JP2012172882A

JP2012172882A - 蓄熱交換型換気扇

Info

Publication number: JP2012172882A
Application number: JP2011034236A
Authority: JP
Inventors: Motoaki Masuda; 元昭増田
Original assignee: Masuda Motoaki
Current assignee: Masuda Motoaki
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】極めて単純な蓄熱型の熱交換器と１個の送風機でほぼ同様の性能を得ることのできる蓄熱交換型の換気扇を提供する。
【解決手段】呼吸によって肺に新鮮空気を取入れるのと同じように、１個の送風機で吸気と排気を繰返すことにより、内外気温差による熱を蓄熱交換器に蓄熱したり放熱したりして熱交換を行うものである。交換器４はコルゲートされた並板５を渦巻状に丸めただけの簡単な構造であり、モーターと同軸で換気扇を構成できるから小型化とコストダウンが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷暖房された部屋の空気を換気する際に発生する熱損失を抑制するために用いられる熱交換機能を有する換気扇に関するものである。

換気にともなう冷暖房の熱損失を抑制するために直交型の熱交換器を備えた換気扇が広く実用されている。室内の空気を排出するための送風機と室外の空気を吸入するための送風機と、２個の送風機でそれぞれの空気を直交型熱交換器に導いて熱回収を行うもので特許文献１はその１例である。
特願平３−３２７３７６熱交換型換気装置

従来実用されている熱交換型の換気扇はいずれも前記特許文献１の方法に準じたものでるが、基本的に２個の送風機を必要とするため換気扇全体が複雑で大型になる不都合があった。本発明は極めて単純な蓄熱型の熱交換器と１個の送風機でほぼ同様の性能を得ることのできる蓄熱交換型の換気扇を提供するものである。

片面ダンボールのようにコルゲートした波型の薄板を巻き重ねただけの簡単な構造の蓄熱交換器と１個の送風機で吸気と排気を交互に繰り返し、呼吸をするように換気することで直交型熱交換器を備えた換気扇とほぼ同程度の性能を確保するものである。交換器の持つ蓄熱能力を利用して蓄熱したり放熱をして熱交換をするものであるから、蓄熱交換器は熱容量の大きな材料で形成することが望ましい。

波板を渦巻状に巻き重ねてなる蓄熱交換器を送風機と同軸に配置することで全体を構成できるため構造が極めて簡単になり、コストダウンと装置の小型化を図ることができる。

図１は本発明による蓄熱交換型換気扇の断面図である。１は室内外の空気を換気させるための送風機で送風羽根２とこれを回転させるモーター３で構成されている。送風羽根の形式はプロペラ型とかシロッコ型など限定するものではないが、全体を同軸で形成するにはプロペラ型が適している。４は蓄熱交換器でコルゲートされた波板５を平板のライナー６に貼り付けるようにして形成した片面ダンボールと同じ構造の素材を渦巻状に丸めたものである。素材には蓄熱容量に優れた金属などの材料が適しているが、コスト面から紙やプラスチックシートでも形成できる。

７は室内側の防塵フィルター、８は室外側の防塵フィルターで本体内や蓄熱交換器に埃が進入するのを阻止するもので細かな網などで形成されるが、吸気と排気を繰り返して換気する方法なので防塵フィルターには比較的に埃が付きにくい。９は換気扇全体を構成する取付枠、１０はモーターを取付枠に固定するためにモーターから放射状に設けられた支持脚である。また、１１はモーターの回転方向を所定の間隔で反転させる制御装置である。

呼吸によって新鮮な空気を肺に取入れているのと同じように、制御装置は送風機の送風方向を所定の周期で反転させて室内と室外の空気を入換えるように制御するものである。数秒から数十秒の間隔で反転を繰り返すことになるから、モーター回転方向の切換えには無接点の電子制御が望ましい。また、切換えの最適な間隔は蓄熱交換器の蓄熱容量や内外気温の温度差、設置部屋の大きさとの関係などによって異なる。また、外気の風圧を受けると吸気量と排気量が異なってくるから、それらのバランスを保ちながら呼吸するために反転の間隔を調整する必要がある。そのためには温度センサーによって蓄熱交換器の平均温度の変化を計測し、その結果に基づいて反転を制御する方法が理想的である。

冷房中の部屋で排気をしている状態を説明するに、仮に直前まで熱交換器が室外温度近くまで暖められていたとすると、排出する冷気によって蓄熱交換器は次第に冷やされ室内に近い側ほど低い温度分布となる。換言すれば交換器の持っていた蓄熱によって熱交換が行われ、排気は次第に暖められて室外へ排出されることになる。しかし、この状態を長く持続すると交換器の温度は全体が室内温度にほぼ等しい温度まで降下し、そのまま室外に排気されることになるから熱回収ができなくなる。つまり、持続時間を長くすると次第に熱交換量が低下する

次にこの状態から吸気に切り替えると、温度の高い室外の空気が交換器で冷やされて室内に取入れられることになる。交換器の温度分布は室外に近い側が高く、室内に近い側が低い分布になるが、長時間持続すると次第に温度差がなくなって全体が室外温度に近い温度になって熱交換ができなくなる。従って効率よく熱交換を行うには、蓄熱交換器が飽和温度つまり高温側の室外温度あるいは低音側の室内温度に達するまでの過程で吸気と排気の切換えを行うことが重要である。そのためには、室内側または室外側のいずれか高い方の温度まで上昇する過程と、室内側または室外側のいずれか低い方の温度まで降下する過程で、換気流の方向を吸気または排気に反転させるように制御することが制御装置に求められる。また、蓄熱交換器の温度を計測するためには温度センサー取付ける方法が考えられる。１２は蓄熱交換器の内部に固着した温度センサーである。

本発明による蓄熱型交換器と従来実用されている直交型熱交換器を比較すると、蓄熱型交換器の波板やライナーは蓄熱と熱交換にすべて有効に活用されるが、直交型熱交換器においては、図４に示すように積層されたライナーの表裏面で熱交換が行われるだけで、コルゲートされた波板は単にライナーとライナーの間隔を保つことと、吸気路と排気路を分離するためだけに使われるもので熱交換には寄与しない。むしろ吸排気流の空気抵抗を高めて性能低下の原因となるものである。これに対して蓄熱型交換器の波板は蓄熱量を多くするためにはピッチが細かい方がよく、また、ライナーは波板と波板の間隔を保つだけのものであるから、両者を一体に合わせて形成することができる。帯状の板に押出しで複数の突起を設け、巻き重ねた際に適当な間隔を保てるようにすれば、それだけで渦巻状の蓄熱交換器を形成することができる。

また、蓄熱交換器では温度差による熱交換のほかに、室内外に湿度差がある場合には湿度の交換も同時に行うことができる。例えば夏場の屋外の湿気は吸気の際に蓄熱交換器に結露するが、排気の際に乾いた室内空気で気化させて湿度交換を行うことになる。これに対して、直交型熱交換器では素材が金属やプラスチックの場合、結露するだけで湿度交換ができないから、湿度交換には透湿性のある紙などの繊維素材で形成しなければならない。また、基本的に直交型熱交換器では吸気路２１の長さと排気路２２の長さを同じにする必要があるから、部品の配置に制限を受けて構造が複雑になったり、全体が大型になる傾向がある。

以上のように本発明の蓄熱交換型換気扇は、基本的に肺が呼吸するのと同じ要領で
室内外の換気を行い、その呼吸の過程で室内外の温度差による熱を蓄えたり放出することで換気と熱交換を合わせて行うものである。なお、１個のモーターで前後に２個の蓄熱交換器と２個の送風羽根を配置する構造も考えられるが、図５は蓄熱交換器をドーナツ状に形成し、その中央の空間に送風機のモーター部分を収めるように形成した蓄熱交換型換気扇の断面図を示したもので、より小型化を図ることができる。

蓄熱交換型換気扇の断面図である。蓄熱交換器の正面図である。平らに展開した蓄熱交換器の構造図である。直交型熱交換器の斜視図である。ドーナツ型蓄熱交換器を使った蓄熱交換型換気扇の断面図である。

１、送風機
２、送風羽根
３、モーター
４、蓄熱交換器
５、波板
６、ライナー
７、防塵フィルターＡ
８、防塵フィルターＢ
９、取付枠
１０、支持脚
１１、制御装置
１２、温度センサー
１３、室内外を仕切る壁

Claims

室内外に換気する換気扇において、送風用の羽根とモーターからなる送風機と、換気流の通路に設置した室内外空気の温度差で生ずる熱を蓄えるための蓄熱交換器と、この送風機の送風方向を吸気と排気に所定の間隔で自動的に切換える制御装置を備えたことを特徴とする蓄熱交換型換気扇。
換気流によって蓄熱交換器の平均温度が、室内側または室外側のいずれか高い方の温度まで上昇する過程と、室内側または室外側のいずれか低い方の温度まで降下する過程で、換気流の方向を吸気または排気に反転させる制御装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱交換型換気扇。