JP4710352B2 - 換気装置および空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、換気装置及びこれを備えた空気調和機の制御に係わり、より詳しくは、給気と排気とを熱交換する換気用熱交換器を設け、室内側における給気温度と排気温度との温度差を少なくし、結露を防止する制御方法に関する。

空気調和機の使用中は部屋を閉め切っている場合が多い。そのため、使用中に室内で喫煙したり料理をしたりすると臭いが部屋に篭もりやすく、使用者に不快感を与えやすい。したがって、使用者は時折窓を開けて換気するようにしているが、窓を開けると冷却（または暖房）した空気が外に逃げてしまうおそれがある。
そこで、例えば室内機ユニットの一部に換気ユニットを設けて窓を開けることなく換気ができるようにした空気調和機や、室外の空気を室内に取り込むのみの換気ユニットを搭載した空気調和機が提案されている。

換気ユニットは室内機に搭載され、換気ユニットの運転により室外空気が給気ホースを通して室内ユニット内に吸い込まれ、室内空気が排気ホースを通して室外に排出される。 このとき外気温が低く、室内温度が高い場合に給気運転を行うと、室内に冷えた空気が入ってくることにより換気ホースや換気風路に結露が発生し、筐体表面への結露、室内への滴下がおこる可能性がある。
そこで室内機への結露を防止する制御を行う技術として、図７および図８に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

図７は室内機の左断面図で、図８は給気運転制御を示すフローチャートである。
図７と図８において、室内機２’は室内熱交換器１１’と、室内熱交換器１１’で調温された空気を室内へ吹出す送風ファン１２’と、室内に空気を吹出す吹出口９’と、室内空気を吸込む吸込口２ｆと、吸込口２ｆと吹出口９’を繋ぐ第１通風路１５’と、室外空気を室内へ導く際に空気が流通する第２通風路１７’と、第２通風路１７’に設けられ、室外空気を室内へ導入する給気ファン１８’と、室内温度を検出する室内温度センサと、室内熱交換器１１’の温度を検出する熱交換器温度センサと、室外空気温度を検出する室外温度センサと、屋外の湿度を検出する室外湿度センサと、室外空気温度及び室外空気湿度から室外空気の露点温度を算出する室外露点温度算出手段とを備えた構成となっており、冷房運転中（或いはドライ運転中）に、室外空気温度が室内温度より低く、且つ室外露点温度が熱交換器温度よりも低いとき（Ｓ３）、給気ダンパ１６’を開放し、給気ファン１８’を運転する（Ｓ５）。

また、暖房運転中に、室外空気温度が室内温度より高いとき、又は室内の湿度を検出する室内湿度センサと、室内温度及び室内湿度から室内空気の露点温度を算出する室内露点温度算出手段とを備え、暖房運転中に、前記室外露点温度が前記室内露点温度より高いとき（Ｓ１１）、給気ダンパ１６’を開放し、給気ファン１８’を運転する（Ｓ１２）。
上記構成により、冷房或いはドライ運転時の室外空気導入通風路の結露を抑えて通風路内のダニやカビの発生を抑制し、暖房運転時の室外空気導入を行い被空調室の乾燥を防ぐ空気調和機となる。

しかしながら、上記構成の場合、室外空気温度と室内温度との温度差が大きい場合、湿度が同じでも結露するおそれがある。また上記構成では、室外湿度センサおよび室内熱交換器温度センサが必要であり、かつ露点温度を算出するため制御が複雑となる。
そこで、室内外の温度・湿度条件による換気運転の制限を極力少なくし、より多く換気運転を動作させて室内環境を快適な状態にすることが望まれている。

特開２００５−１６８３０号公報（第２、６、１０頁、第２、６図）

本発明は上記の問題点に鑑み、換気装置に、給気と排気とを熱交換する換気用熱交換器を設け、室内側における給気温度と排気温度との温度差を少なくして、室内外の温度・湿度条件による換気運転の制限を極力少なくし、より多く換気運転を動作させて室内環境を快適な状態にすると共に、換気装置の結露を防止することができる換気装置および空気調和機を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するため、給排気口を有するケーシング内に、室内空気を室外へ排気する排気通路と、室外空気を室内に供給する給気通路とを設け、前記排気通路と前記給気通路とを仕切壁を挟んで対向配置させ、前記ケーシング内に給気ファンと排気ファンとを備え、前記仕切壁に給気と排気とを熱交換する換気用熱交換器を設け、室内温度、室内湿度および給気温度に基づいて前記給気ファンの運転を制御してなる換気装置において、
前記換気装置を運転開始した後、外気温度が予め設定された低温閾値以下であれば、前記給気ファンの運転を停止し、前記外気温度が予め設定された高温閾値以上であれば、運転を継続し、前記外気温度が前記低温閾値と前記高温閾値との間にある場合、室内湿度および予め設定された室温と外気温との温度差による運転テーブルにより、前記給気ファンの運転を制御してなる構成となっている。

また、室内機と室外機を備えてなる空気調和機であって、前記室内機は、空気吸込口と空気吹出口とを有し、前記空気吸込口と前記空気吹出口とを結ぶ空気通路に室内熱交換器と送風機を配置し、請求項１に記載の換気装置を備えてなり、
前記換気装置の前記給気通路に設けられた室外空気を吐出する吐出口を、前記室内熱交換器の空気吸込側に臨ませてなる構成となっている。

請求項１に記載の発明によれば、換気装置に、給気と排気とを熱交換する換気用熱交換器を設け、外気温度により給気運転の第一の判定を行い、第一の判定で決定した外気温度ゾーンにて、室温と外気温度との温度差ゾーン、および室内湿度ゾーンとにより給気ファンの運転テーブルを設定し、第二の給気運転を制御することにより、室内側における給気温度と排気温度との温度差を少なくして、室内外の温度・湿度条件による換気運転の制限を極力少なくし、より多く換気運転を動作させて結露を防止すると共に、室内環境を快適な状態にすることができる換気装置となる。

請求項２に記載の発明によれば、室内機と室外機とを備えてなる空気調和機であって、前記室内機は、空気吸込口と空気吹出口とを有し、前記空気吸込口と空気吹出口とを結ぶ空気通路に室内熱交換器と送風機とを配置し、請求項１に記載の換気装置を備え、前記換気装置の前記給気通路に設けられた室外空気を吐出する吐出口を、前記室内熱交換器の空気吸込側に臨ませてなる構成とすることにより、上記請求項１の効果と同様に、室内側における給気温度と排気温度との温度差を少なくして、室内外の温度・湿度条件による換気運転の制限を極力少なくし、より多く換気運転を動作させて結露を防止すると共に、室内環境を快適な状態にすることができる空気調和機となる。

以上

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
図１（Ａ）は本発明における換気装置の内側から見た概略斜視図、図１（Ｂ）は本発明における換気装置を備えた室内機の化粧パネルを取り外した状態の斜視図、図２は本発明における換気装置の外側から見た斜視図である。

以下、本発明の実施例１について詳細に説明する。図１（Ａ）および図２において、換気装置３００は室内空気を室外に排気する排気ユニット３１０と、室外空気を室内に供給する給気ユニット３３０からなり、排気ケーシング３２０、給気ケーシング３４０および蓋ケーシング（図示せず）の３つのケーシング部材を備えている。
排気ケーシング３２０は、排気ファン３６０が収納されるファン収納部（図示せず）と、排気ファン３６０によって吸い出された空気が通る排気通路３２３と、排気通路３２３を通ってきた空気を排出する排気ポート３２４とを備え、排気通路３２３は仕切壁５０を挟んで一方の面に形成されている。

排気ファン３６０の中央には吸気口３２５が設けられ、排気ファン３６０を駆動することにより、室内空気の一部が吸気口３２５から吸い込まれる。
排気通路３２３は一端がファン収納部に向かってほぼ直角に開放され、他端が仕切壁５０に沿って下側に延びており、排気ポート３２４に接続されている。排気通路３２３のほぼ中央には換気用熱交換器３７０が収納される開口部（図示せず）が形成されており、ここに換気用熱交換器３７０の排気側熱交換室３７１が格納される。

次に、給気ケーシング３４０は、給気ファン３８０が収納されるファン収納部（図示せず）と、ファン収納部から送り出された空気が流れる給気通路３４３と、室内に向けて空気を吹出す吐出口３４４とが設けられている。給気通路３４３は仕切壁５０を挟んで他方の面に形成されている。
給気ファン３８０の中央には吸気口３４５が設けられ、給気ファン３８０を駆動することにより、給気ポート３４６から吸い込まれた空気が吸気口３４５に吸い込まれる。

給気通路３４３は一端が給気ファン３８０のファン収納部３４２に接続され、他端が仕切面３４１に沿って下部に延び吐出口３４４に接続されている。この給気通路３４３には換気用熱交換器３７０の給気側熱交換室３７２が格納される。
換気用熱交換器３７０は中央に配置された仕切板３７３を挟んで２つの熱交換室３７１、３７２が形成されており、一方の熱交換室３７１が排気側、他方の熱交換室３７２が給気側とされている。
これによれば、排気側熱交換室３７１を流れる空気からフィンで熱を奪い、奪われた熱は仕切板３７３を介して他方の給気側熱交換室３７２に伝播され、給気側熱交換室３７２側のフィンから給気通路３４３を流れる空気に対して熱交換される。

次に、図２を参照して、この換気装置３００の換気手順の一例について説明する。
リモコンなどに設けられた換気ボタンを操作すると図示しない制御手段は換気装置３００に駆動開始命令を出す。

排気ユニット３１０が駆動開始命令を受けると、排気ユニット３１０の排気ファン３６０が起動される。排気ファン３６０の駆動により、室内空気の一部が吸気口３２５から吸い込まれる。
吸気口３２５から取り入れられた空気は排気ファン３６０の中心からラジアル方向に向かって吹出され、そのまま排気通路３２３に導入される。このとき、排気通路３２３に設けられた換気用熱交換器３７０の排気側熱交換室３７１を通る際に熱交換される。

熱交換された空気は排気通路３２３を通って換気装置３００の下側まで流れ、背面側に設けられた排気ポート３２４から排気される。排気ポート３２４から出た空気は図示しない排気パイプを通って室外に放出される。

他方の給気ユニット３３０が駆動開始命令を受けると、給気ユニット３３０の給気ファン３８０が起動される。図示しない給気パイプに接続された給気ポート３４６から室外の空気が吸い込まれる。
給気ポート３４６から給気ユニット３３０内に入った空気は、吸気口３２４から給気ファン３８０に取り込まれる。

吸気口３２４に入った空気は、給気ファン３８０の中心からラジアル方向に向かって吹出され、そのまま給気通路３４３に導かれる。このとき、給気通路３４３を通る空気は、途中に設けられた換気用熱交換器３７０の給気側熱交換室３７２を通ることで排気側空気と熱交換される。
熱交換された空気は給気通路３４３を通って上部側まで持ち上げられた後、吐出口３４４から室内に向けて吹き出される。

本発明の実施例１の動作を具体的数値を用いて図３により説明する。図３（Ａ）は換気用熱交換器がない場合で、図３（Ｂ）は換気用熱交換器がある場合を示す。
本例は冬期に室内が暖房機器等により暖房された部屋に取付けた換気装置の例とする。
温度、湿度条件は以下の値とする。
室内温度：２４℃
室内湿度：５０％
露点温度：１３℃（湿り空気線図から算出）
外気温度：５℃

図３（Ａ）の従来例のような換気用熱交換器がない場合、室内側排気通路３２３の空気の室温が２４℃、湿度が５０％とすると、室外側排気通路での温度は仕切壁５０からの伝熱により約２０℃となる。また、外気温５℃の空気が給気されると室内側給気通路３４３の温度は仕切壁５０からの伝熱により温められて約１０℃となる。このとき、給気通路３４３の温度１０℃は露点温度１３℃より低いため、室内側給気通路３４３の外壁面や室内側排気通路３２３の内壁面に結露が生じる。また、仕切壁５０が断熱されていても、給気温度と室内温度に差があると、吐出口３４４に結露が生じる場合がある。

図３（Ｂ）の本発明の換気用熱交換器がある場合、室温２４℃の空気は換気用熱交換器の排気側熱交換室３７１を通る際、給気側熱交換室３７２に熱を奪われ室外側風路での温度は約１５℃となる。また、外気温５℃の空気は給気側熱交換室３７２を通る際、排気側熱交換室３７１から熱を奪い給気側熱交換室３７２の出口付近で１５℃となり、給気通路３４３では１７℃に上昇する。この結果、排気と給気との温度差が小さくなり、給気通路の温度１７℃は露点温度１３℃より高いため、室内側には結露が発生しない。
尚、給気通路３４３の給気温度１７℃は、室外温度から推定しても良いし、室外温度と室内温度の差よい。または、給気通路３４３の換気用熱交換器３７０の近傍に温度センサを設けてもよい。

前記仕切壁５０に給気と排気とを熱交換する換気用熱交換器３７０を設け、室内温度、室内湿度および室外温度に基づいて前記給気ファン３８０の運転を制御するか、または、室内温度と室内湿度から露点温度算出手段に基づいて室内空気の露点温度を空気線図より算出し、給気温度が前記露点温度より低い場合、前記給気ファン３８０を制御するか、または、前記排気通路３２３を流れる排気流量が、前記給気通路３４３を流れる給気流量より多くなるよう制御することにより、室内側における給気温度と排気温度との温度差を少なくして、室内外の温度・湿度条件による換気運転の制限を極力少なくし、より多く換気運転を動作させて室内環境を快適な状態にすると共に、換気装置の結露を防止することができる。

次に、上記構成の換気装置における本発明の制御方法について説明する。
図４は本発明による換気装置（又は空気調和機）の制御装置を適用する制御ブロック図、図５はその制御のフローチャートである。
図４において、１０は換気装置制御部（又は室内機制御部）で、換気装置制御部の場合、外気温センサ１４と外気温検出部が含まれる。１１は室外機制御部（換気装置の場合は使用しない）である。換気装置制御部１０には、室温センサ１２と、湿度センサ１３と外気温センサ１４が接続されている。

換気装置制御部１０には室温センサ１２からの温度を検出する室温検出部１０ａと、湿度センサ１３からの湿度を検出する室内湿度検出部１０ｂと、外気温センサ１４から外気温度を検出する外気温検出部１１ａと、室温と外気温との温度差を検出する室温・外気温温度差検出部１０ｃと、給気ファン３８０及び排気ファン３６０の運転を制御する換気ファン制御部１０ｄと、予め設定された室温と外気温との温度差、および室内湿度とによる給気ファン３８０の運転テーブルを記憶しておく換気ファン運転テーブルメモリ部１０ｅとが備えられている。尚、本実施例では給気ファン３８０と排気ファン３６０は同時に運転を行うようになされているが、給気ファン３８０の運転のみでもよい。

次に、上記構成の制御方法の動作を図５のフローチャートを参照して説明する。
換気装置３００の換気運転が開始されると、まず、ステップＳＴ２で室内温度、室内湿度及び外気温が検出される。（空気調和機の場合には点線枠で示すように、空気調和機が運転中かどうか判断され（ＳＴ１）、運転中してなければＳＴ７で室内ファン２、室外ファンＦをＯＮし、ＳＴ８で１分マスクしてからＳＴ２にもどる）。次に、ＳＴ３で外気温度が予め設定された低温閾値（例えば２℃）以下かどうか判定し、もし以下であれば、結露防止のため前記給気ファン３８０の運転を停止（ＳＴ４）し、ＳＴ９で外気温度が予め設定された高温閾値（例えば２０℃）以上かどうか判定し、もし以上であれば、運転を継続し運転制限を行わない（ＳＴ１０）。ただし、冷房運転中に外気温が高い場合、給気運転を行うかどうかは使用者の判断とする。
次に、ＳＴ１１で外気温度が２〜２０℃以内場合、図６に示す予め設定された室温と外気温との温度差、および室内湿度とによる給気ファン運転テーブルに基づき、給気ファン３８０の制御を行う。

例えば、室内湿度が４０％以下であれば、室温と外気温との全ての温度差の範囲で運転可とする。また、室内湿度が７５以上であれば、結露防止のため全ての温度差の範囲で運転を停止する。
以上のように、外気温度により給気運転の第一の判定を行い、第一の判定で決定した外気温度ゾーンにて、室温と外気温との温度差、および室内湿度とにより第二の給気運転の判定を行うことにより、室内外の温度・湿度条件による換気運転の制限を極力少なくし、より多く換気運転を動作させて結露を防止すると共に、室内環境を快適な状態にすることができる。

以下、本発明の実施例２について詳細に説明する。本実施例２は上記実施例１の換気装置を空気調和機の室内機に一体に取付けたものである。
図１（Ｂ）および図２において、空気調和機の室内機１は図示しないベースパネルに送風ファンとしてのクロスフローファン２やラムダ型に組み合わせて連結した熱交換器３などが格納されている。この熱交換器３の左側には、室内の空気を換気する換気装置３００が設けられている。

前記換気装置３００は上記実施例１と同一のものであり、ここでは説明を省略する。
換気装置３００は前記室内機１の空気吸込口（図示せず）から吸い込まれた室内空気の一部を排気ユニット３１０と、室外空気を室内機１を介して室内に供給する給気ユニット３３０とを備える。
前記空気吸込口から吸い込まれた室内空気の一部は排気ファン３６０を駆動することにより、吸気口から吸い込まれ、排気通路３２３、排気側熱交換室３７１を経由して排気ポート３２４から室外へ放出される。

一方、外気を取り込む給気ポート３４６から吸い込まれた空気が吸気口３４５に吸い込まれ、給気通路３４３、給気側熱交換室３７２を経由して吐出口３４４から、室内機１のラムダ型の熱交換器３の上面側に向けて排出される。排出された空気は熱交換器３を通って熱交換された後、室内機１の空気吹出口（図示せず）から室内に向けて吹出される。
上記構成により、実施例１の図３（Ｂ）の換気用熱交換器３７０がある場合と同様な動作がおこなわれ、換気装置３００に換気用熱交換器３７０を設け、上記実施例１と同様な制御を行うことにより、室内側における給気温度と排気温度との温度差を少なくして、室内外の温度・湿度条件による換気運転の制限を極力少なくし、より多く換気運転を動作させて室内環境を快適な状態にすると共に、換気装置の結露を防止することができる。

（Ａ）は本発明における換気装置の内側から見た概略斜視図である。（Ｂ）は本発明における換気装置を備えた室内機の化粧パネルを取り外した状態の斜視図、である。 本発明における換気装置の外側から見た斜視図である。 本発明における排気温度と給気温度の変化を示す説明図で、（Ａ）は換気用熱交換器がない場合、（Ｂ）は換気用熱交換器がある場合である。 本発明における換気装置（又は空気調和機）の制御構成を示すブロック図である。 本発明における換気装置（又は空気調和機）の制御方法を説明するフローチャートである。 本発明における室温と外気温との温度差、および室内湿度とによる給気ファン運転テーブルである。 従来例による空気調和機の断面図である。 従来例による空気調和機の制御方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 室内機
２ 送風ファン
３ 熱交換器
１０ 室内機制御部
１０ａ 室温検出部
１０ｂ 室内湿度検出部
１０ｃ 室温・外気温温度差検出部
１０ｄ 換気ファン制御部
１０ｅ 換気ファン動作設定テーブルメモリ部
１１ 室外機制御部機
１１ａ 外気温検出部
１２ 室温センサ
１３ 湿度センサ
１４ 外気温センサ
５０ 仕切壁
３００ 換気装置
３１０ 排気ユニット
３３０ 給気ユニット
３２０ 排気ケーシング
３２３ 排気通路
３２４ 排気ポート
３２５ 吸気口
３４０ 給気ケーシング
３４３ 給気通路
３４４ 吐出口
３４６ 給気ポート
３６０ 排気ファン
３７０ 換気用熱交換器
３７１ 排気側熱交換室
３７２ 給気側熱交換室
３８０ 給気ファン

Claims (2)

1. 給排気口を有するケーシング内に、室内空気を室外へ排気する排気通路と、室外空気を室内に供給する給気通路とを設け、前記排気通路と前記給気通路とを仕切壁を挟んで対向配置させ、前記ケーシング内に給気ファンと排気ファンとを備え、前記仕切壁に給気と排気とを熱交換する換気用熱交換器を設け、室内温度、室内湿度および給気温度に基づいて前記給気ファンの運転を制御してなる換気装置において、
   前記換気装置を運転開始した後、外気温度が予め設定された低温閾値以下であれば、前記給気ファンの運転を停止し、前記外気温度が予め設定された高温閾値以上であれば、運転を継続し、前記外気温度が前記低温閾値と前記高温閾値との間にある場合、室内湿度および予め設定された室温と外気温との温度差による運転テーブルにより、前記給気ファンの運転を制御してなることを特徴とする換気装置。
2. 空気調和機の室内機であって、前記室内機は、空気吸込口と空気吹出口とを有し、前記空気吸込口と空気吹出口とを結ぶ空気通路に室内熱交換器と送風機とを配置し、請求項１に記載の換気装置を備えてなり、
   前記換気装置の前記給気通路に設けられた室外空気を吐出する吐出口を、前記室内熱交換器の空気吸込側に臨ませてなることを特徴とする空気調和機。
   

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