JP6170778B2 - 排熱利用の暖房融雪用熱交換装置及び暖房融雪装置 - Google Patents

Description

この発明は、一般家屋の屋内に設置したストーブ、特にペレットストーブの排熱を利用して局所暖房や融雪を行うことを可能にした装置に関するものである。

屋内を暖房する暖房装置として、石油ストーブなどの化石燃料を用いたストーブが広く普及しているが、化石燃料を使用することによる地球温暖化を避けるためには、木材を燃料とするストーブの普及が望まれる。木材を燃料とするいわゆる薪ストーブは、燃料の自動供給が難しく、火力の制御も困難である。

そこで、チップ状ないし粒状とした木材を燃料とするペレットストーブと称する暖房器具が提供されるようになり、近年では、一般家庭でのペレットストーブの普及は顕著である。

しかし、ペレットストーブでの暖房は、ペレット燃料の燃焼によるストーブ本体からの輻射熱で室内を暖房するものであり、ペレットの燃焼時に生ずる燃焼ガスはＣＯ₂を含んでおり室内暖房には使用されず、２５０℃〜３５０℃もの温度を有しながらも排気熱として大気中に放出され、なんら利用されていない。

従来、ペッレットストーブの排気熱は、生活における暖房や融雪に利用されていない。しかし、大気に放出されているペレットストーブの燃焼ガスに残っている熱を利用すれば、新たな熱源を設置することなく、かなり高温の熱媒体液を取り出すことができ、また、設置費用やランニングコストにおいて大変有意義な暖房、融雪装置としての利用が可能である。

そこでこの発明は、一般住宅に設置されているペレットストーブの排熱を熱交換缶内に導き、缶内で排気の熱を熱媒体液に取り込んで加温された熱媒体液で居室内を極所的に暖房し、また、屋外においては、住宅の屋根の融雪や、玄関や車庫から道路までの通路の融雪に用いることができる装置を提供しようとするものであり、一般家庭でも容易に設置することができる簡単な構造でかつ安価に提供することができ、新たに熱源の必要がなく省資源に大きく寄与する装置を提供することを課題としている。

この発明の排熱利用の暖房融雪用熱交換装置は、燃焼排気の導入口１６及び排気筒１７と熱媒体液の吸入口３４及び送出口３７とを備えた熱交換ユニット３と、熱媒体液タンク２１と、これらを収容した筐体２２とを備えている。

熱交換ユニット３は、熱交換缶３１と、この熱交換缶内に配置されたフィンチューブ３２と、吐出口３５をこのフィンチューブの一端に接続した循環ポンプ３３と、この循環ポンプに一体化されて当該循環ポンプを駆動するポンプモータと、これらの機器を搭載したベース板２４とからなる家庭用石油給湯器用の熱交換ユニットをそのまま用いている。

熱交換ユニットの循環ポンプ３３の前記吸入口３４は、筐体２２内において熱媒体液タンク２１に接続されている。熱交換ユニットの熱媒体液の送出口３７は、前記フィンチューブ３２の他端、すなわち循環ポンプ３３が接続された端部と反対の端部に接続されている。

この発明の排熱利用の暖房融雪用熱交換装置２は、屋外に設置される。設置した暖房融雪用熱交換装置の熱交換缶３１に、家屋の外壁５を貫通する排熱ダクト１５を通して、屋内に設置したストーブ１の排熱を導入することで、フィンチューブ３２を流れる熱媒体液を加熱する。そして、加熱された熱媒体液を循環ポンプ３３で融雪器１８、１９や暖房器１１、１２、１３、１４に送って融雪や暖房を行う。

この発明の排熱利用の暖房融雪装置は、上記この発明の暖房融雪用熱交換装置２と、粒状の木材を燃焼して屋内を暖房するペレットストーブ１と、このペレットストーブの燃焼排気を前記熱交換装置２の排熱の導入口１６に接続する排熱ダクト１５と、ペレットストーブ１の運転信号で前記ポンプモータを運転する運転制御手段とを備えている。

この発明の暖房融雪装置は、熱媒体液の送出口３７から送り出された熱媒体液を屋外配管４３と屋内配管４４とに分岐し、更に屋外の複数の融雪器や屋内の複数の暖房器に向けて分岐する分岐弁４、４１、４２を備えている。これらの分岐弁で熱媒体液の流路を切り換えることにより、天候や時間に応じた適切な融雪や暖房を行うことができる。

この発明は、送風、燃料ペレット供給、火力調整、着火・消火機能を有するペレットストーブ１の排熱を熱交換缶３１に取り込み、熱交換缶３１に設けられているフィン付きのチューブ３２に液熱媒体（不凍液体）を通すことにより、フィンチューブ３２内を通過する熱媒体液を加熱する。この加熱に要する熱は、屋内暖房用のストーブの排熱を利用するため、加熱に要する新たな熱源を要しない。更に、融雪器１８、１９や暖房器１１、１２、１３、１４を通過した熱媒体液は、熱媒体液タンク２１に戻り、循環ポンプ３３で熱交換缶３１に送り出されて再度加熱されて循環する。

熱媒体液は、内外分岐弁４で保温された屋内外の配管４３、４４を通って送られる。屋内配管４４は、屋内分岐弁４２で分岐されて台所足元マット、腰掛暖房座布団、床暖房、寝室などの温風ファンコイルなどを通って循環する。また屋外においては、屋根の融雪パネル１８や地上の融雪マット１９など、それぞれの場所に設置した融雪器を通って循環する。

この発明によれば、従来大気に放出されていた屋内暖房用のストーブの排熱を融雪や屋内に設置した暖房器の熱源として有効に再利用することができる。熱源としてストーブの排熱を利用するので、新たな熱源の必要がなく省資源に大きく寄与することができる。

また、熱交換ユニットの構造を広く普及している石油給湯器のそれと同じ構造とすることで、構造が簡単で安価に提供することができ、一般家庭でも容易に設置することができる。特に、熱交換缶及びポンプモータ一体型の循環ポンプを含む家庭用の石油給湯器の熱交換ユニットをそのまま利用できるので、新品で無く中古品または廃棄品の石油給湯器を再利用することで、大きな省資源効果が得られる。

この発明の暖房融雪装置の全体を示す概念図 筐体を省略して示す熱交換装置の断面図 熱交換ユニットと熱交換装置の筐体の分解斜視図 図１の装置のブロック図

以下、この発明の一実施例を示す図面を参照して、この発明を具体的に説明する。図１は、この発明の暖房融雪装置の全体を示す概念図である。図１には家屋内の居間、寝室及び台所が示されており、居間にはペレットストーブ１が設置され、寝室には暖房用のファンコイル１１が設置されている。更に居間及び台所には、局所暖房器である暖房座布団１２や床暖房マット１３及び足場マット１４が設けられている。

ペレットストーブ１の燃焼ガスは、充分な断熱性能を持たせて家屋の外壁５を貫通している排熱ダクト１５で屋外に設置された熱交換装置２の熱交換缶３１に導かれている。熱交換缶３１に導かれた排熱ガスは、熱交換缶３１の内部に配置されたフィンチューブ３２（図２）内の熱媒体液（不凍液）を加熱して排気筒１７から大気に放出されるようになっている。フィンチューブ３２内には、循環ポンプ３３で熱媒体液タンク２１内の熱媒体液が循環している。

熱交換装置２には、ポンプモータを一体化した循環ポンプ３３と、熱媒体液タンク２１と、内外分岐弁４とが設けられている。熱媒体液タンク２１及び熱交換缶３１は、放熱による熱ロスを抑えるために、保温材で囲まれ、更に屋外に設置できるような筐体２２に納められている。

図２に示すように、循環ポンプ３３の吸入管３４は熱媒体液タンク２１に接続され、その吐出管３５は熱交換缶内のフィンチューブ３２の下端に接続され、当該フィンチューブ３２の上端は、内外分岐弁４の流入口に接続されている。

内外分岐弁４の２つの流出口は、屋外配管４３と屋内配管４４に接続されている。屋外配管４３は、屋外分岐弁４１で屋根配管４５と地上配管４６に分岐されている。屋内配管４４は、家屋内に導かれ、家屋内に設置した屋内分岐弁４２で居間配管４７、寝室配管４８及び台所配管４９に分岐されている。

屋根配管４５は、家屋の屋根に設置した融雪パネル１８に接続されている。地上配管４６は、玄関及び車庫の通路に設置した融雪マット１９に接続されている。居間配管４７は、居間に設けた床暖房マット１３及び暖房座布団１２に接続されている。寝室配管４８は、寝室に設置した暖房用のファンコイル１１に接続されている。台所配管４９は、台所に設けた足場マット１４に接続されている。

居間配管４７、寝室配管４８及び台所配管４９の戻り管は、屋内分岐弁４２で屋内配管４４の戻り管に接続されている。屋根配管４５、地上配管４６及び屋内配管４４の戻り管は、１本にまとめられて熱媒体液タンク２１の戻り口２３に連結されている。

循環ポンプ３３と一体のポンプモータの電源回路には、ペレットストーブ１のオンオフスイッチの信号を受けて開閉する電磁開閉器が設けられて、ペレットストーブ１が運転されているときにのみ循環ポンプ３３が運転されるようになっている。

分岐弁４、４１、４２への各配管の接続は、抜差しにより着脱できる配管用カプラーを用いている。内外分岐弁４及び屋外分岐弁４１は、居間に設置した切換スイッチ３６によって切り換えられる電磁弁とし、屋内分岐弁４２は、手動の分岐弁としている。

熱交換缶３１及び循環ポンプ３３は、ベース板２４に固定されて一体の熱交換ユニット３となっている。この熱交換ユニット３は、一般家庭用の石油給湯器に用いられているものをそのまま用いている。図の例では、熱交換装置２の筐体２２も廃棄される石油給湯器の上面カバー２５、側面カバー２６、２７、２８を利用して作られている。すなわち、図示実施例の熱交換装置２は、家庭用の石油給湯器の燃焼室と灯油タンクを除去し、代わりに熱媒体液タンク２１を設置して配管し直すことにより製作されたものである。。

石油給湯器は、一般家庭に広く設置されている。一般家庭では、台所、洗面所、風呂などの増改築の際に、既存の給湯器を性能が高い新品に更新することが一般的であり、従来使用していた石油給湯器が廃棄処分されている。廃棄される給湯器の熱交換缶、循環ポンプ、ベース板及び筐体カバーを回収してこの発明の熱交換装置を製作すれば、資源の再利用による廃棄物の減少と有効資源の保護を図ることができ、部品単価の低減と組立工数の低減により装置を安価に提供することが可能になる。

上記の構造において、暖房のためにペレットストーブ１が運転されると、熱交換装置２の循環ポンプ３３が運転されて、熱媒体液タンク２１内の熱媒体液が熱交換缶内のフィンチューブ３２に送り込まれる。ペレットストーブ１の排熱は、排熱ダクト１５を通して熱交換缶３１に送られ、フィンチューブ３２内の熱媒体液を加温する。熱交換した排気は、熱交換缶３１の上部の排気筒１７より大気に放出される。フィンチューブ３２で加熱された熱媒体液は、分岐弁４、４１、４２の分岐態様により、屋根融雪パネル１８、通路融雪マット１９ないし屋内暖房器１１、１２、１３、１４を通って循環する。

加温された熱媒体液が循環することにより、屋根融雪パネル１８や通路融雪マット１９などの融雪器による融雪や、屋内の足場マット１４、床暖房マット１３、暖房座布団１２、ファンコイル１１などの暖房器による暖房が行われる。

このように、分岐弁を適宜設けることにより、屋内では足場マットや暖房座布団などによる局所暖房、ファンコイルや床暖房などによる室内の暖房を行うことができる。また、屋外では、住宅屋根、玄関小屋根、玄関から自宅前道路までの玄関通路、車庫から前面道路までの住宅敷地内通路などの融雪を行うことができる。そして、分岐弁とこれらの器具に接続する配管としてフレキシブルホースを適宜使用し、その接続部に着脱式のカプラを用いることにより、分岐弁や配管の配置及びそれに接続される機器により、種々の融雪装置や暖房装置に加熱された熱媒体液を分岐してそれぞれの必要に応じて供給することができる。

１ ペレットストーブ
２ 暖房融雪用熱交換装置
３ 熱交換ユニット
４ 内外分岐弁
５ 家屋の外壁
１１ ファインコイル
１２ 暖房座布団
１３ 床暖房マット
１４ 足場マット
１５ 排熱ダクト
１６ 燃焼排気の導入口
１７ 排気筒
１８ 屋根の融雪パネル
１９ 地上の融雪マット
２１ 熱媒体液タンク
２２ 筐体
２４ ベース板
３１ 熱交換缶
３２ フィンチューブ
３３ 循環ポンプ
３４ 吸入管
３５ 吐出管
３７ 熱媒体液の送出口
４１ 屋外分岐弁
４２ 屋内分岐弁
４３ 屋外配管
４４ 屋内配管

Claims (5)

1. 燃焼排気の導入口及び排気筒と熱媒体液の吸入口及び送出口とを備えた熱交換ユニットと熱媒体液タンクとを収容した筐体を備え、
   前記熱交換ユニットは、フィンチューブを備えた熱交換缶、吐出口を前記フィンチューブの一端に接続した循環ポンプ、この循環ポンプを駆動するポンプモータ及びこれらの機器を搭載したベース板からなる家庭用石油給湯器用の熱交換ユニットであり、
   前記筐体内において、前記熱交換ユニットの吸入口が前記熱媒体液タンクに接続されている、排熱利用の暖房融雪用熱交換装置。
2. 請求項１記載の暖房融雪用熱交換装置と、粒状の木材を燃焼して屋内を暖房するペレットストーブと、このペレットストーブの燃焼排気を前記熱交換缶の導入口に接続する排熱ダクトと、前記ペレットストーブの運転信号で前記ポンプモータを運転する運転制御手段を備えている、排熱利用の暖房融雪装置。
3. 前記熱媒体液の送出口から送り出された熱媒体液を屋外配管と屋内配管とに分岐する分岐弁を備えている、請求項２記載の暖房融雪装置。
4. 前記屋外配管を家屋の屋根に設置した屋根融雪器に接続される屋根配管と家屋の玄関先の通路に設置した通路融雪器に接続される地上配管とに分岐する分岐弁を備えている、請求項３記載の融雪暖房装置。
5. 屋内において前記屋内配管を分岐する分岐弁を備え、当該分岐弁を介して複数の屋内暖房器を接続可能にした請求項３又は４記載の融雪暖房装置。

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