JP2004177025A - 暖房システム - Google Patents
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Abstract
【課題】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。
【解決手段】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。熱伝導手段３０は、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、蓄熱槽１０内の蓄熱媒体に浸漬されるヒートパイプ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。
【選択図】 図１
【解決手段】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。熱伝導手段３０は、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、蓄熱槽１０内の蓄熱媒体に浸漬されるヒートパイプ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。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【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、前記建物の床及び／または前記建物内の空気に伝導する熱伝導手段とを備え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】
特に、請求項２にかかる発明の暖房システムのように、前記熱伝導手段として、ヒートパイプが使用されているものにあっては、蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄えられた熱を、建物の床や建物内の空気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。
【００１１】
また、請求項３にかかる発明の暖房システムのように、前記建物の床に埋設された放熱部材を備え、前記ヒートパイプが、その下端側を前記蓄熱槽に貯留された蓄熱媒体に浸漬すると共にその上端側を前記放熱部材に接触させた状態で、設置されているものにあっては、放熱部材によって、ヒートパイプから建物の床への伝熱面積が大きくなるので、さらに、暖房効率が向上する。
【００１２】
特に、請求項４にかかる発明の暖房システムのように、前記ヒートパイプが、前記放熱部材との接触面積を変更可能に設置されているものにあっては、ヒートパイプと放熱部材との接触面積を変えることによって、暖房負荷に応じて暖房能力を調整することができるという効果が得られる。
【００１３】
また、請求項５にかかる発明の暖房システムのように、非暖房時は、前記放熱部材に対するヒートパイプの接触を解除するようにしておくと、蓄熱槽に貯留された蓄熱媒体からの無駄な放熱が抑えられ、蓄熱効率が向上するという効果が得られる。
【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
【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、前記建物の床及び／または前記建物内の空気に伝導する熱伝導手段とを備え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】
特に、請求項２にかかる発明の暖房システムのように、前記熱伝導手段として、ヒートパイプが使用されているものにあっては、蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄えられた熱を、建物の床や建物内の空気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。
【００１１】
また、請求項３にかかる発明の暖房システムのように、前記建物の床に埋設された放熱部材を備え、前記ヒートパイプが、その下端側を前記蓄熱槽に貯留された蓄熱媒体に浸漬すると共にその上端側を前記放熱部材に接触させた状態で、設置されているものにあっては、放熱部材によって、ヒートパイプから建物の床への伝熱面積が大きくなるので、さらに、暖房効率が向上する。
【００１２】
特に、請求項４にかかる発明の暖房システムのように、前記ヒートパイプが、前記放熱部材との接触面積を変更可能に設置されているものにあっては、ヒートパイプと放熱部材との接触面積を変えることによって、暖房負荷に応じて暖房能力を調整することができるという効果が得られる。
【００１３】
また、請求項５にかかる発明の暖房システムのように、非暖房時は、前記放熱部材に対するヒートパイプの接触を解除するようにしておくと、蓄熱槽に貯留された蓄熱媒体からの無駄な放熱が抑えられ、蓄熱効率が向上するという効果が得られる。
【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 (5)
- 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、前記建物の床及び／または前記建物内の空気に伝導する熱伝導手段とを備えていることを特徴とする暖房システム。 - 前記熱伝導手段として、ヒートパイプが使用されている請求項１に記載の暖房システム。
- 前記建物の床に埋設された放熱部材を備え、
前記ヒートパイプは、その下端側を前記蓄熱槽に貯留された蓄熱媒体に浸漬すると共に、その上端側を前記放熱部材に接触させた状態で、設置されている請求項１または２に記載の暖房システム。 - 前記ヒートパイプは、前記放熱部材との接触面積を変更可能に設置されている請求項３に記載の暖房システム。
- 非暖房時は、前記放熱部材に対するヒートパイプの接触を解除するようになっている請求項３または４に記載の暖房システム。
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