JP2019174103A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】送風機の風量を自動で調整することでドラフト感を緩和可能とした空調システムを提供する。【解決手段】外気導入口と内気導入口とを有し、外気導入口から導入された空気と内気導入口から導入された空気とを混合する空気混合ボックスと、空調機と、空気混合ボックス内の空気を複数の居室に搬送する、複数の居室毎に対応して設けられた複数の搬送ファンと、取込空気温度センサーと、搬送空気温度センサーと、搬送ファンの風量を制御するシステムコントローラと、を備え、取込空気温度と搬送空気温度と所定の閾値とに基づいて搬送ファンの送風量を制御するファン風量制御部を備えた空調システムを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、空調システムに関するものである。

従来、住居に対してダクト式の全館空調システムでの空調が行なわれている。
例えば、全館空調システムでの空調では、機械室に設置された全館空調機にて室内の戻り空気を冷却または加熱し、ダクトにて各部屋に搬送する。室内の温度は例えば温度調節器（以下サーモスタット）にて計測される。サーモスタットを室内に設置し、設定温度と室内温度が乖離すると空調機を運転し、室内温度が設定温度に到達すると空調機を停止する。この場合、部屋毎に空調を制御できず同一サーモスタットを設置した場所での測定温度により運転／停止制御を行うため、サーモスタットを設置していない部屋の温度調整は成行きになってしまう。また、省エネルギー住宅需要の高まりや規制強化に伴い、高断熱・高気密住宅が増加していくことが予想されており、その特徴に適した換気空調システムが要望されている。

例えば、居室とは独立した空調室に外気と室内空気を取り入れ、空調室に設けた空調機により空調室内の温度を任意の温度に空調し各居室毎に設けられた複数の送風機により各居室に空調空気が供給される空調システムが知られている（特許文献１）。

特開２０１１−１７４６７４号公報

このような従来の空調システムでは、居室温度が設定温度に到達した後も設定温度に近づけるための強い風量が常時各居室に供給され続けることになるので、ドラフト感により全館空調の快適性が損なわれるという課題がある。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであり、空調機の運転状態に合わせて搬送ファンによる供給風量を調整することで、ドラフト感を緩和することのできる空調システムを提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、外気を導入するための外気導入口と居室内空気を導入するための内気導入口とを有し、前記外気導入口から導入された空気と前記内気導入口から導入された空気とを混合する空気混合ボックスと、前記空気混合ボックス内の空気の温度を調整する空調機と、前記空気混合ボックス内の空気を前記空気混合ボックスとは独立した複数の居室に搬送する、前記複数の居室毎に対応して設けられた複数の搬送ファンと、前記内気導入口を介して導入される空気の温度を検知する取込空気温度センサーと、前記居室に搬送される空気の温度を検知する搬送空気温度センサーと、前記搬送ファンの風量を制御するシステムコントローラと、を備え、前記システムコントローラは、前記取込空気温度センサーが検知した取込空気温度と前記搬送空気温度センサーが検知した搬送空気温度と所定の閾値とに基づいて前記搬送ファンの送風量を制御するファン風量制御部を備えた空調システムとし、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、空調機の運転状態に合わせて搬送ファンによる供給風量を調整することで、ドラフト感を緩和することのできる空調システムを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る空調システムの全体構成を示す概略図。 システムコントローラの機能ブロック図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

本実施の形態に係る空調システム１は、図１に示すように、空気混合ボックス９と、空調機２と、搬送ファン３と、取込空気温度センサー１５と、搬送空気温度センサー１６と、システムコントローラ６とを備える。

空調システム１は、例えば複数個の居室７（居室７ａ〜７ｄ）を備えた高断熱・高気密構造の家屋８に設置されて動作する。

家屋８には、少なくともひとつの空気混合ボックス９が、他の複数の居室７とは空間的に独立して設けられる。

空気混合ボックス９は、筐体に断熱構造を有し、屋内の居室または屋外に設置可能であり、内部に空調機２および空調機リモコン１０を備える。空気混合ボックス９は、複数の搬送ファン３と、外気導入口２２と、内気導入口１３とを備える。

搬送ファン３は、空気混合ボックス９の側面に、当該搬送ファン３の吸込口が空調機２の吹出方向に対して直交する向きで挿入されて設けられる。搬送ファン３は、空気混合ボックス９内の空気を複数の居室７に搬送するためのファンである。搬送ファン３は、複数（搬送ファン３ａ〜３ｄ）設けられており、それぞれ給気ダクト１１を介して複数の居室７と１対１で接続されている。つまり、居室７ａと空気混合ボックス９とは給気ダクト１１ａを介して接続され、空気混合ボックス９の空気は搬送ファン３ａを介して給気ダクト１１ａ内を居室７ａまで搬送される。他の搬送ファン３ｂ、搬送ファン３ｃ、搬送ファン３ｄも同様である。搬送ファン３はシロッコファンであり、風量一定制御機能を有する。

給気ダクト１１（給気ダクト１１ａ〜１１ｄ）は、それぞれ複数の居室７（７ａ〜７ｄ）と１対１、すなわち独立して接続される。つまり、空気混合ボックス９と各居室７とは、給気ダクト１１を介して接続されているが、ファンを停止することで空気の行き来を停止できる、それぞれ独立した個別の空間とすることができる。

外気導入口２２は、給気ダクト１４を介して給気扇５に接続される。つまり、給気扇５が、空気混合ボックス９に外気を導入する。なお、空気混合ボックス９が屋外に設置される場合には、給気扇５や給気ダクト１４は必ずしも必要ではなく、開口としての外気導入口を備えればよい。

内気導入口１３は、換気ダクト２１を介して空気混合ボックス９に送られた空気を吹出す吹出口として設けられている。

居室７（７ａ〜７ｄ）は、給気ダクト１１を介して空気混合ボックス９から送られた空気を吹出すための吹出口１２（吹出口１２ａ〜１２ｄ）が設けられている。また居室７は、室内の空気を空気混合ボックス９に送風するための換気口２３（換気口２３ａ〜２３ｄ）が設けられている。各換気口２３は、換気ダクト２１に接続され、換気ダクト２１は、室内からの空気を空気混合ボックス９に引き込むための給気扇４に接続される。そして給気扇４は、換気ダクト２１を介して内気導入口１３から空気混合ボックス９内まで居室７の空気を引き込む。

空調機２は、空気調節装置（エアコンディショナー）等が該当し、空気混合ボックス９の内部空間温度を制御可能な機器である。空調機２には、空調機リモコン１０が接続されており、ユーザは、空調機リモコン１０を介して空調機２が制御可能な環境要素（温度、湿度など）を設定、変更することで、空気混合ボックス９内の空調環境を変更可能である。

給気扇４は、空気混合ボックス９内に複数の居室７の空気を引き込む（搬送する）ためのファンである。給気扇４は、吸込口にチャンバー２０が接続される。

給気扇５は、空気混合ボックス９内に屋外の空気を引き込む（搬送する）ためのファンである。

システムコントローラ６は、搬送ファン３と、取込空気温度センサー１５と、搬送空気温度センサー１６とに有線または無線にて通信可能に接続されている。システムコントローラ６は、図２に示すように、取込間隔取得部１７と、送風量決定部１８と、ファン風量制御部１９とを備える。

取込空気温度センサー１５は、内気導入口１３の例えば中心に設置され、居室７から空気混合ボックス９に導入（搬送）される取込空気の温度を取得する。

搬送空気温度センサー１６は、複数の搬送ファン３の吸込口の中央に設置され、空気混合ボックス９から居室７へ搬送される搬送空気の温度を取得する。搬送空気温度センサー１６は、例えば搬送ファン３が奇数台の場合は、搬送空気温度センサー１６は吸込口の中心位置となり、偶数台の場合は吸込口と吸込口の間に設置される。

送風量決定部１８は、取込空気温度センサー１５と、搬送空気温度センサー１６とが取得した温度の温度差と、あらかじめシステムコントローラ６に設定されている所定の閾値とに基づいて、搬送ファン３が居室７に送風すべき送風量を決定する。

ファン風量制御部１９は、送風量決定部１８が決定した風量で動作するよう、各搬送ファン３に風量情報を送信して複数の居室７への送風量を制御する。

取込間隔取得部１７は、送風量決定部１８が取込空気温度センサー１５と搬送空気温度センサー１６とから温度情報を取得する取り込み間隔を設定可能であり、つまり取込間隔取得部１７に設定された間隔で、送風量決定部１８が送風量の決定を行なう。

続いて、システムコントローラ６の処理を具体的に説明する。なお、以下の処理は暖房期であり、例えば取込空気温度センサー１５から取り込んだ取込空気温度が２０度であり、搬送空気温度センサー１６から取り込んだ搬送空気温度が２２度であり、所定の閾値が３度であるとする。

この場合、送風量決定部１８は、取込空気温度２０度と、搬送空気温度２２度との差（温度差）を求め、この差が２度であり、所定の閾値３度以下であることより、搬送ファン３が複数の居室７に送風する風量を決定する。ここで、搬送ファン３が送風する風量の範囲は、搬送ファン３が送風可能なゼロではない最も小さい送風量から、搬送ファン３が送風可能な最大風量の範囲である。言い換えると、ファン風量制御部１９は、取込空気温度と搬送空気温度との温度差が所定の閾値以下の場合、搬送ファン３を停止すること無く最も小さい送風量で送風を行なう。ここで、最も小さい送風量とは、搬送ファン３にユーザまたはシステムが設定可能な送風量のうち、ゼロではない最も小さい送風量のことである。本実施の形態では、搬送ファン３の送風量が強と弱の２段階の切り替えが可能であるとすると、ゼロではない最も小さい送風量は弱となる。

以上のように、取込空気温度と、搬送空気温度との温度差を求め、この温度差が小さい場合には、居室内での温度変化が小さく、すなわち小風量であっても居室の温度が維持できると判断できる。言い換えると、居室の温度の維持には大風量が不要であると判断できるため、送風量を小さくすることで、送風によるドラフト感を緩和することが可能になる。つまり、暖房期に大風量の送風が人に当たり、または居室内の空気を攪拌することで、ユーザが肌寒さを感じることの抑制が可能となる。

また、取込空気の温度が１８度であり、搬送空気の温度が２２度であるとする。この場合、送風量決定部１８は、取込空気温度１８度と、搬送空気温度２２度との差を求め、この差が４度であり、所定の閾値３度より大きいことより、複数の居室７に送風する搬送ファン３の風量を強とする。

以上のように、取込空気温度と、搬送空気温度との温度差を求め、この温度差が大きい場合には、居室内での温度変化が大きく、すなわち大風量でなければ居室の温度が維持できないと判断する。この場合にはドラフト感の抑制よりも居室内の温度維持を優先するのである。

上記例では、搬送ファン３の風量を２段階での切り替えとし、閾値を１つとして示したが、多段階で制御可能な搬送ファン３を採用し、所定の閾値を複数設定し、各閾値に基づいて搬送ファン３の風量を設定しても良い。例えば、搬送ファン３に対して、ユーザまたはシステムが送風量１から送風量１０までの１０段階の送風量を設定可能であり、送風量１から送風量１０まで順に送風量が大きくなるものとする。そして複数の閾値１から閾値９を設定し、閾値１＜・・・＜閾値９とする。この場合、一番小さい閾値１よりも取込空気温度と、搬送空気温度との温度差が小さい場合、送風量１とする。閾値１よりも温度差が大きい場合は、さらに閾値２と比較する。温度差が閾値２よりも小さい場合には、送風量２とする。この処理を最大閾値である例えば閾値９までと比較し、閾値９よりも温度差が大きい場合には、送風量１０とする。

ただし、所定の閾値が何度であろうとも、搬送ファン３を停止すること無く最も小さい送風量で送風を行なう点は変わらない。上記例では最も小さい送風量は送風量１となる。

また、上記例では、空調機２が、取込空気温度が搬送空気温度よりも低く、つまり暖房運転として示したが、送風量決定部１８は、取込空気温度が搬送空気温度の温度差の絶対値に基づいて送風量を決定するため、冷房運転時も同様に制御可能である。

また、取込空気温度センサー１５は、居室内であって、換気口２３の入り口や換気口２３の周辺、又は、居室と空気混合ボックス９とを接続するダクト内に設けてもよい。ダクト内に設ける場合には、他の居室とは独立したダクトを設けるか、他の居室からの空気が合流（混合）される分岐点よりも居室側に設ければよい。

さらに搬送空気温度センサー１６は、居室内であって、吹出口１２の出口や吹出口１２の周辺、又は、居室と前記空気混合ボックス９とを接続するダクト内に設けてもよい。

これにより、よりユーザに近い場所での温度取得が可能となり、ドラフト感抑制のための制御を正確に行うことが可能となる。

また、前述において搬送ファン３と複数の居室７とが一対で対応するとしたが、給気ダクト１１の圧力損失を調整することで、１台の搬送ファン３から複数の居室７の間に分岐管などの手段を用いて分流しても同様の空調制御が可能である。

また、前述において搬送ファン３をシロッコファンとしているが、プロペラファン及びターボファンとするとシロッコファン同様の風量、静圧を得ようとした場合、羽根径が大きくなるか回転数が高くなるので空気混合ボックス９の大型化、騒音増加となるためである。

また、前述において搬送ファン３は停止することなく閾値が何度であろうと最も小さい送風量で送風するとしているが、停止させることにより居室に対しての換気も停止となるためである。

また、前述において複数の居室７の空気を、換気ダクト２１を介してチャンバー２０で合流させているが複数の居室７がアンダーカットなどで連通している場合、換気ダクト２１は各階の居室７ａ〜７ｄいずれかに設置すればよい。

なお、上記実施の形態では、居室７として示しているが、居室７は必ずしも人が居る必要は無く、一つの空間として捉えることができる。つまり、廊下やキッチンもある程度区切られているのであれば１つの空間として捉えることができ、１つの居室に該当する。また、本実施の形態に係る空調システムの全体構成を示す概略図において、居室７aにシステムコントローラ６を配置しているが、搬送ファン３および取込空気温度センサー１５、搬送空気温度センサー１６と有線または無線にて通信ができる範囲であれば家屋８のどこに配置されても問題はない。

本発明にかかる空調システムは、取込空気温度と搬送空気温度に合わせて居室への供給風量を変更するため、居室で生じるドラフト感を抑制しながら設定温度を維持できるものである。

１ 空調システム
２ 空調機
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 搬送ファン
４、５ 給気扇
６ システムコントローラ
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 居室
８ 家屋
９ 空気混合ボックス
１０ 空調機リモコン
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 給気ダクト
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 吹出口
１３ 内気導入口
１４ 給気ダクト
１５ 取込空気温度センサー
１６ 搬送空気温度センサー
１７ 取込間隔取得部
１８ 送風量決定部
１９ ファン風量制御部
２０ チャンバー
２１ 換気ダクト
２２ 外気導入口
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 換気口

Claims (9)

1. 外気を導入するための外気導入口と居室内空気を導入するための内気導入口とを有し、前記外気導入口から導入された空気と前記内気導入口から導入された空気とを混合する空気混合ボックスと、
   前記空気混合ボックス内の空気の温度を調整する空調機と、
   前記空気混合ボックス内の空気を前記空気混合ボックスとは独立した複数の居室に搬送する、前記複数の居室毎に対応して設けられた複数の搬送ファンと、
   前記内気導入口を介して導入される空気の温度を検知する取込空気温度センサーと、
   前記居室に搬送される空気の温度を検知する搬送空気温度センサーと、
   前記搬送ファンの風量を制御するシステムコントローラと、を備え、
   前記システムコントローラは、
   前記取込空気温度センサーが検知した取込空気温度と前記搬送空気温度センサーが検知した搬送空気温度と所定の閾値とに基づいて前記搬送ファンの送風量を制御するファン風量制御部を備えた空調システム。
2. 前記ファン風量制御部は、
   前記取込空気温度と前記搬送空気温度との温度差が所定の閾値Ａ以下の場合、前記搬送ファンを停止すること無く送風量を最も小さい送風量とする請求項１記載の空調システム。
3. 前記取込空気温度センサーは、
   前記居室内又は前記居室と前記空気混合ボックスとを接続するダクト内に設けられた請求項１又は２に記載の空調システム。
4. 前記搬送空気温度センサーは、
   前記居室内又は前記居室と前記空気混合ボックスとを接続するダクト内に設けられた請求項１から３のいずれかに記載の空調システム。
5. 前記外気導入口から前記空気混合ボックス内に空気を引き込む給気扇を備えた請求項１から４のいずれかに記載の空調システム。
6. 前記内気導入口から前記空気混合ボックス内に空気を引き込む給気扇を備えた請求項１から５のいずれかに記載の空調システム。
7. 前記空気混合ボックスは、
   断熱構造を有し屋内の居室または屋外に設置可能である請求項１から６のいずれかに記載の空調システム。
8. 前記ファン風量制御部は、
   前記取込空気温度と前記搬送空気温度との温度差が所定の閾値Ａよりも高い場合、前記搬送ファンの送風量を前記温度差に基づいた送風量とする請求項１から７のいずれかに記載の空調システム。
9. 前記システムコントローラは、
   前記取込空気温度センサーと前記搬送空気温度センサーとからの温度の取込間隔を任意に変更することができる請求項１から８のいずれかに記載の空調システム。