JP7112822B2 - 外気導入ユニットおよび外気導入システム - Google Patents

Description

本発明は、壁を貫通して屋外と屋内を接続する給気ダクトを通じて外気を屋内に導入する外気導入ユニットおよび外気導入システムに関する。

近年の住宅には２４時間換気システムが設置されている。その代表的な構成は、図１０に示すように、たとえば、風呂場の天井裏等に換気ファン１０１を設け、この換気ファン１０１の吸込口１０２をトイレや洗面所、浴室などの天井（家の中心付近）に配置し、屋外に面する各居室の壁に給気口１０３を設け、換気ファン１０１の排気はダクトを通じて玄関先等に設けた排気口１０４から屋外に排出する、といった構成になっている。これは、排気はファンで行い、給気はファンを使用せずに自然に取込む方式（排気型）であり、一般の住宅で多く採用されている。

ところで、冬場は給気口１０３から冷たい外気が室内に入って来る。図１０に示す住宅では、リビングなど人が長く居る部屋は暖房されて暖かい。その暖かい空気は、住宅の中心の吸込口に向かってゆっくりと流れ、吸込口１０２から吸い込まれて屋外に排出される。一方、洋室（１）、洋室（２）などは、寝室などに利用された場合、暖房費節約等の観点から、暖房されない場合が多い。また、リビングから暖かい空気も流れ込まないため、室温が低い。明け方になるとトイレなども冷えてしまう。そのため、たとえば、入浴後にそれらの部屋に入ったり、明け方に布団から出てトイレに行ったりすると、ヒートショックを受ける恐れがある。

光熱費を抑えて、ヒートショックを防止し得る程度に暖房する方法として、風呂の残り湯が持つ熱量を利用する方法がある。たとえば、特許文献１には、浴槽内の湯を、ファンからの送風を受ける熱交換器に循環させる暖房システムが開示される。

しかし、この暖房システムでは、室温と浴槽内の残り湯との温度差が少ないため、放熱効率が低く、要求される熱量を得るには大型の熱交換器が必要であった。

特開２０００－２８３５５８号公報

本願の出願人は、図１１に示すように、２４時間換気システムの給気口１０３のダクトの中に、風呂の残り湯を循環させる放熱器１１０を取り付け、給気口１０３を通じて屋外の冷たい空気を屋内に取り入れる際に放熱器１１０で暖める外気導入システムを考案した。この放熱器１１０は、図１２に示すように、入水管１１１と出水管１１２の間に、薄く扁平した管路である扁平管１１３を所定間隔で多数枚積層して構成される。

通常、２４時間換気システムは、屋外が無風状態で適切となるように給気量が設定されている。上記の外気導入システムにおいてもこの給気量を想定しているが、屋外に風があるときは、給気量が多くなるため、適切な性能を発揮できなくなる。すなわち、外気導入システムは、冷たい空気を室内に取り込まないことを目的にしているにもかかわらず、強風のときは、適温に暖まる前に冷たい風が室内に入ってしまう。

給気口の屋外側には雨避け等のために給気口カバー１０８が取り付けられる。一般的な給気口カバーは、図１３に示すような形状であり、上方や斜め上方、左右、正面からの雨風の進入を防ぎ、主として下方から外気を取り入れるようになっている。
しかし、吹雪や冬場の強風の日には、図１４に示すように、冷たい風が地面から外壁に沿って吹き上げるので、この種の給気口カバーでは、地面から吹き上げる風がそのまま給気口に進入して室内へ流れ込むため、放熱器１１１で温める前に冷たい風が室内に入ってしまう。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、強風の日にも給気ダクトの中に配置した熱交換器で外気を適切に温度調整して屋内に取り込むことのできる外気導入ユニットおよび外気導入システムを提供することを目的としている。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。

［１］壁を貫通して屋外と屋内を接続する給気ダクトの中に設置される熱交換器と、
前記給気ダクトの屋外側の入口の前に、該入口の前方と上方と下方を覆い且つ左右に貫通した通風路を形成する給気口カバーと、
を備え、
前記熱交換器は、外気と熱交換する複数枚の板状部材を間隔を持って積層して備え、前記板状部材が中空の扁平管であり、隣り合う扁平管がその一端部側と他端部側のそれぞれで接続部によって積層方向に連結され、流入口に流入した熱媒体流体が各扁平管および接続部を通って流出口から流出するように構成されたものである
ことを特徴とする外気導入ユニット。

上記発明では、給気口カバーは下方から吹き上げる風がそのまま給気ダクトへ進入することを防ぐことができる。また、上記発明では、扁平管を積層することで熱交換効率の高い熱交換器を小型に作成することができる。

［２］壁を貫通して屋外と屋内を接続する給気ダクトの中に設置される熱交換器と、
前記給気ダクトの屋外側の入口の前に、該入口の前方と上方と下方を覆い且つ左右に貫通した通風路を形成する給気口カバーと、
を備え、
前記熱交換器は、外気と熱交換する複数枚の板状部材を間隔を持って積層して備え、前記板状部材が前記給気ダクトの延設方向に沿い且つ斜めになる向きで前記給気ダクトの中に設置され、
前記斜めの範囲は、前記板状部材が、前記通風路の右下端から左上端を結ぶ第１対角線より縦、且つ、前記通風路の左下端から右上端を結ぶ第２対角線より縦になる範囲である
ことを特徴とする外気導入ユニット。
上記発明では、通風路を通り抜ける風の角度は、第１対角線より水平、且つ、第２対角線より水平な角度範囲なので、板状部材の向きを、これ以外の角度範囲にすれば、積層された板状部材同士の間を風が通り抜けに難くなる。

［３］壁を貫通して屋外と屋内を接続する給気ダクトの中に設置される熱交換器と、
前記給気ダクトの入口の前に該入口が臨む方向に対して直交する方向に貫通した通風路を形成すると共に、該通風路の途中に前記給気ダクトの入口に通じる開口部を備えた給気口カバーと、
を備え、
前記熱交換器は、外気と熱交換する複数枚の板状部材を間隔を持って積層して備え、前記板状部材は前記通風路の貫通方向に垂直となる向きで前記給気ダクトの中に設置される
ことを特徴とする外気導入ユニット。

上記発明では、給気ダクト内へ少し入り込むように蛇行しながら通風路を通り抜ける風に対して（通風路の貫通方向に対して）板状部材が垂直であれば、風と板状部材が平行でなくなり、積層された板状部材同士の間を風が通り抜けに難くなる。
［４］前記熱交換器を、前記通風路を通過する空気流が前記給気ダクト内へ蛇行する範囲より屋内側に配置する
ことを特徴とする［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の外気導入ユニット。
上記発明では、通風路を通り抜ける風は、給気ダクトの中へある程度入り込むように蛇行するので、蛇行して通り抜ける風に当たらないように熱交換器を給気ダクトの屋外側の入口から離して配置する。

［５］［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の外気導入ユニットと、
前記外気導入ユニットの前記熱交換器に、熱媒体流体を循環させる循環装置と、
を有する
ことを特徴とする外気導入システム。

本発明に係る外気導入ユニットおよび外気導入システムによれば、強風の日にも、給気ダクトの中に配置した熱交換器で外気を適切に温度調整して屋内に取り込むことができる。

本発明の実施の形態に係る外気導入ユニットの外観を示す図である。 給気口カバーの正面、左側面および平面を示す図である。 熱交ユニットを示す斜視図である。 熱交換器を構成する３種類の扁平管を示す図である。 一往復型の熱交換器における通水経路を示す図である。 並列型の熱交換器における通水経路を示す図である。 通風路内を蛇行して流れる空気流を示す図である。 扁平管が縦になるように熱交換器を給気ダクト内に配置した例を示す図である。 扁平管に許容される斜めの角度範囲を示す図である。 住宅（マンション）に設置された２４時間換気システムの構成例を示す図である。 一般的な給気口カバーを備えた給気ダクト内に熱交換器を設置した例を示す図である。 給気ダクト内に設けられる熱交換器の一例を示す斜視図である。 一般的な給気口カバーを示す図である。 地面から建物の外壁に沿って風が吹き上げる様子を示す図である。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る外気導入ユニット１０の外観を示している。本実施の形態に係る外気導入ユニット１０は、壁を貫通して屋外と屋内を接続する給気ダクト３の中に挿入される熱交ユニット２０と、給気ダクト３の屋外側の入口に取り付けられる給気口カバー５０とを備えて構成される。給気ダクト３は、背景技術で説明したものと同様の、排気はファンで行い、給気はファンを使用せずに自然に取込む方式（排気型）の２４時間換気システム、における給気口である。

給気口カバー５０は、給気ダクト３の屋外側の入口の前に、該入口の前方と上方と下方を覆い且つ左右に貫通した通風路５１を形成する。本例の給気口カバー５０は、該通風路５１と給気ダクト３の中に密に挿入される円筒状の挿入部５２を備えて構成される。

図２は、給気口カバー５０の正面、左側面および平面を示している。右側面は左側面と同一形状であり、底面は平面と同一形状である。給気口カバー５０の通風路５１は、左右の幅ｗおよび高さｈが約１５ｃｍで、前後の奥行ｄが約４ｃｍの中空直方体から左右の壁面を取り去った筒形状をなしている。

奥の壁面には、給気ダクト３の入口に対応した円形の開口部５３が設けてあり、この開口から奥へ突出するように円筒状の挿入部５２が設けてある。

給気口カバー５０は、挿入部５２を給気ダクト３の中に挿入し、通風路５１が水平な通路となる向きにした状態で、図示省略のビスにより建物の壁面に固定される。

図１に示すように、熱交ユニット２０は、給気ダクト３の屋外側の入口から所定距離だけ屋内側へ離した位置に配置される。この例では、給気ダクト３の屋外側の入口から奥へ約５ｃｍ離れた位置に熱交ユニット２０を配置してある。

図３は、熱交ユニット２０を示す斜視図である。熱交ユニット２０は、温水等の熱媒体流体が通される熱交換器２１と、熱交換器２１の外縁と給気ダクト３の内壁との隙間を塞ぐ仕切り板２２とを有する。熱交ユニット２０の熱交換器２１に循環させる熱媒体流体は、浴槽に残っている浴槽水や床暖房マットに流す温水などである。該浴槽水や温水を熱交ユニット２０の熱交換器２１を経由して循環させる役割を果たす循環装置は、風呂給湯器、ガス温水暖房給湯器もしくは別のポンプユニットなどを使用する。本発明は、熱交ユニット２０とこれに熱媒体流体を循環させる循環装置を含む外気導入システムとされてもよい。

熱交ユニット２０の熱交換器２１は、複数枚の扁平管２３が間隔を持って積層された構造を有する。各扁平管２３は、内部が空洞で矩形(ここでは略正方形)の薄い平板状を成している。ここでは、各扁平管２３の内部空洞(水路)の高さは0.6mm、内部空洞を構成する壁面の厚み（板厚）は各0.2mmであり、積層された扁平管２３同士の間隔は2.2mmになっている。

熱交換器２１は、熱媒体流体の流入口２５と流出口２６を備えており、流入口２５に流入した熱媒体流体は、積層された各扁平管２３を通って流出口２６から流出する。

熱交換器２１の構造をより詳細に説明する。
矩形の各扁平管２３は、その一方の対角線上に位置する２つの角部にそれぞれ接続部２４を備えており、積層方向に隣り合う扁平管２３同士は接続部２４によって連結される。接続部２４は、扁平管２３の壁面から積層間隔の約２分の１の高さに突起した短い円筒状をなしており、接続部２４のある位置の扁平管２３の壁面（表裏の一方もしくは双方）には筒状の接続部２４に通じる穴が開設されている。

図４に示すように、本実施の形態では、扁平管２３として、対角線上にある２つの接続部２４の双方で表裏の壁面に穴が開設された貫通型扁平管２３ａと、対角線上にある２つの接続部２４の双方で裏側の壁面に穴が開設され、表側の壁面は片側の接続部２４にのみ対応する位置に穴が開設された片表型扁平管２３ｂと、対角線上にある２つの接続部２４の双方で表側の壁面に穴が開設され、裏側の壁面は片方の接続部２４についてのみ対応する位置に穴が開設された片裏型扁平管２３ｃの３種類を設けてあり、これらを組み合わせることで、各種の通水経路の熱交換器２１を構成する。

たとえば、図５に示すように、上から、片表型扁平管２３ｂ×１、貫通型扁平管２３ａ×２、片裏型扁平管２３ｃ×１、片表型扁平管２３ｂ×１、貫通型扁平管２３ａ×２、片裏型扁平管２３ｃ×１のように積層すれば、図中の破線で示すように熱媒体流体が流れる、一往復型の熱交換器が構成される。扁平管２３の数が多い場合には、２往復型、３往復型…、とすることもできる。往復型の場合、流入口２５と流出口２６は同じ接続部側に形成される。

一方、図６に示すように、すべての扁平管２３で同じ方向に熱媒体流体が流れる並列型の熱交換器２１を構成することも可能である。この例では、上から、片表型扁平管２３ｂ×１、貫通型扁平管２３ａ×５、片裏型扁平管２３ｃ×１が積層されている。並列型の場合、流入口２５は一方の接続部２４に形成され、流出口２６は他方の接続部２４に形成される。往路、復路、往路のような構成も可能である。

各扁平管２３を積層することで隣り合う扁平管２３の接続部２４同士が接続して連結する。壁面に穴のある接続部２４同士を接続すれば、その箇所で隣り合う扁平管２３が接続部２４を介して連通する。

仕切り板２２は、各扁平管２３に直交しかつ給気ダクト３の延設方向に対して斜め方向を臨むように配置されている。ここでは、接続部２４が配置された２つの角部を結び対角線とは異なる方の対角線に沿って配置されている(図３参照)。

仕切り板２２には、矩形の開口が形成され、その中に熱交換器２１を収める。

給気ダクト３の通路面積は仕切り板２２の該開口の部分で最も小さくなる。仕切り板２２を給気ダクト３の延設方向に直交して設けた場合、給気ダクト３が断面円形ならば、該仕切り板２２の中に形成可能な最大サイズの矩形の開口は正方形になる。一方、仕切り板２２を給気ダクト３の延設方向に対して斜めに配置すると、仕切り板２２の外形が楕円形になるので、この楕円形の仕切り板２２の中に形成可能な最大サイズの矩形の開口は長方形になり、前述の正方形の開口に比べて開口面積が大きくなる。その結果、給気ダクト３内の空気流が熱交換器２１を通る際の通気抵抗を小さく抑えることができる。

次に、給気口カバー５０の作用について説明する。

給気口カバー５０は、給気ダクト３の入口の前方、上部、下部を覆い且つ左右に貫通した筒状の通風路５１を成しているので、吹雪や冬場の強風の日に、図１４に示すように、冷たい風が地面から外壁に沿って吹き上げた場合でも、その吹き上げる風がそのまま給気ダクト３を通じて室内へ流れ込むことを防ぐことができる。

ところで、通風路５１の途中には給気ダクト３に通じる開口部５３があり、かつ、２４時間換気システムにより室内側に空気が引かれているので、通風路５１を通る空気流は、図７に示すように、給気ダクト３の中へ引き込まれるように蛇行する。

通風路５１を通過する空気流が蛇行する範囲に熱交ユニット２０の熱交換器２１が存在すると、該空気流は熱交換器２１から熱を奪ってその熱を屋外に捨ててしまう。そこで、熱交ユニット２０の熱交換器２１を、空気流が蛇行する範囲に入らないように、給気ダクト３の屋外側の入口から屋内側に離して配置する。たとえば、開口部５３の直径の半分以上離すとよい。この例では、約５ｃｍ以上離すとよい。

上記の蛇行した空気流が熱交換器２１の積層された扁平管２３と扁平管２３の間を流れて通過しないようにするには、図８に示すように、扁平管２３が縦になるように熱交換器２１を給気ダクト３内に配置することが望ましい。

なお、扁平管２３が縦になる向きのほか、所定の角度範囲で扁平管２３が斜めになるように配置しても、縦にした場合と同様の効果を得ることができる。具体的には、図９に示すように、許容される斜めの角度範囲６１は、扁平管２３が、通風路５１の右下端から左上端を結ぶ第１対角線６２より縦、且つ、通風路５１の左下端から右上端を結ぶ第２対角線６３より縦になる範囲である。角度範囲６１内であれば、通風路５１を蛇行して通過する空気流が扁平管２３と扁平管２３の間に入り込むことを防ぐことができる。これにより、給気ダクト３の屋外側の入口から熱交換器２１を離す距離を短くすることができる。

次に、本発明に係る外気導入システムが行う暖房動作等について説明する。

＜浴湯暖房動作＞
浴湯暖房動作は、風呂の自動運転の終了後に浴槽の中に残っている浴槽水を熱交ユニット２０に循環させて暖房する動作である。たとえば、風呂の追い焚き回路のうち、風呂ポンプで送り出された湯が浴槽に向かう風呂往き管の途中に三方弁を設け、風呂ポンプで送り出された湯がそのまま浴槽に向かう第１経路と、風呂ポンプで送り出された湯が熱交ユニット２０を経由してから浴槽に向かう第２経路に切り替える。浴槽水を複数の熱交ユニット２０に経由させて複数の部屋を浴湯暖房する場合は、これら複数の熱交ユニット２０を並列に接続すればよい。

浴湯暖房動作では、三方弁を第２経路が形成されるように切り替えて風呂ポンプを駆動する。これにより、浴槽内の湯が、浴湯取込口から取り込まれ、熱交ユニット２０を経由した後、浴湯流出口から浴槽に戻るように流れて循環する。

２４時間換気システムの作用で、常に、給気ダクト３を通じて外気が屋内に取り込まれているので、浴湯暖房中は、給気ダクト３に取り付けた熱交ユニット２０によって外気が暖められて屋内に取り込まれる。

たとえば、風呂に入り終わった夜１０時から明け方の５時頃までにかけて200W（２個で400W）程度の暖房能力を得ることができ、ヒートショックの防止に貢献することができる。

＜浴槽水冷房動作＞
夏場においては、熱交ユニット２０を用いて簡易な冷房を行うことができる。すなわち、浴槽に水道水(たとえば15℃)を満たし、これを浴湯暖房動作と同様にして熱交ユニット２０に循環させる。たとえば、夏場の朝、浴槽に水(15℃)を入れ、その後、熱交ユニット２０を用いた冷房動作を行うと、夕方には、浴槽水が25℃程度まで上昇する。そうすれば、冷房効果を得られるだけでなく、追い焚きで風呂を沸かす際の熱量が少なくて済み、省エネルギーに貢献する。

熱交ユニット２０を冷房動作に使用する場合、図８に示すように、各扁平管２３が縦向きになるように熱交換器２１を配置し、該熱交換器２１の下方にドレン受けを設けるようにするとよい。ドレンは屋外へ排水される。

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

実施の形態では、給気口カバー５０の通風路５１を正面視で正方形とする例を示したが、左右の開口から吹き込む雨が給気ダクト３へ進入することをより確実に防ぐ等のためには、左右に長い長方形としてもよい。また、左右の開口は左右の壁面の一部であってもよい。たとえば、左右壁面の上部を塞ぐことで雨の進入を防止する。

このほか、通風路５１は、断面矩形の筒形状に限定されず、たとえば、断面が半円状であってもよく、形状は任意でよい。さらに、通風路５１は、左右の開口が真横を向くものに限定されず、ある程度であれば、斜め下方や上方を向いていてもよい。たとえば、通風路５１は、中央から左右の端に向けてやや下方に傾斜した筒形状であってもよい。また、通風路５１は、中央から左右の端に向けてやや上方に傾斜した筒形状であってもよい。上方に傾斜させる場合、最下部に水抜きの小さい穴やホースを取り付けるとよい。通風路５１は左端と右端に開口を有する筒状を成し、一方の開口からの他方の開口へ風が抜ける構造であればよい。

給気ダクト３の中に挿入する熱交換器は実施の形態に示した構造、形状のものが好ましいが、これに限定されず、任意でよい。図１２に示す構造のものでもよい。扁平管を使用しないフィン・チューブタイプの熱交換器であってもよい。

３…給気ダクト
１０…外気導入ユニット
２０…熱交ユニット
２１…熱交換器
２２…仕切り板
２３…扁平管
２３ａ…貫通型扁平管
２３ｂ…片裏型扁平管
２３ｃ…片表型扁平管
２４…接続部
２５…流入口
２６…流出口
５０…給気口カバー
５１…通風路
５２…挿入部
５３…開口部
６１…許容される斜めの角度範囲
６２…第１対角線
６３…第２対角線

Claims (5)

1. 壁を貫通して屋外と屋内を接続する給気ダクトの中に設置される熱交換器と、
   前記給気ダクトの屋外側の入口の前に、該入口の前方と上方と下方を覆い且つ左右に貫通した通風路を形成する給気口カバーと、
   を備え、
   前記熱交換器は、外気と熱交換する複数枚の板状部材を間隔を持って積層して備え、前記板状部材が中空の扁平管であり、隣り合う扁平管がその一端部側と他端部側のそれぞれで接続部によって積層方向に連結され、流入口に流入した熱媒体流体が各扁平管および接続部を通って流出口から流出するように構成されたものである
   ことを特徴とする外気導入ユニット。
2. 壁を貫通して屋外と屋内を接続する給気ダクトの中に設置される熱交換器と、
   前記給気ダクトの屋外側の入口の前に、該入口の前方と上方と下方を覆い且つ左右に貫通した通風路を形成する給気口カバーと、
   を備え、
   前記熱交換器は、外気と熱交換する複数枚の板状部材を間隔を持って積層して備え、前記板状部材が前記給気ダクトの延設方向に沿い且つ斜めになる向きで前記給気ダクトの中に設置され、
   前記斜めの範囲は、前記板状部材が、前記通風路の右下端から左上端を結ぶ第１対角線より縦、且つ、前記通風路の左下端から右上端を結ぶ第２対角線より縦になる範囲である
   ことを特徴とする外気導入ユニット。
3. 壁を貫通して屋外と屋内を接続する給気ダクトの中に設置される熱交換器と、
   前記給気ダクトの入口の前に該入口が臨む方向に対して直交する方向に貫通した通風路を形成すると共に、該通風路の途中に前記給気ダクトの入口に通じる開口部を備えた給気口カバーと、
   を備え、
   前記熱交換器は、外気と熱交換する複数枚の板状部材を間隔を持って積層して備え、前記板状部材は前記通風路の貫通方向に垂直となる向きで前記給気ダクトの中に設置される、
   ことを特徴とする外気導入ユニット。
4. 前記熱交換器を、前記通風路を通過する空気流が前記給気ダクト内へ蛇行する範囲より屋内側に配置する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の外気導入ユニット。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の外気導入ユニットと、
   前記外気導入ユニットの前記熱交換器に、熱媒体流体を循環させる循環装置と、
   を有する
   ことを特徴とする外気導入システム。

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