JP4422150B2 - 換気システム - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、外気と室内の空気を入れ換えるための換気システムに関する。

近年の、新規、又は、リフォームしたビルは、断熱性、機密性に優れているため、自然の換気はほとんど行われていない。人は、水蒸気を発し、二酸化炭素を吐き出すものであるため、人工的な換気装置を設置し、復水した水分を断熱板に保持させ、そして、ＣＯ_２やその他のガスを建築材料から放出して安全な濃度に維持することが必要である。ビルは、断熱性に優れているため、この必要な換気による熱損失は、外が寒い時に最も大きくなる。これ故、熱損失を取り戻す装置を導入する必要がある。

十分な効率で熱損失を補うには、流入と流出の均衡をとることが必要である。

大半の換気システムは、現時点で、熱交換器を有している。熱交換器は、入ってくる新鮮な空気流と、出て行く古い空気流との間で熱交換を行う。この熱交換器は、中央部分、多くは、屋根裏や階の天井に、設けられている。古い空気は、ダクトを通って、台所、トイレ、寝室から取り出され、新鮮な空気は、寝室、居間、又は、ビル内のオフィスに、分配される。これらのシステムには、幾つかの不利点がある。各部屋に空気を導入し又は各部屋から空気を導出するためのダクトは、コスト高であるということである。ダクトは、ビル内で場所をとり、一般的に、各階の高さを増す結果を生じる。上記のような中央処理系ビルの全ての窓は、閉塞されている。というのは、開けることによって流入と流出の均衡が崩れ、効率に悪い影響を与えるためである。

周知のシステム、例えば、欧州特許No.1153250のシステムでは、ドアや窓の柱に設置することができるものであるが、均衡をとる機構にはなっていない。

全てのこれら周知の熱損失を取り戻す換気システムでは、プレート状又はハニカム状の熱交換器が用いられている。ここでは、２つの空気流が、熱の受け渡しを行う紙やプラスチックの薄いシートの両側で、交差し又は向流している。この配列は、気流速度と共に、熱交換を達成するためのエネルギー必要条件を設定するものである。というのは、効率と圧力低下とは、物理方程式によって、対になってつながっているからである。経済的な最適設計において、該方程式は、電力需要の均衡状態を、ローカル・システム用に熱損失を低減する状態にする。中央に設けられている場合、使用電力は、ダクト内における余分な圧力低下のために、熱損失を低減する状態のものを遙かに超えてしまう。

カナダやスカンジナビアのような、寒冷地において、熱損失を回復する換気の使用は、特に必要とされているものであり、これらのプレート型熱交換器は、凍結するという問題を有している。暖かく、湿気を含んだ古い空気は、露点以下に冷却され、且つ、プレート状のスタックの内側で、氷点以下に冷却されてしまう。この結果生じる氷は、導管を詰まらせるため、定期的な解凍が必要である。このことは、寒い日に、これらの換気システムを信頼して用いることができないようにしてしまう。それ故、逆説的ではあるが、これらの換気システムが使いにくい、この部分を解決することが最も必要なことである。

本発明の目的は、上述した不利点を防ぎ、又は、少なくとも軽減することを目的とするものである。

この目的は、本発明の換気システムによって達成されるものである。該換気システムは、細い針製金熱交換器と、均衡手段と、で構成されている。上記熱交換器は、第１導管と第２導管とを有している。それらの導管は、互いに熱交換を行う状態で接触している。この状態において、第１導管は、外気につながっている入口と、室内の空気につながっている出口とを有しており、第２導管は、室内の空気につながっている入口と、外気につながっている出口とを有している。上記均衡手段は、両方の導管内の流量の均衡をとり、熱の移動を最大にするものである。

細い針金熱交換器は、それ自体は、オランダ特許No.9301439において周知のものである。上記細い針金熱交換器は、非常に高い熱交換率を有している。

予期せぬことに、細い針金熱交換器を換気システムに用いたところ、該システムは、寒冷地での使用時に現れる上記不利点を有するものではなかった。予備試験では、本発明の換気システムは、長時間経過後に氷結したのに対して、従来の換気システムでは、数分以内に氷結した。

本発明の換気システムの好ましい実施例において、均衡手段が、第１導管内に設けられている換気扇と、第２導管内に設けられている換気扇と、第１、第２導管の入口と出口とに設けられている少なくとも４つの温度センサと、温度センサによる測定値を比較し、且つ、第１、第２導管内に設けられている換気扇を制御し、これによって、第１導管の入口と出口との温度差を、第２導管の入口と出口との温度差にする、制御装置と、を包含している。

これらの均衡手段は、低コストのシステムを提供するものであり、該システムは、細い針金熱交換器の効率を最大にすることができ、これ故、熱損失の回復を最大にすることができるものである。

本発明の換気システムの他の好ましい実施例において、均衡手段が、第１、第２複動シリンダと、均衡手段出口と、均衡手段入口と、制御手段とを包含している。上記第１複動シリンダ内において、ピストンが、第１室、第２室を区画する。上記第２複動シリンダ内において、ピストンが、第３室、第４室を区画し、第１シリンダのピストンが第２シリンダのピストンにつながっており、これによって、第１室がピストンの移動によって大きくなった場合には、第３室も大きくされる。上記制御手段は、上記均衡手段出口を第１室又は第４室に、上記均衡手段入口を第２室又は第３室に、第１導管を第４室又は第１室に、そして、第２導管を第３室又は第２室に、択一的に接続するようになっている。

この均衡システムは、外気と室内の空気との間に大きな圧力低下がある時に、周囲の壁に用いるのに、特に適している。上記圧力低下は、例えば、海辺、又は、山岳地帯や高層ビル等において、風の強い日に生じる。換気扇を使用すると、この圧力低下を克服するのに多量の電力を必要とするだろう。

２つの複動シリンダは、完全な機械均衡システムを提供するものであり、該システムは、必要な電力を最小限にするものである。このシステムは、事実上、メンテナンスせずに用いることができる。

本発明のシステムの他の実施例において、均衡手段が、均衡手段入口、均衡手段出口、第１導管、又は、第２導管に、少なくとも１つの換気扇を包含している。

換気扇は、摩擦力以上のエネルギーを提供し、機械均衡手段が常に可逆動作できるようにする、ものである。

換気扇は、また、外気と内側の空気の圧力差がない時でも、機械均衡システムを操作できるようにするものである。換気扇は、複動シリンダを駆動するための、過剰圧力を、常に提供するものである。

換気扇の代わりに、ダブルピストンが、例えば、リニアモータによって、直接駆動されるものであってもよい。

更に、他の実施例において、熱交換器の主要な寸法が、食器洗い機の内側の主要な寸法に合わされている。このことは、使用者が、換気システムを分解し、食器洗い機の中に熱交換器を設置するだけで、熱交換器を清浄できるようにする。

一般的に、標準的な家庭用食器洗い機は、０．６ｍよりも幾分小さい、内側の主要な寸法を有している。これ故、熱交換器の主要な寸法は、好ましくは、０．５５ｍ以下である。

本発明は、更に、建物の壁面と、建物の壁面の内側又は隣接位置にある部屋と、上記何れかの請求項の１つに記載の換気システムと、のコンビネーションであり、システムの第１導管の入口が、建物の壁面の外側の外気につながっており、出口が、室内の空気につながっており、第２導管の入口が、室内の空気につながっており、出口が、外気につながるようになっている。

高効率で、且つ、低消費電力であることに起因して、本発明の換気システムは、各部屋に用いるのに非常に適切なものである。このことは、長いダクトの使用を除去し、使用者に窓の任意の開閉を可能にするものである。このことは、他の部屋の換気システムの均衡に何ら影響を与えないものである。

好ましい実施例において、換気システムは、建物の壁面に設けられている。この手法によって、大きな場所を必要とせず、且つ、追加のダクトを不要にするものである。

本発明のこれら及びその他の特徴について、添付図面と共に、説明する。

図１は、壁２と窓枠３とで構成されている建物の壁に設けられた、換気システム１を示している。

換気システム１は、細い針金熱交換器４を包含している。図２には、この熱交換器４の断面図が示されている。熱交換器４は、第１導管５と、第２導管６とを有している。熱は、細い針金７によって、第１導管５と、第２導管６との間で、交換される。

建物の壁面近くにある部屋の内側からの空気ＡＩは、開口８を通って、第１導管５に入る。この開口８には、換気扇９が、設けられている。換気扇９は、空気ＡＩを吸い込む。空気ＡＩは、その後、熱交換器４を通り、開口１０を通って、換気システムから出て行く。

新鮮な外気ＡＯは、開口１１を通って、熱交換器に入り、第２導管６に入る。第２導管６内において、外気ＡＯは、内側の空気ＡＩから熱を受け取る。加熱された新鮮な空気ＡＯは、その後、換気扇１２によって、換気システム１の外に噴出される。

内側の空気ＡＩと、外気ＡＯとの流量の均衡をとるため、換気扇８、９は、制御される。熱交換器４に入る内側の空気ＡＩの温度が測定されると共に、熱交換器４から出る時の空気ＡＩの温度が測定される。また、熱交換器４に入る外気ＡＯの温度が測定されると共に、熱交換器４から出る時の外気ＡＯの温度が測定される。内側の空気ＡＩの温度降下は、外気ＡＯの温度上昇と、同様になるはずである。もし、この状態に達しているならば、細い針金熱交換器４は、最も効率が良くなる。この状態は、換気扇８、９を制御することによって得ることができる。

図３Ａ、３Ｂは、本発明の第２実施例の換気システム２０を示している。換気システム２０は、ピストン２２を備えている第１複動シリンダ２１を包含している。ピストンは、シリンダ２１を第１室２３と第２室２４とに区画する。

換気システム２０は、更に、第２複動シリンダ２５を包含している。このピストンは、シリンダ２５を第３室２７と第４室２８とに区画する。両方のピストン２２、２６は、互いにつながっている。４つの室２３、２４、２７、２８は、一連の管組織２９、３０に接続されており、これらの管組織２９、３０の中に、３つの弁３１、３２、３３が設けられている。図３Ａには、３つの弁３１、３２、３３が第１位置にある。

内側の空気ＡＩは、換気扇３４によって引き寄せられる。外気ＡＯは、熱交換器３５を通って、流れ、第１室２３に入る。換気扇による駆動力と、外気ＡＯと内側の空気ＡＩとの間の気圧差に起因して、両方のピストン２２、２６は、右の方に移動する。この動作に起因して、第４室２８からの空気が、開口３６を通って、部屋に放出される。第２室２４内の空気は、熱交換器３５を通るように促される。ピストン２２、２６が、それらの右側の位置に達すると、弁３１、３２、３３は、図３Ｂに示すような、第２位置に設定される。室内の空気ＡＩは、ここで、第２部屋２４へと促され、そして、外気ＡＯは、第４部屋２８へと引き寄せられる。再び、気圧差に起因して、ピストン２２、２６は、ここで、左へと移動される。第３室２７内に蓄えられていた室内の空気ＡＩは、ここで、熱交換器３５を通るように促される。第１部屋２３内に蓄えられていた外気ＡＯは、ここで、開口３６を通って、内側に放出される。

この機構は、確実に、両方の空気の流れの均衡をとるものである。

建物の壁面に設けた、本発明の換気システムの第１実施例の断面図である。 図１の換気システムの熱交換器の断面図である。 本発明の換気システムの第２実施例を示す図である。 本発明の換気システムの第２実施例を示す図である。

Claims (4)

1. 外気と室内の空気とを入れ換えるための換気システムであって、
   均衡手段と、外気を吸い込むための第１導管（２９）と、室内の空気を排気するための第２導管（３０）と、熱交換器（３５）と、を含んでおり、
   上記均衡手段が、１又は複数の換気扇（３４）と、第１、第２複動シリンダ（２１、２５）と、均衡手段入口と、均衡手段出口（３６）と、制御手段と、を含んでおり、
   上記第１複動シリンダ内において、第１ピストン（２２）が、第１室（２３）と第２室（２４）とを区画し、
   上記第２複動シリンダ内において、第２ピストン（２６）が、第３室（２７）と第４室（２８）とを区画し、
   第１ピストンと第２ピストンとが接続されており、これによって、第１室が第１ピストンの移動によって大きくなった場合には、第３室も大きくなるようになっており、
   上記制御手段は、第１ピストンが第１室を小さくする第１位置に達した時、第１室を第１導管に、第２室を第２導管に、第３室を均衡手段入口に、第４室を均衡手段出口に、それぞれ接続させ、第２ピストンが第４室を小さくする第２位置に達した時、第１室を均衡手段出口に、第２室を均衡手段入口に、第３室を第２導管に、第４室を第１導管に、それぞれ接続させるようになっており、
   上記換気扇が、第１導管、第２導管、均衡手段入口、均衡手段出口の内の１以上の箇所に、上記第１又は第２ピストンを駆動する向きに空気流をつくるように取り付けられており、
   上記熱交換器が、熱交換手段と、上記第１、第２導管と、を含んでおり、上記熱交換手段が、第１導管と第２導管との間で熱交換を行うように設けられている、
   ことを特徴とする換気システム。
2. 上記熱交換手段が、第１導管と第２導管との空気の通る部分を接続する多数の細い伝熱性の針金（７）を含んでいる細い針金熱交換器（４）である、請求項１に記載の換気システム。
3. 上記制御手段は、第１室を第１導管又は均衡手段出口に接続させる第１切換弁（３１）と、第２室を第２導管に接続すると共に第３室を均衡手段入口に接続させ、又は、第２室を均衡手段入口に接続させると共に第３室を第２導管に接続させる、第２切換弁（３２）と、第４室を均衡手段出口又は第１導管に接続させる第３切換弁（３３）と、を備えており、
   上記制御手段が、上記第１ピストンが上記第１位置に達した時、又は、上記第２ピストンが上記第２位置に達した時、対応する上記接続を行うように、第１乃至第３切換弁の切り換えを行うようになっている、請求項１又は２に記載の換気システム。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の換気システムを壁面に備えている建物。

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