JP2011127874A - 床暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】配管設置工事やメンテナンスを容易に行うことができる床暖房システムを提供する。
【解決手段】圧縮機２１、第１の放熱器２２、膨張弁２３、蒸発器２４を有し、二酸化炭素を冷媒として圧縮機２１の吐出圧を臨界圧力以上とするヒートポンプユニット２と、第１の放熱器２２内を流れる冷媒と熱交換することによって生成された温水が内部を流れる第２の放熱器３１と、第２の放熱器３１を通過した空気を床下に送るよう空気の流れを形成する第１の送風機３２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、床暖房システムに関するものである。

従来より、室内を暖房するための床暖房システムとして種々のものが提案されており、例えば特許文献１には温風を床下に送風する床暖房システムが提案されている。この温風を利用した床暖房システムは、ボイラを熱源とする温風が床下内に設置された温風通路内を循環することで室内を暖めている。

特開２００１−３０４５９４号公報

ところで、上述した温風を利用したタイプの床暖房システムは、その熱源として温水ボイラから供給される温水を利用しているが、この温水ボイラを駆動させるのに必要な燃料を節約したいという要望があった。

そこで、本発明は、ボイラを使用せず、燃料を節約することのできる床暖房システムを提供することを目的とする。

本発明に係る第1の床暖房システムは、圧縮機、第１の放熱器、膨張弁、蒸発器を有し、二酸化炭素を冷媒として前記圧縮機の吐出圧を臨界圧力以上とするヒートポンプユニットと、前記第１の放熱器内を流れる冷媒と熱交換することによって生成された温水が内部を流れる第２の放熱器と、前記第２の放熱器を通過した空気を床下に送るよう空気の流れを形成する第１の送風機と、を備えている。

上記床暖房システムによれば、第１の送風機によって床下に送られる空気は、第２の放熱器内を流れる温水と熱交換することによって温風となる。この第２の放熱器内を流れる温水は、ヒートポンプの第１の放熱器内を流れる冷媒と熱交換することによって生成される。このように、床下に送られる温風は、いわゆる超臨界圧サイクルを行うヒートポンプによって生成されており、従来有効に利用されていなかったヒートポンプの熱を熱源とするものであるため、温水を生成するための燃料を節約することができる。

上記第１の床暖房システムは種々の構成をとることができるが、例えば、第２の放熱器内を流れた温水が内部を流れる第３の放熱器と、第３の放熱器を通過した空気を室内に送るよう空気の流れを形成する第２の送風機と、第２の送風機によって形成される空気の流れ内において第２の放熱器の下流側に設置されたデシカント部材と、室内の空気を前記デシカント部材を通過させて床下に送るよう空気の流れを形成する第３の送風機と、をさらに備えるような構成とすることができる。この構成によれば、第２の送風機によって第３の放熱器を通過した空気を室内におくることで室内を暖房することができるが、この第３の放熱器内に流す温水は第２の放熱器内を流れた後の温水を利用しているため、熱を有効に利用することができる。また、第３の放熱器を通過して室内に送る温風をデシカント部材を通過させることで、室内に送る温風を高湿にすることができる。

また、上記第１の送風機によって形成された空気の流れ内において、第２の放熱器の下流に蓄熱材を設置してもよい。この構成によれば、料金の安い深夜電力を利用して蓄熱材に熱を貯めておき、昼間などにこの熱を利用することができる。

また、本発明に係る第２の床暖房システムは、圧縮機、第１の放熱器、膨張弁、蒸発器を有し、二酸化炭素を冷媒として前記圧縮機の吐出圧を臨界圧力以上とするヒートポンプユニットと、前記第１の放熱器内を流れる冷媒と熱交換することによって生成された温水が内部を流れる第３の放熱器と、前記第３の放熱器を通過した空気を室内に送るよう空気の流れを形成する第２の送風機と、前記第２の送風機によって形成される空気の流れ内において前記第３の放熱器の下流側に設置されたデシカント部材と、室内の空気を前記デシカント部材を通過させて床下に送るよう空気の流れを形成する第３の送風機と、を備えている。

この床暖房システムは、第２の送風機によって室内に送られた温風が第３の送風機によって室内から床下へと送風されるが、この温風は、ヒートポンプユニットの第１の放熱器内を流れる冷媒と熱交換することによって生成された温水を熱源としている。このように、床下に送られる温風は、いわゆる超臨界圧サイクルを行うヒートポンプによって生成されており、従来有効に利用されていなかったヒートポンプの熱を熱源とするものであるため、温水を生成するための燃料を節約することができる。

上記第２の床暖房システムは種々の構成をとることができるが、例えば、第３の放熱器内を流れた温水が内部を流れる第２の放熱器と、第２の放熱器を通過した空気を床下に送るよう空気の流れを形成する第１の送風機と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、第１の送風機によって第２の放熱器を通過して加熱された温風を床下に送ることで床暖房を行っているが、この第２の放熱器内を流れる温水は、上記第３の放熱器内を流れた後の温水を利用しているため、熱の利用率を向上させることができる。

本発明によれば、配管設置工事やメンテナンスを容易に行うことのできる床暖房システムを提供することができる。

図１は本発明に係る床暖房システムの第１実施形態を示す概略図である。 図２は本発明に係る床暖房システムの第２実施形態を示す概略図である。 図３は本発明に係る床暖房システムの別の実施形態を示す概略図である。 図４は本発明に係る床暖房システムのさらに別の実施形態を示す概略図である。

（第1実施形態）
以下、本発明に係る床暖房システムの第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、第１実施形態に係る床暖房システム１は、後述するファンコイルユニット３の熱源である温水を生成するヒートポンプユニット２と、床下空間Ｓに温風を送風するファンコイルユニット３と、ヒートポンプユニット２によって生成した温水をファインコイルユニット３に供給するための温水供給ユニット４と、を備えている。

ヒートポンプユニット２は、圧縮機２１，第１の放熱器２２，膨張弁２３，蒸発器２４が順次環状に接続されており、内部に冷媒である二酸化炭素が循環している。圧縮機２１は、冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出するように構成されている。第１の放熱器２２は、内部に流れる冷媒の熱を、後述する温水供給ユニット４の熱交換器４１内に流れる水に対して放熱するように構成されている。また、膨張弁２３は、冷媒を急激に減圧するように構成されており，蒸発器２４は内部を流れる冷媒を蒸発するように構成されている。

ファンコイルユニット３は、内部に温水が流れる第２の放熱器３１と、第２の放熱器３１を介して床下空間Ｓ内に送風する第１の送風機３２とを有しており、これらがケーシング３３内に設置されている。第２の放熱器３１は、内部に流れる温水を第１の送風機３２から送られる空気と熱交換させるものであり、例えば、伝熱管によって構成することができる。なお、この第２の放熱器３１内を流れた温水は、この後、給水配管４３へと送られて循環するようにしてもよいし、排水してもよい。

温水供給ユニット４は、ヒートポンプユニット２の第１の放熱器２２内を流れる冷媒と熱交換させることで内部を流れる水を加熱する熱交換器４１と、この熱交換器４１において加熱され生成された温水が貯留される貯湯タンク４２を備えている。貯湯タンク４２の下部には、水道水を貯湯タンク４２内に供給する給水配管４３が接続されている。また、貯湯タンク４２の上部にはファンコイルユニット３の第２の放熱器３１に貯湯タンク４２内のお湯を供給するための給湯配管４４が接続されている。なお、本実施形態では給湯配管４４は第２の放熱器３１のみに接続されているが、実際は、給湯配管４４は複数に分岐して浴室などへも接続されている。また、給水配管４３から貯湯タンク４２内に供給された水を熱交換器４１へ送って加熱し、再度貯湯タンク４２内へ戻すための循環配管４５が貯湯タンク４２の下部と上部に接続されている。

次に、上述したように構成された床暖房システム１の使用方法について説明する。

まず、貯湯タンク４２から第２の放熱器３１に温水を供給し、第２の放熱器３１を加熱させる。この貯湯タンク４２内の水を加熱する方法について説明すると、給水配管４３から貯湯タンク４２内に送られてきた水が、循環配管４５を介して熱交換器４１へと送られて、ヒートポンプユニット２の第１の放熱器２２内を流れる冷媒によって加熱されて温水となり貯湯タンク４２内へと戻される。

このヒートポンプユニット２では、圧縮機２１によって臨界圧力以上にまで圧縮されて高温高圧となった冷媒（二酸化炭素）が第１の放熱器２２に送られる。第１の放熱器２２内での冷媒は、温水供給ユニット４の熱交換器４１内を流れる水に放熱し、これによって熱交換器４１内を流れる水は加熱される。なお、冷媒自体は、超臨界圧状態であるために凝縮されることなく温度が低下して膨張弁２３へと送られる。そして冷媒は膨張弁２３にて減圧されて湿り蒸気の状態となって蒸発器２４へと送られる。蒸発器２４では、外気から吸熱することで蒸発されて飽和蒸気となり再度圧縮機２１へと送られる。以上のサイクルを繰り返すことで温水供給ユニット４の熱交換器４１内を流れる水を加熱して貯湯タンク４２内に温水が貯留される。

このように生成された貯湯タンク４２内の温水が給湯配管４４を経由しファンコイルユニット３の第２の放熱器３１へと送られ、第２の放熱器３１が加熱される。そして、第１の送風機３２が、加熱された第２の放熱器３１を介して床下空間Ｓ内に送風する。この第１の送風機３２によって送られる空気は、第２の放熱器３１と熱交換することにより温風となって床下空間Ｓ内に送風される。

以上、第１実施形態によれば、熱源としてヒートポンプユニット２の第１の放熱器２２を用いている。このように、床下に送られる温風は、いわゆる超臨界圧サイクルを行うヒートポンプ２によって生成されており、従来有効に利用されていなかったヒートポンプ２の熱を熱源とするものであるため、温水を生成するための燃料を節約することができる。また、第１実施形態では、このヒートポンプユニット２は、冷媒である二酸化炭素を圧縮機で臨界圧力以上まで圧縮する、いわゆる超臨界圧サイクルを行うため、圧縮機２１から吐出されて第１の放熱器２２内を流れる冷媒は比較的高温となる。このため、この第１の放熱器２２によって加熱されて第２の放熱器３１へと供給される温水も高温となり、第２の放熱器３１の熱源を安定して確保することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る床暖房システムの第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

図２に示すように、第２実施形態に係る床暖房システム１０は、後述するデシカントユニット５の熱源である温水を生成するヒートポンプユニット２と、床下空間Ｓに除湿された温風を送風するデシカントユニット５と、ヒートポンプユニット２によって生成した温水をデシカントユニット５に供給するための温水供給ユニット４と、を備えている。なお、ヒートポンプユニット２と温水供給ユニット４は、上記第１実施形態と同様であるためその説明を省略し、以下、上記第１実施形態と異なる部分であるデシカントユニット５について説明する。

デシカントユニット５は、回転可能に設置されたデシカントロータ（デシカント部材）５１と、デシカントロータ５１の上部と対向するよう設置された第３の放熱器５２と、を有している。また、デシカントユニット５は、第３の放熱器５２及びデシカントロータ５１の上部を介して室内空間Ｒに送風する第２の送風機５３と、室内の空気をデシカントロータ５１の下部を介して床下空間Ｓに送風する第３の送風機５４とをさらに有している。

デシカントロータ５１は、ハニカム構造の円盤状に形成されており、厚さ方向に空気が通過できるよう構成されている。このデシカントロータ５１は、通過した空気中の水分を吸着できるよう、高分子収着材やシリカゲル、ゼオライトなどから形成されている。また、高温の空気が通過すると、吸着した水分が空気に奪い取られて再生するように構成されている。なお、デシカントロータ５１は低速で円周方向に回転している。

次に、第２実施形態に係る床暖房システム１０の使用方法について説明する。

まず、第１実施形態と同様に、ヒートポンプユニット２の第１の放熱器２２内を流れる高温の冷媒によって加熱されて生成された温水が温水供給ユニット４の貯湯タンク４２内に貯留される。そして、貯湯タンク４２内の温水が給湯配管４４を経由してデシカントユニット５の第３の放熱器５２へと供給される。

第２の送風機５３から送られる空気は、第３の放熱器５２を通過する際に第３の放熱器５２内を流れる温水と熱交換することで温風となる。この温風がデシカントロータ５１の上部を通過することでデシカントロータ５１に吸着された水分を奪い取り、湿度の高くなった空気が室内空間Ｒへと送られる。

第３の送風機５４は、室内空間Ｒ内の空気をデシカントロータ５１の下部を介して床下空間Ｓへと送風する。このようにデシカントロータ５１の下部を介することで、デシカントロータ５１に水分が吸着されて湿度の低くなった空気が床下空間Ｒ内へと送られる。なお、デシカントロータ５１は、回転することでデシカントロータ５１の下部に吸着された水分をデシカントロータ５１の上部に移動させて室内空間Ｒへと送られる。

以上、第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様に、温風はヒートポンプユニット２によって生成されるため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、これに加えて、湿度の高い温風を室内空間Ｒに送るとともに、除湿された温風を床下空間Ｓ内に送ることができ、室内空間Ｒを直接暖房するとともに、床下からも暖房することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、図３や図４に示すように、ファンコイルユニット３とデシカントユニット５との両方を備えた床暖房システム１００とすることもできる。この場合、図３に示すように、ファンコイルユニット３の第２の放熱器３１内を流れた温水が続いてデシカントユニット５の第３の放熱器５２を流れるように構成してもよいし、図４に示すように、温水の流れを逆、すなわちデシカントユニット５の第３の放熱器５２を流れた後にファンコイルユニット３の第２の放熱器３１を流れるような構成とすることもできる。

また、上記各実施形態において、蓄熱材を各放熱器の下流側に配置することもできる。このように蓄熱材を配置しておくことで、料金の安い夜間電力を使用して蓄熱材に熱を貯めておき、昼間などにこの熱を利用することができる。

１、１０、１００ 床暖房システム
２ ヒートポンプユニット
２１ 圧縮機
２２ 第１の放熱器
２３ 膨張弁
２４ 蒸発器
３ ファンコイルユニット
３１ 第２の放熱器
３２ 第１の送風機
５ デシカントユニット
５１ デシカントロータ
５２ 第３の放熱器
５３ 第２の送風機
５４ 第３の送風機

Claims (5)

1. 圧縮機、第１の放熱器、膨張弁、蒸発器を有し、二酸化炭素を冷媒として前記圧縮機の吐出圧を臨界圧力以上とするヒートポンプユニットと、
   前記第１の放熱器内を流れる冷媒と熱交換することによって生成された温水が内部を流れる第２の放熱器と、
   前記第２の放熱器を通過した空気を床下に送るよう空気の流れを形成する第１の送風機と、
   を備える、床暖房システム。
2. 前記第２の放熱器内を流れた温水が内部を流れる第３の放熱器と、
   前記第３の放熱器を通過した空気を室内に送るよう空気の流れを形成する第２の送風機と、
   前記第２の送風機によって形成される空気の流れ内において前記第２の放熱器の下流側に設置されたデシカント部材と、
   室内の空気を前記デシカント部材を通過させて床下に送るよう空気の流れを形成する第３の送風機と、
   をさらに備える、請求項１に記載の床暖房システム。
3. 前記第１の送風機によって形成された空気の流れ内において前記第２の放熱器の下流に設置された蓄熱材をさらに備える、請求項１又は２に記載の床暖房システム。
4. 圧縮機、第１の放熱器、膨張弁、蒸発器を有し、二酸化炭素を冷媒として前記圧縮機の吐出圧を臨界圧力以上とするヒートポンプユニットと、
   前記第１の放熱器内を流れる冷媒と熱交換することによって生成された温水が内部を流れる第３の放熱器と、
   前記第３の放熱器を通過した空気を室内に送るよう空気の流れを形成する第２の送風機と、
   前記第２の送風機によって形成される空気の流れ内において前記第３の放熱器の下流側に設置されたデシカント部材と、
   室内の空気を前記デシカント部材を通過させて床下に送るよう空気の流れを形成する第３の送風機と、
   を備える、床暖房システム。
5. 前記第３の放熱器内を流れた温水が内部を流れる第２の放熱器と、
   前記第２の放熱器を通過した空気を床下に送るよう空気の流れを形成する第１の送風機と、
   をさらに備える、請求項４に記載の床暖房システム。

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