JP3791286B2 - Ventilator with heat exchanger - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、室外空気と室内空気を使用する熱交換器付換気装置に関するものであり、特に、熱交換器の凍結を防止するための技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図9は、特公平3−50180号公報に記載された従来の熱交換器付換気装置の構成図である。
【0003】
図9中、101は室内空気と室外空気とを使用する換気装置としての本体、102は本体101の外箱、102aは外箱の側面に設けられた外気の吸込口、102bは同じく吹出口、102cは同じく室内空気の吸込口、102dは同じく吹出口である。103は外箱102内に収納された熱交換器であり、図10の熱交換器の斜視図のように、多数の波形板103aと伝熱性、または通湿性と伝熱性をあわせもつ多数の平板103bとを交互に積層し、かつ波形板103aは交互にその波形成形方向を90度変えて積層形成されている。104は熱交換器103の供給空気の流入側に設けられたエアフィルタ、105は同じく排気空気の流入側に設けられたエアフィルタ、106は給気送風機、107は同じく排気送風機、Aは給気流、Bは排気流を示す。
【0004】
このような、熱交換器付換気装置では、外気は気流Aに示すように、給気送風機106の回転により、吸込口102aから吸込まれ、エアフィルタ104および熱交換器103を通り、吹出口102bから室内へ吹き出される。また、室内空気は気流Bで示すように、排気送風機107により吸込口102cから吸い込まれ、エアフィルタ105および熱交換器103を通り、吹出し口102dから室外へ吹出される。
【0005】
しかし、このような従来の熱交換器付換気装置は、排気気流Bは熱交換器103の流入部に近い部分103aで、給気流Aによって冷却されるため、結露、結霜又は結氷が生じて熱交換器103は目詰まりし、排気流Bはその近傍では流れなくなるという現象が発生する。さらに、その結果、部分103aの近傍は熱交換をしなくなるので、次はその隣接部分103b近傍が給気流Aで冷却され、結氷を生じるようになり、このまま運転を続行するとついには熱交換器の全面が凍結し、排気及び熱交換が行なわれなくなるという問題があった。
【0006】
また、従来は、このような問題を解決する技術として、凍結防止装置を熱交換器付換気装置に取り付けて運転させるというものがあった。
【0007】
図11・図12・図13は、同じく特公平3−50180号公報に記載され従来の凍結防止装置、およびこの凍結防止装置を熱交換器付換気装置に取り付けた状態での構成を示す図である。
【0008】
図11・図12・図13中、109は本体101の吸込側に配置された箱体で、内部に空気流路が形成されている。109aは箱体109に設けられた外気に開口する低温空気導入口、109bは同じく室内側に開口する高温空気導入口、109cは空気導出口で、本体101の吸込口102aに接続されている。110は箱体109に設けられた空気導入口109a、109bを開閉するダンパ、111は箱体109の空気導出口109c近傍に設けられた加熱子である。117はダンパ110の駆動装置である。
【0009】
このように構成された熱交換器付換気装置の凍結防止装置では、通常は図12に示すように、ダンパ110は低温空気導入口109aを開放し、高温空気導入口109bを閉塞している。したがって低温空気は気流Aで示すように、低温空気導入口109aから箱体109に入り、空気導出口109cから吸込口102aをとおって本体101に供給される。
【0010】
また、低温空気温度が低く、熱交換器103に結氷が生じたときは、ダンパ110は回動し、図13に示すように低温空気導入口109aは閉塞され、高温空気導入口109bは開放される。同時に、加熱子111に通電される。このことにより、高温空気は高温空気導入口109bから箱体109に入り、加熱子111で加熱されて空気導出口109cから本体101の低温側流路に供給される。この結果、熱交換器103の通常低温空気が流れていた流路を高温空気が流れることになり、高温側流路に生じた結氷は融解される。結氷融解後はダンパ110は逆方向に回動して図11、図12の状態となり、同時に加熱子111への通電も断たれる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、熱交換器の凍結を防止するために、図11・図12・図13に示すような従来の凍結防止装置を使用した場合、効果は非常に高くなるが、デフロフト運転後の通常運転時に融解した結露水が再び取り入れた低温の外気により熱交換され、冷やされた排気により熱交換器の内部および表面で再結氷をおこしており、デフロフト効果を十分に生かす事が出来ないという問題があった。
【0012】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、第1の目的は、冷やされた排気空気による排水の結氷を防止し、デフロフト効果を高めることができる熱交換器付換気装置を提供することである。
また、第2の目的は、デフロフト後の結露水を速やかに除去できる熱交換器付換気装置を提供することである。
さらに、第3の目的は、デフロフト効果を高めつつ、風路構成部材による圧力損失を低下させ、さらに風路構成部材に付着した水の速やかに除去できる熱交換器付換気装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる熱交換器付換気装置は、箱体と、箱体に設けられた外気の吸い込み口と、外気の吹き出し口と、室内気の吸い込み口と、室内気の吹き出し口と、外気が通過する第1の通路および、第1の通路と交差するように形成され、室内気が通過する第2の通路とを有する熱交換器とを備え、第2の通路を通過した室内気の気流が放出される熱交換器の排気面に、排気される気流を、その温度分布に従って複数の気流に分離する気流分離手段を設けたものとした。
【0014】
さらに、気流分離手段は薄い板状部材を有し、この板状部材は第2の通路の方向に沿うように、かつ、第1の通路の方向にほぼ垂直となるような向きで配置されているものとした。
【0015】
さらに、気流分離手段は複数の板状部材を有し、個々の板状部材は第2の通路の方向に沿うように、かつ、第1の通路の方向にほぼ垂直となるような向きで配置されているものとした。
【0016】
さらに、板状部材の表面に、複数のスリットを設けたものとした。
【0017】
さらに、熱交換器は六面体をしており、板状部材は、一辺の長さが室内気の排気面の角寸法とほぼ同じであり、他の一辺の長さが前記角寸法の1/2である長方形の面を有しているものとした。
【0018】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における熱交換器付換気装置の構成図である。
図1中、1は室内空気と室外空気とを使用する換気装置としての本体、2は本体1の外箱、2aは外箱の側面に設けられた外気の吸込口、2bは同じく吹出口、2cは同じく室内空気の吸込口、2dは同じく吹出口、3は外箱2内に収納された熱交換器、4は熱交換器3に設けられた気流分離ボード、5は給気送風機、6は同じく排気送風機、A・A’は給気流、B・B’は排気流を示す。なお、気流分離ボード4は、熱交換器4の排気面に垂直に、気流の流れにそうように配置されている。
【0019】
図2は、図1における熱交換器3の斜視図である。
図2に示すように、熱交換器3は、積層構造の六面体構造をしており、伝熱性と通湿性とを有する薄肉の仕切部材11に間隔保持部材12を挟んで所定の間隔を作り、これを複数層に重ね合わせ接着した構成となっている。また、熱交換器3を構成している仕切部材11は正方形や菱形の平板として構成され、間隔保持部材12は投影平面形状が仕切部材11に一致する鋸波状又は正弦波状の波形を成形した波板に形成されている。この間隔保持部材12を仕切部材11の間にその波の目の方向を交互に90度又はそれに近い角度を持たせて挟着することで、気流(イ)と気流(ロ)を通す流体通路13と流体通路14がこれらの各層間に一層おきに構成されることになる。
【0020】
図3は、この仕切部材11部分の詳細を示す斜視図である。
図3に示すように、一枚の仕切部材11の片面に間隔保持部材12を接着したことで熱交換器構成部材15が構成され、さらに、熱交換器構成部材15には、片面に空気遮蔽機能を有する透湿膜16を作成し、その上に、間隔保持部材12をコルゲート加工により接着することにより連続的に作られる。
【0021】
図4は、気流分離ボード4を敷設した場合の熱交換器3の斜視図である。
デフロスト運転が必要となる冬期において室内から排気される排気流は、図示の矢印Bのように熱交換器3には給気面3aからに入り、矢印B’のように排気面3bから出て行く。また、室外から吸気される給気流は、図示の矢印Aのように熱交換器3に給気面3cから入り、図示の矢印A’のように排気面3dから出て行く。これにより、熱交換器3内部で、排気流から給気流への熱伝導が行なわれる。
【0022】
また、外気温がマイナス温度まで低下するような条件下においては排気流は低温の給気流によって熱交換器内で冷やされ露点温度以下に低下すると結露を引き起こす。このような場合に、運転を続けると、やがて熱交換器3の目詰まりが発生し排気流量が減少するので、デフロスト運転が行なわれる。なお、デフロスト運転としては、例えば、外気温が-10℃以下に低下すると給気用送風機5を5分から15分程度停止させ給気流をストップさせることにより、排気流の熱で熱交換器の結氷を融かす運転を行い、その後、通常運転を一時間程度おこなうのを一サイクルとして外気温が一定温度に上昇するまで繰り返しするものがある。また、その他にも、給気送風機5をそのまま運転させ、給気流の変わりに室内空気を取り込み循環運転させる運転、例えば、外気温が-10℃以下に低下すると給気用送風機5をそのまま運転させ、給気ダクトの途中に設けたダンパーを切り替え5分から15分程度給気気流パスに室内空気を取り込み室内循環運転させるデフロフト運転により、室内気流循環の熱と排気気流の熱で熱交換器の結氷を融かす運転を行い、その後、ダンパーを切り替え通常運転を一定時間行うのを一サイクルとして外気温が一定温度に上昇するまで繰り返しするものもある。
【0023】
デフロスト運転中は、熱交換器3より排出される結露水は熱交換器3の排気流吹出し面3bより出てくるが、非混合直交流型熱交換器である熱交換器3の場合、排気流B’は図5に示すような温度分布をもって熱交換器3より排気される。
すなはち、排気面3bから排出される排気流B’の温度は、室外から吸気される給気流が給気される給気面3cに近づくにつれて温度が低くなっている。
【0024】
その後、排気面3bから排出された排気流B’は、気流分離ボード4により、幾つかの気流に分離され、温度分布を維持したまま排気送風機6により排気される。
【0025】
従来のような気流分離ボードが存在しない熱交換器付換気装置では、デフロスト運転がおこなわれ融解したデフロスト水が熱交換器3の排気面3bより排出される際、デフロスト水は排気面3bで表面張力によりすばやく滴下しない場合が多く、その際、温度分布をもって吹出された排気流B’が熱交換器より排出されてその場で混合される。すると、比較的暖かい排気流部分も、冷たい排気流部分が回り込んで冷やされ、図5中の3イ部分はもとより、比較的高温で吹出す3ロ部分においても熱交換器表面に存在する結露水を冷却し、熱交換器の表面において全面で再氷結することがあった。しかし、気流分離ボード4を設置したことで、冷たい排気流B’が回りこんで再び熱交換器3を冷やすことはなく、熱交換器3の表面に存在する水滴が排気流B’の低温側空気によって再度、冷やされ結氷することを防止することができ、排気風量の低下を防止しデフロスト効果を高めることができる。
【0026】
なお、この気流分離ボード4の気流が流れる表面にフッ素やシリコン系の撥水剤を塗布して撥水処理してもよい。これにより、気流分離ボード4に水滴等が付着し氷結することが防止でき、気流の流れを安定させることができる。また、気流分離ボード4は、断熱性のある樹脂等の部材で構成することが好ましい。
【0027】
実施の形態2.
図6は、この発明の実施の形態2における熱交換器付換気装置を示す構成図であり、図1の熱交換器付換気装置において、気流分離ボードを複数配置するようにしたものである。なお、図1に記載したものと同一および相対する部分には、同一の符号を付す。
【0028】
図6中、熱交換器3の排気面3bには、3枚の気流分離ボードが、排気面3bに垂直に配置されている。これにより、排気流B’の分離をさらに細かくでき、温度分布の維持機能が上がるので、排気風量の低下を防止しデフロスト効果を高めることができる。
【0029】
実施の形態3.
図7は、この発明の実施の形態3における熱交換器付換気装置を示す構成図であり、図1の熱交換器付換気装置において、気流分離ボードの表面にスリットおよび孔を複数設けたものである。なお、図1に記載したものと同一および相対する部分には、同一の符号を付す。
【0030】
図7中、4aは表面に複数のスリットおよび孔を設けた気流分離ボードである。また、7は、気流分離ボードの下に設置した、結露水を受けるドレンパンである。このように、気流分離ボード4aの表面に複数のスリットおよび孔を設けたことで結露水が気流分離ボード4a上からすばやく排出させることができ、さらに、気流分離ボード4aの先端から結露水を排出しなくなるので、気流分離ボード4aの下に設置されるドレンパンを小さくできる。
【0031】
実施の形態4.
図8は、この発明の実施の形態4における熱交換器付換気装置を示す構成図であり、図1の熱交換器付換気装置において、気流分離ボードの長さを、熱交換器の角寸法aの1/2以上にするものである。なお、図1に記載したものと同一および相対する部分には、同一の符号を付す。
【0032】
図8中、4bは気流分離ボードであり、気流が流れる面方向の寸法は、熱交換器の角寸法の1/2となっている。気流分離ボードの気流が流れる面方向長さは、その下にドレンパンを設置させなければならないことを考えた場合、必要以上に長くするのは装置自体の大型化を招く。しかし、あまりにも短いと、排気流B’が周りこんでしまい、温度分布を維持することができなくなる。よって、この両方を考えた場合に、熱交換器3の角寸法の1/2の長さ程度であれば気流分離の効果があり、妥当であると考えられる。
【0033】
【発明の効果】
この発明により、熱交換器の表面に存在する水滴が排気流の低温側空気によって再度冷やされ、結氷することを防止することができ、排気風量の低下を防止しデフロスト効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1における熱交換器付換気装置の構成図である。
【図2】 熱交換器の斜視図である。
【図3】 仕切り部材の斜視図である。
【図4】 熱交換器の斜視図である。
【図5】 排気流の温度分布を示す図である。
【図6】 実施の形態2における熱交換器付換気装置の構成図である。
【図7】 実施の形態3における熱交換器付換気装置の構成図である。
【図8】 実施の形態3における熱交換器付換気装置の構成図である。
【図9】 従来の熱交換器付換気装置の構成図である。
【図10】 熱交換器の斜視図である。
【図11】 従来の凍結防止装置の構成図である。
【図12】 従来の凍結防止装置を付けた熱交換器付換気装置の構成図である。
【図13】 従来の凍結防止装置を付けた熱交換器付換気装置の構成図である。
【符号の説明】
1 本体、 2 外箱、 2a 外気の吸込口、 2b 外気の吹出口、
2c 室内空気の吸込口、 2d 室内空気の吹出口、 3 熱交換器、
4 気流分離ボード、 5 給気送風機、 6 排気送風機、
7 ドレンバン、 11 仕切部材、 12 間隔保持部材、
13 流体通路、 14 流体通路、 15 熱交換器構成部材、
16 透湿膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ventilator with a heat exchanger that uses outdoor air and room air, and more particularly to a technique for preventing the heat exchanger from freezing.
[0002]
[Prior art]
FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional ventilator with a heat exchanger described in Japanese Patent Publication No. 3-50180.
[0003]
In FIG. 9, 101 is a main body as a ventilation device using indoor air and outdoor air, 102 is an outer box of the
[0004]
In such a ventilator with a heat exchanger, as shown in the airflow A, the outside air is sucked in from the
[0005]
However, in such a conventional ventilator with a heat exchanger, the exhaust air flow B is cooled by the air supply air A at the
[0006]
Conventionally, as a technique for solving such a problem, there has been a technique in which an antifreezing device is attached to a ventilator with a heat exchanger and operated.
[0007]
11, 12, and 13 are diagrams showing a configuration of a conventional anti-freezing device described in Japanese Patent Publication No. 3-50180 and a state in which the anti-freezing device is attached to a ventilation device with a heat exchanger. is there.
[0008]
11, 12, and 13,
[0009]
In the freeze prevention device for a ventilator with a heat exchanger configured as described above, the
[0010]
When the low temperature air temperature is low and icing occurs in the
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to prevent the heat exchanger from freezing, when the conventional anti-freezing device as shown in FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13 is used, the effect is very high, but during normal operation after defloft operation. The melted condensed water is heat-exchanged by the low-temperature outside air that has been taken in again, and the chilled exhaust air re-condenses inside and on the surface of the heat exchanger, making it impossible to fully utilize the defloft effect. It was.
[0012]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and a first object thereof is to provide a heat exchanger that can prevent icing of drainage due to cooled exhaust air and enhance a defloft effect. It is to provide a ventilation device.
Moreover, the 2nd objective is to provide the ventilator with a heat exchanger which can remove rapidly the dew condensation water after a defloft.
Furthermore, the third object is to provide a ventilator with a heat exchanger capable of reducing the pressure loss due to the airway constituent member while increasing the defloft effect and further quickly removing water adhering to the airway constituent member. is there.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A ventilator with a heat exchanger according to the present invention includes a box, an outside air inlet provided in the box, an outside air outlet, an indoor air inlet, an indoor air outlet, and an outside air A heat exchanger having a first passage passing therethrough and a second passage formed so as to intersect with the first passage and through which room air passes, and the air flow of the room air passing through the second passage An airflow separation means for separating the exhausted airflow into a plurality of airflows according to the temperature distribution is provided on the exhaust surface of the heat exchanger from which the air is discharged.
[0014]
Further, the airflow separating means has a thin plate-like member, and this plate-like member is arranged so as to be along the direction of the second passage and substantially perpendicular to the direction of the first passage. It was supposed to be.
[0015]
Further, the airflow separating means has a plurality of plate-like members, and the individual plate-like members are arranged so as to be along the direction of the second passage and substantially perpendicular to the direction of the first passage. It was supposed to be.
[0016]
Furthermore, a plurality of slits were provided on the surface of the plate member.
[0017]
Further, the heat exchanger has a hexahedron, and the plate-like member has a side length substantially the same as the angular dimension of the exhaust surface of the room air, and the other side length is ½ of the angular dimension. It was assumed to have a rectangular surface.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 is a configuration diagram of a ventilator with a heat exchanger according to
In FIG. 1, 1 is a main body as a ventilator that uses indoor air and outdoor air, 2 is an outer box of the
[0019]
FIG. 2 is a perspective view of the
As shown in FIG. 2, the
[0020]
FIG. 3 is a perspective view showing details of the
As shown in FIG. 3, a
[0021]
FIG. 4 is a perspective view of the
In the winter season when defrost operation is required, the exhaust flow exhausted from the room enters the
[0022]
Also, under conditions where the outside air temperature decreases to a minus temperature, the exhaust flow is cooled in the heat exchanger by a low-temperature air flow and causes condensation when it falls below the dew point temperature. In such a case, if the operation is continued, the
[0023]
During the defrost operation, the condensed water discharged from the
In other words, the temperature of the exhaust flow B ′ discharged from the exhaust surface 3b becomes lower as the supplied airflow sucked from the outdoor side approaches the supplied
[0024]
Thereafter, the exhaust flow B ′ discharged from the exhaust surface 3b is separated into several air flows by the air
[0025]
In a ventilator with a heat exchanger that does not have an airflow separation board as in the prior art, when defrosted operation is performed and molten defrost water is discharged from the exhaust surface 3b of the
[0026]
The
[0027]
FIG. 6 is a configuration diagram showing a heat exchanger-equipped ventilator according to
[0028]
In FIG. 6, on the exhaust surface 3b of the
[0029]
7 is a block diagram showing a ventilator with a heat exchanger according to
[0030]
In FIG. 7, 4a is an airflow separation board having a plurality of slits and holes on the surface.
[0031]
FIG. 8 is a configuration diagram showing a ventilator with a heat exchanger according to
[0032]
In FIG. 8, 4b is an airflow separation board, and the dimension of the surface direction through which the airflow flows is ½ of the angular dimension of the heat exchanger. In consideration of the fact that a drain pan must be installed below the airflow separation board, the length of the airflow separation board that is longer than necessary causes the apparatus itself to become larger. However, if it is too short, the exhaust flow B ′ will circulate and the temperature distribution cannot be maintained. Therefore, when both are considered, if the length is about ½ of the angular dimension of the
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to prevent water droplets present on the surface of the heat exchanger from being cooled again by the low-temperature side air of the exhaust flow and freeze, and to prevent a reduction in the amount of exhaust air and enhance the defrost effect.
[Brief description of the drawings]
1 is a configuration diagram of a ventilator with a heat exchanger in
FIG. 2 is a perspective view of a heat exchanger.
FIG. 3 is a perspective view of a partition member.
FIG. 4 is a perspective view of a heat exchanger.
FIG. 5 is a view showing a temperature distribution of an exhaust flow.
6 is a configuration diagram of a ventilator with a heat exchanger in
7 is a configuration diagram of a ventilator with a heat exchanger according to
FIG. 8 is a configuration diagram of a ventilator with a heat exchanger in a third embodiment.
FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional ventilation device with a heat exchanger.
FIG. 10 is a perspective view of a heat exchanger.
FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional freeze prevention device.
FIG. 12 is a configuration diagram of a ventilator with a heat exchanger equipped with a conventional freeze prevention device.
FIG. 13 is a configuration diagram of a ventilator with a heat exchanger equipped with a conventional freeze prevention device.
[Explanation of symbols]
1 body, 2 outer box, 2a outside air inlet, 2b outside air outlet,
2c Indoor air inlet, 2d Indoor air outlet, 3 Heat exchanger,
4 Airflow separation board, 5 Air supply blower, 6 Exhaust blower,
7 Drain van, 11 Partition member, 12 Spacing member,
13 fluid passage, 14 fluid passage, 15 heat exchanger component,
16 Moisture permeable membrane
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