水容器の蓄熱効果を高めた冷暖房構造

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【発明の名称】	水容器の蓄熱効果を高めた冷暖房構造
【発明者】	【氏名】前田誠一
【要約】	【課題】水容器を用いた冷暖房構造において、水容器内の水の対流による熱の伝達が期待できない場合でも内部の水をほぼ均一に加熱する。【解決手段】水容器１を構成する積層材のうち少なくとも一つの材料をアルミ箔、銅箔等の熱伝導性の良好な熱伝導箔２で形成する。例えば太陽光等による熱ＮＨ₁が床面５１を介して水容器１に伝達された場合、水容器１の形成材料中の熱伝導箔２が熱伝導によって水容器１の底部まで伝熱し、従来は蓄熱に殆ど関与しなかった水Ｗの下層にも伝熱し、水容器１全体をほぼ均一に加熱することにより水容器１内の水全体で蓄熱し省エネルギー化を達成する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】水容器内に水又はこれと同効の液体を充填し、この充填された液体を加熱或いは冷却することにより冷房又は暖房を行う冷暖房構造において、熱を伝達する部材を、水容器を構成する材料の一部として用い、或いは独立した部材として当該水容器に近接して配置し、当該熱を伝達する部材を介して、水容器内の液体の対流の発生が困難な方向から加えられる熱を、この熱により直接加熱されない液体の層に伝達することにより水容器内の液体をほぼ均一に加熱或いは冷却するよう構成したことを特徴とする水容器の蓄熱効果を高めた冷暖房構造。
【請求項２】水容器を構成する積層材のうち少なくとも一部は熱伝導性の高い金属箔等の熱伝導箔とし、前記液体の対流の発生が困難な方向からの熱を当該熱伝導箔を介して熱伝導により伝達するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の水容器の蓄熱効果を高めた冷暖房構造。
【請求項３】熱伝導部材は水容器内部の上下に配置され、かつ上下の熱伝導部材の間には水が充填されている空間を通過して他の熱伝導部材が介在配置されていることを特徴とする請求項１記載の水容器の蓄熱効果を高めた冷暖房構造。
【請求項４】水容器内面のうち上下の内面には熱伝導部材が配置され、上部の熱伝導部材は熱輻射量の大きい輻射伝熱部材であって、当該輻伝熱部材から放射される熱ビームが下面の熱伝導部材に伝達され、当該加熱された下面の熱伝導部材により水容器内に対流を生じるよう構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の水容器の蓄熱効果を高めた冷暖房構造。
【請求項５】水容器内面の全面に輻射熱伝導部材が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の水容器の蓄熱効果を高めた冷暖房構造。
【請求項６】水容器の上下の面のうち少なくとも上面が金属フレームにより覆われていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の水容器の蓄熱効果を高めた冷暖房構造。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は家屋等の建築構造物の床面或いは天井面を介して内部空間を冷暖房する構造に係り、特に水或いはこれに類する液体を充填した袋状の容器を用いる冷暖房構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】発明者等は水或いはこれに類する液体を充填した袋状の容器を家屋等の構造物の床面下部等に配置し、床面を介して室内空間を冷暖房する構造を提案している（特願平５－１３５１７８号、同５－１９９８３号、同１０－４２９８１号等）。この冷暖房構造は次のような基本構成を有している。
【０００３】即ち、図１０及び図１１において、根太と称される仕切材５２により構造物（家屋）の床面５１の下部に形成された空間内に袋状の水容器６０がそれぞれ配置されている。これらの水容器６０には例えば電気ヒータＥＨ等の熱源が配置されている。暖房時には電気ヒータＥＨ等の熱源からの熱は水容器６０に伝達され、水容器６０内の水Ｗはこの熱により循環流動して水容器６０全体が均一に加熱され、この熱が床面５１を介して室内に伝達される。また加熱用の熱源の外に例えば冷水の通過するパイプ等を配置することにより夏期には冷房を行うことも可能である。なお、以下実施例も含め「水」の語は、不凍液、粘度調整剤等の添加物が添加されたものも含む広い意味で使用する。
【０００４】上記構成の床冷暖房構造では、充填された水Ｗの循環流動により水容器１全体が均一に加熱或いは冷却されるため、加熱用熱源或いは冷却用熱源の何れも、水容器６０に対して小型に形成することができる。また媒体が比熱の大きい水であるため、熱源の温度調整を頻繁に行うことなく室内を安定して冷暖房することが可能となる等、床面下部に電気ヒータや温水パイプ等を直接配置した構成に比較して冷暖房の効率及び経済性の何れについても優れた冷暖房構造を提供することが可能となった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記水容器６０を使用する冷暖房構造は上述のように多くの利点を有するが、自然の熱源の利用という点では当該冷暖房構造の有する潜在的能力を十分に利用しているとは言いがたい面もある。
【０００６】図１２において、例えば冬季には日照角度が小さくなるため部屋の奥まで日が射し、床面５１を介して太陽光による熱ＮＨ₁が水容器６０内の水Ｗに伝達され、この水Ｗを温めることになる。この場合熱ＮＨ₁は水容器６０の上部から加わるため、水容器６０内の水は上層（図中符号Ｕで示す）から温められる結果となり、水容器６０内では水の対流は生じない。即ち、熱せられた上層Ｕの水の熱ＮＨ₂は太陽光による熱ＮＨ₁との関係において、ＮＨ₂＜ＮＨ₁であればＮＨ₁の熱を蓄えて、下層Ｌへと伝熱する。一方日が陰ったり夕方となる等によってＮＨ₂＞ＮＨ₁となれば床面５１から放熱することになる。
【０００７】このように水容器６０の上部から熱が供給される場合は、熱ＮＨ₁の蓄熱には水Ｗの上層部を中心とした水Ｗの全容量の一部しか関与できないことになる。即ち水容器６０内に充填してある水Ｗの熱容量の一部を利用しただけとなる。もし、この水Ｗ全体に伝熱できれば太陽光による熱ＮＨ₁は水Ｗ全体にほぼ均一に伝達されるため水Ｗの上層部Ｕが急激に昇温することもなくなり、従って太陽光による熱ＮＨ₁を受ける間中ほぼＮＨ₂＜ＮＨ₁となって、水からの放熱を最小限にし、この熱ＮＨ₁を効果的に蓄熱することが可能となる。
【０００８】上述のような太陽光等の自然の熱ＮＨ₁のみを受ける状態となる場合としては、家人が不在である場合等であろうから、例えば夕方或いは夜になって家人が帰ってきて熱源ＥＨ等の人工の熱源を作動させた場合に、水の保有する熱量対応して当該人工の熱源の熱量をその分減少させることが可能となり省エネルギー化を実現することが可能となる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】電気ヒータ或いは水パイプを通過する加熱水等による床暖房装置ではこのような自然の熱ＮＨ₁を利用することはその構造上、本来的に不可能であるのに対して、発明者等が先に提案している水を利用する冷暖房構造において初めて実現可能となるものである。本発明はこのように水を用いた冷暖房構造の有する潜在能力をより効果的に発揮するよう構成した冷暖房構造である。
【００１０】即ち、本発明は、水容器内に充填してある水に対して当該水の対流が生じない方向から熱が加えられた際にこの水の全体に対して均等に熱が蓄積されるよう、水容器自体に或いはこの水容器に近接して、熱伝導性の高い物質或いは高い熱輻射を行う物質からなる部材を配置させることにより、水の対流が期待出来ない方向からの熱を、水容器内の水に対して均等に伝達、蓄積するよう構成したことを特徴とする水容器を用いた冷暖房構造である。なお、本発明において水容器に加わる熱は水を加熱させるための熱の他、水を冷却させるマイナスの熱も含むものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】内部に水を充填する水容器を構成するフィルム状素材として構成される積層材の一部を、例えばアルミ泊、銅泊等の熱伝導性の高い材料により形成し、例えば水容器の上部から熱を加えた際に、当該熱は上記熱伝導性の高い材料により水容器下部に熱伝導され、水容器内の水が全体的に加熱される。なお、以下実施例も含めて特に断らない限り「熱」の語は水を加熱するための熱エネルギーを示すこととする。
【００１２】また熱伝導による他、水容器内部の少なくとも上下内面に熱輻射の高い材料から成る部材を配置し、水容器上部から加えられた熱により上部の部材が加熱され、かつこの上部の部材が加熱することより内部の水を通して下部の部材が輻射（放射）により加熱され、かつ加熱された下部部材により水容器内の水は下層からも加熱され、或いはこの加熱による対流を生じて全体に均一に加熱されるよう構成する。
【００１３】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参考に説明する。図１は第１の実施例を示す。同図は従来例を示す図１１と同様に、水容器の横断面部分図であるが、後述する実施例を示す図も含めて、本発明の構成を明瞭に示すため、電気ヒータＥＨ等の人工的な加熱媒体の位置しない部分の断面図として現されている。
【００１４】図１において、符号１は水容器であり、従来の水容器と同様仕切材５２により区画された床面５１の下部空間部に収納されている。水容器１はフィルム状の材料により形成され、家屋の建築現場において注水されるよになっている。フィルム材は複数の材料からなる積層材として形成されており、この積層材の一つがアルミや銅等の熱伝導性の良好な材料からなる箔（以下「熱伝導箔」と称する）２となっている。なお、この熱伝導箔２は通常金属箔であるため、他の積層材がビニル等の高分子材料により形成されていても、気体の通過をほぼ完全に阻止でき、内部の水を長年に渡って安定的に保持する防護膜としての機能も発揮する。
【００１５】この構成において、床面５１の上部から太陽光等による熱ＮＨ₁が加わると、その熱は水容器１の熱伝導箔２を加熱し、この熱は伝導熱ＮＨ₂として水容器１の底部まで熱伝導され、内部の水Ｗをほぼ均一に加熱する。この均一な加熱と水の大きな比熱により、熱ＮＨ₁による熱エネルギーは比較的長時間この水Ｗに蓄えられ、例えば図１１に示す電気ヒータＥＨ等の人工の熱源を作動させるときに、省エネルギー化を図ることができる。また、水容器１の底面に配置された人工熱源により水容器１内の水を加熱する場合には、図に示す熱ＮＨ₂の伝導方向とは逆に、水容器１の上部に向かって伝熱され、水の対流と合わせて水容器１内の水を早期に均一加熱することが可能となる。
【００１６】図２乃至図４は第２の実施例を示す。この実施例では水容器１の内面上下に前記熱伝導箔２と同効の熱伝導部材３Ａ及び３Ｂがそれぞれ配置されている。３Ｃはこれら熱伝導箔３Ａ、３Ｂの間に介在配置された熱伝導部材である。この熱伝導部材３Ｃは、図３に示すように注水前の水容器１が折り畳み可能なように、可撓性を有する熱伝導性材料により形成されている。なお、この熱伝導部材３Ｃは前記熱伝導部材３Ａ、３Ｂと同様の金属箔とすることにより可撓性を保持することができる。
【００１７】この熱伝導部材３Ｃは図４に示すように水容器１の長手方向に対して列を成して配置されており、電気ヒータ等により水容器下部から加熱された際に、内部の水Ｗの対流を阻害しないようになっている。
【００１８】この実施例においては床面５１に加わった熱ＮＨ₁は熱伝導部材３Ｃを介して水容器１の上部の熱伝導部材３Ａから下部の熱伝導部材３Ｂに伝達され、この結果以後は上記第１の実施例と同様に水容器１内の水は均一に加熱される。
【００１９】図５は第３の実施例を示す。符号４Ａ及び４Ｂは水容器１内部の上下に配置された伝熱部材であって、このうち符号４Ａで示す熱伝導部材は熱ビームの放射量の大きい部材により形成された輻射伝熱部材として構成されている。この輻射伝熱部材としては、例えばアルミニウム表面がアルマイト処理されたもの等が考えられる。なお、何らかの部材を用いた熱の伝達は多くの場合、伝導、輻射、対流の３つの要素を全て含んでおり、上記輻射伝熱部材はこのうち輻射による熱の伝達量が相対的に多いものを意味している。従って輻射に加えて伝導も良好な材料であればより効果的な熱の伝達が可能となる。
【００２０】上記の構成において、床面５１に加わった熱ＮＨ₁は輻射伝熱部材４Ａに伝達され、加熱された輻射伝熱部材４Ａは熱ビームＮＨ₃を放射する。この熱ビームＮＨ₃を受けた下部の伝熱部材４Ｂは加熱されて水容器１の下層の水を伝導加熱し、水容器１内の水Ｗは対流を生じてほぼ均一に加熱される。
【００２１】図６は上記第３の実施例の変形例を示す。この例では輻射伝熱部材が、符号４で示すように水容器１の内周面の全面に配置してある。これにより床面５１に加わった熱ＮＨ₁は輻射伝熱部材４の上部から放射される輻射ビームＮＨ₃の他、水容器１の側壁部側からの伝導熱ＮＨ₂としても、輻射伝熱部材４の水容器底部側に伝達され、これによってより効率的に熱の伝達が行われる。
【００２２】なお上記の構成の輻射伝熱部材４は図７に示すように、折り畳み状態の水注入前の水容器１において、図示のように折り畳まれるようにしておけば、この輻射伝熱部材４を比較的肉厚に形成しておいても水容器１の体積の変化に追随することができる。
【００２３】図８及は第４の実施例を示す。符号５は水容器１の上部を覆うように配置された断面略コの字型の伝熱用金属フレームである。これにより水容器１は床面５１の下部でこの金属フレムー５に覆われるように配置されることになる。この構成において床面５１に加わった熱ＮＨ₁は金属フレーム５を介して伝導熱ＮＨ₂として熱伝導され、内部の水Ｗがほぼ均一に加熱される。なおこの金属フレーム５には熱の均等な伝達という本来の効果の他に次のような副次的効果がある。
【００２４】先ず水容器１を施工中の床に配置して水を充填する際に金属フレーム５の上面が床面５１の下面の位置にあるため、金属フレーム５に対する水容器１の接触具合を見ることにより水容器１に対する水の供給料を調整することができる。また、水容器１に対する水の注入を完了したならば、床面５１を形成するが、この床面形成は床材を仕切り材（根太）５２に釘打ちすることにより行われる。この場合、打ちつけた釘によって誤って水容器１を破損する可能性があるが、この金属フレーム５が釘による水容器１の損傷を防護する防護材としても機能し、破損事故を防止することができる。
【００２５】図９は前記第４の実施例と関連する第５の実施例を示す。この実施例では床面下部の空間に第１の金属フレーム６Ａが配置される。この第１の金属フレーム６Ａは上部が開放空間となるよう床面下部空間内に配置され、水容器１はこの第１の金属フレーム６Ａ内に収納された状態で床面下部空間内に配置される。この状態の水容器１に対して第２の金属フレーム６Ｂが、前記第１の金属フレーム６Ａに対して蓋をするようにして配置され、水容器１はこれら第１及び第２の金属フレーム６Ａ、６Ｂ内に収納された状態となる。なお電気ヒータＥＨ等の加熱部材は第１の金属部材６Ａと水容器１との間に介在配置される。この実施例においては床面５１に加わった熱ＮＨ₁は熱伝導により伝導熱ＮＨ₂として水容器１の下部に伝達され、水容器１内の水Ｗをほぼ均一に加熱する。またこの金属フレーム６Ａ、６Ｂも前記のような副次的効果を有する他、更に第１の金属フレーム６Ａは、床張後に何らかの理由により万一漏水があっても漏出した水の水受けとして作用するという効果も生じる。
【００２６】以上本発明を、水容器内部の水が加熱される場合を例に説明したが、加わった熱が水を冷却する場合、即ちマイナスの熱量が加わった場合にも効果的に作用する。例えば、夏期において床下の通風を図ることにより水容器下面にマイナスの熱量を加える場合、従来の構成では水容器内の水は下層から冷やされるため、水の対流は期待できず、床面を効果的に冷却することはできない。これに対して伝熱部材があれば水容器上部にマイナスの熱量が伝達され、水容器１内の水はほぼ均一に冷却され、床面冷房の省エネルギー化が実現できる。
【００２７】なお、各実施例に示された本発明構成を個別に実施する他、例えば図１に示す実施例と図５に示す実施例を併用することにより熱伝導と熱輻射の両方を併用する等各種の構成が可能である。
【００２８】
【発明の効果】本発明は以上各実施例により説明したように、水容器内の水の対流による伝熱が期待できない位置から水に対して熱量が供給された場合に、水容器内の水に対して均等に伝熱することより熱の蓄積にあまり関与しなかった水の層も有効に利用することによって水容器を用いた冷暖房構造の潜在的能力を十分に発揮することが可能となる。

【出願人】	【識別番号】５９３１０７９３７【氏名又は名称】株式会社イゼナ
【出願日】	平成１１年９月１０日（１９９９．９．１０）
【代理人】	【識別番号】１０００７９４７４【弁理士】【氏名又は名称】吉澤桑一
【公開番号】	特開２００１－８２８８８（Ｐ２００１－８２８８８Ａ）
【公開日】	平成１３年３月３０日（２００１．３．３０）
【出願番号】	特願平１１－２５６６７９