(57)【要約】【課題】熱交換素子内部に結露・結氷が生じる条件下において、排気経路の目詰まりを抑制し、室内の必要換気量を確保できる連続運転の時間を長くすることができる熱交換素子とそれを用いた熱交換形換気装置を提供することを目的とする。【解決手段】間隔を保持する間隔リブ１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂと、略平行に略等間隔で設けられた複数の風路リブ１２ｃ、１３ｃを備えた複数の排気ユニット１２と給気ユニット１３を積層して排気風路１４と給気風路１５を１層ずつ交互に構成し、排気風路１４を流通する排気流４と給気風路１５を流通する給気流５とが、排気風路１４および給気風路１５の両端部で直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する熱交換素子３であって、中央部の給気風路１５の中で排気流４の入口側に最も近い風路１５ｇを閉空間にして、中央部で熱交換させない。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を保持する間隔保持手段と、略平行に略等間隔で設けられた複数の風路リブを備えた複数の伝熱手段を積層して排気風路と給気風路を１層ずつ交互に構成し、前記排気風路を流通する排気流と前記給気風路を流通する給気流とが、前記排気風路および前記給気風路の両端部で直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する熱交換素子であって、
前記中央部の前記給気風路の中で前記排気流の入口側に最も近い風路を閉空間にして、前記中央部で熱交換させないことを特徴とする熱交換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換素子を用いた熱交換型換気機器。
【請求項３】
間隔を保持する間隔保持手段と、略平行に略等間隔で設けられた複数の風路リブを備えた複数の伝熱手段を積層して排気風路と給気風路を１層ずつ交互に構成し、前記排気風路を流通する排気流と前記給気風路を流通する給気流とが、前記排気風路および前記給気風路の両端部で直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する熱交換素子と、前記中央部の前記給気風路の中で前記排気流の入口側に最も近い風路を閉空間にする風路閉鎖手段と、着霜の有無を判断する着霜判断手段を備え、前記着霜判断手段が着霜があると判断した場合に、前記風路閉鎖手段が前記中央部の前記給気風路の中で前記排気流の入口側に最も近い風路を閉空間にする熱交換型換気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、寒冷地等で使用され、室内の空気を室外へ排気する排気流と、室外の空気を室内へ給気する給気流との間で熱交換する熱交換素子とそれを用いた熱交換形換気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱交換形換気装置は、冬季に室外の温度が、例えば−１０℃以下のような低い温度になると、室内からの温かい排気流が流れる熱交換器内の流路内において、隣接する給気の流路に室外から通風される冷たい給気が流れることで、結露・結氷し目詰まりしていくが、従来の熱交換形換気装置では、この結露・結氷による目詰まりを運転停止によって防止する構成をとっていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、特許文献１に示す熱交換形換気装置について、図７を参照しながら説明する。
【０００４】
熱交換器ユニット１０１は室内の空気と室外の空気の間で熱交換気を行う。図５に示すように、熱交換器ユニット１０１は、熱交換器１０２と、室内の空気を室外へ排気し、熱交換器１０２を経由する排気経路１０３と、室外の空気を室内へ給気し、熱交換器１０２を経由する給気経路１０４と、排気経路１０３に組み込まれる排気ファン１０５と、給気経路１０４に組み込まれる給気ファン１０６と、室外の空気の外気温度を検出する温度センサー１０７と、温度センサー１０７で検出した外気温度によって排気ファン１０５と給気ファン１０６の運転制御を行う制御部を備えている。
【０００５】
そして、熱交換器ユニット１０１の制御部は、外気温度が−１０℃を下回った時に、熱交換器１０２が凍結することを抑えるため、外気温度に応じて２つの凍結抑制制御を行う。この２つの凍結抑制制御は第１凍結抑制制御及び第２凍結抑制制御である。
【０００６】
第１凍結抑制制御は、外気温度が−１０℃を下回った場合に、熱交換器１０２の凍結を抑制する制御であり、排気ファン１０５を常時作動させ、給気ファン１０６の動作を６０分のうち最初の１５分だけ休止させる運転を繰り返す。
【０００７】
第２凍結抑制制御は、外気温度が−１５℃を下回った場合に、第１凍結抑制制御よりも強力に熱交換器１０２の凍結を抑制する制御であり、排気ファン１０５及び給気ファン１０６の間欠運転を行う。第２凍結抑制制御は、排気ファン１０５及び給気ファン１０６を６０分休止させた後に５分だけ作動を再開させる運転を繰り返す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４８７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような従来の熱交換形換気装置においては、冬季に室外の温度が低い温度になると、温かい排気流が、熱交換素子内部の排気経路において隣接する低温の給気流に冷却されて結露・結氷し、排気経路が目詰まりしていく課題に対し、運転を所定の時間停止する構成となっていた。
【００１０】
そのため、例えば給気のみを停止させると室内が負圧となって建物の隙間から室外の空気が流入し、室内空間にコールドドラフトや結露を生じさせることとなり、給気と排気の両方を停止させると、室内の必要換気量を確保することが困難となるという課題を有していた。
【００１１】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、寒冷地など、熱交換素子内部に結露・結氷が生じる条件下において、排気経路の目詰まりを抑制し、室内の必要換気量を確保できる連続運転の時間を長くすることができる熱交換素子とそれを用いた熱交換形換気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そして、この目的を達成するために、本発明は、間隔を保持する間隔保持手段と、略平行に略等間隔で設けられた複数の風路リブを備えた複数の伝熱板を積層して排気風路と給気風路を１層ずつ交互に構成し、前記排気風路を流通する排気流と前記給気風路を流通する給気流とが、前記排気風路および前記給気風路の両端部で直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する熱交換素子であって、前記中央部の前記給気風路の中で前記排気流の入口側に最も近い風路を閉空間にして、前記中央部で熱交換させないことを特徴とするものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、間隔を保持する間隔保持手段を備えた複数の伝熱手段を積層して排気風路と給気風路を１層ずつ交互に構成し、前記排気風路を流通する排気流と前記給気風路を流通する給気流とが、前記排気風路および前記給気風路の両端部で直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する熱交換素子であって、前記中央部の前記給気風路で、排気流の入口側に最も近い風路を閉空間にする構成にしたことにより、前記排気風路の中央部の対向流部分で排気流と給気流が熱交換せず、排気風路内の着霜を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００１４】
すなわち、排気風路内の最も着霜しやすい、給気流の入口側に最も近い風路において、中央部の対向流部分で熱交換させないことにより、排気流はこの対向流部分を温度低下せずに通過することができる。
【００１５】
この対向流部分の温度低下をなくすことにより、給気流と熱交換する直交流部分での温度低下はあっても、排気流の出口でのトータルの温度低下を抑制できるため、排気風路内の着霜を抑制することができ、着霜が始まる外気温を低くできるので、結果として室内の必要換気量を確保できる連続運転の時間を長くすることができるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１の熱交換型換気機器が設置された住宅の構成を示す概念図
【図２】同熱交換型換気機器の構成を示す概念図
【図３】同熱交換素子の構成を示す斜視図
【図４】（ａ）同熱交換素子を分解した時の排気風路を構成する排気ユニットの平面図、（ｂ）同熱交換素子を分解した時の給気風路を構成する給気ユニットの平面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態２の熱交換型換気機器の構成の通常時の状態を示す概念図、（ｂ）本発明の実施の形態２の熱交換型換気機器の構成の風路閉鎖時の状態を示す概念図
【図６】（ａ）同熱交換素子を分解した時の給気風路を構成する給気ユニットの通常時の平面図、（ｂ）同熱交換素子を分解した時の給気風路を構成する給気ユニットの風路閉鎖時の平面図
【図７】従来の熱交換型換気機器の構成を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施の形態１）
図１は熱交換型換気機器が設置された２階建ての住宅を示す概念図である。図１に示すように、住宅１は、排気だけを行う非居住空間、例えば浴室、洗面所、トイレ、給排気を行う居住空間、例えばリビング、寝室、で構成されている。
【００１８】
各部屋の排気、給気はダクトで接続され、熱交換型換気機器２に接続され、熱交換型換気機器２は、屋外への排気流と屋外からの給気流の間で熱交換する熱交換素子３（図２で説明）を内蔵している。
【００１９】
図２は熱交換型換気機器２の構成を示す概念図である。図２に示すように、熱交換型換気機器２は、排気流４の排気送風路４ａ、給気流５の給気送風路５ａと、排気流４を送風する排気送風手段６と、給気流５を送風する給気送風手段７と、排気流４と給気流５の間で熱交換する熱交換素子３で構成されている。
【００２０】
排気流４（図中の実線矢印）、給気流５（図中の破線矢印）の送風路には、内気（ＲＡ）を導入する内気口８から屋外に排気（ＥＡ）する排気口９にかけての排気送風路４ａと、外気（ＯＡ）を導入する外気口１０から室内に給気（ＳＡ）を吹き出す給気口１１にかけての給気送風路５ａと、排気送風路４ａに内気口８から排気口９に向かう排気流４を発生させる排気送風手段６と、給気送風路５ａに外気口１０から給気口１１に向かう給気流５を発生させる給気送風手段７と、排気送風路４ａと給気送風路５ａが交差する位置に、排気送風路４ａを流通する排気流４と給気送風路５ａを流通する給気流５との間で熱交換する熱交換素子３が設けられている。
【００２１】
ここで熱交換素子３の構成について図３、図４を用いて説明する。以下では、熱交換素子３内の排気送風路４ａを排気風路１４、給気送風路５ａを給気風路１５、熱交換素子３の排気流４の流入口を内気口８ａ、流出口を排気口９ａ、給気流５の流入口を外気口１０ａ、流出口を給気口１１ａと記載して説明する。
【００２２】
図３は熱交換素子３の外観を示す斜視図であり、図４（ａ）は熱交換素子３を分解した時の排気風路を構成するリブと伝熱板１６とを組み合わせた、伝熱手段としての排気ユニット１２の平面図であり、図４（ｂ）は熱交換素子３を分解した時の給気風路を構成するリブと伝熱板１６とを組み合わせた、伝熱手段としての給気ユニット１３の平面図であり、図３に示す熱交換素子３は、図４に示す排気ユニット１２と給気ユニット１３を交互に複数積層した構成となっている。
【００２３】
図４に示すように、排気ユニット１２と給気ユニット１３は外形が略六角形である。
【００２４】
図４（ａ）に示すように、排気ユニット１２の、内気口８ａおよび排気口９ａを形成する対向辺以外の外周には、間隔を保持する間隔保持手段としての間隔リブ１２ａ、１２ｂが設けられている。
【００２５】
また、排気ユニット１２は風路を分割する６本の風路リブ１２ｃを備えている。
【００２６】
同様に、図４（ｂ）に示すように、給気ユニット１３の、外気口１０ａおよび給気口１１ａを形成する対向辺以外の外周には、間隔を保持する間隔保持手段としての間隔リブ１３ａ、１３ｂが設けられている。
【００２７】
また、給気ユニット１３は風路を分割する６本の風路リブ１３ｃを備えている。
【００２８】
このような排気ユニット１２と給気ユニット１３を交互に積層することにより、熱交換素子３は排気風路１４と給気風路１５を１層ずつ交互に配置して構成されている。積層数は熱交換素子３を搭載する熱交換型換気機器２の大きさや風量によって決定される。
【００２９】
また、図４（ａ）に示すように、排気風路１４は、６本の風路リブ１２ｃにより、７本の排気風路１４ａ〜１４ｇに分割されている。
【００３０】
同様に、図４（ｂ）に示すように、給気風路１５は、６本の風路リブ１３ｃにより、７本の給気風路１５ａ〜１５ｇに分割されている。
【００３１】
伝熱板１６は排気流４と給気流５の間で熱交換する役割を持つものであり、温度だけを交換するときは伝熱板１６にアルミニウムなどの金属板や樹脂板を用い、温度と湿度を交換するときは伝熱板１６に紙や樹脂などの透湿膜などを用い、目的に応じて適宜選択して良い。
【００３２】
間隔リブ１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは樹脂や金属で構成される。特に伝熱板１６を透湿膜にする場合、間隔リブ１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂは伝熱板１６を金型内に挿入し、樹脂によるインサート射出成形による一体成形で形成すると良い。
【００３３】
図４に示すように、排気風路１４を流通する排気流４と給気風路１５を流通する給気流５とは、排気風路１４および給気風路１５の両端部（図４のＢ部およびＤ部：以降省略）では直交または斜交し、この両端部の間の中央部（図４のＣ部：以降省略）で対向する熱交換素子である。
【００３４】
なお、この明細書における両端部は図４のＢ部およびＤ部の範囲を指し、中央部は図４のＣ部を指す。中央部の排気風路１４および給気風路１５は並行で波形であり、一層ごとに波形が逆向きに構成されている。
【００３５】
本実施の形態１の熱交換素子３は、風路リブ１２ｃの排気風路１４ｇを構成する部分と風路リブ１３ｃの給気風路１５ｇを構成する部分を除けば、図４（ａ）の排気ユニット１２の平面図と、図４（ｂ）の給気ユニット１３の平面図とがＡ−Ａ線に対して、線対称の関係となる構成である。
【００３６】
上記のように構成された熱交換型換気機器２および熱交換素子３の作用と効果について、以下に説明する。
【００３７】
図１に示すような住宅に設置された熱交換型換気機器２において換気運転が開始されると、排気流４は排気送風手段６の運転により、内気（ＲＡ）を内気口８から導入し、排気送風路４ａを通り、熱交換素子３の排気風路１４を通過する時に、熱交換素子３の給気風路１５を通過する給気流５と熱交換した後、排気口９から屋外に排出される。
【００３８】
一方、給気流５は給気送風手段７の運転により、外気（ＯＡ）を外気口１０から導入し、給気送風路５ａを通り、熱交換素子３の給気風路１５を通過する時に、熱交換素子３の排気風路１４を通過する排気流４と熱交換した後、給気口１１から室内に給気される。
【００３９】
このとき、冬季に室外の温度が、例えば−１０℃以下のような低い温度になると、室内からの温かい排気流４が流れる熱交換素子３内において、隣接する給気風路１５に室外から通風される冷たい給気が流れることで、排気風路１４の排気口９ａ近傍が結露・結氷し目詰まりしていくことになる。
【００４０】
ここで、本願の特徴である、その目詰まり、排気風路１４内の着霜を抑制する手段について再度図４を用いて説明する。
【００４１】
冬季に室外の温度が、例えば−１０℃以下のような低い温度になった場合、外気口１０ａに最も近い排気風路１４ｇを流れる排気流４の温度が最も低くなる。すなわち、着霜は排気風路１４ｇの排気口９ａ近傍から始まる。
【００４２】
この排気風路１４ｇを流れる排気流４の温度を高くするために、図４（ｂ）に示すように、給気風路１５ｇを閉空間（図中の斜線部）にしている。参考までに、風路リブ１３ｃの一般的な通常の給気風路１５ｇを構成する部分を破線で示す。
【００４３】
上記構成により、給気風路１５ｇを閉空間にしているため、給気風路１５ｇには給気流５が流通しない。すなわち、排気風路１４ｇを流れる排気流４は、給気流５と対向する、理論的に熱交換効率が高い中央部に給気流５が流通しないため、給気流５との間で熱交換せず、結果として排気流４の温度低下が抑制される。
【００４４】
実施の形態１の熱交換素子３を熱流体解析で解析した結果では、排気風路１４ｇを流れる排気流４の最低温度が従来の熱交換素子よりも約３Ｋ上昇することを確認した。この結果は着霜が発生する外気温が約３Ｋ低くなることに相当する。
【００４５】
なお、本実施の形態では、伝熱手段が六角形の場合について説明したが、両端部では直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する、例えば風路がＬ形の四角形でも上記と同様の効果を有する。
【００４６】
以上、中央部の給気風路１５で、排気流４の内気口８ａに最も近い給気風路１５ｇを閉空間にする構成にしたことにより、排気風路１４ｇの中央部の対向流部分で排気流４と給気流５が熱交換せず、排気風路１４ｇ内の着霜を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００４７】
すなわち、排気風路１４内の最も着霜しやすい、外気口１０ａに最も近い中央部の対向流部分で熱交換させないことにより、排気流４はこの対向流部分を温度低下せずに通過することができる。
【００４８】
この対向流部分の温度低下をなくすことにより、給気流５と熱交換する直交流部分での温度低下はあっても、排気流４の内気口８ａから排気口９ａでのトータルの温度低下を抑制できるため、排気風路内の着霜を抑制することができ、着霜が発生する外気温を低くできるので、結果として室内の必要換気量を確保できる連続運転の時間を長くすることができるという効果を得ることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態２の熱交換型換気機器１７は実施の形態１の熱交換型換気機器２と概ね同様の構成であり、特に断りがない限り、実施の形態１の熱交換型換気機器２と同じ構成部品には同じ名称と符号を使用するものとする。
【００５０】
以下、実施の形態２の熱交換型換気機器１７が実施の形態１の熱交換型換気機器２と異なる部分について図５と図６を参照しながら説明する。図５は熱交換型換気機器１７の構成を示す概念図、図６は実施の形態２の熱交換素子１８を分解した時の給気風路を構成する給気ユニット１３の平面図である。
【００５１】
熱交換素子１８の排気ユニット１２は実施の形態１の熱交換素子３の排気ユニット１２と同様の形状である。しかし熱交換素子１８の給気ユニット１３は実施の形態１の熱交換素子３の給気ユニット１３と異なり、排気ユニット１２と線対称になる形状である。
【００５２】
熱交換型換気機器１７は風路閉鎖手段としてのダンパー１９を備え、また着霜判断手段としての風速センサー２０とマイクロコンピューター２１（図示せず）を備えている。
【００５３】
ダンパー１９は熱交換素子１８の外気口１０側に設置され、通常は図５（ａ）に示すように熱交換素子１８の風路を閉鎖しない状態に保持される。
【００５４】
このとき、熱交換素子１８の給気ユニット１３は図６（ａ）に示すように給気風路１５ａ〜１５ｇの全てに給気流５が流通する。このため風路リブ１３ｃの分を除いた伝熱板１６の全ての面積を熱交換に利用することができ、高い熱交換効率を実現することができる。
【００５５】
風速センサー２０は排気送風路４ａに設置され、排気流４の風速を検知し、その測定値をマイクロコンピューター２１が受け取る。風速センサー２０が検知する排気流４の風速が通常時よりも遅くなった場合には排気流４の風量が低下しているとして、マイクロコンピューター２１が「着霜がある」と判断するようにする。このように風速センサー２０が風速を検知することにより、実際に着霜が起こったかどうかを比較的正確に判断することができる。
【００５６】
なお、着霜判断手段として温度センサー２２（図示せず）とマイクロコンピューター２１を使用する方法もある。その場合、外気口１０に近い給気送風路５ａに温度センサー２２を設け、外気に近い給気流５の温度を測定し、温度センサーの温度がある値、例えば−１０℃以下になった場合にはその測定値を受け取ったマイクロコンピューター２１が「着霜がある」と判断するようにする。温度センサー２２が外気に近い給気流５の温度を測定することでコストを抑制しながら着霜が起こるかどうかをある程度予測することができる。
【００５７】
マイクロコンピューター２１が「着霜がある」と判断した場合、マイクロコンピューター２１がダンパー１９に指示を出し、ダンパー１９は図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、熱交換素子１８の給気風路１５の中で排気流４の入口側に最も近い給気風路１５ｇの入口を閉鎖する状態に保持される。給気風路１５ｇの入口を閉鎖することにより、給気風路１５ｇには給気流５が流入しなくなり、排気風路１４ｇの中央部の対向流部分で排気流４と給気流５が熱交換せず、排気風路１４ｇ内の着霜を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００５８】
実施の形態２の熱交換型換気機器１７は以上のように、着霜時には給気風路１５ｇの入口を閉鎖することにより排気風路１４ｇ内の着霜を抑制することができるが、通常時には伝熱板１６の全ての面積を熱交換に利用し、高い熱交換効率を実現することができる。通常時の熱交換効率を高めることにより、住宅１の換気による空調負荷を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明にかかる対向流型熱交換素子とそれを用いた熱交換型換気機器は、排気流の出口でのトータルの温度低下を抑制できるため、排気風路内の着霜を抑制することができ、着霜が始まる外気温を低くできるので、結果として室内の必要換気量を確保できる連続運転の時間を長くすることができるので、寒冷地での熱交換素子とそれを用いた熱交換型換気機器として有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１    住宅
２    熱交換型換気機器
３    熱交換素子
４    排気流
４ａ  排気送風路
５    給気流
５ａ  給気送風路
６    排気送風手段
７    給気送風手段
８、８ａ  内気口
９、９ａ  排気口
１０、１０ａ  外気口
１１、１１ａ  給気口
１２  排気ユニット
１３  給気ユニット
１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ  間隔リブ
１２ｃ、１３ｃ  風路リブ
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ  排気風路
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ  給気風路
１６  伝熱板
１７  熱交換型換気機器
１８  熱交換素子
１９  ダンパー
２０  風速センサー
２１  マイクロコンピューター
２２  温度センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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