JP2018017444A - 蓄熱装置及び蓄熱装置の設置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄熱カプセルを簡単に設置しながら、状況によってその受熱効率を簡単に変更できるようにする。【解決手段】蓄熱カプセル１の複数を、夫々所定間隔置きに並べて連結装置４を介して連結し、それらの各蓄熱カプセル１の受熱表面７の向きを変更自在に、夫々同一方向の軸心を中心に回転自在に前記連結装置４に取り付けてある。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄熱装置及び蓄熱装置の設置構造に関する。

従来、蓄熱装置としては、例えば潜熱蓄熱材などの相変化を利用する熱容量の大きな蓄熱材を収容した蓄熱カプセルを、その厚み方向に複数個束ねて蓄熱装置を形成して、建物内の空気流路にその蓄熱装置を設置し、室内空気の余剰熱を蓄熱して、その蓄熱した熱エネルギーを、室内の温度低下に伴って室内暖房などに利用することが行われている（特許文献１参照）。
しかし、例えば温室などで、これらの蓄熱カプセルに太陽熱を蓄熱する場合、太陽光の照射する場所に並べて設置することにより、昼間の余剰熱を蓄熱し、室温低下時の暖房が必要な時間帯に放熱して省エネ化を図ることが考えられている。

特許第４６１４７０５号公報

上述した従来の温室の例では、蓄熱カプセルを各一枚ずつ太陽光の当たる位置に固定しなければならず、設置に手間が多くかかるという問題点がある。
しかも、太陽光の照射方向は、時間と共に変化したり、温室の設置環境や温室の設置条件はさまざまで、蓄熱カプセルをどの温室も一律に同じ状態に設置することは困難で、多くの手間を要するという問題があった。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、複数の蓄熱カプセルを簡単に設置しながら、状況によってその受熱効率を簡単に変更できるようにするところにある。

本発明の第１の蓄熱装置の特徴構成は、蓄熱カプセルの複数を、夫々所定間隔置きに並べて連結装置を介して連結し、それらの各蓄熱カプセルの受熱表面の向きを変更自在に、夫々同一方向の軸心を中心に回転自在に前記連結装置に取り付けたところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、蓄熱カプセルの複数を、夫々所定間隔置きに並べて連結装置を介して連結してあるために、例えば温室やガラスなどの透光性の外壁材で形成された建物などの太陽光の照射するスペースの大きな場所に、多数の蓄熱カプセルを一度に設置でき、設置手間を少なく簡単に取り付けることができる。
また、各蓄熱カプセルの受熱表面の向きを変更自在に、夫々同一方向の軸心を中心に回転自在に前記連結装置に取り付けてあることにより、夫々の蓄熱カプセルを、太陽光から効率良く受熱できるように設置しやすくなる。
また、例えば設置する温室などの建物が、設置できる向きが異なる土地等の設置環境に応じて、各蓄熱カプセルの受熱表面の向きを変更調整して、蓄熱効率を上げることが、簡単にできるようになった。

本発明の第２の特徴構成は、複数の前記蓄熱カプセルの受熱表面を同時に同一方向に向き変更操作自在にする連携操作機構を設けたところにある。

本発明の第２の特徴構成によれば、本発明の第１の特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、連携操作機構により、複数の蓄熱カプセルを同時にその受熱表面を同一方向に向け変更できるために、蓄熱カプセルを多く設置する設置場所ほど少ない手間で簡単に効率の良い受熱状態に設定調整できるようになる。

本発明の第３の特徴構成は、前記蓄熱カプセルを夫々扁平形状に形成し、前記蓄熱カプセルを、夫々カプセル並設方向と交差する同一方向の軸心を中心に回転自在に前記連結装置に取り付け、複数の前記蓄熱カプセルの受熱表面が、同一面上に並ぶ第１姿勢と、並設方向と交差する第２姿勢とに前記連携操作機構によって向き変更操作自在にしたところにある。

本発明の第３の特徴構成によれば、蓄熱カプセルを夫々扁平形状に形成し、前記蓄熱カプセルを、夫々カプセル並設方向と交差する同一方向の軸心を中心に回転自在に前記連結装置に取り付けることにより、太陽光からの熱を効率よく受熱しやすく、しかも、連携操作機構により、第１姿勢にすれば、全体で大きな受熱面積を確保してより多くの太陽熱を蓄熱でき、また、第２姿勢に切り換えることで、並設する蓄熱カプセル間に通気路を形成したり、や太陽光の透過路を形成でき、従って、例えば温室等の空間に本願発明の蓄熱装置を設置した場合に、晩春、夏場、初秋等における温室の過昇温を、設置した蓄熱カプセルが余剰熱を吸収して防止してくれる。つまり、塩ビシートなどの透明樹脂シートで覆われた温室では、日中に連携操作機構によって第１姿勢にして温室内の余剰熱を吸収して蓄熱し、夜間に、温室の透明樹脂シートの一部を捲り上げると共に、連携操作機構によって、蓄熱カプセルを第２姿勢にすることにより、夜間の冷えた外気が互いに平行に並んだ複数の蓄熱カプセル間を通って温室内に侵入通過させて、日中に蓄熱した蓄熱カプセルの余剰熱を放熱でき、これらの繰り返しを行うことで、温室内の過昇温を防止できる。殊に、蓄熱カプセル内の蓄熱材に、例えば、潜熱蓄熱材を使用すれば、多くの熱量の蓄熱および放熱ができ、ヒートポンプ式の空調装置だけにより温室内の温度調整を行うのに比べて、長期間にわたって、温室内の作物栽培を低コストで行え、且つ、複雑な制御を不要にして、室内における環境を簡単に調整できる。

本発明の第４の特徴構成は、前記第２姿勢において、並設した複数の蓄熱カプセル夫々の間隔を伸縮自在にする並設間隔変更機構を設けたところにある。

本発明の第４の特徴構成によれば、例えば、並設間隔変更機構により伸長させる場合には、複数の蓄熱カプセルから成る蓄熱装置を、室内空間の仕切り壁にできたり、室内と室外との仕切る外壁などに利用できながら、並設間隔変更機構により収縮させれば、室内を自由に移動できる通路や、室内と室外とを往復できる出入り口に形成できる。

本発明の第５の特徴構成は、前記蓄熱カプセルの前記受熱表面とは反対の裏面に、断熱層を設けたところにある。

本発明の第５の特徴構成によれば、例えば、蓄熱カプセルに断熱層を設けた蓄熱装置を、建物の外壁に設置した場合には、太陽の照射している日中に、受熱表面を太陽に向けて設置して太陽熱を吸熱して蓄熱し、夜になると、断熱層を室外側に向けることにより、蓄熱カプセルに蓄えた熱エネルギーを室内に放熱して暖房の一部として利用できながら、蓄熱してある熱エネルギーが室外に放熱されるのを、断熱層が防止して蓄熱した熱エネルギーを有効に利用できるようになる。

本発明の第６の特徴構成は、前記蓄熱カプセルの前記受熱表面とは反対の裏面に、熱線反射層を設けたところにある。

本発明の第６の特徴構成によれば、蓄熱カプセルに熱線反射層を設けた蓄熱装置を、例えば、建物の外壁に設置した場合には、夏場などの気温の高い時期や一日の内でも高温になりすぎる時間帯には、熱線反射層を室外側に向けて室内に侵入する熱を減少させて室内の過剰温度上昇を防止しながら、冬場などの気温の低い時期には、日中、受熱表面を室外側に向けて、太陽熱を蓄熱しながら、夜になると受熱表面を室内側に向けることで、蓄熱エネルギーを室内に放熱できると同時に、室外側の熱線反射層により蓄熱エネルギーが室外に逃げるのを防止でき、室内暖房エネルギーの省力化が図れる。

本発明の第７の特徴構成は、前記蓄熱カプセルを夫々回転軸心に沿った方向視で丸い形状又は多角形状の柱状に形成し、前記蓄熱カプセルを、夫々カプセル並設方向と交差する同一方向の軸心を中心に回転自在に前記連結装置に取り付け、前記蓄熱カプセルの径方向における一方側に受熱表面を形成すると共に、他方側に熱線反射表面を形成し、複数の前記蓄熱カプセルの受熱表面が、前記連携操作機構によって各軸心回りに１８０度向き変更操作自在にしたところにある。

本発明の第７の特徴構成によれば、柱状の蓄熱カプセルは、連携操作機構により各軸心周りに回転させて受熱表面をどの向きに変更しても、隣接する蓄熱カプセル間の隙間を少なくでき、常に隔壁としての役割を果たすことができる。
従って、建物の壁や屋根に取り付けた場合に、冬場や夜間に室内温が低下する季節などに、昼間に受熱表面を室外側に向けておくことにより、蓄熱カプセル内に太陽熱を蓄熱すると共に、余剰熱を熱線反射表面により反射して室内に侵入するのを防止でき、夜間に受熱表面を室内側に向けることにより、蓄熱した太陽熱を室内に放熱して室内に供給することで、室内暖房の省力化に役立てながら、室外側に位置する熱線反射表面により、蓄熱エネルギーが室外に逃げるのを防止できる。

本発明の第８の特徴構成は、前記連結装置によって連結された複数の蓄熱カプセルを、それらの並設方向に巻き取り自在な巻取り収納機構を設けたところにある。

本発明の第８の特徴構成によれば、巻取り収納機構により複数の連結されて並べられた蓄熱カプセルを巻き取ると、開口部を形成できるために、建物の内外への出入り口を形成したり、窓などに設置してあれば、明り取りに使用でき、したがって、開閉扉や開閉窓部材としての兼用化を可能にできる。

本発明の第９の蓄熱装置の設置構造の特徴構成は、建物の壁面の少なくとも一部に、前記蓄熱装置を設置し、複数の前記蓄熱カプセルの受熱表面が、同一面上に並ぶ第１姿勢と、並設方向と交差する第２姿勢とに前記連携操作機構によって向き変更操作自在にして、前記第１姿勢にすることにより室内を密閉する閉塞状態になると共に、前記第２姿勢にすることにより外気と室内とが連通する換気状態になるように状態切り換え自在にしたところにある。

本発明の第９の特徴構成によれば、第２姿勢にすることにより建物の内部空間の換気による室温と湿度の調整がより容易にできるようになるとともに、第１姿勢にして、蓄熱（日中、受熱表面を室外側に向ける）と放熱（蓄熱後に受熱表面を室内側に向ける）を切り替えて蓄熱エネルギーを有効に利用することができる。

本発明の第１０の特徴構成は、建物の壁面の少なくとも一部に、前記蓄熱装置を設置し、前記第２姿勢において、並設した複数の蓄熱カプセル夫々の間隔を伸縮自在にする並設間隔変更機構によって、並設した複数の蓄熱カプセル夫々の間隔を収縮させた壁面開口部形成状態と、並設した複数の蓄熱カプセル夫々の間隔を伸長させた隔壁形成状態とに切り換え自在にしたところにある。

本発明の第１０の特徴構成によれば、壁面部に開閉扉や開閉窓の役目と蓄熱装置としての機能を、両方備えた建物を形成できる。

温室内での蓄熱装置の設置状態を示す部分斜視図である。 温室内での蓄熱装置の設置状態を示す部分斜視図である。 蓄熱装置の斜視図である。 蓄熱カプセルの一部切欠き斜視図である。 南北に蓄熱装置を設置した温室の概略平面図である。 東西に蓄熱装置を設置した温室の概略平面図である。 蓄熱装置を設置した温室の概略平面図である。 蓄熱装置を設置した温室の概略平面図である。 別実施形態の温室の一部を示す斜視図で、（ａ）は第１姿勢にした蓄熱カプセルを示し、（ｂ）は第２姿勢にした蓄熱カプセルを示す。 別実施形態の蓄熱装置を設置した温室の部分斜視図である。 別実施形態の蓄熱装置の側面図である。 別実施形態の蓄熱装置の側面図である。 （ａ）、（ｂ）は、別実施形態の蓄熱装置の側面図である。 （ａ）、（ｂ）は、別実施形態の蓄熱装置の側面図である。 別実施形態の蓄熱装置の設置状態を示す温室の部分斜視図である。 別実施形態の蓄熱装置の設置状態を示す温室の部分斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１、図２に示すように、蓄熱カプセル１の複数を、夫々所定間隔置きに並べて連結装置４を介して連結し、それらの各蓄熱カプセル１の受熱表面７の向きを変更自在に、夫々同一方向の軸心を中心に回転自在に前記連結装置４に取り付けて蓄熱装置を構成し、温室１１やサンルーム等の太陽光の照射する建築物中に設置してある。

前記蓄熱装置は、連結装置４により複数の蓄熱カプセル１をそれらの受熱表面７が向き変更自在に取り付けてあるために、温室１１の立地条件によって温室１１そのものの設置方向が異なる場合に対応して、図５〜図８に示すように、例えば、蓄熱カプセル１を南北方向に並設しなければならない場合には（図５）、夫々の蓄熱カプセル１の受熱表面７を東西向きに設置し、例えば、蓄熱カプセル１を東西方向に並設しなければならない場合には（図６）、夫々の蓄熱カプセル１の受熱表面７を南向きに設置し、例えば、その他の斜め方向に蓄熱カプセル１並設しなければならない場合には、夫々の蓄熱カプセル１の受熱表面７を、南向きにしたり（図８）、あるいは、東西方向に向けて設置してもよい（図７）。

前記蓄熱カプセル１は、主に合成樹脂や金属板などで成形された略扁平形状のカプセル容器本体２と、そのカプセル容器本体２の内部に充填する蓄熱材３とで構成してあり、例えば、日中に連結装置４によって連結された複数枚の蓄熱カプセル１の受熱表面７に太陽光が照射されるように、それぞれの蓄熱カプセル１の向きを調整して太陽熱を蓄熱し、夜間などの室内温度の低下する時間帯に、蓄熱カプセル１に蓄えられた熱エネルギーを放出して室内温度の高低差を少なくして、暖房装置などの熱エネルギーの消費を抑え、燃料費の節約とともに、省エネルギーと地球温暖化ガスの排出減少に寄与する蓄熱設備を構成してある。

前記カプセル容器本体２は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂製の略扁平な形状の容器によって、蓄熱材３を密封状態に収容する収容部を形成してあり、その受熱表面７を凹凸上に構成して表面積の増加を図り、熱交換効率の向上を実現できるように構成されている。

前記蓄熱材３は、例えば、塩化カルシウム水和物と水との混合物、あるいは、低融点の各種プラスチック、パラフィン類、ワックスなど熱の吸収・放出に伴って相変態する潜熱を利用する材料を用いて構成することができる。例えば、前記蓄熱カプセル１を温室１１などの空間に使用する場合には、太陽熱を蓄熱カプセル１に蓄熱する場合が考えられる。この時、前記潜熱を利用する材料の場合には、室内温度がおよそ５℃〜３５℃の間で変動すると想定して、例えば２３℃前後の温度において相変態可能なものを用いることが一例として挙げられる。
ただし、温室１１内で栽培する植物の適切環境温度は、夫々異なるもので、そのために、それらの栽培植物に応じて相変態する温度の異なる蓄熱材３を収容した蓄熱カプセル１を複数枚連結した蓄熱装置を、温室１１内で取り換えできるようにしてあってもよい。

蓄熱材３の潜熱を利用する場合には、熱の吸収・排出量を大きく確保することができる。また、潜熱に替えて、顕熱を利用する物質を蓄熱材３として使用することも可能である。

前記蓄熱装置には、複数の前記蓄熱カプセル１の受熱表面７を同時に同一方向に向き変更操作自在にする連携操作機構５を設けて、複数の前記蓄熱カプセル１の受熱表面７が、同一面上に並ぶ第１姿勢（図２）と、並設方向と交差する第２姿勢（図１）とに向き変更操作自在にしてある。
従って、太陽光からの熱を効率よく受熱しやすく、しかも、連携操作機構５により、第１姿勢にすれば、複数の蓄熱カプセル１全体で大きな受熱面積を確保してより多くの太陽熱を蓄熱でき、また、第２姿勢に切り換えることで、並設する蓄熱カプセル１間を通気路や太陽光の透過路に形成でき、従って、室内における環境を簡単に変更できる。

［第２実施形態］
前記蓄熱装置を、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、建物の壁面の少なくとも一部に設置し、複数の前記蓄熱カプセル１の受熱表面７が、同一面上に並ぶ第１姿勢にすることにより（図９（ａ））、室内を密閉する閉塞状態になると共に、前記第２姿勢にすることにより（図９（ｂ））、外気と室内とが連通する換気状態になるように状態切り換え自在にしてある。
これにより、蓄熱装置が太陽熱エネルギーの蓄熱と、換気窓の役目の両方を兼用できる温室１１が構成され、室内の温度調整の自由度が向上する。

［第３実施形態］
前記蓄熱装置を、図１０に示すように、温室１１や倉庫の壁面の少なくとも１部に設置し、前記第２姿勢において、並設した複数の蓄熱カプセル１夫々の間隔を伸縮自在にする並設間隔変更機構６を設け、並設した複数の蓄熱カプセル１夫々の間隔を収縮させた壁面開口部形成状態と、並設した複数の蓄熱カプセル１夫々の間隔を伸長させた隔壁形成状態とに切り換え自在に構成してある。
従って、壁面開口部形成状態にした時に、温室１１に対しては農作業機や植物栽培材料の出し入れを可能にし、倉庫に対しては、保管品の出し入れのための出入り口１２になり、隔壁形成状態にした時には、太陽光エネルギーの蓄熱および放熱のためのエネルギー対策設備になる。

〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。

〈１〉 蓄熱装置には、連携操作機構５を設けずに、複数の蓄熱カプセル１を、夫々手動でそれらの受熱表面７の向きを変更するように構成してあってもよい。
〈２〉 カプセル容器本体２は、合成樹脂製に代えて、ステンレス鋼や普通鋼、アルミニウム、銅、金属と合成樹脂とのラミネート等の薄膜で構成するものでもよい。
〈３〉 蓄熱カプセル１夫々を、図１１に示すように、受熱表面７とは反対の裏面に、発泡ポリエチレンや発泡スチロール等の発泡樹脂や、合成樹脂や無機材から成る繊維マットの断熱層８を設けてあってもよい。
〈４〉 蓄熱カプセル１夫々を、受熱表面７とは反対の裏面に、熱線反射層９を設けてあってもよい（図１２）。
〈５〉 前記蓄熱カプセル１を、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、夫々回転軸心に沿った方向視で丸い形状又は多角形状の柱状に形成し、前記蓄熱カプセル１を、夫々カプセル並設方向と交差する同一方向の軸心を中心に回転自在に前記連結装置４に取り付け、前記蓄熱カプセル１の径方向における一方側に受熱表面７を形成すると共に、他方側に熱線反射表面１３を形成し、複数の前記蓄熱カプセル１の受熱表面７が、前記連携操作機構５によって各軸心回りに１８０度向き変更操作自在（図１３（ａ）→（ｂ））にしてあってもよい。
〈６〉 前記連結装置４によって連結された複数の蓄熱カプセル１を、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、それらの並設方向に巻き取り自在な巻取り収納機構１０を設けてあってもよい。この巻取り収納機構１０により、建物の開口部を形成したり、ブラインドのように、蓄熱の必要な時にのみ複数の蓄熱カプセル１を上下に並べて、蓄熱ができるようにしてあってもよい。
〈７〉 図１５に示すように、温室１１内に設置する蓄熱装置として、温室の地面に突き刺して安定に設置した脚部１５を、下端部に備えたパイプ状の支持フレーム１４を設け、その支持フレーム１４に複数の蓄熱カプセル１を、前後の所定間隔置きに支持フレーム１４に取り付けた縦支持パイプ１６に、軸心回りに回転自在に取り付けてあるものでもよい。この時の蓄熱カプセル１は、夫々手動で回転操作するもので、これに代え、前述の連携操作機構を設けて同時に複数の蓄熱カプセル１を回転操作可能な構成にしてあっても良い。
〈８〉 図１６は、図１５の構造の更なる改良で、縦支持フレーム１４夫々に、上下複数個ずつ蓄熱カプセル１を取り付けてあって、夫々が縦軸心周りに回転自在にしてある。また、蓄熱カプセル１をその上下に取り付ける数は、２個以上であっても良い。

尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１ 蓄熱カプセル
４ 連結装置
５ 連携操作機構
６ 並設間隔変更機構
７ 受熱表面
８ 断熱層
９ 熱線反射層
１０ 巻取り収納機構

Claims (10)

1. 蓄熱カプセルの複数を、夫々所定間隔置きに並べて連結装置を介して連結し、
   それらの各蓄熱カプセルの受熱表面の向きを変更自在に、夫々同一方向の軸心を中心に回転自在に前記連結装置に取り付けてある蓄熱装置。
2. 複数の前記蓄熱カプセルの受熱表面を同時に同一方向に向き変更操作自在にする連携操作機構を設けてある請求項１に記載の蓄熱装置。
3. 前記蓄熱カプセルを夫々扁平形状に形成し、
   前記蓄熱カプセルを、夫々カプセル並設方向と交差する同一方向の軸心を中心に回転自在に前記連結装置に取り付け、
   複数の前記蓄熱カプセルの受熱表面が、同一面上に並ぶ第１姿勢と、並設方向と交差する第２姿勢とに前記連携操作機構によって向き変更操作自在にしてある請求項２に記載の蓄熱装置。
4. 前記第２姿勢において、並設した複数の蓄熱カプセル夫々の間隔を伸縮自在にする並設間隔変更機構を設けてある請求項３に記載の蓄熱装置。
5. 前記蓄熱カプセルの前記受熱表面とは反対の裏面に、断熱層を設けてある請求項３または４に記載の蓄熱装置。
6. 前記蓄熱カプセルの前記受熱表面とは反対の裏面に、熱線反射層を設けてある請求項３〜５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
7. 前記蓄熱カプセルを夫々回転軸心に沿った方向視で丸い形状又は多角形状の柱状に形成し、
   前記蓄熱カプセルを、夫々カプセル並設方向と交差する同一方向の軸心を中心に回転自在に前記連結装置に取り付け、
   前記蓄熱カプセルの径方向における一方側に受熱表面を形成すると共に、他方側に熱線反射表面を形成し、
   複数の前記蓄熱カプセルの受熱表面が、前記連携操作機構によって各軸心回りに１８０度向き変更操作自在にしてある請求項２に記載の蓄熱装置。
8. 前記連結装置によって連結された複数の蓄熱カプセルを、それらの並設方向に巻き取り自在な巻取り収納機構を設けてある請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
9. 建物の壁面の少なくとも一部に、請求項３に記載の蓄熱装置を設置し、前記第１姿勢にすることにより室内を密閉する閉塞状態になると共に、前記第２姿勢にすることにより外気と室内とが連通する換気状態になるように状態切り換え自在してある蓄熱装置の設置構造。
10. 建物の壁面の少なくとも一部に、請求項４に記載の蓄熱装置を設置し、
    並設間隔変更機構によって、並設した複数の蓄熱カプセル夫々の間隔を収縮させた壁面開口部形成状態と、並設した複数の蓄熱カプセル夫々の間隔を伸長させた隔壁形成状態とに切り換え自在にしてある蓄熱装置の設置構造。

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