JP2013234840A - 太陽熱を用いた冷・暖房マットシステム - Google Patents

太陽熱を用いた冷・暖房マットシステム Download PDF

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Abstract

【課題】太陽熱自体のみでも冷・暖房負荷熱量を充足し、電力消耗量を大幅に節約する。
【解決手段】太陽熱を集熱して熱交換媒体を加熱する集熱板１０と、冷・暖房用水４０を貯蔵し、熱交換機３０、補助熱源部９０及び排出管４５を備えた蓄熱タンク２０と、上記蓄熱タンク２０内の冷・暖房用水４０を、連結された配管を介して、マット５０へ供給するための循環ポンプ７０と、上記循環ポンプ７０にて供給を受けた冷・暖房用水４０を局部冷・暖房するマット５０と、上記蓄熱タンク２０の用水の水位を調節し、個別のマット５０に供給される冷・暖房用水を開閉する制御弁６２を制御し、上記循環ポンプ７０を作動するか否かを制御し、上記温度測定部９１の出力信号を基に上記補助熱源部の駆動を制御するコントローラ６０と、を含んで局部冷・暖房する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱を用いた冷・暖房マットシステムに関するもので、より具体的には、太陽熱集熱機にて蓄熱貯蔵タンク内の水を加熱した後、上記加熱した温水をマットに供給することで、局部冷・暖房が可能な、太陽熱を用いた冷・暖房マットシステムに関する。
太陽熱を用いた暖房装置は、熱交換媒体の循環管路である集熱管と、太陽熱によって集熱管内に搬送される熱交換媒体を加熱するために太陽熱を集熱する集熱板と、加熱した熱交換媒体と熱交換されて加熱される暖房用水とが貯蔵された蓄熱タンクと、からなっている。また、暖房用水を暖房しようとする地域に循環させて暖房するための循環ポンプ及び暖房循環管路が備えられる。
上記内容の従来技術は、大韓民国登録特許１０−０６８４１２５、１０−０９３２２４０、及び１０−１０５８５７５などが代表的であり、太陽熱を用いて暖房する従来技術は、約３．３ｍ２当たりの暖房負荷熱量が５１０ｋｃａｌ／ｈであるため、ボイラーに代えてオンドル暖房することはできない。また、３つ部屋を備えた１家を暖房する場合、蓄熱タンクの容量が１５，０００ｋｇ以上なければならないため、大容量で体積が大きいという短所を有する。
従って、従来技術は、太陽熱を用いた暖房というよりは、一般暖房システムに太陽熱を補助として使用しているのが実情である。
温水を用いた寝具用マットは、本体、水貯蔵タンク、温水循環ポンプ及びヒーターなどで構成される携帯用ボイラーを用いてボイラーの水貯蔵タンク内の水をヒーターで加熱し、循環ポンプで温水を循環させる過程を連続して繰り返していき、設定された暖房温度に到達すると、ヒーターに供給される電源を遮断してそれ以上温水の温度が上昇しないようにし、一定時間が経過した後、水貯蔵タンク内の温水が、設定された暖房温度より下降すると、ヒーターへと電源の供給が再開して温水を加熱する過程を繰り返して、設定された暖房の温度を一定に保つことができるようになっている。
上記のようなマットは、電気の供給を受けて作動するため、多くの電力がかかるという問題がある。従って、大韓民国登録実用新案２０−０４５３７２５では、太陽熱から発生した電気にて低電力ＬＥＤ発熱体及び抵抗発熱体を用いた温水供給装置を開示している。
上記技術は、太陽熱オンドル暖房にて限界を克服すべく、温水マットを用いて局部暖房する技術であって、温熱マットや温熱座布団に比べて電気料金を低減する効果を有する。
ところが、上記技術は、充電池、補助バッテリー及び充電制御装置を備えられなければならず、太陽熱から発生した電気を、温水を加熱する形態でエネルギー転換する際に、エネルギーの損失の発生が高く、上記構成は非常に高価の製品に該当し、耐用年数が短い製品であるため、実用性に限界がある。
従って、太陽熱にて加熱した温水を局部冷・暖房可能なマットや座布団に供給する技術が必要であるというのが現状である。
大韓民国登録特許１０−０６８４１２５、‘太陽熱を用いたボイラーシステムの運営制御方法’、２００７．０２．１２． 大韓民国登録特許１０−０９３２２４０、‘太陽熱を用いた暖房及び温水装置’、２００９．１２．０８． 大韓民国登録特許１０−１０５８５７５、‘太陽熱を用いた暖房装置’、２０１１．０８．１６． 大韓民国登録実用新案２０−０４５３７２５、‘低電力ＬＥＤ発熱体及び抵抗発熱体を用いた温水供給装置’、２０１１．０５．１７
オンドル暖房は、暖房しようとする温水配管の周りにあるコンクリートへの熱伝導が多く、太陽熱エネルギーだけでは約３．３ｍ２当たりの暖房負荷熱量を満足させることができない。
従来技術は、オンドル暖房において、太陽熱を主な熱源として使用するには限界があり、これを克服しようとする場合、大容量の蓄熱タンク及び大きなコストが必要とされる。
従って、上記のような問題点を解決するために発明したものとして、本発明では、オンドル暖房よりは局部冷・暖房が可能なマットシステムを適用しようとする。
温水マットを用いた局部冷・暖房は、外部への熱伝導が生じず、普段は布団をかけている状態であるため、保温性が保たれ、３．３ｍ２当たりの暖房負荷熱量が多く必要とされないという利点がある。
従って、本発明の太陽熱を用いた冷・暖房マットシステムは、太陽熱を集熱して熱交換媒体を加熱する集熱板１０と、冷・暖房用水４０を貯蔵する蓄熱タンク２０と、上記蓄熱タンク２０に備えられ、上記集熱板１０によって加熱した熱交換媒体にて冷・暖房用水を加熱する熱交換機３０と、上記蓄熱タンク２０に備えられ、上記冷・暖房用水４０を加熱する補助熱源部９０と、上記蓄熱タンク２０に備えられ、蓄熱タンク２０に貯蔵された冷・暖房用水４０の温度を測定する温度測定部９１と、上記蓄熱タンク２０の下段部に連結される排出管４６と、上記排出管４６をコントローラ６０によって開閉する排出遮断弁４５と、上記冷・暖房用水４０を、連結された配管を介して、マット５０へ供給するための循環ポンプ７０と、上記循環ポンプ７０から供給を受けた冷・暖房用水４０にて局部冷・暖房するマット５０と、上記マット５０と上記冷・暖房用水を供給する配管とを連結することのできるコネクター５２と、上記蓄熱タンク２０に貯蔵された冷・暖房用水の水位を調節し、個別マット５０に供給される冷・暖房用水を開閉する供給弁５１を制御し、上記循環ポンプ７０を作動するか否かを制御し、上記温度測定部９１の出力信号を基に上記補助熱源部の駆動を制御するコントローラ６０と、を含んでマット５０を介した局部冷・暖房することを特徴とする。
また、本発明は、上記マット５０と蓄熱タンク２０との間に、上記マット２０を循環し、蓄熱タンク２０へ復帰する還水部に形状記憶金属を備えた還水部弁５２をさらに含み、循環効率を極大化することを特徴とする。
また、本発明は、上記コントローラ６０を介して、上記冷・暖房用水が加熱されることを遮断し、冷・暖房用水のみ循環ポンプ７０によってマット５０へ供給して、夏季の冷房効果を有することを特徴とする。
本発明は、局部冷・暖房可能なマットを備えることにより、マットの周りへの熱伝導が低く、太陽熱自体だけでも冷・暖房負荷熱量を充足することができ、用水循環のための循環モータ駆動電力のみ必要とされるため、電力の消耗量を大幅に節約することができる。
本発明の構成は、小型で、既存の施設に比べて５０％以上製造コストを低くすることができ、メンテナンス費用も安価である。
本発明は、冬季には暖房ができ、夏季には加熱装置を遮断して冷水のみを循環させて冷房効果を奏する。
本発明の好ましい一実施例の概略図である。
出願人は、以下に図面を参照して、本実施例の構成を詳しく説明する。また本発明の要旨を不要に不明確にすると判断される公知機能及び構成に関する詳しい記述は省略する。
図１は、本発明の好ましい一実施例の概略図である。
本発明の太陽熱を用いた冷・暖房マットシステムは、図１に図示したとおり、太陽熱を集熱して熱交換媒体を加熱する集熱板１０と、冷・暖房用水４０を貯蔵する蓄熱タンク２０と、上記蓄熱タンク２０に備えられ、上記集熱板１０によって加熱した熱交換媒体にて冷・暖房用水を加熱する熱交換機３０と、上記蓄熱タンク２０に備えられ、上記冷・暖房用水４０を加熱する補助熱源部９０と、上記蓄熱タンク２０に備えられ、蓄熱タンク２０に貯蔵された冷・暖房用水４０の温度を測定する温度測定部９１と、上記蓄熱タンク２０の下段部に連結される排出管４６と、上記排出管４６をコントローラ６０によって開閉する排出遮断弁４５と、上記冷・暖房用水４０を、連結された配管を介して、マット５０へ供給するための循環ポンプ７０と、上記循環ポンプ７０から供給を受けた冷・暖房用水４０で局部冷・暖房するマット５０と、上記マット５０と上記冷・暖房用水を供給する配管とを連結することのできるコネクター５２と、上記蓄熱タンク２０に貯蔵された冷・暖房用水の水位を調節し、個別のマット５０に供給される冷・暖房用水を開閉する供給弁５１を制御し、上記循環ポンプ７０を作動するか否かを制御し、上記温度測定部９１の出力信号を基に上記補助熱源部の駆動を制御するコントローラ６０と、を含んでマット５０を介した局部冷・暖房することを特徴とする。
上記集熱板１０は、反射板によって太陽光を集光し、集光にて発生した太陽熱を用いて熱交換媒体を加熱することで、一般的な太陽熱を用いた暖房装置に使用されるもので、その詳しい説明は省略する。
上記集熱板１０と蓄熱タンク２０内の熱交換機３０は、熱媒体循環管３１によって連結されており、熱媒体循環管３１には、熱交換媒体を循環させるための熱媒体循環ポンプ３２が備えられている。これによって、熱交換媒体は集熱板１０と熱交換機３０を循環することとなる。
また、上記熱媒体循環管は、熱交換媒体の不足分を補充するために、熱媒体補充タンク、空気排出機３４、安全のためのチェック弁３３、ボール弁３５を備える。
上記熱媒体循環管３１には、熱交換媒体が閉回路管に迂回して流れるように熱媒体循環管３１を遮蔽する３−ｗａｙ弁３６が備えられる。
上記熱交換機３０は、蓄熱タンク２０内で熱交換媒体の熱が暖房用水に伝達されるように、熱伝導率の高い材質（銅、銀など）からなり、放熱面積を広めるために、波形或いはらせん状に形成される。
上記補助熱源部９０は、電気ヒーターや、ガス、油、石炭などの化石燃料を使用するボイラーが使われる。
上記温度測定部９１は、蓄熱タンク２０に設けられて冷・暖房用水の温度を測定するサーモカップルなどの温度測定センサーが用いられる。
上記蓄熱タンク２０は、冷・暖房用水４０を貯蔵する容器であって、保温性の良い材質で構成され、冷・暖房用水４０の水位調節制御部２１と温度測定部９１とを備える。
上記コネクター５１は、それぞれのマット５０と連結可能な構造を有し、マット５０と分離する場合、冷・暖房用水４０が外部へ流出されることを遮断する機能を備える。
原水供給管８０は、外部から供給される原水を減圧弁８１とコントローラ６０によって開閉される遮断弁８２とを経て蓄熱タンク２０へ原水を供給する。
上記冷・暖房用水４０は、循環モータ７０によって蓄熱タンク２０から給水部へ転送され、コントローラ６０によって開閉される供給弁５１が開くと、マット５０内に形成された循環配管に沿って循環して、還水部弁５３を通過し、還水部を経て蓄熱タンク２０へ循環する。
上記供給弁５１は、コントローラ６０によって制御されることを手動に代えることもできる。
上記排出管４６は、蓄熱タンク２０の下段部に連結され、蓄熱タンクに異物が沈殿したり、蓄熱タンク２０を掃除するとき、冷・暖房用水４０を外部へ排出する。
上記排出管４６の開閉は、排出管の一端部と連結された排出遮断弁４５によって行われ、コントローラ６０の信号によって作動する。
また、上記排出遮断弁４５は、コントローラ６０によって制御されることを手動に代えることもできる。
上記循環過程にて冷・暖房用水４０が温水である場合には、温水熱をマット５０に放熱し、熱を放出することによって冷めた温水は、還水部弁５３を介して還水部へ流入した後、再び蓄熱タンク２０へ復帰して集熱板１０によって加熱される。
本発明は、上記マット５０と蓄熱タンク２０との間に、上記マット２０を循環し、蓄熱タンク２０へ復帰する還水部に、形状記憶金属を備えた還水部弁５２をさらに含み、循環効率を極大化することを特徴とする。
上記還水部弁５３は、温度によって可変する形状記憶合金を弁の胴体内に組み込んで設定温度以上の温度を有する流体が流れる場合、弁を遮蔽することができる弁で構成される。
上記還水部弁５３によって、複数のマット５０を連結する場合、設定温度に先に到達したマット５０の循環を遮断して、他のマット５０が設定温度に速く到達できるようにする。
本発明は、上記コントローラ６０を介して、上記冷・暖房用水が加熱されることを遮断し、冷・暖房用水のみ循環ポンプ７０によってマット５０へ供給して、夏季の冷房効果を有することを特徴とする。
冷房が必要とされる時期には、熱媒体循環管３１に連結された３−ｗａｙ弁３６を作動させ、蓄熱タンク２０内の熱交換機へ伝送されることを防ぎ、集熱板１０の中心の内部回路のみ循環するようにする。それによって蓄熱タンク２０内の冷・暖房用水４０が加熱されることを遮断する。
夏季の冷房が必要な時期には、蓄熱タンク２０に貯蔵された冷水と蓄熱タンク２０に供給される原水とを循環させて冷房効果を有する。
上記冷房効果を高めるための方法として、蓄熱タンク２０に氷を挿入して、上記氷によって冷・暖房用水４０の温度を低くして供給することもできる。従って、上記冷・暖房用水４０の水温を低くして冷房効果を高めるために、蓄熱タンク２０のカバーに氷が挿入可能な投入口４９をさらに含むことを特徴とする。
上記の構成で本発明の好ましい作動方法を説明すると、上記コントローラ６０に電源を印加すると、水位調節部２１の信号を受けて原水供給管８０の遮断弁８２を開閉して蓄熱タンク２０へ原水を供給する。
上記原水供給管８０の原水の水圧が高い場合、減圧弁８１を介して０．５ｋｇｆ以下に水圧を調節しながら供給され、蓄熱タンク２０に貯蔵された設定水位に到達すると、水位調節部２１の信号によってコントローラ６０は原水の供給を遮断する。
上記集熱板１０が太陽熱を吸収して加熱された熱伝達媒体は、熱媒体循環ポンプ３２によって熱媒体循環管３１を循環しながら、蓄熱タンク２０内の熱交換機３０を通じて冷・暖房用水４０を加熱する。
上記加熱した冷・暖房用水４０は、コントローラ６０によって作動する循環モータ７０によって連結された複数のマット５０を循環する。
上記マット５０を循環する冷・暖房用水４０によって局部冷・暖房を行う。
上記熱媒体循環ポンプ３２は、コントローラ６０によって集熱板の出口温度及び夜間には作動しない。
上記コントローラ６０は、集熱板情報、熱媒体情報、原水供給の可否、マットの締結可否、蓄熱タンク状態の情報及び冷暖房状態に関する情報を示すことのできるディスプレイを備える。
上記ディスプレイは、使用者が容易に確認できるように別途の表示装置として分離されることもできる。
マットで暖房を行う場合、布団をかけている場合が多いため、本発明を適用すると、太陽熱だけでも暖房が可能である。
本発明によると、４つのマット５０を適用する場合、２０乃至３０リットルの蓄熱タンク２０と５乃至６リットルの循環冷・暖房用水４０で十分な冷暖房効果を奏する。
従って、上記集熱板１０で冷・暖房用水４０を加熱することができない場合には、補助熱源部９０にて冷・暖房用水４０を加熱しなければならないが、２５乃至３６リットルの冷・暖房用水４０を加熱するにはエネルギーコストは高くかからない。
本発明は、太陽熱を用いた局部冷・暖房可能なマットを使用することにより、マットの周辺への熱伝導が低く、太陽熱自体だけでも冷・暖房負荷熱量を充足することができ、用水循環のための循環モータ駆動電力（６Ｗ）のみ必要とされるため、電力消耗量を大幅に節約でき、太陽熱を用いた無料暖房が可能である。
本発明の構成は、大容量の蓄熱タンク２０が必要とされず、小容量の蓄熱タンク２０及び全体構成が小型で作製できるため、既存の施設に比べて５０％以上製造コストを低くすることができ、メンテナンス費用も安価である。
以上で説明した本発明は、前述の実施例及び添付の図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を外れない範囲内で、様々な置換、変形及び変更ができるということは、本考案の属する技術分野において通常の知識を有する者において自明である。
１０：集熱板、２０：蓄熱タンク、２１：水位調節部、２２：空気排出口、３０：熱交換機、３１：熱媒体循環管、３２：熱媒体循環ポンプ、３３：チェック弁、３４：空気排出機、３５：ボール弁、３６：３−ｗａｙ弁、３７：熱媒体補充タンク連結管、４０： 冷・暖房用水、４５：排出遮断弁、４６：排出管、４９：投入口、５０：マット、５１：供給弁、５２：コネクター（ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）、５３：還水部弁、５４：供給弁開閉スイッチ、６０：コントローラ、６２：制御弁、７０：循環モータ、８０：原水供給管、８１：減圧弁、８２：遮断弁、９０：補助熱源部、９１：温度測定部

Claims (2)

  1. 太陽熱を集熱して熱交換媒体を加熱する集熱板と、
    冷・暖房用水を貯蔵する蓄熱タンクと、
    前記蓄熱タンクに備えられ、前記集熱板によって加熱した熱交換媒体にて冷・暖房用水を加熱する熱交換機と、
    前記蓄熱タンクに備えられ、前記冷・暖房用水を加熱する補助熱源部と、
    前記蓄熱タンクに備えられ、蓄熱タンクに貯蔵された冷・暖房用水の温度を測定する温度測定部と、
    前記蓄熱タンクの下段部に連結される排出管と、前記排出管をコントローラによって開閉する排出遮断弁と、
    前記冷・暖房用水を、連結された配管を介して、マットへ供給するための循環ポンプと、
    前記循環ポンプにて供給を受けた冷・暖房用水で局部冷・暖房するマットと、
    前記マットと前記冷・暖房用水を供給する配管を連結することのできるコネクターと、
    前記蓄熱タンクに貯蔵された冷・暖房用水の水位を調節し、個別のマットに供給される冷・暖房用水を開閉する供給弁を制御し、前記循環ポンプを作動するか否かを制御し、前記温度測定部の出力信号を基に前記補助熱源部の駆動を制御するコントローラと、を含んでマットを介した局部冷・暖房することを特徴とする太陽熱を用いた冷・暖房マットシステム。
  2. 前記コントローラを介して、前記冷・暖房用水が加熱することを遮断し、冷・暖房用水と原水を循環ポンプによってマットへ供給して、夏季の冷房効果を有し、
    前記冷・暖房用水の水温を低くして冷房効果を高めるために、蓄熱タンクのカバーに氷が挿入できる投入口をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱を用いた冷・暖房マットシステム。
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