JP2020094800A - 除湿機能付き熱交換形換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】除湿に伴って生じる温度上昇が抑制された給気流を送風可能な除湿機能付き熱交換形換気装置を提供する。【解決手段】除湿機能付き熱交換形換気装置５０は、排気風路４を流通する排気流２と、給気風路５を流通する給気流３との間で熱交換する熱交換形換気装置１０と、給気流３に対して除湿する除湿装置３０を備える。除湿装置３０は、圧縮機３１と放熱器３２と膨張器３３と吸熱器３４とを含む冷凍サイクルと、第一流路３６を流れる空気と第二流路３７を流れる空気との間で熱交換する熱交換器３５を含む。除湿装置３０に導入された第一給気流３ａは、吸熱器３４、第一流路３６、放熱器３２の順に流通した後に、給気風路５に導出される。除湿装置３０に導入された第二給気流３ｂは、第二流路３７、放熱器３２の順に流通した後に、給気風路５に導出される。除湿装置３０に導入された排気流２は、放熱器３２を流通した後に、排気風路４に導出される。【選択図】図３

Description

本発明は、居住空間などに用いられる除湿機能付き熱交換形換気装置に関するものである。

従来、冷房あるいは暖房の効果を損なわずに換気できる装置として、換気の際に給気流と排気流との間で熱交換を行う熱交換形換気装置が知られている。

近年、地球温暖化の影響および住宅の気密性が向上したことにより、特に夏季において、室内の排熱および排湿が不足し、室内が高温多湿になるため、居住者にとって室内の快適性が損なわれることが懸念されている。夏季において室内の快適性を向上させるには、特に室内の湿度低下が重要であることから、室内の湿度を調整しながら熱交換換気を行う除湿機能付き熱交換形換気装置が求められている。このため、我々は、除湿機能付き熱交換形換気装置として、冷凍サイクルと熱交換器とを組み合わせた除湿装置を適用した熱交換形換気装置の開発を進めている。冷凍サイクルと熱交換器とを組み合わせた除湿装置としては、例えば、特許文献１に記載の除湿装置が知られている。

従来の除湿装置について図９を参照して説明する。

図９に示すように、従来の除湿装置１００は、空気吸込口１０１から本体ケース１０２内に吸い込んだ空気（空気Ｘ、空気Ｙ）を、除湿部１０３を通過させた後に、空気吹出口１０４から本体ケース１０２外に吹き出す構成となっている。除湿部１０３は、圧縮機１０５、放熱器１０６、膨張器１０７、吸熱器１０８の順に連結した冷凍サイクルと、吸熱器１０８と放熱器１０６との間に配置され、第一流路１０９を流れる空気Ｘと第二流路１１０を流れる空気Ｙとの間で熱交換する熱交換器１１１と、を備えている。

そして、第一流路１０９を流れる空気Ｘは、吸熱器１０８で冷却されて結露が発生する。この結露の発生により生じた結露水は回収される。一方、第二流路１１０を流れる空気Ｙは、吸熱器１０８によって冷却された空気Ｘと熱交換して冷却されて結露が発生する。この結露の発生により生じた結露水もまた回収される。これにより、従来の除湿装置１００では、高い除湿性能を確保している。

国際公開第２０１６／０３１１３９号

しかしながら、従来の除湿装置１００は、冷凍サイクルの放熱器１０６を冷却するために、除湿した空気を放熱器１０６に通過させる構成となっている。放熱器１０６では、吸熱器１０８によって吸熱されるエネルギーに加えて、圧縮機１０５によって冷凍サイクル内の冷媒を循環させるためのエネルギーが排熱されるため、放熱器１０６を通過した除湿後の空気の温度は、除湿前の空気の温度以上に上昇することになる。この結果、従来の除湿装置１００の除湿機構を熱交換形換気装置の給気風路に配置して除湿した場合には、除湿後の空気（温度上昇した空気）がそのまま給気流として室内に吹き出され、室内の快適性が損なわれるという課題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、除湿に伴って生じる温度上昇が抑制された給気流を送風可能な除湿機能付き熱交換形換気装置を提供するものである。

この目的を達成するために、本発明に係る除湿機能付き熱交換形換気装置は、室内の空気を室外に排出するための排気風路を流通する排気流と、室外の空気を室内へ給気するための給気風路を流通する給気流との間で熱交換する熱交換形換気装置と、給気流に対して除湿する除湿装置と、を備える。除湿装置は、圧縮機、放熱器、膨張器、吸熱器の順に連結して構成される冷凍サイクルと、第一流路を流れる空気と第二流路を流れる空気との間で熱交換する熱交換器と、を含む。除湿装置は、給気風路から熱交換形換気装置による熱交換後の給気流が導入されるとともに、排気風路から排気流が導入されるように構成される。除湿装置に導入された給気流の一部分は、吸熱器、熱交換器の第一流路、放熱器の順に流通した後に、給気風路に導出され、除湿装置に導入された給気流の他の部分は、熱交換器の第二流路、放熱器の順に流通した後に、給気風路に導出される。除湿装置に導入された排気流は、放熱器を流通した後に、排気風路に導出されることを特徴とするものである。

本発明によれば、除湿に伴って生じる温度上昇が抑制された給気流を送風可能な除湿機能付き熱交換形換気装置を提供することができる。

図１は、本発明の前提例に係る熱交換形換気装置の住宅における設置状態を示す模式図である。 図２は、本発明の前提例に係る熱交換形換気装置の構成を示す模式図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る除湿機能付き熱交換形換気装置の構成を示す模式図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係る除湿機能付き熱交換形換気装置の構成を示す模式図である。 図５は、本発明の実施の形態３に係る除湿機能付き熱交換形換気装置の構成を示す模式図である。 図６は、本発明の実施の形態４に係る除湿機能付き熱交換形換気装置の構成を示す模式図である。 図７は、本発明の実施の形態４に係る除湿機能付き熱交換形換気装置の除湿運転時のモリエル線図である。 図８は、本発明の実施の形態５に係る除湿機能付き熱交換形換気装置の構成を示す模式図である。 図９は、従来の除湿装置の構成を示す概略断面図である。

本発明に係る除湿機能付き熱交換形換気装置は、室内の空気を室外に排出するための排気風路を流通する排気流と、室外の空気を室内へ給気するための給気風路を流通する給気流との間で熱交換する熱交換形換気装置と、給気流に対して除湿する除湿装置と、を備える。除湿装置は、圧縮機と放熱器と膨張器と吸熱器とを含んで構成される冷凍サイクルと、吸熱器と放熱器との間に配置され、第一流路を流れる空気と第二流路を流れる空気との間で熱交換する熱交換器と、を含む。除湿装置は、給気風路から熱交換後の給気流が導入されるとともに、排気風路から排気流が導入されるように構成される。除湿装置に導入された給気流の一部分は、吸熱器、熱交換器の第一流路、放熱器の順に流通した後に、給気風路に導出され、除湿装置に導入された給気流の他の部分は、熱交換器の第二流路、放熱器の順に流通した後に、給気風路に導出される。除湿装置に導入された排気流は、放熱器を流通した後に、排気風路に導出されることを特徴とするものである。

こうした構成によれば、除湿装置における放熱器の冷却（排熱）に必要なエネルギーを、熱交換形換気装置からの排気流（除湿を必要する夏季において、給気流よりも温度が低い排気流)によって得ることができるため、除湿後の空気（給気流）の温度上昇を抑制することができる。この結果、冷凍サイクルと熱交換器とを組み合わせた除湿装置を適用した場合でも、除湿に伴って生じる温度上昇が抑制された給気流を送風することができる。つまり、除湿に伴って生じる温度上昇が抑制された給気流を送風可能な除湿機能付き熱交換形換気装置とすることができる。

また、除湿装置に導入される排気流は、熱交換前の排気流である構成としてもよい。

こうした構成によれば、熱交換後の排気流よりも温度が低い熱交換前の排気流を用いるので、より効果的に放熱器を冷却することができるため、除湿後の空気（給気流）の温度上昇をさらに抑制することができる。

また、除湿装置に導入される排気流は、熱交換前の排気流と熱交換後の排気流を合流させた排気流である構成としてもよい。

こうした構成によれば、熱交換前の排気流と熱交換後の排気流を合流させるので、熱交換後の排気流よりも温度を低下させた状態で、除湿装置に導入する排気流の風量を増やすことができる。このため、効果的に放熱器の冷却が可能となり、除湿後の空気（給気流）の温度上昇を抑制することができる。

また、本発明に係る除湿機能付き熱交換形換気装置では、放熱器は、第一放熱器と、第一放熱器とは異なる第二放熱器とを有し、膨張器は、第一膨張器と、第一膨張器とは異なる第二膨張器とを有する。冷凍サイクルは、圧縮機、第一放熱器、第一膨張器、第二放熱器、第二膨張器、吸熱器の順に連結して構成される。熱交換器は、吸熱器と第二放熱器との間に配置される。除湿装置に導入された給気流の一部分は、吸熱器、熱交換器の第一流路、第二放熱器の順に流通した後に、給気風路に導出される。除湿装置に導入された給気流の他の部分は、熱交換器の第二流路、第二放熱器の順に流通した後に、給気風路に導出される。除湿装置に導入された排気流は、第一放熱器を流通した後に、排気風路に導出される構成としてもよい。

こうした構成によれば、第一膨張器によって冷凍サイクル内の冷媒（排気流によって冷却された第一放熱器から導入される冷媒）を減圧することで、第二放熱器に導入される冷媒の温度を第一放熱器に導入される冷媒の温度よりも低下させることができるので、給気流と第二放熱器とを熱交換した場合の給気流の温度上昇を抑制することができる。つまり、除湿に伴って生じる温度上昇が抑制された給気流を送風可能な除湿機能付き熱交換形換気装置とすることができる。

また、熱交換器の第二流路と第二放熱器との間に、第二流路を流れる空気を増減させる空気流量調整部を備えた構成としてもよい。

こうした構成によれば、第一流路を流通する気流の風量と第二流路を流通する気流の風量の比率を可変にすることができる。このため、第一流路を流通する気流の風量を、第二流路を流通する気流の風量よりも多くすることで、第二放熱器に流通する空気の温度を効果的に下げることができ、除湿効果を高めることができる。

以下、本発明を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、全図面を通して、同一の部位については同一の符号を付して説明を省略している。さらに、本発明に直接には関係しない各部の詳細については重複を避けるために、図面ごとの説明は省略している。

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。

（前提例）
まず、図１、図２を参照して、本発明の実施の形態の前提例となる熱交換形換気装置について説明する。図１は、本発明の前提例に係る熱交換形換気装置の住宅における設置状態を示す模式図である。図２は、本発明の前提例に係る熱交換形換気装置の構成を示す模式図である。

図１において、家１の屋内に熱交換形換気装置１０が設置されている。熱交換形換気装置１０は、屋内の空気と屋外の空気とを熱交換しながら換気する装置である。

図１に示す通り、排気流２は、黒色矢印のごとく、熱交換形換気装置１０を介して屋外に放出される。排気流２は、屋内から屋外に排出される空気の流れである。また、給気流３は、白色矢印のごとく、熱交換形換気装置１０を介して室内に取り入れられる。給気流３は、屋外から屋内に取り込まれる空気の流れである。例えば、日本の冬季を挙げると、排気流２は２０〜２５℃であるのに対して、給気流３は氷点下に達することもある。熱交換形換気装置１０は、換気を行うとともに、この換気時に、排気流２の熱を給気流３へと伝達し、不用な熱の放出を抑制している。

熱交換形換気装置１０は、図２に示す通り、本体ケース１１、熱交換素子１２、排気ファン１３、内気口１４、排気口１５、給気ファン１６、外気口１７、給気口１８、排気風路４、給気風路５を備えている。本体ケース１１は、熱交換形換気装置１０の外枠である。本体ケース１１の外周には、内気口１４、排気口１５、外気口１７、給気口１８が形成されている。内気口１４は、排気流２を熱交換形換気装置１０に吸い込む吸込口である。排気口１５は、排気流２を熱交換形換気装置１０から屋外に吐き出す吐出口である。外気口１７は、給気流３を熱交換形換気装置１０に吸い込む吸込口である。給気口１８は、給気流３を熱交換形換気装置１０から屋内に吐き出す吐出口である。

本体ケース１１の内部には、熱交換素子１２、排気ファン１３、給気ファン１６が取り付けられている。また、本体ケース１１の内部には、排気風路４、給気風路５が構成されている。熱交換素子１２は、排気風路４を流通する排気流２と、給気風路５を流通する給気流３との間で熱交換（顕熱と潜熱）を行うための部材である。排気ファン１３は、排気流２を内気口１４から吸い込み、排気口１５から吐出するための送風機である。給気ファン１６は、給気流３を外気口１７から吸い込み、給気口１８から吐出するための送風機である。排気風路４は、内気口１４と排気口１５とを連通する風路である。給気風路５は、外気口１７と給気口１８とを連通する風路である。排気ファン１３により吸い込まれた排気流２は、排気風路４内の熱交換素子１２、排気ファン１３を経由し、排気口１５から屋外へと排出される。また、給気ファン１６により吸い込まれた給気流３は、給気風路５内の熱交換素子１２、給気ファン１６を経由し、給気口１８から屋内へと供給される。

熱交換形換気装置１０は、熱交換換気を行う場合には、熱交換素子１２の排気ファン１３および給気ファン１６を動作させ、熱交換素子１２において排気風路４を流通する排気流２と、給気風路５を流通する給気流３との間で熱交換を行う。これにより、熱交換形換気装置１０は、換気を行う際に、室外に放出する排気流２の熱を室内に取り入れる給気流３へと伝達し、不要な熱の放出を抑制し、室内に熱を回収する。この結果、冬季においては、換気を行う際に、屋外の温度が低い空気によって屋内の温度低下を抑制することができる。一方、夏季においては、換気を行う際に、屋外の温度が高い空気によって屋内の温度上昇を抑制することができる。

（実施の形態１）
次に、図３を参照して、本実施の形態１に係る除湿機能付き熱交換形換気装置について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る除湿機能付き熱交換形換気装置の構成を示す模式図である。なお、図３以降の各模式図では、排気風路４および給気風路５を、熱交換形換気装置１０内の排気流２および給気流３の流れ（黒矢印）と兼用して表記している。

本実施の形態１に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０は、図３に示すように、前提例に係る熱交換形換気装置１０に対して、除湿機能を付与する手段としての除湿装置３０を連結した構成を有している。

除湿装置３０は、熱交換形換気装置１０での熱交換後の給気流３の除湿を行うためのユニットである。除湿装置３０は、圧縮機３１と放熱器３２と膨張器３３と吸熱器３４とを含んで構成される冷凍サイクルと、熱交換器３５と、を備えている。そして、本実施の形態の冷凍サイクルは、圧縮機３１と放熱器３２と膨張器３３と吸熱器３４とをこの順序で環状に連結して構成されている。冷凍サイクルには、例えば、冷媒として代替フロン（ＨＦＣ１３４ａ）が利用される。また、冷凍サイクルを構成する各機器の連結には、銅管がよく用いられ、溶接方式で連結される。

圧縮機３１は、冷凍サイクルにおける低温・低圧の冷媒ガス（作動媒体ガス）を圧縮し、圧力を高めて高温化する機器である。本実施の形態では、圧縮機３１は、冷媒ガスの温度を４５℃程度にまで高温化している。

放熱器３２は、圧縮機３１によって高温・高圧となった冷媒ガスと空気（排気流２、給気流３）との間で熱交換することによって、熱を外部（冷凍サイクル外）に放出させる機器である。このとき、冷媒ガスは、高圧下で凝縮されて液化する。放熱器３２では、導入される冷媒ガスの温度（４５℃程度）が空気の温度より高いため、熱交換すると、空気は昇温され、冷媒ガスは冷却される。なお、放熱器３２は、凝縮器ともいう。

膨張器３３は、放熱器３２によって液化した高圧の冷媒を減圧して元の低温・低圧の液体とする機器である。なお、膨張器３３は、膨張弁ともいう。

吸熱器３４は、膨張器３３を流通した冷媒が空気から熱を奪って蒸発し、液状の冷媒を低温・低圧の冷媒ガスとする機器である。吸熱器３４では、導入される冷媒の温度が空気の温度より低いため、熱交換すると、空気が冷却され、冷媒が昇温される。なお、吸熱器３４は、蒸発器ともいう。

熱交換器３５は、顕熱型の熱交換素子を備えた熱交換器である。熱交換器３５は、従来の除湿装置１００における熱交換器１１１（図９参照）と同様、吸熱器３４と放熱器３２との間の空間に配置されている。熱交換器３５の内部には、所定の方向に空気が流れる第一流路３６と、この第一流路３６と略直交する方向に空気が流れる第二流路３７と、を備える。第一流路３６は、吸熱器３４から導入される空気を、放熱器３２に導出する流路である。第二流路３７は、熱交換形換気装置１０から導入された空気を、放熱器３２に導出する流路である。そして、熱交換器３５は、第一流路３６を流れる空気と第二流路３７を流れる空気との間で顕熱のみ交換する。

次に、熱交換形換気装置１０と除湿装置３０との間での気流（排気流２、給気流３）の流れについて図３を参照して説明する。なお、以下の説明では、熱交換後の気流（排気流２、給気流３）または風路（排気風路４、給気風路５）は、熱交換形換気装置１０における熱交換素子１２を通過した後の気流または風路を示し、熱交換前の気流または風路は、熱交換素子１２を通過する前の気流をまたは風路を示すものとする。

図３に示すように、熱交換形換気装置１０には、熱交換後の排気風路４に切替ダンパ４０が設置され、熱交換後の給気風路５に切替ダンパ４１が設置されている。切替ダンパ４０は、排気風路４を流通する排気流２を屋外に流す状態と、排気風路４を流通する排気流２を除湿装置３０に流す状態とを切り替えるためのダンパである。また、切替ダンパ４１は、給気風路５を流通する給気流３を屋内に流す状態と、給気風路５を流通する給気流３を除湿装置３０に流す状態とを切り替えるためのダンパである。

除湿機能付き熱交換形換気装置５０では、各切替ダンパによって除湿装置３０に気流が流れる状態とすることで、熱交換後の給気流３に対して除湿が実行される。除湿の詳細については後述する。なお、除湿の必要がない冬季などの場合には、各切替ダンパによって除湿装置３０に気流が流れない状態とすることで、除湿装置３０に起因した圧力損失の上昇が抑制され、除湿機能付き熱交換形換気装置５０として、年間を通じての省エネルギーでの運転を実現することができる。

また、図３に示すように、除湿装置３０には、内部に導入される熱交換後の給気流３を、２つの気流（第一給気流３ａ、第二給気流３ｂ）に分割する分岐ダンパ４２が設置されている。第一給気流３ａは、吸熱器３４に導入される気流であり、第二給気流３ｂは、熱交換器３５に導入される気流である。分岐ダンパ４２は、第二給気流３ｂが第一給気流３ａよりも流れる空気の量が少なくなるように給気流３を分割している。ここで、第一給気流３ａは、請求項の「除湿装置に導入された給気流の一部分」に相当し、第二給気流３ｂは、請求項の「除湿装置に導入された給気流の他の部分」に相当する。

除湿装置３０では、分割された給気流３のうち第一給気流３ａは、吸熱器３４、熱交換器３５の第一流路３６、放熱器３２の順に流通した後に、熱交換形換気装置１０における熱交換後の給気風路５に導出される。一方、第二給気流３ｂは、熱交換器３５の第二流路３７、放熱器３２の順に流通した後に、熱交換後の給気風路５に導出される。本実施の形態では、除湿装置３０は、放熱器３２を流通した第一給気流３ａと、放熱器３２を流通した第二給気流３ｂとを合流させた後に、熱交換後の給気風路５に導出するように構成されている。

一方、除湿装置３０に導入された排気流２は、放熱器３２を流通した後に、熱交換形換気装置１０における熱交換後の排気風路４に導出される。つまり、本実施の形態では、除湿装置３０は、熱交換形換気装置１０から導入される排気流２によって放熱器３２が冷却されるように構成されている。

次に、本実施の形態１に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０の除湿の動作について説明する。

まず、除湿機能付き熱交換形換気装置５０を運転することによって、排気ファン１３と給気ファン１６が駆動し、熱交換形換気装置１０の内部には、排気風路４を流通する排気流２と、給気風路５を流通する給気流３とが生じる。

例えば、夏季において、排気流２は、エアコンなどによって快適な温度湿度に空調された屋内の空気であり、給気流３は、高温多湿の屋外の空気である。

排気流２と給気流３とは、熱交換形換気装置１０の内部で顕熱と潜熱が交換される。この際、高温多湿の給気流３から排気流２に水分が移動するため、給気流３の水分が除去される。つまり、熱交換形換気装置１０の内部での全熱交換によって、給気流３に対する除湿（第一除湿）がなされる。

次に、熱交換後の給気流３は、除湿装置３０に導入されて除湿される。具体的には、除湿装置３０に導入された給気流３のうち第一給気流３ａは、吸熱器３４によって冷却される。これにより、第一給気流３ａの温度が露点温度以下となり、第一給気流３ａが結露するので、第一給気流３ａの水分が除去される。つまり、吸熱器３４を流通することによって、第一給気流３ａに対する除湿（第二除湿）がなされる。

加えて、除湿装置３０に導入された給気流３のうち残りの第二給気流３ｂは、熱交換器３５の第二流路３７に流入し、第一流路３６内の吸熱器３４で冷却された第一給気流３ａと熱交換される。これにより、第二流路３７内の第二給気流３ｂが冷却されて結露するので、第二給気流３ｂの水分が除去される。つまり、熱交換器３５で顕熱交換することによって、第二給気流３ｂに対する除湿（第三除湿）がなされる。

つまり、除湿機能付き熱交換形換気装置５０は、熱交換形換気装置１０と吸熱器３４と熱交換器３５との各機器による除湿（第一除湿〜第三除湿）によって、屋外の高温多湿の給気流３から水分を除去し、その際、必要な除湿量を確保している。

さらに、除湿機能付き熱交換形換気装置５０における除湿装置３０は、熱交換形換気装置１０の排気風路４から排気流２を導入し、導入された排気流２が放熱器３２を流通する構成となっている。放熱器３２では、導入された排気流２によって、吸熱器３４において吸熱されるエネルギーと、圧縮機３１において冷凍サイクル内の冷媒を循環させるためのエネルギーとに相当する熱量が排熱され、放熱器３２から熱を奪った排気流２は排気風路４に導出されてそのまま屋外に排出される。つまり、放熱器３２は、導入された排気流２によって冷却される。そして、この結果として、放熱器３２を流通することに伴う給気流３（第一給気流３ａ、第二給気流３ｂ）の温度上昇が抑制される。

本実施の形態１に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０によれば、除湿装置３０における放熱器３２の冷却（排熱）に必要なエネルギーを、熱交換形換気装置１０からの排気流２（除湿を必要する夏季において、給気流３よりも温度が低い排気流２）によって得ることができるため、除湿後の空気（給気流３）の温度上昇を抑制することができる。冷凍サイクルと熱交換器３５とを組み合わせた除湿装置３０を適用した場合でも、除湿に伴って生じる温度上昇が抑制された給気流を送風することができる。つまり、除湿に伴って生じる温度上昇が抑制された給気流を送風可能な除湿機能付き熱交換形換気装置５０とすることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ａは、熱交換形換気装置１０における熱交換前の排気流２の一部が除湿装置３０に導入されるように構成されている点で実施の形態１と異なる。これ以外の除湿機能付き熱交換形換気装置５０ａの構成は、実施の形態１に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０と同様である。以下、実施の形態１で説明済みの内容は再度の説明を適宜省略し、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本発明の実施の形態２に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ａについて、図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る除湿機能付き熱交換形換気装置の構成を示す模式図である。

図４に示すように、熱交換形換気装置１０には、熱交換前の排気流２を、２つの気流（第一排気流２ａ、第二排気流２ｂ）に分割する分岐ダンパ４３が設置されている。第一排気流２ａは、熱交換素子１２に導入される気流であり、第二排気流２ｂは、除湿装置３０に導入される気流である。なお、分岐ダンパ４３は、第二排気流２ｂが第一排気流２ａよりも流れる空気の量が少なくなるように排気流２を分割している。

熱交換形換気装置１０では、分割された排気流２のうち第一排気流２ａは、熱交換素子１２を流通した後に、排気風路４（図２の排気口１５）から屋外に排出される。一方、第二排気流２ｂは、除湿装置３０の放熱器３２を流通した後に、熱交換後の排気風路４に導出される。本実施の形態では、熱交換形換気装置１０は、熱交換素子１２によって熱交換した第一排気流２ａと、除湿装置３０の放熱器３２を流通した第二排気流２ｂとを合流させた後に、屋外に排出するように構成されている。

本実施の形態２に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ａによれば、夏季において、熱交換後の排気流２（第一排気流２ａ）よりも温度が低い熱交換前の排気流２（第二排気流２ｂ）が除湿装置３０に導入されるので、より効果的に放熱器３２を冷却することができる。このため、除湿後の空気（給気流３）の温度上昇をさらに抑制することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｂは、熱交換形換気装置１０における熱交換後の排気流２に対して熱交換前の排気流２の一部を混合させた上で除湿装置３０に導入するように構成されている点で実施の形態１、２と異なる。これ以外の除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｂの構成は、実施の形態１に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０または実施の形態２に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ａと同様である。以下、実施の形態１、２で説明済みの内容は再度の説明を適宜省略し、実施の形態１、２と異なる点を主に説明する。

本発明の実施の形態３に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｂについて、図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施の形態３に係る除湿機能付き熱交換形換気装置の構成を示す模式図である。

図５に示すように、熱交換形換気装置１０には、実施の形態１と同様、熱交換後の排気風路４に切替ダンパ４０が設置されている。また、熱交換形換気装置１０には、実施の形態２と同様、熱交換前の排気流２を、第一排気流２ａと第二排気流２ｂとに分割する分岐ダンパ４３が設置されている。

熱交換形換気装置１０では、分割された排気流２のうち第一排気流２ａは、熱交換素子１２を流通した後に、排気風路４の切替ダンパ４０を介して除湿装置３０に導出される。その際、第一排気流２ａには、熱交換素子１２をバイパスして流通してきた第二排気流２ｂが混合される。つまり、除湿装置３０には、熱交換後の第一排気流２ａと熱交換前の第二排気流２ｂとが混合された排気流２が導入される。そして、除湿装置３０に導入された排気流２は、放熱器３２を流通した後に、熱交換形換気装置１０における熱交換後の排気風路４に導出される。

本実施の形態３に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｂによれば、熱交換後の第一排気流２ａに対して熱交換前の第二排気流２ｂを合流させるので、熱交換後の第一排気流２ａよりも温度を低下させた状態で、除湿装置３０に導入する排気流２（混合した排気流）の風量を増やすことができる。このため、効果的に放熱器３２の冷却が可能となり、除湿後の空気（給気流）の温度上昇を抑制することができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｃは、除湿装置３０ａの冷凍サイクルを構成する放熱器および膨張器が２段構成となっている点で実施の形態３と異なる。これ以外の除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｃの構成は、実施の形態３に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｂと同様である。以下、実施の形態３で説明済みの内容は再度の説明を適宜省略し、実施の形態３と異なる点を主に説明する。

本発明の実施の形態４に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ａについて、図６を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態４に係る除湿機能付き熱交換形換気装置の構成を示す模式図である。

図６に示すように、除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｃにおける除湿装置３０ａは、放熱器３２として、第一放熱器３２ａと、第一放熱器３２ａとは異なる第二放熱器３２ｂとを有する。また、除湿装置３０ａは、膨張器３３として、第一膨張器３３ａと、第一膨張器３３ａとは異なる第二膨張器３３ｂとを有する。そして、除湿装置３０ａにおける冷凍サイクルは、圧縮機３１、第一放熱器３２ａ、第一膨張器３３ａ、第二放熱器３２ｂ、第二膨張器３３ｂ、吸熱器３４の順に連結して構成される。さらに、熱交換器３５は、従来の熱交換器１１１（図９参照）と同様、吸熱器３４と第二放熱器３２ｂとの間に配置される。

本実施の形態での圧縮機３１は、実施の形態１での圧縮機３１とは異なり、冷媒ガスの温度を５０℃程度にまで高温化して第一放熱器３２ａに導入している。

第一放熱器３２ａは、除湿装置３０ａに導入された排気流２（熱交換後の第一排気流２ａと熱交換前の第二排気流２ｂとを混合した排気流）との間で熱交換することによって、熱を外部（冷凍サイクル外）に放出させる機器である。また、第二放熱器３２ｂは、除湿装置３０ａに導入された給気流３（第一給気流３ａ、第二給気流３ｂ）との間で熱交換することによって、熱を外部（冷凍サイクル外）に放出される機器である。

ここで、第一放熱器３２ａに導入される冷媒の温度は、５０℃程度となるように圧縮機３１によって調整され、第二放熱器３２ｂに導入される冷媒の温度は、２７℃程度となるように第一膨張器３３ａによって調整されている。

詳細は後述するが、第一膨張器３３ａは、第一放熱器３２ａから導入される高圧の気液二相冷媒（ガス状態の冷媒と液状態の冷媒とが混在した状態の冷媒）を、減圧して所定の温度（例えば、屋内温度である２７℃程度）・中圧の二相冷媒とする機器である。また、第二膨張器３３ｂは、第二放熱器３２ｂから導入される中圧の過冷却液冷媒を、減圧して低温・低圧の気液二相冷媒とする機器である。

そして、除湿装置３０ａに導入された第一給気流３ａは、吸熱器３４、熱交換器３５の第一流路３６、第二放熱器３２ｂの順に流通した後に、給気風路５に導出される。一方、除湿装置３０ａに導入された第二給気流３ｂは、熱交換器３５の第二流路３７、第二放熱器３２ｂの順に流通した後に、給気風路５に導出される。また、除湿装置３０ａに導入された排気流２（熱交換後の第一排気流２ａと熱交換前の第二排気流２ｂとを混合した排気流）は、第一放熱器３２ａを流通した後に、排気風路４に導出される。

次に、除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｃにおける除湿装置３０ａの冷凍サイクルの動作について図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態４に係る除湿機能付き熱交換形換気装置の除湿運転時のモリエル線図である。ここで、縦軸は冷媒の圧力であり、横軸は冷媒の比エンタルピーである。また、図７の領域Ｓ１は、過熱蒸気域（冷媒が過熱蒸気として存在する領域）であり、領域Ｓ２は、湿り蒸気域（冷媒が湿り蒸気として存在する領域）であり、領域Ｓ３は、過冷却液域（冷媒が過冷却液として存在する領域）である。さらに、図７の曲線Ｓ４は、飽和蒸気線（領域Ｓ１と領域Ｓ２との分界線）と飽和液線（領域Ｓ２と領域Ｓ３との分界線）とが臨界点（図示せず）を挟んで構成された曲線である。

まず、図７に示すように、除湿装置３０ａでは、圧縮機３１から高温高圧のガス冷媒が吐出され、第一放熱器３２ａに流入する（図７の点Ａ）。

そして、第一放熱器３２ａに流入したガス冷媒は、除湿装置３０ａに導入される排気流２と熱交換することにより、吐出温度より冷却されたガス冷媒または乾き度（ガスの割合）の高い気液二相冷媒に凝縮し、第一放熱器３２ａを流出する（図７の点Ｂ）。一方、第一放熱器３２ａによって温度上昇した排気流２は、熱交換後の排気風路４に導出されて屋外に排出される。

そして、第一放熱器３２ａを流出したガス冷媒または気液二相冷媒は、第一膨張器３３ａによって高圧から中圧に減圧され、凝縮温度は所定の温度（屋内温度）に低下して、第二放熱器３２ｂに流入する（図７の点Ｃ）。

そして、第二放熱器３２ｂに流入すした所定の温度・中圧の気液二相冷媒は、除湿後の給気流３（第一給気流３ａ、第二給気流３ｂ）と熱交換することにより、乾き度の低い気液二相冷媒または過冷却液冷媒に凝縮し、第二放熱器３２ｂを流出する（図７の点Ｄ）。一方、除湿装置３０ａに導入される給気流３（特に吸熱器３４と熱交換した第一給気流３ａ）は、第二放熱器３２ｂとの熱交換によって、所定の温度（屋内温度）にまで上昇した後に、給気風路５に導出され、屋内に吹き出す。より正確には、第二放熱器３２ｂを流通した給気流３は、第二放熱器３２ｂに導入された給気流３の温度と第二放熱器３２ｂに導入された冷媒の温度との間の温度となって吹き出される。

そして、第二放熱器３２ｂを流出した過冷却液冷媒は、第二膨張器３３ｂにより減圧され、気液二相冷媒となり、吸熱器３４に流入する（図７の点Ｅ）。

吸熱器３４に流入した気液二相冷媒は、除湿前の第一給気流３ａと熱交換することにより、気液二相冷媒は乾き度の高い冷媒またはガス冷媒となり、吸熱器３４を流出する（図７の点Ｆ）。一方、吸熱器３４により冷却された第一給気流３ａは、露点温度より低い空気となるため結露し、第一給気流３ａの水分を除くことができる。吸熱器３４を流出したガス冷媒は圧縮機３１に吸入される。

このような冷凍サイクルでは、第一膨張器３３ａによって冷媒を中圧に減圧することで、第二放熱器３２ｂによって上昇する給気流３の温度を所定の温度（屋内温度）に調整することができる。このため、除湿装置３０ａは、給気流３と第二放熱器３２ｂとを熱交換しても給気流３の温度上昇を所定の温度程度とすることができる。

より詳細に説明する。本実施の形態１の放熱器３２では、放熱器３２を流通する給気流３は、放熱器３２に導入される冷媒（温度：４５℃程度）との間で熱交換を行うので、放熱器３２を流通した給気流３は、最高４５℃程度にまで昇温されて吹き出される。一方、本実施の形態の第二放熱器３２ｂでは、第二放熱器３２ｂに導入される給気流３は、第二放熱器３２ｂに導入される冷媒（温度：２７℃程度）との間で熱交換を行うので、第二放熱器３２ｂを流通した給気流３は、最高２７℃程度にまで昇温されて吹き出される。つまり、第一膨張器３３ａによって冷媒温度を所定の温度（２７℃程度）に調整することで、それと熱交換する給気流３は所定の温度（屋内温度）よりも高い温度にはならない。

ここで、本実施の形態の除湿装置３０ａは、第一放熱器３２ａによって、吸熱器３４において吸熱されるエネルギーと、圧縮機３１において冷凍サイクル内の冷媒を循環させるためのエネルギーとに相当する熱量の大部分が排熱されるように調整している。これにより、第二放熱器３２ｂによって排熱する熱量を減少させ、第二放熱器３２ｂに導入される冷媒の温度を２７℃程度に下げることを可能にしている。

本実施の形態４に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｃによれば、第一膨張器３３ａによって冷凍サイクル内の冷媒（排気流２によって冷却された第一放熱器３２ａから導入される冷媒）を減圧することで、第二放熱器３２ｂの温度を第一放熱器３２ａの温度よりも低下させることができるので、給気流３と第二放熱器３２ｂとを熱交換した場合の給気流３の温度上昇を抑制することができる。つまり、除湿に伴って生じる温度上昇が抑制された給気流を送風可能な除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｃとすることができる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｄは、除湿装置３０における熱交換器３５と放熱器３２との間に補助ファン３８を設置されている点で実施の形態１と異なる。これ以外の除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｄの構成は、実施の形態１に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０と同様である。以下、実施の形態１で説明済みの内容は再度の説明を適宜省略し、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本発明の実施の形態５に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｄについて、図８を参照して説明する。図８は、本発明の実施の形態５に係る除湿機能付き熱交換形換気装置の構成を示す模式図である。

図８に示すように、除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｄにおける除湿装置３０ａは、熱交換器３５の第二流路３７と放熱器３２との間を連通する風路内に補助ファン３８が設置されている。補助ファン３８は、分岐ダンパ４２に加えて、第二流路３７に流れる空気（第二給気流３ｂ）の量を増減させるための機器である。なお、補助ファン３８および分岐ダンパ４２は、請求項の「空気量調整部」に相当する。

補助ファン３８は、羽根部と、羽根部を回転するモータ部を備えた構成を有する。補助ファン３８は、羽根部の回転数を制御することにより、第二流路３７に流れる空気（第二給気流３ｂ）の風量を増減させることができる。つまり、補助ファン３８によって、第一流路３６を流通する第一給気流３ａの風量と第二流路３７を流通する第二給気流３ｂの風量の比率を可変にすることができる。

本実施の形態５に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｄによれば、補助ファン３８によって、第一流路３６を流通する第一給気流３ａの風量を、第二流路３７を流通する第二給気流３ｂの風量よりも容易に多くすることができるので、第二流路３７を流通する第二給気流３ｂの温度を効果的に下げることができ、第二給気流３ｂに対する除湿効果を高めることができる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記実施の形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

本実施の形態４に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｃでは、第一膨張器３３ａとして、例えば、開閉によって冷凍サイクル内の冷媒循環量を増減させる冷媒開閉手段と、冷媒開閉手段を駆動する駆動手段と、を有する構成としてもよい。このようにすることで、駆動手段を駆動させ、冷媒開閉手段の開度を上げることにより、冷媒の減圧量を減らし、導入される給気流３の温度を上昇させることができる。一方、冷媒開閉手段の開度を下げることにより、冷媒の減圧量を増やし、導入される給気流３の温度を下降させることができる。つまり、こうした第一膨張器３３ａを適用することにより、冷媒の減圧量を制御できるため、第二放熱器３２ｂにおける熱交換後の温度（上限の温度）を制御することができる。

また、本実施の形態４に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｃでは、図６に示すように、冷媒開閉手段と駆動手段を有する第一膨張器３３ａに加え、熱交換前の排気流２の空気温度を検出する第一温度センサ４４と、第二放熱器３２ｂを流通した後の給気流３の空気温度を検出する第二温度センサ４５と、第一膨張器３３ａを制御する第一制御部（図示せず）と、を有する構成としてもよい。第一制御部は、第一温度センサによって検出した温度に基づいて、第一膨張器３３ａの冷媒開閉手段を開閉させ、第二温度センサ４５によって検出される温度が所定の温度範囲となるように駆動手段を制御する。特に、第一制御部は、第一温度センサ４４での温度と比べて、第二温度センサ４５での温度が高い場合には、冷媒開閉手段の開度を下げるように駆動手段を運転させ、冷媒の減圧量を増やし、給気流３の温度を下降させる。これにより、除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｃでは、第一温度センサ４４（屋内から吸い込んだ熱交換前の排気流２）と同等の温度となる給気流３を給気することが可能となる。

さらには、第一制御部の制御方法を変更し、第一温度センサ４４の温度と異なる温度となる給気流３を給気するようにしてもよい。屋内での利用者の快適性が損なわれない範囲であれば、夏季においては、第一温度センサ４４の温度よりも低い温度となる給気流３を屋内に給気する。また、冬季においては、第一温度センサ４４の温度よりも高い温度となる給気流３を屋内に給気する。これにより、熱交換換気をしつつ、利用者にとって快適な温度・湿度の給気流３を屋内に給気することができる。

また、本実施の形態５に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｄでは、図８に示すように、熱交換前の給気流３の温湿度を検出する温湿度センサ４６と、補助ファン３８を制御する第二制御部（図示せず）と、を有する構成としてもよい。第二制御部は、温湿度センサ４６によって検出した温度に基づいて、除湿装置３０で必要な除湿量を算出する。そして、第二制御部は、その必要除湿量に合わせて、第一流路３６を流通する第一給気流３ａの風量と第二流路３７を流通する第二給気流３ｂの風量の比率が所定の関係となるように補助ファン３８を制御する。これにより、除湿機能付き熱交換形換気装置５０ｄでは、第二流路３７を流通する第二給気流３ｂに対する除湿を効率よく行うことができる。

また、本実施の形態１〜５に係る除湿機能付き熱交換形換気装置５０、５０ａ〜５０ｄでは、熱交換器３５として、顕熱型の熱交換素子を用いたが、顕熱型の熱交換素子としては、熱交換素子の第一流路３６と第二流路３７を構成する部材が撥水性（疎水性）を有することが好ましい。撥水性（疎水性）を有する部材としては、例えば、ポリプロピレン、ポリスチレン等の樹脂部材が用いられる。このようにすることで、熱交換素子の内部で発生した結露水が、熱交換素子の外部に流れ出やすくなるので、結露水に起因した熱交換器３５の熱交換効率の低下を招くことなく、除湿することが可能となる。

本発明に係る除湿機能付き熱交換形換気装置は、冷凍サイクルと熱交換器とを組み合わせた除湿装置を用いた場合でも、除湿に伴って生じる温度上昇が抑制された給気流を送風可能とするものであるので、屋内と屋外の熱交換を可能とする熱交換形換気装置として有用である。

１ 家
２ 排気流
２ａ 第一排気流
２ｂ 第二排気流
３ 給気流
３ａ 第一給気流
３ｂ 第二給気流
４ 排気風路
５ 給気風路
１０ 熱交換形換気装置
１１ 本体ケース
１２ 熱交換素子
１３ 排気ファン
１４ 内気口
１５ 排気口
１６ 給気ファン
１７ 外気口
１８ 給気口
３０ 除湿装置
３０ａ 除湿装置
３１ 圧縮機
３２ 放熱器
３２ａ 第一放熱器
３２ｂ 第二放熱器
３３ 膨張器
３３ａ 第一膨張器
３３ｂ 第二膨張器
３４ 吸熱器
３５ 熱交換器
３６ 第一流路
３７ 第二流路
３８ 補助ファン
４０ 切替ダンパ
４１ 切替ダンパ
４２ 分岐ダンパ
４３ 分岐ダンパ
４４ 第一温度センサ
４５ 第二温度センサ
４６ 温湿度センサ
５０ 除湿機能付き熱交換形換気装置
５０ａ 除湿機能付き熱交換形換気装置
５０ｂ 除湿機能付き熱交換形換気装置
５０ｃ 除湿機能付き熱交換形換気装置
５０ｄ 除湿機能付き熱交換形換気装置
１００ 除湿装置
１０１ 空気吸込口
１０２ 本体ケース
１０３ 除湿部
１０４ 空気吹出口
１０５ 圧縮機
１０６ 放熱器
１０７ 膨張器
１０８ 吸熱器
１０９ 第一流路
１１０ 第二流路
１１１ 熱交換器

Claims (2)

1. 室内の空気を室外に排出するための排気風路を流通する排気流と、室外の空気を室内へ給気するための給気風路を流通する給気流との間で熱交換する熱交換形換気装置と、
   前記給気流に対して除湿する除湿装置と、
   を備える除湿機能付き熱交換形換気装置であって、
   前記除湿装置は、圧縮機、放熱器、膨張器、吸熱器の順に連結して構成される冷凍サイクルと、第一流路を流れる空気と第二流路を流れる空気との間で熱交換する熱交換器と、を含み、
   前記除湿装置は、前記給気風路から前記熱交換形換気装置による熱交換後の前記給気流が導入されるとともに、前記排気風路から熱交換後の前記排気流が導入されるように構成され、
   前記除湿装置に導入された前記給気流の一部分は、前記吸熱器、前記熱交換器の前記第一流路、前記放熱器の順に流通した後に、前記給気風路に導出され、
   前記除湿装置に導入された前記給気流の他の部分は、前記熱交換器の前記第二流路、前記放熱器の順に流通した後に、前記給気風路に導出され、
   前記除湿装置に導入された前記排気流は、前記放熱器を流通した後に、前記排気風路に導出されることを特徴とする除湿機能付き熱交換形換気装置。
2. 前記給気流の一部分の風量と前記給気流の他の部分の風量の比率を制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の除湿機能付き熱交換形換気装置。