JP2022151942A - 調湿機能付き換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転動作を開始する際に屋内温度が極端に低い場合あるいは極端に高い場合であっても、目標湿度に到達する時間の増加を抑制し、屋内の快適性を保つことが可能な調湿機能付き換気装置を提供する。【解決手段】調湿機能付き熱交換形換気装置４は、屋外３からの給気流１５に対して加湿または除湿を行う調湿装置６と、調湿装置６の運転動作を制御する制御部８と、を備える。そして、制御部８は、屋内２の相対湿度を目標湿度に近づける制御を行う際、屋内温度が第一基準温度以上、且つ、第二基準温度以下である場合には、屋内２の相対湿度を用いて目標湿度に近づける第一制御を行い、屋内温度が第一基準温度より小さい場合または第二基準温度より大きい場合には、屋内温度が第一基準温度と第二基準温度との間に設定される第三基準温度に変化したとして特定される換算相対湿度を用いて目標湿度に近づける第二制御を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、居住空間などに用いられる調湿機能付き換気装置に関するものである。

従来、冷房あるいは暖房の効果低減を抑制しつつ換気を行うことが可能な装置として、換気の際に給気流と排気流との間で熱交換を行う熱交換形換気装置が知られている。

こうした従来の熱交換形換気装置として、給気流が流通する給気風路の下流側に調湿装置と、調湿装置の上流側に調湿量を調整する加熱器とを設けた構成とした調湿機能付き熱交換形換気装置が開発されている（例えば、特許文献１）。こうした構成とすることにより、屋内に調湿された空気を供給することができ、日本の冬季における屋内相対湿度の低下あるいは日本の夏季における屋内相対湿度の上昇を抑制することができる。

特開２００２－３１７９９７号公報

従来の調湿機能付き熱交換形換気装置において、屋内相対湿度を目標相対湿度に制御しようとすると、屋内温度が極端に低く相対湿度が高い時に屋内空調と同時に運転を開始した場合、除湿運転を開始した後、屋内温度が高くなって相対湿度が低くなった段階で加湿運転に切り替わるので、目標湿度に到達する時間が長くなり、快適性が損なわれる。また、屋内温度が極端に高く相対湿度が低い時に屋内空調と同時に運転を開始した場合、加湿運転を開始した後、屋内温度が低くなって相対湿度が高くなった段階で除湿運転に切り替わるので、目標湿度に到達する時間が長くなり、快適性が損なわれるという課題があった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、運転動作を開始する際に屋内温度が極端に低い場合あるいは極端に高い場合であっても、目標湿度に到達する時間の増加を抑制し、屋内の快適性を保つことが可能な調湿機能付き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、本発明に係る調湿機能付き換気装置は、給気風路を経由して屋外の空気を給気流として屋内へ給気する給気部と、排気風路を経由して屋内の空気を排気流として屋外へ排気する排気部と、給気風路に設けられ、給気流に対して加湿または除湿を行う調湿装置と、調湿装置の運転動作を制御する制御部と、を備える。そして、制御部は、屋内の相対湿度を目標湿度に近づける制御を行う際、屋内の温度が第一基準温度以上、且つ、第二基準温度以下である場合には、屋内の相対湿度を用いて目標湿度に近づける第一制御を行い、屋内の温度が第一基準温度より小さい場合または第二基準温度より大きい場合には、屋内の温度が第一基準温度と第二基準温度との間に設定される第三基準温度に変化したとして特定される換算相対湿度を用いて目標湿度に近づける第二制御を行う。

本発明によれば、運転動作を開始する際に屋内温度が極端に低い場合あるいは極端に高い場合であっても、目標湿度に到達する時間の増加を抑制し、屋内の快適性を保つことが可能な調湿機能付き換気装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る調湿機能付き熱交換形換気装置の家屋への設置例を示す概略図である。 図２は、調湿機能付き熱交換形換気装置の機器構成を表す概略図である。 図３は、調湿機能付き熱交換形換気装置における制御部の構成を表すブロック図である。 図４は、調湿機能付き熱交換形換気装置における制御部の処理部で行う処理を表すフローチャートである。 図５は、換算相対湿度の計算方法を説明するための空気線図である。 図６は、調湿機能付き熱交換形換気装置における制御部の処理部で行う処理に用いられる出力能力値と回転出力値及び空調出力との関係を示す図である。

本発明に係る調湿機能付き換気装置は、給気風路を経由して屋外の空気を給気流として屋内へ給気する給気部と、排気風路を経由して屋内の空気を排気流として屋外へ排気する排気部と、給気風路に設けられ、給気流に対して加湿または除湿を行う調湿装置と、調湿装置の運転動作を制御する制御部と、を備える。そして、制御部は、屋内の相対湿度を目標湿度に近づける制御を行う際、屋内の温度が第一基準温度以上、且つ、第二基準温度以下である場合には、屋内の相対湿度を用いて目標湿度に近づける第一制御を行い、屋内の温度が第一基準温度より小さい場合または第二基準温度より大きい場合には、屋内の温度が第一基準温度と第二基準温度との間に設定される第三基準温度に変化したとして特定される換算相対湿度を用いて目標湿度に近づける第二制御を行う。

こうした構成によれば、調湿装置による調湿運転動作を開始する際に屋内温度が極端に低い場合（第一基準温度より低い温度）あるいは極端に高い場合(第二基準温度より高い温度)に第一制御に代わって第二制御が実行されるので、調湿装置によって除湿運転を開始した後、屋内空調によって屋内温度が高くなって相対湿度が低くなった段階で加湿運転に切り替わることあるいは調湿装置によって加湿運転を開始した後、屋内空調によって屋内温度が低くなって相対湿度が高くなった段階で除湿運転に切り替わることが抑制される。これにより、調湿機能付き換気装置では、目標湿度に到達する時間の増加が抑制され、屋内の快適性を保つことができる。

また、本発明に係る調湿機能付き換気装置では、換算相対湿度は、屋内の温度における相対湿度に対応する絶対湿度を維持して、屋内の温度が第三基準温度に変化したとして算出される相対湿度であってもよい。これにより、調湿機能付き換気装置は、日本の冬季に調湿装置の運転を開始した直後、屋内の温度が極端に低く、相対湿度が高い場合（例えば、温度５℃、相対湿度８０％）であっても、屋内が空調によって適切な温度に保たれている状態での屋内平均温度を想定した第三基準温度（例えば、２４℃）まで温度が上昇した場合の換算相対湿度（温度５℃、相対湿度８０％の絶対湿度４．３ｇ／ｋｇ（ＤＡ）のままで温度が２４℃になると相対湿度２３％）を目標湿度（例えば、５０％）に近づける第二制御を行うため、調湿運転動作の開始時から、湿度不足と判断し、加湿運転を行うことができる。また、調湿機能付き換気装置は、日本の夏季に調湿装置の運転を開始した直後、屋内の温度が極端に高く、相対湿度が低い場合（例えば、温度５０℃、相対湿度２０％）であっても、屋内が空調によって適切な温度に保たれている状態での屋内平均温度を想定した第三基準温度（例えば、２４℃）まで温度が下降した場合の換算相対湿度（温度５０℃、相対湿度２０％の絶対湿度１５．６ｇ／ｋｇ（ＤＡ）のままで温度が２４℃になると相対湿度８３％）を目標湿度（例えば、５０％）に近づける第二制御を行うため、調湿運転動作の開始時から、湿度過剰と判断し、除湿運転を行うことができる。つまり、運転動作を開始する際に屋内温度が極端に低い場合あるいは極端に高い場合であっても、目標湿度に到達する時間の増加を抑制し、屋内の快適性を保つことが可能な調湿機能付き換気装置とすることができる。

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。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本実施の形態では、調湿機能付き換気装置の一例として、調湿機能付き熱交換形換気装置を説明する。

（実施の形態１）
まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１に係る調湿機能付き熱交換形換気装置４について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る調湿機能付き熱交換形換気装置４の家屋１への設置例を示す概略図である。図２は、調湿機能付き熱交換形換気装置４の機器構成を表す概略図である。

図１に示す通り、調湿機能付き熱交換形換気装置４は、家屋１の階間または屋根裏等に設置され、熱交換形換気装置５と調湿装置６とを有して構成される。調湿機能付き熱交換形換気装置４は、熱交換形換気装置５において屋内２から屋外３に排気される空気（排気流１４）と屋外３から屋内２に給気される空気（給気流１５）とを熱交換しながら換気しつつ、給気流１５を調湿装置６により必要に応じて加湿または除湿し、屋内２に導入する。つまり、調湿機能付き熱交換形換気装置４は、換気を行うとともに、この換気時に、排気流１４の熱を給気流１５へと伝達し、熱の不要な放出を抑制している。さらに、給気流１５に対して加湿または除湿を行い、日本の冬季における屋内２の湿度の低下及び日本の夏季における屋内２の湿度の増加を抑制している。なお、調湿機能付き熱交換形換気装置４は、請求項の「調湿機能付き換気装置」に相当する。

ここで、排気流１４は、屋内２の空気を屋外３に排出する空気の流れである。排気流１４は、まず還気風路９を通じて、屋内２から熱交換形換気装置５へと搬送される。熱交換形換気装置５において給気流１５と熱交換された排気流１４は、排気風路１０を通じて、熱交換形換気装置５から屋外３へと排出される。還気風路９は、家屋１の各室と熱交換形換気装置５とを接続する。排気風路１０は、熱交換形換気装置５と家屋１の外壁面に設けられた排気口とを接続する。

給気流１５は、屋外３の空気を屋内２に導入する空気の流れである。給気流１５は、まず外気風路１１を通じて、屋外３から熱交換形換気装置５へと搬送される。熱交換形換気装置５において排気流１４と熱交換された給気流１５は、中継風路１２を通じて、熱交換形換気装置５から調湿装置６へと搬送される。調湿装置６により必要に応じて加湿または除湿された給気流１５は、給気風路１３を通じて、調湿装置６から屋内２へと導入される。外気風路１１は、家屋１の外壁面に設けられた給気口と熱交換形換気装置５とを接続する。中継風路１２は、熱交換形換気装置５と調湿装置６とを繋げるように配置されている。給気風路１３は、調湿装置６と家屋１の各室とを接続する。

次に、図２を参照して調湿機能付き熱交換形換気装置４の具体的な構成について説明する。

調湿機能付き熱交換形換気装置４は、図２に示す通り、熱交換形換気装置５と、調湿装置６とを有して構成される。そして、調湿装置６は、加湿部６ｃの上流側に空調部７を備え、後述する制御部８（図３参照）によって運転動作が制御される構成となっている。

熱交換形換気装置５は、屋内２の空気ＲＡ（排気流１４）と屋外３の空気ＯＡ（給気流１５）との間で熱交換しながら換気する装置である。具体的には、熱交換形換気装置５は、図２に示す通り、還気口５ａ、排気口５ｂ、外気口５ｃ、給気口５ｄ、熱交換素子５ｅ、湿度センサ５ｆ、温度センサ５ｉ、排気ファン５ｇ、及び給気ファン５ｈを備えている。

還気口５ａは、屋内２の空気ＲＡ（排気流１４）を還気風路９（図１参照）から熱交換形換気装置５に取り入れる取入口である。排気口５ｂは、排気流１４を排気ＥＡとして熱交換形換気装置５から排気風路１０（図１参照）に吐き出す吐出口である。外気口５ｃは、給気流１５を外気風路１１（図１参照）から熱交換形換気装置５に取り入れる取入口である。給気口５ｄは、給気流１５を熱交換形換気装置５から中継風路１２に吐き出す吐出口である。

熱交換素子５ｅは、排気流１４と給気流１５との間で熱交換（排気流１４と給気流１５との間で温度を交換する顕熱交換、または、顕熱交換と排気流１４と給気流１５との間で湿度を交換する潜熱交換の両方を行う全熱交換）を行うための部材である。熱交換素子５ｅは、セルロース繊維をベースとした伝熱紙（伝熱板）によって形成された全熱交換素子である。ただし、材質はこれに限定されるものではない。熱交換素子５ｅを構成する伝熱板としては、例えば、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレートをベースとした透湿樹脂膜、あるいは、セルロース繊維、セラミック繊維、ガラス繊維をベースとした紙材料等を用いることができる。また、熱交換素子５ｅを構成する伝熱板は、伝熱性を備えた薄いシートであって、気体が透過しない性質のものを用いることができる。この場合、熱交換素子５ｅは、顕熱交換素子となる。

湿度センサ５ｆは、還気口５ａから取り入れた排気流１４の湿度を検出するセンサであり、後述する制御部８の入力信号として用いられる。湿度センサ５ｆは、屋内２の空気の湿度を検出するセンサともいえる。温度センサ５ｉは、還気口５ａから取り入れた排気流１４の温度を検出するセンサであり、後述する制御部８の入力信号として用いられる。温度センサ５ｉは、屋内２の空気の湿度を検出するセンサともいえる。

排気ファン５ｇは、排気流１４を還気口５ａから取り入れ、排気口５ｂから吐き出すための送風機である。給気ファン５ｈは、給気流１５を外気口５ｃから取り入れ、給気口５ｄから排出するための送風機である。なお、排気ファン５ｇは、請求項の「排気部」に相当し、給気ファン５ｈは、請求項の「給気部」に相当する。

また、熱交換形換気装置５の内部には、還気口５ａと排気口５ｂとを連通する内部排気風路と、外気口５ｃと給気口５ｄとを連通する内部給気風路が形成されている。

そして、熱交換形換気装置５は、熱交換換気を行う場合には、排気ファン５ｇ及び給気ファン５ｈを動作させ、熱交換素子５ｅにおいて内部排気風路を流通する排気流１４と、内部給気風路を流通する給気流１５との間で熱交換を行う。これにより、熱交換形換気装置５は、換気を行う際に、屋外３に放出する排気流１４の熱を屋内２に取り入れる給気流１５へと伝達し、不要な熱の放出を抑制し、屋内２に熱を回収する。この結果、日本の冬季においては、換気を行う際に、屋外３の温度が低い空気による屋内２の温度低下を抑制することができる。一方、日本の夏季においては、換気を行う際に、屋外３の温度が高い空気によって屋内２の温度上昇を抑制することができる。

続いて、調湿装置６について説明する。調湿装置６は、熱交換形換気装置５からの熱交換後の給気流１５を必要に応じて加湿または除湿する装置である。具体的には、調湿装置６は、図２に示す通り、給気流入口６ａ、給気流出口６ｂ、加湿部６ｃ、及び空調部７を備えている。

給気流入口６ａは、給気流１５を中継風路１２から調湿装置６に取り入れる取入口である。給気流出口６ｂは、加湿部６ｃを通過した給気流１５を給気ＳＡとして給気風路１３（図１参照）に吐き出す吐出口である。

加湿部６ｃは、内部に取り入れた給気流１５を加湿するためのユニットである。加湿部６ｃは、加湿モータ６ｄと加湿ノズル６ｅとを有している。加湿部６ｃは、加湿モータ６ｄを用いて加湿ノズル６ｅを回転させ、貯水されている水を遠心力で吸い上げて周囲（遠心方向）に飛散・衝突・破砕させ、通過する空気に水分を含ませる遠心破砕式の構成をとる。そして、加湿部６ｃは、後述する制御部８からの出力信号に応じて加湿モータ６ｄの回転数（以下、回転出力値）を変化させ、加湿能力（加湿量）を調整する。

なお、加湿部６ｃで空気に付加される液体は水以外でもよく、例えば、殺菌性あるいは消臭性を備えた次亜塩素酸水等の液体であってもよい。この場合には、次亜塩素酸水を給気流１５に含ませて屋内２に供給することで、屋内２の殺菌あるいは消臭を行うことができる。

空調部７は、図２に示す通り、調湿装置６内に配置され、導入される給気流１５を加熱または冷却するためのユニットである。空調部７は、後述する制御部８からの出力信号に応じて運転状態（暖房／冷却・除湿運転動作のオン／オフ）を変化させ、導入される給気流１５に対する加熱能力（加熱量）または冷却能力（冷却量）を調整する。例えば、空調部７は、ＲＡＣ（Ｒｏｏｍ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）の室内機により構成され、給気流１５に対して必要に応じて加熱または冷却する。

なお、空調部７は、複数の加熱手段と冷却手段の組み合わせによって構成されていてもよい。加熱手段の例としては、温度が上昇すると次第に電流が流れにくくなり、無駄な電力を消費しない特性を有するＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒーターが用いられる。冷却手段の例としては、電流を流すことで熱を移動させることが可能であるペルチェ素子が用いられる。

詳細な制御内容は後述するが、調湿機能付き熱交換形換気装置４では、出力能力値が第一基準値を下回る場合、熱交換後の給気流１５を空調部７により冷却させ、除湿を行うように構成されている。また、出力能力値が第三基準値を超える場合、熱交換後の給気流１５を加湿部６ｃの前段（上流側）に置かれた空調部７により加熱させ、加湿能力を向上させるように構成されている。ここで、出力能力値とは、調湿機能付き熱交換形換気装置４全体での調湿能力（調湿量）の指標となる値である。なお、出力能力値は、調湿装置６によって屋内２の空気を目標湿度に近づけるのに必要な加湿量または除湿量を決定するための値とも言える。

次に、調湿機能付き熱交換形換気装置４による調湿運転動作の際の制御について、図３を参照して説明する。図３は、調湿機能付き熱交換形換気装置４における制御部８の構成を表す概略機能ブロック図である。

制御部８は、調湿装置６の運転動作を制御する。具体的には、制御部８は、図３に示す通り、入力部８ａ、処理部８ｂ、出力部８ｃ、記憶部８ｄ、及び計時部８ｅを有している。

入力部８ａは、屋内２に設置された操作パネル１６から出力される調湿運転の開始／終了に関する情報と、屋内２の空気の設定湿度（目標湿度）に関する情報と、熱交換形換気装置５の湿度センサ５ｆから出力された屋内２の空気の湿度（屋内湿度）に関する情報と、熱交換形換気装置５の温度センサ５ｉから出力された屋内２の空気の温度（屋内温度）に関する情報とを受け付け、処理部８ｂに出力する。

計時部８ｅは、時刻の計測を行い処理部８ｂに出力する。

記憶部８ｄは、過去の換算相対湿度、過去の出力能力値、及び計算用パラメータを記憶するとともに、処理部８ｂから出力される現在の換算相対湿度及び現在の出力能力値を受け付けて記憶する。また、後述する図６に示すような出力能力値と当該各出力能力値に対応する回転出力値及び空調部７の運転状態（空調出力）とを関連付けて記憶する。記憶した各情報は、処理部８ｂからの要求に応じて、記憶部８ｄから処理部８ｂに出力される。

ここで、換算相対湿度とは、屋内の温度状態が極端な場合であっても適切に除加湿が行えるよう、屋内湿度を、空調によって適切な温度に保たれた際に想定される温度における相対湿度に換算した湿度である。また、既に述べたように、出力能力値とは、調湿機能付き熱交換形換気装置４全体での調湿能力（調湿量）の指標となる値である。また、回転出力値とは、加湿モータ６ｄの回転数である。出力能力値と、回転出力値及び空調出力との関係については後述する。

処理部８ｂは、計時部８ｅから出力された時刻情報に基づき、一定時間間隔（本実施の形態では例えば５分）ごとに所定の処理を行う。具体的には、処理部８ｂは、記憶部８ｄから出力される過去の屋内湿度情報、過去の出力能力値、及び計算用パラメータと、入力部８ａから出力される現在の湿度情報及び現在の温度情報とを用いて、屋内相対湿度を換算相対湿度に換算し、換算相対湿度を目標湿度に近づけるための出力能力値の算出を行う。そして、処理部８ｂは算出した出力能力値に基づいて、調湿装置６の回転出力値及び空調出力（暖房／冷却・除湿運転動作のオン／オフ）を決定し、出力部８ｃに出力する。詳細についてはフローチャート（図４参照）を用いて後述する。

出力部８ｃは、処理部８ｂから受け付けた回転出力値を、加湿部６ｃの加湿モータ６ｄに出力する。また、出力部８ｃは、処理部８ｂから受け付けた空調出力情報を空調部７に出力する。そして、加湿部６ｃの加湿モータ６ｄは、出力部８ｃから出力された回転出力値に応じて回転動作を実行する。また、空調部７は、出力部８ｃから出力された空調出力情報に基づいて暖房運転動作または除湿運転動作を開始または終了する。

ここで、制御部８は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムを有している。そして、プロセッサがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、コンピュータシステムがコントローラとして機能する。プロセッサが実行するプログラムは、ここではコンピュータシステムのメモリに予め記録されているとしたが、メモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて提供されてもよい。

次に、調湿機能付き熱交換形換気装置４における制御部８が行う制御フローについて、図４～図６を用いて説明する。図４は、調湿機能付き熱交換形換気装置４における制御部８の制御を表すフローチャートである。図５は、換算相対湿度の計算方法を説明するための空気線図である。図６は、調湿機能付き熱交換形換気装置４における制御部８の制御に用いられる出力能力値と回転出力値との関係を示す図である。本実施の形態では、加湿モータ６ｄの回転出力値の制御可能範囲を０ｒｐｍ及び２０００ｒｐｍ～４０００ｒｐｍとし、出力能力値の設定可能範囲を「－１０」～「２５」として相関関係を示している。ここで、フローチャートでは「Ｓ」を頭文字にして番号を割り振った。例えば「Ｓ０１」などは、処理ステップを指す。但し、処理ステップを示す数値の大小と処理順序は関係しない。

制御部８が行う処理は、図４に示す通り、主に４つのステップ（ステップＳ０１～ステップＳ０４）で構成され、操作パネル１６からの調湿運転の開始信号に応じて処理を開始する。

ステップＳ０１は、記憶部８ｄに記憶された処理間隔で処理を行うためのステップである。処理部８ｂは、例えば、処理間隔が５分である場合、計時部８ｅから出力される時刻情報を受け付けながら、５分経過するまでは時刻の判定を繰り返し、５分経過したらステップＳ０２に処理を進める。５分経過していない間に、操作パネル１６から調湿運転の終了信号を受け付けた場合は処理を終了する。

ステップＳ０２は、換算相対湿度を計算するステップである。まず、処理部８ｂは、記憶部８ｄに記憶された第一基準温度及び第二基準温度と、入力部８ａから入力された屋内温度との間で大小関係の判定を行う（ステップＳ０２Ａ）。ここで、第一基準温度は、屋内２が空調によって適切な温度に保たれている状態で想定される屋内２の最低温度（例えば、１６℃）に設定される。また、第二基準温度は、屋内２が空調によって適切な温度に保たれている状態で想定される屋内２の最高温度（例えば、３０℃）に設定される。

そして、処理部８ｂは、第一制御として、屋内温度が第一基準温度以上、且つ、第二基準温度以下である場合に、屋内温度が空調によって適切な温度に保たれていると判断し、換算相対湿度として屋内湿度の値をそのまま用いる（ステップＳ０２ＡのＹＥＳ→ステップＳ０２Ｂ）。一方、処理部８ｂは、第二制御として、屋内温度が第一基準温度より小さい場合（第一基準温度未満である場合）または第二基準温度より大きい場合（第二基準温度を超える場合）に、屋内温度がまだ空調によって適切な温度に保たれていないと判断し、屋内絶対湿度が変化しないままで屋内温度が第三基準温度まで変化した際の屋内相対湿度を計算し、換算相対湿度として特定する（ステップＳ０２ＡのＮＯ→ステップＳ０２Ｃ）。ここで、第三基準温度は、第一基準温度と第二基準温度との間に設定される温度であり、屋内２が空調によって適切な温度に保たれている状態で想定される屋内２の平均温度（例えば、２４℃）に設定される。

換算相対湿度の計算方法の具体的な例について、図５を用いて説明する。なお、本実施の形態では、第一基準温度が１６℃、第二基準温度が３０℃、第三基準温度が２４℃に設定されている場合について説明する。

第一制御では、例えば、屋内温度が２４℃、屋内湿度が５０％である場合、屋内温度が第一基準温度（１６℃）以上、且つ、第二基準温度（３０℃）以下であるため、屋内湿度（５０％）がそのまま換算相対湿度として用いられる（ステップＳ０２ＡのＹＥＳ→ステップＳ０２Ｂ）。

一方、第二制御では、例えば、屋内温度が５℃、屋内湿度が８０％である場合、屋内温度が第一基準温度（１６℃）より小さいため、屋内絶対湿度（４．３ｇ／ｋｇ（ＤＡ））を変化させずに屋内温度が第三基準温度（２４℃）まで変化した場合の屋内相対湿度２３％を算出し、換算相対湿度として特定される（ステップＳ０２ＡのＮＯ→ステップＳ０２Ｃ）。このような計算を行うことにより、屋内温度がまだ空調によって適切な温度に保たれていない場合であっても、空調により屋内温度が保たれる状態を想定して出力能力値を計算することができる。また、第二制御では、屋内温度が５０℃、屋内湿度が２０％である場合、屋内温度が３０℃より大きいため、屋内絶対湿度（１５．６ｇ／ｋｇ（ＤＡ））を変化させずに屋内温度が第三基準温度の２４℃まで変化した場合の屋内相対湿度８３％を算出し、換算相対湿度として特定される（ステップＳ０２ＡのＮＯ→ステップＳ０２Ｃ）。このような計算を行うことにより、屋内温度がまだ空調によって適切な温度に保たれていない場合であっても、空調により屋内温度が保たれる状態を想定して出力能力値を計算することができる。なお、ステップＳ０２Ｃにおける具体的な計算式としては、例えば、以下の式（１）に示す近似式を用いることができる。

Ｈ’＝Ｈ＊１０＾［１７７９．７５＊｛１／（Ｔ３＋２３７．３）－１／（Ｔ＋２３７．３）｝］
・・・式（１）
但し、Ｈ’は換算相対湿度、Ｈは入力部８ａより入力される屋内湿度、Ｔは入力部８ａより入力される屋内温度、Ｔ３は記憶部８ｄに記憶された計算用パラメータである第三基準温度である。なお、「＊」は四則演算の乗法、「／」は四則演算の除法を意味し、「＾」はべき乗を意味する。

例えば、式（１）において屋内湿度Ｈとして「８０」、屋内温度Ｔとして「５」、第三基準温度Ｔ３として「２４」という値を用いると、換算相対湿度Ｈ’として「２３」という値を計算することができる。また、式（１）において屋内湿度Ｈとして「２０」、屋内温度Ｔとして「５０」、第三基準温度Ｔ３として「２４」という値を用いると、換算相対湿度Ｈ’として「８３」という値を計算することができる。

ステップＳ０３は、出力能力値を更新するステップである。ここでは、処理部８ｂは、入力部８ａ及び記憶部８ｄから出力された各情報をもとに、出力能力値の更新を行い、ステップＳ０３に処理を進める。なお、更新の際に用いる計算式としては、例えば、以下の式（２）に示す速度型ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御式を用いることができる。

Ｒ＝Ｒ＋Ｋｐ＊［（ΔＸ０－ΔＸ１）
＋（１／Ｔｉ）＊ΔＸ０＋Ｔｄ＊｛（ΔＸ０－ΔＸ１）－（ΔＸ１－ΔＸ２）｝］
・・・式（２）
但し、Ｒは出力能力値であり、Ｋｐ、Ｔｉ、Ｔｄは記憶部８ｄに記憶された計算用パラメータであるＰＩＤパラメータであり、ΔＸ０、ΔＸ１、ΔＸ２は、それぞれ現在、１回前、２回前の「目標湿度－換算相対湿度」に基づく値である。変化の仕方にもよるが、一般に換算相対湿度が目標湿度より低い場合には、ΔＸ０が正の値を取り、出力能力値は増加する。一方、一般に換算相対湿度が目標湿度より高い場合には、ΔＸ０が負の値を取り、出力能力値は減少する。

ステップＳ０４は、更新された出力能力値に応じた回転出力値及び空調出力を決定するステップである。

まず、処理部８ｂは、記憶部８ｄに記憶された第一基準値と更新された出力能力値との間で大小関係の判定を行う（ステップＳ０４Ａ）。そして、処理部８ｂは、出力能力値が第一基準値以下である場合に、回転出力値を０ｒｐｍとし、空調出力を除湿とすることを決定する（ステップＳ０４ＡのＹＥＳ→ステップＳ０４Ｄ）。一方、処理部８ｂは、出力能力値が第一基準値を超える場合に、ステップ０４Ｂの判定に移る。本実施の形態では、第一基準値を「－５」に設定している。

ステップ０４Ｂにおいて、処理部８ｂは、記憶部８ｄに記憶された第二基準値と更新された出力能力値との間で大小関係の判定を行う。そして、処理部８ｂは、出力能力値が第二基準値より小さい場合に、回転出力値を０ｒｐｍとし、空調出力をオフとすることを決定する（ステップＳ０４ＢのＹＥＳ→ステップＳ０４Ｅ）。一方、処理部８ｂは、出力能力値が第二基準値以上である場合に、ステップ０４Ｃの判定に移る。本実施の形態では、第二基準値を「５」に設定している。

ステップ０４Ｃにおいて、処理部８ｂは、記憶部８ｄに記憶された第三基準値と更新された出力能力値との間で大小関係の判定を行う。そして、処理部８ｂは、出力能力値が第三基準値以下である場合に、回転出力値を第一回転出力値とし、空調出力をオフとすることを決定する（ステップＳ０４ＣのＹＥＳ→ステップＳ０４Ｅ）。本実施の形態では、第三基準値を「１５」に設定している。

一方、処理部８ｂは、出力能力値が第三基準値より大きい場合に、回転出力値を第二回転出力値とし、空調出力を暖房とすることを決定する（ステップＳ０４ＣのＮＯ→ステップＳ０４Ｇ）。

第一回転出力値は、図６に示す通り、出力能力値が第二基準値以上、且つ、第三基準値以下である場合の出力能力値に対する回転出力値を表す値である。また、第二回転出力値は、図６に示す通り、出力能力値が第三基準値を超える場合の出力能力値に対する回転出力値を表す値である。

ステップＳ０４における処理について具体的に説明する。

第一基準値は、調湿装置６が除湿運転を行うための出力能力値における閾値であり、出力能力値が第一基準値を下回った場合に調湿装置６は除湿運転を行う。具体的には、屋内湿度が目標湿度に対して高い値を取り、除湿の必要がある場合、式（２）に従って出力能力値が下降する。その結果、出力能力値が第一基準値を下回ると、調湿装置６における空調部７の空調出力が除湿となり、除湿運転が行われる（図６における出力能力値「－５」未満の部分）。

また、第二基準値は、調湿装置６が加湿運転を行うための出力能力値における閾値であり、出力能力値が第二基準値以上である場合に調湿装置６は加湿運転を行う。具体的には、屋内湿度が目標湿度に対して低い値を取り、加湿の必要がある場合、式（２）に従って出力能力値が上昇する。その結果、出力能力値が第二基準値以上となると、調湿装置６における加湿モータ６ｄが第一回転出力値に従って回転を行う（図６における出力能力値「５」以上「１５」以下の部分）。

したがって、出力能力値が第一基準値と第二基準値の間の値を取る場合には、調湿装置６はオフとなり、空調部７の空調出力はオフ、加湿モータ６ｄの回転数もゼロとなる（図６における出力能力値「－５」以上「５」未満の部分）。

また、第三基準値は、調湿装置６が加湿運転の出力を一段階上げるための出力能力値における閾値であり、出力能力値が第三基準値を上回った場合に調湿装置６は加湿運転の出力を一段階上げる。具体的には、出力能力値が第二基準値以上となってもなお屋内湿度が目標湿度に対して低い値を取り、加湿の必要がある場合、式（２）に従ってさらに出力能力値は上昇する。その結果、出力能力値が第三基準値を上回ると、調湿装置６における空調部７の空調出力が暖房となり、加湿モータ６ｄの回転数は第二回転出力値を取る（図６における出力能力値「１５」超「２５」以下の部分）。空調部７の空調出力が暖房となることで、加湿部６ｃに流入される給気流１５の温度が高くなり、給気流１５をより加湿することができる。

本実施の形態では、加湿モータ６ｄの回転出力値の制御可能範囲は、２０００ｒｐｍ～４０００ｒｐｍであるので、出力能力値の第二基準値「５」に対応する回転出力値を２０００ｒｐｍ、第三基準値「１５」に対応する回転出力値を４０００ｒｐｍとし、その間を線形に補間する形で第一回転出力値を設定している。また、第三基準値を上回り、空調出力を暖房とすることで加湿能力をさらに一段階上昇させた場合には、出力能力値の第三基準値「１５」に対応する回転数を２０００ｒｐｍ、出力能力値の上限値「２５」に対応する回転数を４０００ｒｐｍとし、その間を線形に補間する形で第二回転出力値を設定している。

具体的な式としては、第一回転出力値がＸ１＝２０００＋（Ｒ－５）＊２０００、第二回転出力値がＸ２＝２０００＋（Ｒ－１５）＊２０００となる。なお、Ｘ１は第一回転出力値、Ｘ２は第二回転出力値、Ｒは出力能力値を表す。

以上のように、制御部８は、まず屋内２の温度情報、屋内２の湿度情報を用いて、屋内２の温度が極端な場合であっても適切に除加湿を行うための換算相対湿度の計算を行う。そして、制御部８は、換算相対湿度及び目標湿度情報を用いて出力能力値を計算し、屋内２の加湿または除湿の必要性を判断し、加湿部６ｃにおける加湿モータ６ｄの回転出力値及び空調部７の空調出力情報を出力する。これにより、屋内２の換算相対湿度を目標湿度に近づけることが可能となる。

以上、実施の形態１に係る調湿機能付き熱交換形換気装置４によれば、以下の効果を享受することができる。

（１）調湿機能付き熱交換形換気装置４は、給気風路を経由して屋外３の空気を給気流１５として屋内２へ給気する給気ファン５ｈと、排気風路を経由して屋内２の空気を排気流１４として屋外３へ排気する排気ファン５ｇと、給気風路に設けられ、給気流１５に対して加湿または除湿を行う調湿装置６と、調湿装置６の運転動作を制御する制御部８と、を備える。そして、制御部８は、屋内２の相対湿度を目標湿度に近づける制御を行う際、屋内２の温度が第一基準温度以上、且つ、第二基準温度以下である場合には、屋内２の相対湿度を用いて目標湿度に近づける第一制御を行い、屋内２の温度が第一基準温度より小さい場合または第二基準温度より大きい場合には、屋内２の温度が第一基準温度と第二基準温度との間に設定される第三基準温度に変化したとして特定される換算相対湿度を用いて目標湿度に近づける第二制御を行うようにした。

これにより、調湿装置６による調湿運転動作を開始する際に屋内温度が極端に低い場合（第一基準温度より低い温度）あるいは極端に高い場合(第二基準温度より高い温度)に第一制御に代わって第二制御が実行されるので、調湿装置６によって除湿運転を開始した後、屋内空調によって屋内温度が高くなって相対湿度が低くなった段階で加湿運転に切り替わることあるいは調湿装置６によって加湿運転を開始した後、屋内空調によって屋内温度が低くなって相対湿度が高くなった段階で除湿運転に切り替わることが抑制される。これにより、調湿機能付き熱交換形換気装置４では、目標湿度に到達する時間の増加が抑制され、屋内２の快適性を保つことができる。

（２）調湿機能付き熱交換形換気装置４では、換算相対湿度は、屋内２の温度における相対湿度に対応する絶対湿度を維持して、屋内２の温度が第三基準温度に変化したとして算出される相対湿度とした。これにより、調湿機能付き熱交換形換気装置４は、日本の冬季に調湿装置６の運転を開始した直後、屋内２の温度が極端に低く、相対湿度が高い場合であっても（例えば、温度５℃相対湿度８０％）、常温として想定される第三基準温度（例えば、２４℃）まで温度が上昇した場合の相対湿度（温度５℃相対湿度８０％の絶対湿度４．３ｇのままで温度が２４℃になると相対湿度２３％）を目標湿度（例えば、５０％）に近づけるよう制御を行うため、調湿運転動作の開始時から、湿度不足と判断し、加湿運転を行うことができる。また、調湿機能付き熱交換形換気装置４は、日本の夏季に調湿装置６の運転を開始した直後、屋内２の温度が極端に高く、相対湿度が低い場合であっても（例えば、温度５０℃相対湿度２０％）、常温として想定される第三基準温度（例えば、２４℃）まで温度が下降した場合の相対湿度（温度５０℃相対湿度２０％の絶対湿度１５．６ｇのままで温度が２４℃になると相対湿度８３％）を目標湿度（例えば、５０％）に近づけるよう制御を行うため、調湿運転動作の開始時から、湿度過剰と判断し、除湿運転を行うことができる。つまり、屋内温度が極端に低い場合や極端に高い場合であっても、目標湿度に到達する時間の増加を抑制し、屋内２の快適性を保つことが可能な調湿機能付き熱交換形換気装置４とすることができる。

なお、湿度制御を絶対湿度で行った場合においては、屋内２の温度に関わらず、速やかに目標の絶対湿度に屋内絶対湿度を制御することが可能である。但し、この場合、屋内空調の設定温度において目標相対湿度が達成されるような絶対湿度を目標値として設定することが考えられるが、屋内２の空調によっては設定温度と異なる温度で屋内温度が安定することもあり、例えば屋内２の温度が設定温度より高い温度で安定した場合には、屋内２の相対湿度が下がり、快適性を損なってしまう。このような場合においても、調湿機能付き熱交換形換気装置４によれば、目標湿度に到達する時間の増加を抑制しながらも屋内２の快適性を保つことが可能な調湿機能付き熱交換形換気装置４とすることができる。

以上、本発明に関して実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施の形態１に係る調湿機能付き熱交換形換気装置４では、調湿装置６を構成する加湿部６ｃとして遠心破砕式のものを用いたが、これに限られない。例えば、加湿部６ｃとして、超音波によって水粒を飛散させる超音波式の構成、加熱によって水蒸気を発生させる加熱式の構成、水に塗れたフィルタ等に空気を通過させることで水分を気化させる気化式の構成、あるいは、これらの組み合わせた構成によるものであってもよい。これらを採用する場合、出力能力値に対応するパラメータ値として、超音波の振幅、加熱量、フィルタへの水分の滴下量を用いて対応させればよい。

本発明に係る調湿機能付き熱交換形換気装置は、運転動作を開始する際に屋内温度が極端に低い場合あるいは極端に高い場合であっても、目標湿度に到達する時間の増加を抑制し、屋内の快適性を保つことが可能であり、調湿機能を備えた換気装置として有用である。

１ 家屋
２ 屋内
３ 屋外
４ 調湿機能付き熱交換形換気装置
５ 熱交換形換気装置
５ａ 還気口
５ｂ 排気口
５ｃ 外気口
５ｄ 給気口
５ｅ 熱交換素子
５ｆ 湿度センサ
５ｇ 排気ファン
５ｈ 給気ファン
５ｉ 温度センサ
６ 調湿装置
６ａ 給気流入口
６ｂ 給気流出口
６ｃ 加湿部
６ｄ 加湿モータ
６ｅ 加湿ノズル
７ 空調部
８ 制御部
８ａ 入力部
８ｂ 処理部
８ｃ 出力部
８ｄ 記憶部
８ｅ 計時部
９ 還気風路
１０ 排気風路
１１ 外気風路
１２ 中継風路
１３ 給気風路
１４ 排気流
１５ 給気流
１６ 操作パネル

Claims (2)

1. 給気風路を経由して屋外の空気を給気流として屋内へ給気する給気部と、
   排気風路を経由して屋内の空気を排気流として屋外へ排気する排気部と、
   前記給気風路に設けられ、前記給気流に対して加湿または除湿を行う調湿装置と、
   前記調湿装置の運転動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、屋内の相対湿度を目標湿度に近づける制御を行う際、屋内の温度が第一基準温度以上、且つ、第二基準温度以下である場合には、屋内の相対湿度を用いて前記目標湿度に近づける第一制御を行い、屋内の温度が前記第一基準温度より小さい場合または前記第二基準温度より大きい場合には、屋内の温度が前記第一基準温度と前記第二基準温度との間に設定される第三基準温度に変化したとして特定される換算相対湿度を用いて前記目標湿度に近づける第二制御を行うことを特徴とする調湿機能付き換気装置。
2. 前記換算相対湿度は、屋内の温度における前記相対湿度に対応する絶対湿度を維持して、屋内の温度が前記第三基準温度に変化したとして算出される相対湿度であることを特徴とする請求項１に記載の調湿機能付き換気装置。

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