(57)【要約】【課題】圧力損失を低減させる空調ダクトを提供すること。【解決手段】空調機から送り出された空気の流れの方向が変わる方向変換部分に角部１５を有するものであり、方向変換部分の流れの内周側に位置する角部１５は、当該角部１５の上流側に位置する上流側ダクト１１に沿って短軸ａをとり、当該角部１５の下流側に位置する下流側ダクト１２に沿って長軸ｂをとった楕円の円弧に従い形成された曲面である空調ダクト１０。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調機から送り出された空気の流れの方向が変わる方向変換部分に角部を有する空調ダクトにおいて、
前記方向変換部分の流れの内周側に位置する前記角部は、当該角部の上流側に位置する上流側ダクトに沿って短軸をとり、当該角部の下流側に位置する下流側ダクトに沿って長軸をとった楕円の円弧に従い形成された曲面であることを特徴とする空調ダクト。
【請求項２】
請求項１に記載する空調ダクトにおいて、
前記楕円は、短半径の長さに対する長半径の長さの比が１．５乃至２．５の間であることを特徴とする空調ダクト。
【請求項３】
請求項１に記載する空調ダクトにおいて、
前記楕円は、短半径の長さに対する長半径の長さの比が略２であることを特徴とする空調ダクト。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する空調ダクトにおいて、
前記楕円は、短半径の長さが、前記下流側ダクトの前記短軸方向に沿った幅寸法の１／２から１／１の間の値であることを特徴とする空調ダクト。
【請求項５】
請求項４に記載する空調ダクトにおいて、
前記楕円は、短半径の長さが、前記下流側ダクトの前記短軸方向に沿った幅寸法の略１／２であることを特徴とする空調ダクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流れる空気の方向変換部分における圧力損失を低減させる空調ダクトに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビルなどの建物や鉄道車両などの輸送用機器には空調設備が設けられているが、その空調ダクトを流れる空気は、分岐部分などの流れが変わる方向変換部分での剥離によって圧力損失が生じている。そのため、空調ダクトについては、吹出し口において所定の風速が得られるように、方向変換部分の形状について設計が行われている。図６は、Ｔ字形に分岐した空調ダクトの方向変換部分を示した図である。この空調ダクト５０の分岐部分は、縦ダクト５１に不図示の空調機が接続され、Ｔ字形に分岐した横ダクト５２，５３に調整空気が矢印で示すように方向を変えて流れる。そして、縦ダクト５１から横ダクト５２，５３に変化する角部５５は、直角ではなく円弧の曲面で形成され、流れる空気が剥離流れとならないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１３３９５３号公報
【特許文献２】特開２００５−２０７６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の空調ダクトは、角部５５の曲面が正円の円弧で形成されたものである。しかし、この形状が直角よりも圧力損失の低減について効果は得られるものの、流れる空気には剥離が生じており、それが十分な効果を発揮していることの立証ができていかなかった。従って、従来の空調ダクトは、圧力損失の低減などについて効果が十分なものであるか否かが明らかではなかった。
【０００５】
本発明は、圧力損失を低減させる空調ダクトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る空調ダクトは、空調機から送り出された空気の流れの方向が変わる方向変換部分に角部を有するものであり、前記方向変換部分の流れの内周側に位置する前記角部は、当該角部の上流側に位置する上流側ダクトに沿って短軸をとり、当該角部の下流側に位置する下流側ダクトに沿って長軸をとった楕円の円弧に従い形成された曲面であることを特徴とする。
また、本発明に係る空調ダクトは、前記楕円における短半径の長さに対する長半径の長さの比が１．５乃至２．５の間であることが好ましい。
また、本発明に係る空調ダクトは、前記楕円における短半径の長さに対する長半径の長さの比が略２であることが好ましい。
また、本発明に係る空調ダクトは、前記楕円の短半径の長さが、前記下流側ダクトの前記短軸方向に沿った幅寸法の１／２から１／１の間の値であることが好ましい。
また、本発明に係る空調ダクトは、前記楕円の短半径の長さが、前記下流側ダクトの前記短軸方向に沿った幅寸法の略１／２であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の空調ダクトによれば、角部の曲面を楕円の円弧とし、その楕円が、上流側ダクトに沿った方向に短軸を、下流側ダクトに沿った方向に長軸をとったものとすることにより、従来の正円の円弧によって形成された角部の空調ダクトに比べ、本発明の角部が存在する方向変換部分を流れる空気の圧力損失をより低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の空調ダクトのミュレーション結果を図示した図である。
【図２】従来の空調ダクトのシミュレーション結果を図示した図である。
【図３】図１に示す角部の半径ａ，ｂを変化させた場合のシミュレーション結果をグラフにして示した図である。
【図４】短半径を変化させた場合のシミュレーション結果をグラフにして示した図である。
【図５】短半径が異なる長さの角部の形状を重ねて示した図である。
【図６】Ｔ字形に分岐した従来の空調ダクトの方向変換部分を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明に係る空調ダクトについて図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態は、空調ダクトの角部に特徴を有するものである。例えば、図６に示す空調ダクト５０と同様であって、縦ダクト５１に空調機が接続され、Ｔ字形になるように分岐した横ダクト５２，５３に調整空気が矢印で示すように流れるものについて説明する。すなわち、本実施形態でも、図６に示す空調ダクトと同じＴ字形の方向変換部分を構成する角部について説明する。
【００１０】
本実施形態の空調ダクトは、従来と同様に角部が曲面で形成されているが、正円ではなく楕円の円弧によって形成されている。そして、どのような楕円が最適なものとなるかを数値シミュレーションを行って検討した。図１は、シミュレーション結果の一つを図示したものである。ここでは、Ｔ字形ダクトは左右対称であるため、片側（左側）の空気の流れについてのみ求め、図面には剥離によって生じた逆流領域を示している。空調ダクト１０は、縦ダクト１１の流入部１１０から所定の流速（８．３ｍ／ｓ）で風が送り込まれ、横ダクト１２に方向を変えて流出部１２０から流れ出る。その際、空調ダクト１０の壁面での流速を０ｍ／ｓ、流出部１２０での圧力を０Ｐａとして求めた。
【００１１】
空調ダクト１０では、縦ダクト１１から横ダクト１２へ変化する角部１５を楕円の円弧とし、縦ダクト１１に沿って短軸をとり、横ダクト１２に沿って長軸をとっている。このとき楕円の短半径ａは横ダクト１２の幅ｈの約半分であり、長半径ｂが横ダクト１２の幅ｈとほぼ同じ値に設定されている。すなわち、短半径ａと長半径ｂとの比ａ：ｂは１：２である。こうした空調ダクト１０では、流入部１１０から空気が送られると、横ダクト１２内には角部１５によって剥離が起こり、図１に示すような逆流領域１が生じる。
【００１２】
一方、図２は、従来の空調ダクト５０についてシミュレーション結果を示した図である。縦ダクト５１と横ダクト５２の寸法は空調ダクト１０と同じであり、正円の円弧によって曲面が形成された角部５５は、その半径ｃが横ダクト５２の幅ｈの約半分である。そして、空調ダクト１０と同じ条件で空気が流れた場合には、横ダクト５２内に角部５５による剥離が起こり、図２に示すような逆流領域５が生じる。
【００１３】
空調ダクト１０，５０の逆流領域１，５は、図１及び図２を比較して分かるように、空調ダクト１０の逆流領域１の方が小さかった。すなわち、空調ダクト１０の方が圧力損失が小さい。ここで、図３は、図１に示す角部の半径ａ，ｂを変化させた場合のシミュレーション結果を示したグラフである。具体的には、縦ダクト１１に沿った半径ａの長さに対する横ダクト１２に沿った半径ｂの長さの比ｂ／ａを様々に変化させた場合の圧力損失を示している。そのため、縦軸には圧力損失係数をとり、横軸には半径の比ｂ／ａをとっている。また、縦ダクト１１の流入部１１０から流入する空気を、流速５ｍ／ｓ、８．３ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓと変化させた場合について示している。
【００１４】
半径の比ｂ／ａ＝１は図２に示す正円の円弧であり、ｂ／ａ＝２が図１に示す楕円の円弧である。その他、縦ダクト１１側の半径ａが長いｂ／ａ＝０．５や、図１に示すものと同様に横ダクト１２側の半径ｂが長いｂ／ａ＝１．５，２．５，３．０について求めた。なお、ｂ／ａ＝０は、縦ダクト１１から横ダクト１２を斜めに直線で傾斜させた傾斜面であり、角部を無くした場合を示している。
【００１５】
こうしたシミュレーション結果を示したグラフからは、楕円の円弧の方が正円の円弧（ｂ／ａ＝１）よりも圧力損失係数が小さいことが分かった。その中でも特にｂ／ａ＝２が最も小さい値を示した。また、楕円の円弧であっても、縦ダクト１１側の半径ａが長い場合よりも、下流側の横ダクト１２側の半径ｂが長い場合の方が圧力損失係数が小さかった。ただし、横ダクト１２側の半径ｂを縦ダクト１１側の半径ａの３倍にまで大きくしたｂ／ａ＝３の場合は、逆にｂ／ａ＝０．５よりも圧力損失係数が大きくなってしまった。従って、空調ダクト１０の角部１５は、半径ａ，ｂの比がおよそｂ／ａ＝１．５〜２．５であることが好ましい。その中でも特にｂ／ａ＝２の場合が最適であった。
【００１６】
ところで、図３に示したシミュレーション結果は、図１に示す短半径ａを横ダクト１２の幅ｈの約半分にして行ったものである。そこで、次に図３に示す結果の最も良かったｂ／ａ＝２について短半径ａと横ダクト１２の幅ｈとの関係について数値シミュレーションを行った。図４は、その結果をグラフにして示した図であり、縦軸には圧力損失係数を示し、横軸には流速を示している。そして、横ダクト１２の幅ｈに対する短半径ａの長さの比ａ／ｈを様々に変化させた場合について求めた。
【００１７】
横ダクト１２の幅ｈに対する短半径ａの長さの比を次の場合、すなわちａ／ｈ＝１／８，１／４，３／８，１／２，５／８，３／４，７／８，１／１の場合について行った。その結果、図４に示すように、短半径ａの値が大きくなり、横ダクト１２の幅ｈに近づくにつれて圧力損失係数の値が小さくなった。従って、図１に示す角部１５は、その曲面形状を特定する円弧の楕円が大きくなるほど圧力損失を低減させることができ、横ダクト１２の幅ｈに対して短半径ａの長さが小さいａ／ｈ＝１／８，１／４，３／８は十分な圧力損失係数を得ることができなかった。
【００１８】
そこで、短半径ａの大きさは、横ダクト１２の幅ｈの半分であるｈ／２以上であることが好ましい。しかし、圧力損失のみを考慮すれば短半径ａを横ダクト１２の幅ｈと一致することが好ましいが、短半径ａが大きくなればなるほど角部１５内の空間が大きくなってしまう。そのため、空調ダクト１０の外側にあって、角部１５の近傍に位置する装置や部材などの配置に必要な空間を狭くしてしまう。例えば、屋根上に空調機を設置する鉄道車両では、屋根上の空調機から縦ダクト１１及び屋根構体内を通る横ダクト１２が接続されている。
【００１９】
車体の屋根部分は空間が非常に狭く、そこに所定の装置を艤装したり或いは骨部材が通っている場合があり、空調ダクトの外側の空間を狭くしてしまった場合、装置などの配置スペースが奪われてしまう問題が生じる。ここで図５は、横ダクト１２の幅ｈに対する短半径ａの長さの比ａ／ｈを１／２，５／８，３／４，７／８，１／１にした場合の角部の形状を重ねて示した図である。この図から分かるように、ａ／ｈ＝１／２の角部が最もダクト内側に入り込んでおり、ａ／ｈ＝５／８，３／４，７／８，１／１の順に、ダクトの外側へと張り出してしまっている。従って、角部を構成する楕円が大きくなれば圧力損失を低減させることはできるものの、空調ダクト外側の空間を狭くしてしまう。
【００２０】
図４のシミュレーション結果からは、ａ／ｈが１／２〜１／１の圧力損失係数についてそれぞれの値の差が小さい。そこで、圧力損失係数と空調ダクト外側の空間の両方を考慮した場合には、短半径ａの長さがダクト１２の幅ｈの半分であるａ／ｈ＝１／２が適切である。ただし、空調ダクト外側の空間に装置などの配置による制約がない場合には、短半径ａの長さをより大きくするようにしてもよい。
【００２１】
よって、図１に示す本実施形態の空調ダクト１０は、角部１５の曲面が楕円の円弧で構成されたものであり、その楕円は、縦ダクト１１に沿った方向に短軸をとり、横ダクト１２に沿った方向に長軸をとったものである。そして、短半径ａと長半径ｂの比がおよそｂ／ａ＝１．５〜２．５の幅をもつがｂ／ａ＝２が最適である。また、短半径ａは、横ダクト１２の幅ｈに対して約半分以上の値であることが好ましいが、空調ダクト外側の空間を考慮するとおよそｈ／２が適切である。
【００２２】
こうして楕円の円弧によって曲面を構成した角部１５では、図２に示す従来の角部５５によって生じる逆流領域５より、図１に示す逆流領域１を小さくすることができた。そのため圧力損失係数は、流速が８．３ｍ／ｓの場合に、従来の角部５５では０．７１程度であるのに対して本実施形態の角部１５では０．６９程度にまで低減させることができる。そして、逆流領域１を小さくすることは空調ダクト１０を流れる空気の騒音低減にもなる。
【００２３】
以上、本発明に係る空調ダクトの実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、空調機に接続された縦ダクト１１から横ダクト１２に変化する角部１５について説明したが、流路が分岐する角部の存在する箇所であれば空調ダクトの場所を特定するものではない。
前記空調ダクト１０は、Ｔ字形部分の角部について説明したが、Ｌ字形部分の内周側角部について適用するようにしたものであってもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１    逆流領域
１０  空調ダクト
１１  縦ダクト
１２  横ダクト
１５  角部
【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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