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JP4010354B2 - 蓄熱空調設備 - Google Patents
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JP4010354B2 - 蓄熱空調設備 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調装置と蓄熱槽とを主な構成要素とする蓄熱空調設備に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の蓄熱空調設備としては、先に出願した特願2000−2752号のものがある。これは、空調装置と蓄熱槽と空調対象(室内)とを連通接続する3種のダクトを設けるとともに、それらダクト毎に駆動開閉操作自在な開閉弁と制御装置等を設けたものであり、空調装置のON−OFFと3個の開閉弁の開閉作動の組み合わせにより、(イ)空調装置を作動させて蓄熱槽に蓄熱する蓄熱モード、(ロ)空調装置を作動させて空調対象を空調する空調モード、(ハ)空調装置を作動させて蓄熱槽に蓄熱し、かつ、空調対象を空調する蓄熱空調モードといった複数種の運転モードが行えるように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術による蓄熱空調設備では、(イ)〜(ハ)の各種運転モードを行えるようにするために、各ダクト毎に備えた計3箇所の駆動型開閉弁を用いているので、比較的可動部が多く、その制御も比較的複雑になるとともに、誤作動無く正常に弁の開閉作動を行わせるための点検・整備も比較的頻繁に行う必要がある等、メンテナンス・フリーと言う分けにはいかないものであった。
【0004】
本発明の目的は、種々の運転モードが行える蓄熱空調設備としながら、開閉弁の数を減らせる等の構造のシンプル化が図れるようにして、誤作動おそれの少ない信頼性に優れたものとする点にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の構成は、図1に示すように、蓄熱空調設備において、複数の居室rへエア供給するための送風路3と、複数の居室rからの戻りエアを取込む戻り路11との間に、並列接続するように、蓄熱槽1の一対の送風給排口1a,1bの一方1aと、空調装置2のエア吐出口2aとを送風路3に接続するとともに、蓄熱槽1の一対の送風給排口1a,1bの他方1bと、空調装置2のエア吸込み口2bとを戻り路11に接続し、空調装置2には、単位時間の吐出風量を可変設定自在な出力ファン2cを備えさせ、送風路3に、その送風路3内のエアを複数の居室r夫々に個別に強制移送する複数の送風ファン12を、複数の居室r夫々に対応させて設け、
エア吸込み口2b又はエア吐出口2aが閉塞され、かつ、送風路3は開通される第1状態と、エア吸込み口2bとエア吐出口2a及び送風路3がいずれも開通される第2状態と、エア吸込み口2b及びエア吐出口2aが開通され、かつ、送風路3は閉塞される第3状態とのいずれかの状態を切換選択自在な経路切換手段7を設け、
送風路3内のエアを空調対象Rに向けて強制移送する送風ファン12を送風路3に設け、経路切換手段7が第2状態に切換えられているときにおいて、複数の送風ファン12の単位時間当たりの送風量の総和と、出力ファン2cの単位時間当たりの吐出風量との大小関係を制御自在な風量制御手段8を設けてあることを特徴とする。
【0006】
請求項1の構成によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、経路切換手段を第1状態に切換操作し、かつ、送風ファンを作動させることにより、蓄熱槽に蓄えられた熱による空調風を空調対象に供給する放熱モードを行うことができる。このときのエアの流れは、戻り路→蓄熱槽→送風路(送風ファン)→空調対象→戻り路という開放蓄熱経路が形成される。次に、経路切換手段を第3状態に切換操作し、かつ、送風ファンを停止するとともに空調装置を空調作動させることにより、空調装置によって蓄熱槽に蓄熱させる蓄熱モードを行うことができる。このときのエアの流れは、空調装置→送風路→蓄熱槽→戻り路→空調装置という閉鎖循環経路になる。
【0007】
そして、経路切換手段を第2状態に切換操作し、かつ、送風ファンを作動させるとともに空調装置を空調作動させることにより、即ち、風量制御手段によって、送風ファンの単位時間当たりの送風量と、空調装置の単位時間当たりの吐出風量との大小関係を制御することにより、次の3通りの運転モードが可能になる。
【0008】
先ず、空調装置の単位時間当たりの吐出風量が、送風ファンの単位時間当たりの送風量よりも大としたときには、空調風が蓄熱槽と送風ファン、即ち空調対象との双方に供給される蓄熱空調モードが行える。このときのエアの流れは、戻り路→空調装置→送風路→蓄熱槽→戻り路という閉鎖循環経路と、戻り路→空調装置→送風路(送風ファン)→空調対象→戻り路という開放空調経路との双方が存在する。
【0009】
次に、空調装置の単位時間当たりの吐出風量と送風ファンの単位時間当たりの送風量とを同じとしたときには、空調風が全て送風ファン、即ち空調対象に供給されて蓄熱槽には向かわない空調モードが行われる。このときのエアの流れは、戻り路→空調装置→送風路(送風ファン)→空調対象→戻り路という開放空調経路になる。そして、空調装置の単位時間当たりの吐出風量よりも送風ファンの単位時間当たりの送風量を大としたときには、蓄熱槽に蓄えられた熱、及び空調装置からの空調風が共に送風ファンによって空調対象に供給される放熱空調モードが行われる。このときのエアの流れは、前述の開放蓄熱経路と開放空調経路との双方が存在する。
【0010】
請求項2の構成は、図1、図4、図5、図6に示すように、請求項1の構成において、風量制御手段8は、複数の送風ファン12の単位時間当たりの送風量の総和が、出力ファン2cの単位時間当たりの吐出風量よりも大となる放熱空調制御状態と、複数の送風ファン12の単位時間当たりの送風量が、出力ファン2cの単位時間当たりの吐出風量よりも小となる蓄熱空調制御状態と、複数の送風ファン12の単位時間当たりの送風量の総和と、出力ファン2cの単位時間当たりの吐出風量とが一致する空調制御状態とが選択設定自在に構成されていることを特徴とするものである。
【0011】
請求項2の構成によれば、エア吸込み口、エア吐出口、及び送風路がいずれも開通される第2状態において、空調装置の吐出風と送風ファンの風量との大小関係を積極的に制御することで、所望の運転モード状態を設定及び維持できるようにするものである。即ち、送風ファンの単位時間当たりの送風量が、空調装置の単位時間当たりの吐出風量よりも大となる放熱空調制御状態にすれば、空調装置による空調風と、蓄熱槽を通過したことによる放熱風との双方によって空調対象を空調する放熱空調モードを得ることができる。又、送風ファンの単位時間当たりの送風量が、空調装置の単位時間当たりの吐出風量よりも小となる蓄熱空調制御状態にすれば、空調装置による空調風を、空調対象と蓄熱槽との双方に供給する蓄熱空調モードを得ることができる。又、送風ファンの単位時間当たりの送風量と、空調装置の単位時間当たりの吐出風量とを一致させて、空調風の全てが丁度空調対象に供給される空調モードを得ることができる。つまり、蓄熱槽を持たない一般的な空調装置による空調作動状態をも現出させることが可能になる。
【0014】
尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1、図2に個人住宅に適用された蓄熱空調設備Aが示されている。この蓄熱空調設備Aは、押入等の居住空間の一部に配置された蓄熱槽1、この蓄熱槽1の直上に配置された空調装置2、空調風を居室Rに送るための主ダクト(送風路の一例)3、主ダクト3から送られてくる空調風を分岐させて各居室r1,r2に送るべく天井裏に配備された主ダクト3の先端部分である個別ダクト4,5、これら個別ダクト4,5毎に装備された送風機構6、主に空調装置2の送風吐出側に設けられた経路切換手段7、及び風量制御手段8等を設けて構成されている。
【0016】
この蓄熱空調設備Aの運転モードは、各居室r1,r2での空調作動状態、即ち、送風機構6,6のON,OFFや風量制御手段8の操作等により、蓄熱層1に蓄えられた熱による空調風を空調対象である各居室r1,r2に供給する▲1▼放熱モードと、空調装置2によって蓄熱層1に蓄熱させ、かつ、いずれの居室r1,r2の空調も行わない▲2▼蓄熱モードと、空調装置2からの吐出風を、蓄熱槽1と送風機構6(即ち居室r1,r2)との双方に供給する▲3▼蓄熱空調モードと、蓄熱槽1の熱は使わずに、空調装置2のみで空調させる▲4▼空調モードと、蓄熱層1に蓄えられた熱と、空調装置2による吐出風との双方によって居室r1,r2を空調する▲5▼放熱空調モードとの5種類の運転モードを行うことができる。
【0017】
次に、各部の構造について概略説明する。
蓄熱槽1及び空調装置2は、1階又は2階の押入れsに配置されており、蓄熱槽1の送風給排口1a,1bに面して送風給排空間10,11が形成されるとともに、一方の送風給排口1aが一方の送風給排空間10を介して主ダクト3の基端側に接続され、かつ、他方の送風給排口1bに面する他方の送風給排空間11には、第1居室r1に面する状態のエア戻り口9が接続されている。
【0018】
空調装置2は、主ダクト3及び一方の送風給排空間10に連通するエア吐出口2aと、他方の送風給排空間11(戻り路の一例)に連通するエア戻り口2bと、出力ファン2cとを備えて構成されている。出力ファン2cの駆動モーター(図示省略)は、インバーター制御等によって回転速度が可変型のものであり、空調装置2としての単位時間当たりの吐出風量を可変設定自在なものに構成されている。
【0019】
送風機構6は、各個別ダクト4,5内に配置された送風ファン12と、ダンパ13とで構成されている。ダンパ13は、個別ダクト4,5内の上側端に設けた支点xで揺動自在なガイド板で成り、送風ファン12の駆動による風圧によって上昇揺動して個別ダクト4,5を開き、送風ファン12の停止によって自重下降して個別ダクト4,5を閉塞する非駆動型に構成されている。
【0020】
経路切換手段7は、その主要部は、主ダクト3におけるエア吐出口2aとの接続箇所に構成されており、一部は各送風機構6,6にも構成されている。具体的には、主ダクト3とエア吐出口2aとの交差部分の上側における角部分に設けた支点Pで揺動自在なガイド板14と、このガイド板14を駆動揺動及び係止維持自在な駆動モータ15と、前述のダンパ13,13とによって経路切換手段7が構成されている。
【0021】
経路切換手段7の作用としては、ガイド板14を垂下させた第1位置t1に操作してエア吐出口2aを閉塞し、かつ、一方の送風給排空間10と主ダクト3とは開通する第1状態と、ガイド板14を、その先端が主ダクト3(一方の送風給排空間10)の幅方向中間に位置するように傾斜する第2位置t2に操作して、エア吐出口2a及び送風路3がいずれも、一方の送風給排空間10に開通される第2状態とが現出自在である。
【0022】
そして、ガイド板14を第2位置t2に維持した状態で、いずれの送風機構6,6も停止させて両ガイド板13,13を垂下させる(両個別ダクト4,5が閉塞された)ことにより、主ダクト3を閉塞し、かつ、エア吐出口2aは一方の送風給排空間10に開通される第3状態を現出することができる。尚、この実施形態においては使用しないが、ガイド板14を上昇揺動させて横臥姿勢とすることにより、各送風機構6,6とは無関係に、主ダクト3を閉塞し、かつ、エア吐出口2aは一方の送風給排空間10に開通されての第3状態も現出可能である。
【0023】
図1に示すように、各送風ファン12の駆動モータ12a,12aと、ガイド板14の駆動モータ15と、空調装置2と、モード切換スイッチ16とを制御装置17に接続して駆動制御回路Lを構成してある。風量制御手段8は、種々の制御における一制御形態として、制御装置17の一部として設けてある。次に、主に風量制御手段8の働きによって現出される蓄熱空調設備Aの各種運転モードについて説明する。
【0024】
尚、前提条件として、第1居室r1の送風機構6における定常運転状態での単位時間当たりの送風量をf1、第2居室r2の送風機構6における定常運転状態での単位時間当たりの送風量をf2、空調装置2における定常運転状態での単位時間当たりの吐出風量をFとすると、f1+f2=Fであるものとする。又、空調装置2と各送風ファン12とは、図面において作動状態では黒塗りされ、停止状態では白抜きに描いてあるものとする。
【0025】
(1) 放熱モードは、図2に示すように、切換スイッチ16を第1操作位置▲1▼に切換操作することで得られる。即ち、ガイド板14が第1位置t1に操作され、空調装置2は停止されている状態において、いずれかの送風機構6が駆動される運転モードである(図2では両方の送風機構6が駆動されている)。この放熱モードにおけるエアの流れは、送風ファン12の回転による負圧により、エア戻り口9から吸われたエアは、他方の送風給排空間11、蓄熱槽1を通って一方の送風給排空間10から主ダクト3、個別ダクト4(5)に進み、送風ファン12によって送出されたエアは、天井に装備された吹出しガラリ18(図1参照)を通って、意図する部屋r1(r2)に供給される開放蓄熱経路となる。蓄熱槽1の蓄熱が温熱のときには暖房が行われ、蓄熱が冷熱のときには冷房が行われる。
【0026】
(2) 蓄熱モードは、図3に示すように、切換スイッチ16を第2操作位置▲2▼に切換操作することで得られる。即ち、ガイド板14が第2位置t2に操作され、空調装置2が空調作動し、かつ、全ての送風機構6,6が停止されている運転モードである。この蓄熱モードにおけるエアの流れは、空調装置2の吐出口2aから吹き出た空調風が、一方の送風給排空間10、蓄熱槽1、他方の送風給排空間11をこの順で通ってエア戻り口2bから空調装置2に戻る、という閉鎖循環経路に形成される。この蓄熱モードでは、閉鎖循環経路にエア戻り口9が外部に連通しているが、他に外部に連通する箇所が無いことから実質的に空気の出入りは不能の状態になっており、エア戻り口9からのエア流通は生じない。
【0027】
(3) 蓄熱空調モードは、図4に示すように、切換スイッチ16を第3操作位置▲3▼に切換操作することで得られる。即ち、ガイド板14が第2位置t2に操作され、空調装置2が空調作動し、かつ、例えば第1居室r1のみの送風機構6が作動されている運転モードである。この場合は、空調対象Rの単位時間当たりの要求風量はf1、空調装置2の単位時間当たりの吐出風量はFであって、f1<Fが成立している状況になっている。
【0028】
従って、この蓄熱空調モードにおけるエアの流れは、空調装置2の吐出口2aから出た空調風が、一方の送風給排空間10、蓄熱槽1、他方の送風給排空間11、エア戻り口2bをこの順に通って空調装置2に戻る閉鎖循環経路と、空調装置2の吐出口2aから出た空調風が、主ダクト3、個別ダクト4、送風機構6を通って所望の居室(r1等)に送られる開放空調経路との双方が形成される。つまり、蓄熱槽1への蓄熱作動と、空調対象Rの空調作動との双方が行われる。
【0029】
尚、双方の居室r1,r2の送風機構6,6が共に作動している場合には、空調対象Rとしての要求風量と空調装置2の吐出風量とが一致(f1+f2=F)するので、空調装置2の出力を増してf1+f2<Fが成立するよう、出力ファン2cの回転速度を速める制御が為されるようになる。このように、風量制御手段8は、切換スイッチ16の操作によっていずれかの運転モードが選択されると、そのときの作動状況如何に拘らずに、選択された運転モードが現出されるように各部を調節制御する機能が備えられている。
【0030】
(4) 空調モードは、図5に示すように、切換スイッチ16を第4操作位置▲4▼に切換操作することで得られる。即ち、ガイド板14が第2位置t2に操作され、例えば、空調装置2が空調作動し、かつ、双方の送風機構6,6が作動する場合の運転モードである。この場合には、前述したようにf1+f2=Fが成立していることから、空調装置2の吐出風は、全て主ダクト3から各居室r1,r2へ供給され、蓄熱槽1へは供給されない。要するに、一般的なエアコンによる空調状態と同じ状態が得られる運転モードである。
【0031】
但し、前記の状態で一方の第1居室r1の空調が切られ、一方の送風機構6のみの運転状態に切換わると、f2<F(又はf1<F)となって蓄熱空調モードになってしまうので、その場合には出力ファン2cの回転速度を落してf2=F(又はf1=F)となるように、風量制御手段8が空調装置2を制御後するのである。又、f1=f2=Fが前提条件である場合には、いずれか一方の居室r1又はr2のみが作動しているときには、空調装置2は定常運転され、両居室r1,r2の送風機構6,6が作動されると、f1+f2=Fが成立するように、風量制御手段8が出力ファン2cの回転速度を速めるように制御するのである。
【0032】
(5) 放熱空調モードは、図6に示すように、切換スイッチ16を第5操作位置▲5▼に切換操作することで得られる。即ち、ガイド板14が第2位置t2に操作され、例えば、両送風機構6,6が作動している場合には、風量制御手段8によって出力ファン2cの回転速度が定常運転時よりも遅くなるように制御される。
【0033】
これにより、吐出口2aから出た空調風が、主ダクト3、個別ダクト4,5、各送風機構6, 6を通って両居室r1、r2に供給される開放空調経路と、エア戻り口9から吸込まれたエアが、他方の送風給排空間11、蓄熱槽1、一方の送風給排空間10、主ダクト3、個別ダクト4,5、各送風機構6, 6を通って両居室r1、r2に供給される開放蓄熱経路との双方が形成される。
【0034】
そして、一方の居室r1又はr2のみの送風機構6が作動する場合には、出力ファン2cの回転速度を大きく下げ、f1>F、又はf2>Fが成立するように、風量制御手段8によって制御されるのである。
【0035】
以上のように、空調装置2が停止する▲1▼放熱モードと、いずれの送風機構6,6も停止する▲2▼蓄熱モードは、そのときにの運転モードが確定されるが、▲3▼蓄熱空調モード、▲4▼空調モード、及び▲5▼放熱空調モードは、送風機構6と空調装置2との風量関係の決定によって初めて確定するものであるが、切換スイッチ16を有する風量制御手段8の存在により、これら5種類の運転モードのうちの一つを選択すれば、その選択された運転モード状態が維持される便利で使い勝手の良い蓄熱空調設備Aとしてある。
【0036】
〔別実施形態〕
《1》 図7に示すように、経路切換手段7を、エア吐出口2aを遮断する第1位置t1と、エア吐出口2aも主ダクト3も遮断しない第2位置t2と、主ダクト3を閉塞する第3位置t3との3位置切換え構造のガイド板19とその駆動モータ20とを設けて構成しても良い。つまり、ガイド板14を第1位置t1に操作すれば第1状態が得られ、第2位置t2に操作すれば第2状態が得られ、第3位置t3に操作すれば第3状態が得られるのである。
【0037】
《2》 図8に示すように、エア吐出口2aを開閉自在なガイド板14に代えて、エア戻り口2bを閉塞する第4位置t4と、開放する第5位置とに揺動切換自在な揺動板21と、その駆動モータ22とから成る2位置切換型のガイド機構を設け、この駆動揺動される揺動板21と、一対のダンパ13,13とで経路切換手段7を構成しても良い。つまり、いずれかのダンパ13が開き、かつ、揺動板21を第4位置t4に操作してエア戻り口2bを閉塞することで第1状態が現出され、いずれのダンパ13,13も閉じられ、かつ、揺動板21を第5位置t5に操作してエア戻り口2bを開放することで第2状態が得られ、いずれかのダンパ13,13が開けられ、かつ、揺動板21を第5位置t5に操作してエア戻り口2bを開放することで第3状態が得られるのである。
【0038】
《3》 空調対象Rは、居室rが3以上あっても良く、要は、風量制御手段8は、空調装置2の単位時間当たりの吐出風量と、実際に空調対象Rに送られる単位時間当たりの送風量との関係を制御するものであれば良い。
【0039】
【発明の効果】
請求項1に記載の蓄熱空調設備では、空調装置を介して蓄熱槽に関する一対の送風給排空間の開通と閉塞、及び空調対象に空調風を送るための送風路開閉状態を切換える経路切換手段と、経路切換手段が第2状態であるときに、送風ファンの単位時間当たりの送風量と、空調装置の単位時間当たりの吐出風量との大小関係を制御自在な風量制御手段とを設ける工夫により、蓄熱槽の蓄熱によって空調対象を空調する放熱モード、空調装置で蓄熱槽に蓄熱する蓄熱モード、空調装置で蓄熱槽に蓄熱し、かつ、空調対象を空調する蓄熱空調モード、空調装置で空調対象を空調モード、放熱空調モードという多種の運転モードから一つの運転モードが選択可能となる合理的なものとして提供することができた。
【0040】
請求項2に記載の蓄熱空調設備では、請求項1の構成による前記効果を奏するとともに、送風ファンの単位時間当たりの送風量が、空調装置の単位時間当たりの吐出風量よりも大となる放熱空調制御状態と、送風ファンの単位時間当たりの送風量が、空調装置の単位時間当たりの吐出風量よりも小となる蓄熱空調制御状態と、即ち、放熱空調モードと蓄熱空調モードとを風量制御手段によって選択設定自在となり、実用上で便利なものにできた。
【0041】
請求項3に記載の蓄熱空調設備では、請求項2の構成による前記効果を奏するとともに、風量制御手段は、風量制御手段の機能により、送風ファンの単位時間当たりの送風量と、空調装置の単位時間当たりの吐出風量とが一致する空調制御状態、即ち、空調モードも実現でき、さらに実用上の便利さが向上する利点が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】蓄熱空調設備、及びその制御システムを示す概略図
【図2】放熱モード状態を示す蓄熱空調設備の作用図
【図3】蓄熱モード状態を示す蓄熱空調設備の作用図
【図4】蓄熱空調モード状態を示す蓄熱空調設備の作用図
【図5】空調モード状態を示す蓄熱空調設備の作用図
【図6】放熱空調モード状態を示す蓄熱空調設備の作用図
【図7】経路切換手段の別構造を示す概略図
【図8】経路切換手段のその他の別構造を示す概略図
【符号の説明】
1 蓄熱槽
1a,1b 送風給排口
2 空調装置
2a エア吐出口
2b エア吸込み口
3 送風路
7 経路切換手段
8 風量制御手段
11 戻り路
12 送風ファン
R 空調対象

Claims (2)

  1. 複数の居室へエア供給するための送風路と、前記複数の居室からの戻りエアを取込む戻り路との間に、
    並列接続するように、蓄熱槽の一対の送風給排口の一方と、空調装置のエア吐出口とを前記送風路に接続するとともに、前記蓄熱槽の一対の送風給排口の他方と、前記空調装置のエア吸込み口とを前記戻り路に接続し、
    前記空調装置には、単位時間の吐出風量を可変設定自在な出力ファンを備えさせ、
    前記送風路に、その送風路内のエアを前記複数の居室夫々に個別に強制移送する複数の送風ファンを、前記複数の居室夫々に対応させて設け、
    前記エア吸込み口又はエア吐出口が閉塞され、かつ、前記送風路は開通される第1状態と、前記エア吸込み口とエア吐出口及び前記送風路がいずれも開通される第2状態と、前記エア吸込み口及びエア吐出口が開通され、かつ、前記送風路は閉塞される第3状態とのいずれかの状態を切換選択自在な経路切換手段を設け、
    前記経路切換手段が前記第2状態に切換えられているときにおいて、前記複数の送風ファンの単位時間当たりの送風量の総和と、前記出力ファンの単位時間当たりの吐出風量との大小関係を制御自在な風量制御手段を設けてある蓄熱空調設備。
  2. 前記風量制御手段は、前記複数の送風ファンの単位時間当たりの送風量の総和が、前記出力ファンの単位時間当たりの吐出風量よりも大となる放熱空調制御状態と、前記複数の送風ファンの単位時間当たりの送風量の総和が、前記出力ファンの単位時間当たりの吐出風量よりも小となる蓄熱空調制御状態と、前記複数の送風ファンの単位時間当たりの送風量の総和と、前記出力ファンの単位時間当たりの吐出風量とが一致する空調制御状態とが選択設定自在に構成されている請求項1に記載の蓄熱空調設備。
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