JP2012028424A

JP2012028424A - 放熱装置

Info

Publication number: JP2012028424A
Application number: JP2010163476A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Umeda; 和彦梅田; Yasushi Namatame; 泰生天目
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-02-09

Abstract

【課題】低炭素社会実現に向けた省エネルギー技術として、効率的に躯体温度を放熱させることを可能とした、放熱装置を提案する。
【解決手段】建物Ｂの内部に配管された内冷媒管２と、内冷媒管２に接続されているとともに建物Ｂの外部に配管された外冷媒管３と、建物Ｂの外部に設置された放熱パネル４とを備える放熱装置１である。外冷媒管３は、放熱パネル４の背面に当接、放熱パネル４の背面に密着した配管部材の内部に配管、あるいは、放熱パネル４の内部に配管されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱装置に関する。

躯体の外面に沿ってルーバーを設置することにより、太陽光の遮光を行ない、躯体本体や建物の内部の温度上昇を抑制する場合がある。
このように躯体等の温度上昇を抑制すれば、冷房効率が向上し、二酸化炭素の排出量の削減にもつながる。

また、太陽からの放射エネルギーを汎用的なエネルギーに変換して利用することで、二酸化炭素の排出量の削減を図る場合がある。
例えば、特許文献１には、ルーバーの受光面に太陽電池を設置することで、建物の温度上昇を抑制するとともに、太陽光発電を行う建物用ルーバーが開示されている。

特開平１１−３０３５２７号公報

ところが、建物の躯体の温度は、建物内部の空調、照明、ＯＡ機器等（以下、単に「内部機器」という場合がある）の内部発熱によって上昇する場合がある。内部発熱による温度上昇は、これらの内部機器の使用中は継続する。
内部発熱により上昇した躯体の温度は、躯体内部に蓄熱されてしまい、冷房の負荷を増大させる要因になっていた。

このような観点から、本発明は、低炭素社会実現に向けた省エネルギー技術として、効率的に躯体温度を放熱させることを可能とした、放熱装置を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、第一発明の放熱装置は、建物の内部に配管された内冷媒管と、前記建物の外部に配管された外冷媒管と、前記建物の外部に設置された放熱パネルと、を備えてなり、前記外冷媒管は、前記内冷媒管と接続されており、かつ、前記放熱パネルの背面に当接していることを特徴としている。

また、第二発明の放熱装置は、建物の内部に配管された内冷媒管と、前記建物の外部に配管された冷媒管と、前記建物の外部に設置された放熱パネルと、を備えてなり、前記外冷媒管は、前記内冷媒管と接続されており、かつ、前記放熱パネルの背面に密着された熱伝導率の高い配管部材の内部に配管されていることを特徴としている。

さらに、第三発明の放熱装置は、建物の内部に配管された内冷媒管と、前記建物の外部に配管された外冷媒管と、前記建物の外部に設置された放熱パネルと、を備えてなり、前記外冷媒管は、前記内冷媒管と接続されており、かつ、前記放熱パネルの内部に配管されていることを特徴としている。

かかる放熱装置によれば、夜間の低温外気や放射冷却により、内冷媒管と外冷媒管を介して伝達された建物内部の蓄熱された熱を放熱することが可能となる。
これにより、冷房の負荷を低減することが可能となり、自然現象を合理的に利用した省エネルギー化の実現が可能となる。

また、前記放熱パネルの表面に、太陽電池セルが設置されていれば、夜間における建物内部の冷却とともに、昼間に太陽光を利用した発電を行うことが可能となるため、より合理的に二酸化炭素の排出量の低減化を図ることができる。

本発明の放熱装置によれば、効率的に躯体温度を放熱させる省エネルギー技術を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る放熱装置を模式的に示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、放熱装置の一部分を示す断面図である。放熱装置による放熱状況を示す模式図である。

＜第一の実施の形態＞
本発明の第一の実施の形態に係る放熱装置１は、図１に示すように、建物Ｂの内部に配管された内冷媒管２と、建物Ｂの外部に配管された外冷媒管３と、建物Ｂの外部に設置された放熱パネル４とを備えている。

内冷媒管２は、建物Ｂの内部に配管されて、内部発熱を集熱する第一内冷媒管２ａと、複数本の第一内冷媒管２ａが接続されて、外冷媒管３に接続する第二内冷媒管２ｂとにより構成されている。

第一冷媒管２ａは、熱伝導率の高い管材により構成されている。第一内冷媒管２ａを構成する管材は限定されるものではなく、例えばアルミニウム合金や銅製の金属管を使用すればよい。

第一内冷媒管２ａを構成する管材の断面形状は限定されるものではないが、本実施形態では断面円形のものを使用する。
また、第一内冷媒管２ａを構成する金属管は、金属管自体により蓄熱されることがないように、なるべく肉厚が薄いものが望ましい。また、第一内冷媒管２ａの内径は、吸熱効率に応じて設定された冷媒の流量に対応して適宜設定すればよい。

本実施形態では、第一内冷媒管２ａを各階の天井に沿って配管するが、第一内冷媒管２ａは、床や壁に沿って配管されていてもよく、配設位置は限定されるものではない。また、第一内冷媒管２ａは、必ずしも室内に露出している必要はない。

第一冷媒管２ａの内部には、冷媒が通液されている。第一内冷媒管２ａの内部を通液する冷媒は、建物Ｂの内部発熱を集熱して、第二内冷媒管２ｂを介して外冷媒管３へ輸送される。冷媒は、冷媒の温度と室内または建物躯体内の温度との温度差により、建物Ｂ内の熱を吸収する。
なお、冷媒は、内部発熱を吸収（集熱）可能な流体であれば、限定されるものではない。

第二内冷媒管２ｂは、第一内冷媒管２ａと外冷媒管３との間に配管されて、第一内冷媒管２ａと外冷媒管３とを接続している。本実施形態では、第二内冷媒管２ｂを建物の壁面に沿って上下方向に配管するが、第二内冷媒管２ｂの配置は限定されるものではない。

第二内冷媒管２ｂを構成する材料は限定されるものではないが、本実施形態では熱伝導率の高い金属管（例えばアルミニウム合金管や銅管）により構成する。これにより、第二内冷媒管２ｂが冷媒を介して、第一内冷媒管２ａにより集熱された熱を輸送するとともに、内部発熱を集熱することが可能となる。

第二内冷媒管２ｂを構成する管材の断面形状は限定されるものではないが、本実施形態では断面円形のものを使用する。また、第二内冷媒管２ｂの内径は、吸熱効率に応じて設定された冷媒の流量に対応して適宜設定すればよい。
なお、第二内冷媒管２ｂによる集熱が必要ない場合は、周囲に断熱材が周設されていてもよい。これにより、第一内冷媒管２ａから移動してきた熱を、効率的に外冷媒管３に移動させることができる。

第二内冷媒管２ｂは、各階の第一内冷媒管２ａから輸送された冷媒を集約して外冷媒管３に輸送してもよいし、各階毎に輸送してもよい。また、第二内冷媒管２ｂは、室内に露出した状態で配管してもよいし、壁等の内部に配管してもよい。

外冷媒管３は、内冷媒管２と接続されているとともに、放熱パネル４の背面に当接している（図１および図２（ａ）参照）。

外冷媒管３は、熱伝導率の高い管材により構成されており、内部には内冷媒管２から輸送された冷媒が通液されている。外冷媒管３を構成する管材は限定されるものではなく、例えばアルミニウム合金管等の金属管を使用すればよい。外冷媒管３を構成する管材の断面形状は限定されるものではないが、本実施形態では断面円形のものを使用する。
また、外冷媒管３を構成する金属管は、金属管自体により蓄熱されることがないように、なるべく肉厚が薄いものが望ましい。また、金属管の内径は、吸熱効率に応じて設定された冷媒の流量に対応して適宜設定すればよい。

放熱パネル４は、熱伝導率の高い板材により構成されている。本実施形態では金属板により構成するものとする。
放熱パネル４は、背面に当接された外冷媒管３の熱を吸収し、表面から放熱する。

本実施形態では、図１に示すように、放熱パネル４を建物Ｂの屋上に配置するが、放熱パネル４の設置箇所は建物Ｂ外であれば限定されるものではない。

図２（ａ）に示すように、本実施形態では、放熱パネル４の背面に、外冷媒管３を収容する箱部材４ａが設置されている。

箱部材４ａは、熱伝導率の低い部材により形成されている。箱部材４ａは、放熱パネル４の背面に配管された外冷媒管３を覆うように配置されている。
箱部材４ａにより外冷媒管３が覆われているため、放熱パネル４による放熱Ｒが効率的に行われる。

以上、本実施形態の放熱装置１によれば、内冷媒管２により集熱された建物Ｂ内の熱が、外冷媒管３を介して放熱パネル４に移動した後、夜間の放射冷却や気温の低下にともない、放熱パネル４の表面から放熱される（図２（ａ）参照）。

つまり、図３に示すように、夜間に建物の周囲の気温ｔ_ａｉｒが低下して、内冷媒管２により集熱された熱（放熱パネル４の表面温度ｔ_{ｐａｎｅｌ}）よりも低くなると、放熱パネル４から大気に向けた対流熱が発生して放熱パネル４が冷却されるため、内冷媒管２と外冷媒管３により移動してきた熱が放熱される。

また、大気上層Ｓからは、宇宙空間（絶対温度約３Ｋの黒体空間）へ向けた長波長放射が常時発生しており、日射のない夜間には、地表面から大気上層Ｓに向かう長波長放射（夜間放射）が発生する。そのため、夜間における大気上層Ｓの温度（天空温度ｔ_ｓｋｙ）が、放熱パネル４の表面温度ｔ_{ｐａｎｅｌ}よりも低くなると、夜間放射により放熱パネル４が冷却されるため、内冷媒管２と外冷媒管３により移動してきた熱が放熱される。
なお、夜間放射の量は、雲のない晴れた夜間に大きくなる。

夜間放射の量は、夏季では２０〜６０Ｗ／ｍ^２で、冬季では４０〜１１０Ｗ／ｍ^２である。この夜間放射を利用すれば、本実施形態の放熱装置により冷房立ち上がり負荷の約１割を削減できる見込みである。
よって、冷房負荷を軽減することで、二酸化炭素の排出量の低減化を図ることができる。

なお、冷媒の熱は、金属管よりなる外冷媒管３を伝わって移動する熱伝導と、箱部材４ａの内部空間を移動する熱対流と、放射熱により放熱パネル４に移動する。

内冷媒管２、外冷媒管３および放熱パネル４は、熱伝導率の高い材質（金属）により構成されているため、熱移動速度が速く、効率的に放熱をすることができる。

＜第二の実施の形態＞
第二の実施の形態に係る放熱装置１は、図２（ｂ）に示すように、外冷媒管３が、放熱パネル４の背面に密着された配管部材４ｂの内部に配管されている点で、第一実施形態の放熱装置１と異なっている。

配管部材４ｂは、熱伝導率の高い部材（例えば金属）により構成されている。
配管部材４ｂは、断面矩形に形成された棒状部材であって、一の面が放熱パネル４の背面に面接触している。
配管部材４ｂには、外冷媒管３の外形と同形状の貫通孔が形成されており、当該貫通孔に外冷媒管３が配管されている。

なお、配管部材４ｂの形状等は限定されるものではない。
この他の、第二の実施の形態に係る放熱装置１の構成は、第一の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

放熱装置１によれば、配管部材４ｂを介して外冷媒管３の熱が放熱パネル４に移動するため、熱伝導が効率的に行われる。

外冷媒管３の外周面と配管部材４ｂの貫通孔の内周面とが密着しているため、外冷媒管３から配管部材４ｂへの熱伝導が、外冷媒管３の全周囲から行われるため効率的である。
また、配管部材４ｂから放熱パネル４への熱伝導は、配管部材４ｂ上面のほう熱パネル４との接触面から効率的に行われる。
そのため、放熱パネル４による放熱が効率的に行われ、建物Ｂ内の冷却が効率的に実施される。

この他の第二の実施の形態の放熱装置１の作用効果は、第一の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

＜第三の実施の形態＞
第三の実施の形態に係る放熱装置１は、図２（ｃ）に示すように、外冷媒管３が放熱パネル４の内部に配管されている点で、箱部材４ａの内部空間に外冷媒管３が配管されている第一実施形態の放熱装置１と異なっている。

放熱パネル４は、熱伝導率の高い部材（例えば金属）により構成されたパネル本体４ｃおよび板部４ｄを組み合わせることにより構成されている。

パネル本体４ｃは、外冷媒管３を配管するための凹部が形成されている。凹部は、外冷媒管３の外形と略同形に形成されており、外冷媒管３の外周面と凹部の内周面とが密着するように構成されている。

板部４ｄは、パネル本体４ｃの表面に配設される板材であって、凹部に収容された外冷媒管３と当接するとともに、パネル本体４ｃの表面に面接触するように構成されている。

なお、放射パネル４の構成は前記のものに限定されるものではない。例えば、放射パネル４に外冷媒管３の外形と同形状の貫通孔が形成されており、この貫通孔に外冷媒管３を配管するものであってもよい。
この他の、第三の実施の形態に係る放熱装置１の構成は、第一の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

放熱装置１によれば、外冷媒管３の熱が放熱パネル４に直接熱伝導により移動するため、効率的である。そのため、放熱パネル４の表面からの放熱が効率的に行われ、建物Ｂ内の冷却が効率的に実施される。

この他の第三の実施の形態の放熱装置１の作用効果は、第一の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

＜第四の実施の形態＞
第四の実施の形態に係る放熱装置１は、図２（ｄ）に示すように、放熱パネル４の表面に太陽電池セル５が設置されている。
太陽電池セル５の表面（上面）には、透明の防護部材６が配設されている。

この他の第四の実施の形態に係る放熱装置１の構成は、第一の実施の形態から第三の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

第四の実施の形態の放熱装置１によれば、夜間に建物Ｂ内の熱を放熱し、昼間は太陽光による発電をすることができるので、二酸化炭素の排出量の低減化をより効率的に行うことができる。

夜間における放熱は、外冷媒管３内を流れる冷媒により輸送された熱が、放熱パネル４へと伝達された後、防護部材６（太陽電池セル５）を介して放熱される。

この他の第四の実施の形態の放熱装置１の作用効果は、第一の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、本発明にかかる実施の形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

例えば、放熱装置が使用可能な建物の使用目的は限定されるものではない。
また、放熱パネルをルーバーとして使用することで、太陽の光を遮る構成としてもよい。

１放熱装置
２内冷媒管
３外冷媒管
４放熱パネル
４ａ箱部材
５太陽電池セル

Claims

建物の内部に配管された内冷媒管と、
前記建物の外部に配管された外冷媒管と、
前記建物の外部に設置された放熱パネルと、を備えてなり、
前記外冷媒管は、前記内冷媒管と接続されており、かつ、前記放熱パネルの背面に当接していることを特徴とする、放熱装置。
建物の内部に配管された内冷媒管と、
前記建物の外部に配管された外冷媒管と、
前記建物の外部に設置された放熱パネルと、を備えてなり、
前記外冷媒管は、前記内冷媒管と接続されており、かつ、前記放熱パネルの背面に密着された熱伝導率の高い配管部材の内部に配管されていることを特徴とする、放熱装置。
建物の内部に配管された内冷媒管と、
前記建物の外部に配管された外冷媒管と、
前記建物の外部に設置された放熱パネルと、を備えてなり、
前記外冷媒管は、前記内冷媒管と接続されており、かつ、前記放熱パネルの内部に配管されていることを特徴とする、放熱装置。
前記放熱パネルの表面に、太陽電池セルが設置されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の放熱装置。