地下熱と雨水を活用した複合型省エネシステム
【課題】水を散水する従来の技術では、夏場のみの省エネしかできなかった。地下熱を使うものは、１年を通じた省エネが可能であるが、熱交換ダクトに衛生面の不具合が生じる事が問題となっていた。
【解決手段】雨水を浄化した後の廃オゾンを、地下熱を取り出す為に地下に埋設された熱交換用ダクト１４に供給する事で、熱交換用ダクト１４の空気を浄化し、残留するオゾンは活性炭１７を使って除去する。地下熱により冷却または加熱された空気を室内または屋外の室外機に供給し、冷房と暖房の切替は風路切替ダンパ１８により行う事で、１年を通じた省エネ運転が可能である事を特徴とする複合型省エネシステム。
【解決手段】雨水を浄化した後の廃オゾンを、地下熱を取り出す為に地下に埋設された熱交換用ダクト１４に供給する事で、熱交換用ダクト１４の空気を浄化し、残留するオゾンは活性炭１７を使って除去する。地下熱により冷却または加熱された空気を室内または屋外の室外機に供給し、冷房と暖房の切替は風路切替ダンパ１８により行う事で、１年を通じた省エネ運転が可能である事を特徴とする複合型省エネシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下熱と雨水を活用した構造物用の複合型省エネシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策の為に、あらゆる分野で省エネについての真剣な取組みが論議されている。特に、福島県の原発事故以来、夏場や冬場の省電力化は喫緊の課題として国を挙げての対策が求められている。
【０００３】
これらを実現する為に、水道や雨水を屋根やヒートポンプの室外機（以下、室外機とする）に散水するものが、提案されている。例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３や特許文献４等多数ある。既に商品化されており、水の気化熱を利用して省エネを図る機器で、夏場の省エネ対策として屋根や室外機に散水する。
【０００４】
また、地下熱を用いるものとして、特許文献５、特許文献６や特許文献７等多数ある。こちらは、夏場は冷房負荷を冬場は暖房負荷を軽減するもので、１年間を通じて利用できるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０７３９６６号公報
【特許文献２】特許第３５７４４００号公報
【特許文献３】特許第３８６０８２７号公報
【特許文献４】特許第４５５１９８９号公報
【特許文献５】実公昭６０−８５７３号公報
【特許文献６】特公昭６３−０６７１０９号公報
【特許文献７】特許第３０３００２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の散水型省エネ装置の代表例としては、「エネカット」に代表される室外機への散水装置がある。仕組みは、水（水道水の場合が多い）をエアコンや業務用冷蔵庫の室外機に散水し、その蒸発潜熱で熱交換器を冷却して、ＣＯＰを向上させるものである。
【０００７】
多くの場合、水源には除菌する必要のない水道が使用される。その理由として、給水工事が簡単であり、飲料用の滅菌された水は健康被害の恐れがないためである。当然であるが、もし散水する水がレジオネラ菌等の細菌で汚染されると、室外機近辺に細菌が撒き散らされることになり、大きな問題となる。
【０００８】
しかし、現状の課題として、当然ではあるが散水に使う水道の費用が必要であり、また、水道中の硬度成分が熱交換器のフィンに付着して熱交換効率を低下させるという弊害もあった。
【０００９】
そこで、最近は水道代が必要でなく、硬度成分を全く含まない雨水の活用が注目されている。しかし、純水に近く清浄な雨水も、鳥や小動物の糞便等で屋根が汚染されると、雨水を貯水するタンク内まで汚染される。これを防止する為に、特許文献２のように雨水タンク内を除菌するものがある。
【００１０】
雨水を使う事で、熱交換器のフィンに硬度成分が付着する恐れはなくなり、水道料金も不要となるが、散水する夏場の省エネは出来ても冬場の省エネは困難である。
【００１１】
これを解決する方法として、地中熱を利用するものがある。特許文献５はその典型例であるが、１年を通しての温度変化が少ない地下水を汲み上げ、冷房時に室外機を冷却するものである。原理的には１年を通じて使用できるものであるが、既存のヒートポンプシステムを使うことが困難であり、構造も若干複雑である為、日本ではほとんど普及していない。
【００１２】
現時点では、特許文献６や特許文献７に示す様に、地中に地上の空気を送り、夏場は冷却、冬場は加熱させて省エネを図るものが主流となりつつある。
【００１３】
ここで問題となるのは、地下熱と熱交換する為の地中配管である。周知の通り、日本の夏は高温多湿である。夏場の高温多湿の空気が地中熱により冷却されると、地中配管の内表面で結露が発生する。この結露により、配管内部が細菌やカビの温床となり、結果として汚染された空気が住宅やビルの中に供給される恐れがあり、新たに健康面の問題が浮上してしまう。
【００１４】
このように、従来、雨水を活用したシステムと、地下熱を活用するシステムは別個のシステムであり、両システムを有効に複合したシステムは考案されていない。
【００１５】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、雨水を活用したシステムと、地下熱を活用するシステムを有効に複合し、地下熱を活用するシステムにおいて、細菌やカビ等による健康面の問題の発生を低減させる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】
【００１６】
上述の課題を解決するために、雨水を貯留する雨水貯留槽と、貯留された雨水を浄化するオゾンを生成するオゾン生成手段と、地下熱を取り出す為に地下に埋設された熱交換用ダクトと、雨水浄化後のオゾンを熱交換用ダクトに供給するオゾン供給手段と、熱交換用ダクトの空気を浄化した後に残留するオゾンを除去するオゾン除去手段と、冷房時凝縮器として機能する室外機を屋外に有し室内を冷暖房するエアコンと、熱交換用ダクト内の加熱または冷却された空気を室内または屋外の室外機に導入させる換気ファンと、地下熱により冷却または加熱された空気の供給先を室内か屋外の室外機かを切替える風路切替ダンパと、室内温度を検出する室内温度センサと外気温度を検出する外気温度センサとを備え、雨水浄化後のオゾンで熱交換用ダクト内の空気を浄化することを特徴とする地下熱と雨水を活用した複合型省エネシステムとした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、夏場のみならず冬場の省エネも行えるように、地下熱利用システムにオゾン浄化を組合せたものであり、その空気浄化用のオゾンは、雨水貯水槽の浄化用オゾンの余剰分、すなわち廃オゾンを再利用する。通常ならば排出してしまう廃オゾンを、地下熱ダクトに導く事で、冷房用空気の浄化までも兼ねるものである。
【００１８】
この為、夏場は雨水の散水と地下熱で冷却された空気で室外機を冷却し、冬場は地下熱で加熱された空気で室外機を加熱するので、１年を通じた省エネが可能であり、更に、夏場の熱交換ダクト内での細菌やカビの繁殖を防ぐ事で、夏場の空気汚染による健康被害の発生を抑制する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１の全体構成を示す全体構成図
【図２】本発明の実施例１の回路図を示すブロック回路図
【図３】本発明の実施例１の夏季の制御を示すフローチャート
【図４】本発明の実施例１の冬季の制御を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の請求項１記載の浄化システムは、雨水を貯留する雨水貯留槽と、貯留された雨水を浄化するオゾンを生成するオゾン生成手段と、地下熱を取り出す為に地下に埋設された熱交換用ダクトと、雨水浄化後のオゾンを熱交換用ダクトに供給するオゾン供給手段と、熱交換用ダクトの空気を浄化した後に残留するオゾンを除去するオゾン除去手段と、冷房時凝縮器として機能する室外機を屋外に有し室内を冷暖房するエアコンと、熱交換用ダクト内の加熱または冷却された空気を室内または屋外の室外機に導入させる換気ファンと、地下熱により冷却または加熱された空気の供給先を室内か屋外の室外機かを切替える風路切替ダンパと、室内温度を検出する室内温度センサと外気温度を検出する外気温度センサとを備え、雨水浄化後のオゾンで熱交換用ダクト内の空気を浄化するという構成を有する。
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明をする。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態の構造物用の複合型省エネシステムの構成を説明するためのブロック図である。
【００２３】
図１において、雨水は、屋根１に設けた雨樋２から雨水導入パイプ３を通じて雨水貯水槽４に貯まる。雨水貯水槽４には、雨水の溢れ防止用にオーバーフロー５が設けられており、浄化ボックス６内にはエアーポンプ７とオゾン生成器８、及び、制御部９が組込まれている。エアーポンプ７により外気がオゾン生成器８を通ってオゾン入りの空気となり、エアーストーン１０により微細気泡となって雨水貯水槽４内の雨水を浄化する。そのオゾン濃度は、通常数十から数百ｐｐｍ程度に設定されている。
【００２４】
雨水貯水槽４には雨水の水位を検出する水位センサ１１が設けられており、貯められた雨水は送水ポンプ１２により、屋根１、ソーラシステム２６、及び、壁面２７に散水する。水位センサ１１が、水位を検出できないレベルまで雨水がなくなると、送水ポンプ１２は空運転防止の為に運転を停止する。
【００２５】
入口用換気扇１３は地下熱と熱交換する外気を取り入れるため家屋の地面近傍に設けてあり、外気は熱交換用ダクト１４内で地下熱と熱交換する。地下熱は年間を通じてほぼ一定の１５〜１７℃であり、効率よく熱交換する為に、熱交換用ダクト１４は金属製または熱交換性能が高い樹脂製で、約５ｍ程度迄埋設されている。例えば、夏場の３２℃の外気も熱交換用ダクト１４を通ることで、２６℃まで冷却される。
【００２６】
前記雨水貯水槽４内を浄化する為に供給されるオゾン濃度は、前述の通り数十から数百ｐｐｍ程度であるが、雨水を浄化した後のオゾン（以下、廃オゾンと記載する）濃度は数分の１程度迄減少する。しかし、そのような状況でも廃オゾン濃度は数から数十ｐｐｍ程度の濃度を維持しており、廃オゾン供給用ポンプ１５の働きにより廃オゾン供給ダクト１６を通じて、入口用換気扇１３に取り込まれた熱交換用ダクト１４内の外気と混合される。この為、熱交換用ダクト１４内の廃オゾンの濃度は数ｐｐｍ以下にまで低下するが、オゾンの強力な酸化力をもってすれば、それでも熱交換用ダクト１４内を浄化するのに十分なオゾンで満たされることになる。オゾン除去手段は、オゾンを取り除く為の例えば活性炭１７であり、他にはシリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化第二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）による接触分解が使用できる。風路切替ダンパ１８はオゾンにより浄化された外気の供給先を切替える為のダンパである。
【００２７】
送風口１９は熱交換後の外気を室外機２０に導き、温度センサ２１は外気温を測定する。室内機２２は、内部に室温を測定する温度センサ２３と時計機能２４を有している。出口用換気扇２５は排気用の換気扇である。
【００２８】
上記構成において、雨水は基本的には蒸留水である為、カルシウムやマグネシウム分といった硬度成分も少なく、細菌等に汚染していることもないのであるが、屋根や雨樋に鳥や小動物の糞便等があった場合には、汚染されてしまう。しかし、この実施形態では、エアーポンプ７とオゾン生成器８がオゾンを雨水貯水槽４に供給する。供給されたオゾンは、エアーストーン１０で微細気泡となり雨水貯水槽４内の細菌や有機物と反応する。しかし、雨水貯水槽４の深さは通常深くても２メートル以下である為、すべてのオゾンが効率よく浄化に寄与する事は難しい。前述の通り、エアーストーン１０から供給される空気のオゾン濃度は、数十から数百ｐｐｍ程度であるが、浄化に寄与できなかった空気の廃オゾン濃度は数分の１程度迄減少する。廃オゾンの濃度は、タンクの深さや被処理水の水質により変動するが、雨水は汚染度合いが少ない為、廃オゾン濃度は数から数十ｐｐｍ程度の濃度を維持している。
【００２９】
通常は、廃オゾンとして雨水貯水槽４の外に排出されるのであるが、この実施形態では廃オゾン供給用ポンプ１５の働きにより、更に、外気浄化用として活用される。
【００３０】
次に地下熱活用について説明する。湿度の高い日本の夏場空気は、多くの湿度を含んでいる。仮に外気温度が３２℃の場合、通常日本では相対湿度が６５％以上となる事が多い。この空気を、地下熱の冷却効果で２６℃まで冷却すると、前記熱交換用ダクト１４内では結露を生じる。この結露により、細菌やカビの繁殖が懸念されるが、熱交換用ダクト１４には廃オゾン供給ダクト１６が接続されており、熱交換用ダクト１４内の空気に前述の廃オゾンが供給される。廃オゾン濃度は数ｐｐｍ以下となるが、オゾンの強力な酸化力により細菌やカビの繁殖を抑制できる。
【００３１】
室内には、活性炭１７によりオゾンが除去された後の空気が供給されるので、人体には全く無害である。一方、オゾンにはハエ、蚊やゴキブリ等の不快害虫やネズミ等の小動物を忌避する効果も見込めるので、入口用換気扇１３からの不快害虫や小動物の侵入を抑制できるという効果もある。
【００３２】
図２には、ブロック部を示す。この実施形態では、入力として雨水貯水槽４の水位を検出する水位センサ１１、外気測定用の温度センサ２１、室温測定用の温度センサ２３、時計機能２４、設定温度、及び、電源信号が制御部９にインプットされている。それらの信号に基づき、制御部９は、エアーポンプ７、オゾン生成器８、送水ポンプ１２、廃オゾン供給用ポンプ１５、入口用換気扇１３、出口用換気扇２５、室外機２０、室内機２２、風路切替ダンパ１８、及び、表示部（図示せず）を制御する。
【００３３】
図３には夏場（冷房時）の制御部のフローチャートを示し、以下に動作を説明する。先ず、ユーザが室内の設定温度を入力すると、風路切替ダンパ１８が夏用設定となり、外気は室外機２０と室内に供給される。冷却された外気は、室外機２０の冷却にも寄与する。
【００３４】
室内温度が２８℃以上の時は、室内機２２と室外機２０がＯＮして通常のヒートポンプ運転が開始される。次に、外気温度が１５℃以下の場合は、熱交換ダクトでの結露が心配なく、更に、外気温度が１５℃以下ではヒートポンプの負荷が非常に小さく、散水の必要もない。エアーポンプ７、オゾン生成器８、送水ポンプ１２、及び、廃オゾン供給用ポンプ１５を停止して、外気を取り込む入口用換気扇１３と出口用換気扇２５のみを動かす。
【００３５】
地下温度は１５〜１７℃で年間を通じてほぼ一定であるので、外気温度が１５℃以上になると熱交換用ダクト１４内での結露の恐れがある。そこで、この場合は、エアーポンプ７、オゾン生成器８、及び、廃オゾン供給用ポンプ１５をＯＮにして、熱交換用ダクト１４内に廃オゾンを供給する。雨水貯水槽４に水が入っており、時刻が午前１０時から午後４時の間であり、かつ、外気温度が２５℃以上の場合は、送水ポンプ１２がＯＮして散水が開始される。この運転は、室温が設定温度になるまで繰り返される。
【００３６】
散水用の雨水にはカルシウムやマグネシウム等の硬度成分が含まれていないので、熱交換器が硬度成分で目詰まりすることもない。
【００３７】
図４は、冬場（暖房時）の制御部のフローチャートである。夏場と同様に、先ず、ユーザが室内の設定温度を入力すると、風路切替ダンパ１８が冬用設定となり、外気は室外機２０にのみ供給される。冬場は、寒冷地では氷点下にまで外気温度が低くなるが、地下熱により暖められた空気により、ヒートポンプのＣＯＰが向上し、更に、室外機の熱交換器表面に霜が付くことを防ぐ働きがある。
【００３８】
冬場の暖房時運転であるので、外気が地下熱で暖められる。従って、熱交換用ダクト１４内での結露の恐れはなく、散水も必要ないので、エアーポンプ７、オゾン生成器８、送水ポンプ１２、及び、廃オゾン供給用ポンプ１５すべてを停止する。入口用換気扇１３と室内機２２と室外機２０を運転することで、暖房運転が開始される。地下熱により暖められた外気が、室外機２０に供給されるので、ヒートポンプのＣＯＰは向上する。更に、寒冷地で外気温が氷点下にまで低下しても、室外機２０に霜が付着する事もないので、霜取り運転等も不要になる。
【００３９】
上記同様、設定温度に達するまで上記運転は継続される。
【００４０】
この実施形態では、廃オゾン供給用ポンプ１５を用いた。しかし、例えばオーバーフロー５の先端をトラップ構造とすれば、エアーポンプ７により廃オゾンを熱交換用ダクト１４まで供給することもできる。また、廃オゾン供給用ポンプ１５が必要になるが、雨水貯水槽４にオゾンを供給する方法として、雨水を循環させる循環ポンプとベンチュリー管を組合せる方式を採用してもよい。
【００４１】
また、冬場の散水に供されない雨水を、トイレ用や庭木の散水用に使用してもまったく問題はない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、地下熱と雨水を活用した構造物用の複合型省エネシステムに関するものである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 屋根
２ 雨樋
３ 雨水導入パイプ
４ 雨水貯水槽
５ オーバーフロー
６ 浄化ボックス
７ エアーポンプ
８ オゾン生成器
９ 制御部
１０ エアーストーン
１１ 水位センサ
１２ 送水ポンプ
１３ 入口用換気扇
１４ 熱交換用ダクト
１５ 廃オゾン供給用ポンプ
１６ 廃オゾン供給ダクト
１７ 活性炭
１８ 風路切替ダンパ
１９ 送風口
２０ 室外機
２１ 温度センサ
２２ 室内機
２３ 温度センサ
２４ 時計機能
２５ 出口用換気扇
２６ ソーラシステム
２７ 壁面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下熱と雨水を活用した構造物用の複合型省エネシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策の為に、あらゆる分野で省エネについての真剣な取組みが論議されている。特に、福島県の原発事故以来、夏場や冬場の省電力化は喫緊の課題として国を挙げての対策が求められている。
【０００３】
これらを実現する為に、水道や雨水を屋根やヒートポンプの室外機（以下、室外機とする）に散水するものが、提案されている。例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３や特許文献４等多数ある。既に商品化されており、水の気化熱を利用して省エネを図る機器で、夏場の省エネ対策として屋根や室外機に散水する。
【０００４】
また、地下熱を用いるものとして、特許文献５、特許文献６や特許文献７等多数ある。こちらは、夏場は冷房負荷を冬場は暖房負荷を軽減するもので、１年間を通じて利用できるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０７３９６６号公報
【特許文献２】特許第３５７４４００号公報
【特許文献３】特許第３８６０８２７号公報
【特許文献４】特許第４５５１９８９号公報
【特許文献５】実公昭６０−８５７３号公報
【特許文献６】特公昭６３−０６７１０９号公報
【特許文献７】特許第３０３００２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の散水型省エネ装置の代表例としては、「エネカット」に代表される室外機への散水装置がある。仕組みは、水（水道水の場合が多い）をエアコンや業務用冷蔵庫の室外機に散水し、その蒸発潜熱で熱交換器を冷却して、ＣＯＰを向上させるものである。
【０００７】
多くの場合、水源には除菌する必要のない水道が使用される。その理由として、給水工事が簡単であり、飲料用の滅菌された水は健康被害の恐れがないためである。当然であるが、もし散水する水がレジオネラ菌等の細菌で汚染されると、室外機近辺に細菌が撒き散らされることになり、大きな問題となる。
【０００８】
しかし、現状の課題として、当然ではあるが散水に使う水道の費用が必要であり、また、水道中の硬度成分が熱交換器のフィンに付着して熱交換効率を低下させるという弊害もあった。
【０００９】
そこで、最近は水道代が必要でなく、硬度成分を全く含まない雨水の活用が注目されている。しかし、純水に近く清浄な雨水も、鳥や小動物の糞便等で屋根が汚染されると、雨水を貯水するタンク内まで汚染される。これを防止する為に、特許文献２のように雨水タンク内を除菌するものがある。
【００１０】
雨水を使う事で、熱交換器のフィンに硬度成分が付着する恐れはなくなり、水道料金も不要となるが、散水する夏場の省エネは出来ても冬場の省エネは困難である。
【００１１】
これを解決する方法として、地中熱を利用するものがある。特許文献５はその典型例であるが、１年を通しての温度変化が少ない地下水を汲み上げ、冷房時に室外機を冷却するものである。原理的には１年を通じて使用できるものであるが、既存のヒートポンプシステムを使うことが困難であり、構造も若干複雑である為、日本ではほとんど普及していない。
【００１２】
現時点では、特許文献６や特許文献７に示す様に、地中に地上の空気を送り、夏場は冷却、冬場は加熱させて省エネを図るものが主流となりつつある。
【００１３】
ここで問題となるのは、地下熱と熱交換する為の地中配管である。周知の通り、日本の夏は高温多湿である。夏場の高温多湿の空気が地中熱により冷却されると、地中配管の内表面で結露が発生する。この結露により、配管内部が細菌やカビの温床となり、結果として汚染された空気が住宅やビルの中に供給される恐れがあり、新たに健康面の問題が浮上してしまう。
【００１４】
このように、従来、雨水を活用したシステムと、地下熱を活用するシステムは別個のシステムであり、両システムを有効に複合したシステムは考案されていない。
【００１５】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、雨水を活用したシステムと、地下熱を活用するシステムを有効に複合し、地下熱を活用するシステムにおいて、細菌やカビ等による健康面の問題の発生を低減させる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】
【００１６】
上述の課題を解決するために、雨水を貯留する雨水貯留槽と、貯留された雨水を浄化するオゾンを生成するオゾン生成手段と、地下熱を取り出す為に地下に埋設された熱交換用ダクトと、雨水浄化後のオゾンを熱交換用ダクトに供給するオゾン供給手段と、熱交換用ダクトの空気を浄化した後に残留するオゾンを除去するオゾン除去手段と、冷房時凝縮器として機能する室外機を屋外に有し室内を冷暖房するエアコンと、熱交換用ダクト内の加熱または冷却された空気を室内または屋外の室外機に導入させる換気ファンと、地下熱により冷却または加熱された空気の供給先を室内か屋外の室外機かを切替える風路切替ダンパと、室内温度を検出する室内温度センサと外気温度を検出する外気温度センサとを備え、雨水浄化後のオゾンで熱交換用ダクト内の空気を浄化することを特徴とする地下熱と雨水を活用した複合型省エネシステムとした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、夏場のみならず冬場の省エネも行えるように、地下熱利用システムにオゾン浄化を組合せたものであり、その空気浄化用のオゾンは、雨水貯水槽の浄化用オゾンの余剰分、すなわち廃オゾンを再利用する。通常ならば排出してしまう廃オゾンを、地下熱ダクトに導く事で、冷房用空気の浄化までも兼ねるものである。
【００１８】
この為、夏場は雨水の散水と地下熱で冷却された空気で室外機を冷却し、冬場は地下熱で加熱された空気で室外機を加熱するので、１年を通じた省エネが可能であり、更に、夏場の熱交換ダクト内での細菌やカビの繁殖を防ぐ事で、夏場の空気汚染による健康被害の発生を抑制する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１の全体構成を示す全体構成図
【図２】本発明の実施例１の回路図を示すブロック回路図
【図３】本発明の実施例１の夏季の制御を示すフローチャート
【図４】本発明の実施例１の冬季の制御を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の請求項１記載の浄化システムは、雨水を貯留する雨水貯留槽と、貯留された雨水を浄化するオゾンを生成するオゾン生成手段と、地下熱を取り出す為に地下に埋設された熱交換用ダクトと、雨水浄化後のオゾンを熱交換用ダクトに供給するオゾン供給手段と、熱交換用ダクトの空気を浄化した後に残留するオゾンを除去するオゾン除去手段と、冷房時凝縮器として機能する室外機を屋外に有し室内を冷暖房するエアコンと、熱交換用ダクト内の加熱または冷却された空気を室内または屋外の室外機に導入させる換気ファンと、地下熱により冷却または加熱された空気の供給先を室内か屋外の室外機かを切替える風路切替ダンパと、室内温度を検出する室内温度センサと外気温度を検出する外気温度センサとを備え、雨水浄化後のオゾンで熱交換用ダクト内の空気を浄化するという構成を有する。
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明をする。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態の構造物用の複合型省エネシステムの構成を説明するためのブロック図である。
【００２３】
図１において、雨水は、屋根１に設けた雨樋２から雨水導入パイプ３を通じて雨水貯水槽４に貯まる。雨水貯水槽４には、雨水の溢れ防止用にオーバーフロー５が設けられており、浄化ボックス６内にはエアーポンプ７とオゾン生成器８、及び、制御部９が組込まれている。エアーポンプ７により外気がオゾン生成器８を通ってオゾン入りの空気となり、エアーストーン１０により微細気泡となって雨水貯水槽４内の雨水を浄化する。そのオゾン濃度は、通常数十から数百ｐｐｍ程度に設定されている。
【００２４】
雨水貯水槽４には雨水の水位を検出する水位センサ１１が設けられており、貯められた雨水は送水ポンプ１２により、屋根１、ソーラシステム２６、及び、壁面２７に散水する。水位センサ１１が、水位を検出できないレベルまで雨水がなくなると、送水ポンプ１２は空運転防止の為に運転を停止する。
【００２５】
入口用換気扇１３は地下熱と熱交換する外気を取り入れるため家屋の地面近傍に設けてあり、外気は熱交換用ダクト１４内で地下熱と熱交換する。地下熱は年間を通じてほぼ一定の１５〜１７℃であり、効率よく熱交換する為に、熱交換用ダクト１４は金属製または熱交換性能が高い樹脂製で、約５ｍ程度迄埋設されている。例えば、夏場の３２℃の外気も熱交換用ダクト１４を通ることで、２６℃まで冷却される。
【００２６】
前記雨水貯水槽４内を浄化する為に供給されるオゾン濃度は、前述の通り数十から数百ｐｐｍ程度であるが、雨水を浄化した後のオゾン（以下、廃オゾンと記載する）濃度は数分の１程度迄減少する。しかし、そのような状況でも廃オゾン濃度は数から数十ｐｐｍ程度の濃度を維持しており、廃オゾン供給用ポンプ１５の働きにより廃オゾン供給ダクト１６を通じて、入口用換気扇１３に取り込まれた熱交換用ダクト１４内の外気と混合される。この為、熱交換用ダクト１４内の廃オゾンの濃度は数ｐｐｍ以下にまで低下するが、オゾンの強力な酸化力をもってすれば、それでも熱交換用ダクト１４内を浄化するのに十分なオゾンで満たされることになる。オゾン除去手段は、オゾンを取り除く為の例えば活性炭１７であり、他にはシリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化第二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）による接触分解が使用できる。風路切替ダンパ１８はオゾンにより浄化された外気の供給先を切替える為のダンパである。
【００２７】
送風口１９は熱交換後の外気を室外機２０に導き、温度センサ２１は外気温を測定する。室内機２２は、内部に室温を測定する温度センサ２３と時計機能２４を有している。出口用換気扇２５は排気用の換気扇である。
【００２８】
上記構成において、雨水は基本的には蒸留水である為、カルシウムやマグネシウム分といった硬度成分も少なく、細菌等に汚染していることもないのであるが、屋根や雨樋に鳥や小動物の糞便等があった場合には、汚染されてしまう。しかし、この実施形態では、エアーポンプ７とオゾン生成器８がオゾンを雨水貯水槽４に供給する。供給されたオゾンは、エアーストーン１０で微細気泡となり雨水貯水槽４内の細菌や有機物と反応する。しかし、雨水貯水槽４の深さは通常深くても２メートル以下である為、すべてのオゾンが効率よく浄化に寄与する事は難しい。前述の通り、エアーストーン１０から供給される空気のオゾン濃度は、数十から数百ｐｐｍ程度であるが、浄化に寄与できなかった空気の廃オゾン濃度は数分の１程度迄減少する。廃オゾンの濃度は、タンクの深さや被処理水の水質により変動するが、雨水は汚染度合いが少ない為、廃オゾン濃度は数から数十ｐｐｍ程度の濃度を維持している。
【００２９】
通常は、廃オゾンとして雨水貯水槽４の外に排出されるのであるが、この実施形態では廃オゾン供給用ポンプ１５の働きにより、更に、外気浄化用として活用される。
【００３０】
次に地下熱活用について説明する。湿度の高い日本の夏場空気は、多くの湿度を含んでいる。仮に外気温度が３２℃の場合、通常日本では相対湿度が６５％以上となる事が多い。この空気を、地下熱の冷却効果で２６℃まで冷却すると、前記熱交換用ダクト１４内では結露を生じる。この結露により、細菌やカビの繁殖が懸念されるが、熱交換用ダクト１４には廃オゾン供給ダクト１６が接続されており、熱交換用ダクト１４内の空気に前述の廃オゾンが供給される。廃オゾン濃度は数ｐｐｍ以下となるが、オゾンの強力な酸化力により細菌やカビの繁殖を抑制できる。
【００３１】
室内には、活性炭１７によりオゾンが除去された後の空気が供給されるので、人体には全く無害である。一方、オゾンにはハエ、蚊やゴキブリ等の不快害虫やネズミ等の小動物を忌避する効果も見込めるので、入口用換気扇１３からの不快害虫や小動物の侵入を抑制できるという効果もある。
【００３２】
図２には、ブロック部を示す。この実施形態では、入力として雨水貯水槽４の水位を検出する水位センサ１１、外気測定用の温度センサ２１、室温測定用の温度センサ２３、時計機能２４、設定温度、及び、電源信号が制御部９にインプットされている。それらの信号に基づき、制御部９は、エアーポンプ７、オゾン生成器８、送水ポンプ１２、廃オゾン供給用ポンプ１５、入口用換気扇１３、出口用換気扇２５、室外機２０、室内機２２、風路切替ダンパ１８、及び、表示部（図示せず）を制御する。
【００３３】
図３には夏場（冷房時）の制御部のフローチャートを示し、以下に動作を説明する。先ず、ユーザが室内の設定温度を入力すると、風路切替ダンパ１８が夏用設定となり、外気は室外機２０と室内に供給される。冷却された外気は、室外機２０の冷却にも寄与する。
【００３４】
室内温度が２８℃以上の時は、室内機２２と室外機２０がＯＮして通常のヒートポンプ運転が開始される。次に、外気温度が１５℃以下の場合は、熱交換ダクトでの結露が心配なく、更に、外気温度が１５℃以下ではヒートポンプの負荷が非常に小さく、散水の必要もない。エアーポンプ７、オゾン生成器８、送水ポンプ１２、及び、廃オゾン供給用ポンプ１５を停止して、外気を取り込む入口用換気扇１３と出口用換気扇２５のみを動かす。
【００３５】
地下温度は１５〜１７℃で年間を通じてほぼ一定であるので、外気温度が１５℃以上になると熱交換用ダクト１４内での結露の恐れがある。そこで、この場合は、エアーポンプ７、オゾン生成器８、及び、廃オゾン供給用ポンプ１５をＯＮにして、熱交換用ダクト１４内に廃オゾンを供給する。雨水貯水槽４に水が入っており、時刻が午前１０時から午後４時の間であり、かつ、外気温度が２５℃以上の場合は、送水ポンプ１２がＯＮして散水が開始される。この運転は、室温が設定温度になるまで繰り返される。
【００３６】
散水用の雨水にはカルシウムやマグネシウム等の硬度成分が含まれていないので、熱交換器が硬度成分で目詰まりすることもない。
【００３７】
図４は、冬場（暖房時）の制御部のフローチャートである。夏場と同様に、先ず、ユーザが室内の設定温度を入力すると、風路切替ダンパ１８が冬用設定となり、外気は室外機２０にのみ供給される。冬場は、寒冷地では氷点下にまで外気温度が低くなるが、地下熱により暖められた空気により、ヒートポンプのＣＯＰが向上し、更に、室外機の熱交換器表面に霜が付くことを防ぐ働きがある。
【００３８】
冬場の暖房時運転であるので、外気が地下熱で暖められる。従って、熱交換用ダクト１４内での結露の恐れはなく、散水も必要ないので、エアーポンプ７、オゾン生成器８、送水ポンプ１２、及び、廃オゾン供給用ポンプ１５すべてを停止する。入口用換気扇１３と室内機２２と室外機２０を運転することで、暖房運転が開始される。地下熱により暖められた外気が、室外機２０に供給されるので、ヒートポンプのＣＯＰは向上する。更に、寒冷地で外気温が氷点下にまで低下しても、室外機２０に霜が付着する事もないので、霜取り運転等も不要になる。
【００３９】
上記同様、設定温度に達するまで上記運転は継続される。
【００４０】
この実施形態では、廃オゾン供給用ポンプ１５を用いた。しかし、例えばオーバーフロー５の先端をトラップ構造とすれば、エアーポンプ７により廃オゾンを熱交換用ダクト１４まで供給することもできる。また、廃オゾン供給用ポンプ１５が必要になるが、雨水貯水槽４にオゾンを供給する方法として、雨水を循環させる循環ポンプとベンチュリー管を組合せる方式を採用してもよい。
【００４１】
また、冬場の散水に供されない雨水を、トイレ用や庭木の散水用に使用してもまったく問題はない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、地下熱と雨水を活用した構造物用の複合型省エネシステムに関するものである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 屋根
２ 雨樋
３ 雨水導入パイプ
４ 雨水貯水槽
５ オーバーフロー
６ 浄化ボックス
７ エアーポンプ
８ オゾン生成器
９ 制御部
１０ エアーストーン
１１ 水位センサ
１２ 送水ポンプ
１３ 入口用換気扇
１４ 熱交換用ダクト
１５ 廃オゾン供給用ポンプ
１６ 廃オゾン供給ダクト
１７ 活性炭
１８ 風路切替ダンパ
１９ 送風口
２０ 室外機
２１ 温度センサ
２２ 室内機
２３ 温度センサ
２４ 時計機能
２５ 出口用換気扇
２６ ソーラシステム
２７ 壁面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雨水を貯留する雨水貯留槽と、
貯留された雨水を浄化するオゾンを生成するオゾン生成手段と、
地下熱を取り出す為に地下に埋設された熱交換用ダクトと、
雨水浄化後のオゾンを熱交換用ダクトに供給するオゾン供給手段と、熱交換用ダクトの空気を浄化した後に残留するオゾンを除去するオゾン除去手段と、
冷房時凝縮器として機能する室外機を屋外に有し室内を冷暖房するエアコンと、
熱交換用ダクト内の加熱または冷却された空気を室内または屋外の室外機に導入させる換気ファンと、
地下熱により冷却または加熱された空気の供給先を室内か屋外の室外機かを切替える風路切替ダンパと、
室内温度を検出する室内温度センサと外気温度を検出する外気温度センサとを備え、
雨水浄化後のオゾンで熱交換用ダクト内の空気を浄化することを特徴とする地下熱と雨水を活用した複合型省エネシステム。
【請求項２】
オゾン除去手段は活性炭であることを特徴とする請求項１記載の地下熱と雨水を活用した複合型省エネシステム。
【請求項３】
前記風路切替ダンパを切替える事により、夏季と冬季の運転を切替えることができる事を特徴とする請求項１または２記載の地下熱と雨水を活用した複合型省エネシステム。
【請求項１】
雨水を貯留する雨水貯留槽と、
貯留された雨水を浄化するオゾンを生成するオゾン生成手段と、
地下熱を取り出す為に地下に埋設された熱交換用ダクトと、
雨水浄化後のオゾンを熱交換用ダクトに供給するオゾン供給手段と、熱交換用ダクトの空気を浄化した後に残留するオゾンを除去するオゾン除去手段と、
冷房時凝縮器として機能する室外機を屋外に有し室内を冷暖房するエアコンと、
熱交換用ダクト内の加熱または冷却された空気を室内または屋外の室外機に導入させる換気ファンと、
地下熱により冷却または加熱された空気の供給先を室内か屋外の室外機かを切替える風路切替ダンパと、
室内温度を検出する室内温度センサと外気温度を検出する外気温度センサとを備え、
雨水浄化後のオゾンで熱交換用ダクト内の空気を浄化することを特徴とする地下熱と雨水を活用した複合型省エネシステム。
【請求項２】
オゾン除去手段は活性炭であることを特徴とする請求項１記載の地下熱と雨水を活用した複合型省エネシステム。
【請求項３】
前記風路切替ダンパを切替える事により、夏季と冬季の運転を切替えることができる事を特徴とする請求項１または２記載の地下熱と雨水を活用した複合型省エネシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１００９５１（Ｐ２０１３−１００９５１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５１４２（Ｐ２０１１−２４５１４２）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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