JPWO2015146018A1 - 熱交換形換気装置 - Google Patents

Abstract

給気送風経路（７）と排気送風経路（８）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（６）を設ける。また、排気送風経路（８）の熱交換素子（６）の排気側出口に温度検出手段（１２）を設け、制御部（１１）は、温度検出手段（１２）で検出された温度が所定の値を下回ったときに、給気風量を排気風量より小さくなるよう給気用モータの回転数を減少させる。そして、熱交換素子（６）の凍結を防止しながら、給気と排気の同時運転を継続することができる熱交換形換気装置（１）を得られる。

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、その換気装置について図３を参照しながら説明する。

図４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。

しかしながら、このような従来の熱交換形換気装置においては、冬期の外気温低温時に熱交換素子に結露が発生し、熱交換の効率が低下するということがあった。

特開平１１−３２５５３５号公報

このように従来の熱交換形換気装置においては、熱交換素子の凍結発生を防止するために、間欠運転を行うこともあるが、常時給排換気を継続することができないという課題も有していた。

そこで本発明は、熱交換素子の凍結を抑制しつつ、給排換気を継続することができる熱交換形換気装置を提供する。

本発明の一態様における熱交換形換気装置は、給気用モータを備えた給気用ファンと、排気用モータを備えた排気用ファンと、給気用ファンにより屋外から室内に送風される給気送風経路と、排気用ファンにより室内から室外に送風される排気送風経路を備える。また、給気送風経路と排気送風経路とが交差する位置に設けた、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る。さらに、排気送風経路の熱交換素子の排気側出口に温度検出手段を設ける。制御部により、給気用モータと排気用モータの運転および回転数を制御する。制御部が、温度検出手段で検出された温度が所定の値を下回ったときに、給気風量を排気風量より小さくなるよう給気用モータの回転数を減少させる。

温度検出手段で検出された温度が所定の値を下回ったときに、制御部が給気風量を排気風量より小さくなるよう給気用モータの回転数を減少させることにより、熱交換素子の凍結が始まる間際の温度状態を維持できるように給気用モータの回転数を落とし給気風量を減少させる。このことにより、熱交換素子の凍結を防止しながら、排気過多ではありながらも給気と排気の同時運転を継続することができる。

図１は、本発明の一実施の形態における熱交換形換気装置を示す構成図である。 図２は、本発明の一実施の形態における熱交換形換気装置の制御を示すフローチャートである。 図３は、本発明の一実施の形態における熱交換形換気装置の制御部による排気温度による風量比率制御の模式図である。 図４は、従来の熱交換形換気装置を示す上面構成図である。

以下、本発明の一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）
本実施の形態における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、箱形の本体の一方の側面に外気吸込口２と室内空気排気口３を設け、この側面に対向した他方の側面に外気給気口４と室内空気吸込口５を設けている。そして、熱交換形換気装置１には、給気用送風機９の給気用モータと排気用送風機１０の排気用モータの回転数を制御する制御部１１が設けられている。なお、熱交換形換気装置１に制御部１１を設けたが、熱交換形換気装置１の外に制御部１１があってもよく、遠隔地にある制御部１１によって熱交換形換気装置１を制御してもよい。

また、熱交換形換気装置１は、新鮮な屋外の空気（給気空気）を側面の外気吸込口２から吸込み、熱交換形換気装置１の内部に設けた熱交換素子６を通って外気給気口４から室内に供給される給気送風経路７を備えている。一方、汚染された室内の空気（排気空気）は室内空気吸込口５から吸い込まれ、熱交換素子６を通って室内空気排気口３から室外に排気される排気送風経路８を備えている。

このとき、熱交換素子６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。

外気吸込口２から導入される新鮮な屋外空気（給気空気）と、室内空気吸込口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９と排気用送風機１０の運転によりそれぞれ給気送風経路７と排気送風経路８を流れる。熱交換素子６は、給気送風経路７と排気送風経路８とが交差する位置に配設される。熱交換素子６の室外空気吸込側および室内空気吸込側にはそれぞれ空気清浄フィルター１３が配設される。

また、熱交換素子６の排気側出口部には温度検出手段１２を配設する。

また、外気吸込口２、室内空気排気口３、外気給気口４、室内空気吸込口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。外気吸込口２と室内空気排気口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。外気給気口４と室内空気吸込口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１１は給気用送風機９の給気用モータと排気用送風機１０の排気用モータの回転数を制御する。制御部１１は、給気風量と排気風量を一定に保ちながら制御することも可能である。

ここで、本実施の形態における特徴的な部分、すなわち、制御部１１の動作について説明する。

熱交換形換気装置１を起動すると、制御部１１は、給気用送風機９と排気用送風機１０の出力する送風量が同等になるように、給気用モータと排気用モータの回転数を制御する（熱交換気運転）。

しかし、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６の排気送風経路８側から結露が生じる。これは排気送風経路８を流れる室内空気（排気空気）が熱交換素子６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６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至る。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がある。

このような事象を避けるために、制御部１１は、熱交換素子６の排気送風経路８の排気側出口に設けられた温度検出手段１２により検出された温度Ｔを監視して、所定の設定値を下回る場合には、給気風量を減少させる、すなわち、給気用送風機９の給気用モータの回転数を減少させる。

より具体的に説明する。

温度検出手段１２により検出された温度Ｔが、所定の値である第１の設定温度Ｔ１以上の場合には、給気風量と排気風量の比率が１：１で運転する。この運転状態の場合に、第１の設定温度Ｔ１を下回る場合は、凍結発生リスクがあると判断して給気風量が排気風量より小さくなるよう給気用モータの回転数を減少させる。これにより排気風量が給気風量より大きくなるため、低温である外気の導入風量が減少することから、熱交換後の排気温度は高くなる。排気温度が高くなれば飽和水蒸気量も大きくなるため、より多くの水分を保持できるようになり、結露の発生リスクは小さくなる。

ここで第１の設定温度Ｔ１は、給気風量と排気風量の比率が１：１の場合に、所定の室内温湿度（例えばＪＩＳＢ ８６２８ 規定の室内温度）で運転を継続した場合に素子凍結が発生する温度を実験的に求めた値である。この第１の設定温度Ｔ１は、給気風量と排気風量の比率が１：１の場合であっても、熱交換素子６の全熱交換効率によって異なる。排気送風経路８における熱交換素子６の結露・凍結は、排気送風経路８を流れる室内空気（排気空気）が、熱交換素子６内で外気（給気空気）と熱交換することで、露点以下、かつ、０℃を下回るようになった場合に凍結する。しかし、全熱交換効率は、熱交換素子６を流れる給気風量と排気風量の風速や、熱交換素子６そのものの熱交換性能に依存する。そのため、給気風量と排気風量の比率が１：１の場合であっても、熱交換素子６の全熱交換効率によっては、室内空気（排気空気）の温度や保有する水分量は異なる。たとえば、熱交換素子６を通過する給気風量と排気風量の風量が極端に小さい場合、全熱交換効率は高くなる。そのため、室内空気（排気空気）は熱交換後保有する水分のほとんどを外気（給気空気）に奪われる場合がある。この場合は、熱交換素子６の出口側素子温度が０℃以下になっても極々少量の凍結しか現れないことになる。

従って、第１の設定温度Ｔ１は、使用する風量ノッチのうち、給気風量と排気風量の比率が１：１となるすべてにおいてそれぞれ設定することになる。

また、温度検出手段１２は、熱交換素子６の排気送風経路８の出口部に配設されているので、熱交換素子６の結露・凍結状態を直接的に検知することができる。従って、結露・凍結が発生する限界近傍まで、給気風量と排気風量の比率が１：１の第一種換気の熱交換気運転を継続できる。さらに、低温時には排気過多状態で給排熱交換気運転を継続することができる。

また、制御部１１は、図２、図３に示す方法で、検出温度に応じて段階的に給気風量を低減させて、結露発生を防止しながら給排熱交換気運転を継続してもよい。

以下、本実施の形態における熱交換形換気装置の運転制御について説明する。

まず、運転開始時には、給気風量と排気風量の比率が１：１となるように設定されている（ステップＳ２１）。

そして、検出温度Ｔが所定の温度である第１の設定温度Ｔ１まで低下したことを検出した場合（ステップＳ２２）は、あらかじめ定義された給気風量と排気風量の比率（例えば給気風量と排気風量の比率が０．５：１）になるように、排気風量を維持しながら給気用モータのみ回転数を減少させる（ステップＳ２３）。さらに、検出温度Ｔが、第１の設定温度Ｔ１よりも低い所定の値である第２の設定温度Ｔ２まで低下したことを検知した場合（ステップＳ２４）は、あらかじめ定義された給気風量と排気風量の比率（例えば給気風量と排気風量の比率が０．２５：１）になるように、排気風量を維持しながら給気用モータのみ回転数をさらに減少させる（ステップＳ２５）。

ここで、設定温度である第２の設定温度Ｔ２は、給気風量と排気風量の比率が０．５：１の場合に、所定の室内温湿度（例えばＪＩＳＢ ８６２８ 規定の室内温度）で運転を継続したときに熱交換素子の凍結が発生する温度を実験的に求めた値である。また後述する第３の設定温度Ｔ３は、給気風量と排気風量の比率が０．２５：１の場合に、所定の室内温湿度（例えばＪＩＳＢ ８６２８ 規定の室内温度）で運転を継続したときに熱交換素子の凍結が発生する温度を実験的に求めた値である。ただし第２の設定温度Ｔ２、第３の設定温度Ｔ３は、第１の設定温度Ｔ１同様、使用する風量ノッチごとに設定する。また給気風量と排気風量の比率（すなわち、風量ノッチ）は、設定風量や現場設置状況（設置場所に必要な換気量）により熱交換素子の凍結発生温度が異なるため、その状況に合わせて給気風量が排気風量より小さくなるよう任意に変化させてもよい。

なお、給気風量と排気風量の比率を０．５：１で運転しているときに、検出温度Ｔが第１の設定温度Ｔ１＋α以上となったとき（ステップＳ２６）は、給気風量と排気風量の比率を１：１に戻す（ステップＳ２１）。ここで、αは、ヒステリシスを持たせるための所定の値である。

また、給気風量と排気風量の比率を０．２５：１で運転しているときに、検出温度Ｔが第２の設定温度Ｔ２より低い第３の設定温度Ｔ３より低下したことを検知した場合（ステップＳ２７）は、給気用モータを停止し、排気風量を維持した排気運転のみで換気運転を行う（ステップＳ２８）。これにより、凍結が発生する直前まで、給気風量を過度に減少させることなく、給気運転と排気運転の熱交換気運転を継続することができるとともに、極低温領域では排気のみの運転に切り替わり換気運転を継続することができる。

なお、給気風量と排気風量の比率を０．２５：１で運転しているときに、検出温度Ｔが第２の設定温度Ｔ２＋α以上となったとき（ステップＳ２９）は、給気風量と排気風量の比率を０．５：１に戻す（ステップＳ２３）。ここで、αは、ヒステリシスを持たせるための所定の値である。

また、ステップＳ２８において給気用モータを停止し、排気風量を維持した排気運転のみで換気運転を行い所定の時間ｔの経過後、給気風量と排気風量の比率が０．２５：１となる熱交換気運転に戻す（ステップＳ２５）。図２のフローチャートでは時間ｔの経過後に熱交換気運転に戻したが、検出温度Ｔが第３の設定温度Ｔ３＋α以上となったことを検出して、給気風量と排気風量の比率が０．２５：１となる熱交換気運転に戻してもよい（ステップＳ２５）。ここで、αは、ヒステリシスを持たせるための所定の値である。

図３は、図２のフローチャートに示した制御を模式図で表したものである。

図３において、給気風量と排気風量の比率が１：１のことを風量比率＝１とし、給気風量と排気風量の比率が０．５：１のことを風量比率＝０．５とし、給気風量と排気風量の比率が０．２５：１のことを風量比率＝０．２５としている。

図３に示すように検出温度Ｔが第１の設定温度Ｔ１より低くなった場合、風量比率を１から０．５に変更している（図２のステップＳ２２、ステップＳ２３）。そして、検出温度Ｔが第２の設定温度Ｔ２より低くなった場合、風量比率を０．５から０．２５に変更している（図２のステップＳ２４、ステップＳ２５）。さらに検出温度Ｔが第３の設定温度Ｔ３より低くなった場合、風量比率を０．５から０．２５に変更している（図２のステップＳ２７、ステップＳ２８）。

また、図２には示していないが、検出温度Ｔが第３の設定温度Ｔ３＋α以上となった場合、風量比率を０．２５から０．５に変更している。そして、検出温度Ｔが第２の設定温度Ｔ２＋α以上となった場合、風量比率を０．２５から０．５に変更している（図２のステップＳ２９、ステップＳ２５）。さらに、検出温度Ｔが第１の設定温度Ｔ１＋α以上となった場合、風量比率を０．５から１に変更している（図２のステップＳ２６、ステップＳ２１）。

なお、温度検出手段１２は、温度センサと湿度センサと露点温度算出部を有した構造としてもよい。この場合、制御部１１は、所定の温度として、検出温度と検出湿度から算出された絶対湿度量が相対湿度１００％となる温度すなわち露点温度を設定値として有する。そして、温度センサで検出した温度が露点温度設定値を下回らないように給気風量を制御することで熱交換素子の排気側出口部の温湿度状況からの結露発生状況が把握できるため、より熱交換素子の凍結発生直前まで給気運転と排気運転の熱交換気運転を継続することができる。

以上説明したように、熱交換形換気装置は、排気送風経路の熱交換素子の排気側出口に温度検出手段を設け、温度検出手段で検出された温度が所定の値を下回ったときに、制御部が給気風量を排気風量より小さくなるよう給気用モータの回転数を減少させる。

これにより、熱交換素子の温度を直接的に計測することで、熱交換素子が凍結する直前まで給気風量と排気風量を維持した熱交換気運転を継続でき、また凍結開始前に給気用モータの回転数を減少させることで給気風量を低減し、熱交換素子の凍結の発生を回避しながら給気運転と排気運転の熱交換気運転を継続することができる。

また、温度検出手段が第１の設定温度Ｔ１まで低下したことを検出した場合は、制御部が、あらかじめ定義された給気風量と排気風量の比率になるように、排気風量を維持しながら給気用モータのみ回転数を減少させてもよい。さらに、温度検出手段で検出された温度が第２の設定温度Ｔ２を下回らないかを再度確認し、温度検出手段が第２の設定温度Ｔ２まで低下したことを検知した場合は、あらかじめ定義された給気風量と排気風量の比率になるように、排気風量を維持しながら給気用モータのみ回転数をさらに減少させてもよい。さらに、温度検出手段で検出された温度が第３の設定温度Ｔ３を下回らないかを確認し、温度検出手段で検出された温度が第３の設定温度Ｔ３まで低下したことを検知した場合は、給気用モータを停止し、排気風量を維持した排気運転のみで換気運転を継続してもよい。これにより、凍結が発生する直前まで、給気風量を過度に減少させることなく、給気運転と排気運転の熱交換気運転を継続することができるとともに、極低温領域では排気のみの運転に切り替わり換気運転を継続することができる、という効果を奏する。

また、温度検出手段は、温度センサと湿度センサと露点温度算出部を有し、制御部は、所定の温度として、検出温度と検出湿度から算出された絶対湿度量が相対湿度１００％となる温度すなわち露点温度を設定値として有し、温度センサで検出した温度が露点温度設定値を下回らないように給気風量を制御するものである。これにより、熱交換素子の排気側出口部の温湿度状況からの結露発生状況が把握できるため、より熱交換素子の凍結発生直前まで給気運転と排気運転の熱交換気運転を継続することができる。

本発明の一態様にかかる換気装置は、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有効である。

１ 熱交換形換気装置
２ 外気吸込口
３ 室内空気排気口
４，１０２ 外気給気口
５ 室内空気吸込口
６，１０３ 熱交換素子
７ 給気送風経路
８ 排気送風経路
９ 給気用送風機
１０ 排気用送風機
１１ 制御部
１２ 温度検出手段
１３ 空気清浄フィルター
１０１ 換気装置本体
１０４ 室内給気口
１０５ 室内排気口
１０６ 室外排気口
１０７ 電動機
１０８ 同一軸
１０９ 給気用ファン
１１０ 排気用ファン

Claims (5)

1. 給気用モータを備えた給気用ファンと、
   排気用モータを備えた排気用ファンと、
   前記給気用ファンにより屋外から室内に送風される給気送風経路と、
   前記排気用ファン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設けた、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、
   前記排気送風経路の熱交換素子の排気側出口に温度検出手段を設け、
   制御部により前記給気用モータと前記排気用モータの運転および回転数を制御し、
   前記制御部は、前記温度検出手段で検出された温度が所定の値を下回ったときに、給気風量を排気風量より小さくなるよう前記給気用モータの回転数を減少させる熱交換形換気装置。
2. 前記制御部は、前記温度検出手段が所定の第１の設定温度まで低下したことを検出した場合は、あらかじめ定義された給気風量と排気風量の比率になるように、排気風量を維持しながら前記給気用モータのみ回転数を減少させる請求項１に記載の熱交換形換気装置。
3. 前記制御部は、前記温度検出手段で検出された温度が前記第１の設定温度よりも低い所定の第２の設定温度を下回った場合に、あらかじめ定義された給気風量と排気風量の比率になるように、排気風量を維持しながら前記給気用モータのみ回転数をさらに減少させる請求項２に記載の熱交換形換気装置。
4. 前記制御部は、前記温度検出手段で検出された温度が前記第２の設定温度よりも低い所定の第３の設定温度を下回った場合に、給気用モータを停止し、排気風量を維持した排気運転のみで換気運転を継続する請求項３に記載の熱交換形換気装置。
5. 前記温度検出手段は、温度センサと湿度センサと露点温度算出部を有し、
   前記制御部は、前記所定の温度として、検出温度と検出湿度から算出された絶対湿度量が相対湿度１００％となる温度である露点温度を設定値として有し、
   前記温度センサで検出した温度が前記露点温度設定値を下回らないように給気風量を制御する請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換形換気装置。

Images