JP6307451B2 - 放射空調システム - Google Patents

Description

本発明は、空調機能を備えた内装材（スパンドレル）として部屋の天井や側壁などに利用される放射パネルを用いた放射空調システムに関する。

かかる放射パネルとしては、例えば、特許文献１に示されているように、放熱性に優れた金属材からなる波形のパネル本体に、冷水や温水などの熱媒体が流される伝熱パイプを蛇行状に配設したものが知られている。

意匠登録第１３４７１３９号公報

この種の放射パネルは、空調対象空間の天井部や側壁部に複数枚並べて設置されるとともに、伝熱パイプを流れる冷水あるいは温水などの熱媒体でパネル本体を冷却あるいは加温し、パネル本体の大きい波形表面から、冷熱あるいは温熱を放射することで、空調対象空間の冷房あるいは暖房が行われる。

しかしながら、従来の放射パネルは、熱媒体を流す流路が一本だけであったために、例えば、一連の放射パネルが設置された、例えば、一つの階の全部屋を冷房、あるいは、暖房するような空調システムにならざるを得ず、一つの階における一部の部屋やエリアを冷房し、他の部屋やエリアを暖房するような運転が難しいものとなっていた。また、多層階の構造物における一部の階で冷房運転し、他の階で暖房運転することも難しいものとなっていた。

また、放射パネルからの放射熱量は、熱媒体の温度と流量を調節することで調整することが可能であるが、熱媒体の温度調節範囲、及び、単一の流路を流せる流量には限界があり、高負荷から低負荷までの広い範囲の空調負荷に対応することが困難であった。

本発明は、このような実情に着目してなされたものであって、例えば、階毎、あるいは、部屋毎に冷房又は暖房の運転をそれぞれ行うことができるとともに、広い範囲の空調負荷にも対応することができる放射パネルを用いた放射空調システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では次のように構成している。

（１）本発明に係る放射空調システムは、パネル本体に、熱媒体が流動する複数本の異なる流路を備える放射パネルの複数枚を、各放射パネルの複数本の異なる前記流路が、隣接する放射パネルの複数本の異なる流路にそれぞれ直列に連通するように接続して放射パネル群を構成し、前記放射パネル群の前記直列に連通する複数系統の流路を、低温の熱媒体を供給する低熱源と高温の熱媒体を供給する高熱源とにそれぞれ選択接続可能としている。

本発明によると、複数本の異なる流路の一部にのみ低温（あるいは、高温）の熱媒体を流動させることで、熱負荷の小さい冷房（あるいは、暖房）を行うことができ、また、複数本の異なる流路の全てに低温（あるいは、高温）の熱媒体を流動させることで、熱負荷の大きい冷房（あるいは、暖房）を行うことができる。
また、本発明によると、例えば、放射パネル群の複数系統の流路の内、一部の系統の流路を、低熱源（あるいは、高熱源）に接続することによって、熱負荷の小さい冷房（あるいは、暖房）を行なうことができ、また、放射パネル群の複数系統の流路の全ての系統の流路を、低熱源（あるいは、高熱源）に接続することによって、熱負荷の大きい冷房（あるいは、暖房）を行なうことができる。

（２）本発明の他の実施態様では、前記放射パネルの前記複数本の異なる流路は、隣合う流路が異なるように前記パネル本体に配置される。

この実施態様によると、複数本の異なる流路は、隣合う流路が異なるようにパネル本体に配置されるので、例えば、２本の異なる流路では、低温の熱媒体を流動させる流路と高温の熱媒体を流動させる流路とを、隣合うように交互に配置することができ、異なる流路を、パネル本体に偏在させることなく、均等に配置して、冷熱あるいは温熱を均等に放射させるといったことが可能となる。

（３）本発明の更に他の実施態様では、前記放射パネルの前記複数本の異なる流路の内の少なくとも１本の流路は、前記パネル本体における流路長さが、他の流路の流路長さと異なる。

この実施態様によると、複数本の異なる流路の内の少なくとも１本の流路の、パネル本体における流路長さを、他の流路の流路長さと異ならせるので、パネル本体毎、すなわち、放射パネル毎に、例えば、低温の熱媒体を流動させる流路長さを、他の流路である高温の熱媒体を流動させる流路長さよりも長くして冷房能力を暖房能力に比べて高めるといったことが可能となる。

これによって、放射パネルの設置枚数だけでは対応できないように空調負荷に対しても、放射パネル自体の能力を変更して対応するといったことが可能となる。

（４）本発明の好ましい実施態様では、前記放射パネルは、前記パネル本体に形成された溝部に、熱媒体流動用の伝熱パイプが嵌入されて前記流路が形成される。

この実施態様によると、溝部に伝熱パイプを嵌入するだけで、所望の流路を簡単に形成することができる。

（５）本発明の他の実施態様では、前記放射パネルの前記溝部は、その開口幅が前記伝熱パイプの外径より僅かに小さい略半円形に形成され、伝熱パイプが前記溝部に圧入嵌合される。

この実施態様によると、装着された伝熱パイプの外周は、溝部の内面に半周より長い範囲で接触し、伝熱パイプからパネル本体への熱伝達が良好に行われる。また、溝部の開口幅がパイプ外径よりも幅狭となっているので、圧入装着された伝熱パイプは、溝部から浮き上がることが阻止されることになり、溝部の内面と伝熱パイプとの接触がパイプ嵌入部位の全長に亘って確実に維持される。また、一旦圧入装着した伝熱パイプは溝部から簡単には浮き上がらないので、放射パネルの組み立て作業が容易なものとなる。

（６）本発明の好ましい実施態様では、前記放射パネル群を複数備え、各放射パネル群の前記複数系統の流路を、前記低熱源と前記高熱源とにそれぞれ選択接続可能としている。

この実施態様によると、複数の放射パネル群の各放射パネル群を、例えば、多層階構造物の階毎、あるいは、同一階の複数の領域毎ごとに設置することで、階毎、あるいは、同一階の領域毎に、冷房運転、または、暖房運転をそれぞれ行うことが可能となる。

（７）本発明の他の実施態様では、前記放射パネル群の２系統の前記流路における一方の流路の流入ポートを、低温熱媒体の供給流路に弁を介して接続するとともに、一方の前記流路の流出ポートを、低温熱媒体の戻し流路に弁を介して接続し、前記２系統の前記流路における他方の流路の流入ポートを、高温熱媒体の供給流路に弁を介して接続するとともに、他方の前記流路の流出ポートを、高温熱媒体の戻し流路に弁を介して接続し、前記２系統の流路における流入ポート同士を、弁を備えたバイパス流路で接続するとともに、２系統の流路における流出ポート同士を、弁を備えたバイパス流路で接続する。

この実施態様によると、低温熱媒体供給用と低温熱媒体戻し用の弁を開放し、他の弁を閉じることで、２系統の流路における一方の流路にのみ低温熱媒体が供給流動され、他方の流路での熱媒体の流動は休止されて、低負荷での冷房運転が行われる。

また、低温熱媒体供給用と低温熱媒体戻し用の弁と、バイパス用の弁を開き、かつ、低温熱媒体供給用と低温熱媒体戻し用の弁を閉じることで、２系統の流路のそれぞれに低温熱媒体が供給流動され、多量の低温熱媒体の流動によって高負荷の冷房運転が行われる。

また、高温熱媒体供給用と高温熱媒体戻し用の弁を開放し、他の弁を閉じることで、一方の流路にのみ高温熱媒体が供給流動され、他方の流路での熱媒体の流動は休止されて、低負荷での暖房運転が行われる。

また、高温熱媒体供給用と高温熱媒体戻し用の弁と、バイパス用の弁を開き、かつ、低温熱媒体供給用と低温熱媒体戻し用の弁を閉じることで、２系統の流路のそれぞれに高温熱媒体が供給流動され、多量の高温熱媒体の流動によって高負荷の暖房運転が行われる。

このように、本発明によれば、例えば、多層階における階毎、あるいは、同一階における領域毎に冷房または暖房を行なうことができ、また、高負荷から低負荷までの広い範囲の空調負荷にも対応することができる。

放射パネルの平面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 要部の斜視図である。 放射パネルを構成するパネル基材の斜視図である。 放射パネル群の概略平面図である。 多層階の放射空調システムの概略構成図である。 他の実施形態の放射パネルにおける要部を示す縦断正面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１に本発明に係る放射パネル１の平面図が、図２に図１におけるＡ−Ａ断面図が、また、図３にその要部の斜視図がそれぞれ示されている。

この放射パネル１は、波板状に形成されたパネル本体２の裏面（図では上面）に沿って、冷水や温水などの熱媒体が流動する２本の流路３，４を構成する２本の伝熱パイプ５，６を蛇行状に装着して構成されている。２本の流路３，４を構成する伝熱パイプ５，６は、その直線状の部分が、並行に隣合うように交互に配置される。

パネル本体２は、複数枚（この例では６枚）の細長いパネル基材７をその横幅方向に並列配備し、その横幅方向に沿う複数本（この例では３本）の桟部材８でパネル基材８群を裏面側から互いに連結して所定面積に組上げられている。

図４に示すように、パネル基材７は、伝熱性及び放熱性に優れ、かつ、軽量なアルミ材を押し出し成型して波板状に形成されたものであり、この例では、半円形断面の４本の溝部９が一定間隔で並列形成されて、その外表面（図では下面）が、基材外形面積よりも大きい面積の放射面に形成されている。また、パネル基材７における横幅方向の両端に近い裏面（図では上面）には、桟部材８への連結用の係合部として、鉤形断面形状の係合リブ１０が基材全長に亘って突設されている。このように、パネル基材７は、基材全長に亘る溝部９及び係合リブ１０によって、基材長手方向での曲げ剛性が高いものとなっている。

桟部材８は、断面形状が下向きコの字に屈折された鋼板材で形成されており、その長手方向の所定位置の下端辺に、基材連結用の係合部としての奥拡がりの係合凹部１１が切欠き形成されている。また、桟部材８の長手方向の複数箇所には連結孔１２が形成されるとともに、その内部にはナット１３が溶接固定され、図示されていない連結用金具をボルト連結、あるいは、ねじ込み連結できるようになっている。

熱媒体の流路３，４を形成する伝熱パイプ５，６は、パネル基材７の溝部９に密着嵌入する外径のアルミパイプが用いられ、パイプ内を流れる熱媒体からパネル基材７に熱が伝達拡散されることで、パネル面の全体から冷熱あるいは温熱の放射が行われるようになっている。なお、蛇行屈曲された伝熱パイプ５，６の屈曲部は、溝部９から外れてパネル裏面側（上方）に突出されている。

また、桟部材８における下端縁の一部は、溝部９に嵌入された伝熱パイプ５，６に当接されており、伝熱パイプ５，６が溝部９から浮き上がることが阻止されている。

伝熱パイプ５，６が装着される中央２本の溝部９においては、その開口端部９ａが溝部周方向に沿ってパネル裏面側に少し突出されて、伝熱パイプ５，６における外径の二分の一よりも少し深い部分円形の奥拡がり溝に形成されている。従って、溝部９の開口幅が伝熱パイプ５，６の外径より僅かに小さくなっており、伝熱パイプ５，６を溝部９に装着する際には、伝熱パイプ５，６あるいは開口端部９ａを弾性変形させながら伝熱パイプ５，６を溝部９に圧入嵌合することになる。

このように圧入装着された伝熱パイプ５，６は、その外周面が溝部９の内周面に半周より長い範囲で接触し、伝熱パイプ５，６からパネル基材７への熱伝達が行われる接触面積が極力大きく確保されている。また、溝部９の開口幅がパイプ外径よりも幅狭となっているので、圧入装着された伝熱パイプ５，６は、大きい外力が掛からない限り溝部９から出ることがなく、桟部材８による押さえが作用しない箇所でも伝熱パイプ５，６の浮き上がりが阻止され、溝部９の内面と伝熱パイプ５，６との接触がパイプ嵌入部位の全長に亘って確実に維持される。また、放射パネル１の組み立て工程や部屋の天井や壁面への取り付け作業において、圧入装着した伝熱パイプ５，６が溝部９から浮き上がらないので、作業が容易なものとなる。

放射パネル１の組上げにおいては、所定複数枚のパネル基材７を並べて、パネル本体２を構成するとともに、伝熱パイプ５，６を蛇行状に屈曲して溝部９に嵌入装着し、その後、桟部材８でパネル基材７群を連結する。この場合、並べたパネル基材７群に上方から桟部材８を強く押し付けることで、係合リブ１０が弾性変形しながら係合凹部１１に入り込んで係止されることになる。

放射パネル１を天井の内装材として組み付ける場合には、先に桟部材８を固定配備しておいてから、パネル本体２を持上げて桟部材８に下方から強く押し付けることで、係合リブ１０と係合凹部１１とを介して桟部材８にパネル本体２を係止連結することもできる。

放射パネル１の単体は以上のように構成されており、例えば、図５に示すように、複数枚の放射パネル１を並べて、天井面や壁面に装着する所望面積の熱放射部２０を形成するとともに、各放射パネル１の２本の伝熱パイプ５，６を順次直列状に接続して、２本の流路３，４を一連に形成した放射パネル群を構成する。

図６に、上記構成の放射パネル群２０を、多層階における各階ごとの空調（あるいは、同一階における複数の各領域の空調）に利用した放射空調システムの概略構成が示されている。

各階（あるいは各領域）の放射パネル群２０は、地下水やクーリングタワーで冷却された低温熱媒体としての冷水を循環供給する冷熱源２１と、ボイラーやヒータで加熱された高温熱媒体としての温水を循環供給する温熱源２２とに並列接続されている。

また、各放射パネル群２０おいては、２本の異なる流路３，４の内の一方の流路３の流入ポート３ｉと流出ポート３ｅは、冷水弁２３，２４を介して冷水供給流路２１ｆと冷水戻り流路２１ｒに接続されている。また、他方の流路４の流入ポート４ｉと流出ポート４ｅは、温水弁２５，２６を介して温水供給流路２２ｆと温水戻り流路２２ｒに接続されている。また、両流路３，４の流入ポート３ｉ，４ｉ同士、及び、流出ポート３ｅ，４ｅ同士がそれぞれバイパス流路２７，２８及バイパス弁２９，３０を介して互いに連通接続されている。

上記構成によると、各弁２３，２４，２５，２６，２９，３０を制御することで、各階（あるいは、各領域）の放射パネル群２０を、図中の（ａ）で示される低負荷冷房運転モード、（ｂ）で示される高負荷冷房運転モード、（ｃ）で示される低負荷暖房運転モード、（ｄ）で示される高負荷暖房運転モード、及び、（ｅ）で示される冷暖連続運転モードで、個別に運転することが可能となる。

なお、図６において、冷水が流動する流路は太い実線で、温水が流動する流路は太い点線で、また、熱媒体が流動しない流路部分は細い点線で示されている。また、開放されている弁は白抜きで、閉止されている弁は塗り潰しで示されている。

上記低負荷冷房運転モード（ａ）においては、冷水供給用と冷水戻し用の冷水弁２３，２４を開放し、他の弁２５，２６，２９，３０を閉じることで、一方の流路３にのみ冷水が供給流動され、他方の流路４での熱媒体の流動は休止される。

上記高負荷冷房運転モード（ｂ）においては、冷水供給用と冷水戻し用の冷水弁２３，２４と、バイパス用のバイパス弁２９，３０を開放し、かつ、温水供給用と温水戻し用の温水弁２５，２６を閉じることで、２本の流路３，４のそれぞれに冷水が供給流動され、１本の流路３に比べて、冷水を２倍まで供給流動させることができ、高負荷の冷房運転が行われる。

上記低負荷暖房運転モード（ｃ）においては、温水供給用と温水戻し用の温水弁２５，２６を開放し、他の弁２３，２４，２９，３０を閉じることで、一方の流路４にのみ温水が供給流動され、他方の流路３での熱媒体の流動は休止される。

上記高負荷暖房運転モード（ｄ）においては、温水供給用と温水戻し用の温水弁２５，２６と、バイパス用のバイパス弁２９，３０を開放し、かつ、冷水供給用と冷水戻し用の冷水弁２３，２４を閉じることで、２本の流路３，４のそれぞれに温水が供給流動され、１本の流路４に比べて、温水を２倍まで供給流動させることができ、高負荷の暖房運転が行われる。

上記冷暖連続運転モード（ｅ）においては、冷水供給用と冷水戻し用の冷却弁２３，２４を開放して他の弁２５，２６，２９，３０を閉じる低負荷冷房運転モードの冷房温度から、温水供給用と温水戻し用の温水弁２５，２６を開放して他の弁２３，２４，２９，３０を閉じる低負荷暖房運転モードの暖房温度までの無段階の温度調整が可能である。

（他の実施形態）
本発明は、以下のような形態で実施することもできる。

（１）上記実施形態では、パネル本体２に２本の流路３，４を備えた２パス仕様に構成した場合を例示しているが、３本あるいは４本の流路を備えた３パスあるいは４パス仕様で実施することも可能であり、これによると、流路切換えによって熱媒体を一層多様な形態で流動させることが可能となり、さらに広範囲な熱負荷に対応した空調運転を行うことができる。

更に、各流路の断面積を異ならせてもよい。

また、複数本の異なる流路の内の少なくとも１本の流路の、パネル本体２における流路長さを、他の流路の流路長さと異ならせてもよい。例えば、上記図１において、２本の流路３，４をそれぞれ構成する蛇行状の伝熱パイプ５，６の折返し回数を異ならせるなどして、パネル本体２における一方の伝熱パイプ５のパイプ長さを、他方の伝熱パイプ６のパイプ長さよりも長くし、例えば、一方の伝熱パイプ５に冷水を、他方の伝熱パイプ６に温水をそれぞれ供給するようにし、冷房能力を、暖房能力に比べて高めるようにしてもよい。

このようにパネル本体２毎、すなわち、放射パネル１毎に、流路長さを異ならせることによって、異なる空調負荷に対応することが可能となる。

これによって、放射パネル１の設置枚数だけでは対応できない空調負荷に対しても、放射パネル１自体の能力を変更して対応するといったことが可能となる。

（２）上記実施形態では、パネル本体２の溝部９に伝熱パイプ５，６を嵌入して熱媒体流動用の流路３，４を形成して、伝熱パイプ５，６の略半周を溝部９に接触させて伝熱パイプ５，６からパネル本体２への熱伝達を行うようにしているが、図７に示すように、半円形の溝部９に伝熱パイプ５，６を嵌入装着した上で、半円形断面形状の溝部３１を備えたアルミ材からなる鞘部材３２を、伝熱パイプ５，６を被せてパネル本体２に面接触させることで、伝熱パイプ５，６の全周を用いてパネル本体２への熱伝達を効率よく行うことができる。

（３）上記実施形態では、パネル基材７を押し出し成型加工して、係合リブ１０をパネル基材７の裏面側において基材全長に形成することで、パネル基材７をその長手方向の任意の位置において桟部材８に基板裏面側で係合連結し、パネル外表面から連結箇所が見えない仕上がりとなる内装材（スパンドレル）に構成しているが、パネル外表面の外観が問題とならない条件の下で使用する場合には、パネル基材７をアルミ板材にプレス加工を施して波板状に成型し、このパネル基材７を外表面側からネジ締めで桟部材８に連結するようにすることもできる。

（４）上記実施形態では、パネル基材７は波板状であったけれども、波板状に限らず、他の形状であってもよく、例えば、平板上の一方の面に、伝熱パイプを嵌入する半円状のパイプ受け部を有し、他方の面にフィンを有するような形状であってもよい。

１ 放射パネル
２ パネル本体
３ 流路
３ｉ 流入ポート
３ｅ 流出ポート
４ 流路
４ｉ 流入ポート
４ｅ 流出ポート
５ 伝熱パイプ
６ 伝熱パイプ
７ パネル基材
８ 桟部材
９ 溝部
１０ パネル基材の係合部（係合リブ）
１１ 桟部材の係合部（係合凹部）
２０ 放射パネル群
２１ 冷熱源（低熱源）
２１ｆ 低温熱媒体の供給流路
２１ｒ 低温熱媒体の戻し流路
２２ 温熱源（高熱源）
２２ｆ 高温熱媒体の供給流路
２２ｒ 高温熱媒体の戻し流路
２３ 冷水弁
２４ 冷水弁
２５ 温水弁
２６ 温水弁
２７ バイパス流路
２８ バイパス流路
２９ バイパス弁
３０ バイパス弁

Claims (7)

1. パネル本体に、熱媒体が流動する複数本の異なる流路を備える放射パネルの複数枚を、各放射パネルの複数本の異なる前記流路が、隣接する放射パネルの複数本の異なる流路にそれぞれ直列に連通するように接続して放射パネル群を構成し、
   前記放射パネル群の前記直列に連通する複数系統の流路を、低温の熱媒体を供給する低熱源と高温の熱媒体を供給する高熱源とにそれぞれ選択接続可能とした、
   ことを特徴とする放射空調システム。
2. 前記放射パネルの前記複数本の異なる流路は、隣合う流路が異なるように前記パネル本体に配置される、
   請求項１に記載の放射空調システム。
3. 前記放射パネルの前記複数本の異なる流路の内の少なくとも１本の流路は、前記パネル本体における流路長さが、他の流路の流路長さと異なる、
   請求項１または２に記載の放射空調システム。
4. 前記放射パネルは、前記パネル本体に形成された溝部に、熱媒体流動用の伝熱パイプが嵌入されて前記流路が形成される、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の放射空調システム。
5. 前記放射パネルの前記溝部は、その開口幅が前記伝熱パイプの外径より僅かに小さい略半円形に形成され、伝熱パイプが前記溝部に圧入嵌合される、
   請求項４に記載の放射空調システム。
6. 前記放射パネル群を複数備え、
   各放射パネル群の前記複数系統の流路を、前記低熱源と前記高熱源とにそれぞれ選択接続可能とした、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の放射空調システム。
7. 前記放射パネル群の２系統の前記流路における一方の流路の流入ポートを、低温熱媒体の供給流路に弁を介して接続するとともに、一方の前記流路の流出ポートを、低温熱媒体の戻し流路に弁を介して接続し、
   前記２系統の前記流路における他方の流路の流入ポートを、高温熱媒体の供給流路に弁を介して接続するとともに、他方の前記流路の流出ポートを、高温熱媒体の戻し流路に弁を介して接続し、
   前記２系統の流路における流入ポート同士を、弁を備えたバイパス流路で接続するとともに、２系統の流路における流出ポート同士を、弁を備えたバイパス流路で接続する、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の放射空調システム。

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