JP2006112744A - 輻射冷房システム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造で迅速かつ確実に冷房強度を調節することができる輻射冷房システムを提供する。
【解決手段】 室内に配列されている複数の放熱管１００で選択的に冷水の流動が停止され、この冷水の流動が停止される放熱管１００の割合に対応して冷水生成機構２００と冷水流動機構３００との出力も調節されるので、冷水の温度と流速とを一定に維持したまま冷房強度を調節することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、輻射熱で室内を冷房する輻射冷房システムに関し、特に、室内の放熱管に室外から冷水を流動させる輻射冷房システムに関する。

現在、主流の冷房システムは、室内または室外から吸引した空気を冷却して室内に供給するが、これは室内の気温が輻射熱量と対応しないため、人体に不自然に感じられる。そこで、室内に配置した冷却管に冷水を流動させることで、輻射熱により室内を冷房する冷房システムが開発された。

このような冷房システムとしては、冷却管を壁状に配列させ、結露水を受けるドレンを下方に配置した輻射冷房システムや(例えば、非特許文献１参照)、天井面の近傍に冷却管を水平に配置した輻射冷房システムがある(例えば、非特許文献２，３参照)。
"除湿型輻射冷暖房システム"、ピーエス株式会社、［２００４年１０月０４日検索］インターネット<ＵＲＬ：http://www.ps-group.co.jp/products/hr_c.html> "輻射冷暖房（放射冷暖房・天井冷暖房）−TOYOX"、株式会社トヨックス、［２００４年１０月０４日検索］インターネット<ＵＲＬ：http://www.toyox.co.jp/fukusha/fukusha06.html> "住宅における天井輻射冷暖房に関する研究"、北陸電力、［２００４年１０月０４日検索］インターネット<ＵＲＬ：http://www.rikuden.co.jp/kenkyu/news/news07/news0702.htm>

しかし、上述のような輻射冷房システムでは、冷房の強度を調節するためには、例えば、冷水の温度や流速を制御することが想定できるが、冷水の温度や流速による制御で冷房強度を確実かつ迅速に調節することは実際には困難である。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、冷房強度を確実かつ迅速に調節調節することができる輻射冷房システムを提供することを目的とする。

本発明の輻射冷房システムは、室内に配置された放熱管に少なくとも冷水を流動させて少なくとも冷房を実行する輻射冷房システムであって、複数の放熱管、冷水生成機構、冷水流動機構、流動調節手段、出力調節手段、を有している。放熱管は、細長い形状に形成されており、複数が室内に配列されている。冷水生成機構は、冷水を生成し、冷水流動機構は、生成される冷水を複数の放熱管に並列に流動させる。流動調節手段は、冷水の流動を複数の放熱管で選択的に解除自在に停止させ、出力調節手段は、冷水の流動が停止される放熱管の割合に対応して冷水生成機構と冷水流動機構との出力を調節する。

従って、本発明の輻射冷房システムでは、室内に配列されている複数の放熱管に冷水が流動されて冷房が実行されるが、その複数の放熱管で選択的に冷水の流動が停止され、この冷水の流動が停止される放熱管の割合に対応して冷水生成機構と冷水流動機構との出力も調節される。

なお、本発明で云う各種手段は、その機能を実現するように形成されていれば良く、例えば、所定の機能を発揮する専用のハードウェア、所定の機能がコンピュータプログラムにより付与されたコンピュータ装置、コンピュータプログラムによりコンピュータ装置に実現された所定の機能、これらの組み合わせ、等として実現することができる。

また、本発明で云う各種の構成要素は、かならずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が１個の部材として形成されていること、１つの構成要素が複数の部材からなること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等も可能である。

本発明の輻射冷房システムでは、室内に配列されている複数の放熱管で選択的に冷水の流動が停止され、この冷水の流動が停止される放熱管の割合に対応して冷水生成機構と冷水流動機構との出力も調節されるので、簡単な構造で確実かつ迅速に冷房強度を適切に調節することができる。

［実施の形態の構成］
本発明の実施の一形態を図面を参照して以下に説明する。本実施の形態の輻射冷房システム１０００は、図１に示すように、天井ユニット１００、冷水生成機構２００、冷水流動機構であるポンプ装置３００、等を有しており、天井ユニット１００は、図３および図２に示すように、複数の放熱管１１０、送水管１２０、回収管１３０、複数の放熱板１４０、複数のドレン１５０、等からなる。

送水管１２０と回収管１３０とは、例えば、外形が“３０(mm)”で肉厚が“２．０(mm)”の細長い銅管からなり、天井面に対応した所定の全長に形成されている。放熱管１１０は、例えば、外径が“２０(mm)”で肉厚が“２．０(mm)”の細長い銅管からなり、やはり天井面に対応した所定の全長に形成されている。

複数の放熱管１１０は、長手方向がＸ方向である前後方向と平行な状態で、Ｙ方向である左右方向に並列に配置されており、送水管１２０と回収管１３０とは、長手方向がＹ方向である左右方向と平行な状態で、Ｘ方向である前後方向に並列に配置されている。このような状態で、複数の放熱管１１０の各々の一端が送水管１２０に連結されているとともに各々の他端が回収管１３０に連結されているので、送水管１２０と回収管１３０と複数の放熱管１１０とは、いわゆる梯子状に組み立てられている。

放熱板１４０は、例えば、肉厚が“２．０(mm)”で横幅が“２０(mm)”の細長い銅板からなり、放熱管１１０と同等な全長に形成されている。放熱板１４０は、放熱管１１０の外周面の左右両端の位置に放熱板１４０の上縁部が溶接等で個々に装着されている。

ドレン１５０は、例えば、断面形状がＶ字型の細長いアルミニウム材からなり、上面が開口した樋状の状態に配置されている。ドレン１５０は、開口した上面の左右方向の横幅が放熱管１１０の２倍の“４０(mm)”であり、放熱管１１０と同等な全長に形成されている。

複数のドレン１５０は、一端が他端より上方に位置するように微妙に傾斜した状態で、複数の放熱管１１０の下方に個々に略平行に配置されている。なお、複数のドレン１５０の各々の他端に下方から対向する位置には、例えば、上面が開口した樋状の排水管(図示せず)が配置されており、この排水管が室内から室外まで形成されている。

図１に示すように、送水管１２０と回収管１３０とは連通管１２１，１３１により室外の地下タンク３１０に連結されており、その地下タンク３１０と送水管１２０とを連結する連通管１２１にポンプ装置３００が連結されている。地下タンク３１０は、断熱性が良好な室外の地下に埋設されており、水を貯留している。

冷水生成機構２００は、熱交換機２１０とヒートポンプ２２０からなり、ヒートポンプ２２０には、冷媒(図示せず)を冷却して循環させる冷却管２２１が連通されている。
この冷却管２２１は連通管１２１とともに熱交換機２１０に連通されているので、この熱交換機２１０では、連通管１２１を流動する水が冷却管２２１を流動する冷媒により冷却される。さらに、冷却管２２１は室内の床面近傍に配置された除湿器２３０にも配管されており、この除湿器２３０では、冷却管２２１を流動する冷媒により周囲の空気が除湿される。

また、図２に示すように、天井ユニット１００は、複数の放熱管１１０の３本に２本の割合で電磁弁１１１が挿入されており、この電磁弁１１１は冷水生成機構２００およびポンプ装置３００とともに流動調節手段および出力調節手段となるコントロール回路(図示せず)に結線されている。

このコントロール回路にはコントロールパネル(図示せず)が結線されており、このコントロールパネルは室内に配置されている。このコントロールパネルは、ここでは“オン／オフ”と“強／中／弱”との入力操作を受け付け、“オン”が入力操作されるとコントロール回路により冷水生成機構２００とポンプ装置３００とが駆動される。

このような状態で、“強”が入力操作されると全部の電磁弁１１１が開放されるとともに冷水生成機構２００とポンプ装置３００との駆動状態が“強”とされ、“中”が入力操作されると電磁弁１１１の２個に１個が閉止されるとともに冷水生成機構２００とポンプ装置３００との駆動状態が“中”とされ、“弱”が入力操作されると全部の電磁弁１１１が閉止されるとともに冷水生成機構２００とポンプ装置３００との駆動状態が“弱”とされる。

［実施の形態の動作］
上述のような構成において、本実施の形態の輻射冷房システム１０００では、図１に示すように、地下タンク３１０に貯留されている水がポンプ装置３００により連通管１２１から天井ユニット１００に供給され、その天井ユニット１００から連通管１３１により地下タンク３１０まで水が回収される。そのとき、冷水生成機構２００により連通管１２１の流水が冷却されるので、天井ユニット１００には冷水が供給されることになる。

この天井ユニット１００では、送水管１２０から複数の放熱管１１０に並列に冷水が供給され、複数の放熱管１１０から回収管１３０に並列に冷水が回収される。複数の放熱管１１０の各々には放熱板１４０が個々に装着されているので、その放熱管１１０と放熱板１４０との熱輻射により室内が冷房される。

本形態の輻射冷房システム１０００では、基本的に充分に冷却した冷水を流動させることで放熱管１１０と放熱板１４０との表面に水分を結露させるが、その結露した水分はドレン１５０により回収される。また、冷水生成機構２００のヒートポンプ２２０の冷却管２２１は室内の除湿器２３０にも配管されているので、この除湿器２３０により室内の空気が除湿される。

また、本形態の輻射冷房システム１０００では、コントロールパネルで“強”が入力操作されると、複数の放熱管１１０の全部に冷水が流動され、“中”が入力操作されると“２／３”に冷水が流動され、“弱”が入力操作されると“１／３”に冷水が流動される。このとき、冷水が流動される放熱管１１０の割合に対応して冷水生成機構２００とポンプ装置３００との出力も調節されるので、放熱管１１０を流動する冷水の温度と流速は常時一定に維持される。

［実施の形態の効果］
本実施の形態の輻射冷房システム１０００では、入力操作により冷水を流動させる放熱管１１０の割合が制御され、これに対応して冷水生成機構２００とポンプ装置３００との出力も調節されるので、簡単な構造で確実かつ迅速に冷房の強度を調節することができる。

また、本形態の輻射冷房システム１０００では、上述のように放熱管１１０に充分に冷却した冷水を流動させるので、室内を良好に冷房することができる。ただし、充分に冷却した冷水を流動させるので、放熱管１１０と放熱板１４０との表面に水分が結露する。しかし、本形態の輻射冷房システム１０００は、室内に配置される除湿器２３０も有しているので、結露による加湿が問題となることもない。

しかも、天井ユニット１００に供給される冷水を生成する冷水生成機構２００は、そのヒートポンプ２２０の冷却管２２１が室内の除湿器２３０にも配管されているので、１個のヒートポンプ２２０により、冷水の生成と室内の除湿との両方を実行することができる。このため、本形態の輻射冷房システム１０００は、除湿器２３０を具備しない輻射冷房システムを除湿器と併用した場合に比較して、消費電力を低減させることができる。

さらに、本形態の輻射冷房システム１０００では、複数の放熱管１１０が室内の天井面の近傍に配置されているとともに、除湿器２３０が室内の床面の近傍に配置されている。このため、放熱管１１０の結露による湿度が天井面の近傍から床面の近傍まで降下して除湿器２３０により除湿されることになり、冷房と除湿とを良好な効率で同時に実行することができる。

また、本形態の輻射冷房システム１０００では、放熱管１１０に結露した水分はドレン１５０により室外まで回収されるので、結露した水分が室内に落下するようなことはない。それでいて、図４に示すように、ドレン１５０は所定の間隔で配列されているので、放熱管１１０と放熱板１４０とにより冷却された空気がドレン１５０の間隙から自由に循環することができ、室内を良好な効率で冷房することができる。

また、室内の天井下に配置されている複数の放熱管１１０の各々に放熱板１４０が装着されているので、その放熱管１１０と放熱板１４０との熱輻射により室内を冷房することができる。特に、本形態の輻射冷房システム１０００では、複数の放熱管１１０が送水管１２０と回収管１３０とに並列に連結されているので、複数の放熱管１１０に略均一に冷水を流動させることができ、室内を均等に冷房することができる。

しかも、放熱板１４０は放熱管１１０の左右両側から下方に形成されているので、結露した水分を下方のドレン１５０に良好に誘導することができ、ドレン１５０の間隙を流動する位置の空気を良好に冷却することができる。なお、本発明者が実際に上述のような輻射冷房システム１０００を試作して冷房機能を実験したところ、外気が非常に高温な状態でも室内を適切な温度に冷房することができ、外気温度が上下しても室内温度を略一定に維持できることが確認できた。

［実施の形態の変形例］
本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では輻射冷房システム１０００が放熱管１１０に冷水を流動させて冷房のみ実行することを例示したが、その放熱管１１０に温水を流動させて暖房を実行することも可能である。

また、上記形態では冷水が流動される放熱管１１０の割合がコントロールパネルの手動操作に対応して調節されることを例示したが、例えば、電子温度計などの温度計測手段(図示せず)で室内の温度を計測し、その温度に対応して冷水が流動される放熱管１１０の割合を自動的に調節することも可能である。

さらに、上記形態では放熱管１１０が水平に配列されていて天井面の近傍に配置される天井ユニット１００として形成されていることを例示したが、例えば、放熱管が垂直に配列されていて壁面近傍に配置される壁状ユニット(図示せず)として形成されていることも可能である。

また、上記形態ではドレン１５０がアルミニウム材のみからなることを例示したが、このようなドレン１５０の下面に珪藻土を塗布しておくことも可能である。この場合、環境ホルモンなどを珪藻土により吸着することが可能であり、デッドスペースとなるドレン１５０の下面を有効利用することができる。さらに、熱伝導率が良好なドレン１５０の下面を珪藻土により断熱することができるので、ドレン１５０の下面に水分が結露することも防止できる。

また、上記形態ではドレン１５０がＶ字型の断面形状からなることを例示したが、これがコ字型やＵ字型の断面形状からなることも可能である(図示せず)。また、金属製のドレン１５０は下面の反射率が高いので、例えば、ドレン１５０の下方に光源を配置し、ドレン１５０の下面を照明の反射板として利用するようなことも不可能ではない。ただし、水分を回収するドレン１５０は下面が加熱されると結露の可能性が高まるので、上述のような光源としては冷陰極管などの略発熱しないものが好適である。

さらに、上記形態ではドレン１５０の全体が傾斜していることを例示したが、このようなドレン１５０の各々に下面が傾斜していないコ字型のカバー(図示せず)を下方から個々に装着するようなことも可能である。この場合、複数のドレンの下面により水平な平面が形成されるので、下方から視認される天井ユニットの全体的な外観を向上させることができる。

また、上記形態では送水管１２０や回収管１３０も室内に露出していることを想定したが、例えば、図５に示すように、ボックス状の送水カバー１２２で送水管１２０を放熱管１１０の一端とともに下方から遮蔽し、ボックス状の回収カバー１３２で回収管１３０を放熱管１１０の他端とともに下方から遮蔽することにより、やはり天井ユニット１００の外観を向上させることが可能である。なお、図５の左方に示すように、天井１０は外周部に凸部１１が形成されていることがあるので、その凸部１１と下面が面一となる形状に送水／回収カバー１２２，１３２を配置すれば、さらに天井ユニット１００の外観を向上させることが可能である。

さらに、上記形態では各管１１０〜１３０やドレン１５０の固定方法は特定していないが、例えば、上述のような送水カバー１２２および回収カバー１３２に、挿入されるドレン１５０を個々に保持する複数の保持孔１２３，１３３を形成することにより、ドレン１５０を適切な位置に簡単な構造で保持することが可能である。

また、上記形態では放熱板１４０が単純な平板状に形成されていることを例示したが、例えば、図６(ａ)に示すように、放熱板１４０に多数の貫通孔１４１を形成しておくようなことも可能である。この場合、放熱板１４０の表面積を増加させて放熱性能を向上させることができ、室内の上方に配置される天井ユニット１００を軽量化することができ、貫通孔１４１を利用することで天井ユニット１００を天井面下に簡単かつ確実に懸架することもできる。

ただし、上述のように下方が閉塞している貫通孔１４１では、その内周面の下部に結露した水分が付着する可能性もあるので、これが問題となる場合には、図６(ａ)に示すように、放熱板１４０に下方が開口した多数の凹溝１４２を形成しておくことが好適である。

この場合も、放熱板１４０の表面積を増加させて放熱性能を向上させることができ、室内の上方に配置される天井ユニット１００を軽量化することができ、凹溝１４２を利用することで天井ユニット１００を天井面下に簡単かつ確実に懸架することが可能である。

本発明の実施の形態の輻射冷房システムの全体を示す模式図である。 天井ユニットの要部を示す平面図である。 輻射冷房システムの天井ユニットの要部を示す斜視図である。 天井ユニットの要部を示す縦断正面図である。 第１の変形例の輻射冷房システムの要部を示す縦断側面図である。 第２，第３の変形例の輻射冷房システムの要部を示す斜視図である。

符号の説明

１１０ 放熱管
１２０ 送水管
１３０ 回収管
１４０ 放熱板
１５０ ドレン
２００ 冷水生成機構
３００ 冷水流動機構であるポンプ装置
１０００ 天井輻射システム

Claims (5)

1. 室内に配置された放熱管に少なくとも冷水を流動させて少なくとも冷房を実行する輻射冷房システムであって、
   室内に配列されている細長い複数の前記放熱管と、
   前記冷水を生成する冷水生成機構と、
   生成される前記冷水を複数の前記放熱管に並列に流動させる冷水流動機構と、
   前記冷水の流動を複数の前記放熱管で選択的に解除自在に停止させる流動調節手段と、
   前記冷水の流動が停止される前記放熱管の割合に対応して前記冷水生成機構と前記冷水流動機構との出力を調節する出力調節手段と、
   を有している輻射冷房システム。
2. 前記出力調節手段は、前記放熱管を流動する前記冷水の流速と温度とが一定に維持されるように前記冷水生成機構と前記冷水流動機構との出力を調節する請求項１に記載の輻射冷房システム。
3. 前記出力調節手段は、前記放熱管の表面に水分が結露するように前記冷水生成機構と前記冷水流動機構との出力を調節する請求項２に記載の輻射冷房システム。
4. 冷房強度の入力操作を受け付けるコントロールパネルも有しており、
   前記流動調節手段は、前記入力操作に対応して複数の前記放熱管での前記冷水の流動を選択的に停止させ、
   前記出力調節手段は、前記入力操作に対応して前記冷水生成機構と前記冷水流動機構との出力を調節する請求項１ないし３の何れか一項に記載の輻射冷房システム。
5. 室内の温度を計測する温度計測手段も有しており、
   前記流動調節手段は、計測される前記温度に対応して複数の前記放熱管での前記冷水の流動を選択的に停止させ、
   前記出力調節手段は、計測される前記温度に対応して前記冷水生成機構と前記冷水流動機構との出力を調節する請求項１ないし３の何れか一項に記載の輻射冷房システム。

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