JP4792101B2

JP4792101B2 - 空気式輻射層流ユニット

Info

Publication number: JP4792101B2
Application number: JP2009167201A
Authority: JP
Inventors: 恵一木村; 満津雄森田; 和行笠原; 勝博浦野
Original assignee: 木村工機株式会社
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2029-07-15
Also published as: JP2011021808A

Description

本発明は空気式輻射層流ユニットに関するものである。

冷温水などの熱媒が流れる多数のパイプをパネルに埋め込み、熱放射により室内などを空調する輻射パネルがある。

特開平７−１９５３３号公報

この輻射パネルは熱放射による熱移動のみのため空調効率が低く、断熱が悪い所や熱負荷が大きな所、空気の出入りが大きな所など空調に不向きな空間が多く利用範囲が限定され、結露対策なども必要でコスト高となる問題がある。また、マルチエアコンやファンコイルユニットなどの室内空調機は、冷風又は暖風の風速が速くてドラフト感を与え、温度ムラを生じる問題があった。

本発明は上記課題を解決するため、天井に設置される空気式輻射層流ユニットであって、空調機から給気される調和空気を送り出す送気部材と、誘引口を有すると共に前記送気部材の調和空気が前記誘引口に吹き込まれることで被空調空間の空気を誘引混合して多数の開孔部から前記被空調空間へ向かって放出する誘引混合輻射ケースと、前記被空調空間に露出する開口部を有するフードと、を備え、前記誘引混合輻射ケースの内部に、前記誘引混合空気を分流させて前記開孔部を介して前記被空調空間へ案内すると共に前記誘引混合空気の熱を前記誘引混合輻射ケースに熱伝導させて前記被空調空間へ熱放射させかつ前記開孔部を通して前記被空調空間へ熱放射させる蓄熱輻射分流器を、設け、前記フードの内部に、前記誘引混合輻射ケースを、これの周側面のうちのすくなくとも対向する二側面から前記誘引口の範囲と前記フードとの間に誘引空気路用の間隔部を設けるようにして設置し、前記誘引混合輻射ケースに、前記送気部材の調和空気が吹き込まれる前記誘引口を、前記間隔部を形成する前記対向二側面の中間の中央線に沿ってライン状に形成し、前記送気部材に、前記調和空気を吹出す吹出口を、前記誘引口に沿ってライン状に形成し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、
（１）従来の輻射パネルではパネル面からの熱放射のみであるが、本発明では誘引混合輻射ケースからの熱放射に加えて、開孔部を介して蓄熱輻射分流器からも被空調空間へ熱放射するので、輻射（放射）エネルギーを高比率で遠距離まで到達させることができる。この遠距離輻射作用と、誘引混合空気が天井近くに滞留しないように被空調空間との温度差を少なくして放出することで生じる遠距離かつ広範囲な熱伝達作用と、被空調空間空気の誘引により生じるサーキュレーター作用と、による相乗効果で、被空調空間空気温度分布が均一化され、高効率、高能力でドラフトや温度ムラのない快適空調が行える。そのため、熱放射のみの空調と比べて空調に不向きな空間が少なく利用範囲が広い。
（２）従来の輻射パネルは熱放射のために熱源水を用いているが、本発明では調和空気を放射熱源としているので水漏れ事故の心配がなくて設備が簡略化でき、送風動力無しでサーキュレーター効果を得られ、運転コストを低減できる。
（３）調和空気と被空調空間の空気を混合させるので露点制御が可能で、結露対策のためのドレン処理設備が不要となってコストダウンを図れ、調和空気の風量当たりの冷房能力又は暖房能力を大きく（給気温度を通常より低温化又は高温化）して給気風量を少なくすることで、送風動力削減とダクト等の設備の小型化によりコストダウンを図れる。

（４）誘引混合空気を、誘引混合輻射ケースの中央線沿いに送り、蓄熱輻射分流器を通して被空調空間へ出すので、蓄熱輻射分流器全域に誘引混合空気を、偏在やバイパスなしに確実に分流して流しかつ誘引混合輻射ケース全域に均一に熱伝導させることができ、ユニット当りの有効空調範囲が広く空調効率の向上を図れる。
（５）送気部材の吹出口が一つで済み、構造を簡素化でき製作が容易である。

請求項２の発明によれば、
（１）伝熱板にて誘引混合空気の熱を効率良く確実に蓄熱輻射分流器全域に熱伝達させて、誘引混合輻射ケースに均一に熱伝導させることができ、常時安定した熱放射が行える。
（２）伝熱板にて誘引混合空気を分流させて放出でき、空調空気温度分布の均等化を図れる。

請求項３の発明によれば、楕円状直管にて蓄熱輻射分流器の反りや撓みなどの変形を防止し補強できて安全性が高く、低圧損で誘引混合空気をスムーズに放出させることができ、空調機の送風動力削減を図れる。

請求項４の発明によれば、
（１）送気部材の内部空間を吹出口の長辺方向の風上側から風下側へ向かって縮径させてあるので、吹出口の長辺方向全域で風量、風速を均一化できてバラツキを生じない。そのため、誘引ムラが無くてサーキュレーター効果が高く、均等に誘引空気を混合できて、誘引混合輻射ケースから放出される空気の温度ムラがなく、安定した快適空調が行える。

請求項５の発明によれば、
（１）整流機構により誘引混合空気の風向きを調整して、気流の方向と分布を均一化し、空調効率の向上を図れる。

請求項６の発明によれば、
（１）吹出風速及び／又は誘引風速を任意に変更でき、空調に最適な誘引空気混合比を選択でき、空調効率の向上をさらに図れる。

請求項７の発明によれば、
（１）蓄熱体によって蓄熱輻射分流器全域の熱分布をより確実に均一化できるので、被空調空間の温度分布が良好となり、一層安定した快適空調が行える。

請求項８の発明によれば、
（１）別個に照明器具を設ける必要がなく、天井面を広く使えて設計の自由度が大きくなり、備品数が少なく施工が簡単となり設備コストを抑えることができる。
（２）調和空気の風量当たりの冷房能力を大きく（給気温度を通常より低温化）した場合に、照明器具の発熱を調和空気の再熱に利用することで、結露を確実に防止でき、給気風量を一層少なくしてさらにコストダウンを図れる。また、暖房時には、照明器具の発熱を調和空気の予熱に利用することで、空調機の小容量化と暖房能力アップを図れる。

請求項９の発明によれば、
（１）誘引混合輻射ケースの開孔部を遮るように伝熱板の突起部がつらなって位置するので、伝熱板の長手方向への誘引混合空気の分流が促進されて、開孔部へのバイパス（素通り）を確実に防止でき、誘引混合空気の熱を蓄熱輻射分流器全域に均一に熱伝達することができる。
（２）突起部によって伝熱板から被空調空間への熱放射が、誘引混合輻射ケースの開孔部を通って斜め方向にも行われるので、広範囲に輻射（放射）エネルギーを到達させることができ、被空調空間空気温度分布が一層均一化され、温度ムラのない快適空調が行える。

図１〜図８は、本発明の空気式輻射層流ユニットの一実施例を示しており、この空気式輻射層流ユニットは、天井Ｃ内に埋設されると共に空調機から給気される調和空気を送り出す送気部材１１と、被空調空間Ｓに露出させて天井Ｃ内に埋設されると共に送気部材１１の調和空気が上面の誘引口１０に吹き込まれることで被空調空間Ｓの空気を誘引混合して下面の多数の開孔部９から被空調空間Ｓへ向かって下方へ放出する誘引混合輻射ケース１６と、下方が開口する箱形で上下に扁平な矩形状のフード１３と、保守点検用パネル１７と、を備えている。図示省略するが、調和空気は空調機からダクト等の送風路を介して給気される。

誘引混合輻射ケース１６の内部には、誘引混合空気を横並びに分流させて層流状にして開孔部９を介して被空調空間Ｓへ案内すると共に誘引混合空気の熱を蓄熱して誘引混合輻射ケース１６に熱伝導させて被空調空間Ｓへ熱放射させかつ開孔部９を通して被空調空間Ｓへ熱放射させる蓄熱輻射分流器２を、設ける。蓄熱輻射分流器２は、全体が上下に扁平な矩形状で誘引混合輻射ケース１６の少なくとも底面と熱伝導自在に接触させる。

蓄熱輻射分流器２は、蓄熱自在で熱伝導及び熱放射率の高いアルミ等の材質であって横長帯状の多数の伝熱板８…を所定ピッチで面対向させて横並びに設けると共に誘引混合空気が分流して伝熱板８、８の隙間を熱伝達しながら上から下へ層流状に通過するように構成する。各伝熱板８…には、法線方向から複数の楕円状直管９９を間隔をあけて挿着し、この楕円状直管９９の楕円長軸を上下（重力）方向に向くようにする。

誘引混合空気は、蓄熱輻射分流器２及び誘引混合輻射ケース１６の部材抵抗により分流拡散しながら風速を落として伝熱板８、８の隙間を通過しながら層流状となり、誘引混合空気の熱を蓄熱輻射分流器２全域に均一に熱伝達する。開孔部９は、誘引混合輻射ケース１６の下面の略全域に互いに間隔をあけて形成する。図例では開孔部９は長孔状となっているが、丸や他の形状とするも自由で、位置の変更も自由である。被空調空間Ｓへの蓄熱輻射分流器２及び誘引混合輻射ケース１６の熱放射作用及び誘引混合空気放出による熱伝達作用を最大限に引き出すために、誘引混合輻射ケース１６の下面全体に対する開孔部９全体の総面積比は３割以上に設定するのが好ましいが変更は自由である。

さらに、誘引混合空気の分流拡散作用と層流通過作用と熱伝達作用を最適に機能させるために蓄熱輻射分流器２の空気入口側に対して空気出口側の風速が半分以下、好ましくは２０％〜３０％以下にダウンするように伝熱板８や開孔部９の形状や数、ピッチ等を設定構成する。また、図６のように、各伝熱板８…に、その両端部まで複数の直管９９…を所定ピッチで挿着し、各直管９９の内部に、誘引混合空気の熱を直管９９を介して蓄熱する蓄熱体Ｔを設けてもよい。蓄熱体Ｔは、蓄熱自在かつ熱伝導自在な材質であれば良く、固体、流体いずれを用いるも自由で、流体の場合は直管９９の内部に蓄熱体Ｔを封入する。なお、図例では直管９９は楕円状となっているが真円状としたり、図５の実施例において伝熱板８の直管９９を挿着していない部分の穴を省略してもよく、蓄熱輻射分流器２の形状、構造等の変更は自由である。

フード１３は、これの下方の開口部１４を被空調空間Ｓに露出させて天井Ｃ内に埋設する。フード１３の内部には上下に扁平な矩形状の誘引混合輻射ケース１６を、これの周側面のうちのすくなくとも対向する二側面から誘引口１０の範囲とフード１３との間に誘引空気路用の間隔部１５を設けるようにして設置する。誘引混合輻射ケース１６はフード１３に対して開閉又は着脱自在に構成する。図例では、誘引混合輻射ケース１６の長辺（長手）方向の両横から上面に回り込むように間隔部１５を設けているが、短辺方向の両横からも上面に回り込むようにし、四側面（全周）全部に間隔部を設けるなど変更は自由である。

フード１３の下面側には、誘引混合輻射ケース１６の一端側に隣接する保守点検用パネル１７を開閉又は着脱自在に設けると共に、フード１３の上面側には、点検口１９を設け、それをカバーで開閉又は着脱自在に蓋をする。送気部材１１の空気入口１８は点検口１９の近傍に設ける。これにより、輻射層流ユニット全体を天井Ｃから取外したり、天井Ｃに別個に点検口１９を設けることなく、パネル１７から簡単にメンテナンスができ、しかも、送気部材１１の空気入口１８が点検口１９の傍にあるので、パネル１７と点検口１９から調和空気の送風ダクト（図示省略）の施工や保守ができ作業性が良好となる。なお、パネル１７と点検口１９を省略するも自由である。

誘引混合輻射ケース１６には、送気部材１１の調和空気が吹き込まれる誘引口１０を、間隔部１５を形成する対向二側面の中間の中央線Ｌに沿ってライン状に形成し、横長筒状の送気部材１１の長手方向に、調和空気を吹出す吹出口１２を、誘引口１０に沿ってライン状に形成する。送気部材１１の内部空間は、吹出口１２の長辺方向の風上側から風下側へ向かって縮径させ、送気部材１１に風向を調整する整流機構Ｇを設ける。図例では、送気部材１１の内部を傾斜板１１ａで仕切って内部空間を縮径させているが、送気部材１１自体を縮径させたり、その他の方法で縮径させてもよい。また、空気入口１８の真下には調和空気を送気部材１１の長手方向へ案内する仕切板７ａを設ける。仕切板７ａは送気部材１１の内部幅よりも狭くして両脇から下へ調和空気の一部が流れるようにする。なお、空気入口１８の下に吹出口１２が位置しないように構成することで仕切板７ａを省略してもよく、また、送気部材１１を上部を広く下部を細く絞った漏斗形断面に形成しているが、形状、構造等の変更は自由である。

整流機構Ｇは、調和空気の気流方向と交わる方向に伸びる複数の小壁条部７を間隔をあけて設けて成る。整流機構Ｇがない場合、調和空気が斜め下に流れるが、整流機構Ｇの抵抗により真下に風向きを調整することができる。この小壁条部７の幅と高さは変更自由であるが、小壁条部７が低すぎると風向きを調整できず、高すぎると調和空気が図４の点線の太矢印のように小壁条部７の風下部に回りきらず、点線太矢印と実線太矢印の間の空間に、空気の流れのない部分が断続的に発生する。この気流の途切れを防止して温度ムラを無くすためには、小壁条部７の高さを、図７の方向から見た送気部材１１の内部空間の最大断面積の１０〜３０％に設定するのが好ましい。

図７に示すように、ライン状の吹出口１２の短辺側の間隙幅ＨＡを調整して吹出風速を変更自在な吹出幅調整機構Ａ、及び、ライン状の誘引口１０の短辺側の間隙幅ＨＢを調整して誘引風速を調整自在な誘引幅調整機構Ｂを、設ける。吹出幅調整機構Ａは、吹出口１２の短辺側の間隙幅ＨＡを増減させる吹出口幅調整部材３と、吹出口幅調整部材３を着脱又はスライド自在に取付ける固定手段４と、を備え、誘引幅調整機構Ｂは、誘引口１０の短辺側の間隙幅ＨＢを増減させる誘引口幅調整部材５と、誘引口幅調整部材５を着脱又はスライド自在に取付ける固定手段６と、を備える。固定手段４、６は、一点鎖線で略して示すネジ等の公知の螺着部材等にて成る。図例では吹出口幅調整部材３と誘引口幅調整部材５は一対の折曲片を用いて構成しているが、形状、構造等の変更は自由である。空調に最適な誘引空気混合比の例をあげると、調和空気吹出風量：誘引風量が約６：４であるが、設定変更は自由である。なお、吹出幅調整機構Ａと誘引幅調整機構Ｂの一方又は両方を省略するも自由である。

図５に示すように、調和空気は、実線の太矢印のように送気部材１１から吹出されて誘引混合輻射ケース１６内に入ると吹出口１２と誘引口１０の間隙部が負圧となって、短い点線の太矢印のように被空調空間Ｓの空気を間隔部１５を介して誘引し、長い点線の太矢印のように誘引混合輻射ケース１６内で混合しながら分流拡散して被空調空間Ｓへ層流状に放出される。これらを繰り返して被空調空間Ｓと輻射層流ユニットとの間で空気が対流循環し撹拌される。冷房時は被空調空間Ｓよりも温度が低い誘引混合空気と冷熱放射により空調し、暖房時は被空調空間Ｓよりも温度が高い誘引混合空気と温熱放射により空調する。調和空気は、例えば結露防止や空調効率化のために、誘引混合された時点で被空調空間Ｓの露点温度より高温で絶対湿度が低くなるように設定するが、変更は自由である。

図９は、前記実施例において、フード１３と誘引混合輻射ケース１６との間隔部１５に、被空調空間Ｓからの誘引空気が通過自在なように、被空調空間用照明器具Ｒを設けたものである。照明器具Ｒは、被空調空間Ｓを照明する光を発生させるための装置一式を含むもので、フード１３の開口部１４近傍の間隔部１５に設けているが位置や数の変更は自由である。また、図例では、照明器具Ｒとして蛍光灯を例示しているが、白熱灯やＬＥＤなどの種々のものに変更自由である。この場合、間隔部１５において被空調空間Ｓからの誘引空気が、照明器具Ｒから発生する熱で加熱されて調和空気と混合され、冷房時は再熱効果を得られ、暖房時は予熱効果を得られる。

図１０と図１１は、前記各実施例において、蓄熱輻射分流器２の各伝熱板８に、法線方向（伝熱板８の平面に垂直な方向）に突出すると共に隣合う伝熱板８に接触乃至近接する短筒状の突起部９８を、横長方向へ所定ピッチで形成し、誘引混合輻射ケース１６の所定又は全ての開孔部９と突起部９８とを対向させたものである。伝熱板８…を所定ピッチで面対向させて設けたとき、図例のように突起部９８の中心軸が、隣りの伝熱板８の突起部９８の中心軸と重なって、突起部９８…が直線状につらなるように配置する。なお、図例では突起部９８は楕円形としているが丸形や多角形など変更は自由である。この場合、熱放射は開孔部９から下方向に放射され、かつ、図１１の点線太矢印のように突起部９８を避けて進行する熱放射が開孔部９から斜め下へも放射される。さらに、突起部９８の外周壁から放射状に熱放射が行われて開孔部９から下方向乃至斜め下へ放射される。同時に、突起部９８は誘引混合空気の分流促進効果も発揮する。

空気式輻射層流ユニットの底面側から見た斜視図である。空気式輻射層流ユニットの平面図である。誘引混合輻射ケースの上面の一部を破断させた平面図である。送気部材と誘引混合輻射ケースの側面断面図である。図２のＥ方向から見た全体の断面図である。蓄熱輻射分流器の変形例を示す要部断面図である。図４のＦ方向から見た送気部材と誘引混合輻射ケースの要部断面図である。送気部材の上面の一部を破断させた斜視図である。他の実施例の全体の断面図である。別の実施例の蓄熱輻射分流器の要部平面断面図である。図１０のＪ方向から見た別の実施例の誘引混合輻射ケースと蓄熱輻射分流器の要部断面図である。

２蓄熱輻射分流器
８伝熱板
９開孔部
１０誘引口
１１送気部材
１２吹出口
１３フード
１４開口部
１５間隔部
１６誘引混合輻射ケース
９８突起部
９９直管
Ａ吹出幅調整機構
Ｂ誘引幅調整機構
ＨＡ間隙幅
ＨＢ間隙幅
Ｃ天井
Ｌ中央線
Ｇ整流機構
Ｓ被空調空間
Ｔ蓄熱体
Ｒ照明器具

Claims

天井（Ｃ）に設置される空気式輻射層流ユニットであって、空調機から給気される調和空気を送り出す送気部材（１１）と、誘引口（１０）を有すると共に前記送気部材（１１）の調和空気が前記誘引口（１０）に吹き込まれることで被空調空間（Ｓ）の空気を誘引混合して多数の開孔部（９）から前記被空調空間（Ｓ）へ向かって放出する誘引混合輻射ケース（１６）と、前記被空調空間（Ｓ）に露出する開口部（１４）を有するフード（１３）と、を備え、前記誘引混合輻射ケース（１６）の内部に、前記誘引混合空気を分流させて前記開孔部（９）を介して前記被空調空間（Ｓ）へ案内すると共に前記誘引混合空気の熱を前記誘引混合輻射ケース（１６）に熱伝導させて前記被空調空間（Ｓ）へ熱放射させかつ前記開孔部（９）を通して前記被空調空間（Ｓ）へ熱放射させる蓄熱輻射分流器（２）を、設け、前記フード（１３）の内部に、前記誘引混合輻射ケース（１６）を、これの周側面のうちのすくなくとも対向する二側面から前記誘引口（１０）の範囲と前記フード（１３）との間に誘引空気路用の間隔部（１５）を設けるようにして設置し、前記誘引混合輻射ケース（１６）に、前記送気部材（１１）の調和空気が吹き込まれる前記誘引口（１０）を、前記間隔部（１５）を形成する前記対向二側面の中間の中央線（Ｌ）に沿ってライン状に形成し、前記送気部材（１１）に、前記調和空気を吹出す吹出口（１２）を、前記誘引口（１０）に沿ってライン状に形成したことを特徴とする空気式輻射層流ユニット。
蓄熱輻射分流器（２）を帯状の多数の伝熱板（８）を所定ピッチで面対向させて設けると共に誘引混合空気が分流して前記伝熱板（８）、（８）の隙間を熱伝達しながら通過するように構成した請求項１記載の空気式輻射層流ユニット。
蓄熱輻射分流器（２）の伝熱板（８）に、複数の楕円状直管（９９）を挿着し、この楕円状直管（９９）の楕円長軸を重力方向に向くようにした請求項２記載の空気式輻射層流ユニット。
送気部材（１１）の長手方向に、吹出口（１２）をライン状に形成し、前記送気部材（１１）の内部空間を、前記吹出口（１２）の長辺方向の風上側から風下側へ向かって縮径させた請求項１、２又は３記載の空気式輻射層流ユニット。
送気部材（１１）に風向を調整する整流機構（Ｇ）を設けた請求項１、２、３又は４記載の空気式輻射層流ユニット。
ライン状の吹出口（１２）の短辺側の間隙幅（ＨＡ）を調整して吹出風速を変更自在な吹出幅調整機構（Ａ）、及び／又は、ライン状の誘引口（１０）の短辺側の間隙幅（ＨＢ）を調整して誘引風速を調整自在な誘引幅調整機構（Ｂ）を、設けた請求項１、２、３、４又は５記載の空気式輻射層流ユニット。
楕円状直管（９９）の内部に、誘引混合空気の熱を蓄熱する蓄熱体（Ｔ）を設けた請求項３、４、５又は６記載の空気式輻射層流ユニット。
フード（１３）と誘引混合輻射ケース（１６）との間隔部（１５）に、被空調空間用照明器具（Ｒ）を設けた請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の空気式輻射層流ユニット。
蓄熱輻射分流器（２）の各伝熱板（８）に、法線方向に突出すると共に隣合う前記伝熱板（８）に接触乃至近接する短筒状の突起部（９８）を、長手方向へ所定ピッチで形成し、誘引混合輻射ケース（１６）の開孔部（９）と前記突起部（９８）とを対向させた請求項２、３、４、５、６、７又は８記載の空気式輻射層流ユニット。