WO2024252775A1 - 熱交換型換気装置及び全熱交換換気システム - Google Patents

熱交換型換気装置及び全熱交換換気システム Download PDF

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WO2024252775A1
WO2024252775A1 PCT/JP2024/013867 JP2024013867W WO2024252775A1 WO 2024252775 A1 WO2024252775 A1 WO 2024252775A1 JP 2024013867 W JP2024013867 W JP 2024013867W WO 2024252775 A1 WO2024252775 A1 WO 2024252775A1
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WO
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heat exchange
ventilation device
heat
type ventilation
exchange type
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PCT/JP2024/013867
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English (en)
French (fr)
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透 菅野
哲也 井出
洋香 濱田
繁 青森
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F7/00—Ventilation
    • F24F7/04—Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation
    • F24F7/06—Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation with forced air circulation, e.g. by fan positioning of a ventilator in or against a conduit
    • F24F7/08—Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation with forced air circulation, e.g. by fan positioning of a ventilator in or against a conduit with separate ducts for supplied and exhausted air with provisions for reversal of the input and output systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00

Definitions

  • Patent Document 1 discloses a ventilation unit consisting of a heat storage element, an indoor hood, a dust filter, a ventilation fan, a sleeve, and an outdoor hood, and uses a heat storage element made of ceramic as the heat exchange element.
  • the heat storage element is made of simple ceramic, so the moisture absorption is low and the latent heat exchange is insufficient.
  • the present disclosure provides a heat exchange type ventilation device and a total heat exchange ventilation system that have a humidity control function and are capable of efficient heat exchange in order to increase the amount of moisture absorbed.
  • a heat storage substrate and an air blowing section that is provided on one side of the heat storage substrate and blows air from outdoors to indoors or from indoors to outdoors by passing air through the heat storage substrate
  • the heat storage substrate includes a latent heat section and a sensible heat section
  • the sensible heat section and the latent heat section are arranged in series in the air blowing direction.
  • a total heat exchange ventilation system comprising the above-mentioned heat exchange ventilation device and a space in which the heat exchange ventilation device is provided, the heat exchange ventilation device includes a first heat exchange ventilation device and a second heat exchange ventilation device, and when the first heat exchange ventilation device is supplying air to the space, the second heat exchange ventilation device is exhausting air from the space, and the supply air and the exhaust air are switched in conjunction with each other.
  • the present disclosure can provide a heat exchange ventilation device and a total heat exchange ventilation system that have a humidity control function and can efficiently exchange heat in order to increase the amount of moisture absorbed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of a heat exchange type ventilation device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a typical humidity conditioner.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a humidity conditioner.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a sheet in which a humidity control material is dispersed in a binder.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a typical humidity conditioner.
  • FIG. 6 is a graph showing the moisture sorption isotherm of sodium formate at 25° C.
  • FIG. 7 is a psychrometric chart of a total heat exchange element carrying a humidity conditioning material.
  • FIG. 8 is a psychrometric chart of the heat exchange type ventilation device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of a heat exchange type ventilation device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a typical humidity conditioner.
  • FIG. 3
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example of the shape of the heat storage substrate.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an example of the shape of the heat storage substrate.
  • FIG. 11 is a front view showing an example of the (internal) structure of the heat storage substrate.
  • FIG. 12 is a front view showing an example of the (internal) structure of the heat storage substrate.
  • FIG. 13 is a front view showing an example of the (internal) structure of the heat storage substrate.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing an outline of a heat exchange type ventilation device according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is an air chart of the heat exchange type ventilation device shown in FIG.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing a modified example of the heat exchange type ventilation device according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing another modified example of the heat exchange type ventilation device according to the second embodiment.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing another modified example of the heat exchange type ventilation device according to the second embodiment.
  • FIG. 19 is an air chart of the heat exchange type ventilation device shown in FIG.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing another modified example of the heat exchange type ventilation device according to the second embodiment.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view taken along the line XXI-XXI in FIG.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view taken along line XXII-XXII in FIG.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view taken along line XXIII-XXIII in FIG.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view showing an outline of a heat exchange type ventilation device according to the third embodiment.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view showing a modified example of the heat exchange type ventilation device according to the third embodiment.
  • FIG. 26 is an air chart of the heat exchange type ventilation device shown in FIG.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view showing an outline of a heat exchange type ventilation device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view showing an outline of a heat exchange type ventilation device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 29 is an air chart of the heat exchange type ventilation device shown in FIG.
  • FIG. 30 is a side view showing an outline of a total heat exchange ventilation system including a heat exchange type ventilation device according to the present disclosure.
  • the X-axis is the airflow direction
  • the Y-axis is the width direction
  • the Z-axis is the height direction.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of a heat exchanger type ventilation device 100 according to a first embodiment.
  • the heat exchanger type ventilation device 100 according to the first embodiment includes a heat storage substrate 10, a blower section 30, and a tubular member 40.
  • the heat storage substrate 10 comprises a sensible heat section 11 and a latent heat section 12.
  • the "sensible heat section” refers to a heat exchanger that mainly has a temperature exchange function
  • the "latent heat section” refers to a heat exchanger that mainly has a humidity exchange function.
  • the sensible heat section 11 and the latent heat section 12 are arranged in series in the direction of air blowing.
  • the sensible heat section 11 and the latent heat section 12 may be connected as shown in FIG. 1, or may be arranged apart from each other with a gap provided between the sensible heat section 11 and the latent heat section 12.
  • the air blowing unit 30 is provided on one side of the heat storage substrate 10, and blows air from outdoors to indoors or from indoors to outdoors by passing air through the opening 10b of the heat storage substrate 10.
  • the air blowing unit 30 is provided on the outdoor side, and blows air from the -X direction in the figure, which is the outdoor side, to the +X direction, which is the indoor side, or from the +X direction to the -X direction.
  • the air blowing unit 30 may also be provided on the indoor side.
  • the air blowing unit 30 is composed of a fan, a motor, etc.
  • the cylindrical member 40 houses the heat storage substrate 10 and the air blower 30.
  • Examples of the cylindrical member 40 include a tube or a pipe.
  • the heat storage substrate 10 is provided with an air passage 10a so that air can pass from outdoors to indoors or from indoors to outdoors.
  • the air passage 10a is composed of an air passage 11a for the sensible heat section 11 and an air passage 12a for the latent heat section 12.
  • the sensible heat section 11 and latent heat section 12, which are the heat storage substrate 10, are preferably made of metals with high thermal conductivity such as aluminum, iron, copper, etc., to facilitate heat exchange.
  • Other preferable materials are those with a porous shape and large surface area, such as ceramics such as alumina, mullite, cordierite, etc., and nonwoven fabric fibers made of paper, fiber, etc.
  • the sensible heat section 11 and latent heat section 12 may be made of the same material or different materials.
  • the heat storage substrate 10 exchanges heat by absorbing and releasing heat, and also absorbs or releases moisture to adjust the moisture content of the air being blown.
  • the heat storage substrate 10 includes a latent heat section 12.
  • the latent heat section 12 carries a humidity-regulating material.
  • Humidity control materials have the ability to control humidity by absorbing or releasing moisture. Below, we will explain about humidity control materials.
  • the humidity-regulating material 20 includes a water-absorbing material 21 containing a resin and/or a clay mineral, and a humidity-regulating liquid 22, which is a humidity-regulating component that absorbs or releases moisture and has a humidity-regulating function.
  • the humidity-regulating liquid 22 is impregnated into the water-absorbing material 21.
  • the humidity-regulating material 20 absorbs and absorbs moisture contained in the air of the place, or releases moisture contained in the humidity-regulating material 20 into the air to humidify it.
  • the humidity-regulating liquid 22 may be impregnated not only into the water-absorbing material 21, but also into a support 23 that supports the humidity-regulating material 20 (water-absorbing material 21).
  • the support 23 will be described later.
  • the water-absorbing material may include at least one type selected from the group consisting of water-absorbent resins and clay minerals.
  • the humidity control material 20 may be in the form of a powder, particles, or blocks, or the resin may be supported on a breathable substrate so that it can be efficiently exposed to air.
  • the water absorbent material 21 has the function of retaining the humidity-regulating liquid 22. Because the water absorbent material 21 retains the humidity-regulating liquid 22, it is possible to realize a humidity-regulating material 20 with a high ratio of surface area to volume. This makes it possible to increase the speed at which moisture is absorbed or released. This makes it possible to provide a humidity-regulating material 20 with a high humidity-regulating speed.
  • the absorbent material 21 is preferably a water-absorbent resin (particles, powder). In this way, the absorbent material 21 can be suitably impregnated with the humidity-regulating liquid 22, and the humidity-regulating effect can be further improved.
  • Specific examples of the absorbent resin material are preferably ionic resins and non-ionic resins.
  • ionic resins include alkali metal salts of polyacrylic acid and starch-acrylate graft polymers.
  • alkali metal salts of polyacrylic acid include sodium polyacrylate.
  • non-ionic resins include vinyl acetate copolymers, maleic anhydride copolymers, polyvinyl alcohol, polyalkylene oxides, and the like. More preferably, the metal salt component forms hydrate crystals in a specified humidity range, thereby promoting rapid moisture absorption and release with a specific humidity range as the threshold value.
  • the humidity control liquid 22 preferably absorbs moisture in the air and contains at least one selected from the group consisting of salts (deliquescent substances that deliquesce) and polyhydric alcohols. This can further enhance the humidity control effect.
  • polyhydric alcohols include at least one selected from the group consisting of glycerin, propanediol, butanediol, pentanediol, trimethylolpropane, butanetriol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, and lactic acid, and among these, polyhydric alcohols having three or more hydroxyl groups such as glycerin are more preferably used.
  • the polyhydric alcohol may form a dimer or a polymer.
  • Deliquescent substances are classified into salts and water-soluble organic substances.
  • Specific examples of salts include metal salts, such as sodium formate, potassium formate, ammonium formate, sodium acetate, potassium acetate, lithium acetate, ammonium acetate, sodium lactate, potassium lactate, sodium benzoate, potassium benzoate, sodium propionate, potassium propionate, calcium chloride, lithium chloride, magnesium chloride, calcium chloride, lithium chloride, potassium chloride, sodium chloride, zinc chloride, aluminum chloride, lithium bromide, calcium bromide, potassium bromide, sodium hydroxide, sodium pyrrolidone carboxylate, potassium carbonate, calcium citrate, sodium citrate, potassium citrate, and lithium citrate.
  • metal salts such as sodium formate, potassium formate, ammonium formate, sodium acetate, potassium acetate, lithium acetate, ammonium acetate, sodium lactate, potassium lactate, sodium benzoate, potassium benzoate, sodium propionate, potassium propionate, calcium
  • sodium formate, potassium formate, sodium acetate, potassium acetate, and potassium carbonate are preferred, as they absorb and release a large amount of moisture per weight.
  • water-soluble organic substances include sugars such as sucrose, pullulan, glucose, xylol, fructose, mannitol, and sorbitol, carboxylic acids such as citric acid, and amides such as urea.
  • the amount of the humidity-conditioning liquid 22 relative to the water-absorbent material 21 is preferably 1 part by weight or more and 1000 parts by weight or less relative to 100 parts by weight of the water-absorbent material. In this way, the amounts of the water-absorbent material 21 and the humidity-conditioning liquid 22 become appropriate, and the humidity-conditioning function can be further improved.
  • the water-absorbent material 21 is preferably in a powder or particulate form.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a humidity control material 20. As shown in FIG. 3, the humidity control material 20 (water-absorbing material 21) may be supported on a support 23. The support 23 may also be impregnated with moisture.
  • the heat exchange type ventilation device 100 applies the above-mentioned humidity control material 20 to the latent heat portion 12, or immerses the latent heat portion 12 in a liquid containing the humidity control material 20, thereby attaching the humidity control material 20 to the latent heat portion 12.
  • the humidity control material 20 is also prepared by adding a water-absorbing resin to the humidity control liquid, stirring and swelling the liquid, to produce a viscous humidity control material attachment slurry.
  • the slurry can also be applied by impregnation to the latent heat portion 12 of the heat storage substrate 10, dried and fixed.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing another form of the humidity control material 20, and is a cross-sectional view of a sheet in which a binder (support 23) is placed between water absorbents 24, and the humidity control material 20 is dispersed in the binder.
  • the humidity control material 20 water absorbent 21
  • the water absorbent 24 may contain the water absorbent 21.
  • the support 23 may also be impregnated with moisture.
  • a material containing the humidity control material 20 as shown in FIG. 4 may be provided in the latent heat section 12.
  • the most suitable support 23 for the humidity control material 20 it is preferable to select the most suitable support 23 for the humidity control material 20 depending on the application. If the aim is to control humidity and a large moisture absorption and release capacity is desired, a material that retains the humidity control liquid 22 by wetting it is preferable. For example, it is made of hydrophilic fibers such as porous bodies, nonwoven fabrics, and woven fabrics. In particular, nonwoven fabrics with high water vapor permeability are preferable.
  • the support 23 can also contain a binder.
  • the carrier 23 is in the form of a sheet, and may be formed into various shapes such as a flat plate, pleated, or honeycomb shape before use. For example, a sheet-like material is first formed into a corrugated (fluted) shape using a corrugator, and then the sheet is bonded to a flat liner made of the same or a different material using an adhesive to form an integrated unit.
  • the carrier 23 may also be flexible.
  • the carrier 23 may be deformable. In other words, it may be capable of being held in any shape (bent, curved, etc.).
  • Fig. 5 is a cross-sectional view showing a schematic of the humidity-regulating material 20.
  • the humidity-regulating material 20 can be supported on a support 23, held in a water absorbent 24, and placed in the latent heat section 12. In this way, the area in contact with air is increased, improving the humidity-regulating function.
  • the absorbent body 24 may include the absorbent material 21.
  • the absorbent body 24 may also be in the form of a powder, granules, or sheet.
  • the humidity control material 20 may also be B-type silica gel, polymer adsorption material, etc.
  • the humidity control component contains the above metal salt
  • other components may be added as additives to adjust the crystallization threshold humidity.
  • examples include other metal salts, polyhydric alcohols, or materials that act as nucleating materials for hydrate crystals.
  • Specific examples of each generating material include carboxylic acids with two or more carboxyl groups and amides with two or more amide groups. The above-mentioned substances may be used as the carboxylic acids.
  • the crystallization threshold humidity is the threshold humidity at which crystallization occurs, as the humidity control material may crystallize when the humidity is low.
  • “Humidity control” means adjusting the relative humidity to approach a specified humidity range. Specifically, if the specified relative humidity is, for example, 50% RH, the humidity control material 20 absorbs (absorbs) moisture when the relative humidity is higher than 50% RH, and releases (desorbs) moisture when the relative humidity is lower than 50% RH.
  • the specified relative humidity range correlates with the material and moisture content of the humidity control material 20. Specifically, for example, the specified relative humidity range correlates with the moisture content in the humidity control liquid 22.
  • Figure 6 is a graph showing the moisture absorption isotherm of sodium formate at 25°C.
  • the relative humidity is approximately 50% RH or less, it forms strong hydrate crystals with water molecules, and when the relative humidity reaches approximately 60% RH, the hydrate crystals deliquesce and liquefy.
  • the heat exchange type ventilation device 100 according to the first embodiment will be further described below.
  • FIG. 7 is an psychrometric chart when a total heat exchange element carrying humidity control material 20 is used.
  • FIG. 8 is an psychrometric chart of heat exchanger type ventilation device 100 according to the first embodiment.
  • a total heat exchange element is an element that has both sensible heat exchange function and latent heat exchange function, but unlike heat exchanger type ventilation device 100 according to the first embodiment, the sensible heat part and latent heat part are not clearly separated. Also, unlike heat exchanger type ventilation device 100 according to the first embodiment, the sensible heat part and latent heat part are not arranged in series in the air blowing direction.
  • a case is assumed in which heat is exchanged between high-temperature, high-humidity outdoor air in summer and low-temperature, low-humidity indoor air.
  • the heat exchange ventilation device 100 includes a sensible heat section 11 and a latent heat section 12, which increases the relative humidity at the boundary between the sensible heat section 11 and the latent heat section 12, and increases the humidity exchange efficiency of the humidity-regulating material 20 supported in the latent heat section 12, thereby enabling efficient heat exchange.
  • the sensible heat section 11 is arranged on the outdoor side and the latent heat section 12 is arranged on the indoor side.
  • the outdoor side is made up of the sensible heat section 11
  • the indoor side is made up of the latent heat section 12.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example of the shape of the heat storage substrate 10.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an example of the shape of the heat storage substrate 10.
  • the heat storage substrate 10 can also be cylindrical as shown in FIG. 9.
  • the heat storage substrate 10 can also be prismatic (block) as shown in FIG. 10.
  • a cylindrical type has high thermal resistance in the same direction within a circular plane, but a prismatic type (block type) has high thermal resistance in different directions within a square plane.
  • axial fan since axial fans are often circular, it is preferable that the heat storage substrate 10 is also cylindrical.
  • FIG. 11 is a front view showing an example of the (internal) structure of the heat storage substrate 10.
  • FIG. 11 is a front view of the heat storage substrate 10 shown in FIG. 1 as viewed from the +X side or the -X side. The same is true for FIG. 12 and FIG. 13 described below.
  • FIG. 12 is a front view showing an example of the (internal) structure of the heat storage substrate 10.
  • FIG. 13 is a front view showing an example of the (internal) structure of the heat storage substrate 10.
  • the heat storage substrate 10 is preferably of a pleated structure, a corrugated structure or a honeycomb structure. This increases the surface area of the heat storage substrate 10, allowing efficient heat exchange of the blown air and achieving the desired temperature and humidity, such as low temperature and low humidity. Outdoor or indoor air enters and exits through the opening 10b of the heat storage substrate 10 and passes through the air passage 10a.
  • the heat storage substrate 10 may have different opening rates and opening sizes in the sensible heat section 11 and the latent heat section 12.
  • the heat exchange ventilation device 100 has a humidity control function and can efficiently exchange heat.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing an outline of a heat exchange ventilation device 200 according to a second embodiment.
  • the heat exchange ventilation device 200 according to the second embodiment is characterized in that a plurality of sensible heat sections 11 and latent heat sections 12 are arranged in succession.
  • Figure 15 is a psychrometric chart of the heat exchange type ventilation device 200 shown in Figure 14. It is assumed that the outdoor temperature is 35°C and the indoor temperature is 27°C in summer. First, the hot and humid outdoor air is cooled by the first sensible heat section 11, becoming cold and humid. In Figure 15, it moves from point A to point B on the left. At this time, the absolute humidity remains almost the same, but the temperature drops, so the relative humidity increases.
  • the first latent heat part 12 absorbs moisture and reduces the humidity, while at the same time generating heat due to the heat of adsorption, causing the temperature to rise.
  • it moves from point B to point C at the bottom left.
  • the absolute humidity decreases, but the temperature also increases, so the relative humidity also tends to decrease.
  • the second latent heat section 12 absorbs moisture and reduces humidity.
  • low humidity and low temperature are repeated, which makes it possible to suppress condensation and achieve more efficient heat exchange. Also, low humidity and low temperature are repeated for each number of sensible heat sections 11 and latent heat sections 12 arranged in succession.
  • the higher the relative humidity of the air being treated is above 50% RH, the higher the efficiency (moisture absorption rate), so by first cooling the dehumidified air and then increasing its humidity, it is possible to maintain a high heat exchange efficiency.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing a modified example of the heat exchange type ventilation device 210 according to the second embodiment.
  • the sensible heat section 11 and the latent heat section 12 may be in contact.
  • there is a gap between the sensible heat section 11 and the latent heat section 12 but in FIG. 16, there is no gap and the sensible heat section 11 and the latent heat section 12 are in contact.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing another modified example of the heat exchange type ventilation device 220 according to the second embodiment.
  • the air blowing section 30 can also be disposed between the sensible heat section 11 and the latent heat section 12, between the latent heat section 12 and the latent heat section 12, or between the latent heat section 12 and the sensible heat section 11.
  • the air blowing section 30 can also be disposed within the heat storage substrate 10.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing another modified example of the heat exchange type ventilation device 230 according to the second embodiment.
  • the sensible heat section 11 may be disposed on the indoor side.
  • the indoor side is configured from the sensible heat section 11 on the outside of the heat storage substrate 10.
  • FIG. 19 is a psychrometric chart of the heat exchange type ventilation device 230 shown in FIG. 18. It is assumed that the outdoor temperature is 5°C and 72% RH in winter, and the indoor temperature is 20°C and 58.6% RH. The temperature difference is larger than in summer, and the absolute humidity difference is smaller.
  • the process in the sensible heat section 11 and latent heat section 12 is repeated, moving from point C to point D to point E.
  • the temperature is then raised again in the sensible heat section 11 located on the indoor side. In this way, by locating the sensible heat section 11 on the indoor side, the temperature inside the room can be raised further, allowing for efficient heat exchange.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing another modified example of the heat exchange type ventilation device 240 according to the second embodiment.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view taken along line XXI-XXI in FIG. 20.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view taken along line XXII-XXII in FIG. 20.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view taken along line XXIII-XXIII in FIG. 20.
  • the sensible heat section 11 and the latent heat section 12 may be arranged in parallel with the air blowing direction.
  • the sensible heat section 11 and the latent heat section 12 are provided in the Y direction and the Z direction. That is, in a cross-sectional view, there are areas of the sensible heat section 11 and areas of the latent heat section 12.
  • the sensible heat section 11 and the latent heat section 12 may also be arranged alternately in series with respect to the air blowing direction, and arranged in parallel with respect to the air blowing direction.
  • the heat exchange ventilation device has a humidity control function and can perform heat exchange more efficiently.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view showing an outline of a heat exchange type ventilation device 300 according to a third embodiment.
  • the latent heat sections 12 may be arranged continuously in series in the air blowing direction within the heat storage substrate 10. To better handle the latent heat load, it is easy to change the configuration, such as by increasing the number of latent heat sections 12.
  • the sensible heat sections 11 and latent heat sections 12 may be arranged in equal numbers or in different numbers.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view showing a modified example of a heat exchange type ventilation device 310 according to the third embodiment.
  • the sensible heat section 11 and the latent heat section 12 may have different thicknesses in the air blowing direction.
  • the heat storage substrate 10 can be made thicker to accommodate the heat load.
  • FIG. 26 is a psychrometric chart of the heat exchange type ventilation device 300 shown in FIG. 24. It is assumed that the outdoor temperature is 35°C and 75% RH in summer, and the indoor temperature is 27°C and 52% RH.
  • the air is cooled by processing it in the sensible heat section 11.
  • it moves from point A to point B on the left. Too much cooling will cause condensation, so it is cooled to about 30°C.
  • the processing of the sensible heat section 11 on the outdoor side can be small.
  • the target temperature and humidity can be achieved by appropriately changing the thickness of the sensible heat section 11 and the latent heat section 12 and the number of sensible heat sections 11 and latent heat sections 12.
  • the heat exchange ventilation device has a humidity control function and can perform heat exchange more efficiently.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view showing an outline of a heat exchange type ventilation device 400 according to a fourth embodiment.
  • the latent heat portions 12, 12' may carry humidity-regulating materials 20 having different adjusted relative humidities in the air blowing direction.
  • the adjusted relative humidity of the humidity-regulating material 20 held in the indoor latent heat section 12 may be smaller than the adjusted relative humidity of the humidity-regulating material 20 held in the outdoor latent heat section 12'.
  • the humidity-regulating material 20 held in the outdoor latent heat section 12 has a threshold value of 50% RH
  • the humidity-regulating material 20 held in the indoor latent heat section 12' has a threshold value of 40% RH.
  • the first half of the latent heat section 12, where the humidity is high, is treated at 50% RH
  • the second half of the latent heat section 12', where the absolute humidity is decreasing is treated at a latent heat section 12 with a threshold value of 40% RH or less. In this way, heat exchange can be performed more efficiently.
  • the salt contained in the humidity-regulating material 20 can be appropriately selected.
  • a metal salt such as a carboxylate or carbonate can be appropriately prepared to obtain the desired threshold humidity.
  • the heat exchange ventilation device has a humidity control function and can perform heat exchange more efficiently.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view showing an outline of a heat exchange type ventilation device 500 according to the fifth embodiment.
  • multiple sensible heat sections 11 may be provided, one on the indoor side and one on the outdoor side. In this way, the air that has generated heat after latent heat exchange in the latent heat section 12 is finally treated in the sensible heat section 11, thereby making it possible to bring the heat exchange efficiency close to 100%.
  • the latent heat section 12 may also carry a humidity control material 20 that has a different adjusted relative humidity in the air blowing direction.
  • Figure 29 is a psychrometric chart of the heat exchange type ventilation device 500 shown in Figure 28. Assume that the outdoor temperature is 35°C and 75% RH in summer, and the indoor temperature is 27°C and 52% RH. As shown in Figure 29, the outdoor air is cooled and dehumidified in the sensible heat section 11 and latent heat section 12, and moved from point A to point B to point C to point D to point E to point F. The air is then treated in the latent heat section 12, which carries a humidity-regulating material 20 with an adjusted relative humidity different from that of the outdoor side, and moved to point G. Finally, it is treated in the sensible heat section 11, and can be made 27°C and 52.4% RH (moved to point H).
  • the heat exchange efficiency can ultimately approach 100%.
  • the heat exchange ventilation device has a humidity control function and can perform heat exchange more efficiently.
  • Total heat exchange ventilation system 1000 Next, the total heat exchange ventilation system 1000 will be described.
  • FIG. 30 is a side view showing an outline of a total heat exchange ventilation system 1000 equipped with a heat exchange ventilation device according to the present disclosure.
  • the heat exchange ventilation device according to the present disclosure includes the above-mentioned heat exchange ventilation device, a space portion 50 in which the heat exchange ventilation device is provided, and a control device 60.
  • Heat exchange ventilation equipment can be installed, for example, by embedding it into the wall of a house.
  • the total heat exchange ventilation system 1000 can be provided with multiple heat exchange type ventilation devices. If the heat exchange type ventilation devices are at least a first heat exchange type ventilation device 100A and a second heat exchange type ventilation device 100B, as shown in FIG. 30, when the first heat exchange type ventilation device 100A supplies air to the space 50, the second heat exchange type ventilation device 100B exhausts air from the space 50. After a predetermined time has elapsed, for example, several tens of seconds, the first heat exchange type ventilation device 100A exhausts air from the space 50, and the second heat exchange type ventilation device 100B supplies air to the space 50. Then, the supply and exhaust of the first heat exchange type ventilation device 100A and the second heat exchange type ventilation device 100B are switched in conjunction with each other at a predetermined time period. In this way, the total heat exchange ventilation system 1000 according to the present disclosure can be a time-division type in which the supply and exhaust are switched after a predetermined time has elapsed. This allows for more efficient heat exchange while ventilating the space 50.
  • Air supply and exhaust can be controlled by the control device 60.
  • the space 50 may be, for example, a room or the interior of a car or train.
  • the heat exchange ventilation device according to the present disclosure may be for residential or vehicle use.
  • the heat exchange ventilation device may be installed at the boundary between a wall or the like that separates the space, not limited to a home, building, or vehicle, to form a total heat exchange ventilation system 1000.
  • the total heat exchange ventilation system 1000 disclosed herein has a humidity control function and can efficiently exchange heat.

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Abstract

本開示の熱交換型換気装置は、蓄熱基材と、前記蓄熱基材の一方向に設けられ、前記蓄熱基材に空気を挿通させて、屋外から屋内又は屋内から屋外に送風させる送風部と、を備え、前記蓄熱基材は、顕熱部と、潜熱部と、を備え、前記顕熱部及び前記潜熱部は、送風方向に対して直列に連続して配置されていることを特徴とする。

Description

熱交換型換気装置及び全熱交換換気システム
　本開示は、熱交換型換気装置及び全熱交換換気システムに関する。本出願は、２０２３年６月７日に日本に出願された特願２０２３－０９３５７４号に優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来から様々な熱交換型換気装置等が開示されている。
　例えば、特許文献１では、蓄熱エレメント、室内側フードと防塵フィルターと換気ファンとスリーブと屋外フードから成る換気ユニットが開示され、熱交換素子として、セラミックから構成される蓄熱エレメントが用いられている。
特開２０１３－１１３４６３号公報
　しかしながら、上記文献では蓄熱エレメントが単純なセラミックから構成されるため、吸湿量が低く潜熱交換が不十分である。
　そこで、本開示は上記問題に鑑み、吸湿量を高めるため、調湿機能を有し、かつ効率的に熱交換可能な熱交換型換気装置及び全熱交換換気システムを提供する。
　本開示の一態様では、蓄熱基材と、前記蓄熱基材の一方向に設けられ、前記蓄熱基材に空気を挿通させて、屋外から屋内又は屋内から屋外に送風させる送風部と、を備え、前記蓄熱基材は、潜熱部と、顕熱部と、を備え、前記顕熱部及び前記潜熱部は、送風方向に対して直列に連続して配置されていることを特徴とする。
　本開示の他の態様では、上記熱交換型換気装置と、前記熱交換型換気装置が設けられた空間部と、を備え、前記熱交換型換気装置は、第１の熱交換型換気装置と第２の熱交換型換気装置とを含み、前記第１の熱交換型換気装置が前記空間部の給気を行っているとき、前記第２の熱交換型換気装置は前記空間部の排気を行っており、前記給気及び前記排気が連動して切り替わることを特徴とする全熱交換換気システムを特徴とする。
　以上説明したように本開示によれば、吸湿量を高めるため、調湿機能を有し、かつ効率的に熱交換可能な熱交換型換気装置及び全熱交換換気システムを提供することができる。
図１は、第１の実施形態に係る熱交換型換気装置の概略を示す断面図である。 図２は、調湿材を模式的に示した断面図である。 図３は、調湿材を模式的に示した図である。 図４は、バインダ中に調湿材を分散させたシートの断面図である。 図５は、調湿材を模式的に示した断面図である。 図６は、２５℃におけるギ酸ナトリウムの吸湿等温線を示すグラフである。 図７は、調湿材を担持させた全熱交換素子の空気線図である。 図８は、第１の実施形態に係る熱交換型換気装置の空気線図である。 図９は、蓄熱基材の形状の一例を示す斜視図である。 図１０は、蓄熱基材の形状の一例を示す斜視図である。 図１１は、蓄熱基材の（内部）構造の一例を示す正面図である。 図１２は、蓄熱基材の（内部）構造の一例を示す正面図である。 図１３は、蓄熱基材の（内部）構造の一例を示す正面図である。 図１４は、第２の実施形態に係る熱交換型換気装置の概略を示す断面図である。 図１５は、図１４に示す熱交換型換気装置の空気線図である。 図１６は、第２の実施形態に係る熱交換型換気装置の変形例を示す断面図である。 図１７は、第２の実施形態に係る熱交換型換気装置の別の変形例を示す断面図である。 図１８は、第２の実施形態に係る熱交換型換気装置の別の変形例を示す断面図である。 図１９は、図１８に示す熱交換型換気装置の空気線図である。 図２０は、第２の実施形態に係る熱交換型換気装置の別の変形例を示す断面図である。 図２１は、図２０におけるＸＸＩ－ＸＸＩ断面図である。 図２２は、図２０におけるＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ断面図である。 図２３は、図２０におけるＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩ断面図である。 図２４は、第３の実施形態に係る熱交換型換気装置の概略を示す断面図である。 図２５は、第３の実施形態に係る熱交換型換気装置の変形例を示す断面図である。 図２６は、図２４に示す熱交換型換気装置の空気線図である。 図２７は、第４の実施形態に係る熱交換型換気装置の概略を示す断面図である。 図２８は、第５の実施形態に係る熱交換型換気装置の概略を示す断面図である。 図２９は、図２８に示す熱交換型換気装置の空気線図である。 図３０は、本開示に係る熱交換型換気装置を備えた全熱交換換気システムの概略を示す側面図である。
　以下、図面を参照して、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本開示の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本開示の解決手段として必須であるとは限らない。なお、図面中では、Ｘ軸を送風方向、Ｙ軸を幅方向、Ｚ軸を高さ方向とする。
［熱交換型換気装置］
１、第１の実施形態
　図１は、第１の実施形態に係る熱交換型換気装置１００の概略を示す断面図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る熱交換型換気装置１００は、蓄熱基材１０と、送風部３０と、筒部材４０を備える。
　蓄熱基材１０は、顕熱部１１と潜熱部１２を備える。なお、「顕熱部」とは主に温度交換機能を有する熱交換器を意味し、「潜熱部」とは主に湿度交換機能を有する熱交換器を意味する。顕熱部１１及び潜熱部１２は、送風方向に対して直列に連続して配置されている。顕熱部１１及び潜熱部１２は、図１に示すように接続してもよく、顕熱部１１及び潜熱部１２の間に隙間を設け、お互いを離して配置してもよい。
　送風部３０は、蓄熱基材１０の一方向に設けられ、蓄熱基材１０の開口１０ｂから空気を挿通させて、屋外から屋内又は屋内から屋外に送風させる。図１では、送風部３０は屋外側に設けられており、屋外側である図の－Ｘ方向から屋内側である＋Ｘ方向に送風させ、又は＋Ｘ方向から－Ｘ方向へ送風させている。送風部３０は屋内側に設けてもよい。送風部３０は、ファンやモータ等から構成される。
　筒部材４０は、蓄熱基材１０と送風部３０とを収容する。筒部材４０は、管やパイプ等が挙げられる。
　蓄熱基材１０は、空気が屋外から屋内又は屋内から屋外に挿通できるように送風路１０ａが設けられている。また、送風路１０ａは、顕熱部１１の送風路１１ａ及び潜熱部１２の送風路１２ａから構成されている。
　蓄熱基材１０である顕熱部１１及び潜熱部１２は、熱交換しやすいよう、アルミニウム、鉄、銅等の熱伝導率の高い金属から構成されることが好ましい。その他、アルミナやムライト、コージェライト等のセラミックス、紙・繊維等から構成される不織布繊維など多孔質形状で表面積が大きいものが好ましい。また、顕熱部１１及び潜熱部１２は、同一材料としてもよく、異なる材料としてもよい。
　蓄熱基材１０によって、放熱及び吸熱により熱交換をさせ、また水分を吸湿又は放出して送風する空気の水分を調整するために、蓄熱基材１０は、潜熱部１２を備える。そして、潜熱部１２は、調湿材を担持する。
　調湿材は、水分を吸湿又は放出して調湿機能を持つ。以下、調湿材について説明する。
　図２は、調湿材２０を模式的に示した断面図である。調湿材２０は、図２に示すように、樹脂及び／又は粘土鉱物を含む吸水材２１と、水分を吸湿又は放出し調湿機能を有する調湿成分である調湿液２２と、を含む。調湿液２２は、吸水材２１に含浸されている。調湿材２０は、置かれた環境の湿度に応じて、その場所の空気に含まれる水分を吸収して吸湿、又は調湿材２０に含まれる水分を空気中に放出して加湿する。なお、調湿液２２は、吸水材２１のみならず、調湿材２０（吸水材２１）を担持する担持体２３に含浸されていてもよい。担持体２３については、後述する。また、吸水材は、吸水性樹脂、粘土鉱物からなる群より選択される少なくとも１種を含むとすることができる。
　調湿材２０の形状としては、粉末状、粒子状、ブロック状にしてもよいし、樹脂を通気基材に担持させることで効率的に空気と接触させて使用してもよい。
　吸水材２１は、調湿液２２を保持する機能を有する。吸水材２１が調湿液２２を保持しているため、体積に対する表面積の割合が高い調湿材２０を実現することができる。よって、水分の吸収又は放出の速度を高くし得る。従って、高い調湿速度を有する調湿材２０とすることができる。
　吸水材２１は、吸水性樹脂（粒子、粉末）であることが好ましい。このようにすれば、吸水材２１が調湿液２２を好適に含浸することができ、調湿効果をより高めることができる。吸水性樹脂材の具体例としては、イオン性樹脂、非イオン性樹脂が好ましい。イオン性樹脂としては、ポリアクリル酸のアルカリ金属塩、デンプン-アクリル酸塩グラフトポリマー等があげられる。ポリアクリル酸のアルカリ金属塩の具体例としては、ポリアクリル酸ナトリウム等が挙げられる。非イオン性樹脂としては、酢酸ビニル共重合体、無水マレイン酸共重合体、ポリビニルアルコール、ポリアルキレンオキサイド等が挙げられる。金属塩成分としてより好ましくは、所定湿度範囲で水和物結晶を形成することで、特定の湿度範囲を閾値として急激な吸放湿を促すものである。
　調湿液２２としては、空気中の水分を吸収し、塩（潮解する潮解性物質）及び多価アルコールからなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。このようにすれば、調湿効果をより高めることができる。
　多価アルコールの具体例としては、グリセリン、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ブタントリオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、及び乳酸等からなる群より選択される少なくとも一種を含み、なかでも、グリセリン等の水酸基を３つ以上有する多価アルコールがより好ましく用いられる。なお、多価アルコールは、二量体または重合体を構成していてもよい。
　潮解性物質としては、塩類と水溶性有機物に分類される。塩類の具体例としては、金属塩であり、例えば、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、ギ酸アンモニウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸リチウム、酢酸アンモニウム、乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、安息香酸ナトリウム、安息香酸カリウム、プロピオン酸ナトリウム、プロピオン酸カリウム、塩化カルシウム、塩化リチウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、臭化リチウム、臭化カルシウム、臭化カリウム、水酸化ナトリウム、ピロリドンカルボン酸ナトリウム、炭酸カリウム、クエン酸カルシウム、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸リチウム等が挙げられる。これらの塩のうち、１種のみを含んでいてもよいし、２種以上を含んでいてもよい。これらの中でも、重量あたりの吸放湿する水分量の多い、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、炭酸カリウムが好ましい。水溶性有機物の具体例としては、例えば、スクロース、プルラン、グルコース、キシロール、フラクトース、マンニトール、ソルビトール等の糖類、クエン酸などのカルボン酸、尿素などのアミド類が挙げられる。
　吸水材２１に対する調湿液２２の量は、吸水材１００重量部に対して、１重量部以上１０００重量部以下であることが好ましい。このようにすれば、吸水材２１と調湿液２２の量が適切となり、より調湿機能を高めることができる。また、吸水材２１は、粉末状又は粒子状であることが好ましい。
　図３は、調湿材２０を模式的に示した図である。図３に示すように、調湿材２０（吸水材２１）は、担持体２３に担持されてもよい。また、担持体２３に水分を含浸させることもできる。
　本開示に係る熱交換型換気装置１００は、上述した調湿材２０を潜熱部１２に塗布し、又は調湿材２０を含む液体に潜熱部１２を浸漬して、調湿材２０を潜熱部１２に添着させる。また、調湿材２０は、調湿液に吸水性樹脂を添加し、攪拌、膨潤させることで、粘性を有する調湿材の添着スラリーを作製する。そのスラリーを蓄熱基材１０の潜熱部１２に含浸塗布、乾燥、固着させることもできる。
　図４は、調湿材２０の別形態を模式的に示した図であり、吸水体２４の間にバインダ（担持体２３）、バインダ中に調湿材２０を分散させたシートの断面図である。図４に示すように、調湿材２０（吸水材２１）は、担持体２３に担持されてもよい。また、吸水体２４は吸水材２１を含んでよい。また、担持体２３に水分を含浸させることもできる。図４に示すような調湿材２０を含む材料を潜熱部１２に設ければよい。
　また、調湿材２０を担持する担持体２３は、用途によって最適なものを選択することが好ましい。湿度制御が目的で吸放湿の容量を大きく取りたい場合は、調湿液２２を湿潤して保持する素材が好ましい。例えば、多孔質体、不織布、織布などの親水性繊維からなる。特に、水蒸気透過性の高い不織布のようなものが好ましい。また、担持体２３は、バインダを含むこともできる。
　担持体２３の形状としては、シート状であり、平板状あるいはプリーツ状あるいは、ハニカム状等の種々の形状に成形されて使用されてもよい。例えば、シート状材料は、まずコルゲーターにより、波形（フルート）等の形状に成形され、次に、このシートと同一或いは異種の材料からなる、平板状のライナーと、接着剤により固着され、一体化される。また、担持体２３は、可撓性を持ってもよい。担持体２３は、変形可能であってもよい。換言すれば、任意の形状（折れ曲がり形状や、湾曲形状等）に保持可能であってもよい。
　図５は、調湿材２０を模式的に示した断面図である。図５に示すように、調湿材２０を担持体２３に担持させ吸水体２４に保持し、潜熱部１２に設ければよい。このようにすれば、空気と触れる面積が増加し、調湿機能を向上させることができる。
　吸水体２４は吸水材２１を含んでよい。また、吸水体２４は、粉末状、粒状、又はシート状としてもよい。
　また、調湿材２０は、上記の他、Ｂ型シリカゲル、高分子収着材等を用いてもよい。
　また、調湿成分としては、上記金属塩を含んでいることを前提とし、結晶化閾値湿度を調節するための添加剤として他の成分を加えてもよい。例として、他金属塩や多価アルコール、または水和物結晶の核材となるようなものが挙げられる。各発生材の具体例としては、２つ以上のカルボキシル基を有するカルボン酸類および２つ以上のアミド基を有するアミド類などが挙げられる。カルボン酸類は上述した物質を用いればよい。結晶化閾値湿度とは、低湿度になると調湿材が結晶化する場合があるが、結晶化する湿度における閾値である。
　なお、「調湿」とは、所定の湿度帯に近づくように相対湿度を調整することを意味する。具体的には、例えば、５０％ＲＨを所定の相対湿度とすると、相対湿度が５０％ＲＨよりも高いときには、調湿材２０は、水分を吸収（吸湿）し、相対湿度が５０％ＲＨよりも低いときには、調湿材２０は、水分を放出（放湿）する。通常、所定の相対湿度帯は、調湿材２０の材質と水分量に相関する。具体的には、例えば、所定の相対湿度帯は、調湿液２２中の水分含有量に相関する。
　図６は、２５℃におけるギ酸ナトリウムの吸湿等温線を示すグラフである。相対湿度が約５０％ＲＨ以下で水分子と強固な水和物結晶を形成し、当該水和物結晶は、相対湿度が約６０％ＲＨに達すると潮解して液化する。
　そのため、周辺の空気の相対湿度が閾値湿度より低い場合は、水分子と水和物結晶を形成する以上の水分の吸湿が進行せず、周辺の空気の相対湿度が閾値湿度より高くなった場合は、急激に吸湿が進行し水分吸収率が上昇する。
　具体的には、ギ酸ナトリウムにおいては、周辺の空気の相対湿度が概ね５０～６０％ＲＨより低い場合は、水和物結晶を形成する以上の水分の吸湿が進行せず、周辺の空気の相対湿度が概ね５０～６０％ＲＨより高くなった場合は、急激に吸湿が進行し水分吸収率が上昇する。
　このように、水分を吸収及び放出する調湿材２０を担持する潜熱部１２及び顕熱部１１を用いて、効率よく熱交換を行う。
　以下、第１の実施形態に係る熱交換型換気装置１００についてさらに説明する。
　図７は、調湿材２０を担持させた全熱交換素子を用いた場合の空気線図である。図８は、第１の実施形態に係る熱交換型換気装置１００の空気線図である。ここで、全熱交換素子とは顕熱交換機能と潜熱交換機能のどちらも有している素子のことであるが、第１の実施形態に係る熱交換型換気装置１００のように、顕熱部と潜熱部が明確に分離していない素子である。また、第１の実施形態に係る熱交換型換気装置１００のように、顕熱部及び潜熱部が送風方向に対して直列に連続して配置していない素子である。ここでは例えば、夏場の高温高湿の屋外空気と低温低湿の屋内空気で熱交換する場合を想定する。
　図７に示すように、調湿材２０を担持させた全熱交換素子では、高温高湿空気を熱交換する際に初期の相対湿度から５０％ＲＨ程度に調湿する場合は、徐々に相対湿度が低下する方向に進むため、湿度交換効率が悪くなる。
　一方で、図８に示すように、第１の実施形態に係る熱交換型換気装置１００では、高温高湿空気を顕熱部１１で顕熱交換して冷やすことで、低温・高湿化する。そして、潜熱部１２１に担持している調湿材２０により水分を吸収し、高温・低湿化する。
　このように、第１の実施形態に係る熱交換型換気装置１００では、顕熱部１１及び潜熱部１２を備えることで、顕熱部１１と潜熱部１２の境界での相対湿度が高くなり、潜熱部１２に担持されている調湿材２０での湿度交換効率が高くなることで、効率的に熱交換することができる。
　上述では、高温高湿から低温低湿における熱交換を想定したが、顕熱部１１及び潜熱部１２の表面積の大きさや潜熱部１２の調湿材２０の量や材料を選択し、所望の温度・湿度とすることができる。
　また、図８に示すように、低温化させて低湿化するために、顕熱部１１は屋外側に配置され、潜熱部１２は屋内側に配置されていることが好ましい。言い換えれば、蓄熱基材１０の外側で屋外側が顕熱部１１で構成されており、屋内側が潜熱部１２から構成されている。である。
　次に、蓄熱基材１０の形状について説明する。
　図９は、蓄熱基材１０の形状の一例を示す斜視図である。図１０は、蓄熱基材１０の形状の一例を示す斜視図である。蓄熱基材１０は、図９に示すように円柱型とすることもできる。また、蓄熱基材１０は、図１０に示すように角柱型（ブロック型）とすることもできる。円柱型は熱抵抗が円の面内の等方向に大きいが、角柱型（ブロック型）は熱抵抗が四角の面内の異方向に大きい。軸流ファンと蓄熱基材１０を組み合わせる際に、軸流ファンは円形状であることが多いため、蓄熱基材１０も円柱型が好ましい。
　図１１は、蓄熱基材１０の（内部）構造の一例を示す正面図である。図１１は図１に示す蓄熱基材１０を＋Ｘ側又は－Ｘ側から見た正面図である。後述する図１２、図１３も同様である。また、図１２は、蓄熱基材１０の（内部）構造の一例を示す正面図である。図１３は、蓄熱基材１０の（内部）構造の一例を示す正面図である。
　図１１、図１２及び図１３に示すように、蓄熱基材１０は、プリーツ構造、コルゲート構造、又はハニカム構造であることが好ましい。このようにすれば、蓄熱基材１０の表面積が大きくなり、送風空気を効率よく熱交換することができ、低温化及び低湿化等の所望の温度・湿度とすることができる。蓄熱基材１０の開口１０ｂから屋外又は屋内の空気が出入りし送風路１０ａを通る。
　なお、蓄熱基材１０は、顕熱部１１と潜熱部１２とで開口率、開口サイズが異なっていてもよい。
　以上より、第１の実施形態に係る熱交換型換気装置１００によれば、調湿機能を有し、かつ効率的に熱交換することができる。
２、第２の実施形態
　次に第２の実施形態に係る熱交換型換気装置２００について説明する。
　図１４は、第２の実施形態に係る熱交換型換気装置２００の概略を示す断面図である。図１４に示すように、第２の実施形態に係る熱交換型換気装置２００は、顕熱部１１及び潜熱部１２が複数連続して配置されていることを特徴とする。
　高温高湿空気を顕熱部１１で一気に冷やす場合、相対湿度が１００％ＲＨに達し結露が生じる場合がある。そのため、顕熱部１１及び潜熱部１２を複数連続して配置し、小刻みに温度及び湿度を下げて繰り返したほうが、結露を抑制しつつ、より高効率で熱交換することが可能となる。
　図１５は、図１４に示す熱交換型換気装置２００の空気線図である。夏場で屋外３５℃、屋内２７℃を想定している。まず、屋外の高温高湿の空気は、１つめの顕熱部１１で冷却し、低温高湿化する。図１５では、Ａ点から左のＢ点に移動する。このとき、絶対湿度はほぼ変わらず、温度が低下するので、相対湿度が上がる。
　次に、１つめの潜熱部１２で吸湿し低湿化すると同時に吸着熱により発熱するため高温化する。図１５では、Ｂ点から左下のＣ点に移動する。このとき、絶対湿度が下がるが、温度も上がるので相対湿度は下がる方向となる。
　また、次に相対湿度が５０％ＲＨに近づくので、２つめの顕熱部１１で冷却し、低温高湿化する。図１５では、Ｃ点から左のＤ点に移動する。
　また、次に２つめの潜熱部１２で吸湿し低湿化する。
　そして、顕熱部１１及び潜熱部１２での処理を繰り返し、Ｅ点→Ｆ点→Ｇ点に移動し、低温低湿化する。
　よって、このようにすれば、低湿化・低温化が繰り返され、結露を抑制しつつ、より高効率で熱交換することが可能となる。また、顕熱部１１及び潜熱部１２を複数連続して配置した分だけ低湿化・低温化が繰り返される。
　第２の実施形態に係る熱交換型換気装置２００では、処理する空気の相対湿度が５０％ＲＨよりも高湿であるほど、効率（水分吸収率）が高いため、一旦、低湿化した空気を冷やし高湿化することで熱交換効率が高い状態を維持することが可能となる。
　表１に示すように、夏場屋外の温湿度が３５℃、７５％ＲＨ、夏場屋内の温湿度が２７℃、５２％ＲＨの屋外―屋内の場合では、顕熱交換効率および潜熱交換効率が８０％の全熱交換器で熱交換した場合、顕熱部１１と潜熱部１２を通過した空気が、屋内では２８．６℃、６０％ＲＨの空気となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図１６は、第２の実施形態に係る熱交換型換気装置２１０の変形例を示す断面図である。図１６に示すように、顕熱部１１及び潜熱部１２は、接触していてもよい。図１４に示す態様では、顕熱部１１及び潜熱部１２の間に隙間を有していたが、図１６では、隙間を有さなく顕熱部１１及び潜熱部１２が接触している態様である。
　顕熱部１１及び潜熱部１２の間に隙間を有する場合、一気に冷却した場合、結露が生じるおそれがある。また、潜熱部１２が水分を吸収した場合に発熱しすぎて、相対湿度が急激に下がるおそれがある。よって、顕熱部１１及び潜熱部１２が接触している蓄熱基材１０とすることで、蓄熱基材１０内（顕熱部１１及び潜熱部１２の間）での熱移動が可能となり、温度変化が均質的になるため、より効率的に熱交換が可能となる。
　図１７は、第２の実施形態に係る熱交換型換気装置２２０の別の変形例を示す断面図である。図１７に示すように、送風部３０は、顕熱部１１と顕熱部１１の間に配置することもできる。また、送風部３０は、顕熱部１１と潜熱部１２の間、潜熱部１２と潜熱部１２の間、潜熱部１２と顕熱部１１との間に配置することもできる。また、送風部３０は、蓄熱基材１０内に配置することもできる。
　図１８は、第２の実施形態に係る熱交換型換気装置２３０の別の変形例を示す断面図である。図１８に示すように、顕熱部１１は、屋内側に配置されていてもよい。言い換えれば、蓄熱基材１０の外側で屋内側が顕熱部１１から構成されている。
　図１９は、図１８に示す熱交換型換気装置２３０の空気線図である。冬場で屋外５℃かつ７２％ＲＨ、屋内２０℃かつ５８．６％ＲＨを想定している。温度差は夏場よりも大きく、絶対湿度差は小さい。
　図１９に示すように、夏場同様、一度屋外の空気を顕熱部１１で処理し空気を温める。図１９では、Ａ点から右のＢ点に移動する。このとき、温まった空気により相対湿度が低下する。
　次に、潜熱部１２で処理し加湿する。図１９では、Ｂ点から左上のＣ点に移動する。このとき、潜熱部１２から水分が気化するため熱を奪われるため、高湿化と同時に低温化する。
　そして、顕熱部１１及び潜熱部１２での処理を繰り返し、Ｃ点→Ｄ点→Ｅ点に移動する。そして、屋内側に設けられた顕熱部１１で再び、高温化する。このように、顕熱部１１は、屋内側に配置されることで、屋内をより高温化することができ、効率的に熱交換することができる。
　図２０は、第２の実施形態に係る熱交換型換気装置２４０の別の変形例を示す断面図である。図２１は、図２０におけるＸＸＩ－ＸＸＩ断面図である。図２２は、図２０におけるＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ断面図である。図２３は、図２０におけるＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩ断面図である。
　図２０、図２１、図２２、図２３に示すように、顕熱部１１及び潜熱部１２は、送風方向に対して並列に配置されていてもよい。Ｙ方向及びＺ方向に顕熱部１１及び潜熱部１２が設けられている。つまり、断面視において、顕熱部１１のエリアと潜熱部１２のエリアが存在する。また、顕熱部１１及び潜熱部１２は、送風方向に対して直列に交互に配置し、かつ、送風方向に対して並列に配置されていてもよい。
　以上より、第２の実施形態に係る熱交換型換気装置によれば、調湿機能を有し、かつ、より効率的に熱交換することができる。
３、第３の実施形態
　次に第３の実施形態に係る熱交換型換気装置３００について説明する。
　図２４は、第３の実施形態に係る熱交換型換気装置３００の概略を示す断面図である。図２４に示すように、蓄熱基材１０内において、送風方向に対して直列に潜熱部１２を連続して配置してもよい。より潜熱負荷に対応するため、潜熱部１２を増やすなど構成を変更しやすい。
　また、蓄熱基材１０内において、顕熱部１１及び潜熱部１２は、同じ個数を配置してもよく、異なる個数を配置してもよい。
　図２５は、第３の実施形態に係る熱交換型換気装置３１０の変形例を示す断面図である。図２５示すように、顕熱部１１及び潜熱部１２は、送風方向における厚さが異なることとしてもよい。熱負荷に対応するため、蓄熱基材１０を厚くすることができる。
　図２６は、図２４に示す熱交換型換気装置３００の空気線図である。夏場で屋外３５℃かつ７５％ＲＨ、屋内２７℃５２％ＲＨを想定する。
　まず、顕熱部１１で処理し空気を冷却する。図２６では、Ａ点から左のＢ点に移動する。冷却しすぎると結露するため、３０℃程度まで冷却する。このとき、屋外側の顕熱部１１の処理は小さくて良い。
　次に、潜熱部１２で処理し５５％ＲＨ程度まで行う。図２６では、Ｂ点から右下のＣ点に移動する。
　次に、顕熱部１１で処理し空気を冷却し、また潜熱部１２で低湿化する。図２６では、Ｃ点から左のＤ点、そして右下のＥ点に移動する。
　このように、顕熱部１１及び潜熱部１２の厚みや、顕熱部１１及び潜熱部１２の数を適宜変更することで、目標の温度湿度とすることができる。
　以上より、第３の実施形態に係る熱交換型換気装置によれば、調湿機能を有し、かつ、より効率的に熱交換することができる。
４、第４の実施形態
　次に第４の実施形態に係る熱交換型換気装置４００について説明する。
　図２７は、第４の実施形態に係る熱交換型換気装置４００の概略を示す断面図である。図２７に示すように、潜熱部１２、１２’は、送風方向に対して、異なる調整相対湿度を有する調湿材２０を担持してもよい。
　また、屋内側の潜熱部１２に担持される調湿材２０の調整相対湿度は、屋外側の潜熱部１２’に担持される調湿材２０の調整相対湿度よりも小さいこととしてもよい。例えば、屋外側の潜熱部１２に担持される調湿材２０は閾値５０％ＲＨのものを用い、屋内側の潜熱部１２’に担持される調湿材２０は閾値４０％ＲＨのものを用いる。高湿度の前半の潜熱部１２の処理は５０％ＲＨで行い、絶対湿度が低下してくる後半の潜熱部１２’の処理は４０％ＲＨ以下の閾値の潜熱部１２で行う。このようにすれば、より効率的に熱交換することができる。
　異なる閾値のものを用いるために、調湿材２０に含まれる塩を適宜選択すればよい。例えば、カルボン酸塩又は炭酸塩等の金属塩を適宜調製し、所望の閾値湿度とすればよい。
　以上より、第４の実施形態に係る熱交換型換気装置によれば、調湿機能を有し、かつ、より効率的に熱交換することができる。
５、第５の実施形態
　次に第５の実施形態に係る熱交換型換気装置５００について説明する。
　図２８は、第５の実施形態に係る熱交換型換気装置５００の概略を示す断面図である。図２８に示すように、顕熱部１１は、複数設けられており、屋内側と屋外側に設けられていてもよい。このようにすれば、潜熱部１２で潜熱交換した後の発熱した空気を最後に顕熱部１１で処理することにより、熱交換効率を１００％に近づけることができる。
　また、潜熱部１２は、送風方向に対して、異なる調整相対湿度を有する調湿材２０を担持してもよい。
　図２９は、図２８に示す熱交換型換気装置５００の空気線図である。夏場で屋外３５℃かつ７５％ＲＨ、屋内２７℃５２％ＲＨを想定する。図２９に示すように、屋外の空気を顕熱部１１及び潜熱部１２で低温化及び低湿化し、Ａ点→Ｂ点→Ｃ点→Ｄ点→Ｅ点→Ｆ点に移動させる。そして、屋外側と異なる調整相対湿度を有する調湿材２０を担持する潜熱部１２で空気を処理し、Ｇ点に移動する。そして、最後に顕熱部１１で処理し、２７℃で５２．４％ＲＨ（Ｈ点に移動）にすることができる。
　絶対湿度のみを下げるのは困難であり、絶対湿度低下時には凝集熱で発熱が生じて空気温度が上昇する。特に夏場条件では、潜熱負荷は顕熱負荷よりも大きい。空気温度自体は８℃程度であるので、ある一定以上に冷却することが難しい。
　そこで、屋内側に顕熱部１１を配置し、最後に顕熱部１１で処理することで、最終的に熱交換効率を１００％に近づくことができる。
　以上より、第５の実施形態に係る熱交換型換気装置によれば、調湿機能を有し、かつ、より効率的に熱交換することができる。
［全熱交換換気システム］
　次に、全熱交換換気システム１０００について説明する。
　図３０は、本開示に係る熱交換型換気装置を備えた全熱交換換気システム１０００の概略を示す側面図である。図３０に示すように、本開示に係る熱交換型換気装置は、上述した熱交換型換気装置と、熱交換型換気装置が設けられた空間部５０と、制御装置６０とを備える。
　熱交換型換気装置は、例えば、住宅の壁に埋め込み、設置すればよい。
　全熱交換換気システム１０００は、熱交換型換気装置を複数設けることができる。熱交換型換気装置を少なくとも第１の熱交換型換気装置１００Ａと第２の熱交換型換気装置１００Ｂとすると、図３０に示すように、第１の熱交換型換気装置１００Ａが空間部５０の給気を行っているとき、第２の熱交換型換気装置１００Ｂは空間部５０の排気を行う。また、所定時間経過後、例えば数十秒経過後、第１の熱交換型換気装置１００Ａが空間部５０の排気を行い、第２の熱交換型換気装置１００Ｂは空間部５０の給気を行う。そして所定時間の周期で第１の熱交換型換気装置１００Ａと第２の熱交換型換気装置１００Ｂの給気と排気が連動して切り替わる。このように、本開示に係る全熱交換換気システム１０００は、所定時間経過後に給気及び排気が切り替わる時分割式とすることができる。このようにすれば、より効率的に熱交換しながら空間部５０の換気を行うことができる。
　給気及び排気は、制御装置６０により行えばよい。
　空間部５０は、例えば室内や車や電車等の車内の空間が挙げられる。よって、本開示に係る熱交換型換気装置は、住宅用又は車載用とすることができる。また、住宅やビル、車載に限らず、空間を隔てられた壁等の堺に熱交換型換気装置を設置し、全熱交換換気システム１０００とすることができる。
　以上より、本開示に係る全熱交換換気システム１０００によれば、調湿機能を有し、かつ効率的に熱交換することができる。
　なお、上記のように本開示の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本開示の範囲に含まれるものとする。
　例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、熱交換型換気装置及び全熱交換換気システムの構成、動作も本開示の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

Claims (19)

  1. 　蓄熱基材と、
    　前記蓄熱基材の一方向に設けられ、前記蓄熱基材に空気を挿通させて、屋外から屋内又は屋内から屋外に送風させる送風部と、
    を備え、
    　前記蓄熱基材は、顕熱部と、潜熱部と、を備え、
    　前記顕熱部及び前記潜熱部は、送風方向に対して直列に連続して配置されていることを特徴とする熱交換型換気装置。
  2. 　前記潜熱部は、調湿材を担持することを特徴とする請求項１に記載の熱交換型換気装置。
  3. 　前記顕熱部は、前記屋外側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換型換気装置。
  4. 　前記顕熱部及び前記潜熱部は、複数連続して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換型換気装置。
  5. 　前記顕熱部は、前記屋内側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の熱交換型換気装置。
  6. 　前記顕熱部及び前記潜熱部は、送風方向に対して並列に配置されることを特徴とする請求項４に記載の熱交換型換気装置。
  7. 　前記顕熱部及び前記潜熱部は、接触していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換型換気装置。
  8. 　前記顕熱部及び前記潜熱部は、送風方向における厚さが異なることを特徴とする請求項１に記載の熱交換型換気装置。
  9. 　前記潜熱部は、送風方向に対して、異なる調整相対湿度を有する調湿材を担持していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換型換気装置。
  10. 　前記屋内側の前記潜熱部に担持される調湿材の調整相対湿度は、前記屋外側の前記潜熱部に担持される調湿材の調整相対湿度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の熱交換型換気装置。
  11. 　前記顕熱部は、複数設けられており、前記屋内側と前記屋外側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換型換気装置。
  12. 　前記調湿材は、吸水材を含む吸水体と、前記吸水材に含まれる調湿成分を有することを特徴とする請求項２に記載の熱交換型換気装置。
  13. 　前記吸水材は、吸水性樹脂、粘土鉱物からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１２に記載の熱交換型換気装置。
  14. 　前記調湿成分は、多価アルコール及び塩からなる群より選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１２に記載の熱交換型換気装置。
  15. 　前記塩は、金属塩であることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換型換気装置。
  16. 　前記塩は、カルボン酸塩であることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換型換気装置。
  17. 　前記蓄熱基材は、プリーツ構造、コルゲート構造、又はハニカム構造であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換型換気装置。
  18. 　住宅用又は車載用であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換型換気装置。
  19. 　請求項１～１８のいずれか１項に記載の熱交換型換気装置と、
    　前記熱交換型換気装置が設けられた空間部と、
    を備え、
    　前記熱交換型換気装置は、第１の熱交換型換気装置と第２の熱交換型換気装置とを含み、
    　前記第１の熱交換型換気装置が前記空間部の給気を行っているとき、前記第２の熱交換型換気装置は前記空間部の排気を行っており、前記給気及び前記排気が連動して切り替わることを特徴とする全熱交換換気システム。
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