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技術 変風量コアンダ空調システム

出願人 新菱冷熱工業株式会社株式会社三菱地所設計協立エアテック株式会社学校法人芝浦工業大学
発明者 坂本裕五十嵐瞳山北桜子藤野健治羽鳥大輔平須賀信洋加藤駿木場隆之岡島正行秋元孝之
出願日 2017年7月31日 (3年1ヶ月経過) 出願番号 2017-147895
公開日 2019年2月21日 (1年6ヶ月経過) 公開番号 2019-027689
状態 特許登録済
技術分野 ダクトの構成 空気流制御部材
主要キーワード 気流シミュレーション 差分スキーム 所定風速 乱流モデル 鋼製角パイプ 風受け 展示施設 外部排気口
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年2月21日)のものです。
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図面 (16)

課題

室内の温熱環境換気効率の向上を図ると共に、搬送動力の低減を図る。

解決手段

本発明は、制気口16より空気の流通方向上流側に設けられる吹出チャンバー28と、吹出しチャンバー28内において空気の流通方向に交差する幅方向に設けられる回転軸31と、回転軸31を支点に上下に回動可能に設けられる可動羽根32と、を備え、可動羽根32は、回転軸31より空気の流通方向上流側に設けられるウェイト部33と、吹出しチャンバー28内を流通する空気が当たるように回転軸31より空気の流通方向下流側に形成される風受け部34と、を備え、風受け部34に当たる空気の風量が増加するに従って、制気口16の吹き出し面積を増加させる方向に可動羽根32が回動することを特徴とする。

概要

背景

事務所ビル展示施設などにおいて、階高低減やダクト工事削減・搬送動力低減等を実現するシステムとして、天井面に吹出噴流を這わせて気流到達距離を伸ばすコアンダ空調システムがある。

コアンダ空調システムは、到達距離が減じないように一定の風量(吹出風速)を維持する必要がある。そのため、室内の熱負荷が少ない時に送風量を減らす変風量制御をコアンダ空調に採用しようとすると、吹出し空気の到達距離不足により室内の温熱環境の悪化や換気効率の悪化を招いてしまう。したがって、従来、コアンダ空調システムにおいて変風量制御を採用することはできなかった。

そこで、従来のコアンダ空調システムとしては、例えば、特許文献1に記載されているように、条件によって冷却を停止し、室温と同等の空気を送風することで、空調空気をより遠くへ飛ばし、室内空気撹拌することで、空調空気を室内に均等に行き渡らせようとする技術が知られている。

概要

室内の温熱環境や換気効率の向上をると共に、搬送動力の低減をる。本発明は、制気口16より空気の流通方向上流側に設けられる吹出しチャンバー28と、吹出しチャンバー28内において空気の流通方向に交差する幅方向に設けられる回転軸31と、回転軸31を支点に上下に回動可能に設けられる可動羽根32と、を備え、可動羽根32は、回転軸31より空気の流通方向上流側に設けられるウェイト部33と、吹出しチャンバー28内を流通する空気が当たるように回転軸31より空気の流通方向下流側に形成される風受け部34と、を備え、風受け部34に当たる空気の風量が増加するに従って、制気口16の吹き出し面積を増加させる方向に可動羽根32が回動することを特徴とする。

目的

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、室内の温熱環境や換気効率の向上を図ると共に、搬送動力の低減を図ることのできる変風量コアンダ空調システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

室内の熱負荷に応じて変風量で制気口から室内側に吹き出される空気を、コアンダ効果を利用して天井面に沿わせて室内の空調を行う変風量コアンダ空調システムであって、前記制気口より空気の流通方向上流側に設けられる吹出チャンバーと、前記吹出しチャンバー内において空気の流通方向に交差する幅方向に設けられる回転軸と、前記回転軸を支点に上下に回動可能に設けられる可動羽根と、を備え、前記可動羽根は、前記回転軸より空気の流通方向上流側に設けられるウェイト部と、前記吹出しチャンバー内を流通する空気が当たるように前記回転軸より空気の流通方向下流側に形成される風受け部と、を備え、前記風受け部に当たる空気の風量が増加するに従って、前記制気口の吹き出し面積を増加させる方向に前記可動羽根が回動することを特徴とする変風量コアンダ空調システム。

請求項2

前記可動羽根は、最大風量時水平姿勢を維持し、風量が減少するに従って傾斜角度が大きくなるように回動する請求項1に記載の変風量コアンダ空調システム。

請求項3

前記ウェイト部の先端にはが取り付けられている請求項1又は2に記載の変風量コアンダ空調システム。

請求項4

前記制気口は、幅方向に細長い形状を有している請求項1〜3のいずれかの請求項に記載の変風量コアンダ空調システム。

技術分野

0001

本発明は、室内の熱負荷に応じて変風量で制気口から室内側に吹き出される空気を、コアンダ効果を利用して天井面に沿わせて室内の空調を行う変風量コアンダ空調システムに関する。

背景技術

0002

事務所ビル展示施設などにおいて、階高低減やダクト工事削減・搬送動力低減等を実現するシステムとして、天井面に吹出噴流を這わせて気流到達距離を伸ばすコアンダ空調システムがある。

0003

コアンダ空調システムは、到達距離が減じないように一定の風量(吹出風速)を維持する必要がある。そのため、室内の熱負荷が少ない時に送風量を減らす変風量制御をコアンダ空調に採用しようとすると、吹出し空気の到達距離不足により室内の温熱環境の悪化や換気効率の悪化を招いてしまう。したがって、従来、コアンダ空調システムにおいて変風量制御を採用することはできなかった。

0004

そこで、従来のコアンダ空調システムとしては、例えば、特許文献1に記載されているように、条件によって冷却を停止し、室温と同等の空気を送風することで、空調空気をより遠くへ飛ばし、室内空気撹拌することで、空調空気を室内に均等に行き渡らせようとする技術が知られている。

先行技術

0005

特開2011−226739号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上記した従来のコアンダ空調システムでは、室内の温度ムラを解消するために室内空気を撹拌することを目的としており、吹出し空気を変風量制御している訳ではないため、搬送動力を低減する効果を得ることができない。

0007

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、室内の温熱環境や換気効率の向上を図ると共に、搬送動力の低減を図ることのできる変風量コアンダ空調システムを提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0008

上記した目的を達成するため、本発明は、室内の熱負荷に応じて制気口から変風量で室内側に吹き出される空気を、コアンダ効果を利用して天井面に沿わせて室内の空調を行う変風量コアンダ空調システムであって、前記制気口より空気の流通方向上流側に設けられる吹出しチャンバーと、前記吹出しチャンバー内において空気の流通方向に交差する幅方向に設けられる回転軸と、前記回転軸を支点に上下に回動可能に設けられる可動羽根と、を備え、前記可動羽根は、前記回転軸より空気の流通方向上流側に設けられるウェイト部と、前記吹出しチャンバー内を流通する空気が当たるように前記回転軸より空気の流通方向下流側に形成される風受け部と、を備え、前記風受け部に当たる空気の風量が増加するに従って、前記制気口の吹き出し面積を増加させる方向に前記可動羽根が回動することを特徴とする。

0009

また、本発明の変風量コアンダ空調システムにおいて、前記可動羽根は、最大風量時水平姿勢を維持し、風量が減少するに従って傾斜角度が大きくなるように回動することを特徴とする。
また、本発明の変風量コアンダ空調システムにおいて、前記ウェイト部の先端にはが取り付けられていることを特徴とする。
また、本発明の変風量コアンダ空調システムにおいて、前記制気口は、幅方向に細長い形状を有していることを特徴とする。

発明の効果

0010

本発明によれば、室内の温熱環境や換気効率の向上を図ると共に、搬送動力の低減を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムの全体構成を示す概略図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムの制気口廻りの内部構成を示す側面図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムの制気口廻りの内部構成を示す平面図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムの制気口を示す正面図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、最小風量時の可動羽根の動作を示す側面図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、最大風量時の可動羽根の動作を示す側面図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、VAV開度が30%の時の吹出し面風速測定結果を示す図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、VAV開度が40%の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、VAV開度が50%の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、VAV開度が60%の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、VAV開度が70%の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、VAV開度が80%の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、VAV開度が90%の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムにおいて、VAV開度が100%の時の吹出し面風速の測定結果を示す図である。
本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システムの年間搬送動力の低減効果を示す図である。

実施例

0012

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム10について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム10によって事務室内の空調を行う場合について例示して説明する。

0013

図1は本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム10の全体構成を示す概略図であり、矢印及び白抜き矢印はいずれも空気の流通方向を示している。この変風量コアンダ空調システム10は、間仕切壁11を介して事務室に隣接する機械室内にそれぞれ設置される空調機12、全熱交換器13、及び可変風量ダンパ(VAV)14と、間仕切壁11の天井面15に近接した位置に設置される制気口16と、間仕切壁11の床面17に近接した位置に設置される室内還気口18と、を備えており、機械室は還気チャンバーを形成している。

0014

空調機12は、二次側外気導入ダクト19を介して全熱交換器13の二次側と接続されると共に、給気ダクト20を介して可変風量ダンパ(VAV)14と接続されている。また、空調機12には還気口21が接続されており、還気口21は機械室内において開口されている。

0015

全熱交換器13は、一次側排気ダクト22を介して外部排気口23に接続されていると共に、一次側外気導入ダクト24を介して外気取入口25に接続されている。また、全熱交換器13の二次側には排気口26が接続されており、排気口26は機械室内において開口されている。

0016

図2図4に良く示されているように、制気口16は、空気の流通方向に交差する左右幅方向に細長い長方形状ユニバーサル(VH)型の吹出口であり、例えば、1000mmの幅と125mmの高さを有している。制気口16より空気の流通方向上流側には吹出しチャンバー28が接続されている。吹出しチャンバー28は、扁平な直方体形状を有し、幅と高さは制気口16に対応する寸法を有しており、空気の流通方向に沿った長さは、例えば、420mmを有している。吹出しチャンバー28の底面の空気の流通方向上流側には、左右幅方向に細長い凹部29が形成されている。

0017

また、吹出しチャンバー28には、凹部29より空気の流通方向上流側に整流用パンチング板30が吹き出しチャンバー28の開口を閉塞する垂直向きに取り付けられている。整流用パンチング板30は、例えば、0.8mmの厚みを有する鋼製であり、直径6mmの孔が60度の千鳥状に形成され、40.3%の開口率を有している。

0018

吹出しチャンバー28の内部の底面に近接した位置には、左右幅方向に水平姿勢で回転軸31が設けられている。回転軸31は、吹出しチャンバー28の左右側面と中央部の3箇所において、それぞれ、軸受27を介して回転自在に支持されている。この回転軸31には可動羽根32が支持されており、可動羽根32は吹出しチャンバー28の内部において回転軸31を支点に上下に回動可能に設けられている。

0019

可動羽根32は、例えば、1.5mmの厚みを有するアルミニウム板により形成され、吹出しチャンバー28の内幅に対応した幅寸法を有している。可動羽根32は、回転軸31より空気の流通方向上流側に設けられるウェイト部33と、回転軸31より空気の流通方向下流側に設けられる風受け部34と、により構成されている。可動羽根32は、吹出しチャンバー28内を流通する風量が最大の時に水平姿勢を維持するように形成されている(図2実線参照)。そして、可動羽根32は、吹出しチャンバー28内を流通する風量が減少するに従って傾斜角度αが大きくなり、吹出しチャンバー28内を流通する風量が最小の時に傾斜角度αが最大となるように回動するようになっている(図2破線参照)。

0020

ウェイト部33の先端には錘35が取り付けられており、錘35は、例えば、一辺が16mmの鋼製角パイプにより構成されている。錘35の重量は、吹出しチャンバー28内を流通する風量が最小の時における、回転軸31回りの風受け部34の重量によるモーメント及び風受け部34に対する風圧によるモーメントと、錘35を含むウェイト部33の重量によるモーメントとの釣り合いの等式に基づき決定される。錘35の選定は、風量の均一性と最小風量時の風速確保の観点から、前記釣り合いの等式から求められた計算値を0.9〜1.1倍した範囲から選定されるのが好ましく、本発明の実施の形態において、錘35は、前記釣り合いの等式から求められた計算値を0.9倍して、0.66kgに設定されている。また、錘35は、吹出しチャンバー28内を流通する風量が最小の時に凹部29に収容されるようになっている。

0021

可動羽根32におけるウェイト部33の長さ寸法L1と風受け部34の長さ寸法L2との比は、任意であるが、風受け部34の長さL2が短過ぎると錘35の重量の選定を高精度で行う必要がある一方、ウェイト部33の長さL1が短過ぎると製造し難くなる虞があるため、1:3程度に設定するのが好ましい。

0022

風受け部34の先端には上方に傾斜又は湾曲したガイド部36が形成されている。また、吹出しチャンバー28の内部の制気口16に近接した位置には、可動羽根32の傾斜角度αが最大となった時に風受け部34のガイド部36の上端とほぼ同じ高さになるように第1ガイド板37が水平姿勢で形成されている。さらに、第1ガイド板37の上方であって、吹出しチャンバー28の上板内面側には、第2のガイド板38が形成されている。第2のガイド板38の空気の流通方向上流側端部は上方に傾斜しており、最小風量時に吹出しチャンバー28内を流通する空気が第1のガイド板37と第2のガイド板38の間に案内されるようになっている。

0023

また、吹出しチャンバー28の底面にはストッパ板39が固定されている。ストッパ板39は、凹部29と整流用パンチング板30の間から空気の流通方向下流側に向かって上傾し、凹部29の上方において水平姿勢となるように形成されている。これにより、最大風量時に可動羽根32のウェイト部33にストッパ部39が係合して、ウェイト部32がさらに上方に回動するのを抑制することで、可動羽根32の水平姿勢が維持されるようになっている(図2の実線参照)。

0024

次に、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム10の作用について説明する。

0025

本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム10では、事務室内の熱負荷に応じて、可変風量ダンパ(VAV)14の開度が制御され、吹出しチャンバー28及び制気口16を流通する空気の風量が調整される。この時、可変風量ダンパ(VAV)14の開度が最小となり、吹出しチャンバー28及び制気口16を流通する空気の風量が最小になった場合、可動羽根32の風受け部34に当たる空気の風量が減少するため、図5に示されているように、錘35が凹部29の底面に接触し、可動羽根32の傾斜角度αは最大となる。

0026

その後、可動羽根32の風受け部34に当たる空気の風量が増加するに従って、可動羽根32の風受け部34は回転軸31を支点として、制気口16の吹き出し面積を増加させる方向(下方)に回動する。そして、可変風量ダンパ(VAV)14の開度が最大となり、吹出しチャンバー28及び制気口16を流通する空気の風量が最大になると、可動羽根32の風受け部34に当たる空気の風量が増加するため、図6に示されているように、可動羽根32は水平姿勢となり、制気口16の吹き出し面積は最大となる。この時、可動羽根32のウェイト部33にストッパ部39が係合し、ウェイト部32の上方へのさらなる回動が抑制されるため、可動羽根32の水平姿勢は維持される。

0027

図7図14は、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム10において、制気口16から吹き出される空気の最大風量を1000m3/hとし、可変風量ダンパ(VAV)14の開度を30%〜100%に変化させながら、可動羽根32の開度と制気口16からの吹出し面風速を実際に測定した結果を示している。なお、図7図14中、上下方向の実線矢印は可動羽根32の開度を示している。

0028

図7は、可変風量ダンパ(VAV)14の開度を30%(すなわち、空気の風量を300m3/h)とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根32の開度は30〜35%となり、制気口16からの吹出面風速は3〜4m/sとなった。

0029

また、図8は、可変風量ダンパ(VAV)14の開度を40%(すなわち、空気の風量を400m3/h)とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根32の開度は44〜48%となり、制気口16からの吹出面風速は3〜4m/sとなった。

0030

また、図9は、可変風量ダンパ(VAV)14の開度を50%(すなわち、空気の風量を500m3/h)とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根32の開度は55〜58%となり、制気口16からの吹出面風速は3〜4m/sとなった。

0031

また、図10は、可変風量ダンパ(VAV)14の開度を60%(すなわち、空気の風量を600m3/h)とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根32の開度は65〜68%となり、制気口16からの吹出面風速は3〜4m/sとなった。

0032

また、図11は、可変風量ダンパ(VAV)14の開度を70%(すなわち、空気の風量を700m3/h)とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根32の開度は75〜78%となり、制気口16からの吹出面風速ほぼ4m/sとなった。

0033

また、図12は、可変風量ダンパ(VAV)14の開度を80%(すなわち、空気の風量を800m3/h)とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根32の開度は83〜86%となり、制気口16からの吹出面風速ほぼ4m/sとなった。

0034

また、図13は、可変風量ダンパ(VAV)14の開度を90%(すなわち、空気の風量を900m3/h)とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根32の開度は90〜93%となり、制気口16からの吹出面風速ほぼ4m/sとなった。

0035

また、図14は、可変風量ダンパ(VAV)14の開度を100%(すなわち、空気の風量を1000m3/h)とした場合の測定結果を示しており、この場合、可動羽根32の開度は95%となり、制気口16からの吹出面風速ほぼ4m/sとなった。

0036

このように本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム10によれば、可動羽根32は空気の風量に応じて概ねリニア追従し、吹出し面風速を常時3〜4m/s以上に確保可能であることが分かる。

0037

また、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム10について、ハードウェアとして、iDetaPlex dx360M4(IBM製)、ソフトウェアとして、STREAM ver12.0(ソフトウェアクレイドル製)、乱流モデルとして、k-ε型2方程式モデル移流項差分スキームとして、QUICKをそれぞれ用いた解析環境において、数値気流シミュレーションを行ったところ、事務室内が低負荷(小風量)時であっても、制気口16からの到達距離を十分に確保できることが分かった。したがって、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム10によれば、低負荷時においても制気口16からの吹出し面風速を所定風速に維持することができるため、冷房時に、コアンダ効果を利用して空気を天井面15に沿わせて気流の到達距離を確保することができ、室内の途中で下降流が発生するのを防止することができる。

0038

さらに、従来の定風量ダクト空調システム、従来の定風量コアンダ空調システム、及び本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム10のそれぞれについて、実際のオフィスビルの空調運用データ(10分間隔1年分)から空調時間、室内負荷処理データを用い、架空の空調システムを設定し、それぞれ10分毎に必要搬送動力を推定し、月毎及び通年で集計することによって、年間搬送動力を試算した。なお、この時の試算条件としては、空調機の設計風量を8000m3/h、変風量時の最小風量を最大風量の40%(但し、11月〜3月までの暖房期は、上下温度ムラから大幅な風量低減が困難なため、最小風量を最大風量の90%)、圧力損失は風量の二乗に比例させ、送風機効率は0.6とした。

0039

その結果、図15に示されているように、本発明の実施の形態に係る変風量コアンダ空調システム10によれば、従来の定風量ダクト空調システムや定風量コアンダ空調システムと比べて、年間搬送動力を約65%低減できることが分かった。

0040

なお、上記した本発明の実施の形態の説明は、本発明に係る変風量コアンダ空調システムにおける好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

0041

10 変風量コアンダ空調システム
15天井面
16制気口
28吹出しチャンバー
31回転軸
32可動羽根
33ウェイト部
34風受け部
35 錘

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