WO2015151966A1 - 蓄熱蓄冷装置及び冷暖房装置 - Google Patents

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哲臣 岩本
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株式会社博石館
哲臣 岩本
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Definitions

  • the present invention relates to a heat storage regenerator and an air conditioner using obsidian perlite.
  • Perlite made from obsidian and nacre is used as a material for heat storage and cold storage (Patent Document 1).
  • Perlite made from obsidian or pearlite is formed by heating obsidian or pearlite at a predetermined temperature.
  • the contained moisture hereinafter referred to as crystal water
  • crystal water expands inside, and a plurality of small chambers are formed inside obsidian or pearlite.
  • perlite pearlite has a so-called open cell structure in which many small rooms are connected.
  • obsidian has a small amount of water of crystallization, so even if the heat necessary for the formation of pearlite is applied, each small room rarely explodes. Therefore, obsidian perlite has an independent structure in which many of the small rooms are not continuous with other small rooms, that is, a so-called closed cell structure.
  • the heat storage and regenerator includes a storage tank, an outer peripheral housing that surrounds the entire storage tank with a space, and an obsidian pearlite layer that is filled with obsidian pearlite.
  • obsidian pearlite Since obsidian pearlite has a structure in which the surface is easily entangled, when obsidian pearlite is pressed and stuck together, the compacted piece becomes a lump in which obsidian pearlite is entangled with each other and hardly collapses. In addition, since obsidian pearlite has a closed cell structure, an obsidian pearlite that has been pressed and consolidated has a closed cell structure as a whole.
  • an obsidian pearlite layer that has a closed cell structure as a whole and does not collapse is formed around the storage tank.
  • the heat retention effect is very high compared to the storage tank surrounded by other heat insulation materials.
  • the heat storage regenerator according to one aspect of the present invention can maximize the heat storage regenerator effect of obsidian perlite.
  • heat diffusion can be suppressed for a long period of time, so that thermal energy can be effectively used as well as contributing to global warming.
  • the heat storage and regenerator according to one aspect of the present invention can improve the heat insulation efficiency of hot water / cold water when used for heat insulation of hot water / cold water, so it can be used in homes, greenhouses, animal and plant breeding grounds, food processing plants, industrial water use facilities, Costs for using hot and cold water at other facilities can be reduced.
  • the heat storage regenerator makes use of solar energy to make hot water and use it at night, or makes use of waste heat at the time of garbage processing to make hot water, while the incinerator is stopped.
  • Various forms of use are conceivable, such as use, making cold water using snow in winter, and using it in summer.
  • the pressure to compress is a pressure which can be compressed by human power.
  • the obsidian pearlite layer may be compacted so that the volume of the aggregate of obsidian pearlite is 1 ⁇ 2 to 3 of the volume before compaction after compaction.
  • the obsidian pearlite layer retains a predetermined air permeability, and a predetermined amount of small rooms remain unbroken.
  • the obsidian pearlite layer may be made of obsidian pearlite having a diameter of 10 mm to 50 mm and having a thickness of 10 cm or more.
  • the thickness of the obsidian pearlite layer is preferably 15 cm or more, and more preferably 20 cm or more.
  • the heat storage regenerator may include igneous rocks inside the storage tank.
  • the heat storage cold storage apparatus may include a bubble generator that generates nanobubbles inside the storage tank. This is because it has been found by experiments that when the nanobubbles are generated in the storage tank by the bubble generator, the effect of the heat storage cold storage is improved in the heat storage cold storage device.
  • a plurality of rooms may be provided inside the storage tank using a partition material in which obsidian perlite is pressed and hardened.
  • the partition material may be, for example, one in which obsidian perlite is pressed and inserted into a housing formed of punching metal.
  • an adhesive may be mixed with obsidian perlite.
  • At least a part of the outer casing may have a heat absorbing structure. This is because the obsidian pearlite layer is heated when sunlight strikes the endothermic structure portion of the outer casing, and therefore, when hot water is stored in the storage tank, the heat of the hot water is more difficult to dissipate.
  • the endothermic structure may be, for example, a stainless steel formed in a wave shape.
  • the cooling device of one aspect of the present invention is formed between an obsidian pearlite layer formed by pressing obsidian pearlite formed on the back side, a heat transfer layer formed on the front side, and the obsidian pearlite layer and the heat transfer layer.
  • the obsidian pearlite layer provided on the back side prevents the heat from the cooling or heating medium from escaping, so the cool and warm air is efficiently removed from the heat transfer layer provided on the front side. Can tell.
  • the heat transfer layer is considered to be one that emits far-infrared rays when receiving heat from the heating medium, and may be made of metal, stone, casting, or carbon. Also good.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion surrounded by a circle III in FIG. 2.
  • Drawing 5A is a mimetic diagram showing the whole device composition provided with the heat storage cold storage device of a 1st embodiment.
  • FIG. 5B is a schematic view showing a cross section of the heater in the apparatus described in FIG. 5A.
  • FIG. 6A is a perspective view of the air-conditioning apparatus according to the second embodiment.
  • 6B is a cross-sectional view taken along the line VIB-VIB of FIG. 6A.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view of an air conditioning apparatus that is a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7B is a diagram of the air conditioning apparatus viewed from the front, and is a schematic view showing a state where the pipe is exposed by removing the heat transfer layer and taking out obsidian pearlite from the housing of the obsidian pearlite layer.
  • the first embodiment is an embodiment of a heat storage cold storage device 1.
  • the heat storage regenerator 1 of the first embodiment is simply referred to as the heat storage regenerator 1 of the present embodiment.
  • the heat storage and regenerator 1 includes a storage tank 2, an outer casing 3 that surrounds the storage tank 2 with a space between the storage tank 2 and the outer casing 3. And an obsidian pearlite layer 4 filled with obsidian pearlite.
  • the storage tank 2 is a 100-liter poly tank (polyethylene tank).
  • the outer casing 3 has a heat absorption structure formed of stainless steel in which each surface except the bottom surface is formed in a wave shape.
  • the outer casing 3 absorbs heat by reflecting sunlight stepwise.
  • the endothermic structure may be formed only in a portion that is exposed to sunlight.
  • the obsidian pearlite layer 4 is a layer having a thickness of 15 cm obtained by manually compacting obsidian pearlite having a diameter of 10 mm to 50 mm.
  • the obsidian pearlite layer 4 is the total volume of the aggregate of obsidian pearlite, and is compacted so that the volume after compaction becomes 1/2 to 1/3 of the volume before compaction.
  • three small chambers 200, 201, 202 are formed in the storage tank 2 by two partition members 24 arranged in the vertical direction.
  • the uppermost small room 200 is called an air layer 200
  • the lower two small rooms 201, 202 are called water reservoirs 201, 202.
  • the partition member 24 is formed by pressing obsidian perlite into a cubic housing formed of punching metal.
  • the obsidian pearlite used in the partition member 24 is the same as the obsidian pearlite used in the obsidian pearlite layer 4, and the pressure when compacted is the same pressure as when forming the obsidian pearlite layer 4.
  • an igneous rock 20 and a bubble generator 22 for generating nanobubbles are installed in the reservoir 202.
  • the bubble generator 22 When the bubble generator 22 is operated when hot water or cold water is stored in the storage tank 2, the bubble generator 22 releases nanobubbles into the hot water or cold water.
  • the heat storage regenerator 1 includes four pipes fixed through the ceiling portion of the storage tank 2.
  • the tips of the first pipe 51 and the fourth pipe 54 reach the water storage layer 202.
  • the tip of the second pipe 52 reaches the air layer 200.
  • the tip of the third pipe 53 reaches the water reservoir 202.
  • the second pipe 52 and the third pipe 53 include temperature expansion valves 520 and 530 installed outside the heat storage and regenerator 1.
  • the heat storage regenerator 1 includes a drain pipe 59 that is installed so as to penetrate through the side surface thereof, open at one end to the water storage layer 202, and open at the other end.
  • the hot water is supplied into the heat storage regenerator 1 via the first pipe 51.
  • the hot water supplied into the storage tank 2 first accumulates in the reservoir 202 and, when the reservoir 202 is full, it oozes into the upper partition member 24 and accumulates in the reservoir 201.
  • the vapor from which the hot water has evaporated passes through the upper partition member 24 and reaches the air layer 200.
  • the warm water is taken out from the water reservoir 201 through the third pipe 53.
  • the warm air accumulated in the air layer 200 When the warm air accumulated in the air layer 200 is used, the warm air is extracted to the outside through the second pipe 52. Next, when cold water is stored, the cold water is supplied into the heat storage regenerator 1 through the first pipe 51. The cold water supplied into the storage tank 2 first accumulates in the water storage layer 202, and when the water storage layer 202 becomes full, it oozes into the upper partition member 24 and accumulates in the water storage layer 201.
  • the air cooled by the cold water also passes through the upper partition member 24 and reaches the air layer 200.
  • it is first taken out from the reservoir 201 through the fourth pipe 54.
  • the experiment was conducted outdoors.
  • the measurement object is the temperature of the outside air and the temperature of the hot water stored in the experiment object (the one surrounding the polytank with pearlite pearlite, the styrofoam box, the heat storage regenerator 1).
  • the measurement was carried out every 8 hours for 54 hours from 8:30 am on the start date of the experiment.
  • the hot water stored in each experimental object at the start of the experiment is 65 ° C. and 100 L, respectively.
  • the graph of (1) uses an apparatus in which a 100 L plastic tank is surrounded by an outer casing 3 and a space between the polytank and the outer casing 3 is filled with a pearlite pearlite having a diameter of 10 mm to 50 mm. It is the graph which measured the temperature change of the warm water stored in the inside.
  • the graph of (2) uses a device in which the periphery of a 100 L plastic tank is surrounded by an outer casing 3 and a space between the poly tank and the outer casing 3 is filled with foamed polystyrene, and hot water stored in the apparatus is used. It is the graph which measured the temperature change.
  • the graphs (3) to (4) are graphs showing the temperature change of the hot water stored in the device having the same shape as the above-described heat storage and regenerator 1.
  • the graph of (3) is a graph of an apparatus using obsidian pearlite powder having a diameter of 1 mm or less as obsidian pearlite.
  • the graph (4) is a graph of an apparatus using obsidian pearlite having a diameter of 1 mm to 10 mm as obsidian pearlite.
  • Graphs (5) to (7) are graphs showing the temperature change of the hot water stored in the above-described heat storage and regenerator 1 (a device using obsidian pearlite having a diameter of 10 mm to 50 mm as obsidian pearlite).
  • the graph of (5) is a graph of a device not including the igneous rock 20 and the bubble generator 22
  • (6) is a graph of a device not including the igneous rock 20
  • (7) is a graph of the igneous rock 20.
  • 2 is a graph of a device that also includes a bubble generator 22.
  • the graph (8) is a graph of the outside air temperature.
  • the temperature of the hot water dropped to about 20 ° C. during 54 hours until the end of the experiment.
  • the temperature of 30 ° C. or higher was maintained even at the end of the experiment.
  • the temperature at the end of the experiment is the lowest in the graph of (3), next the temperature of the graph of (4) is high, next the temperature of the graph of (5) is high, then (6)
  • the temperature of the graph of (7) was high, and the temperature of the graph of (7) was the highest.
  • obsidian pearlite Since obsidian pearlite has a structure in which the surface is easily entangled, when obsidian pearlite is pressed and stuck together, the compacted piece becomes a lump in which obsidian pearlite is entangled with each other and hardly collapses. In addition, since obsidian pearlite has a closed cell structure, an obsidian pearlite that has been pressed and consolidated has a closed cell structure as a whole.
  • an obsidian pearlite layer 4 that has a closed cell structure as a whole and hardly collapses is formed around the storage tank 2.
  • the heat storage regenerator 1 having the storage tank 2 around which the obsidian pearlite layer 4 is formed, when the periphery of the storage tank 2 is surrounded by other heat insulating materials (pearlite pearlite or polystyrene foam) by the experiment shown in FIG. In comparison, the heat retention effect is very high.
  • the heat storage regenerator 1 of this embodiment can make the best use of the obsidian pearlite heat storage regenerator effect, if a heat medium such as hot water or cold water is stored in the storage tank 2, the temperature of the heat medium is set. It can be held for a long time with a certain level.
  • Obsidian perlite may be pressed with a pressure that can be pressed by human power, but may be pressed mechanically. Moreover, as proved by the above-described experiment, when the igneous rock 20 is disposed in the storage tank 2, the effect of heat storage and cold storage is improved (graph (6)).
  • the heat storage regenerator 1 has a heat absorbing structure in the outer casing 3, and when sunlight hits the outer casing, the obsidian pearlite layer 4 is heated by the heat, so the storage tank When hot water is stored in 2, the heat of the hot water is more difficult to dissipate.
  • the heat storage regenerator 1 stores a heat medium such as hot water in the storage tank 2, it can hold the temperature of the heat medium constant for a longer period.
  • the application example stores hot water obtained from the carbonization furnace 100 in the heat storage regenerator 1, and supplies the hot water stored in the heat storage regenerator 1 to the heaters 90 and 91 when necessary. Then, it is going to perform heating.
  • the heaters 90 and 91 are filled with obsidian perlite 901 in a hemispherical storage body 900, and a metal 902 that emits far-infrared rays when placed inside the spherical surface is disposed. It is a thing. These heaters 90 and 91 are different in that the direction of the hemisphere is upside down and that there is a difference in size, but the other configurations are substantially the same.
  • the heater 90 is installed on the ceiling side, and the heater 91 is installed on the floor.
  • the three long objects extending below the heater 90 are legs 903.
  • a pipe 904 is arranged in a spiral shape, and the size of the vortex decreases toward the tip of the hemisphere.
  • the hot water sent from the heat storage regenerator 1 flows in a spiral shape from the bottom side to the top side of the storage body 900 and exits from the storage body 900 when reaching the top.
  • the second embodiment is an embodiment of the air conditioner 5.
  • the air conditioning apparatus 5 of 2nd Embodiment is only called the air conditioning apparatus 5 of this embodiment.
  • the air-conditioning apparatus 5 of the present embodiment includes an obsidian pearlite layer 6 in which obsidian pearlite 60 formed on the back side is pressed into a housing 61, and a heat transfer layer formed on the front side. 7 and a passage space 8 formed between the obsidian pearlite layer 6 and the heat transfer layer 7 and a passage space 8 through which a cooling medium or a heating medium passes.
  • the obsidian pearlite layer 6 is a layer having a thickness of 15 cm obtained by manually compacting an obsidian pearlite 60 having a diameter of 10 mm to 50 mm into the housing 61 as in the case of the heat storage regenerator 1 of the first embodiment. It is formed into a shape.
  • the heat transfer layer 7 is a plate formed in a square shape and is made of carbon.
  • the heat transfer layer 7 may be made of a stone plate or may be made of ceramic as long as it emits far infrared rays by hot water, and the material is not particularly limited.
  • the pipe 80 penetrates the obsidian pearlite layer 6 on the back side of the obsidian pearlite layer 6 and in the vicinity of one upper corner of the obsidian pearlite layer 6.
  • the pipe 81 is on the back side of the obsidian pearlite layer 6, in the vicinity of the upper corner near the position where the pipe 80 penetrates the obsidian pearlite layer 6, and in the vicinity of the lower corner on the diagonal position.
  • the cooling medium or the heating medium is supplied from the pipe 80, passes through the passage space 8, and is discharged through the pipe 81.
  • the obsidian pearlite layer 6 provided on the back side suppresses the escape of the heat of the cooling or heating medium, so that cool air and warm air are removed from the heat transfer layer 7 provided on the front side. Can communicate efficiently to the outside.
  • the obsidian pearlite layer 4 has a thickness of 15 mm in the first embodiment, any thickness may be used as long as the thickness is 10 mm or more.
  • the example in which the passing space 8 is formed between the obsidian pearlite layer 6 and the heat transfer layer 7 has been described.
  • a pipe 9 that forms a passage for passing the cooling medium or the heating medium while meandering in the obsidian pearlite layer 6 may be installed.
  • the pipe 9 is preferably arranged at a position close to the heat transfer layer 7.
  • the obsidian pearlite layer 6 is put into a rectangular parallelepiped casing 61 having an opening on the side to which the heat transfer layer 7 is attached, and is compacted, so that the obsidian pearlite layer 6 is formed in a rectangular parallelepiped shape as a whole.
  • the heat transfer layer 7 also serves as a lid that closes the opening of the housing 61.
  • the reason for the meandering of the pipe 9 is that heat is uniformly transmitted to the entire heat transfer layer 7.
  • a pipe 9 having many branches may be used.
  • the partition member 24 is installed in the storage tank 2, but these may be removed.
  • an aggregate obtained by pressing and solidifying obsidian perlite into a square shape may be hung in the water storage layer 201 with a stainless steel wire.
  • Each component of the present invention is conceptual and is not limited to the above embodiment.
  • the functions of one component may be distributed to a plurality of components, or the functions of a plurality of components may be integrated into one component.
  • at least a part of the configuration of the above embodiment may be replaced with a known configuration having the same function.
  • at least a part of the configuration of the above embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other embodiment.

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Abstract

　蓄熱蓄冷装置は、貯留槽と、貯留槽の全体を、空間をあけて囲む外周筐体と、空間に黒曜石パーライトを押し固めて充填した黒曜石パーライト層と、を備える。冷暖房装置は、背面側に形成した黒曜石パーライトを押し固めた黒曜石パーライト層と、正面側に形成した伝熱層と、黒曜石パーライト層と伝熱層との間に形成された通過空間、又は、黒曜石パーライト層内に形成された通過路であって、冷房用媒体又は暖房用媒体を通過させる通過空間又は通過路と、を備える。

Description

蓄熱蓄冷装置及び冷暖房装置 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１４年４月２日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１４－０７６２７２号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１４－０７６２７２号の全内容を参照して本国際出願に援用する。
　本発明は、黒曜石パーライトを用いた蓄熱蓄冷装置及び冷暖房装置に関する。
　黒曜石と真珠岩を原材料とするパーライトは、蓄熱蓄冷用の材料として用いられている（特許文献１）。
特開平７－７７３９５号公報
　黒曜石又は真珠岩を原材料とするパーライトは、黒曜石や真珠岩を所定温度で熱することにより形成される。黒曜石及び真珠岩は、熱すると、含有する水分（以下、結晶水とよぶ）が内部で膨張し、黒曜石又は真珠岩の内部には複数の小部屋が形成される。
　しかし、真珠岩は、結晶水の量が多いため、パーライトの形成に必要な熱が加えられると、多くの小部屋が爆発して、各小部屋を隔てている壁が崩れる。そのため、真珠岩パーライトは、多くの小部屋がつながった構造、いわゆる連続気泡構造を有する。
　一方、黒曜石は、結晶水の量が少ないため、パーライトの形成に必要な熱が加えられても、各小部屋は爆発することが少ない。そのため、黒曜石パーライトは、小部屋の多くが他の小部屋と連続しない独立した構造、いわゆる独立気泡構造を有する。
　　このように、黒曜石と真珠岩を原材料とするパーライトは、構造が異なっており、黒曜石パーライトは、独立気泡構造のため真珠岩パーライトに比べ断熱性が優れている。
　しかし、黒曜石パーライトの蓄熱蓄冷効果を最大限に生かす方法は知られていなかった。
　本発明の１局面では、黒曜石パーライトの蓄熱蓄冷効果を最大限に生かした蓄熱蓄冷装置及び冷暖房装置を提供することが望ましい。
　本発明の１局面の蓄熱蓄冷装置は、貯留槽と、貯留槽の全体を、空間をあけて囲む外周筐体と、前記空間に黒曜石パーライトを押し固めて充填した黒曜石パーライト層と、を備える。
　黒曜石パーライトは、表面が絡みやすい構造を有しているので、黒曜石パーライト同士を押し固めて密着させると、その押し固めたものは、黒曜石パーライト同士がお互いに絡み合って崩れにくくなった塊となる。また、黒曜石パーライトは、独立気泡構造を有しているので、黒曜石パーライトを押し固めたものは、独立気泡構造を全体に有することとなる。
　そのため、貯留槽の周囲には、独立気泡構造を全体に有する崩れにくい黒曜石パーライト層が形成されることとなる。
　この黒曜石パーライト層で囲まれた貯留槽内は、実験により、他の保温材で囲まれた貯留槽内に比べ、保温効果が非常に高いことが分かった。
　したがって、本発明の一局面の蓄熱蓄冷装置は、黒曜石パーライトの蓄熱蓄冷効果を最大限に生かすことができる。
　また、本発明の一局面の蓄熱蓄冷装置を用いると、熱の拡散を長期間抑制できるので、地球温暖化に寄与することはもちろん、熱エネルギーを有効利用できる。
　また、本発明の一局面の蓄熱蓄冷装置は、温水・冷水の保温に用いれば、温水・冷水の保温効率を改善できるので、家庭、温室、動植物飼育場、食品加工場、工業用水利用施設、その他の施設での温水・冷水の利用コストを削減することができる。
　また、本発明の一局面の蓄熱蓄冷装置は、太陽光エネルギーを利用して温水を作り、夜間に利用することや、ゴミ処理時の排熱を利用して温水を作り、焼却炉停止中に利用することや、冬場に雪を用いて冷水を作り、夏に利用するなど、様々な利用形態が考えられる。
　尚、押し固める圧力は、人力で押し固めることができる程度の圧力であることが好ましい。
　また、黒曜石パーライト層は、黒曜石パーライトの集合体の全体の体積であって、押し固めた後の体積が押し固める前の体積の１／２～１／３となるように押し固めてもよい。
　このように押し固めても、黒曜石パーライト層は所定の通気性が保たれ、かつ、所定量の小部屋はつぶれずに残る。
　次に、黒曜石パーライト層は、直径１０ｍｍ～５０ｍｍの黒曜石パーライトを１０ｃｍ以上の厚みを有する層としてもよい。
　黒曜石パーライト層の厚みは、１５ｃｍ以上とするとよく、２０ｃｍ以上とするとさらによい。
　次に、蓄熱蓄冷装置は、貯留槽の内部に火成岩を備えてもよい。
　火成岩は蓄熱性が高いので、蓄熱蓄冷の効果が向上するからである。
　次に、蓄熱蓄冷装置は、貯留槽の内部に、ナノバブルを発生させるバブル発生器を備えていてもよい。実験により、バブル発生器で貯留槽内でナノバブルを発生させると、蓄熱蓄冷装置は、蓄熱蓄冷の効果が向上することが見いだされたからである。
　次に、貯留槽の内部には、黒曜石パーライトを押し固めた仕切材を用いて複数の部屋を設けてもよい。仕切材は、例えば、パンチングメタルで形成した筐体の中に、黒曜石パーライトを押し固めて挿入したものでもよい。また、黒曜石パーライトには、接着剤を混ぜ合わせてもよい。
　次に、外周筐体は、少なくとも一部が吸熱構造を有していてもよい。
　太陽光が外周筐体の吸熱構造部分に当たると、黒曜石パーライト層が熱せられるので、貯留槽に温水を貯留した場合、温水の熱が一層放熱されにくくなるからである。
　したがって、外周筐体が吸熱構造を有すると、貯留槽内に貯留された熱媒体の温度が長期間保持される。
　尚、吸熱構造は、例えば、ステンレスを波状に形成したものでもよい。
　次に、本発明の一局面の冷暖房装置について説明する。
　本発明の一局面の冷房装置は、背面側に形成した黒曜石パーライトを押し固めた黒曜石パーライト層と、正面側に形成した伝熱層と、前記黒曜石パーライト層と前記伝熱層との間に形成された通過層、又は、前記黒曜石パーライト層内に形成された通過路であって、冷房用媒体又は暖房用媒体を通過させる通過層又は通過路と、を備える。
　冷暖房装置は、背面側に設けられた黒曜石パーライト層により、冷房用又は暖房用媒体の熱が逃げることが抑制されるので、正面側に設けられた伝熱層から、冷気や暖気を効率よく外部に伝えることができる。
　そのため、冷暖房装置を用いると、黒曜石パーライトの蓄熱蓄冷効果を最大限に生かした冷房又は暖房を行うことができる。
　尚、伝熱層は、暖房用媒体から熱を受けたときに、遠赤外線を発するものが一例として考えられ、金属で構成されていても良いし、石や、鋳物、カーボンで構成されていてもよい。
第１実施形態の蓄熱蓄冷装置を断面で示した模式図である。 図１のＩＩ－ＩＩ断面の断面図である。 図２の円ＩＩＩで囲った部分の拡大図である。 第１実施形態の蓄熱蓄冷装置の蓄熱蓄冷効果を実証するためのグラフで、時間－温度グラフである。 図５Ａは、第１実施形態の蓄熱蓄冷装置を備える装置の全体構成を示す模式図である。図５Ｂは、図５Ａに記載した装置のうち、暖房機を断面で示した模式図である。図５Ｃは、暖房機が備える温水流路の模式図である。 図６Ａは、第２実施形態の冷暖房装置の斜視図である。図６Ｂは、図６ＡのＶＩＢ－ＶＩＢ断面図である。 図７Ａは、第２実施形態の変形例である冷暖房装置の断面図である。図７Ｂは、冷暖房装置を正面からみた図であって、伝熱層を取り外し、かつ、黒曜石パーライト層の筐体内から黒曜石パーライトを取り出して、パイプが露出した様子を示す模式図である。
１…蓄熱蓄冷装置、２…貯留槽、３…外周筐体、４…黒曜石パーライト層、５…冷暖房装置、６…黒曜石パーライト層、７…伝熱層、８…通過空間、９…パイプ、２０…火成岩、２２…バブル発生器、２４…仕切材、５１…第１パイプ、５２…第２パイプ、５３…第３パイプ、５４…第４パイプ、５９…水抜パイプ、６０…黒曜石パーライト、６１…筐体、８０…パイプ、８１…パイプ、９０…暖房機、９１…暖房機、１００…炭化炉、２００…空気層、２０１…貯水層、２０２…貯水層、５２０…温度膨張弁、９００…貯留体、９０１…黒曜石パーライト、９０２…金属、９０３…脚、９０４…パイプ。
　以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（第１実施形態）
　第１実施形態は、蓄熱蓄冷装置１の実施形態である。以下、第１実施形態の説明中では、第１実施形態の蓄熱蓄冷装置１を単に本実施形態の蓄熱蓄冷装置１と呼ぶ。
　本実施形態の蓄熱蓄冷装置１は、図１に示すように、貯留槽２と、この貯留槽２を、空間をあけて囲む外周筐体３と、貯留槽２と外周筐体３との間に黒曜石パーライトを押し固めて充填した黒曜石パーライト層４とを有している。
　このうち貯留槽２は、１００Ｌのポリタンク（ポリエチレン製のタンク）である。
　外周筐体３は、図２に示すように、底面を除く各面が波状に形成されたステンレスによって形成された吸熱構造を有している。外周筐体３は、図３に示すように、太陽光を段階的に反射させることによって、吸熱を行う。吸熱構造は、例えば、太陽光があたる部分のみに形成してもよい。
　黒曜石パーライト層４は、直径１０ｍｍ～５０ｍｍの黒曜石パーライトを手作業によって押し固めた１５ｃｍの厚みを有する層である。黒曜石パーライト層４は、黒曜石パーライトの集合体の全体の体積であって、押し固めた後の体積が押し固める前の体積の１／２～１／３となるように押し固めたものである。
　貯留槽２の内部には、図１に示すように、２つの仕切材２４によって、上下方向に並んだ３つの小部屋２００、２０１、２０２が形成されている。これらの小部屋２００、２０１、２０２のうち最上部の小部屋２００を空気層２００と呼び、下部の２つの小部屋２０１、２０２を貯水層２０１、２０２と呼んでいる。
　仕切材２４は、パンチングメタルで形成した立方体形状の筐体の中に、黒曜石パーライトを押し固めて挿入したものである。仕切材２４で用いられる黒曜石パーライトは、黒曜石パーライト層４で用いられる黒曜石パーライトと同様のもので、押し固められるときの圧力も黒曜石パーライト層４を形成するときと同じ圧力である。
　貯水層２０２には、火成岩２０と、ナノバブル（直径が１μｍ以下の気泡）を発生させるバブル発生器２２とが設置されている。バブル発生器２２は、貯留槽２に温水や冷水が溜められたときに動作させると、温水又は冷水中にナノバブルを放出する。
　蓄熱蓄冷装置１は、貯留槽２の天井部分を貫いて固定された４本のパイプを備えている。
　第１パイプ５１及び第４パイプ５４は、先端が貯水層２０２に達している。第２パイプ５２は、先端が空気層２００に達している。第３パイプ５３は、先端が貯水層２０２に達している。
　第２パイプ５２及び第３パイプ５３は、蓄熱蓄冷装置１の外側に設置された、温度膨張弁５２０、５３０を備えている。
　蓄熱蓄冷装置１は、その側面部を貫き、貯水層２０２に対して一方の端部が開口し、他方の端部が外部で開口するように設置された水抜パイプ５９を備えている。
　次に、蓄熱蓄冷装置１に温水または冷水を貯留する方法、または、蓄熱蓄冷装置１に溜めた温水または冷水を利用する方法について説明する。
　温水を貯留する場合、温水は、第１パイプ５１を介して蓄熱蓄冷装置１内に給水される。貯留槽２内に給水された温水は、最初に貯水層２０２に溜まり、貯水層２０２が一杯になると、上方の仕切材２４内にしみだし、貯水層２０１内に溜まる。
　また、温水が蒸発した蒸気は、上方の仕切材２４も通過して空気層２００に到達する。
　一方、温水を利用する場合、温水は、第３パイプ５３を介して貯水層２０１から外部に取り出される。
　空気層２００に溜まった暖かい空気を利用する場合、暖かい空気は、第２パイプ５２を介して外部に取り出される。
　次に、冷水を貯留する場合、冷水は、第１パイプ５１を介して蓄熱蓄冷装置１内に給水される。貯留槽２内に給水された冷水は、最初に貯水層２０２に溜まり、貯水層２０２が一杯になると、上方の仕切材２４内にしみだし、貯水層２０１内に溜まる。
　また、冷水によって冷やされた空気は、上方の仕切材２４も通過し、空気層２００に到達する。
　一方、冷水を利用する場合、最初に、第４パイプ５４を介して貯水層２０１から外部に取り出される。
　空気層２００に溜まった冷たい空気を利用する場合、冷たい空気は、第２パイプ５２を介して外部に取り出される。
　次に、本実施形態の蓄熱蓄冷装置１が有する蓄熱蓄冷効果について検証したので、図４を参照しつつ、以下説明する。
　実験は屋外で行った。測定対象は、外気の温度、及び実験対象（真珠岩パーライトでポリタンクの周囲を囲ったもの、発泡スチロール性の箱、蓄熱蓄冷装置１）に貯留された温水の温度である。測定は、実験開始日の午前８時３０分から２時間おきに５４時間行った。実験開始時に各実験対象に貯留される温水は、いずれも６５℃、１００Ｌである。
　（１）のグラフは、１００Ｌのポリタンクの周囲を外周筐体３で囲い、ポリタンクと外周筐体３との間の空間に、直径１０ｍｍ～５０ｍｍの真珠岩パーライトを充填した装置を用い、その装置内に貯留された温水の温度変化を測定したグラフである。
　（２）のグラフは、１００Ｌのポリタンクの周囲を外周筐体３で囲い、ポリタンクと外周筐体３との間の空間に、発泡スチロールを充填した装置を用い、その装置内に貯留された温水の温度変化を測定したグラフである。
　（３）～（４）のグラフは、上述した蓄熱蓄冷装置１と同様の形状の装置に貯留された温水の温度変化を示すグラフである。ただし、（３）のグラフは、黒曜石パーライトとして直径１ｍｍ以下の黒曜石パーライト粉を用いた装置のグラフである。（４）のグラフは、黒曜石パーライトとして直径１ｍｍ～１０ｍｍの黒曜石パーライトを用いた装置のグラフである。
　（５）～（７）のグラフは、上述した蓄熱蓄冷装置１（黒曜石パーライトとして、直径１０ｍｍ～５０ｍｍの黒曜石パーライトを用いた装置）の中に貯留された温水の温度変化を示すグラフである。ただし、（５）のグラフは、火成岩２０と、バブル発生器２２とを備えていない装置のグラフであり、（６）は火成岩２０を備えていない装置のグラフであり、（７）は火成岩２０もバブル発生器２２も備えている装置のグラフである。
　尚、（８）のグラフは、外気温のグラフである。
　（１）及び（２）のグラフでは、実験終了までの５４時間の間に、温水の温度が約２０℃まで下がった。
　また、（３）～（７）のグラフでは、実験終了時でも３０℃以上の温度を維持していた。このうち、実験終了時の温度は、（３）のグラフの温度が最も低く、次に（４）のグラフの温度が高く、次に（５）のグラフの温度が高く、次に（６）のグラフの温度が高く、（７）のグラフの温度が最も高かった。
　蓄熱蓄冷装置１は、火成岩２０やバブル発生器２２を備えないものでも、実験終了時に約５７．８度の温度を保っていた（グラフ（５））。
　以上説明した蓄熱蓄冷装置１は以下のような特徴的な作用効果を奏する。
　黒曜石パーライトは、表面が絡みやすい構造を有しているので、黒曜石パーライト同士を押し固めて密着させると、その押し固めたものは、黒曜石パーライト同士がお互いに絡み合って崩れにくくなった塊となる。また、黒曜石パーライトは、独立気泡構造を有しているので、黒曜石パーライトを押し固めたものは、独立気泡構造を全体に有することとなる。
　そのため、図１に示すように、貯留槽２の周囲には、独立気泡構造を全体に有する崩れにくい黒曜石パーライト層４が形成されることとなる。
　黒曜石パーライト層４が周囲に形成された貯留槽２を有する蓄熱蓄冷装置１は、図４に示す実験により、貯留槽２の周囲を他の保温材（真珠岩パーライトや発泡スチロール）で囲った場合に比べ、保温効果が非常に高い。
　したがって、本実施形態の蓄熱蓄冷装置１は、黒曜石パーライトの蓄熱蓄冷効果を最大限に生かすことができるので、貯留槽２内に温水・冷水等の熱媒体を貯留すると、その熱媒体の温度を一定のまま長期間保持できる。
　尚、黒曜石パーライトは、人力で押し固めることができる程度の圧力で押し固めればよいが、機械的に押し固めてもよい。
　また、上記実験で証明されたように、貯留槽２内に火成岩２０を配置すると、蓄熱蓄冷の効果が向上する（グラフ（６））。
　さらに、上記実験で証明されたように、貯留槽２内でナノバブルを発生させると、蓄熱蓄冷効果がさらに向上する（グラフ（７））。
　次に、蓄熱蓄冷装置１は、図１に示すように、外周筐体３が吸熱構造を有し、太陽光が外周筐体に当たると、その熱により黒曜石パーライト層４が熱せられるので、貯留槽２に温水を貯留した場合、温水の熱が一層放熱されにくくなる。
　したがって、蓄熱蓄冷装置１は、貯留槽２内に温水等の熱媒体を貯留すると、その熱媒体の温度を一定のままより長期間保持できる。
　次に、上述した蓄熱蓄冷装置１の応用例について説明する。
　応用例は、図５Ａに示すように、炭化炉１００から得た温水を蓄熱蓄冷装置１に貯留し、蓄熱蓄冷装置１に貯留された温水を、必要なときに、暖房機９０、９１に供給して、暖房を行おうとするものである。
　暖房機９０、９１は、図５Ｂに示すように、半球状に形成された貯留体９００の中に、黒曜石パーライト９０１を詰め、球面の内側に、温められると遠赤外線を発する金属９０２が配置されたものである。これら暖房機９０、９１は、半球の向きが上下逆になっている点、及び、大きさに違いがある点が異なるが、その他の構成は略同一である。暖房機９０は天井側に設置し、暖房機９１は床面に設置する。尚、暖房機９０の下方に伸びている３本の長尺物は脚９０３である。
　貯留体９００の中には、図５Ｃに示すように、渦巻き状にパイプ９０４が配置され、半球の先端に向かうほど渦の大きさが小さくなっている。
　蓄熱蓄冷装置１から送られてきた温水は、貯留体９００の底部側から頂部側に向かって渦巻き状に流れ、頂部に到達すると貯留体９００から出る。
　このようにすると、遠赤外線を発生する金属９０２が温められ、遠赤外線が出る。
　尚、お湯を渦巻き状に回す理由は、お湯と黒曜石パーライト９０１との間で、熱交換が起こり易くするためである。
（第２実施形態）
　第２実施形態は、冷暖房装置５の実施形態である。以下、第２実施形態の説明中では、第２実施形態の冷暖房装置５を単に本実施形態の冷暖房装置５と呼ぶ。
　本実施形態の冷暖房装置５は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、背面側に形成した黒曜石パーライト６０を筐体６１内に押し固めた黒曜石パーライト層６と、正面側に形成した伝熱層７と、黒曜石パーライト層６と伝熱層７との間に形成された通過空間８であって、冷房用媒体又は暖房用媒体を通過させる通過空間８とを有する。
　黒曜石パーライト層６は、第１実施形態の蓄熱蓄冷装置１と同様、直径１０ｍｍ～５０ｍｍの黒曜石パーライト６０を手作業によって筐体６１内に押し固めた１５ｃｍの厚みを有する層であり、全体で直方体形状に形成したものである。
　伝熱層７は、正方形状に形成された板材で、カーボンで形成されている。尚、伝熱層７は、温水により遠赤外線を発するものであれば、石板で構成してもよく、また、セラミックなどで構成してもよく、材料は特に限定されるものではない。
　通過空間８には、図６Ａに示すように、黒曜石パーライト層６を背面側から貫いた一対のパイプ８０、８１が連通している。このうちパイプ８０は、黒曜石パーライト層６の背面側であって、黒曜石パーライト層６の一の上隅の近傍で、黒曜石パーライト層６を貫いている。また、パイプ８１は、黒曜石パーライト層６の背面側であって、パイプ８０が黒曜石パーライト層６を貫いている位置に近い上隅側と対角線上の位置にある下隅の近傍で、黒曜石パーライト層６を貫いている。
　冷房用媒体又は暖房用媒体は、パイプ８０から供給され、通過空間８を通過した後、パイプ８１を介して排出される。
　冷暖房装置５は、背面側に設けられた黒曜石パーライト層６により、冷房用又は暖房用媒体の熱が逃げることが抑制されるので、正面側に設けられた伝熱層７から、冷気や暖気を効率よく外部に伝えることができる。
　そのため、本実施形態の冷暖房装置５を用いると、黒曜石パーライト６０の蓄熱蓄冷効果を最大限に生かした冷房又は暖房を行うことができる。
［他の実施形態］
　（１）上記第１実施形態で説明した蓄熱蓄冷装置１、及び、第２実施形態で説明した冷暖房装置５はあくまでも一例であり、これに限定されるものではない。
　（２）上記第１実施形態では、黒曜石パーライト層４の厚みを１５ｍｍとしたが、厚みが１０ｍｍ以上であれば、どのような厚みとしてもよい。
　（３）上記第２実施形態では、黒曜石パーライト層６と伝熱層７との間に通過空間８が形成された例について説明したが、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、通過空間８に代えて、黒曜石パーライト層６内を蛇行しながら冷房用媒体又は暖房用媒体を通す通過路を形成するパイプ９を設置してもよい。この場合、パイプ９は、伝熱層７に近い位置に配置されるとよい。また、黒曜石パーライト層６は、伝熱層７が取り付けられる側が開口した直方体形状の筐体６１内に投入されて押し固められ、全体で直方体形状に形成されている。伝熱層７は筐体６１の開口を閉じる蓋の役割もしている。
　パイプ９が蛇行しているのは、伝熱層７の全体に均一に熱が伝わるようにするためである。尚、伝熱層７の全体に均一に熱が伝わるようにするため、パイプ９として多数に分岐したものを用いてもよい。
　（４）上記実施形態の蓄熱蓄冷装置１では、貯留槽２内に仕切材２４を設置したが、これらをはずしてもよい。貯留槽２内には、黒曜石パーライトを四角状に押し固めてまとめた集合体をステンレス製のワイヤで貯水層２０１内にぶら下げてもよい。
　上述の集合体を貯留槽２内に設置すると、黒曜石パーライトが有する各独立気泡が暖められ、又は冷やされ、温度が下がりにくい又は直ぐには上がりにくいからである。
　（５）本発明の各構成要素は概念的なものであり、上記実施形態に限定されない。例えば、１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。

Claims (7)

  1. 　貯留槽と、
    　前記貯留槽の全体を、空間をあけて囲む外周筐体と、
    　前記空間に黒曜石パーライトを押し固めて充填した黒曜石パーライト層と、
    　を備える蓄熱蓄冷装置。
  2. 　請求項１に記載の蓄熱蓄冷装置において、
    　前記貯留槽の内部に、ナノバブルを発生させるバブル発生器を設置した蓄熱蓄冷装置。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の蓄熱蓄冷装置において、
    　前記黒曜石パーライト層は、
    　　直径１０ｍｍ～５０ｍｍの黒曜石パーライトを１０ｃｍ以上の厚みを有する層とした蓄熱蓄冷装置。
  4. 　請求項１～３のいずれかに記載の蓄熱蓄冷装置において、
    　前記貯留槽の内部に、火成岩を配置した蓄熱蓄冷装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の蓄熱蓄冷装置において、
    　黒曜石パーライトを押し固めた仕切材を用いて、貯留槽の内部に複数の部屋を形成した
    　蓄熱蓄冷装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の蓄熱蓄冷装置において、
    　前記外周筐体は、少なくとも一部が吸熱構造を有している蓄熱蓄冷装置。
  7. 　背面側に形成した黒曜石パーライトを押し固めた黒曜石パーライト層と、
    　正面側に形成した伝熱層と、
    　前記黒曜石パーライト層と前記伝熱層との間に形成された通過空間、又は、前記黒曜石パーライト層内に形成された通過路であって、冷房用媒体又は暖房用媒体を通過させる通過空間又は通過路と、
    　を備える冷暖房装置。
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