JP2024067762A - 熱交換形換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋内のすべての各居室、つまり全館に対して、除湿のみでなく冷房及び／または暖房までも可能な熱交換形換気装置を提供することを目的とする。【解決手段】複数の運転モードを有する熱交換形換気装置であって、第一熱交換器と、排気風路と、給気風路と、分岐ダンパと、第二熱交換器と、第一温度調節部と、第二温度調節部と、室外機と、制御装置と、を備え、制御装置は、設定された運転モードに基づいて、分岐ダンパと、冷凍サイクルに属する第一温度調節部における加熱または冷却と、第二温度調節部における加熱または冷却と、をそれぞれ独立して制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換形換気装置に関するものである。

従来、換気の際に給気流と排気流との間で熱交換を行う熱交換形換気装置が知られている（例えば、特許文献1参照）。

特開２０２０－９４７７１号公報

ところで昨今においては全館空調のような屋内すべてを空調する空調システムが注目されている。このような空調システムでは空調装置が設けられた空調室からダクトを介して屋内の各居室へ空調された空気を送る構成が一般的である。

前述の熱交換形換気装置も除湿した給気流を各居室に給気する点で全館空調とよく似た構成であるが、全館を冷房及び／または暖房する能力までは備えていなかった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、屋内のすべての各居室、つまり全館に対して、除湿のみでなく冷房及び／または暖房までも可能な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、本発明に係る熱交換形換気装置は、複数の運転モードを有する熱交換形換気装置であって、排気流と給気流との間で熱交換を行う第一熱交換器と、排気流を搬送する排気風路と、給気流を搬送し第一熱交換器よりも下流側で第一流路と第二流路とに分岐する給気風路と、第一流路の流量と第二流路の流量とを調整する分岐ダンパと、第一流路を流れる第一給気流と第二流路を流れる第二給気流との間で熱交換を行う第二熱交換器と、冷凍サイクルに属し、給気風路における第一熱交換器と第二熱交換器との間に設けられ、第一給気流を冷却または加熱する第一温度調節部と、冷凍サイクルに属し、給気風路における第二熱交換器よりも下流側に設けられ、第一給気流を冷却または加熱する第二温度調節部と、冷凍サイクルに属する室外機と、制御装置と、を備え、制御装置は、設定された運転モードに基づいて、分岐ダンパと、冷凍サイクルに属する第一温度調節部における加熱または冷却と、第二温度調節部における加熱または冷却と、をそれぞれ独立して制御する。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、全館に対して、除湿のみでなく冷房及び／または暖房までも可能な熱交換形換気装置を提供できる。

本開示に係る熱交換形換気装置の概略図 本開示に係る室内機の断面図 本開示に係る冷房運転モードにおける熱交換形換気装置を示す模式図 本開示に係る暖房運転モードにおける熱交換形換気装置を示す模式図 本開示に係る除湿運転モードにおける熱交換形換気装置を示す模式図

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または簡略化している。さらに、各図面において、本発明に直接には関係しない各部の詳細については説明を省略または簡略化している。

（実施の形態）
まず、図１と図２とを参照して、本発明の実施の形態に係る熱交換形換気装置１の構造について説明する。図１は熱交換形換気装置１の構造を示す概略図である。図２は図１における室内機１０のＡ－Ａ断面図である。ここで排気流２は屋内から屋外へ排出される空気であり、給気流３は屋外から屋内へ取り込まれる空気である。

熱交換形換気装置１は、室外機３２と室内機１０と、を備える。

室外機３２は、冷媒を圧縮及び膨張させる装置である。室外機３２は、屋外に設けられる。室外機３２は、室内機１０との間で冷媒を循環させる冷凍サイクル３０を形成する。ここで、冷凍サイクル３０には、例えば、冷媒として代替フロン（ＨＦＣ１３４ａ）が利用される。また、冷凍サイクル３０を構成する各機器の連結は、例えば銅管を溶接方式で連結させる。室外機３２は、圧縮機３１と、第一膨張器３３ａと、室外機温度調節部３９と、四方弁４１とを備える。

圧縮機３１は、冷凍サイクル３０に属し、冷媒を加圧して冷媒の温度を上昇させる装置である。圧縮機３１は、冷媒を加圧することで冷凍サイクル３０、つまり冷媒を循環させる。

第一膨張器３３ａは、冷凍サイクル３０に属し、冷媒を減圧して冷媒の温度を下降させる装置である。第一膨張器３３ａは、冷媒を減圧して膨張させる膨張状態と、冷媒を減圧することなく通過させる開放状態とを切替できる。

室外機温度調節部３９は、通過する冷媒を外気によって冷却または加熱する。室外機温度調節部３９は、室外機３２の内部流路内であって冷凍サイクルにおいて第一膨張器３３ａと後述の四方弁４１との間に設けられる。室外機温度調節部３９は、膨張された冷媒を導入された場合には蒸発器として機能し、冷気を室外（外気）に放出することで室外機温度調節部３９は加熱される。また、室外機温度調節部３９は、凝縮された冷媒を導入された場合には凝縮器として機能し、熱を室外に放出することで室外機温度調節部３９は冷却される。

四方弁４１は、冷凍サイクル３０に属し、圧縮機３１から送り出された冷媒の流路を切り替える部材である。四方弁４１は、圧縮された冷媒を後述する第一温度調節部３４へ流す流路と、室外機温度調節部３９へ流す流路とを切替できる。第一温度調節部３４へ圧縮された冷媒を流す場合において、四方弁４１は、室外機温度調節部３９から四方弁４１に流入した冷媒を圧縮機３１へ導くとともに、圧縮機３１から四方弁４１に流入した冷媒を第一温度調節部３４へ導く。また、室外機温度調節部３９へ圧縮された冷媒を流す場合において、四方弁４１は、第一温度調節部３４から四方弁４１に流入した冷媒を圧縮機３１へ導くとともに、圧縮機３１から四方弁４１に流入した冷媒を室外機温度調節部３９へ導く。

室内機１０は、屋外への排気を行うとともに屋内への給気を行う。室内機１０は、本体ケース１１と、内気口１４と、排気口１５と、排気風路６と、排気ファン１３と、外気口１７と、給気口１８と、給気風路７と、給気ファン１６と、第一熱交換器１２と、第二熱交換器３５と、第一温度調節部３４と、第二温度調節部３８とを備える。

本体ケース１１は、室内機１０の外枠である。本体ケース１１は、例えば中空の箱形状に形成される。本体ケース１１は、傾斜底面９と、水受け部１９とを備える。

傾斜底面９は、本体ケース１１における底面の一部であり、室内機１０の内部に発生した水分を本体ケース１１における一側面８側に流れるように傾斜が設けられる。傾斜底面９は、後述する第二熱交換器３５、第一温度調節部３４及び第二温度調節部３８の鉛直下方に設けられる。

水受け部１９は、傾斜底面９によって一側面８側に導かれた水分を集める部材である。水受け部１９は、本体ケース１１における一側面８側に設けられる。水受け部１９は、例えばドレンホースに接続することで集めた水分を屋外へ排出できる。

内気口１４は、排気流２を屋内から室内機１０に吸い込む吸込口である。内気口１４は、例えば円形状に設けられダクトが接続される。

排気口１５は、排気流２を室内機１０から屋外へ吹き出す吹出口である。排気口１５は、例えば円形状に設けられダクトが接続される。

排気風路６は、内気口１４と排気口１５とを連通する送風路である。

排気ファン１３は、内気口１４から吸い込まれた排気流２を排気口１５へ導く送風機である。排気ファン１３は、例えばシロッコファンで構成される。

外気口１７は、給気流３を屋外から室内機１０に吸い込む吸込口である。外気口１７は、例えば円形状に設けられダクトが接続される。

給気口１８は、給気流３を室内機１０から屋内の各居室へ吹き出す吹出口である。給気口１８は、例えば円形状に設けられダクトが接続される。

給気風路７は、外気口１７と給気口１８とを連通する送風路である。給気風路７は、分岐ダンパ４０と、第一流路３６と、第二流路３７と、を備える。

分岐ダンパ４０は、給気流３を第一流路３６に流れる気流と第二流路３７に流れる気流とに分割する。言い換えると、分岐ダンパ４０は、第一流路３６の流量と第二流路３７の流量とを調整する。分岐ダンパ４０は、給気風路７において第一熱交換器１２の下流側に設けられる。なお、分岐ダンパ４０を全閉状態にした場合には、第一流路３６にのみ給気流３を搬送することができる。

第一流路３６は、外気口１７、分岐ダンパ４０、第一温度調節部３４、第二熱交換器３５、第二温度調節部３８、給気口１８の順に給気流３を導く送風路である。以下の説明では第一流路３６を流れる給気流３を第一給気流４と称する。

第二流路３７は、外気口１７、分岐ダンパ４０、第二熱交換器３５、給気口１８の順に給気流３を導く送風路である。言い換えると、第二流路３７では第一温度調節部３４及び第二温度調節部３８を通過しない。以下の説明では第二流路３７を流れる給気流３を第二給気流５と称する。

給気ファン１６は、外気口１７から吸い込まれた給気流３を給気口１８へ導く送風機である。給気ファン１６は、例えばシロッコファンで構成される。

第一熱交換器１２は、排気流２と給気流３との間で熱交換をする。

第二熱交換器３５は、第一給気流４と第二給気流５との間で熱交換をする。第二熱交換器３５は、複数の伝熱板を積送して構成され、下面が傾斜した立方体状に形成される。第二熱交換器３５は、水平方向に流れる第一給気流４と鉛直方向に流れる第二給気流５との間で伝熱板を介して熱交換する。

第一温度調節部３４は、第一給気流４の温度を冷却または加熱する。第一温度調節部３４は、給気風路７の第一流路３６において第一熱交換器１２と第二熱交換器３５との間に設けられる。第一温度調節部３４は、冷凍サイクル３０に属し、膨張された冷媒を導入された場合には蒸発器として機能して第一給気流４の温度を冷却する。また、第一温度調節部３４は、凝縮された冷媒を導入された場合には凝縮器として機能して第一給気流４の温度を加熱する。

第二温度調節部３８は、第一給気流４の温度を冷却または加熱する。第二温度調節部３８は、給気風路７の第一流路３６において第二熱交換器３５よりも下流側に設けられる。第二温度調節部３８は、冷凍サイクル３０に属し、膨張された冷媒を導入された場合には蒸発器として機能して第一給気流４の温度を冷却する。また、第二温度調節部３８は、凝縮された冷媒を導入された場合には凝縮器として機能して第一給気流４の温度を加熱する。

本開示の熱交換形換気装置１は、冷凍サイクル３０に属する第一温度調節部３４及び第二温度調節部３８の制御と、分岐ダンパ４０による給気流３の流路の制御とによって複数の運転モードを実現できる。

次に図３と図４と図５とを参照して、各運転モードにおける熱交換形換気装置１について説明する。図３は冷房運転モードの場合の熱交換形換気装置１、図４は暖房運転モードの場合の熱交換形換気装置１、図５は除湿運転モードの場合の熱交換形換気装置１を示す模式図である。

室内機１０は、第二膨張器３３ｂと、制御装置２０とを備える。

第二膨張器３３ｂは、冷凍サイクル３０に属し、冷媒を減圧して冷媒の温度を下降させる装置である。第二膨張器３３ｂは、室内機１０の内部流路内であって冷凍サイクル３０における第一温度調節部３４と第二温度調節部３８との間に設けられる。第二膨張器３３ｂは、冷媒を減圧して膨張させる膨張状態と、冷媒を減圧しない開放状態とを切替できる。

制御装置２０は、分岐ダンパ４０の開度を制御する。また、制御装置２０は、圧縮機３１と、第一膨張器３３ａと、第二膨張器３３ｂとをそれぞれ独立して制御する。言い換えると、制御装置２０は、冷凍サイクル３０に属する第一温度調節部３４における加熱または冷却と、前記第二温度調節部３８における加熱または冷却と、をそれぞれ独立して制御する。また、制御装置２０は、四方弁４１を制御して、冷凍サイクル３０のおける循環の方向を切替できる。なお本実施の形態において、制御装置２０は、室内機１０に内蔵されるが室内機１０の外部に設けられてもよい。

まず、図３を参照して冷房運転モードの場合の熱交換形換気装置１について説明する。

設定された運転モードが冷房運転モードの場合、冷凍サイクル３０において冷媒は圧縮機３１、四方弁４１、室外機温度調節部３９、第一膨張器３３ａ、第二温度調節部３８、第二膨張器３３ｂ、第一温度調節部３４、四方弁４１、圧縮機３１の順で循環する。冷房運転モードの場合には、第一膨張器３３ａ及び第二膨張器３３ｂは冷媒を減圧させる膨張状態となる。さらに、分岐ダンパ４０を全閉して第一給気流４のみを搬送可能とする。

ここで、室外機温度調節部３９は圧縮機３１によって圧縮された冷媒が導入されることで凝縮器（室外凝縮器３９ｂ）として機能する。また、第一温度調節部３４は第二膨張器３３ｂによって膨張された冷媒が導入されることで蒸発器（第一蒸発器３４ａ）として機能する。また、第二温度調節部３８は第一膨張器３３ａによって膨張された冷媒が導入されることで蒸発器（第二蒸発器３８ａ）として機能する。

このような構成によって、圧力損失を抑えつつ第一温度調節部３４及び第二温度調節部３８によって第一給気流４を冷却できる。なお、本実施の形態では分岐ダンパ４０を全閉したが、分岐ダンパ４０を開いて第二流路３７を利用する構成としてもよい。また、第一膨張器３３ａによって第一温度調節部３４及び第二温度調節部３８の両方を蒸発器として機能させられる場合には第二膨張器３３ｂを開放状態としてもよい。

次に、図４を参照して暖房運転モードの場合の熱交換形換気装置１について説明する。

設定された運転モードが暖房運転モードの場合、冷凍サイクル３０において冷媒は圧縮機３１、四方弁４１、第一温度調節部３４、第二膨張器３３ｂ、第二温度調節部３８、第一膨張器３３ａ、室外機温度調節部３９、四方弁４１、圧縮機３１の順で循環する。暖房運転モードの場合には、第一膨張器３３ａは冷媒を減圧させる膨張状態となり、第二膨張器３３ｂは冷媒を減圧しない開放状態となる。さらに、分岐ダンパ４０を全閉して第一給気流４のみを搬送可能とする。

ここで、室外機温度調節部３９は第一膨張器３３ａによって膨張された冷媒が導入されることで蒸発器（室外蒸発器３９ａ）として機能する。また、第一温度調節部３４は圧縮機３１によって圧縮された冷媒が導入されることで凝縮器（第一凝縮器３４ｂ）として機能する。また、第二温度調節部３８も圧縮機３１によって圧縮された冷媒が導入されることで凝縮器（第二凝縮器３８ｂ）として機能する。

このような構成によって、圧力損失を抑えつつ第一温度調節部３４及び第二温度調節部３８によって第一給気流４を加熱できる。なお、本実施の形態では分岐ダンパ４０を全閉したが、分岐ダンパ４０を開いて第二流路３７を利用する構成としてもよい。

次に、図５を参照して除湿運転モードの場合の熱交換形換気装置１について説明する。

設定された運転モードが除湿運転モードの場合、冷凍サイクル３０において冷媒は圧縮機３１、四方弁４１、室外機温度調節部３９、第一膨張器３３ａ、第二温度調節部３８、第二膨張器３３ｂ、第一温度調節部３４、四方弁４１、圧縮機３１の順で循環する。除湿運転モードの場合には、第一膨張器３３ａは冷媒を減圧しない開放状態となり、第二膨張器３３ｂは冷媒を減圧させる膨張状態となる。さらに、分岐ダンパ４０を開くことで給気流３を第一給気流４と第二給気流５とに分岐させる。

ここで、室外機温度調節部３９は圧縮機３１によって圧縮された冷媒が導入されることで凝縮器（室外凝縮器３９ｂ）として機能する。また、第一温度調節部３４は第二膨張器３３ｂによって圧縮された冷媒が導入されることで蒸発器（第一蒸発器３４ａ）として機能する。また、第二温度調節部３８は圧縮機３１によって圧縮された冷媒が導入されることで凝縮器（第二凝縮器３８ｂ）として機能する。

給気流３のうち第一給気流４は、第一温度調節部３４によって冷却される。これにより、第一給気流４の温度が露点温度以下となり、第一給気流４が結露するので、第一給気流４の水分が除去される。つまり、第一温度調節部３４を流通することによって、第一給気流４に対する除湿がなされる。

さらに第二熱交換器３５において、給気流３のうち残りの第二給気流５は、第一温度調節部３４で冷却された第一給気流４と熱交換される。これにより、第二流路３７の第二給気流５が冷却されて結露するので、第二給気流５の水分が除去される。つまり、第二熱交換器３５で顕熱交換することによって、第二給気流５に対する除湿がなされる。

また、第一給気流４は、第二温度調節部３８によって加熱されることで除湿による過度の温度低下を抑制できる。

なお、第一温度調節部３４及び第二熱交換器３５によって室内機１０の内部に発生した水分は、水受け部１９に集められて屋外へ排出される。

以上のように、本開示に係る熱交換形換気装置１は、室外機温度調節部３９に導入される冷媒の状態と、第一温度調節部３４に導入される冷媒の状態と、第二温度調節部３８に導入される冷媒の状態とをそれぞれ独立して制御できる。したがって第一温度調節部３４における加熱または冷却と、第二温度調節部３８における加熱または冷却とをそれぞれ独立して制御できる。このような構成によって熱交換形換気装置１は複数の運転モードを実現可能となり、全館に対して、除湿のみでなく冷房及び／または暖房までも可能となる。

なお、本実施の形態において冷凍サイクル３０は、圧縮機３１と、四方弁４１と、室外機温度調節部３９と、第一膨張器３３ａと、第二温度調節部３８と、第二膨張器３３ｂと、第一温度調節部３４と、で構成されたが特に指定はない。第一温度調節部３４における加熱または冷却と、第二温度調節部３８における加熱または冷却とをそれぞれ独立して制御可能な構成であればよい。

本発明に係る熱交換形換気装置は、給気流と排気流との熱交換を可能とする熱交換形換気装置として有用である。

１ 熱交換形換気装置
２ 排気流
３ 給気流
４ 第一給気流
５ 第二給気流
６ 排気風路
７ 給気風路
８ 一側面
９ 傾斜底面
１０ 室内機
１１ 本体ケース
１２ 第一熱交換器
１３ 排気ファン
１４ 内気口
１５ 排気口
１６ 給気ファン
１７ 外気口
１８ 給気口
１９ 水受け部
２０ 制御装置
３０ 冷凍サイクル
３１ 圧縮機
３２ 室外機
３３ 膨張器
３３ａ 第一膨張器
３３ｂ 第二膨張器
３４ 第一温度調節部
３４ａ 第一蒸発器
３４ｂ 第一凝縮器
３５ 第二熱交換器
３６ 第一流路
３７ 第二流路
３８ 第二温度調節部
３８ａ 第二蒸発器
３８ｂ 第二凝縮器
３９ 室外機温度調節部
３９ａ 室外蒸発器
３９ｂ 室外凝縮器
４０ 分岐ダンパ
４１ 四方弁

Claims (4)

1. 複数の運転モードを有する熱交換形換気装置であって、
   排気流と給気流との間で熱交換を行う第一熱交換器と、
   前記排気流を搬送する排気風路と、
   前記給気流を搬送し前記第一熱交換器よりも下流側で第一流路と第二流路とに分岐する給気風路と、
   前記第一流路の流量と前記第二流路の流量とを調整する分岐ダンパと、
   前記第一流路を流れる第一給気流と前記第二流路を流れる第二給気流との間で熱交換を行う第二熱交換器と、
   冷凍サイクルに属し、前記給気風路における第一熱交換器と前記第二熱交換器との間に設けられ、前記第一給気流を冷却または加熱する第一温度調節部と、
   前記冷凍サイクルに属し、前記給気風路における前記第二熱交換器よりも下流側に設けられ、前記第一給気流を冷却または加熱する第二温度調節部と、
   前記冷凍サイクルに属する室外機と、
   制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   設定された前記運転モードに基づいて、前記分岐ダンパと、前記冷凍サイクルに属する前記第一温度調節部における加熱または冷却と、前記第二温度調節部における加熱または冷却と、をそれぞれ独立して制御する、熱交換形換気装置。
2. 前記運転モードとして前記給気流の温度を低下させるための冷房運転モードを備え、
   前記制御装置は、
   設定された前記運転モードが前記冷房運転モードの場合、前記分岐ダンパによって前記第一給気流のみを搬送可能とし、前記第一温度調節部を前記冷凍サイクルにおける蒸発器として機能させて前記第一給気流を冷却し、前記第二温度調節部を前記蒸発器として機能させて前記第一給気流をさらに冷却する、請求項１に記載の熱交換形換気装置。
3. 前記運転モードとして前記給気流の温度を上昇させるための暖房運転モードを備え、
   前記制御装置は、
   設定された前記運転モードが前記暖房運転モードの場合、前記分岐ダンパによって前記第一給気流のみを搬送可能とし、前記第一温度調節部を前記冷凍サイクルにおける凝縮器として機能させて前記第一給気流を加熱し、前記第二温度調節部を前記凝縮器として機能させて前記第一給気流をさらに加熱する、請求項１に記載の熱交換形換気装置。
4. 前記運転モードとして前記給気流を除湿するための除湿運転モードを備え、
   設定された前記運転モードが前記除湿運転モードの場合、前記分岐ダンパによって前記給気流を前記第一給気流と前記第二給気流とに分岐させ、前記第一温度調節部を前記冷凍サイクルにおける蒸発器として機能させて前記第一給気流を冷却し、前記第二温度調節部を前記冷凍サイクルにおける凝縮器として機能させて前記第一給気流を加熱する、請求項１に記載の熱交換形換気装置。