JP2023099976A - 蓄熱型放射冷暖房システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電力使用量並びに電力料金を低減することができ、然も、冷暖房時における冷房時最低送風温度および暖房時最高送風温度と室内との温度差が低くなり、その分居住者に対して不快感を与えることのない冷暖房システムを提供すること。【解決手段】本発明は、天井下面から冷風又は温風を吹き出すように構成された蓄熱型放射冷暖房システムであって、温度調整された空気を室内に放出可能な複数の孔を有するパネルと；前記パネルの天井裏側又は前記天井下面に配置され、前記温度調整された空気を前記孔の方向に導くチャンバーボックスと；前記チャンバーボックス内に配置され、前記温度調整された空気によって冷却又は加熱されることで蓄熱する蓄熱手段と；を備える。【選択図】図１
Description
本発明は、天井に設置される冷暖房システムに関するものである。
従来、実用に供されているヒートポンプエアコンによる空気対流方式の冷暖房システムでは、急速な冷暖房には効果的であるが、冷房時の最低送風温度が約１０℃、暖房時の最高送風温度が約４０℃と、室内との温度差が非常に大きな送風温度となっていたため、居住者に前記温度差による不快感を与えており、また冬期においては、デフロストによる暖房運転停止があり、居住者に不快感を与えていた。
そして、前記従来実用に供されているヒートポンプエアコンによる空気対流方式の冷暖房システムによる課題を解決する冷暖房システムとして下記の特許文献に示す空気冷暖房方法が開示されている。
前記特許文献１記載の発明は、天井裏または壁体内の空隙部への空調機からの空気の流通による輻射（放射）冷暖房を可能とし、且つ該空気の一部を室内へ供給することによって対流による速やかな冷暖房と熱効率の向上を図ることができ、更に、空調機によって除湿された状態にある乾燥空気を室内に供給すると共に、該空気を空調機へ循環することにより、室内の湿度を制御するのが容易で、天井面等での結露の生成を防止することができるという作用および効果を奏する。
しかしながら、特許文献１記載の発明は、天井裏空隙部に空調機で送風して、該天井裏空隙部から室内に空調空気を送風するよう形成されていると共に、天井面は熱伝導性の良い部材を使用することが記載されているが、仮にこの部材が金属製パネルであったとしても、該金属製パネルでは蓄熱作用はないので、送風温度は、冷房時には、過度に低く、また、暖房時には、過度に高くなるため、居住者への不快感が残る。また、前記空調機を作動し続けて前記金属製パネルを冷却または加温しなければならず、電力使用量並びに電力料金が増えるという課題があった。
本発明は、前記課題を解決するものであり、電力使用量並びに電力料金を低減することができ、然も、冷暖房時における冷房時最低送風温度および暖房時最高送風温度と室内との温度差が低くなり、その分居住者に対して不快感を与えることのないヒートポンプエアコンを利用した蓄熱型放射冷暖房システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、天井下面から冷風又は温風を吹き出すように構成された蓄熱型放射冷暖房システムであって、温度調整された空気を室内に放出可能な複数の孔を有するパネルと；前記パネルの天井裏側又は前記天井下面に配置され、前記温度調整された空気を前記孔の方向に導くチャンバーボックスと；前記チャンバーボックス内に配置され、前記温度調整された空気によって冷却又は加熱されることで蓄熱する蓄熱手段と；を備える。
一般に、潜熱蓄熱材（PCM：Phase
Change Material）は、相変化に伴う潜熱の入力、出力を利用して蓄熱する性質を持ち、本来廃棄される排熱を蓄熱し、蓄えた熱を必要に応じて排出することで、エネルギを有効に活用するものである。このような潜熱蓄熱材には、必要に応じて過冷却防止剤、融点調整剤、増粘剤等の添加剤を配合することがある。
Change Material）は、相変化に伴う潜熱の入力、出力を利用して蓄熱する性質を持ち、本来廃棄される排熱を蓄熱し、蓄えた熱を必要に応じて排出することで、エネルギを有効に活用するものである。このような潜熱蓄熱材には、必要に応じて過冷却防止剤、融点調整剤、増粘剤等の添加剤を配合することがある。
本発明において、前記蓄熱手段は、無機塩水和物を主成分とする潜熱蓄熱材と、当該潜熱蓄熱材を収容する容器とを含むことができる。
なお、潜熱蓄熱材として、「無機塩水和物を主成分とする」とあるのは、無機塩水和物を主成分として含み、更に、添加剤等の他の成分を配合させることもできる意味である。
前記無機塩水和物として、硫酸ナトリウム水和塩又は、酢酸ナトリウム水和塩を使用することができる。また、トリメチロールエタン水和物、塩化カルシウム水和物、リン酸水素カリウム水和物、チオ硫酸ナトリウム水和物、パラフィン系の材料等の使用が想定される。
前記潜熱蓄熱材として、蓄熱量１００ｋＪ／ｋｇ以上、好ましくは、１０９ｋＪ／ｋｇ以上の特性を有するものを採用することができる。
上記のような構成の本発明によれば、チャンバーボックス内に送風された冷風または温風を、パネルを通して室内に送風する空気対流方式の冷暖房システムにおいて、温度調整された空気で蓄熱手段を冷却又は加熱することで蓄熱して補助熱源として利用する。そして、冷風の温度が非常に低い場合はパネルの温度をやや高く加温し、逆に温風の温度が非常に高い場合はパネルの温度をやや低く冷却することで、パネルからの冷気または暖気を室内に放射する放射方式の冷暖房システムとして機能させることができる。このように、本発明のシステムは、空気対流方式と放射方式の２つの冷暖房システムを同時に使用するものであり、冷暖房時における冷房時最低送風温度および暖房時最高送風温度と室内との温度差が低くなり、室内にいる人間（居住者）に対して不快感を与えることのない冷暖房システムが提供することができる。
なお、本発明システムは、空気対流方式の冷暖房システムとして使用することもできるし、また放射方式の冷暖房システムとしても使用することもでき、更に両システムを同時に使用することもでき、前記両冷暖房システムを季節や時間帯によって使い分けることにより、電力使用量並びに電力料金を低減することができるという優れた効果を奏することができる。
本発明は、ヒートポンプエアコン１の室外機２に冷媒配管３を介して連結されて室内４に設置された室内機５とダクト６を介して接続されて、天井７の下面に設置された天井吹出しチャンバーボックス８のチャンバー９内に、潜熱蓄熱材１０を密封して内包した潜熱蓄熱材内包材１１を配設すると共に、該チャンバーボックス８の室内４への吹出し側である下方開口部１２に多数の通気小孔１３を穿設した金属製パネル１４を固定する一方、チャンバー９内にヒートポンプエアコン１の室外機２で生成された冷風または温風を室内機５を介して送風して、更に該チャンバー９内に送風された冷風または温風を金属製パネル１４を通して室内４に送風する空気対流方式の冷暖房システムと、室外機２で生成された冷風または温風で潜熱蓄熱材１０を冷却または加温して蓄熱して、該潜熱蓄熱材１０を補助熱源として、金属製パネル１４を、冷風または温風の温度が非常に低い場合はやや温度を高く、逆に温度が非常に高い場合はやや温度を低く冷却または加温して、該金属製パネル１４からの冷気または暖気を室内４に放射する放射方式の冷暖房システムの２つの冷暖房システムを同時に使用して、またはそのいずれかのシステムを使用して室内４を効果的に冷暖房することができるヒートポンプエアコンを利用した蓄熱型放射冷暖房システムである。
本発明において使用するヒートポンプエアコン１は、基本的には汎用されている従来公知のヒートポンプエアコンを使用することができる。ヒートポンプエアコン１の室外機２に冷媒配管３を介して連結されて室内４に設置された室内機５とダクト６を介して接続されて、天井７の下面に設置された天井吹出しチャンバーボックス８は、アルミ等の金属板を使用して方形枠状に形成された側壁板１５の下方開口部１２に多数の通気小孔１３を穿設した金属製パネル１４を固定する一方、該チャンバーボックス８の上方開口部１６にアルミ等の金属板より成る蓋板１７を被冠固定して、内部にチャンバー９を設けて形成されている。
なお、チャンバーボックス８は、図１においては２個設置されているが、室内４の大きさによって、１個あるいは３個以上設置してもよい。
そして、対向する２枚の側壁板１５間に２本の保持杆１８を間隔を有して固設し、且つ該２本の保持杆１８の中央部上に、潜熱蓄熱材１０を密封して内包した潜熱陸蓄熱材内包材１１の下面両側端縁部を固定して、該下面両側端縁部を除く潜熱蓄熱材内包材１１の下面が金属製パネル１４に接触することなく隙間１９を備えて配設固定し、更に、蓋板１７の中央に室内機５と連通するダクト６の先端部が開口連通されて形成されている。潜熱蓄熱材内包材１１の下面両端縁部を除き、外周全面が金属製パネル１４に接触することなく隙間１９を備えて配設固定するすることにより、チャンバー９内に露出する潜熱蓄熱材内包材１１の表面積を大としている。なお、潜熱蓄熱材１０を密封して内包した潜熱蓄熱材内包材１１の２本の保持杆１８への固定方法は、特に限定する必要はなく、例えば、接着剤を用いて固定することができる。
本実施例においては、潜熱蓄熱材１０としては、硫酸ナトリウム水和塩を使用する。
潜熱蓄熱材１０を内包する潜熱蓄熱材内包材１１の素材としては、耐熱性や耐衝撃性、耐寒性、耐透水性などに優れたポリプロピレンを採用することが好ましい。
チャンバーボックス８は、天井７の下面に１個または複数個設置することができる。該チャンバーボックス８が複数個の場合、室内機５もチャンバーボックス８の数だけ複数台設置してもよいし、あるいは１台の室内機５のみ使用し、該１台の室内機５と複数個のチャンバーボックス８にダクト６で連結してもよい。また、チャンバーボックス８のチャンバー９は、ヒートポンプエアコン１より送風された冷風または温風が、該チャンバー９内部において乱流できるようにすると共に、該チャンバー９内において潜熱蓄熱部材１０を内包した潜熱蓄熱材内包材１１に接触する空気量が多くなるように、チャンバー９の容積は該潜熱蓄熱材内包材１１の容積より５～１０倍程度の大きさとすることが好ましい。更に、図示していないが、チャンバーボックス８を構成する側壁板１５および蓋板１７の内周面、または外周面には断熱シートを貼付するか、断熱塗料を塗布して、チャンバー９の断熱性を図ることが好ましい。上記のような構成とすることにより、潜熱蓄熱材内包材１１の外周面に接する空気量が多く、その結果、潜熱蓄熱材１０への蓄熱効率において優れている。
本発明の作用について説明する。本発明ヒートポンプエアコン１を利用した蓄熱型放射冷暖房システムにおける空気対流方式の冷房システムと、放射方式の冷房システムの両システムを使用して室内４を冷房する場合、本発明者のテストによれば、ヒートポンプエアコン１の送風温度が最低値の１０℃で補助熱源としての潜熱蓄熱材１０に送風されると、該潜熱蓄熱材１０の吸熱作用により、１５℃程度になるまで空気温度から吸熱する。吸熱された空気が金属製パネル１４を２０℃程度まで冷却し、そして該金属製パネル１４を通しての室内４への送風温度は、最低１５℃の温度となり、居住者に対して快適な送風温度まで緩和できることを確認した。
また、本発明ヒートポンプエアコン１を利用した蓄熱型放射冷暖房システムにおける空気対流方式の暖房システムと、放射方式の暖房システムの両システムを使用して室内４を暖房する場合、本発明者のテストによれば、ヒートポンプエアコン１の送風温度が最高値の４０℃で補助熱源としての潜熱蓄熱材１０に送風されると、該潜熱蓄熱材１０の吸熱作用により３０℃程度になるまで空気温度から吸熱する。吸熱された空気が金属製パネル１４を３５℃程度まで昇温し、そして該金属製パネル１４を通しての室内への送風温度は、最高３０℃の温度となり、居住者に対して快適な送風温度まで緩和できることを確認した。
すなわち、潜熱蓄熱材１０を補助熱源として使用することにより、冷暖房時における冷房時最低送風温度および暖房時最高送風温度と室内との温度差が低くなり、その分居住者に対して不快感を与えることのない冷暖房システムを提供することができる。
更に、潜熱蓄熱材１０は、夏期のデマンド時における放熱や、冬期のデフロスト運転時において放熱を行うことで、常に、室内４への送風温度を安定させることができる。
また、本発明システムは、上記のように空気対流方式の冷暖房システムおよび放射方式の冷暖房システムとして同時に使用することもできるが、空気対流方式の冷暖房システムまたは放射方式の冷暖房システムとして、それぞれ単独にシステムとしても使用することもでき、更に、両冷暖房システムを季節や時間帯によって使い分けることにより、電力使用量並びに電力料金を低減することができる。
以上、本発明について実施例を参照して説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更可能なものである。
１ ヒートポンプエアコン
２ 室外機
３ 冷媒配管
４ 室内
５ 室内機
６ ダクト
７ 天井
８ 天井吹出しチャンバーボックス
９ チャンバー
１０ 潜熱蓄熱材
１１ 潜熱蓄熱材内包材
１２ 下方開口部
１３ 通気小孔
１４ 金属製パネル
１５ 側壁板
１６ 上方開口部
１７ 蓋板
１８ 保持杆
１９ 隙間
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Claims (4)
- 天井下面から冷風又は温風を吹き出すように構成された蓄熱型放射冷暖房システムであって、
温度調整された空気を室内に放出可能な複数の孔を有するパネルと；
前記パネルの天井裏側又は前記天井下面に配置され、前記温度調整された空気を前記孔の方向に導くチャンバーボックスと；
前記チャンバーボックス内に配置され、前記温度調整された空気によって冷却又は加熱されることで蓄熱する蓄熱手段と；を備えたことを特徴とする蓄熱型放射冷暖房システム。 - 前記蓄熱手段は、無機塩水和物を主成分とする潜熱蓄熱材と、当該潜熱蓄熱材を収容する容器とを含むことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱型放射冷暖房システム。
- 前記無機塩水和物は、硫酸ナトリウム水和塩であることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱型放射冷暖房システム。
- 前記容器は、ポリプロピレン製であることを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄熱型放射冷暖房システム。
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