(57)【要約】【課題】熱交換換気装置に使用される熱交換素子において、低温の外気との熱交換によって発生する結露による熱交換性能低下の抑制を目的とする。【解決手段】伝熱性を有する仕切板１が透水性誘電体層３を備え、透水性誘電体層３表面に電気的に接続された正極４及び透水性誘電体層３表面に電気的に接続された負極５を備える構成にしたことにより、仕切板１表面において、正極４及び負極５を用いて透水性誘電体層３に直流電圧を印加することで、電気浸透流現象を発生させて仕切板１表面に発生した結露を能動的に輸送し結露発生部位より取り除くことによって、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制することができる熱交換素子を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱性を有する仕切板をリブを用いて所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流と二次気流がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子において、前記仕切板表面へ直流電圧を印加することにより、前記仕切板に対して平行な方向へ水分を輸送することを特徴とする熱交換素子。
【請求項２】
伝熱性を有する仕切板を、リブを用いて所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流と二次気流がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子において、前記仕切板が透水性誘電体層を備え、前記透水性誘電体層表面に電気的に接続された正極及び前記透水性誘電体層表面に電気的に接続された負極を備える構成である熱交換素子。
【請求項３】
一次気流を通過させる風路を構成し、かつ熱交換素子外と接している壁面が、前記壁面を貫通する透水性部位を備え、前記透水性部位が正極もしくは負極と接している構成である請求項２に記載の熱交換素子。
【請求項４】
一次気流を通過させる風路を構成し、熱交換素子外部と接している壁面において、前記壁面を貫通する透水性誘電体部位を備え、前記透水性誘電体部位と熱交換素子外部の空気とが接する部位において、正極または負極を備えるという構成である請求項２に記載の熱交換素子。
【請求項５】
鉛直方向に平面もしくは、鉛直方向に対し所定の角度の傾斜をつけた平面を持つ仕切板を備え、一次気流が水平方向へ流れる構成の熱交換素子において、前記一次気流を通過させる風路の鉛直下方に備えられた壁面を貫通する透水性部位を備え、正極及び負極を前記一次気流と平行に透水性誘電体層を挟むように備えた構成である請求項２に記載の熱交換素子。
【請求項６】
仕切板に対して平面視、一次気流と二次気流が互いに所定の角度をつけて重なり合っている直交流部分を備え、前記直交流部分において前記一次気流と接する前記仕切板に透水性誘電体層を備え、前記仕切板に対して平面視、前記二次気流と垂直に、前記透水性誘電体層を挟むように正極及び負極を備える構成である請求項２に記載の熱交換素子。
【請求項７】
仕切板に対して平面視、一次気流と二次気流が互いに所定の角度をつけて重なり合っている直交流部分を備え、前記直交流部分において、前記一次気流を通過させる風路を構成し、前記二次気流の出口と接している壁面において、前記壁面を貫通する透水性部位を備え、前記透水性部位が風路内に備えられた正極もしくは負極と接している構成である請求項２に記載の熱交換素子。
【請求項８】
仕切板に対して平面視、一次気流と二次気流が互いに所定の角度をつけて重なり合っている直交流部分を備え、前記直交流部分において、前記一次気流を通過させる風路を構成し、前記二次気流の出口と接している壁面において、前記壁面を貫通する透水性誘電体部位を備え、前記透水性誘電体部位と前記二次気流とが接する部位に正極もしくは負極を備える構成である請求項２に記載の熱交換素子。
【請求項９】
仕切板に対して平面視、一次気流と二次気流が互いに所定の角度をつけて重なり合っている直交流部分を備え、前記直交流部分において前記一次気流を通過させる風路の入口と前記二次気流の出口とが最も接近する部位と、前記一次気流の出口と前記二次気流の入口とが最も接近する部位とを結ぶ対角線上に正極及び負極を備える構成である請求項２に記載の熱交換素子。
【請求項１０】
透水性誘電体層に、一次気流と平行な溝を備え、前記溝と接する形で前記透水性誘電体層と電気的に接続された正極もしくは負極を備える構成である請求項２に記載の熱交換素子。
【請求項１１】
鉛直方向に平面もしくは、鉛直方向に対し所定の角度の傾斜をつけた平面を持つ仕切板を備え、一次気流が前記仕切板の鉛直下側から流入する熱交換素子において、透水性誘電体層に、前記一次気流と平行で、前記一次気流の入口へ開口端を備える溝を備え、前記溝と接する形で前記透水性誘電体層と電気的に接続された正極もしくは負極を備える構成である請求項１０に記載の熱交換素子。
【請求項１２】
溝内に透水性物質を備えた構成である請求項１０または１１に記載の熱交換素子。
【請求項１３】
正極及び負極を一次気流に対し垂直に備える構成である請求項２に記載の熱交換素子。
【請求項１４】
鉛直方向に平面もしくは、鉛直方向に対し所定の角度の傾斜をつけた平面を持つ仕切板を備え、一次気流が水平方向から流入する構成の熱交換素子において、前記仕切板表面において鉛直方向もしくは、鉛直方向に対し所定の角度の傾斜をつけて透水性部位を備え、前記透水性部位の鉛直下方端が、前記熱交換素子外部と接しており、前記透水性部位と正極もしくは負極が接している構成である請求項１３に記載の熱交換素子。
【請求項１５】
透水性誘電体層の一端に吸水性部位を備え、前記正極または前記負極のどちらか一方が前記吸水性部位に接している構成である請求項２に記載の熱交換素子。
【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形換気装置に用いる熱交換素子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、室内からの温かい湿気を含む空気が流れる熱交換器の排気流路において、隣接する給気流路に通風される室外からの冷たい空気の影響で結露や凍結が生じ、排気流路が目詰まりするが、従来の熱交換形換気装置では、この結露や凍結による排気流路内の目詰まりを凍結抑制制御により防止していた（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５を参照しながら説明する。
【０００４】
図５に示すように、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換気を行い、熱交換器ユニット１０１は、熱交換器１０２と、室内の空気を熱交換器１０２を経由して室外へ排気する排気経路１０３と、室外の空気を熱交換器１０２を経由して室内へ給気する給気経路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、外気温度に応じて第１凍結抑制制御および第２凍結抑制制御の２つの凍結抑制制御を行う。
【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および給気ファン１０６の間欠運転を行う。第２凍結抑制制御は、排気ファン１０５および給気ファン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】特許第３７４４４０９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器ユニット１０１では、熱交換器１０２が凍結することを抑えるため、外気温度に応じて第１凍結抑制制御および第２凍結抑制制御の２つの凍結抑制制御を行っていた。この機構により、結露や凍結による排気経路１０３内の目詰まりのうち、凍結による目詰まりを防ぐことは可能となった。しかし一方で、凍結を融解した後の水分や結露による排気経路１０３内の目詰まりや狭隘化を防ぐことができず、熱交換器１０２の圧力損失の上昇及び排気経路１０３表面に水の層ができることによる熱伝達の阻害の原因となり、熱交換器１０２の性能低下を生じるという課題があった。
【００１０】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、風路内に結露が発生した場合の目詰まりによる圧力損失上昇や水の層による熱伝達阻害による熱交換効率の低下といった性能低下を抑制した熱交換器用熱交換素子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】
【００１１】
そして、この目的を達成するために、本発明は、熱交換素子において、伝熱性を有する仕切板表面へ直流電圧を印加することにより、前記仕切板に対して平行な方向への水分輸送手段を備えることとしたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【００１２】
また、本発明は、伝熱性を有する仕切板を、リブを用いて所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流と二次気流がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子を構成要素とし、前記仕切板が透水性誘電体層を備え、前記透水性誘電体層表面に電気的に接続された正極及び前記透水性誘電体層表面に電気的に接続された負極を備える構成としたものであり、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、熱交換素子において、伝熱性を有する仕切板表面へ直流電圧を印加することで、前記仕切板に対して平行な方向への水分輸送手段を備えるという構成にしたことにより、前記仕切板表面において、直流電圧が発生させる電界を駆動力とした水の電気浸透流現象が発生するため、前記仕切板表面に発生した結露を能動的に輸送することが可能となるので、結露を輸送し結露発生部位より取り除くことによって、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を得ることができる。
【００１４】
また、本発明によれば、伝熱性を有する仕切板を、リブを用いて所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流と二次気流がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子を構成要素とし、前記仕切板が透水性誘電体層を備え、前記透水性誘電体層表面に電気的に接続された正極及び前記透水性誘電体層表面に電気的に接続された負極を備える構成としたことにより、前記仕切板表面において、前記正極及び前記負極を用いて前記透水性誘電体層に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて前記仕切板表面に発生した結露を能動的に輸送することが可能となるので、結露を輸送し結露発生部位より取り除くことによって、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１を示す熱交換素子斜視図
【図２】本発明の実施の形態２を示す熱交換素子斜視図
【図３】本発明の実施の形態３を示す熱交換素子断面を示す構成図
【図４】本発明の実施の形態４を示す熱交換素子斜視図
【図５】本発明の実施の形態５を示す熱交換素子斜視図
【図６】本発明の実施の形態６を示す熱交換素子斜視図
【図７】本発明の実施の形態７を示す熱交換素子断面を示す構成図
【図８】本発明の実施の形態８を示す熱交換素子断面を示す構成図
【図９】本発明の実施の形態９を示す熱交換素子斜視図
【図１０】従来の熱交換器ユニットを示す概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の請求項１記載の熱交換素子は、伝熱性を有する仕切板をリブを用いて所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流と二次気流がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子を構成要素とし、前記仕切板表面へ直流電圧を印加することにより、前記仕切板に対して平行な方向への水分輸送手段を備える構成を有する。これにより、前記仕切板表面において、直流電圧が発生させる電界を駆動力とした水の電気浸透流現象が発生するため、前記仕切板表面に発生した結露を能動的に輸送することが可能となるため、結露を輸送し結露発生部位より取り除くことによって、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。
【００１７】
以下、本発明における電気浸透流現象について、より詳細に説明する。
【００１８】
即ち、誘電体と液体が接触すると、誘電体の表面が帯電し、その接触界面には液体中のカウンターイオンや分極した液体分子が集まり、表面へ密着する。さらに、接触界面近傍にも液体中のカウンターイオンや分極した液体分子が集まることで、誘電体表面近傍及び液体表面近傍においてそれぞれ電荷が過剰となった層が発生、つまり界面における電気二重層が発生する。ここで、電極間に電圧を印加し誘電体を含む空間に電界が発生すると、電界の電圧勾配に従って液体中のカウンターイオンや分極した液体分子が移動し、液体の粘性によって液体全体が流れる。この流れを電気浸透流と呼ぶ。なお、誘電体と液体の組み合わせによって、電界に対する電気浸透流の方向は異なる。
【００１９】
例えば、誘電体がシリカで、液体が水であった場合を挙げる。シリカと水が接する界面では、シリカの表面の［−Ｓｉ−ＯＨ］で表されるシラノール基が、［−Ｓｉ−Ｏ−］となることで、シリカ表面が負に帯電する。そのため、界面付近では正に分極した水分子が引寄せられ、正電荷が過剰となる。そして、電極間に電圧を印加することで過剰な正電荷が負極へと引寄せられ、粘性によって液体全体が負極へと流れる。
【００２０】
以上を踏まえ、本発明において、透水性誘電体とは電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を起こすことができる物質を示し、透水性部位とは部位内に水を透過させることができる物質を示し、透水性部位を構成する物質、即ち透水性物質には透水性誘電体も含む物質と定義する。
【００２１】
また、請求項２記載の熱交換素子は、伝熱性を有する仕切板を、リブを用いて所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流と二次気流がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子を構成要素とし、前記仕切板が透水性誘電体層を備え、前記透水性誘電体層表面に電気的に接続された正極及び前記透水性誘電体層表面に電気的に接続された負極を備える構成にしてもよい。これにより、前記仕切板表面において、前記正極及び前記負極を用いて前記透水性誘電体層に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて前記仕切板表面に発生した結露を能動的に輸送することが可能となるので、結露を輸送し結露発生部位より取り除くことによって、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。
【００２２】
また、請求項３記載の熱交換素子は、請求項２記載の熱交換素子について、一次気流を通過させる風路を構成し、かつ熱交換素子外と接している壁面において、前記壁面を貫通する透水性部位を備え、前記透水性部位が正極もしくは負極と接している構成にしてもよい。この構成により透水性誘電体層内部を電気浸透流現象によって輸送した結露を、前記透水性部位に集めることができ、前記透水性部位内部に生じた水濃度差を駆動力として前記透水性部位を通じて、結露を熱交換素子外部へ排出することができ、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。さらに、熱交換素子内で結露した水を液体の形で熱交換素子外へ排出することで、気体の水が持っていた凝縮熱を熱交換素子内へ残すことができる。そのために、排出した結露量に応じた凝縮熱のエネルギーによって前記一次気流及び二次気流を暖めることができるという効果を奏する。
【００２３】
また、請求項４記載の熱交換素子は、請求項２記載の熱交換素子について、一次気流を通過させる風路を構成し、熱交換素子外部と接している壁面において、前記壁面を貫通する透水性誘電体部位を備え、前記透水性誘電体部位と熱交換素子外部の空気とが接する部位において、正極または負極を備えるという構成にしてもよい。これにより、仕切板表面において、前記正極及び前記負極を用いて前記透水性誘電体層に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて前記仕切板表面に発生した結露を能動的に輸送し、前記壁面を貫通した前記透水性誘電体部位から電気浸透流現象によって排水することが可能となるので、結露を輸送し熱交換素子より取り除くことによって、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。かつ、熱交換素子からの排水を能動的に行うことができるため、単に水濃度差を駆動力とした場合に比べ、前記透水性誘電体部位の前記壁面に占める割合を小さくすることができ、前記透水性誘電体部位からの空気漏れを抑えることができるため、空気漏れによる熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。さらに、熱交換素子内で結露した水を液体の形で熱交換素子外へ排出することで、気体の水が持っていた凝縮熱を熱交換素子内へ残すことができる。そのために、排出した結露量に応じた凝縮熱のエネルギーによって前記一次気流及び二次気流を暖めることができるという効果を奏する。
【００２４】
また、請求項５記載の熱交換素子は、請求項２記載の熱交換素子について、鉛直方向に平面もしくは、鉛直方向に対し所定の角度の傾斜をつけた平面を持つ仕切板を備え、一次気流が水平方向へ流れる構成の熱交換素子において、前記一次気流を通過させる風路の鉛直下方に備えられた壁面を貫通する透水性部位を持ち、正極及び負極を前記一次気流と平行に透水性誘電体層を挟むように備えた構成にしてもよい。この構成により、電気浸透流現象及び重力によって結露を熱交換素子鉛直下方の前記壁面へ集めることができ、重力及び水濃度差を駆動力として、前記透水性部位を通じて結露を熱交換素子外部へ排出することができるため、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。かつ、熱交換素子からの排水に使用できる駆動力が重力と水濃度差になるため、単に水濃度差を駆動力とした場合に比べ、排水速度が増加し、より多くの結露に対応することが可能となるという効果を奏する。さらに、熱交換素子内で結露した水を液体の形で熱交換素子外へ排出することで、気体の水が持っていた凝縮熱を熱交換素子内へ残すことができる。そのために、排出した結露量に応じた凝縮熱のエネルギーによって前記一次気流及び二次気流を暖めることができるという効果を奏する。
【００２５】
また、請求項６記載の熱交換素子は、請求項２記載の熱交換素子について、仕切板に対して平面視、一次気流と二次気流が互いに所定の角度をつけて重なり合っている直交流部分を備え、前記直交流部分において前記一次気流と接する前記仕切板に透水性誘電体層を備え、前記仕切板に対して平面視、前記二次気流と垂直に、前記透水性誘電体層を挟むように正極及び負極を備える構成にしてもよい。この構成により、前記透水性誘電体層へ前記二次気流と平行に電界が発生し、前記電界によって、結露を前記二次気流の入口から出口方向へ電気浸透流現象を用いて輸送させることで、輸送した結露を再度前記一次気流または前記二次気流へ蒸発させることができるため、結露が前記一次気流を通過させる風路を塞ぐことを抑制し、前記一次気流を通過させる風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。さらに、熱交換素子が顕熱交換と共に湿度を交換することのできる全熱交換素子であった場合、輸送した結露が仕切板を透過し、前記一次気流によって暖められた前記二次気流へ蒸発することで、全熱交換素子の湿度交換効率を向上することができるという効果を奏する。
【００２６】
また、請求項７記載の熱交換素子は、請求項２記載の熱交換素子について、仕切板に対して平面視、一次気流と二次気流が互いに所定の角度をつけて重なり合っている直交流部分を備え、前記直交流部分において、前記一次気流を通過させる風路を構成し、前記二次気流の出口と接している壁面において、前記壁面を貫通する透水性部位を備え、前記透水性部位が風路内に備えられた正極もしくは負極と接している構成にしてもよい。この構成により、透水性誘電体層内部を電気浸透流現象によって輸送した結露を、前記透水性部位に集めることができ、前記透水性部位内部に生じた水濃度差を駆動力として、前記透水性部位を通じて結露を前記二次気流の出口近傍へ排出することができるため、結露が前記一次気流を通過させる風路を塞ぐことを抑制し、前記一次気流を通過させる風路の閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。さらに、前記二次気流の出口へ結露を排水することで、前記二次気流の湿度を増加させることができ、熱交換素子の湿度交換効率を向上することができるという効果を奏する。
【００２７】
また、請求項８記載の熱交換素子は、請求項２記載の熱交換素子について、仕切板に対して平面視、一次気流と二次気流が互いに所定の角度をつけて重なり合っている直交流部分を備え、前記直交流部分において、前記一次気流を通過させる風路を構成し、前記二次気流の出口と接している壁面において、前記壁面を貫通する透水性誘電体部位を備え、前記透水性誘電体部位と前記二次気流とが接する部位に正極もしくは負極を備える構成にしてもよい。この構成により、前記仕切板表面において、前記正極及び前記負極を用いて前記透水性誘電体層に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて前記仕切板表面に発生した結露を能動的に輸送し、前記壁面を貫通した前記透水性誘電体部位から電気浸透流現象によって排水することが可能となるので、結露を輸送し熱交換素子より取り除くことによって、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。かつ、熱交換素子からの排水を能動的に行うことができるため、単に水濃度差を駆動力とした場合に比べ、前記透水性誘電体部位の前記壁面に占める割合を小さくすることができ、前記透水性誘電体部位からの空気漏れを抑えることができるため、空気漏れによる熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。さらに、前記二次気流の出口へ排水することで、前記二次気流の湿度を増加させることができ、熱交換素子の湿度交換効率を向上することができるという効果を奏する。
【００２８】
また、請求項９記載の熱交換素子は、請求項２記載の熱交換素子について、仕切板に対して平面視、一次気流と二次気流が互いに所定の角度をつけて重なり合っている直交流部分を備え、前記直交流部分において前記一次気流を通過させる風路の入口と前記二次気流の出口とが最も接近する部位と、前記一次気流の出口と前記二次気流の入口とが最も接近する部位とを結ぶ対角線上に正極及び負極を備える構成にしてもよい。この構成により、結露を仕切板上で最も温度の低い部位から最も温度の高い部位へ向かう方向に電気浸透流現象を用いて輸送させることで、輸送した結露を再度一次気流または前記二次気流へ蒸発させることができるため、結露が風路を塞ぐことを抑制し、前記風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。さらに、熱交換素子が顕熱交換と共に湿度を交換することのできる全熱交換素子であった場合、輸送した結露が前記仕切板を透過し、前記二次気流の出口付近の暖められた前記二次気流へ蒸発することで、全熱交換素子の湿度交換効率を向上することができるという効果を奏する。
【００２９】
また、請求項１０記載の熱交換素子は、請求項２記載の熱交換素子について、透水性誘電体層に、一次気流と平行な溝を備え、前記溝と接する形で前記透水性誘電体層と電気的に接続された正極もしくは負極を備える構成にしてもよい。この構成により前記透水性誘電体層内部を電気浸透流現象によって輸送した結露を、前記溝に集めることができ、前記溝に働く毛細管力を駆動力として、前記溝内部に前記結露を拡散させることで結露が少ない部位へ結露を輸送し、前記結露が少ない部位において水濃度差を駆動力として拡散させ、蒸発させることで、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。
【００３０】
また、請求項１１記載の熱交換素子は、請求項１０記載の熱交換素子について、鉛直方向に平面もしくは、鉛直方向に対し所定の角度の傾斜をつけた平面を持つ仕切板を備え、一次気流が前記仕切板の鉛直下側から流入する熱交換素子において、透水性誘電体層に、前記一次気流と平行で、前記一次気流の入口へ開口端を備える溝を備え、前記溝と接する形で前記透水性誘電体層と電気的に接続された正極もしくは負極を備える構成にしてもよい。この構成により前記透水性誘電体内部を電気浸透流現象によって輸送した結露を、前記溝に集めることができ、毛細管力及び重力を駆動力として、前記溝内部を通じ、結露を前記一次気流の入口へ排出することができるために結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。かつ、重力を駆動力とすることで、毛細管力だけを駆動力とする場合に比べ、結露の輸送量を増加させることができるため、より多くの結露を除去することができるという効果を奏する。さらに、熱交換素子内で結露した水を液体の形で熱交換素子外へ排出することで、気体の水が持っていた凝縮熱を熱交換素子内へ残すことができる。そのために、排出した結露量に応じた凝縮熱のエネルギーによって前記一次気流及び二次気流を暖めることができるという効果を奏する。
【００３１】
また、請求項１２記載の熱交換素子は、請求項１０または請求項１１記載の熱交換素子について、溝内に透水性物質を備えた構成にしてもよい。この構成により、一次気流の風圧によって、前記溝内部の水が拡散方向に対して押し戻される現象を抑えることができ、さらに、前記溝の断面積によらず毛細管力や重力を水へ作用させることができるため、前記溝の断面積を拡大し、輸送可能な水の量を増大することができるという効果を奏する。
【００３２】
また、請求項１３記載の熱交換素子は、請求項２記載の熱交換素子について、正極及び負極を一次気流に対し垂直に備える構成にしてもよい。この構成によって、前記正極及び前記負極に直流電圧を印加することによって生じる電界を、前記一次気流に対して水平に発生させることができ、前記電界による電気浸透流現象によって結露を前記一次気流と平行に輸送することができるため、前記一次気流の入口または出口から結露を排出できるほか、仕切板が透湿性を持つ全熱交換素子の場合は、結露を結露の発生量が少ない部位へ移動させることで、二次気流へ蒸発させることができ、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。さらに、輸送した結露が前記仕切板を透過し、前記二次気流へ蒸発することで、全熱交換素子の湿度交換効率を向上することができるという効果を奏する。さらに、熱交換素子内で結露した水を液体の形で熱交換素子外へ排出することで、気体の水が持っていた凝縮熱を熱交換素子内へ残すことができる。そのために、排出した結露量に応じた凝縮熱のエネルギーによって前記一次気流及び前記二次気流を暖めることができるという効果を奏する。
【００３３】
また、請求項１４記載の熱交換素子は、請求項１３記載の熱交換素子について、鉛直方向に平面もしくは、鉛直方向に対し所定の角度の傾斜をつけた平面を持つ仕切板を備え、一次気流が水平方向から流入する構成の熱交換素子において、前記仕切板表面において鉛直方向もしくは、鉛直方向に対し所定の角度の傾斜をつけて透水性部位を備え、前記透水性部位の鉛直下方端が、熱交換素子外部と接しており、前記透水性部位と正極もしくは負極が接している構成にしてもよい。この構成により、電気浸透流現象によって結露を前記透水性部位へ輸送することができ、重力及び水濃度差を駆動力として、前記透水性部位を通じて結露を熱交換素子外部へ排出することができるため、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。さらに、輸送した結露が前記仕切板を透過し、二次気流へ蒸発することで、全熱交換素子の湿度交換効率を向上することができるという効果を奏する。さらに、熱交換素子内で結露した水を液体の形で熱交換素子外へ排出することで、気体の水が持っていた凝縮熱を熱交換素子内へ残すことができる。そのために、排出した結露量に応じた凝縮熱のエネルギーによって前記一次気流及び前記二次気流を暖めることができるという効果を奏する。
【００３４】
また、請求項１５記載の熱交換素子は、請求項２記載の熱交換素子について、透水性誘電体層の一端に吸水性部位を備え、正極または負極のどちらか一方が前記吸水性部位に接している構成にしてもよい。この構成により、電気浸透流現象によって結露を前記吸水性部位に集めることができるため、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制するという効果を奏する。さらに、前記吸水性部位において、結露を液体の形で蓄えることによって一時的に、気体の水が持っていた凝縮熱を熱交換素子内へ残すことができる。そのために、蓄えた結露量に応じた凝縮熱のエネルギーによって前記一次気流及び前記二次気流を暖めることができるという効果を奏する。さらに、前記吸水性部位に接している電極を前記正極と前記負極との間で切り替えることにより、電気浸透流の方向を逆転させ、前記吸水性部位に含ませた結露を熱交換素子内へ排出することができる。このことにより、前記一次気流または前記二次気流の相対湿度が低下した際に、前記吸水性部位から結露を排出させ、熱交換素子内で蒸発させることにより、湿度交換効率の上昇及び、給排気温度の低下を行うことができるという効果を奏する。
【００３５】
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。
【００３６】
（実施の形態１）
図１に示すように、伝熱性を有する仕切板１として、例えば厚さ２５０μｍのポリエチレンシートをリブ２によって所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流８と二次気流９がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子を構成要素とする。一次気流８と接する仕切板１表面全面に透水性誘電体層３として、例えば厚さ２００μｍの多孔質シリカ層を備える。透水性誘電体層３表面に電気的に接続された正極４として、例えば透水性誘電体層３表面に、透水性誘電体層３とリブ２の接線にそって厚さ１００μｍ、幅１０ｍｍのポリエステル系バインダーを用いたカーボン塗料電極をスクリーン印刷により備え、及び透水性誘電体層３表面に電気的に接続された負極５として、例えば透水性誘電体層３表面に正極４と負極５によって透水性誘電体層３を挟むように、透水性誘電体層３とリブ２の接線にそって厚さ１００μｍ、幅１０ｍｍの親水性ポリエステル系バインダーを用いたカーボン塗料電極をスクリーン印刷により備える。一次気流８を通過させる風路を構成し、かつ熱交換素子外と接している壁面ａ６において、壁面ａ６を貫通する透水性部位７として、例えば厚み２００μｍの不織布を備え、透水性部位７が負極５と接している構成とし、例えば上記のように負極５を透水性誘電体層３表面に備えた場合、透水性部位７は透水性誘電体層３とも接している構成とする。
【００３７】
このような構成によれば、例えば、課題に挙げたように寒冷地において、室内空気を室外へ排気するための流れを一次気流８とし、室外空気を室内へ給気するための流れを二次気流９とすることで、仕切板１表面において二次気流９によって一次気流８が冷やされ結露が発生した場合、結露は透水性誘電体層３内部へ吸収される。正極４及び負極５を用いて透水性誘電体層３に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて結露を能動的に輸送することが可能となる。本実施の形態では、透水性誘電体層３の素材としてシリカを主成分としているため、前記発明の効果に記したように誘電体近傍の水中には正電荷が過剰となり、結露は直流電圧による電界に従って正極４から負極５へと輸送できる。この時の水輸送量は透水性誘電体層３の断面積、印加した直流電圧、及び誘電率とζ電位と粘性係数の関数である易動度の３種類のパラメータに比例し、正極４と負極５の距離に反比例する。例えば、透水性誘電体層３の断面積が４０ｍｍ２であり、透水性誘電体層３の素材として易動度が０．０３ｋｇ／ｍ・ｈ・Ｖのシリカ多孔質を備え、正極４と負極５が２００ｍｍ離れていた場合、直流電圧を３ｋＶ印加することで１時間に約１８ｇの水を輸送することができる。負極５に集まった結露は、負極５と接している透水性部位７表面へ水の濃度差により拡散し、さらに透水性部位７内に生じた水濃度差を駆動力として透水性部位７内を拡散する。透水性部位７は壁面ａ６を貫通しており、熱交換素子外と通じているため、最終的に結露は熱交換素子外へと排出することができる。このため、仕切板１表面において発生した結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制することができる。
【００３８】
さらに、熱交換素子内で結露した水を液体の形で熱交換素子外へ排出することで、気体の水が持っていた凝縮熱を熱交換素子内へ残すことができるとともに、液体の水の気化によって熱交換素子から奪われる気化熱による温度低下を防止できる。そのために、排出した結露量に応じた凝縮熱のエネルギーによって一次気流８及び二次気流９を暖め、給排気温度を上昇させることができる。このことにより、室内空気に比べ、外気が低温であった場合、室内へ供給する空気温度を上昇させることができ、給気側の顕熱交換効率を上昇させることができる。
【００３９】
本発明における仕切板１とは、伝熱性を有しているものであり、例えばプラスチックシート、具体的には、ポリエチレンやポリカーボネート、ポリエステルを原料とするものなどの透湿性を持たないものや、例えば多孔性の高分子膜、具体的にはポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、セルロース等が原料となる透湿性を持つものが挙げられる。また、パルプや合成繊維からなる紙や不織布、織布等の細かい孔を有するものも適しており、具体的には、セルロースを主成分とする木材パルプ、レーヨン、綿、麻等や、セルロース誘導体である酢酸セルロース等、動物性繊維である羊毛、絹等、合成繊維であるアクリル繊維等、無機繊維であるガラス繊維や炭素繊維等、合成繊維であるポリエステル、ポリビニルアルコール等が原料となる。さらに、多孔質性無機素材も適しており、具体的にはセラミックスやシリカゲル等を主成分とするものが含まれる。ただし、正極４及び負極５によって透水性誘電体層３へ電界を印加するため、導電性の薄膜、具体的には、銅、銀、アルミニウム、鉄などを原料とするものは適さない。
【００４０】
本発明における正極４及び負極５には、直流電圧を透水性誘電体層３に印加した際に、水内部を電気が流れることによって発生する電極の腐食対策を施したものが望ましく、例えば、白金電極やカーボン電極、窒素やホウ素を含有したダイヤモンド電極などが挙げられる。また、正極４及び負極５に同じ素材を使用する必要は無く、例えば正極４にカーボン電極を用い、負極５に銅電極を用いる方法のように、電極素材の組み合わせとして電極の腐食対策を行っても良い。また素材としては、不溶性電極である白金／チタン電極や酸化イリジウム／チタン電極が電極寿命の点において好適である。さらに、本実施の形態における負極５のように、水の集まる部位に接する電極を親水性加工することは、透水性部位７や実施の形態７の溝１４等への水の拡散速度が増加し、より好適である。具体的には例えば負極５に、親水性基を導入したウレタンやポリエチレン等の親水性プラスチックを基材にカーボンや銅、銀などの導電性フィラーを拡散させた親水性プラスチック電極や、銅などの金属電極の表面をプラズマ加工して親水性を持たせた親水性金属電極を使用し、正極４に白金／チタン電極を用いた構成が挙げられる。
【００４１】
本発明における透水性部位７は、透水性のあるものであれば良く、例えば、上記仕切板１の素材としてあげたもののうち、多孔性の高分子膜やパルプや合成繊維からなる紙や不織布、織布等の細かい孔を有するもの、多孔質性無機素材等が挙げられる。さらに、熱交換素子壁面を貫通する形で透水性部位７を設けた場合は、透水性が同じであれば透気度が高いほど熱交換素子からの空気の漏れが小さくなるため望ましく、例えば、透気度としてＪＩＳ規格で５０００秒以上が好適である。
【００４２】
なお、図１では、六角形の対向流型素子を示したが、本発明において素子の形状は特に断りのない限り、直方体等でも良く、直交流型や並流型の熱交換素子でも良い。
【００４３】
なお、本発明において、実施の形態としては仕切板１と透水性誘電体層３を別に設けたが、両方の性質を満たすもの、具体的には多孔質シリカ等であれば層として分けることなく、１層の仕切板１としてもよい。
【００４４】
なお、本実施の形態では透水性誘電体層３として無機素材であるシリカを主成分とするものを用いたが、有機素材であるポリスチレンラテックスなどのゴム素材を用いても良い。
【００４５】
なお、透水性誘電体層３として例えばフッ素樹脂などをベースにしたイオン交換性電解質膜を用いることで、水を電極表面で水の電気分解によって発生した［Ｈ＋］または［ＯＨ−］の形で、イオン交換性電解質膜内部を通じて輸送することが可能になるため、水の輸送量を増加させることができる。具体的には、まず、カチオン交換性電解質膜を用いると、正極４にて水が電気分解され
［２Ｈ２Ｏ⇒Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−］
の反応が生じ、［Ｈ＋］がカチオン交換性電解質膜内部を移動する。そして負極５にて
［Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−⇒２Ｈ２Ｏ］
の反応が生じ、水が負極５に生成される。つまり、正極４から負極５へ水を輸送することができる。そして、同様にアニオン交換性電解質膜を用いた場合では、負極５にて水が電気分解され
［２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ−⇒４ＯＨ−］
の反応が生じ、［ＯＨ−］がアニオン交換性電解質膜内部を移動する。そして正極４にて、
［４ＯＨ−⇒２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ−］
の反応が生じ、水が正極４に生成される。つまり、負極５から正極４へ水を輸送することができる。
【００４６】
なお、透水性誘電体層３として多孔質体を用いることで、多孔質体内部の空隙において、空隙内部の液体を取り囲むように電気二重層が発生するため、電荷の移動に伴う液体への粘性の影響が大きくなり、液体の逆流を抑制しつつ効率よく電気浸透流を生じることが可能になる。このため、水の輸送に必要な電圧を削減することができるためより好適である。
【００４７】
なお、本実施の形態及び、以下の実施の形態において仕切板１の片面に透水性誘電体層３を備えているが、両面に同様の構成を備えてもよい。この構成により、一次気流８の結露だけでなく、二次気流９の結露にも対応することが可能となる。また、透水性誘電体層３は仕切板１の表面全てを覆う必要は無く、最低限結露が発生すると想定される部位のみを覆うことで同様の効果を得ることができる。
【００４８】
なお、図１で示したように透水性部位７の表面と壁面ａ６の表面が同一表面上にある必要はない。透水性部位７を壁面ａ６より飛び出させることによって、熱交換素子外部と透水性部位７の接触表面積を拡大させることができるので、透水性部位７から熱交換素子外部への水分の蒸発を促進することが可能となり、結露の排水量を増加させることができるためより好適である。
【００４９】
なお、本実施の形態では、負極５にカーボン電極を用い、負極５が透水性誘電体層３表面に備えた場合を例示したため、透水性部位７に関して透水性誘電体層３と透水性部位７を接する構成を例示した。しかし、負極５に透水性を備えた焼結金属電極、例えば多孔質体のニッケルもしくはＳＵＳ電極を用いた場合では、透水性誘電体層３と透水性部位７との間における結露水の移動を、負極５内部を通じて行うことができるため、透水性誘電体層３と透水性部位７が接することなく同様の効果を得ることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、正極４及び負極５の寸法を厚さ１００μｍ、幅１０ｍｍと例示したが、正極４及び負極５の各寸法は小さければ小さいほど熱交換素子の顕熱交換効率の低下を抑制できるため好ましく、その下限は、電極素材の持つ性質である、水へ電流を流しつつ熱交換素子各層に発生した結露量を運搬するのに必要な電圧を得ることができる電流密度によって規定される。また、透水性誘電体層３と正極４及び負極５との接触面積に関しては、電極素材の腐食されやすさと熱交換素子の製品寿命に比例する値である電極表面腐食量を超える接触表面積を有していることが望ましく、接触表面積からも電極寸法の下限は規定される。
【００５１】
また、以下の実施の形態において、名称が実施の形態１と同じものに関しては、物性においても、特に断りのない限り実施の形態１に準ずるものとする。
【００５２】
（実施の形態２）
図２において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
図２に示すように、伝熱性を有する仕切板１をリブ２によって所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流８と二次気流９がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子を構成要素とする。仕切板１表面にシリカを主成分とする透水性誘電体層３を備え、透水性誘電体層３表面に電気的に接続された正極４を備える。一次気流８を通過させる風路を構成し、かつ熱交換素子外と接している壁面ａ６において、透水性誘電体層３と接しており、かつ壁面ａ６を貫通しているシリカを主成分とする透水性誘電体部位１０を備え、透水性誘電体部位１０と熱交換素子外部の空気とが接する部位において、透水性誘電体部位１０表面に電気的に接続された負極５を備えるという構成とする。
【００５４】
このような構成によれば、仕切板１表面において結露が発生した場合、結露は透水性誘電体層３内部へ吸収される。正極４及び負極５を用いて透水性誘電体層３及び透水性誘電体部位１０に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて結露を能動的に輸送することが可能となる。
【００５５】
本実施の形態では、透水性誘電体層３及び透水性誘電体部位１０の素材としてシリカを主成分としているため、前記発明の効果に記したように誘電体近傍の水中には正電荷が過剰となり、結露は直流電圧による電界に従って正極４から負極５へと輸送できる。透水性誘電体部位１０は壁面ａ６を貫通しており、熱交換素子外と通じているため、負極５へ集まることで最終的に結露は熱交換素子外へと排出することができる。
【００５６】
このため、仕切板１表面において発生した結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制することができる。かつ、熱交換素子からの排水を能動的に行うことができるため、排水において単に水濃度差を駆動力とした場合に比べて単位断面積当たりの水の輸送量が大きく、透水性誘電体部位１０の壁面ａ６表面に占める面積の割合を小さくすることができ、透水性誘電体部位１０からの空気漏れを抑えることができるため、空気漏れによる熱交換素子の効率低下を抑制することができる。
【００５７】
さらに、熱交換素子内で結露した水を液体の形で熱交換素子外へ排出することで、気体の水が持っていた凝縮熱を熱交換素子内へ残すことができるとともに、液体の水の気化によって熱交換素子から奪われる気化熱による温度低下を防止できる。そのために、排出した結露量に応じた凝縮熱のエネルギーによって一次気流８及び二次気流９を暖め、給排気温度を上昇させることができる。このことにより、室内空気に比べ、外気が低温であった場合、室内へ供給する空気温度を上昇させることができ、給気側の顕熱交換効率を上昇させることができる。
【００５８】
本発明における透水性誘電体部位１０の素材は、例えば透水性誘電体層３の素材として実施の形態１に示したものが挙げられる。ただし、透気度に関しては、透水性誘電体層３に関して特に制限がないことに対し、透水性誘電体部位１０では、実施の形態１における透水性部位７と同様に透気度は高いほうが望ましい。
【００５９】
なお、図２では透水性誘電体部位１０に接触する形で、帯状の負極５を備えたが、透水性誘電体部位１０の熱交換素子外の空気との接触面に負極５を備えても良い。具体的には、シリカを主成分とする透水性誘電体部位１０の熱交換素子外の空気との接触面に、白金を蒸着させることによって負極５を備える構成等が挙げられる。
【００６０】
（実施の形態３）
図３において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
図３は図１に示した熱交換素子を伝熱板に対して平面視した図であり、図の下方が実際の素子の鉛直下方と一致している。図１に示すように、伝熱性を有する仕切板１をリブ２によって所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流８と二次気流９がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子を構成要素とする。図３において、鉛直方向に平面を持つ仕切板１を備え、一次気流８が水平方向へ流れる構成の熱交換素子において、仕切板１表面にシリカを主成分とする透水性誘電体層３を備え、透水性誘電体層３表面に電気的に接続された正極４、及び透水性誘電体層３表面に電気的に接続された負極５を備える。一次気流８を通過させる風路の鉛直下方に備えられた壁面ｂ１１が透水性部位７を持ち、かつ正極４及び負極５を一次気流８と平行に透水性誘電体層３を挟むように備え、かつ負極５より正極４が鉛直方向上方に備える構成とする。
【００６２】
このような構成によれば、仕切板１表面において結露が発生した場合、結露は透水性誘電体層３内部へ吸収される。正極４及び負極５を用いて透水性誘電体層３に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて結露を能動的に輸送することが可能となる。
【００６３】
さらに、仕切板１を鉛直方向へ立てることで、重力によっても、水は下方へと輸送される。本実施の形態では、透水性誘電体層３の素材としてシリカを主成分としているため、前記発明の効果に記したように誘電体近傍の水中には正電荷が過剰となり、結露は直流電圧による電界に従って正極４から負極５へと輸送できる。負極５は正極４よりも鉛直方向下方にあるため、結露は壁面ｂ１１へ集まる。透水性部位７は壁面ｂ１１を貫通しており、熱交換素子外と通じているため、壁面ｂ１１へ集まった結露は重力及び水濃度差を駆動力として、熱交換素子外へと排出することができる。このため、仕切板１表面において発生した結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制することができる。
【００６４】
さらに、熱交換素子からの排水に使用できる駆動力が重力と水濃度差になるため、単に水濃度差を駆動力とした場合に比べ、排水速度が増加し、より多くの結露に対応することができる。さらに、熱交換素子内で結露した水を液体の形で熱交換素子外へ排出することで、気体の水が持っていた凝縮熱を熱交換素子内へ残すことができるとともに、液体の水の気化によって熱交換素子から奪われる気化熱による温度低下を防止できる。そのために、排出した結露量に応じた凝縮熱のエネルギーによって一次気流８及び二次気流９を暖め、給排気温度を上昇させることができる。このことにより、室内空気に比べ、外気が低温であった場合、室内へ供給する空気温度を上昇させることができ、給気側の顕熱交換効率を上昇させることができる。
【００６５】
なお、実施の形態では電気浸透流の方向に合わせて、負極５より正極４が鉛直方向上方に備える構成としたが、電気浸透流が負極５から正極４へと流れる透水性誘電体層３を備えた場合、正極４より負極５が鉛直方向上方に備える構成とする。
【００６６】
なお、実施の形態では仕切板１を鉛直方向へ立てたが、透水性部位７内部へ重力の影響が及ぶような角度であれば同様の効果が得られる。具体的には、鉛直方向が最も望ましく、透水性部位７の素材と、排出が必要な結露量との関係によって鉛直方向に対する仕切板１の傾け角度の上限が決定する。
【００６７】
（実施の形態４）  
図４において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６８】
図４に示すように、伝熱性を有する仕切板１をリブ２によって所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流８と二次気流９がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子を構成要素とする。仕切板１に対して平面視で一次気流８と二次気流９が互いに直角に重なり合っている直交流型熱交換素子であり、一次気流８と接する仕切板１表面に透水性誘電体層３を備え、仕切板１に対して平面視、二次気流９と垂直に透水性誘電体層３を挟むように正極４及び負極５を備え、一次気流８の風路を構成し、二次気流９の出口と接している壁面ｃ１２において、壁面ｃ１２を貫通する透水性部位７を備え、透水性部位７が負極５と接している構成とする。
【００６９】
このような構成によれば、一次気流８が二次気流９によって冷却され、仕切板１表面において結露が発生した場合、結露は透水性誘電体層３内部へ吸収される。正極４及び負極５を用いて透水性誘電体層３に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて結露を能動的に輸送することが可能となる。本実施の形態では、透水性誘電体層３の素材としてシリカを主成分としているため、前記発明の効果に記したように誘電体近傍の水中には正電荷が過剰となり、結露は直流電圧による電界に従って正極４から負極５へと輸送できる。負極５に集まった結露は、負極５と接している透水性部位７へ水の濃度差により拡散し、さらに透水性部位７内に生じた水濃度差を駆動力として透水性部位７内を拡散する。透水性部位７は壁面ｃ１２を貫通しており、二次気流９の出口と通じているため、最終的に結露は二次気流９の出口へと排出することができる。このため、仕切板１表面において発生した結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制することができる。さらに、二次気流９の出口へ排水することで、熱交換素子通過後の二次気流９の湿度を増加させることができ、熱交換素子の湿度交換効率を向上することができる。
【００７０】
なお、仕切板１が、実施の形態１で示したような透湿性の部材であり、熱交換素子が顕熱交換と共に湿度を交換することのできる全熱交換素子であった場合、電気浸透流の方向は二次気流９と平行に発生するため、輸送した結露が二次気流９と平行に仕切板１表面を輸送されつつ、仕切板１を透過し、一次気流８によって暖められていく二次気流９へ蒸発することで、全熱交換素子の湿度交換効率を向上することができる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、一次気流８が結露する場合、即ち、一次気流８が暖かく二次気流９が冷たい場合を想定したが、逆の場合であっても二次気流９と接する仕切板１表面に透水性誘電体層３を備え、二次気流９の風路を構成し、一次気流８の出口と接している壁面ｄ１３に透水性部位７を備えることで同様の効果を得ることができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では、一次気流８と二次気流９は直角に交わっていたが、この角度は風路を構成できる最小の角度から９０度までの範囲であれば同様の効果を得ることができる。
【００７３】
なお、図４で示したように透水性部位７の表面と壁面ｃ１２の表面が同一表面上にある必要はない。透水性部位７を壁面ｃ１２より飛び出させることによって、熱交換素子外部と透水性部位７の接触表面積を拡大させることができるので、透水性部位７から熱交換素子外部への水分の蒸発を促進することが可能となり、結露の排水量を増加させることができるためより好適である。
【００７４】
なお、本実施の形態において仕切板１の片面に透水性誘電体層３を備えているが、両面に同様の構成を備えてもよい。この構成により、一次気流８の結露だけでなく、二次気流９の結露にも対応することが可能となる。また、透水性誘電体層３は仕切板１の表面全てを覆う必要は無く、最低限結露が発生すると想定される部位のみを覆うことで同様の効果を得ることができる。
【００７５】
（実施の形態５）
図５において、図２または図４と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
図５に示すように、伝熱性を有する仕切板１をリブ２によって所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流８と二次気流９がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子を構成要素とする。仕切板１に対して平面視、一次気流８と二次気流９が互いに直角に重なり合っている直交流型熱交換素子であり、一次気流８と接する仕切板１表面に透水性誘電体層３を備え、仕切板１に対して平面視、二次気流９と垂直に透水性誘電体層３を挟むように正極４及び負極５を備え、一次気流８の風路を構成し、二次気流９の出口と接している壁面ｃ１２において、壁面ｃ１２を貫通するとともに透水性誘電体層３と接しているシリカを主成分とする透水性誘電体部位１０を備え、透水性誘電体部位１０と二次気流９とが接する部位に負極５を備える構成とする。
【００７７】
このような構成によれば、一次気流８が二次気流９によって冷却され、仕切板１表面において結露が発生した場合、結露は透水性誘電体層３内部へ吸収される。正極４及び負極５を用いて透水性誘電体層３及び透水性誘電体部位１０に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて結露を能動的に輸送し、透水性誘電体部位１０より排出することができる。本実施の形態では、透水性誘電体層３及び透水性誘電体部位１０の素材としてシリカを主成分としているため、前記発明の効果に記したように誘電体近傍の水中には正電荷が過剰となり、結露は直流電圧による電界に従って正極４から負極５へと輸送できる。透水性誘電体部位１０は壁面ａ６を貫通しており、熱交換素子外と通じているため、負極５へ集まることで最終的に結露を熱交換素子外へと排出することができる。このため、仕切板１表面において発生した結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制することができる。かつ、熱交換素子からの排水を能動的に行うことができるため、排水において単に水濃度差を駆動力とした場合に比べて単位断面積当たりの水の輸送量が大きく、透水性誘電体部位１０の壁面ｃ１２表面に占める面積の割合を小さくすることができ、透水性誘電体部位１０からの空気漏れを抑えることができるため、空気漏れによる熱交換素子の効率低下を抑制することができる。さらに、二次気流９の出口へ排水することで、熱交換素子通過後の二次気流９の湿度を増加させることができ、熱交換素子の湿度交換効率を向上することができる。
【００７８】
（実施の形態６）
図６において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図６に示すように、伝熱性を有する仕切板１をリブ２によって所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流８と二次気流９がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子を構成要素とする。仕切板１に対して平面視、一次気流８と二次気流９が互いに直角に重なり合っている直交流型熱交換素子であり、一次気流８と接する仕切板１表面に透水性誘電体層３を備え、一次気流８の入口と二次気流９の出口とが最も接近する部位に負極５を備え、一次気流８の出口と二次気流９の入口とが最も接近する部位に正極４を備える構成とする。この構成において、正極４と負極５は図１と同様に透水性誘電体層３表面に電気的に接続されている。例えば、一次気流８と接する仕切板１表面全てに透水性誘電体層３を備えた構成であれば、負極５を備えている一次気流８の入口と二次気流９の出口とが最も接近する部位とは即ち、透水性誘電体層３の一次気流８の入口と面している辺と、二次気流９の出口に最も近い辺の交点を示し、正極４に関しても同様である。正極４及び負極５の寸法は実施の形態１に示した下限によって規定されており、例えば、仕切板１が１２０ｍｍ角の正方形であった場合、正極４及び負極５は５ｍｍ角のカーボン電極等の構成が挙げられる。
【００７９】
このような構成によれば、一次気流８が二次気流９によって冷却され、仕切板１表面において結露が発生した場合、結露は透水性誘電体層３内部へ吸収される。正極４及び負極５を用いて透水性誘電体層３に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて結露を能動的に輸送することが可能となる。本実施の形態では、透水性誘電体層３の素材としてシリカを主成分としているため、前記発明の効果に記したように誘電体近傍の水中には正電荷が過剰となり、結露は直流電圧による電界に従って正極４から負極５へと輸送できる。一次気流８が二次気流９によって冷却されるため、一次気流８の入口が熱交換素子内で最も暖かく、以下、二次気流９の出口、一次気流８の出口、二次気流９の入口の順に温度が低い。そのため特に、一次気流８の入口と二次気流９の出口とが仕切板１を介して接している部分が一次気流８と接する仕切板１表面において最も暖かい部分であり、一次気流８の出口と二次気流９の入口が仕切板１を介して接している部分が一次気流８と接する仕切板１表面において最も冷たい部分である。よって、この構成によって電気浸透流を用いて、結露を仕切板１表面で最も温度の低い部位から最も温度の高い部位へ向かって輸送することができ、輸送した結露を再度一次気流８へ蒸発させることができるため、結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制することができる。
【００８０】
なお、仕切板１が、実施の形態１で示したような透湿性の部材であり、熱交換素子が顕熱交換と共に湿度を交換することのできる全熱交換素子であった場合、輸送した結露は二次気流９へも蒸発するため、全熱交換素子の湿度交換効率を向上することができる。
【００８１】
なお、実施の形態では正極４及び負極５を仕切板の隅へ備えたが、一次気流８の入口と二次気流９の出口とが仕切板１を介して接している部分及び一次気流８の出口と二次気流９の入口が仕切板１を介して接している部分を結ぶ対角線上に正極４及び負極５を備え、正極４と負極５とを結ぶ直線上に、結露が発生する場所を含むように正極４と負極５の距離を取って備えることで同様の効果を得ることができる。
【００８２】
（実施の形態７）
図７において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８３】
図７は図１に示した熱交換素子を伝熱板に対して平面視した図であり、図の下方が実際の素子の鉛直下方と一致している。図１に示すように、伝熱性を有する仕切板１をリブ２によって所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流８と二次気流９がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子を構成要素とする。図７において、鉛直方向に平面を持つ仕切板１を備え、一次気流８が鉛直方向下方より流入する構成の熱交換素子において、仕切板１表面にシリカを主成分とする透水性誘電体層３を備え、透水性誘電体層３表面に電気的に接続された２組の正極４、及び透水性誘電体層３表面に電気的に接続された２組の負極５を備える。透水性誘電体層３に、一次気流８と平行で、一次気流８の入口へ開口端を備える溝１４、例えば深さ２００μｍ、幅３ｍｍの溝を備え、溝１４を挟むように負極５を備え、各々の負極５に対して透水性誘電体層３を挟んだ各々の反対端に正極４を備える構成とする。
【００８４】
このような構成によれば、仕切板１表面において結露が発生した場合、結露は透水性誘電体層３内部へ吸収される。正極４及び負極５を用いて透水性誘電体層３に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて結露を能動的に輸送することが可能となる。本実施の形態では、透水性誘電体層３の素材としてシリカを主成分としているため、前記発明の効果に記したように誘電体近傍の水中には正電荷が過剰となり、結露は直流電圧による電界に従って正極４から負極５へと輸送できる。負極５が溝１４を挟むように接していることから、輸送した結露を溝１４へと集めることができる。毛細管力及び重力を駆動力として、溝１４内部を通じ、結露を一次気流８の入口へ排出することができることで結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制することができる。かつ、重力を駆動力とすることで、毛細管力だけを駆動力とする場合に比べ、結露の輸送量を増加させることができ、また、溝１４に働く水の表面張力の影響を破って一次気流８の入口へ排出することができるため、より多くの結露を除去することができる。
【００８５】
なお、本実施の形態において溝１４内を透水性物質で満たすことは、一次気流８の風圧によって、溝１４内部の水が鉛直下方向へ拡散することに対して鉛直上方向へ押し戻す現象を抑えることができるようになる。さらに、溝１４の断面積によらず毛細管力や重力を水へ作用させることができるため、溝１４の断面積を拡大し、輸送可能な水の量を増大することができるためより好適である。
【００８６】
なお、実施の形態では仕切板１を鉛直方向へ立てたが、溝１４内部へ重力の影響が及ぶような角度であれば同様の効果が得られる。具体的には、鉛直方向が最も望ましく、溝１４の表面素材と、排出が必要な結露量との関係によって鉛直方向に対する仕切板１の傾け角度の上限が決定する。
【００８７】
（実施の形態８）
図８において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８８】
図８は図１に示した熱交換素子を伝熱板に対して平面視した図であり、図の下方が実際の素子の鉛直下方と一致している。図１に示すように、伝熱性を有する仕切板１をリブ２によって所定間隔を置いて複数層に重ね合わせ、一次気流８と二次気流９がこれらの各層間を通るように形成した熱交換素子を構成要素とする。図８において、鉛直方向に平面を持つ仕切板１を備え、一次気流８が水平方向より流入する構成の熱交換素子において、仕切板１表面において、仕切板１を挟む２本のリブ２が水平になっている長方形の領域にシリカを主成分とする透水性誘電体層３を備え、透水性誘電体層３表面に電気的に接続され、一次気流８に対し垂直な正極４、及び透水性誘電体層３表面に電気的に接続され、一次気流８に対し垂直な負極５を備える。透水性誘電体層３に、鉛直方向に長辺を持つ透水性部位７を備え、透水性部位７の鉛直下方端が一次気流８を通過させる風路の壁面を貫通して熱交換素子外部と接しており、透水性部位７と負極５が接している構成とする。
【００８９】
このような構成によれば、仕切板１表面において結露が発生した場合、結露は透水性誘電体層３内部へ吸収される。正極４及び負極５を用いて透水性誘電体層３に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて結露を能動的に輸送することが可能となる。本実施の形態では、透水性誘電体層３の素材としてシリカを主成分としているため、前記発明の効果に記したように誘電体近傍の水中には正電荷が過剰となり、結露は直流電圧による電界に従って正極４から負極５へと輸送できる。負極５が透水性部位７と接していることから、輸送した結露を透水性部位７へと集めることができ、毛細管力及び重力を駆動力として、透水性部位７内部を通じて結露を熱交換素子外部へ排出することができることで結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制することができる。かつ、重力を駆動力とすることで、毛細管力だけを駆動力とする場合に比べ、結露の輸送量を増加させることができ、また、透水性部位７に働く水の表面張力の影響を破って熱交換素子外部へ排出することができるため、より多くの結露を除去することができる。
【００９０】
なお、図８では、正極４と負極５に印加した電圧による電界に対する正極４及び負極５の垂直方向の長さを最大とするように、透水性誘電体層３をリブ２が水平になっている部位に長方形に備えた形態を例示した。これは、電気浸透流の流れる透水性誘電体層３の断面積を最大にすることで、正極４及び負極５に印加した電圧あたりの水輸送量を増加させることができる効果を持ち、好適である。しかし、結露の発生部位がこの領域に留まらない場合は透水性誘電体層３及び透水性部位７が結露の発生部位全てを含むように備えてもよい。その場合、電気浸透流によって輸送される水量を負極５から透水性部位７へ浸透により移行させることが可能な負極５と透水性部位７の接触表面積及び、同量の水を毛細管力及び重力によって輸送可能な透水性部位７の断面積を保つ必要があるため、この関係性から仕切板１に占める透水性部位７の面積の下限が規定され、仕切板１に占める透水性誘電体層３の面積の上限が規定される。
【００９１】
なお、図８に示したように、正極４よりも負極５を一次気流８の入口に近い位置へ備えることで、結露は一次気流８の流れる方向とは逆に移動する。このことにより、この素子が対向流型の全熱交換素子であった場合、結露は二次気流９の温度が上昇する方向へ移動するため、結露を二次気流９へ蒸発させることができ、全熱交換素子の湿度交換効率を向上することができるという効果を奏する。
【００９２】
なお、図８で示したように透水性部位７の表面と熱交換素子壁面の表面が同一表面上にある必要はない。透水性部位７を熱交換素子壁面より飛び出させることによって、熱交換素子外部と透水性部位７の接触表面積を拡大させることができるので、透水性部位７から熱交換素子外部への水分の蒸発を促進することが可能となり、結露の排水量を増加させることができるためより好適である。
【００９３】
（実施の形態９）
図９において、図１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９４】
図９に示すように、仕切板１表面にシリカを主成分とする透水性誘電体層３を備え、透水性誘電体層３表面に電気的に接続された正極４、及び透水性誘電体層３表面に電気的に接続された負極５を備える。負極５と接するように、高吸水性高分子であるポリビニルアルコールを主成分とする吸水性部位１５を備えた構成とする。
【００９５】
このような構成によれば、仕切板１表面において結露が発生した場合、結露は透水性誘電体層３内部へ吸収される。正極４及び負極５を用いて透水性誘電体層３に直流電圧を印加することで、水の電気浸透流現象を発生させて結露を能動的に輸送することが可能となる。本実施の形態では、透水性誘電体層３の素材としてシリカを主成分としているため、前記発明の効果に記したように誘電体近傍の水中には正電荷が過剰となり、結露は直流電圧による電界に従って正極４から負極５へと輸送できる。負極５が吸水性部位１５と接していることから、輸送した結露を吸水性部位１５へと吸収させることができることから結露が風路を塞ぐことを抑制し、風路閉鎖による熱交換素子の効率低下を抑制することができる。
【００９６】
さらに、吸水性部位１５において、結露を液体の形で蓄えることによって一時的に、気体の水が持っていた凝縮熱を熱交換素子内へ残すことができるとともに、液体の水の気化によって熱交換素子から奪われる気化熱による温度低下を抑制できる。そのために、蓄えた結露量に応じた凝縮熱のエネルギーによって一時的に一次気流８及び二次気流９を暖めることができ、給排気温度を上昇させることができる。
【００９７】
さらに、吸水性部位１５に接している負極５を正極４に切り替え、正極４を負極５へ切り替えることにより、電気浸透流の方向を逆転させ、吸水性部位１５に含ませた結露を熱交換素子内へ排出することができる。このことにより、一次気流８または二次気流９の相対湿度が低下した際に、吸水性部位１５から結露を排出させ、熱交換素子内で蒸発させることにより、湿度交換効率の上昇及び、給排気温度の低下を行うことができる。
【００９８】
本発明における高吸水性高分子とは、高い水分保持性を持つ親水性高分子化合物であり、その架橋構造内に自重の１０倍以上の水を保持する。素材として、ポリアクリル酸塩、デンプン、ポリビニルアルコール、カルボキシルメチルセルロース等が挙げられる。
【００９９】
なお、実施の形態において、吸水性部位１５に高吸水性高分子を用いたが、吸水性を備える物質であれば良く、親水性のセルロース繊維で構成された網目状の構造体などでも同様の効果が得られる。ただし、正極４及び負極５の電位を入れ替え、電気浸透流を逆流させて水分を戻す機構を備える場合、塩化カルシウム等の無機塩類をはじめとするイオンによって吸水性を高める構造の吸水性部位１５を用いる構成は、結露中にイオンが溶解して電気伝導度が著しく上昇するため、電気浸透流に必要な電圧及び電流が著しく増加しあまり適さない。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明に係る熱交換素子は、室内及び室外の条件が熱交換により結露を発生させるような条件であっても、結露によって本来の熱交換換気性能を落とすことなく継続して行うことができ、寒冷地の冬季に熱交換換気する換気装置の熱交換素子等として有用である。
【符号の説明】
【０１０１】
１    仕切板
２    リブ
３    透水性誘電体層
４    正極
５    負極
６    壁面ａ
７    透水性部位
８    一次気流
９    二次気流
１０  透水性誘電体部位
１１  壁面ｂ
１２  壁面ｃ
１３  壁面ｄ
１４  溝
１５  吸水性部位
【図１】
2011141065.tif 000003
【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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【図８】
2011141065.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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