(57)【要約】【課題】演算装置を用いずに屋内外の温度差を検出することができる温度差計を提供する。【解決手段】屋内外を仕切る仕切り部１のいずれか一方に、シリンダ２内のガスを加熱・冷却してそのガスの膨張収縮により運動を得る外燃機関Ｅを設け、該外燃機関Ｅの加熱部又は冷却部に伝熱部材１３を設けると共に、該伝熱部材１３を前記仕切り部１の一方から他方に延出させて設け、前記運動で屋内外の温度差を表す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋内外を仕切る仕切り部のいずれか一方に、シリンダ内のガスを加熱・冷却してそのガスの膨張収縮により運動を得る外燃機関を設け、該外燃機関の加熱部又は冷却部に伝熱部材を設けると共に、該伝熱部材を前記仕切り部の一方から他方に延出させて設け、前記運動で屋内外の温度差を表すことを特徴とする温度差計。
【請求項２】
前記外燃機関が、キネマティック型スターリングエンジンであることを特徴とする請求項１に記載の温度差計。
【請求項３】
前記外燃機関が、フリーピストン型スターリングエンジンであることを特徴とする請求項１に記載の温度差計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋内と屋外との温度差を検出する温度差計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、屋内外の温度差を検出する場合、屋内と屋外にそれぞれ温度計を設置して屋内及び屋外の温度を計測し、さらにそれらの差分を演算で求めることで行われる。
【０００３】
一方、第１の測定点及び第２の測定点の温度差を検出する装置としては、温度差検出装置が知られており（例えば、特許文献１参照）、前記屋内外の温度差を検出するのに用いることができる。
【０００４】
前記温度差検出装置は、例えば第１の測定点の温度を計測する第１の温度センサと、第２の測定点の温度を計測する第２の温度センサと、これら第１及び第２の温度センサによる計測値の差を演算する演算装置とにより構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の従来技術では、屋内外の温度差を求めるために演算装置を必要とするという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、演算装置を用いずに屋内外の温度差を検出することができる温度差計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は、屋内外を仕切る仕切り部のいずれか一方に、シリンダ内のガスを加熱・冷却してそのガスの膨張収縮により運動を得る外燃機関を設け、該外燃機関の加熱部又は冷却部に伝熱部材を設けると共に、該伝熱部材を前記仕切り部の一方から他方に延出させて設け、前記運動で屋内外の温度差を表すことを特徴とする。
【０００９】
前記外燃機関は、キネマティック型スターリングエンジンであることが好ましい。或いは、前記外燃機関は、フリーピストン型スターリングエンジンであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、演算装置を用いずに屋内外の温度差を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の概略構造を示す模式図である。
【図２】前記実施形態の正の温度差と回転数との関係を示すグラフである。
【図３】前記実施形態の負の温度差と回転数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１において、１は屋内Ａと屋外Ｂを仕切る仕切り部である壁（外壁）であり、この壁１の一方図示例では左方の屋内Ａ側には屋内外の温度差を検出する温度差計Ｔを構成する外燃機関Ｅが設けられている。本実施の形態では、外燃機関Ｅは、キネマティック型スターリングエンジンからなっている。
【００１４】
前記外燃機関Ｅは、シリンダ２内のガスを加熱・冷却してそのガスの膨張収縮により運動を得るようになっている。本実施形態の場合、前記シリンダ２は、ディスプレーサピストン（以下単にディスプレーサという。）３用のシリンダ（Ｄシリンダという。）２ａと、パワーピストン４用のシリンダ（Ｐシリンダという。）２ｂとを備えている。シリンダ２の上方にはシリンダ２内のガス（気体）の熱膨張収縮により運動を得るためのクランク軸５が図示しない支持部材を介して水平に且つ軸回りに回転自在に配置されている。このクランク軸５の一端には円板（運動部分）６が取付けられ、この円板６が回転運動で屋内Ａと屋外Ｂの温度差を表すようになっている。
【００１５】
前記Ｄシリンダ２ａの上端と下端は上面板７と下面板８により密封されており、そのＤシリンダ２ａの上面板７上にＤシリンダ２ａよりも小径のＰシリンダ２ｂがＤシリンダ２ａ内と連通する状態で一体的に設けられている。Ｐシリンダ２ｂ内にはパワーピストン４が上下方向に摺動可能に嵌挿されており、このパワーピストン４はコンロッド（コネクティングロッドともいう。）９を介して前記クランク軸５に連結されている。
【００１６】
前記Ｄシリンダ２ａ内にはディスプレーサ３が上下方向に移動可能に収容されている。Ｄシリンダ２ａの内周面とディスプレーサ３の外周面との間には隙間１０が形成されており、その隙間１０を通って上下にガスが流通できるようになっている。ディスプレーサ３には昇降ロッド１１が設けられ、この昇降ロッド１１が上面板７を気密に貫通した状態で摺動自在に支持されている。前記パワーピストン４が上昇した時にディスプレーサ３が下降し（図１の状態）、逆にパワーピストン４が下降した時にディスプレーサ３が上昇するようにディスプレーサ３をパワーピストン４に連動させて操作するために、ディスプレーサ３の昇降ロッド１１はコンロッド１２を介して前記クランク軸５に連結されている。
【００１７】
前記上面板７及び下面板８が外燃機関Ｅの加熱部又は冷却部を構成している。例えば、冬期には上面板７が加熱部、下面板８が冷却部となり、夏期には上面板７が冷却部、下面板８が加熱部となる。例えば、夏期の場合、図１において、下方のディスプレーサ３よりも上方にあるシリンダ２内のガスが冷却部である上面板７により屋内温度に冷却されて収縮するとパワーピストン４が下降し、これと連動してディスプレーサ３が上昇する。すると、上昇したディスプレーサ３と下面板８との間にガスが隙間１０を通って移動し、このガスが加熱部である下面板８により屋外温度に加熱されて膨張すると前記パワーピストン４が上昇し、これと連動してディスプレーサ３が下降する。このようにパワーピストン４が昇降運動することにより、コンロッド９とクランク軸５を介して円板６が回転（運動）する。
【００１８】
前記上面板７は屋内Ａに露出している必要があるが、下面板８は屋内Ａにあるため、屋内Ａと断熱状態にあると共に屋外Ｂと伝熱状態にある必要がある。このため、下面板８には伝熱部材（熱伝導部材ともいう。）１３が設けられていると共に、この伝熱部材１３が前記壁１を貫通して一方（屋内Ａ）から他方（屋外Ｂ）に延出させて設けられている。また、下面板８及び伝熱部材１３の屋内露出部を覆うように断熱材１４が設けられている。この場合、断熱材１４は、伝熱部材１３が壁１を貫通する部分も覆うように形成されていて、断熱材１４の一部が壁１に埋め込まれて固定されている。すなわち、温度差計Ｔは前記断熱材１４を介して壁１に取付けられている。
【００１９】
ここで、外燃機関Ｅの一実施例を示すと、上面板７は、例えば直径１１０ｍｍ、厚さ３ｍｍのＡ５０５２アルミニウム合金製の平らな円板からなっている。また、下面板８は、直径１１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの主に銅製の平らな円板からなっている。そして、Ｄシリンダ２ａは、外径１０６ｍｍ、内径１００ｍｍ、高さ２２ｍｍのアクリルパイプからなっている。
【００２０】
このような外燃機関Ｅのシリンダ２内には、２０℃における１気圧（１．０１３×１０5Ｐａ）相当のガス例えば空気が封入されている。また、ディスプレーサ３は、直径９６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板状に発泡スチロールにより形成されている。パワーピストン４は、ゴム製であり、直径２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円柱状に形成されている。クランク軸５、昇降ロッド１１、コンロッド９，１２は、真鍮製である。
【００２１】
パワーピストン４は、その往復運動におけるストロークが１０ｍｍとなっている。
【００２２】
円板６は、直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍのプラスチック製である。この円板６の表面には、全面に白色の塗料が塗られていると共に、この白色を下地にして、中心から放射状に延びる複数本(例えば、１６本)の黒色の直線が描かれている。これにより、円板６の回転が視覚的に確認できる。
【００２３】
伝熱部材１３は、銅製であり、下面板８と伝熱部材１３との間には、熱伝導性に優れた熱伝導グリスが充填され、下面板８と伝熱部材１３との間から熱伝導を阻害する空気層が排除されている。なお、伝熱部材１３は、下面板８に溶接等で接合又は圧着されていてもよい。
【００２４】
また、前記断熱材１４による断熱性を向上させるために、断熱材１４の内部に下面板８及び伝熱部材１３を覆うように真空室１５を設け、この真空室１５を真空例えば０．０１Ｐａ程度に保持することが好ましい。このような断熱構造とすることにより、下面板８は伝熱部材１３を通じて屋外Ｂとの熱の授受を行うにあたり、熱の損失が抑制され、屋外Ｂの温度により近い温度に維持することができる。
【００２５】
このように構成された温度差計Ｔによれば、屋内外を仕切る壁（仕切り部）１のいずれか一方例えば屋内Ａに、シリンダ２内のガスを加熱・冷却してそのガスの膨張収縮により運動を得る外燃機関Ｅを設け、該外燃機関Ｅの加熱部又は冷却部に伝熱部材１３を設けると共に、該伝熱部材１３を前記壁１の一方例えば屋内Ａから他方例えば屋外Ｂに延出させて設けているので、屋内外の温度差により、外燃機関（例えばスターリングエンジン）Ｅの運動部例えばクランク軸５が回転し、前記温度差が大きければ大きいほど、クランク軸５の回転運動はより活発となり、円板６の回転速度がさらに速くなる。従って、円板６の回転により、屋内外の温度差の有無及び温度差の大小を視覚的に認識することができる。
【００２６】
次に、本実施例に係る温度差計Ｔの機能確認のための実験について説明する。
【００２７】
本実験では、冬季及び夏季において屋外の温度と屋内の温度とを計測して温度差を求めると共に、円板６の回転数をカウントして求め、温度差と回転数とのの関係から温度差計Ｔの機能確認を行った。なお、温度差は、室内が高いときを正とした。
【００２８】
また、本実験では、屋外の温度は、伝熱部材１３の壁１から突出した部分の上方１０ｍｍにおける温度を水銀温度計で計測し、屋内の温度は、上面板７の上方１０ｍｍにおける温度を水銀温度計で計測した。
【００２９】
また、本実験においては、エアコンディショナの温度設定を調節して屋内と屋外との温度差を少しずつ変化させていき、温度差が所定値だけ変化する毎に、円板６の回転数をカウントすることで、温度差の変化に対する回転数の変化を調べた。ここで、屋外の温度は、刻々と変化するため、エアコンディショナの温度設定を調節することで、所望の温度差が得られるようにした。
【００３０】
また、実験は、屋外の温度変化の影響を最小限とするため、屋外の温度変化が小さい午後に行った。これにより、冬季実験では、屋外の温度が−３℃から−２℃までの間で変化し、変化幅が小さく、外気温度がほぼ安定した状態で実験を行うことができた。夏季実験では、屋外の温度が３３℃から３４℃までの間で変化し、冬季の実験と同様に、変化幅が小さく、外気温度がほぼ安定した状態で実験を行うことができた。
【００３１】
以上のような冬季の実験の結果を図２に示す。図２に示すように温度差が大きくなればなるほど、円板６の１分間当たりの回転数が増え、円板６の回転速度が速くなっていくのが分かる。また、夏季の実験の結果を図３に示す。図３に示すように温度差の絶対値が大きくなればなるほど、円板６の１分間当たりの回転数が増え、円板６の回転速度が速くなっていくのが分かる。
【００３２】
ここで、図２及び図３の両方において、円板６の回転数はほぼ直線状に載ることが分かり、温度差と回転数が比例している。さらに、図２及び図３の両方において、温度差に対する回転数の変化を示す直線は、原点を通過しない。これは、ディスプレーサ３及びパワーピストン４の作動時に生じる摩擦が原因であると考えられる。
【００３３】
以上の実験により、本実施例で示した温度差計Ｔが、屋内外の温度差を円板６の回転数として検出できることが実証された。
【００３４】
前記実施例に係るスターリングエンジンＥの設計の根拠を以下に示す。
【００３５】
理想的なスターリングエンジンの１サイクルあたりの仕事Ｗは、次の式で表すことができる。
Ｗ＝Ｐ1Ｖ1{(Ｔ1−Ｔ2)／Ｔ1}・ｌｎ(Ｖ2／Ｖ1)
【００３６】
上式において、Ｖ1は圧縮後のＤシリンダ２ａの体積、Ｖ2は圧縮前のＤシリンダ２ａの体積、Ｐ1は圧縮前のＤシリン２ａの圧力、Ｐ2は圧縮後のＤシリンダ２ａ内の圧力、Ｔ1は低温部（冷却部）の温度、Ｔ2は高温部（加熱部）の温度である。
【００３７】
実施例において、Ｖ1はＤシリンダ２ａの内容積からディスプレーサ３の体積を差し引いたものに相当するので、次のようになる。
Ｖ1＝(１００／２)2×π×２２−(９６／２)2×π×１０＝１．００４×１０5ｍｍ3
【００３８】
Ｖ2はパワーピストン４が上昇した分だけＶ1から体積が増加したことになる。ここで、クランク軸５はパワーピストン４が１０mm上昇するように構成されているので、Ｖ2は次のようになる。
Ｖ2＝Ｖ1＋(２０／２)2×π×１０＝１．０３５×１０5ｍｍ3
【００３９】
ここで、Ｔ1には室温として２０℃（２９３Ｋ）、Ｔ2には外気温として３０℃（３０３Ｋ）を想定し、Ｐ1は２０℃におけるシリンダ２内の空気の圧力なので、１気圧（１．０１３×１０5Ｐａ）を想定した。
【００４０】
以上から、本実施例の外燃機関Ｅの１サイクルあたりの仕事Ｗは、屋内外の温度差が１０℃の時、１０．７ｍＪと見積もることができる。
【００４１】
一方、シリンダ２を完全に組み付ける以前に、上面板７にディスプレーサ３、パワーピストン４、クランク軸５、コンロッド９，１２及び円板６を組み付け、この状態で円板６の外周部を摘むようにしてゆっくりと回転させるのに必要な力を測定したところ、４．１ｇｆ（０．０４Ｎ）の力を要した。ここで、円板６の直径が２０ｍｍであるから、この円板６を１回転させるのに必要な仕事は、２．５ｍＪと見積もることができる。この値は、上記で求めた外燃機関Ｅの１サイクルあたりの仕事よりも十分に小さい。
【００４２】
上記の値（１０．７ｍＪ）は、理想的な状態であるが、７５％の損失を見積もってもなお外燃機関Ｅの１サイクルあたりの仕事の方が大きいので、本実施例の外燃機関（スターリングエンジン）Ｅで円板６を回転させることが十分に可能であることが分かる。
【００４３】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲における変形及び改良などをも含むものである。例えば、前記実施形態では、仕切り部例えば壁を挟んでその両側に位置する屋内外の温度差を検出したが、これに限らず、仕切り部である床又は天井を挟んでその上下に位置する屋内外の温度差を検出するようにしてもよい。
【００４４】
また、前記実施形態では、円板６の回転で屋内外の温度差を検出（視覚的に認識）するようにしたが、これに限らず、パワーピストンの上下運動で屋内外の温度差を検出するようにしてもよい。さらに、円板としては、表面に中心から放射状に延びる複数の黒色の直線が描かれたものに限らず、いわゆるベンハムの独楽のような模様が表面に描かれ、回転すると目の錯視により色がついたように見える回転板でもよい。このような回転板を採用すれば、視覚的効果を高めることができる。
【００４５】
また、外燃機関Ｅとしては、キネマティック型スターリングエンジンに限らず、フリーピストン型スターリングエンジンであってもよい。さらに、本発明に係る温度差計は、演算装置を必要としない代わりに、数値として正確な温度差を知ることが難しい。このため、工業的な応用よりも、例えば一般家庭のインテリアを兼ねた温度差計としての利用に適している。
【００４６】
前述したように、本発明に係る温度差計は正確な温度差を知ることが難しいが、例えば温度差とスターリングエンジンの回転数、或いは振動数との関係を示す一覧表ないし換算表を温度差計に備え付けておくことで、ある程度は温度差を数値として認識させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４７】
Ａ  屋内
Ｂ  屋外
Ｅ  外燃機関
Ｔ  温度差計
１  壁（仕切り部）
２  シリンダ
２ａ  Ｄシリンダ
２ｂ  Ｐシリンダ
３  ディスプレーサ
４  パワーピストン
５  クランク軸
６  円板
７  上面板
８  下面板
９  コンロッド
１０  隙間
１１  昇降ロッド
１２  コンロッド
１３  伝熱部材
１４  断熱材
１５  真空室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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