(57)【要約】【課題】  複数の熱交換器を組み合わせ、居住区内で空気を自然対流させて室内空調を行う。【解決手段】  熱媒体との間で熱交換を行った空気を居住区Ｒ１，Ｒ２で自然対流させる。熱交換器５，６，７を居住区Ｒ１，Ｒ２の上方部位と下方部位とにそれぞれ設置する。熱交換器５，６，７の熱媒体流通路を流通する水の熱源として、夏期の居住区内温度よりも低温で冬期の居住区内温度よりも高温の水を用いる。その水の温度は地熱を利用して調節することが可能である。熱交換器５，６，７にブラックライト９１を設置して空気の消臭殺菌を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体との間で熱交換を行った空気を居住区で対流させる住宅空調システムにおいて、
熱媒体流通路を流通する熱媒体と空気流通路を流通する空気との熱交換を行う熱交換器を居住区の上方部位と下方部位とにそれぞれ設置し、
それぞれの熱交換器の上記熱媒体流通路を流通する熱媒体として夏期の居住区内温度よりも低温で冬期の居住区内温度よりも高温の水を用い、その水とそれぞれの熱交換器の空気流通路に自然流入させた空気との間で熱交換を行わせることと、
それぞれの熱交換器の空気流通路から熱交換後の空気を自然流出させて上記居住区内で自然対流させることと、を行うことを特徴とする住宅空調システム。
【請求項２】
居住区の上方部位に設置されている熱交換器の上記空気流通路に、その居住区の天井面でその居住区に臨んで開口する通気口が備わり、居住区の下方部位に設置されている熱交換器の上記空気流通路に、その居住区の床面でその居住区に臨んで開口する通気口が備わっている請求項１に記載した住宅空調システム。
【請求項３】
上記熱交換器に、その空気流通路を流通する空気の消臭殺菌を行う手段が備わっている請求項１又は請求項２に記載した住宅空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は住宅空調システム、特に、熱媒体としての水との間で熱交換を行った空気を居住区で対流させる住宅空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、住宅居住区の空調は、壁面などに設置したエアコンディショナーを運転することにより行うのが一般的であり、エアコンディショナーを用いる空調では、エアコンディショナーの熱交換器の作用で温度調節された空気をエアコンディショナーのファンを回転させて居住区内に吹き出すことによって空気を強制対流させている。
【０００３】
他の従来例として、地熱を利用して一定温度に保った水を熱媒体として用いる熱交換器を住宅の床下に設置し、その熱交換器を用いて熱媒体としての水と空気との間で熱交換させ、熱交換後の空気をファンなどを用いて、たとえば２階建て住宅の各階の居住区内に強制対流させるという地熱利用空調システムも提案されていた（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特許第３４１６８１８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、上掲の各従来例は、どちらも、温度調節した空気をファンを動力として居住区内で強制対流させるものであるので、空気を強制対流させるためのファン駆動のための電力が消費されてランニングコストが高くつくという問題があった。
【０００６】
そこで、本願発明者は、空気は環境温度によって比重が変化し、住宅の居住区内では、居住区内温度よりも暖かい空気は比重が小さくなって居住区内を上昇し、居住区内温度よりも冷たい空気は比重が大きくなって居住区内を下降するという現象に着目した。そして、その上で、複数の熱交換器を組み合わせて居住区内で空気を自然対流させるという方法を案出し、本発明をなすに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、温度調節された空気を居住区内で自然対流させることができるような対策を講じることによって、ファン駆動のための電力を消費せずに良好な空調を行うことのできる住宅空調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】
【０００８】
本発明に係る住宅空調システムは、熱媒体との間で熱交換を行った空気を居住区で対流させる住宅空調システムにおいて、熱媒体流通路を流通する熱媒体と空気流通路を流通する空気との熱交換を行う熱交換器を居住区の上方部位と下方部位とにそれぞれ設置し、それぞれの熱交換器の上記熱媒体流通路を流通する熱媒体として夏期の居住区内温度よりも低温で冬期の居住区内温度よりも高温の水を用い、その水とそれぞれの熱交換器の空気流通路に自然流入させた空気との間で熱交換を行わせることと、それぞれの熱交換器の空気流通路から熱交換後の空気を自然流出させて上記居住区内で自然対流させることと、を行うというものである。
【０００９】
この発明において、夏期の居住区内温度よりも低温で冬期の居住区内温度よりも高温の水を熱媒体として居住区上方部位の熱交換器や居住区下方部位の熱交換器の熱媒体通路で流通させると、夏期には、その熱交換器の空気流通路の空気が居住区内温度よりも冷やされるのに対し、冬期には、その熱交換器の空気流通路の空気が居住区内温度よりも暖められる。このため、夏期には、居住区上方部位の熱交換器の空気流通路から冷たい空気が自然流出し、居住区内で自然対流を起こして下降した後、居住区下方部位の熱交換器の空気流通路に自然流入する。これに対し、冬期には、居住区下方部位の熱交換器の空気流通路から温かい空気が自然流出し、居住区内で自然対流を起こして上昇した後、居住区上方部位の熱交換器の空気流通路に自然流入する。したがって、室温調節の需要の多い夏期や冬期に、温度調節された空気が居住区内で自然対流し、居住区内温度が熱交換器の熱媒体としての水の温度に見合う温度に調節される。
【００１０】
本発明では、居住区の上方部位に設置されている熱交換器の上記空気流通路に、その居住区の天井面でその居住区に臨んで開口する通気口が備わり、居住区の下方部位に設置されている熱交換器の上記空気流通路に、その居住区の床面でその居住区に臨んで開口する通気口が備わっていることが望ましい。これによれば、自然対流により居住区内を上昇した暖かい空気が、天井面で居住区に臨んで開口している通気口を経て居住区上方部位の熱交換器の空気流通路に効率よく自然流入し、その後、居住区上方部位の熱交換器で暖められて空気流通路から自然流出する。また、自然対流により居住区内を下降した冷たい空気が、床面面で居住区に臨んで開口している通気口を経て居住区下方部位の熱交換器の空気流通路に効率よく自然流入し、その後、居住区下方部位の熱交換器で冷やされて空気流通路から自然流出する。
【００１１】
本発明では、上記熱交換器に、その空気流通路を流通する空気の消臭殺菌を行う手段が備わっていることが望ましい。これによれば、空気流通路から自然流出して居住区内を自然対流する空気の清浄性が保たれるために、その空気がかびや悪臭を発生させる原因になりにくい。空気の消臭殺菌を行う手段には、光触媒を近紫外線照射により励起する光源としてのブラックライトを好適に採用することが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明に係る住宅空調システムによれば、複数の熱交換器を組み合わせて居住区内で空気を自然対流させるというものであるので、居住区内空気を強制対流させるためのファンを設置する必要が必ずしもなく、併せて、ファン駆動のための電力を消費せずに良好な空調を行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明に係る住宅空調システムの説明図、図２は地熱を利用した当該住宅空調システムの要部を示した説明図、図３は熱交換器の正面図に相当する説明図、図４は熱交換器の側面図に相当する説明図である。
【００１４】
図１は２階建て住宅に当該住宅空調システムを設置した事例である。同図において、１は１階居住区Ｒ１の床、２は１階居住区Ｒ１の天井、３は２階居住区Ｒ２の床、４は２階居住区Ｒ２の天井をそれぞれ示していて、１階居住区Ｒ１の床下空間Ｓ１と、２階居住区Ｒ２の床下空間Ｓ２と、２階居住区Ｒ２の天井裏空間Ｓ３とに、それぞれ所要段数の熱交換器５，６，７が設置されている。
【００１５】
これらの熱交換器５，６，７は同一の構成を備えていて、図３又は図４のように、筐体８１の内部に配備されて蛇行状の熱媒体流通路を形成する伝熱管８２の一端が、筐体８１の外側に臨んだ伝熱管入口８２ａとされているのに対し、その他端が筐体８１の外側に臨んだ伝熱管出口８２ｂとされている。また、筐体８１の内部空間が空気流通路とされ、その空気流通路に連通する２つの通口８３ａ，８３ｂが筐体８１に具備されている。さらに、筐体８１には、空気流通路を流通する空気の消臭殺菌を行う手段としての複数のブラックライト９１…が取り付けられている。これらのブラックライト９１…は近紫外線照射によって図示していない光触媒を励起する作用を発揮し、近紫外線照射を受けて励起した光触媒が空気に含まれる臭気成分を分解したり細菌を死滅させたりする作用を行う。
【００１６】
そして、図１のように、１階居住区Ｒ１の床下空間Ｓ１に設置されているそれぞれの熱交換器５では、一方側の通口８３ａに、床１の床面でその居住区Ｒ１に臨んで開口している通気口８４が連通されているのに対し、他方側の通口８３ｂが床下空間Ｓ１に対して開放されている。また、２階居住区Ｒ２の床下空間Ｓ２に設置されているそれぞれの熱交換器６では、一方側の通口８３ａに、床３の床面でその居住区Ｒ２に臨んで開口している通気口８６が連通されているのに対し、他方側の通口８３ｂが１階居住区Ｒ１の天井２の天井面でその居住区Ｒ１に臨んで開口している通気口８７が連通されている。さらに、２階居住区Ｒ２の天井裏空間Ｓ３に設置されているそれぞれの熱交換器７では、一方側の通口８３ａがその天井裏空間Ｓ３に対して開放されているのに対し、他方側の通口８３ｂが２階居住区Ｒ２の天井４の天井面でその居住区Ｒ２に臨んで開口している通気口８８が連通されている。
【００１７】
上記したそれぞれの熱交換器５，６，７の伝熱管８２によって形成される熱媒体流通路では熱媒体としての水が流通し、その水と空気流通路を流通する空気との間で熱交換が行われる。
【００１８】
図１で判るように、各階居住区Ｒ１，Ｒ２の床下空間Ｓ１，Ｓ２や２階居住区Ｒ２の天井裏空間Ｓ３には、図１に示したように、給水管１２と戻水管１３とがそれぞれ配設されている。そして、１階居住区Ｒ１の床下空間Ｓ１の給水管１２と戻水管１３との間に複数段に亘って上記熱交換器５が並列に介在され、同様に、２階居住区Ｒ２の床下空間Ｓ２の給水管１２と戻水管１３との間にも複数段に亘って上記熱交換器６が並列に介在され、さらに、２階居住区Ｒ２の天井裏空間Ｓ３の給水管１２と戻水管１３との間にも複数段に亘って上記熱交換器７が並列に介在されている。すなわち、１階居住区Ｒ１の床下空間Ｓ１に設置されている複数段の熱交換器５…のそれぞれの伝熱管８２については、その入口８２ａが給水管１２に接続され、その出口８２ｂが戻水管１３に接続されている。２階居住区Ｒ２の床下空間Ｓ２に設置されている複数段の熱交換器６…や、２階居住区Ｒ２の屋根裏空間Ｓ３に設置されている複数段の熱交換器７…の伝熱管８２についても同様である。
【００１９】
また、図１及び図２とを併せ見ることによって判るように、各階居住区Ｒ１，Ｒ２の床下空間Ｓ１，Ｓ２や２階居住区Ｒ２の天井裏空間Ｓ３にそれぞれ配設されている給水管１２の始部と戻水管１３の終部とがヘッダＨ１，Ｈ２に接続されていると共に、それぞれのヘッダＨ１，Ｈ２がラインポンプＰ１を備えた接続管３５によって相互に接続されている。したがって、ラインポンプＰ１を運転することにより、熱交換器５，６，７の熱媒体流通路を流通する熱媒体としての水が、給水管１２と伝熱管８２と戻水管１３と接続管３６とによって形成される閉循環路を経て循環することになる。なお、各階居住区Ｒ１，Ｒ２の床下空間Ｓ１，Ｓ２や２階居住区Ｒ２の天井裏空間Ｓ３にそれぞれ配設されている給水管１２はヘッダＨ１（図２参照）に枝分かれして接続されているものであり、また、各階居住区Ｒ１，Ｒ２の床下空間Ｓ１，Ｓ２や２階居住区Ｒ２の天井裏空間Ｓ３にそれぞれ配設されている戻水管１３はヘッダＨ２に対して集合するものである。
【００２０】
図２は熱源の設置箇所を示している。同図において、１１は貯水器で、住宅の敷地内で５〜１３ｍ程度の深さの地中に垂直に埋設された下端閉塞のステンレス製丸パイプでなる。この貯水器１１には、貯水器１１の底部から導出させた水をその貯水記の頂部に戻す循環水路２１が備わっていて、この循環水路２１の中間部に水揚げポンプＰやトラップ２６などのほか、必要なバルブ類及び計器類（不図示）が取り付けられている。また、貯水器１１の内部空間上部には多段羽根を備えたスクリュー２７が配備されている。そして、貯水器１１側の循環水路２１の一部２２と上記した接続管３５の一部３６とを筐体１９に収容することによって、貯水器１１の内部の水を熱源とし、かつ、水揚げポンプＰを外部動力源とするヒートポンプＨが構成されている。なお、図例では、ヒートポンプＨなどは１階居住区Ｒ１の床下空間Ｓ１に設置しているけれども、ヒートポンプＨなどを他階居住区の床下空間や２階居住区Ｒ２の天井裏空間Ｓ３に設置に設置したり、住宅の屋外に設置することも可能であり、その設置場所は設置条件に応じて適宜決定すべきである。
【００２１】
この熱源では、水揚げポンプＰを運転して循環水路２１を水を循環させると、貯水器１１の頂部から落下した水がスクリュー２７に衝突し、その水のエネルギーによりスクリュー２７が回転して水を周囲に飛散させる。こうして飛散した水は、貯水器１１の内壁面を伝って流下したり直接に流下したりして貯水器１１の貯留される。一方、貯水器１１の内部空間には、貯水器１１の器壁を介して地熱が伝わっているので、貯水器１１内の水は地熱の温度に見合う温度になる。ここで、貯水器１１は５〜１３ｍ程度の深さの地中に垂直に埋設されているために、夏期であるか冬期であるかに関係なく、貯水器１１に貯留されている水の温度は四季を通じてほぼ一定の温度、たとえば１７℃程度の温度になる。この温度は、夏期の居住区内温度よりも低温で冬期の居住区内温度よりも高温である。
【００２２】
次に作用を説明する。
【００２３】
水揚げポンプＰを運転して貯水器１１に貯留されている一定温度（約１７℃）の水を循環水路２１を経てヒートポンプＨに循環供給すると、熱交換器５，６，７の伝熱管８２を流れる水の温度が四季を通じて一定温度に保たれる。そのため、夏期には、熱交換器５，６，７の空気流通路の空気が各居住区Ｒ１，Ｒ２の温度（気温）よりも冷やされるのに対し、冬期には、熱交換器５，６，７の空気流通路の空気が各居住区Ｒ１，Ｒ２の温度（気温）よりも暖められる。
【００２４】
したがって、気温の高い夏期には、２階居住区Ｒ２の天井裏空間Ｓ３に設置されている熱交換器７の空気流通路の通気口８８から冷たい空気が２階居住区Ｒ２内に自然流出してその居住区Ｒ２を矢印ａのように下降する。同様に、２階居住区Ｒ２の床下空間Ｓ２に設置されている熱交換器６の空気流通路の通気口８７から冷たい空気が１階居住区Ｒ１内に自然流出してその居住区Ｒ１を矢印ａのように下降する。この場合、天井裏空間Ｓ３に設置されている熱交換器７の空気流通路には、通口８３ａから天井裏空間Ｓ３の空気が補給されるのに対し、２階居住区Ｒ２の床下空間Ｓ２に設置されている熱交換器６の空気流通路には、通気口８６から２階居住区Ｒ２内の空気が補給される。そして、１階居住区Ｒ１の床下空間Ｓ１に設置されている熱交換器５の空気流通路には、通気口８４から１階居住区Ｒ１内の空気が自然流入した後、その通口８３ｂから床下空間Ｓ１に自然流出する。
【００２５】
これに対し、気温の低い冬期には、１階居住区Ｒ１の床下空間Ｓ１に設置されている熱交換器５の空気流通路の通気口８４から暖かい空気が１階居住区Ｒ１内に自然流出してその居住区Ｒ１を矢印ｂのように上昇する。同様に、２階居住区Ｒ２の床下空間Ｓ２に設置されている熱交換器６の空気流通路の通気口８６から暖かい空気が２階居住区Ｒ２内に自然流出してその居住区Ｒ２を矢印ｂのように上昇する。この場合、１階居住区Ｒ１の床下空間Ｓ１に設置されている熱交換器５の空気流通路には、通口８３ｂから床下空間Ｓ１の空気が補給されるのに対し、２階居住区Ｒ２の床下空間Ｓ２に設置されている熱交換器６の空気流通路には、通気口８７から１階居住区Ｒ１内の空気が補給される。そして、天井裏空間Ｓ３に設置されている熱交換器５の空気流通路には、通気口８８から２階居住区Ｒ２内の空気が自然流入した後、その通口８３ａから天井裏空間Ｓ３に自然流出する。
【００２６】
以上のように、この住宅空調システムでは、気温の高い夏期や気温の低い冬期のような室温調節が必要な時期には、水揚げポンプＰを運転してヒートポンプＨを動作させるだけで、それぞれの居住区Ｒ１，Ｒ２で、熱交換器５，６，７の作用によって温度調節された空気が自然対流して室温を調節する。そのため、室温調節を行うために空気を強制対流させるためのファンを運転する必要がなくなり、電力消費を節約することが可能になる。
【００２７】
この実施形態では、それぞれの熱交換器５，６，７に空気流通路を流通する空気の消臭殺菌を行う手段としてのブラックライト９１が装備されているので、このブラックライト９１を点灯しておくことにより、各居住区Ｒ１，Ｒ２を自然対流する空気の消臭殺菌が行われる。そのために、空気流通路から自然流出して居住区Ｒ１，Ｒ２内を自然対流する空気の清浄性が保たれてかびや悪臭が発生しないという利点がある。
【００２８】
調査の結果、上記したような各居住区Ｒ１，Ｒ２内での空気の自然対流によって室内を換気した場合、１時間に０．５回という換気基準を十分に達成し得るだけの風量が各熱交換器５，６，７の空気流通路で生じていることが判明した。
【００２９】
この実施形態では、図１に示したように、天井裏空間Ｓ２に換気ファン４１を設置して外気と建物内空気とを強制換気することができるようにしてあると共に、建物の外壁Ｗ１，Ｗ２に、１階居住区Ｒ１の床下空間Ｓ１に通じる自然換気路４２，４３を具備させてある。こうしておけば、室温調節を行うことを要しない時期などに、換気ファン４１を運転することによって、天井裏空間Ｓ３から居住区Ｒ１，Ｒ２に外気を採り入れたり建物内空気を排気したり、１階居住区Ｒ１の床下空間Ｓ１から外気を採り入れたり建物内空気を排気したりすることが可能である。この場合でも、各熱交換器５，６，７の空気流通路を介して空気が各居住区Ｒ１，Ｒ２の相互間で自然対流し、そのように自然対流する空気がブラックライト９１の作用で清浄性が保たれてかびや悪臭が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る住宅空調システムの説明図である。
【図２】当該住宅空調システムの熱源の一例を示した説明図である。
【図３】熱交換器の正面図に相当する説明図である。
【図４】熱交換器の側面図に相当する説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ｒ１，Ｒ２  居住区
５，６，７  熱交換器
８４，８６，８７，８８  通気口
９１  ブラックライト（空気流通路を流通する空気の消臭殺菌を行う手段）
【図１】
2005164160.tif 000003
【図２】
2005164160.tif 000004
【図３】
2005164160.tif 000005
【図４】
2005164160.tif 000006