JP5525585B2 - 開閉機構 - Google Patents

Description

本発明は、建物の換気システムに利用する開閉機構に関する。

従来、自然換気を利用して冷暖房負荷の削減を図る建物の換気システムが多数開発されている。

例えば、特許文献１には、建物の外壁部に換気用の竪シャフトを設け、竪シャフトと建物の各部屋の温度差により換気を行う換気システムが開示されている。
かかる換気システムは、日射の透過する透明壁と、透過した日射を吸収してシャフト内の温度を調整させる蓄熱壁とで竪シャフトの周壁を構成している。そして、蓄熱壁が日射を蓄熱することで竪シャフト内の温度が上昇し、竪シャフト内に上昇気流が形成される。そのため、室内から竪シャフトに連通する排気通路を介して、各部屋の空気が吸い出されて、建物の換気が行われる。

また、特許文献２には、建物を上下に貫通する給気筒と排気筒を備えた換気システムが開示されている。かかる換気システムは、給気筒の下端から外気を取り入れて室内に送気し、排気筒の上端から室内の空気を排気するように構成されており、煙突効果を利用して躯体冷却、内部発熱の自然な排出を行うことができる。

特開２００２−１９４８２６号公報 特開２００１−２５４９９５号公報

ところが、前記従来の換気システムは、建物を上下に貫通する竪シャフトを配置する必要があり、竪シャフトの配置が建物の間取りに影響を及ぼす場合があった。
また、換気を効果的に行うためには、竪シャフトが日射を受ける必要があり、竪シャフトの設置箇所が限定されるため、建物の設計が制約を受ける場合があった。

また、前記従来の換気システムは、竪シャフトと室内との温度差を利用して換気を行う構成であるため、室内の温度や外気の温度等に応じて適切な放熱や蓄熱を行うことが難しかった。

このような観点から、本発明は、躯体の内部を通る通気通路の排気口または給気口に設けられて、これらの排気口または給気口を適切に開閉することで躯体の温度を安定的に維持することを可能とした開閉機構を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、第一発明にかかる開閉機構は、外断熱外壁及び床版からなる躯体の内部を通る通気通路の排気口に設置されて当該排気口を開閉する開閉機構であって、上下に前記排気口と同形状の通気口が形成されている箱部材と、前記箱部材の内部に収容されて前記通気口よりも大きい板材からなる扉部材と、前記箱部材に固定された固定板と、前記固定板に回転可能に軸支された回転部材と、前記回転部材の回転中心から離れた位置と前記扉部材とを連結する柱部材と、一端が前記固定板に固定されて、他端が前記回転部材に固定された伸長部材とを備えていて、前記柱部材は前記扉部材の上面に立設されており、前記扉部材は前記回転部材が回転することで上下することを特徴としている。

また、第二発明にかかる開閉機構は、外断熱外壁及び床版からなる躯体の内部を通る通気通路の給気口に設置されて当該給気口を開閉する開閉機構であって、上下に同形状の通気口が形成されている箱部材と、前記箱部材の内部に回転可能に設置された開閉弁と、前記開閉弁の回転中心に固定された回転部材と、一端が前記箱部材の内面に固定されて、他端が前記回転部材に固定された伸長部材とを備えており、前記箱部材には、前記通気口の周縁に前記開閉弁と当接可能に形成された爪部が形成されていることを特徴としている。

かかる開閉機構によれば、通気通路の排気口または給気口を開閉して、床版や外断熱外壁に形成された通気通路を通気させることで、構造体の放熱および蓄熱を効果的に行うことができる。

前記開閉機構は、前記開閉機構直近の気温が第一閾値以下になったときに全閉状態となり、第一閾値よりも高い第二閾値以上になったときに全開状態となるように構成されているのが望ましい。
なお、前記第一閾値が１５℃であって、前記第二閾値が２６℃であれば、前記開閉機構直近の気温の温度が下がり、暖房負荷となった場合に通気通路を閉塞して蓄熱し、日射などにより前記開閉機構直近の気温が高温になった場合に通気通路の排気口を全開にして放熱するため、冷暖房を効率的に行うことが可能となる。

さらに、前記伸長部材が形状記憶合金により構成されていれば、形状記憶合金の伸縮により通気通路の開閉を自動的に行うことができるため、複雑な機構を要する必要がなく安価であるとともに、メンテナンスに要する手間や費用も削減できる。
また、空気圧により通気通路の排気口を開閉するように構成しても、同様の効果を得ることが可能である。

本発明の開閉機構によれば、躯体の内部を通る通気通路の排気口または給気口を適切に開閉し、建物の躯体温度を安定させることが可能となる。

本発明の好適な実施の形態に係る放蓄熱構造体の概要を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は第一開閉機構を示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は第二開閉機構を示す模式図である。 気温が低い場合の放蓄熱構造体の状況を示す断面図である。 気温が高い場合の放蓄熱構造体の状況を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係る放蓄熱構造体１は、自然換気を利用して、照明等により躯体１に蓄熱された発熱負荷を取り除くものである。

放蓄熱構造体１は、図１に示すように、外断熱外壁１１と床版１２とを備えた躯体１０と、躯体１０の開口部１３に設けられた内窓２１と、内窓２１の外側に設けられた外窓２２と、躯体１０の内部を通る通気通路３０と、通気通路３０の排気口３１または給気口３２を開閉する開閉機構４０と、を備えて構成されている。

外断熱外壁１１は、躯体１０の外周囲を覆う版材であって、本実施形態では鉄筋コンクリートにより形成された壁本体１１ｂと壁本体１１ｂの表面に設置された断熱材１１ａとにより構成されている。なお、断熱材１１ａを構成する材料は限定されるものではない。また、壁本体１１ｂを構成する材料は限定されるものではなく、例えば鉄骨鉄筋コンクリートであってもよい。

外断熱外壁１１には、開口部１３が形成されている。なお、開口部１３の形状や配置等は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。
開口部１３には、内窓２１と外窓２２が設けられている。

床版１２は、建物の階層を区分する水平版材であって、本実施形態では、鉄筋コンクリートにより構成する。なお、床版１２を構成する材料は限定されるものではなく、例えば鉄骨コンクリートにより構成してもよい。

床版１２の下面には、躯体１０の内部空間１５を照らすための照明１４が設置されている。なお、照明１４の形状、個数、配置等は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

また、外断熱外壁１１および床版１２には、内部に通気通路３０が形成されている。

内窓２１は、開口部１３の内部空間１５側を閉塞するように設けられている。内窓２１はガラスにより構成されており、太陽光の透過が可能となるように構成されている。なお、内窓２１を構成する材料は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

外窓２２は、開口部１３の屋外側を閉塞するように設けられている。外窓２２は、内窓２１の外側に所定の間隔（空間２３）をあけて配設されている。外窓２２はガラスにより構成されており、太陽光の透過が可能に構成されている。なお、外窓２２を構成する材料は限定されるものではない。

外窓２２の上部には、空間２３から屋外に通じる排気路２４が形成されている。また、外窓２２の下部には、屋外から空間２３に至る給気路２５が形成されている。空間２３内は、給気路２５からの給気および排気路２４からの排気により、上方向に流れる気流が形成されている。
なお、排気路２４と給気路２５の配置は限定されるものではなく、例えば外窓２２に上部に給気路２５が形成され、下部に排気路２４が形成されていてもよい。

外断熱外壁１１に形成された通気通路３０と床版１２に形成された通気通路３０とは、互いに連通している。
通気通路３０は、排気口３１が空間２３に開口している。この排気口３１には、第一開閉機構４１（開閉機構）が配設されている。第一開閉機構４１は、通気通路３０の排気口３１を開閉する。

本実施形態では、空間２３の上部に、通気通路３０に通じる給気口３２を形成するものとする。
給気口３２には、第二開閉機構４２（開閉機構）が形成されている。第二開閉機構４２は、通気通路３０の給気口３２を開閉する。

第一開閉機構４１は、形状記憶合金を含んで構成されている。第一開閉機構４１は図２（ｂ）に示すように、第一開閉機構４１直近の気温が１５℃（第一閾値）以下になったときに全閉状態となり、２６℃（第二閾値）以上になったときに全開状態となるように構成されている。なお、第一開閉機構４１の開閉の基準となる気温は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。また、第一開閉機構４１の開閉の制御は、気温に限定されるものではなく、例えば気圧により制御してもよい。

第一開閉機構４１は、空間２３の下部に配設されていて、排気口３１を開閉する。第一開閉機構４１は、排気口３１に対応する位置に配設されており、第一開閉機構４１直近の温度が高温のときに排気口３１を開口し、第一開閉機構４１直近の温度が低温のときに排気口３１を閉塞する。

第一開閉機構４１は、図２（ａ）に示すように、箱部材４１ａと扉部材４１ｂと固定板材４１ｃと回転部材４１ｄと柱部材４１ｅと伸長部材４１ｆを備えて構成されている。

箱部材４１ａは、上下に排気口３１と同形状に形成された通気口４１ｇが形成されており、排気口３１上に設置されている。
扉部材４１ｂは、箱部材４１ａの内部に収容されており、通気口４１ｇよりもわずかに大きい板材により構成されている。

固定板材４１ｃは、箱部材４１ａに固定された板材であって、回転部材４１ｄを回転可能に軸支している。
回転部材４１ｄは、中心部において回転可能に軸支された部材である。

柱部材４１ｅは、扉部材４１ｂの上面に一体に立設された板材であって、回転部材４１ｄの中心から離れた位置において回転部材４１ｄに連結されている。
伸長部材４１ｆは、一端が固定板材４１ｃに固定されて、他端が回転部材４１ｄに連結された部材であって、形状記憶合金により構成されている。伸長部材４１ｆは第一開閉機構４１直近の気温に応じて変形するように構成されている。

回転部材４１ｄは、伸長部材４１ｆの変形に伴い回転する。回転部材４１ｄが回転すると、扉部材４１ｂが上下し、通気口の開閉を行う。

第二開閉機構４２は、形状記憶合金を含んで構成されている。第二開閉機構４２は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、第二開閉機構４２直近の気温が１５℃（第一閾値）以下または２６℃（第二閾値）以上になったときに全閉状態となり、図３（ｂ）に示すように５℃（第一閾値）〜２６℃（第二閾値）の範囲内のときに開口状態となるように構成されている。なお、第二開閉機構４２の開閉の基準となる気温は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。また、第二開閉機構４２の開閉の制御は、気温に限定されるものではなく、例えば気圧により制御してもよい。

第二開閉機構４２は、空間２３の上部の給気口３２に対応する位置に配設されていて、給気口３２を開閉する。

第二開閉機構４２は、図３（ａ）に示すように、箱部材４２ａと開閉弁４２ｂと回転部材４２ｃと伸長部材４２ｄとを備えて構成されている。

箱部材４２ａは、給気口３２の下面に沿って形成された箱型の部材であって、上下に給気口３２に形状に応じて形成された通気口が形成されている。通気口の周縁には、開閉弁４２ｂと当接可能に形成された爪部４２ｅが形成されている。

開閉弁４２ｂは、箱部材４２ａの内部に収納された板材であって、回転部材４２ｃの中心（箱部材４２ａの断面中心）を軸に回転可能に設置されている。

回転部材４２ｃは、その中心が開閉弁４２ｂの軸心と同一となるように開閉弁４２ｂに固定されている。

伸長部材４２ｄは、形状記憶合金により構成されており、第二開閉機構４２直近の気温に応じて所定の形状に変化するように構成されている。伸長部材４２ｄの一端は箱部材４２ａの内面に固定されており、他端は回転部材４２ｃに連結されている。

伸長部材４２ｄの形状が変化することにより回転部材４２ｃが回転するため、開閉弁４２ｂが、回転部材４２ｃに伴って回転する。

開閉弁４２ｂが回転することで、開閉弁４２ｂの先端が爪部４２ｅに当接し、通気口を遮蔽するように構成されている。

次に、本実施形態の放蓄熱構造体１の作用について説明する。
開閉機構４０直近の気温が第一閾値（１５℃）と第二閾値（２６℃）との間のときは、図１に示すように、第一開閉機構４１は開口状態となり、排気口３１は、開口している。また、第二開閉機構４２の開閉弁４２ｂは、つめ部４２ｅの間に配置されるため、給気口３２を閉塞することなく通気が可能な状態を維持する。

排気口３１および吸気口３２が開口しているため、通気通路３０内に外気が取り込まれるとともに、通気通路３０内の空気が空間２３を介して屋外に排出されるため、通気通路３０内に気流が形成されて、照明１４等により躯体１０に蓄えられた熱が放出される。

開閉機構４０直近の気温が第一閾値以下の場合は、図４に示すように、第一開閉機構４１および第二開閉機構４２により排気口３１および給気口３２は、閉塞される。
すると、通気通路３０内の空気が屋外に放出されることが防止されるとともに、冷たい空気が躯体１０の内部に入る込むことがないので、照明１４等から発生した熱を躯体１０に蓄熱することが可能となる。そのため、暖房効率を向上させることが可能となる。

開閉機構４０直近の気温が第二閾値以上の場合は、図５に示すように、第一開閉機構４１排気口３１が全開となる。これにより通気通路３０内の空気が排気口３１を介して空間２３の気流により排気路２４から放出される。したがって、通気通路３０内の空気とともに照明１４等により躯体１０に蓄えられた熱も放出される。故に、冷房効率の向上を図ることができる。このとき通気通路３０内には、内部空間１５の空気が流入する。
一方、給気口３２は、第二開閉機構４２により閉塞されるため、熱い空気が躯体１０の内部に入ることが防止される。

以上、本実施形態の外断熱外壁１１および床版１２からなる放蓄熱構造体１によれば、動力等を用いることなく、自然換気を利用して躯体１０に形成された通気通路３０内に気流を形成し、躯体蓄熱の放出または蓄熱をすることが可能なため、ＣＯ_２の排出を削減することが可能となり、環境保護の面で優れた効果を得ることが可能となる。

また、特別な機構を必要としないため、メンテナンスに要する手間や費用を省略することが可能となる。

また、外断熱外壁１１とすることで気象環境の変動によらず、躯体１０を一定の温度に保ち、快適性と空調冷暖房負荷の削減を実現することができる。
躯体１０全体を立体的な通気通路として利用しているため、竪シャフトなどの特殊な構造体を必要とせず、日射や意匠的な制約を受けない。

なお、本実施形態では、通気通路３０の排気口３１を内窓２１と外窓２２との間に形成された空間２３に開口するものとしたが、通気通路３０の排気口３１の形成箇所は限定されるものではない。例えば、外断熱外壁１１に排気口３１を開口して、通気通路３０からの排気を直接屋外に行ってもよい。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることは言うまでもない。

例えば、開閉機構の構成は、形状記憶合金を含んで構成されたものに限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。
また、開閉機構の形状や構成は限定されるものではない。

また、前記実施形態では、二重窓の空間に通気通路に通じる給気口を形成するものとしたが、給気口は必要に応じて形成すればよく、省略することも可能である。

１ 放蓄熱構造体
１０ 躯体
１１ 外断熱外壁
１２ 床版
１３ 開口部
２１ 内窓
２２ 外窓
２３ 空間
３０ 通気通路
３１ 排気口
４０ 開閉機構

Claims (2)

1. 外断熱外壁及び床版からなる躯体の内部を通る通気通路の排気口に設置されて当該排気口を開閉する開閉機構であって、
   上下に前記排気口と同形状の通気口が形成されている箱部材と、
   前記箱部材の内部に収容されて前記通気口よりも大きい板材からなる扉部材と、
   前記箱部材に固定された固定板と、
   前記固定板に回転可能に軸支された回転部材と、
   前記回転部材の回転中心から離れた位置と前記扉部材とを連結する柱部材と、
   一端が前記固定板に固定されて、他端が前記回転部材に固定された伸長部材と、を備えていて、
   前記柱部材は、前記扉部材の上面に立設されており、
   前記扉部材は、前記回転部材が回転することで上下することを特徴とする、開閉機構。
2. 外断熱外壁及び床版からなる躯体の内部を通る通気通路の給気口に設置されて当該給気口を開閉する開閉機構であって、
   上下に同形状の通気口が形成されている箱部材と、
   前記箱部材の内部に回転可能に設置された開閉弁と、
   前記開閉弁の回転中心に固定された回転部材と、
   一端が前記箱部材の内面に固定されて、他端が前記回転部材に固定された伸長部材と、を備えており、
   前記箱部材の前記通気口の周縁には、前記開閉弁に当接可能な爪部が形成されていることを特徴とする、開閉機構。

Images