JP2016153701A

JP2016153701A - 熱交換形換気装置

Info

Publication number: JP2016153701A
Application number: JP2015031276A
Authority: JP
Inventors: 石黒　賢一; Kenichi Ishiguro; 賢一石黒; 鈴木　康浩; Yasuhiro Suzuki; 康浩鈴木; 橋本　俊彦; Toshihiko Hashimoto; 俊彦橋本; 康晃島; Yasuaki Shima; 耕次飯尾; Koji Iio; 輝顕安西; Teruaki Anzai; 賢幸木戸; Yoshiyuki Kido
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2016-08-25

Abstract

【課題】熱交換素子の結露或いは凍結を抑制しつつ、給排換気を継続することができる熱交換形換気装置を提供する。
【解決手段】排気送風経路８において熱交換素子６の排気出口側に温度および湿度を検出する温湿度検出手段１３を設け、制御部１１は、温湿度検出手段１３によって検出された温度および湿度によって第１露点温度Ｔ₁を算出し、第１露点温度Ｔ₁を算出した後、制御部１１は、温湿度検出手段１３によって検出された温度Ｔが第１露点温度Ｔ₁を下回った場合は予め定義された第１給気風量と第１排気風量になるように給気モータ・排気用モータの回転数を減少させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、外気と室内空気を熱交換する熱交換形換気装置に関するものである。

従来、この種の換気装置としては、建物内に設置され外気を外気給気口から導入し、内蔵する熱交換素子を経て室内に供給する換気装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）。

以下、その換気空調装置について図３を参照しながら説明する。

図３に示すように、換気装置本体１０１は、建物内の屋根裏空間または天井裏空間に設置される。新鮮外気は、外気吸込口１０２から導入され、内蔵する熱交換素子１０６を通過して外気給気口１０４を経て室内に供給される。一方、室内の汚れた空気は、室内空気吸込口１０５から導入され、熱交換素子１０６を通過し、室内空気排気口１０３を経て室外に排気される。外気吸込口１０２から導入される新鮮外気と室内空気吸込口１０５から導入される室内の汚れた空気は、熱交換素子１０６を経て電動機１０７に同一軸１０８にて連結された給気用ファン１０９と排気用ファン１１０により移送される構成としている。

特開平１１−３２５５３５号公報

このような従来の熱交換形換気装置においては、冬期の外気温低温時に熱交換素子に結露或いは凍結が発生するという課題を有していた。熱交換素子の結露或いは凍結の発生を防止するために、間欠運転を行うこともあるが、常時給排換気を継続することができないという課題も有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、熱交換素子の結露或いは凍結を抑制しつつ、給排換気を継続することができる熱交換形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、本発明の一態様に係る熱交換形換気装置は、給気用モータを備えた給気用ファンと、排気用モータを備えた排気用ファンと、前記給気用ファンにより屋外から室内に送風される給気送風経路と、前記排気用ファンにより室内から室外に送風される排気送風経路と、前記給気送風経路と前記排気送風経路とが交差する位置に、室内の空気と屋外の空気を換気する際に熱交換するための熱交換素子とを備えた熱交換形換気装置において、前記排気送風経路の熱交換素子排気側出口に温度および湿度を検出する温湿度検出手段を設け、制御部により前記給気用モータと前記排気用モータの運転および回転数を制御し、前記制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度および湿度によって第１露点温度を算出し、前記第１露点温度を算出した後、前記制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度が前記第１露点温度以上である場合は前記給気用モータと前記排気用モータの回転数を維持するように制御し、前記温湿度検出手段によって検出された温度が前記第１露点温度を下回った場合は予め定義された第１給気風量と第１排気風量になるように前記給気用モータと前記排気用モータの回転数を減少させるものであって、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、熱交換素子に発生する結露或いは凍結を防止しながら、給気と排気の熱交換運転を継続することができる。

本発明の実施の形態１の熱交換形換気装置を示す概要図本発明の実施の形態１の制御部のフローチャート図従来の熱交換形換気装置を示す上面構成図

本発明の一態様に係る熱交換形換気装置は、給気用モータを備えた給気用ファンと、排気用モータを備えた排気用ファンと、前記給気用ファンにより屋外から室内に送風される給気送風経路と、前記排気用ファンにより室内から室外に送風される排気送風経路と、前記給気送風経路と前記排気送風経路とが交差する位置に、室内の空気と屋外の空気を換気する際に熱交換するための熱交換素子とを備えた熱交換形換気装置において、前記排気送風経路の熱交換素子排気側出口に温度および湿度を検出する温湿度検出手段を設け、制御部により前記給気用モータと前記排気用モータの運転および回転数を制御し、前記制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度および湿度によって第１露点温度を算出し、前記第１露点温度を算出した後、前記制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度が前記第１露点温度以上である場合は前記給気用モータと前記排気用モータの回転数を維持するように制御し、前記温湿度検出手段によって検出された温度が前記第１露点温度を下回った場合は予め定義された第１給気風量と第１排気風量になるように前記給気用モータと前記排気用モータの回転数を減少させる構成を有する。

これにより、熱交換素子の結露が発生しやすい状況になった場合に、給気風量および排気風量を減らすことで、熱交換素子の熱交換効率を高める。これにより、熱交換素子排気側の温度を高めて熱交換素子排気側の湿度を下げることで、熱交換素子排気側出口部に発生する結露或いは凍結を防止しながら、給気と排気の熱交換運転を継続することができる、という効果を奏する。

また、前記制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度が第１露点温度を下回ったことを検知した後、前記温湿度検出手段によって検出された温度および湿度によって第２露点温度を算出し、前記制御部は、前記第２露点温度を算出した後、前記温湿度検出手段で検出された温度が前記第２露点温度を下回ったことを検知した場合は、予め定義された第２給気風量と第２排気風量になるように、前記給気用モータと前記排気用モータの回転数をさらに減少させる構成としてもよい。

これにより、熱交換素子排気側への結露或いは凍結が発生しない適切な風量へ細かく制御でき、より熱交換素子の結露或いは凍結の発生直前まで給気運転と排気運転の熱交換気運転の各温湿度条件における大風量を維持することができる、という効果を奏する。

また、前記制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度が予め定義された凍結危険温度を下回ったことを検知した場合は、前記給気用モータの回転を強制的に停止させ、前記排気用モータの回転を停止せずに排気運転のみで換気運転を継続させる構成としてもよい。

これにより、熱交換運転を継続した場合に熱交換素子の凍結を防止して、換気運転を継続することができる、という効果を奏する。

また、前記制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度が前記凍結危険温度を下回ったことを検知した場合は、前記排気用モータの回転数を増加させて排気運転のみで換気運転を継続させる構成としてもよい。

これにより、熱交換素子排出側出口部に凍結が発生した場合であっても、凍結状態をより早く回復することができる、という効果を奏する。なお、熱交換素子排出側出口部に結露が発生した場合であっても、結露状態をより早く回復することも可能である。

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）
本発明の第１の実施の形態の熱交換形換気装置について、図１を用いて内部の構成と給気送風経路、排気送風経路について説明する。

図１に示すように、熱交換形換気装置１は、箱形の本体の側面に外気吸込口２、室内空気排気口３、そして、この側面に対向した側面に外気給気口４、室内空気吸込口５を設けている。

そして、熱交換形換気装置１の内部または外部には、給気用ファン９の給気用モータと排気用ファン１０の排気用モータの回転数を制御する制御部１１が設けられている。

また、熱交換形換気装置１は、新鮮な屋外の空気（給気空気）を側面の外気吸込口２から吸込み、熱交換形換気装置１の内部の熱交換素子６を通って外気給気口４から室内に供給される給気送風経路７を備えている。

一方、汚染された室内の空気（排気空気）は室内空気吸込口５から吸い込まれ、熱交換素子６を通って室内空気排気口３から室外に排気される排気送風経路８を備えている。

このとき、熱交換素子６は、排気される空気の熱量を給気される空気に供給する、または、給気される空気の熱量を排気される空気の熱量に供給する、熱回収の機能を有する。すなわち、熱交換素子６は、排気空気の熱量と給気空気の熱量とを交換する機能を有する。

外気吸込口２から導入される新鮮な屋外空気（給気空気）と、室内空気吸込口５から導入される汚染された室内の空気（排気空気）は、給気用ファン９と排気用ファン１０の運転によりそれぞれ給気送風経路７と排気送風経路８を流れる。

熱交換素子６は、給気送風経路７と排気送風経路８とが交差する位置に配設される。熱交換素子６の室外空気吸込側および室内空気吸込側にはそれぞれ空気清浄フィルター１２が配設される。

また、排気送風経路８において熱交換素子６の排気出口側に温湿度検出手段１３を配設する。温湿度検出手段１３は、熱交換素子６の排気出口側における温度と湿度を検出する。

また、外気吸込口２、室内空気排気口３、外気給気口４、室内空気吸込口５には、それぞれダクト（図示せず）が接続できる形状となっている。外気吸込口２と室内空気排気口３に接続したダクトは建物外壁面まで引き回して建物外の屋外空気と連通する。外気給気口４と室内空気吸込口５に接続したダクトは居室の天井面または壁面と連通されて室内空気と連通する。

ここで、本実施の形態における特徴的な部分、すなわち、制御部１１の動作について説明する。

まず、一般的な熱交換形換気装置の制御について述べる。

一般的な熱交換形換気装置を起動すると、制御部は、給気用ファンと排気用ファンの出力する送風量が同等になるように、給気用モータと排気用モータの回転数を制御する（熱交換気運転）。

しかし、一般的な熱交換形換気装置では、熱交換気運転中に外気温度が低下していくと、熱交換素子６の排気送風経路８側から結露が生じるおそれがある。これは排気送風経路８を流れる室内空気（排気空気）が熱交換素子６内で外気（給気空気）と熱交換することで露点以下に温度低下するためである。言い換えれば、排気送風経路８を流れる室内空気が、熱交換後の温度の飽和水蒸気量以上の水分を保持しているためである。

この結露により発生した水分は、熱交換後の排気温度が０℃を下回るようになると、凍結し、熱交換素子６の目詰まりを引き起こし、換気機能を低下させる。

さらに、そのまま運転を継続すると凍結はさらに進行し多量の氷結にいたる。その凍った結露水は、外気温度が上昇すると解けだして、熱交換形換気装置からあふれ出すことになる。あふれ出した水は、設置場所に悪影響を及ぼすことや、水漏れによる絶縁不良など不安全発生に繋がる。

本実施の形態の熱交換形換気装置１では、このような事象を避けるために、制御部１１は、熱交換素子６の排気出口側に設けられた温湿度検出手段１３により検出された温度および湿度によって第１露点温度を算出する。

制御部１１は、第１露点温度を算出した後、温湿度検出手段１３によって検出された温度を監視して、第１露点温度以上である場合は、給気用ファン９の給気用モータの回転数と、排気用ファン１０の排気用モータの回転数を維持し、第１露点温度を下回った場合は給気用ファン９の給気用モータの回転数と、排気用ファン１０の排気用モータの回転数を減少させ風量を下げるように制御する。

図２を用いて、より具体的に説明する。

熱交換形換気装置１を起動すると、制御部１１は、給気用ファン９と排気用ファン１０の出力する送風量が同等になるように、給気用モータと排気用モータの回転数を制御する（熱交換気運転）。

制御部１１は、熱交換素子６の排気出口側に設けられた温湿度検出手段１３により検出された温度および湿度によって、熱交換素子６の排気出口側の空気が結露する温度（第１露点温度Ｔ₁）を算出する。

温湿度検出手段１３により検出された温度Ｔ（例えば１０℃）が、第１露点温度Ｔ₁（例えば９℃）以上の場合には、給気風量と排気風量は設定風量Ａ（例えばそれぞれ１００ｍ³／ｈ）で運転する。

この運転状態を継続し、次第に外気温度が低下する場合を考える。外気温度が低下していくと、温湿度検出手段１３により検出された温度Ｔ（例えば８℃）が、設定された第１露点温度Ｔ₁（例えば９℃）を下回ること（Ｔ＜Ｔ₁）を検出する。

このような場合は、予め定義された第１Ａ給気風量（例えば９０ｍ³／ｈ）と第１Ａ排気風量（例えば９０ｍ³／ｈ）になるように、制御部１１は給気用モータと排気用モータの回転数を減少させる。

次に、所定時間経過後、制御部１１は、熱交換素子６の排気出口側に設けられた温湿度検出手段１３により検出された温度および湿度によって、熱交換素子６の排気出口側の空気が結露する温度（第２露点温度Ｔ₂（例えば７℃））を算出する。

なお、温湿度検出手段１３により検出された温度Ｔが第１露点温度Ｔ₁を下回り、運転風量が第１Ａ給気風量・第１Ａ排気風量になって運転を継続した後に、検出温度Ｔが所定の値Ｔ₂＋αを超える値となったとき（Ｔ＞Ｔ₂＋α）は、給気風量と排気風量を初期設定風量であるＡ（例えばそれぞれ１００ｍ³／ｈ）にそれぞれ戻す。ここで、αは、ヒステリシスを持たせるための所定の値である。

また、温湿度検出手段１３により検出された温度Ｔについて、（Ｔ₂≦Ｔ≦Ｔ₂＋α）を満たす場合は、第１Ａ給気風量（例えば９０ｍ³／ｈ）と第１Ａ排気風量（例えば９０ｍ³／ｈ）を継続するように、制御部１１は給気用モータと排気用モータの回転数を制御する。

さらに外気温度が低下してきて、温湿度検出手段１３により検出された温度Ｔ（例えば６℃）が、設定された第２露点温度Ｔ₂（例えば７℃）を下回ること（Ｔ＜Ｔ₂）を検出した場合は、予め定義された第２Ａ給気風量（例えば８０ｍ³／ｈ）と第２Ａ排気風量（例えば８０ｍ³／ｈ）になるように、制御部１１は給気用モータと排気用モータの回転数を減少させる。

このように、本実施の形態によれば、熱交換素子６の結露が発生しやすい状況になった場合に、給気風量および排気風量を減らすことで、熱交換素子６の熱交換効率を高める。これにより、熱交換素子排気側の温度を高めて熱交換素子排気側の湿度を下げることができる。従って、熱交換素子排気側出口部に発生する結露或いは凍結を防止しながら、給気と排気の熱交換運転を継続することができる。

ここで、図２のフローチャートから離れて、さらに外気温度が低下していくことを考える。さらに外気温度が低下していくと、排気送風経路８における熱交換素子６内にて結露或いは凍結が発生するリスクは高まる。

結露或いは凍結の発生温度は、熱交換素子６を流れる給気・排気の風速、熱交換素子６そのものの熱交換効率、そして室内湿度に依存する。すなわち、熱交換素子６を流れる給気と排気の風速が低く熱交換効率が高くなれば、熱交換後の排気の温度は高くなり、熱交換後の排気の飽和水蒸気量も大きくなる。このため、熱交換素子６の排気出口側で、より多くの水分を水蒸気として保持できるようになり、熱交換素子６の結露発生リスクは低減する。また室内湿度が低ければ、排気空気の保有水分量が小さくなるので結露の発生リスクはさらに低減する。

例えば、熱交換素子６を通過する給気送風量と排気送風量の風量が極端に小さい場合、全熱交換効率は非常に高くなる。そのため、室内湿度が高い場合であっても、室内空気（排気空気）は熱交換後に保有する水分のほとんどを外気（給気空気）に奪われる場合がある。

この場合は、排気送風経路８における熱交換素子６の排気出口側の素子温度が０℃以下になっても極々少量の凍結しか現れないことになる。このように、結露或いは凍結の発生温度を決める要素としては、給気・排気の風速、熱交換素子の熱交換効率、室内湿度であるといえる。

ここで、図２のフローチャートに戻る。（Ｔ＜Ｔ₂）を検出した場合は、第２Ａ給気風量（例えば８０ｍ³／ｈ）と第２Ａ排気風量（例えば８０ｍ³／ｈ）になるように、制御部１１は給気用モータと排気用モータの回転数を減少させる。

次に、所定時間経過後、制御部１１は、温湿度検出手段１３によって検出された温度Ｔが予め定義された凍結危険温度Ｔ０（例えば０℃〜６℃、本実施例では５℃）を下回ったこと（Ｔ＜Ｔ₀）を検知した場合は、給気用モータの回転を強制的に停止させ、排気用モータの回転を停止せずに排気運転のみ（第３Ａ排気風量（例えば７０ｍ³／ｈ））で換気運転を継続してもよい。なお、排気用モータの回転数を減少させなかったとしても、給気用モータの回転が停止するため、一般的に第３Ａ排気風量は減少することになる。

これにより、熱交換素子６に凍結が発生する直前まで、給気運転と排気運転の熱交換気運転を継続することができるとともに、極低温領域では排気のみの運転に切り替わり換気運転を継続することができる。

なお、（Ｔ＜Ｔ₂）を検出後、検出温度Ｔが所定の値Ｔ₀＋αを超える値となったとき（Ｔ＞Ｔ₀＋α）は、給気風量と排気風量を第１Ａ給気風量（例えば９０ｍ³／ｈ）と第１Ａ排気風量（例えば９０ｍ³／ｈ）にそれぞれ戻す。ここで、αは、ヒステリシスを持たせるための所定の値である。

また、温湿度検出手段１３により検出された温度Ｔについて、（Ｔ₀≦Ｔ≦Ｔ₀＋α）を満たす場合は、第２Ａ給気風量（例えば８０ｍ³／ｈ）と第２Ａ排気風量（例えば８０ｍ³／ｈ）を継続するように、制御部１１は給気用モータと排気用モータの回転数を制御する。

また、（Ｔ＜Ｔ₀）を検出後、排気のみ運転とすることで温湿度検出手段１３が外気温度による影響を検出できなくなるため、定期的に（図２ではｔ時間後）に給気用ファンも動作させ熱交換気運転に戻すことで、適切な運転状態へと制御する。

また、制御部１１は、温湿度検出手段１３によって検出された温度が凍結危険温度Ｔ０を下回ったこと（Ｔ＜Ｔ₀）を検知した場合は、排気用モータの回転数を増加させて排気運転のみで換気運転を継続させる構成としてもよい。

これにより、熱交換素子排出側出口部に凍結が発生した場合であっても、凍結状態をより早く回復することができる。なお、熱交換素子排出側出口部に結露が発生した場合であっても、結露状態をより早く回復することも可能である。

また、本実施例では、制御部１１は給気用ファン９の給気用モータと排気用ファン１０の排気用モータの回転数を制御し、給気風量と排気風量を一定に保ちながら制御するものとしたが、その他の風量となるように給気風量と排気風量を制御してもよい。

また、図２のフローチャートでは、制御部１１により、露点温度の算出を２回行っているが、露点温度の算出を少なくとも１回行えば本実施例の効果を有する。

また、露点温度の算出を３回以上行ってもよい。

熱交換形換気装置は、外気と室内空気の熱交換を目的とするダクト式の換気装置、ダクト式の空気調和装置などの用途として有効である。

１熱交換形換気装置
２外気吸込口
３室内空気排気口
４外気給気口
５室内空気吸込口
６熱交換素子
７給気送風経路
８排気送風経路
９給気用ファン
１０排気用ファン
１１制御部
１２空気清浄フィルター
１３温湿度検出手段

Claims

給気用モータを備えた給気用ファンと、
排気用モータを備えた排気用ファンと、
前記給気用ファンにより屋外から室内に送風される給気送風経路と、
前記排気用ファンにより室内から室外に送風される排気送風経路と、
前記給気送風経路と前記排気送風経路とが交差する位置に、室内の空気と屋外の空気を換気する際に熱交換するための熱交換素子とを備えた熱交換形換気装置において、
前記排気送風経路の熱交換素子排気側出口に温度および湿度を検出する温湿度検出手段を設け、
制御部により前記給気用モータと前記排気用モータの運転および回転数を制御し、
前記制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度および湿度によって第１露点温度を算出し、
前記第１露点温度を算出した後、前記制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度が前記第１露点温度以上である場合は前記給気用モータと前記排気用モータの回転数を維持するように制御し、前記温湿度検出手段によって検出された温度が前記第１露点温度を下回った場合は予め定義された第１給気風量と第１排気風量になるように前記給気用モータと前記排気用モータの回転数を減少させることを特徴とする熱交換形換気装置。
前記制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度が第１露点温度を下回ったことを検知した後、前記温湿度検出手段によって検出された温度および湿度によって第２露点温度を算出し、
前記制御部は、前記第２露点温度を算出した後、前記温湿度検出手段で検出された温度が前記第２露点温度を下回ったことを検知した場合は、予め定義された第２給気風量と第２排気風量になるように、前記給気用モータと前記排気用モータの回転数をさらに減少させることを特徴とする請求項１に記載の熱交換形換気装置。
前記制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度が予め定義された凍結危険温度を下回ったことを検知した場合は、前記給気用モータの回転を強制的に停止させ、前記排気用モータの回転を停止せずに排気運転のみで換気運転を継続することを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換形換気装置。
前記制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度が前記凍結危険温度を下回ったことを検知した場合は、前記排気用モータの回転数を増加させて排気運転のみで換気運転を継続することを特徴とする請求項３に記載の熱交換形換気装置。