特許 7644852 空調領域の制御方法及び空調装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-04

(45)【発行日】2025-03-12

(54)【発明の名称】空調領域の制御方法及び空調装置

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/80 20180101AFI20250305BHJP

   F24F 11/74 20180101ALI20250305BHJP

   F24F 8/108 20210101ALI20250305BHJP

   F24F 13/08 20060101ALI20250305BHJP

   F24F 110/10 20180101ALN20250305BHJP

【ＦＩ】

F24F11/80

F24F11/74

F24F8/108 120

F24F13/08 A

F24F110:10

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024015389

(22)【出願日】2024-02-05

【審査請求日】2024-02-05

(73)【特許権者】

【識別番号】390018474

【氏名又は名称】新日本空調株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104927

【弁理士】

【氏名又は名称】和泉 久志

(72)【発明者】

【氏名】深谷 良丸

(72)【発明者】

【氏名】岡本 隆太

(72)【発明者】

【氏名】木村 崇

【審査官】寺川 ゆりか

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２１６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６４１７４５８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１１－２２０６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２４－１１９７８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｆ １１／００ － １１／８９

Ｆ２４Ｆ ８／１０８

Ｆ２４Ｆ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空調によって所定温度範囲に維持する必要がある床から所定高さまでを空調対象領域とし、この空調対象領域の床上高さを任意の高さに設定するための空調領域の制御方法であって、
前記空調対象領域の設定温度と空調機の送風温度との差を給気温度差とし、空調機の最大風量に対する送風量の割合を最大風量比とし、空間の床面積に対する空間内に設置された熱負荷の占有面積の割合を負荷面積占有率としたとき、
各給気温度差毎に、前記最大風量比をパラメータとした、前記負荷面積占有率と前記床上高さとの関係を得ておき、
これらの関係から、任意の床上高さを得るための前記給気温度差、最大風量比及び負荷面積占有率を決定することを特徴とする空調領域の制御方法。

【請求項2】

空調によって所定温度範囲に維持する必要がある床から所定高さまでを空調対象領域とし、この空調対象領域の床上高さを任意の高さに設定するための空調領域の制御方法であって、
前記空調対象領域の設定温度と空調機の送風温度との差を給気温度差とし、空調機の最大風量に対する送風量の割合を最大風量比とし、空間の床面積に対する空間内に設置された熱負荷の占有面積の割合を負荷面積占有率としたとき、
各最大風量比毎に、前記給気温度差をパラメータとした、前記負荷面積占有率と前記床上高さとの関係を得ておき、
これらの関係から、任意の床上高さを得るための前記給気温度差、最大風量比及び負荷面積占有率を決定することを特徴とする空調領域の制御方法。

【請求項3】

前記空調機は、空気の温度調整を行う冷却コイル部と、空気を圧送する送風装置部と、空気の浄化を行うフィルタ部とを備え、
空間の側部から空調された空気を横方向に吹き出す横吹出し型の空調機である請求項１、２いずれかに記載の空調領域の制御方法。

【請求項4】

前記空調機の吹出口には、前方に対するドラフト気流を抑制して下方向に整流するフードが設けられている請求項１、２いずれかに記載の空調領域の制御方法。

【請求項5】

前記空調対象領域に保証温度範囲が要求される製品が配置される場合において、前記空調対象領域の床上高さを１．５ｍ以下に設定する請求項１、２いずれかに記載の空調領域の制御方法。

【請求項6】

前記給気温度差の範囲を８～１２℃とし、前記最大風量比の範囲を５０～１００％とし、前記負荷面積占有率の範囲を２～２０％としている請求項１、２いずれかに記載の空調領域の制御方法。

【請求項7】

上記請求項１、２いずれかに記載の空調領域の制御方法を用いた制御器を有することを特徴とする空調装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工場やクリーンルーム、データセンターなどの大空間内における空調対象領域の床上高さを任意の高さに設定できるようにした空調領域の制御方法及び空調装置に関する。

【背景技術】

【0002】

出願人は、下記特許文献１、２などにおいて、大空間の空調制御方法として、対象空間の床から２～４ｍ程度までの高さを空調対象領域として所定温度範囲に維持する一方で、この空調対象領域よりも上部の空間（非空調領域）は前記空調対象領域から押し出された高温の空気が介在することにより、空間全体としては高さ方向に水平温度分布が形成されるようにした空調制御方式について、その制御方法や制御装置を提案した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６４１７４５８号公報

【文献】特許第６６２２８５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

所定の温度範囲に制御された空調対象領域の高さは、ユーザーにより異なる高さに設定されるものであり、任意の高さに設定できるようにすることが望ましい。ところが、この空調対象領域の高さは、室内に配置される熱負荷などによって異なるため、これまでは対象となる室毎に高さ方向の温度分布を測定しながら、空調対象領域が所定の温度範囲となるように、風量や送風温度などを試行錯誤しながら調整することにより決定していた。

【0005】

このようにして決定された値は、試行錯誤の結果得られるものであるため、省エネルギー化ということが余り考慮されておらず、未だ改善の余地が残されていた。

【0006】

そこで本発明の主たる課題は、省エネルギー化を図りつつ、空調対象領域の高さを任意に設定できるようにした空調領域の制御方法及び空調装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、空調によって所定温度範囲に維持する必要がある床から所定高さまでを空調対象領域とし、この空調対象領域の床上高さを任意の高さに設定するための空調領域の制御方法であって、
前記空調対象領域の設定温度と空調機の送風温度との差を給気温度差とし、空調機の最大風量に対する送風量の割合を最大風量比とし、空間の床面積に対する空間内に設置された熱負荷の占有面積の割合を負荷面積占有率としたとき、
各給気温度差毎に、前記最大風量比をパラメータとした、前記負荷面積占有率と前記床上高さとの関係を得ておき、
これらの関係から、任意の床上高さを得るための前記給気温度差、最大風量比及び負荷面積占有率を決定することを特徴とする空調領域の制御方法が提供される。

【0008】

上記請求項１記載の発明では、後述するシミュレーションから、各給気温度差毎に、最大風量比をパラメータとした、負荷面積占有率と床上高さとの関係を得ておき、この関係から、任意の床上高さを得るための給気温度差、最大風量比及び負荷面積占有率を決定している。具体的には、空調対象領域に配置される製品の要求温度と空調機の送風温度とから給気温度差が決定され、この給気温度差において空調機の最大風量比を設定するとともに、熱負荷を所定の面積占有率で配置することにより、空調対象領域の床上高さが求まる。このようにして求めた各値は、試行錯誤の結果得られた値ではなく、予め求めておいた関係から得られるものなので、空調機のエネルギー効率を考慮した値を設定することができ、省エネルギー化を図ることができる。

【0009】

請求項２に係る本発明として、空調によって所定温度範囲に維持する必要がある床から所定高さまでを空調対象領域とし、この空調対象領域の床上高さを任意の高さに設定するための空調領域の制御方法であって、
前記空調対象領域の設定温度と空調機の送風温度との差を給気温度差とし、空調機の最大風量に対する送風量の割合を最大風量比とし、空間の床面積に対する空間内に設置された熱負荷の占有面積の割合を負荷面積占有率としたとき、
各最大風量比毎に、前記給気温度差をパラメータとした、前記負荷面積占有率と前記床上高さとの関係を得ておき、
これらの関係から、任意の床上高さを得るための前記給気温度差、最大風量比及び負荷面積占有率を決定することを特徴とする空調領域の制御方法が提供される。

【0010】

上記請求項２記載の発明では、各最大風量比毎に、給気温度差をパラメータとした、負荷面積占有率と床上高さとの関係を得ておき、これらの関係から、任意の床上高さを得るための給気温度差、最大風量比及び負荷面積占有率を決定している。ここでは、はじめに最大風量比を決めてから、他の条件を決定している。

【0011】

請求項３に係る本発明として、前記空調機は、空気の温度調整を行う冷却コイル部と、空気を圧送する送風装置部と、空気の浄化を行うフィルタ部とを備え、
空間の側部から空調された空気を横方向に吹き出す横吹出し型の空調機である請求項１、２いずれかに記載の空調領域の制御方法が提供される。

【0012】

上記請求項３記載の発明では、前記冷却コイル部で温度調整され、前記フィルタ部で浄化された空気が、送風装置部で圧送される空調機であって、空間の側部から空調された空気を横方向に吹き出す横吹出し型の空調機を用いているため、空調機から吹き出された空気が空間の下層部に流れ込みやすくなり、空間の下層部から上層部に向けて高さ方向に徐々に温度が上昇する水平温度分布が形成されやすくなる。

【0013】

請求項４に係る本発明として、前記空調機の吹出口には、前方に対するドラフト気流を抑制して下方向に整流するフードが設けられている請求項１、２いずれかに記載の空調領域の制御方法が提供される。

【0014】

上記請求項４記載の発明では、前記空調機の吹出口に、前方に対するドラフト気流を抑制して下方向に整流するフードを設けているため、空調機から吹き出た空気がより一層空間の下層部に流れ込みやすくなり、空間の下層部から上層部に向けて高さ方向に徐々に温度が上昇する水平温度分布が形成されやすくなる。

【0015】

請求項５に係る本発明として、前記空調対象領域に保証温度範囲が要求される製品が配置される場合において、前記空調対象領域の床上高さを１．５ｍ以下に設定する請求項１、２いずれかに記載の空調領域の制御方法が提供される。

【0016】

上記請求項５記載の発明では、工場やクリーンルームなどにおいて保証温度範囲が要求される製品が配置される高さ以下の範囲だけを所定温度以下に制御しているため、空調機の消費エネルギーを低減することができ、省エネルギー化を図ることができる。

【0017】

請求項６に係る本発明として、前記給気温度差の範囲を８～１２℃とし、前記最大風量比の範囲を５０～１００％とし、前記負荷面積占有率の範囲を２～２０％としている請求項１、２いずれかに記載の空調領域の制御方法が提供される。

【0018】

上記請求項６記載の発明では、シミュレーションで用いた各パラメータの範囲を示している。

【0019】

請求項７に係る本発明として、上記請求項１、２いずれかに記載の空調領域の制御方法を用いた制御器を有することを特徴とする空調装置が提供される。

【発明の効果】

【0020】

以上詳説のとおり本発明によれば、省エネルギー化を図りつつ、空調対象領域の高さを任意に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】空調機１を設置した空間３の縦断面図である。

【図2】空調機１の縦断面図である。

【図3】空調機１の横断面図である。

【図4】空調用吹出口２０を取り付けた空調機１の斜視図である。

【図5】空調用吹出口２０を示す、正面側の斜視図である。

【図6】その裏面側の斜視図である。

【図7】空調用吹出口２０を示す、(A)は正面図、(B)は側面図、(C)は上面図である。

【図8】図７のVIII－VIII線矢視図である。

【図9】図７のIX－IX線矢視図である。

【図10】従来の空調用吹出口５０の気流を示す、(A)は平面図、(B)は側面図である。

【図11】空調用吹出口２０の気流を示す、(A)は平面図、(B)は側面図である。

【図12】各給気温度差毎の、最大風量比をパラメータとした、負荷面積占有率と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図13】各最大風量比毎の、給気温度差をパラメータとした、負荷面積占有率と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図14】シミュレーションで用いた空間３の斜視図である。

【図15】その平面図である。

【図16】評価エリアを示す平面図である。

【図17】高さ方向の温度分布を示すグラフの一例である。

【図18】最大風量比と空調対象領域４の床上高さとの関係を示すグラフの一例である。

【図19】比較例１の結果を示す空間の温度分布図である。

【図20】比較例１の結果を示す高さ方向の温度分布図である。

【図21】比較例２の開口率の条件を示す空調機の正面図である。

【図22】比較例２の結果を示す空間の温度分布図である。

【図23】比較例２の結果を示す高さ方向の温度分布図である。

【図24】負荷面積占有率の条件を示す空間３の斜視図である。

【図25】負荷面積占有率１９．２％における空間３の温度分布図である。

【図26】負荷面積占有率１９．２％における高さ方向の温度分布図である。

【図27】負荷面積占有率１９．２％における最大風量比と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図28】負荷面積占有率１９．２％における給気温度差と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図29】負荷面積占有率１１．５％分散における空間３の温度分布図である。

【図30】負荷面積占有率１１．５％分散における高さ方向の温度分布図である。

【図31】負荷面積占有率１１．５％分散における最大風量比と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図32】負荷面積占有率１１．５％分散における給気温度差と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図33】負荷面積占有率１１．５％集中における空間３の温度分布図である。

【図34】負荷面積占有率１１．５％集中における高さ方向の温度分布図である。

【図35】負荷面積占有率１１．５％集中における最大風量比と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図36】負荷面積占有率１１．５％集中における給気温度差と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図37】負荷面積占有率７．７％における空間３の温度分布図である。

【図38】負荷面積占有率７．７％における高さ方向の温度分布図である。

【図39】負荷面積占有率７．７％における最大風量比と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図40】負荷面積占有率７．７％における給気温度差と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図41】負荷面積占有率３．８％における空間３の温度分布図である。

【図42】負荷面積占有率３．８％における高さ方向の温度分布図である。

【図43】負荷面積占有率３．８％における最大風量比と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図44】負荷面積占有率３．８％における給気温度差と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図45】負荷面積占有率２．６％における空間３の温度分布図である。

【図46】負荷面積占有率２．６％における高さ方向の温度分布図である。

【図47】負荷面積占有率２．６％における最大風量比と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図48】負荷面積占有率２．６％における給気温度差と床上高さとの関係を示すグラフである。

【図49】各最大風量比毎の、負荷面積占有率をパラメータとした、給気温度差と床上高さとの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

【0023】

本発明に係る空調領域の制御方法は、図１に示されるように、工場やクリーンルーム、データセンターなどの大規模な空間３内に製造装置やサーバーなどの熱負荷２が設置された空調領域について、同一の空間３内を、空調機１を用いた空調によって所定温度範囲に維持する必要がある床から所定高さまでの空間である空調対象領域４と、この空調対象領域４の上部の空間である非空調領域５とに設定し、前記空調対象領域４の床上高さＨを任意の高さに設定するための方法である。

【0024】

前記空間３は、同一空間内を、床から所定高さまでの空調対象領域４と、その上部の非空調領域５とに設定している。図１では、前記空調対象領域４と非空調領域５とが隣接するように図示されているが、実際にはこれらの間には温度遷移領域が存在しており、空調対象領域４から非空調領域５に行くに従って徐々に層状に温度が高くなっている。これら空調対象領域４と非空調領域５との境界は、空間３に仮想的に存在するものであり、空調設計の当初に設計条件として設定され、この設計条件の下で空調機１の諸条件が設計されることとなる。

【0025】

例えば、工場で生産される製品などに要求される保証温度範囲が２３℃±３℃の場合、空調によってこの温度範囲を保証する空調対象領域（タスクゾーン）が床上高さ１．５ｍ以下、好ましくは１．２～１．５ｍ程度までに設定され、その上層に作業者のための対人空調の温度範囲（例えば２８℃以下）の領域がワークゾーンとして高さ２ｍ程度までに設定され、それより上層が非空調領域５として設定される。

【0026】

（空調機）
先ずはじめに前記空調機１について説明すると、前記空調機１としては、公知の空調機を制限なく用いることができるが、特に空間３の側部から空調された空気を横方向に吹き出す横吹出し型の空調機を用いるのが好ましい。このような空調機１としては、図示例のように、単体の装置として製造され、空間３内の任意の位置に設置できるようにユニット化されたものが用いられる。

【0027】

具体的には、図１に示されるように、前記非空調領域５の空気を導入する空気導入部１１と、この空気導入部１１に導入された空気の温度調整を行う冷却コイル部７と、前記冷却コイル部７によって温度調整された空気を圧送する送風装置部８と、空気の浄化を行うフィルタ部９とを備えている。

【0028】

前記非空調領域５内の高温空気の少なくとも一部は、前記空調機１の側面上部に形成された開口部を通って空気導入部１１内に横方向に流れ込むようになっている。これによって、空調機１から空間３内に吹き出た空調空気の少なくとも一部は、空調対象領域４から非空調領域５を通って空調機１の空気導入部１１に戻る空気の循環経路が形成されている。

【0029】

図２に示されるように、前記空気導入部１１に導入された空気は、冷却コイル部７において温度が調整（冷却）された後、空調機１の背面部分に形成されたチャンバ１３に供給される。その後、前記チャンバ１３内の空気が、送風装置部８（ファン）とフィルタ部９を通過した後、空調機１の吹出口を通って室内に供給される。

【0030】

前記フィルタ部９に備えられる空気の浄化を行うフィルタとしては、対象となる空間３が工場やデータセンターなどとして利用される場合は中性能フィルタ、粗じんフィルタなどを用い、空間３がクリーンルームとして利用される場合は高性能フィルタを用いることができる。

【0031】

前記送風装置部８とフィルタ部９としては、別体に形成されたものをそれぞれ配置することも可能であるが、これらを一体化した汎用のファンフィルタユニット（ＦＦＵ）を配置するのが好ましい。このファンフィルタユニット８、９は、１台で構成してもよいが、図３に示されるように、複数台を上下方向に並列配置するのが望ましい。

【0032】

（空調用吹出口）
前記空調機１の吹出方式については特に制限がなく、通常の方式で吹き出してもよいが、本発明では特に、空調機１の吹出面に設けられる空調用吹出口として、前方に対するドラフト気流を抑制して下方向に整流するフードが設けられたものを使用するのが好ましい。このような空調用吹出口としては、特開2023-152336号公報に開示されたものが好適である。前記空調用吹出口について、同公報の記載を引用して以下に説明する。

【0033】

前記空調用吹出口２０は、図４～図９に示されるように、空調機１の外面を覆う平板に、室内に空調空気を吹き出す吹出開口部２１、２１…が複数備えられたものである。この空調用吹出口２０の外縁部には、空調機１の外面に固定するための空調機１側に突出するフランジ部２０ａ（図６参照。）が設けられている。

【0034】

前記空調用吹出口２０は、各吹出開口部２１に、該吹出開口部２１を通過した空調空気を一定の方向に整流するフード２２が設けられている。つまり、吹出開口部２１を通過して空調機１の前面に対して垂直に前方に向けて直進する方向に吹き出た空調空気は、吹出開口部２１の外側に設けられたフード２２によって、これまで空調機１の前面に対して垂直に直進していた方向とほぼ直交する下方向に気流が変化され、整流されるようになっている。

【0035】

この気流について、図１０及び図１１に基づいてより詳細に説明すると、従来の空調用吹出口５０では、図１０に示されるように、空調機１の前方に、空調機１の前面とほぼ直交する方向に直進する気流が形成されるため、空調機１の前方に存在する装置又は人Ｘの全体に、ドラフト気流が過度に当たって装置又は人Ｘに悪影響を与える場合があった。また、空調機１から吹き出されたドラフト気流による空調空気と、空調機１の高さ方向の全長に亘る前方の室内空気とが混合されることにより、空調効率が低下するおそれがあった。

【0036】

これに対して、前記空調用吹出口２０では、図１１に示されるように、前記フード２２によって吹出開口部２１を通過した空調空気が下方向に整流され、床面に沿って流れるため、空調機１の前方に存在する装置又は人Ｘの全体にドラフト気流が当たるのが防止できる。また、空調機１から吹き出されたドラフト気流が空調領域の床面に沿って流れるため、床面から高さ方向に層状の水平温度分布が形成されるようになり、対象空間の所定の床上高さを空調対象領域として所定の温度範囲に維持しやすくなる。

【0037】

前記吹出開口部２１を通過した空調空気が下方向に整流される原理は、図１１(B)に示されるように、上方側に配置されたフード２２から吹き出た下方向の気流が、下方向に隣接するフード２２の外面に当接し、その前面側に渦Ｖを形成することにより、この渦Ｖによってその外側を流れる気流が吹出口側に誘引され、吹出口前面に沿った下方向の気流が形成されやすくなると考えられる。

【0038】

前記空調用吹出口２０の構造について更に詳細に説明すると、前記吹出開口部２１の平面形状は、所定の方向に細長い細長形状で形成されており、具体的には、前記フード２２によって空調空気が整流される方向と直交する方向に長い長方形状や長円形状、楕円形状等で形成されている。図示例の場合、空調空気が整流される下方向と直交する幅方向に長い長方形状で形成されている。空調機１の前面に形成された複数の吹出開口部２１は、全て同じ形状及び寸法で形成されている。

【0039】

前記吹出開口部２１は、少なくとも空調空気が整流される上下方向に沿って所定の間隔で複数設けられてればよく、これと直交する幅方向には必ずしも複数設ける必要はない。整流される方向に複数の吹出開口部２１が設けられることにより、上述のフード２２外面に渦Ｖが形成され、吹出口前面に沿った気流が形成されやすくなる。図示例の場合、前記吹出開口部２１は、空調空気が整流される上下方向に沿って所定の間隔で複数配置されるとともに、これと直交する幅方向にも所定の間隔で複数配置されている。より具体的には、前記吹出開口部２１は、上下方向に所定の間隔で８箇所配置されたものを１列として、この列が幅方向に２列並列して配置されることにより、合計１６箇所に形成されている。

【0040】

各吹出開口部２１の外側を覆う前記フード２２は、図７(A)に示される空調用吹出口２０の正面視で、該吹出開口部２１の全部を覆うように配置されている。つまり、空調用吹出口２０の前面を正面から見たとき、吹出開口部２１の全部がフード２２によって覆われており、吹出開口部２１がフード２２に隠れて見えないようになっている。これによって、吹出開口部２１の開口面に対して垂直に直進する空調空気は、必ず前記フード２２に当接し、このフード２２によって気流の方向が確実に変化するようになっている。

【0041】

前記フード２２は、詳細には図８及び図９に示されるように、吹出開口部２１の外縁部又はその近傍から、空調用吹出口２０の正面板に対してほぼ垂直に突出する天板２３及び側板２４、２４と、前記吹出開口部２１に対して離隔する位置で対向する幕板２５とから構成され、吹出開口部２１に連通する外側に、上面及び側面がそれぞれ天板２３、側板２４及び幕板２５で囲われるとともに、下面が開放する略直方体の箱形の空間部を形成するものである。これによって、前記吹出開口部２１を通過してフード２２内に流入した空調空気は、開放する下方側に向けて流れるようになる。

【0042】

前記天板２３及び側板２４は、吹出開口部２１の開口部（空調用吹出口２０の正面板）に対してほぼ垂直に突出しており、突出方向の中間で折れ曲がったり傾斜したりせず、垂直方向にほぼ真っ直ぐに延びている。このため、天板２３及び側板２４によっては、吹出開口部２１から吹き出た空調空気の気流の向きが変化せず、吹出開口部２１に対向する幕板２５まで気流がほぼ直進するようになっている。

【0043】

前記幕板２５は、前記天板２３及び側板２４の突出側端部にほぼ直交して接続され、吹出開口部２１の開口面（空調用吹出口２０の正面板）に対してほぼ平行して配置される。吹出開口部２１から吹き出た空調空気は直進して幕板２５に当接することにより、気流が直角方向に変化する。

【0044】

前記幕板２５は、図７(A)に示されるように、吹出開口部２１の平面形状より大きな形状を有している。また、前記幕板２５は、気流を整流する方向に対して、吹出開口部２１の寸法より長い寸法で形成されている。つまり、図示例のように気流を下方向に整流する場合、幕板２５の下端が吹出開口部２１の下端より下側に延びている。これによって、吹出開口部２１から開口面に対して垂直に直進する気流がそのまま直進せず、幕板２５に確実に当接して気流方向を変化させることができる。また、直ぐ上側に隣接する吹出開口部２１から下方向に流れてきた気流が幕板２５の外面側で渦Ｖを形成しやすくなり、その外側を流れる気流を吹出口側に誘引しやすくなるという効果も奏する。幕板２５の気流整流方向の長さは、吹出開口部２１の気流整流方向の長さに対して、１．２倍以上とするのが好ましく、１．５～３倍がより好ましく、１．５～２倍が特に好ましい。

【0045】

前記天板２３と幕板２５との隅角部及び側板２４と幕板２５との隅角部にはそれぞれ、若干のＲ加工が施されるようにしてもよいが、ほぼ直角に接続しているのが好ましい。これらの隅角部がほぼ直角に形成されることにより、吹出開口部２１から直進して幕板２５に当接した気流がその後、直角方向に変化しやすくなる。これらの隅角部にＲを設ける場合、その半径は、天板２３及び側板２４が吹出開口部２１から突出する長さの１／２以下、好ましくは１／１０以下とするのがよい。

【0046】

図５及び図７に示されるように、前記フード２２によって整流された方向に隣り合うフード２２、２２間の両側部に、これらのフード２２、２２同士を連結するフード間側板２６を配置することにより、前記フード２２によって整流された気流が隣接するフード２２に向けて流れやすくなるので好ましい。図示例の場合、上下方向に隣り合うフード２２、２２間にそれぞれ前記フード間側板２６が設けられている。前記フード間側板２６は、隣接するフード２２、２２の側板２４同士を連結するものであり、フード２２の側板２４とほぼ等幅（空調用吹出口２０の正面板からの突出長がほぼ同じ）に形成されている。なお、最下部のフード２２から空調用吹出口２０の下端部に掛けても同様に前記フード間側板２６を設けるのが好ましい。これらフード間側板２６、２６間の前面側は開放している。

【0047】

（空調領域の制御方法）
次に、本発明に係る空調領域の制御方法について説明する。具体的な制御方法を説明する前に、本発明で使用する用語の定義について説明する。

【0048】

本発明では、空調対象領域４の設定温度Ｔeと空調機１の送風温度Ｔbとの差を給気温度差Ｔ（Ｔ＝Ｔe－Ｔb）と定義する。前記空調対象領域４の設定温度Ｔeは、空調対象領域４に置かれた製品などに要求される温度であり、ユーザーが任意に設定する温度である。前記空調機１の送風温度Ｔbは、空調機１の冷却コイル部７を通過することによって調整された空気の温度であり、空調機１の吹出開口部２１から吹き出される空気の温度である。例えば、空調機１の送風温度Ｔbが１６℃の場合、空調対象領域４の設定温度Ｔeが２０℃であれば給気温度差Ｔは４deg（℃）、前記設定温度Ｔeが２４℃であれば給気温度差Ｔは８deg（℃）、前記設定温度Ｔeが２６℃であれば給気温度差Ｔは１０deg（℃）、前記設定温度Ｔeが２８℃であれば給気温度差Ｔは１２deg（℃）である。

【0049】

本発明では、空調機１の最大風量Ｗmaxに対する送風量Ｗbの割合を最大風量比Ｗ（Ｗ＝Ｗ／Ｗmax×１００％）と定義する。最大風量Ｗmaxは空調機１の仕様から得られ、送風量Ｗbは空調機１に備えられた送風装置部８（ファン）のインバーター制御などにより調整できる。

【0050】

本発明では、空間３の床面積Ａrに対する空間３内に設置された熱負荷２の占有面積Ａdの割合を負荷面積占有率Ａ（Ａ＝Ａd／Ａr×１００％）と定義する。前記熱負荷２の占有面積Ａdは、発熱する熱負荷２を平面視したときの面積であり、熱負荷２が複数台存在する場合は全ての合計面積である。

【0051】

本発明に係る制御方法では、図１２に示されるように、各給気温度差毎に、最大風量比をパラメータとした、負荷面積占有率と床上高さとの関係を得ておき、これらの関係から、任意の床上高さを得るための前記給気温度差、最大風量比及び負荷面積占有率を決定する。すなわち、空調対象領域４に配置される製品の要求温度と空調機１の送風温度とから給気温度差が決定され、この給気温度差において空調機１の最大風量比を設定するとともに、熱負荷２を所定の負荷面積占有率で配置することにより、空調対象領域４の床上高さが求まる。

【0052】

また、図１３に示されるように、各最大風量比毎に、給気温度差をパラメータとした、負荷面積占有率と床上高さとの関係を得ておき、これらの関係から、任意の床上高さを得るための前記給気温度差、最大風量比及び負荷面積占有率を決定するようにしてもよい。図１３の関係図では、はじめに最大風量比を決めてから、他の条件を決定している。

【0053】

図１２及び図１３に示される負荷面積占有率と床上高さとの関係は、後段で詳述するシミュレーションにより得られたものである。

【0054】

図１２及び図１３に示される関係図では、負荷面積占有率と床上高さとの関係が線形の傾向を示すため、線図から各値が設定しやすいとともに、その傾向が把握しやすくなっている。なお、これらのグラフから各値を決定してもよいし、これらのグラフから得られた近似式から各値を決定してもよい。また、図１２の関係図では給気温度差毎に床上高さとの関係が示され、図１３の関係図では最大風量比毎に床上高さとの関係が示されているため、空調対象領域４の温度を先行的に決定したとき、及び風量を先行的に決定したときのいずれにも対応可能であり、幅広い空調設計に柔軟に対応できる制御方法となっている。図１２及び図１３に示される関係図から得られた各値は、試行錯誤の結果得られた値ではなく、予め求めておいた関係図から得られるものなので、空調機１のエネルギー効率を考慮した値を設定することができ、省エネルギー化を図ることが可能となる。

【0055】

本発明に係る空調装置は、上述の空調領域の制御方法を用いた制御器を備えている。この制御器は、前記空調機１に組み込まれていてもよいし、空調機１とは別途設けられるようにしてもよい。

【0056】

（シミュレーション）
以下、図１２及び図１３の関係図を得るためのシミュレーションの概要について説明する。

【0057】

シミュレーションでは、図１４及び図１５に示されるように、床面積７．２ｍ×２０．８ｍ、高さ８ｍの空間３に対して、最大風量９０００ＣＭＨの仕様を有し、吹出面に上記空調用吹出口２０が備えられた横吹出し型の空調機１を、一方の短辺中央の壁際に１台設置するとともに、発熱密度が２５０Ｗ／ｍ^２である複数の熱負荷２を種々のパターンで室中央部に配置したモデルを用い、空調機１の送風量、熱負荷２の配置パターンを変化させたときの床上高さ５ｍまでの温度分布を求めた。

【0058】

温度の測定地点は、図１６に示されるように、両側の長辺の壁から１ｍの範囲を評価エリアとし、この評価エリアにおける各床上高さでの水平面の平均温度を求めた。その一例を図１７に示す。図１７は、空調機の送風温度及び送風量を一定とし、熱負荷２の配置パターンを図１６及び図１７に示されるように配置したときの高さ方向の給気温度差の分布をグラフに表したものである。図１７に示されるように、高さ方向の中間領域に、床上高さが大きくなるに連れて給気温度差がほぼ直線的に上昇する遷移領域が存在し、これより上側及び下側の部分では、給気温度差がほぼ一定若しくは変化が緩やかな領域となっている。

【0059】

また、他の例として、図１８は、最大風量比を変化させたとき、前記評価エリアの水平面積のうち９５％が指定した給気温度差を満たす床上高さを示すグラフである。最大風量比５０～９０％の範囲では、最大風量比の増加に従って給気温度差の床上高さが直線的に高くなる傾向にある。

【0060】

＜比較例１＞
比較例１として、当初、上段と下段にそれぞれＦＦＵが配置されるとともに、上段のＦＦＵと下段のＦＦＵで送風量を変化させることができる空調機１を使用し、上段と下段で送風量を変えることで、空調対象領域４の床上高さを任意に変化させることができるのではないかと考え、シミュレーションを行った。このときの空調機１の送風温度と最大風量比の条件を表１に示す。各ケースで空調機全体の合計風量比が１４０％となるように上下段の風量比を調整した。

【表1】

【0061】

その結果を図１９及び図２０に示す。図１９は、空間３の縦断面視における温度分布を示す線図であり、(A)～(D)において太線が同じ温度を示す等温線である。図２０は、各ケースにおける高さ方向の給気温度差を示すグラフである。図１９(A)～(D)に示されるように、同じ温度を示す太線が各ケースでほぼ同じ領域に存在するとともに、図２０に示されるように、高さ方向の温度分布も各ケースでほぼ同じ分布を示しており、顕著な差が表れていない。

【0062】

したがって、空調機１の上下段の風量を変化させても、空調対象領域４の床上高さを変化させることはできない結果となった。

【0063】

＜比較例２＞
次に、比較例２として、図２１に示されるように、上段と下段のそれぞれに、開閉可能なシャッターを備えた吹出開口部２１が８個ずつ配置され、前記シャッターを開け閉めすることにより、上段と下段で吹出口の開口率を変化させることが可能な空調用吹出口２０を取り付けた空調機１を用いて、空調対象領域４の床上高さを任意に変化させることができるのではないかと考え、シミュレーションを行った。図２１において、黒く塗りつぶされた吹出開口部２１がシャッターを閉じた状態、それ以外の吹出開口部２１がシャッターを開いた状態である。上段、下段とも風量は同じとしたので、開口率５０％のものは、開口率１００％のものの約２倍の風速となる。

【0064】

その結果を図２２及び図２３に示す。図２２(A)～(D)に示されるように、同じ温度を示す太線が各ケースでほぼ同じ領域に存在するとともに、図２３に示されるように、高さ方向の温度分布も各ケースでほぼ同じ分布を示しており、顕著な差が表れていない。

【0065】

したがって、吹出口の開口率を変化させても、空調対象領域４の床上高さを変化させることはできない結果となった。

【0066】

＜実施例＞
上記比較例１及び比較例２の結果を踏まえて、上段及び下段の風量を１：１で同じとし、吹出口の開口率も上段及び下段とも１００％で全開とした条件の下で、最大風量比を表２に示すように５０％～１００％の範囲で変化させるとともに、熱負荷２の配置により負荷面積占有率を図２４に示すように変化させたとき、空調対象領域４の床上高さに対する温度を求めた。前述の通り、いずれの負荷面積占有率においても発熱密度は２５０Ｗ／ｍ^２で一定である。つまり、負荷面積占有率が小さいほど、１台あたりの熱負荷２は高温となり、上昇気流が強く発生することとなる。負荷面積占有率１１．５％分散と負荷面積占有率１１．５％集中とは、全体の熱負荷２の台数は２７台で同じだが、その配置形態が異なるものである。「分散」では９台ずつ間隔を空けて配置し、「集中」では２７台まとめて配置している。なお、空調機１の送風温度は１７℃で一定とした。

【表2】

【0067】

負荷面積占有率１９．２％のときの結果を図２５～図２８に示す。図２５(A)～(F)において、太線で示された同じ温度（２６℃、給気温度差９℃）の等温線に着目すると、最大風量比を１００％から徐々に低下させたとき、一定温度以下となる等温線（給気温度差）の高さが徐々に低くなる傾向にある。このことから、最大風量比を調整することによって、空調対象領域４の床上高さを調整できることがわかる。この傾向は、図２６に示される温度勾配が比較的直線的に変化する中間領域の温度遷移域（図２６中、点線で挟まれた領域）においても同様である。なお、図２５(F)の最大風量比１００％のときの２６℃の等温線は、縦軸上限より上方の欄外に存在している。

【0068】

図２７は、水平面積率９５％以上で各給気温度差（８、９、１０、１２deg）を満足する床上高さと最大風量比との関係を示したものである。このグラフから、最大風量比を増加させることにより床上高さが増加し、その関係は線形関係を示すことがわかる。また、給気温度差を調整することによって、空調対象領域４の床上高さを調整できることがわかる。

【0069】

図２８は、最大風量比をパラメータとして、給気温度差と床上高さとの関係を示したものである。このグラフから、給気温度差を増加させることによって床上高さが増加し、その関係は線形関係を示すことがわかる。

【0070】

以下、同様にして、負荷面積占有率１１．５％分散の結果を図２９～図３２に、負荷面積占有率１１．５％集中の結果を図３３～図３６に、負荷面積占有率７．７％の結果を図３７～図４０に、負荷面積占有率３．８％の結果を図４１～図４４に、負荷面積占有率２．６％の結果を図４５～図４８に示す。これらの結果からも、上述と同様の傾向が示されている。

【0071】

以上の結果から、各最大風量比毎に、負荷面積占有率をパラメータとした、給気温度差と床上高さとの関係をまとめると、図４９に示される通りとなる。図４９(A)～(F)に示されるように、負荷面積占有率を低下させると、一定温度となる床上高さが上昇する傾向にあることがわかる。これは、発熱密度を一定とした本シミュレーションにおいて、負荷面積占有率が低い方が、単位面積あたりの発熱量が大きくなり、強い上昇気流を発生するためと考えられる。したがって、負荷面積占有率を調整することによって、空調対象領域４の床上高さを調整できることがわかる。

【0072】

また、以上の結果から、各給気温度差毎に、最大風量比をパラメータとした、負荷面積占有率と床上高さとの関係を求めると、図１２に示される通りとなる。上述の通り、図１２に示される関係図から、任意の床上高さを得るための給気温度差、最大風量比及び負荷面積占有率を決定することができる。

【0073】

更に、以上の結果から、各最大風量比毎に、給気温度差をパラメータとした、負荷面積占有率と床上高さとの関係を求めると、図１３に示される通りとなる。なお、図１３において、負荷面積占有率を示す横軸は、対数目盛りで表している。上述の通り、図１３に示される関係図から、任意の床上高さを得るための給気温度差、最大風量比及び負荷面積占有率を決定することができる。

【0074】

〔他の形態例〕
前記空間３を正圧に保つため、外気を空間３内に導く外気導入路（ダクト）を設けてもよい。この外気導入路を通って室内に供給される空気は、外気処理機によって温度、湿度及び清浄度が調整された外気とするのが望ましい。前記外気導入路は、空間３の天井面又は壁面から非空調領域５内の側方（横方向）に向けて空気を吹き出すように構成されている。

【符号の説明】

【0075】

１…空調機、２…熱負荷、３…空間、４…空調対象領域、５…非空調領域、６…外気処理機、７…冷却コイル部、８…送風装置部、９…フィルタ部、１１…空気導入部、１３…チャンバ、２０…空調用吹出口、２１…吹出開口部、２２…フード

【要約】

【課題】省エネルギー化を図りつつ、空調対象領域の高さを任意に設定できるようにする。
【解決手段】空調によって所定温度範囲に維持する必要がある床から所定高さまでを空調対象領域４とし、この空調対象領域４の床上高さを任意の高さに設定するための空調領域の制御方法である。前記空調対象領域４の設定温度と空調機１の送風温度との差を給気温度差とし、空調機１の最大風量に対する送風量の割合を最大風量比とし、空間３の床面積に対する空間３内に設置された熱負荷２の占有面積の割合を負荷面積占有率としたとき、各給気温度差毎に、前記最大風量比をパラメータとした、前記負荷面積占有率と前記床上高さとの関係を得ておき、これらの関係から、任意の床上高さを得るための前記給気温度差、最大風量比及び負荷面積占有率を決定する。
【選択図】図１２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】