JP2013088054A - 自然空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力を浪費することなく充分な送風機能が得られるとともに、簡単に設置することができる自然空調装置を提供する。
【解決手段】屋外に取り付けられる風車１と、屋内に取り付けられるシーリングファン２と、上記風車１の回転力をシーリングファン２に伝達して該シーリングファン２を回転駆動する駆動部３とを備え、自然風により駆動される風車１の回転力をシーリングファン２に伝達して送風機能を発揮させるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、自然エネルギーを利用して空調を行う自然空調装置に関するものである。

従来、下記特許文献１に示されるように、天井面に取り付けられる電動モータを中心に放射状に配設された複数枚のブレードを備えたシーリングファンを屋内に設置し、該シーリングファンの送風機能を発揮させることにより、夏の冷房時期には天井から床へ向けた気流により涼感が得られるようにし、また冬の暖房時期には天井付近に溜まりがちな暖気と足元に溜まりがちな冷気とを対流させて上半身と下半身との間に不快な温度差が生じるのを防止することが行われている。

特開２００８−１２１５５２号公報

上記特許文献１に開示されたシーリングファンは、電動モータを駆動源としているために、充分な送風機能を得るには大きな電力が消費されるという問題があった。また、上記シーリングファンは、通常、天井部に設置されるため、高所における危険かつ煩雑な電気配線や保守点検作業等を行わなければならなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電力を浪費することなく充分な送風機能が得られるとともに、簡単に設置することが可能な自然空調装置を提供することを目的としている。

請求項１に係る発明は、屋外に取り付けられる風車と、屋内に取り付けられるシーリングファンと、上記風車の回転力をシーリングファンに伝達して該シーリングファンを回転駆動する駆動部とを備えたものである。

請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の自然空調装置において、風車の回転力をシーリングファンに伝達する伝達状態と、該回転力の伝達を遮断する遮断状態とに切り替える断続切替機構を備えたものである。

請求項３に係る発明は、上記請求項１または２に記載の自然空調装置において、外気を上記風車の設置部に向けて案内する案内通路と、該案内通路の内部を太陽光の熱エネルギーで加熱する集光レンズ体とを備えたものである。

請求項４に係る発明は、上記請求項３に記載の自然空調装置において、上記案内通路を開閉してその内部を空気が流動するのを許容する流動許容状態と、該空気の流動を遮断する流動遮断状態とに切り替える流動切替機構を備えたものである。

請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の自然空調装置において、上記風車の回転力に応じて駆動される発電機を備えるとともに、上記駆動部に、風車の回転力を発電機または上記シーリングファンの一方に選択的に伝達する選択伝達機構が設けられたものである。

請求項１に係る発明では、屋外に取り付けられる風車と、屋内に取り付けられるシーリングファンとを設け、上記風車の回転力を駆動部によりシーリングファンに伝達して該シーリングファンを回転駆動するように構成したため、煩雑な電気配線等を要することなく、自然エネルギーを利用して充分な送風機能を発揮させることができる。したがって、室内温度が高くなる夏期には、電力を浪費することなく天井部から床へ向けた気流により快適な涼感が得られるとともに、暖房が行われる冬期には天井部の付近に溜まりがちな暖気と足元に溜まりがちな冷気とを対流させて上半身と下半身との間に不快な温度差が生じるのを効果的に防止できる等の利点がある。

請求項２に係る発明では、上記風車の回転力をシーリングファンに伝達する伝達状態と、上記回転力の伝達を遮断する遮断状態とに切り替える断続切替機構を設けたため、居住者が上記自然空調装置の送風機能を発揮させる必要がないと判断した場合に、上記断続切替機構を操作して風車からシーリングファンに対する回転力の伝達を遮断することができ、これによって室内の空気が不必要に掻き回されたり、強風の発生時にシーリングファンが高速回転して大きな騒音が発生したりすること等を防止できるという利点がある。

請求項３に係る発明では、外気を上記風車の設置部に向けて案内する案内通路と、該案内通路の内部を太陽光の熱エネルギーで加熱する集光レンズ体とを設けたため、該集光レンズ体に照射される太陽光のエネルギーに応じて上記案内通路の内部温度を上昇させることにより上昇気流を発生させ、該上昇気流を利用して上記風車の回転を促進することができる。したがって、該風車の回転力を上記駆動部によりシーリングファンに伝達し、該シーリングファンを高速で回転させることができ、外気温が高くなるのに対応させて天井部から床に強い気流を生じさせることにより、室内の快適性を効果的に向上させることができる。

請求項４に係る発明では、案内通路を開閉してその内部を空気が流動するのを許容する流動許容状態と、該空気の流動を遮断する流動遮断状態とに切り替える流動切替機構を設けたため、上記太陽光のエネルギーを得ることができない雨天時または夜間時等に、上記流動切替機構により上記案内通路を閉止して空気の流動を遮断する流動遮断状態とすることにより、該案内通路を空気が封入された空気された断熱層として利用することができる。また、暖房を必要とする冬季には、上記流動切替機構により案内通路を閉止して空気の流動を遮断する流動遮断状態とすれば、昼間に上記案内通路の設置部に照射された太陽光を上記集光レンズ体の凸レンズ状部により集光し、案内通路を加熱してその内部温度を上昇させることができるとともに、加熱された空気を案内通路内に封じ込めることにより該案内通路を夜間の暖房源として利用できるという利点がある。

請求項５に係る発明では、上記風車の回転力に応じて駆動される発電機を設けるとともに、上記駆動部に、風車の回転力を発電機または上記シーリングファンの一方に選択的に伝達する選択伝達機構を設けたため、上記建物の屋根上を吹き抜ける自然風に応じてシーリングファンを回転駆動して送風機能を発揮させる状態と、風車の回転力を発電機に伝達して発電を行わせることによりその有効利用を図る状態とに切り替えることかできる。

本発明に係る自然空調装置の設置状態を示す説明図である。 本発明に係る自然空調装置の実施形態を示す断面図である。 風車の具体的構成を示す平面断面図である。 断続切替機構の具体的構成を示す断面図である。 案内通路の具体的構成を示す説明図である。 案内通路の具体的構成を示す断面図である。 流動切替機構の具体的構成を示す断面図である。 本発明に係る自然空調装置の別の実施形態を示す断面図である。 選択伝達機構の具体的構成を示す断面図である。

図１〜図６は、本発明の実施形態に係る自然空調装置を木造家屋に設置した例を示している。上記自然空調装置は、屋外に取り付けられる風車１と、屋内に取り付けられるシーリングファン２と、上記風車１の回転力をシーリングファン２に伝達して該シーリングファン２を駆動する駆動部３とを備えている。

上記風車１は、図２および図３に示すように、建物の屋根部４に固定される固定部５と、該固定部５に回転自在に支持された回転軸６と、該回転軸６の周面に取り付けられた弓形の湾曲ブレードからなる３枚のダリウスロータ７と、複数枚の半円筒状体が組み合わされた上下一対のサポニウスロータ８とを有し、上記ダリウスロータ７およびサポニウスロータ８が屋外の自然風Ａを捉えることにより、上記回転軸６を回転させる駆動力が得られるように構成されている。上記風車１の回転軸６は、その下方部分が建物の屋根部４を貫通して屋根裏部９内に導入されるとともに、上記回転軸６の下部には、駆動ギア１０が固着されている。

上記シーリングファン２は、図２に示すように、建物の天井部１１に固定される固定部１２と、該固定部１２により回転自在に支持された駆動軸１３と、該駆動軸１３の下端部から放射状に突設された複数枚の回転羽根１４とを有している。上記シーリングファン２の駆動軸１３は、その上方部分が建物の天井部１１を貫通して屋根裏部９内に導入されるとともに、上記駆動軸１３には、従動ギア１５が固着されている。

上記駆動部３は、建物の天井部１１に支持された風車１の回転軸６とシーリングファン２の駆動軸１３との間に配設された中間軸１６と、該中間軸１６に沿って摺動可能に支持された中間ギア１７とを有している。また、上記駆動部３には、図４に示すように、中間ギア１７を中間軸１６に沿って昇降変位させることにより、風車１の回転力をシーリングファン２に伝達する伝達状態と、上記回転力の伝達を遮断する遮断状態とに切り替える断続切替機構１８が設けられている。

上記断続切替機構１８は、天井部１１の上面に揺動可能に支持された揺動レバー１９と、該揺動レバー１９の前端部に設けられた上下一対のフォーク部２０と、揺動レバー１９の後端部に枢支されるとともに、下方部が天井部１１の下方に導出された操作竿２１とを有している。上記断続切替機構１８のフォーク部２０により中間ギア１７を上下から拘束した状態で、上記操作竿２１を昇降操作して揺動レバー１９を揺動変位させることにより、上記中間ギア１７を風車１の駆動ギア１０およびシーリングファン２の従動ギア１５にそれぞれ噛み合わせた下方の噛み合い位置と、上記従動ギア１５に対する中間ギア１７の噛み合いを解除した上方の噛み合い解除位置とに変位させ得るように構成されている。

上記屋根部４の少なくとも南側面には、図５および図６に示すように、該屋根部４の上面（傾斜面）に沿って上下方向に延びるように並設された複数本の縦溝部２２と、該縦溝部２２の上端部を連結するように棟木方向に沿って設置された合流部２３と、該合流部２３から風車１に向けて延びる吹出部２４とを備えた案内通路２５が設けられている。そして、上記縦溝部２２の下端開口から案内通路２５内に導入された外気が、縦溝部２２から合流部２３を介して吹出部２４に集められた状態で、上記サポニウスロータ８の右半部に吹き付けられることにより、風車１の回転が促進されるように構成されている（図２および図３参照）。

上記縦溝部２２は、鋼板材または銅板材等の熱伝導率の高い素材が折り曲げられる等により形成され、その底部の上面が黒色に着色されている。また、上記縦溝部２２の上部には、複数の凸レンズ状部２７が一定間隔で配設されたガラス製板材からなる集光レンズ体２６が取り付けられている。上記集光レンズ体２６の凸レンズ状部２７により集光された太陽光Ｓが縦溝部２２の底部上に焦点を結ぶように、縦溝部２２の底部と上記集光レンズ体２６との設置間隔Ｔが設定され、これにより太陽光Ｓのエネルギーで縦溝部２２の内部が加熱されるようになっている。

上記構成において、図４の実線で示すように、断続切替機構１８の操作竿２１を上方に押し上げて揺動レバー１９の先端部を下降させ、上記フォーク部２０により拘束された中間ギア１７を中間軸１６に沿って下降させることにより、図２の実線で示すように、風車１の駆動ギア１０およびシーリングファン２の従動ギア１５にそれぞれ噛み合わせた下方の噛み合い位置に中間ギア１７を変位させることができる。この状態で、上記建物の屋根上を吹き抜ける自然風Ａに応じて上記風車１を構成するダリウスロータ７およびサポニウスロータ８が回転駆動されると、その回転力が、風車１の回転軸６および駆動ギア１０から上記駆動部３の中間ギア１７を介してシーリングファン２の従動ギア１５に伝達されるため、該シーリングファン２の駆動軸１３および回転羽根１４が回転駆動されて送風機能が発揮される。

また、昼間時に太陽光Ｓが上記屋根部４に照射されると、該太陽光Ｓが上記集光レンズ体２６の凸レンズ状部２７により集光されて縦溝部２２の底部上に焦点を結んで、該縦溝部２２が加熱されて案内通路２５の内部温度が上昇するため、これに応じて該案内通路２５内に導入された外気の空気密度が低下することにより案内通路２５内に上昇気流Ｂが発生する。そして、上昇気流Ｂが縦溝部２２に沿って上方へ流動するとともに、該縦溝部２２の下端開口部から新たな外気が連続的に導入される。

上記上昇気流Ｂは、縦溝部２２の上端開口部から合流部２３内に導出されて高速の合流風Ｃとなり、該合流風Ｃが上記吹出部２４から風車１のサポニウスロータ８に吹き付けられる。上記合流風Ｃによりサポニウスロータ８が駆動されて上記風車１の回転が促進されるため、該風車１の回転力が上記駆動部３の中間ギア１７を介してシーリングファン２の従動ギア１５に伝達され、該シーリングファン２の回転羽根１４が効率よく回転駆動されることになる。

上記のように屋外に取り付けられる風車１と、屋内に取り付けられるシーリングファン２とを設け、上記風車１の回転力を駆動部３によりシーリングファン２に伝達して該シーリングファン２を回転駆動するように構成したため、配線作業等を要することなく、上記自然空調装置を設置して充分な送風機能を発揮させることができる。したがって、室内温度が高くなる夏期には、電力を浪費することなく天井部１１から床へ向けた気流により快適な涼感が得られるとともに、暖房が行われる冬期には天井部１１の付近に溜まりがちな暖気と足元に溜まりがちな冷気とを対流させて上半身と下半身との間に不快な温度差が生じるのを効果的に防止できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、風車１を建物の屋根部４上に設置するとともに、建物の天井部１１の下方にシーリングファン２を設置し、上記建物の屋根上を吹き抜ける自然風Ａに応じて回転駆動される上記風車１の回転力を、建物の天井部１１に設けられた上記駆動部３を介してシーリングファン２に伝達することにより、該シーリングファン２の回転羽根１４を回転させるように構成したため、該回転羽根１４を回転駆動する駆動モータを設けることなく、自然エネルギーを利用して送風機能を発揮させることができる。

また、上記実施形態に示すように、風車１の回転力をシーリングファン２に伝達する伝達状態と、上記回転力の伝達を遮断する遮断状態とに切り替える断続切替機構１８を上記駆動部３に設けた構造とすれば、居住者が上記自然空調装置の送風機能を発揮させる必要がないと判断した場合に、上記断続切替機構１８を操作して風車１からシーリングファン２に対する回転力の伝達を遮断することができ、これによって室内の空気が不必要に掻き回されたり、強風の発生時にシーリングファン２が高速回転して大きな騒音が発生したりするのを効果的に防止できるという利点がある。

なお、上記断続切替機構１８の操作竿２１を手動で操作して揺動レバー１９の先端部を昇降変位させることにより、上記中間ギア１７を風車１の駆動ギア１０およびシーリングファン２の従動ギア１５にそれぞれ噛み合わせた下方の噛み合い位置と、上記駆動ギア１０に対する中間ギア１７の噛み合いを解除した下方の噛み合い解除位置とに変位させ得るように構成した上記実施形態に代え、電動モータ、エアシリンダまたは油圧シリンダ等を駆動源とする昇降駆動機構により、上記中間ギア１７を中間軸１６に沿って昇降変位させることにより、上記風車１からシーリングファン２に対する動力の伝達を断続するように構成してもよい。

また、上記中間軸１６および中間ギア１７を省略し、風車１の回転軸６と、シーリングファン２の駆動軸１３とを相対向させて設置するとともに、該回転軸６と駆動軸１３との間に動力の伝達を断続するクラッチ機構からなる断続切替機構を配設した構造としてもよい。さらに、上記風車１の回転軸６とシーリングファン２の駆動軸１３とを直結することにより、上記風車１からシーリングファン２に対して回転力が常に伝達されるように構成してもよい。

上記実施形態では、外気を上記風車１の設置部に向けて案内する案内通路２５と、該案内通路２５の内部を太陽光のエネルギーで加熱する集光レンズ体２６とを設けた構造としたため、該集光レンズ体２６に照射される太陽光Ｓのエネルギーに応じて上記案内通路２５の内部温度を上昇させることにより上昇気流Ｂを発生させ、該上昇気流Ｂを利用して上記風車１の回転を促進することができる。したがって、該風車１の回転力を上記駆動部３によりシーリングファン２に伝達し、該シーリングファン２の回転羽根１４を高速で回転させることができ、外気温が高くなるのに対応させて天井部１１から床に強い気流を生じさせることにより、室内の快適性を効果的に向上させることができる。

なお、上記構成に代えて、図７に示すように、上記案内通路２５を構成する縦溝部２２の下端開口部を開閉する開閉蓋２８と、上記吹出部２４の上端開口部を開閉する開閉蓋２９と、該開閉蓋２８，２９を開閉駆動する手動駆動レバーまたは電動駆動機構等からなる駆動手段（図示せず）とを有する流動切替機構３０を案内通路２５に設け、該流動切替機構３０により案内通路２５を開閉してその内部を空気が流動するのを許容する流動許容状態と、該空気の流動を遮断する流動遮断状態とに切り替え得るように構成してもよい。

このように構成した場合には、上記太陽光Ｓのエネルギーを得ることができない雨天時または夜間時等に、上記流動切替機構３０により上記案内通路２５を閉止して空気の流動を遮断する流動遮断状態とすることにより（図６の仮想線参照）、該案内通路２５を空気が封入された空気された断熱層として利用することができる。このため、外気温度の高い夏期に、屋根部４を介して外気の熱が屋内に侵入したり、外気温度の低い夏期に、屋内の熱が屋根部４を介して屋外に放熱されて室内温度が低下したりすることを効果的に防止できるという利点がある。

しかも、暖房を必要とする冬季には、上記流動切替機構３０の開閉蓋２８，２９により案内通路２５を閉止して空気の流動を遮断する流動遮断状態とすれば、昼間に上記屋根部４に照射された太陽光Ｓを上記集光レンズ体２６の凸レンズ状部２７により集光し、案内通路２５の縦溝部２２を加熱して案内通路２５の内部温度を上昇させることができるとともに、加熱された空気を案内通路２５内に封じ込めることにより該案内通路２５を夜間の暖房源として利用することも可能である。

また、図８および図９に示すように、上記風車１の回転力に応じて駆動される発電機３１を屋根裏部９に配設するとともに、該屋根裏部９に配設された駆動部３に、風車１の回転力を発電機３１または上記シーリングファン２の一方に選択的に伝達する選択伝達機構３２を設けた構造としもよい。該選択伝達機構３２は、上記断続切替機構１８と同様に、天井部１１の上面に揺動可能に支持された揺動レバー３３と、該揺動レバー３３の前端部に設けられた上下一対のフォーク部３４と、上記揺動レバー３３の後端部に枢支されるとともに、下方部が天井部１１の下方に導出された操作竿３５とを有している。

上記風車１の回転軸６とシーリングファン２の駆動軸１３との間に配設された中間軸１６に沿って昇降自在に支持された中間ギア１７の上下に、上記選択伝達機構３２のフォーク部３４を配設して中間ギア１７を拘束した状態で、上記操作竿３５を昇降操作して揺動レバー３３を揺動変位させることにより、上記中間ギア１７を風車１の駆動ギア１０およびシーリングファン２の従動ギア１５にそれぞれ噛み合わせた下方のファン駆動位置（図８の仮想線参照）と、上記中間ギア１７を風車１の駆動ギア１０および発電機３１の駆動軸に固定された従動ギア３６にそれぞれ噛み合わせた上方の発電機駆動位置（図８の実線参照）とに変位させ得るように構成されている。

上記構成において、選択伝達機構３２の操作竿３５を押し上げて揺動レバー３３の先端部を下降させるように揺動変位させることにより、上記フォーク部３４により拘束された中間ギア１７を中間軸１６に沿って下方に移動させれば、風車１の駆動ギア１０およびシーリングファン２の従動ギア１５に中間ギア１７をそれぞれ噛み合わせた下方のファン駆動位置に変位させることができる。これにより、上記建物の屋根上を吹き抜ける自然風Ａに応じて回転駆動される上記風車１の回転力が、風車１の回転軸６および駆動ギア１０から上記駆動部３の中間ギア１７を介してシーリングファン２の従動ギア１５に伝達され、上記駆動軸１３および回転羽根１４が回転駆動されて送風機能が発揮される。

また、居住者が出かける際等に、上記選択伝達機構３２の操作竿３５を下方に引っ張り、揺動レバー３３を揺動変位させて上記中間ギア１７を中間軸１６に沿って上昇させることにより、風車１の駆動ギア１０および発電機３１の従動ギア１５に中間ギア１７をそれぞれ噛み合わせた上方の発電機駆動位置に変位させれば、上記風車１からシーリングファン２に対する回転力の伝達を遮断してシーリングファン２の回転を停止させることができるとともに、風車１の回転力を上記発電機３１に伝達して発電を行わせることにより、その有効利用を図ることができる。

なお、上記下方のファン駆動位置と上方の発電機駆動位置との間に、上記中間ギア１７をシーリングファン２の従動ギア１５および発電機３１の従動ギア３６の何れにも噛み合わせない中間の噛み合い解除位置を設けた構造としてもよい。このように構成した場合には、強風の発生時等に、上記中間ギア１７をシーリングファン２の従動ギア１５および発電機３１の従動ギア３６の何れにも噛み合わせない中間の噛み合い解除位置に変位させることにより、風車１の回転力がシーリングファン２および発電機３１の何れにも伝達されることがない遮断状態とすれば、該シーリングファン２および発電機３１に過大な駆動力が入力されてこれらが損傷すること等を確実に防止できるという利点がある。

また、上記実施形態では、ダリウスロータ７およびサポニウスロータ８を有する風車１を屋根部４に設置した例について説明したが、これに限らず、通常のプロペラ型風車またはガイドベーン付クロスフロー型風車を用いたり、あるいはこれらを組み合わせたりすることも可能である。さらに、本発明に係る自然空調装置は、通常の家屋に限られず、オフィスビル、工場またはビニールハウス等についても適用可能であることは勿論である。

１ 風車
２ シーリングファン
３ 駆動部
１８ 断続切替機構
２５ 案内通路
２６ 集光レンズ体
３０ 流動切替機構
３２ 選択伝達機構

Claims (5)

1. 屋外に取り付けられる風車と、屋内に取り付けられるシーリングファンと、上記風車の回転力をシーリングファンに伝達して該シーリングファンを回転駆動する駆動部とを備えたことを特徴とする自然空調装置。
2. 上記駆動部に、風車の回転力をシーリングファンに伝達する伝達状態と、該回転力の伝達を遮断する遮断状態とに切り替える断続切替機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の自然空調装置。
3. 外気を上記風車の設置部に向けて案内する案内通路と、該案内通路の内部を太陽光の熱エネルギーで加熱する集光レンズ体とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の自然空調装置。
4. 上記案内通路を開閉してその内部を空気が流動するのを許容する流動許容状態と、該空気の流動を遮断する流動遮断状態とに切り替える流動切替機構を備えたことを特徴とする請求項３に記載の自然空調装置。
5. 上記風車の回転力に応じて駆動される発電機を備えるとともに、上記駆動部に、風車の回転力を発電機または上記シーリングファンの一方に選択的に伝達する選択伝達機構が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自然空調装置。

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