JP2009121727A - 全熱交換型換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積層体から成る熱交換素子の効率を向上させた換気装置を提供する。
【解決手段】全熱交換型換気装置において、積層体で構成される全熱交換素子の風の進入面と装置函体側壁に設けられた吸気口の間にチャンバーを設け、該チャンバー内の前記進入面前方に整流格子、整流板を配置して全熱交換素子を通過する風の風量と風速を積層体の各層毎に均一化して、熱交換性能を向上させる。これにより装置の小型化が可能となり家屋等の各室に於ける換気の省エネが促進される。熱交換素子の風の進入面はほぼ四角形でありその面積は円形の吸気口の面積より遙かに大きいから吸気流を分散させて均一化を図る。
【選択図】図２

Description

本発明は、住宅等の建物に使用される全熱交換型換気装置に関する。

近年建築基準法が改正され住宅等の居室の換気を毎時各居室容量の半分以上を換気することが義務付けられている。単純に換気を行えば熱エネルギーの損失はかなり大きくなり換気における熱エネルギーの損失は無視できない現状である。熱交換型の吸排気換気装置に関する先願も多数存在している。吸入する低温の外気と排出する室内の暖気を密接に対向させ熱の交換を行う全熱交換素子を用いるのが一般的な方法であり、その形状は図４に示す積層体である。平面形状は四角形であり吸気流と排気流が直交している。積層体は紙製のシート１０１と蛇腹状のスペーサー１０２を交互に積層し吸気と排気をＡ層とＢ層にそれぞれ送通して紙製のシートを介在させて熱交換している。この種の熱交換素子は直交流熱交換素子１０３と呼ばれている。しかしながらこの種の交換効率は温度交換効率が６５％、湿度交換効率４５％、全熱交換効率５０％であり高効率とは云えないものである。そこで更に効率を高めるために図５（ａ）図に示される平面形状が六角形の積層体から成る対向流熱交換素子１０４が提供されている。上記２種類の外形状の特徴は、同（ｂ）に示す四角形の直交流熱交換素子１０３の角度θ１が９０度であり対角線の長さをＬ１とした場合、同（ｃ）図に示す対向流熱交換素子１０４では平面形状が六角形であり対角線の長さＬ２はＬ１に対して大きくなるが、角度θ２を９０度以上にして長さＬ２を僅かであるが小さくしている。しかし室内からの排気流と屋外気流の接触する経路は長くなり熱交換効率が向上し、温度交換効率８５％、湿度交換効率７０％、全熱交換効率７５％となっている。

前記対向流熱交換素子１０４の概略は、図５の（ａ）図において、略Ｓ字形状のリブ１０５ａと１０５ｂを紙製シート１０６に貼着し、積層している。前記リブの形状は図２に示す略Ｚ字形状のものと２種類がありこれらを交互に積層しており、吸気流と排気流を長い経路に対向流させている。シートは紙製が一般的であるが湿気を透過する樹脂をコーティングして選択透過膜を形成し耐用年数を永くすると共に水滴の発生を防止しているものがある。ここで上記２種類の熱交換素子を用いた換気ユニットの概略を図６を用いて説明する。同（ａ）図は直交流熱交換素子１０３を用いた換気ユニットであり、同（ｂ）図は対向流熱交換素子１０４を用いたユニットであり吸気（給気）と排気の密接する経路が長いことが分かる。

本発明に係る先行技術としては下記の文献が挙げられるが熱交換素子が立方体であり吸排気は積層面に直接流入するため流入する積層面全体に均等な風圧が生じるとは云えないから積層された各層に流入する風量と風速は不均一であり熱交換効率を向上させる余地が残されている。
特開平１１−２４８２１６ 特開２００１−２３５１９９ 特開２００３−１４８７８１ 特開２００５−１０６４２７

積層体から成る熱交換素子の効率を向上させた換気装置を提供することを目的とする。

本発明は、熱交換素子を挟んで対象位置にファンを設置することで吸気口と排気口のそれぞれと熱交換素子の風の出入り口面の間に大きなチャンバーを構成して気流の拡散をはかると共に、チャンバー内に整流格子又は整流板を配置する。熱交換素子の空気の出入り口はほぼ四角形であり吸排気口の面積より大きく、吸排気口は円形であるため円筒を通過する風は前記出入り口の面中央部に集中する傾向にある。整流格子はこの形状の差異を整合させるような形態が好ましい。格子の各要素は中央から順次外方になるに従い格子のブレードは外方へ向かうホーン状に形成される。本発明は熱交換素子の直交流型及び対向流型いずれかに限定されないが、効率の高い対向流型が好ましく利用される。

整流格子は吸排気流の風の方向を制御するほか風量も調整することから、より簡便には風に対する抵抗を調整しても良い。熱交換素子の風の出入り口形状に準じた形状と面積を有する板に多数の孔を設けたパンチングメタルを用いて、風の多く通る中央部には小さい孔を、周辺に向かうほど大きな孔を設ける。これらの孔を通過させることで風量が平均化され、熱交換素子の吸排気流の出入り口の面ではより均一化される。孔の形状は円形、四角形、多角形などが用いられる。機能面から云えば回転羽根車（プロペラ）等も利用できる。

換気装置は函体を形成し外気を吸入する吸気口と室内の空気を吸入する排気口が函体の側壁に設けられるから、熱交換素子を中央に置き、これを挟んだ対称位置にファンを設置することで吸排気各口と熱交換素子の間に比較的ゆとりのある空間が生じる。この空間を一種のチャンバーとして利用できる。これにより吸排気口を通過する風が、一旦チャンバー内でとどまる分だけ熱交換素子に出入りする風が分散して均一化される。

熱交換素子は一般的に積層体でありその風の出入り口は四角形の面を形成するから、該面の全体に均等な気流（風）を吹き付けるので熱交換素子の熱交換効率が飛躍的に増加する。

本発明の換気装置は函体を形成し、その側壁に吸排気口を設けると共に、中央に熱交換素子を配置しその風の出入り口面と前記吸排気各口の間にチャンバーを備え、該チャンバー内に整流格子又は整流板を設けることで気流が熱交換素子の風の出入り口面に均等な風を送るようにする。

（実施例１）
図１は本発明の全熱交換型換気装置１の模式平面図であり蓋部を取り除いた状態を示している。２は函体でありハッチングを施した部分である。３は給気口であり室内へ熱交換後の空気を給気する。４は室内の空気を排出する室内排気口である。５は屋外へ排出する屋外排気口であり熱交換後の空気を排出する。６は外気を取込む外気吸気口である。７は熱交換素子であり、特に限定するものではないが対向流型熱交換素子を示している。８ａ及び８ｂは整流格子であり、室内側と屋外側の気流に対して交差する位置に配置している。９ａ及び９ｂはファンでありシロッコファン及び／又はターボファンが使用される。いずれも静圧の高い機種が望ましい。１０ａ及び１０ｂはチャンバーであり吸い込まれた気流が一旦流速が遅くなり拡散するための空間である。上記のファンは熱交換素子を通じて空気を吸入し屋外と室内へ熱交換後の空気を送風する。図２は図１に示す平面図を模式斜視図で示したものである。函体２は発泡スチロールやパーティクルボードなどが使用される。高さＨは約２５０ｍｍ、幅Ｗは約４７０ｍｍ、全長Ｌは約１２００ｍｍであり、家屋の１階と２階の床と天井の空隙に設置可能である。

図２における熱交換素子７は対向流型熱交換素子であり、紙製シート１１とリブ１２を挟んで積層し気体の流路を確保している。図示したリブは略Ｚ字型を形成しており、外気を取込みチャンバー１０ａを通過した気流が整流格子で均等な風量に調整された後、熱交換素子の流路を通過する過程で熱交換を行いチャンバーを経てファン９ｂにより室内へ給気される工程が示されている。後述するが積層体の各層は交互に別の流路が構成される。ファン９ａの作動によりチャンバー１０ｂは負圧になって室内の空気を吸入し熱交換素子を経て屋外へ排出されるので室内の暖気の熱が取り込んだ外気に伝達される。この経路の熱交換素子のリブは略Ｓ字型で図５ａに示される。

整流格子と整流板の機能と形状について図３を用いて説明する。（ａ）図は、ファン９ｂの作動により外気を屋外吸気口６から取込み整流格子８ａを通過するが、整流格子は同（ｂ）図に示すような形状にて個々の格子要素は気流の進行方向に従い徐々に開口面積が大きくなるようなホーン状を呈し熱交換素子７の入り口面全体にほぼ均等な空気量を送るようになっている。整流格子の気流入り口面は中央部分の開口面積が小さく周辺部になるほど開口面積が大きくなるように設定される。その状況は同（ｃ）及び（ｄ）図に示される整流板１３、１４にて説明される。整流板１３は鋼板に孔１３ａをパンチングにて開口させており、中央部分の孔が最小径であり周辺部に至るほど孔径が大きく設定されている。中央部
に吹き付ける吸気流量は大きいが孔が小さいため通過量が抑制され、周辺部では孔径が大きいので通過する気流の抵抗が少なく結果として全体にほぼ均一な風量を得ることができる。同（ｄ）図に示す整流板１４は四角形の孔を設けた例であり同様の機能を発揮する。

本発明の換気装置は小型化できる可能性が大であり、住宅など換気装置の設置スペースが確保しにくいところでも設置可能である。その可能性は多層構造の熱交換素子で全ての層を有効にするために、風の出入り口面の全面積に均一に風を当てようとすると、素子の風の出入り口と、ファン作動による外気及び室内気の取込み口との距離を大きくとる必要があるところ、この距離を整流格子、整流板及び函構造により短縮することができるためである。従来の全熱交換型換気装置に比較して、有効な伝熱面積の増大が図れるので、熱交換性能を向上させることができる。性能向上により熱エネルギーの回収が可能となり、省エネルギー化が進みＣＯ２排出量削減の効果が得られる。

本発明の全熱交換型換気装置の平面図である（実施例１）。 本発明の全熱交換型換気装置の斜視図である（実施例１）。 （ａ）図は整流格子の作用を示す説明図であり、（ｂ）図は整流格子、（ｂ）及び（ｃ）図は整流板の一例を示す斜視図である（実施例１）。 従来の直交流熱交換素子を示す斜視図である（実施例１）。 （ａ）図は対向流熱交換素子の別の気体流路を示す斜視図であり、（ｂ）図は直交流熱交換素子、（ｃ）図は対向流熱交換素子の各説明図である（実施例１）。 （ａ）図は直交流熱交換素子、（ｂ）図は対向流熱交換素子を用いた各換気ユニットの給排気流路を示す説明図である（実施例１）。

符号の説明

１ 全熱交換型換気装置
２ 函体
３ 給気口
４ 室内排気口
５ 屋外排気口
６ 外気吸気口
７ 対向流熱交換素子
８ 整流格子
９ ファン
１０ チャンバー
１１ シート
１２ リブ
１３ 整流板
１０３ 直交流熱交換素子
１０４ 対向流熱交換素子

Claims (2)

1. 全熱交換素子に対する排気、吸気の出入り口の全面積に気流が均一に当たるように、前記出入り口の前方位置に整流格子又は整流板を設けたことを特徴とする全熱交換型換気装置。
2. 前記出入り口の面と吸気口の間にチャンバーを備えた請求項１に記載の全熱交換型換気装置。

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