JP3858109B2 - 蓄熱カプセル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向配置される第１壁面と第２壁面との間に、蓄熱材充填用の内部空間を形成して成る蓄熱カプセルに係り、詳しくは、蓄熱カプセル外壁面の経時変化等による変形が生じても、隣合う蓄熱カプセルとの間に有効な送風路が確保できるようにする技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前記蓄熱カプセルは、特開２０００−１８８６４号公報にて知られたように、内部空間側に窪んだ凹溝と、内部空間とは反対側に膨出した凸条とを交互に形成してあり、これら凹溝と凸条とは、熱交換用流体の流れ方向に並べられていた。そして、第１壁面の凹溝と第２壁面の凸条及び第１壁面の凸条と第２壁面の凹溝は、第１壁面又は第２壁面の法線方向における位置が一致する状態に形成してあった。
【０００３】
このように、互いに面する壁面における凹溝と凸条とが互い違いとなるように設定して熱交換用流体の流れ方向に並べることにより、互いに隣り合う蓄熱カプセル間に形成される風の通り道が左右に蛇行したほぼ均一な幅を有した状態になり、熱交換用流体との有効な接触面積を得て、部分的な偏りなくカプセル全体から良好に熱交換できるように工夫されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
蓄熱カプセルの第１並びに第２壁面は、ＰＥ（ポリエチレン）等の厚さの薄い板材で構成されているので、内部に充填されている蓄熱材の重みにより、時間が経つと壁面が外方に膨張変形することがある。そうなると、互いに膨張変形した第１壁面と第２壁面とにおける凹溝と凸条どうしが嵌まり合って風の通り道が無くなってしまい、壁面に凹凸を施すことによって熱交換効率を向上させよう、という工夫が台無しになるものであり、改善の余地が残されているものであった。
【０００５】
本発明の目的は、第１と第２壁面に互い違いに凹溝と凸条とを形成して風の通り道を蛇行させるように構成した蓄熱カプセルにおいて、蓄熱材の重みによる第１、第２壁面の外方への経時的膨張変形が生じても、風の通り道が確保されて良好な熱交換作用が維持できるよう、更なる工夫を行う点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の構成は、図７に例示する如く、対向配置される第１壁面１と第２壁面２との間に、蓄熱材充填用の内部空間３を形成し、第１及び第２壁面１，２の夫々に、内部空間側に窪んだ凹溝７ａと、内部空間３とは反対側に膨出した凸条７ｂとの夫々を、熱交換用流体の流れ方向に沿わせた状態でそれらの長手方向と交差する方向に並べて形成するとともに、第１壁面１の凹溝７ａと第２壁面２の凸条７ｂ及び第１壁面１の凸条７ｂと第２壁面２の凹溝７ａは、第１壁面１又は第２壁面２の法線方向視における位置が一致する状態に形成し、凸条７ｂの先端の幅寸法を凹溝７ａの底面の幅寸法よりも大に設定してあることを特徴とする。
【０００７】
請求項１の構成によれば、凹溝と凸条との夫々を、それらの長手方向が熱交換用流体の流れ方向に沿う状態に並べてあり、かつ、隣合う蓄熱カプセルどうしにおいて互いに対面する第１壁面と第２壁面における凹溝の底面幅よりも、凸条の先端幅を大に設定してあるから、蓄熱カプセルが膨張変形することで凸条が凹溝に入り込むことが生じたとしても、従来のように熱交換用流体が流れなくなるということは無く、面積が幾分絞られるに止るものであって熱交換作用は生じるようになる。そして、凹溝が凸条によって完全に埋まる状態にはならないから、必ず凹溝の底面と凸条の先端との間には空間部が存在することになり、蓄熱カプセルの膨張変形が生じても、熱交換用流体の最低限の通り道を確保することが可能になって、蓄熱カプセルとしての機能が麻痺する事態を回避できるようになる。
【０００８】
請求項２の構成は、図７に例示する如く、請求項１の構成において、凸条７ｂはその膨出方向下手側ほど幅寸法が小となる先窄まり状に形成され、かつ、凹溝７ａはその窪み方向下手側ほど幅寸法が小となる先窄まり状に形成してあることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の構成によれば、凸条及び凹溝は共に先窄まり状に形成されているから、蓄熱カプセルが膨張変形した際における凸条の凹溝への嵌まり込みが、隣合う蓄熱カプセル双方の凸条どうしが互いに接当することなく円滑に行われるようになり、無理な応力が蓄熱カプセルに作用することを回避できるようになる。加えて、膨張変形によって凸条が凹溝に嵌まり込んでも、その嵌まり込み量が凸条と凹溝とが互いに接当しない範囲では、隣合う第１壁面と第２壁面との間には全面に亘る隙間、即ち風の通り道が確保されるようになり、良好な熱交換効率を維持することが可能になる［図７（ロ）に仮想線で示す凸条と凹溝参照］。
【００１０】
請求項３の構成は、図９、図１０に例示する如く、請求項１の構成において、凸条７ｂの膨出方向下手側端の幅寸法を、凹溝７ａの窪み方向上手側端の幅寸法よりも大に設定してあることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の構成によれば、凹溝の窪み方向上手側端の幅寸法よりも凸条の膨出方向下手側端の幅寸法の方が大であるから、蓄熱カプセルが膨張変形しても、第１壁面の凸条と第２壁面の凸条とが接当することになって凸条が凹溝に入り込むことがないから、凹溝による熱交換用流体の通り道が十分に確保されるようになる。
【００１２】
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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に蓄熱空調システムの概略図が、図２に蓄熱槽部分が夫々示されている。この蓄熱空調システムＡは、エアコン（空調装置）１６を用いた個人住宅用のものであり、エアコン１６及び蓄熱槽１４が１階の床下に配置されている。即ち、蓄熱槽１４の一端がエアコン１６の吹き出し側に、他端及び室内からの戻りダクト１７とがエアコン１６の吸い込み側に夫々連結し、１階及び２階の各天井裏に装備された複数の空調ファン１８と蓄熱槽１４の出口側とを連通するための主ダクト１９を、床下２３から立ち上がる縦型のものとして設けてある。
【００１４】
図１，図２に示すように、エアコン１６の送風は接続ダクト２５を介して全て蓄熱槽１４に供給されるようにしてあり、蓄熱槽１４の出口側ダクト２０、室内からの戻り風を取り込む所であるエアリターン口２２に連通する戻りダクト１７、及び各空調ファン１８に連通する主ダクト１９を結ぶとともに、エアコン１６の吸込み側ダクトとなる連結ダクト２１を設けてある。連結ダクト２１内には、軸心Ｐ周りに回動して戻りダクト１７を開閉自在で、連結ダクト２１の遮断及び解放も可能な開閉弁２４を設けてある。そして、運転モードとしては、蓄熱空調モード、放熱モード、蓄熱モードとがある。
【００１５】
蓄熱空調モードは、図６（イ）に示すように、連結ダクト２１が遮断され、かつ、戻りダクト１７が開かれる位置に開閉弁２４を回動操作し、エアコン１６を空調作動させ、いずれかの空調ファン１８を回転作動させる運転モードであり、エアコン１６から出る冷風（又は温風）によって蓄熱槽１４の蓄熱と、冷風（又は温風）による室内空調との双方が行えるとか、エアコン１６と蓄熱槽１４の放熱との双方によって室内空調が行えるといった状態が得られる。
【００１６】
例えば、蓄熱槽１４の温度が希望冷房温度よりも低いときには、エアコン１６と蓄熱槽１４との双方によって室内を素早く冷房でき、蓄熱槽１４の温度が希望冷房温度以上であるときには、エアコン１６の冷風によって蓄熱槽１４の冷熱蓄熱と室内の冷房との双方が行われるようになる。
【００１７】
放熱モードは、図６（ロ）に示すように、連結ダクト２１及び戻りダクト１７が共に開かれる位置に開閉弁２４を回動操作し、エアコン１６を送風作動（単なる送風ファンとして用いる空作動）させ、いずれかの空調ファン１８を回転作動させる運転モードであり、エアコン１６から出る常温風によって蓄熱槽１４で熱交換させて、蓄熱槽１４に貯められた熱エネルギーのみによって空調されたエアを室内に供給する状態が得られる。
【００１８】
例えば、蓄熱槽１４の温度が希望冷房温度よりも十分に低いときに、蓄熱槽１４に貯められた熱エネルギーのみによって希望冷房温度まで室内冷房させるとか、蓄熱槽１４の温度が希望冷房温度より高いときには、取り敢えず蓄熱槽１４の温度までは蓄熱槽１４に貯められた熱エネルギーのみによって室内冷房させるといった状態が得られる。この運転モードでは、エアコン１６のコンプレッサー又はコンデンサが作動しない（即ちエアコン１６が空調作動しない）分、蓄熱空調モードに比べて電力が少なくて済み、廉価に空調を行うことができる。
【００１９】
尚、戻りダクト１７と主ダクト１９とが連結ダクト２１部位では互いに離れているとともに、戻りダクト１７の風下方向の近傍にエアコン１６が位置し、かつ、出口側ダクト２０の風下方向近傍に主ダクト１９の吸込み口が位置する構造上、連結ダクト２１部位において給排風が混ざることが実質的に生じないので、開閉弁２４を前述の位置（戻りダクト１７内面に沿う位置）にすることが可能であるが、連結ダクト２１を遮断する位置[ 図６（イ）に示された位置] に開閉弁２４を回動操作しても良い。
【００２０】
蓄熱モードは、図６（ハ）に示すように、戻りダクト１７を閉じ、かつ、連結ダクト２１は解放する位置に開閉弁２４を回動操作し、エアコン１６を空調作動させ、全ての空調ファン１８を停止させる運転モードであり、エアコン１６と蓄熱槽１４とによる閉鎖ループ状態で運転させるものである。この場合、すべての空調ファン１８が停止していて主ダクト１９は負圧にも正圧にもならないので、主ダクト１９には風が流れないのである。
【００２１】
この運転モードは、電力料金が安くなる深夜等において用いるモードであり、例えば、エアコン１６を冷房運転して夏場の夜中に蓄熱槽１４に冷熱を蓄えさせたり、エアコン１６を暖房運転して冬場の日中に蓄熱槽１４に温熱を蓄えたりする。そして、蓄熱槽１４に蓄えた冷熱により、夏場の日中に放熱モードで室内冷房するとか、蓄熱槽１４に蓄えた温熱により、冬場の夜に放熱モードで室内暖房を行うことにより、電気代を節約しながら良好な空調が行えるのである。
【００２２】
そして、図示しないが、開閉弁２４を図６（ロ）に示された位置に回動操作し、エアコン１６を停止し、空調ファン１８を回転作動させる送風モードも可能であり、これによれば単に室内に循環送風するだけの状態が得られる。次に、蓄熱槽１４に多数装備される蓄熱カプセルＣについて説明する。
【００２３】
図３、図４に示すように、蓄熱カプセルＣは、対向配置される第１壁部１と第２壁部２と、これら両壁部１，２の間に形成される蓄熱材充填用の内部空間３と、両壁部１，２の外周縁どうしが気密状に互いに相対連結された状態の外周シール部５とを備えて構成されている。両壁部１，２の正面視形状は、上下高さが左右長さよりも長い縦長の矩形形状に設定され、内部空間３が上下３箇所の部分空間４に分割されるように、両壁部１，２どうしがそれらの上下中間部において気密状に連結された中間シール部６を２箇所に形成してある。つまり、蓄熱カプセルＣは、部分空間４を備えた部分カプセル８の３組が上下に連結一体化されたような構造を採るものである。
【００２４】
第１及び第２壁部１，２の夫々は、内部空間３を形成するべく外側に膨出した凸面部７が３箇所形成された平板状の合成樹脂材によって構成されており、凸面部７以外の部分が外周シール部５及び中間シール部６である。蓄熱カプセルＣは、両壁部１，２を、夫々の外周シール部５及び中間シール部６どうしの融着による一体化によって構成されている。部分カプセル８として見た場合、その上部の両端部に形成された一対の丸孔９と、上１カ所、下２カ所の計３カ所に形成された溝孔１０の夫々において、第１壁部１と第２壁２とがスポット的に融着されている。各部分空間４には、固化温度が１８℃である蓄熱材１１が充填されている。
【００２５】
凸面部７は、横方向に伸びる比較的小規模な凹溝７ａ及び凸条７ｂが繰り返し形成された凹凸状に構成されている。即ち、凹溝７ａは内部空間３の側に窪んだ形状であり、凸条７ｂは内部空間３とは反対側に膨らんだ形状をなしている。そして、第１壁部１に形成した凹溝７ａと第２壁部２に形成した凸条７ｂとが、及び、第１壁部１に形成された凸条７ｂと第２壁部２に形成された凹溝７ａとが、第１壁部１或いは第２壁部２の法線方向視において一致するように形成してある。つまり、第１壁部１に凸条７ｂが形成してある位置に対しては、その裏側に位置する第２壁部２には凹溝７ａが形成されている構造である。つまり、凹溝７ａと凸条７ｂとの夫々は、熱交換用流体である風の流れ方向に沿わせた状態でそれらの長手方向と交差する方向に交互に並べられた状態に形成されている。
【００２６】
そして、凸条７ｂはその膨出方向下手側ほど幅寸法が小となる先窄まり状に形成し、かつ、凹溝７ａはその窪み方向下手側ほど幅寸法が小となる先窄まり状に形成するとともに、凸条７ｂの先端の幅寸法ｄ２を凹溝７ａの底面の幅寸法ｄ１よりも大に設定してある。これにより、内部空間３に充填されている蓄熱材４の重みによって凸面部７が外方に膨らむように膨張変形すると、第１壁部１の凸条７ｂが隣り合う第２壁部２の凹溝７ａに嵌まり込むことがあるが、図７（ロ）に仮想線で示すように、凸条７ｂは凹溝７ａにその深さの半分程度しか入り込めないので、風の通り道がある程度確保された状態が維持されるようになる。
【００２７】
図７に示すように、第１壁部１と第２壁部２との夫々の凸面部７における外周シール部５及び中間シール部６からの立ち上がり部分には、凸面部７としての基準外表面２７よりも僅かに外側に膨出したスペーサ部２８が、短い長さでもって形成されている。因みに、両基準外表面２７，２７間の厚さ１４ｍｍに対して、両スペーサ部２８，２８間の厚さは１５ｍｍに設定されている。これにより、隣り合う蓄熱カプセルＣ、Ｃどうしを互いに接触させて並べても、各蓄熱カプセルＣのスペーサ部２８どうしが接当してそれ以上の接近が阻止されるので、基準外表面２７どうしの間でも１ｍｍの隙間が確保されるようになっている。
【００２８】
凸条７ｂと凹溝７ａとが共に先窄まり状であるときの寸法関係如何による作用効果を参考に記載する。先ず、凹溝７ａの根元端における幅寸法が凸条７ｂ先端の幅寸法よりも小さい場合には、蓄熱カプセルが膨張変形しても、第１壁面の凸条と第２壁面の凸条とが接当して、凸条は凹溝に入り込むことがないから、凹溝による風の通り道が確保されるようになる（図１０参照）。又、凹溝の根元端における幅寸法が凸条先端の幅寸法よりも大きい場合には、蓄熱カプセルが膨張変形によって凸条が凹溝に入り込むことは可能になるが、凹溝が埋まり切るまで凸条が入り込むことは無く、必ず凹溝には空間部が存在することになるので、熱交換用流体の通り道が最低限といった程度は確保されるようになり、蓄熱カプセルとしての機能を維持することが可能になる［図７（イ）参照］。
【００２９】
中間シール部５，５とその上下の第１及び第２壁部１，２とによって形成される凹入溝１２に、凹入溝１２としての断面積を縮小させる規制部材１３を配置してある。図４に示すように、蓄熱槽１４内では、第１及び第２壁部１，２が接近する状態で隣合う蓄熱カプセルＣ、Ｃが配列されており、前述したように、これら蓄熱カプセルＣ、Ｃ間の空間部を熱交換のための風が流れることになる。
【００３０】
この場合、凹入溝１２を開放したままでは、隣合う凹入溝１２，１２が重なって比較的大きな空間部となって風が集中して流れ込み、風を多く流すべき隣合う第１及び第２壁部１，２の間の狭い空間部にはあまり流れなくなることになる。そこで、それを防止するべくスポンジパッド等の比重の軽い材料で成る規制部材１３を凹入溝１２に入れ込んで接着してあり、側面視でほぼ凹入溝１２が規制部材１３で埋まるような状態としてある。規制部材１３としては、ウレタン、ＰＰ、ＰＥ、アルミ合金、ゴム等、種々の材料によるものが可能である。
【００３１】
図５に示すように、上及び下の部分カプセル８，８における一対の丸孔９，９に通したインシュバンド１５によって、６個の蓄熱カプセルＣが一体化されており、この一体化された６個一組の蓄熱カプセルＣ群の多数を蓄熱槽１４内に配列してある。尚、中間の部分カプセル８においても、丸孔９，９を用いてインシュバンド１５を通しても良い。
【００３２】
尚、図８（イ）、（ロ）に示すように、蓄熱槽１４を、エアコン１６を内臓する構造のものに構成しても良い。即ち、２９はエアリターン口、３０はエア吹き出し口、３１は蓄熱槽１４内の結露水を外部排出するためのドレンポンプ孔である。
【００３３】
〔別実施形態〕
《１》 図９に示すように、凹溝７ａ、凸条７ｂを、共に型製作時における型の抜き勾配を最小角度として、ほぼ直角に陥没又は隆起する形状に形成するとともに、凸条７ｂの膨出方向下手側端の幅寸法ｄ２を、凹溝７ａの窪み方向上手側端の幅寸法ｄ３よりも大に設定した構造の蓄熱カプセルＣでも良い。この構造では、蓄熱カプセルＣが膨張変形しても、凸条７ｂは凹溝７ａに入り込まないので、十分な風の通路面積が確保できる利点がある。
【００３４】
《２》 図１０に示すように、図７に示す傾斜した側面を有した凹溝７ａ、凸条７ｂにおいて、凹溝７ａの窪み方向上手側端の幅寸法ｄ３よりも、凸条７ｂの膨出方向下手側端の幅寸法ｄ２を大に設定した構造の蓄熱カプセルＣでも良い。この構造でも前記別実施形態《１》と同様に、蓄熱カプセルＣが膨張変形しても、凸条７ｂは凹溝７ａに入り込まなず、十分な風の通路面積が確保できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の蓄熱カプセルによれば、第１壁面及び第２壁面の凸面部において、凸条の先端の幅寸法を凹溝の底面の幅寸法よりも大に設定してあるので、内蔵された蓄熱材の重みによって蓄熱カプセルが膨張変形しても、凸条が凹溝に完全に嵌り合うことが回避されて、熱交換用流体の通り道を確保することができるようになり、良好な熱交換機能を維持することができるようになった。
【００３６】
凸条及び凹溝を先窄まり状とすれば、隣合う蓄熱カプセルの凸条どうしがぶつかり合うことなく円滑に凸条と凹溝とが嵌まり込み作動できる。そして、蓄熱カプセル下部が膨張変形して凸条が凹溝に嵌まり込んでも、互いに接当するまでの範囲では隣合う第１壁面と第２壁面との間には全面に亘る熱交換用流体の通り道が確保され、良好な熱交換効率が維持される利点がある。
【００３７】
又、凸条先端の幅寸法を凹溝の入口幅寸法よりも大に設定すれば、凸条と凹溝との嵌まり込み自体が回避され、熱交換用流体の通り道をあるレベル以上は確保することができて、良好な熱交換効率を所定レベル以上に維持できることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】蓄熱空調システムの概略構造を示す斜視図
【図２】蓄熱槽部分を示す一部切欠きの平面図
【図３】（イ）は蓄熱カプセルの正面図、（ロ）は蓄熱カプセルの側面図
【図４】規制部材を示す蓄熱カプセルの部分拡大断面図
【図５】６枚の蓄熱カプセルによる束状態を示す斜視図
【図６】蓄熱空調システムの各種運転モードを示す作用図
【図７】蓄熱カプセルの構造を示し、（イ）は部分拡大断面図、（ロ）は拡大側面図
【図８】別構造の蓄熱槽を示し、（イ）は平面図、（ロ）は側面図
【図９】別形状の蓄熱カプセルを示す部分断面図
【図１０】別形状の蓄熱カプセルを示す部分断面図
【符号の説明】
１ 第１壁面
２ 第２壁面
３ 内部空間
７ａ 凹溝
７ｂ 凸条

Claims (3)

1. 対向配置される第１壁面と第２壁面との間に、蓄熱材充填用の内部空間を形成し、前記第１及び第２壁面の夫々に、前記内部空間側に窪んだ凹溝と、前記内部空間とは反対側に膨出した凸条との夫々を、熱交換用流体の流れ方向に沿わせた状態でそれらの長手方向と交差する方向に並べて形成するとともに、前記第１壁面の凹溝と前記第２壁面の凸条及び前記第１壁面の凸条と前記第２壁面の凹溝は、前記第１壁面又は前記第２壁面の法線方向視における位置が一致する状態に形成し、前記凸条の先端の幅寸法を前記凹溝の底面の幅寸法よりも大に設定してある蓄熱カプセル。
2. 前記凸条はその膨出方向下手側ほど幅寸法が小となる先窄まり状に形成され、かつ、前記凹溝はその窪み方向下手側ほど幅寸法が小となる先窄まり状に形成してある請求項１に記載の蓄熱カプセル。
3. 前記凸条の膨出方向下手側端の幅寸法を、前記凹溝の窪み方向上手側端の幅寸法よりも大に設定してある請求項１に記載の蓄熱カプセル。

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