JP2016102644A - 空調住宅 - Google Patents

Abstract

【課題】 自然エネルギを用いた簡易な構成により、デシカント除湿機により処理された除湿処理後空気の温度を低下させ、適度に温度および湿度が調整された空気を居住空間に供給する空調住宅を提供すること。【解決手段】 太陽光パネル１０と、太陽光パネル１０が生成したお湯を貯留する温水タンク２０と、太陽光パネル１０が生成した電気エネルギで作動し外気を除湿処理するデシカント除湿機４０と、温水タンク２０に接続された床暖房用配管２２およびデシカント除湿機再生処理用配管２４と、一端がデシカント除湿機４０に接続され、他端が居住空間Ｋに開口する除湿処理後空気供給用管路５０とを有し、除湿処理後空気供給用管路５０の中間部分が、建物Ｂの北側外壁面Ｗに沿って、または、居住空間Ｋの床下空間Ｇの少なくとも一方に敷設されていることを特徴とする空調住宅１００である。【選択図】図１

Description

本発明は空調住宅に関し、より詳細には、自然エネルギによって作動するデシカント除湿機を用いた空調住宅に関する。

居住空間内の空気中における余剰水分を除去し、湿度を低下させた調湿空気を居住空間に戻すことで、居住空間内を快適な環境にするための空調装置として、デシカント除湿機を用いた構成がいくつか提案されている。このような空調装置の構成としては、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。

特開２０１２−２０７８７２号公報

特許文献１においては、デシカント除湿機により除湿して高温になった除湿処理後空気を冷却塔に供給し、外気で冷却させた冷却水と除湿処理後空気とを熱交換させることで、除湿処理後空気の温度を低下させた後に居住空間に供給する構成が開示されている。このように特許文献１における空調装置は冷却塔を有しているため、大型化してしまうことに加え、冷却水を供給する管路等のメンテナンスが煩雑になると共に、空調装置の消費電力が多大になってしまうといった課題がある。

そこで本発明は、自然エネルギを用いた簡易な構成により、デシカント除湿機により除湿して高温になった除湿処理後空気の温度を低下させ、適度に温度および湿度が調整された空気を居住空間に供給することが可能な空調住宅の提供を目的としている。

上記課題を解決するため本発明者が鋭意研究した結果、以下の構成に想到した。
すなわち、本発明は、太陽光から熱エネルギおよび電気エネルギをそれぞれ生成する太陽光エネルギ生成部と、前記太陽光エネルギ生成部により生成された前記熱エネルギを貯留する熱エネルギ貯留部と、前記太陽光エネルギ生成部により生成された前記電気エネルギにより作動し、外気を除湿処理するデシカント除湿機と、前記熱エネルギ貯留部に接続され、前記居住空間の床を加熱するための床暖房用配管および前記デシカント除湿機を再生処理するためのデシカント除湿機再生処理用配管と、一端が前記デシカント除湿機における除湿処理後空気排出部に接続され、他端が前記居住空間に開口する除湿処理後空気供給用管路と、を有し、前記除湿処理後空気供給用管路の中間部分が、前記建物の北側外壁面に沿って、または、前記居住空間の床下空間の少なくとも一方に敷設されていることを特徴とする空調住宅である。

これにより、デシカント除湿機を通過させたことにより温度が上昇した調湿空気を、自然エネルギを用いた簡易な構成で冷却させることができ、居住空間に湿度および温度がそれぞれ適度に調整された快適な空気が提供される空調住宅を低コストで提供および運用することが可能になる。

また、前記除湿処理後空気供給用管路の外周面には放熱手段が配設されていることが好ましい。

これにより、さらに効率的に除湿処理後空気の冷却をすることができる。

また、前記太陽光エネルギ生成部と前記熱エネルギ貯留部との間には、過熱防止手段がさらに備えられていることが好ましい。

これにより、太陽光から熱エネルギへの変換効率を向上させることができるため、日差しの強い夏場であっても過熱による太陽光エネルギ生成部の破損を防止することができ、日差しの弱い冬場であっても十分な熱エネルギを貯留することが可能になる。

また、前記熱エネルギ貯留部には、補助加熱手段がさらに備えられていることが好ましい。

これにより、雨天や曇天が続いた場合や、日差しが弱い冬場であっても十分な熱エネルギ（給湯）を確保することができる。

本発明にかかる空調住宅の構成を採用することにより、自然エネルギを有効利用して除湿処理後空気を効率的に冷却させることが可能になる。また、デシカント除湿機を運転する際に必要となる熱エネルギおよび電気エネルギを、太陽光エネルギから調達しているため、外部からの電力が供給されなくても空調住宅としての機能を発揮することも可能である。

第１実施形態における空調住宅の概略構造を示す説明図である。 第２実施形態における空調住宅の概略構造を示す説明図である。

以下、本発明にかかる空調住宅の実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態にかかる空調住宅１００は、太陽光から熱エネルギおよび電気エネルギをそれぞれ生成する太陽光エネルギ生成部である太陽光パネル１０と、熱エネルギ貯留部である温水タンク２０と、電気エネルギ貯留部としてのバッテリ３０と、デシカント除湿機４０と、デシカント除湿機４０から居住空間Ｋに除湿処理後の空気を供給する除湿処理後空気供給用管路５０とを有している。

また、温水タンク２０には、居住空間Ｋの床Ｓを加熱するための床暖房用配管２２とデシカント除湿機４０の除湿機能を再生処理するためのデシカント除湿機再生処理用配管２４とが接続されている。

本実施形態における太陽光パネル１０は、建物Ｂの屋根Ｙに設置され、太陽光エネルギから電気エネルギおよび熱エネルギを生成するいわゆるハイブリッド型の太陽光パネル１０である。太陽光エネルギから生成された電気エネルギはバッテリ３０に蓄電し、任意に取り出し可能に貯留する構成の他、パワーコンディショナ等の公知の変換機器を介して商用電源系統に供給する構成を採用することができる。また、太陽光パネル１０と温水タンク２０との間には配管１２が敷設されており、太陽光エネルギから生成された熱エネルギは、太陽光パネル１０により水を加熱して得たお湯は配管１２を通じて温水タンク２０に蓄えられる。温水タンク２０のお湯は任意に取り出し可能な状態で貯留されている。このように、太陽光エネルギを用いて発電および給湯を行うハイブリッド型の太陽光パネル１０としては、株式会社ケー・アイ・エス社製の太陽光発電・太陽光温水集熱型一体型パネルを好適に用いることができる。

温水タンク２０は断熱材等の保温性が高い材料により被覆されていることが好ましい。このような温水タンク２０としては、深夜電気温水器や自然冷媒ヒートポンプ給湯機等に採用されている貯湯タンクを採用することができる。温水タンク２０に貯留されているお湯は、温水タンク２０に接続されている床暖房用配管２２とデシカント除湿機再生処理用配管２４とから任意に取り出し可能になっている。床暖房用配管２２から取り出すお湯の温度とデシカント除湿機再生処理用配管２４から取り出すお湯の温度も任意の温度に調整可能になっている。

本実施形態における床暖房用配管２２は、温水タンク２０から居住空間Ｋの床Ｓ内を経由して温水タンク２０に戻るように配管されている。居住空間Ｋの床Ｓを加熱した後の床暖房用配管２２内のお湯は温度が低下しているため、床暖房を行った後の床暖房用配管２２内のお湯を図示しない別体の温水タンクに戻し、別体の温水タンク内のお湯を生活用水として供給する構成を採用してもよい。

本実施形態にかかるデシカント除湿機４０は、基本構成は公知の構成を採用しているが、太陽光パネル１０が発電した電気を電源とし、デシカント除湿機４０の除湿機能を再生するための熱源を太陽光パネル１０が生成したお湯を用いており、自然エネルギを用いた運転が行われている。デシカント除湿機４０は建物Ｂの外部に連通する外気取込管４２から外気ＯＡの取り込みを行い、除湿処理した後の室内供給用空気ＳＡは除湿処理後空気供給用管路５０を通じて居住空間Ｋに供給される。また、居住空間Ｋ内の余剰空気ＲＡはデシカント除湿機４０を経由した後、排出管４４を通じて排出空気ＥＡとして建物Ｂの外部へ排出される。

デシカント除湿機４０の除湿機能再生をする際における熱源供給手段として、本実施形態では温水タンク２０に接続されたデシカント除湿機再生処理用配管２４を採用している。デシカント除湿機再生処理用配管２４は、温水タンク２０からデシカント除湿機４０を経由して温水タンク２０に戻るように配管されている。デシカント除湿機４０の除湿機能再生処理を行った後は、デシカント除湿機再生処理用配管２４内のお湯の温度が低下しているため、デシカント除湿機４０の除湿機能再生処理を終えた後のお湯を図示しない別体の温水タンクに戻し、別体の温水タンク内のお湯を生活用水として供給する構成を採用してもよい。

また、デシカント除湿機４０の除湿処理後空気排出部（図示せず）には、除湿処理後空気供給用管路５０の一端が接続されている。除湿処理後空気供給用管路５０の終端は居住空間Ｋに開口している。本実施形態にかかる除湿処理後空気供給用管路５０の中間部分は、建物Ｂの居住空間Ｋの床下空間Ｇに所要長さにわたって敷設されている。除湿処理後空気供給用管路５０は、床下空間Ｇの底盤Ｔに設置した図示しない保持ブロックの上に保持させてもよい。また、除湿処理後空気供給用管路５０は、床下空間Ｇの底盤Ｔの表面に直接載置してもよい。このように除湿処理後空気供給用管路５０の一部を建物Ｂにおける低温部分に敷設することで、自然エネルギを用いた除湿処理後空気の冷却処理をすることができるのである。除湿処理後空気供給用管路５０は、放熱性に優れたアルミダクト等が好適に用いられる。

本実施形態においては、除湿処理後空気供給用管路５０として外径寸法が１００ｍｍのアルミダクトを用いている。このような除湿処理後空気供給用管路５０を居住空間Ｋの床下空間Ｇに２０ｍにわたって敷設し、除湿処理後空気供給用管路５０内に毎時１５０立方メートルの除湿処理後空気を流下させた。このときの居住空間Ｋの床下空間Ｇが無風状態で気温が１６℃であった場合、約１ＫＷ／時の冷却を行うことができた。

また、除湿処理後空気供給用管路５０の外周面には冷却（放熱）を促進させるために、放熱用フィン等に代表される放熱手段を配設してもよい。

デシカント除湿機４０により除湿処理された除湿処理後空気は、除湿処理前の空気の温度よりも１５℃程度高温になる。このため、気温が高い夏場においては、除湿処理後空気を建物Ｂの居住空間Ｋの床下空間Ｇに経由させことで室温程度まで冷却することは十分可能である。これに対して外気温が低い冬場等においては、デシカント除湿機４０により除湿処理された除湿処理後空気を冷却する必要がない。この場合においては、デシカント除湿機４０からの除湿処理後空気を直接居住空間Ｋに供給することができるように、除湿処理後空気供給用管路５０にバイパス経路（図示せず）を設けておくこともできる。

なお、除湿処理後空気供給用管路５０にバイパス経路を接続した構成を採用した場合、除湿処理後空気を除湿処理後空気供給用管路５０からバイパス経路へ供給する際は手動による経路切り替え形態の他、建物Ｂの外部と居住空間Ｋ内にそれぞれ配設した温度センサおよび湿度センサの検出データと、予め図示しない記憶手段に記憶させた経路切替条件データとに基づいて、制御部が切換弁（共に図示せず）を自動的に切り替えする構成を採用すれば、なお好都合である。

そして、図示しない制御部は、建物Ｂの外部の温度センサおよび湿度センサの検出データと、居住空間Ｋ内の度センサおよび湿度センサの検出データと基づいて、デシカント除湿機４０の運転の要否や、運転頻度を自動制御する構成を採用することもできる。

また、冬場においてはそもそも外気ＯＡが乾燥しているので、外気取込管４２から取り込んだ外気ＯＡの除湿処理が不要になることがある。このような場合、外気取込管４２から取り込んだ外気ＯＡを除湿処理後空気供給用管路５０に直接供給し、床下空間Ｇの地熱を利用して外気ＯＡを加熱させた後に居住空間Ｋに供給する形態を採用してもよい。外気取込管４２から取り込んだ外気ＯＡを除湿処理後空気供給用管路５０に直接供給する際は、デシカント除湿機４０の除湿ロータの動作を停止させればよい。この除湿ロータの動作については、室外温度計の計測温度に基づいて制御部によりオンオフ動作が切り替え制御される形態を採用することができる。

（第２実施形態）
本実施形態においては、図２に示すように、デシカント除湿機４０の除湿処理後空気の排出部に一端が接続された除湿処理後空気供給用管路５０の中間位置における所要長さ範囲を、建物Ｂの北側外壁面Ｗに沿って敷設した後に、居住空間Ｋに他端を開口させる形態を採用していることが特徴点である。この場合、除湿処理後空気供給用管路５０は、軒下部分等の日陰になる部分に敷設（吊り下げ保持）しておけばさらに好適である。他の構成については第１実施形態と同様の構成を採用することができるので、図２に示す各構成については、第１実施形態で用いた符号と同符号を用いることで詳細な説明を省略している。

以上に、本発明にかかる空調住宅１００について実施形態に基づいて説明したが、本発明の技術的範囲は以上の実施形態に限定されるものではない。例えば、図１に示す第１実施形態における構成と図２に示す第２実施形態の構成とを組み合わせた構成を採用することもできる。この場合、デシカント除湿機４０の除湿処理後空気の排出部に接続された除湿処理後空気供給用管路５０は、まず、建物Ｂの北側外壁面Ｗに沿って高さ方向に敷設すると共に、下流部分を居住空間Ｋの床下空間Ｇに敷設することが好ましい。

このような除湿処理後空気供給用管路５０の敷設形態を採用することで、除湿処理後空気を二段階に分けて冷却処理することができ、居住空間Ｋには居住空間Ｋの室温よりも低温の除湿された空気が供給されるため、夏場においては特に好都合である。このように、本発明の空調住宅１００は、除湿処理後空気供給用管路５０の敷設方向における中間部分の所要長さ範囲が北側外壁面Ｗに沿って、または、床下空間Ｇの少なくとも一方に敷設されていればよい。

また、温水タンク２０に補助加熱手段（バックアップ用熱源）としての給湯ボイラ（図示せず）を接続することもできる。給湯ボイラを温水タンク２０に接続することで、雨天や曇天が続く場合や日差しが弱い冬場において、熱エネルギが十分に確保できない場合において、デシカント除湿機４０の除湿機能再生処理に用いる熱エネルギや給湯を十分に行うことができる。
また、これとは逆に、太陽光パネル１０と温水タンク２０との間に過熱防止手段を配設することもできる。

このような過熱防止手段としては、太陽光パネル１０と温水タンク２０との間の配管１２に配設した放熱器や冷却ファンによる構成を採用することができる。放熱器としては空冷放熱器（空冷ラジエタ）を採用することができる。また、太陽光パネル１０により発電した電気エネルギにより冷却ファンを作動させる構成を採用してもよい。

また、太陽光パネル１０と温水タンク２０との間に配設した流路切替弁および第２のデシカント除湿機再生処理用配管と、外気温計および居住空間内温度計と、外気温計と居住空間内温度計の計測温度差から内外温度差を算出し、内外温度差に基づいて流路切替弁の切り替え動作を制御する流路切替弁動作制御部と、により他の過熱防止手段とすることもできる。流路切替弁制御部は内外温度差が予め設定された温度差以内になった場合、太陽光パネル１０からの温水を第２のデシカント除湿機再生処理用配管に供給させるものである。

夏場においては、外気温と居住空間Ｋ内の温度差が少なくなり、デシカント除湿機４０の再生に必要な熱量が増大し、第１実施形態や第２実施形態におけるデシカント除湿機再生処理用配管２４の構成ではデシカント除湿機４０の再生処理を行うことができないことがある。このような場合に上記他の過熱防止手段の構成を用いることで、太陽光パネル１０により得られた高温の温水を冷却処理した後に温水タンク２０に貯留させるのではなく、高温の状態でデシカント除湿機４０の再生処理の熱源として利用し、夏場であってもデシカント除湿機４０の再生処理を確実に行うことができる点で好都合である。

このように他の過熱防止手段は、夏場において太陽光パネル１０により得られる余剰熱エネルギを、夏場におけるデシカント除湿機４０の再生処理における課題克服のために有効利用することができる点で好都合である。そして、このような他の過熱防止手段を採用することで、夏場における太陽光パネル１０の太陽光エネルギの収集能力を制限する必要がなくなるため、冬場においても太陽光パネル１０から十分な太陽光エネルギの収集が可能になるという点においても好都合である。

また、本明細書中で説明した各構成を適宜組み合わせた空調住宅１００の形態を採用することももちろん可能である。

１０ 太陽光パネル，１２ 配管
２０ 温水タンク（熱エネルギ貯留部），２２ 床暖房用配管，
２４ デシカント除湿機再生処理用配管，
３０ バッテリ，
４０ デシカント除湿機，４２ 外気取込管，４４ 排出管
５０ 除湿処理後空気供給用管路，
１００ 空調住宅，
Ｂ 建物，Ｇ 床下空間，Ｋ 居住空間，Ｓ 床，
Ｔ 底盤，Ｗ 北側外壁面，Ｙ 屋根，
ＯＡ 外気，ＳＡ 室内供給用空気，ＲＡ 余剰空気，ＥＡ 排出空気

Claims (4)

1. 太陽光から熱エネルギおよび電気エネルギをそれぞれ生成する太陽光エネルギ生成部と、
   前記太陽光エネルギ生成部により生成された前記熱エネルギを貯留する熱エネルギ貯留部と、
   前記太陽光エネルギ生成部により生成された前記電気エネルギにより作動し、外気を除湿処理するデシカント除湿機と、
   前記熱エネルギ貯留部に接続され、居住空間の床を加熱するための床暖房用配管および前記デシカント除湿機を再生処理するためのデシカント除湿機再生処理用配管と、
   一端が前記デシカント除湿機における除湿処理後空気排出部に接続され、他端が前記居住空間に開口する除湿処理後空気供給用管路と、を有し、
   前記除湿処理後空気供給用管路の中間部分が、建物の北側外壁面に沿って、または、前記居住空間の床下空間の少なくとも一方に敷設されていることを特徴とする空調住宅。
2. 前記除湿処理後空気供給用管路の外周面には放熱手段が配設されていることを特徴とする請求項１記載の空調住宅。
3. 前記太陽光エネルギ生成部と前記熱エネルギ貯留部との間には、過熱防止手段がさらに備えられていることを特徴とする請求項１または２記載の空調住宅。
4. 前記熱エネルギ貯留部には、補助加熱手段がさらに備えられていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の空調住宅。

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