以下、図面を参照して、本発明の換気装置の実施の形態としての熱交換型換気装置について説明する。
<本実施の形態の熱交換型換気装置の全体構成例>
図1は、本実施の形態の熱交換型換気装置の風路構成の一例を示す正面断面図、図2は、本実施の形態の熱交換型換気装置の風路構成の一例を示す側面断面図、図3は、本実施の形態の熱交換型換気装置の風路構成の一例を示す側面断面図である。また、図4は、本実施の形態の熱交換型換気装置の外観構成の一例を示す正面図、図5は、本実施の形態の熱交換型換気装置の外観構成の一例を示す上面図である。
本実施の形態の熱交換型換気装置1Aは、装置本体10が建物の床に設置される形態で使用される。熱交換型換気装置1Aは、屋外から吸い込まれた外気OAと、室内から吸い込まれた還気RAとの間で熱交換を行う熱交換素子2を装置本体10に備える。
また、熱交換型換気装置1Aは、屋外から外気OAを吸い込み、熱交換素子2で還気RAと熱交換された外気OAを、給気SAとして室内に吹き出す給気ファン3SAを装置本体10に備える。
更に、熱交換型換気装置1Aは、室内から還気RAを吸い込み、熱交換素子2で外気OAと熱交換された還気RAを、排気EAとして屋外に吹き出す排気ファン3EAを装置本体10に備える。
熱交換型換気装置1Aは、装置本体10の上面に空気の吸込口と吹出口が形成される構成で、屋外からの外気OAが吸い込まれる外気吸込口10OAと、室内への給気SAが吹き出される給気吹出口10SAを、装置本体10の上面に備える。また、熱交換型換気装置1Aは、室内からの還気RAが吸い込まれる還気吸込口10RAと、屋外への排気EAが吹き出される排気吹出口10EAを、装置本体10の上面に備える。
熱交換型換気装置1Aは、本例では、還気吸込口10RAと給気吹出口10SAが、装置本体10の正面側の上面に並列して設けられ、外気吸込口10OAと排気吹出口10EAが、装置本体10の背面側の上面に並列して設けられる。
また、熱交換型換気装置1Aは、還気吸込口10RAと外気吸込口10OAが、装置本体10を正面から見て左側に設けられ、給気吹出口10SAと排気吹出口10EAが、装置本体10を正面から見て右側に設けられる。
熱交換型換気装置1Aは、還気吸込口10RAにRAダクトジョイント11RAが取り付けられ、外気吸込口10OAにOAダクトジョイント11OAが取り付けられる。また、熱交換型換気装置1Aは、給気吹出口10SAにSAダクトジョイント11SAが取り付けられ、排気吹出口10EAにEAダクトジョイント11EAが取り付けられる。
熱交換型換気装置1Aは、金属等で構成された筐体11の内側に、気密性及び断熱性を有した材質、本例では発泡スチロールで構成された風路形成部材12が取り付けられて、装置本体10が構成される。
熱交換素子2は熱交換手段の一例で、外気OAが通る第1の熱交換風路20aを構成する部材と、還気RAが通る第2の熱交換風路20bを構成する部材が、第1の熱交換風路20aと第2の熱交換風路20bとの間での空気の流れが遮蔽された状態となるように積層されて構成される。
熱交換素子2は、熱交換素子取付部13に取り付けられた状態で、第1の熱交換風路20aと第2の熱交換風路20bが前後方向に沿って交互に積層される。また、熱交換素子2は、還気RAが吸い込まれる還気吸込口21RAと、給気SAが吹き出される給気吹出口21SAが、熱交換素子2の上部に並列して設けられる。更に、熱交換素子2は、外気OAが吸い込まれる外気吸込口21OAと、排気EAが吹き出される排気吹出口21EAが、熱交換素子2の下部に並列して設けられる。
熱交換素子2は、本例では、装置本体10を正面から見て、左側の上部に還気吸込口21RAが形成され、右側の上部に給気吹出口21SAが形成される。また、熱交換素子2は、左側の下部に外気吸込口21OAが形成され、右側の下部に排気吹出口21EAが形成される。
これにより、熱交換素子2の下部の外気吸込口21OAから吸い込まれ、第1の熱交換風路20aを通り、熱交換素子2の上部の給気吹出口21SAから吹き出される空気と、熱交換素子2の上部の還気吸込口21RAから吸い込まれ、第2の熱交換風路20bを通り、熱交換素子2の下部の排気吹出口21EAから吹き出される空気の流れが対向する。ここで、熱交換素子2が第1の熱交換風路20aと第2の熱交換風路20bとの間で湿度の交換ができる構成である場合、図示しない透湿層に防カビ剤を添加することで、カビの発生が抑えられる。
熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2が取り付けられる熱交換素子取付部13が、装置本体10を正面から見て中央付近に設けられる。熱交換型換気装置1Aは、風路形成部材12に空間を設けて熱交換素子取付部13が形成され、装置本体10の風路形成部材12に熱交換素子2が取り付けられる。
熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子取付部13に取り付けられる熱交換素子2が前後方向に移動可能に支持される構成を熱交換素子2と熱交換素子取付部13に備える。熱交換型換気装置1Aは、筐体11の正面板11aを取り外すことで、熱交換素子2が前後方向への移動で装置本体10の正面側から着脱可能に構成される。
給気ファン3SAは給気送風手段の一例、排気ファン3EAは排気送風手段の一例で、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、回転駆動される多翼の羽根車30と、羽根車30を回転させるモータ30Mと、風路を形成するファンケース31と、ファンケース31内を通る空気の風量を検出する風量検出センサ32を備える。
ファンケース31は風路形成手段の一例で、羽根車30が回転駆動されることで空気が吸い込まれる吸込部であるファン吸込口31aと、ファン吸込口31aから吸い込まれた空気が吹き出される吹出部であるファン吹出口31bを備える。また、ファンケース31は、ファン吸込口31aから吸い込んだ空気をファン吹出口31bから吹き出す空気の流れを生成する風路であるファンケース風路31cを備える。
給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、ベルマウスと称される円形の開口で構成されるファン吸込口31aが、羽根車30の軸方向に沿って設けられる。また、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、羽根車30の外周に沿ってファンケース風路31cが設けられ、羽根車30の軸方向に沿ってファン吸込口31aから吸い込まれた空気が、羽根車30の回転方向に沿ってファン吹出口31bから吹き出される。
給気ファン3SAは、羽根車30の軸が水平方向に沿った向きとなり、ファン吸込口31aが側部に配置される。また、給気ファン3SAは、ファンケース風路31cが上向きに屈曲した形状で、ファン吹出口31bが上部に配置される。
排気ファン3EAも同様に、羽根車30の軸が水平方向に沿った向きとなり、ファン吸込口31aが側部に配置される。また、排気ファン3EAは、ファンケース風路31cが上向きに屈曲した形状で、ファン吹出口31bが上部に配置される。
ファンケース風路31cは、羽根車30の外周に沿って形成される風路と連通し、ファン吸込口31aから吸い込まれた空気が横方向に沿って流れる第1の風路31dを備える。また、ファンケース風路31cは、第1の風路31dと連通し、第1の風路31dを通る横方向に沿った空気の流れを縦方向に曲げる屈曲部31eを備える。更に、ファンケース風路31cは、屈曲部31eと連通し、空気が縦方向に沿って流れてファン吹出口31bから吹き出される第2の風路31fとを備える。
ファンケース31は、ファンケース風路31cの開口面積が、第1の風路31dから第2の風路31fに向かって屈曲部31eで広がる形状を有する。
風量検出センサ32は検出手段の一例で、ファンケース風路31cを通る空気の流れで回転するシャッタ部材32aと、軸32bにシャッタ部材32aが取り付けられ、シャッタ部材32aの回転による軸32bの回転角度に応じた信号を出力する角度検出手段としてのエンコーダ32cを備える。
風量検出センサ32は、シャッタ部材32aの一方の端部である先端から軸32bまでの長さが、シャッタ部材32aの他方の端部である後端から軸32bまでの長さより長くなるように、シャッタ部材32aに対して軸32bが偏芯して設けられる。
風量検出センサ32は、軸32bを支点としたシャッタ部材32aの回転方向が、ファンケース風路31cの屈曲した方向に沿うように、第1の風路31dと第2の風路31fが連通するファンケース風路31cの屈曲部31eに、シャッタ部材32aが配置される。
すなわち、風量検出センサ32は、軸32bの向きを、ファンケース風路31cを通る空気の流れに対して略直交する水平方向に沿った向きとし、軸32bの位置を、第1の風路31dに対して上側にオフセットされ、かつ、第2の風路31f方向にオフセットされる位置として、シャッタ部材32aが屈曲部32eに配置される。
風量検出センサ32は、羽根車30が停止されている換気停止状態では、シャッタ部材32aの一方の端部側が下向きとなる方向に、シャッタ部材32aが自重で軸32bを支点に回転して、シャッタ部材32aが鉛直方向に沿った向きとなる。
そして、風量検出センサ32は、換気停止状態でシャッタ部材32aの先端と、ファンケース風路31cを形成するファンケース31の内面との間に所定の間隔で隙間が形成されるように、シャッタ部材32aの長さ及び軸32bの位置が設定される。
これにより、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、換気停止状態では、シャッタ部材32aで第1の風路31dの一部が閉塞され、羽根車30が回転駆動された初期の状態で、空気が流れる空間が形成されている。
また、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、シャッタ部材32aの軸32bの位置が、第1の風路31dに対して上側にオフセットされ、かつ、第2の風路31f方向にオフセットされる位置としたことで、空気の流れで図3に矢印で示す開く方向に回転するシャッタ部材32aの軌跡が、第2の風路31fに入ることが可能となる。
そして、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、第2の風路31fでは空気が上向きに流れるので、シャッタ部材32aに上方へ回転させる力が加えられ、シャッタ部材32aの回転角度を、換気停止状態におけるシャッタ部材32aの鉛直方向に沿った向きを0°としたとき、90°より大きく設定することが可能になる。
ここで、シャッタ部材32aの回転角度αが180°以上になると、自重で復帰できなくなるので、シャッタ部材32aの回転角度αは、90°より大きく180°より小さく設定される。
更に、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、上述したように、シャッタ部材32aが屈曲部31eに配置され、ファンケース風路31cの開口面積が、第1の風路31dから第2の風路31fに向かって屈曲部31eで広がる形状を有することで、空気の流れでシャッタ部材32aが開く方向に回転する動作で、ファンケース風路31cの開口面積が広がる。
熱交換型換気装置1Aは、給気ファン3SAが取り付けられる給気ファン取付部14SAが、装置本体10を正面から見て熱交換素子2の側方、本例では右側の側方の上部に設けられる。また、熱交換型換気装置1Aは、排気ファン3EAが取り付けられる排気ファン取付部14EAが、装置本体10を正面から見て給気ファン取付部14SAと同じ熱交換素子2の側方、本例では右側の側方の下部に設けられる。
熱交換型換気装置1Aは、風路形成部材12の側方上部に、筐体11との間に空間を設けて給気ファン取付部14SAが形成され、風路形成部材12の側方下部に、筐体11との間に空間を設けて排気ファン取付部14EAが形成されて、装置本体10に給気ファン3SAと排気ファン3EAが取り付けられる。
熱交換型換気装置1Aは、給気ファン取付部14SAに取り付けられる給気ファン3SAが前後方向に移動可能に支持される構成を給気ファン3SAと給気ファン取付部14SAに備える。熱交換型換気装置1Aは、筐体11の正面板11aを取り外すことで、給気ファン3SAが前後方向への移動で装置本体10の正面側から着脱可能に構成される。
また、熱交換型換気装置1Aは、排気ファン取付部14EAに取り付けられる排気ファン3EAが前後方向に移動可能に支持される構成を排気ファン3EAと排気ファン取付部14EAに備える。熱交換型換気装置1Aは、筐体11の正面板11aを取り外すことで、排気ファン3EAが前後方向への移動で装置本体10の正面側から着脱可能に構成される。
熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2の還気吸込口21RAから吸い込まれる還気RAが通る還気吸込空間15RAと、熱交換素子2の排気吹出口21EAから吹き出される排気EAが通る排気吹出空間15EAを備える。
また、熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2の外気吸込口21OAから吸い込まれる外気OAが通る外気吸込空間15OAと、熱交換素子2の給気吹出口21SAから吹き出される給気SAが通る給気吹出空間15SAを備える。
熱交換型換気装置1Aは、本例では、装置本体10を正面から見て、風路形成部材12の左側の上部に還気吸込空間15RAが形成され、風路形成部材12の右側の上部に給気吹出空間15SAが形成される。また、熱交換型換気装置1Aは、風路形成部材12の左側の下部に外気吸込空間15OAが形成され、風路形成部材12の右側の下部に排気吹出空間15EAが形成される。
熱交換型換気装置1Aは、還気吸込空間15RAの上側に還気吸込口10RAが位置する風路構成で、還気吸込空間15RAと装置本体10の上面に設けられる還気吸込口10RAが連通し、還気吸込口10RAと熱交換素子2の還気吸込口21RAが、還気吸込空間15RAを介して連通する。
また、熱交換型換気装置1Aは、給気吹出空間15SAの側方に給気ファン3SAが位置する風路構成で、給気吹出空間15SAと給気ファン3SAのファン吸込口31aが連通する。
熱交換型換気装置1Aは、給気ファン3SAの上側に給気吹出口10SAが位置する風路構成で、給気ファン3SAのファン吹出口31bと、装置本体10の上面に設けられる給気吹出口10SAが連通し、給気吹出口10SAと熱交換素子2の給気吹出口21SAが、給気吹出空間15SAと給気ファン3SAを介して連通する。
熱交換型換気装置1Aは、外気吸込口10OAと外気吸込空間15OAを連通させた外気吸込風路16OAを備える。熱交換型換気装置1Aは、装置本体10を正面から見て熱交換素子2の側方、本例では左側の風路形成部材12に、上下方向に延在する空間を設けて外気吸込風路16OAが構成される。
熱交換型換気装置1Aは、外気吸込風路16OAの上部側と、装置本体10の上面に設けられる外気吸込口10OAが連通する。また、熱交換型換気装置1Aは、外気吸込風路16OAが装置本体10の下部に形成される外気吸込空間15OAの側方まで延在し、外気吸込風路16OAの下部側と外気吸込空間15OAが連通する。
更に、熱交換型換気装置1Aは、外気吸込風路16OAと還気吸込空間15RAが風路形成部材12で仕切られる。
これにより、熱交換型換気装置1Aは、外気吸込口10OAと熱交換素子2の外気吸込口21OAが、外気吸込風路16OAと外気吸込空間15OAを介して連通する。また、外気吸込風路16OAが熱交換素子2の側方に設けられることで隣接した外気吸込風路16OAと還気吸込空間15RAが、風路形成部材12で隔絶される。
また、熱交換型換気装置1Aは、排気吹出空間15EAと排気吹出口10EAを、排気ファン3EAを介して連通させた排気吹出風路16EAを備える。熱交換型換気装置1Aは、装置本体10を正面から見て熱交換素子2の側方、本例では右側の風路形成部材12に、上下方向に延在する空間を設けて排気吹出風路16EAが構成される。
熱交換型換気装置1Aは、排気吹出空間15EAの側方に排気ファン3EAが位置する風路構成で、排気吹出空間15EAと排気ファン3EAのファン吸込口31aが連通し、排気ファン3EAのファン吹出口31bと排気吹出風路16EAの下部側が連通する。
また、熱交換型換気装置1Aは、排気吹出風路16EAが給気ファン3SAの後方を通り、排気吹出風路16EAの上部側と、装置本体10の上面に設けられる排気吹出口10EAが連通する。
更に、熱交換型換気装置1Aは、排気吹出風路16EAと給気吹出空間15SAが風路形成部材12で仕切られる。
これにより、熱交換型換気装置1Aは、排気吹出口10EAと熱交換素子2の排気吹出口21EAが、排気吹出空間15EAと排気ファン3EAと排気吹出風路16EAを介して連通する。また、排気吹出風路16EAが熱交換素子2の側方に設けられることで隣接した排気吹出風路16EAと給気吹出空間15SAが、風路形成部材12で隔絶される。
これにより、熱交換型換気装置1Aは、外気吸込口10OA、外気吸込風路16OA、外気吸込空間15OA、熱交換素子2の第1の熱交換風路20a、給気吹出空間15SA、給気ファン3SA及び給気吹出口10SAが連通した給気風路17SAが形成される。
また、熱交換型換気装置1Aは、還気吸込口10RA、還気吸込空間15RA、熱交換素子2の第2の熱交換風路20b、排気吹出空間15EA、排気ファン3EA、排気吹出風路16EA及び排気吹出口10EAが連通した排気風路17EAが形成される。
次に、給気風路17SA及び排気風路17EAにおいて、熱交換素子2の第1の熱交換風路20aと第2の熱交換風路20bの全体に空気を流す構成について説明する。
本実施の形態の熱交換型換気装置1Aでは、熱交換素子2から給気ファン3SAに吸い込まれる空気と、熱交換素子2から排気ファン3EAに吸い込まれる空気を整流する手段を備えること、及び、熱交換素子2と熱交換素子2に連通する風路との位置関係によって、熱交換素子2の第1の熱交換風路20aと第2の熱交換風路20bの全体に空気が流れるようにする。
すなわち、熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2の給気吹出口21SAと、給気ファン3SAのファン吸込口31aとの間の給気吹出空間15SAに、熱交換素子2の給気吹出口21SAから給気ファン3SAに吸い込まれる空気を整流する整流板8SAを備える。
また、熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2の排気吹出口21EAと、排気ファン3EAのファン吸込口31aとの間の排気吹出空間15EAに、熱交換素子2の排気吹出口21EAから排気ファン3EAに吸い込まれる空気を整流する整流板8EAを備える。
熱交換素子2は、給気吹出空間15SAに面した給気吹出口21SAが、装置本体10を正面から見て、左右方向に沿った幅方向に所定の長さで開口している。
整流板8SAは、給気ファン3SAのファン吸込口31aに近い側の風路形成部材12から、熱交換素子2の給気吹出口21SAの幅方向に沿って延在し、熱交換素子2の給気吹出口21SAの幅方向において、給気ファン3SAのファン吸込口31aに近い側では、熱交換素子2の給気吹出口21SAと、給気ファン3SAのファン吸込口31aとの間を遮蔽する。
また、整流板8SAは、熱交換素子2の給気吹出口21SAとの間に所定の間隔を開けて、給気吹出口21SAに沿って延在し、熱交換素子2の給気吹出口21SAの幅方向において、給気ファン3SAのファン吸込口31aから遠い側に、空気が通る風路が形成される。更に、整流板8SAと、熱交換素子2の給気吹出口21SAとの間隔は、給気ファン3SAのファン吸込口31aから遠い側に向かって広げられる。
熱交換素子2は、排気吹出空間15EAに面した排気吹出口21EAが、装置本体10を正面から見て、左右方向に沿った幅方向に所定の長さで開口している。
排気風路17EA側の整流板8EAも、給気風路17SA側の整流板8SAと同様の構成である。整流板8EAは、排気ファン3EAのファン吸込口31aに近い側の風路形成部材12から、熱交換素子2の排気吹出口21EAの幅方向に沿って延在し、熱交換素子2の排気吹出口21EAの幅方向において、排気ファン3EAのファン吸込口31aに近い側では、熱交換素子2の排気吹出口21EAと、排気ファン3EAのファン吸込口31aとの間を遮蔽する。
また、整流板8EAは、熱交換素子2の排気吹出口21EAとの間に所定の間隔を開けて、排気吹出口21EAに沿って延在し、熱交換素子2の排気吹出口21EAの幅方向において、排気ファン3EAのファン吸込口31aから遠い側に、空気が通る風路が形成される。更に、整流板8EAと、熱交換素子2の排気吹出口21EAとの間隔は、排気ファン3EAのファン吸込口31aから遠い側に向かって広げられる。
図6は、熱交換素子と給気ファン及び排気ファンとの位置関係を示す構成図、図7は、熱交換素子と還気吸込口との位置関係を示す構成図で、次に、各図を参照して、熱交換素子2と熱交換素子2に連通する風路との位置関係について説明する。
熱交換素子2は、第1の熱交換風路20aを構成する部材と第2の熱交換風路20bを構成する部材が積層される構成で、熱交換素子2における空気の吸込口及び吹出口において、各熱交換風路を構成する部材の積層方向に沿った中心と、熱交換素子3に連通する風路との位置を合わせる。ここで、位置が合う構成とは、中心位置が完全に一致する構成でも良いし、中心位置の完全な一致ではなく、所定の範囲で略一致するように構成されていても良い。
すなわち、熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2と連通する風路である給気ファン3SAのファン吸込口31a、本例では円形に開口したファン吸込口31aの中心Pa1と、熱交換素子2の給気吹出口21SAにおいて、第1の熱交換風路20aを構成する部材と第2の熱交換風路20bを構成する部材が積層する方向に沿った奥行き方向Wの中心Pa2の位置が略合わせて配置される。
また、熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2と連通する風路である排気ファン3EAのファン吸込口31a、本例では円形に開口したファン吸込口31aの中心Pb1と、熱交換素子2の排気吹出口21EAにおいて、各熱交換風路を構成する部材が積層する方向に沿った奥行き方向Wの中心Pb2の位置が略合わせて配置される。
更に、熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2と連通する風路である還気吸込口10RA、本例では、還気吸込口10RAに取り付けられる断面形状が円形のRAダクトジョイント11RAの中心Pc1と、熱交換素子2の還気吸込口21RAにおいて、各熱交換風路を構成する部材が積層する方向に沿った奥行き方向Wの中心Pc2の位置が略合わせて配置される。
次に、熱交換素子2をバイパスさせる風路について、各図を参照して説明する。熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2の第2の熱交換風路20bをバイパスさせるバイパス風路18を備える。
熱交換型換気装置1Aは、還気吸込空間15RAの後面側に設けた開口でバイパス風路入口18aが形成されると共に、排気吹出空間15EAの後面側に設けた開口でバイパス風路出口18bが形成され、還気吸込空間15RAと排気吹出空間15EAとが連通する空間を、熱交換素子2の後方の風路形成部材12に設けて、バイパス風路18が形成される。
熱交換型換気装置1Aは、バイパス風路18を開閉する風路開閉ダンパ4を備える。熱交換型換気装置1Aは、還気吸込空間15RAに設けたバイパス風路入口18aに、この開口を開閉する構成を有した風路開閉ダンパ4が取り付けられる。
これにより、熱交換型換気装置1Aは、風路開閉ダンパ4の開閉で、還気RAの全量を熱交換素子2の第2の熱交換風路20bに通す風路と、還気RAの一部を熱交換素子2の第2の熱交換風路20bに通し、残部をバイパス風路18に通す風路が切り替えられる。
熱交換型換気装置1Aは、給気風路17SAに捕集フィルタ5と給気フィルタ6を備える。熱交換型換気装置1Aは、空気が上部から下部へと流れる外気吸込風路16OAに、袋状の捕集フィルタ5が、上方に袋の開口部、下方に袋の底部となる向きで、着脱可能に取り付けられる。捕集フィルタ5は、袋部が捕集対象物と同系色に近い例えば黒等の色がつけられた不織布等で構成される。
また、熱交換型換気装置1Aは、捕集フィルタ5の下流で、外気吸込空間15OAの入口に、給気フィルタ6が装置本体10の前方から着脱可能に取り付けられる。
ここで、熱交換型換気装置1Aは、給気フィルタ6を清掃する機構を備えても良い。フィルタ清掃機構は、例えば、給気フィルタ6の上流側にレールに沿って動作可能なブラシを備える。ブラシは、レールにガイドされて移動することで、給気フィルタ6の空気通過面の全面を通過できる構成を有する。また、フィルタ清掃機構は、給気フィルタ6の下部に受け皿を備え、ブラシの動作で給気フィルタ6から落とした粉塵等を、受け皿で回収する。
<本実施の形態の熱交換型換気装置の制御機能例>
図8は、本実施の形態の熱交換型換気装置の制御機能の一例を示すブロック図で、次に、各図を参照して、本実施の形態の熱交換型換気装置1Aの制御機能について説明する。
熱交換型換気装置1Aは、給気ファン3SAに備えた風量検出センサ32と、排気ファン3EAに備えた風量検出センサ32で検出された風量に基づき、給気ファン3SAのモータ30Mと排気ファン3EAのモータ30Mを制御する制御部300を備える。
制御部300は制御手段の一例で、風量検出センサ32のエンコーダ32cから出力される角度情報と風量情報のテーブルが設定され、給気ファン3SA及び排気ファン3EAの各風量検出センサ32から出力される角度情報に基づき、給気ファン3SA及び排気ファン3EAのそれぞれの風量を検出する。
制御部300は、給気ファン3SAの風量検出センサ32で検出した風量に基づき、給気ファン3SAで所定の風量が得られるように、給気ファン3SAのモータ30Mに印加される電圧を制御する。また、制御部300は、排気ファン3EAの風量検出センサ32で検出した風量に基づき、排気ファン3EAで給気ファン3SAと同じあるいは異なる所定の風量が得られるように、排気ファン3EAのモータ30Mに印加される電圧を制御する。
また、制御部300は、モータ30Mに印加する電圧情報と、モータ30Mに所定の電圧を印加した場合の目標風量情報のテーブルが設定され、給気ファン3SA及び排気ファン3EAにおいて、モータ30Mに印加した電圧と、各風量検出センサ32で検出した風量に基づき、給気フィルタ6の目詰まり等の負荷の発生の有無を検出する。
<本実施の形態の換気装置の設置例>
図9は、本実施の形態の熱交換型換気装置が設置される建物の一例を示す模式的な構成図である。熱交換型換気装置1Aは、建物100に設けた設置室101に、捕集フィルタ5を交換する際に開閉される蓋部11bの開閉、及び正面板11aを取り外しての熱交換素子2、給気ファン3SA及び排気ファン3EAの点検、交換等、装置本体10内の所定のメンテナンスが可能な形態で設置される。
熱交換型換気装置1Aは、OAダクトジョイント11OAにOAダクト71OAが接続される。OAダクト71OAは、建物100の天井等に配置され、外壁に設けたOA吸込グリル72OAと接続される。また、熱交換型換気装置1Aは、EAダクトジョイント11EAにEAダクト71EAが接続される。EAダクト71EAは、建物100の天井等に配置され、外壁に設けたEA吹出グリル72EAと接続される。
更に、熱交換型換気装置1Aは、SAダクトジョイント11SAにSAダクト71SAが接続される。SAダクト71SAは、建物100の天井等に配置され、居室102の天井等に設けたSA吹出グリル72SAと接続される。また、熱交換型換気装置1Aは、RAダクトジョイント11RAにRAダクト71RAが接続される。RAダクト71RAは、建物100の天井等に配置され、居室102の天井等に設けたRA吸込グリル72RAと接続される。
<本実施の形態の熱交換型換気装置の動作例>
次に、各図を参照して、本実施の形態の熱交換型換気装置1Aの動作例について説明する。
熱交換型換気装置1Aは、給気ファン3SAの羽根車30が回転駆動されることで、給気ファン3SAのファン吸込口31aから吸い込まれた空気が、ファンケース風路31cを通って給気ファン3SAのファン吹出口31bから吹き出される。
これにより、熱交換型換気装置1Aは、給気ファン3SAが駆動されると、給気風路17SAを通る空気の流れが生じ、OA吸込グリル72OAから外気OAが吸い込まれる。OA吸込グリル72OAから吸い込まれた外気OAは、OAダクト71OAを通り外気吸込口10OAから装置本体10内に吸い込まれる。
外気吸込口10OAから装置本体10内に吸い込まれる外気OAは、外気吸込風路16OAから捕集フィルタ5及び給気フィルタ6を通り、外気吸込空間15OAから熱交換素子2の外気吸込口21OAに導入される。
熱交換素子2に外気吸込口21OAから導入された外気OAは、熱交換素子2の第1の熱交換風路20aを通り、熱交換素子2の給気吹出口21SAから給気吹出空間15SAを通り、給気ファン3SAのファン吸込口31aに吸い込まれる。
給気ファン3SAに吸い込まれた空気は、給気ファン3SAのファン吹出口31bから吹き出され、給気ファン3SAから吹き出された空気は、給気吹出口10SAから給気SAとして装置本体10外へ吹き出される。そして、給気吹出口10SAから吹き出された給気SAは、SAダクト71SAを通り、SA吹出グリル72SAから居室102に吹き出される。
一方、熱交換型換気装置1Aは、排気ファン3EAの羽根車30が回転駆動されることで、排気ファン3EAのファン吸込口31aから吸い込まれた空気が、ファンケース風路31cを通って排気ファン3EAのファン吹出口31bから吹き出される。
これにより、熱交換型換気装置1Aは、排気ファン3EAが駆動されると、排気風路17EAを通る空気の流れが生じ、RA吸込グリル72RAから居室102の空気である還気RAが吸い込まれる。RA吸込グリル72RAから吸い込まれた還気RAは、RAダクト71RAを通り還気吸込口10RAから装置本体10内に吸い込まれる。
還気吸込口10RAから装置本体10内に吸い込まれる還気RAは、還気吸込空間15RAから熱交換素子2の還気吸込口21RAに導入される。熱交換素子2に還気吸込口21RAから導入された還気RAは、熱交換素子2の第2の熱交換風路20bを通り、熱交換素子2の排気吹出口21EAから排気吹出空間15EAを通り、排気ファン3EAのファン吸込口31aに吸い込まれる。
排気ファン3EAに吸い込まれた空気は、排気ファン3EAのファン吹出口31bから吹き出され、排気ファン3EAから吹き出された空気は、排気吹出風路16EAを通り、排気吹出口10EAから排気EAとして装置本体10外へ吹き出される。そして、排気吹出口10EAから吹き出された排気EAは、EAダクト71EAを通り、EA吹出グリル72EAから屋外に吹き出される。
熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2では、外気OAと還気RAの間で熱交換が行われることで、室温に近づけられた給気SAが室内に吹き出され、温度が調整された新鮮な空気(外気OA)が室内に供給される。また、室内の汚れた空気が屋外に排気されて、室温の変動を抑えて換気が行われる。
熱交換型換気装置1Aでは、熱交換素子2の下部の外気吸込口21OAから吸い込まれ、第1の熱交換風路20aを通り、熱交換素子2の上部の給気吹出口21SAから吹き出される空気と、熱交換素子2の上部の還気吸込口21RAから吸い込まれ、第2の熱交換風路20bを通り、熱交換素子2の下部の排気吹出口21EAから吹き出される空気の流れが対向する。これにより、外気OAと還気RAが熱交換し得る距離が長くなり、熱交換効率が向上する。
次に、バイパス風路18を使用する制御について説明する。熱交換型換気装置1Aは、外気OAの温度等に基づき、風路開閉ダンパ4が開けられる。熱交換型換気装置1Aでは、風路開閉ダンパ4が開けられると、排気風路17EAを通る還気RAの一部が、還気吸込空間15RAと排気吹出空間15EAの間で熱交換素子2の第2の熱交換風路20bを通り、排気風路17EAを通る還気RAの残部が、熱交換素子2をバイパスしてバイパス風路18を通る。
春季及び秋季では、屋外と室内の温度差が一般的に小さく、外気OAと還気RAとの間で熱交換を行っても、熱交換前の外気OAと熱交換後の給気SAとの間で温度変化が少ない場合がある。
そこで、風路開閉ダンパ4を開けて、還気RAの一部は熱交換素子2を通し、残部は熱交換素子2をバイパスさせる。熱交換素子2は風路が狭く通気抵抗が大きい。このため、還気RAの一部は熱交換素子2を通し、残部は熱交換素子2をバイパスさせることで、通気抵抗を減らすことができる。
また、外気OAが氷点下になるような冬季では、高湿の還気RAと低温の外気OAとの間で熱交換が行われることで、還気RAの温度が下げられると、熱交換素子2における還気RAの吹出口である排気吹出口21EAが凍結する場合がある。
そこで、風路開閉ダンパ4を開けて、還気RAの一部は熱交換素子2を通し、残部は熱交換素子2をバイパスさせる。これにより、熱交換されておらず温度が下げられていない還気RAが排気吹出空間15EAに吹き出され、熱交換素子2の排気吹出口21EAを暖めることができ、排気吹出口21EAの凍結を防止することができる。
次に、風量検出センサ32での風量検出及び風量検出に基づく制御について説明する。熱交換型換気装置1Aでは、給気ファン3SAの羽根車30が回転駆動されることで、ファンケース風路31cを通る空気の流れによって、給気ファン3SAに設けた風量検出センサ32のシャッタ部材32aが軸32bを支点に回転する。
制御部300は、風量検出センサ32のエンコーダ32cから出力される角度情報と風量情報のテーブルに基づき、給気ファン3SAの風量検出センサ32から出力されるシャッタ部材32aの角度情報から給気ファン3SAの風量を検出し、給気ファン3SAで所定の風量が得られるように、給気ファン3SAのモータ30Mに印加される電圧を制御する。
また、熱交換型換気装置1Aでは、排気ファン3EAの羽根車30が回転駆動されることで、ファンケース風路31cを通る空気の流れによって、排気ファン3EAに設けた風量検出センサ32のシャッタ部材32aが軸32bを支点に回転する。
制御部300は、角度情報と風量情報のテーブルに基づき、排気ファン3EAの風量検出センサ32から出力されるシャッタ部材32aの角度情報から排気ファン3EAの風量を検出し、排気ファン3EAで所定の風量が得られるように、排気ファン3EAのモータ30Mに印加される電圧を制御する。
熱交換型換気装置1Aでは、給気風路17SAと排気風路17EAは、風路形状の違いや風路長の違いにより一般的に通気抵抗が異なる。そこで、給気ファン3SAと排気ファン3EAのぞれぞれの風量検出センサ32で検出された風量に基づき、給気ファン3SAと排気ファン3EAのぞれぞれのモータ30Mに印加する電圧を変化させることで、給気風路17SAと排気風路17EAとの通気抵抗の違いによらず、給気風量と排気風量を一定にする制御が行われる。また、給気風量と排気風量を異ならせて、給気過多、換気過多とする制御が行われる。
また、制御部300は、モータ30Mに印加する電圧情報と、モータ30Mに所定の電圧を印加した場合の目標風量情報のテーブルに基づき、給気ファン3SA及び排気ファン3EAにおいて、モータ30Mに印加した電圧と、各風量検出センサ32で検出した風量から、給気フィルタ6及び熱交換素子2の目詰まり等の負荷の発生の有無を検出する。
そして、制御部300は、負荷の発生を検出すると、表示あるいは音等を出力する図示しない報知手段で、利用者に通知を行う。ここで、給気フィルタ6を清掃する機構を備えた構成では、風量検出センサ32で検出した風量から負荷の発生を検出すると、給気フィルタ6で目詰まりが発生したと判断し、給気ファン3SA及び排気ファン3EAを停止し、フィルタ清掃機構を作動させることとしても良い。また、一定時間毎等の定期的にフィルタ清掃機構を作動させることとしても良い。
<本実施の形態の熱交換型換気装置の作用効果例>
本実施の形態の熱交換型換気装置1Aでは、装置本体10の上面に外気吸込口10OA、給気吹出口10SA、還気吸込口10RA、排気吹出口10EAが配置される。また、外気吸込口10OAと連通した外気吸込風路16OAが、熱交換素子2の一方の側方に配置され、外気OAが装置本体10内で上部から下部へと流れ、装置本体10の下部で熱交換素子2の外気吸込口21OAから吸い込まれ、熱交換素子2内を下部から上部へ流れる。
更に、排気吹出口10EAと連通した排気吹出風路16EAが、熱交換素子2の他方の側方に配置され、還気RAが熱交換素子2内を上部から下部へ流れて外気OAと熱交換された排気EAが、装置本体10内で下部から上部へと流れる。
本実施の形態の熱交換型換気装置1Aでは、このような風路構成としたことで、装置本体10の小型化が可能となる。また、給気ファン3SA及び排気ファン3EAを熱交換素子2の側方に配置し、バイパス風路18を熱交換素子2の背面側に配置することで、熱交換素子2を、装置本体10の前面から着脱可能な構成とすることができると共に、給気ファン3SA及び排気ファン3EAを装置本体の前面から着脱可能な構成とすることができる。
本実施の形態の熱交換型換気装置1Aでは、上述した風路構成で、熱交換素子2から給気ファン3SAに吸い込まれる空気を整流する整流板8SAと、熱交換素子2から排気ファン3EAに吸い込まれる空気を整流する整流板8EAを備えることで、熱交換素子2の第1の熱交換風路20aと第2の熱交換風路20bの全体に空気が流れるようにした。
また、熱交換素子2とRAダクトジョイント11RAとの位置関係、及び、熱交換素子2と給気ファン3SA、排気ファン3EAとの位置関係によって、熱交換素子2の第1の熱交換風路20aと第2の熱交換風路20bの全体に空気が流れるようにした。
図10は、給気ファン及び排気ファンに吸い込まれる空気の流れを示す動作説明図で、次に、整流板の有無による空気の流れの差異について説明する。ここで、図10(a)は、整流板がある場合の空気の流れ、図10(b)は、整流板がない場合の空気の流れを示す。また、図10では、矢印の大きさで風量の大小を模式的に示している。なお、図10では、給気ファン側を図示して説明しているが、排気ファン側も同様である。
給気ファン3SAが熱交換素子2の側面に沿って、熱交換素子2の給気吹出口21SAの側方に配置される構成では、給気ファン3SAに吸い込まれる空気は、給気吹出口21SAの幅方向において、給気ファン3SAに近い側での吸込量が多くなる。
このため、図10(b)に示すように、熱交換素子2の給気吹出口21SAが面した給気吹出空間15SAに整流板が備えられていない構成では、給気吹出口21SAの幅方向において、給気ファン3SAに遠い側の給気吹出口21SAから給気ファン3SAのファン吸込口31aに吸い込まれる空気の量が少なくなる。これにより、熱交換素子2において、給気風路17SAを構成する第1の熱交換風路20aの全面に空気を通すことができない。
これに対して、本実施の形態の熱交換型換気装置1Aでは、給気ファン3SAに近い側から熱交換素子2の給気吹出口21SAに沿って延在する整流板8SAを備える。
熱交換型換気装置1Aは、図10(a)に示すように、熱交換素子2の給気吹出口21SAの幅方向において、給気ファン3SAのファン吸込口31aに近い側では、熱交換素子2の給気吹出口21SAと、給気ファン3SAのファン吸込口31aとの間での直接的な空気の流れが、整流板8SAで遮蔽される。
また、整流板8SAと、熱交換素子2の給気吹出口21SAとの間隔が、給気ファン3SAのファン吸込口31aから遠い側に向かって広げられることで、熱交換素子2の給気吹出口21SAと、給気ファン3SAのファン吸込口31aとの距離に応じて、距離が遠い側程多くの空気が吸い込まれるように整流される。
これにより、熱交換素子2の給気吹出口21SAの幅方向において、給気ファン3SAに近い側の給気吹出口21SAから給気ファン3SAのファン吸込口31aに吸い込まれる空気の流れを整流板8SAで迂回させることができ、給気ファン3SAに近い側と遠い側の給気吹出口21SAから、同量程度の空気を給気ファン3SAのファン吸込口31aに吸い込むようにすることができる。
ここで、整流板8SAを備えることで、給気吹出空間15SAにおける風路の開口面積が減少し、給気吹出空間15SAでの通気抵抗が増加する。そこで、給気風路17SA全体での通気抵抗の増加を抑えるため、給気風路17SAにおいて、開口面積が最も狭い部分と、整流板8SAで制限された給気吹出空間15SAにおける風路の開口面積が同等となるように構成する。これにより、整流板8SAを備えることに起因する給気風路17SA全体での通気抵抗の増加を抑えることができる。
排気ファン3EA側でも同様の効果が得られ、整流板8EAを備えることで、熱交換素子2の排気吹出口21EAの幅方向において、排気ファン3EAに近い側と遠い側の排気吹出口21EAから、同量程度の空気を排気ファン3EAのファン吸込口31aに吸い込むようにすることができる。
また、排気風路17EAにおいて、開口面積が最も狭い部分と、整流板8EAで制限された排気吹出空間15EAにおける風路の開口面積が同等となるように構成することで、整流板8EAを備えることに起因する排気風路17EA全体での通気抵抗の増加を抑えることができる。なお、整流板8SA及び整流板8EAを可動とし、風路全体に空気が流れるようにして、熱交換効率を優先すること、通気抵抗が少なくなるようにして、消費電力を抑えること、あるいは、その中間となるように、整流板8SA及び整流板8EAの角度等を切り替えられるようにしても良い。
次に、熱交換素子2における空気の吸込口及び吹出口において、各熱交換風路を構成する部材の積層方向に沿った中心と、熱交換素子3に連通する風路との位置を合わせることによる空気の流れについて説明する。
熱交換型換気装置では、熱交換素子を大型化すれば、熱交換高利率が上げられる一方、ダクトの径やファンの径の大型化は、熱交換素子の大型化と比較して、装置全体の大型化につながる。
このため、熱交換型換気装置1Aでは、熱交換素子2における空気の吸込口及び吹出口に対して、熱交換素子3に連通する風路の開口面積の方が小さい。例えば、装置本体10の還気吸込口10RA、及び還気吸込口10RAのRAダクトジョイント11RAに接続されるRAダクト71RAの開口面積は、熱交換素子2の還気吸込口21RAより小さい。また、給気ファン3SA及び排気ファン3EAのファン吸込口31aの開口面積は、熱交換素子2の給気吹出口21SA及び排気吹出口21EAより小さい。
このように、熱交換素子2における空気の吸込口及び吹出口に対して、熱交換素子2に連通する風路の開口面積の方が小さいと、熱交換素子2における空気の吸込口あるいは吹出口と、熱交換素子2と連通した風路との位置関係によって、熱交換素子2の内部の空気は、最も流れやすい箇所を流れ、熱交換素子2の各熱交換風路で風量分布にばらつきが生じる。
これに対して、まず、装置本体10の還気吸込口10RAから熱交換素子2に吸い込まれる空気の流れに着目すると、熱交換素子2の還気吸込口21RAに対して、装置本体10の還気吸込口10RAから送り込まれる空気は、還気吸込口10RAに取り付けられた断面形状が円形のRAダクトジョイント11RAの中心に対し、同心円上に流量の分布が広がる。
この特性を利用して、本実施の形態の熱交換型換気装置1Aでは、装置本体10の還気吸込口10RAに取り付けられるRAダクトジョイント11RAの中心Pc1と、熱交換素子2の還気吸込口21RAにおいて、各熱交換風路を構成する部材が積層する方向に沿った奥行き方向Wの中心Pc2の位置が略合わせて配置される。
これにより、装置本体10の還気吸込口10RA及びRAダクトジョイント11RAが、熱交換素子2の還気吸込口21RAにおける奥行き方向の中心に対して位置をずらして配置されている場合と比較して、排気風路17EAでは、熱交換素子2における空気の吸込側で、熱交換素子2の還気吸込口21RAから均等に空気(還気RA)が吸い込まれる。
ここで、給気風路17SAでは、熱交換素子2における空気の吸込側に給気フィルタ6が配置されており、空気が給気フィルタ6を通過することによる整流効果で、熱交換素子2の外気吸込口21OAから均等に空気(外気OA)が吸い込まれる。
また、排気風路17EAでは、熱交換素子2における空気の吹出側に、上述した整流板8EAを備えることに加え、排気ファン3EAのファン吸込口31aの中心Pb1と、熱交換素子2の排気吹出口21EAにおいて、各熱交換風路を構成する部材が積層する方向に沿った奥行き方向Wの中心Pb2の位置が合わせて配置される。
これにより、熱交換素子2の排気吹出口21EAの奥行き方向においても、排気吹出口21EAの全面から、同量程度の空気を排気ファン3EAのファン吸込口31aに吸い込むようにすることができる。従って、熱交換素子2において、排気風路17EAを構成する第2の熱交換風路20bの全域わたって均等に風量が分布させることができる。
給気風路17SAでも同様に、熱交換素子2における空気の吹出側に、上述した整流板8SAを備えることに加え、給気ファン3SAのファン吸込口31aの中心Pa1と、熱交換素子2の給気吹出口21SAにおいて、各熱交換風路を構成する部材が積層する方向に沿った奥行き方向Wの中心Pa2の位置が合わせて配置される。
これにより、熱交換素子2の給気吹出口21SAの奥行き方向においても、給気吹出口21SAの全面から、同量程度の空気を給気ファン3SAのファン吸込口31aに吸い込むようにすることができる。従って、熱交換素子2において、給気風路17SAを構成する第1の熱交換風路20aの全域わたって均等に風量が分布させることができる。
このように、熱交換素子2の第1の熱交換風路20aと第2の熱交換風路20bの全域わたって均等に風量が分布させることができるので、熱交換効率を向上させることができる。
図11は、整流板の有無による熱交換素子の吹出口における風速の分布を示すグラフ、図12は、ダクトジョイントの位置による熱交換素子の吸込口における風速の分布を示すグラフである。
図11では、熱交換素子2の排気吹出口21EAの幅方向における風速の分布を示す。整流板8EAが備えられていない構成では、図11に破線で示すように、熱交換素子2の排気吹出口21EAの幅方向において、排気ファン3EAのファン吸込口31aに近い側での風速が大きく、遠い側での風速が小さいことがわかる。
これに対して、整流板8EAを備えた本実施の形態の構成では、図11に実線で示すように、熱交換素子2の排気吹出口21EAの幅方向において、排気ファン3EAのファン吸込口31aに近い側と遠い側で、風速のばらつきが抑えられていることがわかる。
これにより、整流板8EAを備えることで、熱交換素子2の排気吹出口21EAの幅方向において、排気ファン3EAに近い側と遠い側の排気吹出口21EAから、同量程度の空気を排気ファン3EAのファン吸込口31aに吸い込めることがわかった。
図12では、熱交換素子2の還気吸込口21RAの奥行き方向における風速の分布を示す。RAダクトジョイント11RAが熱交換素子2の還気吸込口21RAの奥行き方向の中心からずれている構成、ここでは60mmずれている構成では、図12に破線で示すように、熱交換素子2の還気吸込口21RAの奥行き方向の全体で、風速が低下していることが判る。
これに対して、RAダクトジョイント11RAが熱交換素子2の還気吸込口21RAの奥行き方向の中心に合わせられた本実施の形態の構成では、図12に実線で示すように、熱交換素子2の還気吸込口21RAの奥行き方向の全体で、風速が向上していることが判る。
これにより、RAダクトジョイント11RAが熱交換素子2の還気吸込口21RAの奥行き方向の中心に合わせられることで、熱交換素子2の還気吸込口21RAから均等に空気が吸い込まれることが判った。