JP3838194B2 - 暖房システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、夏期等の非暖房時に得られた熱を有効利用して冬季に暖房を行う暖房システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の暖房システムとしては、例えば、図11に示すように、夏期の太陽熱を利用して生成された温水を冬期の暖房に利用するものがある。この暖房システム50は、同図に示すように、蓄熱媒体としての水が貯留される、地中に設けられた蓄熱槽51と、家屋の屋根面等に設置され、太陽熱を集熱するソーラー集熱器52と、蓄熱槽51とソーラー集熱器52とを接続する、一次側循環ポンプ53aを有する一次側循環回路53とを備えており、蓄熱槽51内に貯留された水を、ソーラー集熱器52に循環供給することで温水が生成され、この温水が蓄熱槽51に貯留されるようになっている。
【0003】
また、この暖房システム50では、家屋内に、床暖房フロアやファンコンベクタ等の温水暖房端末装置54が設置されており、蓄熱槽51に貯留された温水を、二次側循環ポンプ55aを有する二次側循環回路55を介して、温水暖房端末装置54に循環供給することによって、家屋内の暖房が行われるようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−101061号公報
【特許文献2】
特開平11−211159号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従って、こういった暖房システム50では、日射の強い夏場に生成した温水を蓄熱槽51に貯留しておき、この蓄熱槽51に貯留された温水を冬場の暖房に有効利用することができるという利点がある。
【0006】
しかしながら、蓄熱槽51に貯留された温水を暖房熱源として利用するためには、上述したように、二次側循環ポンプ55aや循環配管等からなる二次側循環回路55を設け、この二次側循環回路55によって、蓄熱槽51に貯留された温水を家屋内に設置されたファンコンベクタ等の温水暖房端末装置54に循環供給しなければならず、蓄熱槽51に貯留された温水を利用する二次側機器等のイニシャルコストやランニングコストが高くなるといった問題がある。
【0007】
そこで、この発明の課題は、蓄熱槽に貯留された温水等の蓄熱媒体を暖房熱源として利用する二次側機器等のイニシャルコストやランニングコストを最小限に抑えることができる暖房システムを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記の課題を解決するため、請求項1にかかる発明は、暖房しようとする建物の直下において、地中に設けられた蓄熱槽と、少なくとも、非暖房時に、補助熱源から得られる熱を利用して加熱された蓄熱媒体を前記蓄熱槽に貯留することによって集熱する集熱手段と、暖房時に、前記蓄熱槽内に蓄えられた熱を、前記建物の床に伝導する熱伝導手段とを備え、前記熱伝導手段は、前記建物の床に埋設された金属製の放熱部材と、下端側を前記蓄熱槽に貯留された蓄熱媒体に浸漬するヒートパイプと、このヒートパイプの上端部に固着された、前記ヒートパイプを前記放熱部材に取り付ける金属製の取付部材とを備えており、前記放熱部材は、上端側に向かって内周面が徐々に大径になるように形成されたテーパ部及びこのテーパ部の下端側に連設された、内周面に雌ねじが形成されたストレート部を有する円筒部材を備え、前記取付部材は、前記円筒部材の前記テーパ部に嵌り込むテーパ部及びこのテーパ部の下端側に連設された、外周面に雄ねじが形成されたストレート部を有し、前記取付部材は、そのストレート部が、そのテーパ部の外周面を前記円筒部材の前記テーパ部の内周面に接触離反させることができるように、前記円筒部材の前記ストレート部にねじ込まれていることを特徴とする暖房システムを提供するものである。
【0009】
以上のように、この暖房システムでは、蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄えられた熱を、熱伝導手段によって、建物の床や建物内の空気に伝導することで、建物内を暖房するようにしたので、従来の暖房システムのように、温水暖房端末装置や二次側循環ポンプ等の二次側循環回路を設置する必要がなく、二次側機器のイニシャルコストやランニングコストを最小限に抑えつつ、低コストで家屋内の暖房を行うことが可能となる。
【0010】
また、この暖房システムでは、熱伝導手段が、建物の床に埋設された金属製の放熱部材と、下端側を前記蓄熱槽に貯留された蓄熱媒体に浸漬するヒートパイプと、このヒートパイプの上端部に固着された、前記ヒートパイプを前記放熱部材に取り付ける金属製の取付部材とを備えているので、蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄えられた熱を、建物の床に効率よく伝導することができ、暖房効率が向上する。
【0011】
また、この暖房システムでは、取付部材のストレート部を、放熱部材を構成している円筒部材のストレート部に完全にねじ込むと、円筒部材のテーパ部の内周面と取付部材のテーパ部の外周面とが密接した状態で、ヒートパイプが放熱部材に装着され、ヒートパイプの熱が、取付部材を介して、放熱部材に良好に伝導される状態となり、円筒部材に対する取付部材のねじ込み量を小さくすると、円筒部材のテーパ部の内周面と取付部材のテーパ部の外周面とが相互に離反して、取付部材と放熱部材との間の伝熱面積が減少し、ヒートパイプの熱が、取付部材を介して、放熱部材に伝導されにくい状態となるので、暖房負荷に応じて、放熱部材に対する取付部材のねじ込み量を調整することで、暖房能力を調整することができる。
【0012】
また、上記の課題を解決するため、請求項2にかかる発明は、暖房しようとする建物の直下において、地中に設けられた蓄熱槽と、少なくとも、非暖房時に、補助熱源から得られる熱を利用して加熱された蓄熱媒体を前記蓄熱槽に貯留することによって集熱する集熱手段と、暖房時に、前記蓄熱槽内に蓄えられた熱を、前記建物の床に伝導する熱伝導手段とを備え、前記熱伝導手段は、前記建物の床に埋設された金属製の放熱部材と、下端側を前記蓄熱槽に貯留された蓄熱媒体に浸漬するヒートパイプとを備えており、前記放熱部材は、前記ヒートパイプをスライド可能に挿通するストレート状の円筒部材を有し、前記ヒートパイプの上端部には、前記円筒部材に挿通された前記ヒートパイプを昇降させる操作棒が連結されていることを特徴とする暖房システムを提供するものである。
【0013】
以上のように構成された暖房システムは、請求項1にかかる発明の暖房システムと同様に、蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄えられた熱を、建物の床に効率よく伝導することができるので、暖房効率が向上する。また、この暖房システムでは、操作棒を操作することによってヒートパイプを昇降させることで、放熱部材の円筒部材に対するヒートパイプの接触面積を変化させることができるので、暖房負荷に応じて、ヒートパイプを昇降させることで、暖房能力を調整することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図1に示すように、この暖房システム1は、家屋C内を暖房するためのものであり、家屋Cの直下において、地中に設けられた蓄熱槽10と、補助熱源としての太陽熱によって加熱された蓄熱媒体(温水)を蓄熱槽10に貯留することによって集熱する集熱手段20と、蓄熱槽10内の蓄熱媒体(温水)に蓄えられた熱を、家屋Cの床Fに伝導する熱伝導手段30とを備えている。
【0015】
前記蓄熱槽10は、図1に示すように、地中に形成されたコンクリート層11と、このコンクリート層11の内側に形成された断熱層12と、この断熱層12の内側に配設された、金属またはFRP等の材料で作られた貯留容器13とによって構成されており、貯留容器13内は、蓄熱媒体として導入された水道水等の水によって充満されている。
【0016】
前記集熱手段20は、図1に示すように、家屋Cの屋根面に設置されるソーラー集熱器21と、蓄熱槽10とソーラー集熱器21とを接続する往き配管22a及び戻り配管22bと、往き配管22aに設置された、蓄熱槽10内に貯留された蓄熱媒体(水)を汲み上げてソーラー集熱器21に供給する循環ポンプ23とを備えており、往き配管22aは、蓄熱槽10の下部側に滞留している温度の低い蓄熱媒体をソーラー集熱器21に供給することができるように、蓄熱槽10の下部側まで延びていると共に、戻り配管22bは、ソーラー集熱器21によって加熱された蓄熱媒体が、温度の高い蓄熱媒体が滞留している蓄熱槽10の上部側に放出されるように、蓄熱槽10の上部側で開放されている。
【0017】
なお、この集熱手段20は、集熱温度、即ち、ソーラー集熱器21の出口側における蓄熱媒体の温度が蓄熱槽10の下部に滞留している蓄熱媒体の温度より所定温度(例えば、7℃)以上高くなると、循環ポンプ23を起動して、蓄熱運転を行うようになっており、集熱温度と蓄熱槽10の下部に滞留している蓄熱媒体の温度との差が所定温度(例えば、3℃)以下になると、循環ポンプ23の運転を停止し、蓄熱運転を行わないようになっている。
【0018】
前記熱伝導手段30は、図1〜図3に示すように、家屋Cの床Fに埋設された熱伝導性の良好な金属製の放熱部材31とヒートパイプ36とを備えており、ヒートパイプ36は、その上端部に固着された、熱伝導性の良好な金属製の取付部材37を介して、放熱部材31に取り外し可能に装着されるようになっている。
【0019】
前記放熱部材31は、図2(a)、(b)に示すように、上端側に向かって徐々に大径になるように形成されたテーパ部33及びこのテーパ部33の下端側に連設された、内周面に雌ねじ34aが形成されたストレート部34からなる円筒部材32と、テーパ部33の外周面から径方向外側に張り出す複数の放熱フィン35とを備えており、円筒部材32は家屋Cの床Fの厚みと略同一の長さ(高さ)を有している。従って、この放熱部材31が家屋Cの床Fに埋設された状態では、床Fの上面にテーパ部33のテーパ穴が、床Fの下面にはストレート部34のねじ穴がそれぞれ開放された状態となっている。
【0020】
前記ヒートパイプ36は、沸点が50℃付近である常温で液体の熱伝導媒体が金属管に密封されたものであり、放熱部材31に装着された状態では、蓄熱槽10を構成しているコンクリート層11、断熱層12及び貯留容器13を貫通して、液化した前記熱伝導媒体が溜まる金属管の下半部が蓄熱槽10内に貯留された蓄熱媒体に浸漬されるようになっている。
【0021】
従って、蓄熱槽10に貯留された蓄熱媒体によってヒートパイプ36の下半部が50℃以上に加熱されると、金属管に密封された熱伝導媒体が気化し、蓄熱媒体に蓄えられた熱が潜熱として吸収された状態で、熱伝導媒体が金属管内を上昇する。気化した熱伝導媒体が金属管の上端部まで到達すると、熱伝導媒体は、放熱部材31を介して、家屋Cの床Fによって冷却されるので、即ち、放熱部材31を介して、家屋Cの床Fに潜熱を放出することになるので、再び、液化し、熱伝導媒体が金属管内を降下する。このように、金属管に密封された熱伝導媒体が状態変化を繰り返しながら、吸放熱を繰り返すことによって、蓄熱槽10に貯留されている蓄熱媒体に蓄えられた熱が家屋Cの床Fに伝導されることになる。
【0022】
前記取付部材37は、図3に示すように、上述した円筒部材32のテーパ部33に嵌り込むテーパ部38と、このテーパ部38の下端に連設され、外周面に円筒部材32の雌ねじ34aに螺合する雄ねじ39aが形成されたストレート部39とを備えており、テーパ部38の上面には、取付部材37のストレート部39を放熱部材31のストレート部34にねじ込む際、回転操作するための操作部37aが設けられている。
【0023】
従って、図4に示すように、取付部材37のストレート部39を、放熱部材31を構成している円筒部材32のストレート部34に完全にねじ込むと、円筒部材32のテーパ部33の内周面と取付部材37のテーパ部38の外周面とが密接した状態で、ヒートパイプ36が放熱部材31に装着され、ヒートパイプ36の熱が、取付部材37を介して、放熱部材31に良好に伝導される状態となる。
【0024】
一方、図5に示すように、円筒部材32に対する取付部材37のねじ込み量を小さくすると、円筒部材32のテーパ部33の内周面と取付部材37のテーパ部38の外周面とが相互に離反するので、取付部材37と放熱部材31との間の伝熱面積が減少し、ヒートパイプ36の熱が、取付部材37を介して、放熱部材31に伝導されにくい状態となる。
【0025】
また、放熱部材31からヒートパイプ36を取り外すと、円筒部材32のテーパ穴やねじ穴及び蓄熱槽10におけるヒートパイプ36の貫通穴が開放された状態となるので、図6及び図7に示すように、放熱部材31における円筒部材32のテーパ部33に嵌り込むテーパ部41と、このテーパ部41の下端に連設され、外周面に円筒部材32の雌ねじ34aに螺合する雄ねじ42aが形成されたストレート部42と、このストレート部42の下端に連設され、蓄熱槽10におけるヒートパイプ36の貫通穴に挿通される閉鎖部43とを備えた合成樹脂製の閉鎖部材40を装着することによって、蓄熱槽10におけるヒートパイプ36の貫通穴を閉塞することができるようになっている。なお、テーパ部41の上面には、閉鎖部材40のストレート部42を放熱部材31のストレート部34にねじ込む際、回転操作するための操作部40aが設けられている。
【0026】
以上のように構成された暖房システム1では、夏場等の非暖房期は、放熱部材31からヒートパイプ36を取り外し、図7に示すように、放熱部材31に閉鎖部材40を装着することによって、蓄熱槽10におけるヒートパイプ36の貫通穴を閉塞しておく。これによって、日射の強い夏場等の非暖房期には、集熱手段20によって、蓄熱槽10内の蓄熱媒体に太陽熱が蓄えられ、蓄熱媒体に蓄えられた太陽熱はほとんど放熱されることなく、冬場等の暖房期まで保持されることになる。
【0027】
一方、冬場等の暖房期は、逆に、放熱部材31から閉鎖部材40を取り外し、図4に示すように、放熱部材31にヒートパイプ36を装着することによって、ヒートパイプ36の下半部を蓄熱槽10内に貯留された蓄熱媒体に浸漬する。これによって、蓄熱槽10内の蓄熱媒体に蓄えられた太陽熱が、放熱部材31及びヒートパイプ36からなる熱伝導手段30を介して家屋Cの床Fに伝導され、床Fが昇温することによって家屋C内が暖房される。このとき、図5に示すように、暖房負荷に応じて、放熱部材31に対する取付部材37のねじ込み量を調整することによって、放熱部材31に対するヒートパイプ36(取付部材37)の接触面積を変化させることで、暖房能力を適宜調整すればよい。
【0028】
以上のように、この暖房システム1では、集熱手段20によって、蓄熱槽10内の蓄熱媒体に蓄えられた熱を、熱伝導手段30によって、家屋Cの床Fに伝導することで、家屋C内を暖房するようにしたので、蓄熱槽を使用した従来の暖房システムのように、温水暖房端末装置や、蓄熱槽内に貯留された温水を温水暖房端末装置に循環供給するための二次側循環ポンプ及び配管等からなる二次側循環回路を設置する必要がなく、二次側機器のイニシャルコストやランニングコストを最小限に抑えつつ、低コストで家屋C内の暖房を行うことが可能となる。
【0029】
また、この暖房システム1では、蓄熱媒体に蓄えられた太陽熱を家屋Cの床Fに伝導する熱伝導手段30として、多数の放熱フィン35を有する放熱部材31と、金属管に密封された熱伝導媒体の状態変化によって熱を伝導するヒートパイプ36とを使用し、家屋Cの床Fに埋設された放熱部材31にヒートパイプ36を装着するようにしたので、蓄熱槽10内の蓄熱媒体に蓄えられた太陽熱を、効率よく放熱部材31に伝導することができ、しかも、床Fに対する伝熱面積が大きくなるので、ヒートパイプ36から放熱部材31に伝導された熱を、効率よく床Fに伝導することができる。従って、この暖房システム1では、蓄熱槽10内の蓄熱媒体に蓄えられた太陽熱を利用して、家屋C内を効率よく暖房することが可能となる。
【0030】
また、この暖房システム1では、上述したように、夏場等の非暖房期は、放熱部材31からヒートパイプ36を取り外し、放熱部材31に閉鎖部材40を装着することによって、蓄熱槽10内の蓄熱媒体から家屋Cの床Fへの熱伝導を極力抑えるようにしているので、蓄熱槽10に貯留された蓄熱媒体からの無駄な放熱が抑えられ、良好な蓄熱効率を確保することができる。
【0031】
なお、上述した実施形態では、熱伝導手段30として、多数の放熱フィン35を有する放熱部材31を使用しているが、これに限定されるものではなく、ヒートパイプ36の使用本数を増やすことができるのであれば、必ずしも、放熱部材31を使用する必要はなく、ヒートパイプ36を床Fに直接または放熱フィンを備えていない単なる支持部材を介して取り付けるようにしてもよい。
【0032】
また、上述した実施形態では、熱伝導手段30として、テーパ部33を有する円筒部材32を備えた放熱部材31と、この放熱部材31の円筒部材32に嵌り込むテーパ部38を有する取付部材37が固着されたヒートパイプ36とを使用し、放熱部材31の円筒部材32に対する取付部材37のねじ込み量を変化させることによって、円筒部材32に対する取付部材37の接触面積を変化させ、これによって、放熱部材31とヒートパイプ36との間の熱伝導性能を変化させるようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、図8(a)、(b)に示すように、ストレート状の円筒部材32Aと、その円筒部材32Aの外周面から径方向外側に張り出す複数の放熱フィン35Aとによって放熱部材31Aを構成すると共に、この放熱部材31Aの円筒部材32Aに、上端に操作棒36aが連結されたヒートパイプ36をスライド可能に挿通し、操作棒36aを操作することによってヒートパイプ36を昇降させることで、放熱部材31A(円筒部材32A)に対するヒートパイプ36の接触面積を変化させることも可能である。
【0033】
また、上述した実施形態では、非暖房期にヒートパイプ36を放熱部材31から完全に取り外すようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、図7に示す熱伝導手段の場合、図9に示すように、非暖房期には、操作棒36aを押し下げることによって、ヒートパイプ36を円筒部材32Aから完全に離脱させるようにしてもよく、図10に示すように、ヒートパイプ36の操作棒36aを、放熱部材31Aの円筒部材32Aや蓄熱槽10におけるヒートパイプ36の貫通穴に挿通される閉塞部材40Aが取り付けられた操作棒36Aに取り替えるようにしてもよい。
【0034】
また、上述した実施形態では、蓄熱槽10内の蓄熱媒体に蓄えられた太陽熱を家屋Cの床Fに伝導するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、ヒートパイプ36の上端部を家屋内の空間に突出させ、蓄熱槽10内の蓄熱媒体に蓄えられた太陽熱を家屋C内の空気に伝導することによって、家屋C内を暖房することも可能である。
【0035】
また、上述した実施形態では、熱伝導手段30として、金属管に密封された熱伝導媒体の状態変化によって熱を伝導するヒートパイプ36を使用しているが、これに限定されるものではなく、熱伝導率の高い物質(例えば、アルミニウム、銅といった金属類等)によって形成された単なる筒状部材や棒状部材等を使用することも可能である。
【0036】
また、上述した実施形態では、蓄熱槽10内の蓄熱媒体に蓄えられた太陽熱を暖房用の熱源としてのみ使用しているが、例えば、給湯系統への給水管を蓄熱槽10内に導入することにより、蓄熱媒体に蓄えられた太陽熱を給湯用の補助熱源として使用することも可能であり、ヒートパイプ36を温水洗浄弁座の洗浄水タンクに導入することによって、蓄熱媒体に蓄えられた太陽熱を尻洗浄用の温水を生成するための熱源として使用することも可能である。
【0037】
また、上述した実施形態では、補助熱源として太陽熱を利用しているが、これに限定されるものではなく、発電機等の排熱を補助熱源として利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明にかかる暖房システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【図2】(a)は同上の暖房システムに採用されている熱伝導手段を構成している放熱部材を示す斜視図、(b)は同上の放熱部材を示す断面図である。
【図3】同上の熱伝導手段を構成しているヒートパイプ及びその取付部材を示す断面図である。
【図4】同上のヒートパイプを同上の放熱部材に装着した状態を示す断面図である。
【図5】同上の放熱部材に対する同上のヒートパイプ(取付部材)の接触面積を変化させた状態を示す断面図である。
【図6】同上の放熱部材に装着される閉鎖部材を示す断面図である。
【図7】同上の閉鎖部材を同上の放熱部材に装着した状態を示す断面図である。
【図8】(a)、(b)は同上の熱伝導手段における変形例を示す断面図である。
【図9】同上の熱伝導手段における非暖房期の使用状態を示す断面図である。
【図10】同上の熱伝導手段における他の変形例を示す断面図である。
【図11】蓄熱槽を使用した従来の暖房システムを示す概略構成図である。
【符号の説明】
1 暖房システム
10 蓄熱槽
11 コンクリート層
12 断熱層
13 貯留容器
20 集熱手段
21 ソーラー集熱器
22a 往き配管
22b 戻り配管
23 循環ポンプ
30 熱伝導手段
31、31A 放熱部材
32、32A 円筒部材
33 テーパ部
34 ストレート部
34a 雌ねじ
35、35A 放熱フィン
36 ヒートパイプ
36a、36A 操作棒
37 取付部材
37a 操作部
38 テーパ部
39 ストレート部
39a 雄ねじ
40、40A 閉鎖部材
40a 操作部
41 テーパ部
42 ストレート部
43 閉鎖部
C 家屋
F 床
Claims (2)
- 暖房しようとする建物の直下において、地中に設けられた蓄熱槽と、
少なくとも、非暖房時に、補助熱源から得られる熱を利用して加熱された蓄熱媒体を前記蓄熱槽に貯留することによって集熱する集熱手段と、
暖房時に、前記蓄熱槽内に蓄えられた熱を、前記建物の床に伝導する熱伝導手段とを備え、
前記熱伝導手段は、前記建物の床に埋設された金属製の放熱部材と、下端側を前記蓄熱槽に貯留された蓄熱媒体に浸漬するヒートパイプと、このヒートパイプの上端部に固着された、前記ヒートパイプを前記放熱部材に取り付ける金属製の取付部材とを備えており、
前記放熱部材は、上端側に向かって内周面が徐々に大径になるように形成されたテーパ部及びこのテーパ部の下端側に連設された、内周面に雌ねじが形成されたストレート部を有する円筒部材を備え、
前記取付部材は、前記円筒部材の前記テーパ部に嵌り込むテーパ部及びこのテーパ部の下端側に連設された、外周面に雄ねじが形成されたストレート部を有し、
前記取付部材は、そのストレート部が、そのテーパ部の外周面を前記円筒部材の前記テーパ部の内周面に接触離反させることができるように、前記円筒部材の前記ストレート部にねじ込まれていることを特徴とする暖房システム。 - 暖房しようとする建物の直下において、地中に設けられた蓄熱槽と、
少なくとも、非暖房時に、補助熱源から得られる熱を利用して加熱された蓄熱媒体を前記蓄熱槽に貯留することによって集熱する集熱手段と、
暖房時に、前記蓄熱槽内に蓄えられた熱を、前記建物の床に伝導する熱伝導手段とを備え、
前記熱伝導手段は、前記建物の床に埋設された金属製の放熱部材と、下端側を前記蓄熱槽に貯留された蓄熱媒体に浸漬するヒートパイプとを備えており、
前記放熱部材は、前記ヒートパイプをスライド可能に挿通するストレート状の円筒部材を有し、
前記ヒートパイプの上端部には、前記円筒部材に挿通された前記ヒートパイプを昇降させる操作棒が連結されていることを特徴とする暖房システム。
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