JP6035509B2

JP6035509B2 - 熱交換形換気装置

Info

Publication number: JP6035509B2
Application number: JP2012092747A
Authority: JP
Inventors: 耕次飯尾
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2032-04-16
Also published as: CN104136857B; CN104136857A; JP2013221657A; WO2013157246A1

Description

本発明は、外気と室内空気を熱交換する熱交換形換気装置に関するものである。

従来、この種の熱交換形換気装置は、本体下面に設けられた室内排気口から室内空気を屋外に強制的に排気するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その熱交換形換気装置について、図９を参照しながら説明する。

図９に示すように、換気装置本体１０１は、給気ファン１０２により、新鮮な外気を建物の外気給気口（図示せず）から導入し、ダクトを通って換気装置本体１０１の外気取入口１０３から取り入れる。そして、内蔵する熱交換素子部１０４を介して本体給気口１０５から吹き出し、ダクトを通って室内給気口から室内に供給する。

特開２００５−１０６４２７号公報

このような従来の熱交換形換気装置においては、室内環境が高湿度となる場合（例えば浴室での使用を想定）に、熱交換素子内部の排気風路側において熱交換素子そのものに水分が付着し、その水分が熱交換素子を介して低温の屋外空気と接触する。そのため、熱交換素子において凍結が発生する。また高湿度となった室内空気が熱交換素子を介して低温の屋外空気と接触し急激に冷却されることから結露が発生するという課題があった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、室内環境が高湿度の場合に結露・凍結の発生を抑止することができる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、本発明は、給気用ファンにより屋外から室内に送風される給気送風経路と、
排気用ファンにより室内から室外に送風される排気送風経路を本体内に備え、
前記給気用ファンと前記排気用ファンは１つの電動機の回転軸に取り付けられ、
前記給気送風経路と前記排気送風経路とが交差する位置に熱交換素子部を配置し、
前記給気送風経路の前記熱交換素子部の上流側に風路遮蔽部を有し、
室内の湿度を計測する室内湿度計測手段を備え、
前記風路遮蔽部の開閉を切り替える制御手段を有し、
この制御手段は、前記室内湿度計測手段が所定値以上の湿度を検出したときに前記風路遮蔽部の開口を閉じ、屋外空気の前記熱交換素子部への導入を小さくする排気運転モードを備えたものであり、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、給気用ファンにより屋外から室内に送風される給気送風経路と、排気用ファンにより室内から室外に送風される排気送風経路を本体内に備え、前記給気用ファ
ンと前記排気用ファンは１つの電動機の回転軸に取り付けられ、前記給気送風経路と前記排気送風経路とが交差する位置に熱交換素子部を配置し、前記給気送風経路の前記熱交換素子部の上流側に風路遮蔽部を有し、室内の湿度を計測する室内湿度計測手段を備え、前記風路遮蔽部の開閉を切り替える制御手段を有し、この制御手段は、前記室内湿度計測手段が所定値以上の湿度を検出したときに前記風路遮蔽部の開口を閉じ、屋外空気の前記熱交換素子部への導入を小さくする排気運転モードを備えたことにより、熱交換気運転時に室内湿度計測手段により室内湿度を計測し所定値以上の湿度を検知したときに、給気送風経路の風路遮蔽部の開口を閉じる制御を行うことで給気送風経路の素子上流側を遮蔽し排気送風のみの運転への切り替えることにより、屋外空気の熱交換素子内部への進入を防ぎ素子の結露・凍結を防止するとともに、給気送風経路を遮蔽することで給気用ファンの仕事量を小さくし電動機の回転軸の逆側に取り付けられた排気用ファンの仕事量を大きくすることで効率的に室内湿度を排出し低下させるという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の熱交換形換気装置を示す下方斜視図同熱交換形換気装置を示す側面断面図同熱交換形換気装置の排気送風経路を示す部分斜視図同熱交換形換気装置の給気風路遮蔽部を示す部分斜視図同給気風路遮蔽部を示す斜視図同給気風路遮蔽部を示す分解斜視図ヒータを設けた同熱交換形換気装置の部分斜視図ヒータを設けた同給気風路遮蔽部を示す斜視図従来の熱交換形換気装置を示す側面断面図

本発明に係る熱交換形換気装置は、給気用ファンにより屋外から室内に送風される給気送風経路と、排気用ファンにより室内から室外に送風される排気送風経路を本体内に備え、前記給気用ファンと前記排気用ファンは１つの電動機の回転軸に取り付けられ、前記給気送風経路と前記排気送風経路とが交差する位置に熱交換素子部を配置し、前記給気送風経路の前記熱交換素子部の上流側に風路遮蔽部を有し、室内の湿度を計測する室内湿度計測手段を備え、前記風路遮蔽部の開閉を切り替える制御手段を有し、この制御手段は、前記室内湿度計測手段が所定値以上の湿度を検出したときに前記風路遮蔽部の開口を閉じ、屋外空気の前記熱交換素子部への導入を小さくする排気運転モードを備えたものである。これにより、室内湿度が上昇し所定値以上の湿度を検知した場合に、給気送風経路の素子上流側の風路遮蔽部の開口部を閉じ素子内部へ屋外空気の導入を遮断する。このようにして、素子内部で冷風と高湿度の空気の接触を抑制し、結露・凍結を抑止する。さらに、給気送風経路を遮蔽することで給気用ファンの仕事量を小さくして、同じ回転軸に取り付けられた排気用ファンの仕事量を大きくする。そのため、効率的に室内湿度を排出し低下させるという効果を奏する。

また、前記制御手段は、前記排気運転モードで運転中に、前記室内湿度計測手段が所定値以下の湿度を検出してから、そのまま一定時間排気送風のみの運転を継続する素子乾燥モードを備えたことにより、熱交換素子が乾燥した状態で熱交換気運転に戻ることができる。

また、前記素子乾燥モードは、前記一定時間が経過した後、前記室内湿度計測手段が第二の所定値以下の湿度を検出するまで継続することにより、熱交換素子が十分に乾燥した状態で熱交換気運転に戻ることができる。

また、前記給気送風経路の外気吸込口と熱交換素子部の間に、給気送風経路の断面積よ
りも小さな通過面を持つ加熱手段と、屋外の温度を計測する屋外温度計測手段をさらに備え、前記制御手段は、前記屋外温度計測手段が所定値以下の温度を検出したときに前記加熱手段への運転を開始することより、屋外空気を加熱手段により暖めることで、排気送風のみの運転から熱交換気運転に移行しても結露・凍結が起こりにくくなる。さらに、素子を乾燥する排気送風のみの運転時間を短縮して熱交換気運転へ切り替えることができるという効果を奏する。

また、前記過熱手段は、ＰＴＣヒータを用いた構成としてもよい。これによりＰＴＣ素子の通過風速によりヒータの出力が変化し故障等の理由でファンの送風が止まった場合でもヒータの出力が上がらないため、製品の安全性が向上す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）
本発明の第１の実施の形態の熱交換形換気装置について、図１、２、３を用いて内部の構成と給気送風経路、排気送風経路について説明する。図１に示すように、熱交換形換気装置１は、箱形の本体の下部に室内空気吸込口５を設け、側面に外気吸込口２、室内空気排気口３、そして、この側面に対向した側面に外気給気口４を設けた構成である。

図２に示すように、熱交換形換気装置１は、新鮮な屋外の空気を側面の外気吸込口２から吸込み、熱交換形換気装置１の内部の熱交換素子部１１を通って外気給気口４から室内に供給される給気送風経路６を備えている。一方、図３に示すように、室内の汚染された空気は室内空気吸込口５から吸い込まれ、熱交換素子部１１を通って室内空気排気口３から室外に排気される排気送風経路７を備えている。このとき、熱交換素子部１１は、排気される空気の熱量を給気される空気に供給する、または、給気される空気の熱量を排気される空気の熱量に供給する、熱回収の機能を有している。

図２に示すように、外気吸込口２から導入される新鮮な屋外空気と室内空気吸込口５から導入される室内の汚染された空気は、電動機１０に同一軸にて連結された給気用ファン８と排気用ファン９によりそれぞれの給気送風経路６と排気送風経路７を流れる。熱交換素子部１１は給気送風経路６と排気送風経路７とが交差する位置に配設される。給気用ファン８と排気用ファン９は、同じ性能を持つ羽根車を用いている。

また、外気吸込口２、室内空気排気口３、外気給気口４には、それぞれダクト（図示せず）が接続できる形状となっている。外気吸込口２と室内空気排気口３に接続したダクトは建物外壁面まで引き回して建物外の屋外空気と連通する。外気給気口４に接続したダクトは居室の天井面または壁面と連通されて室内へ屋外空気を給気する。

そして、本実施の形態の最も特徴的な部分は、図４に示すように給気送風経路６内において熱交換素子部１１の上流側に風路遮蔽部１２を取り付けたことと、図２に示すように排気送風経路７の室内空気吸込口５と熱交換素子部１１の室内空気吸込側の間に室内湿度計測手段として室内湿度センサー１３を取り付けたことである。

図５に風路遮蔽部１２の詳細図を示す。風路遮蔽部１２は、開口部１５を備えた保持部１６と遮蔽部１４からなる。風路遮蔽部１２は、給気送風経路６に隙間なく設置される。これにより屋外から吸込まれた空気は、全て風路遮蔽部１２の開口部１５を通過することとなる。また、図６に風路遮蔽部１２の分解図を示す。風路遮蔽部１２は、保持部１６に遮蔽部用電動機１８を電動機保持カバー１９で保持している。そして、遮蔽部用電動機１８の回転軸には、歯車１７が取り付けられている。遮蔽部１４は、その縁に歯車１７にかみあう直線歯車が備えられ、カバー２０で保持部１６に保持されている。遮蔽部用電動機
１８は、その回転により遮蔽部１４をスライドさせ、開口部１５の開度を全閉から全開まで調整する。開口部１５は、遮蔽部１４を動かし閉め切ることで、屋外からの空気の導入を遮断し給気風量をなくすことができ、それにより熱交換素子部１１に屋外空気の導入を遮断することができる。

上記構成による本実施の形態の熱交換形換気装置１の動作について説明する。

熱交換形換気装置１は、施工後、外気吸込口２、室内空気排気口３、外気給気口４に、それぞれダクトが接続される。外気吸込口２と室内空気排気口３に接続したダクトは建物外壁面まで引き回して建物外の屋外空気と連通する。外気給気口４に接続したダクトは居室の天井面または壁面と連通されて室内へ屋外空気を給気する。

（通常運転モード）
このような熱交換形換気装置１は、通常、風路遮蔽部１２を「開」状態にして、電動機１０を運転する。このとき、排気送風経路７には空調された室内空気が送られ、給気送風経路６には、冷たい（場合によっては温かい）屋外空気が送られる。熱交換素子部１１では、室内空気と屋外空気との熱交換が行なわれる。そして、外気は暖められて（あるいは、冷やされて）室内へ給気されるのである。

（排気運転モード）
室内空気が高湿度となった場合には、そのまま屋外空気との熱交換気運転を継続すると、屋外空気が低温である場合に、熱交換素子部１１を介し低温屋外空気と接触する高湿室内空気は急激に冷やされる。冷やされた高湿室内空気は、露点温度まで到達すると結露に至り、熱交換素子部１１の素子表面に水分が付着する。また、屋外空気が極低温の場合は、結露し付着した水分が凍結に至り、風路を埋めることで排気することができなくなる現象が生じる。

そこでこの現象を抑止するために、室内湿度センサー１３で室内の湿度が所定の湿度まで上昇したことを検知した場合に風路遮蔽部１２の遮蔽部用電動機１８を駆動させ遮蔽部１４を動かし開口部１５を閉める。

これにより、熱交換素子部１１内部への屋外空気の導入を遮断し、排気送風のみの運転に切り替えることで、熱交換素子部１１内部での結露・凍結の発生を抑止する。さらに、給気送風経路６を遮蔽して、給気用ファン８の仕事量を小さくする。そうすると、電動機１０の回転軸の逆側に取り付けられた排気用ファン９の仕事量を大きくなって効率的に室内湿度を排出し低下させるという効果を奏する。

このように、本発明の実施の形態１の熱交換形換気装置１によれば、室内環境が高湿度の場合でも結露・凍結の発生を抑止することができる効果を奏する。

（素子乾燥モード）
また、上記排気送風のみの運転に切り替わったのち、この排気送風のみの運転を継続し室内空気が排気されることで室内湿度は低下していく。制御部は、室内湿度センサー１３が所定値（第１の室内湿度設定値）以下の室内湿度を検出してから、そのまま一定時間排気送風のみの運転を継続する。この排気送風のみの一定時間とは、事前に制御部に記憶させておき、例えば積算タイマーなどの手段によりその経過時間を判断する。この一定時間の排気送風が始まる時点では熱交換素子部１１の排気送風経路７側は水分が付着している可能性がある。しかし、室内空気は湿度が低く乾燥した状態になっているため、この室内空気を送風することで熱交換素子部１１表面に付着した水分を屋外へ吐き出し乾かすことができる。一定時間排気送風のみの運転（素子乾燥モード）を継続したのち、給気送風経
路６の風路遮蔽部１２の遮蔽部用電動機１８を動作させ、遮蔽部１４を動かし開口部１５を開き、熱交換素子部１１へ屋外空気を導入し熱交換気運転（通常運転モード）へと移行する。

これにより、熱交換素子部１１が十分に乾燥した状態で熱交換気運転に戻ることができ、熱交換素子部１１内部に付着している水分がなくなり熱交換素子部１１の結露・凍結を防止するという効果を奏する。

素子乾燥モードを終了するタイミングは、上記では一定時間としたが、室内湿度の計測値によって判断しても良い。この場合、制御部には、第２の室内湿度の設定値を記憶させる。この第２の室内湿度設定値は、前述した第１の室内湿度設定値よりも小さな値である。排気送風経路７に流す空気が十分乾燥していないと、熱交換素子部１１を乾燥させることができない。すなわち、一定時間排気送風運転（素子乾燥モード）した後、室内湿度が所定の室内湿度（第２の室内湿度設定値）を下回っていたときには、熱交換素子部１１が乾燥しているものと判断すればよい。

また、図７に示すように、熱交換形換気装置１は、給気送風経路６の外気吸込口２と熱交換素子部１１の間に、給気送風経路６の断面積よりも小さな通過面を持つ加熱手段（以降、ヒータ２１）を備えている。また、屋外の温度を計測する計測手段として屋外温度センサー２２が外気吸込口２に設けられている。ヒータ２１は、例えば図８のように風路遮蔽部１２にヒータ保持部２３によって取り付けられる。そして、屋外空気はヒータ２１を通過することとなる。給気送風経路６を通過する屋外空気が所定の温度より低いことを屋外温度センサー２２が検知したときにヒータ２１を運転させる制御を行い、屋外空気はヒータ２１によって暖められる。

上記構成とすることで、熱交換素子部１１を介して暖められた屋外空気と接触する室内空気の温度は高くなり、室内空気の保有できる水蒸気量は、屋外空気を加熱しない場合と比較して増える。したがって、熱交換素子部１１の乾燥のための排気送風のみの運転から熱交換気運転に移行しても結露・凍結が起こりにくくなる効果を奏する。また、熱交換素子部１１を乾燥する排気送風のみの運転時間を短縮して熱交換気運転へ切り替えることができるという効果を奏する。

また、図示はしないが、ヒータ２１をＰＴＣヒータとする構成とするとよい。ＰＴＣヒータは、通過風速により抵抗値を変化させることで発熱温度を一定とする温度保持性能を持つ。そのため、故障等の理由で電動機１０の運転が止まった場合でも、ＰＴＣヒータの出力は上昇しないため発火・発煙などの危険を低減し製品の安全性を向上させるという効果を奏する。

このように、本発明の実施の形態１の熱交換形換気装置によれば、室内環境が高湿度の場合に結露・凍結の発生を抑止することができる効果を奏する。

本発明にかかる熱交換形換気装置は、外気と室内空気の熱交換を目的とするダクト式の熱交換気装置、ダクト式の空気調和装置などの用途として有効である。

１熱交換形換気装置
２外気吸込口
３室内空気排気口
４外気給気口
５室内空気吸込口
６給気送風経路
７排気送風経路
８給気用ファン
９排気用ファン
１０電動機
１１熱交換素子部
１２風路遮蔽部
１３室内湿度センサー
１４遮蔽部
１５開口部
１６保持部
１７歯車
１８遮蔽部用電動機
１９電動機保持カバー
２０カバー
２１ヒータ
２２屋外温度センサー
２３ヒータ保持部

Claims

給気用ファンにより屋外から室内に送風される給気送風経路と、
排気用ファンにより室内から室外に送風される排気送風経路を本体内に備え、
前記給気用ファンと前記排気用ファンは１つの電動機の回転軸に取り付けられ、
前記給気送風経路と前記排気送風経路とが交差する位置に熱交換素子部を配置し、
前記給気送風経路の前記熱交換素子部の上流側に風路遮蔽部を有し、
室内の湿度を計測する室内湿度計測手段を備え、
前記風路遮蔽部の開閉を切り替える制御手段を有し、
この制御手段は、前記室内湿度計測手段が所定値以上の湿度を検出したときに前記風路遮蔽部の開口を閉じ、屋外空気の前記熱交換素子部への導入を小さくする排気運転モードを備え、
前記制御手段は、前記排気運転モードで運転中に、前記室内湿度計測手段が第一の所定値以下の湿度を検出してから、そのまま一定時間排気送風のみの運転を継続する素子乾燥モードを備えた熱交換形換気装置。
前記素子乾燥モードは、前記一定時間が経過した後、前記室内湿度計測手段が第二の所定値以下の湿度を検出するまで継続する請求項１記載の熱交換形換気装置。
前記給気送風経路の外気吸込口と熱交換素子部の間に、給気送風経路の断面積よりも小さな通過面を持つ加熱手段と、
屋外の温度を計測する屋外温度計測手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記屋外温度計測手段が所定値以下の温度を検出したときに前記加熱手段への運転を開始する請求項１に記載の熱交換形換気装置。
前記加熱手段は、ＰＴＣヒータを用いた請求項３に記載の熱交換形換気装置。