JP3543784B2

JP3543784B2 - 調湿換気装置

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Publication number: JP3543784B2
Application number: JP2001119464A
Authority: JP
Inventors: 浩之大前; 光久長尾
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: JP2002317990A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、調湿換気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
調湿換気装置は、図６に示すように、第１調湿通路４０と、第２調湿通路４１と、この第２調湿通路４１を流れる空気から上記第１調湿通路４０を流れる空気へ水分を移送する吸着ロータ４２と、上記第２調湿通路４１を流れる空気から上記第１調湿通路４０を流れる空気へ熱を移送する顕熱熱交換器（顕熱ロータ）４３と、上記第１調湿通路４０において上記吸着ロータ４２よりも上流側で、かつ上記顕熱熱交換器４３より下流側に設けられた加熱手段４４とを備えたものがあった。すなわち、上記第２調湿通路４１が除湿通路として機能し、室外側吸込口４５から第２調湿通路４１に入った外気ＯＡは吸着ロータ４２によって、水分が吸着されて除湿され、かつ、吸着熱により温度上昇させられ、さらに、顕熱熱交換器４３によって熱が奪われて、適切な温度になった除湿空気ＳＡがこの第２調湿通路４１の室内側吹出口４６から室内に向けて供給される。一方、上記第１調湿通路４０が再生通路として機能し、室内からの空気ＲＡが室内側吸込口４７から第１調湿通路４０に流入して、顕熱熱交換器４３で予熱され、さらに、加熱手段４４にて加熱される。この加熱された空気によって、吸着ロータ４２から水分が放出されて、吸着ロータ４２が再生されて、水分を含んだ空気ＥＡが室外側吹出口４８から外部へ放出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような調湿換気装置では、夏場等の高温多湿で室内が温調機等にて冷却されて低温である場合において、換気運転を行えば、顕熱交換後の空気の相対湿度が飽和状態に達し、顕熱交換後の調湿通路、給気ダクト、給気グリル等で結露が発生するおそれがあった。結露が発生すれば、調湿換気装置自体や室内等が結露水にて汚れ、不衛生であり、清掃が面倒であると共に、他の電気機器等に悪影響を及ぼす場合もあり、好ましくなかった。
【０００４】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、給気経路等での結露の発生を防止すると共に、結露防止運転中の省エネを達成できる調湿換気装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の調湿換気装置は、室外空気を除湿するための除湿ユニット１Ａと、室内空気と上記除湿ユニット１Ａを通過した室外空気との熱交換を行う顕熱熱交換器５とを備え、除湿換気運転モードと、上記除湿ユニット１Ａが停止した換気運転モードとの切換えが可能な調湿換気装置であって、一定の条件下における換気運転モードにおいては、除湿ユニット（１Ａ）の除湿能力を上記除湿換気運転モードの除湿能力よりも低く設定して上記除湿ユニット１Ａを運転することを特徴としている。
【０００６】
上記請求項１の調湿換気装置では、一定の条件下（例えば、夏期の高温多湿状態）における換気運転モードにおいて、除湿ユニット１Ａを運転することになるので、顕熱熱交換器５による顕熱交換後の空気の相対湿度が飽和状態になることを防止することができ、これによって、顕熱交換後の給気通路等での結露の発生を防止することが可能となる。この場合、換気運転モードにおける除湿ユニット１Ａの運転による除湿運転は、室内の除湿を目的とするものではなく、結露防止のためのものであるので、除湿換気運転モードの除湿能力よりも低い能力で十分この機能を発揮することができ、無駄な除湿運転を防止することができる。
【０００７】
請求項２の調湿換気装置は、室外空気を除湿するための除湿ユニット１Ａと、室内空気と上記除湿ユニット１Ａを通過した室外空気との熱交換を行う顕熱熱交換器５とを備え、除湿換気運転モードと、上記除湿ユニット１Ａが停止した換気運転モードとの切換えが可能な調湿換気装置であって、一定の条件下における換気運転モードにおいては、除湿ユニットＡの除湿能力を、室内温度が高いときには低いときに比べて小さくして上記除湿ユニット１Ａを運転することを特徴としている。
【０００８】
請求項２の調湿換気装置では、一定の条件下（例えば、夏期の高温多湿状態）における換気運転モードにおいて、除湿ユニット１Ａを運転することになるので、顕熱熱交換器５による顕熱交換後の空気の相対湿度が飽和状態になることを防止することができ、これによって、顕熱交換後の給気通路等での結露の発生を防止することが可能となる。しかも、室内温度が高いときには低いときに比べて除湿ユニット１Ａの運転の除湿能力が小であっても十分に結露を防止することが可能であることを考慮して、制御がなされるものであり、消費電力等を極力抑えることが可能である。
【０００９】
請求項３の調湿換気装置は、外気絶対湿度を検出して、この外気絶対湿度が基準値以上であれば、上記換気運転モードにおける除湿ユニット１Ａの運転を行うことを特徴している。
【００１０】
上記請求項３の調湿換気装置では、換気運転モードにおける除湿ユニット１Ａの運転を行うべき時期を、確実に判断して、この時期において除湿ユニット１Ａの運転を行って、顕熱交換後の給気通路等での結露の発生を確実に防止することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の調湿換気装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はこの発明の調湿換気装置の実施形態を示す要部簡略図を示し、図２はこの調湿換気装置を使用した空気調和システムの全体構成図を示す。この空気調和システムは、調湿換気装置１と、温調装置２とを備え、調湿換気装置１にて、換気、除湿換気、加湿換気等を行うことができ、温調装置２にて、冷暖房を行うことができる。
【００１４】
調湿換気装置１は、図１に示すように、吸放湿部材３と、再生用加熱手段４と、積層式顕熱熱交換器５と、加湿部材６と、加湿用加熱手段７と、これらを収納するケーシング８等を備える。また、吸放湿部材３は、吸着ロータから構成され、例えば、シリカゲル、ゼオライト、アルミナ等の吸着材をハニカム状または多孔粒状に成形した円盤体からなり、流通する空気から水分を吸着する一方、加熱された空気に水分を放出するよう構成されている。この場合、吸放湿部材３は、その軸心を中心として回転可能に上記ケーシング８に枢支されている。また、積層式顕熱熱交換器５は、直行する方向の扁平な通路が複数積層され、相互に直行する第１通路部９と第２通路部１０とが構成され、両通路部９、１０を流れる空気の間で顕熱の差を利用して熱交換を行うものである。そして、吸放湿部材３と再生用加熱手段４等にて除湿ユニット１Ａを構成し、加湿部材６と加湿用加熱手段７等にて加湿ユニット１Ｂを構成している。
【００１５】
ところで、上記ケーシング８は、仕切り板Ｓ・・にて、第１室１１と第２室１２と第３室１３と第４室１４とに仕切られ、第１室１１と第２室１２とでもって第１調湿通路１６が構成され、第３室１３と第４室１４とでもって第２調湿通路１７が構成される。また、第１室１１の開口部が第１調湿通路１６の室外側吸込口１８とされ、第２室１２の開口部が第１調湿通路１６の室内側吹出口１９とされ、第３室１３の開口部が第２調湿通路１７の室内側吸込口２０とされ、第４室１４の開口部が第２調湿通路１７の室外側吹出口２１とされる。そして、第２室１２には給気ファン２３が配設され、第４室１４には排気ファン２４が配置されている。また、再生用加熱手段４は、例えば、ヒータ等からなり、第２調湿通路１７の第４室１４において、吸放湿部材３と積層式顕熱熱交換器５との間に介設されている。
【００１６】
この場合、上記加湿部材６は透湿膜加湿エレメントが使用される。透湿膜加湿エレメントは、例えば、多数の透湿膜のパイプを備え、その外側を水で浸し、パイプ内側を通過する空気に湿分を付与するものであり、微細な孔で不純物を取り除き、清潔で健康的な加湿が可能なものである。そして、この加湿部材６は、第２室１２内に配設され、また、加湿用加熱手段７は、例えば、上記加熱手段４と同様ヒータ等からなり、第1調湿通路１６の第２室１２において、加湿部材６と積層式顕熱熱交換器５との間に介設されている。
【００１７】
そして、上記調湿換気装置１は、図２に示すように、建物の天井裏等に設置され、室外側吸込口１８は吸込配管２５に接続され、室外側吹出口２１は室外排気配管２６に接続され、室内側吸込口２０は室内空気用配管２７に接続され、室内側吹出口１９は温調装置２に接続される接続配管２８に接続される。なお、室内空気用配管２７は複数の分岐管２９・・を有し、各分岐管２９が台所、トイレ、浴室、納戸等の各部屋に開口している。
【００１８】
次に、上記のように構成された調湿換気装置１の除湿ユニット１Ａによる除湿換気運転する場合を説明する。この場合、加湿を行わないので、加湿部材６を加湿器として機能しない状態としておく。つまり、加湿部材６の水を抜いておき、この加湿部材６を通過する空気に湿分を付与しない状態（加湿ユニット１ＢのＯＦＦ状態）としておく。この状態において、上記吸放湿部材３を運転（回転）させ、上記給気ファン２３を駆動させると、上記室外側吸込口１８から外気ＯＡが第1調湿通路１６の第１室１１に吸込される。この外気ＯＡは、図示省略のエアフィルタを通過することによって埃等の異物が除去された後、吸放湿部材３内に流入し、ここで水分が吸着されて乾燥し、かつ吸放湿部材３の吸着熱によって温度が上げられ、比較的に高温の除湿空気となって上記吸放湿部材３から流出する。そして上記高温の除湿空気は、さらに顕熱熱交換器５の第１通路部９に流入し、ここで上記除湿空気の顕熱が奪われて適切な温度となり、つまり、後述するようにこの顕熱熱交換器５の第２通路１０を室内空気が通過するので、この室内空気とで熱交換が行われて適切な温度となり、この第１通路部９から流出する。この後、除湿空気ＳＡ（給気）は第２室１２内に流入する。この場合、上記のように加湿部材６が加湿機能を発揮しないので、この空気は除湿されたままの状態で、室内側吹出口１９から温調装置２へ給気される。
【００１９】
一方排気ファン２４を駆動させると、上記室内側吸込口２０から室内空気ＲＡ（台所やトイレ等の空気）が第２調湿通路１７の第３室１３内に吸込され、さらに顕熱熱交換器５の第２通路部１０内に流入する。この室内空気ＲＡは、第1通路９を通過する室外空気ＯＡとの熱交換が行われ、ここで予熱された後、この第２通路部１０から流出し、上記加熱手段４を流通することによってさらに加熱される。そして、この加熱された空気が吸放湿部材３内に流入することによって、吸放湿部材３から水分が放出されて、吸放湿部材３が再生される。このとき上記加熱空気が、この水分を吸収して、室外側吹出口２１から排気配管（換気配管）２６を介して外部に向けて水分を含んだ空気ＥＡ（排気）が室外へ放出される。
【００２０】
この場合、吸放湿部材３は、除湿通路としての第1調湿通路１６に位置している部位と、再生通路としての第２調湿通路１７に位置している部位とにおいて、それぞれ空気通路を形成する。すなわち、第1調湿通路１６に位置している部位が第1空気通路３０とされ、第２調湿通路１７に位置している部位が第２空気通路３１とされる。そして、吸放湿部材３は、回転しているので、除湿通路としての第１調湿通路１６に位置している部位が次に再生通路としての第２調湿通路１７に位置して再生されて、再び第1調湿通路１６に位置することになる。以下この工程が繰返されことになる。従って、吸放湿部材３は第1・第２空気通路３０、３１を有することになるが、順次第1調湿通路１６に対応してくる部位が第1空気通路３０となって、この第1空気通路３０が除湿通路となり、順次第２調湿通路１７に対応してくる部位が第２空気通路３１となって、この第２空気通路３１が再生通路となる。このため、吸放湿部材３は湿分の吸放出を繰り返し、外気ＯＡを常に安定して除湿して温調ユニット２へ供給することができる。
【００２１】
次に、この調湿換気装置１の加湿換気運転を説明する。この場合、給気ファン２３を駆動すれば、低温（例えば、０℃位）の外気ＯＡは、第１室１１に進入した後、この第1室１１を通過して顕熱熱交換器５に入る。この場合、吸放湿部材３は停止状態とされ、除湿器として機能しない。一方温調装置２等にて暖房されて比較的暖かくなっている室内空気ＲＡは、第３室１３に入って顕熱熱交換器５に進入する。この場合、第１通路９を流れる空気と第２通路１０を流れる空気とで顕熱の熱交換が行われ、外気が室内空気にて加熱され、室内空気ＲＡが外気にて冷却される。そして、その室内空気ＲＡは、顕熱熱交換器５から、停止状態とされて再生機能が発揮されない吸放湿部材３を有する第４室１４に入って、室外側吹出口２１から排気配管２７を介して外部へ排気される。また、顕熱熱交換器５から流出した外気ＯＡは、加熱手段７にて加熱されて、加湿器として機能する状態の加湿部材６を通過して室内側吹出口１９から接続配管２８を介して温調装置２に流入する。このため、外気は、加湿部材６にて湿分が付与され、適度な湿気を含んだ新鮮な空気となって温調装置２へ給気される。
【００２２】
ところで、上記温調装置２は、圧縮機と、室外側熱交換器と、減圧機構と、室内側熱交換器等を備え、室外側熱交換器を蒸発器として機能させると共に、室内側熱交換器を凝縮器として機能させることによって、暖房運転を行い、室外側熱交換器を凝縮器として機能させると共に、室内側熱交換器を蒸発器として機能させることによって、冷房運転を行うものである。そして、室内側熱交換器等が配置される室内機３３に上記接続配管２８が接続される。また、この室内機３３には、居室、リビング等の部屋に接続される温調空気用配管３４が連結されている。これによって、室内機３３からは温調された空気がこの温調空気用配管３４を介して各部屋へ給気される。
【００２３】
すなわち、この空気調和システムでは、調湿換気装置１と温調装置２とは、図２に示すように、信号線１５にて接続され、調湿換気装置１にて調湿された外気を温調装置２にて温調して、各部屋を適度な温度でかつ適度な湿気を含んだ快適空間とする。そして、この調湿換気装置１の運転モードとしては、表１に示すように、換気・除湿換気・加湿換気があり、これらの運転モードを手動にて切換える場合と自動的に切換えられる場合がある。
【００２４】
【表１】

【００２５】
この表１で分かるように、換気モードでは、吸放湿ロータ（吸放湿部材３）がＯＦＦ、再生空気用加熱手段（再生加熱手段４）がＯＦＦ、透湿膜加湿ユニット（加湿部材６）がＯＦＦとなり、除湿換気モードでは、吸放湿ロータがＯＮ、再生空気用加熱手段がＯＮ、透湿膜加湿ユニットがＯＦＦとなり、加湿換気モードでは、吸放湿ロータがＯＦＦ、再生空気用加熱手段がＯＦＦ、透湿膜加湿ユニットがＯＮとなる。
【００２６】
そして、この調湿換気装置１は、図３に示すように、一定範囲の温度と一定範囲の湿度とを組合せてなる快適範囲を設定する設定手段３５と、外気温度（室外温度）を検出する温度検出手段３６と、室外の湿度を検出する湿度検出手段３７と、設定手段３５にて設定された各設定値と各検出手段３６、３７にて検出された検出値とを比較する判断手段３８と、この判断手段３８の判断に基づいた運転を行わせる制御手段３９とを備え、これらにて上記自動運転を行って、快適範囲外の外気を調湿して室内に給気する際に、上記快適範囲内含まれる絶対湿度となるように調湿するものである。
【００２７】
設定手段３５にて設定する一定範囲の温度とは、表２に示すように、例えば、２０〜２７℃（換気・除湿時）や２０〜２４℃（加湿時）に設定され、一定範囲の湿度は、例えば、４０〜６０％に設定される。また、温度検出手段３６は、例えば、温度サミスター等が使用され、湿度検出手段３７は、金属酸化物系センサー等の湿度センサーが使用され、判断手段３８及び制御手段３９は、マイクロコンピュータの機能を含む集積回路等にて構成される。
【００２８】
【表２】

【００２９】
すなわち、図５の空気線図に示すように、Ａの範囲が快適範囲であり、外気がこの範囲外である場合に、この外気を調湿及び温調して快適範囲Ａ内に各室内を維持させるものである。
【００３０】
ところで、一定条件、つまり夏期の高温多湿（例えば、外気が、図５の点ＯＡで示す位置、すなわち、絶対湿度が０．０２５ｋｇ／ｋｇであり、温度が３５℃である場合等）において、２０℃の室内空気（ＲＡ）が顕熱熱交換器５を通過して、室外空気（外気）が２４．５℃に冷却されるとすれば、飽和状態を超え結露することになる。このため、この発明では、使用者が意図して除湿運転を行わない場合であっても、このような条件下においては、上記制御手段３９等にて結露しない範囲まで除湿ユニット１Ａによる運転（露付防止運転）を行うものである。具体的には、上記設定手段３５にて露付防止運転が必要となる一定条件（温度及び相対湿度により定まる絶対湿度）を設定して、この設定値（基準値Ｘ）と、温度検出手段３６及び湿度検出手段３７で求められる絶対湿度の検出値とを上記判断手段３８にて比較することによって、露付防止運転か否かを判断し、必要であれば、制御手段３９にて除湿ユニット１Ａを運転させるものである。
【００３１】
次に、具体的な制御方法を図４に示すフローチャート図及び図５に示す空気線図に従って説明する。まず、露付防止運転のＯＮ／ＯＦＦの決定を行って、ステップＳ１でこの運転中か否かを判断する。この運転中でなければ、露付防止運転をＯＦＦとし、運転中であれば、ステップＳ２へ移行する。ステップＳ２で、運転モードが除湿モードか否かを判断する。除湿モードであれば、露付防止運転をＯＦＦとし、除湿モードでなければ、ステップＳ３へ移行する。ステップＳ３で、外気絶対湿度が基準値Ｘ（例えば、０．０１９５ｋｇ／ｋｇ）以上か否かを判断する。外気絶対湿度がこの基準値Ｘより低ければ、露付防止運転をＯＦＦとし、外気絶対湿度がこの基準値Ｘ以上であれば、露付防止運転ＯＮ、つまり除湿ユニット１Ａを運転する。すなわち、図５から分かるように、温度が２４．５℃にまで冷却される場合に、絶対湿度が基準値Ｘである０．０１９５ｋｇ／ｋｇより高ければ、飽和状態を超えて結露するので、２４．５℃に温調する場合に、検出された絶対湿度の検出値がこの基準値Ｘ以上であれば、露付防止運転を行い、絶対湿度を基準値Ｘよりも小さくし、これによって結露を確実に防止するものである。
【００３２】
ところで、上記除湿量は再生温度によって決定することができるので、この実施に形態では、この再生温度を制御（具体的には、再生用加熱手段４の能力を増減させる制御）することによって、目標の湿度を得るようにしている。そのため、目標再生温度（目標の再生空気温度）は、予め再生温度（加熱手段４の出口温度）と湿度（外気絶対湿度）等の関係のテーブルを作成し、このテーブルに基づいて設定している。また、室内温度が低ければ、顕熱熱交換気５による熱交換量が大となり、その分露付防止運転時の除湿量を大きくする必要がある。しかし、室内温度が比較的高ければ、露付防止運転時の除湿量をあまり大きくする必要がない。そのため、目標再生温度に、室内温度による補正値を加え、無駄のない除湿運転を行うように設定している。
【００３３】
以上にこの発明の調湿換気装置の具体的な実施の形態について説明したが、この発明の調湿換気装置は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更して実施することが可能である。例えば、加湿機能を有さないものでもよい。さらに、温調装置２としては、図例では調湿換気装置１と接続配管２８にて接続されている場合を示しているが、この調湿換気装置１と独立状となっているものであってもよい。すなわち、調湿換気装置１から調湿された空気が直接的に各室内（部屋）へ給気され、各部屋毎に設けられた温調装置（エアコンの室内機）にて温調されるものであってもよい。ところで、露付防止運転を行う場合の一定条件下とは、一般には夏期であるので、カレンダを基準として、例えば、７月１日〜８月３１日まで等を露付防止運転を行うように設定してもよい。この場合、もちろん月日は任意に設定できる。なお、露付防止運転である除湿ユニット１Ａの運転を行う基準となる絶対湿度の基準値Ｘとしては、上記の実施の形態の０．０１９５ｋｇ／ｋｇに限るものではなく、例えば、図５に示すように、２０℃の飽和空気における絶対湿度０．０１４５ｋｇ／ｋｇとしてもよい。基準値Ｘをこの値とすれば、確実な制御を行える利点がある。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１の調湿換気装置によれば、顕熱熱交換器による顕熱交換後の空気の相対湿度が飽和状態になることを防止することができる。これによって、顕熱交換後の給気通路等での結露の発生を防止することができ、調湿換気装置自体や室内等を結露水で汚すことがなくなり、室内等を清潔に保つことが可能となる。しかも、無駄な除湿運転を行うことなく、結露を確実に防止することができる、省エネ化に寄与する。
【００３５】
請求項２の調湿換気装置によれば、顕熱熱交換器による顕熱交換後の空気の相対湿度が飽和状態になることを防止することができる。これによって、顕熱交換後の給気通路等での結露の発生を防止することができ、調湿換気装置自体や室内等を結露水で汚すことがなくなり、室内等を清潔に保つことが可能となる。しかも、十分に結露を防止しながらも、無駄な除湿運転を防止することができ、効率のよい運転を行うことが可能となる。
【００３６】
請求項３の調湿換気装置によれば、換気運転モードにおける除湿ユニットの運転を行うべき時期を、確実に判断して、この時期において除湿ユニットの運転を行って、顕熱交換後の給気通路等での結露の発生を確実に防止することができ、効率のよい運転を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の調湿換気装置の実施形態を示す簡略図である。
【図２】上記調湿換気装置を使用した空気調和システムの全体簡略図である。
【図３】上記調湿換気装置の簡略ブロック図である。
【図４】上記調湿換気装置の運転制御を示すフローチャート図である。
【図５】上記調湿換気装置の運転制御方法を説明するための温度と湿度の範囲を示す空気線図である。
【図６】従来の調湿換気装置の簡略図である。
【符号の説明】
１Ａ除湿ユニット
５顕熱熱交換器

Claims

室外空気を除湿するための除湿ユニット（１Ａ）と、室内空気と上記除湿ユニット（１Ａ）を通過した室外空気との熱交換を行う顕熱熱交換器（５）とを備え、除湿換気運転モードと、上記除湿ユニット（１Ａ）が停止した換気運転モードとの切換えが可能な調湿換気装置であって、一定の条件下における換気運転モードにおいては、除湿ユニット（１Ａ）の除湿能力を上記除湿換気運転モードの除湿能力よりも低く設定して上記除湿ユニット（１Ａ）を運転することを特徴とする調湿換気装置。
室外空気を除湿するための除湿ユニット（１Ａ）と、室内空気と上記除湿ユニット（１Ａ）を通過した室外空気との熱交換を行う顕熱熱交換器（５）とを備え、除湿換気運転モードと、上記除湿ユニット（１Ａ）が停止した換気運転モードとの切換えが可能な調湿換気装置であって、一定の条件下における換気運転モードにおいては、除湿ユニット（１Ａ）の除湿能力を、室内温度が高いときには低いときに比べて小さくして上記除湿ユニット（１Ａ）を運転することを特徴とする調湿換気装置。
外気絶対湿度を検出して、この外気絶対湿度が基準値以上であれば、上記換気運転モードにおける除湿ユニット（１Ａ）の運転を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２の調湿換気装置。