JP7623185B2 - パーソナル空調システム - Google Patents

Description

本発明は、タスク空間内における空調の調整を直感的で簡便に行うことが可能で、最適な風向を素早く見いだすことが容易なパーソナル空調システムに関する。

近年、オフィスにおいては、生産性を向上させるために、執務者にとって作業に集中できる空間を提供することが重要となっており、そのための一つの方法として、パーティションなどの間仕切りを用いて、個別の作業空間を形成することが提案されている。

このようなオフィスにおいては、室内全体のアンビエント空間に対して、執務者周囲の個別作業空間（タスク空間）を快適な温度環境に保持することも検討事項となっており、タスク空間に対して効率的に温度調節された空気を吹き出す床吹き出し方式の空調システムなども提案されている。

例えば、特許文献１（実開平５－５９１５０号公報）には、パネル部材に送風機とダクトと吹出し口を設けたユニットとからなり、該パネル部材の吹出し口を円形穴に形成し、該円形穴に円盤状の吹出し口部材を回転自在に嵌合し、該吹出スリット部材に傾斜した風向板を設けた床吹出し空調ユニットの吹出し装置を備える空調システムが開示されている。

このような特許文献１に記載される従来技術においては、吹出方向を調整することができるが、その角度は限られており、気流が到達する身体部位も限定される、という問題があった。また、当該従来技術では、風向調整部は床面に設けられているため、吹出方向の角度調整のために執務者は屈んで調整する必要がある、という問題があった。このような屈んだ姿勢での調整は、一般の執務空間よりも狭いタスク空間においては、とりわけ難点となる。

また、当該従来技術によれば、風向調整部での調整後、風向がどのようなものか直感的に判断しづらく、調整後いったん着席してみないと風の当たり具合を確認できない、という問題もあった。
実開平５－５９１５０号公報 特願２０１９－０３４６１２号公報 特願２０１９－１２５８２０号公報

上記のような問題を解消すべく、発明者らは特許文献２（特願２０１９－０３４６１２号）において、個室ブース壁面近傍の床面に設けられた吹出スリットと、壁面に設置した風向調整板である風向調整板を活用することで、執務者の身体に局所的に気流を供給できるパーソナル空調システムを提案した。この提案では、執務者は涼を取りたい身体部位に気流が届くよう、壁面上の適切な位置に風向調整板を移動させることで、より自由度の高いパーソナル空調システムを実現した。

特許文献２に係る発明で提案したパーソナル空調システムにおいては、風向を変更するために執務者はタスク空間内で、後ろを振り向いた上で、風向調整板の高さを調整する必要がある。

このような風向調整が必要であるために、パーソナルコンピューターなどで自動化することで、その使いやすさに関してさらなる改善が期待できた。特許文献２に係る発明における、邪魔板の高さを変える方法での自動化は技術的には可能であるが、コストダウンをねらうためには、特許文献２に係るシステムに対し、さらに、別の方法で気流の軌道を変えるシステムを考案する必要があった。

そこで、特許文献３に係る発明で、発明者らは、邪魔板の角度を変更することで執務者へ気流を供給する際の風向を調整するシステムを提案した。このシステムについて、吹出口位置で気流の軌道を変える場合には、通常の家庭用エアコンの風向調整の機構と同様に、単純に邪魔板の角度を変えればよいのだが、これまで開発した一連のブース用パーソナル空調では、吹出口位置での風向制御を試みても、吹出口がブース壁面や床面に近いために床面や壁面とのコアンダ効果の影響により気流が付着し、意図した制御ができない、という問題があった。

吹出口位置ではなくその先の鉛直上方で風向を調整する特許文献３に係る発明においては、単純に壁面に設けた邪魔板の角度を変更するだけでは、風向の制御は困難である、という問題があった。その理由は以下のとおりである。

これまで提案した一連のパーソナル空調システムでは吹出口から吹き出されてブース壁面に形成された壁面噴流の一部を邪魔板で受けて気流の方向を変更することにより軌道を調整するものであった。このようなシステムについて、図１８のように、邪魔板の角度φを変えていくと、邪魔板が受ける壁面噴流の領域が少なくなる。図１８のように、例えば長さｌ₁の端部が壁面に密着して回転する邪魔板に角度をつけていくと、３０°で√３ｌ₁／２、６０°でｌ₁／２となる。したがって、壁面噴流の流れを変えようと角度を変えていくと、（邪魔板の角度が大きくなる影響＋邪魔板に衝突する噴流の領域が少なくなる影響）に伴い、ある角度からはわずかな角度の変化で気流の軌道が大幅に変わることになり、微調整が難しくなる、という問題があった。

この発明は、上記課題を解決するものであって、本発明に係るパーソナル空調システムは、垂直に設置されるブース壁によって囲まれたタスク空間の空調を行うパーソナル空調システムにおいて、前記ブース壁の設置部に沿った長手方向を有し、温度調整された空気を鉛直上方に向けて吹き出す吹出スリットと、前記ブース壁に対して、姿勢を調整可能に取り付けられた、前記吹出スリットから吹き出された空気があたる第１風向調整板と、前記ブース壁に対して取り付けられた、前記第１風向調整板と前記ブース壁の間を介して前記吹出スリットから吹き出された空気があたる第２風向調整板と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るパーソナル空調システムは、前記吹出スリットの長手方向と平行な軸中心を有する回動軸を、有しており、前記第１風向調整板は前記回動軸に取り付けられ、前記回動軸が回動することで、前記第１風向調整板が、前記吹出スリットで吹き出される空気の気流方向を調整することを特徴とする。

また、本発明に係るパーソナル空調システムは、前記第１風向調整板は、前記第１風向調整板の端部において前記回動軸に取り付けられることを特徴とする。

また、本発明に係るパーソナル空調システムは、前記第１風向調整板は、前記回動軸を基準としたとき、前記回動軸の軸線方向と直交する所定の方向において一方のみならず、他方へも延びる構成とされていることを特徴とする。

また、本発明に係るパーソナル空調システムは、前記第２風向調整板は、前記吹出スリットの長手方向に対して垂直である両端部から鉛直下方に延出した２つの垂直側板と、前記垂直側板のそれぞれに設けられた２つの軸受けと、を有しており、前記軸受けの間に、前記回動軸が渡されていることを特徴とする。

また、本発明に係るパーソナル空調システムは、前記第１風向調整板は、前記回動軸の軸線方向に延びる第１板部と、境界部を介して前記第１板部につながる第２板部と、を有し、前記回動軸の軸線方向と直交する断面図において、前記第１板部の長手方向と、前記第２板部の長手方向と、は交差するように構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係るパーソナル空調システムは、前記回動軸の軸線方向と直交する断面図において、前記第１板部の長手方向における長さは、前記第２板部の長手方向における長さより長いことを特徴とする。

また、本発明に係るパーソナル空調システムは、前記第１板部と前記第２板部との前記境界部から最も遠い、前記第１板部の端部が床面に当接するとき、前記第１板部と前記第２板部との前記境界部から最も遠い、前記第２板部の端部がブース壁に当接することを特徴とする。

本発明に係るパーソナル空調システムは、ブース壁に対して、姿勢を調整可能に取り付けられた、吹出スリットから吹き出された空気があたる第１風向調整板と、ブース壁に対して取り付けられた、第１風向調整板とブース壁の間を介して前記吹出スリットから吹き出された空気があたる第２風向調整板と、の２つの風向調整板とから構成されており、第１風向調整板に衝突した噴流と、第１風向調整板の下流に配される第２風向調整板に衝突した噴流と、の合成噴流をタスク空間に導くことが可能となる。このような本発明に係るパーソナル空調システムによれば、第１風向調整板の調整角度（φ）が大きくなるに連れて、第２風向調整板によって形成される噴流の影響が大きくなるため、第１風向調整板の調整角度（φ）の変更による気流の風向制御が容易となり、気流の軌道の微調整も可能となる。

また、本発明の他の実施形態に係るパーソナル空調システムよれば、執務者が、温度調節された空気の気流に直接当たりたくないような場合には、第１風向調整板によって、吹出スリットから鉛直上方向に流れようとする気流の進路をふさぐことで、執務者に気流を直接当てることなく、さらに、ブース壁に囲まれたタスク空間内の換気が可能となる。

本発明の実施形態に係るパーソナル空調システム１におけるタスク空間５を示す図である。 タスク空間５の側面図である。 本発明の実施形態に係るパーソナル空調システム１の風向調整機構の詳細を説明する図である。 本発明の実施形態に係るパーソナル空調システム１の風向調整機構による気流のイメージを説明する図である。 第１風向調整板３０の取り付け形態を説明する図である。 第１風向調整板３０の取り付け形態を説明する図である。 ＣＦＤの対象とした風向調整機構モデルを示す図である。 ＣＦＤに基づく風向調整機構による気流の軌道の比較（風向調整板角度φ＝０°）を示す図である。 ＣＦＤに基づく風向調整機構による気流の軌道の比較（風向調整板角度φ＝１４°）を示す図である。 ＣＦＤに基づく風向調整機構による気流の軌道の比較（風向調整板角度φ＝２８°）を示す図である。 ＣＦＤに基づく風向調整機構による気流の軌道の比較（風向調整板角度φ＝４２°）を示す図である。 ＣＦＤに基づく風向調整機構による気流の軌道の比較（風向調整板角度φ＝５６°）を示す図である。 二次元壁面噴流の無次元プロファイルを示す図である。 二次元壁面噴流の無次元運動量の累積分布を示す図である。 各種パラメータを説明する図である。 第２風向調整板に関するパラメータ設定を説明する図である。 第２風向調整板に衝突した気流のイメージを示す図である。 従来例に係るパーソナル空調システムを示す図である。 本発明の他の実施形態に係るパーソナル空調システム１に用いる第１風向調整板３０を示す図である。 他の実施形態に係るパーソナル空調システム１のパラメータ設定を説明する図である。 回動軸３１近傍の構成を示す図である。 吹出スリット１０の幅ｂの違いによる、距離ｄとａ₁およびａ₂の関係を示すグラフである。 第１風向調整板３０の角度調整例を示す図である。 第１風向調整板３０の角度調整による気流の流れを示すイメージ図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する
図１は本発明の実施形態に係るパーソナル空調システム１におけるタスク空間５を示す図であり、図２はタスク空間５の側面図である。本発明に係るパーソナル空調システム１では、部屋全体に相当するアンビエント空間（不図示）の中に、執務者Ｍの作業スペースであるタスク空間５を設定してなるものである。

本発明に係るパーソナル空調システム１においては、執務者Ｍの周囲は、垂直に設置される４枚のブース壁２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄによって４方を囲まれ、タスク空間５が形成される。また、吹出スリット１０は、４枚のブース壁２０のうち１枚のブース壁２０ａの床板６０上の設置部に沿った長手方向を有し、温度調整された空気を吹き出すように構成されている。吹出スリット１０から吹き出される温度・湿度調整された空気は、周知の空調機器（不図示）によって生成される。また、アンビエント空間（不図示）においても、部屋全体としての温度・湿度調整が不図示の空調機器によってなされている。

ここで、アンビエント空間及びタスク空間５においては図示するように、吹出スリット１０の長手方向に沿った方向をｘ方向と定義し、水平面内でｘ方向に垂直な方向をｙ方向と定義し、鉛直上方をｚ方向と定義する。また、ｘ方向を幅方向、ｙ方向を奥行方向、ｚ方向を高さ方向とも称する。

本発明に係るパーソナル空調システム１においては、上記のようなブース壁２０ａの設置部に沿って（ｘ方向に沿って）配されている吹出スリット１０から、温湿度調整された空気が鉛直上方（ｚ方向）に向けて吹き出されるようになっているが、この吹出スリット１０から吹き出された空気の気流方向を、後述する風向調整機構によって調整し、タスク空間５内の執務者Ｍにとって快適となるように、温湿度調整された空気の気流の軌道を変更する。

図３は本発明の実施形態に係るパーソナル空調システム１の風向調整機構の詳細を説明する図であり、図４は本発明の実施形態に係るパーソナル空調システム１の風向調整機構による気流のイメージを説明する図である。

ブース壁２０ａの設置部に沿って設けられている吹出スリット１０から吹き出された空気は、コアンダ効果のために、ブース壁２０ａのブース壁面に気流が付着する（沿って流れる）ようにして上昇する。このような上昇気流を本明細書では壁面噴流と称し、図面において、この壁面噴流は気流の強さを示す矢印の分布によって示している。

本発明に係るパーソナル空調システム１においては、上記のような吹出スリット１０から鉛直上方に向けて吹き出された、温度調整された空気は、第１風向調整板３０と第２風向調整板４０の２つの風向調整板からなる風向調整機構によって影響を受け、風向が変更されるようになっている。

第１風向調整板３０は、吹出スリット１０の鉛直上方の第１高さ（Ｙ_H1）に配され、ブース壁２０ａに対して、所定の隙間２８を空けて取り付けられ、吹出スリット１０で吹き出される空気の気流方向を調整可能とされている。

ここで、風向調整機構には、吹出スリット１０の長手方向（ｘ方向）と平行な軸中心を有する回動軸３１が含まれている。回動軸３１の軸中心となる線が延びる方向を「軸線方向」とする。軸線方向はｘ方向と平行である。回動軸３１は適当な支持手段によって支持されており、ブース壁２０ａの壁面から、例えば、距離χ（隙間２８に相当する距離）離間されている。

第１風向調整板３０の端部は、この回動軸３１に取り付けられ、回動軸３１が回動することで、水平面に対する第１風向調整板３０の角度（φ）が変更可能とされている。すなわち、第１風向調整板３０はその姿勢が調整できるようになっている。これにより、第１風向調整板３０は、吹出スリット１０から吹き出された空気があたり、吹出スリット１０から吹き出された空気の気流方向を調整することが可能となる。

第２風向調整板４０は、吹出スリット１０の鉛直上方の、前記の第１高さ（Ｙ_H1）より高い第２高さ（Ｙ_H1＋Ｙ_H2）に配されている。第１風向調整板３０は距離χの隙間２８の分、ブース壁２０ａの壁面から離間されて配されていたのに対して、第２風向調整板４０は、ブース壁２０ａに対して直接取り付けられている。また、第２風向調整板４０は固定されており、その姿勢の調整は不能とされている。また、第２風向調整板４０は下方側の主面が、ｘｙ平面と平行（水平）となるように配されている。

本発明に係るパーソナル空調システム１においては、第１風向調整板３０の回動軸３１を壁面からわずかに離し、その先に床面に対し水平に設けられた第２風向調整板４０（またはフレーム部材等）を備えた風向調整機構となっている。

このような風向調整機構においては、吹出スリット１０から吹き出され、下部より流れてきた壁面噴流がはじめに衝突する、ｘ方向に延びる回動軸３１を中心に角度を可変とする第１風向調整板３０（ｙ方向の長さｌ₁）と、その先にブース壁面に対して垂直に設けられた（水平方向において、ブース内方へ突出する）第２風向調整板４０（ｙ方向の長さｌ₂）から構成される。第１風向調整板３０はブース壁面との間に隙間２８（距離χ）を有している。第１風向調整板３０が回動すると、図３の囲み中のようにふるまうが、仮に第１風向調整板３０の端部に回動軸３１を設けたとすれば、この隙間２８の隙間距離χは第１風向調整板３０の角度に依存しない。

図４に示すイメージの通り、隙間２８（距離χ）が、気流が抜けるほど十分長ければ、具体的には５～１０ｍｍほど開いていれば、壁面噴流のうちブース壁面近傍の気流は隙間２８（距離χ）を通り抜け、第２風向調整板４０まで流れていく。その後、第２風向調整板４０に衝突した噴流（吹出スリット１０から吹き出され、第２風向調整板４０にあたった空気）は進行方向を床面に対しほぼ水平に変えて流れる。第１風向調整板３０に衝突した噴流Ｊ₁は、角度θで流れようとするが、その先でほぼ水平に流れる第２風向調整板４０に衝突した噴流Ｊ₂と合成され、結果として角度θより小さな角度θ’に流れる噴流Ｊ₃となる。

なお、本実施形態においては、隙間２８（距離χ）を凡そ５～１０ｍｍの範囲としたが、吹出スリット１０の寸法・形状によっては、距離χの設定は変更され得る。

第１風向調整板３０の角度φが小さい間は図１８の従来の方式とそれほど変わらないが、φが大きくなっていくと、第２風向調整板４０によって形成されるＪ₂の有無の違いがより大きくなり、φの変更による気流の風向制御が容易となる。

以上のように、本発明に係るパーソナル空調システム１では、ブース壁２０ａに対して、所定の隙間を空けて取り付けられ、姿勢が調整可能とされている第１風向調整板３０と、ブース壁２０ａに対して直接取り付けられ、姿勢が調整不能とされている第２風向調整板４０と、の２つの風向調整板とから構成されており、第１風向調整板３０に衝突した噴流と、第１風向調整板３０の下流に配される第２風向調整板４０に衝突した噴流と、の合成噴流をタスク空間５に導くことが可能となる。このような本発明に係るパーソナル空調システム１によれば、第１風向調整板３０の調整角度（φ）が大きくなるに連れて、第２風向調整板４０によって形成される噴流の影響が大きくなるため、第１風向調整板３０の調整角度（φ）の変更による気流の風向制御が容易となり、気流の軌道の微調整も可能となる。

図５及び図６は、第１風向調整板３０の取り付け形態を説明する図である。本発明に係るパーソナル空調システム１では、回動軸３１がブース壁２０ａから所定の距離離されて設けられていればよい。したがって、図５（ａ）に示すように、第１風向調整板３０が、第１風向調整板３０の端部において回動軸３１に取り付けられる形態ばかりではなく、図５（ｂ）に示すように、第１風向調整板３０が、第１風向調整板３０の端部以外において回動軸３１に取り付けられる形態としてもよい。すなわち、第１風向調整板３０は、ｘ方向に延びる回動軸３１を基準としたとき、ｘ方向と直交する所定の方向において一方のみならず、他方へも延びる構成とされている。ここで、「板がある方向に延びる（延在する）」、とは、その板の主面がそのある方向に広がっている状態を言う。

図５（ｂ）の場合、回動軸３１はブース壁２０ａの壁面と離れていて、第１風向調整板３０は回動動作が可能な範囲でブース壁２０ａの壁面に近接していてもよい。この場合、第１風向調整板３０の角度φが大きくなると、隙間２８が徐々に広くなっていき、特に本風向調整機構が効果を発揮する角度φが大きい状況において、隙間２８が十分に開くこととなる。

図６に示す第１風向調整板３０の取り付け形態においては、第２風向調整板４０から延出させた垂直な側板を利用するようにしたものである。第２風向調整板４０は板状である必要はなく、コ字状のフレームとして、回動軸３１を受ける役割を兼ねてもよい。

図６に加えて、図７（ｂ）も参照すると、第２風向調整板４０は、前記吹出スリットの長手方向（ｘ方向）に対して垂直（ｙ方向）である両端部から鉛直下方（－ｚ方向）に延出した２つの垂直側板４２と、垂直側板４２のそれぞれに設けられた２つの軸受け４５と、を有する構造とする。

２つの垂直側板４２に設けられた、それぞれの軸受け４５に回動軸３１を渡すように取り付けることによって、第１風向調整板３０の角度を調整可能としている。このような構成によれば、第１風向調整板３０と第２風向調整板４０とをユニット化でき、施工性などを向上させることができる。なお、後述するＣＦＤはこのような構造の風向調整機構を用いて検証している。

ここで、上記のような第１風向調整板３０の角度（φ）を変更する方法の一例について、図１及び図２を参照して説明する。タスク空間５内には椅坐位の執務者Ｍのために、デスク５０、パーソナルコンピューター５３、照明５５などを設けることができる。

本実施形態に係るパーソナル空調システム１においては、タスク空間５のブース壁２０ａ壁面近傍の床面に設けられた吹出スリット１０と、ブース壁２０ａ壁面に設置した第１風向調整板３０と第２風向調整板４０を活用することで、執務者Ｍの身体に局所的に気流を供給できるパーソナル空調に関して、第１風向調整板３０の角度（φ）を変更することで執務者に供給する風向を微調整するものである。

本実施形態においては、隙間２８が設けられた上で、第１風向調整板３０は吹出スリット１０の鉛直上方に配され、吹出スリット１０の長手方向（ｘ方向）と平行な軸方向を有する回動軸３１を中心として回動することができるように構成されている。このような第１風向調整板３０は、手動によって調整するように構成することもできるが、第１風向調整板３０を人力以外の駆動部によって回動させるようにすることができる。第１風向調整板３０を、回動軸３１を中心として回動させる駆動部（不図示）としては、例えばモーターやギアなどからなる構成を用いるようにすることができる。

第１風向調整板３０が設けられる執務者Ｍにとって背面側のブース壁２０ａに対向するブース壁２０ｃは、ちょうど執務者Ｍが作業を行っているときには顔を向けている方向に存在する。執務者Ｍの顔の向きにあるこのようなブース壁２０ｃには、前記駆動部（不図示）に対する制御指示を発する操作指示部５４が設けられることが好ましい。このようなる操作指示部５４を、執務者Ｍが操作することで、駆動部（不図示）が第１風向調整板３０の角度φを調整して、風向を変更することが可能となる。

なお、本実施形態においては、前記駆動部（不図示）に対する制御指示を発する操作指示部５４を、執務者Ｍの顔の向きにあるブース壁２０ｃに設けるようにしたが、このような操作指示部５４の機能を、パーソナルコンピューター５３にインストールされるソフトウエアに付与するように構成することもできる。

次に、本発明に係るパーソナル空調システム１の効果を、数値流体解析（ＣＦＤ；Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）のシミュレーションによって検証したので説明する。

図７に示すように、風向調整板と回動軸のみで単純に当該板の角度を変えるモデル（従来例）と、本発明に係る風向調整機構のモデル（本発明）とを、ＣＦＤで再現し、その挙動の比較を行った。

結果を（第１）風向調整板の床面（水平面）に対する角度φごとに図８～図１２に示す。φは１４°刻みで０～５６°の５パターンとした。ブース壁２０によるタスク空間５の寸法については、内寸１７００×１７００ｍｍ、高さ２０００ｍｍである。また、吹出スリット１０（吹出口）の寸法は、６００×３０ｍｍである。また、（第１）風向調整板の寸法は、８００×５０ｍｍである。また、第２風向調整板の寸法は、８００×２５ｍｍである。また、隙間２８（距離χ）の寸法は、１０ｍｍである。なお、図８～図１２に示す解析結果のコンタ図に記載の椅坐位の使用者は気流供給位置の参考に示したもので、モデルでは再現していない。

φが小さいパターンでは、両者にそれほど違いはないが、φ＝４２°で（ａ）従来例の方が（ｂ）本発明に比べ気流がより使用者の上部に当たるようになり、φ＝５６°では（ａ）従来例の場合、風向調整板に当たった気流がそれほど曲がらず、使用者に当たることなくブース上部へ抜けていることがわかる。したがって、（ａ）従来例のものにおいて、背～頭部への気流供給を実現するためには、φ＞４２°の領域においてより細やかな角度の制御が必要となることになる。その他施工時のばらつきなどの要因も鑑みれば、風向調整板自体に数度の角度の違いが生じる可能性もあるため、数度単位の細やかな制御が必要となると、意図した軌道の気流を形成できないことが懸念される。その点、（ｂ）に示す対策を施すことで、その角度制御を良い意味で大まかなものにできる。したがって、本発明により、φの大きい領域についても気流の軌道の微調整が可能となるばかりでなく、施工時や長期間の使用によって生じる風向調整板の角度の違いがその後の気流の軌道に及ぼす影響を小さくすることが可能となる。

次に、本発明に係るパーソナル空調システム１において、各パラメータを設定する上での考え方について説明する。ただし、簡単のために回動軸３１は第１風向調整板３０の端部にあるものとする。以下に列記した各パラメータを図示すると図１５の通りである。以下の説明では、これまでの記述で説明したｘｙｚ座標系とは、異なるｘ、ｙを用いることに留意されたい。
ｌ₁：第１風向調整板の幅
ｌ₂：第２風向調整板の幅
ｂ：吹出スリットの幅
χ：第１風向調整板とブース壁面との隙間（回動軸の位置によっては第１風向調整板の角度に伴って変化）
ｙ_H1：第１風向調整板の設置高さ（φ＝０における第１風向調整板と床面との距離、または床面と回動軸との距離）
ｙ_H2：回動軸と第２風向調整板との間の距離
φ：第１風向調整板と床面がなす角度
ｘ：ブース壁からの距離
ｙ：床面からの距離
特許文献２に記載のように、本システムにおいては、（第１）風向調整板に衝突した後の気流と床面との間におけるコアンダ効果を発生させないために、第１風向調整板の床面からの高さｙ_H1を１５０ｍｍ以上離すことが望ましい。

一方で、第１風向調整板の位置が高すぎると、第１風向調整板を床面に対し水平にした際にも、使用者の足元に気流を送れなくなる。これは本システムの、使用者の足元から頭部まで気流を供給できるという効果に反する。したがって、ｙ_H1はおのずと１５０～２００ｍｍ程度に制限される。吹出スリットの幅ｂは、広すぎると壁面噴流の幅が広がり、第１風向調整板で壁面噴流を受けきれなくなる（後述）。一方で、ｂが狭すぎると吹出スリットの抵抗が大きくなり、ファン（不図示）による搬送動力の増加や騒音の発生が懸念される。したがって、ｂについては２０～３０ｍｍ程度が望ましい。

また足元に気流を送るためには、φ＝０の状況において、第１風向調整板で壁面噴流の持つ運動量のうちの多くを受ける必要がある。具体的には、壁面から噴流端部までのうち、運動量の累積分布で９割程度は第１風向調整板で受ける必要がある。既往の知見であるＶｅｒｈｏｆｆ（以下の式（１）、参考文献１）による二次元壁面噴流の無次元風速プロファイルは図１３（ａ）の通りであり、この分布より求まる無次元運動量のプロファイルは図１３（ｂ）となる。さらに、図１３（ｂ）を累積分布で表せば図１４となる。

ここで、いずれのグラフも横軸は壁面噴流の半値幅ｂ_0.5で壁面からの距離ｘを除した無次元距離である。したがって図１４から、９０％となるのはｘ／ｂ_0.5が約１．０２となる位置（図中●）であり、したがってほぼ半値幅程度まで第１風向調整板がブース壁から出ていればよいことになる。

つまり、χ＋ｌ₁が１．０２ｂ_0.5以上であればよい。ここで、隙間χを通り抜ける壁面噴流の運動量は第１風向調整板で受けることはできないため、隙間を抜ける運動量が大きすぎても第１風向調整板が風向制御の効果を発揮できなくなる。この課題については隙間χの制限について触れる際に述べる。

半値幅の式については、一般に以下の式（２）の形で表せることが知られている（参考文献１）。これは噴流の形状（自由噴流、壁面噴流など）によらないが、係数α、βが異なり、二次元壁面噴流の場合はα＝０．０６８、β＝１０ｂとなることが知られている（参考文献１）。

ただし、実際の空調吹出口から吹き出される噴流はこのような理想的なふるまいはしないため、これら係数は吹出口ごとの特性に依存することになる。今回、特許文献２で試作したモックアップの吹出口については、α＝０．１７６、β＝１２９であった。これに基づけば、１．０２ｂ_0.5＝５０．０９となり、χ＋ｌ₁が約５０ｍｍ以上となればよいこととなる。

一方で、χ＋ｌ₁が大きすぎるとブース内の空間が狭くなる。使用者との接触による破損などを防ぐ意味でも、χ＋ｌ₁は６０ｍｍ程度が上限と考えられる。χについては、狭すぎると抵抗が大きくなり、気流が抜けず第２風向調整板まで到達しないため、５～１０ｍｍ程度は隙間が必要となる。一方、上記の課題の通り、χは広すぎても壁面噴流の運動量の多くがその隙間を抜け第１風向調整板には当たらず、第２風向調整板にばかり衝突することとなり、第１風向調整板の風向調整の効果が発揮されない。

したがって、この隙間を抜ける運動量は壁面噴流の運動量全体の多くとも半分以下には抑えたい。図１４より、壁面噴流の運動量が累積で５０％となるのは、ｘ／ｂ_0.5が約０．４１２となる位置（図中▲）であり、したがって隙間χ＜０．４１２×α（ｙ_H1＋β）となる。特許文献２の実施形態で試作したモックアップの吹出口（吹出スリット）においては、第１の調整板をｙ＝ｙ_H1＝１５０ｍｍに設置した場合、χ＜２０．２ｍｍとなる。

以上より、条件を整理すると以下である。
ｂ＝２０～３０
ｙ_H1＝１５０～２００
χ＋ｌ₁＜５０～６０
５０＜ｌ₁
５＜χ＜２０．２
これより、χは５～１０ｍｍ程度、ｌ₁は５０ｍｍ程度が妥当と考えられる。

第２風向調整板は、床面に対してできるだけ水平方向に隙間を抜けて衝突した壁面噴流の軌道を変えることが求められる。したがって、第１風向調整板の場合と同じく、隙間を抜けてきた壁面噴流の運動量の多くを受ける必要がある。いま、第１風向調整板とブース壁面との隙間をもう一つの吹出スリットとみなせば、同じくこの隙間から吹き出す壁面噴流（Ｂ₂）の運動量の９０％以上を第２風向調整板で受けることが必要となる（図１６（ａ）参照）。

したがって、以下の式（３）で求まるＢ₂以上の値となることがｌ₂の要件である。ここでα₂、 β₂は隙間を抜けて形成される壁面噴流の半値幅の一次式に関する定数である。α₂、β₂については、隙間χが長辺（第１風向調整板の紙面奥行き長さ、特許文献２で試作したモックアップでは８００ｍｍ）が十分に長いため二次元壁面噴流とみなして、二次元壁面噴流の半値幅に関する既往式を用いるとすると、α₂＝０．０６８、β₂＝１０χである。これより、ｌ₂は以下の式（４）を条件とする。例えば、χ＝１０、ｙ_H2＝６０とした場合、ｌ₂は１１．１ｍｍ以上必要ということになる。また第２風向調整板がφ＝０における第１風向調整板よりも突出していることは望ましくないであろうから、ｌ₂＜χ＋ｌ₁が条件になる。

また、図１６（ｂ）のような状況で隙間χ’から気流が抜ける必要があるため、ｙ_H2はｌ₁よりも少々大きい方が望ましい。また、第１風向調整板の角度φが大きい状況においては、第２風向調整板よりも上端が下に来ることが望ましい。したがって、図１６（ｃ）に示すように、この空間の余裕をδとすれば、ｌ₁＋δ＜ｙ_H2となる。δは１０ｍｍ程度必要である。また、第２風向調整板に衝突した気流は図１７の通り流れることから、足元に気流を送ることができる、という観点で見れば、第２風向調整板の高さはできるだけ低い方がよい。また第２風向調整板に当たった気流が第１風向調整板に衝突して流れてきた気流の軌道を矯正する、という意味においても、両者は近い方がよい。これより、ｙＨ２は「ｌ₁＋δ＜ｙ_H2かつできるだけ小さい」ことが求められる。以上から、隙間χから吹き出された壁面噴流を距離ｙ_H2離れた位置ですべて受けるために必要な第２風向調整板の幅ｌ₂は式（４）に基づいて２０ｍｍ以上となる。

以上、すべてをまとめると以下の条件が本システムにおいて「足元から頭部まで気流を供給する」、「風向の微調整が容易なシステムとする」、「空間を狭めることなく活用する」、「吹出口での圧損を大きくしない」などの観点から見て最適と考えられる。
条件（１） ｙ_H1＝１５０～２００ｍｍ：特許文献２の検討参照。
条件（２） ｂ＝２０～３０ｍｍ：狭すぎると抵抗が大きくなる、広すぎると噴流が広がって受けきれなくなる。
条件（３） １．０２×α（ｙ_H1＋β）ｍｍ ＜χ＋ｌ₁＜６０ｍｍ 左辺：壁面噴流の９０％以上の運動量を受ける（ただしφ＝０のとき）、右辺：ブース内の空間を狭くしない。
条件（４） ｌ₁＞４０～５０ｍｍ（条件（３）と（５）に依存）：壁面噴流の４０％以上の運動量を受ける（ただしφ＝０のとき）。
条件（５） ５ｍｍ＜χ＜０．４１２×α（ｙ_H1＋β）ｍｍ 左辺：気流が隙間を抜ける、右辺：壁面噴流のうち隙間を抜ける運動量を半分以下とする。
条件（６） ｌ₁＋δ＜ｙ_H2 かつできるだけ小さく ：第１風向調整板の角度φが９０°に近い時に、第２風向調整板の下に収納できる、かつ第２風向調整板で軌道を変えた気流が抜けることができる隙間が形成される。δ＝１０ｍｍ程度。
条件（７） １．０２×０．０６８（ｙ_H2＋１０χ）ｍｍ＜ｌ₂＜χ＋ｌ₁ 左辺：壁面噴流の９０％以上の運動量を第２風向調整板で受ける、右辺：第１風向調整板の突出量（χ＋ｌ₁）以下とする。

特許文献２で試作したモックアップの吹出口から吹き出される壁面噴流の特性を用い、隙間χを抜けた後の噴流を理想的な二次元壁面噴流とみなせば、以下の通りである。ここで、条件（１）はｙ_H1＝１５０とする。
条件（１） ｙ_H1＝１５０ｍｍ
条件（２） ｂ＝２０～３０ｍｍ
条件（３） ５０．０９ ＜χ＋ｌ₁＜６０ｍｍ
条件（４） ｌ₁＞４０～５５ｍｍ（条件（３）と（５）に依存）
条件（５） ５ｍｍ＜χ＜２０．２ｍｍ
条件（６） ｙ_H2＝６０～７０ｍｍ
条件（７） １１．１ｍｍ＜ｌ₂＜６０ｍｍ
ただし、上記の制約を緩和することで、適用の範囲は広がり得る。たとえば、使用者の足元には気流を供給しなくてよい場合にはｙ_H1を高く上げ、それに伴うほかのパラメータの緩和も考えられる。また空間が多少狭くなってもよい場合には、第１風向調整板の幅ｌ₁の値を大きくでき、これにより壁面噴流を受けることのできる領域が増えることから、吹出口幅ｂや隙間χなども広げることができる、・・・・などと、条件が緩和され得る。
参考文献；Shakochi, T.: Jet flow engineering, Morikita Publishing Co., Ltd., 2004 (in Japanese)
社河内 敏彦: 噴流工学, 森北出版, 2004
以上、本発明に係るパーソナル空調システムは、ブース壁に対して、姿勢を調整可能に取り付けられた、吹出スリットから吹き出された空気があたる第１風向調整板と、ブース壁に対して取り付けられた、第１風向調整板とブース壁の間を介して前記吹出スリットから吹き出された空気があたる第２風向調整板と、の２つの風向調整板とから構成されており、第１風向調整板に衝突した噴流と、第１風向調整板の下流に配される第２風向調整板に衝突した噴流と、の合成噴流をタスク空間に導くことが可能となる。このような本発明に係るパーソナル空調システムによれば、第１風向調整板の調整角度（φ）が大きくなるに連れて、第２風向調整板によって形成される噴流の影響が大きくなるため、第１風向調整板の調整角度（φ）の変更による気流の風向制御が容易となり、気流の軌道の微調整も可能となる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。これまで説明した実施形態に係るパーソナル空調システム１によれば、第１風向調整板３０の角度を変えることで様々な部位に気流を供給することが可能となるが、一方、空間の温度を下げたいが気流に当たりたくない、と考えている執務者Ｍの要求には対応することは不可能であった。

また、昨今、感染症拡大抑止の観点から換気が重要視されているが、パーソナル空調システム１を用いて、温冷感に影響を与えずにブース壁に囲まれたタスク空間５内を換気する方法を検討する必要がある。

そこで、本実施形態では、第１風向調整板３０の形状を変更することで、執務者Ｍに空調空気を直接当てることなくタスク空間５内を換気することを実現すると共に、これまでの実施形態と同様に気流の方向の調整も可能とする。

図１９は本発明の他の実施形態に係るパーソナル空調システム１に用いる第１風向調整板３０を示す図である。他の実施形態においては、第１風向調整板３０は、吹出スリット１０の長手方向（ｘ方向）に対して垂直な方向で切った断面がＬ字状のものとすることができる。第１風向調整板３０としては、一般に流通している直角アングル状の部材を用いることができるが、直角アングルのように、必ずしも２つの板体が直角に連結された部材である必要はなく、２つの板の延在方向（延びる）が所定の角度で交差するように連結された部材であればよい。以下、実施形態では、２つの板体が直角で連結された直角アングル状の部材を例に説明する。

第１風向調整板３０は、第１板部１１０と、この第１板部１１０の主面と所定の角度（本実施形態では９０°）をなす主面を有し、第１板部１１０から境界部１１９を介して連続する第２板部１２０と、から構成されるものを用いることができる。

第１風向調整板３０は、回動軸の軸線方向と直交する断面図でみると、第１板部１１０の長手方向と、第２板部１２０の長手方向と、は交差するように構成されている。

第１板部１１０は、主面として、第１板部第１主面１１１と、第１板部第１主面１１１と対向する第１板部第２主面１１２とを有する。第１板部第１主面１１１と第１板部第２主面１１２とは、表裏の関係にあり、互いに平行である。同様に、第２板部１２０は、主面として、第２板部第１主面１２１と、第２板部第１主面１２１と対向する第２板部第２主面１２２とを有する。第２板部第１主面１２１と第２板部第２主面１２２とは、表裏の関係にあり、互いに平行である。第１板部１１０の厚み（第１板部第１主面１１１と第１板部第２主面１１２と間の距離）及び第２板部１２０の厚み（第２板部第１主面１２１と第２板部第２主面１２２との間の距離）は、１ｍｍ程度が想定される。

ここで、境界部１１９から最も遠い、第１板部１１０を第１の端部（第１板部端部１１５）とし、境界部１１９から最も遠い、第２板部１２０を第２の端部（第２板部端部１２５）とする。第１風向調整板３０は、角度φを所定の大きさとしたとき、第１板部１１０の第１板部端部１１５が床面に当接し、それと同時に、第２板部１２０の第２板部端部１２５がブース壁２０ａに当接する形状・寸法を有している。また、第１風向調整板３０を、吹出スリット１０の長手方向に対して垂直な方向で切った断面で見ると、第１板部１１０の長さは、第２板部１２０の長い。つまり、第１板部１１０の延在方向における回動軸３１の回転中心から第１板部端部１１５までの長さａ₁、第２板部１２０の延在方向における回動軸３１の回転中心から第２板部端部１２５までの長さａ₂としたとき、ａ₁＞ａ₂の関係を有している。（第１風向調整板３０は、回動軸の軸線方向と直交する断面図でみると、第１板部１１０の長手方向における長さは、第２板部１２０の長手方向における長さより長い。）
上記のような第１風向調整板３０によれば、第１風向調整板３０を角度φとすることで、吹出スリット１０から鉛直上方に流れようとする気流の進路をふさぎ、吹出方向を制御することができる。このように鉛直方向の気流の進路をふさぐことで、吹出スリット１０からの空調空気は調整板に沿って紙面手前・奥行き方向に流れ、執務者Ｍに当たることなくブース壁２０ａ側方向へ流れ、その後はブース壁２０ａに沿って流れ、といったように、執務者Ｍ周囲の床面近傍に供給されていく。これにより、置換換気の要領で執務者Ｍに気流を当てることなく効果的に換気を行うことができる。

先の実施形態では、第１風向調整板３０のブース壁面側の端部とブース壁面との間に隙間２８を設けることで風向を調整しやすくしていたが、そのような構成の場合、第１風向調整板３０を振り下げ、角度φを大きくしたとしても、生じた隙間２８により気流が上部へ漏れることになる。

そこで、本実施形態における第１風向調整板３０では、これを防ぎ、かつこれまで通り気流を執務者Ｍ側に供給する際には、ブース壁面と第１風向調整板３０との間の隙間２８が十分に開いて、先の実施形態の効果が得られるよう、図２０に示すように角度φに第１風向調整板３０を振り下げた際に隙間２８がふさがれるようなアングル状の部材を第１風向調整板３０に用いるものである。

以下では模式図（図２０、図２１）を用いて、設計時における各長さの関係を示す。第１風向調整板３０として用いるアングルは一般に流通している直角Ｌ字アングルとすることができる。第１風向調整板３０としてのアングルにおける第１板部１１０（長辺）の長さをａ₁、第２板部１２０（短辺）の長さをａ₂、吹出スリット１０の幅（短辺）の長さをｂ、第１風向調整板３０の回動軸３１の中心とブース壁面２０ａとの間の距離をｃ、同じく回動軸３１の中心と床面（吹出スリット１０）との間の距離をｄ、回動軸３１として使用する部材を円筒とみなしその半径をｒとする。

ここで、ａ₁、ａ₂は「回動軸中心から第１風向調整板３０の第１板部１１０・第２板部１２０に降ろした垂線と第１板部１１０・第２板部１２０との交点」と「第１風向調整板３０の第１板部１１０・第２板部１２０」との間の距離とする。また、第１風向調整板３０としてアングルを形成する部材の厚みは無視する。

この条件において、第１風向調整板３０としてアングルの長辺の長さａ₁、短辺の長さａ₂はそれぞれ下式（５）、（６）で求まる。参考に、吹出スリット１０の幅ｂの違いによる距離ｄとａ₁およびａ₂の関係を図２２に示す。

さらに、φはａ₁，ａ₂以外のパラメータの間に以下の関係がある。

式（７）を解けば以下の式（８）でφを求めることができる。

なお、第１風向調整板３０が機能するために以下の条件を満たす必要がある。
条件（１）ｂ＞（ｃ＋ｒ）
ブース壁面から回動軸の外側までの距離（ｃ＋ｒ）よりも吹出スリットの幅ｂの方が大きい。
条件（２）ｄ＞ｒ
回動軸の半径ｒよりも床から回動軸までの距離ｄの方が大きい。
条件（３）ｄ＞ａ₂
Ｌ字アングルの短辺長さａ₂よりも床から軸までの距離ｄの方が大きい。
条件（４）ｃ＞ｒ
回動軸の半径ｒよりも壁から軸までの距離ｃの方が大きい。

以上のようにパラメータが設定された第１風向調整板３０を用いた他の実施形態に係るパーソナル空調システム１による効果について説明する。

図２３は第１風向調整板３０の角度調整例を示す図であり、図２４は第１風向調整板３０の角度調整による気流の流れを示すイメージ図である。図２３において（ａ）で示す第１風向調整板３０の姿勢は、第１風向調整板３０の角度φを０°より大きく設定した場合を示している。このとき、図２４（ａ）に示すように、執務者Ｍの体幹に温度調節された空気の気流が当たるようになる。

また、図２３において（ｂ）で示す第１風向調整板３０の姿勢は、第１風向調整板３０の角度φをほぼ０°に設定した場合を示している。このとき、図２４（ｂ）に示すように、執務者Ｍの足元に温度調節された空気の気流が当たるようになる。

また、図２３において（ｃ）で示す第１風向調整板３０の姿勢は、第１風向調整板３０の角度φを０°未満として、第１風向調整板３０をブース壁面と床面の双方に当接させて、吹出スリット１０から鉛直方向に流れようとする気流の進路をふさぐように設定した場合を示している。このとき、図２４（ｃ）に示すように、換気を目的として、温度調節された空気の気流を執務者Ｍに当てず、床を這わせるようにすることができる。

以上のような、本発明の他の実施形態によれば、先の実施形態と同様の効果を享受することができると共に、執務者Ｍが、温度調節された空気の気流に直接当たりたくないような場合には、第１風向調整板３０によって、吹出スリット１０から鉛直上方向に流れようとする気流の進路をふさぐことで、執務者Ｍに気流を直接当てることなく、さらに、ブース壁２０に囲まれたタスク空間５内の換気が可能となる。

１・・・パーソナル空調システム
５・・・タスク空間
１０・・・吹出スリット
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ・・・ブース壁
２３・・・吹き抜け空間
２８・・・隙間（ブース壁面からの隙間の距離：χ）（風向調整機構）
３０・・・第１風向調整板（風向調整機構）
３１・・・回動軸（風向調整機構）
４０・・・第２風向調整板（風向調整機構）
４２・・・垂直側板
４５・・・軸受け
５０・・・デスク
５２・・・テーブル
５３・・・パーソナルコンピューター
５４・・・操作指示部
５５・・・照明
６０・・・床板
１１０・・・第１板部
１１１・・・第１板部第１主面
１１２・・・第１板部第２主面
１１５・・・第１板部端部
１１９・・・境界部
１２０・・・第２板部
１２１・・・第２板部第１主面
１２２・・・第２板部第２主面
１２５・・・第２板部端部
Ｍ・・・執務者

Claims (8)

1. 垂直に設置されるブース壁によって囲まれたタスク空間の空調を行うパーソナル空調システムにおいて、
   前記ブース壁の設置部に沿った長手方向を有し、温度調整された空気を鉛直上方に向けて吹き出す吹出スリットと、
   前記ブース壁に対して、姿勢を調整可能に取り付けられた、前記吹出スリットから吹き出された空気があたる第１風向調整板と、前記ブース壁に対して取り付けられた、前記第１風向調整板と前記ブース壁の間を介して前記吹出スリットから吹き出された空気があたる第２風向調整板と、を有することを特徴とするパーソナル空調システム。
2. 前記吹出スリットの長手方向と平行な軸中心を有する回動軸を、有しており、
   前記第１風向調整板は前記回動軸に取り付けられ、前記回動軸が回動することで、
   前記第１風向調整板が、前記吹出スリットで吹き出される空気の気流方向を調整することを特徴とする請求項１に記載のパーソナル空調システム。
3. 前記第１風向調整板は、前記第１風向調整板の端部において前記回動軸に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載のパーソナル空調システム。
4. 前記第１風向調整板は、前記回動軸を基準としたとき、前記回動軸の軸線方向と直交する所定の方向において一方のみならず、他方へも延びる構成とされていることを特徴とする請求項２に記載のパーソナル空調システム。
5. 前記第２風向調整板は、
   前記吹出スリットの長手方向に対して垂直である両端部から鉛直下方に延出した２つの垂直側板と、
   前記垂直側板のそれぞれに設けられた２つの軸受けと、を有しており、
   前記軸受けの間に、前記回動軸が渡されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のパーソナル空調システム。
6. 前記第１風向調整板は、前記回動軸の軸線方向に延びる第１板部と、境界部を介して前記第１板部につながる第２板部と、を有し、
   前記回動軸の軸線方向と直交する断面図において、前記第１板部の長手方向と、前記第２板部の長手方向と、は交差するように構成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載のパーソナル空調システム。
7. 前記回動軸の軸線方向と直交する断面図において、前記第１板部の長手方向における長さは、前記第２板部の長手方向における長さより長いことを特徴とする請求項６に記載のパーソナル空調システム。
8. 前記第１板部と前記第２板部との前記境界部から最も遠い、前記第１板部の端部が床面に当接するとき、
   前記第１板部と前記第２板部との前記境界部から最も遠い、前記第２板部の端部がブース壁に当接することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のパーソナル空調システム。

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