JP2017172901A - 換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の技術においては、太陽熱で外気を温め室内に供給し、暖房した後、外気より高温の排気の熱を利用せず、そのまま室内換気口及び隙間から屋外へ排気してしまうという問題があった。【解決手段】今回技術では、屋内へ外気を給気する給気送風機と、前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、前記排気側冷媒熱交換器は圧縮機、膨張弁で形成された冷凍サイクルに配置されており、今まで利用されていなかった排気熱を有効利用することで冷凍サイクルの効率を上昇させることができる。【選択図】図４

Description

本発明は、給気送風機と排気送風機を備え、外気温を昇温可能な箇所から屋内に給気するダクトが接続出来ると共に、室温と外気温との温度差を利用できる冷媒を用いた熱交換器を内部に有した換気装置に関する。

従来例としては、特許文献１に記載されたものが知られており、太陽光により加熱された屋外空気を屋内に取り込み屋内の暖房への利用や、太陽光により加熱された屋外空気を熱交換コイルで水の加熱に利用するもので、ハンドリングユニットと呼ばれるものであった。

特開２０１４−２３８２２７号公報

特許文献１におけるハンドリングユニットでは、太陽光により加熱された屋外空気を屋内暖房に使用する場合には、暖房される屋内については、高気密な住宅を前提としており、送り込まれた屋外空気を排出するための排気口を別に設ける必要があったが、排気口から排出される屋外空気と温度差の有る屋内空気が利用出来てないという問題があった。

特許文献１におけるハンドリングユニットについては、太陽光により加熱された屋外空気を屋内暖房と、温水の加熱に利用するだけであった。そのため、夜間や天候不良で太陽光での加熱が出来ない場合には暖房をすることが出来ず、夏季における冷房に対応することも出来なかったので、これに対応させようとすると、別に冷暖房設備を設ける必要があった。別に冷暖房設備を設けるためには、ハンドリングユニットとは別に設置場所が必要であることや、屋内温度の管理をするためには、ハンドリングユニットと別の冷暖房設備で統合して管理させる必要があり、二つの管理を並列して行うことは、複雑になるという問題があった。

また、特許文献１におけるハンドリングユニットを屋根や天井に取り付けた場合に、内部に水が循環する熱交換コイルがあることは、施工不良や経年劣化による水漏れが生じる可能性があり、屋内での漏水のおそれがあると言う問題があった。さらには、空気と水との熱交換については、空気と水の温度差が大きくないと熱交換が行われ難く、温度差が小さい場合の熱回収は効率が悪いという問題があった。

さらには、特許文献１におけるハンドリングユニットを取り付ける住宅には、太陽光で屋外空気を加熱するための流路（屋外空気の加熱手段）が屋根に設けられているが、屋外空気の加熱にだけしか、利用できてないという問題があった。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

第１発明の換気装置は、屋内へ外気を給気する給気送風機と、前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、前記排気側冷媒熱交換器が、冷媒と水を熱交換する水加熱用熱交換器、圧縮機、膨張弁で冷凍サイクルが形成されている。

第２発明の換気装置は、屋内へ外気を給気する給気送風機と、前記外気と冷媒を熱交換する給気側冷媒熱交換器と、前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、前記給気側冷媒熱交換器と前記排気側冷媒熱交換器が、冷媒と水を熱交換する水加熱用熱交換器、圧縮機、膨張弁で冷凍サイクルが形成されている。

第３発明の換気装置は、屋内へ外気を給気する給気送風機と、前記外気と冷媒を熱交換する給気側冷媒熱交換器と、前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、前記給気側冷媒熱交換器と前記排気側冷媒熱交換器が、屋外冷媒熱交換器、圧縮機、膨張弁で冷凍サイクルが形成されている。

第４発明の換気装置は、屋内へ外気を給気する給気送風機と、前記外気と冷媒を熱交換する給気側冷媒熱交換器と、前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、前記給気側冷媒熱交換器と前記排気側冷媒熱交換器が、冷媒と水を熱交換する水加熱用熱交換器、屋外冷媒熱交換器、圧縮機、四方弁、膨張弁で冷凍サイクルが形成されている。

第５発明の換気装置は、請求項１乃至請求項４記載の発明において、前記給気送風機の上流側にはダクトが取り付けられる複数の外気口および還気口が設けられ、前記複数の外気口および還気口には開閉弁が設けられている。

第６発明の換気装置は、請求項１乃至請求項５記載の発明において、前記排気送風機の下流側には排気ダクトが取り付けられる複数の排気口が設けられ、前記複数の排気口には開閉弁が設けられている。

第７発明の換気装置は、請求項１乃至請求項６記載の発明において、前記給気送風機の下流側に給気ダクトが取り付けられる一個以上の給気口が設けられ、前記一個以上の給気口には開閉弁が設けられている。

第８発明の換気装置は、請求項７記載の発明において、前記複数の外気口および還気口、前記複数の排気口、前記一個以上の給気口が一つの筐体の外面に備えられている。

以上のような、技術的手段を有することにより、以下の効果を有する。

第１発明によれば、換気装置は、屋内へ外気を給気する給気送風機と、前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、前記排気側冷媒熱交換器が、冷媒と水を熱交換する水加熱用熱交換器、圧縮機、膨張弁で冷凍サイクルが形成されていることで、排気の際に前記排気側冷媒熱交換器で屋内空気の排熱を回収し、冷凍サイクルの効率を上昇させることができる。また、温水を利用せず、冷媒によるものであるから、漏水の心配もなく、設置工事も簡単になる。

第２発明によれば、換気装置は、屋内へ外気を給気する給気送風機と、前記外気と冷媒を熱交換する給気側冷媒熱交換器と、前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、前記給気側冷媒熱交換器と前記排気側冷媒熱交換器が、冷媒と水を熱交換する水加熱用熱交換器、圧縮機、膨張弁で冷凍サイクルが形成されているので、給気の際に前記給気側冷媒熱交換器で外気の熱エネルギーを回収すると共に、排気の際に前記排気側冷媒熱交換器で屋内空気の廃熱を回収し、冷凍サイクルの効率を上昇させることができる。また、温水を利用せず、冷媒によるものであるから、漏水の心配もなく、設置工事も簡単になる。

第３発明によれば、換気装置は、屋内へ外気を給気する給気送風機と、前記外気と冷媒を熱交換する給気側冷媒熱交換器と、前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、前記給気側冷媒熱交換器と前記排気側冷媒熱交換器が、屋外冷媒熱交換器、圧縮機、膨張弁で冷凍サイクルが形成されているので、給気の際に前記給気側冷媒熱交換器で外気を冷却すると共に、排気の際に前記排気側冷媒熱交換器で冷却された屋内空気で冷媒の温度を下げることができるので、冷凍サイクルの効率を上昇させることができる。また、温水を利用せず、冷媒によるものであるから、漏水の心配もなく、設置工事も簡単になる。

第４発明によれば、換気装置は、屋内へ外気を給気する給気送風機と、前記外気と冷媒を熱交換する給気側冷媒熱交換器と、前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、前記給気側冷媒熱交換器と前記排気側冷媒熱交換器が、冷媒と水を熱交換する水加熱用熱交換器、屋外冷媒熱交換器、圧縮機、四方弁、膨張弁で冷凍サイクルが形成されているので、給気の際に前記給気側冷媒熱交換器で外気を冷却または暖房すると共に、排気の際に前記排気側冷媒熱交換器で冷却された屋内空気で冷媒の温度を下げるか、または廃熱を回収し、冷凍サイクルの効率を上昇させることができる。また、温水を利用せず、冷媒によるものであるから、漏水の心配もなく、設置工事も簡単になる。

第５発明によれば、第１発明乃至第４発明を利用し、換気装置は、前記給気送風機の上流側にはダクトが取り付けられる複数の外気口および還気口が設けられ、前記複数の外気口および還気口には開閉弁が設けられているので、屋根に外気を太陽光で暖める風路を設け、これを通過させる外気と通過しない外気を選択することが可能であるので、暖められた外気での換気を兼用した暖房や、暖められてない外気での換気を選択することが可能となる。

また、還気口が設けられているので、前述の暖められた外気や暖められてない外気に、屋内空気を混入させることが可能となるので、前記給気送風機に吸い込まれる空気の温度を調整した換気が可能となる。さらには、給気側冷媒熱交換器を使用する場合の冷媒の状態に合わせた通過する温度の調整も可能となる。

第６発明によれば、第１発明乃至第５発明を利用し、換気装置は、前記排気送風機の下流側には排気ダクトが取り付けられる複数の排気口が設けられ、前記複数の排気口には開閉弁が設けられているので、冬季や夏季での外気温や日射状況が異なった場合の排気をする場所の選択が可能となり、夏季においては、屋内の冷たい空気を屋根側に排出できれば、屋根から伝わる熱を抑制することができ、屋内における冷房効率の上昇も可能である。また、太陽光発電パネルが併設されている場合には、発電効率を上昇させることもできる。

第７発明によれば、第１発明乃至第６発明を利用し、前記給気送風機の下流側に給気ダクトが取り付けられる一個以上の給気口が設けられ、前記一個以上の給気口には開閉弁が設けられているので、例えば、給気する場所が狭ければ一個で十分に冷暖房できる。また、給気する場所が広くても、前記給気送風機の吹き出し温度によって、給気を送る場所を選択することができ、例えば、室温より冷たい空気の場合は、天井部分に、室温より暖められた空気は床下などにである。さらに、複数の部屋に個別に送ることも可能となる。

第８発明によれば、第７発明を利用し、換気装置は、前記複数の外気口および還気口、前記複数の排気口、前記一個以上の給気口が一つの筐体の外面に備えられているので、換気扇自体の設置場所の選択や、設置工事及び補修工事が容易になる。また、ダクトで外気を取り入れる箇所と排気する箇所が同一の場合には、一本のダクトを分岐して外気口と排気口に接続すれば良いので、ダクトの設置スペースが少なくて良いことや、ダクト工事が容易になる。

本発明の実施例１に係る換気装置の外観を表す斜視図である。 本発明の実施例１に係る換気装置の内部を説明する斜視図である。 本発明の実施例１に係る換気装置を屋内に設置し、冷凍サイクルとの関係を説明する模式図である。 本発明の実施例１に係る換気装置の第一の冷凍サイクルを説明する説明図である。 本発明の実施例１に係る換気装置の第一の冷凍サイクルの別の例を説明する説明図である。 本発明の実施例１に係る換気装置の第二の冷凍サイクルを説明する説明図である。 本発明の実施例１に係る換気装置の第三の冷凍サイクルを説明する説明図である。 本発明の実施例１に係る換気装置の第四の冷凍サイクルを説明する説明図である。 本発明の実施例１に係る換気装置の第五の冷凍サイクルを説明する説明図である。 本発明の実施例２に係る換気装置の外観を表す斜視図である。 本発明の実施例２に係る換気装置の内部を説明する斜視図である。 本発明の実施例２に係る換気装置の第六の冷凍サイクルを説明する説明図である。

発明を実施する形態について、図面に基づいて具体的に説明する。

本発明の換気装置１の外観について図１を用いて説明する。換気装置１は、略直方体の筐体を備えた外観となっており、大きく分けると、熱交換器室１１、フィルター室１２、給気送風機室１３と排気送風機室１４が結合した構成となっている。

熱交換器室１１、フィルター室１２、給気送風機室１３と排気送風機室１４が互いに結合する箇所についての略正方形となっており、熱交換器室１１、フィルター室１２、給気送風機室１３、排気送風機室１４が互いに結合する箇所については略正方形となっており、９０度回転させて取り付けることが可能となっている。

熱交換器室１１の上面には、第一外気口２１と、第二外気口２２が設けられている。また、熱交換器室１１の手前側側面には、第一還気口２８と第二還気口３１が設けられている。また、給気送風機室１３の上面には、第一給気口２６と第二給気口２７が、排気送風機室１４の上面側には、第一排気口３６と第二排気口３７が設けられている。

第一外気口２１、第二外気口２２、第一還気口２８、第一給気口２６、第二給気口２７、第一排気口３６と第二排気口３７には、換気装置１の外面から筒部が所定の長さ突出しており、前記筒部の内部に取り付けられた弁の開度の位置を検出可能な機構を有したモーターやサーボモーターで駆動するダンパー４１が夫々設けられている。
また、第一外気口２１、第二外気口２２、第一還気口２８、第一給気口２６、第二給気口２７、第一排気口３６、第二排気口３７、第二還気口３１の先端には、丸型のダクトを取り付けることが可能な形状となっている。なお、本実施例においては、ダクトの断面形状を丸型としているが、ダクトの断面形状を角型や楕円等であっても良い。

換気装置１の内部の部品配置について、図２を用いて説明する。図２は図１から第一外気口２１、第二外気口２２、第一還気口２８、第一給気口２６、第二給気口２７、第一排気口３６、第二排気口３７と第二還気口３１を取り外し、換気装置１の底板以外の外装を取り除いた状態を図示した図である。なお、取り除いた部分の形状については、破線により表している。

熱交換器室１１の部分には、給気側冷媒熱交換器２３と排気側冷媒熱交換器３２が取り付けられており、給気側冷媒熱交換器２３と排気側冷媒熱交換器３２の間には、熱交換器室１１を分割する熱交換器室仕切板１６が設けられている。フィルター室１２の部分には、フィルター２４が取り付けられている。また、給気送風機室１３には、給気送風機２５が取り付けられ、排気送風機室１４には、排気送風機３５が取り付けられている。

給気側冷媒熱交換器２３は、熱交換器室１１に第一外気口２１と第二外気口２２から取り入れられた屋外空気または第一還気口２８から取り入れられた屋内空気の何れか、または両方が通過する断面を塞ぐ様に、熱交換器室１１断面を斜めに横切って設けられている。なお、図２において、給気側冷媒熱交換器２３を熱交換器室１１の断面方向に直角に設けずに斜めにして設けているのは、給気側冷媒熱交換器２３の空気と冷媒との熱交換可能な面積を狭めることなく、熱交換器室１１ひいては換気装置１自体の大きさを小さくすることが可能になるからである。

給気側冷媒熱交換器２３は、冷媒が循環する熱伝導性の良い銅等の金属管と、金属管の熱伝導面積を広げるためのアルミニウム等の金属製のフィンより構成されている。給気側冷媒熱交換器２３で通過する空気の加熱を行う場合は、給気側冷媒熱交換器２３が凝縮器となる様に冷凍サイクルを構成し、金属管および金属製フィンの外表面を流れる屋外空気または屋内空気の何れかまたは両方に対して高温高圧の気体状の冷媒より熱が移動して冷媒は液化し、この際の凝縮熱で給気側冷媒熱交換器２３を通過する空気を加熱する。給気側冷媒熱交換器２３で通過する空気の冷却を行う場合には、給気側冷媒熱交換器２３が蒸発器となる様に冷凍サイクルを構成し、低温低圧の冷媒が蒸発する際の気化熱で給気側冷媒熱交換器２３を通過する屋外空気または屋内空気の何れかまたは両方から熱を奪う。

排気側冷媒熱交換器３２は、熱交換器室１１に第二還気口３１から取り入れられた屋内空気が通過する断面を塞ぐ様に、熱交換器室１１断面を斜めに横切って設けられている。なお、図２において、排気側冷媒熱交換器３２を熱交換器室１１の断面方向に直角に設けずに斜めにして設けているのは、給気側冷媒熱交換器２３と同様に熱交換器としての性能を損なわずに換気装置１自体の大きさを小さくすることが可能になるからである。

排気側冷媒熱交換器３２は、冷媒が循環する熱伝導性の良い銅等の金属管と、金属管の熱伝導面積を広げるためのアルミニウム等の金属製のフィンより構成されている。排気側冷媒熱交換器３２で、屋外空気よりも暖められている屋内空気の排熱を回収する場合には、排気側冷媒熱交換器３２を蒸発器となる様に冷凍サイクルを構成し、温められている屋内空気で冷媒を蒸発させることで、冷凍サイクルの効率を上昇させ、凝縮器側の加熱能力を向上させている。

排気側冷媒熱交換器３２で、屋外空気よりも冷やされている屋内空気の温度差を利用する場合には、排気側冷媒熱交換器３２を凝縮器となる様に冷凍サイクルを構成し、冷やされている屋内空気で冷媒を凝縮させことで、冷凍サイクルの効率を上昇させ、蒸発器の冷却能力を向上させる。

フィルター２４については、フィルター室１２の断面を横切る様に取り付けられており、フィルター室１２を通過する外気や屋内空気から塵埃を除去できる、天然繊維や合成繊維等の薄板状に加工した空気濾過材である。なお、フィルター室１２の外面からフィルター２４を着脱可能な様に、換気装置１の外部側面からフィルター２４を差し込んで取り付け取り外しが可能な構造となっている。フィルター２４の清掃や交換を容易にするためである。

給気送風機２５については、給気側冷媒熱交換器２３、フィルター２４により生じる圧力損失や、第一外気口２１、第二外気口２２および第一給気口２６に所定の長さに延長したダクトが取り付けられることを想定した状態で十分な風量が得られる送風機が選定されている。同様に、排気送風機３５についても、排気側冷媒熱交換器３２による圧力損失や、第一排気口３６と第二排気口３７に所定の長さに延長したダクトが取り付けられることを想定した状態で十分な風量が得られる送風機が選定されている。

本実施例において、給気送風機２５と排気送風機３５については、シロッコファンによって実施しているが、前述の送風能力が得られれば、その他の種類の送風機でも良い。

給気送風機２５、排気送風機３５、第一外気口２１、第二外気口２２、第一還気口２８、第一給気口２６、第二給気口２７、第一排気口３６と第二排気口３７の夫々に設けられているダンパー４１についての駆動部は電気が供給されることにより駆動し、屋内の適当な箇所に取り付けられた遠隔操作装置（図示せず）で設定された運転状況に合う様に制御基板（図示せず）によって制御されている。なお、後述する様に、給気側冷媒熱交換器２３と排気側冷媒熱交換器３２の近傍には、膨張弁６７や電磁弁７６が設けられており、同様に制御基板（図示せず）によって制御されている。

換気装置１に冷凍サイクルを組み合わせて、使用する例について、図３の模式図を用いて説明する。換気装置１は屋根９１、基礎９２と壁９３で囲まれた屋内６の天井７の近傍に設置されている。屋内６の居住空間が有効に利用できることや、ダクトの設置工事を考慮したもので、これらについて、問題がなければ、屋内６のその他の空間や、屋外、屋根９１の上でも良い。

換気装置１において、給気送風機２５が駆動することで、空気が流れる部分（以下、換気装置１の給気部と略す。）について説明する。第一外気口２１（ＯＡ１）には第一外気ダクト５１が取り付けられており、第一外気ダクト５１は、屋根９１に設置された屋根風路９と連接している。屋根９１は、太陽電池や空気式集熱装置などであってもよく、屋根風路９は、前記太陽電池の下側を通過する風路や空気式集熱装置内部にある風路でも良い。屋根風路９は、屋根９１の日射を受ける南面側設けられ、外面が太陽光により加熱されることで、外面からの熱が外気に熱移動させ易くするために、所定の長さを備えた風路である。屋根風路９から外気が換気装置１に吸い込まれると、日射がある時には、外気は暖められた状態で換気装置１に取り込まれる。

第二外気口２２（ＯＡ２）には第二外気ダクト５２が取り付けられており、第二外気ダクト５２は、北側の壁９３の近傍で、太陽光による影響を受け難い外気を換気装置１に取り込むことができる。第一還気口２８（ＲＡ１）は、換気装置１の近傍の屋内空気を給気用として換気装置１に取り込むことができる。

第一給気口２６（ＳＡ１）には給気ダクト５３が取り付けられており、給気ダクト５３の末端は床下８の内部で開口している。これにより、換気装置１に取り込まれた外気や屋内空気は床下８に送ることができる。なお、給気ダクト５３の末端は、床下８だけではなく、その近傍に開口しても良い。第二給気口２７（ＳＡ２）については、換気装置１に取り込まれた外気や屋内空気を換気装置１の近傍に送り出すことができる。また、床下に通じる流路がなく、給気を送る場所が狭い場合でも、第二給気口２７または第一給気口２６だけでも十分冷暖房できる。

換気装置１において、排気送風機３５が駆動することで、空気が流れる部分（以下、換気装置１の排気部と略す。）について説明する。第二還気口３１（ＲＡ２）は、換気装置１の近傍の屋内空気を排気用として換気装置１に取り込むことができる。第一排気口３６（ＥＡ１）には第一排気ダクト５６が取り付けられており、第一排気ダクト５６の末端は、屋外に開口している。

第二排気口３７（ＥＡ２）には第二排気ダクト５７が取り付けられており、第二排気ダクト５７は、屋根９１に設置された屋根風路９と連接している。これにより、屋根風路９に屋内空気を排気させて、屋根風路９が高温になっている場合には、屋根風路９と連接する屋根９１の温度を下げることができる。

第一外気ダクト５１と第二排気ダクト５７については、設置工事が簡単になるので、途中で合流する様に取り付けられている。なお、第二還気口３１についてのみ、ダンパー４１は設けられてない。第一排気口３６と第二排気口３７のダンパー４１で開閉すれば、流路の選択が可能で、本実施例では第二還気口３１を閉じる必要はないからである。

換気装置１の内部に設けられた給気側冷媒熱交換器２３と排気側冷媒熱交換器３２は、冷媒配管が、接続されており、冷凍サイクルが形成されている。冷凍サイクルとは、内部に熱エネルギーを運ぶ役割を果たす物質で、液体が気化するときに周囲の熱を奪うという性質を利用できる冷媒を循環させて形成されているものであり、冷媒の代表的なものとしては、プロパン、メタン、フロン、二酸化炭素やアンモニアなどがある。

この冷凍サイクルを形成させるものとして、換気装置１の外部で、通常は屋外には以下の部材が設けられている。水加熱用熱交換器６１、圧縮機６２、屋外冷媒熱交換器６３、四方弁６５、６６、膨張弁６７〜６９、電磁弁７１〜７６と逆止弁７８であり、各々が冷媒配管により連接されている。

水加熱用熱交換器６１については、内部に二つの流路を有しており、一方の流路を循環する冷媒が有する熱エネルギーを、もう一方の流路を循環ポンプ８１で循環する水や熱媒体（例えば、プロピレングリコール等の不凍液に防錆剤を添加した液）に移動させて、貯湯タンク８２の内部に貯えられた水を加熱するものである。実施例においては、貯湯タンク８２の内部に熱交換器８３が設けられ、間接的に貯湯タンク８２の内部の水を加熱しているが、熱交換器８３を設けずに、貯湯タンク８１内の水を直接加熱してもよい。

また、貯湯タンク８２で加熱された温水は、貯湯タンク８２の下部に連接された給水管８４に加えられた水圧で貯湯タンク８２の上部に連接した給湯管８５から浴槽８７等の温水が必要な場所の温水栓８６に送られ利用される。

圧縮機６２は電気的に駆動して、回転式（ロータリー式）や往復式（レシプロ式）等の方式により気体になった冷媒を圧縮し、高温高圧の気体にして冷媒を液化しやすくしている。なお、圧縮機６２については、好ましくは能力を可変することが可能な所謂インバーター制御対応とした方が、細かな能力制御が可能となる。

屋外冷媒熱交換器６３は、冷媒が循環する熱伝導性の良い銅等の金属管と、金属管の熱伝導面積を広げるためのアルミニウム等の金属製のフィンより構成されている。屋外冷媒熱交換器６３には、送風機６４が近傍に取り付けられており、給気側冷媒熱交換器２３、排気側冷媒熱交換器３２と水加熱用熱交換器６１で凝縮や蒸発を行う場合の凝縮不足や蒸発不足を解消させるための補助として設けられている。屋外冷媒熱交換器６３に冷媒が循環させる場合で必要な場合には、送風機６４を電気的に駆動させて、外気を屋外冷媒熱交換器６３に循環させることで凝縮器または蒸発器として稼働させている。

四方弁６５、６６は冷凍サイクルの流路を切り換える装置であり、四つの接続口を有している。電気的に駆動させることにより、内部で連通する四つの接続口の組合せを変更させて、二つの流路を切り換えている。

膨張弁６７〜６９は、冷媒配管の途中で液化した冷媒を減圧させて気化し易くさせるもので、電気的に駆動させることで通過する冷媒流量の調整が可能となっている。なお、冷媒流量を調整することで、冷媒の通過を遮断することが出来る。

電磁弁７１〜７６は、冷媒配管の途中で流路の遮断が可能な弁であり、冷凍サイクルの流路の切換えに用いられている。

逆止弁７８は、冷媒配管の途中で、冷媒の逆流を防止するための弁である。逆止弁７８については、外部からの制御ではなく機械的に作動する。

なお、図３の冷凍サイクルの模式図は、季節変化や、必要とされる機能が複数対応可能な冷凍サイクルの例であり、一つの機能に対応させるのであれば、膨張弁６７〜６９の一方や、四方弁６５、６６、電磁７１〜７６、逆止弁７８については省略して実施することができる。

また、膨張弁６７、電磁弁７１および逆止弁７８については、換気装置１の外部に設けても良いが、本実施例においては、換気装置１の筐体の内部に設けている。外部から保護が可能であることと、設置工事が楽になるからである。

図３の模式図において、圧縮機６２、四方弁６５、６６、膨張弁６７〜６９と電磁弁７１〜７６を駆動させて一つの冷凍サイクルとした第一の冷凍サイクルについて図４を用いて説明する。

図４の第一の冷凍サイクルの構成は、排気側冷媒熱交換器３２で、屋内空気からの熱エネルギーを回収して水加熱用熱交換器６１を介して、貯湯タンク８２に貯留する水を加熱する場合である。想定される状態としては、冬季における昼間の暖房と貯湯タンク８２で水の加熱を行う場合である。

換気装置１の給気部においては、給気送風機２５を駆動させ、第一外気口２１と第一給気口２６のダンパー４１だけを開き、排気部においては、排気送風機３５を駆動させ、第一排気口３６のダンパー４１だけを開いている。これにより、屋根風路９で暖められた外気を床下８に送って、屋内６の空気が対流することで、屋内６全体の暖房が行われ、第一排気ダクト５６から、外気よりも熱エネルギーを有している屋内６の空気が排出されている。

なお、第一給気口２６から、暖められた外気が屋内６に送り込まれているので、排気送風機３５を駆動させなくても、通常は屋内６にある隙間から屋内空気は排出される。しかしながら、給気送風機２５の静圧を高くしなければ、給気量を増大できないが、排気部において、第一排気口３６のダンパー４１を開くと共に、排気送風機３５も駆動されているので、給気送風機２５と排気送風機３５の静圧や風量等の能力を大きくする必要がない。

次に図４の第一の冷凍サイクルを駆動させた状態を説明する。電磁弁７３、７４、７５と、膨張弁６７で、冷媒配管の流路を遮断している。圧縮機６２が駆動すると、四方弁６５、６６で切り換えられている流路により、圧縮機６２の吐出側から、高温（例えば摂氏７０度）・高圧の気体の冷媒は水加熱用熱交換器６１に流れる。水加熱用熱交換器６１で水と熱交換して温度が下がり（例えば摂氏３５度）、液体の冷媒となり、膨張弁６８で減圧させた冷媒を排気側冷媒熱交換器３２で蒸発させて、さらに温度が下げられた（例えば摂氏１５度）気体の冷媒となり、四方弁６５で切り換えられている流路により、圧縮機６２の吸入側に戻る。

排気側冷媒熱交換器３２においては、屋内６の暖められた空気（例えば摂氏２０度）から、気体となった冷媒の温度を上げるので、少ない電力によって圧縮機６２での高温・高圧の気体の冷媒への圧縮が可能となり、冷凍サイクルでの効率が向上し、結果、屋内６の暖められた空気からの排熱の回収が行われる。

なお、前記の第一の冷凍サイクルを使用して、図５の様に、第一給気口２６のダンパー４１を閉じ、第二給気口２７のダンパー４１を開けた状態にすれば、屋内６の上部に屋根風路９で暖められた外気が送られるので、屋内６での暖房は行われず、屋根風路９で暖められた外気は、第二還気口３１からほとんど温度を下げることなく排気側冷媒熱交換器３２に送られるので、屋根風路９で暖められた外気からの熱エネルギーを直接に回収して水加熱用熱交換器６１を介して、貯湯タンク８２に貯留する水を加熱することもできる。

図３の模式図において、圧縮機６２、四方弁６５、６６、膨張弁６７〜６９と電磁弁７１〜７６を駆動させて一つの冷凍サイクルとした第二の冷凍サイクルについて図６を用いて説明する。

図６の第二の冷凍サイクルの構成は、給気側冷媒熱交換器２３で外気から熱エネルギーを回収すると共に、排気側冷媒熱交換器３２で屋内空気からの熱エネルギーを回収して、水加熱用熱交換器６１を介して、貯湯タンク８２に貯留する水を加熱する場合である。想定される状態としては、換気装置１で冷暖房を行わない中間期における昼間に貯湯タンク８２での水の加熱を行う場合である。

換気装置１の給気部においては、給気送風機２５を駆動させ、第一外気口２１と第二給気口２７のダンパー４１だけを開き、排気部においては、排気送風機３５を駆動させ、第一排気口３６のダンパー４１だけを開いている。これにより、屋根風路９で暖められた外気は、天井７付近だけが屋内６の暖房をすることなく、第二還気口３１に送られており、第一排気ダクト５６から、外気よりも熱エネルギーを有している暖められた空気が排出されている。

次に図６の第二の冷凍サイクルを駆動させた状態を説明する。電磁弁７１、７３、７４、７５で、冷媒配管の流路を遮断している。圧縮機６２が駆動すると、四方弁６５、６６で切り換えられている流路により、圧縮機６２の吐出側から、高温（例えば摂氏７０度）・高圧の気体の冷媒は水加熱用熱交換器６１に流れる。水加熱用熱交換器６１で水と熱交換して温度が下がり（例えば摂氏３５度）、液体の冷媒となり、膨張弁６８で減圧させた冷媒を排気側冷媒熱交換器３２と給気側冷媒熱交換器２３で蒸発させて、さらに温度が下げられた（例えば摂氏１５度）気体の冷媒となり、四方弁６５で切り換えられている流路により、圧縮機６２の吸入側に戻る。

排気側冷媒熱交換器３２においては、天井７付近の暖められた空気（例えば摂氏２０度）で、気体となった冷媒の温度を上げ、さらに、給気側冷媒熱交換器２３においては、屋根風路９で暖められた外気（例えば摂３０度）で、気体となった冷媒の温度を上げることを行うので、少ない電力で圧縮機６２による高温・高圧の気体の冷媒に圧縮することが可能となり、冷凍サイクルでの効率が向上し、結果、屋内６の暖められた空気からの排熱の回収が行われる。

図３の模式図において、圧縮機６２、送風機６４、四方弁６５、６６、膨張弁６７〜６９と電磁弁７１〜７６を駆動させて一つの冷凍サイクルとした第三の冷凍サイクルについて図７を用いて説明する。

図７の第三の冷凍サイクルの構成は、排気側冷媒熱交換器３２で、冷却された屋内空気を利用すると共に給気側冷媒熱交換器２３で冷房をする場合である。想定される状態としては、夏季における換気装置１で冷房を行う場合である。

換気装置１の給気部においては、給気送風機２５を駆動させ、第二外気口２２、第二給気口２７と第一還気口２８のダンパー４１だけを開き、排気部においては、排気送風機３５を駆動させ、第二排気口３７のダンパー４１だけを開いている。第一還気口２８からの屋内空気と屋外からの外気により、屋内６の冷房を行うもので、天井７付近に設置された換気装置１から給気側冷媒熱交換器２３で冷やされた屋内空気の温度より低い空気が吹き出されるので、屋内６の内部で冷やされた空気が対流して、屋内６全体の冷房が行われている。なお、給気部の第一還気口２８のダンパー４１については、開けたものと説明しているが、換気量を増加する必要がある場合や、外気温度に比較して屋内温度が高い状態の場合には、第一還気口２８のダンパー４１を閉める、または閉める方向に開度を調整しても良い。

夏季においては、日中にかぎらず、屋根９１は日射により蓄積された熱を有しており、屋内６での冷房の妨げとなっている。そこで、屋内６から排出される空気については、第一排気口３６は閉じた状態で、第二排気口３７のダンパー４１を開け、第二排気ダクト５７から、屋根風路９に流すことで、屋根９１を冷却し、屋内６の冷房の効果を向上することが可能となる。

次に図７の第三の冷凍サイクルを駆動させた状態を説明する。電磁弁７１、７４、７５と、膨張弁６８で、冷媒配管の流路を遮断している。圧縮機６２が駆動すると、四方弁６５、６６で切り換えられている流路により、圧縮機６２の吐出側から、高温（例えば摂氏７０度）・高圧の気体の冷媒は屋外冷媒熱交換器６３に流れる。屋外冷媒熱交換器６３で送風機６４による外気と熱交換して冷媒の温度を下げ、さらに、排気側冷媒熱交換器３２でさらに温度が下げられた（例えば摂氏３５度）液体の冷媒となり、膨張弁６７で減圧された冷媒を、給気側冷媒熱交換器２３で蒸発させて気体にすることで、給気側冷媒熱交換器２３での冷房が行われる。その後、四方弁６５で切り換えられている流路により、圧縮機６２の吸入側に戻る。

排気側冷媒熱交換器３２においては、屋内６の冷やされた空気（例えば摂氏２７度）で、液体である冷媒の温度を下げることが可能なので、少ない電力で圧縮機６２を運転することが可能となり、冷凍サイクルの効率が向上して、結果、屋内６の冷やされた空気を利用したエネルギーの低減が可能となる。

図３の模式図において、圧縮機６２、送風機６４、四方弁６５、６６、膨張弁６７〜６９と電磁弁７１〜７６を駆動させて一つの冷凍サイクルとした第四の冷凍サイクルについて図８を用いて説明する。

図８の第四の冷凍サイクルの構成は、排気側冷媒熱交換器３２で冷却された屋内空気を利用すると共に給気側冷媒熱交換器２３で冷房をし、同時に水加熱用熱交換器６１を介して、貯湯タンク８２に貯留する水を加熱する場合である。想定される状態としては、夏季における換気装置１で冷房を行うと同時に、貯湯タンク８２の水も加熱する場合である。

なお、第四の冷凍サイクルの場合に、水加熱用熱交換器６１に冷媒が循環する場合でも、循環ポンプ８１を循環させてない場合には、水加熱用熱交換器６１での冷媒から水への熱交換は行われず、この場合には、冷房だけとなる。

換気装置１の給気部においては、給気送風機２５を駆動させ、第二外気口２２、第二給気口２７と第一還気口２８のダンパー４１を開き、排気部においては、排気送風機３５を駆動させ、第二排気口３７のダンパー４１だけを開いている。第一還気口２８からの屋内空気と屋外からの外気により、屋内６の冷房を行うもので、天井７付近に設置された換気装置１から屋内空気の温度より低い空気が吹き出されるので、屋内６で空気が対流して、屋内６全体の冷房が行われている。なお、給気部の第一還気口２８のダンパー４１については、開けたものと説明しているが、換気量を増加する必要がある場合や、外気温度に比較して屋内温度が高い状態の場合には、第一還気口２８のダンパー４１を閉める、または閉める方向に開度を調整しても良い。

夏季においては、日中にかぎらず、屋根９１は日射により蓄積された熱を有しており、屋内６での冷房の妨げとなっている。そこで、屋内６から排出される空気については、第一排気口３６は閉じた状態で、第二排気口３７のダンパー４１を開け、第二排気ダクト５７から、屋根風路９に流すことで、屋根９１を冷却し、屋内６の冷房の効果を向上することが可能となる。

次に図８の第四の冷凍サイクルを駆動させた状態を説明する。電磁弁７１、７３、７５と、膨張弁６８で、冷媒配管の流路を遮断している。圧縮機６２が駆動すると、四方弁６５、６６で切り換えられている流路により、圧縮機６２の吐出側から、高温（例えば摂氏７０度）・高圧の気体の冷媒は水加熱用熱交換器６１に流れる。水加熱用熱交換器６１で水と熱交換して温度が下がり（例えば摂氏４５度）、液体の冷媒となり、屋外冷媒熱交換器６３に流れる。

屋外冷媒熱交換器６３で送風機６４による外気と熱交換して冷媒の温度を下げ、さらに、排気側冷媒熱交換器３２でさらに温度が下げられた（例えば摂氏３５度）液体の冷媒となり、膨張弁６７で減圧された冷媒を、給気側冷媒熱交換器２３で蒸発させて気体にすることで、給気側冷媒熱交換器２３での冷房が行われる。その後、四方弁６５で切り換えられている流路により、圧縮機６２の吸入側に戻る。

排気側冷媒熱交換器３２においては、屋内６の冷やされた空気（例えば摂氏２７度）で、液体である冷媒の温度を下げることが可能なので、少ない電力で圧縮機６２を運転することが可能となり、冷凍サイクルの効率が向上して、結果、屋内６の冷やされた空気を利用して使用するエネルギーの低減が可能となる。

図３の模式図において、圧縮機６２、送風機６４、四方弁６５、６６、膨張弁６７〜６９と電磁弁７１〜７６を駆動させて一つの冷凍サイクルとした第五の冷凍サイクルについて図９を用いて説明する。

図９の第五の冷凍サイクルの構成は、排気側冷媒熱交換器３２に屋内空気からの熱エネルギーを回収するとともに、給気側冷媒熱交換器２３で暖房をし、同時に水加熱用熱交換器６１を介して、貯湯タンク８２に貯留する水を加熱する場合である。想定される状態としては、冬季における換気装置１で暖房を行うと同時に、貯湯タンク８２の水も加熱する場合である。

なお、第五の冷凍サイクルの場合に、水加熱用熱交換器６１に冷媒が循環する場合でも、循環ポンプ８１を循環させてない場合には、水加熱用熱交換器６１での冷媒から水への熱交換は行われず、この場合には、暖房だけとなる。

換気装置１の給気部においては、給気送風機２５を駆動させ、第一外気口２１、第一給気口２６と第一還気口２８のダンパー４１だけを開き、排気部においては、排気送風機３５を駆動させ、第一排気口３６のダンパー４１だけを開いている。屋根風路９で暖められた外気を床下８に送って、屋内６の空気が対流することで、屋内６全体の暖房が行われている。

なお、冬季であるため、屋根風路９での加熱は十分にできない場合が多いので、後述する冷凍サイクルで給気側冷媒熱交換器２３を作動させて、不足している加熱量を補っている。また、給気部の第一還気口２８のダンパー４１については、屋根風路９で暖められた外気の温度が高すぎる場合に開けることによって外気温度の調整が可能となるが、換気量を増加する必要がある場合や、外気温度に比較して屋内温度が低い状態の場合には、第一還気口２８のダンパー４１を閉めるまたは、閉める方向に開度を調整しても良い。

次に図９の第五の冷凍サイクルを駆動させた状態を説明する。電磁弁７１、７４、７６と、膨張弁６８で、冷媒配管の流路を遮断している。圧縮機６２が駆動すると、四方弁６５、６６で切り換えられている流路により、圧縮機６２の吐出側から、高温（例えば摂氏７０度）・高圧の気体の冷媒は水加熱用熱交換器６１に流れる。水加熱用熱交換器６１で水と熱交換して温度が下がり（例えば摂氏４５度）、液体の冷媒となり、さらに給気側冷媒熱交換器２３に送られて、ここで、給気側冷媒熱交換器２３と給気送風機２５による暖房が行われる。

給気側冷媒熱交換器２３を出た液体の冷媒は、膨張弁６７で減圧させ、排気側冷媒熱交換器３２で暖められている屋内空気（例えば摂氏２０度）と熱交換されながら、蒸発して気体の冷媒（例えば摂氏１５度）になる。さらに、屋外冷媒熱交換器６３で送風機６４による外気と熱交換して冷媒の蒸発不足を解消し、四方弁６５で切り換えられている流路により、圧縮機６２の吸入側に戻る。

排気側冷媒熱交換器３２においては、屋内６の暖められた空気（例えば摂氏２０度）で、気体となった冷媒の温度を上げるので、少ない電力で圧縮機６２を運転することが可能となり、冷凍サイクルの効率が向上して、結果、屋内６の暖められた空気を利用したエネルギーの低減が可能となる。

本発明の換気装置２の外観について図１０を用いて説明する。実施例１の換気装置１との違いは、第二還気口３１ａについては、ダンパー４１を備えているもとであり、他の部分については実施例１と同様であるので同じ符号を附して、説明を省略する。

換気装置２の内部の部品配置について、図１１を用いて説明する。図１１は図１０から第一外気口２１、第二外気口２２、第一還気口２８、第一給気口２６、第二給気口２７、第一排気口３６、第二排気口３７と第二還気口３１ａを取り外し、換気装置２の底板以外の外装を取り除いた状態を図示した図である。なお、取り除いた部分の形状については、破線により表している。

熱交換器室１１の部分には、給気側冷媒熱交換器２３と排気側冷媒熱交換器３２が取り付けられており、給気側冷媒熱交換器２３と排気側冷媒熱交換器３２の間には、熱交換器室１１を分割する熱交換器室仕切板１６が設けられている。フィルター室１２の部分には、フィルター２４が取り付けられている。また、給気送風機室１３には、給気送風機２５が取り付けられ、排気送風機室１４には、排気送風機３５が取り付けられている。

熱交換器室１１の給気側冷媒熱交換器２３と排気側冷媒熱交換器３２、フィルター室１２のフィルター２４、給気送風機室１３の給気送風機２５、と排気送風機室１４の排気送風機３５については、実施例１と同様であるので、説明を省略する。

実施例２においては、熱交換器室１１を分割する熱交換器室仕切板１６に、ダンパー４１を備えた内部通気口１７が設けられている。第二還気口３１ａのダンパー４１が開けられた状態で、内部通気口１７のダンパー４１を閉めた状態の場合には、換気装置１と同様の状態となり、同様の機能が発揮できるので、実施例１における、第一の冷凍サイクル〜第五の冷凍サイクルについては、同様の実施をすることが可能であるので、説明を省略し、実施例２だけで、出来ることについて説明する。

実施例２においての、換気装置２と冷凍サイクルとの関係について、図１２を用いて説明する。図１２の第六の冷凍サイクルの構成は、排気側冷媒熱交換器３２で、換気扇装置２の内部において、直接に屋根風路９で暖められた外気からの熱エネルギーを回収して水加熱用熱交換器６１を介して、貯湯タンク８２に貯留する水を加熱する場合である。想定される状態としては、冷暖房が必要無い場合における貯湯タンク８２内部の水を加熱する場合である。

換気装置２の給気部においては、給気送風機２５は駆動させずに、第一外気口２１と内部通気口１７のダンパー４１だけを開き、排気部においては、排気送風機３５を駆動させ、第一排気口３６のダンパー４１だけを開いている。これにより、屋根風路９で暖められた外気を直接に排気側冷媒熱交換器３２に送り、屋内６に送って放熱させること無く外気からの熱エネルギーを直接に回収して水加熱用熱交換器６１を介して、貯湯タンク８２に貯留する水を加熱することもできる。

次に図１２の第六の冷凍サイクルを駆動させた状態を説明する。電磁弁７３、７４、７５と、膨張弁６７で、冷媒配管の流路を遮断している。圧縮機６２が駆動すると、四方弁６５、６６で切り換えられている流路により、圧縮機６２の吐出側から、高温（例えば摂氏７０度）・高圧の気体の冷媒は水加熱用熱交換器６１に流れる。水加熱用熱交換器６１で水と熱交換して温度が下がり（例えば摂氏３５度）、液体の冷媒となり、膨張弁６８で減圧させた冷媒を排気側冷媒熱交換器３２で蒸発させて、さらに温度が下げられた（例えば摂氏１５度）気体の冷媒となり、四方弁６５で切り換えられている流路により、圧縮機６２の吸入側に戻る。

排気側冷媒熱交換器３２においては、屋根風路９で暖められた外気（例えば摂氏３０度）より、冷媒が熱回収することが出来るので、少ない電力で圧縮機６２による高温・高圧の気体の冷媒にすることが可能となり、冷凍サイクルでの効率が向上し、結果、屋根風路９で暖められた外気を利用したエネルギーの低減が可能となる。

なお、前述の実施例に記載した数値は一例であり、この数値に限定されるものではなく、使用される部材の種類や性能等により、その例示した温度は変化する。また、四方弁６５、６６を用いるのではなく、電磁弁を複数用いて冷媒回路を切換える様にすることも可能である。

１、２：換気装置
６：屋内
７：天井
８：床下
９：屋根風路
１１：熱交換器室
１２：フィルター室
１３：給気送風機室
１４：排気送風機室
１６：熱交換器室仕切板
１７：内部通気口
２１：第一外気口
２２：第二外気口
２３：給気側冷媒熱交換器
２４：フィルター
２５：給気送風機
２６：第一給気口
２７：第二給気口
２８：第一還気口
３１、３１ａ：第二還気口
３２：排気側冷媒熱交換器
３５：排気送風機
３６：第一排気口
３７：第二排気口
４１：ダンパー
５１：第一外気ダクト
５２：第二外気ダクト
５３：給気ダクト
５６：第一排気ダクト
５７：第二排気ダクト
６１：水加熱用熱交換器
６２：圧縮機
６３：屋外冷媒熱交換器
６４：送風機
６５、６６：四方弁
６７、６８、６９：膨張弁
７１〜７６：電磁弁
７８：逆止弁
８１：循環ポンプ
８２：貯湯タンク
８３：熱交換器
８４：給水管
８５：給湯管
８６：温水栓
８７：浴槽
９１：屋根
９２：基礎
９３：壁

Claims (8)

1. 屋内へ外気を給気する給気送風機と、
   前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、
   前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、
   前記排気側冷媒熱交換器が、冷媒と水を熱交換する水加熱用熱交換器、圧縮機、膨張弁で冷凍サイクルが形成される換気装置。
2. 屋内へ外気を給気する給気送風機と、
   前記外気と冷媒を熱交換する給気側冷媒熱交換器と、
   前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、
   前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、
   前記給気側冷媒熱交換器と前記排気側冷媒熱交換器が、冷媒と水を熱交換する水加熱用熱交換器、圧縮機、膨張弁で冷凍サイクルが形成される換気装置。
3. 屋内へ外気を給気する給気送風機と、
   前記外気と冷媒を熱交換する給気側冷媒熱交換器と、
   前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、
   前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、
   前記給気側冷媒熱交換器と前記排気側冷媒熱交換器が、屋外冷媒熱交換器、圧縮機、膨張弁で冷凍サイクルが形成される換気装置。
4. 屋内へ外気を給気する給気送風機と、
   前記外気と冷媒を熱交換する給気側冷媒熱交換器と、
   前記屋内から屋内空気を排気する排気送風機と、
   前記屋内空気と冷媒を熱交換する排気側冷媒熱交換器を備え、
   前記給気側冷媒熱交換器と前記排気側冷媒熱交換器が、冷媒と水を熱交換する水加熱用熱交換器、屋外冷媒熱交換器、圧縮機、四方弁、膨張弁で冷凍サイクルが形成される換気装置。
5. 前記給気送風機の上流側にはダクトが取り付けられる複数の外気口および還気口が設けられ、前記複数の外気口および還気口には開閉弁が設けられている請求項１乃至請求項４記載の換気装置。
6. 前記排気送風機の下流側には排気ダクトが取り付けられる複数の排気口が設けられ、前記複数の排気口には開閉弁が設けられている請求項１乃至請求項５の換気装置。
7. 前記給気送風機の下流側に給気ダクトが取り付けられる一個以上の給気口が設けられ、前記一個以上の給気口には開閉弁が設けられている請求項１乃至請求項６記載の換気装置。
8. 前記複数の外気口および還気口、前記複数の排気口、前記一個以上の給気口が一つの筐体の外面に備えられている請求項７記載の換気装置。

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