JP5951832B1 - Thermal storage heating system - Google Patents
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Abstract
【課題】窓面の結露を防止することが可能であり、且つ、ガラス面から冷気が降下するダウンドラフト並びにコールドドラフトの防止にも役立つ蓄熱暖房装置の提供。【解決手段】蓄熱媒体が充填された放熱エレメント12と、複数の放熱エレメント12を、空隙を隔てて着脱自在に設置可能とする支持部材14とを備えた窓ガラス100等の蓄熱暖房装置10であって、放熱エレメント12内部に充填されている蓄熱媒体は液体から固体へと相変化を伴う潜熱蓄熱材が使用され、潜熱蓄熱材が液体から固体へ相変化するときの凝固潜熱を利用することにより、放熱エレメント12近傍に上昇気流を生じさせて室内側の相対湿度を低下させる。【選択図】図1AProvided is a heat storage and heating device that can prevent condensation on a window surface and is useful for preventing a downdraft in which cool air descends from a glass surface and a cold draft. A heat storage and heating device, such as a window glass, provided with a heat dissipation element filled with a heat storage medium and a support member capable of detachably installing a plurality of heat dissipation elements with a gap. The heat storage medium filled in the heat radiating element 12 uses a latent heat storage material with a phase change from liquid to solid, and utilizes solidification latent heat when the latent heat storage material changes phase from liquid to solid. As a result, an ascending air current is generated in the vicinity of the heat dissipating element 12 to reduce the indoor relative humidity. [Selection] Figure 1A
Description
本発明は、蓄熱暖房装置に係り、特に冬季間に内外の温度差によって生じる結露の防止、並びにガラス面を介し室内側へ伝わる冷気の緩和や、窓のガラス面から冷気が降下するコールドドラフトの防止用などに好適な蓄熱暖房装置に関する。 The present invention relates to a heat storage and heating device, and in particular, a cold draft that prevents condensation caused by a temperature difference between the inside and outside during the winter season, mitigates cold air transmitted to the indoor side through the glass surface, and cool air falls from the glass surface of the window. The present invention relates to a heat storage and heating apparatus suitable for prevention.
冬季間は室内・室外の気温差により、断熱性能の劣る窓ガラス周辺の温度が低下しやすく、ガラスの表面付近の気温が露点を下回ることも多いことから、ガラス面に結露が生じる場合がある。このような結露は、窓枠や壁面にカビを発生させる原因となり、居室内の環境悪化を招くことから、結露を防止するためにガラス面の水滴を拭き取る、或いはパネル型のヒータを窓面に設置するなどの対策が採られている。特に、冬季では、朝方4時から6時頃に最も外気温が低下することから、当該時間帯に窓ガラス表面に結露が発生しやすくなる。 During winter, the temperature around the window glass with poor thermal insulation performance tends to decrease due to the temperature difference between indoor and outdoor, and the temperature near the glass surface often falls below the dew point, so condensation may occur on the glass surface. . Such condensation causes mold on the window frame and the wall surface, and causes deterioration of the environment in the living room.To prevent condensation, wipe off water droplets on the glass surface, or use a panel heater on the window surface. Measures such as installation are taken. In particular, in the winter season, the outside air temperature decreases most from around 4:00 to 6:00 in the morning. Therefore, condensation tends to occur on the surface of the window glass during the time period.
従来、本発明の出願人よって特開2003−10667号公報(特許文献1)記載の結露防止用ヒータが提案されている。同公報記載の発明は、複数枚の帯状発熱体を、隙間を隔てて平行に配列するとともに、該帯状発熱体の内側に電気ヒータを設け、該帯状発熱体間の間に形成される開口縁の下縁側を空気導入口とする一方、上縁側を熱風放出口としている。このような構成により、当該熱風放出口から放射される膜状の上昇熱流により、エアカーテンをガラス面近傍に形成し、窓付近の気温を高めることにより、内側ガラス面温度を露点以上に上昇させ、又、上昇気流で結露した水滴の蒸発促進により窓ガラス表面の結露を防止するようになっている。 Conventionally, a heater for preventing condensation described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-10667 (Patent Document 1) has been proposed by the applicant of the present invention. In the invention described in the publication, a plurality of belt-like heating elements are arranged in parallel with a gap therebetween, and an electric heater is provided inside the belt-like heating element, and an opening edge formed between the belt-like heating elements While the lower edge side is the air inlet, the upper edge side is the hot air outlet. With such a configuration, an air curtain is formed in the vicinity of the glass surface by the film-like rising heat flow radiated from the hot air discharge port, and the temperature in the vicinity of the window is raised to raise the inner glass surface temperature to the dew point or higher. In addition, condensation on the surface of the window glass is prevented by promoting evaporation of water droplets condensed by the rising airflow.
つまり、窓ガラスの結露を防止するにはガラス面各部の温度を低下させないことが有効であることから、特許文献1記載の発明では窓ガラス付近の温度を露点以上に上昇させることにより結露対策を行っている。 In other words, in order to prevent the condensation of the window glass, it is effective not to lower the temperature of each part of the glass surface. Therefore, in the invention described in Patent Document 1, countermeasures for condensation are taken by raising the temperature near the window glass above the dew point. Is going.
しかしながら、特許文献1記載の発明はヒータの熱源として、炭素繊維ヒータや面状発熱体、ニクロム線を利用したものなどが例示され、電気を使用した結露対策である。この場合のコストは、例えば長手方向の長さが600mmのヒータの場合、消費電力が55Wであることから、結露対策用として仮に1か月間使用した場合の電気代は約1,000円程度となる。
或いは長手方向の長さが1,800mmのヒータを利用した場合の結露対策に要するコストは、当該ヒータの消費電力が175Wであることから、1か月間の連続使用での電気代は3,000円程度であるが、省エネルギー、節電の観点から一層のランニングコストの低減が望まれる。
また、窓ガラスを空気層の厚いペアガラスなどの複層ガラスに交換して、室内側のガラス面の表面温度を下げないようにすることも結露対策として考えられるが、既に存在する大面積のガラスを複層ガラスに取り換えるのは、コストや施工作業等の面から現実的に困難な場合も多々ある。
However, the invention described in Patent Document 1 is a countermeasure against condensation using electricity by exemplifying a carbon fiber heater, a sheet heating element, or a nichrome wire as a heat source of the heater. In this case, for example, in the case of a heater having a length of 600 mm in the longitudinal direction, the power consumption is 55 W. Therefore, the electricity cost when used for one month as a countermeasure for condensation is about 1,000 yen. Become.
Or the cost required for dew condensation countermeasures when using a heater with a length in the longitudinal direction of 1,800 mm is 175 W, so the electricity bill for continuous use for one month is 3,000. Although it is about a circle, further reduction of running cost is desired from the viewpoint of energy saving and power saving.
In addition, it is possible to replace the window glass with a double-layer glass such as a pair glass with a thick air layer so as not to lower the surface temperature of the glass surface on the indoor side. In many cases, it is practically difficult to replace glass with double-glazed glass in terms of cost, construction work, and the like.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電力などを直接使用することなく、窓面の結露を防止することが可能であり、且つ、ガラス面から冷気が降下するダウンドラフト並びにコールドドラフトの防止にも役立つ蓄熱暖房装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to prevent condensation on the window surface without directly using electric power and the like, and a downdraft in which cool air falls from the glass surface, and It aims at providing the thermal storage heating apparatus which is useful also in prevention of a cold draft.
請求項1記載の発明は、内部に潜熱蓄熱材が充填され、該潜熱蓄熱材の凝固点を15°C〜65°Cの範囲内とした放熱エレメント(12,20,30、40,54)からなる蓄熱暖房装置において、前記潜熱蓄熱材が液体から固体へ相変化するときの凝固潜熱を利用して、前記放熱エレメント(12,20,30、40,54)周囲に発生する上昇気流で室内側の窓ガラスに触れる空気の相対湿度を低下させるとともに、窓ガラスの温度低下を抑制し、前記放熱エレメント(12,20,30、40,54)は平板状に形成されて並列に2枚以上配置され、該放熱エレメントの厚みをd(mm)とした場合に、5≦d≦75の関係を満足し、且つ該放熱エレメント(12,20,30、40,54)につき、その高さをL(mm)、該放熱エレメント(12,20,30、40,54)の隙間S(mm)とした場合に、2≦S≦4.5×L0.2+5の関係を満足するとともに、
前記放熱エレメント(12,20,30、40,54)が着脱自在に設置される支持部材(14)を具備し、該支持部材(14)は少なくとも立ち上がり部(14B)を有するとともに、該立ち上がり部に(14B)は該放熱エレメント(12,20,30、40,54)の端部を挿入した状態で固定する溝部(15)が複数設けられ、該溝部(15)の間隔は細かなピッチで形成されて、固定される該放熱エレメント(12,20,30、40,54)の隙間Sを微調整可能とし、
前記放熱エレメント(12,20,30、40,54)を前記支持部材(14)に設置したときに、該放熱エレメント(12,20,30、40,54)の下端下方に空隙が生じるように前記溝部(15)の下部が上方へ、ややずれた位置に形成され、該空隙から空気を採り入れるように構成されていることを特徴としている。
The invention according to claim 1 is the heat dissipation element (12, 20, 30, 40, 54) in which the latent heat storage material is filled and the solidification point of the latent heat storage material is in the range of 15 ° C to 65 ° C. In the heat storage and heating device, the latent heat storage material uses solidification latent heat when the phase changes from a liquid to a solid, and the indoor airflow is generated by the rising airflow generated around the heat dissipation element (12, 20, 30, 40, 54). This reduces the relative humidity of the air that touches the window glass and suppresses the temperature drop of the window glass, and the heat dissipating elements (12, 20, 30, 40, 54) are formed in a flat plate shape and arranged in parallel in two or more. When the thickness of the heat dissipating element is d (mm), the relationship of 5 ≦ d ≦ 75 is satisfied, and the height of the heat dissipating element (12, 20, 30, 40, 54) is L (Mm) When the clearance S (mm) of the rement (12, 20, 30, 40, 54) is satisfied, the relationship of 2 ≦ S ≦ 4.5 × L 0.2 +5 is satisfied ,
The heat dissipating element (12, 20, 30, 40, 54) includes a support member (14) on which the detachable element is detachably installed. The support member (14) has at least a rising portion (14B), and the rising portion (14B) is provided with a plurality of groove portions (15) to be fixed in a state where the end portions of the heat dissipating elements (12, 20, 30, 40, 54) are inserted, and the intervals between the groove portions (15) are set at a fine pitch. The gap S between the formed and fixed heat dissipating elements (12, 20, 30, 40, 54) can be finely adjusted,
When the heat dissipating element (12, 20, 30, 40, 54) is installed on the support member (14), a gap is formed below the lower end of the heat dissipating element (12, 20, 30, 40, 54). The lower part of the groove (15) is formed at a position slightly shifted upward and is configured to take in air from the gap.
本発明によれば、温泉熱や浴槽の排湯などの未利用エネルギーを利用して、窓面の結露を防止することが可能であり、電力消費を大幅に削減する効果を有する。
また、窓のガラス面から冷気が降下するダウンドラフト並びにコールドドラフトの防止にも有効であり、暖房時の省エネルギーにも寄与する。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to prevent dew condensation of a window surface using unused energy, such as hot spring heat and the hot water of a bathtub, and has the effect of reducing electric power consumption significantly.
It is also effective in preventing downdrafts and cold drafts where cold air falls from the glass surface of the window, and contributes to energy saving during heating.
以下、本発明に係る蓄熱暖房装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a heat storage and heating apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1Aは本発明に係る蓄熱暖房装置が設置された窓ガラスとの関係を示す概略斜視図、図2(a)は蓄熱暖房装置と窓ガラスとの関係を示す正面図、図2(b)は同装置と窓ガラスとの関係を示す側面図、図2(c)は同装置と窓ガラスとの関係を示す平面図、図3は蓄熱暖房装置の分解した状態を示す斜視図である。 FIG. 1A is a schematic perspective view showing a relationship with a window glass in which a heat storage heating device according to the present invention is installed, FIG. 2A is a front view showing a relationship between the heat storage heating device and the window glass, and FIG. Is a side view showing the relationship between the apparatus and the window glass, FIG. 2C is a plan view showing the relationship between the apparatus and the window glass, and FIG. 3 is a perspective view showing an exploded state of the heat storage and heating apparatus.
蓄熱暖房装置10は室内側の窓面100の下部に設置され、例えば、複数の放熱エレメント12を一定の空隙を設けて、各々のエレメントに形成されている凹部と凸部とを嵌め合わせることによりブロック状に連結して自立させたり、図1に示されるように、放熱エレメント12を支持部材としての横架フレーム(ラック)14に挿入した状態で固定するなどして構成されている。
ここでの蓄熱暖房装置10は、特に室内側の窓面に生ずる結露防止を主たる目的に設置されるが、同時に窓面からの冷気進入、コールドドラフトを防止若しくは緩和する暖房装置としての機能をも併せ持っている。
The heat storage and
The
放熱エレメント12の内部には潜熱蓄熱材が充填され、当該潜熱蓄熱材は蓄熱に際し固体から液体への相変化を伴うため、通常の顕熱蓄熱材よりも桁違いに大きい熱量を蓄えることができるので、特に外気温が低下し結露の生じやすい朝方に機能することを可能にしている。本実施形態では潜熱蓄熱材として、比較的自由に相変化温度をコントロールできるポリエチレングリコール(PEG)や、常温付近に凝固点を有し、且つ、大きな凝固−融解潜熱を有する塩化カルシウムを主成分とするものを用いている。
潜熱蓄熱材は、物質を融解させて液体として熱を蓄え、液体から固体へ相変化するときに熱を放出する性質を利用した蓄熱材である。このような潜熱蓄熱材では、融解時に液状化することから、放熱エレメント12は密閉性を有し、膨張、収縮に耐えうる性質を備えている必要がある。ここで液体とは、完全な液体の他に「ゲル状(ゼリー状)の溶融状態」や「何かに含浸された内部の溶融状態」も含むものである。
The inside of the
A latent heat storage material is a heat storage material that utilizes the property of melting a substance to store heat as a liquid and releasing heat when the phase changes from a liquid to a solid. In such a latent heat storage material, since it is liquefied at the time of melting, the
ポリエチレングリコールは、エチレングリコールや水にエチレンオキシドを付加して得られるもので、一般的な高分子化合物のように単一組成ではなく、分子量の異なるポリエチレングリコールを混合したものである。例えば、三洋化成工業株式会社製の商品名PEG−1000(凝固点37°C)から、PEG−6000S(凝固点62°C)などを用いることが可能である。冬季間における窓面の結露を防止するには、相変化温度(凝固点)15°C〜65°Cの範囲、望ましくは15°C〜50°Cの範囲内とするのが好適であることが、実験結果より判明している。また、放熱エレメント12の厚みd(mm)は、5≦d≦75の範囲内、望ましくは15≦d≦50とするのが好適である。
Polyethylene glycol is obtained by adding ethylene oxide to ethylene glycol or water, and is not a single composition but a mixture of polyethylene glycols having different molecular weights as in a general polymer compound. For example, PEG-6000S (freezing
前述の相変化温度の範囲のうち、潜熱蓄熱材の凝固点の下限を15°Cとした場合の根拠は以下の通りである。一般に室内の温湿度は、地域や建物の用途によって種々異なるが、室内の最高露点は表1に示すように14°C程度である。従って、潜熱蓄熱材の凝固点の下限は、それを若干上回る15°Cとした。
例えば、室内温度20°C、相対湿度50%(露点9°C)の時、外気温が7.5°C以下まで下がると仮定すると、表1に示されるように、3mm厚の単層ガラスの場合、屋内側のガラス面温度が露点の9°Cを下回って室内側のガラス面が結露することになる。
For example, assuming that the outside air temperature drops to 7.5 ° C. or less when the room temperature is 20 ° C. and the relative humidity is 50% (dew point 9 ° C.), as shown in Table 1, a single-layer glass having a thickness of 3 mm In this case, the glass surface temperature on the indoor side is below the dew point of 9 ° C., and the glass surface on the indoor side is condensed.
このような状況下で結露を防止するには、窓とカーテンとの間に形成される空間の下部に放熱エレメント12を設置し、内部に充填されている潜熱蓄熱材の凝固潜熱で室内側ガラス面に近接する空気層の温度を、結露の発生しない温度まで高くすることが防止策として考えられる。
具体的には、凝固点15°Cの放熱エレメント12を窓とカーテンの間の空間下部に設置する。窓とカーテンの間の空間は、カーテンにより室内と仕切られているため、室内よりも低温となっている。このため、空間の下部で凝固点15°Cの放熱エレメント12から凝固潜熱を放出させることにより、空間の温度を上げ、また上昇気流を生じさせる。これにより、窓とカーテンの間の空間の相対湿度を低下させるとともに、室内側のガラス面温度を露点以上に保ち又気流による蒸発効果により、窓ガラスの結露を防止することができる。
In order to prevent dew condensation under such circumstances, the
Specifically, the
ここで、凝固点が15°Cの潜熱蓄熱材は、日中の室内温度が20°Cでは液体の状態が保持される。一方、外気温が低下すると室内温度も低下していき、それに伴って相対湿度は徐々に上昇する。そして、さらに室内温度が低下し、放熱エレメント12が15°Cを下回ると、内部に充填されている潜熱蓄熱材が凝固し始め、それに伴って凝固潜熱を放出する。
なお、潜熱蓄熱材については、温泉熱や排湯などの未利用エネルギーを利用して蓄熱しておけば省エネルギーの観点から望ましい。
Here, the latent heat storage material having a freezing point of 15 ° C. is kept in a liquid state when the indoor temperature during the day is 20 ° C. On the other hand, when the outside air temperature decreases, the room temperature also decreases, and the relative humidity gradually increases accordingly. When the room temperature further decreases and the
In addition, about a latent heat storage material, it is desirable from an energy-saving viewpoint if it heat-stores using unused energy, such as hot spring heat and waste water.
また、凝固点の上限を65°Cとしたのは以下の通りである。
寒冷地の厳寒期は、外気温が−20°C以下になることもしばしばあり、日中でも結露が発生する。このような場合には相変化温度の高い潜熱蓄熱材が必要となるが、その融解のための熱源は、未利用エネルギーを利用する場合は燃焼排ガス等に限られるため、その利用が極端に限定されることになる。
The upper limit of the freezing point was set to 65 ° C. as follows.
In the cold season of cold regions, the outside air temperature often falls below -20 ° C, and condensation occurs during the day. In such a case, a latent heat storage material with a high phase change temperature is required, but the heat source for melting is limited to combustion exhaust gas when using unused energy, so its use is extremely limited. Will be.
そこで、従来から用いられている電気ヒータと、潜熱蓄熱材が充填された放熱エレメントとを組み合わせたハイブリッド蓄熱暖房装置とすることにより、厳寒期には不足する熱量を電気ヒータで補完することも厳寒地では有効な方策となる。
図1Bはハイブリッドタイプの蓄熱暖房装置50の概略を示した図である。同図に示されるように、ハイブリッド蓄熱暖房装置50は、電気ヒータ52と、放熱エレメント54とを組み合わせ、ラック56の内部に電気ヒータ52を載置するとともに、その上方に、潜熱蓄熱材が充填された放熱エレメント54を着脱可能に設置して構成されている。
Therefore, by using a hybrid heat storage and heating device that combines a conventional electric heater and a heat dissipation element filled with a latent heat storage material, it is possible to supplement the amount of heat that is insufficient in the cold season with an electric heater. It is an effective policy on the ground.
FIG. 1B is a diagram showing an outline of a hybrid type heat storage and
放熱エレメント54に充填されている潜熱蓄熱材への蓄熱については、夜間の割安な深夜電力で溶融・蓄熱し、需要が増加する時間帯の午前8時から22時の間に放熱させる等して、電力需要の平準化にも利用する。このとき、潜熱蓄熱材の凝固点は、電気ヒータによる加熱・溶融、窓ガラス近傍のダウンドラフトを上昇気流に変えて行う室内暖房、結露防止への寄与を考慮し、上限の65°Cとしている。
For the heat storage in the latent heat storage material filled in the
また、放熱エレメント12は、その厚みをd(mm)とすると、dは、5≦d≦75の関係を満足するようにする。放熱エレメント12,54の厚みdは、凝固潜熱を周囲へ効果的に放出するための重要な因子である。未利用エネルギー等で融解された潜熱蓄熱材は、室温が凝固点以下になると、放熱エレメント12の表面側から凝固が始まり、固体層が次第に蓄熱材の内部へと進行する。室温が凝固点以下であっても、その近傍では、凝固による固体層の内部への進行速度が遅く、単位重量当たりの潜熱蓄熱材として機能する持続時間は長くなるが、エレメントの厚みdが極端に薄くなると、室内温度が凝固点以下になると同時に短時間で蓄熱材全体が凝固してしまい、朝方の4時〜6時の外気温が最も低下する時間帯に蓄熱材として機能しない場合がある。
Further, assuming that the thickness of the
つまり5≦d≦75のうち、最小値であるd=5mmは、凝固潜熱を効果的に放出させる限界の厚みである。一方、最大値である厚みd=75mmは、潜熱蓄熱材が室内温度の低下により凝固点に達すると、固体層は表面から内部へと拡大して厚みが増加する際、内部で発生した凝固潜熱は、既に凝固している固体層が熱抵抗となるが、エレメント表面からの放熱量が極端に低下しない限界の厚みであるとともに、窓枠の下部に設置可能な奥行を確保できる限界である。また、2枚以上のエレメントを隣接して設置した場合に、窓の下部に設置可能な奥行として80mm前後が想定されるので、その奥行80mmの中に設置可能な限界の厚みがd=75mmとなる。 That is, of 5 ≦ d ≦ 75, d = 5 mm, which is the minimum value, is a limit thickness that effectively releases latent heat of solidification. On the other hand, the maximum thickness d = 75 mm indicates that when the latent heat storage material reaches the freezing point due to a decrease in the room temperature, when the solid layer expands from the surface to the inside and the thickness increases, the solidification latent heat generated inside is The solid layer that has already solidified becomes the thermal resistance, but the thickness is such that the amount of heat released from the element surface is not extremely reduced, and the depth that can be installed at the bottom of the window frame is secured. In addition, when two or more elements are installed adjacent to each other, the depth that can be installed in the lower part of the window is assumed to be about 80 mm, so the limit thickness that can be installed in the depth of 80 mm is d = 75 mm. Become.
図3に示されるように、放熱エレメント12は平板状の筐体の形状に形成され、熱伝導効率に優れたポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などの樹脂、又はアルミニウムやステンレスなどの金属を材料とし、その内部の潜熱蓄熱材が相変化することにより、筐体の表面から放熱するようになっている。支持部材としての横架フレーム14は、底部14A、立上り部14Bを備え、立上り部14Bには、放熱エレメント12を収納する3対の溝部15が、対向する立上り部14Bの内側にそれぞれ設けられている。また、横架フレーム14の下面には図示しない滑り止め用のシートが貼着され、床面に設置した場合の安定性を確保している。
As shown in FIG. 3, the
溝部15の3対の縦溝には3箇の放熱エレメント12の横端部を挿入して並列させた状態で設置することが可能になっている。勿論、放熱エレメント12の数は、本実施形態のように3層とする他、これに限らず窓面(ガラス面)100の大きさや設置箇所の気温変化など、溝部の数を増減して対応することが可能である。
また、溝部15は、その下部が底部14Aよりも上方へ、ややずれた状態で位置するように形成されており、放熱エレメント12を設置したときに、放熱エレメント12の下端と、底部14Aとの間に、空気を採り入れるための空隙16が生じるように溝部15の寸法が設定されている。
The horizontal ends of the three
Further, the
なお、溝部15は、放熱エレメント12の横端部を直接挿入する他、放熱エレメント12の筐体に、溝部15に対し嵌合可能な挿入片を設けておいても良いし、溝部の間隔を細かなピッチで形成し、放熱エレメント12の間隔を微調整することができるようにすることも可能である。これによれば、きめ細かく放熱量を調節することが可能となる。
In addition, the
また、放熱エレメント12を並列に複数層配置して個々の放熱エレメント12の凝固潜熱を均一に放出させようとする場合、外気温の影響で窓側に位置する放熱エレメントの温度降下が最も速くなることから、その凝固点を中央部や室内側に配置されている放熱エレメントよりも低くしておくことで、凝固潜熱の放出時間を調整することが可能となる。つまり、凝固点の異なる潜熱蓄熱材を充填した複数の放熱エレメントを組み合わせることで、凝固潜熱の放出時間並びに持続時間を調整することができる。
In addition, when a plurality of layers of
図4は図2(c)のIV−IV線に沿った矢視断面図で、蓄熱暖房装置10と窓面100との間における空気の流れを示している。同図に示されるように、窓面(ガラス面)100下方位置に設置された蓄熱暖房装置10を稼働させた場合には、放熱エレメント12から周囲の空気へ、自然対流や熱伝導により熱が伝えられて、その部分の空気密度が減少し、室内空気との密度差によりドラフトが働き、放熱エレメント12の下端と、横架フレーム14の底部14Aとの間の空隙16から室内側の空気を取り込む。そして、その空気を放熱エレメント12からの対流熱伝達等により暖めつつ、連続して窓面100の付近に上昇気流を生じさせ、窓面100近傍の室内空気温度を上昇させることにより、窓面100表面の結露を防止するようになっている。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2C, and shows the air flow between the heat
図5Aは本発明に係る蓄熱暖房装置に使用される放熱エレメントの変形例を示した概略図である。図5A(a)に示される放熱エレメント20には、内部に充填されている潜熱蓄熱材の状態を目視可能な透明部22が設けられ、潜熱蓄熱材の相変化を目視することができるようになっている。これにより、潜熱蓄熱材が液体のときは蓄熱状態にあると判断することが可能である一方、潜熱蓄熱材が固体のときは放熱状態にあると判断することができ、蓄熱の要否を判断する上での目安とすることができる。例えば、朝方の低温時に備え、風呂の残り湯や太陽の日射熱を利用して蓄熱させておく等、使い勝手の向上に寄与する。
FIG. 5A is a schematic view showing a modification of the heat dissipating element used in the heat storage and heating device according to the present invention. The
図5A(b)に示される放熱エレメント30では、その上部に把手32を設け、放熱エレメント30を移動させる際には当該把手32を利用することにより持ち運び易くなっている。また、蓄熱後は放熱エレメント30全体が熱くなっていることも考えられることから、例えば把手32を熱伝導率の低い素材を利用して形成、若しくは覆っておけば、放熱エレメントの熱さを意識することなく横架フレーム14の設置位置まで移動させることができ、利便性の向上に資する。
In the heat dissipating element 30 shown in FIG. 5A (b), a handle 32 is provided on the upper portion thereof, and when the heat dissipating element 30 is moved, the handle 32 is used to facilitate carrying. In addition, since it is considered that the entire heat dissipation element 30 is hot after heat storage, for example, if the handle 32 is formed or covered using a material having low thermal conductivity, the heat dissipation element is conscious of the heat. It can be moved to the installation position of the
図5B〜図5Dは蓄熱暖房装置の変形例を示した図であり、これらのうち、図5Bに示される蓄熱暖房装置60は、平板状の放熱エレメントを利用した蓄熱暖房装置の応用例である。
図5Bのうち、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は平面図、(d)は使用状況を示す概略斜視図である。これらの図に示されるように、蓄熱暖房装置60は、小型の放熱エレメント62を複数備え、窓面100に対して放熱エレメント62を横向きに並列配置してラック64に設置している。この蓄熱暖房装置60では幅方向(窓幅)に対する自由度が高く、幅の狭い窓面下方に設置する場合や、窓面の一部に設置する場合等に有効である。
FIG. 5B to FIG. 5D are diagrams showing modified examples of the heat storage and heating device, and among these, the heat storage and
5B, (a) is a front view, (b) is a side view, (c) is a plan view, and (d) is a schematic perspective view showing a use situation. As shown in these drawings, the heat storage and
図5Cに示される蓄熱暖房装置70は放熱エレメント72を放射状に配置した形状を有し、図5C(a)は全体構成を示す斜視図、(b)はラック74(支持部材)の平面図及び正面図、(c)は放熱エレメント72の平面図、正面図及び側面図である。
蓄熱暖房装置70の放熱エレメント72は、図5C(a)及び(c)に示されるように、放射方向に延出し、且つ一部に半円弧状の曲面を有する筐体によって形成され、その上面には把手72Aが取り付けられている。
各放熱エレメント72は図5C(b)に示されるラック74よって支持され、例えば窓面の側方などに設置して使用する他、室内のあらゆる場所に設置して暖を取るなどの使用が可能である。
The heat storage and
As shown in FIGS. 5C (a) and 5 (c), the
Each
図5Dは棒状に形成された放熱エレメントを使用した蓄熱暖房装置80の概略構成を示した図である。図5Dの蓄熱暖房装置80では放熱エレメント82A,82Bは棒状に形成されているとともに平面視六角形、且つ縦長の棒状の形状を有し、複数の各放熱エレメント82A,82Bを高さ方向に交互に配置している。つまり、図5Dの蓄熱暖房装置80は、棒状の放熱エレメント82を複数組合せて、ハニカム形状に配置して鉛直空間83を内部に形成した自立式の暖房装置である。
放熱エレメント82A,82Bにより囲まれることで形成された平面視六角形状の鉛直空間83は、各エレメントによって暖められた上昇気流の流路となる。ハニカム形状に配置された放熱エレメント82A,82Bは高さ方向が互い違いとなるように配置されていることから、複数の蓄熱暖房装置80を高さ方向に積層することも可能であり、例えばホテルのロビーの窓面など、大きな蓄熱量・放熱量を要求される空間に設置して使用することが可能である。なお、図5Dに示される蓄熱暖房装置80では放熱エレメント82の形状を、平面視六角形状としているが、勿論これに限らず円形や六角形以外の多角形状でも良い。
FIG. 5D is a diagram showing a schematic configuration of a heat storage and
A
(実施例)
本実施形態の蓄熱暖房装置では、潜熱蓄熱材が封入されている放熱エレメントの放熱量を如何に確保するかがポイントとなるが、放熱量は、放熱エレメントの高さL、厚みd、隙間S、配置形態などによって左右される。そこで、実験、数値解析により、放熱エレメントの寸法等の最適化を図ったので、その結果について説明する。
図6は放熱エレメント40における高さL、厚みd、隙間Sを示しており、図7は放熱量に与える各種因子の影響について数値解析を行った結果を示したグラフである。
図6及び7に示されるように、放熱エレメント40の高さL並びに、放熱エレメントの表面温度と室温の温度差(発熱体温度−室温)が大きくなるほど最大放熱量は増加する。また、高さLが高くなるほど、放熱エレメント40間の最適隙間Sは大きくなることが理解される。例えば、放熱エレメント40の高さL=130mm、その表面温度30°C、室内温度20°C(温度差10°C)の場合、最適隙間Sは9mm、最大放熱量は約144(w/m2)となる。なお、放熱エレメントの高さLと、最適隙間Sとの間には以下の関係が成立する。
2≦S≦4.5×L0.2+5 〜 (1)式
(Example)
In the heat storage and heating apparatus of the present embodiment, the key point is how to secure the heat dissipation amount of the heat dissipating element in which the latent heat storage material is enclosed. The heat dissipating amount is the height L, the thickness d, and the gap S of the heat dissipating element. It depends on the arrangement form. Therefore, the optimization of the dimensions and the like of the heat dissipating element was attempted by experiments and numerical analysis, and the results will be described.
FIG. 6 shows the height L, thickness d, and gap S in the
As shown in FIGS. 6 and 7, the maximum heat dissipation increases as the height L of the
2 ≦ S ≦ 4.5 × L 0.2 +5 to (1) formula
前述の(1)式の根拠は以下の通りである。
ここで、下限2mmは、潜熱蓄熱材を封入したエレメントの現実的な最小高さLを約30mmとした場合、隙間Sが2mm未満になると空気の流動抵抗が大きくなり、上昇気流の発生量が極端に減少し、結露防止に必要な熱量を得ることができなくなる。
また、上限の式(4.5×L0.2+5)は、隙間Sをこれ以上拡げても放熱量が増加しなくなる限界の値である。即ち、放熱量が飽和状態となる始まりの隙間であり、これ以上隙間を広げても単に装置の奥行を大きくするだけであり、装置を窓枠下部に置くスペースの確保が困難となる。
The grounds of the above-mentioned formula (1) are as follows.
Here, the lower limit of 2 mm is that when the practical minimum height L of the element enclosing the latent heat storage material is about 30 mm, when the gap S is less than 2 mm, the flow resistance of the air increases, and the amount of ascending airflow generated It is extremely reduced and the amount of heat necessary to prevent condensation cannot be obtained.
Further, the upper limit formula (4.5 × L 0.2 +5) is a limit value at which the amount of heat release does not increase even if the gap S is further expanded. That is, it is a starting gap where the amount of heat release becomes saturated. Even if the gap is further widened, the depth of the apparatus is simply increased, and it is difficult to secure a space for placing the apparatus under the window frame.
前述のように構成した本実施形態の蓄熱暖房装置10の使用は以下のように行われる。先ず、放熱エレメント12,20,30,40等につき、深夜電力や、未利用エネルギー(給湯や浴槽水などの排湯)を利用し、潜熱蓄熱材を液化させて蓄熱する作業を行う。この際、放熱エレメントを横架フレームから取り外し、熱源まで移動させて、排湯などの熱源に浸漬させることによって蓄熱する。
そして、所定時間経過後、潜熱蓄熱材が液化して蓄熱された後に、再び、放熱エレメントを結露を防止したい場所、例えば、室内側の窓面100の下方位置などに設置されている横架フレームに嵌挿していく。
Use of the heat storage and
Then, after the predetermined time has elapsed, after the latent heat storage material has been liquefied and stored, a horizontal frame installed again at a location where the heat dissipation element is desired to prevent condensation, for example, a position below the
すると、室温が高い状態では、放熱エレメント内部に封入されている潜熱蓄熱材は、液体の状態を維持するが、深夜から朝方へかけて室温が低下するにつれ、潜熱蓄熱材自体の温度も低下していく。そして、室温が潜熱蓄熱材の凝固点を下回ると、潜熱蓄熱材は凝固し始め、凝固潜熱を放出する。このとき、放熱エレメント表面から放熱される潜熱を利用して、図4に示されるように、窓面(ガラス面)100下方の空気を暖めつつ、室内側の空気を放熱エレメント12の下方から導入し、室内側の窓面100近傍の空気を暖めることにより相対湿度を低下させる。また、窓面100に沿って局所的なエアカーテンが形成されているので、室内側の窓面100に発生する結露を防止することが可能となる。
When the room temperature is high, the latent heat storage material enclosed in the heat dissipation element maintains a liquid state, but as the room temperature decreases from midnight to the morning, the temperature of the latent heat storage material itself also decreases. To go. When the room temperature falls below the freezing point of the latent heat storage material, the latent heat storage material starts to solidify and releases solidification latent heat. At this time, using the latent heat radiated from the surface of the heat dissipating element, as shown in FIG. 4, while the air below the window surface (glass surface) 100 is warmed, the indoor air is introduced from below the
このように、本実施形態における蓄熱暖房装置10によれば、放熱エレメントには潜熱蓄熱材を充填し、且つ、その相変化温度を的確に設定することにより、最も気温の低下する朝方4時頃から7時頃にかけてというように、放熱時間を比較的容易に選択して放熱させることができるため、最も結露の生じやすい朝方などにガラス面に生じる結露を確実に防止することが可能である。
また、相変化温度を低く設定するようにしていることから、蓄熱用の熱源として比較的温度の低い給湯の排水や、浴槽などの排湯を利用することが可能であり、未利用エネルギーの効率的な利用を図ることができる。
Thus, according to the heat storage and
In addition, because the phase change temperature is set low, it is possible to use hot water drainage with a relatively low temperature as a heat source for heat storage, or hot water such as a bathtub, and the efficiency of unused energy Can be used effectively.
さらに、凝固点(融点)が15°C〜20°Cの放熱エレメントは、夏季に河川水や水道水、井戸水等を用いて、潜熱蓄熱材を凝固させておくことにより、その融解潜熱で冷房も可能となる。 In addition, a heat dissipating element with a freezing point (melting point) of 15 ° C to 20 ° C can be cooled with its latent heat of fusion by solidifying the latent heat storage material using river water, tap water, well water, etc. in summer. It becomes possible.
以上説明したように、本発明によれば、大きなガラスが嵌め込まれている窓面に生じる結露を防止することが可能となる他、窓から侵入する冷気によるダウンドラフトも同時に防止することができ、暖房コストの低減をも達成することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to prevent condensation that occurs on the window surface in which large glass is fitted, and at the same time, it is possible to prevent downdraft due to cold air entering from the window, A reduction in heating costs can also be achieved.
100 窓面(ガラス面)
10 蓄熱暖房装置
12 放熱エレメント
14 横架フレーム
14A 底部
14B 立上り部
15 溝部
16 空隙
20 放熱エレメント
22 透明部
30 放熱エレメント
32 把手
40 放熱エレメント
50 ハイブリッド蓄熱暖房装置
52 52A 電気ヒータ
54 放熱エレメント
56 ラック
60 蓄熱暖房装置
62 放熱エレメント
64 ラック
70 蓄熱暖房装置
72 放熱エレメント
72A 把手
74 ラック
80 蓄熱暖房装置
82A 82B 放熱エレメント
83 鉛直空間
84 把手
100 Window surface (glass surface)
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記潜熱蓄熱材が液体から固体へ相変化するときの凝固潜熱を利用して、前記放熱エレメント周囲に発生する上昇気流で室内側の窓ガラスに触れる空気の相対湿度を低下させるとともに、窓ガラスの温度低下を抑制し、
前記放熱エレメントは平板状に形成されて並列に2枚以上配置され、
該放熱エレメントの厚みをd(mm)とした場合に、5≦d≦75の関係を満足し、且つ該放熱エレメントにつき、その高さをL(mm)、該放熱エレメントの隙間S(mm)とした場合に、2≦S≦4.5×L0.2+5の関係を満足するとともに、
前記放熱エレメントが着脱自在に設置される支持部材を具備し、該支持部材は少なくとも立ち上がり部を有するとともに、該立ち上がり部には該放熱エレメントの端部を挿入した状態で固定する溝部が複数設けられ、該溝部の間隔は細かなピッチで形成されて、固定される該放熱エレメントの隙間Sを微調整可能とし、
前記放熱エレメントを前記支持部材に設置したときに、該放熱エレメントの下端下方に空隙が生じるように前記溝部の下部が上方へ、ややずれた位置に形成され、該空隙から空気を採り入れるように構成されていることを特徴とする蓄熱暖房装置。 In the heat storage and heating device comprising a heat dissipating element that is filled with a latent heat storage material and has a freezing point of the latent heat storage material in the range of 15 ° C to 65 ° C,
Utilizing solidification latent heat when the latent heat storage material undergoes a phase change from liquid to solid, the relative humidity of the air touching the indoor window glass with the rising airflow generated around the heat radiating element is reduced, and the window glass Suppresses temperature drop,
The heat dissipating elements are formed in a flat plate shape and arranged in parallel in two or more,
When the thickness of the heat dissipating element is d (mm), the relationship of 5 ≦ d ≦ 75 is satisfied, the height of the heat dissipating element is L (mm), and the clearance S (mm) of the heat dissipating element And satisfying the relationship of 2 ≦ S ≦ 4.5 × L 0.2 +5 ,
The heat dissipating element includes a support member that is detachably mounted. The support member has at least a rising portion, and the rising portion is provided with a plurality of groove portions that are fixed in a state where the end portion of the heat dissipating element is inserted. The spacing between the grooves is formed with a fine pitch, and the gap S between the heat dissipating elements to be fixed can be finely adjusted.
When the heat dissipating element is installed on the support member, the lower part of the groove is formed at a slightly shifted position so that a gap is formed below the lower end of the heat dissipating element, and air is taken from the gap. A heat storage and heating device characterized by being made .
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