(57)【要約】【課題】室内の空気の温度分布を均一化することができる均温装置を提供する。【解決手段】天井１に沿ってその付近下方に滞留する空気の層と、床２に沿ってその付近上方に滞留する空気の層との温度差を縮小し、室内Ｒの温度を均一化するものであって、天井１と熱交換する天井部熱交換体３，１３が天井１に沿って敷設されるとともに、床２と熱交換する床部熱交換体４，１４が床２に沿って敷設され、天井部熱交換体３，１３と床部熱交換体４，１４との間に熱媒が循環する閉回路を構成してなる。【選択図】　　図１
2004060912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井に沿ってその付近下方に滞留する空気の層と、床に沿ってその付近上方に滞留する空気の層との温度差を縮小し、室内の温度を均一化する均温装置であって、
天井と熱交換する天井部熱交換体が天井に沿って敷設されるとともに、床と熱交換する床部熱交換体が床に沿って敷設され、天井部熱交換体と床部熱交換体との間に熱媒が循環する閉回路を構成してなることを特徴とする均温装置。
【請求項２】
熱媒としての温水を製造する温水製造機を前記閉回路に設けたことを特徴とする請求項１に記載の均温装置。
【請求項３】
温水を製造する温水製造機からの温水が循環するように構成された床加熱体を、前記床部熱交換体に隣接して設け、床部熱交換体と熱交換を行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の均温装置。
【請求項４】
前記天井部熱交換体と床部熱交換体とがヒートパイプの一部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の均温装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉空間、例えば建物の天井に沿ってその付近下方に滞留する空気の層と床に沿ってその付近上方に滞留する空気の層との温度差を縮小し、室内の温度を均一化する均温装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、閉空間、例えば建物の室内にいる人に対して適温が保持されるよう、ストーブ、床暖房、エアコン等の各種温調装置が使用されていることは公知のことである。
例えばエアコンやストーブは、天井付近の空気の層の温度は３０℃と高く、床付近の空気の層の温度は１０℃と低く、その中にいる人の頭部は天井面からの輻射も含めて快適に感じているか、暑いと感じているのに、腰から下は床面への輻射もあって、冷たい又は寒いと感じる違和感や不快感を覚えたりする。その腰から下が冷たい又は寒いと感じることや、頭部が暑苦しく感じることが長時間継続すると体に変調を来たすという問題点がある。
【０００３】
なお、エアコンは、空気の噴出し方向が自動又は手動で変更可能になっているが、その影響は局部的であって小さく、それだけでは十分な温調がなされない。
また、天井に空気を循環させ、上下の空気が混合させるファンが設けられた例もあるが、効果が発揮される程度に風力が高められると、人に風を感じさせ、それによって不快感を与えるという問題点がある。
【０００４】
これに対して、実開平５−４５４６３号公報には、室内温度均一化システムとして、複数のウィック式ヒートパイプが所定の間隔で取付けられた吸放熱パネルの下端が床面付近に、上端が天井付近にそれぞれ位置するよう（内壁面に）ほぼ垂直に設けられたものが記されている。また、前記吸放熱パネルが室内を区画するパーテーションとして使われることも記されている。
【０００５】
この考案は、確かに吸放熱パネルが設けられた内壁面及びその付近の空気の温度分布を均一化し、室内にいる人の違和感や不快感を緩和する効果があるが、通常戸棚が前に配置されると、遮蔽されて無効であり、押入れ・窓・ドア・開き戸には敷設不可能であり、内壁材によっては吸放熱パネルと組み合わせ困難である等、吸放熱パネルの敷設面積が制限され、その効果が十分発揮されないという問題点がある。
【０００６】
エアコンやストーブに対して、床暖房は、床面が直接加熱され、温度は床面のそれが最も高く、天井付近まで略均一で、いわゆる「頭寒足熱」になっていて、理想的である。しかしながら、暖房開始後、床の温度の上昇に伴なって、室内の空気、天井、周壁本体の温度が上昇するが、熱容量の大きい天井、周壁本体の温度変化は遅い。さらに、それらと室内にいる人との間の輻射による熱交換が存在する。そのため、体感温度が適値に達するまでには、かなりの時間を要するという問題点もある。なお、床暖房においても、エアコンやストーブと同様の現象が起る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的とするところは、上記従来例の欠点を解消した、室内の空気の温度分布を均一化することのできる均温装置を提供することにある。
また、床暖房装置の起ち上がりを早めることができる均温装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達するために、請求項１の発明の均温化装置は、天井（１）に沿ってその付近下方に滞留する空気の層と、床（２）に沿ってその付近上方に滞留する空気の層との温度差を縮小し、室内（Ｒ）の温度を均一化するものであって、天井（１）と熱交換する天井部熱交換体（３，１３）が天井（１）に沿って敷設されるとともに、床（２）と熱交換する床部熱交換体（４，１４）が床（２）に沿って敷設され、天井部熱交換体（３，１３）と床部熱交換体（４，１４）との間に熱媒が循環する閉回路を構成してなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成に加えて、熱媒としての温水を製造する温水製造機（５ａ）を前記閉回路に設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の発明の構成に加えて、温水を製造する温水製造機（１５ａ）からの温水が循環するように構成された床加熱体（１５ｂ）を、前記床部熱交換体（１４）に隣接して設け、床部熱交換体（１４）と熱交換を行うようにしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの発明の構成に加えて、天井部熱交換体（３，１３）と床部熱交換体（４，１４）とがヒートパイプの一部であることを特徴とする。
【００１２】
なお、上記の課題を解決するための手段に記載された括弧内の記号は後述する発明の実施の形態及び図面に記載された記号に対応する。
【００１３】
請求項１の発明によれば、例えば、床に比較して天井やその付近下方に滞留する空気の層の温度が高くなり、室内上下の温度差が大きくなった場合、天井部熱交換体が、側壁に比較して遮蔽されることが少ない天井に敷設されているため、それによって天井並びにその付近下方に滞留する空気の層が冷却され、温度が下がって、室内空気の上下の温度差が効果的に縮小される。
また、上述のように、天井の温度も下がるため、それと人との輻射熱交換量も加味され、単に天井の付近下方に滞留する空気の層の温度が低下した以上に体感温度が低下し、それによって室内空気の上下の大きい温度差に伴う違和感や不快感が一層軽減されるか、又は解消される。
【００１４】
また、冷房又は暖房の開始後、天井の付近下方に滞留する空気の層の温度が所望のものと著しく離れているとき、天井部熱交換体による、遮蔽の少ない天井の冷却又は加熱が付加されれば、その温度の下降又は上昇の速度が高められ、室内にいる人に与える体感温度が早期に所望のものに近付く。
【００１５】
また、例えば天井や天井付近下方に滞留する空気の温度が高い場合、床部熱交換体の付近に滞留する空気の層から受けた熱が、別に熱発生装置の設置を要することなく、熱媒を介して天井部熱交換体へ送られ、さらに天井並びにその付近下方に滞留する空気の層へ伝えられるため、室内空気の上下層間の温度差が一層縮められる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の作用効果に加えて、特に寒い日は、暖房開始直後、床の昇温に比べて、天井、周壁本体の昇温が遅く、そのうえ、それらと室内にいる人との間の輻射による熱交換が存在するため、所望の体感温度に達するまでには、かなりの時間を要するという問題点もあったのに対して、温水製造機からの温水を介して天井部熱交換体、遮蔽の少ない天井が加熱されるため、室内全体が快適な状態に到達するのが早くなる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明の作用効果に加えて、温水を製造する温水製造機からの温水が循環するように構成された床加熱体を、床部熱交換体に隣接して設け、床部熱交換体と熱交換を行うようにしたので、室内全体が快適な状態に到達するのがより一層早くなる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、請求項１乃至３のいずれかの発明の作用効果に加えて、ヒートパイプは、その内部の熱・物質の移動が、封入された熱媒液が高温端で沸騰し、その沸騰によって生じた熱媒蒸気が低温端で凝縮する相変化と毛管による熱媒液の還流とに基いて行われるものであって、その構造が簡単であるにも拘わらず、熱・物質の搬送量が極めて高く、しかも熱媒は重力の影響を受けず、毛管によって移動するため、その搬送にポンプ等の流体輸送機械が不要であり、従って可動部分がなく、故障が少ない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の均温装置の第１の実施の形態例について説明する。図１はその断面図である。
【００２０】
この均温装置は、天井１に沿ってその付近下方に滞留する空気の層と、床２に沿ってその付近上方に滞留する空気の層との温度差を縮小し、室内の温度を均一化するものであって、天井１に沿って敷設された、伝熱管群よりなる天井部熱交換体３と、床２に敷設された、伝熱管群よりなる床部熱交換体４とを備えている。なお、天井部熱交換体３及び床部熱交換体４はパネル状に形成されてことが好ましい。
【００２１】
しかも、この均温装置は、室Ｒ内を暖房する暖房装置５と一体に組み合わされたものであって、通常の電気又はガス炊きの温水製造機５ａで作られた熱媒としての温水が、床部熱交換体４を先ず通過し、床２を加熱した後、天井部熱交換体３に送られ、天井１を通って、それを加熱した後、温水製造機５ａに戻されるよう、暖房装置５を介して、常に水が繰り返し循環する閉回路に構成されている。
【００２２】
これによると、従来、特に寒い日は、暖房開始直後、床２の昇温に比べて、天井１、周壁本体の昇温が遅く、そのうえ、それらと室内Ｒにいる人との間の輻射熱交換が存在するため、所望の体感温度に達するまでには、かなりの時間を要するという問題点があったのに対して、温水製造機５ａから温水が天井部熱交換体３にも送られ、それを加熱すると共に、それに伴って暖まり難かった天井１が加熱されるため、室Ｒ内全体が早期に快適な状態に到達する。
【００２３】
なお、何等かの原因で、床２に比較して天井１やその付近下方に滞留する空気の層の温度が一時的に高くなって、頭寒足熱の状態が損なわれるようなことが生じても、床部熱交換体４を通過し、床１と熱交換し、降温した水が天井部熱交換体３に送られるため、天井１が冷却され、やがてその温度が床２のそれより低くなり、それに伴って天井１の付近下方に滞留する空気の層の温度も、床１の付近上方に滞留する空気の温度よりも低くなり、頭寒足熱の状態が復元する。
【００２４】
第２の実施の形態例について図２によって説明すると、天井１に沿って敷設された、伝熱管群よりなる天井部熱交換体１３と、床２に敷設された、伝熱管群よりなる床部熱交換体１４とを備えていることは、第１の実施の形態例の天井部熱交換体３、床部熱交換体４と同様であるが、図示されないポンプによって熱媒が温水製造機１５ａを介さずに循環するよう両者のみで閉回路が構成されている。
そして、温水を製造する温水製造機１５ａからの温水が循環するように構成された熱管群よりなる床加熱体１５ｂを、床部熱交換体１４に隣接して設け、床部熱交換体１４と熱交換を行うようにしてある。
【００２５】
なお、図では床部熱交換体１４と床加熱体１５ｂとが上下に配置され、両者が直接熱交換するように見えるが、実際は同一水平面上に、例えば互い違いになるよう配置され、両者の間に絶縁材が挿入され、温水製造機１５ａから床加熱体１５ｂへ送られた熱が、床２を介して間接的に床部熱交換体１４に伝えられるよう構成されている。なお、床加熱体１５ｂの（温度が降下した）下流部分と床部熱交換体１４とが接するよう配置されてもよい。
【００２６】
これによれば、温水製造機１５ａから温水が送られると、その温水によって床加熱体１５ｂが加熱され、さらに床２、その付近上方に滞留する空気の層が順に加熱され、さらに室内Ｒの空気の自然対流によってその上方の空気も次第に上昇する。
その間、加熱された床２から床部熱交換体１４内の熱媒に熱が伝えられ、その加熱された熱媒が、図示されないポンプによって天井部熱交換体１３にも送られ、従来温度の上昇が遅れていた天井１を加熱するため、室Ｒ内全体が快適な状態に到達するのが早くなる。
【００２７】
なお、第１の実施の形態例同様に、何等かの原因で、床２に比較して天井１やその付近下方に滞留する空気の層の温度が一時的に高くなって、頭寒足熱の状態が損われるようなことが生じても、天井部熱交換体１３との床部熱交換体１４と間を熱媒が循環するため、それによって天井１の温度が床１のそれに近付き、それに伴って天井１の付近下方に滞留する空気の層の温度が降下し、頭寒足熱の状態が復元する。
【００２８】
さらに、天井部熱交換体１３と床部熱交換体１４とがヒートパイプの一部として構成されることによって、次の効果が発揮される。すなわち、ヒートパイプは、その内部の熱・物質の移動が、封入された熱媒液が高温端で沸騰し、その沸騰によって生じた熱媒蒸気が低温端で凝縮する相変化と毛管による熱媒液の還流とに基いて行われるものであって、その構造が簡単であるにも拘わらず、熱・物質の搬送量が極めて高く、しかも熱媒は重力の影響を受けず、毛管によって移動するため、その搬送にポンプ等の流体輸送機械が不要であり、従って可動部分がなく、故障が少ない。
【００２９】
第３の実施の形態例について図３によって説明すると、図２の床暖房装置１５に替えて、エアコン６（又はストーブ）が設置されたものである。それによれば、床暖房のような頭寒足熱の状態までには達しないけれども、天井１の付近下方に滞留する空気の層の温度が床２の付近上方に滞留する空気の層のそれよりも高くなった場合、天井１の付近下方に滞留する空気の層から天井１、床２を介して床２の付近上方に滞留する空気の層に熱が伝えられるため、両者の温度差が縮小される。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、例えば、床に比較して天井やその付近下方に滞留する空気の層の温度が高くなり、室内上下の温度差が大きくなった場合、天井部熱交換体が、側壁に比較して遮蔽されることが少ない天井に敷設されているため、それによって天井並びにその付近下方に滞留する空気の層が冷却され、温度が下がって、室内空気の上下の温度差が効果的に縮小される。
また、上述のように、天井の温度も下がるため、それと人との輻射熱交換量も加味され、単に天井の付近下方に滞留する空気の層の温度が低下した以上に体感温度が低下し、それによって室内空気の上下の大きい温度差に伴う違和感や不快感が一層軽減されるか、又は解消される。
【００３１】
また、冷房又は暖房の開始後、天井の付近下方に滞留する空気の層の温度が所望のものと著しく離れているとき、天井部熱交換体による、遮蔽の少ない天井の冷却又は加熱が付加されれば、その温度の下降又は上昇の速度が高められ、室内にいる人に与える体感温度が早期に所望のものに近付く。
【００３２】
また、例えば天井や天井付近下方に滞留する空気の温度が高い場合、床部熱交換体の付近に滞留する空気の層から受けた熱が、別に熱発生装置の設置を要することなく、熱媒を介して天井部熱交換体へ送られ、さらに天井並びにその付近下方に滞留する空気の層へ伝えられるため、室内空気の上下層間の温度差が一層縮められる。
【００３３】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の作用効果に加えて、特に寒い日は、暖房開始直後、床の昇温に比べて、天井、周壁本体の昇温が遅く、そのうえ、それらと室内にいる人との間の輻射による熱交換が存在するため、所望の体感温度に達するまでには、かなりの時間を要するという問題点もあったのに対して、温水製造機からの温水を介して天井部熱交換体、遮蔽の少ない天井が加熱されるため、室内全体が快適な状態に到達するのが早くなる。
【００３４】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明の作用効果に加えて、温水を製造する温水製造機からの温水が循環するように構成された床加熱体を、床部熱交換体に隣接して設け、床部熱交換体と熱交換を行うようにしたので、室内全体が快適な状態に到達するのがより一層早くなる。
【００３５】
請求項４の発明によれば、請求項１乃至３のいずれかの発明の作用効果に加えて、ヒートパイプは、その内部の熱・物質の移動が、封入された熱媒液が高温端で沸騰し、その沸騰によって生じた熱媒蒸気が低温端で凝縮する相変化と毛管による熱媒液の還流とに基いて行われるものであって、その構造が簡単であるにも拘わらず、熱・物質の搬送量が極めて高く、しかも熱媒は重力の影響を受けず、毛管によって移動するため、その搬送にポンプ等の流体輸送機械が不要であり、従って可動部分がなく、故障が少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態例を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　天井
２　　床
３　　天井部熱交換体
４　　床部熱交換体
５　　床暖房装置
５ａ　温水製造機
６　　エアコン
１３　　天井部熱交換体
１４　　床部熱交換体
１５　　床暖房装置
１５ａ　温水製造機
１５ｂ　床加熱体
Ｒ　　室
【図１】
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【図２】
2004060912.tif 000004
【図３】
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