(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室の床面から所定高さまでの空間を空調対象域として空調する設備であって、
所定の空調空気を供給するための空気調和機と、
前記空調空気を室内に給気するための給気口と、
前記空調空気を前記給気口まで搬送するための流路とを有し、
前記給気口は、前記空調対象域における壁面の下方に設けられ、
前記給気口には、開閉自在なダンパが設けられ、
前記ダンパは高さ方向に上下に分割されて、各々独立して開閉自在であることを特徴とする、空調設備。
【請求項２】
前記流路は、外壁と室の壁を構成する内壁との間に形成された空間であることを特徴とする、請求項１に記載の空調設備。
【請求項３】
前記空気調和機は、室外に設置されて外気を処理する外気調和機と、当該外気調和機によって処理された後の空気を処理する顕熱交換器とを有し、
前記顕熱交換器は、前記流路中に設置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の空調設備。
【請求項４】
前記空調対象域よりも高い位置に、室内からの還気を前記流路に取り入れるための還気取り入れ口が設けられ、前記流路内における顕熱交換器の上流側にて、外気調和機によって処理された後の空気と前記取り入れた還気とが混合されるように構成されたことを特徴とする、請求項３に記載の空調設備。
【請求項５】
前記外気調和機は、実質的に外気の湿度の調整を行うように構成され、さらに前記流路中には、高性能フィルタが設けられていることを特徴とする、請求項３又は４に記載の空調設備。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の空調設備を使用して室の空調を行う空調方法であって、
冷房時には、風速０．１５ｍ／ｓ〜０．２５ｍ／ｓの風速で給気口全面から給気させ、
暖房起動時には、風速１．５ｍ／ｓ〜２．５ｍ／ｓの風速で給気口の下部から室の床面に向けて給気させることを特徴とする、空調方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気流速度が制限される用途に適し、大空間に適用すればメリットが大きく、また空調必要空間（対人空調においては在室者の居住域、対物空調においては各種の実験、試験や、生産工程の被処理物の所望の物性を維持する区域）の温度分布を均一に確保することを省エネルギ的に行う空調設備、及び当該空調設備を使用した空調方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大空間の空調設備は、運転費や設備費を高騰させないために、必要とされる空間、例えばホール、展示施設などでは人のいる区域、工場や研究施設においては生産機器、実験機器、原材料やその他試料などのみを所定の温度に空調することが望ましい。
そのため従来から例えば、上層空間と下層空間を水平なダクトからの噴気流で仕切って両空間の空気の混合を防止すること（特許第２７９１１３７号）、工場において、空調機に接続されたダクトの吹出口を壁側中間高さに設定し、吸込口を床面に設置すること（特開平４−２５７６５２号）、縦長で機内を特殊構造としたファンコイルユニットを使用し、ユニット上下に吹出口を設け、風量調整機構で両者の風量を調整すること（特開平１０−２４６４５７号）が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術では、例えば精密機械工場においてレーザー測長器を用いる工程や無風を再現する環境試験室などの空調にとっては、室の雰囲気が大きく乱されてしまうという問題がある。また対人空調においてもドラフト感を居住者に与えることとなって好ましくない。さらにこれらの技術では多数のファンユニットや高い静圧のかかるノズルを用いているので、消費電力が大きくなり運転費の高騰を招くと共に、これらの機器や器具が比較的高い天井に設けられているため、メンテナンスも困難である。
【０００４】
これらの点を改善するため発明者らは、調和空気を小風量・低風速で給気して省エネルギを図るいわゆる置換換気に着目した。例えば特開平４−１４３５３８号においては、室内空気より若干低温の前記性状の気流を室の下方空間に給気することが提案されている。かかる技術を発展させれば、前記従来の問題点は改善されると考えられる。
しかしながら、特開平４−１４３５３８は、冷房運転を想定しているため、暖房時や温風を吹き出す必要のある場合にはそのままでは適用できないという改善すべき点があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、暖房時や温風を吹き出す場合に小風量、低速で給気しても、室に対して好適な空調を実施することができる空調設備、並びに空調方法を提供して前記問題の解決を図ることをその目的としていてる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１によれば、室の床面から所定高さまでの空間を空調対象域として空調する設備であって、所定の空調空気を供給するための空気調和機と、前記空調空気を室内に給気するための給気口と、前記空調空気を前記給気口まで搬送するための流路とを有し、前記給気口は、前記空調対象域における壁面の下方に設けられ、前記給気口には、開閉自在なダンパが設けられ、前記ダンパは高さ方向に上下に分割されて、各々独立して開閉自在であることを特徴とする、空調設備が提供される。
【０００７】
かかる構成の空調設備によれば、給気口の部分に、上下に分割されたダンパが設けられ、しかも上部と下部のダンパが各々独立して開閉自在であるから、例えば暖房時には、下側のダンパのみを開にして、下側から吹き出させる。この場合、床面に向けて小風量、低風速で吹き出すことにより、コアンダ効果によって温風は床面を這うようにして床面に広がって給気され、その後ゆっくりと上昇し、誘引拡散効果で室全体を均一に所望の温度に空調できる。そして小風量、低風速であるから、消費するエネルギにも少なくて済み、しかも室内の雰囲気を乱さない。
【０００８】
一方冷房時には、例えば上側、下側のダンパの双方とも開放して同様に冷風を小風量、低風速で吹き出すことにより、置換換気方式によって室の空調対象域全体を均一に空調できる。この場合、吹き出す方向は、水平方向であってもよい。また上下双方のダンパを開放すると共に、吹き出し風量を多くすることで所望の温度に空調するまでさほど時間を要しない。
【０００９】
このような作用効果に鑑みれば、前記ダンパは実質的にダンパとして機能するものであればよく、例えば多数の回動する羽根、ブレードを上下に並列させた構成の給気口としてもよい。すなわち本発明において、ダンパとは実質的にダンパとして機能するものも含む。そして給気口からの吹き出し仰角、俯角を調整できるものであればなお好ましい。もちろんダンパや、前記ブレードその他の給気口開閉部材は、給気口の前面に設置してもよいが、意匠的に考慮すると、給気口の背面側に設けることが好ましい。さらにまた給気口に適宜のフィルタを介装すれば、より清浄な空調が必要な室に適用できると共に、圧力抵抗を調整して均一な吹き出しを実現できる。
【００１０】
ダンパの構成は、いわゆるモータダンパなど遠隔にて開閉操作できるものが便利であり、さらにまた給気の温度に応じて、上下のダンパの開閉を自動的に制御する制御装置を付加すれば、なお好ましい。例えば暖房時には、下側のダンパを開放し、さらにその吹き出し方向に俯角をつけて床面に向けて吹き出すように制御され、他方冷房時には上下のダンパを開放してその吹き出し方向に適宜仰角或いは俯角、さらには水平方向に吹き出すように、前記制御装置によって制御するように構成してもよい。
【００１１】
請求項２のように、前記流路は、外壁と室の壁を構成する内壁との間に形成された空間であれば、格別専用のダクトの施工は不要である。しかも外壁と内壁とを一体にした中空形状のユニットパネルの組み合わせ構成にすればスキンロードを軽減でき、施工が容易であり、空気調和機などの他部材、機器の規格化も容易となり、さらに建物の用途変更や盛替えにも簡単に対応できる。
【００１２】
これらの空調設備における空気調和機を、請求項３のように、室外に設置されて外気を処理する外気調和機と、当該外気調和機によって処理された後の空気を処理する顕熱交換器とに分けて構成し、前記顕熱交換器を前記流路中に設置するようにすれば、空調機能を外気調和機と顕熱交換器に分担させることができ、例えば前者で必要な減湿処理を行い、後者で温度調整のみを行うようにするなどすれば、過除湿を防止すると共に、結露させるほど低温の熱媒を不要とすることができ、冷凍機の成績係数を向上させることができる。さらに請求項２に適用した場合には、室内に建て込まれた流路に還気を導くためのダクト引き回しの必要がなくなり、工事費並びに静圧のアップを抑えてそれに要するコストの削減が図れる。
【００１３】
請求項４では、さらに空調対象域よりも高い位置に、室内からの還気を前記流路に取り入れるための還気取り入れ口が設けられ、前記流路内における顕熱交換器の上流側にて、外気調和機によって処理された後の空気と前記取り入れた還気とが混合されるように構成されたことを特徴としている。
【００１４】
このように空調対象域よりも高い位置に、室内からの還気を前記流路に取り入れるための還気取り入れ口を設けると共に、流路内で処理済みの外気と還気取り入れ口から取り入れた還気を混合するようにしたから、空調対象域の置換換気を省エネルギで行える。
【００１５】
請求項５の空調設備は、外気調和機が実質的に外気の湿度の調整を行うように構成されると共に、前記流路中に高性能フィルタを設けたことを特徴としている。かかる構成によって、顕熱交換器は、温度調整のみに専従することができるから高い精度で給気の温湿度制御が行える。そして高性能フィルタを有しているので、クリーンルームに適した設備を容易に構成できる。
【００１６】
そして前記空調設備を用いて室の空調を行う場合、請求項７に記載したように、冷房時には、風速０．１５ｍ／ｓ〜０．２５ｍ／ｓの風速で給気口全面から給気させ、他方暖房起動時には、風速１．５ｍ／ｓ〜２．５ｍ／ｓの風速で給気口の下部から室の床面に向けて給気させると、最適な効果が得られる。すなわち、前記した低速で空調空気を吹き出しているので、室の雰囲気を乱すことなく空調を実施でき、しかも暖房起動時には、給気口の下部側から室の床面に向けて給気させるようにしたので、コアンダ効果によって床面を這うようにして温風が室内に広がり好適に空調を実施することができる。さらにかかる置換換気によって塵埃をプルームに誘引されて上方に排出することができ、空調対象域に塵埃だまりが発生するのを防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本発明を適用した室としての高さ１３．４ｍの高天井、大空間の機械組立工場の室Ｒを平面からみた様子を示し、図２はその縦断面を概略的に示している。
【００１８】
室Ｒは、その３つの側面が壁体１、２、３で囲まれ、残りの側面は製品搬入出口４を形成している。壁体１、２、３は基本的に同一の構成を有し、本実施の形態では間仕り切壁５が建て込まれて壁体の内壁を構成している。なおこの間仕切り壁５には公知のプラスターボード２枚貼の壁パネルを用いることができる。そして壁体１、２、３のいずれも図２に示したように、内壁を構成する間仕切り壁５と外壁６とによって、その内部に流路としての調和空気の循環路７が形成されている。なおこの循環路７の上面は後述のダクト１６接続のための開口を残してパネル材７ａで塞がれている。また間仕切り壁５は柱８と面一に建て込まれ、室Ｒのデッドスペースを有効利用している。
【００１９】
室Ｒの外部、例えば上部には、外気調和機１１が設置されている。この外気調和機１１は、冷却コイル１２、加熱コイル１３、加湿器１４、送風機１５を備えており、導入した外気ＯＡに対して、実質的に湿度の調整を行うように構成されている。そしてそのようにして湿度調整された空気は、ダクト１６を通じて前記循環路７に供給されるようになっている。なおこの外気調和機１１には、起動運転時のエネルギ効率を向上させるため、天井部に設けた取り入れ口１７から室Ｒの還気が適宜導入されるようになっている。また、例えば天井部における他の位置には、外気処理風量に相当する量を排気するための排気口１８が設けられている。
【００２０】
本実施の形態において室Ｒの空調対象域Ｓの高さＨは５ｍに設定されており、したがって、給気口２１は、高さＨより低い位置で床面Ｆの近傍であって、給気口２１の上端が３．２ｍとなる位置に設定されている。また本実施の形態では、図１に示すように、対向する壁体１、３にあっては、１スパン、すなわち柱８、８の間につき、１つの単位間仕切り壁５が配置され、かつ１スパンおきに交互に循環路７を形成するように構成されている。すなわち、壁体１においては、壁体１ｂ、１ｄにのみ循環路７と給気口２１とが形成され、、壁体３においては壁体３ｃ、３ｅにのみ循環路７と給気口２１とが形成されている。
【００２１】
また壁体２については、１スパンに２つの単位間仕切り壁５が配置されており、全ての壁体２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに循環路７と給気口２１とが形成されている。給気口２１は前記したように、吹出風量と吹出風速に応じて床上高さ３．２ｍの高さまで形成されているが、平面的な吹出面を増やすことにより高さを低くすることができる。すなわち水平方向に広く吹き出し面積をとることにより、高さを低く抑えることができる。なお図示しないが、間仕切り壁５には、適宜循環路７内の部材を保守するための点検口が設けられているが、間仕切り壁５自体を回転扉として構成し、そのようなメンテナンスのための便宜を図ってもよい。
【００２２】
給気口２１は、室Ｒ内側から見ると図３に示したように、室Ｒ側にパンチング板２２を有しており、その背面側に粗塵フィルタ２３が設けられ、循環路７側にモータダンパ２４が設けられている。このようにパンチング板２２や粗塵フィルタ２３を付加することにより、給気口２１における各地点での圧力抵抗を均一にして、均一な吹き出し風速が得られる。この場合、パンチング板２２の目の開口率や粗塵フィルタ２３の厚みを調整することにより、必要に応じた圧力抵抗の調整が行える。なおパンチング板２２に代えて格子状の開口形態として、適宜整流部材を取り付けた構成としてもよく、かかる部材はこれらに限らず、美観、意匠の観点から適宜選択できる。
【００２３】
前記モータダンパ２４は、図４に示すように、上下方向に羽根（ブレード）Ｂが例えば１６段に設けられており、各羽根Ｂ1〜Ｂ16は、別設のモータ（図示せず）によってその開閉が行われ、またそのときの開閉角度（仰角、俯角）も制御されるようになっている。本実施の形態では、最下段の羽根Ｂ16とそれより上段の羽根Ｂ1〜Ｂ15とは独立して開閉制御でき、また特に羽根Ｂ1〜Ｂ15は、上側ダンパとして一体に開閉するように構成されている。
【００２４】
循環路７を有する壁体、例えば壁体１ｂ、１ｄ、２ａ〜２ｄ、３ｃ、３ｅの内側の各間仕り切壁５における所定の高さ、すなわち空調対象域Ｓよりも高い位置には、室Ｒからの還気ＲＡを取り入れて循環路７に導入するための還気取り入れ口３１が形成されている。この還気取り入れ口３１には、循環ファンとして有圧扇３２が設けられており、吸い込んだ還気ＲＡを循環路７内に送風するようになっている。さらにこの有圧扇３２には逆流防止のためのチャッキダンパ（図示せず）が押し込み側、すなわち循環路７側に取り付けられている。
【００２５】
本実施の形態では、空調対象域Ｓの温度成層が崩れることを避けるべく、前記有圧扇３２は、高さ１０ｍの位置に取り付けられており、また風速３．８ｍ／ｓで還気ＲＡを吸い込むように設定されている。なお有圧扇３２については、冷房負荷減少時にその台数制御を行いつつ、温度成層の高さを一定に維持できるようにその計裝システムを構成すれば、空気搬送動力を低減でき、さらなる省エネルギ効果が期待できる。
【００２６】
そして各循環路７における給気口２１の上流側であって、前記還気取り入れ口３１の下流側には、顕熱交換器４１が配置されている。この顕熱交換器４１は、室Ｒ内の温度と空気の湿度を検知して結露を生じないよう冷水流量を二方弁で制御する公知のもので、例えば高砂熱学工業株式会社の製品「ドライコイル（登録商標）」が好適に利用できる。前記したように外気調和機１１は送風機１５の他に冷却コイル１２、加熱コイル１３、加湿器１４を備えているが、減湿処理は、冷却コイル１２が担い、加湿は加熱コイル１３＋加湿器１４が担っており、室Ｒ内を所定温度に制御することは、この顕熱交換器４１によって行われている。
【００２７】
本実施の形態にかかる空調設備は以上のように構成されており、例えば室Ｒの冷房運転を実施する場合には、図４に示したように、給気口２１のモータダンパ２４の羽根Ｂ1〜Ｂ16は、例えば全て水平位置に制御されて、すなわち吹き出し方向が水平となるように制御されて全て開の状態にされる。そして外気調和機１１によって水分量が制御された処理済みの外気は、循環路７へと送られ、室Ｒからの還気ＲＡと循環路７内で混合され、その後顕熱交換器４１で所定の温度に制御された後、給気口２１から室Ｒに給気される。
【００２８】
このとき給気口２１からの給気ＳＡは、前述のように高さ５ｍの位置までを空調対象域Ｓとして吹き出されているが、室Ｒ内空気との温度差によってまず床を這い、順次新鮮な給気ＳＡで室Ｒの空調対象域Ｓを置換していく。このようにして給気ＳＡによって押し上げられていく空気のごく一部は、プルーム上昇気流となるが、当該ごく一部の上昇域を除けば、高さ方向に温度成層を形成し、床面から５ｍまで室内温度を制御する。
【００２９】
より具体的に詳述すれば、例えば室温２６℃（ＤＢ）には、風速０．２５ｍ／ｓの低速で吹き出された２５℃（ＤＢ）、すなわち床上高さ５ｍ域までの設定室温マイナス１℃（ＤＢ）の空気がゆっくり吐出方向に満ちていく。この場合空気密度の差から吐出されたばかりの空気が既存の空気と混合してしまうことはなく、室Ｒの水平方向において設定された温度に維持される。室Ｒの垂直方向においても発熱体の発熱温度から吹出し温度を適切に設計することで、特に工場などでは材料の展伸などの変質の防止や加工精度の維持に寄与できる。またレーザー測長のような気流の嫌う工程においても、従来のジェット気流による室内撹拌の手法が、その時に空調を停止していたことと比べると、発停の手間（従来は作業をする時にいったん給気を停止する場合もあった）や復帰時の室内温度の乱れを防止できるなどの効果がある。
【００３０】
一方暖房時、例えば室温２０℃（ＤＢ）の場合には、風速２．５ｍ／ｓの速い風速で２１℃（ＤＢ）の空気を吹出すように制御されるが、この暖房運転時には、図５に示したように、最下部の羽根Ｂ16のみが開放され、しかも俯角がつけられて室Ｒの床Ｆ側に斜めに向けられる。そのため給気口２１から吹き出された給気ＳＡは、コアンダ効果により床Ｆに付着する気流となって室Ｒ内に広がっていく。なおこのような高速の付着流は、吐出方向の反対側端部に到達したあと、順次浮力によって上昇する過程で周囲の空気を誘引するため、室Ｒ全体で大規模な循環流が形成され、混合が促進される結果、従来の天井面からの吹出しと比べると、温熱環境は改善され、しかも空調対象域Ｓを設定温度に早く到達させることができる。すなわち暖房起動時において、空調対象域Ｓを所定の温度にするまでの時間が早い。したがって、本実施の形態にかかる空調設備によれば、如上のように置換換気を好適に実施できつつ、従来改善の余地があった暖房起動時の立ち上がり時間をも短縮できる。
【００３１】
本発明をクリーンルームに応用する場合には、例えば顕熱交換器４１の下流側に高性能フィルタ４２、例えばＨＥＰＡフィルタやＵＬＰＡフィルタなどを取り付ける。この際の載置の方法やシールの方法は公知の方法を用いることができるのでその具体的な説明は省略する。そのように高性能フィルタを介装させると、給気口２１から吹き出される給気ＳＡは、冷房時には清浄空気の水平層流となって室Ｒ内をクリーン化する。一方暖房時には床Ｆから天井面に向かって清浄空気が上昇することになるが、床面を防塵塗装するなどの対策を講じることで、塵埃の巻き上げ現象を防止できる。したがって、クリーンルームにおける暖房運転であっても支障がない。
【００３２】
クリーンルームでは作業者は無塵衣を着用しており作業工程地点は作業者の手元より下部であるのが一般である。したがって無塵衣から露出している作業者の顔面からの発塵や、工程それ自体からの発塵は作業位置に落下したりあるいは作業台上に滞留していたが、本発明をクリーンルームに適用した場合、上昇流に塵埃が同伴し、作業空間廻りの塵埃量を低減できる。そして高天井施設において生産や測定に寄与しない天井空間を積極的に塵埃排出経路として利用することになる。またＨＥＰＡフィルターユニットを天井に分散させて設置した従来の乱流クリーンルームと比べると、塵埃だまりが生じず、さらにむらが少なく室内の水平方向で均一な清浄度を維持できる。したがって、本発明をクリーンルームに適用しても、従来のクリーンルームよりも省エネルギで良好な環境を創出することができる。
【００３３】
なお間仕切り壁５の高い位置に設けた有圧扇３２の代わりに単なる吸込口を設け、顕熱交換器４１下流の高性能フィルタ４２をファンフィルタユニット（高性能フィル夕と送風機を一体にしたもの）で代替させることもできる。この場合には外気調和機１１の送風機１５は必ずしも必要ではない。またいずれの場合でも高性能フィルタ４２の設置位置は必ずしも顕熱交換器４１の下流である必要はなく、前記有圧扇３２、還気取り入れ口３１の位置と給気口２１上端の間であって、循環路７中の適所に設ければよい。ただし当然のことながら、間仕切り壁５のシールを行い気密性を確保する必要がある。
【００３４】
なお前記実施の形態において、間引いて設けられた２面の壁体、すなわち壁体１ａ、１ｃ、１ｅ、３ａ、３ｂ、３ｄでは、有圧扇３２の能力を適切に選定し、または送風機として十分な静圧を有するものを用いることで、顕熱交換器４１と給気口２１を側面すべてに渡って形成することも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１〜５の空調設備によれば、暖房時や温風を吹き出す場合に小風量、低速で給気しても、室に対して好適な空調を実施することができる。特に、請求項２の場合には、格別専用のダクトの施工は不要であり、また空気調和機などの他部材、機器の規格化も容易となり、さらに建物の用途変更や盛替えにも簡単に対応することが可能になる。また請求項３の場合には、さらに外気調和機と顕熱交換器とに空調機能を分担させることができる。請求項４では、効率のよい置換換気が実施でき、請求項５の空調設備は、クリーンルームに対応可能である。請求項６の空調方法によれば、請求項１〜５の各空調設備を用いて好適に空調を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる空調設備を有する室の平面からみた説明図である。
【図２】図１の室の縦断面の概略的な説明図である。
【図３】図１の室に設けられた給気口の一部断面正面図である。
【図４】冷房時の給気口のモータダンパの開閉の様子を示す説明図である。
【図５】暖房時の給気口のモータダンパの開閉の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１、２、３  壁体
５  間仕切り壁
６  外壁
７  循環路
１１  外気調和機
１２  冷却コイル
１３  加熱コイル
１４  加湿器
１５  送風機
２１  給気口
２４  モータダンパ
３１  還気取り入れ口
３２  有圧扇
４１  顕熱交換器
Ｂ1〜Ｂ16  羽根
Ｆ  床
Ｒ  室
【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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