JPWO2010116824A1 - 熱交換換気装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ケーシング２に格納され、室外空気を室内に給気する給気路５と、ケーシングに格納され、室内空気を室外に排気する排気路６と、室外空気の温度を検出する室外温度センサ１８と、室内空気の温度を検出する室内温度センサ１９と、室外温度センサと室内温度センサの出力信号に基づいて給気送風機及び排気送風機の送風量を制御する制御装置と、給気通路又は排気通路と並設され熱交換器を迂回するバイパス通路１５と、給気通路又は排気通路とバイパス通路とを切換えるダンパ１６と、を備え、制御装置は、熱交換換気運転の状態であって、室外空気の温度がある第１の閾値以上で、室外空気の温度と室内空気の温度との差が第２の閾値以上である、と判定した時、ダンパをバイパス通路側へ切換えて普通換気運転を行わせるとともに、給気送風機と排気送風機の風量を普通換気運転切り替え前の熱交換換気運転時の風量より増加させる制御を行う。

Description

本発明は、熱交換器を介して同時給排気による熱交換を行う熱交換換気装置に関するものである。

従来、吸込口と吹出口とを室内側と室外側のそれぞれに一組ずつ設けた箱体と、この箱体内で交差するように設けられた上記室内側から上記室外側に至る給気路および排気路と、これらの給気路と排気路に設けられた給気流および排気流を形成する送風機と、上記交差部に設けられ上記給気流と上記排気流との間で熱交換する熱交換器と、上記排気路と並設され上記熱交換器を迂回するバイパス通路と、このバイパス通路を開閉するバイパスダンパと、上記排気通路の側壁に設けられた風路切換えダンパを備え、上記バイパスダンパと上記風路切換えダンパにより上記送風機の吸込みおよび吹出し方向を切換えるようにした熱交換器付換気装置がある（例えば、特許文献１参照）。

また、ケーシングに格納され、給気送風機により室外側吸込口から室外空気を吸込み、熱交換器の給気通路を通して室内側吹出口から室内に給気する給気路と、排気送風機により室内側吸込口から室内空気を吸込み、前記熱交換器の排気通路を通して室外側吹出口から室外に排気する排気路を備え、前記室外側吸込口に設置され室外空気の温度及び湿度を検出して温度及び湿度信号を夫々出力する室外温度センサ及び室外湿度センサと、前記室内側吸込口に設置され室内空気の温度及び湿度を検出して温度及び湿度信号を夫々出力する室内温度センサ及び室内湿度センサと、前記室外、室内温度センサ及び室外、室内湿度センサの出力信号に基づいて前記給気送風機及び排気送風機の送風量を制御するようにした熱交換換気装置がある（例えば、特許文献２参照）。

特開平０１−３１８８４１号公報 特開２００８−３０９３８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来の技術によれば、バイパス運転により熱交換しないで外気をそのまま給気したり、風路切り替えによる給気風量を増加させたりすることができるが、その切り替えは手動で行っていたため、室内外の温度変化に対してその都度十分に対応することはできなかった。また、風路切り替えにより給気風量は増加させられるが、排気がなくなってしまうため給排気バランスがくずれ、実際には別の排気口を設けないと効率的な換気ができなかった。

また、特許文献２に記載された従来の技術によれば、室外側吸込口及び室内側吸込口に湿度センサを設置しなければならず、そのためコストが上がり、制御回路が複雑になってしまう、という問題があった。また、除湿を目的とした風量制御であるため、夏場で室外温度が室内温度より低い場合などに室外空気を使って室内を冷却するような外気冷房もできなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で室外温度が低いとき自動的に多量の室外空気を導入することで、短時間で冷房効果を得ることができ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、ケーシングに格納され、給気送風機により室外側吸込口から室外空気を吸込み、熱交換器の給気通路を通して室内側吹出口から室内に給気する給気路と、ケーシングに格納され、排気送風機により室内側吸込口から室内空気を吸込み、熱交換器の排気通路を通して室外側吹出口から室外に排気する排気路と、室外空気の温度を検出し温度信号を出力する室外温度センサと、室内空気の温度を検出し温度信号を出力する室内温度センサと、室外温度センサと室内温度センサの出力信号に基づいて給気送風機及び排気送風機の送風量を制御する制御装置と、給気通路又は排気通路と並設され熱交換器を迂回するバイパス通路と、給気通路又は排気通路とバイパス通路とを切換えるダンパと、を備え、制御装置は、ダンパが給気通路側又は排気通路側を開いた熱交換換気運転の状態であって、室外空気の温度がある第１の閾値以上で、室外空気の温度と室内空気の温度との差が第２の閾値以上である、と判定した時、ダンパをバイパス通路側へ切換えて普通換気運転を行わせるとともに、給気送風機と排気送風機の風量を普通換気運転切り替え前の熱交換換気運転時の風量より増加させる制御を行うことを特徴とする。

この発明によれば室外温度と室内温度の温度状況に合わせて、熱交換換気運転と、熱交換器を迂回させて熱交換させない普通換気運転を自動で切り替えることで、温度状況にあわせた省エネ効果のある換気を実現し空調機等の消費電力を低減させることができる。また自動で普通換気に切り替えた時に換気風量も自動で一時的に増加させることで、外気を急速に室内に取り入れ効率よく室内を冷房することができると共に、更に途中からいったん増加させた換気風量を元の風量に戻すことで騒音にも考慮した快適性を実現した熱交換換気装置を得ることができる。

図１は、本発明にかかる熱交換換気装置の実施の形態１を示す透視斜視図である。 図２は、実施の形態１の熱交換換気装置の透視平面図である。 図３は、実施の形態１の熱交換換気装置の透視側面図である。 図４は、実施の形態１の送風機の制御装置のブロック図である。 図５は、実施の形態１の自動普通換気運転の動作フローチャート図である。

以下に、本発明にかかる熱交換換気装置の実施の形態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、本発明にかかる熱交換換気装置の実施の形態１を示す透視斜視図であり、図２は、透視平面図であり、図３は、透視側面図であり、図４は、送風機の制御装置のブロック図であり、図５は、自動普通換気運転の動作を表したフローチャート図である。図１〜図３に示すように、熱交換換気装置１００は、室外空気と室内空気の熱交換を行う熱交換器１が、直方体の箱形に形成された本体ケーシング２内に設置され、同時給排気により、熱交換を行いながら室内の換気を行う。

本体ケーシング２内には、給気送風機３により室外側吸込口１１から室外空気を吸込み、熱交換器１の給気通路１ａ（図３参照）を通して室内側吹出口１２から室内に給気する給気路５と、排気送風機４により室内側吸込口１３から室内空気を吸込み、熱交換器１の排気通路１ｂ（図３参照）を通して室外側吹出口１４から室外に排気する排気路６と、が形成されている。

また本体ケーシング２内に、熱交換器１、給気送風機３及び排気送風機４を組付け、給気路部品７と排気路部品８、給気側入口部品９と排気側入口部品１０を装着することにより、給気路５と排気路６が形成される。

給気路５は、給気側入口部品９に対応する本体ケーシング２の開口部を室外側吸込口１１とし、給気側入口部品９から熱交換器１の上側の面から熱交換器１の給気通路１ａを経て給気送風機３から給気路部品７の出口部分７ａに至り、出口部分７ａの開口部に対応する本体ケーシング２の開口部を室内側吹出口１２とする通風路として形成される。

一方、排気路６は、排気側入口部品１０に対応する本体ケーシング２の開口部を室内側吸込口１３とし、排気側入口部品１０から熱交換器１の上側の面から熱交換器１の排気通路１ｂを経て排気送風機４から排気路部品８の出口部分８ａに至り、出口部分８ａの開口部に対応する本体ケーシング２の開口部を室外側吹出口１４とする通風路として形成される。

また、バイパス通路１５は、バイパスダンパ１６により給気路５の熱交換器１の上流側手前で給気路５を閉じバイパス通路１５側を開放することにより、給気路５の室外側吸込口１１から給気側入口部品９を経て熱交換器１を迂回してバイパス通路１５を通り給気路部品７の出口部分７ａから室内側吹出口１２に室外空気を給気する通風路として形成されている。

本体ケーシング２の外側側面で、給気路５の室外側吸込口１１及び室内側吹出口１２、排気路６の室内側吸込口１３及び室外側吹出口１４には、ダクト接続筒１７が取付けられている。

このように構成された熱交換換気装置１００は、給気路５により熱交換器１を通して室外空気を室内へ給気すると同時に、排気路６により熱交換器１を通して室内空気を室外に排気することができ、熱交換器１で給気と排気の間で熱交換を行いながら同時給排気による熱交換換気運転を行うことができる。

また、バイパスダンパ１６によりバイパス通路１５へ切り替えることにより、給気送風機３により室外空気を、熱交換器１を通さずに室内へ給気することができ、熱交換を伴わない普通換気運転を行うことができる。

本体ケーシング２内には、室外側吸込口１１に室外空気の温度を検出する室外温度センサ１８、室内側吸込口１３に室内空気の温度を検出する室内温度センサ１９を夫々設置している。室外温度センサ１８は、室外空気の温度を検出し、温度信号を制御装置に向けて出力する。室内温度センサ１９は、室内空気の温度を検出し、制御装置に向けて出力する。

次に制御の概略について説明する。熱交換換気装置１００は外部コントローラ（図示せず）により、換気風量の大小および換気種類（熱交換換気運転又は熱交換器を迂回させた普通換気運転）を任意に選択できるようになっている。以下は前記外部コントローラ（図示せず）で熱交換換気運転が選択されている場合について説明する。

制御装置は、演算手段２１、風量設定手段２２、モータ駆動装置２０を備える。図４のブロック図に示すように、熱交換換気装置１００の運転が開始されると、風量設定手段２２は、外部コントローラ（図示せず）で選択された換気種類、および前記外部コントローラ（図示せず）で選択された風量信号に基づき、モータ駆動装置２０に送風機３、４のモータ３ａ、４ａを動作させる。演算手段２１は、換気種類が熱交換換気運転の場合には、室外温度センサ１８、室内温度センサ１９から出力された温度信号に基づいて、室外空気と室内空気の温度差を算出する。

演算手段２１は、室外空気と室内空気の温度差の演算結果を風量設定手段２２に出力し、風量設定手段２２は、出力された室外空気と室内空気の温度差の大小と、室外空気の温度によっては、前記外部コントローラ（図示せず）で選択されている換気種類及び風量を無視し、自動でバイパスダンパ１６の切り替え及び風量信号の出力を行い、モータ駆動装置２０により送風機３、４の風量が自動変更される。

次に図５のフローチャート図で自動普通換気運転の制御の詳細を説明する。熱交換換気装置１００の運転を開始させると、ステップＳ１で前記外部コントローラ（図示せず）により選択された換気種類と風量信号に基づいた風量で換気運転が行われる。そしてステップＳ２で換気種類が熱交換換気運転であるかどうか判定し、熱交換換気運転である場合にはステップＳ３に進み、普通換気運転である場合にはステップ２の判定に戻る。そしてステップＳ３では、室外温度センサ１８により検出された室外空気温度Ｔ１が夏を想定して設定された閾値（第１の閾値）以上であるかどうか、例えばＴ１≧１９℃であるかどうかを判定する。

Ｔ１≧１９℃であればステップＳ４に進み、室外空気温度Ｔ１と室内温度センサ１９により検出された室内空気温度Ｔ２を比較し、Ｔ２−Ｔ１による温度差ΔＴが設定された閾値（第２の閾値）以上であるかどうか、例えばΔＴ≧３Ｋ であるかどうかを判定する。ΔＴ≧３Ｋである時はステップＳ５に進み、室内温度より冷たい室外空気を熱交換しないで冷たいまま直接室内へ取入れて冷房効果をもたらすことを目的として、給気側のバイパスダンパ１６を動作させ、バイパス通路１５に風路を切り替えて熱交換器１を迂回させ、熱交換換気運転から熱交換しない普通換気運転へ切り替えを行うと共に、前記外部コントローラからの風量信号を無視して急速に室内温度を下げさせるために風量設定手段２２で、熱交換換気運転で選択可能な最大風量よりも更に風量の多い普通換気運転専用の特強風量の信号出力をさせ、それに基づき送風機３、４の送風量を強制的に特強風量で運転させると同時にタイマ（図示しない）をスタートさせる。

このような制御を行うことで、熱交換されないで冷たいままの室外空気を室内に取り込み、熱い室内空気をそのまま室外に排出させることができるため、外気温度を利用した冷房を自動的に行うことができる。また、換気風量を強制的に最大風量とさせることで短時間に室内温度を下げ、冷房するための空調機の負荷を低減し省エネを図ることができる。

次にステップＳ６で、普通換気運転を開始してからの経過時間を計測する前記タイマ（図示しない）が設定された閾値時間を経過したかどうか、例えば１５分経過したかどうかを判定し、１５分経過した場合には、ステップＳ７に進み、風量設定手段２２は普通換気運転開始時に増加させた送風量を解除し、増加させる前の送風量である前記外部コントローラ（図示せず）で選択されている風量信号に基づき風量信号をモータ駆動装置２０に出力し、送風機３、４の送風量を熱交換換気運転時の送風量に戻す制御を行う。

このような制御を行うことで、送風量を増加させたことによる運転騒音増加に対し、送風量を増加させる時間を上記閾値時間内までとすることで、騒音が大きい時間を一定時間だけに留めることができる。そのため、室外温度が室内温度よりも著しく低い普通換気運転開始時には風量を増加させて短時間で効果的に室内温度を下げるとともに、ある程度室内温度が下がった後は送風量を元に戻し低騒音化を優先することで効果的な外気による冷房と快適な運転音の両立を図ることもできる。

また、ステップＳ６でタイマが上記閾値である１５分未満の場合、ステップＳ８に進み室外空気温度Ｔ１と室内空気温度Ｔ２の温度差ΔＴが設定された閾値の範囲かどうか、例えば０Ｋ≦ΔＴ≦１Ｋであるかどうかを判定し、０Ｋ≦ΔＴ≦１Ｋであれば上記と同様にステップＳ７へ進む。このような制御を行うことで、短時間で急速に冷房できた場合には運転騒音小さい元の送風量に自動的に戻されるので外気による冷房と快適な運転音の両立を図ることができる。

次にステップＳ９で、温度差ΔＴが設定された閾値（第４の閾値）未満かどうか、例えばΔＴ＜０Ｋであるかどうかを判定し、ΔＴ＜０ＫであればステップＳ１０に進み、給気側のバイパスダンパ１６を再び動作させ、バイパス通路１５から熱交換器１の吸気通路１ａに切り替えることで、熱交換しない普通換気運転から熱交換換気運転へ切り替えを行い自動的に元の熱交換換気運転に戻す。そしてその後ステップＳ２に戻る。なお、ステップＳ９において、ΔＴが閾値を含む場合、すなわちΔＴ≦０である場合にステップＳ１０に進むように構成しても構わない。

ステップＳ８で、０Ｋ≦ΔＴ≦１Ｋを満足しない場合にはステップＳ１１へ進み、温度差ΔＴが設定された閾値（第３の閾値）未満かどうか、例えばΔＴ＜０Ｋであるかどうかを判定し、ΔＴ＜０ＫであればステップＳ１０へ進み、ΔＴ＜０Ｋを満足しなければステップＳ６に戻る。なお、ステップＳ１１において、ΔＴが閾値を含む場合、すなわちΔＴ≦０である場合にステップＳ１０に進むように構成しても構わない。この場合、ステップＳ８で、０Ｋ＜ΔＴ≦１Ｋを満足しない場合にはステップＳ１１へ進むように構成する必要がある。

以上の動作により、普通換気運転と熱交換換気運転とを自動で切り替えることで、室外室内温度状況に合わせて空調機負荷を低減でき最適な省エネ換気を実現することができる。また風量を自動で制御することで急速に室内を冷房できるとともに温度状況に合わせて運転騒音を考慮した換気を行うことができる。

また一旦熱交換換気運転に戻ったら、ΔＴ≧３Ｋを満たさないと自動的に普通換気運転を開始しないので、室外空気と室内空気の温度差が０Ｋ付近で変動する場合に、熱交換換気運転と普通換気運転との切り替えが多発することを抑えることができる。

また、空調機（図示しない）と熱交換換気装置を併設して運転するとき、熱交換換気装置に空調機からの運転（冷房等）信号を検出する検出装置（検出手段）を制御装置に設けることで、ステップＳ３での室外温度センサ１８による室外温度の代わりに空調機からの冷房信号を用いてもよい。この構成によれば空調機の使用状態が冷房運転であれば夏と判断でき、上記と同様に自動で普通換気運転による外気温度を利用した冷房をすることができる。またこの場合、空調機（図示しない）が冷房運転であれば室外空気温度の絶対値によらず、室外空気温度が室内空気温度より低い場合に普通換気運転ができるため、室外温度Ｔ１がＴ１＜１９℃のような夏季以外の季節でも冷房運転を行うようなＯＡ機器等がある部屋等においても普通換気運転による外気温度を利用した冷房をすることができ、季節に関係なく冷房する空調機の負荷を低減し省エネを図ることができる。

なお、ステップＳ４ではΔＴ≧３Ｋの場合、風量設定手段２２で最も風量のある強ノッチ風量の信号出力をさせたが、強ノッチ風量の代わりに、前記外部コントローラで選択されている風量の１．２〜１．５倍になるような風量信号出力を行ってもよい。その場合には、上記のような最大風量で換気するよりも室内温度が下がるまでの時間はかかるが、最大風量時より騒音が抑えられるため、静音性とのバランスをとることができる。

また、熱交換器１の給気通路１ａと排気通路１ｂにそれぞれ給気と排気の空気が流れることで、その給気側空気と排気側空気の間で熱交換されるため、給気側空気がバイパス通路１５を通り吸気通路１ａを通らない場合には排気通路１ｂを通る排気空気も熱交換されないため、給気空気も排気空気も熱交換を伴わない普通換気として機能している。従って、上記実施例では給気路５側にバイパス通路１５を設けた実施例を示したが、排気路６側にバイパス通路を設け、排気路６の室内側吸込口１３から排気側入口部品１０を経て、バイパスダンパでバイパス通路に切り替えて熱交換器１を迂回し、排気路部品８の出口部分８ａから室外側吹出口１４に室内空気を排気するようにしてもよい。

また、図５に示すどのステップの運転状態であっても、前記外部コントローラ（図示せず）の換気種類（熱交換換気運転又は熱交換器を迂回させた普通換気運転）および換気風量の選択に変化があれば直ぐにステップの動作を中止し、前記外部コントローラで変更選択された換気種類や換気風量で動作を行うように制御されている。

なお、各種制御の基準となるＴ１やΔＴの閾値は、図示しない記憶部に予め保持される。また、Ｔ１やΔＴの閾値は、熱交換換気装置１００の使用環境等に応じて適宜、変更可能に構成してもよい。

以上のように、本発明にかかる熱交換換気装置は、室外温度に合わせて外気を利用した室内冷房を行う換気装置に有用である。

１ 熱交換器
１ａ 給気通路
１ｂ 排気通路
２ 本体ケーシング
３ 給気送風機
４ 排気送風機
３ａ モータ
４ａ モータ
５ 給気路
６ 排気路
７ 給気路部品
８ 排気路部品
７ａ 出口部分
８ａ 出口部分
９ 給気側入口部品
１０ 排気側入口部品
１１ 室外側吸込口
１２ 室内側吹出口
１３ 室内側吸込口
１４ 室外側吹出口
１５ バイパス通路
１６ バイパスダンパ
１７ ダクト接続筒
１８ 室外温度センサ
１９ 室内温度センサ
２０ モータ駆動装置
２１ 演算手段
２２ 風量設定手段
１００ 熱交換換気装置

Claims (6)

1. ケーシングに格納され、給気送風機により室外側吸込口から室外空気を吸込み、熱交換器の給気通路を通して室内側吹出口から室内に給気する給気路と、
   前記ケーシングに格納され、排気送風機により室内側吸込口から室内空気を吸込み、前記熱交換器の排気通路を通して室外側吹出口から室外に排気する排気路と、
   室外空気の温度を検出し温度信号を出力する室外温度センサと、
   室内空気の温度を検出し温度信号を出力する室内温度センサと、
   前記室外温度センサと前記室内温度センサの出力信号に基づいて前記給気送風機及び前記排気送風機の送風量を制御する制御装置と、
   前記給気通路又は前記排気通路と並設され前記熱交換器を迂回するバイパス通路と、
   前記給気通路又は前記排気通路と前記バイパス通路とを切換えるダンパと、を備え、
   前記制御装置は、前記ダンパが前記給気通路側又は前記排気通路側を開いた熱交換換気運転の状態であって、室外空気の温度がある第１の閾値以上で、室外空気の温度と室内空気の温度との差が第２の閾値以上である、と判定した時、前記ダンパを前記バイパス通路側へ切換えて普通換気運転を行わせるとともに、前記給気送風機と前記排気送風機の風量を前記普通換気運転切り替え前の熱交換換気運転時の風量より増加させる制御を行うことを特徴とする熱交換換気装置。
2. 前記室外温度センサは、前記室外側吸込口に設置され、
   前記室内温度センサは、前記室内側吸込口に設置されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換換気装置。
3. 前記制御装置は、空調機の運転状態を検知する検知手段を設け、前記検知手段が前記空調機の冷房運転の信号を検出し、室外空気の温度が室内空気の温度より低い、と判定した時、前記ダンパを前記バイパス通路側へ切換えた普通換気運転を行うとともに、前記給気送風機と前記排気送風機の風量を前記普通換気運転切り替え前の熱交換換気運転時の風量より増加させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱交換換気装置。
4. 前記制御装置は前記ダンパを前記バイパス通路側へ切換えた普通換気運転の制御を行うとともに、前記給気送風機と前記排気送風機の風量を増加させてから一定時間経過後に前記給気送風機と前記排気送風機の風量を前記普通換気運転切り替え前の熱交換換気運転時の風量に戻す制御をすることを特徴とする請求項１に記載の熱交換換気装置。
5. 前記制御装置は前記ダンパを前記バイパス通路側へ切換えた普通換気運転の制御を行うとともに、前記給気送風機と前記排気送風機の風量を増加させた後、前記室外温度センサによって検出された室外空気の温度と、前記室内温度センサによって検出された室内空気の温度との温度差が第３の閾値以下と判定した時、前記給気送風機と前記排気送風機の風量を前記普通換気運転切り替え前の熱交換換気運転時の風量に戻す制御をすることを特徴とする請求項１に記載の熱交換換気装置。
6. 前記制御装置は前記ダンパを前記バイパス通路側へ切換えた普通換気運転の制御を行うとともに、前記給気送風機と前記排気送風機の風量を増加させた後、前記室外温度センサによって検出された室外空気の温度と、前記室内温度センサによって検出された室内空気の温度との温度差がある第４の閾値以下と判定した時、前記バイパス通路から前記熱交換器の前記給気通路又は前記排気通路へ前記ダンパを切換え、熱交換換気運転に戻す制御をすることを特徴とする請求項１に記載の熱交換換気装置。
   

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