JP2016166692A - 蓄熱暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】窓面の結露を防止することが可能であり、且つ、ガラス面から冷気が降下するダウンドラフト並びにコールドドラフトの防止にも役立つ蓄熱暖房装置の提供。【解決手段】蓄熱媒体が充填された放熱エレメント１２と、複数の放熱エレメント１２を、空隙を隔てて着脱自在に設置可能とする支持部材１４とを備えた窓ガラス１００等の蓄熱暖房装置１０であって、放熱エレメント１２内部に充填されている蓄熱媒体は液体から固体へと相変化を伴う潜熱蓄熱材が使用され、潜熱蓄熱材が液体から固体へ相変化するときの凝固潜熱を利用することにより、放熱エレメント１２近傍に上昇気流を生じさせて室内側の相対湿度を低下させる。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、蓄熱暖房装置に係り、特に冬季間に内外の温度差によって生じる結露の防止、並びにガラス面を介し室内側へ伝わる冷気の緩和や、窓のガラス面から冷気が降下するコールドドラフトの防止用などに好適な蓄熱暖房装置に関する。

冬季間は室内・室外の気温差により、断熱性能の劣る窓ガラス周辺の温度が低下しやすく、ガラスの表面付近の気温が露点を下回ることも多いことから、ガラス面に結露が生じる場合がある。このような結露は、窓枠や壁面にカビを発生させる原因となり、居室内の環境悪化を招くことから、結露を防止するためにガラス面の水滴を拭き取る、或いはパネル型のヒータを窓面に設置するなどの対策が採られている。特に、冬季では、朝方４時から６時頃に最も外気温が低下することから、当該時間帯に窓ガラス表面に結露が発生しやすくなる。

従来、本発明の出願人よって特開２００３−１０６６７号公報（特許文献１）記載の結露防止用ヒータが提案されている。同公報記載の発明は、複数枚の帯状発熱体を、隙間を隔てて平行に配列するとともに、該帯状発熱体の内側に電気ヒータを設け、該帯状発熱体間の間に形成される開口縁の下縁側を空気導入口とする一方、上縁側を熱風放出口としている。このような構成により、当該熱風放出口から放射される膜状の上昇熱流により、エアカーテンをガラス面近傍に形成し、窓付近の気温を高めることにより、内側ガラス面温度を露点以上に上昇させ、又、上昇気流で結露した水滴の蒸発促進により窓ガラス表面の結露を防止するようになっている。

つまり、窓ガラスの結露を防止するにはガラス面各部の温度を低下させないことが有効であることから、特許文献１記載の発明では窓ガラス付近の温度を露点以上に上昇させることにより結露対策を行っている。

特開２００３−１０６６７号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明はヒータの熱源として、炭素繊維ヒータや面状発熱体、ニクロム線を利用したものなどが例示され、電気を使用した結露対策である。この場合のコストは、例えば長手方向の長さが６００ｍｍのヒータの場合、消費電力が５５Ｗであることから、結露対策用として仮に１か月間使用した場合の電気代は約１，０００円程度となる。
或いは長手方向の長さが１，８００ｍｍのヒータを利用した場合の結露対策に要するコストは、当該ヒータの消費電力が１７５Ｗであることから、１か月間の連続使用での電気代は３，０００円程度であるが、省エネルギー、節電の観点から一層のランニングコストの低減が望まれる。
また、窓ガラスを空気層の厚いペアガラスなどの複層ガラスに交換して、室内側のガラス面の表面温度を下げないようにすることも結露対策として考えられるが、既に存在する大面積のガラスを複層ガラスに取り換えるのは、コストや施工作業等の面から現実的に困難な場合も多々ある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電力などを直接使用することなく、窓面の結露を防止することが可能であり、且つ、ガラス面から冷気が降下するダウンドラフト並びにコールドドラフトの防止にも役立つ蓄熱暖房装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、内部に潜熱蓄熱材が充填された放熱エレメントからなる蓄熱暖房装置であって、前記放熱エレメント内部に充填されている潜熱蓄熱材の凝固点が１５°Ｃ〜６５°Ｃの範囲内であり、前記潜熱蓄熱材が液体から固体へ相変化するときの凝固潜熱を利用して、前記放熱エレメント周囲に発生する上昇気流で室内側の窓ガラスに触れる空気の相対湿度を低下させるとともに、窓ガラスの温度低下を抑制することを特徴としている。

請求項２記載の発明は、上記１項において、複数の前記放熱エレメントを、空隙を隔てて着脱自在に設置可能とする支持部材を備えていることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、上記１項又は２項において、凝固点の異なる潜熱蓄熱材が充填された複数の放熱エレメントからなることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、上記１項〜３項のうち、いずれか１項において、前記潜熱蓄熱材を収納する放熱エレメントは、内部が目視可能な透明又は半透明の材料によって形成されていることを特徴としている。

請求項５記載の発明は、上記１項，３項又は４項のうち、いずれか１項において、前記放熱エレメントは、平板状又は棒状に形成されているとともに、複数の該放熱エレメントを左右方向、上下方向又は奥行方向に組み合わせ可能な前記支持部材によって設置されることを特徴としている。

請求項６記載の発明は、上記５項において、前記平板状の複数の放熱エレメントにつき、その高さをＬ（ｍｍ）、該放熱エレメントの間隔をＳ（ｍｍ）とした場合に、２≦Ｓ≦４．５×Ｌ^０．２＋５の関係を満足することを特徴としている。

請求項７記載の発明は、上記５項又は６項のうち、いずれか１項において、前記放熱エレメントは、その厚みをｄ（ｍｍ）とした場合に、５≦ｄ≦７５の関係を満足することを特徴としている。

請求項８記載の発明は、上記２項〜７項のうち、いずれか１項において、前記放熱エレメントが設置される支持部材には、該放熱エレメントに充填されている潜熱蓄熱材を溶融させるヒータが設置されていることを特徴としている。

請求項９記載の発明は、上記１項〜８項のうち、いずれか１項において、前記放熱エレメントは、その筐体に持ち運び用のハンドルが設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、温泉熱や浴槽の排湯などの未利用エネルギーを利用して、窓面の結露を防止することが可能であり、電力消費を大幅に削減する効果を有する。
また、窓のガラス面から冷気が降下するダウンドラフト並びにコールドドラフトの防止にも有効であり、暖房時の省エネルギーにも寄与する。

本発明に係る蓄熱暖房装置が設置された窓ガラスとの関係を示す概略斜視図である。 本発明に係る蓄熱暖房装置のうち、ハイブリッドタイプの蓄熱暖房装置を示した図であって、図１Ｂ（ａ）は正面図、図１Ｂ（ｂ）は平面図、図１Ｂ（ｃ）は側面図である。 図１Ａに示した本発明に係る蓄熱暖房装置における窓ガラスとの関係を示す概略であって、図２（ａ）は蓄熱暖房装置と窓ガラスとの関係を示す正面図、図２（ｂ）は同装置と窓ガラスとの関係を示す側面図、図２（ｃ）は同装置と窓ガラスとの関係を示す平面図である。 同じく、図１Ａに示した本発明に係る蓄熱暖房装置の構成部材を分解した状態を示す斜視図である。 同じく、図１Ａに示した本発明に係る蓄熱暖房装置における空気の流れを示した概略図で、図２（ｃ）のＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図である。 同じく、本発明に係る蓄熱暖房装置に使用される放熱エレメントの変形例を示した概略図である。 本発明に係る蓄熱暖房装置の応用例を示した図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は使用状況を示す概略斜視図である。 同じく、本発明に係る蓄熱暖房装置の応用例を示した図で、（ａ）は全体構成を示す斜視図、（ｂ）はラック（支持部材）の平面図及び正面図、（ｃ）は放熱エレメントの平面図、正面図及び側面図である。 同じく、本発明に係る蓄熱暖房装置の応用例を示した図で、棒状に形成された放熱エレメントを使用した蓄熱暖房装置の概略構成を示した図である。 同じく、本発明に係る蓄熱暖房装置の放熱エレメントにおける高さＬ、厚みｄ、隙間Ｓを示した説明図である。 同じく、本発明に係る蓄熱暖房装置の放熱量に与える各種因子の影響について数値解析を行った結果を示したグラフである。

以下、本発明に係る蓄熱暖房装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１Ａは本発明に係る蓄熱暖房装置が設置された窓ガラスとの関係を示す概略斜視図、図２（ａ）は蓄熱暖房装置と窓ガラスとの関係を示す正面図、図２（ｂ）は同装置と窓ガラスとの関係を示す側面図、図２（ｃ）は同装置と窓ガラスとの関係を示す平面図、図３は蓄熱暖房装置の分解した状態を示す斜視図である。

蓄熱暖房装置１０は室内側の窓面１００の下部に設置され、例えば、複数の放熱エレメント１２を一定の空隙を設けて、各々のエレメントに形成されている凹部と凸部とを嵌め合わせることによりブロック状に連結して自立させたり、図１に示されるように、放熱エレメント１２を支持部材としての横架フレーム（ラック）１４に挿入した状態で固定するなどして構成されている。
ここでの蓄熱暖房装置１０は、特に室内側の窓面に生ずる結露防止を主たる目的に設置されるが、同時に窓面からの冷気進入、コールドドラフトを防止若しくは緩和する暖房装置としての機能をも併せ持っている。

放熱エレメント１２の内部には潜熱蓄熱材が充填され、当該潜熱蓄熱材は蓄熱に際し固体から液体への相変化を伴うため、通常の顕熱蓄熱材よりも桁違いに大きい熱量を蓄えることができるので、特に外気温が低下し結露の生じやすい朝方に機能することを可能にしている。本実施形態では潜熱蓄熱材として、比較的自由に相変化温度をコントロールできるポリエチレングリコール（ＰＥＧ）や、常温付近に凝固点を有し、且つ、大きな凝固−融解潜熱を有する塩化カルシウムを主成分とするものを用いている。
潜熱蓄熱材は、物質を融解させて液体として熱を蓄え、液体から固体へ相変化するときに熱を放出する性質を利用した蓄熱材である。このような潜熱蓄熱材では、融解時に液状化することから、放熱エレメント１２は密閉性を有し、膨張、収縮に耐えうる性質を備えている必要がある。ここで液体とは、完全な液体の他に「ゲル状（ゼリー状）の溶融状態」や「何かに含浸された内部の溶融状態」も含むものである。

ポリエチレングリコールは、エチレングリコールや水にエチレンオキシドを付加して得られるもので、一般的な高分子化合物のように単一組成ではなく、分子量の異なるポリエチレングリコールを混合したものである。例えば、三洋化成工業株式会社製の商品名ＰＥＧ−１０００（凝固点３７°Ｃ）から、ＰＥＧ−６０００Ｓ（凝固点６２°Ｃ）などを用いることが可能である。冬季間における窓面の結露を防止するには、相変化温度（凝固点）１５°Ｃ〜６５°Ｃの範囲、望ましくは１５°Ｃ〜５０°Ｃの範囲内とするのが好適であることが、実験結果より判明している。また、放熱エレメント１２の厚みｄ（ｍｍ）は、５≦ｄ≦７５の範囲内、望ましくは１５≦ｄ≦5０とするのが好適である。

前述の相変化温度の範囲のうち、潜熱蓄熱材の凝固点の下限を１５°Ｃとした場合の根拠は以下の通りである。一般に室内の温湿度は、地域や建物の用途によって種々異なるが、室内の最高露点は表１に示すように１４°Ｃ程度である。従って、潜熱蓄熱材の凝固点の下限は、それを若干上回る１５°Ｃとした。
例えば、室内温度２０°Ｃ、相対湿度５０％（露点９°Ｃ）の時、外気温が７．５°Ｃ以下まで下がると仮定すると、表１に示されるように、３ｍｍ厚の単層ガラスの場合、屋内側のガラス面温度が露点の９°Ｃを下回って室内側のガラス面が結露することになる。

このような状況下で結露を防止するには、窓とカーテンとの間に形成される空間の下部に放熱エレメント１２を設置し、内部に充填されている潜熱蓄熱材の凝固潜熱で室内側ガラス面に近接する空気層の温度を、結露の発生しない温度まで高くすることが防止策として考えられる。
具体的には、凝固点１５°Ｃの放熱エレメント１２を窓とカーテンの間の空間下部に設置する。窓とカーテンの間の空間は、カーテンにより室内と仕切られているため、室内よりも低温となっている。このため、空間の下部で凝固点１５°Ｃの放熱エレメント１２から凝固潜熱を放出させることにより、空間の温度を上げ、また上昇気流を生じさせる。これにより、窓とカーテンの間の空間の相対湿度を低下させるとともに、室内側のガラス面温度を露点以上に保ち又気流による蒸発効果により、窓ガラスの結露を防止することができる。

ここで、凝固点が１５°Ｃの潜熱蓄熱材は、日中の室内温度が２０°Ｃでは液体の状態が保持される。一方、外気温が低下すると室内温度も低下していき、それに伴って相対湿度は徐々に上昇する。そして、さらに室内温度が低下し、放熱エレメント１２が１５°Ｃを下回ると、内部に充填されている潜熱蓄熱材が凝固し始め、それに伴って凝固潜熱を放出する。
なお、潜熱蓄熱材については、温泉熱や排湯などの未利用エネルギーを利用して蓄熱しておけば省エネルギーの観点から望ましい。

また、凝固点の上限を６５°Ｃとしたのは以下の通りである。
寒冷地の厳寒期は、外気温が−２０°Ｃ以下になることもしばしばあり、日中でも結露が発生する。このような場合には相変化温度の高い潜熱蓄熱材が必要となるが、その融解のための熱源は、未利用エネルギーを利用する場合は燃焼排ガス等に限られるため、その利用が極端に限定されることになる。

そこで、従来から用いられている電気ヒータと、潜熱蓄熱材が充填された放熱エレメントとを組み合わせたハイブリッド蓄熱暖房装置とすることにより、厳寒期には不足する熱量を電気ヒータで補完することも厳寒地では有効な方策となる。
図１Ｂはハイブリッドタイプの蓄熱暖房装置５０の概略を示した図である。同図に示されるように、ハイブリッド蓄熱暖房装置５０は、電気ヒータ５２と、放熱エレメント５４とを組み合わせ、ラック５６の内部に電気ヒータ５２を載置するとともに、その上方に、潜熱蓄熱材が充填された放熱エレメント５４を着脱可能に設置して構成されている。

放熱エレメント５４に充填されている潜熱蓄熱材への蓄熱については、夜間の割安な深夜電力で溶融・蓄熱し、需要が増加する時間帯の午前８時から２２時の間に放熱させる等して、電力需要の平準化にも利用する。このとき、潜熱蓄熱材の凝固点は、電気ヒータによる加熱・溶融、窓ガラス近傍のダウンドラフトを上昇気流に変えて行う室内暖房、結露防止への寄与を考慮し、上限の６５°Ｃとしている。

また、放熱エレメント１２は、その厚みをｄ（ｍｍ）とすると、ｄは、５≦ｄ≦７５の関係を満足するようにする。放熱エレメント１２，５４の厚みｄは、凝固潜熱を周囲へ効果的に放出するための重要な因子である。未利用エネルギー等で融解された潜熱蓄熱材は、室温が凝固点以下になると、放熱エレメント１２の表面側から凝固が始まり、固体層が次第に蓄熱材の内部へと進行する。室温が凝固点以下であっても、その近傍では、凝固による固体層の内部への進行速度が遅く、単位重量当たりの潜熱蓄熱材として機能する持続時間は長くなるが、エレメントの厚みｄが極端に薄くなると、室内温度が凝固点以下になると同時に短時間で蓄熱材全体が凝固してしまい、朝方の４時〜６時の外気温が最も低下する時間帯に蓄熱材として機能しない場合がある。

つまり５≦ｄ≦７５のうち、最小値であるｄ＝５ｍｍは、凝固潜熱を効果的に放出させる限界の厚みである。一方、最大値である厚みｄ＝７５ｍｍは、潜熱蓄熱材が室内温度の低下により凝固点に達すると、固体層は表面から内部へと拡大して厚みが増加する際、内部で発生した凝固潜熱は、既に凝固している固体層が熱抵抗となるが、エレメント表面からの放熱量が極端に低下しない限界の厚みであるとともに、窓枠の下部に設置可能な奥行を確保できる限界である。また、２枚以上のエレメントを隣接して設置した場合に、窓の下部に設置可能な奥行として８０ｍｍ前後が想定されるので、その奥行８０ｍｍの中に設置可能な限界の厚みがｄ＝７５ｍｍとなる。

図３に示されるように、放熱エレメント１２は平板状の筐体の形状に形成され、熱伝導効率に優れたポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などの樹脂、又はアルミニウムやステンレスなどの金属を材料とし、その内部の潜熱蓄熱材が相変化することにより、筐体の表面から放熱するようになっている。支持部材としての横架フレーム１４は、底部１４Ａ、立上り部１４Ｂを備え、立上り部１４Ｂには、放熱エレメント１２を収納する３対の溝部１５が、対向する立上り部１４Ｂの内側にそれぞれ設けられている。また、横架フレーム１４の下面には図示しない滑り止め用のシートが貼着され、床面に設置した場合の安定性を確保している。

溝部１５の３対の縦溝には３箇の放熱エレメント１２の横端部を挿入して並列させた状態で設置することが可能になっている。勿論、放熱エレメント１２の数は、本実施形態のように３層とする他、これに限らず窓面（ガラス面）１００の大きさや設置箇所の気温変化など、溝部の数を増減して対応することが可能である。
また、溝部１５は、その下部が底部１４Ａよりも上方へ、ややずれた状態で位置するように形成されており、放熱エレメント１２を設置したときに、放熱エレメント１２の下端と、底部１４Ａとの間に、空気を採り入れるための空隙１６が生じるように溝部１５の寸法が設定されている。

なお、溝部１５は、放熱エレメント１２の横端部を直接挿入する他、放熱エレメント１２の筐体に、溝部１５に対し嵌合可能な挿入片を設けておいても良いし、溝部の間隔を細かなピッチで形成し、放熱エレメント１２の間隔を微調整することができるようにすることも可能である。これによれば、きめ細かく放熱量を調節することが可能となる。

また、放熱エレメント１２を並列に複数層配置して個々の放熱エレメント１２の凝固潜熱を均一に放出させようとする場合、外気温の影響で窓側に位置する放熱エレメントの温度降下が最も速くなることから、その凝固点を中央部や室内側に配置されている放熱エレメントよりも低くしておくことで、凝固潜熱の放出時間を調整することが可能となる。つまり、凝固点の異なる潜熱蓄熱材を充填した複数の放熱エレメントを組み合わせることで、凝固潜熱の放出時間並びに持続時間を調整することができる。

図４は図２（ｃ）のＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図で、蓄熱暖房装置１０と窓面１００との間における空気の流れを示している。同図に示されるように、窓面（ガラス面）１００下方位置に設置された蓄熱暖房装置１０を稼働させた場合には、放熱エレメント１２から周囲の空気へ、自然対流や熱伝導により熱が伝えられて、その部分の空気密度が減少し、室内空気との密度差によりドラフトが働き、放熱エレメント１２の下端と、横架フレーム１４の底部１４Ａとの間の空隙１６から室内側の空気を取り込む。そして、その空気を放熱エレメント１２からの対流熱伝達等により暖めつつ、連続して窓面１００の付近に上昇気流を生じさせ、窓面１００近傍の室内空気温度を上昇させることにより、窓面１００表面の結露を防止するようになっている。

図５Ａは本発明に係る蓄熱暖房装置に使用される放熱エレメントの変形例を示した概略図である。図５Ａ（ａ）に示される放熱エレメント２０には、内部に充填されている潜熱蓄熱材の状態を目視可能な透明部２２が設けられ、潜熱蓄熱材の相変化を目視することができるようになっている。これにより、潜熱蓄熱材が液体のときは蓄熱状態にあると判断することが可能である一方、潜熱蓄熱材が固体のときは放熱状態にあると判断することができ、蓄熱の要否を判断する上での目安とすることができる。例えば、朝方の低温時に備え、風呂の残り湯や太陽の日射熱を利用して蓄熱させておく等、使い勝手の向上に寄与する。

図５Ａ（ｂ）に示される放熱エレメント３０では、その上部に把手３２を設け、放熱エレメント３０を移動させる際には当該把手３２を利用することにより持ち運び易くなっている。また、蓄熱後は放熱エレメント３０全体が熱くなっていることも考えられることから、例えば把手３２を熱伝導率の低い素材を利用して形成、若しくは覆っておけば、放熱エレメントの熱さを意識することなく横架フレーム１４の設置位置まで移動させることができ、利便性の向上に資する。

図５Ｂ〜図５Ｄは蓄熱暖房装置の変形例を示した図であり、これらのうち、図５Ｂに示される蓄熱暖房装置６０は、平板状の放熱エレメントを利用した蓄熱暖房装置の応用例である。
図５Ｂのうち、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は使用状況を示す概略斜視図である。これらの図に示されるように、蓄熱暖房装置６０は、小型の放熱エレメント６２を複数備え、窓面１００に対して放熱エレメント６２を横向きに並列配置してラック６４に設置している。この蓄熱暖房装置６０では幅方向（窓幅）に対する自由度が高く、幅の狭い窓面下方に設置する場合や、窓面の一部に設置する場合等に有効である。

図５Ｃに示される蓄熱暖房装置７０は放熱エレメント７２を放射状に配置した形状を有し、図５Ｃ（ａ）は全体構成を示す斜視図、（ｂ）はラック７４（支持部材）の平面図及び正面図、（ｃ）は放熱エレメント７２の平面図、正面図及び側面図である。
蓄熱暖房装置７０の放熱エレメント７２は、図５Ｃ（ａ）及び（ｃ）に示されるように、放射方向に延出し、且つ一部に半円弧状の曲面を有する筐体によって形成され、その上面には把手７２Ａが取り付けられている。
各放熱エレメント７２は図５Ｃ（ｂ）に示されるラック７４よって支持され、例えば窓面の側方などに設置して使用する他、室内のあらゆる場所に設置して暖を取るなどの使用が可能である。

図５Ｄは棒状に形成された放熱エレメントを使用した蓄熱暖房装置８０の概略構成を示した図である。図５Ｄの蓄熱暖房装置８０では放熱エレメント８２Ａ，８２Ｂは棒状に形成されているとともに平面視六角形、且つ縦長の棒状の形状を有し、複数の各放熱エレメント８２Ａ，８２Ｂを高さ方向に交互に配置している。つまり、図５Ｄの蓄熱暖房装置８０は、棒状の放熱エレメント８２を複数組合せて、ハニカム形状に配置して鉛直空間８３を内部に形成した自立式の暖房装置である。
放熱エレメント８２Ａ，８２Ｂにより囲まれることで形成された平面視六角形状の鉛直空間８３は、各エレメントによって暖められた上昇気流の流路となる。ハニカム形状に配置された放熱エレメント８２Ａ，８２Ｂは高さ方向が互い違いとなるように配置されていることから、複数の蓄熱暖房装置８０を高さ方向に積層することも可能であり、例えばホテルのロビーの窓面など、大きな蓄熱量・放熱量を要求される空間に設置して使用することが可能である。なお、図５Ｄに示される蓄熱暖房装置８０では放熱エレメント８２の形状を、平面視六角形状としているが、勿論これに限らず円形や六角形以外の多角形状でも良い。

（実施例）
本実施形態の蓄熱暖房装置では、潜熱蓄熱材が封入されている放熱エレメントの放熱量を如何に確保するかがポイントとなるが、放熱量は、放熱エレメントの高さＬ、厚みｄ、隙間Ｓ、配置形態などによって左右される。そこで、実験、数値解析により、放熱エレメントの寸法等の最適化を図ったので、その結果について説明する。
図６は放熱エレメント４０における高さＬ、厚みｄ、隙間Ｓを示しており、図７は放熱量に与える各種因子の影響について数値解析を行った結果を示したグラフである。
図６及び７に示されるように、放熱エレメント４０の高さＬ並びに、放熱エレメントの表面温度と室温の温度差（発熱体温度−室温）が大きくなるほど最大放熱量は増加する。また、高さＬが高くなるほど、放熱エレメント４０間の最適隙間Ｓは大きくなることが理解される。例えば、放熱エレメント４０の高さＬ＝１３０ｍｍ、その表面温度３０°Ｃ、室内温度２０°Ｃ（温度差１０°Ｃ）の場合、最適隙間Ｓは９ｍｍ、最大放熱量は約１４４（ｗ／ｍ^２）となる。なお、放熱エレメントの高さＬと、最適隙間Ｓとの間には以下の関係が成立する。
２≦Ｓ≦４．５×Ｌ^０．２＋５ 〜 （１）式

前述の（１）式の根拠は以下の通りである。
ここで、下限２ｍｍは、潜熱蓄熱材を封入したエレメントの現実的な最小高さLを約３０ｍｍとした場合、エレメント間の隙間Ｓを小さくした方が最大放熱量は大きくなるが、隙間Ｓが２ｍｍ未満になると空気の流動抵抗が大きくなり、上昇気流の発生量が極端に減少し、結露防止に必要な熱量を得ることができなくなる。
また、上限の式（４．５×Ｌ^０．２＋５）は、隙間Ｓをこれ以上拡げても放熱量が増加しなくなる限界の値である。即ち、放熱量が飽和状態となる始まりの隙間であり、これ以上隙間を広げても単に装置の奥行を大きくするだけであり、装置を窓枠下部に置くスペースの確保が困難となる。

前述のように構成した本実施形態の蓄熱暖房装置１０の使用は以下のように行われる。先ず、放熱エレメント１２，２０，３０，４０等につき、深夜電力や、未利用エネルギー（給湯や浴槽水などの排湯）を利用し、潜熱蓄熱材を液化させて蓄熱する作業を行う。この際、放熱エレメントを横架フレームから取り外し、熱源まで移動させて、排湯などの熱源に浸漬させることによって蓄熱する。
そして、所定時間経過後、潜熱蓄熱材が液化して蓄熱された後に、再び、放熱エレメントを結露を防止したい場所、例えば、室内側の窓面１００の下方位置などに設置されている横架フレームに嵌挿していく。

すると、室温が高い状態では、放熱エレメント内部に封入されている潜熱蓄熱材は、液体の状態を維持するが、深夜から朝方へかけて室温が低下するにつれ、潜熱蓄熱材自体の温度も低下していく。そして、室温が潜熱蓄熱材の凝固点を下回ると、潜熱蓄熱材は凝固し始め、凝固潜熱を放出する。このとき、放熱エレメント表面から放熱される潜熱を利用して、図４に示されるように、窓面（ガラス面）１００下方の空気を暖めつつ、室内側の空気を放熱エレメント１２の下方から導入し、室内側の窓面１００近傍の空気を暖めることにより相対湿度を低下させる。また、窓面１００に沿って局所的なエアカーテンが形成されているので、室内側の窓面１００に発生する結露を防止することが可能となる。

このように、本実施形態における蓄熱暖房装置１０によれば、放熱エレメントには潜熱蓄熱材を充填し、且つ、その相変化温度を的確に設定することにより、最も気温の低下する朝方４時頃から７時頃にかけてというように、放熱時間を比較的容易に選択して放熱させることができるため、最も結露の生じやすい朝方などにガラス面に生じる結露を確実に防止することが可能である。
また、相変化温度を低く設定するようにしていることから、蓄熱用の熱源として比較的温度の低い給湯の排水や、浴槽などの排湯を利用することが可能であり、未利用エネルギーの効率的な利用を図ることができる。

さらに、凝固点（融点）が１５°Ｃ〜２０°Ｃの放熱エレメントは、夏季に河川水や水道水、井戸水等を用いて、潜熱蓄熱材を凝固させておくことにより、その融解潜熱で冷房も可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、大きなガラスが嵌め込まれている窓面に生じる結露を防止することが可能となる他、窓から侵入する冷気によるダウンドラフトも同時に防止することができ、暖房コストの低減をも達成することができる。

１００ 窓面（ガラス面）
１０ 蓄熱暖房装置
１２ 放熱エレメント
１４ 横架フレーム
１４Ａ 底部
１４Ｂ 立上り部
１５ 溝部
１６ 空隙
２０ 放熱エレメント
２２ 透明部
３０ 放熱エレメント
３２ 把手
４０ 放熱エレメント
５０ ハイブリッド蓄熱暖房装置
５２ ５２Ａ 電気ヒータ
５４ 放熱エレメント
５６ ラック
６０ 蓄熱暖房装置
６２ 放熱エレメント
６４ ラック
７０ 蓄熱暖房装置
７２ 放熱エレメント
７２Ａ 把手
７４ ラック
８０ 蓄熱暖房装置
８２Ａ ８２Ｂ 放熱エレメント
８３ 鉛直空間
８４ 把手

請求項１記載の発明は、内部に潜熱蓄熱材が充填された放熱エレメントからなる蓄熱暖房装置であって、前記放熱エレメント内部に充填されている潜熱蓄熱材の凝固点が１５°Ｃ〜６５°Ｃの範囲内であり、前記潜熱蓄熱材が液体から固体へ相変化するときの凝固潜熱を利用して、前記放熱エレメント周囲に発生する上昇気流で室内側の窓ガラスに触れる空気の相対湿度を低下させるとともに、窓ガラスの温度低下を抑制し、前記放熱エレメントは平板状に形成され、該放熱エレメントは並列に複数層配置されてなり、該平板状の複数の放熱エレメントにつき、その高さをＬ（ｍｍ）、該放熱エレメントの間隔を最適隙間Ｓ（ｍｍ）とした場合に、２≦Ｓ≦４．５×Ｌ ^０．２ ＋５の関係を満足することを特徴としている。

前述の（１）式の根拠は以下の通りである。
ここで、下限２ｍｍは、潜熱蓄熱材を封入したエレメントの現実的な最小高さLを約３０ｍｍとした場合、隙間Ｓが２ｍｍ未満になると空気の流動抵抗が大きくなり、上昇気流の発生量が極端に減少し、結露防止に必要な熱量を得ることができなくなる。
また、上限の式（４．５×Ｌ^０．２＋５）は、隙間Ｓをこれ以上拡げても放熱量が増加しなくなる限界の値である。即ち、放熱量が飽和状態となる始まりの隙間であり、これ以上隙間を広げても単に装置の奥行を大きくするだけであり、装置を窓枠下部に置くスペースの確保が困難となる。

請求項１記載の発明は、内部に潜熱蓄熱材が充填され、該潜熱蓄熱材の凝固点を１５°Ｃ〜６５°Ｃの範囲内とした放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）からなる蓄熱暖房装置において、前記潜熱蓄熱材が液体から固体へ相変化するときの凝固潜熱を利用して、前記放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）周囲に発生する上昇気流で室内側の窓ガラスに触れる空気の相対湿度を低下させるとともに、窓ガラスの温度低下を抑制し、前記放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）は平板状に形成されて並列に２枚以上配置され、該放熱エレメントの厚みをｄ（ｍｍ）とした場合に、５≦ｄ≦７５の関係を満足し、且つ該放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）につき、その高さをＬ（ｍｍ）、該放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）の隙間Ｓ（ｍｍ）とした場合に、２≦Ｓ≦４．５×Ｌ^０．２＋５の関係を満足することを特徴としている。

請求項２記載の発明は、上記１項にて、前記放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）が着脱自在に設置される支持部材（１４）を具備し、該支持部材（１４）は少なくとも立ち上がり部（１４Ｂ）を有するとともに、該立ち上がり部に（１４Ｂ）は該放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）の端部を挿入した状態で固定する溝部（１５）が複数設けられ、該溝部（１５）の間隔は細かなピッチで形成されて、固定される該放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）の隙間Ｓを微調整可能とし、
前記放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）を前記支持部材（１４）に設置したときに、該放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）の下端下方に空隙が生じるように前記溝部（１５）の下部が上方へ、ややずれた位置に形成され、該空隙から空気を採り入れるように構成されていることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、上記１項又２項にて、前記２枚以上の放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）を配置した場合に、その奥行きの最大幅は８０ｍｍ以下に設定されていることを特徴としている。

請求項１記載の発明は、内部に潜熱蓄熱材が充填され、該潜熱蓄熱材の凝固点を１５°Ｃ〜６５°Ｃの範囲内とした放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）からなる蓄熱暖房装置において、前記潜熱蓄熱材が液体から固体へ相変化するときの凝固潜熱を利用して、前記放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）周囲に発生する上昇気流で室内側の窓ガラスに触れる空気の相対湿度を低下させるとともに、窓ガラスの温度低下を抑制し、前記放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）は平板状に形成されて並列に２枚以上配置され、該放熱エレメントの厚みをｄ（ｍｍ）とした場合に、５≦ｄ≦７５の関係を満足し、且つ該放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）につき、その高さをＬ（ｍｍ）、該放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）の隙間Ｓ（ｍｍ）とした場合に、２≦Ｓ≦４．５×Ｌ^０．２＋５の関係を満足するとともに、
前記放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）が着脱自在に設置される支持部材（１４）を具備し、該支持部材（１４）は少なくとも立ち上がり部（１４Ｂ）を有するとともに、該立ち上がり部に（１４Ｂ）は該放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）の端部を挿入した状態で固定する溝部（１５）が複数設けられ、該溝部（１５）の間隔は細かなピッチで形成されて、固定される該放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）の隙間Ｓを微調整可能とし、
前記放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）を前記支持部材（１４）に設置したときに、該放熱エレメント（１２，２０，３０、４０，５４）の下端下方に空隙が生じるように前記溝部（１５）の下部が上方へ、ややずれた位置に形成され、該空隙から空気を採り入れるように構成されていることを特徴としている。

Claims (9)

1. 内部に潜熱蓄熱材が充填された放熱エレメントからなる蓄熱暖房装置であって、
   前記放熱エレメント内部に充填されている潜熱蓄熱材の凝固点が１５°Ｃ〜６５°Ｃの範囲内であり、
   前記潜熱蓄熱材が液体から固体へ相変化するときの凝固潜熱を利用して、前記放熱エレメント周囲に発生する上昇気流で室内側の窓ガラスに触れる空気の相対湿度を低下させるとともに、窓ガラスの温度低下を抑制することを特徴とする蓄熱暖房装置。
2. 複数の前記放熱エレメントを、空隙を隔てて着脱自在に設置可能とする支持部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱暖房装置。
3. 凝固点の異なる潜熱蓄熱材が充填された複数の放熱エレメントからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱暖房装置。
4. 前記潜熱蓄熱材を収納する放熱エレメントは、内部が目視可能な透明又は半透明の材料によって形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の蓄熱暖房装置。
5. 前記放熱エレメントは、平板状又は棒状に形成されているとともに、複数の該放熱エレメントを左右方向、上下方向又は奥行方向に組み合わせ可能な前記支持部材によって設置されることを特徴とする請求項１，３又は４のうち、いずれか１項に記載の蓄熱暖房装置。
6. 前記平板状の複数の放熱エレメントにつき、その高さをＬ（ｍｍ）、該放熱エレメントの間隔をＳ（ｍｍ）とした場合に、２≦Ｓ≦４．５×Ｌ^０．２＋５の関係を満足することを特徴とする請求項５に記載の蓄熱暖房装置。
7. 前記放熱エレメントは、その厚みをｄ（ｍｍ）とした場合に、５≦ｄ≦７５の関係を満足することを特徴とする請求項５又は６に記載の蓄熱暖房装置。
8. 前記放熱エレメントが設置される支持部材には、該放熱エレメントに充填されている潜熱蓄熱材を溶融させるヒータが設置されていることを特徴とする請求項２〜７のうち、いずれか１項に記載の蓄熱暖房装置。
9. 前記放熱エレメントは、その筐体に持ち運び用のハンドルが設けられていることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか１項に記載の蓄熱暖房装置。

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