JP2014066398A

JP2014066398A - 給排型換気装置

Info

Publication number: JP2014066398A
Application number: JP2012210818A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Hashino; 大輔橋野; Shingo Takenawa; 真吾竹縄; Takehito Yamamoto; 岳人山本
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-04-17

Abstract

【課題】長期使用においても給排気風量のバランスと必要風量を保つ換気装置を提供する。
【解決手段】給気風路１４と排気風路１５の各々のダクト圧損を一つのＤＣモータ２０の電流と回転数から検出し、ＤＣモータ２０の目標回転数に合うようにダクト圧損の低い風路に接続されている給気ダンパ２２および排気ダンパ２３のいずれかの開口面積を調整する制御手段３７と再度調整を行う繰り返し手段と時間経過を記憶するタイマ手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、１つのＤＣモータで同時に給気と排気を行う場合に、目標風量を保持するとともに給排風量のバランスをも保つことができる給排型換気装置に関する。

従来技術について図９を参照しながら説明する。従来、この種の給排型換気装置は、本体１００内部の給気風路に給気用のファンを具備したＤＣモータ１０１と、排気風路に排気用のファンを具備したＤＣモータ１０２と、各々の給気風路と排気風路が交差する位置に熱交換器１０３を有し、ＤＣモータ１０１とＤＣモータ１０２各々の駆動電圧や回転数を独立制御可能な制御装置１０４を備えた給排型換気装置が知られていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１９０５２４号公報

このような従来の給排型換気装置は、本体内部に給気用のＤＣモータとファンに加えて排気用のＤＣモータとファンを備え、各々のＤＣモータで給気風路と排気風路各々の圧損を検出しながら風量を制御することで給排ともに目標風量を保つことができるが、２つのＤＣモータとファンを具備しなければならず、本体の容積が大きくなり本体設置の場所が制限されるとともに、２つのＤＣモータを駆動しなければならないために消費電力が増加するという課題があった。

また、機器の小型化を実現するために、一つのＤＣモータを両軸にして給気用のファンと排気用のファンを有した給排型換気装置が知られているが、このような構成の場合、施工性を高めるために製品の一側面に屋外へ接続するための給気ダクトと排気ダクトを配置するのが一般的である。これにより、熱交換器や２つのファンが接続されたＤＣモータの配置自由度がなくなり、結果的に給気風路と排気風路各々の機内圧損を１：１の均等な状態に保つことが困難であった。さらに、実施工においては機内圧損に加えて、外部へ接続するダクト圧損も加味され、給気用のファンと排気用のファンにかかる圧力バランスが変化し、風量不足、風量過多、給気と排気の風量バランスが不均等になるという課題があった。

そこで、給気風路と排気風路にダンパを設けて、施工初期において、一方の圧力損失の大きい風路に他方の風路の圧力損失を合わせるように前記ダンパの開度を調節することを考えた。

ところが、長期間に渡り使用しているとプレフィルタに砂塵や埃、虫が目詰まりし、給気と排気の風量バランスが不均等になり換気風量を確保することが困難であることが解かった。また、使用者には状態がわからないため、風量バランス不均等、風量不足の状態で使用されるということが課題となった。

本発明は、前記の問題を解決し、長期使用においても目標風量を確保するとともに給気と排気の風量バランスを均等に維持できる給排型換気装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、本体の正面に配置した室内側吸込口と、一側面に配置した室内側吐出口と、前記側面とは異なる面に配置した室外側吸込口と室外側吐出口と、前記室外側吸込口の開口面積を調整する給気ダンパと、前記室外側吐出口の開口面積を調整する排気ダンパと、室外の空気を前記室外側吸込口から前記室内側吐出口へ連通させる給気風路と、室内の空気を前記室内側吸込口から前記室外側吐出口へ連通させる排気風路と、前記給気風路と前記排気風路の交差部に配置して室外の空気と室内の空気を熱交換させる熱交換素子と、前記熱交換素子の風下側に前記給気風路と前記排気風路それぞれ配置した給気用羽根および排気用羽根と、これら前記給気用羽根と前記排気用羽根を一つの駆動軸で駆動するＤＣモータと、前記給気ダンパおよび前記排気ダンパを駆動するダンパ駆動制御手段と、前記ＤＣモータの駆動電圧を調整するＤＣモータ駆動制御手段と、前記ＤＣモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記ＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記給気ダンパと前記排気ダンパのうち、一方のダンパは全開で、他方のダンパは開度を調整して目標回転数となるよう前記ＤＣモータへの駆動電圧を制御する制御手段とを備えた給排型換気装置であって、制御手段には、目標風量に対して前記ＤＣモータの目標回転数と前記給気ダンパと排気ダンパのうち圧損の低い側の風路のダンパの開度を決定する初期設定手段と、ダンパの開度調整後、本体の運転時間を記憶するタイマ手段と、前記タイマ手段の記憶時間がある一定時間以上になると、目標風量になるように再度前記初期設定手段に回転数とダンパの開度を調整させる繰り返し手段を備え、運転時間が前記一定時間以上になるとダンパの開度調整を繰り返すものであり、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、１つのＤＣモータの両側に給気用ファンと排気用ファンを備え、給気用送風経路および排気用送風経路の各々の圧損をＤＣモータの電流および回転数の関係から算出して、双方の送風経路の圧損が均一になるようにダンパ角度を調整する動作を定期的に行うことで、長期使用においても所定の風量を保持するとともに給排気風量のバランスを均一に制御可能な給排気型換気装置を提供できる。

本発明の実施の形態１の構成図（（ａ）側面図、（ｂ）下面図）同実施の形態１の制御回路のブロック図同実施の形態１のＣＰＵのブロック図同実施の形態１の制御フローチャート同実施の形態１のＮ１＞Ｎ３時のダンパの角度を示す図（（ａ）排気ダンパ角度検出時を示す図、（ｂ）風量バランス制御時の動作説明図）同実施の形態１のＮ１＞Ｎ３時のダンパの角度を示す図（（ａ）給気ダンパ角度検出時を示す図、（ｂ）Ｎ１＜Ｎ３時の風量バランス制御時の動作説明図）実施の形態２のＣＰＵのブロック図同実施の形態２の制御フローチャート従来技術の構成図

本発明の請求項１記載の給排型換気装置は、本体の正面に配置した室内側吸込口と、一側面に配置した室内側吐出口と、前記側面とは異なる面に配置した室外側吸込口と室外側吐出口と、前記室外側吸込口の開口面積を調整する給気ダンパと、前記室外側吐出口の開口面積を調整する排気ダンパと、室外の空気を前記室外側吸込口から前記室内側吐出口へ連通させる給気風路と、室内の空気を前記室内側吸込口から前記室外側吐出口へ連通させる排気風路と、前記給気風路と前記排気風路の交差部に配置して室外の空気と室内の空気を熱交換させる熱交換素子と、前記熱交換素子の風下側に前記給気風路と前記排気風路それぞれ配置した給気用羽根および排気用羽根と、これら前記給気用羽根と前記排気用羽根を一つの駆動軸で駆動するＤＣモータと、前記給気ダンパおよび前記排気ダンパを駆動するダンパ駆動制御手段と、前記ＤＣモータの駆動電圧を調整するＤＣモータ駆動制御手段と、前記ＤＣモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記ＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記給気ダンパと前記排気ダンパのうち、一方のダンパは全開で、他方のダンパは開度を調整して目標回転数となるよう前記ＤＣモータへの駆動電圧を制御する制御手段とを備えた給排型換気装置であって、制御手段には、目標風量に対して前記ＤＣモータの目標回転数と前記給気ダンパと排気ダンパのうち圧損の低い側の風路のダンパの開度を決定する初期設定手段と、ダンパの開度調整後、本体の運転時間を記憶するタイマ手段と、前記タイマ手段の記憶時間がある一定時間以上になると、目標風量になるように再度前記初期設定手段に回転数とダンパの開度を調整させる繰り返し手段を備え、運転時間が前記一定時間以上になるとダンパの開度調整を繰り返すものである。

これにより、設置現場毎において給排風路のダクト圧損差が生じた場合においても、初期設定手段によって圧損の低い方の風路のダンパ開度を調整することによって、給気風路および排気風路双方の圧損を等しくして風量バランスを均等にすることができる。さらに、タイマ手段がダンパの開度調整後の時間を記憶するにより、繰り返し手段が一定時間経過後に初期設定手段の目標回転数算出手段、ダンパ開度決定手段に作用し定期的に初期設定手段に前記調整を行わせることでプレフィルタが目詰まりし、給気風路圧損、排気風路圧損が変化した状態に合わせて前記調整を行うため給気風路および排気風路双方の圧損を等しくして風量バランスを均等にし、必要風量を保つという効果を奏する。

また、請求項２記載の給排型換気装置は、初期設定手段には、あらかじめ最大回転数を記憶する最大回転数記憶手段と、目標回転数決定手段が決定した回転数と前記最大回転数を比較する最大回転数比較手段と、制御手段にはＤＣモータ制御手段を停止する停止手段を備え、前記最大回転数比較手段の比較結果が前記最大回転数よりも前記目標回転数決定手段が決定した回転数が大きいとなったときに、停止手段はＤＣモータ制御手段を停止させることを特徴とするものである。

これにより、最大回転数比較手段は、目標回転数決定手段が決定した回転数を最大回転数記憶手段に記憶したＤＣモータの限界である最大回転数とで比較し、最大回転数に達した時に停止手段によりＤＣモータ駆動手段に作用して運転を停止することで、使用者にＤＣモータが必要風量を実現できる限界状態であることを使用に知らせ、使用者がプレフィルタのお手入れをするため、風量不足の状態で使用者が使用し続けることを防ぐという効果を奏する。

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。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の給排型換気装置１は、建物内の天井または、天井裏および屋根裏空間、もしくは側面壁に設置されるものであり、以下、天井に設置した場合について説明する。

図１（ａ）に示す本体２は、３辺の内で高さ方向を最も低くした直方体の形状をしており、天井面３に対し平行に設置されている。

また、図１（ｂ）に示すように高さ方向と他の２辺のうち短手方向の辺を含む一方の側面４に室外側吸込口５と室外側吐出口６を有し、それぞれ約直径１００〔ｍｍ〕のダクト７が接続できる形状となっている。

室外側吸込口５と室外側吐出口６に接続したダクト７は建物外壁面８まで引き回して建物外の外気と連通するものである。

本体２の下面には室内側吸込口９を形成する。

側面４の対向面１０には室内側吐出口１１を有し、同様に約直径１００〔ｍｍ〕のダクト１２が接続できる形状となっている。

本実施の形態では、室内側吐出口１１に接続したダクト１２は複数本の小口径ダクト１３に分岐され、各居室の天井面と連通されて室内へ外気を給気する。

また、室内側吐出口１１は複数の小口径ダクト１３に分岐させるものである。そこで、本体２の対向面１０の室内側吐出口１１を小口径ダクト１３が複数本接続できる形状とすることにより、ダクトを分岐させる手間を省くこともできる。

本体２の内部には、室外からダクト７を介して導入された外気が室内に供給される給気風路１４と、室内の空気を室外に排気する排気風路１５を形成している。

これら二つの送風経路である給気風路１４と排気風路１５は、仕切り板１６、１７によって仕切られている。

給気風路１４と排気風路１５には、それぞれシロッコ型の給気ファン１８と排気ファン１９を設けている。

これら給気ファン１８と排気ファン１９は、１つのＤＣモータ２０の両側に延設した回転軸に連結している。

また、給気風路１４と排気風路１５とが交差する位置に室内空気と外気の熱を交換する熱交換素子２１を配置している。

熱交換素子２１は、室内からの排気空気の熱を回収して室外からの給気空気に与える機能を有している。

本体２の室外側吸込口５および室外側吐出口６には、外気の浸入を遮断することができるダンパとして、給気ダンパ２２と排気ダンパ２３を備えている。

給気ダンパ２２は、室外側吸込口５に配置している。そして、給気ダンパ２２は、電動機２４と軸で連結し、室外側吸込口５の開口面積を調整するものでもある。

また、排気ダンパ２３は、室外側吐出口６に配置している。そして、排気ダンパ２３は、電動機２５と軸で連結し、室外側吐出口６の開口面積を調整するものでもある。

ここで電動機２４、２５は、例えばステッピングモータなどが挙げられ、ステップ数制御が可能となり、細かく開口面積を設定調整することができる。

給気風路１４と排気風路１５にはプレフィルタ４９を設けている。

プレフィルタ４９は、砂塵や埃、虫などが本体２の内部に侵入することを防止する機能を有している。

給気風路１４は、室外側吸込口５とプレフィルタ４９と給気ダンパ２２と熱交換素子２１と給気ファン１８と室内側吐出口１１の順番に配置している。

また、排気風路１５は、室内側吸込口９とプレフィルタ４９と熱交換素子２１と排気ファン１９と排気ダンパ２３と室外側吐出口６の順番に配置している。

次に図２に制御回路の構成をブロック図で示す。

制御回路のブロックは、商用電源２６に接続した電源回路２７と、ＤＣモータ２０と給気ダンパ２２と排気ダンパ２３を駆動する駆動装置２８を有する。

電源回路２７は、ダイオードブリッジや電解コンデンサからなる整流平滑回路２９を備えている。そして、整流平滑回路２９で整流平滑された電圧をＦＥＴなどのスイッチング素子３０やスイッチングトランス３１を介して直流電圧を降下させ、ＤＣモータ２０および駆動装置２８へ供給する電圧、例えばＤＣ３０〔Ｖ〕を生成するものである。

ＤＣモータ２０は、三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の固定子巻き線を有するモータである。

そして、ＤＣモータ２０は、前記固定子巻き線への電圧印加を制御するためのドライブＩＣ、ＤＣモータ駆動制御手段３２、回転子の位置を検出するための位置検出センサであるホール素子３３を含んで構成されている。

本実施の形態では、ＤＣモータ２０へ供給される電圧はスイッチングトランス３１の後段に接続された低圧のＤＣ３０〔Ｖ〕としたがこれに限定するものではない。

例えば、商用電源２６を直接整流平滑した高圧のＤＣ１４１〔Ｖ〕やＤＣ２８２〔Ｖ〕で駆動することもできる。

駆動装置２８は、回転数検出手段３４と、電流検出手段３５と、ダンパ駆動制御手段３６と、制御手段３７を備えている。

回転数検出手段３４は、ホール素子３３の信号からＤＣモータ２０の回転数を検出するものである。

電流検出手段３５は、ＤＣモータ２０のＵ、Ｖ、Ｗ相に流れる電流を検出するものである。

ダンパ駆動制御手段３６は、給気ダンパ２２および排気ダンパ２３の電動機２４、２５を駆動するものである。

制御手段３７は、回転数検出手段３４と電流検出手段３５の信号を受けてＤＣモータ駆動制御手段３２とダンパ駆動制御手段３６を制御するものである。

電流検出手段３５は、ＤＣモータ２０のＵ、Ｖ、Ｗ相の共通ラインに接続された抵抗器などの両端電圧を検出することでＤＣモータ２０の電流を検出するものである。

また、ダンパ駆動制御手段３６は、制御手段３７からの信号に従って給気ダンパ２２および排気ダンパ２３の電動機２４、２５を駆動し、各ダンパの開閉を調整制御するものである。

制御手段３７は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）で構成され、ＤＣモータ２０の印加電圧からレギュレータ３８で電圧降下させて形成したＤＣ５〔Ｖ〕もしくはＤＣ３〔Ｖ〕電圧で駆動するものである。

次に、制御手段３７の構成について図３のブロック図を用いて説明する。

制御手段３７は、パルスもしくはアナログ信号を形成してＤＣモータ駆動制御手段３２へ信号を伝達し、ＤＣモータ２０は速度制御や停止を実行する。

後述する制御手段３７の動作については、制御手段３７内部のカウンターやＲＡＭ、ＲＯＭが共同するプログラムの形態で実施される。

目標風量３９に対して、決定されるＤＣモータ２０の目標回転数と、給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度からＤＣモータ駆動制御手段３２とダンパ駆動制御手段３６を制御する目標風量制御手段４０と、給排型換気装置１の起動初期において前記目標回転数と給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度を決定する初期設定手段４１と、目標風量制御手段４０による制御後からの時間経過を記憶するタイマ手段４６と、初期設定手段４１に目標回転数とダンパ開度を再度決定させる繰り返し手段４７を備えている。

初期設定手段４１は、目標風量３９から目標回転数を算出する目標回転数算出手段４２と、排気風路１５の回転数を算出する排気風路回転数決定手段４３と、給気風路１４の回転数を算出する給気風路回転数決定手段４４と、目標回転数決定手段４８と、給気風路１４と排気風路１５の給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度を決定するダンパ開度決定手段４５を備えたものである。

目標回転数算出手段４２は、ＤＣモータ駆動制御手段３２を動作させて目標風量になるＤＣモータ２０に流れる電流と回転数の関係から駆動電圧を調整してそのときの目標回転数を算出するものである。

また、目標回転数算出手段４２には、ダクト長０〔ｍ〕〜３０〔ｍ〕の範囲における目標風量３９、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を保持するために必要なＤＣモータ２０の回転数と電流の関係式から算出される回転数と電流を給気風路１４と排気風路１５の各々に対してあらかじめテーブルデータとして記憶されている。

例えば、ダクト長を０、５、１０〔ｍ〕と５〔ｍ〕毎にインプットしても良いが、これに限定するものではなく、更に細分化、例えば１〔ｍ〕毎にテーブルデータを持つことによって、風量制御の精度を高める方式を採用することもできる。

本体２の機体内圧損は、給気風路１４および排気風路１５ともに１：１の均等な関係であれば、一つの回転数と電流の値を記憶しておけば良い。

しかし、本体２の寸法規制や熱交換素子２１の大きさ、配置場所などにより、機体内圧損は同一とならない場合がある。そこで、本実施の形態は、給気風路１４と排気風路１５各々に対してテーブルデータを記憶するものである。

排気風路回転数決定手段４３は、給気ダンパ２２を全閉にして排気ダンパ２３を全開にした状態で、目標回転数算出手段４２によって排気風路１５が目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を実現するときの回転数を検出して排気風路１５の回転数とするものである。

給気風路回転数決定手段４４は、排気ダンパ２３を全閉にして給気ダンパ２２を全開にした状態で、目標回転数算出手段４２によって給気風路１４が目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を実現するときの回転数とするものである。

目標回転数決定手段４８は、排気風路１５の回転数と給気風路１４の回転数を比較し、大きい方の回転数を目標回転数と決定するものである。

ダンパ開度決定手段４５は、排気風路１５と給気風路１４の風路のうち回転数が大きい方の風路のダンパを全閉にして、回転数が小さい方の風路が前記目標回転数になるように前記風路のダンパの開度を決定するものである。

タイマ手段４６は目標風量制御手段４０による制御後からの運転時間を記憶するものである。例えば１００〔ｍ³／ｈ〕で１時間運転するとタイマ手段４６は１と記憶し、２時間運転で２と記憶する。５０〔ｍ³／ｈ〕で１時間運転した場合は０．５、１５０〔ｍ³／ｈ〕で１時間運転した場合は１．５と風量によって、１時間当たりの記憶する値がかわるものである。また、ここでは１時間ごとにタイマ手段４６に記憶するとしたが、３０分、９０分と記憶するタイミングを変えることができる。

繰り返し手段４７はタイマ手段４６の記憶する値が一定以上になると初期設定手段４１に指令を送り、目標回転数とダンパの開度を再度決定させるものである。例えば、タイマ手段４６の一定値を１０００とすると、運転時間と運転風量から記憶した記憶値の積算が１０００になると繰り返し手段４７は初期設定手段４１に指令を送るものである。一定値は５０００、１００００と変更することができる。

上記構成において、給気と排気の風量バランスを保つ動作について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

本フローは、給気ダンパ２２と排気ダンパ２３を全開にするステップ（ＳＴＥＰ１）と、排気風路回転数決定手段４３による目標風量に対する排気風路１５での回転数の決定を行なうステップ（ＳＴＥＰ２）と、給気風路回転数決定手段４４による目標風量に対する給気風路１４での回転数の決定を行なうステップ（ＳＴＥＰ３）と、目標回転数決定手段４８による目標回転数の決定を行なうステップ（ＳＴＥＰ４）と、ダンパ開度決定手段４５による給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度を決定するステップ（ＳＴＥＰ５）と運転時間を積算し一定以上になるとＳＴＥＰ１に戻るステップ（ＳＴＥＰ６）から構成される。そして、初期設定手段４１は、本体２にダクト７、１２が接続され運転ができる状態で実行される。

最初に電源投入、もしくは繰り返し手段４７の指令が初期設定手段４１に送られた場合、制御手段３７は、ＳＴＥＰ１に示すように、給気ダンパ２２および排気ダンパ２３を全開状態とする。

次に、排気風路回転数決定手段４３は、ＳＴＥＰ２に示すように、ダンパ駆動制御手段３６を制御して排気ダンパ２３を全開状態に保持したまま、給気ダンパ２２を全閉状態する。そして、目標回転数算出手段４２にあらかじめ記憶されている排気風路１５における電流と回転数の関係式に合致するようにＤＣモータ駆動制御手段３２を制御して、ＤＣモータ２０を駆動する。これにより、一つの回転数Ｎ１を得ることができる。この回転数Ｎ１は排気風路１５に実際に接続されたダクト７の長さにおいて、目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を保持するために必要な回転数情報である。

次に、給気風路回転数決定手段４４は、ＳＴＥＰ３に示すように、ダンパ駆動制御手段３６を制御して給気ダンパ２２を全開状態にし、排気ダンパ２３を全閉状態とする。そして、目標回転数算出手段４２にあらかじめ記憶されている給気風路１４における電流と回転数の関係式に合致するようにＤＣモータ駆動制御手段３２を制御してＤＣモータ２０を駆動する。これにより、一つの回転数Ｎ２を得ることができる。この回転数Ｎ２は、排気ダンパ２３が全閉状態で目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を保持するために必要な回転数情報である。

次に、目標回転数決定手段４８は、ＳＴＥＰ４に示すように、排気風路回転数決定手段４３が決定した回転数Ｎ１と給気風路回転数決定手段４４が決定した回転数Ｎ２を比較して目標回転数を決定することとなる。

すなわち、回転数Ｎ１＞回転数Ｎ２の場合には、回転数Ｎ１を目標回転数とする。また、回転数Ｎ１＜回転数Ｎ２の場合には、回転数Ｎ２を目標回転数とする。さらに、回転数Ｎ１＝回転数Ｎ２の場合には、回転数Ｎ１を目標回転数とする。

つまり、回転数Ｎ１＞回転数Ｎ２の場合、排気風路１５の風路圧損が給気風路１４の風路圧損より高いことを示している。給気風路１４の調整を行なわないと排気風路１５に比べて給気風路１４の風量が大きくなってしまう。

そこで、給気風路１４は、再度圧力損失を大きくした状態で目標風量が実現できるようにする必要がある。

ダンパ開度決定手段４５は、ＳＴＥＰ５で、ダンパ開度を調整することとなる。排気ダンパ２３は、全閉状態を保持したままで、低い圧損の風路に接続されている給気ダンパ２２の角度調整を行う。このときの目標回転数は、排気風路１５の圧損によって決まる排気風路１５において決定算出したＤＣモータ２０の回転数Ｎ１とする。

まず、ダンパ開度決定手段４５は、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている給気風路１４において目標とした回転数Ｎ１に対応する電流値と回転数の関係に合致するようにＤＣモータ２０を制御するとともに、目標の回転数Ｎ１が維持できるように給気ダンパ２２のダンパ角度を徐々に閉じていく。

次に、本体２の状態を図５（ａ）に示すように、給気風路１４における動作回転数がＮ１となったときの給気ダンパ２２の角度θ１を記憶する。

そして、図５（ｂ）に示すように、排気ダンパ２３を全閉状態から全開状態とする。

このようにすることで、給気風路１４および排気風路１５の風路圧損を均等に維持した状態にすることができる。ＤＣモータ２０は、回転数Ｎ１で駆動することにより給気風路１４および排気風路１５ともに目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を確保することができるようになる。

制御手段３７は、排気ダンパ２３の全開と回転数Ｎ１という条件に加えて、前記のようにして調整した給気ダンパ２２の角度を条件にして、給排型換気装置１を制御することで、給気風路１４および排気風路１５ともに目標風量を確保して建物内の換気を行うこととなる。

また、回転数Ｎ１＜回転数Ｎ２の場合、給気風路１４の風路圧損が排気風路１５の風路圧損より高いことを示している。排気風路１５の調整を行なわないと給気風路１４に比べて排気風路１５の風量が大きくなってしまう。

そこで、排気風路１５は、再度圧力損失を大きくした状態で目標風量が実現できるようにする必要がある。

給気ダンパ２２は全閉状態とし、同様にＳＴＥＰ５に示すように、排気ダンパ２３の角度調整を行う。このときの目標回転数は、給気風路１４において決定算出したＤＣモータ２０の回転数Ｎ２とする。

まず、ダンパ開度決定手段４５は、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている排気風路１５において目標とした回転数Ｎ２に対応する電流値と回転数の関係に合致するようにＤＣモータ２０を制御するとともに、目標の回転数Ｎ２が維持できるように排気ダンパ２３のダンパ角度を徐々に閉じていく。

次に、本体２の状態を図６（ａ）に示ように、排気風路１５における動作回転数がＮ２なったときの排気ダンパ２３の角度θ２を記憶する。

そして、図６（ｂ）に示すように給気ダンパ２２を全閉状態から全開状態とする。

このようにすることで、給気風路１４および排気風路１５の風路圧損を均等に維持した状態にすることができる。ＤＣモータ２０は、回転数Ｎ３で駆動することにより給気風路１４および排気風路１５ともに目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を確保することができる。

制御手段３７は、給気ダンパ２２の全開と回転数Ｎ２という条件に加えて、前記のようにして調整した排気ダンパ２３の角度を条件にして、給排型換気装置１を制御することで、給気風路１４および排気風路１５ともに目標風量を確保して建物内の換気を行うこととなる。

また、回転数Ｎ１＝回転数Ｎ２の場合、既に給気風路１４および排気風路１５の風路圧損が均等となっている。

この場合、給気ダンパ２２および排気ダンパ２３は、ともに全開状態とし、ＤＣモータ２０を回転数Ｎ１で駆動する。これにより、給気風路１４および排気風路１５とともに目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を確保することができる。

次にタイマ手段４６はＳＴＥＰ６に示すように、ＳＴＥＰ５終了後からタイマ手段４６に運転時間を記憶しＴ１を得る。次に、繰り返し手段４７は初期設定手段４１の動作を行わせるための設定値Ｔ２とＴ１を比較し、Ｔ１＜Ｔ２の場合はＳＴＥＰ５で決定した内容で運転継続する。運転中はタイマ手段４６に時間を記憶しＴ１を更新する。更新後、再度繰り返し手段４７はＴ１とＴ２を比較し、Ｔ１＞Ｔ２となるまでＴ１の更新を繰り返す。Ｔ１＞Ｔ２となると、繰り返し手段４７はＳＴＥＰ１から上記フローを行わせる。

以上のように、本発明の実施の形態１においては、圧損の低い方のダンパ角度を調整することによって、双方の圧損差を無くすことができるようにした。

これにより、一つの回転数でＤＣモータ２０を駆動させても、給気と排気の双方の風量を確保すると同時に、給気と排気の風量バランスを均等に保つことができる。

また、排気風路回転数決定手段４３と給気風路回転数決定手段４４とで検出した回転数結果のうち、高い方の回転数を検出した送風経路に接続されたダンパを全開状態とするようにした。

これにより、風路圧損の低い方のダンパのみ開口面積を調整することで、ダンパを閉じることによって生じるＤＣモータ２０のエネルギーロスを低減することができる。

また、上記フローを定期的に行うことで、砂塵や埃、虫が目詰りした状態で風量とバランス調整を行うため、長期間の使用においても給気と排気の双方の風量を確保すると同時に、給気と排気の風量バランスを均等に保つことができる。

（実施の形態２）
上記のように実施の形態１では長期間の使用においても目標風量を精度高く実現するためにダンパの角度を調整することを説明した。

その中で、図４のＳＴＥＰ４では、目標回転数決定手段４８により排気風路回転数決定手段４３が決定した回転数Ｎ１と給気風路回転数決定手段４４が決定した回転数Ｎ２を比較して目標回転数を決定している。

このとき、回転数Ｎ１もしくは回転数Ｎ２に目標回転数を決定しているが、排気風路１５もしくは給気風路１４圧損が上がり、ＤＣモータ２０の能力上限値になり、目標回転数を実現できなくなり風量が不足することがある。

原因としては砂塵や埃、虫などによるプレフィルタ４９の目詰まりにより、排気風路１５もしくは給気風路１４圧損が上がることにより生じるものと考える。

つまり、必要風量を確保するためには、プレフィルタ４９の目詰まりによって、ＤＣモータ２０の能力上限値になった時点で使用者に知らせる必要がある。

そこで、本実施の形態では、初期設定手段４１にあらかじめ最大回転数Ｎｍａｘを記憶する最大回転数記憶手段５１と、目標回転数決定手段４８が決定した回転数Ｎ１もしくは回転数Ｎ２と最大回転数記憶手段５１に記憶した最大回転数Ｎｍａｘを比較する最大回転数比較手段５０と、制御手段３７にＤＣモータ駆動制御手段３２を停止する停止手段５２を備えたものである。

制御手段３７の構成について図７のブロック図を用いて説明する。制御手段３７は、目標風量３９に対して、決定されるＤＣモータ２０の目標回転数と、給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度からＤＣモータ駆動制御手段３２とダンパ駆動制御手段３６を制御する目標風量制御手段４０と、給排型換気装置１の起動初期において前記目標回転数と給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度を決定する初期設定手段４１と、ＤＣモータ制御手段３２を停止する停止手段５２を備えている。

初期設定手段４１は、目標風量３９から目標回転数を算出する目標回転数算出手段４２と、排気風路１５の回転数を算出する排気風路回転数決定手段４３と、目標回転数決定手段４８と、目標回転数決定手段４８が決定した回転数を比較する最大回転数比較手段５０と、あらかじめ最大回転数Ｎｍａｘを記憶する最大回転数記憶手段５１と、給気風路１４と排気風路１５の給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度を決定するダンパ開度決定手段４５を備えたものである。

最大回転数記憶手段５１は、必要風量が実現可能な最大回転数をあらかじめ記憶するものである、例えばＤＣモータ２０と本体２の構造関係からＤＣモータ２０が実現可能な最大回転数が２０００ｒｐｍであれば２０００ｒｐｍと記憶するものである。

最大回転数比較手段５０は、目標回転数決定手段４８が決定した回転数と最大回転数記憶手段５１に記憶した最大回転数Ｎｍａｘを比較するものである。例えば、最大回転数記憶手段５１に記憶した最大回転数を２０００ｒｐｍとすると、目標回転数決定手段４８が決定した回転数と２０００ｒｐｍを比較するものである。

上記構成において、給気と排気の風量バランスを保つ動作について図８に示すフローチャートを用いて説明する。

本フローは、給気ダンパ２２と排気ダンパ２３を全開にするステップ（ＳＴＥＰ１）と、排気風路回転数決定手段４３による目標風量に対する排気風路１５での回転数の決定を行なうステップ（ＳＴＥＰ２）と、給気風路回転数決定手段４４による目標風量に対する給気風路１４での回転数の決定を行なうステップ（ＳＴＥＰ３）と、目標回転数決定手段４８による目標回転数の決定を行なうステップ（ＳＴＥＰ４）と、目標回転数と最大回転数を比較するステップ（ＳＴＥＰ５）ダンパ開度決定手段４５による給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度を決定するステップ（ＳＴＥＰ６）と運転時間を積算し一定以上になるとＳＴＥＰ１に戻るステップ（ＳＴＥＰ７）から構成される。

電源投入後、もしくは試運転スイッチが押された場合、ＳＴＥＰ１に示すように制御手段３７は給気ダンパ２２および排気ダンパ２３を全開状態とする。

次に、ＳＴＥＰ２に示すように、排気風路回転数決定手段４３は、ダンパ駆動制御手段３６を制御し排気ダンパ２３を全開状態に保持し、給気ダンパ２２を全閉状態する。

そして、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている排気風路１５における電流と回転数の関係式に合致するようにＤＣモータ駆動制御手段３２を制御してＤＣモータ２０を駆動することにより、一つの回転数Ｎ１を得る。

次に、ＳＴＥＰ３に示すように、給気風路回転数決定手段４４は、ダンパ駆動制御手段３６を制御して給気ダンパ２２を全開状態にし、排気ダンパ２３を全閉状態とする。

そして、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている給気風路１４における電流と回転数の関係式に合致するようにＤＣモータ駆動制御手段３２を制御してＤＣモータ２０を駆動することにより、一つの回転数Ｎ２を得る。

次に、ＳＴＥＰ４に示すように、目標回転数決定手段４８は、排気風路回転数決定手段４３が決定した回転数Ｎ１と給気風路回転数決定手段４４が決定した回転数Ｎ２を比較して目標回転数を決定することとなる。

すなわち、回転数Ｎ１＞回転数Ｎ２の場合には、回転数Ｎ１を目標回転数とする。また回転数Ｎ１＜回転数Ｎ２の場合には、回転数Ｎ３を目標回転数とする。さらに回転数Ｎ１＝回転数Ｎ２の場合には、回転数Ｎ１を目標回転数とする。

次に、ＳＴＥＰ５に示すように、最大回転数比較手段５０は、目標の回転数Ｎ１もしくは目標の回転数Ｎ２と最大回転数記憶手段５１に記憶した最大回転数Ｎｍａｘと比較する。最大回転数Ｎｍａｘは必要風量を実現できるＤＣモータ２０の最大回転数能である。

そして、目標の回転数Ｎ１もしくは、目標の回転数Ｎ２が最大回転数Ｎｍａｘより大きい場合は停止手段５２により、ＤＣモータ駆動制御手段３２を停止し、運転を停止することとなる。

すなわち、目標の回転数Ｎ１もしくは、目標の回転数Ｎ２が最大回転数Ｎｍａｘより小さい場合は、ＤＣモータ２０は必要風量を実現可能な状態のため、次のＳＴＥＰに移行する。目標の回転数Ｎ１もしくは、目標の回転数Ｎ２が最大回転数Ｎｍａｘより大きい場合は、必要風量を実現不可能な状態のため運転を停止することとなる。

また、運転を停止した時に、ＬＥＤやブザーなどで使用者に知らせてもよい。

そして、ＳＴＥＰ６で、ダンパ開度決定手段４５は、ダンパ開度を調整する。すなわち、回転数Ｎ１＞回転数Ｎ２の場合、排気風路１５の風路圧損が給気風路１４の風路圧損より高いことを示している。給気風路１４の調整を行なわないと排気風路１５に比べて給気風路１４の風量が大きくなってしまう。

排気ダンパ２３は全閉状態を保持したままで、低い圧損の風路に接続されている給気ダンパ２２の角度調整を行う。このときの目標回転数は、排気風路１５の圧損によって決まる排気風路１５において決定算出したＤＣモータ２０の回転数Ｎ１とする。

そして、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている給気風路１４において目標の回転数Ｎ１に対応する電流値と回転数の関係に合致するようにＤＣモータ２０を制御するとともに目標の回転数Ｎ１が維持できるように給気ダンパ２２のダンパ角度を徐々に閉じていく。

給気ダンパ２２は全閉状態とし、排気ダンパ２３の角度調整を行う。このときの目標回転数は、給気風路１４において決定算出したＤＣモータ２０の回転数Ｎ３とする。そして、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている排気風路１５において目標の回転数Ｎ３に対応する電流値と回転数の関係に合致するようにＤＣモータ２０を制御するとともに、目標の回転数Ｎ２が維持できるように排気ダンパ２３のダンパ角度を徐々に閉じていく。

次に回転数Ｎ１＝回転数Ｎ２の場合、既に給気風路１４および排気風路１５の風路圧損が均等となっているので、給気ダンパ２２および排気ダンパ２３をともに全開状態とし、ＤＣモータ２０を回転数Ｎ１で駆動することにより給気風路１４および排気風路１５とともに目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を確保することができる。

そして、ＳＴＥＰ７でタイマ手段４６はＳＴＥＰ５終了後からの運転時間を記憶し、運転時間Ｔ１を得る。次に、繰り返し手段４７は設定値Ｔ２と運転時間Ｔ１を比較し、運転時間Ｔ１＜設定値Ｔ２の場合はＳＴＥＰ６で決定した内容で運転を行う。運転中はタイマ手段４６に時間を記憶し、運転時間Ｔ１を更新する。更新後、再度繰り返し手段４７は運転時間Ｔ１とＴ２を比較し、運転時間Ｔ１＞設定値Ｔ２となるまで運転時間Ｔ１の更新を繰り返す。運転時間Ｔ１＞設定値Ｔ２となると、ＳＴＥＰ１から上記フローを行う。運転時間Ｔ１＜設定値Ｔ２の場合はＳＴＥＰ６で決定した内容で運転を行う。運転中はタイマ手段４６に時間を記憶し運転時間Ｔ１を更新する。

以上のように、目標の回転数Ｎ１もしくは目標の回転数Ｎ２と最大回転数Ｎｍａｘを比較し停止することによって、プレフィルタ４９の目詰まりによって必要風量を実現できない状態になっていることを使用者に知らせ、プレフィルタ４９のお手入れを促進することができる。

また、使用者が風量不足の状態で使用し続けることを防ぐことができる。

本発明にかかる空気調和機は、１つのＤＣモータで同時に排気と給気を行う場合に、所定の風量を確保するとともに給排風量のバランスをも保つものであり、一般住宅などに用いられる同時給気排気型の空気調和機に有用である。

１給排型換気装置
２本体
３天井面
４側面
５室外側吸込口
６室外側吐出口
７ダクト
８建物外壁面
９室内側吸込口
１０対向面
１１室内側吐出口
１２ダクト
１３小口径ダクト
１４給気風路
１５排気風路
１６仕切り板
１７仕切り板
１８給気ファン
１９排気ファン
２０ＤＣモータ
２１熱交換素子
２２給気ダンパ
２３排気ダンパ
２４電動機
２５電動機
２６商用電源
２７電源回路
２８駆動装置
２９整流平滑回路
３０スイッチング素子
３１スイッチングトランス
３２ＤＣモータ駆動制御手段
３３ホール素子
３４回転数検出手段
３５電流検出手段
３６ダンパ駆動制御手段
３７制御手段
３８レギュレータ
３９目標風量
４０目標風量制御手段
４１初期設定手段
４２目標回転数算出手段
４３排気風路回転数決定手段
４４給気風路回転数決定手段
４５ダンパ開度決定手段
４６タイマ手段
４７繰り返し手段
４８目標回転数決定手段
４９プレフィルタ
５０最大回転数比較手段
５１最大回転数記憶手段
５２停止手段

Claims

本体の正面に配置した室内側吸込口と、一側面に配置した室内側吐出口と、前記側面とは異なる面に配置した室外側吸込口と室外側吐出口と、前記室外側吸込口の開口面積を調整する給気ダンパと、前記室外側吐出口の開口面積を調整する排気ダンパと、室外の空気を前記室外側吸込口から前記室内側吐出口へ連通させる給気風路と、室内の空気を前記室内側吸込口から前記室外側吐出口へ連通させる排気風路と、前記給気風路と前記排気風路の交差部に配置して室外の空気と室内の空気を熱交換させる熱交換素子と、前記熱交換素子の風下側に前記給気風路と前記排気風路それぞれ配置した給気用羽根および排気用羽根と、これら前記給気用羽根と前記排気用羽根を一つの駆動軸で駆動するＤＣモータと、前記給気ダンパおよび前記排気ダンパを駆動するダンパ駆動制御手段と、前記ＤＣモータの駆動電圧を調整するＤＣモータ駆動制御手段と、前記ＤＣモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記ＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記給気ダンパと前記排気ダンパのうち、一方のダンパは全開で、他方のダンパは開度を調整して目標回転数となるよう前記ＤＣモータへの駆動電圧を制御する制御手段とを備えた給排型換気装置であって、制御手段には、目標風量に対して前記ＤＣモータの目標回転数と前記給気ダンパと排気ダンパのうち圧損の低い側の風路のダンパの開度を決定する初期設定手段と、ダンパの開度調整後、本体の運転時間を記憶するタイマ手段と、前記タイマ手段の記憶時間がある一定時間以上になると、目標風量になるように再度前記初期設定手段に回転数とダンパの開度を調整させる繰り返し手段を備え、運転時間が前記一定時間以上になるとダンパの開度調整を繰り返すこと特徴とした給排型換気装置。
初期設定手段には、あらかじめ最大回転数を記憶する最大回転数記憶手段と、目標回転数決定手段が決定した回転数と前記最大回転数を比較する最大回転数比較手段と、制御手段にはＤＣモータ制御手段を停止する停止手段を備え、前記最大回転数比較手段の比較結果が前記最大回転数よりも前記目標回転数決定手段が決定した回転数が大きいとなったときに、停止手段はＤＣモータ制御手段を停止させることを特徴とする請求項１記載の給排型換気装置。