KR20100120313A - 열교환 환기장치 - Google Patents

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KR20100120313A
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마사루 타카다
시게키 오니시
히데모토 아라이
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

외기를 받아들여 실내에 불어내는 급기 풍로와, 실내공기를 받아들여 실외에 불어내는 배기 풍로와, 급기 풍로를 흘러내리는 외기와 배기 풍로를 흘러내리는 실내공기 사이에서 열교환을 행하는 복수의 열교환 소자를 구비하고, 복수의 열교환 소자가 실외측부터 실내측에 걸쳐서 직렬로 배치되어 있는 열교환 환기장치를 구성함에 있어서, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율을, 해당 가장 실외측에 배치된 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율보다 높게 하던지, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율을, 해당 가장 실외측에 배치된 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율보다 낮게 하여, 실외측의 열교환 소자에서의 결로, 결빙을 방지한다.

Description

열교환 환기장치{HEAT EXCHANGING VENTILATING APPARATUS}
본 발명은, 온도 또는 습도가 다른 2개의 기류 사이에서 현열(顯熱)의 교환 또는 잠열(潛熱)의 열교환을 행하면서 환기하는 열교환 환기장치에 관한 것이다.
특히 하계나 동계에서는 실내외의 온도차가 크기 때문에, 냉동 사이클을 이용한 냉방 기기 또는 난방 기기를 사용하고 있는 실내의 환기를 행할 때에 외기를 그대로 실내에 도입하면, 냉방 기기 또는 난방 기기의 부하가 증대한다. 이른바 환기 부하가 증대한다.
그래서, 환기할 때에 실외로부터 받아들여지는 외기와 실내로부터의 배출되는 실내공기 사이에서 열교환 소자에 의해 열교환을 행하는 열교환 환기장치가 개발되어 있다. 이 열교환 환기장치에는, 소망하는 환기 풍량을 확보하면서 열교환을 행하여, 배기(실내공기)로부터 급기(외기)로 열을 회수할 것이 요구된다. 또한, 열교환 환기장치가 설치되는 건축물 등의 설계의 자유도를 확보하기 위해, 열교환 환기장치에는 소형화가 요구된다. 예를 들면, 거실을 넓게 취하기 위해 천장 뒤(裏)의 공간 높이는 극력 낮아지도록 고려되는 것이 일반적이기 때문에, 천장 뒤 등에 설치된 열교환 환기장치에서는, 그 높이를 가능한 한 낮게 할 것이 요구된다.
예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 공기 조화기와 같이 내부에 가습기를 구비하고, 실내공기 흡입구로부터 받아들인 실내공기를 가습기에 의해 가습하는 한편으로 다른 실내공기 흡입구로부터 실내공기를 받아들여, 이들 가습한 실내공기와 가습하지 않은 실내공기 사이에서의 열교환 소자에 의해 냉각된 실내공기를 실내에 재차 불어내는 공기 조화기도 알려져 있지만, 이와 같은 공기 조화기는 열의 손실이 크고, 비효율적적인 것이기 때문에, 많은 열교환 환기장치로는 내부에 열원이 배치되지 않는다.
근래에는, 열교환 효율의 향상과 기기의 높이의 저감을 양립하기 위해, 열교환 소자를 1개가 아니라 복수개 사용한 여러가지의 열교환 환기장치가 제안되어 있다. 예를 들면 특허 문헌 2에는, 공기의 유동 방향으로 복수의 열교환 소자가 직렬로 배치된 전열(全熱) 교환기가 기재되어 있다. 또한, 특허 문헌 3에는, 도입 유체의 유입구 및 유출구와 배출 유체의 유입구 및 유출구를 구비한 케이싱에 복수의 열교환기가 수납된 환기장치가 기재되어 있다.
열교환 효율을 향상시키는 점에서는 열교환 소자에서의 풍로 지름을 작게 하는 것이 바람직하지만, 열교환 소자에서의 풍로 지름을 작게 하면, 결빙(結氷)에 의해 풍로가 보다 막히기 쉽게 되기 때문에, 최악의 경우 열교환 소자에 공기가 흐르지 않아 환기를 할 수 없게 되는 일도 있다. 즉, 한랭지에서 동계에 열교환 환기장치를 운전하면, 급기(외기)와의 열교환에 의해 배기(실내공기)가 냉각되는 결과로서 배기중의 수증기가 열교환 소자 내에서 응축되고 결로(結露)가 생기기 쉽고, 생긴 이슬이 차거워져서 열교환 소자의 풍로 내에서 빙결(결빙)이 일어난 채로 열교환 환기장치를 계속 운전하면, 얼음이 서서히 성장하고 해당 얼음에 의해 열교환 소자의 풍로가 폐색되어 환기를 할 수 없게 되는 일이 있다. 이 때문에, 결빙을 방지하기 위한 궁리도 여러가지 이루어져 있다.
예를 들면 특허 문헌 4에는, 저온 공기(외기)가 흐르는 저온 유로와, 고온 공기(실내공기)가 흐른 고온 유로와, 이들 저온 유로와 고온 유로의 연통 및 분리를 제어하는 댐퍼를 구비하고, 고온 공기를 저온 유로에 흘리는 동결 방지 운전을 필요시에 행함으로써 고온 유로에서의 결빙을 방지하는 열교환 환기장치가 기재되어 있다.
특허 문헌 5에는, 외기를 도입하는 저온 공기 도입구와, 실내공기를 도입하는 고온 공기 도입구와, 열교환 환기장치에 상기한 외기 또는 실내공기를 공급하는 공기 도출구와, 저온 공기 도입구와 고온 공기 도입구를 선택적으로 폐색하는 댐퍼와, 상기 공기 도출구의 부근에 마련되어 공기를 가열하는 가열자(加熱子)를 구비하고, 필요시에 가열자에 통전하여 열교환 환기장치 내의 결빙을 융해시키는 동결 방지 장치가 기재되어 있다.
특허 문헌 6에는, 몸체 내를 구획판에 의해 급기 경로와 배기 경로에 구획하고, 이들의 경로의 교차부에 열교환 엘레먼트를 마련하고, 해당 열교환 엘레먼트의 상류측이 되는 구획판에 개구부를 마련함과 함께 해당 개구부에 급기 경로와 배기 경로를 연통시키는 댐퍼를 마련하고, 필요시에 댐퍼를 회동시켜서 급기 경로와 배기 경로를 연통시킴으로써, 열교환 엘레먼트에 부착한 서리를 제거하는 열교환 환기장치가 기재되어 있다.
특허 문헌 7에는, 열교환기에서의 실내공기의 배기면에 기류 분리 수단을 마련함으로써, 디프로스트 운전에 의해 생긴 물이 그 후에 재 결빙하는 것을 방지한 열교환 환기장치가 기재되어 있다.
특허 문헌 8에는, 열교환 소자를 통과한 고온 공기(실내공기)의 풍로와 열교환 소자를 통과하기 전의 저온 공기(외기)의 풍로를 구획하는 칸막이에 개구를 마련함과 함께 해당 개구에 댐퍼를 마련하여, 필요시에 댐퍼의 동작을 제어하여 상기한 고온 공기를 상기한 저온 공기에 혼입시켜서 재차 실내에 되돌림으로써, 열교환 소자의 동결을 방지하면서 항상 환기를 행하는 열교환 환기장치가 기재되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개소61-107020호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특개2006-337015호 공보
특허 문헌 3 : 일본 특개2000-146250호 공보
특허 문헌 4 : 일본 실개소62-17743호 공보
특허 문헌 5 : 일본 특공평3-50180호 공보
특허 문헌 6 : 일본 특개2005-331193호 공보
특허 문헌 7 : 일본 특개2001-235199호 공보
특허 문헌 8 : 일본 특개2007-170712호 공보
열교환 소자에서의 결빙을 방지할 수 있는 종래의 열교환 환기장치 내지 동결 방지 장치는, 모두, 결빙 방지 운전(디프로스트 운전)중에 환기를 정지한 것이던지, 급기(외기)와 배기(실내공기)를 혼합시키는 것이기 때문에, 결빙 방지 운전중은 환기할 수가 없게 되던지, 환기량이 저하된다. 따라서 결빙 방지 운전중의 단위시간당의 환기량을 통상 운전시의 환기량과 같은 정도로 하기 위해서는, 결빙 방지 운전중의 처리 풍량을 통상 운전중의 처리 풍량보다 많게 하여야 하며, 결빙 방지 운전중의 열교환 효율을 통상 운전중의 열교환 효율과 같은 정도로 유지하기 위해서는, 열교환 소자를 대형화할 것이 필요해진다.
그러나, 천장 뒤 등의 설치 스페이스와의 관계 때문에, 열교환 소자의 대형화는 도모하기 어렵다. 또한, 열교환 소자에서의 풍로 지름을 작게 하면 결빙이 일어나기 쉽게 되기 때문에, 상기 풍로 지름을 작게 함으로써 열교환 소자의 대형화를 억제하면서 열교환 효율을 높이는 것도 곤란하다. 이 때문에, 열교환 소자에서의 결로나 결빙이 방지하려고 하면, 열교환 환기장치에서의 열교환 효율을 희생시키지 않을 수가 없는 일이 많다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것이고, 기기의 높이 치수를 억제하면서 열교환 소자에서의 결로나 결빙의 방지 및 열교환 효율의 향상을 도모하기 쉬운 열교환 환기장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하는 본 발명의 열교환 환기장치는, 외기를 받아들여 실내에 불어내는 급기 풍로와, 실내공기를 받아들여 실외에 불어내는 배기 풍로와, 급기 풍로를 흘러내리는 외기와 배기 풍로를 흘러내리는 실내공기 사이에서 열교환을 행하는 복수의 열교환 소자를 구비하고, 복수의 열교환 소자가 실외측부터 실내측에 걸쳐서 직렬로 배치되어 있는 열교환 환기장치로서, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율은, 그 가장 외측에 배치된 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율보다 높은 것을 특징으로 한 것이다.
상기한 목적을 달성하는 본 발명의 다른 열교환 환기장치는, 외기를 받아들여 실내에 불어내는 급기 풍로와, 실내공기를 받아들여 실외에 불어내는 배기 풍로와, 급기 풍로를 흘러내리는 외기와 배기 풍로를 흘러내리는 실내공기 사이에서 열교환을 행하는 복수의 열교환 소자를 구비하고, 복수의 열교환 소자가 실외측부터 실내측에 걸쳐서 직렬로 배치되어 있는 열교환 환기장치로서, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율은, 해당 가장 실외측에 배치된 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율보다 낮은 것을 특징으로 한 것이다.
상기한 목적을 달성하는 본 발명의 또다른 열교환 환기장치는, 외기를 받아들여 실내에 불어내는 급기 풍로와, 실내공기를 받아들여 실외에 불어내는 배기 풍로와, 급기 풍로를 흘러내리는 외기와 배기 풍로를 흘러내리는 실내공기 사이에서 열교환을 행하는 복수의 열교환 소자를 구비하고, 복수의 열교환 소자가 실외측부터 실내측에 걸쳐서 직렬로 배치되어 있는 열교환 환기장치로서, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율은, 해당 가장 실외측에 배치된 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율보다 높고, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율은, 해당 가장 실외측에 배치된 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율보다 낮은 것을 특징으로 한 것이다.
본 발명의 열교환 환기장치는, 직렬로 배치된 복수의 열교환 소자를 구비하고 있기 때문에, 하나의 열교환 소자만으로 열교환을 행하는 경우에 비하여 열교환 효율을 높일 수 있다. 그 결과로서, 하나의 열교환 소자만으로 열교환을 행하는 열교환 환기장치보다 높이 치수를 작게 하여도, 해당 열교환 환기장치와 동등한 열교환 효율을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 열교환 환기장치중, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율이 해당 가장 실외측에 배치된 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율보다 높은 것에서는, 복수의 열교환 소자 각각의 현열 교환 효율이 같은 경우에 비하여, 가장 실외측에 위치하는 열교환 소자에 흘러들어가는 실내공기의 온도가 높아지기 때문에, 외기와의 열교환시에 해당 열교환 소자에 결로나 결빙이 생기기 어렵다. 한쪽, 본 발명의 열교환 환기장치중, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율이 해당 가장 실외측에 배치된 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율보다 낮은 것에서는, 복수의 열교환 소자 각각의 잠열 교환 효율이 같은 경우에 비하여, 가장 실외측에 위치하는 열교환 소자에 흘러들어가는 실내공기의 습도가 낮아지기 때문에, 외기와의 열교환시에 해당 열교환 소자에 결로나 결빙이 생기기 어렵다.
결로나 결빙을 억제할 수 있으면, 열교환 소자에서의 풍로 지름을 작게 하여 그 열교환 효율을 향상시키기 쉽게 된다. 따라서 본 발명의 열교환 환기장치에서는, 기기의 높이 치수를 억제하면서 열교환 소자에서의 결로나 결빙의 방지 및 열교환 효율의 향상을 도모하기 쉽다. 박형으로 신뢰성이 높은 열교환 환기장치를 제공하기 쉽게 된다.
도 1은 본 발명의 열교환 환기장치의 한 예를 개략적으로 도시하는 종단면도.
도 2는 도 1에 도시한 열교환 환기장치에 사용되고 있는 2개의 열교환 유닛을 개략적으로 도시하는 사시도.
도 3-1은 도 1에 도시한 열교환 환기장치에 사용되고 있는 열교환 소자를 개략적으로 도시하는 사시도.
도 3-2는 도 3-1에 도시한 열교환 소자를 개략적으로 도시하는 정면도.
도 4는 본 발명의 열교환 환기장치중에서, 복수의 열교환 소자 각각의 체적 및 전열면적을 변화시킴에 의해 개개의 열교환 소자의 조절한 것의 한 예를 개략적으로 도시하는 종단면도.
도 5-1은 본 발명의 열교환 환기장치에 사용 가능한, 단면이 사각형의 풍로를 갖는 열교환 소자의 한 예를 개략적으로 도시하는 사시도.
도 5-2는 도 5-1에 도시한 열교환 소자를 개략적으로 도시하는 정면도.
도 6은 결로, 결빙이 억제되어 있는 열교환 소자에서의 전후차압의 경시변화, 및 결로, 결빙이 진행되고 있는 열교환 소자에서의 전후차압의 경시변화 각각의 측정 결과의 한 예를 도시하는 그래프.
도 7은 실시예 1 내지 3, 참고예 1, 2, 및 비교예 1, 2의 각각에서 얻은 열교환 환기장치에 대해 구한 전열 교환 효율 및 평균의 압력손실 상승 속도비 각각의 측정 결과를 도시하는 도표.
이하, 본 발명의 열교환 환기장치의 실시의 형태에 관해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명은 하기한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니다.
실시의 형태 1.
도 1은, 본 발명의 열교환 환기장치의 한 예를 개략적으로 도시하는 종단면도이고, 도 2는, 도 1에 도시한 열교환 환기장치에 사용되고 있는 2개의 열교환 유닛을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 또한, 도 2에 도시한 구성 부재중에서 도 1에도 도시되어 있는 구성 부재에 대해서는, 도 1에서 이용한 참조 부호와 같은 참조 부호를 붙이고 있다.
도 1에 도시하는 열교환 환기장치(50A)는, 몸체(10)와, 몸체(10) 내의 중앙부에 배치된 2개의 열교환 유닛(15A, 15B)과, 몸체(10)에 부착된 외기 흡입구(20a), 외기 취출구(20b), 실내공기 흡입구(25a), 및 실내공기 취출구(25b)와, 몸체(10) 내에 배치된 급기 팬(30)과, 몸체(10) 내에 배치된 배기 팬(35)과, 급기 팬(30) 및 배기 팬(35)의 동작을 제어하는 제어부(도시 생략)를 구비하고 있다.
상기한 몸체(10) 내에는 3개의 수평 격벽(3a, 3b, 3c)과 4개의 수직 격벽(5a, 5b, 7a, 7c)이 마련되어 있다. 2개의 수평 격벽(3a, 3b)과 2개의 수직 격벽(5a, 5b)은, 몸체(10) 내의 중앙부 약간 실외측에서 서로 격리하여 있고, 여기에 제 1 열교환 유닛(15A)이 배치되어 있다. 또한, 2개의 수평 격벽(3b, 3c)과 2개의 수직 격벽(7a, 7b)은, 몸체(10) 내의 중앙부 약간 실내측에서 서로 격리하여 있고, 여기에 제 2 열교환 유닛(15B)이 배치되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 열교환 유닛(15A)은, 테두리체(11A)와 해당 테두리체(11A)에 수용된 열교환 소자(13A)를 갖고 있고, 제 2 열교환 유닛(15B)은, 테두리체(11B)와 해당 테두리체(11B)에 수용된 열교환 소자(13B)를 갖고 있다. 이들의 열교환 유닛(15A, 15B)은, 열교환 소자(13A, 13B)를 모로 눕게 한 상태에서, 또한 한쪽의 열교환 소자를 흘러내린 기류가 다른쪽의 열교환 소자에 흘러들어가도록, 서로 직렬로 배치되어 있다.
도 1에 도시한 몸체(10)에 부착되어 있는 외기 흡입구(20a)는, 몸체(10) 내에서의 수평 격벽(3a) 하방의 공간에 연통하고 있고, 외기 취출구(20b)는, 몸체(10) 내에서의 수평 격벽(3c) 하방의 공간에 연통하고 있다. 또한, 실내공기 흡입구(25a)는, 몸체(10) 내에서의 수평 격벽(3c) 상방의 공간에 연통하고 있고, 실내공기 취출구(25b)는, 몸체(10) 내에서의 수평 격벽(3a) 상방의 공간에 연통하고 있다.
급기 팬(30)은, 몸체(10) 내에서의 수평 격벽(3c) 하방에 배치되어 있다. 이 급기 팬(30)은 제어부에 의한 제어하에 동작하고, 해당 급기 팬(30)을 구동시킴에 의해, 외기를 받아들여 실내에 불어내는 급기 풍로(SF)가 열교환 환기장치(50A) 내에 형성된다. 외기 흡입구(20a)가 급기 풍로(SF)에서의 흡입구로서 기능하고, 외기 취출구(20b)가 급기 풍로(SF)에서의 취출구로서 기능한다. 외기 흡입구(20a)로부터 열교환 환기장치(50A) 내에 받아들여진 외기는, 제 1 열교환 유닛(15A)을 통과하여 수평 격벽(3b) 상방의 공간에 흘러들어가고, 이곳부터 제 2 열교환 유닛(15B), 급기 팬(30), 및 외기 취출구(20b)를 통하여 실내에 불어내여진다. 도 1에서는, 급기 풍로(SF)에서의 외기의 흐름을 1점쇄선(CL1)으로 도시하고 있다. 또한, 도 2에서는, 외기의 흐름을 1점쇄선의 화살표(A)로 도시하고 있다.
배기 팬(35)은, 몸체(10) 내에서의 수평 격벽(3a) 상방에 배치되어 있다. 이 배기 팬(35)은 제어부에 의한 제어하에 동작하고, 해당 배기 팬(35)을 구동시킴에 의해, 실내공기를 받아들여 실외에 불어내는 배기 풍로(EF)가 열교환 환기장치(50A) 내에 형성된다. 실내공기 흡입구(25a)가 배기 풍로(EF)에서의 흡입구로서 기능하고, 실내공기 취출구(25b)가 배기 풍로(EF)에서의 취출구로서 기능한다. 실내공기 흡입구(25a)로부터 열교환 환기장치(50A) 내에 받아들여진 실내공기는, 제 2 열교환 유닛(15B)을 통과하고 수평 격벽(3b) 하방의 공간에 흘러들어가고, 이곳부터 제 1 열교환 유닛(15A), 배기 팬(35), 및 실내공기 취출구(25b)를 통하여 실외에 불어내여진다. 도 1에서는, 배기 풍로(EF)에서의 실내공기의 흐름을 2점쇄선(CL2)으로 도시하고 있다. 또한, 도 2에서는, 실내공기의 흐름을 2점쇄선의 화살표(B)로 도시하고 있다.
이와 같은 구성을 갖는 열교환 환기장치(50A)는, 열교환 소자(13A)와 열교환 소자(13B)(도 2 참조)와 조합에 특징을 갖고 있기 때문에, 이하, 도 3-1 및 도 3-2를 참조하여 각 열교환 소자(13A, 13B)에 관해 상세히 기술한다.
상기 열교환 소자(13A, 13B)의 각각은, 모두, 직교류형의 전열(全熱) 교환 소자이다. 도 3-1에 도시하는 바와 같이, 열교환 소자(13A)에서는, 시트형상을 나타내는 칸막이 부재(13a)와 파형(波形)을 나타내는 간격 유지 부재(13b)가 교대로 적층되고, 가장 위의 간격 유지 부재(13b)상에는, 칸막이 부재(13a)와 같은 구성의 천판재(13c)가 적층되어 있다. 결과로서, 칸막이 부재(13a)와 그 아래의 간격 유지 부재(13b) 사이, 및 칸막이 부재(13a)와 그 위의 간격 유지 부재(13b) 사이에, 각각, 풍로(FP)가 복수 형성된다.
칸막이 부재(13a)의 아래에 형성된 각 풍로(FP)와 해당 칸막이 부재(13a)의 위에 형성된각 풍로(FP)는 평면으로 본 때에 개략 직교하고, 칸막이 부재(13a)의 아래에 형성된 각 풍로(FP)를 흘러내리는 공기와 해당 칸막이 부재(13a)의 위에 형성된 각 풍로(FP)를 흘러내리는 공기 사이에서, 칸막이 부재(13a)를 통하여 현열의 교환 및 잠열의 교환이 행하여진다. 도 3-1에서는, 외기의 흐름 방향을 1점쇄선의 화살표(C)로 도시하고, 실내공기의 흐름 방향을 2점쇄선의 화살표(D)로 도시하고 있다. 또한, 도 3-1은, 열교환 소자(13A)를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 칸막이 부재(13a) 및 간격 유지 부재(13b)의 적층수는, 실제의 열교환 소자(13A)에서의 적층수와는 다르다.
도 3-2는, 도 3-1에 도시한 열교환 소자를 개략적으로 도시하는 정면도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 열교환 소자(13A)는, 그 열교환 효율을 조절하기 위해, 칸막이 부재(13a)와 그 위 또는 아래의 간격 유지 부재(13b)에 의해 형성된 풍로의 피치(폭)(P) 및 높이(H)가 미리 선정된다. 같은 재료를 사용하여도, 상기한 피치(P) 및 높이(H)를 바꾸어서 열교환 소자를 제작함에 의해, 현열 교환 효율 및 잠열 교환 효율이 각각 다른 직교류형의 열교환 소자를 얻을 수 있다.
또한, 열교환 소자(13B)(도 2 참조)는, 상술한 열교환 소자(13A)와 같은 구성을 가지며, 그 외경 치수도 열교환 소자(13A)의 외경 치수와 개략 같은 직교류형의 전열 교환 소자이지만, 상술한 피치(P) 및 높이(H)의 각각이 열교환 소자(13A)에서의 피치(P) 및 높이(H)와는 다르고, 그 현열 교환 효율은 열교환 소자(13A)에서의 현열 교환 효율보다 낮고, 그 잠열 교환 효율은 열교환 소자(13A)에서의 잠열 교환 효율보다 높다. 즉, 열교환 환기장치(50A)(도 1 참조)에서는, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자(13A)의 현열 교환 효율이 그 열교환 소자(13A)에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자(13B)의 현열 교환 효율보다 높고, 또한 가장 실외측에 배치된 열교환 소자(13A)의 잠열 교환 효율이 그 열교환 소자(13)에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자(13B)의 잠열 교환 효율보다 낮다.
상술한 열교환 소자(13A)와 열교환 소자(13B)가 직렬로 배치된 열교환 환기장치(50A)에서는, 2개의 열교환 소자(13A, 13B)에 의해 열교환을 행하기 때문에, 하나의 열교환 소자만으로 열교환을 행하는 경우에 비하여 높은 열교환 효율을 얻을 수 있다. 그 때문에, 하나의 열교환 소자만으로 열교환을 행하는 열교환 환기장치보다 높이 치수를 작게 하여도, 해당 열교환 환기장치와 동등한 열교환 효율을 얻을 수 있다.
또한, 실외측의 열교환 소자(13A)의 쪽이 실내측의 열교환 소자(13B)보다 현열 교환 효율이 높기 때문에, 현열 교환 효율이 서로 같은 2개의 열교환 소자를 사용한 경우에 비하여, 열교환 소자(13A)에 흘러들어가는 실내공기의 온도가 높아저서 해당 열교환 소자(13A)의 온도도 높아진다. 그 때문에, 외기와의 열교환시에 열교환 소자(13A)에 결로나 결빙이 생기기 어렵고, 해당 열교환 소자(13A)보다 실외측의 열교환 소자(13B)에서는 결로나 결빙이 더욱 생기기 어렵다.
나아가서는, 실내측의 열교환 소자(13B)의 쪽이 실외측의 열교환 소자(13A)보다 잠열 교환 효율이 높기 때문에, 잠열 교환 효율이 서로 같은 2개의 열교환 소자를 사용한 경우에 비하여 실내측의 열교환 소자(13B)에서 적극적으로 잠열의 회수가 행해지고, 열교환 소자(13A)에 흘러들어가는 실내공기의 습도가 낮아진다. 이 점에서도, 외기와의 열교환시에 열교환 소자(13A)에 결로나 결빙이 생기기 어렵다.
이들의 이유로부터, 열교환 환기장치(50A)에서는, 열교환 소자(13A)에서의 풍로 지름을 작게 하여 그 열교환 효율을 향상시키기 쉽고, 기기의 높이 치수를 억제하면서 각 열교환 소자(13A, 13B)에서의 결로나 결빙의 방지를 도모한 것도 용이하다. 해당 열교환 환기장치(50A)에서는, 박형으로 신뢰성이 높은 것을 얻기 쉽다.
또한, 열교환 환기장치(50A)에 디프로스트 기능을 부여한 경우에는, 디프로스트 운전 동안격을 길게 할 수 있다. 디프로스트 운전중은, 배기(실내공기)로부터의 에너지 회수를 실질적으로 행할 수가 없고, 또한 실내에 불어내여지는 급기(외기)의 온도는, 열교환 소자에 부착한 얼음을 녹인 후의 것이기 때문에 반드시 실내공기보다 저온이 되기 때문에, 그 후에 행하여지는 환기 운전에서의 부하가 증가하고, 에너지를 여분으로 소비한다. 그 때문에, 디프로스트 운전 간격이 길어지는 것은, 에너지 회수량의 증가나 환기 부하의 저감에도 연결된다. 경우에 따라서는 디프로스트 기능의 생략이나 결로 대책을 위한 드레인 팬의 생략이 가능해진다는 기술적 효과도 기대할 수 있다.
일반적으로 열교환 환기장치에서는 몸체가 외기에 의해 냉각되기 때문에, 해당 열교환 환기장치에서의 실외측의 영역에서는 몸체 자체나 급기 풍로 내, 배기 풍로 내에 결로가 생기고, 그것에 기인하여 곰팡이가 발생하는 일이 있지만, 열교환 환기장치(50A)에서는 실외에 배출되는 실내공기중의 수분량이 저감되기 때문에, 열교환 소자(13A, 13B) 이외의 영역에서의 결로나 결빙, 및 곰팡이의 발생이 억제된다는 기술적 효과도 기대할 수 있다.
실시의 형태 2.
열교환 소자에서의 열교환 효율은, 해당 열교환 소자의 체적이나 전열면적을 변화시킴에 의해 조정할 수 있다. 또한, 잠열 교환 효율은, 열교환 소자의 소재나, 포함시키는 흡습제의 양이나 종류에 의해서도 조절할 수 있다. 본 발명의 열교환 환기장치에서는, 열교환 소자의 체적이나 전열면적, 또는 열교환 소자에 포함시키는 흡습제의 양이나 종류를 조정함에 의해, 개개의 열교환 소자의 열교환 효율을 조절하여도 좋다.
도 4는, 복수의 열교환 소자 각각의 체적 및 전열면적을 변화시킴에 의해 개개의 열교환 소자에서의 열교환 효율을 조절한 열교환 환기장치의 한 예를 개략적으로 도시하는 종단면도이다. 도 4에 도시한 구성 부재중에서 도 1에 도시한 구성 부재와 기능이 공통된 것에 대해서는, 각 열교환 유닛(15C, 15D)을 제외하고, 도 1에서 이용한 참조 부호와 같은 참조 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
동 도면에 도시하는 열교환 환기장치(50B)는, 2개 열교환 유닛(15C, 15D)을 구비하고 있다. 열교환 유닛(15C)을 구성하는 열교환 소자(도 4에는 도시되어 있지 않다)는, 열교환 유닛(15D)을 구성하는 열교환 소자(도 4에는 도시되어 있지 않다)보다 대형이고, 그 현열 교환 효율은 열교환 유닛(15D)의 열교환 소자의 현열 교환 효율보다 높고, 그 잠열 교환 효율은, 열교환 유닛(15D)을 구성하는 열교환 소자의 현열 교환 효율보다 낮다. 이들의 열교환 소자를 조합시켜서 구성된 열교환 환기장치(50B)는, 실시의 형태 1에서 설명한 열교환 환기장치(50A)와 같은 기술적 효과를 이룬다.
이상, 본 발명의 열교환 환기장치에 관해 실시의 형태를 2개 들어 설명하였지만, 전술한 바와 같이, 본 발명은 상술한 형태로 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 열교환 환기장치는, 실외측부터 실내측에 걸쳐서 직렬로 배치된 복수의 열교환 소자를 구비하고, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율이 그 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율보다 높던지, 또는, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율이 그 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율보다 낮은 것이면 좋다. 물론, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 쪽이 해당 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자보다 현열 교환 효율이 높고, 또한 잠열 교환 효율이 낮은 것이라도 좋다.
어떤 열교환 소자를 조립하여 사용하는지는, 열교환 환기장치에 구하여지는 열교환 특성에 응하여 적절히 선정된다. 현열의 열교환과 잠열의 열교환의 양쪽을 행하는 전열 교환 소자만의 조합으로 할 수도 있고, 현열의 교환만을 행하는 현열 교환 소자만의 조합이와 할 수도 있고, 전열 교환 소자와 현열 교환 소자의 조합으로 할 수도 있다. 또한, 직교류형으로 한하지 않고, 대향류형의 열교환 소자를 사용할 수도 있다.
이미 설명한 바와 같이, 열교환 소자에서의 열교환 효율은, 해당 열교환 소자에서의 풍로의 피치(폭)(P) 및 높이(H)(도 3-2 참조)를 적절히 선정함에 의해 조절할 수도 있고, 해당 열교환 소자의 체적이나 전열면적을 변화시킴에 의해 조정할 수도 있다. 또한, 잠열 교환 효율은, 열교환 소자에 사용하는 소재나, 포함시키는 흡습제의 양이나 종류에 의해서도 조절할 수 있다. 나아가서는, 열교환 소자에서의 각 풍로의 형상에 의해 열교환 효율을 조절할 수도 있다.
도 5-1은, 단면이 사각형의 풍로를 갖는 열교환 소자의 한 예를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 5-2는, 도 5-1에 도시한 열교환 소자를 개략적으로 도시하는 정면도이다. 이들의 도면에 도시하는 열교환 소자(113)는, 하나의 칸막이 부재(113a)상에 평판형상의 간격 유지 부재(113b)가 복수장 마련된 것을 1유닛으로 하여 해당 유닛을 복수개 적층한 것이고, 가장 위의 유닛 위에는, 칸막이 부재(113a)와 같은 구성의 천판재(113c)가 적층되어 있다.
이와 같은 열교환 소자(113)에서는, 풍로의 피치(폭)(P) 및 높이(H)(도 5-2 참조)의 각각을 도 3-1 또는 도 3-2에 도시한 열교환 소자(13A)에서의 피치(폭)(P) 또는 높이(H)와 같은 정도로 하여도, 재료가 같으면, 일반적으로, 현열 교환 효율이 약간 높아지고, 잠열 교환 효율이 약간 낮아진다. 이것은, 다음 이유에 의한다.
즉, 간격 유지 부재(13b)가 파형(콜게이트형상)을 나타내는 열교환 소자(13A)에서는, 해당 간격 유지 부재(13b)가 핀으로서 기능하여 전열면적이 증가한 것이지만, 어느 특수한 케이스를 제외하고 투습 면적을 확대시키는 효과는 거의 없고, 오히려 간격 유지 부재(13b)와 칸막이 부재(13a)의 총 접착 면적이 열교환 소자(113)에서의 총 접착 면적(간격 유지 부재(113b)와 칸막이 부재(113a)의 총 접착 면적)보다 넓게 되는 일이 많기 때문, 정미(正味)의 투습 면적이 약간 감소하는 경향에 있기 때문이다. 사각형 단면의 풍로를 갖는 열교환 소자와, 간격 유지 부재가 파형(콜게이트형상)을 나타내는 열교환 소자를 조합시키는 경우에는, 전자(前者)를 실내측에 배치하고, 후자를 실외측에 배치하는 것이 일반적으로는 바람직하다.
본 발명의 열교환 환기장치는, 실시의 형태 1, 2에서 설명한 구성 외에, 실내와 실외의 온습도차가 작은 봄이나 가을 등에 열교환 소자를 통과시키지 않고 환기하기 위한 우회 풍로, 및 해당 우회 풍로의 개폐를 제어하는 풍로 전환 장치를 구비하고 있어도 좋다. 또한, 디프로스트 운전을 행할 때에 사용되는 풍로 전환부나, 공기 청정에 사용되는 필터 등을 구비하고 있어도 좋다. 본 발명의 열교환 환기장치에 관해서는, 상술한 이외에도 여러가지의 변형, 수식(修飾), 조합 등이 가능하다. 이하, 실시 예를 들어서 본 발명을 더욱 상세히 기술한다.
실시예
실시예 1.
실외측에 배치하는 열교환 소자 및 실외측에 배치하는 열교환 소자의 각각으로서, 도 3-1에 도시한 열교환 소자(13A)와 같은 구성을 갖는 직교류형의 전열 교환 소자를 사용하여, 도 1에 도시한 열교환 환기장치(50A)와 같은 구성의 열교환 환기장치를 얻었다.
이 때, 실외측에 배치하는 전열 교환 소자에서의 칸막이 부재는, 폴리테트라플루오로에틸렌을 소재로 하는 두께 25㎛의 다공질 시트의 표면에 옥시에틸렌기를 포함한 폴리우레탄계 수지를 얇게 코팅하여 비다공질의 친수성 고분자 박막으로 하고, 해당 친수성 고분자 박막의 이면에 통풍성의 부직포를 점(点)접착한 복합 투습막을 사용하여 제작하였다. 간격 유지 부재는, 펄프와 폴리에틸렌 수지의 섬유를 혼초(混抄)한 두께 약 100㎛의 시트를 사용하여 제작하였다. 해당 전열 교환 소자에서의 풍로의 피치(P)는 약 4.3㎜이고, 높이(H)(도 3-2 참조)는 약 1.8㎜이다. 이 전열 교환 소자를, 이하, 「소자(I-A)」라고 한다.
또한, 실내측에 배치하는 전열 교환 소자에서의 칸막이 부재는, 셀룰로오스 섬유(펄프)를 고해(叩解) 가공하여 칸막이 부재 단체(單體)의 가레 투기도를 200초/100㎤ 이상으로 한 칭량 약 20g/㎡의 특수 가공지에 흡습제를 첨가함에 의해 제작하고, 간격 유지 부재는 평량 약 70g/㎡의 난연지에 의해 제작하였다. 해당 전열 교환 소자에서의 풍로의 피치(P)는 약 6.0㎜이고, 높이(H)는 약 2.4㎜이다. 이 전열 교환 소자를, 이하, 「소자(Ⅱ-B)」라고 한다.
또한, 칸막이 부재 및 간격 유지 부재 각각의 평면으로 보았을 때의 크기 및 형상은 각 소자(I-A, Ⅱ-A) 사이에서 서로 같게 하고, 소자(I-A) 및 소자(Ⅱ-B)의 각각에서의 칸막이 부재 및 간격 유지 부재의 총 적층수는, 각 소자(I-A, Ⅱ-B)의 높이가 동등하게 되도록 조정하였다.
실시예 2.
기류의 유로의 피치(P)를 약 6.0㎜로 하고, 높이(H)를 약 2.4㎜로한 이외는 실시예 1에서 설명한 소자(I-A)와 같은 구성을 갖는 전열 교환 소자(이하, 이 전열 교환 소자를 「소자(I-B)」라고 한다)를 제작하여 실외측에 배치하고, 그외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 열교환 환기장치를 얻었다.
실시예 3.
실시예 2에서 설명한 소자(I-B)를 제작하여 실내측에 배치하고, 그외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 열교환 환기장치를 얻었다.
실시예 4.
실시예 2에서 설명한 소자(I-B)와 같은 구성을 가지며, 칸막이 부재 및 간격 유지 부재의 적층 방향과 직교하는 방향의 총 폭 치수만을 소자(I-B)에서의 총 폭 치수보다 크게 한 전열 교환 소자를 제작하여 실외측에 배치하고, 또한 실시예 1에서 설명한 소자(Ⅱ-B)와 같은 구성을 가지며, 칸막이 부재 및 간격 유지 부재의 적층 방향과 직교하는 방향의 총 폭 치수만을 소자(Ⅱ-B)에서의 총 폭 치수보다 작게 한 전열 교환 소자를 제작하여 실내측에 배치하고, 도 4에 도시한 열교환 환기장치(50B)와 같은 구성의 열교환 환기장치를 얻었다.
실시예 5.
실시예 2에서 설명한 소자(I-B)와 같은 구성을 가지며, 칸막이 부재 및 간격 유지 부재의 적층 방향의 치수만을 소자(I-B)에서의 치수보다 크게 한 전열 교환 소자를 제작하여 실외측에 배치하고, 또한 실시예 1에서 설명한 소자(Ⅱ-B)와 같은 구성을 가지며, 칸막이 부재 및 간격 유지 부재의 적층 방향의 치수만을 소자(Ⅱ-B)에서의 치수보다 작게 한 전열 교환 소자를 제작하여 실내측에 배치하고, 그외는 도 1에 도시한 열교환 환기장치(50A)와 같은 구성의 열교환 환기장치를 얻었다. 또한, 몸체 내에서의 각 수평 격벽 및 각 수직 격벽의 크기는, 열교환 유닛 사이에 간극이 생기지 않도록 적절히 조정하였다.
참고예 1.
실시예 1에서 설명한 소자(I-A)를 사용하고, 열교환 소자로서 해당 소자(I-A)만을 구비한 이외는 도 1에 도시한 열교환 환기장치(50A)와 같은 구성의 열교환 환기장치를 얻었다. 또한, 몸체 내에서의 각 수평 격벽 및 각 수직 격벽의 크기는, 열교환 유닛 사이에 간극이 생기지 않도록 적절히 조정하였다.
참고예 2.
실시예 2에서 설명한 소자(I-B)를 사용하고, 열교환 소자로서 해당 소자(I-B)만을 구비한 이외는 도 1에 도시한 열교환 환기장치(50A)와 같은 구성의 열교환 환기장치를 얻었다. 또한, 몸체 내에서의 각 수평 격벽 및 각 수직 격벽의 크기는, 열교환 유닛 사이에 간극이 생기지 않도록 적절히 조정하였다.
비교예 1.
실내측의 열교환 소자로서도 소자(I-B)를 사용한 이외는 실시예 2와 마찬가지로 하여, 열교환 환기장치를 얻었다.
비교예 2.
실내측의 열교환 소자로서도 소자(I-A)를 사용한 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 열교환 환기장치를 얻었다.
<평가>
실시예 1 내지 3, 참고예 1, 2, 및 비교예 1, 2의 각각에서 얻은 열교환 환기장치에 관해, 전열 교환 효율 및 평균의 압력손실 상승 속도비를 구하였다. 또한, 평균의 압력손실 상승 속도비는, 참고예 2의 열교환 환기장치에서의 평균의 압력손실 상승 속도를 1으로 하였을 때의 비이다. 각 열교환 환기장치의 평균의 압력손실 상승 속도(AR)는, 외기의 온도를 -10℃, 실내공기의 온도를 20℃로 함과 함께, 외기의 습도를 100%RH, 실내공기의 습도를 50%RH로 한 조건하에서 각 열교환 환기장치를 운전하고, 운전 개시시에 있어서의 실외측의 열교환 소자에서의 압력손실(PD1)과, 운전 시작부터 소정 시간 경과한 시점에 있어서 실외측의 열교환 소자에서의 압력손실(PD2)을 측정하고, 식 AR=(PD2-PD1)/T에 의해 구하였다. 식중의 「T」는, 압력손실(PD1)을 측정하고 나서 압력손실(PD2)을 측정하기까지의 경과 시간을 나타낸다.
상기 평균의 압력손실 상승 속도(AR)가 클수록, 열교환 소자 내에서의 결빙이 진행되고 있는 것이 된다. 결과로서, 열교환 소자에서의 풍로가 조기에 폐색한다. 역으로, 해당 평균의 압력손실 상승 속도(AR)가 작을수록, 열교환 소자 내에서의 결로, 결빙이 억제되어 있는 것이 된다. 참고로서, 결로, 결빙이 억제되어 있는 열교환 소자에서의 전후차압(前後差壓)의 경시변화, 및 결로, 결빙이 진행되고 있는 열교환 소자에서의 전후차압의 경시변화 각각의 측정 결과의 한 예를 도 6에 도시한다. 또한, 상기 각 열교환 환기장치에 관한 전열 교환 효율 및 평균의 압력손실 상승 속도비 각각의 측정 결과를 도 7에 도시한다.
도 7로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 각 열교환 환기장치에서는, 데이터의 편차가 약간 있는 것이지만, 참고예 1, 2 및 비교예 1, 2의 각 열교환 환기장치와 비교하여 전열 교환 효율이 높고, 평균의 압력손실 상승 속도는 참고예 1의 열교환 환기장치와 같은 정도나 그 이하로 억제되어 있다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 열교환 환기장치는, 가정용 및 업무용의 열교환 환기장치로서 알맞고, 특히 한랭지에서 사용되는 열교환 환기장치로서 알맞다.
10 : 몸체
13a, 13B : 열교환 소자
15A, 15B, 15C, 15D : 열교환 유닛
50A, 50B : 열교환 환기장치
SF : 급기 풍로
EF : 배기 풍로

Claims (3)

  1. 외기를 받아들여 실내에 불어내는 급기 풍로와, 실내공기를 받아들여 실외에 불어내는 배기 풍로와, 상기 급기 풍로를 흘러내리는 외기와 상기 배기 풍로를 흘러내리는 실내공기 사이에서 열교환을 행하는 복수의 열교환 소자를 구비하고, 상기 복수의 열교환 소자가 실외측부터 실내측에 걸쳐서 직렬로 배치되어 있는 열교환 환기장치로서,
    가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율은, 해당 가장 실외측에 배치된 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율보다 높은 것을 특징으로 하는 열교환 환기장치.
  2. 외기를 받아들여 실내에 불어내는 급기 풍로와, 실내공기를 받아들여 실외에 불어내는 배기 풍로와, 상기 급기 풍로를 흘러내리는 외기와 상기 배기 풍로를 흘러내리는 실내공기 사이에서 열교환을 행하는 복수의 열교환 소자를 구비하고, 상기 복수의 열교환 소자가 실외측부터 실내측에 걸쳐서 직렬로 배치되어 있는 열교환 환기장치로서,
    가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율은, 해당 가장 실외측에 배치된 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율보다 낮은 것을 특징으로 하는 열교환 환기장치.
  3. 외기를 받아들여 실내에 불어내는 급기 풍로와, 실내공기를 받아들여 실외에 불어내는 배기 풍로와, 상기 급기 풍로를 흘러내리는 외기와 상기 배기 풍로를 흘러내리는 실내공기 사이에서 열교환을 행하는 복수의 열교환 소자를 구비하고, 상기 복수의 열교환 소자가 실외측부터 실내측에 걸쳐서 직렬로 배치되어 있는 열교환 환기장치로서,
    가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율은, 해당 가장 실외측에 배치된 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 현열 교환 효율보다 높고, 가장 실외측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율은, 해당 가장 실외측에 배치된 열교환 소자에 인접하여 실내측에 배치된 열교환 소자의 잠열 교환 효율보다 낮은 것을 특징으로 하는 열교환 환기장치.
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