(57)【要約】【課題】  簡単な構成で太陽熱を利用して家屋を冷暖房できる装置を実現することを目的とし、既存の家屋にも後から設置できる簡便な空調装置を提供する。【解決手段】  家屋の壁面の外側全面または一部に、この壁面を覆うように熱透過性の板材またはスクリーンを設けて密閉した空間を形成し、この空間の内部の空気を太陽熱で暖めて室内に導入するようにして暖房に係る空調装置を構成した。また、上記空間の底面は、湿潤な地表面または水槽とし、暖めた空気により水蒸気を発生させて加湿するようにした。さらに、前記熱透過性の板材等の上方に開閉自在な窓を設け、前記家屋の床下には外気により水を蒸散させて水を冷却する冷却装置を設け、室内には熱交換器を設け、前記冷却装置と熱交換器の間に前記冷却水が循環する通水管を設けるようにして冷房に係る空調装置を構成した。また、これらを組み合わせて空調装置を構成した。【選択図】  図１
2006349266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
家屋の窓を有する壁面の外側全面または一部に、この壁面を覆うように熱透過性の板材またはスクリーンを設けて密閉した空間を形成し、この空間の内部の空気を太陽熱で暖めて室内に導入することを特徴とした空調装置。
【請求項２】
請求項１記載の空調装置において、上記空間の底面は、湿潤な地表面または水槽とし、暖めた空気により水蒸気を発生させて加湿することを特徴とする空調装置。
【請求項３】
家屋の窓を有する壁面の外側全面または一部に、この壁面を覆うように熱透過性の板材またはスクリーンを設けて密閉した空間を形成すると共に、前記熱透過性の板材またはスクリーンの上方に開閉自在な窓を設け、前記家屋の床下には外気により水を蒸散させて水を冷却する冷却装置を設け、室内には熱交換器を設け、前記冷却装置と熱交換器の間に前記冷却水が循環する通水管を設けたことを特徴とする空調装置。
【請求項４】
上記冷却装置は、仕切膜で仕切られた上層と下層からなり、上層には外気を導入する通気導入管と上記空間に排気する通気管を設ける一方、下層には水を満たし、上層を通過する外気で下層の水を蒸散させて気化熱を発生させて水を冷却し、上記熱交換器との間に設けた通水管に冷却水が循環するようにしたものである請求項３記載の空調装置。
【請求項５】
請求項１記載の空調装置、または、請求項２記載の空調装置のいずれかと、請求項３記載の空調装置を組み合わせて構成したことを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、住宅家屋における空調装置に関し、特に太陽熱を利用して家屋を暖房・加湿し、および、冷房する空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、太陽熱を利用した冷暖房装置として、種々のものが提案され、実用化されている。最も代表的なものとしては、温水循環方式によるものがある。この方式では、屋根等にパイプを配管して水路を形成し、この水路を流れる水を太陽熱で温め、この温水を利用して熱交換ユニットによって室内の空気を暖めるものである。また、温水から涼風を作ることも可能である。一方、近年では、水を介さず、直接、暖めた空気を室内に循環させる方式も提案、実用化されている。この方式では、家屋の壁内に空気の流路を形成しておき、太陽熱で暖められた空気を直接この流路に供給して室内を暖房するものであり、例えば、特許文献１や特許文献２などの空調装置がある。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された「空調装置を備えた家屋」は、外断熱構造とした家屋本体の床下部、壁裏部、小屋裏部等に通風路を配設すると共に、太陽熱集熱装置や熱交換装置を備え、循環ファン等で通風路に暖気を導入して冷暖房を行うものである。また、特許文献２に記載の「家屋への空気取り入れ方法および装置」は、屋根に熱吸収区域と熱反射区域とを設け、寒冷時には、両区域のうち、暖かい方の空気を、また温暖時には、冷たい方の空気を家屋内に取り入れるようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１８９１０２号公報
【特許文献２】特開平１１−１０１４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、温水循環方式は、屋根上の温水パネルや配管、水槽、送水機、熱交換器等、複雑で大型のシステムとなり、設置費がかさむという問題がある。また、各特許文献に示されたような空気を循環させる方式の場合も、壁裏部や小屋裏部等に通風路を配設したり、循環ファンを設置するなど、家屋の建築時から準備しておく必要があり、簡単な構成ではなかった。
【０００６】
本発明では、上記事情に鑑み、簡単な構成で太陽熱を利用して家屋を冷暖房できる装置を実現することを目的とし、既存の家屋にも後から設置できる簡便な空調装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述した各課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、家屋の窓を有する壁面の外側全面または一部に、この壁面を覆うように熱透過性の板材またはスクリーンを設けて密閉した空間を形成し、この空間の内部の空気を太陽熱で暖めて室内に導入するという手段を採用して空調装置を構成したものである。空間は密閉されているので、太陽熱で暖められた空気は空間内を対流し、外気温に比して高温となるので、暖房に利用できるものである。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、上述した請求項１記載の空調装置において、上記空間の底面は、湿潤な地表面または水槽とし、暖めた空気により水蒸気を発生させて加湿するようにして空調装置を構成したものである。冬期の乾燥した空気に加湿して、室内環境を快適なものにするものである。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、家屋の窓を有する壁面の外側全面または一部に、この壁面を覆うように熱透過性の板材またはスクリーンを設けて密閉した空間を形成すると共に、前記熱透過性の板材またはスクリーンの上方に開閉自在な窓を設け、前記家屋の床下には外気により水を蒸散させて水を冷却する冷却装置を設け、室内には熱交換器を設け、前記冷却装置と熱交換器の間に前記冷却水が循環する通水管を設けるという手段を採用して空調装置を構成したものである。熱透過性の板材またはスクリーンの上方に窓を設けることで空間内に上昇気流を発生させ、空間内を負圧にさせることで冷却装置に外気を導入して水蒸散により冷却装置で水を冷却し、この冷却水を熱交換器に循環させて室内を冷房するものである。
【００１０】
そして、冷却装置の具体的構成は、請求項４に記載したように、仕切膜で仕切られた上層と下層からなり、上層には外気を導入する通気導入管と上記空間に排気する通気管を設ける一方、下層には水を満たし、上層を通過する外気で下層の水を蒸散させて気化熱を発生させて水を冷却し、上記熱交換器との間に設けた通水管に冷却水が循環するようにしたものであるという手段を採用した。上述の通り、空間内の上昇気流により空間内が負圧になるので、通気導入管から外気が冷却装置内に入り通気管から上記空間に排気される。このとき、導入した外気が下層の水を蒸散させて気化熱を水から奪って水を冷却し、この冷却水を熱交換器に循環させ、熱交換器で冷風に変えて冷房するものである。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、上記請求項１記載の空調装置、または、請求項２記載の空調装置のいずれかと、請求項３記載の空調装置を組み合わせて空調装置を構成するという手段を採用したものである。各発明は家屋の壁面に熱透過性の板材またはスクリーンを設けて密閉した空間を形成する点で共通し、これに冷却装置および熱交換装置を付加することで、暖房、加湿、冷房に使用できる空調装置を構成することが可能となるものである。
【発明の効果】
【００１２】
上述したように、請求項１に係る発明は、家屋の壁面を熱透過性の板材またはスクリーンで覆って密閉空間を形成し、太陽熱で空間内部の空気を暖めて暖房に使用しようとするものであるから、既存の家屋に簡単に設置でき、安価に暖房に係る空調装置を提供できる。また、太陽熱を利用するので、電気、ガス等の高価なエネルギーを使う必要が無く、省エネルギーであり、二酸化炭素等を発生しないので、クリーンで環境に優しい空調装置を提供できるものである。
【００１３】
また、請求項２に記載した発明は、暖めた空気を利用して地表面から水蒸気を発生させるものであるから、強制的な加湿と異なり、冬期の乾燥した時期に適度な加湿作用が得られるものである。
【００１４】
また、請求項３、４に記載した発明は、上記空調装置の構成に水蒸散による冷却装置と熱交換器を付加することによって、夏期に冷房に係る空調装置として利用することが可能となるもので、上記空調装置と同様、安価で省エネルギーな空調装置を提供できるものである。
【００１５】
さらに、請求項５に記載の発明は、上記各空調装置を組み合わせることで、一年を通じて使用可能な空調装置として構成できるので、簡単に設置できる安価な空調装置を提供できると共に、省エネルギーであり、環境に優しい空調装置を提供できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る家屋の空調装置の好ましい実施形態を、添付した図面について説明する。図１は、暖房・加湿時の基本的構成を示すものである。図１において、１は対象となる家屋であり、図では２階建てを想定しているが、これに限定するものではない。また、熱効率を高めるためには外断熱構造を採用していることが好ましい。２は家屋１の屋根、３は家屋１の壁面、４、４は各階の床面である。一方の壁面には窓５、５が設けられている。この構成は既存の一般の家屋と変わるところはない。６は上記窓５を有する壁面３と一定の距離を置いて、上記壁面３のほぼ全面を覆って設けられたガラス板である。即ち、上記家屋１の壁面３とガラス板６の間に密閉された空間７を形成するものである。このガラス板６は、太陽光（Ｌ）が直接入射するように、南向きの壁面に設置することが好ましい。なお、このガラス板６は壁面３の全面を覆って設けることが好ましいが、壁面３の一部を覆うものであっても良い。
【００１７】
冬期、太陽光（Ｌ）が上記ガラス板６面に入射すると、空間７の空気が太陽熱により暖められ、温度が上昇する。空間７は密閉されているので内部で対流が発生するが、その内部の空気の温度は全体として外気温よりかなり高くなる。この暖められた空気を、窓５を通して室内に導入すると、家屋の断熱構造と相俟って、家屋全体に蓄熱し、各部屋が暖房されることになる。
【００１８】
なお、空間７には床面を設けず、底面は直接、地表面（Ｅ）と接するようにしておく。こうすることにより、暖められた空気によって地表面（Ｅ）から水蒸気が発生し、空気は適度な湿度を保有することになり、加湿効果が期待できる。特に冬期の乾燥した季節には好ましい。この場合、地表面に打ち水をしたり、水を張った水槽を設けるなどして水蒸気の発生をより多くすることもでき、加湿の度合いを調節できる。
【００１９】
上述の構成では、家屋１の壁面３に密閉された空間７を形成して、太陽熱を吸収して空気を暖め、この空気を室内に循環させるものであるから、上記ガラス板６は、これに限定するものではなく、アクリル板やそれに準じた素材など、熱透過性を有する板材であればよい。また、必ずしも剛性を有する必要はなく、柔軟性を有するビニールシート等の熱透過性のスクリーンのようなものであってもよい。即ち、壁面を覆って密閉した空間を形成できるようなものであればよい。なお、採光や景観を考えると、透明であることが好ましいが、半透明であっても良い。また、例えばガラス板等の場合、これを二重構造にすることにより、外気との間に断熱効果が得られるため、ガラス板等から外部への熱流出を防ぐことができる。
【００２０】
続いて、図２は冷房時の基本的構成を示すものである。家屋１の壁面３にガラス板６を設けて空間７を形成することは上記の場合と同様である。ただし、ガラス板６の上端近傍には外側に開く開閉自在な窓８を設けている。９は家屋１の床下に設ける冷却装置で、水の蒸散による気化熱で水を冷却するものであるが、外部からこの冷却装置９に外気を導入する通気導入管１０と冷却装置９から前記家屋壁面３の空間７に連通する通気管１１を有している。夏期、空間７の上記窓８を開放しておくと、太陽熱により空間７内部の空気は暖められ、上昇気流が発生し、窓８から外部に放出される。このとき、空間７の内部は負圧となり、上記冷却装置９の通気導入管１０、通気管１１を通る空気の流れが生じる。この空気の流れにより、後述するように冷水を作り出すものである。１２は室内に設けた熱交換器で、上記冷却装置９から配管した通水管１３に冷却装置で冷却した水を導入し、冷風を作って室内を冷房するものである。
【００２１】
上記冷却装置９について、図３を参照して改めて説明すると、冷却装置９は密閉された容器で構成され、上層９ａと下層９ｂからなる。上層９ａと下層９ｂは吸水性のある仕切膜（図示せず）で仕切られており、上層９ａには上記通気導入管１０から外気が導入され、反対側の通気管１１から前記空間７に排気される。下層９ｂには水が満たされており、仕切膜は、常時濡れた状態に保たれている。上層９ａを暖かい外気が流れると、仕切膜を通して水が蒸散し、気化熱を奪って下層９ｂの水が冷却されることになる。この冷却された水を通水管１３を介して室内の熱交換器１２に導入して、冷房に用い、その水は再び通水管１３を通して下層９ｂに戻っていく。実験によれば、１リットルの水の蒸散で約５８０キロカロリーの冷却能力が得られた。
【００２２】
なお、上述した説明では、暖房・加湿に係る空調装置と冷房に係る空調装置を別々の装置として説明したが、上述の通り、家屋の壁面に熱透過性の板材またはスクリーン（ガラス板やシート等）を設けて空間を形成することは共通しており、この空間に開閉自在な窓を設けておけば、気温の低い冬期には、この窓を閉めて密閉空間を形成し、空間内部の空気を暖めて暖房に利用することができ、気温の高い夏期には、窓を開放して空間内部に上昇気流を発生させ、床下の冷却装置に外気を通して水を冷却し、これを循環させることで冷房として利用できるので、全体を一つの空調装置として構成することも可能である。
【００２３】
いずれにしても、家屋の壁面に熱透過性の板材またはスクリーンを設けて空間を形成するものであるから、既存の家屋にも比較的簡単に設置でき、その費用や手間も多大なものではなく、安価に提供できるものとなった。
【００２４】
また、太陽熱を利用するので、電気、ガス、灯油といった高価なエネルギーを使うことなく室内を冷暖房できるので、省エネルギーであり、環境にも優しい空調装置を、簡便・安価に実現できたものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明装置を暖房・加湿に係る装置として利用する形態を示す説明図である。
【図２】本発明装置を冷房に係る装置として利用する形態を示す説明図である。
【図３】冷却装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    家屋
２    屋根
３    壁面
４    床面
５    窓
６    ガラス板（熱透過性の板材またはスクリーン）
７    空間
８    窓
９    冷却装置
９ａ  上層
９ｂ  下層
１０    通気導入管
１１    通気管
１２    熱交換器
１３    通水管
【図１】
2006349266.tif 000003
【図２】
2006349266.tif 000004
【図３】
2006349266.tif 000005