WO2017141443A1 - 熱交換換気装置 - Google Patents

Abstract

　熱交換換気装置は、給気風路及び排気風路を備えた筐体（１）と、給気風路に設置されて給気風路に給気流を生成する給気送風機（１１）と、排気風路に設置されて排気風路に排気流を生成する排気送風機（１２）と、給気風路と排気風路とを交差させて、給気流と排気流との間で熱交換を行わせる熱交換器（２）と、熱交換器（２）から出る結露水を受けるドレンパン（２０）とを備え、ドレンパン（２０）は、熱交換器（２）における給気流の吹出側に設置された給気側ドレンパンと、熱交換器（２）における排気流の吹出側に設置された排気側ドレンパンと、給気側ドレンパンと排気側ドレンパンとを接続する水路とを備え、排気側ドレンパンは、結露水を筐体（１）の外部へ排出するドレン排出口（２１）を備える。

Description

熱交換換気装置

　本発明は、同時給排気換気を行いながら、熱交換器を介して給気流と排気流との間で熱交換を行う熱交換換気装置に関する。

　熱交換換気装置には、室内の熱エネルギーを外気が享受して室内の温湿度に近づけて給気する給気風路と、室内の熱エネルギーを外気に付与して排気する排気風路とがあり、それぞれの風路は熱交換器内で交差し、熱エネルギーを授受する。熱交換器は、製造時又は据付後のメンテナンスの際に本体から抜き差しする必要があり、熱交換器枠及びガイドレールで保持されることで、主に風路と直交する方向にスライド可能とされている。熱交換器には、顕熱のみを交換する顕熱交換器と顕熱及び潜熱を交換する全熱交換器とがある。

　熱交換器をスライド可能な熱交換換気装置は、熱交換器枠とガイドレールとの間には隙間があり、熱交換器を容易にスライドさせることが可能である。ただし、熱交換器枠とガイドレールとの接触部は、給気風路と排気風路とを区分する境界面であり、隙間の存在は気密性を低下させる要因となる。

　このため、給気風路と排気風路との間の空気漏れ量を低減するための改善が進められており、その結果、居室への給気に占める外気からの新鮮空気の割合を示す有効換気効率を９５％以上にまで高めた熱交換換気装置も開発されている。

　給気風路と排気風路との間の隙間からの空気漏れ量の低減が進むにつれて、今度は全熱交換器を通じた排気流から給気流への臭いの移行が新たな問題となっている。全熱交換器は給気流と排気流とで熱及び湿度を同時に交換することができ、空調負荷の低減に大きく寄与するが、湿度交換を行う際に水分に臭い成分が溶解し、溶解した臭い成分が他方へ移動することによって湿度と共に臭いが移行してしまう。

　この新たな問題に対しての対策の一つとして、臭いの気になる場所の熱交換換気に顕熱交換器を用いる方法がある。しかし顕熱交換器を用いると、夏季又は冬季の室内と室外の温度差が大きい場合には、熱交換器部分で暖かい空気が冷たい空気に冷却されることによる結露が発生しやすい。そのため、特許文献１に開示される熱交換換気装置は、結露受けのためのドレンパンと、結露を機外へ排出するドレン排出口が設けられている。

特許第３２０４２５８号公報

　結露は外気及び室内の空気条件の変化により、給気流側、及び排気流側のどちら側でも発生するため、本来両側に設ける必要がある。しかし特に給気側へもドレンパンを設けると、このドレンパンのドレン排出口から製品の運転時又は停止時に、ドレン管内の臭気をドレン排出口から吸込み、臭気が製品の給気へ漏れ出ると、対象室の臭気とは異なる臭いとなるため、対象室の在室者は特に不快に感じやすくなる。

　一方で、ドレン排出口を設けなければ、結露は熱交換換気を行い、給排気の温度差がある間は限りなく発生するため、ドレンパンが満水となった場合には換気を停止する方法しか対応策が無いことになる。これも換気が停止するため、非常に不快な環境となる。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、給気流側及び排気流側の両方の結露水を受けることができるとともに、ドレン管内の臭気が給気に混入することを防止した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、給気風路及び排気風路を備えた筐体と、給気風路に設置されて給気風路に給気流を生成する給気送風機と、排気風路に設置されて排気風路に排気流を生成する排気送風機と、給気風路と排気風路とを交差させて、給気流と排気流との間で熱交換を行わせる熱交換器と、熱交換器から出る結露水を受けるドレンパンとを備える。本発明では、ドレンパンは、熱交換器における給気流の吹出側に設置された給気側ドレンパンと、熱交換器における排気流の吹出側に設置された排気側ドレンパンと、給気側ドレンパンと排気側ドレンパンとを接続する水路とを備える。本発明では、排気側ドレンパンは、結露水を筐体の外部へ排出するドレン排出口を備える。

　本発明に係る熱交換換気装置は、給気流側及び排気流側の両方の結露水を受けることができるとともに、ドレン管内の臭気が給気に混入することを防止できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る熱交換換気装置の概略構成図 実施の形態１に係る熱交換換気装置のドレンパンの上面図 実施の形態１に係る熱交換換気装置のドレンパンの別の構成を示す断面図 実施の形態１に係る熱交換換気装置のドレンパンの別の構成を示す上面模式図

　以下に、本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置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に係る熱交換換気装置の概略構成図である。熱交換換気装置１０は、天井裏の空間に取付けられ、接続されたダクトを通じて給排気によって室内を換気する装置である。外郭を形成する六面体の箱体である筐体１は、室外側側面１ａおよび室外側側面１ａと対向する室内側側面１ｂとを備え、室外側側面１ａには、室外の空気を吸い込む室外側吸込口３１が設けられ、室内側側面１ｂには、室外側吸込口３１から吸い込んだ室外空気を室内へ供給する室内側吹出口３３が設けられている。また、室内側側面１ｂには、室内の空気を吸い込む室内側吸込口３２が設けられ、室外側側面１ａには、室内側吸込口３２から吸い込んだ室内空気を室外へ排出する室外側排気口３４が設けられている。

　筐体１には、室外側吸込口３１と室内側吹出口３３とを連通する給気風路と、室内側吸込口３２と室外側排気口３４とを連通する排気風路が形成され、給気風路および排気風路は互いに独立した風路になっている。また、熱交換器２が、給気風路の途中および排気風路の途中に位置するように配置され、給気風路を通る給気流と排気風路を通る排気流との間で全熱交換させている。また、給気風路及び排気風路には、給気送風機１１および排気送風機１２がそれぞれ配置され、給気流および排気流を生成している。なお、図１においては、給気流を破線矢印Ａで示しており、排気流を実線矢印Ｂで示している。

　熱交換器２は四角柱状の直方体の形状を成し、正面視において、筐体１の概ね中央に配置されている。そして、正面視において、正方形の四つの稜角部における二本の対角線が鉛直方向及び水平方向なるように配置されている。換言すると、熱交換器２の四つの稜角部が、上下左右方向に位置している。熱交換器２は、給気流が通る熱交換器給気通路２ａと排気流が通る熱交換器排気通路２ｂとを有し、互いに独立した風路のまま、正面視では交差している。すなわち、熱交換器２は、給気風路と排気風路とを交差させて、給気流と排気流との間で熱交換を行わせる。

　熱交換器２は、正面視において熱交換器２の四つの稜角部が、筐体１を形成する天板３、底板４、給気風路と排気風路とを仕切る仕切壁７及び仕切壁８に接するように組み込まれている。これにより、筐体１の内部は、外気室３１ａ、還気室３２ａ、給気室３３ａ及び排気室３４ａに区分されている。外気室３１ａは、給気風路における熱交換器２の上流側であり、還気室３２ａは、排気風路における熱交換器２の上流側であり、給気室３３ａは、給気風路における熱交換器２の下流側であり、排気室３４ａは、排気風路における熱交換器２の下流側である。

　次に熱交換器２の支持構造について説明する。熱交換器２は紙又は樹脂シート等の比較的柔らかい素材を使って形成されているため、熱交換器２の形状を保ったまま筐体１に保持させるために、熱交換器２の四つの稜角部の外側に樹脂といった剛性のある素材で形成した熱交換器フレーム２ｆが接着といった方法で一体に設けられている。

　熱交換器フレーム２ｆは熱交換器２の四つの稜角部の外側に向かって延出した凸形状になっている。一方、天板３、ドレンパン２０、仕切壁７，８の熱交換器フレーム２ｆの四つの凸状となった角に対向する、それぞれの部分には、熱交換器フレーム２ｆの凸状の幅よりも大きい溝幅で、熱交換器フレーム２ｆがはめ込まれる溝部を備えたガイドレール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが設けられている。

　熱交換器２は、メンテナンスする際に取り出す必要があるため、ガイドレール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと熱交換器フレーム２ｆとの間には、隙間が設けられている。そのため、熱交換器フレーム２ｆには弾力性のある不図示のシール材を貼りつけるなど、空気漏れを防止する工夫を導入することが望ましい。

　給気流を生成する給気送風機１１は、給気風路内に配置されている。排気流を生成する排気送風機１２は、排気風路内に配置されている。給気送風機１１及び排気送風機１２は熱交換器２の上流側に配置しても下流側に配置しても気流を生成できるが、熱交換器２への空気の供給の偏りを極力無くすために、一般的には給気送風機１１及び排気送風機１２は、共に熱交換器２の下流側に配置される。実施の形態１では、給気送風機１１は、給気室３３ａに配置されており、排気送風機１２は、排気室３４ａに配置されている。

　図１中の角丸四角形で囲んだ「＋」及び「－」は、給気風路又は排気風路上の静圧を示しており、「＋」は正圧が発生している状態にあることを、「－」は負圧が発生している状態にあることを示している。外気室３１ａは、室外側吸込口３１側及び熱交換器２側の両方で負圧が発生している。還気室３２ａは、室内側吸込口３２側及び熱交換器２側の両方で負圧が発生している。給気室３３ａは、室内側吹出口３３側で正圧が発生し、熱交換器２側で負圧が発生している。排気室３４ａは、室外側排気口３４側で正圧が発生し、熱交換器２側で負圧が発生している。すなわち、外気室３１ａ、還気室３２ａ、給気室３３ａ及び排気室３４ａは、いずれも熱交換器２側で負圧が発生している。このように、給気送風機１１及び排気送風機１２を両方とも熱交換器２の下流側に配置することで、給気風路及び排気風路の熱交換器２周辺の静圧差を小さくすることができ、空気漏れを少なくする効果が得られる。

　給気風路は、室外側吸込口３１及び室内側吹出口３３と熱交換器２とを接続するように筐体１に設けられている。排気風路は、室内側吸込口３２及び室外側排気口３４と熱交換器２とを接続するように筐体１に設けられている。実施の形態１においては、給気送風機１１及び排気送風機１２の配置も含めて、図１に示すように給気流及び排気流が熱交換器２に対して重力方向上側から下側に吹き降ろすような気流となるように、給気風路及び排気風路、並びに給気送風機１１及び排気送風機１２を配置している。すなわち、実施の形態１では、給気流及び排気流は、熱交換器２を斜め下方へ向かって通過する。このようにすることで、臭気の移行を防ぐために熱交換器２に顕熱交換器を用いた場合に熱交換器給気風路２ａ及び熱交換器排気風路２ｂで発生する結露水は、給気流又は排気流に導かれて自然に熱交換器２内部から熱交換器２の下側に設けられるドレンパン２０へ落下する。

　図１に示した実施の形態１に係る熱交換換気装置とは逆に、給気流及び排気流が熱交換器を重力方向下側から上側に向かって通過する構成であると、給気流及び排気流の流れる方向と、結露水の流れる方向とが逆方向となるため、熱交換器内部に結露水が留まることがある。熱交換器内に結露水が留まると、結露水により風路が閉塞して熱交換器の圧力損失が局所的に上昇し、熱交換器に流れる給気流及び排気流が不均一になる。熱交換器に流れる給気流及び排気流が不均一になると、熱交換効率の低下による熱回収量の低下を招くことになる。

　また、給気送風機及び排気送風機の一方を熱交換器の上流側に配置し、他方を熱交換器の下流側に配置した場合、熱交換器周りの圧力分布は、熱交換器の上流側に配置した側は正圧となり、また熱交換器の下流側に配置した方は負圧となり、熱交換器周りで強い正圧と負圧が隣り合うことになる。したがって、隙間の大きさが同じであっても、給気送風機及び排気送風機の一方を熱交換器の上流側に配置し他方を下流側に配置した場合には、両方を熱交換器の下流側に配置する場合と比較して空気漏れ量が増加することになる。給気送風機を熱交換器の上流側に配置する場合は給気流が排気流に漏洩するため、臭いの問題は発生しないが、給気量が減少することとなる。したがって、給気送風機を熱交換器の上流側に配置する場合には、同じ給気量を供給するための電力消費は、給気送風機及び排気送風機の両方を熱交換器の下流側に配置する場合よりも増加することになり、望ましくない。

　次に、熱交換器２からの結露水を受けるためのドレンパン２０について説明する。図２は、実施の形態１に係る熱交換換気装置のドレンパンの上面図である。ドレンパン２０は、熱交換器２から出る結露水を受けるものであり、熱交換器２における給気流の吹出側に設置された給気側ドレンパン２０ａと熱交換器２における排気流の吹出側に設置された排気側ドレンパン２０ｂとを備えている。図１に示すように、給気側ドレンパン２０ａ及び排気側ドレンパン２０ｂが配置される部分は、いずれも負圧が発生する部分である。給気側ドレンパン２０ａと排気側ドレンパン２０ｂとの間には、リブ２０ｃが設けられている。リブ２０ｃには、ガイドレール５ｃが一体成形されている。なお、ガイドレール５ｃは、ドレンパン２０とは別に作成し、リブ２０ｃに固定しても良い。リブ２０ｃには水路２２が設けられており、給気側ドレンパン２０ａと排気側ドレンパン２０ｂとは、水路２２で接続されている。排気側ドレンパン２０ｂには、結露水を排水するためのドレン排出口２１が設けられている。ドレン排出口２１は、ドレン管６０に接続されている。

　また給気側ドレンパン２０ａの底面は、水路２２へ向かって下り勾配となっており、かつ水路２２は、排気側ドレンパン２０ｂに向かって下り勾配となっている。また、排気側ドレンパン２０ｂの底面は、ドレン排出口２１に向かって下り勾配となっている。したがって、ドレンパン２０全体では、底面はドレン排出口２１に向かって下り勾配となっている。

　熱交換器２からの結露水は、温度の高い空気が冷却されて発生するため、夏季は給気流から、冬期は排気流から発生する。したがって本来ドレンパンは給気側及び排気側の熱交換器の吹出し口の下面全体を受けられる大きさのものを適用する必要がある。製品によってはコスト又は構造上の制約などで、給気側のみ、もしくは排気側のみにドレンパンを設けるものがあるが、特に熱交換器が顕熱交換器の場合には、夏季の結露も無視できないため、給気側及び排気側の両側が必要となる。結露水は一時的ではなく空気条件が整えば継続的に発生するため、熱交換換気装置の処理風量が大きい場合には、給気側の結露水及び排気側の結露水をドレンパンから排出する必要がある。

　また、給気送風機及び排気送風機の両方を熱交換器の下流側に配置した場合には、図１に示すようにドレン排出口が接続されている空間が負圧となる。このため、ドレン排出口を給気側のドレンパンに設けると、ドレン管６０内の空気を臭いと共に吸込み給気流へ供給してしまうこととなる。

　実施の形態１では、ドレン排出口２１を排気側ドレンパン２０ｂのみに設け、給気側ドレンパン２０ａにはドレン排出口２１を設けていない。しかし給気側ドレンパン２０ａにドレン排出口２１を設けないと、給気側に結露水が滴下した場合に、排水することができなくなる。

　そこで実施の形態１では、図２に示すように、給気側ドレンパン２０ａと排気側ドレンパン２０ｂを接続して、給気側に溜まった結露水を排気側へ流す水路２２を設けている。図２に示す構成では、給気側ドレンパン２０ａと排気側ドレンパン２０ｂとは一体である。すなわち、ドレンパン２０は、給気側ドレンパン２０ａ及び排気側ドレンパン２０ｂの一体成形体である。ただし、ドレンパン２０は、給気側ドレンパン２０ａと排気側ドレンパン２０ｂとを別体にして、水路２２を別途設けても良い、なお、給気側ドレンパン２０ａと排気側ドレンパン２０ｂとが一体であると、水漏れする可能性のある継ぎ目を減らせるため、一体とする方が好ましい。

　なお、排気風路と給気風路とが、ドレンパン２０の水路２２によりつながってしまうため、製品外部に接続され空気を流通するダクトの圧力損失に大きさが変化し、例えば給気風路の風量が増加することによって給気風路の負圧が排気風路の負圧より大きくなると、静圧差により空気漏れが生じることになる。この対策として、給気送風機１１及び排気送風機１２の設定を変更し、製品動作時には排気送風機１２の回転数を給気送風機１１の回転数より多く設定することが有効である。すなわち、給気送風機１１及び排気送風機１２を、ともに熱交換器２の下流側に設け、排気流の風量を給気流の風量よりも大きくする。排気送風機１２の回転数を給気送風機１１の回転数より多くすると、給気風路の負圧よりも排気風路の負圧が大きくなるので、水路２２を通じた空気漏れは給気風路から排気風路に向かって起こり、排気流の臭いが給気流に漏れ出るのを防止することができる。

　また、水路２２の形状を工夫し、空気は流通させず水を流通させる構造を持たせることもできる。図３は、実施の形態１に係る熱交換換気装置のドレンパンの別の構成を示す断面図である。水路２２は、トラップ部２３で穴状となっている。ドレンパン２０の底面はドレン排出口２１へ向かって下り勾配となっているため、水路２２に水が溜まるトラップ部２３を設けると、図３においては紙面左側となるトラップ部２３の給水側の縁２３ａと図３においては紙面右側となる排水側の縁２３ｂとでは、右側の縁の排水側の縁２３ｂが低くなる。したがってトラップ部２３が満水になった後は、水は排水側の縁２３ｂよりあふれ出て、ドレン排出口２１に向かって流れる。その際、壁２４をトラップ部２３の上部に設けることにより、水が溜まれば空気は流通できなくなるため、空気は通り抜けられないが、水は通り抜けられる構造となる。

　このほかトラップ部２３は設けず、壁２４のみ設ける構造とすることも可能である。図４は、実施の形態１に係る熱交換換気装置のドレンパンの別の構成を示す上面模式図である。図４に示すように水路２２に壁２４を一つ又は複数設けて、空気を完全に遮蔽するわけではなく圧力損失を高めることで、空気の流通量を低減する方法がある。壁２４を複数設けた場合には、風路をラビリンス構造とすることができ、空気流通量低減の効果が高いため、これを適用することもできる。ただしこの方法では完全に空気の漏えいを防止できるわけではないため、上記の製品動作時には排気送風機の回転数を給気送風機の回転数より多く設定する方法と併用することが望ましい。

　なお、上記は熱交換器２に顕熱交換器を適用する場合について説明したが、熱交換器２に全熱交換器を適用する場合でも頻度は少ないが結露水は発生するため、ドレン排出口２１からの臭気戻りを防止する目的で同様の構造を取ることは有効である。

　このような構造とすることで、給排気両側に結露が発生することを想定して給排気両側に給気側ドレンパン２０ａ及び排気側ドレンパン２０ｂを設けても、風路及び送風機の配置の工夫並びにドレンパン２０の形状及びドレン排出口２１の位置の工夫によって、熱交換器２への空気供給の均一性を保ちながら、臭いが排気流から給気流へ移行しないようにできる。また、臭いへの配慮のために顕熱交換器を用いた場合に発生する結露の処理のためドレンパン２０を設け、かつ給気送風機１１及び排気送風機１２を熱交換器２の下流側に配置するレイアウトを採用した場合に、ドレン排出口２１からドレン管６０内の臭気を吸上げる現象が発生する問題を解決できる。したがって、対象空間に臭気移行の少ない外気に近い空気質の空気を供給することができ、使用者の快適性の向上が可能になる。

　また臭気移行への懸念から従来は熱交換換気装置を使用できなかった場所でも、本発明を用いると熱交換換気装置を設置可能となり、換気時の給気と排気の熱交換が行えるようになるため、従来は排気の熱をそのまま捨てていた空間でも、その熱を給気に熱交換して伝えることにより、室内の空調負荷を低減して空調の使用エネルギーを削減できる。

　また、給気側ドレンパン２０ａと排気側ドレンパン２０ｂとを一体化して簡易な構造とすることにより、製造及び組立てが容易となり、コスト低減が図れる。さらに、ドレン排出口２１を排気側のみに設けているため、製品設置時の排水管接続工事も容易となる。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　筐体、１ａ　室外側側面、１ｂ　室内側側面、２　熱交換器、２ａ　熱交換器給気風路、２ｂ　熱交換器排気風路、２ｆ　熱交換器フレーム、３　天板、４　底板、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ　ガイドレール、７，８　仕切壁、１０　熱交換換気装置、１１　給気送風機、１２　排気送風機、２０　ドレンパン、２０ａ　給気側ドレンパン、２０ｂ　排気側ドレンパン、２０ｃ　リブ、２１　ドレン排出口、２２　水路、２３　トラップ部、２３ａ　給水側の縁、２３ｂ　排水側の縁、２４　壁、３１　室外側吸込口、３１ａ　外気室、３２　室内側吸込口、３２ａ　還気室、３３　室内側吹出口、３３ａ　給気室、３４　室外側排気口、３４ａ　排気室、６０　ドレン管。

Claims (5)

1. 　給気風路及び排気風路を備えた筐体と、
   　前記給気風路に設置されて前記給気風路に給気流を生成する給気送風機と、
   　前記排気風路に設置されて前記排気風路に排気流を生成する排気送風機と、
   　前記給気風路と前記排気風路とを交差させて、前記給気流と前記排気流との間で熱交換を行わせる熱交換器と、
   　前記熱交換器から出る結露水を受けるドレンパンとを備え、
   　前記ドレンパンは、前記熱交換器における前記給気流の吹出側に設置された給気側ドレンパンと、前記熱交換器における前記排気流の吹出側に設置された排気側ドレンパンと、前記給気側ドレンパンと前記排気側ドレンパンとを接続する水路とを備え、
   　前記排気側ドレンパンは、前記結露水を前記筐体の外部へ排出するドレン排出口を備えることを特徴とする熱交換換気装置。
2. 　前記給気流及び前記排気流は、前記熱交換器を斜め下方へ向かって通過することを特徴とする請求項１に記載の熱交換換気装置。
3. 　前記給気送風機及び前記排気送風機は、ともに前記熱交換器の下流側に設けられており、前記排気流の風量が前記給気流の風量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。
4. 　前記水路は、空気は流通させず水を流通させる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換換気装置。
5. 　前記ドレンパンは、前記給気側ドレンパン及び前記排気側ドレンパンの一体成形体であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換換気装置。

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