JP2014228211A - 熱交換換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１モータ機種とすることで製品サイズ及び製造コストを抑え、消費電力の低減にも繋げ、また、低外気温時でも換気を停止させずに熱交換器が凍結するのを避けることができる熱交換換気装置を提供すること。【解決手段】給気側ファン１６と、排気側ファン１４と、給気側ファン１６及び排気側ファン１４を駆動する一つの両軸ファンモータ１７と、熱交換器１０と、を内部に有する本体１と、本体１の内部に形成された、第一給気路Ａと、本体１の内部に形成された、排気路Ｂと、本体１の内部に形成された、給気側ファン１６により外気入口から室外空気を吸込み、給気通路を通さないで給気出口から室内に給気する第二給気路Ｃと、第一給気路Ａ上に設けられ、外気入口を開放または遮断する第一切替手段と、第一給気路Ａ上に設けられ、第一給気路と第二給気路Ｃとを切り替える第二切替手段と、を備えたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、給気と排気を同時に行いながら、給気と排気との間で熱交換を行いながら換気を行う熱交換換気装置に関するものである。

従来、バランスよく換気するために、室内空気を屋外に排気するための排気路と、屋外空気を室内に給気するための給気路と、を備え、排気と給気との間で熱交換を行いながら換気を行う熱交換換気装置を天井裏に設置することが行われている。この熱交換換気装置には２つのファンモータを用いて給気用ファンと排気用ファンとを別々に駆動するもの（以下、２モータ機種と称する）、もしくは１つの両軸ファンモータを用いて給気用ファンと排気用ファンとの２つを同時に駆動するもの（以下、１モータ機種と称する）がある。

２モータ機種の長所は、１モータ機種に対して給気と排気のそれぞれが反対側パスのダクト圧損などの影響を受けないため、安定した換気を行うことができ、また、片方のファンを止めてもう片方のファンだけを運転するといったことも可能な点である。
一方、１モータ機種の長所は、低コストで消費電力が少なくて済むこと、また、モータ１つ分のスペースが不要となるため小型化が図りやすい点である。

これら熱交換換気装置は、夏場の夜間や中間期などの室外空気が室内温度よりも低い場合に室外空気を取り入れて室内の熱負荷を軽減する外気冷房を行うため、室外空気が室内空気と熱交換を行わずに室内へ供給できるようなバイパス風路を設けており、バイパス風路に設置されたダンパーの開閉により熱交換換気、バイパス換気を選択できるようになっている。

例えば特許文献１に記載の熱交換換気装置は、２モータ機種であり、室外から室内へ新鮮な室外空気を供給する風路に、熱交換を行わずに室内へ室外空気を供給するためのバイパス風路を設けている。
一方、例えば特許文献２に記載の熱交換換気装置は、１モータ機種であり、給気経路または排気経路のどちらか一方に熱交換を行わずに送風できるバイパス風路を設けている。
これらバイパス風路により、例えば夏場の夜間などのように室内の温度が室外空気よりも高くなった場合に室外空気を熱交換せずに室内に導入し、室内の冷房負荷を下げる外気冷房を行うことができる。

特許文献１に記載の２モータ機種では、春や秋といった空調が行われていない時期、または室内と室外の温度に差がない中間期には建物の結露も心配がなく、給排気のバランスなどをあまり考える必要がないために、例えば給気用ファンのみを運転し、もう片方の排気用ファンを停止することでファン動力を削減することが可能である。
また、冬場の外気温度が極めて低い状態で運転を継続し、熱交換器で発生する結露水が凍結した場合（熱交換器凍結時）などは、外気温度センサで検知される外気温度によって給気用ファンを停止し、排気用ファンのみを運転することで、凍結した熱交換器に室内の暖かい空気を通過させることで溶解させることも可能である。

一方、特許文献２に記載の１モータ機種では、モータが１つで済むために、製品サイズ及び製造コストを抑えることが可能であり、消費電力の低減にも繋げることができる。

特許第５１１１００２号公報 特開２０１１−２３７１１３号公報

特許文献１に記載の熱交換換気装置は、２つのファンモータを搭載しているため、製造コストが高くなる、製品サイズが大きくなるという課題があった。また、給気用ファンと排気用ファンとを別々に駆動するため、消費電力が多くなるという課題があった。
一方、特許文献２に記載の熱交換換気装置は、給気と排気を個別運転することができない。そのため、低外気温時には熱交換器が凍結するのを避けるため、換気を停止せざるを得ないという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、１モータ機種とすることで製品サイズ及び製造コストを抑え、消費電力の低減にも繋げ、また、低外気温時でも換気を停止させずに熱交換器が凍結するのを避けることができる熱交換換気装置を提供することを目的としている。

本発明に係る熱交換換気装置は、室外空気を吸込む給気側ファンと、室内空気を吸込む排気側ファンと、前記給気側ファン及び前記排気側ファンを駆動する一つの両軸ファンモータと、室内空気と室外空気との間で熱交換を行う熱交換器と、を内部に有する本体と、前記本体の内部に形成された、前記給気側ファンにより外気入口から室外空気を吸込み、前記熱交換器の給気通路を通して給気出口から室内に給気する第一給気路と、前記本体の内部に形成された、前記排気側ファンにより還気入口から室内空気を吸込み、前記熱交換器の排気通路を通して排気出口から室外に排気する排気路と、前記本体の内部に形成された、前記給気側ファンにより外気入口から室外空気を吸込み、給気通路を通さないで給気出口から室内に給気する第二給気路と、前記第一給気路上に設けられ、前記外気入口を開放または遮断する第一切替手段と、前記第一給気路上に設けられ、前記第一給気路と前記第二給気路とを切り替える第二切替手段と、を備えたものである。

本発明に係る熱交換換気装置によれば、１モータ機種であるため製品サイズ及び製造コストが抑えられ、消費電力の低減にも繋がり、また、切替手段を２つ設けることで低外気温時に室内空気の排出を停止させずに熱交換器が凍結するのを避けることができる。

本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置の外観斜視図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置の上面を透視させた上面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置の一側面を透視させた側面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置のダンパー操作を説明する上面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置のフィルターメンテナンスを説明する斜視図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置の熱交換器の交換を説明する斜視図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置のファンモータの交換を説明する斜視図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置のファンケーシングの上面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置のファンモータの取り外し手順を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置の外観斜視図である。なお、図１中の矢印は空気の流れを示している。

熱交換換気装置は、空調対象空間（たとえば、家、ビル、倉庫など）の空気を取り込んで空調対象空間外に排出するとともに、空調対象空間外の空気を取り込んで空調対象空間に供給することができるものである。なお、以下の説明においては、空調対象空間が、家の室内である場合を例に説明する。また、「室外空気」は熱交換換気装置から室内に供給される給気に対応し、「室内空気」は、熱交換換気装置から室外に排出される「排気」に対応する。
本実施の形態に係る熱交換換気装置は天井への埋め込み型である。

本体１は、熱交換換気装置の外装を構成する直方体形状の箱体であり、一側面には還気入口２及び給気出口５が形成され、それらと対向する側面には排気出口３及び外気入口４が形成されている。なお、還気入口２と排気出口３、及び外気入口４と給気出口５は、それぞれ対角線に位置している。
また、それら側面とは別の一側面が開口しており（第二開口部８ａ）、その第二開口部８ａを塞ぐように製品メンテナンスカバー８が本体１に図示省略のねじで固定されている。その製品メンテナンスカバー８も一部が開口しており（第一開口部６ａ）、その第一開口部６ａを塞ぐようにフィルターメンテナンスカバー６が製品メンテナンスカバー８に固定金具７で取り付けられており、固定金具７を軸としてフィルターメンテナンスカバー６が開閉するようになっている。また、製品メンテナンスカバー８と同じ側面には回路ＢＯＸ９が設けられており、その中にある図示省略の回路基板や端子台にアクセスして結線などを行う。

図２は、本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置の上面を透視させた上面図、図３は、本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置の一側面を透視させた側面図である。
本体１の内部には、外気入口４から吸い込まれた室外空気が給気出口５から室内に給気されるまでに通過する経路である（第一）給気路Ａと、還気入口２から吸い込まれた室内空気（還気）が排気出口３から室外に排気されるまでに通過する経路である排気路Ｂが形成されている。また、給気路Ａ上に給気側ファン１６、排気路Ｂ上に排気側ファン１４、給気路Ａと排気路Ｂ上に熱交換器１０が組み込まれている。

熱交換器１０は直方体形状であり、図３に示すように還気入口２及び外気入口４側に側面視して菱型となるように配置されている。また、室外空気と室内空気とを熱交換させるためのものであり、熱交換器１０内部において、給気路Ａと排気路Ｂとは互いに熱交換器１０を構成する図示省略の仕切り壁を介して交差している。そのため、室外空気と室内空気は互いに交わらず、給気路Ａを通過する室外空気と排気路Ｂを通過する室内空気との間で、仕切り壁を介して熱交換が行われる。

なお、図３に示すように側面視して熱交換器１０の左側には外気還気仕切板１８が、側面視して熱交換器１０の右側には給気排気仕切板１９が設けられている。外気還気仕切板１８及び給気排気仕切板１９は室外空気と室内空気が互いに交わらないように区切る板であるため、給気路Ａと排気路Ｂとは、全経路にわたり相互に隔離されるように形成されている。

給気側ファン１６はシロッコ型の給気側ファンケーシング１５に、排気側ファン１４も同じくシロッコ型の排気側ファンケーシング１３にそれぞれ覆われており、排気出口３及び給気出口５側に配置されている。そして、それらは給気排気仕切板１９に図示省略のねじで固定されており、図３に示すように給気排気仕切板１９を境にして上下に（上側に給気側ファン１６、下側に排気側ファン１４が）配置されている。
また、給気排気仕切板１９の中央部には図示省略の切り欠きが形成されており、その切り欠きには後述するファンモータ固定板で両軸ファンモータ１７が固定されている。

両軸ファンモータ１７は軸の両端にファンを取り付けられるようになっており、一端に給気側ファン１６を、他端に排気側ファン１４をそれぞれ取り付けることにより、２つのファンを同時に回転させることができる。
両軸ファンモータ１７が駆動することにより給気側ファン１６及び排気側ファン１４が回転し、給気側ファン１６の回転によって外気入口４から室外空気が吸い込まれ、排気側ファン１４の回転によって還気入口２から室内空気が吸い込まれる。そして、室外空気は給気路Ａ側から熱交換器１０の給気通路を、室内空気は排気路Ｂ側から熱交換器１０の排気通路をそれぞれ通過するが、その際に熱交換器１０で互いに熱交換を行う。その後、室外空気は給気側ファン１６（給気側ファンケーシング１５）を通過し、給気出口５から室内に給気され、室内空気は排気側ファン１４（排気側ファンケーシング１３）を通過し、排気出口３から室外に排気される。

また、熱交換器１０の側面において、室外空気が入ってくる側面には室外空気の埃等を捕集する外気フィルター２１が、室内空気が入ってくる側面には室内空気の埃等を捕集する還気フィルター２０がそれぞれ取り付けられている。なお、以下、還気フィルター２０と外気フィルター２１をまとめてフィルターと称することがある。
また、給気路Ａの外気フィルター２１近傍には、外気温度を検知する外気温度センサ２２が、排気路Ｂの還気フィルター２０近傍には、室内温度を検知する室内温度センサ２３がそれぞれ設けられている。

また、給気路Ａには、図２に示すように開閉により外気入口４を開放または遮断する外気ダンパー（第一切替手段）１１と、開閉により給気路Ａと第二給気路Ｃとを切り替えるバイパスダンパー（第二切替手段）１２とが、それぞれ設けられている。ここで、第二給気路Ｃとは、外気入口４から吸い込まれた室外空気が熱交換器１０を通過せずに給気側ファン１６を通過して給気出口５から室内に給気されるまでに通過する経路のことである。なお、以下、外気ダンパー１１とバイパスダンパー１２をまとめてダンパーと称することがある。

次に、ダンパーの動作について説明する。
図４は、本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置のダンパー操作を説明する上面図である。なお、図２は通常運転時、図４（ａ）は低外気温時、図４（ｂ）は自然冷却時の外気ダンパー１１及びバイパスダンパー１２の状態をそれぞれ示している。
通常運転時は、図２に示すように外気ダンパー１１は開、バイパスダンパー１２は閉とし、第二給気路Ｃを閉じて給気路Ａを開くことで、外気入口４から吸い込まれた室外空気が熱交換器１０を通過し、還気入口２から吸い込まれた室内空気と熱交換するようになっている。
低外気温時は、冬場など外気温度が極めて低い状態で、室外空気を取り込むと本体１内部で結露、熱交換器１０の凍結による閉塞、室内への低温の給気などの問題がある。そこで、図４（ａ）に示すように外気ダンパー１１及びバイパスダンパー１２を閉とすることで、室外空気が外気入口４から本体１内部へ吸い込まれるのを防止するようになっている。加えて、還気入口２から室内の暖かい空気を吸い込み、熱交換器１０に通過させることで熱交換器１０が凍結している場合でもその氷を溶解させることができる。そのため、換気を停止させずに熱交換器１０が凍結するのを避けることができる。

自然冷却時は、夏場の夜など室内温度よりも外気温度が低い状態で、涼しい室外空気をそのまま室内に取り込んで補助冷房（自然冷房）として使用できる。そこで、図４（ｂ）に示すように外気ダンパー１１を閉、バイパスダンパー１２を開とし、給気路Ａを閉じて第二給気路Ｃを開くことで、外気入口４から吸い込まれた室外空気が熱交換器１０を通過せずに給気出口５から室内に給気されるため、室外空気をそのまま室内に取り込めるようになっている。また、春や秋といった熱交換換気が不要な中間期などにおいても上記のようにダンパーを開閉することにより熱交換換気を行わずに済む。
なお、外気ダンパー１１及びバイパスダンパー１２の開閉は、外気温度センサ２２及び室内温度センサ２３で検知された温度によって制御されるようになっている。

次に、本実施の形態に係る熱交換換気装置のメンテナンスについて説明する。
図５は、本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置のフィルターメンテナンスを説明する斜視図である。なお、図５はフィルターメンテナンスカバー６が本体１から取り外された状態を示している。
まず、フィルター及び熱交換器１０の清掃について説明する。
フィルター及び熱交換器１０を清掃する際は、図５に示すようにフィルターメンテナンスカバー６を開ける。そして、第一開口部６ａから本体１内部へ（矢印の方向に）手を入れて、フィルターを熱交換器１０から取り外し、本体１の外部へ取り出してからフィルターの清掃を行う。また、第一開口部６ａから本体１内部へクリーナーのノズルを入れることができるようになっており、そのクリーナーで熱交換器１０の還気側及び外気側の表面に付着した塵埃を清掃する。

図６は、本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置の熱交換器１０の交換を説明する斜視図である。
次に、熱交換器１０の交換について説明する。
第一開口部６ａの大きさではそこから熱交換器１０は取り出せないため、熱交換器１０の交換をする際は、図６に示すように製品メンテナンスカバー８を取り外す。そして、第二開口部８ａから本体１内部へ（矢印の方向に）手を入れて、熱交換器１０を本体１の外部へ取り出し、新しい熱交換器を第二開口部８ａから取り付ける。
なお、製品メンテナンスカバー８を取り外す際は、回路ＢＯＸ９も取り外す必要がある。

図７は、本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置のファンモータの交換を説明する斜視図、図８は、本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置のファンケーシングの上面図である。なお、図８（ａ）は給気側ファンケーシング１５、図８（ｂ）は排気側ファンケーシング１３である。
次に、両軸ファンモータ１７の交換について説明する。
図７に示すように、両軸ファンモータ１７は第二開口部８ａからは熱交換器１０よりも奥側に位置している。そのため、熱交換器１０を外部へ取り外した後で、両軸ファンモータ１７の交換を行う必要がある。

ここで、給気側ファンケーシング１５と排気側ファンケーシング１３は同一部品であるが、図８に示すように二部品で構成され、分割可能な構造となっている。つまり、給気側ファンケーシング１５と排気側ファンケーシング１３は給気排気仕切板１９に図示省略のねじで固定されているが（本実施の形態では４箇所）、両軸ファンモータ１７の交換時には第二開口部８ａから見て（図７の矢印方向）手前側（図８（ａ）の左側及び図８（ｂ）の右側）の二箇所のねじ穴２４にある図示省略のねじをそれぞれ取り外すことで、給気側ファンケーシング１５と排気側ファンケーシング１３の半分を取り外せる構造となっている。

図９は、本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置のファンモータの取り外し手順を説明する図である。なお、図９の（ａ）は両軸ファンモータ１７交換作業開始前の状態、（ｂ）は給気排気仕切板１９からファンケーシングの半分を取り外した状態、（ｃ）は給気排気仕切板１９から両軸ファンモータ１７を取り外した状態をそれぞれ示している。また、図９（ａ）、（ｂ）は上側が側面図、下側が上面図を示している。

熱交換器１０を本体１の外部へ取り出したら、まず図９（ｂ）に示すように給気側ファンケーシング１５と排気側ファンケーシング１３の半分を取り外し、給気側ファン１６と排気側ファン１４とを露出した状態にする。
ここで、両軸ファンモータ１７と給気側ファン１６及び排気側ファン１４は、ファンモータ固定板２５に固定されており、ファンモータ固定板２５はねじ２６によって給気排気仕切板１９（の切り欠き）に固定されている。そして、ねじ２６をすべて取り外すことによってファンモータ固定板２５は給気排気仕切板１９から取り外すことが可能となっている。

そこで、図９（ｃ）に示すようにねじ２６をすべて取り外したら、給気排気仕切板１９上をスライドさせてファンモータ固定板２５を給気排気仕切板１９から取り外すことで、両軸ファンモータ１７を本体１の外部へ取り出し、交換することができる。

以上のように、本実施の形態に係る熱交換換気装置は、１モータ機種（給気側ファン１６及び排気側ファン１４を両軸ファンモータ１７で回転させる構造）であるため、製品サイズ及び製造コストを抑えることが可能であり、消費電力の低減にも繋げることができる。また、給気路Ａに２つのダンパーを設けることで、低外気温時でも換気を停止させずに熱交換器１０が凍結するのを避けることができ、還気入口２から室内の暖かい空気を吸い込み、熱交換器１０に通過させることで熱交換器１０が凍結している場合でもその氷を溶解させることができる。

なお、本実施の形態では、外気入口４を開放または遮断する手段として外気ダンパー１１、給気路Ａと第二給気路Ｃとを切り替える手段としてバイパスダンパー１２としたが、例えばシャッターなど他の手段を用いてもよい。

１ 本体、２ 還気入口、３ 排気出口、４ 外気入口、５ 給気出口、６ フィルターメンテナンスカバー、６ａ 第一開口部、７ 固定金具、８ 製品メンテナンスカバー、８ａ 第二開口部、９ 回路ＢＯＸ、１０ 熱交換器、１１ 外気ダンパー（第一切替手段）、１２ バイパスダンパー（第二切替手段）、１３ 排気側ファンケーシング、１４ 排気側ファン、１５ 給気側ファンケーシング、１６ 給気側ファン、１７ 両軸ファンモータ、１８ 外気還気仕切板、１９ 給気排気仕切板、２０ 還気フィルター、２１ 外気フィルター、２２ 外気温度センサ、２３ 室内温度センサ、２４ ねじ穴、２５ ファンモータ固定板、２６ ねじ、Ａ （第一）給気路、Ｂ 排気路、Ｃ 第二給気路。

Claims (7)

1. 室外空気を吸込む給気側ファンと、室内空気を吸込む排気側ファンと、前記給気側ファン及び前記排気側ファンを駆動する一つの両軸ファンモータと、室内空気と室外空気との間で熱交換を行う熱交換器と、を内部に有する本体と、
   前記本体の内部に形成された、前記給気側ファンにより外気入口から室外空気を吸込み、前記熱交換器の給気通路を通して給気出口から室内に給気する第一給気路と、
   前記本体の内部に形成された、前記排気側ファンにより還気入口から室内空気を吸込み、前記熱交換器の排気通路を通して排気出口から室外に排気する排気路と、
   前記本体の内部に形成された、前記給気側ファンにより外気入口から室外空気を吸込み、給気通路を通さないで給気出口から室内に給気する第二給気路と、
   前記第一給気路上に設けられ、前記外気入口を開放または遮断する第一切替手段と、
   前記第一給気路上に設けられ、前記第一給気路と前記第二給気路とを切り替える第二切替手段と、を備えた
   ことを特徴とする熱交換換気装置。
2. 前記第一切替手段及び前記第二切替手段は、ダンパーである
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換換気装置。
3. 前記本体の一側面に、
   第一開口部と、
   前記第一開口部を塞ぐ製品メンテナンスカバーと、を備え、
   前記第一開口部を介して前記熱交換器及び前記両軸ファンモータの交換が可能となっている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換換気装置。
4. 前記第一給気路の入口と前記排気路の入口とにそれぞれ着脱可能のフィルターと、
   前記製品メンテナンスカバーに形成された第二開口部と、
   前記第二開口部を塞ぐフィルターメンテナンスカバーと、を備え、
   前記第二開口部を介して２つの前記フィルターが取り出し可能、かつ、前記熱交換器の表面が清掃可能となっている
   ことを特徴とする請求項３に記載の熱交換換気装置。
5. 前記本体の内部には、
   室外空気及び室内空気が互いに交わらないように区切る給気仕切板と、
   前記給気仕切板に固定され、前記両軸ファンモータを固定するファンモータ固定板と、を備え、
   前記両軸ファンモータは前記ファンモータ固定板ごと前記第二開口部から取り出し可能である
   ことを特徴とする請求項４に記載の熱交換換気装置。
6. 前記給気側ファン及び前記排気側ファンはシロッコ型であり、
   前記給気側ファン及び前記排気側ファンは、分離可能なファンケーシングでそれぞれ覆われている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換換気装置。
7. 前記第一切替手段及び前記第二切替手段は、
   室外空気の温度と室内空気の温度に応じて動作が制御される
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱交換換気装置。

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