(57)【要約】【課題】熱交換素子とそれを用いた熱交換換気機器において、着霜による目詰まりを効果的に抑制することを目的とする。【解決手段】熱交換素子１は、複数の透湿膜２と、透湿膜２どうしの間隔を保持するリブ３を備え、透湿膜２とリブ３は排気風路４と給気風路５を１層ずつ交互に略直交させて構成するように積層され、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という構成にしたことにより、着霜による目詰まりを効果的に抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の伝熱手段と、前記伝熱手段どうしの間隔を保持する間隔保持手段を備え、前記伝熱手段と前記間隔保持手段は排気風路と給気風路を１層ずつ交互に略直交させて構成するように積層され、前記排気風路の高さが前記給気風路の出口側から入口側にかけて高くなる熱交換素子。
【請求項２】
前記排気風路内部の前記間隔保持手段の高さが前記給気風路の出口側から入口側にかけて高くなる請求項１に記載の熱交換素子。
【請求項３】
前記排気風路の高さが０．５°から２．０°の範囲の角度で高くなる請求項１または２に記載の熱交換素子。
【請求項４】
前記排気風路１層分と前記給気風路１層分を重ね合わせた１段の高さが均一である請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換素子。
【請求項５】
前記排気風路の平均的な高さが前記給気風路の平均的な高さよりも高い請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換素子を用いた熱交換換気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化にともなって居住分野の省エネが重視されるようになってきた。住宅の消費エネルギーの中では給湯、照明、空調の消費エネルギー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。
【０００３】
この中で住宅の空調負荷に着目すると、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がある。住宅の躯体から逃げる熱は、ここ数十年での住宅の断熱、気密性能の大幅な向上により、かなり低減されるようになってきた。一方、換気によって逃げる熱を低減させるには、給気と排気の間で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で給気と排気の熱交換を行うものである。
【０００４】
ところで空調エネルギー低減のニーズは寒冷地で特に大きいが、熱交換型換気扇は外気が低温の場合に熱交換素子内部で霜が発達するために風路が目詰まりするという課題があった。これ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り、排気風路の給気風路入口付近で着霜が特に顕著である。
【０００５】
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、ヒーターで外気を温めてから熱交換素子に導入したり、熱交換素子が着霜した場合には室内空気を換気扇内部に循環させて霜を溶かしたり（これをデフロストと言う）している。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、またデフロストをするとその間は換気ができないといった課題があった。
【０００６】
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。
【０００７】
従来のこの種の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）。
【０００８】
以下、その熱交換素子について図５を参照しながら説明する。
【０００９】
図５に示すように、熱交換素子１０１は伝熱手段１０２とその間隔を保持する間隔保持手段１０３を積層して構成されている。伝熱手段１０２と間隔保持手段１０３に囲まれた部分が排気風路１０４と給気風路１０５であり、排気風路１０４を通る排気空気と給気風路１０５を通る給気空気が伝熱手段１０２を介して熱交換するようになっている。
【００１０】
この熱交換素子１０１は、排気風路１０４を構成する間隔保持手段１０３を可能な限り少なくすることにより、排気風路の開口面積を大きくし、着霜による目詰まりを抑制するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】実開昭６１−７４７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような従来の熱交換素子は、もともと開口面積の小さい排気風路に設けられた間隔保持手段の数を減らすものであり、間隔保持手段に囲まれた１つの排気風路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、排気風路内でも着霜しやすい箇所があるため効果が限定的であるという課題があった。また熱交換素子が全熱交換型である場合は伝熱手段が透湿膜となり、間隔保持手段を減らすと膜がより負圧である排気風路側にたわんでしまうため、間隔保持手段を減らせないという課題があった。
【００１３】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、伝熱手段の種類によらず着霜による目詰まりを効果的に抑制する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】
【００１４】
そしてこの目的を達成するために、本発明は、複数の伝熱手段と、前記伝熱手段どうしの間隔を保持する間隔保持手段を備え、前記伝熱手段と前記間隔保持手段は排気風路と給気風路を１層ずつ交互に略直交させて構成するように積層され、前記排気風路の高さが前記給気風路の出口側から入口側にかけて高くなるようにした熱交換素子であり、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】
【００１５】
本発明によれば、複数の伝熱手段と、前記伝熱手段どうしの間隔を保持する間隔保持手段を備え、前記伝熱手段と前記間隔保持手段は排気風路と給気風路を１層ずつ交互に略直交させて構成するように積層され、前記排気風路の高さが前記給気風路の出口側から入口側にかけて高くなるという構成にしたことにより、前記間隔保持手段を減らさずに排気風路全体の開口面積を大きくするとともに着霜が特に顕著な領域の開口面積を大きくしているので、伝熱手段の種類によらず着霜による目詰まりを効果的に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】
【００１６】
【図１】熱交換素子１の外観を示す斜視図
【図２】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
【図３】（ａ）排気風路４で着霜した場合の様子を示す１段分の風路の断面図、（ｂ）透湿膜２がたわんだ状態で排気風路４において着霜した様子を示す１段分の風路の断面図
【図４】熱交換換気機器８の構成を示す概念図
【図５】従来の熱交換素子１０１の外観を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の請求項１記載の熱交換素子は、複数の伝熱手段と、前記伝熱手段どうしの間隔を保持する間隔保持手段を備え、前記伝熱手段と前記間隔保持手段は排気風路と給気風路を１層ずつ交互に略直交させて構成するように積層され、前記排気風路の高さが前記給気風路の出口側から入口側にかけて高くなるという構成を有する。これにより、前記間隔保持手段を減らさずに着霜が特に顕著な領域の開口面積を大きくしているので、伝熱手段の種類によらず着霜による目詰まりを効果的に抑制するという効果を奏する。
【００１８】
また、前記排気風路内部の前記間隔保持手段の高さが前記給気風路の出口側から入口側にかけて高くなるという構成にしてもよい。これにより、前記伝熱手段の種類によらず着霜が特に顕著である領域の断面積を効果的に大きくするという効果を奏する。
【００１９】
また、前記排気風路の高さが０．５°から２．０°の範囲の角度で高くなるという構成にしてもよい。これにより、比較的着霜しやすい領域の着霜を抑制しつつ前記熱交換素子全体の熱交換効率を比較的高く維持できるという効果を奏する。
【００２０】
また、前記排気風路１層分と前記給気風路１層分を重ね合わせた１段の高さが均一であるという構成にしてもよい。これにより、前記熱交換素子全体の形状が扱いやすいものになるという効果を奏する。
【００２１】
また、前記排気風路の平均的な高さが前記給気風路の平均的な高さよりも高いという構成にしてもよい。これにより、前記伝熱手段が膜状の素材である場合に、前記伝熱手段が前記排気風路側にたわんでも前記排気風路の高さを確保できるという効果を奏する。
【００２２】
また本発明の請求項７記載の熱交換換気機器は、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換素子を用いた熱交換換気機器という構成を有する。これにより、寒冷地においてヒーターによる加熱やデフロストなどの特別な霜対策をしなくてもよいという効果を奏する。
【００２３】
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。
【００２４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の熱交換素子１について、図１を参照しながら説明する。図１は熱交換素子１の外観を示す斜視図である。
【００２５】
熱交換素子１は伝熱手段としての透湿膜２と、透湿膜２どうしの間隔を保持する間隔保持手段としてのリブ３を備え、これらが排気風路４と給気風路５を１層ずつ交互に直交させて形成するように積層されている。積層数は熱交換素子１を搭載する換気機器の風量やサイズによって決定される。また熱交換素子１の上面と底面には樹脂板６が設置され、熱交換素子１を保護する役目を担っている。
【００２６】
透湿膜２は、紙や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気のみを通す性能を持たせた膜である。これにより排気と給気の間で熱と湿気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がたわんでしまうことに注意しなければならず、リブ３の間隔をあまり広くはできない。
【００２７】
伝熱手段として透湿膜２の代わりに、アルミ等の熱伝導率の高い金属や樹脂等の材料からなる伝熱板７（図示せず）を用いてもよい。この場合は熱のみを通して湿気は通さないので、熱交換素子１は顕熱交換型となる。
【００２８】
なお一般的な性能の顕熱交換型の熱交換素子と全熱交換型の熱交換素子を比較すると、全熱交換型の熱交換素子の方が湿気（潜熱）も回収するので全熱交換効率が高く、空調負荷の省エネのためには全熱交換型の熱交換素子を使用することが望ましい。従来は透湿膜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が用いられてきたが、最近では透湿膜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。
【００２９】
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を積層することにより排気風路４と給気風路５を形成しているので、リブ３の高さが排気風路４と給気風路５の高さとなる。
【００３０】
ここで、一般的な熱交換素子で着霜するメカニズムについて図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。
【００３１】
室内の暖かい空気はＲＡとして熱交換素子に導入されるが、低温の外気であるＯＡと熱交換することにより排気空気の温度が低下し、相対湿度が１００％を超えることで結露が生じる。さらに排気空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の場合は熱だけでなく湿気も交換するので排気空気の相対湿度は上がりにくくなるが、一般的に湿度交換効率は温度交換効率よりも低いので、外気が非常に低温だとやはり着霜が生じることになる。
【００３２】
着霜が生じやすい領域は図２の斜線で示したような領域であり、排気風路内部の給気風路入口（ＯＡ）側である。これは、この領域の排気空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。
【００３３】
熱交換素子１は、図２の斜線で示したような特に着霜が顕著な領域の開口面積を大きくするべく、当該領域のリブ３の高さを高くするようにしたものである。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）側から入口（ＯＡ）側にかけて高くなるようにしたものである。
【００３４】
熱交換素子１の排気風路４で着霜した場合の様子を図３（ａ）に示す。図３（ａ）は排気風路４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。排気風路４内部のリブ３の高さが給気風路５の出口（ＳＡ）側から入口（ＯＡ）側にかけて高くなっているので、排気風路４の高さはＯＡ側で最も高い。排気風路４内部のＯＡ側で最も霜が着きやすいが、この領域で開口面積を大きくしているので、図３（ａ）に示すように着霜による目詰まりを効果的に抑制することができる。
【００３５】
また透湿膜２がたわんだ場合の様子を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）は透湿膜２がたわんだ状態で排気風路４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気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側にたわむことになる。特に透湿膜２の基材が紙である場合、透湿膜２が吸湿して膨張するため、たわみが大きくなる傾向がある。
【００３６】
前述したような従来の熱交換素子はリブ３を少なくして排気風路４の開口面積を大きくするというものであるが、リブ３を少なくすると透湿膜２のたわみが大きくなり、排気風路４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ので、伝熱手段の種類が透湿膜２と伝熱板７のいずれの場合においても適用できるものである。
【００３７】
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してしまうと考えられる。しかし排気風路４内部で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、風路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。
【００３８】
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、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で数時間風路の目詰まりを抑制することができれば、日中には霜が融けて１日を通して連続的に換気をすることが可能となり、ヒーターによる加熱やデフロストなどの特別な霜対策をしなくてもよいということになる。
【００３９】
また排気風路４の高さは０．５°から２．０°の範囲の角度で高くなるようにする。これは図３（ａ）のθで示した角度のことである。この角度が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の高さが高いことになり、熱交換効率が低下してしまう。またこの角度が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ことになる。排気風路４の高さを０．５°から２．０°の範囲の角度で高くなるようにすることにより、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全体の熱交換効率を比較的高く維持できるようになる。
【００４０】
例えば一辺の長さが１０ｃｍの正方形の平面を持つような直交型熱交換素子の場合、着霜による風路の目詰まりを抑制するために排気風路の最高高さを５．５ｍｍと設定すると、排気風路の最低高さは０．５°の場合は４．６ｍｍ、２．０°の場合は２．０ｍｍとなる。角度が０．５°よりも小さい場合は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、熱交換効率が低下してしまう。また角度が２．０°よりも大きい場合は排気風路の最低高さが２．０ｍｍよりも小さくなってしまうため、最低高さをこれ以上低くしないためには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ことになる。
【００４１】
また給気風路５内部のリブ３の高さは、図３（ａ）に示すように給気風路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を重ね合わせた１段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、熱交換素子１全体の形状が扱いやすいものになる。
【００４２】
また排気風路４の平均的な高さが給気風路５の平均的な高さよりも高いようにする。これにより図３（ｂ）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の高さを確保できる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、リブ３の高さで、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が、アルミ等の金属や樹脂からなる伝熱板７を備え、伝熱板７の形状により伝熱板７どうしの間隔を保持できるようにした熱交換素子においても、伝熱板７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れば、排気風路の着霜による目詰まりを抑制する効果が得られる。
【００４４】
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）側で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れば、排気風路が着霜によって目詰まりすることを抑制することができる。
【００４５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の熱交換換気機器８について、図４を参照しながら説明する。図４は熱交換換気機器８の構成を示す概念図である。
【００４６】
熱交換換気機器８は給気ファン９と、排気ファン１０と、それらを動かすモーター１１（図示せず）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、実施の形態１の熱交換素子１を備え、排気空気と給気空気を熱交換するものである。
【００４７】
熱交換換気機器８は実施の形態１で説明したように着霜による目詰まりを効果的に抑制する熱交換素子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や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をすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明にかかる熱交換素子とそれを用いた熱交換換気機器は、伝熱手段の種類によらず着霜による目詰まりを効果的に抑制することを可能とするものであるので、熱交換素子とそれを用いた熱交換換気機器等として有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１  熱交換素子
２  透湿膜
３  リブ
４  排気風路
５  給気風路
６  樹脂板
７  伝熱板
８  熱交換換気機器
１０１  熱交換素子
１０２  伝熱手段
１０３  間隔保持手段
１０４  排気風路
１０５  給気風路
【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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