JP4464711B2 - 蓄熱暖房装置 - Google Patents

Description

本発明は、深夜電力等の安価な電気を利用して蓄熱する蓄熱暖房装置に関する。

一般に、蓄熱暖房装置は、電気料金の安価な深夜の時間帯に高温蓄熱体を電気ヒータで加熱し、この蓄熱体に蓄熱された熱を昼間の時間帯に徐々に放出することにより、室内の暖房を行うものである。この放熱量制御は、例えば特許文献１に記載されているように、蓄熱体の内部流路を通って吹出口から吹出される暖気の温度を検出し、その検出温度に応じて暖気と混合される冷気の量を調節することによりなされる。

図６を参照して特許文献１の従来装置の概要について説明する。蓄熱暖房装置１００の本体ハウジング内には多段に積み重ねられた蓄熱体１０６が収容されている。蓄熱体１０６には複数のヒータ１０７が埋設され、蓄熱体１０６が加熱されるようになっている。蓄熱体１０６は断熱材１０４，１０５，１０８により周囲を取り囲まれている。特に、前面パネル１０２と蓄熱体１０６との間、および上面パネル１０１と蓄熱体１０６との間には、二重の断熱材１０４，１０５がそれぞれ設けられ、装置の前面と上面からの放熱損失を抑えている。

従来の装置１００ではバイメタル１１７ｃで開閉駆動されるダンパー１１７ａを給気室１１３と排気室１１５との間のバイパス流路１１４に設け、このバイメタルダンパー１１７ａの開閉により暖気と冷気との混合割合を調節している。

定常運転時にはバイメタルダンパー１１７ａは閉じており、送風機１１１の駆動により、冷気は吸込口１１２、送風室１１０、給気室１１３、熱交換流路１０９、排気室１１５の順に流れて吹出口１１６から暖気となって吹出される。一方、過熱運転時にはバイメタル１１７ｃが湾曲して左右一対のリンクバー１１７ｄを後方側（背面側）に押し出し、上部支点１１７ｂまわりにダンパー１１７ａが揺動回転してダンパー１１７ａが開き、冷気の一部はバイパス流路１１４を通って給気室１１３から排気室１１５に直接流れ込み、排気室（混気室）１１５において熱交換流路１０９を通って出てくる熱風と混合され、適温の暖気となって吹出口１１６から吹出される。
特開２００１−２５４９６５号公報

しかし、従来の混合気制御方式においては、蓄熱体の温度が上昇して例えば最大蓄熱量温度を超え、暖気の吹出温度が定常運転時の温度（基準温度）より高くなりすぎて過熱状態となったときに、バイパス流路１１４を通って排気室１１５内に導入される冷気の最大量が限られているので、バイメタル１１７ｃの熱的なフィードバックゲインが大きくなって発振してしまい、所謂ハンチングを起こしてダンパー１１７ａがＯＮ−ＯＦＦ動作を交互に繰り返すようになる。このときバイメタルダンパー１１７ａの熱的なフィードバックはない。このように従来方式の装置では蓄熱体の温度が高くなりすぎると、非混合気放熱と混合気放熱との動作の切り替えが不安定になり、無駄な放熱が繰り返される。その結果、放熱量が変動し、暖房能力が不安定になる。

また、従来の装置では、バイメタル１１７ｃが熱交換流路１０９のストレート出口の直ぐ近くに位置しているので、蓄熱体１０６からの輻射熱を受けて、検出したい実際の熱風の温度よりも高い温度でバイメタル１１７ｃが熱膨張変形することを設計上考慮しておかなければならず、その結果、ダンパー１１７ａの開動作の頻度が多くなり、蓄熱体の蓄熱量が不足しやすくなるという問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、蓄熱体の温度に依存することなく吹出温度を一定に保つことができ、暖房能力の変動を少なくすることができる蓄熱暖房装置を提供することを目的とする。

本発明の蓄熱暖房装置は、断熱材内に収容された蓄熱体と、この蓄熱体を加熱する電気ヒータと、前記蓄熱体内部を通る熱交換流路と、この熱交換流路にそれぞれ連通する吸込口および吹出口と、前記吸込口から冷気を取込み、前記熱交換流路に通流させて暖気とし、この暖気を前記吹出口へ送り出す送風機構と、前記熱交換流路を経由することなく前記吸込口を前記吹出口に連通させるバイパス流路とを備える蓄熱暖房装置において、前記バイパス流路は上下二段に仕切られた第１のバイパス流路および第２のバイパス流路を有し、前記熱交換流路の出口が鉛直軸に対して傾斜しており、前記熱交換流路の出口から吹出される熱風があたり、かつ前記蓄熱体からの輻射熱を受けないところに配置されたバイメタルと、前記バイメタルにより駆動され、前記第１のバイパス流路を開閉する第１のダンパーと、前記第１のダンパーと連動するようにリンクされ、前記第２のバイパス流路を開閉する第２のダンパーと、前記送風機構から送風される冷気が通流する給気孔の周囲に設けられ、鉛直軸に対して前記バイパス流路のほうに向かって傾斜する給気ガイドと、を具備することを特徴とする。
本発明では、バイメタルが熱交換流路の出口から吹出される熱風があたるところに配置され、かつ熱交換流路の出口は鉛直軸に対して傾斜しているので、バイメタルが蓄熱体から輻射される熱を実質的に受けなくなり、熱風の温度が正確にバイメタルに伝達されるようになる。
また、本発明では、送風機構から送風される冷気が通流する給気孔の周囲に設けられ、鉛直軸に対してバイパス流路のほうに向かって傾斜する給気ガイドを有するので、送風機構から送られる冷気が、逆流することなく、給気ガイドにより熱交換流路およびバイパス流路に円滑に案内されるようになる。

本発明によれば、放熱動作が安定し、吹出温度を一定に保つことができる。このため無駄な放熱動作を繰り返すことがなく、蓄熱体における蓄熱量の不足を有効に回避することができる。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１、図２および図５に本発明の好ましい実施形態の蓄熱暖房装置１の全体構造を示す。蓄熱暖房装置１は、室内の床の上に設置され、電力料金の安価な夜間時間帯（例えば夜１１時から朝７時まで）において外気温度に応じてヒータ７７への給電量が制御され、蓄熱体５６を加熱するようになっている。蓄熱体５６は、例えばセラミック、酸化鉄あるいはマグネシアレンガ等からなる複数の矩形ブロックであり、装置１の本体ハウジング内に多段に積み重ねられている。蓄熱体５６には複数のヒータ７７が埋設され、蓄熱体５６を例えば７００℃程度の最大蓄熱温度まで加熱できるようになっている。本実施形態では６本の電気ヒータ７７が蓄熱体５６内に挿通されており、これらの電気ヒータ７７の接続端子が蓄熱室の仕切板２０から制御室内に突出している（図５では３本のヒータのみを図示）。

蓄熱体５６は断熱材４２〜５０で周囲を取り囲まれている。これらの断熱材４２〜５０には例えばサーモソリッド、シリカボードあるいはシリカ粉末成形体等が用いられる。さらに、外装材２，６２，５８，５９と断熱材４９，５０，４５，４７との間にはスペーサパネル６，２２，２０，２１が挿入され、空隙７，８，９，１０がそれぞれ形成されている。すなわち、図２（ａ）（ｂ）に示すように、装置１の前面部には前面パネル２とスペーサパネル６との間に空隙７が形成され、装置１の上面部には上面パネル６２とスペーサパネル２２との間に空隙８が形成されている。また、図５に示すように、装置１の左側面部には左側面断熱材４５とスペーサパネル２１との間に空隙９が形成され、装置１の右側面部には右側面断熱材４７とスペーサパネル２０との間に空隙１０が形成されている。

これらの空隙７，８，９，１０は、空気断熱層として作用して蓄熱体５６からの放熱損失（輻射損失）を低減するばかりでなく、各面外装パネル２，６２，５８，５９の異常昇温を防止して装置の安全性を高める。万一、蓄熱体が異常昇温したとしても、外装パネルは低い温度に保たれる。このような空気断熱層を有する本発明装置は、近時、ＩＥＣ（International Electric Code）の改正基準において引き下げられた上限温度を十分にクリアするものである。

図２に示すように、装置１の最下部には送風室１３が設けられ、送風ファン７０を回転駆動させると前面最下部に開口する給気口１２を通って送風室１３内に外気が導入されるようになっている。なお、図４（ｂ）に示すように、右側面部スペーサ２０の最下部に連通孔２０ａが開口し、装置本体中央側の吸込口１２からも連通孔２０ａを通って送風室１３に冷気が導入されるようになっている。これにより十分量の冷気が送風室１３に導入される。なお、給気口１２には図示しない除塵用フィルタが取り付けられている。

送風ファン７０は送風室１３の後方（背面側）に配置され、その直上に上下連通する２つの給気孔７２ａ，７２ｂが開口している。これらの給気孔７２ａ，７２ｂの間に給気室１４が形成されている。給気室１４は、蓄熱室の蓄熱体５６内部を通る熱交換流路７４ａ〜７４ｄに連通するとともに、バイパス流路７５ａ，７５ｂに連通している。

下側の給気孔７２ａの背面側周縁には給気ガイド７２ｃが取り付けられ、給気ガイド７２ｃにより冷気が給気室１４を通って熱交換流路の入口７４ａに対して円滑に案内されるようになっている。給気ガイド７２ｃは、その先端が装置前面側（Ｘ軸左方向）に向かって傾斜している。また、熱交換流路入口７４ａは少し装置背面側（Ｘ軸右方向）に向かって傾斜している。送風ファン７０から送られてきた冷気は、給気ガイド７２ｃと熱交換流路入口７４ａにより進路をジグザグに曲げられ、熱交換流路７４ａを上昇していく。これにより、従来装置のストレート状熱交換流路１０９内におけるように冷気の逆流現象（ポンプの吸込み現象）が発生せず、冷気は熱交換流路７４ａに円滑かつ安定に供給される。

熱交換流路の出口７４ｄも、入口７４ａと同様に、少し装置背面側（Ｘ軸右方向）に向かって傾斜している。出口７４ｄから出てくる熱風は排気室１５に入り、排気室１５を通って吹出口１１から吹出される。

吹出口１１は給気口１２の直上に開口している。吹出口１１の上部には前面パネル２から突出するように分気板５が取り付けられている。この分気板５は、吹出口１１から吹出される暖気と前面部空隙７（空気断熱層）に取り込まれる冷気とが混合しあわないようにする機能を有し、その突出長さは数ｃｍである。

給気室１４と排気室１５との間には上下二段に仕切られたバイパス流路７５ａ，７５ｂが形成されている。これらのバイパス流路７５ａ，７５ｂは、下部構造材１９によって上下に仕切られ、実質的に同じ横断面積を有する。本発明装置のバイパス流路７５ａ，７５ｂの合計断面積（約６３０ｃｍ²）は、従来装置のバイパス流路１１４の断面積の約１．５倍と大きくしている。なお、上側の第１バイパス流路７５ａと下側の第２バイパス流路７５ｂとの流路断面積は必ずしも同じにする必要はなく、第１バイパス流路７５ａのほうを第２バイパス流路７５ｂより流路断面積を大きくしてもよいし、これとは逆に第２バイパス流路７５ｂのほうを第１バイパス流路７５ａより流路断面積を大きくしてもよい。

バイパス流路７５ａ，７５ｂは複数のダンパー３３，３４，３５，３６の開閉動作により開通または閉鎖されるようになっている。すなわち、第１バイパス流路７５ａにはバイメタル８０で駆動される第１のダンパー３５，３６が設けられ、下側のバイパス流路７５ｂには第１のダンパー３５，３６と連動する第２のダンパー３３，３４が設けられている。第１のダンパーでは２つの部材３５，３６が直列にＹ軸方向に並べて配置されている。第２のダンパーでも同様に２つの部材３３，３４が直列にＹ軸方向に並べて配置されている。

バイメタル８０は、熱交換流路出口７４ｄからの熱風を受け、蓄熱体５６からの輻射熱を受けないように排気室１５内に配置されている。本実施形態では、バイメタル８０を熱交換流路出口７４ｄよりも少し前面側（図２のＸ軸左方向）に位置をずらして配置している。

第１のダンパー３５，３６は、支軸３０を介して仕切板８１に傾動可能に支持され、バイメタル８０により直接駆動されるようにバイメタル８０にリンクされている。第２のダンパー３３，３４は、図示しない支軸まわりに傾動可能に下部構造材１９に支持され、その背面に第１のダンパー３５，３６の先端が当接している。定常運転時には、図３（ａ）に示すように、第１及び第２のダンパー３３，３４，３５，３６は閉じている。一方、過熱運転時には、図３（ｂ）に示すように、バイメタル８０が変形して第１のダンパー３５，３６を支軸３０まわりに傾動させ、さらに第１のダンパー３５，３６が第２のダンパー３３，３４を押し下げ、第１及び第２のダンパー３３，３４，３５，３６が開く。なお、第２のダンパー３３，３４は、図示しない引張ばねにより元の位置に戻されるようになっている。

図１に示すように、ダンパー支軸３０には開度調整部材３１が取り付けられている。開度調整部材３１はストッパ機能とロック機能とを兼ね備えており、ダンパー支軸３０の回転開始位置および回転停止位置を変更できるようになっている。このような開度調整部材３１は手動で調整され、これにより第１のダンパー３５，３６が所望の開度に変えられるようになっている。

ところで、蓄熱体５６の蓄熱量を外気温度に応じて制御する方法については特許文献１において詳しく説明されている。ここで、蓄熱体５６の蓄熱量が最大蓄熱量温度を超え、暖気の吹出温度が定常運転時の温度（基準温度）より高くなりすぎた場合に、バイメタル８０が作動して第１及び第２のダンパー３３，３４，３５，３６が開けられる。これにより十分量の冷気がバイパス流路７５ａ，７５ｂを通って排気室１５内に導入され、過熱状態の熱風に十分量の冷気が混合され、適温の暖気となって吹出される。これによりバイメタル８０の熱的なフィードバックゲインが小さくなり、ハンチングを起こさなくなり、ダンパー３３，３４，３５，３６がＯＮ−ＯＦＦ動作を繰り返さなくなる。

次に、図４、図５及び図２を参照して本発明の装置本体内における空気断熱について説明する。

装置１の前面部においては、空隙７が前面パネル２とスペーサ６との間に形成され、図４（ｂ）に示す吹出口１１の直上に開口する導入口７ａから空隙７に外気が取り込まれる。このとき、図２に示す分気板５は、吹出口１１から吹出される暖気と空隙７に取り込まれる冷気とが混合しあわないようにする。空隙７から装置内部に導入された冷気は、上部空隙８を通って背面側から出て行くとともに、空隙９，１０を通って左右の排気口５８ｂ，５９ｂから出て行く。

右側面部スペーサ２０は、蓄熱室と制御室とを区画する仕切壁となるものであり、図５に示すようにヒータ７７の端子が突出するとともに、図１と図４（ｂ）に示すように電子制御基盤９０が取り付けられている。

図４（ａ）に示すように、右側面パネル５９の下部導入口５９ａから冷気が制御室内に取り込まれ、電子制御基盤９０が冷却され、上部排気口５９ｂから出て行く。同様に、図５に示すように、左側面パネル５８の下部導入口５８ａから冷気が制御室内に取り込まれ、上部排気口５８ｂから出て行く。

このようにして空気断熱層７，８，９，１０により装置本体の前面、上面、左右両側面が断熱され、蓄熱体５６からの放熱損失を低減するばかりでなく、各面外装パネル２，６２，５８，５９の異常昇温を防止して装置の安全性が高まる。

本発明は、深夜電力等の安価な電気を利用して蓄熱する蓄熱暖房装置の技術分野に利用可能である。

本発明の蓄熱暖房装置の概要を示す分解斜視図。 （ａ）は定常運転時の装置内部における気流の向きを示す断面模式図、（ｂ）過熱運転時の装置内部における気流の向きを示す断面模式図。 （ａ）は定常運転時におけるバイメタル駆動方式のダンパーを示す拡大側面図、（ｂ）は過熱運転時におけるバイメタル駆動方式のダンパーを示す拡大側面図。 （ａ）は本発明装置の外側での気流の向きを模式的に示す斜視図、（ｂ）は本発明装置の内側での気流の向きを模式的に示す斜視図。 気流の向きを装置の前面側から見て示す断面模式図。 従来の装置を示す断面模式図。

符号の説明

１…蓄熱暖房装置
２，１８，５８，５９，６２…外装材（外装パネル）
３…操作表示部、４…取付台
５…分気板
６，２０〜２２…スペーサパネル（仕切板）
７〜１０…空隙（空気断熱層）
７ａ…導入口
１１…吹出口、１２…吸込口
１３，１１０…送風室
１４，１１３…給気室
１５，１１５…排気室（混合室）
１９…下部構造材（仕切板）
２７…分熱板
３０…ダンパー支軸
３１…開度調整部材
３３，３４…下ダンパー（第２のダンパー）
３５，３６…上ダンパー（第１のダンパー）
４２〜５０，１０４，１０５…断熱材
５６，１０６…蓄熱体
５７…保護鉄板
５８ａ，５９ａ…導入口
５８ｂ，５９ｂ…排気口
６０…水滴除去部材（対流ガイド兼用）
７０…送風ファン（送風機構）
７２ａ，７２ｂ…給気孔
７２ｃ…給気ガイド
７４ａ〜７４ｄ…熱交換流路
７５ａ，７５ｂ，１１４…バイパス流路
７７，１０７…ヒータ
８０，１１８…バイメタル
９０…電子制御基盤

Claims (1)

1. 断熱材内に収容された蓄熱体と、この蓄熱体を加熱する電気ヒータと、前記蓄熱体内部を通る熱交換流路と、この熱交換流路にそれぞれ連通する吸込口および吹出口と、前記吸込口から冷気を取込み、前記熱交換流路に通流させて暖気とし、この暖気を前記吹出口へ送り出す送風機構と、前記熱交換流路を経由することなく前記吸込口を前記吹出口に連通させるバイパス流路とを備える蓄熱暖房装置において、
   前記バイパス流路は上下二段に仕切られた第１のバイパス流路および第２のバイパス流路を有し、
   前記熱交換流路の出口が鉛直軸に対して傾斜しており、前記熱交換流路の出口から吹出される熱風があたり、かつ前記蓄熱体からの輻射熱を受けないところに配置されたバイメタルと、
   前記バイメタルにより駆動され、前記第１のバイパス流路を開閉する第１のダンパーと、
   前記第１のダンパーと連動するようにリンクされ、前記第２のバイパス流路を開閉する第２のダンパーと、
   前記送風機構から送風される冷気が通流する給気孔の周囲に設けられ、鉛直軸に対して前記バイパス流路のほうに向かって傾斜する給気ガイドと、
   を具備することを特徴とする蓄熱暖房装置。

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