JP3067009U - 冷暖房システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気調和機能および床暖房機能を合わせ持
ち、かつ設備費用の安価な冷暖房システムを提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 通常の空気調和機を構成する室外ユニッ
ト１０および室内ユニット２０と、室内ユニット２０を
構成している空気熱交換器２１の冷媒コイルを平面状に
展開した冷媒管３３を有する床暖房ユニット３０とから
構成される。暖房運転において、室外ユニット１０で昇
温された冷媒ガスは、空気暖房の場合は、室内ユニット
２０に送られ、床暖房の場合は、床暖房ユニット３０に
送られる。空気暖房か床暖房かの切り換えは切換弁４
２，４２により行う。床暖房用の熱源として、もともと
室内ユニット２０により空気暖房を行うために作られる
高温の冷媒ガスを利用するようにしたことで、一つの室
外ユニット１０で、空気冷暖房および床暖房が可能とな
り、設備費用を抑えることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は冷暖房システムに関し、特に通常の空気調和機の冷暖房機能と床暖房 装置の床暖房機能とを備えた家庭用に好適な冷暖房システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】

家庭用の冷暖房装置は、室内の空気を冷暖房する空気調和機が一般的に使用さ れている。しかし、特に寒冷地などでの使用の場合は、空気調和機の暖房だけで は不足であり、しかも暖められた空気が上方に集まるため、部屋の上の方が暖か く、足元が冷えるという現象が起きている。また、空気調和機の暖房の場合、空 気が乾燥するという悩みもある。

【０００３】 この空気調和機に代わる暖房設備として、床暖房装置が知られている。床暖房 装置には、床下に温風を送り込む方法、電気ヒータパネルを設置する方法、ある いは温水を循環させるパイプを設置する方法がある。温水利用の床暖房装置は、 熱源として、太陽熱を利用したり、ボイラを使用したり（特開平１１−１７３５ ９２号公報）、あるいは空気調和機を利用するもの（特開平５−３１２４３１号 公報）などがある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、冷暖房を行う設備として、冬季のみ必要な床暖房装置を空気調 和機とは別個に設置することは、過大設備となり、費用がかかり過ぎるという問 題点があった。

【０００５】 本考案はこのような点に鑑みてなされたものであり、空気調和機能および床暖 房機能を合わせ持ち、かつ設備費用の安価な冷暖房システムを提供することを目 的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案では上記問題を解決するために、空気調和および床暖房を行う冷暖房シ ステムにおいて、コンプレッサ、第１の空気熱交換器、および四方切換弁を有し て屋外に設置される室外ユニットと、第２の空気熱交換器およびファンを有し室 内に設置されて室内の冷暖房を行う室内ユニットと、冷媒管を蛇行状態に折り曲 げた形で保持する床暖房用パネルを有し前記冷媒管が前記屋内ユニットの第２の 空気熱交換器と並列になるよう前記屋外ユニットからの冷媒配管に接続されてい る床暖房ユニットと、を備えていることを特徴とする冷暖房システムが提供され る。

【０００７】 好ましくは、屋内ユニットの第２の空気熱交換器および床暖房ユニットの床暖 房用パネルに保持された冷媒管における往路配管または復路配管に配置されて、 暖房運転時の冷媒を屋内ユニットの第２の空気熱交換器および床暖房用パネルに 保持された冷媒管のいずれか一方にのみ流すように配管切り換えを行う切換弁を 備えるとよい。

【０００８】 また、床暖房用パネルは、冷媒管の出口配管にキャピラリチューブが介挿され ている。 このような冷暖房システムによれば、暖房運転時に、室外ユニットのコンプレ ッサで加圧された高温冷媒ガスは、四方弁を介して床暖房ユニットの床暖房用パ ネルに保持された冷媒管に送られ、ここで放熱されて部屋を輻射暖房する。床暖 房用パネルの冷媒管で放熱されて液化された冷媒はキャピラリチューブを通るこ とで低圧冷媒液になり、室外ユニットの第１の空気熱交換器を通って吸熱するこ とでガス化してコンプレッサに送られる。特に、高圧高温冷媒ガスを切換弁で床 暖房ユニットにのみ流すようにすることで、床暖房用パネルの冷媒管が、室内ユ ニットの第２の空気熱交換器と同じ機能を果たす。もちろん、高圧高温冷媒ガス を切換弁で室内ユニットのみに流すようにすれば、通常の空気調和機と同じ構成 、機能となる。このように、床暖房ユニットは、通常の空気調和機の室内ユニッ トを構成している冷媒管を直接床暖房用パネルに施設した形態を採っていること により、暖房運転時に、床暖房ユニットまたは室内ユニットを切換弁で切り換え て使用することにより、１台の室外ユニットによって、床暖房または空気暖房が でき、冷房運転時は通常の空気調和機のように室内ユニットによる空気冷房が可 能になるので、設備費用を抑えることができる。

【０００９】

【考案の実施の形態】

以下、本考案の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。 図１は本発明による冷暖房システムの構成を示す概要図である。本発明による 冷暖房システムは、室外ユニット１０と、室内ユニット２０と、床暖房ユニット ３０とによって構成される。室外ユニット１０は、コンプレッサ１１、空気熱交 換器１２、および四方切換弁１３を有し、冷房運転および暖房運転に切り換えは 四方切換弁１３内のカップ状のスライド弁１３ａを図の左右方向にスライドさせ て冷媒の流れる方向を切り換えることにより行う。スライド弁１３ａの図示の切 り換え位置は暖房運転時の状態を示している。室内ユニット２０は、空気熱交換 器２１、ファン２２、および空気熱交換器２１の冷媒管に介挿されたキャピラリ チューブ２３を有している。床暖房ユニット３０は、床暖房用パネル３１および キャピラリチューブ３２を有し、床暖房用パネル３１には冷媒管３３が蛇行状態 に折り曲げた形で保持されている。また、室外ユニット１０の四方切換弁１３は 、室内ユニット２０の空気熱交換器２１および床暖房ユニット３０の床暖房用パ ネル３１に保持された冷媒管３３に配管され、室外ユニット１０の空気熱交換器 １２は、切換弁４１を介して室内ユニット２０のキャピラリチューブ２３に配管 され、切換弁４２を介して床暖房ユニット３０のキャピラリチューブ３２に配管 されている。したがって、室内ユニット２０の空気熱交換器２１の冷媒コイルお よび床暖房ユニット３０の冷媒管３３は室外ユニット１０から見て並列に配管接 続されていることになる。

【００１０】 上記構成において、室外ユニット１０および室内ユニット２０は、通常の家庭 用の空気調和機であって、流通している市販の空気調和機をほぼそのまま利用す ることができ、これに床暖房ユニット３０および切換弁４１，４２を追加するだ けで冷暖房システムを構成することができる。

【００１１】 次に、このような構成の冷暖房システムの動作について説明する。 まず、暖房運転の場合、室外ユニット１０の四方切換弁１３は図示の切り換え 位置にある。また、室内ユニット２０による空気暖房を行う場合は、切換弁４１ は開位置、切換弁４２は閉位置に切り換えられる。室外ユニット１０のコンプレ ッサ１１で加圧された高温冷媒ガスは、四方切換弁１３を介して室内ユニット２ ０の空気熱交換器２１に送られ、ここで室内空気と熱交換されて液化される。こ のように、冷媒ガスの持つ熱が空気熱交換器２１によって室内空気へ放熱される ことにより、室内の空気暖房が行われる。この室内ユニットによる空気暖房につ いては、通常の空気調和機の暖房運転の動作と何ら変わらない。

【００１２】 次に、暖房運転であって、切換弁４１が閉位置、切換弁４２が開位置に切り換 えられている場合、床暖房ユニット３０による輻射暖房が行われる。すなわち、 室外ユニット１０のコンプレッサ１１を出た高圧冷媒ガスは、床暖房ユニット３ ０の冷媒管３３に送られ、ここで放熱が行われて床が暖められる。冷媒管３３を 通ってきた冷媒ガスは液化され、キャピラリチューブ３２で減圧され、切換弁４ ２を通って室外ユニット１０の空気熱交換器１２に送られ、ここで吸熱されるこ とにより気化されてコンプレッサ１１に送られる。つまり、室内ユニット２０の 空気熱交換器２１で行われる放熱作用と同じことが床暖房ユニット３０の冷媒管 ３３にて行われている。

【００１３】 冷房運転の場合は、四方切換弁１３のスライド弁１３ａが図の右側にスライド され、切換弁４１は開位置、切換弁４２は閉位置に切り換えられる。この場合、 室外ユニット１０では、コンプレッサ１１からの高温冷媒ガスは、四方切換弁１ ３を通って、空気熱交換器１２に送られ、ここで放熱されて液化される。高圧の 冷媒液は、切換弁４１を介して室内ユニット２０のキャピラリチューブ２３に送 られ、ここで減圧された後、空気熱交換器２１において室内空気と熱交換される 。室内空気から吸熱されることで、室内空気は冷房されることになる。空気熱交 換器２１を通った冷媒液は気化され、その冷媒ガスは四方切換弁１３を介してコ ンプレッサ１１に送られる。この冷房運転は、通常の空気調和機の冷房運転の動 作と何ら変わらない。

【００１４】 次に、床暖房ユニット３０による床暖房の場合に暖房負荷を満足させることが できるかどうかについて考察する。 通常の空気調和機では、室外ユニット１０のコンプレッサ１１で圧縮されるこ とによる発熱で暖められた冷媒ガスは、約６０℃〜７０℃の温度で室内ユニット ２０に送られ、空気熱交換器２１で室内空気と熱交換されて約４５℃の空気が出 力される。空気調和機の機種選定は建物の暖房負荷によって決定されるが、要求 される暖房負荷そのものは、空気暖房とするか床暖房とするかで差異はない。い ずれも、空気熱交換器２１または床暖房用パネル３１への入口で冷媒ガスの温度 が６０℃あれば建物の暖房負荷を十分満足させ、十分な暖房が可能である。

【００１５】 ちなみに、熱源方式は異なるが、温水式床暖房システムでは、約６０℃の温水 を床下に這わした配管に送水するようにしており、その温水の入口温度と出口温 度との温度差を１０℃以内に保つように設計されている。

【００１６】 本考案による冷暖房システムの床暖房機能は、室外ユニット１０のコンプレッ サ１１で６０℃〜７０℃の温度に暖められた冷媒ガスを熱源とし、これを床に敷 設した冷媒管３３に直接供給するようにしている。本冷暖房システムの床暖房に おいても、冷媒ガスの入口と出口とにおける温度差を１０℃以内に保つ必要があ る。この温度差の問題は、実験によれば、床暖房用パネル３１に設けられる冷媒 管３３の全長を３０メートル以下にすることにより、温度差を１０℃以内に納め ることができることが分かった。このことから、冷媒管３３の長さは３０メート ル以下とする。

【００１７】 また、床暖房用パネル３１は、日本の住宅に施工する場合、９１０センチメー トル×１８２０センチメートルの大きさに形成すると都合が良い。床暖房用パネ ル３１は、このような寸法のため、部屋が大きければ、床暖房用パネル３１を複 数枚設置する必要が出てくる。次に、この場合の床暖房用パネル３１の設置例に ついて説明する。

【００１８】 図２は２枚の床暖房用パネルの設置例を示す図である。並べて配置された２枚 の床暖房用パネル３１ａ，３１ｂは、それぞれ３０メートル以内の長さを有する 冷媒管３３が配置されている。四方切換弁１３からの冷媒入口配管４３は、Ｔ字 状のジョイント４４の一つのポートに接続され、残りの二つのポートは、床暖房 用パネル３１ａ，３１ｂの各冷媒管３３に接続されている。

【００１９】 ここで、各冷媒管３３は、一方の端が冷媒入口、他方の端が冷媒出口となるが 、２枚の床暖房用パネル３１ａ，３１ｂを並べて配置した場合は、外側に位置す る冷媒管３３の端を冷媒入口、他方の端を冷媒出口とする。これにより、高温の 冷媒ガスを床暖房用パネル３１ａ，３１ｂの外側から送り込み、内側から出すた め、１枚の床暖房用パネル３１を使用する場合に比べて、冷媒出入口の温度差を ５℃以内に納まり、発熱温度の均一化を図ることができる。

【００２０】 各床暖房用パネル３１ａ，３１ｂの冷媒出口側の冷媒管３３は、それぞれ可変 キャピラリ４５に接続されている。各可変キャピラリ４５は、Ｔ字状のジョイン ト４６の二つのポートに接続され、残りの一つのポートは切換弁４２に通じる冷 媒出口配管４７に接続されている。

【００２１】 可変キャピラリ４５は、冷媒を減圧させるキャピラリチューブとしての機能を 有している。また、冷媒入口配管４３を分岐して２系統に冷媒を流すようにした ことで、流れる冷媒が配管抵抗の違いにより流量に偏りが生じ、流量不足および 圧力低下が発生して冷媒ガスが液化できず、冷凍サイクルが正常に働かなくなっ てしまうのを防止する機能も有している。

【００２２】 図３は可変キャピラリの構成を示す図である。可変キャピラリ４５は、複数の キャピラリチューブ４５ａと、これらキャピラリチューブ４５ａの両端開口部を まとめて接続するようにしたヘッダ部４５ｂとから構成されている。この可変キ ャピラリ４５は、複数枚の床暖房用パネルを設置する場合に、枚数に応じて冷媒 ガス流路の断面積を容易に変えることができるようにしたものである。

【００２３】 ここで、分岐した場合のキャピラリチューブの断面積は、分岐しない場合の液 管の断面積を系統数で割った値で求めることができる。分岐しない場合のキャピ ラリチューブ、すなわち図１に示したキャピラリチューブ３２として、たとえば 直径６．２５ミリメートルの液管を使用した場合、断面積は３１．６５平方ミリ メートルになる。２系統に分岐する場合は、その断面積の１／２が計算上必要な 断面積となり、３系統に分岐する場合は、その断面積の１／３が計算上必要な断 面積になり、４系統に分岐する場合は、その断面積の１／４が計算上必要な断面 積となる。

【００２４】 好適な実施の形態では、可変キャピラリ４５として、各キャピラリチューブ４ ５ａに直径２．３４ミリメートルの液管を４本使用し、ヘッダ部４５ｂに直径９ ．５８ミリメートルの液管を使用した。この場合、各キャピラリチューブ４５ａ の断面積は、４．２９平方ミリメートルである。

【００２５】 ２系統に分岐する場合は、計算上必要なキャピラリチューブ４５ａの本数は、 ３．７本となるため、４本すべてのキャピラリチューブ４５ａを使用することに なる。

【００２６】 ３系統に分岐する場合、計算上必要なキャピラリチューブ４５ａの本数は、２ ．５本≒３本となるため、４本のキャピラリチューブ４５ａのうち１本を潰し、 ３本を使用することになる。

【００２７】 そして、４系統に分岐する場合には、計算上必要なキャピラリチューブ４５ａ の本数は、１．８本≒２本となるため、４本のキャピラリチューブ４５ａのうち ２本を潰し、２本を使用することになる。

【００２８】 この可変キャピラリ４５を１種類用意しておくことにより、床暖房用パネルの 系統を複数に分岐して構成する場合でも、分岐系統の数に応じてキャピラリチュ ーブの断面積を簡単に変更することができる。

【００２９】 なお、上述の実施の形態では、異なる流路断面積のキャピラリチューブを実現 するために、断面積の小さなチューブを複数並列に配置しておき、分岐系統の数 に応じた断面積になるまでチューブを閉塞させていくようにした可変キャピラリ を使用したが、この可変キャピラリの代わりに、電子制御により流量を遠隔設定 することができる電子流量弁を使用することもできる。

【００３０】 次に、床暖房用パネルの各種構成例について説明する。 図４は板に冷媒管を保持した床暖房用パネルの例を示す図である。図示の床暖 房用パネル５０は、板５１と、冷媒管５２と、アルミ板５３とから構成されてい る。板５１は、たとえば厚さ１５ミリメートル程度のベニヤ合板とすることがで きる。板５１の片面（図では上面）に冷媒管５２が入る深さを持った溝５４が凹 設されている。冷媒管５２は、この溝５４に沿って設置され、その上に、冷媒管 ５２と接触するよう熱伝導性の高いアルミ板５３が配置される。また、好ましく は、この板５１の裏面に断熱材を配置し、断熱材を含めて一体に構成するように してもよい。施工の場合、この床暖房用パネル５０の上に床仕上げ材を張ること になる。

【００３１】 なお、このアルミ板の代わりに、アルミテープまたはアルミシートで冷媒管５ ２が設置された板５１を覆うようにしてもよい。 図５は蓄熱材を用いた床暖房用パネルの例を示す図である。この床暖房用パネ ル６０は、容器６１内に潜熱蓄熱材６２を入れ、その上部に冷媒管６３を配置し 、上部をアルミテープ（図示しない）などで固定するようにしたものである。

【００３２】 潜熱蓄熱材６２は、たとえば硫酸ナトリウム・１０水塩を主成分としたもので 、常温では固体である。このため、潜熱蓄熱材６２はその上面にあらかじめ溝を 形成したものを使用し、その溝に冷媒管６３を嵌め込むような形で、潜熱蓄熱材 ６２に冷媒管６３が配置される。

【００３３】 潜熱蓄熱材６２は、冷媒管６３によって加熱されると、融解してゼリー状にな り蓄熱される。加熱が止って冷えてくると、元の固体に戻るが、そのときに凝固 熱を発生する。これにより、床暖房用パネル６０は発熱体となり、床暖房を行う ことができる。

【００３４】 この床暖房用パネル６０を使った床暖房の場合、電力料金の安い深夜に室外ユ ニットを運転して蓄熱しておくことができるので、ランニングコストを低く抑え ることが可能になる。

【００３５】 図６はコンクリート埋設用の床暖房用パネルの例を示す図である。この床暖房 用パネル７０は、鉄筋金網７１にあらかじめ曲げ加工をしておいた冷媒管７２を 固定金具７３で固定することによって構成される。冷媒管７２は、たとえばポリ エチレン樹脂で被覆した被覆銅管が使用され、コンクリート埋設後に電食が発生 するのを防止している。さらに、好ましくは、鉄筋金網７１と被覆銅管をエポキ シ樹脂で固めることにより、強度および耐電食性に優れた床暖房用パネル７０を 構成することができる。

【００３６】 この床暖房用パネル７０は、コンクリートスラブの上に配置し、冷媒管７２を 接続した後、モルタルを塗ることによって床暖房用の床が構成される。 以上の室外ユニット１０、室内ユニット２０、床暖房ユニット３０より構成さ れた冷暖房システムにおいて、室外ユニット１０および室内ユニット２０を使っ た空気冷暖房の場合は、室外ユニット１０の配管温度を計測する温度センサおよ び室内ユニット２０の空気吹き出し温度を計測する温度センサからの温度信号に 基づき、通常の空気調和機の場合と同様にして温度制御される。一方、床暖房の 場合には、床温度を計測する温度センサおよび床暖房用パネルにおける冷媒管の 配管温度を計測する温度センサが取り付けられ、それらの温度センサおよび室外 ユニット１０の温度センサからの温度信号に基づき、床温度および床配管入口温 度の制御が行われる。また、室内に設置される冷暖房システムの操作スイッチと しては、通常の空気調和機の場合に比較して、空気暖房にするか床暖房にするか を選択するスイッチが新たに追加される。

【００３７】 なお、本考案の冷暖房システムは、上述の図示の例にのみ限定されるものでは なく、本考案の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論 である。

【００３８】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案では、室外ユニットを一つ備え、室内ユニットに 冷媒ガスを流す回路に並列に、室内ユニットを構成している空気熱交換器の冷媒 コイルを平面状に展開した形の冷媒管を有する床暖房ユニットを接続し、床暖房 時には、室外ユニットで昇温された冷媒ガスを床暖房ユニットに直接流すように 構成した。これにより、床暖房用の熱源を空気暖房用の熱源と共用することがで きるので、冷暖房システム全体の設備費用を抑えることができる。

【００３９】 また、床暖房ユニットの床暖房用パネルにおいて、潜熱蓄熱材利用のもの、ま たは、コンクリート埋設式のものは、熱容量が大きいので、深夜電力利用の蓄熱 式床暖房を採ることができ、冬季における暖房費を大幅に節約することが可能に なる。この蓄熱式床暖房の場合、外気温の急激な低下に対して輻射熱量が不足し てきたとしても、空気暖房用に切り換えて、室内ユニットによる暖房を利用する ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による冷暖房システムの構成を示す概要
図である。

【図２】２枚の床暖房用パネルの設置例を示す図であ
る。

【図３】可変キャピラリの構成を示す図である。

【図４】板に冷媒管を保持した床暖房用パネルの例を示
す図である。

【図５】蓄熱材を用いた床暖房用パネルの例を示す図で
ある。

【図６】コンクリート埋設用の床暖房用パネルの例を示
す図である。

【符号の説明】

１０ 室外ユニット １１ コンプレッサ １２ 空気熱交換器 １３ 四方切換弁 １３ａ スライド弁 ２０ 室内ユニット ２１ 空気熱交換器 ２２ ファン ２３ キャピラリチューブ ３０ 床暖房ユニット ３１ 床暖房用パネル ３２ キャピラリチューブ ３３ 冷媒管 ４１，４２ 切換弁

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１０月１日（１９９９．１０．
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項６

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims (9)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気調和および床暖房を行う冷暖房シス
   テムにおいて、 コンプレッサ、第１の空気熱交換器、および四方切換弁
   を有して屋外に設置される室外ユニットと、 第２の空気熱交換器およびファンを有し室内に設置され
   て室内の冷暖房を行う室内ユニットと、 冷媒管を蛇行状態に折り曲げた形で保持する床暖房用パ
   ネルを有し前記冷媒管が前記屋内ユニットの第２の空気
   熱交換器と並列になるよう前記屋外ユニットからの冷媒
   配管に接続されている床暖房ユニットと、 を備えていることを特徴とする冷暖房システム。
2. 【請求項２】 前記屋内ユニットの第２の空気熱交換器
   および前記床暖房ユニットの床暖房用パネルに保持され
   た前記冷媒管における往路配管または復路配管に配置さ
   れて、暖房運転時の冷媒を前記屋内ユニットの第２の空
   気熱交換器および前記床暖房用パネルに保持された前記
   冷媒管のいずれか一方にのみ流すように配管切り換えを
   行う切換弁を備えていることを特徴とする請求項１記載
   の冷暖房システム。
3. 【請求項３】 前記床暖房用パネルは、前記冷媒管の出
   口配管にキャピラリチューブが介挿されていることを特
   徴とする請求項２記載の冷暖房システム。
4. 【請求項４】 前記床暖房ユニットは、前記キャピラリ
   チューブが介挿された側の前記冷媒管が配置される辺を
   向き合わせた２枚の床暖房用パネルを１組以上並置して
   構成されることを特徴とする請求項３記載の冷暖房シス
   テム。
5. 【請求項５】 前記キャピラリチューブは、両端が共通
   導管に接続され、前記床暖房ユニットを構成する前記床
   暖房用パネルの枚数に応じて閉塞可能な複数の毛細管か
   らなる可変キャピラリとしたことを特徴とする請求項４
   記載の冷暖房システム。
6. 【請求項６】 前記キャピラリチューブは、冷媒の流量
   を可変にすることができる電子流量弁としたことを特徴
   とする請求項記載の冷暖房システム。
7. 【請求項７】 前記床暖房用パネルは、前記冷媒管を保
   持する溝が片面に凹設された断熱性の板状部材と、前記
   溝に配置された前記冷媒管に接触配置される熱伝導性の
   シート部材とからなることを特徴とする請求項１記載の
   冷暖房システム。
8. 【請求項８】 前記床暖房用パネルは、容器に収容され
   た潜熱蓄熱材に前記冷媒管を配置することによって構成
   されていることを特徴とする請求項１記載の冷暖房シス
   テム。
9. 【請求項９】 前記床暖房用パネルは、鉄筋金網に表面
   を被覆した前記冷媒管を固定することによって構成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の冷暖房システ
   ム。