JP5470204B2

JP5470204B2 - 熱交換システム

Info

Publication number: JP5470204B2
Application number: JP2010198885A
Authority: JP
Inventors: 祐司柳川
Original assignee: Mitsubishi Electric Building Techno Service Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Building Solutions Corp
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-09-06
Also published as: JP2012057827A

Description

本発明は、気密及び断熱構造により構成された建物の窓を利用した熱交換システムに関する。

従来から気密及び断熱構造により構成された建物が知られている。このような建物においては、送風機等の換気設備により室内の換気が行われるので、開閉不能の窓が設置される場合がある。特に、高層ビル等の建物においては、気圧及び風圧の影響を抑制する観点、あるいは落下物防止の観点から、開閉不能の、いわゆる嵌め殺し窓が設けられる。

下記特許文献１には、外壁の室内側に設置された集熱パネルを有する建物空調システムが記載されている。集熱パネルは、外壁を介して伝わった外部の熱を室内の空気に伝達する熱交換器の機能を有する。

特開２００９−６３２００号公報

近年、建物の室内に設置されるパソコン、コピー機などのＯＡ機器の発熱量の増加に伴い、夏期以外のシーズン、すなわち中間期及び冬期においても、室内の冷房を行わなければならない場合がある。このような場合、窓を開けて外気を取り込むことで簡単に外気冷房を行うことができる。

しかしながら、上述のような、嵌め殺しの窓が設けられた建物においては、空調機により室内の冷房を行わなければならず、エネルギ消費量が増加してしまうという問題がある。

本発明の目的は、建物の窓を利用した熱交換システムであって、エネルギ消費量を抑制しつつ、室内の温度を調整することできる熱交換システムを提供することにある。

本発明は、気密及び断熱構造により構成された建物の窓を利用した熱交換システムにおいて、窓に一体形成された第１の熱交換器と、室内に設けられた第２の熱交換器と、第１及び第２の熱交換器を相互に接続し、冷却媒体が循環する循環路と、冷却媒体を循環させるポンプと、室内の温度を検出する室内温度検出部と、外部の温度を検出する外部温度検出部と、室内温度検出部と外部温度検出部の検出結果に基づいてポンプを制御する制御部と、を有し、第１の熱交換器は、外部側の窓部材と室内側の窓部材により囲まれて形成された、冷却媒体が流れる流路を有し、この流路と室内側の窓部材との間には、断熱層が設けられ、外部側の窓部材を介して、外気と冷却媒体との熱交換が行われることを特徴とする。

また、制御部は、外部の温度が室内の温度より低い場合、ポンプを動作させることができる。

また、第２の熱交換器に設けられ、第２の熱交換器により熱交換された空気を室内に送り出すファンを有し、制御部は、外部の温度が室内の温度より低い場合、さらに、ファンを動作させることができる。

また、外部側の窓部材の、流路に接する表面は、凸凹形状であることが好適である。

また、冷却媒体が着色されていることが好適である。

本発明の熱交換システムによれば、エネルギ消費量を抑制しつつ、室内の温度を調整することできる。

本実施形態に係る熱交換システムの構成を示す図である。建物の断面図である。窓に一体形成された第１の熱交換器の断面図である。

以下、本発明に係る熱交換システムの実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る熱交換システムの構成を示す図であり、図２は、建物の断面図である。

熱交換システム１０は、建物１２の窓１４を利用し、建物１２の室内１６と外部との熱交換を行うシステムである。

建物１２は、例えば高層ビルであり、気密及び断熱構造により構成されている。窓１４は、気圧及び風圧の影響を抑制する観点、あるいは落下物防止の観点から、開閉不能に、外壁１８に取り付けられる。室内１６は、例えば事務室であり、ビルの１つのフロアまたは区画である。室内１６には、パソコン、プリンタおよびコピー機などのＯＡ機器（図示せず）が設置される。また、室内１６には、この室内１６の冷暖房を行う空調機（図示せず）が設置されている。なお、本実施形態においては、窓１４が開閉不能である場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、窓１４が開閉可能であってもよい。

このような建物１２においては、夏期以外のシーズン、すなわち中間期及び冬期であっても、ＯＡ機器などの発熱負荷を外気で処理するために窓１４を開けることができない。よって、その発熱負荷を処理する場合には、空調機による冷房運転が必要になる。しかし、この冷房運転時には、空調機に設けられる圧縮機が動作するので、エネルギ消費量が増加してしまうという問題があった。

このような問題を解決するために、本発明の熱交換システム１０は、窓１４に一体形成された第１の熱交換器２０と、室内１６に設けられた第２の熱交換器２２と、第１及び第２の熱交換器２０，２２を相互に接続し、冷却媒体が循環する循環路２４と、この循環路２４に設けられ、冷却媒体を循環させるポンプ２６とを有する。

また、熱交換システム１０は、室内１６の温度を検出する室内温度検出部２８と、外部の温度を検出する外部温度検出部３０と、室内温度検出部２８と外部温度検出部３０の検出結果に基づいてポンプ２６を制御する制御部３２とを有する。

このように構成される熱交換システム１０においては、室内温度検出部２８と外部温度検出部３０の検出結果に温度差が生じた場合、ポンプ２６の動作により循環路２４を流れる冷却媒体により、室内１６と外部の熱を交換することができる。具体的には、外部の温度が室内１６の温度より低い場合、冷却媒体を介して室内１６の熱を外部へ放出することにより、室内１６の温度を調整することができる。温度の調整とは、室内１６の温度を低下させること、あるいは室内１６の温度上昇を抑制することである。このように、熱交換システム１０によれば、エネルギ消費が大きい圧縮機を有する空調機を運転することなく、室内１６と外部との温度差により、室内１６の温度を調整することができる。以下、熱交換システム１０の構成について具体的に説明する。

冷却媒体は、例えば水である。また、冬期における凍結防止のため、不凍液を用いることができる。そして、冷却媒体は、後述のように窓１４の内部を流れるので、外部から窓１４を通じて室内１６を見え難くするという目隠しの観点から、冷却媒体を着色することも好適である。

第２の熱交換器２２は、室内１６、室内１６の天井１６ａ、または室内１６の床１６ｂに設けられる。第２の熱交換器２２には、ファン３４が設けられる。ファン３４は、第２の熱交換器２２により熱交換された空気を室内１６に送り出す。このファン３４は、ポンプ２６と同様、制御部３２により制御される。ファン３４の動作により、第２の熱交換器２２における熱交換が促進されるとともに、熱対流により室内１６の温度を早期に変化させることができる。

室内温度検出部２８は、室内１６に設けられる。この室内温度検出部２８は、空調機用の温度検出器としても用いることができる。また、外部温度検出部３０は、外部に設けられる。この外部温度検出部３０も、空調機用の温度検出器としても用いることができる。

制御部３２は、外部の温度が室内１６の温度より低い場合、ポンプ２６とファン３４を動作させる。ポンプ２６の動作により、室内１６の温度とほぼ同温である冷却媒体が第１の熱交換器２０で冷却されて第２の熱交換器２２へ供給される。そして、第２の熱交換器２２では、ファン３４の動作により、その冷却媒体と室内１６の空気との間で熱交換が積極的に行われ、この熱交換により冷却された空気が室内１６に送り出される。その結果、室内１６の温度が低下する、または温度上昇が抑制される。

また、制御部３２は、上記条件のもと、室内１６の設定温度になるようにポンプ２６とファン３４を制御、具体的には運転を維持するように制御することも好適である。

次に、第１の熱交換器２０の構成について、図３を用いて説明する。図３は、窓１４に一体形成された第１の熱交換器２０の断面図である。この図は、建物１２の設置された窓１４の、水平面に沿った断面図である。

窓１４は、外部側の窓部材１４ａと、室内１６側の窓部材１４ｂとを有する。これらの窓部材１４ａ，１４ｂは窓枠に対応する縁部において接続されている。

第１の熱交換器２０は、外部側の窓部材１４ａと室内１６側の窓部材１４ｂにより囲まれて形成された、冷却媒体が流れる流路３６を有する。流路３６は、窓１４の上側に、循環路２４と接続し冷却媒体が流入する流入口（図示せず）が設けられ、窓１４の下側に、冷却媒体が流出する流出口（図示せず）が設けられる。流入口には、冷却媒体を流路３６に分配するマニホールド（図示せず）が設けられる。流出口には、マニホールドから流れ落ちた冷却媒体を収集するドレンパン（図示せず）が設けられる。

流路３６と室内１６側の窓部材１４ｂとの間には、断熱層３８が設けられる。本実施形態の断熱層３８は、空気層であり、この空気層と流路３６の仕切りとして仕切り板４０が設けられる。仕切り板４０は、透光性を有する材質からなり、例えばアクリル板である。このように構成される断熱層３８により、窓部材１４ｂと流路３６を流れる冷却媒体との熱交換を抑制することができる。このように、第１の熱交換器２０において、窓部材１４ｂを介した室内１６の空気と冷却媒体との熱交換が抑制されることで、外気と冷却媒体との熱交換の効率が向上する。

本実施形態においては、断熱層３８が空気層である場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。断熱性と透光性を有する層であれば、断熱層自体がアクリル板であってもよい。

そして、外部側の窓部材１４ａの、流路３６に接する表面は、凸凹形状４２であることが好適である。このような形状４２により、窓部材１４ａと流路３６を流れる冷却媒体との接触面積が大きくなるので、さらに、外気と冷却媒体との熱交換の効率が向上する。

本実施形態によれば、窓１４が開閉不能であったとしても、その窓１４を熱交換器として利用することにより、室内１６の熱を外部へ放出することができる。また、熱交換システム１０には、大量に電気エネルギを消費する圧縮機を必要としないので、空調機の冷房運転に比べ、エネルギ消費量の低減を図ることができる。

１０熱交換システム、１２建物、１４、窓、１６室内、１８外壁、２０第１の熱交換器、２２第２の熱交換器、２４循環路、２６ポンプ、２８室内温度検出部、３０外部温度検出部、３２制御部、３４ファン、３６流路、３８断熱層、４０仕切り板、４２凸凹形状。

Claims

気密及び断熱構造により構成された建物の窓を利用した熱交換システムにおいて、
窓に一体形成された第１の熱交換器と、
室内に設けられた第２の熱交換器と、
第１及び第２の熱交換器を相互に接続し、冷却媒体が循環する循環路と、
冷却媒体を循環させるポンプと、
室内の温度を検出する室内温度検出部と、
外部の温度を検出する外部温度検出部と、
室内温度検出部と外部温度検出部の検出結果に基づいてポンプを制御する制御部と、
を有し、
第１の熱交換器は、外部側の窓部材と室内側の窓部材により囲まれて形成された、冷却媒体が流れる流路を有し、
この流路と室内側の窓部材との間には、断熱層が設けられ、
外部側の窓部材を介して、外気と冷却媒体との熱交換が行われる、
ことを特徴とする熱交換システム。
請求項１に記載の熱交換システムにおいて、
制御部は、外部の温度が室内の温度より低い場合、ポンプを動作させる、
ことを特徴とする熱交換システム。
請求項２に記載の熱交換システムにおいて、
第２の熱交換器に設けられ、第２の熱交換器により熱交換された空気を室内に送り出すファンを有し、
制御部は、外部の温度が室内の温度より低い場合、さらに、ファンを動作させる、
ことを特徴とする熱交換システム。
請求項１から３のいずれか１つに記載の熱交換システムにおいて、
外部側の窓部材の、流路に接する表面は、凸凹形状である、
ことを特徴とする熱交換システム。
請求項１から４のいずれか１つに記載の熱交換システムにおいて、
冷却媒体が着色されている、
ことを特徴とする熱交換システム。