JP6053563B2 - 熱交換換気装置 - Google Patents

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    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Description

本発明は、2流体間で熱交換を行う熱交換器を有する熱交換換気装置に関する。
従来の熱交換換気装置においては、室外で霧が発生している場合、外気を室内に取り込む際、同時に霧も吸い込んでしまい、この霧の吸い込みに起因して、熱交換換気装置の内部で凝縮した水が、機外流出するという問題があった。このため、霧に含まれる水滴を除去することを目的として、例えば、外気を取り込む屋外フードの内部風路を複雑に折り曲げて、風路内で空気を衝突させることにより、霧に含まれる水滴を除去する方式がとられてきた。
また、従来、空気の状態、例えば、湿度をセンサで検知して、この検知された湿度に基づいて換気扇の制御を行う方法が検討されている。例えば、特許文献1には、「屋外の湿度を検出する外気湿度検出器と、前記換気手段の動作を制御する制御手段とを有し、前記制御手段に予め記憶された所定値と前記外気湿度検出器で検出される外気湿度とを比較し、前記外気湿度が前記所定値を下回る場合に前記換気手段を作動させる」室内の自動換気装置が開示されている。
特許文献2には、「顕熱型熱交換器と給気用送風機と排気用送風機を有した本体に室内湿度を検知するセンサと室外湿度を検知するセンサとこれら2つの湿度センサが検出した湿度を入力信号として室内外の湿度の高低および室内の湿度と基準値との比較判定をする湿度判定手段と、この湿度判定手段にもとづき、前記給気用送風機および排気用送風機を運転,停止させる駆動手段とを備えた」自動空調換気装置が開示されている。
また、特許文献3には、「室に設けられた換気扇と、前記室内の前記換気扇近傍に配設された湿度センサーならびに温度センサーと、前記換気扇を間欠運転させるとともに、前記間欠運転による室内の湿度変化が所定の値以上のとき連続運転に切り替え、前記連続運転による湿度変化が前記値よりも小さくなるか、または室内の温度変化が所定の値以上となったとき間欠運転に切り替える電源制御装置とを具備する」室内自動換気システムが開示されている。
更に、特許文献4には、「建物の外部と室内とを室外吸込口と室内吹出口を通じて繋げる給気通路と、同建物の室内と外部とを室内吸込口と室外吹出口を通じて繋げる排気通路と、給気通路に室外吸込口から室内吹出口へ給気流を形成する給気送風機と、排気通路に室内吸込口から室外吹出口へ排気流を形成する排気送風機と、給気通路と排気通路とを流れる気流間で熱交換を行なわせる熱交換器と、給気送風機及び排気送風機の運転を制御する制御部とを備えた熱交換換気装置において、室外吸込口から取り込む給気の状態を検出する給気状態検出器を給気通路内に設け、制御部は、給気状態検出器の検出結果に基づいて、外気が良好なものでないときに、給気送風機を停止もしくは間欠運転させる」熱交換換気装置が開示されている。
特開平08−014611号公報(請求項1、図1) 特開平05−280774号公報(請求項1、図3) 特開平05−311956号公報(請求項1、図1) 特開2009−293880号公報(請求項1、図2)
前述の如く、給気タイプの換気扇においては、この換気扇内部への霧の侵入によって、換気扇製品内部で霧が凝縮して水が発生し、この水が機外へ流出して製品の周囲を濡らす等の不具合が生じていた。特に、換気扇が天井埋込タイプの場合は、天井を濡らすため、問題があった。これらについては、上記のように、野外フード部材によって霧を落とすという方法によって、霧の除去は可能であるが、この従来技術は、風路を急激に折り曲げて、風路内で空気を衝突させることにより霧を除去する方式であるため、野外フード内部における圧損が高くなるという問題があった。
また、製品を設置した後に、その設置場所が霧の発生が多い場所であることが判明した場合には、屋外フードを、霧の除去を可能とする野外フードに交換する必要があるが、例えば、ビルの3階以上の場所等においては、この屋外フードの交換は困難であった。
更に、近年、24時間換気のニーズが高まっていることに伴い、早朝及び深夜において、この早朝及び深夜に多く発生する霧等の高湿度空気が給気されてしまう可能性が高まってきているため、製品内への霧の侵入は大きな課題となっていた。
この課題を解決するため、特許文献4においては、給気通路内に設けた結露センサが所定値以上の外気湿度を検知した場合に、給気送風機が停止又は間欠運転する。これにより、この特許文献4は、換気装置内部への霧の侵入を抑制している。
しかし、この特許文献4のように、給気送風機の運転又は停止を、外気の湿度で判定する場合、外気の湿度上昇は、霧のような高湿度空気が発生した場合だけでなく、昼間の降雨のような場合でも起こるため、このような昼間の降雨による湿度上昇においても、換気が停止してしまうという課題が指摘されるようになってきた。
また、特許文献4のように、給気送風機の停止又は間欠運転時に、排気送風機の運転を継続する場合、室内が室外に対して負圧になるため、給気送風機を停止又は間欠運転していても、給気風路から室内へ外気が流入してしまう。これにより、給気送風機を停止又は間欠運転することにより、外気の侵入を抑制するという効果が低下してしまう。
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、外気の侵入を抑制すると共に、24時間換気においても、霧等の高湿度外気の取り込みによる不具合を解消しつつ不必要な換気の停止を抑制して24時間換気における運転継続を可能とする熱交換換気装置を提供するものである。
本発明に係る熱交換換気装置は、室外側吸込口から吸い込まれた室外空気が、室内側吹出口から室内に給気される通路となる給気風路と、室外空気を室内側吹出口から室内に給気する給気用送風機と、室内側吸込口から吸い込まれた室内空気が、室外側吹出口から室外に排気される通路となる排気風路と、室内空気を室外側吹出口から室外に排気する排気用送風機と、給気風路を通過する室外空気と排気風路を通過する室内空気との間で熱交換を行う熱交換器と、室外の湿度を検出する湿度センサと、室内のCO濃度を検出するCOセンサと、湿度センサを用いて検出された室外湿度が湿度閾値以上であるか否かを判定すると共に、COセンサを用いて検出された室内CO濃度がCO濃度閾値以下であるか否かを判定し、室外湿度が湿度閾値以上であり、且つ室内CO濃度がCO濃度閾値以下である場合に、給気用送風機及び排気用送風機が最大風量よりも低い低風量運転を常時行うように制御する制御部と、を有する。
本発明によれば、室外湿度が湿度閾値以上であり、且つ室内CO濃度がCO濃度以下である場合に、給気用送風機及び排気用送風機のいずれもが最大風量よりも低い低風量運転を行う。このため、必要最低限の換気量を確保しつつ、高湿度外気のような不要な外気の取り込み量を低下させることができる。また、給気用送風機と共に排気用送風機も低風量運転を行うため、室内が負圧状態になることを軽減することができるので、室内の負圧により、給気風路から霧等の高湿度外気が室内へ侵入することを抑制することができる。更に、COセンサにより、CO濃度を検出して、CO濃度が高い場合は、給気用送風機及び排気用送風機が低風量運転しないため、室内のCO濃度が高くなることを抑制することができる。
実施の形態1に係る熱交換換気装置1において、上蓋3を開いた状態を示す斜視図である。 実施の形態1に係る熱交換換気装置1を、開口13が設けられた側面からみた場合の断面図である。 実施の形態1に係る熱交換換気装置1の動作を示すフローチャートである。 (a)は、実施の形態2に係る熱交換換気装置1が熱交換換気を行う場合におけるダンパ装置15の動作及び空気の流れを示す断面図、(b)は、熱交換換気時の給気流及び排気流の経路を示す模式図である。 (a)は、実施の形態2に係る熱交換換気装置1が普通換気を行う場合におけるダンパ装置15の動作及び空気の流れを示す断面図、(b)は、普通換気時の給気流及び排気流の経路を示す模式図である。
以下、本発明に係る熱交換換気装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語(例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」など)を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本願発明を限定するものではない。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る熱交換換気装置1において、上蓋3を開いた状態を示す斜視図である。この図1に基づいて、熱交換換気装置1について説明する。図1に示すように、この熱交換換気装置1は、装置の外郭を形成する本体箱体2を有しており、この本体箱体2の対向する側面の一方には、室内側吸込口4及び室内側吹出口6が設けられ、また、この対向する側面の他方には、室外側吸込口5及び室外側吹出口7が設けられている。この本体箱体2は、対向する側面の一方が室内側に向けられ、対向する側面の他方が室外側に向けられるように設置される。
そして、本体箱体2内部には、室内側吸込口4から吸い込まれた室内の空気が、室外側吹出口7から室外へ排気される排気風路8(室内側吸込口4及び室外側吹出口7を含む)と、室外側吸込口5から吸い込まれた室外の空気が、室内側吹出口6から室内へ給気される給気風路9(室外側吸込口5及び室内側吹出口6を含む)とが形成されている。この排気風路8における室外側吹出口7の近傍には、排気流を形成するための羽根10aと、この羽根10aを駆動するための電動機10bとから構成される排気用送風機10が設けられている。この羽根10aは、羽根ケーシング10cの一端部に覆われており、羽根ケーシング10cの他端部が、室外側吹出口7に取り付けられることによって、羽根ケーシング10c内部を流れる空気が、室外側吹出口7から排気されるようになっている。また、給気風路9においても、室内側吹出口6の近傍に、給気流を形成するための羽根11aと、この羽根11aを駆動するための電動機11bとから構成される給気用送風機11が設けられている。この給気用送風機11においても、羽根11aは、羽根ケーシング11cの一端部に覆われ、この羽根ケーシング11cの他端部が室内側吹出口6に取り付けられて、給気流が、室内側吹出口6から室内へ給気されるようになっている。
また、本体箱体2には、室内側吸込口4及び室内側吹出口6と、室外側吸込口5及び室外側吹出口7との間に、熱交換器12が設けられており、この熱交換器12によって、給気流と排気流との間で熱交換が行われる。なお、本体箱体2において、室内側吸込口4及び室内側吹出口6並びに室外側吸込口5及び室外側吹出口7が設けられた側面以外の側面には、開口13が設けられており、この開口13から熱交換器12が挿脱可能となっている。この開口13は、熱交換器12が本体箱体2に取り付けられた後、メンテナンスカバー14によって閉じられる。
次に、熱交換換気装置1内の給気及び排気の流れについて説明する。図2は、この熱交換換気装置1を、開口13が設けられた側面からみた場合の断面図である。図1及び図2に示すように、排気風路8内を流れる室内の空気は、ダクト(図示せず)を介して室内側吸込口4から矢印Aのように吸い込まれ、熱交換器12を通過した後、矢印Bのように羽根ケーシング10cに入り、排気用送風機10によって、矢印Cのように室外側吹出口7から室外に排気される。また、給気風路9内を流れる室外の空気は、ダクト(図示せず)を介して室外側吸込口5から矢印Dのように吸い込まれ、室内の空気と交差するように、熱交換器12を通過する。その際、前述の如く、給気流と排気流との間で熱交換が行われることにより、排気熱を回収するため、冷暖房負荷を軽減することができる。この熱交換器12を通過した後、室内の空気は、矢印Eのように羽根ケーシング11cに入り、給気用送風機11によって、矢印Fのように室内側吹出口6からダクト(図示せず)を介して室内に給気される。
また、排気風路8には、例えば、室内側吸込口4と熱交換器12との間に、COセンサ22が取り付けられており、このCOセンサ22を用いて室内のCO濃度を検出する。更に、給気風路9には、例えば、室外側吸込口5と熱交換器12との間に、湿度センサ21が取り付けられており、この湿度センサ21を用いて室外の湿度を検出する。これらのCOセンサ22及び湿度センサ21と、本体箱体2に設けられた排気用送風機10及び給気用送風機11とを駆動するために、例えば、本体箱体2の下面に、制御部23が設けられている。そして、この制御部23には、熱交換換気装置1を操作するためのリモコン24が接続されている。制御部23の内部には、CPU及び不揮発性メモリ等(いずれも図示せず)が内蔵されており、制御部23は、リモコン24からの信号入力に応じて、予め記憶された制御プログラムに基づいて給気用送風機11及び排気用送風機10を動作させる。
次に、本実施の形態1に係る熱交換換気装置1の動作について説明する。図3は、この熱交換換気装置1の動作を示すフローチャートである。図3に示すように、通常運転を行っている状態において、先ず、外気温度が0℃以上であるか否かを判定する(ステップS1)。このとき、外気温度が0℃を下回る場合は、霧が発生しないため、通常運転を継続する(ステップS1のNo)。一方、外気温度が0℃以上である場合は、霧が発生している可能性があるため、次のステップに進む(ステップS1のYes)。
次のステップでは、排気風路8に設けられたCOセンサ22によって検出された室内のCO濃度が、予め定められたCO濃度閾値以下であるか否かを判定する(ステップS2)。このCO濃度閾値は、例えば、建築物衛生法によって定められた基準値である1000ppmとすることができる。室内のCO濃度が1000ppmを上回る場合は、建築物衛生法の基準値である1000ppmを満たすために、通常運転を継続して、CO濃度を低下させる必要がある(ステップS2のNo)。一方、室内のCO濃度が1000ppm以下である場合は、次のステップに進み(ステップS2のYes)、外気の湿度を判定する。
この外気湿度は、給気風路9に設けられた湿度センサ21によって検出されるものであり、検出された外気の湿度が、予め定められた湿度閾値、例えば80%RH以上であるか否かを判定する(ステップS3)。外気の湿度が80%RH未満である場合は、霧が発生しているとは考え難いため、通常運転を継続する(ステップS3のNo)が、外気の湿度が80%RH以上である場合は、霧の発生が考えられるため、次のステップに進む(ステップS3のYes)。
このように、外気温度が0℃以上(ステップS1のYes)、室内CO濃度が1000ppm以下(ステップS2のYes)及び外気湿度が80%RH以上(ステップS3のYes)を満たすとき、例えば、給気用送風機11を常時最低風量運転(微弱運転)に変更すると共に、排気用送風機10も常時最低風量運転(微弱運転)に変更する(ステップS4)。これにより、必要最低限の室内の換気を維持しつつ、80%RH以上の高湿度外気が、熱交換換気装置1の内部に侵入することを抑制することができる。また、本実施形態では、給気用送風機11を最低風量運転とするだけではなく、排気用送風機10も最低風量運転とするため、室内が負圧になることを抑制することができる。このため、給気風路9から高湿度外気が室内に入り込むことを抑制することができる。
そして、ステップS1〜ステップS4の動作を、例えば10時間経過するまで、5〜10分間隔で繰り返す(ステップS5)。10時間経過していない場合は、ステップS1に戻り、ステップS1からステップS4までを順次行う(ステップS5のNo)。これらの動作が10時間連続して行われた場合、次のステップに進む(ステップS5のYes)。
次のステップでは、給気用送風機11及び排気用送風機10のいずれも、例えば55分停止させる(ステップS6)。これは、外気温度が0℃以上(ステップS1のYes)及び外気湿度が80%RH以上(ステップS3のYes)を満たす時間が10時間を超えていることにより、霧が継続的に発生していると判断されるためである。このステップS6において、給気用送風機11及び排気用送風機10を停止させることにより、霧が、熱交換換気装置1内及び室内に侵入することを抑制する。
ステップS6にて、給気用送風機11及び排気用送風機10を55分停止させた後、給気用送風機11によって室外の空気を取り込んで、給気風路9に設けられた湿度センサ21によって外気の湿度を測定しつつ給気用送風機11を運転するセンシング運転を、最低風量で5分行うと共に、排気用送風機10を最低風量で運転する(ステップS7)。
これらのステップS6及びステップS7のように、給気用送風機11及び排気用送風機10が間欠運転を行っている間に、排気風路8に設けられたCOセンサ22によって検出された室内CO濃度が1000ppmを超える場合は、建築物衛生法の基準値、即ち、CO濃度が1000ppm以下であることを満たしていないため、換気が必要と判断され、給気用送風機11及び排気用送風機10は、通常運転に復帰する(ステップS2のNo)。
更に、給気用送風機11の5分間のセンシング運転にて、取り込まれた外気の湿度を検出し、その検出結果が80%RH未満である場合も、霧が収まったものと判断され、給気用送風機11及び排気用送風機10の間欠運転を終了して、通常運転に復帰する(ステップS3のNo)。
一方、給気用送風機11の5分間のセンシング運転の間においても、室内CO濃度が1000ppm以下且つ外気湿度が80%RH以上である場合、再度、給気用送風機11及び排気用送風機10を55分停止させる(ステップS6)。その後、再び、給気用送風機11のセンシング運転及び排気用送風機10の最低風量運転を5分行い(ステップS7)、この間に、上記のように、室内CO濃度及び外気湿度の判定を行う。なお、本実施形態では、ステップS6において、給気用送風機11及び排気用送風機10を停止させているが、給気用送風機11及び排気用送風機10を停止させずに、これらが更に低風量で運転するように制御してもよい。
なお、上記のステップS4及びステップS7において、排気用送風機10は、最低風量にて排気をすることにより、室内の換気を継続するものであるが、この排気風量は、必要最低限の換気量を確保することができる程度まで低下させることが好ましい。また、換気回数は、建築基準法に規定されているように、0.3回/h又は0.5回/h以上とすることが好ましい。
また、本実施形態では、間欠運転を行う際のセンシング運転時間を5分とし、停止時間(間欠時間)を55分としたが、これらの時間は使用者のニーズに応じて任意に設定変更することができる。その際、センシング運転時間は、1〜30分の間から選択し、また、停止時間は、30〜90分の間から選択することが好ましい。
なお、本実施形態では、給気風路9に設けられた湿度センサ21を用いて、外気の湿度を検出しているが、この湿度センサ21の代わりに温湿度センサを用いてもよい。これにより、図3のステップS1における外気の温度の検出を、外気の湿度の検出と同時に行うことができる。
実施の形態2.
次に、実施の形態2に係る熱交換換気装置1について説明する。本実施形態では、実施の形態1に係る熱交換換気装置1における排気風路8の途中に、排気流の経路を変更するための経路切換装置となるダンパ装置15を設けた構成例を示す。なお、本実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、前述の図1、図2及び図3と同一又は相当する構成には同一の符号を付す。
図4(a)は、実施の形態2に係る熱交換換気装置1が熱交換換気を行う場合におけるダンパ装置15の動作及び空気の流れを示す断面図、図4(b)は、この熱交換換気を行う場合の給気流及び排気流の経路を示す模式図である。また、図5(a)は、同じくこの熱交換換気装置1が普通換気(熱交換換気ではない換気)を行う場合におけるダンパ装置15の動作及び空気の流れを示す断面図、図5(b)は、普通換気時の給気流及び排気流の経路を示す模式図である。これらの図4及び図5に基づいて、熱交換換気装置1について説明する。図4(a)に示すように、給気流と排気流との間で熱交換する場合は、ダンパ装置15を開いて、排気流の経路を、室内空気が熱交換器12を通過する第1経路8aとする。これにより、矢印Aのように室内側吸込口4から吸い込まれた排気流は、矢印Bのように熱交換器12を通過して、排気用送風機10によって、矢印Cのように室外側吹出口7から排気される。このため、図4(b)に示すように、給気流(矢印D,E,F)及び排気流(矢印A,B,C)が熱交換器12の部分で交差して、両者間で熱交換が行われる。
一方、図5(a)に示すように、給気流と排気流との間で熱交換を行わずに普通換気する場合は、ダンパ装置15を閉じて、排気流の経路を、室内空気が熱交換器12を通過しない第2経路8bとする。これにより、室内側吸込口4から矢印Aのように熱交換換気装置1内に進入した排気流は、矢印Bのように熱交換器12を通過せずに迂回して、矢印Cのように室外側吹出口7から室外に排気されるため、図5(b)に示すように、給気流(矢印D,E,F)と排気流(矢印A,B,C)との間で熱交換は行われない。
次に、本実施の形態2に係る熱交換換気装置1の動作について説明する。本実施形態は、実施の形態1と同様に、図3に示すフローチャートに従って、給気用送風機11及び排気用送風機10の運転及び停止を制御するものであるが、本実施形態では、ステップS6及びステップS7のように、給気用送風機11及び排気用送風機10が間欠運転する際、ダンパ装置15を開いて、熱交換換気を行う。このように、給気用送風機11及び排気用送風機10の間欠運転時に、熱交換換気に切り替えることにより、室内の比較的乾燥した空気が、熱交換器12に流入するため、熱交換器12を乾燥させることができる。
以上のように、本発明に係る熱交換換気装置は、湿度が高い地域の建物に設置される熱交換換気装置として有用である。
1 熱交換換気装置、2 本体箱体、3 上蓋、4 室内側吸込口、5 室外側吸込口、6 室内側吹出口、7 室外側吹出口、8 排気風路、8a 第1経路、8b 第2経路、9 給気風路、10 排気用送風機、10a 羽根、10b 電動機、10c 羽根ケーシング、11 給気用送風機、11a 羽根、11b 電動機、11c 羽根ケーシング、12 熱交換器、13 開口、14 メンテナンスカバー、15 ダンパ装置、21 湿度センサ、22 COセンサ、23 制御部、24 リモコン。

Claims (4)

  1. 室外側吸込口から吸い込まれた室外空気が、室内側吹出口から室内に給気される通路となる給気風路と、
    前記室外空気を前記室内側吹出口から室内に給気する給気用送風機と、
    室内側吸込口から吸い込まれた室内空気が、室外側吹出口から室外に排気される通路となる排気風路と、
    前記室内空気を前記室外側吹出口から室外に排気する排気用送風機と、
    前記給気風路を通過する前記室外空気と前記排気風路を通過する前記室内空気との間で熱交換を行う熱交換器と、
    室外の湿度を検出する湿度センサと、
    室内のCO濃度を検出するCOセンサと、
    前記湿度センサを用いて検出された室外湿度が湿度閾値以上であるか否かを判定すると共に、前記COセンサを用いて検出された室内CO濃度がCO濃度閾値以下であるか否かを判定し、前記室外湿度が前記湿度閾値以上であり、且つ前記室内CO濃度が前記CO濃度閾値以下である場合に、前記給気用送風機及び前記排気用送風機が最大風量よりも低い低風量運転を常時行うように制御する制御部と、を有する
    ことを特徴とする熱交換換気装置。
  2. 前記室内空気が流れる前記排気風路内の経路を、前記室内空気が前記熱交換器を通過する第1経路、又は前記室内空気が前記熱交換器を通過しない第2経路に切り換える経路切換装置を有し、
    前記制御部は、前記湿度センサを用いて検出された室外湿度が第2湿度閾値以上である場合に、前記室内空気が流れる経路が前記第1経路となるように前記経路切換装置を制御する
    ことを特徴とする請求項1記載の熱交換換気装置。
  3. 前記制御部は、前記給気用送風機及び前記排気用送風機の前記低風量運転が予め定められた時間継続して行われた場合、前記給気用送風機及び前記排気用送風機が前記低風量運転よりも更に低風量の運転を行うか、又は前記給気用送風機及び前記排気用送風機が停止するように制御し、その後、前記給気用送風機及び前記排気用送風機が前記低風量運転に復帰するように制御する
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の熱交換換気装置。
  4. 前記制御部は、前記給気用送風機及び前記排気用送風機が前記低風量運転を行っている間に、前記室内CO濃度が第2CO濃度閾値を上回った場合、前記給気用送風機及び前記排気用送風機の前記低風量運転を解除する
    ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の熱交換換気装置。
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