(57)【要約】      （修正有）【課題】空気熱源電動式ヒートポンプの冬季早朝の暖房立ち上げの際の性能の悪さを補う補助暖房装置として、夜間電力利用の電熱蓄熱式の電気暖房ユニットを窓際に設置し、２〜３時間のみ自然対流を利用して放熱し暖房立ち上げの性能を向上し、早く、安く、快適な暖房立ち上げを行う。【解決手段】シーズヒーターを芯にいれた窓幅とほぼ一致する長さの鉄製の丸棒に鉄板の正方形の放熱フィンを取り付け、仕切り板と対流溝を設けて断熱材で囲い、上部に制御モーターで開度自在に調節可能な断熱蓋を蝶番で取り付ける。後１０時から翌朝８時まで夜間電力でヒーターに通電し、鉄製の丸棒と放熱フィンを２５０℃程度まで加熱昇温して蓄熱し、８時の暖房立ち上げ開始時に制御モーターで断熱蓋を開いて、ガラス窓の前面に自然対流による高温の上昇気流を造る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を使用する発熱体をその内部に収納し、その熱を貯留する蓄熱容量を持ち、かつフィンなどを設けて空気の自然対流による放熱機能を備えた蓄熱体兼放熱器を主体とし、周囲を断熱材で囲んで上方に断熱蓋を開閉自在に取り付け、蓄熱時には断熱蓋を閉じて放熱を防ぎ、暖房時には断熱蓋を開いて放熱を行う蓄熱式自然対流式の電気緩房ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は主としてビル空調などに使用される空気熱源電動式ヒートポンプ空調機の冬季早朝の暖房立ち上げの補助に関するものである。
【０００２】
【在来の技術】
ビルなど大規模な空調設備に使用される空気熱源電動式ヒートポンプ空調機は冬季の早朝の暖房の立ち上げに関しては極めて性能が低い。理由は冬季の早朝の暖房立ち上げには最大の暖房能力が必要とされるにも拘わらず熱源とする外気の温度が最も低く暖房運転の効率が最も低い状態からの始動が必要となる点にある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、室内温度の上昇が思うに任せず、暖房立ち上げが順調に出来ず、不評を買う原因を作っている。補助ヒーターを使用すれば定格電力が大きくなるため電気の基本料金が高くなり経済的に望ましくない。補助ヒーターを使用しない場合でも熱源とする外気の温度が低い時間帯は暖房の効率が極めて低いため、電気料金が高く付く。さらに、立ち上げ時間中には十分に暖かい温風が出ないため暖房装置としての快適度が極めて低い。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では夜間電力を使用して電気ヒータで蓄熱を行い、空気熱源電動式ヒートポンプの特性上不得手な冬季早朝の暖房立ち上げに限って補助的に使用する電気暖房ユニットを提供して、暖房の立ち上がりを早めるだけでなく、暖房負荷の要因となるガラス窓に沿って十分に温度の高い、電熱による温風を自然対流式放熱によって作り、暖房装置としての快適性を向上し、蓄熱によって電力量料金の安い夜間時間帯の電力を使用するため、外気温度が低い早朝の時間帯における効率の低下した空気熱源電動式ヒートポンプ空調機による暖房より安い電気料金で暖房立ち上げをすることが出来るようになる。
【０００５】
【作用】
本発明による長方体の細長い電気暖房ユニットを暖房負荷の要因となるガラス窓の下縁に沿って配置し、真冬の早朝の暖房立ち上げ時間の２〜３時間に必要な熱量を、夜間電力利用の電気ヒーターを使用して該電気暖房ユニットの蓄熱体兼放熱体に蓄え、使用開始以前の時間帯は断熱性能の十分な囲いに収納して放熱を防ぎ、暖房立ち上げ開始とともに上部の断熱蓋を明けて自然対流によって温度の高い上昇気流をガラス窓の手前に作り、窓ガラス面で冷却された空気は下降して再び該電気暖房ユニットで加熱されて上昇循環する。
【０００６】
これによって暖房負荷の要因となるガラス窓からの暖房負荷がなくなるため、本来の空気熱源電動式ヒートポンプ空調機は負荷が軽くなり、容易に暖房立ち上げを行う事ができ、窓に面した高温の上昇気流は窓面からの冷気を遮り、室内の快適性を十分に保つ。
【０００７】
また近年、通常電力会社による夜間電力の電力量料金単価は中間時間帯の電力量料金単価の概ね１／３に設定されており、同時に近年、各メーカーにより提供される空気熱源電動式ヒートポンプは外気温度が７℃より低い場合にはそのエネルギー消費効率が３．０に達していない現状から考慮すると、早朝の暖房立ち上げに限れば電気料金も安価に済む事になる。
【０００８】
【実施例】
本発明による実施例について図面に沿って説明する。
【図１】は本発明よる電気暖房ユニットの部分鳥瞰図である。図中１は直径５ミリ、長さ１ｍのシーズヒーターで電源電圧２００ボルト、出力４０ワット、２は前記１のシーズヒーターを中心に収納する外形３２ミリ、長さ１．１ｍの鉄製の丸棒で、その全長に亙って外形寸法６５ミリ×６５ミリ、厚さ１ミリの鉄板製の放熱フィン３が５ミリピッチで２２０枚、熱伝導が良好な状態で固定され、発熱体であるシズヒーター１を中心に、鉄製の丸棒２、放熱フィン３の組み合わせによって、蓄熱体兼放熱器４を形成している。
【０００９】
本実施例では前記蓄熱体兼放熱器４を上下に２本重ねて内幅１００ミリ、長さ１１５０ミリ、深さ１８０ミリの箱型の断熱材５で囲い、鉄板製の箱６に納め、約３０ミリ幅の対流溝７を残して高さ１３０ミリ長さ１１５０ミリ厚さ５ミリの断熱ボード製の対流仕切り板８とともに下方３０ミリの空間を残して金具９で固定してある。
【００１０】
箱６の長手の縁に沿って、厚さ２０ミリの断熱蓋１０が蝶番１１で取り付けられ、断熱蓋１０を閉じた場合は気密が保たれて、空気の流通は無くなる構造となっている。図中１２は制御モーターで、断熱蓋１０を電気信号によって任意の開度に調整することが出来る。
【００１１】
前記の様に１〜１２の各部品を集合して構成された電気暖房ユニット１３は幅１．２ｍ、高さ２ｍのガラス窓１４の下縁１５に沿って窓台１６の上面に設置されている。
【００１２】
真冬の夜間１０時から翌朝８時までの１０時間の夜間電力時間帯に夜間電力を使用して前記シーズヒーターに通電し、１０時間の加熱を行うと、出力４０Ｗの２本のシーズヒーターの熱出力は４０Ｗ×２×１０ｈ＝８００Ｗｈとなる。一方直径３２ミリ、長さ１．１ｍの鉄製の丸棒２の重量は、比重７．８を乗じた計算では３．２×３．２×（π／４）×１１０×２本×７．８／１０００≒１４ｋｇ、放熱フィン３の重量は同様に｛６．５×６．５−（３．２×３．２×π／４）｝×０．１×２２０×２×７．８≒１２ｋｇとなるから蓄熱体兼放熱器４全体の重量は２６ｋｇとなり、鉄の比熱０．１２８Ｗｈ／ｋｇ・℃を乗じてその熱容量を計算すると２６ｋｇ×０．１２８Ｗｈ／ｋｇ・℃≒３．３３Ｗｈ／℃となる。
【００１３】
前記のシーズヒーターの１０時間の熱出力８００Ｗｈをこの熱容量の蓄熱体兼放熱器４に蓄熱すると温度上昇は８００Ｗｈ／３．３３Ｗｈ／℃＝２４０℃となる。初期温度を１０℃とすると蓄熱体の蓄熱終了時の温度は２５０℃となる。断熱蓋１０を完全に閉じている間は断熱材５の効用と箱６の気密性によって放熱は僅かに留まる。
【００１４】
午前８時に蓄熱を完了し、直ちに暖房立ち上げを開始し、制御モーター１２を電気的に操作して断熱蓋１０を適度に開くと、２５０℃に加熱された放熱フィン３の周囲の熱い空気は当然断熱蓋１０の開口部から上昇気流となって天井に達し、窓ガラスの表面で冷却され、比重が重くなって下降し、対流溝７から電気暖房ユニット１３に再び入り、２５０℃の放熱フィン３に熱せられて比重が軽くなった空気との重力差で自然対流による循環が行われ、再び上昇気流となって循環するため、高温の上昇気流がガラス窓の前面に形成されて、暖房立ち上げが容易になり、かつ、快適度が高く保たれる。
【００１５】
自然対流による放熱で次第に蓄熱体兼放熱器４の温度は低下し、その代わりに窓ガラスの表面温度や室温が上昇して、蓄熱体兼放熱器４の温度が完全に室温と一致するまで１００％熱を放熱する。この間の効果を窓ガラスについて試算すると窓ガラスの面積１．２ｍ×２ｍ＝２．４ｍ２、熱伝達率６．０Ｗ／ｍ２・℃、ガラス窓内側空気の温度３０℃と外気温度−１℃との温度差３１℃との積で熱量を計算すると、２．４ｍ２×６．０Ｗｈ／ｍ２・℃×３１℃＝４４６Ｗとなり、２５０℃まで昇温蓄熱された蓄熱体兼放熱器４の持つ熱容量８００Ｗｈは約２時間分のガラス窓の暖房負荷を打ち消し、暖房立ち上げに十分に寄与するものである事が判る。
【００１６】
時間の経過とともに蓄熱体兼放熱器４の温度は下がり、緩やかに上昇気流の勢いも減ってやがて終局へと推移するが、その間に、室温は上昇し、外気温度も上がって空気熱源電動式ヒートポンプ空調機の暖房能力も高まり、暖房立ち上げ補助の目的を果たすことになる。８００Ｗｈに対する電気料金は夜間料金が適用され中間料金の約１／３となるので、同じ８００Ｗｈの暖房効果を空気熱源電動式ヒートポンプで得るためには外気温度が０℃程度の場合はエネルギー消費効率が２．０程度で推移するためこの間の電力消費量は８００Ｗｈ／２．０＝４００Ｗｈで済むが、午前８時以降は夜間電力単価の約３倍の昼間電力単価が適用されるために電気料金は１．５倍必要となる。
【００１７】
本実施例では翌朝の最低気温が７℃より高いと予測される場合は自動的に蓄熱を中止し、また７℃より低いと予測される場合はその予測温度に応じて蓄熱開始時間の設定を変えて、翌朝の暖房立ち上げ負荷に見合った電力で蓄熱を行い、無駄を省き、空気熱源電動ヒートポンプ空調機のエネルギー消費効率が３．０を超える温度帯では電熱による暖房を自然に抑制し、電気料金の安い方法を自動的に選択する様に工夫されている。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は実施例の項目に述べた様に構成したから、空気熱源電動式ヒートポンプ空調機の冬季の早朝の暖房立ち上げの補助装置として、暖房立ち上げが円滑に早く行われるように改善でき、窓際に高温度の上昇気流を形成するため暖房装置としての快適性も遥に向上し、ヒーターは夜間電力の蓄熱によるものであるから、ヒーターを使用しても定格電力は増すこと無く、基本料金は上がらずに、電力量料金は夜間電力料金の適用を受けるためヒートポンプに比較して２／３〜１／２程度は安く付くなどその効果は極めて顕著である。
【００１９】
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明による電気暖房ユニットをガラス窓の下縁に沿って配置した部分鳥瞰図である。
【符号の説明】
１．シーズヒーター
２．鉄製の丸棒
３．放熱フィン
４．蓄熱体兼放熱器
５．断熱材
６．鉄板製の箱
７．対流溝
８．対流仕切り板
９．金具
１０．断熱蓋
１１．蝶番
１２．制御モーター
１３．電気暖房ユニット
１４．ガラス窓
１５．下縁
１６．窓台
【図１】
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