JP2015068544A - 熱交換換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】極寒冷地においても給気運転が可能であり、製品の熱交換器等の結露及び凍結を抑制し、熱交換器の性能悪化を抑制する熱交換換気装置を提供すること。
【解決手段】給気吸込口７から熱交換器４を介して給気吹出口６に通じる給気風路１７と、排気吸込口８から熱交換器４を介して排気吹出口５に通じる排気風路１８と、給気風路１７に設けられた給気用送風機３と、排気風路１８に設けられた排気用送風機２と、給気用送風機３及び排気用送風機２を制御する制御装置１４と、給気風路１７に設けられ、外気温度を検知する外気温度検知手段と、を備え、制御装置１４は、外気温度検知手段により検知した外気温度と、予め設定した設定温度に応じて、給気用送風機３の運転と停止を第１所定時間繰り返す間欠運転を行い、その後、給気用送風機３の運転を第２所定時間停止させて排気用送風機２のみ第３所定時間運転させる間欠運転制御手段を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器を用いた熱交換換気装置に関するものである。

従来、寒冷地において、排気風量の低下と装置の外表面への結露水の付着を抑制する、熱交換器を用いた換気装置がある（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載の換気装置は、寒冷地での冬期等に外気温度が著しく低下した場合には、熱交換器や製品内部、製品外部で凍結及び結露が発生しないように、給気の間欠運転や、給気の運転を停止し、温度検知のみの最短運転とする対応が取られている。

特開２００３−７４９３７号公報

しかし、特許文献１に記載の換気装置は、給気の間欠運転の場合、冬季の空気条件によっては、熱交換器内部が十分に乾ききらずに、熱交換器の性能悪化につながるおそれがあった。また、給気の運転を停止し、温度検知のみの最短運転時間とした場合においては、ほぼ排気のみの運転となり十分な給気が得られ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、極寒冷地においても給気運転が可能であり、製品の熱交換器等の結露及び凍結を抑制し、熱交換器の性能悪化を抑制す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、給気吸込口から熱交換器を介して給気吹出口に通じる給気風路と、排気吸込口から前記熱交換器を介して排気吹出口に通じる排気風路と、前記給気風路に設けられた給気用送風機と、前記排気風路に設けられた排気用送風機と、前記給気用送風機及び前記排気用送風機を制御する制御装置と、前記給気風路に設けられ、外気温度を検知する外気温度検知手段と、を備え、前記制御装置は、前記外気温度検知手段により検知した外気温度と、予め設定した設定温度に応じて、前記給気用送風機の運転と停止を第１所定時間繰り返す間欠運転を行い、その後、前記給気用送風機の運転を第２所定時間停止させて前記排気用送風機のみ第３所定時間運転させる間欠運転制御手段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、極寒冷地で使用する場合において、給気の間欠運転を実施後に排気のみの乾燥運転を実施することにより、間欠運転により十分に乾ききらない場合においても、乾燥運転によって熱交換器内部を十分に乾燥させることが可能であるため、製品の熱交換器等の結露及び凍結を抑制し、熱交換器の性能悪化を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置を示す上面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置を示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置の動作を示すフローチャートである。 図３のフローチャートのタイムチャートである。

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を示す上面図、図２は、本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置を示す正面図である。
本実施の形態に係る熱交換換気装置は、本体ケーシング１、排気用送風機２、給気用送風機３、熱交換器４、排気吹出口５、給気吹出口６、給気吸込口７、排気吸込口８、外気温度センサ９、制御装置１４、風路切替ダンパー１５を有する。

本実施の形態に係る熱交換換気装置は、室内側に、熱交換された新鮮な空気を室内に供給するための給気吹出口６、及び、室内空気を本体ケーシング１内に取り込むための排気吸込口８が設けられている。また、室外側に、室外空気を本体ケーシング１内に取り込むための給気吸込口７、及び、熱交換され室外に排出するための排気吹出口５が設けられている。そして、室外側の給気吸込口７と室内側の給気吹出口６とを連通させ、給気吸込口７から熱交換器４を介して給気吹出口６に通じる給気風路１７、及び、室内側の排気吸込口８と室外側の排気吹出口５とを連通させ、排気吸込口８から熱交換器４を介して排気吹出口５に通じる排気風路１８が形成され、熱交換換気装置は、それらを本体ケーシング１で覆っている箱体構造である。

給気用送風機３は、給気風路１７上に設けられており、給気流を形成する。排気用送風機２は、排気風路１８上に設けられており、排気流を形成する。
熱交換器４は、給気風路１７と排気風路１８との間に配設され、給気流（または室外空気）と排気流（または室内空気）との間で連続的に全熱交換を行い、室外空気を給気空気とし、室内空気を排気空気としている。なお、熱交換器４の内部において、排気流が通る一次側風路と、給気流が通る二次側風路とは互いに垂直に交差している。これにより、給気流と排気流との間で全熱が交換され、熱交換換気を行うことができる。

排気風路１８の風上側には、排気空気を熱交換器４へ通過させる排気風路１８と、排気空気を熱交換器４へ通過させずに直接排気用送風機２へ送るバイパス風路１９とを切り替えるための風路切替ダンパー１５が配設される。この風路切替ダンパー１５が閉じているときは、排気空気は熱交換器４を通過し、給気空気と連続的に全熱交換を行うが、風路切替ダンパー１５が開いているときは、排気空気は熱交換器４の奥側に設置されたバイパス風路１９を通過し、排気用送風機２を介して室外へ排出される。

風路切替ダンパー１５は、例えば中間期のように外気温度が室内温度よりも低いとき、熱交換換気装置は外気冷房としてバイパス換気（外気を温湿度交換せずに直接室内に取り込む方式）を実施し、夏季や冬季の空調負荷が発生するような時期は、排気の熱回収を目的に全熱交換換気を実施するように動作される。

外気温度センサ９は、給気風路１７上に設けられ、外気温度検知手段として外気温度を検知するものである。
制御装置１４は、マイクロコンピュータ等から構成され、外気温度センサ９により検知された温度に応じて、給気用送風機３及び排気用送風機２を制御する装置である。

制御装置１４は、第１間欠運転制御手段と、第２間欠運転制御手段と、給気温度検知制御手段と、から構成される。
第１間欠運転制御手段は、外気温度センサ９により検知された外気温度が、予め設定された第１設定温度未満であり、かつ第１設定温度よりさらに低い第２設定温度以上であるときに実施され、給気用送風機３の運転と停止を所定時間繰り返し、その後、給気用送風機３の運転を停止させて排気用送風機２のみ運転させる。
第２間欠運転制御手段は、検知された外気温度が、予め設定された第２設定温度未満であり、かつ第２設定温度よりさらに低い第３設定温度以上であるときに実施され、給気用送風機３の運転と停止を所定時間繰り返し、その後、給気用送風機３の運転を停止させて排気用送風機２のみ運転させる。
給気温度検知制御手段は、検知された外気温度が、予め設定された第３設定温度未満であるときに実施され、給気用送風機３を停止し、排気のみ行う換気に切り替え、外気温度を検知するため給気用送風機３を最短時間運転する。ここで、最短時間とは、外気温度検知手段である外気温度センサ９が、温度検知に必要な時間のことであり、本実施の形態では５分とする。

次に、本実施の形態に係る熱交換換気装置の動作を説明するに先立って、熱交換換気装置の通常運転について説明する。
まず、操作者が図示省略の運転切替スイッチにより運転要求すると、制御装置１４を介して給気用送風機３及び排気用送風機２は同時に運転を開始し、給気流及び排気流が発生する。給気流及び排気流は熱交換器４を通過し、熱回収しながら換気が行われ、冷暖房中の熱損失を少なくし、新鮮な空気を室内に取り入れるとともに、室内の汚れた空気を排出する。そして、運転切替スイッチから停止要求があれば、給気用送風機３及び排気用送風機２はともに停止する。

図３は、本発明の実施の形態に係る熱交換換気装置の動作を示すフローチャート、図４は、図３のフローチャートのタイムチャートである。
なお、このフローチャートのプログラムは、制御装置１４のマイクロコンピュータのＲＯＭ等に記憶されている。
次に、本実施の形態に係る熱交換換気装置の動作を図３及び図４を参照して説明する。

図３に示すステップＳ１で運転切替スイッチにより運転要求すると、ステップＳ２で制御装置１４を介して、給気用送風機３及び排気用送風機２は同時に通常運転を開始する。そして、ステップＳ３で外気温度センサ９の温度、すなわち外気温度を検知し、それと同時に、外気温度を検知するため給気用送風機３を最短時間Ｔｋ運転する。その後、ステップＳ４で検知した外気温度が第１設定温度未満であるかを判断し、Ｎｏ（外気温度が第１設定温度以上）であればステップＳ２へ戻って通常運転を行う（図４のＴ１〜Ｔ２）。

一方、外気温度が低下して、Ｙｅｓ（外気温度が第１設定温度未満）になると、ステップＳ５へ進んで外気温度が第２設定温度未満であるかを判断する。Ｎｏ（外気温度が第２設定温度以上）であればステップＳ６へ進み、給気用送風機３をＴａ時間停止し、Ｔａ時間経過したらステップＳ７へ進み、給気用送風機３をＴｂ時間運転した後ステップＳ８へ進む。そして、Ｔａ＋Ｔｂが予め設定されていたＴｃ時間以上であるかを判断し、Ｔｃ時間以上でなければステップＳ５へ戻り、Ｔｃ時間以上であれば、ステップＳ９へ進んで排気用送風機２のみの乾燥運転をＴｄ時間実施した後、ステップＳ２へ戻る（以上、図３のＳ６〜Ｓ９及び図４のＴ２〜Ｔ３は第１間欠運転制御手段）。

また、外気温度がさらに低下して、Ｙｅｓ（外気温度が第２設定温度未満）になると、ステップＳ１０へ進んで外気温度が第３設定温度未満であるかを判断する。Ｎｏ（外気温度が第３設定温度以上）であればステップＳ１１へ進み、給気用送風機３をＴｅ時間停止し、Ｔｅ時間経過したらステップＳ１２へ進み、給気用送風機３をＴｆ時間運転した後ステップＳ１３へ進む。そして、Ｔｅ＋Ｔｆが予め設定されていたＴｇ時間以上であるかを判断し、Ｔｇ時間以上でなければステップＳ１０へ戻り、Ｔｇ時間以上であれば、ステップＳ１４へ進んで排気用送風機２のみの乾燥運転をＴｈ時間実施した後、ステップＳ２へ戻る（以上、図３のＳ１１〜Ｓ１４及び図４のＴ３〜Ｔ４は第２間欠運転制御手段）。このとき、ステップＳ７のＴｂ時間とステップＳ１２のＴｆ時間は、Ｔｂ≧Ｔｆとなるように設定されており、外気温度が低くなると凍結しやすいため、給気運転時間を短くし、熱交換器４の凍結及び結露をできるだけ抑制している。
なお、本実施の形態では、第１間欠運転制御手段と第２間欠運転制御手段において、ステップＳ６のＴａ時間とステップＳ１１のＴｅ時間は、Ｔａ＝Ｔｅとなるように設定されており、給気用送風機３の停止時間を同時間とし、運転時間のみを変更することで、熱交換器４の凍結及び結露を抑制するようにしている。

また、外気温度がさらに低下して、Ｙｅｓ（外気温度が第３設定温度未満）になると、ステップＳ１５へ進み、給気用送風機３をＴｊ時間停止し、Ｔｊ時間経過したらステップＳ２へ進み、給気用送風機３を運転する。そして、ステップＳ３へ進み、外気温度を検知し、それと同時に、外気温度を検知するため給気用送風機３を最短時間Ｔｋ運転した後、ステップＳ４へ進む（以上、図３のＳ１５、Ｓ２、Ｓ３及び図４のＴ４〜は給気温度検知制御手段）。
なお、給気吸込口７から冷気が流入しないので、本体ケーシング１は内側から冷やされることなく設置場所の温度へ近づき、結露に至るのを抑制することができる。

このようにして、間欠運転における給気用送風機３が停止している期間は、外からの冷却された給気流が熱交換器４を通過しないので、室内からの排気流の熱で熱交換器４が暖められる。さらに、給気用送風機３の間欠運転終了後に排気流のみの乾燥運転を実施することで、熱交換器４を室内の暖かい空気で温め、室外空気による冷却で熱交換器４に発生した霜等を除去し、排気流の風量が著しく低下することを抑制することができる。

以上のように、外気温度に応じて、通常運転（Ｓ２）と、間欠運転＋乾燥運転（Ｓ６〜Ｓ９またはＳ１１〜Ｓ１４）と、排気のみの運転（Ｓ１５）と、を切り替えることによって、冷却された給気流により熱交換器４に付着した霜等を、室内からの乾燥運転による排気流の熱で熱交換器４を暖め乾燥させることで、風量が著しく低下することを抑制し、熱交換器４の熱交換効率が低下すること（性能が悪化すること）を抑制することができる。

下記表１は、各運転制御手段（第１間欠運転制御手段、第２間欠運転制御手段、及び給気温度検知制御手段）の、室内露点温度毎における（間欠運転や乾燥運転等の）制御条件を示したものである。

熱交換器４及び製品内部の凍結及び結露は、室内空気の水分量に大きく関わっているため、冬季における室内露点温度によって制御条件が変更できるように、制御装置１４内に設けられた図示省略の設定切替スイッチ（設定切替手段）により制御条件ＡまたはＢを予め選択しておけるようにする。そうすることで、室内空気の条件によって制御条件を変更することが可能となり、室内露点温度が低い場合で使用する際は、より長く換気が行えるようにしている。なお、室内露点温度は、例えば図示省略の室内温度センサによって検知される。

本実施の形態は、室内露点温度に応じて、第１間欠運転制御手段及び第２間欠運転制御手段の制御条件を、施工時に、制御装置１４に設けられた設定切替スイッチにより設定できるようにしたものである。

次に、設定切替スイッチが制御条件Ａのときの、本実施の形態に係る熱交換換気装置の動作について説明する。
外気温度が第１設定温度未満かつ第２設定温度以上になった場合、つまり、−１５℃未満かつ−２０℃以上になると、給気用送風機３が２０分停止及び１０分運転の間欠運転を２時間繰り返した後、乾燥運転を２時間実施する。その後の外気温度が−１５℃未満かつ−２０℃以上のままである場合は、同一の動作を繰り返す。外気温度が第２設定温度未満かつ第３設定温度以上になった場合、つまり、−２０℃未満−２５℃以上になると、給気用送風機３が２０分停止及び１０分運転の間欠運転を２時間繰り返した後、乾燥運転を２時間実施する。その後の外気温度が第３設定温度未満になった場合、つまり、−２５℃未満になると、給気用送風機３が５５分停止及び５分（最短時間）運転の外気検知運転となり、外気温度に応じて、各運転制御手段を実施する。

次に、設定切替スイッチが制御条件Ｂのときの、本実施の形態に係る熱交換換気装置の動作について説明する。
外気温度が第１設定温度未満かつ第２設定温度以上になった場合、つまり、−１５℃未満−２０℃以上になると、給気用送風機３が２０分停止及び２０分運転の間欠運転を４時間繰り返した後、乾燥運転を１時間実施する。その後の外気温度が−１５℃未満−２０℃以上のままである場合は、同一の動作を繰り返す。外気温度が第２設定温度未満かつ第３設定温度以上になった場合、つまり、−２０℃未満−２５℃以上になると、給気用送風機３が２０分停止及び１０分運転の間欠運転を４時間繰り返した後、乾燥運転を１時間実施する。その後の外気温度が第３設定温度未満になった場合、つまり、−２５℃未満になると、給気用送風機３が５５分停止及び５分（最短時間）運転の外気検知運転となり、外気温度に応じて、各運転制御手段を実施する。

以上のように、本発明に係る熱交換換気装置は、極寒冷地においても製品内部の凍結を抑制するために、乾燥運転を入れることで、熱交換換気を一定時間可能とし、建物内の換気と省エネに適している。

１ 本体ケーシング、２ 排気用送風機、３ 給気用送風機、４ 熱交換器、５ 排気吹出口、６ 給気吹出口、７ 給気吸込口、８ 排気吸込口、９ 外気温度センサ、１４ 制御装置、１５ 風路切替ダンパー、１７ 給気風路、１８ 排気風路、１９ バイパス風路。

Claims (7)

1. 給気吸込口から熱交換器を介して給気吹出口に通じる給気風路と、
   排気吸込口から前記熱交換器を介して排気吹出口に通じる排気風路と、
   前記給気風路に設けられた給気用送風機と、
   前記排気風路に設けられた排気用送風機と、
   前記給気用送風機及び前記排気用送風機を制御する制御装置と、
   前記給気風路に設けられ、外気温度を検知する外気温度検知手段と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記外気温度検知手段により検知した外気温度と、予め設定した設定温度に応じて、
   前記給気用送風機の運転と停止を第１所定時間繰り返す間欠運転を行い、その後、前記給気用送風機の運転を第２所定時間停止させて前記排気用送風機のみ第３所定時間運転させる間欠運転制御手段を備えた
   ことを特徴とする熱交換換気装置。
2. 前記制御装置は、
   前記外気温度検知手段により検知した外気温度と、予め設定した設定温度に応じて、
   前記給気用送風機を停止し、排気のみ行う換気に切り替え、外気温度を検知するため前記給気用送風機を、前記外気温度検知手段が温度検知に必要な時間運転する給気温度検知制御手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換換気装置。
3. 前記設定温度は、少なくとも第１設定温度と、前記第１設定温度よりも低い第２設定温度と、前記第２設定温度よりも低い第３設定温度と、を有し、
   前記間欠運転制御手段は、少なくとも前記外気温度が、前記第２設定温度以上かつ前記第１設定温度未満であるときに実施される第１間欠運転制御手段と、前記外気温度が、前記第３設定温度以上かつ前記第２設定温度未満であるときに実施される第２間欠運転制御手段と、を備えた
   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２間欠運転制御手段の間欠運転における前記給気用送風機の運転と停止の時間間隔は、前記第１間欠運転制御手段の間欠運転における前記給気用送風機の運転と停止の時間間隔よりも短い
   ことを特徴とする請求項３に記載の熱交換換気装置。
5. 前記給気温度検知制御手段は、
   前記外気温度が、前記第３設定温度未満であるときに実行される
   ことを特徴とする請求項２に従属する請求項３、または請求項２に従属する請求項４に記載の熱交換換気装置。
6. 前記間欠運転制御手段及び前記給気温度検知制御手段は複数の制御条件を有し、
   前記間欠運転制御手段及び前記給気温度検知制御手段の制御条件を切り替える切替手段を備えた
   ことを特徴とする請求項２、または請求項２に従属する請求項３〜５のいずれか一項に記載の熱交換換気装置。
7. 前記切替手段は、
   前記制御装置に設けられた設定切替スイッチである
   ことを特徴とする請求項６に記載の熱交換換気装置。

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