JP6921324B2 - 熱交換素子および熱交換換気装置 - Google Patents

Description

この発明は、熱交換素子および熱交換換気装置に関するものである。特に、温度と湿度のうち、少なくとも一方が異なる２つの気流間で、顕熱交換と潜熱交換とのうち、少なくとも一方を行いながら換気する熱交換素子などに関するものである。

従来の熱交換素子では、夏および冬の季節毎または外気の温度と湿度の条件毎に、潜熱交換効率を大きく変化させるため、顕熱交換のみの熱交換素子と湿度も含めた全熱による全熱交換の熱交換素子の両方を配置する。そして、顕熱のみを熱交換させる場合には、顕熱交換のみが行われる熱交換素子だけに空気を通過させ、全熱交換させる場合には、全熱交換の熱交換素子だけに空気を通過させて、顕熱交換効率と潜熱交換効率とを調整している（たとえば、特許文献１参照）。

特許第５６４０４８５号公報

このような熱交換素子にあっては、顕熱交換を行う熱交換素子と全熱交換を行う熱交換素子の二種類の熱交換素子を搭載し、どちらか一方の熱交換素子に、空気を通過させて、湿度交換による湿度調整を行っていた。その結果、湿度の調整を行わない一種類の熱交換素子を搭載する場合に対して、同等の温度交換効率を得るには、顕熱交換を行う熱交換素子と全熱交換を行う熱交換素子のそれぞれが、同等の温度交換に係る性能を有する必要がある。ギャップ高さ、ピッチが同じコルゲート形状の熱交換素子を、２種類の熱交換素子に対して、それぞれ用意する場合には、２倍の容積が必要となる。

一方、容積を同じにしようとすると、各熱交換素子において、ギャップ高さ、ピッチの少なくとも一方を小さくして、熱交換面積と熱伝達率とを増加させ、顕熱交換性能を高める必要がある。ただ、このような構成にすることで、空気が熱交換素子を通過する際の圧力損失が増大する。このため、ファンの能力向上させるためのサイズ増大、換気量不足などの課題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するため、搭載容積および圧力損失を損ねることなく、温度交換効率を維持することができる熱交換素子および熱交換換気装置を得ることを目的とする。

この発明に係る熱交換素子は、給気風路を通過して対象空間に供給する空気である給気と排気風路を通過して対象空間から排出する空気である排気との間で、温度および湿度の交換を行う熱交換素子であって、湿度の交換性能が異なる複数の潜熱熱交換部を備え、複数の潜熱交換部は、給気が、湿度の交換性能が低い潜熱交換部から湿度の交換性能が高い高潜熱交換部に向けて直列に通過し、排気が、複数の潜熱熱交換部に分かれて並列に通過する位置関係によって配され、湿度の交換性能が低い方の潜熱交換部における給気の流出側と湿度の交換性能が高い方の高潜熱交換部における給気の流入側との間が空いているものである。

この発明によれば、湿度の交換性能が異なる複数の潜熱熱交換部を備え、給気が、湿度の交換性能が低い潜熱交換部から湿度の交換性能が高い潜熱交換部に向けて通過し、排気が、複数の潜熱交換部に分かれて並列に通過する位置関係で配されるようにした。このため、顕熱による温度交換を複数の潜熱交換部で行いつつ、給気と排気との温度差および湿度差を利用した湿度調整を行うことができる。したがって、搭載容積および圧力損失を損ねることなく、温度交換効率を維持することができる熱交換素子を得ることができる。また、この発明に係る熱交換素子を有する熱交換換気装置についても同様である。

この発明の実施の形態１に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る熱交換素子１の構造の概略を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る温度交換効率および湿度交換効率の比較例を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成における他の一例を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成における別の一例を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成における他の一例を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成における別の一例を示す図である。 この発明の実施の形態４に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成を示す図である。 この発明の実施の形態５に係る熱交換素子１の構造の概略を示す図である。 この発明の実施の形態５に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成を示す図である。 この発明の実施の形態５に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成における他の一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態に係る熱交換換気装置などについて図面を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。そして、温度、湿度などの高低については、特に絶対的な値との関係で高低などが定まっているものではなく、システム、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成を示す図である。熱交換換気装置１００は、筐体１０を有している。筐体１０には、室外空気吸い込み口２０、室外空気吹き出し口２１、室内空気吸い込み口２２および室内空気吹き出し口２３が取り付けられている。また、筐体１０内には、配置された熱交換素子１、給気ファン３０、排気ファン３１および制御装置（図示せず）が設置されている。ここで、給気ファン３０は、室外空気吹き出し口２１または室外空気吸い込み口２０の付近に取り付けられる。また、排気ファン３１は、室内空気吹き出し口２３または室内空気吸い込み口２２の付近に取り付けられる。そして、制御装置は、給気ファン３０および排気ファン３１の動作を制御する。

筐体１０には、水平隔壁４０ａおよび水平隔壁４０ｂ並びに垂直隔壁４１ａおよび垂直隔壁４１ｂが設けられている。熱交換素子１の４つの角が、各隔壁と接触するように、熱交換素子１が配置されている。そして、筐体１０内において風路となる空間は、熱交換素子１を中心に、水平隔壁４０ａおよび水平隔壁４０ｂ並びに垂直隔壁４１ａおよび垂直隔壁４１ｂにより分割される。図１において、実線の矢印で示すように、室外空気吸い込み口２０から熱交換素子１を通過し、室外空気吹き出し口２１に向かう空気が流れる給気風路５０が形成される。給気風路５０に流れる空気は、室外から、対象空間である室内に供給する給気となる。また、点線の矢印で示すように、室内空気吸い込み口２２から熱交換素子１を通過し、室内空気吹き出し口２３に向かう空気が流れる排気風路５１が形成される。排気風路５１に流れる空気は、対象空間である室内から、室外に排出する排気となる。

図２は、この発明の実施の形態１に係る熱交換素子１の構造の概略を示す図である。熱交換素子１は、仕切板３と間隔板４とを組み合わせて構成される。そして、実施の形態１の熱交換素子１は、湿度の交換性能を表す湿度交換効率がそれぞれ異なる複数の潜熱熱交換部を有している。ここでは、図２に示すように、実施の形態１の熱交換素子１は、熱交換素子１の一部が湿度交換効率の高い部分となる高潜熱交換部２ａと高潜熱交換部２ａに比べて湿度交換効率の低い部分となる低潜熱交換部２ｂとを有している。ここで、熱交換素子１が３以上の潜熱交換部を有していてもよい。

仕切板３は、排気風路５１と給気風路５０とを仕切って分割する板である。間隔板４は、仕切板３間の間隔を保持する。実施の形態１の間隔板４は、断面が波状（コルゲート状）である。間隔によってできた空間は、排気風路５１または給気風路５０となる。また、間隔板４は、一方向に空気が流れて、直交する方向には空気が流れないように、熱交換素子１内における排気風路５１と給気風路５０とを、それぞれ、さらに多数の平行な風路に分割する構造を形成している。このため、たとえば、断面が波状の間隔板４であれば、その波状によって区切られた一端の開口から流入した空気は、隣の波状を流れる空気とは混合せずに熱交換素子１内を流れる。ここで、熱交換素子１は、実際には、排気風路５１と給気風路５０とが仕切板３により分断され、各風路を通過する空気の温度および湿度のうち、少なくとも一方が交換される構造であればよい。また、仕切板３の間隔を保持することができれば、間隔板４の形状は、波状である必要はなく、矩形状などでもよい。

熱交換素子１においては、仕切板３を介して、排気風路５１と給気風路５０とに分割されている。熱交換素子１では、一方の風路を流れる空気ともう一方の風路を流れる空気との間で、温度と湿度のうち、少なくとも一方が仕切板３を介して交換される。したがって、並列に配置された低潜熱交換部２ｂと高潜熱交換部２ａとに分かれて空気が流入した場合には、ほとんど混じり合うことなく、出口までそれぞれの熱交換部を流れる。

仕切板３の素材は、たとえば、和紙、無機添料などを入れた防熱紙、その他特殊な加工を施した特殊加工紙、樹脂とパルプとを混抄した紙などを原料とする。また、透湿性、難燃性などの機能性を付与するために、薬剤処理を施した透湿膜、透湿性を有するオキシエチレン基を含むポリウレタン系樹脂、オキシエチレン基を含むポリエステル系樹脂、末端または側鎖にスルホン酸基、アミノ基、水酸基またはカルボキシル基を含む樹脂などで形成された非水溶性の親水性高分子薄膜に、多孔質シート（不織布、延伸ＰＴＦＥ膜など）を熱、接着剤などにより接着したものなどを用いることができる。

そして、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとで、異なる素材、添加剤の量、種類などが異なる仕切板３などを用いることで、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとにおける潜熱交換性能に差を持たせることができる。ここで、低潜熱交換部２ｂにおける潜熱交換を零またはほぼ零にする場合は、伝熱性および気体遮蔽性を有するポリスチレン系のＡＢＳ、ＡＳまたはＰＳ、ポリオレフィン系のＰＰ、ＰＥなどの樹脂のシート、樹脂フィルムなどを用いてもよい。また、Ａｌ（アルミニウム）などの金属性の薄膜などを用いてもよい。

高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとは、給気風路５０の空気が流れる方向に対して直列となる方向に配置されている。そして、熱交換素子１において、給気風路５０の上流側に低潜熱交換部２ｂが配置され、下流側に高潜熱交換部２ａが配置されている。このような位置関係で配置されることによって、給気風路５０において、熱交換素子１の上流側では、低潜熱交換部２ｂにより、湿度交換が抑制される。一方、熱交換素子１の下流側では、高潜熱交換部２ａにより、湿度交換が促進される。

また、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとは、排気風路５１の空気が流れる方向に対して並列に配置されている。このため、排気風路５１では、熱交換素子１において、室外空気吸い込み口２０側に低潜熱交換部２ｂが配置され、室外空気吹き出し口２１側に高潜熱交換部２ａが配置されている。このような位置関係で配置されることによって、排気風路５１を通過する空気は、湿度交換が抑制される低潜熱交換部２ｂを流れる空気と湿度交換が促進される高潜熱交換部２ａを流れる空気とに分かれる。

以上のように、給気風路５０では、熱交換素子１において、上流側となる低潜熱交換部２ｂを通過した後、下流側となる高潜熱交換部２ａを通過する。このため、風路の途中で湿度交換性能が異なる部分を通過する。一方、排気風路５１では、給気風路５０のように、途中で湿度交換性能が異なる部分を通過することはない。

熱交換素子１を、以上のような構成にすることによる効果を分かりやすくするため、高潜熱交換部２ａは、湿度交換効率の高い全熱交換素子とする。また、低潜熱交換部２ｂは湿度交換効率が零の顕熱交換素子とする。そして、高潜熱交換部２ａおよび低潜熱交換部２ｂのそれぞれの容積が同じであり、排気風路５１において、低潜熱交換部２ｂと高潜熱交換部２ａとに空気が半分ずつ流れる場合を想定して説明する。

夏場において、室外の空気が高温および高湿で、室内の空気が低温および低湿の場合では、給気風路５０において、熱交換素子１の上流側では、低潜熱交換部２ｂを通過する空気は、湿度交換が抑制されて、温度交換が行われる。また、給気風路５０において、低潜熱交換部２ｂを通過した、熱交換素子１の中央部分となる低潜熱交換部２ｂと高潜熱交換部２ａとの境界となる接続部分における空気は、温度のみが交換されることで温度が低下している。一方、湿度交換が抑制されたため、絶対湿度は室外空気吸い込み口２０における状態と同じである。このため、接続部分の空気は、室外空気吸い込み口２０に対して相対湿度が上昇した状態となる。湿度交換性能は相対湿度が高いほど向上する。したがって、給気風路５０の下流側では、相対湿度が高い空気が高潜熱交換部２ａを通過することで、湿度交換がより促進される。

一方、夏場における排気風路５１については、室外空気吸い込み口２０側である低潜熱交換部２ｂを通過する空気は、温度が交換され、湿度は上流の室内空気吸い込み口２２と同じ低い状態のまま下流側の室内空気吹き出し口２３側に通風される。そして、室外空気吹き出し口２１側である高潜熱交換部２ａを通過する空気は、給気風路５０の相対湿度が高くなった空気との間で、潜熱交換が行われる。このため、湿度交換が促進されて下流側に通風される。

また、冬場において、室外の空気が低温および低湿で、室内の空気が高温および高湿の場合では、給気風路５０において、熱交換素子１の上流側では、低潜熱交換部２ｂを通過する空気は、湿度交換が抑制されて、温度交換が行われる。また、給気風路５０において、前述した接続部分における空気は、低潜熱交換部２ｂを通過して温度が交換されることで温度が上昇している。絶対湿度は室外空気吸い込み口２０における状態と同じであるため、接続部分の空気は、相対湿度が低下した状態となる。給気風路５０の下流側では、相対湿度が低い空気が高潜熱交換部２ａを通過することで、湿度交換がより抑制される。

一方、冬場の排気風路５１については、室外空気吸い込み口２０側である低潜熱交換部２ｂを通過する空気は、温度が交換され、湿度は上流の室内空気吸い込み口２２と同じ低い状態のまま下流側の室内空気吹き出し口２３側に通風される。そして、室外空気吹き出し口２１側である高潜熱交換部２ａを通過する空気は、給気風路５０の相対湿度が高くなった空気との間で、潜熱交換が行われる。このため、湿度交換が抑制されて下流側に通風される。

＜効果＞
以上のように実施の形態１のような熱交換素子１の構成にすることで、湿度交換を行わない場合と同じ容積で、ギャップ高さとピッチが同じコルゲート形状をした１つの熱交換素子１を用いることができ、熱交換素子全体の容積を使用することができる。このため、全熱交換素子のみの構成または顕熱交換素子のみの構成の熱交換素子と同等の温度交換効率を確保しつつ、夏場と冬場とで湿度交換効率を大きく変化させることができる。

図３は、この発明の実施の形態１に係る温度交換効率および湿度交換効率の比較例を示す図である。図３では、容積が同じ従来の全熱交換素子、従来の顕熱交換素子および実施の形態１に係る熱交換素子１を用いた場合における、温度交換効率および夏場と冬場との湿度交換効率の結果を示している。図３に示すように、すべての熱交換素子で、容積、コルゲートのギャップ高さおよびピッチが一定である想定としたため、温度交換効率は５０％と同じ値となる。

湿度交換効率については、全熱交換素子を用いた場合、夏場も冬場も２８％とほぼ同じ値となる。また、顕熱交換素子を用いた場合には、湿度交換をしないため、夏場も冬場も０％となる。図１に示す実施の形態１の熱交換素子１を用いた場合の湿度交換効率は、夏場で２１％となり、冬場で１１％となる。この条件では、季節により、１０％の差をつけることが可能である。図３に示す数値については、外気の温度および湿度、熱交換素子１の性能、容積の比率などにより変化する。ただ、実施の形態１の熱交換素子１の構成とすることで、定性的に同じ傾向の効果を得ることができる。このため、実施の形態１の熱交換素子１により、前述したように、夏場は湿度交換を促進することができるので、外気の湿気を室内に取り込む量が減少する。このため、室内の空調負荷を減らすことができる。また、冬場は湿度交換を抑えることができるので、室内の湿気が室外に排出される。このため、室内の窓ガラス、壁などで結露が発生することを抑えることができる。

ここで、説明を分かりやすくするため、上述の説明では、熱交換素子１の高潜熱交換部２ａが全熱交換素子と同様の性能を有するものとし、低潜熱交換部２ｂが顕熱交換素子と同様の性能を有するものとして説明した。ただし、これに限定するものではない。たとえば、高潜熱交換部２ａおよび低潜熱交換部２ｂの両方が全熱交換素子であってもよい。そして、湿度交換のしやすさを、添加する吸着材の種類または量、仕切板３の材質、間隔板４の形状などを変更することにより差を持たせてもよい。また、上述の説明では、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとにおける容積および排気風路５１を通過する空気の量が等分であるものとして説明した。ただし、これに限定するものではない。求める湿度交換効率により、７対３、２対８など、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂにおける割合を変化させるようにしてもよい。さらに、上述した説明では、高潜熱交換部２ａおよび低潜熱交換部２ｂの２つの潜熱交換部としたが、湿度交換効率が異なる２つ以上の潜熱交換部を有する構成としてもよい。給気風路５０における空気の流れにおいて、上流側から下流側に向かって段階的に変化させるだけでなく、徐々に変化させるように構成してもよい。

また、実施の形態１の熱交換素子１の構成とすることで、夏場と冬場とで風路を変えるためのダンパが不要となる。このため、熱交換素子の容積を最大限に利用して全熱交換を行うことができる。夏場と冬場とで、室内側に対する室外側の温度と湿度の高低が自動的に逆転する。このため、風路の切り替え、エレメントの位置の変更（回転）、ファンによる風の流れを逆転させるなどの必要もない。また、熱交換素子１における風路は風の流れが変化しないため、給気側と排気側とは同じ風路を流れる。したがって、給気側と排気側とで同じ風路を使う回転型の全熱交換器のように、臭気、細菌などの移行も一般的な静止型の全熱交換器と同じである。そして、従来の一つのみの熱交換素子を用いた換気装置の熱交換素子を、熱交換素子１に変えるだけで、設置後は従来と同様に運転することで、実施の形態１における効果を得ることができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成を示す図である。図４に示すように、実施の形態２の熱交換素子１では、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとを熱交換素子部品１Ａとして作成する。そして、湿度の交換性能が異なる熱交換素子部品１Ａを複数組み合わせて熱交換素子１とする。このとき、給気風路５０において、上流側となる低潜熱交換部２ｂと下流側となる高潜熱交換部２ａとの間に仕切り６０を設置する。高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂと仕切り６０の間は、中央空間６１となる。

このような配置で熱交換素子１を構成することで、給気風路５０では、室外空気吸い込み口２０から流入した空気は、低潜熱交換部２ｂの内部で間隔板４によって分かれた複数の並行風路を通過した後、仕切り６０の間隔によってできる中央空間６１で合流する。そして、合流した空気は、高潜熱交換部２ａの複数の並行風路に分かれて通過し、室外空気吹き出し口２１から室内に給気される。また、排気風路５１では、室内空気吸い込み口２２から流入した空気は、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂに分かれて流入した空気は、直交する方向に流れることができない。したがって、排気風路５１において流れる空気は、中央空間６１にはほぼ入らない。高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとは、直列方向に流れる空気が専ら流れて、並列方向に流れる空気の流入が防がれる空間を介して直接に接続されている。高潜熱交換部２ａおよび低潜熱交換部２ｂをそれぞれ通過した空気は、室外空気吹き出し口２１から室外に排気される。

したがって、中央空間６１は、給気風路５０の空気のみが通過する風路となるため、給気風路５０の空気と排気風路５１の空気とが混合することがなく、仕切り６０をつけることで空気の分断が容易である。仕切り６０は、給気風路５０を通過する給気における低潜熱交換部２ｂの流出側と高潜熱交換部２ａの流入側とを間隔を空けて繋ぐ。たとえば、それぞれの端部を囲んで繋ぐ短い角形の筒などで構成される。低潜熱交換部２ｂの流出側と高潜熱交換部２ａの流入側との間は、あらかじめ定められた間隔を空けて、おおよそ平行になるように保持されるようにするとよい。

たとえば、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとを繋ぐ仕切り６０の長さが、波形状における一つの波の幅以下であるなど、仕切り６０の長さが短く、低潜熱交換部２ｂの流出側と高潜熱交換部２ａの流入側との間隔を狭い場合、中央空間６１のサイズが小さくなる。このため、実施の形態１の熱交換素子１で構成された場合に対して、筐体１０の大きさ、水平隔壁４０または垂直隔壁４１の形状などを大きく変更することなく、熱交換換気装置１００を構築することができる。また、仕切り６０の長さが短いと、低潜熱交換部２ｂから中央空間６１に風路が拡大した際の拡大損失、中央空間６１通過時の摩擦損失および中央空間６１から高潜熱交換部２ａに風路が縮小する際の縮小損失が低減する。このため、全体の圧力損失の増加を抑制することができる。

一方、直交流の低潜熱交換部２ｂで熱交換した場合、低潜熱交換部２ｂを通過し中央空間６１に流入した直後の空気は、室内空気吸い込み口２２に近い側と室内空気吹き出し口２３に近い側で温度分布を持っている。たとえば、波形状における一つの波の幅以上であるなど、仕切り６０の長さが長く、低潜熱交換部２ｂの流出側と高潜熱交換部２ａの流入側との間隔が広いと、中央空間６１の間隔が広くなる。このため、間隔板４を並行に流れてきた空気は、中央空間６１において混合し、均熱化されやすくなる。そのため、高潜熱交換部２ａに流入する際には、室内空気吸い込み口２２側と室内空気吹き出し口２３側で温度分布を抑制し、排気風路５１を通過する空気の流入温度との温度差が極端に近くなることがなくなる。したがって、高潜熱交換部２ａ全体の熱交換容積を有効利用することができる。

以上のことから、仕切り６０の長さを短くし、低潜熱交換部２ｂの流出側と高潜熱交換部２ａの流入側との間の間隔を狭くすることで、全体の圧力損失を抑制することができる。逆に、低潜熱交換部２ｂの流出側と高潜熱交換部２ａの流入側との間の間隔を広くすることで、高潜熱交換部２ａに流入する空気の温度分布を抑制することができる。このため、高潜熱交換部２ａ全体を有効に活用することができる。このように、仕切り６０の長さを調整することで、設置条件に起因する圧力損失、目標の湿度交換性能などに対応することができる。

ここで、図４の熱交換素子１では、高潜熱交換部２ａおよび低潜熱交換部２ｂについて、それぞれの容積が等分である場合を示した。これに限定するものではない。求める湿度交換効率の差により、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂのそれぞれの容積を調整してもよい。従来、コルゲート形状の熱交換素子を製造するときには、複数の熱交換素子を作成することができる大きな熱交換素子を作り、必要なサイズに切断している。このため、潜熱交換部の容積を変更する際は、従来と同様の製造方法で、切断する位置を変更してと熱交換素子部品１Ａを作成すればよい。このため、実施の形態２の熱交換素子１を容易に製造することができる。また、図４では、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとを離し、間に中央空間６１が構成されるが、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂを図１の場合と同じように、接触させてもよい。

図５は、この発明の実施の形態２に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成における他の一例を示す図である。図５に示すように、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとの間の距離および角度の少なくとも一方を変更して配置した熱交換素子１を構成してもよい。図５のような熱交換素子１の構成では、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとの間に水平隔壁４０ｃを設置し、低潜熱交換部２ｂの上下に垂直隔壁４１ｃおよび４１ｄを設置する。給気風路５０と排気風路５１とは水平隔壁および垂直隔壁並びに高潜熱交換部２ａおよび低潜熱交換部２ｂにより分断されている。このため、排気風路５１の空気は、ほぼ中央空間６１に流入することはない。給気風路５０の空気については、低潜熱交換部２ｂを通過した空気が混合して、高潜熱交換部２ａに流入する。

図５の熱交換換気装置１００では、排気風路５１側の室内空気吸い込み口２２が２箇所設置されている。また、室内空気吹き出し口２３に排気ファン３１が設置されている。ここで、排気風路５１における空気の流れが逆になるように、排気ファン３１の設置向きや回転方向を変更してもよい。また、図５の室内空気吸い込み口２２と室内空気吹き出し口２３を逆にし、図５の室内空気吸い込み口２２のそれぞれに、ファンを設置する構成としてもよい。

＜効果＞
実施の形態２の熱交換素子１のような構成とすることで、熱交換換気装置１００において、水平隔壁４０および垂直隔壁４１毎に、形状および配置を変更することができる。このため、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとを、それぞれ異なる形状にすることが容易である。たとえば、高潜熱交換部２ａを正方形型にし、低潜熱交換部２ｂを長方形型にし、矩形形状で構成した熱交換素子１を構成することを容易にする。また、図５に示すように、複数の室内空気吸い込み口２２を有し、それぞれの室内空気吸い込み口２２にファンを設置することができる。そして、ファンのサイズ、回転数などを調整して、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂのそれぞれを通過する風量を制御することもできる。

図６は、この発明の実施の形態２に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成における別の一例を示す図である。たとえば、図６に示すように、図４と同様の熱交換素子１の構成にし、熱交換素子１を通過した後の室内空気吹き出し口２３側の排気風路５１を、隔壁４２により、複数に分け、それぞれにファンを設置するように熱交換換気装置１００を構成してもよい。このように熱交換換気装置１００を構成することで、高潜熱交換部２ａ側に繋がる排気風路５１と低潜熱交換部２ｂに繋がる排気風路５１とにおける各ファンのサイズ、回転数などを調整することができる。このため、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂのそれぞれを通過する風量を制御することが可能となる。ここでは、室内空気吹き出し口２３側の排気風路５１を分けたが、室内空気吸い込み口２２側の排気風路５１を分けて、ファンを設置するようにしてもよい。

ここで、図５および図６は、排気風路５１のうち、熱交換素子１の上流側で室内空気吸い込み口２２を複数設置するかまたは熱交換素子１の下流側で室内空気吹き出し口２３を複数設置するかのいずれかで熱交換換気装置１００を構成した例であった。これに限定するものではなく、熱交換素子１の上流側および下流側で排気風路５１を分割し、室内空気吸い込み口２２および室内空気吹き出し口２３を複数設置してもよい。

また、実施の形態２で示した熱交換素子１の構成においても、実施の形態１と同様に、求める湿度交換効率により、７対３、２対８など、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとにおける割合を変化させるようにしてもよい。さらに、上述した説明では、高潜熱交換部２ａおよび低潜熱交換部２ｂの２つの潜熱交換部としたが、湿度交換効率が異なる２つ以上の潜熱交換部を有する構成としてもよい。そして、潜熱熱交換部の配置に合わせて、風路、ファンの台数などを変更してもよい。

そして、実施の形態２の熱交換素子１の構成によれば、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとを、それぞれ別の熱交換素子部品１Ａとして作成した後、組み合わせて熱交換素子１とすることができる。このため、一つの熱交換素子１で、湿度の交換性能が高い箇所と低い箇所とに分けたり、徐々に変更させていったりする必要がない。したがって、熱交換素子１を製造する際、特殊な製造技術が不要となり、従来の製造手法で作成することができ、製造面で非常に優位である。このため、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。また、実施の形態１では、構成では、低潜熱交換部２ｂの流出部と高潜熱交換部２ａ流入部の角度が異なった構成とすることができる。したがって、給気風路５０において、低潜熱交換部２ｂを通過した空気同士の混合をより促進することができる。そして、高潜熱交換部２ａへの流入する空気の温度分布がより抑制されることで、高潜熱交換部２ａの全容積を有効に使うことができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成を示す図である。実施の形態１および実施の形態２では、直交流の熱交換方式による熱交換素子１について説明した。実施の形態３は、対向流の熱交換方式による熱交換素子１である。対向流の熱交換方式とは、熱交換素子１内において、給気側と排気側の風路の一部が互いに反対方向となるようにした。図７に示すように、対向流などの熱交換方式でも実施の形態１で示した熱交換素子１における効果と同様の効果を得ることができる。

図８は、この発明の実施の形態３に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成における他の一例を示す図である。また、図９は、この発明の実施の形態３に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成における別の一例を示す図である。実施の形態２で説明したように、複数に熱交換素子１を分け、図８および図９に示すような設置をしてもよい。また、排気風路５１を分割する構成とし、複数台の排気ファン３１を設置することもできる。

また、図７〜図９では、六角形形状の対向流の熱交換素子１について示したが、他の形状の対向流でもよい。また、熱交換方式は、直交流および対向流に限るものではない。給気風路５０と排気風路５１とが分割されていればよく、並行流、回転型など、他の熱交換方式による熱交換素子１を構成することができる。

＜効果＞
以上のように、実施の形態３の熱交換素子１によれば、実施の形態１および実施の形態２に記載した効果に加え、対向流による熱交換方式の熱交換素子１とすることで、効率向上をはかることができる。

実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成を示す図である。図１０は、対向流の熱交換方式の潜熱交換部と直交流の熱交換方式の潜熱交換部とを、それぞれ一つ以上組み合わせて構成した熱交換素子１について示したものである。各潜熱交換部を、実施の形態２で説明した熱交換素子部品１Ａで作成することができる。図１０に示すように、実施の形態４の熱交換素子１においては、対向流の熱交換方式の熱交換素子が高潜熱交換部２ａとなり、直交流の熱交換方式の熱交換素子が低潜熱交換部２ｂとなって設置されている。

実施の形態４において、室外空気吸い込み口２０から流入した室外の外気は、直交流での熱交換となる低潜熱交換部２ｂを通過した後、対向流での熱交換となる高潜熱交換部２ａを通過し、室内空気吹き出し口２３より室内に給気される。一方、室内空気吸い込み口２２から流入した室内の空気は、対向流での熱交換となる高潜熱交換部２ａと直交流での熱交換となる低潜熱交換部２ｂとに分かれて通過し、室外空気吹き出し口２１から室外に排気される。

また、図１０では、直交流の熱交換方式の低潜熱交換部２ｂは、正方形形状としたが、これに限定するものではない。前述した図５のように、長方形形状の熱交換素子であってもよい。また、要求性能によって、高潜熱交換部２ａが直交流の熱交換方式で熱交換を行うものとし、低潜熱交換部２ｂが対向流の熱交換方式で熱交換を行うものとして、熱交換素子１を構成してもよい。

実施の形態５．
実施の形態１〜実施の形態４では、図２のように、同じコルゲート形状の熱交換素子１で説明したが、これに限定するものではない。一層あたりの高さまたはギャップが異なるコルゲート形状の熱交換素子を組み合わせて熱交換素子１としてもよい。

図１１は、この発明の実施の形態５に係る熱交換素子１の構造の概略を示す図である。図１１に示すように、間隔板４の形状を矩形状にするなど、波形状以外の形状にしてもよい。また、高潜熱交換部２ａにおける間隔板４は波形状とし、低潜熱交換部２ｂにおける間隔板４は矩形状とするなど、異なる形状の間隔板４を有する潜熱熱交換部を組み合わせてもよい。

図１２は、この発明の実施の形態５に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成を示す図である。また、図１３は、この発明の実施の形態５に係る熱交換素子１を配置した熱交換換気装置１００の構成における他の一例を示す図である。図１２および図１３に示すように、熱交換素子１を構成する熱交換素子のうち、一つ以上の熱交換素子を、並行流または回転型の潜熱熱交換部にすることもできる。そして、高潜熱交換部２ａと低潜熱交換部２ｂとを、回転型と静止型の直交流、対向流または並行流のいずれかと組み合わせて熱交換素子１を構成してもよい。また、すべての潜熱交換部を回転型にすることもできる。

さらに、従来のような、一つの熱交換素子を分割するという観点では、積層高さ、組み合わせたときの角寸などは、一つのみを搭載した場合と同じにすることが望ましい。しかし、熱交換素子１のように、複数の熱交換素子を組み合わせるとしたときには、設置スペース、目的とする熱交換性能、圧力損失などにより、各熱交換素子の角寸、高さ方向の寸法などが異なるものを配置して熱交換素子１を構成してもよい。

１ 熱交換素子、１Ａ 熱交換素子部品、２ａ 高潜熱交換部、２ｂ 低潜熱交換部、３ 仕切板、４ 間隔板、１０ 筐体、２０ 室外空気吸い込み口、２１ 室外空気吹き出し口、２２ 室内空気吸い込み口、２３ 室内空気吹き出し口、３０ 給気ファン、３１ 排気ファン、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 水平隔壁、４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 垂直隔壁、４２ 隔壁、５０ 給気風路、５１ 排気風路、６０ 仕切り、６１ 中央空間、１００ 熱交換換気装置。

Claims (8)

1. 給気風路を通過して対象空間に供給する空気である給気と排気風路を通過して前記対象空間から排出する空気である排気との間で、温度および湿度の交換を行う熱交換素子であって、
   前記湿度の交換性能が異なる複数の潜熱交換部を備え、
   前記複数の前記潜熱交換部は、前記給気が、前記湿度の交換性能が低い前記潜熱交換部から前記湿度の交換性能が高い高潜熱交換部に向けて直列に通過し、前記排気が、前記複数の潜熱熱交換部に分かれて並列に通過する位置関係によって配され、
   前記湿度の交換性能が低い方の前記潜熱交換部における前記給気の流出側と前記湿度の交換性能が高い方の前記高潜熱交換部における前記給気の流入側との間が空いている熱交換素子。
2. 前記湿度の交換性能が低い方の前記潜熱交換部と前記湿度の交換性能が高い方の前記高潜熱交換部との間に設置され、前記間を空ける仕切りを備える請求項１に記載の熱交換素子。
3. それぞれの前記潜熱交換部は、前記温度および前記湿度の交換を行う熱交換素子部品で構成され、
   複数の前記熱交換素子部品が組み合わせられて素子全体が構成される請求項１または請求項２に記載の熱交換素子。
4. 前記複数の前記潜熱交換部のうち、一つ以上の前記潜熱交換部が、対向流、並行流または回転型のいずれかの方式による熱交換が行われる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱交換素子。
5. 前記複数の前記潜熱交換部の形状が矩形形状である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱交換素子。
6. 前記給気風路と前記排気風路とを仕切る複数の仕切板と、
   前記仕切板間の間隔を調整する間隔板とを有し、
   前記給気風路もしくは前記排気風路となる前記間隔または全体の高さ方向の寸法が異なる前記潜熱交換部の組み合わせで構成される請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の熱交換素子。
7. 前記給気風路と前記排気風路とを仕切る複数の仕切板と、
   前記仕切板間の間隔を調整する間隔板とを有し、
   前記間隔板の形状が異なる前記潜熱交換部の組み合わせで構成される請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の熱交換素子。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の熱交換素子を備える熱交換換気装置。

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