(57)【要約】      （修正有）【課題】夏期冷房時には充分な省エネルギー化を図り、冬期暖房時には空調機を夏期と同じ風量で運転しながらコールドドラフトを抑制して足元の冷気溜りの発生を抑えつつ、温度や湿度のムラなく均一に暖房空調し、フロアスペースを最大限効率的に利用できる温度成層型空調システムを提供する。【解決手段】建物１内の外部との境界となるペリメータゾーンにおける設定高さレベルＨに全体として閉ループを形成するようループダクト２を配設し、該ループダクトの直上に室内側上方に向け傾斜してミスト噴霧ノズル１０を設け、空気を冷却する冷却コイル及び空気を加熱する温水コイルが内蔵されループダクト２へ冷暖房用空気を供給ダクト３を介して送り込むための空調機４を、ループダクト２の下部に設け、ループダクト２の下面に空気吹出ノズルを挿入配置し、建物１内の空気を空調機４に吸い込むようループダクト２より低いレベルに還気口６を配設する。【選択図】図１
2015194303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の外部から熱負荷が伝わる領域であるペリメータゾーンにおける設定高さレベルに全体として閉ループを形成するよう配設されるループダクトと、
該ループダクトの直上に室内側上方に向け傾斜して設けられた多数のミスト噴霧ノズルと、
空気を冷却する冷却コイル及び空気を加熱する温水コイルが内蔵され前記ループダクトへ冷暖房用空気を送り込むための空調機と、
前記空調機によって前記ループダクトへ送り込まれた冷暖房用空気を前記ループダクト下面から下降流として吹き出す多数の空気吹出ノズルと、
前記建物内の前記設定高さレベルより低い位置にある空気を前記空調機に吸い込むよう前記ループダクトと同一高さレベル又は低いレベルに配設される還気口とを備えたことを特徴とする温度成層型空調システム。
【請求項２】
前記設定高さレベルが床面から２．５〜６ｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の温度成層型空調システム。
【請求項３】
前記噴霧ノズルから噴霧されるミストを、前記ループダクトの直上室内側上方の空気を蒸発潜熱で冷却しながら気化させ、冷えた前記室内側上方の空気をゆっくりと下降しながら移動させ、さらに上方の空気と入れ替え、前記冷えた室内側上方の空気を、床面から室内中央部を立ち上る暖気により中央部へ誘引し、前記冷えた室内側上方の空気と前記立ち上がる暖気とをお互い混合させることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度成層型空調システム。
【請求項４】
前記噴霧ノズルから噴霧されるミストが、粒径が１０〜３０μｍ程度の微細な水滴であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の温度成層型空調システム。
【請求項５】
前記噴霧ノズルから噴霧されるミストが、仰角０〜８５度の範囲に噴射されるように噴霧ノズルが設けられてなることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の温度成層型空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度成層型空調システムに関するものである。特に、温度成層型空調に水噴霧加湿を取り入れた空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工場や体育館等の天井の高い大空間を内部に有する建物内おける冷暖房による快適な空気環境の形成に関して、本願出願人は、人の存在しない天井付近の空気まで冷暖房を行うことによるエネルギーの消費を回避するため、室内における建物外部から熱負担が伝わる領域とされるペリメータゾーンの高さレベルに、閉ループを形成するように室内にループダクトを配設し、当該ループダクトの下面に、差込長さを調整自在とする下降流を吹き出すための円筒状部材を設けることで、夏期冷房時には、空調の必要のない上方に低温空気層を有する温度成層を形成し、充分な省エネルギー化を図り、且つ冬期暖房時には空調機を夏期と同じ風量で運転しながら、外気に接する外壁や窓ガラス面が冷却されて発生する冷たい下降気流であるコールドドラフトを抑制して足元の冷気溜りの発生を抑えつつ、建物内部の高さ方向に小さい体積領域を温度や湿度のムラなく均一に暖房空調することができ、更に、フロアスペースを最大限効率的に利用できる温度成層型空調システムを開発し特許出願を行った。（特許文献１：特開２０１４−１８９２号）
【０００３】
そして、本願出願人は、この温度成層型空調システムについて、工場や業務施設など、ある設定範囲内に湿度を維持することが要求される天井の高い大空間室内で、精密な湿度調整を加湿として必要な施設などに、粒径が１０〜３０μｍ程度の微細な水滴を室内に撒布し、そのミストの蒸散によって室内を濡らさずに加湿する技術を用いることにした。
従来、建物内をミスト噴霧ノズルから噴霧するミストによって加湿する場合、ミストの蒸発を促進するために、扇風機や吹出口を利用して強制的にミストを遠くに飛ばすようにして、ミストの噴射距離を増大させることで、室内に迅速にミストを循環させ、室内全域で蒸発させていた。（特許文献２：特開２０１２−１１５２５６号）
また、あるいはミストの蒸発を促進するために、加湿用の通路を設けて、風の流れとミストの噴霧方向が交差するようにノズルを配置していた。このように、風に対してミストを対向してぶつけることで蒸発を促進させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１８９２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１５２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来の噴霧ノズルから噴霧するミストによって加湿する場合は、加湿用の噴霧ノズルに加えて、扇風機などの送風機や吹出口からの吹出し気流を利用してそれにミストを同伴させて強制的にミストを遠くに飛ばすため、扇風機（ファン）などの機器を別途設置する必要がありメンテナンス箇所は多くなる。
また、ミストを蒸発させるためには、室内の十分な温度、同伴気流の風速、ミストが蒸発するために必要な距離（２ｍ程度）に配慮する必要がある。これらが不足するとミストが室内空気内に蒸発しきれず、間仕切りや床などを濡らすことになる。
さらに、大空間における水噴霧加湿による湿度制御を行う場合には、特に居住域である床から２ｍ程度までの低い層の加湿不足を心配するあまり、ミスト噴霧のための噴霧ノズルが、各種機器や人の作業領域の高さより下、つまり居住域の中に設置されることが多いため、機器や人を濡らすという問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記課題を下記の手段により解決した。
（１）建物の外部から熱負荷が伝わる領域であるペリメータゾーンにおける設定高さレベルに全体として閉ループを形成するよう配設されるループダクトと、
該ループダクトの直上に室内側上方に向け傾斜して設けられた多数のミスト噴霧ノズルと、
空気を冷却する冷却コイル及び空気を加熱する温水コイルが内蔵され前記ループダクトへ冷暖房用空気を送り込むための空調機と、
前記空調機によって前記ループダクトへ送り込まれた冷暖房用空気を前記ループダクト下面から下降流として吹き出す多数の空気吹出ノズルと、
前記建物内の前記設定高さレベルより低い位置にある空気を前記空調機に吸い込むよう前記ループダクトと同一高さレベル又は低いレベルに配設される還気口とを備えたことを特徴とする温度成層型空調システム。
（２）前記設定高さレベルが床面から２．５〜６ｍの範囲であることを特徴とする前記（１）に記載の温度成層型空調システム。
（３）前記噴霧ノズルから噴霧されるミストを、前記ループダクトの直上室内側上方の空気を蒸発潜熱で冷却しながら気化させ、冷えた前記室内側上方の空気をゆっくりと下降しながら移動させ、さらに上方の空気と入れ替え、前記冷えた室内側上方の空気を、床面から室内中央部を立ち上る暖気により中央部へ誘引し、前記冷えた室内側上方の空気と前記立ち上がる暖気とをお互い混合させることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の温度成層型空調システム。
（４）前記噴霧ノズルから噴霧されるミストが、粒径が１０〜３０μｍ程度の微細な水滴であることを特徴とする前記（１）乃至（３）の何れかに１項に記載の温度成層型空調システム。
（５）前記噴霧ノズルから噴霧されるミストが、仰角０〜８５度の範囲に噴射されるように噴霧ノズルが設けられてなることを特徴とする前記（１）乃至（４）の何れかに１項に記載の温度成層型空調システム。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の温度成層型空調システムにより下記の効果が発揮される。
〈１〉建物の外部から熱負荷が伝わる領域であるペリメータゾーンにおける設定高さレベルに全体として閉ループを形成するよう配設されるループダクトと、該ループダクトの直上に室内側上方に向け傾斜して設けられた多数のミスト噴霧ノズルと、空気を冷却する冷却コイル及び空気を加熱する温水コイルが内蔵され前記ループダクトへ冷暖房用空気を送り込むための空調機と、前記空調機によって前記ループダクトへ送り込まれた冷暖房用空気を前記ループダクトの下面から下降流として吹き出す多数の空気吹出ノズルと、 前記建物内の前記設定高さレベルより低い位置にある空気を前記空調機に吸い込むよう前記ループダクトと同一高さレベル又は低いレベルに配設される還気口とで構成されているので、
冬期暖房時には、ループダクトの室内側上方の温かい空気がループダクトの上部に設けられたミスト噴霧ノズルから噴霧されたミストの蒸発する気化熱により冷却され、当該室内側上方の空気は冷えたことで比重が大きくなって下方に移動し、この下方に移動した空気と、ループダクトの吹出口より下方に向けて排出され一度床にあたり、床を這った後に、上部に移動する温度成層を形成する暖気である空気と、が混合し均一化するので、作業エリアを十分に均等に加湿することができる。
〈２〉ペリメータゾーンにおける設定高さレベルが床面から２．５〜６ｍの範囲であるので、大空間における居住域である床から２ｍ程度までの低い層には、ミストの蒸発する気化熱により冷却され比重が大きくなって下方に移動する室内側上方の空気は降りてこず、居住域は均一な温度に保たれる。設定高さレベルが低すぎると、ミストの蒸発する気化熱により冷却され比重が大きくなって下方に移動する室内側上方の空気により居住域の温度が局所的に低くなって、その結果、該局所の湿度が高くなる、という弊害が起きるおそれがあるが、上記設定高さレベルならそれがない。
〈３〉噴霧ノズルから噴霧されるミストが、粒径が１０〜３０μｍ程度の微細な水滴となっていて、表面積が大きいのですぐに気化して蒸発しやすく、且つ微細な水滴の重量が小さいので空気中に漂いやすく、蒸発を促進することができる。
〈４〉ペリメータゾーンにおける設定高さレベルに配設された前記ループダクトの直上にミスト噴霧ノズルを設け、前記噴霧ノズルから噴霧されるミストが、仰角０〜８５度の範囲に噴霧されるように噴霧ノズルが設けられているので人が作業しない高さで、ミストを蒸発させることができ、作業に支障なく加湿を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の温度成層型空調システムの実施例を建物に設置した場合を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図で、建物の平面図である。
【図３】本発明の温度成層型空調システムの実施例におけるループダクトから吹き出される空気の流れを説明する図である。
【図４】本発明の温度成層型空調システムの実施例におけるループダクトの室内側上方の空気の流れを説明する図である。
【図５】本発明の温度成層型空調システムの実施例におけるループダクトから吹き出される空気とループダクトの室内側上方の空気との混合を説明する図である。
【図６】本発明の温度成層型空調システムの実施例のミスト噴霧ノズルの設置角度、噴霧角を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１〜図５は本発明の温度成層型空調システムの実施例であって、
図１は建物に設置した場合を示す断面図、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。
図中、１は建物、２はループダクト、３は供給ダクト、４は空調機、５は空気吹出ノズル、６は還気口、９は水配管路、１０はミスト噴霧ノズル、１１は加湿ポンプである。
本実施の形態において、建物１内には、室内における建物外部から熱負荷が伝わる領域とされている外部と建物内部であるインテリアとの境界となる建物の外周部であるペリメータゾーンにおける設定高さレベルＨに全体として閉ループを形成するようループダクト２を配設し、空気を冷却する冷却コイル（図示せず）及び空気を加熱する温水コイル（図示せず）が内蔵され前記ループダクト２へ冷暖房用空気を供給ダクト３を介して送り込むための空調機４を、前記ループダクト２の下部に設け、前記ループダクト２の下面にその長手方向へ所定の設定ピッチＰで空気吹出ノズル５を挿入配置し、前記建物１内の空気を前記空調機４に吸い込むよう前記ループダクトと同一高さレベル又は低いレベル（図では低いレベル）に還気口６を配設したものである。
なお、水路管路９は、高圧水噴霧装置（全体を図示せず）にかかるものであり、ミスト噴霧ノズル１０は前記水配管路９に設けられ、加湿ポンプ１１は高圧水噴霧装置のコントローラ（図示せず）により運転、停止が制御される。
【００１０】
前記ループダクト２の設定高さレベルＨは、例えば、ペリメータゾーンの範囲において床面から２．５〜６ｍの範囲とし、大空間における居住域である床から２ｍ程度までの層の高さ全体に、快適な温度層を形成できるようにしている。又、前記空気吹出ノズル５の設定ピッチＰは、ループダクト２の全長や室の高さ、インテリア側の居住域の大きさ等、その他の条件に応じて適宜選定すれば良く、例えば、５００〜２０００ｍｍとすることができる。
【００１１】
前記空気吹出ノズル５は、前記ループダクト２の下面にその長手方向へ設定ピッチＰで多数配設され、前記空調機４によって前記ループダクト２へ送り込まれた冷暖房用空気をループダクト２の下面から下降流として吹き出すようにしてある。前記空気吹出ノズル５を前記ループダクト２の下面の開口に嵌着して前記ループダクト２内に突出させるようにすると、ダクト内の中心部が高速で、側板内面すれすれは低速となっているダクト内風速分布の中速〜高速域の動圧を、前記空気吹出ノズル５ダクト内端部による静圧再取得の作用により前記空気吹出ノズル５の下端部から室内に対する静圧（また風速としての動圧に転換）として転換でき、前記ループダクト２の前記空調機４に近い側も遠い側も、きちんと各前記空気吹出ノズル５外端面から、前記ループダクト２内の気流とは直行方向へほぼ同風量で吹き出すようになる。
【００１２】
本実施の形態においては、前記ミスト噴霧ノズル１０は、例えば噴霧圧６ＭＰａである高圧―流体ノズルで、例えば、図６の本発明の温度成層型空調システムの実施例のミスト噴霧ノズルの設置角度、噴霧角を示す図に示すように設けられ、前記噴霧ノズル１０から噴霧されるミストが、仰角０〜８５度の範囲に噴霧されるように噴霧ノズル１０が設けられる。
前記ミスト噴射ノズルの設置角度は、ミスト噴霧ノズル１０の噴霧範囲の下方向に噴射されるミストによってループダクト２の下方にある機器等が濡れないこと及び上方向に噴射されるミストによって建物の壁が濡れないことを考慮して決められる。
また、設置角度は、ミスト噴霧ノズル１０の噴霧角を考慮して決められる。
例えば、図６（ａ）においては、噴霧角αが６０度、水平面とミスト噴霧ノズル１０の中心線１２とがなす設置角度θが４５度でループダクト２の直上に室内側上方に向け傾斜して設けられている。
ミスト噴霧ノズル１０の噴霧角を６０度とした場合、ミスト噴霧ノズル１０の設置角度を３０度とすると、図６（ｂ）のようにミスト噴霧ノズル１０の噴霧範囲の下方向に噴射されるミストは水平面と平行に噴霧され、上方向に噴射されるミストは水平面と６０度の角度で噴霧される。
また、ミスト噴霧ノズル１０の設置角度を５０度とすると、図６（ｃ）のように、ミスト噴霧ノズル１０の噴霧範囲の下方向に噴射されるミストは水平面に対して２０度の角度で噴霧され、上方向に噴射されるミストは水平面と８０度の角度で噴霧される。
なお、ミスト噴霧ノズル１０の噴霧角αが６０度の場合は、設置角度が好ましくは３０度〜５５度、より好ましくは、４０度〜５０度である。上限の５５度を超えると建物の壁に当たり壁が濡れてしまうおそれがあるためである。
また、噴霧角度を４５度にした場合は、図６（ｄ）に示すように、ミスト噴霧ノズル１０の設置角度は、水平面に対して好ましくは、２２．５度〜６２．５度、より好ましくは、３２．５度〜５７．５度である。
なお、ミスト噴霧ノズル１０は、設置するループダクト２の長さ、空調範囲の大きさ等、その他の条件に応じて適宜選定すれば良く、本実施の形態においては、２ｍのピッチで設置されている。
また、室内の機器等の位置によって、前記ミスト噴霧ノズルの噴霧角の小さいものを選択することで、ミストの噴霧範囲が周辺に拡散せず任意の位置に水噴霧できる。
このように、本発明にかかる温度成層型空調システムにおいては、噴霧ノズル１０から噴霧されるミストが仰角０〜８５度の範囲に噴霧されるように噴霧ノズル１０が配置され、室内上方の温度成層に対し効率良く水噴霧をすることができ、また、ループダクトの直上に配置されているので、水滴滴下が生じてもダクト上で自然蒸発し、下方の作業エリア等に影響を与えないものとなっている。
【００１３】
次に、上記実施例の作用を説明する。
図３に示すように、 冬期において、空調機４から供給ダクト３を介して暖房用空気を温度成層を形成するループダクト２へ送り込むと、暖房用空気は、ループダクト２の下面に配設された多数の空気吹出ノズル５から下降流として吹き出される。
そして、空気吹出ノズル５から下方に向けて吹き出された空気は、矢印ａ１、ａ２のように一度床にあたり、床を這った後に、内側に集まり各々の気流がぶつかって逃げ場がないところ、もともと暖かく周囲の空気より比重が軽いので上部に移動し、その後建屋空間のあるレベルから下方に移動し、前記ループダクトと同一高さレベル又は低いレベルにある空調機の還気口６より、還気ダクトなどを介して空調機４に取り込まれた後、再度空気吹出ノズル５から下方に向けて吹き出される。このように空気は、建物内をダイナミックにぐるぐると繰り返し対流するように循環する。
【００１４】
このとき、図４に示すように、ミスト噴霧ノズル１０からミストを高圧（例えば、６ＭＰａ）で噴霧すると、前記ループダクト２の設置高さより上部である室内側上方に位置する空気ｂ１、ｂ２は暖かくて相対湿度が低い状態になっていて、噴霧されたミストは水蒸気分圧が低いこの空気中で活発に蒸散する。
室内側上方の空気ｂ１、ｂ２は、ミストの気化熱（蒸発潜熱）により冷やされ下降するが、図５に示すように、ループダクト２の空気吹出ノズル５から吹き出されて内側に集まり周囲の空気より比重が軽いので上部に移動してきた、建物内を循環する空気と積極的に混合される。
このとき、空気吹出ノズル５から吹き出され内側に集まり周囲の空気より比重が軽いので上部に移動してきた建物内を循環する空気の方が、上方から下降する室内側上方の空気ｂ１、ｂ２の気化熱により低下した熱量よりも、熱量が大きいため上方にさらに移動しようとしてぶつかり混合する。これにより空気が乱流混合して温度が均一化される。また、室内側上方の空気ｂ１、ｂ２に残留していたミストも、床に落ちる前に混合空気中で蒸発するので、居住域である作業エリア全体にわたって加湿される。温度も均一になりミストも積極的に混合気化されるので、居住域内は均一な湿度に保たれる。
このように、本発明の温度成層型空調システムによれば、ループダクト２の上部に溜まっている温かい空気を作業エリアの加湿に上手く利用することができる。
特に建物内に多くの加湿量が必要な真冬において、ミスト噴霧ノズル１０からミスト噴霧を行えば、ループダクト２の上方に溜まった温かい空気の絶対湿度はかなり低いので加湿が促進され、この加湿された空気と空調機から吹き出され上方に上がってきた温かい空気とが混合され、さらに蒸発が促進される。
【００１５】
本実施例では、従来技術（例えば特許文献２）のように吸気用送風機を必要しないので、メンテナンスの回数を削減することができる。
また、従来の空調システムのように、給気ユニットを建物１の床面レベルにその周方向へ所要間隔をあけて複数配備しなくて済み、ループダクト２を床面から２．５〜６ｍの範囲に配設すれば良く、建物１内部の温度や湿度のムラが生じにくくなると共に、前記給気ユニットによってフロアスペースの一部が利用できなくなってしまう心配もなく、空間の有効活用が可能となり、非常に好ましい。
さらに、人が作業する高さ以上にミスト噴霧ノズルを設置し、人が作業しない高さで、ミストを蒸発させるため、機器を濡らすことが無くまた、作業に支障なく加湿を行うことができる。
【００１６】
こうして、夏期冷房時には高さ方向に小さい体積の低温空気層を有する温度成層を形成することで充分な省エネルギー化を図り、且つ冬期暖房時には空調機３を夏期と同じ風量で運転しながらコールドドラフトを抑制して足元の冷気溜りの発生を抑えつつ、建物１内部の高さ方向に小さい体積領域を温度や湿度のムラなく均一に暖房空調することができ、更に、フロアスペースを最大限効率的に利用できる。
さらに、冬期暖房時にはループダクトの上部の温かい空気がループダクトの上部に設けられたミスト噴霧ノズルから噴霧されたミストの気化熱により冷却され、下方に移動し、この下方に移動した空気と、温度成層を形成するループダクトの吹出口より下方に向けて排出され一度床にあたり、床を這った後に、上部に移動する空気とが混合し蒸発するので作業エリアの加湿を行うことができる。
【００１７】
なお、本発明の温度成層型空調システムは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００１８】
１：建物
２：ループダクト
３：供給ダクト
４：空調機
５：空気吹出ノズル
６：還気口
７：固定部材
８：孔
９：水配管路
１０：ミスト噴霧ノズル
１１：加湿ポンプ
ａ１、ａ２：ループダクトから吹き出された空気の流れ
ｂ１、ｂ２：ループダクト２の室内側上方の空気
【図１】
2015194303.tif 000003
【図２】
2015194303.tif 000004
【図３】
2015194303.tif 000005
【図４】
2015194303.tif 000006
【図５】
2015194303.tif 000007
【図６】
2015194303.tif 000008