JPH0552369A - 蓄熱式空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷房及び暖房を蓄熱後の輻射熱によって快適
にしかも経済的に行えるようにし、蓄熱に必要な加熱・
冷却も簡単な設備で実現できるようにすること。 【構成】 天井及び床下に配置する容器の中にそれぞれ
相変化型の冷房用蓄熱材及び暖房用蓄熱材を封入し、冷
房用蓄熱材をその融点よりも低い温度まで冷却する冷却
系及び暖房用蓄熱材をその融点よりも高い温度まで加熱
する加熱系を設ける。冷房用蓄熱材は固相になるまで冷
却され、室温が上昇すると液相に変化しこのときの融解
潜熱によって室内の顕熱を除去して冷房する。また、暖
房用蓄熱材は加熱によって液相とした後、室温が降下す
るにつれて固相に変化し、このときの放熱によって暖房
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱材を利用すること
によって経済的な冷房及び暖房ができ、しかも輻射熱に
よる快適な温度空間が得られるようにした蓄熱式の空調
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般住宅やその他の建造物の冷房は、暖
房にも兼用できるヒートポンプ式のものが広く利用され
ている。これは、冷媒を圧縮機，室外熱交換器（凝縮
器），膨張弁，室内熱交換器（蒸発器），圧縮器の順に
循環させることによって冷房し、暖房時には圧縮機，室
内熱交換機，膨張弁，室外交換器の順に循環させること
によって暖房を可能としたものである。

【０００３】このヒートポンプ式を用いた冷房は、室内
熱交換器によって室内空気から熱を奪い、これを送風す
る出力方式であり、対流伝熱が利用されている。

【０００４】ところが、対流伝熱による冷房等の空気調
和では、室内空気の流動や、冷却又は加熱による空気の
比重差等によって、室内温度の均一化はかなり難しい。
また、冷却又は加熱した空気の流動や送風によって、室
内の埃の飛散が避けられないだけでなく、特に一般家庭
の場合では送風音の問題も無視できない。更に、たとえ
ば冷房の場合では、温度が高い昼間に使用することが多
いので、夜間電力が利用できないことになり、電力費用
も高くなる。

【０００５】一方、このような対流式の冷房や暖房に代
えて、輻射熱を利用して床暖房や天井冷房する設備とし
たものもある。この輻射熱利用の冷房は、天井にパネル
を設けてこれに外部のヒートポンプから冷水を循環さ
せ、パネル面を遠赤外線吸熱面として顕熱を除去するシ
ステムとしたものである。このような天井輻射冷房で
は、室内温度が一様化されるなど快適な環境が得られる
ことが広く知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】暖房のシステムにおい
ては、蓄熱体を設けておき、たとえば暖房運転開始時期
の暖房温度の立ち上げを向上させるために補助的にこの
蓄熱体から放熱させたり、安価な深夜電力を利用して得
た熱を蓄えておき、昼間の暖房時にこれを放熱させるも
の等が既に実用化されている。

【０００７】ところが、従来の輻射冷房では、天井に配
置したパネルに冷水等を循環させるものなので、蓄熱暖
房のように夜間電力を利用する等の対応はできない。し
たがって、対流式の冷房に比べると快適な冷房空間が実
現できるものではあっても、電力消費量の問題は残され
たままであり、天井パネル等の設備にも費用がかなりか
かることから、一般家庭等への普及の障害となりかねな
い。

【０００８】また、ヒートポンプを用いれば、冷房と暖
房とに兼用できるが、輻射熱を利用して冷房及び暖房を
行う場合には、蓄熱材の冷却や加熱等の設備が必要にな
る。このため、従来の対流式の冷房や暖房の場合のほう
が設備や費用の面で条件が良いことになり、輻射熱を利
用する冷房及び暖房の設備を簡単にしたいという要求も
大きい。

【０００９】本発明において解決すべき課題は、冷房及
び暖房を蓄熱後の輻射熱によって快適にしかも経済的に
行えるようにし、蓄熱に必要な加熱・冷却も簡単な設備
で実現できるようにすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、建屋の天井部
分に配置する中空の容器の表面を熱交換面とし、前記容
器の内部に冷房の必要な最低限の温度よりも低い融点を
持つ相変化型の蓄熱材を封入し、該蓄熱材をその融点以
下まで冷却する系を備えることによって先の課題を解決
した。

【００１１】また、建屋の天井部分及び床下部分にそれ
ぞれ中空の容器を配置すると共にその表面を熱交換面と
し、前記天井部分に配置する容器に相変化型の冷房用蓄
熱材を封入し、前記床下部分に配置する容器に同様に相
変化型の暖房用蓄熱材を封入し、更に前記冷房用蓄熱材
をその融点以下まで冷却する冷却系及び前記暖房用蓄熱
材をその融点以上まで加熱する加熱系を備える構成とし
てもよい。

【００１２】そして、この冷房と暖房とを行う場合で
は、冷房用蓄熱材の冷却及び暖房用蓄熱材の加熱を、そ
れぞれ共通のヒートポンプからの冷媒の循環を利用する
ことができる。

【００１３】

【作用】天井に冷房用の容器を備えたものでは、この容
器の中に封入した相変化型の蓄熱材をたとえば夜間電力
等を利用することによって、その融点以下まで冷却して
固相に変化させる。そして、昼間になって温度が上昇す
ると、蓄熱材はその融点以上となって液相に相変化し、
このときの相変化による融解潜熱によって室内の顕熱を
除去し、冷房が可能となる。

【００１４】また、相変化型の暖房用蓄熱材は、たとえ
ば夜間電力を利用してこれを融点以上に加熱しておけ
ば、液相に変化する。そして、室内温度の下降に伴い固
相に変化していくので、このときの放熱によって暖房す
ることができる。

【００１５】更に、冷房及び暖房を蓄熱材によって行う
のに必要な冷却及び加熱は、ヒートポンプの冷媒の循環
を利用すれば、簡単な設備で冷房及び暖房が可能とな
る。

【００１６】

【実施例】図１は家屋に輻射熱による天井冷房及び床暖
房を設備した例を示す概略図である。

【００１７】図において、家屋の建屋１の天井部分に
は、冷房用蓄熱体２を配置し、床下には暖房用蓄熱体３
を配置している。そして、これらの冷房用蓄熱体２及び
暖房用蓄熱体３には、屋外に設置したヒートポンプ４か
らの冷媒用の循環管５，６を接続している。

【００１８】冷房用蓄熱体２は、従来から天井輻射冷房
に利用されているパネル状のものであり、その内部を中
空とした構造を持つ。そして、冷房用蓄熱体２の内部に
は、蓄熱材として炭素数が１３〜１７で融点が摂氏０〜
１０度程度のパラフィンを潜熱蓄熱材として封入してい
る。この封入したパラフィンに対して、ヒートポンプ４
からの循環管５を循環する冷媒との熱交換ができるよう
に、循環管５を冷房用蓄熱体２の中でたとえば蛇行させ
たような構造とする。

【００１９】一方、暖房用蓄熱体３も従来の床輻射暖房
のものと同様に内部に潜熱蓄熱材を封入したもので、こ
の蓄熱材としてはたとえば塩化カルシウム６水和塩（融
点摂氏２９．７度）や硫酸ナトリウム１０水和塩（融点
摂氏３２．４度）等の過冷却安定型の潜熱蓄熱材を利用
する。そして、この潜熱蓄熱材とヒートポンプ４からの
循環管６を循環する冷媒との熱交換が可能な構造を持
つ。

【００２０】図２はヒートポンプ４からの冷媒の循環を
示す概略図である。

【００２１】ヒートポンプ４は、従来から使用されてい
るものと同様に、圧縮機４ａ，膨張弁４ｂ及び集熱・放
熱器４ｃを備えたものである。そして、冷房用蓄熱体２
と接続した循環管５との間に切替弁４ｄ，４ｅを設け、
暖房用蓄熱体３と接続した循環管６との間にも切替弁４
ｆ，４ｇを備えている。なお、これらの切替弁４ｄ〜４
ｇはいずれも三方切り替え式としたものである。

【００２２】冷房の場合は、図中の実線の矢印で示す冷
媒の循環が行われるように各切替弁４ｄ〜４ｇを調節す
る。この流れによって、圧縮機４ａで圧縮された冷媒は
膨張弁４ｂを通過した後に膨張し、低温の冷媒となって
冷房用蓄熱体２の中を循環し、パラフィンを冷却する。
このときの冷却温度を、たとえばパラフィンの融点以下
に設定すれば、冷媒によってパラフィンは固相に相変化
する。そして、冷媒の循環を停止させた後に冷房用蓄熱
体２を放置しておき、建屋１の室内温度が上昇してパラ
フィンの融点を越えるようになると、パラフィンは固相
から液相へと相変化する。したがって、この相変化に基
づく融解潜熱によって、建屋１の室内の顕熱を奪うよう
になり、冷房用蓄熱体２による冷房が可能となる。

【００２３】一方、暖房の場合では、冷媒は図２におい
て破線の矢印で示す循環となるように各切替弁４ｄ〜４
ｇを調整する。この冷媒の循環によって、圧縮された冷
媒が高温となって暖房用蓄熱体３の中を循環し、その中
の過冷却安定型の潜熱蓄熱材と熱交換してこれを融点以
上まで加熱して液相とする。そして、冷媒の循環を停止
させた後には、建屋１の室内温度が下降したとき液相の
過冷却安定型の冷媒の過冷却状態を解除すれば、液相か
ら固相へと相変化して潜熱を放出する。したがって、暖
房用蓄熱体３からの放熱によって輻射熱による暖房が行
われる。

【００２４】このように、共通のヒートポンプ４を使う
ことによって、冷房用蓄熱体２による天井輻射冷房と暖
房用蓄熱体３による床輻射暖房とが可能である。そし
て、冷房の場合でも暖房の場合でも、夜間の電力を利用
してヒートポンプ４を作動させ、潜熱蓄熱材を冷却又は
加熱しておくことができる。このため、冷房の場合では
昼間の温度上昇時に冷房用蓄熱体２からの融解潜熱によ
って輻射冷房が行われ、暖房の場合も昼間の温度降下時
に暖房用蓄熱体３からの潜熱放出によって暖房が行われ
る。したがって、従来では暖房のためだけの蓄熱が可能
であったのに対し、冷房用蓄熱体２を設けてその中の潜
熱蓄熱材を利用することで、夜間の電力を活用した冷房
が可能となる。

【００２５】ここで、冷房用蓄熱体２を建屋１の中に設
置するとき、夜間の蓄熱時及び昼間の冷房時を通じて冷
房用蓄熱体２の表面には結露を生じる。このため、この
ような結露水が部屋に落ちたり湿度が高くならないよう
に回収できる構造を冷房用蓄熱体２に持たせる。

【００２６】図３は冷房用蓄熱体２の一例を示す斜視図
である。

【００２７】冷房用蓄熱体２は、金属板を利用した中空
のパネル１０を主体とし、その内部に潜熱蓄熱材を封入
すると共にこれを冷却する循環管５（図の例では省略）
を組み込んだものである。パネル１０の下面には複数の
列の熱交換部１１を設け、この熱交換部１１以外では吸
熱しないような断熱構造を持たせる。熱交換部１１は、
図４の縦断面図に示すように、パネル１０の下面を上に
向けて凹ませたもので、開口部１１ａをほぼ真上に立ち
上げ、これに連ねて内部を大きくした三角形状の空洞を
持つように傾斜させた熱交換面１１ｂを形成している。
そして、この熱交換面１１ｂの下端部と開口部１１ａと
の間には、開口部１１ａの上端よりも低くなる結露水の
回収溝１１ｃを設ける。また、パネル１０の内部には、
熱交換部１１を除く部分に断熱材１２を設け、潜熱蓄熱
材の融解潜熱は熱交換面１１ｂ及び回収溝１１ｃの一部
のみから室内空気と熱交換させるようにする。

【００２８】パネル１０は、図３の一点鎖線で示す水平
レベルに対して、熱交換部１１の一端側が下向きになる
ように少し傾斜させて建屋１に据え付ける。そして、パ
ネル１０が下に傾斜した側の縁に沿って結露水を受ける
樋１３を設け、この樋１３にも下向きの傾斜を持たせる
ことによって結露水を建屋１の外に排出できるようにす
る。

【００２９】このような構成を持つパネル１０では、潜
熱蓄熱材の融解潜熱の放出時に室内空気から吸熱すると
き、図５の（ａ）に示すように熱交換面１１ｂに結露Ｄ
を生じる。この結露Ｄは図５の（ｂ）のように次第に成
長して大きな雫となり、それ自身の重さで傾斜した熱交
換面１１ｂを滑って回収溝１１ｃに流れ落ちる。無論、
パネル１０自体には傾斜を付けているので、熱交換面１
１ｂで成長した雫はこの熱交換面１１ｂでも桶１３側に
流れる。

【００３０】結露Ｄは冷房の間に継続して発生し、熱交
換面１１ｂから順次雫が回収溝１１ｃに溜っていく。し
たがって、パネル１０の傾斜が緩くても回収溝１１ｃに
溜まる結露水が増えると、これは桶１３側に流れ出し、
図３に示すように熱交換部１１の端部から桶１３に流れ
落ちる。したがって、発生した結露水は桶１３から建屋
１の外に排出され、室内に雫が落ちることがなくなる。

【００３１】このように、熱交換部１１に結露Ｄの回収
溝１１ｃを設けることによって、輻射冷房の場合に避け
ることができない結露水を簡単に回収できる。したがっ
て、従来のように除湿装置等を付属する必要がなくな
り、この除湿装置からの排熱による室温の上昇も防止さ
れる。

【００３２】

【発明の効果】本発明では、蓄熱材を利用することによ
って、冷房及び暖房を経済的に行うことができ、しかも
輻射熱を利用するので従来の対流式のものに比べて快適
な居住空間が得られる。また、冷房用及び暖房用の蓄熱
材の冷却及び加熱を共通のヒートポンプからの冷媒によ
って行うようにすれば、設備も簡単になり、一般家庭用
としても広く使える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷房用蓄熱体を建屋に備えた例の概略
図である。

【図２】ヒートポンプから冷房用蓄熱体及び暖房用蓄熱
体への冷媒の供給循環を示す図である。

【図３】結露水を回収できるようにした冷房用蓄熱装置
の概略斜視図である。

【図４】熱交換部を含めて示すパネルの内部の概略縦断
面図である。

【図５】結露水の回収を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 建屋 ２ 冷房用蓄熱体 ３ 暖房用蓄熱体 ４ ヒートポンプ ５ 循環管 ６ 循環管 １０ パネル １１ 熱交換部 １２ 断熱材 １３ 樋

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建屋の天井部分に配置する中空の容器の
   表面を熱交換面とし、前記容器の内部に冷房の必要な最
   低限の温度よりも低い融点を持つ相変化型の蓄熱材を封
   入し、該蓄熱材をその融点以下まで冷却する系を備えて
   なる蓄熱式空調システム。
2. 【請求項２】 建屋の天井部分及び床下部分にそれぞれ
   中空の容器を配置すると共にその表面を熱交換面とし、
   前記天井部分に配置する容器に相変化型の冷房用蓄熱材
   を封入し、前記床下部分に配置する容器に同様に相変化
   型の暖房用蓄熱材を封入し、更に前記冷房用蓄熱材をそ
   の融点以下まで冷却する冷却系及び前記暖房用蓄熱材を
   その融点以上まで加熱する加熱系を備えてなる蓄熱式空
   調システム。
3. 【請求項３】 前記冷房用蓄熱材の冷却及び前記暖房用
   蓄熱材の加熱を、それぞれ共通のヒートポンプからの冷
   媒の循環によって行わせる系とした請求項２記載の蓄熱
   式空調システム。