JP2018017461A

JP2018017461A - 熱交換形換気装置

Info

Publication number: JP2018017461A
Application number: JP2016148149A
Authority: JP
Inventors: 将秀福本; Masahide Fukumoto
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-02-01

Abstract

【課題】本発明は、熱交換形換気装置において、安定した給気風量と排気風量を確保させつつ高い熱回収効果で換気運転を実現することを目的とする。【解決手段】熱交換形換気装置２は、室外吸込口１３と室内吹出口１５を連通する給気風路と室内吸込口１６と室外吹出口１７を連通する排気風路と、給気風路内の空気と排気風路内の空気の熱を交換する円筒型の伝熱板６と、円筒型の伝熱板６の内部にはシャフト８を接続するボス９と、シャフト８を軸として回転するモータ７と、前記ボスに固定されるとともに伝熱板６の内周と接触する複数の内羽根１０と、伝熱板６の外周に複数の外羽根１１とを備える構成とした。【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換形換気装置に関するものである。

近年、地球温暖化にともなって居住分野の省エネが重視されるようになってきた。住宅の消費エネルギーの中では給湯、照明、空調、換気の消費エネルギーが比較的大きいため、これらの消費エネルギーを低減する技術が切に望まれている。

この中で住宅の空調負荷に着目すると、住宅の躯体から逃げる熱（冷房の場合は冷熱）と換気によって逃げる熱がある。住宅の躯体から逃げる熱は、ここ数十年での住宅の断熱、気密性能の大幅な向上により、かなり低減されるようになってきた。一方、換気によって逃げる熱を低減させるには、排気流と給気流の間で熱交換を行う熱交換形換気装置が有効である。熱交換素子は熱交換形換気装置の内部で排気流と給気流の間で熱交換を行うものである。

特に、空調エネルギー低減のニーズは室内と室外の温度差の大きい寒冷地域で特に熱回収効果が高いが、日本住宅の地域区分６（東京など）に属する温暖地域では、熱回収効果が小さくなり、熱回収効果を熱交換形換気装置の消費電力が相殺する課題があった。これは熱交換形換気装置を天井裏などに配置させ、各居室に空気を分配させるためダクトを取り回す必要があり、ダクト内を送風するために必要な換気の動力が消費電力の負荷となるためである。

これらの課題に対して、熱交換形換気装置の各居室に取り回すダクトにかかる電力負荷を軽減するために、熱交換形換気装置を壁に埋め込みダクトレスで熱回収をしつつ換気する検討がなされてきた。（例えば、特許文献１参照）。

これらを実現するために、この種の熱交換形換気装置は、以下のような構成となっていた。

図４に示すように、壁等の仕切り部材を貫通させて設けられ、給気風路１０１と排気風路１０２との両空間を熱交換機能がある仕切板１０３で仕切られており、排気風路１０２には排気用ファン１０４が備えられている。排気用ファン１０４が動作すると排気流が動作する一方で、室内が負圧となるため給気風路には給気流が生じ、排気流と給気流が仕切板１０３を介して熱交換するようになっている。

特開２００４−３０１３８３号公報

このような従来の熱交換形換気装置は、排気は排気用ファンを用いた機械換気であるが、給気は機械換気ではなく室内が負圧となるために生じる自然換気となる。自然換気は機械換気と比較すると動力が小さいため、給気風量が少ないという課題があった。

加えて、給気風量が少ないため給気流と排気流が十分に熱交換できず熱回収効果が低いという課題もあった。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、安定した給気風量と排気風量を確保させつつ熱回収効果の高い換気運転を実現することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、室外吸込口と室内吹出口を連通する給気風路と室内吸込口と室外吹出口を連通する排気風路と、前記給気風路内の空気と前記排気風路内の空気の熱を交換する円筒型の伝熱板と、円筒型の前記伝熱板の内部にはシャフトを接続できるボスと、前記シャフトを軸として回転するモータと、前記ボスに固定されるとともに前記伝熱板の内周に接触する複数の内羽根と、前記伝熱板の外周に複数の外羽根とを備えたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、室外給気口と室内吹出口を連通する給気風路と室内給気口と室外吹出口を連通する排気風路と、前記給気風路内の空気と前記排気風路内の空気の熱を交換する円筒型の伝熱板と、円筒型の前記伝熱板の内部にはシャフトを接続できるボスと、前記シャフトを軸として回転するモータと、前記ボスに固定されるとともに前記伝熱板の内周に接触する複数の内羽根と、前記伝熱板の外周に複数の外羽根とを備えたものであり、安定した給気風量と排気風量を確保させつつ熱回収効果の高い換気運転を実現できるものである。

すなわち、本発明によれば、前記モータが回転することで、前記内羽根が給気流を発生させ、前記外羽根が排気流を発生させるため、安定した給気風量と排気風量を確保することができる。さらに、発生した給気流と排気流は前記伝熱板で仕切られているため、給気流と排気流の温度差によって熱交換が促進される。加えて、給気流と排気流は対向流であるため熱交換効率を向上できるので、結果として、安定した給気風量と排気風量を確保させつつ高い熱回収効果で換気運転を行う熱交換形換気装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１にかかる熱交換形換気装置の設置例を示す概略平面図同熱交換形換気装置の断面を示す断面を示す図同熱交換形換気装置を分解した斜視図従来の熱交換素子の外観を示す斜視図

本発明の請求項１記載の熱交換形換気装置は、室外吸込口と室内吹出口を連通する給気風路と室内吸込口と室外吹出口を連通する排気風路と、前記給気風路内の空気と前記排気風路内の空気の熱を交換する円筒型の伝熱板と、円筒型の前記伝熱板の内部にはシャフトを接続できるボスと、前記シャフトを軸として回転するモータと、前記ボスに固定されるとともに前記伝熱板の内周に接触する複数の内羽根と、前記伝熱板の外周に複数の外羽根とを備えた構成を有する。これにより、前記モータが回転することで、前記内羽根が給気流を発生させ、前記外羽根が排気流を発生させるため、安定した給気風量と排気風量を確保することができる。さらに、発生した給気流と排気流は前記伝熱板で仕切られているため、給気流と排気流の温度差によって熱交換が促進される。加えて、給気流と排気流は対向流であるため熱交換効率を向上できるので、安定した給気風量と排気風量を確保させつつ高い熱回収効果で換気運転を実現できるという効果を奏する。

また、前記内羽根が回転方向に円弧状に湾曲する構成としてもよい。これにより、前記内羽根が円弧上に曲げられているので、前記モータが回転するときに空気が前記内羽根から遠心力を受けて、径方向に気流を発生させることができる。そのため前記伝熱板近傍を通過する気流を増やすことができるため、熱伝達率を向上させることできるので、高い熱回収効果で換気運転を実現できるという効果を奏する。

また、前記外羽根の前記排気風路の下流側に遠心ブレードを備えた構成としてもよい。これにより、前記モータが回転することで前記遠心ブレードが高い圧力を生み出すことができるため、圧力損失が高い風路でも風を流通させることができる。そのため、排気風路を狭くして、給気風路を広く確保することができるので、安定した給気風量と排気風量を確保させつつ高い熱回収効果で換気運転を実現できるという効果を奏する。

また、シャフトの軸が排気流方向に向かって下り傾斜に配置される構成としてもよい。これにより、給気流と排気流のうち、一方の気流が高温多湿でもう一方の気流が低温低湿の場合、前記伝熱板を介して熱交換すると、高温多湿側の気流が結露するが、結露水は排気流方向に向かって下りの勾配を持つため、結露水を屋外へと排水することができる。そのため、結露する環境においても、換気扇を停止させることなく連続で換気運転できるので、安定した給気風量と排気風量を確保させつつ高い熱回収効果で換気運転を実現できるという効果を奏する。

また、前記伝熱板の素材が熱伝導性の高い金属または樹脂としてもよい。これにより、前記伝熱板の熱伝導率を向上できるので、高い熱回収効果で換気運転を実現できるという効果を奏する。

また、前記内羽根と前記外羽根の素材が熱伝導性の高い金属または樹脂としてもよい。これにより、前記内羽根と前記外羽根の熱伝導率を向上でき、前記内羽根や前記外羽根を介して熱を伝達できるので、高い熱回収効果で換気運転を実現できるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）図１において、家の壁面１に熱交換形換気装置２が設置されている。

例として日本の冬季を挙げると、屋内の空気（以下、屋内空気という）を、黒色矢印のごとく、熱交換形換気装置２を介して屋外に放出する。

また、屋外の空気（以下、屋外空気という）は、白色矢印のごとく、熱交換形換気装置２を介して室内にとり入れる。

そして、このことにより換気を行うとともに、この換気時に、放出する屋内空気の熱を室内に取り入れる屋外空気へと伝達し、不用な熱の放出を抑制しているのである。従来ある熱交換できる換気装置として、天井裏に埋め込む方式の換気扇が知られているが、そのような天井埋込型の換気扇にかかる構成は、各居室に空気を分配させるためダクトを取り回す必要があるため大型となり、設置が困難であるという課題を有していた。

そこで、本実施の形態では、熱交換形換気装置２は図２に示すように、壁を貫通させたダクト３内に設けられている。ダクト３のサイズに法規制はないが、一般的な壁面に埋め込むダクト３の径はΦ１００〜１５０ｍｍ程度であり、この一般的なサイズのダクト３に収めることができる熱交換形換気装置２が望ましい。熱交換形換気装置２には、屋外空気が室内へと通風する給気風路４と屋内空気が室外へと通風する排気風路５とを仕切るように円筒状の伝熱板６が備えられている。この円筒形の伝熱板６の内部には、伝熱板６を回転させるためのモータ７と、モータ７にシャフト８を介して接続するボス９と、ボス９に固定され円筒形の伝熱板６の内周に接触して固定された内羽根１０が備えられている。また、円筒形の伝熱板６の外周には外羽根１１が備えられている。そこで、内羽根１０は一定方向に傾斜させておりモータ７が駆動することでモータ７にシャフト８を介して接続されたボス９を通じて回転することによって給気流を発生させ、屋外側のダクト３の周囲に設けた屋外フード１２の室外吸込口１３から屋外空気を吸い込み、吸い込んだ屋外空気は円筒形の伝熱板６の内側の給気風路４内を通り、室内側のダクト３の周囲に設けた室内化粧パネル１４の室内吹出口１５へと吹出す。さらに、外羽根１１は内羽根１０と逆方向に傾斜させることで、円筒形の伝熱板６の外周に設けた外羽根１１が回転することにより排気流を給気流の逆方向に発生させ、屋内空気を室内化粧パネル１４の室内吸込口１６から吸い込み、吸い込んだ屋内空気は円筒形の伝熱板６の外周の排気風路５内を通り、屋外フード１２の室外吹出口１７へと吹出す構成となっている。この構成により、発生した給気流と排気流は温度差によって伝熱板６を介して熱交換が促進される。さらに、給気流と排気流は対向流であるため熱交換効率を向上できる。これにより、内羽根１０により安定した給気風量と外羽根１１により安定した排気風量を確保させつつ、高い熱回収効果で換気運転を実現できるという効果を奏する。

また、室外吸込口１３と室外吹出口１７のそれぞれの面は、同じ面上にない構成にしてもよい。すなわち、室外吸込口１３と室外吹出口１７はできるだけ離す構成にしてもよい。この構成にすることで、室外へと吹出した排気を室内へと吸込む、いわゆるショートサーキットを抑制することができ、換気効率を高くすることができる。

なお、室内吹出口１５と室内吸込口１６のそれぞれの面は、同じ面上にない構成にしてもよい。すなわち、室内吹出口１５と室内吸込口１６はできるだけ離す構成にしてもよい。この構成にすることで、室内へと吹出した新鮮な給気を室内に循環することなく室外へと吹出す、いわゆるショートサーキットを抑制することができ、換気効率を高くすることができる。

また、内羽根１０が回転方向に円弧状に湾曲する構成としてもよい。この構成により、モータ７が回転するときに空気が内羽根１０から圧力を受けて、軸方向に気流を発生させることができるが、内羽根１０が回転方向に円弧状となっている給気流が径方向に押し出させる気流を発生させることができる。そのため、伝熱板６近傍を通過する気流を増やすことができるため、熱伝達率を向上させることができる。これにより高い熱回収効果で換気運転を実現できるという効果を奏する。

また、図３に示すように外羽根１１のうち排気流の下流側に遠心ブレード１８を備えた構成としてもよい。この構成により、モータ７が回転することで遠心ブレード１８が高い圧力を生み出すことができるため、ダクト３内の排気風路の圧力損失が高い場合でも安定した排気風量を確保することができる。そのため、排気風路を狭くして、給気風路を広く確保できるので、安定した給気風量と排気風量を確保させつつ高い熱回収効果で換気運転を実現できるという効果を奏する。

なお、屋外フード１２が遠心ブレード１８の外周にケーシング（図示なし）を備えてもよい。この構成により、さらに遠心ブレード１８が高い圧力を生み出すことができるため、安定した排気風量を確保することができる。

また、シャフト８の軸が排気流方向に向かって下り傾斜に配置される構成としてもよい。この構成により、例えば冬の場合、屋内空気は暖かく湿っており、屋外空気は冷たく乾燥している。その屋内空気と屋外空気が伝熱板６を介して熱交換すると、屋内空気は冷却されて結露する恐れが有る。しかし、シャフト８の軸が排気流方向に向かって下り傾斜に配置されるため、結露水を屋外へと排水することができる。そのため、結露する環境においても、換気扇を停止させることなく連続で換気運転できるので、安定した給気風量と排気風量を確保させつつ高い熱回収効果で換気運転を実現できるという効果を奏する。

なお、屋外フード１２に結露水を排水するドレン口（図示なし）を備えてもよい。こうすることで、発生した結露水は、屋外フード内に溜まることなく屋外へ排水することができる。

また、伝熱板６の素材が熱伝導性の高い金属または樹脂としてもよい。これにより、伝熱板６の熱伝導率を向上できるので、高い熱回収効果で換気運転を実現できるという効果を奏する。たとえば、金属ではアルミが軽量であり安価な素材としてよく、樹脂では熱伝導性の高い材料をフィラとして配合されたものがよい。

また、内羽根１０と外羽根１１の素材が熱伝導性の高い金属または樹脂としてもよい。これにより、内羽根１０と外羽根１１の熱伝導率を向上でき、内羽根１０や外羽根１１を介して熱を伝達できるので、高い熱回収効果で換気運転を実現できるという効果を奏する。たとえば伝熱板６と同様に、金属ではアルミが軽量であり安価な素材としてよく、樹脂では熱伝導性の高い材料をフィラとして配合されたものがよい。

本発明にかかる熱交換形換気装置は、室外吸込口と室内吹出口を連通する給気風路と室内吸込口と室外吹出口を連通する排気風路と、前記給気風路内の空気と前記排気風路内の空気の熱を交換する円筒型の伝熱板と、円筒型の前記伝熱板の内部にシャフトを接続するボスと、前記シャフトを軸として回転するモータと、前記ボスに固定されるとともに前記伝熱板に接触する複数の内羽根と、前記伝熱板の外周に複数の外羽根とを備えたものであり、安定した給気風量と排気風量を確保させつつ熱回収効果の高い換気運転を可能とするものである。

その結果、熱交換形換気装置として有用である。

１家の壁面
２熱交換形換気装置
３ダクト
４給気風路
５排気風路
６伝熱板
７モータ
８シャフト
９ボス
１０内羽根
１１外羽根
１２屋外フード
１３室外吸込口
１４室内化粧パネル
１５室内吹出口
１６室内吸込口
１７室外吹出口
１８遠心ブレード

Claims

室外吸込口と室内吹出口を連通する給気風路と室内吸込口と室外吹出口を連通する排気風路と、前記給気風路内の空気と前記排気風路内の空気の熱を交換する円筒型の伝熱板と、円筒型の前記伝熱板の内部にシャフトを接続するボスと、前記シャフトを軸として回転するモータと、前記ボスに固定されるとともに前記伝熱板に接触する複数の内羽根と、前記伝熱板の外周に複数の外羽根とを備えることを特徴とする熱交換形換気装置。
前記内羽根が回転方向に円弧状に湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換形換気装置。
前記外羽根の前記排気風路の下流側に遠心ブレードを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換形換気装置。
前記シャフトの軸が排気流方向に向かって下り傾斜に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱交換形換気装置。
前記伝熱板の素材が熱伝導性の高い金属または樹脂であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱交換形換気装置。
前記内羽根と前記外羽根の素材が熱伝導性の高い金属または樹脂であることを特徴とする請求項１から５のいずれかにに記載の熱交換形換気装置。