(57)【要約】【課題】省エネルギーで換気を行うことのできる、換気装置及び換気システムを提供する。【解決手段】家屋の屋根上に配置された集熱箱と、前記集熱箱内に配置された熱放射板と、を具備し、前記集熱箱には、太陽光を前記集熱箱内に入射させる光入射面と、前記集熱箱の内部空間を外部と連通させる外部接続口と、前記内部空間を前記家屋内の部屋と連通させる第１接続口とが設けられており、前記熱放射板は、前記集熱箱内に入射した太陽光により、前記集熱箱内の空気に熱を与えるように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
家屋の屋根上に配置された集熱箱と、
前記集熱箱内に配置された熱放射板と、
を具備し、
前記集熱箱には、
太陽光を前記集熱箱内に入射させる光入射面と、
前記集熱箱の内部空間を外部と連通させる外部接続口と、
前記内部空間を前記家屋内の部屋と連通させる第１接続口とが設けられており、
前記熱放射板は、前記集熱箱内に入射した太陽光により、前記集熱箱内の空気に熱を与えて膨張させるように配置され、
前記集熱箱の空気が膨張することにより、前記家屋内の部屋から前記集熱箱を介して外部へ流れる空気流が生成される
換気装置。
【請求項２】
請求項１に記載された換気装置であって、
前記光入射面は、ガラスにより形成される
換気装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された換気装置であって、
前記熱放射板は、金属板である
換気装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された換気装置であって、
前記熱放射板は、前記集熱箱内で鉛直方向に伸びるように配置されている
換気装置。
【請求項５】
請求項４に記載された換気装置であって、
更に、
前記熱放射板は、少なくとも２面で太陽光を受けるように、折り曲げられている
換気装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載された換気装置であって、
前記屋根上には、前記集熱箱とは異なる位置に、太陽電池が配置されており、
前記太陽電池は、前記屋根との間に隙間が形成されるように配置され、
前記隙間は、一端で前記家屋の外部に連通し、他端で熱交換器に接続されるように形成され、
前記集熱箱には、前記隙間と前記集熱箱の内部とを前記熱交換器を介して連通させる第２接続口が設けられている
換気装置。
【請求項７】
請求項６に記載された換気装置であって、
前記集熱箱の内部空間は、前記熱放射板により、第１室と第２室とに仕切られており、
前記第１接続口は、前記第１室に設けられ、
前記第２接続口は、前記第２室に設けられている
換気装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載された換気装置であって、
前記外部接続口には、網状体が取り付けられている
換気装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載された換気装置であって、
更に、
前記集熱箱の外部に取り付けられ、前記屋根に沿った風が前記外部接続口から前記集熱箱内に導入されることを防止する、防風板
を具備する
換気装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載された換気装置と、
前記家屋と、
を具備する
換気システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載された換気システムであって、
前記家屋には、前記集熱箱の内部を前記部屋の床下に連通させる通気路と、前記通気路に介装され、前記集熱箱から前記床下へ向かう気流を発生させるファンとが設けられている
換気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家屋内の部屋の換気を行う換気装置及び換気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
家屋内に設けられた部屋は、常に新鮮な空気で満たされることが好ましい。このため、換気が行われる。
【０００３】
家屋の換気に関する技術が、特許文献１（実開昭６０ー１７３８３４号公報）に記載されている。特許文献１には、家屋の上部に設けられた換気口と連通する通路及び排気口を設け、棟換気体上部に設置した太陽電池により駆動するファンにより、換気が行われることが記載されている。
【０００４】
特許文献１のように、ファンを用いて換気を行う場合、ファンを動かすために電力が消費される。エネルギー節約の観点から、換気に用いられるエネルギーは、節約されることが望まれる。
【０００５】
【特許文献１】実開昭６０−１７３８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、省エネルギーで換気を行うことのできる、換気装置及び換気システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであり、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
本発明に係る換気装置は、家屋の屋根（１）上に配置された集熱箱（２）を具備する。集熱箱（２）には、太陽光を集熱箱（２）内に入射させる光入射面と、集熱箱（２）内に入射した太陽光により、集熱箱（２）内の空気に熱を与える熱放射板（２１）と、集熱箱（２）の内部を外部と連通させる外部接続口（２８）と、集熱箱（２）の内部を家屋内の部屋（５）と連通させる第１接続口（３２）とが設けられている。熱放射板（２１）は、集熱箱（２）内に入射した太陽光により、集熱箱（２）内の空気に熱を与えて膨張させるように配置されている。集熱箱（２）の空気が膨張することにより、家屋内の部屋から集熱箱（２）を介して外部へ流れる空気流が生成される。
この発明によれば、集熱箱（２）の内部は、太陽光により暖められる。その結果、集熱箱（２）内の空気は、膨張し、外部接続口（２８）から外部へ流れる。集熱箱（２）から外部へ向かう空気の流れにより、第１接続口（３２）を介して部屋（５）から集熱箱（２）内へ空気が導入される。すなわち、部屋（５）の空気は、集熱箱（２）を介して外部へ流れる。この際、空気の流れは自然に発生するので、換気にエネルギーを必要としない。すなわち、省エネルギーで部屋（５）を換気することができる。
【０００９】
その光入射面は、ガラスにより形成されることが好ましい。ガラスは太陽光を効率よく透過させる。ガラスは、強度に関しても優れている。
【００１０】
熱放射板（２１）は、金属板であることが好ましい。金属板は、入射した太陽光を効率よく熱として放射する。
【００１１】
熱放射板（２１）は、集熱箱（３）内で鉛直方向に伸びるように配置されていることが好ましい。熱放射板（２１）が鉛直方向に伸びていることにより、太陽光は大面積で熱放射板に照射される。その結果、集熱箱（２）内の空気を効率よく暖めることができる。
【００１２】
上記の換気装置において、熱放射板（２１）は、少なくとも２面により太陽光を受けるように、折り曲げられていることが好ましい。日本の場合、太陽は東から昇り、西に沈む。また、日中の太陽の位置は南側である。熱放射板（２１）が折り曲げられていることにより、太陽の位置が変化しても、熱放射板（２１）により太陽光を受けることができる。
【００１３】
上記の換気装置において、屋根（１）上には、集熱箱（２）とは異なる位置に、太陽電池（３）が配置されているものとする。太陽電池（３）は、屋根（１）との間に隙間（９）が形成されるように配置されているものとする。隙間（９）は、一端で家の外部に連通し、他端で熱交換器（４）に接続されるように形成されているものとする。このとき、集熱箱（２）には、隙間（９）と集熱箱（２）の内部とを熱交換器（４）を介して連通させる第２接続口（３１）が設けられていることが好ましい。
この発明によれば、集熱箱（２）が発生させる気流により、外気が隙間（９）に導入される。太陽電池（３）により、太陽光のうちの紫外線成分は発電に使用される。しかし、太陽光のうちの赤外線成分は太陽電池（３）により使用されず、熱に変換される。従って、太陽電池（３）の下部において、隙間（９）に取り込まれた空気は、熱せられる。熱せられた空気は、熱交換器４により、熱交換される。熱交換器４により、隙間（９）から送られた空気の熱量を、例えば給湯などに利用することができる。一方、熱交換器４により熱交換の行われた後の空気は、集熱箱（２）に送られ、集熱箱（２）から外部に排気される。このように、本発明によれば、集熱箱（２）が発生させる気流を利用し、太陽光により太陽電池（３）の下部で発生した熱を熱交換器４と交換させることができる。
【００１４】
集熱箱（２）の内部は、熱放射板（２１）により、第１室（２５）と第２室（２６）とに仕切られており、第１接続口（３２）は第１室（２５）に設けられ、第２接続口（３１）は第２室（２６）に設けられていることが好ましい。
【００１５】
外部接続口（２８）には、鳥及び雨水の浸入防止を図る為の網状体（１０）が取り付けられていることが好ましい。
【００１６】
上記の換気装置は、更に、集熱箱（２）の外部に取り付けられ、屋根（１）に沿った風が外部接続口（２８）から集熱箱（２）内に導入されることを防止する、防風板（２９）を具備することが好ましい。
【００１７】
本発明に係る換気システムは、上記の換気装置と、家屋とを具備する。
【００１８】
上記の換気システムにおいて、その家屋には、集熱箱（２）の内部を部屋（５）の床下に連通させる通気路（８）と、通気路（８）に介装され、集熱箱（２）からその床下へ向かう気流を発生させるファン（１１）とが設けられていることが好ましい。
冬場には、部屋（５）を暖めることが望まれる。この発明によれば、集熱箱（２）内で暖められた空気を床下へ送ることができる。これにより、床下に熱を蓄えることができる。床下の熱が部屋（５）内に供給されれば、部屋（５）を暖めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、動力を必要とせず、省エネルギーで換気を行うことのできる、換気装置及び換気システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、説明する。図１は、本実施形態に係る換気システムを示す模式図である。この換気システムは、家屋と、ソーラーベンチレーションボックス２（以下、集熱箱）とを備えている。家屋内には、部屋５が設けられている。本実施形態に係る換気システムは、部屋５の換気を行う為のシステムである。
【００２１】
換気システムの概略構成について説明する。
【００２２】
集熱箱２は、家屋上に配置されている。具体的には、家屋の屋根１上にエアチャンバ３４が設けられており、集熱箱２はそのエアチャンバ３４上に配置されている。集熱箱２の底部は、底板２３により形成されている。底板２３の下部の一部には、断熱材２４が配置されている。集熱箱２において、底部以外の側面は、太陽光が集熱箱２内に入射するように、ガラスにより形成されている。
【００２３】
集熱箱２内には、熱放射板２１が配置されている。熱放射板２１は鉛直方向に延びており、集熱箱２内を第１室２５と第２室２６とに分割している。熱放射板２１は、例えばアルミなどの金属板である。
【００２４】
第１室２５における集熱箱２の底部には、開口３２（第１接続口）が設けられている。この開口３２は、家屋に設けられた自然換気用ダクト６を介して、家屋内の部屋５に接続されている。また、第１室２５には、第１室２５が外部と連通するように、開口２８（外部接続口２８）が設けられている。
【００２５】
本実施形態の換気システムは、上述のような構成により、概略以下のように動作する。中間期（春秋）や夏場の午前中には、集熱箱２に太陽光が入射する。集熱箱２内で、太陽光は、熱放射板２１に照射される。熱放射板２１は、太陽光の照射によるエネルギーを、熱として第１室２５及び第２室２６内に放射する。これにより、第１室２５及び第２室２６内では、空気の温度が上昇する。温度が上昇した空気は、膨張する。第１室２５では、膨張した空気が開口２８を介して外部に流れる。この空気の流れにより、第１室２５には開口３２から空気が導入される。すなわち、部屋５の空気が自然換気用ダクト６を介して第１室２５内に取り込まれる。このようにして、部屋５内の空気は集熱箱２を介して外部へ流れ、部屋５の換気が行われる。部屋５の換気を行う為に、ファンなどの動力を必要とせず、省エネルギーで換気を行うことができる。
【００２６】
集熱箱２の第２室２６は、パッシブソーラーシステムなどに利用される室である。パッシブソーラーシステムは、太陽光を熱エネルギーに変換し、給湯などに利用するシステムである。パッシブソーラーシステムについて以下に説明する。
【００２７】
本実施形態におけるパッシブソーラーシステムは、太陽電池３と、熱交換器４と、通気路８と、蓄熱材７とによって構成される。
【００２８】
太陽電池３は、屋根１上において、集熱箱３と別の位置に配置される。太陽電池３は、屋根１上との間に隙間９が形成されるように配置されている。
【００２９】
図２は、屋根１と太陽電池３との関係を示す斜視図である。太陽電池３は、屋根１のほぼ全面に配置されるが、図２においては、説明の便宜上、太陽電池３の一部が取り除かれた状態が示されている。図２に示されるように、隙間９は、エアチャンバ３４に接続されている。この隙間９により、エアチャンバ３４と外部とが連通している。また、隙間９には、隙間９を流れる空気が外部からエアチャンバ３４へ向かうように、ガイド３３が設けられている。
【００３０】
再び図１を参照する。熱交換器４は、エアチャンバ３４と集熱箱２との間に介装されている。熱交換器４は、屋根１上で太陽光によって発生した熱を、給湯などに利用する為に設けられている。
【００３１】
集熱箱２の第２室２６には、開口３１（第２接続口）と、開口２８とが設けられている。開口３１は、第２室２６の底面に設けられている。第２室２６は、開口３１を介して熱交換器４に接続されている。すなわち、第２室２６は、熱交換器４を介して、隙間９と連通している。また、第２室２６の開口２８は、第１室２５の開口２８と同様に、第２室２６を外部と連通させている。第２室２６と熱交換器４との間には、補助的に気流を発生させる為の排気ファンが介装されている。
【００３２】
通気路８は、家屋内に設けられている。通気路８は、一端で、弁を介してエアチャンバ３４に接続されている。また、通気路８の他端は、床下に接続されている。
【００３３】
蓄熱材７は、家屋の床下に敷き詰められている。
【００３４】
上述した構成のパッシブソーラーシステムの動作について説明する。
【００３５】
夏季には、エアチャンバ３４と通気路８との間の弁が閉じられる。夏季には、第１室２５と同様に、第２室２６内においても空気が暖められ、膨張する。これにより、第２室２６内の空気は、開口２８を介して外部へ流れる。一方、開口３１からは、第２室２６内に空気が導入される。すなわち、外部から隙間９及び熱交換器４を介して第２室２６に流れる空気流が生成される。太陽電池３に入射する太陽光のうち、赤外線成分は太陽電池３により利用されにくく、熱に変換されやすい。そのため、隙間９に導入された空気は、太陽電池３の下部で熱を受け取る。隙間９の空気は、熱交換器４に流れ、熱交換器４との間で熱交換される。これにより、太陽電池３の温度が過度に上昇してしまうことを防止される。また、熱交換器４が受け取った熱は、給湯などのエネルギーとして使用される。空気流の生成が不十分である場合には、第２室２６と熱交換器４間に設けられた排気ファンが駆動され、空気流の不足分が補われる。
【００３６】
このように、夏季には、集熱箱２が、パッシブソーラーシステムにおける空気流の駆動源として利用される。これにより、ファンなどを駆動するエネルギーを用いることなく、隙間９から集熱箱２を介して外部へ流れる空気流を生成することができる。その結果、省エネルギーで、太陽光により発生した熱を熱交換器４により利用することができる。
【００３７】
尚、太陽電池３としては、吸収波長領域の異なる材料同士が積層された構造を有するタンデム型太陽電池を用いることが好ましい。タンデム型太陽電池は、高温時における発電効率に優れており、太陽電池３の温度が多少上昇したとしても、高効率で発電を続けることができる。
【００３８】
上述のパッシブソーラーシステムにおいて、冬季には、エアチャンバ３４と通気路８との間の弁が開かれる。そして、ファンにより、通気路８内をエアチャンバ３４から床下側へと向かう気流が生成される。これにより、集熱箱２の第２室２６内の空気が、エアチャンバ３４及び通気路８を介して、床下へと送られる。既述のように、集熱箱２内では、太陽光により、空気が暖められる。従って、暖められた空気が床下に送られることになる。床下では、暖められた空気により、蓄熱材７が蓄熱される。蓄熱材７に蓄えられた熱は、部屋５に放射される。これにより、部屋５が暖められる。このように、本実施形態では、集熱箱２を利用して、暖房機能を実現することができる。
【００３９】
続いて、集熱箱２の構成について詳細に説明する。
【００４０】
図３は、集熱箱２の外観を示す側面図である。また、図４は、集熱箱２の外観を示す上面図である。図３に示されるように、集熱箱２は、底部と、胴部３５と、天井部２２とを備えている。胴部３５には、水平方向に延びる防風板２９が取り付けられている。
【００４１】
底部は、既述のように、底板２３により形成される（図１参照）。底板２３の下部の一部には、更に、断熱材２４が設けられる。底板２３の構成材料としては、熱放射板２１と同じく、アルミ板が好ましく用いられる。底板２３は、熱放射板２１と同じく、集熱箱２内に入射した太陽光により、集熱箱２内の空気に熱を与える。
【００４２】
胴部３５は、直方体状であり、底部から立ち上がるように配置されている。天井部２２は、胴部３５上に配置されており、四角錘形状である。胴部３５及び天井部２２は、網ガラスにより形成されている。その網ガラスは、フレーム２７により固定される。天井部２２と胴部３５との接続面（天井部２２の底面と胴部３５の上面）には、網ガラスは設けられていない。すなわち、天井部２２の内部空間と胴部３５の内部空間とは連続している。また、天井部２２の縁部分は、胴部３５の上面の縁部分よりも広く形成されている。
【００４３】
図５は、図４のＡＡ’に沿った断面図である。また、図６は、胴部３５と天井部２２との接続部分を示す平面図である。
【００４４】
図５及び図６に示されるように、外部接続口２８は、天井部２２における縁部分と胴部３５の上面の縁部分との間に設けられている。外部接続口２８は、下向きに設けられている。外部接続口２８により、集熱箱２の内部は外部と連通する。集熱箱２の内部の空気は、温度が上昇して膨張したときに、外部接続口２８を介して外部へ流れる。
【００４５】
外部接続口２８には、鳥や雨水の侵入防止を目的として、網状体１０が嵌められている（図５参照）。
【００４６】
集熱箱２内には熱放射板２１が設けられている。熱放射板２１は底部２３から天井部２２の上端にまで延びている。既述のように、この熱放射板２１により、集熱箱２は、第１室２５と第２室２６とに仕切られている。熱放射板２１は、少なくとも２面で太陽光を受けるように、折り曲げられている（図６参照）。太陽は、一日のうちで、時間と共にその位置が変化する。従って、集熱箱２に入射する太陽光の入射方向は、時間の経過と共に変化する。熱放射板２１が折り曲げられていることにより、太陽光の入射方向がどの方向であっても、熱放射板２１により太陽光を受けることができる。これにより、太陽の入射方向によらず、集熱箱２内の空気を暖めることができる。
【００４７】
熱放射板２１としては、太陽光を効率よく熱として放射する観点から、アルミ製の板を用いることが好ましい。また、黒色の板を用いることが好ましい。
【００４８】
図６には、天井部２２と胴部３５の接続部分に加え、底部に設けられた開口３１及び開口３２も描かれている。図６に示されるように、開口３２は、第１室２５の底部に設けられている。第１室２５の開口３２は、二箇所に設けられている。すなわち、自然換気用ダクト（図１参照）は、二本に分岐しており、それぞれが開口３２に接続されている。
開口３１は第２室２６の底部に設けられている。
【００４９】
防風板２９は、外部から集熱箱２内へ風が入ることを防ぐために設けられている。集熱箱２は、屋根上に設けられているので、屋根に沿った風が下方から集熱箱２に吹き上げることがある。外部接続口２８は下向きに設けられているので、風が集熱箱２に逆流することが考えられる。本実施形態では、防風板２９により、集熱箱２内に空気が逆流することが防止される。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、集熱箱２により部屋５が換気される。この際、空気流は自然に生成され、ファンなどを用いる必要がない。従って、換気に要するエネルギーを低減することができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、集熱箱２がパッシブソーラーシステムにおける空気流の駆動源として利用することができる。パッシブソーラーシステムにおいて、自然に風を流すことができるので、太陽光によって生じた熱を省エネルギーで熱交換器４と交換することができる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、集熱箱２内で暖められた空気を床下に送ることにより、冬場の暖房機能を実現することができる。
【００５３】
尚、本実施形態では、集熱箱２として、天井部２２が四角錘状である場合について説明した。しかし、集熱箱２の外形は太陽光が内部へ入射するような構成であればよく、上述した例に限定されない。例えば、天井部２２が半球状に形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】換気システムを示す模式図である。
【図２】太陽電池の配置を示す斜視図である。
【図３】集熱箱を示す側面図である。
【図４】集熱箱を示す上面図である。
【図５】集熱箱の断面図である。
【図６】天井部と胴部との接続部分を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    屋根
２    ソーラーベンチレーションボックス
３    太陽電池
４    熱交換器
５    部屋
６    換気用ダクト
７    蓄熱材
８    通気路
９    隙間
１０  網状体
１１  ファン
２１  仕切り板
２２  天井部
２３  底板
２４  断熱材
２５  第１室
２６  第２室
２７  フレーム
２８  外部接続口
２９  防風板
３１  接続口（パッシブソーラー用）
３２  接続口（換気用）
３３  ガイド
３４  エアチャンバ
３５  側部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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