JP2002089914A

JP2002089914A - 定風量換気装置

Info

Publication number: JP2002089914A
Application number: JP2000282631A
Authority: JP
Inventors: Kanji Shimizu; 幹治清水; Naoto Horiki; 尚登堀木; Naoyuki Nishio; 直幸西尾
Original assignee: RISUTEMU KK; Showa Koki Co Ltd
Current assignee: RISUTEMU KK; Showa Koki Co Ltd
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2000-09-18
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】構成が簡単で、安定した定風量制御を行うこ
とができる、定風量換気装置を提供する。【解決手段】建物の外部と内部を連通する換気通路を
構成する一端が開口している箱状のフレーム１１と、そ
のフレームの側面に設けた開口部１８に隣接する下壁１
２ないし支持壁１３に回動自在に取り付けられている羽
根１５と、上壁１６から下向きに突出している羽根止め
壁１７と、羽根１５を開く方向に常時付勢すると共に、
回動角度に比例してトルクが増大するバネ３１とを備え
ており、羽根１５が開口部を遮る垂直位置に回動したと
き、羽根１５の先端と上壁１６の間に隙間Ｓ1ができ、
奥側に傾斜したときに羽根１５の先端が羽根止め壁１７
に当接して換気通路を遮断する定風量換気装置１０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は定風量換気装置に関
する。さらに詳しくは、建物の外部の風速が変動して
も、換気風量が変動しにくい換気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平９−１８４３５３号公報には、外
気の風力を利用して換気窓の開閉制御を行う給排気開口
構造および給排気窓が開示されている。このものは図５
に示すように、外壁を貫通して設けられる枠１０１と、
その枠１０１の上下方向の中間より上側の位置で水平回
転軸１０２まわりに回動自在に支持される障子部（羽
根）１０３とを備えている。そして、上端に重り１０４
を設けるなどにより、水平回転軸１０２まわりの重力に
もとづく回転モーメントがほぼ釣り合わせている。

【０００３】このものは水平回転軸１０２の上下で重量
による回転モーメントを釣り合わせると共に、面積を不
均等にしているので、風圧ないし内外の圧力差により、
開閉動作を行わせるものである。たとえば風上側に設け
た給気窓の場合は、外部の風圧や内外の圧力差で障子部
１０３の下部が内側に回動し（矢印Ｐ１）、窓が開いて
換気し、風圧が逆になれば閉じる。それによって動力を
用いずに自然に換気させることができる。また、風下側
に設けた排気窓の場合は、圧力差で障子部１０３の下部
が建物の外側に回動して換気する（矢印Ｐ２）。なお、
無風状態のときにも換気が可能なように、バネなどの付
勢手段で障子部を開く方向に付勢すること（同公報第６
欄１７〜１８行）、さらに給気窓あるいは排気窓のうち
一方はモータで開閉させること（同第５欄２９〜３０
行）も開示している。

【０００４】他方、特開平１０−２３２０３９号には、
図６に示すように、窓枠１１０の下部にＪ字形の給気用
ダクト１１１を設け、窓枠の上部に逆Ｊ字形の排気用の
ダクトを設け、各ダクトの内部に風量調節用の翼片１１
３と逆流防止用の翼片１１４を備えた定風量自然換気装
置が開示されている。このものは風圧が大きくなるとダ
クトの流路断面が小さくなるように風量調節用の翼片１
１３が回動し、その回転抵抗はバネ等の弾性体で調節し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平９−１８４
３５３号公報の給排気開口構造は、自然換気を目的とし
たものではあるが、定風量制御を目的とするものではな
い。すなわち、障子部１０３は風量が増大するほど開度
が大きくなるので、風量が大きくなる。また、障子部の
重心は水平方向の回動軸の下方に来るので、重りをつけ
てバランスさせる必要があるなど、構成が複雑になる。

【０００６】また特開平１０−２３２０３９号公報の定
風量自然換気装置は、風量調節用の翼片１１３がダクト
１１１の上下方向に延びている部位に設けられており、
水平方向のダクト遮断位置と斜めになったダクト開放位
置との間で回動する。そのため、逆方向に圧力が加わる
と、翼片１１３が大きく開くことになり、逆流を助長す
る。この換気装置では、風量調整用の翼片１１３と直列
的に、これとほぼ同構造の逆流防止用の翼片１１４を設
けることにより、この問題に対処しているが、それによ
り構造が複雑になる。さらに前記逆流防止用の翼片１１
４は、風圧が大きくなると流路断面を拡げる方向に回動
するのため、流量調整用の翼片１１３の調節作用を相殺
する傾向がある。さらにこの換気装置では、給気と排気
の両者を自然力に頼っているため、両者の干渉で翼片の
動きに不安定が生じて定風量制御が難しい。

【０００７】本発明は構成が簡単で、安定した定風量制
御を行うことができる、定風量換気装置を提供すること
を課題としている。

【０００８】本発明の定風量換気装置（請求項１）は、
建物の外部と内部を連通する換気通路を構成する一端が
開口している箱状のフレームと、そのフレームの側面に
設けた開口に隣接する第１の壁側に、奥側に傾斜する位
置と開口を遮る位置との間で回動するように、その一端
が回動自在に取り付けられている羽根と、第１の壁と対
向する第２の壁に、開口を遮る向きで突出している羽根
止め壁と、羽根と換気通路の間に介在され、羽根を開く
位置の方向に常時付勢すると共に、羽根を閉じる方向に
回動させるにしたがって付勢力が増大するバネとを備え
ており、前記羽根が開口を遮る位置に回動したとき、羽
根の先端と第２の壁との間に隙間ができ、奥側に傾斜し
たときに羽根の先端が羽根止め壁に当接して換気通路を
遮断するように構成されていることを特徴としている。

【０００９】この換気装置では、前記羽根と支持部との
間に、羽根のいずれの回動に対しても、回動抵抗を与え
るダンピングユニットを介在させるのが好ましい（請求
項２）。さらに前記羽根を回転軸によって支持し、その
回転軸を、クラッチを介してモータに連結するのが好ま
しい（請求項３）。

【００１０】本発明の定風量換気装置の第２の態様（請
求項４）は、建物の外部と内部を連通する換気通路と、
その換気通路を閉じる位置と開く位置との間で回動する
ように、かつ、外部の風圧により閉じる方向に付勢され
るように、一端が換気通路に回動自在に取り付けられて
いる羽根と、その羽根と換気通路の間に介在され、羽根
を開く位置の方向に常時付勢すると共に、羽根を閉じる
方向に回動させるにしたがって付勢力が増大するバネ
と、前記羽根と支持部との間に介在される、羽根のいず
れの方向の回動に対しても回転抵抗を与えるダンピング
ユニットとから構成されていることを特徴としている。

【００１１】前記いずれの換気装置においても、羽根は
鉛直方向の軸まわりに回動させてもよい（請求項５）。
また、羽根を水平方向の軸まわりに回動自在とすると共
に、軸より上向きに配置してもよい（請求項６）。

【００１２】

【作用および発明の効果】本発明の換気装置（請求項
１）では、無風あるいは微風の状態では、羽根は開口を
遮る向きの位置までバネで付勢されており、その状態で
は羽根の先端と第２の壁との間に隙間がある。そのた
め、その隙間から外部の空気が入る。また、羽根の先端
と羽根止め壁の間も大きくあいているので、換気通路の
流路抵抗が小さく、空気は建物の内部に容易に入ってく
る。

【００１３】ついで外部の風圧が大きくなると、羽根
は、バネの付勢力と風圧とがバランスする位置まで、バ
ネの付勢力に抗して回動する。そのとき、羽根の先端と
第２の壁の隙間は広くなるが、羽根の先端と羽根止め壁
との間の隙間は、羽根の回動角度が大きくなるにしたが
って狭くなる。そのため、流路抵抗が大きくなり、建物
内に流れ込む風量はそれほど大きくならない。すなわち
風量は、風圧の変動に対し、いわばネガティブフィード
バックされて、ほぼ一定に維持される。

【００１４】風圧が所定の基準を超えて高くなると、羽
根の先端は羽根止め壁に当接し、換気通路を遮断する。
それにより、一時的に換気作用はなくなるが、過大な風
圧の下での不安定な制御状態は回避される。

【００１５】上記のように本発明の換気装置では、回動
角度の増大に応じて付勢力が大きくなるバネによって、
羽根と羽根止め壁の隙間の流路断面がフィードバック制
御されるが、風圧の変動が激しい場合は、羽根がバタつ
き、風量も激しく変動する。これに対し、羽根の回動に
対して抵抗を与えるダンピングユニットを備えている換
気装置（請求項２）では、羽根の激しい動きを抑制する
ので、振動が防止され、安定した制御が達成される。

【００１６】また羽根を回転軸で支持し、クラッチを介
してモータに連結している換気装置（請求項３）では、
クラッチを接続してモータで強制的に羽根を回動させ、
換気したり、羽根を閉じたりすることができ、クラッチ
を切って定風量の自然換気を行うこともできる。

【００１７】本発明の換気装置の第２の態様（請求項
４）は、バネで付勢されている羽根の回動に伴って羽根
の開閉角度が変化し、風量が増加すると通路面積が減少
する。そしてダンピングユニットの作用により、羽根の
振動が防止される。そのためスムーズで安定した定風量
制御を行うことができる。

【００１８】羽根を縦方向に配置し、鉛直方向の軸まわ
りに羽根が回動する換気装置（請求項５）では、羽根の
重量が羽根を回動させるトルクとして働かない。そのた
め、制御設計が容易である。また、羽根を横方向に配置
し、水平方向の軸まわりに回動自在とすると共に、軸よ
り上向きに配置する場合（請求項６）は、羽根が開いて
いる状態で羽根の重量が羽根を回動させるトルクとして
働かない。そのため制御設計が容易である。

【００１９】

【発明の実施の形態】つぎに図面を参照しながら本発明
の換気装置の実施の形態を説明する。図１は本発明の換
気装置の概略横断面図である。図２はその換気装置の要
部縦断面図である。図３および図４はそれぞれ図１の換
気装置の取り付け状態を示す斜視図である。

【００２０】図１に示す換気装置１０は、図面の左側が
開口している箱状のフレーム１１と、そのフレームの下
壁（第１の壁）１２の開口端近辺より立ち上がる支持壁
１３と、支持壁１３の上端に回転軸１４によって回動自
在に取り付けられ、上向きに延びている羽根１５と、フ
レームの上壁（第２の壁）１６の開口端よりいくらか奥
側に、下向きに延びるように固定されている羽根止め壁
１７とを備えている。なお図示していないが、羽根１５
が下壁１２に対して直角になったとき、それ以上反時計
方向に回動しないように拘束するストッパが設けられて
いる。羽根１５の大きさは、羽根１５が下壁１２に対し
て直角になったとき、羽根の先端と上壁１６との間に隙
間Ｓ１ができる程度の大きさである。

【００２１】この換気装置１０は、開口部１８が建物の
外側に向くように配置される。なお符号１９は羽根止め
壁１７に取り付けたパッキンであり、風量調節用の羽根
１５が閉じたとき、その先端が当接して、羽根止め壁１
７との間の空気漏れを防ぐものである。前記フレーム１
１、支持壁１３、羽根止め壁１７および羽根１５は、
鋼、アルミニウムあるいはステンレスなどの金属板で形
成することができる。

【００２２】さらにこの換気装置１０は、フレーム１１
の奥側（図面の右側）の後壁２１に建物のフロアーへ連
通する通路２２が形成され、フレーム１１の下壁１２に
は室内に連通する通路２３が設けられている。それらの
通路２２、２３は、それぞれフィルタ２４で覆われてい
る。また、後壁２１には、床下とスラブの間への通路２
２と室内への通路２３とを選択的に遮断する切り換え羽
根２５の端部が回動軸２６により回動自在に取り付けら
れている。切り換え羽根２５は、たとえばモータあるい
は手動で回動させるように構成している。切り換え羽根
２５は、任意の角度で停止できるようにするのが好まし
く、その場合は室内側とフロア側の送風量の比率を調節
することができる。符号２７、２８は切り換え羽根２５
と当接して通路２２、２３を密閉するパッキンである。

【００２３】図２に示すように、羽根１５を支持する回
転軸１４の一端近辺と支持壁１３の間には、羽根１５を
図の反時計方向に付勢するバネ３１が介在されている。
バネ３１は、そのの付勢力が羽根１５の回動角度にほぼ
比例するものが好ましい。バネ３１は、渦巻きバネなど
が好適に採用される。さらにバネ３１と隣接するよう
に、回転軸１４の端部にクラッチ３２とモータ（アクチ
ュエータ）Ｍとが設けられている。クラッチ３２は回転
軸と１４とモータＭとの動力伝達を入り切りするもので
あり、電気的に操作できるもの、たとえば電磁クラッチ
などが好ましい。

【００２４】回転軸１４の他端では、回転軸と支持壁の
間にダンピングユニット３５が介在されている。このダ
ンピングユニット３５は、摩擦板や流体ダンパなどの、
摩擦ないし粘性抵抗を利用した抵抗要素であり、羽根１
５が回動しようとするときに、その回動と反対の向き
に、一定の、あるいは回動速度に比例したトルクを与え
るものである。なおダンピング定数を調節できるのもの
が好ましい。

【００２５】上記のように構成される換気装置１０は、
たとえば図３に示すように、建物の窓４０の上部の壁面
４１に水平方向に配置して埋め込んだり、床下に水平に
設置したりして使用する。また、図４に示すように、窓
４０の側方の壁面４１に縦向きに組み込むこともでき
る。その場合は羽根が傾いたときに重力に基づくトルク
は生じない。つぎに各状況に応じた換気装置１０の作用
を説明する。

【００２６】［無風状態あるいは微風状態］無風あるい
は微風状態では、図１の羽根１５の外面に当たる風の圧
力が低く、羽根１５はバネ３１で反時計方向に回動して
実線の位置にきている。羽根１５はストッパによりそれ
以上外側に回動しない。この状態では、羽根１５の先端
と上壁１３との間に隙間Ｓ1があり、羽根１５と羽根止
め壁１７とは隙間Ｓ2をあけて平行になっている。その
ため、建物の内部と外部はそれらの隙間Ｓ1、Ｓ2によっ
て連通しており、ある程度換気することができる。

【００２７】［定風量状態］建物の外部で風が吹き、空
気が隙間から内部に入ってくる場合は、通常であれば風
圧が高いほど風量が多くなる。しかしこの換気装置１０
では、風圧が高くなると、羽根１５がバネ３１およびダ
ンピングユニット３５の抵抗を受けながら時計方向に回
動し、バネ３１の付勢力と風圧によるトルクとがバラン
スする位置、たとえば想像線で示す位置にくる。その場
合、羽根１５の先端と上壁１６の隙間Ｓ1はいくらか大
きくなるが、羽根１５の先端と羽根止め壁１７の隙間Ｓ
2は狭くなる。そして流路断面積が小さくなることによ
り、換気通路を流れる空気の流速が速くなっても、風量
はほぼ同じに保たれる。

【００２８】なお、建物の内部に別個の排気装置を有す
る場合は、内部の圧力が減少することにより、内外に圧
力差が生じ、その圧力差も風圧と同様の作用をする。ま
た羽根１５が回動する速さはダンピングユニット３５に
基づく抵抗で遅くなるが、ダンピング係数を調節できる
場合は、振動を生じない範囲でできるだけスムーズにバ
ランス位置に達するように調節する。それにより羽根１
５が振動することなく、安定した定風量制御を行うこと
ができる。

【００２９】この状態から風圧あるいは圧力差が減少す
ると、羽根１５の時計方向へのトルクが減少し、バネに
よる反時計方向の付勢力にしたがい、かつ、ダンピング
ユニット３５の抵抗に抗しながら、羽根１５は反時計方
向に回動する。そしてバネと風圧とがバランスした位置
で羽根１５が停止する。

【００３０】［強風時］他方、強い風が吹いている場合
は、風圧で羽根１５が羽根止め壁１７に当接し、流路が
閉塞される。それにより定風量制御は行われず、建物の
内外が遮断される。なお、風速を検出するセンサを設け
ておき、所定の風速以上になると、モータＭを回転させ
て強制的に羽根１５を閉じるようにしてもよい。

【００３１】上記のように、この換気装置１０では、風
圧（あるいは圧力差）の変動に対して羽根１５が回動
し、流路の断面積が変動することにより、風量が一定に
維持される。この定風量調節機能は、以下の式１で説明
される。

【式１】

【００３２】なお、式１の符号は以下の通りである。Ｌ：羽根の長さ（図１の紙面に直角方向）（ｍ）Ｗ：羽根の幅（図１の上下寸法）（ｍ）ｔ：羽根の厚さ（ｍ）Ｗi：羽根が垂直のときの上壁との隙間Ｓ1（ｍ）Ｗj：羽根が垂直のときの羽根止め壁との隙間Ｓ2（ｍ） ΔＰ：室内外の静圧差（Ｐa） ρa：空気密度（kg／ｍ³）Ｕa：向かい風のときの風速（ｍ／ｓ）Ｖ：換気風量（ｍ³／ｓ） θ：回動角度（ラジアン） ξi：羽根と上壁との隙間Ｓ1の流路抵抗係数 ξj：羽根と羽根止め壁との隙間Ｓ2の流路抵抗係数 ξo：羽根以外の流路全体の流路抵抗係数Ａo：ξoの基準となる流路断面積（ｍ³）

【００３３】式１の左辺は、風圧（動圧）と室内外の静
圧差との差であり、流路内の空気流を生ずる原因であ
る。右辺は換気風量がＶのときの流路抵抗の総和であ
る。これによりある程度以上の風速があるか、室内外の
静圧差が負であって、式１の左辺が正であれば、原理的
には定風量を可能とする風速と羽根の回転閣との関係が
定まる。

【００３４】なお図３のように羽根が水平方向に配置さ
れている場合は、羽根が傾くと重力に基づくトルクが生
ずる。風圧および重力に基づく軸心まわりのモーメント
は、式２で計算することができる。

【式２】

【００３５】ここに、Ｍ：風圧および重力によるモーメント（kgｍ） ρa：空気密度（kg／ｍ³）Ｕa：風速（ｍ／ｓ）式１より回転閣の関数として計
算するｇ：重力加速度（ｍ／ｓ²） ρ：羽根の平均密度（kg／ｍ３）体積を（ＬＷｔ）と
する。 θ：回動角度（ラジアン）

【００３６】これを用いて、原理的には、定風量調節機
構のバネ定数を回転角に応じて計算することができる。
ただし、強風の場合、モーメントが過大になるので、コ
ストおよび装置の保護のため、定風量を実現するのでは
なく、閉塞するように設計する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の換気装置の概略横断面図である。

【図２】その換気装置の要部縦断面図である。

【図３】図１の換気装置の取り付け状態を示す斜視図
である。

【図４】図１の換気装置の他の取り付け状態を示す斜
視図である。

【図５】従来の換気装置の一例を示す断面図である。

【図６】従来の換気装置の他の例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０換気装置１１フレーム１２下壁１３支持壁１４回転軸１５羽根１６上壁１７羽根止め壁Ｓ1、Ｓ2 隙間１８開口部１９符号２１後壁２２通路２３通路２４、２５フィルタ２７、２８、２９パッキン３１バネ３２クラッチＭモータ３５ダンピングユニット４０窓４１壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀木尚登東京都千代田区東神田２−10−６昭和鋼機株式会社内 (72)発明者西尾直幸東京都千代田区東神田２−10−６昭和鋼機株式会社内Ｆターム(参考） 2E036 JA01 JC03 KA06 LA06 LA09 MA06 3L058 BA01 BB04 BB05 BC03 BC07 3L080 AA04 AA05 AA10 AC03 AD01 3L081 AA02 AA03 AA05 AB02 FB01 FC02 HA02 HA05 HA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】建物の外部と内部を連通する換気通路を
構成する一端が開口している箱状のフレームと、そのフ
レームの側面に設けた開口に隣接する第１の壁側に、奥
側に傾斜する位置と開口を遮る位置との間で回動するよ
うに、その一端が回動自在に取り付けられている羽根
と、第１の壁と対向する第２の壁に、開口を遮る向きで
突出している羽根止め壁と、羽根と換気通路の間に介在
され、羽根を開く位置の方向に常時付勢すると共に、羽
根を閉じる方向に回動させるにしたがって付勢力が増大
するバネとを備えており、前記羽根が開口を遮る位置に
回動したとき、羽根の先端と第２の壁との間に隙間がで
き、奥側に傾斜したときに羽根の先端が羽根止め壁に当
接して換気通路を遮断するように構成されている定風量
換気装置。
【請求項２】前記羽根と支持部との間に、羽根のいず
れの回動に対しても、回動抵抗を与えるダンピングユニ
ットが介在されている請求項１記載の定風量換気装置。
【請求項３】前記羽根が回転軸によって支持されてお
り、その回転軸が、クラッチを介してモータに連結され
ている請求項１記載の定風量換気装置。
【請求項４】建物の外部と内部を連通する換気通路
と、その換気通路を閉じる位置と開く位置との間で回動
するように、かつ、外部の風圧により閉じる方向に付勢
されるように、一端が換気通路に回動自在に取り付けら
れている羽根と、その羽根と換気通路の間に介在され、
羽根を開く位置の方向に常時付勢すると共に、羽根を閉
じる方向に回動させるにしたがって付勢力が増大するバ
ネと、前記羽根と支持部との間に介在される、羽根のい
ずれの方向の回動に対しても回転抵抗を与えるダンピン
グユニットとからなる定風量換気装置。
【請求項５】前記羽根が鉛直方向の軸まわりりに回動
するものである請求項１または４記載の定風量換気装
置。
【請求項６】前記羽根が水平方向の軸まわりに回動自
在であり、かつ、軸より上向きに配置されている請求項
１または４記載の定風量換気装置。