JP2007017102A - 冷暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】 廃熱や自然の温熱・冷熱を有効利用し、年間を通じて効率的な空調を行ない得る冷暖房システムを提供する。
【解決手段】 部屋の冷暖房を行なう冷暖房器１と、複数種類の冷温熱発生源２から得られた廃熱若しくは自然の温熱・冷熱を一つの場所に蓄える冷温熱蓄蔵部３と、冷暖房器１と冷温熱蓄蔵部３との間に介設されると共に冷温熱蓄蔵部３の温熱・冷熱を利用して冷暖房器１を加熱・冷却するヒートポンプ４と、を備える。また、複数種類の冷温熱発生源２は、暖房運転の際に冷温熱蓄蔵部３を加熱するための暖房用温熱発生源５ａ，５ｂ，５ｃと、冷房運転の際に冷温熱蓄蔵部３を冷却するための冷房用冷熱発生源６と、から成る。【選択図】 図１

Description

本発明は、冷暖房システムに係り、より詳しくは、廃熱や自然の温熱・冷熱を利用する冷暖房システムに関する。

従来、部屋の冷暖房システムにおいては、電気ヒータ，バーナー，ボイラー等を熱発生源とするものが知られている。これらのうち、例えば熱発生源としてボイラーを使用する場合、燃料切れや騒音が心配され、燃料の費用の点で高価になるおそれがあった。
そこで、従来、費用節減が可能な種々の冷暖房システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１では、深夜電力を利用した蓄熱方式の電気ボイラーを使用し、これに温水を熱媒体とするパネルヒータを接続した暖房システムが開示されている。
特開２００２−３４９８８２号公報

しかしながら、上記特許文献１では、大きな貯湯タンクに高い温度（例えば80℃〜90℃）の温水を常時蓄えておく必要があった。また、電気ボイラーでは、作動に必要な単位時間あたりの電力消費が大きかった。
また、上記特許文献１は暖房システムであり、冷房を行なうものではない。このように、従来よりビル空調，地域冷房等のエネルギー供給には夜間電力を用いる蓄熱方式が普及促進されているにも係わらず、シーズン期間だけでの冷熱需要ないし温熱需要の対応に終始してきたため、年間を通じてのエネルギー使用の平準化，熱利用の効率向上が十分ではなく何らかの対策が望まれていた。
また、熱利用の効率向上という観点で見ると、従来より、工場における物の製造等や家庭での生活の中で発生する廃熱を活用可能なシステムが検討され、実用化が望まれていた。
そこで、本発明は、廃熱や自然の温熱・冷熱を有効利用し、年間を通じて効率的な空調を行ない得る冷暖房システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る冷暖房システムは、部屋の冷暖房を行なう冷暖房器と、複数種類の冷温熱発生源から得られた廃熱若しくは自然の温熱・冷熱を一つの場所に蓄える冷温熱蓄蔵部と、上記冷暖房器と該冷温熱蓄蔵部との間に介設されると共に該冷温熱蓄蔵部の温熱・冷熱を利用して該冷暖房器を加熱・冷却するヒートポンプと、を備え、上記複数種類の冷温熱発生源は、暖房運転の際に上記冷温熱蓄蔵部を加熱するための暖房用温熱発生源と、冷房運転の際に該冷温熱蓄蔵部を冷却するための冷房用冷熱発生源と、から成る。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係る冷暖房システムは、ヒートポンプにより、電気ヒータ，バーナー，ボイラー等を使用した従来の暖房システムと比較して効率的に適温の温熱を生成し得る。また、冷房運転も可能なシステムを容易に構成できる。
また、暖房運転及び冷房運転の際、ヒートポンプにかかる負荷を小さくして消費電力を抑えることができる。これにより、年間を通じて効率的な空調を行なうことができる。
また、従来無駄に捨てられている廃熱を回収して有効利用することができ、環境に優しく、省エネルギー性に優れた冷暖房システムとすることができる。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１に於て、本発明の実施の一形態に係る冷暖房システムは、部屋の冷暖房を行なう冷暖房器１と、複数種類の冷温熱発生源２…から得られた廃熱若しくは自然の温熱・冷熱を一つの場所に蓄える冷温熱蓄蔵部３と、冷暖房器１と冷温熱蓄蔵部３との間に介設されると共に冷温熱蓄蔵部３の温熱・冷熱を利用して冷暖房器１を加熱・冷却するヒートポンプ４と、を備えている。
ここで、温熱とは、外気温より高い温度の熱エネルギーをいい、冷熱とは、外気温より低い温度の熱エネルギーをいう。
また、廃熱とは、一般家庭における生活の中で生じて無駄に捨てられる温熱・冷熱や、工場等の産業活動を行なう場所で生じて無駄に捨てられる温熱・冷熱をいう。
また、自然の温熱・冷熱とは、例えば、地中や河川，井戸の水等において自然に得られる温熱・冷熱をいう。

冷暖房器１は、パネル状であり、例えば部屋の床下に設置される。冷暖房器１は、温水等の熱媒体を循環させる流路17を有している。この流路17の大部分は、パネル状構造体に埋設されている。そして、外端は熱交換器10と接続されている。熱交換器10は、ヒートポンプ４の熱媒体と冷暖房器１の熱媒体との間で熱交換を行なわせるものである。なお、熱媒体の循環は、ポンプ15の駆動にて行なわれる。

複数種類の冷温熱発生源２…は、暖房運転の際に冷温熱蓄蔵部３を加熱するための暖房用温熱発生源５ａ，５ｂ，５ｃと、冷房運転の際に冷温熱蓄蔵部３を冷却するための冷房用冷熱発生源６と、から成る。
全ての暖房用温熱発生源５ａ，５ｂ，５ｃは、一般家庭において従来（本実施形態の冷暖房システムを設ける前）から使用されてきた設備を利用する。具体的に述べると、５ａは、太陽熱によって蓄熱を行なう太陽熱温水器である。これは、従来より給湯システムの一部として家庭で使用されている。また、５ｂは、深夜電力を利用して電気ヒータを作動させて蓄熱が行なわれる貯湯タンクである。これも、従来より給湯システムの一部として家庭で使用されている。また、５ｃは、使用後の温水を溜めた浴槽である。

暖房用温熱発生源５ａ，５ｂ，５ｃは、夫々、温熱供給流路11，12，13と接続されている。これら温熱供給流路11，12，13は、夫々、暖房用温熱発生源５ａ，５ｂ，５ｃから出て冷温熱蓄蔵部３内を通って、再びもとの場所へ戻る循環流路である。温熱供給流路11，12，13は、暖房用温熱発生源５ａ，５ｂ，５ｃで給湯や入浴等の本来の目的で使用された後に残った温水を冷温熱蓄蔵部３内を通すことによって、冷温熱蓄蔵部３を加熱する。温熱供給流路11，12，13を通る温水は、夫々、ポンプ７ａ，７ｂ，７ｃの駆動にて循環されるようになっている。

冷房用冷熱発生源６は、井戸あるいは疎水や川の水である。冷房用冷熱発生源６は、冷熱供給流路14と接続されている。この冷熱供給流路14は、冷房用冷熱発生源６から出て冷温熱蓄蔵部３内を通って、再びもとの場所へ戻る循環流路となっている。冷熱供給流路14は、外気温より低い井戸、溝、疎水、あるいは川の水を冷温熱蓄蔵部３内を通すことによって冷温熱蓄蔵部３を冷却する。冷熱供給流路14を通る水は、ポンプ８の駆動にて循環されるようになっている。

また、ポンプ７ａ，７ｂ，７ｃ，８は、制御手段９と電気的に接続されている。この制御手段９では、冷温熱蓄蔵部３で必要とされる温度に応じて、どのポンプをどれだけ駆動させるかの制御を行なっている。例えば、原則として暖房運転の際は、ポンプ７ａ，７ｂ，７ｃを駆動させると共にポンプ８の駆動を停止して冷温熱蓄蔵部３の加熱を行なう。また、冷房運転の際は、ポンプ８を駆動させると共にポンプ７ａ，７ｂ，７ｃの駆動を停止して冷温熱蓄蔵部３の冷却を行なう。また、場合によっては、暖房運転の際、ポンプ７ａ，７ｂ，７ｃのうちいずれかを選択的に駆動させるようになっている。

ここで、ヒートポンプ４は、蒸気圧縮式の場合、アンモニア、フロロカーボン（フロン）、ブタン、プロパン、ＣＯ₂ ガス等の熱媒体を循環させる流路16を有している。このヒートポンプ４は、暖房運転の際、熱媒体を機械的に圧縮することにより昇温して、冷温熱蓄蔵部３側（低温側）の熱を汲み出して冷暖房器１側（高温側）へ熱を移す（図１の矢印Ａ方向）。また、ヒートポンプ４は、冷房運転の際、冷暖房器１側（低温側）の熱を汲み出して冷温熱蓄蔵部３側（高温側）に放出する（図１の矢印Ｂ方向）。このように、ヒートポンプ４は、暖房運転だけでなく冷房運転もでき、その作動で単位時間にかかる費用は従来の電気ヒータ，バーナー，ボイラーよりも安価のものとなっている。
また、ヒートポンプ４は、暖房運転の際、冷温熱蓄蔵部３（低温側）の温度が高ければ高いほど、つまり、冷温熱蓄蔵部３（低温側）の温度が冷暖房器１（高温側）の温度に近ければ近いほど、（負荷が小さくなって）作動に必要な電力消費が抑制される。本実施形態では、暖房運転の際、制御手段９がポンプ７ａ，７ｂ，７ｃを駆動させて冷温熱蓄蔵部３の加熱を行なうので、冷温熱蓄蔵部３（低温側）の温度が冷暖房器１（高温側）の温度に近いものとなっている。そして、ヒートポンプには蒸気圧縮式の他に吸収式や熱電素子式などの方式があり、いずれも低温の熱源から高温の熱源へ熱を汲み上げる作用を有している。

また、ヒートポンプ４は、冷房運転の際、冷温熱蓄蔵部３（高温側）の温度が低ければ低いほど、つまり、冷温熱蓄蔵部３（高温側）の温度が冷暖房器１（低温側）の温度に近ければ近いほど、（負荷が小さくなって）作動に必要な電力消費が抑制される。本実施形態では、冷房運転の際、制御手段９がポンプ８を駆動させて冷温熱蓄蔵部３の冷却を行なうので、冷温熱蓄蔵部３（高温側）の温度が冷暖房器１（低温側）の温度に近いものとなっている。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、暖房用温熱発生源は、太陽熱温水器、貯湯タンク、浴槽に限るものではなく、工場（の排水）であってもよい。冷房用冷熱発生源は、井戸に限るものではなく、疎水、溝、河川，湖、海、であってもよい。あるいはＬＮＧのガス化の際の冷熱を活用することもできる。
また、冷暖房器１は、パネル状で部屋の床下に設置するものに限るのではなく、ファンにより冷風や温風を送風する室内機であってもよい。

以上のように本発明に係る冷暖房システムは、部屋の冷暖房を行なう冷暖房器１と、複数種類の冷温熱発生源２…から得られた廃熱若しくは自然の温熱・冷熱を一つの場所に蓄える冷温熱蓄蔵部３と、冷暖房器１と冷温熱蓄蔵部３との間に介設されると共に冷温熱蓄蔵部３の温熱・冷熱を利用して冷暖房器１を加熱・冷却するヒートポンプ４と、を備え、複数種類の冷温熱発生源２…は、暖房運転の際に冷温熱蓄蔵部３を加熱するための暖房用温熱発生源５ａ，５ｂ，５ｃと、冷房運転の際に冷温熱蓄蔵部３を冷却するための冷房用冷熱発生源６と、から成るので、ヒートポンプ４により、電気ヒーター，バーナー，ボイラー等を使用した従来の暖房システムと比較して効率的に適温の温熱を生成し得る。また、冷房運転も可能なシステムを容易に構成できる。

また、暖房運転の際、冷温熱蓄蔵部３（低温側）の温度を冷暖房器１（高温側）の温度に近いものとすることができるので、ヒートポンプ４にかかる負荷を小さくして消費電力を抑えることができる。同様に、冷房運転の際、冷温熱蓄蔵部３（高温側）の温度を冷暖房器１（低温側）の温度に近いものすることができるので、ヒートポンプ４にかかる負荷を小さくして消費電力を抑えることができる。これにより、年間を通じて効率的な空調を行なうことができる。

また、廃熱若しくは自然の温熱・冷熱を冷温熱蓄蔵部３に蓄える構成とすることにより、従来無駄に捨てられている廃熱を回収して有効利用することができ、環境に優しく、省エネルギー性に優れた冷暖房システムとすることができる。
また、複数種類の冷温熱発生源２…から得られた廃熱若しくは自然の温熱・冷熱を一つの場所（冷温熱蓄蔵部３）に蓄えるように構成することにより、各冷温熱発生源２に対応して複数の冷温熱蓄蔵部を設ける場合と比較して、簡単な構成の冷暖房システムとすることができる。

本発明の実施の一形態に係る冷暖房システムの構成を示す概略図である。

符号の説明

１ 冷暖房器
２ 冷温熱発生源
３ 冷温熱蓄蔵部
４ ヒートポンプ
５ａ，５ｂ，５ｃ 暖房用温熱発生源
６ 冷房用冷熱発生源

Claims (1)

1. 部屋の冷暖房を行なう冷暖房器（１）と、複数種類の冷温熱発生源（２）から得られた廃熱若しくは自然の温熱・冷熱を一つの場所に蓄える冷温熱蓄蔵部（３）と、上記冷暖房器（１）と該冷温熱蓄蔵部（３）との間に介設されると共に該冷温熱蓄蔵部（３）の温熱・冷熱を利用して該冷暖房器（１）を加熱・冷却するヒートポンプ（４）と、を備え、
   上記複数種類の冷温熱発生源（２）は、暖房運転の際に上記冷温熱蓄蔵部（３）を加熱するための暖房用温熱発生源 (５ａ)(５ｂ)(５ｃ) と、冷房運転の際に該冷温熱蓄蔵部（３）を冷却するための冷房用冷熱発生源（６）と、から成ることを特徴とする冷暖房システム。

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