JP5220102B2

JP5220102B2 - 熱交換換気装置

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Publication number: JP5220102B2
Application number: JP2010508065A
Authority: JP
Inventors: 勝高田; 茂樹大西; 秀元荒井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-04-16
Also published as: EP2275751A1; CN102007346A; US20110036541A1; EP2275751A4; KR20100120313A; JPWO2009128150A1; WO2009128150A1; CN102007346B

Description

本発明は、温度または湿度が異なる２つの気流間で顕熱の交換または潜熱の熱交換を行いながら換気する熱交換換気装置に関するものである。

特に夏季や冬季では室内外の温度差が大きいため、冷凍サイクルを利用した冷房機器または暖房機器を使用している室内の換気を行う際に外気をそのまま室内に導入すると、冷房機器または暖房機器の負荷が増大する。いわゆる換気負荷が増大する。

そこで、換気の際に室外から取り込まれる外気と室内からの排出される室内空気との間で熱交換素子により熱交換を行う熱交換換気装置が開発されている。この熱交換換気装置には、所望の換気風量を確保しながら熱交換を行って、排気（室内空気）から給気（外気）へ熱を回収することが求められる。また、熱交換換気装置が設置される建築物等の設計の自由度を確保するために、熱交換換気装置には小型化が求められる。例えば、居室を広く取るために天井裏の空間高さは極力低くなるよう考慮されるのが一般的であることから、天井裏等に設置される熱交換換気装置では、その高さをできるだけ低くすることが求められる。

例えば特許文献１に記載された空気調和機のように内部に加湿器を備え、室内空気吸込口から取り込んだ室内空気を加湿器により加湿する一方で他の室内空気吸込口から室内空気を取り込み、これら加湿した室内空気と加湿しない室内空気との間での熱交換素子により冷却された室内空気を室内に再び吹き出す空気調和機も知られているが、このような空気調和機は熱の損失が大きく、非効率的なものであるので、多くの熱交換換気装置では内部に熱源が配置されない。

近年では、熱交換効率の向上と機器の高さの低減とを両立するために、熱交換素子を１個ではなく複数個用いた種々の熱交換換気装置が提案されている。例えば特許文献２には、空気の流動方向に複数の熱交換素子が直列に配置された全熱交換器が記載されている。また、特許文献３には、導入流体の流入口および流出口と排出流体の流入口および流出口とを備えたケーシングに複数の熱交換器が収納された換気装置が記載されている。

熱交換効率を向上させるうえからは熱交換素子での風路径を小さくすることが好ましいが、熱交換素子での風路径を小さくすると、結氷により風路がより塞がれ易くなるため、最悪の場合熱交換素子に空気が流れず換気ができなくなることもある。すなわち、寒冷地で冬季に熱交換換気装置を運転すると、給気（外気）との熱交換により排気（室内空気）が冷却される結果として排気中の水蒸気が熱交換素子内で凝縮して結露が起こり易く、生じた露が冷やされて熱交換素子の風路内で氷結（結氷）が起こったまま熱交換換気装置を運転し続けると、氷が徐々に成長して該氷により熱交換素子の風路が閉塞されて換気ができなくなることがある。このため、結氷を防止するための工夫も種々なされている。

例えば特許文献４には、低温空気（外気）が流れる低温流路と、高温空気（室内空気）が流れる高温流路と、これら低温流路と高温流路との連通および分離を制御するダンパとを備え、高温空気を低温流路に流す凍結防止運転を必要時に行うことで高温流路での結氷を防止する熱交換換気装置が記載されている。

特許文献５には、外気を導入する低温空気導入口と、室内空気を導入する高温空気導入口と、熱交換換気装置に上記の外気または室内空気を供給する空気導出口と、低温空気導入口と高温空気導入口とを選択的に閉塞するダンパと、上記空気導出口の近傍に設けられて空気を加熱する加熱子とを備え、必要時に加熱子に通電して熱交換換気装置内の結氷を融解させる凍結防止装置が記載されている。

特許文献６には、筐体内を区画板により給気経路と排気経路とに区画し、これらの経路の交差部に熱交換エレメントを設け、該熱交換エレメントの上流側となる区画板に開口部を設けると共に該開口部に給気経路と排気経路とを連通させるダンパを設け、必要時にダンパを回動させて給気経路と排気経路とを連通させることで、熱交換エレメントに付着した霜を除去する熱交換換気装置が記載されている。

特許文献７には、熱交換器での室内空気の排気面に気流分離手段を設けることで、デフロスト運転により生じた水がその後に再氷結するのを防止した熱交換換気装置が記載されている。

特許文献８には、熱交換素子を通った高温空気（室内空気）の風路と熱交換素子を通る前の低温空気（外気）の風路とを仕切る仕切りに開口を設けると共に該開口にダンパを設け、必要時にダンパの動作を制御して上記の高温空気を上記の低温空気に混入させて再度室内に戻すことで、熱交換素子の凍結を防止しながら常時換気を行う熱交換換気装置が記載されている。
特開昭６１−１０７０２０号公報特開２００６−３３７０１５号公報特開２０００−１４６２５０号公報実開昭６２−１７７４３号公報特公平３−５０１８０号公報特開２００５−３３１１９３号公報特開２００１−２３５１９９号公報特開２００７−１７０７１２号公報

熱交換素子での結氷を防止することができる従来の熱交換換気装置ないし凍結防止装置は、いずれも、結氷防止運転（デフロスト運転）中に換気を停止するものであるか、給気（外気）と排気（室内空気）とを混合させるものであるため、結氷防止運転中は換気できなくなるか、換気量が低下する。したがって、結氷防止運転中の単位時間あたりの換気量を通常運転時の換気量と同程度にするためには、結氷防止運転中の処理風量を通常運転中の処理風量よりも多くしなければならず、結氷防止運転中の熱交換効率を通常運転中の熱交換効率と同程度に維持するためには、熱交換素子を大型化することが必要となる。

しかしながら、天井裏等の設置スペースとの関係から、熱交換素子の大型化は図り難い。また、熱交換素子での風路径を小さくすると結氷が起こり易くなるので、上記風路径を小さくすることで熱交換素子の大型化を抑えつつ熱交換効率を高めることも困難である。このため、熱交換素子での結露や結氷の防止しようとすると、熱交換換気装置での熱交換効率を犠牲にせざるを得ないことが多い。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、機器の高さ寸法を抑制しながら熱交換素子での結露や結氷の防止および熱交換効率の向上を図り易い熱交換換気装置を得ることを目的とする。

上記の目的を達成する本発明の熱交換換気装置は、外気を取り込んで室内に吹き出す給気風路と、室内空気を取り込んで室外に吹き出す排気風路と、給気風路を流下する外気と排気風路を流下する室内空気との間で熱交換を行う複数の熱交換素子とを備え、複数の熱交換素子が室外側から室内側にかけて直列に配置されている熱交換換気装置であって、最も室外側に配置された熱交換素子の顕熱交換効率は、該最も外側に配置された熱交換素子に隣接して室内側に配置された熱交換素子の顕熱交換効率よりも高いことを特徴とするものである。

上記の目的を達成する本発明の他の熱交換換気装置は、外気を取り込んで室内に吹き出す給気風路と、室内空気を取り込んで室外に吹き出す排気風路と、給気風路を流下する外気と排気風路を流下する室内空気との間で熱交換を行う複数の熱交換素子とを備え、複数の熱交換素子が室外側から室内側にかけて直列に配置されている熱交換換気装置であって、最も室外側に配置された熱交換素子の潜熱交換効率は、該最も室外側に配置された熱交換素子に隣接して室内側に配置された熱交換素子の潜熱交換効率よりも低いことを特徴とするものである。

上記の目的を達成する本発明の更に他の熱交換換気装置は、外気を取り込んで室内に吹き出す給気風路と、室内空気を取り込んで室外に吹き出す排気風路と、給気風路を流下する外気と排気風路を流下する室内空気との間で熱交換を行う複数の熱交換素子とを備え、複数の熱交換素子が室外側から室内側にかけて直列に配置されている熱交換換気装置であって、最も室外側に配置された熱交換素子の顕熱交換効率は、該最も室外側に配置された熱交換素子に隣接して室内側に配置された熱交換素子の顕熱交換効率よりも高く、最も室外側に配置された熱交換素子の潜熱交換効率は、該最も室外側に配置された熱交換素子に隣接して室内側に配置された熱交換素子の潜熱交換効率よりも低いことを特徴とするものである。

本発明の熱交換換気装置は、直列に配置された複数の熱交換素子を備えているので、１つの熱交換素子のみで熱交換を行う場合に比べて熱交換効率を高めることができる。その結果として、１つの熱交換素子のみで熱交換を行う熱交換換気装置より高さ寸法を小さくしても、当該熱交換換気装置と同等の熱交換効率を得ることができる。

また、本発明の熱交換換気装置のうち、最も室外側に配置された熱交換素子の顕熱交換効率が該最も室外側に配置された熱交換素子に隣接して室内側に配置された熱交換素子の顕熱交換効率よりも高いものでは、複数の熱交換素子それぞれの顕熱交換効率が同じである場合に比べ、最も室外側に位置する熱交換素子に流入する室内空気の温度が高くなるので、外気との熱交換時に当該熱交換素子に結露や結氷が生じ難い。一方、本発明の熱交換換気装置のうち、最も室外側に配置された熱交換素子の潜熱交換効率が該最も室外側に配置された熱交換素子に隣接して室内側に配置された熱交換素子の潜熱交換効率よりも低いものでは、複数の熱交換素子それぞれの潜熱交換効率が同じである場合に比べ、最も室外側に位置する熱交換素子に流入する室内空気の湿度が低くなるので、外気との熱交換時に当該熱交換素子に結露や結氷が生じ難い。

結露や結氷を抑えることができれば、熱交換素子での風路径を小さくしてその熱交換効率を向上させ易くなる。したがって、本発明の熱交換換気装置では、機器の高さ寸法を抑制しながら熱交換素子での結露や結氷の防止および熱交換効率の向上を図り易い。薄型で信頼性の高い熱交換換気装置を提供し易くなる。

図１は、本発明の熱交換換気装置の一例を概略的に示す縦断面図である。図２は、図１に示した熱交換換気装置に用いられている２つの熱交換ユニットを概略的に示す斜視図である。図３−１は、図１に示した熱交換換気装置に用いられている熱交換素子を概略的に示す斜視図である。図３−２は、図３−１に示した熱交換素子を概略的に示す正面図である。図４は、本発明の熱交換換気装置のうちで、複数の熱交換素子それぞれの体積および伝熱面積を変化させることによって個々の熱交換素子の調節したもの一例を概略的に示す縦断面図である。図５−１は、本発明の熱交換換気装置に使用可能な、断面が矩形の風路を有する熱交換素子の一例を概略的に示す斜視図である。図５−２は、図５−１に示した熱交換素子を概略的に示す正面図である。図６は、結露、結氷が抑えられている熱交換素子での前後差圧の経時変化、および結露、結氷が進んでいる熱交換素子での前後差圧の経時変化それぞれの測定結果の一例を示すグラフである。図７は、実施例１〜３、参考例１，２、および比較例１，２の各々で得た熱交換換気装置について求めた全熱交換効率および平均の圧力損失上昇速度比それぞれの測定結果を示す図表である。

符号の説明

１０筐体
１３ａ，１３Ｂ熱交換素子
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ熱交換ユニット
５０Ａ，５０Ｂ熱交換換気装置
ＳＦ給気風路
ＥＦ排気風路

以下、本発明の熱交換換気装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は下記の実施の形態に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の熱交換換気装置の一例を概略的に示す縦断面図であり、図２は、図１に示した熱交換換気装置に用いられている２つの熱交換ユニットを概略的に示す斜視図である。なお、図２に示した構成部材のうちで図１にも示されている構成部材については、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してある。

図１に示す熱交換換気装置５０Ａは、筐体１０と、筐体１０内の中央部に配置された２つの熱交換ユニット１５Ａ，１５Ｂと、筐体１０に取り付けられた外気吸い込み口２０ａ、外気吹き出し口２０ｂ、室内空気吸い込み口２５ａ、および室内空気吹き出し口２５ｂと、筐体１０内に配置された給気ファン３０と、筐体１０内に配置された排気ファン３５と、給気ファン３０および排気ファン３５の動作を制御する制御部（図示せず）とを備えている。

上記の筐体１０内には３つの水平隔壁３ａ，３ｂ，３ｃと４つの垂直隔壁５ａ，５ｂ，７ａ，７ｃとが設けられている。２つの水平隔壁３ａ，３ｂと２つの垂直隔壁５ａ，５ｂとは、筐体１０内の中央部やや室外側で互いに離隔しており、ここに第１熱交換ユニット１５Ａが配置されている。また、２つの水平隔壁３ｂ，３ｃと２つの垂直隔壁７ａ，７ｂとは、筐体１０内の中央部やや室内側で互いに離隔しており、ここに第２熱交換ユニット１５Ｂが配置されている。

図２に示すように、第１熱交換ユニット１５Ａは、枠体１１Ａと該枠体１１Ａに収容された熱交換素子１３Ａとを有しており、第２熱交換ユニット１５Ｂは、枠体１１Ｂと該枠体１１Ｂに収容された熱交換素子１３Ｂとを有している。これらの熱交換ユニット１５Ａ，１５Ｂは、熱交換素子１３Ａ，１３Ｂを横臥させた状態で、かつ一方の熱交換素子を流下した気流が他方の熱交換素子に流入するように、互いに直列に配置されている。

図１に示した筐体１０に取り付けられている外気吸い込み口２０ａは、筐体１０内での水平隔壁３ａ下方の空間に連通しており、外気吹き出し口２０ｂは、筐体１０内での水平隔壁３ｃ下方の空間に連通している。また、室内空気込み口２５ａは、筐体１０内での水平隔壁３ｃ上方の空間に連通しており、室内空気吹き出し口２５ｂは、筐体１０内での水平隔壁３ａ上方の空間に連通している。

給気ファン３０は、筐体１０内での水平隔壁３ｃ下方に配置されている。この給気ファン３０は制御部による制御の下に動作し、当該給気ファン３０を駆動させることにより、外気を取り込んで室内に吹き出す給気風路ＳＦが熱交換換気装置５０Ａ内に形成される。外気吸い込み口２０ａが給気風路ＳＦでの吸い込み口として機能し、外気吹き出し口２０ｂが給気風路ＳＦでの吹き出し口として機能する。外気吸い込み口２０ａから熱交換換気装置５０Ａ内に取り込まれた外気は、第１熱交換ユニット１５Ａを通って水平隔壁３ｂ上方の空間に流れ込み、ここから第２熱交換ユニット１５Ｂ、給気ファン３０、および外気吹き出し口２０ｂを介して室内に吹き出される。図１においては、給気風路ＳＦでの外気の流れを一点鎖線ＣＬ_１で示している。また、図２においては、外気の流れを一点鎖線の矢印Ａで示している。

排気ファン３５は、筐体１０内での水平隔壁３ａ上方に配置されている。この排気ファン３５は制御部による制御の下に動作し、当該排気ファン３５を駆動させることにより、室内空気を取り込んで室外に吹き出す排気風路ＥＦが熱交換換気装置５０Ａ内に形成される。室内空気吸い込み口２５ａが排気風路ＥＦでの吸い込み口として機能し、室内空気吹き出し口２５ｂが排気風路ＥＦでの吹き出し口として機能する。室内空気吸い込み口２５ａから熱交換換気装置５０Ａ内に取り込まれた室内空気は、第２熱交換ユニット１５Ｂを通って水平隔壁３ｂ下方の空間に流れ込み、ここから第１熱交換ユニット１５Ａ、排気ファン３５、および室内空気吹き出し口２５ｂを介して室外に吹き出される。図１においては、排気風路ＥＦでの室内空気の流れを二点鎖線ＣＬ₂で示している。また、図２においては、室内空気の流れを二点鎖線の矢印Ｂで示している。

このような構成を有する熱交換換気装置５０Ａは、熱交換素子１３Ａと熱交換素子１３Ｂ（図２参照）との組み合わせに特徴を有しているので、以下、図３−１および図３−２を参照して各熱交換素子１３Ａ，１３Ｂについて詳述する。

上記熱交換素子１３Ａ，１３Ｂの各々は、いずれも、直交流形の全熱交換素子である。図３−１に示すように、熱交換素子１３Ａでは、シート状を呈する仕切部材１３ａと波形を呈する間隔保持部材１３ｂとが交互に積層され、最も上の間隔保持部材１３ｂ上には、仕切部材１３ａと同じ構成の天板材１３ｃが積層されている。結果として、仕切部材１３ａとその下の間隔保持部材１３ｂとの間、および仕切部材１３ａとその上の間隔保持部材１３ｂとの間に、それぞれ、風路ＦＰが複数形成される。

仕切部材１３ａの下に形成された各風路ＦＰと当該仕切部材１３ａの上に形成された各風路ＦＰとは平面視したときに略直交し、仕切部材１３ａの下に形成された各風路ＦＰを流下する空気と当該仕切部材１３ａの上に形成された各風路ＦＰを流下する空気との間で、仕切部材１３ａを介して顕熱の交換および潜熱の交換が行われる。図３−１においては、外気の流れ方向を一点鎖線の矢印Ｃで示し、室内空気の流れ方向を二点鎖線の矢印Ｄで示している。なお、図３−１は、熱交換素子１３Ａを概略的に示す斜視図であり、仕切部材１３ａおよび間隔保持部材１３ｂの積層数は、実際の熱交換素子１３Ａでの積層数とは異なる。

図３−２は、図３−１に示した熱交換素子を概略的に示す正面図である。同図に示すように、熱交換素子１３Ａは、その熱交換効率を調節するために、仕切部材１３ａとその上もしくは下の間隔保持部材１３ｂとによって形成される風路のピッチ（幅）Ｐおよび高さＨが予め選定される。同じ材料を用いても、上記のピッチＰおよび高さＨを変えて熱交換素子を作製することにより、顕熱交換効率および潜熱交換効率がそれぞれ異なる直交流形の熱交換素子を得ることができる。

なお、熱交換素子１３Ｂ（図２参照）は、上述した熱交換素子１３Ａと同様の構成を有し、その外径寸法も熱交換素子１３Ａの外径寸法と略同じ直交流形の全熱交換素子であるが、上述したピッチＰおよび高さＨの各々が熱交換素子１３ＡでのピッチＰおよび高さＨとは異なり、その顕熱交換効率は熱交換素子１３Ａでの顕熱交換効率よりも低く、その潜熱交換効率は熱交換素子１３Ａでの潜熱交換効率よりも高い。すなわち、熱交換換気装置５０Ａ（図１参照）では、最も室外側に配置された熱交換素子１３Ａの顕熱交換効率が該熱交換素子１３Ａに隣接して室内側に配置された熱交換素子１３Ｂの顕熱交換効率よりも高く、かつ最も室外側に配置された熱交換素子１３Ａの潜熱交換効率が該熱交換素子１３に隣接して室内側に配置された熱交換素子１３Ｂの潜熱交換効率よりも低い。

上述の熱交換素子１３Ａと熱交換素子１３Ｂとが直列に配置された熱交換換気装置５０Ａでは、２つの熱交換素子１３Ａ，１３Ｂにより熱交換を行うので、１つの熱交換素子のみで熱交換を行う場合に比べて高い熱交換効率を得ることができる。そのため、１つの熱交換素子のみで熱交換を行う熱交換換気装置より高さ寸法を小さくしても、当該熱交換換気装置と同等の熱交換効率を得ることができる。

また、室外側の熱交換素子１３Ａの方が室内側の熱交換素子１３Ｂよりも顕熱交換効率が高いので、顕熱交換効率が互いに同じである２つの熱交換素子を用いた場合に比べ、熱交換素子１３Ａに流入する室内空気の温度が高くなって当該熱交換素子１３Ａの温度も高くなる。そのため、外気との熱交換時に熱交換素子１３Ａに結露や結氷が生じ難く、当該熱交換素子１３Ａよりも室外側の熱交換素子１３Ｂでは結露や結氷が更に生じ難い。

さらには、室内側の熱交換素子１３Ｂの方が室外側の熱交換素子１３Ａよりも潜熱交換効率が高いので、潜熱交換効率が互いに同じである２つの熱交換素子を用いた場合に比べて室内側の熱交換素子１３Ｂで積極的に潜熱の回収が行われ、熱交換素子１３Ａに流入する室内空気の湿度が低くなる。この点からも、外気との熱交換時に熱交換素子１３Ａに結露や結氷が生じ難い。

これらの理由から、熱交換換気装置５０Ａでは、熱交換素子１３Ａでの風路径を小さくしてその熱交換効率を向上させ易く、機器の高さ寸法を抑制しながら各熱交換素子１３Ａ，１３Ｂでの結露や結氷の防止を図ることも容易である。当該熱交換換気装置５０Ａでは、薄型で信頼性の高いものを得易い。

また、熱交換換気装置５０Ａにデフロスト機能を付与した場合には、デフロスト運転の間隔を長くすることができる。デフロスト運転中は、排気（室内空気）からのエネルギー回収を実質的に行うことができず、また室内に吹き出される給気（外気）の温度は、熱交換素子に付着した氷を解かした後のものであるために必ず室内空気よりも低温になるため、その後に行われる換気運転での負荷が増加し、エネルギーを余分に消費する。そのため、デフロスト運転の間隔が長くなることは、エネルギー回収量の増加や換気負荷の低減にもつながる。場合によってはデフロスト機能の省略や結露対策のためのドレンパンの省略が可能になるといった技術的効果も期待できる。

一般に熱交換換気装置では筐体が外気によって冷却されるため、当該熱交換換気装置での室外側の領域においては筐体自体や給気風路内、排気風路内に結露が生じ、それに起因して黴が発生することがあるが、熱交換換気装置５０Ａでは室外に排出される室内空気中の水分量が低減されるので、熱交換素子１３Ａ，１３Ｂ以外の領域での結露や結氷、および黴の発生が抑止されるといった技術的効果も期待できる。

実施の形態２．
熱交換素子での熱交換効率は、当該熱交換素子の体積や伝熱面積を変化させることによって調整することができる。また、潜熱交換効率は、熱交換素子の素材や、含ませる吸湿剤の量や種類によっても調節することができる。本発明の熱交換換気装置では、熱交換素子の体積や伝熱面積、あるいは熱交換素子に含ませる吸湿剤の量や種類を調整することによって、個々の熱交換素子の熱交換効率を調節してもよい。

図４は、複数の熱交換素子それぞれの体積および伝熱面積を変化させることによって個々の熱交換素子での熱交換効率を調節した熱交換換気装置の一例を概略的に示す縦断面図である。図４に示した構成部材のうちで図１に示した構成部材と機能が共通するものについては、各熱交換ユニット１５Ｃ，１５Ｄを除き、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。

同図に示す熱交換換気装置５０Ｂは、２つ熱交換ユニット１５Ｃ，１５Ｄを備えている。熱交換ユニット１５Ｃを構成する熱交換素子（図４には現れていない）は、熱交換ユニット１５Ｄを構成する熱交換素子（図４には現れていない）よりも大形であり、その顕熱交換効率は熱交換ユニット１５Ｄの熱交換素子の顕熱交換効率よりも高く、その潜熱交換効率は、熱交換ユニット１５Ｄを構成する熱交換素子の顕熱交換効率よりも低い。これらの熱交換素子を組み合わせて構成された熱交換換気装置５０Ｂは、実施の形態１で説明した熱交換換気装置５０Ａと同様の技術的効果を奏する。

以上、本発明の熱交換換気装置について実施の形態を２つ挙げて説明したが、前述のように、本発明は上述の形態に限定されるものではない。本発明の熱交換換気装置は、室外側から室内側にかけて直列に配置された複数の熱交換素子を備え、最も室外側に配置された熱交換素子の顕熱交換効率が該熱交換素子に隣接して室内側に配置された熱交換素子の顕熱交換効率よりも高いか、または、最も室外側に配置された熱交換素子の潜熱交換効率が該熱交換素子に隣接して室内側に配置された熱交換素子の潜熱交換効率よりも低いものであればよい。勿論、最も室外側に配置された熱交換素子の方が該熱交換素子に隣接して室内側に配置された熱交換素子よりも顕熱交換効率が高く、かつ潜熱交換効率が低いものであってもよい。

どのような熱交換素子を組み合せて用いるかは、熱交換換気装置に求められる熱交換特性に応じて適宜選定される。顕熱の熱交換と潜熱の熱交換の両方を行う全熱交換素子のみの組み合わせとすることもできるし、顕熱の交換のみを行う顕熱交換素子のみの組み合わせとすることもできるし、全熱交換素子と顕熱交換素子との組み合わせとすることもできる。また、直交流形に限らず、対向流形の熱交換素子を用いることも可能である。

既に説明したように、熱交換素子での熱交換効率は、当該熱交換素子での風路のピッチ（幅）Ｐおよび高さＨ（図３−２参照）を適宜選定することによって調節することもできるし、当該熱交換素子の体積や伝熱面積を変化させることによって調整することもできる。また、潜熱交換効率は、熱交換素子に使用する素材や、含ませる吸湿剤の量や種類によっても調節することができる。さらには、熱交換素子での各風路の形状によって熱交換効率を調節することも可能である。

図５−１は、断面が矩形の風路を有する熱交換素子の一例を概略的に示す斜視図であり、図５−２は、図５−１に示した熱交換素子を概略的に示す正面図である。これらの図に示す熱交換素子１１３は、１つの仕切部材１１３ａ上に平板状の間隔保持部材１１３ｂが複数枚立設されたものを１ユニットとして該ユニットを複数個積層したものであり、最も上のユニット上には、仕切部材１１３ａと同じ構成の天板材１１３ｃが積層されている。

このような熱交換素子１１３では、風路のピッチ（幅）Ｐおよび高さＨ（図５−２参照）の各々を図３−１または図３−２に示した熱交換素子１３Ａでのピッチ（幅）Ｐまたは高さＨと同程度にしても、材料が同じであれば、一般に、顕熱交換効率が若干低くなり、潜熱交換効率が若干高くなる。これは、次の理由による。

すなわち、間隔保持部材１３ｂが波形（コルゲート状）を呈する熱交換素子１３Ａでは、当該間隔保持部材１３ｂがフィンとして機能して伝熱面積が増加するものの、ある特殊なケースを除いて透湿面積を拡大させる効果はほとんどなく、むしろ間隔保持部材１３ｂと仕切部材１３ａとの総接着面積が熱交換素子１１３での総接着面積（間隔保持部材１１３ｂと仕切部材１１３ａとの総接着面積）よりも広くなることが多いため、正味の透湿面積が若干減少する傾向にあるからである。矩形断面の風路を有する熱交換素子と、間隔保持部材が波形（コルゲート状）を呈する熱交換素子とを組み合わせる場合には、前者を室内側に配置し、後者を室外側に配置することが一般には好ましい。

本発明の熱交換換気装置は、実施の形態１，２で説明した構成の他に、室内と室外の温湿度差が小さい春や秋等に熱交換素子を通さずに換気するための迂回風路、および当該迂回風路の開閉を制御する風路切換装置を備えていてもよい。また、デフロスト運転を行う際に用いられる風路切換部や、空気清浄に用いられるフィルター等を備えていてもよい。本発明の熱交換換気装置については、上述した以外にも種々の変形、修飾、組み合わせ等が可能である。以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述する。

実施例１．
室外側に配置する熱交換素子および室外側に配置する熱交換素子の各々として、図３−１に示した熱交換素子１３Ａと同様の構成を有する直交流形の全熱交換素子を用いて、図１に示した熱交換換気装置５０Ａと同様の構成の熱交換換気装置を得た。

このとき、室外側に配置する全熱交換素子での仕切部材は、ポリテトラフルオロエチレンを素材とする厚さ２５μｍの多孔質シートの表面にオキシエチレン基を含むポリウレタン系樹脂を薄くコーティングして非多孔質の親水性高分子薄膜とし、該親水性高分子薄膜の裏面に通気性の不織布を点接着した複合透湿膜を用いて作製した。間隔保持部材は、パルプとポリエチレン樹脂の繊維とを混抄した厚さ約１００μｍのシートを用いて作製した。当該全熱交換素子での風路のピッチＰは約４．３ｍｍであり、高さＨ（図３−２参照）は約１．８ｍｍである。この全熱交換素子を、以下、「素子Ｉ−Ａ」という。

また、室内側に配置する全熱交換素子での仕切部材は、セルロース繊維（パルプ）を叩解加工して仕切部材単体のガーレー透気度を２００秒／１００ｃｍ³以上にした秤量約２０ｇ／ｍ²の特殊加工紙に吸湿剤を添加したものにより作製し、間隔保持部材は坪量約７０ｇ／ｍ²の難燃紙により作製した。当該全熱交換素子での風路のピッチＰは約６．０ｍｍであり、高さＨは約２．４ｍｍである。この全熱交換素子を、以下、「素子II−Ｂ」という。

なお、仕切部材および間隔保持部材それぞれの平面視上の大きさおよび形状は各素子Ｉ−Ａ，II−Ａ間で互いに同じにし、素子Ｉ−Ａおよび素子II−Ｂの各々での仕切部材および間隔保持部材の総積層数は、各素子Ｉ−Ａ，II−Ｂの高さが同等となるように調整した。

実施例２．
気流の流路のピッチＰを約６．０ｍｍとし、高さＨを約２．４ｍｍとした以外は実施例１で説明した素子Ｉ−Ａと同じ構成を有する全熱交換素子（以下、この全熱交換素子を「素子Ｉ−Ｂ」という）を作製して室外側に配置し、他は実施例１と同様にして熱交換換気装置を得た。

実施例３．
実施例２で説明した素子Ｉ−Ｂを作製して室内側に配置し、他は実施例１と同様にして熱交換換気装置を得た。

実施例４．
実施例２で説明した素子Ｉ−Ｂと同じ構成を有し、仕切部材および間隔保持部材の積層方向と直交する方向の総幅寸法のみを素子Ｉ−Ｂでの総幅寸法よりも大きくした全熱交換素子を作製して室外側に配置し、かつ実施例１で説明した素子II−Ｂと同じ構成を有し、仕切部材および間隔保持部材の積層方向と直交する方向の総幅寸法のみを素子II−Ｂでの総幅寸法よりも小さくした全熱交換素子を作製して室内側に配置して、図４に示した熱交換換気装置５０Ｂと同様の構成の熱交換換気装置を得た。

実施例５．
実施例２で説明した素子Ｉ−Ｂと同じ構成を有し、仕切部材および間隔保持部材の積層方向の寸法のみを素子Ｉ−Ｂでの寸法よりも大きくした全熱交換素子を作製して室外側に配置し、かつ実施例１で説明した素子II−Ｂと同じ構成を有し、仕切部材および間隔保持部材の積層方向の寸法のみを素子II−Ｂでの寸法よりも小さくした全熱交換素子を作製して室内側に配置し、他は図１に示した熱交換換気装置５０Ａと同様の構成の熱交換換気装置を得た。なお、筐体内での各水平隔壁および各垂直隔壁の大きさは、熱交換ユニットとの間に隙間が生じないように適宜調整した。

参考例１．
実施例１で説明した素子Ｉ−Ａを用い、熱交換素子として当該素子Ｉ−Ａのみを備えた以外は図１に示した熱交換換気装置５０Ａと同様の構成の熱交換換気装置を得た。なお、筐体内での各水平隔壁および各垂直隔壁の大きさは、熱交換ユニットとの間に隙間が生じないように適宜調整した。

参考例２．
実施例２で説明した素子Ｉ−Ｂを用い、熱交換素子として当該素子Ｉ−Ｂのみを備えた以外は図１に示した熱交換換気装置５０Ａと同様の構成の熱交換換気装置を得た。なお、筐体内での各水平隔壁および各垂直隔壁の大きさは、熱交換ユニットとの間に隙間が生じないように適宜調整した。

比較例１．
室内側の熱交換素子としても素子Ｉ−Ｂを用いた以外は実施例２と同様にして、熱交換換気装置を得た。

比較例２．
室内側の熱交換素子としても素子Ｉ−Ａを用いた以外は実施例１と同様にして、熱交換換気装置を得た。

＜評価＞
実施例１〜３、参考例１，２、および比較例１，２の各々で得た熱交換換気装置について、全熱交換効率および平均の圧力損失上昇速度比を求めた。なお、平均の圧力損失上昇速度比は、参考例２の熱交換換気装置での平均の圧力損失上昇速度を「１」としたときの比である。各熱交換換気装置の平均の圧力損失上昇速度ＡＲは、外気の温度を−１０℃、室内空気の温度を２０℃にすると共に、外気の湿度を１００％ＲＨ、室内空気の湿度を５０％ＲＨとした条件下で各熱交換換気装置を運転し、運転開始時における室外側の熱交換素子での圧力損失ＰＤ₁と、運転開始から所定時間経過した時点における室外側の熱交換素子での圧力損失ＰＤ₂とを測定し、式ＡＲ＝（ＰＤ₂−ＰＤ₁）／Ｔにより求めた。式中の「Ｔ」は、圧力損失ＰＤ₁を測定してから圧力損失ＰＤ₂を測定するまでの経過時間を示す。

上記平均の圧力損失上昇速度ＡＲが大きいほど、熱交換素子内での結氷が進んでいることになる。結果として、熱交換素子での風路が早期に閉塞する。逆に、当該平均の圧力損失上昇速度ＡＲが小さいほど、熱交換素子内での結露、結氷が抑えられていることになる。参考として、結露、結氷が抑えられている熱交換素子での前後差圧の経時変化、および結露、結氷が進んでいる熱交換素子での前後差圧の経時変化それぞれの測定結果の一例を図６に示す。また、上記各熱交換換気装置についての全熱交換効率および平均の圧力損失上昇速度比それぞれの測定結果を図７に示す。

図７から明らかなように、実施例１〜３の各熱交換換気装置では、データのバラツキが若干あるものの、参考例１，２および比較例１，２の各熱交換換気装置に比べて全熱交換効率が高く、平均の圧力損失上昇速度は参考例１の熱交換換気装置と同程度かそれ以下に抑えられている。

本発明の熱交換換気装置は、家庭用および業務用の熱交換換気装置として好適であり、特に寒冷地で使用される熱交換換気装置として好適である。

Claims

外気を取り込んで室内に吹き出す給気風路と、室内空気を取り込んで室外に吹き出す排気風路と、前記給気風路を流下する外気と前記排気風路を流下する室内空気との間で熱交換を行う複数の熱交換素子とを備え、前記複数の熱交換素子が室外側から室内側にかけて直列に配置されている熱交換換気装置であって、
最も室外側に配置された熱交換素子の潜熱交換効率は、該最も室外側に配置された熱交換素子に隣接して室内側に配置された熱交換素子の潜熱交換効率よりも低いことを特徴とする熱交換換気装置。
外気を取り込んで室内に吹き出す給気風路と、室内空気を取り込んで室外に吹き出す排気風路と、前記給気風路を流下する外気と前記排気風路を流下する室内空気との間で熱交換を行う複数の熱交換素子とを備え、前記複数の熱交換素子が室外側から室内側にかけて直列に配置されている熱交換換気装置であって、
最も室外側に配置された熱交換素子の顕熱交換効率は、該最も室外側に配置された熱交換素子に隣接して室内側に配置された熱交換素子の顕熱交換効率よりも高く、最も室外側に配置された熱交換素子の潜熱交換効率は、該最も室外側に配置された熱交換素子に隣接して室内側に配置された熱交換素子の潜熱交換効率よりも低いことを特徴とする熱交換換気装置。