JP2016102615A - 蓄熱構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱を一時的に蓄えることができ、その熱を必要なときに取り出すことが可能な蓄熱構造体を提供する。【解決手段】蓄熱構造体1であって、熱を蓄えるための蓄熱流体2が収容された容器3と、熱媒空気が流れる可撓性の管4とを含む。管4の少なくとも一部は、蓄熱流体2と接触可能に容器3内に収容されている。容器3は、上部に開口部5aを有する容器本体5を含んでいる。容器本体5には、管4が収容されている。容器本体5の開口部5aは、上から見て、管4の配置領域よりも大きい。【選択図】図1
Description
本発明は、熱を一時的に蓄えることができ、その熱を必要なときに取り出すことが可能な蓄熱構造体に関する。
従来、一時的に熱を蓄えて、必要に応じてそれを取り出すことが可能な蓄熱構造体が種々提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。
例えば、顕熱型の蓄熱材が収容されたケース内に、熱媒である空気を直接供給する蓄熱構造体が知られている。しかしながら、このような構成は、ケースの気密性を確保するのが困難で、ケース外部に熱媒が漏れるという問題があった。また、メンテナンス性についても改善の余地があった。
本発明は、以上のような問題点に鑑み、案出なされたもので、熱媒の漏れを防止でき、メンテナンス性にも優れる蓄熱構造体を提供することを主たる目的としている。
本発明は、熱を蓄えるための蓄熱流体が収容された断熱性を有する容器と、熱媒空気が流れる管とを含み、前記管の少なくとも一部が、前記蓄熱流体と接触可能に前記容器内に収容されている蓄熱構造体であって、前記容器は、上部に開口部を有する容器本体と、前記開口部に取り外し可能に装着された上蓋とを含み、前記容器本体には、前記蓄熱流体と前記管とが収容されており、前記容器本体の前記開口部が、上から見て、前記管の配置領域よりも大きいことを特徴とする。
本発明に係る蓄熱構造体は、前記上蓋が、前記容器本体に固定されかつ上面に点検口を有する上蓋本体と、前記点検口を開閉する扉とを含むのが望ましい。
本発明に係る蓄熱構造体は、前記管が、前記容器本体の下側をのびる下側部と、前記容器本体の上側をのびる上側部とを含み、前記下側部と前記上側部との間には、前記蓄熱流体の移動を妨げずに前記下側部の浮き上がりを防ぐ第1拘束手段が設けられているのが望ましい。
本発明に係る蓄熱構造体は、前記上側部の上方には、前記蓄熱流体の移動を妨げずに前記上側部の浮き上がりを防ぐ第2拘束手段が設けられているのが望ましい。
本発明に係る蓄熱構造体は、前記下側部と前記上側部とが湾曲部を介して連続し、前記管は、横向きの螺旋状にのびているのが望ましい。
本発明に係る蓄熱構造体は、前記下側部と前記上側部とはX軸に沿ってのびており、かつ、Y軸方向では位置ずれしており、前記湾曲部は、X軸方向から見て斜めにのびているのが望ましい。
本発明に係る蓄熱構造体は、熱を蓄えるための蓄熱流体が収容された容器と、熱媒空気が流れる管とを含み、前記管の少なくとも一部が、前記蓄熱流体と接触可能に前記容器内に収容されていることを特徴とする。このような蓄熱構造体では、熱媒空気は、管を介して蓄熱流体と熱交換することができる。しかも、熱媒空気は、管を通して容器内に供給されるため、外部に漏れることもない。
さらに、本発明に係る蓄熱構造体の容器は、上部に開口部を有する容器本体と、開口部に取り外し可能に装着された上蓋とを含んでいる。容器本体の開口部は、上から見て、管の配置領域よりも大きく形成されている。このような構造では、容器本体から上蓋を取り外すことにより、開口部から管の全てを肉眼で観察でき、かつ、必要な箇所を補修することができる。従って、本発明の蓄熱構造体は、高いメンテナンス性を有する。
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図1には、本発明の一実施形態に係る蓄熱構造体1の全体斜視図が示されている。本実施形態の蓄熱構造体1は、熱媒空気から熱を奪って自らに蓄えることができる。蓄熱構造体1に蓄えられた熱は、必要なときに取り出され、例えば、住宅やビル等の暖房に利用され得る。
図1には、本発明の一実施形態に係る蓄熱構造体1の全体斜視図が示されている。本実施形態の蓄熱構造体1は、熱媒空気から熱を奪って自らに蓄えることができる。蓄熱構造体1に蓄えられた熱は、必要なときに取り出され、例えば、住宅やビル等の暖房に利用され得る。
図2は、蓄熱構造体1のX軸方向の断面図である。図3は、蓄熱構造体1のY軸方向の断面図である。図1乃至図3に示されるように、本実施形態の蓄熱構造体1は、熱を蓄えるための蓄熱流体2が収容された容器3と、熱媒空気が流れる管4とを含んでいる。管4の少なくとも一部は、蓄熱流体2と接触可能に容器3内に収容されている。なお、本明細書では、容器3の奥行き方向をX軸方向、X軸方向と直交する幅方向をY軸方向、X軸方向とY軸方向とに直交する高さ方向をZ軸方向とする。なお、X軸及びY軸は便宜的に定められたものであるため、奥行き方向をY軸、幅方向をX軸としても良い。また、図中の矢印は、熱媒空気の流れ方向を表している。
容器3は、本実施形態では、上部に開口部5aを有する容器本体5と、開口部5aに取り外し可能に装着された上蓋6とを含んでおり、例えば、略直方体状に形成されている。容器3の大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、標準的な住宅の床下空間等に配置される場合、設置スペースなどを考慮すると、その幅W、奥行きDは、夫々、0.5〜2.0m程度、その高さHは、0.3〜0.7m程度が好適である。
容器本体5は、本実施形態では、底面部5bと、底面部5bから立ち上がる側面部5cとを有しており、例えば、略直方体状に形成されている。本実施形態の側面部5cは、その上端にフランジ部5dが設けられている。本実施形態のフランジ部5dは、側面部5cの全周に亘って設けられ、かつ、上から見て、側面部5cよりも外側に突き出た外フランジである。
これにより、容器本体5の開口部5aは、上から見て、容器3内に配される管4の配置領域よりも大きく形成できる。これにより、上蓋6を容器本体5から取り外すことにより、開口部5aから管4の全てを肉眼で観察でき、かつ必要な箇所を補修することができる。従って、本実施形態の蓄熱構造体1は、高いメンテナンス性を有する。
上蓋6は、例えば、上面部6aと、上面部6aから容器本体5に向かってのびる側面部6bとを有している。本実施形態の側面部6bは、側面部6bの下端にフランジ部6cが設けられている。本実施形態のフランジ部6cは、側面部6bの全周に亘って設けられ、かつ、上から見て、側面部6bよりも外側に突き出た外フランジである。
上面部6aは、点検口kを有する上蓋本体9aと、点検口kを開閉する扉9bと、管4が挿入される挿入孔9cとを有している。
点検口kは、例えば、容器本体5内の蓄熱流体2の充填量の確認や、蓄熱流体2の補充を容易にするのに役立つ。本実施形態の扉9bは、閉状態で点検口kと対向する位置に、例えば、ガラスやプラスチック等の透明材料が用いられている。これにより、容器本体5の内部が容易に確認される。本実施形態の挿入孔9cには、管4の横方向への荷重を支持するために、上面部6aの内外をのびるスリーブ状の輔助管jが設けられている。
容器本体5と上蓋6とは、締結部材7によって、気密・水密に閉塞される。締結部材7としては、例えば、容器本体5のフランジ部5dと、上蓋6のフランジ部6cとを締め付ける複数個のクランプ材7aや、両フランジ部5d、6cをネジ締めするボルトナット(図示省略)等が好適である。本実施形態では、上蓋6のフランジ部6cと容器本体5のフランジ部5dとの接触面積が大きく確保されるので、より高い気密・水密性が得られる。
容器3は、内部に蓄熱流体2を保持しうる剛性を有するものであれば種々の材料で構成することができ、例えば、コストを低減するために、汎用性のある樹脂性タンクなどが好適である。本実施形態の容器3は、外部と断熱するために、例えば、発泡スチロール等の発泡樹脂を含む断熱材を繊維強化樹脂材料で挟み込んだ板状材で形成されている。また、このような容器3は、現場の形状に合わせたサイズのものを容易に製造することができる。
蓄熱流体2は、温度変化による顕熱を利用しうるものであれば、特に限定はされないが、好ましくは、対流が生じる程度の粘度を有する液体が望ましい。本実施形態では、蓄熱流体2として、どこでも入手可能な水が用いられている。
管4は、熱媒空気が入る入口4a、容器3内の蓄熱流体2と熱交換した熱媒空気が出る出口4b、蓄熱流体2に接触する部分の管8、及び、入口4a又は出口4bと前記管8とを継ぐ2箇所の連通部13、13(図2に示される)を有している。
蓄熱流体2に接触する部分の管8の中を流れる熱媒空気は、容器3内の蓄熱流体2と、管4を介して熱交換することができる。蓄熱流体2に蓄えられた熱は、容器3の断熱材によって比較的長い時間蓄えられる。
管4は可撓性を有しているのが望ましい。これにより、管4は、容器3の形状に併せて、自在な形態をとることができる。従って、金属製の伝熱管などに比べて、汎用性が高く、現場等で自在に、蓄熱構造体1を作製して据え付けることが可能になる。
本実施形態の蓄熱構造体1において、蓄熱流体2に接触する部分の管8は、容器本体5の下側をのびる下側部10と、容器本体5の上側をのびる上側部11と、下側部10と上側部11とを継ぐ湾曲部12とを含んでいる。このような構造では、熱媒空気と蓄熱流体2との熱交換を蓄熱流体2の高さ方向に亘って行うことができるので、より多くの熱を交換することができる。
蓄熱流体2に接触する部分の管8は、下側部10と上側部11とが湾曲部12を介して連続し、横向きの螺旋状にのびている。これにより、前記管8の全長を大きくすることができるので、より多くの熱を蓄熱流体2と交換することができる。
本実施形態の下側部10及び上側部11は、それぞれ、X軸方向に直線状にのびている。これにより、前記管8内の圧力損失が低減されるので、例えば、熱媒空気を送風する送風機(図示省略)の電力を削減することができる。上述の作用を効果的に発揮させるため、下側部10及び上側部11は、容器3の奥行きDの60%以上の長さであるのが望ましい。
湾曲部12を介して隣合う下側部10と上側部11とは、Y軸方向では、位置ずれしている。これにより、本実施形態の湾曲部12は、X軸方向から見て斜めにのびている(即ち、Z軸に対して傾斜する)。このような湾曲部12は、Z軸に沿ってのびる(即ち、湾曲部12を介して隣合う下側部10と上側部11とがY軸に位置ずれしていない)湾曲部(図示省略)に比して、曲率半径が大きくなるので、湾曲部12内の圧力損失を、小さくできる。本実施形態では、湾曲部12は、X軸の両端に設けられている。
このように、本実施形態の容器本体5内の前記管8は、下側部10、X軸方向一方端の湾曲部12、下側部10とY軸方向で位置ずれする上側部11、及び、X軸方向他方端の湾曲部12の順で連続する部分を有している。これにより、容器本体5内の前記管8の圧力損失は、小さく維持される。
前記管8は、蓄熱流体2からの浮力を受ける。このため、本実施形態では、下側部10と上側部11との間に、下側部10の浮き上がりやそれに伴う位置ずれを防ぐ第1拘束手段16が設けられている。第1拘束手段16としては、例えば、棒状部材16aや、網の目状のメッシュ部材(図示省略)などが好適である。このような第1拘束手段16は、蓄熱流体2の上下の対流移動を妨げることがないので、熱媒空気と蓄熱流体2との熱交換の効率を高く維持する。本実施形態では、Y軸方向にのびる複数本の棒状部材16aが用いられ、これらが容器本体5に固定されている。
また、上側部11も蓄熱流体2中に設けられるため、上側部11の上方にも、上側部11の浮き上がりを防ぐ第2拘束手段17が設けられるのが望ましい。第2拘束手段17も、第1拘束手段16と同様に、例えば、棒状部材17aや網の目状のメッシュ部材(図示省略)などが好適である。本実施形態では、Y軸方向にのびる複数本の棒状部材17aが用いられ、これらが容器本体5に固定されている。
容器3内において、管4の一部は、容器3の内面と接触していることが望ましい。このような接触は、管4と容器3との間に摩擦力を生じさせ、浮力や振動による管4の横移動を防止するのに役立つ。本実施形態では、管4の湾曲部12の外周面が、容器3の側壁面にそれぞれ内接するように接触している。
管4は、その表面のJIS−A硬度(JIS K6253のデュロメータタイプA硬度)が50度以上、より好ましくは60度以上の弾性管(ゴム又は樹脂管)であることが望ましい。このような管4は、上述の摩擦力による損傷が低減される。また、水圧または浮力により管4がつぶれることを防止することができる。
容器3内への管4の配置は、蓄熱流体2を容器3内に供給する前に行われるのが望ましい。これにより、管4は、浮力の影響を受けることなく、容器3内に能率的に収容され得る。具体的な管4の容器3内への収容作業としては、例えば、蓄熱流体2に接触する部分の管8を1本の管を用いて形成する場合、管8の一端側(例えば入口4a側)を容器本体5に固定し、管8の他の部分を、容器本体5内に順次巻き付けていけば良い。本実施形態では、管8は、容器本体5の第1拘束手段16と底面部5bとの間から、第1拘束手段16と第2拘束手段17との間へ交互に配置していくことで、ほぼ横向きの螺旋状の形態をとり得る。従って、容器3及び管4等を現場に持ち込めば、その場で容易に蓄熱構造体1を作製することができる。
本実施形態のように、蓄熱流体2を容器3内に供給する前に配管する場合、下側部10の高さ位置を位置決めするため、第3拘束手段18が用いられるのが望ましい。このような第3拘束手段18は、蓄熱流体2の供給後の下側部10の浮き上がりを抑制して、管8のたわみ等を防止する。本実施形態では、第3拘束手段18は、蓄熱流体2の移動を妨げないよう、例えば、棒状部材が採用される。
図2に示されるように、連通部13は、入口4aに近接する第1連通部13Aと、出口4bに近接する第2連通部13Bとを含んでいる。両連通部13A、13Bは、本実施形態では、上蓋6の挿入孔9cに配されている。
図4は、連通部13A、13Bの斜視分解図である。図4に示されるように、本実施形態の連通部13は、入口4a側又は出口4b側に連なる上側の第1部分13aと、蓄熱流体2に接触する部分の管8側に連なる第2部分13bとを含んでいる。このような連通部13は、例えば、メンテ時に、第1部分13aと第2部分13bとに分離することで、上蓋6を容器本体5から容易に取り外すことができるので作業性を向上させる。本実施形態では、第1部分13aの下端部の外周面14Aが、第2部分13bの内周面14Bに嵌め合わされる。
連通部13は、少なくとも蓄熱流体2の充填位置よりも上方で上下に分割されるのが望ましい。これにより、第1部分13aと第2部分13bとの接続時には、連通部13の分割部分iから蓄熱流体2が管8内に侵入するおそれがない。
分割部分iは、例えば、上蓋6の上面部6aよりも下方に設けると、容器3の外側から分割部分iが見えなくなるので、美観が向上する。また、分割部分iを上面部6aよりも上方に設けると、例えば、メンテ終了後、分割部分iを肉眼で確認しながら連通部13を接続できるので、作業性が向上する。
蓄熱流体2と大きな接触面積を得るために、少なくとも下側部10、上側部11及び湾曲部12を含む管4は、図5に示されるように、表面に円周方向乃至螺旋方向の溝が形成されたいわゆる蛇腹状のホース等が好適である。本実施形態では、低弾性樹脂からなるチューブ状のホース本体20aと、ホース本体20aよりも高弾性樹脂からなりかつホース本体20a内を螺旋状に配された補強部20bとを含んだ複合ホース20が用いられている。このようなホース20は、熱媒空気の外部への漏洩を防止するとともに、蓄熱流体2中に沈められた場合でも、流体圧によって大きく変形することなく確実に熱媒流路を提供しうる。管4の外径は、例えば30〜200mm程度が望ましい。
上記実施形態では、管4として、樹脂やゴム等からなる弾性管を示したが、例えば、アルミニウム合金等の金属材料からなるフレキシブルダクト等が採用されても良い。
図6及び図7には、本発明の他の実施形態の蓄熱構造体1が示されている。図6は、管4のみの平面図である。図7は、Y軸方向から見た側面図である。この実施形態において、容器3は、先の実施形態のものが採用される。また、先の実施形態で説明された要素と同一乃至共通の要素には、同一の参照符号が付され、かつその説明が省略される。図6及び図7に示されるように、この実施形態の蓄熱構造体1は、蓄熱流体2に接触する部分の管8として、第1の管41と、第2の管42とが少なくとも含まれている。
第1の管41は、その少なくとも一部に、容器3の内部で、下側部10a、上側部11a、及び、下側部10aと上側部11aとを接続する湾曲部12aとを含んでいる。同様に、第2の管42は、その少なくとも一部に、容器3の内部で、下側部10b、上側部11b、及び、下側部10bと上側部11bとを接続する湾曲部12bとを含んでいる。第1の管41及び第2の管42は、共に横向きの螺旋状にのびている。
本実施形態では、第1の管41の下側部10aと第2の管42の上側部11bとが上下に並んでいる。第1の管41の上側部11aと第2の管42の下側部10bとが上下に並んでいる。これにより、第1の管41及び第2の管42の位置決めが容易となり、配管作業性が向上する。
第1の管41の湾曲部12aと第2の管42の湾曲部12bとはY軸方向に同一、かつ、例えば、X軸方向で位置ずれしている。本実施形態では、第1の管41の湾曲部12aが、第2の管42の湾曲部12bよりもX軸方向の外側に設けられている。このような実施形態の配管作業としては、第1の管41の配管作業後に第2の管42の配管作業をするのが望ましい。第1の管41は、例えば、湾曲部12aを容器本体5の側面部5cの内面と接触させることで、容易に位置決めすることができる。また、第2の管42の配管作業は、第1の管41の位置を基準とすることができる。従って、配管作業性が、より、向上する。
本実施形態では、第1の管41及び第2の管42には、入口4aから流入した空気が分岐管47によって二分されて供給されている。ただし、第1の管41及び第2の管42には、それぞれ独立した空気が供給されても良い。また、本実施形態では、第1の管41及び第2の管42を通った熱交換後の空気は、集合管48を介して一つの出口4bから出力される。ただし、第1の管41及び第2の管42から取り出される空気は、このような集合管48を介さず、それぞれ独立して利用されても良い。また、本実施形態では、入口4aと出口4bとがY軸の両端側で離間している。
図8には、本発明の蓄熱構造体1が住宅30に利用された実施形態が示されている。この実施形態の住宅30は、基礎31と1階の床32とで囲まれた床下空間33を具えている。基礎31は、例えば、断熱されている。蓄熱構造体1は、住宅30の床下空間33に配置されている。このような蓄熱構造体1は、居住スペースを占有しないため、スペースの有効利用が図られる。
蓄熱構造体1の管4の入口4aには、給気ダンパー35が接続されている。給気ダンパー35は、第1ポートP1と、第2ポートP2とを有し、これらのいずれかのポートを蓄熱構造体1の入口4aに接続することができる。
第1ポートP1には、住宅30の集熱装置で暖められた熱媒空気が供給される。この実施形態の集熱装置は、例えば、外壁に設けられた二重サッシ窓34である。二重サッシ窓34は、隙間を隔てて配された室内側サッシ34aと、屋外側サッシ34bとを具えている。二重サッシ窓34は、室内側サッシ34aと屋外側サッシ34bとの隙間の空気が日射によって暖められる。従って、二重サッシ窓34は、集熱装置として機能し、蓄熱構造体1へ供給するための好適な熱媒空気を提供する。
従って、給気ダンパー35が第1ポートP1に切り替えられることにより、二重サッシ窓34の前記隙間と、蓄熱構造体1の入口4aとが、接続される。好ましい態様では、ファン(図示省略)が設けられ、強制的に、二重サッシ窓34の隙間の空気が蓄熱構造体1へと給気される。供給された空気は、管4を通り、蓄熱流体2と熱交換することができる(蓄熱構造体への蓄熱モード)。
一方、給気ダンパー35の第2ポートP2は、床下空間33に接続されている。従って、給気ダンパー35が第2ポートP2に切り替えられることにより、床下空間の相対的に冷たい空気が蓄熱構造体1の管4の入口4aに供給される。供給された空気は、管4を通り、蓄熱流体2と熱交換して暖められ、出口から取り出される(蓄熱構造体の放熱モード)。
蓄熱構造体1の出口4bには、例えば、排気ダンパー36が接続されている。排気ダンパー36は、蓄熱構造体1で熱交換を終えた空気を、例えば、床下空間33又は居室37に選択的に供給することができる。例えば、蓄熱構造体1の蓄熱モードの場合、熱交換を終えた空気は管4の出口4bから床下空間33に供給される。一方、蓄熱構造体1の放熱モードの場合、蓄熱流体2で暖められた空気は、居室37に供給され得る。
蓄熱構造体1の入口4aには、種々の空気が供給可能である。例えば、集熱装置は、屋根上に置かれたものでも良い。この集熱装置は、太陽熱によって、暖められた空気を生成することができる。
集熱装置に代えて、エアコンの暖房・冷房熱などが、蓄熱構造体1の入口4aに供給されても良い。さらには、床下空間33は、冬季でも外気に比べて比較的暖かい温度の空気で満たされているので、この床下空気が蓄熱構造体1の入口4aに供給されても良い。
上記実施形態では、蓄熱構造体1は、床下空間33に設けられているが、例えば、地中に埋設されても良い。好ましくは、住宅の敷地内の土中に埋設され得る。
以上、本発明の実施形態が詳細に説明されたが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施され得る。
1 蓄熱構造体
2 蓄熱流体
3 容器
4 管
5 容器本体
5a 開口部
2 蓄熱流体
3 容器
4 管
5 容器本体
5a 開口部
Claims (6)
- 熱を蓄えるための蓄熱流体が収容された断熱性を有する容器と、熱媒空気が流れる管とを含み、前記管の少なくとも一部が、前記蓄熱流体と接触可能に前記容器内に収容されている蓄熱構造体であって、
前記容器は、上部に開口部を有する容器本体と、前記開口部に取り外し可能に装着された上蓋とを含み、
前記容器本体には、前記蓄熱流体と前記管とが収容されており、
前記容器本体の前記開口部が、上から見て、前記管の配置領域よりも大きいことを特徴とする蓄熱構造体。 - 前記上蓋は、前記容器本体に固定されかつ上面に点検口を有する上蓋本体と、前記点検口を開閉する扉とを含む請求項1記載の蓄熱構造体。
- 前記管は、前記容器本体の下側をのびる下側部と、前記容器本体の上側をのびる上側部とを含み、
前記下側部と前記上側部との間には、前記蓄熱流体の移動を妨げずに前記下側部の浮き上がりを防ぐ第1拘束手段が設けられている請求項1又は2記載の蓄熱構造体。 - 前記上側部の上方には、前記蓄熱流体の移動を妨げずに前記上側部の浮き上がりを防ぐ第2拘束手段が設けられている請求項3記載の蓄熱構造体。
- 前記下側部と前記上側部とが湾曲部を介して連続し、前記管は、横向きの螺旋状にのびている請求項3又は4記載の蓄熱構造体。
- 前記下側部と前記上側部とはX軸に沿ってのびており、かつ、Y軸方向では位置ずれしており、
前記湾曲部は、X軸方向から見て斜めにのびている請求項5記載の蓄熱構造体。
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KR102595248B1 (ko) * | 2023-05-17 | 2023-10-27 | 아일수지공업 주식회사 | 헤더와 파이프의 안정적인 결합성을 강화한 빙열 저장 기반의 축열조 |
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