JP2005283007A

JP2005283007A - 空調システム

Info

Publication number: JP2005283007A
Application number: JP2004099884A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Uetake; 和夫植竹
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】
結露の影響を良好に低減して、新鮮な空気を室内に導入する。
【解決手段】
外気が集水室２０，熱交換パイプ１８，管路１４を通過するときに、外気が湿気を含んでいると結露し、水滴４０が集水室２０，熱交換パイプ１８，管路１４などの壁面に付着する。これらのうち、管路１４及び熱交換パイプ１８の水滴４０は、熱交換パイプ１８が傾斜して配置されていることから、集水室２０に集まるようになる。一方、集水室２０あるいは管路３０の水滴４０は、そのまま落下して、同様に集水室２０に集まるようになる。駆動制御装置３６は、排水ポンプ２２を駆動し、集水室２０に集まった水を地表面側に排水する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地中もしくは水中における熱交換を利用した空調システムに関するものである。

よく知られているように、地中は気温の影響を受けにくく、１年を通じてほぼ１７℃前後を維持している。従って、外気温が高いときに空気を地中に通すようにすれば、空気は地中で熱を放出して温度が下がり、逆に、外気温が低いときに空気を地中に通すようにすれば、空気の温度が上がる、これを空調に利用すれば、エアコンなどの冷暖房器具を使用する場合と比較して大幅にエネルギーの節約，コストダウンを図ることができる。

このような地中を利用した空調技術としては、下記特許文献１に記載された地熱利用空調システムがある。これによれば、地熱利用チューブが横向きに地中に埋設される。チューブの両端は、土間コンクリートを貫通して床下空間部に突出している。突出したチューブの一端は、外気取入れ口として床下空間部内に開放されている。チューブの他端は、土間コンクリート上に設置されたファンユニットを介して、建物の床に設けられた吹出し口に接続されている。ファンユニットを駆動すると、床下空間部内の空気が外気取入れ口を通じてチューブ内に取り込まれる。チューブで熱交換を行った空気は、吹出し口から室内に吹き出す。
特開２００３−３５４５６公報

しかしながら、以上のような背景技術では、特に夏季の場合、外気がチューブで冷却されると、チューブ内で結露が生ずる。このため、チューブ内に水滴が付着し、更には滞留するようになる。すると、チューブ内にカビが発生するなど、衛生上好ましくない。また、ファンユニットの駆動を開始したときに、チューブ内の古い空気が室内に導入されるようになり、臭いの原因となるおそれがある。

本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、結露の影響を良好に低減することである。本発明の他の目的は、新鮮な空気を室内に導入することである。

前記目的を達成するため、本発明は、地中もしくは水中に埋設した熱交換装置に外気を通して地中もしくは水中で熱交換を行い、室内に導入する地中利用空調システムであって、前記熱交換装置を傾斜して地中もしくは水中に埋設するとともに、この熱交換装置で生じた結露を集める集水室，この集水室に溜まった水を排水する排水手段，を備えたことを特徴とする。

主要な形態の一つは、前記熱交換装置が、地中もしくは水中に対する熱交換を促進するための手段を備えたことを特徴とする。他の形態は、前記排水手段が、前記集水室に溜まった水を排出するポンプ手段，もしくは、前記集水室に溜まった水を下水に排出する弁手段であることを特徴とする。

更に他の形態は、外気の吸入部分にフィルタを設けたことを特徴とする。更に他の形態は、運転開始時に、前記熱交換装置及び前記集水室の空気を外部に排出し、その後に、室内に空気を導入する駆動制御手段を備えたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明によれば、熱交換装置を傾斜して地中もしくは水中に埋設して結露を集水室に集め、これを排出することにより、結露の影響を良好に低減して、新鮮な空気を室内に導入することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１を参照しながら本発明の実施例１を説明する。図１(A)もしくは(B)において、空調対象の建物１０の側壁には、ファン１２が設けられている。このファン１２の室外側は、管路１４を介して、地面１６中に埋設された熱交換パイプ１８に接続されている。熱交換パイプ１８の他端は、集水室２０の底に接続されている。集水室２０内には、排水用のポンプ２２が設けられており、その吸込口２４が集水室２０の底に開口している。また、排水ポンプ２２の排出側は、管路２６に接続されており、管路２６の端部が排水口２８となっている。また、集水室２０の上部は、管路３０を介して吸気塔３２に接続されている。吸気塔３２の吸気側には、フィルタ３４が設けられている。更に、上述したファン１２及び排水ポンプ２２は、建物１０の室内に設けられた駆動制御装置３６に接続されている。

以上の各部のうち、ファン１２は、駆動制御装置３６によって正転，逆転が行われるようになっている。すなわち、本実施例による空調の開始時は、図１(A)に示すように逆方向に所定時間回転し、建物１０の室内の空気を吐き出し、その後は、図１(B)に示すように正方向に回転し、建物１０の室内に空気を取り入れるように、回転制御される。熱交換パイプ１８は、集水室２０方向に向かって深くなるように傾斜した配置となっている。排水ポンプ２２は、夏季における空調時，特に空調終了時に駆動制御装置３６によって所定時間駆動され、集水室２０に溜まった結露による水を、外部に排出するためのものである。フィルタ３４は、ゴミやホコリ，あるいは花粉などを除去するために設けられている。駆動制御装置３６は、ファン１２及び排水ポンプ２２を駆動するための電力の供給と、駆動の制御を行うための機能を備えており、リレースイッチやタイマーなどによって構成されている。管路１４，熱交換パイプ１８，管路３０は、いずれも、必要長さのものを用いてもよいし、所定長さのものを継ぎ足すようにしてもよい。それらの材料としては、地中との熱交換をより効率的に行うため、アルミニウムなどの熱伝導率のよい材料を使用するとよい。

次に、本実施例の動作について説明する。なお、本実施例は、特に外気温を地中で冷却して空調を行う場合に好適なので、以下、その場合を例として説明する。建物１０の室内に対して空調（冷房）を行うために、使用者が駆動制御装置３６のスイッチ（図示せず）をＯＮとすると、駆動制御装置３６は、まず、図１(A)に示すように、ファン１２を逆方向に回転駆動する。すると、建物１０の室内の空気が、矢印ＦＡで示すように、室内から室外に排出される。排出された空気は、矢印ＦＢで示すように、管路１４，熱交換パイプ１８を介して集水室２０に導かれ、更に、矢印ＦＣで示すように、管路３０，吸気搭３２を通って外部に排気される。

このような排気動作により、管路１４，熱交換パイプ１８，集水室２０，管路３０，吸気塔３２内の古い空気ないし澱んだ空気が外部に排出される。また、空気がフィルタ３４を内側から通ることで、吸気時にフィルタ３４に付着したホコリや花粉などを除去する効果も期待できる。以上のような排気動作は、例えば数分程度行われる。

駆動制御装置３６は、以上の排気動作の後、ファン１２を正方向に回転駆動する。すると、今度は、図１(B)に点線矢印で示すように、外気が室内に導入される。まず、外気は、矢印ＦＰで示すように、フィルタ３４で、ホコリや花粉などが除去されて吸気塔３２に吸い込まれる。吸い込まれた外気は、矢印ＦＱで示すように管路３０，集水室２０を通って、熱交換パイプ１８に導かれる。そして更に、矢印ＦＳで示すように熱交換パイプ１８を通り、矢印ＦＴで示すように管路１４，ファン１２を通じて、建物１０の室内に矢印ＦＵで示すように導入される。

この場合において、集水室２０，熱交換パイプ１８，管路１４は、地中に埋設されているので、外側は地中温度となっている。このため、外気は、集水室２０，熱交換パイプ１８，管路１４の壁面に接触することで熱交換が行われ、冷却されるようになる。すなわち、矢印ＦＲで示すように、外気の熱が地中に放出される。集水室２０，熱交換パイプ１８，管路１４を通過して温度が下がった外気が、ファン１２を通じて、建物１０の室内に供給され、冷房が行われるようになる。

ところで、外気が集水室２０，熱交換パイプ１８，管路１４を通過するときに、外気が湿気を含んでいると結露し、水滴４０が集水室２０，熱交換パイプ１８，管路１４などの壁面に付着する。これらのうち、管路１４及び熱交換パイプ１８の水滴４０は、熱交換パイプ１８が傾斜して配置されていることから、矢印ＦＷで示すように集水室２０に集まるようになる。一方、集水室２０あるいは管路３０の水滴４０は、そのまま落下して、同様に集水室２０に集まるようになる。

そこで、駆動制御装置３６は、排水ポンプ２２を駆動し、集水室２０に集まった水を地表面側に排水する。この場合のポンプ駆動の方法としては、
(1)例えば１時間に５分という具合に、一定の時間間隔で断続的に排水ポンプ２２を駆動する。
(2)集水室２０内に水位センサ（図示せず）を設け、これによって水位を監視し、水位が所定値になったときに排水ポンプ２２を駆動する。
(3)例えば午後４時から１０分という具合に、１日，１週間，あるいは１ヶ月などのスケジュールを予め決めておき、これに従って排水ポンプ２２を駆動する。
(4)以上の(1)〜(3)の方法を組み合わせて、排水ポンプ２２を駆動する。
という具合である。このようにして、集水室２０に集まった水は、排水口２８から排水される。

このように、本実施例によれば、外気を地中で冷却する過程で結露が発生しても、良好に排水される。このため、結露に原因する臭いの発生などが良好に低減され、新鮮な空気を室内に取り入れることが可能となる。

次に、図１を参照しながら、本発明の実施例２を説明する。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には同一の符号を用いることとする（以下の実施例についても同様）。

この実施例２は、上述した排水ポンプ２２の代わりに、集水室２０の底に開閉弁５０を設けた例である。開閉弁５０は、下水５２に通ずる配管５４と集水室２０の底との接続部分に設けられており、駆動制御装置３６によって開閉駆動の制御が行われるようになっている。

本実施例によれば、集水室２０に水が溜まると、駆動制御装置３６によって開閉弁５０が開き、水は、配管５４を介して下水５２に排水されるようになる。この場合の弁駆動の方法としては、下水側から臭いのある空気が流入するのを防ぐため、開閉弁５０を開くときは、ファン１２の駆動を停止するか、もしくは、図１(A)のように逆転駆動する。

次に、図２を参照しながら、本発明の実施例３について説明する。本実施例は、熱交換パイプ１８の具体的な構造の例で、熱交換を促進する手段を備えたものである。まず、図２(A)に示す熱交換パイプ１８０は、両端の開口付近に、熱交換用の仕切り１８０Ａを設けたものである。空気が壁面１８０Ｂのみならず、仕切り１８０Ａにも当たるため、地中との熱交換が促進される。なお、熱交換パイプ１８０の一端は拡径されており、継ぎ足して使用できる構造となっているが、継ぎ足すことなく必要な長さのものを製作してよい。図２(B)に示す熱交換パイプ１８２は、パイプ長手方向に対して垂直の断面形状が十字状の仕切り１８２Ａを管内に設けたものである。空気は、仕切り１８２Ａにも当たるので、熱交換の効率が向上する。図２(C)に示す熱交換パイプ１８４は、パイプ外側面に、長手方向に沿って複数の冷却板１８４Ａを設けたものである。この例は、前記図２(A)や(B)の例と比較して、地中との接触面積が大きい点が特徴である。しかしながら、地中に対する施工の観点からみると、図２(A)ないし(B)の例のほうが施工は容易であるのに対し、(C)の例は、土と冷却板１８４Ａとの間に空間が形成されないように施工する必要がある。なお、熱交換用の仕切りや冷却板の形状や配置は、必要に応じて適宜設定してよい。例えば、図２(A)もしくは(B)と、(C)とを組み合わせるという具合である。

次に、図３を参照しながら、本発明の実施例４について説明する。本実施例は、熱交換を促進する手段を備えた例である。まず、図３(A)に示すものは、地中との熱交換の効率向上を図るために、パネル形状としたのである。熱交換パネル２８０の一方の端辺略中央には、前記ファン１２側の管路１４に接続するための配管２８０Ａが設けられており、他方の端辺略中央には、前記集水室２０に接続する配管２８０Ｂが設けられている。この熱交換パネル２８０も、図示のように、傾斜して地中に埋設される。

図３(B)に示すものは、同様に地中との熱交換の効率向上を図るために、熱交換パイプを多数並列に設けたものである。熱交換パイプ列２８２の両端には、接続管２８２Ａ，２８２Ｂがそれぞれ設けられている。接続管２８２Ａの略中央には、前記ファン１２側の管路１４に接続するための配管２８２Ｃが設けられており、接続管２８２Ｂの略中央には、前記集水室２０に接続する配管２８２Ｄが設けられている。この熱交換パイプ列２８２も、図示のように、傾斜して地中に埋設される。

次に、図４を参照しながら、本発明の実施例５について説明する。図中、駆動制御装置３６と各部の接続は省略している。上述した実施例では、熱交換パイプを建物の下の地中に設置したが、図４(A)に示すように、敷地内の適宜の位置に設けてよい。同図の例は、集水室２０や吸気塔３２を、建物１０から離れた位置に設置するとともに、熱交換パイプ３００を、敷地内に長く設置した例である。熱交換パイプ３００と地中との接触面積が増えるので、熱交換量が増大するという利点がある。同図(B)の例は、熱交換パイプ３０２をプール，川，沼，湖，海などの水３０４内に設置した例である。地面と同様に水の温度も気温ほどに変動しないので、地中に熱交換パイプを設置した場合と同様の効果を得ることができる。なお、温泉などがあるときは、温水ないし熱水あるいは水蒸気中に熱交換パイプを設置することで、冬季における暖房効果を期待できる。特別な事情で高温や低温のガスがあるときは、それを利用することを妨げるものではない。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)地中に傾斜して埋設される熱交換手段は、結露が集水室に溜まるような形状・構造であれば、どのようなものであってもよい。傾斜角度も同様で、ほぼ垂直に設置する場合も含まれる。また、熱交換の効率向上のための仕切りや冷却板の形状や構造も同様であり、必要に応じて設けてよい。
(2)建物に対する本装置の設置位置も、上述した例に限らず、同様の効果を得られるような適宜の位置に設置してよい。地中における設置深度も同様である。
(3)建物に対するファンや駆動制御装置の取り付け位置も、適宜設定してよい。例えば、前記実施例では、ファンを建物に設けたが、途中の管路や吸気塔側に設けるようにしてもよい。ファンと駆動制御装置を一体構造とする，管路を分岐して複数の部屋にファンを設置するようにしてもよい。また、空調装置（エアコン）と共用し、電気やガスによる冷暖房と、本件発明による冷暖房を切り換えてもしくは同時に使用するようにしてもよい。

本発明によれば、地中や水中で外気との熱交換が行われ、夏は冷却された空気が室内に導入され、冬は温められた空気が室内に導入されるので、省エネルギー住宅に有効である。

本発明の実施例１及び２の全体構成を示す構成図である。本発明の実施例３の熱交換装置を示す一部破断した斜視図である。本発明の実施例４の熱交換装置を示す斜視図である。本発明の実施例５の全体構成を示す構成図である。

符号の説明

１０：建物
１２：ファン
１４：管路
１６：地面
１８：熱交換パイプ
２０：集水室
２２：排水ポンプ
２４：吸込口
２６：管路
２８：排水口
３０：管路
３２：吸気塔
３４：フィルタ
３６：駆動制御装置
４０：水滴
５０：開閉弁
５２：下水
５４：配管
１８０：熱交換パイプ
１８０Ａ：仕切り
１８０Ｂ：壁面
１８２：熱交換パイプ
１８２Ａ：仕切り
１８４：熱交換パイプ
１８４Ａ：冷却板
２８０：熱交換パネル
２８０Ａ，２８０Ｂ：配管
２８２：熱交換パイプ列
２８２Ａ，２８２Ｂ：接続管
２８２Ｃ，２８２Ｄ：配管
３００，３０２：熱交換パイプ
３０４：水

Claims

地中もしくは水中に埋設した熱交換装置に外気を通して地中もしくは水中で熱交換を行い、室内に導入する地中利用空調システムであって、
前記熱交換装置を傾斜して地中もしくは水中に埋設するとともに、
この熱交換装置で生じた結露を集める集水室，
この集水室に溜まった水を排水する排水手段，
を備えたことを特徴とする空調システム。
前記熱交換装置が、地中もしくは水中に対する熱交換を促進するための手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の空調システム。
前記排水手段が、前記集水室に溜まった水を排出するポンプ手段であることを特徴とする請求項１又は２記載の空調システム。
前記排水手段が、前記集水室に溜まった水を下水に排出する弁手段であることを特徴とする請求項１又は２記載の空調システム。
外気の吸入部分にフィルタを設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空調システム。
運転開始時に、前記熱交換装置及び前記集水室の空気を外部に排出し、その後に、室内に空気を導入する駆動制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空調システム。