JP5087121B2 - 給気口構造及び換気システム及びこれを用いた建物 - Google Patents

Description

この発明は、建物外部の空気を室内に取り入れる給気口構造及び換気システム並びにこれを用いた建物に関する。

近年、高気密化と新築住宅や新規家具等においては、カーペット、フローリング、クロス等の建材から人体にとって好ましくないホルムアルデヒドや揮発性有機化合物等の有害物質が空気中に発散するので、この濃度を低く抑えるために計画的な換気が必要とされている。

そこで、従来から、建物外部の空気を室内に取り入れると共に室内の空気を建物の外側に排出する機能を有する換気装置としては、外気を取り込んで室内に給気する。しかし、外気の浄化処理はフィルターに導入空気を通過させたり、導入空気の通り道に静電吸着装置を設けて、塵埃等を吸着するのみであり、カビやウィルス等の除去が出来ないという問題があった。

このような問題に対処するものとして特許文献１のセントラル換気ユニットが公開されている。

このセントラル換気ユニットは、室内空気を循環させることなく全館換気を行うことによって空気浄化と殺菌及び消臭効果が得られるとともに、コンパクト化とメンテナンスの容易化を図ることを目的とする。

このセントラル換気ユニットは、本体ケースに開口する外気取入口から導入された外気を浄化してこれを室内に供給するセントラル換気ユニットにおいて、光触媒及びオゾンとマイナスイオンを同時発生するオゾン発生器を備える空気清浄器を前記本体ケースに設置するものである。

このセントラル換気ユニットによれば、光触媒及びオゾン発生器を備える空気清浄器をセントラル換気ユニットの本体ケースに設置したため、室内空気を循環させることなく全館換気を行うことによって光触媒による導入外気の浄化に加え、オゾン発生器によって発生するオゾンによる殺菌と消臭及び人体に有益なマイナスイオンによる居住者の健康維持を図ることができるとされている。

特開２０００−９７４５２号公報（［０００６］〜［００１７］、図１）

しかしながら、オゾン、光触媒による殺菌は、通過する空気の除菌はできるが室内に浮遊浮する浮遊細菌を殺菌することはできない。また、オゾンは人体に有害であり、室内にオゾンを含んだ空気を放出することはできない。

また、セントラル換気ユニットにおいて、ダクトを経由して複数の部屋に外気を供給する場合、発生したイオンはダクトの中を通過する途中で消滅してしまうので、殺菌効果は十分でないと考えられる。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、内部のカビの発生を防止し、一般生菌や真菌を含めた浮遊細菌を殺菌可能な給気口構造及び換気システム並びに建物を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、天井に設けられ、強制給気手段を有する機械換気装置に接続された接続配管を介して、外気を室内に供給可能な給気口を備えた給気口構造であって、
前記給気口内に、室内に吹き出される外気中に正イオンおよび負イオンを発生させるイオン発生装置を設け、
該イオン発生装置は、該イオン発生装置の電極面が立設するように縦置きに配置し、
該イオン発生装置が発生した正イオンおよび負イオンは室内に供給されるようにしたことを特徴とする。

本願の第２の発明は、第１の給気口構造において、所定の条件に基づいて負イオン又は正負イオンの発生と停止を制御する制御手段を備えた給気口構造としたものである。

本願の第３の発明は、請求項１または請求項２に記載の給気口構造において、前記正イオンは、Ｈ⁺(Ｈ₂Ｏ)m、（ｍは任意の自然数）、負イオンは、Ｏ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)n、(ｎは任意の自然数）からなることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の給気口構造を備えたことを特徴とする換気システムとしたものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の給気口構造を備えた換気システムにおいて、
前記外気を室内に取り入れる換気は、強制給排気手段により換気を行う第１種換気であることを特徴とする換気システムとしたものである。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項３の給気口構造又は請求項４又は請求項５に記載の換気システムのうち何れか１つを備えた建物としたものである。

請求項１の発明によれば、イオン発生装置の電極面から発生した正イオンおよび負イオンはその電極面に沿って流れる外気中に放出されていくため、その電極面から効率よくイオンを発生させることができ、しかも給気口内にイオン発生装置を設けたことにより、発生した多量の正イオンおよび負イオンを室内に供給することができる。

本発明の実施の形態にかかる給気口を示す平面図。 （ａ）は図１の給気口の断面図、（ｂ）はイオン発生装置取り付け部分の断面図、（ｃ）はＬ字管の側壁に取り付けるイオン発生装置の位置を示す説明図。 （ａ）は全隠蔽型の換気装置の構成を示す図、（ｂ）は半隠蔽型の換気装置の部分断面図。 （ａ）は第１種換気の換気システムを示す図、（ｂ）は部屋Ａに空気の流れを平面的に表した説明図。（ｃ）は他の第１種換気の換気システムの説明図。 第２種換気の換気システムを示す図。 第３種換気の換気システムを示す図。 （ａ）はイオン発生素子の模式的な透視斜視図、（ｂ）はイオン発生素子の模式的な断面構成図。 プラズマ放電によって発生する正イオン及び負イオンの組成図。 プラズマ放電によって発生する正イオン及び負イオンの組成図。

以下、本発明の実施の形態にかかる空調装置としての換気装置を図面を用いて説明する。

図１、図２は、本発明の実施の形態にかかる給気口の概略構成を示したものである。図３（ａ），図４（ｃ）に示す換気装置１は室内の天井板の上部に取り付けられる全隠蔽型のものであるが、図３（ｂ）に示すように天井部の開口部から吸込口Ｈが臨む半隠蔽型のものでも良い。図３（ｂ）の半隠蔽型の換気装置のその他の構成は図（ａ）の全隠蔽型の構成を同じなのでその説明を用いる。換気装置１においては、通路部等の建物内天井上部に配設される本体ケース２に、建物外部の空気（外気）を取り入れて室内に供給するための外気導入風路ＡＲ１と、室内空気を取り入れて建物外部に排気するための排気風路ＡＲ２とが形成されている。

また、外気導入風路ＡＲ１と排気風路ＡＲ２とを交差させた交差部分には、建物外部の空気を通過させる外気用通路と室内空気を通過させる排気用通路とで熱交換を行う熱交換素子３が、設けられている。熱交換素子３を格納する部位は空間Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと区切られているが、空間Ａ，Ｂは熱交換素子３の外気を通す通路を介して接続されている。空間Ｃ，Ｄは熱交換素子３の室内空気を通す通路を介して接続されている。

本体ケース２の外気導入風路ＡＲ１にはファンケース４が設けられており、ファンケース４の内部にシロッコファン５Ａが配設されている。シロッコファン５Ａはモーター６の回転軸に取り付けられている。モーター６は外気導入風路ＡＲ１と排気風路ＡＲ２の仕切壁６Ａに取り付けられており、モーター６の回転軸は仕切壁６Ａの両側に突出している。本体ケース２の外気導入風路ＡＲ１側の入り口にはダクトジョイント７が設けられている。ダクトジョイント７は図示しないダクトを介して建物の外部に臨んでおり、建物の外部の外気を導入可能とされている。本体ケース２の外気導入風路ＡＲ１の熱交換素子３の下流側には、導入した外気の出口が形成されており、この出口にダクトジョイント８が設けられている。ダクトジョイント８には外気を供給する部屋に通じるダクト３０が接続されている。ダクトジョイント７から導入された外気はダクトジョイント８に接続されたダクト３０を介して各部屋の給気口２０より供給される。なお、熱交換素子３の外気を通過させる通路の上流側にはフィルター９が装備されている。

排気風路ＡＲ２には、ファンケース１１が設けられており、ファンケース１１の内部にシロッコファン５Ｂが配設されている。シロッコファン５Ｂはモーター６の回転軸に取り付けられている。本体ケース２の排気風路ＡＲ２の入り口にはダクトジョイント１２が設けられている。ダクトジョイント１２にはダクト３１が接続されており、室内空気吸込口ＲＡよりダクト３１を介して換気装置１内部に室内空気を吸い込むようになっている。排気風路ＡＲ２の熱交換素子３の下流側には、室内の空気の出口が形成されており、この出口にダクトジョイント１３が設けられている。ダクトジョイント１３は図示しないダクトを介して建物の外部に臨んでいる。熱交換素子３の室内空気を通す通路の上流側にはフィルター１４が装備されている。

モーター６は、リレースイッチＳＷ１を介して商用電源１５に接続されている。リレースイッチＳＷ１は制御装置１６によりオンオフされて、モーター６に給電したり、給電を遮断する。

図１及び図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、給気口構造となる給気口２０の構成を示す。給気口２０は換気装置１で導入した外気を室内に給気するための開口部である。給気口２０は壁面２１の取付穴２２の内部に装着される鍔部２３と、鍔部２３の奥に装着されるＬ字管２４とを備える。Ｌ字管２４の周壁部にはイオン発生装置１０が取り付けられている。このイオン発生装置１０は、図示しない電線により、商用電源１５に接続される。Ｌ字管２４にはイオン発生装置１０の取り付け穴が開口されており、この取り付け穴にイオン発生装置１０の放電面１０ＡはＬ字管２４の内壁面に臨んで露出している。給気口２０は室内に供給する空気を、室内に送風する直前に殺菌処理するので、室内に常に殺菌された空気が供給される。このイオン発生装置１０はＬ字管２４の開口縁部内面に設けて良く、延長部分２５に設けても良い。尚、２０Ａは給気口２０の外側に設けられて外気を通すグリル部である。

イオン発生装置１０の配置は図２（ｃ）に示すようにＡ，Ｂ，Ｃの位置に設けることにより、下側に塵や埃が溜まりやすいＤの位置に較べて、イオン発生を適切に行うことができる。更に、イオン発生装置１０を給気口２０の通路部に設けたが、給気口２０に設けられたグリル部２０Ａに設けても良い。グリル部２０Ａに設ける場合には、室内に近いため、より効果的である。

図４（ａ）は、第１種換気を行う場合に、複数の部屋或いは通路に外気を送る換気システムを示す。換気装置１のダクトジョイント８には、接続配管となるダクト３０が接続されており、ダクト３０は途中で分岐して部屋Ａ，Ｂ及び通路、居間その他の部屋に延びている。部屋Ａ，Ｂ及び通路、居間その他の部屋の天井には、給気口２０が設けられており、それぞれの給気口２０にはダクト３０の端末部が接続されている。また、通路などの天井には、室内空気吸入口（環気口）ＲＡが設けられており、それぞれの室内空気吸入口（環気口）ＲＡにはダクト３１が接続されている。ダクト３１は換気装置１のダクトジョイント１２に接続されている。図４（ｂ）は部屋の平面形状において給気口２０からアンダーカット部Ｐに空気が流れる状態を示す。

外気導入風路ＡＲ１より供給された空気は、換気装置１の本体に設けられたシロッコファン５Ａによって給気口２０から室内に供給され、出入り口のドア部に設けられたガラリ（アンダーカット部Ｐ）を通って、通路などの天井面に設けられた室内空気吸込口（環気口）ＲＡに吸い込まれ、装置本体を通って建物外に排出される。

尚、イオン発生装置１０が設けられた給気口２０は、室内又は建物の外周部位に設けられている。好ましくはガラリ（アンダーカット部Ｐ）が設けられた出入り口Ａ（図４（ｂ）参照）と対角線上となる部位付近Ｂである。この部位Ｂに設けることにより、給気口２０より供給された空気がドア下面のアンダーカット部Ｐを通って室内空気吸込口（環気口）に導かれる時に、給気口とアンダーカット部Ｐを設けたドアとが離れているため、室内の空気を隅々まで換気することが出来る。

図４（ｃ）は、給気装置（パイプファン）３４を用いた第１種換気システムを示すものである。イオン発生装置１０から発生したイオンは、給気装置３４から室内に供給され、アンダーカット部Ｐ（ガラリ）を通して各吸入口３７，排気口３８に集められて排出される。

部屋Ａ，Ｂ及び通路、居間その他の部屋は、換気装置１の給気・排気により第１種換気が行われるようになっており、２４時間換気が可能とされている。

図５は、第２種換気を行う換気システムを示す。この第２種換気の換気システムは、外気を建物内部に導入する給気装置３３（一例として所謂パイプファン）が建物の壁に設けられている。給気装置３３のファン３４は開口部３５から外気を取り込んで部屋に供給するようになっている。各部屋には戸の下のガラリを介して外気が供給されるようになっている。各部屋に供給された空気は、戸の隙間や排気口３８などから自然排気される。給気装置３３は図示しないスイッチによって給電されて回転する。各部屋の給気口２０のイオン発生装置１０はスイッチと接続されており、プラズマ放電して各部屋の空気中に浮遊する浮遊細菌を殺菌する。

図６は、第３種換気の換気システムを示す。この第３種換気の換気システムは、自然給気を行いつつ強制排気をするものであり、建物の外側の外気を取り入れる給気口２０が複数の部屋に設けられている。符号３６は浴室換気装置であり、符号３７は浴室換気装置の吸引口である。浴室換気装置３６は吸込口３６ＲＡと他の室内の空気を吸引するための図示しない開口部を備えており、この開口部はダクト３６Ｂを介して脱衣場Ｒ３天井部の吸引口３７に接続されている。吸引口３７及び浴室Ｒ４から吸い込んだ空気は建物外部に通じるダクト３６Ａを介して建物外部に排気される。吸引口３７にはアンダーカット部Ｐや戸の隙間或いはガラリ等の開口部Ｐを介して空気が吸引されると、室内Ｒ１の給気口２０から室内Ｒ１に外気が導入され、換気が行われる。室内Ｒ１の給気口２０にはイオン発生装置１０が設けられ、導入される空気に正負イオンを含ませて、室内Ｒ１に放出され、室内Ｒ１に浮遊する浮遊細菌を殺菌する。室内Ｒ１で殺菌された空気は、室内Ｒ２及び脱衣場Ｒ３に送られる。

建物の天井部等には排気用の換気装置４０（中間ダクトファン）が設けられている。換気装置４０の一方の排気用の開口部には建物の外部に臨んで外気と通ずるダクト４０Ａが接続されており、換気装置４０からダクト４０Ａを介して室内の空気を建物外部に排気できるようになっている。また、換気装置４０の他方の吸引用の開口部にはダクト４２Ａ、４２Ｂが接続されている。各部屋の天井部に排気用の開口部が形成され、この開口部に排気口４１が設けられると共に、排気口にダクト４２の分岐管４２Ａ、４２Ｂが接続されている。尚、自然給気口に代えて給気ファンを用いて第１種換気システムとしても良い。

換気装置４０のファンモーターは制御装置１６から給電されて回転する。制御装置１６は２４時間換気が出来るようにファンモータと商用電源とを接続する。各部屋の給気口２０のイオン発生装置１０は制御装置１６と接続されており、制御装置１６により、２４時間換気を行う際に、プラズマ放電して浮遊細菌を殺菌する。

制御装置１６はマイコン及び周辺回路からなり、スイッチＳｗ１の制御により換気装置１のモーター６の回転を制御する。制御装置１６は、モーター６を回転させているときに、スイッチＳｗ２（図示せず）をオンさせてイオン発生装置１０を放電させる。制御装置１６は、制御装置１６からの制御信号によりスイッチＳｗ１，２をオンオフして、モーター６及び高圧パルス駆動回路１０６に給電したり、給電を停止する。なお、イオン発生装置１０によるプラズマ放電はモーター６の回転を停止してから所定時間継続しても良い。

印加電極に交流高電圧を印加すると発生するイオンの濃度を測定した。印加する交流電圧は、一例として周波数２０ｋＨｚ、印加電圧６．６ｋＶ（０ｖから正又は負のピーク電圧）にしている。イオン濃度の測定装置には空気イオンカウンタを用い、イオン発生装置１０の放電面１０Ａから２５ｃｍの位置で移動度１ｃｍ／Ｖｓｅｃ以上のイオンについて検出した。その結果約２００,０００個／ｃｍの正イオンと負イオンが同時に測定された。

図７（ａ）（ｂ）は、イオン発生装置１０におけるイオン発生素子１０１の模式的な透視斜視図である。箱型の本体１０２の上面には矩形の開口部が形成され、この開口部に平板状の誘電体１０３が設けられている。この誘電体１０３の上面は本体１０２の上面と一致している。本体１０２の内部下方には、高圧パルス駆動回路１０６が収容されている。誘電体１０３の上面と下面には、板状の内部電極１０４と網状の外部電極１０５が対向配置されている。外部電極１０５は本体２の上面から外部に露出している。これらの内部電極１０４と外部電極１０５には、リード線１０７を介して高圧パルス駆動回路１０６が接続されている。高圧パルス駆動回路１０６を駆動すると、内部電極１０４と外部電極１０５の間に正電圧と負電圧からなる高圧パルス電圧が印加され、プラズマ放電が起こる。これによって外部電極１０５の周辺空気がイオン化され、ほぼ同数の正イオンと負イオンが発生する。

なお、上記電極間に交流高電圧を印加することにより、空気中の酸素ないしは水分が電離によりエネルギーを受けてイオン化し、Ｈ⁺(Ｈ₂Ｏ)_m（ｍは任意の自然数）とＯ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)_n（ｎは任意の自然数）を主体としたイオンを生成し、これらをファン等により空間に放出させる。これらＨ⁺(Ｈ₂Ｏ)_m及びＯ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)_nは、浮遊菌の表面に付着し、化学反応して活性種であるＨ₂Ｏ₂または・ＯＨを生成する。Ｈ₂Ｏ₂または・ＯＨは、極めて強力な活性を示すため、これらにより、空気中の浮遊細菌を取り囲んで不活化することができる。ここで、・ＯＨは活性種の１種であり、ラジカルのＯＨを示している。

正負のイオンは浮遊細菌の細胞表面で式（１）〜式（３）に示すように化学反応して、活性種である過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）または水酸基ラジカル（・ＯＨ）を生成する。ここで、式（１）〜式（３）において、ｍ、ｍ’、ｎ、ｎ’は任意の自然数である。これにより、活性種の分解作用によって浮遊細菌が破壊される。従って、効率的に空気中の浮遊細菌を不活化、除去することができる。

Ｈ⁺(Ｈ₂Ｏ)_m＋Ｏ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)_n→・ＯＨ＋1/2Ｏ₂＋(m+n)Ｈ₂Ｏ ・・・（１）
Ｈ⁺(Ｈ₂Ｏ)_m＋Ｈ⁺(Ｈ₂Ｏ)_m'＋Ｏ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)_n＋Ｏ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)_n'
→ 2・ＯＨ＋Ｏ₂＋(m+m'+n+n')Ｈ₂Ｏ ・・・（２）
Ｈ⁺(Ｈ₂Ｏ)_m＋Ｈ⁺(Ｈ₂Ｏ)_m'＋Ｏ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)_n＋Ｏ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)_n'
→ Ｈ₂Ｏ₂＋Ｏ₂＋(m+m'+n+n')Ｈ₂Ｏ ・・・（３）
以上のメカニズムによる上記正負イオンの放出により、浮遊菌等の殺菌効果を得ることができる。尚、これを模式的に記載したものが図８，図９である。

また、上記式（１）〜式（１）は、空気中の有害物質表面でも同様の作用を生じさせることができるため、活性種である過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）または水酸基ラジカル（・ＯＨ）が、有害物質を酸化若しくは分解して、ホルムアルデヒドやアンモニアなどの化学物質を、二酸化炭素や、水、窒素などの無害な物質に変換することにより、実質的に無害化することが可能である。

したがって、送風ファンを駆動することにより、イオン発生素子１０１によって発生させた正イオンおよび負イオンを本体外に送り出することができる。そして、これらの正イオンおよび負イオンの作用により空気中のカビや菌を殺菌し、その増殖を抑制することができる。

イオン発生装置１０は換気装置１のシロッコファン５Ａ，５Ｂを作動させて２４時間換気をしているときにイオンを発生させる機能を有するので、一日中浮遊細菌が殺菌された空気が各部屋に供給される。

また、風路に臨む部位にイオン発生装置１０が配置されているので、室内への空気の供給を邪魔することなく、室内にイオンを含んだ空気を適正風量供給できる。なお、給気口に所定の条件に基づいて負イオン又は正負イオンの発生と停止を制御する制御手段を備えた場合に、人体検知センサ等のセンサ類を設け、このセンサの検知結果により、負イオン又は正負イオンを切り換えても良い。

これによれば、人が室内にいる場合に負イオンを発生させ、効能があるといわれている負イオン効果を得るようにし、退室時に正負イオンを発生させ、浮遊菌の殺菌処理を行うことが出来る。又、その逆でも良い。又、タイマーを設け、所定時間で負イオンと正負イオンを切り換えるようにしても良い。更に、毎日決まっている時間になると、正負イオンを発生させて、浮遊菌の殺菌処理を行うようにしても良い。

給気用のファンがあるものはそのファン作動に伴って発生させるようにすることにより、必要時のみイオン発生を行えるので、消費電力の抑制につながる。尚、所定条件とは先に示したものに限られるものではなく、種々多様に定めることが出来る。

尚、前述した図４，図５，図６の換気システムについて給気装置と排気装置は作動時に前述のエアサイクルの流れが出来ていれば良く、電気的に連動していなくても良い。これらの住宅全体として必要換気量（住宅全体の０．５回／時間）を満たす換気システムを建物内に用いて常時作動させることにより、室内の適切な換気を行えると共に給気される空気が殺菌処理されているため、より快適な生活空間を得ることが出来る。

尚、この実施の形態では空調装置として換気装置１について説明したが、これに限らないのは勿論である。

１ 換気装置
２ 本体ケース
３ 熱交換素子
１０ イオン発生装置
１０Ａ 放電面
２０ 給気口
２０Ａ グリル部
１０１ イオン発生素子
１０２ 本体
１０３ 誘電体
１０４ 内部電極
１０５ 外部電極
１０６ 高圧パルス駆動回路
Ｓｗ１ リレースイッチ
Ｓｗ２ リレースイッチ

Claims (6)

1. 天井に設けられ、強制給気手段を有する機械換気装置に接続された接続配管を介して、外気を室内に供給可能な給気口を備えた給気口構造であって、
   前記給気口内に、室内に吹き出される外気中に正イオンおよび負イオンを発生させるイオン発生装置を設け、
   該イオン発生装置は、該イオン発生装置の電極面が立設するように縦置きに配置し、
   該イオン発生装置が発生した正イオンおよび負イオンは室内に供給されるようにしたことを特徴とする給気口構造。
2. 請求項１の給気口構造において、所定の条件に基づいて負イオン又は正負イオンの発生と停止を制御する制御手段を備えたことを特徴とする給気口構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の給気口構造において、前記正イオンは、Ｈ+(Ｈ2Ｏ)m、（ｍは任意の自然数）、負イオンは、Ｏ2-(Ｈ2Ｏ)n、(ｎは任意の自然数）からなることを特徴とする給気口構造。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の給気口構造を備えたことを特徴とする換気システム。
5. 請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の給気口構造を備えた換気システムにおいて、
   前記外気を室内に取り入れる換気は、強制給排気手段により換気を行う第１種換気であることを特徴とする換気システム。
6. 請求項１乃至請求項３の給気口構造又は請求項４又は請求項５に記載の換気システムのうち何れか１つを備えた建物。