JP6894961B2 - 空気式放射空調機 - Google Patents

Description

本発明は空気式放射空調機に関するものである。

特開２０１１−１４５０４５号公報に示す空気式放射空調機は、熱交換器で冷却又は加熱した空気が噴流するように設けられた空気供給部と、空気供給部から出た噴流空気の誘引作用にて被空調空間の空気を引き込むように設けられた空気誘引部と、空気供給部の噴流空気と空気誘引部の誘引空気との混合空気を被空調空間へ放出しかつ混合空気の熱を被空調空間へ放射するように設けられた空気混合部と、を備えている。この構造で生じる放射作用と誘引再熱作用にて、ドラフト感や温度ムラのない快適空調を行えるが、構造が複雑でコスト高となるため、誘引再熱機能を省略して露点温度を超える吹出温度で冷房できる簡易な空気式放射空調機を検討した。

特開２０１１−１４５０４５号公報

その空気式放射空調機は、空調用空気と熱交換媒体との間で熱交換させる熱交換器を備え、その熱交換器の伝熱管群を２つのグループに等分することで熱交換媒体の下限流量を減らして、熱交換器の下限能力制御範囲を広げる構造であった。しかしながら、伝熱管群を等分しているため熱交換媒体の下限流量に限度があり、僅少な熱交換量（貫流熱量）で足りる低空調負荷の場合、能力過多となって冷やし過ぎや温め過ぎが生じ、快適性が損なわれる問題があった。

本発明は上記課題を解決するため、空調用空気を被空調空間に出しつつ前記空調用空気の熱を放射する放射ユニットと、前記空調用空気と熱交換媒体を熱交換させる熱交換器と、前記空調用空気を前記放射ユニットに送るファンと、を備え、前記熱交換器は、前記熱交換媒体が流通する伝熱管群を複数のグループに分配しかつ一部又は全部の前記グループの前記熱交換媒体の限界流量の割合が異なるように分配した分流回路を、備え、低空調負荷の場合に前記分流回路の最少限界流量の第１の前記グループで前記熱交換媒体の流量を増減させる前記制御装置を、備えたことを最も主要な特徴とする。

請求項１の発明によれば、低空調負荷の場合に最少限界流量の第１グループで熱交換媒体の流量を増減させて下限流量をさらに最少化できる。そのため、熱交換器の下限能力制御範囲が広がって低空調負荷の場合でも能力過多とならず、エネルギー浪費及び冷やし過ぎや温め過ぎが無くなって省エネ性と快適性が向上する。
熱交換媒体が冷温水で低空調負荷の場合でも冷温水の温度差を一定に制御できるので空調機の少水量大温度差運転ができ、少水量化による配管や空調設備の簡略化と、大温度差化による熱源機の省エネ化を図れる。

さらに、冷房時に熱交換媒体を第１グループに流通させて第２グループに流通させないようにし、第１グループを通過して過冷却除湿した空気を、不重複ゾーンを通過した前記過冷却除湿空気よりも高温のバイパス空気で再熱し、不快な冷感がないドライエアーを得ることができる。このとき、前記過冷却除湿空気が逃げないように前記バイパス空気で挟むので混合が促進されて確実に再熱することができる。そのため、湿度が高くてジメジメする中間期でも、コールドドラフトのないカラッとした気流で空調ができ快適性が向上する。しかも、バイパスダンパ等の機器が不要でコストダウンとコンパクト化を図れる。

請求項２の発明によれば、伝熱管群の死水領域が減少し、伝熱管群の通風抵抗が小さくて省エネとなり、空調用空気との接触面積（貫流熱量)が増して熱交換効率が向上する。そのため、熱交換媒体が冷温水の場合、熱交換器の伝熱面積を増加（大型化）させずに少水量大温度差運転ができる。
請求項３の発明によれば、熱交換器、ファン及び放射ユニットを一体化した空調機なので、製作及び施工が簡単でコストダウンできる。蓄熱部を、空調用空気の蓄熱と整流に兼用でき、熱放射能力が向上し風量ムラと温度ムラのない快適空調を行える。

本発明の空気式放射空調機の底面側斜視図である。 図１に示す空気式放射空調機の底面図である。 図２に示す空気式放射空調機のＡ−Ａ断面図である。 図３に示す空気式放射空調機のＢ−Ｂ断面図である。 熱交換器を示す斜視図である。 図５のＤ矢視の簡略説明図である。 図５のＥ矢視の簡略説明図である。

図１から図７は、本発明の空気式放射空調機の一実施例を示している。この空気式放射空調機は、空調用空気を被空調空間Ｓに出しつつ空調用空気の熱を放射する放射ユニット１と、外気や還気又はこれらの混合空気を空調用空気として熱交換する熱交換器２と、空調用空気を放射ユニット１に送るファン３と、ドレンパン４と、ケーシング５と、制御装置６と、を備えている。この放射ユニット１の底面を被空調空間Ｓに向けた状態で、被空調空間Ｓの天井等に放射空調機を設置する。各図の太い点線の矢印は空調用空気の流れる方向を示す。

放射ユニット１は、空調用空気が流れるチャンバ部１２と、チャンバ部１２の底部に形成された貫孔７の群と、チャンバ部１２内に設けられた蓄熱部８と、を備える。蓄熱部８は、空調用空気が通る隙間をあけて配置されると共に空調用空気を分流拡散させながら整流状に通過させて貫孔７から被空調空間Ｓへ出させかつ空調用空気の熱を蓄めて貫孔７から被空調空間Ｓへ放射する伝熱板９の群を、備える。空調用空気の熱は伝熱板９の群に熱伝達し、貫孔７の群を通して伝熱板９の群から被空調空間Ｓへ放射される。

放射ユニット１、熱交換器２及びファン３は、ケーシング５の内部に設ける。ケーシング５は、天井チャンバＴや図示省略のダクト等を介して被空調空間Ｓの空気（還気）を取入れる還気入口部１０と、外気を取入れる外気入口部１１と、を有している。外気取入口１１は、ダクト２３を介して屋外に接続する。

熱交換器２は、冷水又は温水の熱交換媒体で空調用空気を熱交換する構造、フロンなどの冷媒の熱交換媒体で空調用空気を熱交換する構造、その他の構造のものが利用可能であるが、図例では冷水又は温水で空調用空気を熱交換する構造のものを例示している。熱交換器２は、空調用空気と熱交換媒体を熱交換させて空調用空気を冷却又は加熱する。熱交換器２は、フィン群１３と分流回路１４とを備えている。フィン群１３は、空調用空気が通る隙間をあけて配置した多数のプレートフィン１５から成る。

分流回路１４は、熱交換媒体が流通する伝熱管群１６を複数のグループＧに分配しかつ一部又は全てのグループＧの熱交換媒体の限界流量（熱交換量）の割合が異なるように分配して構成する。たとえば、図６の太い一点鎖線で示す単独かつ最少限界流量の第１のグループＧ（Ｇ１）と、第１グループ（Ｇ１）を除いた図６の細い一点鎖線で示す限界流量が第１グループ（Ｇ１）よりも多い第２のグループＧ（Ｇ２）と、に分ける。伝熱管群１６は空調用空気の気流方向を横切るように蛇行させてフィン群１３と接続する。伝熱管群１６の直管部は楕円管にて構成するのが望ましいが円形管としてもよい。

第１グループＧ１の熱交換媒体入口は第１の分岐ヘッダ１７に接続し、第２グループＧ２の熱交換媒体入口は第２の分岐ヘッダ１７に接続する。第１グループＧ１と第２グループＧ２の熱交換媒体出口は両方とも合流ヘッダ１８に接続する。分岐ヘッダ１７はバルブ１９を介して往配管２０に接続し、合流ヘッダ１８は還配管２１に接続する。往配管２０と還配管２１には熱交換媒体である冷水又は温水が流れ、図示省略のチラーやボイラーなどの熱源機で温度調整される。分流回路１４は、伝熱管群１６が熱交換器２を通る空気の気流方向を横切るように蛇行しつつ前記気流方向に向かって延伸し、かつ、前記気流方向から見たときに、第２グループＧ２と第１グループＧ１が重ならず第２グループＧ２のみが含まれる不重複ゾーンＦと、第２グループＧ２と第１グループＧ１が重なる重複ゾーンと、が積層状に形成され、かつ、重複ゾーンが不重複ゾーンＦで挟まれるように構成する。制御装置６は、たとえば冷房時に熱交換媒体を熱交換器２の分流回路１４の第１グループＧ１に流通させて第２グループＧ２に流通させないようにバルブ１９を制御する。

制御装置６は、熱交換媒体の流量を調整するバルブ１９と、制御器２２と、分岐ヘッダ１７に入る熱交換媒体の温度と合流ヘッダ１８から出る熱交換媒体の温度から熱交換器２において空調用空気との熱交換で生じる熱交換媒体の温度差を検出する温度差検出部（図示省略）と、を備えている。バルブ１９は流量（弁開度）を無段階に調整することができる比例制御弁とし、分流回路１４のグループＧごとに設けて別個に流量を調整する。制御器２２は、低空調負荷の場合に分流回路１４の最少限界流量の第１グループＧ１のみで熱交換媒体の流量を増減させると共に、熱交換媒体の温度差が一定になるようにバルブ１９で流量を制御する。

また制御器２２は、たとえば高空調負荷の場合に全グループＧで熱交換媒体の流量を増減させて熱交換媒体の温度差を一定に制御すると共に、高空調負荷と低空調負荷域との間の通常空調負荷の場合に第２グループＧ２で熱交換媒体の流量を増減させて熱交換媒体の温度差を一定に制御する。これにより真夏や真冬などのように最大の熱交換量が必要となる高空調負荷の場合から、中間期などのように僅少な熱交換量で足りる低空調負荷の場合まで幅広く、空調機の少水量大温度差運転に対応できる。

なお、本発明は上述の実施例に限定されない。図例では分流回路１４のグループＧを２つのグループＧ１とＧ２に分配しているが、３つ以上のグループＧに分配してそのうちの１つのグループＧを最少限界流量とするも自由である。

１ 放射ユニット
２ 熱交換器
３ ファン
６ 制御装置
７ 貫孔
８ 蓄熱部
９ 伝熱板
１４ 分流回路
１６ 伝熱管群
Ｆ 不重複ゾーン
Ｇ グループ
Ｓ 被空調空間

Claims (3)

1. 空調用空気を被空調空間（Ｓ）に出しつつ前記空調用空気の熱を放射する放射ユニット（１）と、前記空調用空気と冷水又は温水の熱交換媒体とを熱交換させる熱交換器（２）と、前記空調用空気を前記放射ユニット（１）に送るファン（３）と、を備え、
   前記熱交換器（２）は、前記熱交換媒体が流通する伝熱管群（１６）を複数のグループ（Ｇ）に分配しかつ前記分配の割合を相違させて成る分流回路（１４）を、備え、
   前記分流回路（１４）の最少分配割合の第１のグループ（Ｇ１）の前記熱交換媒体の流量と前記第１グループ（Ｇ１）を除いた前記分流回路（１４）の第２の前記グループ（Ｇ２）の前記熱交換媒体の流量とを別個に調整するバルブ（１９）を、備え、
   前記伝熱管群（１６）が前記熱交換器（２）を通る空気の気流方向を横切るように蛇行しつつ前記気流方向に向かって延伸し、かつ、前記気流方向から見たときに、前記第２グループ（Ｇ２）と前記第１グループ（Ｇ１）が重ならず前記第２グループ（Ｇ２）のみが含まれる不重複ゾーン（Ｆ）と、前記第２グループ（Ｇ２）と前記第１グループ（Ｇ１）が重なる重複ゾーンと、が積層状に形成され、かつ、前記重複ゾーンが前記不重複ゾーン（Ｆ）で挟まれるように前記分流回路（１４）を構成し、
   冷房時に前記冷水を前記熱交換器（２）の前記分流回路（１４）の前記第１グループ（Ｇ１）に流通させて前記第２グループ（Ｇ２）に流通させないように前記バルブ（１９）を制御する制御装置（６）を、備えたことを特徴とする空気式放射空調機。
2. 前記伝熱管群（１６）を楕円管にて構成した請求項１に記載の空気式放射空調機。
3. 前記放射ユニット（１）が、前記空調用空気を前記被空調空間（Ｓ）に出す貫孔（７）の群と、蓄熱部（８）と、を備え、
   前記蓄熱部（８）が、前記空調用空気が通る隙間をあけて配置されると共に前記空調用空気を分流拡散させながら整流状に通過させて前記貫孔（７）から前記被空調空間（Ｓ）へ出させかつ前記空調用空気の熱を蓄めて前記貫孔（７）から前記被空調空間（Ｓ）へ放射する伝熱板（９）の群を、備えた請求項１又は２に記載の空気式放射空調機。

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