JP6617280B2 - 熱交換形換気システム - Google Patents

Description

本発明は、熱交換形換気システムに関するものである。

近年、ビルや住宅の省エネルギー化の需要が高まっており、太陽光や地中熱などの未利用エネルギーの利用などが盛んになっている。また一方で、エネルギーロスの削減についても取り組まれており、消費電力の多い空調の省エネルギー化が急務である。そこで、空調の負荷を低減する方法の一つに熱交換形換気システムが注目されている。

この種の熱交換形換気システムを構成する熱交換形換気装置の内部には、熱交換を行うための熱交換素子を備えており、外気と室内の空気が混合しない構成となっている。この熱交換素子には、温度と同時に湿度の交換も行うものとして全熱交換素子がある。

この様な熱交換形換気システムは、室内外の温湿度差の大きい寒冷地や熱帯地域において特に高い省エネルギー効果が得られるものである。ただし寒冷地では、全熱交換素子の内部において、低い温度の外気によって冷却された室内空気に含まれる水蒸気が結露し、結露した水が氷となるため全熱交換素子が目詰まりする。このため、寒冷地では全熱交換型素子の結露および凍結対策が必要であった。この対策として、熱交換形換気装置に流入、流出する空気を一部循環させることで、全熱交換素子の結露を防止し、凍結を抑える熱交換形換気装置向け結露防止装置が知られている。（例えば、特許文献１を参照）
以下、従来の結露防止装置について図８を参照しながら説明する。

図８に示すように、熱交換形換気装置１０１は外気吸入口１０３と給気口１０７を備え、結露防止装置１０２は、外気吸入口１０３に接続された外気吸入管１０４と、外気吸入管１０４に接続された外気分岐管１０６と、給気口１０７に接続された給気管１０８と、給気流１０９を二分割する給気分岐管１１０と、外気分岐管１０６と給気分岐管１１０を接続する循環気流管１１１とを備えた構成となっている。外気流１０５は熱交換形換気装置１０１の内部で熱交換されて給気流１０９となる。このため室外よりも室内の方が暖かい条件では、給気流１０９のほうが外気流１０５より温度が高い。また、給気流１０９は外気流１０５より静圧が高いため、給気流１０９の一部は循環気流管１１１を通風し、外気流１０５に混合される。これにより、外気流１０５の温度が上昇し、熱交換形換気装置の内部が冷却されて結露が生じ、その結露が凍結することを防ぐものである。

登録実用新案第３１９６８３４号公報

このような従来の結露防止装置は、給気を分岐させ、給気の一部を外気に混合し、熱交換形換気装置に流入する外気を流入する手前で予熱するものであり、給気を分岐させたことで給気風量が減少し、換気量を維持することができない課題があった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、寒冷地において全熱交換素子内部での結露を防止することで、全熱交換素子の凍結を抑えつつ、熱交換形換気装置の換気量を維持する熱交換形換気システム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、本発明に係る熱交換形換気システムは、室外の空気を吸入する外気吸入口と、室内へ給気を行う給気口と、室内の空気を吸入する室内空気吸入口と、室外へ排気を行う排気口と、前記外気吸入口と前記給気口とを連通する給気風路と、前記室内空気吸入口と前記排気口とを連通する排気風路と、前記給気風路と前記排気風路との間で全熱交換を行う全熱交換形換気装置と、を備え、前記給気風路と接続し給気風量を調節する給気風量調節装置と、室外の温度を検知する外気温度検知手段と、前記外気温度検知手段で検知した温度に基づき前記給気風量調節装置を制御する給気風量制御手段と、を備えたことを特徴とするものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明に係る熱交換形換気システムによれば、室外の空気を吸入する外気吸入口と、室内へ給気を行う給気口と、室内の空気を吸入する室内空気吸入口と、室外へ排気を行う排気口と、前記外気吸入口と前記給気口とを連通する給気風路と、前記室内空気吸入口と前記排気口とを連通する排気風路と、前記給気風路と前記排気風路との間で全熱交換を行う全熱交換形換気装置と、を備え、前記給気風路と接続し給気風量を調節する給気風量調節装置と、室外の温度を検知する外気温度検知手段と、前記外気温度検知手段で検知した温度に基づき前記給気風量調節装置を制御する給気風量制御手段と、を備えた構成にしたことにより、前記外気温度検知手段が、全熱交換素子の内部で凍結が生じると想定される温度を検知したとき、前記給気風量制御手段が前記給気風量調節装置を作動させ、全熱交換素子に通風する給気の風量を増加させて、乾燥した給気が増加することで、排気風路から給気風路への水蒸気の移動を促進し、排気風路で結露の発生を抑制できることから、寒冷地における全熱交換素子内部での結露および凍結を防止しつつ、全熱交換形換気装置の換気量を維持することができる。

本発明の実施の形態１にかかる熱交換形換気システムの設置例を示す概念図 同熱交換形換気システムの全熱交換形換気装置の構成を示す構成図 同熱交換形換気システムの全熱交換素子を示す斜視図 同熱交換形換気システムの全熱交換素子を示す分解斜視図 同熱交換形換気システムの構成例を示す構成図 同熱交換形換気システムの別構成例を示す構成図 同熱交換形換気システムの別構成例を示す構成図 従来の熱交換形換気装置に組み合わせられる結露防止装置の概念図

本発明に係る熱交換形換気システムは、室外の空気を吸入する外気吸入口と、室内へ給気を行う給気口と、室内の空気を吸入する室内空気吸入口と、室外へ排気を行う排気口と、外気吸入口と給気口とを連通する給気風路と、室内空気吸入口と排気口とを連通する排気風路と、給気風路と排気風路との間で熱交換を行う全熱交換形換気装置と、を備え、給気風路と接続し給気風量を調節する給気風量調節装置と、室外の温度を検知する外気温度検知手段と、外気温度検知手段で検知した温度に基づき給気風量調節装置を制御する給気風量制御手段と、を備えた構成を有する。

これにより、外気温度検知手段が、全熱交換素子の内部で凍結が生じると想定される温度を検知したとき、給気風量制御手段が給気風量調節装置を作動させ、全熱交換素子に通風する給気の風量を増加させて、乾燥した給気が増加することで、排気風路から給気風路への水蒸気の移動を促進し、排気風路で結露の発生を抑制できることから、寒冷地における全熱交換素子内部での結露および凍結を防止しつつ、全熱交換形換気装置
の換気量を維持するという効果を奏する。

また、給気風量調整装置が外気温度検知手段と給気風量制御手段を備え、給気風量調整装置を外気吸入口と全熱交換形換気装置との間に設けた構成としてもよい。これにより、外気温度検知手段を単独で設ける施工をせずに、給気風量調整装置が外気温を検知し、給気風量を増加させられるために、簡易的な施工で全熱交換素子内部での結露を防止しつつ、全熱交換形換気装置の換気量を維持することができるという効果を奏する。

また、外気温度検知手段を外気吸入口と全熱交換形換気装置との間に備え、給気風量調整装置を全熱交換形換気装置と給気口との間に備え、外気温度検知手段と給気風量調整装置とで通信を行う外気温度通信手段を備えた構成にしてもよい。これにより、外気温度検知手段の設置自由度が上がり、室内の温度影響等外乱の少ない外気温の測定値を用いて風量調整装置を制御することで、安定して全熱交換素子内部での結露および凍結を防止しつつ、全熱交換形換気装置の換気量を維持することができるという効果を奏する。さらに、外気に含まれる汚れを全熱交換形換気装置で浄化することで、給気風量調整装置に汚れが蓄積されにくいため、給気風量調整装置のメンテナンスの回数を削減できるという効果も奏する。

また、全熱交換形換気装置に外気温度検知手段を備え、給気風量調整装置を給気口と全熱交換形換気装置との間に備え、全熱交換形換気装置と給気風量調整装置との間で通信を行う熱交信号通信手段を備えた構成にしてもよい。これにより、全熱交換素子近傍で外気温度を検知することが可能となり、全熱交換素子内部で凍結が生じる温度を精度良く検知できるため、全熱交換素子内部での結露を防止しつつ、全熱交換形換気装置の換気量を維持することができるという効果を奏する。さらに、外気に含まれる汚れを全熱交換形換気装置で浄化することで、給気風量調整装置に汚れが蓄積されにくいため、給気風量調整装置のメンテナンスの回数を削減できる効果を奏する。

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。

（実施の形態１）
図１は、熱交換形換気システムが設置された２階建ての住宅を示す概念図である。図１に示すように、家１は排気のみを行う非居住空間、例えばトイレ、洗面所、浴室等と、給気と排気両方を行う居住空間、例えば寝室、リビング等から構成されている。また、熱交換形換気システムは、全熱交換形換気装置２と給気風量調整装置である給気補助ファン３とから構成され、熱交換形換気システムは家１の天井裏に設置されており、各部屋の給気と排気を行うため、全熱交換形換気装置２と給気補助ファン３と各部屋とがダクトで接続されている。

図２は熱交換形換気システムの全熱交換形換気装置２の構成を示す概念図である。図２に示すように、全熱交換形換気装置２は、室外の空気を吸入し室内へ供給するための給気ファン４と、室内の空気を吸入し室外へ排出するための排気ファン５を備え、給気ファン４により送風される給気流７と排気ファン５により送風される排気流８との間で温度と湿度を交換する全熱交換素子６を備える。給気流７は、屋外の外気吸入口１６から給気口１７まで連通する給気風路２０を通風し、排気流８は屋内空気の吸入口である室内吸入口１８から屋外の排気口１９まで連通する排気風路２１に通風している。

また、全熱交換素子６について、図３と図４を用いて以下に説明する。

図３は熱交換形換気装置の全熱交換素子を示す斜視図であり、図４は全熱交換形素子の分解斜視図である。全熱交換素子６は、図３、図４に示すように、間隔リブ２２に伝熱板２３を装着した成型品２４を所定の間隔で積層する構成となっている。すなわち、間隔リブ２２により保持された間隔をあけて成型品２４が積層される。成型品２４の間隔には、屋内空気２５と屋外空気２６とが一層ごとに交互に流れている。すなわち、全熱交換素子６は、屋内空気２５と屋外空気２６とを伝熱板を装着した成型品２４を挟んで流すことにより、熱交換および水分の交換を行う構造となっている。

ここで、課題として全熱交換素子６に凍結が生じるメカニズムについて説明する。冬季は全熱交換素子６にて排気流８の熱を用いて給気流７を温めるため、逆に排気流８は給気流７により冷却される。外気温が極めて低く、排気流８が氷点下まで冷却されると、空気中の水分が飽和し、保持しきれなくなった水分が結露して、全熱交換素子６に付着する。さらに、低温であることから結露した水分は凍結し、全熱交換素子６の排気流８が通過する風路を閉塞してしまう。

この課題に対し、全熱交換素子６を流れる給気流７を増加させることで対応することができる。以下詳細に説明する。

排気流８から給気流７への水分移動は、給気流７より排気流８の絶対湿度が高いことにより生じ、絶対湿度は乾燥空気１ｋｇに含まれる水分重量で示される。ここで、排気流８から給気流７へ水分が移動する際に、給気流７の風量を増加させることで、水分が移動することに伴う給気流７の絶対湿度の増加を抑制できる。すなわち、排気流８と給気流７との絶対湿度差の低下を抑制できることから、排気流８から給気流７への水分移動を促進できる。このことから、排気流８の水分量を減少させることができるため、排気流８の水分の飽和を抑制し、全熱交換素子６内部の結露を抑制することができる。

図５に熱交換形換気システムの概念図を示す。図５に示すように、熱交換形換気システムは、全熱交換形換気装置２と給気風量調節装置としての給気補助ファン３と、全熱交換形換気装置２と給気補助ファン３を接続する接続ダクト９と、外気温検知手段である温度センサ１０から構成されている。給気補助ファン３は、シロッコファン１１と、温度センサ１０により検知された温度に基づきシロッコファン１１の運転を制御する給気風量制御手段である制御基板１２から構成される。また、給気補助ファン３は給気風路２０内の接続ダクト９に接続されている。温度センサ１０は、全熱交換形換気装置２と室外を接続する外気接続ダクト１３の内部に設けられている。また、温度センサ１０と制御基板１２とは外気温度通信手段である信号線１４により配線されている。

温度センサ１０は既知の温度検知手段を用いることができ、例えば異種金属の接合部に生じる起電圧を利用した熱電対や測温抵抗体、半導体を用いた熱計測方式等を用いることができる。

この構成において、温度センサ１０に基づき測定した温度Ｔｘが、予め設定された全熱交換素子６の内部で凍結が生じると想定される温度Ｔｄ以下の温度を検知したとき、制御基板１２はシロッコファン１１を稼動させる信号を送る。一方で、温度Ｔｘが温度Ｔｄを超えた場合、シロッコファン１１を停止させる。このような制御により、温度センサ１０が全熱交換素子６の内部で凍結が生じると想定される温度を検知したとき、シロッコファン１１を稼動することで、全熱交換素子６に通風する給気風量が増加し、寒冷地において全熱交換素子６内部での結露および凍結を防止しつつ、全熱交換形換気装置２の換気量を維持することができる。

また、図６は給気補助ファン３内部に温度センサ１０を設けた本実施の形態に係る熱交換形換気システムの形態を示すものである。図６に示すように給気補助ファン３内に温度センサ１０を設け、給気補助ファン３を外気接続ダクト１３と全熱交換形換気装置２との間に接続し、全熱交換形換気装置２より給気風路２０の上流側に設けた構成にしても良い。この構成により、温度センサ１０を単独で設ける施工をせずに、制御基板１２が温度センサ１０の信号を処理し、シロッコファン１１を運転することで給気風量を増加させられるために、簡易的な施工で全熱交換素子６内部での結露を防止しつつ、全熱交換形換気装置２の換気量を維持することができる。

また、図７は全熱交換形換気装置２内部に温度センサ１０を備えた本実施の形態に係る熱交換形換気システムの形態を示すものである。図７に示すように、温度センサ１０を備えた全熱交換形換気装置２を備え、全熱交換形換気装置２より給気風路２０の下流側に給気補助ファン３を設け、全熱交換形換気装置２と給気補助ファン３との間で信号を送受信する熱交信号通信手段である熱交信号線１５を設ける構成にしてもよい。この構成により、全熱交換素子６近傍で外気温度を検知することが可能となり、全熱交換素子６内部で凍結が生じる温度を精度良く検知できる。検知した温度を熱交信号線１５で給気補助ファン３へ送信し、給気補助ファン３が給気風量を増すことで、全熱交換素子６内部での結露および凍結を防止しつつ、全熱交換形換気装置２の換気量を維持することができる。さらに、外気に含まれる汚れを全熱交換形換気装置２で浄化することで、給気補助ファン３に汚れが蓄積されにくいため、給気補助ファン３のメンテナンスの回数を削減できる。

なお、実施例において熱交換形換気システムを天井に設置したが、家の軒下や機械室等に設置しても良く、その効果に差異を生じない。

なお、シロッコファン１１は他の既知の種類のファンを用いてもよく、想定される風量と必要な静圧に応じて選定することができる。

なお、信号線１４および熱交信号線１５は、有線のコードを用いた接続のほか、無線通信を行っても良い。無線通信を行う場合、全熱交換形換気装置２と給気補助ファン３の施工自由度が増すため、より好適である。

なお、図６において温度センサ１０はシロッコファン１１の上流に設置したが、下流でも温度を検知することは可能である。ただし、上流に設置したほうが、シロッコファン１１の発熱の影響が少なく、より好適である。

本発明にかかる熱交換形換気システムは全熱交換素子の凍結を抑制し、寒冷地における熱交換形換気装置の換気量の維持を可能とするものであるので、換気に用いられる換気システムとして有用である。

１ 家
２ 全熱交換形換気装置
３ 給気補助ファン
４ 給気ファン
５ 排気ファン
６ 全熱交換素子
７ 給気流
８ 排気流
９ 接続ダクト
１０ 温度センサ
１１ シロッコファン
１２ 制御基板
１３ 外気接続ダクト
１４ 信号線
１５ 熱交信号線
１６ 外気吸入口
１７ 給気口
１８ 室内空気吸入口
１９ 排気口
２０ 給気風路
２１ 排気風路
２２ 間隔リブ
２３ 伝熱板
２４ 成型品
２５ 屋内空気
２６ 屋外空気

Claims (4)

1. 室外の空気を吸入する外気吸入口と、室内へ給気を行う給気口と、室内の空気を吸入する室内空気吸入口と、室外へ排気を行う排気口と、前記外気吸入口と前記給気口とを連通する給気風路と、前記室内空気吸入口と前記排気口とを連通する排気風路と、前記給気風路を流通する給気流と前記排気風路を流通する排気流との間で熱交換を行う全熱交換素子とを有する全熱交換形換気装置と、
   前記給気風路と接続し給気風量を調節する給気風量調節装置と、
   室外の温度を検知する外気温度検知手段と、
   前記外気温度検知手段で検知した温度に基づき前記給気風量調節装置を制御する給気風量制御手段と、
   を備え、
   前記給気風量制御手段は、前記外気温度検知手段が検知した温度が前記全熱交換形換気装置の内部で凍結が生じると想定される温度以下である場合に前記給気風量調節手段を作動させ、前記想定される温度を超える場合に前記給気風量調節手段を停止させることを特徴とする熱交換形換気システム。
2. 前記給気風量調節装置は前記外気温度検知手段と前記給気風量制御手段を備え、
   前記給気風量調節装置を前記外気吸入口と前記全熱交換形換気装置との間に設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換形換気システム。
3. 前記外気温度検知手段を前記外気吸入口と前記全熱交換形換気装置との間に設け、
   前記給気風量調節装置を前記全熱交換形換気装置と前記給気口との間に設け、
   前記外気温度検知手段と前記給気風量調節装置とで通信を行う外気温度通信手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換形換気システム。
4. 前記全熱交換形換気装置は前記外気温度検知手段を備え、
   前記給気風量調節装置を前記給気口と前記全熱交換形換気装置との間に設け、
   前記全熱交換形換気装置と前記給気風量調節装置との間で通信を行う熱交信号通信手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換形換気システム。