(57)【要約】【課題】地中の配管の保守を容易にし、しかも、室内温度を保つことができる空気還流システムを提供する。【解決手段】建物３の床下７の地中の四方を断熱壁１００で囲い、また、底面を断熱底部１０２で囲って蓄熱層５とする。また、太陽熱集熱パネル１０で発生させた熱を、熱変換器２０により熱交換媒体である不凍液に伝達して加熱する。そして、加熱した不凍液を、温熱管４０を介して、蓄熱層５に埋設した外管３２と内管３４の二重構造を有する地中温熱管３０に供給して、蓄熱層５を暖める。蓄熱層５を暖めることにより、１階の床３ｄ、２階の床３ｃ及び天井３ｅに設けた床貫通孔５０を介して屋根裏８まで上昇する空気を、床下７から屋根裏８まで貫通した換気ダクト６０の内部の換気ファン７０を作動させて、屋根裏８から床下７に還流させることにより屋内の空気を循環させることにより、室内の温度を保つことができる屋内空気還流システム１とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の床下の土地を蓄熱層とし、該蓄熱層に供給する熱を発生させる熱発生手段と、
前記熱発生手段で発生させた熱を熱交換媒体に伝達する熱交換手段と、
前記蓄熱層に敷設され、内部を通過する熱交換媒体の熱を前記蓄熱層に伝達するための地中熱管路と、
前記熱交換手段で前記熱交換媒体に伝達した熱を、前記熱交換媒体を介して前記地中熱管路に供給する熱交換媒体管路と、
前記建物の床に設けられた床貫通路と、
前記建物の床下から屋根裏まで貫通した空気管路と、
前記建物の屋根裏の空気を前記建物の床下まで、前記空気管路を介して移動させる空気移動手段と
を備え、
前記地中熱管路は、外殻と内殻の二重構造となっていることを特徴とする屋内空気還流システム。
【請求項２】
請求項１に記載の屋内空気還流システムにおいて、
前記熱発生手段は、前記建物の屋根に設置される集熱パネルにより集熱される太陽光により熱を発生させることを特徴とする屋内空気還流システム。
【請求項３】
請求項２に記載の屋内空気還流システムにおいて、
前記建物が、屋根上に構造物を有する場合、
前記集熱パネルは、
前記建物の屋根上の構造物から支持されていることを特徴とする屋内空気還流システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の屋内空気還流システムにおいて、
前記蓄熱層は、
前記建物の床下の土地の地中の縦方向の周囲を囲む断熱壁と、前記床下の土地の縦方向の周囲を囲む断熱壁の底面を閉じる断熱底部と、
を備えていることを特徴とする屋内空気還流システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋内の床下から屋根裏まで空気を還流させて、室内の気温を保つための屋内空気還流システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、住宅などの建物が建設されている地中の浅層部に熱交換器（地中熱交換器）を設置し、熱交換媒体と地中との間で熱交換を行い、熱交換された熱交換媒体を用いてヒートポンプとの間で更に熱交換をすることにより住宅の冷暖房を行うヒートポンプ冷暖房システムがあった。
【０００３】
このヒートポンプ冷暖房システムでは、地中熱交換器は、所定の粒径範囲及び粒径分布によって埋設された人工砂礫層及び人工砂礫層内に敷設された熱交換パイプからなり、地上には雨水などの水を貯蔵する貯水タンクが設置され、その貯水タンクから熱交換パイプまで地中に埋設された注水パイプを介して人工砂礫層に水を供給することにより人工砂礫層を水で飽和させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、地中に埋設された熱交換流路にヒートポンプを接続し、ヒートポンプが取り出した熱エネルギーを蓄熱装置に貯蔵し、蓄熱装置に貯蔵した熱を利用して住宅内の冷暖房を行う空調機がある。この空調機では熱交換流路が劣化により損傷した場合、損傷箇所を補修するため熱交換流路の損傷部分の内壁面に既設管渠用を設置する技術がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２１７６０３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４８３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記のヒートポンプ冷暖房システムでは、地中に埋設した注水パイプが経年劣化等により損傷した場合、一度地面を掘り返して注水パイプ全体を交換する必要があるという問題がある。
【０００７】
また、既設管渠用更生材を用いて熱交換流路を補修する技術では、熱交換流路の損傷箇所に内部から既設管渠用更生材を取り付けなければならないため、熱交換流路の直径が比較的大きなもの（例えば下水道）でなければ適用できないという問題や既設管渠用更生材を取り付ける作業が困難であるという問題もある。
【０００８】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、地中の配管の保守を容易にし、しかも、室内温度を保つことができる空気還流システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。
【００１０】
上記「発明が解決しようとする課題」において述べた問題を解決するためになされた発明は、熱発生手段（１０）、熱交換手段（２０）、地中熱管路（３０）、熱交換媒体管路（４０）、床貫通路（５０）、空気管路（６０）及び空気移動手段（７０）を備えた屋内空気還流システム（１）である。
【００１１】
熱発生手段（１０）は、建物（３）の床下（７）の土地を蓄熱層（５）とし、その蓄熱層（５）に供給する熱を発生させるものであり、熱交換手段（２０）は、熱発生手段（１０）で発生させた熱を熱交換媒体に伝達するものである。また、地中熱管路（３０）は、蓄熱層（５）に敷設され、内部を通過する熱交換媒体の熱を蓄熱層（５）に伝達するためのものであり、外殻（３２）と内殻（３４）の二重構造となっている。
【００１２】
熱交換媒体管路（４０）は、熱交換手段（２０）で熱交換媒体に伝達した熱を、熱交換媒体を介して地中熱管路（３０）に供給するものであり、空気管路（６０）は、建物（３）の床下（７）から屋根裏（８）まで貫通した管路であり、空気移動手段（７０）は、建物（３）の屋根裏（８）の空気を建物（３）の床下（７）まで、空気管路（６０）を介して移動させるものである。
【００１３】
このような、屋内空気還流システム（１）は、熱発生手段（１０）で発生させた熱を熱交換手段（２０）で熱交換媒体に伝達し、その熱交換媒体を、熱交換媒体管路（４０）を介して地中熱管路（３０）に供給する。地中熱管路（３０）では、蓄熱層（５）に敷設されており、内部を通過する熱交換媒体の熱を蓄熱層（５）に伝達する。
【００１４】
すると、蓄熱層（５）に蓄積された熱で床下（７）の空気が暖められ、床（３ｄ）に設けられた床貫通路（５０）を通して屋内に導かれる。そして、その空気が屋内を上昇し、屋根裏（８）に蓄積される。この屋根裏（８）に蓄積された暖かい空気を空気移動手段（７０）により空気管路（６０）を介して床下（７）まで移動させる。このようにして、屋内の空気を循環させることにより、屋内の温度を保つことができる。
【００１５】
また、地中の蓄熱層（５）に熱を蓄熱することにより、例えば、太陽光を使用して熱を発生させる場合であっても、雨や曇りなどの天候の影響を受けにくい屋内空気還流システム（１）とすることができる。
【００１６】
さらに、地中熱管路（３０）が、外殻（３２）と内殻（３４）の二重構造となっている。ここで、地中熱管路（３０）のうち経年等で劣化しやすいのは、熱交換媒体が通過する内殻（３４）である。すると、地中に敷設してある地中熱管路（３０）が劣化しても内殻（３４）のみを交換すればよいが、地中熱管路（３０）は、二重構造になっている。したがって、外殻（３２）に沿って、外部から内殻（３４）のみ取り去った後に、内殻（３４）を再度挿入すれば補修することができるため、地中熱管路（３０）の保守を容易に行うことができる。
【００１７】
また、請求項２に記載のように、熱発生手段（１０）は、建物（３）の屋根に設置される集熱パネルにより集熱される太陽光により熱を発生させるようにするとよい。
このようにすると、自然エネルギーである太陽熱を利用して、つまり、省エネルギーかつ低コストで地中の蓄熱層（５）に熱を蓄積させ、屋内の空気を還流させることができ、屋内の温度を保つことができるようになる。
【００１８】
さらに、請求項３に記載のように、建物（３）が、屋根上に構造物（９０）を有する場合、集熱パネルが建物（３）の屋根上の構造物（９０）から支持されているようにするとよい。このようにすると、集電パネルを屋根上に取り付けやすく、しかも、集熱パネルや太陽光発電パネルなどの支持体を屋根に貫通させて支持する方法に比べ、雨漏りなどの屋根の不具合が生じることがなくなり、屋根の耐久性を損なうことがない屋内空気還流システム（１）とすることができる。
【００１９】
さらに、請求項４に記載のように、蓄熱層（５）を、建物（３）の床下（７）の土地の地中の縦方向の周囲を囲む断熱壁（１００）と、床下（７）の土地の縦方向の周囲を囲む断熱壁（１００）の底面を閉じる断熱底部（１０２）と、を備える構造とするとよい。
【００２０】
このようにすると、熱発生手段（１０）で発生させた熱が、地中の断熱壁（１００）及び断熱底部（１０２）によって囲われた部分の地中に蓄積され、蓄積された熱が断熱壁（１００）や断熱底部（１０２）の外側に拡散しないため、蓄熱効率が高い屋内空気還流システム（１）とすることができる。
【００２１】
さらに、蓄熱層（５）の周囲と底面が断熱壁（１００）と断熱底部（１０２）で囲まれているため、断熱壁（１００）と断熱底部（１０２）で囲まれた部分（蓄熱部分）が、その外側の地中の熱変化の影響を受けないようにすることもできるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】屋内空気還流システムの概略の構造を示す図である。
【図２】屋内空気還流システムの概略の構成を示すブロック図である。
【図３】地中温熱管の概略の構造を示す図である。
【図４】太陽熱集熱パネルの建物への概略の取付構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
【００２４】
図１は、本発明が適用された屋内空気還流システム１の概略の構造を示す図であり、図２は屋内空気還流システム１の概略の構成を示す図である。図１に示すように、屋内空気還流システム１は、太陽熱集熱パネル１０、熱変換器２０、地中温熱管３０、温熱管４０、床貫通孔５０、換気ダクト６０、換気ファン７０、循環ポンプ８０及び制御装置１１０を備えており、これらが建物３及び地中６に配置されている。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の建物３は、２階建ての住宅であり、建物３の構造体である躯体３ａ、外壁に取り付けられた断熱材３ｂ、２階の床３ｃ、１階の床３ｄ及び天井３ｅなどを備えている。
【００２６】
建物３の１階の床３ｄ及び天井３ｅには、床貫通孔５０が数か所設けられている。この床貫通孔５０は、暖められた床下７の空気を自然換気により室内及び屋根裏８に取り込むための孔であり、孔の表面には図示しない細孔が穿たれたカバーが被せられており、物が床下７に落下することを防止している。
【００２７】
なお、床貫通孔５０の数及び面積は、床３ｄ及び天井３ｅの面積の大きさや屋内空気還流システム１に求められる換気性能によって決定される。
太陽熱集熱パネル１０は、建物３の床下７の土地を蓄熱層５とし、その蓄熱層５に供給する熱を発生させる装置であり、太陽光を受け、太陽光の赤外線により熱交換媒体である不凍液を加熱する。
【００２８】
熱変換器２０は、図２に示すように、内部に、熱変換用の不凍液を貯蔵しておく熱変換用タンク２０ａと給湯用の温水を貯水しておく給湯用タンク２０ｂの２つのタンクを内蔵しており、太陽熱集熱パネル１０で加熱した不凍液の熱を熱変換用タンク２０ａ内の不凍液に伝達するとともに、熱変換用タンク２０ａの不凍液に伝達した熱を給湯用タンク２０ｂの水に伝達して給湯用の温水とする。
【００２９】
なお、熱変換器２０は、図１に示すように、建物３の外側の地上付近に設置されている。
地中温熱管３０は、蓄熱層５に敷設され、内部を通過する熱交換媒体である不凍液の熱を蓄熱層５に伝達するための配管であり、後述するように外管３２と内管３４との二重構造になっている。
【００３０】
温熱管４０は、熱変換器２０において熱交換媒体である不凍液に伝達した熱を、不凍液を介して地中温熱管３０に供給するためのステンレスなどの金属製の配管であり、熱の放出を防止するために、温熱管４０の外側に図示しない断熱材が巻き付けられている。
【００３１】
換気ダクト６０は、建物３の床下７から屋根裏８まで、１階の床３ｄ及び２階の床３ｃ及び天井３ｅを貫通する直径約２００［ｍｍ］の塩化ビニル製のダクトであり、この中を屋根裏８の空気が、屋根裏８から床下７に向かって流れ、屋根裏８の空気が床下７に還流するようになっている。なお、換気ダクト６０の材質は、装飾性を考慮し、木製や金属製など塩化ビニル以外のものであってもよい。
【００３２】
換気ファン７０は、換気ダクト６０の内部に設置された電動ファンであり、ファンの回転により、換気ダクト６０内部の空気を建物３の床下７まで移動させる。つまり、屋根裏８の暖かい空気を床下７に還流させる。
【００３３】
換気ファン７０の作動・停止及び還流させる空気の流量の制御は、制御装置１１０からの指令信号により行われるようになっている。また、換気ファン７０の性能、つまり、単位時間あたりの流量は、屋内空気還流システム１に求められる換気性能によって決定される。
【００３４】
循環ポンプ８０は、図２に示すように、太陽熱集熱パネル１０、熱変換器２０、地中温熱管３０及び温熱管４０の間に不凍液を循環させるためのポンプであり、制御装置１１０からの指令信号により、作動・停止及び不凍液の流量制御を行うようになっている。
【００３５】
制御装置１１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えており、ＲＯＭに内蔵されたプログラムにより、換気ファン７０や循環ポンプ８０の制御を行うようになっている。
【００３６】
なお、制御装置１１０は、図１に示すように、熱変換器２０とともに、建物３の外側の地上付近に設置されている。
また、図１に示すように、蓄熱層５は、建物３の床下７の土地の地中を厚さ約２００［ｍｍ］の断熱壁１００を埋設して囲い、断熱壁１００で囲った部分の底の部分を断熱底部１０２で閉じた構造となっている。
【００３７】
断熱壁１００及び断熱底部１０２は、ポリスチレンフォーム、硬質ウレタンフォーム、発泡ポリエチレン、フェノールフォームなどのプラスチック系の断熱材、セルロースファイバー、軽量軟質木質繊維ボードなどの自然系の断熱材、グラスウール、発泡ガラスなどの鉱物系の断熱材などで形成されている。
（地中温熱管３０の構造）
次に図３に基づき、地中温熱管３０の構造について説明する。図３は、地中温熱管３０の概略の構造を示す図である。
【００３８】
図３に示すように、地中温熱管３０は、内管３４と内管の外側を覆うように設けられている外管３２との二重構造となっている。内管３４は、不凍液や温水に対して耐久性が高い耐塩素水性材料で形成されており、外管３２は、地中の土壌に含まれる成分に対して耐久性が高い耐候性材料で形成されている。
【００３９】
このように外管３２と内管３４との二重構造とすることにより、内管３４が経年等により劣化した場合であっても、地中に外管３２を残したまま、内管３４だけを交換できるようになっている。
（太陽熱集熱パネル１０の取付構造）
次に、図４に基づき太陽熱集熱パネル１０の取付部分の構造について説明する。図４は、太陽熱集熱パネル１０の建物３への概略の取付構造を示す図である。本実施形態では、図４に示すように、建物３の屋根４の梁の上部に、さらに屋根部９２とそれを支持する側壁部９４とからなる構造物９０が設けられている。
【００４０】
また、太陽熱集熱パネル１０は、屋根４の傾斜面に、太陽光の集光面が傾斜面と一致するように取り付けられている。そして、太陽熱集熱パネル１０の傾斜方向（屋根４の棟に垂直な方向）の側面に取付金具１２が取り付けられている。
【００４１】
構造物９０の側壁部９４には、支持金具９６が取り付けられており、太陽熱集熱パネル１０は、屋根４の傾斜面に載置された状態で、太陽熱集熱パネル１０の取付金具１２と構造物９０の支持金具９６とを金属ワイヤ１４で連結することにより、太陽熱集熱パネル１０を構造物９０の側壁部９４から支持するようになっている。
（屋内空気還流システム１の特徴）
以上に説明した屋内空気還流システム１は、太陽熱集熱パネル１０で発生させた熱を熱変換器２０で熱交換媒体である不凍液に伝達し、その不凍液を、温熱管４０を介して地中温熱管３０に供給する。地中温熱管３０では、蓄熱層５に敷設されており、内部を通過する不凍液の熱を蓄熱層５に伝達するようになっている。
【００４２】
すると、図１の中で二点鎖線の矢印で示すように、蓄熱層５に蓄積された熱で床下７の空気が暖められ、床３ｄに設けられた床貫通孔５０を通して屋内に導かれる。そして、その空気が屋内を上昇し、屋根裏８に蓄積される。この屋根裏８に蓄積された暖かい空気を換気ファン７０により換気ダクト６０を介して床下７まで移動させる。このようにして、屋内の空気を循環させることにより、屋内の温度を保つことができる。
【００４３】
また、地中の蓄熱層５に熱を蓄熱することにより、太陽光を使用して熱を発生させる場合であっても、雨や曇りなどの天候の影響を受けにくい屋内空気還流システム１とすることができる。
【００４４】
さらに、地中温熱管３０が、外管３２と内管３４の二重構造となっている。したがって、地中温熱管３０のうち経年等で劣化しやすい内管３４が劣化しても内管３４のみを交換すればよいため、外管３２に沿って、外部から内管３４のみ取り去った後に、内管３４を再度挿入すれば補修することができるため、地中温熱管３０の保守を容易に行うことができる。
【００４５】
また、建物３の屋根に設置される太陽熱集熱パネル１０により集熱される太陽光により熱を発生させているので、自然エネルギーである太陽熱を利用して、つまり、省エネルギーかつ低コストで地中の蓄熱層５に熱を蓄積させ、屋内の空気を還流させることができ、屋内の温度を保つことができるようになる。
【００４６】
さらに、建物３が、屋根４上に構造物９０を有する場合、集熱パネルが屋根４上の構造物９０から支持されている。したがって、太陽熱集熱パネル１０を屋根４上に取り付けやすく、しかも、太陽熱集熱パネル１０の支持体を屋根４に貫通させて支持する方法に比べ、雨漏りなどの屋根の不具合が生じることがなくなり、屋根の耐久性を損なうことがない屋内空気還流システム１とすることができる。
【００４７】
さらに、蓄熱層５が、建物３の床下７の土地の地中うち、縦方向の周囲を囲む断熱壁１００と断熱壁１００で囲った部分の底の図分を断熱底部１０２で閉じた構造となっている。すると、太陽熱集熱パネル１０で発生させた熱を地中の断熱壁１００と断熱底部１０２によって囲われた部分の地中に蓄積することができ、しかも、蓄積された熱が地中（断熱壁１００や断熱底部１０２の外側に拡散しないため、蓄熱効率が高い屋内空気還流システム１とすることができる。
【００４８】
さらに、蓄熱層５の周囲と底面が断熱壁１００と断熱底部１０２で囲まれているため、断熱壁１００と断熱底部１０２で囲まれた部分（蓄熱部分）が、その外側の地中の熱変化の影響を受けないようにすることもできるようになっている。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
（１）上記実施形態では、熱交換媒体として不凍液を用いたが、水（温水）を用いてもよい。
（２）上記実施形態では、熱発生手段として太陽熱集熱パネル１０を用いたが、太陽光により発電するソーラーパネルを用い、ソーラーパネルで発電した電力によりヒータを加熱し、不凍液を温めるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１… 屋内空気還流システム ３… 建物  ３ａ… 躯体  ３ｂ… 断熱材  ３ｃ… 床  ３ｄ… 床  ３ｅ… 天井  ４… 屋根  ５… 蓄熱層  ６… 地中  ７… 床下  ８… 屋根裏  １０… 太陽熱集熱パネル  １２… 取付金具  １４… 金属ワイヤ  ２０… 熱変換器  ２０ａ… 熱変換用タンク  ２０ｂ… 給湯用タンク  ３０… 地中温熱管  ３２… 外管  ３４… 内管  ４０… 温熱管  ５０… 床貫通孔  ６０… 換気ダクト  ７０… 換気ファン  ８０… 循環ポンプ  ９０… 構造物  ９２… 屋根部  ９４… 側壁部  ９６… 支持金具  １００… 断熱壁  １０２… 断熱底部  １１０… 制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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