JP3067009U - 冷暖房システム - Google Patents

冷暖房システム

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憲明 青木
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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。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011007923A1 (ko) * 2009-07-15 2011-01-20 대영이앤비 주식회사 외부 데이터 수집 기능을 갖는 축열식 난방 장치 및 그 제어방법

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