JP2017187237A

JP2017187237A - 熱交換型換気装置

Info

Publication number: JP2017187237A
Application number: JP2016076980A
Authority: JP
Inventors: 文亜希浅井; Fumiaki Asai; 英晴尾本; Hideharu Omoto
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2017-10-12

Abstract

【課題】熱交換素子の結露或いは凍結を防ぎ、過剰な保護を抑制しつつ、換気量を維持することができる熱交換型換気装置を提供することを目的とする。
【解決手段】給気風路７において熱交換素子１３の上流側に給気上流温度センサー１４と下流側に給気下流温度センサー１７と、排気風路８において熱交換素子１３の上流側に排気上流温度センサー１５と下流側に排気下流温度センサー１６を備え、給排気の温度差を比較し等しくない場合には結露すると判断する制御部２８を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、外気と室内空気との間で熱交換する熱交換型換気装置に関するものである。

従来、この種の熱交換型換気装置は、図５の概略図に示すように、本体１０１に、室外吸込口１０２から熱交換器１０６を介して室内吹出口１０３に通じる給気風路１１１と、室内吸込口１０４から熱交換器１０６を介して室外吹出口１０５に通じる排気風路１１２と、給気風路１１１に設けられた給気用送風機１０７と、排気風路１１２に設けられた排気用送風機１０８と、給気用送風機１０７と排気用送風機１０８を制御する制御装置１１０と、給気風路１１１に設けられた外気温度を検知する外気温度検知器１０９とを備えた、熱交換型換気装置が知られている。

前記従来の熱交換型換気装置は、外気温度検知器１０９により検知された外気温度が第１設定温度以下であり、第１設定温度よりさらに低い第２設定温度を超えるときと、第２設定温度以下であるときと、を検出することにより、それぞれでの結露あるいは凍結の防止や結露状態を回復する制御を行うとしている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−０７４９３７号公報

従来の熱交換型換気装置では、外気温度のみでの結露あるいは凍結が発生しやすい状況として想定された温度で、結露あるいは凍結の防止や回復する動作を行うものであり、想定された温度は、様々な使用環境条件を考慮し余裕を持たせた温度としている。そのため、過剰な保護となる場合があり、換気量が損なわれるという課題があった。

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防ぎ、過剰な保護を抑制しつつ、換気量を維持することができる熱交換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為に、本発明に係る熱交換型換気装置は、室外から室内への気流の流路である給気風路と、前記室内から前記室外への排気の流路である排気風路と、前記給気風路を通る給気流を発生させる給気流発生手段と、前記排気風路を通る排気流を発生させる排気流発生手段と、前記給気流と前記排気流との間で熱交換を行う熱交換素子と、前記給気風路内にて前記熱交換素子の上流側における気流の温度を検知する給気上流温度センサーと、前記給気風路内にて前記熱交換素子の下流側における気流の温度を検知する給気下流温度センサーと、前記排気風路内にて前記熱交換素子の上流側における気流の温度を検知する排気上流温度センサーと、前記排気風路内にて前記熱交換素子の下流側における気流の温度を検知する排気下流温度センサーと、前記給気上流温度センサーが検知した温度と前記給気下流温度センサーが検知した温度との差を算出する給気温度差算出手段と、前記排気上流温度センサーが検知した温度と前記排気下流温度センサーが検知した温度との差を算出する排気温度差算出手段と、前記給気温度差算出手段が算出した温度差と前記排気温度差算出手段が算出した温度差とを比較する給排気温度差比較手段と、前記給排気温度差比較手段による比較結果に基づいて前記熱交換素子における結露を判定する結露判定手段とを備えるものであり、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、熱交換素子の結露や凍結を精度よく検出することで、過剰な保護を抑制し、換気量の維持が図れるという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の熱交換型換気装置を示す概要図本発明の実施の形態１の熱交換型換気装置の制御部を示すブロック図本発明の実施の形態１のフローチャート図本発明の実施の形態２の熱交換型換気装置の制御部を示すブロック図従来の熱交換型換気装置を示す概要図

本発明に係る熱交換型換気装置は、室外から室内への気流の流路である給気風路と、前記室内から前記室外への排気の流路である排気風路と、前記給気風路を通る給気流を発生させる給気流発生手段と、前記排気風路を通る排気流を発生させる排気流発生手段と、前記給気流と前記排気流との間で熱交換を行う熱交換素子と、前記給気風路内にて前記熱交換素子の上流側における気流の温度を検知する給気上流温度センサーと、前記給気風路内にて前記熱交換素子の下流側における気流の温度を検知する給気下流温度センサーと、前記排気風路内にて前記熱交換素子の上流側における気流の温度を検知する排気上流温度センサーと、前記排気風路内にて前記熱交換素子の下流側における気流の温度を検知する排気下流温度センサーと、前記給気上流温度センサーが検知した温度と前記給気下流温度センサーが検知した温度との差を算出する給気温度差算出手段と、前記排気上流温度センサーが検知した温度と前記排気下流温度センサーが検知した温度との差を算出する排気温度差算出手段と、前記給気温度差算出手段が算出した温度差と前記排気温度差算出手段が算出した温度差とを比較する給排気温度差比較手段と、前記給排気温度差比較手段による比較結果に基づいて前記熱交換素子における結露を判定する結露判定手段と、を備えたものである。

これにより、熱交換素子と通して給気流と排気流での熱の移動が等しく行われているか算出でき、結露が演算により判定できることとなるので、結露が精度よく検出できる。

また、室外から室内への気流の流路である給気風路と、前記室内から前記室外への排気の流路である排気風路と、前記給気風路を通る給気流を発生させる給気流発生手段と、前記排気風路を通る排気流を発生させる排気流発生手段と、前記給気流と前記排気流との間で熱交換を行う熱交換素子と、前記給気風路内にて前記熱交換素子の上流側における気流の温度を検知する給気上流温度センサーと、前記給気風路内にて前記熱交換素子の下流側における気流の温度を検知する給気下流温度センサーと、前記排気風路内にて前記熱交換素子の上流側における気流の温度を検知する排気上流温度センサーと、前記排気風路内にて前記熱交換素子の下流側における気流の温度を検知する排気下流温度センサーと、前記給気上流温度センサーが検知した温度と前記排気下流温度センサーが検知した温度との差を算出する室外側温度差算出手段と、前記排気上流温度センサーが検知した温度と前記給気下流温度センサーが検知した温度との差を算出する室内側温度差算出手段と、前記室内側温度差算出手段が算出した温度差と前記室外側温度差算出手段が算出した温度差とを比較する室内外温度差比較手段と、前記室内外温度差比較手段による比較結果に基づいて前記熱交換素子における結露を判定する結露判定手段とを備えたものとしてもよい。

これによっても、熱交換素子と通して室内側の気流と室外側の気流での熱の移動が等しく行われているか算出でき、結露が演算により判定できることとなるので、結露が精度よく検出できる。

また、前記熱交換型換気装置は、前記熱交換素子による熱交換運転を開始してからの時間を計測する計時手段を備え、前記結露判定手段は、前記熱交換素子が前記計時手段に基づき所定の時間以上の熱交換運転を行った後に前記結露の判定を行うものとしてもよい。

これにより、熱交換運転開始してからの熱交換素子と通した熱の移動が適切な状態となり、気流温度が安定した状態となったのちに、結露判定をすることで精度よく結露を検出できる。

また、前記熱交換型換気装置は、前記給気上流温度センサーが検知した室外温度と所定の凍結閾値温度とを比較する凍結比較手段と、前記結露判定手段が判定した判定結果と前記凍結比較手段の比較結果とに基づいて前記熱交換素子の凍結を判定する凍結判定手段と、を備えたものとしてもよい。

これにより、結露により発生した水分が温度低下することで凍結となる原理から、結露の発生を検出した条件の下、凍結の判定することで、凍結を精度よく検出できる。

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。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、全図面を通して、同一の部位については同一の符号を付して二度目以降の説明を省略している。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る熱交換型換気装置１は、建物内の天井裏または、側面壁内もしくは床下に設置されるものであり、以下、床下に設置した場合について説明する。

図１に熱交換型換気装置１の構成を示す。熱交換型換気装置１は、直方体形状をしており、一方の側面２（図１における左側）に室外の空気を吸込む室外吸込口３と室内の空気を室外に排出する室外排気口４とを有している。

側面２の対向面には、室内の空気を吸込む室内排気口５と室内に空気を給気する室内給気口６とを有している。

熱交換型換気装置１は、内部に室外吸込口３と室内給気口６とを連通する給気風路７と、室内排気口５と室外排気口４とを連通する排気風路８を備えている。

また熱交換型換気装置１は、給気風路７に給気流発生手段としてシロッコ型の給気ファン９と、排気風路８に排気流発生手段としてシロッコ型の排気ファン１０を備えている。

給気ファン９は給気モータ１１、排気ファン１０は排気モータ１２にそれぞれ連結されており、ファンの回転駆動によって風路内に気流の流れを生成する。

給気風路７と排気風路８が交差する位置には、室内空気と室外空気の熱を交換する熱交換素子１３が配置されている。熱交換素子１３は、室内からの排気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。

熱交換型換気装置１は、４つの温度センサー、すなわち給気上流温度センサー１４、給気下流温度センサー１７排気上流温度センサー１５、排気下流温度センサー１６と制御部２８を備えている。

給気上流温度センサー１４は、給気風路７における熱交換素子１３の上流側に設けられ、給気風路７の熱交換素子１３よりも上流側の気流の温度を検知する。

給気下流温度センサー１７は、給気風路７における熱交換素子１３の下流側に設けられ、給気風路７の熱交換素子１３よりも下流側の気流の温度を検知する。

排気上流温度センサー１５は、排気風路８における熱交換素子１３の上流側に設けられ、排気風路８の熱交換素子１３よりも上流側の気流の温度を検知する。

排気下流温度センサー１６は、排気風路８における熱交換素子１３の下流側に設けられ、排気風路８の熱交換素子１３よりも下流側の気流の温度を検知する。

以上が本実施の形態に係る熱交換型換気装置１の、主要部の構成である。

ここで、一般的な熱交換型換気装置において結露や凍結が発生する仕組みについて説明する。一般的な熱交換型装置では、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１３の排気風路８側から結露が生じるおそれがある。これは排気風路８を流れる室内空気（排気空気）が熱交換素子１３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、排気風路８を流れる室内空気が、熱交換後の温度の飽和水蒸気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氷点下を下回ると凍結し、熱交換素子１３の目詰まりを起こし、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した氷が堆積して氷塊に至る。外気温度が上昇すると氷塊が溶けだして、熱交換型換気装置からあふれ出すことになる。溢れ出した水は、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につながる。

そこで、上述の問題を解決するための本実施の形態における特徴的な部分、すなわち制御部２８について詳しく説明する。

制御部２８は、マイクロコンピュータ、いわゆるマイコンとして設けられている。マイクロコンピュータは、内部にＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）を備え、熱交換型換気装置１における４つのセンサーや排気モータ１２、給気モータ１１等の各駆動部（デバイス）が内部バスを介して接続されている。ＣＰＵは、例えばＲＡＭを作業領域として利用し、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行し、当該実行結果に基づいて各駆動部とデータや命令を授受することにより各駆動部の動作を制御する。

制御部２８は、図２に示すように、プログラムとして給気温度差算出手段１８と、排気温度差算出手段１９と、給排気温度差比較手段２０と、結露判定手段２１と、計時手段２５と、凍結比較手段２６と、結露回復手段２９と、凍結回復手段３０を備える。

給気温度差算出手段１８は、給気上流温度センサー１４が検知した温度と給気下流温度センサー１７が検知した温度との差を算出する。

つまり、給気温度差算出手段１８は、気流が給気上流から給気下流へ流れた際に熱交換素子１３を通して排気流から受け取った熱を気流温度として検出でき、熱交換素子１３からの受取熱量として算出する。

排気温度差算出手段１９は、排気上流温度センサー１５が検知した温度と排気下流温度センサー１６が検知した温度との差を算出する。

つまり、排気温度差算出手段１９は、気流が排気上流から排気下流へ流れた際に熱交換素子１３を通して給気流から引き渡した熱を気流温度として検出でき、熱交換素子１３からの引渡熱量として算出する。

給排気温度差比較手段２０は、給気温度差算出手段１８が算出した温度差と排気温度差算出手段１９が算出した温度差とを比較する。

つまり、給排気温度差比較手段２０は、給気流の熱交換素子１３からの受取熱量と排気流の熱交換素子１３からの引渡熱量を比較する。

結露判定手段２１は、給排気温度差比較手段２０による比較結果に基づいて熱交換素子１３における結露を判定する。

つまり、結露判定手段２１は、給排気で熱量が等量交換されていれば、給排気は全て気流であると判定でき、等量交換されていなければ、熱が気体から液体への相変化に利用され、結露が発生していると判定できる。

凍結比較手段２６は、給気上流温度センサー１４が検知した室外温度と所定の凍結閾値温度とを比較する。

凍結判定手段２７は、結露判定手段２１が判定した判定結果と凍結比較手段２６の比較結果とに基づいて熱交換素子１３の凍結を判定する。

計時手段２５は、熱交換素子１３による熱交換気運転を開始してからの時間を計測する。

ここでの熱交換気運転は、給気モータ１１と排気モータ１２が起動した状態で、室外からの空気を室内に取り入れ、室内の空気を室外に排出し、熱交換素子１３が排気流と給気流との間で熱交換している運転状態である。そして、計時手段２５は、熱交換気運転状態が安定し、給気上流温度センサー１４、給気下流温度センサー１７、排気上流温度センサー１５、排気下流温度センサー１６の検知する温度が安定するまでの所定の時間を計測するものである。

結露回復手段２９は、結露判定手段２１の結露判定に基づいて結露を回復するための実行される手段であり、排気モータ１２と給気モータ１１を制御する既知での制御としてもよい。具体的には例えば排気モータ１２と給気モータ１１の回転数を減少させ、低外気の流入を抑える制御が挙げられる。

凍結回復手段３０は、凍結判定手段２７の凍結判定に基づいて凍結を回復するための実行される手段であり、排気モータ１２と給気モータ１１を制御する既知での制御としてよい。具体的には例えば給気モータ１１を停止し、排気モータ１２のみ運転させ、排気流で加温させる制御が挙げられる。

上記の構成において、熱交換気運転開始してからの凍結判定手段２７までの具体的な手順について、図３を用いて説明する。なお、図３における「Ｓ」はステップを意味する。図３でいう熱交換気運転は上述の運転状態であり、例えば排気風量と給気風量の割合を５０対５０とする。

熱交換運転を開始すると、計時手段２５は、熱交換運転の時間計測を開始する。（図３：Ｓ０１）
その後は、給気風路７と排気風路８を流れる気流が熱交換素子１３を通して熱の受け渡しが安定するまでの時間である熱交換運転安定待ち時間、経過するまで熱交換運転を継続する。（図３：Ｓ０２Ｎｏ）
熱の受け渡しが熱交換運転安定待ち時間を経過すると、給気上流温度センサー１４、給気下流温度センサー１７、排気上流温度センサー１５、排気下流温度センサー１６は、温度を検出する。（図３：Ｓ０２Ｙｅｓ→Ｓ０３）
給気温度差算出手段１８は、給気流の受取熱量を算出し、排気温度差算出手段１９により、排気流の引渡熱量を算出する。（図３：Ｓ０４）
給排気温度差比較手段２０は、受渡熱量と引渡熱量が比較し、熱収支が等しいか比較する。（図３：Ｓ０５）
結露判定手段２１は、熱収支の比較結果が不等の場合、熱が気体から液体への相変化に使われ、気流から結露または凍結が発生したと判定する。（図３：Ｓ０６Ｙｅｓ）なお、熱収支の結果が等しい場合は、温度検出から繰り返す。（図３：Ｓ０６Ｎｏ→Ｓ０３）
結露判定手段２１が結露を発生したと判定すると、凍結比較手段２６は、給気上流温度センサー１４が検出した温度と所定の凍結閾値温度とを比較する。（図３：Ｓ０７）
凍結判定手段２７は、凍結比較手段２６の比較結果した結果、給気上流温度センサー１４が検知した温度が所定の凍結閾値温度より低い場合、凍結していると判定し、凍結回復手段３０が凍結回復運転を実行する。（図３：Ｓ０８Ｙｅｓ）
なお、給気上流温度センサー１４が検知した温度が所定の凍結閾値温度より高い場合、結露発生として、結露回復手段２９が結露回復運転を実行する。（図３：Ｓ０８Ｎｏ）
このように、本実施の形態によれば、受取熱量と引渡熱量とを比較することで、熱交換素子１３の結露および凍結を精度よく検出することができるため、過剰な保護を抑制し、結果的に換気量の維持を図ることができる。
（実施の形態２）
図４においては、図１および図２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図４においての制御部２８は、実施の形態１における給気温度差算出手段１８と、排気温度差算出手段１９と、給排気温度差比較手段２０に替えて、室外側温度差算出手段２２と、室内側温度差算出手段２３と、室内外温度差比較手段２４とを備える。

室外側温度差算出手段２２は、給気上流温度センサー１４が検知した温度と排気下流温度センサー１６が検知した温度との差を算出する。

つまり、室外側温度差算出手段２２は、室外側の気流である給気上流から排気下流で熱交換素子１３から受け取った熱が温度差として算出でき、熱交換素子１３からの受取熱量として算出できる。

室内側温度差算出手段２３は、排気上流温度センサー１５が検知した温度と給気下流温度センサー１７が検知した温度との差を算出する。

つまり、室内側温度差算出手段２３は、室内側の気流である排気上流から給気下流で熱交換素子１３から引き渡した熱が温度差として算出でき、熱交換素子１３からの引渡熱量として算出できる。

室内外温度差比較手段２４は、室外側温度差算出手段２２が算出した温度差と室内側温度差算出手段２３が算出した温度差とを比較する。

つまり、室内外温度差比較手段２４は、室外側の熱交換素子１３からの受取熱量と室内側の熱交換素子１３からの引渡熱量を比較することができる。

以上の構成によっても、受取熱量と引渡熱量との差により結露、凍結を精度よく検出することができるため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

熱交換型換気装置は、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熱交換型換気装置
２側面
３室外吸込口
４室外排気口
５室内排気口
６室内給気口
７給気風路
８排気風路
９給気ファン
１０排気ファン
１１給気モータ
１２排気モータ
１３熱交換素子
１４給気上流温度センサー
１５排気上流温度センサー
１６排気下流温度センサー
１７給気下流温度センサー
１８給気温度差算出手段
１９排気温度差算出手段
２０給排気温度差比較手段
２１結露判定手段
２２室外側温度差算出手段
２３室内側温度差算出手段
２４室内外温度差比較手段
２５計時手段
２６凍結比較手段
２７凍結判定手段
２８制御部
２９結露回復手段
３０凍結回復手段

Claims

室外から室内への気流の流路である給気風路と、
前記室内から前記室外への排気の流路である排気風路と、
前記給気風路を通る給気流を発生させる給気流発生手段と、
前記排気風路を通る排気流を発生させる排気流発生手段と、
前記給気流と前記排気流との間で熱交換を行う熱交換素子と、
前記給気風路内にて前記熱交換素子の上流側における気流の温度を検知する給気上流温度センサーと、
前記給気風路内にて前記熱交換素子の下流側における気流の温度を検知する給気下流温度センサーと、
前記排気風路内にて前記熱交換素子の上流側における気流の温度を検知する排気上流温度センサーと、
前記排気風路内にて前記熱交換素子の下流側における気流の温度を検知する排気下流温度センサーと、
前記給気上流温度センサーが検知した温度と前記給気下流温度センサーが検知した温度との差を算出する給気温度差算出手段と、
前記排気上流温度センサーが検知した温度と前記排気下流温度センサーが検知した温度との差を算出する排気温度差算出手段と、
前記給気温度差算出手段が算出した温度差と前記排気温度差算出手段が算出した温度差とを比較する給排気温度差比較手段と、
前記給排気温度差比較手段による比較結果に基づいて前記熱交換素子における結露を判定する結露判定手段と、
を備えた熱交換型換気装置。
室外から室内への気流の流路である給気風路と、
前記室内から前記室外への排気の流路である排気風路と、
前記給気風路を通る給気流を発生させる給気流発生手段と、
前記排気風路を通る排気流を発生させる排気流発生手段と、
前記給気流と前記排気流との間で熱交換を行う熱交換素子と、
前記給気風路内にて前記熱交換素子の上流側における気流の温度を検知する給気上流温度センサーと、
前記給気風路内にて前記熱交換素子の下流側における気流の温度を検知する給気下流温度センサーと、
前記排気風路内にて前記熱交換素子の上流側における気流の温度を検知する排気上流温度センサーと、
前記排気風路内にて前記熱交換素子の下流側における気流の温度を検知する排気下流温度センサーと、
前記給気上流温度センサーが検知した温度と前記排気下流温度センサーが検知した温度との差を算出する室外側温度差算出手段と、
前記排気上流温度センサーが検知した温度と前記給気下流温度センサーが検知した温度との差を算出する室内側温度差算出手段と、
前記室内側温度差算出手段が算出した温度差と前記室外側温度差算出手段が算出した温度差とを比較する室内外温度差比較手段と、
前記室内外温度差比較手段による比較結果に基づいて前記熱交換素子における結露を判定する結露判定手段と、
を備えた熱交換型換気装置。
前記熱交換素子による熱交換運転を開始してからの時間を計測する計時手段を備え、
前記結露判定手段は、
前記熱交換素子が前記計時手段に基づき所定の時間以上の熱交換運転を行った後に前記結露の判定を行う請求項１または２に記載の熱交換型換気装置。
前記給気上流温度センサーが検知した室外温度と所定の凍結閾温度とを比較する凍結比較手段と、
前記結露判定手段が判定した判定結果と前記凍結比較手段の比較結果とに基づいて前記熱交換素子の凍結を判定する凍結判定手段と、
を備えた請求項１から３のいずれかに記載の熱交換型換気装置。