(57)【要約】【課題】  熱交換効率の優れた熱交換器と該熱交換器から放出される輻射熱を室内空間に留める機構を備えた室内空間を均一に暖房できる暖房システムを提供すると共に、さらに水冷熱交換部を備えることで室内を均一に冷却できる冷房システムを提供することを目的とする。【解決手段】  熱媒体の循環によって加熱機構からの熱エネルギーと熱交換するための熱交換部と、熱交換部からの熱エネルギーを所定の場所で熱放射するための放熱部とを循環部を介して接続してなる加熱システムにおいて、熱交換部は多層に積層して構成した熱媒体貯留ケース中にエチレングリコール液にセラミックス粉体を混入した熱媒体を収納して構成し、しかも、熱交換部の熱媒体は循環部を介して放熱部の放熱パイプと往復循環するように構成したことを特徴とする熱交換器と該熱交換器に冷却機構として水冷熱交換部をさらに備えたことを特徴とする。 【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体の循環によって加熱機構からの熱エネルギーと熱交換するための熱交換部と、熱交換部からの熱エネルギーを所定の場所で熱放射するための放熱部とを循環部を介して接続してなる加熱システムにおいて、
熱交換部は多層に積層して構成した熱媒体貯留ケース中にエチレングリコール液にセラミックス粉体を混入した熱媒体を収納して構成し、しかも、熱交換部の熱媒体は循環部を介して放熱部の放熱パイプと往復循環するように構成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記熱媒体貯留ケースはステンレスやアルミを素材とした扁平方形状のケースとしたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記熱媒体貯留ケースは円筒状のケースとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記循環部に配設された循環パイプの往路途中に熱媒体の熱膨張を逃がすための膨張空間タンクを分岐連結したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記循環部に配設された前記循環パイプの復路途中に設けた開閉可能な開閉バルブと、前記開閉バルブの開放時に前記熱媒体を冷却するための冷熱交換器と、前記冷熱交換器の前記熱媒体を冷却する冷却水の水温を検知するための水温センサーと、前記水温センサーの水温に応じて冷却水を地表面に散布するかどうかの判断を行う水温管理盤と、前記水温管理盤の判断に従い前記冷却水を地表面に散布可能な排出ポンプとを備えたことを特徴とした請求項１〜４の何れか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の熱交換器を備えた熱交換暖房システムであって、前記放熱部の前記放熱パイプが配設された室内空間を構成する天井面、壁面、および床面の少なくともいずれかに断熱材を敷設したことを特徴とする熱交換暖房システム。
【請求項７】
前記断熱材を発泡スチロール又はアキレスボードにアルミ箔を貼付したもので構成したことを特徴とする請求項６に記載の熱交換暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内を輻射熱によって均一に暖房するための熱交換器および熱交換暖房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーは温度の高いところから低いところへと流れる。この現象を熱移動と呼んでおり、熱移動を微視的に見た場合、その機構には明確に区別される２つの様式がある。一方は熱エネルギーの伝播により拡散される熱伝導であり、他方は電磁波により熱エネルギーが移動する放射（輻射）である。
【０００３】
従来、室内を暖房する手段としてストーブや温風暖房機などが使用されており、
これらの暖房手段は熱伝導と対流熱を利用して室内空間を暖める。しかし、この方法では熱源である暖房機器の周辺の空気を暖め、その空気が室内を対流することで室内空間を暖めるため、熱源近傍と遠方とでは温度差が大きくなる。
【０００４】
また、室内を暖房する別の手段として輻射熱を利用した方法があり、その代表的な暖房手段が床暖房である。先行技術文献１に記載されている床暖房装置では、基礎をなす基体の上に断熱材を介して下地板が配設され、その下地板と床材の間にヒートパイプが組み込まれた床暖房パネルが配置されている。ヒートパイプは床暖房パネル内に規則的な蛇行パターンを持って一様に組み込まれており、ヒートパイプ内には室外に設置された温水供給器から供給される温水が循環するようになっている。
【０００５】
この暖房システムでは、ヒートパイプと床材に空間を設け、設けられた空間内のヒートパイプに接合する空気を暖めることで空気の対流を発生させ、対流伝熱により床材に熱を伝導し、暖まった床材が輻射熱を発生させる。先行文献１では、上記のように対流伝熱により暖められた床材から室内空間に対して熱放射を行うと共に
暖められた床材から室内の空気に対して熱伝導も行う。
【０００６】
しかし、上記内容の室内暖房システムでは、対流伝熱を利用しているため床の温度に斑ができ室内を均一に暖めるための暖房手段にはなりにくく、斑のある床面から室内に対して熱伝導と熱放射により室内が暖められるが床面の温度斑と熱伝導による室内の熱斑により室内を均一に暖房するのに十分ではない。
【０００７】
ところで、建物内を通過する熱移動の内、熱放射による割合は７５％を占めると言われている。床面、天井面、壁面方向に対する熱放射による熱移動は、それぞれ９３％、５０〜７０％、６５〜８０％となっており、熱伝導による熱移動は何れの方向に対しても５〜７％程度と言われている。そのため、大部分の熱移動は熱放射によるものである。これを踏まえると、熱交換器を利用した暖房システムだけでは、効率的に室内を均一に暖房することが困難であり、室内空間にも暖められた室温を維持する為の断熱機構を備える必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１９３２５６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、その目的は、熱交換部で取得した熱量の損失を可及的に低減して放熱箇所まで対流し、所定の箇所にて室内を暖めるのに十分な熱放射が可能となるようにした熱交換効率の良い熱交換器と室内壁面、天井面、床面から逃げる輻射熱を室内に留める断熱システムとを合わせることで効率的に室内空間を均一に暖房できる暖房システムを提供すると共に、室外からの熱移動を緩和し水冷熱交換部にて室温を冷却する冷房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】
【００１０】
本発明の態様の１つは、熱媒体の循環によって加熱機構からの熱エネルギーと熱交換するための熱交換部と、熱交換部からの熱エネルギーを所定の場所で熱放射するための放熱部とを循環部を介して接続してなる加熱システムにおいて、
熱交換部は多層に積層して構成した熱媒体貯留ケース中にエチレングリコール液にセラミックス粉体を混入した熱媒体を収納して構成し、しかも、熱交換部の熱媒体は循環部を介して放熱部の放熱パイプと往復循環するように構成したことを特徴とする熱交換器である。
【００１１】
また、本発明の選択的な態様の１つにおいて、前記熱交換器は、前記熱媒体貯留ケースはステンレスやアルミニウムを素材とした扁平方形状のケースとし、内部に熱媒体を循環可能に収納したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の選択的な態様の１つにおいて、前記熱交換器は、前記熱媒体貯留ケースは円筒状のケースとし、内部に熱媒体を循環可能に収納したことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の選択的な態様の１つにおいて、前記熱交換器は、循環パイプの往路途中に熱媒体の熱膨張を逃がすための膨張空間タンクを分岐連結したものである。
【００１４】
また、本発明の選択的な態様の１つにおいて、前記熱交換器は、前記循環部に配設された前記循環パイプの復路途中に設けた開閉可能な開閉バルブと、前記開閉バルブの開放時に前記熱媒体を冷却するための冷熱交換器と、前記冷熱交換器の前記熱媒体を冷却する冷却水の水温を検知するための水温センサーと、前記水温センサーの水温に応じて冷却水を地表面に散布するかどうかの判断を行う水温管理盤と、前記水温管理盤の判断に従い前記井戸水を地表面に散布可能な排出ポンプとを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の選択的な態様の１つにおいて、熱媒体の循環によって加熱機構からの熱エネルギーと熱交換するための熱交換部と、熱交換部からの熱エネルギーを所定の場所で熱放射するための放熱部とを循環部を介して接続してなる加熱システムにおいて、熱交換部は多層に積層して構成した熱媒体貯留ケース中にエチレングリコール液にセラミックス粉体を混入した熱媒体を収納して構成し、しかも、熱交換部の熱媒体は循環部を介して放熱部の放熱パイプと往復循環するように構成した熱交換器を備えた熱交換暖房システムであって、前記放熱部の前記放熱パイプが配設された室内空間において、断熱材を天井面、壁面、床面に敷設したことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の選択的な態様の1つにおいて、前記断熱素材を発泡スチロール又はアキレスボードにアルミ箔を敷設したもので構成したことを特徴とする請求項５に記載の熱交換暖房システムである。
【発明の効果】
【００１７】
この態様に係る熱交換器は、熱媒体の循環によって加熱機構からの熱エネルギーと熱交換するための熱交換部と、熱交換部からの熱エネルギーを所定の場所で熱放射するための放熱部とを循環部を介して接続してなる加熱システムにおいて、
熱交換部は多層に積層して構成した熱媒体貯留ケース中にエチレングリコール液にセラミックス粉体を混入した熱媒体を収納して構成し、しかも、熱交換部の熱媒体は循環部を介して放熱部の放熱パイプと往復循環するように構成したことにより、
熱媒体中のエチレングリコール液が低い比熱により加熱初期から迅速な温度上昇が行われやすく、その分熱媒体が流動しやすくなるため循環部を介した放熱部との熱循環が迅速で容易となり熱交換効率が飛躍的に向上する効果がある。
他方、熱伝導率の面からみれば熱媒体中のエチレングリコール液は熱伝導率が低く、周りの物体に対する熱伝導効率が小さいため、エチレングリコール液の放熱による温度低下分の熱量は放熱部における熱放射に変換され、室内空間を均一に暖めることができる。
また、熱媒体中に混入したセラミックス粉体は、比熱がエチレングリコール液同様に低いため温度上昇しやすく、しかもセラミックス粉体は熱伝導率が高いため、上昇した温度分の熱量を周りのエチレングリコール液に伝播することができる。
また、セラミックス粉体は、放射率がエチレングリコール液と似ており相互に吸収、放射を繰り返すことで加熱器具の外部へ放出される熱損失を可及的に防止することができる。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、熱媒体貯留ケースをステンレスやアルミニウムを構成素材とした扁平方形状のケースとし、内部に熱媒体を循環可能に収納したことにより、暖められた熱媒体から放射される電磁波がステンレスやアルミニウムにより反射され熱媒体貯留ケース内に留められる。そのため、熱放射による熱の損失が発生しにくくなり、また、扁平方形状とすることで加熱機構からの熱を可及的に熱媒体貯留ケースに伝達することができる。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、熱媒体貯留ケースを円筒状のケースと内部に熱媒体を循環可能に収納したことにより、加熱機構により温められる面が、熱媒体貯留ケース外表面だけでなくドーナツ状にくり抜かれた内表面からも暖めることが可能となり、加熱機構からの熱を可及的に熱媒体貯留ケースに伝達することができる。
【００２０】
請求項４に係る発明によれば、循環ポンプと熱媒体貯留ケースの間に膨張空間タンクを配設することにより、加熱機構により熱せられた熱媒体から生じる熱膨張による循環パイプ内の圧力上昇を緩和することができ、循環ポンプ、循環パイプへのダメージを軽減することができる。
【００２１】
請求項５に係る発明によれば、前記循環部に配設された前記循環パイプの復路途中に設けた開閉可能な開閉バルブと、前記開閉バルブの開放時に前記熱媒体を冷却するための冷熱交換器と、前記冷熱交換器の前記熱媒体を冷却する冷却水の水温を検知するための水温センサーと、前記水温センサーの水温に応じて冷却水を地表面に散布するかどうかの判断を行う水温管理盤と、前記水温管理盤の判断に従い前記井戸水を地表面に散布可能な排出ポンプとを備えたことを特徴とするため、一定の温度に保たれる地下に配設された水を利用することで冷水熱交換後に室内を循環する熱媒体の温度を一定に保つことができる。また、地下水の水温を検知するセンサーを設けることで、基準温度を超過した場合に排出ポンプを作動させ地表面に地下水を散布する。そのため、熱交換に利用される水温を一定に保つことができる。
また、地表面に散布された水は地中にしみこみ再度熱交換箇所に蓄積されるため水の循環利用ができる。さらに、開閉可能なバルブを設けることで、冷却機能が必要な場合と暖房機能が必要な場合で循環経路を変更し熱交換と冷熱交換で利用を使い分けることができる。
【００２２】
請求項６に係る発明によれば、熱媒体の循環によって加熱機構からの熱エネルギーと熱交換するための熱交換部と、熱交換部からの熱エネルギーを所定の場所で熱放射するための放熱部とを循環部を介して接続してなる加熱システムにおいて、熱交換部は多層に積層して構成した熱媒体貯留ケース中にエチレングリコール液にセラミックス粉体を混入した熱媒体を収納して構成し、しかも、熱交換部の熱媒体は循環部を介して放熱部の放熱パイプと往復循環するように構成した熱交換器を備えた熱交換暖房システムであって、前記放熱部の前記放熱パイプが配設された室内空間において、断熱材を天井面、壁面、床面に敷設したことを特徴とするため、天井面、壁面、床面からの熱伝導と熱放射による室内空間からの熱損失を可及的に低減することができる。
【００２３】
請求項７に係る発明によれば、前記断熱素材を発泡スチロール又はアキレスボードにアルミ箔を敷設した断熱材とすることで、アルミ箔による反射作用により熱放射の遠赤外線を外部に放出することなく室内空間内に留めておくことが可能となり、室内空間の温度低下を可及的に低減できる。さらに、空気の層を多分に含む発泡スチロールや熱伝導率の低いガスを含むアキレスボードを有することで、熱伝導による熱量の損失を低減することが可能となり効率的な熱交換暖房システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態の暖房システムを模式的に示した図である。
【図２】本実施形態の熱媒体貯留ケースの形状を示した図である。
【図３】本実施形態の熱媒体貯留ケースの断面図と加熱機構を示した図である。
【図４】本実施形態の暖房システムに冷房システムを付加した冷暖房システムを模式的に示した図である。
【図５】本実施形態の放熱部の断熱機構を示した図である
【図６】本実施形態の放熱部の別の断熱機構を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本実施形態に係る熱交換器は、熱媒体の循環によって加熱機構からの熱エネルギーと熱交換するための熱交換部と、熱交換部からの熱エネルギーを所定の場所で熱放射するための放熱部とを循環部を介して接続してなる加熱システムにおいて、熱交換部は多層に積層して構成した熱媒体貯留ケース中にエチレングリコール液にセラミックス粉体を混入した熱媒体を収納して構成し、しかも、熱交換部の熱媒体は循環部を介して放熱部の放熱パイプと往復循環するように構成した熱交換器である。
また、熱媒体貯留ケースはステンレスやアルミニウムを素材とした扁平方形状のケースとし、内部に熱媒体を循環可能に収納した熱交換器である。
また、熱媒体貯留ケースは円筒状のケースとし、内部に熱媒体を循環可能に収納した熱交換器である。
また、循環パイプの往路途中に熱媒体の熱膨張を逃がすための膨張空間タンクを分岐連結した熱交換器である。
また、放熱部の天井面、壁面、床面に発泡スチロールにアルミ箔を敷設した断熱材を備えた熱交換暖房システムである。
また、熱媒体の循環によって冷却機構にて熱放出するための水冷熱交換部と、水冷熱交換部で放出した熱エネルギーを所定の場所で熱吸収するための吸熱部とを循環部を介して接続してなる冷却システムにおいて、前記循環部に配設された前記循環パイプの復路途中に設けた開閉可能な開閉バルブと、前記開閉バルブの開放時に前記熱媒体を冷却するための冷熱交換器と、前記冷熱交換器の前記熱媒体を冷却する冷却水の水温を検知するための水温センサーと、前記水温センサーの水温に応じて冷却水を地表面に散布するかどうかの判断を行う水温管理盤と、前記水温管理盤の判断に従い前記井戸水を地表面に散布可能な排出ポンプとをさらに備えた熱交換器である。
【００２６】
このように構成された熱交換冷暖房システムは、熱媒体貯留ケース内における熱損失を可及的に低減できる。特に、熱媒体は熱伝導率が低く、熱伝導による熱損失が発生しにくい材料であるために、循環後の熱媒体の温度低下は熱放射による輻射熱作用となり、同様に室内空間を暖める作用も熱放射による輻射熱作用となるために室内空間を均一に暖めることができる機能を果たすことができる。さらに、夏季には開閉バルブを開放し冷却水のある水冷熱交換部を介することで熱媒体を冷却し、併せて熱交換部の機能を停止して循環経路として利用することで冷房システムとして機能することができる。
【００２７】
以下、図面を参照しつつ本実施形態に係る加熱システム１００と熱交換暖房システム２００について具体的に説明する。
図１は、本実施形態の加熱システム１００を模式的に示した図である。また、図２は本実施形態の熱媒体貯留ケース１１の形状を示した図である。また、図３は本実施形態の熱媒体貯留ケース１１の断面図と熱交換部１０の加熱機構２０を示した図である。また、図４は本実施形態の加熱システム１００に冷房機能を付加した冷暖房システム３００を模式的に示した図である。また、図５は本実施形態の放熱部５０の断熱機構を示した図であり、図６は本実施形態の放熱部５０の別の断熱機構を示した図である。
図１に示すように本発明の実施例の加熱システム１００は次のように構成されている。
すなわち、本発明の加熱システム１００は、熱媒体１４の循環によって加熱機構２０からの熱エネルギーと熱交換するための熱交換部１０と、熱交換部１０からの熱エネルギーを所定の場所で熱放射するための放熱部５０とを循環部６０を介して接続している。
熱交換部１０は多層に積層して構成した熱媒体貯留ケース１１中にエチレングリコール液１２にセラミックス粉体１３を混入した熱媒体１４を収納して構成し、しかも、熱交換部１０の熱媒体１４は循環部６０を介して放熱部５０の放熱パイプ５２と往復循環するように構成している。
また、熱媒体貯留ケース１１はステンレスやアルミニウムを素材とした扁平方形状のケース又は円筒状のケースとし、内部に熱媒体を循環可能に収納している。
また、循環パイプの往路途中には、熱媒体の熱膨張を逃がすための膨張空間タンク３０を分岐連結している。
また、図４に示すように本発明の冷暖房システム３００は、熱媒体１４の循環時に冷却機構にて熱交換するための水冷熱交換部８０と、水冷熱交換部８０にて放出された熱エネルギーを所定の場所で熱吸収するための放熱部５０とを循環部６０を介して接続している。
水冷熱交換部８０は循環部６０に配設された第２循環パイプ５３の復路途中に設けた開閉可能な第１開閉バルブ８３と第２開閉バルブ８８と第３開閉バルブ８９と、前記第１開閉バルブ８３と前記第２開閉バルブ８８を開放し、前記第３開閉バルブ８９の閉塞時に前記熱媒体１４を冷却するための水温センサー８４と、前記水温センサー８４の水温に応じて冷却水８５を地表面に散布するかどうかを判断する水温管理盤８６と、水温管理盤８６の判断に従い冷却水８５を地表面に散布可能な排出ポンプ８７とで構成している。
また、図５に示すように放熱部５０の天井面、壁面、床面には発泡スチロール又はアキレスボードにアルミ箔を敷設した断熱材を備えている。
以下、本件発明の各構成部材について説明する。
【００２８】
熱媒体貯留ケース１１は、外部からの熱伝導により暖められるため、外部からの熱を可及的に吸収できるように外部との接触面積を拡大し、内部の熱媒体１４の温度を効率よく上昇させるのに適した形状を有することが好ましく、例えば、図２（ａ）、図２（ｂ）に図示しているように扁平方形状もしくは、円筒形状で中心部がくり抜かれたドーナツ形状であることが好ましい。さらに、熱媒体貯留ケース１１は、熱媒体貯留ケース１１内にて暖められた熱媒体１４より発生した遠赤外線を反射する材質で構成されていることが好ましく、例えば、ステンレスやアルミニウムで構成されていることが好ましい。
【００２９】
また、熱媒体貯留ケース１１内には、セラミックス粉体１３を混入したエチレングリコール液１２を封入している。エチレングリコール液１２は、比熱が小さく温度上昇しやすい特性を有する。そのため、暖められた直後からエチレングリコール液１２の流動性が高まり、熱媒体貯留ケース１１内において対流が生じ、熱媒体１４の効率的な温度上昇ができる。また、エチレングリコール液１２は熱伝導率が低いため、熱伝導による熱損失が少ない。すなわち、循環部６０と放熱部５０を通過する際の熱媒体１４の温度低下が熱伝導によるものではなく、熱放射による作用で生じていることを示している。このことから、室内空間を熱放射により暖房し、室内空間を均一に暖めることができる。
【００３０】
セラミックス粉体１３は、比熱が大きいため保有熱量が多く熱放射される箇所まで温度低下しにくい。さらに、セラミックス粉体１３は熱伝導率が高いため、上昇した温度分の熱量を周りのエチレングリコール液１２に伝播することができる。また、セラミックス粉体１３は、放射波長の割合がエチレングリコール液１２と似ており、エチレングリコール液１２とセラミックス粉体１３の間で相互に吸収、放射を繰り返すことで外部へ放出される熱損失を可及的に低減している。
さらに、セラミックス粉体１３が、循環ポンプ４０により循環させられることで循環経路内にあるスケールと接触し、配管内部やボイラー内部のスケール防止効果を有する。
また、セラミックス粉体１３は、黒体に近い放射率を有するため、加熱して温度上昇させることで放射される遠赤外線量が他物質よりも多く、室内の遠赤外線量を増加させる効果を有する。セラミックス粉体１３は、上記のような特徴を有した材料であることが好ましく、例えば、炭化ケイ素やジルコニアで構成していることが好ましい。
また、エチレングリコール液１２は熱交換部での温度上昇に伴い一部が熱分解され水が生成される。そのため、加熱時に発生した水分が配管内部の継ぎ目から徐々に蒸発発散し熱媒体１４から水分が減少する。これにより、エチレングリコール液１２が常温へと温度下降する際に流動性を失いゲル状態となり循環機能が低下する。しかし、エチレングリコール液１２にセラミックス粉体１３を混入することで、エチレングリコール液１２の熱分解を阻害しエチレングリコール液１２のゲル化を可及的に低減する。
また、原液のエチレングリコール液１２は、セラミックス粉体１３を混入することで熱分解作用を抑制し、液体の損失変化が抑制出来る。これにより、毎年３％程度のガス化による損失を補填する以外のメンテナンスを必要としないメンテナンスフリーの熱交換暖房システムが実現できる。
【００３１】
加熱機構２０は、熱媒体貯留ケース１１を熱伝導により加熱する機構であり、本実施形態では都市ガスの燃焼熱を利用した加熱機構としているが、加熱媒体は電熱によるもの、重油燃焼によるもの、その他の熱源は問わない。
【００３２】
循環部６０は、膨張空間タンク３０と、循環ポンプ４０と、第１循環パイプ５１と第２循環パイプ５３と、サプライヘッダー６１とリターンヘッダー６２とにより構成されている。
【００３３】
膨張空間タンク３０は、熱交換部１０において加熱機構２０により暖められた熱媒体１４による熱膨張を緩和吸収するための機構である。膨張空間タンク３０を有することで、熱媒体１４の熱膨張に伴う圧力上昇により循環ポンプ４０と第１循環パイプ５１に与えられるダメージを防止し、最も負荷の高い使用開始時に加熱システムが故障するのを防止する構成となっている。さらに、エチレングリコール液１２の熱分解により生じるガスが循環往復路内に留まることを防止しエア噛みが発生しない構成となっている。
【００３４】
また、循環ポンプ４０は熱交換部１０と放熱部５０との往復路を熱媒体１４が循環するために利用されるポンプである。循環ポンプ４０を有することで、加熱システム１００内を循環する熱媒体１４の流速を一定に保つことができる。熱媒体１４の流速を一定に保つことで、熱交換部１０の加熱機構２０から熱媒体１４への与熱量を一定に保つことができる。そのため、熱媒体貯留ケース１１から排出される際の熱媒体１４の温度が熱放射に適した温度を有し、放熱パイプ５２を通過する際に放出される放射伝熱量を一定に保つことができる。すなわち、室内空間の温度分布を均一に保つことができる。
【００３５】
サプライヘッダー６１は、加熱機構２０にて暖められた熱媒体１４を放熱部５０内に配設された複数の放熱パイプ５２に分配するための分配機構を有する。そのため、サプライヘッダー６１は必要な箇所に対して熱媒体１４を循環させることができるという選択性を有しており、不要な箇所での熱放射による温度低下を防止することができる。
【００３６】
また、リターンヘッダー６２は放熱部５０にて複数の放熱パイプ５２に分配した熱媒体１４を１本のパイプに集約するための集約機構を有する。リターンヘッダー６２にて熱媒体１４を集約することで、伝熱が不要な箇所での温度低下を防止することができ、熱交換部１０での過熱を必要最小限とすることができる。
【００３７】
第１循環パイプ５１は、熱交換部１０から循環ポンプ４０を経由してサプライヘッダー６１に到達するまでの循環経路である。第１循環パイプ５１は、放熱部５０に到達するまで降温しにくい材質と流路径を有することが好ましく、例えば、ポリブデン管のように熱伝導率が低く、管内径が２１．２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３８】
また、第２循環パイプ５３は、リターンヘッダー６２から熱交換部１０に到達するまでの循環経路である。第２循環パイプ５３は、第１循環パイプ５１と同様に降温しにくい材質と流路径であることが好ましく、例えば、ポリブデン管のように熱伝導率が低く、管内径が２１．２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
放熱部５０は、複数の放熱パイプ５２で構成されている。放熱パイプ５２は、室内全体を均一に暖房するために細管を使用することが好ましく、本実施形態では例えば、管内径が９．８ｍｍの細管を採用している。そのため、床面配設時の曲げ半径を小さくすることができ、放熱パイプ５２を床面全体に隙間無く敷き詰めることができる。さらに、床面全体に隙間無く敷き詰めることで、室内空間を暖めるのに十分な放射面積を備えることができる。
【００４０】
かかる構成とすることで、熱交換部で取得した熱量の損失を可及的に低減して放熱箇所まで対流し、所定の箇所にて室内を暖めるのに十分な熱放射が可能となるようにした熱交換効率の良い熱交換器を提供し、室内空間を遠赤外線放射による熱放射にて均一に暖める暖房システムを提供することができる。
尚、熱交換部１０では、暖められたエチレングリコール液１２とセラミックス粉体１３より放射される近赤外領域の電磁波を熱媒体貯留ケース１１内で反射・屈折することで遠赤外線に波長変換することができ、従来の熱交換器と比較して多量の遠赤外線を放射することが出来る。
【００４１】
かかる加熱システム１００の構成を図４に図示しているように、加熱システム１００を構成する放熱部５０と熱交換部１０の間の循環部６０における第２循環パイプ５３に水冷熱交換部８０を備えることで開閉バルブにて冷暖房の経路選択をし、冷暖房システム３００とすることもできる。
水冷熱交換部８０は、分岐サプライヘッダー８１と分岐リターンヘッダー８２と第１開閉バルブ８３と水温センサー８４と冷熱交換タンク８５と水温管理盤８６と排出ポンプ８７と第２開閉バルブ８８と第３開閉バルブ８９とで構成している。
【００４２】
分岐サプライヘッダー８１と分岐リターンヘッダー８２では熱媒体１４を冷却した際に流動性が低下し特定の箇所での圧力上昇を緩和する役割を担い、配管の損傷や循環ポンプの故障を可及的に低減できる。
【００４３】
第１開閉バルブ８３と第２開閉バルブ８８と第３開閉バルブ８９は、開放状態と閉塞状態の２つの状態を選択できるようになっており、それぞれのバルブの開放状態により地下を経由するか経由しないかを選択することができる。夏季は、第１開閉バルブ８３と第２開閉バルブ８８を開放し、第３開閉バルブ８９を閉塞することで熱媒体１４を地下水にて冷却し冷媒体として室温を吸熱し室内の温度を下げる。また、第１開閉バルブ８３と第２開閉バルブ８８を閉塞し、第３開閉バルブ８９を開放することで地下を経由することなく熱交換器を介して熱媒体１４を加熱することができ、加熱システム１００として利用することができる。
【００４４】
冷熱交換タンク８５は、熱媒体１４が循環するための第３循環パイプ５４と第４循環パイプ５５と循環する熱媒体１４を冷却するための冷却水を備えた冷却水を貯留するためのタンクである。
【００４５】
排出ポンプ８７は、冷熱交換タンク８５に設置された水温センサー８４と連動して作動する。排出ポンプ８７の作動可否の判断は水温管理盤８６にて管理しており、水温センサー８４が基準水温を上回ったと判断した際に排出ポンプ８７が作動し、地表面に温度が上昇した水を散布する。
【００４６】
加熱システム１００を利用した熱交換暖房システム２００は、床面Ｆと壁面Ｗと天井面Ｃとで構成された室内空間Ｒを有しており、図５に一例として熱交換暖房システム２００を適用した室内空間Ｒの断面を図示している。
【００４７】
床面Ｆは、土台コンクリート２２０とスタイロホーム２２３と床断熱材７３とモルタル２２４と該モルタル２２４内に収納された放熱パイプ５２と床材２１０が屋外から順次積層されている。
スタイロホーム２２３は、約１００ｍｍの厚さで土台コンクリート２２０の上部に載置されており、完全密閉状態の気泡部分を含有しているため、外部からの熱伝導を可及的に遮断し、室内の温度変化を生じにくくしている。
床断熱材７３は、スタイロホーム２２３の上部に載置されている。床断熱材７３は発泡スチロール、もしくはアキレスボードにアルミ箔を貼設して構成されており、室内空間Ｒ側にアルミ箔を配設し、室外側に発泡スチロール、もしくはアキレスボードを配設している。このように構成することで、室内空間Ｒからの輻射熱を室外に放出することなく室内に留め、外部との熱伝導を発泡スチロールやアキレスボードが含有する空気により遮断することで室内と室外での熱の授受を低減できる。
モルタル２２３は、床断熱材７３の上部に載置している。モルタル２２３は、放熱パイプ５２を収納して揺動しないように固定し、モルタル２２３上部に配設した床材２１０との位置関係が変動しないように構成している。
【００４８】
壁面Ｗは、壁体コンクリート２２１と壁根太板２３１と空気層２３３と壁面断熱材７２と壁板２１１とで構成している。
壁根太板２３１は、壁体コンクリート２２１と壁面断熱材７２の間に配設され、ある一定の高さを有することで両者の間に空気層２３３を形成している。空気層２３３を設けることで、壁体コンクリート２２１が含有している熱量を壁面断熱材７２に伝達するのを阻害する。
壁面断熱材７２は、壁体コンクリート２２１の内側に設けられた壁根太板２３１の内側に配設されている。壁面断熱材７２は発泡スチロール、もしくはアキレスボードにアルミ箔を貼設して構成されており、室内空間Ｒ側にアルミ箔を配設し、室外側に発泡スチロールを配設している。これにより、室内空間Ｒからの輻射熱を室外に放出することなく留め、外部との熱伝導を発泡スチロールやアキレスボードが含有する空気により遮断することで室内と外部との熱の授受を低減できる。壁面断熱材７２の内側には、壁板２１１が配設されている。
【００４９】
天井面Ｃは、天井コンクリート２２２と空気層２３０と天井根太板２３２と天井断熱材７１と天井板２１２との順番で屋外より順次配設されている。
天井コンクリート２２２と天井根太板２３２または天井断熱材７１との間には空気層２３０を形成しており、外部から室内への熱の授受を低減できる。
天井断熱材７１は、天井根太板２３２の下部に配設している。天井断熱材７１は発泡スチロール、もしくはアキレスボードにアルミ箔を貼設して構成されており、室内空間Ｒ側にアルミ箔を配設し、室外側に発泡スチロールを配設している。これにより、室内空間Ｒからの輻射熱を室外に放出することなく室内空間Ｒに留め、外部との熱伝導を発泡スチロールやアキレスボードが含有する空気により遮断して室内空間Ｒと外部との熱の授受を低減できる。また、天井断熱材７１の内側に、天井板２１２が配設されている。
【００５０】
かかるように構成することで、室内と室外との熱の授受を可及的に低減し、室温変化が生じにくい空間を提供できると共に、加熱システム１００を利用することで所定の室温が維持できる熱交換暖房システム２００を提供することができる。
【００５１】
さらに、室内の熱損失を低減する方法として、断熱材と断熱材の間に空気の層を設けても良い。すなわち、図６に示すように壁板２１１の上部と天井面２１２に敷設した断熱材を多層に積層し、空気の熱伝導率の低さを利用して更なる熱損失の低減が実現できる。
【００５２】
加熱システム１００を利用した熱交換暖房システム２００´は、床面Ｆ´と壁面Ｗ´と天井面Ｃ´とで構成された室内空間Ｒ´を有している。図６に熱交換暖房システム２００の別の例として熱交換暖房システム２００´を適用した室内空間Ｒ´の断面を図示している。
【００５３】
床面Ｆ´は、図５に図示した室内空間Ｒと同様に土台コンクリート２２０とスタイロホーム２２３と床断熱材７３とモルタル２２４と該モルタル２２４内に収納された放熱パイプ５２と床材２１０が屋外から順次積層されている。
【００５４】
壁面Ｗ´は、壁面上部側Ｗ１と壁面下部側Ｗ２にて構成されており、壁面下部側Ｗ２は壁体コンクリート２２１と壁根太板２３１と壁面断熱材７２とモルタル２３８と放熱パイプ５２と壁板２１１とで構成している。また、壁面上部側Ｗ１は壁体コンクリート２２１と壁根太板２３１と壁面断熱材７２と壁板２１１とで構成している。
壁面下部側Ｗ２において壁根太板２３１は、壁体コンクリート２２１と壁面断熱材７２の間に配設され、ある一定の高さを有することで両者の間に空気層２３４を形成している。空気層２３４を設けることで、壁体コンクリート２２１が含有している熱量を壁面断熱材７２に直接伝達するのを防止する。
壁面下部側Ｗ２において壁面断熱材７２は、壁体コンクリート２２１の内側に設けられた壁根太板２３１の内側に配設されている。壁面断熱材７２は発泡スチロール、もしくはアキレスボードにアルミ箔を貼設して構成されており、室内空間Ｒ´側にアルミ箔を配設し、室外側に発泡スチロールを配設している。これにより、室内空間Ｒ´からの輻射熱を室外に放出することなく留め、外部との熱伝導を発泡スチロールやアキレスボードが含有する空気により遮断することで室内と外部との熱の授受を低減できる。
壁面下部側Ｗ２においてモルタル２３８は壁面断熱材７２の内側に配設している。モルタル２３８は放熱パイプ５２を揺動しないように収納し、モルタル２３８の室内空間Ｒ´側に設けた壁板２１１との位置関係が変動しないように構成している。
壁面上部側Ｗ１において壁根太板２３１は、壁体コンクリート２２１と壁面断熱材７２の間に配設され、ある一定の高さを有することで両者の間に空気層２３５を形成している。空気層２３５を設けることで、壁面断熱材７２に直接壁体コンクリート２２１が含有した熱量が直接伝達するのを阻害する。
壁面上部側Ｗ１において壁面断熱材７２は、壁体コンクリート２２１の内側に設けられた壁根太板２３１の内側に配設されている。壁面断熱材７２は発泡スチロール、もしくはアキレスボードにアルミ箔を貼設して構成されており、室内空間Ｒ´側にアルミ箔を配設し、室外側に発泡スチロールを配設している。これにより、室内空間Ｒ´からの輻射熱を室外に放出することなく留め、外部との熱伝導を発泡スチロールやアキレスボードが含有する空気により遮断することで室内と外部との熱の授受を低減できる。
さらに、壁面上部側Ｗ１において天井面付近は熱の対流作用により室内の高温域の空気が集中しやすく、室内空間Ｒ´から外部へ熱が逃げやすい状態であり、壁面断熱材７２の内側にさらに壁根太板２３１と壁面断熱材７２を設けることで壁面断熱材７２同士の間に形成された空気層２３５により、外部への熱損失が可及的に低減できる。
【００５５】
天井面Ｃ´は、天井コンクリート２２２と空気層２３０と天井根太板２３２と３層に形成された天井断熱材７１と天井断熱材７１同士の間に形成された空気層２３６及び空気層２３７と天井板２１２との順番で屋外より順次配設される。
天井コンクリート２２２と天井面根太板２３２または天井断熱材７１との間に空気層２３０を形成しており、外部から室内への熱の授受を低減できる。
さらに、空気層２３０の下部には、天井断熱材７１と天井根太板２３２を１セットとして３層を配置している。それぞれの天井断熱材７１同士の間に空気層２３６及び空気層２３７が形成され室内からの熱損失を可及的に低減することができる。
天井断熱材７１は発泡スチロール、もしくはアキレスボードにアルミ箔を貼設して構成されており、室内空間Ｒ´側にアルミ箔を配設し、室外側に発泡スチロールを配設している。これにより、室内空間Ｒからの輻射熱を室外に放出することなく室内空間Ｒに留め、外部との熱伝導を発泡スチロールやアキレスボードが含有する空気により遮断することで室内と外部との熱の授受を低減できる。また、天井断熱材７１の室内空間Ｒ´側に、天井板２１２が配設されている。
【００５６】
かかるように構成することで、室内と室外との熱の授受を可及的に低減し、室温変化が生じにくい空間を提供できると共に、加熱システム１００を利用することで適切な熱交換暖房システム２００´を提供することができる。
【００５７】
また、上記の熱交換暖房システム２００及び熱交換暖房システム２００´に加熱機構１００の代替として冷却機能を付加した冷暖房システム３００を利用することで熱交換冷却システム４００及び熱交換冷却システム４００´とすることもできる。
【００５８】
かかる構成とすることで、熱放射にて均一に暖められた空間の熱損失を可及的に低減し、所定の室温を維持することが可能となる。この熱交換暖房システム２００及び熱交換暖房システム２００´と加熱システム１００を組み合わせることで大幅なランニングコストの低減を実現すると共に室内空間を均一に暖める暖房環境を提供することができる。さらに、熱交換冷却システム４００及び熱交換冷却システム４００´と冷暖房システム３００を組み合わせることで、夏場の室温を可及的に低減し一定の温度に保つと共に大幅なランニングコストの低減を実現することができる。
【００５９】
最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６０】
１００：加熱システム
１０：熱交換部
１１：熱媒体貯留ケース
１２：エチレングリコール液
１３：セラミックス粉体
１４：熱媒体
２０：加熱機構
３０：膨張空間タンク
４０：循環ポンプ
５０：放熱部
５１：第１循環パイプ
５２：放熱パイプ
５３：第２循環パイプ
５４：第３循環パイプ
５５：第４循環パイプ
６０：循環部
６１：サプライヘッダー
６２：リターンヘッダー
６３：第３開閉バルブ
７０：断熱機構
７１：天井断熱材
７２：壁面断熱材
７３：床面断熱材
８０：水冷熱交換部
８１：分岐サプライヘッダー
８２：分岐リターンヘッダー
８３：第１開閉バルブ
８４：水温センサー
８５：冷熱交換タンク
８６：水温管理盤
８７：循環ポンプ
８８：第２開閉バルブ
８９：第３開閉バルブ
９０：冷熱交換器
９１：冷却サプライヘッダー
９２：冷却リターンヘッダー
２００：熱交換暖房システム
２１０：床板
２１１：壁板
２１２：天井板
２２０：土台コンクリート
２２１：壁体コンクリート
２２２：天井コンクリート
２２３：スタイロホーム
２２４：モルタル
２３０：空気層
２３１：壁根太板
２３２：天井根太板
２３３：空気層
２３４：空気層
２３５：空気層
２３６：空気層
２３７：空気層
３００：冷暖房システム
４００：熱交換冷却システム
Ｃ：天井面
Ｃ´：天井面
Ｆ：床面
Ｆ´：床面
Ｒ：室内空間
Ｒ´：室内空間
Ｗ：壁面
Ｗ１：壁面上部
Ｗ２：壁面下部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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