JP3165721U - Heating equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】湯たんぽの如く就寝中の布団内の暖房に手軽に使え、且つ化石燃料や電力を消費しない軽量安価で十分な暖房能力を有する暖房具を提供する。【解決手段】水密性の容器又は袋1に封入された平板状の潜熱蓄熱材2を暖房具として用いる。潜熱蓄熱材は黒色の袋で被われる。集熱時には、潜熱蓄熱材は集熱ケースに収められて陽光に曝される。陽光は潜熱蓄熱材の黒色の袋に直接に吸収され、潜熱蓄熱材を加熱する。就寝時には、潜熱蓄熱材は袋ごと集熱ケースから出されて布団内で暖房に使われる。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating device which can be easily used for heating a futon while sleeping like a hot water bottle, is lightweight and inexpensive and has a sufficient heating capacity without consuming fossil fuel or electric power. SOLUTION: A flat plate-shaped latent heat storage material 2 enclosed in a watertight container or bag 1 is used as a heater. The latent heat storage material is covered with a black bag. At the time of heat collection, the latent heat storage material is housed in a heat collection case and exposed to sunlight. The sunlight is directly absorbed by the black bag of the latent heat storage material and heats the latent heat storage material. At bedtime, the latent heat storage material is taken out of the heat collection case together with the bag and used for heating in the futon. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本考案は就寝中の暖房具に関するものである。 The present invention relates to a sleeping heater.
就寝中の暖房具は古来から様々なものが用いられてきた。近年に利用されている主なものは、湯たんぽ、電気毛布、電気あんかの3種類に限られる。湯たんぽの場合は水を加熱するためにガスや石油等のエネルギーを必要とする。電気毛布や電気あんかの場合には電力を必要とする。いずれの場合も燃料費が嵩むことになる。 Various heaters have been used since ancient times. The main ones used in recent years are limited to hot water bottles, electric blankets, and electric saucers. In the case of a hot water bottle, energy such as gas and oil is required to heat the water. In the case of an electric blanket or an electric fan, electric power is required. In either case, the fuel cost increases.
太陽熱を暖房や給湯に用いることは、古来から行われてきた。近年の省エネルギーの意識の向上に伴って、太陽熱利用はますます普及の度合いを高めている。太陽熱の暖房や給湯への主たる利用方法は太陽熱温水器、パッシブソーラーハウスである。いずれの場合も、日照時と熱利用時の時間的なずれを補うために蓄熱を伴う場合が多い。例えば、太陽熱温水器の場合、集光部で暖められた水は自然対流あるいは強制循環によって貯湯槽に温水として蓄えられる。また例えばパッシブソーラーハウスでは、ガラス窓を通して入射した太陽光は壁面や床面に吸収されて蓄えられ、夜間に放出される。これらの蓄熱は、エネルギー量が温度上昇に比例するところの所謂顕熱として蓄えられる。 The use of solar heat for heating and hot water supply has been practiced since ancient times. With the recent increase in energy conservation awareness, solar heat utilization is becoming increasingly popular. The main methods of using solar heat for heating and hot water supply are solar water heaters and passive solar houses. In either case, heat storage is often accompanied to compensate for the time lag between sunlight and heat utilization. For example, in the case of a solar water heater, water warmed by the light collecting unit is stored as hot water in a hot water tank by natural convection or forced circulation. Also, for example, in a passive solar house, sunlight that has entered through a glass window is absorbed and stored on a wall surface or floor surface and is emitted at night. These heat storages are stored as so-called sensible heat where the amount of energy is proportional to the temperature rise.
顕熱蓄熱では、蓄熱量を増やそうとすると温度を高くしなければならないが、温度が高くなると放熱しやすいという不都合がある。バイオトイレへの利用の例に見られるように、温度が高いこと自体が不都合な場合もある。蓄えた熱を利用する際にも、時間と共に温度が低下するという不都合もある。 In sensible heat storage, if the amount of stored heat is to be increased, the temperature must be increased, but if the temperature is increased, there is an inconvenience that heat is easily released. As seen in examples of biotoilet use, the high temperature itself may be inconvenient. When using the stored heat, there is also a disadvantage that the temperature decreases with time.
そこで、潜熱として太陽熱を蓄えることも、よく行われている。すなわち、融点以下では固体の材料を、融点以上の温度環境下に置き、固体が液体に相変化する際の融解熱を利用して蓄熱する。全部が液体になるまでの間は一定温度で熱エネルギーを蓄えることができる上に、単位重量当たりの蓄熱量も大きいという利点がある。融点以上の温度環境を太陽熱で与える。例えば、太陽熱集光器で暖められた水はパイプを介して、熱を潜熱蓄熱材に伝える。 Therefore, it is often performed to store solar heat as latent heat. In other words, a solid material is placed in a temperature environment above the melting point below the melting point, and heat is stored using the heat of fusion when the solid changes to a liquid. In addition to being able to store thermal energy at a constant temperature until all of it is liquid, there is an advantage that the heat storage amount per unit weight is also large. A temperature environment above the melting point is given by solar heat. For example, water heated by a solar heat collector transmits heat to a latent heat storage material through a pipe.
このように、太陽熱を潜熱蓄熱材に蓄える方法は利点が大きいので、これに関して様々な工夫が行われて実用に供されてきた。例えば引用特許文献1では、ヒーターの上面と下面に熱伝導率の異なる潜熱蓄熱材を形成することによって、効率の良い床暖房を実現している。例えば引用特許文献2では、透明板と断熱材の間に潜熱蓄熱材を配置し、断熱材と潜熱蓄熱材の間に空気層を形成する。昼間に蓄熱された太陽熱エネルギーは、夜間に空気層を通過する空気によって室内に運ばれて室内を暖める。
As described above, the method of storing solar heat in the latent heat storage material has great advantages, and various ideas have been made in this regard and it has been put into practical use. For example, in
引用特許文献3では、太陽熱集熱器で暖められた水は、水ポンプなどで地下等の場所に置かれた潜熱蓄熱材に蓄えられる。夜間には潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を水を介して回収し、室内に設置されたラジエーターや床に設置された床暖房用配管に水ポンプによって送られる。引用特許文献4では、太陽熱温水器で暖められた熱媒は蓄熱槽に送られ、熱交換機を介して潜熱蓄熱材Aに蓄えられる。床暖房パネルの内部には潜熱蓄熱材Bが入っている。AとBを適宜交換することによって蓄えられた熱エネルギーを暖房に利用する。
In the cited
引用特許文献5では、バルコニーに取り付けられた太陽熱温水器によって暖められた水をポンプで蓄熱槽に送り、熱交換器を介して潜熱蓄熱材に熱を蓄える。蓄えられた熱は熱交換器を介して回収され、暖房機に送られて暖房に供される。引用特許文献6では、軒先に太陽熱を蓄熱する潜熱蓄熱材が設けられ、軒先つららの発生を簡素な構造で防止している。
In the cited
引用特許文献7では、太陽熱温水器に接続された潜熱蓄熱材が、高融点のものと低融点のものの2種類から構成されていて、一年のうちのより長い期間にわたって利用できるような工夫が施されている。引用特許文献8では、窓の室内側に備えられている窓カウンターを潜熱蓄熱材で構成することにより、太陽熱を潜熱蓄熱材に蓄熱し、これにより窓からのコールドドラフトを防ぐように工夫している。
In the cited
引用特許文献8では、太陽熱温水器で得られた温水を地中に埋設された杭型蓄熱槽に蓄熱する装置において、蓄熱槽内に潜熱蓄熱材が封入されている。引用特許文献10ではバイオトイレの分解槽周囲に潜熱蓄熱材を設置し、太陽熱温水器で暖めた水を送り込むことにより、分解槽の温度を一定に保つ工夫をしている。引用特許文献11では換気通路の周りに潜熱蓄熱材を設け、太陽熱温水器で暖めた水を送り込むことにより蓄熱する。これにより、夜間の換気で屋内が冷やされるのを防いでいる。
In cited
以上例示したように、太陽熱で得られる熱エネルギーを潜熱蓄熱材に一旦蓄えておき、夜間にその熱を取り出して利用する方式は数多く考えられ、実用化されているものも少なくない。然しながら、これらはすべて建物に組み込まれたものであり、湯たんぽのごとく就寝中の布団の中の暖房に供されるものではない。すなわち、電力や化石燃料を一切使用せず、布団内への持ち運びや設置も容易であり、湯たんぽ並の蓄熱量を保ち、安眠を妨げず、安全で安価な暖房具は存在しない。 As exemplified above, there are many methods in which thermal energy obtained by solar heat is temporarily stored in the latent heat storage material, and the heat is taken out and used at night, and many have been put into practical use. However, these are all built into the building and are not used for heating in a sleeping futon like a hot water bottle. That is, it does not use any electric power or fossil fuel, and is easy to carry and install in the futon, maintains a heat storage amount similar to a hot water bottle, does not disturb sleep, and there is no safe and inexpensive heating device.
本考案は上記の事情に鑑み為されたもので、その解決しようとする課題は、湯たんぽの如く就寝中の布団内の暖房に手軽に使え、且つ化石燃料や電力を消費しない軽量安価で十分な暖房能力を有する暖房具を実現することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the problem to be solved is that it is easy to use for heating inside a futon sleeping like a hot water bottle, and is lightweight and inexpensive enough to consume no fossil fuel or power. The object is to realize a heater having a heating capability.
本考案では、水密性の容器又は袋に封入された平板状の潜熱蓄熱材を暖房具として用いる。潜熱蓄熱材は黒色の袋で被われる。集熱時には、潜熱蓄熱材は集熱ケースに収められて陽光に曝される。陽光は潜熱蓄熱材の黒色の袋に直接に吸収され、潜熱蓄熱材を加熱する。就寝時には、潜熱蓄熱材は袋ごと集熱ケースから出されて布団内で暖房に使われる。 In the present invention, a flat plate-like latent heat storage material enclosed in a watertight container or bag is used as a heater. The latent heat storage material is covered with a black bag. During heat collection, the latent heat storage material is housed in a heat collection case and exposed to sunlight. The sunlight is absorbed directly into the black bag of latent heat storage material and heats the latent heat storage material. At bedtime, the latent heat storage material is taken out of the heat collection case together with the bag and used for heating in the futon.
以上のように、本考案になる暖房具は、太陽熱で潜熱蓄熱材を直接に暖め、暖められた潜熱蓄熱材を直接に布団の中に持ち込む。熱交換を一切行わないので高い効率で太陽熱を利用することができる。潜熱を利用するので、集熱中も使用中も、略一定の温度を保つ。そのために、周囲への放熱も少なく、就寝中も熱過ぎることなく使い心地がよい。潜熱蓄熱は単位重量当たりの蓄熱量が多いので、湯たんぽ程度の重さでありながら湯たんぽ以上の暖房能力を実現できる。 As described above, the heating device according to the present invention directly warms the latent heat storage material with solar heat and brings the warmed latent heat storage material directly into the futon. Since no heat exchange is performed, solar heat can be used with high efficiency. Because it uses latent heat, it maintains a substantially constant temperature during heat collection and use. For this reason, there is little heat radiation to the surroundings, and it is comfortable to use without being too hot during sleep. Since the latent heat storage has a large amount of heat storage per unit weight, it can achieve heating capacity more than a hot water bottle while being as heavy as a hot water bottle.
潜熱蓄熱材としては融点が45℃以上で60℃以下のものが好ましい。例えば融点は48℃のチオ硫酸ナトリウム水和物あるいは融点58℃の酢酸ナトリウム水和物などが選ばれる。潜熱蓄熱材は水密性の容器または袋に封入される。容器または袋は、弾力のある柔らかいものの方が使い心地の点で好ましいが、固くても構わない。但し、潜熱蓄熱材は相変化や温度変化に伴って体積が数%から10%程度の間で変化するので、この体積変化に追随するものでなければならない。また使用中に破裂するなどして潜熱蓄熱材が流出したりするトラブルを生じるので、あまりに薄いものは避ける。結局の処、0.5ミリメートルの厚さのポリプロピレンの袋などが最も好ましい。 The latent heat storage material preferably has a melting point of 45 ° C. or higher and 60 ° C. or lower. For example, sodium thiosulfate hydrate having a melting point of 48 ° C. or sodium acetate hydrate having a melting point of 58 ° C. is selected. The latent heat storage material is enclosed in a watertight container or bag. A soft and flexible container or bag is preferable in terms of comfort, but may be hard. However, since the volume of the latent heat storage material changes between about several percent to about 10% with a phase change or a temperature change, it must follow this volume change. In addition, it may cause troubles such as the latent heat storage material flowing out due to rupture during use. After all, a polypropylene bag having a thickness of 0.5 mm is most preferable.
潜熱蓄熱材の量は、好ましい蓄熱量と、潜熱蓄熱材の溶解熱量との関係で決定される。例えば、好ましい蓄熱量として、2リットルタイプの湯たんぽと同等が好ましいとすると、蓄熱量は約80キロカロリーとなる。一方、潜熱蓄熱材としてチオ硫酸ナトリウムを選んだとすると、溶解熱は1キログラム当たり約47キロカロリーとなる。蓄熱量のすべてを溶解熱で賄うとすると、潜熱蓄熱材の量は約2キログラムとなる。 The amount of the latent heat storage material is determined by the relationship between the preferable heat storage amount and the heat of dissolution of the latent heat storage material. For example, if the preferable amount of heat stored is equivalent to a 2 liter type hot water bottle, the amount of stored heat is about 80 kilocalories. On the other hand, if sodium thiosulfate is selected as the latent heat storage material, the heat of dissolution is about 47 kilocalories per kilogram. If all the heat storage amount is covered by melting heat, the amount of latent heat storage material is about 2 kilograms.
潜熱蓄熱材を封入する袋の寸法は、内容積が潜熱蓄熱材の体積に等しくなるように選ばれる。面積と厚さは、太陽熱の受光面積と蓄熱量の関係で決定される。厚過ぎると受光面積が小さくなり、必要なエネルギーを得られなくなる。薄すぎると受光面積が大きすぎて、潜熱蓄熱材の溶解熱のみでは吸収されなくなり、液体の顕熱で吸収することになる。この量が多すぎると液体の温度が高くなり過ぎて、潜熱蓄熱材の許容温度を超えてしまう。例えばチオ硫酸ナトリウムの許容温度は70℃であるから、この温度を超えないように設計する必要がある。チオ硫酸ナトリウムの比重は1.5程度であるから、2キログラムのチオ硫酸ナトリウムの体積は約1333立方センチメートルとなる。一方、太陽熱の入射エネルギーは1平方メートル当たり約1KWであるから陽光に曝される時間を1時間とすると、約860キロカロリーのエネルギーが注がれることになる。必要なエネルギーを約80キロカロリーとし、効率を70%とすると、必要な入射面積は1300平方センチメートルとなり、厚さは1センチメートルとなる。 The size of the bag enclosing the latent heat storage material is selected so that the internal volume is equal to the volume of the latent heat storage material. The area and thickness are determined by the relationship between the solar light receiving area and the amount of heat stored. If it is too thick, the light receiving area becomes small and the required energy cannot be obtained. If it is too thin, the light receiving area is too large, and it will not be absorbed only by the heat of dissolution of the latent heat storage material, but will be absorbed by the sensible heat of the liquid. If this amount is too large, the temperature of the liquid becomes too high and the allowable temperature of the latent heat storage material is exceeded. For example, since the allowable temperature of sodium thiosulfate is 70 ° C., it is necessary to design so as not to exceed this temperature. Since the specific gravity of sodium thiosulfate is about 1.5, the volume of 2 kilograms of sodium thiosulfate is about 1333 cubic centimeters. On the other hand, since the incident energy of solar heat is about 1 kW per square meter, assuming that the time of exposure to sunlight is 1 hour, energy of about 860 kilocalories is poured. If the required energy is about 80 kilocalories and the efficiency is 70%, the required incident area is 1300 square centimeters and the thickness is 1 centimeter.
潜熱蓄熱材を封入した容器又は袋は、布製の袋を被せられる。布の材質は特定しないが、綿や化学繊維や不織布などが選ばれる。何れにしても肌触りの柔らかいものが使い心地の点で好ましい。厚さも特定しないが、あまりに厚過ぎるものは熱伝導が悪くなるので避ける必要がある。布製の袋の形状も特定しないが、潜熱蓄熱材を封入した容器又は袋よりも大きめの袋状が好ましい。布の少なくとも太陽光が当たる面の表面は略黒色であることが好ましい。できれば、表面だけではなく内部までが黒色であることが好ましい。太陽光吸収率が高ければ黒色でなくとも構わない。例えば濃い青色、濃い灰色、濃い緑色などでもよい。請求項4では、この袋を省略する方式を訴求した。この場合、太陽光を吸収させるために、潜熱蓄熱材を封入した容器又は袋の外側表面の全部または一部が略黒色であることが必須となる。
The container or bag in which the latent heat storage material is enclosed is covered with a cloth bag. The material of the cloth is not specified, but cotton, chemical fiber, non-woven fabric, etc. are selected. In any case, a soft touch is preferable in terms of comfort. Although the thickness is not specified, too thick ones should be avoided because they deteriorate the heat conduction. Although the shape of the cloth bag is not specified, a bag shape larger than the container or bag enclosing the latent heat storage material is preferable. It is preferable that at least the surface of the fabric that is exposed to sunlight is substantially black. If possible, it is preferable that not only the surface but also the inside is black. If the sunlight absorption rate is high, it does not have to be black. For example, dark blue, dark gray, dark green, etc. may be used.
ケーシングの材料は特定しない。寸法は潜熱蓄熱材を封入した容器又は袋と断熱材が収まる寸法とする。透明板はケーシングに開閉自在あるいは着脱自在に取り付けられる。透明板の材質は特定しないが、ガラスまたはポリカーボネイトの薄板が、紫外線でほとんど劣化しないという点で好ましい。透明板は1枚でもよいが、できれば複数枚とし、間に密閉空間が形成されることが、内部の熱が逃げにくいという点で好ましい。請求項3では複層の透明ポリカーボネイトの間にリブが立っている所謂プラスチック段ボールを訴求した。透明であるために陽光はほとんど遮られることなく潜熱蓄熱材に到達する。ポリカーボネイトであるから紫外線に強い。ポリカーボネイトは赤外線透過率は悪いので、内部からの赤外線放射を妨げるので熱が逃げにくい。複層で且つ密閉空間が生成されているので、断熱性は高い。以上の点で透明ポリカーボネイトのプラスチック段ボールは最も好ましい。
The material of the casing is not specified. The dimensions are such that the container or bag enclosing the latent heat storage material and the heat insulating material can be accommodated. The transparent plate is detachably attached to the casing. The material of the transparent plate is not specified, but a glass or polycarbonate thin plate is preferable in that it hardly deteriorates by ultraviolet rays. The number of transparent plates may be one, but it is preferable that the number of the transparent plates is plural and a sealed space is formed between them because it is difficult for internal heat to escape. In
ケーシングには潜熱蓄熱材を収納する断面形状が略矩形のスペースが設けられる。スペースの表面は断熱材が剥き出しでもかまわないが、金属薄板で覆われていることが好ましい。請求項2では、潜熱蓄熱材を収納するスペースの断面形状を略台形状または略放物線状にして、側面部の表面を反射板または反射膜で覆う方式を訴求した。このようにすると、受光面積が広くなるために、得られるエネルギーの量を大きくすることができる。例えば、潜熱蓄熱材の寸法が50センチ×32センチの場合、受光面積は1600平方センチメートルとなる。周囲5センチメートルに図2に示すような反射板を設けると受光面積は2520平方センチとなり、得られる太陽エネルギーは約1.6倍となる。 A space having a substantially rectangular cross-sectional shape for storing the latent heat storage material is provided in the casing. The surface of the space may be exposed from the heat insulating material, but is preferably covered with a thin metal plate. According to the second aspect of the present invention, a method is proposed in which the cross-sectional shape of the space for storing the latent heat storage material is made substantially trapezoidal or parabolic, and the surface of the side surface is covered with a reflecting plate or a reflecting film. In this case, the amount of energy obtained can be increased because the light receiving area is increased. For example, when the dimension of the latent heat storage material is 50 cm × 32 cm, the light receiving area is 1600 square centimeters. When a reflector as shown in FIG. 2 is provided around 5 centimeters, the light receiving area is 2520 square centimeters, and the solar energy obtained is about 1.6 times.
断熱材の材質や厚さは特定しない。厚ければ厚いほど断熱性能は良くなるがケーシングの寸法が大きくなって取り扱いが不便になる。結局のところ厚さ5センチメートル程度の断熱材がよく選ばれる。材質としては取り扱いやすさや価格の点で発泡スチロールがよく選ばれる。 The material and thickness of the insulation are not specified. The thicker the film, the better the heat insulation performance, but the casing becomes larger and the handling becomes inconvenient. After all, a heat insulating material having a thickness of about 5 centimeters is often selected. Styrofoam is often selected as the material because of its ease of handling and price.
請求項5では、透明板と蓄熱部の間に金属薄板が開閉自在又は着脱自在に設置される構造を訴求した。金属板の表側表面は選択吸収性を有し、裏側表面は略黒色とする。選択吸収性というのは短波長である太陽光は吸収するが、長波長である赤外線は吸収しない性質のことである。同じ波長であれば入射率と放射率は等しいから、赤外線の放射率も低くなる。そのために、金属薄板は速やかに高温になる。例えば特殊電解処理したアルミニウムの場合、太陽光の入射率は0.94程度であるが赤外線の放射率は0.1程度である。選択吸収膜については材質は特定しない。一方、金属薄板の裏側表面は略黒色に塗装または表面処理される。こうすることによって、太陽光を吸収して高温になった金属薄板裏側表面からは、潜熱蓄熱材に向かって赤外線が効率良く放射される。 According to the fifth aspect of the present invention, a structure in which a thin metal plate is installed so as to be openable and detachable or detachable between the transparent plate and the heat storage unit is sought. The front surface of the metal plate has selective absorbency, and the back surface is substantially black. The selective absorptivity is a property of absorbing sunlight having a short wavelength but not absorbing infrared light having a long wavelength. Since the incident rate and the emissivity are the same for the same wavelength, the infrared emissivity is also lowered. Therefore, the metal thin plate quickly becomes high temperature. For example, in the case of aluminum subjected to special electrolytic treatment, the incident rate of sunlight is about 0.94, but the emissivity of infrared rays is about 0.1. The material for the selective absorption membrane is not specified. On the other hand, the back side surface of the metal thin plate is painted or surface-treated to be substantially black. By carrying out like this, infrared rays are efficiently radiated | emitted toward the latent heat storage material from the metal thin plate back side surface which became sunlight and became high temperature.
本考案になる暖房具は電力や化石燃料を一切使用することなく、太陽熱の力のみで、就寝中の布団の中の暖房を実現している。したがって、就寝中の心地よい暖房を省エネルギーで行いたいと考える人に暖房具として提供される。パン生地やヨーグルトの発酵などの目的にも利用される。
The heating device according to the present invention realizes heating in the sleeping bed by using only the power of solar heat without using any electric power or fossil fuel. Therefore, it is provided as a heating tool for a person who wants to perform comfortable heating while sleeping while saving energy. It is also used for bread dough and yogurt fermentation.
1 容器又は袋
2 潜熱蓄熱材
3 布製袋
4 ケーシング
5 透明板
6 スペース
7 断熱材
8 反射板または膜
9 金属薄板
1 container or bag
2 Latent heat storage material
3 Fabric bags
4 Casing
5 Transparent plate
6 space
7 Insulation
8 Reflector or film
9 Metal sheet
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