JP7243693B2 - 換気システム - Google Patents

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Description

本願は換気システムに関する。
建物のインフラストラクチャーを整備し、安全性や利便性を向上させる技術が開示されている。例えば、特許文献１は家屋の外部に燃料電池装置を備えた自家発電システムを開示している。特許文献２は各住戸と地下スペースとの間を連通する連絡路が形成され、該連絡路を通して住戸と地下スペースとの間で物品の搬出入を行う物流システムが開示されている。特許文献３は人等に悪影響を及ぼす大気環境下にある建物と大気環境が良好な地域とを連絡通路等を介して接続し、建物の換気を行う換気システムを開示している。
一方で、近年、建物の地下にインフラストラクチャーを整備し、地上では住民が安全かつ快適に移動可能な都市構想が提案されている。例えば、地下空間において燃料電池による発電を行い、発電された電力を各住戸に供給することが提案されている。また、地下空間内に荷物を配送する車両を走行させ、連絡路を介して地下空間と住戸との間で物品の搬出入を行うことが提案されている。
特開２００７－１１５４５９号公報 特開平７－４８００５号公報 特開２００８－１５１４８２号公報
地下空間を荷物配送車両の移動等に利用をしつつ、地下空間において燃料電池ユニットによる発電を実施する場合、燃料電池ユニットの排気ガスに含まれる水素を適切に地下空間から排出する必要がある。この際、水素が連絡路を通して地下空間から建物内部に侵入しないように配慮する必要がある。
特許文献１に記載の技術では、燃料電池は地上、かつ、屋外に配置されているため、排気ガス中の水素は大気により希釈され、建物内部に侵入する虞は少ないものの、地下には水素タンクが備えられるのみで、地下空間を有効利用できていない。特許文献２に記載の技術は、地下空間に燃料電池を配置することを想定していない。特許文献３に記載の技術では、地下空間に燃料電池を配置すると、排気中の水素が連絡路を経由して建物内部に侵入する虞がある。
そこで、本願の目的は、上記実情を鑑み、地下空間に配置された燃料電池ユニットから排出される水素が連絡路に侵入することを抑制し、地下空間から地上に水素を適切に排気することができる換気システムを提供することである。
本願は上記課題を解決するための１つの手段として、内部に空間を備える建物と、建物の地下に配置され、内部に地下空間を備える地下設備と、空間及び地下空間を連通する連絡路と、建物の外側の地上及び地下空間を連通する換気孔と、を備え、地下空間には排気口を備える燃料電池ユニットが配置されており、連絡路の地下空間側の開口部である第１開口部は燃料電池ユニットの排気口から水平方向に離間して配置されており、連絡路は該連絡路の周囲の少なくとも一部を覆い、地下空間の天井から下側に突出する側壁を備え、側壁は、燃料電池の排気口から換気孔の地下空間側の開口部である第２開口部までを結ぶ直線上に連絡路が配置されている場合は排気口側に配置され、連絡路が直線から離れた位置に配置される場合は直線側に配置される、換気システムを開示する。
上記換気システムにおいて、側壁は地下空間の天井から第１開口部まで連絡路の周囲を全周に亘って囲むように形成されていてもよい。また、第１開口部は第２開口部よりも下側に配置されていてもよい。
上記換気システムは、複数の建物と、複数の建物の地下に配置される地下設備と、複数の建物の空間及び地下設備の地下空間をそれぞれ連通する複数の連絡路と、を備え、それぞれの連絡路の側壁は水平方向に離間して配置されていてもよい。
上記換気システムにおいて、換気孔は地上側の開口部の上側を覆う屋根を備えていてもよい。また、連絡路は内部にエレベータを備えていてもよい。さらに、側壁は該側壁から連絡路の外側に向かって突出する庇を有していてもよい。また、庇は第１開口部の上側に配置され、かつ、直線上に連絡路が配置されている場合は排気口側の側壁に配置されていてもよく、連絡路が直線から離れた位置に配置される場合は、直線側の側壁に配置されていてもよい。
本開示の換気システムによれば、燃料電池ユニットから排気された水素が連絡路に侵入することを抑制し、地下空間から地上に水素を適切に排気することができる。
第１実施形態である換気システム１００の模式図である。 第２実施形態である換気システム２００の模式図である。 第３実施形態である換気システム３００の模式図である。
本開示の換気システムは、内部に空間を備える建物と、建物の地下に配置され、内部に地下空間を備える地下設備と、空間及び地下空間を連通する連絡路と、建物の外側の地上及び地下空間を連通する換気孔と、を備え、地下空間には排気口を備える燃料電池ユニットが配置されており、連絡路の地下空間側の開口部である第１開口部は燃料電池ユニットの排気口から水平方向に離間して配置されており、連絡路は該連絡路の周囲の少なくとも一部を覆い、地下空間の天井から下側に突出する側壁を備え、側壁は、燃料電池の排気口から換気孔の地下空間側の開口部である第２開口部までを結ぶ直線上に連絡路が配置されている場合は排気口側に配置され、連絡路が直線から離れた位置に配置される場合は直線側に配置されることを特徴としている。
燃料電池ユニットは、燃料ガスである水素と空気中の酸素とを電気化学反応させることにより発電して水を排出するものであるが、水以外にも反応に使用されなかった水素や空気が排気される。水素は空気よりも軽いため、排気された水素は地下空間の天井付近に滞留する虞がある。このような天井付近の水素の滞留を抑制するために、地下空間と地上とを連通する換気孔を配置して、滞留した水素を地上に排気することが考えられる。しかしながら、燃料電池ユニットと換気孔との間に建物内部につながる連絡路が配置されている場合、当該連絡路を介して水素が建物内部に侵入する虞がある。また、燃料電池ユニットと換気孔との間に建物内部につながる連絡路が配置されていない場合であっても、燃料電池ユニットの排気口と換気孔とを結ぶ直線に近い位置に連絡路が配置されている場合には、当該連絡路を介して水素が建物内部に侵入する虞がある。
本開示の換気システムは連絡路に所定の側壁を備えている。これにより、拡散した水素が天井に沿って換気孔まで移動する際に、側壁の周囲を迂回して換気孔に導かれるため、連絡路の地下空間側の開口部である第１開口部から排気された水素が侵入することを抑制することができる。また、第１開口部は燃料電池ユニットの排気口から水平方向に離間して配置されている。これにより、燃料電池ユニットの排気口が第１開口部よりも下側に配置されている場合であっても、当該排気口から排気される水素が直接連絡路に侵入することを抑制することができる。よって、本開示の換気システムによれば、燃料電池ユニットから排気された水素が連絡路に侵入することを抑制し、地下空間から地上に水素を適切に排気することができる。
また、このように連絡路内への水素の侵入を抑制できることにより、設定すべき換気孔の数を削減することもできる。さらに、本開示の換気システムによれば、地下空間を有効に活用することができる。例えば、地下空間において燃料電池による建物への電力の供給、配送用車両の走行及び連絡路を介して地下空間から建物内部の空間に荷物の配送を行うことができる。このように、本開示の換気システムによれば、安全性及び利便性を向上した都市構想の実現の一助となり得る。
以下、各実施形態を用いて本開示の換気システムについてさらに説明する。ただし、本開示の換気システムはこれらの実施形態に限定されるものではない。
［第１実施形態］
第１実施形態である換気システム１００について説明する。図１は換気システム１００の模式図である。
図１の通り、換気システム１００は、内部に空間１１１を備える建物１１０と、該建物１１０の地下に配置され、内部に地下空間１２１を備える地下設備１２０と、空間１１１及び地下空間１２１を連通する連絡路１３０と、建物１１０の外側の地上及び地下空間１２１を連通する換気孔１４０と、を備えている。
建物１１０の用途は特に限定されず、住宅であっても事務所であってもよい。建物１１０は内部に空間１１１を備えている。空間１１１は人が居住することが可能な居住空間であることが好ましい。なお、建物１１０が地下室を有する場合は、地下設備１２０は当該地下室よりもさらに地下に備えられていても良い。
地下設備１２０は内部に地下空間１２１を備える。地下空間１２１の用途は特に限定されないが、図１のように荷物搬送用の車両１５０が走行可能なように形成されていることが好ましい。また、地下設備１２０は、地下空間１２１内に排気口１２２ａを備える燃料電池ユニット１２２を備えている。
燃料電池ユニット１２２は水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて電力を得るものであれば特に限定されず、公知の燃料電池ユニットを用いることができる。また、燃料電池ユニット１２２は排気口１２２ａを備え、電気化学反応によって生成される水や未反応の水素、空気を排気口１２２ａから排出する。
連絡路１３０は建物１１０の空間１１１と地下空間１２１とを連通する通路であり、空間１１１と地下空間１２１との間で物品の搬出入や、人の移動を行うものである。連絡路１３０は該連絡路１３０の周囲の少なくとも一部を覆い、地下空間１２１の天井１２１ａから下側（地下空間１２１側）に突出する側壁１３１を備えている。また、連絡路１３０は地下空間１２１側に、連絡路１３０の内部と連通する第１開口部１３２を備えている。
側壁１３１は、燃料電池ユニット１２２の排気口１２２ａから換気孔１４０の地下空間側の開口部である第２開口部１４１までを結ぶ直線上に連絡路１３０が配置されている場合は排気口１２２ａ側に配置され、連絡路１３０が上記直線から離れた位置に配置される場合は直線側に配置されていればよい。「直線上」には、連絡路１３０が直線の上部に配置される場合も含まれる。これにより、天井１２１ａ付近の水素が換気孔１４０を通って地上に換気される際に、連絡路１３０の側壁１３１の周囲を迂回して換気孔１４０に導かれるため、水素が第１開口部１３２に侵入することを抑制することができる。側壁１３１は、図１のように、地下空間１２１の天井１２１ａから第１開口部１３２まで連絡路１３０の周囲を全周に亘って囲むように形成されていてもよい。これにより、連絡路１３０への水素の侵入をより抑制することができる。連絡路１３０への水素の侵入をさらに抑制する観点から、側壁１３１の連絡路１３０の全周を囲む範囲（天井１２１ａから第１開口部１３２までの長さ）は１０ｃｍ以上とすることが好ましい。連絡路１３０の全周を囲む範囲の上限は特に限定されず、目的に合わせて適宜設定すればよい。
連絡路１３０の地下空間１２１側の第１開口部１３２の位置は特に限定されず、連絡路１３０の内部と連通するように形成されていればよい。図１では、側壁１３１によって、下側に開口を有する第１開口部１３２が形成されている。
ここで、換気システム１００が複数の建物１１０と、複数の建物１１０の地下に配置される地下設備１２０と、複数の建物１１０の空間１１１及び地下設備１２０の地下空間１２１をそれぞれ連通する複数の連絡路１３０と、を備える場合を考える。例えば、図１にいて、紙面奥行き方向に複数の建物１１０が設置され、各建物１１０にそれぞれ連絡路１３０が設けられている場合である。このような場合、それぞれの連絡路１３０の側壁１３１は、互いに連続せず、水平方向に離間して配置されていることが好ましい。これにより、離間している側壁１３１間の空間を通って、排気された水素が流れることができ、水素の滞留及び連絡路１３０への侵入を抑制することができる。
なお、連絡路１３０は物品の搬出入や人の移動のために設けられるものであるため、連絡路１３０内部には、物品又は人の移動のためのエレベータや階段等が設置されていてもよい。図１では側壁１３１よりも下側の連絡路１３０について図示されていないが、このような移動手段が設置されていている。また、建物１１０の空間１１１側の連絡路１３０の形態は特に限定されず、目的に合わせて適宜設定することができる。例えば、連絡路１３０の空間１１１側に開口部（第３開口部）を備え、該第３開口部を介して物品等の搬出入を行ってもよい。さらに、連絡路１３０は建物１１０の空間１１１と地下空間１２１とを連通する通路であるが、１つの連絡路１３０で建物１１０内の複数の空間１１１と地下空間１２１とが接続されることを妨げない。例えば、建物１１０が複数の階層を有するものである場合、連絡路１３０は垂直方向に連通して、複数の空間１１１と地下空間１２１とを連結することができる。
換気孔１４０は、建物１１０の空間１１１の外側の地上と地下空間１２１とを連通するものであり、燃料電池ユニット１２２から排気された水素を地下空間１２１から地上に排出することができる。そのため、換気孔１４０を設けることにより、天井１２１ａ付近に滞留する水素を適切に地上に排気することができる。なお、地下空間１２１から排出する水素を建物１１０の空間１１１内に侵入させない観点から、建物１１０の外側の地上に連通されている。
換気孔１４０は、図１のように、雨水の侵入を抑制する観点から、地上側の開口部（第４開口部）１４２の上側を覆う屋根１４３を備えていてもよい。また、換気孔１４０は、換気を促進するために、内部にファンを設けてもよい。さらに、換気孔１４０の地上側の第４開口部１４２及び地下空間１２１側の第２開口部１４１は、異物の侵入を抑制するためにスリット状に形成されていてもよい。
ここで、各構成の位置関係についてさらに説明する。連絡路１３０の第１開口部１３２は燃料電池ユニット１２２の排気口１２２ａから水平方向に離間して配置されている。水素は空気よりも軽いため、排気口１２２ａから排気された後、天井１２１ａに向かって移動する。そのため、連絡路１３０に水素が直接侵入しないように、排気口１２２ａの上方に連絡路１３０の第１開口部１３２を配置せず、水平方向に離間して配置する必要がある。また、排気口１２２ａから排気された水素は地下空間１２１内の空気の流れにより、水平方向に移動しながら上方に昇ることも考えられる。そのため、排気口１２２ａと第１開口部１３２の水平方向距離は１ｍ以上離間していることが好ましい。これにより、排気口１２２ａから排気された水素が直接連絡路１３０に侵入することをさらに抑制することができる。
連絡路１３０の第１開口部１３２は換気孔１４０の第２開口部１４１よりも下側に配置されていてもよい。これにより、天井１２１ａ付近を流れる水素が連絡路１３０へ侵入することを抑制しつつ、換気孔１４０を介して水素を地下空間１２１ａから地上へと適切に排気することができる。換気を促進する観点から、図１のように、換気孔１４０の第２開口部１４１は天井１２１ａに設けられていてもよい。
［第２実施形態］
第２実施形態である換気システム２００について説明する。図２に換気システム２００の模式図を示した。換気システム１００と換気システム２００との違いは、連絡路２３０の内部に物品搬入出用のエレベータが備えられている点にあり、それ以外の構成は同じである。したがって、以下では連絡路２３０のみに着目して説明する。
連絡路２３０は側壁２３１が天井１２１ａから地下空間１２１の地面１２１ｂまで伸びており、連絡路２３０の内部には物品を搬出入するためのかごを上下に移動させることが可能なエレベータが備えられている。
また、連絡路２３０は地面１２１ｂ側の側壁２３１の一部が切り欠かれており、側壁２３１及び地面１２１ｂによって形成された垂直方向の一面に開口を有する第１開口部２３２（図２の破線部分）を備えている。当該第１開口部２３２は開閉可能な扉（不図示）を備えている。また、側壁２３１の第１開口部２３２よりも上側の部分（天井１２１ａから第１開口部２３２までの範囲）は、連絡路２３０の周囲を全周に亘って囲むように形成されている。第１開口部２３２と燃料電池ユニット１２２の排気口１２２ａ及び換気孔１４０の第２開口部１４１との位置関係は、換気システム１００と同様である。よって、換気システム１００と同様に、換気システム２００は連絡路への水素の侵入を抑制することができる。
このような換気システム２００によれば、例えば、地下空間１２１を移動する車両１５０によって運ばれた物品を、連絡路２３０の地下空間１２１側の第１開口部２３２からエレベータのかごに入れることで、建物１１０内の空間１１１に当該物品を搬入することができる。また、逆に、建物１１０の空間１１１からエレベータのかごに物品を入れることで、地下空間１２１に物品を搬出することができる。
［第３実施形態］
第３実施形態である換気システム３００について説明する。図３に換気システム３００の模式図を示した。換気システム２００と換気システム３００との違いは、連絡路３３０に庇３３３を設けている点にあり、それ以外の構成は同じである。したがって、以下では連絡路３３０のみに着目して説明する。
連絡路３３０の側壁３３１は該側壁３３１から連絡路３３０の外側に向かって突出する庇３３３を有している。また、庇３３３は、連絡路３３０の地下空間１２１側の第１開口部３３２の上側に配置され、かつ、燃料電池ユニット１２２の排気口１２２ａから換気孔１４０の第２開口部１４１までを結ぶ直線上に連絡路３３０が配置されている場合は排気口１２２ａ側の側壁３３１に配置され、連絡路３３０が直線から離れた位置に配置される場合は直線側の側壁３３１に配置される。
排気された水素の量が多い場合、天井１２１ａから拡散する水素の一部は、側壁３３１を伝って回り込むようにして連絡路３３０に侵入する虞がある。そこで、水素が連絡路３３０に侵入しないように、第１開口部３３２の垂直方向の上側であって、所定の位置に庇３３３を設けることにより、連絡路３３０への水素の侵入をより抑制することができる。
ここで、庇３３３は、図３のように側壁３３１の周囲の全周に亘って配置されていてもよい。これにより、さらに連絡路３３０への水素の侵入をより抑制することができる。
庇３３３の外側に突出する方向の長さは特に限定されないが、例えば２ｃｍ以上であることが好ましい。これにより、連絡路３３０への水素の侵入をより抑制することができる。上限は特に限定されないが１０ｃｍ以下であることが好ましい。また、垂直方向における庇３３３と第１開口部３３２との距離は特に限定されないが、地下空間１２１の天井１２１ａからの距離が長く、第１開口部３３２のすぐ上の位置にあることが好ましい。第１開口部３３２から庇３３３までの垂直方向の距離は、例えば５ｃｍ以下である。これにより、庇よりも上の領域を広く確保できるため、さらに連絡路３３０への水素の侵入を抑制することができる。
以上、本開示の換気システムについて説明した。本開示の換気システムは地下設備に燃料電池を備える都市構想において起こり得る課題を解決するものであり、極めて有用な技術であるといえる。
１００、２００、３００ 換気システム
１１０ 建物
１１１ 空間
１２０ 地下設備
１２１ 地下空間
１２１ａ 天井
１２１ｂ 地面
１２２ 燃料電池ユニット
１２２ａ 排気口
１３０、２３０、３３０ 連絡路
１３１、２３１、３３１ 側壁
１３２、２３２、３３２ 第１開口部
３３３ 庇
１４０ 換気孔
１４１ 第２開口部
１４２ 第４開口部
１４３ 屋根
１５０ 車両

Claims (7)

  1. 内部に空間を備える建物と、
    前記建物の地下に配置され、内部に地下空間を備える地下設備と、
    前記空間及び前記地下空間を連通する連絡路と、
    前記建物の外側の地上及び前記地下空間を連通する換気孔と、を備え、
    前記地下空間には排気口を備える燃料電池ユニットが配置されており、
    前記連絡路の地下空間側の開口部である第１開口部は前記燃料電池ユニットの前記排気口から水平方向に離間して配置されており、
    前記連絡路は該連絡路の周囲の少なくとも一部を覆い、かつ前記地下空間の天井から下側に突出する側壁を備え、
    前記側壁は、前記燃料電池ユニットの前記排気口から前記換気孔の地下空間側の開口部である第２開口部までを結ぶ直線上に前記連絡路が配置されている場合は前記排気口側に配置され、前記連絡路が前記直線から離れた位置に配置される場合は前記直線側に配置される、
    換気システム。
  2. 前記側壁は前記地下空間の前記天井から前記第１開口部まで前記連絡路の周囲を全周に亘って囲むように形成されている、請求項１に記載の換気システム。
  3. 前記第１開口部は前記第２開口部よりも下側に配置されている、請求項１又は２に記載の換気システム。
  4. 複数の前記建物と、複数の前記建物の地下に配置される前記地下設備と、複数の前記建物の前記空間及び前記地下設備の前記地下空間をそれぞれ連通する複数の前記連絡路と、を備え、
    それぞれの前記連絡路の前記側壁は水平方向に離間して配置される、請求項１～３のいずれか１項に記載の換気システム。
  5. 前記換気孔は地上側の開口部の上側を覆う屋根を備えている、請求項１～４のいずれか１項に記載の換気システム。
  6. 前記連絡路は内部にエレベータを備えている、請求項１～５のいずれか１項に記載の換気システム。
  7. 前記側壁は該側壁から前記連絡路の外側に向かって突出する庇を有しており、
    前記庇は前記第１開口部の上側に配置され、かつ、
    前記直線上に前記連絡路が配置されている場合は前記排気口側の前記側壁に配置され、
    前記連絡路が前記直線から離れた位置に配置される場合は前記直線側の前記側壁に配置される、
    請求項１～６のいずれか１項に記載の換気システム。
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