(57)【要約】【課題】  太陽電池の出力により電動圧縮機を駆動し、且つ、二酸化炭素冷媒によるヒートポンプ効果により高効率の床暖房を行う床暖房システムを提供する。【解決手段】  床暖房システム１は、電動圧縮機１２、ガスクーラ１４、キャピラリチューブ１６及び蒸発器２０を備えた二酸化炭素を冷媒として封入して成る冷媒回路４と、床暖房パネル３２と、太陽電池４６とを備える。太陽電池４６の出力により電動圧縮機１２を駆動すると共に、冷媒回路４のガスクーラ１４により床暖房パネル３２を加熱する。【選択図】図１
2006010198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動圧縮機、ガスクーラ、減圧装置及び蒸発器を備え、二酸化炭素を冷媒として封入して成る冷媒回路と、床暖房パネルと、太陽電池とを備え、
前記太陽電池の出力により前記電動圧縮機を駆動すると共に、前記冷媒回路のガスクーラにより前記床暖房パネルを加熱することを特徴とする床暖房システム。
【請求項２】
前記冷媒回路のガスクーラと熱交換した流動性熱媒体を前記床暖房パネルに流通させることを特徴とする請求項１の床暖房システム。
【請求項３】
前記太陽電池の出力が得られない場合には、商用電源により前記電動圧縮機を駆動することを特徴とする請求項１又は請求項２の床暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、床暖房パネルによって暖房を行う床暖房システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来屋外に太陽熱集熱器と太陽電池とを設置し、太陽熱集熱器で得られた熱を太陽電池で得られた電気によって給湯用タンクに送り給油用タンク内の水を加温すると共に、閉鎖管からなる熱媒体用パイプ内に熱媒体を循環させ、この熱媒体用パイプの一方を床下のコンクリート層中に埋設し、他方を給湯用タンク内に配管して給湯用タンク内に貯留した、温水の熱の一部を熱媒体に伝え、この熱媒体の熱を、コンクリート層を介して床暖房に用いることにより、太陽エネルギーを給湯用と床下空間暖房用の相方に利用して省エネルギー化を図った床下空間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】特開平５−２６４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、従来は太陽熱収集器で集熱された温水を給湯用や床暖房に使用し、熱媒体や温水の循環も太陽電池の電力で行っていたが、太陽熱収集器で収集した熱だけしか暖房に使用できず暖房能力に限界があった。このため、より効率の良い床暖房システムの開発が望まれていた。
【０００４】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、太陽電池の出力により電動圧縮機を駆動し、且つ、二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ効果による高効率な床暖房を行うことができる床暖房システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
即ち、本発明の床暖房システムは、圧縮機、ガスクーラ、減圧装置及び蒸発器を備え、二酸化炭素を冷媒として封入して成る冷媒回路と、床暖房パネルと、太陽電池とを備え、太陽電池の出力により圧縮機を駆動すると共に、冷媒回路のガスクーラにより床暖房パネルを加熱することを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２の発明の床暖房システムは、上記において、冷媒回路のガスクーラと熱交換した流動性熱媒体を床暖房パネルに流通させることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３の発明の床暖房システムは、請求項１又は請求項２に加えて、太陽電池の出力が得られない場合には、商用電源により圧縮機を駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の床暖房システムは、電動圧縮機、ガスクーラ、減圧装置及び蒸発器を備え、二酸化炭素を冷媒として封入して成る冷媒回路と、床暖房パネルと、太陽電池とを備えており、太陽電池の出力により電動圧縮機を駆動すると共に、冷媒回路のガスクーラにより床暖房パネルを加熱するので、二酸化炭素冷媒によるヒートポンプ効果により、床暖房を効能力且つ効率的で行うことができる。特に、電動圧縮機を太陽電池の出力で駆動するので、よりクリーンで安価な床暖房を実現することができるようになる。
【０００９】
請求項２の床暖房システムでは、上記に加えて冷媒回路のガスクーラと熱交換した流動性熱媒体を床暖房パネルに流通させるようにしているので、床暖房パネルの設置上の自由度が増し、設置作業性の改善を図ることができる。
【００１０】
請求項３の床暖房システムでは、上記各発明に加えて太陽電池の出力が得られない場合には、商用電源により電動圧縮機を駆動するので、太陽電池の出力が得られない夜間等にも支障無く床暖房を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、二酸化炭素冷媒を循環して成る冷媒回路と太陽電池を組み合わせることにより床暖房の性能改善と省エネ化を行うことを最も主要な特徴とする。省エネ化を図り、より効率的な床暖房を実現するという目的を、二酸化炭素冷媒によるヒートポンプ効果と、太陽電池にて発電した電力で冷媒回路の電動圧縮機を駆動することにより実現した。
【００１２】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の一実施例を示す床暖房システム１の概略斜視図、図２は床暖房システム１の冷媒回路４と温水回路３０を示す図、図３は床暖房システム１に関する電気回路のブロック図、図４は床暖房システム１の冷媒回路４の冷媒の流れと温水回路３０の温水の流れを示す図をそれぞれ示している。
【００１３】
実施例の床暖房システム１は、図１に示すように太陽光を受けて発電する太陽電池４６と、この太陽電池４６の発電電力で駆動する電動圧縮機１２（図２に図示）を備えた冷媒回路４と、この冷媒回路４によるヒートポンプ効果により温められた温水を循環する暖房配管３４が蛇行状に配設された床暖房パネル３２とにより構成されている。
【００１４】
床暖房システム１は、図２に示すように冷媒回路４と温水回路３０とを備えており、この冷媒回路４は、電動圧縮機１２の吐出側の配管１２Ａに接続されたガスクーラ（熱交換器）１４と、ガスクーラ１４の出口側の配管１４Ａに接続されたキャピラリチューブ１６（本発明の減圧装置に相当）と、キャピラリチューブ１６の出口側の配管１６Ａに接続された蒸発器２０とを備え、この蒸発器２０の出口が電動圧縮機１２に戻る環状の冷媒サイクルを構成している。
【００１５】
ここで、冷媒回路４には冷媒として地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して高低圧差の大きい自然冷媒である二酸化炭素冷媒（ＣＯ2）を使用しており、電動圧縮機１２の潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油等既存のオイルが使用される。
【００１６】
また、温水回路３０には、水或いは不凍液、オイルなどの流動性熱媒体（以降水で説明する）が封入され、この水が循環する蛇行状の暖房配管３４が埋め込まれた床暖房パネル３２が設けられており、この床暖房パネル３２の出口側の温水配管３２Ａに水を循環させるためのポンプ３５が設けられ、ポンプ３５の出口側の温水配管３５Ａは冷媒回路４のガスクーラ１４に交熱的に接続されている。そして、ガスクーラ１４を出た温水配管は床暖房パネル３２の入口側の温水配管３２Ｂに接続されて温水が循環する温水回路３０を構成している。即ち、冷媒回路４と温水回路３０とはガスクーラ１４にて交熱的に接続されている。
【００１７】
ここで、ガスクーラ１４は図示しないが冷媒回路４内の二酸化炭素冷媒が流通する蛇行状の冷媒配管と、温水回路３０内の水が流通する蛇行状の温水配管とを交熱的に密着固定、或いは、２枚のプレートを貼り合わせて二酸化炭素冷媒と水とを流通させる流路を膨出させて形成した、所謂ロールボンド式の熱交換器にて構成されている。また、ガスクーラ１４内の冷媒配管を流れる冷媒と温水配管を流れる水は対向流となる。このように、ガスクーラ１４は冷媒回路４と温水回路３０とを交熱的に設けることにより、冷媒回路４から温水回路３０に効率よく熱を渡すことができるように構成している。
【００１８】
一方、床暖房システム１には図３に示すように、冷媒回路４の電動圧縮機１２と、温水回路３０のポンプ３５の運転を制御するための汎用マイクロコンピュータからなる制御装置３６が設けられている。ここで、床暖房パネル３２に適した水温は＋６０℃程度の低温水とされている。制御装置３６は、床暖房パネル３２に温水を流して暖房を行うときは温水回路のポンプ３５と冷媒回路４の電動圧縮機１２を運転し、暖房の停止を行うときはポンプ３５と電動圧縮機１２の運転を停止する。そして、例えばガスクーラ１４の二酸化炭素冷媒の温度を約＋７０℃とした場合に、表面温度約＋６０℃で床暖房パネル３２が温められて暖房されるように電動圧縮機１２及びポンプ３５を制御する。
【００１９】
また、電動圧縮機１２は屋内分電盤４０に接続され、屋内分電盤４０にはＤＣ／ＡＣ変換装置４８を介し、屋根上などに設置されて太陽光により所定の発電電力を得られる太陽電池４６が接続されている。更に、屋内分電盤４０には系統商用交流電源ＡＣ（本発明の商用電源に相当）が接続されている。この屋内分電盤４０にはまた、床暖房パネル３２及び照明器具、洗濯機、電子レンジ、オーブン、電熱器、エアコン、暖房器具、扇風機、冷蔵庫、テレビ、ビデオなどの音響機器、コピー機器、電話或いは工作機械などの電気機器からなる室内負荷４４が接続される。
【００２０】
この屋内分電盤４０は、家屋内配線の一部に大量の電力が流れることにより家屋内全体の給電が停止してしまうのを防止するため家屋内を複数に分割して電力を供給すると共に、屋内配線の一部に大量の電力が流れることにより電気事故が発生してしまうのを防止するため使用箇所に応じて電力量を分配する器具である。
【００２１】
また、太陽電池４６は、室内負荷４４及び床暖房システム１など一般家庭で昼間使用する全体の電力量をまかなえる、例えば約３Ｋｗ〜５Ｋｗ或いはそれ以上の大きな発電能力を有するものが備えられている。そして、太陽電池４６で発電された電力は、既に周知の直流（ＤＣ）電力であるため、一般家庭で使用可能な電力に変換するためのＤＣ／ＡＣ変換装置４８が設けられ、このＤＣ／ＡＣ変換装置４８にはインバータ装置（図示せず）が設けられている。
【００２２】
そして、太陽電池４６で発電された直流電力は、ＤＣ／ＡＣ変換装置４８のインバータ装置で昇圧されて交流電力に変換され、一般家庭で使用可能な１００Ｖ或いは２００Ｖの交流５０Ｈｚ或いは６０Ｈｚに変換される。変換された電力は、屋内分電盤４０にて分電された後、床暖房システム１や室内負荷４４に供給される。尚、ＤＣ／ＡＣ変換装置４８にて直流電力を一般家庭で使用できる周波数及び電圧に変換する技術については、従来より周知の技術であるため詳細な説明を省略する。
【００２３】
また、屋内分電盤４０には太陽電池４６で発電された電力を系統商用交流電源ＡＣに売電可能な売電装置（図示せず）が設けられている。この売電装置は、太陽電池４６にて発電された電力で室内負荷４４（床暖房システム１を含む）を動作させた状態で、余剰電力が出た場合、売電装置に内蔵したインバータで系統商用交流電源ＡＣの周波数に一致させると共に、系統商用交流電源ＡＣに流れる電力の電圧より所定の電圧だけ高くして、当該太陽電池４６で発電された余剰電力を系統商用交流電源ＡＣに流し、電力会社に売電する。
【００２４】
尚、太陽電池４６で発電された余剰電力に不足が生じた場合は、系統商用交流電源ＡＣから買電し、屋内分電盤４０が床暖房システム１の電動圧縮機１２やポンプ３５、室内負荷４４に供給することになる。ここで、太陽電池４６で発電した電力をインバータで変換して系統商用交流電源ＡＣに供給して電力会社に売電する技術については従来より周知の技術であり詳細な説明を省略する。また、売電装置は屋内分電盤４０に設けても或いは別に設けても差し支えない。
【００２５】
以上の構成で次に図４を参照して本発明の床暖房システム１の動作を説明する。尚、図４では冷媒回路４と温水回路３０を図示し、太陽電池４６、系統商用交流電源ＡＣなどは図示していない。また、床暖房システム１は昼間太陽が出ているときに太陽電池４６にて発電された電力で床暖房システム１を運転すると共に、太陽光が少なく太陽電池４６にて室内負荷４４を動作させるだけの充分な発電ができない場合、或いは、太陽電池４６が太陽光を受けられない夜間には系統商用交流電源ＡＣにて床暖房システム１を駆動するように構成されている。
【００２６】
先ず、制御装置３６は、昼間太陽光を受けて太陽電池４６が発電すると、その発電した電力で電動圧縮機１２及びポンプ３５を駆動する。太陽電池４６で発電された電力で電動圧縮機１２が駆動されると、図４中矢印で示すように電動圧縮機１２から出口側の配管１２Ａに吐出された高温高圧の二酸化炭素冷媒はガスクーラ１４内に流入する。
【００２７】
ガスクーラ１４内の二酸化炭素冷媒は、ポンプ３５により温水回路３０を流れる水と熱交換して冷却され、反対に温水回路３０内の水は温められて温水となる。このガスクーラ１４を通過する過程で二酸化炭素冷媒は凝縮せず、超臨界のままであるので、温水回路３０内を流れる水の加熱能力は極めて高いものとなる。この放熱して温度低下した二酸化炭素冷媒は、ガスクーラ１４の出口側の配管１４Ａから出てキャピラリチューブ１６に至り、そこで減圧されて凝縮した後、蒸発器２０に流入する。蒸発器２０に流入した二酸化炭素冷媒は、そこで蒸発して吸熱することで外気から熱を汲み上げ（ヒートポンプ効果）、電動圧縮機１２に吸い込まれて圧縮され、再び吐出側の配管１２Ａに吐出されるサイクルを繰り返す。
【００２８】
また、ガスクーラ１４内で温められた温水回路３０内の温水は、ポンプ３５により循環して床暖房パネル３２に至る。そして、温水は床暖房パネル３２に設けた蛇行状の暖房配管３４内に流入し、そこで放熱して暖房作用を発揮する。これにより、床暖房が行われる。このような床暖房を行って放熱し、温度が低下した低温水は床暖房パネル３２の出口側の温水配管３２Ａからポンプ３５に帰還し、再びガスクーラ１４内で温められて温水となるサイクルを繰り返す。これにより、本発明の床暖房システム１では、昼間系統商用交流電源ＡＣを使用せずに太陽電池４６の電力だけで冷媒回路４と温水回路３０とを駆動し、床暖房を行う。
【００２９】
次に、太陽電池４６が太陽光を受けられない夜間或いは太陽光が少なく太陽電池４６にて室内負荷４４を動作させるだけの充分な発電がされない場合に床暖房を行うとき、床暖房システム１は前述して如き系統商用交流電源ＡＣからの電力で電動圧縮機１２及びポンプ３５が駆動される。これによって、床暖房システム１は、太陽電池４６が太陽光を受けられない夜間或いは太陽光が少なく太陽電池４６にて室内負荷４４を動作させるだけの充分な発電ができない場合にも系統商用交流電源ＡＣからの電力で床暖房を行うことができる。
【００３０】
このように、床暖房システム１は、電動圧縮機１２、ガスクーラ１４、キャピラリチューブ１６及び蒸発器２０を備え、二酸化炭素を冷媒として封入して成る冷媒回路４と、床暖房パネル３２と、太陽電池４６とを備えている。そして、太陽電池４６の出力により電動圧縮機１２を駆動すると共に、冷媒回路４のガスクーラ１４により熱交換して温水回路３０の床暖房パネル３２を加熱するようにしているので、二酸化炭素冷媒によるヒートポンプ効果により、効能力且つ効率的で床暖房を行うことができる。特に、電動圧縮機１２を太陽電池４６の発電電力で駆動するようにしているので、よりクリーンで安価な床暖房を実現することができる。
【００３１】
また、床暖房システム１は、冷媒回路４のガスクーラ１４と熱交換した温水を床暖房パネル３２に流通させるようにしているので、床暖房パネル３２の設置上の自由度が増し、設置作業性の改善を図ることができる。
【００３２】
また、床暖房システム１は、太陽電池４６の出力が充分得られない場合には、系統商用交流電源ＡＣからの電力で電動圧縮機１２及びポンプ３５を駆動するので、太陽電池４６の出力が得られない夜間や建造物の日陰になったり、曇りや雨や雪などのときにも支障無く床暖房を行うことができる。
【００３３】
尚、温水回路３０内に封入した流動性熱媒体を水或いは不凍液で説明したが、流動性熱媒体は、水や不凍液に限られずオイルであっても差し支えない。この場合、流動性熱媒体としてのオイルは熱交換を効率よく行うことが可能なオイルが封入される。これにより、温水回路３０内に水あかなどが付着せず、また、流動性熱媒体をオイルにすることにより温水配管３２Ａ、３２Ｂや暖房配管３４が錆びやすい材質の場合でも錆び難くなり、メンテナンスや修理も不要となり便利である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例の床暖房システムの概略斜視図である。
【図２】図１の床暖房システムの冷媒回路と温水回路のブロック図である。
【図３】図１の床暖房システムに関する電気回路のブロック図である。
【図４】図１の床暖房システムの冷媒回路の冷媒の流れと、温水回路の温水の流れを説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  床暖房システム
４  冷媒回路
１２  電動圧縮機
１４  ガスクーラ
１６  キャピラリチューブ（減圧装置）
２０  蒸発器
３０  温水回路
３２  床暖房パネル
３４  暖房配管
３５  ポンプ
３６  制御装置
４０  屋内分電盤
４６  太陽電池
４８  ＤＣ／ＡＣ変換装置
ＡＣ  系統商用交流電源
【図１】
2006010198.tif 000003
【図２】
2006010198.tif 000004
【図３】
2006010198.tif 000005
【図４】
2006010198.tif 000006