JP2007051864A - 換気システム - Google Patents

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Abstract

【課題】熱交換器の高さを一定に維持しながらも熱交換効率を上昇できる換気システムを提供する。
【解決手段】給気される室外空気と排気される室内空気との間の熱交換を行う単位熱交換素子141が少なくとも2個以上並列に配置された熱交換器100と、一側が室外と前記熱交換器100の内部とを連通させるとともに、他側が室内と前記熱交換器100の内部とを連通させ、室外空気を室内に供給するための給気ダクトと、一側が室内と前記熱交換器100の内部とを連通させるとともに、他側が室外と前記熱交換器100の内部とを連通させ、室内空気を室外に排出するための排気ダクトと、を含み、前記熱交換器100の内部には、前記給気ダクトの一側と他側とが連通するように給気流路120が形成され、前記排気ダクトの一側と他側とが連通するように前記給気流路120と互いに対角線方向をなす排気流路130が形成された換気システムを構成する。
【選択図】図2

Description

本発明は、換気システムに関するもので、詳しくは、熱交換器における熱交換効率を上昇するように構造を改善した換気システムに関するものである。
一般に、換気は、室内の空気を快適な状態にすることを目的とし、室内の汚染空気を排出して除去し、新鮮な外気を供給して快適な室内環境を維持するものである。
密閉空間の空気は、時間の経過とともに、生命体の呼吸によって二酸化炭素の含量が増加することで、呼吸に支障をきたすようになる。したがって、多くの人々が事務室や車両などの狭い空間に集まる場合、室内の汚染空気を室外の新鮮な空気に頻繁に取り替えるべきであるが、このとき、一般的に用いられるものが換気システムである。
従来のほとんどの換気システムは、一つの送風機を用いて室内の空気のみを外部に強制排出する方式を採択している。ところが、一つの送風機を用いて室内の空気のみを強制排出する場合、室内の冷気または熱気がろ過なしに外部に排出される。さらに、室外の空気がドアや窓の隙間などを通して熱交換なしに流入されることで、室内を暖房及び冷房するための経費が不要に多くかかる。
また、冷気及び熱気が外部から内部に突然流入される場合、室内空気の急激な温度変化によって、その空間内に集まった人々が不快感を感じるようになる。特に、室内の窓やドアの隙間を閉じた状態で室内空気のみを外部に排出する場合、外部の新鮮な空気の流入が遮断されて酸素欠乏現象が発生する。また、室内空気の湿度調節が全く行われなくなり、換気システムが備わっているにもかかわらず、快適な室内環境を維持できないという問題点があった。
上記の問題点を解決するために、まず、室外空気を、室外に排出される室内空気と熱交換した後、室内に供給する熱交換方式の換気システムが提示された。以下、従来の換気システムを、図1に基づいて説明する。
一般に、熱交換方式の換気システムは、ボックス状の熱交換器1と、室外と室内とを連通する給気部及び排気部とからなる。
通常、前記熱交換器1は、ボックス状からなり、その内部には給気ファン15、排気ファン25及び熱交換素子5が備わる。
前記給気部及び前記排気部の流路は、前記熱交換器1の内部を通過する。すなわち、給気部の流路は、給気吸入口11から前記熱交換器1の内部を通して給気排出口13に繋がる。また、排気部の流路は、排気吸入口21から前記熱交換器1の内部を通して排気排出口23に繋がる。
したがって、全体的にみると、室内の汚染空気を室外に排出する排気部の流路では、一端が室内に連通されるとともに、他端が前記熱交換器1の排気吸入口21に連結される室内側排気ダクト、前記熱交換器1の内部、及び一端が前記熱交換器1の排気排出口23に連結されるとともに、他端が室外に連通される室外側排気ダクトの順に空気が流動する。
また、室外の新鮮な空気を室内に供給する給気部の流路では、一端が室外に連通されるとともに、他端が前記熱交換器1の給気吸入口11に連結される室外側給気ダクト、前記熱交換器1の内部、及び一端が前記熱交換器1の給気排出口13に連結されるとともに、他端が室内に連通される室内側給気ダクトの順に空気が流動する。
一方、上記のような空気の流動を察してみると、給気ファン15の作動によって室外空気(outside air:OA)を吸入する吸入力が発生することで、前記給気部を通して室外空気OAが室内に給気される。ここで、図中、未説明符号SAは、給気(supply air:SA)を示すものである。また、排気ファン25の作動によって室内空気(room air:RA)を吸入する吸入力が発生することで、前記排気部を通して室内空気RAが室外に排気される。ここで、図中、未説明符号EAは、排気(exhaust air:EA)を示すものである。
以下、前記熱交換器1の内部に流入された室内空気RAと室外空気OAとの間の熱交換方式を説明する。
まず、室内空気RAは、熱交換器1の内部で熱交換素子5の一側下部に流入され、一側上部に流出された後、前記熱交換器1から抜け出る。これと同時に、室外空気OAは、熱交換器1の内部で熱交換素子5の他側下部に流入され、他側上部に流出された後、前記熱交換器1から抜け出る。
すなわち、前記熱交換素子5の内部で前記室内空気RA及び室外空気OAの流路がそれぞれ交差して形成され、前記各流路の側壁を通して前記室内空気RAと室外空気OAとの間の熱交換が行われる。
ここで、前記室内空気RAと室外空気OAとの間で温度差による熱交換のみが行われる熱交換素子を顕熱交換素子といい、前記室内空気RAと室外空気OAとの間の温度差の他にも、両者の湿度差による熱交換が行われる熱交換素子を全熱交換素子という。
最近は、室内空気RAと室外空気OAとの間の熱交換効率を一層上昇するために、全熱交換素子を多く用いている。
しかしながら、従来の換気システムにおいては、熱交換器1を通した熱交換効率を上昇するために前記熱交換素子5のサイズを大きくすべきであり、よって、前記熱交換器1の高さが大きくなるという問題点があった。
一方、相対的に高風量で運転される換気システムにおいては、前記熱交換素子5に流入される空気の流速が非常に速くなるが、流速が速くなるほど、前記熱交換素子5を通した熱交換効率が低下してしまう。
したがって、熱交換効率を上昇するためには、前記熱交換素子5の体積が大きくなるしかない。しかし、前記熱交換素子5の体積を大きくするためには、一般的に天井に設置される前記熱交換器1の高さが大きくなり、これを補償するために建物の各層間の高さを一層高くすべきであるという問題がある。
それゆえ、前記熱交換器1の高さは、所定高さを超えないことが好ましく、前記熱交換器1の高さを大きくせずに熱交換効率を上昇できる熱交換器1が要求される。
また、従来の熱交換器1においては、熱交換器1の大きさによって前記熱交換器1に用いられる熱交換素子5が異なってくるので、換気システムを構成するための費用が一層増加するという問題があった。
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、熱交換器の高さを一定に維持しながらも熱交換効率を上昇できる換気システムを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明は、給気される室外空気と排気される室内空気との間の熱交換を行う単位熱交換素子が少なくとも2個以上並列に配置された熱交換器と、一側が室外と前記熱交換器の内部とを連通させるとともに、他側が室内と前記熱交換器の内部とを連通させ、室外空気を室内に供給するための給気ダクトと、一側が室内と前記熱交換器の内部とを連通させるとともに、他側が室外と前記熱交換器の内部とを連通させ、室内空気を室外に排出するための排気ダクトと、を含み、前記熱交換器の内部には、前記給気ダクトの一側と他側とが連通するように給気流路が形成され、前記排気ダクトの一側と他側とが連通するように前記給気流路と互いに対角線方向をなす排気流路が形成される換気システムを提供する。
ここで、前記給気流路上で室外空気を室内に供給する給気ファンと、前記給気ファンを駆動するモータが設置された給気ファンスクロールと、前記排気流路上で室内空気を室外に供給する排気ファンと、前記排気ファンを駆動するモータが設置された排気ファンスクロールと、をさらに含むことが好ましく、前記給気ファンスクロール及び前記排気ファンスクロールは、前記熱交換素子を中心に全て前記熱交換器の一側に備わることが好ましい。
また、前記給気流路及び前記排気流路は、前記熱交換器の内部で上下左右対称となり、前記給気流路及び前記排気流路は、前記熱交換器の内部でガイドを通して仕切られることが好ましい。
一方、前記熱交換器は、熱交換をしない一般換気のために、室外空気が前記熱交換素子を通過せずに室内に供給されるようにするバイパス流路と、前記バイパス流路を選択的に遮断するためのバイパスダンパーと、をさらに含むことが好ましい。
また、前記給気ファン及び排気ファンは、それぞれ両吸入ファンで構成される。また、前記熱交換素子は、熱交換効率を一層高めるための全熱交換素子であり、さらに、六角形状の並行流型熱交換素子として備わる。
前記単位熱交換素子では、空気の流動抵抗を減少するために、前記単位熱交換素子の内部を通過する空気が前記単位熱交換素子の中心部に対して斜線方向に流入され、前記熱交換素子の中心部に対して斜線方向に流出されることが好ましい。
ここで、前記単位熱交換素子に対する空気の斜線方向流入及び斜線方向流出のために、前記単位熱交換素子の空気流入面及び空気流出面の一側に流路ガイドケーシングが備わる。また、この場合、前記給気流路及び前記排気流路は、前記熱交換器の内部でガイドを通して仕切られると同時に、前記熱交換器の内部で上下左右対称となることが好ましい。
本発明に係る換気システムにおいては、熱交換器内部の流路、特に、熱交換素子内部の流路を上下左右対角線状に形成することで、圧力損失を減少できる。
また、熱交換器の高さを増加せずに熱交換素子の体積を増加することで、熱交換効率を上昇できる。
また、熱交換素子が単位熱交換素子の連結によって構成されるため、換気システムの容量変化に適宜対応できる。
また、単位熱交換素子に流入及び流出される空気流路を流路ガイドケーシングを通して一層スムーズに改善することで、圧力損失を減少できる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
ここで、説明の便宜上、従来と同じ構成要素には同一の名称及び符号を付与し、それに対する詳細な説明は省略する。
図2に示すように、本発明の一実施形態に係る換気システムは、熱交換器100、給気ダクト(図示せず)、排気ダクト(図示せず)、給気流路120及び排気流路130を含んで構成される。
前記熱交換器100には、給気される室外空気OAと排気される室内空気RAとの間の熱交換を行う熱交換素子140が備わる。前記熱交換素子140は、少なくとも二つ以上の単位熱交換素子141が並列に連結されて構成されており、図2は、前記単位熱交換素子141が六個並列に連結された状態を示している。
前記単位熱交換素子141は、前記室外空気OAと室内空気RAとの間の温度差によってのみ熱交換を行う顕熱交換素子であるか、温度差のみならず、湿度差による熱交換をも行う全熱交換素子であるが、熱交換効率を一層高めるためには、全熱交換素子であることが好ましい。
前記給気ダクトにおいては、一側が室外と前記熱交換器100の内部とを連通させ、他側が室内と前記熱交換器100の内部とを連通させることで、室外空気OAが室内に給気される。
上記と同様に、前記排気ダクトにおいては、一側が室内と前記熱交換器100の内部とを連通させ、他端が室外と前記熱交換器100の内部とを連通させることで、室内空気RAが室外に排気される。
前記熱交換器100の内部には、前記給気ダクトの一側と他側とが連通するように給気流路120が形成され、前記排気ダクトの一側と他側とが連通するように排気流路130が形成される。このとき、前記給気流路120と前記排気流路130は、前記熱交換器100の内部で対角線方向に互いに交差する。
まず、図2に示すように、前記排気流路130(点線矢印で表示)は、室内空気RAが、排気吸入口131を通して前記熱交換器100の内部に流入され、前記熱交換器100の下部一側から前記熱交換素子140に流入された後、前記熱交換器100の上部他側から排気排出口132を通して室外に流出されるように形成される。
その反対に、前記熱交換器100内部の給気流路120(実線矢印で表示)は、室外空気OAが、給気吸入口121を通して前記熱交換器100の内部に流入され、前記熱交換器100の上部一側から前記熱交換素子140に流入された後、前記熱交換器100の下部他側から給気排出口122を通して室内に流入されるように形成される。
上記のように、前記給気流路120及び排気流路130は、前記熱交換器100の内部で互いに対角線方向に形成されるので、図1に示した熱交換器に比べて空気の流動抵抗が減少する。
一方、前記熱交換器100の内部には、前記熱交換素子140を中心に両側に前記熱交換器100のケース110を上下に分ける二つのチャンバーが形成されるが、前記上下のチャンバーは、それぞれガイド146によって仕切られる。このようにして、一つのケース110からなる前記熱交換器100の内部に形成される給気流路120及び排気流路130は、互いに上下左右対称となる。
また、前記給気流路上で室外空気OAを室内に供給する給気ファンと、この給気ファンを駆動するモータが設置された給気ファンスクロール125と、前記排気流路上で室内空気を室外に供給する排気ファンと、この排気ファンを駆動するモータが設置された排気ファンスクロール135は、前記熱交換器100の内部に備わることが好ましい。このようにして、熱交換器100のコンパクトな構成が可能になり、全体の換気システムを容易に設置できるようになる。
また、前記給気ファンスクロール125及び前記排気ファンスクロール135は、前記熱交換素子140を中心に全て前記熱交換器100の一側に備わることが好ましい。このようにして、上述した排気流路120と給気流路130とが対角線方向に形成されるとともに、空気の流動時、空気を押し出さずに空気を吸入することで、並列に連結された単位熱交換素子141に均一な流量で分散される。
さらに、前記給気ファン及び排気ファンは、両吸入ファンであることが好ましい。このようにして、図2に示すように、空気が前記各ファンの両側に流入されて排出されることで、一層円滑な空気流路を形成して圧力損失を減少できる。
図中、未説明符号145はバイパス流路であり、これに対しては、後述する本発明に係る他の実施形態で説明する。
以下、前記熱交換素子140に対して詳しく説明する。
図2に示すように、本発明の一実施形態に係る熱交換器100の熱交換素子140は、単位熱交換素子141が少なくとも二つ以上並列に連結されて構成される。
一方、図2には、六角形状の単位熱交換素子141が示されているが、従来のように、 内部の空気流路が直交流型である四角形状の熱交換素子を単位熱交換素子として構成することもできる。
しかしながら、熱交換効率を一層向上するためには、内部の空気流路が並行流型である六角形状の熱交換素子を単位熱交換素子141として構成することが好ましい。
ここで、並行流型は、従来の六角形状の熱交換素子の対向流型と同一である。ここで、従来の対向流型の流路は、互いに平行であるが空気の流れ方向が異なるものをいい、前記並行流型の流路は、互いに平行でありながら空気の流れ方向も互いに同一であるものをいう。
図3は、単位熱交換素子141内部の流路を簡略に示したもので、説明の便宜上、図2に示した単位熱交換素子141の横たわった形態を示している。
図3に示すように、前記単位熱交換素子141は、室内空気RAが流入されて室外に排気される流路層148と、室外空気OAが流入されて室内に排気される流路層149とが互いに重なって積層される。前記各流路層の間には、熱交換膜(図示せず)が備わり、この熱交換膜を通して両層間の熱交換が行われる。
ここで、図3に示した単位熱交換素子141を基準にして後方右側面は、室内空気RAが流入される流入面となり、前方左側面は、熱交換された室内空気RAが排気される流出面となる。また、前方右側面は、室外空気OAが流入される流入面となり、後方左側面は、室外空気OAが給気される流出面となる。
前記単位熱交換素子141内では、前記単位熱交換素子141の内部に空気が流入された直後及び空気が流出される直前に、一般的な四角形状の熱交換素子と同様に直交流型の熱交換が行われる。また、前記単位熱交換素子141の中央部では、流路が並んで形成されて並行流型の熱交換が行われる。
ここで、熱交換率は、直交流型よりも対向流や並行流(本願発明では並行流)型の熱交換時に一層高くなると知られている。
一方、各単位熱交換素子141の並列連結を通して、高風量の換気システムで要求される熱交換素子140の体積を増加できるので、単位熱交換素子141の数を増加して熱交換効率を増加できる。このとき、前記単位熱交換素子141は、前記熱交換器100の縦方向に着脱自在に備わることが好ましい。
すなわち、前記単位熱交換素子141を用いると、換気システムの容量が変わる場合も、連結される単位熱交換素子141の数を調整することで、前記熱交換器100または前記熱交換素子140の全体を変えることなく容量変化に適宜対応できるという効果がある。
以下、本発明に係る他の実施形態を図4に基づいて詳しく説明し、上記の一実施形態と重複する説明は省略する。
図4は、本発明の他の実施形態に係る換気システムの熱交換器構成を概略的に示した斜視図である。
本発明の他の実施形態は、上述した一実施形態と同じ単位熱交換素子を備えているが、前記単位熱交換素子の空気流入面及び流出面に所定のガイドケーシングがさらに備わる点で上述した一実施形態と異なり、それ以外の構成は全て同一である。
すなわち、前記熱交換器200の内部に形成される給気流路及び排気流路は、上述した一実施形態と同一であるので、ここでは、前記単位熱交換素子241に対してのみ説明することにする。
図4に示すように、各単位熱交換素子241の上部には、流路ガイドケーシング242,243がさらに備わる。
すなわち、図4に示すように、流入された室外空気OAは、各単位熱交換素子241の内部中心部に向かって垂直方向に流入されるのではなく、前記流路ガイドケーシング242,243によって前記単位熱交換素子241の空気流入面に斜線方向に流入される。すなわち、前記流路ガイドケーシングの左側部243は、前記単位熱交換素子241の空気流入面の特定方向で空気の流入チャンネルを形成する。
ここで、前記単位熱交換素子241の内部に流入される空気の流路は、前記流路ガイドケーシングの左側部243によって狭く形成され、これを通して流路がスムーズに形成されるため、圧力損失が一層減少する。
一方、上記のように斜線方向に流入された室外空気OAは、前記熱交換素子240の内部で熱交換が行われた後、前記各単位熱交換素子241の下部に形成された流路ガイドケーシング242,243を通して外部に流出される。
この場合も上記と同様に、流路ガイドケーシングの右側部243によって、室外空気OAが前記単位熱交換素子241の空気流出面から斜線方向に流出される。
上記の内容を整理すると、前記単位熱交換素子241の空気流入面及び空気流出面には、空気流路が前記流入面及び流出面に垂直でない斜線方向に形成されるようにチャンネルをなす流路ガイドケーシング242,243が備わる。
一方、排気吸入口221を通して流入された室内空気RAは、前記熱交換素子240の下部左側から斜線方向に流入され、前記熱交換素子240の上部右側に斜線方向に流出される。
上述したように、前記単位熱交換素子241の流路を上下左右対角線状に形成することで、各単位熱交換素子241の内部に流入及び流出される流路の形状がスムーズになり、熱交換器200全体において給気流路及び排気流路がS字状に形成される。
したがって、上記のような熱交換素子240の構成を通して、圧力損失を一層減少できるという効果がある。
一方、本発明に係る換気システムの熱交換器100,200は、室外空気OAが前記熱交換素子140,240を通過せずに室内に供給されるようにするバイパス流路145,245と、このバイパス流路145,245を選択的に遮断するためのバイパスダンパー(図示せず)とをさらに含んで構成されることが好ましい。
上記のような構成により、春や秋のように室外空気OAの温度と室内空気RAの温度とがほぼ同一である場合、前記熱交換素子140,240を通した換気によって電力を消耗する必要がなくなる。この場合、室外に排気される室内空気RAが前記熱交換素子140,240を通過せずに前記排気ファンスクロール135,235に直接連結されるように、バイパス流路145,245を開放する。このようなバイパス流路の選択的な開放は、バイパスダンパー(図示せず)を通して行われる。
ここで、前記バイパス流路145,245及びバイパスダンパーは、室内に給気される流路上に備わるか、両側に全て備わる。
一方、本発明に係る換気システムの熱交換器100,200には、前記熱交換素子140,240に空気が流入される直前に空気中の異物質をろ過するフィルタ(図示せず)がさらに備わり、熱交換のみならず、空気清浄機能をも行えるように構成される。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲から分かるように、本発明の属する分野で通常の知識を有する者によって変形可能であり、このような変形は本発明の範囲に属する。
従来の換気システムの熱交換器構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る換気システムの熱交換器構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る換気システムの熱交換素子内部の流路を示した斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る換気システムの熱交換器構成を概略的に示した斜視図である。
符号の説明
100 熱交換器
110 ケース
120 給気流路
121 給気吸入口
122 給気排出口
125 給気ファンスクロール
130 排気流路
131 排気吸入口
132 排気排出口
135 排気ファンスクロール
140 熱交換素子
141 単位熱交換素子
145 バイパス流路
146 ガイドライン

Claims (12)

  1. 給気される室外空気と排気される室内空気との間の熱交換を行う単位熱交換素子が少なくとも2個以上並列に配置された熱交換器と、
    一側が室外と前記熱交換器の内部とを連通させるとともに、他側が室内と前記熱交換器の内部とを連通させ、室外空気を室内に供給するための給気ダクトと、
    一側が室内と前記熱交換器の内部とを連通させるとともに、他側が室外と前記熱交換器の内部とを連通させ、室内空気を室外に排出するための排気ダクトと、を含み、
    前記熱交換器の内部には、前記給気ダクトの一側と他側とが連通するように給気流路が形成され、前記排気ダクトの一側と他側とが連通するように前記給気流路と互いに対角線方向をなす排気流路が形成される換気システム。
  2. 前記給気流路上で室外空気を室内に供給する給気ファンと、前記給気ファンを駆動するモータが設置された給気ファンスクロールと、前記排気流路上で室内空気を室外に供給する排気ファンと、前記排気ファンを駆動するモータが設置された排気ファンスクロールと、をさらに含む請求項1に記載の換気システム。
  3. 前記給気ファンスクロール及び前記排気ファンスクロールは、前記熱交換素子を中心に全て前記熱交換器の一側に備わることを特徴とする請求項2に記載の換気システム。
  4. 前記給気流路及び前記排気流路は、前記熱交換器の内部で上下左右対称となることを特徴とする請求項3に記載の換気システム。
  5. 前記熱交換器の内部で前記給気流路及び前記排気流路を仕切るためのガイドをさらに含む請求項4に記載の換気システム。
  6. 前記熱交換器は、室外空気が前記熱交換素子を通過せずに室内に供給されるようにするバイパス流路と、前記バイパス流路を選択的に遮断するためのバイパスダンパーと、をさらに含む請求項5に記載の換気システム。
  7. 前記給気ファン及び排気ファンは、それぞれ両吸入ファンであることを特徴とする請求項2に記載の換気システム。
  8. 前記単位熱交換素子は、全熱交換素子であることを特徴とする請求項1に記載の換気システム。
  9. 前記単位熱交換素子は、六角形状の並行流型熱交換素子であることを特徴とする請求項8に記載の換気システム。
  10. 前記単位熱交換素子の内部を通過する空気は、前記単位熱交換素子の中心部に対して斜線方向に流入され、前記熱交換素子の中心部に対して斜線方向に流出されることを特徴とする請求項8に記載の換気システム。
  11. 前記単位熱交換素子に対する空気の斜線方向流入及び斜線方向流出のために、前記単位熱交換素子の空気流入面及び空気流出面に流路ガイドケーシングをさらに含む請求項10に記載の換気システム。
  12. 前記給気流路及び前記排気流路は、前記熱交換器の内部に備わったガイドを通して仕切られると同時に、前記熱交換器の内部で上下左右対称となることを特徴とする請求項10に記載の換気システム。
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