす事で実現していた。また、空気清浄機や乾燥機も同様に一つのファンをモーター等で駆動して、空気を吸い込み、集塵フィルタや除湿機を使って処理した後、再び放出する事で実現していた。しかし、従来の方法では空気の流れが局所的になる為、動きに淀みやムラが発生してしまい、これを解決する為に首振りといったファンから送り出される風の向きを機械的に変化させる事を繰り返して時間をかけて実現しており、効率が悪いという課題があった。本課題は閉空間における部屋の空気を例に記載したが、水などの液体においても同様であり、全ての流体において同様に効率面で課題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、閉じた領域にある空気や水等の流体において、複数のファンまたは複数のスクリューを総合的に動作させる事により、拡散させる領域に向けて全ての流体を均一に送り出す事が可能となる。そして、その流体が領域境界に辿り着くと、領域の壁伝いに向きを変えて流れる事になる。その壁伝いに流れる流体は、次々に押し出された流体の逃げ口に向けて流れる事になるが、逃げ口が無い閉じた領域においては最終的には前記流体を送り出す装置の吸入口に再び集まってくる事になる。その一連の流れを作り出す事ができ、この流れを利用して、閉空間内の全流体を効率よく動かす事ができる流体の集散装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
複数のファンまたは複数のスクリューを協同で統合的に駆動する事により、流体を局所的ではない均一な流れを作り出す事が可能となる事を利用し、閉じた領域における全ての流体を、境界面に向けて一斉に押し出す事により、結果的に押し出された流体は境界面の壁伝えの流れとなるが、次々に押し出される流れに押される事によって最終的には、流体を押し出す装置の吸い込み口に戻るという流体の循環が実現できる。従来は、循環させる領域に向けて筒状またはスカート状の局所的な流体の流れを作る方式であったのに比べ、効率良く流体を動かす事が可能となる。この応用として気体であれば効率的な空気清浄機、除湿機、サーキュレーターが実現でき、あるいは今までの概念とは異なる掃除機という機能もイメージする事ができる。また、液体でも同様に効率的な浄水器、撹拌機等を実現する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の集散装置の一実施例としての基本的な構成図である。
【図２】本発明の集散装置を閉じた部屋の中で動作させたときの動きを説明する図である。
【図３】本発明の集散装置の２つ目の実施例としての構成図である。
【図４】本発明の集散装置の２つ目の実施例を使い、部屋の換気に利用する場合の動きを説明する図である。
【図５】本発明の集散装置の２つ目の実施例にある構成の中のセンサーの構成例である。
【図６】本発明の集散装置の２つ目の実施例にあるセンサーが、内圧が高い事を検知した時の動作を説明する図である。
【図７】従来の扇風機やサーキュレーターの風の流れを示す図である。
【図８】本発明の基本となる複数のファンを同時に動作させる構成の一実施例を示す
【図９】本発明の基本となる複数のファンを同時に動作させた際に、個々のファンの回転速度を統合的に管理する事により、ファンの前面の風の強さの位置による特性を例として示す図である。尚、図１〜図４は、ファンの配置による動作を説明している為、ファンの駆動部や支持構造部は省略して記載している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１の１は複数配置される個々のファン、２は半球状の構造を持ち複数のファンや駆動部を支持する筐体、３は２の筐体を壁や天井に固定する為の固定板、４は２の筐体と３の固定板の間を支える支柱、５−１は回転制御部、６−１は回転制御部から個々のファンの回転数を制御する為の制御線をそれぞれ示す。
【０００９】
図１の動作としては、１の個々のファンを２の半球状の筐体に設置して、各々が外に放射線状に風を吹き出す様な構造になっている。そして個々のファンが吹き出す風は、スカート状に遠くになれば遠くに行く程範囲が拡がる様になる為、互いに隣どうしのファンから吹き出す風は、隙間を作らずに全ての風が２の筐体の球面に対して時間と共に同心円状に外に向けた波紋が拡がる様な放射状の風を生成することになる。その際、５−１の回転制御部において、個々のファンから吹き出す風の強さを、全体的な風として生成する際に所望の流れとなる様に６−１の制御線を介してファンの位置毎に固定的に設定する事ができるし、必要によって動的に風の流れを変化させる為に時間と共に個々のファンの強さを統合的に変更する事もできる。そして、吹き出す風の取入れ口は２の筐体と３の固定板との間に開いた隙間から吸い込む事になる。
【００１０】
図２の７は図１の集散装置、８は閉空間の境界面である床、壁、天井、９は７の集散装置から放射状に吹き出された空気の動き、１０は８の境界伝いに流れる空気の動きをそれぞれ示す。
【００１１】
図２の動作としては、７の集散装置から放射状に吹き出された９の風が、８で仕切られた空間内の全方向に向けて動くと同時に、９の風が８の境界面に辿り着いた際は、次々に後ろから押し出された空気に押される為、境界面伝いに１０の様な流れとなり行先を探す様に動く事になるが、最終的には７の集散装置の吸込み口に戻るしかなくなり、結果として部屋全体に対する大きな循環の流が生成されることになる。この様な流れが成立する為には、９の放射状の風が８の境界面に辿り着く前に折り返らない事が必要であり、その為に７の集散装置に設置された個々のファンから吹き出す複数の風がスカート状に拡がるような流れとする事と、そのスカート状に生成される立体イメージを配置した際に隙間ができない様にする必要がある。また、図２においては部屋の中に家具等の障害物が何も無い状態で記載してあるが、何らかの障害物がある場合には、所々に空気の淀みが生じ、上述の部屋の中の全ての空気を動かす様な風の流れができず、部分的に滞留して淀みやムラが発生する場合がある。それを回避する為には、５の回転制御部において個々のファンから吹き出す風の強さを時間的に変化させて、空気が淀んでいる領域を変化させる事により、固定的に空気が滞留する淀みを減らす事が可能となる。
【００１２】
この様な風を生成する事により、集散装置の吸入口に除湿器を設置すれば効率的な除湿システムになり、同様に吸入口に空気清浄機を設置すれば効率的な空気清浄システムになる。更に、図２では天井に集散装置を取り付けた図であるが、この集散装置を床に設置して、動作させる事で細かい埃やゴミが吸入口に集まる事になるので、今までの概念とは異なる掃除機としての機能も実現する事ができる。
また、図２で示した半球状の集散装置から放射状に風を作り出す以外にも、四角形に複数のファンを配置して頂上が平な逆ピラミッド状の風を発生させる等、空気を循環させる目的に従い、様々な形の風を生成させて応用する事は十分可能である。
【００１３】
図３の１１は集散装置の空気吸い込み口に設けた強制的に空気を吸込むファン、１２は集散装置を天井に固定する為の固定板、１３は集散装置が吸い込む空気のガイド、１４は集散装置の内部と外部の圧力差を検出するセンサー、５−２は５−１の回転制御部の機能に加えてセンサーの検知情報を１１の吸込みファンの動作を制御する機能をもった回転制御部、６−２は１１の吸込みファンの動作を制御する為の制御線をそれぞれ示す。
【００１４】
図３の動作としては、基本的な動作としては図1の集散装置と同じであるが、半球状に設置された複数のファンが吹き出す空気を吸い込む際の空気を強制的に１１のファンによって吸い込む機能を付加したものである。この場合は、１の複数のファンから吹き出す風と１１の吸い込むファンの動作が調和している必要がある。その為に１４の内部と外部の圧力差を検出するセンサーによって、１１のファンの吸い込む力が強すぎる場合にはその力を抑制し、逆に１の複数のファンから吹き出す力が強すぎる場合には、強めるといった制御が必要となる。
【００１５】
図４の１５は、図３の集散装置、１６は空気を循環させる空間の境界面である床、壁、天井、１７は部屋の排気口、１８は外の空気を吸い込む空気の流れ、１９は循環によって排気する空気の流れをそれぞれ示す。
【００１６】
図４は動作説明を容易にする為に、回転制御部やセンサー等の詳細な部分は記載していないが、この図４の動作としては、図２の動作と同じ様に室内の空気を循環させる流れを作り、効率的に外気を効率的に入れ替えるものである。具体的には天井に取り付けた１５の集散装置が１１の吸込みファンを使って１８に示す空気を取り込み、それを複数のファンによって部屋の全方向に向けて放射状に押し出す。そして、次々に押し出される空気は１６の境界面を伝って押し出され、最後の逃げ場として１７の排気口を介して１９の風の流れとなって屋外に排気されるという大きな流れが形成される。この場合、図４と図２とで異なるのは、図４の場合は外気が影響する事であり、部屋の外で強い風が流れている場合等は、所望の循環が乱される場合がある。その為、単位時間当たりの空気の量が、１８で吸い込み口に入る空気と、９の放射状に吹き出す空気と、１９の排気される空気が同じになる事が必要となる。そこで、図３の説明でも記載したセンサーを具備する事により、１８の吸い込む量と９の吹き出す量のバランスが悪くなる事を検知して、１１のファンの吸い込む速度が速い場合には、１５の集散装置内の圧力が外側の圧力よりも高くなる為、１１のファンの回転数を落とし、逆に１５の集散装置内の圧力が低い場合には１１のファンの回転数を上げる動作となるような制御を行う。この制御を図３に記載の５−２回転制御部、６−１及び６−２の制御線、そして１４のセンサーによって実現している。
【００１７】
図５及び図６の１５は集散装置の境界で図の上部が装置の外側を、下部が内側を示し、１４−１は集散装置の内外圧力によって凹凸するゴムの様な弾力性のある膜、１４−２はセンサーの指示構造部、１４−３は先端が１４−１のゴム膜に固定されてゴム膜の凸凹の動きを支持構造部に支えられながら上下の動きで伝える棒、１４−４は内側の圧力が弱い際にスイッチの力点になる板、１４−５は内側の圧力が強い際にスイッチの力点となる板、１４−６はスイッチとなる金属板、１４−７と１４−８はスイッチの動作を電圧で伝える電気回路、１４−９は集散装置内の圧力が高い場合に電気的な論理電圧レベルを伝える電気信号、１４−１０は集散装置の圧力が低い場合に電気的な論理電圧レベルを伝える電気信号をそれぞれ示す
【００１８】
図５の動作としては、図の上部の集散装置の外側からの圧力と、図の下部の集散装置の内側からの圧力とが均衡している状態を表してあり、１４−１のゴム膜は平な状態となっている。その為、先端がゴム膜に固定された１４−３の棒に固定された１４−４の板及び１４−５の板は１４−６のスイッチとなる金属板に接する事が無い状態になっている。一方、図６は集散装置の内側の圧力が高い状態を示しており、ゴム膜が集散装置の外側に向けて凸になっている。その為、先端がゴム膜に固定された１４−３の棒に固定された１４−４の板及び１４−５の板もゴム膜に引っ張られる事から上に移動しており、１４−５の板が１４−６の接地点と電気的に導通状態にあるスイッチである金属板を上に持ち上げる事になり、１４−７の電気回路部は電位が接地電圧である０Ｖになる。ちなみに図５の様にスイッチの金属板が中間位置にある場合は、１４−７及び１４−８の電気回路部の電位は抵抗を介して何らかの電位にプルアップされており電圧は０ではない様に設計している。この様に集散装置の内側の気圧が高い場合には１４−９に出力される電気的な論理電圧がＯＮ状態となり、これが図３の６−３の制御線を通して５−２の回転制御部に伝えられ、６−２の制御線を通して１１のファンの回転速度を落とす様に制御する事で、集散装置の内部圧力と外部圧力が均衡状態にフィードバックされる様にしたものである。逆に、集散装置の内部圧力が低い場合は、図６とは逆にゴム膜が図の下側に凹になり、１４−３の棒に固定された１４−４の板及び１４−５の板もゴム膜に押される事から下に移動し、１４−４の板が１４−６の金属板で作られたスイッチを下に押し下げる事になり、１４−８の電気回路部は電位が接地電圧である０Ｖになる。そして、１４−１０に出力される電気的な論理電圧がＯＮ状態となり、これが図３の６−３の制御線を通して５−２の回転制御部に伝えられ、６−２の制御線を通して１１のファンの回転速度を上げる様に制御する事で、集散装置の内部圧力と外部圧力が均衡状態にフィードバックされる様にしたものである。図５及び図６に示したセンサーの構造は、ほんの一例を示したものであり、総合的な動作としてのフィードバックによって集散装置内部と外部の圧力を均衡状態にする事で、図４の吸い込み口に入る１８の空気と、９の放射状に吹き出す空気の総量と、１９の排気される空気の単位時間当たりの量を一致させる目的を実現するものであれば、他の方式を採用する事は、本発明の目的を逸するものではない。
【００１９】
図４の換気システムは、短時間で部屋全体の空気を入れ換える事ができる為、浴室やトイレの空気を短時間で入れ替える事で、長時間動作させる必要のない換気扇を短時間だけ動作させるだけで済むので、省エネ効果も期待できる。また、室内で焼肉等の煙や匂いの強い料理をしている間、この換気システムを動作させると、外からの風が常に流れている状態になるので、室内の家具、壁、服等に匂いが定着する前に、外に排気する事が可能となる。
【００２０】
図７の２０は従来の扇風機やサーキュレーター、２１はその吹き出される風の動きを示している。
【００２１】
図７の動作としては、従来の扇風機やサーキュレーターは、一つのモーター等の駆動部により一つのファンだけで構成されている。その為、様々な形のファン構造を作り出したとしても、ファンの前面に対し殆ど同じ２１の様に円筒状またはスカート状の風しか作り出す事はできない。また、これらの風によって例えば部屋の中の空気を循環させようとしても、ファンによって動かされる領域以外の空気は殆ど動かない為、部屋の空気を全て循環させ様とすると、首振りという機械的にファンを上下左右に動かして空気を撹拌する事を行うのが一般的だが、その場合も動かされた空気の行先が定かでない。その為、例えば部屋全体の空気を循環させて、空気清浄機や除湿器等の装置を通過させ様として動作させたとしても、部屋の空気の全てがそれらの装置を通過させるにはどうしても時間がかかってしまう。
【００２２】
図８の５は、図１や図３等と同様に個々のファンの回転数を制御する制御装置、６は全てのファンの制御を伝える制御信号、２２は４×４に配置したファンの縦の指示構造部、２３は同じく横の指示構造部、２４は４×４の平面状に配置したファンアレイを示す。
【００２３】
図８を動作させる場合は、複数ある個々のファンの形状や回転方向によって様々な風を生成できる事は、特願２０１８−１９２９８５のファンアレイによって既に提案されているが、個々のファンは、全て時計回りに回転する事で前方に風を発生させ、前方に行くに従いスカート状に拡がる様な風を作り出すファンを採用している。そして４×４個に並べたファンが同時に同じ時計回りに同じ速度で回転すると、個々のファンの隣どうしが発生する風が境界無く融合する為、全体として発生する風はファンの前方に向けて平行した均一な空気の流れとして生成される。そしてその風は、４×４に配置された四角形の板を前方に平行に押し出す様な風の流れになり、全ての空気が滞留せずに淀まずにムラなく前方に押し出される事になる。この図では４×４の平面状の風としてあるが、本発明の集散装置の様に半球状に配置した場合でも、同様に空気を滞留によって淀みやにムラのない放射状に風を発生させる事ができる事を応用したものである。
【００２４】
図９の２４は図８のファンアレイのＡ−Ａ′の線に沿って横から見た図、２５〜２６は縦軸がファン２４のファンの前面の場所を横軸はその位置における風力を示し、特性Ａ〜特性Ｄはそれぞれの４つのファンの回転速度を変化させた時の特性をそれぞれ示す。
【００２５】
図９の特性Ａは、縦方向に並んだ４つのファンを同じ速度で回転させた時の風力であり、場所によらず殆ど同じ風力の風が生成されている。特性Ｂは上下の両端のファンの回転数を中の２つのファンよりも強くした場合の特性、特性Ｃは逆に中の２つのファンの回転数を上下の両端のファンの回転数よりも強くした場合の特性、そして特性Ｄは上から２番目のファンの回転数だけを他の３つのファンの回転数よりも早くした場合の特性をそれぞれ示す。この様に、ファンの回転数を個々に変化させる事で風の場所による強さを変化させる事が可能となり、この例では縦方向の例で記載したが、同様に横方向においても同様の特性が得られ、４×４の面としても同様に所望の位置で、所望の風の強さを生成させる事ができる。
【００２６】
本発明の集散装置において、図２または図４おける実施例では、部屋の中に何も障害物が無い状態で循環させる事を示したが、障害物がある状態では、複数ある全てのファンを常に同じ速度で回転させていたのでは、障害物の場所や形状によって滞留による淀みやムラが発生してしまう。その為、複数ある個々のファンの回転数を時間的に変更させる事により、滞留による淀みやムラが発生する場所を積極的に変化させる効果が期待できる様になる。
【００２７】
以上の実施例においては、複数のファンを用いて放射状に風を吹き出す事を記載したが、シンプルに集散装置を構成したい場合には、複数のファンを使わずに、吹き出し口の数よりも少ないファンで風を発生させ、それを複数の吹き出し口に分岐させて放射状に吹き出させる事によって、本発明の集散装置を構成する事も可能である。更に、吹き出される風の強弱を制御する為には、駆動部の回転数を変更するだけでなく、全体の風の出入りする量のバランスを維持する必要はあるが、吹き出す口の広さを制御する事で実現する事も本発明の趣旨を逸脱するものではない。
【００２８】
上述の実施例は、気体として部屋の中の空気を集散させた例で記載したが、水などの液体においても同様の集散装置を実現する事が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  複数配置される個々のファン
２  半球状の構造を持ち複数のファンや駆動部を支持する筐体
３  筐体を壁や天井に固定する為の固定板
４  筐体と３の固定板の間を支える支柱
５−１  回転制御部
５−２  センサーの検知情報を使い、吸込みファンの動作も制御する機能をもった回転制御部
６−１  回転制御部から個々のファンの回転数を制御する為の制御線
６−２  １１の吸込みファンの動作を制御する為の制御線
７  図１の集散装置
８  閉空間の境界面である床、壁、天井
９  集散装置から放射状に吹き出された空気の動き
１０  境界伝いに流れる空気の動き
１１  集散装置の空気吸い込み口に設けた強制的に空気を吸込むファン
１２  集散装置を天井に固定する為の固定板
１３  集散装置が吸い込む空気のガイド
１４  集散装置の内部と外部の圧力差を検出するセンサー
１４−１  集散装置の内外圧力によって凹凸するゴムの様な弾力性のある膜
１４−２  センサーの指示構造部
１４−３  先端がゴム膜に固定されてゴム膜の凸凹の動きを支持構造部に支えられながら上下の動きで伝える棒
１４−４  内側の圧力が弱い際にスイッチの力点になる板
１４−５  内側の圧力が強い際にスイッチの力点となる板
１４−６  スイッチとなる金属板
１４−７  内圧が高い事を伝えるスイッチの動作を電圧で伝える電気回路
１４−８  内圧が引き事を伝えるスイッチの動作を電圧で伝える電気回路
１４−９  集散装置内の圧力が高い場合に電気的な論理電圧レベルを伝える電気信号
１４−１０  集散装置の圧力が低い場合に電気的な論理電圧レベルを伝える電気信号
１５  図３の集散装置
１６  空気を循環させる空間の境界面である床、壁、天井
１７  部屋の排気口
１８  外の空気を吸い込む空気の流れ
１９  循環によって排気する空気の流れ
２０  従来の扇風機やサーキュレーター
２１  従来の扇風機やサーキュレーターから吹き出される風の動き
２２  ４×４に配置したファンの縦の指示構造部
２３  ４×４に配置したファンの横の指示構造部
２４  ４×４の平面状に配置したファンアレイ
２５  縦軸がファンアレイのファンの前面の位置を横軸はその位置における風力の特性例１（特性Ａ）
２６  縦軸がファンアレイのファンの前面の位置を横軸はその位置における風力の特性例２（特性Ｂ）
２７  縦軸がファンアレイのファンの前面の位置を横軸はその位置における風力の特性例３（特性Ｃ）
２８  縦軸がファンアレイのファンの前面の位置を横軸はその位置における風力の特性例４（特性Ｄ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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