JP4189371B2 - 換気ユニットおよび換気システム - Google Patents

Description

本発明は、家屋内外の熱交換を行う換気ユニットおよび換気システムに関するものである。

近年、地球環境保全・公害防止・エネルギー問題などから、自然エネルギーの利用が注目を集めている。住居等の建造物の分野においては、太陽エネルギーを利用して室内暖房、冷房、換気、除湿、給湯等を行うシステムが開発されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

特許文献１〜３に開示されたシステムは、空気式のソーラーシステムであり、屋根に設けられた集熱部により加熱された空気を、ダクトを介して屋根裏空間に配設されたハンドリングボックスに導入し、このハンドリングボックスから各部屋、床下または屋外に加熱空気を供給したり、温水を生成するものである。

ここで、ダクトは、屋根の棟近傍の裏側に配設され、上記集熱部から加熱空気を上記ハンドリングボックスに供給する。屋根裏空間には、ハンドリングボックスやダクトの他に、一端が各部屋、床下、屋外貯湯槽等に配設された配管の他端も配設されており、これらの配管の他端がハンドリングボックスに接続される。これにより、ハンドリングボックスでは、加熱空気の供給経路の制御や温水の生成が可能となる。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特開平５−７９７０７号公報 特開２００２−２３５９５５号公報 特開２００４−２０１２２号公報

上述した従来のシステムでは、住居内の各所にダクトや配管を配設し、これらの一端を屋根裏空間にまで導入してハンドリングボックスに接続しなければならないので、ハンドリングボックスの設置場所やダクトおよび配管の取り回し等を予め設計しなければならないので、後付工事ができなかった。
このため、従来より、施工が簡単で、後付工事が可能なソーラーシステムが望まれていた。
そこで、本願発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、簡単に設置することができる換気ユニットおよび換気システムを提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明にかかる換気ユニットは、家屋の屋根の上に配設され、断熱材からなる箱体の形状を有する換気ユニットであって、箱体の一の側面に形成された排気口と、箱体の他の側面に形成された吸気口と、家屋内部に露出し、箱体の底面に形成された孔と、排気口と孔と交互に塞ぐシャッタとを有し、箱体は、底面に開口部が形成された上側箱形構造体と、この上側箱形構造体の開口部に開口した上面が接続された下側箱形構造体とから構成され、排気口は、上側箱形構造体の一の側面に形成され、給気口は、上側箱形構造体の他の側面に形成され、孔は、下側箱形構造体の底面に形成されることを特徴とする。これにより、シャッタが排気口を塞ぐと、外気は吸気口から孔を介して家屋内部に供給される。また、シャッタが孔を塞ぐと、外気は吸気口から排気口を介して家屋外部に放出される。

上記換気ユニットにおいて、排気口に配設されたファンをさらに有するようにしてもよい。
また、上記換気ユニットにおいて、ファンは、複数配設されるようにしてもよい。

また、本発明にかかる換気システムは、家屋の屋根の上に配設され、断熱材からなる箱体の形状を有し、箱体の一の側面に形成された排気口と、箱体の他の側面に形成された吸気口と、家屋内部に露出し、箱体の底面に形成された孔と、排気口と孔と交互に塞ぐシャッタとを有する換気ユニットと、一端が孔に接続され、他端が家屋内部の所定の箇所に配設されたダクトと、家屋内部に配設され家屋内部の温度を測定する室温センサと、家屋外部に配設され家屋外部の温度を測定する吸気センサと、シャッタを駆動する駆動手段と、室温センサ、吸気センサおよび駆動手段に接続され、室温センサおよび吸気センサの測定値に基づいて駆動手段を駆動させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

上記換気システムにおいて、排気口に配設されたファンをさらに有し、制御手段は、室温センサおよび吸気センサの測定値に基づいて駆動手段およびファンを駆動させるようにしてもよい。

上記換気システムにおいて、屋根の上に配設される太陽電池をさらに備え、駆動手段およびファンの少なくとも一方は、太陽電池に基づく電力により駆動するようにしてもよい。

本発明によれば、換気ユニットおよび換気システムを簡単に配設することができるので、後付工事が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態にかかる換気システムの構成を示す模式図である。
本実施の形態にかかる換気システム１は、家屋１１の屋根１２に配設された集熱部２と、この集熱部２により加熱された空気を家屋１１内に導入する換気ユニット３と、この換気ユニット３から加熱空気を家屋１１内部に放出する内部ダクト４と、換気システム１の動作を制御する制御盤５とから構成される。

集熱部２は、例えば太陽光線で加熱される金属製のプレートまたは太陽光線を透過する透過板（例えば、ガラスと金属プレートの組み合わせで断熱空気層を構成するもの）と端部に空気取り入れ口を設けた空気流路とから構成される。このような集熱部２は、全体としてパネルタイプや、屋根に組み込むタイプとがある。図１に示すように、屋根に組み込むタイプの場合、金属製のプレートからなる屋根板１３と、軒下に形成される空気取り入れ口１４と、屋根１２と屋根板１３との隙間により形成される空気流路１５とから構成される。
ここで、屋根１２は、所定の勾配を有し、屋根板１３も屋根１２と同等の勾配を有するように配設される。これにより、空気流路１５として作用する隙間が形成される。

このような集熱部２で生成された加熱空気は、図２に示す外部ダクト１６を介して換気ユニット３に導入される。図２は、外部ダクトおよび換気ユニットの構成を示す図である。
外部ダクト１６は、フェノール樹脂発泡体、ポリプロピレン発泡体、木材および発砲スチロール等の耐熱性および断熱性を有する材料からなる箱形の形状を有し、換気ユニット３とともに集熱部２と反対側の屋根１２の棟近傍に、屋根１２の大きさに対応する数量だけ連設される。このような外部ダクト１６は、集熱部２の空気流路１５、隣接する外部ダクト１６および換気ユニット３と接する面に開口を有する。これにより、集熱部２で生成された加熱空気は、各外部ダクト１６に導入され、隣接する外部ダクト１６を経由して換気ユニット３に流入する。
なお、外部ダクト１６の大きさは適宜自由に設定することができる。例えば、図２に示すように、屋根１２上に配設しやすい所定の大きさに設定し、複数の外部ダクト１６を屋根１２上で連接することにより、１つの空気流路を形成するようにしてもよい。また、屋根１２の形状に合わせた１本のダクトから構成されるようにしてもよい。

換気ユニット３は、図１に示すように、屋根１２の棟近傍に配設され、集熱部２の空気流路１５と接続される。また、換気ユニット３は、図２に示すように、隣接する外部ダクト１６と接続される。
図３は、換気ユニット３の構成を示す斜視図、図４は、換気ユニット３の内部構成を示す部分分解図、図４は、換気ユニット３の断面図である。
換気ユニット３は、箱の形状を有する箱体３０と、この箱体３０内部に配設されたシャッタ３１と、このシャッタ３１を駆動する駆動部３２とから構成される。

箱体３０は、直方体または正方体の箱の形状を有し、一の側面（以下、吸気面部材４０ａという）が集熱部２の空気流路１５に接続された上側箱形構造体４０と、直方体または正方体の箱の形状を有し、上側箱形構造体４０の底面部材４０ｆに上面が接続された下側箱形構造体５０とから構成される。
このような箱体３０は、フェノール樹脂発泡体、ポリプロピレン発泡体、木材および発砲スチロール等の耐熱性および断熱性を有する材料から構成される。
なお、箱体３０の外部表面には、例えばアルミでコーティングするなどの防水加工を施すようにしてもよい。

上側箱形構造体４０は、吸気面部材４０ａに並設された２つの吸気口４１と、吸気面部材４０ａの反対側の側面である排気面部材４０ｂに形成された排気口４２と、この排気口４２に配設されたファン４３と、吸気面部材４０ａおよび排気面部材４０ｂに隣接する側面である側面部材４０ｃ、４０ｄそれぞれに形成された連通孔４４，４５と、底面部材４０ｆに形成された平面視略矩形の開口４６とを有する。
また、底面部材４０ｆには、排気面部材４０ｂから上側箱形構造体４０の外部方向に突出したリブ４７が形成されている。

なお、吸気口４１の形状は、平面略矩形に限定されず、例えば楕円形や円形など適宜自由に設定することができる。また、吸気口４１の数量も、２つに限定されず適宜自由に設定することができる。さらに吸気口４１の大きさも適宜自由に設定することができる。
また、排気口４２の数量も、１つのみらなず、例えば２つまたは３つなど適宜自由に設定することができる。さらにファン４３の数量も、１つのみならず、例えば２つまたは３つなど複数にしてもよい。

下側箱形構造体５０は、上面が開口した箱の形状を有し、その開口した上面を開口４６に対向させた状態で上側箱形構造体４０に接続される。下側箱形構造体５０の上面の形状は、開口４６の形状に対応している。これにより、上側箱形構造体４０と下側箱形構造体５０のそれぞれの内部が連続した箱体３０が構成される。
また、下側箱形構造体５０の底面部材５０ａには、平面視略円形の孔５１が形成されており、この孔５１には底面部材５０ａから下側箱形構造体５０の外部に突出した接続部５２が形成されている。
なお、孔５１の形状は、円形に限定されず、例えば矩形等適宜自由に設定することができる。

シャッタ３１は、下側箱形構造体５０の底面部材５０ａの形状に対応した平面視略矩形の板の形状を有し、排気面部材４０ｂに近接する側部を支点として回動可能なように下側箱形構造体５０の底面部材５０ａ近傍に配設される。このようなシャッタ３１は、図４に示すように、上側箱体の排気面部材４０ｂ側に回動したときには排気口４２を塞ぎ、下側箱形構造体５０の底面部材５０ａ側に回動したときには孔５１を塞ぐ。
駆動部３２は、ダンパーモータ等の公知のモータから構成されており、下側は固体構造体５０の側面部材５０ｂに設けられ、シャッタ３１の回動可能に支持された側部に接続されている。このような駆動部３２は、制御盤５からの制御信号に基づいて駆動して、シャッタ３１を回動させる。

内部ダクト４は、一端が下側箱形構造体５０の接続部５２に接続され、他端が家屋１１内部の所定空間に配設された公知の配管から構成され、接続部５２の近傍にファン６０が設けられている。このファン６０を配設する場所は、下側箱形構造体５０の接続部５２、この接続部５２近傍や内部ダクト４の途中や端部など適宜自由に配設することができる。

制御盤５は、駆動部３２、ファン４３およびファン６０に接続されており、ユーザの操作入力に基づいて外部電源から駆動部３２、ファン４３およびファン６０に電力を供給して動作制御を行う。また、制御盤５には、吸気口４１近傍に配設され集熱部２で生成された加熱空気の温度を計測する吸気センサ６１、家屋１１内部に配設され室温を計測する室温センサ６２も接続されており、吸気センサ６１による加熱空気の温度と室温センサ６２による室内温度とに基づいて駆動部３２、ファン４３およびファン６０の動作制御を行う。
このような制御盤５は、ＣＰＵ等の演算装置と、メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の記憶装置と、ボタン、キー等の入力装置と、蛍光表示管、ＦＥＤ(Field Emission Display)、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)、有機ＥＬ(Electro Luminescence)等の表示装置と、外部との情報の送受を行うＩ/Ｆ装置を備えたコンピュータまたはコントローラーと、このコンピュータまたはコントローラーにインストールされたプログラムとから構成される。すなわちハードウェア装置とソフトウェアとが協働することによって、上記ハードウェア資源がプログラムによって制御されることにより、駆動部３２、ファン４３およびファン６０の動作制御が行われる。

次に、換気システム１の動作について説明する。
例えば冬の日中など集熱部２で生成された加熱空気を家屋１１内部に取り込む場合、制御盤５は、シャッタ３１により排気口４２を塞ぐとともにファン６０を回転させる。すると、集熱部２で生成された加熱空気は、内部ダクト４から家屋１１内部に供給される。これにより、家屋１１内部の温度が上昇する。
なお、夏の早朝や夜間など涼しい外気を家屋１１内部に取り込む場合も、制御盤５は同様の動作を行う。

例えば夏の日中など集熱部２で生成された加熱空気を排気する場合、制御盤５は、シャッタ３１により孔５１を塞ぐとともに、ファン４３を回転させる。すると、集熱部２で生成された加熱空気は、排気口４２から家屋１１の屋根１２上に放出される。これにより、屋根１２が過加熱されるのを防ぐ。また、集熱部２で生成された加熱空気は、屋根１２上に放出され、隣接する住宅に向けて放出されない。このように、本実施の形態にかかる換気システムは、隣接する住宅の住宅環境も配慮しており、都市部などの住宅密集地においても近隣住居への影響を気にすることなく施工することができる。

また、家屋１１内部の空気を外部に放出する場合、制御盤５は、シャッタ３１により孔５１が塞がれていない状態にするとともにファン６０を上述した加熱空気を家屋１１内部に取り込む場合と逆方向に回転させる。すると、家屋１１内部の空気は、空気取り入れ口から家屋１１外部に放出される。これにより、家屋１１内部の暖かい空気を外部に放出して、家屋１１内部を冷却することが可能となる。

次に、換気システム１の設置方法について説明する。
まず、屋根板１３が取り付けられた屋根１２の所定の箇所に換気ユニット３を設置するための孔を開ける。具体的には、屋根において、南側など日当たりのよい側の面（以下、集熱面という）の反対側の面（以下、非集熱面という）に、換気ユニット３の下側箱形構造体５０の形状に対応した形状の孔を開ける。

次に、屋根１２の非集熱面に開けた孔に換気ユニット３の下側箱形構造体５０を嵌入し、換気ユニット３を屋根１２上に配設する。換気ユニット３の下側箱体５０を屋根１２に開けた孔に嵌入していくと、上側箱形構造体４０の底面部材４０ｆとリブ４７とが屋根１２と当接し、上側箱形構造体４０が屋根１２上に突出した状態になる。この状態で、換気ユニット３を屋根１２上に防水処理を施すとともに固定する。

このとき、上側箱形構造体４０の吸気面部材４０ａを、集熱部２の空気流路１５と接続する。
また、外部ダクト１６を屋根１２の非集熱面に配設する。本実施の形態では、屋根１２の中央部に換気ユニット３を配設しているので、換気ユニット３の側面部材４０ｃ，４０ｄから屋根１２のけらばの方向へ外部ダクト１６を連設する。このとき、外部ダクト１６の開口は、集熱部２の空気流路１５と接続する。また、外部ダクト１６の他の開口は、隣接する外部ダクトまたは換気ユニット３の側面部材４０ｃ、４０ｄの連通孔４４，４５と接続する。これにより、集熱部２で生成された加熱空気は、外部ダクト１６を介して、または、換気ユニット３から換気ユニット３内部に導入される。
さらに、換気ユニット３の吸気口４１近傍には、吸気センサ６１を配設する。

ここで、図１に示すように、屋根板１３の棟側の端部近傍および上側箱形構造体４０の上面部材４０ｅを含み、かつ、上側箱形構造体４０の排気面部材４０ｂから屋根１２の非集熱面の軒の方向に所定の長さ延在し、屋根板１３の棟側の端部と換気ユニット３の上面部材４０ｅとを覆うカバー１７を設けるようにしてもよい。これにより、換気ユニット３と屋根板１３との接続部分および換気ユニット３を雨や雪などから保護することができる。

次に、換気ユニット３の接続部５２と家屋１１の内部に配設した内部ダクト４とを接続する。
換気ユニット３と内部ダクト４とを接続すると、制御盤５を家屋１１内部のリビングや廊下等のユーザにとって使い勝手がよい位置に設置し、室温センサ６２を家屋１１内部の室温を計測可能な場所に配設する。また、駆動部３２、ファン６０、吸気センサ６１および室温センサ６２を制御盤５と電気的に接続する。これにより、換気システム１が家屋１１に設置される。

このように、本実施の形態によれば、屋根１２に孔を開けるという簡単な作業で換気ユニット３を設置することができ、従来のように屋根裏空間にハンドリングボックスや各配管を集中的に配設する必要がない。したがって、後付工事も簡単に行うことができる。
また、屋根裏空間にハンドリングボックス等を配設する必要がないので、屋根裏空間を他の用途に用いたり、天井を高くすることも可能である。
さらに、本実施の形態によれば、集熱部２で生成された空気は、屋根１２の裏側に設けたダクトではなく、屋根１２の外部に設けた外部ダクト１６を介して換気ユニット３に導入される。これにより、夏の日中に集熱部２で生成した加熱空気は、換気ユニット３に導入される前に外部に放出されるので、家屋１１内部が加熱されるのを防ぐことができる。

図６は、換気ユニット３の変形例を示す図である。
図６に示すように、換気ユニット３にファンを設けないようにしてもよい。この場合、集熱部２で生成された加熱空気は、排気口４２から家屋１１外部に自然排気される。

また、図６に示すように、換気ユニット３の吸気面部材４０ａは、屋根１２の勾配に対応する傾斜を有するようにしてもよい。これにより、本実施の形態では、吸気面部材４０ａと集熱面とにより同一平面が形成されるので、外観を美しく仕上げることが可能となる。

図７，８は、換気ユニット３の配設場所の変更例を示す図である。
本実施の形態にかかる換気ユニット３は、集熱部２で生成された加熱空気の供給箇所に対応して、屋根１２上の何れの位置にも配設することが可能である。
例えば、図７に示すように、平面視略Ｔ字状、すなわち屋根１２の非集熱面の棟近傍に外部ダクト１６ａ〜１６ｆを連接し、換気ユニット３を中央部の外部ダクト１６ｄに隣接して配設するようにしてもよい。この場合、換気ユニット３の側面部材４０ｃ、４０ｄに連通孔４４，４５は形成しない。これにより、集熱部２で生成された加熱空気は、外部ダクト１６ａ〜１６ｆを通り、外部ダクト１６ｄを経由して換気ユニット３に導入される。

また、図８に示すように、換気ユニット３を図７の場合よりもさらに軒側に配設する場合、屋根１２の非集熱面の棟近傍に外部ダクト１６ａ〜１６ｆを連接し、この外部ダクト１６ａ〜１６ｆのうち換気ユニット３の配設場所に近接した外部ダクト１６ｂから軒の方向へ外部ダクト１６ｇ、１６ｈを連接して、換気ユニット３の配設場所まで外部ダクト１６を配設する。ダクト１６ｆと換気ユニット３とを接続すると、集熱部２で生成された加熱空気は、外部ダクト１６ａ〜１６ｆから外部ダクト１６ｇ、１６ｈを通り、換気ユニット３に供給される。

なお、屋根１２上に太陽電池を設けるようにしてもよい。この場合、太陽電池により生成された電力は、制御盤５を介して、駆動部３２、ファン４３およびファン６０に供給される。これにより、本実施の形態にかかる換気システムは、自然エネルギーのみで駆動させることが可能となる。

本実施の形態にかかる換気システムの構成を示す模式図である。 外部ダクトおよび換気ユニットの構成を示す図である。 換気ユニットの構成を示す斜視図である。 換気ユニットの内部構成を示す部分分解図である。 換気ユニットの断面図である。 換気ユニットの変形例を示す模式図である。 換気ユニットの配設場所の変更例を示す模式図である。 換気ユニットの配設場所の変更例を示す模式図である

符号の説明

１…換気システム、２…集熱部、３…換気ユニット、４…ダクト、５…制御盤、１１…家屋、１２…屋根、１３…屋根板、１４…空気取り入れ口、１５…空気流路、１６，１６ａ〜１６ｈ…外部ダクト、１７…カバー、３０…箱体、３１…シャッタ、３２…駆動部、４０…上側箱形構造体、４０ａ…吸気面部材、４０ｂ…排気面部材、４０ｃ，４０ｄ…側面部材、４０ｅ…上面部材、４０ｆ…底面部材、４１…吸気口、４２…排気口、４３…ファン、４４，４５…連通孔、４６…開口、４７…リブ、５０…下側箱形構造体、５０ａ……底面部材、５０ｂ…側面部材、５１…孔、５２…接続部、６０…ファン、６１…吸気センサ、６２…室温センサ、６３…ファン。

Claims (6)

1. 家屋の屋根の上に配設され、断熱材からなる箱体の形状を有する換気ユニットであって、
   前記箱体の一の側面に形成された排気口と、
   前記箱体の他の側面に形成された吸気口と、
   前記家屋内部に露出し、前記箱体の底面に形成された孔と、
   前記排気口と前記孔と交互に塞ぐシャッタと
   を有し、
   前記箱体は、底面に開口部が形成された上側箱形構造体と、この上側箱形構造体の前記開口部に開口した上面が接続された下側箱形構造体とから構成され、
   前記排気口は、前記上側箱形構造体の一の側面に形成され、
   前記給気口は、前記上側箱形構造体の他の側面に形成され、
   前記孔は、前記下側箱形構造体の底面に形成される
   ことを特徴とする換気ユニット。
2. 前記排気口に配設されたファン
   をさらに有することを特徴とする請求項１記載の換気ユニット。
3. 前記ファンは、複数配設される
   ことを特徴とする請求項２記載の換気ユニット。
4. 家屋の屋根の上に配設され、断熱材からなる箱体の形状を有し、前記箱体の一の側面に形成された排気口と、前記箱体の他の側面に形成された吸気口と、前記家屋内部に露出し、前記箱体の底面に形成された孔と、前記排気口と前記孔と交互に塞ぐシャッタとを有する換気ユニットと、
   一端が前記孔に接続され、他端が前記家屋内部の所定の箇所に配設されたダクトと、
   前記家屋内部に配設され前記家屋内部の温度を測定する室温センサと、
   前記家屋外部に配設され前記家屋外部の温度を測定する吸気センサと、
   前記シャッタを駆動する駆動手段と、
   前記室温センサ、前記吸気センサおよび前記駆動手段に接続され、前記室温センサおよび前記吸気センサの測定値に基づいて前記駆動手段を駆動させる制御手段と
   を備えたことを特徴とする換気システム。
5. 前記排気口に配設されたファン
   をさらに有し、
   前記制御手段は、前記室温センサおよび前記吸気センサの測定値に基づいて前記駆動手段及び前記ファンを駆動させる
   ことを特徴とする請求項４記載の換気システム。
6. 前記屋根の上に配設される太陽電池をさらに備え、
   前記駆動手段及び前記ファンの少なくとも一方は、前記太陽電池に基づく電力により駆動する
   ことを特徴とする請求項５記載の換気システム。
   

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