WO2013080478A1 - 熱交換素子とそれを用いた熱交換換気機器 - Google Patents

熱交換素子とそれを用いた熱交換換気機器 Download PDF

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泰世 杉本
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    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/56—Heat recovery units

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchange element and a heat exchange ventilator using the heat exchange element.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of a conventional heat exchange element.
  • the heat exchange element 101 is configured by stacking a heat transfer unit 102 and an interval holding unit 103 that holds an interval between the heat transfer units 102.
  • a portion surrounded by the heat transfer unit 102 and the interval holding unit 103 is an exhaust air passage 104 and an air supply air passage 105. Exhaust air passing through the exhaust air passage 104 and supply air passing through the air supply air passage 105 exchange heat through the heat transfer section 102.
  • the heat exchanging element 101 increases the opening area of the exhaust air passage 104 and suppresses clogging due to frost formation by reducing the interval holding portion 103 constituting the exhaust air passage 104 as much as possible.
  • the heat exchange element 101 does not change the opening area of the entire exhaust air passage 104 even if the opening area of one exhaust air passage 104 surrounded by the interval holding unit 103 can be increased, and the heat exchange element 101 easily forms frost in the exhaust air passage 104. There was a place. Further, when the heat exchange element 101 is a total heat exchange type, the heat transfer section 102 becomes a moisture permeable film, and if the interval holding section 103 is reduced, the moisture permeable film is bent toward the exhaust air passage 104 having a more negative pressure. Therefore, there is a problem that the interval holding unit 103 cannot be reduced.
  • the heat exchange element of the present invention includes a plurality of heat transfer units and a space holding unit that holds a space between the heat transfer units. Further, the heat exchange element is formed by alternately stacking heat transfer portions and interval holding portions, and a plurality of exhaust air passages and a plurality of air supply air passages are formed alternately and orthogonally. In the heat exchange element, the height of the exhaust air passage is increased from the supply air passage outlet of the supply air passage to the supply air passage inlet.
  • Such a heat exchange element enlarges the opening area of the entire exhaust air passage without reducing the interval holding portion. Since the heat exchange element has a large opening area in a region where frost formation is particularly remarkable, clogging due to frost formation is effectively suppressed regardless of the type of heat transfer section.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a heat exchange element according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing a plan view of an exhaust air passage of a general heat exchange element.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of the air passage for one stage showing a state when frost is formed in the exhaust air passage of the heat exchange element according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of one stage of the air passage showing frost formation in the exhaust air passage when the moisture permeable membrane of the heat exchange element is bent.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the configuration of the heat exchange ventilator.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of a conventional heat exchange element.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a heat exchange element according to an embodiment of the present invention.
  • the heat exchange element 1 includes a moisture permeable film 2 as a plurality of heat transfer parts and a rib 3 as an interval holding part for holding an interval between the moisture permeable films 2. Further, the moisture permeable membranes 2 and the ribs 3 are alternately laminated, and a plurality of exhaust air passages 4 and a plurality of air supply air passages 5 are alternately formed orthogonal to each other. The number of stacked layers is determined by the air volume and size of the ventilation device on which the heat exchange element 1 is mounted. Resin plates 6 are installed on the top and bottom surfaces of the heat exchange element 1 to protect the heat exchange element 1.
  • the moisture permeable membrane 2 is a membrane that passes only heat and moisture without passing air by adding a hydrophilic group or the like to a paper or resin base material. As a result, heat and moisture can be moved between the exhaust and the supply air, and the heat exchange element 1 becomes a total heat exchange type.
  • the substrate is made of paper, the water absorption is particularly large, so that the substrate expands and the moisture permeable membrane 2 is bent, so that the interval between the ribs 3 cannot be so wide.
  • a heat transfer plate made of a material having a high thermal conductivity such as aluminum or a resin may be used instead of the moisture permeable membrane 2.
  • the heat transfer plate passes only heat and does not pass moisture, the heat exchange element 1 is a sensible heat exchange type.
  • the total heat exchange type heat exchange element 1 when comparing the sensible heat exchange type heat exchange element 1 with a general performance and the total heat exchange type heat exchange element 1, the total heat exchange type heat exchange element 1 also collects moisture (latent heat). Therefore, the total heat exchange efficiency is high. In order to reduce the air conditioning load, it is desirable to use the total heat exchange type heat exchange element 1. Conventionally, there is a problem that the moisture permeable membrane 2 deteriorates due to frost formation. In cold districts, the sensible heat exchange type heat exchange element 1 has been mainly used. Deterioration due to frost can be prevented.
  • the rib 3 is made of a material such as a resin, and has a role of preventing the airflow in the airflow path between the exhaust airflow path 4 and the air supply airflow path 5 from being biased while maintaining the interval between the moisture permeable membranes 2. Since the exhaust air passage 4 and the supply air passage 5 are formed by stacking the moisture permeable membrane 2 and the rib 3, the height of the rib 3 becomes the height of the exhaust air passage 4 and the supply air passage 5. .
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing a plan view of an exhaust air passage of a general heat exchange element.
  • RA Return Air
  • OA Outdoor Air
  • the temperature of the exhaust gas is lowered and the relative humidity exceeds 100%, resulting in condensation.
  • the condensation freezes and becomes frost.
  • the heat exchange element 21 of the total heat exchange type not only heat but also moisture is exchanged, so that the relative humidity of the exhaust is hardly increased.
  • the humidity exchange efficiency is generally lower than the temperature exchange efficiency, frosting is also caused when the outside air is very cold.
  • the region where frost formation is likely to occur is a region indicated by hatching in FIG. 2, and is the inlet (OA) side of the supply air passage 25 of the exhaust air passage 24. This is because the exhaust gas in this region first exchanges heat with OA, which is low-temperature outside air, and thus the temperature drop is the largest.
  • the height of the rib 3 in the region is increased in order to increase the opening area of the region where frost formation is particularly marked as shown by the oblique lines in FIG. . That is, the height of the rib 3 inside the exhaust air passage 4 is made to increase from the outlet (SA) side of the supply air passage 5 to the inlet (OA) side.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of a one-stage air passage showing a state when frost is formed in the exhaust air passage of the heat exchange element according to the embodiment of the present invention.
  • the first stage 17 is formed of a single layer exhaust air passage 4 and a single layer supply air passage 5.
  • the exhaust air passage 4 is disposed at the upper portion, and the air supply air passage 5 is disposed at the lower portion.
  • paragraph height 17a which is the height of the 1 step
  • the height of the exhaust air passage 4 is OA side. Is the highest. That is, the exhaust air passage height 4a of the exhaust air passage 4 is higher from the air supply air passage outlet 5a of the air supply air passage 5 to the air supply air passage inlet 5b.
  • frost is most likely to form on the OA side inside the exhaust air passage 4, since the opening area of this region is large, clogging due to frost is effectively suppressed as shown in FIG. 3A.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of a one-stage air passage showing frost formation in the exhaust air passage when the moisture permeable membrane of the heat exchange element according to the embodiment of the present invention is bent.
  • heat exchange ventilation equipment for a house is designed to keep the interior of the house at a negative pressure by intentionally making the exhaust air volume a little larger than the supply air volume. This is because if the room has a positive pressure, moisture inside the house may enter the housing and cause internal condensation. Accordingly, since the static pressure inside the exhaust air passage 4 is lower than the static pressure inside the air supply air passage 5, the moisture permeable membrane 2 bends toward the exhaust air passage 4. In particular, when the substrate of the moisture permeable membrane 2 is paper, the moisture permeable membrane 2 absorbs moisture and expands, so that the deflection becomes large.
  • the conventional heat exchange element as described above has a small number of ribs to increase the opening area of the exhaust air passage.
  • the heat exchange element 1 of the present invention increases the opening area by increasing the height of a necessary portion without reducing the number of ribs 3. Therefore, it can be applied to the heat exchange element 1 of the present invention regardless of whether the heat transfer portion is the moisture permeable membrane 2 or the heat transfer plate.
  • the air supply path 5 is formed in a horizontal plane 18.
  • the angle ⁇ of the moisture permeable membrane 2 separating the supply air passage 5 and the exhaust air passage 4 from the supply air passage inlet 5b toward the supply air passage outlet 5a with respect to the horizontal plane 18 is 0.5 ° or more and 2.0 ° or less. It is inclined. If ⁇ is smaller than 0.5 °, the height of the exhaust air passage 4 becomes high even in a region where frost formation is relatively difficult, and the heat exchange efficiency decreases. On the other hand, if ⁇ is larger than 2.0 °, the number of stages that can be put in a certain volume as the heat exchange element 1 decreases, and the heat exchange efficiency also decreases. By setting ⁇ to 0.5 ° or more and 2.0 ° or less, the heat exchange efficiency of the entire heat exchange element 1 can be kept relatively high while suppressing frost formation in a region where frost formation is relatively easy.
  • the maximum height of the exhaust air passage 4 is set to 5.5 mm in order to suppress clogging of the exhaust air passage 4 due to frost formation.
  • the minimum height of the exhaust air passage 4 is 4.6 mm when ⁇ is 0.5 °, and 2.0 mm when ⁇ is 2.0 °.
  • ⁇ is smaller than 0.5 °, the height is larger than 4.6 mm even in a region where frost formation is relatively difficult, and the heat exchange efficiency is lowered.
  • ⁇ is larger than 2.0 °, the minimum height of the exhaust air passage 4 becomes smaller than 2.0 mm. Therefore, in order not to lower the minimum height of the exhaust air passage 4 further, the maximum height of the exhaust air passage 4 must be increased, resulting in a decrease in the number of stages that can be put in a certain volume, and also heat exchange. Efficiency is reduced.
  • the ribs 3 that separate the supply air passages 5 are made higher from the inlet (OA) side to the outlet (SA) side of the supply air passage 5, so that the exhaust air passage 4 and the supply air passage 5 And the height of the first stage 17 is uniform. Thereby, as shown in FIG. 1, since the height of the whole heat exchange element 1 becomes uniform, it becomes easy to handle.
  • the exhaust air passage average height 19 that is the average height of the exhaust air passage 4 is higher than the air supply air passage average height 20 that is the average height of the air supply air passage 5. To do. As a result, the height of the exhaust air passage 4 can be ensured even when the moisture permeable membrane 2 is bent toward the exhaust air passage 4 as shown in FIG. 3B.
  • the height of the exhaust air passage 4 is increased from the outlet (SA) side to the inlet (OA) side of the air supply air passage 5 by the rib height 3a.
  • the heat exchange element 1 that includes a heat transfer plate made of a metal such as aluminum or a resin and holds the interval between the heat transfer plates according to the shape of the heat transfer plate, the height of the interval holding portion of the heat transfer plate is exhausted.
  • the height of the air passage 4 is set to increase from the outlet (SA) side to the inlet (OA) side of the supply air passage 5. As a result, clogging due to frost formation in the exhaust air passage 4 is suppressed.
  • the heat exchange element 1 is an orthogonal type, but the present invention can also be applied to a hexagonal type heat exchange element (not shown) that is a combination of an opposing type and an orthogonal type.
  • frost formation is most likely to occur on the supply air passage inlet (OA) side of the exhaust air passage, so that the height of the exhaust air passage is adjusted from the outlet (SA) side of the supply air passage. The height increases toward the entrance (OA) side. As a result, clogging due to frost formation in the exhaust air passage is suppressed.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the configuration of the heat exchange ventilator according to the embodiment of the present invention.
  • the heat exchange ventilator 8 includes an air supply fan 9, an exhaust fan 10, a motor, an air supply inlet 12, a supply air outlet 13, an exhaust air inlet 14, an exhaust air outlet 15, and the heat exchange element 1. And.
  • the heat exchange ventilator 8 exchanges heat between the exhaust air and the supply air.
  • the heat exchanging ventilator 8 includes the heat exchanging element 1, even when the outside air is at a low temperature, the ventilation air volume is unlikely to decrease, and it is not necessary to take special frost countermeasures such as heating by a heater and defrosting in a cold region. Can be continuously ventilated.
  • the heat exchange element of the present invention and a heat exchange ventilator using the heat exchange element are useful as an air conditioner for general houses, office buildings and the like.

Abstract

熱交換素子（１）は、複数の伝熱部（２）と、伝熱部（２）同士の間隔を保持する間隔保持部（３）とを備えている。また熱交換素子（１）は、伝熱部（２）と間隔保持部（３）とを交互に積層し、複数の排気風路（４）と複数の給気風路（５）とが１層ずつ交互に直交して形成されている。そして熱交換素子（１）は排気風路（４）の高さが、給気風路（５）の給気風路出口から給気風路入口にかけて高くなっている。

Description

熱交換素子とそれを用いた熱交換換気機器
　本発明は、熱交換素子とそれを用いた熱交換換気機器に関する。
　近年、地球温暖化にともなって居住分野の省エネルギーが重視されるようになってきた。住宅の消費エネルギーは給湯、照明、空調が比較的大きいため、これらの消費エネルギーを低減する技術が切に望まれている。
　住宅の空調負荷の関係では、住宅の躯体から逃げる熱（冷房の場合は冷熱）と換気によって逃げる熱とがある。住宅の躯体から逃げる熱は、ここ数十年における住宅の断熱、気密性能の大幅な向上により、かなり低減されてきた。一方、換気によって逃げる熱を低減させるには、給気と排気との熱交換を行う熱交換型換気扇が有効である。熱交換素子は、熱交換型換気扇の内部において給気と排気との熱交換を行う。
　空調エネルギー低減のニーズは、寒冷地において特に大きい。しかし、熱交換型換気扇は外気が低温の場合、熱交換素子内部において霜が発達するため、風路が目詰まりするという課題があった。熱交換素子内部において霜が発達するのは、室内の暖かい空気が冷たい外気によって冷やされて低温になるためである。そして排気風路の給気風路入口付近の着霜が、特に多い。
　寒冷地用の熱交換型換気扇では一般的な着霜対策として、ヒーターにより温めた外気を熱交換素子に導入する。また、熱交換素子が着霜した場合、室内空気を換気扇内部に循環させて霜を溶かすデフロストを行っている。しかしヒーターを使用するとエネルギー消費が大きくなるという課題があり、またデフロストをしている間は換気ができないといった課題があった。
　これらの課題に対して、熱交換素子の形状を工夫することにより、外気が低温になってもなるべく熱交換素子内部の風路が目詰まりしないようにする検討がなされてきた。
　従来の内部の風路が目詰まりしないようにした熱交換素子としては、排気風路の間隔材を可能な限り少なくしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。以下、その熱交換素子について説明する。
　図５は、従来の熱交換素子の外観を示す斜視図である。図５に示すように熱交換素子１０１は、伝熱部１０２と、伝熱部１０２の間隔を保持する間隔保持部１０３とを積層して構成されている。伝熱部１０２と間隔保持部１０３とに囲まれた部分が、排気風路１０４と給気風路１０５とである。排気風路１０４を通る排気空気と、給気風路１０５を通る給気空気とが伝熱部１０２を介して熱交換する。熱交換素子１０１は、排気風路１０４を構成する間隔保持部１０３を可能な限り少なくすることにより、排気風路１０４の開口面積を大きくし、着霜による目詰まりを抑制する。
　このような従来の熱交換素子１０１は、もともと開口面積の小さい排気風路１０４に設けられた間隔保持部１０３の数が減らされていた。従って熱交換素子１０１は、間隔保持部１０３に囲まれた１つの排気風路１０４の開口面積を大きくできても排気風路全体の開口面積は変わらず、排気風路１０４内でも着霜しやすい箇所があった。また熱交換素子１０１が全熱交換型である場合、伝熱部１０２が透湿膜となり、間隔保持部１０３を減らすと透湿膜がより負圧である排気風路１０４の側にたわんでしまうため、間隔保持部１０３を減らせないという課題があった。
実開昭６１－７４７８８号公報
　本発明の熱交換素子は、複数の伝熱部と、伝熱部同士の間隔を保持する間隔保持部とを備えている。また熱交換素子は、伝熱部と間隔保持部とを交互に積層し、複数の排気風路と複数の給気風路とが１層ずつ交互に直交して形成されている。そして熱交換素子は排気風路の高さが、給気風路の給気風路出口から給気風路入口にかけて高くなっている。
　このような熱交換素子は、間隔保持部を減らさずに排気風路全体の開口面積を大きくしている。そして熱交換素子は、着霜が特に顕著な領域の開口面積が大きいので、伝熱部の種類によらず着霜による目詰まりが効果的に抑制される。
図１は、本発明の実施の形態の熱交換素子の外観を示す斜視図である。 図２は、一般的な熱交換素子の排気風路を平面的に示した概念図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態の熱交換素子の排気風路において着霜した場合の様子を示す１段分の風路の断面図である。 図３Ｂは、同熱交換素子の透湿膜がたわんだ時の排気風路において着霜した様子を示す１段分の風路の断面図である。 図４は、同熱交換換気機器の構成を示す概念図である。 図５は、従来の熱交換素子の外観を示す斜視図である。
　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。
　（実施の形態）
　図１は、本発明の実施の形態の熱交換素子の外観を示す斜視図である。熱交換素子１は複数の伝熱部としての透湿膜２と、透湿膜２どうしの間隔を保持する間隔保持部としてのリブ３とを備えている。そして透湿膜２とリブ３とが交互に積層され、複数の排気風路４と複数の給気風路５とが１層ずつ交互に直交され、形成されている。積層数は、熱交換素子１を搭載する換気機器の風量、およびサイズによって決定される。また熱交換素子１の上面と底面とには樹脂板６が設置され、熱交換素子１を保護している。
　透湿膜２は、紙または樹脂の基材に親水基等を付加させることにより、空気は通さず熱と湿分のみを通す膜である。これにより排気と給気との間において、熱と湿分（moisture）とを移動させることが可能となり、熱交換素子１は全熱交換型となる。基材を紙にした場合には特に吸水性が大きいため、基材が膨張し、透湿膜２がたわんでしまうため、リブ３の間隔はあまり広くできない。
　また透湿膜２の代わりに、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属、または樹脂等の材料からなる伝熱板を用いてもよい。この場合、伝熱板は熱のみを通して湿分は通さないので、熱交換素子１は顕熱交換型となる。
　なお一般的な性能の顕熱交換型の熱交換素子１と、全熱交換型の熱交換素子１とを比較すると、全熱交換型の熱交換素子１の方が湿分（潜熱）も回収するので全熱交換効率が高い。空調負荷を減少させるためには、全熱交換型の熱交換素子１を使用することが望ましい。従来は透湿膜２が着霜により劣化するという問題があり、寒冷地においては主に顕熱交換型の熱交換素子１が用いられてきたが、最近では透湿膜２の性能向上により着霜による劣化が防止できるようになってきた。
　リブ３は樹脂等の材料からなり、透湿膜２の間隔を保持すると同時に排気風路４と給気風路５との風路内の気流が偏らないようにする役割も有する。透湿膜２とリブ３とを積層することにより排気風路４と給気風路５とが形成されるので、リブ３の高さが排気風路４と給気風路５との高さになる。
　ここで、一般的な熱交換素子２１において着霜するメカニズムを、図２を参照しながら詳細に説明する。図２は、一般的な熱交換素子の排気風路を平面的に示した概念図である。
　室内の暖かい空気は、ＲＡ（Return Air）として熱交換素子２１に導入される。そして、ＲＡは低温の外気であるＯＡ（Outdoor Air）と熱交換することにより排気の温度が低下し、相対湿度が１００％を超え結露が生じる。さらに排気の温度が氷点下になると、結露が凍結して霜になる。全熱交換型の熱交換素子２１の場合、熱だけでなく湿分も交換するので排気の相対湿度は上がりにくくなる。しかし、一般的に湿度交換効率は温度交換効率よりも低いので、外気が非常に低温の場合、やはり着霜が生じる。
　着霜が生じやすい領域は図２の斜線にて示した領域であり、排気風路２４の給気風路２５の入口（ＯＡ）側である。これは、この領域の排気が低温の外気であるＯＡと最初に熱交換するため、最も温度低下が大きいからである。
　そこで本発明の実施の形態の熱交換素子１は、図２の斜線にて示した特に着霜が顕著な領域の開口面積を大きくするため、当該領域のリブ３の高さを高くしている。即ち、排気風路４内部のリブ３の高さが給気風路５の出口（ＳＡ：Supply Air）側から入口（ＯＡ）側にかけて高くなるようにしている。
　図３Ａは、本発明の実施の形態の熱交換素子の排気風路において着霜した場合の様子を示す１段分の風路の断面図である。図３Ａに示すように１段１７は１層の排気風路４と、１層の給気風路５とから形成されている。また１段１７では上部に排気風路４が、下部に給気風路５が配置されている。そして１段１７の高さである１段高さ１７ａは、それぞれ同じである。排気風路４同士を隔てるリブ３のリブ高さ３ａが、給気風路出口５ａ（ＳＡ）から給気風路入口５ｂ（ＯＡ）にかけて高くなっているので、排気風路４の高さはＯＡ側において最も高い。すなわち排気風路４の排気風路高さ４ａは、給気風路５の給気風路出口５ａから給気風路入口５ｂにかけて高くなっている。排気風路４の内部のＯＡ側において最も霜が着きやすいが、この領域の開口面積が大きいので、図３Ａに示すように着霜による目詰まりが効果的に抑制される。
　図３Ｂは、本発明の実施の形態の熱交換素子の透湿膜がたわんだ時の排気風路において着霜した様子を示す１段分の風路の断面図である。一般的に住宅の熱交換換気機器においては、排気風量を給気風量より意図的に少し大きくして住宅の内部を負圧に保つように設計される。これは室内が正圧の場合、住宅の躯体内部に室内の湿分が入り込んで内部結露を起こす可能性があるためである。したがって排気風路４内部の静圧が給気風路５内部の静圧よりも低いため、透湿膜２は排気風路４側にたわむ。特に透湿膜２の基材が紙の場合、透湿膜２が吸湿して膨張するため、たわみが大きくなる。
　前述したような従来の熱交換素子は、リブを少なくして排気風路の開口面積を大きくしている。しかしリブを少なくすると透湿膜のたわみが大きくなり、排気風路の開口面積が逆に小さくなってしまう。しかし本発明の熱交換素子１は、リブ３を少なくすることなく必要な部位の高さを高くすることによって開口面積を大きくしている。そのため、伝熱部が透湿膜２と伝熱板とのいずれの場合であっても、本発明の熱交換素子１に適用できる。
　なお着霜が生じるような外気温度が低い状態が続けば着霜量は時間とともに多くなり、いずれ排気風路４はほぼ完全に目詰まりすると考えられる。しかし排気風路４の内部において着霜が生じやすい領域ほど開口面積が大きいので、着霜が生じても一部分からどんどん目詰まりを起こしていくということがなく、排気風路４の熱交換が可能な面積をある程度の時間確保することができる。
　地域にもよるが、冬期の寒冷地において外気が非常に低温になるのは夜間の数時間だけであり、昼間になれば少しずつではあるが霜が融けるという場合が比較的多いと考えられる。従って外気が非常に低温になった状態の数時間、排気風路４の目詰まりが抑制されれば、日中には霜が融けて１日を通して連続的な換気が可能となり、ヒーターによる加熱、およびデフロストなどの特別な霜対策が不必要となる。
　また図３Ａに示すように給気風路５は、水平面１８に形成されている。そして、給気風路５と排気風路４とを隔てる透湿膜２の給気風路入口５ｂから給気風路出口５ａに向けて水平面１８に対する角度θは、０．５°以上２．０°以下傾斜している。θが０．５°より小さいと、比較的着霜しにくい領域においても排気風路４の高さが高くなり、熱交換効率が低下してしまう。またθが２．０°より大きいと、熱交換素子１としての一定の容積に入れられる段数が減り、やはり熱交換効率が低下する。θが０．５°以上２．０°以下にされることにより、比較的着霜しやすい領域の着霜を抑制しつつ、熱交換素子１全体の熱交換効率は比較的高く維持できる。
　例えば一辺の長さが１０ｃｍの正方形の平面を持つ直交型熱交換素子の場合、着霜による排気風路４の目詰まりを抑制するために排気風路４の最高高さを５．５ｍｍと設定する。このとき、排気風路４の最低高さはθが０．５°の場合は４．６ｍｍ、θが２．０°の場合は２．０ｍｍとなる。θが０．５°よりも小さい場合、比較的着霜しにくい領域でも高さが４．６ｍｍより大きくなり、熱交換効率が低下する。またθが２．０°よりも大きい場合、排気風路４の最低高さが２．０ｍｍよりも小さくなってしまう。そのため、排気風路４の最低高さをこれ以上低くしないためには排気風路４の最高高さを高くしなければならず、結果的に一定の容積に入れられる段数が減り、やはり熱交換効率が低下する。
　また図３Ａに示すように給気風路５同士を隔てるリブ３は、給気風路５の入口（ＯＡ）側から出口（ＳＡ）側にかけて高くしているので、排気風路４と給気風路５とを重ね合わせた１段１７の高さは均一である。これにより、図１に示すように熱交換素子１全体の高さが均一になるため、取り扱いやすくなる。
　また図３Ａに示すように排気風路４の平均的な高さである排気風路平均高さ１９は、給気風路５の平均的な高さである給気風路平均高さ２０よりも高くする。これにより図３Ｂのように透湿膜２が、排気風路４側にたわんでも排気風路４の高さは確保できる。
　なお本実施の形態では、リブ高さ３ａにより排気風路４の高さが給気風路５の出口（ＳＡ）側から入口（ＯＡ）側にかけて高くなるようにした。またアルミニウム等の金属、または樹脂からなる伝熱板を備え、伝熱板の形状により伝熱板どうしの間隔を保持する熱交換素子１においても、伝熱板の間隔保持部の高さを排気風路４の高さが、給気風路５の出口（ＳＡ）側から入口（ＯＡ）側にかけて高くなるようにする。その結果、排気風路４の着霜による目詰まりが抑制される。
　また、本実施の形態では熱交換素子１を直交型としたが、対向型と直交型とを組み合わせた六角形型の熱交換素子（図示せず）にも応用できる。六角形型の熱交換素子の場合も、やはり排気風路の給気風路入口（ＯＡ）側において最も着霜が起きやすいため、排気風路の高さを給気風路の出口（ＳＡ）側から入口（ＯＡ）側にかけて高くなるようにする。その結果、排気風路の着霜による目詰まりが抑制される。
　図４は、本発明の実施の形態の熱交換換気機器の構成を示す概念図である。熱交換換気機器８は給気ファン９と、排気ファン１０と、モーターと、給気吸込口１２と、給気吹出口１３と、排気吸込口１４と、排気吹出口１５と、熱交換素子１とを備えている。熱交換換気機器８は、排気空気と給気空気とを熱交換する。
　熱交換換気機器８は熱交換素子１を備えているので、外気が低温の場合においても換気風量が低下しにくく、寒冷地においてヒーターによる加熱、およびデフロストなどの特別な霜対策をしなくても連続的に換気できる。
　本発明の熱交換素子とそれを用いた熱交換換気機器は、一般住宅、事務所ビル等の空調機器として有用である。
１，２１　　熱交換素子
２　　透湿膜（伝熱部）
３　　リブ（間隔保持部）
３ａ　　リブ高さ
４，２４　　排気風路
４ａ　　排気風路高さ
５，２５　　給気風路
５ａ　　給気風路出口
５ｂ　　給気風路入口
６　　樹脂板
８　　熱交換換気機器
９　　給気ファン
１０　　排気ファン
１２　　給気吸込口
１３　　給気吹出口
１４　　排気吸込口
１５　　排気吹出口
１７　　１段
１７ａ　　１段高さ
１８　　水平面
１９　　排気風路平均高さ
２０　　給気風路平均高さ

Claims (6)

  1. 複数の伝熱部と、
    前記伝熱部同士の間隔を保持する間隔保持部とを備え、
    前記伝熱部と前記間隔保持部とを交互に積層して複数の排気風路と複数の給気風路とが１層ずつ交互に直交して形成され、前記排気風路の高さが前記給気風路の給気風路出口から給気風路入口にかけて高くなる熱交換素子。
  2. 前記排気風路同士を隔てる前記間隔保持部の高さが前記給気風路出口から前記給気風路入口にかけて高くなる請求項１に記載の熱交換素子。
  3. １段が前記１層の排気風路と前記１層の給気風路とから形成され、前記１段の高さがそれぞれ同じである請求項２に記載の熱交換素子。
  4. 前記１段は下部の前記給気風路と上部の前記排気風路とから構成され、前記給気風路は水平面に形成されるとともに前記給気風路と前記排気風路とを隔てる前記伝熱部が前記給気風路入口から給気風路出口に向けて前記水平面に対して０．５°以上２．０°以下傾斜する請求項３に記載の熱交換素子。
  5. 前記排気風路の平均高さが前記給気風路の平均高さよりも高い請求項４に記載の熱交換素子。
  6. 請求項１に記載の熱交換素子を用いた熱交換換気機器。
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