(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に一つの吸気口を、下方に一つの排気口をそれぞれ設けた外筐体と、吸気口から空気を取り入れ排気口より排出するための送風手段と、取り入れた外部空気を冷却する冷却手段と、この冷却手段を途中に配置し冷却空気を導く流路Ａと、送風手段よりの送風空気を導く流路Ｂとを備え、前記流路Ａと流路Ｂ間はそれぞれ独立した別構成とし、中央に流路Ａを、その両側にそれぞれ流路Ｂを配置し、一つの吸気口から吸気し一つの排気口から冷却空気と送風空気を直接使用者の呼吸域に供給するようにした空調装置。
【請求項２】
冷却手段により冷却された冷却空気を除湿する調湿手段を有する請求項１に記載の空調装置。
【請求項３】
冷却手段により冷却され調湿手段により除湿された冷却空気と、送風空気との風量比を制御するようにした請求項２に記載の空調装置。
【請求項４】
冷却手段により冷却され調湿手段により除湿された冷却空気の温度と湿度を制御するようにした請求項２または３に記載の空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生活空間において各使用者それぞれに快適な環境を提供する空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、室内環境を快適にする装置としては、空調装置による室内温度の調整や除湿装置による室内湿度の調整などがあげられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空調装置や除湿装置では、室内全体の温湿度を調整しなければならないため経済的でない。また、ある温湿度に調整されたオフィスなどの場合、快適であるか否かは各個人によって異なるため、全員に対して快適な環境を提供することは困難である。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、使用者が個々に設定した空気を直接使用者に供給することができ、各々に最も快適な環境を得ることができる空調装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の空調装置は、上方に一つの吸気口を、下方に一つの排気口をそれぞれ設けた外筐体と、吸気口から空気を取り入れ排気口より排出するための送風手段と、取り入れた外部空気を冷却する冷却手段と、この冷却手段を途中に配置し冷却空気を導く流路Ａと、送風手段よりの送風空気を導く流路Ｂとを備え、前記流路Ａと流路Ｂ間はそれぞれ独立した別構成とし、中央に流路Ａを、その両側にそれぞれ流路Ｂを配置し、一つの吸気口から吸気し一つの排気口から冷却空気と送風空気を直接使用者の呼吸域に供給するようにしたものである。
【０００６】
これにより、使用者が個々に設定した空気を直接使用者に供給することができ、各々に最も快適な環境を提供することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、上方に一つの吸気口を、下方に一つの排気口をそれぞれ設けた外筐体と、吸気口から空気を取り入れ排気口より排出するための送風手段と、取り入れた外部空気を冷却する冷却手段と、この冷却手段を途中に配置し冷却空気を導く流路Ａと、送風手段よりの送風空気を導く流路Ｂとを備え、前記流路Ａと流路Ｂ間はそれぞれ独立した別構成とし、中央に流路Ａを、その両側にそれぞれ流路Ｂを配置し、一つの吸気口から吸気し一つの排気口から冷却空気と送風空気を直接使用者の呼吸域に供給するようにした空調装置とすることにより、使用者が個々に設定した空気を直接使用者に供給することができ、各々に最も快適な環境を得ることができる。特に、少ない風量で使用者の上半身付近に快適な環境を提供することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、冷却手段により冷却された冷却空気を除湿する調湿手段を有する請求項１に記載の空調装置とすることにより、調整された温湿度の空気を供給し、使用者に常に快適な環境を提供できるものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、冷却手段により冷却され調湿手段により除湿された冷却空気と、送風空気との風量比を制御するようにした請求項２に記載の空調装置とすることにより、個々の使用者の呼吸量に応じた快適な環境を提供できるものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、冷却手段により冷却され調湿手段により除湿された冷却空気の温度と湿度を制御するようにした請求項２または３に記載の空調装置とすることにより、室内の温湿度に関係なく、使用者に常に快適な環境を提供できるものである。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における空調装置を示すものである。図において、１は外筐体であり、その上方には吸気口２が設けられ、下方には排気口３が設けられている。排気口３には空気の吹き出す方向を可変できるルーバが備えられている。４は冷却手段により冷却された風および調湿手段により除湿された風を導く流路Ａであり、５は送風を導く流路Ｂである。そして、流路Ａと流路Ｂ間はそれぞれ独立した別構成とし、中央に流路Ａを、その両側にそれぞれ流路Ｂを配置し、一つの吸気口２から吸気し一つの排気口３から冷却空気と送風空気を直接使用者の呼吸域に供給するようにしている。
【００１３】
６は吸気口２から空気を取り入れ排気口３より排出するための送風手段、７は冷却手段、８は調湿手段である。９は冷却手段７の吸熱面に取り付けられたアルミ製の冷却フィンである。そして、これら冷却手段７、調湿手段８および冷却フィン９は一体化され、流路Ａを塞ぐようにしてその途中に配置されている。
【００１４】
冷却手段７としては、２種類の導体や半導体の接合部に直流電流を流し、一方からもう片方への熱の移動を利用してユニットへの電流の大きさを変化させることにより、空気の温度制御を行うペルチェ方式、冷媒を圧縮するコンプレッサ方式、気化熱を利用した冷却方式などがある。ここでは、小型化、低動作音、きめ細かな温度制御の実現が比較的容易なペルチェ素子を用いた。
【００１５】
調湿手段８としては、ゼオライトやシリカゲルなどの吸湿材や、それらをハニカム体に担持させたものなどが用いられる。ここでは、バインダーを用いてゼオライトをセラミックハニカムにコーティングした。調湿手段８は、冷却手段７の下部に接触するように配置されている。
【００１６】
１０は冷却フィン９に付着した結露水および調湿手段８によって除湿された水分を貯水容器１１に導くドレン流路である。１２は冷却手段７、調湿手段８を通り冷却され除湿された風と流路Ｂからの送風との風量比、あるいは温度および湿度を制御する制御手段である。
【００１７】
以上のように構成された空調装置について、以下その動作、作用を説明する。空調装置の送風手段６および冷却手段７の電源を入れると、外部空気が吸気口２から空調装置に取り入れられる。取り入れられた空気は、流路Ａ４および流路Ｂ５に導かれる。流路Ａ４と流路Ｂ５は独立しており、流路Ａ４に導かれた空気は、冷却手段７の吸熱面に取り付けられた冷却フィン９に接触することにより冷却され、調湿手段８の吸湿性ゼオライトに接触することにより除湿される。冷却フィン９に結露した水および調湿手段８により除湿された水は、ドレン流路１０により貯水容器１１に導かれる。このように冷却および除湿された空気は、流路Ｂ５に導かれた空気とともに、排気口３から使用者の呼吸域に導かれ使用者の上半身付近に快適な環境を提供することができる。
【００１８】
この実施例の効果について、図２、図３を参照しながら説明する。図２は雰囲気温湿度３０℃、７０％Ｒｈにおいて、空調装置の流路Ａ４と流路Ｂ５が接する壁を除いた場合において、吹き出す空気の排気口３からの距離と風速との関係を示したものである。グラフにおいて、第１は３０℃、７０％Ｒｈの送風の場合、第２は２６℃、６０％Ｒｈに調整された風の場合、第３は２６℃、６０％Ｒｈに調整された風の場合を示している。この結果から、温度が高く湿度が高いほどより遠くまで空気が運ばれることが分かる。このことは、排気口３の出口直後の温湿度が違うそれぞれの空気のエンタルピーを考えることにより説明がつく。エンタルピーの変化は、定圧変化において物体に含まれるエネルギーの変化とみなすことができる。たとえば２０℃、５０％Ｒｈの空気のエンタルピーは３８．８ｋＪ／ｋｇであり、３０℃、７０％Ｒｈの空気のエンタルピーは７８．７ｋＪ／ｋｇである。このことより、温度が高く湿度が高いほどエネルギーは大きいことが分かる。よって、排気口３の出口での空気の風速が同じであれば、温度が高く湿度が高いほどより遠くまで空気が運ばれることになる。
【００１９】
よって、温度が低く湿度が低い空気をより遠くまで運ぶためには、その空気よりも温度が高く湿度が高い空気を利用することが有効である。そこで、本実施例では、温度が低く湿度が低い空気の両側に、温度が高く湿度が高い空気を配置する構成とした。ニュートンの粘性法則により、内側に配置された温度が低く湿度が低い空気は、より運動エネルギーの高い外側に配置された温度が高く湿度が高い空気に引っ張られ、より遠くまで運ばれる。
【００２０】
図３は、雰囲気温湿度２６℃、６０％Ｒｈのときに、空調装置の流路Ａ４と流路Ｂ５が接する壁を除いた場合において、温度が低く湿度が低い空気のみの場合と、流路Ａ４を温度が低く湿度が低い空気、流路Ｂ５を送風とした本実施例の場合とで、排気口３からの距離と空気の温度の違いを示したものである。トータル風量および排気口３付近での温湿度は両者とも１６℃、５０％Ｒｈとなるように調整した。これより、排気口３から１００ｃｍ離れた位置では、本実施例の場合は周囲の空気よりも温湿度が低い気流が観測されたが、他方は観測されなかった。
【００２１】
以上の結果より、温度が低く湿度が低い空気の両側に、温度が高く湿度が高い空気を配置した本実施例では、より遠くまで温湿度が低い空気を運ぶことが可能となり、少ない風量で使用者の特に上半身付近に快適な環境を提供できるものである。
【００２２】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。これは、図１における制御手段１２により、冷却手段７で冷却された空気および調湿手段８で除湿された空気と、送風との風量比を制御するとともに、トータル風量は５〜２００Ｌ／ｍｉｎとなるように制御するものである。他の基本構成は実施例１と同じである。
【００２３】
図４は、図１で示された空調装置において、トータル風量の違いによる、排気口３からの距離と風速との関係を示したものである。ただし、冷却および除湿された空気の排気口３付近での温度は２０℃、湿度は５０％Ｒｈに調整し、送風の温度は２６℃、湿度は６０％Ｒｈであった。以上の結果から、トータル風量の最大値は２００Ｌ／ｍｉｎあれば、装置から１００ｃｍ程度離れていても十分、気流感を感じることができると考えられる。最大風量を２００Ｌ／ｍｉｎ以上に設定しようとすると、現行の送風手段６よりも大型になり、騒音問題や装置が大型化するなどの問題が生じる。また、最小風量を５Ｌ／ｍｉｎより小さくすると、装置から１００ｃｍ離れると気流感は皆無となる。よって、使用者個々に快適な空気を提供する装置としては、トータル風量が５〜２００Ｌ／ｍｉｎが最適と考えられる。
【００２４】
冷却された空気および除湿された空気と、送風との風量比を制御することにより、例えば、空調装置との距離が１００ｃｍ離れた場所にいる使用者が、より気流感の強い冷風が欲しい時は、冷風および送風とも最大風量とし、気流感の弱い冷風が欲しい時は、冷風の風量はそのままで送風を弱くすることで、最適な空気環境を提供できる。
【００２５】
以上のことより、冷却および除湿された空気と、送風との風量比を制御するとともに、トータル風量を５〜２００Ｌ／ｍｉｎの間で制御することで、個々の使用者の呼吸量、気流感、涼風感に応じて常に快適な環境を提供できるものである。
【００２６】
また、冷却手段７により冷却され調湿手段８により除湿された冷却空気の温度と湿度を制御手段１２により制御するようにすることにより、室内の温湿度に関係なく、使用者に常に快適な環境を提供できる。
【００２７】
（参考例１）
次に、本発明の参考例１について説明する。これは、図１における制御手段１２により（別の制御手段でもよい）、冷却手段７により冷却された空気および調湿手段８により除湿された空気と、送風とのエンタルピーの差は０ｋＪ／ｋｇより大きく４０ｋＪ／ｋｇ以下となるように制御するものである。
【００２８】
図５は、空調装置においてエンタルピーの違いによる使用者の快適度の変化を示したものである。被験者は空調装置から６０ｃｍの位置に座り、空気は被験者の上半身に当たるように調整した。雰囲気温湿度は、空調装置を夏期に冷房の効いたオフィスでの使用を想定し、室内温度２６℃、湿度７０％Ｒｈに調整した。このときのエンタルピーは６４．４ｋＪ／ｋｇであった。空調装置の排気口３付近における、温湿度を２６℃、７０％Ｒｈ（エンタルピーは６４．４ｋＪ／ｋｇ）から１４℃、４０％Ｒｈ（エンタルピーは２４．２ｋＪ／ｋｇ）まで変化させた時の快適度の変化を図５に示した。快適度はそれぞれ１；快適でも不快でもない、２；やや快適、３；快適、４；とても快適を示している。この図よりエンタルピーの差が０ｋＪ／ｋｇより大きく４０ｋＪ／ｋｇ以下の時に快適度１以上を示し、２０ｋＪ／ｋｇと２５ｋＪ／ｋｇの時に最高の快適度４である“とても快適”を示した。
【００２９】
以上の結果より、参考例１における空調装置は、冷却手段７により冷却された空気および調湿手段８により除湿された空気と、送風とのエンタルピーの差は０ｋＪ／ｋｇより大きく４０ｋＪ／ｋｇ以下となるようになるように制御することにより室内の温湿度に関係なく、使用者に常に快適な環境を提供できるものである。
【００３０】
（参考例２）
図６は、本発明の参考例２における空調装置を示すものである。図において、冷却手段２３により冷却された空気および調湿手段２４により除湿された空気を導く流路Ａ２１の全体が、送風を導く流路Ｂ２２により包まれるように配置されているほかは、実施例１と同じである。
【００３１】
図７は冷却された空気および除湿された空気を導く流路Ａ２１を、送風を導く流路Ｂ２２により包むように配置した参考例２の場合（図では本発明と記載）と、流路Ａがないほかは参考例２と同じ構成とした従来例の場合とで、排気口３からの距離と風速との関係を示したものである。ただし、冷却および除湿された空気の排気口３付近での温度は２０℃、湿度は５０％Ｒｈに調整し、送風の温度は２６℃、湿度は６０％Ｒｈであった。この図より、参考例２の場合の方が従来例の場合よりもより遠くまで、冷却および除湿された空気が運ばれていることが分かる。このことは、冷風と送風との境界付近では両者の速度差は小さいため、速度分布は直線的に表され、両者の速度と粘性の違いにより、せん断応力が生じ冷風は送風に引っ張られているためだと考えられる。
【００３２】
以上の結果より、冷却手段２３により冷却された風および調湿手段２４により除湿された風を導く流路Ａは、送風を導く流路Ｂの内側となる構成とすることで、冷風および除湿された風をより遠くまで運ぶことができる。
【００３３】
（参考例３）
図８は、本発明の参考例３における空調装置を示すものである。参考例２と基本的に同じであるが、図に示すように、冷却手段により冷却された風および調湿手段により除湿された風を導く流路Ａ３１を、断熱手段３３により断熱する構成としたものである。なお、流路Ａ２１を包む流路Ｂ３２構成は参考例２と変わりはない。
【００３４】
そして、断熱手段３３に用いる断熱材としては、グラスウール、ロックウールあるいは発泡樹脂系断熱材等が用いられる。今回は、グラスウールの約２倍の断熱性能を持つ発泡樹脂系断熱材を流路Ａ３１と流路Ｂ３２との間に配置した。室温を２６℃に調整した上で、断熱手段３３を用いた本参考例の場合と、断熱手段を用いない場合とで、冷却手段であるペルチェ素子の出力を同じにして排気口付近での温度を測定した。本参考例の場合は１８℃であったが、断熱手段を用いない場合は２０℃であった。また、流路の結露も防ぐことができた。
【００３５】
以上の結果より、冷却手段により冷却された空気および調湿手段により除湿された空気を導く流路を、断熱手段３３により断熱する構成とすることで、冷却された空気の断熱および流路の結露を防ぐことが可能となった。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の空調装置は、使用者が個々に設定した空気を排気口から使用者の呼吸域に導き使用者の上半身付近に快適な環境を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）本発明の実施例１における空調装置の透過斜視図
（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ断面図
【図２】  同空調装置の距離と風速との関係を示すグラフ
【図３】  同空調装置の距離と空気の温度との関係を示すグラフ
【図４】  本発明の実施例２における空調装置の距離と風速との関係を示すグラフ
【図５】  本発明の参考例１における空調装置のエンタルピーと快適度との関係を示すグラフ
【図６】  本発明の参考例２における空調装置の透過斜視図
【図７】  同空調装置の距離と風速との関係を示すグラフ
【図８】  本発明の参考例３における空調装置の流路の透過斜視図
【符号の説明】
２  吸気口
３  排気口
４  流路Ａ
５  流路Ｂ
６  送風手段
７  冷却手段
８  除湿手段
【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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【図７】
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【図８】
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