JPS5869360A - 太陽熱利用の暖房または給湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば冬期の暖房給湯エネルギーを夏期や中
間期に蓄えた太陽熱でまかなうことができるようにした
年間を通じての太陽熱有効利用の暖房給湯装置に関する
。

これまで市場に提供されたソーラーシステムは年間を通
じて太陽熱含蓄えるシステムではない。

このため真の太陽熱の有効利用を図ったものとは言い難
い。本発明は住宅の暖房給湯エネルギーを冬期前ｔ／Ｃ
太陽熱によって蓄えておくシステムの提供を目的として
なされたものである。例えば雪国においては積雪前にた
きぎや炭を蓄來てこれを冬期の燃料とする生活設計が長
年なされてきたが、この往年の手法も究極的には太陽熱
を形を変えて蓄えるものであると言える。本発明はこの
往年の手法と同様ではめるが、往年の植物や動物をその
媒介として借りる間接法に代えて、直接的に太陽熱を蓄
える装＠を提供するもので、この太陽熱を蓄熱物質の潜
熱の形態で蓄えるものである。

特定の物質の融解または凝固のさいの潜熱を利用して蓄
熱および放熱を行なう熱装置を構成すると、単位体積当
りの蓄熱量を多くすることができる。このような原理に
基づき、従来提案されていた蓄熱装置は密閉容器内に蓄
熱物質を封入するものであり、その容器壁を通じて水や
空気などの熱媒流体と熱交換するようにするものである
。また、従来提案されているこの種の潜熱蓄熱用物質と
しては、ｃａｃ４−６１，０、Ｎａ２８０．　、１０Ｈ
２０，Ｎａ２Ｓ１０３５Ｈ２０などの水和塩類、Ｎａ２
ＨＰＯ４−ＮａＨ，ＰＯ，−ＫＨ２ＰＯ４，−Ｈ２Ｏ系
などの含水りん酸塩混合物、エチレンジアミンなどの有
機化合物類、パラフィンやシリコンオ９ルなどの油肪類
などが挙げられる。

だが、このような物質を用Ａて潜熱の形態で蓄熱するこ
との有利性が原理的に判っていても、これを太陽熱利用
の実用化装置に実現するにはいくつかの問題が存在した
。これには蓄熱物質自体の変成や劣化の問題と、蓄熱装
置の構成上の問題とに大別される。前者の蓄熱物質の変
成や劣化は蓄熱物質を容器内に完全封入して空気や水と
の接触を避ければ実質上回避され得るが、実用規模での
大型の蓄熱容器では熱媒流体との良好な熱効換効率を望
みながらこの完全封入を行なうのは容易ではない。また
、後者にあっては、太陽熱の受熱量の変動と、蓄熱され
た熱を回収するさいの回収要求熱量の変動に対して応答
性よく対応できる大型の装置を構成することが容易で輩
ないという問題である。

本発明はこのような問題の解決を図ると共に太陽懲の周
年を通じての有効利用を図ることができる暖房または給
湯装置を提供するものである。

本発明の太陽熱利用の暖房または給湯装置は、空気式太
陽熱集熱器と潜熱利用蓄熱槽とが組み合わされており、
潜熱利用蓄熱槽が特定の形状と構造をもった多数の蓄熱
器ユニットの集合体である点［１つの特徴がある。まず
、この本発明に従う蓄熱器ユニットについて説明した上
で、装置全体の構成を説明する。

第１図は、本発明の潜熱蓄熱槽を構成するための単位蓄
熱器ユニットの代表例を示す断面図であり、後述の太陽
熱集熱器で集熱された熱によって融解可能な融点をもつ
蓄熱物質を封入する容器を示している。この容器は先述
のたきぎの例で言えば、たきぎ１束に相当するもので、
往年の単位である１斗罐程度の容積をもつものである。

第１図において、１は円筒型の鏝体であり、この一体１
の上下には上蓋２と下蓋２が気密に取付けられている。

この上蓋２と下蓋２の中心部には鏝体１と同軸の小円筒
３が気密に取付けられると共に、この小円筒３を取巻く
ようにしてコイル４が配置しである。コイル４の１方の
端は鏝体１の下方に、他方の端は鏝体１の上方に突出し
ており、この鏝体１へのコイル端の接続も気密が保持さ
れている。

５Ｖｉ蓄熱物質の注入口、６は蓄熱物質の排出口であり
、蓄熱物質充填後はこの注入口５と排出口６はめくらに
しておく。このようにして蓄熱物質を封入する容器が形
成され、この容器内に熱媒原体を流すための導路、すな
わち小円筒３とコイル４が形成される。後述するが、こ
の小円筒３は気体例えば空気を流す通路として使用され
、コイル４は液体例えば水を流す通路として使用される
。この図示の蓄熱器ユニットは上下左右が実質上対称で
あり、図示の位置を上下に逆さにしても同一形状に表わ
れ、これを同軸的に積み重ねた場合、図の破線で示す他
の同型の蓄熱器ユニットにおける小円筒３′の出口は実
線の小円筒３の入口と整合して連結され、同様にコイル
４も出口ζ入口が配管接続されるようになっている。

第２図は第１図の蓄熱器ユニットを８個組み合わせて１
単位の蓄熱槽を構成した状態を、また第３図ではこの８
個の蓄熱器ユニットからなる１単位蓄熱槽をさらに集合
した状態を、それぞれ図解的に示したものである。

１単位の蓄熱槽は、第２図に示したように、方形の４隅
に組まれたａ　−ｄの４本の垂直な中空）（イブと、こ
れらの中空パイプａ−ｂ、ｂ〜ｃ、　ｃ〜＋１．（１％
ａ間の中心の辺に配置された４本の垂直な中空パイプイ
ル二と、中央に位置する１本の垂直な中空パイプＣＰと
からなる枠組みの中に、８個の蓄熱器ユニットを２段に
して収めることによって構成されている。これらの中空
パイプのうち、中央のパイプＣＰを除いた周辺のものは
、この１単位の蓄熱槽を隣り合わせて集合するさいに、
その隣接する槽と共用される。

この状態は第３図の平面配置に示すように、１単位の蓄
熱槽（Ｕｌ）における隅のパイプａ−ｄが、成る方向（
図では紙面の上下方向）では隣接する単位蓄熱槽の隅の
パイプとして共用されるが、成る方向（図では紙面の左
右方向）では隣接する単位蓄熱槽の辺のパイプとして共
用される。そして、これらのパイプの全て（ａ−ｄ、イ
ル二、ｃ：ｐ）は蓄熱器ユニットを組み合わせて固定す
る支柱としての役割ρほかに、各蓄熱器ユニットの内部
に配されたコイル４（第１図）全互いに連結して熱媒液
体を循環させるための熱媒配管として機能させるように
しである。各々の単位蓄熱槽において、各パイプは第４
図に示したような水平な支持板７金上中下の合計３枚使
用して互いに位置決めされ、このように位置決めされた
９本のパイプと３枚の支持板によって８個の蓄熱器ユニ
ットが２個づつ軸心に合わせて積み重ねた４本の筒とな
り、この４本の筒で１単位の蓄熱槽に構成される。この
軸心に合わせて積み重ねられることによって、小円筒３
（第１図）Ｆｉ互いに整合して連結され、この中に熱媒
気体が通される。

熱媒液体は、各々の中空パイプａ　Ｍ−（１、イル声、
ｃｐを利用して各蓄熱器ユニットのコイルに循環される
が、この接続関係は第３図の平面配置における矢印で示
しである。例えば第３図のＵｌの単位蓄熱槽について見
れば、上段の４個のユニットも下段の４個のユニットも
同様に、中央のパイプＯＦに熱媒液体が各々の内部コイ
ルから流出するように接続され、かつ辺のパイブイと口
がら熱媒液体が各々の内部コイルに流入するように接続
される。他方、このＵｉの右隣りの単位蓄熱槽において
は、中央のパイプＣＰとの接続はＵｌと同じであるが、
Ｕｉでは隅のパイプ（ａ−ｄ）として機能していたもの
が辺のパイプ（イル二）として機能し、これから熱媒液
体が流入するようになる。

つまシ、単位蓄熱槽の隣接にさいして蓄熱器ユニット１
個分をずらして隣接させることによって、隣の単位蓄熱
槽では液体循環用に使用されなかったパイプが隣の単位
蓄熱槽では液体循環用に使用され、しかもそのさい、単
位蓄熱槽として個別に見た場合、いづれにおいても、各
パイプと各ユニット内のコイルとの接続位置は不変とす
ることができる。この不変の接続関係を保って単位蓄熱
槽を無限に集合することができ、実際には、受熱または
放熱の熱容量に合わせてこの集合の度合いを任意に調節
することができる。なお、この集合の場合、第３図のよ
うな平面的な広がりのほかに上下方向の接続も随意であ
り、３次元的な任意の構造をもった蓄熱槽構造物を構築
することができる。

構築された蓄熱槽において、熱媒気体は各蓄熱器ユニッ
トの小円筒を通すようにすると共に、各蓄熱器ユニット
の間の空隙、すなわち鏝体１の外側にも通すようにすれ
ば、各蓄熱器ユニット内の蓄熱物質はこの熱媒気体との
熱交換面積が一層増大してその熱交換効率が向上する。

実際の運°転にあたって、熱媒気体は蓄熱用に、また、
コイルに通す熱媒液体は放熱用に利用するとよいが、そ
の逆の運転も場合によっては行ない得る。

以下さらに本発明の蓄熱器ユニットの他の利用のしかた
並びに他の形状構造例を示す。

第５図は蓄熱器ユニットを縦方向に積み重ねるさいにリ
ングジヨイント９金利用した例を示す。

このリングジヨイント９は第６図に示したように、気体
が透過する開口１０が上下リング１１と１２の間に設け
てあシ、この上下リング１１と１２に対し、積み重ねよ
うとする蓄熱器ユニットの端部を嵌め込む。そして、第
４図に示した支持板７をこのリングジヨイント９の中央
部で支持させる。１３はこの支持板７を受けるための張
り出し片を示している。この支持板７６用しかつ蓄熱器
ユニットの積み重ねにさいして小円筒同志の接続を若干
切離しておくと、小円筒から小円筒へ流れる気体の１部
は開口１０を経て鏝体の外側に流れ出るし、逆に鏝体の
外側を流れる気体は支持板７ｖｃ衝突して（この支持板
７がパンフルグレートとして機能して）この開口１０か
ら小円筒内に流入するような気流の流れが生じ、鏝体の
外側と内側（小円筒）に気流が混合しながら流れること
になり、この気体と蓄熱物質との熱交換が各蓄熱器ユニ
ット内の蓄熱物質の全域にわたって効果的に行なわれる
。

第７図は、第１図の蓄熱器ユニットを最もコンパクトに
配置する場合の平面配置図である。この場合、′１個の
蓄熱器ユニットに対し２本の垂直なパイプ１４と１５が
用いられ、その１方は蓄熱器ユニット内のコイルに熱媒
液体を流入する流入管、他方は熱媒液体をコイルから流
出させる流出管として使用される。縦方向への積み重ね
は、この第７図の配置を保ったまま積層されるが、１段
下の蓄熱器ユニットで流出管となったパイプは流出管と
するような接続のしかたをしてもよい。つまり、縦方向
の各蓄熱器ユニットのコイルをパイプ１４と１５にシリ
ーズに接続してもよい。このシリーズに接続するかある
いはパラレルに接続するかは、受熱容量、熱媒流体量、
蓄熱物質の種類と量によって決定される。この積層にあ
たって、第６図の如きリングジヨイントの使用も可能で
あり、鏝体の外側と内側（小円筒）に熱媒気体を流すよ
うにすることもできる。ただし、この第７図の配置では
第３図の配置よシも各蓄熱器ユニット同志の間隙は小さ
いので、必ずしも第４図のようなパンフルプレート全使
用しなくともよい。

第８図は、第２図に示した単位蓄熱槽の集合例を示した
もので、熱媒としての空気が槽全体に効果的に流れるよ
うにした配置例を示す。すなわち、単位蓄熱槽音信の単
位蓄熱槽と共用の空気入ロチャンハー１６と空気出口チ
ャンパー１７トの間ニ装置し、空気入口チャンパー１６
には空気入口連絡ボックス１８から空気を送り込むよう
にすると共に空気出口チャンパー１７から空気出口連絡
ボックス１９に空気を取り出すようにしたものである。

空気入口チャンパー１６と空気出口チャンパー１７は２
次元的な広がシをもっていて、これらの間には単位蓄熱
槽が、これらチャンバーの面とは直角方向に小円筒３が
整列するようにして、幾つも配置されている。なお、第
８図におけるＵｉやＵｊは第２図の８個の蓄熱器ユニッ
トからなる単位蓄熱槽を示し、９は第５〜６図に示した
ようなリングジヨイントである。第８図には液体熱媒の
配管が省略されているが、液体熱媒用の配管も第３図ま
たは第７図で説明したようにして随意に配設することが
できる。

第９図は、本発明に従う太陽熱集熱器と蓄熱槽からなる
装置の断面略図である。第９図におＡて、２０は空気式
太陽熱蓄熱器、２１ハ地下コンクリート構造物、Ｕｉや
Ｕｊは蓄熱器ユニットの複数個からなる単位蓄熱槽、２
２は送風機、２３ハ空気チヤンバー、２４は切替ダンパ
、２５Ｆｉ給気口、２６は還気口、２８〜・５１は液体
配管、３２は液タンクを示している。図示のように、こ
の太陽熱の蓄熱装置は、地表の日射面に配置された空気
式太陽熱集熱器２０の真下の地下構造物内に、先に説明
したような蓄熱器ユニットを集合配列したものである。

この蓄熱器ユニットの集合体は、例えば第２図で説明し
た８個の蓄熱器ユニットからなる単位蓄熱槽を、第２図
の状態から９０°回転して、つまシ鏝体の中心軸を水平
方向にして、上下、左右、前後の３次元方向に積層した
ものであり、単位蓄熱槽Ｕ１やＵｊには水平刃に空気が
流れるようにしである。

まず、この蓄熱器−１の空気の流れについて説明すると
、蓄熱運転においては、送風機２２の吐出空気は空気チ
ャンバー２６から切替ダンパ２４を経て空気式太陽熱集
熱器２０に入り、この集熱器２０によって加熱された空
気は上段の単位蓄熱槽の列から下段の単位蓄熱槽の列へ
と蛇行しながら流れてゆき、各々の蓄熱器ユニット内の
蓄熱物質に与熱したあと、最終的には再び送風機２２ニ
吸込まれ、再びこの循環をくシ返す。この蓄熱運転を続
行することにより、蓄熱器ユニット内の蓄熱物質は融解
し、特に日射の強い場合には、はとんどの蓄熱器ユニッ
トは融解した蓄熱物質を収容することになる。またん融
解した蓄熱物質に、本蓄熱装置内への熱媒の流れを止め
ると、部分的には凝固を開始しても、その発熱によって
装置内が所定の温度に保持されるので、長期にわたって
その大部分が融解したままの状態に維持される。

放熱運転においては、切替ダンパ２４を作動して空気チ
ャンバー２３の空気を給気口２５の方に導き、還気口２
６からの空気を空気式太陽熱集熱器２０に流し込むよう
にすればよい。これによって送風機２２だけの動力で還
気口２６からの戻り空気は単位蓄熱槽内を通過すること
により蓄熱物質の凝固熱により加熱され給気口２５から
所定の熱要求側に供給される。なお、冬期や中間期にお
ける日射時においては、切替タンパ２４の開度調整によ
り蓄熱と放熱の同時運転も行なうことができる。

また放熱運転は各蓄熱器ユニットのコイル４（第１図）
へ通水することによっても行なうことがＵｉ’ｚ構成し
、これらのパイプを単位蓄熱槽間で連結して一連の連続
した水配管となし、各蓄熱器ユニットのコイル内に通水
できるようにする。そしてこれらの配管にポンプ３５に
よってタンク３２の水を循環させ、給湯管５１から熱要
求側に供給すればよい。この水を熱媒とする放熱運転は
、前述の空気による放熱運転に比べて、回収熱を短時間
に多量採取できる点で効率がよい。

第１０図は、第９図の太陽熱蓄熱装置を用いた建物暖房
システムの概略図であり、第９図の熱媒装置における給
気口２５と建物内の空気吹出口３５−とを接続する給気
ダクトを施設すると共に建物内の空気吸込口３６と蓄熱
装置の゛還気口とを接続する還気ダクトを施設して、太
陽熱の蓄熱によって建物の暖房を行なうようにしたもの
である。

第１１図は、第９図の太陽熱蓄熱装置にさらに補助熱源
装置を付設した装置の略断面図である。

図示のように空気循環路にガスバーナ４０および燃焼室
４１を設け、この燃焼空気を空気チャンバー２３に送り
込めるようにしたものである。第１１図において、４２
は燃料ガスのボンベ、４３はガス配管、２４．〜２４６
ハ切替ダンパを示しており、太陽熱単独による蓄熱運転
、太陽熱と燃焼ガスによる蓄熱運転、蓄熱ユニットの蓄
熱を放熱する運転、この放熱運転にさらに燃焼空気を混
入する運転、あるいはこれら運転のさらに組み合わざっ
た運転、さらには蓄熱槽の部分使用の運転などを切替タ
ンパ２４１〜２４６の開度制御によって行なえるように
したものである。送風機並びに流体配管は図に現われて
いないが、これらは第９図同様に設置されており、補助
熱源が適宜導入される以外は第９図と同様に運転される
ものであり、太陽熱を利用して蓄熱する方式には変りは
ない。

第１２図は、建物の地階に既述の蓄熱器ユニットの集合
体からなる蓄熱装置４５を設置し、空気式太陽熱集熱器
２０をベランダその他の屋外に設置して建物暖房を行な
うようにした例を示している。蓄熱装置４５は、第８図
、第９図または第１１図に示したような構成の装置とし
、太陽熱集熱器２０とこの装置内の各蓄熱器ユニット間
ヲ゛・空気循環することによって蓄熱物質に潜熱の形態
で熱を貯え、暖房時には第１０図と同様に吹出口３５か
ら温風を吹出し、吸込口３６から蓄熱装置４５に還気す
る。

第１３図は、第１２図の空気系統図であり、ダンパー４
６〜５１の切替によって蓄熱運転と放熱運転を切替える
ようにしである。すなわち蓄熱運転においてはダンパ４
６と４７ヲ開、タンパ４８〜５１を閉にすればよく、放
熱運転ではダンパ４６と４７を閉、タンパ４８〜５１を
開とするか、ダンパ４６と４７を半開、ダンパ５０と５
１を半開としてダンパ４８と４９を開とすればよい。

第１４図は、給湯システム例を示す系統図であり、第１
３図と同様に空気式太陽熱集熱器２０と蓄熱装置４５と
の間での蓄熱運転と、空気吹出口３５のコイル４（第１
図）を通水することによる放熱運転によって給湯を行な
えるようにしたものである。すなわち、第１〜７図にお
いて説明した熱媒液体の通路に通水することによって太
陽熱で蓄えた蓄熱物質の潜熱または顕熱を回収し、これ
を給湯用として利用するために、循環ポンプ３３によっ
てこの循環水をストレージタンク５５に導き、このタン
ク５５内の水を間接加熱するようにしたものである。第
１４図において、５６は市水給水管、５７は給湯管、５
８は神助加熱用のガス湯沸器、を示しており、循環ポン
プ３５はストレージタンク５５内の水温に応じてその循
環量を自動制御するようにしである。

以上のようにして、本発明は既述の目的を効果的に達成
するものであシ、太陽熱利用にさいしての最大の課題と
も言い得る夏期または中間期の太陽熱を冬期の厳冬期ｖ
ｃまで貯蔵し、これを必要に応じて取り出せるようにし
たもので、太陽熱エネルギーの真の利用を図ることがで
きる装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う蓄熱器ユニットの代表例を示す断
面略図、第２図Ｉ／′ｉ８個の蓄熱器ユニットで１単位
の蓄熱槽を構成した例を、示す斜視図、第３図は単位蓄
熱槽を集合した配置平面図、第４図は単位蓄熱槽を構成
するさいに使用する支持板（パンフルプレート）の斜視
図、第５図は蓄熱器ユニットの接続部を示す略正面図、
第６図はその接続部に使用するリングジヨイントの斜視
図、第７図、第８図は単位蓄熱槽の集合例を示す略断面
図、第９図は空気式太陽熱集熱装置と蓄熱槽集合体との
装置構成例を示す断面図、第１０図は第９図の装置と建
物との関係を示す配置系統図、第１１図は第１０図の装
置の変形例を示す断面図、第１２図は蓄熱装置を建物地
階に設置した例を示す略断面系統図、第１３図は第１２
図の空気系統を示す空気系統図、第１４図は暖房と給湯
を行なう場合の機器配置を示す機器配置系統図である。 １・・・鎖体 ２・・・蓋 ５・・・小円筒（熱媒気体通路） ４・・・コイル（熱媒液体通路） ７・・・支持板（パンフルプレート） ９・・・リングジヨイント １６・・・空気入口チャンバー １７・・・空気出口チャンバー ２０・・・空気式太陽熱集熱器 ２２・・・送風機 ２４・・・切替ダンパ ２５・・・給気口 ２６・・・還気口 ３３・・・循環ポンプ ５５・・・吹出口 ５６・・・吸込口 ４５・・・蓄熱装置 ５５・・・ストレージタンク Ｕｉ、　Ｕｊ・・・単位蓄熱装置 出願人　　高砂熱学工業株式会社 第１図 第３図 第５図 第７図 第８図 第１Ｘ　図 第１２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）空気式太陽熱集熱器と蓄熱槽との間に空気循環路
   全形成し、蓄熱槽と建物内の暖房または給湯機器との間
   に熱媒路を形成した建物の暖房または給湯設備において
   、前記の蓄熱槽が蓄熱物質を封入した多数の蓄熱器ユニ
   ットの集合体からなり、この各々の蓄熱器ユニッ）ｆｌ
   前記の太陽熱集熱器で加温された空気によって融解可能
   な蓄熱物質を封入した容器からなシ、この各々の容器内
   には熱媒流体を流すための通路が形成されていることを
   特徴とする太陽熱利用の暖房ま゛たは給湯装置。
2. （２）　　各々の蓄熱器ユニット内に形成される通路は
   気体を通すための通路である特許請求の範囲第１項記載
   の装置。
3. （３）　　各々の蓄熱器ユニット内に形成される通路は
   気体を通すための通路とこれとは独立した液体を通すた
   めの通路とからなる特許請求の範囲第１項記載の装置。