JP2007139408A - 換気システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照明と換気を同時に行うことができるようにすることにより、設置空間が減少し、設置作業を容易にする換気システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】換気システムは、室外空気及び光を室内にガイドするダクトと、前記ダクトを通過する自然光を電気エネルギーに変換させる太陽電池と、前記太陽電池によって発生した電気エネルギーを人工光に変換して室内に照射する光源部と、前記ダクトに接続する換気装置とが備えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、換気システムに関し、詳細には、集光部とダクトなどの太陽光の経路に影響を与えない位置に太陽電池（ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）を配置し、これから発生するエネルギを人工照明及び換気システムの補助電源として利用することができる換気システム及びその制御方法に関する。

一般的な換気装置は、室内空間の天井に空気の移動通路を形成するダクトと、前記ダクトに室内／外空気を吸／吐出させるファン装置とを備えて構成される。

また、前記換気装置には、室内空気に含まれた熱エネルギの一部を回収することができるように、全熱交換機が設置される。

一方、一般的な照明装置は、各種電線に各種ランプが電気的に接続されて、室内空間を人工的に照明する。そして、最近では、光パイプを利用して室内及び／または室外空間を一定の照度で照明することもある。前記光パイプは、ランプから発生した光を全反射させて、光が伝播される時に光の損失が少ないという点で有利である。

しかしながら、従来の照明装置と換気装置は、次のような問題がある。

従来では、室内空間に照明装置のための空間と換気装置のための空間を別途に具備しなければならないため、室内空間で各種装置を設置するための空間が拡大され、各種電線が複雑に配線されるという問題があった。

特に、光パイプが適用された照明装置を利用する場合、光パイプとダクトが天井に独立的に配置されなければならないため、設置空間が増加し、設置作業が困難であるという問題がある。

また、照明と換気のためには最も適当な位置に光パイプとダクトが配置されなければならないが、このような位置が重複する場合には、照明や換気効率のうちのいずれかを減少させなければならないという問題があった。

そして、配置設計上、光パイプやダクトが不要に折り曲げられるしかないため、前記光パイプの全反射効率が減少するか、又は前記ダクト内部の流動抵抗が増加するしかないという問題がある。

また、従来の光パイプは、別途のランプを利用して室内空間を照明するため、室内空間を照明するためには、常にランプを稼動せざるを得ず、外部の天気に関わらず常にランプを稼動するため、相対的に消費電力が増加するという問題がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、照明と換気を同時に行うことができるようにすることにより、設置空間が減少し、設置作業を容易にする換気システム及びその制御方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、太陽電池を利用して太陽エネルギを電気エネルギに変換して、人工照明の電源または換気システムの補助電源として使用することができるようにする換気システム及びその制御方法を提案することにある。

また、太陽電池を利用して補助電源として使用できるようにすることによって、消費電力を低減させることができる換気システム及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明に係る換気システムは、室外空気と光を室内にガイドするダクトと、前記ダクトを通過する自然光を電気エネルギに変換させる太陽電池と、前記太陽電池によって発生した電気エネルギを人工光に変換して室内に照射する光源部と、前記ダクトに接続する換気装置とが備えられる。

また、上記の目的を達成すべく、本発明の他の側面に係る換気システムは、室内空気を室外に排出させる排気ダクトと、室外空気及び光を室内にガイドする給気ダクトと、前記各ダクトに接続する換気装置と、前記給気ダクトに自然光を誘引する集光部と、前記給気ダクトに誘引される前記自然光を電気エネルギに変換させる太陽電池と、前記太陽電池により変換された電気エネルギを人工光に変換して、前記室内に照射する光源部とが備えられる。

また、上記の目的を達成すべく、本発明のさらに他の側面に係る換気システムは、空気が移動するダクトの内部に自然光が入射されるステップと、前記入射された自然光に含まれたエネルギが電気エネルギに変換されるステップと、前記変換された電気エネルギが人工光に変換されて、室内に照射されるステップとが含まれる。

本発明の換気システム及びその制御方法によれば、照明と換気を同時に行うことができるようにすることにより、設置空間が減少し、設置作業が容易になるという長所がある。

また、太陽電池を利用して太陽エネルギを電気エネルギに変換して、人工照明の電源または換気システムの補助電源として使用できる構造が提案されることにより、親環境的なシステムと共に、消費電力を低減させることができるという長所がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る換気システムを示す構成図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る換気システムは、室外空気を送風させる換気装置１００と、光と室外空気を案内する換気ダクト２００と、自然光を前記換気ダクト２００に移動させるために、前記自然光を誘引する集光部２３０と、前記換気ダクト２００に人工光を提供することができる人工光源部２４０、３３０とが備えられる。

詳細に、前記換気ダクト２００は、前記換気装置１００と接続し光と室外空気を案内する第１ダクト部２１０と、前記第１ダクト部２１０に接続して、前記第１ダクト部２１０の光と室外空気を案内して室内空間に提供され得るようにする第２ダクト部２２０とが備えられる。

そして、前記換気ダクト２００の内面には、長さ方向に沿って複数の光ファイバが提供されることができ、この場合、アクリルレジン（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）からなるコアと、前記コアを取り囲むフッ素ポリマ（Ｆ−ＰＭＭＡ：Ｆｌｕｏｒｉｎｅ Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）からなるクラッド層（Ｃｌａｄ ａｒｒａｙ）を含んで構成されることができる。

このとき、前記クラッド層の屈折率が前記コアより低いため、前記光ファイバの一側端部から入った光は、コアとクラッド層との接続面から全反射を起こしながら光ファイバの他端部に進む。

そして、前記第１ダクト部２１０は、日が昇って落ちる方向にそれぞれ配置されることができ、前記第１ダクト部２１０は、一般に建物の東側または西側にそれぞれ配置されることができる。そして、南側に建築されたアパートや大型建物の場合、南側または南西側に前記第１ダクト部２１０が配置されることができる。

また、前記第１ダクト部２１０は、室外に自然光または人工光が漏れるのを防止するために、外部と閉鎖されて設置されることができ、建物の壁面に内蔵されたり、または別途の遮蔽部材２１１により閉鎖されるように設置されることができる。

これは、光公害を防止するためであり、夜間に人工光が前記第１ダクト部２１０を介して外部に照射されるのを防止して、光による生態系の破壊と人間の睡眠障害を防止するためである。

また、前記第１ダクト部２１０には、自然光を前記換気ダクト２００に誘引し得る集光部２３０が設置され、前記集光部２３０には、自然光に含まれたエネルギを電気エネルギに変換し、変換された電気エネルギを充電させ得る所定の太陽電池が複数設置される。

そして、前記集光部２３０に備えられた所定の太陽電池により充電された電気エネルギは、前記人工光源部２４０、３３０の補助電源として用いられることができる。

詳細に、前記集光部２３０は、太陽の高度に応じて自然光を前記第１ダクト部２１０に集中させ得るように回転でき、前記集光部２３０または第１ダクト部２１０には、太陽の高度を測定し得るセンサ２８０がさらに設置されることができる。

この場合、前記集光部２３０は、太陽光を前記第１ダクト部２１０に集中的に屈折及び反射させることができるように板状に形成されることができ、このような集光部２３０は、別途のモータ装置により所定の角度で回転され得る。

そして、前記集光部２３０は、前記第１ダクト部２１０の内部に雪や雨が浸透することを防止するために、雨天時には、第１ダクト部２１０の入口を覆うことができる。

前記人工光源部２４０、３３０は、前記第１ダクト部２１０に提供される第１人工光源部２４０と、前記第２ダクト部２２０に提供される第２人工光源部３３０とが備えられる。

そして、前記第２人工光源部３３０は、動作に必要な電源として、所定の太陽電池により変換された電気エネルギが提供されることができる。

前記第１ダクト部２１０には、自然光と人工光が所定角度屈折されて、第２ダクト部２２０に反射されるようにする光屈折部２５０がさらに設置されることができ、この場合、前記光屈折部２５０は、第１ダクト部２１０と第２ダクト部２２０とが接続される部分に提供されることができる。

そして、前記第２ダクト部２２０には、内部に入射される光の入射角を調節するために、第１入射角調節部２６０がさらに設置されることができ、前記第１入射角調節部２６０は、前記光屈折部２５０を介して所定角度屈折した光を前記第２ダクト部に集中させる機能を果たす。

また、前記第１ダクト部２１０及び第２ダクト部２２０には、前記第１及び第２人工光源部２４０、３３０から発散する人工光の入射角を調節し得る第２入射角調節部２７０及び第３入射角調節部３６０がさらに設置されることができる。

したがって、前記人工光源部２４０、３３０から照射される人工光は、前記第２及び第３入射角調節部２７０、３６０によって、その入射角が前記第２ダクト部２２０の内部に集中されて、室内空間に效率的に照射され得る。

一方、前記換気装置１００は、室外空気を吸入して室内に供給させ、室内空気を吸入して室外に排出させる。この場合、前記換気装置１００には、室内空気を外部に排出し得るように、別途の排気ダクトがさらに設置されることができ、室内／外空気を吸入するためのファンと室内／外空気を熱交換させて、室外に排出される熱エネルギの一部を回収することができる全熱交換機がさらに設置されることができる。

そして、前記換気装置１００には、室外空気をろ過させることができる集塵フィルタ１１０がさらに設置されることができ、前記集塵フィルタ１１０は、室外空気に含まれた異質物が前記換気ダクト２００の内部に付着して照明効率を減少させるのを防止する。

そして、前記換気装置１００には、室外空気を脱臭させることができる脱臭フィルタ１２０がさらに設置されることができる。

上述した前記集塵フィルタ１１０及び脱臭フィルタ１２０は、光の進行方向を妨害しないように、光の移動経路を考慮して設置されることが好ましい。

図２は、本発明の一実施の形態に係る集光部を示す図である。

図２に示すように、前記集光部２３０によるエネルギの充電構造を説明すれば、以下の通りである。

前記集光部２３０は、太陽などの外部エネルギ源から発生する光エネルギを電気エネルギに変換させ得る複数の太陽電池２３１と、該太陽電池２３１を外部から保護することができるドーム２３２が備えられる。

また、前記集光部２３０は、前記太陽電池２３１により変換された電気エネルギを充電させることができる充電部２３５と、該充電部２３５と太陽電池２３１とを接続する第１電流線２３４と、前記充電部と外部部材に接続するための第２電流線２３６とを備えることができる。

ここで、前記充電部２３５は、第２電流線２３６により前記第１または第２人工光源部２４０、３３０に接続されることができる。

このように前記集光部２３０に形成された太陽電池２３１により充電される電気エネルギを人工光源の電圧源として使用することによって、親環境的な換気システムが提供され、これにより、ユーザの信頼を増加させることができる。

ここで、前記第１及び２人工光源部２４０、３３０には、電源の印加に応じて所定の照度（ｌｕｘ）で光を発散し得るランプからなることができ、このようなランプの照度は、換気システムが適用される場所によって適切に設計されることができる。

図３は、本発明の一実施の形態に係る人工光源を示す図である。

以下、図３を参照して、前記第２人工光源部３３０について詳細に説明する。

前記第２人工光源部３３０は、前記第１人工光源部２４０と同様に、所定の電圧印加により光を発散させる機能を果たすとともに、電気エネルギを充電し得る構造からなることができる。

詳細に、前記第２人工光源部３３０は、所定の光を発散させ得るランプ３３２と、前記換気ダクト２００に沿って移動する自然光のエネルギを電気エネルギに変換させ得る太陽電池３３１とが備えられる。

前記第２人工光源部３３０による電気エネルギの充電は、前記集光部２３０による電気エネルギ充電と共に行われることができ、これにより、エネルギ効率が増加され得る。

そして、前記太陽電池３３１も、光エネルギを電気エネルギに変換させる機能を果たし、変換された電気エネルギが充電され得る充電部がさらに備えられることができる。

以下では、前記換気システムの作動について説明する。

図４は、本発明の一実施の形態に係る自然光が室内空間に入射される様子を示す図であり、図５は、本発明の一実施の形態に係る第２光源部から発散した人工光が室内空間に入射される様子を示す図である。

まず、本発明の換気システムは、照明モードと換気モードに大きく区分されることができ、各モードが独立的または同時に動作され得る。そして、前記照明モードは、太陽光熱の照度に応じて自然光モードと、人工光モードに区分されることができる。

まず、図４を参照して、前記換気システムが自然光モードで動作する場合について説明する。

所定の制御部は、ユーザの選択または自動的に日が昇る時から略正午まで、東側に位置した前記集光部２３０を稼動させる。

そして、前記集光部２３０は、太陽の高度に応じて、前記第１ダクト部２１０内に自然光がたくさん反射され得る角度で回転される。これにより、自然光は、前記第１ダクト部２１０に入射されて全反射しながら進む。

この場合、前記集光部２３０に形成された太陽電池２３１により、太陽熱が電気エネルギに変換され、変換された電気エネルギは、所定の充電部に保存されて前記第２人工光源部３３０の電圧源として用いられることができる。

また、前記第１ダクト部２１０の光屈折部２５０は、所定角度が回転されるにつれて、前記全反射された自然光を第２ダクト部２２０に屈折させる。このように屈折された自然光は、第１入射角調節部２６０を介して入射され、続き前記第２ダクト部２２０の光ファイバから全反射されながら前記第２ダクト部２２０を透過する。そして、透過された自然光は、室内空間を一定の照度で照明する。

一方、前記換気装置１００が稼働すると、室外空気は、集塵フィルタ１１０を通過しながらろ過された後、第１ダクト部２１０に流入される。そして、ろ過された空気は、第１ダクト部２１０を通過した後に第２ダクト部２２０に流入され、前記第２ダクト部２２０を移動する室外空気は、前記換気ダクト２００に形成されたディフューザ２２１を介して室内空間に流入されて室内空間を換気させる。

次に、図５を参照して、前記換気システムが人工光モードで動作する場合について説明する。図５では、第２人工光源部から人工光が発散する様子が示される。

ユーザの選択または天気が曇ったり暗いときに、自動的に前記第１人工光源部２４０及び／または第２人工光源部３３０が動作する。

そして、前記第１人工光源部２４０及び／または第２人工光源部３３０は、所定の照度で発光され、発生した人工光は、第２入射角調節部２７０及び／または第３入射角調節部３６０により、前記換気ダクト２００の内部に入射される。

この場合、前記第１人工光源部２４０及び／または第２人工光源部３３０に印加される電圧源としては、前記集光部２３０により充電された電気エネルギが用いられることができる。そして、前記第２人工光源部３３０に所定の太陽電池３３１がさらに備えられた場合には、前記太陽電池３３１により充電された電気エネルギを利用することもできる。

そして、前記第１人工光源部２４０から発生した人工光は、前記第１ダクト部２１０に形成された光屈折部２５０が所定角度回転されることによって、前記第２ダクト部２２０内に移動する。

また、前記第２人工光源部３３０から発生した人工光は、前記第３入射角調節部３６０により前記換気ダクト２００の内部に集中され、これにより、室内空間の照明が行われる。

図６及び図７は、本発明の第２の実施の形態に係る換気システムを説明する構成図である。

図６及び図７を参照すれば、本発明の第２の実施の形態に係る換気システムは、外部の自然光を利用して室内を照明させるために、自然光を誘導し得る第１ダクト部２１０が室内空間の両方に設置されることを特徴とする。

特に、前記第１ダクト部２１０が日が昇る方向と落ちる方向両方に設置されることができ、この場合、前記集光部２３０による電気エネルギへの変換及び充電が日が昇る場合と落ちる場合両方で行われることができる。

このような前記第１ダクト部２１０の設置の構成を除外した残りの構成要素は、実質的に上述の第１の実施の形態と同一なので、残りの構成要素に関する説明とその作用に対しては省略する。

一方、前記集光部２３０により充電された電気エネルギは、前記第１人工光源部２４０に印加される電圧源として用いられることができ、この場合、前記集光部２３０により充電された電気エネルギは、前記第１人工光源部２４０に接続する第３電流線２４１を介して前記第１人工光源部２４０に供給される。

上述した本発明の実施の形態によれば、照明と換気が同一のダクトで行われることができ、外部から供給される自然光を利用して室内空間の照明源として利用すると同時に、自然光に含まれたエネルギを人工光源部の電圧源としての使用が可能となり、これにより電力消費を低減させることができるという効果がある。

上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。

本発明の一実施の形態に係る換気システムを示す構成図である。 本発明の一実施の形態に係る集光部を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る人工光源を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る自然光が室内空間に入射される様子を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る第２光源部から発散した人工光が室内空間に入射される様子を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る換気システムを説明する構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る換気システムを説明する構成図である。

符号の説明

１００ 換気装置
１１０ 集塵フィルタ
１２０ 脱臭フィルタ
２００ 換気ダクト
２１０ 第１ダクト部
２１１ 遮蔽部材
２２０ 第２ダクト部
２３０ 集光部
２４０ 人工光源部
２５０ 光屈折部
２６０ 第１入射角調節部
２７０ 第２入射角調節部
２８０ センサ
３３０ 人工光源部
３６０ 第３入射角調節部

Claims (15)

1. 室内空気を室外に排出させる排気ダクトと、
   室外空気及び光を室内にガイドする給気ダクトと、
   前記各ダクトに接続する換気装置と、
   前記給気ダクトに入射される自然光を電気エネルギに変換させる太陽電池と、
   前記太陽電池により変換された電気エネルギを人工光に変換して、前記室内に照射する光源部と
   が備えられることを特徴とする、換気システム。
2. 前記給気ダクトに自然光を誘引する集光部がさらに備えられることを特徴とする、請求項１に記載の換気システム。
3. 前記集光部が、前記自然光を電気エネルギに変換させる太陽電池が含まれることを特徴とする、請求項２に記載の換気システム。
4. 前記集光部の太陽電池により変換された電気エネルギが、前記光源部の電圧源として利用されることを特徴とする、請求項３に記載の換気システム。
5. 前記ダクトには、太陽の高度を測定し得るセンサが提供され、前記集光部が、前記高度に応じて回転可能であることを特徴とする、請求項２に記載の換気システム。
6. 前記集光部が、前記ダクトを選択的に開閉させることを特徴とする、請求項２に記載の換気システム。
7. 前記ダクトの内部を通過する光の入射角を調節する入射角調節部がさらに備えられることを特徴とする、請求項１に記載の換気システム。
8. 前記光が、前記ダクトの両方から入射されて室内に照射されることを特徴とする、請求項１に記載の換気システム。
9. 前記自然光または人工光が、選択的に室内に照射されることを特徴とする、請求項１に記載の換気システム。
10. 前記ダクトには、光ファイバが提供されることを特徴とする、請求項１に記載の換気システム。
11. 空気が移動するダクトの内部に自然光が入射されるステップと、
    前記入射された自然光に含まれたエネルギが電気エネルギに変換されるステップと、
    前記変換された電気エネルギが人工光に変換されて、室内に照射されるステップと
    が含まれることを特徴とする、換気システムの制御方法。
12. 前記人工光の電圧源として利用される電気エネルギが、太陽電池により提供されることを特徴とする、請求項１１に記載の換気システムの制御方法。
13. 前記太陽電池が、前記自然光を前記ダクトに誘引し得る集光部または前記ダクト内部に設置可能であることを特徴とする、請求項１２に記載の換気システムの制御方法。
14. 前記集光部が、太陽の高度に応じて前記ダクトに対して回転可能であることを特徴とする、請求項１３に記載の換気システムの制御方法。
15. 前記ダクトを移動する自然光または人工光が、全反射されることを特徴とする、請求項１１に記載の換気システムの制御方法。

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