蓄放熱装置
【構成】 蓄放熱装置１０は、潜熱蓄熱材を封入した複数の蓄熱体１２を含み、潜熱蓄熱材の潜熱を利用して蓄熱および放熱を行う。蓄熱体１２は、たとえば、空気通路３０を形成した状態で厚み方向に重ねて縦置きされると共に、上下方向に複数段に積み上げられた状態で蓄熱室１６内に配置される。そして、蓄放熱装置１０では、下流側の蓄熱体の内容積に対する表面積の比率αが、上流側の蓄熱体のαよりも大きくされる。これによって、潜熱蓄熱材への蓄熱速度が低下する下流側においても、表面部の潜熱蓄熱材だけでなく、潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるようになる。
【効果】 下流側の潜熱蓄熱材も効果的に機能させることができ、蓄放熱装置が備える潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるので、蓄熱性能に優れる。
【効果】 下流側の潜熱蓄熱材も効果的に機能させることができ、蓄放熱装置が備える潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるので、蓄熱性能に優れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は蓄放熱装置に関し、特にたとえば潜熱蓄熱材の潜熱を利用して蓄熱および放熱を行う、蓄放熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の一例が特許文献１に開示される。特許文献１の技術は、潜熱蓄熱材（ＰＣＭ：Phase Change Material）が相変化に伴って吸収または放出する潜熱を利用して、温室内を所定温度に保つ温調装置（蓄放熱装置）である。特許文献１の技術では、潜熱蓄熱材を収納した蓄熱体を板状に形成すると共に、上方から下方に流れる空気の流れ方向に沿うように、蓄熱体を立姿勢で設置することによって、潜熱蓄熱材と空気との熱交換を効率良く行えるようにしている。また、厚み方向に並列に重ねた蓄熱体を複数段に積み上げることによって、装置の小型化を図っている。
【特許文献１】特開昭５９−１９５０３６号公報 [Ｆ２４Ｄ １１／００]
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
潜熱蓄熱材への蓄熱時には、装置内に流入した空気は、潜熱蓄熱材と熱交換して徐々に冷やされるので、下流側の空気は上流側の空気よりも低温となる。したがって、下流側に位置する蓄熱蓄熱材においては、空気の温度と潜熱蓄熱材の相変化温度との温度差が小さくなるので、蓄熱速度が低下し、熱交換が非効率となってしまう。このため、天候などによっては、下流側の潜熱蓄熱材は、表面近傍のものが利用されるだけとなってしまうことが多く、全ての潜熱蓄熱材を相変化させて蓄熱することが難しかった。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、蓄放熱装置を提供することである。
【０００５】
この発明の他の目的は、蓄熱性能に優れる、蓄放熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明などは、本発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、この発明を何ら限定するものではない。
【０００７】
第１の発明は、潜熱蓄熱材の潜熱を利用して蓄熱および放熱を行う蓄放熱装置において、潜熱蓄熱材を封入した板状体であって、空気通路を形成した状態で厚み方向に重ねられると共に空気通路を通る空気の流れ方向に対して１段または複数段に配置される蓄熱体、および空気通路に空気の流れを生じさせる送風機を備え、空気の流れ方向における下流側の蓄熱体の内容積に対する表面積の比率を上流側の蓄熱体の内容積に対する表面積の比率よりも大きくしたことを特徴とする、蓄放熱装置である。
【０００８】
第１の発明では、蓄放熱装置（１０）は、潜熱蓄熱材を封入した板状の蓄熱体（１２）を含み、たとえば、昼間の高気温時に空気熱を蓄熱し、夜間の低気温時に放熱することによって、温室内の気温の変動を抑える。蓄熱体は、たとえば箱体（１６，３２）内に収容され、空気通路（３０）を形成した状態で厚み方向に重ねて配置されると共に、空気の流れ方向に対して１段または複数段に配置される。送風機（２４）は、外部から空気通路に流入し、空気通路を通って外部に排出される空気の流れを生じさせる。また、空気の流れ方向における下流側の蓄熱体の内容積に対する表面積の比率α（α＝表面積／内容積）は、上流側の蓄熱体のαよりも大きくされる。つまり、下流側の蓄熱体の平均厚みは、上流側の蓄熱体の平均厚みよりも小さくされる。たとえば、空気の流れ方向に沿って蓄熱体を複数段に配置する場合には、下流側の段の蓄熱体を全体的に薄く形成することによってそのαが大きくされ、厚み方向に並べる下流側の段の蓄熱体の数が上流側の段の蓄熱体の数よりも多くされたり、蓄熱体の側壁（４２）に凹凸形状を形成することを利用して、下流側の段の蓄熱体のαが大きくされたりする。また、たとえば、蓄熱体を空気の流れ方向に沿って１段のみ配置する場合には、蓄熱体の下流側部分の平均厚みを上流側部分の平均厚みよりも小さくする等して、蓄熱体の下流側部分のαが上流側部分のαよりも大きくされる。これによって、潜熱蓄熱材への蓄熱速度が低下する下流側においても、表面部の潜熱蓄熱材だけでなく、潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるようになり、蓄熱効率が高まる。
【０００９】
第１の発明によれば、下流側の潜熱蓄熱材も効果的に機能するようになり、蓄放熱装置が備える潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるので、蓄熱性能に優れる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に従属し、下流側の潜熱蓄熱材の相変化温度を、上流側の潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低くしたことを特徴とする。
【００１１】
第２の発明では、下流側の潜熱蓄熱材の相変化温度は、たとえば空気通路（３０）を流れる空気の温度低下に合わせて、上流側の潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低く調整される。下流側の潜熱蓄熱材の相変化温度を低く設定することによって、下流側に位置する潜熱蓄熱材においても、潜熱蓄熱材の相変化温度と空気の温度との温度差を維持でき、潜熱蓄熱材への蓄熱速度の低下を防止できる。
【００１２】
第２の発明によれば、下流側の潜熱蓄熱材における蓄熱速度の低下を防止できるので、潜熱蓄熱材への蓄熱効率をより高めることができ、より優れた蓄熱性能を発揮できる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、下流側の潜熱蓄熱材も効果的に機能させることができ、蓄放熱装置が備える潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるので、蓄熱性能に優れる。
【００１４】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う後述の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施例である蓄放熱装置を蓄熱体の厚み方向から見た様子を示す概略断面図である。
【図２】図１の蓄放熱装置を蓄熱体の横方向から見た様子を示す概略断面図である。
【図３】蓄熱体の一例を示す図解図である。
【図４】蓄熱体の配置状態を概略的に示す図解図である。
【図５】蓄熱体の他の一例を示す図解図である。
【図６】（Ａ）は、蓄熱体のさらに他の一例を示す図解図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の蓄熱体を厚み方向に連結した状態を示す図解図である。
【図７】蓄熱体のさらに他の一例を示す図解図であり、（Ａ）は、蓄熱体を斜め上方から見た様子を示し（Ｂ）は、蓄熱体を横方向から見た様子を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１を参照して、この発明の一実施例である蓄放熱装置１０は、潜熱蓄熱材を封入した蓄熱体１２を含み、たとえば、ビニルハウスやガラス室などの温室に設置される。そして、潜熱蓄熱材が相変化に伴って吸収または放出する潜熱を利用して、たとえば、昼間の高気温時に空気熱を蓄熱し、夜間の低気温時に放熱することによって、温室内の気温の変動を抑える。
【００１７】
図１および２に示すように、蓄放熱装置１０は、排気室１４および蓄熱室１６を備える。排気室１４および蓄熱室１６は、アルミニウム等の金属およびポリエチレン等の合成樹脂などの適宜の材料によって形成される箱体であって、排気室１４と蓄熱室１６との隔壁１８には、矩形の連通孔２０が形成される。また、蓄熱室１６の天頂部２２は、網状や格子状などに形成され、この天頂部２２を介して蓄熱室１６の内部は外部（温室内の空気）と連通する。
【００１８】
排気室１４の内部には、シロッコファン等の送風機２４が設けられる。送風機２４は、排気室１４の外部まで延びる排気ダクト２６およびチャッキダンパ２８等を備え、排気室１４内の空気を外部に排出することによって、蓄熱室１６内（具体的には蓄熱体１２間の空気通路３０）を通る、上方から下方に向かって流れる空気流を発生させる。
【００１９】
蓄熱室１６の内部には、厚み方向に重ねて縦置きされると共に、上下方向に複数段に積み上げられた蓄熱体１２が配置される。この実施例では、複数の蓄熱体１２をコンテナボックス３２内に収容し、そのコンテナボックス３２を積み上げることによって、３段の蓄熱体１２を蓄熱室１６内に配置している。
【００２０】
具体的には、コンテナボックス３２は、アルミニウム等の金属およびポリエチレン等の合成樹脂などの適宜の材料によって形成される。コンテナボックス３２は、四方に設けられる側壁３４によって角筒状に形成され、その上方および下方は開放されている。また、側壁３４の下端には、内側に向かって突出するパネル支持部３６が設けられる。コンテナボックス３２内には、複数（たとえば１０−３０枚）の蓄熱体１２が、所定間隔の隙間（空気通路３０）を開けた状態で、厚み方向に並列に重ねて縦置きされる。
【００２１】
図３に示すように、蓄熱体１２は、厚みが一様の平板状容器であって、その内部には潜熱蓄熱材が封入される。蓄熱体１２は、ポリエチレンやポリプロピレン等の合成樹脂によって形成され、その成形には、ブロー成形や射出成形などが用いられる。蓄熱体１２の上部には、注入口４０が設けられ、この注入口４０は、蓄熱体１２内に潜熱蓄熱材を充填した後に密封される。また、蓄熱体１２には、対向する２枚の側壁４２同士を連結する１または複数（この実施例では９つ）の連結部４４が形成される。連結部４４は、たとえば蓄熱体１２を厚み方向に貫通する管状に形成され、封入した潜熱蓄熱材が固体に相変化して膨張または収縮したときに、側壁４２が湾曲変形してしまうことや、潜熱蓄熱材の自重により蓄熱体１２の下部が膨らんでしまうことを防止する。さらに、蓄熱体１２の一方の側壁４２の表面隅部には、４つの突起部４６が形成される。この突起部４６は、蓄熱体１２を厚み方向に重ねて配置したときに、隣り合う蓄熱体１２の側壁４２間に所定間隔の空気通路３０を形成する（図２参照）。突起部４６の高さ、つまり空気通路３０の幅は、たとえば５−１０ｍｍである。
【００２２】
蓄熱体１２の外形寸法は、たとえば、縦１００−４００ｍｍ、横１００−４００ｍｍ、平均厚み１０−３０ｍｍである。なお、ここでいう平均厚みとは、上述の連結部４４および突起部４６を除く部分の厚みの平均をいい、厚みが一様の平板状に形成されるこの実施例の蓄熱体１２の場合は、平均厚みは各部分の厚みと一致し、凹凸を有する場合は、それら凹凸を含めた平均の厚みとなる。また、蓄熱体１２の側壁４２などの肉厚は、蓄熱体１２の大きさや材質などに応じて適宜設定されるが、潜熱蓄熱材と空気との熱交換を速やかに行うために、その形状および実用可能な強度を保持できる最小の肉厚に設定するとよい。
【００２３】
潜熱蓄熱材としては、従来公知のものを適宜用いるとよく、たとえば、塩化カルシウム６水和塩および硫酸ナトリウム１０水和塩などの無機水和物を好適に用いることができる。この潜熱蓄熱材には、所望の相変化温度に調整するための融点調整剤が適宜添加される。潜熱蓄熱材の相変化温度は、設置環境において求められる温度に適宜調整され、特に限定されないが、温室に設置される場合には、１０−２５℃、好ましくは１５−２０℃に調整される。具体的には、この実施例では、潜熱蓄熱材の相変化温度は、１８℃に調整されている。また、潜熱蓄熱材には、耐久性を高めるために、過冷却防止剤および相分離防止剤などの添加剤を添加することもできる。
【００２４】
図１および２に戻って、蓄熱体１２を収容したコンテナボックス３２を蓄熱室１６内に配置する際には、隔壁１８の連通孔２０を介して排気室１４内とコンテナボックス３２内とが連通するように、隔壁１８上に下段のコンテナボックス３２が配置される。そして、スペーサ３８を介して中段および上段のコンテナボックス３２がその上に積み重ねられる。スペーサ３８は、矩形の枠体であって、金属や合成樹脂などの適宜の材料によって形成される。図示は省略するが、スペーサ３８の側縁部には、コンテナボックス３２の横方向のずれを防止するための係止部が設けられる。この係止部は、たとえば、コンテナボックス３２の外側面の４つの角部に沿うように、スペーサ３８の側縁部から上方および下方に突出するＬ字状の突起である。ただし、スペーサ３８または係止部は必ずしも設けられる必要はない。たとえば、コンテナボックス３２の側壁３４の上端および下端に対して、互いに係合する係合部を設けておくことによって、コンテナボックス３２を安定的に位置決めして積み上げるようにしてもよい。
【００２５】
このような蓄放熱装置１０では、送風機２４を作動させると、排気室１４内の空気が外部に排出され、それに応じて外部の空気が天頂部２２から蓄熱室１６内に流入する。天頂部２２から流入した空気は、コンテナボックス３４内、つまり隣り合う蓄熱体１２間に形成される空気通路３０を通り、排気室１４から送風機２４を介して外部に排出される。すなわち、送風機２４を作動させると、空気通路３０を通る、上方から下方に向かって流れる空気流が発生する。この際、潜熱蓄熱材の相変化温度より高温となる昼間の高気温時には、蓄熱体１２内の潜熱蓄熱材は、空気から熱を奪う。これによって、空気通路３０を通る空気は、下流側に向かうに従い徐々に冷やされ、温室内が冷房される。
【００２６】
ここで、潜熱蓄熱材と空気との熱交換速度は、その温度差に比例する。一方、空気通路３０を通る空気は、下流側に向かうに従い徐々に冷やされ、その温度は潜熱蓄熱材の相変化温度に近づいていく。したがって、下流側の潜熱蓄熱材においては、潜熱蓄熱材への蓄熱速度が低下するため、中心部の潜熱蓄熱材が利用され難い状態となってしまう。つまり、下流側の潜熱蓄熱材は、上流側の潜熱蓄熱材と比較して効果的に機能し難い。
【００２７】
そこで、この実施例では、図２および４に示すように、下流側の段の蓄熱体１２を全体的に薄くしてその平均厚みを上流側の段の蓄熱体１２の平均厚みよりも小さくすると共に、厚み方向に並べる下流側の段の蓄熱体１２の数を上流側の段の蓄熱体１２の数よりも多くするようにした。言い換えると、下流側の段の蓄熱体１２の内容積（潜熱蓄熱材の内容量）に対する表面積の比率α（α＝表面積／内容積，以下、単にαという場合がある。）を、上流側の段の蓄熱体１２のαよりも大きくした。たとえば、この実施例では、上段の蓄熱体１２ａの平均厚みが２５ｍｍであり、中段の蓄熱体１２ｂの平均厚みが２０ｍｍであり、下段の蓄熱体１２ｃの平均厚みが１５ｍｍである。また、１つのコンテナボックス３２内に収容する蓄熱体１２の数、つまり厚み方向に重ねる蓄熱体１２の数は、たとえば、上段が１５枚、中段が１８枚、下段が２３枚である。これによって、潜熱蓄熱材への蓄熱速度が低下する下流側の段の蓄熱体１２においても、表面部の潜熱蓄熱材だけでなく、中心部の潜熱蓄熱材にも蓄熱できるようになる。つまり、下流側の段の蓄熱体１２も効果的に機能するようになり、蓄放熱装置１０が備える潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるので、蓄熱性能が高まる。
【００２８】
なお、潜熱蓄熱材の相変化温度より低温となる夜間の低気温時には、蓄熱体１２内の潜熱蓄熱材は空気に熱を与えるので、空気通路３０を通る空気は、下流側に向かうに従い徐々に温められ、温室内が暖房される。この場合も、空気通路３０を通る空気の温度は、下流側に向かうに従い潜熱蓄熱材の相変化温度に近づいていくため、潜熱蓄熱材からの放熱速度は低下する。しかし、蓄熱時と同様に、この実施例では、下流側の段の蓄熱体１２においても効率的に熱交換を行うことができるので、潜熱蓄熱材に蓄えた全ての熱を効果的に放熱できる。
【００２９】
この実施例によれば、空気の流れ方向において下流側の段に位置する蓄熱体１２の平均厚みを、上流側の段に位置する蓄熱体１２の平均厚みよりも小さくして、下流側の段の蓄熱体１２の数を上流側の段の蓄熱体１２の数より多くした。言い換えると、下流側の段の蓄熱体１２の内容積に対する表面積の比率αを、上流側の段の蓄熱体１２のαより大きくした。このため、下流側の段の蓄熱体１２においても、表面部の潜熱蓄熱材だけでなく、中心部の潜熱蓄熱材も利用して蓄熱できる。すなわち、下流側の段の蓄熱体１２（つまり下流側の潜熱蓄熱材）も効果的に機能するようになり、蓄放熱装置１０が備える潜熱蓄熱材の全体を利用して効率的に蓄熱できるので、蓄熱性能に優れる。
【００３０】
なお、全段の蓄熱体１２を薄くして蓄熱体１２の数を多くすると、蓄放熱装置１０の製造コストが嵩んでしまう。しかし、この実施例のように、高温の空気と熱交換する上流側の段の蓄熱体１２は厚くし、低温の空気と熱交換する下流側の段の蓄熱体１２は薄くすることによって、蓄熱体１２の枚数増によるコストの増加を抑えつつ、蓄熱性能を高めることができる。
【００３１】
なお、上述の実施例では、蓄熱体１２を厚みが一様の平板状に形成したが、これに限定されない。たとえば、図５に示すように、蓄熱体１２の側壁４２には、蓄熱体１２の縦方向に沿って延びる山部５０と谷部５２とを交互に配置した、波形の凹凸形状を形成することもできる。これによって、蓄熱体１２の表面積を大きくできるので、潜熱蓄熱材への蓄熱効率をより高めることができる。なお、蓄熱体１２の側壁４２の凹凸形状は、図５で示した形状に限定されず、適宜の凹凸形状を採用できる。たとえば、山部５０および谷部５２を角形にすることもできるし、山型突起をドット状に分散配置することもできる。また、図５に示す蓄熱体１２では、対向する側壁４２に形成される山部５０同士および谷部５２同士が対向するように凹凸形状を形成しているが、山部５０と谷部５２とが対向するように形成することもできる。また、一方の側壁４２のみに凹凸形状を形成することもできる。
【００３２】
また、上述の実施例では、蓄熱体１２の対向する側壁４２同士を平行に設けた、つまり、空気の流れ方向において蓄熱体１２の厚みが同じになるようにしたが、蓄熱体１２の下流側部分の厚みを上流側部分の厚みよりも小さくするようにしてもよい。たとえば、蓄熱体１２の対向する側壁４２同士が下流側に向かうに従い徐々に近づくように、側壁４２を傾斜状や階段状などに形成するとよい。これによって、１つの蓄熱体１２が備える潜熱蓄熱材の全体をより利用し易くなるので、蓄放熱装置１０全体としてもより効率的に蓄熱できるようになり、蓄熱性能により優れるようになる。
【００３３】
さらに、上述の実施例では、蓄熱体１２を合成樹脂によって形成したが、蓄熱体１２の材質は特に限定されない。たとえば、アルミニウムやステンレス等の金属によって蓄熱体１２を形成することもできる。ただし、耐食性、耐薬品性、コストおよび重量などを考慮すると、ポリエチレンやポリプロピレン等の合成樹脂を用いることが好ましい。
【００３４】
また、潜熱蓄熱材としてパラフィンを用いる場合には、パラフィンをゴムまたは合成樹脂に練り込んで板状に成形し、その板状体をアルミラミネート等の被覆材で被覆したものを蓄熱体１２として用いることもできる。
【００３５】
さらに、上述の実施例では、隣り合う蓄熱体１２の側壁４２間に空気通路３０を形成するために、蓄熱体１２に突起部４６を形成したが、空気通路３０を形成する方法はこれに限定されない。たとえば、蓄熱体１２に突起部４６を形成する代わりに、コンテナボックス３２の側壁３４内面に所定間隔ごとに並ぶ溝を設けておき、その溝に蓄熱体１２を嵌め込むように配置することによって、蓄熱体１２間に空気通路３０を形成することもできる。
【００３６】
また、上述の実施例では、各蓄熱体１２の潜熱蓄熱材の相変化温度を全て同じに設定したが、これに限定されず、下流側に位置する蓄熱体１２の潜熱蓄熱材の相変化温度を、上流側に位置する蓄熱体１２の潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低くすることもできる。具体的には、図４を参照して、たとえば、潜熱蓄熱材の相変化温度を、上段の蓄熱体１２ａでは１８℃とし、中段の蓄熱体１２ｂでは１６℃とし、下段の蓄熱体１２ｃでは１４℃とする。このように、空気通路３０を通る空気の温度低下に合わせて潜熱蓄熱材の相変化温度を低く設定することによって、下流側に位置する蓄熱体１２においても、潜熱蓄熱材の相変化温度と空気の温度との温度差を維持でき、潜熱蓄熱材への蓄熱速度の低下を防止できる。したがって、蓄放熱装置１０は、潜熱蓄熱材への蓄熱効率をより高めることができ、より優れた蓄熱性能を発揮できる。
【００３７】
さらに、上述の実施例では、空気の流れ方向に対して３段となるように蓄熱体１２（コンテナボックス３２）を配置したが、これに限定されず、蓄熱体１２は２段に配置してもよいし、４段以上に配置してもよい。また、図１で見て、コンテナボックス３２を横方向や奥方向にさらに並べる、つまり複数段複数列となるようにコンテナボックス３２を蓄熱室１６内に配置することもできる。言い換えると、蓄熱体１２は、厚み方向、縦方向および横方向のそれぞれに並べるように配置することもできる。なお、潜熱装置１０が備える潜熱パネル１２の総数、つまり蓄放熱装置１０全体としての潜熱蓄熱材の総量は、設置環境、たとえば蓄放熱装置１０を設置する温室の大きさや地域の気候などに応じて適宜設定するとよい。
【００３８】
また、蓄熱体１２を収容する箱体は、空気通路３０を形成した状態で厚み方向に重ねて蓄熱体１２を配置でき、かつ空気の流れ方向に沿って複数段に蓄熱体１２を配置できる構成であればよく、上述の実施例のような、蓄熱体１２を収容したコンテナボックス３２を蓄熱室１６内に配置する態様に限定されない。たとえば、コンテナボックス３２を用いる代わりに、蓄熱体１２の角部を係合支持するＬ字状の締結具や帯状の締結具などを利用して、蓄熱体１２を厚み方向に連結して一体化し、その連結体を枠体状のスペーサ等を介して複数段に積み上げて蓄熱室１６内に配置するようにしてもよい。この場合は、蓄熱室１６が直接に蓄熱体１２を収容する箱体となる。また、たとえば、図１に示す蓄放熱装置１０では、上下方向に積み上げたコンテナボックス３２が蓄熱体１２を収容する箱体としての機能を有するので、蓄熱室１６は必ずしも設ける必要はない。
【００３９】
さらに、蓄熱体１２の一部を箱体として機能させることによって、蓄熱体１２を収容する箱体を設けないようにすることもできる。たとえば、図６(Ａ)に示すように、蓄熱体１２の側壁４２の横方向両縁部に対して、厚み方向両側に突出して縦方向の全長に亘って延びる突出部５４を形成する。また、突出部５４には、厚み方向に連通するボルト孔５６を形成しておき、図６(Ｂ)に示すように、隣り合う蓄熱体１２の突出部５４同士が密着するように、寸切ボルト５８等で連結して一体化する。そして、その連結体を枠体状のスペーサ等を介して複数段に積み上げるようにするとよい。図６に示す蓄熱体１２では、突出部５４が箱体の側壁として機能するため、蓄熱体１２を箱体に収容することなく、空気通路３０を好適に形成できる。なお、図示は省略するが、図６に示す蓄熱体１２にも、注入口４０や連結部４４等が適宜形成される。また、突出部５４は、厚み方向の両側に突出するように形成したが、片側に突出させるようにしてもよい。さらに、図５に示す蓄熱体１２と同様に側壁４２に対して凹凸を形成することもできるし、蓄熱体１２の下流側部分の厚みを上流側部分の厚みよりも小さくすることもできる。もちろん、図６に示す蓄熱体１２の連結体を箱体に収容することもできる。
【００４０】
また、上述の実施例では、蓄熱体１２を上下方向に複数段にしたが、これに限定されない。蓄熱体１２は、蓄熱時の空気の流れ方向に沿って複数段であればよく、横方向または斜め方向に複数段としてもよい。なお、送風機２４は、空気流の下流側に設けてもよいし、上流側に設けてもよい。
【００４１】
さらに、上述の実施例では、蓄熱体１２の平均厚みを下流側の段になるごとに段階的に変えたが、これに限定されず、最下流側の蓄熱体１２の平均厚みが、最上流側の蓄熱体１２の平均厚みよりも小さければよい。具体例を挙げると、蓄熱体１２が３段の場合には、上流側の２段の平均厚みを２５ｍｍとし、下流側の１段の平均厚みを２０ｍｍとするようにしてもよいし、或いは、上流側の１段の平均厚みを２５ｍｍとし、下流側の２段の平均厚みを２０ｍｍとするようにしてもよい。
【００４２】
また、同じ段の蓄熱体１２の全てを同じ平均厚みにする必要はなく、空気の流れ難い位置、たとえば厚み方向に重ねた両側部分に位置する蓄熱体１２の平均厚みを、空気の流れ易い位置、たとえば中央部分に位置する蓄熱体１２の平均厚みより小さくすれば、より効率的に蓄熱できる。この場合には、少なくとも、厚み方向に重ねられる最下流側の蓄熱体１２の平均厚みの平均値が、最上流側の蓄熱体１２の平均厚みの平均値よりも小さくされる。
【００４３】
また、上述の実施例では、下流側の段の蓄熱体１２を全体的に薄くすることによって、その平均厚みを小さくした、つまり内容積に対する表面積の比率αを大きくした。すなわち、上述の実施例では、下流側の段の蓄熱体１２において、蓄熱体１２の収容に要する厚み方向の幅を小さくし、それに応じて厚み方向に並べる蓄熱体１２の数を多くしている。しかし、蓄熱体１２を全体的に薄くする代わりに、或いは全体的に薄くすると共に、蓄熱体１２の側壁４２に凹凸形状を形成することを利用して、下流側の段の蓄熱体１２のαを大きくすることもできる。たとえば、上流側の段には図３に示すような平板状の蓄熱体１２を配置し、下流側の段には図５に示すような凹凸形状を有する蓄熱体１２を配置することによって、下流側に位置する蓄熱体１２のαを、上流側に位置する蓄熱体１２のαよりも大きくしてもよい。また、たとえば、凹凸形状の山部の高さ、ピッチおよび形状などを適宜変更することによって、下流側の段になるごとに蓄熱体１２のαを小さくすることもできる。なお、側壁４２に凹凸形状を形成することを利用して下流側の段の蓄熱体１２のαを大きくする場合には、蓄熱体１２の収容に要する厚み方向の幅は、必ずしも下流側の段の蓄熱体１２において小さくならないので、厚み方向に並べる下流側の段の蓄熱体１２の数と上流側の段の蓄熱体１２の数とが同数になる場合もある。
【００４４】
さらに、上述の実施例ではいずれも、空気の流れ方向に沿って蓄熱体１２を複数段に配置し、下流側の段の蓄熱体１２のαを大きくする態様について説明したが、この発明の他の実施例として、空気の流れ方向に沿って蓄熱体１２を１段のみ配置することもできる。蓄熱体１２を１段のみ配置する場合には、蓄熱体１２の下流側部分のαが、上流側部分のαよりも大きくなるようにされる。言い換えると、蓄熱体１２の下流側部分の平均厚みが、上流側部分の平均厚みよりも小さくされる。たとえば、蓄熱体１２の対向する側壁４２同士が下流側に向かうに従い徐々に近づくように、側壁４２が傾斜状や階段状などに形成される。このように、空気の流れ方向に対して蓄熱体１２を１段のみ配置して、蓄熱体１２の下流側部分のαを大きくする場合でも、下流側の段の蓄熱体１２のαを大きくする場合と同様に、下流側の潜熱蓄熱材が効果的に機能するようになるので、蓄熱効率を高めることができる。すなわち、潜熱蓄熱材への蓄熱速度が低下する下流側部分においても、表面部の潜熱蓄熱材だけでなく、潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるようになるので、蓄熱性能に優れる。
【００４５】
また、単体で平均厚み（またはα）が変化する蓄熱体１２、つまり蓄熱体１２の下流側部分の平均厚みが、上流側部分の平均厚みよりも小さくされる蓄熱体１２の他の実施例として、図７に示すような蓄熱体１２を採用することもできる。図７に示す蓄熱体１２では、対向する側壁４２同士が下流側に向かうに従い徐々に近づくように、傾斜状に形成にされる。また、蓄熱体１２の上端部６０では、２つの側壁４２同士が流線形状に連結される。さらに、側壁４２のそれぞれには、側壁４２から厚み方向に突出して、蓄熱体１２の上部から下端まで縦方向に延びる、１または複数の脚部６２が形成される。対向する側壁４２に設けられる脚部６２の頂部間の厚み方向の距離は、蓄熱体１２の上部の厚みとほぼ同じに設定される。なお、脚部６２の内部には、潜熱蓄熱材を封入することもできるし、潜熱蓄熱材を封入しない（つまり脚部６２を合成樹脂等の壁材のみで形成する）こともできる。
【００４６】
図７に示す蓄熱体１２によれば、上記のような脚部６２を形成したので、コンテナボックス３２等の箱体内に蓄熱体１２を設置し易くなる。また、蓄熱体１２の上端部６０を流線形状に形成したので、空気通路３０を通る空気の流れがよくなり、より効率的に空気と潜熱蓄熱材との熱交換を行えるようになる。
【００４７】
なお、図示は省略するが、図７に示す蓄熱体１２にも、注入口４０や連結部４４等が適宜形成される。また、図７において２つの側壁４２は非対称となっているが、２つの側壁４２を左右対称に形成してもよい。さらに、脚部６２は、厚み方向の両側に突出するように形成したが、片側の側壁４２のみに脚部６２を形成することもできる。たとえば、一方の側壁４２を鉛直方向に延びるように形成し、他方の傾斜状に形成される側壁４２のみに脚部６２を形成するようにしてもよい。さらに、図５に示す蓄熱体１２と同様に側壁４２に対して凹凸を形成することもできる。また、蓄熱体１２の上端部６０を流線形状に形成する態様は、図３、５および６等に示す他の蓄熱体１２においても適用可能である。
【００４８】
また、上記のように単体で平均厚みが変化する蓄熱体１２を複数段に配置することもできる。この場合には、下流側の段の蓄熱体１２の平均厚みを上流側の段の蓄熱体１２の平均厚みより小さくしてもよいし、下流側の段と上流側の段とに同じ平均厚みを有する蓄熱体１２を用いてもよい。
【００４９】
また、蓄熱体１２を１段のみ配置する場合においても、蓄熱体１２内に横方向に延びる仕切り壁を設け、蓄熱体１２の内部を区画することによって、下流側部分の潜熱蓄熱材の相変化温度を、上流側部分の潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低くすることもできる。たとえば、仕切り壁によって蓄熱体１２の内部を３つに区画し、上流側部分の潜熱蓄熱材の相変化温度を１８℃とし、中央部分の潜熱蓄熱材の相変化温度を１６℃とし、下流側部分の潜熱蓄熱材の相変化温度を１４℃とするとよい。このように、空気通路３０を通る空気の温度低下に合わせて潜熱蓄熱材の相変化温度を低く設定することによって、下流側部分の潜熱蓄熱材においても、潜熱蓄熱材の相変化温度と空気の温度との温度差を維持でき、潜熱蓄熱材への蓄熱速度の低下を防止できる。したがって、蓄放熱装置１０は、潜熱蓄熱材への蓄熱効率をより高めることができ、より優れた蓄熱性能を発揮できる。
【００５０】
また、上述の実施例では、蓄放熱装置１０を温室に設置して、昼間の高気温時に空気熱を蓄熱し、夜間の低気温時に放熱するようにしたが、蓄放熱装置１０の設置場所および使用方法は、これに限定されない。たとえば、蓄放熱装置１０は、安価な深夜電力を用いて発熱させたヒータからの熱を潜熱蓄熱材に蓄熱し、昼間にヒータの発熱を停止して潜熱蓄熱材から放熱させる暖房装置として用いることもできる。
【００５１】
なお、この発明において、板状とは、縦および横の大きさと比較して厚みが小さい形状をいい、表面が平面となっている形状だけでなく、表面に凹凸を含む形状、表面が緩い湾曲面となっている形状も含む概念として使用している。
【００５２】
さらに、上で挙げた寸法や数などの具体的数値はいずれも単なる一例であり、製品の仕様などの必要に応じて適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０ …蓄放熱装置
１２ …蓄熱体
１６ …蓄熱室
２４ …送風機
３０ …空気通路
３２ …コンテナボックス
【技術分野】
【０００１】
この発明は蓄放熱装置に関し、特にたとえば潜熱蓄熱材の潜熱を利用して蓄熱および放熱を行う、蓄放熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の一例が特許文献１に開示される。特許文献１の技術は、潜熱蓄熱材（ＰＣＭ：Phase Change Material）が相変化に伴って吸収または放出する潜熱を利用して、温室内を所定温度に保つ温調装置（蓄放熱装置）である。特許文献１の技術では、潜熱蓄熱材を収納した蓄熱体を板状に形成すると共に、上方から下方に流れる空気の流れ方向に沿うように、蓄熱体を立姿勢で設置することによって、潜熱蓄熱材と空気との熱交換を効率良く行えるようにしている。また、厚み方向に並列に重ねた蓄熱体を複数段に積み上げることによって、装置の小型化を図っている。
【特許文献１】特開昭５９−１９５０３６号公報 [Ｆ２４Ｄ １１／００]
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
潜熱蓄熱材への蓄熱時には、装置内に流入した空気は、潜熱蓄熱材と熱交換して徐々に冷やされるので、下流側の空気は上流側の空気よりも低温となる。したがって、下流側に位置する蓄熱蓄熱材においては、空気の温度と潜熱蓄熱材の相変化温度との温度差が小さくなるので、蓄熱速度が低下し、熱交換が非効率となってしまう。このため、天候などによっては、下流側の潜熱蓄熱材は、表面近傍のものが利用されるだけとなってしまうことが多く、全ての潜熱蓄熱材を相変化させて蓄熱することが難しかった。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、蓄放熱装置を提供することである。
【０００５】
この発明の他の目的は、蓄熱性能に優れる、蓄放熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明などは、本発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、この発明を何ら限定するものではない。
【０００７】
第１の発明は、潜熱蓄熱材の潜熱を利用して蓄熱および放熱を行う蓄放熱装置において、潜熱蓄熱材を封入した板状体であって、空気通路を形成した状態で厚み方向に重ねられると共に空気通路を通る空気の流れ方向に対して１段または複数段に配置される蓄熱体、および空気通路に空気の流れを生じさせる送風機を備え、空気の流れ方向における下流側の蓄熱体の内容積に対する表面積の比率を上流側の蓄熱体の内容積に対する表面積の比率よりも大きくしたことを特徴とする、蓄放熱装置である。
【０００８】
第１の発明では、蓄放熱装置（１０）は、潜熱蓄熱材を封入した板状の蓄熱体（１２）を含み、たとえば、昼間の高気温時に空気熱を蓄熱し、夜間の低気温時に放熱することによって、温室内の気温の変動を抑える。蓄熱体は、たとえば箱体（１６，３２）内に収容され、空気通路（３０）を形成した状態で厚み方向に重ねて配置されると共に、空気の流れ方向に対して１段または複数段に配置される。送風機（２４）は、外部から空気通路に流入し、空気通路を通って外部に排出される空気の流れを生じさせる。また、空気の流れ方向における下流側の蓄熱体の内容積に対する表面積の比率α（α＝表面積／内容積）は、上流側の蓄熱体のαよりも大きくされる。つまり、下流側の蓄熱体の平均厚みは、上流側の蓄熱体の平均厚みよりも小さくされる。たとえば、空気の流れ方向に沿って蓄熱体を複数段に配置する場合には、下流側の段の蓄熱体を全体的に薄く形成することによってそのαが大きくされ、厚み方向に並べる下流側の段の蓄熱体の数が上流側の段の蓄熱体の数よりも多くされたり、蓄熱体の側壁（４２）に凹凸形状を形成することを利用して、下流側の段の蓄熱体のαが大きくされたりする。また、たとえば、蓄熱体を空気の流れ方向に沿って１段のみ配置する場合には、蓄熱体の下流側部分の平均厚みを上流側部分の平均厚みよりも小さくする等して、蓄熱体の下流側部分のαが上流側部分のαよりも大きくされる。これによって、潜熱蓄熱材への蓄熱速度が低下する下流側においても、表面部の潜熱蓄熱材だけでなく、潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるようになり、蓄熱効率が高まる。
【０００９】
第１の発明によれば、下流側の潜熱蓄熱材も効果的に機能するようになり、蓄放熱装置が備える潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるので、蓄熱性能に優れる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に従属し、下流側の潜熱蓄熱材の相変化温度を、上流側の潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低くしたことを特徴とする。
【００１１】
第２の発明では、下流側の潜熱蓄熱材の相変化温度は、たとえば空気通路（３０）を流れる空気の温度低下に合わせて、上流側の潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低く調整される。下流側の潜熱蓄熱材の相変化温度を低く設定することによって、下流側に位置する潜熱蓄熱材においても、潜熱蓄熱材の相変化温度と空気の温度との温度差を維持でき、潜熱蓄熱材への蓄熱速度の低下を防止できる。
【００１２】
第２の発明によれば、下流側の潜熱蓄熱材における蓄熱速度の低下を防止できるので、潜熱蓄熱材への蓄熱効率をより高めることができ、より優れた蓄熱性能を発揮できる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、下流側の潜熱蓄熱材も効果的に機能させることができ、蓄放熱装置が備える潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるので、蓄熱性能に優れる。
【００１４】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う後述の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施例である蓄放熱装置を蓄熱体の厚み方向から見た様子を示す概略断面図である。
【図２】図１の蓄放熱装置を蓄熱体の横方向から見た様子を示す概略断面図である。
【図３】蓄熱体の一例を示す図解図である。
【図４】蓄熱体の配置状態を概略的に示す図解図である。
【図５】蓄熱体の他の一例を示す図解図である。
【図６】（Ａ）は、蓄熱体のさらに他の一例を示す図解図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の蓄熱体を厚み方向に連結した状態を示す図解図である。
【図７】蓄熱体のさらに他の一例を示す図解図であり、（Ａ）は、蓄熱体を斜め上方から見た様子を示し（Ｂ）は、蓄熱体を横方向から見た様子を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１を参照して、この発明の一実施例である蓄放熱装置１０は、潜熱蓄熱材を封入した蓄熱体１２を含み、たとえば、ビニルハウスやガラス室などの温室に設置される。そして、潜熱蓄熱材が相変化に伴って吸収または放出する潜熱を利用して、たとえば、昼間の高気温時に空気熱を蓄熱し、夜間の低気温時に放熱することによって、温室内の気温の変動を抑える。
【００１７】
図１および２に示すように、蓄放熱装置１０は、排気室１４および蓄熱室１６を備える。排気室１４および蓄熱室１６は、アルミニウム等の金属およびポリエチレン等の合成樹脂などの適宜の材料によって形成される箱体であって、排気室１４と蓄熱室１６との隔壁１８には、矩形の連通孔２０が形成される。また、蓄熱室１６の天頂部２２は、網状や格子状などに形成され、この天頂部２２を介して蓄熱室１６の内部は外部（温室内の空気）と連通する。
【００１８】
排気室１４の内部には、シロッコファン等の送風機２４が設けられる。送風機２４は、排気室１４の外部まで延びる排気ダクト２６およびチャッキダンパ２８等を備え、排気室１４内の空気を外部に排出することによって、蓄熱室１６内（具体的には蓄熱体１２間の空気通路３０）を通る、上方から下方に向かって流れる空気流を発生させる。
【００１９】
蓄熱室１６の内部には、厚み方向に重ねて縦置きされると共に、上下方向に複数段に積み上げられた蓄熱体１２が配置される。この実施例では、複数の蓄熱体１２をコンテナボックス３２内に収容し、そのコンテナボックス３２を積み上げることによって、３段の蓄熱体１２を蓄熱室１６内に配置している。
【００２０】
具体的には、コンテナボックス３２は、アルミニウム等の金属およびポリエチレン等の合成樹脂などの適宜の材料によって形成される。コンテナボックス３２は、四方に設けられる側壁３４によって角筒状に形成され、その上方および下方は開放されている。また、側壁３４の下端には、内側に向かって突出するパネル支持部３６が設けられる。コンテナボックス３２内には、複数（たとえば１０−３０枚）の蓄熱体１２が、所定間隔の隙間（空気通路３０）を開けた状態で、厚み方向に並列に重ねて縦置きされる。
【００２１】
図３に示すように、蓄熱体１２は、厚みが一様の平板状容器であって、その内部には潜熱蓄熱材が封入される。蓄熱体１２は、ポリエチレンやポリプロピレン等の合成樹脂によって形成され、その成形には、ブロー成形や射出成形などが用いられる。蓄熱体１２の上部には、注入口４０が設けられ、この注入口４０は、蓄熱体１２内に潜熱蓄熱材を充填した後に密封される。また、蓄熱体１２には、対向する２枚の側壁４２同士を連結する１または複数（この実施例では９つ）の連結部４４が形成される。連結部４４は、たとえば蓄熱体１２を厚み方向に貫通する管状に形成され、封入した潜熱蓄熱材が固体に相変化して膨張または収縮したときに、側壁４２が湾曲変形してしまうことや、潜熱蓄熱材の自重により蓄熱体１２の下部が膨らんでしまうことを防止する。さらに、蓄熱体１２の一方の側壁４２の表面隅部には、４つの突起部４６が形成される。この突起部４６は、蓄熱体１２を厚み方向に重ねて配置したときに、隣り合う蓄熱体１２の側壁４２間に所定間隔の空気通路３０を形成する（図２参照）。突起部４６の高さ、つまり空気通路３０の幅は、たとえば５−１０ｍｍである。
【００２２】
蓄熱体１２の外形寸法は、たとえば、縦１００−４００ｍｍ、横１００−４００ｍｍ、平均厚み１０−３０ｍｍである。なお、ここでいう平均厚みとは、上述の連結部４４および突起部４６を除く部分の厚みの平均をいい、厚みが一様の平板状に形成されるこの実施例の蓄熱体１２の場合は、平均厚みは各部分の厚みと一致し、凹凸を有する場合は、それら凹凸を含めた平均の厚みとなる。また、蓄熱体１２の側壁４２などの肉厚は、蓄熱体１２の大きさや材質などに応じて適宜設定されるが、潜熱蓄熱材と空気との熱交換を速やかに行うために、その形状および実用可能な強度を保持できる最小の肉厚に設定するとよい。
【００２３】
潜熱蓄熱材としては、従来公知のものを適宜用いるとよく、たとえば、塩化カルシウム６水和塩および硫酸ナトリウム１０水和塩などの無機水和物を好適に用いることができる。この潜熱蓄熱材には、所望の相変化温度に調整するための融点調整剤が適宜添加される。潜熱蓄熱材の相変化温度は、設置環境において求められる温度に適宜調整され、特に限定されないが、温室に設置される場合には、１０−２５℃、好ましくは１５−２０℃に調整される。具体的には、この実施例では、潜熱蓄熱材の相変化温度は、１８℃に調整されている。また、潜熱蓄熱材には、耐久性を高めるために、過冷却防止剤および相分離防止剤などの添加剤を添加することもできる。
【００２４】
図１および２に戻って、蓄熱体１２を収容したコンテナボックス３２を蓄熱室１６内に配置する際には、隔壁１８の連通孔２０を介して排気室１４内とコンテナボックス３２内とが連通するように、隔壁１８上に下段のコンテナボックス３２が配置される。そして、スペーサ３８を介して中段および上段のコンテナボックス３２がその上に積み重ねられる。スペーサ３８は、矩形の枠体であって、金属や合成樹脂などの適宜の材料によって形成される。図示は省略するが、スペーサ３８の側縁部には、コンテナボックス３２の横方向のずれを防止するための係止部が設けられる。この係止部は、たとえば、コンテナボックス３２の外側面の４つの角部に沿うように、スペーサ３８の側縁部から上方および下方に突出するＬ字状の突起である。ただし、スペーサ３８または係止部は必ずしも設けられる必要はない。たとえば、コンテナボックス３２の側壁３４の上端および下端に対して、互いに係合する係合部を設けておくことによって、コンテナボックス３２を安定的に位置決めして積み上げるようにしてもよい。
【００２５】
このような蓄放熱装置１０では、送風機２４を作動させると、排気室１４内の空気が外部に排出され、それに応じて外部の空気が天頂部２２から蓄熱室１６内に流入する。天頂部２２から流入した空気は、コンテナボックス３４内、つまり隣り合う蓄熱体１２間に形成される空気通路３０を通り、排気室１４から送風機２４を介して外部に排出される。すなわち、送風機２４を作動させると、空気通路３０を通る、上方から下方に向かって流れる空気流が発生する。この際、潜熱蓄熱材の相変化温度より高温となる昼間の高気温時には、蓄熱体１２内の潜熱蓄熱材は、空気から熱を奪う。これによって、空気通路３０を通る空気は、下流側に向かうに従い徐々に冷やされ、温室内が冷房される。
【００２６】
ここで、潜熱蓄熱材と空気との熱交換速度は、その温度差に比例する。一方、空気通路３０を通る空気は、下流側に向かうに従い徐々に冷やされ、その温度は潜熱蓄熱材の相変化温度に近づいていく。したがって、下流側の潜熱蓄熱材においては、潜熱蓄熱材への蓄熱速度が低下するため、中心部の潜熱蓄熱材が利用され難い状態となってしまう。つまり、下流側の潜熱蓄熱材は、上流側の潜熱蓄熱材と比較して効果的に機能し難い。
【００２７】
そこで、この実施例では、図２および４に示すように、下流側の段の蓄熱体１２を全体的に薄くしてその平均厚みを上流側の段の蓄熱体１２の平均厚みよりも小さくすると共に、厚み方向に並べる下流側の段の蓄熱体１２の数を上流側の段の蓄熱体１２の数よりも多くするようにした。言い換えると、下流側の段の蓄熱体１２の内容積（潜熱蓄熱材の内容量）に対する表面積の比率α（α＝表面積／内容積，以下、単にαという場合がある。）を、上流側の段の蓄熱体１２のαよりも大きくした。たとえば、この実施例では、上段の蓄熱体１２ａの平均厚みが２５ｍｍであり、中段の蓄熱体１２ｂの平均厚みが２０ｍｍであり、下段の蓄熱体１２ｃの平均厚みが１５ｍｍである。また、１つのコンテナボックス３２内に収容する蓄熱体１２の数、つまり厚み方向に重ねる蓄熱体１２の数は、たとえば、上段が１５枚、中段が１８枚、下段が２３枚である。これによって、潜熱蓄熱材への蓄熱速度が低下する下流側の段の蓄熱体１２においても、表面部の潜熱蓄熱材だけでなく、中心部の潜熱蓄熱材にも蓄熱できるようになる。つまり、下流側の段の蓄熱体１２も効果的に機能するようになり、蓄放熱装置１０が備える潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるので、蓄熱性能が高まる。
【００２８】
なお、潜熱蓄熱材の相変化温度より低温となる夜間の低気温時には、蓄熱体１２内の潜熱蓄熱材は空気に熱を与えるので、空気通路３０を通る空気は、下流側に向かうに従い徐々に温められ、温室内が暖房される。この場合も、空気通路３０を通る空気の温度は、下流側に向かうに従い潜熱蓄熱材の相変化温度に近づいていくため、潜熱蓄熱材からの放熱速度は低下する。しかし、蓄熱時と同様に、この実施例では、下流側の段の蓄熱体１２においても効率的に熱交換を行うことができるので、潜熱蓄熱材に蓄えた全ての熱を効果的に放熱できる。
【００２９】
この実施例によれば、空気の流れ方向において下流側の段に位置する蓄熱体１２の平均厚みを、上流側の段に位置する蓄熱体１２の平均厚みよりも小さくして、下流側の段の蓄熱体１２の数を上流側の段の蓄熱体１２の数より多くした。言い換えると、下流側の段の蓄熱体１２の内容積に対する表面積の比率αを、上流側の段の蓄熱体１２のαより大きくした。このため、下流側の段の蓄熱体１２においても、表面部の潜熱蓄熱材だけでなく、中心部の潜熱蓄熱材も利用して蓄熱できる。すなわち、下流側の段の蓄熱体１２（つまり下流側の潜熱蓄熱材）も効果的に機能するようになり、蓄放熱装置１０が備える潜熱蓄熱材の全体を利用して効率的に蓄熱できるので、蓄熱性能に優れる。
【００３０】
なお、全段の蓄熱体１２を薄くして蓄熱体１２の数を多くすると、蓄放熱装置１０の製造コストが嵩んでしまう。しかし、この実施例のように、高温の空気と熱交換する上流側の段の蓄熱体１２は厚くし、低温の空気と熱交換する下流側の段の蓄熱体１２は薄くすることによって、蓄熱体１２の枚数増によるコストの増加を抑えつつ、蓄熱性能を高めることができる。
【００３１】
なお、上述の実施例では、蓄熱体１２を厚みが一様の平板状に形成したが、これに限定されない。たとえば、図５に示すように、蓄熱体１２の側壁４２には、蓄熱体１２の縦方向に沿って延びる山部５０と谷部５２とを交互に配置した、波形の凹凸形状を形成することもできる。これによって、蓄熱体１２の表面積を大きくできるので、潜熱蓄熱材への蓄熱効率をより高めることができる。なお、蓄熱体１２の側壁４２の凹凸形状は、図５で示した形状に限定されず、適宜の凹凸形状を採用できる。たとえば、山部５０および谷部５２を角形にすることもできるし、山型突起をドット状に分散配置することもできる。また、図５に示す蓄熱体１２では、対向する側壁４２に形成される山部５０同士および谷部５２同士が対向するように凹凸形状を形成しているが、山部５０と谷部５２とが対向するように形成することもできる。また、一方の側壁４２のみに凹凸形状を形成することもできる。
【００３２】
また、上述の実施例では、蓄熱体１２の対向する側壁４２同士を平行に設けた、つまり、空気の流れ方向において蓄熱体１２の厚みが同じになるようにしたが、蓄熱体１２の下流側部分の厚みを上流側部分の厚みよりも小さくするようにしてもよい。たとえば、蓄熱体１２の対向する側壁４２同士が下流側に向かうに従い徐々に近づくように、側壁４２を傾斜状や階段状などに形成するとよい。これによって、１つの蓄熱体１２が備える潜熱蓄熱材の全体をより利用し易くなるので、蓄放熱装置１０全体としてもより効率的に蓄熱できるようになり、蓄熱性能により優れるようになる。
【００３３】
さらに、上述の実施例では、蓄熱体１２を合成樹脂によって形成したが、蓄熱体１２の材質は特に限定されない。たとえば、アルミニウムやステンレス等の金属によって蓄熱体１２を形成することもできる。ただし、耐食性、耐薬品性、コストおよび重量などを考慮すると、ポリエチレンやポリプロピレン等の合成樹脂を用いることが好ましい。
【００３４】
また、潜熱蓄熱材としてパラフィンを用いる場合には、パラフィンをゴムまたは合成樹脂に練り込んで板状に成形し、その板状体をアルミラミネート等の被覆材で被覆したものを蓄熱体１２として用いることもできる。
【００３５】
さらに、上述の実施例では、隣り合う蓄熱体１２の側壁４２間に空気通路３０を形成するために、蓄熱体１２に突起部４６を形成したが、空気通路３０を形成する方法はこれに限定されない。たとえば、蓄熱体１２に突起部４６を形成する代わりに、コンテナボックス３２の側壁３４内面に所定間隔ごとに並ぶ溝を設けておき、その溝に蓄熱体１２を嵌め込むように配置することによって、蓄熱体１２間に空気通路３０を形成することもできる。
【００３６】
また、上述の実施例では、各蓄熱体１２の潜熱蓄熱材の相変化温度を全て同じに設定したが、これに限定されず、下流側に位置する蓄熱体１２の潜熱蓄熱材の相変化温度を、上流側に位置する蓄熱体１２の潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低くすることもできる。具体的には、図４を参照して、たとえば、潜熱蓄熱材の相変化温度を、上段の蓄熱体１２ａでは１８℃とし、中段の蓄熱体１２ｂでは１６℃とし、下段の蓄熱体１２ｃでは１４℃とする。このように、空気通路３０を通る空気の温度低下に合わせて潜熱蓄熱材の相変化温度を低く設定することによって、下流側に位置する蓄熱体１２においても、潜熱蓄熱材の相変化温度と空気の温度との温度差を維持でき、潜熱蓄熱材への蓄熱速度の低下を防止できる。したがって、蓄放熱装置１０は、潜熱蓄熱材への蓄熱効率をより高めることができ、より優れた蓄熱性能を発揮できる。
【００３７】
さらに、上述の実施例では、空気の流れ方向に対して３段となるように蓄熱体１２（コンテナボックス３２）を配置したが、これに限定されず、蓄熱体１２は２段に配置してもよいし、４段以上に配置してもよい。また、図１で見て、コンテナボックス３２を横方向や奥方向にさらに並べる、つまり複数段複数列となるようにコンテナボックス３２を蓄熱室１６内に配置することもできる。言い換えると、蓄熱体１２は、厚み方向、縦方向および横方向のそれぞれに並べるように配置することもできる。なお、潜熱装置１０が備える潜熱パネル１２の総数、つまり蓄放熱装置１０全体としての潜熱蓄熱材の総量は、設置環境、たとえば蓄放熱装置１０を設置する温室の大きさや地域の気候などに応じて適宜設定するとよい。
【００３８】
また、蓄熱体１２を収容する箱体は、空気通路３０を形成した状態で厚み方向に重ねて蓄熱体１２を配置でき、かつ空気の流れ方向に沿って複数段に蓄熱体１２を配置できる構成であればよく、上述の実施例のような、蓄熱体１２を収容したコンテナボックス３２を蓄熱室１６内に配置する態様に限定されない。たとえば、コンテナボックス３２を用いる代わりに、蓄熱体１２の角部を係合支持するＬ字状の締結具や帯状の締結具などを利用して、蓄熱体１２を厚み方向に連結して一体化し、その連結体を枠体状のスペーサ等を介して複数段に積み上げて蓄熱室１６内に配置するようにしてもよい。この場合は、蓄熱室１６が直接に蓄熱体１２を収容する箱体となる。また、たとえば、図１に示す蓄放熱装置１０では、上下方向に積み上げたコンテナボックス３２が蓄熱体１２を収容する箱体としての機能を有するので、蓄熱室１６は必ずしも設ける必要はない。
【００３９】
さらに、蓄熱体１２の一部を箱体として機能させることによって、蓄熱体１２を収容する箱体を設けないようにすることもできる。たとえば、図６(Ａ)に示すように、蓄熱体１２の側壁４２の横方向両縁部に対して、厚み方向両側に突出して縦方向の全長に亘って延びる突出部５４を形成する。また、突出部５４には、厚み方向に連通するボルト孔５６を形成しておき、図６(Ｂ)に示すように、隣り合う蓄熱体１２の突出部５４同士が密着するように、寸切ボルト５８等で連結して一体化する。そして、その連結体を枠体状のスペーサ等を介して複数段に積み上げるようにするとよい。図６に示す蓄熱体１２では、突出部５４が箱体の側壁として機能するため、蓄熱体１２を箱体に収容することなく、空気通路３０を好適に形成できる。なお、図示は省略するが、図６に示す蓄熱体１２にも、注入口４０や連結部４４等が適宜形成される。また、突出部５４は、厚み方向の両側に突出するように形成したが、片側に突出させるようにしてもよい。さらに、図５に示す蓄熱体１２と同様に側壁４２に対して凹凸を形成することもできるし、蓄熱体１２の下流側部分の厚みを上流側部分の厚みよりも小さくすることもできる。もちろん、図６に示す蓄熱体１２の連結体を箱体に収容することもできる。
【００４０】
また、上述の実施例では、蓄熱体１２を上下方向に複数段にしたが、これに限定されない。蓄熱体１２は、蓄熱時の空気の流れ方向に沿って複数段であればよく、横方向または斜め方向に複数段としてもよい。なお、送風機２４は、空気流の下流側に設けてもよいし、上流側に設けてもよい。
【００４１】
さらに、上述の実施例では、蓄熱体１２の平均厚みを下流側の段になるごとに段階的に変えたが、これに限定されず、最下流側の蓄熱体１２の平均厚みが、最上流側の蓄熱体１２の平均厚みよりも小さければよい。具体例を挙げると、蓄熱体１２が３段の場合には、上流側の２段の平均厚みを２５ｍｍとし、下流側の１段の平均厚みを２０ｍｍとするようにしてもよいし、或いは、上流側の１段の平均厚みを２５ｍｍとし、下流側の２段の平均厚みを２０ｍｍとするようにしてもよい。
【００４２】
また、同じ段の蓄熱体１２の全てを同じ平均厚みにする必要はなく、空気の流れ難い位置、たとえば厚み方向に重ねた両側部分に位置する蓄熱体１２の平均厚みを、空気の流れ易い位置、たとえば中央部分に位置する蓄熱体１２の平均厚みより小さくすれば、より効率的に蓄熱できる。この場合には、少なくとも、厚み方向に重ねられる最下流側の蓄熱体１２の平均厚みの平均値が、最上流側の蓄熱体１２の平均厚みの平均値よりも小さくされる。
【００４３】
また、上述の実施例では、下流側の段の蓄熱体１２を全体的に薄くすることによって、その平均厚みを小さくした、つまり内容積に対する表面積の比率αを大きくした。すなわち、上述の実施例では、下流側の段の蓄熱体１２において、蓄熱体１２の収容に要する厚み方向の幅を小さくし、それに応じて厚み方向に並べる蓄熱体１２の数を多くしている。しかし、蓄熱体１２を全体的に薄くする代わりに、或いは全体的に薄くすると共に、蓄熱体１２の側壁４２に凹凸形状を形成することを利用して、下流側の段の蓄熱体１２のαを大きくすることもできる。たとえば、上流側の段には図３に示すような平板状の蓄熱体１２を配置し、下流側の段には図５に示すような凹凸形状を有する蓄熱体１２を配置することによって、下流側に位置する蓄熱体１２のαを、上流側に位置する蓄熱体１２のαよりも大きくしてもよい。また、たとえば、凹凸形状の山部の高さ、ピッチおよび形状などを適宜変更することによって、下流側の段になるごとに蓄熱体１２のαを小さくすることもできる。なお、側壁４２に凹凸形状を形成することを利用して下流側の段の蓄熱体１２のαを大きくする場合には、蓄熱体１２の収容に要する厚み方向の幅は、必ずしも下流側の段の蓄熱体１２において小さくならないので、厚み方向に並べる下流側の段の蓄熱体１２の数と上流側の段の蓄熱体１２の数とが同数になる場合もある。
【００４４】
さらに、上述の実施例ではいずれも、空気の流れ方向に沿って蓄熱体１２を複数段に配置し、下流側の段の蓄熱体１２のαを大きくする態様について説明したが、この発明の他の実施例として、空気の流れ方向に沿って蓄熱体１２を１段のみ配置することもできる。蓄熱体１２を１段のみ配置する場合には、蓄熱体１２の下流側部分のαが、上流側部分のαよりも大きくなるようにされる。言い換えると、蓄熱体１２の下流側部分の平均厚みが、上流側部分の平均厚みよりも小さくされる。たとえば、蓄熱体１２の対向する側壁４２同士が下流側に向かうに従い徐々に近づくように、側壁４２が傾斜状や階段状などに形成される。このように、空気の流れ方向に対して蓄熱体１２を１段のみ配置して、蓄熱体１２の下流側部分のαを大きくする場合でも、下流側の段の蓄熱体１２のαを大きくする場合と同様に、下流側の潜熱蓄熱材が効果的に機能するようになるので、蓄熱効率を高めることができる。すなわち、潜熱蓄熱材への蓄熱速度が低下する下流側部分においても、表面部の潜熱蓄熱材だけでなく、潜熱蓄熱材の全体を利用して蓄熱できるようになるので、蓄熱性能に優れる。
【００４５】
また、単体で平均厚み（またはα）が変化する蓄熱体１２、つまり蓄熱体１２の下流側部分の平均厚みが、上流側部分の平均厚みよりも小さくされる蓄熱体１２の他の実施例として、図７に示すような蓄熱体１２を採用することもできる。図７に示す蓄熱体１２では、対向する側壁４２同士が下流側に向かうに従い徐々に近づくように、傾斜状に形成にされる。また、蓄熱体１２の上端部６０では、２つの側壁４２同士が流線形状に連結される。さらに、側壁４２のそれぞれには、側壁４２から厚み方向に突出して、蓄熱体１２の上部から下端まで縦方向に延びる、１または複数の脚部６２が形成される。対向する側壁４２に設けられる脚部６２の頂部間の厚み方向の距離は、蓄熱体１２の上部の厚みとほぼ同じに設定される。なお、脚部６２の内部には、潜熱蓄熱材を封入することもできるし、潜熱蓄熱材を封入しない（つまり脚部６２を合成樹脂等の壁材のみで形成する）こともできる。
【００４６】
図７に示す蓄熱体１２によれば、上記のような脚部６２を形成したので、コンテナボックス３２等の箱体内に蓄熱体１２を設置し易くなる。また、蓄熱体１２の上端部６０を流線形状に形成したので、空気通路３０を通る空気の流れがよくなり、より効率的に空気と潜熱蓄熱材との熱交換を行えるようになる。
【００４７】
なお、図示は省略するが、図７に示す蓄熱体１２にも、注入口４０や連結部４４等が適宜形成される。また、図７において２つの側壁４２は非対称となっているが、２つの側壁４２を左右対称に形成してもよい。さらに、脚部６２は、厚み方向の両側に突出するように形成したが、片側の側壁４２のみに脚部６２を形成することもできる。たとえば、一方の側壁４２を鉛直方向に延びるように形成し、他方の傾斜状に形成される側壁４２のみに脚部６２を形成するようにしてもよい。さらに、図５に示す蓄熱体１２と同様に側壁４２に対して凹凸を形成することもできる。また、蓄熱体１２の上端部６０を流線形状に形成する態様は、図３、５および６等に示す他の蓄熱体１２においても適用可能である。
【００４８】
また、上記のように単体で平均厚みが変化する蓄熱体１２を複数段に配置することもできる。この場合には、下流側の段の蓄熱体１２の平均厚みを上流側の段の蓄熱体１２の平均厚みより小さくしてもよいし、下流側の段と上流側の段とに同じ平均厚みを有する蓄熱体１２を用いてもよい。
【００４９】
また、蓄熱体１２を１段のみ配置する場合においても、蓄熱体１２内に横方向に延びる仕切り壁を設け、蓄熱体１２の内部を区画することによって、下流側部分の潜熱蓄熱材の相変化温度を、上流側部分の潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低くすることもできる。たとえば、仕切り壁によって蓄熱体１２の内部を３つに区画し、上流側部分の潜熱蓄熱材の相変化温度を１８℃とし、中央部分の潜熱蓄熱材の相変化温度を１６℃とし、下流側部分の潜熱蓄熱材の相変化温度を１４℃とするとよい。このように、空気通路３０を通る空気の温度低下に合わせて潜熱蓄熱材の相変化温度を低く設定することによって、下流側部分の潜熱蓄熱材においても、潜熱蓄熱材の相変化温度と空気の温度との温度差を維持でき、潜熱蓄熱材への蓄熱速度の低下を防止できる。したがって、蓄放熱装置１０は、潜熱蓄熱材への蓄熱効率をより高めることができ、より優れた蓄熱性能を発揮できる。
【００５０】
また、上述の実施例では、蓄放熱装置１０を温室に設置して、昼間の高気温時に空気熱を蓄熱し、夜間の低気温時に放熱するようにしたが、蓄放熱装置１０の設置場所および使用方法は、これに限定されない。たとえば、蓄放熱装置１０は、安価な深夜電力を用いて発熱させたヒータからの熱を潜熱蓄熱材に蓄熱し、昼間にヒータの発熱を停止して潜熱蓄熱材から放熱させる暖房装置として用いることもできる。
【００５１】
なお、この発明において、板状とは、縦および横の大きさと比較して厚みが小さい形状をいい、表面が平面となっている形状だけでなく、表面に凹凸を含む形状、表面が緩い湾曲面となっている形状も含む概念として使用している。
【００５２】
さらに、上で挙げた寸法や数などの具体的数値はいずれも単なる一例であり、製品の仕様などの必要に応じて適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０ …蓄放熱装置
１２ …蓄熱体
１６ …蓄熱室
２４ …送風機
３０ …空気通路
３２ …コンテナボックス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱蓄熱材の潜熱を利用して蓄熱および放熱を行う蓄放熱装置において、
前記潜熱蓄熱材を封入した板状体であって、空気通路を形成した状態で厚み方向に重ねられると共に、前記空気通路を通る空気の流れ方向に対して１段または複数段に配置される蓄熱体、および
前記空気通路に前記空気の流れを生じさせる送風機を備え、
前記空気の流れ方向における下流側の前記蓄熱体の内容積に対する表面積の比率を、上流側の前記蓄熱体の内容積に対する表面積の比率よりも大きくしたことを特徴とする、蓄放熱装置。
【請求項２】
前記下流側に位置する潜熱蓄熱材の相変化温度を、前記上流側に位置する潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低くしたことを特徴とする、請求項１記載の蓄放熱装置。
【請求項１】
潜熱蓄熱材の潜熱を利用して蓄熱および放熱を行う蓄放熱装置において、
前記潜熱蓄熱材を封入した板状体であって、空気通路を形成した状態で厚み方向に重ねられると共に、前記空気通路を通る空気の流れ方向に対して１段または複数段に配置される蓄熱体、および
前記空気通路に前記空気の流れを生じさせる送風機を備え、
前記空気の流れ方向における下流側の前記蓄熱体の内容積に対する表面積の比率を、上流側の前記蓄熱体の内容積に対する表面積の比率よりも大きくしたことを特徴とする、蓄放熱装置。
【請求項２】
前記下流側に位置する潜熱蓄熱材の相変化温度を、前記上流側に位置する潜熱蓄熱材の相変化温度よりも低くしたことを特徴とする、請求項１記載の蓄放熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２３９８（Ｐ２０１２−２３９８Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３５９１８（Ｐ２０１０−１３５９１８）
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（５０５１４２９６４）クボタシーアイ株式会社 (192)
【出願人】（３０３０３０２０９）株式会社ヤノ技研 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（５０５１４２９６４）クボタシーアイ株式会社 (192)
【出願人】（３０３０３０２０９）株式会社ヤノ技研 (4)
【Ｆターム（参考）】
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