JP2007103340A

JP2007103340A - 換気機能付き採光装置

Info

Publication number: JP2007103340A
Application number: JP2006114040A
Authority: JP
Inventors: Sohei Suzuki; 壮兵鈴木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】採光過程での側壁の反射板によるエネルギーロスと集熱体による換気時の光量の不足を改善した換気機能付き採光装置を提供する。
【解決手段】透明な平板状のガラスからなる上部採光壁３で上側を、透明で外面が平面で内側の面が階段状をした側部採光壁４で側方を、上下２段重ねで光を分散する分散体を構成する第一分散レンズ５及び第二分散レンズ９で下側を、それぞれ構成して透明筒状体の集光ダクト２３を成し建物の屋根の開口部を覆う。上部採光壁３及び側部採光壁４からの入射光が側部採光壁４の内側では全反射されるので、屋根の開口部以上の面積が受ける太陽光を屋内に取り込むことが出来る。また、帯状で大気の通過を妨げない熱吸収体からなる収熱帯を集光ダクト２３の内部へと出し入れする量を調節出来るようにしたので、採光量と換気量の調節が出来る。
【選択図】図２

Description

本発明は、建物の屋根から屋内へと太陽光を採光する天窓或はトップライト等に換気機能を備えた換気機能付き採光装置に関するものである。

鈴木は、これまでに太陽光集光装置（特願２００４−９４２６４）の図２９図３０にて建物の屋根から屋内へと太陽光を採光する天窓或はトップライト等に換気機能を備えた換気機能付き採光装置を開示している。前記特願２００４−９４２６４に記載の図２９図３０を図１７図１８として示す。この換気機能付き採光装置によれば、光路抑制レンズ群５２からの入射光を収熱体５３で遮蔽時には、収熱体５３に暖められた周辺の空気の煙突効果により室内の空気が通気性のある収熱体５３を透過して前記光路抑制レンズ群５２と収熱体５３との間の空洞部５４を通り空洞部５４の上方の換気口５６から外部へと移動することにより換気を行うことができる。また、収熱体５３を解放することで通常の天窓として使用することができる。特に、入射角度が日の出から日没に至る略全日射範囲に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように太陽光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に光路抑制レンズ群５２が設計されているので、光路抑制レンズ群５２を透過した太陽光が日中を通じて略安定して収熱体５３へと到達でき室内の換気を安定して行うことができる。

また、光路抑制レンズ群５２から収熱体５３へと直接到達出来ず収熱体５３の幅方向に外れようとする光も反射板５５よって反射させて収熱体５３へと到達できるようになっている。しかし、更に欲を言えば、反射板５５はアルミ板或は銀メッキ仕様の金属製であり、反射時のエネルギー損失が大きかった。収熱体５３遮蔽時には、屋根の開口部は略完全に遮蔽され天井からの室内への採光を充分に行えなかった。
特願２００４−９４２６４

解決しようとする問題点は、採光過程での側壁の反射板によるエネルギーロスと、収熱体による換気時の光量が不足する点である。

請求項１の発明にかかる換気機能付き採光装置は、建物の屋根の傾斜面に沿って南北方向に縦長に形成された開口部を覆って屋根のレベル位置より所定距離上方に配置され略平板状で透明な素材からなる上部採光壁と、全体が略平板状で前記屋根の開口部を略屋根のレベル位置で閉蓋して配置され透明な素材からなり入射光を分散して透過させる形状をし少なくとも屋根の傾斜面上下方向下側と上側の端の各々に開口部を有する分散体と、前記上部採光壁と分散体との間の空洞部の幅方向の両側を閉じ透明な素材からなり上部採光壁と分散体との組み合わせで屋根の傾斜面の上下方向両側に開口部を有する透明筒状体の集光ダクトを成す側部採光壁と、前記集光ダクトの上方向の開口部に延設され屋根の傾斜面に沿って上方向に続く延長ダクトと、前記延長ダクトの上側の端に延設され略鉛直方向上方に煙突状に続き最上端に側方へと排気可能な排気口を有し前記排気口内への雨避けの屋根部を有する排気塔と、帯状でカーボンファイバ等の大気の通過を妨げない熱吸収体からなり前記分散体の下側の端の開口部より集光ダクトの内部へと出し入れ自在に配置された収熱帯と、前記分散体の上側の端の開口部より集光ダクトの内部へと一端を進入させて前記収熱帯の上側の端に固定され他端側が屋内上方より下側へと吊るされ引くことで屋根の開口部を覆う面積を自在に変えて収熱帯を集光ダクトへと出し入れ操作自在な収熱帯引き上げ紐とを備えたものである。

請求項２の発明にかかる換気機能付き採光装置は、建物の屋根の傾斜面に沿って南北方向に縦長に形成された開口部を覆って屋根のレベル位置より所定距離上方に配置され略平板状で透明な素材からなる上部採光壁と、全体が略平板状で前記屋根の開口部を略屋根のレベル位置で閉蓋して配置され透明な素材からなり入射光を分散して透過させる形状をし少なくとも屋根の傾斜面上下方向下側と上側の端の各々に開口部を有する分散体と、前記上部採光壁と分散体との間の空洞部の幅方向の両側を閉じ透明な素材からなり上部採光壁と分散体との組み合わせで屋根の傾斜面の上下方向両側に開口部を有する透明筒状体の集光ダクトを成す側部採光壁と、前記集光ダクトの上側の端に連結され略鉛直方向上方に煙突状に続き最上端に側方へと排気可能な排気口を有し前記排気口内への雨避けの屋根部を有する排気塔と、帯状でカーボンファイバ等の大気の通過を妨げない熱吸収体からなり前記分散体の下側の端の開口部より集光ダクトの内部へと出し入れ自在に配置された収熱帯と、前記収熱帯の端に連結され引くことで屋根の開口部を覆う面積を自在に変えて収熱帯を集光ダクトへと出し入れ操作自在な収熱帯引き上げ紐と、前記集光ダクト内の大気を屋内へと強制的に引き込み送風する強制送風機構とを備えたものである。

請求項３の発明にかかる換気機能付き採光装置は、請求項１または請求項２のいずれかの発明の換気機能付き採光装置において、前記分散体が全入射角度に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように入射光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された光路抑制レンズを光の透過方向を逆にして配置して成る分散レンズであるものである。

請求項４の発明にかかる換気機能付き採光装置は、請求項１または請求項２のいずれかの発明の換気機能付き採光装置において、前記分散体が全入射角度に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように入射光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された光路抑制レンズを光の透過方向を逆にして配置して成る分散レンズを上下２段に配置したものであり、上側の分散レンズとなる第一分散レンズの集光部の奥行き方向に対して下側の分散レンズとなる第二分散レンズの集光部の奥行き方向が直行するような配置になっているものである。

請求項５の発明にかかる換気機能付き採光装置は、請求項１または請求項２のいずれかの発明の換気機能付き採光装置において、前記側部採光壁が外側の面が完全にフラットな平面からなる平面形状で内側の面が前記集光ダクトの開口端から見たときに階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を構成する面部のうち上側を向く面部が完全にフラットな平面部分であり下側を向く面部が凹状曲面部分となっているものである。

請求項６の発明にかかる換気機能付き採光装置は、請求項１または請求項２のいずれかの発明の換気機能付き採光装置において、前記屋根の開口部の幅方向両側の各々の屋内側に傾斜角度を可変調整及び仮止め自在に吊り支持された帯状の金属製の反射板を備えたものである。

請求項７の発明にかかる換気機能付き採光装置は、請求項２の発明の換気機能付き採光装置において、前記強制送風機構が集光ダクトの下側の開口端に続いて屋内下方へと延び側部に開口部が形成され前記開口部の開口量を可変自在に開閉する可変扉を有する引き込みダクトと、前記引き込みダクトの下端に連結され前記引き込みダクト側の大気を内部に収容した高圧ブロアータイプのファンにより引き込んで屋内へと放出する放出部とを備えたものである。

請求項８の発明にかかる換気機能付き採光装置は、請求項２の発明の換気機能付き採光装置において、前記排気塔が内部に排気流量を抑制する可変扉を備えたものである。

請求項１の発明にかかる換気機能付き採光装置によれば、上部採光壁だけでなく側部採光壁からの入射光までも屋内へと採光することができる。収熱帯引き上げ紐の操作により屋根の開口部を覆う面積を自在に変えて収熱帯を集光ダクトへと出し入れ自在なので、日射量に応じて屋内への太陽光の採光量を調節できる。しかも、収熱帯が太陽光を受けると周辺の大気の熱膨張が起きて上昇気流が発生し換気できるが、この換気量も屋根の開口部の遮蔽面積変化により自在に調節できる。

請求項２の発明にかかる換気機能付き採光装置によれば、上部採光壁だけでなく側部採光壁からの入射光までも屋内へと採光することができる。収熱帯引き上げ紐の操作により屋根の開口部を覆う面積を自在に変えて収熱帯を集光ダクトへと出し入れ自在なので、日射量に応じて屋内への太陽光の採光量を調節できる。しかも、収熱帯が太陽光を受けると周辺の大気の熱膨張が起きて上昇気流が発生し換気できるが、この換気量も屋根の開口部の遮蔽面積変化により自在に調節できる。更に、強制送風機構により集光ダクト内の収熱帯で暖められた大気を屋内へと強制的に引き込み送風出来るので、冬期等の暖房としての機能も奏する。

請求項３の発明にかかる換気機能付き採光装置によれば、請求項１または請求項２のいずれかの発明の換気機能付き採光装置の効果に加えて、分散体が全入射角度に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように入射光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された光路抑制レンズを光の透過方向を逆にして配置して成る分散レンズであるものであるので、入射光の進行方向を所定範囲に抑制する場合とは逆に採光した太陽光を屋内に分散させることが出来、屋内全体をより均一に照らす効果がある。

請求項４の発明にかかる換気機能付き採光装置によれば、請求項１または請求項２のいずれかの発明の換気機能付き採光装置の効果に加えて、東西南北のいずれの方向に対しても太陽光を屋内に均等に分散できる。

請求項５の発明にかかる換気機能付き採光装置によれば、請求項１または請求項２のいずれかの発明の換気機能付き採光装置の効果に加えて、側部採光壁の外側の面が完全にフラットな平面からなる平面形状で内側の面が前記集光ダクトの開口端から見たときに階段状をした略平板状をしているので、外部より側部採光壁へと入射する太陽光は内部へと自在に透過できるが側部採光壁の内側から外部へと向かう光は全反射され、その結果、一旦集光ダクト内へと透過した光は全て屋内へと取り込むことが出来る。すなわち、上部採光壁及び側部採光壁のどちらからの入射光も側部採光壁の内側では全反射されるので、屋根の開口部以上の面積が受ける太陽光を屋内に取り込むことができる。特に、側部採光壁の内側に形成された階段状の面を構成する面部のうち上側を向く面部が完全にフラットな平面部分であり下側を向く面部が凹状曲面部分となっているので、全反射する効果が高く採光効率が高い。

請求項６の発明にかかる換気機能付き採光装置によれば、請求項１または請求項２のいずれかの発明の換気機能付き採光装置の効果に加えて、前記屋根の開口部の幅方向両側の各々の屋内側に吊り支持された帯状の金属製の反射板の傾斜角度を変えることで、屋内へと拡散する太陽光の分散範囲を簡易に調整でき、必要に応じて照度調節が出来る。

請求項７の発明にかかる換気機能付き採光装置によれば、請求項２の発明の換気機能付き採光装置の効果に加えて、強制送風機構に通常のプロペラタイプの換気扇のようなファンに比べて引き込み圧力の大きい高圧ブロアータイプのファンを使用しているので、集光ダクトで熱膨張により上昇しようとする大気を放出部より無理なく屋内の下方へと送り込むことが出来る。また、引き込みダクト側部に形成された開口部を可変扉で開くだけで、集光ダクト内の収熱帯で暖められた大気による上昇気流により開口部より屋内の大気が引き込まれ容易に屋内の換気を行うことが出来る。

請求項８の発明にかかる換気機能付き採光装置によれば、請求項２の発明の換気機能付き採光装置の効果に加えて、排気塔の内部に設けられた可変扉により排気流量を調節できるので、屋内温度の調整と換気のバランスを最適な状態に調節出来る。

太陽光の採光過程での側壁の反射板によるエネルギーロスを全反射する方式によって解消した。しかも、側壁の反射板は透明であり外部から反射板へと入射する太陽光までも屋内へと取り込む事が出来る。また、収熱体による屋根の開口部の遮蔽面積を自在に変える構成とし換気時も光量が不足することを防止した。以下、本発明の第一実施形態の換気機能付き採光装置１を図１乃至図１３に従って説明する。

図１に示すように、本発明の第一実施形態の換気機能付き採光装置１は、建物の屋根１２の傾斜面に沿って南北方向に縦長に形成された開口部１３を覆って屋根１２のレベル位置より所定距離上方に配置されガラス、メタアクリル（ＭＭＡ）等の透明な素材からなり略平板状の上部採光壁３と、全体が略平板状で前記屋根１２の開口部１３を略屋根１２のレベル位置で閉蓋して配置されガラス、メタアクリル（ＭＭＡ）等の透明な素材からなり入射光を分散して透過させる形状をし少なくとも屋根１２の傾斜面上下方向下側と上側の端の各々に図示しない開口部を有する分散体と、前記上部採光壁３と分散体との間の空洞部の幅方向の両側を閉じガラス、メタアクリル（ＭＭＡ）等の透明な素材からなり上部採光壁３と分散体との組み合わせで屋根１２の傾斜面の上下方向両側に開口部を有する透明筒状体の集光ダクト２３を成す側部採光壁４と、前記集光ダクト２３の上方向の開口部に延設され屋根１２の傾斜面に沿って上方向に続く延長ダクト１４と、前記延長ダクト１４の上側の端に延設され略鉛直方向上方に煙突状に続き最上端に側方へと排気可能な排気口２ａを有し前記排気口２ａ内への雨避けの屋根部２ｂを有する排気塔２と、帯状でカーボンファイバ等の大気の通過を妨げない熱吸収体からなり前記分散体の下側の端の開口部より集光ダクト２３の内部へと出し入れ自在に配置された収熱帯１０と、前記分散体の上側の端の開口部より集光ダクト２３の内部へと一端を進入させて前記収熱帯１０の上側の端に固定され他端側が屋内上方より下側へと吊るされ引くことで屋根の開口部１３を覆う面積を自在に変えて収熱帯１０を集光ダクト２３へと出し入れ操作自在な収熱帯引き上げ紐１１とを備えている。

なお、延長ダクト１４と排気塔２は例えば亜鉛鉄板製である。また、集光ダクト２３と延長ダクト１４との接合部分は図３に示すように、上部枠７と隅柱８で固定されている。

以上の構成によれば、上部採光壁３だけでなく側部採光壁４からの入射光までも屋内へと採光することができる。収熱帯引き上げ紐１１の操作により屋根１２の開口部１３を覆う面積を自在に変えて収熱帯１０を集光ダクト２３へと出し入れ自在なので、日射量に応じて屋内への太陽光の採光量を調節できる。しかも、収熱帯１０が太陽光を受けると周辺の大気の熱膨張が起きて上昇気流が発生し換気できるが、この換気量も屋根１２の開口部１３の遮蔽面積変化により自在に調節できる。

前記分散体には、例えば、すりガラスがあり、光を透過する際に分散させる構成のものなら限定するものではない。本発明の第一実施形態では、分散体には、図６に示すように端面側から見たときに同一の形状をした複数の集光部１５ａが連続して並んだ形状をしたメタアクリル（ＭＭＡ）、ガラス等の透明素材からなる光路抑制レンズ１５を用いている。前記光路抑制レンズ１５は、図７乃至図１１に示すように、光の入射角度を様々に変えて放射光の進行方向を検証してみると、入射角度に関係なく略一定の方向へと放射されることが分かる。すなわち、前記光路抑制レンズ１５は、図１２に示すように、全入射角度に対して放射角度が±３０°の範囲に制限されて放射されるものであり、全入射角度に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように入射光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計されたものである。これを図１３に示すように、光の透過方向を逆にして配置して分散レンズを構成し使用している。そして、実際には、図２に示すように、分散レンズを上下２段重ねにして分散体を構成している。ここで、上下２段重ねの分散レンズのうち上側が第一分散レンズ５、下側が第二分散レンズ９とする。これら２つの分散レンズは、上側の第一分散レンズ５の集光部１５ａの奥行き方向に対して下側の第二分散レンズ９の集光部１５ａの奥行き方向が直行するような配置になっている。これによって、東西南北のいずれの方向に対しても太陽光を屋内に均等に分散できる。

従って、本発明の第一実施形態の換気機能付き採光装置１によれば、上記効果に加えて、分散体が全入射角度に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように入射光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された光路抑制レンズを光の透過方向を逆にして配置して成る分散レンズであるので、入射光の進行方向を所定範囲に抑制する場合とは逆に採光した太陽光を屋内に分散させることが出来、屋内全体をより均一に照らす効果がある。

特に、分散体が光路抑制レンズ１５からなる分散レンズを上下２段に重ねたもので、上側となる第一分散レンズ５の集光部１５ａの奥行き方向に対して下側となる第二分散レンズ９の集光部１５ａの奥行き方向が直行するような配置になっている。これによって、東西南北のいずれの方向に対しても太陽光を屋内に均等に分散できる。

また、本発明の第一実施形態の換気機能付き採光装置１では、図４及び図５に示すように、前記側部採光壁４が外側の面が完全にフラットな平面４ａからなる平面形状で内側の面が前記集光ダクト２３の開口端から見たときに階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を構成する面部のうち上側を向く面部が完全にフラットな平面部分４ｂであり下側を向く面部が凹状曲面部分４ｃとなっている。この構成によれば、図４に示すように、階段状側の面から入射する光は入射角度に関係なく略全て全反射される。逆に、図５に示すように、平面４ａ側から側部採光壁４へと入射する太陽光は、入射角度に関係なく略全てそのまま透過する。

従って、本発明の第一実施形態の換気機能付き採光装置１によれば、上記効果に加えて、側部採光壁４の外側の面が完全にフラットな平面４ａからなる平面形状で内側の面が前記集光ダクト２３の開口端から見たときに階段状をした略平板状をしているので、外部より側部採光壁４へと入射する太陽光は内部へと自在に透過できるが側部採光壁４の内側から外部へと向かう光は全反射され、その結果、一旦集光ダクト２３内へと透過した光は全て屋内へと取り込むことが出来る。すなわち、上部採光壁３及び側部採光壁４のどちらからの入射光も側部採光壁４の内側では全反射されるので屋外へと漏れ出ることがなく、屋根の開口部以上の面積が受ける太陽光を屋内に取り込むことができる。特に、側部採光壁４の内側に形成された階段状の面を構成する面部のうち上側を向く面部が完全にフラットな平面部分４ｂであり下側を向く面部が凹状曲面部分４ｃとなっているので、全反射する効果が高く採光効率が高い。

また、本発明の第一実施形態の換気機能付き採光装置１では、前記屋根１２の開口部１３の幅方向両側の各々の屋内側に傾斜角度を可変調整及び仮止め自在に吊り支持された帯状の金属製の反射板６を備えている。

従って、発明の第一実施形態の換気機能付き採光装置１によれば、上記効果に加えて、前記屋根１２の開口部１３の幅方向両側の各々の屋内側に吊り支持された帯状の金属製の反射板６の傾斜角度を変えることで、屋内へと拡散する太陽光の分散範囲を簡易に調整でき、必要に応じて照度調節が出来る。

続いて、本発明の第二実施形態について説明する。図１４に示すように、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１は、上記第一実施形態の換気機能付き採光装置１が強制送風機構２４を備えたものである。図中、上記第一実施形態と同一符号及び記号は上記第一実施形態と同一または相当部分であるものとする。

第一実施形態の換気機能付き採光装置１において、収熱帯１０で暖められた空気の上昇気流により屋内の換気を行う機能は夏期の空調として有効であった。これに加えて、第二実施形態の換気機能付き採光装置２１では、強制送風機構２４により、収熱帯１０で暖められた空気を強制的に屋内に送り込む事が出来き冬期の暖房機能を奏する。

第一実施形態の換気機能付き採光装置１は上部採光壁３と分散体と側部採光壁４により構成される集光ダクト２３を有するが、第二実施形態の換気機能付き採光装置２１も同様の集光ダクト２３を有する。強制送風機構２４は、図１４及び図１５に示すように、集光ダクト２３の下側の開口端に続いて屋内下方へと延びる引き込みダクト２４ｃと、前記引き込みダクト２４ｃの下端に連結され内部に高圧ブロアータイプのファン２４ａを収容した放出部２４ｂを備えている。放出部２４ｂの幅方向両側と前方には開口部が形成されており、集光ダクト２３内で暖められた空気は、高圧ブロアータイプのファン２４ａの起動により引き込みダクト２４ｃを通じて、矢印２９，３０のように引き込まれる。そして、矢印３１，３２のように放出部２４ｂの開口部から屋内へと放出される。ここで、高圧ブロアータイプのファン２４ａとは、上方から見るとファンの羽が回転方向に対して略垂直についているタイプで、図１６に示すように正面から見ると、回転方向に対して湾曲しているものである。図１６は高圧ブロアータイプのファンの正面図である。高圧ブロアータイプのファン２４ａの特徴は通常のプロペラタイプの換気扇のような正面から見て前後へと送風されるファンと異なり、側方へとかき出して送風する。そのため、高圧ブロアータイプのファン２４ａはプロペラタイプのファンで送風する場合に比べて引き込み圧力が大きい。なお、図１５に示すように、引き込みダクト２４ｃの側部には、開口部と、この開口量を可変自在に開閉する可変扉２４ｄが設けられている。換気をする場合には、可変扉２４ｄを開き、屋内の空気の引き込みダクト２４ｃ内への移動を可能とし、第一実施形態の換気機能付き採光装置１と同様に、集光ダクト２３内の収熱帯１０で暖められた空気の上昇気流により屋内の換気を行う。即ち、換気は矢印２６，２７，２８に示すように、引き込みダクト２４ｃ、集光ダクト２３、排気塔２、屋外の順で行われる。なお、集光ダクト２３内へと収熱帯１０を引き上げる収熱帯引き上げ紐１１には、麻のロープ、鎖、チェーン等がある。

また、第二実施形態の換気機能付き採光装置２１が備える排気塔２も略鉛直方向上方に煙突状に延び最上端に側方へと排気可能な排気口２ａを有し前記排気口２ａ内への雨避けの屋根部２ｂを有する点で、第一実施形態の換気機能付き採光装置１と共通する。ただし、本実施形態では集光ダクト２３と排気塔２との間に延長ダクト１４は存在せず、集光ダクト２３は直接に排気塔２に繋がっている。また、排気塔２内には、排気流量を抑制する可変扉２２を備えている点で第一実施形態の換気機能付き採光装置１とは相違する。可変扉２２は図示しない回動軸を軸に回動自在に支持された板状のもので排気塔２内で矢印２２ａのように回転させて排気塔２内の開口量を調整後に固定させ排気流量を調整する。

また、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１においても、第一実施形態の換気機能付き採光装置１と同様に、屋根の集光ダクト２３の設けられた開口部の幅方向両側の各々の屋内側に傾斜角度を可変調整及び仮止め自在に吊り支持された帯状の金属製の反射板６を備えている。

このように、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１は、建物の屋根の傾斜面に沿って南北方向に縦長に形成された開口部を覆って屋根のレベル位置より所定距離上方に配置され略平板状で透明な素材からなる上部採光壁３と、全体が略平板状で前記屋根の開口部を略屋根のレベル位置で閉蓋して配置され透明な素材からなり入射光を分散して透過させる形状をし少なくとも屋根の傾斜面上下方向下側と上側の端の各々に開口部を有する分散体と、前記上部採光壁３と分散体との間の空洞部の幅方向の両側を閉じ透明な素材からなり上部採光壁３と分散体との組み合わせで屋根の傾斜面の上下方向両側に開口部を有する透明筒状体の集光ダクト２３を成す側部採光壁４と、前記集光ダクト２３の上側の端に連結され略鉛直方向上方に煙突状に続き最上端に側方へと排気可能な排気口２ａを有し前記排気口２ａ内への雨避けの屋根部２ｂを有する排気塔２と、帯状でカーボンファイバ等の大気の通過を妨げない熱吸収体からなり前記分散体の下側の端の開口部より集光ダクト２３の内部へと出し入れ自在に配置された収熱帯１０と、前記収熱帯１０の端に連結され引くことで屋根の開口部を覆う面積を自在に変えて収熱帯１０を集光ダクト２３へと出し入れ操作自在な収熱帯引き上げ紐１１と、前記集光ダクト２３内の大気を屋内へと強制的に引き込み送風する強制送風機構２４とを備えたものである。

したがって、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１によれば、上部採光壁３だけでなく側部採光壁４からの入射光までも屋内へと採光することができる。収熱帯引き上げ紐１１の操作により屋根の開口部を覆う面積を自在に変えて収熱帯１０を集光ダクト２３へと出し入れ自在なので、日射量に応じて屋内への太陽光の採光量を調節できる。しかも、収熱帯１０が太陽光を受けると周辺の大気の熱膨張が起きて上昇気流が発生し換気できるが、この換気量も屋根の開口部の遮蔽面積変化により自在に調節できる。更に、強制送風機構２４により集光ダクト内の収熱帯で暖められた大気を屋内へと強制的に引き込み送風出来るので、冬期等の暖房としての機能も奏する。

また、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１の強制送風機構２４は、集光ダクト２３の下側の開口端に続いて屋内下方へと延び側部に開口部が形成され前記開口部の開口量を可変自在に開閉する可変扉２４ｄを有する引き込みダクト２４ｃと、前記引き込みダクト２４ｃの下端に連結され前記引き込みダクト２４ｃ側の大気を内部に収容した高圧ブロアータイプのファン２４ａにより引き込んで屋内へと放出する放出部２４ｂとを備えたものである。

したがって、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１によれば、強制送風機構２４に通常のプロペラタイプの換気扇のようなファンに比べて引き込み圧力の大きい高圧ブロアータイプのファン２４ａを使用しているので、集光ダクト２３で熱膨張により上昇しようとする大気を放出部２４ｂより無理なく屋内の下方へと送り込むことが出来る。また、引き込みダクト２４ｃ側部に形成された開口部を可変扉２４ｄで開くだけで、集光ダクト２３内の収熱帯１０で暖められた大気による上昇気流により開口部より屋内の大気が引き込まれ容易に屋内の換気を行うことが出来る。なお、上記説明では、強制送風機構２４の換気を行う主要部分は高圧ブロアータイプのファン２４ａであるが、必ずしも、高圧ブロアータイプのファン２４ａに限定するものではなく、プロペラタイプの換気扇のようなファンであっても良い。しかし、引き込み圧力の大きい高圧ブロアータイプのファン２４ａが好ましい。

また、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１の排気塔２は、内部に排気流量を抑制する可変扉２２を備えている。

したがって、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１によれば、排気塔２の内部に設けられた可変扉２２により排気流量を調節できるので、屋内温度の調整と換気のバランスを最適な状態に調節出来る。

また、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１の分散体は、第一実施形態の換気機能付き採光装置１の場合と同様に、全入射角度に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように入射光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された光路抑制レンズ１５を光の透過方向を逆にして配置して成る分散レンズである。

したがって、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１によれば、分散体が全入射角度に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように入射光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された光路抑制レンズ１５を光の透過方向を逆にして配置して成る分散レンズであるものであるので、入射光の進行方向を所定範囲に抑制する場合とは逆に採光した太陽光を屋内に分散させることが出来、屋内全体をより均一に照らす効果がある。

更に、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１の前記分散体は、第一実施形態の換気機能付き採光装置１の場合と同様に、全入射角度に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように入射光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された光路抑制レンズ１５を光の透過方向を逆にして配置して成る分散レンズを上下２段に配置したものであり、上側の分散レンズとなる第一分散レンズ５の集光部１５ａの奥行き方向に対して下側の分散レンズとなる第二分散レンズ９の集光部１５ａの奥行き方向が直行するような配置になっている。

したがって、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１によれば、東西南北のいずれの方向に対しても太陽光を屋内に均等に分散できる。

また、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１の側部採光壁４は、第一実施形態の換気機能付き採光装置１の場合と同様に、外側の面が完全にフラットな平面からなる平面形状で内側の面が前記集光ダクト２３の開口端から見たときに階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を構成する面部のうち上側を向く面部が完全にフラットな平面部分であり下側を向く面部が凹状曲面部分となっている。

したがって、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１によれば、側部採光壁４の外側の面が完全にフラットな平面からなる平面形状で内側の面が前記集光ダクト２３の開口端から見たときに階段状をした略平板状をしているので、外部より側部採光壁４へと入射する太陽光は内部へと自在に透過できるが側部採光壁４の内側から外部へと向かう光は全反射され、その結果、一旦集光ダクト２３内へと透過した光は全て屋内へと取り込むことが出来る。すなわち、上部採光壁３及び側部採光壁４のどちらからの入射光も側部採光壁４の内側では全反射されるので、屋根の開口部以上の面積が受ける太陽光を屋内に取り込むことができる。特に、側部採光壁４の内側に形成された階段状の面を構成する面部のうち上側を向く面部が完全にフラットな平面部分４ｂであり下側を向く面部が凹状曲面部分４ｃとなっているので、全反射する効果が高く採光効率が高い。

また、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１は、第一実施形態の換気機能付き採光装置１の場合と同様に、装着位置となる屋根の開口部の幅方向両側の各々の屋内側に傾斜角度を可変調整及び仮止め自在に吊り支持された帯状の金属製の反射板６を備えている。

したがって、本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置２１によれば、前記屋根の開口部の幅方向両側の各々の屋内側に吊り支持された帯状の金属製の反射板６の傾斜角度を変えることで、屋内へと拡散する太陽光の分散範囲を簡易に調整でき、必要に応じて照度調節が出来る。

ところで、上記説明では、上部採光壁３、側部採光壁４、並びに分散体となる第一分散レンズ５及び第二分散レンズ９として用いた光路抑制レンズ１５の各図面は、屈折率が１．４９のメタアクリル（ＭＭＡ）を用いた場合に最適な性能を得るような形状及び比率で記載しているが、その他のガラス等の透明な素材を用いた場合であっても形状及び比率は略同等であることに変わりない。

本発明の第一実施形態の換気機能付き採光装置全体の構成を示す説明図である。本発明の第一実施形態の換気機能付き採光装置による太陽光の採光の様子を示す図１のＡ−Ａ断面矢視の断面図である。図２の換気機能付き採光装置全体の上部採光壁と側部採光壁との境界部分Bを示す拡大図である。本発明の第一実施形態の換気機能付き採光装置の側部採光壁の機能を示す説明図である。図４に続く本発明の第一実施形態の換気機能付き採光装置の側部採光壁の機能を示す説明図である。本発明の第一実施形態の換気機能付き採光装置の分散体の１例である分散レンズとして用いる光路抑制レンズを示す端面図である。図６の光路抑制レンズの特性を示す説明図である。図７に続く図６の光路抑制レンズの特性を示す説明図である。図８に続く図６の光路抑制レンズの特性を示す説明図である。図９に続く図６の光路抑制レンズの特性を示す説明図である。図１０に続く図６の光路抑制レンズの特性を示す説明図である。図６の光路抑制レンズの作用を示す説明図である。図１２に続く図６の光路抑制レンズの作用を示す説明図である。本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置全体の構成を示す説明図である。本発明の第二実施形態の換気機能付き採光装置が備える強制送風機構を示す説明図である。高圧ブロアータイプのファンの正面図である。特願２００４−９４２６４の太陽光集光装置に記載の換気機能付き採光装置全体の構成を示す説明図である。図１７の換気機能付き採光装置による太陽光の採光の様子を示すＣ−Ｃ断面矢視の断面図である。

符号の説明

１，２１換気機能付き採光装置
２排気塔
２ａ排気口
２ｂ屋根部
３上部採光壁
４側部採光壁
４ａ平面
４ｂ平面部分
４ｃ凹状曲面部分
５第一分散レンズ
６反射板
７上部枠
８隅柱
９第二分散レンズ
１０収熱帯
１１収熱帯引き上げ紐
１２屋根
１３開口部
１４延長ダクト
１５光路抑制レンズ
１５ａ集光部
２２，２４ｄ可変扉
２２ａ，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２矢印
２３集光ダクト
２４強制送風機構
２４ａ高圧ブロアータイプのファン
２４ｂ放出部
２４ｃ引き込みダクト

Claims

建物の屋根の傾斜面に沿って南北方向に縦長に形成された開口部を覆って屋根のレベル位置より所定距離上方に配置され略平板状で透明な素材からなる上部採光壁と、
全体が略平板状で前記屋根の開口部を略屋根のレベル位置で閉蓋して配置され透明な素材からなり入射光を分散して透過させる形状をし少なくとも屋根の傾斜面上下方向下側と上側の端の各々に開口部を有する分散体と、
前記上部採光壁と分散体との間の空洞部の幅方向の両側を閉じ透明な素材からなり上部採光壁と分散体との組み合わせで屋根の傾斜面の上下方向両側に開口部を有する透明筒状体の集光ダクトを成す側部採光壁と、
前記集光ダクトの上方向の開口部に延設され屋根の傾斜面に沿って上方向に続く延長ダクトと、
前記延長ダクトの上側の端に延設され略鉛直方向上方に煙突状に続き最上端に側方へと排気可能な排気口を有し前記排気口内への雨避けの屋根部を有する排気塔と、
帯状でカーボンファイバ等の大気の通過を妨げない熱吸収体からなり前記分散体の下側の端の開口部より集光ダクトの内部へと出し入れ自在に配置された収熱帯と、
前記分散体の上側の端の開口部より集光ダクトの内部へと一端を進入させて前記収熱帯の上側の端に固定され他端側が屋内上方より下側へと吊るされ引くことで屋根の開口部を覆う面積を自在に変えて収熱帯を集光ダクトへと出し入れ操作自在な収熱帯引き上げ紐とを具備することを特徴とする換気機能付き採光装置。
建物の屋根の傾斜面に沿って南北方向に縦長に形成された開口部を覆って屋根のレベル位置より所定距離上方に配置され略平板状で透明な素材からなる上部採光壁と、
全体が略平板状で前記屋根の開口部を略屋根のレベル位置で閉蓋して配置され透明な素材からなり入射光を分散して透過させる形状をし少なくとも屋根の傾斜面上下方向下側と上側の端の各々に開口部を有する分散体と、
前記上部採光壁と分散体との間の空洞部の幅方向の両側を閉じ透明な素材からなり上部採光壁と分散体との組み合わせで屋根の傾斜面の上下方向両側に開口部を有する透明筒状体の集光ダクトを成す側部採光壁と、
前記集光ダクトの上側の端に連結され略鉛直方向上方に煙突状に続き最上端に側方へと排気可能な排気口を有し前記排気口内への雨避けの屋根部を有する排気塔と、
帯状でカーボンファイバ等の大気の通過を妨げない熱吸収体からなり前記分散体の下側の端の開口部より集光ダクトの内部へと出し入れ自在に配置された収熱帯と、
前記収熱帯の端に連結され引くことで屋根の開口部を覆う面積を自在に変えて収熱帯を集光ダクトへと出し入れ操作自在な収熱帯引き上げ紐と、
前記集光ダクト内の大気を屋内へと強制的に引き込み送風する強制送風機構と
を具備することを特徴とする換気機能付き採光装置。
前記分散体は全入射角度に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように入射光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された光路抑制レンズを光の透過方向を逆にして配置して成る分散レンズであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の換気機能付き採光装置。
前記分散体は全入射角度に対して放射角度のばらつき範囲が入射角度の範囲よりも小さくなるように入射光の進行方向を透過経路の途中で屈折または全反射を用いて抑制する形状に設計された光路抑制レンズを光の透過方向を逆にして配置して成る分散レンズを上下２段に配置したものであり、上側の分散レンズとなる第一分散レンズの集光部の奥行き方向に対して下側の分散レンズとなる第二分散レンズの集光部の奥行き方向が直行するような配置になっていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の換気機能付き採光装置。
前記側部採光壁は外側の面が完全にフラットな平面からなる平面形状で内側の面が前記集光ダクトの開口端から見たときに階段状をした略平板状の板からなり階段状の面を構成する面部のうち上側を向く面部が完全にフラットな平面部分であり下側を向く面部が凹状曲面部分となっていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の換気機能付き採光装置。
前記屋根の開口部の幅方向両側の各々の屋内側に傾斜角度を可変調整及び仮止め自在に吊り支持された帯状の金属製の反射板を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の換気機能付き採光装置。
前記強制送風機構は、集光ダクトの下側の開口端に続いて屋内下方へと延び側部に開口部が形成され前記開口部の開口量を可変自在に開閉する可変扉を有する引き込みダクトと、
前記引き込みダクトの下端に連結され前記引き込みダクト側の大気を内部に収容した高圧ブロアータイプのファンにより引き込んで屋内へと放出する放出部と
を具備することを特徴とする請求項２に記載の換気機能付き採光装置。
前記排気塔は、内部に排気流量を抑制する可変扉を備えていることを特徴とする請求項２に記載の換気機能付き採光装置。