JP2008304129A - 放射冷暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】居住者の姿勢によらずに十分な快適感を得られ、必要領域に集中的に冷暖房することで消費電力を余分に要しない、熱損失の少ない放射冷暖房システムを提供すること。
【解決手段】天井パネル９内部の中央部に、吹出し口１８の任意の一部分を遮蔽するシャッター１９を有する遠心型送風機１５を備えた空気調和機１１が設置され、遠心型送風機１５の任意の外周方向に送られた冷暖房空気によって放射冷暖房を行うシステムであって、任意の天井面温度を検知する温度検知手段２０と、任意の天井面温度を設定可能なコントローラ２２との設定に基づき、シャッター１９の遮蔽位置を決定することで、任意の天井パネル表面の温度を熱源に近い最短距離で設定可能で無駄な熱損失を抑え、効率良く天井パネル９の温度制御を行うことができ、省エネルギーであるとともに居住者２１に快適感の向上をもたらすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱放射を行う天井パネルにより室内空間の温熱環境を制御する放射冷暖房システムに関するものである。

従来、この種の放射冷暖房システムは、天井パネル空間の入口から出口方向へ向けて一方向に熱交換された冷暖房空気を流すものが考案されている（特許文献１参照）。

図８は特許文献１に記載された放射冷暖房システムの斜視図を示すものである。図８に示すように放射冷暖房システム１は熱源２によって熱交換された冷暖房空気を送風機（図示せず）によって吹出ダクト３へ吹き出し、天井パネル空間４の入口に設けられて断面積が大きい入口ヘッダー部５へ導入される。入口ヘッダー部５は天井パネル空間４と比べて断面積が大きいため圧損が小さく、冷暖房空気の流速は均一となる。そして流速が均一化された冷暖房空気は天井パネル空間４を通過して出口ヘッダー部６へ導入され、吸込ダクト７により熱源２に戻り循環する。このような放射冷暖房システムで天井暖房を行った性能を示す実験データを図９に示す。図９からわかるように入口天井表面の温度と出口天井表面温度では５℃以上の差があることがわかる。
特開平５−１４９５８６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、入口ヘッダー部を設けることにより、天井パネル入口面の冷暖房空気温度はある程度均一化されてくるが、図９から明らかなように冷暖房空気が天井パネル空間を通過する間に入口天井表面と出口天井表面で必ず温度差が発生し、その温度差は熱源からの送風方向が一定である限り常に一方が高く他方が低くなるものである。そのため、居住者の姿勢によっては十分な快適感を得られないことがある。

例えば暖房時に寝室などで使用し居住者が仰臥姿勢の場合、入口天井表面の側に頭部があれば頭部側の天井表面温度が高く、逆に足部側の天井表面温度が低いということになり、頭寒足熱とは逆の状態で天井放射が行われ、寝具がベッドなどで固定されていれば容易に姿勢も変更できず居住者は次第に不快になってくる。また例えば居住者がテレビ視聴などで長時間椅子に座って動かない場合、出口天井表面の側にいれば入口天井表面側の高温部は無駄に損失することになり、消費電力を余分に要する、という課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、任意の場所の天井面温度設定に基づいてシャッター遮蔽位置を変えて送風方向を決定した遠心型送風機によって冷暖房空気を天井パネル内部に送り、熱損失の少ない放射冷暖房システムを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の放射冷暖房システムは、天井パネル内部に空間が設けられ、パネル内部の水平面における中央部には、天井と略直交する回転軸と吹出し口の任意の一部分を遮蔽するシャッターを有する遠心型送風機を備えた空気調和機が設置され、前記空気調和機から前記遠心型送風機の任意の外周方向に送られた冷暖房空気によって温度変化する天井パネルで室内の放射冷暖房を行うシステムであって、任意の天井面温度を検知する温度検知手段と、前記任意の天井面温度を設定可能なコントローラと、前記温度検知手段と前記コントローラの設定に基づき、前記シャッターの遮蔽位置を決定する制御手段を備えるものである。これによって任意の天井パネル表面の温度を熱源に
近い最適な送風経路によって設定可能であり、熱損失を少なくすることができる。

また本発明の放射冷暖房システムは、居住者の姿勢を検知する姿勢検知手段を備えるもので、これによって居住者の生活様式に最適な天井面温度分布とすることができる。

本発明の放射冷暖房システムは、任意の場所の天井面温度設定に基づいてシャッター遮蔽位置を変えて送風方向を決定した遠心型送風機によって冷暖房空気を天井パネル内部に送り、無駄な熱損失を抑え、効率良く天井パネルの温度制御を行うことができ、省エネルギーであるとともに居住者に快適感の向上をもたらすことができる。

第１の発明は、天井パネル内部に空間が設けられ、パネル内部の水平面における中央部には、天井と略直交する回転軸と吹出し口の任意の一部分を遮蔽するシャッターを有する遠心型送風機を備えた空気調和機が設置され、前記空気調和機から前記遠心型送風機の任意の外周方向に送られた冷暖房空気によって温度変化する天井パネルで室内の放射冷暖房を行うシステムであって、任意の天井面温度を検知する温度検知手段と、前記任意の天井面温度を設定可能なコントローラと、前記温度検知手段と前記コントローラの設定に基づき、前記シャッターの遮蔽位置を決定する制御手段を備える放射冷暖房システムであって、任意の天井パネル表面の温度を熱源に近い最適な送風経路によって設定可能である。すなわち居住者に近い天井面温度を最短距離で制御するようにシャッターの遮蔽位置を決定するため効率的であり、逆に居住者から遠い天井面は冷暖房空気の送られる量が少ないため居住者のいない部分での余分な放射を抑えるとともに、天井面の中央部から端部へ向けて最短距離で冷暖房空気が送られるため、熱損失が少ない省エネルギーなシステムである。

第２の発明は、特に、第１の発明の放射冷暖房システムが居住者の姿勢を検知する姿勢検知手段を備えるもので、これによって居住者が仰臥姿勢をとった場合には適宜シャッター遮蔽位置を変えて吹出し方向を変更して頭寒足熱に即した天井面温度分布とすることで居住者の寝冷え、のぼせなどを防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお。この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における放射冷暖房システムが設置された部屋の垂直断面図を示すものである。居室８の天井パネル９の内部には空間１０が設けられており、この空間１０の水平面中央部には空気調和機１１が設置されている。空気調和機１１は天井裏面（上面）に吸込み口１２、天井と直交するように軸１３が設けられたモータ１４に遠心型送風機１５が装着されている。またこの遠心型送風機１５の吸込み上流側にはオリフィス１６が、遠心型送風機１５の吹出し部となる外周部には熱交換器１７があり、熱交換器１７の下流側に吹出し口１８ａ〜１８ｄと自在に開閉できるシャッター１９ａ〜１９ｄが空気調和機１１の全周方向に配置されている。天井パネル９の居室側表面には居室８の壁面方向にそれぞれ天井面温度を検知するサーミスタセンサ２０ａ〜２０ｄが設けられている。

また居室８のサーミスタセンサ２０ａ近傍には居住者２１がいて、任意の温度設定が可能なコントローラ２２を所持している。図２にはコントローラ２２の一例を示す。図２で２３は設定温度表示、２４は設定温度変更スイッチ、２５は設定天井面選択表示、２６は設定天井面選択スイッチ、２７はシステムの冷房または暖房運転をＯＮ−ＯＦＦするため
の電源スイッチである。

図３は、本発明の第１の実施の形態における放射冷暖房システムを上から見た図である。図３のように、空気調和機１１は天井パネル９のほぼ中央部にある。

以上のように構成された放射冷暖房システムについて、以下その動作、作用を説明する。居住者２１がコントローラ２２の電源スイッチ２７をＯＮにすることで放射冷暖房システムの運転が開始され、熱交換器１７には冷却または加熱された冷媒が流れる。そして、遠心型送風機１５がモータ１４の回転によって旋回を始めると、空間１０の空気は吸込み口１２からオリフィス１６を通じて遠心型送風機１５に吸込まれ、外周部の熱交換器１７を経由して冷却または加熱された空気を吹出し口１８から天井パネル９の居室側の面に沿って吹き出す。吹き出された空気は天井パネル９を冷却または加熱して、空間１０の端部に到達し、そこから天井裏を経由して空気調和機１１の吸込み口１２へ再び吸込まれるという循環を繰り返す。

この時居住者２１はコントローラ２２の設定天井面選択スイッチ２６を自分のいる位置に近いＡに設定し、設定温度変更スイッチ２４により天井パネル９の温度を設定する。例えば冷房時であれば、天井面温度を２２℃と設定する。このように設定されたコントローラ２２の情報は空気調和機１１本体のマイコン（図示せず）に転送され、マイコンはサーミスタセンサ２０ａ側の温度を２２℃にすべく、シャッター１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを遮蔽し、吹出し口１８ａから冷暖房空気を吹出す（図１の矢印方向）。そして、冷暖房空気は天井パネル９のサーミスタセンサ２０ａ近傍を中心に冷却した後、天井裏方向を経由して、空気調和機１１の吸込み口１２へ再び吸い込まれる。

このように運転が行われると一定時間後にはサーミスタセンサ２０ａ近傍の天井面温度は２２℃となり、サーミスタセンサ２０ｂ〜２０ｄ近傍の天井面温度はそれより数℃高くなる。しかしサーミスタセンサ２０ｂ〜２０ｄの近傍には居住者はいないため若干温度が高くても不快とはならない。このように本実施の形態における放射冷暖房システムは無駄に天井パネル９を冷やし過ぎることがなく省エネルギーである。

また居住者２１がサーミスタセンサ２０ｂ近傍に移動した場合はコントローラ２２の設定天井面スイッチ２６をＢに設定する。マイコンはシャッター１９ａ、１９ｃ、１９ｄを遮蔽し、吹出し口１８ｂから冷暖房空気を吹出す。この時、図３を見れば明らかなように、空気調和機１１は天井パネル中央部にあって、吹き出された空気はパネル端部まで最短距離を通って到達することになるため、短時間で設定温度にすることができる。

尚、本実施の形態では居住者２１がコントローラ２２により設定天井面を決定しているが、天井パネル９に人感センサ等を設置して自動的に居住者位置を検出し、居住者位置に合わせてシャッター１９を適宜開閉し送風方向を決定しても同様の効果が得られる。

また居室９全体をムラなく冷暖房する場合はコントローラ２２の設定天井面スイッチを複数または全部選択し、シャッター１９を全て開放して全周方向に冷暖房空気を送風すれば良い。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における放射冷暖房システムが設置された部屋の垂直断面図を示すものである。図１と構成要素に関しては同じ符号を記して説明を省略する。図５は、本発明の第２の実施の形態におけるコントローラの一例を示す。図２と同じ構成要素に関しては同じ符号を記して説明を省略する。また図６は、本発明の第２の実施の形態における放射冷暖房システムを上から見た図である。

ここで２８は居住者２１の姿勢選択スイッチであり、２９は姿勢選択表示である。居住者２１はサーミスタセンサ２０ａ近傍を頭部方向として仰臥姿勢をとっていると想定する。居住者２１は姿勢選択スイッチ２８により頭部位置と仰臥姿勢を選択する。例えば暖房時の挙動を説明すると空気調和機１１のマイコンは送風方向が吹出し口１８ｂ〜１８ｄに吹き出すようにシャッター１９ａを遮蔽させて、足部近傍のサーミスタセンサ２０ｂおよび２０ｄを設定温度になるように制御する。このように制御することで暖房時に頭寒足熱状態を保つことができ、頭部側の天井面温度の方が高い場合に発生しやすいのぼせやほてりが起きるのを防ぐことができる。

冷房時には空気調和機１１のマイコンは送風方向が吹出し口１８ａ、１８ｂ、１８ｄに吹き出すようにシャッター１９ｃを遮蔽してサーミスタセンサ２０ｂ、２０ｄが設定温度になるように制御する。このようにすることで居住者２１は頭寒足熱状態を保つことができ、快適感が増すことになる。

図７にはコントローラ２２の設定による運転制御のフローチャートを示す。マイコンがこのように制御することで居住者２１がより快適にすごせるようにきめ細かな制御をすることが可能である。

以上のように、本発明にかかる放射冷暖房システムは、居室において効率の良い熱放射を行って快適な温熱環境を形成するので、住宅のリビングや寝室、あるいは病院の病室やホテルの部屋などの放射冷暖房システムの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における放射冷暖房システムが設置された部屋の垂直断面図 本発明の実施の形態１における放射冷暖房システムを上から見た水平面図 本発明の実施の形態１におけるコントローラの外観図 本発明の実施の形態２における放射冷暖房システムが設置された部屋の垂直断面図 本発明の実施の形態１における放射冷暖房システムを上から見た水平面図 本発明の実施の形態２におけるコントローラの外観図 本発明の実施の形態２におけるシャッター開閉制御フローチャート 従来の放射冷暖房システムと冷暖房空気の流れを示す斜視図 従来の放射冷暖房システムの性能を示す実験データの特性図

符号の説明

１ 放射冷暖房システム
２ 熱源
３ 吹出ダクト
４ 天井パネル空間
５ 入口ヘッダー部
６ 出口ヘッダー部
７ 吸込ダクト
８ 居室
９ 天井パネル
１０ 空間
１１ 空気調和機
１２ 吸込み口
１３ 軸
１４ モータ
１５ 遠心型送風機
１６ オリフィス
１７ 熱交換器
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ 吹出し口
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ シャッター
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ サーミスタセンサ
２１ 居住者
２２ コントローラ
２３ 設定温度表示
２４ 設定温度変更スイッチ
２５ 設定天井面選択表示
２６ 設定天井面選択スイッチ
２７ 電源スイッチ
２８ 姿勢選択スイッチ
２９ 姿勢選択表示
３０ 冷媒配管
３１ 室外機

Claims (2)

1. 天井パネル内部に空間が設けられ、パネル内部の水平面における中央部には、天井と略直交する回転軸と吹出し口の任意の一部分を遮蔽するシャッターを有する遠心型送風機を備えた空気調和機が設置され、前記空気調和機から前記遠心型送風機の任意の外周方向に送られた冷暖房空気によって温度変化する天井パネルで室内の放射冷暖房を行うシステムであって、任意の天井面温度を検知する温度検知手段と、前記任意の天井面温度を設定可能なコントローラと、前記温度検知手段と前記コントローラの設定に基づき、前記シャッターの遮蔽位置を決定する制御手段を備えることを特徴とする放射冷暖房システム。
2. 居住者の姿勢を検知する姿勢検知手段を備えることを特徴とする請求項１記載の放射冷暖房システム。

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