JP2008298384A - 換気空調装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱交換による温度調整機能を備えると共に、冷暖房の効率を向上させた換気空調装置を提供する。
【解決手段】換気空調装置1Aは、隔絶された第1の熱交換風路30aを通る空気と第2の熱交換風路30bを通る空気との間で熱交換を行う熱交換素子3Aと、空気調和を行うヒートポンプ空調機2Aと、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aを、ヒートポンプ空調機2Aを通して第2の熱交換風路30bに連通させる熱交換給気風路5Aと、第1の熱交換風路30aをバイパスさせる非熱交換給気風路5Bと、熱交換給気風路5Aと非熱交換給気風路5Bを切り替える風路開閉ダンパ54を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、除湿機能と冷暖房機能を有した換気空調装置に関する。
従来から、室内機と室外機との間で冷媒を循環させ、室内機側の熱交換器を凝縮器として機能させることで、冷媒の放熱作用で空気を加熱すると共に、室内機側の熱交換器を蒸発器として機能させることで、冷媒の吸熱作用で空気を冷却する冷凍サイクルを利用したヒートポンプ型の空調装置が提案されている。
このような空調装置では、蒸発器を通る空気中の水分を結露させることで、除湿を行うことが可能で、除湿量を増やすためには、空気の温度を下げる必要があった。このため、室内の温度が下がり過ぎるという問題や、給気口で結露が発生する等の問題があった。このように、給気温度が下がり過ぎる問題を解決するため、従来の空調装置は、一般的に再加熱するための構成を備えているが、装置が複雑になるという問題があった。
そこで、ヒートポンプ型の空調器と熱交換素子とを組み合わせて、室内に給気する空気の温度調整を行えるようにした空調装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
空調機と熱交換素子を組み合わせた従来の空調装置では、熱交換素子をバイパスする風路と、バイパス風路の風量を調整するダンパを備えて、温度調整等を行えるようになっている。
特許第2631674号公報
しかし、従来の空調装置では、熱交換素子とバイパス風路の双方に空気が通るので、空調機で調和された空気の所定量が、外気との間で熱交換が行われることになり、給気温度が熱交換による外気の温度の影響を受けて、冷暖房の効率が低下するという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、熱交換による温度調整機能を備えると共に、冷暖房の効率を向上させた換気空調装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するため、本発明の換気空調装置は、互いが隔絶された第1の熱交換風路と第2の熱交換風路を有し、第1の熱交換風路を通る空気と第2の熱交換風路を通る空気との間で熱交換が行われる熱交換素子と、空気調和を行う空気調和機と、外気の取入口と熱交換素子の第1の熱交換風路の吸込側を連通させ、第1の熱交換風路の吹出側を、空気調和機を通して第2の熱交換風路の吸込側に連通させ、第2の熱交換風路の吹出側を給気口と連通させた熱交換給気風路と、熱交換素子の第1の熱交換風路をバイパスして、取入口を空気調和機より上流の熱交換給気風路と連通させるか、熱交換素子の第2の熱交換風路をバイパスして、空気調和機より下流の熱交換給気風路を給気口と連通させた非熱交換給気風路と、熱交換給気風路と非熱交換給気風路を開閉して風路を切り替える風路開閉手段とを備えたことを特徴とする。ここで、風路開閉手段における風路の開閉とは、風路の開度調整を含む。
本発明の換気空調装置では、運転モードに応じて風路が切り替えられ、熱交換給気風路を通る空気を空気調和機で冷却することで、空気中の水分を結露させて湿度が下げられた空気が給気され、室内が除湿される。また、非熱交換給気風路を通る空気を空気調和機で冷却して給気することで、室内が冷房される。
本発明の換気空調装置によれば、熱交換素子と空気調和機による除湿機能で、給気温度を下げすぎることなく除湿が可能となると共に、風路の切り替えで、熱交換素子を通さずに冷暖房が可能であるので、熱交換による外気の温度の影響を受けずに、冷暖房された空気を給気することができ、冷暖房の効率を向上させることができる。
以下、図面を参照して本発明の換気空調装置の実施の形態について説明する。
<第1の実施の形態の換気空調装置の構成例>
図1は、第1の実施の形態の換気空調装置の一例を示す構成図で、図1(a)は、第1の実施の形態の換気空調装置の内部構成を示す正面図、図1(b)は、第1の実施の形態の換気空調装置の内部構成を示す側面図である。
また、図2は、第1の実施の形態の換気空調装置の分解斜視図、図3は、第1の実施の形態の換気空調装置の風路構成図である。
第1の実施の形態の換気空調装置1Aは、空気の冷却及び加熱を行う空気調和機としてのヒートポンプ空調機2Aと、ヒートポンプ空調機2Aで調和される空気の温度調整及びヒートポンプ空調機2Aで調和された空気の除湿等を行う熱交換素子3Aを備え、外気を取り入れ、空気調和して室内に給気する空調換気機能を有する。
まず、図3等を参照して、ヒートポンプ空調機2Aの構成について説明する。
ヒートポンプ空調機2Aは、冷媒が流れる配管20と、室内に給気する空気と冷媒との間で熱交換を行う第1の熱交換器21と、室外に排出する空気と冷媒との間で熱交換を行う第2の熱交換器22を備える。
また、ヒートポンプ空調機2Aは、配管20を流れる冷媒を圧縮する圧縮機23と、配管20を流れる冷媒を減圧する膨張弁24と、冷媒の流れる方向を切り替える四方弁25を備える。
なお、ヒートポンプ空調機2Aは、第2の熱交換器22と、圧縮機23と、膨張弁24と、四方弁25と、図示しない基板等がユニット化されて室外機ユニット26が構成され、室外機ユニット26の外部に配置される第1の熱交換器21が配管20を介して接続される。
また、第1の熱交換器21は、例えば図2に示すように、熱交換給気風路5Aの一部を構成する筐体27a,27bに組み込まれる。筐体27a,27bは、筐体27aの上面に形成された一方の開口部27cから吸い込まれた空気が第1の熱交換器21を通り、他方の開口部27dから吹き出される風路を形成する。
ここで、空気調和機としては、上述したように、冷暖房とも冷媒を使用する構成以外に、冷房は冷媒を使用し、暖房を温水を使用する構成でも良い。
次に、各図を参照して、熱交換素子3Aの構成について説明する。
熱交換素子3Aは、空気が通る第1の熱交換風路30aと、第1の熱交換風路30aと隔絶されて空気が通る第2の熱交換風路30bを備え、第1の熱交換風路30aを通る空気と第2の熱交換風路30bを通る空気との間で熱交換が行われる。
図4及び図5は、熱交換素子の実施の形態の一例を示す構成図で、図4(a)は、熱交換素子3Aの正面図、図4(b)は、熱交換素子3Aの左側面図、図4(c)は、熱交換素子3Aの右側面図である。また、図5(a)は、熱交換素子3Aの内部構成を示す図4(a)のA−A断面図、図5(b)は、熱交換素子3Aの要部断面図である。
熱交換素子3Aは、第1の熱交換風路30aと第2の熱交換風路30bが、隔壁31を挟んで交互に積層される。第1の熱交換風路30aは、隔壁31の間が風路形成板32aによって仕切られて、複数本の平行な風路が直線状に形成される。
また、第2の熱交換風路30bは、隔壁31の間が風路形成板32bによって仕切られて、複数本の平行な風路が、ここでは第1の熱交換風路30aと平行な向きで直線状に形成される。
隔壁31及び風路形成板32a,32bは、例えば、アルミニウムや銅等、熱伝導性の良い金属素材で構成される。なお、熱交換素子3Aは、風路形成板32a,32bに複数のスリットを備える構成としても良い。
熱交換素子3Aは、第1の熱交換風路30aの吸込口35aと第2の熱交換風路30bの吹出口36bを一方の端部側に備えると共に、第1の熱交換風路30aの吹出口36aと第2の熱交換風路30bの吸込口35bを他方の端部側に備える。
熱交換素子3Aの吸込口35aが形成される面は、第1の熱交換風路30aと対向する部位は開口し、第2の熱交換風路30bと対向する部位は塞がれて、吸込口35aと第1の熱交換風路30aが連通する。
また、吹出口36bが形成される面は、第2の熱交換風路30bと対向する部位は開口し、第1の熱交換風路30aと対向する部位は塞がれて、吹出口36bと第2の熱交換風路30bが連通する。
熱交換素子3Aの吹出口36aが形成される面は、第1の熱交換風路30aと対向する部位は開口し、第2の熱交換風路30bと対向する部位は塞がれて、吹出口36aと第1の熱交換風路30aが連通する。
また、吸込口35bが形成される面は、第2の熱交換風路30bと対向する部位は開口し、第1の熱交換風路30aと対向する部位は塞がれて、吸込口35bと第2の熱交換風路30bが連通する。
これにより、熱交換素子3Aは、吸込口35aから吸い込まれた空気が、第1の熱交換風路30aを通って吹出口36aから吹き出す。また、吸込口35bから吸い込まれた空気が、第2の熱交換風路30bを通って吹出口36bから吹き出す。
熱交換素子3Aでは、第1の熱交換風路30aを通る空気と第2の熱交換風路30bを通る空気が対向流となり、第1の熱交換風路30aと第2の熱交換風路30bが隔壁31で仕切られていることで、第1の熱交換風路30aを通る空気と第2の熱交換風路30bを通る空気との間で熱交換が行われる。
このように、熱交換される空気の流れを対向流とすることで、熱交換効率が向上する。
熱交換素子3Aは、例えば図2に示すように、所定の形状に仕切られて、熱交換給気風路5Aの一部と非熱交換給気風路5Bを構成する断熱材37a,37bに入れられて、筐体38a,38bに組み込まれる。
断熱材37bと筐体38bは、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aの吹出口36a及び非熱交換給気風路5Bを形成する区画と連通する図示しない開口部と、第2の熱交換風路30bの吸込口35bと連通する図示しない開口部が下面に形成される。
これにより、筐体27a,27bの上部に筐体38a,38bが取り付けられると、断熱材37a,37bに組み込まれた熱交換素子3Aは、第1の熱交換風路30aの吹出口36aが、第1の熱交換器21が組み込まれた筐体27の一方の開口部27cと連通し、第2の熱交換風路30bの吸込口35bが、筐体27の他方の開口部27dと連通する。また、非熱交換給気風路5Bが筐体27の一方の開口部27cと連通する。
更に、筐体38aと断熱材37aは、熱交換素子3Aの第2の熱交換風路30bの吹出口36bと連通する開口部38c,37cがそれぞれ上面に形成される。
そして、断熱材37a,37bに組み込まれた熱交換素子3Aは、図2に示すように、一端側で吸込口35aと吹出口36bが仕切られることで、第1の熱交換風路30aに吸い込まれる空気と第2の熱交換風路30bから吹き出す空気は混合しない。
同様に、熱交換素子3Aの他端側で、吹出口36aと吸込口35bが仕切られることで、第1の熱交換風路30aから吹き出す空気が第1の熱交換器21をショートカットして第2の熱交換風路30bに吸い込まれない。
次に、各図を参照して、換気空調装置1Aにおける風路の構成について説明する。
換気空調装置1Aは、第1の取入口51aと第2の取入口51bが並列された取入口51を備えると共に、第1の取入口51aから取り入れた外気OAを、熱交換素子3Aを通して給気口52から給気SAとして吹き出させる熱交換給気風路5Aを備える。また、換気空調装置1Aは、第2の取入口51bから取り入れた外気OAを、熱交換素子3Aをバイパスさせる非熱交換給気風路5Bを備える。
取入口51は、例えば図2に示すように、熱交換素子3Aが組み込まれる断熱材37aの前面を開口して構成され、第1の取入口51aの両側に第2の取入口51bが並列される。
熱交換給気風路5Aは、第1の取入口51aと熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aの吸込口35aを連通させる。また、第1の熱交換風路30aの吹出口36aを、ヒートポンプ空調機2Aの第1の熱交換器21を通して第2の熱交換風路30bの吸込口35bに連通させる。更に、第2の熱交換風路30bの吹出口36bを給気口52と連通させる。
非熱交換給気風路5Bは、熱交換素子3Aの両側に形成された風路によって、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aをバイパスして、第2の取入口51bをヒートポンプ空調機2Aの第1の熱交換器21より上流の熱交換給気風路5aと連通させる。
換気空調装置1Aは、熱交換給気風路5A及び非熱交換給気風路5Bで、第1の取入口51a及び第2の取入口51bから外気OAを吸い込んで、給気口52から吹き出させる送風ファン部53を備える。
送風ファン部53は、例えば図2に示すように、筐体39a,39bに組み込まれる。筐体39bは、送風ファン部53の図示しない吸込口と連通する開口部39cが下面に形成され、熱交換素子3Aが組み込まれた筐体38a,38bの上部に、送風ファン部53が組み込まれた筐体39a,39bが取り付けられると、送風ファン部53の吸込口と、熱交換素子3Aの第2の熱交換風路30bの吹出口36bが連通する。
また、筐体39a,39bは、筐体39aの上面を開口して単数または複数の給気口52が形成され、給気口52が、筐体39bの内部に備えられるチャンバー39dを介して送風ファン部53と連通する。更に、給気口52には、図示しない給気ダクトと接続されるダクトジョイント39eが取り付けられる。
換気空調装置1Aは、熱交換給気風路5A及び非熱交換給気風路5Bの双方、例えば図2に示すように、第1の取入口51a及び第2の取入口51bの双方を覆い、通過する空気を清浄するフィルタ40を備えると共に、ガラリ等を有した化粧パネル41を備える。
また、換気空調装置1Aは、吸い込んだ外気OAの熱交換給気風路5Aと非熱交換給気風路5Bへの分配比率を調整する風路開閉ダンパ54を備える。風路開閉ダンパ54は風路開閉手段の一例で、本例では、熱交換給気風路5Aと連通した第1の取入口51aと、非熱交換給気風路5Bと連通した第2の取入口51bの双方に備えられる。
図6は、風路開閉ダンパの構成例を示す斜視図である。風路開閉ダンパ54は、第1の取入口51aを開閉する第1のダンパ54aの両側に、第2の取入口51bを開閉する第2のダンパ54bを有し、第1のダンパ54aと第2のダンパ54bが、90°位相を異ならせて同じ軸部54cに備えられる。
第1のダンパ54aと第2のダンパ54bは、それぞれ複数の板状の部材で構成され、各ダンパの軸部54cに取り付けられた図示しないギアまたはリンク等によって、複数のダンパが連動する。
これにより、軸部54cの回転動作で第1のダンパ54aと第2のダンパ54bが作動して、第1の取入口51aと第2の取入口51bの開閉が切り替えられる。
すなわち、第1のダンパ54aで第1の取入口51aを全開とすると、第2のダンパ54bは位相が90°ずれているので、第2の取入口51bは全閉となる。一方、第2のダンパ54bで第2の取入口51bを全開とすると、第1のダンパ54aで第1の取入口51aは全閉となる。
また、第1の取入口51aを全開としている状態から、第1のダンパ54aの開度を徐々に閉じていくと、第2のダンパ54bは、第2の取入口51bを全閉としている状態から徐々に開く。一方、第2の取入口51bを全開としている状態から、第2のダンパ54bの開度を徐々に閉じていくと、第1のダンパ54aは、第1の取入口51aを全閉としている状態から徐々に開く。
従って、第1のダンパ54aの動作で、図3等に示す熱交換給気風路5Aを通る空気の風量を100%から0%に調整できると共に、第2のダンパ54bが第1のダンパ54aと連動することで、非熱交換給気風路5Bを通る空気の風量を0%から100%に調整できる。
よって、第1のダンパ54aと第2のダンパ54bの開度によって、外気OAの全てを熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aを通して、第2の熱交換風路30bを通る空気との間で熱交換させる風路構成と、外気OAの全てを非熱交換給気風路5Bを通して、熱交換素子3Aで熱交換を行わない風路構成と、外気OAの所定量を熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aを通し、残部を非熱交換給気風路5Bを通して、外気OAの所定量を熱交換させる風路構成が選択可能となる。
また、1つのモータで、2つの取入口を開閉して風路を切り替えることができるので、低コストで風路を切り替える構成を実現できる。
次に、各図を参照して換気空調装置1Aにおける除加湿の構成について説明する。
換気空調装置1Aは、熱交換素子3A及びヒートポンプ空調機2Aの第1の熱交換器21の下方に水回収手段としてドレンパン60を備える。本例では、空気の通る方向を縦方向とした熱交換素子3Aを上側として、熱交換素子3Aと第1の熱交換器21が上下に配置されており、第1の熱交換器21の下方にドレンパン60を設けている。これにより、熱交換素子3A及び第1の熱交換器21で発生された結露水が、ドレンパン60に滴下されて回収される。
なお、ドレンパン60は、筐体27a,27bの内部に取り付けられ、回収した水をドレン配管61から外部に排水できる構成である。
また、換気空調装置1Aは、非熱交換給気風路5Bの合流箇所より下流の熱交換給気風路5Aに加湿手段としての散水装置62を備える。非熱交換給気風路5Bは、ヒートポンプ空調機2Aの第1の熱交換器21より上流で熱交換給気風路5Aと合流しており、本例では、熱交換素子3Aの第2の熱交換風路30bの吸込口35bと、第1の熱交換器21との間の風路に、霧状のミストを噴霧するノズルを備える。
<第1の実施の形態の換気空調装置の動作例>
次に、各図を参照して、第1の実施の形態の換気空調装置1Aの動作について説明する。
(1)除湿モード及び衣類乾燥モードの動作例
除湿モード及び衣類乾燥モードでは、風路開閉ダンパ54の動作で第1のダンパ54aを開けて、熱交換給気風路5Aと連通する第1の取入口51aを全開にすると共に、非熱交換給気風路5Bと連通する第2の取入口51bを、第2のダンパ54bによって全閉にして、外気OAの全量を熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aに供給する。なお、以下の説明で外気OAの全量とは、略全量を含む実質的な全量を意味している。
また、ヒートポンプ空調機2Aは、四方弁25により冷凍サイクルを構成して圧縮機23を作動させることで、第1の熱交換器21を蒸発器として機能させ、蒸発器による冷媒の吸熱作用で外気OAの冷却を行う。このとき、第2の熱交換器22は凝縮器として機能し、冷媒を冷却して液化させている。
以上の状態で、送風ファン部53を作動させると、第1の取入口51aから外気OAが吸い込まれ、外気OAの全量が熱交換給気風路5Aへ供給される。
熱交換給気風路5Aでは、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aを外気OAが通り、第1の熱交換風路30aを通った外気OAがヒートポンプ空調機2Aの第1の熱交換器21を通る。そして、冷凍サイクルの蒸発器として機能している第1の熱交換器21を通った外気OAが、熱交換素子3Aに戻り第2の熱交換風路30bを通る。
外気OAは、熱交換素子3Aを通ることで、ヒートポンプ空調機2Aで冷却された空気との間で熱交換されて、温度が下げられる。
また、ヒートポンプ空調機2Aで冷却される空気は、熱交換素子3Aで熱交換されて温度が下げられた外気OAである。このとき、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aを通る外気OAと、第2の熱交換風路30bを通る冷却された外気OAとの温度差に応じて、第1の熱交換風路30aを通る外気OAが温度低下によって飽和状態となり、第1の熱交換風路30aを通る外気OA中の水分が結露して除湿が行われる。
更に、外気OAは、冷凍サイクルの蒸発器として機能している第1の熱交換器21を通ることで水分が結露して除湿される。このとき、外気OAは第1の熱交換器21への導入前に温度が下げられていることから相対湿度が上昇しており、ヒートポンプ空調機2Aによる冷却能力を上げることなく、すなわち、消費電力を増加させることなく除湿量を増加させて、夏季では高温中湿の外気OAを、必要以上の温度低下を抑えた中温低湿の空気とする。
そして、熱交換素子3A及びヒートポンプ空調機2Aを通って中温低湿となった外気OAは、給気SAとして給気口52から室内に給気される。
なお、熱交換素子3A及び第1の熱交換器21で発生した結露水はドレンパン60で回収され、室外へ排水される。
除湿モード及び衣類乾燥モードでは、外気OAが通る風路を、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aを通る風路に切り替えることで、給気による室内の換気を行いながら、室内を冷やし過ぎることなく、室内の除湿が可能となり、室内の相対湿度を低下させて、夏季等に涼しさを得られるようにすることができる。また、室内の湿度を下げることで、衣類の乾燥を促進させることができる。
また、熱交換素子3Aとヒートポンプ空調機2Aの作用で除湿を行って、ドレンパン60で結露水を回収することで、給気口52での結露の発生を防ぐことができる。そして、除湿量を増やしても空気の再加熱の必要がないので、ヒータ等が不要であり、装置構成の複雑化を防ぐことができる。
なお、除湿モードでは、全閉とした第2の取入口51bを風路開閉ダンパ54によって徐々に開いていくことで、第1のダンパ54aと第2のダンパ54bの開度に応じて熱交換素子3Aでの熱交換効率を低下させ、吹き出す冷風の温湿度を調整することが可能である。
(2)冷房モードの動作例
冷房モードでは、風路開閉ダンパ54の動作で第2のダンパ54bを開けて、非熱交換給気風路5Bと連通する第2の取入口51bを全開にすると共に、熱交換給気風路5Aと連通する第1の取入口51aを、第1のダンパ54aによって全閉にして、外気OAの全量を熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aをバイパスさせる。
また、ヒートポンプ空調機2Aは、四方弁25により冷凍サイクルを構成して圧縮機23を作動させることで、第1の熱交換器21を蒸発器として機能させ、蒸発器による冷媒の吸熱作用で外気OAの冷却を行う。このとき、第2の熱交換器22は凝縮器として機能し、冷媒を冷却して液化させている。
以上の状態で、送風ファン部53を作動させると、第2の取入口51bから外気OAが吸い込まれ、外気OAの全量が非熱交換給気風路5Bへ供給される。非熱交換給気風路5Bでは、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aをバイパスして、外気OAがヒートポンプ空調機2Aの第1の熱交換器21へ供給される。
そして、冷凍サイクルの蒸発器として機能している第1の熱交換器21を通ることで冷却された外気OAが、熱交換素子3Aの第2の熱交換風路30bを通り、給気SAとして給気口52から室内に給気される。
なお、第1の熱交換器21で発生した結露水はドレンパン60で回収され、室外へ排水される。
冷房モードでは、外気OAが通る風路を、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aをバイパスさせる非熱交換給気風路5Bに切り替えることで、夏季で温度が高い外気OAと、ヒートポンプ空調機2Aで冷却された空気との間で熱交換が行われない。
これにより、ヒートポンプ空調機2Aで冷却された外気OAの温度上昇を防ぎ、高温の外気OAを、ヒートポンプ空調機2Aの運転能力に応じて中温あるいは低温の空気として給気し、室内の冷房を行うことができる。また、給気による室内の換気を行うことができる。
なお、冷房モードでは、全閉とした第1の取入口51aを風路開閉ダンパ54によって徐々に開いていくと、第1のダンパ54aと第2のダンパ54bの開度に応じて、所定量の外気OAと、ヒートポンプ空調機2Aで冷却された外気OAとの間で熱交換が行われ、吹き出す冷風の温度を調整することが可能である。また、冷房モードで除湿量を調整することも可能である。
(3)加湿暖房モードの動作例
加湿暖房モードでは、風路開閉ダンパ54の動作で第2のダンパ54bを開けて、非熱交換給気風路5Bと連通する第2の取入口51bを全開にすると共に、熱交換給気風路5Aと連通する第1の取入口51aを、第1のダンパ54aによって全閉にして、外気OAの全量を熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aをバイパスさせる。
また、ヒートポンプ空調機2Aは、四方弁25によりヒートポンプを構成して圧縮機23を作動させることで、第1の熱交換器21を凝縮器として機能させ、凝縮器による冷媒の放熱作用で外気OAの加熱を行う。このとき、第2の熱交換器22は蒸発器として機能し、冷媒を気化させている。
更に、ヒートポンプ空調機2Aの第1の熱交換器21より下流の熱交換給気風路5Aに、散水装置62によって散水を行う。
以上の状態で、送風ファン部53を作動させると、第2の取入口51bから外気OAが吸い込まれ、外気OAの全量が非熱交換給気風路5Bへ供給される。非熱交換給気風路5Bでは、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aをバイパスして、外気OAがヒートポンプ空調機2Aの第1の熱交換器21へ供給される。
そして、ヒートポンプの凝縮器として機能している第1の熱交換器21を通ることで加熱された外気OAが、散水装置62による散水で加湿され、熱交換素子3Aの第2の熱交換風路30bを通り、給気SAとして給気口52から室内に給気される。
なお、散水装置62によって散水された水の余剰分はドレンパン60で回収され、室外へ排水される。
加湿暖房モードでは、外気OAが通る風路を、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aをバイパスさせる非熱交換給気風路5Bに切り替えることで、冬季で温度が低い外気OAと、ヒートポンプ空調機2Aで加熱された空気との間で熱交換が行われない。
これにより、ヒートポンプ空調機2Aで加熱された外気OAの温度低下を防ぎ、低温低湿の外気OAを、ヒートポンプ空調機2Aの運転能力と、散水装置62の給水量に応じて中温高湿の空気として給気して、室内の加湿暖房を行うことができ、別の加湿装置を設置することなく、室内の過乾燥を防ぐことができる。また、給気による室内の換気を行うことができる。
更に、ヒートポンプ空調機2Aで加熱された外気OAの温度低下を防ぐことで、給気される空気が飽和状態になることを防ぎ、加湿のために散水した水が結露して排水される無駄を低減することができる。
なお、加湿暖房モードでは、全閉とした第1の取入口51aを風路開閉ダンパ54によって徐々に開いていくと、第1のダンパ54aと第2のダンパ54bの開度に応じて、所定量の外気OAと、ヒートポンプ空調機2Aで加熱された外気OAとの間で熱交換が行われ、吹き出す温風の温度を調整することが可能である。
(4)暖房モードの動作例
暖房モードでは、風路開閉ダンパ54の動作で第2のダンパ54bを開けて、非熱交換給気風路5Bと連通する第2の取入口51bを全開にすると共に、熱交換給気風路5Aと連通する第1の取入口51aを、第1のダンパ54aによって全閉にして、外気OAの全量を熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aをバイパスさせる。
また、ヒートポンプ空調機2Aは、四方弁25によりヒートポンプを構成して圧縮機23を作動させることで、第1の熱交換器21を凝縮器として機能させ、凝縮器による冷媒の放熱作用で外気OAの加熱を行う。このとき、第2の熱交換器22は蒸発器として機能し、冷媒を気化させている。
以上の状態で、送風ファン部53を作動させると、第2の取入口51bから外気OAが吸い込まれ、外気OAの全量が非熱交換給気風路5Bへ供給される。非熱交換給気風路5Bでは、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aをバイパスして、外気OAがヒートポンプ空調機2Aの第1の熱交換器21へ供給される。
そして、ヒートポンプの凝縮器として機能している第1の熱交換器21を通ることで加熱された外気OAが、熱交換素子3Aの第2の熱交換風路30bを通り、給気SAとして給気口52から室内に給気される。
暖房モードでは、外気OAが通る風路を、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aをバイパスさせる非熱交換給気風路5Bに切り替えることで、冬季で温度が低い外気OAと、ヒートポンプ空調機2Aで加熱された空気との間で熱交換が行われない。
これにより、ヒートポンプ空調機2Aで加熱された外気OAの温度低下を防ぎ、低温の外気OAを、ヒートポンプ空調機2Aの運転能力に応じて中温の空気として給気して、室内の暖房を行うことができる。また、給気による室内の換気を行うことができる。
なお、暖房モードでは、全閉とした第1の取入口51aを風路開閉ダンパ54によって徐々に開いていくと、第1のダンパ54aと第2のダンパ54bの開度に応じて、所定量の外気OAと、ヒートポンプ空調機2Aで加熱された外気OAとの間で熱交換が行われ、吹き出す温風の温度を調整することが可能である。
<第1の実施の形態の換気空調装置の作用効果例>
図7は、第1の実施の形態の換気空調装置の作用効果を説明する動作説明図である。
ここで、第1の実施の形態の換気空調装置1Aは、非熱交換給気風路5Bを、図7(a)及び図7(b)に示すように、熱交換給気風路5Aから分岐する構成としても良い。
また、非熱交換給気風路5Bは、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aをバイパスするように構成したが、図7(a)及び図7(b)に示す非熱交換給気風路5Cのように、熱交換素子3Aの第2の熱交換風路30bをバイパスするように構成しても良い。
更に、風路開閉ダンパ54は、図7(a)に示すように、熱交換給気風路5Aと非熱交換給気風路5Bとの分岐箇所、または、熱交換給気風路5Aと非熱交換給気風路5Cとの分岐箇所に備える構成としても良い。
また、風路開閉ダンパ54は、図7(b)に示すように、熱交換給気風路5Aと非熱交換給気風路5Bとの合流箇所、または、熱交換給気風路5Aと非熱交換給気風路5Cとの合流箇所に備える構成としても良い。
風路の分岐箇所または合流箇所に備えられる風路開閉ダンパ54は、送風ファン部53で吸い込まれる空気の全量を熱交換給気風路5Aに通すか、開度に応じて分配して熱交換給気風路5Aと非熱交換給気風路5B,5Cの双方に通すか、全量を非熱交換給気風路5B,5Cに通すかを切り替えられる構成である。
これにより、送風ファン部53で吸い込んだ外気OAの全量を、熱交換素子3Aを通すかバイパスさせるかを切り替えることができる。なお、ここでの外気OAの全量も、略全量を含む実質的な全量を意味している。また、風路開閉ダンパを、熱交換給気風路と非熱交換給気風路のそれぞれに備える構成としても良い。
図8は、比較例としての換気空調装置の動作説明図である。比較例の換気空調装置101では、空気調和機102と熱交換素子103を備えた構成で、熱交換素子103を通る熱交換給気風路105Aから分岐して熱交換素子103をバイパスするバイパス風路105B,105Cに、風路開閉ダンパ106a,106bを備えている。また、空気を加湿する散水装置107を備えている。
図9は、冷房(除湿)を行う動作で外気の全量を熱交換素子に通した場合の空気線図である。ここで、通常の熱交換素子は熱(ここでは温度)交換効率が80%程度であるが、ここでは熱交換効率を100%として動作を説明する。
冷房を行う動作で、外気OAの全量を熱交換素子103に通すために風路開閉ダンパ106a,106bを閉じ、散水装置107を駆動しない。
ここで、空気線図において、状態(1)は、熱交換素子103を通る前の外気OAの温湿度、状態(2)は、熱交換素子103を通った後の外気OAの温湿度、状態(3)は、空気調和機102で空気調和されて熱交換素子103を通る前の外気OAの温湿度、状態(4)は、熱交換素子103を通った後の給気SAの温湿度を示す。
空気調和機102の能力がB[J/kg(DA)]であるとし、状態(1)の外気OAが35℃、20g/kg(DA)で、状態(1)→(2)の経路と状態(3)→(4)の経路による熱交換A[J/kg(DA)]が、100%の効率で行われる。このとき、状態(4)での給気SAは、およそ25℃、10g/kg(DA)の空気となる。
図10は、冷房を行う動作でバイパス風路に空気を通した場合の空気線図である。外気OAの全量を熱交換素子103に通す状態から、風路開閉ダンパ106a,106bのいずれかを開けていくと、熱交換素子103の熱交換効率を落とすことになる。図10では、温度の交換効率を50パーセントとした場合の空気線図を示し、状態(4)での給気SAは、およそ22℃、11g/kg(DA)の空気となる。
このように、バイパス風路105B,105Cを開けることによって熱交換効率を落とす結果、温度は25℃から22℃に下げることができるが、除湿性能は低下し湿度は10g/kg(DA)から11g/kg(DA)に上がる。
図8の構成では、風路開閉ダンパ106aを全開にしてバイパス風路105Bに最大風量の空気を通すようにしても、熱交換素子103の一方の風路に空気が通る。同様に、風路開閉ダンパ106bを全開にしてバイパス風路105Cに最大風量の空気を通すようにしても、熱交換素子103の他方の風路に空気が通る。
図11は、冷房を行う動作で外気を熱交換素子に通さない場合の空気線図である。上述したように、比較例の換気空調装置では、熱交換素子103による熱(温度)交換は必ず行われることになり、図10の空気線図に示すような状態(1)→(2)の経路と状態(3)→(4)の経路による熱交換が存在するため、図11の空気線図に示すような完全な冷房状態を実現することができない。
熱交換素子のどちらか一方の風路に空気が流れないようにすれば、状態(1)→(2)の経路と状態(3)→(4)の経路による熱交換が存在しない完全な冷房状態になり、図11に示すように、状態(1)→(4)の経路で状態(4)における給気SAの温度はおよそ18℃を実現できる。
しかし、比較例の換気空調装置では、風路開閉ダンパ106a,106bを全開にしても、熱交換素子103の双方の風路に空気が流れるため、給気SAは、18℃以上の温度にしか下げられない課題があった。
このような課題を解決するため、風路開閉ダンパ106aの空気が通る風路面積を、熱交換素子103の空気が通る風路面積に比べて大きくすれば、熱交換素子103の一方の風路に流れる空気の量を減らすことができるが、一部の空気は熱交換素子103の一方の風路を流れ、状態(1)→(2)の経路と状態(3)→(4)の経路による熱交換が存在する。また、風路開閉ダンパ106aの風路面積を大きくする程に、装置が大型化して設置が困難になる。
一方、熱交換素子103の空気が通る風路面積を、風路開閉ダンパ106aの空気が通る風路面積に比べて小さくすれば、熱交換素子103の一方の風路に流れる空気の量を減らすことができるが、一部の空気は熱交換素子103の一方の風路に流れ、状態(1)→(2)の経路と状態(3)→(4)の経路による熱交換が存在する。また、熱交換素子103の風路面積を小さくする程に、圧力損失が増え、送風ファンの能力を上げるか、ファン回転数を上げる必要が生じるが、送風ファンの能力を上げることは装置が大型化する課題、ファン回転数を上げることは消費電力の増加や騒音の発生という課題が生じる。
図12は、加湿暖房を行う動作で外気の全量を熱交換素子に通した場合の空気線図である。
加湿暖房を行う動作で、外気OAの全量を熱交換素子103に通すために風路開閉ダンパ106a,106bを閉じ、加湿の場合は散水装置107を駆動する。ここで、空気線図において、状態(5)は、空気調和機102で空気調和された外気OAの温湿度を示す。
空気調和機102の能力がB[J/kg(DA)]であるとし、状態(1)の外気OAが5℃、2g/kg(DA)で、状態(1)→(2)の経路と状態(3)→(4)の経路による熱交換A[J/kg(DA)]が、100%の効率で行われる。
このとき、外気OAは空気調和機102によって加熱され、(2)→(5)の状態になる。また、散水装置107を駆動しているので、水の蒸発に伴い空気湿度は(5)→(3)の状態になる。これにより、状態(4)での給気SAは、およそ16℃、11g/kg(DA)の空気となる。
図13は、加湿暖房を行う動作で過加湿が生じた場合の空気線図である。図8の構成では、空気調和機102で加熱された空気を散水装置107で加湿するが、加湿量が過剰になると、状態(3)で相対湿度が100パーセントになり、熱交換素子103の風路内で結露が発生する。そして、空気調和機102で温度が上げられた空気は、状態(1)→(2)の経路と状態(3)→(4)の経路による熱交換で冷却されることによる温度低下で、加湿された空気が除湿されることになり、無駄が生じると共に、結露水を回収する構成が必要となる。
図14は、加湿暖房を行う動作でバイパス風路に空気を通した場合の空気線図である。外気OAの全量を熱交換素子103に通す状態から、風路開閉ダンパ106a,106bのいずれかを開けていくと、熱交換素子103の熱交換効率を落とすことになる。図14では、温度の交換効率を50パーセントとした場合の空気線図を示し、状態(4)での給気SAは、およそ18℃、10g/kg(DA)の空気となる。
このように、バイパス風路105B,105Cを開けることによって熱交換効率を落とす結果、温度は16℃から18℃に上げることができるが、加湿性能は低下し湿度は11g/kg(DA)から10g/kg(DA)に下がる。
上述したように、図8の構成では、風路開閉ダンパ106a,106bを全開にしてバイパス風路105B,105Cに最大風量の空気を通すようにしても、熱交換素子103に空気が通る。
図15は、加湿暖房を行う動作で外気を熱交換素子に通さない場合の空気線図である。上述したように、比較例の換気空調装置では、熱交換素子103による熱(温度)交換は必ず行われることになり、図14の空気線図に示すような状態(1)→(2)の経路と状態(3)→(4)の経路による熱交換が存在するため、図15の空気線図に示すような完全な加湿暖房状態を実現することができない。
熱交換素子のどちらか一方の風路に空気が流れないようにすれば、状態(1)→(2)の経路と状態(3)→(4)の経路による熱交換が存在しない完全な加湿暖房状態になり、図15に示すように、状態(1)→(5)→(4)の経路で状態(4)における給気SAの温度はおよそ22℃を実現できる。
しかし、比較例の換気空調装置では、風路開閉ダンパ106a,106bを全開にしても、熱交換素子103の双方の風路に空気が流れるため、給気SAは、22℃以下の温度にしか上げられない課題があった。なお、加湿を行わない暖房運転でも、状態(5)→(4)の経路が無くなるが同様の課題がある。
このような課題を解決するため、風路開閉ダンパ106bの空気が通る風路面積を、熱交換素子103の空気が通る風路面積に比べて大きくすれば、熱交換素子103の他方の風路に流れる空気の量を減らすことができるが、一部の空気は熱交換素子103の他方の風路を流れ、状態(1)→(2)の経路と状態(3)→(4)の経路による熱交換が存在する。また、風路開閉ダンパ106bの風路面積を大きくする程に、装置が大型化して設置が困難になる。
一方、熱交換素子103の空気が通る風路面積を、風路開閉ダンパ106bの空気が通る風路面積に比べて小さくすれば、熱交換素子103の他方の風路に流れる空気の量を減らすことができるが、一部の空気は熱交換素子103の他方の風路に流れ、状態(1)→(2)の経路と状態(3)→(4)の経路による熱交換が存在する。また、熱交換素子103の風路面積を小さくする程に、圧力損失が増え、送風ファンの能力を上げるか、ファン回転数を上げる必要が生じるが、送風ファンの能力を上げることは装置が大型化する課題、ファン回転数を上げることは消費電力の増加や騒音の発生という課題が生じる。
これに対して、第1の実施の形態の換気空調装置1Aでは、図3等に示すように、熱交換給気風路5Aと連通した第1の取入口51aと非熱交換給気風路5Bと連通した第2の取入口51bに連動する風路開閉ダンパ54を備えるか、図7に示すように、熱交換給気風路5Aと非熱交換給気風路5B,5Cとの分岐箇所、または、熱交換給気風路5Aと非熱交換給気風路5B,5Cとの合流箇所に風路開閉ダンパ54を備えている。
これにより、熱交換素子3Aを通る風路を全閉することができ、冷房モードでは、図11に示す状態(1)→(4)の経路で完全な冷房状態を実現できる。また、加湿暖房モードでは、図15に示す状態(1)→(5)→(4)の経路で完全な加湿暖房状態を実現できる。
図16は、第1の実施の形態の換気空調装置と比較例の換気空調装置の温度制御範囲を示す説明図である。
ここで、熱交換素子を通る熱交換給気風路と、熱交換素子をバイパスする非熱交換給気風路(バイパス風路)の風路面積(圧力損失)を同一として風路開閉ダンパを開いた場合、比較例の換気空調装置では、熱交換効率は最大100%からみなしの熱交換効率が50%に変化する。これに対して、第1の実施の形態の換気空調装置では、熱交換効率は最大100%からみなしの熱交換効率が0%に変化する。
これにより、冷房時には、比較例の換気空調装置では、温度制御範囲が22℃〜25℃であるのに対して、第1の実施の形態の換気空調装置では、温度制御範囲が18℃〜25℃と広くなる。
また、加湿暖房時には、比較例の換気空調装置では、温度制御範囲が16℃〜18℃であるのに対して、第1の実施の形態の換気空調装置では、温度制御範囲が16℃〜22℃とやはり広くなる。
図17は、第1の実施の形態の換気空調装置の風路構成の一例を示す説明図で、符号OA,SA及び(1)〜(6)は図7の符号と対応し、図7に示す構成における全ての風路構成を示す。
風路構成1は、外気OAを、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路と第2の熱交換風路は通し、非熱交換給気風路5B(バイパス1)と、非熱交換給気風路5C(バイパス2)の双方を通さない構成である。
風路構成2は、外気OAを、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路と非熱交換給気風路5C(バイパス2)は通し、非熱交換給気風路5B(バイパス1)と熱交換素子3Aの第2の熱交換風路は通さない構成である。
風路構成3は、外気OAを、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路と第2の熱交換風路と非熱交換給気風路5C(バイパス2)は通し、非熱交換給気風路5B(バイパス1)は通さない構成である。
風路構成4は、外気OAを、非熱交換給気風路5B(バイパス1)と熱交換素子3Aの第2の熱交換風路は通し、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路と非熱交換給気風路5C(バイパス2)は通さない構成である。
風路構成5は、外気OAを、非熱交換給気風路5B(バイパス1)と非熱交換給気風路5C(バイパス2)は通し、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路と第2の熱交換風路は通さない構成である。
風路構成6は、外気OAを、非熱交換給気風路5B(バイパス1)と熱交換素子3Aの第2の熱交換風路と非熱交換給気風路5C(バイパス2)は通し、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路は通さない構成である。
風路構成7は、外気OAを、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路と非熱交換給気風路5B(バイパス1)と熱交換素子3Aの第2の熱交換風路は通し、非熱交換給気風路5C(バイパス2)は通さない構成である。
風路構成8は、外気OAを、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路と非熱交換給気風路5B(バイパス1)と非熱交換給気風路5C(バイパス2)は通し、熱交換素子3Aの第2の熱交換風路は通さない構成である。
風路構成9は、外気OAを、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路と非熱交換給気風路5B(バイパス1)と熱交換素子3Aの第2の熱交換風路と非熱交換給気風路5C(バイパス2)の全てを通す構成である。
図18は、第1の実施の形態の換気空調装置で実現した風路構成の一例を示す説明図で、図3等で説明した除湿モードと、冷暖房モード及び加湿暖房モードでの風路構成を示す。
除湿モードでは、外気OAを、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路と第2の熱交換風路は通し、非熱交換給気風路5B(バイパス1)と、非熱交換給気風路5C(バイパス2)の双方を通さない構成とすることで、除湿量が最大となるようにしている。
冷暖房モード及び加湿暖房モードでは、外気OAを、非熱交換給気風路5B(バイパス1)と熱交換素子3Aの第2の熱交換風路は通し、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路と非熱交換給気風路5C(バイパス2)は通さない構成とすることで、熱交換を行わず、ヒートポンプ空気機2Aでの冷暖房の能力が最大となるようにしている。
さて、ヒートポンプ空調機2Aの能力がB[J/kg(DA)]で冷房運転を行った場合、ヒートポンプ空調機2A単体では、図11の空気線図に示すように、およそ13g/kg(DA)まで除湿できる。これに対して、外気OAの全量を熱交換素子3Aに通して除湿運転を行うと、図9の空気線図に示すように、同じエネルギーを使っておよそ10g/kg(DA)まで除湿できる。
これにより、熱交換素子3Aを使用した方が除湿性能を向上させることができる。一方、ヒートポンプ空調機2A単体で、10g/kg(DA)まで除湿する場合は、エネルギーが多く必要となり、熱交換素子3Aを使用した構成では、省エネルギーが実現できる。
<第2の実施の形態の換気空調装置の構成例>
図19は、第2の実施の形態の換気空調装置の一例を示す構成図である。第2の実施の形態の換気空調装置10Aは、例えば第1の実施の形態の換気空調装置1Aと、熱交換装置11を備える。
換気空調装置1Aは、上述したように、ヒートポンプ空調機2Aと、熱交換素子3Aを備え、ヒートポンプ空調機2Aで冷却または加熱された空気を、熱交換素子3Aで外気OAと熱交換させる風路と熱交換素子3Aをバイパスさせる風路が運転モードに応じて切り替えられて、除加湿または冷暖房された空気が給気口52から吹き出される。
熱交換装置11は、建物201の天井裏、または、図示しないが建物201の壁に設置され、ダクト12を介して接続された換気空調装置1Aから供給された空気を、ダクト13aを介して接続された吹出口グリル13から吹き出す。
また、ダクト14aを介して接続された吸込口グリル14から吸い込んだ室内の空気を、ダクト15aを介して接続された排気口グリル15から屋外に排気する。
そして、換気空調装置1Aから供給された空気と室内から吸い込んだ空気を、運転モードに応じて熱交換して室内に給気する。
図20は、熱交換装置の一例を示す構成図で、図20では、熱交換装置11の内部構成を、模式的な斜視図で示している。
熱交換装置11は、換気空調装置1Aから供給された空気と室内から吸い込まれた空気との間で熱交換を行う熱交換素子110を備える。熱交換素子110は、換気空調装置1Aから供給された空気が通る第1の熱交換風路110aと、室内から吸い込んだ空気が通る第2の熱交換風路110bで、空気の流れが例えば対向流とされ、第1の熱交換風路110aの吸込口111aが一方の端部に形成され、吹出口112aが他方の端部に形成される。また、第2の熱交換風路110bの吸込口111bが、第1の熱交換風路110aの吹出口112aと仕切られて他方の端部に形成され、吹出口112bが、第1の熱交換風路110aの吸込口111aと仕切られて一方の端部に形成される。
熱交換装置11は、熱交換素子110が組み込まれたケース113の一方の側に、吸込口114及び非熱交換給気口115aと、排気口116を備えると共に、ケース113の他方の側に、熱交換給気口115bと還気吸込口117を備える。
吸込口114は、熱交換素子110の第1の熱交換風路110aの吸込口111aと、非熱交換給気口115aと連通し、図19で説明したダクト12が接続されて、換気空調装置1Aからの空気が、熱交換素子110の第1の熱交換風路110aまたは非熱交換給気口115aに供給される。
熱交換給気口115bは、熱交換素子110の第1の熱交換風路110aの吹出口112aと連通し、非熱交換給気口115aと共に、図19で説明したダクト13aが接続されて、熱交換素子110の第1の熱交換風路110aを通った空気または第1の熱交換風路110aをバイパスした空気が、吹出口グリル13から給気SAとして吹き出される。
還気吸込口117は、熱交換素子110の第2の熱交換風路110bの吸込口111bと連通し、図19で説明したダクト14aが接続されて、吸込口グリル14から吸い込まれた還気RAが、熱交換素子110の第2の熱交換風路110bに供給される。
排気口116は、熱交換素子110の第2の熱交換風路110bの吹出口112bと連通し、図19で説明したダクト15aが接続されて、熱交換素子110の第2の熱交換風路110bを通った空気が、排気口グリル15から排気EAとして排出される。
熱交換装置11は、排気口116に排気ファン117を備え、吸込口グリル14から還気RAを吸い込んで、熱交換素子110の第2の熱交換風路110bを通し、排気口グリル15から排気EAを排出する。
また、熱交換装置11は、吸込口14に図示しない風路開閉ダンパを備え、換気空調装置1Aから供給された空気を、非熱交換給気口115aか熱交換素子110の第1の熱交換風路110aに分配する。
<第2の実施の形態の換気空調装置の動作例>
次に、各図を参照して第2の実施の形態の換気空調装置10Aの動作について説明する。
換気空調装置1Aは、除湿モードでは、外気OAと、外気OAをヒートポンプ空調機2Aで冷却した空気が熱交換素子3Aで熱交換され、給気口52から、温度低下が抑えられた除湿された空気が吹き出される。
また、加湿暖房モードでは、外気OAをヒートポンプ空調機2Aで加熱すると共に加湿した空気が、熱交換素子3Aをバイパスして給気口52から吹き出される。
熱交換装置11は、除湿モードでは、ダクト12を介して換気空調装置1Aから供給された除湿された空気と、ダクト14aを介して吸込口グリル14から吸い込んだ室内からの還気RAを熱交換して、換気空調装置1Aから供給された除湿された空気を室温に近づけた給気SAとして、ダクト13aを介して吹出口グリル13から吹き出すと共に、還気RAをダクト15aを介して排気口グリル15から排気EAとして屋外に排出する。
また、加湿暖房モードでは、ダクト12を介して換気空調装置1Aから供給された加湿された空気を、熱交換素子110をバイパスさせて、室内の空気と熱交換することなく給気SAとして吹出口グリル13から吹き出す。
これにより、夏季の除湿モードでは、換気空調装置1Aで除湿された空気を、室温に近づけて給気することができる。また、冬季の加湿暖房モードでは、室温の影響を受けずに、加湿加温された空気を給気することができる。なお、除加湿機能を使わない場合は、室内の空気と外気を直接熱交換できるような風路に切り替えられる構成を備えてもよい。
<第2の実施の形態の換気空調装置の変形例>
図21は、第2の実施の形態の換気空調装置の変形例を示す構成図である。図21(a)の構成では、換気空調装置1Aから供給された空気を分岐チャンバー120で分岐して、各部屋202に設置した熱交換装置11に供給し、各部屋202毎に室内の空気と熱交換して給気する。これにより、各部屋の温度に合わせて除湿された空気を給気可能となる。
図21(b)の構成では、換気空調装置1Aから供給された空気を、建物201の廊下203等に設置した熱交換装置11で室内の空気と熱交換し、分岐チャンバー120で分岐して各部屋202に給気する。これにより、室内の温度に合わせて除湿された空気を各部屋に給気可能となる。
<第3の実施の形態の換気空調装置の構成例>
さて、換気空調装置で除湿された空気や加湿された空気を室内に給気した場合、1つの吹出口から吹き出す構成では、夏季に除湿空気を室内に給気すると、除湿空気は部屋の下方に降下する。一方、冬季に加湿空気を室内に給気すると、加湿空気は部屋の上方に上昇する。これにより、室内で湿度の異なる空気の分布が見られる。
これは、水と空気の分子量は水の方が軽く、乾燥空気の方が重いため、水分を含んだ空気の重量差によって分布が発生することによる。
このように、室内の上下で湿度に差があることで、人が立ったり座ったりしたときの快適性に差が生じる。
また、例えば除湿空気も加湿空気も同じ20℃で給気しても、夏季は室内の温度が高く除湿空気は下降し、冬季は室内の温度が低く加湿空気は上昇するために、室内で湿度の異なる空気の分布が発生することになる。このように、密度差だけでなく温度状況によっても分布が生じる。
図22は、第3の実施の形態の換気空調装置の一例を示す構成図である。第3の実施の形態の換気空調装置10Bは、例えば第1の実施の形態の換気空調装置1Aと、除湿空気が吹き出される吹出口グリル13Dと、加湿空気が吹き出される吹出口グリル13Wと、空気を吹き出す吹出口グリルを切り替える風路切替ダンパ16と、換気空調装置1Aと各吹出口グリルを接続するダクト17を備える。
吹出口グリル13Dは、部屋202の天井近くの壁または天井に設置され、吹出口グリル13Wは、部屋202の床近くの壁または床に設置される。風路切替ダンパ16は、換気空調装置1Aから吹き出された空気を、運転モードに応じて吹出口ダンパ13Dに送るか吹出口ダンパ13Wに送るかを切り替える。
<第3の実施の形態の換気空調装置の動作例>
次に、各図を参照して第3の実施の形態の換気空調装置10Bの動作について説明する。
換気空調装置1Aは、除湿モードでは、図3等で説明したように、外気OAと、外気OAをヒートポンプ空調機2Aで冷却した空気が熱交換素子3Aで熱交換され、給気口52から、温度低下が抑えられた除湿された空気が吹き出される。
また、除湿モードでは、風路切替ダンパ16は、吹出口グリル13Dに風路を切り替える。これにより、換気空調装置1Aから吹き出された除湿空気は、部屋202の上方で吹出口グリル13Dから給気される。除湿空気は重いため、部屋202内を降下して行き、室内が略均一の湿度になる。
換気空調装置1Aは、加湿暖房モードでは、図3等で説明したように、外気OAをヒートポンプ空調機2Aで加熱すると共に加湿した空気が、熱交換素子3Aをバイパスして給気口52から吹き出される。
また、加湿暖房モードでは、風路切替ダンパ16は、吹出口グリル13Wに風路を切り替える。これにより、換気空調装置1Aから吹き出された加湿空気は、部屋202の下方で吹出口グリル13Wから給気される。加湿空気は軽いため、部屋202内を上昇して行き、室内が略均一の湿度になる。
<第4の実施の形態の換気空調装置の構成例>
換気空調装置で加湿された空気を各部屋に給気する場合、暖房していない部屋では室内温度が低いため、部屋の中で加湿空気が結露してしまう。例えば、室温が10℃の部屋に、16℃、11g/kg(DA)の空気を給気すると、10℃の飽和空気は絶対湿度が7.63g/kgであるので、差分の水分が結露する。
図23は、第4の実施の形態の換気空調装置の一例を示す構成図である。第4の実施の形態の換気空調装置10Cは、例えば第1の実施の形態の換気空調装置1Aと、換気空調装置1Aと一体または独立した構成の給気装置18を備える。また、換気空調装置1Aからの除湿空気及び加湿空気等が吹き出される吹出口グリル19aと、給気装置18からの空気(外気)が吹き出される吹出口グリル19bと、換気空調装置1Aと吹出口グリル19aを接続するダクト17aと、給気装置18と吹出口グリル19bを接続するダクト17bを備える。
給気装置18は、図示しない送風ファンを備え、外気を取り入れて室内に換気空気を給気する。吹出口グリル19aと吹出口グリル19bは、それぞれ図示しない風路開閉ダンパを備え、運転モードに応じて換気空気と除加湿空気の風量を制御する。なお、吹出口グリル19bとして、建物の壁に取り付けられるパイプ型換気装置等と称される給気装置を利用し、除加湿空気を混合して給気できるようにした構成でも良い。
<第4の実施の形態の換気空調装置の動作例>
次に、各図を参照して第4の実施の形態の換気空調装置10Cの動作について説明する。
換気空調装置1Aは、加湿暖房モードでは、図3等で説明したように、外気OAをヒートポンプ空調機2Aで加熱すると共に加湿した空気が、熱交換素子3Aをバイパスして給気口52から吹き出される。換気空調装置1Aから吹き出された加湿空気は、吹出口グリル19aから室内に給気される。
また、加湿暖房モードでは、吹出口グリル19a,19bの図示しない風路開閉ダンパを、部屋202の室温等に応じて制御して、加湿空気の温度と室温との差により結露が発生しないように、給気される換気空気(外気)の風量が制御される。なお、換気空気として冷暖房された空気を利用する構成としても良い。
<第4の実施の形態の換気空調装置の変形例>
図24は、第4の実施の形態の換気空調装置の変形例を示す構成図である。第4の実施の形態の変形例の換気空調装置10Dは、第3の実施の形態の換気空調装置と組み合わせた構成であり、例えば第1の実施の形態の換気空調装置1Aと、除湿空気または換気空気が吹き出される吹出口グリル13Dと、加湿空気または換気空気が吹き出される吹出口グリル13Wを備える。
また、吹出口グリル13Dから吹き出される空気の風量を制御する風路開閉ダンパ16aと、吹出口グリル13Wから吹き出される空気の風量を制御する風路開閉ダンパ16bを備える。更に、換気空調装置1Aと吹出口グリル13Dを接続するダクト17cと、換気空調装置1Aと吹出口グリル13Wを接続する17dを備える。
換気空調装置1Aは、一体または独立した構成の図示しない給気装置を備え、運転モードに応じて、除湿空気をダクト17cに吹き出すと共に、換気空気(外気)をダクト17dへ吹き出す。また、加湿空気をダクト17dに吹き出すと共に、換気空気をダクト17cへ吹き出す。
吹出口グリル13Dは、部屋202の天井近くの壁または天井に設置され、吹出口グリル13Wは、部屋202の床近くの壁または床に設置される。
次に、各図を参照して第4の実施の形態の変形例の換気空調装置10Dの動作について説明する。
換気空調装置1Aは、除湿モードでは、図3等で説明したように、外気OAと、外気OAをヒートポンプ空調機2Aで冷却した空気が熱交換素子3Aで熱交換され、温度低下が抑えられた除湿された空気が吹き出される。
除湿モードでは、図24(a)に示すように、除湿空気はダクト17cに吹き出されると共に、換気空気はダクト17dに吹き出されて、換気空調装置1Aから吹き出された除湿空気は、部屋202の上方で吹出口グリル13Dから給気され、換気空気は部屋202の下方で吹出口グリル13Wから給気される。除湿空気は重いため、部屋202内を降下して行き、室内が略均一の湿度になる。
また、除湿空気と換気空気の風量が、風路開閉ダンパ16a,16bで制御されて、部屋202毎に温湿度の制御が行われる。
換気空調装置1Aは、加湿暖房モードでは、図3等で説明したように、外気OAをヒートポンプ空調機2Aで加熱すると共に加湿した空気が、熱交換素子3Aをバイパスして吹き出される。
加湿暖房モードでは、図24(b)に示すように、加湿空気はダクト17dに吹き出されると共に、換気空気はダクト17cに吹き出されて、換気空調装置1Aから吹き出された加湿空気は、部屋202の下方で吹出口グリル13Wから給気され、換気空気は部屋202の上方で吹出口グリル13Dから給気される。加湿空気は軽いため、部屋202内を上昇して行き、室内が略均一の湿度になる。
また、加湿空気と換気空気の風量が、風路開閉ダンパ16a,16bで制御されて、部屋202毎に結露が生じないような温湿度の制御が行われる。
<第5の実施の形態の換気空調装置の構成例>
図25は、第5の実施の形態の換気空調装置の一例を示す構成図である。第5の実施の形態の換気空調装置1Bは、空気の冷却及び加熱を行う空気調和機としてのヒートポンプ空調機2Aと、ヒートポンプ空調機2Aで調和される空気の温度調整及びヒートポンプ空調機2Aで調和された空気の除湿等を行う熱交換素子3Aを備える。
換気空調装置1Bは、ヒートポンプ空調機2Aで冷却または加熱された空気を、熱交換素子3Aで外気OAと熱交換させる熱交換給気風路5Aと、熱交換素子3Aをバイパスさせる非熱交換給気風路5Bが運転モードに応じて切り替えられて、送風ファン部53により取入口51から吸い込まれ、除加湿または冷暖房された空気が給気口52から吹き出される。
また、換気空調装置1Bは、熱交換素子3A等に銀イオンを供給する銀イオン供給装置300を備える。銀イオン供給装置300は金属イオン供給手段の一例で、例えば、熱交換素子3Aの第1の熱交換風路30aと第2の熱交換風路30bの双方に金属イオンである銀イオンを供給できる配置で、単数または複数の銀イオン噴霧ノズル301を備える。
なお、換気空調装置1Bは、空気を加湿する散水装置62を備えると共に、散水装置62から散水された水の余剰分、熱交換素子3Aで発生された結露水、及び銀イオン噴霧ノズル301から噴霧された銀イオンを含む水の余剰分を回収するドレンパン60を備える。
図26は、金属イオンである銀イオン供給装置の一例を示す構成図である。銀イオン供給装置300Aは、銀イオン噴霧ノズル301が銀イオン発生装置302Aに接続される。
銀イオン発生装置302Aは、貯水槽303と、貯水槽303に漬けられた銀イオンペレット304と、貯槽層303内の水を攪拌する回転羽根305と、回転羽根305を回転駆動するモータ305aを備える。
また、銀イオン発生装置302Aは、貯水槽303に水を供給する給水配管306と、給水量等を制御するバルブ306aを備える。
銀イオン発生装置302Aは、貯水槽303に貯められた水に銀イオンペレット304が漬けられていることで、水を流さない状態でも銀イオンが溶け出す。そして、給水配管306から供給される水道圧により、銀イオン噴霧ノズル301から銀イオンを含む水が噴霧される。
また、給水配管306から供給される水で貯水槽303内に対流を発生させることによっても銀イオンが溶け出し、銀イオンの濃度を上げることができる。更に銀イオンの濃度を上げるためには、回転羽根305を回転させて、貯水槽303内の対流を促進させることで、銀イオンの溶解が促進される。
なお、本例では、水道圧によって銀イオン噴霧ノズル301から銀イオンを含む水を噴霧する構成としたが、銀イオン噴霧ノズル301の手前に図示しないポンプを備え、ポンプによって貯水槽303から水を汲み出す圧力で、銀イオン噴霧ノズル301から噴霧する構成としても良い。
銀イオンの濃度制御は、バルブ306aの開度を調整することにより、貯水槽303に供給する水道水の流量を調整することで行われる。または、モータ305aにより回転羽根305の回転速度を調整しても良く、図示しないポンプによる貯水槽303内の循環水量を調整しても良い。
図27は、銀イオン供給装置の他の例を示す構成図である。銀イオン供給装置300Bは、銀イオン噴霧ノズル301が銀イオン発生装置302Bに接続される。
銀イオン発生装置302Bは、銀イオンが含まれる銀イオン水貯水槽307と、銀イオン水貯水槽307に水を供給する給水配管308と、給水量等を制御するバルブ308aと、銀イオン水貯水槽307から銀イオン水を汲み出して、給水配管308から供給される水(水道水)と混合させる2液混合ポンプ309を備える。
銀イオン発生装置302Bは、銀イオン水貯水槽307から2液混合ポンプ309で銀イオン水を汲み出して、給水配管308から供給される水と混合させ、水道圧等によって銀イオン噴霧ノズル301から銀イオンを含む水を噴霧する。
2液混合ポンプ309では、水道水供給量が変化しても、銀イオン濃度を一定とする制御が行われる。ここで、銀イオンペレットを用いる構成の場合、水温や水道水中のカルシウム(Ca)等の不純物の存在で溶解速度が変化するのに対して、液体を一定量で混合できるようした場合、銀イオン濃度をより一定に制御できる。
<第5の実施の形態の装置の動作例>
次に、各図を参照して、第5の実施の形態の換気空調装置1Bの動作について説明する。なお、除湿モードや加湿暖房モード等の通常の運転モードは、第1の実施の形態の換気空調装置1Aと同じである。
第5の実施の形態の換気空調装置1Bでは、通常の運転モードに加えて、抗菌モードを備える。抗菌モードでは、銀イオン供給装置300により熱交換素子3Aやダクト等に銀イオンを含む水を噴霧する。そして、銀イオンの噴霧停止後、送風ファン部53を駆動して空気を流すことで装置内を乾燥させ、銀イオンを熱交換素子3Aの風路等に付着させ、抗菌作用を持たせる。
なお、抗菌モードは、例えば一定時間毎や決まった日時毎に実行されるようにして、銀イオンの付着を定期的に行うようにする。これにより、風路内に汚れが付着したような場合でも、その上から銀イオンを付着させることで、抗菌作用を常に持たせることが可能である。また、抗菌作用があれば、銀イオンでなく他の金属イオンであっても良い。
本発明は、外気を取り入れて室内の除加湿と冷暖房を行う換気空調装置に適用される。
第1の実施の形態の換気空調装置の一例を示す構成図である。 第1の実施の形態の換気空調装置の分解斜視図である。 第1の実施の形態の換気空調装置の風路構成図である。 熱交換素子の実施の形態の一例を示す構成図である。 熱交換素子の実施の形態の一例を示す構成図である。 風路開閉ダンパの分解斜視図である。 第1の実施の形態の換気空調装置の作用効果を説明する動作説明図である。 比較例としての換気空調装置の動作説明図である。 冷房(除湿)を行う動作で外気の全量を熱交換素子に通した場合の空気線図である。 冷房を行う動作でバイパス風路に空気を通した場合の空気線図である。 冷房を行う動作で外気を熱交換素子に通さない場合の空気線図である。 加湿暖房を行う動作で外気の全量を熱交換素子に通した場合の空気線図である。 加湿暖房を行う動作で過加湿が生じた場合の空気線図である。 加湿暖房を行う動作でバイパス風路に空気を通した場合の空気線図である。 加湿暖房を行う動作で外気を熱交換素子に通さない場合の空気線図である。 第1の実施の形態の換気空調装置と比較例の換気空調装置の温度制御範囲を示す説明図である。 第1の実施の形態の換気空調装置の風路構成の一例を示す説明図である。 第1の実施の形態の換気空調装置で実現した風路構成の一例を示す説明図である。 第2の実施の形態の換気空調装置の一例を示す構成図である。 熱交換装置の一例を示す構成図である。 第2の実施の形態の換気空調装置の変形例を示す構成図である。 第3の実施の形態の換気空調装置の一例を示す構成図である。 第4の実施の形態の換気空調装置の一例を示す構成図である。 第4の実施の形態の換気空調装置の変形例を示す構成図である。 第5の実施の形態の換気空調装置の一例を示す構成図である。 銀イオン供給装置の一例を示す構成図である。 銀イオン供給装置の他の例を示す構成図である。
符号の説明
1A,1B,10A,10B,10C,10D・・・換気空調装置、2A・・・ヒートポンプ空調機、3A・・・熱交換素子、5A・・・熱交換給気風路、5B・・・非熱交換給気風路、51・・・取入口、51a・・・第1の取入口、51b・・・第2の取入口、54・・・風路開閉ダンパ、54a・・・第1のダンパ、54b・・・第2のダンパ、60・・・ドレンパン、62・・・散水装置

Claims (9)

  1. 互いが隔絶された第1の熱交換風路と第2の熱交換風路を有し、前記第1の熱交換風路を通る空気と前記第2の熱交換風路を通る空気との間で熱交換が行われる熱交換素子と、
    空気調和を行う空気調和機と、
    外気の取入口と前記熱交換素子の前記第1の熱交換風路の吸込側を連通させ、前記第1の熱交換風路の吹出側を、前記空気調和機を通して前記第2の熱交換風路の吸込側に連通させ、前記第2の熱交換風路の吹出側を給気口と連通させた熱交換給気風路と、
    前記熱交換素子の前記第1の熱交換風路をバイパスして、外気の取入口を前記空気調和機より上流の前記熱交換給気風路と連通させるか、前記熱交換素子の前記第2の熱交換風路をバイパスして、前記空気調和機より下流の前記熱交換給気風路を前記給気口と連通させた非熱交換給気風路と、
    前記熱交換給気風路と前記非熱交換給気風路を開閉して風路を切り替える風路開閉手段と
    を備えたことを特徴とする換気空調装置。
  2. 前記風路開閉手段は、外気の取入口から前記熱交換給気風路の間、外気の取入口から前記非熱交換給気風路の間、または前記熱交換給気風路と前記非熱交換給気風路の分岐箇所または合流箇所に設けられている
    ことを特徴とする請求項1記載の換気空調装置。
  3. 前記熱交換素子で発生された結露水を回収する水回収手段を備え、
    前記風路開閉手段により前記熱交換給気風路に切り替えて、前記熱交換給気風路を通る空気を前記空気調和機で冷却し、前記熱交換素子の前記第2の熱交換風路を通る冷却された空気と前記第1の熱交換風路を通る空気との間で熱交換を行って、前記第1の熱交換風路を通る空気を冷却して結露させる除湿モードが実行される
    ことを特徴とする請求項1または2記載の換気空調装置。
  4. 前記風路開閉手段により前記非熱交換給気風路に切り替えて、外気を前記非熱交換給気風路を通して前記空気調和機で冷却し、前記給気口から吹き出させる冷房モードと、
    前記風路開閉手段により前記非熱交換給気風路に切り替えて、外気を前記非熱交換給気風路を通して前記空気調和機で加熱し、前記給気口から吹き出させる暖房モードの少なくともいずれかの運転モードが実行される
    ことを特徴とする請求項1,2または3記載の換気空調装置。
  5. 空気を加湿する加湿手段を備え、
    前記風路開閉手段により前記非熱交換給気風路に切り替えて、外気を前記非熱交換給気風路を通して前記空気調和機で加熱すると共に前記加湿手段で加湿し、前記給気口から吹き出させる加湿暖房モードが実行される
    ことを特徴とする請求項1,2,3または4記載の換気空調装置。
  6. 前記取入口は、前記熱交換給気風路と連通した第1の取入口と、前記非熱交換給気風路と連通した第2の取入口を有し、前記風路開閉手段は、前記第1の取入口を開閉する第1のダンパと、前記第2の取入口を開閉する第2のダンパが、位相を異ならせて同じ軸部に備えられ、前記軸部の回転で前記第1のダンパと前記第2のダンパが作動して、前記第1の取入口と前記第2の取入口の開閉が切り替えられる
    ことを特徴とする請求項1〜5に何れか記載の換気空調装置。
  7. 前記給気口から吹き出される空気を分岐して、複数の部屋に給気する分岐チャンバーと、
    前記分岐チャンバーで分岐された空気と各部屋の空気との間で熱交換を行い、熱交換された空気を各部屋に給気する熱交換装置とを備えた
    ことを特徴とする請求項1〜6に何れか記載の換気空調装置。
  8. 前記給気口から吹き出された空気と所定の部屋の空気との間で熱交換を行う熱交換装置と、
    前記熱交換装置で熱交換された空気を分岐して、複数の部屋に給気する分岐チャンバーとを備えた
    ことを特徴とする請求項1〜6に何れか記載の換気空調装置。
  9. 前記熱交換給気風路と前記非熱交換給気風路の少なくとも何れかに、金属イオンを含む水を供給する金属イオン供給手段を備えた
    ことを特徴とする請求項1〜8に何れか記載の換気空調装置。
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