JP2005016945A - 調湿換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 透湿膜を備える調湿換気装置において、加湿量の制御を可能とする。
【解決手段】 調湿換気装置は、給気経路ＲＳ、排気経路ＲＥ、給気用ファン１５、排気用ファン１６、顕熱交換器１７、透湿膜加湿ユニット２３、補助ヒータ２４を備える。給気経路ＲＳは室外からの空気を室内側に供給する。排気経路ＲＥは室内空気を室外側に排出する。給気用ファン１５は給気経路ＲＳ内に配置される。排気用ファン１６は排気経路ＲＥ内に配置される。顕熱交換器１７は、給気経路と排気経路にまたがって配置され、両経路内を通過する空気の間で熱交換を行う。透湿膜加湿ユニット２３は給気経路ＲＳ内に配置される。補助ヒータ２４は、透湿膜加湿ユニット２３を通過する空気の温度を調整することにより透湿膜加湿ユニット２３による加湿量を制御するために、設けられている。補助ヒータ２４は、室温と外気の温湿度に応じて制御される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、室内温度の変化を少なくしつつ換気を行うとともに、湿度調整を可能とした調湿換気装置に関する。

外気を吸い込んで加湿または除湿を行い、湿度を調整した空気を室内に供給する調湿換気装置が存在する。これは、室外の空気を室内に供給するための給気経路と、室内空気を室外に排出するための排気経路とを備えている。給気経路には、室外の空気を吸い込んで室内に供給するための給気ファンが配置されており、排気経路内には、室内空気を室外に排出するための排気ファンが配置されている。このとき、給気経路と排気経路との間に、顕熱交換器などの熱交換器を設けることによって、室内温度が外気温の影響で変化しにくい構成とすることができる。

給気経路内には、吸い込んだ室外空気を加湿するための加湿器と、除湿するための除湿器が配置されている。
加湿器は、たとえば、複数本の透湿膜パイプを互いに平行に並設し、この透湿膜パイプの周囲に加湿水を配して構成された透湿膜加湿器を用いることができる。透湿膜は、多数の微細孔を有する合成樹脂材料で構成されており、液体状の水分は通過させず、水蒸気となった水分のみを透過させるものである。このような透湿膜材料で構成された透湿膜パイプを備える透湿膜加湿器では、透湿膜パイプの内部を通過する空気が水蒸気により加湿され、加湿空気が生成される。給気ファンにより吸い込まれた室外空気は、透湿膜パイプを通過する際に加湿されて室内に供給されることとなる。

除湿器は、通常の空気調和機（エアコン）と同様の冷媒回路を構成し、屋内機側の熱交換器を凝縮器として作用させることが考えられる。屋外機に、屋外熱交換器、圧縮機、減圧器などを配置し、屋内機側に屋内熱交換器を配置して、圧縮機、屋外熱交換器、減圧器、屋内熱交換器からなる冷媒回路を構成する。エアコンの冷房時と同様に、屋外熱交換器が蒸発器、屋内熱交換器が凝縮器となるようにして圧縮機を作動させれば、吸い込んだ室外空気を除湿して室内に供給することができる。

上述したような調湿換気装置では、屋外機を必要とするため、屋外機の設置スペースを確保する必要があり、また、屋内機と屋外機とを接続するための施工時の作業が煩雑となる。
これに対し、空気中の水分を吸着し加熱されることにより吸着した水分を放出するゼオライトなどの多孔質吸湿材料を用いて除湿器を構成することが考えられる。この場合、吸湿材料を円盤形状の吸放湿ロータに構成し、この吸放湿ロータを調湿換気装置内に回動可能に配置する。このとき、給気経路を通過する空気流中に吸湿材料の一部が位置するように配置しておき、他の部分には吸放湿ロータを加熱するためのヒータおよび放出された水分を排気するための排気ファンを設ける。

このような吸放湿ロータを配置した調湿換気装置では、吸放湿ロータを加熱するために多量の熱量が必要となり、ヒータに対する入力電力が大きくなる。
また、透湿膜パイプを備える透湿膜加湿器の場合、透湿膜パイプの内部を通過する空気の温度と湿度により加湿量が異なるため、加湿量の制御が困難であり室温と室外空気の温湿度による成り行き任せとなる。

本発明では、透湿膜加湿器を備える調湿換気装置において、加湿量の制御を可能とすることを目的とする。

本発明に係る調湿換気装置は、給気経路と、排気経路と、給気ファンと、排気ファンと、熱交換器と、透湿膜加湿ユニットと、補助ヒータとを備えている。給気経路は、外気を室内側に供給するための経路である。排気経路は、室内空気を室外側に排出するための経路である。給気ファンは、給気経路内に配置される。排気ファンは、排気経路内に配置される。熱交換器は、給気経路と排気経路にまたがって配置され、両経路内を通過する空気の間で熱交換を行う。透湿膜加湿ユニットは、給気経路内に配置される。補助ヒータは、透湿膜加湿ユニットを通過する空気の温度を調整することにより透湿膜加湿ユニットによる加湿量を制御するために、設けられている。そして、補助ヒータは、室温と外気の温湿度に応じて制御される。

本発明によれば、透湿膜加湿ユニットを通過する空気の温度を補助ヒータによって調整することによって、加湿量を調整することが可能である。そして、補助ヒータが室温と外気の温湿度に応じて制御されるため、室内空気の湿度調整を適正に行うことができる。

本発明の一実施形態が採用される調湿換気装置について、その概略構成を図１、図２に示す。
この調湿換気装置１は、略直方体形状に形成されたケーシング２を備えている。このケーシング２は、室外空気（ＯＡ）を導入するための外気導入口１１と、吸い込んだ室外空気（ＯＡ）を室内給気（ＳＡ）として室内側に供給する室内側供給口１２と、室内空気（ＲＡ）を導入するための室内空気導入口１３と、吸い込んだ室内空気（ＲＡ）を室外排気（ＥＡ）として室外に排出するための室外側排出口１４とを備えている。

ケーシング２の内部は中空を形成しており、外気導入口１１から室内側供給口１２に至る給気経路（ＲＳ）および室内空気導入口１３から室外側排出口１４に至る排気経路（ＲＥ）が形成されている。
給気経路（ＲＳ）内には、外気導入口１１から導入された室外空気を室内側供給口１２に供給するための空気流を生成する給気用ファン１５が設けられている。給気用ファン１５は遠心ファンで構成されており、この例では室内側供給口１２の近傍に設けられている。

また、排気経路（ＲＥ）内には、室内空気導入口１３から導入された室内空気を室外側排出口１４から排気するための空気流を生成する排気用ファン１６が設けられている。この排気用ファン１６は、給気用ファン１５と同様に遠心ファンで構成することができ、ここでは室外側排出口１４の近傍に設けられている。
ケーシング２の内部には、給気経路（ＲＳ）と排気経路（ＲＥ）にまたがって配置される顕熱交換器１７が設けられている。

この顕熱交換器１７は、図３に示すような顕熱交用エレメント３３をスペーサ３４を介して積層したものである。顕熱交用エレメント３３は、平板形状のライナー３１と波板形状のコルゲート板３２とを熱溶着によって接着したものであり、隣接する顕熱交用エレメント３３同士が互いに直交するように配置されている。スペーサ３４は、顕熱交用エレメント３３のライナー３１と同様の平板形状で構成されている。顕熱交用エレメント３３を構成するライナー３１、コルゲート板３２およびスペーサ３４はいずれもポリエチレンなどの合成樹脂で構成される。

顕熱交用エレメント３３およびスペーサ３４を積層した顕熱交換器１７は、図４に示すように、略直方体形状に構成される。１対の対向する開口端面４１，４２において、上から第１層目、第３層目、第５層目・・・の顕熱交用エレメント３３の開口部が露出状態となっている。同様にして、１対の対向する開口端面４３，４４において、上から第２層目、第４層目、第６層目・・・の顕熱交用エレメント３３の開口部が露出状態となっている。このことにより、開口端面４２に向けて空気流がぶつかる場合（矢印Ａ）には、第１層目、第３層目、第５層目・・・の顕熱交用エレメント３３中を通過して、開口端面４１から吹き出される（矢印Ｂ）こととなる。同様に、開口端面４４に向けて空気流がぶつかる場合（矢印Ｃ）には、第２層目、第４層目、第６層目・・・の顕熱交用エレメント３３中を通過して、開口端面４３から吹き出される（矢印Ｄ）こととなる。

このようにして構成される顕熱交換器１７は、図２に示すように、たとえば、１対の開口端面４１，４２が給気経路（ＲＳ）中の空気流に対向し、他の１対の開口端面４３，４４が排気経路（ＲＥ）中の空気流に対向するように、ケーシング２内に傾斜して配置される。
顕熱交換器１７の室外側には、除湿ユニット１８が設けられている。この除湿ユニット１８は、回転自在に軸支される吸放湿ロータ１９と、この吸放湿ロータ１９を回転駆動するための駆動モータ（図示せず）と、吸放湿ロータ１９の再生用加熱空気を生成するヒータ２０とを備えている。

吸放湿ロータ１９は、接触する空気中の水分を吸着し、加熱されることによって吸着した水分を離脱する性質を有する多孔質のゼオライトなどを円盤形状にしたものであり、その一部が給気経路（ＲＳ）に位置する吸湿部２１を構成しており、他の部分が排気経路（ＲＥ）に位置する放湿部２２を構成している。
ヒータ２０は、室内空気導入口１３から導入されて顕熱交換器１７を通過した直後の空気流中に配置されており、吸放湿ロータ１９の放湿部２２に向かう排気経路（ＲＥ）内の空気流を加熱する。

このように構成された調湿換気装置１では、給気用ファン１５により生成される空気流は、外気導入口１１から室内側供給口１２に至る給気経路（ＲＳ）を通過する。このとき、外気導入口１１から導入された室外空気（ＯＡ）は、吸放湿ロータ１９の吸湿部２１を通過する際に水分を奪われ乾燥空気となって顕熱交換器１７側に流入する。
同時に、排気用ファン１６により生成される空気流は、室内空気導入口１３から室外側排出口１４に至る排気経路（ＲＥ）を通過する。吸放湿ロータ１９は駆動モータにより回転駆動されており、給気経路（ＲＳ）内の吸湿部２１で水分を吸着した部分が常に放湿部２２に移動してくるように構成されている。したがって、ヒータ２０によって加熱された空気が放湿部２２を通過する際に、吸放湿ロータ１９に吸着されている水分を離脱させて加湿空気となる。この加湿空気は、室外側排出口１４から室外に排出されることとなる。

除湿ユニット１８を機能させて除湿を行う場合、顕熱交換器１７中において、外気導入口１１から導入された室外空気（ＯＡ）と、室内空気導入口１３から吸い込んだ室内空気（ＲＡ）との間で熱交換が行われた後、排気経路（ＲＥ）における顕熱交換器１７下流側に排出される空気流が、ヒータ２０によって加熱される。排気経路（ＲＥ）内の加熱空気は、吸放湿ロータ１９の放湿部２２を加熱して水分を放出させるとともに、吸放湿ロータ１９本体を加熱することとなる。吸放湿ロータ１９の吸湿部２１においては、外気導入口１１から導入された室外空気（ＯＡ）から水分を吸着して除湿するとともに、放湿部２２で加熱された熱量を室外空気（ＯＡ）に与えることとなる。吸放湿ロータ１９の吸湿部２１において除湿されるとともに加熱された室外空気（ＯＡ）は、顕熱交換器１７に供給され、室内空気導入口１３から吸い込んだ室内空気（ＲＡ）との間で熱交換を行う。したがって、ヒータ２０による熱量は、室内空気（ＲＡ）、吸放湿ロータ１９、室外空気（ＯＡ）、顕熱交換器１７、室内空気（ＲＡ）の順でその一部が回収されることとなり、ヒータ２０による消費電力を削減することが可能となる。

給気経路（ＲＳ）における顕熱交換器１７の下流側には、加湿ユニット２３が設けられている。この加湿ユニット２３は、水分を透過させずに水蒸気のみを透過させる透湿膜材料で形成される複数本の透湿膜パイプと、透湿膜パイプの内部を通過する空気に対して水蒸気としての水分を供給するために透湿膜パイプの周囲を取り囲むように加湿水を貯留する加湿水収納部とを備えている。

加湿ユニット２３の加湿水収納部には、市水からの水を供給するための給水部（図示せず）が接続される構成とすることができる。この給水部は、電磁弁付大気開放弁などの開閉手段とこの開閉手段を開閉制御する制御手段とを備え、加湿水収納部への給水量を調整することが可能な構成とすることが好ましい。
給気経路（ＲＳ）内における顕熱交換器１７下流側には、加湿ユニット２３を通過する空気の温度を調整するための補助ヒータ２４が設けられている。この補助ヒータ２４は、室温と外気の温湿度に応じてオン・オフ制御するように構成されており、加湿ユニット２３内の透湿膜パイプを通過する空気の温度を調整することによって、室内側に供給される空気に対する加湿量を調整することが可能となる。

このように構成された調湿換気装置１では、加湿ユニット２３を通過する空気の温度を補助ヒータ２４によって調節することによって、加湿量を調整することが可能であり、室内空気の湿度調整を適正に行うことができる。
〔他の実施形態〕
（Ａ）除湿ユニット１８を省略して、顕熱交換器１７による熱交換機能と加湿ユニット２３による加湿機能のみを備えた構成とすることができる。この場合、ヒータ２０の構成を省略することができる。
（Ｂ）調湿換気装置１内の各部をユニット化して着脱自在に構成することが可能である。

たとえば、図５に示すように、給気用ファン１５、排気用ファン１６、顕熱交換器１７、除湿ユニット１８、加湿ユニット２３などをそれぞれユニット化する。ケーシング２の側板２９を開閉自在としておくことで、これらユニット化した給気用ファン１５、排気用ファン１６、顕熱交換器１７、除湿ユニット１８、加湿ユニット２３の着脱が可能な構成とすることができる。また、ユニット化した給気用ファン１５、排気用ファン１６、顕熱交換器１７、除湿ユニット１８、加湿ユニット２３のそれぞれに対応する複数の蓋部材を側板２９に開閉自在に取り付けておき、この蓋部材を開いて各ユニットの着脱を行うように構成することも可能である。

このように構成することによって、加湿機能を備えていない換気装置、除湿機能を備えていない換気装置および加湿・除湿の両機能を備えた換気装置のいずれにも部品を共通化することができ、生産効率を高め、生産コストを低減することが可能となる。
また、メンテナンス作業が容易となり、故障が生じた場合にも問題のある部品のみを取り替えることで修復を簡単に行うことが可能となる。

本発明の１実施形態が採用される調湿換気装置の断面図。 本発明の１実施形態が採用される調湿換気装置の断面図。 顕熱交換器の分解斜視図。 顕熱交換器の概略構成を示す斜視図。 他の実施形態の分解斜視図。

符号の説明

１ 調湿換気装置
１１ 外気導入口
１２ 室内側供給口
１３ 室内空気導入口
１４ 室外側排出口
１５ 給気用ファン
１６ 排気用ファン
１７ 顕熱交換器
１８ 除湿ユニット
１９ 吸放湿ロータ
２０ ヒータ
２３ 加湿ユニット
２４ 補助ヒータ

Claims (1)

1. 外気を室内側に供給するための給気経路（ＲＳ）と、
   室内空気を室外側に排出するための排気経路（ＲＥ）と、
   前記給気経路（ＲＳ）内に配置される給気ファン（１５）と、
   前記排気経路（ＲＥ）内に配置される排気ファン（１６）と、
   前記給気経路（ＲＳ）と排気経路（ＲＥ）にまたがって配置され、両経路内を通過する空気の間で熱交換を行う熱交換器（１７）と、
   前記給気経路（ＲＳ）内に配置される透湿膜加湿ユニット（２３）と、
   前記給気経路（ＲＳ）内に配置され、前記透湿膜加湿ユニット（２３）を通過する空気の温度を調整することにより前記透湿膜加湿ユニット（２３）による加湿量を制御するために設けられる補助ヒータ（２４）と、
   を備え、
   前記補助ヒータ（２４）は、室温と外気の温湿度に応じて制御される、
   調湿換気装置。

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