JP5495804B2 - 熱交換換気装置及び建造物 - Google Patents

Description

本発明は、室外空気を室内へ供給し、室内空気を室外へ排出しながら、熱交換させる熱交換器を備えた熱交換換気装置及びこれを設置した建造物に関する。

高気密化、高断熱化が進んだ近年の住宅においては、住宅内からの排気と住宅内への給気とを適切に行う全般換気設備が必須となっている。全般換気の目的は、建物内の適切な室内環境の維持のために、必要な換気量を絶えず確保し、室内で発生する汚染物質（ハウスダストなど）を排出し、新鮮な外気を取り入れることにある。

全般換気を実現するにあたっては、住宅内から住宅外への排気と住宅内への給気とを常時（２４時間）行う必要があり、換気設備としては消費電力が少ないことが要求される。また、熱交換換気を行うことで、冷暖房効率を高め、省エネルギー化を推進することも求められている。

換気設備のうち、フィルタを内蔵したものは、フィルタが空気中の汚れを捕集して圧力損失が増大し、換気量が低下して効率的な換気ができなくなる。このため、換気設備は、一般的には天井裏などの装置を隠蔽可能な場所に設置されることが多いが、日常的な清掃のために、床置きや壁掛けなど、居住者が手入れしやすい場所へ換気設備本体又はフィルタを設置することが求められる。

例えば、特許文献１に開示されているように、交差流による積層型の熱交換器において、一次流体と二次流体との導通方式を工夫して、流路構成を簡素化し、熱交換効率などの性能を向上させ、取付性を向上させたものがある。また、特許文献２、３に開示されているような、複数の熱交換器を用い室外空気と室内空気との流路を工夫して熱交換効率などを向上させ、さらに換気装置を床置型として、ユーザやメンテナンス業者等がメンテナンスを容易に行うことができるものがある。

特許第３４５３９１７号公報 特開２００８−４５７９５号公報 特開２００８−４５７９４号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された熱交換換気装置は、取付性や性能は向上するが、冬期に高温・高湿の室内空気と低温・低湿の室外空気とが熱交換器内部で全熱交換することによって発生する結露水や、濃霧発生時や強風雨時に室外空気に含まれる水滴等の処理という問題についての解決方法を示してはいない。また、室内外空気の汚れによる熱交換器の目詰まりやフィルタ類のメンテナンスという問題に関しても、換気装置の設置場所を含めて解決方法を示してはいない。

また、上記特許文献２、３に開示された熱交換換気装置は、複数の熱交換器を用い、室外空気と室内空気との流路を工夫して熱交換効率などの性能を向上させているが、上記特許文献１と同様に、結露水の処理について何ら対策がなされていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、全熱交換換気による全般換気を行うとともに、結露によって熱交換器に発生する水や、濃霧発生時や強風雨時に室外空気に含まれる水滴等の処理が可能な熱交換換気装置及び建造物を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、室内から取り込んだ室内空気を流通させる第１の流路と室外から取り込んだ室外空気を流通させる第２の流路とが交差するように第１の流路と第２の流路とを交互に積層して第１〜第４の四つの通気面を構成した熱交換器と、第１の流路の一端部としての第１の通気面及び第２の流路の一端部としての第３の通気面が上方向を向き、第１の流路の他端部としての第２の通気面及び第２の流路の他端部としての第４の通気面が下方向を向くように熱交換器を支持し、第１〜第４の通気面が各々第１〜第４の部屋に隔離して配置されるように収容する本体枠と、第１の部屋を熱交換器の積層方向に二つに画成して、第１及び第２の室を形成する第１の隔壁と、第３の部屋を積層方向に二つに画成して第３及び第４の室を形成する第２の隔壁と、室内空気を室内から第１の室へ導入する室内空気吸込口と、室内空気を第２の室から室外へ送出する室内空気吐出口と、室外空気を室外から第３の室へ導入する室外空気吸込口と、室外空気を第４の室から室内へ送出する室外空気吐出口と、第２及び第４の部屋の底面及び側面を覆うようにそれぞれ配置されて、第２及び第４の通気面から滴下した水を受ける液受け部材とを有することを特徴とする。

本発明によれば、第２及び第４の部屋の底面及び側面を覆うように液受け部材を配置することにより、全熱交換換気による全般換気を行うとともに、結露によって熱交換器に発生する水や濃霧発生時や強風雨時に室外空気に含まれる水滴等を処理でき、また液受け部材に衝突した室内空気及び室外空気から塵埃の捕集が行うことができるという効果を奏する。

図１は、熱交換換気装置の立面設置図である。（実施の形態１） 図２は、熱交換換気装置の平面設置図である。（実施の形態１） 図３は、熱交換器の斜視図である。 図４は、熱交換換気装置の要部の透過斜視図である。 図５は、熱交換換気装置の構成図である。（実施の形態１） 図６は、熱交換換気装置の立面設置図である。（実施の形態２） 図７は、熱交換換気装置の平面設置図である。（実施の形態２） 図８は、熱交換換気装置の立面設置図である。（実施の形態３） 図９は、熱交換換気装置の平面設置図である。（実施の形態３） 図１０は、熱交換換気装置の平面設置図である。（実施の形態４）

以下に、本発明にかかる熱交換換気装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる熱交換換気装置の実施の形態１の構成を示す図である。本実施の形態の熱交換換気装置は、建造物に設置され、室外空気を室内へ供給するとともに室内空気を室外へ排出することで、１時間あたり居室全体の約半分の体積の換気量で常時熱交換換気を行う。熱交換換気装置は、常時熱交換換気を行うことにより、室内で発生する汚染物質を屋外へ排出し、新鮮な外気を屋内へ取り込んで、建造物内を適切な環境に維持する換気装置である。なお、本実施の形態に係る熱交換換気装置は、住宅などの建築物のみならず、室内空間を備えた任意の建造物（例えば船舶やキャンピングカー）に設置可能である。

図１に示すように、本実施の形態に係る熱交換換気装置は、主として建造物の壁面に取り付けられ、排気送風機２０を駆動することによって室内の空気（図中ＲＡで表す）をダクトを介して本体枠１３内に取り込んだ後、室外へ排出する（図中ＥＡで表す）。同時に給気送風機２１を駆動することによって室外の空気（図中ＯＡで表す）を本体枠１３内に取り込んだ後、ダクトを介して室内へ給気する（図中ＳＡで表す）。図１では室内の空気ＲＡの取り込み口及び室内へ供給する空気ＳＡの供給口は、１ヶ所であるが、設置される建造物の間取りに応じて適宜ダクトを分岐させて、複数個の室内の空気ＲＡの取り込み口及び室内へ供給する空気ＳＡの供給口を設けても良い。

このとき、熱交換換気装置内では、熱交換器１４によって室内空気と室外空気との間で熱の授受を行い、空調機によって加熱された室内空気の熱を室外空気へ移す、又は空調機によって冷却された室内空気に室外空気の熱を移してから室外空気を室内へ供給することで、室内の加熱、冷却状態を維持する。

図２は、熱交換換気装置の平面設置図であり、室内へ通ずるダクトは図示を省略している。

図３に示すように、熱交換換気装置は、室内空気を流通させる経路と室外空気を流通させる経路との２経路を交互に積層して四つの通気面を構成する熱交換器１４を搭載している。

図４に示すように、熱交換器１４は、断熱性を有する発泡成形体で形成された本体枠１３によって、その内部の空間に配置されている。熱交換器１４は、通気面１、３が水平よりも上方向を向き、通気面２、４が水平よりも下方向を向いた状態で支持部１８によって保持されている。なお、通気面１〜４が配置された各々の空間（第１〜第４の部屋１３１〜１３４）は、支持部１８によって他の部屋とは隔離されている。支持部１８は、本体枠１３と一体であっても良いし、別部材であってもよい。本体枠１３は、開口を有する同一形状の部材（例えば一面が開放した六面体状の部材）を、開口同士を向かい合わせて組み合わせることによって構成し、熱交換器１４の積層方向に分割できるようにすることで、本体枠１３内部の清掃が容易となる。また、本体枠１３を同一形状の部材を組み合わせた構成とすることにより、部品を共通化でき、生産性が向上する。

通気面１が配置された第１の部屋１３１及び通気面３が配置された第３の部屋１３３は、隔壁部１９ａ、１９ｂによって熱交換器１４の積層方向に分割され、それぞれ室内空気流入面１ａ、室内空気流出面１ｂが配置された第１の室１３１ａ、第２の室１３１ｂと室外空気流入面３ａ、室外空気流出面３ｂが配置された第３の室１３３ａ、第４の室１３３ｂとが画成されている。本体枠１３内部において、室内空気流入面１ａが配置された第１の室１３１ａと室内空気流出面１ｂが配置された第２の室１３１ｂとは隔壁部１９ａによって隔離されている。同様に、室外空気流入面３ａが配置された第３の室１３３ａと室内空気流出面３ｂが配置された第４の室１３３ｂとは隔壁部１９ｂによって隔離されている。一方、通気面２、４は、隔壁によって分割されていない。

図５に示すように、室内空気は、通気面１を積層方向に分割して形成された室内空気流入面１ａから熱交換器１４へ流入し、通気面１と対向する通気面２の室内空気流入面１ａの反対側の部分から一旦流出したのち、連通する通気面２の他の部分（室内空気流出面１ｂの反対側の部分）から再度熱交換器１４へ流入して、室内空気流入面１ａと隔離されている室内空気流出面１ｂから流出する。

室外空気は、通気面３を積層方向に分割した室外空気流入面３ａから熱交換器１４へ流入し、通気面３と対向する通気面４の室外空気流入面３ａの反対側の部分から一旦流出した後、連通する通気面４の他の部分（室外空気流出面３ｂの反対側の部分）から再度熱交換器１４へ流入して、室外空気流入面３ａと隔離されている室外空気流出面１ｂから流出する。

熱交換器１４は、室内空気及び室外空気の熱交換器１４への流入方向が下向きとなるように、通気面１〜４を本体枠１３に対して斜めに配置した状態（換言すると、通気面１〜４が本体枠１３の天面又は底面と側面とがなす稜線を向いた状態）で本体枠１３に装着され、室内空気流入面１ａが配置された第１の室１３１ａ、室内空気流出面１ｂが配置された第２の室１３１ｂ、室外空気流入面３ａが配置された第３の室１３３ａ、室外空気流出面３ｂが配置された第４の室１３３ｂの各々と連通した室内空気吸込口５、室内空気吐出口６、室外空気吸い込み口７、室外空気吐出口８を本体枠１３の天面に配置している。なお、室内空気吸込口５、室内空気吐出口６、室外空気吸い込み口７、室外空気吐出口８は、本体枠１３の他の面に設けても良い。室内空気吸込口５、室内空気吐出口６、室外空気吸い込み口７、室外空気吐出口８を本体枠１３の天面以外にも設置可能であるため、内部風路構造が複雑となることはなく、風路間での空気漏れが多くなって有効換気量が減少してしまうことを防止できる。図中の符号１６は、室内空気吸込口５から室内空気吐出口６に至る室内空気の気流を示す。一方、室外空気吸込口７から室外空気吐出口８に至る室外空気の気流は、気流１６と左右対称の形態となる。

熱交換器１４の下部には、通気面２及び通気面４の各々と本体枠１３の内面で形成される連通側隅角部（第２の部屋１３２、第４の部屋１３４）に本体枠１３の内面（底面）を覆う受け皿１２を備えており、室内空気と室外空気との熱交換の際に室内給気流入側で発生する結露水１７や、濃霧発生時や強風雨時に室外空気に含まれて熱交換器１４に取り込まれる水滴を受け皿１２で保水し、本体枠１３外部への漏水を防止する。

本体枠１３の内面と熱交換器１４の室内空気流入面１ａ及び室外空気流入面３ａが形成する隅角部（第１の室１３１ａ、第３の室１３３ａ）には、遠心分離式の空気濾過機構９を配置しており、室内空気及び室外空気に含まれる比較的大きなホコリや塵埃、花粉などを分離したのち、熱交換器１４に流入させて、熱交換器１４の目詰まりを防止する。

熱交換器１４を通過した室内空気及び室外空気は、通気面２及び通気面４から下方向へ一旦流出した際に受け皿１２に衝突して、空気濾過機構９で捕集されなかった小さな塵埃が分離された上で、熱交換器１４に再流入する。

本体枠１３の内面と熱交換器１４の室内空気流出面１ｂ及び室外空気流出面３ｂが形成する隅角部（第２の室１３１ｂ、第４の室１３３ｂ）には、室内のホコリや屋外の異物を除去するフィルタ１０がフィルタガイド１１に装着された上で風路を塞いでいる。フィルタ１０は、空気濾過機構９よりも塵埃の捕集率が高くなっており、熱交換器１４から流出する室内空気及び室外空気に含まれるさらに小さな塵埃を捕集する。

空気濾過機構９とフィルタガイド１１とは一体化されており、熱交換器１４の通気面と本体枠１３の内面で形成される隅角部（第１の部屋１３１、第３の部屋１３３）に配設されて、熱交換器１４の通気面１、３を空気流入面と空気流出面とに分割して風路を隔絶する。すなわち、本実施の形態においては、空気濾過機構９とフィルタガイド１１とが隔壁部１９ａ、１９ｂを形成する。なお、隔壁部１９ａ、１９ｂは、空気濾過機構９やフィルタガイド１１とは独立した部材であっても良い。例えば、本体枠１３と一体であってもよい。

室内空気流入面１ａ及び室内空気流出面１ｂと、室外空気流入面３ａ及び室外空気流出面３ｂとは、熱交換器１４の積層方向に対し逆並びとなるように配置している。換言すると、第１及び第２の室１３１ａ、１３１ｂと、第３及び第４の室１３３ａ、１３３ｂとを、熱交換器１４の積層方向に対して逆並びに配置している。すなわち、室内空気流入面１ａから流入した室内空気と通気面４から再流入した室外空気とで熱交換を行い、室外空気流入面３ａから流入した室外空気と通気面２から再流入した室内空気とで熱交換を行うことで、熱交換効率を高めている。

第１〜第４の室１３１ａ、１３１ｂ、１３３ａ、１３３ｂの各々と連通する室内空気吸込口５、室内空気吐出口６、室外空気吸込口７、室外空気吐出口８は、本体枠１３の上面に千鳥配置で設けられている。

本実施の形態に係る熱交換換気装置は、空気中の汚れの除去を、フィルタ１０のみならず、遠心分離式の空気濾過機構９及び受け皿１２でも行う（換言すると、空気濾過機構９や受け皿１２で除去されなかった塵埃のみがフィルタ１０で捕集される）ため、フィルタ１０の交換の頻度が低くなり（フィルタ１０を長期間使用することが可能となり）、維持管理の手間やコストなどといったユーザの負担を低減できる。また、フィルタ１０は、空気中の汚れを捕集して圧力損失が増大した状態になりにくいため、換気量が低下しにくく、低消費電力で効率的な換気が可能である。

このように、本実施の形態によれば、消費電力を低減し、熱交換効率を高め、室内のホコリや屋外の汚れを除去するフィルタの性能維持の特性を向上できる。

実施の形態２．
図６及び図７は、本発明に係る熱交換換気装置の実施の形態２の構成を示す図である。本実施の形態においては、室外空気吐出口８が本体枠１３の側面に設けられ、室外空気吐出口８と連通する隅角部の空間（第４の室１３３ｂ）に送風装置１５を備えている。すなわち、本実施の形態においては、送風装置１５を駆動することによって室外の空気（図中ＯＡで表す）を本体枠１３内に取り込んだ後、ダクトを介さずに室内へ給気する（図中ＳＡで表す）。

本実施の形態においては、室外から取り込まれて室内に供給される空気ＳＡが、ダクトを介さずに熱交換換気装置から直接室内に供給される。従って、ダクトによる圧力損失を小さく抑えることが可能となり、換気扇の送風動力（すなわち、消費電力）を低減できる。

この他の点については実施の形態１と同様であるため、重複する説明は割愛する。

実施の形態３．
図８及び図９は、本発明に係る熱交換換気装置の実施の形態３の構成を示す図である。本実施の形態においては、室外空気吐出口８が本体枠１３の側面に設けられ、室外空気吐出口８と連通する隅角部の空間（第４の室１３３ｂ）に送風装置１５を備え、さらに、室内空気吐出口６、室外空気吸込口７が本体枠１３の側面に設けられ、室内空気吐出口６、室外空気吸込口７が取り付けられた壁を貫通して室外に連通している。

本実施の形態においては、室外からの空気の吸込み（ＯＡ）、及び室外への空気の吐き出し（ＥＡ）がともにダクトを介さずに行われ、さらに、室外から取り込んだ空気の室内への供給（ＳＡ）もダクトを介さずに行われる。従って、ダクトによる圧力損失を小さく抑えることが可能となり、換気扇の送風動力（すなわち、消費電力）を低減できる。

この他の点については実施の形態２と同様であるため、重複する説明は割愛する。

実施の形態４．
図１０は、本発明に係る熱交換換気装置の実施の形態４の構成を示す図である。本実施の形態においては、室外空気吐出口８が本体枠１３の側面に設けられ、室外空気吐出口８と連通する隅角部の空間（第４の室）に送風装置１５を備え、室内空気吐出口６、室外空気吸込口７が本体枠１３の側面に設けられ、本体枠１３が壁の内部に埋め込まれている。

本実施の形態においては、実施の形態３と同様に、室外からの空気の吸込み（ＯＡ）、及び室外への空気の吐き出し（ＥＡ）がともにダクトを介さずに行われ、さらに、室外から取り込んだ空気の室内への供給（ＳＡ）もダクトを介さずに行われる。従って、ダクトによる圧力損失を小さく抑えることが可能となり、換気扇の送風動力（すなわち、消費電力）を低減できる。

また、壁の内部に埋め込んで設置することにより、熱交換換気装置によって居住空間の床面積や利用容積が狭小化することを抑えられることに加え、設置場所もクローゼットなどの居住空間に近い場所に限定されることがなくなり、設置工事を簡素化できる。また、居住空間に近い場所に設置する必要が無くなることにより、運転音が大きな騒音とはならなくなる。

この他の点については実施の形態３と同様であるため、重複する説明は割愛する。

以上のように、本発明にかかる熱交換換気装置は、消費電力が小さく、熱交換効率が高く、室内のホコリや屋外の異物を除去するフィルタの手入れが容易である点で有用であり、特に、建造物に設置して用いるのに適している。

１、２、３、４ 通気面
１ａ 室内空気流入面
１ｂ 室内空気流出面
３ａ 室外空気流入面
３ｂ 室外空気流出面
５ 室内空気吸込口
６ 室内空気吐出口
７ 室外空気吸込口
８ 室外空気吐出口
９ 空気濾過機構
１０ フィルタ
１１ フィルタガイド
１２ 受け皿
１３ 本体枠
１４ 熱交換器
１５ 送風装置
１６ 気流（室内空気）
１７ 結露水
１８ 支持部
１９ａ、１９ｂ 隔壁部
１３１ 第１の部屋
１３１ａ 第１の室
１３２ 第２の部屋
１３２ａ 第２の室
１３３ 第３の部屋
１３３ａ 第３の室
１３３ｂ 第４の室
１３４ 第４の部屋

Claims (10)

1. 室内から取り込んだ室内空気を流通させる第１の流路と室外から取り込んだ室外空気を流通させる第２の流路とが交差するように前記第１の流路と前記第２の流路とを交互に積層して第１〜第４の四つの通気面を構成した熱交換器と、
   前記第１の流路の一端部としての前記第１の通気面及び前記第２の流路の一端部としての前記第３の通気面が上方向を向き、前記第１の流路の他端部としての前記第２の通気面及び前記第２の流路の他端部としての前記第４の通気面が下方向を向くように前記熱交換器を支持し、前記第１〜第４の通気面が各々第１〜第４の部屋に隔離して配置されるように収容する本体枠と、
   前記第１の部屋を前記熱交換器の積層方向に二つに画成して、第１及び第２の室を形成する第１の隔壁と、
   前記第３の部屋を前記積層方向に二つに画成して第３及び第４の室を形成する第２の隔壁と、
   前記室内空気を前記室内から前記第１の室へ導入する室内空気吸込口と、
   前記室内空気を前記第２の室から前記室外へ送出する室内空気吐出口と、
   前記室外空気を前記室外から前記第３の室へ導入する室外空気吸込口と、
   前記室外空気を前記第４の室から前記室内へ送出する室外空気吐出口と、
   前記第２及び第４の部屋の底面及び側面を覆うようにそれぞれ配置されて、前記第２及び第４の通気面から滴下した水を受ける液受け部材とを有することを特徴とする熱交換換気装置。
2. 前記室内空気吸込口と前記第１の室内の前記第１の通気面との間及び前記室外空気吸込口と前記第３の室内の前記第３の通気面との間に、空気濾過手段がそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１記載の熱交換換気装置。
3. 前記空気濾過手段が、遠心分離式であることを特徴とする請求項２記載の熱交換換気装置。
4. 前記室内空気吐出口と前記第２の室内の前記第１の通気面との間及び前記室外空気吐出口と前記第４の室内の前記第３の通気面との間に、フィルタがそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の熱交換換気装置。
5. 前記フィルタは、前記空気濾過手段よりも塵埃の捕集率が高いことを特徴とする請求項４記載の熱交換換気装置。
6. 前記空気濾過手段と前記フィルタを保持するフィルタホルダとが一体に構成され、該空気濾過手段及びフィルタホルダが前記第１及び第２の隔壁を形成したことを特徴とする請求項４又は５記載の熱交換換気装置。
7. 前記第１〜第４の室の少なくともいずれかに前記室内空気又は前記室外空気を吸引又は排出する送風装置を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の熱交換換気装置。
8. 前記第１及び第２の室の配置と、前記第３及び第４の室の配置とが、前記熱交換器の積層方向に対して逆並びであり、
   前記本体枠は、開口を有する同一形状の部材を、該開口同士を向かい合わせて組み合わせることによって構成されたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の熱交換換気装置。
9. 前記室外空気吸引口及び前記室内空気吐出口が、前記本体枠の側面に設けられたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の熱交換換気装置。
10. 請求項９記載の熱交換換気装置が設置された建造物であって、
    前記熱交換喚起装置は外壁に埋め込まれて設置され、前記室外空気吸込口及び前記室内空気吐出口が屋外に露出していることを特徴とする建造物。

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