JPH0510543A - 屋内空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 太陽熱エネルギーを利用して熱電冷却素子
を駆動することにより、建物屋内を冷暖房する。 【構成】 屋根上に設置した太陽電池16の発電電力を
蓄電池17に蓄電し、その電力を取り出して空調室22内に
設けた熱電冷却素子26a、26bを駆動し、天井壁11に設け
た空気流入口19から空調室22に進入させた居住空間12内
の暖気を冷却極として機能させた熱電冷却素子26a、26b
と接触させて冷気流出口20から居住空間12に還流し、ま
た居住空間12の冷気を発熱極として機能させた熱電冷却
素子26a、26bと接触させて暖気流通ダクト10を経て床下
空気通路15に送り込み、暖気を居住空間に供給する。 【効果】 エネルギーコストを要することなく、建物屋
内を終日に亘って冷暖房できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池で発電した電
力を利用して全室冷暖房を行えるようにした屋内空調シ
ステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】日本国内は一部地方を除き、概して夏季
は酷暑で、冬季は寒気が厳しく、四季の気温の差が著し
いため、一般家庭においても冷暖房システムが欠かせな
いものとなっているが、従来、家庭用冷暖房システムと
しては、民生用交流電源で駆動されるエアコンディショ
ナーが広く使用されている。また、寒冷期にはエアコン
ディショナーの暖気運転のみで寒さを凌ぐことができな
い地域が大半を占めているため、このような地域では灯
油や燃料ガス等を用いた暖房装置を別に準備しているの
が実情である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エアコ
ンディショナーはその他の家庭用電化製品と比較して電
力消費量が際立って大きい上、多くは一室冷暖房方式を
採用しているため、一つの家屋内の各室に設置しようと
すると、その設備費用だけでも相当な高額となるだけで
なく、ランニングコストが非常に高くつくなど経済性に
起因する問題点が大きい。また特に夏季において長時間
に亘って使用すると、居住者の健康に悪影響を及ぼすこ
とも広く知られている。更に、冬季に使用する灯油や燃
料ガスは経費が嵩むだけでなく、屋内空気が著しく汚染
されるという問題点がある。

【０００４】また、エアコンディショナーに使用される
電力を始め、灯油、燃料ガス等のエネルギー源は全て、
石油、石炭或いは天然ガスという有限資源によって生産
されるものであり、しかもこの種化石燃料を用いたエネ
ルギーは生産時に大気汚染を発生するものであるため、
資源の有効利用並びに環境保護の観点から生じる問題点
が指摘されている。

【０００５】このような問題点に鑑み、近年、太陽熱を
利用した全室空調システムが開発されている。この空調
システムは屋根面から太陽熱を集熱し、屋根に沿って形
成した屋根下通風路を通る空気を暖め、この暖気を各室
を区切る天井壁等の内部から床下に流通させて全室暖房
を図り、且つ、夏季には屋内熱気を屋根裏空間に設けた
換気ファンによって屋外へ強制排気して室温上昇を抑制
するようにしたものである。

【０００６】しかしながら、このような空調システムの
場合、エネルギー源を全て晴天時における太陽熱に頼っ
ているため、雨天や曇天時或いは降雪時には殆ど機能し
ない上、積極的な冷暖房効果を奏するものではないた
め、夏季にはエアコンディショナーの使用量を僅かに緩
和させる程度の働きをなすのみであり、空気調和の有効
性に乏しい。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、比較的低コストな施工が可能で、
運転経費を殆ど要することなく、しかも環境汚染を発生
しない屋内空調システムを提供することを目的とするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明の屋内空調システムは、実施例に対応す
る図面に示すように、例えば屋根の上面等、建物１の外
部に太陽電池16を設けると共に、建物１の内部或いは敷
地内の適宜場所に、前記太陽電池16の発電電力を蓄電す
る蓄電池17とからなる電源装置18を設ける。一方、屋根
裏空間６と居住空間12内とを仕切る天井壁11に空気流入
口19と冷気流出口20とを適宜距離を隔てて形成すると共
に、屋根裏空間６と床下空気通路15とに亘って暖気流通
ダクトを形成する。また、屋根裏空間６には、一端部を
空気流入口19に連通させた空調室22を形成して、この空
調室22の他端開口部側に流路切換ダンパーを設け、この
ダンパーを季節に合わせて適宜切り換えることにより、
該空調室22を冷気流出口20と暖気流通ダクトとの一方に
選択的に連通させるように構成する。更に、空調室22内
には空気流入口19から空気を強制流入させる吸気ファン
27と、切換スイッチ29により両極間の電流方向を正逆切
換可能な熱電冷却素子とを配設し、この熱電冷却素子及
び吸気ファン27を前記電源装置18によって駆動させるよ
うに構成するものである。

【０００９】上記構成において、天井壁11の室内側面に
通気性を有する蓄熱層11b を張設すれば、生成された冷
気が居住室内に徐々に放散され、一層良好な空調効果が
得られる。

【００１０】また前記熱電冷却素子を吸気ファン27の風
下側に配置し、且つこの熱電冷却素子と吸気ファン27と
の間に熱電冷却素子で冷却された空気を吸気ファン27に
戻すフィードバック管31を形成すると共に、このフィー
ドバック管31の流入側と流路切換ダンパーとの間に感温
センサの動作により開閉する流路開閉ダンパー32を設け
た構成とすれば、比較的少ない個数の素子で有効に冷却
空気を生成できる。

【００１１】

【作用】太陽電池16で発電された電力は一旦、蓄電池17
に蓄えられ、この蓄電池17から熱電冷却素子及び吸気フ
ァン27を駆動する電力が取り出される。冷房運転時にお
いては、熱電冷却素子が冷却極となるように切換スイッ
チ29を操作すると共に、空調室22の他端開口部が冷気流
出口20と連通するように流路切換ダンパーを切換操作す
ると、吸気ファン27の吸引動作によって空気流入口19か
ら空調室22へと進入した暖気は熱電冷却素子の動作によ
って冷却された後、冷気流出口20を経て居住空間12内に
進入するものである。

【００１２】また、暖房運転時においては、熱電冷却素
子が発熱極となるように切換スイッチ29を操作すると共
に、空調室22の他端開口部が暖気流通ダクトと連通する
ように流路切換ダンパーを切換操作するものであり、こ
のとき吸気ファン27の吸引動作によって空気流入口19か
ら空調室22へと進入した冷気は熱電冷却素子の動作によ
って加熱された後、暖気流通ダクトを経て床下空気通路
15に進入し、床面から屋内に暖気を供給するものであ
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。図１及び図２において、１はこの実施
例システムが組み込まれている建物としての一般的な民
生用住宅であって、最も日照に富む方角に面する屋根部
２がほぼ全面に亘って太陽熱集熱面2aとして機能するよ
うに片流れ状に大きく形成してあり、更に、その屋根裏
側には、軒先2bに開放する屋根下通風路３を沿設してあ
る。

【００１４】この屋根下通風路３の上端部は太陽熱集熱
槽４として膨隆円弧形状に形成してあり、この集熱槽４
からＬ字形状の第１暖気流通ダクト５を、屋根裏空間６
の上部に設けた排気窓７に向かって配設してある。また
この排気窓７には屋根裏空間６において上下方向に配設
された第２暖気流通ダクト８の上端開口部を臨ませてあ
り、これら第１、第２暖気流通ダクト５、８を通る暖気
は、排気窓７に設けた排気ファン7aによって積極的に排
出されるようにしてある。更に第２暖気流通ダクト８の
下端開口部には第１流路切換ダンパー９が設けられ、こ
のダンパー９を開放させたとき、第３暖気流通ダクト10
に連通するようにしてある。

【００１５】この第３暖気流通ダクト10は屋根裏空間６
の下部から天井壁11を貫通して、居住空間12を仕切る側
壁13内を通り、更に床壁14を貫通して床下に達している
ものであり、下端開口部が床下に形成された床下空気通
路15に連通している。15a は床下空気通路15から床壁を
貫通して各居住空間12に開口する暖気流入・流出口であ
る。

【００１６】16は屋根集熱面2aの上端部に配設された太
陽電池、17は屋根裏空間６に設置されて太陽電池16の発
電電力を蓄電する鉛蓄電池であって、これら太陽電池16
と鉛蓄電池17とにより空調システムの電源装置18を構成
している。尚、鉛蓄電池17の設置場所は屋根裏空間６に
限定されるものではなく、建物１内の床下や建物１敷地
内の空所等適宜場所に設置できるものである。

【００１７】前記屋根裏空間６と居住空間12内とを仕切
る天井壁11は仕切板11a を密度の高い非通気性のモルタ
ル材により形成し、この仕切板11a の下面全面に亘っ
て、密度が低く通気性を有するモルタル材からなる蓄熱
層11b を張設し、更に該蓄熱層11b の下面にプラスター
ボードや有孔金属板等からなる装飾板11c を張設してな
るもので、仕切板11a から装飾板11c まで貫通する空気
流入口19と、仕切板11aのみ貫通する冷気流出口20が適
宜距離を隔てて形成してある。21は装飾板11c の打抜孔
であって、蓄熱層11b に蓄えられた冷気はこの打抜孔21
を通じて徐々に屋内に放散されるものである。

【００１８】22は空気流入口19と冷気流出口20間に亘る
天井壁11上に配設された空調室であって、一端部が屋内
暖気・冷気流入槽23に形成されて空気流入口19と連通し
ていると共に、他端開口部が天井壁11に設けた冷気流出
口20と、第３暖気流通ダクト10の上端開口部に臨み、且
つこの他端開口部側に該冷気流出口20と第３暖気流通ダ
クト10との一方に選択的に連通させる第２流路切換ダン
パー24を設けてある。また、この空調室22の内部には屋
内空気の流入方向に沿って、ラジエータ25、２群一組の
熱電冷却素子群26a、26b、両熱電冷却素子群26a、26b間
に介設された吸気ファン27、及び送気ファン28を設けて
ある。

【００１９】前記熱電冷却素子群26a、26bを構成する熱
電冷却素子としては、現在、ペルチェ効果を利用した半
導体電池ペルチェ素子が実用に供することができるもの
であり、例えば図３に示すように、切換スイッチ29によ
って両極間の電流方向が正逆切換可能に構成してあり、
この切換スイッチ29を切換操作することにより発熱極と
冷却極とのいずれかに切り換えられるものである。

【００２０】前記空調室22の第１、第２熱電冷却素子群
内装部位と前記屋根下通風路３間には、該熱電冷却素子
群26a、26bで発生する排熱を屋根下通風路３へ還流させ
る排熱管路30が設けられており、熱電冷却素子群26a、2
6bの冷房運転時には排熱暖気が、また暖房運転時には冷
気がそれぞれこの排熱管路30を通って屋根下通風路３へ
排出されるようにしてある。

【００２１】また、吸気ファン27の風下側に位置する第
２熱電冷却素子群26b の出口端と吸気ファン27との間に
は、冷却空気を吸気ファン27に戻すフィードバック管31
が形成されていると共に、このフィードバック管31の流
入側となる第２熱電冷却素子群26b の出口端に流路開閉
ダンパー32を設けてある。更に、前記太陽熱集熱槽４と
連通している第１暖気流通ダクト５からは第３流路切換
ダンパー33を介して暖気導入管34を下方に分岐、垂下さ
せていると共に、その下端開口部を空調室22内の送気フ
ァン28より風上側となる位置に突入させてある。

【００２２】35a は第１熱電冷却素子群26a、26bの出口
端に設けられた冷房用感温センサ、35b は太陽熱集熱槽
４内に設けられた暖房用感温センサであって、いずれも
設定温度に基づいて流路開閉ダンパー32と送気ファン28
をオンオフするものである。36は小屋根裏に設けた排熱
ガラリである。

【００２３】図３は上記各構成部材間の電気的接続構成
の一例を示しており、この図に示すように、第１〜第３
流路切換ダンパー９、24、33は建物１の適所に設けた手
動切換器37によって任意に開閉できるようにすると共
に、この切換器37の操作に連動して第１、第２熱電冷却
素子群26a、26bの切換スイッチ29及び感温センサ選択ス
イッチ38が切り換えられるように構成することができ
る。39は吸気ファン27をオンオフするスイッチである。
また、図示してはいないが、排気ファン7aも前記電源装
置18によって駆動させることができる。

【００２４】次に、この実施例システムの動作を説明す
ると、太陽電池16で発電された電力は一旦、鉛蓄電池17
に蓄電されるが、近年、太陽電池16、鉛蓄電池17の性能
向上に伴い、晴天日が１週間中２日程度あれば、通常使
用電力を賄うことが可能になっている。

【００２５】図２は夏季における冷房運転時における暖
気及び冷気の流れを示している。尚実線矢印は暖気流
を、破線矢印は冷気流を示す。手動切換器37を操作する
ことにより、第１流路切換ダンパー９が切り換えられて
第２、第３暖気流通ダクト10が連通し、居住空間12の暖
気は暖気流入・流出口15a から床下空気通路15、第２、
第３暖気流通ダクト10を経て排気窓７から外部へ強制排
出される。また、第２流路切換ダンパー24が切り換えら
れてこれらのダクト８、10と空調室22間が閉鎖されると
共に、該空調室22と冷気流出口20が連通する。更に、第
３流路切換ダンパー33が切り換えられて屋根下通風路３
に進入した暖気が太陽熱集熱槽４、第１暖気流通ダクト
５を経て排気窓７から外部へ強制排出されると共に、暖
気導入管34が第１暖気流通ダクト５から遮断される。ま
た、手動切換器37の操作に連動して切換スイッチ29が図
３の２点鎖線で示すように切り換えられ、第１、第２熱
電冷却素子群26a、26bは冷房運転モードとなる。

【００２６】この第１、第２熱電冷却素子群26a、26b及
び吸気ファン27は電源装置18によって駆動され、このと
きの吸気ファン27の吸引動作により、居住空間12から空
調室22端部の屋内暖気・冷気流入槽23に流入、滞留して
いる暖気がラジエータ25を通過する。暖気はこのラジエ
ータ25通過中に細分断されながら温度降下し、次いで第
１熱電冷却素子群26a、26bと接触して冷却された後、更
に、吸気ファン27を経由して第２熱電冷却素子群26a、2
6bで更に冷却される。この冷気温度は冷房用感温センサ
35a に検知されるが、予め設定した温度（通常は10〜15
℃程度)まで冷却されないと該センサ35a は通電せず、
流路開閉ダンパー32を開放しない。従って、設定温度以
上の場合、フィードバック管を通じて再度吸気ファン27
に戻されて第２熱電冷却素子群26a、26bへの循環を繰り
返すものである。また、第１、第２熱電冷却素子群26
a、26bの排熱暖気は排熱管路30を経て屋根下通風路３に
送られる。

【００２７】このようにして設定温度まで冷却されると
冷房用感温センサ35a が通電して流路開閉ダンパー32が
開き、十分に冷却された冷気が送気ファン28の動作によ
って冷気流出口20を経由して天井壁11の蓄熱層11b へ流
入し、該蓄熱層11b を冷却しつつ徐々に打抜孔21から放
散して居住空間12を冷却する。その後の動作は天井壁11
を挟んだ空調室22と居住空間12との間で自然対流による
循環を繰り返す。尚、第２熱電冷却素子群26a、26bから
流出する冷気温度が再上昇したときは、冷房用感温セン
サ35a の通電制御動作によって流路開閉ダンパー32が閉
じ、再び循環運転が開始されることになるが、実際には
蓄熱層11b の蓄熱効果が時間の経過と共に増大するの
で、建物１の気密性と断熱性が十分に確保されている限
りにおいては、循環運転が頻繁に繰り返されるような事
態は生じない。

【００２８】また、冬季における暖房運転時において
は、図４に示すように、太陽電池16の発電電力と、太陽
熱エネルギーとを併用する形態となる。即ち、手動切換
器37を操作することにより、第１流路切換ダンパー９が
切り換えられて第２、第３暖気流通ダクト10間が遮断さ
れ、第２流路切換ダンパー24が切り換えられて空調室22
と第３暖気流通ダクト10が連通する。また、第３流路切
換ダンパー33が切り換えられて太陽熱集熱槽４と暖気導
入管34が連通し、屋根下通風路３の暖気が該集熱槽４と
暖気導入管34を経て空調室22内に進入する。更に、手動
切換器37の操作に連動して切換スイッチ29が図３の実線
で示すように切り換えられ、第１、第２熱電冷却素子群
26a、26bは暖房運転モードとなる。

【００２９】屋内暖気・冷気流入槽23に滞留した冷気は
冷房運転時と同様にラジエータ25、第１熱電冷却素子群
26a、26b、吸気ファン27及び第２熱電冷却素子群26a、2
6bを経由するが、冷気はこれら熱電冷却素子群26a、26b
と接触して昇温する。尚、この場合、屋内冷気は暖めら
れることにより自然に気流を発生するので、特に吸気フ
ァン27を動作させる必要はないので、スイッチ39をオフ
に切り換えておく。また、第１、第２熱電冷却素子群26
a、26bの冷排気は排熱管路30を通じて屋根下通風路３に
送られた後、太陽熱により加熱される。

【００３０】また、暖房用感温センサ35b で設定温度
（25℃程度）を検知すると、送気ファン28が動作して太
陽熱集熱槽４の暖気を暖気導入管34を通じて吸引すると
共に、この暖気と空調室22で生成された暖気とを第３暖
気流通ダクト10に強制的に押し込み、床下空気通路15に
送る。この床下暖気は土間コンクリートの蓄熱機能によ
り蓄熱され、その一部が徐々に暖気流入・流出口15a よ
り流出し、居住空間12を間断なく暖房するものである。

【００３１】尚、この場合、晴天時においては屋根部２
の太陽熱集熱面2aから取り入れた暖気が主となるもので
あって、空調室22で生成された暖気は、曇天時や雨天
時、或いは降雪時等、日照が期待できないときの補助暖
房として使用されるものである。また、補助暖房の必要
がない場合は、例えばこの空調室22で生成されたエネル
ギーを給湯コイルを使用して給湯装置として利用するこ
ともできる。

【００３２】春季や秋季のように特に空調を要しない季
節には、太陽電池16で発電された電力は周知の直流／交
流変換器を用いて直流から交流に変換することにより、
家庭電気への使用が可能となる。また、太陽熱は給湯へ
の利用ができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の屋内空調シ
ステムによるときは、屋根裏空間と居住空間内とを仕切
る天井壁に空気流入口と冷気流出口とを適宜距離を隔て
て形成すると共に、屋根裏空間と床下空気通路とに亘っ
て暖気流通ダクトを形成し、且つ前記屋根裏空間内に空
調室を配設して、この空調室の一端部を空気流入口に連
通させると共に、他端開口部側に該空調室を前記冷気流
出口と暖気流通ダクトとの一方に選択的に連通させる流
路切換ダンパーを設け、更に、前記空調室内に屋内空気
を強制流入させる吸気ファンと、切換スイッチにより両
極間の電流方向を正逆切換可能な熱電冷却素子とを配設
する一方、この熱電冷却素子及び吸気ファンの駆動電源
を建物外部に設けられた太陽電池と、この太陽電池の発
電電力を蓄電する蓄電池とにより構成したものとした。
このようにペルチェ効果を有する半導体素子電池のよう
な電力消費の少ない熱電冷却素子を使用しているので、
太陽電池による比較的小さい電力であっても、これを蓄
電池と組み合わせることで効果的な空調システムを比較
的安価に作製することができる。しかもエネルギーコス
トが全くかからないので、経済性の問題点を一挙に解決
できる。

【００３４】また、建物の建築時に同時に組み込むもの
であり、全居住室に亘って均等に空調を行えるものであ
るから、一室冷暖房方式の従来システムでは得られない
健康な環境を実現できるものであり、しかも大気汚染等
の環境への悪影響をほぼ完全になくすことができる。

【００３５】更に、エネルギー源を全て晴天時の太陽熱
に頼る従来のソーラーシステムとは異なり、積極的な冷
房を行える上、天候に左右されないという優れた効果を
奏するものである。

【００３６】請求項２によるときは、天井壁の屋内側面
に通気性を有する蓄熱層を張設してあるので、熱電冷却
素子で生成された冷気を蓄熱層に蓄えて、居住空間内に
徐々に放散させることができ、長時間に亘って一層良好
な空調効果が得られる。

【００３７】請求項３によるときは、熱電冷却素子を吸
気ファンの風下側に配置し、且つこの熱電冷却素子と吸
気ファンとの間に熱電冷却素子で冷却された空気を吸気
ファンに戻すフィードバック管路を形成すると共に、こ
のフィードバック管路の流入側と流路切換ダンパーとの
間に感温センサの動作により開閉する流路開閉ダンパー
を設けてあるので、少ない熱電冷却素子数で、十分な冷
却効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明システムの要部拡大断面図

【図２】夏季における使用状態を示す縦断面図

【図３】電気的接続構成の一例を示す回路図

【図４】冬季における使用状態を示す縦断面図

【符号の説明】

１ 建物 ６ 屋根裏空間 10 暖気流通ダクト 11 天井壁 11b 蓄熱層 12 居住空間 15 床下空気通路 16 太陽電池 17 蓄電池 18 電源装置 19 空気流入口 20 冷気流出口 22 空調室 24 流路切換ダンパー 27 吸気ファン 29 切換スイッチ 26a 熱電冷却素子 26b 熱電冷却素子 31 フィードバック管 32 流路開閉ダンパー 35a 感温センサ 35b 感温センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屋根裏空間と居住空間内とを仕切る天井
   壁に空気流入口と冷気流出口とを適宜距離を隔てて形成
   すると共に、屋根裏空間と床下空気通路とに亘って暖気
   流通ダクトを形成し、且つ前記屋根裏空間内に空調室を
   配設して、この空調室の一端部を空気流入口に連通させ
   ると共に、他端開口部側に該空調室を前記冷気流出口と
   暖気流通ダクトとの一方に選択的に連通させる流路切換
   ダンパーを設け、更に、前記空調室内に屋内空気を強制
   流入させる吸気ファンと、切換スイッチにより両極間の
   電流方向を正逆切換可能な熱電冷却素子とを配設する一
   方、この熱電冷却素子及び吸気ファンの駆動電源を建物
   外部に設けられた太陽電池と、この太陽電池の発電電力
   を蓄電する蓄電池とにより構成したことを特徴とする屋
   内空調システム。
2. 【請求項２】 天井壁の下面側に通気性を有する蓄熱層
   を張設してある請求項１の屋内空調システム。
3. 【請求項３】 熱電冷却素子を吸気ファンの風下側に配
   置し、且つこの熱電冷却素子と吸気ファンとの間に熱電
   冷却素子で冷却された空気を吸気ファンに戻すフィード
   バック管路を形成すると共に、このフィードバック管路
   の流入側と流路切換ダンパーとの間に感温センサの動作
   により開閉する流路開閉ダンパーを設けてある請求項１
   の屋内空調システム。