(57)【要約】【課題】室内を冷房する吸熱室内メタルの表面に結露水が付着するのを有効に防止しながら、少ない消費電力で効率よく室内を冷房する。【解決手段】冷房装置を備える建物は、ペルチェ素子で冷却される冷房用の吸熱室内メタル２０を室内に配設しており、この吸熱室内メタル２０をペルチェ素子で冷却して室内を冷房する。吸熱室内メタル２０の室内側表面には、水分を吸収する調湿層９０を設けている。吸熱室内メタル２０をペルチェ素子で冷却して室内を冷房するとき、調湿層９０は水分を吸湿する。【選択図】  図２
2004211916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内にペルチェ素子(10)で冷却される冷房用の吸熱室内メタル(20)を配設し、この吸熱室内メタル(20)をペルチェ素子(10)で冷却して室内を冷房するようにしてなる冷房装置のある建物であって、
吸熱室内メタル(20)の室内側表面に、水分を吸収する調湿層(90)を設けており、吸熱室内メタル(20)を冷却して室内を冷房する状態で、水分を調湿層(90)に吸湿させるようにしてなる冷房装置を備える建物。
【請求項２】
吸熱室内メタル(20)が加温されて室内を暖房する放熱メタルに併用される請求項１に記載される冷房装置を備える建物。
【請求項３】
吸熱室内メタル(20)に電熱ヒータ(25)を設けている請求項２に記載される冷房装置を備える建物。
【請求項４】
吸熱室内メタル(20)に通電して加温する請求項２に記載される冷房装置を備える建物。
【請求項５】
吸熱室内メタル(20)の両面に調湿層(90)を設けている請求項１に記載される冷房装置を備える建物。
【請求項６】
調湿層(90)が、多孔質材をバインダーで結合してなる層である請求項１に記載される冷房装置を備える建物。
【請求項７】
調湿層(90)が、調湿プレートを平面状に並べて固定している層である請求項１に記載される冷房装置を備える建物。
【請求項８】
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に記載される冷房装置を備える建物。
【請求項９】
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に記載される冷房装置を備える建物。
【請求項１０】
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に記載される冷房装置を備える建物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷房装置を備える建物に関し、とくにペルチェ素子で室内を冷房する建物に関する。
【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、ペルチェ素子を使用する冷暖房装置には、ふたつの問題点がある。第１の問題点は、ヒートポンプ式の冷房装置に比較してＣＯＰが小さいことである。このことは、言いかえると冷房のための消費電力が大きくなることを意味する。第２の問題点は、室内を冷房する吸熱室内メタルの表面に結露することである。
【００１２】
ペルチェ素子は、流す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優れた特長がある。ただ、流す電流に対する熱の移動量がヒートポンプに比較して小さく、ＣＯＰを大きくするのは難しい。また、ペルチェ素子は、従来のヒートポンプ式の冷暖房装置のように冷媒を循環させる必要はなく、ペルチェ素子に吸熱室内メタルを熱結合して室内を冷房できる。このため、ペルチェ素子で冷房するシステムは、ヒートポンプ式のように多数の放熱フィンを設けている熱交換器に強制送風する機構を必要とせず、室内に吸熱室内メタルを配設し、これを冷却して冷房することができる。この状態で冷房すると、吸熱室内メタルで冷却された空気の相対湿度が１００％を越えて過飽和となり、飽和した水分が吸熱室内メタルの表面に結露水として付着する。従来のヒートポンプ式の冷房装置は、熱交換器に付着する結露水を排水するための排水ドレンを設けている。ただ、ペルチェ素子で冷却される吸熱室内メタルは、室内の壁や天井、あるいは床に配設されるので、ドレン水を排水する構造を設けるのが難しい。たとえば、天井に配設される吸熱室内メタルは、表面に付着する結露水をスムーズに排水するのが難しい。また、壁に吸熱室内メタルを配設しても、表面の結露水の排水は簡単ではない。とくに、吸熱室内メタルは室内を効率よく冷房するために面積を広くする必要があるが、広くて大きい吸熱室内メタルに付着する結露水の排水は簡単にできない。また、壁面に広い面積で結露水が付着すると、手や体がこれに接触したときに水が付く。このため、壁に結露水が付着すると、仮にこれを排水するとしても、快適な室内環境とはならない。
【００１３】
本発明は、ペルチェ素子による以上の弊害を一挙に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、室内を冷房する吸熱室内メタルの表面に結露水が付着するのを有効に防止しながら、少ない消費電力で効率よく室内を冷房できる冷房装置を備える建物を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の建物は、ペルチェ素子で冷却される冷房用の吸熱室内メタル２０を室内に配設しており、この吸熱室内メタル２０をペルチェ素子で冷却して室内を冷房する。吸熱室内メタル２０の室内側表面には、水分を吸収する調湿層９０を設けている。吸熱室内メタル２０をペルチェ素子で冷却して室内を冷房するとき、調湿層９０は水分を吸湿する。
【００１５】
吸熱室内メタル２０の室内側に設けている調湿層９０は、室内空気に含まれる水分を吸収して冷却状態にある吸熱室内メタル２０の結露を防止し、さらに、ペルチェ素子が室内空気を効率よく冷房することに効果がある。空気が冷却されると、絶対湿度は変化しないが相対湿度は次第に高くなる。空気中に水蒸気の状態で含有できる水分量が、温度が低下するにしたがって減少するからである。空気温度が低下して相対湿度が１００％を越えると、空気中に含有される水蒸気は飽和して水になる。すなわち空気を冷却すると結露するようになる。
【００１６】
本発明の建物は、吸熱室内メタル２０の室内側に調湿層９０を設けている。調湿層９０は接触している空気の相対湿度が高くなると水分を吸収し、相対湿度が低くなると吸収した水分を放出する。したがって、吸熱室内メタル２０が冷却されて調湿層９０に接する室内の空気温度が低下し、このことで相対湿度が高くなると、調湿層９０は空気中に含まれる水分を効率よく吸収する。調湿層９０は、相対湿度が高くなるほど空気中の水分を速やかに吸収する。このため、ペルチェ素子が吸熱室内メタル２０を冷却して空気を冷却して結露しやすい状態になるほど、調湿層９０は速やかに水分を吸収して結露を効果的に防止する。いいかえると、結露が発生しやすくなるほど、調湿層９０が水分を速やかに吸収して、結露の発生を有効に防止する。このため、吸熱室内メタル２０がペルチェ素子で冷却されても、空気中の水分が飽和して結露することがない。
【００１７】
さらに、調湿層９０が空気中の水分を吸収することは、結露を防止するばかりでなく、ペルチェ素子の室内冷房効率を著しく向上させる。それは、気化熱の極めて大きい水蒸気をペルチェ素子で冷却する吸熱室内メタル２０で水に変換しないからである。従来のヒートポンプ式の冷房装置は、冷却のエネルギーの多くを、空気温度を低下させるよりもむしろ、空気中の水分を水蒸気から水に変化させるのに消費する。空気中の水蒸気を水１ｇに変化せるために、５４０ｃａｌものエネルギーを必要とするからである。
【００１８】
図１は、本発明がいかに効率よく室内を冷房できるかを示すグラフである。この図は、温度に対する空気中の含有の水分量と相対湿度とエンタルピーを示している。この図において、たとえば温度３２℃で相対湿度８０％の空気を冷却し、２５℃で相対湿度５０％に冷却すると、エンタルピーは１０．５ｋｃａｌ／ｋｇとなるが、調湿層９０が水蒸気を吸収する場合、エンタルピーはわずか１．８ｋｃａｌ／ｋｇとなる。エンタルピーは、空気冷房に要するエネルギーに相当するので、調湿層９０で水分を吸収する本発明の建物は、１／５以下のエネルギーで同じように冷房できる。したがって、本発明の建物は、ヒートポンプ式の冷房装置に比較して、ペルチェ素子のＣＯＰが小さくても、効率よく室内を冷房できる特長が実現される。
【００１９】
本発明の建物は、吸熱室内メタル２０を加温して室内を暖房することができる。この場合、吸熱室内メタル２０を放熱メタルに併用する。暖房に併用される吸熱室内メタル２０は、電熱ヒータ２５を設けて加温し、あるいは吸熱室内メタル２０に直接に通電してジュール熱で加温することができる。
【００２０】
本発明の建物は、吸熱室内メタル２０の室内側には調湿層９０を設けているが、吸熱室内メタル２０の両面に調湿層９０を設けることができる。この構造は吸熱室内メタル２０の両面に結露するのを有効に防止できる。調湿層９０は、相対湿度が高いときに水分を吸収して、相対湿度が低くなると吸収した水分を放出する層である。調湿層９０は、たとえば多孔質材をバインダーで結合している層、あるいは調湿プレートを平面状に並べて固定している層である。
【００２１】
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、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。室内を冷房する吸熱室内メタル２０は、建物の壁７０、天井６０、床８０のいずれかに配設できる。
【００２２】
【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冷房装置を備える建物を例示するものであって、本発明は建物を下記のものに特定しない。
【００２３】
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。
【００２４】
図２に示す建物は、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、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、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。
【００２５】
ペルチェ素子１０の原理図を図３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。
【００２６】
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、本発明の冷房装置を備える建物は、ペルチェ素子を室内の暖房には使用しない。ペルチェ素子は、室内の冷房のみに使用する。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が、本発明の建物は、室内の暖房をペルチェ素子１０でなくて電熱ヒータ２５で吸熱室内メタル２０を加温して行う。したがって、ペルチェ素子１０には電流の方向を切り換えて流すことはない。ペルチェ素子１０には室内を冷房する方向にのみ電流を流す。
【００２７】
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。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２の建物は、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。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、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。
【００２８】
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４は、吸熱室内メタル２０を固定している建物の躯体構造の一例を示す。この図に示す壁７０、天井６０、床８０等の建物躯体は、吸熱室内メタル２０の室内側表面に調湿層９０を設けている。さらに、この建物躯体は、吸熱室内メタル２０の反対側の表面にも調湿層９０を積層している。この図に示すように、吸熱室内メタル２０の両面に調湿層９０を設ける構造は、吸熱室内メタル２０の両面に結露するのを防止できる。ただ、本発明の建物は、図２の一部拡大断面図に示すように、吸熱室内メタル２０の室内側にのみ調湿層９０を設ける構造とすることもできる。この建物は、吸熱室内メタル２０の室内側とは反対側に断熱層９２を設けて結露するのを防止する。
【００２９】
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。調湿層９０は、粒状、粉末状、繊維状の多孔質材をバインダーで結合してなる層、あるいは調湿プレートを平面状に並べて固定している層である。多孔質材をバインダーで結合している調湿層９０は、未硬化な状態でペースト状ないし液状であるバインダーに多孔質材を混練し、これを吸熱室内メタル２０の表面に塗布して硬化させる。バインダーは、硬化する状態で水分を透過させる。粒状ないし粉末状の多孔質材は、多孔質な無機質材や有機質材である。多孔質な無機質材は、珪藻土やゼオライトである。多孔質な有機質材は、活性炭である。繊維状の多孔質材は、麻や木綿等の天然繊維である。調湿プレートは、無機質材を多孔質な板状に焼結している多孔質タイルや天然の木材である。
【００３０】
木材や多孔質タイルの調湿プレートは、室内を美しく内装できる。したがって、吸熱室内メタル２０の室内側表面に多孔質材をバインダーで固めた調湿層９０を設け、この調湿層９０の表面に調湿プレートの調湿層９０を積層して、天然木材や多孔質タイルで室内を美しく内装することができる。室内側の表面に、天然木材や多孔質タイルからなる調湿層９０を設ける構造は、壁７０、天井６０、床８０に最適な躯体構造である。また、吸熱室内メタル２０の表面に、多孔質材をバインダーで固めた調湿層９０を設ける構造は、調湿層９０を吸熱室内メタル２０の表面に隙間なく密着できる。このため、吸熱室内メタル２０と調湿層９０との熱伝導をよくでき、しかも吸熱室内メタル２０の結露を有効に防止できる。
【００３１】
建物躯体は、調湿プレートの調湿層９０を設けることなく、多孔質材をバインダーで結合した調湿層９０のみを吸熱室内メタル２０の表面に設けることができる。この調湿層９０は、室内側に表出するので、顔料や装飾材を添加して美しく室内を内装するようにする。この構造は、壁や天井に適した構造である。
【００３２】
調湿層９０は、吸熱室内メタル２０がペルチェ素子１０で冷却されるときに、室内空気に含まれる水分を吸収する。調湿層９０が吸収できる水分量は、調湿プレートの体積にほぼ比例する。調湿層９０は、厚くして体積を大きくできる。したがって、吸熱室内メタル２０の表面に設けられる調湿層９０は、たとえば１〜２０ｃｍ、好ましくは２〜１５ｃｍ、さらに好ましくは３〜１０ｃｍとする。さらに、調湿層９０の体積は面積にも比例するので、壁面、天井、床等の広い面積に設ける。また、調湿層９０の吸水能力は、調湿層９０を構成する多孔質材や調湿プレートの吸湿能力を大きくして向上できる。したがって、多孔質材や調湿プレートに、多量の水分を吸収できるものを使用して、調湿層９０の吸水能力を大きくできる。調湿層９０に要求される吸水能力は、外気温度や相対湿度により異なるので建物を構築する地域により一定ではないが、好ましくは、数カ月に連続して冷房して、調湿層９０に水分を吸湿して結露を防止できる体積とする。
【００３３】
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。
【００３４】
さらに、図４の壁構造は吸熱室内メタル２０の両面に調湿層９０を設けているので、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２の一部拡大断面図に示すように、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。
【００３５】
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５は、壁面の一部に吸熱室内メタル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吸熱室内メタルを固定して、室内全体を冷暖房できる。
【００３６】
さらに、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、ジュール熱で吸熱室内メタル２０を加温する。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。この吸熱室内メタル２０は、直接に電源に接続される。電源は、吸熱室内メタル２０に電流を流して加温する。この構造の吸熱室内メタル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、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吸熱室内メタルを加温することもできる。
【００３７】
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。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する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
図７ないし図１３は、建物にペルチェ素子１０と吸熱室内メタル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の室内側に吸熱室内メタル２０を固定している。この吸熱室内メタル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。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。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、吸熱室内メタルの両面に設けることもできる。
【００４１】
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吸熱室内メタル２０を壁７０の室内側に固定している。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、吸熱室内メタルの両面に設けることもできる。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、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。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、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。
【００４２】
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吸熱室内メタル２０を固定している。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、吸熱室内メタルの両面に設けることもできる。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、本発明の建物は、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。
【００４５】
図２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。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の建物は、ペルチェ素子で吸熱室内メタルを冷却し、冷却された吸熱室内メタルで室内を冷房すると共に、室内を冷房する吸熱室内メタルの表面に結露水が付着するのを有効に防止できる。それは、本発明の建物が、吸熱室内メタルの室内側表面に空気中の水分を吸収する調湿層を設けているからである。調湿層は、吸熱室内メタルが冷却されて空気の相対湿度が高くなるほど、効率よく水分を吸湿する。このため、吸熱室内メタルに冷却されて空気の相対湿度が高くなるほど、空気中の水分が調湿層に吸収され、水蒸気が飽和して結露するのを有効に防止できる。
【００４７】
さらに、本発明の建物は、ペルチェ素子で吸熱室内メタルを冷却するにもかからず、ペルチェ素子の消費電力を少なくして効率よく室内を冷房できる特長も実現される。それは、本発明の建物が、ペルチェ素子で吸熱室内メタルを冷却して空気の相対湿度を高くし、相対湿度の高くなった水分を調湿層に吸収させるからである。すなわち、ペルチェ素子で強制冷却する吸収エネルギー、いいかえるとペルチェ素子が吸収する熱エネルギーで水蒸気の気化熱を吸収して水に変換するのではなく、空気に含まれる水蒸気を調湿層に吸収させるからである。すなわち、ペルチェ素子が吸熱室内メタルを冷却して吸収する熱エネルギーは空気の冷却に効率よく使用されて、空気に含まれる水蒸気を水に変換するのに多く消費されないからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】温度に対する空気中の飽和水蒸気量と相対湿度とエンタルピーを示グラフ
【図２】本発明の一実施例にかかる冷房装置を備える建物の概略構成図
【図３】ペルチェ素子の原理を示す概略図
【図４】吸熱室内メタルを固定している建物の躯体構造の一例を示す断面図
【図５】吸熱室内メタルを固定している建物の躯体構造の他の一例を示す断面図
【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…吸熱室内メタル
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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