(57)【要約】【課題】ビル、工場等の空調設備内に流通する空気の風力エネルギーを有効利用し、電力として回収することができる空気調和ユニットの提供を目的とするものである。【解決手段】本発明の空気調和ユニットは、ａ）吸気側に還気ダクト７及び外気ダクト８が連通し、排気側に給気ダクト９が貫通するケーシング１と、ｂ）ケーシング１内の吸気側及び排気側を仕切るよう配設されるエアフィルター２と、ｃ）ケーシング１内の排気側に配設され、給気ダクト９に連通するブロワー３と、ｄ）ケーシング１内のエアフィルター２及びブロワー３間に配設される加熱冷却コイル４及び蒸気スプレー５とを備え、さらにｅ）ケーシング１内の吸気側に、風車１０及び発電機１１を有する風力発電装置６を備えている。【選択図】  図１
2005069503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気側に還気ダクト及び外気ダクトが連通し、排気側に給気ダクトが貫通するケーシングと、
このケーシング内の吸気側及び排気側を仕切るよう配設されるエアフィルターと、
ケーシング内の排気側に配設され、給気ダクトに連通するブロワーと、
ケーシング内のエアフィルター及びブロワー間に配設される加熱冷却コイル及び蒸気スプレーと
を備え、室内の空気を浄化、温度湿度調整及び換気する空気調和ユニットであって、
上記ケーシング内の吸気側に、風車及び発電機を有する風力発電装置をさらに備えていることを特徴とする空気調和ユニット。
【請求項２】
上記風車として垂直軸風車が用いられている請求項１に記載の空気調和ユニット。
【請求項３】
上記垂直軸風車が、回転軸と、この回転軸に対して平行かつ等角度間隔に配設される複数の直線翼状ブレードとを有している請求項２に記載の空気調和ユニット。
【請求項４】
上記ケーシングが水平に設置された直方体状のものとされ、
上記垂直軸風車がケーシング内に丁度収まるサイズとされている請求項３に記載の空気調和ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビル、工場等の空調設備に好適に用いられ、室内の空気を浄化、温度湿度調整及び換気する空気調和ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なビル、工場等の建物Ｘの空調設備としては、図３に示すように、各室Ａ〜Ｃに連通する給気ダクト５１、還気ダクト５２及び強制排気ダクト５３と、給気ダクト５１及び還気ダクト５２間に連通する空気調和ユニット５４と、強制排気ダクト５３の排気側に連通する強制排気ユニット５５と、還気ダクト５２の途中に配設されるブロワー５６とを備えている。
【０００３】
この空気調和ユニット５４は、一般的には水平に設置される直方体状のケーシング５７を備えており、このケーシング５７内に吸気側から順に配設されるエアフィルター５８、加熱冷却コイル５９、蒸気スプレー６０及びブロワー６１を備えている。このケーシング５７の吸気側には還気ダクト５２及び外気ダクト６２が連通し、排気側にはブロワー６１から延びる給気ダクト５１が貫通している。
【０００４】
強制排気ユニット５５は、一般的には水平に設置される直方体状のケーシング６３と、このケーシング６３内に配設されるブロワー６４とを備えている。このケーシング６３の吸気側には強制排気ダクト５３が連通し、排気側にはブロワー６４から外部に延びるダクトが貫通している。
【０００５】
上述の構造の空調設備の機能としては、各室Ａ〜Ｃ内の空気がブロワー５６によって還気ダクト５２を介して吸い出され、一部は外部に排出され、一部は空気調和ユニット５４に還流される。空気調和ユニット５４に還流された空気は外気ダクト６２から取り入れられた外気と共に空気調和ユニット５４のブロワー６１によって給気ダクト５１を介して各室Ａ〜Ｃに供給される。この空気調和ユニット５４内を通過する空気は、エアフィルター５８によって埃、ゴミ等が取り除かれ、次に加熱冷却コイル５９及び蒸気スプレー６０によって適切な温度及び湿度に調節される。一方、工場、研究所等のエアシャワーブース等においては、強制排気ユニット５５によって強制排気ダクト５３を介して強制的に空気が外部に排出されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
今日では、自然環境保護の観点から、環境負荷の低減を図るべく、材料等のリサイクル、省資源化、省力化、コジェネレーションなどが進められている。しかし、ビルや工場などの空調設備に関しては、快適性、クリーン性、ＩＴ対応性等を重視する傾向があり、電力消費量が増大する傾向にある。
【０００７】
本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、ビル、工場等の空調設備内に流通する空気の風力エネルギーを有効利用し、電力として回収することができる空気調和ユニットの提供を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ビル、工場等の空調設備において、空気調和ユニット内を流通する空気の風速が５ｍ／ｓ程度とかなり大きいことに着目し、今日開発されている小型軽量の風力発電装置を用いることで空気調和ユニット内の流通空気の風力エネルギーから電力が回収できることを見出した。
【０００９】
その結果得られた上記課題を解決するためになされた発明は、（ａ）吸気側に還気ダクト及び外気ダクトが連通し、排気側に給気ダクトが貫通するケーシングと、（ｂ）このケーシング内の吸気側及び排気側を仕切るよう配設されるエアフィルターと、（ｃ）ケーシング内の排気側に配設され、給気ダクトに連通するブロワーと、（ｄ）ケーシング内のエアフィルター及びブロワー間に配設される加熱冷却コイル及び蒸気スプレーとを備え、室内の空気を浄化、温度湿度調整及び換気する空気調和ユニットであって、（ｅ）上記ケーシング内の吸気側に、風車及び発電機を有する風力発電装置をさらに備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
当該空気調和ユニットは、風力発電装置を備えていることから、ブロワーの送風によってケーシング内を流通する空気の風力エネルギーから電力を回収することができ、例えば照明等の電力として利用することができる。
【００１１】
上記風車としては垂直軸風車が好ましい。かかる垂直軸風車は、小型軽量化が可能であり、ビル、工場等の空調設備の空気調和ユニット内に流通する空気の風量でも十分に発電が可能である。また、この垂直軸風車は、風切り音等の騒音の発生が非常に小さく、ビル等の空調設備に付加しても、快適性の低下や周辺への騒音被害が防止される。
【００１２】
上記垂直軸風車としては、回転軸と、この回転軸に対して平行かつ等角度間隔に配設される複数の直線翼状ブレードとを有するとよい。このように複数の直線翼状ブレードを回転軸と平行かつ等角度間隔に有する垂直軸風車によれば、空気調和ユニットのケーシング内に流通する空気を効果的に捕らえ、効率良く発電することができる。
【００１３】
上記ケーシングを水平に設置された直方体状のものとし、上記垂直軸風車をケーシング内に丁度収まるサイズとするとよい。上記構造の垂直軸風車は水平設置された直方体状のケーシング内に丁度配設することができ、ケーシング内を流通する空気をより効果的に捕捉し、より効率良く発電することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態に係る空気調和ユニットの構成を示す模式的側面図、図２は図１の空気調和ユニットの風車部分を示す模式的Ａ−Ａ断面図である。
【００１５】
図１の空気調和ユニットは、ビル、工場等の建物の室内の空気に対して浄化、温度調整、湿度調整及び換気の各処理を行うものである。当該空気調和ユニットは、具体的にはケーシング１、エアフィルター２、ブロワー３、加熱冷却コイル４、蒸気スプレー５及び風力発電装置６を備えている。
【００１６】
ケーシング１は、直方体状に形成されており、ビル、工場等の建物内外に水平に設置されている。このケーシング１の吸気側には、建物内の各室から延びる還気ダクト７及び建物外から延びる外気ダクト８が連通している。一方、ケーシング１の排気側には、ブロワー３と連通する給気ダクト９が貫通している。ケーシング１に使用される材料としては、特に限定されるものではなく、例えば鋼板、銅合金板等が挙げられる。また、ケーシング１のサイズとしても、特に限定されるものではなく、給気流量、その吸気流量に対応する性能を有するブロワー３のサイズ、エアフィルター２、加熱冷却コイル４、蒸気スプレー５及び風力発電装置６のサイズ等を考慮して適宜設計される。
【００１７】
エアフィルター２は、通過する空気から塵埃を除去して浄化するものであり、ケーシング１内の吸気側及び排気側を仕切るよう配設されている。このエアフィルター２としては、塵埃を濾して取り除くことができれば特に限定されるものではなく、通常はグラスウールを２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の厚さにしたものなどが使用され、室内の清浄度の要求が厳しい場合はグラス繊維の濾紙などを使った高性能フィルターも使用される。
【００１８】
ブロワー３は、ケーシング１内の排気側に配設され、給気ダクト９に連通している。このブロワー３とは、動力の供給を受け、羽根車、ローターなどの作動部分が外部から吸い込んだ気体に仕事をしてその力学的エネルギー（圧力、速度）を増加させることによって気体の輸送を行う機械である。ブロワー３の具体的な形式としては、特に限定されず、例えば（ａ）遠心ブロワー、プロペラブロワー等のターボ形ブロワー、（ｂ）ロータリーブロワー、ルーツブロワー、ベージブロワー等の容積形ブロワーが使用されるが、特に流量が大きいターボ形ブロワーが好適に使用される。
【００１９】
加熱冷却コイル４は、ケーシング１内の排気側、具体的にはエアフィルター２とブロワー３との間に配設されている。この加熱冷却コイル４は、冷水、熱水、蒸気等の熱媒体を流すための熱交換器の管群であり、熱媒体との熱交換によってケーシング１内を通過する空気を加熱又は冷却するよう構成されている。加熱冷却コイル４の材料としては、熱伝導に優れる銅合金等が用いられる。なお、当該加熱冷却コイル４は加熱機能及び冷却機能を併有しているが、加熱機能のみを有する加熱コイルと冷却機能のみを有する冷却コイルとを別々に備えてもよい。さらに、加熱コイルも、予熱コイルと再熱コイルとに分けて備えてもよい。
【００２０】
蒸気スプレー５は、ケーシング１内の排気側、具体的には加熱冷却コイル４とブロワー３との間に配設されている。この蒸気スプレー５は、ケーシング１内を通過する空気に蒸気を噴霧可能に構成されており、加湿機能を有している。
【００２１】
風力発電装置６は、ケーシング１内の吸気側、具体的には還気ダクト７及び外気ダクト８の連通部とエアフィルター２との間に配設されている。この風力発電装置６は、ブロワー３の送風によってケーシング１内を流れる空気の風力エネルギーを電気に変換するものである。風力発電装置６は具体的には、図２に示すように垂直軸風車１０及び発電機１１を備えている。
【００２２】
垂直軸風車１０は、ケーシング１の底面と垂直（鉛直）にかつ回転自在に配設される回転軸１２と、回転軸１２の上部に螺合等の手段で結合されるハブ部材１３と、アーム部材１４と、５枚の直線翼状ブレード１５とを備えている。この垂直軸風車１０は、ケーシング１内に接触しない程度に丁度入るサイズとされている。
【００２３】
この直線翼状ブレード１５は、直線状の帯板であり、外側面の横断面形状が流線形に形成されている。５枚の直線翼状ブレード１５は、回転軸１２を中心軸とする略同一円筒面内における等角度間隔に、かつ回転軸１２と平行（つまり鉛直）に配設されている。
【００２４】
アーム部材１４は、回転軸１２に対して５枚の直線翼状ブレード１５を所定位置に支承するためのものであり、具体的にはハブ部材１３に放射状に突設され、先端が５枚の直線翼状ブレード１５の内面側に固定されている。このアーム部材１４は、一枚の直線翼状ブレード１５に対してＶ字状に延出する２枚の帯板から構成され、外側に向けて漸次幅が狭くなっている。このアーム部材１４を構成する帯板は、その幅方向が回転軸１２と垂直になるよう配設されており、回転に対する抵抗が軽減されている。
【００２５】
発電機１１は、回転軸１２に連結され、垂直軸風車１０の直線翼状ブレード１５の内方に配設されている。この発電機１１は、回転軸１２の回転エネルギーを電磁作用により電気エネルギーに変換し、電力を得る電気機械である。発電機１１の形式としては、特に限定されず、例えば直流を得る直流発電機、交流を得る同期発電機及び誘導発電機が用いられる。
【００２６】
当該空気調和ユニットは、各室から還気ダクト７を介して還流された空気と外気ダクト８から取り入れられた外気とをブロワー３の送風によって給気ダクト９を介して各室に供給することができる。この空気調和ユニット内を通過する空気は、エアフィルター２によって浄化され、次に加熱冷却コイル４によって温度が調節され、さらに蒸気スプレー５によって湿度が調節され、その結果快適性が高められている。
【００２７】
当該空気調和ユニットは、ケーシング１内に風力発電装置６を備えていることから、ブロワー３の送風によりケーシング１内を流れる空気の風力エネルギーから電力を回収することができ、例えば照明等に利用することができる。また、当該空気調和ユニットは、回転軸１２と平行かつ等角度間隔に配設される５枚の直線翼状ブレード１５を有する垂直軸風車１０をケーシング１内に備え、垂直軸風車１０がケーシング１内に丁度入るサイズにされていることから、ケーシング１内を流れる空気を効果的に捕らえ、効率良く発電することができ、加えて風切り音等の騒音の発生が非常に小さく、ビル等の空調設備に付加しても、快適性の低下や周辺への騒音被害が防止される。また、当該空気調和ユニットは、上記構造の垂直軸風車１０がケーシング１内に配設され、さらに発電機１１が垂直軸風車１０の内方に収納されていることから、風力発電装置６の付加に伴うサイズの増加を最小限に止めることができる。一方、当該空気調和ユニットは、ケーシング１内への風力発電装置６の設置により通気抵抗が増加するが、ビル等の空調設備における還気等の経路が密閉系ではなく、流れる空気も渦等の乱流が至る所で発生しているため、風力発電装置６による通気抵抗の増加率が比較的小さく、発電によるメリットを十分確保することができる。
【００２８】
なお、本発明の空気調和ユニットは上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、風車としては上記構造の垂直軸風車１０に限定されるものではなく、その他のジャイロミル形風車、ダリウス形風車、クロスフロー形風車、サボニウス形風車等の垂直軸風車も使用することができる。かかる垂直軸風車によっても、小型軽量化が可能であり、ビル、工場等の空調設備により給気される空気の風量でも十分に発電が可能である。また、本発明の空気調和ユニットは、垂直軸風車に限定されず、プロペラ形風車等の水平軸風車も使用することができる。
【００２９】
また、風力発電装置の発電機の配設個所としては、ケーシング１内に限定されず、ケーシング外に備えることも可能である。このように発電機をケーシング外に備えると、風力発電装置による当該空気調和ユニットのサイズの増加を招来するが、発電機の機能などの設計自由度が大きくなる。
【００３０】
さらに、当該空気調和ユニットは、ケーシング１内にエリミネーター等のその他の機器を付加することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の空気調和ユニットによれば、ケーシング内を通過する空気の風力エネルギーを有効利用し、電力として回収することができ、自然環境保護、環境負荷の低減を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気調和ユニットを示す模式的側面図である。
【図２】図１の空気調和ユニットの風車部分を示す模式的Ａ−Ａ断面図である。
【図３】建物の空調設備を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  ケーシング
２  エアフィルター
３  ブロワー
４  加熱冷却コイル
５  蒸気スプレー
６  風力発電装置
７  還気ダクト
８  外気ダクト
９  給気ダクト
１０  垂直軸風車
１１  発電機
１２  回転軸
１３  ハブ部材
１４  アーム部材
１５  直線翼状ブレード
【図１】
2005069503.tif 000003
【図２】
2005069503.tif 000004
【図３】
2005069503.tif 000005