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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