JP2003510485A - 二壁間の熱伝達装置 - Google Patents
二壁間の熱伝達装置Info
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Abstract
Description
の壁および第二の壁の間の熱伝達装置に関する。
ォータータンクなどが、太陽放射線によって加熱可能な壁と別の壁との間で熱を
伝達するために使用されている。この場合、熱ブロックの一つは、外部環境の空
気であり、他の熱ブロックは、建物、タンク等である。
送られる熱を、暖房する壁側に伝達し、太陽放射線が止んだときは逆方向の熱伝
達を妨げることが可能でなければならない。
、一般には、太陽放射線による壁と、関連する熱ブロックとの暖房に限定され、
また、太陽放射線が止んだときは、この熱ブロックによる断熱に限定される。
況に応えられる熱伝達装置が必要とされる。
、第一の壁および第二の壁の間に介在して熱伝達媒体が循環する閉ループを画定
可能な絶縁モジュールを含み、このモジュールが、第一の壁に沿ってほぼ垂直に
延びる第一の管路と、第二の壁に沿ってほぼ垂直に延びる第二の管路とを含み、
第一の管路および第二の管路が、垂直方向に互いにオフセットされて「下方の管
路」と「上方の管路」とを規定し、上方路が第一の管路および第二の管路を接続
し、下方路が第一の管路および第二の管路を接続し、その結果、下方の管路が上
方の管路よりも高温であるとき、熱伝達媒体の循環がループ内で自然に行われて
熱伝達を可能にし、下方の管路が上方の管路よりも低温であるとき、熱伝達媒体
の循環を自然にブロックして熱伝達不能にし、断熱材をなす。
呼ぶことができる。
二の管路とが垂直にオフセットすることによって、第一の管路および第二の管路
の各温度に応じて簡単な対流運動により熱伝達媒体を循環可能にし、または循環
不能にすることができる。
、あるいはブロックされる。
り管路)を通って下方の管路から上方の管路に自然に上る傾向がある。その後、
媒体は、低温の上方管路で冷却され、自然に下降して下方の管路(下り管路)に
戻り、以下同様に行われる。
管路に戻り、下方の管路よりも高温であるこの上方の管路に停滞する傾向がある
。こうした停滞のため、上方の管路が高温の熱伝達媒体で満たされ、上方の管路
側に配置される熱ブロックに断熱部を提供することができる。その場合、温度の
層状化現象が発生し、最も高温の熱伝達媒体がループの上部に停滞し、最も低温
の熱伝達媒体がループの下部に停滞する。
たは冷却である。
方の管路を構成することにより、第一の管路の温度が第二の管路の温度よりも高
いとき熱交換を実施し、第一の管路の温度が第二の管路の温度よりも低いとき熱
交換不能にできる。
管路を構成することにより、第一の管路の温度が第二の管路の温度よりも低いと
き熱交換を実施し、第一の管路の温度が第二の管路の温度よりも高いとき熱交換
を不能にできる。
管路が上方の管路を構成する第一の状態と、第一の管路が上方の管路を構成して
第二の管路が下方の管路を構成する第二の状態との二つの状態のいずれかに装置
を配置する選択手段を含む。
ことができる。
暖房し、夜は建物の断熱を行うことができる。また、夏季期間中、外気温が建物
内部の温度よりも低い場合、昼間は建物の断熱を行い、夜は、冷房を行うことが
できる。
状態で構成される第二のモジュールとを含み、選択手段が、第一のモジュールま
たは第二のモジュールを操作可能にする手段を含む。
ジュールが他方の状態にあるようにモジュールを反転する反転手段を含む。
より第一の状態から第二の状態またはその逆に移行可能なシャッタまたは同様の
タイプの部品を含むことができる。
にするブロッキング手段を含むように構成できる。
第二の壁が、暖房または冷房される熱ブロックに隣接する。
。
、発泡コンクリート、および布等の柔軟な材料の中から選択可能である。
ぞれ第一の管路と第二の管路とを画定する役割をする絶縁コアと、絶縁コアの上
部および下部にそれぞれ配置可能で、上方の管路および下方の管路をそれぞれ画
定する役割をする上方の隔壁および下方の隔壁とを含む。
置可能な絶縁モジュール12を含む本発明による装置10を示している。
建物の壁18の一部をなしている。壁14、16はほぼ垂直であり、たとえば1
00〜200mmの間隔Dでもって配置されている。
な金属板から構成可能である。
くとも一の絶縁コア20を含む。絶縁コア20は、たとえば、フレームをなす2
個の垂直フレーム22(図3)の間に配置される。絶縁コア20は、第一の壁と
第二の壁との間に配置されるが、互いに接触しない。モジュール12はさらに、
絶縁コア20の上部および下部にそれぞれ配置可能な上部絶縁隔壁24と下部絶
縁隔壁26とを含む。この二つの隔壁24,26は、傾斜して配置され、壁14
,16の間に延びている。
、隔壁26は、下部に配置された別の絶縁コア20に対して上部の隔壁を構成す
ることが理解される。隔壁24,26もまた、垂直フレーム22の間に取り付け
られる(図3)。
行程を画定する役割を果たす。閉ループは、第一の壁14に沿ってほぼ垂直に延
びる第一の管路28と、第二の壁16に沿ってほぼ垂直に延びる第二の管路30
とを含む(図1)。
こでは第一の管路28)および「上方の管路」(ここでは第二の管路30)を構
成する。
続されている。これらの管路32,34は、互いにほぼ平行であり、管路28か
ら管路30に向かって上り方向に配向されている。管路28,30がオフセット
されているので、管路28は、管路30が含む下点PBとほぼ同じ高さにある上
点PHを有する。もちろん、上点PHは、下点PBより少し高い高さにしても、
あるいは下点PBより少し低い高さにしてもよい。
る。熱伝達媒体は、この例では空気である。空気は、壁14と壁16との間にあ
る温度差に応じて、外部から全く補助を受けずに管路内を自然に循環することが
できる。
る。従って、壁14および管路28(下方の管路)は、壁16、従って管路30
(上方の管路)よりも温度が高い。熱伝達媒体FCは、管路28で加熱され、軽
くなるために自然に上昇傾向になり、上方路32を通って、壁16に沿って管路
30に達する。壁16の温度は壁14の温度よりも低いので、熱伝達媒体は冷却
され、壁16に沿って自然に下方に下がる傾向になり、その後、下方路34に下
りて、管路28に戻り、以下同様に行われる。壁14の温度が壁16の温度より
も高い限り、熱伝達媒体FCは、図1に矢印で示した方向に自然に循環して熱伝
達を行い、太陽放射線Sにより壁18を加熱することができる。
る。絶縁材は、たとえば、ポリマー(ポリスチレン、ポリウレタンなど)または
、軽量コンクリートとも呼ばれる発泡コンクリートとしてよい。
3)。
Sが止み、壁14が外気にさらされ、壁18に隣接する壁16よりも温度が低く
なる。その結果、壁14は冷たい壁となり、壁16は、暖かい壁となる。
および上方路32が管路28(下方の管路)および下方路34よりも上の位置に
配置されているので、壁16に沿って配置される管路30と、上方路32とに停
滞する傾向になる。かくして、熱伝達媒体FCの循環が自然にブロックされ、壁
14,16の間の熱伝達が不能になる。最も高温の熱伝達媒体FCはループの上
部に停滞し、最も低温の熱伝達媒体FCはループの下部に停滞する。
失が著しく減る断熱材が形成される。
ード」と呼ぶことができ、外部操作を全くしなくても自然に機能して、冬季の昼
間暖房(図1)と夜間断熱(図2)とを行う。
、図5を参照する。
0が下方の管路を構成するので、上方路32および下方路34は、壁14から壁
16に向けて下り方向に配向されている。このような装置は、特に、夏季のあい
だ、昼間は建物の断熱を行い(図4)、夜はこの建物の冷房を行う(図5)ため
に用いられる。
Cは、壁14に沿って加熱され、その結果として、ループ上部、すなわち管路2
8(上方の管路)と上方路32とに停滞する傾向がある。低温の熱伝達媒体は、
ループ下部、すなわち管路30(下方の管路)と下方路34、つまり壁16の側
に停滞する傾向がある。このため、太陽放射線Sから供給される熱を壁16に伝
達することができないので、自然に熱伝達媒体の循環がブロックされ、断熱を得
られる。その場合、熱の吸収を最小化するために、壁14に対して白い鋼板を用
いた方がよい。
度になる。そのため、熱伝達媒体は、対流により矢印で示した方向に自然に循環
する傾向がある。従って、熱伝達媒体FCは管路30(下方の管路)で加熱され
、上方路32を経て管路28(上方の管路)に達し、その後、下方路34から管
路30に戻り、以下、同様に行われる。
あれば有効なことが理解される。ところで、2個の装置は対称である。従って、
反転により図1、図2の位置から図4、図5の位置に移行することができる。
る。シャッタ36は、隔壁24または26と交互に2個の壁14,16の間に配
置されたコア20を含む。壁14および壁16は、それぞれ簡単なガラスまたは
鋼板から構成できる。壁14は黒または暗色とし、壁14は、白または明色とす
る。シャッタ36は、太陽放射線Sを受ける建物のガラス42の後ろに配置され
る。シャッタは、水平スライド式のシャッタ(図8、図9)として構成可能であ
り、壁18のくぼみ43に引き込むか(図8)、あるいはガラス42の後ろ(図
9)に配置することができる。
に動作する。
先に述べた機能に対応する。すなわち、昼間は断熱し、夜は冷房する。白い面(
壁16)が太陽放射線Sに面し、黒い面(壁14)が反対側にくるため、上記の
動作が有利に行われる。
参照する。主な相違は、第一の壁14が、太陽放射線にさらされるガラス44と
、ガラスまたはプラスチック材料の組織46と、片側に黒のコーティング50を
施し、反対側に白のコーティング52を施した鋼板48とを連続して含む点にあ
る。
では外側に向けられている。装置は、冬季の間は図10の構成にあり、図1、図
2の装置と同様に動作する。
じる。その結果、熱伝達媒体FCは任意に循環不能にされる。このため、熱伝達
媒体は、太陽放射線にさらされる壁14から建物の壁側の壁16に向けて熱伝達
を行うことができない。
されている。しかしながら、ここでは、夏季における熱伝達媒体の循環ブロック
が軸56を中心とするコア20の回転によって行われる。
環管路を構成する役割をしている。夏季には、図13に示すように、コア20を
その軸を中心として回転し、コアが隔壁24,26に当たってループ内で熱伝達
媒体の循環をブロックするようにする。このようにして、断熱を実施する。
、図4、図5の実施の形態による構成を有する。これは、管路28と管路30が
、それぞれ上方の管路と下方の管路とを構成することを意味する。コア20は同
様に軸56を中心として回転式に取り付けられている。夏季の間は、冷却液を循
環可能にするようにコアを配置し(図15)、冬季の間は、コアを回転して管路
28,30内の熱伝達媒体の循環をブロックする(図14)。
、図15による第二のモジュール12Bとを交互に配置した構成を含む。これら
のモジュールは、アラインメントされ、コア20が同期回転可能に配置される。
図16、図17において、モジュール12Aは、冬季暖房用の位置にあり(図1
2参照)、モジュール12Bは、冬季断熱用の位置にある(図14)。コアを同
期回転させると、モジュール12Aが夏季断熱用の位置にきて(図13)、モジ
ュール12Bが夏季冷房用の位置に来る(図15)。
個の上方路32a,32bと、直角に交わる2個の下方路34a,34bとによ
り互いに結合される。このように形成された2個の交差路に2個のセレクタ58
,60をそれぞれ配置する。各セレクタは、同期作動して二つの位置のいずれか
に配置されるように構成された4ポートタイプの回転バルブから構成される。上
記の管路は、壁14,16と端のコア62,64との間に画定され、さらに中央
コア66を通る。
から管路30に上る方向に配向された管路32a,34aで循環可能であり、管
路28から管路30に下る方向に配向された管路32b,34bでブロックされ
る。かくして、装置は、図1、2と同様に動作する。
b,34bで循環可能であり、管路32a,34aでブロックされる。かくして
、装置は、図4、図5と同様に動作する。
などの絶縁材料で成形された、ほぼ平行六面体のブロック68である。装置は、
図21に示したように、一または複数の他の同様のブロックと共に垂直に積むこ
とが可能に構成されている。装置は、斜めの隔壁70の両側に配置された2個の
コア部分20a,20bを含む。装置は、ブロックの二つの向かい合った長い方
の垂直面に沿ってそれぞれ配置される2個の垂直管路28,30と、隔壁70の
上に配置されて垂直管路28に連通する斜めの管路32と、隔壁70の下に配置
されて垂直管路30に連通する別の斜めの管路34とで構成される。ブロックを
積むと、管路28を太陽放射線の側に配置するか否かに応じて、図1、図2の装
置または図4、図5の装置と似た装置が形成される。
、図1、図2の装置に似ているが、壁16に隣接する管路72で循環する水を加
熱するために用いられる。
の角度Aだけ傾斜している。ここでもまた、図1、図2と同様に、管路28が下
方の管路を構成し、管路30が上方の管路を構成する。その結果、太陽放射線の
作用で水を加熱し、その後、太陽放射線が止んだときは絶縁体を提供することに
よってこの水が冷却されないようにする。
ッタ36として構成される。このため、シャッタは、「冬」位置に対応する第一
の状態(図24A、図24B)と「夏」位置に対応する第二の状態(図25A、
図25B)との異なる二つの状態をとることができる。シャッタ36は、上記の
二つの状態の間で壁18に沿って回転可能であり、従っていわゆる「フランス風
の」回転を行うシャッタに似ている。
ッタは、隔壁24または26と交互に2個の壁14,16の間に配置されるコア
20を含む。壁14は、ここでは、ガラス42の後ろに配置された黒の受け鋼板
であり、壁16は、白の鋼板である。「冬の」位置では、ガラス42および壁1
4が外側に配置され、壁16が内側すなわち壁の側に配置される。「夏」の位置
では、この状況と逆の状況になる。
と同様に動作する。夏季の間、シャッタは反転され、図4、5のシャッタと同様
に動作する。
を中心として回転するように取り付けられる。上記の実施の形態と同様に、装置
は、隔壁24または26と交互に、2個の隔壁すなわち、ここでは黒の鋼板であ
る外壁14と、ここでは黒の鋼板である内壁16との間に配置されるコア20を
含む。ガラス42は外側に配置される。
ガラス42の後ろに配置された水平軸80の周囲に連結されている。可動片は白
色であり、シャッタ36の位置に応じて回転可能である。冬季の位置に対応する
第一の状態では(図28A)、可動片78が太陽の位置に応じて傾斜し、太陽光
線が鋼板14に当たる。夏季の位置に対応する第二の状態では(図28B)、可
動片78が垂直に回転してガラス42の後ろに当たり、太陽エネルギーが壁に入
らないようにする。
建物の暖房、冷房、および断熱以外の用途も検討できる。かくして、このような
装置では、炉(太陽炉)の加熱、プール、温室等の加熱を行うことができる。ま
た、冷却装置に関して断熱を提供することもできる。
「熱ダイオード」が構成されるので、装置の実施が簡素化される。
特に液体を使用してもよい。
関して多数の変形実施の形態が考えられる。断熱材料はまた、たとえば布または
同等物から形成してもよい。
態による装置の断面図である。
。
面図である。
の断面図である。
図13と同様の断面図である。
ールを含む装置の斜視図である。
ールを含む装置の正面図である。
る。
断面図である。
る。
様の垂直断面図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 第一の熱ブロックおよび第二の熱ブロックにそれぞれ接する
第一の壁と第二の壁との間の熱伝達装置であって、第一の壁(14)および第二
の壁(16)の間に介在して熱伝達媒体(FC)が循環する閉ループを構成可能
な絶縁モジュール(12)を含み、前記モジュールが、第一の壁(14)に沿っ
てほぼ垂直に延びる第一の管路(28)と、第二の壁(16)に沿ってほぼ垂直
に延びる第二の管路(30)とを含み、第一の管路および第二の管路が、垂直方
向に互いにオフセットされて下方の管路と上方の管路とを規定し、上方路(32
)により前記第一の管路と前記第二の管路とが接続され、下方路(34)により
前記第一の管路と前記第二の管路とが接続され、 その結果、前記下方の管路が前記上方の管路よりも高温であるとき、前記熱伝
達媒体(FC)の循環が閉ループ内で自然に行われて熱伝達を可能にし、 前記下方の管路が前記上方の管路よりも低温であるとき、前記熱伝達媒体(F
C)の循環を自然にブロックして熱伝達を不能にし、断熱材をなすことを特徴と
する熱伝達装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の装置であって、 前記第一の管路(28)が前記下方の管路を構成し、前記第二の管路(30)
が前記上方の管路を構成することにより、前記第一の管路の温度が前記第二の管
路の温度よりも高いとき、熱交換を実施し、前記第一の管路の温度が前記第二の
管路の温度よりも低いとき、熱交換が不能になることを特徴とする装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の装置であって、 前記第一の管路(28)が前記上方の管路を構成し、前記第二の管路(30)
が前記下方の管路を構成することにより、前記第一の管路の温度が前記第二の管
路の温度よりも低いとき、熱交換を実施し、前記第一の管路の温度が前記第二の
管路の温度よりも高いとき熱交換不能にできることを特徴とする装置。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置であって、 前記第一の管路(28)が前記下方の管路を構成して前記第二の管路(30)
が前記上方の管路を構成する第一の状態と、前記第一の管路(28)が前記上方
の管路を構成して前記第二の管路(30)が前記下方の管路を構成する第二の状
態との二つの状態のいずれかに装置を構成させる選択手段(20,56;58,
60)を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載の装置であって、 前記第一の状態で構成される第一のモジュール(12)と、前記第二の状態で
構成される第二のモジュール(12)とを含み、前記選択手段が、前記第一のモ
ジュールまたは前記第二のモジュールを操作可能にする手段(20,56)を含
むことを特徴とする装置。 - 【請求項6】 請求項4に記載の装置であって、 前記モジュール(12)を一方の状態で構成し、前記選択手段は、前記モジュ
ールが他方の状態にあるように前記モジュールを反転させる反転手段を含むこと
を特徴とする装置。 - 【請求項7】 請求項6に記載の装置であって、 一または複数の前記モジュール(12)を集めて、反転により第一の状態から
第二の状態またはその逆に移行可能なシャッタまたは同様のタイプの部材(36
)を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれか一項に記載の装置であって、 前記熱伝達媒体(FC)の循環を任意にブロックするブロッキング手段(54
;20,56)を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項9】 請求項1〜8のいずれか一項に記載の装置であって、 前記第一の壁(14)を太陽放射線(S)にさらすことができ、一方で前記第
二の壁(16)が、暖房または冷房される熱ブロックに隣接することを特徴とす
る装置。 - 【請求項10】 請求項1〜9のいずれか一項に記載の装置であって、 前記第二の壁(16)が、建物の壁(38)に隣接することを特徴とする装置
。 - 【請求項11】 請求項1〜10のいずれか一項に記載の装置であって、 前記熱伝達媒体(FC)が空気であることを特徴とする装置。
- 【請求項12】 請求項1〜11のいずれか一項に記載の装置であって、 前記モジュール(12)が、絶縁材料から形成されることを特徴とする装置。
- 【請求項13】 請求項1〜12のいずれか一項に記載の装置であって、 絶縁材料が、ポリマー、発泡コンクリート、および布等の柔軟な材料の中から
選択されることを特徴とする装置。 - 【請求項14】 請求項1〜13のいずれか一項に記載の装置であって、 前記モジュールが、前記第一の壁(14)と前記第二の壁(16)との間に配
置可能でそれぞれ前記第一の管路(28)と前記第二の管路(30)とを規定す
る役割をする絶縁コア(20)と、前記絶縁コア(20)の上部および下部にそ
れぞれ配置可能で、前記上方路(32)および前記下方路(34)をそれぞれ規
定する役割をする上方の隔壁(24)および下方の隔壁(26)とを含むことを
特徴とする装置。
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