(57)【要約】【課題】  空気の搬送動力の低減を図るために室温に対して大温度差の低温空気を供給してもドラフトを発生させることなく、さらに清浄空気形成のために大きなスペースを必要としない置換換気空調システム及び置換換気空調方法を提供する。【解決手段】  人の居住領域となる室内下側の空調領域7と、空調領域7以外の室内上側の非空調領域8と、空調領域7下部に備わり、清浄空気を供給するための吹出し口4と、非空調領域8に備わり、汚染空気を排気するための排気口5と、室外に設けられた空調機9とを有する置換換気空調システム1において、吹出し口4は、上下方向に隣接した上側吹出し口4aと下側吹出し口4bからなり、空調機9は、上側吹出し口4aと連結され、上側吹出し口4aからは、空調領域7下部の温度より低い温度の低温空気が吹出され、下側吹出し口4bからは、空調領域7下部の温度より高い温度の高温空気が吹出される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の居住領域となる室内下側の空調領域と、
当該空調領域以外の前記室内上側の非空調領域と、
前記空調領域下部に備わり、清浄空気を供給するための吹出し口と、
前記非空調領域に備わり、汚染空気を排気するための排気口と、
前記室外に設けられた空調機とを有する置換換気空調システムにおいて、
前記吹出し口は、上下方向に隣接した上側吹出し口と下側吹出し口からなり、
前記空調機は、前記上側吹出し口と連結され、
当該上側吹出し口からは、前記空調領域下部の温度より低い温度の低温空気が吹出され、
前記下側吹出し口からは、前記空調領域下部の温度より高い温度の高温空気が吹出されることを特徴とする置換換気空調システム。
【請求項２】
前記下側吹出し口は、前記空調領域の上部に備わる通気口と連通することを特徴とする請求項１に記載の置換換気空調システム。
【請求項３】
室内下部から室温よりも低い温度の清浄空気を供給し、前記室内に配設された発熱体によって昇温し上昇する室温より高温な空気を前記室内上部から排気する置換換気空調方法において、
前記清浄空気は、前記室内下部に備わる上側吹出し口から供給される室内下部の温度より低い温度の低温空気と、前記上側吹出し口の下側に備わる下側吹出し口から供給される室内下部の温度より高い温度の高温空気とを混合して形成されることを特徴とする置換換気空調方法。
【請求項４】
前記清浄空気は、前記低温空気と前記高温空気を、それぞれ前記上側吹出し口及び前記下側吹出し口から水平方向に吹出して、前記低温空気と前記高温空気の密度差により混合して形成されることを特徴とする請求項３に記載の置換換気空調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部屋の空調に利用される置換換気空調システム及び置換換気空調方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
置換換気空調は、室内の下部より、室温に対し低温な空気を小温度差で給気する。そのとき給気は室内上部の空気を誘引しないように低速で行うため、室内下部は常に吹出し空気（清浄空気）で満たされ、室内は静穏な環境となる。そのため、発熱体（生産機械、在室者、ＯＡ機器等）の上部には熱上昇流が形成され、空調負荷となる高温な空気（室温と比べて高温な空気）は速やかに室内上部（居住域外）へと移動する。また、発熱体は、塵埃等の汚染質発生源でもあるため、発生した汚染質は居住域に拡散せず熱上昇流によって室内上部へと速やかに移動する。室内上部の高温空気及び汚染質が高濃度の空気を排気する。これらのことから、省エネルギーで良好な空気質を形成するのに優れた換気空調方式である。
【０００３】
すなわち、置換換気空調は、室内下部から清浄空気を供給し、室内に配設された発熱体によって昇温し上昇する室温より高温な空気を汚染質とともに室内上部から排気するものである。この置換換気空調は、従来からの混合空調方式に比べ良好な空気質環境が提供でき、省エネルギーの観点からも有効な換気方式であることが知られている。
【０００４】
図４は従来の置換換気空調システムの概略図である。
【０００５】
置換換気空調システム５１は、空調機械室５２に備わる空調機５９と、部屋５３の室内に備わる吹出し口５４及び排気口５５で構成される。吹出し口５４は室内下部に設置され、排気口５５は天井５６に設置される。部屋５３の下側は、人の居住領域となる空調領域５７であり、それ以外は非空調領域５８である（図では点線で分けて示している）。空調領域の高さは、人の居住領域となる床面から１８０ｃｍ程度であればよいが、換気場所に応じて適宜変更される。
【０００６】
このような置換換気空調システム５１を用いて部屋５３の室内を換気する場合、空調機５９から清浄空気をファン６０によりダクト６１を介して吹出し口５４に対して送風する。吹出し口５４にはフィルタやパンチングメタル等が備わり、清浄空気は吹出し面速が一定にされて供給される。供給された清浄空気は、室内の発熱体による上昇気流に沿って、部屋５３の汚染質とともに部屋５３の上部に移動する。したがって、人の居住領域となる空調領域５７は清浄空気で満たされる。非空調領域５８の汚染質を含んだ空気は、排気口５５からダクト６４を通って外部に排気される。この排気には、ファン６５が必要に応じて用いられる。空調領域５７の一部の空気は、リターンエアとして空調領域５７の上部に備わる環気口６２から環気され、ダクト６３を通って空調機５９に戻る。
【０００７】
置換換気空調は、混合換気方式と比較し、給気風量は同程度若しくは条件によってはやや増加する傾向がある。また、上述したように、吹出し口５４には一般に吹出し面速を一定にする目的で、フィルタ等の圧力損失が生じる吹出し面を採用する。このため、置換換気空調方式では混合換気空調方式に比べ、給気の搬送動力が増大する可能性がある。
【０００８】
搬送動力を低減するためには給気風量を小風量とすることが必要である。この場合、同等の熱量を空調機５９から部屋５３へ供給するためには、給気温度を下げる必要がある。
【０００９】
一般的に利用されている置換換気用吹出し口５４で温度を下げた給気を行った場合、吹出し口５４からのドラフトに留意しなければならない。ドラフトは、床面に沿って居住領域内へ低温空気が移動し、居住域の快適性を損ねることになる。
【００１０】
すなわち、混合換気空調方式と比較し、条件によっては風量の多くなる可能性がある置換換気空調システム５１を用いた置換換気空調は、上述したように、フィルタ等を用いて吹出し面速を一定にする必要があるため、多大な給気の搬送動力が必要である。これを補うため、供給する清浄空気の温度を、室温に比べて大温度差の低温空気とすれば、小さな搬送動力で部屋５３内に清浄空気を供給することができる。しかしながら、室温に比べて大温度差の低温空気を供給すると、床面に沿って低温空気が移動する、いわゆるドラフトが発生する。ドラフトが発生すると、空調領域５７内の人にとって、足元だけ冷えることになり、快適性が損なわれる。したがって、従来は、室温に対して大温度差の低温空気を供給することはできず、搬送動力の低減を図ることができなかった。
【００１１】
一方で、吹出し口５４の面積を大きくして圧力損失の低減を図り、搬送動力を抑えることも考えられるが、吹出し口５４の面積の増大は、部屋５３の壁面や室内配置等の制限を招き、現実的ではない。
【００１２】
このようなドラフトによる不快感を低減するための置換換気システムが特許文献１に開示されている。この置換換気システムは、空調空間内に吹出す低温空気に旋回成分を与えることにより、吹出した低温空気に誘引される空気の誘引量を増加させ、空調空間内の上下温度差をより小さくするものである。
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−３７２２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１の置換換気システムでは、旋回流を吹出して周りの空気を誘引し、室温との温度差を小さくするため、そのためのスペースが必要である。旋回流により給気温度を上昇させるためには、かなりのスペースが必要になるため、その場所に物等を設置することができない。したがって、実質的には工場等の大きな部屋が対象とされる。
【００１５】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、室温に対して大温度差の低温空気を供給することによってドラフトを発生させることなく、空気の搬送動力の低減を図ることができ、さらに清浄空気形成のために大きなスペースを必要としない置換換気空調システム及び置換換気空調方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するため、請求項１の発明では、人の居住領域となる室内下側の空調領域と、当該空調領域以外の前記室内上側の非空調領域と、前記空調領域下部に備わり、清浄空気を供給するための吹出し口と、前記非空調領域に備わり、汚染空気を排気するための排気口と、前記室外に設けられた空調機とを有する置換換気空調システムにおいて、前記吹出し口は、上下方向に隣接した上側吹出し口と下側吹出し口からなり、前記空調機は、前記上側吹出し口と連結され、当該上側吹出し口からは、前記空調領域下部の温度より低い温度の低温空気が吹出され、前記下側吹出し口からは、前記空調領域下部の温度より高い温度の高温空気が吹出されることを特徴とする置換換気空調システムを提供する。
【００１７】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記下側吹出し口は、前記空調領域の上部に備わる通気口と連通することを特徴としている。
【００１８】
さらに、請求項３の発明では、室内下部から室温よりも低い温度の清浄空気を供給し、前記室内に配設された発熱体によって昇温し上昇する室温より高温な空気を前記室内上部から排気する置換換気空調方法において、前記清浄空気は、前記室内下部に備わる上側吹出し口から供給される室内下部の温度より低い温度の低温空気と、前記上側吹出し口の下側に備わる下側吹出し口から供給される室内下部の温度より高い温度の高温空気とを混合して形成されることを特徴とする置換換気空調方法を提供する。
【００１９】
さらに、請求項４の発明では、請求項３の発明において、前記清浄空気は、前記低温空気と前記高温空気を、それぞれ前記上側吹出し口及び前記下側吹出し口から水平方向に吹出して、前記低温空気と前記高温空気の密度差により混合して形成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、空調領域の下部に備わる吹出し口が上下方向に隣接した上側吹出し口と下側吹出し口からなり、空調機は、上側吹出し口と連結され、上側吹出し口からは、空調領域下部の温度より低い温度の低温空気が吹出され、下側吹出し口からは、空調領域下部の温度より高い温度の高温空気が吹出される。このため、上側吹出し口からの低温空気は降下し、下側吹出し口からの高温空気は上昇する。これらの低温空気、高温空気の両空気は、その密度差で吹出し口から吹出されて急速に混合されて清浄空気が形成される。これにより、低温空気を室内（空調領域下部）の温度と大温度差の空気としても、室内で高温空気と混合されて室温と比べて小温度差の低温な空気、すなわち清浄空気とすることができる。したがって、ドラフトを発生することなく、室温と大温度差の低温空気を供給して搬送動力の低減を図ることができる。
【００２１】
上述したように、本明細書では、低温空気とは空調領域下部の温度と大温度差で低温な空気であり、高温空気とは空調領域下部の温度よりも高温な空気である。また清浄空気とは空調領域下部の温度と小温度差で低温な空気である。また室温とは空調領域の温度をいう。
【００２２】
請求項２の発明によれば、下側吹出し口が、空調領域の上部に備わる通気口と連通するため、空調領域上部の温かい空気を通気口から取り入れて、これを下側吹出し口から吹出すことができる。空調領域上部の空気は、空調領域下部の空気よりも高温なため、室内の空気を効率よく利用して、上側吹出し口から吹出される低温空気と混合して清浄空気を形成することができる。また、空調領域内で空気を循環させることになるため、空調領域内の温度分布の均一化を図ることができる。このため、空調領域内の温度制御が容易となる。さらに、空調領域上部から下側吹出し口に直接空気を移動させることができるため、空調機にリターンエアとして還すためのダクトが不要となり、空調経路の単純化及び使用ダクト量の削減を実現できる。
【００２３】
請求項３の発明によれば、供給される清浄空気が、室内下部の温度より低い温度の低温空気と、室内下部の温度より高い温度の高温空気とを混合して形成される。これは、上側吹出し口からの低温空気が降下し、下側吹出し口からの高温空気が上昇するという空気の密度差を利用することにより行われる。これにより、低温空気を室内下部の温度と大温度差の空気としても、室内で高温空気と混合されて室温と比べて小温度差の低温な空気、すなわち清浄空気とすることができる。したがって、ドラフトを発生することなく、室温と大温度差の低温空気を供給して搬送動力の低減を図ることができる。
【００２４】
請求項４の発明によれば、低温空気は収縮されて重くなり、高温空気は膨張されて軽くなるため、この両気体の密度差に起因する浮力を利用して清浄空気を形成する際に、低温空気と高温空気を、それぞれ上側吹出し口及び下側吹出し口から水平方向に吹出すことによりこれを実現できる。したがって、低温空気と高温空気を混合するための特別な機構や装置等を必要とせず、システムの小型化、簡略化及び制御の容易化を図ることができ、簡単な構成で確実に清浄空気を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、置換換気空調システム及び置換換気空調方法である。
【実施例】
【００２６】
図１は本発明に係る置換換気空調システムの概略図であり、図２は吹出し口付近で清浄空気が形成される状態を示す概略図である。
【００２７】
図１に示すように、置換換気空調システム１は、空調機９を備えた空調機械室２と、室内に吹出し口４、排気口５及び通気口１２を備えた部屋３で構成される。これにより、天井付近の空気を排気する。なお、排気口５の取付位置は天井６に限られず、天井付近の空気を排気できる位置であればどこに設置してもよい。吹出し口４は室内下部に設置され、排気口５は天井６に設置される。部屋３の下側は、人の居住領域となる空調領域７であり、それ以外は非空調領域８である（図では点線で分けて示している）。空調領域の高さは、人の居住領域となる床面から１８０ｃｍ程度であればよいが、換気場所に応じて適宜変更される。
【００２８】
吹出し口４は上下に隣接して形成された上側吹出し口４ａと下側吹出し口４ｂで構成される。上側吹出し口４ａはダクト１１を介して空調機９と連結され、下側吹出し口４ｂはダクト１３を介して通気口１２と連結される。ダクト１３には、通気口１２から下側吹出し口４ｂに送風するためのファン１６が備わる。空調機９に上側吹出し口４ａに送風するためのファン１０が備わる。排気口５はダクト１４を介して室外へと連通する。ダクト１４には、排気のためのファン１５が備わる。このファン１５は、適宜省略可能である。
【００２９】
置換換気空調システム１を用いた部屋３の室内における換気は、従来と同様であり、吹出し口４から清浄空気を供給し、発熱体による上昇気流を利用して汚染質とともに排気口５から排気する。これにより、人の居住領域となる空調領域７を清浄空気で満たすことができる。なお、上側及び下側吹出し口４ａ，４ｂの吹出し面には、整流作用を持たせるためにフィルタやパンチングメタル等が配設される。
【００３０】
清浄空気を供給するに際し、図２に示されるように、空気の密度差が利用される。空調機９から送風される低温空気は、上側吹出し口４ａから吹出される。空調領域７の上部に備わる通気口１２から送風される高温空気は、下側吹出し口４ｂから吹出される。この高温空気は、発熱体によって昇温し上昇する室温より高温な空気なので、空調領域７（室内）の下部の空気より高温である。したがって、上側吹出し口４ａから空調領域７の下部の温度と大温度差の低温空気を供給しても、下側吹出し口４ｂからの高温空気と混合して空調領域７の下部の温度と小温度差で低温な清浄空気を形成することができる。よって、混合後の空気は、ドラフトを生じることがない置換換気空調の清浄空気として利用できる。
【００３１】
この低温空気と高温空気の混合は、両空気の密度差に起因する浮力を利用して行われる。すなわち、上側吹出し口４ａから低温空気を、下側吹出し口４ｂから高温空気を水平方向に吹出すことにより、その密度差で高温空気は上昇（図２の矢印Ａ）し、低温空気は降下（図２の矢印Ｂ）する。ここで、両空気は自然と速やかに混合されて清浄空気となり、室内に供給される（図２の矢印Ｃ）。清浄空気は、低温空気と高温空気の中間温度の空気であるが、上述したように、空調領域７の下部の温度と小温度差で低温な空気である。したがって、低温空気と高温空気を混合するための特別な機構や装置等を必要とせず、システムの小型化、簡略化及び制御の容易化を図ることができ、簡単な構成で確実に清浄空気を形成することができる。
【００３２】
これにより、空調機９からは室内下部の温度に対して大温度差の低温空気を供給できるので、風量の減少、すなわち搬送動力を低減させることができる。このように大温度差の低温空気を供給しても、高温空気との混合によりドラフトは生じない。また、給気風量の減少に伴い、従来に比してダクト１１をサイズダウンすることができ、さらにファン１０を小型化できるので、空調機９のサイズダウンも可能となる。また、上述したように、密度差に起因する浮力によって混合が促進されるため、清浄空気形成のためのスペースも少なくて済む。したがって、置換換気空調システム１の適用箇所は工場のような広い施設に限らず、事務所等の比較的狭い施設に適用できる。また、低温空気の供給を可能にしたことで、冬期空調運用時には、外気を加熱するエネルギーを削減することができ、省エネルギーにも寄与できる。
【００３３】
また、ダクト１３により空調領域７の上部の空気を空調機９までリターンエアとして戻さず、下側吹出し口４ｂから直接吹出すので、空調機９に還すためのダクトが不要となり、空調経路の単純化及び使用ダクト量の削減を実現できる。さらに、ファン１６の出力も低出力ですむ。また、空調領域７内で空気を循環させることにもなるため、空調領域７内の温度の均一化（一様化）を図ることができる。これにより、温度成層及び空調システムとしての制御が容易となる。また、通気口１２は空調領域７の上部に備わるため、比較的汚染質の少ない状態の空気を循環させることになり、下側吹出し口４ｂから吹出して置換換気に用いても人体に影響はない。
【００３４】
低温空気と高温空気の混合は、上述したように室内で行われる。空気搬送ダクト内で合流させて混合させることも考えられるが、フィルタ等が備えられた吹出し口４から吹出すために混合点（合流点）において同圧力とする必要がある。このため、エネルギー損失となり、室内で混合したほうが好ましい。
【００３５】
以上より、本発明に係る置換換気空調方法は、清浄空気を形成する際に、低温空気と高温空気を密度差に起因する浮力を利用して混合して行うものであり、そのために、低温空気を室内下部の温度に比べて大温度差で低い温度の低温空気とし、高温空気は室内下部の温度に比べて高い温度の高温空気とする。そして、低温空気を上側吹出し口４ａから吹出し、高温空気を下側吹出し口４ｂから吹出し、自然に室内で混合させるものである。
【００３６】
図３は本発明に係る置換換気空調システムを用いた応用例を示す概略図である。
【００３７】
冬期運転時における空調機９の立ち上げ時、部屋３内の温度は低いため、上側吹出し口４ａからの空気は室温より高温となり、空調領域７に対して置換換気として用いられず、そのまますぐに上昇して排気口５から排気される。すなわち、吹出し空気のショートサーキット現象が生じる。これを防止するため、ファン１６の向きを逆にし、空調領域７の下部の滞留した冷気を空調領域７の上部に送風する。すなわち、下側吹出し口４ｂから室内下部の空気を吸い込み、これを通気口１２から吹出す。これにより、部屋３内の全体の空気の混合を促進でき、置換換気空調を行うまでの立ち上げに要する時間を短縮できる。また、これに伴い、空調機９の消費エネルギーも削減することができる。この場合、ファン１６としては、逆回転可能なものを用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る置換換気空調システムの概略図である。
【図２】吹出し口付近で清浄空気が形成される状態を示す概略図である。
【図３】本発明に係る置換換気空調システムを用いた応用例を示す概略図である。
【図４】従来の置換換気空調システムの概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：置換換気空調システム、２：空調機械室、３：部屋、４：吹出し口、５：排気口、６：天井、７：空調領域、８：非空調領域、９：空調機、１０：ファン、１１：ダクト、１２：通気口、１３：ダクト、１４：ダクト、１５：ファン、１６：ファン、５１：置換換気空調システム、５２：空調機械室、５３：部屋、５４：吹出し口、５５：排気口、５６：天井、５７：空調領域、５８：非空調領域、５９：空調機、６０：ファン、６１：ダクト、６２：環気口、６３：ダクト、６４：ダクト、６５：ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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