(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調室の床下，天井内または壁面内の少なくとも一つにプレナムチャンバを形成し，そのプレナムチャンバ内に蓄熱材を配置し，空調機により加熱または冷却された循環空気により前記蓄熱材への蓄熱を行う蓄熱モード，前記空調室からの還気空気を前記蓄熱材に直接接触させて熱取り出しを行う熱取り出しモード，または前記空調室からの還気空気を空調機により加熱または冷却し，循環空気を前記蓄熱材に直接接触させずに，循環させる循環モードのうちいずれか一つのモードに切換可能であることを特徴とする，分散蓄熱式空調システム。
【請求項２】
前記分散蓄熱式空調システムには，前記循環モードに切換えるダンパを備え，該ダンパの切換えにより，前記循環モード時には，前記蓄熱材が配置された前記プレナムチャンバに連通する風導路から該蓄熱材が配置された該プレナムチャンバを介さず前記空調機に連通する風導路に切換わることによって，該循環空気は該蓄熱材に直接接触しないことを特徴とする，請求項１に記載の分散蓄熱式空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空調システムに係り、特に蓄熱装置を個別空調空間ごとに配置した分散蓄熱式空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種分散蓄熱式空調システムが提案されている。例えば、蓄熱槽を個別空調空間ごとに設置する空調システムが提案されている。しかし、蓄熱槽や熱源搬送配管の設置のためにイニシャルコストがかかり、また設置スペース上も制約があり、さらに比較的大きな搬送動力が必要となるという問題があった。また、建物の躯体自体を蓄熱装置として利用する空調システムも提案されているが、蓄熱容量が躯体構造に依存する上、蓄熱利用時の取り出し熱量の制御が困難であるなど多くの問題点を抱えている。
【０００３】
また、より小規模な分散蓄熱式空調システムとして、例えば、特開平２−１５７５４７号公報には、床面に暖房用潜熱蓄熱材を配し、天井面に冷房用潜熱蓄熱材を配し、これらの蓄熱材とヒートポンプ式空調機の室内機とを冷媒配管を介して接続し、季節に応じて選択的にいずれか一方の蓄熱材に蓄熱を行う冷暖房システムが提案されている。しかし、上記の如き冷暖房システムでは、熱搬送媒体として液相流体を使用しているので、室内機と蓄熱材とを接続する配管が不可欠であり、また蓄熱材も暖房用と冷房用との２種類が必要であり、設計上の制約とともにイニシャルコストがかかるという問題があった。また蓄熱材が空調室に露出しており、直接室内空気と熱交換が行われるので、室内温度の微妙な調整を行うことができないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来の分散蓄熱式空調システムの問題点に鑑みてなされたものであり、蓄熱機能を分散させ、熱の利用位置での蓄熱を実現することが可能であり、また液相流体ではなく空気を熱搬送媒体として利用することで配管が不要であり、しかも熱の利用時の取り出し熱量の制御も行うことが可能であり、特にビル空調システムに最適な新規かつ改良された分散蓄熱式空調システムを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，請求項１に記載の分散蓄熱式空調システムは，空調室の床下，天井内または壁面内の少なくとも一つにプレナムチャンバを形成し，そのプレナムチャンバ内に蓄熱材を配置し，空調機により加熱または冷却された循環空気により蓄熱材への蓄熱を行う蓄熱モード，前記空調室からの還気空気を蓄熱材に直接接触させて熱取り出しを行う熱取り出しモード，または前記空調室からの還気空気を空調機により加熱または冷却し，循環空気を前記蓄熱材に直接接触させずに，循環させる循環モードのうちのいずれかのモードに切換可能であることを特徴としている。また，分散蓄熱式空調システムには，循環モードに切換えるダンパを備え，上記ダンパの切換えにより，循環モード時には，蓄熱材が配置されたプレナムチャンバに連通する風導路から上記蓄熱材が配置されたプレナムチャンバを介さず上記空調機に連通する風導路に切換わることによって，循環空気は上記蓄熱材に直接接触しないように構成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照しながら、本発明にかかる分散蓄熱式空調システムの好適な実施の形態について詳細に説明する。
【０００７】
図１および図２を参照しながら本実施の形態にかかる分散蓄熱式空調システム１００の最も基本的な構成例について説明すると、その概略的な断面図である図１に示すように、空調室１０２の床面１０６の下には２重床構造のプレナムチャンバ１０８が形成される。そして、このプレナムチャンバ１０８内に、蓄熱体１１０が敷設されている。この蓄熱体１１０は、本実施の形態にかかる分散蓄熱式空調システム１００の概略的な平面図である図２に示すように、薄板状の収納容器１１２内に潜熱蓄熱材（不図示）を封入することにより構成することができる。また、潜熱蓄熱材としては、市販の各種蓄熱材を使用することが可能であるが、単に水を蓄熱材として利用することも可能である。収納容器１１２としては、例えばポリエチレン樹脂を使用することができる。なお、収納容器１１２を取り扱いが容易な大きさの容器として構成すれば、床下などへの施工を容易に行うことができる。
【０００８】
さらに、プレナムチャンバ１０８の構造を、図１の分散蓄熱式空調システムの部分拡大図である図３を参照しながら説明すると、プレナムチャンバ１０８は、空調室の構造を規定する躯体１１４の上に敷設された断熱材１１６と床面１０６との間に形成される。さらにプレナムチャンバ１０８内は、上記のように薄板状に構成される蓄熱体１１０により上下の循環路１０８ａ、１０８ｂが形成されている。このように蓄熱体１１０により分割された上下の循環路１０８ａ、１０８ｂを構成することにより、プレナムチャンバ１０８内を循環する空気と蓄熱体１１０との接触面積を拡大させ、蓄熱効率および熱の取り出し効率を高めることが可能となる。
【０００９】
また空調室１０２の一方の壁面内には空調機１１８が内設されている。この空調機１１８は、図１に示すように、熱交換器ＥＸとファンユニットＦとダンパＤを備えており、熱交換器ＥＸにより加熱または冷却された循環空気を、プレナムチャンバ１０８内に送気して蓄熱体１１０に蓄熱を行うとともに、還気空気をプレナムチャンバ１０８内に送気して蓄熱体１１０に直接接触させて熱を取り出し、加熱または冷却された空調空気を、空調室１０２の天井裏１２０に設置されるダクト１２２を介して複数の天井吹出口１２４から空調室１０２内に給気することができる。
【００１０】
このように、本実施の形態にかかる分散蓄熱式空調システム１００によれば、取り扱いが容易な大きさの容器に封入された潜熱蓄熱材を空調室内の床下に敷き詰めることにより、蓄熱機能を分散させ、熱の利用位置近傍での蓄熱を実現することができる。また、本実施の形態によれば、空気を熱搬送媒体として使用するので、従来の空調システムのように、液相流体を熱搬送媒体として使用する場合と異なり配管が不要となる。
【００１１】
なお、潜熱蓄熱材１１０は、プレナムチャンバ１０８の全体に敷き詰めても良いが、要求される蓄熱量に応じて部分的に敷き詰めることも可能である。例えば、試算では、冷房時の日最大熱負荷を１２００ｋｃａｌ／（ｍ２・日）と仮定し、日最大熱負荷の５０％（６００ｋｃａｌ／（ｍ２・日））を蓄熱する場合には、床面積の６０％強（１２００×０．５／９６０（１ｍ２あたりの蓄熱量）＝０．６）に敷き詰めれば蓄熱量は条件を満たす。また蓄熱時の循環空気温度は、例えば、空気流速３ｍ／ｓ、蓄熱時間１０時間、潜熱蓄熱材として水を利用した場合には、５．８℃である。
【００１２】
次に、本発明に基づいて構成された分散蓄熱式空調システムのいくつかの実際の構成例およびその動作について説明する。なお、以下の説明において、図１〜図３に関連して説明した分散蓄熱式空調システム１００と同一の機能および構成を有する部材については、同一の参照番号を付することにより、重複説明を省略することにする。
【００１３】
（１）天井吸込型（タイプＡ）
図４に示す分散蓄熱式空調システム１００ａは、天井吸込型のものであり、空調室１０２の天井付近に設けられた還気口１２６より空調室１０２内の還気をプレナムチャンバ１０８に送気することができる。還気空気をプレナムチャンバ１０８から還気する風導路１２８にはファンＦ１が介挿されており、さらにそのファンＦ１の上流および下流側には切換ダンパＤ１、Ｄ２が設置されている。空調機１１８内には熱交換器ＥＸと室内への給気を行うためのファンＦ２が設置されている。なお空調室１０２への給気用の風導路１２２には、ファンＦ２の下流側にダンパＤ３が設置されている。プレナムチャンバ１０８からの戻り空気は、２系統の風導路１３０、１３２を介して熱交換器ＥＸの空調室内側およびプレナムチャンバ側にダンパＤ４、Ｄ５の切り換えにより選択的に送気することができる。さらに、熱交換器ＥＸのプレナムチャンバ側は、ダンパＤ６を介してファンＦ１の上流側において風導路１２８に連通している。熱交換器ＥＸのプレナムチャンバ側にはダンパＤ７を介して外気取り入れ用の風導路１３４が接続されており、空調機１１８内に外気を取り入れることができる。
【００１４】
次に図４に示す天井吸込型の空調システム１００ａの動作について説明する。この空調システム１００ａは、蓄熱モード、熱取り出しモード、循環モード、熱取り出し／循環モードで運転することができる。
【００１５】
（ａ）蓄熱モード
蓄熱モード時には、ファンＦ１のみを駆動し、ダンパＤ２、Ｄ４、Ｄ６を開状態に設定し、その他のダンパは閉止する。その結果、熱交換器ＥＸにより加熱または冷却された循環空気は、ダンパＤ６→ファンＦ１→ダンパＤ２→循環路１０８ａ→循環路１０８ｂ→ダンパＤ４→熱交換器ＥＸと循環し、プレナムチャンバ１０８内において蓄熱体１１０に冷熱または温熱を蓄熱する。
【００１６】
（ｂ）熱取り出しモード
熱取り出しモード時には、ファンＦ１、Ｆ２をともに駆動し、ダンパＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を開状態に設定し、その他のダンパは閉止する。その結果、空調室１０２からの還気を、ダンパＤ１→ファンＦ１→ダンパＤ２→循環路１０８ａ→循環路１０８ｂ→ダンパＤ４→ファンＦ２→ダンパＤ３→給気口１２４と循環させ、プレナムチャンバ１０８内において蓄熱体１１０により加熱または冷却された空調空気を空調室１０２に供給することができる。
【００１７】
（ｃ）循環モード
循環モード時には、ファンＦ２のみを駆動し、ダンパＤ１、Ｄ３、Ｄ６を開状態に設定し、その他のダンパは閉止する。その結果、空調室１０２からの還気を、ダンパＤ１→ダンパＤ６→熱交換器ＥＸ→ファンＦ２→ダンパＤ３→給気口１２４と循環させ、熱交換器ＥＸにより加熱または冷却された空調空気を空調室１０２に供給することができる。
【００１８】
（ｄ）熱取り出し／循環モード
熱取り出し／循環モードでは、ファンＦ１、Ｆ２をともに駆動し、ダンパＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５を開状態に設定し、その他のダンパは閉止する。その結果、空調室からの還気および／または外気を、ファンＦ１→ダンパＤ２→循環路１０８ａ→循環路１０８ｂ→ダンパＤ５→熱交換器ＥＸ→ファンＦ２→ダンパＤ３→給気口と循環させ、プレナムチャンバ１０８内において蓄熱体１１０により加熱または冷却された空調空気をさらに熱交換器ＥＸを通すことにより温調し、最適に温調された空調空気を空調室１０２に供給することができる。
【００１９】
（２）天井吸込型（タイプＢ）
図５には、図４に示す天井吸込型の空調システムにさらに第２の熱交換器ＥＸ５２を付加したものである。図示のように、空調室１０２からの還気空気は風導路１５０によりダンパＤ５１を介してファンＦ５１によりプレナムチャンバ１０８の循環路１０８ｂに送気することができる。プレナムチャンバ１０８の循環路１０８ａは第２熱交換器ＥＸ５２のプレナムチャンバ側に連通している。還気空気の風導路１５０は、ダンパＤ５１の下流側とファンＦ５１の上流側との間で分岐して、風導路１５２によりダンパＤ５２を介して第２熱交換器ＥＸ５２の気流の下流側に連通している。さらに還気空気の風導路１５０はダンパＤ５１の上流側において分岐して、風導路１５４によりダンパＤ５３、Ｄ５４を介して、風導路１５２にダンパＤ５２の設置位置よりも第２の熱交換器ＥＸ５２側において連通している。また風導路１５４は、ダンパＤ５３、Ｄ５４の間の地点において、風導路１５６により空調機１１８の第１熱交換器１１８の気流の上流側に連通している。また空調機１１８の第１熱交換器１１８の気流の上流側には、ダンパＤ５５を介して外気を取り入れることが可能である。また空調機１１８の第１熱交換器１１８の空調室側にはファンＦ５２が設置されており、ダンパＤ５６を介して室内給気口１２４に連通している。
【００２０】
次に図５に示す天井吸込型の空調システム１００ｂの動作について説明する。この空調システム１００ｂは、蓄熱モード、熱取り出しモード、循環モードで運転することができる。この空調システム１００ｂには、第２熱交換器ＥＸ５２が設置されているので、より大きな空調負荷に対応することができる。
【００２１】
（ａ）蓄熱モード
蓄熱モード時には、ファンＦ５１を駆動し、ダンパＤ５２を開状態に設定し、その他のダンパは閉止する。そして、ファンＦ５１→循環路１０８ｂ→循環路１０８ａ→第２熱交換器ＥＸ５２→ダンパＤ５２→ファンＦ５１と空気を循環させ、第２熱交換器ＥＸ５２により加熱または冷却された循環空気で、プレナムチャンバ１０８内の蓄熱体１１０に蓄熱することができる。
【００２２】
（ｂ）熱取り出しモード
熱取り出しモード時には、ファンＦ５１、Ｆ５２を駆動し、ダンパＤ５１、Ｄ５４、Ｄ５６を開状態に設定し、その他のダンパは閉止する。そして、室内からの還気を、ダンパＤ５１→ファンＦ５１→循環路１０８ｂ→循環路１０８ａ→第２熱交換器ＥＸ５２→ダンパＤ５４→第１熱交換器ＥＸ５１→ファンＦ５２→ダンパＤ５６と循環させる。なお、必要に応じて、ダンパＤ５５を開放し、外気を取り入れることも可能である。このように空気循環路を構成することにより、プレナムチャンバ１０８内において蓄熱体１１０により加熱または冷却された空気を空調室１０２内に給気することができる。また空調室１０２内において要求される空調負荷の大きさに応じて、第１熱交換器ＥＸ５１および／または第２熱交換器ＥＸ５２を駆動することもできる。
【００２３】
（ｃ）循環モード
循環モードでは、ファンＦ５２のみを駆動し、ダンパＤ５３、Ｄ５６を開状態に設定し、その他のダンパは閉止する。そして、室内からの還気をダンパＤ５３→第１熱交換器ＥＸ５１→ファンＦ５２→ダンパＤ５６と循環させ、第１熱交換器ＥＸ５１により空調空気を加熱または冷却し、空調室１０２に給気することができる。なお、必要に応じて、ダンパＤ５５を開放し、外気を取り入れることも可能である。
【００２４】
（３）床吸込型
図６には、本発明のさらに別な実施の形態にかかる分散蓄熱式空調システム１００ｃが示されている。この空調システム１００ｃでは、プレナムチャンバ１０８が蓄熱体１１０により複数のサブチャンバ１０８ｃ、１０８ｄに区画分けされている。なお、図示の例では、二つのサブチャンバ１０８ｃ、１０８ｄに分割されている。また各サブチャンバ１０８ｃ、１０８ｄの天井面に相当する空調室１０２の床面１０６には、切り換えダンパＤ６１、Ｄ６２を備えた吸込口Ｒ６１、Ｒ６２が形成されている。熱交換器ＥＸ６０と給気用ファンＦ６０を備えた空調機１１８が空調室１０２に隣接して設置されている。そして、熱交換器ＥＸ６０のプレナムチャンバ側は風導路１６０により一方のサブチャンバ１０８ｄに連通するとともに、風導路１６２によりダンパＤ６３を介して外気に連通している。また、他方のサブチャンバ１０８ｃは風導路１６４によりダンパＤ６４を介して熱交換器ＥＸ６０の空調室側に連通している。また熱交換器ＥＸ６０の空調室側は風導路１２２によりダンパＤ６５を介して室内給気口１２４に連通している。また、蓄熱体１１０内には空気流路が形成されており、上流側プレナムチャンバ１０８ｃから下流側プレナムチャンバ１０８ｄに空気を流すことが可能である。
【００２５】
次に図６に示す床吸込型の空調システム１００ｃの動作について説明する。この空調システム１００ａは、蓄熱モード、熱取り出しモード、循環モードで運転することができる。
【００２６】
（ａ）蓄熱モード
蓄熱モード時には、ファンＦ６０を駆動し、ダンパＤ６４を開状態に設定し、その他のダンパは閉止する。その結果、ファンＦ６０→ダンパＤ６４→サブチャンバ１０８ｃ→蓄熱体１１０→サブチャンバ１０８ｄ→熱交換器ＥＸ６０と空気を循環させ、熱交換器ＥＸ６０により加熱または冷却された空気により、蓄熱体１１０に冷熱または温熱を蓄熱することができる。なお必要に応じて、ダンパＤ６３を開放して外気を取り入れることもできる。
【００２７】
（ｂ）熱取り出しモード
熱取り出しモード時には、ファンＦ６０を駆動し、ダンパＤ６１、Ｄ６５を開状態に設定し、その他のダンパは閉止する。そして、空調室１０２内の空気を、吸込口Ｒ６１→ダンパＤ６１→サブチャンバ１０８ｃ→蓄熱体１１０→サブチャンバ１０８ｄ→熱交換器ＥＸ６０→ファンＦ６０→ダンパＤ６５→給気口１２４と循環させ、蓄熱体１１０により加熱または冷却された空調空気を空調室１０２に供給することができる。この場合にも、ダンパＤ６３を開放して、外気を取り入れてもよいし、熱交換器ＥＸ６０により空調空気をさらに加熱または冷却するように構成してもよい。
【００２８】
（ｃ）循環モード
循環モード時には、蓄熱体１１０からの熱取り出しは行わないので、ファンＦ６０を駆動し、ダンパＤ６２、Ｄ６５のみを開放する。そして、空調室１０２内の空気を、吸込口Ｒ６２→ダンパＤ６２→サブチャンバ１０８ｄ→熱交換器ＥＸ６０→ファンＦ６０→ダンパＤ６５→給気口１２４と循環させ、熱交換器ＥＸ６０により循環空気を加熱または冷却して、空調室内に空調空気を供給することができる。この場合にも、ダンパＤ６３を開放して、外気を取り入れるように構成してもよい。
【００２９】
以上添付図面を参照しながら、本発明に基づいて構成された分散蓄熱式空調システムのいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、当業者であれば各種の変更および修正例に想到することは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３０】
例えば、図７に示すように、空調室１０２の外壁側にファンＦ７０およびダンパＤ７０を備えたファンユニット１７０を設置し、必要に応じてプレナムチャンバ１０８内の空気を吸い込み空調室１０２に吹き出す構成とすることもできる。かかる構成によれば、夏期日中などに、インテリアゾーンの熱負荷を空調機１１８で処理するとともに、ペリメータゾーンの熱負荷については、ファンユニット１７０によりプレナムチャンバ１０８内から蓄熱体１１０により冷却された空気を取り出すことにより対応することができる。
【００３１】
あるいは図８に示すように、空調室１０２の外壁側にファンＦ８０およびダンパＤ８０を備えたファンユニット１８０を設置し、必要に応じて空調室１０２内の空気を吸い込みプレナムチャンバ１０８に吹き出す構成とすることもできる。かかる構成によれば、ペリメータ負荷の一部を空調機内で処理することになり、室内環境を向上させることができる。
【００３２】
また、上記実施の形態では、蓄熱体を床下に形成されたプレナムチャンバに敷設する構成を示したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明によれば、蓄熱体を、空調室の天井裏に形成されるプレナムチャンバや、空調室の壁内に形成されるプレナムチャンバに配置し、蓄熱および熱の取り出しを行う構成を採用することも可能である。もちろん、床下、天井裏、壁内の複数の箇所に蓄熱体を設置する構成を採用することも可能である。
【００３３】
また、床面の任意の位置を開口し、送風量制御手段と風導路を配置するように構成してもよい。例えば、図９に示すように、床面に開口部１９０を設け、そこから可撓性の風導路１９２を作業員１９４の近傍にまで導き、作業員１９４の近傍に設置され送風量を調整することが可能なパーソナル吹出口１９６から、プレナムチャンバ１０８内の蓄熱体１１０により温調された空気を作業員１９４の近傍に吹き出すように構成すれば、簡便なパーソナル空調を実現することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱源搬送配管と搬送動力の削減を実現可能な分散蓄熱式空調システムが提供される。すなわち、本発明によれば、蓄熱体を空調負荷が存在する位置の近傍の床下や天井裏や壁内に設置するので、蓄熱槽などの配置スペースが実質上不要となり、蓄熱システムの導入がテナントビルなどのレンタブル比に影響を与えない。また、水蓄熱や氷蓄熱を各階に分散させる従来の分散蓄熱方式では、蓄熱槽重量により既存の建物では配置位置が制約されていた、本発明によれば、荷重は床下や天井裏や壁内にほぼ均一に分散されるので、重量の制約が緩和される。また、本発明によれば、熱搬送媒体として空気を用い、循環空気と蓄熱材とを直接熱交換させているので、配管が不要となり、設備計画上の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる分散蓄熱式空調システムの実施の一形態の概略的な構成を示す断面図である。
【図２】本発明にかかる分散蓄熱式空調システムの実施の一形態の概略的な構成を示す平面図である。
【図３】図１および図２に示す分散蓄熱式空調システムのプレナムチャンバ部分を拡大して示す部分断面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態にかかる分散蓄熱式空調システムの構成を概略的に示す構成図である。
【図５】本発明のさらに別の実施の形態にかかる分散蓄熱式空調システムの構成を概略的に示す構成図である。
【図６】本発明のさらに別の実施の形態にかかる分散蓄熱式空調システムの構成を概略的に示す構成図である。
【図７】本発明のさらに別の実施の形態にかかる分散蓄熱式空調システムの構成を概略的に示す構成図である。
【図８】本発明のさらに別の実施の形態にかかる分散蓄熱式空調システムの構成を概略的に示す構成図である。
【図９】本発明のさらに別の実施の形態にかかる分散蓄熱式空調システムの構成を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
１００      分散蓄熱式空調システム
１０２      空調室
１０６      床面
１０８      プレナムチャンバ
１０８ａ、１０８ｂ    空気流路
１１０      蓄熱体
１１８      空調機
Ｄ          ダンパ
ＥＸ        熱交換器
Ｆ          ファン
【図１】
0003641318.tif 000002
【図２】
0003641318.tif 000003
【図３】
0003641318.tif 000004
【図４】
0003641318.tif 000005
【図５】
0003641318.tif 000006
【図６】
0003641318.tif 000007
【図７】
0003641318.tif 000008
【図８】
0003641318.tif 000009
【図９】
0003641318.tif 000010