JP2018132197A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外気からの伝熱を抑制し、空気の冷却又は加熱を効率よく行うことのできる空調装置を提供する。【解決手段】空調装置１０は、内部に通風空間ＳＰ１が形成された通風容器２０と、通風空間ＳＰ１に配置された蓄熱容器３０と、通風容器２０と蓄熱容器３０との間において、通風容器２０から離間して配置された遮断壁３００を備えている。通風容器２０の内面２１５と、遮断壁３００の外面３１５との間には断熱空間ＳＰ２が形成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、蓄熱材により空気の冷却又は加熱を行う空調装置に関する。

携帯することのできるコンパクトな空調装置として、例えば下記特許文献１に記載されているような冷風機が提案されている。当該冷風機は、筒状に形成された容器本体の内部に、飲料が入った飲料容器を冷凍したものを格納している。容器本体の上部には、容器本体の内部の空気を外部に送り出すファン装置が設けられている。また、容器本体の下部壁面には、外部の空気を容器本体の内部に取り入れるための吸気口が形成されている。

ファン装置が駆動されると、空気は吸気口を通じて容器本体の内部に取り入れられる。その後、当該空気は飲料容器の側面に沿って上方側に向かって流れて、ファン装置を通過して外部へと放出される。その際、空気は低温の飲料容器に触れることによって冷却され、その温度を低下させる。このため、冷却器からは低温の空気が吹き出される。

このような冷風機は、引用容器内に高温の液体を収容しておけば、空気を加熱して吹き出すことのできる温風機としても用いることができる。飲料容器の内部に収容された液体（飲料）は、空気よりも高温又は低温の状態を長時間維持するための「蓄熱材」として機能する。また、当該蓄熱材を内部に収容する飲料容器は「蓄熱容器」として機能する。尚、蓄熱材及び蓄熱容器は、その機能に鑑みれば「蓄冷材」及び「蓄冷容器」とも称することができるものであるが、以下では「蓄熱材」及び「蓄熱容器」の語に統一して説明することとする。

登録実用新案第３１１５９９５号公報

上記のような構成の冷風機においては、空調装置の内部を流れる空気は蓄熱容器の表面に触れることによって冷却される。しかしながら、容器本体の外側には高温の空気（つまり外気）が存在するので、容器本体の壁面を介した熱交換により、空調装置の内部を流れる空気が加熱されてしまう。その結果、蓄熱容器による空気の冷却が十分には行われなくなってしまう可能性がある。

また、蓄熱容器の表面が容器本体の内面に当接した場合には、外気の熱が蓄熱容器に直接伝わることにより蓄冷材の温度が上昇し、短時間のうちに空気の冷却を行えない状態となってしまうことが懸念される。上記特許文献１に記載の冷風器では、蓄熱容器の内面に断熱材を配置した構成となっているのであるが、外気からの伝熱を十分に抑制することは難しいものと考えられる。

本開示は、外気からの伝熱を抑制し、空気の冷却又は加熱を効率よく行うことのできる空調装置を提供することを目的とする。

本開示に係る空調装置は、蓄熱材により空気の冷却又は加熱を行う空調装置（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）であって、内部に通風空間（ＳＰ１）が形成された通風容器（２０）と、内部に蓄熱材を収容した容器であって、通風空間に配置された蓄熱容器（３０）と、空気が通風空間を通って外部に吹き出されるように、空気を送り出す送風機（１３０）と、通風容器と蓄熱容器との間において、通風容器から離間して配置された遮断壁（３００）と、を備える。通風容器の内面（２１５）と、遮断壁の外面（３１５）との間には断熱空間（ＳＰ２）が形成されている。

このような構成の空調装置では、通風容器と蓄熱容器との間に設けられた遮断壁を備えており、通風容器の内面と、遮断壁の外面との間に断熱空間が形成された構成となっている。このため、例えば断熱空間の内部を減圧したり、固体よりも熱伝導率の小さな気体を断熱空間に封入したりすることで、断熱空間を介した外気からの伝熱を十分に抑制することができる。これにより、空調装置による空気の冷却又は加熱を効率よく行うことが可能となる。

本開示によれば、外気からの伝熱を抑制し、空気の冷却又は加熱を効率よく行うことのできる空調装置が提供される。

図１は、第１実施形態に係る空調装置の構成を示す断面図である。 図２は、第２実施形態に係る空調装置の構成を示す断面図である。 図３は、第３実施形態に係る空調装置の構成を示す断面図である。 図４は、第４実施形態に係る空調装置の構成を示す断面図である。 図５は、第５実施形態に係る空調装置の構成を示す断面図である。 図６は、図５の空調装置が備えるフィンの形状を上面視で示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

第１実施形態について、図１を参照しながら説明する。第１実施形態に係る空調装置１０は、使用者が外出時において持ち歩くことのできる携帯型の空調装置である。空調装置１０は、後述の蓄熱容器３０に収容された蓄熱材を用いて空気の冷却又は加熱を行い、当該空気を使用者に向けて吹き出すことができる。空調装置１０は、蓄熱容器３０と通風容器２０とを備えている。

蓄熱容器３０は、空気を冷却又は加熱するための蓄熱材（不図示）を内部に収容する容器である。本実施形態では、蓄熱容器３０として市販の飲料用ペットボトルが用いられる。蓄熱容器３０の内部に収容される蓄熱材としては、例えば水やパラフィンのような相変化する流体を用いることができる。

外気温よりも低温の蓄熱材を用いれば、空調装置１０による空気の冷却を行うことができる。また、外気温よりも高温の蓄熱材を用いれば、空調装置１０による空気の加熱を行うことができる。以下では、蓄熱材として水が用いられ、空調装置１０による空気の冷却が行われる場合の例について説明する。蓄熱容器３０の内部には、凝固して固体となった水、すなわち氷が収容されている。蓄熱容器３０は、次に説明する通風容器２０の内部に形成された通風空間ＳＰ１に配置されている。

通風容器２０は、全体が概ね円筒形状となるように形成された容器である。通風容器２０は、容器本体部２００と、上蓋部１００とを有している。

容器本体部２００は、通風容器２０の大部分を占める部分である。容器本体部２００は、側壁２１０を有している。側壁２１０は、蓄熱容器３０の周囲を囲むように配置された円筒状の壁である。側壁２１０の内径は、蓄熱容器３０の外径よりも大きくなっている。側壁２１０の内側（具体的には後述の側壁３１０の内側）には、冷却される空気の流路である通風空間ＳＰ１が形成されている。側壁２１０の上端は開口している。一方、側壁２１０の下端は側壁２１０によって塞がれている。

側壁２１０のうちその下端部近傍となる位置には、円形の貫通穴である吹き出し口２１２が形成されている。吹き出し口２１２は、通風空間ＳＰ１を通り冷却された空気の出口として形成された開口である。

側壁２１０の内部には遮断壁３００が配置されている。遮断壁３００は、通風容器２０と蓄熱容器３０との間において、通風容器２０から離間して配置された壁である。遮断壁３００は、側壁３１０と、上フランジ３２０と、底壁３３０とを有している。

側壁３１０は、容器本体部２００の側壁２１０と同様に、蓄熱容器３０の周囲を囲むように配置された円筒状の壁である。側壁３１０の中心軸と、側壁２１０の中心軸とは互いに一致している。側壁３１０の外径は、側壁２１０の内径よりも小さい。このため、側壁３１０の外面３１５と、側壁２１０の内面２１５との間は離間しており、両者の間には断熱空間ＳＰ２が形成されている。断熱空間ＳＰ２は、蓄熱容器３０側方側を全周に亘り囲むように形成されている。側壁２１０の内側のうち直近の空間は断熱空間ＳＰ２となっているので、側壁２１０の内面２１５は通風空間ＳＰ１に接していない。

上フランジ３２０は、側壁３１０の上端から側壁２１０の内面２１５に向かって伸びるように形成された円形のフランジである。断熱空間ＳＰ２の上端は、この上フランジ３２０によって塞がれている。上フランジ３２０の外周側における端面は、その全体が側壁２１０の内面２１５に当接した状態となっており、内面２１５に対して接合（例えばろう接）されており、封止されている。このため、断熱空間ＳＰ２は密閉された空間となっており、断熱空間ＳＰ２と通風空間ＳＰ１との間で空気が流通することはできなくなっている。尚、断熱空間ＳＰ２が完全に密閉されている必要はなく、断熱空間ＳＰ２と外部との間における空気の出入りが多少は生じ得る程度に、通風容器２０と遮断壁３００との間が封止されている態様であってもよい。

底壁３３０は、側壁３１０の下端を塞ぐように設けられた円形の壁である。先に説明した蓄熱容器３０は、この底壁３３０の上面に設置されている。底壁３３０は底壁２２０に対して平行となっており、底壁２２０よりも上側となる位置に設けられている。このため、底壁３３０と底壁２２０との間は離間しており、両者の間には空間が形成されている。当該空間は断熱空間ＳＰ２に繋がっており、断熱空間ＳＰ２の一部となっている。

側壁３１０のうちその下端部近傍となる位置には、円形の貫通穴３１１が形成されている。貫通穴３１１は、側壁２１０の吹き出し口２１２と対向する位置に設けられている。貫通穴３１１の内径は吹き出し口２１２の内径と等しい。

側壁３１０には、貫通穴３１１の縁から吹き出し口２１２に向かって伸びるように形成された円筒状の案内管３４０が形成されている。案内管３４０のうち貫通穴３１１側の端部は、全周に亘って貫通穴３１１の縁に接合されている。また、案内管３４０のうち吹き出し口２１２側の端部は、全周に亘って吹き出し口２１２の縁に接合されている。このため、断熱空間ＳＰ２と外部空間との間においても、空気が流通することはできなくなっている。案内管３４０は、通風空間ＳＰ１を通った空気を吹き出し口２１２に導くために設けられた管である。

本実施形態では、上記のように密閉された空間である断熱空間ＳＰ２の内部が大気圧よりも減圧されており、断熱空間ＳＰ２が真空となっている。断熱空間ＳＰ２における真空度を維持するために、通風容器２０はその少なくとも一部が金属によって形成されていることが好ましい。

上蓋部１００は、容器本体部２００の上部、すなわち側壁２１０の上端面２１１に形成された開口を上方側から覆うように設けられた部材である。上蓋部１００は、側壁１１０と天壁１２０とを有している。

側壁１１０は円筒状の壁である。側壁１１０の中心軸と、側壁２１０の中心軸とは互いに一致している。側壁１１０の内径は、側壁２１０の外径とほぼ同じとなっている。上蓋部１００は、側壁１１０の内面を側壁２１０の外面に当接させた状態で、容器本体部２００の上部に取り付けられている。例えば、側壁１１０の内面に形成された雌螺子と、側壁２１０の外面に形成された雄螺子とを螺合させるような構成としてもよい。

天壁１２０は、側壁１１０の上端を塞ぐように設けられた円形の壁である。側壁１１０には導入口１２１が形成されている。導入口１２１は、側壁１１０を上下に貫くように形成された円形の開口である。導入口１２１は、外部の空気を通風空間ＳＰ１内に導入するための入口となる部分である。

上蓋部１００の内部には送風機１３０が設けられている。送風機１３０は、空気が通風空間ＳＰ１を通って吹き出し口２１２から外部へと吹き出されるように、外部からの空気を通風空間ＳＰ１に向けて送り出すための電動ファンである。送風機１３０は、天壁１２０の下方側から導入口１２１を覆うように取り付けられている。

引き続き図１を参照しながら、空調装置１０の動作について説明する。空調装置１０に設けられた不図示のスイッチが使用者によってＯＮとされると、送風機１３０が駆動され、導入口１２１から通風空間ＳＰ１内に向けて空気が送り込まれる。当該空気は、通風空間ＳＰ１を下方に向けて流れた後、吹き出し口２１２から外部へと吹き出される。

通風空間ＳＰ１を流れる空気は、氷（つまり蓄熱材）が収容され低温となっている蓄熱容器３０の表面に触れながら流れることにより、次第にその温度を低下させて行く。吹き出し口２１２からは、使用者の身体に向けて低温の空気が吹き出される。

蓄熱容器３０の内部に収容された氷は、通風空間ＳＰ１を流れる空気からの伝熱によって加熱され、最終的には融解して水になる。空調装置１０では、蓄熱材である水の潜熱及び顕熱を用いて空気の冷却が行われるので、その冷却性能を比較的長時間に亘って維持することができる。

ところで、通風容器２０の外側にある空気（外気）の温度は、通風空間ＳＰ１を流れる空気の温度よりも高い。このため、側壁２１０を介した熱伝導によって通風空間ＳＰ１を流れる空気が加熱されてしまい、吹き出し口２１２から吹き出される空気の温度が上昇してしまうことが懸念される。すなわち、空調装置１０の冷却性能が低下してしまうことが懸念される。

しかしながら、本実施形態では、通風容器２０（側壁２１０）の内面２１５と、遮断壁３００（側壁３１０）の外面３１５との間に断熱空間ＳＰ２が形成されており、断熱空間ＳＰ２の内部が大気圧よりも減圧された状態となっている。つまり、外気と通風空間ＳＰ１との間が、断熱空間ＳＰ２によって真空断熱されている。このため、高温の外気から、通風空間ＳＰ１を通る低温の空気への伝熱は、ほぼ輻射による伝熱のみに抑えられる。これにより、通風空間ＳＰ１を通る空気が外気により加熱されてしまうことはほとんどなく、上記のような冷却性能の低下が防止される。

尚、上記のような空調装置１０の変形例として、断熱空間ＳＰ２に流体が封入されている構成としてもよい。このような流体としては、例えば空気や窒素などの気体を用いることができる。空気等の気体は、固体に比べるとその熱伝導率が非常に小さいので、高い断熱性能を発揮することができる。また、断熱空間ＳＰ２に封入される流体は液体であってもよい。

尚、断熱空間ＳＰ２の流体として空気が用いられる場合には、通風容器２０と遮断壁３００との間が密閉されておらず、一部において断熱空間ＳＰ２と外気とが連通しているような構成とすることもできる。一方、上記の流体として空気以外が用いられる場合には、内部の流体が断熱空間ＳＰ２の外に流出しないよう、本実施形態のように通風容器２０と遮断壁３００との間が密閉されている構成とした方が好ましい。

以上においては、外気温よりも低温の蓄熱材を用いて空気の冷却を行う場合について説明したが、外気温よりも高温の蓄熱材を用いて空気の加熱を行う場合においても、空調装置１０は上記と同様の効果を奏する。

第２実施形態について、図２を参照しながら説明する。本実施形態に係る空調装置１０Ａは、断熱空間ＳＰ２の内部に断熱材４１０が配置されている点においてのみ第１実施形態（図１）と異なっており、他の点については第１実施形態と同じである。

本実施形態では、断熱材４１０として発泡剤である発泡ウレタンが用いられている。断熱材４１０は、断熱空間ＳＰ２の全体に亘って充填されている。つまり、断熱材４１０は蓄熱容器３０側方側を全周に亘り囲むように配置されている。本実施形態では、断熱空間ＳＰ２の内部に配置された断熱材４１０により、通風空間ＳＰ１と外気との間の伝熱が防止される。このような態様であっても、第１実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。

第３実施形態について、図３を参照しながら説明する。本実施形態に係る空調装置１０Ｂは、容器本体部２００の一部の構成、及び遮断壁３００の一部の構成においてのみ第１実施形態（図１）と異なっており、他の点については第１実施形態と同じである。

空調装置１０Ｂでは、容器本体部２００の側壁２１０に形成された吹き出し口２１２の位置が、第１実施形態の場合よりも更に下方側寄りの位置となっている。また、容器本体部２００の底壁２２０の上面側（内側）には、上方に向けて突出する支持突起２２１が形成されている。支持突起２２１の上面の位置は、吹き出し口２１２の上端よりも僅かに高い位置となっている。蓄熱容器３０は、この支持突起２２１の上面に設置されている。

本実施形態の遮断壁３００は、側壁３１０の下端の位置が、吹き出し口２１２の上端よりも高い位置となっている。側壁３１０の下端からは、側壁２１０の内面２１５に向かって伸びるように円形の下フランジ３５０が形成されている。下フランジ３５０の先端面３５１は、その全体が側壁２１０の内面２１５に当接している。ただし、先端面３５１は内面２１５に対して接合されていない。

遮断壁３００の上端に形成された上フランジ３２０は、第１実施形態に比べて、側壁２１０の厚さ分だけ更に外側に向かって伸びるように形成されている。上フランジ３２０の下端面３２１は、側壁２１０の上端面２１１に対して全周に亘り当接している。ただし、下端面３２１は上端面２１１に対して接合されていない。本実施形態における断熱空間ＳＰ２は、大気圧の空気で満たされている。

このような態様においても、断熱空間ＳＰ２に閉じ込められた空気による断熱が行われるので、第１実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。更に本実施形態では、遮断壁３００の上フランジ３２０が側壁２１０の上端面２１１によって下方から支持されており、遮断壁３００の下フランジ３５０が内面２１５によって側方から支持されている。このような構成においては、遮断壁３００を上方側にスライドさせることにより、通風容器２０から取り外すことが可能となっている。このため、例えば結露水の影響などによって遮断壁３００に汚れが生じた場合には、遮断壁３００を取り外して洗浄することができる。

第４実施形態について、図４を参照しながら説明する。本実施形態に係る空調装置１０Ｃは、断熱空間ＳＰ２の内部に断熱材４２０が配置されている点においてのみ第３実施形態（図３）と異なっており、他の点については第３実施形態と同じである。

本実施形態では、上記のように断熱空間ＳＰ２に断熱材４２０が配置されている。断熱材４２０としては、例えば第２実施形態（図２）で説明したような発泡剤（発泡ウレタン）が用いられてもよく、他の材料が用いられてもよい。

本実施形態では、側壁２１０の内面２１５と断熱材４２０との間が接合されておらず、両者は互いに当接しただけとなっている。このため、遮断壁３００と共に断熱材４２０を上方側にスライドさせて取り外し、両者を洗浄することができる。また、断熱材４２０が劣化した場合においては、断熱材４２０を容易に交換することもできる。

本実施形態では、断熱材４２０が、外層４２１と内層４２２からなる多層構造となっている。側壁２１０側に配置された外層４２１の熱伝導率と、側壁３１０側に配置された内層４２２の熱伝導率とは、互いに異なっている。このように、断熱材４２０の熱伝導率が全体で均一とはなっていないような構成としてもよい。このような構成であっても、第１実施形態において説明したものと同様の効果を奏する。尚、断熱材４２０の層数は、本実施形態のように２層であってもよく、３層以上であってもよい。また、第２実施形態（図２）の断熱材４１０と同様に単相であってもよい。

第５実施形態について、図５を参照しながら説明する。本実施形態に係る空調装置１０Ｄは、通風空間ＳＰ１にフィン５０が配置されている点においてのみ第３実施形態（図３）と異なっており、他の点については第３実施形態と同じである。

図６には、空気の流れ方向に沿って見た場合における（つまり上面視における）フィン５０の形状が示されている。同図に示されるように、フィン５０は、波状に折り曲げられた金属板を、その全体が円筒状となるように形成したものである。

フィン５０は、図５に示されるように通風空間ＳＰ１に配置されており、側壁３１０及び側壁２１０の両方に対して当接した状態となっている。通風空間ＳＰ１を通る空気の熱は、蓄熱容器３０を介して内部の蓄熱材（氷）に伝達されるほか、フィン５０及び蓄熱容器３０を介しても蓄熱材（氷）に伝達される。つまり、本実施形態ではフィン５０によって空気との接触面積が大きくなっており、空気の冷却をより効率よく行える構成となっている。

フィン５０の外周側に位置する各山の頂点は、側壁３１０の内面３１６に対してろう接され固定されている。つまり本実施形態では、通風空間ＳＰ１に配置されたフィン５０が遮断壁３００によって保持された構成となっている。一方、フィン５０の内周側に位置する各山の頂点は、蓄熱容器３０の側面に対して当接しているのであるが、蓄熱容器３０に対して接合されてはいない。

このため、互いに接合されている遮断壁３００及びフィン５０を上方側にスライドさせることにより、容器本体部２００から取り外すことが可能となっている。また、蓄熱容器３０のみを上方にスライドさせることにより、容器本体部２００の中から取り出すことも可能となっている。以上のような構成においても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ：空調装置
２０：通風容器
３０：蓄熱容器
１３０：送風機
２００ 容器本体部
２１５：内面
３１５：外面
ＳＰ１：通風空間
ＳＰ２：断熱空間

Claims (10)

1. 蓄熱材により空気の冷却又は加熱を行う空調装置（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）であって、
   内部に通風空間（ＳＰ１）が形成された通風容器（２０）と、
   内部に前記蓄熱材を収容した容器であって、前記通風空間に配置された蓄熱容器（３０）と、
   空気が前記通風空間を通って外部に吹き出されるように、空気を送り出す送風機（１３０）と、
   前記通風容器と前記蓄熱容器との間において、前記通風容器から離間して配置された遮断壁（３００）と、を備え、
   前記通風容器の内面（２１５）と、前記遮断壁の外面（３１５）との間には断熱空間（ＳＰ２）が形成されている空調装置。
2. 前記断熱空間は大気圧よりも減圧された状態となっている、請求項１に記載の空調装置。
3. 前記断熱空間には流体が存在している、請求項１に記載の空調装置。
4. 前記流体は気体である、請求項３に記載の空調装置。
5. 前記通風容器と前記遮断壁との間が封止されている、請求項４に記載の空調装置。
6. 前記通風空間にはフィン（５０）が配置されており、前記遮断壁によって前記フィンが保持されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の空調装置。
7. 前記遮断壁を前記通風容器から取り外すことが可能となっている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の空調装置。
8. 前記断熱空間には断熱材（４１０，４２０）が配置されている、請求項１に記載の空調装置。
9. 前記断熱材（４２０）が多層構造となっている、請求項８に記載の空調装置。
10. 前記断熱材は発泡剤である、請求項８に記載の空調装置。

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