(57)【要約】【課題】冬期における霜の付着を解消してに室内を効率よく暖房する。極めて簡単な構造で冷房と暖房の両方を実現する。【解決手段】建物用の冷暖房装置は、電流を流して第１の吸放熱面１１から第２の吸放熱面１２に熱を移動させる一対の吸放熱面を有するペルチェ素子１０と、このペルチェ素子１０の第１の吸放熱面１１に熱結合されて建物の室内側に放熱吸熱する放熱吸熱室内メタル２０と、ペルチェ素子１０の第２の吸放熱面１２に熱結合されて、放熱吸熱室内メタル２０が吸熱した熱を室外に放熱する放熱器３０と、放熱吸熱室内メタル２０をジュール熱で加温する電熱ヒータ２５と、この電熱ヒータ２５とペルチェ素子１０とに切り換えて電流を流す電源４０とを備える。電源４０は、放熱吸熱室内メタル２０を冷却する方向にペルチェ素子１０に電流を流して室内を冷房し、電熱ヒータ２５に電流を流して放熱吸熱室内メタル２０を加温して室内を暖房する。【選択図】  図１
2004211915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の吸放熱面(11)と第２の吸放熱面(12)からなる一対の吸放熱面を有し、電流を流して第１の吸放熱面(11)から第２の吸放熱面(12)に熱を移動させるペルチェ素子(10)と、このペルチェ素子(10)の第１の吸放熱面(11)に熱結合されて建物の室内側に放熱吸熱する放熱吸熱室内メタル(20)と、ペルチェ素子(10)の第２の吸放熱面(12)に熱結合されて、放熱吸熱室内メタル(20)が吸熱した熱を室外に放熱する放熱器(30)と、放熱吸熱室内メタル(20)をジュール熱で加温する電熱ヒータ(25)と、この電熱ヒータ(25)とペルチェ素子(10)とに切り換えて電流を流す電源(40)とを備えており、
電源(40)が、放熱吸熱室内メタル(20)を冷却する方向にペルチェ素子(10)に電流を流して室内を冷房し、電熱ヒータ(25)に電流を流して放熱吸熱室内メタル(20)を加温して室内を暖房するようにしてなる建物用の冷暖房装置。
【請求項２】
放熱吸熱室内メタル(20)を直接に電源(40)に接続しており、電源(40)が放熱吸熱室内メタル(20)に電流を流して加温する構造として、放熱吸熱室内メタル(20)と電熱ヒータ(25)を一体構造としている請求項１に記載される建物用の冷暖房装置。
【請求項３】
放熱吸熱室内メタル(20)がアルミニウム、銅、鉄のいずれかの金属、あるいは合金である請求項１に記載される建物用の冷暖房装置。
【請求項４】
放熱吸熱室内メタル(20)が金属プレート、金属線を縦横に連結している金属網、金属線を平行に配設して連結している金属格子のいずれかである請求項１に記載される建物用の冷暖房装置。
【請求項５】
放熱吸熱室内メタル(20)を建物の壁(70)、天井(60)、床(80)のいずれかに配設している請求項１に記載される建物用の冷暖房装置。
【請求項６】
放熱器(30)が、放熱フィン(32)、放熱プレート(31)、熱交換パイプのいずれかである請求項１に記載される建物用の冷暖房装置。
【請求項７】
放熱器(30)が放熱フィン(32)または放熱プレート(31)で、この構造の放熱器(30)を、室外であるが建物内に設けている放熱領域(50)に配設している請求項１に記載される建物用の冷暖房装置。
【請求項８】
天井裏(61)を放熱領域(50)としている請求項７に記載される建物用の冷暖房装置。
【請求項９】
放熱領域(50)を床下(81)に設けている請求項７に記載される建物用の冷暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物用の冷暖房装置に関し、とくにペルチェ素子を使用している冷暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から建物用の冷暖房装置として、コンプレッサーを内蔵するエアコンが使用される。この冷暖房装置は、冷風や温風を吹き出す室内機に蒸発器とファンを装備し、型式としては、床置、壁掛、天井吊り、天井埋込の他、応用例として床吹き出し、壁吹き出し等がある。一方、室外機には圧縮機、凝縮機、ファンが内蔵される。この構造の冷暖房装置は、一般にヒートポンプと呼ばれる。この冷暖房装置は、媒体を圧縮して高温とし、減圧して低温となる性質を利用するもので、媒体にはフロンガスを使用している。フロンガスは、近年オゾン層を破壊する原因といわれ、深刻な問題となって代替フロンが開発されている。
【０００３】
ヒートポンプ式の冷暖房装置は、家庭用エアコンや小中規模程度までの建物には主流となっている空調機である。上記の他に、大規模建物の冷温熱源としては電気による電動冷凍機、電気ボイラー、石油やガスなどの化石燃料を使用した吸収冷凍機、ボイラー、直焚き冷温水発生機がある。また、近年では、太陽熱や地熱、地下水等の自然エネルギーを利用した機種が開発されている。
【０００４】
これからのエネルギーを利用した熱源機器を中央に設置し、冷水・温水を発生させてパイピングにより冷温水を循環し、室内放熱機で空調するシステムも使用される。いずれにしても、冷媒・水方式共、夏季の冷房時は５℃〜７℃、暖房時は５０℃〜５５℃とし、これを室内放熱機に循環させている。室内放熱機に内蔵されたファンは、冷風や温風を吹き出して、冷房時は２５℃〜２７℃、暖房時は２０℃〜２２℃の室温を維持する。この空調方式は、専門用語で“完全拡散混合空調方式”と呼ばれる。
【０００５】
一方、風を吹き出さない空調方式として、床暖房が広く承知されている。また、特殊な例として床や壁のコンクリート内にパイプを埋設して、そのパイプに冷温水を循環しその幅射効果をねらった方式もあるが、このタイプの冷暖房装置は設備費が高価である。したがって、空調の吹き出しによる風切り音を極限まで小さくしたい音楽ホールや高級住宅の寝室、クアハウスのリラクゼーションルーム等にまれに採用される程度である。
【０００６】
２１世紀は、地球環境を配慮したやさしいシステムであることが不可欠である。キーワードは、“安全”“コスト縮減”“メンテナンスフリー（長寿命）”他である。このことを実現するには、下記項目に注視することが重要である。
(1)  省資源・省コストであること
そのためには、小型・軽量である素材を使った製品が必要となる。
(2)  フロン等の冷媒ガスを使用しないこと。
オゾン層の破壊や地球温暖化に配慮した製品でなければ自然環境を破壊する。
(3)  信頼性が高い。
特に難しい原理や動作を必要としないで、簡単な機構で冷暖房できること。
(4)  長寿命・メンテナンスフリー
圧縮機・ファン等の機械的可動部品が少なくて、冷暖房が可能となる機構。
従来のコンプレッサーは、機械的に金属疲労する部品があり、しかも圧縮するために振動や騒音を皆無にできず、長寿命にするのが難しい。
(5)  ひとつで冷暖房が可能
簡単な機構で冷却・加温の両方が可能な素材であること。
(6)  低位の温度帯に注目
従来のように冷却に５℃〜７℃と低温の液体を使用し、暖房には５０℃〜５５℃と高温に加熱された液体を使用するとエネルギーロスが多くなる。
【０００７】
さらに、快適な空調を実現するためには以下のことが大切となる。
(1)  頭寒足熱
従来の冷暖房装置である拡散混合空調方式では逆となっており、なおかつ温度差が大きいので室内全体を快適にするのが難しい。
(2)  風のない空調
風が人体に直接当ると快適な冷暖房は実現できない。とくに冷風が直接に当たると健康に好ましくない。温風が直接にあたっても快適ではない。
(3)  音のない空調
従来の冷暖房装置に装備されるファンは、騒音レベルを低下できるが、騒音を低くすると冷暖房の効率も低下する。このため、騒音レベルを極めて低くするのが難しい。とくに、ファンの騒音を皆無には原理的にできない。
【０００８】
さらに、地球環境への配慮を考慮すると以下のことが要求される。
(1)  省エネ
熱エネルギーの搬送動力を少なくして省エネルギーにできる。
(2)  安全かつ長寿命
危険要因となるエネルギーを用いない。たとえば油やガスを燃焼させる方式は、燃焼温度が極めて高いので、火災等の種々の弊害の原因となる。また機械的に運動する部品を用いるので、機械疲労や摩耗により極めて長寿命化できない。
(3)  熱の有効利用
本来、空調に求められている温度は２０℃〜２７℃程度の温度帯である。この温度に制御するために、従来の冷暖房装置は、石油やガスを燃焼させて数百度の高温の熱源を使用しているが、温度差が甚だしく熱を直接に高効率に利用するのが難しい。
【０００９】
本発明者は、従来の冷暖房装置が有する以上の欠点や問題を解決することを目的として、ペルチェ素子を使用する冷暖房装置を開発した（特許文献１参照）。ペルチェ素子を使用する冷暖房装置は、簡単な構造で電流の方向を切り換えて冷房と暖房の両方に使用できる。また、コンプレッサ等の機械的な可動部分がないので長寿命でメンテナンスフリーにでき、しかもファン等の騒音を皆無にして極めて静かで快適に冷暖房を実現する。
【００１０】
【特許文献１】
特願２００２−０３６０５７号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この冷暖房装置は冬期に効率よく暖房できない欠点がある。それは、外気から熱を吸収する吸熱器に付着する霜を除去するのが難しいからである。ペルチェ素子の暖房は、冷媒をコンプレッサで加圧して閉回路内で循環させる従来の冷暖房装置のように、冷媒の循環を切り換えて霜取り動作をできない。ペルチェ素子で霜取りのために吸熱器を加温する場合、電流の方向を切り換える必要がある。電流の方向を切り換えて室外の吸熱器を加温すると、室内に配設している加温用の放熱器が強制的に冷却される状態となる。コンプレッサを使用するヒートポンプ式の暖房装置は、室内に強制的に送風して冷暖房するので、霜取りするときに強制送風を停止することができる。このため、霜取りするときに室内を暖房する熱交換器が冷却されても、強制送風しないので室内を冷却することはない。しかしながら、ペルチェ素子を使用している暖房は、静かな冷暖房を特徴とするので強制送風する機構がない。このため、室内の設けられる放熱吸熱室内プレートは、強制送風しないで室内を暖房できるように設置される。このため、霜取りのときに放熱吸熱室内プレートが冷たく冷却されると、これが室内を冷却してしまう欠点がある。この弊害は室外に設置される吸熱器に霜が付かないようにして解消できるが、吸熱器に霜が付着するのを皆無にするのは原理的にできない。それは、屋外の温度が０℃以下の状態で、室内を暖房するかぎり吸熱器の温度が０℃以下になって霜が付着するからである。
【００１２】
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、冬期における霜の付着を解消してに室内を効率よく暖房できると共に、放熱吸熱室内プレートをペルチェ素子で冷却して、電熱ヒータで加温する独特の構造により、簡単な構造で冷暖房の両方を実現し、しかも極めて長寿命であってメンテナンスを簡単にでき、さらに、ファン等の騒音をなくして静かで快適な冷暖房を実現できる正に理想的な状態で冷暖房できる建物用の冷暖房装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の建物用の冷暖房装置は、第１の吸放熱面１１と第２の吸放熱面１２からなる一対の吸放熱面を有し、電流を流して第１の吸放熱面１１から第２の吸放熱面１２に熱を移動させるペルチェ素子１０と、このペルチェ素子１０の第１の吸放熱面１１に熱結合されて建物の室内側に放熱吸熱する放熱吸熱室内メタル２０と、ペルチェ素子１０の第２の吸放熱面１２に熱結合されて、放熱吸熱室内メタル２０が吸熱した熱を室外に放熱する放熱器３０と、放熱吸熱室内メタル２０をジュール熱で加温する電熱ヒータ２５と、この電熱ヒータ２５とペルチェ素子１０とに切り換えて電流を流す電源４０とを備える。電源４０は、放熱吸熱室内メタル２０を冷却する方向にペルチェ素子１０に電流を流して室内を冷房し、電熱ヒータ２５に電流を流して放熱吸熱室内メタル２０を加温して室内を暖房する。
【００１４】
本発明の建物用の冷暖房装置は、放熱吸熱室内メタル２０を直接に電源４０に接続して、電源４０が放熱吸熱室内メタル２０に電流を流して加温する構造とし、放熱吸熱室内メタル２０と電熱ヒータ２５を一体構造とすることができる。
【００１５】
放熱吸熱室内メタル２０は、アルミニウム、銅、鉄等の金属、あるいは合金であって熱伝導の優れたものが適している。さらに、放熱吸熱室内メタル２０は金属プレート、金属線を縦横に連結している金属網、金属線を平行に配設して連結している金属格子等が使用できる。放熱吸熱室内メタル２０は、建物の壁７０、天井６０、床８０のいずれかに配設できる。
【００１６】
放熱器３０は、放熱フィン３２、放熱プレート３１、熱交換パイプのいずれかとすることができる。放熱フィン３２または放熱プレート３１である放熱器３０は、室外であるが建物内に設けている放熱領域５０に配設することができる。放熱領域５０は、天井裏６１に設けることも、床下８１に設けることもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための建物用の冷暖房装置を例示するものであって、本発明は冷暖房装置を下記のものに特定しない。
【００１８】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１９】
図１に示す建物用の冷暖房装置は、第１の吸放熱面１１と第２の吸放熱面１２からなる一対の吸放熱面を有するペルチェ素子１０と、このペルチェ素子１０の第１の吸放熱面１１に熱結合されて建物の天井６０、床８０、壁７０等の室内側に配設される放熱吸熱室内メタル２０と、ペルチェ素子１０の第２の吸放熱面１２に熱結合されて、放熱吸熱室内メタル２０が吸熱した熱を室外に放熱する放熱器３０と、放熱吸熱室内メタル２０をジュール熱で加温する電熱ヒータ２５と、この電熱ヒータ２５とペルチェ素子１０のいずれかに切り換えて電流を流して、室内の冷房と暖房を切り換える電源とを備える。
【００２０】
ペルチェ素子１０の原理図を図２に示す。この図に示すように、ペルチェ素子１０は、ｐ型半導体１３とｎ型半導体１４を直列に接続しており、ｐ型半導体１３とｎ型半導体１４に通電できるように一対の出力電極１５を接続している。一対の出力電極１５を直流電源４０に接続して、矢印で示すように電子を流すと、一方の端面で吸熱して他方の端面で放熱する。この図において、仮にペルチェ素子１０の上面を第１の吸放熱面１１として、下面を第２の吸放熱面１２とすると、図に示す電流方向においては、第１の吸放熱面１１から第２の吸放熱面１２に熱を強制的に移動できる。したがって、第１の吸放熱面１１を建物の室内側に配設し、第２の吸放熱面１２を室外側に配設して図に示す方向に通電すると、第２の吸放熱面１２で放熱し、第１の吸放熱面１１が冷却されて室内を冷房できる。
【００２１】
ところで、ペルチェ素子１０は、電流の方向を逆にすると、第１の吸放熱面１１で放熱して第２の吸放熱面１２で吸熱する。したがって、電流の方向を切り換えて室内を暖房し、または冷房できる。ただ、本発明の冷暖房装置は、室内の暖房をペルチェ素子１０でなくて電熱ヒータ２５で放熱吸熱室内メタル２０を加温して行う。ただ、ペルチェ素子で室内の暖房をすることも原理的には可能であるので、電流の方向を切り換えて流して、ペルチェ素子１０を暖房に使用することもできる。
【００２２】
ペルチェ素子１０は、室内の広い面積で吸熱して効率よく冷房できるように、第１の吸放熱面１１に放熱吸熱室内メタル２０を熱結合する状態で連結しており、第２の吸放熱面１２には放熱器３０を熱結合する状態で連結している。放熱吸熱室内メタル２０は建物の室内側に配設されて、放熱器３０は室外に配設される。図１の建物は、放熱吸熱室内メタル２０を天井６０と床８０と壁７０の室内側に配設している。放熱吸熱室内メタル２０は、アルミニウム、銅、鉄、あるいは合金等の金属製である。さらに、放熱吸熱室内メタルは、金属プレート、金属線を縦横に連結している金属網、金属線を平行に配設して連結している金属格子等を平面状としたものである。
【００２３】
放熱吸熱室内メタル２０は、建物の室内側に放熱し、あるいは吸熱するように、建物の壁７０、天井６０、床８０等に固定される。図３は、放熱吸熱室内メタル２０を固定している建物の壁構造の一例を示す。この図の壁７０は、放熱吸熱室内メタル２０の室内側表面に調湿層９０を積層している。放熱吸熱室内メタル２０は、反対側の表面にも調湿層９０を積層している。調湿層９０は、湿度が高くなると水蒸気を吸湿し、湿度が低くなると吸湿した水分を放出する層である。この調湿層９０は、多孔質な無機質材や木材で構成される。多孔質な無機質材の調湿層９０は、珪藻土やゼオライト等を通気性がある状態にバインダーで固めた層である。木材の調湿層９０は、板状に加工している木材を、放熱吸熱室内メタル２０の表面に張設している層である。
【００２４】
室内側表面に調湿層９０を設ける構造は、冷房するときに室内側表面に結露するのを防止できる。調湿層９０が結露水を吸湿するからである。さらに、調湿層９０は、室内の湿度が低くなるときには、吸湿した水分を放出して室内湿度を快適な湿度に調整する働きもする。
【００２５】
さらに、図３の壁構造は放熱吸熱室内メタル２０の両面に調湿層９０を設けているので、放熱吸熱室内メタル２０の両面に結露が生じるのを防止できる。この図は壁構造を示しているが、床８０や天井６０も図１の一部拡大断面図に示すように、放熱吸熱室内メタル２０の室内側表面に調湿層９０を設けて、室内側に結露するのを防止できる。
【００２６】
放熱吸熱室内メタル２０は、必ずしも壁７０と天井６０と床８０の全体に固定する必要はない。図４は、壁面の一部に放熱吸熱室内メタル２０を固定する状態を示す。天井や床にも全体でなく一部に放熱吸熱室内メタルを固定して、室内全体を冷暖房できる。
【００２７】
さらに、放熱吸熱室内メタル２０は、ペルチェ素子１０では加温されず、電熱ヒータ２５で加温される。電熱ヒータ２５は、ジュール熱で放熱吸熱室内メタル２０を加温する。放熱吸熱室内メタル２０は、これに直接に電流を流して加温することができる。この放熱吸熱室内メタル２０は、図５に示すように、直接に電源４０に接続される。図に示す放熱吸熱室内メタル２０は、全体に通電してジュール熱を発生できるように、複数の線状絶縁部２１で絶縁してひとつの通電路を設けている。線状絶縁部２１は、たとえば、放熱吸熱室内メタル２０を両端縁から中央方向に直線状に切断して設けることができる。複数の線状絶縁部２１は、両端縁から中央方向に交互に位置をずらして設けており、放熱吸熱室内メタル２０をひとつの通電路として、図の矢印で示すように通電できるようにしている。電源４０は、放熱吸熱室内メタル２０に電流を流して加温する。この構造の放熱吸熱室内メタル２０は、電熱ヒータ２５を一体構造とするので、別に電熱ヒータを固定する必要がない。ただ、放熱吸熱室内メタルの表面に電熱ヒータを固定し、この電熱ヒータに通電して放熱吸熱室内メタルを加温することもできる。
【００２８】
放熱器３０は、放熱フィン３２、放熱プレート３１、熱交換パイプ（図示せず）のいずれかである。放熱フィン３２または放熱プレート３１である放熱器３０は、室外であって建物内の放熱領域５０に配設され、あるいは建物の外部に配設される。放熱器３０を建物の外部に配設する構造は、強制的に送風することなく、簡単な構造で放熱あるいは吸熱できる。熱交換パイプは、ペルチェ素子の第２の吸放熱面に熱結合するように固定される。熱交換パイプは、内部に冷却水を通過させて、第２の吸放熱面を冷却して吸熱する。また、熱交換パイプは、温水や水を通過させて、第２の吸放熱面に熱を供給する。熱交換パイプは、建物外に設置しているチラー等に連結される。チラーは、熱交換パイプに循環される水を外気で冷却し、あるいは外気の熱を吸収して循環水に熱エネルギーを供給する。
【００２９】
図６は、放熱器３０を建物の換気回路５２に配置する構造を示す。この図に示す建物は、吸入する外気の新鮮空気と排気する室内空気とを熱交換させる全熱交換機５３を備える。全熱交換機５３は、排気する室内空気でもって、吸入する外気を加温しあるいは冷却する等の熱交換をし、さらに湿度も調整する。この全熱交換機５３は、たとえば三菱電機製のロスナイ（登録商標）である。この建物は、新鮮空気の吸入路５４と室内空気の排気路５５との間に全熱交換機５３を連結している。吸入路５４と排気路５５には、空気を強制送風する吸入ファン５６と排気ファン５７を設けている。吸入路５４の空気は全熱交換機５３で温度と湿度が調整された室内に供給される。排気路５５の空気は、吸入路５４の空気を冷却し、あるいは加温し、さらに湿度を調整して室外に排気される。
【００３０】
さらに、図の建物は、吸入路５４と排気路５５の間にバイパス路５８を設けて、吸入した外気の一部をバイパスして排気している。吸入した空気の一部を排気するために、吸入ファン５６は排気ファン５７よりも大量の空気を強制送風する大容量のものを使用する。バイパス路５８は、全熱交換機５３よりも室外側に連結して、ここに放熱器３０を配設している。バイパス路５８を通過する空気は、放熱器３０に強制送風されてこれを冷却する。この建物は、吸入される空気の一部をバイパス路５８でバイパスして外部に排気し、残りの一部を室内に新鮮空気として供給する。そして、バイパス路５８に強制送風される空気で放熱器３０を冷却する。さらに、図の鎖線で示すように、排気路５５に放熱器３０を配置することもできる。排気路５５は、冷房された室内空気を全熱交換機５３で熱交換して排気されるが、外気温度よりも低温の空気を排気する。したがって、排気路５５に配置される放熱器３０は、涼しい空気で冷却される。ただ、室内空気は、温度は低いが風量が少ない。このため、バイパス路５８と全熱交換機５３との間に放熱器３０を設ける構造は、さらにバイパス路５８にも放熱器３０を設け、あるいはバイパス路５８よりも室外側に放熱器３０を設けて、複数の放熱器３０でペルチェ素子１０を冷却する。図６に示すように、室内空気を換気する換気回路５２に放熱器３０を設ける構造は、専用の吸入路や排気路を設ける必要がなく、また放熱器３０に強制送風する専用のファンを設ける必要もない。このため、簡単な構造で設備コストを著しく低減して、効率よく放熱器３０を冷却できる。
【００３１】
図７ないし図１３は、建物にペルチェ素子１０と放熱吸熱室内メタル２０と放熱器３０を固定する断面図を示す。図７と図８は、ペルチェ素子１０で天井６０を冷却または加温する天井６０の断面構造を示す。この図は、天井６０の室内側に放熱吸熱室内メタル２０を固定している。この放熱吸熱室内メタル２０は、天井６０に固定しているペルチェ素子１０の第１の吸放熱面１１に熱結合する状態で固定している。ペルチェ素子１０の上面にある第２の吸放熱面１２は、放熱器３０である放熱プレート３１または放熱フィン３２を固定している。放熱吸熱室内メタル２０と放熱プレート３１の間には、プラスチック発泡体等の断熱材９２を入れて断熱している。放熱吸熱室内メタル２０の室内側表面には、調湿層９０を設けている。調湿層は、放熱吸熱室内メタルの両面に設けることもできる。ただ、放熱吸熱室内メタルの室内側表面は、必ずしも調湿層を設ける必要はなく、塗装し、あるいは表面シートを接着して表面処理することもできる。
【００３２】
図９ないし図１２は、ペルチェ素子１０で壁７０を冷却または加温する壁７０の断面構造を示す。これ等の壁構造は、ペルチェ素子１０の第１の吸放熱面１１に熱結合して固定している放熱吸熱室内メタル２０を壁７０の室内側に固定している。放熱吸熱室内メタル２０の室内側表面には、調湿層９０を設けている。調湿層は、放熱吸熱室内メタルの両面に設けることもできる。ただ、放熱吸熱室内メタルの室内側表面は、調湿層を設けることなく塗装し、あるいは表面シートを接着して表面処理することもできる。放熱吸熱室内メタル２０の裏面にはプラスチック発泡体等の断熱材９２を張設している。断熱材９２は、放熱吸熱室内メタル２０を断熱して効率よく室内を冷暖房する。図９の壁構造は、ペルチェ素子１０の第２の吸放熱面１２に放熱器３０である放熱プレート３１を熱結合して固定している。図１０の壁構造は、放熱器３０として放熱フィン３２を使用している。これ等の壁構造は、室外であるが建物内である壁７０の内部に放熱領域５０を設けて、この放熱領域５０に放熱プレート３１や放熱フィン３２等の放熱器３０を配設している。図１１の壁構造は、ペルチェ素子１０を天井裏６１に配設している。この壁構造は、壁７０の室内側に固定している放熱吸熱室内メタル２０を天井裏６１に突出するように延長して、天井裏６１でペルチェ素子１０の第１の吸放熱面１１に連結している。放熱吸熱室内メタル２０の裏面には、断熱材９２を固定している。この構造は、壁７０内にペルチェ素子１０を配置しないので、壁７０の構築を簡単にできる。さらに、図１２の壁構造は、放熱吸熱室内メタル２０を壁７０の室内側に固定し、放熱器３０である放熱プレート３１を建物の外壁として建物外に配設している。放熱器３０である放熱プレート３１と放熱吸熱室内メタル２０の間に断熱材９２を設けて断熱している。この構造は、放熱プレート３１を建物の外壁プレート７１に併用できる。また、放熱器３０を建物外に配設するので、外気に直接に排熱できる。図に示す壁構造は、壁７０が厚いので、ペルチェ素子１０の第２の吸放熱面１２には、熱結合材３３を介して放熱器３０を熱結合するように連結している。
【００３３】
図１３は、床構造を示す。この床構造は、床８０の上面である室内側に放熱吸熱室内メタル２０を固定している。放熱吸熱室内メタル２０の上面には、調湿層９０を設けている。調湿層は、放熱吸熱室内メタルの両面に設けることもできる。ただ、放熱吸熱室内メタルの上面には、調湿層を設けることなく敷物を敷き、あるいは木材を薄くスライスした突板を接着して表面処理することもできる。床８０の内部には、ペルチェ素子１０を配設している。ペルチェ素子１０の第２の吸放熱面１２には、放熱器３０である放熱プレート３１を熱結合する状態で連結している。放熱器３０である放熱プレート３１は、床下８１の放熱領域５０に配設している。
【００３４】
以上の建物は、天井裏６１と床下８１と壁７０内に、ペルチェ素子１０の放熱器３０を配設する放熱領域５０を設けている。この放熱領域５０は、ファンで強制的に外気を換気し、あるいは自然対流させて外気を換気させる。放熱領域５０に換気される空気は、室内を冷房するときに放熱器３０を冷却し、暖房するときには放熱器３０に熱エネルギーを供給する。夏期に室内を冷房するときは、床下８１の冷たい空気を壁７０内から天井裏６１に移動させて、天井裏６１から室外に排気する。このように外気を換気させると、放熱領域５０に通過させる空気温度を低くして、放熱器３０を効率よく冷却できる。反対に冬期に室内を暖房するときは、暖かい天井裏６１の空気を壁７０から床下８１に移動させて、床下８１から外部に排気する。このように換気すると、天井裏６１で暖かく加温された空気で放熱器３０を加温して効率よく室内を暖房できる。
【００３５】
ペルチェ素子１０は、電流の方向で冷房と暖房に切り換えできるが、本発明の装置は、ペルチェ素子１０を冷房のみに使用し、暖房は電熱ヒータ２５で行う。図１４は、電源４０のブロック図である。この電源４０は、ＡＣ電源４５からの入力を、ペルチェ素子１０と電熱ヒータ２５に切り換える切換スイッチ４２を備える。切換スイッチ４２を制御回路４３で切り換えて、ペルチェ素子１０に電流を流して冷房し、電熱ヒータ２５に電流を流して暖房する。すなわち、ペルチェ素子１０と電熱ヒータ２５に切り換えて通電して、室内の冷房と暖房を切り換える。このとき、ペルチェ素子１０には、交流直流変換回路４６で直流に変換された電流が通電される。さらに、図の電源４０は、温度センサー（図示せず）でオンオフに切り換えられる制御スイッチ４４を備える。制御スイッチ４４は、温度センサーで検出される室内温度でオンオフに切り換えられて、室内温度を設定値に制御する。
【００３６】
図１の建物は、床下８１と壁７０と天井裏６１の放熱領域５０に外気を循環させているが、床下の放熱領域と、壁の放熱領域と、天井裏の放熱領域を独立させて、各々に外気を循環させることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の冷暖房装置は、極めて簡単な構造で冷房と暖房の両方を実現することができる。とくに本発明は、ペルチェ素子で放熱吸熱室内メタルを冷却して室内を冷房し、電熱ヒータで放熱吸熱室内メタルを加温して室内を暖房するので、放熱吸熱室内メタルを冷却または加温して冷暖房する。すなわち、放熱吸熱室内メタルを冷暖房に併用するものであるが、暖房にペルチェ素子を使用することなく電熱ヒータを使用する。このため、放熱吸熱室内メタルで冷暖房しながら、室内を暖房するときには、ペルチェ素子で加温するように室外で霜が発生することがない。ペルチェ素子は、電流の方向を切り換えて放熱吸熱室内メタルを加温して暖房することはできる。ただ、この方法で室内を暖房すると、外気から熱を回収する室外の吸熱器に霜が付着し、霜を速やかに除去できなくなってしまう。本発明は、暖房時には放熱吸熱室内メタルを電熱ヒータで加温するので、霜の発生を皆無にして、連続して室内を効率よく暖房できる特長がある。
【００３８】
さらに、本発明の冷暖房装置は、ペルチェ素子と電熱ヒータで冷暖房するので、従来のヒートポンプ式の冷暖房装置のようにコンプレッサ等の可動部分を皆無にできる。このため、極めて長寿命であってメンテナンスを簡単にでき、しかも、ファン等の騒音をなくして静かで快適な冷暖房を実現できる正に理想的な状態で冷暖房できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる冷暖房装置を備える建物の概略構成図
【図２】ペルチェ素子の原理を示す概略図
【図３】建物の壁構造の一例を示す断面図
【図４】建物の壁構造の他の一例を示す断面図
【図５】電熱ヒータに併用する放熱吸熱室内メタルの正面図
【図６】建物の換気回路を示す概略図
【図７】建物の天井構造の他一例を示す拡大断面図
【図８】建物の天井構造の他の一例を示す拡大断面図
【図９】建物の壁構造の他の一例を示す拡大断面図
【図１０】建物の壁構造の他の一例を示す拡大断面図
【図１１】建物の壁構造の他の一例を示す拡大断面図
【図１２】建物の壁構造の他の一例を示す拡大断面図
【図１３】建物の床構造の一例を示す拡大断面図
【図１４】電源の一例を示すブロック図
【符号の説明】
１０…ペルチェ素子
１１…第１の吸放熱面
１２…第２の吸放熱面
１３…ｐ型半導体
１４…ｎ型半導体
１５…出力電極
２０…放熱吸熱室内メタル
２１…線状絶縁部
２５…電熱ヒータ
３０…放熱器
３１…放熱プレート
３２…放熱フィン
３３…熱結合材
４０…電源
４２…切換スイッチ
４３…制御回路
４４…制御スイッチ
４５…ＡＣ電源
４６…交流直流変換回路
５０…放熱領域
５２…換気回路
５３…全熱交換機
５４…吸入路
５５…排気路
５６…吸入ファン
５７…排気ファン
５８…バイパス路
６０…天井
６１…天井裏
７０…壁
７１…外壁プレート
８０…床
８１…床下
９０…調湿層
９２…断熱材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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