JP4195651B2 - 冷暖房換気システム - Google Patents

Description

本発明は、地熱や換気の排熱を利用した冷暖房換気システムに関する。

従来、室内の換気により排気される排熱を熱源として利用する暖房用ヒートポンプシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。かかる暖房用ヒートポンプシステムは、天井裏に設けられた換気ファンの吹き出し側にヒートポンプの蒸発器を並設して、換気の排熱を蒸発器で吸収し、この熱をヒートポンプの凝縮器で放熱して屋内の暖房を行うように構成される。

また、従来、地熱を利用した自然冷房システムが知られている。この自然冷房システムの構成を説明すると、天井裏には室内の空気を循環させるためのファンが設けられており、このファンに熱交換器が並設されている。そして、熱交換器は、熱媒体が循環する循環回路を介して、地中に埋設された地中熱交換器と接続されている。熱媒体は、地中熱交換器を通過する際に、地中に放熱することにより冷却される。そして、この冷却された熱媒体がファンに並設された熱交換器を通過することにより、ファンにより送風される空気が冷却され、これにより、室内を冷房するものである。

ここで、上記暖房用ヒートポンプシステムと自然冷房システムとを共に家屋に設置するとなると、暖房用ヒートポンプシステム用の換気ファン及び蒸発器と、自然冷房システム用のファン及び熱交換器とを天井裏に設置しなければならない。このため、天井裏にかなりのスペースを必要とし、また、部品点数が多くコストがかかっていた。
特開昭６１−１９７９３３号公報（第２頁、第３図）

本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、必要なスペースが少なく、かつ部品点数を少なく抑えることにより低コストに構築できる冷暖房換気システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の冷暖房換気システムは、筐体内に換気ファンと換気熱交換器とを収納して成る換気装置と、地中に埋設された地中熱交換器と、室内を暖房する放熱器に接続されたヒートポンプと、地中熱交換器と換気熱交換器とヒートポンプとを経由するように熱媒体を循環させる循環回路と、前記筐体の前記換気ファンによる吸い込み側の部分に第１通風路を介して接続される、屋内の空気を排気する屋内排気口と、前記筺体の前記換気ファンによる吹き出し側の部分に第２通風路を介して接続される、屋外に空気を排気する屋外排気口と、前記筐体の前記換気ファンによる吸い込み側の部分に第３通風路を介して接続される、屋外から外気を取り入れる屋外給気口と、前記筺体の前記換気ファンによる吹き出し側の部分に第４通風路を介して接続される、屋内に外気を吹き出す屋内給気口とを備える。

そして、筐体に対する第１と第２の通風路を介しての屋内排気口と屋外排気口の連通を維持しつつ、筐体に対する第３と第４の通風路を介しての屋外給気口と屋内給気口の連通を遮断する第１の状態と、筐体に対する第３と第４の通風路を介しての屋外給気口と屋内給気口の連通を維持しつつ、筐体に対する第１と第２の通風路を介しての屋内排気口と屋外排気口の連通を遮断する第２の状態とに切換自在な風路切換手段を備え、暖房運転時には、ヒートポンプを作動させると共に、風路切換手段により第１の状態に切り換え、冷房運転時には、ヒートポンプを作動させずに、風路切換手段により第２の状態に切り換えることを特徴とする。

かかる構成によれば、暖房運転時には、屋内の空気が、換気ファンにより、屋内排気口から第１通風路、換気装置、第２通風路、屋外排気口を通過して排気される。そして、換気装置内に設けられた換気熱交換器により換気の排熱が吸収され、地中熱交換器で吸収された地熱と、換気熱交換器で吸収された換気の排熱とにより、ヒートポンプを介して放熱器により屋内の暖房が行われる。また、冷房運転時には、屋外の外気が、換気ファンにより、屋外給気口から第３通風路、換気装置、第４通風路、屋内給気口を通過して屋内へ供給される。そして、地中熱交換器で放熱し冷却された熱媒体が、換気熱交換器を通過することにより、換気ファンにより送風される外気が冷却され、これにより、室内の冷房が行われる。

このように、本発明は、換気ファンと換気熱交換器とが１つずつで構成されているため、必要なスペースが少なくて済み、また、部品点数も少なく抑えることができるためコストを削減することができる。

また、前記風路切換手段は、筐体内の換気ファンによる吸い込み側に設けられた第１ダンパーと、筐体内の換気ファンによる吹き出し側に設けられた第２ダンパーとからなり、第１ダンパーは、筐体に対する第１通風路の接続口と第３通風路の接続口とのいずれかを選択して閉塞するように構成され、第２ダンパーは、筐体に対する第２通風路の接続口と第４通風路の接続口とのいずれかを選択して閉塞するように構成されることが好ましい。

かかる構成によれば、筐体に対する第１〜第４の通風路の接続口を開閉するために、各接続口にそれぞれ１個ずつ、合計４個のダンパーを設けた場合と比較して、２個のダンパーで前記第１の状態と第２の状態とに切り換えることができるため、より部品点数を少なくすることができ、コストを削減することができる。

本発明の実施の形態を図１から図２を参照して説明する。図１は第１の実施形態の模式図、図２は第２の実施形態の模式図である。

第１実施形態の冷暖房換気システムは、図１に示すように、筐体１１内に換気ファン１２と換気熱交換器１３とを収納して成る換気装置１と、地中に埋設された地中熱交換器２と、室内を暖房する放熱器３１に図示省略した温水管路を介して接続されるヒートポンプ３と、地中熱交換器２と換気熱交換器１３とヒートポンプ３とを経由するように熱媒体を循環させる循環回路４とを備える。

ヒートポンプ３は、蒸発器３ａと、コンプレッサ３ｂと、凝縮器３ｃと、膨張弁３ｄと、蒸発器３ａとコンプレッサ３ｂと凝縮器３ｃと膨張弁３ｄとを経由して冷媒を循環させる冷媒循環回路３ｅとで構成される。

循環回路４は、地中熱交換器２の出口と換気熱交換器１３の入口とを結ぶ管路４ａと、換気熱交換器１３の出口とヒートポンプ３の蒸発器３ａの入口とを結ぶ管路４ｂと、蒸発器３ａの出口と地中熱交換器２の入口とを結ぶ管路４ｃとを備え、何れかの管路（図示例では管路４ａ）に介設したポンプ４ｄの作動で循環回路４に熱媒体が循環される。

屋内のホールＨには、屋内の空気を排気するための屋内排気口５１が設けられている。屋内排気口５１は筐体１１の換気ファン１２による吸い込み側の部分に第１通風路６１を介して接続される。家屋７の外壁には、屋外排気口５２が設けられている。屋外排気口５２は、筺体１１の換気ファン１２による吹き出し側の部分に第２通風路６２を介して接続される。

また、家屋７の外壁には、屋外から外気を取り入れる屋外給気口５３が設けられている。屋外給気口５３は筐体１１の換気ファン１２による吸い込み側の部分に第３通風路６３を介して接続される。ホールＨには、屋内給気口５４が設けられている。屋内給気口５４は筺体１１の換気ファン１２による吹き出し側の部分に第４通風路６４を介して接続される。

筐体１１内の換気ファン１２による吸い込み側には、第１ダンパー８１が設けられている。第１ダンパー８１は、筐体１１に対する第１通風路６１の接続口と第３通風路６３の接続口とのいずれかを選択して閉塞するように構成される。また、筐体１１内の換気ファン１２による吹き出し側には、第２ダンパー８２が設けられている。第２ダンパー８２は、筐体１１に対する第２通風路６２の接続口と第４通風路６４の接続口とのいずれかを選択して閉塞するように構成される。第１実施形態においては、第１ダンパー８１と第２ダンパー８２とにより、風路切換手段が構成される。そして、第１ダンパー８１と第２ダンパー８２は図示省略したコントローラにより後記する如く切換制御される。

コントローラは、上記ダンパー８１、８２に加えて、換気ファン１２と、循環回路４のポンプ４ｄと、ヒートポンプ３のコンプレッサ３ｂとを制御する。これを詳述するに、コントローラは、暖房運転時には、換気ファン１２とポンプ４ｄとを駆動すると共にコンプレッサ３ｂを駆動してヒートポンプ３を作動させる。また、筺体１１に対する第３通風路６３の接続口を閉塞するように第１ダンパー８１を切り換えると共に、筺体１１に対する第４通風路６４の接続口を閉塞するように第２ダンパー８２を切り換える。この状態が風路切換手段の第１の状態である。

また、コントローラは、冷房運転時には、換気ファン１２とポンプ４ｄとを駆動するが、コンプレッサ３ｂは駆動されず、ヒートポンプ３は不作動になる。更に、冷房運転時には、筐体１１に対する第１通風路６１の接続口を閉塞するように第１ダンパー８１を切り換えると共に、筐体１１に対する第２通風路６２の接続口を閉塞するように第２ダンパー８２を切り換える。この状態が風路切換手段の第２の状態である。

次いで、第１実施形態の作動について説明する。

まず、暖房運転時には、第１と第２の両ダンパー８１、８２の切り換えで筐体１１に対する第３通風路６３の連通と第４通風路６４の連通が遮断されるため、換気ファン１２により、屋内の空気は、室内排気口５１と第１通風路６１と換気装置１と第２通風路６２と室外排気口５２とを経由して、屋外へ排気される。

循環回路４を流れる熱媒体は、地中熱交換器２を通過する際に、地熱を吸収する。そして、熱媒体は、換気装置１内の換気熱交換器１３を通過して換気の排熱を吸収する。その後、熱媒体は、ヒートポンプ３の蒸発器３ａを通過し、ヒートポンプ３内を循環する冷媒を蒸発、気化させる。ヒートポンプ３は、蒸発器３ａからの冷媒をコンプレッサ３ｂを介して凝縮器３ｃに供給し、放熱器３１に接続された温水管路を循環する温水を加熱する。各放熱器３１は温水の放熱により各部屋Ｒの暖房を行う。放熱器３１により暖められた各部屋Ｒの空気はドアＤのアンダーカットを通過し、ホールＨへ流れる。そして、ホールＨに設けられた屋内排気口５１から換気装置１に吸引され、換気熱交換器１３で上記の如く換気の排熱が熱媒体に吸収される。また、各部屋Ｒには、換気口９が設けられており、この換気口９から外気が屋内へ供給される。図に示す実線の矢印は暖房運転時における空気の流れを示している。

また、冷房運転時には、第１と第２の両ダンパー８１、８２の切り換えで筐体１１に対する第１通風路６１の連通と第２通風路６２の連通が遮断されるため、換気ファン１２により、外気が、屋外給気口５３と第３通風路６３と換気装置１と第４通風路６４と屋内給気口５４とを経由して、屋内へ供給される。

循環回路４を流れる熱媒体は、換気熱交換器１３を通過する際に、外気の熱を吸収する。そして、熱媒体は、不作動状態のヒートポンプ３の蒸発器３ａを素通りして地中熱交換器２へ流れる。冷房運転を行う時期（夏季）は、外気の温度よりも地熱の温度の方が低くなっているため、熱媒体は、地中熱交換器２を通過する際に、地中に放熱する。放熱により冷却された熱媒体は、換気熱交換器１３へと戻り、再び外気の熱を吸収する。このため、熱を奪われて冷却された外気が室内給気口５４から屋内のホールＨに供給されることとなる。ホールＨに供給された外気は、ドアＤのアンダーカットを通過して各部屋Ｒへ流れる。そして、各部屋Ｒに設けられた換気口９を介して屋外へ排気される。図に示す点線の矢印は冷房運転時における外気の流れを示している。

次いで、第２実施形態について図２を参照して説明する。

第２実施形態の冷暖房換気システムは、風路切換手段が異なる以外は第１実施形態とすべて同一の構成であり、同一の符号が付されている。第２実施形態の風路切換手段は、第１〜第４のダンパー８３、８４、８５、８６で構成される。第１ダンパー８３は、筐体１１に対する第１通風路６１の接続口を開閉するように設けられている。同様に、第２〜第４のダンパー８４、８５、８６は、筐体１１に対する第２〜第３の通風路６２、６３、６４の各接続口を開閉するように設けられている。

暖房運転時は、第１ダンパー８３及び第２ダンパー８４により筐体１１に対する第１・第２通風路６１、６２の両接続口を開口すると共に、第３ダンパー８５及び第４ダンパー８６により筐体１１に対する第３・第４通風路６３、６４の両接続口を閉塞する。この状態が、第２実施形態の風路切換手段の第１の状態であり、換気ファン１２により、屋内の空気は、室内排気口５１と第１通風路６１と換気装置１と第２通風路６２と室外排気口５２とを経由して、屋外へ排気される。

また、冷房運転時は、第３ダンパー８５及び第４ダンパー８６により筐体１１に対する第３・第４通風路６３、６４の両接続口を開口すると共に、第１ダンパー８３及び第２ダンパー８４により筐体１１に対する第１・第２通風路６１、６２の両接続口を閉塞する。この状態が、第２実施形態の風路切換手段の第２の状態であり、換気ファン１２により、外気が、屋外給気口５３と第３通風路６３と換気装置１と第４通風路６４と屋内給気口５４とを経由して、屋内へ供給される。

上記第１と第２の両実施形態の冷暖房換気システムによれば、換気の排熱を利用した暖房用ヒートポンプシステムと、地熱を利用した自然冷房システムとを併用しているにもかかわらず、換気ファン１２と換気熱交換器１３とがそれぞれ１個で足り、そのため、必要なスペースが少なくて済み、また、部品点数も少なくしてコストを削減することができる。

また、第１実施形態によれば、第２実施形態と比較して、風路切換手段としてのダンパーの数が半分の２個で構成されているため、より部品点数を少なく抑えることができ、コストを削減することができる。

本発明の第１の実施形態の模式図。 本発明の第２の実施形態の模式図。

符号の説明

１…換気装置、 １１…筐体、 １２…換気ファン、 １３…換気熱交換器、 ２…地中熱交換器、 ３…ヒートポンプ、 ３ａ…蒸発器、 ３ｂ…コンプレッサ、 ３ｃ…凝縮器、 ３ｄ…膨張弁、 ３ｅ…冷媒循環回路、 ３１…放熱器、 ４…循環回路、 ５１…屋内排気口、 ５２…屋外排気口、 ５３…屋外給気口、 ５４…屋内給気口、 ６１…第１通風路、 ６２…第２通風路、 ６３…第３通風路、 ６４…第４通風路、 ７…家屋、 ８１〜８６…ダンパー、 ９…換気口。

Claims (2)

1. 筐体内に換気ファンと換気熱交換器とを収納して成る換気装置と、
   地中に埋設された地中熱交換器と、
   室内を暖房する放熱器に接続されたヒートポンプと、
   地中熱交換器と換気熱交換器とヒートポンプとを経由するように熱媒体を循環させる循環回路と、
   前記筐体の前記換気ファンによる吸い込み側の部分に第１通風路を介して接続される、屋内の空気を排気する屋内排気口と、
   前記筺体の前記換気ファンによる吹き出し側の部分に第２通風路を介して接続される、屋外に空気を排気する屋外排気口と、
   前記筐体の前記換気ファンによる吸い込み側の部分に第３通風路を介して接続される、屋外から外気を取り入れる屋外給気口と、
   前記筺体の前記換気ファンによる吹き出し側の部分に第４通風路を介して接続される、屋内に外気を吹き出す屋内給気口と、
   筐体に対する第１と第２の通風路を介しての屋内排気口と屋外排気口の連通を維持しつつ、筐体に対する第３と第４の通風路を介しての屋外給気口と屋内給気口の連通を遮断する第１の状態と、筐体に対する第３と第４の通風路を介しての屋外給気口と屋内給気口の連通を維持しつつ、筐体に対する第１と第２の通風路を介しての屋内排気口と屋外排気口の連通を遮断する第２の状態とに切換自在な風路切換手段とを備え、
   暖房運転時には、ヒートポンプを作動させると共に、風路切換手段により第１の状態に切り換え、冷房運転時には、ヒートポンプを作動させずに、風路切換手段により第２の状態に切り換えることを特徴とする冷暖房換気システム。
2. 前記風路切換手段は、筐体内の換気ファンによる吸い込み側に設けられた第１ダンパーと、筐体内の換気ファンによる吹き出し側に設けられた第２ダンパーとからなり、
   第１ダンパーは、筐体に対する第１通風路の接続口と第３通風路の接続口とのいずれかを選択して閉塞するように構成され、
   第２ダンパーは、筐体に対する第２通風路の接続口と第４通風路の接続口とのいずれかを選択して閉塞するように構成されることを特徴とする請求項１記載の冷暖房換気システム。

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