JP4732825B2 - 外気取入れ設備 - Google Patents

Description

本発明は、複数の部屋を換気するための外気取入れ設備に関する。さらに詳しくは、病院などの複数の部屋からの換気の要求に応じて、供給量を調節する外気取入れ設備に関する。

多数の部屋を有している病院などの建屋を換気するのに、図４に示すような換気設備が従来から用いられてきた。この換気設備１００は、外気取入口１０１より外気を取り込み、その外気を一定の風量で送風するファン１０２と、そのファン１０２に風量調整ダンパ１０３を介して連結されるメインダクト１０４と、そのメインダクト１０４から分岐して換気エアを各部屋に分配する分岐ダクト１０５とを備えている。その分岐ダクト１０５には、各部屋に給気される換気エアと部屋から排気されるエアとの間で熱交換を行うための全熱交換器１０６と、その全熱交換器１０６とメインダクト１０４との連通状態を開閉するモータダンパ１０７とが介在されている。

このような従来の換気設備１００では、各部屋内の居住者が、全熱交換器１０６の電源スイッチＳＷを入れると、全熱交換器１０６が作動すると共にモータダンパ１０７が開く。そのため、ファン１０２から取り入れられた外気が全熱交換器１０６に流され、部屋から排気されるエアとの間で熱交換された後、部屋内に給気される。

換気設備は、部屋内の温度あるいは湿度調節を行う空調設備と異なり、換気を目的とする。そのため、換気用のファン１０２は、全部屋の換気の要求を満たすだけの能力を備えていれば十分であるので、風量調節を行わず、送風量が一定である。むしろ、安定した空調のためには、各部屋には所定量の換気エアが給気される方が望ましい。

前記従来の換気設備１００において、全ての部屋に換気エアが給気されている状態では、ファン１０２より送風される換気エアは、各部屋にバランスよく給気される。しかし、換気を必要とする部屋数が少なくなると、メインダクト１０４内の換気エアの静圧が上昇し、ファン１０２より給気される換気エアと各部屋から排気されるエアとのバランスが崩れる。
従って、メインダクトの静圧が上昇している状態（換気を要求する部屋が少ない状態）では、個々の部屋内に給気される換気エアは所定量より多くなり、その分だけ部屋内の空気が廊下等に流出する。その流出した空気は廊下等を通じて他の部屋に移動する。

特に、換気設備１００を病院に用いる場合には、このようなバランスの崩れに注意を払わなければならない。すなわち、病院の病室は、なるべく他の病室と通じていないほうが好ましい。例えば、ある病室が感染患者病室の場合には、他の部屋と隔離しなければならない。この場合には、前述の換気設備１００における給気と排気のバランスの崩れは、他の病室への感染要因となる。

また、各部屋からの換気要求の多少にかかわらず、同じようにファン１０２を運転するのでは、経済的にも好ましくない。

そこで、本発明では、換気要求の変化によっても部屋内の給気と排気のバランスを崩さない外気取入れ設備を提供することを課題としている。さらに本発明は、ファンの省エネ運転を実現することができる外気取入れ設備を提供することを課題とする。

本発明の外気取入れ設備（請求項１）は、外気を取り入れるファンと、ファンにより取り入れられた換気エアが流されるメインダクトと、そのメインダクトから分岐して複数の部屋へ換気エアを給気する分岐ダクトとを備える外気取入れ設備であって、前記メインダクトと外部とを連通するバイパスと、そのバイパスの風路を、メインダクトの静圧が高くなると開き、低くなると閉じるダンパとを有し、そのダンパが、前記バイパスの風路に回動自在に設けられた羽根と、その羽根を閉じる方向に重力で付勢する分胴と、前記羽根が所定以上開いたことを検出するリミットスイッチとを備え、そのリミットスイッチが前記羽根の所定以上開いたことを検出したとき、ファンの運転を所定の時間停止する制御部とを備えていることを特徴としている。

このような外気取入れ設備の他の態様（請求項２）は、外気取入口から外気を取り入れるファンと、該ファンにより取り入れられた換気エアが流されるメインダクトと、該メインダクトから分岐して複数の部屋へ換気エアを給気する分岐ダクトと、それぞれの分岐ダクトとメインダクトの間の連通状態を操作するモータダンパと、前記分岐ダクトに連結され各部屋から排気されるエアとの間で熱交換を行う全熱交換器とを備える外気取入れ設備であって、前記メインダクトと前記外気取入口とを連通するバイパスと、複数の部屋の前記モータダンパが閉止されることでメインダクトの静圧が高くなると前記バイパスの風路を開き、前記モータダンパが開放されることでメインダクトの静圧が低くなると前記バイパスの風路を閉じるダンパとを有し、該ダンパが、前記バイパスの風路に回動自在に設けられた羽根と、該羽根を閉じる方向に重力で付勢する分胴とからなるチャッキダンパであることを特徴としている。
このような外気取入れ設備は、前記バイパスが、もっともファンに近い分岐ダクトとファンとの間でメインダクトと連結されているものが好ましい（請求項３）。

本発明の外気取入れ設備（請求項１、２）は、メインダクトと外気とを通じるバイパスが設けられ、そのバイパスに、メインダクトの静圧が高いと開き、低いと閉じるダンパが設けられている。そのため、換気を要求する部屋が少なくなると、メインダクトの換気エアの静圧が上昇してダンパが開き、換気エアの一部がバイパスから排気される。それにより、メインダクトを流れる換気エアの静圧の上昇を防止できる。他方、換気を要求する部屋が増加し、メインダクトを流れる換気エアの静圧が低下すると、ダンパが閉じて静圧が上昇する。したがって、換気を要求する部屋が増減しても、換気エアの静圧の変動を少なくすることができるので、静圧の変動により、部屋からダクトに向かうエアの流れを防止することができる。そのため、個々の部屋への給気量の変化に伴うエアバランスの崩れによって生じる異なる部屋間での部屋内エアの移動を防止できるので、病院などに用いるの
に適している。

また、前記ダンパが、前記バイパスの風路に回動自在に設けられた羽根と、その羽根を閉じる方向に重力で付勢する分銅とからなるので（請求項１、２）、垂直に閉じた状態の羽根に直交するようにバイパスから排気されるエアがぶつかる初期の段階と、ある程度の角度まで回動している羽根にバイパスから排気されるエアがぶつかる状態とでは、後者の方に大きな静圧の力を必要とする。そのため、ダンパの羽根は、換気エアの静圧が高くなるほど、大きく開くように作用する。すなわち、換気エアの静圧が高くなるほど、バイパスから多くのエアを排気することができるので、静圧の変動を効率よく整えることができる。
また、そのような換気エアの静圧の変動防止の作用を複雑な機構を必要とせず、さらに、分銅の自重を利用しているので、ダンパの作動のための電源もなしに実現することができる。

さらに、前記ダンパが所定以上開いたことを検出するリミットスイッチと、そのリミットスイッチがダンパの所定以上開いたことを検出したとき、ファンの運転を所定の時間停止する制御部とを備えているので（請求項１）、換気を要求する部屋がかなり少なくなると、ファンを間欠的に運転するので、省エネである。
このような外気取入れ設備においては、前記バイパスが、もっともファンに近い分岐ダクトとファンとの間でメインダクトと連結されている場合は（請求項３）、各部屋に換気エアが分配される前に換気エアの静圧を整えることができる。そのため、部屋の給気と排気のバランスを一層崩さない。

つぎに図面を参照しながら本発明の外気取入れ設備の実施形態を説明する。図１は本発明の外気取入れ設備の一実施形態を示す概略配管線図、図２は図１のバイパス部分の拡大要部断面図、図３ａ、図３ｂおよび図３ｃはそれぞれチャッキダンパの閉状態、半開状態および全開状態を示す概略図である。

本発明の外気取入れ設備の全体を図１の配管線図を用いて説明する。図１に示す外気取入れ設備１は、外気取入口２より外気を取り込むファン３と、そのファン３からエアが流されるメインダクト４と、そのメインダクト４から分岐して各部屋に延び、送風エアを各部屋に分配する分岐ダクト５と、前記メインダクト４のファン３の吹き出し口付近から延び、外部とメインダクト４とをバイパスポイントＢ（図中のＢ点）で連通するバイパス６と、そのバイパス６に設けられ、その風路を開閉するチャッキダンパ７とからなる。このチャッキダンパ７は、メインダクト４側から外部へエアを通し、逆には通さない向きで取り付けられる。

図２に示すように、前記チャッキダンパ７には、その全開状態を検出するためのリミットスイッチ８が設けられている。そのリミットスイッチ８の出力は、ファン３の運転・停止を制御するための制御部９へ送信される。また、前記ファン３とバイパス６との間には、送風されるエアの量を調節する風量調整ダンパ１０が配置されている。この風量調整ダンパ１０は部屋数に応じて予め調整しておく。前記分岐ダクト５の途中には、各部屋に給気されたエアと、部屋内からの排気されるエアとの間で熱交換を行うための全熱交換器１１が介在されている。その全熱交換器１１の手前には、部屋内とメインダクト４との間の連通状態を操作するモータダンパ１２が設けられている。

なお、前記ファン３から風量調節ダンパ１０より風量調節されたエアを送風エアＱ１とし、その送風エアＱ１からバイパスポイントＢにおいて、メインダクト４により部屋側に流れるエアを換気エアＱ２とし、バイパス６側に流れるエアをバイパスエアＱ３とすると、送風エアＱ１＝換気エアＱ２＋バイパスエアＱ３の関係にある。

前記外気取入口２にはフィルタが設けられ、ファン３へのゴミの混入を防止している。前記ファン３は一定の風量を安定して供給する送風機であり、シロッコファンなどが用いられる。前記メインダクト４、分岐ダクト５は、ステンレスまたは亜鉛メッキ鋼板などの薄い金属板を用いたものであり、矩形またはスパイラル状に形成し、屈曲性、伸縮性を備えたものである。そのメインダクト４から分岐する分岐ダクト５の本数は、１０〜２０本程度であり、１３〜１７本程度に分岐されるのが好ましい。前記バイパス６の一端はメインダクト４と、分岐ダクト５よりファン３側（バイパスポイントＢ）で連通し、他端は外気取入口２付近で外気と通じている。

前記チャッキダンパ７は、図２に示すようにバイパス６の途中に設けられ、その風路を開閉自在にしている。そのチャッキダンパ７は、図３に示すようにバイパス６のほぼ管路の断面形状を呈する板状の羽根７ａと、その羽根７ａの左右端からそれぞれ外側に延び、バイパス６の管路の内面に枢支される軸７ｂと、その軸７ｂに固定されるレバー７ｄの下端付近に設けられる分銅７ｃとからなる。前記軸７ｂは羽根７ａの上下方向の中心位置より上側に設けられている。それによりバイパスエアＱ３がバイパス６を図２の左方向に流れると、羽根７ａが軸７ｂまわりに矢印Ｒ方向（時計方向）に回動し、風路が開く。このとき、羽根の下端に設けられた分銅７ｃがその自重により矢印Ｒ方向の回動を妨げる抵抗力となり、羽根７ａの下端が鉛直下方に向くように付勢している。また、エアが右方向に流れようとすると、図示していないストッパにより、羽根７ａは反時計方向には回動しない。

前記リミットスイッチ８は、レバー７ｄの上端部が矢印Ｒ方向に所定角度回動したときに、触れることができる位置で、チャッキダンパ７のケースなどに設けられている。
前記制御部９は、リミットスイッチ８から得られたダンパの開閉の情報を元に、ファン３の運転・停止を制御する。すなわち、リミットスイッチ８がチャッキダンパ７の開度が所定角以上になったことを検出すると、ファン３を所定の時間だけ止める。ファン３が停止するとメインダクト４の静圧が低下し、チャッキダンパ７の羽根７ａは下に垂れて、バイパス６が閉じられる。そして所定時間が経過すると、運転を再開する。このような制御部９はファン３と一体に設けられるのが好ましい。なお、制御部９の停止時間は、外気取入れ設備１の規模に応じて調整することができる。
また、リミットスイッチ８の他に磁気あるいは光などを用いた位置センサを用いることができる。さらに、前記軸７ｂに、ポテンションメータを用いて、回転量を計測するためのセンサを用い、羽根７ａの開度を精密に検出することもできる。

前記全熱交換器１１は、室内のスイッチＳＷにより電源をＯＮ・ＯＦＦすることにより、内蔵のファンにより部屋内のエアを外部に排気する。その全熱交換器１１としては、例えば、複数の格子状の中空部が板面方向に並行に形成された板状部材を、格子状の中空部の方向が直交するように、交互に積み重ねる。そして、そのうちの、一方の格子状の中空内部に部屋内のエアを通して外部に排気し、直交するもう一方の格子状の中空内部にメインダクト４からの換気エアＱ２を通すことにより、それら換気エアＱ２と部屋内エアとの間で熱交換を行う。このような中空部が形成された板状部材には、アルミ成形膜などの熱伝導性の高い材質が用いられる。さらに、前記中空部を軸方向に配置した筒状のロータエレメントを回転させる空対空回転型全熱交換器を用いることもできる。
また、前記モータダンパ１２は全熱交換器のスイッチＳＷのＯＮ操作によって開き、部屋内部とメインダクト４とを連通させ、ＯＦＦ操作に連動して閉じる。

次に、図１を参照して、このように形成される外気取入れ設備１の動作する様子を説明する。居住者による換気エアＱ２の要求がない場合には、前記モータダンパ１２は閉じており、部屋とメインダクト４とは連通していない。部屋の居住者が換気エアＱ２を要求するために、全熱交換器１１のスイッチＳＷをＯＮにすると、全熱交換器１１は部屋内のエアを排気する。また、前記スイッチＳＷのＯＮと連動して、モータダンパ１２が開き、換気エアＱ２が全熱交換器１１に流入し、部屋内から出て行くエアと熱交換した後、部屋内に給気される。換気を止めるときは、スイッチＳＷをＯＦＦにすれば、モータダンパ１２が閉じ、かつ、全熱交換器１１による室内のエアの排気も止まる。

上記のように各部屋ごとに換気の運転・停止が操作されるが、外気を取入れるためのファン３は総部屋数に基づいて定めた風量で連続運転する通常運転と、ファン３を停止して間欠運転する省エネ運転との２つの運転状態で運転される。また、以下で説明する符号Ｐは分岐される前（図中のＶの部分）の換気エアＱ２の静圧を示す。

前記通常運転は、部屋数として４あるいは５〜１５部屋に換気エアを流している状態である。その通常運転では、前記チャッキダンパ７は、ほぼ閉状態あるいは少し開くもののほぼ閉に近い状態である（図３ａ参照）。すなわち、換気エアＱ２側に生じる静圧Ｐは、分銅７ｃを上方に持ち上げて羽根７ａを矢印Ｒ方向に回動させるほど大きくない。そのため、バイパス６にはバイパスエアＱ３（≒０）がほとんど流れず、ファン３からの送風エアＱ１（≒Ｑ２）の全てがメインダクト４に流れる。

他方、換気エアＱ２を必要とする部屋数が４〜１０部屋程度と少なくなると、次第に静圧Ｐが上昇する。その上昇した静圧ΔＰの分だけ分銅７ｃは上方に持ち上げられ、羽根７ａは矢印Ｒ方向に回動する（図３ｂ参照）。すると、バイパス６にはバイパスエアＱ３（≒Ｑ１−Ｑ２）が流れる。その結果、静圧Ｐはほぼ一定に保たれる。そのため、換気エアＱ２を必要とする部屋数が急激に変化しても、静圧Ｐが大きく変化しないので、各部屋の給気と排気のバランスが崩れず、部屋とダクトとの間で圧力差を生じることがない。そのため、廊下等を介しての部屋同士のエアの移動を防止することができる。

次に、前記外気取入れ設備１の省エネ運転(間欠運転)について説明する。省エネ運転では、部屋数にして０〜３あるいは４部屋にしか換気エアＱ２を流しておらず、前記４〜１０部屋の状態から、さらに換気エアＱ２が流される部屋が減少した状態で行われる。その状態では、前記チャッキダンパ７は、静圧Ｐに耐え切れず、全開となる（図３ｃ参照）。前記チャッキダンパ７が全開になると、送風エアＱ１の多くが、バイパスエアＱ３として排気されてしまう。
送風エアＱ１の多くが排気されるようなファン３の無駄な運転の状態は、前記チャッキダンパ７のレバー７ｄがリミットスイッチ８に触れることで検出される。前記リミットスイッチ８は、ファン３の無駄運転を検出したことを制御部９に伝達する。その制御部９では、リミットスイッチ８の信号を受け取ると、所定の時間だけファン３を停止する。そのファン３が停止すると、チャッキダンパ７は再び閉状態（図３ａ参照）となり、レバー７ｄはリミットスイッチ８に触れていない。そして、所定の停止時間が経過して通電すると、ファン３の運転を再開することができる。

このように、各部屋からの換気エアＱ２の要求が少ないときには、ファン３を一時的に停止する、そして一定時間経過後再び運転を再開する。このようなファン３の間欠的な運転を行うことにより、ファン３の無駄な運転をなくすことができるので、省エネが実現され、さらに、省エネを実現しながら、換気エアＱ２の静圧Ｐの上昇を防ぐことができる。そして、このような制御を複雑な制御系を組まずとも、容易に実現することができる。

なお、前記バイパス６の配置される場所（バイパスポイントＢ）は、ファン３から大きく離れたメインダクト４の中央付近あるいは先端付近などに設けてもよい。しかし、送風エアＱ１が各部屋に分岐される前に、バイパス６を介して余分なエアをバイパスエアＱ３として排気し、静圧Ｐを整えた上で、残りのエアを換気エアＱ２として各部屋に分配する方が各部屋の給気・排気のバランスが崩れにくい。

また、前記チャッキダンパ７の分銅７ｃは、換気設備に応じて所定の静圧Ｐの値を保持するように、適時変更することができる。例えば、送風エアＱ１が小さい換気設備の場合には、換気を要求する部屋数も少ないので、静圧Ｐの変化もあまり大きくならない。そのため、分銅７ｃの重量を小さくすることができる。また分銅７ｃの重量を変化させるばかりでなく、分銅７ｃをレバー７ｄの下端から棒状の部材により設置位置を変更すれば、テコの原理を利用して、羽根７ａの回動に負荷を加えることもできる。

本実施例では、分銅７ｃを用いたが、所定の静圧Ｐを受け止める機構を有するもので代用してもよい。例えば、前記分銅７ｃの代わりにバネあるいはゴムを用いる、あるいはバイパス６の内部に板状に形成されたゴム部材を配して、静圧Ｐの上昇とともにゴムが撓むようにするなどである。

図１は本発明の外気取入れ設備の一実施形態を示す概略配管線図である。 図２は図１のバイパス部分の拡大要部断面図である。 図３ａ、図３ｂおよび図３ｃはそれぞれチャッキダンパの閉状態、半開状態および全開状態を示す概略図である。 図４は従来の換気設備を示す概略配管線図である。

符号の説明

１ 外気取入れ設備
２ 外気取入口
３ ファン
４ メインダクト
５ 分岐ダクト
６ バイパス
７ チャッキダンパ
７ａ 羽根
７ｂ 軸
７ｃ 分銅
７ｄ レバー
８ リミットスイッチ
９ 制御部
１０ 風量調
節ダンパ
１１ 全熱交換器
１２ モータダンパ
Ｂ バイパスポイント
ＳＷ スイッチ
Ｐ 静圧
Ｖ 各全熱交換器に分岐される前のメインダクトの静圧Ｐの測定部位
Ｑ１ 送風エア
Ｑ２ 換気エア
Ｑ３ バイパスエア

Claims (3)

1. 外気を取り入れるファンと、ファンにより取り入れられた換気エアが流されるメインダクトと、そのメインダクトから分岐して複数の部屋へ換気エアを給気する分岐ダクトとを備える外気取入れ設備であって、
   前記メインダクトと外部とを連通するバイパスと、
   そのバイパスの風路を、メインダクトの静圧が高くなると開き、低くなると閉じるダンパとを有し、
   そのダンパが、前記バイパスの風路に回動自在に設けられた羽根と、
   その羽根を閉じる方向に重力で付勢する分胴と、
   前記羽根が所定以上開いたことを検出するリミットスイッチとを備え、
   そのリミットスイッチが前記羽根の所定以上開いたことを検出したとき、ファンの運転を所定の時間停止する制御部とを備えていることを特徴とする外気取入れ設備。
2. 外気取入口から外気を取り入れるファンと、該ファンにより取り入れられた換気エアが流されるメインダクトと、該メインダクトから分岐して複数の部屋へ換気エアを給気する分岐ダクトと、それぞれの分岐ダクトとメインダクトの間の連通状態を操作するモータダンパと、前記分岐ダクトに連結され各部屋から排気されるエアとの間で熱交換を行う全熱交換器とを備える外気取入れ設備であって、
   前記メインダクトと前記外気取入口とを連通するバイパスと、
   複数の部屋の前記モータダンパが閉止されることでメインダクトの静圧が高くなると前記バイパスの風路を開き、前記モータダンパが開放されることでメインダクトの静圧が低くなると前記バイパスの風路を閉じるダンパとを有し、
   該ダンパが、前記バイパスの風路に回動自在に設けられた羽根と、
   該羽根を閉じる方向に重力で付勢する分胴とからなるチャッキダンパである外気取入れ設備。
3. 前記バイパスが、もっともファンに近い分岐ダクトとファンとの間でメインダクトと連結されている請求項１または２のいずれかに記載の外気取入れ設備。