JP5542046B2 - 熱交換換気装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器を備えて室内空気と外気との間で熱交換をしながら換気を行う熱交換換気装置に関する。

従来の静止形の直行流の熱交換器を備える熱交換換気装置は、室内から吸込んだ空気を、熱交換器を通して屋外へ排気し、屋外から吸い込んだ空気を、熱交換器を通して室内へ給気している。このような熱交換換気装置では、給気と排気の間の熱交換効率の向上が図られる。

例えば特許文献１では、熱交換器の長辺に沿う風路が給気風路になり、短辺に沿う風路が排気風路になるように熱交換器が配置され、給気風量よりも排気風量を大きくして熱交換効率の向上を図る技術が開示されている。

実公昭６１−１０１１０号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、給気風量よりも排気風量を大きくして、熱交換換気を行なっているため、室内の冷暖房された空気の熱が排気によって大量に排出されてしまうという問題があった。

また、給気風量よりも排気風量のほうが大きいため、室内が過度に負圧になってしまう場合がある。そのため、隙間風の侵入による冷暖房効率の低下や、居住者が冷風感を感じてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、給気風量と排気風量とのバランスをとりつつ、熱交換効率の向上を図ることのできる熱交換換気装置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、室外吸込口を通して室外とつながる第一の給気通風路と、室内吸込口を通して室内とつながる第一の排気通風路と、第一の給気通風路に空気を通風する第一の送風ファンと、第一の排気通風路に空気を通風する第二の送風ファンと、内部に相交差する給気風路と排気風路とを有し、第一の給気通風路が給気風路の一方の口に第一の排気通風路が排気風路の一方の口に接続された熱交換器と、熱交換器の給気風路の他方の口に接続され、室内と室内吹出口を通してつながる第二の給気通風路と、熱交換器の排気風路の他方の口に接続され、室外と室外吹出口を通してつながる第二の排気通風路と、第二の排気通風路から分岐されて、排気流の一部が室内側へ戻る循環流を形成する循環空気通風路と、を備え、熱交換器の給気風路は、熱交換器の排気風路よりも長く形成されることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器の給気風路が排気風路よりも長いため、熱交換効率の向上を図ることができるとともに、循環空気通風路を設けることで給気風量と排気風量とのバランスがとりやすくなり、冷暖房効率の低下や、居住者が感じる冷風感の抑制を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる熱交換換気装置の概略構成を示す横断面図である。 図２は、本発明の実施の形態２にかかる熱交換換気装置の概略構成を示す横断面図である。 図３は、図２に示す熱交換換気装置の風路切替ダンパが循環空気通風路を閉じている状態を示す図である。 図４は、図２に示す熱交換換気装置の風路切替ダンパが第二の排気通風路１４を閉じている状態を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態３にかかる熱交換換気装置の概略構成を示す横断面図である。

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、本発明の実施の形態１にかかる熱交換換気装置の概略構成を示す横断面図である。図１において、熱交換換気装置１は建物の外壁５０に設置される。なお、室内同士を仕切る内壁に設置する場合には、ダクトなどを用いて熱交換換気装置１を建物外部（室外）と接続させればよい。また、図１では、分かりやすく説明するために屋外フード２２が上下に配置されているが、屋外フード２２は横並びに配置されてもよい。これは、他の図（例えば、図２）においても同様である。

熱交換換気装置１は、室外とつながる口として、室外吸込口２と室外吹出口１３を備えている。また、室内空間とつながる口として、室内吸込口４と室内吹出口１１および循環空気吹出口２３を備えている。

熱交換換気装置１の内部には、内部に相交差する給気風路８と排気風路９とが形成される。給気風路８と排気風路９とが交差する部分には、外気と室内空気との間で熱交換を行う熱交換器１０が設けられる。

また、熱交換換気装置１の内部には、室外吸込口２から熱交換器１０に至るまでの風路である第一の給気通風路３と、室内吸込口４から熱交換器１０に至るまでの風路である第一の排気通風路５と、熱交換器１０から室内吹出口１１に至るまでの風路である第二の給気通風路１２と、熱交換器１０から室外吹出口１３に至るまでの風路である第二の排気通風路１４と、熱交換器１０から循環空気吹出口２３に至るまでの風路である循環空気通風路１５とが形成されている。

また、第一の給気通風路３に空気を通風するための第一の送風ファン６と、第一の排気通風路５の空気を通風する第二の送風ファン７が備えられている。第二の送風ファン７は、第一の送風ファン６よりも能力が大きく、大風量の送風が可能な送風ファンとなっている。すなわち、第一の送風ファン６と第二の送風ファン７を同時に運転させた場合、熱交換器１０の給気風路８を通過する風量よりも、排気風路９を通過する風量のほうが大きくなる。

図１では、第一の送風ファン６が第一の給気通風路３の風路上に配置されているが、第二の給気通風路１２上にあってもよい。同様に、図１では第二の送風ファン７が第二の排気通風路１４の風路上に配置されているが、第一の排気通風路５上にあってもよい。

熱交換器１０の給気風路８の一方の口には第一の給気通風路３が接続され、熱交換器１０の排気風路９の一方の口には第一の排気通風路５が接続されている。熱交換器１０の給気風路８の他方の口には第二の給気通風路１２が接続され、熱交換器１０の排気風路９の他方の口には第二の排気通風路１４が接続されている。

熱交換器１０は、直方体の静止形熱交換器であって、内部には互いに直行する２種類の風路が形成されている。熱交換器１０は、長辺に沿って形成された一方の風路の長さが、短辺に沿って形成された他方の風路の長さよりも長くなる。そして長辺に沿った一方の風路が給気風路８となり、短辺に沿った他方の風路が排気風路９となるように用いることで、例えば室内で冷暖房された空気の熱エネルギーを給気に伝えやすくすることができ、給気の温度をより室温に近づけることができる。そのため、給気の熱交換効率を高めて、冬期の給気による冷風感を低減することができる。

また、図１のように縦長に熱交換器１０を配置することによって、装置本体の薄型化を図ることができ、外観のデザイン性の向上を図ることができる。

第一の給気通風路３と接続される熱交換器１０の給気風路８の入り口には、外気清浄フィルター２１が備えられている。熱交換器１０の給気風路８の入り口側に外気清浄フィルター２１を配置することで、熱交換器１０の目詰まりを抑制し、また、外気に含まれる花粉やチリ、窒素酸化物、臭いなどを取り除いて室内へ給気するために、より新鮮で浄化された外気が室内へ給気される効果がある。

第一の排気通風路５と接続される熱交換器１０の排気風路９の入り口には、室内空気清浄フィルター２０が備えられている。熱交換器１０の排気風路９の入り口側に室内空気清浄フィルター２０を配置することで、熱交換器１０の目詰まりを抑制できる。また、一部の空気は室内へ循環空気として戻るため、室内空気に含まれるホコリや臭い、ＶＯＣなどを取り除いて、室内空気を浄化する効果がある。

また、一部の空気は屋外へ排気されるが、室内空気清浄フィルター２０を備えることによって、排気の空気も浄化して排出することにより、マンションなどで隣室が近い場合に、室内の焼肉やタバコなどの排気の煙が、隣室の給気に吸込まれて苦情がでるという課題に対して、排気を浄化して排出するため、隣室への臭いの移行を抑制する効果がある。

また、図１のように、熱交換器１０を第二の送風ファン７よりも室内側に配置し、外気清浄フィルター２１を熱交換器１０よりも上方に配置し、室内空気清浄フィルター２０を熱交換器１０よりも室内側に配置することで、清掃の際に外気清浄フィルター２１のみを引き出しやすくなる。また、室内空気清浄フィルター２０のみを引き出しやくすなり、清掃性の向上を図ることができる。また、熱交換器１０と外気清浄フィルター２１と室内空気清浄フィルター２０を一体的にまとめて取り出すことも可能で、清掃性の向上を図ることができる。

また、熱交換換気装置１は、室外吸込口２を開閉可能とする給気用シャッター１８および室外吹出口１３を開閉可能とする排気用シャッター１９を備えている。給気用シャッター１８と排気用シャッター１９が閉じて室外吸込口２および室外吹出口１３を塞ぐことで、外気の侵入を防ぐことができる。これにより、室外の気温が低いときには、外気の侵入を防いで冷風感を抑えることができる。

動作の説明として、給気の流れは、第一の送風ファン６が運転されることによって、室外の空気が、屋外フード２２より吸込まれる。そして、室外吸込口２を通って、第一の給気通風路３を通り、外気清浄フィルター２１を通って外気の汚れ等が除去された後、熱交換器１０の給気風路８を通って第二の給気通風路１２を通る。そして、室内吹出口１１より室内へ吹き出される。

排気の流れは、第二の送風ファン７が運転されることによって、室内の空気が室内吸込口４より吸込まれる。そして、第一の排気通風路５を通り、室内空気清浄フィルター２０を通って室内の汚れ等が除去された後、熱交換器１０の排気風路９を通って、その後、一部は第二の排気通風路１４を通る。そして、排気の一部は室外吹出口１３より室外へ吹き出され、他の一部は、循環空気通風路１５を通り、循環空気吹出口２３より室内へ吹き出される。

図１において、室内吸込口４のグリルの風向は上向きにし、室内吹出口１１および循環空気吹出口２３の風向は下向きにしている。このようにすることで、給気と排気のショートサーキットを抑制することができ、換気効率の向上を図ることができる。

また、室内吹出口１１と循環空気吹出口２３とを隣接するように配置している。このようにすることで、循環空気と給気とを混合することができ、例えば冬期の給気による冷風感の低減を図ることができる。

また、図１において、第一の送風ファン６および第二の送風ファン７のモーターが、第一の給気通風路３を通過する空気に接するように配置されている。このようにすることで、モーターからの発熱を給気に伝えて、モーターの温度上昇の抑制と給気の温度上昇を図ることができる。例えば冬期であれば、給気の温度が上昇することで、給気による冷風感の低減を図ることができる。

ここで、熱交換器１０の排気風路９に流れる風量を、給気風路８に流れる風量よりも大きくし、排気風路９に大風量が流れても圧力損失が高くならないようにするために、給気風路８の長さが、排気風路９の長さよりも長くなるように熱交換器１０の形状を直方体にしている。

熱交換器１０の排気風路９を通過した排気を全て屋外へ排出してしまうと冷暖房の無駄になるため、給気と同量分を排気し、その他の排気は室内へ戻ってくるように構成する。例えば、給気として室内に３０ｍ^３/ｈの給気空気を供給すると仮定すると、第一の排気通風路５に３３０ｍ^３/ｈの排気空気を流し、熱交換器１０を通した後、循環空気通風路１５側へ３００ｍ^３/ｈの排気空気が流れ、第二の排気通風路１４に３０ｍ^３/ｈの排気空気が流れるように製品内の圧力損失バランスを調整した構造にする。

このように、熱交換器１０の排気風路９を通過する空気の量を、給気風路８を通過する空気の量よりも多くなるように構成することで、室内の冷暖房された空気の熱エネルギーを給気空気に多く伝えることができる。これにより、給気の温度を、冷暖房された室内の温度に近づけることができるため、冬期の給気による冷風感の低減を図ることができる。

また、排気風路９を通過した排気空気の一部を、循環空気通風路１５を介して室内に戻すことで、排気によって生じる熱エネルギーの損失を抑えることができる。したがって、冷暖房効率の向上を図ることができる。

また、排気風路９を通過した排気空気の一部を、循環空気通風路１５を介して室内に戻すことで、実際に室内に給気される室外の空気の量と、室外に排気される室内の空気の量とのバランスをとりやすくなる。これにより、室内が過度に負圧になることを防ぐことができ、隙間風の侵入による冷暖房効率の低下を抑えたり、居住者が感じる冷風感を抑えたりすることができる。

なお、本実施の形態１では、第二の送風ファン７の能力を第一の送風ファン６の能力よりも大きくすることで、排気風路９を通過する排気空気の量を、給気風路８を通過する給気空気の量よりも大きく形成しているがこれに限られない。例えば、熱交換換気装置１が備える制御部（図示せず）によって、各送風ファン６，７の出力を調整して、給気空気の量と排気空気の量とを調整してもよい。このように構成した場合には、第一の送風ファン６と第二の送風ファン７とに、同等の能力を持つファンを用いることができる。第一の送風ファン６と第二の送風ファン７とを共通化すれば、部品の種類を抑えることができ、製造コストの抑制を図ることができる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２にかかる熱交換換気装置の概略構成を示す横断面図である。本実施の形態２では、第二の排気通風路１４上であって、循環空気通風路１５との分岐部分に風路切替ダンパ１６を設けている。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

風路切替ダンパ１６は、扇形の横断面形状をしており、第二の排気通風路１４の開口面積を任意の開度に可変できる構造となっている。扇形にすることで、第二の排気通風路１４と循環空気通風路１５とを選択的に閉鎖可能であるとともに、循環空気通風路１５を任意の開度に開くことと、第二の排気通風路１４を任意の開度に開くことが、１つの風路切替ダンパ１６で可能となる。

したがって、第二の排気通風路１４と循環空気通風路１５との両方にダンパを備える場合に比べて、部品点数を削減することができるなど、製造コストの抑制を図ることができる。また、風路切替ダンパ１６は電動で駆動する構成であっても、手動で駆動する構成であってもよいが、電動で駆動するように構成した場合、ダンパを駆動するモーターも１つで済むため、より安価に製作できる。なお、第二の排気通風路１４を閉鎖するダンパと循環空気通風路１５を閉鎖するダンパを別々に設けてもよい。

図２において、風路切替ダンパ１６の開度位置は、第二の排気通風路１４に流れる排気空気の量（室外吹出口１３から排気される排気空気の量）が、室外吸込口２を流れる給気空気の風量と同等の風量となるように調整されるのが好ましい。このように調整することで、実施の形態１と同様に給排気のバランスをとって、冷暖房効率の向上や冷風感の低減を図ることができる。また、室外吸込口２と室外吹出口１３に風圧センサーを備えて風路切替ダンパ１６の開度を制御してもよい。

また、熱交換換気装置１を設置する壁が外壁ではなく、室内同士を区切る内壁の場合には、ダクトなどを用いて室外と熱交換換気装置１を接続することになる。この場合には、ダクトの圧力損失などに応じて、風路切替ダンパ１６の開度を調節し、排気される空気と循環する空気との調整を行うことができる。

図３は、図２に示す熱交換換気装置１の風路切替ダンパ１６が循環空気通風路１５を閉じている状態を示す図である。このように循環空気通風路１５を閉じることで、喫煙などで室内空気が一時的に汚れてタバコの煙を室内へ戻したくない場合に、室内側へ循環流が戻ることを防ぐことができる。また、排気空気が第二の排気通風路１４へ全て流れるため、排気風量を増やして汚染空気をよりすばやく排気することができ、室内空気の汚れをよりすばやく除去する効果がある。

図４は、図２に示す熱交換換気装置１の風路切替ダンパ１６が第二の排気通風路１４を閉じている状態を示す図である。

図４において、風路切替ダンパ１６の開度位置としては、第二の排気通風路１４を閉じて、循環空気通風路１５の開口面積を広くする位置となっている。また、第二の送風ファン７のみを運転し、第一の送風ファン６を停止する状態となっている。

また、給気用シャッター１８および排気用シャッター１９は、平板状でスライド可動可能となっており、給気用シャッター１８で室外吸込口２を閉じることができ、排気用シャッター１９で室外吹出口１３を閉じることができるようになっている。なお、図４では、給気用シャッター１８によって室外吸込口２が閉じられ、排気用シャッター１９によって室外吹出口１３が閉じられている状態を示している。

上述したような状態にすることにより、台風や吹雪や冬期の外気温が非常に低くなったときなど、換気をすることができない状況でも、室内空気清浄フィルター２０によって室内空気を浄化する循環運転ができ、換気を止めていても、室内空気を浄化する効果を得ることができる。

また、給気用シャッター１８と排気用シャッター１９が閉じて室外吸込口２および室外吹出口１３を塞ぐことで、外気の侵入を防ぎ、室外の気温が低いときには冷風感を抑える効果がある。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３にかかる熱交換換気装置の概略構成を示す横断面図である。本実施の形態３では、第二の排気通風路１４に、第二の排気通風路１４の空気を排気する第三の送風ファン１７を備える。また、第一の送風ファン６と第二の送風ファン７のモーターを両軸モーターで共用化している。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

第二の排気通風路１４に、第二の排気通風路１４の空気を排気する第三の送風ファン１７を備えることで、より安定した排気風量を得られ、給気と排気の風量をバランスよく計画換気しやすくなる。

また、第一の送風ファン６と第二の送風ファン７のモーターを両軸モーターで共用化した構造を採用することで、モーターの個数を減らすことができ、製造コストの抑制を図ることができる。

また、第一の送風ファン６と第二の送風ファン７のモーターを両軸モーターで共用化した場合には、第一の送風ファン６と第二の送風ファン７とが同時に運転するため、第二の送風ファン６のみを動作させて排気のみを行うことが難しくなる。一方、本実施の形態３では、第三の送風ファン１７を設けているので、第一の送風ファン６と第二の送風ファン７の運転を停止しても、第三の送風ファン１７を運転させれば排気のみを行うことが可能となる。そして、風路切替ダンパ１６で循環空気通風路１５を閉じている状態にすれば、循環気流を止めつつ、排気のみの運転が可能となる。

なお、本実施の形態３では、第一の送風ファン６と第二の送風ファン７のモーターを両軸モーターで共用化しているが、これに限られず、実施の形態１のように各ファン６，７のそれぞれにモーターを備えるように構成してもよい。

以上のように、本発明にかかる熱交換換気装置は、熱交換器を備えて熱交換をしながら換気を行う熱交換換気装置に有用である。

１ 熱交換換気装置
２ 室外吸込口
３ 第一の給気通風路
４ 室内吸込口
５ 第一の排気通風路
６ 第一の送風ファン
７ 第二の送風ファン
８ 給気風路
９ 排気風路
１０ 熱交換器
１１ 室内吹出口
１２ 第二の給気通風路
１３ 室外吹出口
１４ 第二の排気通風路
１５ 循環空気通風路
１６ 風路切替ダンパ
１７ 第三の送風ファン
１８ 給気用シャッター
１９ 排気用シャッター
２０ 室内空気清浄フィルター
２１ 外気清浄フィルター
２２ 屋外フード
２３ 循環空気吹出口
５０ 外壁

Claims (9)

1. 室外吸込口を通して室外とつながる第一の給気通風路と、
   室内吸込口を通して室内とつながる第一の排気通風路と、
   前記第一の給気通風路に空気を通風する第一の送風ファンと、
   前記第一の排気通風路に空気を通風する第二の送風ファンと、
   内部に相交差する給気風路と排気風路とを有し、前記第一の給気通風路が前記給気風路の一方の口に前記第一の排気通風路が前記排気風路の一方の口に接続された熱交換器と、
   前記熱交換器の給気風路の他方の口に接続され、前記室内と室内吹出口を通してつながる第二の給気通風路と、
   前記熱交換器の排気風路の他方の口に接続され、前記室外と室外吹出口を通してつながる第二の排気通風路と、
   前記第二の排気通風路から分岐されて、排気流の一部が室内側へ戻る循環流を形成する循環空気通風路と、
   前記第二の排気通風路のうち前記循環空気通風路との分岐部分よりも下流側に設けられて、前記第二の排気通風路の空気を排気する第三の送風ファンと、を備え、
   前記熱交換器の給気風路は、前記熱交換器の排気風路よりも長く形成されることを特徴とする熱交換換気装置。
2. 前記第二の送風ファンの送風能力が前記第一の送風ファンの送風能力よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の熱交換換気装置。
3. 前記熱交換器の排気風路を流れる風量のほうが前記給気風路を流れる風量よりも大きくなるように、前記第一の送風ファンの出力と前記第二の送風ファンの出力を調整する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換換気装置。
4. 前記第二の排気通風路に設けられて、前記循環空気通風路を閉鎖可能な風路切替ダンパをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の熱交換換気装置。
5. 前記風路切替ダンパは、前記循環空気通風路と前記第二の排気通風路とを選択的に閉鎖可能であることを特徴とする請求項４に記載の熱交換換気装置。
6. 前記室外吸込口を開閉可能とする給気用シャッターと、
   前記室外吹出口を開閉可能とする排気用シャッターと、をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の熱交換換気装置。
7. 前記第一の送風ファンのモータと前記第二の送風ファンのモータは、両軸モータを用いて共用化されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の熱交換換気装置。
8. 前記第一の排気通風路に設けられた空気清浄フィルターをさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の熱交換換気装置。
9. 前記第一の給気通風路の設けられた外気清浄フィルターをさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の熱交換換気装置。

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