JP6211206B2 - 熱交換換気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、屋外から熱交換器に取り込む外気を加熱するヒータを備えた熱交換換気装置に関する。
寒冷地においては、外気空気をそのまま室内へ導入すると、結露が生じたり、冷風感を与えるコールドドラフトが発生したりするといった問題が起こる。このため、外気空気の温度がヒータオン閾値温度を下回る場合には、ヒータによって外気空気を加熱してから室内へ供給する場合がある。
ヒータを内蔵し制御による温度調節が可能な製品又はＰＴＣ（positive temperature coefficient）ヒータであれば、ヒータによる加熱と換気とを継続することが可能である。ヒータは、制御の簡素化並びにコスト及びサイズの抑制のために、ヒータへの通電のオンオフのみでヒータを制御する方法が一般的に用いられている。
特許文献１には、外付けのヒータを備えた換気装置が開示されている。特許文献２には、ヒータを内蔵する換気装置が開示されている。
特許第４３９１１２５号公報 特開２００５−２６５２７０号公報
外付けのヒータを用いる場合、風量に合わせた容量のヒータを選定する必要がある。しかしながら、ヒータへの通電のオンオフのみでヒータの制御を行う方法では、最大風量に合わせて選定された容量のヒータが設置されている状態で、換気装置を最小風量で運転してしまうと、ヒータの温度が過剰に上昇し、安全装置が働いて異常検知となる場合がある。また、ヒータがオンオフを頻繁に繰り返すことで、リレーを初めとする接点部品の寿命に影響を与える可能性がある。
ヒータを内蔵した換気装置であっても、ヒータが温度調節機能を備えていない場合には、最大風量に合わせてヒータの容量を設計すると同様のリスクがある。
また、ヒータの容量に対して風量が少ない場合、ヒータを通過した後の空気の温度を必要以上に上昇させてしまうため、電力の無駄遣いとなってしまう。
具体例を挙げて説明すると、最大風量が１０００ｍ３／ｈの換気装置において、外気空気の温度が−７℃以下となったらヒータをオンして、ヒータ通過後の温度が０℃となるように設計すると、２．４ｋＷ程度の容量のヒータを用いる必要がある。換気装置が４段階に風量が可変であるとし、対定格風量の７５％、５０％、２５％での運転、換言すると、風量７５０ｍ３／ｈ、５００ｍ３／ｈ、２５０ｍ３／ｈでの運転が可能であるとすると、同じく２．４ｋＷの容量のヒータを通過後の空気の温度は、風量が７５０ｍ３／ｈでは２．３℃、風量が５００ｍ３／ｈでは７℃、風量が２５０ｍ３／ｈでは２１℃となる。
換気装置が給気流と排気流との間で熱交換器を介して熱交換を行う熱交換換気装置であれば、屋外から熱交換器に取り込む外気空気の温度が２１℃まで上昇してしまうと熱回収の意味をなさなくなる。
さらにヒータ通過後の空気の温度がヒータオフ閾値温度以上となった場合にヒータをオフすることも考えられるが、ヒータオフ閾値温度を１０〜１５℃周辺に設けた場合、ヒータのオンオフが頻繁に繰り返されるチャタリングが発生する可能性が高くなってしまう。チャタリングが発生すると、ヒータのオンとオフとを切り替えるための開閉器の寿命に影響を与える上に、無駄な加熱を行うことになってしまう。
特許文献１，２に開示される発明は、ヒータを選定又は設計する際に基準とした風量よりも小さい風量で運転した場合に、屋外から熱交換器に取り込む外気空気の温度が過剰に上昇してしまい、ヒータのオンオフが頻繁に発生する可能性が高くなるという問題を解決する方法を開示していない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒータを選定又は設計する際に基準とした風量よりも小さい風量で運転した場合に、屋外から熱交換器に取り込む外気空気の温度が過剰に上昇することを防止し、ヒータのオンオフが頻繁に発生することを抑えられる熱交換換気装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、屋外の外気空気を室内へ導く給気風路と、室内からの空気を屋外へ導く排気風路と、給気風路に屋外から室内へ向かう給気流を発生させる給気送風機と、排気風路に室内から屋外へ向かう排気流を発生させる排気送風機と、給気風路及び排気風路の途中に設けられ、給気流と排気流との間で熱交換を行う熱交換器と、給気風路の屋外側に接続される屋外側給気ダクト内に設置されて、給気風路を通って熱交換器へ流入する給気流を加熱するヒータが接続されるヒータ接続端子と、給気風路を通る給気流の温度を測定する温度センサと、温度センサの測定結果に基づいて、給気送風機及び排気送風機の運転並びにヒータのオンオフを制御する制御部とを備えた熱交換換気装置であって、給気送風機は、発生させる給気流の風量が異なる複数の強度のいずれかで運転可能であり、制御部は、予め設定した強度よりも小さい強度で給気送風機が運転され、かつヒータがオンされた状態をとることを禁止することを特徴とする。
本発明にかかる熱交換換気装置は、ヒータを選定又は設計する際に基準とした風量よりも小さい風量で運転した場合に、屋外から熱交換器に取り込む外気空気の温度が過剰に上昇することを防止し、ヒータのオンオフが頻繁に発生することを抑えられるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１にかかる熱交換換気装置の構成を示す図 実施の形態１にかかる熱交換換気装置の制御装置の構成を示す図 第１設定記憶部に記憶されている設定内容が、外部接続ヒータを使用する設定である場合の実施の形態にかかる熱交換換気装置の動作の流れを示すフローチャート 本発明の実施の形態２にかかる熱交換換気装置の構成を示す図
以下に、本発明の実施の形態にかかる熱交換換気装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる熱交換換気装置の構成を示す図である。熱交換換気装置２１は、屋外の外気空気を室内へ導くための給気風路３と、室内の空気を屋外へ導くための排気風路２と、給気風路３に設けられ屋外から室内へ向かう給気流を発生させる給気送風機５と、排気風路２に設けられ室内から屋外へ向かう排気流を発生させる排気送風機４と、給気風路３及び排気風路２の途中に設けられ、給気風路３を通る給気流と排気風路２を通る排気流との間で熱交換を行う熱交換器１と、給気送風機５及び排気送風機４の運転を制御する制御装置１２とを備える。制御装置１２には、熱交換換気装置２１の操作及び各種設定を行うためのリモートコントローラ１８が接続されている。
給気送風機５は、発生させる給気流の風量が異なる複数の強度のいずれかで運転可能である。
熱交換換気装置２１には、熱交換換気装置２１に外気空気を取り込む屋外側給気ダクト７と、熱交換換気装置２１から屋外へ屋内空気を排気するための屋外側排気ダクト１０とが接続される。熱交換換気装置２１に外気空気を取り込む屋外側給気ダクト７には、外部接続ヒータ８が配置されている。外部接続ヒータ８は、給気風路３の屋外側に接続される屋外側給気ダクト７内に設置されて、給気風路３を通って熱交換器１へ流入する給気流を加熱するヒータである。
熱交換換気装置２１は、屋外側給気ダクト７を通じて給気風路３に取り込まれた外気空気の温度を測定する温度センサ６を備える。熱交換換気装置２１は、温度センサ６によって測定した外気空気の温度がヒータオン閾値温度以下になった場合に外部接続ヒータ８へ電力を供給するように制御を行う。
図２は、実施の形態１にかかる熱交換換気装置の制御装置の構成を示す図である。制御装置１２は、外部接続ヒータ８を接続するヒータ接続端子１３と、外気空気の温度が予め設定されたヒータオン閾値温度を下回った場合に閉じ、解除条件を満たした場合に開となるヒータ用開閉器１６とを備えている。
熱交換換気装置２１は、制御装置１２上に設けられた設定変更用の第１スイッチ１４ａ、第２スイッチ１４ｂ及び第３スイッチ１４ｃ又はリモートコントローラ１８にて各種設定を変更できるようになっている。なお、制御装置１２に設けられた第１スイッチ１４ａ，第２スイッチ１４ｂ及び第３スイッチ１４ｃにより各種設定が可能であるため、熱交換換気装置２１は、リモートコントローラ１８を省略した構成とすることも可能である。
制御装置１２は、温度センサ６の測定結果に基づいて、給気送風機５及び排気送風機４の運転並びに外部接続ヒータ８のオンオフを制御する制御部２２、第１スイッチ１４ａによる設定内容を記憶する第１設定記憶部２３、第２スイッチ１４ｂによる設定内容を記憶する第２設定記憶部２４及び第３スイッチ１４ｃによる設定内容を記憶する第３設定記憶部２５を有する。
第１スイッチ１４ａは、外部接続ヒータ８が接続されているか否かを設定するためのスイッチである。第２スイッチ１４ｂは、ヒータ用開閉器１６を閉じて外部接続ヒータ８への電力供給を開始するヒータオン閾値温度を設定するためのスイッチである。第３スイッチ１４ｃは、外部接続ヒータ８を風量優先モード、ヒータ優先モード及びハイブリッドモードのいずれのモードで制御するかを設定するためのスイッチである。
風量優先モードは、給気送風機５が予め設定した強度よりも小さい強度で運転されている際に外部接続ヒータ８をオンすることを禁止するモードである。以下の説明においては、予め設定した強度は、最小風量よりも一段階上の風量の給気流を発生させる強度であるとする。すなわち、風量優先モードは、予め設定した強度よりも小さい強度で給気送風機５を運転している際には外部接続ヒータ８をオフさせ、予め設定した強度以上の強度で給気送風機５を運転している際には外部接続ヒータ８をオンするモードである。ヒータ優先モードは、給気送風機５が予め設定した強度よりも小さい強度で運転している場合に外部接続ヒータ８をオンする際には、外部接続ヒータ８をオンする前に給気送風機５に発生させる給気流の風量が増加するように給気送風機５の運転の強度を変更し、給気送風機５が予め設定した強度以上の強度で運転している場合に外部接続ヒータ８をオンする際には、給気送風機５の運転の強度を変更せずに外部接続ヒータ８をオンするモードである。ハイブリッドモードは、温度センサ６の測定結果が予め設定された運転可能下限温度以下であれば、ヒータ優先モードと同様の制御を行い、温度センサ６の測定結果が予め設定された運転可能下限温度を超えていれば、風量優先モードと同様の制御を行うモードである。すなわち、バイブリッドモードでは、最小風量での運転時には外部接続ヒータ８をオンすることを禁止し、屋外から熱交換器１に取り込む外気空気の温度が熱交換換気装置２１の運転可能下限温度以下となった場合には、最小風量での運転を禁止して、外部接続ヒータ８をオンする。なお、熱交換換気装置２１の運転可能下限温度は、ドレン回収機能の有無及び結露耐力に基づいて設定される温度である。
第１設定記憶部２３に記憶されている設定内容が外部接続ヒータ８を使用する設定である場合には、第２設定記憶部２４に記憶されているヒータオン閾値温度を下回った状態になると、外部接続ヒータ８に接続されたヒータ用開閉器１６が閉じて、ヒータ用電源１７により外部接続ヒータ８に電圧が印加される。
第３設定記憶部２５に記憶されている設定内容がヒータ優先モードである場合には、第２設定記憶部２４に記憶されているヒータオン閾値温度を下回り、外部接続ヒータ８がオンされた時点以降は、最小風量での運転を禁止する。最小風量での運転中にヒータオン閾値温度を下回った場合には、ヒータ用開閉器１６を閉じるとともに、給気送風機５に発生させる給気流の風量を一段階増加させる。
一方、第３設定記憶部２５に記憶されている設定内容が風量優先モードである場合には、外気空気の温度が第２設定記憶部２４に記憶されているヒータオン閾値温度を下回っても、最小風量で運転している間は外部接続ヒータ８をオンしない。この制御は、ＣＯ２センサのような外部機器と連動して風量を変更可能に熱交換換気装置２１を構成した場合に有効である。最小風量での運転時には、外部接続ヒータ８の運転を禁止しているのは、最小風量で運転している間に外部接続ヒータ８をオンするとエネルギーを無駄に消耗する可能性が高いためである。
また、第３設定記憶部２５に記憶されている設定内容がハイブリッドモードである場合には、温度センサ６の測定結果が熱交換換気装置２１の運転可能下限温度を超える場合には、最小風量での運転時には外部接続ヒータ８はオフし、温度センサ６の測定結果が熱交換換気装置２１の運転可能下限温度以下である場合は、最小風量での運転を禁止して、外部接続ヒータ８をオンする。ハイブリッドモードでは、外気空気が低温状態となっても熱交換換気装置２１を運転して、換気を実施することができる。
図３は、第１設定記憶部に記憶されている設定内容が、外部接続ヒータを使用する設定である場合の実施の形態にかかる熱交換換気装置の動作の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１において、制御部２２は、温度センサ６により給気風路３を通じて熱交換器１に取り込まれる外気空気の温度を測定する。ステップＳ２において、制御部２２は、外気空気の温度が第２設定記憶部２４に記憶されているヒータオン閾値温度を下回ったかを判断する。外気空気の温度が第２設定記憶部２４に記憶されているヒータオン閾値温度を下回っていれば（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３において制御部２２は、第３設定記憶部２５に記憶されている設定内容を確認する。外気空気の温度が第２設定記憶部２４に記憶されているヒータオン閾値温度を下回っていなければ（ステップＳ２：Ｎｏ）、処理を終了する。
第３設定記憶部２５に記憶されている設定内容がヒータ優先モードであれば（ステップＳ３：ヒータ優先モード）、ステップＳ４において、制御部２２は、給気送風機５を最小風量で運転中かを確認する。給気送風機５を最小風量で運転中であれば（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ステップＳ５において、制御部２２は、給気送風機５が発生させる給気流の風量を１段階上げる。一方、最小風量で運転中でなければ（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ６に進む。ステップＳ６において、制御部２２は、ヒータ用開閉器１６を閉じて、外部接続ヒータ８をオンする。なお、ステップＳ６では、外部接続ヒータ８が既にオンされている場合には、その状態を維持する。ステップＳ６の後、制御部２２は処理を終了する。
また、第３設定記憶部２５に記憶されている設定内容が風量優先モードであれば（ステップＳ３：風量優先モード）、ステップＳ７において、制御部２２は、給気送風機５を最小風量で運転中かを確認する。給気送風機５を最小風量で運転中であれば（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、ステップＳ８において、制御部２２は、ヒータ用開閉器１６を開いて外部接続ヒータ８をオフする。なお、ステップＳ８では、外部接続ヒータ８が既にオフされている場合には、その状態を維持する。ステップＳ８の後、制御部２２は処理を終了する。熱交換換気装置２１を最小風量で運転中でなければ（ステップＳ７：Ｎｏ）、ステップＳ６において、制御部２２は、ヒータ用開閉器１６を閉じて外部接続ヒータ８をオンする。ステップＳ６の後、制御部２２は処理を終了する。
また、第３設定記憶部２５に記憶されている設定内容がハイブリッドモードであれば（ステップＳ３：ハイブリッドモード）、ステップＳ９において、制御部２２は、外気空気の温度は運転可能下限温度以下であるかを確認する。外気空気の温度が運転可能下限温度以下であれば（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、ステップＳ４に進む。外気空気の温度は運転可能下限温度以下でなければ（ステップＳ９：Ｎｏ）、ステップＳ７に進む。ステップＳ４の処理及びステップＳ７の処理は上述の通りである。
制御部２２は、処理の終了後、次の検知タイミングにおいて、ステップＳ１からステップＳ９の処理を再び実行する。
上記の説明のように、実施の形態１にかかる熱交換換気装置２１は、制御部２２は、予め設定した強度よりも小さい強度で給気送風機５が運転され、かつ外部接続ヒータ８がオンされた状態をとることを禁止しながら給気風路３を通る給気流を加熱する外部接続ヒータ８のオンオフの切替えと給気送風機５の風量の切替えとを連動させて、給気風路３を通る給気流の温度を調整する。このため、熱交換換気装置２１は、外部接続ヒータ８の発熱量制御がない簡素なヒータ制御においても、加熱する空気量の変化に対し、外部接続ヒータ８の過加熱を防止できる。また、実施の形態１にかかる熱交換換気装置２１は、屋外から熱交換器１に取り込む外気空気を必要以上に加熱することを防止し、電力消費の無駄を抑えることができる。
最小風量時に外部接続ヒータ８をオンすることを禁止する風量優先モードにおいては、低外気温度時に外部接続ヒータ８をオフして運転すると、給気される空気温度が低くなるコールドドラフトが発生する懸念があるが、一般的に最小風量とすると熱交換効率が上昇するため、最大風量で外部接続ヒータ８をオンする場合の給気温度と、最小風量で外部接続ヒータ８をオフする場合の給気温度とに大きな差は生じない。また、最小風量になると、吹出口から出る気流の風速も低くなるため、冷温風の到達距離が短くなり、コールドドラフトが発生する可能性は低くなる。
さらに、実施の形態１にかかる熱交換換気装置２１は、ハイブリッドモードにおいては、外気空気の温度が熱交換換気装置２１の運転可能下限温度以下となる状況であっても、換気を継続することが可能である。
上記の説明においては、予め設定した強度は、最小風量よりも一段階上の風量の給気流を発生させる強度であるとしたが、最小風量よりも二段階以上上の風量の給気流を発生させる強度とすることも可能である。
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる熱交換換気装置の構成を示す図である。実施の形態２にかかる熱交換換気装置２６は、ヒータ接続端子１３が設けられておらず、外部接続ヒータ８ではなく内蔵ヒータ２７が給気風路３に設置されている点で、図１に示した実施の形態１にかかる熱交換換気装置２１と相違する。内蔵ヒータ２７は、給気風路３を通って熱交換器１へ流入する給気流を加熱するヒータである。
実施の形態２にかかる熱交換換気装置２６では、第１設定記憶部には、ヒータが接続されているか否かを示す情報ではなく、ヒータを使用するか否かを示す情報が記憶される。熱交換換気装置２６の動作は、図３に示した実施の形態１にかかる熱交換換気装置２１の動作と同様である。
実施の形態２にかかる熱交換換気装置２６は、内蔵ヒータ２７の発熱量制御がない簡素なヒータ制御においても、加熱する空気量の変化に対し、内蔵ヒータ２７の過加熱を防止できる。また、実施の形態２にかかる熱交換換気装置２６は、外気空気を必要以上に加熱することを防止し、電力消費の無駄を抑えることができる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
１ 熱交換器、２ 排気風路、３ 給気風路、４ 排気送風機、５ 給気送風機、６ 温度センサ、７ 屋外側給気ダクト、８ 外部接続ヒータ、１０ 屋外側排気ダクト、１２ 制御装置、１３ ヒータ接続端子、１４ａ 第１スイッチ、１４ｂ 第２スイッチ、１４ｃ 第３スイッチ、１６ ヒータ用開閉器、１７ ヒータ用電源、１８ リモートコントローラ、２１，２６ 熱交換換気装置、２２ 制御部、２３ 第１設定記憶部、２４ 第２設定記憶部、２５ 第３設定記憶部、２７ 内蔵ヒータ。

Claims (6)

  1. 屋外の外気空気を室内へ導く給気風路と、
    室内からの空気を屋外へ導く排気風路と、
    前記給気風路に屋外から室内へ向かう給気流を発生させる給気送風機と、
    前記排気風路に室内から屋外へ向かう排気流を発生させる排気送風機と、
    前記給気風路及び前記排気風路の途中に設けられ、前記給気流と前記排気流との間で熱交換を行う熱交換器と、
    前記給気風路の屋外側に接続される屋外側給気ダクト内に設置されて、前記給気風路を通って前記熱交換器へ流入する前記給気流を加熱するヒータが接続されるヒータ接続端子と、
    前記給気風路を通る前記給気流の温度を測定する温度センサと、
    前記温度センサの測定結果に基づいて、前記給気送風機及び前記排気送風機の運転並びに前記ヒータのオンオフを制御する制御部とを備えた熱交換換気装置であって、
    前記給気送風機は、発生させる前記給気流の風量が異なる複数の強度のいずれかで運転可能であり、
    前記制御部は、予め設定した強度よりも小さい強度で前記給気送風機が運転され、かつ前記ヒータがオンされた状態をとることを禁止することを特徴とする熱交換換気装置。
  2. 屋外の外気空気を室内へ導く給気風路と、
    室内からの空気を屋外へ導く排気風路と、
    前記給気風路に屋外から室内へ向かう給気流を発生させる給気送風機と、
    前記排気風路に室内から屋外へ向かう排気流を発生させる排気送風機と、
    前記給気風路及び前記排気風路の途中に設けられ、前記給気流と前記排気流との間で熱交換を行う熱交換器と、
    前記給気風路を通って前記熱交換器へ流入する前記給気流を加熱するヒータと、
    前記給気風路を通る前記給気流の温度を測定する温度センサと、
    前記温度センサの測定結果に基づいて、前記給気送風機及び前記排気送風機の運転並びに前記ヒータのオンオフを制御する制御部とを備えた熱交換換気装置であって、
    前記給気送風機は、発生させる前記給気流の風量が異なる複数の強度のいずれかで運転可能であり、
    前記制御部は、予め設定した強度よりも小さい強度で前記給気送風機が運転され、かつ前記ヒータがオンされた状態をとることを禁止することを特徴とする熱交換換気装置。
  3. 前記制御部は、前記給気風路を通る給気流の温度を調整するモードを複数有し、複数の前記モードの一つは、予め設定した強度よりも小さい強度で前記給気送風機が運転されている際には前記ヒータをオフさせ、予め設定した強度以上の強度で前記給気送風機が運転されている際には前記ヒータをオンする風量優先モードであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換換気装置。
  4. 前記制御部は、前記給気風路を通る給気流の温度を調整するモードを複数有し、複数の前記モードの一つは、予め設定した強度よりも小さい強度で前記給気送風機が運転されている場合に前記ヒータをオンする際には、前記給気送風機が発生させる前記給気流の風量が大きくなるように前記給気送風機の運転の強度を変更し、予め設定した強度以上の強度で前記給気送風機が運転されている場合に前記ヒータをオンする際には、前記給気送風機の運転の強度を変更せずに前記ヒータをオンするヒータ優先モードであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換換気装置。
  5. 前記制御部は、前記給気風路を通る給気流の温度を調整するモードを複数有し、複数の前記モードの一つは、予め設定した強度よりも小さい強度で前記給気送風機が運転されている際には前記ヒータをオフさせ、予め設定した強度以上の強度で前記給気送風機が運転されている際には前記ヒータをオンする風量優先モードであり、
    複数の前記モードの他の一つは、予め設定した強度よりも小さい強度で前記給気送風機が運転されている場合に前記ヒータをオンする際には、前記給気送風機が発生させる前記給気流の風量が大きくなるように前記給気送風機の運転の強度を変更し、予め設定した強度以上の強度で前記給気送風機が運転されている場合に前記ヒータをオンする際には、前記給気送風機の運転の強度を変更せずに前記ヒータをオンするヒータ優先モードであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換換気装置。
  6. 複数の前記モードの一つは、前記温度センサの測定結果が予め設定された運転可能下限温度以下であれば、前記ヒータ優先モードでの制御を行い、前記温度センサの測定結果が予め設定された運転可能下限温度を超えていれば、前記風量優先モードでの制御を行うハイブリッドモードであることを特徴とする請求項５に記載の熱交換換気装置。
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