WO2018122955A1

WO2018122955A1 - 換気装置

Info

Publication number: WO2018122955A1
Application number: PCT/JP2016/088879
Authority: WO
Inventors: 義之田中; 満二階堂; 卓也福村; 岡本　健
Original assignee: 株式会社佐原; 独立行政法人国立高等専門学校機構
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2018-07-05

Abstract

防火機能を備えた換気装置において、細長い本体１０は、通気口１２ｘが形成された主壁部１２ａと、この通気口１２ｘに連なる通気路１４を有している。作動板２０が本体１０に移動可能に支持されており、主壁部１２ａの通気口１２ｘを開閉する。通気路１４内には、本体１０の長手方向に沿って延びる第１、第２の発泡材４１，４２が設置されている。第１発泡材４１は第２発泡材４２より低い温度で発泡する。第２発泡材４２はテープ形状をなし、熱膨張性黒鉛を含む。第１発泡材４１は揮発性炭化水素を熱可塑性樹脂で包み込んだ熱膨張性高分子微粒子を含み、第２発泡材４２に塗布されている。火災時には、１００～２００℃で第１発泡材４１の発泡により通気路１４を遮断する。２５０～３００℃で第２発泡材４２の発泡により通気路１４を遮断する。

Description

換気装置

　本発明は、窓サッシ等に装着される防火機能を有する換気装置に関する。

　窓サッシ等に装着される換気装置は、細長い本体を備えている。この本体は、通気口が形成された主壁部と、この通気口に連なる通気路を有している。本体には、主壁部の通気口を開閉する作動板が移動可能に支持されている。

　駅周辺の住宅密集地では、火災発生時に作動板を操作して通気口を閉じることが求められる。屋外で火災が発生した時には、屋内への火炎や煙の侵入を防ぎ、屋内で火災が発生した時には、屋外への火炎や煙の排出を防ぐためである。しかし、緊迫した状況では換気装置の状態を確認する余裕がなく、通気口を閉じるのが困難である。

　特許文献１に開示された換気装置では、通気路内に発泡材が設置されている。この発泡材は膨張性黒鉛を含んでおり、約２００℃で発泡を開始し、約２５０℃で発泡に伴う体積膨張により、通気路を塞ぐ。さらに温度が上昇して７００～８００℃に達しても膨張状態を維持できる。これにより、火災の際に、通気路を塞いだ状態を安定して維持することができ、火炎や煙の侵入、排出を防ぐことができる。また、屋内での火災発生に際しては屋内への酸素供給を遮断して、火災が広がるのを抑制することもできる。

特開２００７－２２５１３６号公報

　近年、断熱、結露防止のために、本体の屋内に面する型材として、樹脂製型材を用いた換気装置が普及し始めている。このような換気装置は、たとえ特許文献１と同様な発泡材を組み込んだとしても、住宅密集地等の防火指定地域に用いることはできない。屋外で火災が発生した時に、換気装置の屋外側の温度が２００℃以下でも、屋内側の樹脂製型材が発火してしまうからである。
　本願発明者は、上記樹脂製型材の発火の原因を探り、屋外側の高圧の熱気が屋内に吹き出すことにより、換気装置の屋内側で激しい空気の対流が生じ、樹脂製型材近傍に過剰に酸素が供給されるためであると推測し、本発明に至ったのである。

　また、樹脂製型材を用いるか否かに拘わらず、火災発生の際には、２００℃以下であっても、火炎や煙の侵入、排出を防ぎ、酸素供給を遮断することが望ましいが、特許文献１の発泡材ではその要求に応えることができない。

　本発明は上記課題を解決したもので、通気口が形成された主壁部とこの通気口に連なる通気路を有する細長い本体と、上記本体に移動可能に支持され、主壁部の通気口を開閉する作動板と、を備えた換気装置において、上記通気路内に、上記本体の長手方向に沿って延びる第１、第２の発泡材が設置され、上記第１発泡材は、上記第２発泡材より低い温度で発泡することを特徴とする。
　上記構成によれば、第１発泡材が比較的低温で発泡するため、火災の初期段階で通気路を塞ぐことができ、火炎や煙の侵入、排出、酸素の屋内への侵入を阻止できる。また、温度上昇に伴い第１発泡材の膨張体が不安定になっても、第２発泡材が発泡してこれを補い通気路の遮蔽状態を維持できるので、火炎や煙の侵入、排出、酸素の屋内への侵入を阻止し続けることができる。

　好ましくは、上記第１発泡材が揮発性炭化水素を熱可塑性樹脂で包み込んだ熱膨張性高分子微粒子を含み、上記第２発泡材が熱膨張性黒鉛を含む。
　上記構成によれば、第１発泡材は低温領域で確実に発泡でき、第２発泡材は高温領域で発泡による膨張状態を安定して維持できる。

　好ましくは、上記第１発泡材が、主成分としての熱可塑性高分子材料と、この高分子材料に混合された炭酸基又は水酸基を有する無機化合物と、上記熱膨張性高分子微粒子とを含む。
　上記構成によれば、無機化合物から発生する二酸化炭素や水蒸気により主成分の高分子材料を膨らませるので、熱膨張性高分子微粒子の発泡と相まって、より円滑な発泡を行なうことができる。

　好ましくは、上記第２発泡材がテープ形状をなし、その第１面に上記第１発泡材が塗布されており、上記第２発泡材の第２面が上記通気路の内面に接着されている。
　上記構成によれば、第１、第２発泡材の設置作業を簡単に行なうことができる。

　好ましくは、　上記第１発泡材は、１００～２００℃で発泡に伴う体積膨張により上記通気路の遮断を完了でき、第２発泡材は２５０～３００℃で発泡に伴う体積膨張により上記通気路の遮断を完了できる。
　上記構成によれば、２００℃未満で通気路を遮断できるので、防火機能を高めることができる。

　好ましくは、上記通気路内にさらに、上記本体の長手方向に沿って延びる第３発泡材が設置され、この第３発泡材の発泡温度は、上記第１発泡材より高く、上記第２発泡材より低い。
　上記構成によれば、第１発泡材の膨張状態の不安定化を第３発泡材で確実に補い、第３発泡材の不安定化を第２発泡材で確実に補うことができるので、火災時に通気路を、より一層安定して遮断することができる。

　好ましくは、上記第１発泡材と上記第３発泡材が揮発性炭化水素を熱可塑性樹脂で包み込んだ熱膨張性高分子微粒子を含み、上記第２発泡材が熱膨張性黒鉛を含む。
　より好ましくは、上記第１発泡材と第３発泡材が、主成分としての熱可塑性高分子材料と、この高分子材料に混合された炭酸基又は水酸基を有する無機化合物と、上記熱膨張性高分子粒子とを含む。
　より好ましくは、上記第２発泡材がテープ形状をなし、その第１面に上記第１発泡材と上記第３発泡材が幅方向に並んで塗布されており、上記第２発泡材の第２面が上記通気路の内面に接着されている。

　好ましくは、上記第１発泡材は、１００～１５０℃で発泡に伴う体積膨張により上記通気路の遮断を完了でき、上記第３発泡材は、１５０～２００℃で発泡に伴う体積膨張により上記通気路の遮断を完了でき、第２発泡材は２００～３００℃で発泡に伴う体積膨張により上記通気路の遮断を完了できる。
　上記本体が窓サッシに組み込まれており、上記本体は屋内に面した樹脂製の型材を有する換気装置では、本発明による効果を最大限に発揮できる。

　本発明によれば、火災発生時には比較的低い環境温度でも通気路を遮断でき、環境温度が上昇しても通気路の遮断状態を維持できる。

本発明の第１実施形態に係る換気装置を組み込んだ窓サッシの正面図である。上記換気装置の通常状態を示す断面図である。上記換気装置において、火災により環境温度が１００℃に達した時の状態を示す断面図である。上記換気装置において、火災が激しくなり環境温度が３００℃に達した時の状態を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る換気装置の通常状態を示す断面図である。第２実施形態の換気装置において、火災により環境温度が１００℃に達した時の状態を示す断面図である。第２実施形態の換気装置において、環境温度が２００℃に達した時の状態を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る換気装置の通常状態を示す断面図である。

　以下、本発明の第１実施形態に係る換気装置を、図１、図２を参照しながら説明する。
図１に示すように、窓枠Ｆには引戸式の窓サッシＳ、Ｓ’が配置されている。一方の窓サッシＳに換気装置１が組み込まれている。換気装置１は、左右方向（図２において紙面と直交する方向）に細長く形成され、窓サッシＳの上框として提供されている。

　換気装置１は、左右方向に延びる細長い本体１０を備えている。本体１０は、アルミ合金等の押出型材からなる第１、第２の型材１１，１２と、樹脂製の押出型材からなる第３型材１３を連結することにより構成されている。第１型材１１と第２型材１２により囲われた内部空間が、通気路１４として提供される。
　本体１０の下部には、ガラス板（図示しない）の上縁部を嵌め込む収容溝１５が形成され、上部には上レール（図示しない）を収容する収容溝１６が形成されている。

　屋外側の第１型材１１において、垂直をなして屋外に臨む壁部には、縦長のスリットからなる多数の通気口１１ｘが本体１０の長手方向に等ピッチで形成されている。中間の第２型材１２において、垂直をなす壁部１２ａ（主壁部）にも、縦長のスリットからなる多数の通気口１２ｘが本体１０の長手方向に等ピッチで形成されている。屋内側の第３型材１３にも同様の多数の通気口１３ｘが形成されている。
　通気路１４は通気口１１ｘを介して屋外に連なり、通気口１２ｘ、１３ｘを介して屋内に連なっている。

　屋内側の第３型材１３の通気口１３ｘは、フィルタ１７により覆われている。このフィルタ１７は、第３型材１３に着脱可能に装着された樹脂製のフィルタ押さえ１８により支持されている。

　本体１０の通気路１４内には、通気口１２ｘを開閉するための作動板２０が収容されている。作動板２０はアルミ合金製の押出型材からなり、本体１０の長手方向に延びている。作動板２０は、主板部２１と、主板部２１の上縁に形成された断面円形の軸部２２と、この主板部２１の下縁から下方に突出する複数の突起２３とを有している。
　作動板２０の軸部２２は、主壁部１２ａの上部に形成された軸支部１２ｂに、回動可能かつ長手方向にスライド可能に支持されている。

　本体１０の通気路１４内には、複数のカム部材（図示しない）が長手方向に間隔をおいて配置されており、このカム部材の上面には、主壁部１２ａに対して傾斜するカム溝が形成されている。このカム溝に作動板２０の突起２３が係合されている。
　本体１０の長手方向の一端部には、操作部材３０が長手方向にスライド可能に支持されている。この操作部材３０の屋外側の端部が、作動板２０の端部に形成された穴に係合されている。

　上記操作部材３０を本体１０の長手方向にスライド操作すると、作動板２０が同方向にスライドし、このスライドの過程で作動板２０の突起２３とカム部材のカム溝のカム作用により、作動板２０が回動する。作動板２０が主壁１２ａに接近することにより通気口１２ｘが閉じられ、通気路１４での空気の流通が遮断される。作動板２０が主壁１２ａから離れることにより通気口１２ｘが開き、通気路１４での空気の流通が許容される。

　次に本発明の特徴部について説明する。上記通気路１４内には、本体１０の略全長にわたってその長手方向に延びる２つの発泡材４１，４２が設置されている。
　発泡材４２（第２発泡材）は、膨張性黒鉛をゴムや樹脂中に混在させたものである。本実施形態ではテープ形状をなし、その下面（第２面）が、通気路１４の底面（内面）、すなわち中間型材１２の水平壁の上面に接着されている。この発泡材４２として、積水化学工業（株）製の「フィブロック（登録商標）」のブチルゴム系、エポキシ系のいずれかが用いられる。

　発泡材４１（第１発泡材）は、発泡材４２の上面（第１面）に塗布により積層されている。発泡材４１は、熱膨張性高分子微粒子と、炭酸基や水酸基を有する無機化合物とを、熱可塑性高分子材料からなる主成分に混合させたものである。

　発泡材４１の熱膨張性高分子微粒子は、液状の揮発性（低沸点）炭化水素を、熱可塑性樹脂からなる外殻で包んだマイクロカプセルにより構成されている。外殻の熱可塑性樹脂としては、ＡＮ系コポリマー等のアクリル系樹脂が好ましい。具体的には、松本油脂製薬（株）製の「マツモトマイクロスフェアー」のＦ，ＦＮシリーズのマイクロカプセルが用いられる。このマイクロカプセルの平均粒子径は５～５０μｍであり、外殻の膜厚は２～１５μｍである。

　発泡材４１の無機化合物として、塩基性炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化アルミニウムのいずれかが用いられる。この無機化合物を転動式ボールミルやコンバージミルでメカノケミカル粉砕を行ない、炭酸基や水酸基がより低温度で脱離できるようにするのが好ましい。さらに、これら無機化合物とじゃがいもデンプン（片栗粉）を混合粉砕（メカノケミカル粉砕）したものは、１００℃～２００℃での膨張特性が向上し機械的強度も大となる。

　発泡材４１の主成分の熱可塑性高分子材料は、ポリスチレンアクリレート、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂、アクリル系樹脂、じゃがいもデンプン（片栗粉）のいずれかが好ましい。

　上記構成をなす換気装置１の作用を説明する。図２Ａに示すように、通常状態では作動板２０が通気口１２ｘを開くことにより、通気路１４での空気の流通が許容され、作動板２０が通気口１２ｘを閉じることにより、通気路１４が遮断される。通気路１４の底面に設置された発泡材４１，４２は未発泡状態にあり、通気路１４での空気の流通を妨げない。

　屋外で火事が発生した時、換気装置１の屋外側の型材１１は火炎または高温の空気にさらされる。１００℃を越える熱気が通気路１４を経て屋内に入り込んでくると、屋内側の樹脂製型材１３の近傍では空気の激しい対流が生じ、過剰な酸素が供給される状況となる。しかし、本実施形態では７５～８５℃で発泡材４１が発泡を開始し、図２Ｂに示すように、１００～１２０℃で容積膨張により通気路１４の遮断を完了する。そのため、樹脂製型材１３の近傍で激しい空気の対流が生じず、過剰な酸素に晒されずに済むので、型材１３の発火を免れることができる。

　上記発泡材４１の発泡メカニズムは下記の通りである。
　発泡材４１の加熱によりマイクロカプセルの外殻が軟化し、中の液状炭化水素が気化するため、その圧力でマイクロカプセルが膨張する。
　本実施形態では、無機化合物も発泡材４１の発泡を助ける。すなわち、温度上昇により無機化合物の官能基の脱離が起こり、二酸化炭素（炭酸基を有する化合物の場合）や水蒸気（水酸基を有する化合物の場合）を発生する。通常は２００℃位で気化が起こるが、本実施形態の無機化合物はメカノケミカル粉砕されているので、水酸基や炭酸基の脱離がより低温度（１００～２００℃）で起こる。無機化合物は、熱可塑性高分子材料の主成分で包まれているので、発生した二酸化炭素や水蒸気により、主成分を膨らませることができる。その結果、１００～２００℃での発泡材４１の発泡を助けることができる。
　無機化合物を入れることにより、マイクロカプセルのみに比べて、膨張体の機械的な強度も大になる。

　発泡材４１では、約１５０℃を越えると、含有する熱膨張性高分子微粒子は薄くなった外殻を内部ガスが透過して外部に拡散し、内圧が減少して収縮が始まる。１００℃～２００℃では、無機化合物を含有する熱可塑性高分子材料の膨張特性により発泡材４１の発泡を助けることができる。ただし、本実施形態では、２００℃を越えると、単独では通気路１４を塞ぎきれなくなる。
　しかし、発泡材４２が２００℃で発泡を開始し、２００～２５０℃で発泡材４２の容積収縮を補い、さらに２５０～３００℃では、図２Ｃに示すように発泡材４２が単独での通気路１４の遮断を完了する。

　発泡材４２は熱膨張性黒鉛を用いているため、一旦熱膨張した後、その膨張状態を安定して維持でき、７００～８００℃まで温度が上昇しても通気路１４の閉塞状態を維持できる。屋内側の樹脂製型材１３は溶け落ちることはあっても過剰な酸素供給による発火を免れる。なお、型材１３が溶け落ちても、金属製型材１１，１２間の通気路１４を発泡材４１が閉塞した状態は維持されるので、火炎や煙の侵入を防止することができる。
　なお、屋内で火災が生じた場合でも上記と同様にして通気路１４を塞ぐので、屋外への火炎や煙の排出を防ぐことができる。

　次に、本発明の第２実施形態について図３Ａ～図３Ｃを参照しながら説明する。この第２実施形態において第１実施形態に対応する構成部については、同番号または類似番号を付してその詳細な説明を省略する。

　第２実施形態では、図３Ａに示すように、本体１０の長手方向に延びる３つの発泡材４１，４２，４３が通気路１４内に設置されている。テープ状の発泡材４１の上面に幅方向に並んで発泡材４２，４３が塗布されている。
　発泡材４１，４２は第１実施形態と同じ組成である。
　追加された発泡材４３（第３発泡材）は、発泡材４１と同様の組成であるが、発泡温度は発泡材４１より高く、発泡材４２より低い。

　屋外で火事が発生した時、７５～８５℃で発泡材４１が発泡を開始し、１００～１２０℃で図３Ｂに示すように、発泡材４１の容積膨張による通気路１４の遮断が完了する。
　さらに温度が上昇し１４０～１５５℃で発泡材４３が発泡を開始し、１８０～２００℃で図３Ｃに示すように、発泡材４３の容積膨張による通気路１４の遮断が完了する。これにより、発泡材４１の収縮を確実に補うことができ、通気路１４の遮断状態をより一層確実に維持できる。なお、この発泡材４３の発泡により、発泡材４１は潰されるか、通風路１４の隅部に押しやられる。

　さらなる温度の上昇に伴い、第１実施形態と同様に、発泡材４２が２００℃で発泡を開始し、２００～２５０℃で発泡材４３の容積収縮を補い、さらに２５０～３００℃では、発泡材４３を潰して発泡材４２単独での通気路１４の遮断を完了する（図２Ｃ参照）。

　上記第２実施形態において、テープ状の発泡材４２を２分割して幅方向に並べ、一方の発泡材４２に発泡材４１を積層し、他方の発泡材４２に発泡材４３を積層してもよい。

　図４に示す第３実施形態では、作動板２０Ａは、本体１０Ａの主壁部５０に接した状態で長手方向にスライド可能に支持されている。本実施形態では、主壁部５０が屋外側に配置されており、この主壁部５０には、多数の縦長の通気口５１が長手方向に沿って等ピッチで形成されている。作動板２０Ａには主壁部５０の通気口５１と同じ形状の多数の制御口２５が通気口５１と同ピッチで形成されている。作動板２０Ａの端部には図示しない操作部材の屋外側端部が連結されており、この操作部材をスライド操作することにより、作動板２０Ａがスライドし、制御口２５が通気口５１と一致した時に通気口５１が開かれ、一致しない時に通気口５１が閉じられる。本実施形態では主壁部５０は屋外側に配置されているが、屋内側に配置してもよい。

　本発明は上記実施形態に制約されず、種々の形態を採用可能である。
　発泡材の発泡温度は要求される防火レベルに応じて適宜選択することができる。
　例えば、上記第１、第２の実施形態において、第１発泡材４１の発泡による通気路１４の遮断完了を１００～１２０℃としたが、１００～２００℃の範囲で選択できる。第２発泡材４２の発泡による通気路１４の遮断完了を、上記実施形態では２５０～３００℃としたが、２００～３００℃の範囲で選択できる。第３発泡材４３の発泡による通気路１４の遮断完了を、上記実施形態では１８０～２００℃としたが、１５０～２００℃の範囲で選択できる。

　上記実施形態では本体の屋内側の型材が樹脂製であったが、アルミ合金製の型材のみで本体を構成してもよい。この場合でも、高温領域のみならず低温領域での火炎や煙の侵入、排出を防止できるという効果が得られる。
　上記実施形態では、換気装置は窓サッシの上框として窓サッシに組み込まれているが、窓サッシの上框と別体をなし、上框に沿って設置されていてもよい。

　本発明は、防火機能を有する換気装置に適用できる。

Claims

　通気口（１２ｘ）が形成された主壁部（１２ａ）と、この通気口に連なる通気路（１４）を有する細長い本体（１０）と、
　上記本体（１０）に移動可能に支持され、主壁部（１２ａ）の通気口（１２ｘ）を開閉する作動板（２０）と、
　を備えた換気装置において、
　上記通気路（１４）内に、上記本体（１０）の長手方向に沿って延びる第１、第２の発泡材（４１，４２）が設置され、上記第１発泡材（４１）は、上記第２発泡材（４２）より低い温度で発泡することを特徴とする換気装置。
　上記第１発泡材（４１）が揮発性炭化水素を熱可塑性樹脂で包み込んだ熱膨張性高分子微粒子を含み、上記第２発泡材（４２）が熱膨張性黒鉛を含むことを特徴とする請求項１に記載の換気装置。
　上記第１発泡材（４１）が、主成分としての熱可塑性高分子材料と、この高分子材料に混合された炭酸基又は水酸基を有する無機化合物と、上記熱膨張性高分子微粒子とを含むことを特徴とする請求項２に記載の換気装置。
　上記第２発泡材（４２）がテープ形状をなし、その第１面に上記第１発泡材（４１）が塗布されており、上記第２発泡材（４２）の第２面が上記通気路の内面に接着されていることを特徴とする請求項２または３に記載の換気装置。
　上記第１発泡材（４１）は、１００～２００℃で発泡に伴う体積膨張により上記通気路（１４）の遮断を完了でき、第２発泡材（４２）は２５０～３００℃で発泡に伴う体積膨張により上記通気路（１４）の遮断を完了できることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の換気装置。
　上記通気路（１４）内にさらに、上記本体（１０）の長手方向に沿って延びる第３発泡材（４３）が設置され、この第３発泡材の発泡温度は、上記第１発泡材（４１）より高く、上記第２発泡材（４２）より低いことを特徴とする請求項１に記載の換気装置。
　上記第１発泡材（４１）と上記第３発泡材（４３）が揮発性炭化水素を熱可塑性樹脂で包み込んだ熱膨張性高分子微粒子を含み、上記第２発泡材（４２）が熱膨張性黒鉛を含むことを特徴とする請求項６に記載の換気装置。
　上記第１発泡材（４１）と第３発泡材（４３）が、主成分としての熱可塑性高分子材料と、この高分子材料に混合された炭酸基又は水酸基を有する無機化合物と、上記熱膨張性高分子微粒子とを含むことを特徴とする請求項７に記載の換気装置。
　上記第２発泡材（４２）がテープ形状をなし、その第１面に上記第１発泡材（４１）と上記第３発泡材（４３）が幅方向に並んで塗布されており、上記第２発泡材の第２面が上記通気路（１４）の内面に接着されていることを特徴とする請求項７または８に記載の換気装置。
　上記第１発泡材（４１）は、１００～１５０℃で発泡に伴う体積膨張により上記通気路の遮断を完了でき、上記第３発泡材（４３）は、１５０～２００℃で発泡に伴う体積膨張により上記通気路の遮断を完了でき、第２発泡材（４２）は２００～３００℃で発泡に伴う体積膨張により上記通気路の遮断を完了できることを特徴とする請求項６～９のいずれかに記載の換気装置。
　上記本体（１０）が窓サッシに組み込まれており、上記本体は屋内に面した樹脂製の型材を有することを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の換気装置。