JP5333084B2 - 熱交換機器 - Google Patents

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Description

本発明は、室内換気を室内空気と屋外空気をファンモーターによる送風と熱交換素子によって、省エネルギーでおこなうにあたり、屋外からの給気と室内からの排気をダクトを介して行なう熱交換機器において、機体内部の抵抗を低減する技術に関する。
熱交換機器の従来例として図１０および図１１を参照しながら説明する。
図１０および図１１に示すように、機体１１４は下面に点検カバー１０１を、側面に室内吸込口１０２と室内吹出口１０３と、屋外吸込口１０４と屋外吹出口１０５を有している。また、中央部内に排気用羽根１０６と給気用羽根１０７を電動機１０８に装着し、排気用羽根１０６の外側に排気用ファンケーシング１０９と、給気用羽根１０７の外側に給気用ファンケーシング１１０とが設けられている。排気用ファンケーシング１０９および給気用ファンケーシング１１０の外周部には、熱交換素子１１１が配置されている。給気風路１１２は、屋外吸込口１０４から給気用風路構成板１１５と熱交換素子１１１と給気用羽根１０７および吹出管１１７を通じ室内吹出口１０３に連通している。一方、排気風路１１３は、室内吸込口１０２から排気用風路構成板１１６と熱交換素子１１１と排気用羽根１０６および吹出管１１７を通じ屋外吹出口１０５に連通している（例えば、特許文献１参照）。
熱交換素子１１１は、排気風路１１３を通過する空気と、給気風路１１２を通過する空気との間で熱交換を行うものである。すなわち、排気風路１１３を通過する空気から、空調された室内空間の熱を回収し、その熱で給気風路１１２を通過する外気空気を冷やして（あるいは暖めて）室内に供給するものである。
この構成において限られた機体容積の中で熱交換効率を向上させるためには積層する伝熱板の積層ピッチを狭くして一定容積中の熱交換素子の伝熱板の使用量を増加させてより多くの熱交換をおこなう構成となっている。
また、機体容積を大きくすることが可能な場合には、積層する伝熱板の積層ピッチを広く保ちながら伝熱板の使用量を増加させることにより、熱交換素子を大きくしてそれに合わせて機体容積も大きくする構成となっている。
特開２００６−３４９２２３号公報
このような従来の熱交換機器では、限られた機体容積の中で熱交換効率を向上させるためには伝熱板の使用量を増やすことが１つの手段としてあるが、その場合、一定容積中の熱交換素子の伝熱板の積層ピッチを狭くして伝熱板の使用量を増加させると、熱交素子内部の抵抗が増加し、機体内部風路の抵抗が増加して換気量が不足するという課題がある。
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、機体の大きさを維持したまま、機体の内部抵抗を低減させる熱交換機器を提供することを目的とする。
本発明の熱交換機器は、上記目的を達成するために、室内吸込口と室内吹出口と、屋外吸込口と屋外吹出口とを側面に設けた箱状の機体に、前記機体の中央部内に排気用羽根と給気用羽根を電動機に装着し、前記排気用羽根の外側に排気用ファンケーシングと、前記給気用羽根の外側に給気用ファンケーシングとを設け、伝熱板を積層し、交互に暖かい空気と冷たい空気を流して、その間で熱交換をおこなう熱交換素子を前記排気用ファンケーシングおよび前記給気用ファンケーシングの外周部に複数個配置し、前記屋外吸込口から前記熱交換素子と前記給気用羽根を通じ前記室内吹出口に連通する給気風路と、前記室内吸込口から前記熱交換素子と前記排気用羽根を通じ前記屋外吹出口に連通する排気風路を設けた熱交換機器において、前記給気風路における前記屋外吸込口の直後にある前記熱交換素子と、前記排気風路における前記室内吸込口の直後にある前記熱交換素子の前記伝熱板の積層ピッチを、それら以外の位置に配置された前記熱交換素子の前記伝熱板の積層ピッチより広くして配置するものである。
以上のように本発明は、室内吸込口と室内吹出口と、屋外吸込口と屋外吹出口とを側面に設けた箱状の機体に、前記機体の中央部内に排気用羽根と給気用羽根を電動機に装着し、前記排気用羽根の外側に排気用ファンケーシングと、前記給気用羽根の外側に給気用ファンケーシングとを設け、伝熱板を積層し、交互に暖かい空気と冷たい空気を流して、その間で熱交換をおこなう熱交換素子を前記排気用ファンケーシングおよび前記給気用ファンケーシングの外周部に複数個配置し、前記屋外吸込口から前記熱交換素子と前記給気用羽根を通じ前記室内吹出口に連通する給気風路と、前記室内吸込口から前記熱交換素子と前記排気用羽根を通じ前記屋外吹出口に連通する排気風路を設けた熱交換機器において、前記給気風路における前記屋外吸込口の直後にある前記熱交換素子と、前記排気風路における前記室内吸込口の直後にある前記熱交換素子の前記伝熱板の積層ピッチを、それら以外の位置に配置された前記熱交換素子の前記伝熱板の積層ピッチより広くして配置することとしたものであるので、室内吸込口および屋外吸込口から、室内および屋外の空気を吸い込み、その吸い込んだ空気の一部は伝熱板の積層ピッチが広くしてある熱交換素子の内部を流れ、排気用ファンケーシングおよび給気用ファンケーシングに吸い込まれ、屋外吹出口および室内吹出口から吹き出される。従って、熱交換効率が向上し、装置の小型化が実現できることになる。
本発明の実施の形態１の熱交換機器を示す側面構成図 同熱交換機器の底面構成図 同熱交換機器の熱交換素子の伝熱板の積層ピッチを示す斜視図 同熱交換機器の熱交換素子の積層方向の寸法を示す斜視図 同熱交換機器の異なる積層ピッチを混在させた熱交換素子の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態２の熱交換機器のパイバス風路の配置を示す底面構成図 同熱交換機器のパイパス風路の構成を示す斜視図 同熱交換機器のパイバス風路の配置を示す底面構成図 同熱交換機器のパイバス風路内のフィルターの配置を示す底面構成図 従来の熱交換機器の配置を示す側面構成図 同熱交換機器の配置を示す底面構成図
本発明の請求項１記載の熱交換機器は、室内吸込口と室内吹出口と、屋外吸込口と屋外吹出口とを側面に設けた箱状の機体に、前記機体の中央部内に排気用羽根と給気用羽根を電動機に装着し、前記排気用羽根の外側に排気用ファンケーシングと、前記給気用羽根の外側に給気用ファンケーシングとを設け、伝熱板を積層し、交互に暖かい空気と冷たい空気を流して、その間で熱交換をおこなう熱交換素子を前記排気用ファンケーシングおよび前記給気用ファンケーシングの外周部に複数個配置し、前記屋外吸込口から前記熱交換素子と前記給気用羽根を通じ前記室内吹出口に連通する給気風路と、前記室内吸込口から前記熱交換素子と前記排気用羽根を通じ前記屋外吹出口に連通する排気風路を設けた熱交換機器において、前記給気風路における前記屋外吸込口の直後にある前記熱交換素子と、前記排気風路における前記室内吸込口の直後にある前記熱交換素子の前記伝熱板の積層ピッチを、それら以外の位置に配置された前記熱交換素子の前記伝熱板の積層ピッチより広くして配置することとしたものであり、室内吸込口および屋外吸込口から、室内および屋外の空気を吸い込み、その吸い込んだ空気の一部は伝熱板の積層ピッチが広くしてある熱交換素子の内部を流れ、排気用ファンケーシングおよび給気用ファンケーシングに吸い込まれ、屋外吹出口および室内吹出口から吹き出されるという作用を有する。
また、給気風路における屋外吸込口から室内吹出口に連通する風路の中間に位置し、かつ排気風路における室内吸込口から屋外吹出口に連通する風路の中間に位置する共通の熱交換素子の伝熱板の積層ピッチを、それら以外の位置に配置された前記熱交換素子の前記伝熱板の積層ピッチより狭くして配置することとしたものであり、室内吸込口および屋外吸込口から、室内および屋外の空気を吸い込み、その吸い込んだ空気の一部は伝熱板の積層ピッチが狭くしてある熱交換素子の内部を流れ、排気用ファンケーシングおよび給気用ファンケーシングに吸い込まれ、屋外吹出口および室内吹出口から吹き出されるという作用を有する。
また、伝熱板の積層ピッチが異なる複数の熱交換素子の前記伝熱板の積層ピッチ方向の寸法を変化させたこととしたものであり、伝熱板の例えば積層方向の寸法が異なっている熱交換素子が形成されるという作用を有する。
また、排気用ファンケーシングおよび給気用ファンケーシングの外周部に、複数の配置された熱交換素子の個々の前記熱交換素子について、複数の伝熱板の積層ピッチを混在させて熱交換素子を形成することとしたものであり、個々の熱交換素子について複数の伝熱板の積層ピッチが混在した同一の熱交換素子を形成するという作用を有する。
また、熱交換素子の一部を、屋外吸込口から給気用羽根を連通するバイパス風路および室内吸込口から排気用羽根を連通するバイパス風路に置き換えることとしたものであり、熱交換素子の一部を、バイパス風路へ置き換えて給気風路と排気風路を形成するという作用を有する。
また、熱交換素子の全てを、屋外吸込口から給気用羽根を連通するバイパス風路および室内吸込口から排気用羽根を連通するバイパス風路に置き換えることとしたものであり、熱交換素子の全てを、バイパス風路へ置き換えて給気風路と排気風路を形成するという作用を有する。
また、パイパス風路内に、フィルターを設けたこととしたものであり、バイパス風路内にフィルターを設けるという作用を有する。
また、パイパス風路内に、塵埃用フィルターを設けたこととしたものであり、バイパス風路内に塵埃用フィルターを設けるという作用を有する。
また、パイパス風路内に、脱臭用フィルターを設けたこととしたものであり、バイパス風路内に脱臭用フィルターを設けるという作用を有する。
また、パイパス風路内に、吸音材を設けたこととしたものであり、バイパス風路内に吸音材を設けるという作用を有する。
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〜図３に示すように、本発明の第１の実施の形態による熱交換機器は、箱状の機体５の側面に、室内吸込口１と室内吹出口２と、屋外吸込口３と屋外吹出口４とが設けられている。この機体５の中央部内に排気用羽根６と給気用羽根７を電動機８に装着し、排気用羽根６の外側に排気用ファンケーシング９と、給気用羽根７の外側に給気用ファンケーシング１０とが設けられている。排気用ファンケーシング９および給気用ファンケーシング１０の外周部には、熱交換素子１１を複数個配置する。この熱交換素子１１は、伝熱板を積層し、交互に暖かい空気と冷たい空気を流して、その間で熱交換をおこなうものである。また、機体５内には、屋外吸込口３から熱交換素子１１と給気用羽根７を通じ室内吹出口２に連通する給気風路１２と、室内吸込口１から熱交換素子１１と排気用羽根６を通じ屋外吹出口４に連通する排気風路１３が形成されている。給気風路１２における屋外吸込口３の直後にある熱交換素子１１ａと、排気風路１３における室内吸込口１の直後にある熱交換素子１１ｂの伝熱板の積層ピッチ１５を、それら以外の位置に配置された熱交換素子１１の伝熱板の積層ピッチ１５より広くして配置する構成とする。給気用ファンケーシング１０と室内吹出口２、排気用ファンケーシング９と屋外吹出口４とは吹出管１４によって接続されている。
このような構成によるその動作について説明する。電動機８を運転することにより、排気用羽根６、給気用羽根７が回転する。給気風路１２では、屋外吸込口３から外気が吸い込まれ、次に図１における底面の周囲、すなわち、熱交換素子１１の底面に流れ、熱交換素子１１に流入する。熱交換素子１１を通過した空気は、給気用羽根７が設けられた部屋に吹き出し、給気用羽根７に吸込まれた後、室内吹出口２から室内に供給される。一方、排気風路１３では、室内吸込口１から室内の空気が吸い込まれ、次に図１における天面の周囲、すなわち、熱交換素子１１の天面に流れ、熱交換素子１１に流入する。熱交換素子１１を通過した空気は、排気用羽根６が設けられた部屋に吹き出し、排気用羽根６に吸込まれた後、屋外吹出口４から屋外に排出される。このとき、熱交換素子１１では、給気風路１２と排気風路１３とを通過する空気の間で熱交換が行われるのである。
ここで、室内吸込口１および屋外吸込口３から、室内および屋外の空気を吸い込み、その吸い込んだ空気の一部は伝熱板の積層ピッチ１５が広くしてある熱交換素子１１ａ、１１ｂの内部を流れ、排気用ファンケーシング９および給気用ファンケーシング１０に吸い込まれ、屋外吹出口４および室内吹出口２から吹き出される。
この構成によれば、屋外吸込口３から室内吹出口２に連通する給気風路１２および室内吸込口１から屋外吹出口４に連通する排気風路１３のそれぞれにおいて屋外吸込口３と室内吸込口１の直後で、熱交換素子１１ａ、１１ｂと空間によって形成される風路のうち、室内吹出口２および屋外吹出口４が隣接することによりその風路面積が最も小さくなり、最も抵抗が大きくなっている部分の熱交換素子１１ａ、１１ｂの伝熱板の積層ピッチ１５を局部的に広くすることで、熱交換効率を大幅に下げることなく屋外吸込口３および室内吸込口１直後の抵抗を下げることができることとなる。
また、給気風路１２における屋外吸込口３から室内吹出口２に連通する風路の中間に位置し、かつ排気風路１３における室内吸込口１から屋外吹出口４に連通する風路の中間に位置する共通の熱交換素子１１ｃの伝熱板の積層ピッチ１５を、それら以外の位置に配置された熱交換素子１１の伝熱板の積層ピッチ１５より狭くして配置する構成とする。
上記構成により、室内吸込口１および屋外吸込口３から、室内および屋外の空気を吸い込み、その吸い込んだ空気の一部は伝熱板の積層ピッチ１５が狭くしてある熱交換素子１１ｃの内部を流れ、排気用ファンケーシング９および給気用ファンケーシング１０に吸い込まれ、屋外吹出口４および室内吹出口２から吹き出される。
この構成によれば、熱交換素子１１ｃは、給気風路１２における屋外吸込口３、または排気風路１３における室内吸込口１から離れて各風路の中間に位置し、室内吸込口１から排気用ファンケーシング９および屋外吸込口３から給気用ファンケーシング１０へ向かって多くの空気が流れる最短風路部分から離れていることにより圧力損失の影響が少なくなる。従って、この熱交換素子１１ｃの伝熱板の積層ピッチ１５を局部的に狭くすることで、機体５内の抵抗を低減させることができ、屋外吸込口３および室内吸込口１の直後に配置した熱交換素子１１より多くの熱交換をおこない、機体５全体としての熱交換効率を向上させることができることとなる。
また、図４に示すように、伝熱板の積層ピッチ１５が異なる複数の熱交換素子１１は、伝熱板の積層ピッチ１５方向の寸法（積層方向の寸法１６）が異なるように構成する。
この構成によれば、伝熱板の積層ピッチ１５が異なる複数の熱交換素子１１は、機体５内部への装着位置が明確となり、装着間違えをなくすことができる。従って、機体５製造時の装着確実性を向上させるだけでなく、使用時の熱交換素子１１の清掃等におけるメンテナンス性を向上させることもできることとなる。
また、図５に示すように、排気用ファンケーシング９および給気用ファンケーシング１０の外周部に配置された個々の熱交換素子１１は、複数の積層ピッチ１５を混在させて形成してもよい。
この構成によれば、熱交換効率と機体５内部の抵抗を熱交換素子１１の混在配置ではなく熱交換素子１１自体で調整することができ、かつ、機体５内部への熱交換素子１１の装着を間違えをなくすことができるので、機体５製造時の装着確実性を向上させるだけでなく、使用時の熱交換素子１１の清掃等におけるメンテナンス性を向上させることもできることとなる。
（実施の形態２）
図６および図７を用いて第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明を省略する。図６に示すように、本発明の第２の実施の形態による熱交換機器は、排気用ファンケーシング９および給気用ファンケーシング１０の外周部には、熱交換素子１１を複数個配置するが、その一部に図７で示すようなバイパス風路１７を配置する。すなわち、給気風路１２を通過する空気の一部は、バイパス風路１７を通って直接給気用羽根７に吸い込まれ、そのまま室内に供給されることになる。一方、排気風路１３を通過する空気の一部は、バイパス風路１７を通って直接排気用羽根６に吸い込まれ、そのまま屋外に排出されることになる。
この構成によれば、熱交換素子１１とバイパス風路１７を混在させて配置することで、バイパス風路１７の配置位置を調整することにより、熱交換効率と機体５内部の抵抗を調整することができることとなる。
また、図８に示すように、排気用ファンケーシング９および給気用ファンケーシング１０の外周部全てに、図７で示すようなバイパス風路１７を配置する。
この構成によれば、機体５の形状を維持したまま同時に給気と排気をおこなう送風機とすることができることとなる。
また、図９に示すように、排気用ファンケーシング９および給気用ファンケーシング１０の外周部に、内部にフィルター１８を設けたパイパス風路１９を配置する。
この構成によれば、機体５外部に別途フィルターを設けることなく、室内へ供給する空気を浄化することができることとなる。
バイパス風路１７に装着するフィルター１８は、塵埃用フィルターや脱臭用フィルターを用いることが可能である。
また、バイパス風路１７に装着するフィルター１８として、吸音材を用いることによって、機体５内部の通風音を低減することができることとなる。
熱交換効率を大幅に下げることなく機体内部の抵抗を低減することが可能なため、機体の大きさを維持したまま機体の内部抵抗を低減させる必要がある熱交換器を有する送風機器等の用途にも適用できる。
１ 室内吸込口
２ 室内吹出口
３ 屋外吸込口
４ 屋外吹出口
５ 機体
６ 排気用羽根
７ 給気用羽根
８ 電動機
９ 排気用ファンケーシング
１０ 給気用ファンケーシング
１１ 熱交換素子
１２ 給気風路
１３ 排気風路
１５ （伝熱板の）積層ピッチ
１７ バイパス風路
１８ フィルター

Claims (10)

  1. 室内吸込口と室内吹出口と、屋外吸込口と屋外吹出口とを側面に設けた箱状の機体に、前記機体の中央部内に排気用羽根と給気用羽根を電動機に装着し、前記排気用羽根の外側に排気用ファンケーシングと、前記給気用羽根の外側に給気用ファンケーシングとを設け、伝熱板を積層し、交互に暖かい空気と冷たい空気を流して、その間で熱交換をおこなう熱交換素子を前記排気用ファンケーシングおよび前記給気用ファンケーシングの外周部に複数個配置し、前記屋外吸込口から前記熱交換素子と前記給気用羽根を通じ前記室内吹出口に連通する給気風路と、前記室内吸込口から前記熱交換素子と前記排気用羽根を通じ前記屋外吹出口に連通する排気風路を設けた熱交換機器において、前記給気風路における前記屋外吸込口の直後にある前記熱交換素子と、前記排気風路における前記室内吸込口の直後にある前記熱交換素子の前記伝熱板の積層ピッチを、それら以外の位置に配置された前記熱交換素子の前記伝熱板の積層ピッチより広くして配置することを特徴とする熱交換機器。
  2. 給気風路における屋外吸込口から室内吹出口に連通する風路の中間に位置し、かつ排気風路における室内吸込口から屋外吹出口に連通する風路の中間に位置する共通の熱交換素子の伝熱板の積層ピッチを、それら以外の位置に配置された前記熱交換素子の前記伝熱板の積層ピッチより狭くして配置することを特徴とする請求項１記載の熱交換機器。
  3. 伝熱板の積層ピッチが異なる複数の熱交換素子の前記伝熱板の積層ピッチ方向の寸法を変化させたことを特徴とする請求項１記載の熱交換機器。
  4. 排気用ファンケーシングおよび給気用ファンケーシングの外周部に、複数の配置された熱交換素子の個々の前記熱交換素子について、複数の伝熱板の積層ピッチを混在させて熱交換素子を形成することを特徴とする請求項１または２記載の熱交換機器。
  5. 熱交換素子の一部を、屋外吸込口から給気用羽根を連通するバイパス風路および室内吸込口から排気用羽根を連通するバイパス風路に置き換えることを特徴とする請求項１記載の熱交換機器。
  6. 熱交換素子の全てを、屋外吸込口から給気用羽根を連通するバイパス風路および室内吸込口から排気用羽根を連通するバイパス風路に置き換えることを特徴とする請求項１記載の熱交換機器。
  7. パイパス風路内に、フィルターを設けたことを特徴とする請求項５または６記載の熱交換機器。
  8. パイパス風路内に、塵埃用フィルターを設けたことを特徴とする請求項５または６記載の熱交換機器。
  9. パイパス風路内に、脱臭用フィルターを設けたことを特徴とする請求項５または６記載の熱交換機器。
  10. パイパス風路内に、吸音材を設けたことを特徴とする請求項５または６記載の熱交換機器。
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