JPH1082109A - 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
ルギーのロスの少ない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によって蓄熱・放熱自在な複数の蓄熱体３を
設け、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、熱の流入出速度を計測する熱流計の計測部１
１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
出速度より判定される流入出方向と、熱の流入出速度を
積算して求めた蓄熱量に基づき前記ファンＦの発停を行
う制御手段を設けてある。

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℃〜３０℃の範囲であるとファンが駆動
状態のままとなり、その間に蓄熱体の蓄熱量が飽和して
しまい、ファンの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１８℃〜２３℃の範囲のであるとファンが駆動状態
のままとなり、その間に蓄熱体の蓄熱量が下限状態（例
えば融点での潜熱を全て消費した状態）となってしま
い、ファンの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、蓄熱体の蓄熱量によって制御して
いるわけでなく、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】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
ギーのロスの少ない蓄熱設備及びその制御方法を提供す
ることにある。

【０００６】

【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、熱の流入出速度を計測す
る熱流計の計測部を前記蓄熱体に設けると共に、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、
熱の流入出速度より判定される流入出方向と、熱の流入
出速度を積算して求めた蓄熱量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。

【０００７】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、前記蓄熱量が基準上限蓄熱量以上で
あるときは、前記ファンを停止状態にし、前記室内の温
度が基準温度以上であり、かつ前記蓄熱量が基準上限蓄
熱量未満であり、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、かつ前記蓄熱量が基準上
限蓄熱量未満であり、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、かつ前記蓄熱量が基準下
限蓄熱量未満であるときは、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、かつ前記蓄
熱量が基準下限蓄熱量以上であるときは、前記ファンを
駆動回転状態にする点にある。

【０００８】〔作用効果〕本発明の蓄熱設備によれば、
熱の流入出速度を計測する熱流計の計測部を前記蓄熱体
に設けてあるため、熱の流入出速度より流入出方向が判
定でき、更に熱の流入出速度を積算して蓄熱体が有する
蓄熱量を算出することができ、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、蓄熱量、
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、蓄熱体の蓄熱量が飽和状態か否か、およ
び蓄熱体の蓄熱量が下限状態か否かの判断が可能とな
り、また、熱の流入出方向により蓄熱又は放熱の可能性
の判断が可能となり、更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。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の少ない蓄熱設
備を提供することができた。

【０００９】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、前記蓄熱量が基準上限蓄熱量以上である
ときは、前記ファンを停止状態にするため、蓄熱体の蓄
熱量がほぼ飽和状態になると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以上であ
り、かつ前記蓄熱量が基準上限蓄熱量未満であり、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
ンを駆動回転状態にするため、蓄熱体への蓄熱が可能で
あり蓄熱量が飽和状態でない時には、不可欠なファンの
駆動を行うことができる。前記室内の温度が基準温度以
上であり、かつ前記蓄熱量が基準上限蓄熱量未満であ
り、かつ前記熱の流入出方向が流入方向でないときは、
前記ファンを停止状態にするため、蓄熱体への蓄熱がで
きないときには、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
蓄熱量が基準下限蓄熱量未満であるときは、前記ファン
を停止状態にするため、蓄熱体からの放熱が十分行われ
た後は、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、かつ前記蓄熱量が
基準下限蓄熱量以上であるときは、前記ファンを駆動回
転状態にするため、蓄熱体が放熱可能な状態である時に
は、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
のロスの少ない蓄熱設備の制御方法を提供することがで
きた。

【００１０】

【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。

【００１１】本実施形態は、図１及び図２に示すよう
に、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、熱の流入出速度を
計測する熱流計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、熱の流入出速度より判定される流入
出方向と、熱の流入出速度を積算して求めた蓄熱量に基
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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】熱の流入出速度を計測する熱流計Ｔは、単
位時間あたりの移動熱量を測定する装置であり、例えば
英弘精機産業（株）等より市販されている装置を用いる
ことができる。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Ｔ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。また、計測される熱の流入出速度を時間で積算する
ことに時間当たりの蓄熱量（負の場合は放熱量に相当す
る）を算出（演算）できる。なお、かかる演算は、熱流
計Ｔがその機能を有していてもよく、制御手段Ｃが有し
ていてもよい。

【００１５】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。

【００１６】制御手段Ｃは、室内の温度と、熱の流入出
速度より判定される流入出方向と、熱の流入出速度を積
算して求めた蓄熱量に基づきファンＦの発停を行うもの
であるが、これにより、蓄熱体の蓄熱量が飽和状態か否
か、および蓄熱体の蓄熱量が下限状態か否かの判断が可
能となり、また、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り、更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。

【００１７】具体的には、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、前記蓄熱量が基準
上限蓄熱量以上であるときは、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以上であり、かつ前記
蓄熱量が基準上限蓄熱量未満であり、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
つ前記蓄熱量が基準上限蓄熱量未満であり、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
停止状態にし、前記室内の温度が基準温度未満であり、
かつ前記蓄熱量が基準下限蓄熱量未満であるときは、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、かつ前記蓄熱量が基準下限蓄熱量以上であ
るときは、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、基準上限蓄熱量、
及び基準下限蓄熱量は、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℃）、基準上限蓄
熱量を潜熱による飽和蓄熱量、基準下限蓄熱量を潜熱に
よる蓄熱量がゼロとなる蓄熱量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。

【００１８】上記制御を行うことにより、蓄熱体の蓄熱
量がほぼ飽和状態になるとファンの無駄な駆動を止める
ことができ、蓄熱体への蓄熱が可能であり蓄熱量が飽和
状態でない時には、不可欠なファンの駆動を行うことが
でき、蓄熱体への蓄熱ができないときには、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十分
行われた後はファンの無駄な駆動を止めることができ、
蓄熱体が放熱可能な状態である時には、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の少ない蓄
熱設備及びその制御方法を提供することができた。

【００１９】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。

【００２０】〔別実施形態〕以下に他の実施の形態を説
明する。

【００２１】〈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。

【００２２】〈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。

【００２３】〈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。

【００２４】〈４〉 先の実施形態では、熱流計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、その平均値により前述の制御を行って
もよい。かかる構成によると、蓄熱量の算出の誤差が少
なくなり、より精度の高い制御を行うことができる。

【００２５】〈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未満の温度で
は、蓄熱のためのファンの駆動を行わず、蓄熱体の温度
が融点以上の温度では、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、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。

【００２６】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 １１ 計測部 １２ 温度計 Ｔ 熱流計 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、 熱の流入出速度を計測する熱流計（Ｔ）の計測部（１
   １）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、熱の流入出速度より判定される流入
   出方向と、熱の流入出速度を積算して求めた蓄熱量に基
   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、前記蓄熱量が基
   準上限蓄熱量以上であるときは、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以上であり、かつ前記蓄熱量
   が基準上限蓄熱量未満であり、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、かつ前記蓄熱量
   が基準上限蓄熱量未満であり、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、かつ前記蓄熱量
   が基準下限蓄熱量未満であるときは、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、かつ前記蓄熱量
   が基準下限蓄熱量以上であるときは、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。