JP3830576B2 - 熱交換型換気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、住宅等の建物において、集中熱回収換気および除湿を行う熱交換型換気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、住宅の気密性能・断熱性能の向上に伴い、積極的な換気システムが要望されている。そのため住宅においても、天井裏等にダクトを配管して建物全体の集中換気を行うシステムが次第に採用されてきている。
図５はその一例を示す。同図の換気システムは、熱回収換気と換気冷房とを行うものであり、給気経路５１と排気経路５２との間に熱交換器５３を設け、さらに給気経路５１に冷却装置からなる除湿器５４を設けている。熱交換器５３は、給気と排気との間で熱交換して換気に伴うエネルギ損失を少なくするものである。除湿器５４は、給気の冷却を目的とするため、一般的に熱交換器５３よりも室内側に配置されている。
【０００３】
しかし、我国のように高湿，多雨の気候では、同図のように冷却後の空気を室内に供給する方式では、室内に供給される外気が湿度の高いものとなり、夏期や梅雨時に快適な換気が行えない。しかも、このように湿度が高く、またダクト周辺空気との温度差の大きい冷却空気を流すことになるため、機器回りやダクトに結露が生じ易くてその対策が必要となる。室内への吹き出し口における結露の支障も生じる。また、湿度の高い重い空気を搬送することになるため、ダクト径が大きくなり、天井裏等に広い配管スペースが必要になる。
【０００４】
このような問題を解消するものとして、本出願人は次の除湿機能付き熱交換型換気装置を提案した（特公平７−６５７７６号公報）。これは、図６に示すように、前記給気経路５１の熱交換器５３よりも屋外側部分に除湿器５４を設けたものである。
これによれば、高温高湿な新鮮外気は、除湿器５４で冷却除湿され、熱交換器５３で室内の排気熱により温度上昇させられた後、室内へ供給される。このため、冷却除湿された外気は、前記の温度上昇により相対湿度の低い乾燥空気として室内に供給されることになり、快適な換気が行える。しかも、このように除湿を熱交換器の外気側で行い、乾燥空気を送ることになるため、機器回りやダクト，吹き出し口等での結露の問題が少ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、除湿器５４で冷却された空気は、熱交換器５３で室内の排気熱によって温度上昇しても、十分な温度まで上がらず、除湿によって室内温度が下がりすぎることがある。
【０００６】
この発明は上記の課題を解消するものであり、湿度の低い快適な換気が行え、また機器回りやダクト等の結露の支障が少なく、さらに室内温度の下がり過ぎが防止できる熱交換型換気装置を提供することを目的とする。
この発明の他の目的は、熱損失を最小にして前記室内温度の下がり過ぎを防止できるようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の構成を実施形態に対応する図１を参照して説明する。この熱交換型換気装置は、外気を屋内に給気する給気経路（３）と、屋内空気を屋外に排出する排気経路（４）との間でこれらの経路（３），（４）内を流れる給気と排気との熱交換を行う熱交換器（５）を設け、前記給気経路（３）の前記熱交換器（５）よりも屋外側部分に給気を冷却除湿する除湿器（６）を設け、かつ前記給気経路（３）の前記熱交換器（５）よりも屋内側部分に給気を加熱する再熱器（７）を設けたものである。
この構成によると、高温高湿な新鮮外気は、除湿器（６）で冷却除湿され、熱交換器（５）で室内の排気熱により温度上昇させられた後、室内へ供給される。このため、冷却除湿された外気は、前記の温度上昇により相対湿度の低い乾燥空気として室内に供給されることになり、快適な換気が行える。しかも、このように除湿を熱交換器（５）の外気側で行い、乾燥空気を送ることになるため、機器回りやダクト，吹き出し口等での結露の問題が少ない。熱交換による温度上昇によって、ダクト内空気と小屋裏や天井裏等のダクト周辺空気との温度差も小さくなるため、これによっても結露の問題が発生し難くなる。また、湿度の低い軽い空気を搬送することになるため、ダクト径が小さくて済む。
前記の除湿冷却によって室内温度が下がり過ぎる場合は、再熱器を作動させることにより、新鮮空気を再度、温度上昇させ、室内に供給する。これにより、室内温度の下がり過ぎが防止される。
【０００８】
上記構成において、前記除湿器（６）および再熱器（７）は冷媒循環用のコイルを有するものとし、これらのコイルを互いに共通のヒートポンプ式の凝縮器ユニット（９）に接続する。
このように、除湿器（６）と再熱器（７）を共通の凝縮器ユニット（９）に接続することにより、除湿器（６）による冷却と再熱器（７）による加熱とに互いに廃熱が利用されることになり、余分な熱エネルギが不要で、エネルギ効率が良い。
また、この構成において、前記凝縮器ユニット（９）が、膨張弁（１７）と逆止弁（２８）の並列回路（２９）、圧縮機（１４）、および室外空気熱交換器（１６）を有し、かつ冷媒回路（２０）内の冷媒の流れ系統を、流れ系統切換手段（２６）によって除湿運転系統と加熱運転系統とに切換可能なものとする。前記除湿運転系統は、圧縮機（１４）、再熱器（７）、室外空気熱交換器（１６）、逆止弁（２８）、除湿器（６）、および圧縮機（１４）の流れ順となり、前記加熱運転系統は、圧縮機（１４）、再熱器（７）、除湿器（６）、膨張弁（１７）、室外空気熱交換器（１６）、および圧縮機（１４）の流れ順となるものとする。
これにより、除湿器（６）を加熱に兼用してこの熱交換型換気装置を暖房に利用することができる。
【０００９】
さらに、この構成において、前記冷媒回路（２０）に前記再熱器（７）と並列にバイパス路（２０ｊ）を設け、このバイパス路（２０ｊ）と前記再熱器（７）とに選択的に冷媒を流す再熱パイパス切換手段（３０）を設ける。この場合に、屋内に温度センサ（３４）を設け、前記除湿運転系統での運転状態で前記温度センサ（３４）の検出温度を設定温度と比較して検出温度が低いときに前記再熱パイパス切換手段（３０）を前記再熱器（７）へ流れる状態に切換え、検出温度が高いときに前記再熱パイパス切換手段（３０）を前記バイパス路（２０ｊ）へ流れる状態に切換える再熱判定手段（３１）を設ける。また、前記流れ系統切換手段（２６）を除湿運転系統にする除湿運転モードと加熱運転系統にする加熱運転モードとに切り換えるモード切換手段（３２）を設け、前記再熱判定手段（３１）は、前記モード切換手段（３２）により除湿運転モードの選択状態において動作するものとする。
これにより、居住者の操作を特に必要とせずに、室内温度に応じた再熱および再熱停止の制御を行い、換気を図りながら、室内を快適な温度に保つことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態例を図１ないし図４に基づいて説明する。この熱交換型換気装置は、図４に概念図で示すように、外気を建物１の屋内２に給気する給気経路３と、屋内空気を屋外に排出する排気経路４との間に熱交換器５を設け、前記給気経路３の熱交換器５よりも屋外側部分に冷却除湿を行う除湿器６を設け、給気経路３の熱交換器５よりも屋内側部分に給気を加熱する再熱器７を設けたものである。再熱器７は室内空気熱交換器からなる。
【００１１】
図３はこの換気装置の外観例を示す。熱交換機５は、送風機を内蔵した天井吊り型のものである。除湿器６および再熱器７は、ヒートポンプ式空調機の屋内機で構成され、冷媒循環用のコイル（図示せず）を各々有している。給気経路３および排気経路４には保温ダクトが用いられる。熱交換機５および除湿器６は、共通の筐体内に組込んで除湿・熱交換装置としても良く、さらに再熱器７も共通の筐体内に組み込んでも良い。
【００１２】
図１の例では、熱交換機５、除湿器６、および再熱器７を共通の筐体に組み込んで外気処理ユニット８とし、その外気の導入口ＯＡに送風機１２を設け、排気口ＥＡに送風機１３を設けている。給気経路３および排気経路４の前記筐体内の部分は、仕切り板で仕切った風路としても、配管で構成しても良い。この外気処理ユニット８を、ヒートポンプ式空調機の凝縮器ユニット９に、複数本（４本）の冷媒配管１０で接続してある。凝縮器ユニット９の各冷媒配管接続口には操作弁１１が設けてある。
【００１３】
凝縮器ユニット９は、除湿運転と加熱運転とに切換可能なものであり、圧縮器１４、アキュームレータ１５、室外空気熱交換器１６、並びに膨張弁１７および逆止弁２８の並列回路２９を有し、かつ四方切換弁２１が設けられている。室外空気熱交換器１６にはモータ駆動されるファン１８が備えられている。凝縮器ユニット９および外気処理ユニット８の各部を接続する冷媒回路２０は、次の回路部分および各種のバルブを有している。冷媒回路２０に付した実線の矢印は除湿運転系統の冷媒流れ方向を示し、破線の矢印は加熱運転系統の冷媒流れ方向を示す。
【００１４】
圧縮器１４の出口は、回路部分２０ａで再熱器７の冷媒入口に接続され、再熱器７の冷媒出口は回路部分２０ｂで四方切換弁２１の第１のポートａに接続されている。四方切換弁２１の第２のポートｂは、回路部分２０ｃを介して室外空気熱交換器１６の一方の冷媒口に接続されている。室外熱交換器１６の他方の冷媒口は、回路部分２０ｄで膨張弁１７と逆止め弁２８の並列回路２９に接続され、この並列回路２９から一本の回路部分２０ｅを介して除湿器６の一方の冷媒口に接続されている。除湿器６の他方の冷媒口は、回路部分２０ｆで四方切換弁２１の第３のポートｃに接続されている。四方切換弁２１の第４のポートｄは回路部分２０ｇからアキュームレータ１５を介して圧縮器１４の入口に接続されている。四方切換弁２１は、ポートａ，ｂ間およびポートｃ，ｄ間が開通した状態と、ポートａ，ｃ間およびポートｂ，ｄ間が開通した状態とに切換可能なものである。
【００１５】
圧縮器２０の吐出側の回路部分２０ａは、分岐した回路部分２０ｈで前記膨張弁１７と除湿器６の間の回路部分２０ｅに接続され、途中にホットガスバイパス弁２２および逆止弁２３が設けられている。前記回路部分２０ｅには、回路部分２０ｈとの接続部と膨張弁１７の間に、逆止弁２５と管路抵抗２４の並列接続回路が設けてある。
【００１６】
また、圧縮器１４の吐出側の回路部分２０ａには、前記回路部分２０ｈの分岐部よりも再熱器７側において、第１の制御弁ＳＶ１が設けられ、これと並列に第３の制御弁ＳＶ３が設けられている。これら制御弁ＳＶ１，ＳＶ３の並列回路部分と前記回路部分２０ｈの分岐部との間で、回路部分２０ａからパイパス路２０ｊが分岐し、再熱器７からの戻り側の回路部分２０ｂに接続されている。バイパス路２０ｊには第２の制御弁ＳＶ２が設けてある。前記各制御弁ＳＶ１〜ＳＶ３は、各々電磁開閉弁からなる。
【００１７】
冷媒回路２０は、上記の回路構成により、除湿運転系統と加熱運転系統とに切換可能に構成され、かつ再熱器７とバイパス路２０ｊとを選択的に流れる状態に切換可能に構成されている。除湿運転系統と加熱運転系統とに切換える流れ系統切換手段２６は、四方切換弁２１と、第１，第２の制御弁ＳＶ１，ＳＶ２とで構成される。再熱パイパス切換手段３０は、第２および第３の制御弁ＳＶ２，ＳＶ３で構成される。
【００１８】
電気的制御系を説明する。制御手段２７は、電子回路等で構成され、モード切換手段３１と再熱判定手段３２とを有している。モード切換手段３１は、流れ系統切換手段２６を前記除湿運転系統にする除湿運転モードと、加熱運転系統にする加熱運転モードとに切り換える手段であり、さらに単純換気モードへの切り換えを可能としてある。モード切換手段３２のモード選択は、スイッチボード等の操作手段３３で行う。再熱判定手段３１は、除湿モードの選択状態において、屋内２の所定の換気対象室に設けられた温度センサ３４の検出温度を設定温度（例えば２２℃）と比較し、検出温度が低いときに再熱パイパス切換手段３０を再熱器７へ流れる状態に切換え、検出温度が高いときに再熱パイパス切換手段３０をバイパス路２０ｊへ流れる状態に切換える。図２は、モード切換手段３１および再熱判定手段３１による各制御弁ＳＶ１〜ＳＶ３等の制御状態を示す。
【００１９】
上記構成の動作を説明する。まず風の系統を説明する。除湿運転時において、給気経路３に流入する新鮮な外気は、除湿器６で除湿し、熱交換器５により室内排気と熱交換した後、室内に導く。このため、冷却除湿された外気は、前記の温度上昇で相対湿度が低下して室内に供給されることになり、快適な換気が行える。室内温度が下がり過ぎる場合は、再熱器７を加熱状態とし、熱交換器５の通過後の空気を加熱して室内に導く。これにより、室内温度の下がり過ぎが防止される。
加熱運転時は、除湿器６を加熱状態とし、給気経路３に流入する新鮮な外気は、除湿器６で若干加熱して熱交換器５で熱回収した後、再熱器７で加熱昇温させる。
換気運転時は、凝縮器ユニット９は停止させ（したがって圧縮機１４は停止状態となり）、熱交換器５のみの熱回収運転を行う。
【００２０】
冷媒系統の動作を説明する。除湿運転と加熱運転の切換は、四方切換弁２１および制御弁ＳＶ１，ＳＶ２の切換で行う。実線矢印が除湿運転、鎖線矢印が加熱運転の系統となる。制御弁ＳＶ３は除湿運転時の再熱時に使用する。
すなわち、図２に示すように、加熱運転では、制御弁ＳＶ１がオン、制御弁ＳＶ２，ＳＶ３がオフとなる。したがって、加熱運転系統は、圧縮機１４、再熱器７、除湿器６、膨張弁１７、室外空気熱交換器１６、アキュームレータ１５、および圧縮機１４の流れ順となる。
除湿運転では、図２のように室内温度によって流れが切換られる。室温が設定温度（２２℃）以下では、制御弁ＳＶ１，ＳＶ２がオフ、制御弁ＳＶ３がオンとなる。したがって、冷媒流れは、圧縮機１４、再熱器７、室外空気熱交換器１６、逆止弁１７、除湿器６、アキュームレータ１５、および圧縮機１４の流れ順となり、再熱器７による室内供給空気の加熱が行われる。室温が設定温度（２２℃）以上では、制御弁ＳＶ１がオフ、制御弁ＳＶ２がオン、制御弁ＳＶ３がオフとなる。したがって、除湿運転系統の冷媒流れは、圧縮機１４からパイパス路２０ｊを通り、再熱器７による加熱は行われない。
【００２１】
なお、ホットガスバイパス弁２２は、除湿運転時に除湿器６の着霜防止用として低圧を下げ過ぎない様に、必要に応じてホットガスをバイパスさせる。すなわち、常に低圧を所定圧（例えば３．５ kg/ｃm²）以上に保つ。ただし、低圧が高いときは、ホットガスバイパス弁２２は閉まっている。
【００２２】
【発明の効果】
この発明の熱交換型換気装置は、外気を屋内に給気する給気経路と、屋内空気を屋外に排出する排気経路との間でこれらの経路内を流れる給気と排気との熱交換を行う熱交換器を設け、前記給気経路の前記熱交換器よりも屋外側部分に給気を冷却除湿する除湿器を設け、かつ前記給気経路の前記熱交換器よりも屋内側部分に給気を加熱する再熱器を設けたものであるため、湿度の低い快適な換気が行え、また機器回りやダクト等の結露の支障が少なく、しかも室内温度の下がり過ぎを防止することができる。
除湿器および再熱器を共通の凝縮器ユニットに接続したため、除湿器による冷却と再熱器による加熱とに互いに廃熱が利用されることになり、エネルギ効率が良い。
また、凝縮器ユニットを除湿運転系統と加熱運転系統とに切換可能としたため、再熱器の他に、除湿器も加熱に兼用してこの熱交換型換気装置を暖房に利用することができる。 再熱器と並列にバイパス路を設けてその再熱パイパス切換手段を設け、室内温度に応じて再熱パイパス切換手段を切り換える再熱判定手段を設けたため、居住者の操作を特に必要とせずに室内温度に応じた再熱および再熱停止の制御を行い、換気を図りながら、室内を快適な温度に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる熱交換型換気装置の冷媒回路、空気経路、および電気制御系を示す構成説明図である。
【図２】そのモード切換手段および再熱判定手段による各部の制御状態の説明図である。
【図３】熱交換型換気装置の外観構成例の斜視図である。
【図４】熱交換型換気装置の概念構成の説明図である。
【図５】従来例の概念構成の説明図である。
【図６】他の従来例の概念構成の説明図である。
【符号の説明】
２…屋内、３…給気経路、４…排気経路、５…熱交換器、６…除湿器、７…除湿器、８…外気処理ユニット、９…凝縮器ユニット、１４…圧縮機、１６…室外空気熱交換器、１７…膨張弁、２０…冷媒回路、２０ｊ…バイパス路、２１…四方切換弁、２６…流れ系統切換手段、２８…逆止弁、２９…並列回路、３０…再熱パイパス切換手段、３１…再熱判定手段、３４…温度センサ、ＳＶ１〜ＳＶ３…制御弁

Claims (1)

1. 外気を屋内に給気する給気経路と、屋内空気を屋外に排出する排気経路との間でこれらの経路内を流れる給気と排気との熱交換を行う熱交換器を設け、前記給気経路の前記熱交換器よりも屋外側部分に給気を冷却除湿する除湿器を設け、かつ前記給気経路の前記熱交換器よりも屋内側部分に給気を加熱する再熱器を設け、前記除湿器および再熱器が冷媒循環用のコイルを有するものであり、これら除湿器および再熱器のコイルを互いに共通のヒートポンプ式の凝縮器ユニットに接続し、前記凝縮器ユニットが、膨張弁と逆止弁の並列回路、圧縮機、および室外空気熱交換器を有し、かつ冷媒回路内の冷媒の流れ系統を、流れ系統切換手段によって除湿運転系統と加熱運転系統とに切換可能なものであって、前記除湿運転系統は、圧縮機、再熱器、室外空気熱交換器、逆止弁、除湿器、および圧縮機の流れ順となり、前記加熱運転系統は、圧縮機、再熱器、除湿器、膨張弁、室外空気熱交換器、および圧縮機の流れ順となるものであり、前記冷媒回路に前記再熱器と並列にバイパス路を設け、このバイパス路と前記再熱器とに選択的に冷媒を流す再熱パイパス切換手段を設け、屋内に温度センサを設け、前記除湿運転系統での運転状態で前記温度センサの検出温度を設定温度と比較して検出温度が低いときに前記再熱パイパス切換手段を前記再熱器へ流れる状態に切換え、検出温度が高いときに前記再熱パイパス切換手段を前記バイパス路へ流れる状態に切換える再熱判定手段を設け、前記流れ系統切換手段を除湿運転系統にする除湿運転モードと加熱運転系統にする加熱運転モードとに切り換えるモード切換手段を設け、前記再熱判定手段は、前記モード切換手段により除湿運転モードの選択状態において動作するものとした熱交換型換気装置。

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