JPH10169028A - 蓄熱設備及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄熱時および放熱時などにファン駆動のエネ
ルギーのロスが少なく、簡易化、低コスト化された蓄熱
設備及びその制御方法を提供する。 【解決手段】 外壁体１と内壁体２との間の空間Ｄに、
接触流体Ｒとの熱交換によって蓄熱・放熱自在な蓄熱体
３を設け、室内から前記空間Ｄに前記接触流体Ｒを取り
入れ自在な取入口４と、前記蓄熱体３に接触させた前記
接触流体Ｒを前記室内へ吐き出し自在な吐出口５と、前
記接触流体Ｒを前記取入口４から前記空間Ｄに吸い込ん
で前記吐出口５から吐き出すためのファンＦとを設けて
ある蓄熱設備において、前記蓄熱体３に熱の流入出方向
を検知する熱入出検知手段Ｔを設けると共に、前記室内
の温度を計測する温度計１２を設け、その室内の温度
と、前記熱入出検知手段Ｔにより検知される流入出方向
とに基づき前記ファンＦの発停を行う制御手段Ｃを設け
てたもの、及びその制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外壁体と内壁体と
の間の空間に、接触流体との熱交換によって蓄熱・放熱
自在な蓄熱体を設け、室内から前記空間に前記接触流体
を取り入れ自在な取入口と、前記空間に取り入れて前記
蓄熱体に接触させた前記接触流体を前記室内へ吐き出し
自在な吐出口と、前記接触流体を前記取入口から前記空
間に吸い込んで前記吐出口から吐き出すためのファンと
を設けてある蓄熱設備及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の蓄熱設備は、冬場におい
て、太陽光により得た室内の熱エネルギーを昼間に蓄熱
しておき、夜間にその熱エネルギーを室内放出させるこ
とにより、夜間の暖房費等を節約して省エネルギー化を
図ることを目的とするものである。かかる蓄熱設備とし
ては、例えば図４に示すように、外壁体１と内壁体２と
の間の空間に、接触流体との熱交換によって蓄熱・放熱
自在な蓄熱体３を設け、室内から前記空間に前記接触流
体を取り入れ自在な取入口４と、前記蓄熱体に接触させ
た前記接触流体を前記室内へ吐き出し自在な吐出口５
と、前記接触流体を前記取入口から前記空間に吸い込ん
で前記吐出口から吐き出すためのファンＦとを設けて、
接触流体や蓄熱体の温度に基づきファンＦの発停を行う
ものである。

【０００３】具体的な制御としては、例えば２３℃に融
点を有する蓄熱体を用いる場合、蓄熱の際には取り入れ
る接触流体の温度が２３℃以上になるとファンを起動
し、吐出される接触流体の温度が３０℃を超えるとファ
ンを停止し、また、放熱の際には取り入れる接触流体の
温度が２３℃以下になるとファンを起動し、吐出される
接触流体の温度が１８℃未満になるとファンを停止する
方法が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような制御では、例えば蓄熱の際に、取り入れる接触流
体の温度が２３℃から２８℃まで上昇した後に、再び２
３℃まで下降するような場合、その間にファンが駆動状
態のままとなり、温度が下降するときに蓄熱体の温度よ
り接触流体の温度が低くなって蓄熱できない状態にもか
かわらず、ファンが駆動されることになり、駆動エネル
ギーがロスするという問題が生じる。また、放熱の際
に、取り入れる接触流体の温度が２３℃から２０℃まで
下降した後に、再び２３℃まで上昇するような場合、そ
の間にファンが駆動状態のままとなり、温度が上昇する
ときに蓄熱体の温度より接触流体の温度が高くなって放
熱できない状態にもかかわらず、ファンが駆動されるこ
とになり、駆動エネルギーがロスするという問題が生じ
る。このようなエネルギーロスは、ファン発停の基準と
なる設定温度を最適化することによって、幾分小さくす
ることはできるが、蓄熱体に対する熱の流入出を検知し
てファンの発停を制御しているわけでなく、また状況に
よって最適設定温度が変化するため、ファン駆動のエネ
ルギーのロスを皆無にすることはできない。

【０００５】一方、本出願人は、蓄熱体の熱の流入出量
から蓄熱量を計算して、それに基づきファン発停の制御
を行う発明をし、既に出願済みであるが、装置及び制御
方法を簡略化、低コスト化するという観点から改善の余
地があった。

【０００６】従って、本発明の目的は、上記各問題点を
解消し、蓄熱時および放熱時などにファン駆動のエネル
ギーのロスが少なく、簡易化、低コスト化された蓄熱設
備及びその制御方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の蓄熱設備の特徴構成は、外壁体と内壁体との
間の空間に、接触流体との熱交換によって蓄熱・放熱自
在な蓄熱体を設け、室内から前記空間に前記接触流体を
取り入れ自在な取入口と、前記空間に取り入れて前記蓄
熱体に接触させた前記接触流体を前記室内へ吐き出し自
在な吐出口と、前記接触流体を前記取入口から前記空間
に吸い込んで前記吐出口から吐き出すためのファンとを
設けてある蓄熱設備において、前記蓄熱体に熱の流入出
方向を検知する熱入出検知手段を設けると共に、前記室
内の温度を計測する温度計を設け、その室内の温度と、
前記熱入出検知手段により検知される流入出方向とに基
づき前記ファンの発停を行う制御手段を設けてある点に
ある。ここで、内壁体とは、室内に面する壁、床、およ
び天井を含む広い概念であり、外壁体とは、壁、床、お
よび天井の外側に設けられた壁体をすべて含む広い概念
であり、通常の外壁の他、床の下側や天井の上側に空間
を形成するための壁体をも包含する。

【０００８】また、本発明の蓄熱設備の制御方法の特徴
構成は、上記の蓄熱設備において、前記室内の温度が基
準温度以上であり、かつ前記熱の流入出方向が流入方向
であるときは、前記ファンを駆動回転状態にし、前記室
内の温度が基準温度以上であり、かつ前記熱の流入出方
向が流入方向でないときは、前記ファンを停止状態に
し、前記室内の温度が基準温度未満であり、かつ前記熱
の流入出方向が流入方向であるときは、前記ファンを停
止状態にし、前記室内の温度が基準温度未満であり、か
つ前記熱の流入出方向が流入方向でないときは、前記フ
ァンを駆動回転状態にする、点にある。

【０００９】〔作用効果〕本発明の蓄熱設備によれば、
前記蓄熱体に熱の流入出方向を検知する熱入出検知手段
を設けてあるため、蓄熱体に対する熱の流入出方向が判
定でき、また、室内の温度を計測する温度計を設けてあ
るため、室内の温度を計測することができる。そして、
これら熱の流入出方向、及び室内温度に基づきファンの
発停を行う制御手段を設けてあるため、その室内の温度
と、前記熱入出検知手段により検知される流入出方向と
に基づき、蓄熱体が蓄熱可能な状態か否かの判断、及び
室内の温度環境に応じた判断が可能となり、これらの総
合判断による最適化したファンの制御を行うことができ
る。このため、従来技術のように、蓄熱できない状態に
もかかわらず、蓄熱を目的としてファンが駆動された
り、放熱できない状態にもかかわらず、放熱を目的とし
てファンが駆動されたりするといった問題が無くなる。
また、蓄熱体に蓄熱された蓄熱量を計算するための高価
かつ複雑な装置も必要ない。その結果、蓄熱時および放
熱時などにファン駆動のエネルギーのロスが少なく、簡
易化、低コスト化された蓄熱設備を提供することができ
た。

【００１０】本発明の蓄熱設備の制御方法によれば、上
記のような蓄熱設備において、前記室内の温度が基準温
度以上であり、かつ前記熱の流入出方向が流入方向であ
るときは、前記ファンを駆動回転状態にするため、蓄熱
体への蓄熱が可能な状態において不可欠なファンの駆動
を行うことができる。また、前記室内の温度が基準温度
以上であり、かつ前記熱の流入出方向が流入方向でない
ときは、前記ファンを停止状態にするため、蓄熱体への
蓄熱が不可能な状態において、ファンの無駄な駆動を止
めることができる。前記室内の温度が基準温度未満であ
り、かつ前記熱の流入出方向が流入方向であるときは、
前記ファンを停止状態にするため、蓄熱体からの放熱が
不可能な状態において、ファンの無駄な駆動を止めるこ
とができる。前記室内の温度が基準温度未満であり、か
つ前記熱の流入出方向が流入方向でないときは、前記フ
ァンを駆動回転状態にするため、蓄熱体からの放熱が可
能な状態において、不可欠なファンの駆動を行うことが
できる。その結果、蓄熱時および放熱時などにファン駆
動のエネルギーのロスが少なく、簡易化、低コスト化さ
れた蓄熱設備の制御方法を提供することができた。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。尚、図面において従来例と同一の
符号で表示した部分は、同一又は相当の部分を示してい
る。

【００１２】本実施形態は、図１及び図２に示すよう
に、建物の壁部Ｗの外壁体１と内壁体２との間の空間Ｄ
に、接触流体Ｒとの熱交換によって蓄熱・放熱自在な蓄
熱体３を設け、室内から前記空間Ｄに前記接触流体Ｒを
取り入れ自在な取入口４と、前記空間Ｄに取り入れて前
記蓄熱体３に接触させた前記接触流体Ｒを前記室内へ吐
き出し自在な吐出口５と、前記接触流体Ｒを前記取入口
４から前記空間Ｄに吸い込んで前記吐出口５から吐き出
すためのファンＦとを設けてある蓄熱設備であって、熱
の流入出方向を検知する熱入出検知手段Ｔの計測部１１
を前記蓄熱体３に設けると共に、前記室内の温度を計測
する温度計１２を設け、その室内の温度と、熱の流入出
方向に基づき前記ファンＦの発停を行う制御手段Ｃを設
けてある蓄熱設備である。

【００１３】図１では、建物の壁体に蓄熱体３を含むユ
ニットを内装しているが、外壁体１と内壁体２との間の
空間Ｄに蓄熱体３を直に設けてもよい。また、外壁体１
や内壁体２は熱効率を高めるために断熱機能を持たせる
ことが望ましい。蓄熱体３は、空気等との熱交換によっ
て蓄熱・放熱自在な複数の蓄熱カプセルとして内空部に
収容され、取入口４、吐出口５、ダンパー７、及びファ
ンＦとにより通気系が形成され、ファンＦの駆動により
流体との接触が行われるよう構成されている。なお、フ
ァンＦは蓄熱体３の上方に設けることに替えて、中間部
や下方に設けることも可能である。またファンＦは、例
えば、アクシャルファン、クロスフローファン、シロッ
コファン等、種々の形式のファンを採用することが可能
である。

【００１４】前記蓄熱体３は、例えば熱交換によって蓄
熱・放熱自在な蓄熱剤を収容自在な密閉容器を設け、そ
の内空部に蓄熱剤を充填して構成してある。蓄熱剤とし
ては、熱交換温度、及び、その範囲によって、種々のも
のを使用することができるが、その一例としては、塩化
カルシウム６水塩（ＣａＣｌ₂ ・６Ｈ₂ Ｏ）を挙げるこ
とができる。このような容器は、空間Ｄ内に積層させて
複数配置してあり、壁内の狭い空間に、効率よく蓄熱剤
を配置でき、高い蓄熱性・熱交換性を確保できるように
構成してある。

【００１５】熱の流入出方向を検知する熱入出検知手段
Ｔとしては、熱の流入出速度、即ち単位時間あたりの移
動熱量を測定する熱流計等を用いることができるが、例
えば英弘精機産業（株）等より市販されている熱流計が
使用可能である。本発明ではその計測部１１を前記蓄熱
体３に設けるが、板状の計測部１１を蓄熱体３の表面に
貼設したり、蓄熱材の内部に挿設したりすればよい。か
かる熱流計は、通常、熱の流入出速度の正負（電圧値の
正負に相当する）により、熱の流入出方向が判定でき
る。上記以外の熱入出検知手段Ｔとしては、蓄熱体３の
表面温度とその近傍の接触流体の温度との温度差により
熱の流入出方向を検知する装置や、蓄熱体３の内部の蓄
熱剤の温度分布により熱の流入出方向を検知する装置
や、蓄熱体３の温度の時間変化によって熱の流入出方向
を検知する装置などが挙げられる。なお、計測部１１の
位置は、蓄熱及び放熱が他の部分より遅く行われる位置
に設けるのが好ましく、下向きに接触流体が流れるよう
な場合は、複数の蓄熱体３のうち下端部に存在するもの
の下側に設けるのが好ましい。

【００１６】温度計１２は、室内の温度を計測して、制
御手段に信号を出力できるものであればよく、計測部が
一体又は別体のいずれもを用いることができる。なお、
図２には一体型の例を示した。

【００１７】制御手段Ｃは、室内の温度と、熱の流入出
方向とに基づきファンＦの発停を行うものであるが、こ
れにより、熱の流入出方向により蓄熱又は放熱の可能性
の判断が可能となると共に、室内の環境に応じた判断が
可能となり、これらの総合判断による最適化したファン
の制御を行うことができる。

【００１８】具体的には、本発明の制御方法の如く、前
記の蓄熱設備において、前記室内の温度が基準温度以上
であり、かつ前記熱の流入出方向が流入方向であるとき
は、前記ファンＦを駆動回転状態にし、前記室内の温度
が基準温度以上であり、かつ前記熱の流入出方向が流入
方向でないときは、前記ファンＦを停止状態にし、前記
室内の温度が基準温度未満であり、かつ前記熱の流入出
方向が流入方向であるときは、前記ファンＦを停止状態
にし、前記室内の温度が基準温度未満であり、かつ前記
熱の流入出方向が流入方向でないときは、前記ファンＦ
を駆動回転状態にする、制御方法を採用することができ
る。かかる制御のフローを示すのが図３である。ここ
で、基準温度は、蓄熱体の融点等や蓄熱能力に応じて適
宜設定することができ、例えば基準温度を蓄熱剤の融点
よりやや低い温度（例えば１８℃）に設定することがで
きる。また、サンプリングの待ち時間も制御の精度に応
じて適宜設定すればよく、例えば数秒〜数分の間隔でサ
ンプリングを行えばよい。

【００１９】上記制御を行うことにより、蓄熱体への蓄
熱が可能な状態において不可欠なファンの駆動を行うこ
とができ、蓄熱体への蓄熱が不可能な状態において、フ
ァンの無駄な駆動を止めることができ、蓄熱体からの放
熱が不可能な状態において、ファンの無駄な駆動を止め
ることができ、蓄熱体からの放熱が可能な状態におい
て、不可欠なファンの駆動を行うことができる。以上の
結果、蓄熱時および放熱時などにファン駆動のエネルギ
ーのロスが少なく、簡易化、低コスト化された蓄熱設備
及びその制御方法を提供することができた。

【００２０】なお、本発明に係わる蓄熱設備及びその制
御方法は、一般住宅をはじめ、工場設備やオフィースビ
ル等種々の構造物の壁、床、天井等に適応することが可
能である。

【００２１】〔別実施形態〕以下に他の実施の形態を説
明する。

【００２２】〈１〉 先の実施形態では、制御手段によ
りダンパーの開閉操作を行わない例を示したが、図１の
（ａ）および（ｂ）に示すような開閉操作の制御を制御
手段により行ってもよい。具体的な制御としては、ファ
ンＦが駆動状態の時は、ダンパー７を開け、ファンＦが
停止状態の時は、ダンパー７を閉じるように、ファンＦ
の制御に合わせて制御を行えばよい。その場合、ダンパ
ーの気密性を高めたり、断熱性を高めるのが好ましい。
かかる構成によると、熱の出入りが望ましくないファン
Ｆの停止時に、ダンパーを閉じることにより、熱の出入
りをより小さくすることができる。

【００２３】〈２〉 先の実施形態では、蓄熱設備の制
御が２４時間を通じて行われる例を示したが、タイマー
と組み合わせて、ファンＦが駆動状態になる可能性のな
い時間帯においては、蓄熱設備の制御自体を行わないよ
うに、タイマー制御してもよい。かかる構成によると、
不必要な時にまで、蓄熱設備の制御を行うのを防止して
設備の省電力化が図れる。

【００２４】〈３〉 先の実施形態では、室内の基準温
度を一点に設定した例を示したが、その代わりに基準上
限温度と基準下限温度の二点を設定して、その間の温度
では無条件にファンＦを停止状態にし、基準上限温度以
上と基準下限温度未満では先の実施形態と同様の制御が
行えるよう構成してもよい。その場合、基準上限温度と
基準下限温度はファンＦが駆動状態になる可能性のない
温度帯に対応させて設定するのが好ましい。かかる構成
によると、基準上限温度と基準下限温度との間におけ
る、余分な制御が不要となり、また、蓄熱時および放熱
時に蓄熱体と接触流体との温度差を大きくできるため、
蓄熱速度および放熱速度が高くなり、このためファンＦ
の駆動時間を短縮でき、より省エネルギー化が図れる。

【００２５】〈４〉 先の実施形態では、熱入出検知手
段Ｔの計測部１１を前記蓄熱体３に一箇所だけ設ける例
を示したが、蓄熱体３の上流側から下流側にかけて計測
部１１を複数箇所設けて、その総合判断により流入出方
向を判定して前述の制御を行ってもよい。かかる構成に
よると、流入出方向の判定の誤差が少なくなり、より精
度の高い制御を行うことができる。

【００２６】〈５〉 先の実施形態では、温度計を室内
温度の計測用にのみ用いた例を示したが、温度計を蓄熱
体に設けて、その温度に基づく制御を併用してもよい。
具体的には、例えば蓄熱体の温度が融点より数度以上高
い温度では、蓄熱のためのファンの駆動を行わず、蓄熱
体の温度が融点より数度以上低い温度では、放熱のため
のファンの駆動を行わないような制御を併用すればよ
い。かかる構成によると、例えば潜熱による蓄熱又は放
熱が終了した後のファンＦの駆動時間を短縮でき、より
省エネルギー化が図れる。

【００２７】〈６〉 先の実施形態では、室内の基準温
度を一点に設定した例を示したが、更に、基準上限温度
と基準下限温度の二点を設定して、基準上限温度を超え
る温度と基準下限温度未満の温度の領域では、無条件に
ファンＦを停止状態にする制御を併用してもよい。その
場合、基準上限温度は、蓄熱体の潜熱による蓄熱が終了
するような温度とし、基準下限温度は、蓄熱体の潜熱に
よる放熱が終了するような温度に設定するのが好まし
い。かかる構成によると、蓄熱体の潜熱による蓄熱が終
了した後のファンＦの駆動時間を短縮でき、また蓄熱体
の潜熱による放熱が終了した後のファンＦの駆動時間を
短縮でき、より省エネルギー化が図れる。

【００２８】尚、特許請求の範囲の項に、図面との対照
を便利にするために符号を記すが、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】蓄熱設備を示す断面図であり、（ａ）はファン
駆動時の状態、（ｂ）はファン停止時の状態

【図２】蓄熱設備の制御系のブロック構成図

【図３】制御のフローを示す図

【図４】従来蓄熱設備を示す断面図であり、（ａ）はフ
ァン駆動時の状態、（ｂ）はファン停止時の状態

【符号の説明】

１ 外壁体 ２ 内壁体 ３ 蓄熱体 ４ 取入口 ５ 吐出口 １２ 温度計 Ｔ 熱入出検知手段 Ｃ 制御手段 Ｄ 空間 Ｆ ファン Ｒ 接触流体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外壁体（１）と内壁体（２）との間の空
   間（Ｄ）に、接触流体（Ｒ）との熱交換によって蓄熱・
   放熱自在な蓄熱体（３）を設け、室内から前記空間
   （Ｄ）に前記接触流体（Ｒ）を取り入れ自在な取入口
   （４）と、前記空間（Ｄ）に取り入れて前記蓄熱体
   （３）に接触させた前記接触流体（Ｒ）を前記室内へ吐
   き出し自在な吐出口（５）と、前記接触流体（Ｒ）を前
   記取入口（４）から前記空間（Ｄ）に吸い込んで前記吐
   出口（５）から吐き出すためのファン（Ｆ）とを設けて
   ある蓄熱設備であって、 前記蓄熱体（３）に熱の流入出方向を検知する熱入出検
   知手段（Ｔ）を設けると共に、前記室内の温度を計測す
   る温度計（１２）を設け、 その室内の温度と、前記熱入出検知手段（Ｔ）により検
   知される流入出方向とに基づき前記ファン（Ｆ）の発停
   を行う制御手段（Ｃ）を設けてある蓄熱設備。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の蓄熱設備において、 前記室内の温度が基準温度以上であり、かつ前記熱の流
   入出方向が流入方向であるときは、前記ファン（Ｆ）を
   駆動回転状態にし、 前記室内の温度が基準温度以上であり、かつ前記熱の流
   入出方向が流入方向でないときは、前記ファン（Ｆ）を
   停止状態にし、 前記室内の温度が基準温度未満であり、かつ前記熱の流
   入出方向が流入方向であるときは、前記ファン（Ｆ）を
   停止状態にし、 前記室内の温度が基準温度未満であり、かつ前記熱の流
   入出方向が流入方向でないときは、前記ファン（Ｆ）を
   駆動回転状態にする、蓄熱設備の制御方法。