JP5987164B2

JP5987164B2 - 給排型換気装置

Info

Publication number: JP5987164B2
Application number: JP2012204069A
Authority: JP
Inventors: 岳人山本; 真吾竹縄; 耕次飯尾; 大輔橋野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: JP2014059094A

Description

本発明は、１つのＤＣモータで同時に給気と排気を行う場合に、目標風量を保持するとともに給排風量のバランスをも保つことができる給排型換気装置に関する。

従来技術について図１０を参照しながら説明する。従来、この種の給排型換気装置は、本体１００内部の給気風路に給気用のファンを具備したＤＣモータ１０１と、排気風路に排気用のファンを具備したＤＣモータ１０２と、各々の給気風路と排気風路が交差する位置に熱交換器１０３を有し、ＤＣモータ１０１とＤＣモータ１０２各々の駆動電圧や回転数を独立制御可能な制御装置１０４を備えた給排型換気装置が知られていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１９０５２４号公報

このような従来の給排型換気装置は、本体内部に給気用のＤＣモータとファンに加えて排気用のＤＣモータとファンを備え、各々のＤＣモータで給気風路と排気風路各々の圧損を検出しながら風量を制御することで給排ともに目標風量を保つことができるが、２つのＤＣモータとファンを具備しなければならず、本体の容積が大きくなり本体設置の場所が制限されるとともに、２つのＤＣモータを駆動しなければならないために消費電力が増加するという課題があった。

また、機器の小型化を実現するために、一つのＤＣモータを両軸にして給気用のファンと排気用のファンを有した給排型換気装置が知られているが、このような構成の場合、施工性を高めるために製品の一側面に屋外へ接続するための給気ダクトと排気ダクトを配置するのが一般的である。これにより、熱交換器や２つのファンが接続されたＤＣモータの配置自由度がなくなり、結果的に給気風路と排気風路各々の機内圧損を１：１の均等な状態に保つことが困難であった。さらに、実施工においては機内圧損に加えて、外部へ接続するダクト圧損も加味され、給気用のファンと排気用のファンにかかる圧力バランスが変化し、風量不足、風量過多、給気と排気の風量バランスが不均等になるという課題があった。

本発明は、前記の問題を解決し、一つのＤＣモータを両軸にして給気用のファンと排気用のファンを有した給排型換気装置において、給気風路と排気風路各々にダンパを設け、圧力損失の低い側の風路を圧力損失の高い側と等しくなるように圧力損失の低い側の風路のダンパの開度を調整し、目標風量を確保するとともに給気と排気の風量バランスを均等に制御可能な給排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ために、本発明は、本体の正面に配置した室内側吸込口と、一側面に配置した室内側吐出口と、前記側面とは異なる面に配置した室外側吸込口と室外側吐出口と、前記室外側吸込口の開口面積を調整する給気ダンパと、前記室外側吐出口の開口面積を調整する排気ダンパと、室外の空気を前記室外側吸込口から前記室内側吐出口へ連通させる給気風路と、室内の空気を前記室内側吸込口から前記室外側吐出口へ連通させる排気風路と、前記給気風路と前記排気風路の交差部に配置して室外の空気と室内の空気を熱交換させる熱交換素子と、前記熱交換素子の風下側に前記給気風路と前記排気風路それぞれ配置した給気用羽根および排気用羽根と、これら前記給気用羽根と前記排気用羽根を一つの駆動軸で駆動するＤＣモータと、前記給気ダンパおよび前記排気ダンパを駆動するダンパ駆動制御手段と、前記ＤＣモータの駆動電圧を調整するＤＣモータ駆動制御手段と、前記ＤＣモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記ＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記給気ダンパと前記排気ダンパのうち、一方のダンパは全開で、他方のダンパは開度を調整して目標回転数となるよう前記ＤＣモータへの駆動電圧を制御する制御手段とを備えた給排型換気装置であって、前記制御手段には、目標風量に対して前記ＤＣモータの目標回転数と前記給気ダンパと排気ダンパの開度を決定する初期設定手段を備え、前記初期設定手段は、前記ＤＣモータ駆動制御手段を動作させて目標風量になる前記ＤＣモータに流れる電流と回転数の関係から駆動電圧を調整してそのときの目標回転数を算出する目標回転数決定手段と、前記給気ダンパを全閉にして前記排気ダンパを全開にした状態で、前記目標回転数算出手段によって前記排気風路が前記目標風量を実現するときの回転数を検出して前記排気風路の回転数とする排気風路回転数決定手段と、前記排気ダンパを全閉にして前記給気ダンパを全開状態で、前記目標回転数算出手段によって前記給気風路が前記目標風量を実現するときの回転数を検出して、前記給気風路の回転数とする給気風路回転数決定手段と、前記排気風路の回転数と前記給気風路の回転数を比較し、大きい方の回転数を前記目標回転数と決定する目標回転数決定手段と、前記排気風路と給気風路のダンパの開度を決定するダンパ開度決定手段を備え前記排気風路と給気風路の風路のうち回転数が大きい方の風路のダンパを全閉にして、回転数が小さい方の風路が前記目標回転数になるよう前記回転数が小さい方の風路のダンパの開度を調整するものであり、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、１つのＤＣモータの両側に給気用ファンと排気用ファンを備え、給気用送風経路および排気用送風経路の各々の圧損をＤＣモータの電流および回転数の関係から算出して、双方の送風経路の圧損が均一になるようにダンパ角度を調整することで所定の風量を保持するとともに給排気風量のバランスを均一に制御可能な給排気型換気装置を提供できる。

本発明の実施の形態１の構成図（（ａ）側面図、（ｂ）下面図）同実施の形態１の制御回路のブロック図同実施の形態１のＣＰＵのブロック図同実施の形態１の制御フローチャート同実施の形態１のＮ１＞Ｎ３時のダンパの角度を示す図（（ａ）排気ダンパ角度検出時を示す図、（ｂ）風量バランス制御時の動作説明図）同実施の形態１のＮ１＞Ｎ３時のダンパの角度を示す図（（ａ）給気ダンパ角度検出時を示す図、（ｂ）Ｎ１＜Ｎ３時の風量バランス制御時の動作説明図）実施の形態２のＣＰＵのブロック図同実施の形態２の回転数補正値を示す図同実施の形態２の制御フローチャート従来技術の構成図

本発明の請求項１記載の給排型換気装置は、本体の正面に配置した室内側吸込口と、一側面に配置した室内側吐出口と、前記側面とは異なる面に配置した室外側吸込口と室外側吐出口と、前記室外側吸込口の開口面積を調整する給気ダンパと、前記室外側吐出口の開口面積を調整する排気ダンパと、室外の空気を前記室外側吸込口から前記室内側吐出口へ連通させる給気風路と、室内の空気を前記室内側吸込口から前期室外側吐出口へ連通させる排気風路と、前記給気風路と前記排気風路の交差部に配置して室外の空気と室内の空気を熱交換させる熱交換素子と、前記熱交換素子の風下側に前記給気風路と前記排気風路それぞれ配置した給気用羽根および排気用羽根と、これら前記給気用羽根と前記排気用羽根を一つの駆動軸で駆動するＤＣモータと、前記給気ダンパおよび前記排気ダンパを駆動するダンパ駆動制御手段と、前記ＤＣモータの駆動電圧を調整するＤＣモータ駆動制御手段と、前記ＤＣモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記ＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記給気ダンパと前記排気ダンパのうち、一方のダンパは全開で、他方のダンパは開度を調整して目標回転数となるよう前記ＤＣモータへの駆動電圧を制御する制御手段とを備えた給排型換気装置であって、前記制御手段には、目標風量に対して前記ＤＣモータの目標回転数と前記給気ダンパと排気ダンパの開度を決定する初期設定手段を備え、前記初期設定手段は、前記ＤＣモータ駆動制御手段を動作させて目標風量になる前記ＤＣモータに流れる電流と回転数の関係から駆動電圧を調整してそのときの目標回転数を算出する目標回転数決定手段と、前記給気ダンパを全閉にして前記排気ダンパを全開にした状態で、前記目標回転数算出手段によって前記排気風路が前記目標風量を実現するときの回転数を検出して前記排気風路の回転数とする排気風路回転数決定手段と、前記排気ダンパを全閉にして前記給気ダンパを全開状態で、前記目標回転数算出手段によって前記給気風路が前記目標風量を実現するときの回転数を検出して、前記給気風路の回転数とする給気風路回転数決定手段と、前記排気風路の回転数と前記給気風路の回転数を比較し、大きい方の回転数を前記目標回転数と決定する目標回転数決定手段と、前記排気風路と給気風路のダンパの開度を決定するダンパ開度決定手段を備え前記排気風路と給気風路の風路のうち回転数が大きい方の風路のダンパを全閉にして、回転数が小さい方の風路が前記目標回転数になるよう前記回転数が小さい方の風路のダンパの開度を調整するものである。

これにより、設置現場毎において給排風路のダクト圧損差が生じた場合においても、排気ダンパを全閉にして排気風路の圧損が最大の状態を作り出し、給気ダンパを全開にして目標風量を実現するときの回転数を実現し、そのときのＤＣモータの電流を検出することで実施工時の給気風路圧損を算出することができ、また逆の場合においても、給気ダンパを全閉にして給気風路の圧損が最大の状態を作り出し、排気ダンパを全開にして目標風量を実現するときの回転数を実現し、そのときのＤＣモータの電流を検出することで実施工時の排気風路圧損を算出し、圧損の低い方の風路のダンパー角度を調整することによって、給気風路および排気風路双方の圧損を等しくして風量バランスを均等にすることができるという効果を奏する。

また、請求項２記載の給排型換気装置は、排気風路回転数決定手段の決定した排気風路の回転数をもとに、あらかじめ記憶した排気風路の回転数と補正値の関係から給気風路の回転数の補正値を算出する給気風路補正値算出手段と、給気風路回転数決定手段は、目標回転数算出手段によって算出した給気風路が目標風量を実現するときの回転数を前記補正値によって補正する回転数補正手段を備え、給気風路の回転数とするものである。

これにより、給気風路回転数決定手段は、回転数補正手段によって、目標回転数算出手段によって算出した給気風路が目標風量を実現するときの回転数を補正値によって補正して給気風路の回転数とすることで、本体内部で排気風路側から給気風路側への空気漏れの影響をなくして、目標風量を確保するとともに給気と排気の風量を同一にすることができるという効果を奏する。

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。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の給排型換気装置１は、建物内の天井または、天井裏および屋根裏空間、もしくは側面壁に設置されるものであり、以下、天井に設置した場合について説明する。

図１（ａ）に示す本体２は、３辺の内で高さ方向を最も低くした直方体の形状をしており、天井面３に対し平行に設置されている。

また、図１（ｂ）に示すように高さ方向と他の２辺のうち短手方向の辺を含む一方の側面４に室外側吸込口５と室外側吐出口６を有し、それぞれ約直径１００〔ｍｍ〕のダクト７が接続できる形状となっている。

室外側吸込口５と室外側吐出口６に接続したダクト７は建物外壁面８まで引き回して建物外の外気と連通するものである。

本体２の下面には室内側吸込口９を形成する。

側面４の対向面１０には室内側吐出口１１を有し、同様に約直径１００〔ｍｍ〕のダクト１２が接続できる形状となっている。

本実施の形態では、室内側吐出口１１に接続したダクト１２は複数本の小口径ダクト１３に分岐され、各居室の天井面と連通されて室内へ外気を給気する。

また、室内側吐出口１１は複数の小口径ダクト１３に分岐させるものである。そこで、本体２の対向面１０の室内側吐出口１１を小口径ダクト１３が複数本接続できる形状とすることにより、ダクトを分岐させる手間を省くこともできる。

本体２の内部には、室外からダクト７を介して導入された外気が室内に供給される給気風路１４と、室内の空気を室外に排気する排気風路１５を形成している。

これら二つの送風経路である給気風路１４と排気風路１５は、仕切り板１６、１７によって仕切られている。

給気風路１４と排気風路１５には、それぞれシロッコ型の給気ファン１８と排気ファン１９を設けている。

これら給気ファン１８と排気ファン１９は、１つのＤＣモータ２０の両側に延設した回転軸に連結している。

また、給気風路１４と排気風路１５とが交差する位置に室内空気と外気の熱を交換する熱交換素子２１を配置している。

熱交換素子２１は、室内からの排気空気の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。

本体２の室外側吸込口５および室外側吐出口６には、外気の浸入を遮断することができるダンパとして、給気ダンパ２２と排気ダンパ２３を備えている。

給気ダンパ２２は、室外側吸込口５に配置している。そして、給気ダンパ２２は、電動機２４と軸で連結し、室外側吸込口５の開口面積を調整するものでもある。

また、排気ダンパ２３は、室外側吐出口６に配置している。そして、排気ダンパ２３は、電動機２５と軸で連結し、室外側吐出口６の開口面積を調整するものでもある。

ここで電動機２４、２５は、例えばステッピングモータなどが挙げられ、ステップ数制御が可能となり、細かく開口面積を設定調整することができる。

給気風路１４は、室外側吸込口５と給気ダンパ２２と熱交換素子２１と給気ファン１８と室内側吐出口１１の順番に配置している。

また、排気風路１５は、室内側吸込口９と熱交換素子２１と排気ファン１９と排気ダンパ２３と室外側吐出口６の順番に配置している。

次に図２に制御回路の構成をブロック図で示す。

制御回路のブロックは、商用電源２６に接続した電源回路２７と、ＤＣモータ２０と給気ダンパ２２と排気ダンパ２３を駆動する駆動装置２８を有する。

電源回路２７は、ダイオードブリッジや電解コンデンサからなる整流平滑回路２９を備えている。そして、整流平滑回路２９で整流平滑された電圧をＦＥＴなどのスイッチング素子３０やスイッチングトランス３１を介して直流電圧を降下させ、ＤＣモータ２０および駆動装置２８へ供給する電圧、例えばＤＣ３０〔Ｖ〕を生成するものである。

ＤＣモータ２０は、三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の固定子巻き線を有するモータである。

そして、ＤＣモータ２０は、前記固定子巻き線への電圧印加を制御するためのドライブＩＣ、ＤＣモータ駆動制御手段３２、回転子の位置を検出するための位置検出センサであるホール素子３３を含んで構成されている。

本実施の形態では、ＤＣモータ２０へ供給される電圧はスイッチングトランス３１の後段に接続された低圧のＤＣ３０〔Ｖ〕としたがこれに限定するものではない。

例えば、商用電源２６を直接整流平滑した高圧のＤＣ１４１〔Ｖ〕やＤＣ２８２〔Ｖ〕で駆動することもできる。

駆動装置２８は、回転数検出手段３４と、電流検出手段３５と、ダンパ駆動制御手段３６と、制御手段３７を備えている。

回転数検出手段３４は、ホール素子３３の信号からＤＣモータ２０の回転数を検出するものである。

電流検出手段３５は、ＤＣモータ２０のＵ、Ｖ、Ｗ相に流れる電流を検出するものである。

ダンパ駆動制御手段３６は、給気ダンパ２２および排気ダンパ２３の電動機２４、２５を駆動するものである。

制御手段３７は、回転数検出手段３４と電流検出手段３５の信号を受けてＤＣモータ駆動制御手段３２とダンパ駆動制御手段３６を制御するものである。

電流検出手段３５は、ＤＣモータ２０のＵ、Ｖ、Ｗ相の共通ラインに接続された抵抗器などの両端電圧を検出することでＤＣモータ２０の電流を検出するものである。

また、ダンパ駆動制御手段３６は、制御手段３７からの信号に従って給気ダンパ２２および排気ダンパ２３の電動機２４、２５を駆動し、各ダンパの開閉を調整制御するものである。

制御手段３７は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）で構成され、ＤＣモータ２０の印加電圧からレギュレータ３８で電圧降下させて形成したＤＣ５〔Ｖ〕もしくはＤＣ３〔Ｖ〕電圧で駆動するものである。

次に、制御手段３７の構成について図３のブロック図を用いて説明する。

制御手段３７は、パルスもしくはアナログ信号を形成してＤＣモータ駆動制御手段３２へ信号を伝達し、ＤＣモータ２０は速度制御や停止を実行する。

後述する制御手段３７の動作については、制御手段３７内部のカウンターやＲＡＭ、ＲＯＭが共同するプログラムの形態で実施される。

目標風量３９に対して、決定されるＤＣモータ２０の目標回転数と、給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度からＤＣモータ駆動制御手段３２とダンパ駆動制御手段３６を制御する目標風量制御手段４０と、給排型換気装置１の起動初期において前記目標回転数と給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度を決定する初期設定手段４１を備えている。

初期設定手段４１は、目標風量３９から目標回転数を算出する目標回転数算出手段４２と、排気風路１５の回転数を算出する排気風路回転数決定手段４３と、給気風路１４の回転数を算出する給気風路回転数決定手段４４と、目標回転数決定手段４８と、給気風路１４の給気ダンパ２２と排気風路１５の排気ダンパ２３の開度をそれぞれ決定するダンパ開度決定手段４５を備えたものである。

目標回転数算出手段４２は、ＤＣモータ駆動制御手段３２を動作させて目標風量になるＤＣモータ２０に流れる電流と回転数の関係から駆動電圧を調整してそのときの目標回転数を算出するものである。

また、目標回転数算出手段４２には、ダクト長０〔ｍ〕〜３０〔ｍ〕の範囲における目標風量３９、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を保持するために必要なＤＣモータ２０の回転数と電流の関係式から算出される回転数と電流を給気風路１４と排気風路１５の各々に対してあらかじめテーブルデータとして記憶されている。

例えば、ダクト長を０、５、１０〔ｍ〕と５〔ｍ〕毎にインプットしても良いが、これに限定するものではなく、更に細分化、例えば１ｍ毎にテーブルデータを持つことによって、風量制御の精度を高める方式を採用することもできる。

本体２の機体内圧損は、給気風路１４および排気風路１５ともに１：１の均等な関係であれば、一つの回転数と電流の値を記憶しておけば良い。

しかし、本体２の寸法規制や熱交換素子２１の大きさ、配置場所などにより、機体内圧損は同一とならない場合がある。そこで、本実施の形態は、給気風路１４と排気風路１５各々に対してテーブルデータを記憶するものである。

排気風路回転数決定手段４３は、給気ダンパ２２を全閉にして排気ダンパ２３を全開にした状態で、目標回転数算出手段４２によって排気風路１５が目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を実現するときの回転数を検出して排気風路１５の回転数とするものである。

給気風路回転数決定手段４４は、排気ダンパ２３を全閉にして給気ダンパ２２を全開にした状態で、目標回転数算出手段４２によって給気風路１４が目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を実現するときの回転数とするものである。

目標回転数決定手段４８は、排気風路１５の回転数と給気風路１４の回転数を比較し、大きい方の回転数を目標回転数と決定するものである。

ダンパ開度決定手段４５は、排気風路１５と給気風路１４の風路のうち回転数が大きい方の風路のダンパを全閉にして、回転数が小さい方の風路が前記目標回転数になるように前記回転数が小さい方の風路のダンパの開度を決定するものである。

上記構成において、給気と排気の風量バランスを保つ動作について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

本フローは、給気ダンパ２２と排気ダンパ２３を全開にするステップ（ＳＴＥＰ１）と、排気風路回転数決定手段４３による目標風量に対する排気風路１５での回転数の決定を行なうステップ（ＳＴＥＰ２）と、給気風路回転数決定手段４４による目標風量に対する給気風路１４での回転数の決定を行なうステップ（ＳＴＥＰ３）と、目標回転数決定手段４８による目標回転数の決定を行なうステップ（ＳＴＥＰ４）と、ダンパ開度決定手段４５による給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度を決定するステップ（ＳＴＥＰ５）から構成される。そして、本体２にダクト７、１２が接続され運転ができる状態で実行される。

最初に電源投入、もしくは試運転スイッチ（図示しない）が押された場合、制御手段３７は、ＳＴＥＰ１に示すように、給気ダンパ２２および排気ダンパ２３を全開状態とする。

次に、排気風路回転数決定手段４３は、ＳＴＥＰ２に示すように、ダンパ駆動制御手段３６を制御して排気ダンパ２３を全開状態に保持したまま、給気ダンパ２２を全閉状態する。そして、目標回転数算出手段４２にあらかじめ記憶されている排気風路１５における電流と回転数の関係式に合致するようにＤＣモータ駆動制御手段３２を制御して、ＤＣモータ２０を駆動する。これにより、一つの回転数Ｎ１を得ることができる。この回転数Ｎ１は排気風路１５に実際に接続されたダクト７の長さにおいて、目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を保持するために必要な回転数情報である。

次に、給気風路回転数決定手段４４は、ＳＴＥＰ３に示すように、ダンパ駆動制御手段３６を制御して給気ダンパ２２を全開状態にし、排気ダンパ２３を全閉状態とする。そして、目標回転数算出手段４２にあらかじめ記憶されている給気風路１４における電流と回転数の関係式に合致するようにＤＣモータ駆動制御手段３２を制御してＤＣモータ２０を駆動する。これにより、一つの回転数Ｎ２を得ることができる。この回転数Ｎ２は、排気ダンパ２３が全閉状態で目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を保持するために必要な回転数情報である。

次に、目標回転数決定手段４８は、ＳＴＥＰ４に示すように、排気風路回転数決定手段４３が決定した回転数Ｎ１と給気風路回転数決定手段４４が決定した回転数Ｎ２を比較して目標回転数を決定することとなる。

すなわち、回転数Ｎ１＞回転数Ｎ２の場合には、回転数Ｎ１を目標回転数とする。また、回転数Ｎ１＜回転数Ｎ２の場合には、回転数Ｎ２を目標回転数とする。さらに、回転数Ｎ１＝回転数Ｎ２の場合には、回転数Ｎ１を目標回転数とする。

つまり、回転数Ｎ１＞回転数Ｎ２の場合、排気風路１５の風路圧損が給気風路１４の風路圧損より高いことを示している。給気風路１４の調整を行なわないと排気風路１５に比べて給気風路１４の風量が大きくなってしまう。

そこで、給気風路１４は、再度圧力損失を大きくした状態で目標風量が実現できるようにする必要がある。

ダンパ開度決定手段４５は、ＳＴＥＰ５で、ダンパ開度を調整することとなる。排気ダンパ２３は、全閉状態を保持したままで、低い圧損の風路に接続されている給気ダンパ２２の角度調整を行う。このときの目標回転数は、排気風路１５の圧損によって決まる排気風路１５において決定算出したＤＣモータ２０の回転数Ｎ１とする。

まず、ダンパ開度決定手段４５は、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている給気風路１４において目標とした回転数Ｎ１に対応する電流値と回転数の関係に合致するようにＤＣモータ２０を制御するとともに、目標回転数Ｎ１が維持できるように給気ダンパ２２のダンパ角度を徐々に閉じていく。

次に、本体２の状態を図５（ａ）に示すように、給気風路１４における動作回転数がＮ１となったときの給気ダンパ２２の角度θ１を記憶する。

そして、図５（ｂ）に示すように、排気ダンパ２３を全閉状態から全開状態とする。

このようにすることで、給気風路１４および排気風路１５の風路圧損を均等に維持した状態にすることができる。ＤＣモータ２０は、回転数Ｎ１で駆動することにより給気風路１４および排気風路１５ともに目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を確保することができるようになる。

制御手段３７は、排気ダンパ２３の全開と回転数Ｎ１という条件に加えて、前記のようにして調整した給気ダンパ２２の角度を条件にして、給排型換気装置１を制御することで、給気風路１４および排気風路１５ともに目標風量を確保して建物内の換気を行うこととなる。

また、回転数Ｎ１＜回転数Ｎ２の場合、給気風路１４の風路圧損が排気風路１５の風路圧損より高いことを示している。排気風路１５の調整を行なわないと給気風路１４に比べて排気風路１５の風量が大きくなってしまう。

そこで、排気風路１５は、再度圧力損失を大きくした状態で目標風量が実現できるようにする必要がある。

給気ダンパ２２は全閉状態とし、同様にＳＴＥＰ５に示すように、排気ダンパ２３の角度調整を行う。このときの目標回転数は、給気風路１４において決定算出したＤＣモータ２０の回転数Ｎ２とする。

まず、ダンパ開度決定手段４５は、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている排気風路１５において目標とした回転数Ｎ２に対応する電流値と回転数の関係に合致するようにＤＣモータ２０を制御するとともに、目標回転数Ｎ２が維持できるように排気ダンパ２３のダンパ角度を徐々に閉じていく。

次に、本体２の状態を図６（ａ）に示ように、排気風路１５における動作回転数がＮ２なったときの排気ダンパ２３の角度θ２を記憶する。

そして、図６（ｂ）に示すように給気ダンパ２２を全閉状態から全開状態とする。

このようにすることで、給気風路１４および排気風路１５の風路圧損を均等に維持した状態にすることができる。ＤＣモータ２０は、回転数Ｎ３で駆動することにより給気風路１４および排気風路１５ともに目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を確保することができる。

制御手段３７は、給気ダンパ２２の全開と回転数Ｎ２という条件に加えて、前記のようにして調整した排気ダンパ２３の角度を条件にして、給排型換気装置１を制御することで、給気風路１４および排気風路１５ともに目標風量を確保して建物内の換気を行うこととなる。

また、回転数Ｎ１＝回転数Ｎ２の場合、既に給気風路１４および排気風路１５の風路圧損が均等となっている。

この場合、給気ダンパ２２および排気ダンパ２３は、ともに全開状態とし、ＤＣモータ２０を回転数Ｎ１で駆動する。これにより、給気風路１４および排気風路１５とともに目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を確保することができる。

以上のように、本発明の実施の形態１においては、圧損の低い方のダンパ角度を調整することによって、双方の圧損差を無くすことができるようにした。

これにより、一つの回転数でＤＣモータ２０を駆動させても、給気と排気の双方の風量を確保すると同時に、給気と排気の風量バランスを均等に保つことができる。

また、排気風路回転数決定手段４３と給気風路回転数決定手段４４とで検出した回転数結果のうち、高い方の回転数を検出した送風経路に接続されたダンパを全開状態とするようにした。

これにより、風路圧損の低い方のダンパのみ開口面積を調整することで、ダンパを閉じることによって生じるＤＣモータ２０のエネルギーロスを低減することができる。

また、上記のフローは、電源投入時や試運転スイッチ（図示せず）を操作した場合にのみ実行するものである。したがって、通常使用時においてはダンパを全閉状態にする必要はなく、ダンパ全閉時に発生する騒音による不快感を使用者に与えることはない。

また、リフォームや機器の目詰まり等により、目標風量や給気と排気の風量バランスが均等でなくなった場合においても、電源投入時や試運転スイッチ（図示せず）を操作によって、使用者が任意のタイミングで再設定することもできる。

（実施の形態２）
上記のように実施の形態１では目標風量を精度高く実現するためにダンパの角度を調整することを説明した。

そのなかで、図４のＳＴＥＰ２では、排気風路回転数決定手段４３は、ダンパ駆動制御手段３６を制御して排気ダンパ２３を全開状態に保持したまま、給気ダンパ２２を全閉状態する。

そして、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている排気風路１５における電流と回転数の関係式に合致するようにＤＣモータ駆動制御手段３２を制御してＤＣモータ２０を駆動している。

このとき、排気ダンパ２３を全閉として、給気風路１４側の一つの回転数Ｎ１を得ているが、排気風路１５から給気風路１４へ空気の漏れが発生し、給気風路１４の風量は、この漏れによる風量が加わるために室外から給気できる風量が不足することがある。

空気の漏れが発生する原因は、給排型換気装置１の製造ばらつき、例えば図１に示す本体２と仕切り板１６の接合部の隙間や熱交換素子２１のエレメント間の接着ばらつき、によって生じるものと考える。

つまり目標風量を精度高く実現するためには、回転数を高くする必要がある。

そこで、本実施の形態では、初期設定手段４１は、実施の形態１の給気風路回転数決定手段４４に換えて、給気風路補正回転数決定手段４９を備えたものである。

給気風路補正回転数決定手段４９は、排気風路回転数決定手段４３の算出した排気風路１５の回転数をもとにあらかじめ記憶した排気風路１５の回転数と補正値の関係から給気風路１４の回転数の補正値を算出する給気風路補正値算出手段５０と、目標回転数算出手段４２によって算出した給気風路１４が目標風量を実現するときの給気風路１４の回転数を前記補正値により補正する回転数補正手段５１を備えたものである。

制御手段３７の構成について図７のブロック図を用いて説明する。制御手段３７は、目標風量３９に対して、決定されるＤＣモータ２０の目標回転数と、給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度からＤＣモータ駆動制御手段３２とダンパ駆動制御手段３６を制御する目標風量制御手段４０と、給排型換気装置１の起動初期において前記目標回転数と給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度を決定する初期設定手段４１を備えている。

初期設定手段４１は、目標風量３９から目標回転数を算出する目標回転数算出手段４２と、排気風路１５の回転数を算出する排気風路回転数決定手段４３と、給気風路１４の回転数を算出する給気風路補正回転数決定手段４９と、目標回転数決定手段４８と、給気風路１４と排気風路１５の給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度を決定するダンパ開度決定手段４５を備えたものである。

給気風路補正回転数決定手段４９は、排気風路回転数決定手段４３の算出した排気風路１５の回転数をもとに、図８に示すあらかじめ記憶した排気風路１５の回転数と補正値の関係から、給気風路１４の回転数の補正値を算出する給気風路補正値算出手段５０と、前記補正値によって補正して給気風路１４の回転数とする回転数補正手段５１を備えたものである。例えば、図８に示すように、排気風路回転数決定手段４３が算出した回転数がＮ１＿２の場合、給気風路１４の補正値を１．０４とする。

上記構成において、給気と排気の風量バランスを保つ動作について図９に示すフローチャートを用いて説明する。

本フローは、給気ダンパ２２と排気ダンパ２３を全開にするステップ（ＳＴＥＰ１）と、排気風路回転数決定手段４３による目標風量に対する排気風路１５での回転数の決定を行なうステップ（ＳＴＥＰ２）と、給気風路回転数決定手段４４による目標風量に対する給気風路１４での回転数の決定を行なうステップ（ＳＴＥＰ３）と、目標回転数決定手段４８による目標回転数の決定を行なうステップ（ＳＴＥＰ４）と、ダンパ開度決定手段４５による給気ダンパ２２と排気ダンパ２３の開度を決定するステップ（ＳＴＥＰ５）から構成される。

電源投入後、もしくは試運転スイッチが押された場合、ＳＴＥＰ１に示すように制御手段３７は給気ダンパ２２および排気ダンパ２３を全開状態とする。

次に、ＳＴＥＰ２に示すように、排気風路回転数決定手段４３は、ダンパ駆動制御手段３６を制御し排気ダンパ２３を全開状態に保持し、給気ダンパ２２を全閉状態する。

そして、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている排気風路１５における電流と回転数の関係式に合致するようにＤＣモータ駆動制御手段３２を制御してＤＣモータ２０を駆動することにより、一つの回転数Ｎ１を得る。

そして、給気風路補正値算出手段５０は、排気風路回転数決定手段４３の決定した排気風路１５の回転数Ｎ１から給気風路１４の回転数の補正値Ｒｈ１を算出する。

次に、ＳＴＥＰ３に示すように、給気風路回転数決定手段４４は、ダンパ駆動制御手段３６を制御して給気ダンパ２２を全開状態にし、排気ダンパ２３を全閉状態とする。

そして、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている給気風路１４における電流と回転数の関係式に合致するようにＤＣモータ駆動制御手段３２を制御してＤＣモータ２０を駆動することにより、一つの回転数Ｎ２を得る。

そして、回転数補正手段５１より、ＳＴＥＰ２で排気側の回転数に応じて補正値Ｒｈ１を決定して、回転数Ｎ２へ乗算し、回転数Ｎ３を得る。

この回転数Ｎ３は給気風路１４に接続された実施工ダクト長において、排気ダンパ２３を開けた状態で目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を保持するために必要な回転数情報である。

次に、ＳＴＥＰ４に示すように、目標回転数決定手段４８は、排気風路回転数決定手段４３が決定した回転数Ｎ１と給気風路回転数決定手段４４が決定した回転数Ｎ３を比較して目標回転数を決定することとなる。

すなわち、回転数Ｎ１＞回転数Ｎ３の場合には、回転数Ｎ１を目標回転数とする。また回転数Ｎ１＜回転数Ｎ３の場合には、回転数Ｎ３を目標回転数とする。さらに回転数Ｎ１＝回転数Ｎ３の場合には、回転数Ｎ１を目標回転数とする。

そして、ＳＴＥＰ５で、ダンパ開度決定手段４５は、ダンパ開度を調整する。すなわち、回転数Ｎ１＞回転数Ｎ３の場合、排気風路１５の風路圧損が給気風路１４の風路圧損より高いことを示している。給気風路１４の調整を行なわないと排気風路１５に比べて給気風路１４の風量が大きくなってしまう。

排気ダンパ２３は全閉状態を保持したままで、低い圧損の風路に接続されている給気ダンパ２２の角度調整を行う。このときの目標回転数は、排気風路１５の圧損によって決まる排気風路１５において決定算出したＤＣモータ２０の回転数Ｎ１とする。

そして、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている給気風路１４において目標回転数Ｎ１に対応する電流値と回転数の関係に合致するようにＤＣモータ２０を制御するとともに目標回転数Ｎ１が維持できるように給気ダンパ２２のダンパ角度を徐々に閉じていく。

また、回転数Ｎ１＜回転数Ｎ３の場合、給気風路１４の風路圧損が排気風路１５の風路圧損より高いことを示している。排気風路１５の調整を行なわないと給気風路１４に比べて排気風路１５の風量が大きくなってしまう。

給気ダンパ２２は全閉状態とし、排気ダンパ２３の角度調整を行う。このときの目標回転数は、給気風路１４において決定算出したＤＣモータ２０の回転数Ｎ３とする。そして、目標回転数算出手段４２へあらかじめ記憶されている排気風路１５において目標回転数Ｎ３に対応する電流値と回転数の関係に合致するようにＤＣモータ２０を制御するとともに、目標回転数Ｎ３が維持できるように排気ダンパ２３のダンパ角度を徐々に閉じていく。

次にＮ１＝Ｎ３の場合、既に給気風路１４および排気風路１５の風路圧損が均等となっているので、給気ダンパ２２および排気ダンパ２３をともに全開状態とし、ＤＣモータ２０を回転数Ｎ１で駆動することにより給気風路１４および排気風路１５とともに目標風量、例えば１００〔ｍ³／ｈ〕の風量を確保することができる。

以上のように、給気風路１４と排気風路１５間での空気の漏れを加減し補正し、圧損の低い方のダンパ角度を調整することによって、本体２内部で風量の漏れが発生する構造においても双方の圧損を等しくして、一つの回転数でＤＣモータ２０を駆動させ、給気と排気の風量バランスを均等に保ちながら、給気と排気の双方の風量を確保することができる。

本発明にかかる空気調和機は、１つのＤＣモータで同時に排気と給気を行う場合に、所定の風量を確保するとともに給排風量のバランスをも保つものであり、一般住宅などに用いられる同時給気排気型の空気調和機に有用である。

１給排型換気装置
２本体
３天井面
４側面
５室外側吸込口
６室外側吐出口
７ダクト
８建物外壁面
９室内側吸込口
１０対向面
１１室内側吐出口
１２ダクト
１３小口径ダクト
１４給気風路
１５排気風路
１６仕切り板
１７仕切り板
１８給気ファン
１９排気ファン
２０ＤＣモータ
２１熱交換素子
２２給気ダンパ
２３排気ダンパ
２４電動機
２５電動機
２６商用電源
２７電源回路
２８駆動装置
２９整流平滑回路
３０スイッチング素子
３１スイッチングトランス
３２ＤＣモータ駆動制御手段
３３ホール素子
３４回転数検出手段
３５電流検出手段
３６ダンパ駆動制御手段
３７制御手段
３８レギュレータ
３９目標風量
４０目標風量制御手段
４１初期設定手段
４２目標回転数算出手段
４３排気風路回転数決定手段
４４給気風路回転数決定手段
４５ダンパ開度決定手段
４８目標回転数決定手段
４９給気風路補正回転数決定手段
５０給気風路補正値算出手段
５１回転数補正手段
１００本体
１０１給気用のファンを具備したＤＣモータ
１０２排気用のファンを具備したＤＣモータ
１０４制御装置

Claims

本体の正面に配置した室内側吸込口と、一側面に配置した室内側吐出口と、前記側面とは異なる面に配置した室外側吸込口と室外側吐出口と、前記室外側吸込口の開口面積を調整する給気ダンパと、前記室外側吐出口の開口面積を調整する排気ダンパと、室外の空気を前記室外側吸込口から前記室内側吐出口へ連通させる給気風路と、室内の空気を前記室内側吸込口から前記室外側吐出口へ連通させる排気風路と、前記給気風路と前記排気風路の交差部に配置して室外の空気と室内の空気を熱交換させる熱交換素子と、前記熱交換素子の風下側に前記給気風路と前記排気風路それぞれ配置した給気用羽根および排気用羽根と、これら前記給気用羽根と前記排気用羽根を一つの駆動軸で駆動するＤＣモータと、前記給気ダンパおよび前記排気ダンパを駆動するダンパ駆動制御手段と、前記ＤＣモータの駆動電圧を調整するＤＣモータ駆動制御手段と、前記ＤＣモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記ＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記給気ダンパと前記排気ダンパのうち、一方のダンパは全開で、他方のダンパは開度を調整して目標回転数となるよう前記ＤＣモータへの駆動電圧を制御する制御手段とを備えた給排型換気装置であって、前記制御手段には、目標風量に対して前記ＤＣモータの目標回転数と前記給気ダンパと排気ダンパの開度を決定する初期設定手段を備え、前記初期設定手段は、前記ＤＣモータ駆動制御手段を動作させて目標風量になる前記ＤＣモータに流れる電流と回転数の関係から駆動電圧を調整してそのときの目標回転数を算出する目標回転数決定手段と、前記給気ダンパを全閉にして前記排気ダンパを全開にした状態で、前記目標回転数算出手段によって前記排気風路が前記目標風量を実現するときの回転数を検出して前記排気風路の回転数とする排気風路回転数決定手段と、前記排気ダンパを全閉にして前記給気ダンパを全開状態で、前記目標回転数算出手段によって前記給気風路が前記目標風量を実現するときの回転数を検出して、前記給気風路の回転数とする給気風路回転数決定手段と、前記排気風路の回転数と前記給気風路の回転数を比較し、大きい方の回転数を前記目標回転数と決定する目標回転数決定手段と、前記排気風路と給気風路のダンパの開度を決定するダンパ開度決定手段を備え前記排気風路と給気風路の風路のうち回転数が大きい方の風路のダンパを全閉にして、回転数が小さい方の風路が前記目標回転数になるよう前記回転数が小さい方の風路のダンパの開度を調整することを特徴とした給排型換気装置。
初期設定手段は、排気風路回転数決定手段の決定した排気風路の回転数をもとに、あらかじめ記憶した排気風路の回転数と補正値の関係から給気風路の回転数の補正値を算出する給気風路補正値算出手段を備え、給気風路回転数決定手段は、目標回転数算出手段によって算出した給気風路が目標風量を実現するときの回転数を前記補正値によって補正する回転数補正手段を備え、回転数補正手段で補正した回転数を給気風路の回転数とすることを特徴とする請求項１記載の給排型換気装置。