JP2013011405A

JP2013011405A - 換気装置

Info

Publication number: JP2013011405A
Application number: JP2011144502A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Mizushima; 達彦水島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-01-17

Abstract

【課題】コストを抑えつつ室内の空気の状態と外気の状態に応じた換気を行い、住環境の質の向上と省エネルギー化を図ることのできる換気装置を得ること。
【解決手段】換気装置１は、外気を室内へ供給する給気風路と、室内の空気を屋外へ排気する排気風路とが内部に形成された本体ケーシング１ｅと、本体ケーシングの内部に設けられて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させる熱交換器２と、給気風路および排気風路の中のそれぞれの空気の状態を検出する空気状態検出手段６ａ，６ｂと、給気風路に設けられた給気送風機３と、排気風路に設けられた排気送風機４と、空気状態検出手段に検出された給気風路中の検出値と空気状態検出手段に検出された排気風路中の検出値とを比較して、給気送風機および排気送風機を制御する制御装置５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内の空気を外気と入れ替えて換気を行いつつ、換気の際の熱損失を低減するための熱交換器を有する同時給排型の換気装置に関する。

近年、住環境の質の向上と省エネルギー性を両立させるために、屋外から室内への給気と室内から屋外への排気を同時に行い、かつ給気と排気との間で熱交換を行わせることにより、室内の冷暖房の効率の低下を抑える換気装置が用いられる。

例えば特許文献１には、直方体状の筐体の中に熱交換素子を配置し、その両側に各々一つの輻流型送風機を配置し、輻流型送風機のケーシングにて吸気風路と排気風路とを分離することで、熱交換を行わせながら給気と排気を同時に行う同時給排型換気装置が開示されている。

このような換気装置によれば、室内の空気を屋外に排出する前に、熱交換器により屋外から取り込んだ空気の温度を室温に近づけることができるため、冷房や暖房を行っている場合においてもエネルギー損失の少ない換気を行うことが可能である。

また、上記換気装置では、設置する建物の居住空間の広さに合わせて必要な量の換気が行えるよう同一装置で換気量の異なる製品を選択できたり、送風モーターを動かす電力を変える強弱ノッチを有していたり、外気温を検出し熱交換が必要ない場合には熱交換器を使用しない給気動作に切り替えることで、必要な換気量を確保しながら省エネルギー性を高める工夫がなされている。なお、タイマーを内蔵して人が少ない夜間は自動的に換気量を減らすような換気装置も存在する。

特開２０１０−２２３４８６号公報

住環境の質の向上を図るうえでは、室内の二酸化炭素濃度についても考慮することが好ましい。上記従来の技術によれば、人の活動などによって二酸化炭素濃度が高くなった室内の空気を、換気によって外気と入れ替えることで、二酸化炭素濃度が一定の範囲となることが期待される。

しかしながら、大都市の幹線道路沿いなどでは屋外の二酸化炭素濃度の変動が激しい場合がある。屋外の二酸化炭素濃度が高い場合には、換気を行っても室内の二酸化炭素濃度を下げることが難しい。上記従来の技術によれば、屋外の二酸化炭素濃度が高い場合にも換気が継続されて、無駄にエネルギーを消費してしまうという問題があった。

また、室内の二酸化炭素濃度を検出するために高精度の二酸化炭素濃度センサを用いれば、コストが増加してしまう。また、高精度の二酸化炭素濃度センサであれば、定期的な交換または校正が必要となりさらなるコストの増加を招いてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストを抑えつつ室内の空気の状態と外気の状態に応じた換気を行い、住環境の質の向上と省エネルギー化を図ることのできる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、外気を室内へ供給する給気風路と、室内の空気を屋外へ排気する排気風路とが内部に形成された本体ケーシングと、本体ケーシングの内部に設けられて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させる熱交換器と、給気風路および排気風路の中のそれぞれの空気の状態を検出する空気状態検出手段と、給気風路に設けられた給気送風機と、排気風路に設けられた排気送風機と、空気状態検出手段に検出された給気風路中の検出値と空気状態検出手段に検出された排気風路中の検出値とを比較して、給気送風機および排気送風機を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、外気の状態と室内の空気の状態とを比較して換気量を決定するので、外気の状態の測定値と室内の空気の測定値が絶対値の誤差が大きくなった場合でも、相対値で比較することでその影響を少なくすることができる。したがって、空気状態検出手段として、安価なセンサを使用した場合でも比較的精度良く換気量を制御することができるので、コストの抑制を図ることができる。

例えば、空気状態検出手段として二酸化炭素濃度センサを用いれば、屋外の二酸化炭素濃度が高い場合には、換気量を抑えて省エネルギー化を図ることも可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる換気装置の平面構成図である。図２は、制御装置とそれに接続されるセンサ類との接続状態を示す図である。図３は、換気装置の運転手順を説明するためのフローチャートである。図４は、本発明の実施の形態２に係る換気装置の平面構成図である。図５は、給気風路と排気風路の仕切り部に設けられた区画部部分を拡大した部分拡大斜視図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる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にかかる換気装置の平面構成図である。換気装置１は、本体ケーシング１ｅ、熱交換器２、給気送風機３、排気送風機４を有して大略構成されている。本体ケーシング１ｅには、室外吸込口１ａ、室内吹出口１ｂ、室内吸込口１ｃ、室外吹出口１ｄが形成されている。

室外吸込口１ａは、外気を本体ケーシング１ｅ内に取り込むためのものである。室内吹出口１ｂは、室外吸込口１ａから取り込まれ、熱交換された新鮮な空気を室内に供給するためのものである。

室内吸込口１ｃは、室内の空気を本体ケーシング１ｅ内に取り込むためのものである。室外吹出口１ｄは、室内吸込口１ｃから取り込まれ、熱交換された空気を室外に排出するためのものである。

熱交換器２は、本体ケーシング１ｅ内に収納されている。熱交換器２は、風路を確保する多数の波形板と伝熱性を有する多数の平板とが交互に積層され、角柱形状を呈している。熱交換器２は、波形板をその波形形成方向を９０°変えて交互に介挿させることによって、内部に直交する２系統の風路を形成する。この２系統の風路は、熱交換器２が本体ケーシング１ｅ内に収納されることで、一方の風路が給気風路の一部となり、他方の風路が排気風路の一部となる。

本体ケーシング１ｅ内には、室外吸込口１ａから室内吹出口１ｂに至る給気風路が形成される。また、本体ケーシング１ｅ内には、室内吸込口１ｃから室外吹出口１ｄに至る排気風路が形成される。給気送風機３は、給気風路に設けられて、稼動時に給気流Ａを発生させる。排気送風機４は、排気風路に設けられて、稼動時に排気流Ｂを発生させる。

外気温度検知センサ５ｂは、給気風路内の熱交換器２よりも上流に配置され、本体ケーシング１ｅ内に取り込まれた外気の温度を検知する。給気側二酸化炭素濃度センサ（空気状態検出手段）６ａは、給気風路に設けられて給気流Ａ（外気）の二酸化炭素濃度を検出する。排気側二酸化炭素濃度センサ（空気状態検出手段）６ｂは、排気風路に設けられて排気流Ｂ（室内の空気）の二酸化炭素濃度を検出する。

なお、二酸化炭素濃度センサには、測定する気体の気温によって測定結果に影響を受けやすいものがある。そのため、本実施の形態１では、給気側二酸化炭素濃度センサ６ａは、熱交換器２よりも下流であって、給気送風機３よりも上流に配置している。

また、排気側二酸化炭素濃度センサ６ｂは、熱交換器２よりも上流に配置している。このように各二酸化炭素濃度センサ６ａ，６ｂを配置することで、排気側二酸化炭素濃度センサ６ｂは、熱交換器２を通過する前の室温の空気での測定となる。また、給気側二酸化炭素濃度センサ６ａでは熱交換器２を通過することで、室温により近い温度に調整された空気での測定となる。

そのため、二酸化炭素濃度センサ６ａ，６ｂ同士で検出対象とする空気の温度差を抑えて、二酸化炭素濃度センサ６ａ，６ｂ同士の検出条件を近づけることができる。なお、給気側二酸化炭素濃度センサ６ａを給気送風機３よりも上流に配置するのは、給気送風機３が運転することで発生する熱によって、測定対象とする空気が暖められることの影響を抑えるためである。

図２は、制御装置５とそれに接続されるセンサ類との接続状態を示す図である。制御装置５は、制御回路５ａ、端子台５ｄ、コネクタ５ｅを有して構成される。制御回路５ａは、マイクロコンピュータおよび電力調整回路により大略構成される。

端子台５ｄには、換気装置１が動作するのに必要な電源（例えば、図２に示すＡＣ１００Ｖ電源）および換気運転スイッチ５ｃが接続される。コネクタ５ｅには、外気温度検知センサ５ｂおよび二酸化炭素濃度センサ６ａ，６ｂが接続される。

制御装置５は、換気運転スイッチ５ｃと外気温度検知センサ５ｂが検知する外気温度と給気風路および排気風路に設置された二酸化炭素濃度センサ６ａ，６ｂの状態から、あらかじめ決められたアルゴリズムにより必要な換気量を算出し、その換気量を実現するよう電力調整回路を操り給気送風機３および排気送風機４へ供給する電力をそれぞれ調整し、換気量を制御する。換気運転スイッチ５ｃは、換気装置１の運転を入切させ、または換気量の強弱を設定するためのものであり、居住者が操作しやすいように、例えば、室内の壁面に設けられる。

次に換気装置１の運転手順についての説明をする。図３は、換気装置１の運転手順を説明するためのフローチャートである。

制御装置５は、端子台５ｄの端子Ｉ，II間に電源が供給されると動作を開始し、端子台５ｄの端子III，ＩＶ，Ｖの電圧や、二酸化炭素濃度センサ６ａ，６ｂや、外気温度検知センサ５ｂの値を取得しながら、その状態に応じて給気送風機３と排気送風機４を制御する。

動作開始後、制御装置５は、まず端子台５ｄの端子III，ＩＶ，Ｖの電圧値を取得する（ステップＳ１）。端子IIIは、換気装置１の換気動作を入切するための入力端子であり、この電圧が０Ｖであるかを判定して０Ｖの場合には（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、給気送風機３と排気送風機４を停止させる（ステップＳ２１）。

端子ＩＶは、換気装置１を強制的に強運転させるための入力端子である。端子IIIへの電圧が０Ｖでない場合に（ステップＳ２，Ｎｏ）、端子ＩＶへの電圧が１００Ｖであるかどうかを判定して、１００Ｖの場合には（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、他の状態に関わらず給気送風機３と排気送風機４を強運転させる（ステップＳ２２）。

端子ＩＶへの電圧が１００Ｖでない場合には（ステップＳ３，Ｎｏ）、給気側二酸化炭素濃度センサ６ａから外気の二酸化炭素濃度を取得し（ステップＳ４）、排気側二酸化炭素濃度センサ６ｂから室内の空気の二酸化炭素濃度を取得する（ステップＳ５）。

外気の二酸化炭素濃度をＣ１とし、室内の空気の二酸化炭素濃度をＣ２とした場合に、外気の二酸化炭素濃度が室内の空気の二酸化炭素濃度よりも高い場合、すなわちＣ１＞Ｃ２となった場合には（ステップＳ６，Ｙｅｓ）、給気送風機３と排気送風機４を停止させて換気を行わない状態へと移行する（ステップＳ２１）。

Ｃ１＞Ｃ２とならない場合であって（ステップＳ６，Ｎｏ）、室内の空気の二酸化炭素濃度が外気の二酸化炭素濃度の１．５倍よりも高い場合、すなわちＣ１×１．５＜Ｃ２となる場合には（ステップＳ７，Ｙｅｓ）、給気送風機３と排気送風機４を強運転させて換気量を最大にする（ステップＳ２２）。なお、１．５といった係数は適宜変更可能である。また、Ｃ１×１．５＜Ｃ２は、換言すれば、Ｃ２−Ｃ１＞（Ｃ１）／２とも言える。すなわち、Ｃ２とＣ１との差が所定値（（Ｃ１）／２）より大きい場合に、換気量が最大にされる。

端子台Ｖは、使用者が騒音低減などの目的で給気送風機３を停止させるための入力端子である。Ｃ１＞Ｃ２とならない場合（ステップＳ６，Ｎｏ）、かつＣ１×１．５＜Ｃ２とならない場合（ステップＳ７，Ｎｏ）であって、端子台Ｖの電圧が１００Ｖである場合には（ステップＳ８，Ｙｅｓ）、給気送風機３を停止させ、排気送風機４のみ弱運転をさせる（ステップＳ２３）。

そして、端子台Ｖの電圧が１００Ｖである場合（ステップＳ８，Ｎｏ）、外気温度検知センサ５ｂから給気風路の空気の温度Ｔを取得し（ステップＳ９）、外気温が１０℃〜２０℃（設定温度）の範囲である場合（ステップＳ１０，Ｙｅｓ）には、給気送風機３を停止し、排気送風機４のみ弱運転させる（ステップＳ２３）。外気温が設定温度の範囲外であれば（ステップＳ１０，Ｎｏ）、給気送風機３および排気送風機４を弱運転させて通常の換気状態へ移行する（ステップＳ２４）。

以上説明したように、本発明によれば、外気の二酸化炭素濃度と室内の空気の二酸化炭素濃度とを比較し換気量を決定するため、二酸化炭素濃度センサの測定値の絶対値の誤差が大きくても相対値で比較することでその影響を少なくすることができる。そのため、安価な二酸化炭素濃度センサを使用した場合でも、二酸化炭素濃度の変動に対して比較的精度良く制御できる。また、センサの定期的な交換や校正の作業の頻度を抑えて、コストの抑制を図ることができる。

特に、同時給排と熱交換を行う換気装置内部にて二酸化炭素濃度センサが、給気風路の中で熱交換器より下流側であるとともに、排気風路の中で熱交換器より上流側に配置されているので、二酸化炭素濃度センサに温度依存性があっても外気温度の影響を受けにくく二酸化炭素濃度差に応じて換気量を制御することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る換気装置の平面構成図である。図５は、給気風路と排気風路の仕切り部に設けられた区画部部分を拡大した部分拡大斜視図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施の形態２にかかる換気装置５０では、本体ケーシング１ｅの一部で給気風路と排気風路を仕切る壁の部分に、二酸化炭素濃度センサ７ａが一つだけ設置される。具体的には、熱交換器２よりも上流側の排気風路と熱交換器２よりも下流側の給気風路とを仕切る壁の部分に、区画壁７ｇで囲われた区画部７ｂが設けられる。その区画部７ｂの内側に二酸化炭素濃度センサ７ａが設置される。

区画壁７ｇには、排気風路に通じる排気側開口部７ｃと給気風路に通じる給気側開口部７ｄとが形成される。また、区画部７ｂには、排気側開口部７ｃと給気側開口部７ｄのいずれか一方を選択的に塞ぐ開閉部としての可動シャッター７ｅが設けられる。

可動シャッター７ｅは、区画部７ｂに設けられたアクチュエータ７ｆによって駆動される。なお、アクチュエータ７ｆは、一般的なモーター、ギアードモーター、ソレノイドなど、電力により機械的動作を行うものであれば使用可能である。

可動シャッター７ｅが排気側開口部７ｃを塞いでいる状態では、区画部７ｂは給気側の空気で満たされる。したがって、二酸化炭素濃度センサ７ａは給気風路を通過する外気の二酸化炭素濃度を測定する。

また、可動シャッター７ｅが給気側開口部７ｄを塞いでいる状態では、区画部７ｂは排気側の空気で満たされる。したがって、二酸化炭素濃度センサ７ａは排気風路を通過する室内の空気の二酸化炭素濃度を測定する。

このように、アクチュエータ７ｆにて可動シャッター７ｅの位置を移動させることにより、一つの二酸化炭素濃度センサ７ａで給気風路と排気風路との両方の二酸化炭素濃度を測定可能となる。

この構成における換気装置１全体の動作は本実施の形態１と変わらない。各々の風路の二酸化炭素濃度値を取得する処理の中に、可動シャッター７ｅが必要な側の開口部を開くようアクチュエータ７ｆを操作する手順が追加されるのみである。

すなわち、図３に示すステップＳ４において、可動シャッター７ｅによって排気側開口部７ｃが塞がれて、給気風路を通過する室内の空気の二酸化炭素濃度が二酸化炭素濃度センサ７ａによって取得される。また、ステップＳ５において、可動シャッター７ｅによって給気側開口部７ｄが塞がれて、排気風路を通過する外気の二酸化炭素濃度が二酸化炭素濃度センサ７ａによって取得される。

なお、本実施の形態２では、二酸化炭素濃度センサ７ａを区画部７ｂに固定し、区画部７ｂの開口部を操作することで、検出対象となる空気の切替えを行っているが、これに限られない。例えば、二酸化炭素濃度センサそのものを機械的に可動させて、給気風路に露出させるか排気風路に露出させるかを切り替えることで、検出対象となる空気の切替えを行っても構わない。

また、１組の発光部および受光部を有し発光部が発する光が受光部へ届くまでの間に起こる二酸化炭素によるスペクトラムの変化を検出する方式の二酸化炭素濃度センサを用いる場合は、発光部と受光部を固定し、反射板や遮光板を操作することで、給気風路内を通過した光と排気風路内を通過した光のいずれか一方のみが受光部へ入射するように切り替える方式でも構わない。

以上のように、二酸化炭素濃度センサへ導く空気の経路を可変するか、あるいは二酸化炭素濃度センサ自体を可動させることで、１個の二酸化炭素濃度センサを用いて外気と室内の空気の各々の二酸化炭素濃度を検出することが可能となる。二個の二酸化炭素濃度センサを使用する場合に比べセンサの個体バラツキや経年劣化の影響を低減することができるとともに、装置全体を安価にできる。

なお、実施の形態１および実施の形態２では空気状態検出手段として二酸化炭素濃度センサを用いて外気および室内の空気の二酸化炭素の濃度を測定して給気送風機および排気送風機を制御したが、空気状態検出手段として他のガスを検出するセンサでもよく、また塵埃量を検知するセンサでもよい。

例えば、塵埃量を検知する塵埃センサであれば、図３に示すフローチャートにおいて、「二酸化炭素濃度」を「塵埃量」や「塵埃濃度」と読み替えることで、上記実施の形態と同様の動作を換気装置１，５０に行わせることができる。

以上のように、本発明にかかる換気装置は、換気量を制御する換気装置に有用である。

１，５０換気装置
１ａ室外吸込口
１ｂ室内吹出口
１ｃ室内吸込口
１ｄ室外吹出口
１ｅ本体ケーシング
２熱交換器
３給気送風機
４排気送風機
５制御装置
５ａ制御回路
５ｂ外気温度検知センサ
５ｃ換気運転スイッチ
５ｄ端子台
５ｅコネクタ
６ａ給気側二酸化炭素濃度センサ（空気状態検出手段）
６ｂ排気側二酸化炭素濃度センサ（空気状態検出手段）
７ａ二酸化炭素濃度センサ（空気状態検出手段）
７ｂ区画部
７ｃ排気側開口部
７ｄ給気側開口部
７ｅ可動シャッター
７ｇ区画壁
７ｆアクチュエータ
Ａ給気流
Ｂ排気流

Claims

外気を室内へ供給する給気風路と、室内の空気を屋外へ排気する排気風路とが内部に形成された本体ケーシングと、
前記本体ケーシングの内部に設けられて前記給気風路を通る空気と前記排気風路を通る空気との間で熱交換させる熱交換器と、
前記給気風路および前記排気風路の中のそれぞれの空気の状態を検出する空気状態検出手段と、
前記給気風路に設けられた給気送風機と、
前記排気風路に設けられた排気送風機と、
前記空気状態検出手段に検出された給気風路中の検出値と前記空気状態検出手段に検出された排気風路中の検出値とを比較して、前記給気送風機および前記排気送風機を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする換気装置。
一つの前記空気状態検出手段で、前記給気風路の中の空気の状態と前記排気風路の中の空気の状態とを交互に検出することを特徴とする請求項１に記載の換気装置。
前記本体ケーシングの内部には、前記給気風路および前記排気風路と区画された区画部が形成され、
前記区画部の壁面には、前記給気風路に開口する給気側開口と前記排気風路に開口する排気側開口が形成され、
前記空気状態検出手段は前記区画部の内部に配置され、
前記給気側開口および前記排気側開口のいずれか一方を選択的に塞ぐシャッターをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の換気装置。
前記空気状態検出手段は、二酸化炭素濃度センサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の換気装置。
前記空気状態検出手段は、前記給気風路の中で前記熱交換器より下流側に配置された給気側二酸化炭素濃度センサと、前記排気風路の中で前記熱交換器より上流側に配置された排気側二酸化炭素濃度センサであることを特徴とする請求項１に記載の換気装置。
前記制御装置は、外気の二酸化炭素濃度が室内の空気の二酸化炭素濃度よりも高い場合に、前記排気送風機と前記給気送風機とを停止させることを特徴とする請求項４または５に記載の換気装置。
前記給気送風機および前記排気送風機は、送風量の大きい強運転と送風量の小さい弱運転とに切り替え可能であり、
前記制御装置は、前記室内の空気の二酸化炭素濃度が前記外気の二酸化炭素濃度に比べて所定値以上大きい場合に前記排気送風機および前記給気送風機を強運転させることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の換気装置。
前記空気状態検出手段は、塵埃センサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の換気装置。