JP3165721U

JP3165721U - 暖房具

Info

Publication number: JP3165721U
Application number: JP2010007428U
Authority: JP
Inventors: 研介藤村
Original assignee: 研介藤村
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2020-11-10

Abstract

【課題】湯たんぽの如く就寝中の布団内の暖房に手軽に使え、且つ化石燃料や電力を消費しない軽量安価で十分な暖房能力を有する暖房具を提供する。【解決手段】水密性の容器又は袋１に封入された平板状の潜熱蓄熱材２を暖房具として用いる。潜熱蓄熱材は黒色の袋で被われる。集熱時には、潜熱蓄熱材は集熱ケースに収められて陽光に曝される。陽光は潜熱蓄熱材の黒色の袋に直接に吸収され、潜熱蓄熱材を加熱する。就寝時には、潜熱蓄熱材は袋ごと集熱ケースから出されて布団内で暖房に使われる。【選択図】図１

Description

本考案は就寝中の暖房具に関するものである。

就寝中の暖房具は古来から様々なものが用いられてきた。近年に利用されている主なものは、湯たんぽ、電気毛布、電気あんかの３種類に限られる。湯たんぽの場合は水を加熱するためにガスや石油等のエネルギーを必要とする。電気毛布や電気あんかの場合には電力を必要とする。いずれの場合も燃料費が嵩むことになる。

太陽熱を暖房や給湯に用いることは、古来から行われてきた。近年の省エネルギーの意識の向上に伴って、太陽熱利用はますます普及の度合いを高めている。太陽熱の暖房や給湯への主たる利用方法は太陽熱温水器、パッシブソーラーハウスである。いずれの場合も、日照時と熱利用時の時間的なずれを補うために蓄熱を伴う場合が多い。例えば、太陽熱温水器の場合、集光部で暖められた水は自然対流あるいは強制循環によって貯湯槽に温水として蓄えられる。また例えばパッシブソーラーハウスでは、ガラス窓を通して入射した太陽光は壁面や床面に吸収されて蓄えられ、夜間に放出される。これらの蓄熱は、エネルギー量が温度上昇に比例するところの所謂顕熱として蓄えられる。

顕熱蓄熱では、蓄熱量を増やそうとすると温度を高くしなければならないが、温度が高くなると放熱しやすいという不都合がある。バイオトイレへの利用の例に見られるように、温度が高いこと自体が不都合な場合もある。蓄えた熱を利用する際にも、時間と共に温度が低下するという不都合もある。

そこで、潜熱として太陽熱を蓄えることも、よく行われている。すなわち、融点以下では固体の材料を、融点以上の温度環境下に置き、固体が液体に相変化する際の融解熱を利用して蓄熱する。全部が液体になるまでの間は一定温度で熱エネルギーを蓄えることができる上に、単位重量当たりの蓄熱量も大きいという利点がある。融点以上の温度環境を太陽熱で与える。例えば、太陽熱集光器で暖められた水はパイプを介して、熱を潜熱蓄熱材に伝える。

このように、太陽熱を潜熱蓄熱材に蓄える方法は利点が大きいので、これに関して様々な工夫が行われて実用に供されてきた。例えば引用特許文献１では、ヒーターの上面と下面に熱伝導率の異なる潜熱蓄熱材を形成することによって、効率の良い床暖房を実現している。例えば引用特許文献２では、透明板と断熱材の間に潜熱蓄熱材を配置し、断熱材と潜熱蓄熱材の間に空気層を形成する。昼間に蓄熱された太陽熱エネルギーは、夜間に空気層を通過する空気によって室内に運ばれて室内を暖める。

引用特許文献３では、太陽熱集熱器で暖められた水は、水ポンプなどで地下等の場所に置かれた潜熱蓄熱材に蓄えられる。夜間には潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を水を介して回収し、室内に設置されたラジエーターや床に設置された床暖房用配管に水ポンプによって送られる。引用特許文献４では、太陽熱温水器で暖められた熱媒は蓄熱槽に送られ、熱交換機を介して潜熱蓄熱材Ａに蓄えられる。床暖房パネルの内部には潜熱蓄熱材Ｂが入っている。ＡとＢを適宜交換することによって蓄えられた熱エネルギーを暖房に利用する。

引用特許文献５では、バルコニーに取り付けられた太陽熱温水器によって暖められた水をポンプで蓄熱槽に送り、熱交換器を介して潜熱蓄熱材に熱を蓄える。蓄えられた熱は熱交換器を介して回収され、暖房機に送られて暖房に供される。引用特許文献６では、軒先に太陽熱を蓄熱する潜熱蓄熱材が設けられ、軒先つららの発生を簡素な構造で防止している。

引用特許文献７では、太陽熱温水器に接続された潜熱蓄熱材が、高融点のものと低融点のものの２種類から構成されていて、一年のうちのより長い期間にわたって利用できるような工夫が施されている。引用特許文献８では、窓の室内側に備えられている窓カウンターを潜熱蓄熱材で構成することにより、太陽熱を潜熱蓄熱材に蓄熱し、これにより窓からのコールドドラフトを防ぐように工夫している。

引用特許文献８では、太陽熱温水器で得られた温水を地中に埋設された杭型蓄熱槽に蓄熱する装置において、蓄熱槽内に潜熱蓄熱材が封入されている。引用特許文献１０ではバイオトイレの分解槽周囲に潜熱蓄熱材を設置し、太陽熱温水器で暖めた水を送り込むことにより、分解槽の温度を一定に保つ工夫をしている。引用特許文献１１では換気通路の周りに潜熱蓄熱材を設け、太陽熱温水器で暖めた水を送り込むことにより蓄熱する。これにより、夜間の換気で屋内が冷やされるのを防いでいる。

以上例示したように、太陽熱で得られる熱エネルギーを潜熱蓄熱材に一旦蓄えておき、夜間にその熱を取り出して利用する方式は数多く考えられ、実用化されているものも少なくない。然しながら、これらはすべて建物に組み込まれたものであり、湯たんぽのごとく就寝中の布団の中の暖房に供されるものではない。すなわち、電力や化石燃料を一切使用せず、布団内への持ち運びや設置も容易であり、湯たんぽ並の蓄熱量を保ち、安眠を妨げず、安全で安価な暖房具は存在しない。

特許公開平０５−２３１６５９特許公開平０９−１４５１６５特許公開２０００−１３０９７５特許公開２００１−３０４５９５特許公開２００２−１０６９７４特許公開２００３−１０５９３１特許公開２００３−１０６６８１特許公開２００３−２９３６６８特許公開２００６−７１１３４特許公開２００６−２０３４１８特許公開２００６−２８４０６８

本考案は上記の事情に鑑み為されたもので、その解決しようとする課題は、湯たんぽの如く就寝中の布団内の暖房に手軽に使え、且つ化石燃料や電力を消費しない軽量安価で十分な暖房能力を有する暖房具を実現することにある。

本考案では、水密性の容器又は袋に封入された平板状の潜熱蓄熱材を暖房具として用いる。潜熱蓄熱材は黒色の袋で被われる。集熱時には、潜熱蓄熱材は集熱ケースに収められて陽光に曝される。陽光は潜熱蓄熱材の黒色の袋に直接に吸収され、潜熱蓄熱材を加熱する。就寝時には、潜熱蓄熱材は袋ごと集熱ケースから出されて布団内で暖房に使われる。

以上のように、本考案になる暖房具は、太陽熱で潜熱蓄熱材を直接に暖め、暖められた潜熱蓄熱材を直接に布団の中に持ち込む。熱交換を一切行わないので高い効率で太陽熱を利用することができる。潜熱を利用するので、集熱中も使用中も、略一定の温度を保つ。そのために、周囲への放熱も少なく、就寝中も熱過ぎることなく使い心地がよい。潜熱蓄熱は単位重量当たりの蓄熱量が多いので、湯たんぽ程度の重さでありながら湯たんぽ以上の暖房能力を実現できる。

図１は本考案になる暖房具の全体図である。図２は請求項２で訴求した暖房具の全体図である。図３は請求項５で訴求した暖房具の全体図である。

潜熱蓄熱材としては融点が４５℃以上で６０℃以下のものが好ましい。例えば融点は４８℃のチオ硫酸ナトリウム水和物あるいは融点５８℃の酢酸ナトリウム水和物などが選ばれる。潜熱蓄熱材は水密性の容器または袋に封入される。容器または袋は、弾力のある柔らかいものの方が使い心地の点で好ましいが、固くても構わない。但し、潜熱蓄熱材は相変化や温度変化に伴って体積が数％から１０％程度の間で変化するので、この体積変化に追随するものでなければならない。また使用中に破裂するなどして潜熱蓄熱材が流出したりするトラブルを生じるので、あまりに薄いものは避ける。結局の処、０．５ミリメートルの厚さのポリプロピレンの袋などが最も好ましい。

潜熱蓄熱材の量は、好ましい蓄熱量と、潜熱蓄熱材の溶解熱量との関係で決定される。例えば、好ましい蓄熱量として、２リットルタイプの湯たんぽと同等が好ましいとすると、蓄熱量は約８０キロカロリーとなる。一方、潜熱蓄熱材としてチオ硫酸ナトリウムを選んだとすると、溶解熱は１キログラム当たり約４７キロカロリーとなる。蓄熱量のすべてを溶解熱で賄うとすると、潜熱蓄熱材の量は約２キログラムとなる。

潜熱蓄熱材を封入する袋の寸法は、内容積が潜熱蓄熱材の体積に等しくなるように選ばれる。面積と厚さは、太陽熱の受光面積と蓄熱量の関係で決定される。厚過ぎると受光面積が小さくなり、必要なエネルギーを得られなくなる。薄すぎると受光面積が大きすぎて、潜熱蓄熱材の溶解熱のみでは吸収されなくなり、液体の顕熱で吸収することになる。この量が多すぎると液体の温度が高くなり過ぎて、潜熱蓄熱材の許容温度を超えてしまう。例えばチオ硫酸ナトリウムの許容温度は７０℃であるから、この温度を超えないように設計する必要がある。チオ硫酸ナトリウムの比重は１．５程度であるから、２キログラムのチオ硫酸ナトリウムの体積は約１３３３立方センチメートルとなる。一方、太陽熱の入射エネルギーは１平方メートル当たり約１ＫＷであるから陽光に曝される時間を１時間とすると、約８６０キロカロリーのエネルギーが注がれることになる。必要なエネルギーを約８０キロカロリーとし、効率を７０％とすると、必要な入射面積は１３００平方センチメートルとなり、厚さは１センチメートルとなる。

潜熱蓄熱材を封入した容器又は袋は、布製の袋を被せられる。布の材質は特定しないが、綿や化学繊維や不織布などが選ばれる。何れにしても肌触りの柔らかいものが使い心地の点で好ましい。厚さも特定しないが、あまりに厚過ぎるものは熱伝導が悪くなるので避ける必要がある。布製の袋の形状も特定しないが、潜熱蓄熱材を封入した容器又は袋よりも大きめの袋状が好ましい。布の少なくとも太陽光が当たる面の表面は略黒色であることが好ましい。できれば、表面だけではなく内部までが黒色であることが好ましい。太陽光吸収率が高ければ黒色でなくとも構わない。例えば濃い青色、濃い灰色、濃い緑色などでもよい。請求項４では、この袋を省略する方式を訴求した。この場合、太陽光を吸収させるために、潜熱蓄熱材を封入した容器又は袋の外側表面の全部または一部が略黒色であることが必須となる。

ケーシングの材料は特定しない。寸法は潜熱蓄熱材を封入した容器又は袋と断熱材が収まる寸法とする。透明板はケーシングに開閉自在あるいは着脱自在に取り付けられる。透明板の材質は特定しないが、ガラスまたはポリカーボネイトの薄板が、紫外線でほとんど劣化しないという点で好ましい。透明板は１枚でもよいが、できれば複数枚とし、間に密閉空間が形成されることが、内部の熱が逃げにくいという点で好ましい。請求項３では複層の透明ポリカーボネイトの間にリブが立っている所謂プラスチック段ボールを訴求した。透明であるために陽光はほとんど遮られることなく潜熱蓄熱材に到達する。ポリカーボネイトであるから紫外線に強い。ポリカーボネイトは赤外線透過率は悪いので、内部からの赤外線放射を妨げるので熱が逃げにくい。複層で且つ密閉空間が生成されているので、断熱性は高い。以上の点で透明ポリカーボネイトのプラスチック段ボールは最も好ましい。

ケーシングには潜熱蓄熱材を収納する断面形状が略矩形のスペースが設けられる。スペースの表面は断熱材が剥き出しでもかまわないが、金属薄板で覆われていることが好ましい。請求項２では、潜熱蓄熱材を収納するスペースの断面形状を略台形状または略放物線状にして、側面部の表面を反射板または反射膜で覆う方式を訴求した。このようにすると、受光面積が広くなるために、得られるエネルギーの量を大きくすることができる。例えば、潜熱蓄熱材の寸法が５０センチ×３２センチの場合、受光面積は１６００平方センチメートルとなる。周囲５センチメートルに図２に示すような反射板を設けると受光面積は２５２０平方センチとなり、得られる太陽エネルギーは約１．６倍となる。

断熱材の材質や厚さは特定しない。厚ければ厚いほど断熱性能は良くなるがケーシングの寸法が大きくなって取り扱いが不便になる。結局のところ厚さ５センチメートル程度の断熱材がよく選ばれる。材質としては取り扱いやすさや価格の点で発泡スチロールがよく選ばれる。

請求項５では、透明板と蓄熱部の間に金属薄板が開閉自在又は着脱自在に設置される構造を訴求した。金属板の表側表面は選択吸収性を有し、裏側表面は略黒色とする。選択吸収性というのは短波長である太陽光は吸収するが、長波長である赤外線は吸収しない性質のことである。同じ波長であれば入射率と放射率は等しいから、赤外線の放射率も低くなる。そのために、金属薄板は速やかに高温になる。例えば特殊電解処理したアルミニウムの場合、太陽光の入射率は０．９４程度であるが赤外線の放射率は０．１程度である。選択吸収膜については材質は特定しない。一方、金属薄板の裏側表面は略黒色に塗装または表面処理される。こうすることによって、太陽光を吸収して高温になった金属薄板裏側表面からは、潜熱蓄熱材に向かって赤外線が効率良く放射される。

本考案になる暖房具は電力や化石燃料を一切使用することなく、太陽熱の力のみで、就寝中の布団の中の暖房を実現している。したがって、就寝中の心地よい暖房を省エネルギーで行いたいと考える人に暖房具として提供される。パン生地やヨーグルトの発酵などの目的にも利用される。

１容器又は袋

２潜熱蓄熱材

３布製袋

４ケーシング

５透明板

６スペース

７断熱材

８反射板または膜

９金属薄板

Claims

蓄熱部と集光部とで構成され、前記蓄熱部は水密性で薄板状の容器又は袋１、該容器又は袋１に封入された潜熱蓄熱材２、前記容器又は袋を包む布製の袋３から成り、前記集光部はケーシング４、該ケーシングの上部にに開閉自在あるいは着脱自在に設置された単数または複数の透明板５、蓄熱部を収納する断面形状が略矩形のスペース６、該スペースの底面部と側面部の一部または全部の周囲に設置された断熱材７とから成り、前記潜熱蓄熱材の融点は４５℃以上６０℃以下であり、前記容器又は袋の全部あるいは上部の外側表面は略黒色であることを特徴とする暖房具。
蓄熱部を収納するスペースの断面形状が略台形状または略放物線状であり、側面部の表面が反射板または反射膜８で覆われていることを特徴とする請求項１記載の暖房具。
透明板がポリカーボネイト製のプラスチック段ボールであることを特徴とする請求項１、２記載の暖房具。
蓄熱部が水密性で薄板状の容器又は袋１、該容器又は袋１に封入された潜熱蓄熱材２から成り、前記容器又は袋の外側表面の全部または一部が略黒色であることを特徴とする請求項１、２、３記載の暖房具。
透明板と蓄熱部の間に金属薄板９が開閉自在又は着脱自在に設置されており、該金属板の表側表面は選択吸収性を有し、裏側表面は略黒色であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５記載の暖房具。