JPS592416Y2 - 換気装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は住宅の換気装置、特に換気装置の耐外風性の
向上に関する。

第１図は従来の換気方式の一例を示す住宅の上断面図で
あり、図において、１は住宅の室内、２は屋外又は他住
宅との境界壁、３は換気用ファン、Ｐｒは室内の圧力、
Ｐｆはファン３の取り付けられた壁面と反対側の壁面に
おける圧力、ＡｆはＰｆ側における等価開口面積、Ａｂ
はｐｂ側における等価開口面積、Ｑｖは換気ファン３に
よって室外に排気される流量、ＱｆはＡｆを通って室内
へ侵入する流量、ＱｂはＡｂを通って室外へ流出する流
量、矢印Ｂは風速Ｕの外風の風向を示す。

但し風速Ｕの向きは第１図に示す様に換気ファン３の取
り付けられた壁面に垂直な方向とする（この風向の場合
に最も外風の影響を厳しく受けるのでこの様に採った）
。

第２図は換気用ファンの特性を示す図であり、横軸に流
量Ｑｖ、縦軸に圧力上昇△Ｐを採った座標上において、
曲線Ｃによってファン特性を表示しである。

図において、△ｐｍａｘ、はＱｖ＝０におけるファンの
圧力上昇を、Ｑｍａｘ 、は△Ｐ＝Ｏにおけるファンの
流量を示している。

一般に外風が建物に吹きつけると、建物の上流側壁面に
正圧、下流側壁面に負圧が作用し、両壁面間に作用する
圧力差（Ｐｆ−Ｐｂ）の絶対値は外風速Ｕの２乗に比例
して増大していくので、外風速Ｕと壁面間圧力差（Ｐｆ
−Ｐｂ）の関係は第３図に実線で示す様になる。

一方室内圧Ｐｒの値は一般にＰｆとｐｂの中間的な値に
なるから（Ｐｆ−Ｐｒ）の絶対値もほぼ外風速Ｕの２乗
に比例して増大する事になり、外風速Ｕと（Ｐｕ−Ｐｒ
）の関係は第３図に破線で示す様になる。

第１図から判る様に（Ｐｆ−Ｐｒ）の値はファン前後の
圧力上昇△Ｐに相当するから、外風速Ｕ（又は（Ｐｆ−
Ｐｂ） ）の増大と共に△Ｐは徐々に増大していき、そ
れに伴なって換気流量Ｑｖも減少していき、（Ｐｆ−Ｐ
ｒ） ＝ △Ｐｍａｘ 、になると換気流量Ｑ■は零に
なってしまい換気不能に陥ってしまう事になる。

今、換気不能になル（Ｐｆ−Ｐｂ） （７）値を（Ｐｆ
−Ｐｂ）ｎで表示すると（１）式の様に求められる。

すなわち第１図に示す従来の換気方式においては、換気
ファン３の締切り圧力△Ｐｍａｘ 、の倍の外風圧力差
（Ｐｆ−Ｐｂ）ｎが作用すると完全に換気不能となって
しまう。

（１）式から判る様に耐風性を増す為には を大きくするか、ファンの締切り圧力△Ｐｍａｘ 、を
大きくする必要がある。

しかし、 の値は窓の開閉状態によって大幅に変るものであるから
、この項によって多くを期待する事はできないし、ファ
ンの△Ｐｍａｘ、、を大きくする事は、ファンの羽根車
の周速、電気入力、騒音の増大をもたらすので限度があ
る。

以上の様に第１図に示す従来の換気方式においては、換
気ファン吐出側が風上になった場合において、外部風速
Ｕの増大と共に換気流量Ｑｖが減少し、外部風速がある
値以上に達すると換気不能に陥るという重大な欠点を持
っている。

この考案は、従来の換気方式において耐外風性悪化の元
凶となった相対壁面間の圧力差（Ｐｆｐｂ）を積極的に
使って、低圧力状態の空間を作り出し、この作り出され
た低圧空間に換気ファンの吐出口を接続して、ファンの
前後に作用する圧力差△Ｐを減少させると共にいわゆる
流体ダイオードを備えることにより、耐外風性の良好な
る換気方式を与えて上記従来のものの欠点を除去しよう
とするものである。

第４図はこの考案の換気装置の原理を説明するための図
であり、図において４は建物を表から裏まで貫通するダ
クトで、このダクト４の一部に断面積の小さな絞り部５
が作られている。

さらにこの絞り部５に換気用ファン３の排気ダクト６が
接続され、換気ファン３によって排出される室内空気は
絞り部５に流出するようになっている。

Ｖｌ。Ｖ２．■３．■４．■５はダクト各部における流
速、Ｑｌ。

Ｑ２は貫通ダクト入口、出口部における流量、Ｑｖは換
気流量、Ａ １． Ａ ２は貫通ダクト入口、出口部に
おけるダクト断面積、Ａ２．Ａ４はダクトの絞り部にお
ける断面積、Ａ３は排気ダクト６の断面積、Ｐ３は排気
ダクト６における静圧力、Ｐｒは室内１の圧力を、Ｐｕ
は風下側壁面における壁面圧力を、Ａｕは風上側、Ａｄ
は風下側壁面における等価開口断面積を、Ｑｕ、Ｑｄは
Ａｕ及びＡｄを通って室内外に出入りする流量をそれぞ
れ示す。

但し等価開口断面積Ａｕ 、Ａｄは実際の開口断面積を
それぞれＡｕａ 、Ａｄａで、それぞれの開口部におけ
る圧力損失係数をζＵ、ζｄで表示する時（２）式（３
）式の様に求められるものであり 実際の開口断面積を損失係数ζＵ−ζｄ ＝１．０の開
口に換算した場合の開口断面積である。

風速Ｕの向きは、第４図に示すように貫通ダクト４のダ
クト端の開口している壁面に垂直な方向とする（この風
向の場合に外風の影響が最も厳しい）。

第４図に示す様に建物に外風速Ｕが作用すると風上側に
正圧Ｐｕ、風下側に負圧Ｐｄが作用し、貫通ダクト４の
両端には（Ｐｕ −Ｐｄ）の圧力差が発生する事になり
、ダクト内には矢印■１．■２．■４．■５で示す様に
、風上側から風下側に向かう流れが生じる。

この様な流れがダクト内に発生すると、ベルヌーイの定
理からも明らかな様に、絞り部５の静圧は、絞りによる
動圧の増加に相当する分だけ低下するために、絞り部５
を低静圧状態に保持する事が可能になってくる。

第５図はこの状況を示すものであり、図において曲線り
は絞りをつけた場合のダクト内圧力分布を、曲線Ｅは絞
りをつけない場合のダクト内圧力分布を示す。

但し簡単の為に排気ダクト６を除去した状態の圧力分布
を示しである。

第５図から明らかな様に絞りがない場合は、ダクト内に
おいて流れの方向にほぼ直線的に静圧が低下し、ダクト
内の静圧は風下側圧力Ｐｄよりも小さいなり得ないのに
対して、ダクトの途中に絞り部５を設けた場合は、絞り
部５の静圧をＰｄよりもさらに低くできる事が判る。

一方室内圧Ｐｒは壁面における等価開口面積Ａｕ。

Ａｄの分布によって異なるが、Ｐｒは一般にＰｕとＰｄ
の中間的な値になるから、この考案の様に絞り部５を設
け、その絞り部に排気ダクト６を接続するならば、換気
ファン３の出口部の圧力Ｐ３を低圧に保持できるから、
ファン３前後の圧力差（Ｐ３Ｐｒ）の値を外風に無関係
に小さな値に抑える事が可能になり、換気装置の耐外風
性を大幅に向上させる事ができる。

第６図は第４図に示す換気装置の換気性能の一例であり
、図において横軸に壁面間の圧力差（Ｐｕ −Ｐｄ）
、縦軸に換気流量Ｑ■を採り、（−） Ａ（１ をパラメータにして曲線Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉ、Ｊによって換
気特性を示しである。

第６図から判る様にＡｕ＜Ａｄになっても従来の換気装
置の様に換気不能になる様な事態は起らないだけでなく
、外風が大きくなり（Ｐｕ−Ｐｄ）がある値を越えると
、外風の増大と共に換気流量Ｑｖも増大していく傾向に
なっており耐外風性が大幅に改善される様子がよく判る
。

第７図はこの考案の一実施例を示す構成図であり、第４
図に示す換気装置にいわゆる流体ダイオード７．８を設
は耐外風性をより一層改善したものである。

今、第６図に示した換気特性をみると（Ａｕ／Ａｄ）の
値が大きい程耐外風性がより良くなっている事が判る。

これは（Ａｕ／Ａｄ）が大きくなるにつれて室内圧Ｐｒ
が上昇し、ファン前後に作用する圧力差（Ｐ３−Ｐｒ）
が小さくなるからであるが、一般の住宅において（Ａｕ
／Ａｄ）の値を常に大きく保持する事は難かしい。

すなわち（Ａｕ／Ａｄ）を大きくする為には常に風上側
の開口面積Ａｕを大きくしなければならないが、外風が
常に一定方向から吹くとは限らないので、（Ａｕ／Ａｄ
）を大きくする為には常に風向を検出して換気用窓の開
閉を行なう必要があるから、あらゆる外風の方向に対し
て（Ａｕ／Ａｄ）を大きく保持する事は事実上不可能と
言ってもよい。

しかしながら、この考案になる換気装置は第７図に示す
ように室外から室内に流れる時は低抵抗、室内から室外
に向けて流れる時には高抵抗になる様に流体ダイオード
７．８を配置したので風向の如何によらず常にＡｕ／Ａ
ｄを大きな値に保持する事が可能となり換気装置の耐外
風性を一段と向上させる事ができる。

第８図は換気口に流体ダイオードを適用した一実施例で
あり、図において９は自在継手１０を支点にして自由に
回転可能なフラッパであり１１はフラッパ９が外開きに
なるのを防止するストッパである。

この様な状態において矢印Ｍ方向に空気が流れるとフラ
ッパ９は風圧力により室内１の側に回転し比較的流体抵
抗は小さくなるのに対して、矢印Ｍと反対側に空気が流
れようとすると、フラッパ９は室外側へ回転するがスト
ッパ１１によってその回転が阻止される為に事実上開口
面積は零になってしまう事になり、Ａｕ ＞ Ａｄの条
件を常に確保する事ができる。

第９図は換気口にノズル形流体ダイオードと呼ばれる流
体ダイオードを適用した一実施例である。

ノズル形流体ダイオードは第１０図に示す様に傾斜した
ノズル板１２を多段に接続し、流れの縮小に伴なう損失
が拡大に伴なう損失よりも小さい事を利用したものであ
り、矢印Ｎ方向、つまり室外から室外へ流入する際に低
抵抗となる様に設置されている。

この場合も常にＡｕ ＞ Ａｄの関係を満足する事が可
能であり換気装置の耐外風性を大幅に向上する事が可能
になる。

以上の様に、この考案によれば、建物の表から裏まで貫
通ダクト４を設け、建物の表裏に作用する圧力差（Ｐｕ
−Ｐｄ）を利用して風上側から風下側に向かう流れを発
生させ、貫通ダクト４の一部に絞り部５を設けてその絞
り部５に低圧力状態を作り出すと共にその絞り部５と換
気ファン３の排気ダクト６を接続し排気ダクト上部端面
Ｋに作り出される負圧状態を利用する事によって排気フ
ァン３の吐出側圧力Ｐ３を外風速Ｕの方向、大小に無関
係に低く保持するとともに室内外の間の開口部つまり換
気口を、流れの方向によって流体抵抗の大きく違う素子
、いわゆる流体ダイオードによって構成し、室外から室
内へ向かう流れに対して低抵抗、室内から室外へ向かう
流れに対して高抵抗となる様に設置する事によって、風
上側の等価開口面積Ａｕと風下側の等価開口面積Ａｄの
関係を風向に無関係にＡｕ＞Ａｄに保持し室内圧Ｐｒの
上昇を図り、換気装置の耐外風性能を極めて向上させる
事が可能となり、信頼性が高く且耐外風性の良い換気装
置を得る事ができる。

尚、以上の説明において簡単のために開口部はＡｆ 、
Ａｂ又はＡｕ 、Ａｄの二ケ所にある場合だけに限定し
たが、開口部が三ケ所以上ある場合も、同様に良好なる
耐外風性が得られるので本発明の換気装置はより一般的
に適用できることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の換気方式を示す住宅の上筒面図、第２図
は換気ファンの特性曲線図、第３図は外風速Ｕど室内外
の圧力差を示す図、第４図はこの考案の換気方式の原理
を説明するための説明図、第５図は貫通ダクト内の圧力
分布を示す図、第６図は第４図に示す換気方式の換気特
性を示す図、第７図はこの考案の一実施例を示す換気方
式の説明図、第８図は流体ダイオードとして内開きのフ
ラッパ、第９図は流体ダイオードとしてノズル形流体ダ
イオードを使った考案の一実施例を示す図である。 尚、図において、１は住宅の室内、２は境界壁、３は換
気用ファン、４は貫通ダクト、５は絞り部、６は排気ダ
クト、７，８は流体ダイオード、Ｌは排気ダクト６を貫
通ダクト４内へ突出する長さ、Ｋは排気ダクトの上部端
面、Ｕは外風速、Ｐｕは風上側壁面に作用する風圧力、
Ｐｄは風下側壁面に作用する風圧力、Ａｕは風上側の、
またＡｄは風下側の壁面における等価開口断面積、Ｐｒ
は室内圧、Ｐ３は換気ファン３の吐出側圧力、△Ｐはフ
ァン圧力上昇である。 なお、図中、同一部分及び相当部分は同一符号で示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 建物の一端から他端に貫通した貫通ダクト、この貫通ダ
   クトの一部に形成された絞り部、この絞り部に連通ずる
   換気用ファンの排気ダクトを備えると共に、上記建物の
   壁面の換気用開口部に室外から室内方向の流れに対して
   流体抵抗が小になるように流体ダイオードを設置してな
   る換気装置。