JP2016017679A - 換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力消費を消費せず、簡易な構成で、例えば、夏季の自動車の屋外駐車時に有効な換気装置を提供する。【解決手段】換気装置４０は、構造体４２と、構造体４２内の内部空間を第１内部空間５２と第２内部空間５４に分割する多孔体５６と、第１内部空間５２の気体を排出するための排出口５８を有する。多孔体５６は、第１面５６ａと第２面５６ｂを有し、これらの面の間に温度差があると低温側の面から高温側の面に向かって流れる熱遷移流を生じさせる。外部からの熱流６２により構造体４２の第１内部空間５２を形成する部分が加熱されて、第１内部空間５２と第２内部空間５４の間に温度差が生じると、多孔体５６に熱遷移流が発生する。熱遷移流により、多孔体を通して第２内部空間５４から第１内部空間５２に気体を取り込み、排出口５８から第１内部空間の気体を排出する。【選択図】図３

Description

本発明は、換気装置に関する。

室内の換気を行う換気装置が知られている。建物の室内の換気装置として、電動ファンを用いた装置が知られている。また、下記特許文献１には、車両の屋根に太陽電池を配置し、太陽電池により発電された電力によりファンを駆動し、車室内の換気を行う装置が記載されている。

特公昭５９−５１４５１号公報

電動ファンを備えた換気装置は電力を消費する。夏季に自動車を屋外駐車した場合、バッテリの電力により電動ファンを駆動すると、バッテリの蓄電量が低下し、エンジン始動に支障を来す場合がある。上記特許文献１のように太陽電池を用いることでバッテリの蓄電量の低下を抑制することができる。しかし、太陽電池は高価であり、また重い。

本発明は、電力消費を抑えることができ、また簡易な構成の換気装置を提供することを目的とする。

本発明に係る換気装置は、構造体と、構造体と共に第１内部空間を形成する多孔体と、第１内部空間の気体を排出するための排出口と、を備える。多孔体は、第１面と、第１面の裏側の面である第２面とを有し、第１面と第２面の間に温度差があると多孔体中に低温側の面から高温側の面に向かって流れる熱遷移流を生じさせるものである。構造体が外部から加熱されると、第１内部空間と、多孔体により隔てられた第１内部空間と反対側の空間との間に温度差が生じ、この温度差によって多孔体に熱遷移流が発生する。この換気装置は、この熱遷移流によって、多孔体を通して第１内部空間に気体を取り込み、排出口から第１内部空間の気体を排出する。

構造体は、多孔体と共に、第１内部空間の、多孔体に関して反対側に第２内部空間を形成するものとできる。構造体の第１内部空間を形成する部分が加熱されると、第１内部空間と第２内部空間の間に温度差が生じ、この温度差によって多孔体に熱遷移流が発生する。この換気装置は、この熱遷移流により、多孔体を通して第２内部空間から第１内部空間に気体を取り込み、排出口から第１内部空間の気体を排出する。

排出口には、第１内部空間から排出される流れを許容し、第１内部空間に流入する流れを阻止する逆止弁を設けることができる。

また、排出口に、第２内部空間の温度が第１内部空間の温度より所定値以上高い場合に閉じる開閉制御可能な弁を設けることができる。

また、第２内部空間を加熱する加熱装置を設け、排出口に、加熱装置により加熱しているときに閉じられる開閉制御可能な弁を設けることができる。

本発明に係る換気装置は、車両の換気装置として適用することができる。この場合、前記構造体は車体であり、前記多孔体は車体の屋根部分に対向して車室側に配置される。前記第１内部空間は、車体の屋根部分と多孔体により形成された空間であり、前記第２内部空間は車室である。日射により、屋根部分が熱せられると、屋根部分と多孔体により形成された空間と、車室の間に温度差が生じ、この温度差によって多孔体中に熱遷移流が発生する。この換気装置は、この熱遷移流により、多孔体を通して車室から天井空間に気体を取り込み、排出口から第１内部空間の気体を排出する。

本発明に係る他の態様の換気装置は、内部空間を形成する構造体と、構造体の内部空間を第１内部空間と第２内部空間に分割する多孔体であって、第１面の裏側の面である第２面とを有し、第１面と第２面の間に温度差があると多孔体中に低温側の面から高温側の面に向かって流れる熱遷移流を生じさせる多孔体と、第１内部空間の気体を排出するための排出口と、を有する。構造体の第１内部空間を形成する部分が加熱されると、第１内部空間と第２内部空間の間に温度差が生じ、この温度差によって多孔体中に熱遷移流が発生する。この換気装置は、この熱遷移流によって、多孔体を通して第２内部空間から第１内部空間に気体を取り込み、排出口から第１内部空間の気体を排出する。

本発明に係る換気装置は、換気に電力を必要としない。また、太陽電池、電動ファンを備える構造より構造が簡易である。

本発明に係る換気装置の一例を示す断面図である。 本発明に係る換気装置の他の一例を示す断面図である。 本発明に係る換気装置の更に他の一例を示す断面図である。 本発明に係る換気装置の更に他の一例を示す断面図である。 本発明に係る換気装置の更に他の一例を示す断面図である。 本発明に係る換気装置の更に他の一例を示す断面図である。 本発明に係る換気装置を車両に適用した例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。以降の説明において、上、下等の方向を表す語句は、特段の断りがない限り各図における方向を表し、装置が設置された状態における方向とは関連しない。

図１は、換気装置１０の概略構成を示す断面図である。構造体１２は上板１４と、上板１４の下方の空間の側方を囲む側板１６を有する。構造体１２は、下方に向けて開口１８を有し、開口１８は、多孔体２０により覆われている。開口１８は、上板１４とほぼ同じ面積を有するようにできるが、上板１４より小さい面積であってもよい。多孔体２０は、膜状とすることができ、以下、この膜状の多孔体を多孔膜２０と記す。構造体１２と多孔膜２０により、これらが囲む内部空間２２が形成される。側板１６には、１箇所または複数箇所に、内部空間２２内の気体を排出する排出口２４が設けられている。排出口２４は、側板１６でなく、上板１４に設けられてもよい。多孔膜２０の内部空間２２側の表面を第１面２０ａ、第１面２０ａの裏側の面を第２面２０ｂと記す。

多孔膜２０は、内部空間２２と外部を連通する多数の細孔を有し、この細孔の孔径は、周囲の気体分子の平均自由行程（大気圧下では６０〜７０ｎｍ程度）の５倍以下に形成され、例えば６０ｎｍ程度に形成されている。希薄気体においては、希薄気体中に温度勾配がある面が存在すると、この面に沿って低温部から高温部に向かう流れが誘起される。この流れは熱遷移流と呼ばれている。気体が希薄かどうかは、気体分子の平均自由行程と取り扱う系の代表長との比で決まるため、大気圧下のような濃い気体でも孔径が数十ｎｍ程度のナノ多孔体内では希薄気体として振る舞う。このため、上記の上記多孔膜２０の表裏に温度差が生じると、多孔膜２０内には熱遷移流が生じる。また、多孔膜２０の表裏に温度差を生じさせるためには、多孔膜２０自体の熱伝導率は低い方が好ましい。多孔膜２０として、熱伝導率が、０．２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以下の材料を用いることができ、例えば、二酸化ケイ素材料の内部に細孔が多数形成されたシリカエアロジェル膜を用いることができる。また、多孔膜２０の厚さは１ｍｍ以下とすることができる。

太陽光などの熱流２６が構造体１２、特に上板１４に流入すると、上板１４が加熱される。加熱により上板１４の温度が上昇すると内部空間２２内の気体の温度が上昇し、多孔膜の第１面２０ａが加熱され高温となる。これにより第１面２０ａと第２面２０ｂの間に温度差が生じ、多孔膜２０内に熱遷移流が発生する。熱遷移流によって、第２面２０ｂが対面する外部の空間から多孔膜２０を通って内部空間２２に向かう気体の流れが発生する。内部空間２２に流入する気体に押し出されるように、内部空間２２内の高温の気体が排出口２４から排出される。

この換気装置１０を対象空間に設け、排出口２４を対象空間とは別の空間につながるようにすれば、対象空間の換気を行うことができる。

図２は、換気装置３０の概略構成を示す断面図である。前述の換気装置１０と同じ構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。換気装置３０は、排出口２４に弁３２が設けられている。弁３２は、内部空間２２から排出される気体の流れは許容し、逆向きの流れは阻止する逆止弁とすることができる。弁３２を設けることにより、内部空間２２から多孔膜２０を通って外部の空間に流れる気流の発生を抑えることができる。

図３は、換気装置４０の概略構成を示す断面図である。構造体４２は、内部に空間を形成し、上板４４と、上板４４の下方の空間の側方を囲む側板４６と、側板４６が囲む空間の下方に配置された下板４８を有する。構造体４２の形状は、どのような形状であってもよい。構造体４２の内部の空間は隔壁５０により上板４４側の第１内部空間５２と、下板４８側の第２内部空間５４とに分割されている。隔壁５０の少なくとも一部は多孔体５６で構成されており、多孔体５６の細孔を通して第１内部空間５２と第２内部空間５４はつながっている。多孔体５６は、膜状とすることができ、以下、この膜状の多孔体を多孔膜５６と記す。多孔体５６の第１内部空間５２側の面を第１面５６ａ、第２内部空間５４側の面を第２面５６ｂと記す。

構造体４２には、第１内部空間５２内の気体を外部に排出するための１個または複数個の排出口５８が設けられている。排出口５８は、側板４６の第１内部空間５２に面する部分に設けられてもよく、また上板４４に設けられてもよい。また、構造体４２には、第２内部空間５４内に気体を取り込むための１個または複数個の取込口６０が設けられている。取込口６０は、下板４８に設けられてもよく、また側板４６の第２内部空間５４に面する部分に設けられてもよい。取込口６０にフィルタを設け、粉じん、花粉などの粒子状の物質を除去するようにすることができる。

多孔膜５６は、第１内部空間５２と第２内部空間５４を連通する多数の細孔を有し、この細孔の孔径は、周囲の気体分子の平均自由行程（大気圧下では６０〜７０ｎｍ程度）の５倍以下に形成され、例えば６０ｎｍ程度に形成されている。前述のように、このような径の細孔を有する多孔膜は、表裏の面に温度差が生じると、熱遷移流が生じる。また、多孔膜５６の表裏に温度差を生じさせるためには、多孔膜５６自体の熱伝導率は低い方が好ましい。多孔膜５６として、熱伝導率が、０．２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以下の材料を用いることができ、例えば、二酸化ケイ素材料の内部に細孔が多数形成されたシリカエアロジェル膜を用いることができる。また、多孔膜５６の厚さは０．５〜１ｍｍとすることができる。

太陽光などの熱流６２が構造体４２、特に上板４４に流入すると、上板４４が加熱される。加熱により上板４４の温度が上昇すると第１内部空間５２内の気体の温度が上昇し、多孔膜の第１面５６ａが加熱され高温となる。これにより第１面５６ａと第２面５６ｂの間に温度差が生じ、多孔膜５６内に熱遷移流が発生する。熱遷移流によって、第２内部空間５４から多孔膜５６を通って第１内部空間５２に向かう気体の流れが発生する。第１内部空間５２に流入する気体に押し出されるように、第１内部空間５２内の高温の気体が排出口５８から排出される。また、第２内部空間５４には、吸い込まれるようにして、取込口６０を通して外部から気体が取り込まれる。取込口６０にフィルタを設け、粉じん、花粉などの粒子状の物質を除去するようにすることができる。

図４は、換気装置７０の概略構成を示す断面図である。前述の換気装置４０と同じ構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。換気装置７０は、排出口５８に弁７２が設けられている。弁７２は、第１内部空間５２から排出される気体の流れは許容し、逆向きの流れは阻止する逆止弁とすることができる。弁７２を設けることにより、外部から第１内部空間５２および多孔膜５６を通って第２内部空間５４に流れる気流の発生を抑えることができる。

換気装置７０において、暖房するなどして第２内部空間５４内の温度が高くなると、多孔膜５６の第２面５６ｂの温度が第１面５６ａの温度より高くなる可能性がある。このような温度差が生じると、多孔膜５６に発生する熱遷移流は、第１面５６ａから第２面５６ｂに向かい、第１内部空間５２から第２内部空間５４に向かう流れが生じる。排出口５８が開放していると、上記の流れにより、外部から排出口５８を通して構造体４２の内部に気体が流入し、構造体４２内の温度が低下する可能性がある。この温度低下を抑制するために、排出口５８に逆止弁である弁７２を設け、排出口５８からの気体の流入を抑制する。

図５は、換気装置８０の概略構成を示す断面図である。前述の換気装置４０，７０と同じ構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。換気装置８０は、排出口５８に弁８２が設けられている。弁８２は、制御部８４により開閉制御可能な弁であり、例えば電磁弁である。第１内部空間５２および第２内部空間５４には、第１温度センサ８６、第２温度センサ８８がそれぞれ設けられている。制御部８４は、これらの温度センサ８６，８８で検出された温度を比較し、第２内部空間５４の温度が第１内部空間５２の温度より所定値以上高ければ、弁８２を閉じるよう制御する。弁８２の閉制御を判断する温度差は、０〜１０℃の間とすることができる。第２内部空間５４が第１内部空間５２より高温となったときに弁８２が閉じられるので、多孔膜５６に熱遷移流を生じさせる駆動力が発生しても、外部からの空気の流入が抑えられる。

図６は、換気装置９０の概略構成を示す断面図である。前述の換気装置４０，７０，８０と同じ構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。換気装置９０においても、換気装置８０と同様に排出口５８に開閉制御可能な弁８２が設けられている。さらに、換気装置９０は、第２内部空間５４内を、例えば暖房のために加熱する加熱器９２を有している。加熱器９２は第２内部空間５４内に設けることができる。また、加熱器９２を構造体４２の外部に設け、加熱器９２で加熱された気体を第２内部空間５４に送るようにしてもよい。加熱器９２が運転されると、これに応じて制御部８４が弁８２を閉じるよう制御する。これにより、加熱器９２の加熱により第２内部空間５４の温度が高くなっても、弁８２が閉じているので、多孔膜５６に熱遷移流を生じさせる駆動力が発生しても、外部からの空気の流入が抑えられる。

図７は、車両１００に前述した換気装置を適用した態様を示す図である。車両１００は、車室１０２を囲む車体１０４を有する。車両の屋根１０６の内側に天井材として多孔膜１０８が張られ、屋根１０６と多孔膜１０８の間に天井空間１１０が形成されている。多孔膜１０８は、前述の多孔膜２０，５６と同様に熱遷移流を発生させる材料から構成される。天井空間１１０には、ピラー内を通る排出路１１２の一端が接続されており、排出路１１２の他端はリアフェンダー内に開口している。車両１００を屋外に駐車した場合、日射により車体、特に屋根１０６が熱せられ、天井空間１１０の温度が上昇する。この温度上昇により、多孔膜１０８内に熱遷移流が生じ、車室１０２から天井空間１１０への空気の流れが生じる。天井空間１１０の空気は、熱遷移流による流れに押され、排出路１１２を通って、リアフェンダー内の開口から車外に排出される。また、車室１０２には、通常、車両に備わる外気取込口から外気が取り込まれる。

換気は、太陽光のエネルギを駆動源として行われ、電力を消費することがない。また、天井空間１１０を形成する屋根１０６と多孔膜１０８のうち、屋根１０６は元々車両に備わっているものであり、多孔膜１０８も通常の内装材と置き換えられたものである。したがって、ほとんど重量を増加せずに換気装置を構成することができる。

一般的に車両には暖房機（空調機）１１４が搭載されている。冬期において暖房機１１４を使用すると、車室１０２の温度が天井空間１１０より温度が高くなる場合がある。この場合、熱遷移流は天井空間１１０から車室１０２に向かうように発生し、排出路１１２を通って車室１０２内に外気が取り込まれる。外気が取り込まれると、暖房効率が低下する。この流れを阻止するために、排出路１１２に弁を設けることができる。例えば、排出路１１２の出口に可撓性の膜を張り、車室１０２からの流れは膜が撓んで空気の排出を許容し、逆の流れに対しては膜が出口に貼り付き、出口をふさぐようにして空気の流入を阻止するようにすることができる。この膜が逆止弁として機能する。

また、排出路１１２に能動的に開閉する弁を設けることもできる。暖房機１１４が運転されると制御部１１６が弁を閉じるよう制御し、熱遷移流による外気の取り込みを抑制する。また、天井空間１１０と車室１０２のそれぞれに温度センサを設置し、これらの温度差に基づき弁の開閉を制御するようにしてもよい。

排出路１１２をピラー内に設け、リアフェンダー内に排出する構成について説明したが、他の部分に排出することもできる。

前述の各換気装置は、車両以外の閉鎖空間の換気装置として適用することができる。例えば、家屋等の建物において、屋根材、壁材などの太陽光があたる部分の裏側に多孔膜を配置する。屋根材等への日射により、屋根材等と多孔膜の間の空間の空気が暖まると、熱遷移流により、前記の空間に多孔膜を介して空気が送られる。

１０，３０，４０，７０，８０，９０ 換気装置、１２ 構造体、１４ 上板、１６ 側板、２０ 多孔膜（多孔体）、２２ 内部空間、２４ 排出口、３２ 弁（逆止弁）、４２ 構造体、４４ 上板、４６ 側板、４８ 下板、５０ 隔壁、５２ 第１内部空間、５４ 第２内部空間、５６ 多孔膜（多孔体）、５８ 排出口、７２ 弁（逆止弁）、８２ 弁（電磁弁）、８４ 制御部、８６，８８ 温度センサ、９２ 加熱器、１００ 車両、１０２ 車室、１０４ 車体、１０６ 屋根、１０８ 多孔膜（多孔体）、１１０ 天井空間、１１２ 排出路、１１４ 暖房機、１１６ 制御部。

Claims (6)

1. 構造体と、
   構造体と共に第１内部空間を形成する多孔体であって、第１面と、第１面の裏側の面である第２面とを有し、第１面と第２面の間に温度差があると多孔体中に低温側の面から高温側の面に向かう熱遷移流を生じさせる多孔体と、
   第１内部空間の気体を排出するための排出口と、
   を有し、
   構造体が外部から加熱されて、第１内部空間と、多孔体により隔てられた第１内部空間と反対側の空間との間に温度差が生じ、この温度差によって多孔体に熱遷移流を発生させ、多孔体を通して第１内部空間に気体を取り込み、排出口から第１内部空間の気体を排出する、
   換気装置。
2. 内部空間を形成する構造体と、
   構造体の内部空間を第１内部空間と第２内部空間に分割する多孔体であって、第１面と、第１面の裏側の面である第２面とを有し、第１面と第２面の間に温度差があると多孔体中に低温側の面から高温側の面に向かう熱遷移流を生じさせる多孔体と、
   第１内部空間の気体を排出するための排出口と、
   を有し、
   構造体の第１内部空間を形成する部分が加熱されて、第１内部空間と第２内部空間の間に温度差が生じ、この温度差によって多孔体に熱遷移流を発生させ、多孔体を通して第２内部空間から第１内部空間に気体を取り込み、排出口から第１内部空間の気体を排出する、
   換気装置。
3. 請求項１または２に記載の換気装置であって、排出口に設けられ、第１内部空間から排出される流れを許容し、第１内部空間に流入する流れを阻止する逆止弁を有する、換気装置。
4. 請求項２に記載の換気装置であって、排出口に設けられた開閉制御可能な弁であって、第２内部空間の温度が第１内部空間の温度より所定値以上高い場合に閉じる弁を有する、換気装置。
5. 請求項２に記載の換気装置であって、第２内部空間を加熱する加熱装置と、排出口に設けられ、加熱装置により加熱しているときに閉じられる開閉制御可能な弁とを有する、換気装置。
6. 車両の車体と、
   車体の屋根部分に対向して車室側に配置され、車体の屋根部分との間に天井空間を形成する多孔体であって、第１面と、第１面の裏側の面である第２面とを有し、第１面と第２面の間に温度差があると多孔体中に低温側の面から高温側の面に向う熱遷移流を生じさせる多孔体と、
   天井空間の気体を車外に排出するための排出口と、
   を有し、
   日射により屋根部分が熱せられて、天井空間と車室の間に温度差が生じ、この温度差によって多孔体に熱遷移流を発生させ、多孔体を通して車室から天井空間に気体を取り込み、排出口から第１内部空間の気体を排出する、換気装置。

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