(57)【要約】【課題】  簡易な構成で熱媒体流路から放射板への伝熱効率を向上させた放射パネル、及びそのような放射パネルを用いた空調システムを提供すること。【解決手段】  熱媒体が流れる熱媒体流路１３と、熱媒体流路１３を流れる熱媒体から受熱してその熱を放射する放射板１１とを備え、熱媒体流路１３が、熱媒体流路１３の断面形状が真円であると仮定したときに比べて熱媒体流路１３と放射板１１との接触面積が大きくなるような断面形状を有する放射パネル。及びこのような放射パネルが被空調室の天井面、床面及び壁面の少なくとも１箇所に配設された空調システム。【選択図】  図１
2006214697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体が流れる熱媒体流路と；
前記熱媒体流路を流れる熱媒体から受熱して該熱を放射する放射板とを備え；
前記熱媒体流路が、前記熱媒体流路の断面形状が真円であると仮定したときに比べて前記熱媒体流路と前記放射板との接触面積が大きくなるような断面形状を有する；
放射パネル。
【請求項２】
前記熱媒体流路の断面形状が、扁平形状、半円形状、矩形又は三角形のいずれかの形状に形成された；
請求項１に記載の放射パネル。
【請求項３】
前記放射板に、通気孔が形成された；
請求項１又は請求項２に記載の放射パネル。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の放射パネルが、被空調室の天井面、床面及び壁面の少なくとも１箇所に配設され；
前記被空調室を冷房する際に前記熱媒体流路に冷水を流し、前記被空調室を暖房する際に前記熱媒体流路に温水を流すように構成された；
空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射パネル及び空調システムに関し、特に簡易な構成で熱媒体流路から放射板への伝熱効率を向上させた放射パネル、及びそのような放射パネルを用いた空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギーと快適性とを両立する空調方式として、現在、放射空調が注目されている。放射空調は、熱媒体流路を放射板に敷設した放射パネルを床や天井に設け、熱媒体流路に冷水又は温水を流して放射板の温度を上昇又は下降させ、放射板からの放射熱により空調をするシステムである。放射板からの放射熱の強さは熱媒体流路から放射板への伝熱量に関係する。熱媒体流路から放射板への伝熱量を増加させるために、熱媒体流路をできるだけ密に放射板に敷設することが一般的に行なわれている。他方、漏水を防止するために熱媒体流路にできるだけ接続部を設けないよう、放射板には長尺の熱媒体流路を適宜曲げて敷設することが行なわれている。ところが、熱媒体流路の曲げ強度の観点から曲げ半径を小さくするのには限界があるため、熱媒体流路の密度を高めるのには一定の限界があった。
【０００３】
このような状況で、熱媒体流路を放射板にできるだけ密に敷設した上で、さらに熱媒体流路と放射板との熱伝達効率を向上させるため、放射パネルに配管用の凹溝部を設けてその凹溝部に熱媒体流路を敷設するということが行なわれていた（例えば特許文献１参照）。また、凹溝部を設けずに熱媒体流路からの放熱量を増加させる手段として、熱媒体流路にフィン等を設けることが行なわれていた（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−３１５６２９号公報（段落０００６、図２、図３等）
【特許文献２】特開平１０−２８８３８６号公報（図４、図５等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された手段では、熱媒体流路と放射板との接触部を増やすため、溝の加工に精度が要求されると共に、溝の加工に手間がかかった。また、特許文献２に記載された手段では、放熱フィンを設けるため放射パネルの作成に手間がかかると共に、現場における熱媒体流路の敷設の自由度が制約されることとなっていた。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑み、簡易な構成で熱媒体流路から放射板への伝熱効率を向上させた放射パネル、及びそのような放射パネルを用いた空調システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る放射パネルは、例えば図１に示すように、熱媒体が流れる熱媒体流路１３と；熱媒体流路１３を流れる熱媒体から受熱してその熱を放射する放射板１１とを備え；熱媒体流路１３が、熱媒体流路１３の断面形状が真円であると仮定したときに比べて熱媒体流路１３と放射板１１との接触面積が大きくなるような断面形状を有する。ここで、断面形状の「真円」は、断面形状が厳密に真円であることを要求する意味ではなく、後述する断面扁平形状等と比較するために用いたものであり、実際には多少の歪が存在する場合であっても断面形状を円形とするように設計されているものを含む。
【０００７】
このように構成すると、熱媒体流路が、熱媒体流路の断面形状が真円であると仮定したときに比べて熱媒体流路と放射板との接触面積が大きくなるような断面形状を有するので、放射パネルに熱媒体流路を敷設するための溝を設けなくても熱媒体流路から放射パネルへの熱伝達効率を向上させることができる。なお、「受熱」は、温熱の受熱のみならず冷熱の受熱をもいうものとする。すなわち、放射板が熱媒体によって温められる場合だけでなく冷やされる場合も、放射板が「受熱」すると表現することとする。また、「放射する」というのは、温熱のみならず冷熱についてもこのように表現することとする。すなわち、厳密にいえば、放射パネルから冷熱が放射されるのではなく、例えば人間などから放射された熱が、温度の低い放射パネルに吸収されて反射されないために納涼感が生ずるのであるが、本明細書においては便宜上、冷熱についても「放射する」と表現することとする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明に係る放射パネルは、例えば図２に示すように、請求項１に記載の放射パネル１０（例えば図１参照）において、熱媒体流路１３の断面形状が、扁平形状、半円形状、矩形又は三角形のいずれかの形状に形成されている。
【０００９】
このように構成すると、放射パネルに熱媒体流路を敷設するための溝を設けなくても熱媒体流路から放射パネルへの熱伝達効率を向上させることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明に係る放射パネルは、例えば図１に示すように、請求項１又は請求項２に記載の放射パネル１０において、放射板１１に、通気孔１２が形成されている。
【００１１】
このように構成すると、放射パネルを被空調室に設置した際に通気孔に空気を通過させ、放射熱と対流とによって被空調室内の温度分布をほぼ均一にする空調システムに適用可能な放射パネルとなる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明に係る空調システムは、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の放射パネル１０（例えば図１参照）が、被空調室の天井面、床面及び壁面の少なくとも１箇所に配設され；被空調室を冷房する際に熱媒体流路１３（例えば図１参照）に冷水を流し、被空調室を暖房する際に熱媒体流路１３（例えば図１参照）に温水を流すように構成されている。ここで、放射パネルが「面」に配設されるとは、既に形成されている天井、床、壁に放射パネルを貼り付けること、及び放射パネルによって天井、床、壁を形成することのいずれの意であってもよい。
【００１３】
このように構成すると、放射パネルに熱媒体流路を敷設するための溝を設けなくても熱媒体流路から放射パネルへの熱伝達効率を向上させることができる放射パネルを用た空調システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱媒体流路が、熱媒体流路の断面形状が真円であると仮定したときに比べて熱媒体流路と放射板との接触面積が大きくなるような断面形状を有するので、放射パネルに熱媒体流路を敷設するための溝を設けなくても熱媒体流路から放射パネルへの熱伝達効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係る放射パネルを示す斜視図である。放射パネル１０は、放射板１１と熱媒体流路１３を備えている。
【００１６】
放射板１１は、ほぼ長方形状の板であり、複数の通気孔１２を有している。放射板１１の材質は、典型的にはアルミニウムが用いられるが、ステンレス、その他の熱伝導率の高い材料を用いてもよい。放射板１１に形成された複数の通気孔１２は、典型的には円形の小孔である。放射板１１に形成された通気孔１２の大きさは、典型的には３ｍｍ〜１５ｍｍであるが、天井面の装飾（通気孔から天井裏が見えないようにする）の観点から上限を好ましくは１２ｍｍ、より好ましくは１０ｍｍとし、ドラフト抑制のために吹き出し風速を小さくする観点から下限を好ましくは５ｍｍ、より好ましくは８ｍｍとするとよい。放射板１１に形成された通気孔１２の数は、その大きさに対して、典型的には被空調室内とその天井裏とを通気孔１２を通して通過させる空気の風量と風速によって決定される。風量は、典型的には、被空調室２内を所定の清浄度に保つために必要な循環風量から決定される。風速は、典型的には０．０５〜０．３５ｍ／ｓであるが、被空調室に在室する者がドラフトを感じないという観点から上限を好ましくは０．３ｍ／ｓ、より好ましくは０．２５ｍ／ｓとし、被空調室への対流による効果を実行あらしめる観点から下限を好ましくは０．１ｍ／ｓ、より好ましくは０．１５ｍ／ｓとするとよい。なお、放射板１１の形状は、長方形以外の、正方形、三角形、多角形であってもよい。放射板１１の形状は、被空調室の形状や照明等他の器具類との取り合い（天伏）を考慮して、適宜納まりのよい形状を選択するとよい。
【００１７】
熱媒体流路１３は、その内部に、冷房か暖房かにより熱媒体としての冷水又は温水のうちの一方を流し、放射板１１に冷熱又は温熱を授熱することができるように構成されている。ここで、「冷水」とは、被空調室を冷房する際に熱媒体流路１３内を流れる水であり、その放射パネル１０の入口における温度は、典型的には１５〜２０℃であり、冷房効率を向上させる観点から上限を好ましくは１９℃、より好ましくは１８℃とし、結露防止の観点から下限を好ましくは１６℃、より好ましくは１７℃とするのがよい。また、「温水」とは、被空調室を暖房する際に熱媒体流路１３内を流れる水であり、その放射パネル１０の入口における温度は、典型的には２８〜４５℃であり、消費エネルギー削減の観点から上限を好ましくは４０℃、より好ましくは３８℃とし、暖房効率を向上させる観点から下限を好ましくは３０℃、より好ましくは３４℃とするのがよい。また、熱は高熱源から低熱源へと移動するという観点から見れば冷熱を受熱するという表現は違和感があるかもしれないが、被空調室２を冷房するために周囲温度より低い温度である質的に高位な冷熱を必要とする点に鑑み、放射板１１が冷水によって冷やされる場合を、便宜上、冷熱を受熱すると表現することとする。
【００１８】
熱媒体流路１３は、適宜曲げられた状態で放射板１１に取り付けられている。熱媒体流路１３は、典型的には、銅管や樹脂管が用いられる。その他の材質を用いてもよいが、曲げ加工性に優れ、曲げに強い材料を用いるとよい。また、熱媒体流路１３は、放射板１１に取り付けられる長さによって放射板１１への伝熱量を調整することができ、より多くの熱を放射板１１に与えたい場合は、できる限り小さい曲げ半径で曲げてより多くの長さを放射板１１に接触させるとよい。また、熱媒体流路１３は、適宜放射板１１に固定されるが、温度変化に対する伸縮を吸収可能とするため、長さ方向（軸方向）の固定は最小限度にとどめることが好ましい。このように放射板１１に取り付けられた熱媒体流路１３は、温度変化に伴う伸縮に対して、曲部でその伸縮が吸収される。また、熱媒体流路１３は、配管への接続を容易にする可とう部１３ａ、１３ｂが形成されている。
【００１９】
熱媒体流路１３の断面の形状は、熱媒体流路１３から放射板１１への熱伝達を増加させる観点から、熱媒体流路１３と放射板１１との接触面積を増やすことができる形状を有している。
ここで図２を参照して、熱媒体流路１３の形状について説明する。図２は放射パネル１０に取り付けられる熱媒体流路１３の断面図であり、（ａ）は本実施の形態に係る熱媒体流路の断面を示し、（ｂ）〜（ｄ）は変形例の熱媒体流路の断面を示している。図２（ａ）に示すように、熱媒体流路１３は、典型的には断面が扁平形状を有している。断面扁平形状の熱媒体流路１３は、断面が扁平となるような型を用いて製造してもよく、一旦断面が円形状の管を製造した後に断面が扁平となるように変形させてもよい。熱媒体流路１３の扁平率は、熱媒体流路１３の伸縮に伴う熱応力の観点や、内部を流れる熱媒体による潰食を防止し得る流速の観点等から決定するとよい。
【００２０】
また、図２（ｂ）に示すように、熱媒体流路１３の断面形状を半円形状としてもよい。この場合、断面半円形状の直径に相当する部分が放射板１１に接触するように、熱媒体流路１３が放射板１１に取り付けられる。また、図２（ｃ）に示すように、熱媒体流路１３の断面形状を矩形状としてもよく、図２（ｄ）に示すように三角形状としてもよい。断面形状を矩形又は三角形状とする場合は、矩形又は三角形の一辺が放射板１１に接触するように、熱媒体流路１３が放射板１１に取り付けられる。断面形状を半円形状、矩形状又は三角形状とする場合の熱媒体流路１３は、典型的には、断面が半円形状、矩形状又は三角形状となるような型を用いて製造される。なお、熱媒体流路１３の断面形状は、上記以外の、五角形や六角形等の多角形でもよい。
【００２１】
熱媒体流路１３の断面形状を扁平形状、半円形状、矩形状又は三角形状等とすることにより、断面形状を真円とした場合と比較して、熱媒体流路１３と放射板１１との接触面積を増加させることができ、これが熱媒体流路１３から放射板１１への熱伝達を増加させ、結果的に放射板１１からの放射熱量を増加させることができる。なお、ここでいう「真円」とは、厳密な意味の真円ではなく、おおよそ一般に、配管が採用する断面形状である円形を意味するものであって、多少のひずみを有するものも含む。すなわち、ここでいう「真円」は、ほぼ円形断面にすることを意図して作られた配管の断面形状である。
【００２２】
また、熱媒体流路１３の断面形状を扁平形状、半円形状、矩形状又は三角形状等とすると、断面形状を真円とした場合と比較して、熱媒体流路１３内の熱媒体の流速が速くなり、熱伝達率を向上させることができる。断面形状が扁平形状、半円形状、矩形状又は三角形状等を有する熱媒体流路１３内の熱媒体の流速を断面形状を真円とした場合の流速と同じにした場合は、断面扁平形状等の熱媒体流路１３を流れる熱媒体の流量が減少することとなるので、熱媒体の搬送動力が低減することとなる。
【００２３】
上述のように構成された放射パネル１０は、電磁波である熱線を放射して、被空調室内の温度を調整することができるように構成されている。放射パネル１０から放射される熱線は、冷房時は冷熱であり、暖房時は温熱である。冷熱は、被空調室の設定温度よりも低い温度の熱である。温熱は、被空調室の設定温度よりも高い温度の熱である。前述のように、厳密にいえば、冷房時は、放射パネル１０から冷熱が放射されるのではなく、例えば人間などから放射された熱が、温度の低い放射パネル１０に吸収されることによって反射されないために納涼感が生ずるのであるが、本明細書においては便宜上、冷熱についても放射されると表現することとする。放射パネル１０は、典型的には、天井面、床面、壁面に設置され、被空調室を空調する空調システムを構成する。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態に係る空調システム１を説明する系統図である。本実施の形態に係る空調システム１は、被空調室２の天井面に放射パネル１０が複数配設され、放射パネル１０が被空調室２の天井を構成している。また、空調システム１は、放射パネル１０に供給する冷水（冷房時）又は温水（暖房時）の温度を調整する熱源機６１を備えている。また、図示はしないが天井裏に送風機が設けられている。送風機は、放射板１１の通気孔１２に空気を流す。
【００２５】
熱源機６１としては、ヒートポンプチラーや冷温水発生機等が用いられる。熱源機６１は、放射パネル１０を通って、冷房時に温度が上昇した冷水を導入して温度が低下した冷水を導出し、暖房時に温度が低下した温水を導入して温度が上昇した温水を導出することができるように構成されている。熱源機６１で温度が調整された冷水（温水）は、熱媒体導出口６１ａから導出され、放射パネル１０から還ってきた冷水（温水）は、熱媒体導入口６１ｂから導入される。
【００２６】
熱媒体導出口６１ａは、熱媒体流路１３の可とう部１３ａ（図１参照）と配管８１を介して接続されている。配管８１には、冷水（温水）を熱媒体流路１３に圧送する送水ポンプ６２が配設されている。他方、熱媒体導入口６１ｂは、熱媒体流路１３の可とう部１３ｂ（図１参照）と配管８２を介して接続されている。放射パネル１０は、被空調室２の天井に複数設けられており、放射パネル１０の数だけ可とう部１３ａ、１３ｂが存在するため、典型的には、配管８１はサプライヘッダー１８を介して各放射パネル１０の可とう部１３ａと接続されており、配管８２はレタンヘッダー１９を介して各放射パネル１０の可とう部１３ｂと接続されている。このようにして、放射パネル１０と熱源機６１との間を冷水（温水）が循環する循環流路が形成されている。
【００２７】
引き続き図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態に係る放射パネル１０及び空調システム１の作用を説明する。
まず、冷房時の作用について説明する。被空調室２の冷房を開始するに際し、ポンプ６２が起動され、配管８１、８２等の内部を流れる冷水の循環が開始される。ポンプ６２が起動すると熱源機６１が起動する。熱源機６１は電気やガス等のエネルギー源を導入して仕事をし、熱源機６１から導出される冷水の温度を１７℃程度にする。約１７℃の冷水は、配管８１、及びサプライヘッダー１８を経て放射パネル１０の熱媒体流路１３に流入する。
【００２８】
放射パネル１０に導入された冷水は、熱媒体流路１３内を流れてレタンヘッダー１９に至る。熱媒体流路１３を流れる冷水は放射板１１と熱交換し、放射板１１は冷やされ、冷水の温度は上昇する。このとき、熱媒体流路１３の断面は扁平となっており（図３（ａ）参照）、断面が円形である場合と比べて放射板１１との接触面積が増加しているので、冷水と放射板１１との熱交換が促進される。また、扁平断面を持つ熱媒体流路１３は、円形断面の場合に比べて内部を流れる冷水の流速が速くなるため熱伝達率が向上する。他方、冷水から放射板１１への伝熱量を熱媒体流路１３の断面が円形である場合と同程度にして、熱媒体流路１３を流れる冷水の流速を低下させた場合は、ポンプ６２の動力が低減する。また、熱媒体流路１３を流れる冷水の温度が１７℃程度であり、被空調室２の湿度を考慮すると放射板１１が結露することがない。冷水から冷熱を受熱して放射板１１の温度が低下した放射パネル１０は、被空調室２に向けて冷熱を放射する。放射パネル１０からの冷熱の放射は、被空調室２の天井面全体から行なわれるので、被空調室２内に温度ムラが生じにくい。
【００２９】
また、放射板１１に複数の通気孔１２が形成されており、不図示の送風機により、通気孔１２を通って被空調室２と天井裏（放射パネル１０を挟んで被空調室２と反対側）との間を微風として空気が動くため、被空調室２内に微小な空気の流れが生じ、淀みを防ぐことができる。また、空気が通気孔１２を通過する際に、その近傍に設けられた熱媒体流路１３により冷やされた空気が被空調室２に流れ込み、冷房効果を阻害しない。
【００３０】
熱媒体流路１３を流れて放射板１１と熱交換した冷水は、レタンヘッダー１９に流入する。レタンヘッダー１９に流入した冷水の温度は、１９℃程度となっている。レタンヘッダー１９に流入した冷水は、配管８２を流れ、熱媒体流入口６１ｂから熱源機６１に流入し、熱源機６１で温度が調整される。熱源機６１で温度が低下させられた冷水は、熱媒体導出口６１ａから導出されて配管８１を流れ、再び放射パネル１０に供給される。
【００３１】
次に、暖房時の作用について説明する。被空調室２の暖房を開始するに際し、ポンプ６２の起動により、配管８１、８２等の内部を流れる温水の循環が開始され、次いで熱源機６１が起動する。熱源機６１から導出される温水の温度は３６℃程度である。約３６℃の温水は、配管８１、及びサプライヘッダー１８を経て放射パネル１０の熱媒体流路１３に流入する。
【００３２】
放射パネル１０に導入された温水は、熱媒体流路１３内を流れてレタンヘッダー１９に至る。熱媒体流路１３を流れる温水は放射板１１と熱交換し、放射板１１は温められ、温水の温度は低下する。このとき、熱媒体流路１３の断面は扁平となっており（図３（ａ）参照）、断面が円形である場合と比べて放射板１１との接触面積が増加しているので、温水と放射板１１との熱交換が促進される。また、扁平断面を持つ熱媒体流路１３は、円形断面の場合に比べて内部を流れる温水の流速が速くなるため熱伝達率が向上する。他方温水から放射板１１への伝熱量を熱媒体流路１３の断面が円形である場合と同程度にして、熱媒体流路１３を流れる温水の流速を低下させた場合は、ポンプ６２の動力が低減する。温水から温熱を受熱して放射板１１の温度が上昇した放射パネル１０は、被空調室２に向けて温熱を放射する。放射パネル１０からの温熱の放射は、被空調室２の天井面全体から行なわれるので、被空調室２内に温度ムラが生じにくい。
【００３３】
また、放射板１１に複数の通気孔１２が形成されており、不図示の送風機により、通気孔１２を通って被空調室２と天井裏（放射パネル１０を挟んで被空調室２と反対側）との間を微風として空気が動くため、被空調室２内に微小な空気の流れが生じ、淀みを防ぐことができる。また、空気が通気孔１２を通過する際に、その近傍に設けられた熱媒体流路１３により温められた空気が被空調室２に流れ込み、暖房効果を阻害しない。
【００３４】
熱媒体流路１３を流れて放射板１１と熱交換した温水は、レタンヘッダー１９に流入する。レタンヘッダー１９に流入した温水の温度は、３４℃程度となっている。レタンヘッダー１９に流入した温水は、配管８２を流れ、熱媒体流入口６１ｂから熱源機６１に流入し、熱源機６１で温度が調整される。熱源機６１で温度を上昇させられた温水は、熱媒体導出口６１ａから導出されて配管８１を流れ、再び放射パネル１０に供給される。
【００３５】
以上の説明では、放射板１１に通気孔１２が形成されているとして説明したが、通気孔１２が形成されていなくてもよい。通気孔１２が形成されない場合は、天井裏に送風機を設ける必要がなくなり、空調システム２をよりシンプルにできる。しかしながら、放射板１１に通気孔１２を形成して微小な空気の流れをつくった場合は、被空調室内の空気の淀みを防ぐことができる。
【００３６】
以上の説明では、熱媒体は冷水又は温水であるとして説明したが、ブラインやガス等、他の流体であってもよい。つまり、放射させるための熱を放射板に与えることができる流体であればよい。
【００３７】
以上の説明では、放射パネル１０が被空調室の天井面に配設されているとして説明したが、床面や壁面、あるいは天井、床、壁の２箇所以上に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る放射パネルの斜視図である。
【図２】放射パネルに取り付けられる熱媒体流路の断面図である。（ａ）は本実施の形態に係る熱媒体流路の断面を示し、（ｂ）〜（ｄ）は変形例の熱媒体流路の断面を示している。
【図３】本発明の実施の形態に係る空調システムを説明する系統図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    空調システム
２    被空調室
１０  放射パネル
１１  放射板
１２  通気孔
１３  熱媒体流路
１８  サプライヘッダー
１９  レタンヘッダー
６１  熱源機
６２  ポンプ
８１、８２  配管
【図１】
2006214697.tif 000003
【図２】
2006214697.tif 000004
【図３】
2006214697.tif 000005