JP6127264B2 - Heat exchange element and heat exchange type ventilation equipment using it - Google Patents
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Description
本発明は、寒冷地等で使用され、室内の空気を室外へ排気する排気流と、室外の空気を室内へ給気する給気流との間で熱交換する熱交換素子とそれを用いた熱交換形換気装置に関するものである。 The present invention is used in a cold district or the like, and a heat exchange element for exchanging heat between an exhaust flow for exhausting indoor air to the outside and a supply air flow for supplying outdoor air to the interior, and heat using the heat exchange element The present invention relates to a replaceable ventilation device.
この種の熱交換形換気装置は、冬季に室外の温度が、例えば−10℃以下のような低い温度になると、室内からの温かい排気流が流れる熱交換器内の流路内において、隣接する給気の流路に室外から通風される冷たい給気が流れることで、結露・結氷し目詰まりしていくが、従来の熱交換形換気装置では、この結露・結氷による目詰まりを運転停止によって防止する構成をとっていた(例えば、特許文献1参照)。 This type of heat exchange type ventilator is adjacent in the flow path in the heat exchanger in which a warm exhaust flow from the room flows when the outdoor temperature becomes low, for example, −10 ° C. or lower in winter. Condensation / freezing and clogging occur due to the cold supply air flowing from the outside through the air flow path, but in conventional heat exchange ventilators, this clogging due to condensation and icing is caused by shutdown. The structure which prevents was taken (for example, refer patent document 1).
以下、特許文献1に示す熱交換形換気装置について、図7を参照しながら説明する。
Hereinafter, the heat exchange type ventilation apparatus shown in
熱交換器ユニット101は室内の空気と室外の空気の間で熱交換気を行う。図5に示すように、熱交換器ユニット101は、熱交換器102と、室内の空気を室外へ排気し、熱交換器102を経由する排気経路103と、室外の空気を室内へ給気し、熱交換器102を経由する給気経路104と、排気経路103に組み込まれる排気ファン105と、給気経路104に組み込まれる給気ファン106と、室外の空気の外気温度を検出する温度センサー107と、温度センサー107で検出した外気温度によって排気ファン105と給気ファン106の運転制御を行う制御部を備えている。
The
そして、熱交換器ユニット101の制御部は、外気温度が−10℃を下回った時に、熱交換器102が凍結することを抑えるため、外気温度に応じて2つの凍結抑制制御を行う。この2つの凍結抑制制御は第1凍結抑制制御及び第2凍結抑制制御である。
And the control part of the
第1凍結抑制制御は、外気温度が−10℃を下回った場合に、熱交換器102の凍結を抑制する制御であり、排気ファン105を常時作動させ、給気ファン106の動作を60分のうち最初の15分だけ休止させる運転を繰り返す。
The first freezing suppression control is a control for suppressing freezing of the
第2凍結抑制制御は、外気温度が−15℃を下回った場合に、第1凍結抑制制御よりも強力に熱交換器102の凍結を抑制する制御であり、排気ファン105及び給気ファン106の間欠運転を行う。第2凍結抑制制御は、排気ファン105及び給気ファン106を60分休止させた後に5分だけ作動を再開させる運転を繰り返す。
The second freezing suppression control is a control that suppresses freezing of the
このような従来の熱交換形換気装置においては、冬季に室外の温度が低い温度になると、温かい排気流が、熱交換素子内部の排気経路において隣接する低温の給気流に冷却されて結露・結氷し、排気経路が目詰まりしていく課題に対し、運転を所定の時間停止する構成となっていた。 In such a conventional heat exchange type ventilator, when the outdoor temperature becomes low in winter, the warm exhaust flow is cooled to the adjacent low-temperature air supply air in the exhaust path inside the heat exchange element, causing condensation and icing. However, in response to the problem that the exhaust path is clogged, the operation is stopped for a predetermined time.
そのため、例えば給気のみを停止させると室内が負圧となって建物の隙間から室外の空 気が流入し、室内空間にコールドドラフトや結露を生じさせることとなり、給気と排気の両方を停止させると、室内の必要換気量を確保することが困難となるという課題を有していた。 For this reason, for example, if only the air supply is stopped, the room becomes negative pressure and the air outside the room flows in through the gaps between the buildings, causing cold drafts and condensation in the indoor space, stopping both supply and exhaust When it did, it had the subject that it became difficult to ensure the indoor ventilation required.
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、寒冷地など、熱交換素子内部に結露・結氷が生じる条件下において、排気経路の目詰まりを抑制し、室内の必要換気量を確保できる連続運転の時間を長くすることができる熱交換素子とそれを用いた熱交換形換気装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention solves the above-described conventional problems, and prevents clogging of the exhaust path and secures the necessary indoor ventilation volume under conditions where condensation and icing occur inside the heat exchange element, such as in a cold district. It is an object of the present invention to provide a heat exchange element capable of extending the continuous operation time and a heat exchange type ventilator using the heat exchange element.
そして、この目的を達成するために、本発明は、間隔を保持する間隔保持手段と、略平行に略等間隔で設けられた複数の風路リブを備えた複数の伝熱板を積層して排気風路と給気風路を1層ずつ交互に構成し、前記排気風路を流通する排気流と前記給気風路を流通する給気流とが、前記排気風路および前記給気風路の両端部で直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する熱交換素子であって、前記中央部の前記給気風路の中で前記排気流の入口側に最も近い風路を閉空間にしたことを特徴とするものであり、これにより所期の目的を達成するものである。 In order to achieve this object, the present invention includes a plurality of heat transfer plates each having a plurality of heat transfer plates provided with a plurality of air path ribs provided at substantially equal intervals in parallel with the interval holding means. Exhaust air passages and supply air passages are alternately formed one layer at a time, and an exhaust flow flowing through the exhaust air passage and a supply air flow flowing through the supply air passage are both ends of the exhaust air passage and the supply air passage A heat exchange element that intersects at right angles or obliquely and is opposed to the central portion between the two end portions, and closes the air path closest to the inlet side of the exhaust flow in the supply air path in the central portion. and characterized in the that in, thereby is to achieve the intended purpose.
本発明によれば、間隔を保持する間隔保持手段を備えた複数の伝熱手段を積層して排気風路と給気風路を1層ずつ交互に構成し、前記排気風路を流通する排気流と前記給気風路を流通する給気流とが、前記排気風路および前記給気風路の両端部で直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する熱交換素子であって、前記中央部の前記給気風路で、排気流の入口側に最も近い風路を閉空間にする構成にしたことにより、前記排気風路の中央部の対向流部分で排気流と給気流が熱交換せず、排気風路内の着霜を抑制することができるという効果を得ることができる。 According to the present invention, a plurality of heat transfer means provided with a gap holding means for holding a gap are stacked to alternately constitute the exhaust air passage and the supply air passage one layer at a time, and the exhaust flow flowing through the exhaust air passage And the air supply air flowing through the supply air passage are orthogonal to or obliquely crossed at both ends of the exhaust air passage and the supply air passage, and are opposed to each other at a central portion between both ends, In the air supply air passage in the central portion, the air passage closest to the inlet side of the exhaust air flow is closed, so that the exhaust air flow and the air supply air flow are heated in the counterflow portion in the central portion of the exhaust air passage. The effect that frost formation in the exhaust air passage can be suppressed without replacement is obtained.
すなわち、排気風路内の最も着霜しやすい、給気流の入口側に最も近い風路において、中央部の対向流部分で熱交換させないことにより、排気流はこの対向流部分を温度低下せずに通過することができる。 That is, in the airflow path closest to the inlet side of the supply airflow that is most likely to form frost in the exhaust airflow path, heat is not exchanged in the counterflow portion in the center, so that the exhaust flow does not lower the temperature of this counterflow portion. Can pass through.
この対向流部分の温度低下をなくすことにより、給気流と熱交換する直交流部分での温度低下はあっても、排気流の出口でのトータルの温度低下を抑制できるため、排気風路内の着霜を抑制することができ、着霜が始まる外気温を低くできるので、結果として室内の必要換気量を確保できる連続運転の時間を長くすることができるという効果を得ることができる。 By eliminating the temperature drop in the counter flow part, even if there is a temperature drop in the cross flow part that exchanges heat with the supply airflow, the total temperature drop at the outlet of the exhaust flow can be suppressed. Since frost formation can be suppressed and the outside air temperature at which frost formation starts can be lowered, it is possible to obtain an effect that it is possible to lengthen the continuous operation time in which the necessary indoor ventilation amount can be secured as a result.
(実施の形態1)
図1は熱交換型換気機器が設置された2階建ての住宅を示す概念図である。図1に示すように、住宅1は、排気だけを行う非居住空間、例えば浴室、洗面所、トイレ、給排気を行う居住空間、例えばリビング、寝室、で構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a two-story house in which a heat exchange type ventilation device is installed. As shown in FIG. 1, the
各部屋の排気、給気はダクトで接続され、熱交換型換気機器2に接続され、熱交換型換気機器2は、屋外への排気流と屋外からの給気流の間で熱交換する熱交換素子3(図2で説明)を内蔵している。
Exhaust air and air supply in each room are connected by a duct and connected to a heat
図2は熱交換型換気機器2の構成を示す概念図である。図2に示すように、熱交換型換気機器2は、排気流4の排気送風路4a、給気流5の給気送風路5aと、排気流4を送風する排気送風手段6と、給気流5を送風する給気送風手段7と、排気流4と給気流5の間で熱交換する熱交換素子3で構成されている。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a configuration of the heat exchange
排気流4(図中の実線矢印)、給気流5(図中の破線矢印)の送風路には、内気(RA)を導入する内気口8から屋外に排気(EA)する排気口9にかけての排気送風路4aと、外気(OA)を導入する外気口10から室内に給気(SA)を吹き出す給気口11にかけての給気送風路5aと、排気送風路4aに内気口8から排気口9に向かう排気流4を発生させる排気送風手段6と、給気送風路5aに外気口10から給気口11に向かう給気流5を発生させる給気送風手段7と、排気送風路4aと給気送風路5aが交差する位置に、排気送風路4aを流通する排気流4と給気送風路5aを流通する給気流5との間で熱交換する熱交換素子3が設けられている。
In the air flow path of the exhaust flow 4 (solid line arrow in the figure) and the supply airflow 5 (broken line arrow in the figure), the air flow from the
ここで熱交換素子3の構成について図3、図4を用いて説明する。以下では、熱交換素子3内の排気送風路4aを排気風路14、給気送風路5aを給気風路15、熱交換素子3の排気流4の流入口を内気口8a、流出口を排気口9a、給気流5の流入口を外気口10a、流出口を給気口11aと記載して説明する。
Here, the configuration of the
図3は熱交換素子3の外観を示す斜視図であり、図4(a)は熱交換素子3を分解した時の排気風路を構成するリブと伝熱板16とを組み合わせた、伝熱手段としての排気ユニット12の平面図であり、図4(b)は熱交換素子3を分解した時の給気風路を構成するリブと伝熱板16とを組み合わせた、伝熱手段としての給気ユニット13の平面図であり、図3に示す熱交換素子3は、図4に示す排気ユニット12と給気ユニット13を交互に複数積層した構成となっている。
FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of the
図4に示すように、排気ユニット12と給気ユニット13は外形が略六角形である。
As shown in FIG. 4, the outer shape of the
図4(a)に示すように、排気ユニット12の、内気口8aおよび排気口9aを形成する対向辺以外の外周には、間隔を保持する間隔保持手段としての間隔リブ12a、12bが設けられている。
As shown in FIG. 4 (a),
また、排気ユニット12は風路を分割する6本の風路リブ12cを備えている。
The
同様に、図4(b)に示すように、給気ユニット13の、外気口10aおよび給気口11aを形成する対向辺以外の外周には、間隔を保持する間隔保持手段としての間隔リブ13a、13bが設けられている。
Similarly, as shown in FIG. 4B, on the outer periphery of the
また、給気ユニット13は風路を分割する6本の風路リブ13cを備えている。
The
このような排気ユニット12と給気ユニット13を交互に積層することにより、熱交換素子3は排気風路14と給気風路15を1層ずつ交互に配置して構成されている。積層数は熱交換素子3を搭載する熱交換型換気機器2の大きさや風量によって決定される。
By alternately stacking the
また、図4(a)に示すように、排気風路14は、6本の風路リブ12cにより、7本の排気風路14a〜14gに分割されている。
Further, as shown in FIG. 4A, the
同様に、図4(b)に示すように、給気風路15は、6本の風路リブ13cにより、7本の給気風路15a〜15gに分割されている。
Similarly, as shown in FIG. 4B, the air
伝熱板16は排気流4と給気流5の間で熱交換する役割を持つものであり、温度だけを交換するときは伝熱板16にアルミニウムなどの金属板や樹脂板を用い、温度と湿度を交換するときは伝熱板16に紙や樹脂などの透湿膜などを用い、目的に応じて適宜選択して良い。
The
間隔リブ12a、12b、13a、13bは樹脂や金属で構成される。特に伝熱板16を透湿膜にする場合、間隔リブ12a、12b、13a、13bは伝熱板16を金型内に挿入し、樹脂によるインサート射出成形による一体成形で形成すると良い。
The
図4に示すように、排気風路14を流通する排気流4と給気風路15を流通する給気流5とは、排気風路14および給気風路15の両端部(図4のB部およびD部:以降省略)では直交または斜交し、この両端部の間の中央部(図4のC部:以降省略)で対向する熱交換素子である。
As shown in FIG. 4, the
なお、この明細書における両端部は図4のB部およびD部の範囲を指し、中央部は図4のC部を指す。中央部の排気風路14および給気風路15は並行で波形であり、一層ごとに波形が逆向きに構成されている。
In addition, both ends in this specification indicate the range of the B part and the D part in FIG. 4, and the central part indicates the C part in FIG. The central
本実施の形態1の熱交換素子3は、風路リブ12cの排気風路14gを構成する部分と風路リブ13cの給気風路15gを構成する部分を除けば、図4(a)の排気ユニット12の平面図と、図4(b)の給気ユニット13の平面図とがA−A線に対して、線対称の関係となる構成である。
The
上記のように構成された熱交換型換気機器2および熱交換素子3の作用と効果について、以下に説明する。
The operation and effect of the heat exchange
図1に示すような住宅に設置された熱交換型換気機器2において換気運転が開始されると、排気流4は排気送風手段6の運転により、内気(RA)を内気口8から導入し、排気送風路4aを通り、熱交換素子3の排気風路14を通過する時に、熱交換素子3の給気風路15を通過する給気流5と熱交換した後、排気口9から屋外に排出される。
When the ventilation operation is started in the heat exchange
一方、給気流5は給気送風手段7の運転により、外気(OA)を外気口10から導入し、給気送風路5aを通り、熱交換素子3の給気風路15を通過する時に、熱交換素子3の排気風路14を通過する排気流4と熱交換した後、給気口11から室内に給気される。
On the other hand, the
このとき、冬季に室外の温度が、例えば−10℃以下のような低い温度になると、室内からの温かい排気流4が流れる熱交換素子3内において、隣接する給気風路15に室外から通風される冷たい給気が流れることで、排気風路14の排気口9a近傍が結露・結氷し目詰まりしていくことになる。
At this time, when the outdoor temperature becomes a low temperature such as −10 ° C. or less in winter, the air is passed from the outdoor to the adjacent
ここで、本願の特徴である、その目詰まり、排気風路14内の着霜を抑制する手段について再度図4を用いて説明する。
Here, the means for suppressing the clogging and frost formation in the
冬季に室外の温度が、例えば−10℃以下のような低い温度になった場合、外気口10aに最も近い排気風路14gを流れる排気流4の温度が最も低くなる。すなわち、着霜は排気風路14gの排気口9a近傍から始まる。
When the outdoor temperature becomes a low temperature such as −10 ° C. or lower in winter, the temperature of the
この排気風路14gを流れる排気流4の温度を高くするために、図4(b)に示すように、給気風路15gを閉空間(図中の斜線部)にしている。参考までに、風路リブ13cの一般的な通常の給気風路15gを構成する部分を破線で示す。
In order to increase the temperature of the
上記構成により、給気風路15gを閉空間にしているため、給気風路15gには給気流5が流通しない。すなわち、排気風路14gを流れる排気流4は、給気流5と対向する、理論的に熱交換効率が高い中央部に給気流5が流通しないため、給気流5との間で熱交換せず、結果として排気流4の温度低下が抑制される。
With the above configuration, the supply air flow path 15g is a closed space, so the
実施の形態1の熱交換素子3を熱流体解析で解析した結果では、排気風路14gを流れる排気流4の最低温度が従来の熱交換素子よりも約3K上昇することを確認した。この結果は着霜が発生する外気温が約3K低くなることに相当する。
As a result of analyzing the
なお、本実施の形態では、伝熱手段が六角形の場合について説明したが、両端部では直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する、例えば風路がL形の四角形でも上記と同様の効果を有する。 In the present embodiment, the case where the heat transfer means is a hexagon has been described. However, the both ends are orthogonal or oblique, and are opposed to each other at the center between the both ends. But it has the same effect as above.
以上、中央部の給気風路15で、排気流4の内気口8aに最も近い給気風路15gを閉空間にする構成にしたことにより、排気風路14gの中央部の対向流部分で排気流4と給気流5が熱交換せず、排気風路14g内の着霜を抑制することができるという効果を得ることができる。
As described above, since the supply air passage 15g closest to the
すなわち、排気風路14内の最も着霜しやすい、外気口10aに最も近い中央部の対向流部分で熱交換させないことにより、排気流4はこの対向流部分を温度低下せずに通過することができる。
That is, the
この対向流部分の温度低下をなくすことにより、給気流5と熱交換する直交流部分での温度低下はあっても、排気流4の内気口8aから排気口9aでのトータルの温度低下を抑制できるため、排気風路内の着霜を抑制することができ、着霜が発生する外気温を低くできるので、結果として室内の必要換気量を確保できる連続運転の時間を長くすることができるという効果を得ることができる。
By eliminating the temperature drop in the counter flow part, even if there is a temperature drop in the cross flow part that exchanges heat with the
(実施の形態2)
実施の形態2の熱交換型換気機器17は実施の形態1の熱交換型換気機器2と概ね同様の構成であり、特に断りがない限り、実施の形態1の熱交換型換気機器2と同じ構成部品には同じ名称と符号を使用するものとする。
(Embodiment 2)
The heat
以下、実施の形態2の熱交換型換気機器17が実施の形態1の熱交換型換気機器2と異なる部分について図5と図6を参照しながら説明する。図5は熱交換型換気機器17の構成を示す概念図、図6は実施の形態2の熱交換素子18を分解した時の給気風路を構成する給気ユニット13の平面図である。
Hereinafter, the difference between the heat
熱交換素子18の排気ユニット12は実施の形態1の熱交換素子3の排気ユニット12と同様の形状である。しかし熱交換素子18の給気ユニット13は実施の形態1の熱交換素子3の給気ユニット13と異なり、排気ユニット12と線対称になる形状である。
The
熱交換型換気機器17は風路閉鎖手段としてのダンパー19を備え、また着霜判断手段としての風速センサー20とマイクロコンピューター21(図示せず)を備えている。
The heat
ダンパー19は熱交換素子18の外気口10側に設置され、通常は図5(a)に示すように熱交換素子18の風路を閉鎖しない状態に保持される。
The
このとき、熱交換素子18の給気ユニット13は図6(a)に示すように給気風路15a〜15gの全てに給気流5が流通する。このため風路リブ13cの分を除いた伝熱板16の全ての面積を熱交換に利用することができ、高い熱交換効率を実現することができる。
At this time, in the
風速センサー20は排気送風路4aに設置され、排気流4の風速を検知し、その測定値をマイクロコンピューター21が受け取る。風速センサー20が検知する排気流4の風速が通常時よりも遅くなった場合には排気流4の風量が低下しているとして、マイクロコンピューター21が「着霜がある」と判断するようにする。このように風速センサー20が風速を検知することにより、実際に着霜が起こったかどうかを比較的正確に判断することができる。
The
なお、着霜判断手段として温度センサー22(図示せず)とマイクロコンピューター21を使用する方法もある。その場合、外気口10に近い給気送風路5aに温度センサー22を設け、外気に近い給気流5の温度を測定し、温度センサーの温度がある値、例えば−10℃以下になった場合にはその測定値を受け取ったマイクロコンピューター21が「着霜がある」と判断するようにする。温度センサー22が外気に近い給気流5の温度を測定することでコストを抑制しながら着霜が起こるかどうかをある程度予測することができる。
In addition, there is also a method of using a temperature sensor 22 (not shown) and the microcomputer 21 as frost formation determination means. In that case, when the temperature sensor 22 is provided in the air
マイクロコンピューター21が「着霜がある」と判断した場合、マイクロコンピューター21がダンパー19に指示を出し、ダンパー19は図5(b)および図6(b)に示すように、熱交換素子18の給気風路15の中で排気流4の入口側に最も近い給気風路15gの入口を閉鎖する状態に保持される。給気風路15gの入口を閉鎖することにより、給気風路15gには給気流5が流入しなくなり、排気風路14gの中央部の対向流部分で排気流4と給気流5が熱交換せず、排気風路14g内の着霜を抑制することができるという効果を得ることができる。
When the microcomputer 21 determines that “there is frost formation”, the microcomputer 21 gives an instruction to the
実施の形態2の熱交換型換気機器17は以上のように、着霜時には給気風路15gの入口を閉鎖することにより排気風路14g内の着霜を抑制することができるが、通常時には伝熱板16の全ての面積を熱交換に利用し、高い熱交換効率を実現することができる。通常時の熱交換効率を高めることにより、住宅1の換気による空調負荷を低減することができる。
As described above, the heat
本発明にかかる対向流型熱交換素子とそれを用いた熱交換型換気機器は、排気流の出口でのトータルの温度低下を抑制できるため、排気風路内の着霜を抑制することができ、着霜が始まる外気温を低くできるので、結果として室内の必要換気量を確保できる連続運転の時間を長くすることができるので、寒冷地での熱交換素子とそれを用いた熱交換型換気 機器として有用である。 The counterflow type heat exchange element according to the present invention and the heat exchange type ventilator using the same can suppress a total temperature decrease at the outlet of the exhaust flow, and therefore can suppress frost formation in the exhaust air passage. Since the outside air temperature at which frosting starts can be lowered, the continuous operation time that can secure the necessary ventilation volume in the room can be extended as a result, so the heat exchange element and the heat exchange type ventilation using it in a cold region Useful as equipment.
1 住宅
2 熱交換型換気機器
3 熱交換素子
4 排気流
4a 排気送風路
5 給気流
5a 給気送風路
6 排気送風手段
7 給気送風手段
8、8a 内気口
9、9a 排気口
10、10a 外気口
11、11a 給気口
12 排気ユニット
13 給気ユニット
12a、12b、13a、13b 間隔リブ
12c、13c 風路リブ
14、14a、14b、14c、14d、14e、14f、14g 排気風路
15、15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g 給気風路
16 伝熱板
17 熱交換型換気機器
18 熱交換素子
19 ダンパー
20 風速センサー
21 マイクロコンピューター
22 温度センサー
DESCRIPTION OF
Claims (3)
Priority Applications (2)
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