JP5219624B2 - 熱回収装置 - Google Patents

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本発明は、全熱交換器を用いた熱回収装置に関するものである。
従来の全熱交換器を用いた熱回収装置は室内空気を排気し、室外空気を給気する際にこれらの空気と熱交換する全熱交換器を備えて熱回収をしている。湿度を調節するために全熱交換器から流出する給気を加湿器に通過させることや、全熱交換器から流出する排気をヒートポンプの熱交換器に通すことなどが行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６-３１７０７８号公報（第３、４頁、図１）
しかしながら、上記従来の熱回収装置は、全熱交換器に流入する排気（還気）の湿度が低いために湿度交換効率が低い。そのため、熱回収率が低いという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、湿度交換効率を高くして熱回収率を高くする熱回収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、給気送風機により外気吸込口から外気を吸込み、全熱交換器の給気通路を通して給気口から室内に給気する給気路と、排気送風機により還気口から室内の還気を吸込み、前記全熱交換器の排気通路を通して排気口から室外に排気する排気路と、を備える熱回収装置において、前記還気口と前記全熱交換器の間の前記排気路に設置され液冷媒を蒸発させて前記還気を冷却して該還気の相対湿度を高くする冷却器と、前記冷却器と前記全熱交換器の間の前記排気路に設置され前記冷却された還気の湿度を検出し制御装置に出力する湿度センサと、前記湿度センサの出力に基づいて前記排気送風機又は給気送風機の送風量、若しくは前記冷却器の冷却熱量を制御する制御装置と、を備え、前記冷却器に結露が発生しないように前記還気の相対湿度が９０％を超えた場合には、前記冷却器の冷却熱量を減少させることを特徴とする。
この発明によれば、熱回収率の高い熱回収装置が得られる、という効果を奏する。
実施の形態１．
図１は、本発明の熱回収装置の実施の形態１を模式的に示す横断面図である。図１に示すように、熱回収装置１は、室外空気（外気）対室内空気（還気）の熱交換を行う全熱交換器２が、直方体の箱形に形成されたケーシング１ｃ内に格納され、同時給排気により、熱交換を行って熱回収を行ないながら室内の換気を行う。
熱回収装置１のケーシング１ｃ内には、給気送風機４により外気吸込口１１から外気を吸込み、全熱交換器２の給気通路２ａを通して給気口１２から室内に給気する給気路１ａと、排気送風機３により還気口１３から室内の空気（還気）を吸込み、全熱交換器２の排気通路２ｂを通して排気口１４から室外に排気する排気路１ｂと、が形成されている。
全熱交換器２の排気通路２ｂの上流側の排気路１ｂには、図示しないヒートポンプサイクルに接続された、還気の冷却器としての蒸発器５が設置されている。全熱交換器２の給気通路２ａの下流側の給気路１ａには、ヒートポンプサイクルに接続された、給気の加熱器としての凝縮器６が設置されている。
蒸発器５と全熱交換器２の排気通路２ｂとの間には、湿度センサ７が設置されている。湿度センサ７の計測値は、制御装置８に入力される。排気送風機３及び給気送風機４は、夫々制御線９、１０により制御装置８に接続され、制御装置８は、湿度センサ７の計測値に基づいて排気送風機３及び／又は給気送風機４の送風量を制御する。
次に、実施の形態１の熱回収装置１の作用について説明する。熱回収装置１の排気送風機３及び給気送風機４を作動させると、外気が外気吸込口１１から給気路１ａ内に流入し、全熱交換器２の給気通路２ａを通過する。その後、外気は、凝縮器６により加温され、給気口１２から室内へ給気される。
また、室内空気は、還気として還気口１３から排気路１ｂ内に流入し、顕熱交換器（冷却器）としての蒸発器５により冷却されて相対湿度が高くなる。相対湿度の値は、湿度センサ７により検出され、制御装置８に入力される。その後、還気は、全熱交換器２の排気通路２ｂを通過し、排気口１４から室外に排出される。
次に、熱回収装置１による換気運転の一例として、冬場条件である外気温度５℃、外気相対湿度５８．５％、室内温度２０℃、室内相対湿度５１．６％で運転した場合を比較する。凝縮器６及び蒸発器５による加温及び冷却を行わないとき、給気温度は１６．８℃、給気相対湿度は４４．２％であった。このときの温度交換効率は７８．７％、湿度交換効率は５１．５％で、全熱交換器としてのエンタルピー交換効率は６７．３％であった。
次に、蒸発器５により還気を冷却して換気運転を行なうが、蒸発器５に結露が発生しないように、湿度センサ７により還気の相対湿度を検出する。還気の相対湿度が、例えば、９０％を超えた場合には、制御装置８からの指令により、排気送風機３の風量を増大するか、給気送風機４の風量を減少するか、若しくは、蒸発器５の冷却熱量を少なくし、結露を防ぐ制御を行う。
蒸発器５により、還気の温度を１１℃までで冷却して換気運転を行なうと、還気の相対湿度は、略９０％となる。この状態で、全熱交換器２により外気と熱交換を行なうと、全熱交換器２の給気通路２ａの出口温度は、９．７℃、相対湿度は７９．４％となる。このときの温度交換効率は、７８．６％で略同じであるが、湿度交換効率は、６４．２％であり、１２．７％高くなる。その結果、エンタルピー交換効率は、６９．３％と２％高くなり、熱回収率が向上している。
なお、蒸発器５により還気の冷却を行なった場合、全熱交換器２の給気通路２ａの出口温度（９．７℃）は、冷却を行なわない場合（１６．８℃）に対して、７℃低くなっている。冬場であるので、低温の給気は好まれない。そこで、凝縮器６により給気を加温すれば、低温給気を回避することができる。還気の冷却（２０℃→１１℃に冷却）と同じ熱量で加温すれば、給気を９℃上昇させることができ、還気の冷却を行なわない場合と略同じ給気温度を確保することができる。
実施の形態１の熱回収装置１によれば、還気を、蒸発器５により、結露しない相対湿度（略９０％）まで冷却した後に、全熱交換器２を通過させ、吸気した外気と熱交換させることにより、エンタルピー交換効率を２％高くすることができ、熱回収率を向上させることができる。
なお、実施の形態１の熱回収装置１では、還気の冷却と給気の加温を、ヒートポンプサイクルの蒸発器５と凝縮器６により行ったが、冷水、温水を用いる冷却器、加熱器を用いても同様の効果が得られる。また、湿度センサ７として相対湿度を検出するセンサを用いたが、絶対湿度と温度を検出して相対湿度を推算する方式であってもよい。
実施形態２．
図２は、本発明の熱回収装置の実施の形態２を模式的に示す横断面図である。実施の形態２の熱回収装置２１において、実施の形態１の熱回収装置１と同等な部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
図２に示すように、実施の形態２の熱回収装置２１は、実施の形態１の熱回収装置１と同等な給気路１ａと排気路１ｂを備えるとともに、第２排気送風機２３により外気吸込口１１から外気を吸込み（導入し）、顕熱交換器２２の給気通路２２ａを通して第２排気口２４から室外に排気する通気路２１ａと、排気送風機３により還気口１３から室内空気を吸込み、顕熱交換器２２の排気通路２２ｂを通して全熱交換器２の排気通路２ｂに連通する第２排気路２１ｂと、が形成されている。顕熱交換器２２は、外気と還気とで湿度を交換せず顕熱のみを熱交換する。
顕熱交換器２２の排気通路２２ｂと全熱交換器２の排気通路２ｂとの間には、湿度センサ７が設置されている。湿度センサ７の計測値は、制御装置８に入力される。排気送風機３、給気送風機４及び第２排気送風機２３は、夫々制御線９、１０、２５により制御装置８に接続され、制御装置８は、湿度センサ７の計測値に基づいて排気送風機３、給気送風機４及び第２排気送風機２３の送風量を制御する。
次に、実施の形態２の熱回収装置２１の作用について説明する。熱回収装置２１の排気送風機３、給気送風機４及び第２排気送風機２３を作動させると、外気が外気吸込口１１から給気路１ａ内に流入し、給気路１ａと通気路２１ａとに分流して全熱交換器２の給気通路２ａ及び顕熱交換器２２の給気通路２２ａを通過する。
全熱交換器２の給気通路２ａを通過した外気は、凝縮器６により加温され、給気口１２から室内へ給気される。外気のうち顕熱交換器２２の給気通路２２ａを通過した外気は、第２排気口２４から排気される。
また、室内空気は、還気として還気口１３から第２排気路２１ｂ内に流入し、顕熱交換器２２の排気通路２２ｂを通過して外気と熱交換し、冷却されて相対湿度が高くなる。相対湿度の値は、湿度センサ７により検出され、制御装置８に入力される。その後、還気は、全熱交換器２の排気通路２ｂを通過し、排気口１４から室外に排出される。
実施の形態１の熱回収装置１の蒸発器５による還気の冷却の場合と同様に、顕熱交換器２２による熱交換においても、結露が発生しないように、湿度センサ７により還気の相対湿度を検出する。還気の相対湿度が、例えば、９０％を超えた場合には、制御装置８からの指令により、排気送風機３の風量を増大するか、給気送風機４の風量を減少するか、若しくは、第２排気送風機２３の風量を少なくし、結露を防ぐ制御を行う。
以上のように、本発明にかかる熱回収装置は、全熱交換器の湿度交換を促進して熱回収率を向上させ、室内空調負荷の省エネルギー化に貢献するものとして有用である。
本発明の熱回収装置の実施の形態１を模式的に示す横断面図である。 本発明の熱回収装置の実施の形態２を模式的に示す横断面図である。
符号の説明
１ 熱回収装置
１ａ 給気路
１ｂ 排気路
１ｃ ケーシング
２ 全熱交換器
２ａ 給気通路
２ｂ 排気通路
３ 排気送風機
４ 給気送風機
５ 蒸発器（冷却器）
６ 凝縮器
７ 湿度センサ
８ 制御装置
９，１０ 制御線
１１ 外気吸込口
１２ 給気口
１３ 還気口
１４ 排気口
２１ 熱回収装置
２１ａ 通気路
２１ｂ 第２排気路
２２ 顕熱交換器
２２ａ 給気通路
２２ｂ 排気通路
２３ 第２排気送風機
２４ 第２排気口
２５ 制御線

Claims (2)

  1. ケーシングに格納され、
    給気送風機により外気吸込口から外気を吸込み、全熱交換器の給気通路を通して給気口から室内に給気する給気路と、
    排気送風機により還気口から室内の還気を吸込み、前記全熱交換器の排気通路を通して排気口から室外に排気する排気路と、
    を備える熱回収装置において、
    前記還気口と前記全熱交換器の間の前記排気路に設置され液冷媒を蒸発させて前記還気を冷却して該還気の相対湿度を高くする冷却器と、
    前記冷却器と前記全熱交換器の間の前記排気路に設置され前記冷却された還気の湿度を検出し制御装置に出力する湿度センサと、
    前記湿度センサの出力に基づいて前記排気送風機又は給気送風機の送風量、若しくは前記冷却器の冷却熱量を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記冷却器に結露が発生しないように前記還気の相対湿度が９０％を超えた場合には、前記冷却器の冷却熱量を減少させることを特徴とする熱回収装置。
  2. 前記冷却器は、外気を導入して前記還気と熱交換する顕熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の熱回収装置。
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