JP2008101855A - 天井輻射システム - Google Patents

Abstract

【課題】生産性が高く施工コストも削減することができる天井輻射システムを提供する。
【解決手段】多孔管１１０に冷水を流動させることで、その熱輻射により冷房を実現する。このため、放熱管に放熱板を接合するような必要がない。多孔管１１０として既製品を利用することもできるので、生産性が良好である。多孔管１１０は構造的に単純な円管より機械強度が高いので、無用に肉厚に形成する必要がない。また、多孔管１１０を天井面に接続する箇所を無為に多数とする必要もない。従って、施工コストも削減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、天井に設置されて室内を少なくとも冷房する天井輻射システムに関し、特に、輻射により室内を冷房する天井輻射システムに関する。

現在、主流の冷房システムは、室内または室外から吸引した空気を冷却して室内に供給するが、これは室内の気温が輻射熱量と対応しないため、人体に不自然に感じられる。そこで、室内に配置した放熱管に冷水を流動させることで、熱輻射により室内を冷房する冷房システムが開発された。

このような冷房システムとしては、放熱管を壁状に配列させ、結露水を受けるドレンを下方に配置した壁状輻射システムや(例えば、非特許文献１参照)、天井面の近傍に放熱管を水平に配置した天井輻射システムがある(例えば、非特許文献２，３参照)。

しかし、壁状輻射システムは、室内に配置する必要があるので、室内のスペースを消費することになる。また、当然ながら壁状輻射システムとの距離により冷房の効き目が変化するので、室内を均一に冷房することが困難である。

一方、天井輻射システムでは、室内のスペースを消費することはなく、室内を略均一に冷房することが可能である。しかし、天井輻射システムでは、充分に冷却した冷水を放熱管に流動させると、結露が発生して水滴が室内に落下することになる。

このため、ある天井輻射システムでは、冷水の温度を結露が発生しない範囲に制御しているが、これでは室内を充分に冷房することができない。また、ある天井輻射システムでは、複数の放熱管の下方に１枚の受皿を配置し、この受皿で結露した水滴を受けているが、これでは複数の放熱管による冷房効果が受皿で阻害されることになる。

そこで、本発明者は上述のような課題を解決した天井輻射システムを発明して出願した。その天井輻射システムは、複数の放熱管、複数の放熱板、複数のドレン、等を有する。

複数の放熱管は、細長い形状に形成されており、天井面の下方に前後方向と長手方向が略平行で左右方向に所定間隔で並列に配列されている。複数の放熱板は、複数の放熱管の各々の外面上の略左右方向の位置から下方に個々に形成されている。複数のドレンは、放熱管より幅広で上面が開口した細長い樋状に形成されていて放熱管の下方に個々に略平行に配置されている。

この天井輻射システムでは、冷水が複数の放熱管に流動されると、その放熱管と放熱板との熱輻射により室内が冷房される。複数の放熱管の各々の両側に放熱板が装着されているので、放熱管の熱輻射の性能を放熱板により向上させることができる。

充分に冷却した冷水を流動させると放熱管と放熱板との表面に水滴が結露する。しかし、放熱管と放熱板との各々の下方にドレンが位置しているので、放熱管と放熱板とに結露した水滴をドレンにより確実に回収することができる。

このため、放熱管に充分に冷却した冷水を流動させて室内を充分に冷房することができる。しかも、放熱管と放熱板とにより冷却された空気をドレンの間隙から室内に循環させることができるので、室内を良好な効率で冷房することができる(例えば、特許文献１参照)。
"除湿型輻射冷暖房システム"、ピーエス株式会社、［２００６年０８月１０日検索］インターネット<ＵＲＬ：http://www.ps-group.co.jp/products/hr_c.html> "輻射冷暖房（放射冷暖房・天井冷暖房）−TOYOX"、株式会社トヨックス、［２００６年０８月１０日検索］インターネット<ＵＲＬ：http://www.toyox.co.jp/fukusha/fukusha06.html> "住宅における天井輻射冷暖房に関する研究"、北陸電力、［２００６年０８月１０日検索］インターネット<ＵＲＬ：http://www.rikuden.co.jp/kenkyu/news07_01.html> 特開２００６−１１２７４２号公報

上述した特許文献１の天井輻射システムでは、輻射性能を向上させるために放熱管の両側に放熱板を形成している。しかし、それでも輻射性能は充分ではなく、さらなる向上が要求されている。

また、上述した天井輻射システムでは、放熱管の両側に放熱板を溶接などで接合する必要がある。このため、生産性が良好ではない。特に、天井輻射システムは、施工する天井に対応させて寸法を調節するセミオーダ製品となる。

その場合、放熱板を接合した構造の放熱管を量産しておき、施工する天井に対応させて切断することが想定できる。または、天井に対応した寸法の放熱管と放熱板を用意し、その放熱管に放熱板を接合することになる。しかし、何れの場合も天井輻射システムの生産性は良好ではない。

また、天井が大面積の場合、天井輻射システムの放熱板は長大となる。その場合、放熱管が自重のために湾曲する恐れがある。これを防止するためには、放熱管を肉厚に形成して機械強度を確保したり、放熱管を天井面に接続する箇所を多数とすることになる。

しかし、放熱管を肉厚に形成すると、前述のように天井に対応して放熱管を切断する作業などが困難となり、天井輻射システムの施工コストが増大することになる。また、放熱管を天井面に接続する箇所を多数とすることも、施工コストを増大させることになる。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、輻射の効率が高く生産性が良好な天井輻射システムを提供することを目的とする。

本発明の天井輻射システムは、室内の天井面下に配置されて熱輻射により少なくとも冷房を実行する天井輻射システムであって、複数の貫通孔が長手方向に貫通されている複数の多孔管と、冷水を生成する冷水生成機構と、生成される冷水を複数の多孔管に流動させる冷水流動機構と、多孔管より幅広で上面が開口した細長い樋状に形成されている複数のドレンと、天井面の下方に複数の多孔管を長手方向が前後方向となる状態で左右方向に並列に支持するとともに多孔管の各々の下方にドレンを略平行に支持する部材支持機構と、を有する。

従って、本発明の天井輻射システムでは、多孔管が放熱管と放熱板とを兼用しているので、放熱管に放熱板を接合する必要がない。多孔管は構造的に単純な円管より機械強度が高いので、長大に形成しても自重で湾曲することがない。

なお、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。

また、本発明では前後左右の方向を規定しているが、これは本発明の構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定したものであり、本発明を実施する場合の製造時や使用時の方向を限定するものではない。

本発明の天井輻射システムでは、多孔管が放熱管と放熱板とを兼用しているので、放熱管に放熱板を接合する必要がない。しかも、多孔管として既製品を利用することもできるので、生産性が良好な構造を提供することができる。さらに、多孔管は構造的に単純な円管より機械強度が高いので、長大に形成しても自重で湾曲することがない。このため、多孔管を無用に肉厚に形成する必要がなく、多孔管を天井面に接続する箇所を無為に多数とする必要もないので、施工コストを削減できる構造を提供することができる。

本発明の実施の一形態を図１ないし図５を参照して以下に説明する。本実施の形態の天井輻射システム１０００は、室内の天井面下に配置されて熱輻射により少なくとも冷房を実行する。

このため、本実施の形態の天井輻射システム１０００は、複数の貫通孔が長手方向に貫通されている複数の多孔管１１０と、冷水を生成する冷水生成機構２００と、生成される冷水を複数の多孔管１１０に流動させる冷水流動機構であるポンプ装置３００と、多孔管１１０より幅広で上面が開口した細長い樋状に形成されている複数のドレン１５０と、天井面の下方に複数の多孔管１１０を長手方向が前後方向となる状態で左右方向に並列に支持するとともに多孔管１１０の各々の下方にドレン１５０を略平行に支持する部材支持機構と、を有する。

より詳細には、多孔管１１０は、図２に示すように、前後方向と直交する断面形状が上下方向に細長く、複数の貫通孔１１１が上下方向に平行に配列された状態に形成されている。この多孔管１１０は、例えば、アルミニウム合金の引抜材からなり、自動車のラジエタに使用する部材として量産されている。

また、ドレン１５０も、例えば、アルミニウム合金の引抜材により異形断面の管状に形成されている。その長手方向と直交する断面形状において、底部は矩形のボックス状に形成されているが、多孔管１１０に下方から対向する上部はＶ状の凹部１５１として形成されている。その凹部１５１の底面には複数の水抜孔１５２が所定間隔に形成されている。

本実施の形態の天井輻射システム１０００では、実際に天井面下に配置される天井ユニット１００が、図１に示すように、複数の輻射ユニット１７０と、一対のユニット支持部材１８１，１８２と、で形成されている。

輻射ユニット１７０は、多孔管１１０、ドレン１５０、一対の端部部材１７１、複数の天井装着部材１７３、等からなる。端部部材１７１および天井装着部材１７３は、縦長のボックス状に形成されている。

輻射ユニット１７０では、上下に配列された多孔管１１０とドレン１５０との両端が、一対の端部部材１７１で個々に支持されている。また、細長い多孔管１１０とドレン１５０との複数箇所が、複数の天井装着部材１７３で個々に支持されている。

多孔管１１０は、端部部材１７１を貫通している。このため、端部部材１７１の外面には、多孔管１１０の断面が露出している。また、端部部材１７１の下方には排水管１７２が埋設されており、この排水管１７２が中空のドレン１５０の内部に配管されている。

天井装着部材１７３は、天井面に接続される天井接続部１７４が上端に形成されている。その下端にはドレン１５０が連結されており、中間に多孔管１１０が貫通されている。

ユニット支持部材１８１，１８２は、横長のボックス状に形成されており、輻射ユニット１７０の端部部材１７１が個々に装着される複数の凹部１８３が各々形成されている。

一方のユニット支持部材１８１には、送水管１２０が内蔵されており、他方のユニット支持部材１８２には、回収管１３０が内蔵されている。送水管１２０は、ユニット支持部材１８１の複数の凹部の開口に並列に連結されており、回収管１３０は、ユニット支持部材１８２の複数の凹部１８３の開口１８４に並列に連結されている。

また、ユニット支持部材１８２には、排水機構(図示せず)の排水管１９１が内蔵されている。この排水管１９１は、ユニット支持部材１８２の複数の凹部１８３の開口１８５に並列に連結されている。

ユニット支持部材１８１，１８２の凹部１８３の開口１８４，１８５は、輻射ユニット１７０の多孔管１１０および排水管１７２に対応した形状および配置に形成されている。

このため、ユニット支持部材１８１，１８２の凹部１８３に輻射ユニット１７０が装着されると、その多孔管１１０に送水管１２０と回収管１３０とが配管されるとともに、ドレン１５０に排水管１９１が配管される。

また、天井ユニット１００は、図３に示すように、その天井装着部材１７３およびユニット支持部材１８１，１８２により天井面下に配置される。このため、天井装着部材１７３およびユニット支持部材１８１，１８２により、多孔管１１０およびドレン１５０を天井面下に配置する部材支持機構が形成されている。

図４に示すように、送水管１２０と回収管１３０とは連通管１２１，１３１により室外の地下タンク３１０に連結されており、その地下タンク３１０と送水管１２０とを連結する連通管１２１にポンプ装置３００が連結されている。地下タンク３１０は、断熱性が良好な室外の地下に埋設されており、水を貯留している。

冷水生成機構２００は、熱交換機２１０とヒートポンプ２２０からなり、ヒートポンプ２２０には、冷媒(図示せず)を冷却して循環させる冷却管２２１が連通されている。
この冷却管２２１は連通管１２１とともに熱交換機２１０に連通されている。

この熱交換機２１０では、連通管１２１を流動する水が冷却管２２１を流動する冷媒により冷却される。さらに、冷却管２２１は室内の除湿器２３０にも配管されており、この除湿器２３０では、冷却管２２１を流動する冷媒により周囲の空気が除湿される。

また、前述のように複数のドレン１５０に配管されている排水管１９１も、室内から室外まで配管されており、室外で排水ポンプ(図示せず)に連結されている。この排水ポンプは、冷水生成機構２００およびポンプ装置３００と連動して駆動される。

上述のような構成において、本実施の形態の天井輻射システム１０００では、図４に示すように、地下タンク３１０に貯留されている水がポンプ装置３００により連通管１２１から天井ユニット１００に供給される。

その天井ユニット１００から連通管１３１により地下タンク３１０まで水が回収される。そのとき、冷水生成機構２００により連通管１２１の流水が冷却される。このため、天井ユニット１００には冷水が供給されることになる。

この天井ユニット１００では、送水管１２０から複数の多孔管１１０に並列に冷水が供給され、複数の多孔管１１０から回収管１３０に並列に冷水が回収される。このため、図５に示すように、その多孔管１１０の熱輻射により室内が冷房される。

なお、複数の多孔管１１０が送水管１２０と回収管１３０とに並列に連結されているので、複数の多孔管１１０に略均一に冷水を流動させることができ、室内を均等に冷房することができる。

また、上述のように冷水が流動される多孔管１１０の表面には水滴が結露し、その水滴はドレン１５０に落下する。このドレン１５０に落下した水滴は、排水ポンプより吸引されて排水される。

さらに、本実施の形態の天井輻射システム１０００では、冷水生成機構２００のヒートポンプ２２０の冷却管２２１は室内の除湿器２３０にも配管されているので、この除湿器２３０により室内の空気が除湿される。

本実施の形態の天井輻射システム１０００では、上述のように多孔管１１０に冷水を流動させることで、その熱輻射により冷房を実現する。このため、放熱管に放熱板を接合するような必要がない。

しかも、多孔管１１０として既製品を利用することもできる。従って、本実施の形態の天井輻射システム１０００として、生産性が良好な構造を提供することができる。

また、多孔管１１０は構造的に単純な円管より機械強度が高い。特に、多孔管１１０を断面形状が縦長となる状態で使用している。このため、横長の多孔管１１０の上下方向の曲げ強度を充分に確保することができる。

従って、多孔管１１０を無用に肉厚に形成する必要がない。このため、天井のサイズに対応させて多孔管１１０を切断するようなことも容易である。また、多孔管１１０を天井面に接続する箇所を無為に多数とする必要もない。従って、本実施の形態の天井輻射システム１０００は、施工コストも削減することができる。

特に、多孔管１１０とドレン１５０と天井装着部材１７３とで輻射ユニット１７０が形成されており、輻射ユニット１７０をユニット支持部材１８１，１８２に装着することで天井ユニット１００が形成される。

このため、各部がユニット化されているので、さらに生産性が良好であり、施工コストも削減することができる。しかも、輻射ユニット１７０をユニット支持部材１８１，１８２に装着することで、多孔管１１０とドレン１５０とが配管されるので、その作業コストも削減することができる。

また、上述のように断面形状が縦長となるように配置した多孔管１１０は、図５に示すように、両側面も縦長となる。しかも、その縦長の側面の全体の内側を冷水が流動する。

このため、円環に放熱板を装着した構造より、良好な効率で熱輻射を実行することができる。特に、アルミニウム合金からなる多孔管１１０は、熱伝導率も高い。従って、本実施の形態の天井輻射システム１０００は、エネルギ効率も良好で省電力化を実現することができる。

また、多孔管１１０に結露した水滴はドレン１５０により室外まで回収されるので、結露した水滴が室内に落下するようなことはない。特に、ドレン１５０は中空の管状に形成されており、排水ポンプが配管されている。

このため、ドレン１５０を傾斜させなくとも、水滴を良好に排水することができる。従って、ドレン１５０を水平に配置することができる。このため、本実施の形態の天井輻射システム１０００では、目視される天井ユニット１００の外観も良好とすることができる。

さらに、本実施の形態の天井輻射システム１０００は、室内に配置される除湿器２３０も有するので、結露による加湿が問題となることもない。特に、天井ユニット１００に供給される冷水を生成する冷水生成機構２００は、そのヒートポンプ２２０の冷却管２２１が室内の除湿器２３０にも配管されている。このため、１個のヒートポンプ２２０により、冷水の生成と室内の除湿との両方を実行することができる。

さらに、本実施の形態の天井輻射システム１０００では、複数の多孔管１１０が室内の天井面の近傍に配置されているとともに、除湿器２３０が室内の床面の近傍に配置されている。

このため、多孔管１１０の結露による湿度が天井面の近傍から床面の近傍まで降下して除湿器２３０により除湿されることになり、冷房と除湿とを良好な効率で同時に実行することができる。

なお、本発明者が実際に上述のような天井輻射システム１０００を試作して冷房機能を実験した。すると、外気が非常に高温な状態でも室内を適切な温度に冷房することができ、外気温度が上下しても室内温度を略一定に維持できることが確認できた。

なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態ではドレン１５０が断面形状において下部が矩形で上部がＶ状の異形管からなることを例示した。

しかし、図６(ａ)に例示するドレン１６１のように、上部および下部がＶ状に形成されていてもよい。また、図６(ｂ)(ｃ)に例示するドレン１６２，１６３のように、上部や下部がＵ状に形成されていてもよい。

さらに、図６(ｄ)に例示するドレン１６４のように、下部が矩形で上部が逆Ｍ状に形成されていてもよい。また、図６(ｅ)に例示するドレン１６５のように、断面形状が矩形のカバー１６６が装着されていてもよい。

また、上記形態では多孔管１１０を断面形状の長手方向が垂直となる状態に配置することを例示した。しかし、図７に示すように、多孔管１１０を断面形状の長手方向が縦長であるが傾斜した状態としてもよい。

さらに、上記形態では多孔管１１０とドレン１５０とが一対一の関係に配列されていることを例示した。しかし、図８に示すように、多孔管１１０とドレン１５０とが多対一の関係に配列されていてもよい。例えば、図９に示すように、複数の多孔管１１０の上方にドレン１５０を一対ずつ配置し、その一対のドレン１５０をＶ状に傾斜した状態としてもよい。

さらに、上記形態では天井輻射システム１０００が多孔管１１０に冷水を流動させて冷房のみ実行することを例示したが、その多孔管１１０に温水を流動させて暖房を実行することも可能である。

また、上記形態では複数の多孔管１１０が送水管１２０と回収管１３０とに並列に連結されていることで、複数の多孔管１１０に略均一に冷水を流動させて室内を均等に冷房できることを例示したが、例えば、複数の多孔管１１０を連続的に連結して冷水を順番に流動させることも可能である(図示せず)。

さらに、上記形態ではドレン１５０がアルミニウム材のみからなることを例示したが、このようなドレン１５０の下面に珪藻土を塗布しておくことも可能である。この場合、環境ホルモンなどを珪藻土により吸着することが可能であり、デッドスペースとなるドレン１５０の下面を有効利用することができる。さらに、熱伝導率が良好なドレン１５０の下面を珪藻土により断熱することができるので、ドレン１５０の下面に水滴が結露することも防止できる。

また、上記形態では複数の多孔管１１０に常時均一に冷水を流動させることを例示した。しかし、入力操作により冷水を流動させる多孔管１１０の割合を制御し、これに対応して冷水生成機構２００とポンプ装置３００との出力を制御してもよい。この場合、簡単な構造で確実かつ迅速に冷房強度を適切に調節することができる。

本発明の実施の形態の天井輻射システムの天井ユニットの組立構造を示す斜視図である。 輻射ユニットの組立構造を示す斜視図である。 天井ユニットの内部構造を示す模式的な縦断側面図である。 天井輻射システムの機能を示す模式図である。 天井ユニットによる熱輻射の状態を示す模式図である。 各種の変形例のドレンを示す縦断正面図である。 他の変形例の天井ユニットを示す模式的な縦断正面図である。 さらに他の変形例の天井ユニットを示す模式的な縦断正面図である。 さらに他の変形例の天井ユニットを示す模式的な縦断正面図である。

符号の説明

１００ 天井ユニット
１１０ 多孔管
１１１ 貫通孔
１２０ 送水管
１２１ 連通管
１３０ 回収管
１３１ 連通管
１５０ ドレン
１５１ 凹部
１５２ 水抜孔
１６１〜１６５ ドレン
１６６ カバー
１７０ 輻射ユニット
１７１ 端部部材
１７２ 排水管
１７３ 天井装着部材
１７４ 天井接続部
１８１，１８２ ユニット支持部材
１８３ 凹部
１８４，１８５ 開口
１９１ 排水管
２００ 冷水生成機構
２１０ 熱交換機
２２０ ヒートポンプ
２２１ 冷却管
２３０ 除湿器
３００ ポンプ装置
３１０ 地下タンク
１０００ 天井輻射システム

Claims (7)

1. 室内の天井面下に配置されて熱輻射により少なくとも冷房を実行する天井輻射システムであって、
   複数の貫通孔が長手方向に貫通されている複数の多孔管と、
   冷水を生成する冷水生成機構と、
   生成される前記冷水を複数の前記多孔管に流動させる冷水流動機構と、
   前記多孔管より幅広で上面が開口した細長い樋状に形成されている複数のドレンと、
   前記天井面の下方に複数の前記多孔管を長手方向が前後方向となる状態で左右方向に並列に支持するとともに前記多孔管の各々の下方に前記ドレンを略平行に支持する部材支持機構と、
   を有する天井輻射システム。
2. 前記多孔管は、前後方向と直交する断面形状が上下方向に細長く、複数の前記貫通孔が上下方向に平行に配列された状態に形成されている請求項１に記載の天井輻射システム。
3. 前記多孔管が金属の引抜材からなる請求項１または２に記載の天井輻射システム。
4. 前記ドレンは、前記多孔管に下方から対向する凹部が上面に形成された異形の管状に形成されており、前記凹部の底面に水抜孔が形成されており、
   複数の前記ドレンに排水管が配管されており、
   前記排水管に排水ポンプが配管されている請求項１ないし３の何れか一項に記載の天井輻射システム。
5. 前記天井面の下方に長手方向が左右方向と略平行に配置されている細長い送水管と、前記天井面の下方に前記送水管と略平行に配置されている細長い回収管と、も有しており、
   複数の前記多孔管は、一端が前記送水管に各々連結されているとともに他端が前記回収管に各々連結されており、
   前記冷水流動機構は、前記送水管に前記冷水を供給するとともに前記回収管から前記冷水を回収する請求項１ないし４の何れか一項に記載の天井輻射システム。
6. 前記部材支持機構は、前記天井面に接続される天井接続部が上端に形成されているとともに下端に前記ドレンが連結されていて中間に前記多孔管が貫通されている複数の天井装着部材を有する請求項１ないし５の何れか一項に記載の天井輻射システム。
7. 請求項６に記載の天井輻射システムに利用される輻射ユニットであって、
   複数の貫通孔が長手方向に貫通されている多孔管と、
   前記多孔管より幅広で上面が開口した細長い樋状に形成されているドレンと、
   天井面に接続される天井接続部が上端に形成されているとともに下端に前記ドレンが連結されていて中間に前記多孔管が貫通されている複数の天井装着部材と、
   を有する輻射ユニット。

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