本発明は、クリーニング工場における無風状態下での空調方法とそれに用いる装置に関する技術である。

洗濯物にバーコードのタグを取り付けてコンピューター管理するクリーニング工場において、室内が無風状態にならないといけない。建物内の空調を無風状態で行うことには困難を極めている。またその他、埃が舞い上がることを嫌う研究施設なども同様に空調を無風状態にする必要がある。

通常一般に使用されている体育館等の大型施設における室内の冷房を行なう冷房装置としては、冷媒としてガス又は水を通す金属配管にフィンを接触させ吸熱面積を増やしたフィンを持つ吸熱器に、ファン又はブローによる風量が制御された風をあて、熱変換で冷却された冷風によって運ばれた冷気で室内の温度を下げるようにしており、空冷型や水冷型ヒートポンプ空調機が一般的である。

一般に、室内機に吸熱器とファンを持ち、室外には通常室外機と称する圧縮機と凝縮器や冷却用ファンを持ち、冷媒を介して室内の温度を調整する空調装置で室内側吸熱器の冷気を風で運ぶという手法は、大きな建物であればあるほど遠方に風を送るために強力な風を使う必要があり無風状態での冷房には不向きである、これを実現するため様々な発明が提案されているが有効な方法が無い状態で今日に至っている。また、特開平10−300137号ではアルミ板を利用する例も見られるが実用に至っていない。特開2000−28167号にベンチュリーを設けて大きな建物において空気移動を行なわせる構造も提案されているが、本発明のような無風状態下での冷房を可能にするものではない。

特開2000−28167号

特開平10−300137号

特開平8−296266号

特開2006−234229号

本発明は、建物内における無風状態での空調を可能にする方法とそのための装置を提供しようとするものである。ここにいう無風状態とは建物の内部に水平方向の風が生じないことである。(空気が水平方向に強く移動する)さらに本発明は、この空調装置の設置作業も容易にしようとするものである。

本発明は空調対象1の仕切られた空間1a上部に吸熱手段2を設け、吸熱手段2は冷媒配管3及びその下部に結露水受け手段5を備え、前記空間1a以外に排熱手段10を設けて、吸熱手段2が設けられた空間1a上部冷気の自然降下により冷房を行なうようにした建物内における無風状態下での空調方法である。 具体的な装置としては、空調対象1の仕切られた空間1a上部に吸熱手段2を設け、吸熱手段2は冷媒配管3及びその下部に結露水受け手段5を備え、前記空間1a以外に排熱手段10を設け、吸熱手段2はフィン4aを有した部材で冷媒配管3の外周が被覆されていることを特徴とする空調装置である。

本発明者は、冷気は暖気より比重が重く下に降りるという空気の沈下(降下)作用による冷房を行うことに着目した。そのためには、冷媒を通す冷媒配管3にらせん状に巻きつけたフィン4aを持つフィン付き冷媒配管4を必要に応じて天井近くに必要数設置し、冷気は自然と下に降りる作用を利用して冷房を行なうこととした。 すなわち、空調対象1の仕切られた空間1a上部に吸熱手段2を設け、吸熱手段2は冷媒配管3及びその下部に結露水受け手段5を備え、前記空間1a以外に排熱手段10を設けて、吸熱手段2が設けられた空間1a上部冷気の自然降下により冷房を行なうようにした建物内における無風状態下での無風空調方法とそれに用いる装置である。

冷気の自然沈下による冷房を行なうが、より大きな熱変換を行なうようにするためフィン付き冷媒配管4の周囲全方向のいずれかに、空気配管6を設け直線又は曲線に伸びるフィン付き冷媒配管4の下方又は横や上部など周囲いずれかの方向からフィン付き冷媒配管4と平行に設置した空気配管6の上部、又はフィン付き冷媒配管4に風が当たる方向に合わせてスリット6aや無数の穴6bを開けて、風がフィン4aにあたる方向に取り付けて開けた穴6bからフィン付き冷媒配管4から冷気が剥離する程度のわずかの風をフィン4aに向けて吹き付ける。このとき床上から無風状態が必要となる高さまで無風状態に影響しないようにフィン4aに当てる強さをコントロールして空気を吹きつける。

上記の空気配管6の材質は加工のしやすい塩化ビニル樹脂でも金属でもよく、スリット6aの代わりにフィン付き冷媒配管4のフィン4aのピッチにあわせて小さな穴6bを風がフィン4aにあたるか、又はフィン4aとフィン4aの間を通過する様にすることで、熱変換がより大きな値となる。この場合の空気を通す空気配管6の形状は丸でも三角でも多角形でもよい。この場合、穴6bの製作には数ミリ幅のスリット6aを空気配管6と平行に開口してアルミ箔やアルミテープもしくは紙テープや布などの粘着性を持つテープでスリット6aを部分的に塞ぎ、必要な大きさの穴を設けることで簡単に穴6bを作ることもできる。

また、天井付近に設置するフィン付き冷媒配管4を数本で一組としてフィン付き冷媒配管4の下部に空気配管6と結露水を受けるドレンパン5aをセットして枠7aに収め、一つの集合吸熱ユニット7とし、何台も集合吸熱ユニット7を連結可能とする。そのためフィン付き冷媒配管連結口7bと空気配管連結口7c及びドレンパン連結口7dを集合吸熱ユニット7に設ける事で大きな建物の冷房の施工が簡単となる。更にフィン付き冷媒配管4の代わりに高熱伝導率の金属平板で挟んだ高熱伝導率の冷媒配管3を金属平板吸熱材8cとして冷媒の入り口と出口を連結できるように配置し、広さに応じた枚数を連結して吸熱手段2とすることもできる。高熱伝導率とは鉄より熱伝導率が高いことをいう。このとき水平に設置をすると結露水が床上に落下する可能性があるので結露水の落下防止のために金属平板吸熱材8cの取り付けは結露水が金属面を伝って流れてくるように傾斜8aが付くように取り付けて、金属平板吸熱材8cの結露水が集合する最下部にドレンパン5aを設ける。この場合の空気配管6は金属平板吸熱材8cの天井面に取り付けてもよく底面に取り付けてもよく金属平板吸熱材8cの金属平板は浪板状にする事で吸熱面積が増え冷却効率が上がる。このとき金属平板吸熱材8cを平板吸熱装置8とし空気配管6やドレンパン5aを組み込みユニット化する事で必要数を連結させることが簡単な施工で出来ることから施工時間の短縮や特別な技術を要しないで施工ができる。このユニット化することは一つの建物内に圧縮機10aの能力によって数組の空調装置を設置する事で大きな建物内を冷房することが可能となる、このとき金属平板吸熱材8cで挟んだ冷媒配管3以外の隙間には高熱伝導率充填材8bを注入する事でより高効率の熱変換が行なえる。

この装置を冷媒で室内を冷房するときは、冷却された冷媒を室内の暖気と熱交換した後、圧縮機10aに戻して圧縮機10aで圧縮された冷媒は高温になっているので冷媒を冷却する方法として凝縮器10bや圧縮機10aと送風用ファンが通常室外機に一体化されていて高温となった冷媒を凝縮器10bにファンで風をあてて冷やす方法であるが、室外機と分離してファンは撤去して圧縮機10aと凝縮器10bを別々にして、凝縮器10bを地下又は地上に設置した水槽20に地下水又は地上水を貯水し、水槽20にためた水に浸かるように凝縮器10bを水没させる。このとき大型施設では複数台の凝縮器10bを冷却する必要があるためこれらの凝縮器10bを一度に地下又は地上に設置した水槽20内に水没させて冷やす事で高温になった冷媒を効率よく冷却することができる。また空冷式で発生する高温の風で周辺の空気を温暖化することを防ぐことが出来、暖められた温水は利用度があれば温水プールや、シャワーなどにも利用でき、クリーニング工場などではスチームを発生させるために重油などのボイラーを使用しているが水温が高い熱変換した後の水を利用する事でコストの削減も図れる。 水槽20内で凝縮器10bを冷却する方法は、特開平8−296266でも見られるが、この方法では複数台の凝縮器10bを水槽20内で冷却させることは不可能である。

この場合、通常銅の冷媒配管3にアルミニュームの吸熱補助材を取り付けているが、水中に長期にわたり浸かることになるので水没する部分は金又は銀等の劣化を防ぎ高熱伝導率の物質でメッキ又は、高熱伝導率の耐熱、耐酸化物質の塗布などを施し金属の酸化による劣化と熱伝導率の低下を防止する措置をしたほうが良い。

次に、分離した圧縮機10aは必要台数まとめて圧縮機10aを圧縮機室30に収納し運転中は圧縮機10aも高温となるために圧縮機室30に圧縮機室用室内機10cを取り付ける。この場合の圧縮機室用室内機10cは一般的な吸熱器とファンがセットされた室内機で風による冷却を行ない圧縮機室用凝縮器10eは他の凝縮器10bと同じ水槽20で冷却を行なう。

地下水脈を利用するとき、概ね数メートル乃至数百メートルから地下水をくみ上げて地上又は地下の水槽20に貯水された水を利用し、流動はポンプ又は自然対流により、熱変換された温水が一定の温度になると別に設けた三方弁41と貯湯タンク40に必要量を貯湯し、シャワーや風呂に利用することが出来る。温水の利用度が無いか、もしくは貯湯タンク40が満水になった残りは再度地下に戻すが、このときに給水側の地下に埋設する地下水供給用配管26aと地下に戻す地下水戻り用配管27aの深さは汲み上げる地下水脈A24と異なる地下の地下水脈B25に戻す。水脈が違った水脈に戻すことで同じ水脈でループが出来ないようにすることが出来、水脈によっては地上に噴出する圧力が地下水脈にある場合があるため、確実に地下に戻すことが必要なので地下水戻り用加圧ポンプ27bを設ける事で強制的に地下に戻すことが出来る。この思考は、特開2006−234229にも見られるが地下水源を利用して冷却して冷却後の高温になった水の処理についてはただ単純に元の地下水源に戻すのみの記載である。これにより空気を全く利用せずに複数台の凝縮器10bを同時に冷却できるので地上の温度上昇を防ぐことができ、地下水を汲み上げる事による地盤沈下を防止することもできる。この地下に戻す方法はやむをえない場合は一定の距離を隔てた同じ水脈に戻すことも可能である。

また凝縮器10bを複数台水槽20に完全に水没するように設置し地下水で冷却する構造と方法は大型ビルや風を使用して冷気や暖気をファンで飛ばして行なう室外機にも利用でき、都会のヒートアイランド現象を防ぐことが出来ると同時に、通常の圧縮機と凝縮器やファンを持ついわゆる室外機と称される熱変換機に三方弁を設け熱風が出る夏場は地下水で冷却し暖房時の冬場はファンを用いた空冷にする事で冷気を地上に戻すことができ温暖化の防止に役立つ、もちろん地下水のみで熱変換する方法が、地下水は温度が一定の水温であるため省エネにつながり炭酸ガス排出の節減にも貢献できる。また地下水を使用する事で凝縮器の冷却温度が一定となり平均気温が40度を超える国や地域でも効率よく冷房を行なうことができる。

本発明は、低温冷媒で冷却されたフィン付き冷媒配管4や金属平板吸熱材8cをそれぞれの吸熱装置を室内で熱変換するとき室内は無風状態で冷房するために必要最小限の風をフィン4aのすぐ近くからスリット6a又は小口径の穴6bを介して噴出させ、空気を一旦上部又は周辺に吹きつけたフィン付き冷媒配管4や金属平板吸熱材8cで冷却した後、冷気が自然落下による無風状態の冷房装置が出来る。 さらに風量の均一化を図るために、穴6bの大きさは風を送る手前方向は小さく、先端になるほど大きくすることで解決出来る。

この場合、冷気を熱変換する時に結露水が発生するが、ドレンパン5aをフィン付き冷媒配管4と空気配管6の真下や、金属平板吸熱材8cの最下部に配置しドレンパン5aが発生させる結露水を防止するためにドレンパン5aの内側又は外側にはゴムやウレタン類の化学物質や天然の結露防止材5bを取り付けることで解決できる。ドレンパン5aは市販の雨樋等でも代用が出来る。

本発明の空気を通す空気配管6はフィン付き冷媒配管4とドレンパン5aの間に設置し風の方向が変わらないように空気配管固定具6cを空気配管6に取り付けることで解決できた。この空気配管6の風が噴出す始点は空気配管6を数本に分割することでスリット6aの始点の位置が数箇所に分散させることで風量の均一化を図ることが容易になる。

空調装置の圧縮機10aと凝縮器10bやファンは撤去し圧縮機10aを一つの部屋に収納する。圧縮機室30の圧縮機10aは高温となるため圧縮機10aを冷却するための圧縮機室用室内機10cを配置し、圧縮機室30を冷房する圧縮機室用凝縮器10eは建物内を冷房する凝縮器10bと同じ水槽20で冷却する事で、室外機や室内機の冷房装置全体のいずれからも高温度の空気が出ることがなく周辺の気象温暖化の防止と地下水で冷却する事で凝縮器10bの熱変換が高効率化されるので消費電力も少なくなる。

本発明によって、洗濯物にバーコードのタグを取り付けてコンピューター管理するクリーニング工場において、室内を無風状態にできるのでコンピューター管理が可能になった。その他、埃が舞い上がることを嫌う研究施設なども同様に空調を無風状態で行うことができるようになった。

本発明でフィン付き冷媒配管4、ドレンパン5a、結露防止材5b、空気配管6等を集合吸熱ユニット7に、また金属平板吸熱材8c、ドレンパン5a、空気配管6、高熱伝導率充填材8b等を平板吸熱装置8としてユニット化することによって、施工能率や空調効率等を高め、広さに応じた施工面積の大小に容易に適応可能となった。

通常室外機と称する冷媒を冷却するのに空気を利用して冷却をすることが殆どであるため、周辺の空気の温度が上昇していたが、特に大型施設では複数台の凝縮器10bを冷却する必要があるためこれらの凝縮器10bを一度に地下又は地上に設置した水槽20内に貯水した地下水に水没させて冷やす事で高温になった冷媒を効率よく冷却することができて、ヒートアイランド現象を防ぐなど環境に好適な効果がある。

通常室内機や室外機と称する冷媒を冷却して空調対象空間1aを冷却するとき室内温度センサー51や外気温温度センサー52などで温度管理をしている。本発明の吸熱手段2と圧縮機10a及び凝縮器10bを分離して設置する空調対象空間1aや室外の温度によって圧縮機10aの出力制御手段や空気配管6に送る空気の流量制御手段、また水槽20内の水の温度を管理する温度センサー53などの信号で空調装置全体の電気制御手段50を温度管理が出来ている圧縮機室30に収納する事で外気温や埃などによる影響をなくすことが出来る。

本発明の無風空調方法に用いる装置の全体図である。

本発明の吸熱手段の構成を示す断面図である。

本発明のフィン付き冷媒配管の構成を示す側面図である。

本発明の空気配管の開口部を示す斜視図である。

本発明の空気配管の開口部の別の実施形態を示す斜視図である。

本発明の吸熱手段を空調対象に設置した状態を示す断面図である。

本発明の吸熱手段に用いる集合吸熱ユニットの構成を示す斜視図である。

本発明の吸熱手段を集合吸熱ユニットの連結する部分の斜視図である。

本発明の吸熱手段を集合吸熱ユニットで構成した場合の斜視図である。

本発明の吸熱手段を集合吸熱ユニットで構成した場合の断面図である。

本発明の吸熱手段を金属平板吸熱材で構成した場合の斜視図である。

本発明の吸熱手段を平板吸熱装置で構成した場合の断面図である。

銅製の冷媒配管にフィンを付けて実施した場合の温度変化を示すグラフである。

銅製の冷媒配管にフィンを付けて実施した場合の煙により無風状態を確認した写真である。

ステンレス製の冷媒配管にフィンを付けて実施した場合の温度変化を示すグラフである。

以下図面に基づき本発明の実施の形態を詳細に説明する。 図1は本発明の無風空調方法に用いる装置の全体図である。 この例にみられるように、本発明は無風状態の空調対象1の仕切られた空間1aの上部に吸熱手段2を設け、吸熱手段2は冷媒配管3及びその下部に結露水受け手段5を備え、前記空間1a以外の場所に排熱手段10を設けて、吸熱手段2が設けられた空間1a上部の冷気の自然降下によりバトミントンのような風を好まない空間1bの冷房を行なうようにしている。これにより建物内における無風状態下での空調を可能にした方法としたのである。

空調装置はしたがって空調対象1の仕切られた空間1aの吸熱手段2が図2にみられるように冷媒配管3及びその下部に結露水受け手段5としてドレンパン5aを備えている。この空間1a以外に排熱手段10が凝縮器10b、圧縮機10aとして設けられている。吸熱手段2は図3にみられるようにフィン4aを有した部材で冷媒が通過する冷媒配管3の外周が被覆されていることを特徴とする。

吸熱手段2には、冷媒配管3に向かって開口部を有する空気配管6が、冷媒配管3と結露水受け手段5としてのドレンパン5aとの間に設けられている。 吸熱手段2は、ドレンパン5aの上方にフィン付き冷媒配管4と空気配管6からなる集合吸熱ユニット7を複数設け、他の集合吸熱ユニット7とのフィン付き冷媒配管連結口7b、空気配管連結口7c及びドレンパン連結口7dを有した枠7aで覆う構造がよい。 吸熱手段2は、高熱伝導率の金属平板内(金属枠でもよい)に冷媒配管3を敷設した金属平板吸熱材8cの下部にドレンパン5aを設けて空調装置の施工領域をカバーするだけ必要単位数用いるようにする。また、金属平板吸熱材8cは、金属平板(金属枠でもよい)同士を平面上に併設または角度を有して取付け可能に、冷媒配管連結口7e、及びドレンパン連結口7dを設けた空調装置とすることもできる。天井付近に設置するフィン付き冷媒配管4を数本で一組としてフィン付き冷媒配管4の下部に空気配管6と結露水を受けるドレンパン5aをセットして枠7aに収め一つの集合吸熱ユニット7とし、何台も集合吸熱ユニット7を連結可能とするためフィン付き冷媒配管連結口7b、空気配管連結口7c及びドレンパン連結口7dを集合吸熱ユニット7に設ける事で大きな建物の冷房の施工が簡単となり、またフィン付き冷媒配管4の代わりに高熱伝導率の金属平板で挟んだ高熱伝導率の冷媒配管3を金属平板吸熱材8cとして冷媒の入り口と出口を連結できるように配置し広さに応じた枚数を連結して吸熱手段2とする。このとき水平に設置をすると結露水が床上に落下する可能性があるので結露水の落下防止のために金属平板吸熱材8cの取り付けは結露水が金属面をつたって流れてくるように傾斜8aが付くように取り付けて、金属平板吸熱材8cの結露水が集合する最下部にドレンパン5aを設ける。金属平板吸熱材8cには、金属平板吸熱材8cに向かい開口部を有する空気配管6が、金属平板吸熱材8cの天井面または底面に設けられている。集合吸熱ユニット7、金属平板吸熱材8c及び平板吸熱装置8は、開口部から吹出す空気の流量制御手段を設けるとよい。

注水された水槽20に凝縮器10bが収納されていることも特徴とすることができる。地下水脈A24から水槽20への地下水供給ライン26の地下水供給用配管26a中に地下水供給用ポンプ26bと、水槽20から地下水脈B25への地下水戻りライン27の、地下水戻り用配管27a中に地下水戻り用加圧ポンプ27bが設けられている。 地下水戻りライン27の地下水脈B25は、地下水供給ライン26の地下水脈A24と異なりかつ浅い位置であると冷却効率がよい。 図1にみられるように冷却機能を有した圧縮機室30に複数組の空調装置の圧縮機10a及び電気制御手段50を収納させると場所をとらないし施工効率もよく外気温の影響や埃による故障の発生確率を下げることも出来る。

圧縮機10a及び凝縮器10bは、他機器との接続行うための接続部材を設けている。 冷媒を通す冷媒配管3にらせん状に巻きつけたフィン4aを持つフィン付き冷媒配管4を必要に応じた本数を天井近くに必要数設置しフィン付き冷媒配管4を冷媒を介して冷却し、フィン付き冷媒配管4に密着した冷気を剥離するために必要最小限の風を、フィン4aのすぐ近くからスリット6a又は小口径の穴6bを介して噴出させ、空気を一旦上部又は周辺に吹きつけたフィン付き冷媒配管4や金属平板吸熱材8cで冷却した後、冷気が自然落下による無風状態の冷房装置でフィン付き冷媒配管4を必要数まとめて施工がし易くするように一つの集合吸熱ユニット7としてフィン付き冷媒配管連結口7bや空気配管連結口7cや結露水を連結させるドレンパン連結口7dとを持ち、建物の大きさによって生ずる必要枚数の集合吸熱ユニット7を連結させて施工する。室内で熱交換された冷媒は一般には室外機に戻す。室外機の形態はファンを撤去して圧縮機10aと凝縮器10bを別々にして、凝縮器10bを地下又は地上に設置した水槽20に地下水又は地上水を貯水し、水槽20にためた水に浸かるように凝縮器10bを水没させる。このとき大型施設では複数台の凝縮器10bを冷却する必要があるためこれらの凝縮器10bを一度に地下又は地上に設置した水槽20内に貯水した地下水に水没させて冷やす事で高温になった冷媒を効率よく冷却することができる。 冷却する地下水は給水側の地下に埋設する地下水供給用配管26aと地下に戻す地下水戻り用配管27aの深さは汲み上げる地下水脈A24と異なる地下水脈B25に戻す事で地下水のループが出来ることが防止できると共に、地盤沈下を防止することが出来る。

本発明の実施例を初夏に行った。22mmの銅管にフィン長15mmのフィン4aをらせん状に1.5mにわたり巻きつけたフィン付き銅管を4本天井に取り付け下から弱い風をフィンに当て地下水を銅管に通水させて、室内の温度の変化と、風が発生するかを試した。結果を表1に示す。

30分後 室温 29.5度で4.5度の温度降下が見られた「図13」参照。

煙による気流のテストでは地表近くでは垂直に煙が上がり天井近くでは撹拌されて散っていった事で無風状態での冷房が可能なことが確認できた。「図14」参照。

比較例

熱伝導度が小さい20mmのステンレス金属管にステンレスフィンをらせん状に1.5mにわたり巻きつけたフィン付きステンレス金属管(エロフィンチューブ)を4本天井に取り付け下から弱い風をフィンに当て地下水をステンレス金属管に通水させて、室内の温度の変化を試した。結果を表2に示す。

室温と外気温の差が最も良い場合でも1.2度の温度降下が見られるにすぎず、冷媒を送る金属管の熱伝導度が重要な因子を持っていることが判明した。「図15」参照。

1 空調対象 1a 仕切られた空間 1b 風を好まない空間 2 吸熱手段 3 冷媒配管 3a 冷媒配管固定具 4 フィン付き冷媒配管 4a フィン 5 結露水受け手段 5a ドレンパン 5b 結露防止材 5c ドレンパン固定具 6 空気配管 6a スリット 6b 穴 6c 空気配管固定具 7 集合吸熱ユニット 7a 枠 7b フィン付き冷媒配管連結口 7c 空気配管連結口 7d ドレンパン連結口 7e 冷媒配管連結口 8 平板吸熱装置 8a 傾斜 8b 高熱伝導率充填材 8c 金属平板吸熱材 8d 平板吸熱器固定具 10 排熱手段 10a 圧縮機 10b 凝縮器 10c 圧縮機室用室内機 10d 圧縮機室用圧縮機 10e 圧縮機室用凝縮器 20 水槽 21 地表面 24 地下水脈A 25 地下水脈B 26 地下水供給ライン 26a 地下水供給用配管 26b 地下水供給用ポンプ 27 地下水戻りライン 27a 地下水戻り用配管 27b 地下水戻り用加圧ポンプ 30 圧縮機室 40 貯湯タンク 41 三方弁 50 電気制御手段 51 室温検知センサー 52 外気温検知センサー 53 水温検知センサー 54 信号線