JP6055947B1 - 温風発生装置及びエネルギ変換パネル - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造であっても省エネルギで高効率に暖房できる温風発生装置を提供する。【解決手段】温風発生装置は、吸気口２００ｂ及び排気口２００ｃを有するケーシング２００ａと、ケーシング２００ａの内部に収納され、ケーシング２００ａの内部を経由する空気の流れを形成する送風ファン４０と、蓄熱流体を循環させる経路を空気の流れの経路に交差させ、この交差箇所で空気を加熱する蓄熱循環経路と、を備え、蓄熱循環経路が、筒状のヒータ容器２１、外周とヒータ容器２１の内壁との間に蓄熱流体が流れる間隙が設けられるようにヒータ容器２１の中心軸に沿って配置された柱状のヒータコア、及びヒータコアの外周に巻かれた電気抵抗線を有し、ケーシング２００ａの内部に配置された発熱ユニット２０と、蓄熱流体を循環させる循環制御手段３０と、を含み、排気口２００ｃから温風を排出する。【選択図】 図１

Description

本発明は温風発生装置及びこの温風発生装置に好適なエネルギ変換パネルに関する。

従来、太陽光を用いて発電した電気で、各種の電気機器を作動させる技術が知られている（例えば特許文献１等参照。）。しかし特許文献１の太陽光エネルギ変換装置の場合、夜間や雨天、大雪等の場合は効率が低下するという問題に加えて、装置が大掛かりで複雑になるという問題が生じる。

特開２０１４−１５４８７１号公報

本発明は上記の問題に着目して為されたものであって、簡易な構造であっても省エネルギで高効率に暖房できる温風発生装置、及びこの温風発生装置に好適なエネルギ変換パネルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る温風発生装置のある態様は、（ａ）吸気口及び排気口を有するケーシングと、（ｂ）ケーシングの内部に収納され、ケーシングの内部を経由する空気の流れを形成する送風ファンと、（ｃ）蓄熱流体を循環させる経路を空気の流れの経路に交差させ、この交差箇所で空気を加熱する蓄熱循環経路と、エネルギ変換パネルと、を備え、蓄熱循環経路が、（ｃ１）筒状のヒータ容器、外周とヒータ容器の内壁との間に蓄熱流体が流れる間隙が設けられるようにヒータ容器の中心軸に沿って配置された柱状のヒータコア、及びヒータコアの外周に巻かれた電気抵抗線を有し、ケーシングの内部に配置された発熱ユニットと、（ｃ２）蓄熱流体を循環させる循環制御手段と、を含み、エネルギ変換パネルが、一面が解放されて第１の凹部を構成する箱状の第１ケースと、一面に対向する接合面の外周が第１ケースの外周と同一寸法であり、一面と接合面とを接することにより、内部に密閉されたエネルギ変換空間を形成可能な、接合面を解放面として第２の凹部を構成する第２ケースと、第１の凹部の底面側に設けられ、エネルギ変換空間の内部において、第２の凹部に向かって発光する複数の発光素子からなる発光素子アレイと、第２の凹部の底面側に、第２の凹部の底面を敷き詰めるように配列され、複数の発光素子からの光を受光して電気エネルギに変換する複数の光電変換素子からなる第１の光電変換素子アレイと、第１の凹部の底面側において、複数の発光素子の周囲に配列され、第１の光電変換素子アレイが反射した光を受光して電気エネルギに変換する、複数の光電変換素子からなる第２の光電変換素子アレイと、を含み、エネルギ変換パネルの出力である電気エネルギを電気抵抗線に供給し、排気口から温風を排出することを要旨とする。

また本発明に係るエネルギ変換パネルのある態様は、吸気口及び排気口を有するケーシングと、ケーシングの内部に収納され、ケーシングの内部を経由する空気の流れを形成する送風ファンと、蓄熱流体を循環させる経路を空気の流れの経路に交差させ、この交差箇所で空気を加熱する蓄熱循環経路を備え、排気口から温風を排出する温風発生装置に用いられるエネルギ変換パネルであって、（ｄ）一面が解放されて第１の凹部を構成する箱状の第１ケースと、（ｅ）一面に対向する接合面の外周が第１ケースの外周と同一寸法であり、一面と接合面とを接することにより、内部に密閉されたエネルギ変換空間を形成可能な、接合面を解放面として第２の凹部を構成する第２ケースと、（ｆ）第１の凹部の底面側に設けられ、エネルギ変換空間の内部において、第２の凹部に向かって発光する複数の発光素子からなる発光素子アレイと、（ｇ）第２の凹部の底面側に、第２の凹部の底面を敷き詰めるように配列され、複数の発光素子からの光を受光して電気エネルギに変換する複数の光電変換素子からなる第１の光電変換素子アレイと、（ｈ）第１の凹部の底面側において、複数の発光素子の周囲に配列され、第１の光電変換素子アレイが反射した光を受光して電気エネルギに変換する、複数の光電変換素子からなる第２の光電変換素子アレイと、を備え、蓄熱循環経路が、筒状のヒータ容器、外周とヒータ容器の内壁との間に蓄熱流体が流れる間隙が設けられるようにヒータ容器の中心軸に沿って配置された柱状のヒータコア、及びヒータコアの外周に巻かれた電気抵抗線を有し、ケーシングの内部に配置された発熱ユニットと、蓄熱流体を循環させる循環制御手段を含み、エネルギ変換パネルの出力である電気エネルギを電気抵抗線に供給することを要旨とする。

本発明によれば、簡易な構造であっても省エネルギで高効率に暖房できる温風発生装置、及びこの温風発生装置に好適なエネルギ変換パネルを提供できる。

本発明の実施の形態に係る温風発生装置の構成の概略を、エネルギ変換パネルを閉じた状態で模式的に説明する断面図を含むブロック図である。 本発明の実施の形態に係る温風発生装置が備えるエネルギ変換パネルの内部空間を模式的に説明する断面図である。 本発明の実施の形態に係る温風発生装置が備えるエネルギ変換パネルの第１ケースの凹部の底面を正面から見て模式的に説明する平面図である。 本発明の実施の形態に係る温風発生装置が備えるエネルギ変換パネルの発光素子からなる発光素子アレイを模式的に説明する断面図である。 本発明の実施の形態に係る温風発生装置が備えるエネルギ変換パネルの第２ケースの凹部の底面を正面から見て模式的に説明する平面図である。 本発明の実施の形態に係る温風発生装置が備えるエネルギ変換パネルを複数配列したエネルギ変換システムを模式的に説明するブロック図である。 本発明の実施の形態に係る温風発生装置が備える蓄熱送風ユニットの発熱ユニットの内部を、ヒータ容器及びキャップを切り欠いた状態で模式的に説明する部分断面図である。 本発明の実施の形態に係る温風発生装置が備える発熱ユニットを複数配列した蓄熱送風ユニットを模式的に説明するブロック図である。 本発明の実施の形態に係る温風発生装置の構成の概略を、エネルギ変換パネルを開いた状態で模式的に説明する断面図を含むブロック図である。 本発明の他の実施の形態に係る温風発生装置の構成の概略を模式的に説明する断面図を含むブロック図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。更に、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。

よって、例えば、紙面を９０度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を１８０度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。又、以下の説明における「第１ケース」と「第２ケース」とは、単なる説明の便宜上の定義（選択）であり、例えば、「第１ケース」と「第２ケース」とを互いに入れ替えても、本発明の本質が変わるものではない。

−−温風発生装置の構造−−
本発明の実施の形態に係る温風発生装置（１００，２００）は、図１に示すように、エネルギ変換パネル１００と、このエネルギ変換パネル１００に接続された蓄熱送風ユニット２００と、を備えるファンヒータである。エネルギ変換パネル１００の本体（１０，１１）は、例えば、全体が扁平な箱状とすることが可能で、箱状に構成した場合は第１ケース１０及び第２ケース１１を有する。

またエネルギ変換パネル１００は、ヒンジ等の連結部材からなる開閉機構１２を備え、開閉機構１２により、エネルギ変換パネル１００の第１ケース１０及び第２ケース１１は開閉自在に連結されている。エネルギ変換パネル１００の第１ケース１０及び第２ケース１１は、エネルギ変換パネル１００の上下方向の厚みのほぼ中央の高さで、エネルギ変換パネル１００をほぼ２分割するように、上下対称的に積み重ねられて設けられている。エネルギ変換パネル１００の第１ケース１０には商用の交流電源Ｃが接続され、商用の交流電源Ｃから電力が供給される。

蓄熱送風ユニット２００は、ケーシング２００ａと、ケーシング２００ａの内側に設けられた筒状の発熱ユニット２０と、発熱ユニット２０の近傍に設けられた送風ファン４０と、を備える。ケーシング２００ａの、発熱ユニット２０に対向する一部には吸気口２００ｂが設けられている。またケーシング２００ａの、送風ファン４０に対向する一部には、格子状等に複数の開口部を配列した排気口２００ｃが設けられている。蓄熱送風ユニット２００の発熱ユニット２０は一組の端子２６，２７を備える。

また蓄熱送風ユニット２００の発熱ユニット２０は注水口２２及び排水口２３を備え、この注水口２２及び排水口２３を介して、発熱ユニット２０の内外に、蓄熱源となる水等の蓄熱流体が加熱されて循環する蓄熱経路（蓄熱循環経路）が実現されている。水は、液体の中で最も比熱が大きいことが知られており、その値は４．１８６Ｊ/（ｇ・℃)（またはＪ／（ｇ・Ｋ)）であるので、蓄熱流体として最も好ましい。蓄熱循環経路の外部には、ポンプ等の循環制御手段３０と、図示を省略するタンク等の流体貯蔵設備が接続されている。

またケーシング２００ａには、ケーシング２００ａの内側の温度を検出する検出部がケーシング２００ａの内側に位置するように温度センサ５０が差し込まれて設けられている。温度センサ５０は、制御装置６０に接続され、制御装置６０は循環制御手段３０に接続されている。温度センサ５０から入力された温度データに応じて循環制御手段３０の圧送又は吸引等の循環能力が調節され、発熱ユニット２０との間で循環する蓄熱流体の循環流量がフィードバック制御されている。

エネルギ変換パネル１００の第１ケース１０と蓄熱送風ユニット２００の発熱ユニット２０との間には、高圧側（正極側）及び低圧側（負極側）の配線がそれぞれ接続され、これらの配線により、エネルギ変換パネル１００の第１ケース１０によってエネルギ変換された電気の高圧側及び低圧側の電力が発熱ユニット２０に供給される。図１中では、高圧側の配線は実線で、また低圧側の配線は破線でそれぞれ例示されている。

またエネルギ変換パネル１００の第２ケース１１と蓄熱送風ユニット２００の発熱ユニット２０との間にも、第１ケース１０の場合と同様に、高圧側及び低圧側の配線がそれぞれ接続され、第２ケース１１によってエネルギ変換された電気の高圧側及び低圧側の電力が発熱ユニット２０に供給される。発熱ユニット２０は供給された電力を用いて、内外を循環する蓄熱流体を加熱させ、一定の熱容量の循環ループに蓄熱し、加熱された蓄熱流体により、発熱ユニット２０の周囲の空気を暖める。暖められた空気は、蓄熱送風ユニット２００の送風ファン４０によって、排気口２００ｃから蓄熱送風ユニット２００の外部に送り出されて、暖房等の種々の目的に使用される。

（エネルギ変換パネル）
エネルギ変換パネル１００は、図２に示すように、第２の光電変換素子アレイ２ａを収納する筐体１０ａと第１の光電変換素子アレイ２ｂを収納する筐体１１ａを備えている。第１ケース１０の筐体１０ａ及び第２ケース１１の筐体１１ａは、いずれも内側に凹部を構成する、平面パターンで矩形の箱状である。図２に示すように、第１ケース１０の筐体１０ａと第２ケース１１の筐体１１ａを、互いに凹部同士を対向させて縁同士を重ね合わせて接合することにより、箱の内側に第２の光電変換素子アレイ２ａ及び第１の光電変換素子アレイ２ｂを収納する密閉された内部空間が形成される。第１ケース１０の筐体１０ａ及び第２ケース１１の筐体１１ａは、いずれも木材や樹脂等の絶縁性の高い材料で製造される。

第１ケース１０の筐体１０ａの凹部の底面側の配列面上には、底面のほぼ全体を覆うように、敷き詰めた第２の光電変換素子アレイ２ａが設けられている。第２の光電変換素子アレイ２ａは、光を受光して電気エネルギに変換する複数のフォトダイオード（受光素子）Ｄａ_１１，Ｄａ_１２，Ｄａ_１３，…の配列から構成されている。底面のほぼ全体を敷き詰めるため、複数のフォトダイオードＤａ_ｉｊは、それぞれ複数枚の薄板状のトポロジをなしている。また第１ケース１０の凹部の底面側の配列面には部分的に、第２の光電変換素子アレイ２ａを構成しているフォトダイオードＤａ_ｉｊが配置されていない領域が周期的に分散して形成され、これら分散配置された領域のそれぞれには、複数の発光素子１_ｉｊが「発光素子アレイ」を構成するように設けられている。

発光素子１_ｉｊは、図３に示すように、第１ケース１０の凹部の底面側の配列面上で上下左右にほぼ等間隔で配置され発光素子アレイを構成している。図３に示した第１ケース１０の場合、第１ケース１０の底面は１辺が約１５０ｍｍ〜約１６０ｍｍの正方形状であり、底面上に７行７列の平面パターンをなして配置された４９個の発光素子１_１１〜１_１７，１_２１〜１_２７，…１_７１〜１_７７が例示されている。

発光素子１_ｉｊは、図４に示すように、基材３_ｉｊと、この基材３_ｉｊ上に設けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子４_ｉｊと、この発光素子４_ｉｊの外周面に接触すると共に取付リング７_ｉｊを介して基材３_ｉｊに設けられた光学媒体である収束レンズ５_ｉｊとを備える。図４に示した取付リング７_ｉｊの場合、図中の左右方向に測った取付リング７_ｉｊの厚みは、約１ｍｍである。

また発光素子４_ｉｊには、収束レンズ５_ｉｊと反対側に、基材３_ｉｊ及び第１ケース１０のヒータ容器を貫通して設けられた配線６_ｉｊの一端が接続されている。配線６_ｉｊの他端は、商用の交流電源Ｃに電気的に接続され、この配線を介して発光素子４_ｉｊに外部から電気が供給されることにより、発光素子１_ｉｊが発光する。

図３に示した発光素子１_ｉｊの場合、発光素子１_ｉｊはいずれも１個当たり約１５００ルクス程度以上の照度（光束発散度）を有する。また例えば４９個の発光素子１_１１〜１_１７，１_２１〜１_２７，…１_７１〜１_７７を直列に接続した発光素子アレイのパネルを５行×５列のマトリクス状に配列して、２５枚のパネルを並列接続し、同時に発光させた場合の使用電圧は約１３．５Ｖであった。この２５枚の並列接続時の電流は約２０Ａで、消費電力は約２７０Ｗとなり、仮に１２時間連続使用すると、消費電力量は約３．２４ｋＷｈとなる。

図２に示したように、第２ケース１１の筐体１１ａの凹部の底面上にも、第１ケース１０の場合と同様に、第１の光電変換素子アレイ２ｂが設けられている。第１の光電変換素子アレイ２ｂは、第２の光電変換素子アレイ２ａと同様に、光を受光して電気エネルギに変換する複数のフォトダイオードＤｂ_１１，Ｄｂ_１２，Ｄｂ_１３，…の配列から構成されている。

しかし第２ケース１１の底面側の配列面上には、第１ケース１０の場合と異なり、図５に示すように、発光素子１_ｉｊは設けられていない。すなわち第２ケース１１は、第１ケース１０の複数の発光素子１_ｉｊからなる発光素子アレイの発光光を受光して光電変換する機能のみに特化している。尚、図２に示した断面図は、図３中のＡ−Ａ線方向から見た第１ケース１０の断面と、図５中のＢ−Ｂ線方向から見た第２ケース１１の断面とを組み合わせた状態を示している。

図２に示したように、エネルギ変換パネル１００の内部空間では、第１ケース１０の複数の発光素子１_ｉｊが、外部から供給された電気を用いて発光する。第１ケース１０からの光の大部分は、収束レンズ５_ｉｊの作用によって、第２ケース１１の第１の光電変換素子アレイ２ｂに受光される。図２に示すように、すべての発光素子１_ｉｊから照射される光の範囲が、第２ケース１１の第１の光電変換素子アレイ２ｂの表面上に到達するように、第１ケース１０における収束レンズ５_ｉｊの直径Ｒ、隣り合う発光素子１_ｉｊのピッチｐ及び内部空間の高さｈが決定されている。

内部空間の高さｈは、対向する第１ケース１０の第２の光電変換素子アレイ２ａと第２ケース１１の第１の光電変換素子アレイ２ｂの間の距離で定義される。図２に例示した発光素子１_ｉｊの場合、収束レンズ５_ｉｊの直径Ｒは約６ｍｍ、発光素子１_ｉｊのピッチｐは約２０ｍｍ、光の照射範囲の図中の左右方向に沿って測った幅ｗは約３０ｍｍ、内部空間の高さｈは約１２ｍｍ〜約１８ｍｍでそれぞれ設定されている。

また第１ケース１０の内壁面及び第２ケース１１の内壁面は、複数の発光素子１_ｉｊからの光を効率的に反射して第１の光電変換素子アレイ２ｂ及び第２の光電変換素子アレイ２ａに送り返すように、鏡面加工が施されている。鏡面加工は、例えばメッキ処理等による金属膜を、周囲との接触部分における必要な絶縁性を確保した状態で成膜することで実現できる。これにより、第２ケース１１の第１の光電変換素子アレイ２ｂ上で反射する光や、収束レンズから漏れる光等の、僅かな光をも第１ケース１０の第２の光電変換素子アレイ２ａ又は第２ケース１１の第１の光電変換素子アレイ２ｂに送り込み、エネルギ変換効率を高めることができる。発電された電力は、発熱ユニット２０に供給される。

エネルギ変換パネルの枚数は１枚に限定されず、複数並列接続して、より大きな電流を生成するエネルギ変換装置を実現することができる。図６中には、２５枚のエネルギ変換パネル１００ａ，１００ｂ，…１００ｘ，１００ｙで１セットのエネルギ変換装置を実現した状態が例示されている。図６中では、２５枚のエネルギ変換パネル１００ａ，１００ｂ，…１００ｘ，１００ｙのそれぞれの高圧側の電力が並列に取り出されて、発熱ユニットの２０の高圧側の端子２６に出力される状態が実線で示されている。またそれぞれの低圧側の電力が並列に取り出されて、発熱ユニットの２０の低圧側の端子２７に出力される状態が破線で示されている。

更に、このようなエネルギ変換装置を複数連結して、巨大なエネルギ変換システムを実現できる。エネルギ変換パネル１００、エネルギ変換装置及びエネルギ変換システムのいずれの態様であっても、温風発生装置（１００，２００）の蓄熱送風ユニット２００に接続して設けることができる。エネルギ変換パネル１００の個数は、温風発生装置（１００，２００）に必要とされる電力や、エネルギ変換パネル１００を配置できる条件等に応じて、適宜選択できる。

（発熱ユニット）
次に、蓄熱送風ユニット２００の発熱ユニット２０について具体的に説明する。蓄熱送風ユニット２００の発熱ユニット２０は、図７に示すように、筒状のヒータ容器２１と、このヒータ容器２１の内側に、周面に電気抵抗線２５が巻かれたほぼ円柱状のヒータコア２４と、ヒータ容器２１の長手方向の両端にそれぞれ設けられたキャップ２８，２９と、を備える。

また発熱ユニット２０の周面上で上側の端子２６の近傍には注水口２２が、また発熱ユニット２０の周面上で下側の端子２７の近傍には排水口２３が、それぞれ設けられている。注水口２２及び排水口２３は、それぞれ配管等を介して循環制御手段３０に接続され、発熱ユニット２０の内側と外側で、蓄熱流体が循環される。ヒータ容器２１としては、昇温した蓄熱流体が、発熱ユニット２０の周囲の空気を暖めやすいように、熱伝導性に優れる金属材料、例えば銅等が好適に採用できる。

図７に例示したヒータ容器２１の場合、外径は約１２ｍｍ、内径は約１０ｍｍ、肉厚は約１ｍｍであって、長手方向の長さは約２５０ｍｍである。また注水口２２及び排水口２３はいずれも、外径は約８〜約１２ｍｍ、内径は約６〜約１０ｍｍ、肉厚は約１ｍｍであって、ヒータ容器２１の長手方向に直交して延びる方向に測った突出する部分の長さは約５０ｍｍである。

発熱ユニット２０のキャップ２８，２９は、例えば金属や樹脂製であり、ヒータ容器２１の両端に嵌め合わされて、両端の開口部を密閉する。キャップ２８，２９とヒータ容器２１との嵌め合い領域には、例えば雄ネジ部及びこの雄ネジ部に対応する雌ネジ部が設けられることにより、ネジ結合が形成されてもよい。またキャップ２８，２９とヒータ容器２１の間に、パッキン等の封止部材が用いられてもよい。図７に例示したキャップ２８，２９の場合、ヒータ容器２１の長手方向に沿って測った上下長さは約５０ｍｍである。

ヒータコア２４は、ヒータ容器２１の内周面と隙間を空けて配置され、この隙間を蓄熱流体が循環する。ヒータコア２４は、例えば熱に対して耐性が高められた耐熱の石、セラミックス及びガラス製の棒等を採用できる。図７に例示したヒータコア２４の場合、外径は５．５〜６．０ｍｍ程度、長さは１５０ｍｍ程度である。

電気抵抗線２５は、例えばニッケルクロム電熱線、鉄クロム電熱線（カンタル線）、銅ニッケル電熱線、銅マンガンニッケル電熱線等の材料で製造された、抵抗加熱式のシースヒータを採用できる。図７に例示した電気抵抗線２５の場合、外径は１．０〜１．２ｍｍ程度であり、ヒータコア２４に巻き付けた状態で、ヒータコア２４と発熱ユニット２０のヒータ容器２１の内壁面の間に、平面パターンで約１ｍｍの幅を有するリング状の隙間が形成されるように設定されている。

図７に例示した端子２６，２７の場合、端子２６，２７としては金属等の導電性を有する平板の板状部材が採用され、この板状部材は板の厚みを正面から見て端子２６，２７がＺ字状になるように折り曲げられている。折り曲げられた端子２６，２７の一端側はヒータコア２４の周面上に取り付けられ、端子２６，２７の中央はヒータコア２４の底面（両端面）上に取り付けられる。図７に例示した端子２６，２７の場合、厚みは０．５ｍｍ程度、幅は５．０ｍｍ程度、長さが約６０ｍｍ程度の板状部材が採用されている。

また端子２６，２７の他端側は、キャップ２８，２９を貫通して、発熱ユニット２０のヒータ容器２１の外部に延びるように設けられ、他端は外部に位置している。キャップ２８，２９の端子２６，２７が貫通する位置には、端子２６，２７の寸法に応じた孔が設けられると共に、キャップ２８，２９と端子２６，２７の隙間から蓄熱流体が漏れないように、パッキン等により水封処理が施されている。発熱ユニット２０のヒータ容器２１の外部に位置する端子２６，２７の他端には、エネルギ変換パネル１００から延びる配線が連結される。

−−温風発生装置の使用方法−−
まず図１に示したように、エネルギ変換パネル１００に商用の交流電源Ｃから電気を供給して、第１ケース１０の凹部の底面に設けられた複数の発光素子１_ｉｊを、エネルギ変換パネル１００の密閉された内部空間で発光させる。そして第１ケース１０に設けられた第２の光電変換素子アレイ２ａ及び第２ケース１１に設けられた第１の光電変換素子アレイ２ｂにより、発光素子１_ｉｊの発光光を受光させて光電変換する。

次に、エネルギ変換パネル１００の第１ケース１０及び第２ケース１１によって発電した電気を、発熱ユニット２０の一組の端子２６，２７を介して電気抵抗線２５に流し、電気抵抗線２５を加熱する。図１中では、１本の発熱ユニット２０を設けた状態が模式的に示されていたが、実際には、図８中に例示した４個の発熱ユニット２０ａ〜２０ｄのように、複数個を直列接続して設けることができる。

図８に示した蓄熱循環経路の場合、循環制御手段３０から第１の発熱ユニット２０ａの注水口２２ａに送り込まれた蓄熱流体が、第１の発熱ユニット２０ａのヒータ容器２１ａの内側を通過した後、排水口２３ａから排出され、排出された蓄熱流体は、第２の発熱ユニット２０ｂの注水口２２ｂに送り込まれる。送り込まれた蓄熱流体は第２の発熱ユニット２０ｂのヒータ容器２１ｂの内側を通過し、その後、排水口２３ｂから排出され、第３の発熱ユニット２０ｃの注水口２２ｃに送り込まれる。

そして蓄熱流体は第３の発熱ユニット２０ｃのヒータ容器２１ｃの内側を通過し、その後、排水口２３ｃから排出され、第４の発熱ユニット２０ｄの注水口２２ｄに送り込まれる。そして蓄熱流体は第４の発熱ユニット２０ｄのヒータ容器２１ｄの内側を通過し、その後、排水口２３ｄから排出された後、再び第１の発熱ユニット２０ａの注水口２２ａに還流する。

そして蓄熱流体を循環させる間、それぞれの発熱ユニット２０ａ〜２０ｄの内側で電気抵抗線に接触して加熱し、７０℃程度以上に昇温する。昇温したお湯等の蓄熱流体は、発熱ユニット２０のヒータ容器２１の側壁を加熱する。そして加熱された側壁によって、側壁の周囲の空気を暖め、送風ファン４０を回転させることにより、暖めた空気を、排気口２００ｃを介して蓄熱送風ユニット２００の外部に送り出す。これにより蓄熱送風ユニット２００が配置された室内を暖める等の加熱動作を実現できる。

本発明の実施の形態に係る温風発生装置（１００，２００）によれば、第１ケース１０及び第２ケース１１の重ね合わせによって密閉された内部空間を形成し、この内部空間内で複数の発光素子１_ｉｊを発光させると共に、第１の光電変換素子アレイ２ｂ及び第２の光電変換素子アレイ２ａに受光させて光電変換する。よって比較的簡易な構造であっても、ＬＥＤ素子が発光する光をほぼ１００％電気に変換可能であるので、高効率に光電変換することができる。

また本発明の実施の形態に係る温風発生装置（１００，２００）によれば、蓄熱流体加熱用の電気を得るにあたり、商用の交流電源Ｃから直接得るのではなく、商用の交流電源Ｃと発熱ユニット２０，２０ａ〜２０ｄの間に設けられたエネルギ変換パネル１００を介在させて得る。このように商用の交流電源Ｃの電気を一旦、光変換し、変換した光を用いて電気を生じさせて発熱ユニット２０，２０ａ〜２０ｄに供給することにより、例えば漏電等により電源と発熱ユニット２０，２０ａ〜２０ｄが短絡しても、発熱ユニット２０，２０ａ〜２０ｄが破損することを確実に防止することができる。

発熱ユニット２０，２０ａ〜２０ｄのヒータ容器２１の外壁で発生した熱が、送風ファン４０によって１００％瞬時に外部に送り出されるのではないので必ず残留熱が存在する。本発明の実施の形態に係る温風発生装置（１００，２００）によれば、発熱ユニット２０，２０ａ〜２０ｄの内側で一旦加熱した蓄熱流体を棄てることなく、発熱ユニット２０，２０ａ〜２０ｄの内外で昇温した状態で循環させ、残留熱を繰り返し使用できる。

そのため蓄熱流体が一定の温度に昇温した後は、「湯たんぽ」の原理と同様に、蓄熱流体の熱容量の大きな蓄熱作用を活用して、発熱ユニット２０，２０ａ〜２０ｄへ供給すべき電気エネルギを、残留熱に上乗せする補充分相当に節約できるので、実質的に発熱ユニット２０，２０ａ〜２０ｄへ供給する電気エネルギを少なく抑えることができる。
即ち、エネルギ変換パネル１００から発熱ユニット２０，２０ａ〜２０ｄへの電気エネルギの供給は、発熱ユニット２０，２０ａ〜２０ｄのヒータ容器２１の外壁の温度低下分を補充するように供給するだけでよいので、非常に効率の高い温風の発生が可能である。

（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。

例えば、第２の光電変換素子アレイ２ａ及び第１の光電変換素子アレイ２ｂは、例えば発光素子１_ｉｊのピッチ以下の縦横寸法を有する小型のパネル状の太陽電池を、一定の平面パターンをなすように配置された複数の発光素子１_ｉｊの周囲を埋めるように、第１ケース１０の底面上にそれぞれ貼り付けて設けることができる。また図２〜図５では、第１ケース１０にのみ複数の発光素子１_ｉｊからなる発光素子アレイが設けられた場合を例示したが、これに限定されず、第２ケース１１にのみ発光素子アレイが設けられても、或いは第１ケース１０及び第２ケース１１の両方に設けられてもよい。

更に図示を省略しているが、太陽光発電から得られた過剰な電気エネルギを蓄える蓄電池を備えるようにしてもよい。蓄電池を備えた場合は、蓄電池に備えられた電気エネルギを、夜間に発光素子アレイに供給するようにしてもよい。

また例えば、日射量が十分に見込まれる晴天の日中には、エネルギ変換パネル１００を商用の交流電源Ｃに接続せず、図９に示すように、第１ケース１０の光電変換素子アレイａ及び第２ケース１１の第１の光電変換素子アレイ２ｂを太陽に向けて配置して受光させ、太陽光発電に特化して発電を行うと共に、太陽光が得られない曇天や夜間には、商用の交流電源Ｃから電気を供給して光電変換するように構成することもできる。このように太陽光発電の時間帯と、複数の発光素子１_ｉｊからなる発光素子アレイによる発電の時間帯とをそれぞれ設定し、時間帯によって切り替えつつ組み合わせて使用することにより、エネルギ変換パネル１００のエネルギ変換効率を一層高め、実質的な電気エネルギの発生効率を高めることができる。
また図１〜図８では、電気機器として、エネルギ変換パネル１００に蓄熱送風ユニット２００を連結した温風発生装置（１００，２００）を実現した場合を例示したが、これに限定されず、例えば扇風機、除湿機、蛍光灯等他の各種の電気機器にエネルギ変換パネル１００を接続できる。

図３に示した発光素子１_ｉｊの発光効率は現状のＬＥＤの技術では高々５０％である。即ち、エネルギ変換パネル１００に入力される電力の内、約５０％は光エネルギに変換されない。このため、光エネルギの１００％がエネルギ変換パネル１００の内部で電気エネルギに変換されたとしても、温風発生装置の全体としてのエネルギ変換効率は５０％を超えることができない。即ち、エネルギ変換パネル１００に入力される電力の内５０％は熱エネルギになっている。それぞれの発光素子１_ｉｊは、実は発熱体として機能しているのである。

したがって、図１０に示すように、エネルギ変換パネル１００の全体をケーシング２００ａの内部に収納して、送風ファン４０によって、実現されるケーシング２００ａの内部を経由する空気の流れがエネルギ変換パネル１００の周囲を経由するようにすれば、発光に寄与しない電気エネルギを温風の生成エネルギに用いることができる。この場合、図１０に示すように、ケーシング２００ａの内側で吸気口２００ｂ側に吸気ファン４１を追加すれば、吸気した外部の空気により発熱したエネルギ変換パネル１００を冷却することに使用することができると共に、空気の流れをより有効に加熱することになる。
以上のとおり本発明は、本明細書及び図面に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１_ｉｊ 発光素子
２ａ 第２の光電変換素子アレイ
２ｂ 第１の光電変換素子アレイ
３_ｉｊ 基材
４_ｉｊ 発光素子
５_ｉｊ 収束レンズ
６_ｉｊ 配線
７_ｉｊ 取付リング
１０ 第１ケース
１０ａ 筐体
１１ 第２ケース
１１ａ 筐体
１２ 開閉機構
２０，２０ａ〜２０ｄ 発熱ユニット
２１ ヒータ容器
２２，２２ａ〜２２ｄ 注水口
２３，２３ａ〜２３ｄ 排水口
２４ ヒータコア
２５ 電気抵抗線
２６，２６ａ〜２６ｄ 端子
２７，２７ａ〜２７ｄ 端子
２８ キャップ
２９ キャップ
３０ 循環制御手段
４０ 送風ファン
４１ 吸気ファン
５０ 温度センサ
６０ 制御装置
１００，１００ａ〜１００ｙ エネルギ変換パネル
２００ 蓄熱送風ユニット
２００ａ ケーシング
２００ｂ 吸気口
２００ｃ 排気口
Ｃ 商用の交流電源
Ｄ_ｉｊ フォトダイオード
Ｒ 発光素子の直径
ｐ 発光素子のピッチ
ｗ 発光素子の照射幅
ｈ エネルギ変換パネルの内部空間の高さ

Claims (5)

1. 吸気口及び排気口を有するケーシングと、
   前記ケーシングの内部に収納され、前記ケーシングの内部を経由する空気の流れを形成する送風ファンと、
   蓄熱流体を循環させる経路を前記空気の流れの経路に交差させ、該交差箇所で前記空気を加熱する蓄熱循環経路と、
   エネルギ変換パネルと、を備え、
   前記蓄熱循環経路が、
   筒状のヒータ容器、外周と前記ヒータ容器の内壁との間に前記蓄熱流体が流れる間隙が設けられるように前記ヒータ容器の中心軸に沿って配置された柱状のヒータコア、及び前記ヒータコアの前記外周に巻かれた電気抵抗線を有し、前記ケーシングの内部に配置された発熱ユニットと、
   前記蓄熱流体を循環させる循環制御手段と、を含み、
   前記エネルギ変換パネルが、
   一面が解放されて第１の凹部を構成する箱状の第１ケースと、
   前記一面に対向する接合面の外周が前記第１ケースの外周と同一寸法であり、前記一面と前記接合面とを接することにより、内部に密閉されたエネルギ変換空間を形成可能な、前記接合面を解放面として第２の凹部を構成する第２ケースと、
   前記第１の凹部の底面側に設けられ、エネルギ変換空間の内部において、前記第２の凹部に向かって発光する複数の発光素子からなる発光素子アレイと、
   前記第２の凹部の底面側に、前記第２の凹部の底面を敷き詰めるように配列され、前記複数の発光素子からの光を受光して電気エネルギに変換する複数の光電変換素子からなる第１の光電変換素子アレイと、
   前記第１の凹部の底面側において、前記複数の発光素子の周囲に配列され、前記第１の光電変換素子アレイが反射した光を受光して電気エネルギに変換する、複数の光電変換素子からなる第２の光電変換素子アレイと、を含み、
   前記エネルギ変換パネルの出力である電気エネルギを前記電気抵抗線に供給し、前記排気口から温風を排出することを特徴とする温風発生装置。
2. 前記発熱ユニットが更に温度センサを備え、該温度センサの出力を前記複数の光電変換素子に入力される電気エネルギの制御信号として帰還することを特徴とする請求項１に記載の温風発生装置。
3. 前記複数の発光素子のそれぞれの近傍には、前記複数の発光素子のそれぞれに対向する前記複数の光電変換素子のいずれかとの間に光学媒体が局所的に更に配置され、
   該光学媒体を介して、前記複数の発光素子からの光が前記第１の光電変換素子アレイに向かって出射されることを特徴とする請求項１又は２に記載の温風発生装置。
4. 前記エネルギ変換パネルの全体を前記ケーシングの内部に収納し、前記空気の流れが前記エネルギ変換パネルの周囲を経由するようしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の温風発生装置。
5. 吸気口及び排気口を有するケーシングと、前記ケーシングの内部に収納され、前記ケーシングの内部を経由する空気の流れを形成する送風ファンと、蓄熱流体を循環させる経路を前記空気の流れの経路に交差させ、この交差箇所で前記空気を加熱する蓄熱循環経路を備え、前記排気口から温風を排出する温風発生装置に用いられるエネルギ変換パネルであって、
   一面が解放されて第１の凹部を構成する箱状の第１ケースと、
   前記一面に対向する接合面の外周が前記第１ケースの外周と同一寸法であり、前記一面と前記接合面とを接することにより、内部に密閉されたエネルギ変換空間を形成可能な、前記接合面を解放面として第２の凹部を構成する第２ケースと、
   前記第１の凹部の底面側に設けられ、エネルギ変換空間の内部において、第２の凹部に向かって発光する複数の発光素子からなる発光素子アレイと、
   前記第２の凹部の底面側に、前記第２の凹部の底面を敷き詰めるように配列され、前記複数の発光素子からの光を受光して電気エネルギに変換する複数の光電変換素子からなる第１の光電変換素子アレイと、
   前記第１の凹部の底面側において、前記複数の発光素子の周囲に配列され、前記第１の光電変換素子アレイが反射した光を受光して電気エネルギに変換する、複数の光電変換素子からなる第２の光電変換素子アレイと、を備え、
   前記蓄熱循環経路が、筒状のヒータ容器、外周と前記ヒータ容器の内壁との間に前記蓄熱流体が流れる間隙が設けられるように前記ヒータ容器の中心軸に沿って配置された柱状のヒータコア、及び前記ヒータコアの前記外周に巻かれた電気抵抗線を有し、前記ケーシングの内部に配置された発熱ユニットと、前記蓄熱流体を循環させる循環制御手段を含み、
   前記エネルギ変換パネルの出力である電気エネルギを前記電気抵抗線に供給することを特徴とするエネルギ変換パネル。

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