以下、図面を参照して、本発明の換気装置の実施の形態としての熱交換型換気装置について説明する。
<本実施の形態の熱交換型換気装置の全体構成例>
図1は、本実施の形態の熱交換型換気装置の風路構成の一例を示す正面断面図、図2は、本実施の形態の熱交換型換気装置の風路構成の一例を示す側面断面図、図3は、本実施の形態の熱交換型換気装置の風路構成の一例を示す側面断面図である。また、図4は、本実施の形態の熱交換型換気装置の外観構成の一例を示す正面図、図5は、本実施の形態の熱交換型換気装置の外観構成の一例を示す上面図である。
本実施の形態の熱交換型換気装置1Aは、装置本体10が建物の床に設置される形態で使用される。熱交換型換気装置1Aは、屋外から吸い込まれた外気OAと、室内から吸い込まれた還気RAとの間で熱交換を行う熱交換素子2を装置本体10に備える。
また、熱交換型換気装置1Aは、屋外から外気OAを吸い込み、熱交換素子2で還気RAと熱交換された外気OAを、給気SAとして室内に吹き出す給気ファン3SAを装置本体10に備える。
更に、熱交換型換気装置1Aは、室内から還気RAを吸い込み、熱交換素子2で外気OAと熱交換された還気RAを、排気EAとして屋外に吹き出す排気ファン3EAを装置本体10に備える。
熱交換型換気装置1Aは、装置本体10の上面に空気の吸込口と吹出口が形成される構成で、屋外からの外気OAが吸い込まれる外気吸込口10OAと、室内への給気SAが吹き出される給気吹出口10SAを、装置本体10の上面に備える。また、熱交換型換気装置1Aは、室内からの還気RAが吸い込まれる還気吸込口10RAと、屋外への排気EAが吹き出される排気吹出口10EAを、装置本体10の上面に備える。
熱交換型換気装置1Aは、本例では、還気吸込口10RAと給気吹出口10SAが、装置本体10の正面側の上面に並列して設けられ、外気吸込口10OAと排気吹出口10EAが、装置本体10の背面側の上面に並列して設けられる。
また、熱交換型換気装置1Aは、還気吸込口10RAと外気吸込口10OAが、装置本体10を正面から見て左側に設けられ、給気吹出口10SAと排気吹出口10EAが、装置本体10を正面から見て右側に設けられる。
熱交換型換気装置1Aは、還気吸込口10RAにRAダクトジョイント11RAが取り付けられ、外気吸込口10OAにOAダクトジョイント11OAが取り付けられる。また、熱交換型換気装置1Aは、給気吹出口10SAにSAダクトジョイント11SAが取り付けられ、排気吹出口10EAにEAダクトジョイント11EAが取り付けられる。
熱交換型換気装置1Aは、金属等で構成された筐体11の内側に、気密性及び断熱性を有した材質、本例では発泡スチロールで構成された風路形成部材12が取り付けられて、装置本体10が構成される。
熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2が取り付けられる熱交換素子取付部13が、装置本体10を正面から見て中央付近に設けられる。熱交換型換気装置1Aは、風路形成部材12に空間を設けて熱交換素子取付部13が形成され、装置本体10の風路形成部材12に熱交換素子2が取り付けられる。
熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子取付部13に取り付けられる熱交換素子2が前後方向に移動可能に支持される構成を熱交換素子2と熱交換素子取付部13に備える。熱交換型換気装置1Aは、筐体11の正面板11aを取り外すことで、熱交換素子2が前後方向への移動で装置本体10の正面側から着脱可能に構成される。
熱交換型換気装置1Aは、給気ファン3SAが取り付けられる給気ファン取付部14SAが、装置本体10を正面から見て熱交換素子2の側方、本例では右側の側方の上部に設けられる。また、熱交換型換気装置1Aは、排気ファン3EAが取り付けられる排気ファン取付部14EAが、装置本体10を正面から見て給気ファン取付部14SAと同じ熱交換素子2の側方、本例では右側の側方の下部に設けられる。
熱交換型換気装置1Aは、風路形成部材12の側方上部に、筐体11との間に空間を設けて給気ファン取付部14SAが形成され、風路形成部材12の側方下部に、筐体11との間に空間を設けて排気ファン取付部14EAが形成されて、装置本体10に給気ファン3SAと排気ファン3EAが取り付けられる。
熱交換型換気装置1Aは、給気ファン取付部14SAに取り付けられる給気ファン3SAが前後方向に移動可能に支持される構成を給気ファン3SAと給気ファン取付部14SAに備える。熱交換型換気装置1Aは、筐体11の正面板11aを取り外すことで、給気ファン3SAが前後方向への移動で装置本体10の正面側から着脱可能に構成される。
また、熱交換型換気装置1Aは、排気ファン取付部14EAに取り付けられる排気ファン3EAが前後方向に移動可能に支持される構成を排気ファン3EAと排気ファン取付部14EAに備える。熱交換型換気装置1Aは、筐体11の正面板11aを取り外すことで、排気ファン3EAが前後方向への移動で装置本体10の正面側から着脱可能に構成される。
熱交換素子2は、外気OAが通る第1の熱交換風路20aを構成する部材と、還気RAが通る第2の熱交換風路20bを構成する部材が、第1の熱交換風路20aと第2の熱交換風路20bとの間での空気の流れが遮蔽された状態となるように積層されて構成される。
熱交換素子2は、熱交換素子取付部13に取り付けられた状態で、第1の熱交換風路20aと第2の熱交換風路20bが前後方向に沿って交互に積層される。また、熱交換素子2は、還気RAが吸い込まれる還気吸込口21RAと、給気SAが吹き出される給気吹出口21SAが、熱交換素子2の上部に並列して設けられる。更に、熱交換素子2は、外気OAが吸い込まれる外気吸込口21OAと、排気EAが吹き出される排気吹出口21EAが、熱交換素子2の下部に並列して設けられる。
熱交換素子2は、本例では、装置本体10を正面から見て、左側の上部に還気吸込口21RAが形成され、右側の上部に給気吹出口21SAが形成される。また、熱交換素子2は、左側の下部に外気吸込口21OAが形成され、右側の下部に排気吹出口21EAが形成される。
これにより、熱交換素子2の下部の外気吸込口21OAから吸い込まれ、第1の熱交換風路20aを通り、熱交換素子2の上部の給気吹出口21SAから吹き出される空気と、熱交換素子2の上部の還気吸込口21RAから吸い込まれ、第2の熱交換風路20bを通り、熱交換素子2の下部の排気吹出口21EAから吹き出される空気の流れが対向する。ここで、熱交換素子2が第1の熱交換風路20aと第2の熱交換風路20bとの間で湿度の交換ができる構成である場合、図示しない透湿層に防カビ剤を添加することで、カビの発生が抑えられる。
熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2の還気吸込口21RAから吸い込まれる還気RAが通る還気吸込空間15RAと、熱交換素子2の排気吹出口21EAから吹き出される排気EAが通る排気吹出空間15EAを備える。
また、熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2の外気吸込口21OAから吸い込まれる外気OAが通る外気吸込空間15OAと、熱交換素子2の給気吹出口21SAから吹き出される給気SAが通る給気吹出空間15SAを備える。
熱交換型換気装置1Aは、本例では、装置本体10を正面から見て、風路形成部材12の左側の上部に還気吸込空間15RAが形成され、風路形成部材12の右側の上部に給気吹出空間15SAが形成される。また、熱交換型換気装置1Aは、風路形成部材12の左側の下部に外気吸込空間15OAが形成され、風路形成部材12の右側の下部に排気吹出空間15EAが形成される。
熱交換型換気装置1Aは、外気吸込口10OAと外気吸込空間15OAを連通させた外気吸込風路16OAを備える。熱交換型換気装置1Aは、装置本体10を正面から見て熱交換素子2の側方、本例では左側の風路形成部材12に、還気吸込空間15RAとは隔絶され、外気吸込口10OAと外気吸込空間15OAとが連通した空間を設けて外気吸込風路16OAが構成される。
また、熱交換型換気装置1Aは、排気吹出空間15EAと排気吹出口10EAを、排気ファン3EAを介して連通させた排気吹出風路16EAを備える。熱交換型換気装置1Aは、排気吹出空間15EAの側方に排気ファン取付部14EAが形成されて、排気吹出空間15EAと排気ファン3EAが連通する。
熱交換型換気装置1Aは、装置本体10を正面から見て熱交換素子2の側方、本例では右側の風路形成部材12に、給気ファン3SAの後方を通り、給気吹出空間15SAとは隔絶され、排気ファン3EAと排気吹出口10EAとが連通した空間を設けて排気吹出風路16EAが構成される。
更に、熱交換型換気装置1Aは、還気吸込口10RAと還気吸込空間15RAが連通する。また、熱交換型換気装置1Aは、給気吹出空間15SAの側方に給気ファン取付部14SAが形成されて、給気吹出空間15SAと給気ファン3SAが連通し、給気ファン3SAと給気吹出口10SAが連通する。
これにより、熱交換型換気装置1Aは、外気吸込口10OA、外気吸込風路16OA、外気吸込空間15OA、熱交換素子2の第1の熱交換風路20a、給気吹出空間15SA、給気ファン3SA及び給気吹出口10SAが連通した給気風路17SAが形成される。
また、熱交換型換気装置1Aは、還気吸込口10RA、還気吸込空間15RA、熱交換素子2の第2の熱交換風路20b、排気吹出空間15EA、排気ファン3EA、排気吹出風路16EA及び排気吹出口10EAが連通した排気風路17EAが形成される。
熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2の第2の熱交換風路20bをバイパスさせるバイパス風路18を備える。熱交換型換気装置1Aは、還気吸込空間15RAの後面側に設けた開口でバイパス風路入口18aが形成されると共に、排気吹出空間15EAの後面側に設けた開口でバイパス風路18bが形成され、還気吸込空間15RAと排気吹出空間15EAとが連通する空間を、熱交換素子2の後方の風路形成部材12に設けて、バイパス風路18が形成される。
熱交換型換気装置1Aは、バイパス風路18を開閉する風路開閉ダンパ4を備える。熱交換型換気装置1Aは、還気吸込空間15RAに設けたバイパス風路入口18aに、この開口を開閉する構成を有した風路開閉ダンパ4が取り付けられる。
これにより、熱交換型換気装置1Aは、風路開閉ダンパ4の開閉で、還気RAの全量を熱交換素子2の第2の熱交換風路20bに通す風路と、還気RAの一部を熱交換素子2の第2の熱交換風路20bに通し、残部をバイパス風路18に通す風路が切り替えられる。
熱交換型換気装置1Aは、給気風路17SAに捕集フィルタ5と給気フィルタ6を備える。熱交換型換気装置1Aは、空気が上部から下部へと流れる外気吸込風路16OAに、袋状の捕集フィルタ5が、上方に袋の開口部、下方に袋の底部となる向きで、着脱可能に取り付けられる。捕集フィルタ5は、袋部が捕集対象物と同系色に近い例えば黒等の色がつけられた不織布等で構成される。
また、熱交換型換気装置1Aは、捕集フィルタ5の下流で、外気吸込空間15OAの入口に、給気フィルタ6が装置本体10の前方から着脱可能に取り付けられる。
ここで、熱交換型換気装置1Aは、給気フィルタ6を清掃する機構を備えても良い。フィルタ清掃機構は、例えば、給気フィルタ6の上流側にレールに沿って動作可能なブラシを備える。ブラシは、レールにガイドされて移動することで、給気フィルタ6の空気通過面の全面を通過できる構成を有する。また、フィルタ清掃機構は、給気フィルタ6の下部に受け皿を備え、ブラシの動作で給気フィルタ6から落とした粉塵等を、受け皿で回収する。
<給気ファン及び排気ファンの構成例>
図6は、本実施の形態の給気ファン及び排気ファンの一例を示す側面図、図7は、本実施の形態の給気ファン及び排気ファンの一例を示す斜視図で、次に、各図を参照して、給気ファン3SA及び排気ファン3EAの構成について説明する。
給気ファン3SAは給気送風装置の一例、排気ファン3EAは排気送風装置の一例で、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、回転駆動される多翼の羽根車30と、羽根車30を回転させるモータ30Mと、風路を形成するファンケース31と、ファンケース31内を通る空気の風量を検出する風量検出センサ32を備える。
ファンケース31は風路形成手段の一例で、羽根車30が回転駆動されることで空気が吸い込まれる吸込部であるファン吸込口31aと、ファン吸込口31aから吸い込まれた空気が吹き出される吹出部であるファン吹出口31bを備える。また、ファンケース31は、ファン吸込口31aから吸い込んだ空気をファン吹出口31bから吹き出す空気の流れを生成する風路であるファンケース風路31cを備える。
給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、ベルマウスと称される円形の開口で構成されるファン吸込口31aが、羽根車30の軸方向に沿って設けられる。また、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、羽根車30の外周に沿ってファンケース風路31cが設けられ、羽根車30の軸方向に沿ってファン吸込口31aから吸い込まれた空気が、羽根車30の回転方向に沿ってファン吹出口31bから吹き出される。
給気ファン3SAは、給気ファン取付部14SAに取り付けられた状態では、羽根車30の軸が水平方向に沿った向きとなり、ファン吸込口31aが側部に配置される。また、給気ファン3SAは、ファンケース風路31cが上向きに屈曲した形状で、ファン吹出口31bが上部に配置される。
排気ファン3EAも同様に、排気ファン取付部14EAに取り付けられた状態では、羽根車30の軸が水平方向に沿った向きとなり、ファン吸込口31aが側部に配置される。また、排気ファン3EAは、ファンケース風路31cが上向きに屈曲した形状で、ファン吹出口31bが上部に配置される。
ファンケース風路31cは、羽根車30の外周に沿って形成される風路と連通し、ファン吸込口31aから吸い込まれた空気が横方向に沿って流れる第1の風路31dを備える。また、ファンケース風路31cは、第1の風路31dと連通し、第1の風路31dを通る横方向に沿った空気の流れを縦方向に曲げる屈曲部31eを備える。更に、ファンケース風路31cは、屈曲部31eと連通し、空気が縦方向に沿って流れてファン吹出口31bから吹き出される第2の風路31fとを備える。
ファンケース31は、ファンケース風路31cの開口面積が、第1の風路31dから第2の風路31fに向かって屈曲部31eで広がる形状を有する。
風量検出センサ32は検出手段の一例で、ファンケース風路31cを通る空気ン流れで回転するシャッタ部材32aと、軸32bにシャッタ部材32aが取り付けられ、シャッタ部材32aの回転による軸32bの回転角度に応じた信号を出力する角度検出手段としてのエンコーダ32cを備える。
風量検出センサ32は、シャッタ部材32aの一方の端部である先端から軸32bまでの長さが、シャッタ部材32aの他方の端部である後端から軸32bまでの長さより長くなるように、シャッタ部材32aに対して軸32bが偏芯して設けられる。
風量検出センサ32は、軸32bを支点としたシャッタ部材32aの回転方向が、ファンケース風路31cの屈曲した方向に沿うように、第1の風路31dと第2の風路31fが連通するファンケース風路31cの屈曲部31eに、シャッタ部材32aが配置される。
すなわち、風量検出センサ32は、軸32bの向きを、ファンケース風路31cを通る空気の流れに対して略直交する水平方向に沿った向きとし、軸32bの位置を、第1の風路31dに対して上側にオフセットされ、かつ、第2の風路31f方向にオフセットされる位置として、シャッタ部材32aが屈曲部32eの近傍に配置される。
風量検出センサ32は、羽根車30が停止されている換気停止状態では、シャッタ部材32aの一方の端部側が下向きとなる方向に、シャッタ部材32aが自重で軸32bを支点に回転して、シャッタ部材32aが鉛直方向に沿った向きとなる。ここで、図5に実線で示すように、換気停止状態でシャッタ部材32aが鉛直方向に沿った向きとなっているときの角度を0°とする。
そして、風量検出センサ32は、換気停止状態でシャッタ部材32aの先端と、ファンケース風路31cを形成するファンケース31の内面との間に所定の間隔で隙間が形成されるように、シャッタ部材32aの長さ及び軸32bの位置が設定される。
これにより、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、換気停止状態では、シャッタ部材32aで第1の風路31dの一部が閉塞され、羽根車30が回転駆動された初期の状態で、空気が流れる空間が形成されている。
また、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、シャッタ部材32aの軸32bの位置が、第1の風路31dに対して上側にオフセットされ、かつ、第2の風路31f方向にオフセットされる位置としたことで、図5に一点鎖線で示す空気の流れで開く方向に回転するシャッタ部材32aの軌跡tが、第2の風路31fに入ることが可能となる。
そして、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、第2の風路31fでは空気が上向きに流れるので、シャッタ部材32aに上方へ回転させる力が加えられ、シャッタ部材32aの最大の回転角度αを、90°以上、好ましくは90°より大きく設定することが可能になる。
ここで、シャッタ部材32aの回転角度αが180°以上になると、自重で復帰できなくなるので、シャッタ部材32aの回転角度αは、90°より大きく180°より小さく設定される。
更に、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、上述したように、シャッタ部材32aが屈曲部31eの近傍に配置され、ファンケース風路31cの開口面積が、第1の風路31dから第2の風路31fに向かって屈曲部31eで広がる形状を有することで、空気の流れでシャッタ部材32aが開く方向に回転する動作で、ファンケース風路31cの開口面積が広がる。
給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、シャッタ部材32aの回転角度を規制する第1のストッパ33aと第2のストッパ33bを備える。第1のストッパ33a及び第2のストッパ33bは、軸32bを支点としたシャッタ部材32aの回転動作の軌跡t内に突出し、シャッタ部材32aが突き当てられることで、シャッタ部材32aの回転角度が規制される。
すなわち、第1のストッパ33aは、換気停止状態で鉛直方向に沿った向きで停止しているシャッタ部材32aに対して、羽根車30が回転駆動されることで発生する空気の流れによるシャッタ部材32aの回転方向の逆方向に設けられる。
これにより、第1のストッパ33aは、換気停止状態で鉛直方向に沿った向きで停止しているシャッタ部材32aが、空気の逆流等により逆方向に回転することを防止する。ここで、第1のストッパ33aは設けなくても良い。
ここで、第1のストッパ33aは、換気停止状態で鉛直方向に沿った向きで停止しているシャッタ部材32aとは接触しない位置に設けられ、第1のストッパ33aとシャッタ部材32aの固着が防止される。
また、第2のストッパ33bは、シャッタ部材32aの回転角度の上限値である180°より手前に設けられる。これにより、第2のストッパ33bは、シャッタ部材32aが180°以上回転することを防止する。
ここで、第2のストッパ33bは、予め定められた最大の風量が得られるように羽根車30が回転駆動されることで、所定の上限位置まで回転したシャッタ部材32aとは接触しない位置に設けられ、第2のストッパ33bとシャッタ部材32aの固着が防止される。
風量検出センサ32では、軸32bの周辺に粉塵等が堆積すると、シャッタ部材32aの回転動作の負荷となる。そこで、軸32bの外周面に図示しない凸状のリブを備え、粉塵等が軸32bに付着し難くして、粉塵等の堆積を防ぐ。
また、軸32bの周辺の空気の流れと合致する向きでリブを備えることで、粉塵等の付着防止効果を向上させることができる。更に、想定される風量で所定の回転角度が得られる範囲で、シャッタ部材32aの重量を重くすることで、シャッタ部材32aが自重によって戻る力を向上させて、シャッタ部材32aの固着を防止できる。また、シャッタ部材32aの重心を、金属をインサート成型する等により先端側に近づけることでも、シャッタ部材32aが自重によって戻る力を向上させて、シャッタ部材32aの固着を防止できる。更に、軸32b及び周辺を清掃する機構を備えても良い。
<本実施の形態の熱交換型換気装置の制御機能例>
図8は、本実施の形態の熱交換型換気装置の制御機能の一例を示すブロック図で、次に、各図を参照して、本実施の形態の熱交換型換気装置1Aの制御機能について説明する。
熱交換型換気装置1Aは、給気ファン3SAに備えた風量検出センサ32と、排気ファン3EAに備えた風量検出センサ32で検出された風量に基づき、給気ファン3SAのモータ30Mと排気ファン3EAのモータ30Mを制御する制御部300を備える。
制御部300は制御手段の一例で、風量検出センサ32のエンコーダ32cから出力される角度情報と風量情報のテーブルが設定され、給気ファン3SA及び排気ファン3EAの各風量検出センサ32から出力される角度情報に基づき、給気ファン3SA及び排気ファン3EAのそれぞれの風量を検出する。
制御部300は、給気ファン3SAの風量検出センサ32で検出した風量に基づき、給気ファン3SAで所定の風量が得られるように、給気ファン3SAのモータ30Mに印加される電圧を制御する。また、制御部300は、排気ファン3EAの風量検出センサ32で検出した風量に基づき、排気ファン3EAで給気ファン3SAと同じあるいは異なる所定の風量が得られるように、排気ファン3EAのモータ30Mに印加される電圧を制御する。
また、制御部300は、モータ30Mに印加する電圧情報と、モータ30Mに所定の電圧を印加した場合の目標風量情報のテーブルが設定され、給気ファン3SA及び排気ファン3EAにおいて、モータ30Mに印加した電圧と、各風量検出センサ32で検出した風量に基づき、給気フィルタ6の目詰まり等の負荷の発生の有無を検出する。
<本実施の形態の換気装置の設置例>
図9は、本実施の形態の熱交換型換気装置が設置される建物の一例を示す模式的な構成図である。熱交換型換気装置1Aは、建物100に設けた設置室101に、捕集フィルタ5を交換する際に開閉される蓋部11bの開閉、及び正面板11aを取り外しての熱交換素子2、給気ファン3SA及び排気ファン3EAの点検、交換等、装置本体10内の所定のメンテナンスが可能な形態で設置される。
熱交換型換気装置1Aは、OAダクトジョイント11OAにOAダクト71OAが接続される。OAダクト71OAは、建物100の天井等に配置され、外壁に設けたOA吸込グリル72OAと接続される。また、熱交換型換気装置1Aは、EAダクトジョイント11EAにEAダクト71EAが接続される。EAダクト71EAは、建物100の天井等に配置され、外壁に設けたEA吹出グリル72EAと接続される。
更に、熱交換型換気装置1Aは、SAダクトジョイント11SAにSAダクト71SAが接続される。SAダクト71SAは、建物100の天井等に配置され、居室102の天井等に設けたSA吹出グリル72SAと接続される。また、熱交換型換気装置1Aは、RAダクトジョイント11RAにRAダクト71RAが接続される。RAダクト71RAは、建物100の天井等に配置され、居室102の天井等に設けたRA吸込グリル72RAと接続される。
<本実施の形態の熱交換型換気装置の動作例>
次に、各図を参照して、本実施の形態の熱交換型換気装置1Aの動作例について説明する。
熱交換型換気装置1Aは、給気ファン3SAの羽根車30が回転駆動されることで、給気ファン3SAのファン吸込口31aから吸い込まれた空気が、ファンケース風路31cを通って給気ファン3SAのファン吹出口31bから吹き出される。
これにより、熱交換型換気装置1Aは、給気ファン3SAが駆動されると、給気風路17SAを通る空気の流れが生じ、OA吸込グリル72OAから外気OAが吸い込まれる。OA吸込グリル72OAから吸い込まれた外気OAは、OAダクト71OAを通り外気吸込口10OAから装置本体10内に吸い込まれる。
外気吸込口10OAから装置本体10内に吸い込まれる外気OAは、外気吸込風路16OAから捕集フィルタ5及び給気フィルタ6を通り、外気吸込空間15OAから熱交換素子2の外気吸込口21OAに導入される。
熱交換素子2に外気吸込口21OAから導入された外気OAは、熱交換素子2の第1の熱交換風路20aを通り、熱交換素子2の給気吹出口21SAから給気吹出空間15SAを通り、給気ファン3SAのファン吸込口31aに吸い込まれる。
給気ファン3SAに吸い込まれた空気は、給気ファン3SAのファン吹出口31bから吹き出され、給気ファン3SAから吹き出された空気は、給気吹出口10SAから給気SAとして装置本体10外へ吹き出される。そして、給気吹出口10SAから吹き出された給気SAは、SAダクト71SAを通り、SA吹出グリル72SAから居室102に吹き出される。
一方、熱交換型換気装置1Aは、排気ファン3EAの羽根車30が回転駆動されることで、排気ファン3EAのファン吸込口31aから吸い込まれた空気が、ファンケース風路31cを通って排気ファン3EAのファン吹出口31bから吹き出される。
これにより、熱交換型換気装置1Aは、排気ファン3EAが駆動されると、排気風路17EAを通る空気の流れが生じ、RA吸込グリル72RAから居室102の空気である還気RAが吸い込まれる。RA吸込グリル72RAから吸い込まれた還気RAは、RAダクト71RAを通り還気吸込口10RAから装置本体10内に吸い込まれる。
還気吸込口10RAから装置本体10内に吸い込まれる還気RAは、還気吸込空間15RAから熱交換素子2の還気吸込口21RAに導入される。熱交換素子2に還気吸込口21RAから導入された還気RAは、熱交換素子2の第2の熱交換風路20bを通り、熱交換素子2の排気吹出口21EAから排気吹出空間15EAを通り、排気ファン3EAのファン吸込口31aに吸い込まれる。
排気ファン3EAに吸い込まれた空気は、排気ファン3EAのファン吹出口31bから吹き出され、排気ファン3EAから吹き出された空気は、排気吹出風路16EAを通り、排気吹出口10EAから排気EAとして装置本体10外へ吹き出される。そして、排気吹出口10EAから吹き出された排気EAは、EAダクト71EAを通り、EA吹出グリル72EAから屋外に吹き出される。
熱交換型換気装置1Aは、熱交換素子2では、外気OAと還気RAの間で熱交換が行われることで、室温に近づけられた給気SAが室内に吹き出され、温度が調整された新鮮な空気(外気OA)が室内に供給される。また、室内の汚れた空気が屋外に排気されて、室温の変動を抑えて換気が行われる。
熱交換型換気装置1Aでは、熱交換素子2の下部の外気吸込口21OAから吸い込まれ、第1の熱交換風路20aを通り、熱交換素子2の上部の給気吹出口21SAから吹き出される空気と、熱交換素子2の上部の還気吸込口21RAから吸い込まれ、第2の熱交換風路20bを通り、熱交換素子2の下部の排気吹出口21EAから吹き出される空気の流れが対向する。これにより、外気OAと還気RAが熱交換し得る距離が長くなり、熱交換効率が向上する。
熱交換型換気装置1Aは、外気OAの温度等に基づき、風路開閉ダンパ4が開けられる。熱交換型換気装置1Aでは、風路開閉ダンパ4が開けられると、排気風路17EAを通る還気RAの一部が、還気吸込空間15RAと排気吹出空間15EAの間で熱交換素子2の第2の熱交換風路20bを通り、排気風路17EAを通る還気RAの残部が、熱交換素子2をバイパスしてバイパス風路18を通る。
春季及び秋季では、屋外と室内の温度差が一般的に小さく、外気OAと還気RAとの間で熱交換を行っても、熱交換前の外気OAと熱交換後の給気SAとの間で温度変化が少ない場合がある。
そこで、風路開閉ダンパ4を開けて、還気RAの一部は熱交換素子2を通し、残部は熱交換素子2をバイパスさせる。熱交換素子2は風路が狭く通気抵抗が大きい。このため、還気RAの一部は熱交換素子2を通し、残部は熱交換素子2をバイパスさせることで、通気抵抗を減らすことができる。
また、外気OAが氷点下になるような冬季では、高湿の還気RAと低温の外気OAとの間で熱交換が行われることで、還気RAの温度が下げられると、熱交換素子2における還気RAの吹出口である排気吹出口21EAが凍結する場合がある。
そこで、風路開閉ダンパ4を開けて、還気RAの一部は熱交換素子2を通し、残部は熱交換素子2をバイパスさせる。これにより、熱交換されておらず温度が下げられていない還気RAが排気吹出空間15EAに吹き出され、熱交換素子2の排気吹出口21EAを暖めることができ、排気吹出口21EAの凍結を防止することができる。
次に、風量検出センサ32での風量検出及び風量検出に基づく制御について説明する。熱交換型換気装置1Aでは、給気ファン3SAの羽根車30が回転駆動されることで、ファンケース風路31cを通る空気の流れによって、給気ファン3SAに設けた風量検出センサ32のシャッタ部材32aが軸32bを支点に回転する。
制御部300は、風量検出センサ32のエンコーダ32cから出力される角度情報と風量情報のテーブルに基づき、給気ファン3SAの風量検出センサ32から出力されるシャッタ部材32aの角度情報から給気ファン3SAの風量を検出し、給気ファン3SAで所定の風量が得られるように、給気ファン3SAのモータ30Mに印加される電圧を制御する。
また、熱交換型換気装置1Aでは、排気ファン3EAの羽根車30が回転駆動されることで、ファンケース風路31cを通る空気の流れによって、排気ファン3EAに設けた風量検出センサ32のシャッタ部材32aが軸32bを支点に回転する。
制御部300は、角度情報と風量情報のテーブルに基づき、排気ファン3EAの風量検出センサ32から出力されるシャッタ部材32aの角度情報から排気ファン3EAの風量を検出し、排気ファン3EAで所定の風量が得られるように、排気ファン3EAのモータ30Mに印加される電圧を制御する。
熱交換型換気装置1Aでは、給気風路17SAと排気風路17EAは、風路形状の違いや風路長の違いにより一般的に通気抵抗が異なる。そこで、給気ファン3SAと排気ファン3EAのぞれぞれの風量検出センサ32で検出された風量に基づき、給気ファン3SAと排気ファン3EAのぞれぞれのモータ30Mに印加する電圧を変化させることで、給気風路17SAと排気風路17EAとの通気抵抗の違いによらず、給気風量と排気風量を一定にする制御が行われる。また、給気風量と排気風量を異ならせて、給気過多、換気過多とする制御が行われる。
また、制御部300は、モータ30Mに印加する電圧情報と、モータ30Mに所定の電圧を印加した場合の目標風量情報のテーブルに基づき、給気ファン3SA及び排気ファン3EAにおいて、モータ30Mに印加した電圧と、各風量検出センサ32で検出した風量から、給気フィルタ6及び熱交換素子2の目詰まり等の負荷の発生の有無を検出する。
そして、制御部300は、負荷の発生を検出すると、表示あるいは音等を出力する図示しない報知手段で、利用者に通知を行う。ここで、給気フィルタ6を清掃する機構を備えた構成では、風量検出センサ32で検出した風量から負荷の発生を検出すると、給気フィルタ6で目詰まりが発生したと判断し、給気ファン3SA及び排気ファン3EAを停止し、フィルタ清掃機構を作動させることとしても良い。また、一定時間毎等の定期的にフィルタ清掃機構を作動させることとしても良い。
<本実施の形態の熱交換型換気装置の作用効果例>
熱交換型換気装置等の換気装置では、羽根車の回転数を一定にする、あるいは羽根車を駆動するモータへの印加電圧を一定にすることで、風量を一定にする制御が行われているが、ダクト長の施工時のばらつきや外風圧の影響、使用に伴う通気抵抗の増加等、風量の変動要因が存在するので、実際の風量は一定にならなかった。
また、熱交換型換気装置では、外気OAを吸い込んで給気SAとして吹き出す給気用のファンと、還気RAを吸い込んで排気EAとして吹き出す排気用のファンが備えられているが、給気用の風路と排気用の風路は、風路形状の違いや風路長の違いにより一般的に通気抵抗が異なる。
このため、羽根車の回転数を一定にする、あるいは羽根車を駆動するモータへの印加電圧を一定にする制御では、給気側と排気側で風量を同じにする、あるいは、給気側と排気側で所定量風量を異ならせる等の制御が困難であった。
これに対して、本実施の形態の熱交換型換気装置1Aでは、給気ファン3SAと排気ファン3EAのそれぞれに風量検出センサ32を備える。本実施の形態では、風量検出センサ32のエンコーダ32cから出力される角度情報と風量情報のテーブルが設定され、給気ファン3SA及び排気ファン3EAの各風量検出センサ32から出力される角度情報に基づき、給気ファン3SA及び排気ファン3EAのそれぞれの風量を検出する。そして、風量検出センサ32で検出した風量に基づき、所定の風量が得られるように、モータ30Mに印加される電圧を制御する。
これにより、給気ファン3SAと排気ファン3EAのぞれぞれの風量検出センサ32で検出された風量に基づき、給気ファン3SAと排気ファン3EAのぞれぞれのモータ30Mに印加する電圧を変化させ、ダクト長のばらつきや外風圧の影響等によらず、風量を一定とする等の制御が可能となる。
また、給気ファン3SAと排気ファン3EAのそれぞれで、検出された風量に基づき、所定の風量が得られるようにモータ30Mに印加する電圧等を制御できるので、給気風路17SAと排気風路17EAとの通気抵抗の違いによらず、各風路で風量を一定にする制御、あるいは、給気過多、換気過多等、給気側と排気側で所定量風量を異ならせる制御が可能となる。
なお、本実施の形態では、シャッタ部材32aの回転角度で風量を検出することで、風路を通る空気の流れを検出する構成としたが、他の風量センサ、風速センサ、圧力センサ等で検出される値に基づき、モータ30Mを制御することとしても良い。
熱交換型換気装置等の換気装置で、上述したように、風路中に風量を検出するセンサを備えることで、センサで検出された風量に基づき、風量を一定とする等の制御が可能となる。
しかし、ファンとセンサがそれぞれ独立した構成要素で、風路を構成する部材に取り付けられるので、ファンとセンサとの間の風量長が長く、また、ファンとセンサの取り付け位置の誤差により、換気装置毎にファンとセンサの取り付け位置がばらつき、更に、ファンとセンサとの間に熱交換素子が配置される等、風量が変動する要因が多く存在するので、風量制御の安定性が低下していた。
また、ファンとセンサがそれぞれ独立した構成要素であるので、ファン単体で風量を検出し、検出した風量に基づきモータを制御する試験等を行うことができず、ファン単体での性能を評価することができなかった。
これに対して、熱交換型換気装置1Aは、給気ファン3SA及び排気ファン3EAのファンケース31に風量検出センサ32が設けられ、風量を検出する構成要素が給気ファン3SA及び排気ファン3EAとユニット化されている。
これにより、給気ファン3SA及び排気ファン3EAと風量検出センサ32との配置が近づけられ、給気ファン3SA及び排気ファン3EAと風量検出センサ32との位置関係が安定し、例えば、空気の流れを発生させる羽根車30と風量検出センサ32との間に、空気の流れを阻害するような部品を配置しない構成とすることができるので、風量制御の安定性が向上する。
また、ファン単体で風量を検出し、検出した風量に基づきモータを制御する試験等を行うことができ、ファン単体での性能を評価することができる。
熱交換型換気装置1Aは、給気ファン3SA及び排気ファン3EAでの風量の増加に伴い、シャッタ部材32aの回転角度が大きくなる。本実施の形態では、ファンケース風路31cを屈曲部32eで上方に屈曲させた構成とし、屈曲部31eに風量検出センサ32のシャッタ部材32aを配置することで、シャッタ部材32aの回転角度を、90°より大きく設定できる。
これにより、給気ファン3SA及び排気ファン3EAでの風量の増加に伴い、シャッタ部材32aの回転角度が90°以上となっても、風量の検出が可能となり、風量を増加させた場合における風量制御が行えるようになる。
ここで、シャッタ部材の回転可能な角度が90°以下となるような構成では、エンコーダで検出できる単位角度当たりの風量の変化量が大きくなる。このため、検出し得る風量の変化量が大きく、風量の微細な変化が検出できない。
これに対して、シャッタ部材32aの回転可能な角度を90°より大きくした構成では、エンコーダ32cで検出できる単位角度当たりの風量の変化量が小さくなる。このため、検出し得る風量の変化量が小さくなり、風量の微細な変化を検出できる。
また、本実施の形態のように、風路の内部に設けたシャッタ部材の回転動作で風量を検出する構成では、換気停止状態でシャッタ部材が風路を閉塞する構成とすると、シャッタ部材で空気の逆流を防止する機能を持たせることができる。
しかし、換気停止状態でシャッタ部材が風路を閉塞する構成とすると、風量が少ない状態での通気抵抗が大きくなる。このため、風量が少ない状態で所望の風量を得るためには、羽根車の回転数を多くする必要があった。
また、換気停止状態で風路を塞げるようにするため、シャッタ部材が風路の開口面積に合わせて大きく、シャッタ部材の回転軌跡が大きくなり、シャッタ部材の周囲で部品が配置できない範囲が大きくなる。
これに対して、本実施の形態では、シャッタ部材32aには逆流防止の機能を持たせず、給気ファン3SA及び排気ファン3EAは、換気停止状態でもシャッタ部材32aの先端とファンケース31の内面との間に所定の間隔で隙間が形成される構成とした。このため、風量が少なく、シャッタ部材32aの回転角度が小さい状態でも、空気が流れる空間が形成される。
これにより、風量が少ない状態での通気抵抗を小さくでき、風量が少ない状態で所望の風量を得るための羽根車30の回転数を下げることができる。羽根車30の回転数を下げることができれば、消費電力を下げることができると共に、音も下げることができる。
また、シャッタ部材32aの回転動作の軌跡t内には他の部品は配置できないが、換気停止状態でシャッタ部材32aの先端とファンケース31の内面との間に隙間が形成される構成とすることで、シャッタ部材32aの回転動作の軌跡tが小さくなり、シャッタ部材32aの周囲で部品が配置できない範囲を小さくすることができる。
ここで、シャッタ部材32aの先端とファンケース31の内面との隙間を大きくすれば、通気抵抗は更に減少する。しかし、シャッタ部材32aの先端とファンケース31の内面との隙間を大きくするためには、シャッタ部材32aを更に小さくする必要があるが、風量が少ない状態で、シャッタ部材32aが回転せず、風量の検出ができない虞がある。
このため、換気停止状態でシャッタ部材32aにより閉塞されるファンケース風路31cの開口面積が、20〜60%となるように、シャッタ部材32a及びファンケース風路31cの寸法が設定される。
更に、本実施の形態では、シャッタ部材32aの回転角度を、90°より大きく設定するため、ファンケース風路31cに屈曲部31eを設けたことで、通気抵抗が増加する。
これに対して、本実施の形態では、給気ファン3SA及び排気ファン3EAでの風量の増加に伴い、シャッタ部材32aの回転角度が大きくなると、ファンケース風路31cの開口面積が広がる構成とした。
これにより、風量が多い状態での通気抵抗を小さくでき、風量が多い状態で所望の風量を得るための羽根車30の回転数を下げることができる。羽根車30の回転数を下げることができれば、消費電力を下げることができると共に、音も下げることができる。
熱交換型換気装置では、熱交換素子の風路中に粉塵等が流入することで、熱交換素子の通気抵抗が増加することを防ぐため、給気風路で熱交換素子の上流側に給気フィルタを備えて、外気から粉塵等を除去して熱交換素子に外気を導入できる構成としている。給気フィルタを備えていない構成では、熱交換素子が粉塵等で目詰まりを起こし、通気抵抗が増加する状態となると、熱交換素子の交換が必要となる。
一方、給気フィルタはユーザによる清掃が必要となるが、適切な時期にフィルタの清掃が行われない場合、給気フィルタが目詰まり等を起こして通気抵抗が増加する。
給気フィルタで通気抵抗が増加すると風量が低下する。また、風量を上げるためには、羽根車の回転数を上げる必要があり、音が大きくなると共に消費電力も増加する。
そこで、本実施の形態では、風量検出センサ32で検出した風量から負荷の発生を検出すると、給気フィルタ6で目詰まりが発生したと判断し、利用者に通知を行うことで、ユーザに給気フィルタ6の清掃時期を適格に通知でき、利便性が向上する。また、給気フィルタ6を清掃する機構を備えた構成では、風量検出センサ32で検出した風量から負荷の発生を検出すると、フィルタ清掃機構を作動させることとすれば、ユーザによる清掃が行われなくても、給気フィルタ6の清掃が行われて通気抵抗の増加の要因を排除できる。
本実施の形態の熱交換型換気装置1Aでは、装置本体10の上面に外気吸込口10OA、給気吹出口10SA、還気吸込口10RA、排気吹出口10EAが配置される。また、外気吸込口10OAと連通した外気吸込風路16OAが、熱交換素子2の一方の側方に配置され、外気OAが装置本体10内で上部から下部へと流れ、装置本体10の下部で熱交換素子2の外気吸込口21OAから吸い込まれ、熱交換素子2内を下部から上部へ流れる。
更に、排気吹出口10EAと連通した排気吹出風路16EAが、熱交換素子2の他方の側方に配置され、還気RAが熱交換素子2内を上部から下部へ流れて外気OAと熱交換された排気EAが、装置本体10内で下部から上部へと流れる。
本実施の形態の熱交換型換気装置1Aでは、このような風路構成としたことで、装置本体10の小型化が可能となる。また、給気ファン3SA及び排気ファン3EAを熱交換素子2の側方に配置し、バイパス風路18を熱交換素子2の背面側に配置することで、熱交換素子2を、装置本体10の前面から着脱可能な構成とすることができると共に、給気ファン3SA及び排気ファン3EAを装置本体の前面から着脱可能な構成とすることができる。
更に、外気OAが装置本体10内で上部から下部へと流れる風路構成としたことで、捕集フィルタ5及び給気フィルタ6を装置本体10内の下部に配置することが可能となる。フィルタが装置本体の上部に配置されていると、フィルタの清掃、交換時等に、フィルタを装置本体から取り出したとき、フィルタに付着している粉塵等が室内に舞い上がるような状態となることがある。これに対して、捕集フィルタ5及び給気フィルタ6を装置本体10内の下部に配置することで、フィルタに付着した粉塵等が舞い上がって拡散することを防止することができる。
また、給気ファン3SA及び排気ファン3EAを熱交換素子2の側方に配置することで、2つのファンの一方を、装置本体10の下部に配置することができ、装置本体10の重心位置を下部側とすることができる。
本実施の形態の熱交換型換気装置1Aは、空気が上部から下部へと流れる外気吸込風路16OAに、袋状の捕集フィルタ5が、上方に袋の開口部、下方に袋の底部となる向きで取り付けられることで、捕集フィルタ5の袋部に入った虫等の捕集対象物を、袋の底部に溜めて、風路中に逆流することを防止できる。
また、捕集フィルタ5は、袋部が捕集対象物と同系色に近い例えば黒等の色がつけられた不織布等で構成されることで、捕集フィルタ5に捕集した虫等を、フィルタの交換時等にユーザから見え難くすることができる。更に、捕集フィルタ5の袋部を巻き取ることができるので、捕集フィルタ5を装置本体10から取り外すときに、虫が生きている場合でも捕集した虫が外部に出ることを防止できる。