(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-27
(45)【発行日】2023-12-05
(54)【発明の名称】輻射空調装置及び輻射空調システム
(51)【国際特許分類】
F24F 5/00 20060101AFI20231128BHJP
F24F 11/80 20180101ALI20231128BHJP
F28F 9/02 20060101ALI20231128BHJP
【FI】
F24F5/00 101B
F24F5/00 101Z
F24F11/80
F28F9/02 301Z
(21)【出願番号】P 2022188280
(22)【出願日】2022-11-25
【審査請求日】2022-11-29
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】522147551
【氏名又は名称】株式会社ミヤジャパン
(74)【代理人】
【識別番号】110002583
【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宮村 正司
(72)【発明者】
【氏名】大角 昌靖
【審査官】町田 豊隆
(56)【参考文献】
【文献】特開平05-240468(JP,A)
【文献】特開2013-181743(JP,A)
【文献】特開2013-178066(JP,A)
【文献】特開平11-304195(JP,A)
【文献】特開平09-184231(JP,A)
【文献】特開平05-223287(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第101512239(CN,A)
【文献】国際公開第2011/062054(WO,A1)
【文献】特開2016-217630(JP,A)
【文献】特開2013-092320(JP,A)
【文献】特開2014-115015(JP,A)
【文献】特開2021-028568(JP,A)
【文献】特開2019-211164(JP,A)
【文献】特開2019-211165(JP,A)
【文献】実開平05-058717(JP,U)
【文献】国際公開第2008/026502(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F24F 5/00
F24F 11/80
F28F 9/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
屋内の天井面との間に空間を設けて配置され、熱媒体が前記天井面に略平行に流れる複数の流路部分
を有する
第1の管状部材と、
前記複数の流路部分を有し、前記第1の管状部材の前記天井面と反対側に配置される第2の管状部材と、
前記
第2の管状部材の前記天井面と反対側に輻射面として露出するように配置され
、かつ、前記第2の管状部材との間に空間を設けて配置され、
前記第1の管状部材及び前記第2の管状部材との間で直接熱交換する
布製の輻射部材と、
前記第1の管状部材、前記第2の管状部材及び前記輻射部材が懸垂線に沿う形態となるように前記第1の管状部材、前記第2の管状部材及び前記輻射部材の長手方向の両端部を前記屋内に取り付ける取付部と、
を備えた輻射空調装置。
【請求項2】
前記第1の管状部材及び前記第2の管状部材の各々は、
熱媒体が供給される側に配置される供給側メインパイプと、
熱媒体が戻る側に配置される戻り側メインパイプと、
前記供給側メインパイプと前記戻り側メインパイプとを接続する前記複数の流路部分としての前記長手方向に延在する複数の熱交換パイプとを有し、
前記取付部は、前記第1の管状部材及び前記第2の管状部材の前記供給側メインパイプ及び前記戻り側メインパイプを把持して前記複数の熱交換パイプに前記長手方向に沿って張力を付与するように前記第1の管状部材及び前記第2の管状部材の前記両端部を前記屋内に取り付ける、
請求項1に記載の輻射空調装置。
【請求項3】
前記第1の管状部材及び前記第2の管状部材は
、前記熱交換パイプが前記長手方向に直交する短手方向に一定の間隔を設けて配置され、平面視において、前記第2の管状部材の前記
熱交換パイプが、前記第1の管状部材の前記
熱交換パイプの間に位置するように配置された、
請求項
2に記載の輻射空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、輻射空調装置及び輻射空調システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、屋内の冷房や暖房を輻射空調により行う天井用冷暖房パネルが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
特許文献1に記載された天井用冷暖房パネルは、金属製の板状の輻射パネル(金属パネルともいう。)と、熱媒体が流れる樹脂製の熱交換パイプと、輻射パネルの裏面上に熱交換パイプを部分的に固定する金属製の複数の保持部材とを備える。この天井用冷暖房パネルは、熱交換パイプが固定された複数の輻射パネルを天井側に敷設して使用される。この天井用冷暖房パネルによれば、加熱又は冷却された熱媒体を熱交換パイプに流すことで、金属パネルが加熱又は冷却され、金属パネルの床面側の面が赤外線を放射又は吸収する輻射面となって屋内の輻射空調が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第5224171号公報
【文献】特許第5887577号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、従来の天井用冷暖房パネルによると、床面側の面が輻射面となる輻射部材として金属パネルを用い、熱交換パイプを固定する保持部材として金属製のもの用い、複数の金属パネルを天井全体に敷設するために格子状に組まれた枠部材(一般的には金属製)を用いることになるため(例えば、特許文献2参照)、天井用冷暖房パネル全体の重量が重くなり、搬送時や設置時等における作業者の負担となっている。
【0006】
したがって、本発明の課題は、運搬時や設置時等における作業負担を軽減することが可能な輻射空調装置及び輻射空調システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上記課題を解決するため、屋内の天井面との間に空間を設けて配置され、熱媒体が前記天井面に略平行に流れる複数の流路部分を有する第1の管状部材と、前記複数の流路部分を有し、前記第1の管状部材の前記天井面と反対側に配置される第2の管状部材と、前記第2の管状部材の前記天井面と反対側に輻射面として露出するように配置され、かつ、前記第2の管状部材との間に空間を設けて配置され、前記第1の管状部材及び前記第2の管状部材との間で直接熱交換する布製の輻射部材と、前記第1の管状部材、前記第2の管状部材及び前記輻射部材が懸垂線に沿う形態となるように前記第1の管状部材、前記第2の管状部材及び前記輻射部材の長手方向の両端部を前記屋内に取り付ける取付部と、を備えた輻射空調装置を提供する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、運搬時や設置時等における作業負担を軽減することが可能な輻射空調装置及び輻射空調システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る輻射空調システムを構成する輻射空調装置の設置状態の一例を示し、(a)は正面図、(b)は(a)のA-A線断面図である。
【
図3】
図3は、熱交換マットの構成の一例を示す図である。
【
図4】
図4は、第1の熱交換マット及び第2の熱交換マットを取り付ける第1の取付部の一例を示す要部斜視図である。
【
図5】
図5は、幕部材を取り付ける第2の取付部の一例を示す要部斜視図である。
【
図6】
図6は、制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【
図7】
図7は、熱源機と熱交換マットとの間の熱媒体の経路の一例を模式的に示す平面図である。
【
図8】
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る輻射空調システムを構成する輻射空調装置の設置状態の一例を示す正面図である。
【
図10】
図10は、熱交換マット及び幕部材の取付部の一例を示す要部斜視図である。
【
図11】
図11(a)は、変形例1に係る輻射空調システムを構成する輻射空調装置の設置状態の一例を示す要部正面図、
図11(b)は、
図11(a)のD部拡大図である。
【
図13】
図13は、変形例2に係る輻射空調システムを構成する輻射空調装置の設置状態の一例を示す要部正面図である。
【
図15】
図15は、変形例4に係る幕部材の
図1(a)に示すB-B線断面図である。
【
図16】
図16は、変形例4に係る幕部材を取り付ける第2の取付部の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。
【0011】
[第1の実施の形態]
図1及び
図2は、本発明の第1の実施の形態に係る輻射空調システムを構成する輻射空調装置の設置状態の一例を示し、
図1(a)は正面図、
図1(b)は
図1(a)のA-A線断面図、
図2は平面図である。
【0012】
図1(a)中、符号a、bは、赤外線、遠赤外線等の輻射熱(放射熱ともいう。)を示し、cは対流を示す。輻射熱a、bの向きは、冷房運転モード時の向きを示しているが、暖房運転モード時は
図1(a)とは逆向きとなる。なお、本明細書及び図面において、Xは後述する熱交換マット2及び幕部材3の長手方向を示し、Xaは長手方向Xの一方の側(
図1(a)、
図2における左側)、Xbは長手方向Xの他方の側(
図1(a)、
図2における右側)を示す。また、Yは熱交換マット2及び幕部材3の長手方向Xに直交する短手方向を示し、Yaは短手方向Yの一方の側(
図1(b)における左側、
図2における手前側)、Ybは短手方向Yの他方の側(
図1(b)における右側、
図2における奥側)を示す。
【0013】
この輻射空調システム10は、例えば、居室100内に並列して配置された複数(本実施の形態では2つ)の輻射空調装置1と、輻射空調装置1を構成する第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2B(これらを総称するときは、以下「熱交換マット2」ともいう。)に所定の温度に加熱又は冷却された水等の熱媒体を供給する熱源機11とを備えている。
【0014】
また、輻射空調システム10は、輻射及び対流(気流ともいう。)によって熱交換を行い、居室100内を冷暖房する機能を有する。居室100は、例えば、戸建て住宅、集合住宅、病院等の建物の寝室や居間等である。なお、輻射空調装置1を設置する屋内は、居室100以外にオフィスビル、工場、公共施設等の屋内でもよい。居室100内は、屋内の一例である。
【0015】
輻射空調装置1は、天井101の表面(以下「天井面101a」という。)との間に空間(例えば、長手方向Xの中心で300mmの間隔)を設けて配置された第1の熱交換マット2Aと、第1の熱交換マット2Aの天井面101aと反対側に配置された第2の熱交換マット2Bと、第2の熱交換マット2Bの天井面101aと反対側に赤外線を放射又は吸収する輻射面3aとして露出するように第2の熱交換マット2Bとの間に空間(例えば、長手方向Xの中心で200mmの間隔)を設けて配置された布製の幕部材3とを備える。
【0016】
なお、
図1(a)では、第2の熱交換マット2Bを第1の熱交換マット2Aに接触するように図示しているが、
図1(b)に示すように、第1の熱交換マット2Aに接触しないように配置してもよい。ここで、第1の熱交換マット2Aは、第1の管状部材の一例である。第2の熱交換マット2Bは、第2の管状部材の一例である。幕部材3は、輻射部材の一例である。第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bは、複数の流路部分を天井面101aに対向する方向(上下方向)に層状に有する管状部材の一例である。例えば、輻射空調装置1を構成する熱交換マット2を3つ以上とし、後述する熱交換パイプ23を天井面101aに対向する方向(上下方向)に層状に配置してもよい。熱交換パイプ23は、流路部分の一例である。
【0017】
また、輻射空調システム10は、温度及び湿度が調整された空気を生成するエアコン等の空気調和機8と、2つの輻射空調装置1の一方の輻射空調装置1の第1の熱交換マット2A又は第2の熱交換マット2Bの周囲の露点温度を検出する露点温度センサ91と、露点温度センサ91が検出した露点温度に基づいて温度制御を行う後述する制御装置9とを備えている。空気調和機8は、気流生成部の一例である。なお、空気調和機8は、必須の構成ではなく、結露の発生状況によっては設けなくてもよい。また、空気調和機8は、温度及び湿度の少なくとも一方が調整された空気を生成してもよい。
【0018】
なお、広い範囲で結露の発生を抑制するため、
図2に示すように、露点温度センサ91を空気調和機8の室内機から遠い方の熱交換マット2の近傍に配置したが、露点温度センサ91を空気調和機8の室内機に近い方の熱交換マット2と遠い方の熱交換マット2の両方に配置し、検出された2つの露点温度の平均値を採用してもよい。また、本実施の形態では、
図2に示すように、ベッド110を2つ配置したが、ベッド110を1つ配置してもよい。この場合、ベッド110に近い方の結露の発生を抑制するため、露点温度センサ91をベッド110に近い方の熱交換マット2の近傍に配置してもよい。また、
図1では、露点温度センサ91を第2の熱交換マット2Bの近傍に配置したが、第1の熱交換マット2Aの近傍に配置してもよく、第1の熱交換マット2Aの近傍と第2の熱交換マット2Bの近傍の両方に配置し、検出された2つの露点温度の平均値を採用してもよい。
【0019】
空気調和機8は、室内機を構成するものとして、略箱型状の筐体80と、筐体80内に配置され、温度及び湿度が調整された空気を送風するファン81と、ファン81から送風された空気を気流として吹き出す吹出し口82と、吹出し口82の周囲に設けられ、ファン81から送風された空気を気流dとして生成し、気流dを幕部材3の輻射面3aに沿って通過させるとともに、幕部材3の開口を介して熱交換マット2に向けて吹き付ける気流制御板83a、83bとを備え、さらに屋外に設置され、室内機からの冷媒と屋外の空気との間で熱交換を行う室外機(図示せず)と、リモートコントローラ(図示せず)とを備えている。また、空気調和機8は、リモートコントローラにより空気調和機8のON/OFFの指示や吹き出す空気の温度及び湿度を設定できるように構成されている。空気調和機8から吹き出される気流dは、
図2に示すように、近くの幕部材3だけでなく、隣の幕部材3に向かって流れる。冷房運転モード時等において熱交換マット2の熱交換パイプ23の表面に結露が発生するおそれがある場合には、熱交換マット2に向けて吹き付ける気流dの温度及び湿度の一方又は両方を制御するか、熱源機11から熱交換マット2に供給する熱媒体の温度を後述する制御部90により制御することで、熱交換パイプ23の表面に結露が発生するのを抑制してもよい。
【0020】
本実施の形態では、
図2に示すように、居室100内の床103の表面(以下「床面103a」という。)に2つのベッド110が配置され、輻射空調装置1が各ベッド110の上方にそれぞれ配置されている。なお、ベッド110の代わりに布団を用いてもよい。ここで、ベッド110及び布団は、就寝具の一例である。また、ベッド110は、同図ではシングルベッドであるが、セミダブルベッドやダブルベッドでもよい。熱交換マット2及び幕部材3は、平面視において、ベッド110よりも広い面積を有する。なお、熱交換マット2及び幕部材3は、ベッド110の面積(全体の縦×横の長さ)に応じた面積(全体の縦×横の長さ)、すなわちベッド110の面積と同程度の面積を有するものでもよい。同程度の面積とは、縦横のサイズがそれぞれ30%程度の差を許容する意味である。
【0021】
第2の熱交換マット2Bは、
図1(b)に示すように、第1の熱交換マット2Aに対して短手方向Yの一方の側Yaに後述する熱交換パイプ23の間隔の1/2分ずらして配置している。これにより、熱交換パイプ23の床面103aに対向する面積(床面103aへの投影面積)が増えるため、第2の熱交換マット2Bを短手方向Yにずらさない構成と比較して輻射成分を約1.6倍に増大させることができる。熱交換パイプ23は、熱媒体が天井面101aに略平行に流れるように、天井面101aに略平行に配置されている。略平行とは、厳密な意味での平行ではなく、数度の傾きを許容する意味であり、また熱交換パイプ23の両端部を支持した場合に、重力により熱交換パイプ23が懸垂線に沿う形態となることを許容する意味である。
【0022】
幕部材3は、高い輻射性能を発揮するために、放射率が70%以上、かつ、熱伝導率が0.3W/(m・K)以上が好ましい。また、幕部材3は、対流cや気流dの通過を妨げないために、開口率3%以上が好ましく、10%以上がより好ましい。このような幕部材3として、例えば、シルク(絹)100%のシルク布、ポリエチレンが主体の樹脂製のスリットシート、麻100%の麻布、綿花100%のキュープラ等を用いることができる。なお、シルク、樹脂、麻、綿等の複数種類が混在したものでもよい。
【0023】
(熱交換マット及び幕部材の取付構造)
また、輻射空調装置1は、第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bの長手方向Xの両端部を壁102に取り付ける複数(例えば、2つ)の第1の取付部4Aと、幕部材3の長手方向Xの両端部を壁102に取り付ける複数(例えば、2つ)の第2の取付部4Bとを備える。第1の取付部4A及び第2の取付部4Bは、取付部の一例である。
【0024】
第1の取付部4Aは、壁102に取り付けられる一対の壁取付部材40と、第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bに長手方向Xに沿って張力を付与しつつ第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bを一対の壁取付部材40に取り付けるマット取付部材41とを備える。第2の取付部4Bは、壁102に取り付けられる一対の壁取付部材40と、幕部材3に張力を付与しつつ幕部材3を一対の壁取付部材40に取り付ける幕取付部材42とを備える。第1の取付部4A及び第2の取付部4Bの詳細については、
図4及び
図5を参照して後述する。
【0025】
(熱源機の構成)
熱源機11は、例えば、圧縮器、凝縮器、蒸発器、モータ等を備え、四方弁を用いて冷媒の流れを逆転させることで、冷房運転モードと暖房運転モードとを切り替えられるように構成されている。熱源機11は、第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bに供給ライン12及び戻りライン13を介して接続されている。
【0026】
熱源機11は、冷房運転モード時に冷却された熱媒体を供給ライン12を介して第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bに供給し、暖房運転モード時に加熱された熱媒体を供給ライン12を介して第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bに供給する。第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bを通過した熱媒体は、戻りライン13を介して熱源機11に戻る。なお、同図では、複数の輻射空調装置1に対して1つの熱源機11を設けているが、輻射空調装置1ごとに熱源機11を設けてもよい。
【0027】
(熱交換マットの構成)
図3は、熱交換マット2の構成の一例を示す図である。熱交換マット2は、長手方向Xの一方の側Xaであって熱媒体が供給される側に配置される供給側メインパイプ20と、長手方向Xの他方の側Xb、すなわち熱媒体が折り返す側に配置される折り返し側メインパイプ21と、長手方向Xの一方の側Xaであって熱媒体が戻る側に配置される戻り側メインパイプ22と、供給側メインパイプ20及び戻り側メインパイプ22と折り返し側メインパイプ21とを接続する複数の熱交換パイプ23と、熱交換パイプ23の間隔を保持する複数の保持部材24とを備える。なお、保持部材24を設けなくてもよい。また、
図3に示す矢印は、熱媒体の流れを示す。ここで、供給側メインパイプ20及び戻り側メインパイプ22は、第1のメインパイプの一例である。折り返し側メインパイプ21は、第2のメインパイプの一例である。
【0028】
熱交換マット2は、例えばポリプロピレン等の熱可塑性樹脂からなり、供給側メインパイプ20、折り返し側メインパイプ21、戻り側メインパイプ22及び熱交換パイプ23をそれぞれ押出成形し、これらを溶着して組み立てたものである。なお、熱交換マット2は、射出成形等により一体的に形成してもよい。供給側メインパイプ20、折り返し側メインパイプ21及び戻り側メインパイプ22は、熱交換パイプ23の内径よりも大きい内径を有する。
【0029】
熱交換パイプ23は、表面積を増やして高い輻射性能を発揮するために、ピッチを小さくして本数を多くするのが好ましい。熱交換パイプ23のピッチは、例えば、10~50mmが好ましく、10~20mmがより好ましい。熱交換マット2は、隣り合う熱交換パイプ23の間に隙間が存在することによって全体として約10~94%の開口率を有する。例えば、熱交換パイプ23の外径を3.4mm、ピッチを8~20mmとした場合、開口率は58~83%となる。
【0030】
熱交換マット2の材料の熱可塑性樹脂は、金属に比べて熱伝導率が低いために、熱交換パイプ23の肉厚を薄く成形する必要がある。また、熱交換パイプ23の外径を細く成形することで内圧に対する強度を維持する必要がある。このため、熱交換パイプ23の外径は、例えば、3~15mmが好ましく、3~8mmがより好ましい。
【0031】
供給側メインパイプ20は、一端に供給口20aを有する。戻り側メインパイプ22は、一端に排出口22aを有する。供給側メインパイプ20の供給口20aには、熱源機11から供給ライン12が接続されている。戻り側メインパイプ22の排出口22aには、熱源機11から戻りライン13が接続されている。なお、供給側メインパイプ20及び戻り側メインパイプ22と折り返し側メインパイプ21は、互いに平行に配置されているが、平行でなくてもよい。供給側メインパイプ20及び戻り側メインパイプ22は、互いに対向する端面が接続されていてもよい。
【0032】
供給口20aを有する供給側メインパイプ20と排出口22aを有する戻り側メインパイプ22を折り返し側メインパイプ21に対向して同じ側(一方の側Xa)に配置することにより、熱源機11に接続される供給ライン12及び戻りライン13の距離を短くすることができることから、配管経路が短くなることで軽量化が図れ、設置作業の負担を軽減することができる。
【0033】
(熱交換マットを取り付ける取付部の構成)
図4は、第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bを取り付ける第1の取付部4Aの一例を示す要部斜視図である。なお、同図は、第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bの長手方向Xの他方の側Xbの端部を壁102に取り付ける第1の取付部4Aを示す。第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bの長手方向Xの一方の側Xaの端部を壁102に取り付ける第1の取付部4Aも同図と同様の構成になっている。
【0034】
第1の取付部4Aは、壁102にビス40a等により取り付けられる一対の壁取付部材40と、第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bに長手方向Xに沿って張力を付与しつつ第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bを一対の壁取付部材40に取り付けるマット取付部材41とを備える。熱交換マット2に付与する張力の方向を熱交換パイプ23の方向(長手方向X)に一致させているため、熱交換パイプ23の変形や破損を抑制することができる。
【0035】
マット取付部材41は、上層の第1の熱交換マット2Aの折り返し側メインパイプ21の周面にタイラップ、紐等の結束バンド411により固定されたパイプ410と、パイプ410の内部を挿通させるワイヤ412と、ワイヤ412を一方の壁取付部材40の開口40bを挿通させ、その端部を固定する固定部413と、ワイヤ412の他方を他方の壁取付部材40の開口40bに挿通させ、その端部を一対の壁取付部材40間のワイヤ412の長さを調整可能に固定する調整部414とを備える。
【0036】
同図では、結束バンド411で下層の第2の熱交換マット2Bの折り返し側メインパイプ21も同時に固定している。一対の壁取付部材40間のワイヤ412の長さを調整することにより、第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bに付与する張力を調整することができる。マット取付部材41により第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bを壁取付部材40に取付けることより、第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bは懸垂線に沿う形態になる。
【0037】
(幕部材を取り付ける取付部の構成)
図5は、幕部材3を取り付ける第2の取付部4Bの一例を示す要部斜視図である。なお、同図は、幕部材3の長手方向Xの他方の側Xbの端部を壁102に取り付ける第2の取付部4Bを示す。幕部材3の長手方向Xの一方の側Xaの端部を壁102に取り付ける第2の取付部4Bも同図と同様の構成になっている。
【0038】
第2の取付部4Bは、壁102にビス40a等により取り付けられる一対の壁取付部材40と、幕部材3に長手方向Xに沿って張力を付与しつつ幕部材3を一対の壁取付部材40に取り付ける幕取付部材42とを備える。
【0039】
幕取付部材42は、幕部材3の長手方向Xの袋状になっている端部3bの内部に挿通させるパイプ420と、パイプ420の内部に挿通させるワイヤ422と、ワイヤ422を一方の壁取付部材40の開口40bに挿通させ、その端部を固定する固定部423と、ワイヤ422の他方を他方の壁取付部材40の開口40bに挿通させ、その端部を一対の壁取付部材40間のワイヤ422の長さを調整可能に固定する調整部424とを備える。一対の壁取付部材40間のワイヤ422の長さを調整することにより、幕部材3に付与する張力を調整することができ、熱交換マット2との間の距離を調整することができる。幕取付部材42により幕部材3を壁取付部材40に取付けることより、幕部材3は懸垂線に沿う形態になる。
【0040】
(制御装置の構成)
図6は、制御装置9の構成の一例を示すブロック図である。制御装置9は、制御部90と、制御部90に接続された露点温度センサ91及び操作部92を備えている。
【0041】
制御部90は、プログラム、各種データ等が記憶されたメモリと、プログラムに従って動作することにより熱源機11に対する制御を行うCPUとを備えている。制御部90は、熱交換マット2の周囲の温度が露点温度センサ91によって検出された露点温度を超えないように、メモリに記憶されている熱媒体の送出時の温度と露点温度の関係を示すテーブルに基づいて、熱源機11から熱交換マット2に送出する熱媒体の温度を制御する。
【0042】
露点温度センサ91は、例えば、鏡面冷却式や静電容量式の露点温度センサを用いることができる。操作部92は、例えば、タッチパネルディスプレイ等を用いることができ、タッチパネルディスプレイに表示されたボタンの操作により、制御部90が熱源機11の四方弁を切り替えて冷房運転モードと暖房運転モードの切り替えができるように構成されている。
【0043】
(第1の実施の形態の作用)
次に、第1の実施の形態に係る輻射空調システム10の動作の一例について
図7を参照して説明する。
図7は、熱源機11と熱交換マット2との間の熱媒体の経路の一例を模式的に示す平面図である。
図7中、矢印は熱媒体の流れる方向を示す。なお、保持部材24の図示を省略する。
【0044】
熱源機11から温度及び流量が制御された熱媒体が供給ライン12を介して上層に位置する2つの第1の熱交換マット2A、及び下層に位置する2つの第2の熱交換マット2Bの供給側メインパイプ20の供給口20aに導入される。その後、熱媒体は、
図7の矢印に示すように、供給側メインパイプ20の供給口20aとは反対側の端部に向かって流れるとともに、各熱交換パイプ23に分岐する。各熱交換パイプ23に分岐した熱媒体は、折り返し側メインパイプ21で折り返して、再び各熱交換パイプ23に分岐する。各熱交換パイプ23に分岐した熱媒体は、戻り側メインパイプ22で合流して戻り側メインパイプ22の排出口22aから戻りライン13を介して熱源機11に戻る。熱媒体が熱交換パイプ23を通過する間に、熱交換パイプ23で熱交換が行われる。
【0045】
熱交換パイプ23で熱交換が行われている間に、例えば、冷房運転モード時の場合、
図1(a)に示すように、人Pから幕部材3に向かって輻射熱aが放射され、幕部材3から熱交換パイプ23に向かって輻射熱bが放射される。また、
図1(a)に示すように、居室100内の温度差により、第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bの熱交換パイプ23の間、及び幕部材3の開口を通して対流cが発生する。例えば、冷房運転モード時に第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bに熱媒体として冷水を供給すると、第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bの周囲の空気が冷却され、周囲の空気の密度が増加して下降し、これが連続することによって下降気流として対流cが発生する。幕部材3は、第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bからの対流cと第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bへの輻射熱bによって冷却され、人Pからの輻射熱aを幕部材3の輻射面3aで吸収する。居室100内のベッド110で就寝する人Pは、輻射熱aが吸収されるだけでなく、幕部材3の開口を通って対流cを受けることになる。また、人Pは、幕部材3の周囲を通って対流cを受ける場合もある。
【0046】
(第1の実施の形態の効果)
第1の実施の形態に係る輻射空調システム10によれば、以下の効果を奏する。
【0047】
(a)熱交換マット2を下面側から支持する従来の金属パネルを用いていないため、軽量で取扱が容易となる。このため、輻射空調装置1の運搬時や設置時等における作業負担を軽減することが可能となり、コストダウンと工期短縮が可能となる。例えば、従来の金属パネルの単位重量を1.94kg/m2、金属パネルを支持する枠部材の単位重量を1.30kg/m2、熱交換マット2の単位重量を1.09kg/m2とし、幕部材3の単位重量(0.004kg/m2)は小さいため無視し、第1の取付部4A及び第2の取付部4Bの重量(0.8kg)を熱交換マット2と同等の敷設面積に換算した単位重量を0.4kg/m2とした場合、従来の合計の単位重量/本実施の形態の合計の単位重量=(1.94+1.30+1.09)/(1.09+0.4)=2.91となり、本実施の形態の単位重量を従来の約3分の1に軽量化できる。さらに、輻射空調装置1を天井全体に配置するのではなく、就寝具の面積に応じた面積に配置することで、全体の重量の軽量化が図れる。
【0048】
(b)従来の金属パネルを用いた構成と比較して、全能力(全冷房能力又は全暖房能力)が高くなる。このため、本実施の形態を従来の金属パネルと同能力とした場合の送水温度を緩和(冷却時は高く、暖房時は低く)することができる。例えば、冷房運転モード時に送水温度16℃を18~20℃に緩和することができる。したがって、結露対策として屋内の高い除湿能力が不要となるか、低い除湿能力で済むことになり、除湿に関して省コスト化、省エネ化を実現することができる。また、熱源機11の運転効率が向上することで、省エネを実現することができる。
【0049】
(c)冷房運転モード時において、ベッド110で就寝する人Pは、輻射熱aが吸収されるだけでなく、幕部材3の開口を通って対流cを受けることができ、快適な輻射空調を行うことができる。すなわち、全能力(全冷房能力又は全暖房能力)に対する対流成分が従来の金属パネルを用いた構成と比較して増えるため、人Pが快適に感ずることができる環境(例えば、予想平均温冷感申告PMVが-0.5<PMV<+0.5の環境)を提供することが可能となる。また、そよ風のような気流があることにより、就寝空間にゆらぎが生まれ、疲労回復の効果が得られる(例えば、梶本修身著「すべての疲労は脳が原因2」株式会社集英社、2016年12月21日発行、p117等参照)。
【0050】
(d)空気調和機8から吐出された温度及び湿度の一方又は両方が調整された空気の気流dを幕部材3を介して熱交換マット2に向けて吹き付けることにより、熱交換マット2の熱交換パイプ23の周囲の露点温度を高くすることができ、冷房運転モード時における熱交換マット2の周囲に結露の発生を抑制することができる。
【0051】
[第2の実施の形態]
図8及び
図9は、本発明の第2の実施の形態に係る輻射空調システムを構成する輻射空調装置の設置状態の一例を示し、
図8は正面図、
図9(a)は平面図、
図9(b)は
図9(a)のC部拡大図である。本実施の形態は、第1の実施の形態に対し、居室100内に1つのベッド110を配置し、ベッド110と対向する幕部材3との間の空間(以下「就寝空間」という。)を囲むカーテン6を備えるものである。以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【0052】
この輻射空調システム10は、第1の実施の形態と同様に、居室100内に並列して配置された2つの輻射空調装置1と、輻射空調装置1を構成する第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bに所定の温度に加熱又は冷却された水等の熱媒体を供給する熱源機11と、空気調和機8とを備えている。
【0053】
また、輻射空調システム10は、ベッド110を囲むように床面103a上に配置されたフレーム5と、フレーム5に支持されたカーテン6とを備えている。すなわち、
図8に示すように、居室100内の床面103aに1つのベッド110が配置され、2つの輻射空調装置1のうち一方の輻射空調装置1がベッド110の上方に配置され、他方の輻射空調装置1は一方の輻射空調装置1に隣接して配置されている。一方のベッド110上の就寝空間は、カーテン6によって囲われている。空気調和機8は、吹き出される気流dの影響を人Pが受け難くするため、カーテン6で囲まれている方の一方の輻射空調装置1の側に配置されている。なお、居室100内に複数のベッド110を配置し、それぞれをカーテンで囲んでもよい。
【0054】
なお、第2の熱交換マット2Bを第1の熱交換マット2Aに接近(例えば、長手方向Xの中心で50mm未満)させて配置してもよく、第1の熱交換マット2Aとの間に所定の間隔(例えば、長手方向Xの中心で50~150mm)を設けて配置してもよい。空気調和機8から吐出された気流dは、
図8に示すように、幕部材3の輻射面3aに沿って通過するだけでなく、幕部材3の開口を介して第2の熱交換マット2Bや第1の熱交換マット2Aに向けて吹き付けられ、その後、第1の熱交換マット2A及び第2の熱交換マット2Bに沿って長手方向Xの他方の側Xbに向かって流れる。
【0055】
露点温度センサ91は、第1の実施の形態と同様に、第2の熱交換マット2Bと幕部材3との間に配置しているが、第1の熱交換マット2Aと第2の熱交換マット2Bとの間や、天井面101aと第1の熱交換マット2Aとの間に配置してもよい。
【0056】
(フレームの構成)
フレーム5は、上部フレーム50と、上部フレーム50の四隅を床面103aから支持する4つの柱フレーム51とを備える。上部フレーム50は、平面視において四角形となるように構成されている。上部フレーム50及び柱フレーム51は、例えば、アルミニウム等の金属材料から形成されている。上部フレーム50及び柱フレーム51は、軽量化のために、例えば、角状又は丸状のパイプ部材を用いてもよい。上部フレーム50と柱フレーム51とは、溶接、ボルト締結等の公知の接続方法によって接続されている。なお、上部フレーム50は、平面視において4つの角部が湾曲した構造でもよい。また、フレーム5を床面103aから支持したが、柱フレーム51を用いずに上部フレーム50を天井101や壁102から支持してもよい。
【0057】
(カーテンの構成)
カーテン6は、例えば、横引き式のカーテンであり、上部フレーム50の下面に取り付けられたカーテンレール60と、カーテンレール60に吊り下げ具によって開閉可能に吊り下げられたカーテン生地61とを備える。吊り下げ具は、カーテンレール60を移動するローラと、カーテン生地61を固定する固定部とを備える。
【0058】
カーテンレール60は、平面視において4つの角部が湾曲した四角形となるように構成されている。カーテン生地61は、例えば、1枚で全周を仕切ってもよく、複数枚で全周を仕切ってもよい。
【0059】
カーテン生地61の素材は、外部から就寝空間に輻射熱や気流が侵入するのを遮断又は抑制する機能を有するものが好ましい。カーテン生地61の素材は、例えば、ポリエステル、アクリル等の化学繊維や、シルク(絹)、綿、麻等の自然素材でもよく、レース素材でもよい。
【0060】
なお、就寝空間を形成する仕切部材として、上記の横引き式のカーテンの他に、ロール式カーテンでもよく、板部材でもよい。ロール式カーテンは、例えば、巻き取り軸にカーテンを巻き取り及び引出し可能に構成されたものである。また、日差しによる放射熱を遮断又は抑制する場合は、日差しが当たる側にのみカーテン生地61を設け、エアコン等の外部からの気流を遮断又は抑制する場合は、気流が就寝空間に侵入する側にのみカーテン生地61を設けてもよい。また、ベッド110が壁102に接近している側(
図9に示す場合は、長手方向Xの他方の側Xb、及び短手方向Yの他方の側Yb)のカーテン生地61は省いてもよい。
【0061】
(取付部の構成)
図10は、熱交換マット2及び幕部材3の取付部の一例を示す要部斜視図である。同図は、熱交換マット2及び幕部材3の長手方向Xの他方の側Xbの端部を壁102に取り付ける取付部4Cを示している。熱交換マット2及び幕部材3の長手方向Xの一方の側Xaの端部を壁102に取り付ける取付部4Cも同図と同様の構成になっている。取付部4Cは、第1の熱交換マット2A、第2の熱交換マット2B及び幕部材3を壁102に取り付けるためのものである。
【0062】
取付部4Cは、第1の熱交換マット2A、第2の熱交換マット2B及び幕部材3の長手方向Xの両端部側に配置され、短手方向Yに沿う3本のパイプ430と、各パイプ430の両端部をそれぞれ壁102に固定する市販のパイプ固定具431と、熱交換マット2の折り返し側メインパイプ21をパイプ430に固定するタイラップ、紐等の複数の結束バンド432とを備える。パイプ固定具431は、壁102にビス等により固定するための開口を有するベース部と、パイプ430を把持する把持部とを備えている。結束バンド432は、パイプ430の両端部側をそれぞれ固定しているが、両端部間の複数の箇所を固定してもよい。
【0063】
(第2の実施の形態の効果)
第2の実施の形態に係る輻射空調システム10によれば、以下の効果を奏する。
(a)第1の実施の形態と同様に、軽量で取扱が容易となり、送水温度を緩和することができ、人Pが快適に感ずることができる環境を提供することが可能となる。
(b)2つの輻射空調装置1により居室100全体の輻射空調を行うことができるとともに、カーテン6によりベッド110上の就寝空間に対する側方(カーテン6の上端と幕部材3との隙間を除く。)の輻射熱や気流を遮断又は抑制した空間とすることができる。例えば、ベッド110の周囲をカーテン6で囲むことにより、熱交換マット2及び幕部材3以外の側方からの輻射熱(例えば、日差しによる放射熱)や気流(例えば、空気調和機8や他のエアコンの気流)を遮断又は抑制することができ、理想の就寝空間を確保することができる。
【0064】
(実施の形態の効果のまとめ)
第1の実施の形態、及び第2の実施の形態と従来例との効果上の比較について、表1を参照して説明する。表1は、輻射部材として金属パネルを用いた従来例と、第1の実施の形態と、第2の実施の形態と、第1の実施の形態において、幕部材3を用いない参考例1と、第1の実施の形態において、熱交換マット2を1つとし、幕部材3を用いない参考例2との効果上の比較を示す。
【0065】
比較する効果項目は、「全能力」、「輻射成分」、「人に対する輻射効果」、「送水温度」、「結露防止」とした。「全能力」とは、全冷房能力又は全暖房能力をいう。「輻射成分」とは、全能力に対する輻射成分の割合をいう。「人に対する輻射効果」とは、人Pに作用する輻射成分をいう。「送水温度」とは、室内温湿度、流量を同条件とし、全冷房能力が同一となるように送水温度を調整した場合の温度をいう。「結露防止」とは、結露の発生し難さのことをいう。効果の程度を効果の高い順にA、B、C、D、Eで示す。また、表1中、○印は、構成要素を用いていることを意味し、×印は構成要素を用いていないことを意味する。「空気調和機」及び「結露防止」の括弧書きは、空気調和機8がOFFの場合を示す。
【0066】
【0067】
(a)第1の実施の形態及び第2の実施の形態によれば、熱交換マット2を2つ使用しているので、全能力を参考例2(熱交換マット2を1つ使用)のDランクよりも高いBランクとすることができる。この結果、送水温度をAランク又はBランクまで緩和(冷房時は高く、暖房時は低く)させることができる。例えば、冷房運転モード時の送水温度を、従来例では16℃とした場合、第1の実施の形態及び第2の実施の形態によれば、18~20℃にすることが可能となる。
(b)第1の実施の形態によれば、輻射部材として幕部材3を用いることにより、幕部材3が熱交換マット2からの冷却(輻射と対流)効果により、幕部材3全体が冷やされるため、輻射成分を参考例1(幕部材3なし)のDランクよりも高いBランクとすることができる。
(c)第2の実施の形態によれば、カーテン6を用いることにより、周囲からの熱線が遮断され、熱交換マット2及び幕部材3からの冷却効果によりカーテン6が冷やされることで、ベッド110上の就寝空間の平均放射温度(MRT)が下がりやすくなり、人Pに対する輻射効果が高くなる。
(d)第1の実施の形態及び第2の実施の形態によれば、送水温度を緩和させることができることから、結露防止をBランクまで高めることができ、空気調和機8がONの場合は結露防止をAランクまで高めることができる。結露は、熱交換マット2の表面温度が室内露点温度より低い場合に発生する。このため、熱交換マット2の表面温度(送水温度)の高い方が、室内露点温度より低くなる頻度が減少するため、結露発生の可能性が減少する。
【0068】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施の形態は上記実施の形態に限定されるものではなく、以下に説明するように種々の変形、実施が可能である。
【0069】
[変形例1]
図11(a)は、変形例1に係る輻射空調システムを構成する輻射空調装置の設置状態の一例を示す要部正面図、
図11(b)は、
図11(a)のD部拡大図である。
図12は、
図11(a)に示す輻射空調装置の平面図である。第2の実施の形態では、熱交換マット2及び幕部材3を壁102に取り付け、カーテン6をフレーム5に取り付けたが、この変形例1は、熱交換マット2、幕部材3及びカーテン6をユニット化したものである。
【0070】
変形例1は、熱交換マット2、幕部材3及びカーテン6をユニット化したユニット14を有している。ユニット14は、熱交換マット2及び幕部材3を囲むように設けられた断面T字状の金属製のフレーム140と、フレーム140を天井面101aに取り付けるための2つの取付部材141と、フレーム140に熱交換マット2及び幕部材3を取り付けるための第2の実施の形態と同様の取付部4Cとを備えている。カーテン6は、フレーム140の下側に取り付けられている。フレーム140は、枠部材の一例である。
【0071】
フレーム140は、
図12に示すように、平面視において4つの角部が湾曲した四角形となるように構成された外板140aと、外板140aの内側に溶接等により接合された内板140bとを備えている。フレーム140及び取付部材141は、例えば、互いにボルト、ナット等の締結部品によって固定されている。取付部材141は、ユニット14を天井面101aにビス等により固定するための開口を有している。
【0072】
取付部4Cは、第2の実施の形態と同様に、3本のパイプ430と、各パイプ430の両端部をそれぞれフレーム140の外板140aの内面に固定する市販のパイプ固定具431と、熱交換マット2の折り返し側メインパイプ21をパイプ430に固定するタイラップ、紐等の複数の結束バンド432とを備える。
【0073】
カーテン6は、例えば、横引き式のカーテンであり、フレーム140の内板140bの下面に取り付けられたカーテンレール60と、カーテンレール60に吊り下げ具62によって開閉可能に吊り下げられたカーテン生地61とを備える。吊り下げ具62は、カーテンレール60を移動するローラと、カーテン生地61を固定する固定部とを備える。
【0074】
この変形例1によれば、熱交換マット2、幕部材3及びカーテン6をユニット化したことにより、熱交換マット2、幕部材3及びカーテンレール60をフレーム140に取り付けてユニット化したユニット14を取付部材141により天井面101aに容易に取り付けることができる。
【0075】
[変形例2]
図13は、変形例2に係る輻射空調システムを構成する輻射空調装置の設置状態の一例を示す正面図である。なお、同図では、
図1(a)に示すベッド110及び人Pの図示を省略している。本実施の形態は、幕部材3を下層の第2の熱交換マット2Bに接触するように幕部材3を第2の取付部4Bにより壁102に取り付けたものである。この変形例2によれば、熱交換マット2から幕部材3に、輻射及び対流だけでなく伝導によっても熱を移動させることができ、第1の実施の形態と比較して、全能力(全冷房能力又は全暖房能力)は低くなるが、全能力に対する輻射成分の割合を高めることができる。
【0076】
[変形例3]
図14は、変形例3を示す要部平面図である。なお、
図14では、保持部材24の図示を省略している。第1の実施の形態では、熱交換マット2を第1の取付部4Aによって熱交換マット2に張力を付与して壁102に固定したが、変形例3は、熱交換マット2に張力を付与しないように熱交換マット2を下面側からネット7によって支持したものである。ネット7は、受け部材の一例である。なお、第1の熱交換マット2Aと第2の熱交換マット2Bを重ねてネット7上に配置してもよいが、2つのネット7を用い、第1の熱交換マット2Aを一方のネット7上に配置し、第2の熱交換マット2Bを他方のネット7上に配置してもよい。
【0077】
ネット7は、熱交換マット2よりも大きい開口率(例えば、80%以上)を有し、金属又は樹脂から形成され、長手方向Xの両端部を第1の取付部4Aによって壁102に取り付けられる。ネット7を取り付ける第1の取付部4Aは、壁102にビス等によって取り付けられる壁取付部材43と、ネット7を取り付ける取付部材44とを備える。取付部材44によりネット7を壁取付部材43に取付けることより、ネット7は懸垂線に沿う形態になり、ネット7上に配置される熱交換マット2も懸垂線に沿う形態になる。
【0078】
この変形例3によれば、熱交換マット2が張力を付与されないため、過大な張力によって熱交換マット2が破損するのを抑制することができる。
【0079】
[変形例4]
図15は、変形例4に係る幕部材3の
図1(a)に示すB-B線断面図である。幕部材3は、
図15に示すように、周期的に連続して湾曲した波形としてもよい。波形の山と山のピッチは、例えば、10~100mm、山と谷の長さは、例えば、10~100mmである。
【0080】
図16は、変形例4に係る幕部材3を取り付ける第2の取付部4Bの一例を示す斜視図である。波形に形成された幕部材3の長手方向Xの他方の側Xbの端部を、
図16に示すように、第2の取付部4Bにより壁102に取り付けてもよい。すなわち、波形に形成したパイプ420を用いて幕部材3に長手方向Xに沿って張力を付与することにより、幕部材3がパイプ420の波形に倣って波形になる。幕部材3の長手方向Xの一方の側Xaの端部を壁102に取り付ける第2の取付部4Bも
図16と同様の構成になっている。なお、幕部材3を周期的に連続して屈曲した山形としてもよい。例えば、幕部材3として窓のカーテンの様に蛇腹(ジャバラ)状に縫製加工したものを用いてもよい。
【0081】
この変形例4によれば、幕部材3の表面積が増えるため、全能力(全冷房能力又は全暖房能力)をより高めることができる。
【0082】
[変形例5]
変形例5は、幕部材3を2重にしたものである。この変形例5によれば、幕部材3による熱交換機能を第1の実施の形態及び第2の実施の形態よりも高めることができる。なお、重ねる幕部材3の数は、2つに限られず、3つ以上でもよい。
【符号の説明】
【0083】
1…輻射空調装置、2A…第1の熱交換マット、2B…第2の熱交換マット、
3…幕部材、3a…輻射面、3b…端部、4A…第1の取付部、4B…第2の取付部、
4C…取付部、5…フレーム、6…カーテン、7…ネット、8…空気調和機、
9…制御装置、10…輻射空調システム、11…熱源機、12…供給ライン、
13…戻りライン、14…ユニット、20…供給側メインパイプ、20a…供給口、
21…折り返し側メインパイプ、22…戻り側メインパイプ、22a…排出口、
23…熱交換パイプ、24…保持部材、40…壁取付部材、40a…ビス、
40b…開口、41…マット取付部材、42…幕取付部材、43…壁取付部材、
44…取付部材、50…上部フレーム、51…柱フレーム、60…カーテンレール、
61…カーテン生地、62…吊り下げ具、90…制御部、91…露点温度センサ、
92…操作部、100…居室、101…天井、101a…天井面、102…壁、
103…床、103a…床面、110…ベッド、140…フレーム、
140a…外板、140b…内板、141…取付部材、410、420…パイプ、
411…結束バンド、412、422…ワイヤ、413、423…固定部、
414、424…調整部、430…パイプ、431…パイプ固定具、
432…結束バンド、
a、b…輻射熱、c…対流、d…気流、X…長手方向、Xa…長手方向の一方の側、
Xb…長手方向の他方の側、Y…短手方向、Ya…短手方向の一方の側、
Yb…短手方向の他方の側、P…人、
【要約】 (修正有)
【課題】運搬時や設置時等における作業負担を軽減することが可能な輻射空調装置及び輻射空調システムを提供する。
【解決手段】輻射空調装置1は、居室100の天井面101aとの間に空間を設けて配置され、熱媒体が天井面101aに略平行に流れる複数の熱交換パイプ23を有する第1の熱交換マット2Aと、熱媒体が天井面101aに略平行に流れる複数の熱交換パイプ23を有し、第1の熱交換マット2Aの天井面101aと反対側に配置された第2の熱交換マット2Bと、第2の熱交換マット2Bの天井面101aと反対側に輻射面3aとして露出するように配置された布製の幕部材3とを備える。
【選択図】
図1