JP2014062723A - 換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排熱からの熱回収により、換気による熱損失を防ぎ、暖冷房エネルギーの節約を行いながら、十分な換気を行うとともに、寒冷地におけるファンの結露や凍結を防止した換気装置を実現することを目的にする。
【解決手段】 ファン１５の排気動作時に室内空気の熱を蓄熱要素１４に蓄積し、ファン１５の給気動作時に蓄熱要素１４に蓄積された熱を屋外空気に与える換気装置１０において、中空の筒状体であり、長手方向の両側面に給排気貫通孔１１、１２が形成されており、一方は屋内４１に開口し他方は屋外４０に開口するハウジング１３と、このハウジング１３内の屋外４０側に設けられた蓄熱要素１４と、ハウジング１３内の屋内４１側に設けられたファン１５と、このファン１５またはその近傍に設けられ、ハウジング１３内の温度を検出する温度センサ１８とを備え、温度センサ１８が検出した温度が第１の設定温度より低いときにファン１５の給気動作を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、給排気のためのファンを備え、室内空気の熱を蓄熱要素に蓄積しながら屋外に排気し、蓄熱要素に蓄積された熱を屋外空気に与えながら室内に給気する換気装置に関するものである。

最近のマンションやオフィスビルのように、密閉性の高い建物では、従来の窓を通じた換気方式は、室内の空気を排出させ、室外の空気を室内に流入する際に、室外の冷気や熱気がそのまま室内に流入するため、特に季節によって室内外の温度差が大きくなると室温が大きく変動して快適性が損なわれ、省エネルギーの観点からも問題があった。

このような問題点を解決するために、室内空気を排出する際にその冷気または熱気を回収しながら換気する換気装置が従来から使用されている。

図３はそのような従来の換気装置の一例を示す構成説明図である。図３において換気装置１００は筒状体の中心軸を通る断面が示されている。

換気装置１００において、ハウジング１３は中空の筒状体であり、長手方向の両側面に排気貫通孔１１および給気貫通孔１２が形成されており、排気貫通孔１１は屋外に開口し給気貫通孔１２は屋内に開口する。

ハウジング１３内には、その屋外側（排気貫通孔１１側）に蓄熱要素１４が設けられ、屋内側にファン１５が設けられている。

蓄熱要素１４にはハウジング１３の筒状の軸方向に空気流を通すための多数の細径の貫通孔（以下細孔という）１４１が設けられ、空気流との接触表面積を大きくして熱交換効率を高めている。また蓄熱要素１４の素材として酸化アルミ（Ａｌ_２Ｏ_３）の多孔質セラミックを用いているので、熱と湿気の両方を蓄積することができる。図示しないが、蓄熱要素１４にはハウジングの軸方向に所定間隔で切れ目が設けられ、軸方向への熱や湿気の拡散を低減している。

ファン１５は、例えばｓｐｌｉｔ−ｆｉｅｌｄ ｓｅｒｉｅｓ ｍｏｔｏｒ等のセンタータップ付界磁を用いた正転／逆転駆動が可能な直流モータ（図示せず）で駆動され、その給気制御ライン１７１、排気制御ライン１７２、コモンライン１７０を介して、室内の壁等に設置された制御部１６と接続される。

制御部１６から給気制御ライン１７１と排気制御ライン１７２には、一定の時間周期で変化する制御電圧が出力される。制御部１６から、ファン１５の給気制御ライン１７１に制御電圧−１５Ｖまたは１５Ｖ、排気制御ライン１７２に０Ｖが同時に加えられたときは、ファン１５は給気方向に回転し、給気制御ライン１７１に制御電圧０Ｖ、排気制御ライン１７２に１５Ｖまたは−１５Ｖが同時に加えられたときは、ファン１５は排気方向に回転する。

２台の換気装置１００Ａ、１００Ｂを組み合わせて交互に給気動作と排気動作を行わせる場合は、一方の換気装置１００Ａが給気動作をする間は、他方の換気装置１００Ｂに排気動作をさせるため、換気装置１００Ａの給気制御ラインは制御部１６の給気制御出力端子に接続され、換気装置１００Ａの排気制御ラインは制御部１６の排気制御出力端子に接続されるが、これと逆に換気装置１００Ｂの給気制御ラインは制御部１６の排気制御出力端子に接続され、換気装置１００Ａの排気制御ラインは制御部１６の給気制御出力端子に接続される。

図４は図３の換気装置を２台組み合わせて用いたときの動作を説明する動作説明図である。

図３の構成を有する２台の換気装置１００Ａと１００Ｂは、それぞれ屋内と屋外を隔てる外壁４２Ａ，４２Ｂに、排気貫通孔１１Ａ、１１Ｂが屋外側となり、給気貫通孔１２Ａ、１２Ｂが屋内側となるように取り付けられる。図の矢印は換気装置１００Ａと１００Ｂを動作させたときに室内に生じる空気流を示し、実線で示された矢印の方向の空気流と破線で示された矢印の方向の空気流が、制御部１６（図３）で設定された一定の時間間隔（例えば７０秒）で交互に生じる。

換気装置１００Ａが給気動作をするときは、ファン１５Ａの給気制御ライン１７１に加えられた制御電圧（−１５Ｖ）により、ファン１５Ａの回転方向は屋外４０の空気を吸い込んで屋内４１に吐き出すように駆動されるが、これと反対に換気装置１００Ｂは、同じ制御電圧がファン１５Ｂの排気制御ライン１７２に与えられるので排気動作となり、ファン１５Ｂの回転方向は屋内４１の空気を吸い込んで屋外４０に吐き出すように駆動される。その結果、室内には実線で示された矢印の方向に空気流が発生して換気が行われる。このとき、給気貫通孔１２Ｂからファン１５Ｂによって引き込まれた室内空気は、蓄熱要素１４Ｂの各細孔１４１（図３）に流入し、室内空気の熱と湿気を蓄熱要素１４Ｂに蓄積しながら屋外４０に排気される。

制御部１６で設定された一定の時間周期にしたがって換気装置１００Ａが排気動作に切り換わると、ファン１５Ａの排気制御ライン１７２に加わった制御電圧（１５Ｖ）により、ファン１５Ａの回転方向は屋内４１の空気を吸い込んで屋外４０に吐き出すように駆動されるのに対し、換気装置１００Ｂは給気動作に切り換わり、ファン１５Ｂの給気制御ライン１７１に加えられた制御電圧（１５Ｖ）により、ファン１５Ｂの回転方向は屋外４０の空気を吸い込んで屋内４１に吐き出すように駆動される。その結果、室内には破線矢印の方向に空気流が発生して換気が行われる。このとき、給気貫通孔１２Ａからファン１５Ａによって引き込まれた室内空気は、換気装置１００Ａの蓄熱要素１４Ａの各細孔１４１に流入し、室内空気の熱と湿気を蓄熱要素１４Ａに蓄積しながら屋外４０に排気される。また、排気貫通孔１１Ｂからファン１５Ｂによって引き込まれた屋外空気は、換気装置Ｂの蓄熱要素１４Ｂの各細孔１４１に流入し、排気動作の際に蓄熱要素１４Ｂに蓄積された熱と湿気を加えられながら室内に給気される。以下、同様の動作を交互に繰り返すことにより、熱と湿気を回収しながら換気が行われる。

上記の乾燥装置によれば、冬季は熱を回収しながら換気を行い、夏季には冷気を回収しながら換気を行うことができるので、換気による冷熱損失を防ぎ、暖冷房エネルギーの節約を図ることができる。

また、蓄湿機能を有する蓄熱素子として酸化アルミ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる多孔質の酸化セラミックを用いているので、熱交換効率が優れているととともに、再現性がよいので、正確、安定、かつ堅牢である。寿命が長いのでメンテナンスが楽である。

なお、防塵フィルタを併用すれば花粉症等アレルギーの防止を図ることもできる。

上記のような技術は例えば、特許文献１に示されている。

また、蓄熱要素として木炭等を用いたものもある（例えば、特許文献２参照。）。

***国特許出願公開第３６１３９４２号明細書 特表２００７−５１０８８５号公報

しかし、上記の換気装置を寒冷地で冬季に用いる場合には、ハウジング内で結露が生じ、これが凍結してファンノイズを発生させることがある。さらに凍結が進むと、ファンの停止等により故障を生じるおそれもある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、排熱からの熱回収により、換気による熱損失を防ぎ、暖冷房エネルギーの節約を行いながら、十分な換気を行うとともに、寒冷地におけるファンの結露や凍結を防止した換気装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、ファンの排気動作時に室内空気の熱を蓄熱要素に蓄積し、前記ファンの給気動作時に前記蓄熱要素に蓄積された熱を屋外空気に与える換気装置において、
中空の筒状体であり、長手方向の両側面に給排気貫通孔が形成されており、一方は屋内に開口し他方は屋外に開口するハウジングと、
このハウジング内の屋外側に設けられた蓄熱要素と、
前記ハウジング内の屋内側に設けられたファンと、
このファンまたはその近傍に設けられ、ハウジング内の温度を検出する温度センサと、
を備え、
前記温度センサが検出した温度が第１の設定温度より低いときに前記ファンの給気動作を停止することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の換気装置において、
複数の前記換気装置が所定の時間ごとに給気動作と排気動作を交互に行うことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載の換気装置において、
前記温度センサはサーモスタットで構成され、サーモスタットの接点出力に基づいて、前記温度が第１の設定温度より低いとき給気動作を停止し、第２の設定温度より高いとき給気動作を開始することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、
請求項１または２記載の換気装置において、
前記温度センサの出力を入力する比較手段と、この比較手段の出力によりオンオフされるスイッチとを備え、前記スイッチにより、前記温度が第１の設定温度より低いとき給気動作を停止し、第２の設定温度より高いとき給気動作を開始することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、
請求項１または２記載の換気装置において、
給気動作を停止した後、所定の時間経過後に給気動作を開始することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、
請求項１乃至５記載の換気装置において、
前記蓄熱要素は蓄熱機能に加えて蓄湿機能を有し、室内空気の熱と湿気を蓄熱要素に蓄積しながら屋外に排気し、屋外空気に前記蓄熱要素に蓄積された熱と湿気を与えながら室内に給気することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、
請求項６記載の換気装置において、
前記蓄熱要素は多孔質セラミックからなることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、
請求項７記載の換気装置において、
前記多孔質セラミックは酸化アルミからなることを特徴とする。

本発明によれば以下のような効果がある。
すなわち、排熱からの熱回収により換気による熱損失を防ぎ、暖冷房エネルギーの節約を行いながら、十分な換気を行うとともに、寒冷地におけるファンの結露や凍結を防止した換気装置を実現することができる。

本発明に係る換気装置の一実施例を示した構成説明図である。 本発明に係る換気装置の他の実施例を示した構成説明図である。 従来の換気装置の一例を示す構成説明図である。 図３の装置を２台組み合わせたときの動作を説明するための動作説明図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る換気装置の一実施例を示した構成説明図である。図３と同一の部分についての重複した説明は省略する。

図１において、換気装置１０のハウジング１３内にはファン１５上またはその近傍にサーモスタット１８が取り付けられ、ハウジング１３内の温度を測定する。サーモスタット１８の接点は給気制御ライン１７１に、同ラインを開閉可能とするように接続され、そのヒステリシス特性により、検出した温度が５℃（第１の設定温度）より低いときはオープン（オフ）となり、１２度（第２の設定温度）より高いときはクローズ（オン）となる。

このような構成の換気装置の動作を、図４と同様に２台組み合わせて寒冷地の低温度環境で使用する場合について、以下に説明する。

制御部１６の電源（図示せず）がオンになると、１対の換気装置は、制御部１６で設定された一定の時間（７０秒）ごとに、給気動作と排気動作を交互に行う。外気温が低下して、換気装置１０のハウジング１３内のファン１５周辺の温度が５℃以下になると、サーモスタット１８の接点はオフとなる。その結果、給気制御ライン１７１はオープンとなるので、給気動作時に給気制御電圧（−１５Ｖ）がファンに加わらなくなり、ファン１５は停止する。このとき、換気装置１０はＬＥＤ表示（図示せず）により給気動作の停止を示す。その後時間が経過して、排気制御ライン１７２に加わる制御電圧（１５Ｖ）により換気装置１０が排気動作に切り換わると、換気装置１０のファン１５は排気方向に回転して、蓄熱要素１４には室内空気の熱と湿気が蓄積される。１回または複数回の排気動作を行った後、給気動作に切り換わったときにファン１５周辺の温度が１２℃以上になっていれば、サーモスタット１８の接点は再びオンとなり、給気制御ライン１７１はクローズとなる。その結果、給気制御電圧（−１５Ｖ）がファン１５に加わるので、給気動作が再開され、ＬＥＤ表示に反映される。

上記のような構成の換気装置によれば、寒冷地においてファン近傍の温度がある程度まで低下した場合にはファンを停止してそれ以上の温度低下を防止することにより、結露、凍結およびファンによる騒音や故障を防ぐことができる。したがって、排熱からの熱回収により、換気による熱損失を防ぎ、暖冷房エネルギーの節約を行いながら十分な換気を行うとともに、寒冷地におけるファンの結露や凍結を防止した換気装置を実現することができる。

また、外気温が極端に低いときにも、給気によって室温を大きく低下することがないので、室内を快適に保つことができ、ヒートショックによる冬季の血液傷害事故等を防止することができる。

また、ダクトが不要なので換気ファンの消費電力を低く抑えることができ、コンパクトに建物の側壁に直接設置することができるので、設置コストを安価にすることができる。

また、サーモスタットが蓄熱要素よりも屋内側に設けられているので、配線コスト、メンテナンスコスト上有利であり、既設の換気装置にも容易かつ安価に付加することができる。

また、サーモスタットのヒステリシス特性により、チャタリングが生じないので、安定な換気を行うことができる。

なお、上記の実施例では、ファン停止後、サーモスタットで検出した温度が第２の設定温度より高くなった時に給気制御ライン１７１をクローズ（オン）としたが、これに限らず、ファン停止後、タイマーにより所定の時間（例えば１２分）が経過したときに給気制御ライン１７１をクローズ（オン）としてもよい。

また、給気動作と排気動作を切り換える換気装置の組合せは、図４の１対１に限らず、部屋のサイズや形状等に対応して、１対２、２対３等任意の複数の換気装置の組合せが可能である。この場合、組み合わせた換気装置の両方の給気制御ラインにサーモスタットを設けてもよいし、北風が特に強い場合に、北側の換気装置のみにサーモスタットを設けるなど、一方のみに設けてもよい。

また、設定温度は５℃、１２℃に限らず、凍結防止に有効な任意の温度を用いることができる。

また、給気動作と排気動作の切換周期は７０秒に限らず、外部環境と室内の快適性を配慮した任意の時間を設定できるようにしてもよい。

また、制御部から出力される制御電圧も１５Ｖや−１５Ｖに限られず、モータの仕様に適合した任意の値を用いることができる。例えば給気制御電圧と排気制御電圧を同じ電圧にしてもよい。

また上記の実施例では蓄熱要素が蓄熱機能と蓄湿機能の両方を備えていたが、蓄熟機能のみを備えたものを用いてもよい。

図２は本発明に係る換気装置の他の実施例で、サーモスタットの代わりに測温抵抗体、熱電対、サーミスタ等の温度センサを用いた場合を示した構成説明図である。図１と同一部分についての重複した説明は省略する。

図２の換気装置２０において、温度センサ２１はファン１５上または近傍に取り付けられる。温度センサ２１の出力はコンパレータ２２の一方の入力に接続され、コンパレータ２２の他方の入力に与えられる所定の設定温度に対応した信号（図示せず）と比較される。比較の結果生じたコンパレータ２２の出力は切換スイッチ２３をオンオフさせる。コンパレータ２２、切換スイッチ２３は同一のプリント板２４上に設けられる。その他の構成は図１の場合と同様である。

コンパレータ２２には周知の回路技術によりヒステリシス特性を持たせてあり、温度センサ２１で検出した温度が５℃（第１の設定温度）より低いとき、コンパレータ２２の出力により、切換スイッチ２３はオフとなり、検出温度が１２℃（第２の設定温度）より高いとき切換スイッチ２３はオンとなる。その他の動作、効果、変形例については図１の場合と同様である。

なお、温度センサ２１をプリント板２４上に配置してもよい。

また、本発明は、上記実施例や変形例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

１０、２０ 換気装置
１１、１２ 給排気貫通孔
１３ ハウジング
１４ 蓄熱要素
１５ ファン
１８、２１ 温度センサ
２２ 比較手段
４０ 屋外
４１ 屋内

Claims (8)

1. ファンの排気動作時に室内空気の熱を蓄熱要素に蓄積し、前記ファンの給気動作時に前記蓄熱要素に蓄積された熱を屋外空気に与える換気装置において、
   中空の筒状体であり、長手方向の両側面に給排気貫通孔が形成されており、一方は屋内に開口し他方は屋外に開口するハウジングと、
   このハウジング内の屋外側に設けられた蓄熱要素と、
   前記ハウジング内の屋内側に設けられたファンと、
   このファンまたはその近傍に設けられ、ハウジング内の温度を検出する温度センサと、
   を備え、
   前記温度センサが検出した温度が第１の設定温度より低いときに前記ファンの給気動作を停止することを特徴とする換気装置。
2. 複数の前記換気装置が所定の時間ごとに給気動作と排気動作を交互に行うことを特徴とする請求項１記載の換気装置。
3. 前記温度センサはサーモスタットで構成され、サーモスタットの接点出力に基づいて、前記温度が第１の設定温度より低いとき給気動作を停止し、第２の設定温度より高いとき給気動作を開始することを特徴とする請求項１または２記載の換気装置。
4. 前記温度センサの出力を入力する比較手段と、この比較手段の出力によりオンオフされるスイッチとを備え、前記スイッチにより、前記温度が第１の設定温度より低いとき給気動作を停止し、第２の設定温度より高いとき給気動作を開始することを特徴とする請求項１または２記載の換気装置。
5. 給気動作を停止した後、所定の時間経過後に給気動作を開始することを特徴とする請求項１または２記載の換気装置。
6. 前記蓄熱要素は蓄熱機能に加えて蓄湿機能を有し、室内空気の熱と湿気を蓄熱要素に蓄積しながら屋外に排気し、屋外空気に前記蓄熱要素に蓄積された熱と湿気を与えながら室内に給気することを特徴とする請求項１乃至５記載の換気装置。
7. 前記蓄熱要素は多孔質セラミックからなることを特徴とする請求項６記載の換気装置。
8. 前記多孔質セラミックは酸化アルミからなることを特徴とする請求項７記載の換気装置。

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