JP7441489B2 - 給気システム - Google Patents

Description

本発明は、室内へ給気を行う給気システムに関するものである。

従来、建材や家具から発生するガスや、暖房や調理などにおいて使用される燃料の燃焼により生じるガスなどによる身体への悪影響が知られている。例えば、厨房や室内燃焼器から発生する一酸化炭素が室内に滞留することによる事故がある。このため、室内の換気が行われている。

通常、室内の換気は、換気扇によって室内の空気を室外に排出することで行われる。換気扇によって室内の空気が排気されると、部屋の隙間などから外気が給気されることで、室内が負圧になることがない。

近年、遮音や断熱を目的とした高気密住宅が増えつつある。高気密住宅は、隙間からの給気が行われにくいため、給気口が設置される。このようにすることで、換気扇で室内ガスが排気されるとともに、給気口から新鮮な空気が給気され、室内外のバランスが確保される。

しかし、使用者が、室内の温度を保つために給気口を塞いでしまう場合や、給気口前に荷物などを置いたままとなり、十分に給気が行われないケースがある。このように給気が十分に行われないと、室内が負圧となる。

このように室内が負圧となると、ドアなどが開きにくくなるという問題がある。また、隙間から室内への空気の流入による騒音の発生や、使用していない換気扇が、逆回転し、これによる騒音の発生の恐れもある。

また、室内が負圧であるため、換気扇による排気が十分に行われなくなる恐れがある。したがって、前述したような有害なガスや水蒸気が十分に排気されなくなる恐れがある。例えば、ストーブなどの排煙を行う煙突から、不完全燃焼した一酸化炭素が逆流して室内に充満するような事故も報告されている。このように、室内が負圧であると、室内で発生した有害ガスが十分に排気されずに中毒の原因となる恐れもある。

このように、室内が負圧となることを対策するため、例えば、換気扇とは別に給気扇を設ける方法がある。この際、感度よく給気扇を動作させるために、かご型インダクションモーターを用いた給気扇を差圧センサとして利用する方法がある（特許文献１）。

特開２０１５－９８９５０号公報

しかし、特許文献１の方法において、差圧センサとして感度を高めるためには、小型の給気扇を用いる必要がある。このため、必ずしも十分な給気能力を確保することができるわけではない。したがって、差圧が大きくなると、特許文献１の方法では、室内の負圧を解消することができない場合がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、効率よく室内外の差圧を解消することが可能な給気システムを提供することを目的とする。

前述した目的を達するために本発明は、給気システムであって、外気を室内に給気可能な給気扇と、室内外の区画部に配置され、室内外の差圧を検知する差圧センサとしてのファンと、前記給気扇の動作を制御する制御部と、前記ファンのモーターに接続された電圧検出部と、前記室内に設置される室内燃焼機器と、前記室内燃焼機器に接続されて室外に導出される煙突と、を具備し、前記モーターはかご型インダクションモーターであり、前記電圧検出部は、室内外の差圧によって室内へ流れる流体の力を受けて前記ファンが受動的に回転した際に、前記かご型インダクションモーターにより生じる電圧を検出することが可能であり、
前記制御部は、前記電圧検出部で検出された電圧が所定値を超えると前記給気扇を動作させ、前記煙突は、中心の排気層の外周に他の層が形成された複数層構造であり、前記排気層及び前記他の層は、上端が室外に解放され、前記給気扇は、前記他の層に設けられる給気口に配置されることを特徴とする給気システムである。

前記ファンは無線通信部を有し、前記電圧検出部で検知された電圧情報が、前記制御部に無線で送信されてもよい。

前記煙突の前記排気層の温度を測定する第１の温度センサが配置され、前記制御部は、前記室内燃焼機器の稼働を検知し、かつ、前記第１の温度センサにより測定された温度が所定温度以下の際には、前記給気扇の動作を停止してもよい。

前記室内燃焼機器は薪ストーブであり、前記室内燃焼機器又は前記室内燃焼機器近傍の前記煙突の前記排気層の温度を測定する第２の温度センサが配置され、前記制御部は、前記第２の温度センサにより測温される温度が所定温度以上となると、前記室内燃焼機器が稼働したと検知し、前記第２の温度センサにより測温される温度が所定温度以下となると、前記室内燃焼機器の稼働が停止したと検知してもよい。

前記制御部は、前記電圧検出部で検出された電圧が所定値を超え、且つ、前記第１の温度センサにより測定された温度が所定温度以下であり、前記給気扇の動作を停止した際に、あらかじめ設定された所定時間、前記ファンを動作させて、前記ファンによって給気を行ってもよい。

前記給気扇は、室内における前記煙突の上方に配置され、前記給気扇の前方に、流体の流れを制御するブレードが配置されてもよい。

前記煙突は、前記排気層及び前記他の層の２層構造であり、少なくとも前記給気口よりも室外側において、前記他の層の内部の外周側には、内周側と比較して高密度に断熱材が配置され、前記他の層の内部の内周側には空気の流路が形成されてもよい。

前記煙突は３層以上の構造であり、前記排気層の外周側に前記給気口が形成される給気層が形成され、前記給気層の外周側に断熱材が充填される断熱層が形成されてもよい。

本発明によれば、ファンによって室内外の差圧を検出して、室内外の差圧が所定以上大きくなった場合に別の給気扇を動作することで、効率よく室内外の差圧を解消し、換気を促進することができる。この際、室内外の差圧に応じて区画部を流れる流体によって、ファンを受動的に回転させ、この際に生じる起電力によって差圧を検出するため、小さな差圧も感度よく検出することができる。また、高価な圧力センサなどを用いる必要もない。また、このような構成とすることで、瞬間的な差圧による誤動作も防止することができる。また、ファンを小型化して、感度を上げても、差圧センサとしてのファンとは別の給気扇を稼働させるため、十分な給気能力を得ることができる。

また、ファンによって検出される差圧を無線通信によって送信することで、ファンと給気扇とが離れている場合でも、給気扇の動作を容易に制御することができる。

また、煙突に配置された給気口に給気扇を配置し、給気される気体を、室内燃焼機器の煙突の排気層の外側に流すことで、給気される気体と高温の排気ガスとの熱交換を行うことができる。このため、室内に冷気が流入することを抑制することができる。

また、煙突の排気層の温度を測定し、測定された温度が所定温度以下の際には、給気扇の動作を停止するようにすることで、排気層の温度が過剰に下がることを抑制することができる。このため、煙突から上昇気流（ドラフト）が低下して煙突からの排気能力の低下を抑制することができる。

この際、室内燃焼機器が薪ストーブである場合には、室内燃焼機器又はその近傍の煙突の排気層の温度を測定し、測温される温度が所定温度以上となると、室内燃焼機器が稼働したと検知することで、夏場などの室内燃焼機器が稼働していないときには、前述した排ガス温度によらず、給気扇を稼働し、室内の負圧を解消することができる。このため、室内が負圧となり、ドアなどが開きにくくなることや、隙間から室内への空気の流入による騒音の発生等を抑制することができる。

また、室内燃焼機器が稼働時に排気層の温度が所定以下となった場合に、差圧が所定以上である場合には、ファンを所定時間稼働させることで、ファンによる給気能力の限界はあるものの、差圧を低減することができる。

また、給気装置が室内における煙突の上方に配置され、給気扇の前方に、流体の流れを制御するブレードを配置することで、給気扇を室内の空気の循環のためのサーキュレータとして利用することができる。

また、煙突が２層構造の場合には、他の層の内部の外周側に断熱材が配置され、内周側に空気の流路を形成することで、煙突の断熱性と熱交換とを両立させることができる。

また、煙突が３層以上の構造の場合には、排気層の外周側に給気層を形成することで、給気と熱交換を行うことができ、給気層の外周側に断熱材が充填される断熱層を形成することで、煙突の断熱性を確保することができる。

本発明によれば、効率よく室内外の差圧を解消することが可能な給気システムを提供することができる。

給気システム１を示す概略図。 差圧検知装置４の構成を示す概略図。 給気システム１ａを示す概略図。 （ａ）、（ｂ）は、煙突５及び給気口１５の構造を示す水平方向概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、給気装置６ａの動作を示す鉛直方向概略断面図。 給気システム１ｂを示す概略図。 給気装置６ａの構成を示す概略図。 差圧検知装置４ａの構成を示す概略図。 実施例における圧力変化示す図。 熱交換時に奪われる熱エネルギーを評価するための装置を示す概略図。 時定数の逆数と流速の関係を示す図。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、給気システム１を示す概略図である。室内２ａと室外２ｂとを区切る区画部（例えば壁）には、給気口３９ａ、３９ｂが設けられ、給気口３９ａ、３９ｂには、それぞれ、差圧検知装置４と、給気装置６が別々に配置される。

差圧検知装置４は、室内２ａと室外２ｂとの差圧を検出するものであり、主に、ファン３７、電圧検出部２９、通信部３５ｂ等から構成される。図２は、差圧検知装置４の構成を示す概略図である。差圧検知装置４のファン３７は、給気口３９ａに配置される、差圧センサとして機能する。ファン３７は、モーター３８と羽からなる。

モーター３８に接続された電圧検出部２９によって室内外の差圧を検出し、通信部３５ｂによって、給気装置６へ差圧情報が送信される。図１に示すように、給気装置６は、主に、給気扇７、制御部３１、通信部３５ａ等から構成される。差圧検知装置４の通信部３５ｂから送信された電圧情報（電圧から算出される差圧情報）は、通信部３５ａで受信される。制御部３１は、差圧検知装置４からの情報に基づいて、給気扇７の動作を制御する。

なお、通信部３５ａ、３５ｂは、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）や、ｗｉｆｉ（登録商標）などの無線通信を利用できるが、有線による通信であってもよい。

ここで、一般的な換気扇用などのインダクションモーターは、かご型でコンデンサ型モーターが多い。かご型インダクションモーターは、コイルと導体とからなるかごにより構成される。コイルで発生する回転磁界によって、かごの導体に渦電流が誘発され、回転力を得るものである。このように、かご型インダクションモーターでは、永久磁石は使用されない。

かご型インダクションモーターの回転子は、渦電流を流すかご状の導体とそれを支える鉄心からなる。鉄心は、複数の鋼板からなる。この鋼板は回転磁界中で常に同じ方向からの磁界にあるため、一度インダクションモーターを使用すると、鉄心が磁化され永久磁石となる。この結果、一度でも回転をさせたかご型インダクションモーターの回転子の鉄心には、無給電状態でもわずかな磁束（いわゆる残留磁気）が存在し、これがごく弱い永久磁石として働き、無給電で外力により回転子を回転させた場合に、磁界がコイルを切ることで小さな起電力を生じさせることができる。

なお、ＤＣモーターは固定子に永久磁石が用いられているために、この永久磁石がつくる強い磁気によって静止時には回転子の鉄心の動きを制限する力が働くので、この力を超える外力が与えられなければ、弱い力では、受動的な回転を開始することはできない。したがって、ＤＣモーター駆動のファンは、数Ｐａ（１Ｐａ＝約０．１ｍｍＡｑ）程度の圧力差では受動的に回転を開始できず、数十Ｐａ以上の差圧でないと機能しない。同様に、現存する従来のベローズやダイアフラム型または半導体型圧力センサ等の検出能力も数十Ｐａ以上であり、本実施形態のような、数Ｐａ程度の圧力を検知できるものではない。

このように、モーター３８はファン３７の回転速度に応じた電圧が発生する。ファン３７の受動的な回転速度は、給気口３９ａを流れる流体の流速（流量）に依存する。また、給気口３９ａを流れる流体の流速（流量）は、室内外の差圧に依存する。したがって、モーター３８から発生する電圧を電圧検出部２９で検出することで、室内外の差圧を知ることができる。また、ファン３７が回転しない圧力（すなわち不感帯）があるため、微小な圧力変化や瞬間的な圧力変化によって、誤動作することもない。

なお、ファン３７が大型になると、ファン３７の受動的な回転に対する不感帯が大きくなる。このため、差圧を検知するためのファン３７を大型化するのは望ましくない。しかし、ファン３７のみによって給気を行うと、ファン３７による給気能力が小さいため、十分な差圧解消を行うことが困難となる。これに対し、本発明では、ファン３７の受動的な回転によって差圧（電圧）を検知し、その差圧（電圧）が所定以上であると判断されると、制御部３１によって他の給気扇７を動作させる。このため、給気扇７はファン３７と比較して大型のもの（給気能力の大きなファン）を適用することができ、十分な給気能力を得ることができる。

以上、本実施の形態によれば、高価な圧力センサを用いることなく、簡易な構造で給気扇７の動作を制御することができ、差圧が大きい時には、給気扇７によって短時間で給気を行うことができる。

また、差圧検知装置４では、数Ｐａの極めて小さな差圧に対しても安定して検出することができる。このため、従来のベローズやダイアフラム型または半導体型圧力センサと比較しても、微小な差圧を安定して検出することができる。

また、差圧検知装置４と給気装置６が別々であるため、感度のよい差圧検知と、十分な給気能力とを両立することができる。

なお、給気扇７を動作した後も、引き続き差圧検知装置４による差圧検知は続けることができる。このため、給気扇７の動作後においても差圧の解消が十分ではないと判断されると、制御部３１は、給気扇７の回転数を上げてもよい。同様に、給気扇７の動作後において、差圧が十分に解消できた場合には、制御部３１は、給気扇７の回転数を下げ、回転数が所定以下となる場合には、給気扇７の動作を停止してもよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態にかかる給気システム１ａを示す概略図である。なお、以下の説明において、給気システム１と同様の構成については、図１～図２と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

給気システム１ａは、給気システム１とほぼ同様の構成であるが、給気装置６ａが煙突５に配置される点で異なる。給気装置６ａは、室内２ａにおける煙突５の上方に配置される。室内２ａには、室内燃焼機器３が設置される。室内燃焼機器３は、例えばガスを用いた厨房燃焼機器や薪ストーブであるが、以下、薪ストーブを例にして説明する。

室内燃焼機器３には煙突５が接続される。煙突５の端部は建屋の上方の室外２ｂに導出される。なお、煙突５は、鉛直方向にまっすぐに配置されるのではなく、途中に屈曲部を設けてもよい。

図４（ａ）は、煙突５の水平方向断面図である。煙突５は、複数層構造であり、図に示す例では、中心の排気層９の外周に他の層である給気層１１が形成された２層構造である。排気層９及び給気層１１は、上端が室外２ｂに開放される。なお、煙突５の上部であって、排気層９及び給気層１１のそれぞれの開放部には屋根が設けられ雨等の浸入が抑制される。また、開放部には網やフィルターが設けられ、ごみや虫などの侵入が抑制される。

排気層９は、室内燃焼機器３と連通し、室内燃焼機器３からの排気が上方に流れて室外２ｂに排出される流路である（図３の矢印Ａ方向）。また、給気層１１は、給気装置６ａから室内２ａに給気するための外気が流れる流路である（図３の矢印Ｂ方向）。

給気層１１は、少なくとも給気装置６ａが配置される給気口１５よりも室外側（上方）に形成される。給気層１１の内部の外周側（煙突５の最外周部の内面）には、内周側（排気層９の外面側）と比較して高密度に断熱材１９が配置される。例えば、給気層１１の外周側にのみ断熱材１９が配置され、内周側には断熱材１９が配置されない。このため、給気層１１の内部の内周側が空気の流路となる。

なお、煙突５は３層以上であってもよい。図４（ｂ）は、煙突５が３層構造である例を示す。煙突５が３層構造の場合には、中心の排気層９の外周側に給気口１５が形成される給気層１１が形成され、給気層１１の外周側に断熱材１９が充填される断熱層１３が形成される。すなわち、この場合には、給気層１１内部に断熱材を配置する必要はなく、給気層１１の全体が流路となる。

なお、煙突５が何層構造であっても、給気口１５よりも下方（室内燃焼機器３側）には、給気層１１の流路は不要である。このため、煙突５が全長にわたって複数層構造で形成されたとしても、給気口１５よりも下方の排気層９以外の空間は断熱材１９で埋めてもよい。また、排気層９以外の層は、煙突５の下端部において塞いでもよい。以下、煙突５が２層構造の例を説明し、給気口１５よりも下方においては、排気層９のみを図示する。

前述したように、煙突５の所定の位置には給気装置６ａが配置される。本実施形態では、図３に示すように、給気装置６ａは、室内２ａにおける煙突５の上方に配置される。

図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、給気層１１には、室内２ａと連通する給気口１５が形成され、給気装置６ａは、給気口１５に配置される。給気装置６ａは、主に、開閉体１７、給気扇７、制御部３１、通信部３５ａ等から構成される。制御部３１は、給気扇７の動作を制御するものであり、給気装置６ａの給気扇７は、給気口１５に配置される開閉体１７よりも室内２ａ側に配置される。給気扇７は、給気層１１（室外２ｂ）から室内２ａへ送風することができる。なお、給気扇７の送風側には、図示を省略したブレードが配置されて、室内２ａに対する風向を制御することができる。

次に、給気システム１ａの機能について説明する。前述したように、室内燃焼機器３が稼働すると、上昇気流（ドラフト）によって、煙突５の排気層を排ガスが流れ（図３の矢印Ａ）、室外２ｂに排出される。このため、燃焼時に生じる一酸化炭素などの有毒なガスを室外２ｂに排出し、室内２ａ内に漏れることを抑制することができる。

なお、煙突５は、断熱されているため。排ガスの熱が煙突５の外部に放熱されることが抑制される。このため、排ガスの上昇気流が促進されて効率よく排ガスを外部に排出することができる。

一方、室内２ａにおいて換気扇などを使用すると、室内２ａが負圧となる。このため、室内燃焼機器３内部から、ガスが室内２ａに漏れ出す恐れがある。しかし、室内２ａの圧力が所定以下に下がると、前述した差圧検知装置４によって差圧が所定以上であることを検知することができる。このため、給気装置６ａの給気扇７が稼働し、外気が煙突５の給気層１１に流入して下降し（図３の矢印Ｂ）、給気口１５から室内２ａに流入する。

この際、外気が給気層１１内を流れる間に、外気は排気層９内の排ガスと熱交換が行われる。このため、給気口１５まで流下して室内２ａへ給気される際には、外気温に対して、ある程度の温度に昇温している。このため、薪ストーブを利用している際に、冷気が室内２ａに給気されることを抑制することができる。

図５（ａ）、図５（ｂ）は、給気装置６ａの動作を示す図である。図５（ａ）に示すように、開閉体１７は、自重や磁石、ばね（図示省略）などによって、室内２ａと室外２ｂ（給気層１１）との差圧が所定以下では閉じた状態で保持される。一方、給気扇７が動作すると、図５（ｂ）に示すように、開閉体１７が、ばねや重力に対抗して押し開かれる（図中矢印Ｃ）。なお。開閉体１７は、中心の回転軸に対して、上下が折り畳まれて流路を確保する例を示すが、給気扇７による給気によって開閉可能な構造であれば、その構造は特に限定されない。また、開閉体１７は、室内側にのみ開き、ストッパ等によって逆方向には開くことがない。

なお、開閉体１７は必ずしも必須ではないが、開閉体１７と給気扇７とを前述した順に直列に配置する利点は以下の通りである。室内外の差圧が小さいと、給気口１５には流体は流れない。しかし、室内燃焼機器３が稼働すると、前述したように、排気層９には高温の排ガスが流れるため、排気層９の外周面は高温となる。

この際、開閉体１７が配置されないと、排気層９の外周面からの輻射熱等により、給気扇７が高温にさらされる。流体が流れている際には、給気扇７は、流体温度（例えば数十℃程度）程度までは上昇しても、それ以上の温度になると流体による冷却により、過剰な温度上昇は抑制されるが、流体による冷却のない状態で長時間高温の輻射熱を受け続けると、モーター等の故障の要因となる。このため、開閉体１７を、流体が流れていない時における、熱からの給気扇７の保護機構として機能させることができる。

また、給気扇７のみでは、通常時に給気口１５を塞ぐことはできず、給気扇７の羽の間から常に外気が流入する恐れがある。しかし、開閉体１７によって通常時は給気口１５を塞ぐことができるため、室内の気密性を確保することができる。

また、開閉体１７のみを用いたのでは、広い範囲の差圧に応じた給気を制御することは困難である。例えば、開閉体１７の開閉力を大きくすると（例えば閉じるためのばね力を強くすると）、大きな差圧が生じないと開閉体１７が開かないため、給気が行われない圧力差が大きくなり、いわゆる不感帯が大きくなる。このため、小さな差圧が生じた際に、十分な給気を行うことはできない。

一方、あまりにも軽く開閉体１７が開くと、誤動作の要因となるだけでなく、それほど大きな差圧でない場合でも開閉体１７の開度が大きくなり、より大きな差圧が生じた際の開閉体１７のそれ以上の開き代を確保することができない。このため、ある程度の差圧以上では、給気能力が十分発揮されなくなる。なお、給気口１５を大きくすればこの問題は解消できるが、装置の大型化となる。

これに対し、開閉体１７と給気扇７と組み合わせることで、小さな差圧で開閉体１７を開くようにしても、差圧がより大きくなると給気扇７によって強制的に給気を行うことができるため、効率よく差圧を解消することができる。なお、給気扇７が稼働を開始する差圧に対して、開閉体１７が開き始める差圧が小さければ、わずかな差圧の場合には、給気扇７の稼働ではなく、開閉体１７の受動的な開閉によって差圧が低減することができる。

給気扇７の稼働により、室内の圧力が戻り、室内外の差圧が小さくなると、給気扇７が停止し、室内２ａへの給気が遮断される。

以上、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、煙突５に給気装置６ａを配置することで、薪ストーブを焚いているような状態において、室内に冷気が流入することを抑制することができる。

また、煙突５の給気層１１の外周側は断熱されているため、排ガス温度が過剰に下がることを抑制することができる。このため、排ガスの上昇気流の低下を抑制することができる。また、煙突５自体を熱交換器として使用するため、別途の熱交換器や熱交換用のスペースが不要である。

また、開閉体１７と給気扇７とを組み合わせることで、給気扇７を煙突５の熱から保護することができるとともに、広範囲な差圧に対して適切に給気能力を発揮することができる。

また、給気装置６ａは、室内２ａにおいて、煙突５の上方に配置される。また、給気扇７の前方には、風向を制御することが可能なブレードが配置される。このため、給気扇７は、室内２ａの天井付近に滞留する暖気を循環させるサーキュレータとして機能させることができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図６は、第３の実施形態にかかる給気システム１ｂを示す概略図である。給気システム１ｂは、給気システム１ａとほぼ同様の構成であるが、給気装置６ａに温度センサ２１ａ、２１ｂが接続される点で異なる。

前述した第２の実施形態では、制御部３１は、差圧検知装置４の電圧検出部２９により検出された電力情報によってのみ給気扇７の動作を制御したが、本実施形態では、さらに、前述した温度センサ２１ａ、２１ｂの温度情報が用いられる。

煙突５又は室内燃焼機器３には、温度センサ２１ａ、２１ｂが配置される。第１の温度センサである温度センサ２１ａは、煙突５の上方（少なくとも給気装置６ａよりも室外２ｂ側）に設置され、当該部位において、排気層９の温度を測定する。また、第２の温度センサである温度センサ２１ｂは、室内燃焼機器３又は室内燃焼機器３近傍の煙突５に設置され、室内燃焼機器３又は当該部位の排気層９の温度を測定する。

図７は、給気装置６ａを示す図である。給気装置６ａは、主に、開閉体１７、給気扇７、制御部３１、通信部３５ａ等から構成され、制御部３１には、温度センサ２１ａ、２１ｂが接続される。なお、前述したように、給気扇７の送風側には、ブレード２５が配置されて、室内２ａに対する風向を制御することができる。

前述したように、室内燃焼機器３からの排ガスは、上昇気流（ドラフト）によって煙突５の上方に移動し、室外２ｂへ排出される。この上昇気流は排ガスの温度に依存するため、排ガス温度が低いと、十分な上昇気流を得ることができず、排ガスの排出能力が低下する。このため、室内燃焼機器３の燃焼が悪化し、一酸化炭素等の発生が促進される恐れがある。また、排気がスムーズに行われないことで、排気層９内への煤などの付着物が堆積する。

そこで、温度センサ２１ａによって、排気層９の温度を測定することで、排ガス温度を把握し、排ガス温度が所定よりも低い場合には、制御部３１は給気扇７の作動を停止する。このようにすることで、給気量を少なくして、排ガスとの熱交換を抑制し、排ガス温度の更なる低下を抑制することができる。このため、排ガスの上昇気流の低下を抑制することができる。

なお、室内燃焼機器３が稼働していないときには、排気層９の温度による給気扇７の運転制御は不要である。このため、温度センサ２１ｂによって、室内燃焼機器３又は室内燃焼機器３近傍の排気層９の温度を測定することで、室内燃焼機器３の稼働を把握することができる。例えば、制御部３１は、温度センサ２１ｂにより測温される温度が所定温度以上となると、室内燃焼機器３が稼働したと検知し、温度センサ２１ｂにより測温される温度が所定温度以下となると、室内燃焼機器３の稼働が停止したと検知する。すなわち、制御部３１は、室内燃焼機器３の稼働を検知し、かつ、温度センサ２１ａにより測定された温度が所定温度以下の際には、差圧が多くても給気扇７の動作を停止する。

なお、室内燃焼機器３が薪ストーブなどではなく、厨房のガス機器などの場合には、ガスの燃焼を検知するフレームアイなどによって、室内燃焼機器３の稼働を検知してもよい。

なお、温度センサ２１ａにより測定された温度が所定温度以下であり、差圧が多くても給気扇７の動作を停止した場合には、給気が行われない。前述した開閉体１７の受動的な開閉によって、多少の給気を行うことはできるが、十分な差圧解消を行うことは困難である。

この場合には、差圧検知装置４に代えて、差圧検知装置４ａを用いてもよい。図８は、差圧検知装置４ａの構成を示す概略図である。差圧検知装置４ａは、電圧検出部２９、制御部３１ａ、通信部３５ｂ等で構成され、電源と接続される。前述したように、モーター３８に接続された電圧検出部２９によって室内外の差圧を検出する。制御部３１ａは、ファン３７の動作を制御することができる。

前述したように、室内外の差圧が小さい時には、ファン３７が回転せず、電圧検出部２９では電圧は検出されない。このため、制御部３１ａは、モーター３８へ電力を供給する電源との回路を遮断する。

室内外の差圧が所定以上となり、ある程度の流速以上の流体が流れると、ファン３７が回転を開始する。ファン３７から発生する電力を電圧検出部２９で検出し、電力が所定値以上となると、通信部３５ｂによって、給気装置６ａに情報を送信する。一方、前述したように、給気装置６ａにおいて、室内燃焼機器３が稼働しているが、温度センサ２１ａにより測定された温度が所定温度以下と判断されると、給気装置６ａの制御部３１は、給気扇７の動作を停止し、通信部３５ａによって、かかる情報を差圧検知装置４ａに送信する。

差圧検知装置４ａは、給気扇７の動作停止の情報を受信すると、制御部３１ａによって、スイッチ４１を切り替え、ファン３７に電源からの電力を供給してファン３７を動作させる。ファン３７が回転することで、流体を室内２ａに流すことができる。

制御部３１ａは、スイッチ４１を切り替えて所定時間だけファン３７を動作させた後、再度スイッチ４１を切り替えて、ファン３７の運転を停止する。ここで、ファン３７の動作時間ｔは、以下の式で与えられる。
ｔ＝ｒ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ・Ｋ）
（ｒ：室内の空気のもれ流量抵抗、Ｖ：換気空間の容積、Ｒ：気体定数、Ｔ：室内の絶対温度、Ｋ：空気のモル・体積変換係数）

ファン３７を所定時間動作させることで、室内外の差圧を低減することができる。なお、ファン３７の動作中に扉や窓などが開かれなければ、ファン３７の動作停止後、再度差圧が上昇する。この場合には、差圧が所定値を超えた際に、制御部３１ａは、再度ファン３７を動作させる。以上により、室内が負圧となることを抑制することができる。なお、制御部３１ａは、電圧検出部２９で検出された電圧によって、スイッチ４１を動作させることができ、スイッチ４１を動作させる時間を設定可能なタイマー機能を有すれば、公知の機器を使用することができる。

なお、給気口３９ａから給気される外気は低温であるため、室温を下げる要因となるが、室内燃焼機器３が稼働しており、かつ、排ガス温度が低い状態であって、さらに差圧が所定以上である場合には、緊急避難的にファン３７を用いることで、室内燃焼機器３からの排ガスの逆流を抑制することができる。

なお、室内燃焼機器３が稼働している状態で排ガス温度が低い状態は、長時間続くことはない。また、差圧検知装置４ａによって所定時間ごとに差圧検出を行うことができるため、差圧検知装置４ａで検出した差圧が所定以下となれば、ファン３７の運転は停止する。また、ファン３７の運転中に、温度センサ２１ａによって測定される排気層９の温度が所定以上となった場合には、給気装置６ａの制御部３１は、給気扇７を動作させるとともに、通信部３５ａによって、かかる情報を差圧検知装置４ａに送信し、制御部３１ａによってファン３７の運転が停止する。

第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、排ガス温度が低い場合には、給気扇７の動作を停止することで、排ガスの上昇気流の低下を抑制することができる。なお、温度センサ２１ａを、ペルチェ素子などを用いた温度差起電力発生装置として使用し、この電力を給気装置６ａの動作に利用してもよい。

また、この間の差圧低減のために、ファン３７を稼働させることで、排ガス温度が上昇するまでの時間における室内の給気を行うことができる。この際、制御部３１ａは、所定以上の差圧を検出すると、タイマーによって、所定時間だけファン３７を動作させる。このため、短時間でファン３７のＯＮとＯＦＦとを繰り返すことによる騒音等を抑制することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

たとえば、各実施形態の構成は互いに組み合わせることができることは言うまでもない。また、別途の一酸化炭素センサなどを用いて、室内のガス濃度を測定し、一酸化炭素センサによって、室内の一酸化炭素濃度が高いと判断された際には、強制的に給気装置６、６ａを稼働するようにしてもよい。また、例えば、差圧が大きいと判断された際に、警報を発してもよい。

また、ファン３７及び給気扇７の動作を制御する制御部は、一体であってもよく、別個に配置されていてもよい。また、給気扇７の稼働時には、ファン３７も一定時間同時に稼働するようにしてもよい。

（室内負圧試験）
大型の換気扇を駆動した場合、建物の気密度が高ければ室内ゲージ圧は大気圧から大幅に下がる。これを解消するため、特開２０１５－９８９５０号公報では、給気扇（例えば、１００ｍｍφのパイプファン）を、ＯＦＦ状態では差圧センサとして使用し、排気が必要と判断された場合には電源をＯＮとし給気扇として用いている。

しかしレンジフードの換気扇などのように、例えば８００Ｗ近い大型のファンで排気を行った際には、このような小型のパイプファンでは給気は不十分である。そこで、本発明の給気システムを設置した室内において、上記差圧センサで給気が必要と判断されたとき、差圧センサとして用いる給気扇とともに、その信号を受けて付加的に大型給気扇を駆動することで内外差圧を０にすることの可能性を実証した。

試験を行った部屋は、約２．９ｍ×約６．６ｍ×天井高さ約２．４ｍの比較的気密性の高い部屋を用いた。一部の窓に、換気扇として、２１０ｍ^３／ｈの排気扇と、排気風量調整型大型ＤＣファンを固定した。また、給気用のファンとして、１００ｍｍφのファンＡ（ファン３７に相当し、８５ｍ^３／ｈの給気能力）と、１５０ｍｍφのファンＢ（給気扇７に相当し、１５０ｍ^３／ｈの給気能力）とを配置した。その他の窓を密閉し、給気用のファンＡ及び給気扇Ｂを稼働せず、排気扇を稼働するとともに、ＤＣファンの電圧を調整することで、室内を－１０Ｐａに調整した。

この状態で、ファンＡは受動的に回転し、負圧を検知することができた。本実施例では、この状態から、まず、ファンＡのみを駆動させたところ、室内負圧は－７Ｐａ程度まで回復したが不十分であった。そこで、付加的にファンＢを稼働させると、内外差圧はなくなった。この際の圧力変化を図９に示す。

このように、差圧センサを兼ねる小型のファンＡのみでは、完全に解消することができない負圧であっても、ファンＡから発信される判断信号により付加的なファンＢを稼働することで、負圧が解消されることが分かる。すなわち、センサとしてのファンＡを小型とすることで感度を上げることができるとともに、ファンＡからの信号で稼働するより大型のファンＢによって、負圧を確実に解消することができる。なお、本実試験では、ファンＡも給気扇として利用したが、ファンＡは差圧センサとしてのみ用い、差圧センサで検知された差圧に応じて、ファンＢのみを給気扇として用い、その電圧を調整することで、給気能力を最適化してもよい。

（熱交換試験）
前述したように、暖炉やストーブなどの燃焼器が配置された室内で、燃焼器の燃焼中に台所レンジフードの換気扇を動作させ、室内が負圧になるときに、燃焼器の煙突を通して、外気が逆流して燃焼器内のガスが室内に流れ込むことがある。このガスにはＣＯなどの有毒ガスが含まれる。このような負圧を下げるため、特開２０１５－９８９５０号公報では、ファンを負圧センサとして使用するとともに給気扇として使う方法である。しかし、ストーブなどの暖房燃焼器が必要な時期に、外部の空気をそのまま給気すると、室内に冷気が浸入するため望ましくない。

これに対し、燃焼器の煙突を排煙煙突とそれを取り巻く空間の複数層構造とし、排煙煙突を流れる暖気と、それを取り囲む空間を流れる外気とを熱交換をして、外気を温めて室内に給気する方法がある。このとき、排煙煙突から熱エネルギーを取り込みすぎると、排煙煙突内の上昇気流（ドラフト）が弱まり、燃焼器本来の機能を妨げる。そこでこの本来機能を妨げない範囲での熱交換の最適化が求められる。ここでは、熱交換における外気吸い込み「流速」および「排煙煙突内温度と給気温度の差」により単位面積（１ｍ^２）あたり、どの程度のエネルギーが排煙煙突から奪われるかを評価した。

図１０は、熱交換時に奪われる熱エネルギーを評価するための装置を示す概略図である。煙突を模した外部筒体４３の内部に、金網４７を固定し、金網上に熱伝導の良いアルミニウム容器４５を配置した。アルミニウム容器４５の放熱面積は、０．０２５ｍ^２とした。アルミニウム容器４５内には、８３℃以上９２℃以下の温水５３（比熱＝４．２Ｊ／ｇ・Ｋ）を２００ｇ入れた。外部筒体４３の下方からファン４９によって、所定の風速で外気を外部筒体４３の内部に導入し（図中矢印Ｄ）、その際の、アルミニウム容器４５（温水５３）との熱交換（図中Ｅ）による温水５３の温度変化を所定時間ごとに非接触温度件５１で１分ごとに６０分間測定した。

ここで、時定数τを、（（初期温水温度）－（外気温度））／ｅ（＝２．７１８）となる時間と定義する。温度降下のモデルは、温度差ΔＴ（ｔ）、温水の初期温度をＴ_０、外気温度をＴ_ｅ、このシステムの保温の時定数をτとすると、
ΔＴ（ｔ）＝（Ｔ_０－Ｔ_ｅ）ｅｘｐ（ｔ／τ）＋Ｔ_ｅ （１式）
であらわされる。

これをファン４９の電圧を制御して、流速０ｍ／ｓ（自然放熱）、０．２９５ｍ／ｓ、０．５１８ｍ／ｓ、０．７２５ｍ／ｓについてそれぞれ求めた。結果を図１１に示す。

時定数の逆数は減温速度に対応し、図１１より時定数の逆数（減温速度）は流速にほぼ線形に比例することが分かる。すなわち流速に比例して減温速度が増える。早く冷めやすくなる。このことから、流速がわかれば、（１）式に初期温度と外気温度を与えることで、温度減少特性を得ることができる。

このように、給気ファンの電圧と流速との関係を予め測定しておくことで、排気層温度と外気温度の測定結果から、排気層温度がどの程度減少するかを予測することができる。このため、上昇気流（ドラフト）に必要な温度差以下とならない程度に、熱交換（すなわち排気層内の空気の熱を給気層内部の空気へ放出）するように、給気扇の運転を制御すればよい。この際、給気扇の運転を制御することで、負圧が解消されない場合には、排気層温度が上昇するまでの間、負圧センサであるファン３７を給気扇として使用してもよい。

１、１ａ、１ｂ………給気システム
２ａ………室内
２ｂ………室外
３………室内燃焼機器
４、４ａ………差圧検知装置
５………煙突
６、６ａ………給気装置
７………給気扇
９………排気層
１１………給気層
１３………断熱層
１５、３９ａ、３９ｂ………給気口
１７………開閉体
１９………断熱材
２１ａ、２１ｂ………温度センサ
２５………ブレード
２９………電圧検出部
３１、３１ａ………制御部
３５ａ、３５ｂ………通信部
３７………ファン
３８………モーター
４１………スイッチ
４３………外部筒体
４５………アルミニウム容器
４７………金網
４９………ファン
５１………非接触温度計
５３………温水

Claims (8)

1. 給気システムであって、
   外気を室内に給気可能な給気扇と、
   室内外の区画部に配置され、室内外の差圧を検知する差圧センサとしてのファンと、
   前記給気扇の動作を制御する制御部と、
   前記ファンのモーターに接続された電圧検出部と、
   前記室内に設置される室内燃焼機器と、
   前記室内燃焼機器に接続されて室外に導出される煙突と、
   を具備し、
   前記モーターはかご型インダクションモーターであり、
   前記電圧検出部は、室内外の差圧によって室内へ流れる流体の力を受けて前記ファンが受動的に回転した際に、前記かご型インダクションモーターにより生じる電圧を検出することが可能であり、
   前記制御部は、前記電圧検出部で検出された電圧が所定値を超えると前記給気扇を動作させ、
   前記煙突は、中心の排気層の外周に他の層が形成された複数層構造であり、前記排気層及び前記他の層は、上端が室外に解放され、
   前記給気扇は、前記他の層に設けられる給気口に配置されることを特徴とする給気システム。
2. 前記ファンは無線通信部を有し、前記電圧検出部で検知された電圧情報が、前記制御部に無線で送信されることを特徴とする請求項１記載の給気システム。
3. 前記煙突の前記排気層の温度を測定する第１の温度センサが配置され、
   前記制御部は、前記室内燃焼機器の稼働を検知し、かつ、前記第１の温度センサにより測定された温度が所定温度以下の際には、前記給気扇の動作を停止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給気システム。
4. 前記室内燃焼機器は薪ストーブであり、
   前記室内燃焼機器又は前記室内燃焼機器近傍の前記煙突の前記排気層の温度を測定する第２の温度センサが配置され、
   前記制御部は、前記第２の温度センサにより測温される温度が所定温度以上となると、前記室内燃焼機器が稼働したと検知し、前記第２の温度センサにより測温される温度が所定温度以下となると、前記室内燃焼機器の稼働が停止したと検知することを特徴とする請求項３記載の給気システム。
5. 前記制御部は、前記電圧検出部で検出された電圧が所定値を超え、且つ、前記第１の温度センサにより測定された温度が所定温度以下であり、前記給気扇の動作を停止した際に、あらかじめ設定された所定時間、前記ファンを動作させて、前記ファンによって給気を行うことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の給気システム。
6. 前記給気扇は、室内における前記煙突の上方に配置され、前記給気扇の前方に、流体の流れを制御するブレードが配置されることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の給気システム。
7. 前記煙突は、前記排気層及び前記他の層の２層構造であり、少なくとも前記給気口よりも室外側において、前記他の層の内部の外周側には、内周側と比較して高密度に断熱材が配置され、前記他の層の内部の内周側には空気の流路が形成されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の給気システム。
8. 前記煙突は３層以上の構造であり、前記排気層の外周側に前記給気口が形成される給気層が形成され、前記給気層の外周側に断熱材が充填される断熱層が形成されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の給気システム。

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