JP6675057B2 - 熱交換形換気装置 - Google Patents

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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、この種の換気装置としては、建物内に設置され外気を外気給気口から導入し、内蔵する熱交換素子を経て室内に供給する換気装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
以下、その換気空調装置について図６を参照しながら説明する。
図６に示すように、換気装置本体１０１は、建物内の屋根裏空間または天井裏空間に設置される。新鮮外気は、外気給気口１０２から導入され、内蔵する熱交換素子１０３を通過して室内給気口１０４を経て室内に供給される。一方、室内の汚れた空気は、室内排気口１０５から導入され、熱交換素子１０３を通過し、室外排気口１０６を経て室外に排気される。外気給気口１０２から導入される新鮮外気と室内排気口１０５から導入される室内の汚れた空気は、熱交換素子１０３を経て電動機１０７に同一軸１０８にて連結された給気用ファン１０９と排気用ファン１１０により移送される構成としている。
特開平１１−３２５５３５号公報
このような従来の熱交換形換気装置においては、冬期の外気低温時に熱交換素子に結露または凍結が発生するという課題を有していた。熱交換素子に結露または凍結が発生することを防止するために、間欠運転を行うこともあるが、寒冷地では間欠時間が長くなり、換気運転時間が短くなるという課題も有していた。
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、熱交換素子の結露または凍結をより短い時間で回復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、本発明に係る熱交換形換気装置は、給気用モータを備えた給気用送風機と、排気用モータを備えた排気用送風機と、前記給気用送風機により屋外から室内に送風される給気送風経路と、前記排気用送風機により室内から室外に送風される排気送風経路と、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、室内の空気と屋外の空気を換気する際に熱交換するための熱交換素子とを備えた熱交換形換気装置において、前記給気送風経路の給気入口側に設けられた給気ダンパと、前記排気送風経路の排気出口側に設けられた排気ダンパと、前記給気送風経路と前記排気送風経路とを隔てる境界部分に設けられた開口部と、前記開口部に設けられた循環ダンパとを有し、前記排気送風経路において前記排気用送風機は前記熱交換素子よりも下流側に設けられ、前記開口部は前記排気用送風機の羽根車より下流であって、前記排気用送風機のファンケーシングに設けられたことを特徴としたものであり、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、給気送風経路と排気送風経路の境界部分に設けた循環ダンパを排気用送風機と連結させることで、循環風量を大きくし、熱交換素子の結露または凍結から回復するまでの時間を短くする熱交換形換気装置を提供できる。
本発明の実施の形態１の熱交換形換気装置を示す概要図 同熱交換気送風経路図 同循環送風経路図 熱交換気運転時の排気送風機を示す図 循環運転時の排気送風機を示す図 従来の熱交換気装置を示す上面構成図
そして、この目的を達成するために、本発明に係る熱交換形換気装置は、給気用モータを備えた給気用送風機と、排気用モータを備えた排気用送風機と、前記給気用送風機により屋外から室内に送風される給気送風経路と、前記排気用送風機により室内から室外に送風される排気送風経路と、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、室内の空気と屋外の空気を換気する際に熱交換するための熱交換素子とを備えた熱交換形換気装置において、前記給気送風経路の給気入口側に設けられた給気ダンパと、前記排気送風経路の排気出口側に設けられた排気ダンパと、前記給気送風経路と前記排気送風経路とを隔てる境界部分に設けられた開口部と、前記開口部に設けられた循環ダンパとを有し、前記排気送風経路において前記排気用送風機は前記熱交換素子よりも下流側に設けられ、前記開口部は前記排気用送風機の羽根車より下流であって、前記排気用送風機のファンケーシングに設けられた構成を有する。
この構成によれば、給気送風経路の給気入口側に設けた給気ダンパと、排気送風経路の排気出口側に設けた排気ダンパを閉じ、給気送風経路と排気送風経路の境界部分に設けた循環ダンパを開いて、排気送風経路入口から吸込んだ室内空気を、給気送風経路に送り、再び室内へ給気する循環運転において、給気送風経路と排気送風経路の境界部分に設けた循環ダンパを排気用送風機と連結させることで、排気用送風機から給気送風経路へと風を導く風路を形成することができ、排気用送風機からの風圧をすべて循環ダンパ、給気送風経路へと促し、効率よく送風し損失を防ぐことで、循環風量を大きくすることができる。この結果、熱交換素子の結露または凍結から回復するまでの時間を短くする熱交換形換気装置を提供できる。
また、前記給気ダンパ、前記排気ダンパおよび前記循環ダンパの開閉は、ダンパ制御部により制御され、前記ダンパ制御部は、前記給気送風経路の給気入口側の温度が所定の温度まで低下した場合に、前記給気ダンパおよび前記排気ダンパを閉じるのと同時に、前記循環ダンパを開くものである。
この構成によれば、給気送風経路の給気入口側に設けた給気ダンパと、排気送風経路の排気出口側に設けた排気ダンパを閉じ、給気送風経路と排気送風経路の境界部分に設けた循環ダンパを開いて、排気送風経路入口から吸込んだ室内空気を、給気送風経路に送り、再び室内へ給気する循環運転に切り替えるときに、排気用ファンケーシングと連結された循環ダンパを開けながら、排気送風経路の排気ダンパを閉じることで、排気用ファンケーシングの吹出風による圧力を分散させ、排気送風経路の排気ダンパにかかる風圧を抑えることで、排気ダンパに用いるダンパ用モータを、出力の小さい低トルクタイプにすることができ、コストダウンできる、という効果を奏する。
また、前記循環ダンパの前記開口部の中心は前記排気用モータの回転軸よりも低い位置に配置してもよい。
この構成によれば、排気用ファンケーシングから下方向に吹き出る風を効率よく循環ダンパ開口部に導くことができ、送風効率を上昇させることで、循環風量を大きくすることができるという効果を奏する。
また、前記排気ダンパの開口部は前記排気用送風機の前記ファンケーシングに連結してもよい。
この構成によれば、排気ダンパを閉じたときに、排気用ファンケーシングから排気ダンパまでの密閉空間を形成することができ、循環運転時に循環ダンパを開いたときに、排気用送風機の動力を風漏れなく循環ダンパ開口へ送ることができ、循環風量を大きく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）
本発明の第１の実施の形態の熱交換形換気装置について、図１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、箱形の本体の側面に給気入口２、排気出口３、そして、この側面に対向した側面に給気出口４、排気入口５を設けている。
そして、熱交換形換気装置１の内部または外部には、給気用送風機８の給気用モータ１０と排気用送風機９の排気用モータ１０’の回転数をおのおの制御する制御部１５が設けられている。
また、熱交換形換気装置１は、新鮮な屋外の空気（給気空気）を側面の給気入口２から吸込み、熱交換形換気装置１の内部の熱交換素子１１を通って給気出口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、汚染された室内の空気（排気空気）は排気入口５から吸い込まれ、熱交換素子１１を通って排気出口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。
給気入口２から導入される新鮮な屋外空気（給気空気）と、排気入口５から導入される汚染された室内の空気（排気空気）は、給気用送風機８と排気用送風機９の運転によりそれぞれ給気送風経路６と排気送風経路７を流れる。熱交換素子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ており、給気用送風機８、排気用送風機９、熱交換素子１１は、境界部分２５を介して給気送風経路６、排気送風経路７を構成する。
また、給気送風経路６において熱交換素子１１の給気入口側に温度検出手段１６を配設する。
また、給気入口２、排気出口３、給気出口４、排気入口５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。給気入口２と排気出口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。給気出口４と排気入口５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空気と連通する。
制御部１５は給気用送風機８の給気用モータ１０と排気用送風機９の排気用モータ１０’の回転数をおのおの制御し給気風量と排気風量を一定に保ちながら制御するものである。
ここで、本実施の形態における特徴的な部分、すなわち、循環送風経路１７に送風する循環運転について説明する。
図３に循環送風経路１７を示す。
熱交換形換気装置１を起動すると、制御部１５は、給気用送風機８と排気用送風機９の出力する送風量が同等になるように、給気用モータ１０と排気用モータ１０’の回転数をおのおの制御する（熱交換気運転）。
このとき、給気ダンパ１２、排気ダンパ１３はそれぞれ開いており、循環ダンパ１４は閉じることで、給気送風経路６と排気送風経路７とを隔てている。すなわち、循環ダンパ１４は給気送風経路６と排気送風経路７の境界部分２５に設けられている。
図４にこの熱交換気運転時における排気用送風機９、排気ダンパ１３、循環ダンパ１４を示す。
図４に示すように、排気用送風機９はファンケーシング２０、羽根車２１、排気用モータ１０’からなり、排気用モータ１０’の回転軸２２は羽根車２１に接続されている。循環ダンパ１４の開口部２３は排気用送風機９のファンケーシング２０に連結されている。
次に、熱交換気運転中に外気温度が低下していくと、熱交換素子１１の排気送風経路７側から結露が生じる。これは排気送風経路７を流れる室内空気（排気空気）が熱交換素子１１内で外気（給気空気）と熱交換することで露点以下に温度低下する、すなわち、熱交換後の温度の飽和水蒸気量以上の水分を保持しているためである。
この結露により発生した水分は、熱交換後の排気温度が０℃を下回るようになると、凍結し、熱交換素子１１の目詰まりを引き起こし、換気機能を低下させる。
さらに、そのまま運転を継続すると凍結はさらに進行し多量の氷結にいたる。その凍った結露水は、外気温度が上昇すると解けだして、熱交換形換気装置１からあふれ出すことになる。あふれ出した水は、設置場所に悪影響を及ぼすことや、水漏れによる絶縁不良など不安全発生に繋がる。
このような事象を避けるために、制御部１５は、熱交換素子１１の給気入口側に設けられた温度計としての温度検出手段１６により検出された外気温度を監視して、外気温度が所定の温度以下になったことを検知したときに、給気ダンパ１２と排気ダンパ１３を閉じ、循環ダンパ１４を開くことで、給気送風経路６と排気送風経路７を一つとした循環送風経路１７を形成する。
この循環送風経路１７の風の流れ方について説明する。
まず、排気用送風機９は排気入口５より室内の暖かい空気を導入する。導入された室内空気は熱交換素子１１を通り、排気用送風機９に吸い込まれる。排気用送風機９は排気出口３に向け導入空気の送風を行うが、排気ダンパ１３が閉じていることにより、排気出口３から導入空気の排出は行われない。かわりに、循環ダンパが開いたことによりできた開口より、室内から導入された空気は、排気送風経路７から給気送風経路６へと流れていく。
図５にこの循環運転時における排気用送風機９、排気ダンパ１３、循環ダンパ１４を示す。
このとき、排気用送風機９は、室内空気を導入する仕事と共に、循環ダンパを通して給気送風経路６へと室内空気を送り出す仕事も行う。すなわち、排気用送風機は循環運転のための仕事をすることとなる。
次に給気送風経路６へと送り出された室内空気は給気用送風機８に吸い込まれることで、熱交換素子１１を通りながら、給気用送風機８に導入され、給気出口４より、再び室内へと循環送風されることとなる。
このとき、給気ダンパ１２は閉じられているため、給気用送風機８は給気入口２から外気を吸い込むことはなく、循環ダンパ１４より導入された循環送風経路１７を通る室内空気のみを吸い込むこととなる。
このような循環運転時には、熱交換素子１１の給気送風経路側、排気送風経路側のいずれにも暖かい室内空気が流れることとなり、冷え切った熱交換素子を暖めることで凍結を溶かす、または凍結を防止する効果がある。
制御部１５は外気温度が所定温度以下になったことを温度検出手段１６が検知することで、所定時間、上記循環運転を行い熱交換素子１１の結露、凍結の防止を行う。
そして所定時間後、再び給気ダンパ１２と排気ダンパ１３を開き、循環ダンパ１４を閉じることで、独立した給気送風経路６と排気送風経路７を形成し、熱交換気運転を行う。
制御部１５は外気温度が所定温度以下の場合は、熱交換気運転と循環運転とを所定時間で切り替える運転を繰り返し継続する。そして外気温度が所定温度以上まで上昇したときに、再び熱交換気運転のみを継続する。
循環運転時には、循環ダンパ１４を排気用送風機９の下流側に配置することで、排気用送風機９と給気用送風機８を同時に運転し、２つの動力を循環運転に使用することができ、循環風量をより大きくすることができる。
特に、本実施の形態において、循環ダンパ１４の開口部２３は排気用送風機９のファンケーシング２０に連結することで、循環運転時の空気の高い圧力を給気送風経路６へとスムーズに導く風路を形成できる。このように、排気用送風機９による高圧空気を、給気送風経路６における送風に、圧力損失を抑えて使用することによって、循環風量をより大きくすることができるのである。
また、循環運転をすることで、結露を除去したり、素子凍結状態から凍結を融解したりすることができるが、循環風量が大きくなることで結露または凍結から回復するまでの時間を短くすることができる。結果、熱交換気運転の時間を長くすることができ、その分換気をより長く継続できる、より高いエネルギー回収を行うことができる。
また、前記給気ダンパ１２、排気ダンパ１３および循環ダンパ１４の開閉は、制御部１５により制御され、制御部１５は、給気送風経路６の給気入口側の温度が所定の温度まで低下した場合に、給気ダンパ１２および排気ダンパ１３を閉じるのと同時に、循環ダンパ１４を開いてもよい。
温度検出手段１６が所定温度以下の温度を検知すると、制御部１５が循環運転をするために給気ダンパ１２と、排気ダンパ１３を閉じ、循環ダンパ１４を開いて、循環送風経路１７を形成する。
このとき排気ダンパ１３は排気用送風機９からの風圧を受けながら閉じる動作をするが風圧を受ける分、大きなトルクが必要となる。
そこで同時にファンケーシング２０と連結された循環ダンパ１４を開けることで、排気用送風機９からの吐出圧力を分散させ、排気ダンパ１３にかかる風圧を抑えることができる。
これにより、排気ダンパ１３に用いるダンパ用モータを、出力の小さい低トルクタイプにすることができ、コストダウンできる。
なお、循環ダンパ１４の開口部２３の中心は排気用モータ１０’の回転軸２２よりも低い位置に配置されることが好ましい。この構成によれば、ファンケーシング２０から下方向に吹き出る風を効率よく循環ダンパ１４の開口部２３に導くことができ、送風効率を上昇させることで、循環風量を大きくすることができる。
また、排気ダンパ１３の開口部２４は排気用送風機９のファンケーシング２０に連結されることが好ましい。この場合、排気ダンパ１３を閉じたときに、ファンケーシング２０から排気ダンパ１３までの密閉空間を形成することができる。この密閉空間は排気用送風機９に連結された循環ダンパ１４によっても構成されている。循環運転時には循環ダンパ１４が開くため、排気用送風機９による高圧空気は循環ダンパ１４の開口部２３にしか行き場がなく、風漏れなく給気送風経路６へとスムーズに送られる。このように、排気用送風機９による高圧空気を、給気送風経路６における送風に、圧力損失を抑えて使用することによって、循環風量を大きくすることができる。
また、循環ダンパ１４の開口部２３の形状は角を丸くした四角形であることが好ましい。この構成によれば、角部を風が流れることで発生する渦による抵抗をなくして送風効率を上昇させると共に、風きり音による騒音を低減することができる。
また、本実施例では、制御部１５を熱交換形換気装置１に設けたが、制御部１５は熱交換形換気装置１に必ずしも設けなくて良い。例えば、熱交換形換気装置１には制御部１５を設けずに、遠隔地にある制御部１５によって、外気温度を監視し、給気用送風機８、排気用送風機９、給気ダンパ１２、排気ダンパ１３、循環ダンパ１４の何れかを制御することもあり得る。
また、温度検出手段１６は熱交換形換気装置１の外部に設けてもよい。
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換気装置、ダクト式の空気調和装置などの用途としても有用である。
１ 熱交換形換気装置
２ 給気入口
３ 排気出口
４ 給気出口
５ 排気入口
６ 給気送風経路
７ 排気送風経路
８ 給気用送風機
９ 排気用送風機
１０ 給気用モータ
１０’排気用モータ
１１ 熱交換素子
１２ 給気ダンパ
１３ 排気ダンパ
１４ 循環ダンパ
１５ 制御部
１６ 温度検出手段
１７ 循環送風経路
２０ ファンケーシング
２１ 羽根車
２２ 回転軸
２３ 開口部
２４ 開口部
２５ 境界部分

Claims (4)

  1. 給気用モータを備えた給気用送風機と、
    排気用モータを備えた排気用送風機と、
    前記給気用送風機により屋外から室内に送風される給気送風経路と、
    前記排気用送風機により室内から室外に送風される排気送風経路と、
    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、室内の空気と屋外の空気を換気する際に熱交換するための熱交換素子とを備えた熱交換形換気装置において、
    前記給気送風経路の給気入口側に設けられた給気ダンパと、前記排気送風経路の排気出口側に設けられた排気ダンパと、前記給気送風経路と前記排気送風経路とを隔てる境界部分に設けられた開口部と、前記開口部に設けられた循環ダンパとを有し、
    前記排気送風経路において前記排気用送風機は前記熱交換素子よりも下流側に設けられ、
    前記開口部は前記排気用送風機の羽根車より下流であって、前記排気用送風機のファンケーシングに設けられたことを特徴とする熱交換形換気装置。
  2. 前記給気ダンパと前記排気ダンパを閉じ、前記循環ダンパを開くことで、前記給気送風経路と前記排気送風経路を一つとした循環送風経路を形成し、前記熱交換素子を前記循環送風経路に配置したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換形換気装置。
  3. 前記給気ダンパ、前記排気ダンパおよび前記循環ダンパの開閉は、制御部により制御され、前記制御部は、前記給気送風経路の給気入口側の温度が所定の温度まで低下した場合に、前記給気ダンパおよび前記排気ダンパを閉じるのと同時に、前記循環ダンパを開くことを特徴とする請求項１に記載の熱交換形換気装置。
  4. 前記循環ダンパの前記開口部の中心は前記排気用モータの回転軸よりも低い位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換形換気装置。
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