JPS6263285A - 気流調節用開閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はソーラーハウス等で気流の流れる方向を変える
ための気流調整用開閉装置に関し、特に形状記憶合金を
用いて作動させるものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、エネルギー源の多様化やエネルギーの有効利用は
あらゆる分野で推進されており、太陽エネルギーを用い
たソーラーハウスもその一例である。これは建物の屋根
や周辺に設けられた集熱装置で日中の太陽エネルギーを
得て、このエネルギーを暖冷房や湯沸かしに利用するも
のである。

このソーラーハウスでは、屋内の空気は建物の内部に配
管された気流管を通して、ファン等で強制的に集熱装置
に導入される。集熱装置に導入された空気は太陽エネル
ギーで暖められ、建物内部に配管された気流管を通して
各部屋に供給される。

また、暖められた空気の一部は給湯用に設けられた熱交
換器に送られ、水を暖めるのに用いられる。

ところで、ソーラーハウスではエネルギー効率を向上さ
せるために、集熱装置や気流管を断熱材で覆い、暖めら
れた空気と外気との間の熱交換を極力避けるようにして
いる。このため、夏期の強い太陽光で暖められた空気は
非常に温度が高くなり、過度に加熱された場合には１４
０℃以上にも達する。また、加熱された空気は給湯用の
熱交換器で水と熱交換して温度が低下するが、過度に加
熱された空気は熱交換器通過後でも１００℃以上の高温
のままである。

このような高温の空気は、気流管の外周に断熱材が用い
られているにもかかわらず、周囲の温度を上昇させてし
まう。このため、熱が建物上部にこもって部屋の温度を
上昇させるばかりでなく、建物の構造物に用いられてい
る木材に割れを発生させたり、構造のくるいを生じさせ
る原因ともなる。また、熱交換器中を流れる水を沸騰さ
せて内部に蒸気を発生させるため、熱交換性能を低下さ
せるばかりでなく、熱交換器の信頼性にも問題がでてく
る。

このような問題を防止するために、集熱装置の集熱特性
を低下させ、空気が過度に加熱されても１００℃以上に
はならないようにすることが考えられる。しかし、この
ような方法では冬期において十分に集熱することができ
なくなるため、エネルギー効率は急激に低下してしまう
。また、気流管の一部を外気に直接開放して温度調整す
ることも考えられるが、やはり上記と同様な理由により
エネルギー効率が低下する。

したがって、エネルギー効率の低下をもたらすことなく
、空気の温度を調節するためには、空気温度が過度に上
昇した場合にのみ空気を外部に強制排気する手段が有効
となる。すなわち、気流管の一部に、空気が過度に加熱
されたときのみ開閉弁を開いて空気を外部に放出するよ
うな機構を設ければよい。

このような機構としては、温度を検知するセンサと開閉
弁を駆動させるモータとを用いることが考えられる。し
かし、これらの機構を用いた場合には装置が複雑になる
ばかりでなく、設置のために大きなスペースを要すると
いう欠点がある。

そこで、上記のような問題を避けるために形状記憶合金
を用いることが考えられる。形状記憶合金は形状記憶処
理、変形、加熱を行なうことにより記憶した形状に戻る
という特異な性質を有することから、最近各種アクチュ
エータ、スイッチ、開閉弁等に利用されている。つまり
、形状記憶合金は温度センサの作用と大きな駆動力とを
兼ね備えた材料ということができ、モータを用いる場合
と異なり、装置のコンパクト化、軽量化に有利である。

ただし、形状記憶合金を用いる場合にも種々の問題点が
予想される。例えば形状記憶合金にどのような手段によ
ってパイアスカを与えるかという問題である。形状記憶
合金を繰返し作動させるためには、加熱して形状記憶回
復させ、冷却後外力（パイアスカ）を加えて変形させ、
元の形状に戻すという操作が必要である。一般的に外力
はバイアスバネによって与えられるが、形状記憶合金の
回復力とバイアスバネのバネ力とのバランスをとるだめ
には厳密な応力計算と製品管理とが要求される。特に、
使用中に形状記憶効果が低下した場合、形状記憶合金と
バイアスバネとの力のバランスがくずれるため、調整が
必要となる。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、形状
記憶合金を用いることにより気流が過度に加熱された場
合にのみ気流を外部に放出することができ、しかも形状
記憶効果が低下した場合等にも極めて容易に調整が行な
える気流調整用開閉装置を提供しようとするものである
。

〔発明の概要〕

本発明の気流調整用開閉装置は、気流管の分岐部に取付
けられ、少なくとも一端が屈曲して気流管外部に突出し
た回転軸と、該回転軸の屈曲部に移動可能に取付けられ
、回転軸に回転モーメントを与える重りと、前記回転軸
に取付けられて回転軸の回転に応じて回動し、気流の流
れる方向を変える開閉板と、一端が前記開閉板に取付け
られ、他端が固定され、高温下で収縮して開閉板に前記
重りによる回転モーメントと逆方向の回転モーメントを
与える形状記憶合金とを具備したことを特徴とするもの
である。

このような気流調整用開閉装置によれば、形状配憶合金
の形状回復温度や形状記憶合金と重りとの力のバランス
等を適当に設定することにより、気流が過度に加熱され
た場合にのみ形状記憶合金の作用で開閉板を駆動させて
気流を外部に放出することができる。しかも、重りが気
流管の外部にあり、回転軸の屈曲部に沿って移動可能に
取付けられているので、形状記憶合金の形状記憶効果が
低下した場合にも調整が容易である。

なお、形状記憶合金はコイル状とすることが望ましい。

これは、形状記憶合金をコイル状とした場合、例えば線
状のものよりも作動距離を大きくすることができるので
、本発明に係る気流管の開閉装置のように大きな作動距
離を要する装置では有利となるためである。

ただし、形状記憶合金をコイル状とした場合、線状のも
のよりも形状回復力が小さくなる。このため、大きな駆
動力を得るのに例えばコイル状の形状記憶合金の線径を
大きくする等の対策が必要となるが、線径を大きくする
とコスト上昇を招くうえに温度に対する感度が低下する
。そこで、開閉板の可動端が回転軸に対して気流の上流
側で回動するように配置すれば、開閉板が気流の力を受
け、コイル状の形状記憶合金の形状回復力が小さいこと
を補うことができるので、形状記憶合金の線径を大きく
する必要が少なくなる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図（ａ）、（ｂ）及び第２
図（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

なお、第１図（ａ）及び（ｂ）は気流の温度が低い場合
の縦断面図及び横断面図、第２図（ａ）及び（ｂ）は気
流の温度が上昇した場合の縦断面図及び横断面図である
。

第１図（ａ）、（ｂ）及び第２図（ａ）、（ｂ）におい
て、主気流管１の途中には排気用の上部気流管２が上方
へ向かって分岐している。これら主気流管１及び上部気
流管２の外周は断熱材３で覆われている。空気は第１図
（ａ）及び第２図（ａ）に矢印で示すように、主気流管
１内を右方から左方へファン専により強制的に流される
。

空気流下流側の分岐部の主気流管１の上部にはジヨイン
ト４が固定されており、これらジヨイント４を介して回
転軸５が取付けられている。この回転軸５は両端が屈曲
して主気流管１の外部に突出している。回転軸５の屈曲
部５ａにはそれぞれバランス用の重り６が取付けられて
おり、これら重り６は回転軸５に回転モーメントを与え
る。これら重り６は回転軸５の屈曲部５ａに沿って移動
及び固定ができるようになっている。この移動及び固定
はどのような手段を用いてもよく、例えば屈曲部５ａに
おネジを、重り６中心部にめネジを切って移動及び固定
できるようにすればよい。

また、回転軸５には回転軸５の回転に応じて回動する開
閉板７が取付けられている。そして、主気流管１の下面
上には固定冶具８が取付けられ、この固定冶具８と前記
開閉板７との間は形状記憶合金９で接続されている。こ
の形状記憶合金９は高温下で収縮するように加工されて
いる。なお、形状記憶合金９の固定端は主気流管１の下
面に直接固定してもよい。

以上のような構成の気流調整用開閉装置において、空気
の温度が形状記憶合金９の形状回復温度よりも低い場合
には、第１図（ａ）及び（１））に示すように、形状記
憶合金９は収縮せず、開閉板７は重り６により与えられ
る回転モーメントにより回動し、上部気流管２の入口を
閉じる。この結果、空気は主気流管１内のみを流れる。

一方、空気の温度が形状記憶合金９の形状回復温度より
高くなると、第２図（ａ）及び（ｂ）に示すように、形
状記憶合金９は収縮して前記重り６により与えられる回
転モーメントと逆方向の回転モーメントが開閉板７に与
えられる。この結果、開閉板７は上部気流管２の入口を
開き、主気流管１を閉じるので、空気は上部気流管２を
通って外部に放出される。なお、上記実施例では開閉板
７の可動端は回転軸５よりも上流側で回動するので、開
閉板７は空気流による流体圧を受け、高温下での回動が
容易となる。また、開閉板７の長さは主気流管１の高さ
よりも長（なるように設計されており、最大に開いたと
きに主気流管１下面に設けられた止め具１０により止ま
るようになっている。

なお、第２図（ａ）及び（ｂ）に示すように開閉板７が
完全に開いたときに形状記憶合金９が冷却しないように
、開閉板７より上流の主気流管１に流れ、高温の空気が
若干形状記憶合金９に接するようにすれば機能上有利と
なる。このように高温の空気を流すためには、止め具１
ｏを調節して開閉板７と主気流管１の下面との間に間隙
を設けるか、又は開閉板７の一部に切込みゃ孔を設けれ
ばよい。

実際に、形状回復温度６３℃の形状記憶合金９を用いて
図示したような気流調整用開閉装置を作製した。そして
、まず第１図（ａ）及び（ｂ）に示すように上部気流管
２の入口を開閉板７で閉じた状態でファンにより２０℃
の空気を流した。次に、ヒーターで１２０℃に加熱され
た空気をファンにより流したところ、コイル状の形状記
憶合金９は収縮し、開閉板７が回動して上部気流管２の
入口が開かれた。次いで、高温の空気を流すのを止め、
ファンにより再び２０℃の空気を流したところ、開閉板
７により上部気流管２の入口が閉じられた。

このような気流調整用開閉装置によれば、形状記憶合金
９の形状回復温度や形状記憶合金９と重り６との力のバ
ランス等を適当に設定することにより、空気が過度に加
熱された場合にのみ開閉板７を駆動させて空気を上部気
流管２を通して外部へ放出することができる。しがも、
重り６が気流管の外部にあり、回転軸５の屈曲部５ａに
治って移動可能に取付けられているので、ファン容量、
気流管の断面積、長さ等による気流条件の変化に応じた
調整や形状記憶合金９の形状記憶効果が低下した場合の
調整が容易である。

なお、上記実施例の気流調整用開閉装置で用いられる形
状記憶合金つとしては、例えばＮ１Ｔｔ系合金やＣｕ系
合金が用いられる。また、ソーラーハウスの気流管内で
用いられるような場合、形状記憶合金の形状回復温度は
低すぎると熱効率が悪くなるうえ、例えばＮｌＴｔ合金
ではＮｉ量が多くなって加工性が悪くなるため、最低５
０℃以上とすることが望ましい。一方、形状回復温度が
高すぎると排気の効果がなくなるため、９０℃以下とす
ることが望ましい。更に、実用上の熱効率を考慮した場
合、形状回復温度は６０〜８０℃とすることが望ましい
。

また、本発明において用いられる形状記憶合金は例えば
線状のものでもよいが、上記実施例のようにコイル状と
することが望ましい。これは、形状記憶合金をコイル状
とした場合、線状のものよりも作動距離を大きくするこ
とができるので、本発明に係る気流管の開閉装置のよう
に大きな作動距離を要する装置では有利となるためであ
る。

更に、形状記憶合金をコイル状とした場合、線状のもの
よりも形状回復力が小さくなるが、上記実施例のように
開閉板の可動端が回転軸に対して気流の上流側で回動す
るように配置すれば、開閉板が気流の力を受け、コイル
状の形状記憶合金の形状回復力が小さいことを補うこと
ができる。この結果、大きな駆動力を得るのに例えばコ
イル状の形状記憶合金の線径を大きくする等の対策をと
る必要性が少なくなり、線径を大きくすることによるコ
スト上昇や温度変化に対する感度低下を避けることがで
きる。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明の気流調整用開閉装置によれば
、極めてコンパクトで軽量な装置で気流が過度に加熱さ
れた場合にのみ気流を外部に放出することにより、ソー
ラーハウス等の室内の温度上昇や熱交換器の信頼性低下
を避けることができ、しかも気流条件の変化や形状記憶
合金の特性変化に応じた調整が極めて容易である等顕著
な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例における気流
調整用開閉装置の気流の温度が低い場合の使用状態を示
す縦断面図及び横断面図、第２図（ａ）及び（ｂ）は同
気流調整用開閉装置の気流の温度が上昇した場合の使用
状態を示す縦断面図及び横断面図である。 １・・・主気流管、２・・・上部気流管、３・・・断熱
材、４・・・ジヨイント、５・・・回転軸、５ａ・・・
屈曲部、６・・・重り、７・・・開閉板、８・・・固定
治具、９・・・形状記憶合金、１０・・・止め具。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）気流管の分岐部に取付けられ、少なくとも一端が
   屈曲して気流管外部に突出した回転軸と、該回転軸の屈
   曲部に移動可能に取付けられ、回転軸に回転モーメント
   を与える重りと、前記回転軸に取付けられて回転軸の回
   転に応じて回動し、気流の流れる方向を変える開閉板と
   、一端が前記開閉板に取付けられ、他端が固定され、高
   温下で収縮して開閉板に前記重りによる回転モーメント
   と逆方向の回転モーメントを与える形状記憶合金とを具
   備したことを特徴とする気流調整用開閉装置。
2. （２）形状記憶合金がコイル状であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の気流調整用開閉装置。
3. （３）開閉板の可動端が回転軸に対して気流の上流側で
   回動するように配置したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載の気流調整用開閉装置。