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図面 (2)

課題

ヒートポンプの高効率性を用いて効率よく熱を発生させ、建物躯体に熱を蓄える躯体蓄熱輻射冷暖房換気給湯装置を提供すること。

解決手段

断熱材で断熱された建物床コンクリートに設置された第1の熱交換機と、この第1の熱交換機に接続されたヒートポンプユニットとを備え、ヒートポンプユニットで生成された冷水または温水を送給し、これにより建物の床コンクリートを冷暖房に適した温度に保ち、輻射による室内環境創出する。ヒートポンプの高効率性を用いて効率よく熱を発生させ、建物躯体に高効率で熱を蓄えることができる。そして、躯体蓄熱を利用するため、昼間の最大負荷に対応したヒートポンプ容量或いは熱交換機を用意する必要がない。また、電源は夜間の電力に求めることができるから、電力の負荷平準化を実現することができる。

概要

背景

従来の冷暖房は空気を媒体とするエアコン主体であり、輻射を用いているものは床暖房など通常は暖房用途に限定されている。また、輻射暖房に用いられる熱源は、発熱ヒーター或いは温水ボイラーが主体である。蓄熱を冷暖房に用いる技術としては、従来から水、潜熱蓄熱材などを利用したものがあり、いずれも蓄熱材を収容するスペース建物以外に必要である。また一方、建物内に新鮮な空気を導入するための換気装置は、従来、単独か或いは冷暖房装置一体化したセントラル方式空調設備として設けられており、それなりに換気の用途で利用されている。また、ヒートポンプによる冷房時に発生する排熱回収して給湯用温水を生成する技術は公知のものであるが、その冷暖房装置は壁掛け型または床置き式のエアコンと組み合わせることによって実現されている。

概要

ヒートポンプの高効率性を用いて効率よく熱を発生させ、建物躯体に熱を蓄える躯体蓄熱式輻射冷暖房・換気・給湯装置を提供すること。

断熱材で断熱された建物の床コンクリートに設置された第1の熱交換機と、この第1の熱交換機に接続されたヒートポンプユニットとを備え、ヒートポンプユニットで生成された冷水または温水を送給し、これにより建物の床コンクリートを冷暖房に適した温度に保ち、輻射による室内環境創出する。ヒートポンプの高効率性を用いて効率よく熱を発生させ、建物躯体に高効率で熱を蓄えることができる。そして、躯体蓄熱を利用するため、昼間の最大負荷に対応したヒートポンプ容量或いは熱交換機を用意する必要がない。また、電源は夜間の電力に求めることができるから、電力の負荷平準化を実現することができる。

目的

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ヒートポンプの高効率性を用いて効率よく熱を発生させ、建物躯体に熱を蓄えることができる躯体蓄熱式輻射冷暖房・換気・給湯装置を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
7件

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請求項1

断熱材で断熱された建物床コンクリートに設置された第1の熱交換機と、この第1の熱交換機に接続されたヒートポンプユニットとを備え、ヒートポンプユニットで生成された冷水または温水を送給し、これにより建物の床コンクリートを冷暖房に適した温度に保ち、輻射による室内環境創出することを特徴とする躯体蓄熱式輻射冷暖房・換気給湯装置

請求項2

前記ヒートポンプユニットにより生成される冷水または温水を他の第2の熱交換機とそれに組み合わされた熱交換換気扇を用いて冷温風に変換し、送風ダクトにより室内に供給することによって、前記床コンクリートからの輻射冷暖房を補助し且つ室内に新鮮な空気を取り入れるようにしたことを特徴とする請求項1記載の躯体蓄熱式輻射冷暖房・換気・給湯装置。

請求項3

冷房時において、冷房用冷水を生成する際にヒートポンプユニットから発生する排熱回収して給湯用に用いる温水を生成し、また冷房運転以外の時間においてはヒートポンプユニットによって直接給湯用の温水を生成し貯湯槽に蓄えるようにしたことを特徴とする請求項1または2記載の躯体蓄熱式輻射冷暖房・換気・給湯装置。

技術分野

0001

この発明は躯体蓄熱輻射冷暖房換気給湯装置、特に夜間の電力を利用して冷暖房のエネルギー建物躯体の一部である床コンクリートに蓄えて輻射冷暖房を行ない、同時に外部からの新鮮な空気を熱交換して冷暖房に用いることができるようにされ、また冷房過程で発生する排熱給湯用温水として給湯用に蓄えることが可能な躯体蓄熱式輻射冷暖房・換気・給湯装置に関するものである。

背景技術

0002

従来の冷暖房は空気を媒体とするエアコン主体であり、輻射を用いているものは床暖房など通常は暖房用途に限定されている。また、輻射暖房に用いられる熱源は、発熱ヒーター或いは温水ボイラーが主体である。蓄熱を冷暖房に用いる技術としては、従来から水、潜熱蓄熱材などを利用したものがあり、いずれも蓄熱材を収容するスペース建物以外に必要である。また一方、建物内に新鮮な空気を導入するための換気装置は、従来、単独か或いは冷暖房装置一体化したセントラル方式空調設備として設けられており、それなりに換気の用途で利用されている。また、ヒートポンプによる冷房時に発生する排熱を回収して給湯用温水を生成する技術は公知のものであるが、その冷暖房装置は壁掛け型または床置き式のエアコンと組み合わせることによって実現されている。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、このような従来における冷暖房装置にあっては、輻射暖房に用いられる、発熱ヒーター或いは温水ボイラーを主体とするものであるから、エネルギー効率的にはヒートポンプに及ばない。また、上記のように水、潜熱蓄熱材、氷などを用いる蓄熱技術では、いずれも蓄熱材を収容するスペースが建物以外に必要である。さらに、単独か或いは冷暖房装置と一体化したセントラル方式の空調設備として設けられた換気装置は、いずれも輻射暖房と組み合わされたものではなく、応用面或いは汎用面において充分といえなかった。

0004

また、建物躯体と一体になり、ヒートポンプによる冷房時に発生する排熱を回収して躯体蓄熱式の輻射冷暖房を行なう技術は未だ提案されていなかった。

0005

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ヒートポンプの高効率性を用いて効率よく熱を発生させ、建物躯体に熱を蓄えることができる躯体蓄熱式輻射冷暖房・換気・給湯装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本発明は上記目的を達成するために、冷暖房・換気・給湯装置を、ヒートポンプの高効率性を用いて効率よく熱を発生させ、建物躯体に熱を蓄えることができる躯体蓄熱式とし、また輻射により冷暖房が行なえるようにしたことを要旨とする。そのための電源は、夜間の電力に求めることによって電力の負荷平準化を実現する。また、冷熱生成過程で発生する排熱を回収し給湯需要に対応することができる。躯体蓄熱を利用するため、昼間の最大負荷に対応したヒートポンプ容量或いは熱交換機を用意する必要がない。建物躯体を利用した輻射冷暖房に熱交換式換気扇を利用したセントラル空調を付加したものであり、室内に冷暖房用室内機が存在せず、室内の利用効率美観を向上することができる。

0007

本発明の躯体蓄熱式輻射冷暖房・換気・給湯装置は、蓄熱運転と、換気・空調運転と、冷房排熱回収運転とを行なう。それぞれの運転は、
(1)蓄熱運転
(イ)ヒートポンプユニットを運転し建物床に設置されたユニット内にある熱交換機に温水または冷水を供給する。
(ロ)床に設置されたユニット内の熱交換機により温水または冷水の熱を同ユニット内の空気に与え、ユニット内に設置されたファンが床コンクリート内に埋め込まれたダクト温風または冷風を供給する。
(ハ)ダクト内の空気はユニットにて加温または冷却された熱を床コンクリートへ与え、熱を奪われて戻ってくるが、ユニットに戻った際に再度熱交換機にて加温または冷却され、ファンによってダクト内に送り込まれる。これを繰り返すことによって、床コンクリートに蓄熱し、暖房または冷房に適した温度に到達させる。
(ニ)蓄熱した床コンクリートは、ヒートポンプの運転が停止した直後から輻射によって室内に熱を放出し、室内を快適な状態に保つ。

0008

(2)換気・空調運転
(イ)必要最小限の新鮮な空気を常時供給するための熱交換式換気扇と、ダクトによる送風を行なう。
(ロ)厳寒期、酷暑期など、床輻射による冷暖房が不足する場合に熱交換式換気扇と一体になった熱交換機にヒートポンプから温水または冷水を供給し、換気用空気温熱または冷熱を与えダクトを通じて建物内の各室に空調を行なう。

0009

(3)冷房排熱回収運転
(イ)冷房運転時にヒートポンプ室外機放熱器から放出する熱を同室外機内で冷暖房に用いる循環水とは別に給湯専用に持ってきた補給水に与え、温水を製造する。
(ロ)製造した温水は、貯湯槽に蓄えられ必要に応じ建物内の給湯需要に対応して利用する。

0010

かかる仕組みにより、夜間の安価な電力を利用して床からの安定した輻射による冷暖房が行なえる。輻射冷暖房は、空気を媒介としないため、エネルギー効率が高く、日中は最小限に必要な換気を行なうだけで室内環境を快適に保ち得ることから、省エネルギー効果は高い。さらに、冷房過程で生成される排熱が周辺に放出されることなく、温水として回収される省エネルギー効果を発揮することができる。

発明を実施するための最良の形態

0011

本発明の請求項1に記載の発明は、冷暖房・換気・給湯装置に、断熱材で断熱された建物の床コンクリートに設置された第1の熱交換機と、この第1の熱交換機に接続されたヒートポンプユニットとを備え、躯体蓄熱式輻射型の装置としたたものであり、ヒートポンプユニットで生成された冷水または温水を送給し、これにより建物の床コンクリートを冷暖房に適した温度に保ち、輻射による室内環境を創出するという作用を有する。

0012

本発明の請求項2に記載の発明は、請求項1記載の躯体蓄熱式輻射冷暖房・換気・給湯装置において、前記ヒートポンプユニットにより生成される冷水または温水を他の第2の熱交換機とそれに組み合わされた熱交換式換気扇を用いて冷温風に変換し、送風ダクトにより室内に供給するようにしたものであり、これによって、前記床コンクリートからの輻射冷暖房を補助し且つ室内に新鮮な空気を取り入れることができるという作用を有する。

0013

本発明の請求項3に記載の発明は、請求項1または2記載の躯体蓄熱式輻射冷暖房・換気・給湯装置において、冷房時において、冷房用冷水を生成する際にヒートポンプユニットから発生する排熱を回収して給湯用に用いる温水を生成し、また冷房以外の期間においてはヒートポンプユニットによって直接給湯用の温水を生成し貯湯槽に蓄えるようにしたものであり、冷熱生成過程で発生する排熱を回収し給湯需要に対応することができるという作用を有する。

0014

以下、本発明の実施例を添付の図面を参照して詳細に述べる。図1は本発明の一実施例に係る躯体蓄熱式輻射冷暖房・換気・給湯装置(以下、単に「冷暖房。換気・給湯装置」という)を一般の家屋に適用した例を概略的に表す断面図である。図1において、符号Aは戸建て住宅の建物であり、この建物Aの床下には断熱材1が敷設され、その上には1階の床を構成する床コンクリート2が打設されている。この1階床土間コンクリートとして蓄熱体に構成され、床コンクリート2内には埋め込みダクト3が配置されている。建物Aは2階建てであり、2階天井裏の部分には送風ダクト4が配設されてそれぞれ建物Aの1階部分A1と2階部分A2とに天井側から延びている。この実施例に係る冷暖房・換気・給湯装置は、気化した冷媒圧縮して高温にする圧縮機を組み込んだヒートポンプユニット5と、埋め込みダクト3の中間部分に設置され、暖房時には凝縮器、冷房時には蒸発器となり、送風用のファン(図示してない)とともに蓄熱用ユニット10を構成する第1の熱交換機としての蓄熱用熱交換機6と、建物Aの天井に設置され、空気熱交換を行なって室内に温風または冷風を送給する第2の熱交換機としての送風用熱交換機7と、送風用熱交換機7を組み込んだ熱交換式換気扇8と、給湯用熱交換機としての給湯用コイル(図示してない)を有し、ヒートポンプユニット5に接続されて当該ヒートポンプユニット5から送られる高温冷媒により温水を作るとともにこの温水を蓄える貯湯槽9とから構成される。熱交換式換気扇8は送風ダクト4に接続されてファン動作によって当該送風ダクトに温風または冷風を送り込むようになっている。給湯用コイルには家庭用水道蛇口等に接続される水道配管が接続され、この水道配管は給湯用コイルを循環するようになっている。また、貯湯槽9は電気温水器を備えており夜間電力を利用して温水を温める機能を有しているものが使用される。さらに上記床コンクリート2は蓄熱体に構成されるために、熱容量の大きなコンクリートが使用されるか、または熱容量の大きな材料がコンクリートに混入されるなどの処置が施されているのが好ましい。

0015

かかる構成を有する冷暖房・換気・給湯装置の動作について説明する。すでに述べたように、本発明の冷暖房・換気・給湯装置は、蓄熱運転と、換気・空調運転と、冷房排熱回収運転とを行なうよう構成されている。したがって、上記それぞれの運転について説明する。

0016

(1)蓄熱運転
この運転では、先ず、ヒートポンプユニット5を運転し建物Aの床コンクリート2に設置された蓄熱用ユニット10内にある蓄熱用熱交換機6に温水または冷水を供給する。次に、床コンクリート2に設置された蓄熱用ユニット10内の蓄熱用熱交換機6により温水または冷水の熱を埋め込みダクト3内の空気に与え、蓄熱用ユニット10内に設置されたファンが床コンクリート2内の埋め込みダクト3へ温風または冷風を供給する。これにより、埋め込みダクト3内の空気は蓄熱用ユニット10にて加温または冷却された熱を床コンクリート2へ与え、熱を奪われて戻ってくるが、蓄熱用ユニット10に戻った際に再度蓄熱用熱交換機6にて加温または冷却され、ファンによって埋め込みダクト3内に送り込まれる。これを繰り返すことによって、床コンクリート2に蓄熱し、暖房または冷房に適した温度に到達させる。床コンクリート2から地中への熱の散逸(或いは放射)は断熱材1によってくい止められる。蓄熱した床コンクリート2は、ヒートポンプユニット5の運転が停止した直後から輻射によって建物Aの室内に熱を放出し、室内を快適な状態に保つ。

0017

(2)換気・空調運転
この運転では、先ず、必要最小限の新鮮な空気を常時供給するための熱交換式換気扇8と、送風ダクト4による送風を行なう。この換気・空調運転は、厳寒期、酷暑期など、床輻射による冷暖房が不足する場合に熱交換式換気扇8と一体になった送風用熱交換機7にヒートポンプユニット5から温水または冷水を供給し、換気用空気に温熱または冷熱を与え送風ダクト4を通じて建物A内の各室A1、A2に空調を行なう。

0018

(3)冷房排熱回収運転
この運転では、先ず、冷房運転時にヒートポンプ室外機の放熱器から放出する熱を同室外機内で冷暖房に用いる循環水とは別に上記給湯用コイルに通して給湯専用に持ってきた補給水に与え、温水を製造する。そして、製造した温水は、貯湯槽9に蓄えられ必要に応じ建物A内の給湯需要に対応して利用する。

0019

かかる仕組みにより、夜間の安価な電力を利用して床からの安定した輻射による冷暖房が行なえる。輻射冷暖房は、空気を媒介としないため、エネルギー効率が高く、日中は最小限に必要な換気を行なうだけで室内環境を快適に保ち得ることから、省エネルギー効果は高い。さらに、冷房過程で生成される排熱が周辺に放出されることなく、温水として回収される省エネルギー効果を発揮することができる。

0020

このような本発明の冷暖房・換気・給湯装置の利用形態のうち第1の利用形態としては、戸建て住宅の1階床を土間コンクリートとして蓄熱体にし、床内に蓄熱用の埋め込みダクト3および蓄熱用熱交換機6を設置する一方、室内天井部分に熱交換式換気扇8と、送風用熱交換機7、および送風ダクト4を設け、これらの機器室外のヒートポンプユニット5に接続するとともに電気温水器と組み合わせた貯湯槽9を設けたものが実現可能である。

0021

本発明の冷暖房・換気・給湯装置の第2の利用形態としては、マンション住戸の床下に断熱を施し、床コンクリート2を蓄熱体とした上で埋め込みダクト3および蓄熱用熱交換機6を設置する一方、室内天井部分に熱交換式換気扇8と、送風用熱交換機7、および送風ダクト4を設け、これらの機器を室外のヒートポンプユニット5に接続するとともに電気温水器と組み合わせた貯湯槽9を設けたものが実現可能である。

0022

本発明の冷暖房・換気・給湯装置の第3の利用形態としては、従来、スペースや荷重などの理由から室外に氷蓄熱槽を設置できなかった中小規模ビル店舗の床を蓄熱体として利用し、埋め込みダクト3および蓄熱用熱交換機6を設置する一方、室内天井部分に熱交換式換気扇8と、送風用熱交換機7、および送風ダクト4を設け、これらの機器を室外のヒートポンプユニット5に接続するとともに電気温水器と組み合わせた貯湯槽9を設けたものが実現可能である。

0023

本発明の冷暖房・換気・給湯装置の第4の利用形態としては、空気による不快感を指摘されることの多い病院高齢者を収容する老人ホーム等において、輻射暖房を主体とした柔らかな室内環境を実現するため、建物床を蓄熱体として利用し、埋め込みダクト3および蓄熱用熱交換機6を設置する一方、室内天井部分に熱交換式換気扇8と、送風用熱交換機7、および送風ダクト4を設け、これらの機器を室外のヒートポンプユニット5に接続するとともに電気温水器と組み合わせた貯湯槽9を設けたものが実現可能である。

発明の効果

0024

以上説明したように、本発明によれば、断熱材で断熱された建物の床コンクリートに設置された第1の熱交換機と、この第1の熱交換機に接続されたヒートポンプユニットとを備え、ヒートポンプユニットで生成された冷水または温水を送給し、これにより建物の床コンクリートを冷暖房に適した温度に保ち、輻射による室内環境を創出するようにしたため、ヒートポンプの高効率性を用いて効率よく熱を発生させ、建物躯体に高効率で熱を蓄えることができる。そして、躯体蓄熱を利用するため、昼間の最大負荷に対応したヒートポンプ容量或いは熱交換機を用意する必要がない。

0025

また、ヒートポンプユニットにより生成される冷水または温水を他の第2の熱交換機とそれに組み合わされた熱交換式換気扇を用いて冷温風に変換し、送風ダクトにより室内に供給することによって、前記床コンクリートからの輻射冷暖房を補助し且つ室内に新鮮な空気を取り入れるようにしたため、建物躯体を利用した輻射冷暖房に熱交換式換気扇を利用したセントラル空調を付加でき、室内に冷暖房用の室内機が存在せず、室内の利用効率や美観を向上することができる。

0026

さらに、冷房時において、冷房用冷水を生成する際にヒートポンプユニットから発生する排熱を回収して給湯用に用いる温水を生成し、また冷房以外の期間においてはヒートポンプユニットによって直接給湯用の温水を生成し貯湯槽に蓄えるようにしたため、冷熱生成過程で発生する排熱を回収し給湯需要に対応することができる。

0027

また上記いずれの場合も、電源は夜間の電力に求めることができるから、電力の負荷の平準化を実現することができる。

0028

実際、冷暖房のエネルギー消費が増大することによって電力の負荷率は悪化の一途をたどり電力の供給は逼迫してきている。このような背景から、電力利用の平準化は国家的課題である。また一方では、生活者快適性指向は年々高まり、空気による冷暖房に対する不満が強く言われるようになり、床暖房を強く指向する傾向にある。このような観点から、輻射による冷暖房へのニーズ、およびそれに対する対応が建築側での課題となっている。当該装置はこの2つの課題を緩和することができ、また、これまで技術面、コスト面の双方から実現の難しかった床全面の冷暖房が安価な運転コストで可能となることから、高齢者の居住環境としても質の高い快適性が実現できる。

図面の簡単な説明

0029

図1本発明による躯体蓄熱式輻射冷暖房・換気・給湯装置一実施例を概略的に示す回路構成図である。

--

0030

A建物
1断熱材
2床コンクリート
3 埋め込みダクト
4送風ダクト
5ヒートポンプユニット
6蓄熱用熱交換機
7送風用熱交換機
8熱交換式換気扇
9貯湯槽
10 蓄熱ユニット

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