JP7466076B2 - 換気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、換気装置に関するものである。
近年、住宅の気密性・断熱性の向上により、冷暖房時の換気による熱ロスの低減を目的として、給気流と排気流との間で熱交換を行うための熱交換素子を搭載した換気装置が知られている。さらに、住宅の高気密・高断熱化により、快適性を示すパラメータのひとつである湿度に対する制御が容易となったことで、加湿機能を搭載した換気装置も知られている(例えば、特許文献1参照)。
以下、加湿機能を搭載した換気装置について、図4を参照しながら説明する。
図4に示すように、換気装置は、加湿ユニット101と、送風ユニット102を備えている。加湿ユニット101は、外気口103と、排気口104と、環気口105と、給気口106と、給気アダプタ107と、天面パネル108と、加湿部109と、を含む。
送風ユニット102は、給気送風機110と、排気送風機111と、熱交換素子112を含む。
加湿ユニット101は、送風ユニット102の上方に設けられる。加湿ユニット101の天面には、外気口103と、排気口104と、環気口105と、給気口106と、給気アダプタ107と、天面パネル108とが設けられる。
加湿部109は、加湿ユニット101の中央に設けられており、加湿部109の天面には給気アダプタ107と、給気口106が備わっている。
給気アダプタ107は、複数の給気口106を備えている。
給気口106は、ダクト(図示せず)と接続し、ダクトを介して室内に空気を給気する。
加湿部109は、加湿ユニット101の内部において、各風路の妨げにならないように位置している。給気アダプタ107は、加湿部109と接続する。加湿部109で加湿された空気は、給気口106から室内に給気される。
熱交換素子112は、送風ユニット102内部に設けられており、排気される空気の熱量を給気される空気に供給する、または、給気される空気の熱量を排気される空気の熱量に供給する、熱交換の機能を有している。
加湿ユニット101と送風ユニット102は、通風路として給気風路113と、排気風路114とを形成する。給気風路113を通過する空気は、外気口103から加湿ユニット101の内部に入り、加湿ユニット101と連結している送風ユニット102に入り、熱交換素子112の内部を通過して、排気風路114の空気と熱交換されたのち、給気送風機110を通過して、送風ユニット102から再び加湿ユニット101へと入り、加湿ユニット101内部の加湿部109へ入り、加湿部109にて加湿されたのち、給気口106から吹出される。このように、熱交換素子112を通過した後の空気を加湿部109にて加湿することでより効率的に加湿することができる。
排気風路114を通過する空気は、環気口105から加湿ユニット101の内部に入り、加湿ユニット101の内部を通過して、加湿ユニット101に連結している送風ユニット102に入り、熱交換素子112の内部を通過して、給気風路113の空気と熱交換されたのち、排気送風機111を通過して、送風ユニット102から再び加湿ユニット101へと入り、排気口104から屋外に吹出される。
特開2019-135420号公報
このような加湿機能を搭載した換気装置は、中間期や冬季と比べて室内の湿度が高くなる夏季などにおいて室内の除湿能力が不足する可能性がある。そこで、例えばコンプレッサー方式の除湿機能を換気装置へ搭載することで、夏季などにおける除湿能力を高める方法が考えられる。しかし、コンプレッサー方式では圧縮機の運転による振動騒音が発生する。この圧縮機の振動による音波が換気装置の外部へ伝播して、ユーザーへ不快感を与える可能性があった。
そこで本発明は、圧縮機による除湿機能を搭載した換気装置において、圧縮機の運転により発生する振動騒音の音が換気装置の外部へ伝播することを抑制する換気装置の提供を目的とする。
そして、この目的を達成するために、本発明に係る換気装置は、換気風路と、前記換気風路を通る空気と冷凍サイクルの冷媒との間の熱交換により前記空気を冷却する熱交換器と前記熱交換器内の前記冷媒を循環させる圧縮機とを有する除湿部と前記除湿部の上部に位置する上面外郭と、前記除湿部の下方に熱交換素子を有する熱交換部と、前記換気風路を利用して前記圧縮機の振動により発生する音を遮音する遮音部と、を備え、前記換気風路は、屋外の空気を屋内へ給気するための給気風路と、屋内の空気を屋外へ排気するための排気風路と、前記給気風路を通る給気流と前記排気風路を通る排気流との間で熱交換する前記熱交換素子と、を備え、前記給気風路は、前記上面外郭に設けられた屋外側給気口から前記圧縮機の側方を通過して前記除湿部の下方に位置する前記熱交換素子まで空気を搬送する屋外側給気部と、前記除湿部の下方に位置する前記熱交換素子から前記圧縮機の側方を通過して前記上面外郭に設けられた給気開口部まで空気を搬送する屋内側給気部と、を備え、前記排気風路は、前記上面外郭に設けられた屋内側排気口から前記圧縮機の側方を通過して前記除湿部の下方に位置する前記熱交換素子まで空気を搬送する屋内側排気部と、前記除湿部の下方に位置する前記熱交換素子から前記圧縮機の側方を通過して前記上面外郭に設けられた屋外側排気口まで空気を搬送する屋外側排気部と、を備え、前記圧縮機は、当該圧縮機の側方を前記屋外側給気部と前記屋内側給気部と前記屋内側排気部と前記屋外側排気部とで囲まれ、当該圧縮機の下方に前記熱交換素子が位置し、当該圧縮機の上部に位置する前記上面外郭に、前記屋外側給気口と前記屋外側排気口と前記給気開口部と前記屋内側排気口とをすべて備えるものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
本発明によれば、圧縮機の運転により発生する振動騒音が換気装置の外部へ伝播することを抑制することができる。
換気装置の外観斜視図 除湿部の上面図 圧縮機から発せられた音波が換気装置の外部へ伝播することを防ぐ仕組みを示す概略図 従来技術を示す構成図
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明に係る換気装置50は、家屋の壁面などに設置され、屋外の空気を屋内へ搬送する給気機能と、屋内の空気を屋外へ搬送する排気機能とを備える。さらに、換気装置50は、給気風路を通る空気と排気風路を通る空気との間で熱交換を行う熱交換機能と、給気風路を通る空気に対して除湿または加湿を行う除加湿機能を備える。
図1を用いて、換気装置50の構成について説明する。図1は、換気装置50の外観斜視図である。
換気装置50は、屋外側給気口1と、給気ダクト2と、屋内側排気口3と、屋外側排気口4と、加湿部5と、除湿部6と、熱交換部7と、上面外郭8と、換気風路28とを備える。
屋外側給気口1は、屋外の空気を換気装置50の内部へ吸込むための吸込口である。屋外側給気口1は、図示しないダクトと接続して屋外と連通する。
給気ダクト2は、屋外側給気口1から換気装置50へ吸い込まれた屋外の空気を加湿部5へ搬送するためのダクトである。
屋内側排気口3は、屋内の空気を換気装置50の内部へ吸込むための吸込口である。屋内側排気口3は、図示しないダクトと接続してリビング等の屋内居住空間と連通する。
屋外側排気口4は、屋内側排気口3から換気装置50へ吸い込まれた屋内の空気を屋外へ吹出すための吹出口である。屋外側排気口4は、図示しないダクトと接続して屋外と連通する。
加湿部5は、給気ダクト2から吹出す空気を加湿する。加湿部5は、遠心破砕方式によって水を微細化(霧化)し、微細化された水を用いて空気の加湿を行う。加湿部5は、除湿部6の上部に配置される。加湿部5は、屋内側給気口9を備える。
屋内側給気口9は、給気ダクト2から搬送されてきた空気を屋内へ吹出すための吹出口である。屋内側給気口9は、図示しないダクトと接続してリビング等の屋内居住空間と連通する。
除湿部6は、コンプレッサー方式によって屋内側排気口3から換気装置50へ吸い込まれた空気の除湿を行う。除湿部6は、熱交換部7の上部に配置される。除湿部6の構成については後述する。
熱交換部7は、全熱交換式または顕熱交換式によって、屋外側給気口1から屋内側給気口9へ至る空気と、屋内側排気口3から屋外側排気口4へ至る空気との間で熱エネルギーの交換を行う。熱交換部7は、熱交換素子20を備える。熱交換素子20は、給気流と排気流との間で熱交換を行う。
上面外郭8は、除湿部6の上面を覆う板金部材である。上面外郭8は、亜鉛メッキ鋼板など金属の板材を機械加工して成形される。上面外郭8は、屋外側給気口1と、給気ダクト2と、屋内側排気口3と、屋外側排気口4と、加湿部5と接続する。また、上面外郭8は、図示しない給気開口部を備える。給気開口部は、給気ダクト2を介して加湿部5と連通する。
換気風路28は、屋内空間への給気及び屋内空間からの排気を行うための空気の搬送路である。換気風路28は、給気風路21と、排気風路22とを備える。
給気風路21は、屋外の空気を屋内へ搬送するための風路である。給気風路21は、屋外側給気口1と、除湿部6と、熱交換部7と、給気ダクト2と加湿部5とを用いて形成される。屋外側給気口1から除湿部6へ吸い込まれた空気は、熱交換部7を経由して再び除湿部6へ入り、給気ダクト2を介して加湿部5へ搬送され、屋内側給気口9から吹出す。
排気風路22は、室内の空気を室外へ搬送するための風路である。排気風路22は、屋内側排気口3と、除湿部6と、熱交換部7と、屋外側排気口4とを用いて形成される。屋内側排気口3から除湿部6へ吸い込まれた空気は、熱交換部7を経由して再び除湿部6へ入り、屋外側排気口4から吹出す。
以上が、換気装置50の構成の概要である。
次に、図2を用いて、除湿部6の構成について説明する。図2は、上面外郭8を取り外した除湿部6の上面図である。
除湿部6は、除湿部側面外郭10と、給気用送風機11と、排気用送風機12と、熱交換器13と、圧縮機14とを備える。
除湿部側面外郭10は、除湿部6の側面を覆う板金部品である。除湿部側面外郭10は、亜鉛メッキ鋼板など金属の板材を機械加工して成形される。
給気用送風機11は、屋外側給気口1から屋内側給気口9へと至る給気流を発生させる。給気用送風機11は、図示しないモーターとファンを備える。
排気用送風機12は、屋内側排気口3から屋外側排気口4へと至る排気流を発生させる。排気用送風機12は、図示しないモーターとファンを備える。
熱交換器13は、冷凍サイクルにより、給気流との間で熱交換を行うことで空気を冷却する冷媒を通す。熱交換器13は、図示しない冷媒を通すための複数の冷媒配管と、図示しない複数の放熱板とを備える。給気流は、冷媒配管と放熱板の間を通過する際に、冷媒との間で熱交換を行い冷却される。
圧縮機14は、冷凍サイクルにおいて熱交換器13の内部を通る冷媒を循環する。圧縮機14は、熱交換器13と図示しない冷媒配管で接続する。
さらに、除湿部6は、圧縮機14の周囲に屋外側給気部15と、屋内側給気部16と、屋内側排気部17と、屋外側排気部18と、断熱材19とを備える。
屋外側給気部15は、給気流を通す給気風路21の一部であり、熱交換素子20より上流側に配置される。屋外側給気部15は、屋外側給気口1と上面外郭8を介して連通する。
屋内側給気部16は、給気流を通す給気風路21の一部であり、熱交換素子20より下流側に配置される。屋内側給気部16は、屋内側第一給気部23と、屋内側第二給気部24と、屋内側第三給気部25とを備える。
屋内側第一給気部23は、熱交換器13より上流側に配置される。屋内側第二給気部24は、熱交換器13より下流側に配置される。屋内側第三給気部25は、屋内側第二給気部24より下流側に配置される。また、屋内側第三給気部25は、上面外郭8を介して給気ダクト2と連通する。
屋内側排気部17は、排気流を通す排気風路22の一部であり、熱交換素子20より上流側に配置される。屋内側排気部17は、上面外郭8を介して屋内側排気口3と連通する。
屋外側排気部18は、排気流を通す排気風路22の一部であり、熱交換素子20より下流側に配置される。屋外側排気部18は、屋外側第一排気部26と、屋外側第二排気部27とを備える。
屋外側第一排気部26は、排気用送風機12より上流側に配置される。屋外側第二排気部27は、屋外側第一排気部26より下流側に配置される。また、屋外側第二排気部27は、上面外郭8を介して屋外側排気口4と連通する。
断熱材19は、換気風路28を通る空気に含まれる熱エネルギーの損失を抑制する。断熱材としては、例えばポリスチレンを発砲させてつくられる発泡スチロールなどが挙げられる。
以上が、除湿部6の構成の概要である。
次に、換気装置50による熱交換気運転について説明する。
給気用送風機11の運転を開始すると、給気風路21に給気流が発生する。また、排気用送風機12の運転を開始すると、排気風路22に排気流が発生する。
給気流は、屋外側給気口1から、屋外側給気部15、熱交換素子20、屋内側第一給気部23、屋内側第二給気部24、屋内側第三給気部25、給気ダクト2、加湿部5、屋内側給気口9の順番に通過する。
排気流は、屋内側排気口3から、屋内側排気部17、熱交換素子20、屋外側第一排気部26、屋外側第二排気部27、屋外側排気口4の順番に通過する。
給気流と排気流は、熱交換素子20を通過する際に、熱交換素子20を介して熱エネルギーの受け渡しを行う。つまり、給気流は、排気流によって屋外へ搬送される熱エネルギーの一部を回収し、屋内の空間へ戻すことができる。これにより、換気装置50は、夏季や冬季などにエアコン等を併用して屋内空間の温調を行うなかで、熱エネルギーの損失を低減する効果が期待できる。以上が、換気装置50による熱交換気運転である。
次に、換気装置50による加湿運転について説明する。
加湿部5の運転を開始すると、加湿部5に供給された水は、遠心破砕方式によりマイクロメールサイズやナノメートルサイズといった粒径に微細化される。加湿部5に給気流が入ってくると、微細化された水は、給気流に乗って屋内空間へ搬送される。これにより、換気装置50は、屋内空間に対して加湿された空気を提供することができる。以上が、換気装置50による加湿運転である。
次に、換気装置50による除湿運転について説明する。
圧縮機14の運転を開始すると、圧縮機14は、熱交換器13の内部の冷媒を循環させ、コンプレッサー方式による冷凍サイクルが開始される。給気流は、冷媒が循環する熱交換器13を通過する際に、冷媒との間で熱交換を行い冷却される。冷却された給気流は、飽和水蒸気量が下がる。そのため、給気流に含まれる水分の一部は、凝集して水滴となる。凝集した水滴は、図示しないドレンパンなどに一時的に溜められ、図示しないドレンホースなどから換気装置50の外へ排水される。これにより、給気流の空気は、熱交換器13を通過する前と比べて水分の少ない乾燥した空気となるので、換気装置50は、屋内空間に対して除湿された空気を提供することができる。以上が、換気装置50による除湿運転である。
ところで、圧縮機14は、熱交換器13内の冷媒を循環させる際に振動騒音を発生させ、換気装置50の外側へ伝播していこうとする。換気装置50は、屋内側空間の壁面等に設置されるため、圧縮機14の振動騒音が伝播しやすいと、ユーザーに対して不快感を与える可能性がある。そのため、圧縮機14の振動騒音が換気装置50の外へ伝播しようとするのを抑制することが重要である。次に、圧縮機14の振動騒音が換気装置50の外へ伝播しないように、換気装置50の内部で遮音する仕組みについて説明する。
前述したように、圧縮機14の周囲には、断熱材19と除湿部側面外郭10が配置されている。これにより、断熱材19と除湿部側面外郭10を圧縮機14の振動騒音に対する遮音部29として利用することができる。
遮音とは、空気中を伝播する音を遮断することで、例えば、ある空間に置かれた音源が発する音波を外部へ透過しないように跳ね返す防音の一種である。この目的に使用される材料を遮音材と呼ぶ。
本願の場合、音源である圧縮機14が発する音波を、換気装置50より外部へ透過させないため、断熱材19と除湿部側面外郭10を遮音材として利用するものである。
遮音材の遮音特性は、例えば音の透過率によって評価される。音の透過率は、透過音のエネルギーと入射音のエネルギーの比で定義され、遮音等級(Sound Pressure Level Difference:D値)などで表示される。音の透過率は、材料の面密度や質量などによって変化する。断熱材19と除湿部側面外郭10は、材質や形状等がそれぞれ異なるため、遮音特性も異なる。つまり、換気装置50は、遮音特性の異なる複数の遮音材を備えていることになる。これにより、一種類の遮音材を用いた場合と比べて、幅広い周波数帯の音波に対して遮音することが可能となる。
さらに、圧縮機14の周囲には、屋外側給気部15と、屋内側給気部16と、屋内側排気部17と、屋外側排気部18とが配置されている。屋外側給気部15、屋内側給気部16、屋内側排気部17、屋外側排気部18は、音波を減衰させる中間空気層としての役割を果たすことができる。
次に、圧縮機14の音波の遮音と、圧縮機14の音波の減衰の仕組みについて、屋外側給気部15の周囲を例として、図3を用いて説明する。図3は、図2において圧縮機14と屋外側給気部15の周囲を破線で囲った枠内を部分拡大した概略図である。
音源である圧縮機14から発せられた音波は、入射音S1として断熱材19へ入射する。入射音S1の音圧レベルを入射音圧D1とする。断熱材19へ入射した入射音S1は、ここで第一反射音S2と第一透過音S3とに分かれる。
第一反射音S2は、断熱材19によって跳ね返された入射音S1の一部である。第一反射音S2は、換気装置50の外部へは透過しない。
第一透過音S3は、断熱材19を透過した入射音S1の一部である。第一透過音S3の音圧レベルを第一透過音圧D2とする。入射音圧D1と第一透過音圧D2は、D1>D2の関係となる。第一透過音S3は、中間空気層である屋外側給気部15へと侵入する。中間空気層へ侵入した第一透過音S3は、第二反射音S4と第二透過音S5とに分かれる。
第二反射音S4は、断熱材19により形成される中間空気層のなかで繰り返し反射する第一透過音S3の一部である。第二反射音S4は、中間空気層のなかで繰り返し反射を行うなかで減衰していくので、換気装置50の外部へは透過しない。
第二透過音S5は、断熱材19を透過した第一透過音S3の一部である。第二透過音S5の音圧レベルを第二透過音圧D3とする。第一透過音圧D2と第二透過音圧D3は、D2>D3の関係となる。第二透過音S5は、除湿部側面外郭10へと侵入していく。除湿部側面外郭10へ侵入した第二透過音S5は、第三反射音S6と第三透過音S7とに分かれる。
第三反射音S6は、除湿部側面外郭10により跳ね返された第二透過音S5の一部である。第三反射音S6は、換気装置50の外部へは透過しない。
第三透過音S7は、除湿部側面外郭10を透過した第二透過音S5の一部である。第三透過音S7の音圧レベルを第三透過音圧D4とする。第二透過音圧D3と第三透過音圧D4は、D3>D4の関係となる。第三透過音S7は、換気装置50の外部へ透過する。
このように、圧縮機14によって発生した入射音S1の音圧レベルである入射音圧D1は、断熱材19、中間空気層、除湿部側面外郭10を経て、第三透過音S7の音圧レベルである第三透過音圧D4まで減少する。つまり、圧縮機14の運転に伴う振動により発生する音波が、換気装置50の外へ伝わろうとすることを抑制し、防音の効果が期待できる。
さらに、中間空気層である屋外側給気部15は、外壁を遮音部29で構成したことにより、中間空気層のなかでの音の反射を促し、減衰効果を高める効果が期待できる。
このように、換気風路28を構成する給気風路21や排気風路22の一部を中間空気層として利用し、さらに中間空気層を形成するにあたり外壁に遮音部29を備えたことによって、防音の効果を高め、圧縮機14の運転騒音が換気装置50の外部へ伝播することを抑制する効果が期待できる。
なお、本発明においては、圧縮機14と屋外側給気部15の周囲を用いて、圧縮機14の振動騒音の防音の仕組みを説明したが、圧縮機14の周囲に配置された屋内側給気部16、屋内側排気部17、屋外側排気部18においても、同様の防音効果が期待できる。
なお、給気流は、熱交換器13を通過する前に、熱交換気運転により冷却される。このため、熱交換器13は、給気流を除湿するために要求される除湿能力を抑えることができる。つまり、圧縮機14は、熱交換器13内の冷媒を循環させる運転出力を抑えることができる。これにより、圧縮機14の運転による振動騒音が、換気装置50の外部へ伝播することをさらに抑制する効果が期待できる。
以上、本発明に係る換気システムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも、本発明の範囲内に含まれる。
本発明に係る換気装置は、圧縮機の運転により発生する振動騒音を遮音して、換気装置の外部へ伝播することを抑制できるので、換気に伴い室内の除湿を行う除湿機能を搭載した換気装置として有用である。
1 屋外側給気口
2 給気ダクト
3 屋内側排気口
4 屋外側排気口
5 加湿部
6 除湿部
7 熱交換部
8 上面外郭
9 屋内側給気口
10 除湿部側面外郭
11 給気用送風機
12 排気用送風機
13 熱交換器
14 圧縮機
15 屋外側給気部
16 屋内側給気部
17 屋内側排気部
18 屋外側排気部
19 断熱材
20 熱交換素子
21 給気風路
22 排気風路
23 屋内側第一給気部
24 屋内側第二給気部
25 屋内側第三給気部
26 屋外側第一排気部
27 屋外側第二排気部
28 換気風路
29 遮音部
50 換気装置
S1 入射音
S2 第一反射音
S3 第一透過音
S4 第二反射音
S5 第二透過音
S6 第三反射音
S7 第三透過音
D1 入射音圧
D2 第一透過音圧
D3 第二透過音圧
D4 第三透過音圧
101 加湿ユニット
102 送風ユニット
103 外気口
104 排気口
105 環気口
106 給気口
107 給気アダプタ
108 天面パネル
109 加湿部
110 給気送風機
111 排気送風機
112 熱交換素子
113 給気風路
114 排気風路

Claims (2)

  1. 換気風路と、
    前記換気風路を通る空気と冷凍サイクルの冷媒との間の熱交換により前記空気を冷却する熱交換器と前記熱交換器内の前記冷媒を循環させる圧縮機とを有する除湿部と
    前記除湿部の上部に位置する上面外郭と、
    前記除湿部の下方に熱交換素子を有する熱交換部と、
    前記換気風路を利用して前記圧縮機の振動により発生する音を遮音する遮音部と、を備え、
    前記換気風路は、
    屋外の空気を屋内へ給気するための給気風路と、
    屋内の空気を屋外へ排気するための排気風路と、
    前記給気風路を通る給気流と前記排気風路を通る排気流との間で熱交換する前記熱交換素子と、を備え、
    前記給気風路は、
    前記上面外郭に設けられた屋外側給気口から前記圧縮機の側方を通過して前記除湿部の下方に位置する前記熱交換素子まで空気を搬送する屋外側給気部と、
    前記除湿部の下方に位置する前記熱交換素子から前記圧縮機の側方を通過して前記上面外郭に設けられた給気開口部まで空気を搬送する屋内側給気部と、を備え、
    前記排気風路は、
    前記上面外郭に設けられた屋内側排気口から前記圧縮機の側方を通過して前記除湿部の下方に位置する前記熱交換素子まで空気を搬送する屋内側排気部と、
    前記除湿部の下方に位置する前記熱交換素子から前記圧縮機の側方を通過して前記上面外郭に設けられた屋外側排気口まで空気を搬送する屋外側排気部と、を備え、
    前記圧縮機は、
    当該圧縮機の側方を前記屋外側給気部と前記屋内側給気部と前記屋内側排気部と前記屋外側排気部とで囲まれ、
    当該圧縮機の下方に前記熱交換素子が位置し、
    当該圧縮機の上部に位置する前記上面外郭に、前記屋外側給気口と前記屋外側排気口と前記給気開口部と前記屋内側排気口とをすべて備える換気装置。
  2. 前記換気風路は、
    前記換気風路の外壁に遮音特性の異なる複数の遮音材を備えた請求項1に記載の換気装置。
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