CN1044706A - 房屋呼吸器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于有效地利用自然规律，解决寒冷季节人们要保暖需密闭门窗，同时为了健康又非常需要新鲜空气的矛盾。发明涉及的技术结构的功能主要在于利用自然的力量把室内的污浊空气排向室外，在排出的过程中，把带走的室内温度交换给从外部通道进入室内的新鲜冷空气。使新鲜空气在进到室内时，温度逐步接近室温。

Description

一种自然换热通风风眼，适用于一般民用建筑物，特别适用于各种集体宿舍、病房、旅馆等人们居住的房间的通风透气。

我们认为，由于室内空气不流通给人们带来的健康方面的危害是一个很值得医学界和环境保护部门关注的问题。有关资料的研究表明，处于睡眠状态的成年人，每小时需15～20立方米的新鲜空气。据日本东海大学医学部公共卫生教研室调查的结果表明。室内的“睡臭”正是严重缺氧的结果，它会使人感到头痛、恶心和打瞌睡。他们对5324名在校学生的调查表明，在这样的环境下居住，明显易得气喘、鼻炎等变态性疾病，其它疾病的发生率也较高。

现在的各种民用居住建筑物，为了保暖，在冷天一般都紧闭门窗以减少热量损失。但是，由于人们在活动和休息时都要新陈代谢，要消耗大量氧气，产生大量二氧化碳等有害气体，使得建筑物内空气极为混浊。人们长期在混浊空气中生活，对身体有很大的危害。因此，需要经常更换建筑物内的空气，以保持建筑物内空气新鲜。为更换建筑物内空气而又不降低建筑物内空气的温度，人们安装了空调系统和热风系统等等形式，且不说这些设备是否可以真正改善室内气体的成分，仅就消耗大量的能量而言，也是与能源紧缺的情况不太适应的。同时，空调和热风系统结构复杂，成本昂贵，难以改善一般贫穷者室内的空气环境条件。本发明的目的是通过研究设计不需要外加能源， 利用室内外自然温差换热通风，把排出建筑物的混浊空气的热量加以利用，交换给向建筑物内补充的新鲜空气，形成一种利用大自然调节室内空气，又使建筑物内温度极小下降的通风装置。

发明者认为，产生这一发明技术的客观基础是存在的。首先，从自然哲学的角度，我们认为，由于人的呼吸、室内厨房等的燃烧等因素改变着室内空气的固有成份。由于需要保暖而采取的封闭措施，使室内与大自然相隔离，在这样的隔离空间内，大自然给予人类的和谐统一的生态状态被破坏了，要使人们长时间居住的室内环境得到有利于健康的改善，根本的方法只有是与大自然获得直接的联系，问题是如何在空气成分交换的过程中，尽量少地减少热量的损失。因此，如何在通风的过程中换热，就成了我们在技术方面要加以解决的中心问题。顺便阐述我们的观点：我们认为仅靠处理室内空气的方法，比如空调、氧离子发生器和一些过滤厨房等处的有害气体等方法，都只是改善而不能从根本上解决有限居住空间的空气环境问题。我们的事业在于从根本上改善人们的居住环境，探讨一条艰难但我们应该充满信心的路。

如下是我们已经获得专利保护的一种具体方案：图1是基本结构，它有一个可装于建筑物门、窗或墙壁之上，使建筑物内与建筑物外相通的通气孔1，其特别之处在于：在通气孔1内有内筒2，内筒把通气通道分隔成内通道和外通道，外通道由绝热材料制成，表面粗糙。内 筒2由高导热材料制成，一面为光滑表面，另一面为粗糙表面（表面的形式，由不同温度气体的运动方向决定，如图所示的情况是T1＞T2    T1为室内温度的设计）。

这一方案的设计思想中，我们参考了真空物理科学家Hobson 1973年的发现：他在实验中发现，粗糙内管道连接的两室，可以发生与用多孔塞连接的两室同样的热流逸现象。简要地说，就是流通的过程使整个大系统向 ${\mathrm{(\; \rho }}_A\sqrt{T_A}{\mathrm{=\; \rho }}_B\sqrt{T_B}$ 的平衡态状态过渡。因为单位容积的分子数n＝（N/R₀）P/T，所以平衡方程又可表示为P_A/P_B＝（T_A/T_B）^1/2。然而，对于用光滑通道连接的两室，Hobson的实验表明，此两室的平衡态P_A/P_B＝α（T_A/T_B）^1/2

其中α与两室的温度差及通道的状态有关，他通过实验确定，α的值在1.1～1.3之间。

Hobson根据这样的发现提出了调节抽气原理。这一原理的实验装置简略地可如图2所示。装置中有1、2、3为空腔：1腔和3腔处在温度为T1的冷端，2腔处在温度为T2的热腔。1腔和2腔之间通过粗糙通道相通，2腔和3腔之间通过光滑通道相接。根据平衡方程有：P1/P2＝（T1/T2）;P2/P3＝α（T2/T3）。式中T1＝T3，因此，1腔与3腔的压力比为P2/P3＝α。由于T2＞T1，系数α＞1，所以1腔和3腔产生了压力差。Hobson把此装置串联了28级，得到了比压为23.3的抽气装置，借以改善前级真空泵的工作条件。我们从他们实验中作一创造性的推延：图 1完全可以理解为光滑通道与粗糙通道套在一起的Hobson实验装置。通常的建筑物内为热端，建筑物外为冷端，在由于温差产生的压差作用下，使室内的浊气抽向室外。专家们也许会提到，抽气的装置可以很多，为什么一定要用这样的结构呢？这正是为了在交换气体成分过程中交换热量所考虑的，在后面我们将加以阐述。在这里我们所强调的是外套筒与内管间的截面积与内筒是相等的，然而两个管道的状态很不相同，两个管道气体的流动状态，随着室内空气的不同情况而有不同（比如不同人数、住房面积下，室内空气恶化程度不同）。风眼象一个吸呼器一样调节着室内的空气。

在实际设计中，内筒2由高导热材料制造，（外通道由绝热材料制成。）当混浊的热空气排出建筑物外时，通过内筒2的筒壁把热量传给通过粗糙通道吸入的较冷的新鲜空气。在实际的热交换过程中，由于内筒光滑，流出气体量大，它接近理想流体的稳恒流动;而外套筒粗糙，形成的基本是层流的慢速运动。这些较冷空气本来的运动速度的就慢，加之管道的状态因素，因此，在相同时间内更多的内管道空气交出热量给较少量的外套筒内的新鲜冷空气，使温度不断提高，加上外套筒内的新鲜空气从内筒获得热量后，其层流状态使那些越接近内筒的气体分子，运行速度越快，从而使室内获得更多的升温后的新鲜空气。

另一重要的实验现象也在该发明中充分地考虑到了：同样是真空 物理学家的A.Roth在他的论者《Vacum Tech-nology》中指出：不同气体成分形成的混合气体，在有温度梯度时，较重的分子向冷端移动，而较轻的分子向热的一侧移动，这一原理曾在分离气体和同位素的设备中加以应用和证实了。这一现象对我们的目的是有利的：因为在CO₂和O₂的混合气体中，分子量小的O₂易于向热端即室内移动，CO₂易于向冷端的室外运动，这正是我们所需要的。

当然在实际设计中，我们充分考虑了如何进一步完善设计的性能。如图3所示，内筒2在建筑物内的一端有一反锥体3，它的主要作用有二个：一是减少两套筒端头不同气体的混淆，使从外套筒进入室内的新鲜空气沿墙壁进入室内，而室内的混浊空气是从4的四周进入内筒的;二是使进入反锥体的新鲜空气进一步提高温度。因为反锥体3处于室内温度状态，其反锥体之内面也十分粗糙，可以使碰到其上的气体，在沿四周进入室内时进一步接近室温。如图4所示的内筒2在建筑物外的一端有一个向上的弯头6（图中5是为防止雨水而设计的档雨板，这里也进一步表明弯头向上），弯头需向上是易于抽动热空气的分析得出的，这是它的主要作用，它的另一个作用，也是为了避免在端口混浊气体和进入的新鲜空气的混淆。

我们对工作的分析是建立在实验基础上的，开始也有过与之相反的分析方案。但是通过实验和分析的结合，使我们对这个问题越来越清楚了。在这样的分析和观点基础上，我们在曾专利文件中提出了一 系列的实施例，选例如下：

比如用于一般有暖气设备的民房的一种实施例作为实用技术，它还有较之如前的结构分析更细致、完善之处。如图4中6使用了一段绝热部件，以减少由于弯筒带走内筒过多的热量;图中的反锥体（如图3中3）是可以移动的，比如在大风天可以移动利用档板及反锥体同时封上内、外两筒。这一设计可使室内空气状况大为改善，尤其是集体场所。同时温度下降极小（举例：原室内20℃，室外0℃在室内入口处气温可升到15°～18℃，到室内，温度可以基本不受影响）。

其它的实施例的大致情况是：在不发达国家，有些居住条件非常差，取暖条件也差，内筒上可设毛刺向外的小孔，再在入口处作一些改进，兼顾通风与保暖问题;有些发展中国家还大量使用煤炉取暖，内筒可以同时作为煤炉烟囱的一部分，从外套筒使可引进加热了的新鲜空气，这种方法非常简单易行却可以大大改善这类家庭的室内卫生状态，在套筒之间可以使用电学方法，同时产生负氧离子等有利于健康的气体成分;在内筒内也可以有一个排气扇，在室内聚会，众人吸烟或点火作饭等特殊情况下，有效地改善空气条件等等。

在实际的生产过程中，当然还有一些工艺、商品化等方面的技术，比如增加内筒向筒间的导热网，进一步

Claims (3)

1、一种自然换热通风风眼，它有一个可装于建筑物门、窗或墙壁之上使建筑物内与建筑物外相通的通气孔1，其特征在于：在通气孔1内有内筒2，内筒2把通气通道分隔成内外通道，内筒2由高导热材料制成，内筒2的一面为光滑表面，另一面为粗糙表面，内筒2两端长于通气孔1。

2、如权利要求1所述的一种自然换热通风风眼，其特征在于：内筒2的内表面为光滑表面，外表面为粗糙表面，通气孔1的内表面也为粗糙表面，内筒2在建筑物内的一端接有一反锥体3，反锥体3上接有堵片4，反锥体3及堵片4可以沿轴向移动。

3、如权利要求1和2所述的一种自然换热通风风眼，其特征在于：内筒2在建筑物外的一端接有一个带挡雨板5的弯头6。

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