(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
換気のための給気流路と排気流路を設け、少なくともいずれか一方の流路を流れる空気の熱交換を行なうために、熱電変換素子を用いた熱交換器を設置した空調換気装置において、
前記熱交換器の吸熱系および放熱系の少なくとも何れか一方の系に、液流体による熱移動媒体を強制循環させて熱交換を行なう熱移動媒体循環系統を設けるとともに、
前記給気流路の途中と排気流路の途中を連通するバイパス流路を設け、
前記給気流路のバイパス流路との分岐点よりも給気空気流れ方向上流側に、熱電変換素子を用いた屋外側の熱交換器の吸熱側伝熱部を配置し、
前記排気流路のバイパス流路との分岐点よりも排気空気流れ方向下流側に、熱電変換素子を用いた屋外側の熱交換器の放熱側伝熱部を配置し、
前記給気流路のバイパス流路との分岐点よりも給気空気流れ方向下流側に、熱電変換素子を用いた室内側の熱交換器の吸熱側伝熱部を配置し、
前記バイパス流路に、熱電変換素子を用いた室内側の熱交換器の放熱側伝熱部を配置したことを特徴とする空調換気装置。
【請求項２】
請求項１記載において、前記排気流路のバイパス流路との分岐点よりも排気空気流れ方向下流側に、補給空気を供給する補給口を設けたことを特徴とする空調換気装置。
【請求項３】
換気のための給気流路と排気流路を設け、少なくともいずれか一方の流路を流れる空気の熱交換を行なうために、熱電変換素子を用いた熱交換器を設置した空調換気装置において、
前記熱交換器の吸熱系および放熱系の少なくとも何れか一方の系に、液流体による熱移動媒体を強制循環させて熱交換を行なう熱移動媒体循環系統を設けるとともに、
前記給気流路の途中と排気流路の途中を連通するバイパス流路を設け、
前記給気流路のバイパス流路との分岐点よりも給気空気流れ方向上流側に、熱電変換素子を用いた屋外側の熱交換器の吸熱側伝熱部を配置し、
前記排気流路のバイパス流路との分岐点よりも排気空気流れ方向下流側に、熱電変換素子を用いた屋外側の熱交換器の放熱側伝熱部を配置し、
前記給気流路のバイパス流路との分岐点よりも給気空気流れ方向下流側に、熱電変換素子を用いた室内側の熱交換器の吸熱側伝熱部を配置し、
前記排気流路のバイパス流路との分岐点よりも排気空気流れ方向上流側に、熱電変換素子を用いた室内側の熱交換器の放熱側伝熱部を配置したことを特徴とする空調換気装置。
【請求項４】
換気のための給気流路と排気流路を設け、少なくともいずれか一方の流路を流れる空気の熱交換を行なうために、熱電変換素子を用いた熱交換器を設置した空調換気装置において、
前記熱交換器の吸熱系および放熱系の少なくとも何れか一方の系に、液流体による熱移動媒体を強制循環させて熱交換を行なう熱移動媒体循環系統を設けるとともに、
前記給気流路の給気空気流れ方向に沿って熱電変換素子を用いた屋外側ならびに室内側の熱交換器の吸熱側伝熱部をそれぞれ配置し、
前記排気流路の排気空気流れ方向に沿って熱電変換素子を用いた室内側ならびに屋外側の熱交換器の放熱側伝熱部をそれぞれ配置し、
前記排気流路の室内側熱交換器の放熱側伝熱部と屋外側熱交換器の放熱側伝熱部との間に、補給空気を供給する補給口を設けたことを特徴とする空調換気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば家屋、店舗あるいは各種ビルなどで利用できる空調換気装置に係り、特に熱交換効率のよい空調換気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窓サッシなどの設置によって住宅の高気密化が進み、自然換気の不足から煙草の煙などにより汚れた空気が部屋などにこもりがちである。また梅雨の時期に換気が不十分であると、壁面などに結露が生じ、カビなどの発生の原因となり、不衛生である。
【０００３】
しかし、換気のために窓やドアを開けると、冷房していた部屋の温度が上がって冷房効果が減退し、暖房の場合は反対に部屋の温度が下がって暖房効果が減退して不経済である。また窓やドアを開けると、車や飛行機などの騒音が部屋に入ったり、夜中にラジオやテレビの音が外に漏れて近所迷惑になるなどの不都合が生じる。
【０００４】
そのため従来、室内の汚れた空気を外に出す排気流路と外の新鮮な空気を室内に導く給気流路とを隣接して設け、その排気流路と給気流路の間に金属などからなる熱導体を配置して、熱交換機能をもたせた換気扇が用いられている。
【０００５】
この換気扇により、排気流路を通して室内の汚れた空気を外に出すと同時に給気流路を通して外の新鮮な空気を室内に入れるとき、前記熱導体を介して外に排出する空気と外から入れる空気との間で熱交換して熱を回収し、冷房効果または暖房効果の減退を抑制するものである。
【０００６】
ところがこの熱交換機能を有する換気扇は熱導体による熱回収率が５０〜７０％程度であり、十分な熱回収が行なわれず、室温が変化し、快適な環境が得られない。
【０００７】
この欠点を解消するため、特開平２−２１９９３６号公報に記載されているような空調換気装置が提案されている。この空調換気装置は、給気流路と排気流路の間に熱導体を介在した上流側熱交換器と、給気流路と排気流路を跨ぐように熱伝変換素子を配置した後流側熱交換器とを併用した構成になっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この熱導体を備えた上流側熱交換器と熱伝変換素子を備えた後流側熱交換器との併用で熱回収率をある程度高めることができるが、それには限度があり、制御できる温度範囲が狭く、不十分である。
【０００９】
また、上流側熱交換器と後流側熱交換器が一体構造になっているため装置が大型となり、それを壁の上部などに設置する場合、装置の支持構造も大型となる。そのために壁面より大きく出張って目障りとなり、また重量が重くなるなどの欠点を有している。
【００１０】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、制御できる温度範囲が広く、熱交換効率（熱応答性）が良好で、室内の壁の上部などに設置する部分の小型化、軽量化が図れる空調換気装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は、換気のための給気流路と排気流路を設け、少なくともいずれか一方の流路を流れる空気の熱交換を行なうために、熱電変換素子を用いた熱交換器を設置した空調換気装置を対象とするものである。
【００１２】
そして第１の手段は、前記熱交換器の吸熱系および放熱系の少なくとも何れか一方の系に、例えば水あるいは不凍液などの液流体による熱移動媒体を強制循環させて熱交換を行なう熱移動媒体循環系統を設けるとともに、
前記給気流路の途中と排気流路の途中を連通するバイパス流路を設け、
前記給気流路のバイパス流路との分岐点よりも給気空気流れ方向上流側に、熱電変換素子を用いた屋外側の熱交換器の吸熱側伝熱部を配置し、
前記排気流路のバイパス流路との分岐点よりも排気空気流れ方向下流側に、熱電変換素子を用いた屋外側の熱交換器の放熱側伝熱部を配置し、
前記給気流路のバイパス流路との分岐点よりも給気空気流れ方向下流側に、熱電変換素子を用いた室内側の熱交換器の吸熱側伝熱部を配置し、
前記バイパス流路に、熱電変換素子を用いた室内側の熱交換器の放熱側伝熱部を配置したことを特徴とする。
第２の手段は、前記熱交換器の吸熱系および放熱系の少なくとも何れか一方の系に、例えば水あるいは不凍液などの液流体による熱移動媒体を強制循環させて熱交換を行なう熱移動媒体循環系統を設けるとともに、
前記給気流路の途中と排気流路の途中を連通するバイパス流路を設け、
前記給気流路のバイパス流路との分岐点よりも給気空気流れ方向上流側に、熱電変換素子を用いた屋外側の熱交換器の吸熱側伝熱部を配置し、
前記排気流路のバイパス流路との分岐点よりも排気空気流れ方向下流側に、熱電変換素子を用いた屋外側の熱交換器の放熱側伝熱部を配置し、
前記給気流路のバイパス流路との分岐点よりも給気空気流れ方向下流側に、熱電変換素子を用いた室内側の熱交換器の吸熱側伝熱部を配置し、
前記排気流路のバイパス流路との分岐点よりも排気空気流れ方向上流側に、熱電変換素子を用いた室内側の熱交換器の放熱側伝熱部を配置したことを特徴とする。
第３の手段は、換気のための給気流路と排気流路を設け、少なくともいずれか一方の流路を流れる空気の熱交換を行なうために、熱電変換素子を用いた熱交換器を設置した空調換気装置において、
前記熱交換器の吸熱系および放熱系の少なくとも何れか一方の系に、液流体による熱移動媒体を強制循環させて熱交換を行なう熱移動媒体循環系統を設けるとともに、
前記給気流路の給気空気流れ方向に沿って熱電変換素子を用いた屋外側ならびに室内側の熱交換器の吸熱側伝熱部をそれぞれ配置し、
前記排気流路の排気空気流れ方向に沿って熱電変換素子を用いた室内側ならびに屋外側の熱交換器の放熱側伝熱部をそれぞれ配置し、
前記排気流路の室内側熱交換器の放熱側伝熱部と屋外側熱交換器の放熱側伝熱部との間に、補給空気を供給する補給口を設けたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は前述のように、熱電変換素子を用いた熱交換器を設置する空調換気装置において、その熱交換器内に、熱移動媒体を強制循環させる熱移動媒体循環系統を設ける構成になっている。
【００１４】
そのためこの熱移動媒体の強制循環により、例えば給気流路を通して導入される空気の冷却や加温などを効率良く、しかも迅速に行なうことができ、制御可能な温度範囲を拡張することができる。
【００１５】
また、前記の熱移動媒体循環系統の介在により、熱電変換素子ならびにその付設部材を備えた部分と、給気または排気される空気と接触して熱の受授を行なう伝熱部（例えば後述の第２吸熱側伝熱部，第２放熱側伝熱部）を分けることが可能である。そのため前記伝熱部だけを給気流路あるいは（ならびに）排気流路に設置し、熱電変換素子やそれに付設されるポンプやファンなどの部材を屋外などの他の個所に設置することにより、給気流路あるいは（ならびに）排気流路の省スペース化、軽量化が図れる。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る空調換気装置には大きく分けて、熱電変換素子を用いた第１の熱交換器を単独で使用する単独タイプと、熱導体を用いた第２の熱交換器など他の構成の熱交換器と前記第１の熱交換器を併用する併用タイプとがある。この空調換気装置１００の一部あるいは全部が、図５に示すように室１０１を区画形成する壁１０２の上部に、室１０１の内外を連通するように設けられ、この空調換気装置１００を通して室１０１の換気が行なわれると同時に、冷房または暖房が損なわれないように熱回収が行なわれる。同図において１０３は壁１０２の別の個所に取り付けられた冷暖房兼用のエアコンである。
【００１７】
まず、単独タイプの実施の形態について説明する。図１は第１の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図で、室１０１を冷房する場合について説明する。同図に示すように壁１０２の上部には換気のための給気流路１と排気流路２が設けられ、排気流路２は室１０１内の汚れた空気を外へ排出するだけの機能を持っており、給気流路１を通して室１０１の外から内へ供給される新鮮な空気に対して熱交換が行なわれる構成になっている。
【００１８】
この熱交換を行なう第１の熱交換器３の構成について、図１ならびに図２を用いて説明する。第１の熱交換器３は、ペルチェ効果を有する熱電変換素子４（吸熱側基板、放熱側基板、吸熱側電極、放熱側電極、吸熱側電極と放熱側電極の間に介在された多数のＰ型半導体とＮ型半導体などで構成）、熱電変換素子４の吸熱側に隣接して設けられた第１吸熱側伝熱部５、給気流路１内に配置されたラジェータ式の第２吸熱側伝熱部６、第１吸熱側伝熱部５と第２吸熱側伝熱部６を連絡する管体からなる吸熱側循環流路７、吸熱側循環流路７の途中に設けられた吸熱側ポンプ８、熱電変換素子４の放熱側に隣接して設けられた第１放熱側伝熱部９、ラジェータ式の第２放熱側伝熱部１０、第１放熱側伝熱部９と第２放熱側伝熱部１０を連絡する管体からなる放熱側循環流路１１、放熱側循環流路１１の途中に設けられた放熱側ポンプ１２、第２放熱側伝熱部１０の放熱面に近接して設けられた放熱ファン１３、前記吸熱側循環流路７ならびに放熱側循環流路１１の中に封入された液流体（例えば水）からなる熱移動媒体１４（図２参照）、熱電変換素子４に給電する電源１５などで構成されている。
【００１９】
前記第１吸熱側伝熱部５と第２吸熱側伝熱部６と吸熱側循環流路７と吸熱側ポンプ８と吸熱側循環流路７内に封入された熱移動媒体１４とで、熱交換器３の吸熱系が構成されている。また第１放熱側伝熱部９と第２放熱側伝熱部１０と放熱側循環流路１１と放熱側ポンプ１２と放熱ファン１３と放熱側循環流路１１内に封入された熱移動媒体１４とで、熱交換器３の放熱系が構成されている。そしてこの吸熱系と放熱系の接合位置に前記熱電変換素子４が介在された構成になっている。
【００２０】
図示していないが、前記吸熱系と放熱系には熱移動媒体１４中に含まれている空気などの気体を排除する気体抜き手段が付設されている。
【００２１】
図１に示すように給気流路１の開口部付近には、押込式または吸引式の給気用ファン１６とフィルタ（図示せず）が設けられている。また給気流路１内には前記第２吸熱側伝熱部６が通気可能に設置され、熱交換器３の他の構成部材はスペースや騒音の関係上屋外もしくは室外へ設置されている。
【００２２】
前記第２吸熱側伝熱部６は図１では壁面開口部に設けているが、これを室外に設けてダクトで壁面を貫通すれば、壁の開口面積を小さくすると同時に室内側への突出部も小さくなる。
【００２３】
熱電変換素子４と第１吸熱側伝熱部５と第１放熱側伝熱部９は１つにパッケージ化され、その構造を図３に示す。熱電変換素子４の吸熱側基板１７と放熱側基板１８は、表面にアルミナなどの電気絶縁薄膜を形成したアルミニウムなどの金属板からなり、電気絶縁薄膜上に熱電変換素子４の吸熱側電極ならびに放熱側電極（図示せず）が取付けられている。
【００２４】
吸熱側基板１７の外側には、吸熱側基板１７側に向けて広く開口し、吸熱側基板１７側とは反対側に給水口１９と排水口２０を設けた扁平状の吸熱側枠体２１が接合されている。吸熱側枠体２１の内側空間部に複数の分散孔２２と集水孔２３を有する分散板２４が配置され、分散孔２２は給水口１９と連通し、集水孔２３は排水口２０と連通している。
【００２５】
放熱側も吸熱側と同じで、放熱側基板１８の外側には、放熱側基板１８側に向けて広く開口し、放熱側基板１８側とは反対側に給水口２５と排水口２６を設けた扁平状の放熱側枠体２７が接合されている。放熱側枠体２７の内側空間部に複数の分散孔２８と集水孔２９を有する分散板３０が配置され、分散孔２８は給水口２５と連通し、集水孔２９は排水口２６と連通している。
【００２６】
図３では金属製の吸熱側基板１７と放熱側基板１８を用いた熱電変換素子４について説明したが、従来の通常の基板付き素子を使用することも可能である。
【００２７】
図４は、第１の熱交換器３の制御系統を示す説明図である。室内の温度Ｔ１を検出する室内温度センサ３１が室内に設置され、外気の温度Ｔ２を検出する外気温度センサ３２が屋外（室外）に設置されている。室内温度センサ３１と外気温度センサ３２の出力信号が、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）からなる制御部３３に所定の周期で入力され、室内温度Ｔ１と外気温度Ｔ２の差が演算され、この温度差と、第１の熱交換器３の成績係数（ＣＯＰ）などに基づいて熱電変換素子４に供給すべき電力値、吸熱側ポンプ８による吸熱側熱移動媒体１４の循環流速、放熱側ポンプ１２による放熱側熱移動媒体１４の循環流速、放熱ファン１３による送風量（すなわち放熱ファン１３を駆動する放熱ファン用モータ３４の回転数）、ならびに給気ファン１６による室１０１への空気供給量（すなわちファン１６を駆動する給気ファン用モータ３５の回転数）が、個別にまたは関連性をもって制御される仕組みになっている。
【００２８】
この空調換気装置の動作原理について図１ならびに図４を中心に説明する。室１０１内の空気が例えば煙草の煙や他の臭いなどによって汚れたとき、給気ファン１６を回転駆動すると、新鮮で温度の高い屋外の給気空気３６がフィルタを通して給気流路１へ導入される。
【００２９】
給気流路１へ導入された給気空気３６はラジェータ式になっている第２吸熱側伝熱部６の中を通ることにより、強制循環されている吸熱側熱移動媒体１４の間で速やかに熱交換が行なわれ、結局、室温の設定冷房温度まで下げられる。本実施の形態では室内へ給気空気３６を送風することにより、室内の汚れた空気は自然あるいは強制的（図１では排気ファンを図示せず）に排気流路２を通って屋外へ排出される。
【００３０】
給気空気３６から熱を奪った吸熱側熱移動媒体１４は図３に示すように第１吸熱側伝熱部５の給水口１９から吸熱側枠体２１に入り、分散板２４に衝突して分散し、複数の分散孔２２から吸熱側基板１７に向けて勢いよく噴射される。吸熱側基板１７は熱電変換素子４への通電によって冷却されているから、吸熱側熱移動媒体１４は吸熱側基板１７に対してほぼ垂直方向に衝突してその外面に沿って流れることにより効率よく冷却され、排水口２０から再び第２吸熱側伝熱部６へ循環して前述のように給気空気３６の冷却に寄与する。
【００３１】
吸熱側基板１７に移動した熱は熱電変換素子４を介して放熱側基板１８に伝達され、さらにその熱は第１放熱側伝熱部９で放熱側熱移動媒体１４に奪われ、放熱側循環流路１１を介して第２放熱側伝熱部１０へ伝達され、そこで放熱ファン３４からの送風によって熱を奪われ、放熱側熱移動媒体１４は再び熱輸送に寄与する仕組みになっている。
【００３２】
この実施の形態では、室内温度センサ３１と外気温度センサ３２を用い、室温に対する外気温度の差を求め、その温度差と、第１の熱交換器３の成績係数（ＣＯＰ）などに基づいて熱電変換素子４に供給すべき電力値、吸熱側ポンプ８による吸熱側熱移動媒体１４の循環流速、放熱側ポンプ１２による放熱側熱移動媒体１４の循環流速、放熱ファン１３による送風量（すなわち放熱ファン１３を駆動する放熱ファン用モータ３４の回転数）、ならびに給気ファン１６による室１０１への空気供給量（すなわち給気ファン１６を駆動する給気ファン用モータ３５の回転数）などを演算して、熱交換器３の駆動を開始する。
【００３３】
そして熱交換された給気空気３６の温度を室内温度センサ３１で測定し、その温度が室内の設定温度と等しいか否かを前記ＣＰＵ３３で監視し、等しくない場合にはその温度差を演算して、熱電変換素子４に供給すべき電力値、吸熱側ポンプ８による吸熱側熱移動媒体１４の循環流速、放熱側ポンプ１２による放熱側熱移動媒体１４の循環流速、放熱ファン１３による送風量（すなわち放熱ファン１３を駆動する放熱ファン用モータ３４の回転数）、ならびに給気ファン１６による室１０１への空気供給量（すなわち給気ファン１６を駆動する給気ファン用モータ３５の回転数）のうちの少なくとも１つを補正する仕組みになっている。
【００３４】
図６は、放熱側熱移動媒体の循環流速と第２吸熱側伝熱部の熱コンダクタンスとの関係を示す特性図である。なおこのテストでは、第２吸熱側伝熱部として横２２５ｍｍ、縦３２０ｍｍのラジェータを用い、吸熱側ポンプとして羽根の直径が３００ｍｍのものを使用して、３．５Ｖ（曲線Ａ）と４．５Ｖ（曲線Ｂ）で駆動したときの、放熱側熱移動媒体の循環流速と第２吸熱側伝熱部の熱コンダクタンスとの関係を示す図である。
【００３５】
この図から明らかなように、同じ駆動電圧でも吸熱側ポンプの回転数を変化して放熱側熱移動媒体の循環流速を変えれば、また吸熱側ポンプの駆動電圧を変化させることにより、第２吸熱側伝熱部の熱コンダクタンスを適切な値にコントロールでき、給気空気３６を所望の温度まで冷却することが可能である。
【００３６】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図である。この実施の形態の場合、第２放熱側伝熱部１０を排気流路２に設置し、排気流路２の開口付近に排気ファン３７が設けられている。
【００３７】
この第２放熱側電熱部１０を排気流路２に設置することにより、室１０１から屋外へ排出される温度の低い排気空気３８を利用して放熱側循環流路１１を強制循環する放熱側熱移動媒体１４を冷却することができる。
【００３８】
図８は、その第２の実施の形態に係る空調換気装置の制御系統を示す説明図である。この実施の形態の場合、第２吸熱側伝熱部６で冷やされた給気空気３６の温度を検出する給気温度センサ３９が給気流路１の排出口近くに設置されている。
【００３９】
室内温度センサ３１、外気温度センサ３２ならびに給気温度センサ３９の検出信号がそれぞれ制御部（ＣＰＵ）３３に入力され、室内と外気の温度差ならびに室内と給気温度との差がそれぞれ演算される。これらの演算結果と、第１の熱交換器３の成績係数（ＣＯＰ）などに基づいて、熱電変換素子４に供給すべき電力値、吸熱側ポンプ８による吸熱側熱移動媒体１４の循環流速、放熱側ポンプ１２による放熱側熱移動媒体１４の循環流速、給気ファン１６による室１０１への空気供給量（すなわちファン１６を駆動する給気ファン用モータ３５の回転数）、排気ファン３７による室１０１からの空気排出量（すなわち排気ファン３７を駆動する排気ファン用モータ４０の回転数）が、個別にまたは関連性をもって制御される仕組みになっている。
【００４０】
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図である。この実施の形態の場合、前述の熱電変換素子４、第１吸熱側伝熱部５、第２吸熱側伝熱部６、吸熱側循環流路７（１本の太線で図示）、吸熱側ポンプ８（図示を省略）、第１放熱側伝熱部９、第２放熱側伝熱部１０、放熱側循環流路１１（１本の太線で図示）、放熱側ポンプ１２（図示を省略）、熱移動媒体１４（図示を省略）などで構成された第１の熱交換器３の他に、熱導体を備えた第２の熱交換器４１が併用されている。
【００４１】
第２の熱交換器４１は図１０に示すように、外周が断熱ダクト４２で囲まれて形成された給気流路１と排気流路２の間にアルミニウムなどからなる熱導体４３で構成されている。熱導体４３は、給気流路１と排気流路２を区画するように流路方向に延びた基板４４と、基板４４から給気流路１に延びた第１フィン４５と、基板４４から排気流路２側に延びた第２フィン４６とで構成されている。図９に示すように給気流路１の入口にはフィルタ４７が設置され、ほこり等が給気流路１を通って室内に入るのを阻止している。
【００４２】
次にこの空調換気装置の動作原理について説明する。室内の空気が例えば煙草の煙や他の臭いなどにより汚れたとき、ファン１６，３７を回転駆動すると、新鮮で温度の高い給気空気３６がフィルタ４７を通過して給気流路１へ導入されると同時に、室内の汚れた温度の低い排気空気３８が排気流路２へ導入かれる。
【００４３】
給気流路１へ導入された給気空気３６は、最初、広い伝熱面積を有する第１フィン４５と接触し、一方、排気流路２へ導入された温度の低い排気空気３８は広い伝熱面積を有する第２フィン４６と接触することにより、熱導体４３を介して給気空気３６と排気空気３８の間で直接熱交換が行なわれる。
【００４４】
この熱交換によって給気空気３６は温度が下がり、さらに給気流路１の出口側に配置されている第２吸熱側伝熱部６によって冷房の設定温度まで冷却されて、室内に供給される。一方、排気空気３８は第２フィン４６ならびに第２放熱側伝熱部１０を通過する間に給気空気３６の冷却に関与し、その後排気流路２の開口から排出される。
【００４５】
図１１は第２の熱交換器４１の変形例を示す図で、この場合は薄い合成樹脂板（例えばポリエチレンやポリアミドなど）あるいは金属板（例えばアルミニウムやステンレスなど）をジグザグ状に折り曲げた熱導体４３を断熱ダクト４２に挿入することにより、給気流路１と排気流路２が簡単に形成される。合成樹脂板の薄いものは熱導体４３として十分機能し、特に硫化性成分、酸化性成分、湿分などの腐食性成分を含む流体の熱交換の場合は、合成樹脂性の熱導体４３が賞用される。
【００４６】
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図で、この実施の形態も第１の熱交換器３と第２の熱交換器４１を併用している。第１の熱交換器３は、前述と同様に熱電変換素子４、第１吸熱側伝熱部５、第２吸熱側伝熱部６、吸熱側循環流路７、吸熱側ポンプ８、第１放熱側伝熱部９、第２放熱側伝熱部１０、放熱側循環流路１１、放熱側ポンプ１２、熱移動媒体１４などで構成されている。
【００４７】
第２の熱交換器４１は図１３に示すように、給気空気３６が流通する給気流路１と排気空気３８が流通する排気流路２の流れ方向が互いに直交しており、この給気流路１と排気流路２は、熱導体（合成樹脂板または金属板などで構成）からなり、一方向に貫通した扁平状の箱体４８ａと箱体４８ｂを交互に直交するように多数重ねて併設することにより、多室状に形成されている。この第２の熱交換器４１の給気流路１の後流に、第１の熱交換器３の第２吸熱側伝熱部６が設置されている。
この例では完全に箱体になったものを使用しているが、製作を簡単にするため、一方の側面の大部分が切除されて断面形状がコ字形のものを多数交互に直交するように重ね合わせて多室状の給気流路１と排気流路２を形成することも可能である。
【００４８】
図１４ないし図１７は、第２の熱交換器４１の変形例を示す図で、図１４は熱交換器４１の斜視図、図１５は図１４Ｘ−Ｘ線上の断面図、図１６は給気空気と排気空気の流れを示す説明図、図１７は熱交換器４１の主な構成部材の平面図である。
【００４９】
この変形例に係る熱交換器４１は、下面板４８、上面板４９、側面板５０、第１波板５１、第２波板５２、第１波板５１と第２波板５２の間に介在された仕切板５３とから主に構成されている。
【００５０】
図１７に示すように第１波板５１と第２波板５２の平面形状は平行四辺形をしており、第１波板５１の方は短辺５１ａ，５１ｂが図面に向かって右上がりに切断され、第２波板５２の方は反対に短辺５２ａ，５２ｂが図面に向かって右下がりに切断されている。第１波板５１の長さＬ１と第２波板５２の長さＬ２と仕切板５３の長さＬ３は同寸になつており、第１波板５１と仕切板５３と第２波板５２と仕切板５３とが交互に所定枚数積層され、上下面に上面板４９と下面板４８が、両側面に側面板５０が、それぞれ当接されて図１４、図１５に示すような立方体の熱交換器４１が構成される。
【００５１】
少なくとも各仕切板５３は熱導体から構成され、この例の場合は、第１波板５１と第２波板５２と仕切板５３が熱導体から構成されている。
【００５２】
平面形状が平行四辺形の第１波板５１と第２波板５２を仕切板５３を介して交互に積層することにより、熱交換器４１の四隅に第１波板５１の短辺５１ａ群が露出した部分と、第１波板５１の短辺５１ｂ群が露出した部分と、第２波板５２の短辺５２ａ群が露出した部分と、第２波板５２の短辺５２ｂ群が露出した部分とが形成される。
【００５３】
図１４ならびに図１６に示すように、この例では第１波板５１の短辺５１ａ群が露出した部分（図１４の熱交換器４１の手前右隅部分）が給気空気３６の入口、第１波板５１の短辺５１ｂ群が露出した部分（図１４の熱交換器４１の奥前左隅部分）が給気空気３６の出口、第２波板５２の短辺５２ａ群が露出した部分（図１４の熱交換器４１の奥前右隅部分）が排気空気３８の入口、第２波板５２の短辺５２ｂ群が露出した部分（図１４の熱交換器４１の手前左隅部分）が排気空気３８の出口となる。
【００５４】
給気空気３６は第１波板５１の短辺５１ａ群が露出した部分から導入され、第１波板５１によって下側の仕切板５３と上側の仕切板５３との間に形成された隙間を、第１波板５１の長手方向に流れ、第１波板５１の短辺５１ｂ群が露出した部分から出る。一方、排気空気３８は第２波板５２の短辺５２ａ群が露出した部分から導入され、第２波板５２によって下側の仕切板５３と上側の仕切板５３との間に形成された隙間を、第２波板５２の長手方向に流れ、第２波板５２の短辺５２ｂ群が露出した部分から出る。従って給気空気３６と排気空気３８は層状になって交互に対向して平行に流れ、その間に仕切板５３を介して熱交換が行なわれる。
【００５５】
この熱交換器では、波板５１、５２ならびに仕切板５３の長さＬを長くすることにより、給気空気３６と排気空気３８の間の熱回収率が高くなる。
【００５６】
この実施の形態では、第１波板５１の溝の方向と第２波板５２の溝の方向を一致させたが、両波板５１，５２の溝の方向を若干角度をもたせて交差させることもできる。
【００５７】
図１８は、本発明の第５の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図である。この実施の形態は、給気流路１と排気流路２の間にバイパス流路５４が形成され、屋外側の熱交換器３Ａと室内側の熱交換器３Ｂの２個を併設している。
【００５８】
そして屋外側の熱交換器３Ａの第２吸熱側伝熱部６Ａが給気流路１の入口側に配置され、それの第２放熱側伝熱部１０Ａが排気流路２の出口側に配置されて、熱電変換素子４Ａ、第１吸熱側伝熱部５Ａ、吸熱側循環流路７Ａ、吸熱側ポンプ８Ａ、第１放熱側伝熱部９Ａ、放熱側循環流路１１Ａ、放熱側ポンプ１２Ａなどが屋外に設置されている。
【００５９】
室内側の熱交換器３Ｂの第２吸熱側伝熱部６Ｂが給気流路１の出口側に配置され、それの第２放熱側伝熱部１０Ｂがバイパス流路５４に配置されて、熱電変換素子４Ｂ、第１吸熱側伝熱部５Ｂ、吸熱側循環流路７Ｂ、吸熱側ポンプ８Ｂ、第１放熱側伝熱部９Ｂ、放熱側循環流路１１Ｂ、放熱側ポンプ１２Ｂなどが屋外に設置されている。
【００６０】
給気流路１に導入された給気空気３６は最初に第２吸熱側伝熱部６Ａで冷やされ、その給気空気３６はバイパス流路５４との分岐点の所で約１／２に分けられ、その約１／２の給気空気３６はさらに第２吸熱側伝熱部６Ｂで冷却され、冷房の設定温度と略等しいかあるいはそれより若干低い目になって室内に供給される。
【００６１】
室内側熱交換器３Ｂの第２放熱側伝熱部１０Ｂはバイパス流路５４に配置されており、そのバイパス流路５４を通る給気空気３６は前記第２吸熱側伝熱部６Ａで１次冷却されて低温に維持されているから、熱交換器３Ｂの冷却能力は大きい。
【００６２】
室内に供給された給気空気３６に略相当する量の室内の汚れた排気空気３８は排気流路２を通って排出され、バイパス流路５４からの給気空気３６と合流する。この給気空気３６は第２吸熱側伝熱部６Ａで１次冷却されているから、バイパス流路５４に第２放熱側伝熱部１０Ｂが設置されていてもさほど給気空気３６の温度は高くならず、従って排気空気３８の温度は低いまま保持され、その状態で第２放熱側伝熱部１０Ａへ供給されて給気空気３６の１次冷却に関与する。
【００６３】
なお図中の５５は排気流路２の途中に設けられた補給口で、給気空気３６と排気空気３８の量的なバランス上、排気空気３８に補給空気５６を加えることもできる。給気空気３６のバイパス量ならびに補給空気５６の補給量を調整するために、図示していないがバイパス流路５４ならびに補給口５５にダンパなどの風量調整手段が設けられている。なお、補給口５５は必ずしも必要ではない。
【００６４】
図１９は、本発明の第６の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図である。この実施の形態も屋外側の熱交換器３Ａと室内側の熱交換器３Ｂの２個を併設し、給気空気３６の流れ方向上流側に第２吸熱側伝熱部６Ａが下流側に第２吸熱側伝熱部６Ｂが、排気空気３８の流れ方向上流側に第２放熱側伝熱部１０Ｂが下流側に第２放熱側伝熱部１０Ａが、それぞれ配置されている。
【００６５】
そして屋外側の熱交換器３Ａが室内側の熱交換器３Ｂよりも冷却能力（例えば伝熱部の伝熱面積、熱移動媒体の循環流速、熱電変換素子への供給電力など）が大きく設計されている。従って、給気空気３６は屋外側の熱交換器３Ａで大幅に冷却され、室内側の熱交換器３Ｂで温度の調整が行なわれる。
【００６６】
図２０は、本発明の第７の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図である。この実施の形態の場合、第２放熱側伝熱部１０が温水タンク５７内に設置されている。温水タンク５７には水道水や井戸水などの冷水５８が分岐して蓄えられており、第２放熱側伝熱部１０からの放熱によって加温され、温水蛇口５９から温水が取り出されるようになっている。６０は冷水蛇口で冷水５８が取り出される。図示していないが温水タンク５７内には、熱回収効率を良くするために攪拌装置が付設されている。
【００６７】
なお、第２吸熱側伝熱部６は室１０１の冷房の他に除湿に利用することもできる。温水タンク５７内に、複数の熱交換器の第２放熱側伝熱部１０をそれぞれ設置することもできる。
【００６８】
この実施の形態のように第２放熱側伝熱部１０からの放熱を利用して温水を作れば、熱回収効率はさらに良いし、温水を容易に作ることができる。また、夜間などは室内を強く冷却するよりも除湿主体の方が身体に良いし、消費電力も少なくて済む。
【００６９】
図２１は、熱交換器へ供給する電流密度と成績係数（ＣＯＰ）との関係を示す図である。図中の曲線Ａは温度差ΔＴが３℃、曲線Ｂは温度差ΔＴが５℃、曲線Ｃは温度差ΔＴが７℃、曲線Ｄは温度差ΔＴが９℃の場合の特性曲線である。
【００７０】
この実験に用いた半導体チップの高さは０．１６ｃｍ、半導体チップの単位面積当たりの吸熱側ならびに放熱側の熱コンダクタンスは共に４〔Ｗ／（℃・ｃｍ2 ）〕、ゼーベック係数αは２０５〔μＶ／Ｋ〕、熱伝導率κは０．０１６〔Ｗ／（℃・ｃｍ）〕、電気伝導度σは９００〔Ｓ／ｃｍ〕、半導体チップの吸熱側ならびに放熱側の平均温度は２６．５℃である。
【００７１】
この図から明らかなように、温度差ΔＴが小さい場合（例えば９℃以下の場合）には熱交換器の成績係数（ＣＯＰ）は３以上で、エアコンのＣＯＰ２．５に比べると効率が高く、熱交換器を使用した効果が顕著に発揮でき、特に温度差ΔＴが７℃以下の場合にはＣＯＰは４以上となり、高効率で経済的である。
【００７２】
本発明に係る空調換気装置は、通信回線を使用して出先などから遠隔操作によって駆動、停止、温度調整など諸操作を実行することもできる。
【００７３】
本発明に係る空調換気装置は、太陽電池により駆動できる回路を備えたり、あるいは太陽電池による駆動回路と商用電源駆動回路とを併設して、季節や時間などによって太陽電池駆動回路と商用電源駆動回路とを切り換えることも可能である。
【００７４】
室内に塵埃濃度センサ、煙検知センサ、臭いセンサなどのセンサを設け、このセンサによって室内の換気が必要な状態を検知して、自動的に換気を行なう制御回路を備えることも可能である。
【００７５】
給気流路に精神をリラックスさせる物質（例えば香料など）を供給する手段を設けることも可能である。
【００７６】
また空気の流路に断熱ダクトなどの断熱策を講じたり、或いは音響ノイズ（騒音）を低減するために消音材を付設するとよい。
【００７７】
前記実施の形態では室の冷房の場合について説明したが、本発明は暖房にも適用可能である。また、熱交換器に流す電流の方向が切り換えできるようにして、冷房と暖房が兼用できるようにすることも可能である。
【００７８】
前記実施の形態では空気：空気の熱交換の場合について説明したが、本発明は空気：液体の熱交換、液体：液体の熱交換、空気：空気以外の気体の熱交換にも適用可能である。
【００７９】
本発明は、下記のような用途にも適用可能である。
▲１▼．家庭やホールなどでの集中冷暖房での集中換気。
▲２▼．乗用車、バス、電車、船舶、飛行機などの乗物の換気。
▲３▼．トイレ、焼肉レストラン、マージャン荘、実験室、各種作業場などの空気の汚れ易い場所の換気。
▲４▼．保育器の換気。
▲５▼．温室の換気。
▲６▼．浴室の換気。
▲７▼．クリーンルームの換気。
▲８▼．低温倉庫、冷蔵倉庫、冷凍倉庫の換気。
▲９▼．鑑賞魚の水の入替え時の水温を一定に保持する装置など。
【００８０】
【発明の効果】
本発明は前述のように、熱電変換素子を用いた熱交換器を設置する空調換気装置において、その熱交換器内に、熱移動媒体を強制循環させる熱移動媒体循環系統を設ける構成になっている。
【００８１】
そのためこの熱移動媒体の強制循環により、例えば給気流路を通して導入される空気の冷却や加温などを効率良く、しかも迅速に行なうことができ、制御可能な温度範囲を拡張することができる。
【００８２】
また、前記の熱移動媒体循環系統の介在により、熱電変換素子ならびにその付設部材を備えた部分と、給気または排気される空気と接触して熱の受授を行なう伝熱部（例えば後述の第２吸熱側伝熱部，第２放熱側伝熱部）を分けることが可能である。そのため前記伝熱部だけを給気流路あるいは（ならびに）排気流路に設置し、熱電変換素子やそれに付設されるポンプやファンなどの部材を屋外などの他の個所に設置することにより、給気流路あるいは（ならびに）排気流路の省スペース化、軽量化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図である。
【図２】その空調換気装置に使用する第１の熱交換器の概略構成図である。
【図３】その第１の熱交換器における熱電変換素子と伝熱部のパッケード構造を示す断面図である。
【図４】その第１の熱交換器（空調換気装置）の制御系統図である。
【図５】空調換気装置の設置例を示す説明図である。
【図６】熱移動媒体の循環流速と熱コンダクタンスとの関係を示す特性図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図である。
【図８】その空調換気装置の制御系統図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図である。
【図１０】その空調換気装置に用いる第２の熱交換器の一部斜視図である。
【図１１】第２の熱交換器の変形例を示す一部斜視図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図である。
【図１３】その空調換気装置の一部斜視図である。
【図１４】第２の熱交換器の変形例を示す一部斜視図である。
【図１５】図１４Ｘ−Ｘ線上の断面図である。
【図１６】その第２の熱交換器における給気空気と排気空気の流れを示す説明図である。
【図１７】その第２の熱交換器の主な構成部品の平面図である。
【図１８】本発明の第５の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図である。
【図１９】本発明の第６の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図である。
【図２０】本発明の第７の実施の形態に係る空調換気装置の概略構成図である。
【図２１】各温度差での熱電変換素子に供給する電流密度と成績係数（ＣＯＰ）との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１  給気流路
２  排気流路
３  第１の熱交換器
４  熱電変換素子
５  第１吸熱側伝熱部
６  第２吸熱側伝熱部
７  吸熱側循環流路
８  吸熱側ポンプ
９  第１放熱側伝熱部
１０  第２放熱側伝熱部
１１  放熱側循環流路
１２  放熱側ポンプ
１３  放熱ファン
１４  熱移動媒体
１５  電源
１６  給気用ファン
１７  吸熱側基板
１８  放熱側基板
３１  室内温度センサ
３２  外気温度センサ
３６  給気空気
３３  制御部（ＣＰＵ）
３８  排気空気
３９  給気温度センサ
４１  第２の熱交換器
４３  熱導体
１００  空調換気装置
１０１  室
１０２壁
【図１】
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【図２】
0003749761.tif 000003
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003749761.tif 000017
【図１７】
0003749761.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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