CN106705215A - 热交换器及换气装置 - Google Patents

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CN106705215A CN201610806103.6A CN201610806103A CN106705215A CN 106705215 A CN106705215 A CN 106705215A CN 201610806103 A CN201610806103 A CN 201610806103A CN 106705215 A CN106705215 A CN 106705215A
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八木亮介
末永诚
末永诚一
原田耕
原田耕一
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Abstract

有关一技术方案的热交换器具备：供气通路，使从对象空间外向对象空间内供给的供气流通；排气通路，使从对象空间内向对象空间外排出的排气流通；分隔部件，将供气通路和排气通路隔开，使供气和排气热交换；分离部件，配置在供气通路侧，吸附空气中的水分，或将吸附的水分向空气中排出；减压通路，设在供气通路侧，被分离部件与供气通路隔开而构成，与减压泵连接。

Description

热交换器及换气装置
技术领域
本发明的实施方式涉及热交换器及换气装置。
背景技术
在面向家庭或办公室等的居住空间中的空调消耗能量削减的对策普及的过程中，已经实现了如下对策，即：在供给外界气体而将室内的二氧化碳及VOC排出的换气装置中，通过在供气与排气之间进行热交换来削减换气所需要的电力。
在空调机的驱动中需要耗电，家庭或办公室等的居住空间中的空调消耗能量削减上成为课题。此外，在空调机中，由于通过冷却量控制温度和湿度的两者，所以难以使两者独立。
发明内容
本发明要解决的课题是提供一种在提高居住空间的舒适性的同时能够减少在对象空间内的温度和湿度控制中需要的消耗能量的热交换器及具备其的换气装置。
一技术方案的热交换器具备：供气通路，使从对象空间外向对象空间内供给的供气流通；排气通路，使从对象空间内向对象空间外排出的排气流通；分隔部件，将供气通路和排气通路隔开，使供气和排气进行热交换；分离部件，吸附空气中的水分，或将吸附到的水分向空气中排出；以及减压通路，设在供气通路侧，通过分离部件而与供气通路隔开地构成，与减压泵连接。
附图说明
图1是有关第1实施方式的换气装置100的结构图。
图2是气体分离体115的细节图。
图3是分隔部件112和第一间隔保持部件113的配置细节图。
图4是表示圆筒形状的间隔保持部件的图。
图5是有关第2实施方式的换气装置200的结构图。
图6是有关第3实施方式的换气装置300的结构图。
图7是热交换器301的细节图。
具体实施方式
以下，参照附图说明实施方式。在以下的实施方式中，对于相同的构成要素赋予相同的标号，省略重复的说明。
(第1实施方式)
图1是有关第1实施方式的换气装置100的结构图。换气装置100具备热交换器101、将外界气体向热交换器101侧送出并向对象空间供给的第一送风部(供给部)102、将对象空间内的空气向热交换器101侧送出并向外排出的第二送风部(排出部)103、将后述的热交换器101的减压通路116减压的减压泵104、和将各部连接而进行流体上的连接的线路(配管)LO、LR、LS、LE、LP。
热交换器101是将单位元件串联地层叠多个而得到的结构，所述单元元件由使来自第一送风部102的空气流通的供气通路110、使来自第二送风部103的空气流通的排气通路111、将两者在流体上隔离的分隔部件112、维持供气通路110的构造的第一间隔保持部件113和维持排气通路111的构造的第二间隔保持部件114构成。分隔部件112为了在流过供气通路110的空气与流过排气通路111的空气之间进行温度交换，使用不锈钢、铁等的金属板。第一间隔保持部件113由气体分离体115(分离部件)和减压通路116构成。气体分离体115是将供气通路110内的空气中含有的水分(水蒸气)吸附、将吸附的水向减压通路116以一定的比例排出的多孔质体或多孔质膜。
第一送风部102和供气通路110被用线路LO连接，供气通路110和对象空间被用线路LS连接。第二送风部103和排气通路111被用线路LR连接，排气通路111和对象空间外被用线路LE连接。
图2是气体分离体115的细节图。构成第一间隔保持部件113的一部分的气体分离体115由吸附层120和多孔质基材121构成。吸附层120起到将空气中含有的水分吸附的作用，可以使用Nafion(全氟磺酸)、聚氨酯、氯化锂、氯化钙、沸石、硅胶等具有潮解性的物质。多孔质基材121为吸附层120的支承体，并且起到保持用于维持供气通路110和减压通路116的构造所需要的强度的作用，作为材质可以使用以不锈钢、镍、铝、钛等的金属为基础的多孔金属及多孔炭、多孔氧化铝等。在金属的情况下，可以通过蚀刻设置开口。在多孔质基材121的内侧形成减压通路116，减压通路116被连接到减压泵104上(参照图1)。
图3是分隔部件112和第一间隔保持部件113的配置细节图。分隔部件112和第一间隔保持部件113被通过密封件130接合。第一间隔保持部件113的中央部A－A’截面为凸形状的山连续，使得凸部与分隔部件112接触。另一方面，在端部B－B’截面中有凸部不与分隔部件112接触的区域，减压通路116的空间与歧管131在流体上连通。歧管131将单位元件间连通，集合到外部歧管132而用线路LP与减压泵104连接(参照图1)。
接着，对换气装置100的动作进行说明(参照图1)。操作第一送风部102，将对象空间外的空气经由线路LO向供气通路110供给。流入到供气通路110中的空气经由线路LS被向对象空间供给。此外，操作第二送风部103，将对象空间内的空气经由线路LR向排气通路111供给。流入到排气通路111中的空气经由线路LE被向对象空间之外排出。如果操作减压泵104而降低减压通路116的压力，则经由第一间隔保持部件113在供气通路110与减压通路116之间发生压力差。从流经供气通路110的对象空间外的空气向气体分离体115吸附的水由于通过设置压力差而发生的水蒸气浓度差，从供气通路110向减压通路116移动。移动到减压通路116中的水在与供气通路110和排气通路111在流体上分离的状态下被向减压泵104输送，被从减压通路116除去。通过继续该一系列的动作，水分被从供给到供气通路110中的对象空间外的空气中连续地除去。进而，经由分隔部件112，流过供气通路110的空气和流过排气通路111的空气进行温度交换。由于将除去水分并除湿、并且从温度交换后的对象空间输送的空气经由线路Ls向对象空间输送，所以向室内提供被调温、调湿的空气。
在本实施方式中，在热交换器100内能够进行温度(显热)交换和湿度控制的两者。此时，通过减压泵104的驱动，能够将湿度与温度独立地控制，所以不需要在对象空间外放置用来控制湿度的热泵或除湿机等，能够实现设备空间的削减。此外，在想要维持温度但想要仅降低湿度的情况下，由于热泵利用冷凝进行除湿，所以为了降低对象空间内的湿度而不得不将从对象空间外流入的空气冷却，或者需要将冷却后的空气再次加热而进行湿度控制，因此，有耗电的增加和损害舒适性的课题。对此，在本实施方式中，由于利用由气体分离体115进行的水分吸附和分离将从对象空间外流入的湿度连续地处理，所以能够不另外依靠热泵而仅用组装在换气装置中的热交换器100独立进行湿度控制。由于减压通路116内被减压，所以气体分离体115被要求强度，但通过将该强度也用于单位元件的间隔保持的作用，能够实现热交换器100及换气装置的小型化。
另外，间隔保持部件113的形状不仅是在上述中表示的凸状的三角形状，也可以是圆筒形状。
图4是表示圆筒形状的间隔保持部件的图。构成间隔保持部件113的气体分离体115及减压通路116是圆筒形状。在此情况下，能够增加流过供气通路110的空气与气体分离体115的接触面积，增加除湿量。此外，由于使流过供气通路110的空气与分隔部件112的接触面积也增加，所以能够增加流过供气通路110的空气与流过排气通路111的空气的热交换量。
(第2实施方式)
图5是有关第2实施方式的换气装置200的结构图。换气装置200具备热交换器201、将对象空间外的空气向热交换器201侧送出而向对象空间供给的第一送风部(供给部)102、将对象空间内的空气向热交换器201侧送出而向外排出的第二送风部(排出部)103、将后述的热交换器201的减压通路152减压的减压泵104、和将各部连接而进行流体上的连接的线路(配管)LO、LR、LS、LE、LP。
热交换器201是将单位元件串联地层叠多个而得到的结构，该单位元件由使第一送风部102的空气流通的供气通路110、使第二送风部103的空气流通的排气通路111、将两者在流体上隔离的分隔部件112、维持供气通路110的构造的第一间隔保持部件155、和维持排气通路111的构造的第二间隔保持部件150构成。分隔部件112为了在流过供气通路110的空气与流过排气通路111的空气之间进行温度交换而使用不锈钢、铁等的金属板。第二间隔保持部件150由气体分离体151和减压通路152构成。
各单位元件的减压通路152集合到外部歧管133，用线路Lh与减压泵104连接，进而在减压泵的下游连接加湿部160。
加湿部160起到将从减压泵输送的水向线路Ls的空气供给的作用，可以使用市售的喷雾器或气液分离膜等。
第一送风部102和供气通路110被用线路LO连接，供气通路110和对象空间被用线路LS连接。第二送风部103和排气通路111被用线路LR连接，排气通路111和对象空间外被用线路LE连接。
接着，对换气装置200的动作进行说明。操作第一送风部102，将对象空间外的空气经由线路LO向供气通路110供给。流入到供气通路110中的空气经由线路LS被向对象空间供给。此外，操作第二送风部103，将对象空间内的空气经由线路LR向排气通路111供给。流入到排气通路111中的空气经由线路LE被向对象空间之外排出。如果操作减压泵104而将减压通路152的压力降低，则经由第二间隔保持部件150在排气通路111与减压通路152之间产生压力差。从流经排气通路111的对象空间内的空气向气体分离体151吸附的水通过因设置压力差而产生的水蒸气浓度差，从排气通路111向减压通路152移动。移动到减压通路152中的水以与供气通路110和排气通路111在流体上分离的状态被向减压泵104输送，通过加湿部160，与流过供气通路的空气混合，被向对象空间内供给。通过继续该一系列的动作，将排气通路中含有的水回收，进行向供气通路110供给的对象空间外的空气的加湿。进而，经由分隔部件112，流过供气通路110的空气和流过排气通路111的空气进行温度交换。
在本实施方式中，能够将从排气通路111排出的空气中的水用于从供气通路110供给的空气的加湿。在冬季的对象空间外的温度、湿度相对于对象空间内较低的情况下，有通过换气而将对象空间的温度、湿度被带走的课题。在本实施方式中，通过将由换气带走的温度和湿度与流过供气通路110的空气交换，能够减少在对象空间内的温度和湿度控制中需要的能量消耗，提高居住空间的舒适性。
(第3实施方式)
图6是有关第3实施方式的换气装置300的结构图。换气装置300具备热交换器301、将外界气体向热交换器301侧送出而向对象空间供给的第一送风部(供给部)102、将对象空间内的空气向热交换器101侧送出而向外排出的第二送风部(排出部)103、将后述的热交换器101的减压通路116减压的减压泵104、和将各部连接而进行流体上的连接的线路(配管)LO、LR、LS、LE、LP。
热交换器301具有六边形的形状，通过使第一送风部102的空气流通的供气通路110的面(D－D’)、使第二送风部103的空气流通的排气通路111的面(E－E’)、和连接在减压泵104上并且压力比供气通路110和排气通路111面低的减压通路116的面(F－F’)而形成六边形。
图7是热交换器301的细节图。热交换器301是将单位元件串联地层叠多个而得到的结构，该单位元件由供气通路110、排气通路111、维持供气通路110及排气通路111的构造的间隔保持部件170、和将两者在流体上隔离的分隔层173构成。
间隔保持部件170由气体分离体115和多孔质减压通路171构成。气体分离体115是将供气通路110内的空气中含有的水分(水蒸气)吸附、将吸附的水向多孔质减压通路171以一定的比例排出的多孔质体或多孔质膜。多孔质减压通路171是具有从气体分离体115向减压泵104在流体上连通的细孔的多孔体，与气体分离体115接触而配置。此外，间隔保持部件170通过将凸状的突起向供气通路110、排气通路111突出，来维持各自的流路的构造。作为多孔质减压通路171的材料，可以使用以不锈钢、镍、铝、钛等的金属为基础的多孔金属。分隔层173起到将排气通路侧空气和多孔质减压通路171在流体上隔离的作用，通过将特氟龙(注册商标)、硅、氟或空气透过性较低的树脂涂敷或含浸到多孔金属的表面而形成。
接着，对热交换器300的动作进行说明(参照图6及图7)。操作第一送风部102，将对象空间外的空气经由线路LO向供气通路110供给。流入到供气通路110中的空气经由线路LS被向对象空间供给。此外，操作第二送风部103，将对象空间内的空气经由线路LR向排气通路111供给。流入到排气通路111中的空气经由线路LE被向对象空间之外排出。如果操作减压泵104而降低多孔质减压通路171的压力，则经由间隔保持部件170在供气通路110与多孔质减压通路171之间产生压力差。从流经供气通路110的对象空间外的空气向气体分离体115吸附的水借助通过设置压力差而发生的水蒸气浓度差，从供气通路110向多孔质减压通路171移动。移动到多孔质减压通路171中的水以与供气通路110、排气通路111在流体上分离的状态被向减压泵104输送，被从减压通路116中除去。通过继续该一系列的动作，水分被从向供气通路110供给的对象空间外的空气中连续地除去。进而，经由多孔质减压通路171，流过供气通路110的空气和流过排气通路111的空气进行温度交换。由于被除去水分并被除湿、并且被从温度交换后的对象空间输送的空气经由线路Ls被向对象空间输送，所以对室内提供被调温、调湿的空气。
在本实施方式中，由供气通路110、排气通路111及多孔质减压通路171构成的3个流路的流入面和排出面相互不同。因此，不需要设置将单位元件内贯通而从多孔质减压通路171向减压泵104连接的歧管，能够实现热交换器的小型化、简略化。此外，通过使间隔保持部件170的凸状的突起向供气通路110突出，流过供气通路的空气与气体分离体115的接触面积增加，能够提高湿度处理和温度交换效率。
说明了本发明的一些实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并不是要限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，同样包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

Claims (9)

1.一种热交换器，具备：
供气通路，使从对象空间外向对象空间内供给的供气流通；
排气通路，使从对象空间内向对象空间外排出的排气流通；
分隔部件，将上述供气通路和上述排气通路隔开，使上述供气和上述排气进行热交换；
分离部件，配置在上述供气通路侧，吸附空气中的水分，或将吸附到的水分向空气中排出；以及
减压通路，设在上述供气通路侧，通过上述分离部件而与该供气通路隔开地构成，与减压泵连接。
2.一种热交换器，具备：
供气通路，使从对象空间外向对象空间内供给的供气流通；
排气通路，使从对象空间内向对象空间外排出的排气流通；
分隔部件，将上述供气通路和上述排气通路隔开，使上述供气和上述排气进行热交换；
分离部件，配置在上述排气通路侧，吸附空气中的水分，或将吸附到的水分向空气中排出；以及
减压通路，设在上述排气通路侧，通过上述分离部件而与该供气通路隔开地构成，与减压泵连接。
3.如权利要求1或2所述的热交换器，
上述分离部件作为间隔保持部件设置，用于保持上述分隔部件与上述供气通路或上述分隔部件与上述排气通路之间的间隔。
4.如权利要求1～3中任一项所述的热交换器，
上述分离部件具备具有潮解性的物质、和多孔质体或多孔质膜。
5.如权利要求1～4中任一项所述的热交换器，
上述分离部件具有凸部，在上述分离部件与上述分隔部件之间构成有上述减压通路。
6.如权利要求1～4中任一项所述的热交换器，
上述分离部件是圆筒形状，在上述圆筒内部构成有上述减压通路。
7.如权利要求2所述的热交换器，
具备使排出到上述减压通路的水分混合到在上述供气通路中流通的供气中并向上述对象空间内供给的加湿部。
8.一种热交换器，具备：
供气通路，使从对象空间外向对象空间内供给的供气流通；
排气通路，使从对象空间内向对象空间外排出的排气流通；
分隔部件，将上述供气通路和上述排气通路隔开，使上述供气和上述排气进行热交换；
分离部件，配置在上述供气通路侧，吸附空气中的水分，或将吸附到的水分向空气中排出；以及
减压通路，设在上述分隔部件与上述分离部件之间，通过上述分离部件而与该供气通路隔开地构成，与减压泵连接，
上述供气通路、上述排气通路及上述减压通路的各流入面及各排出面相互不同地构成。
9.一种换气装置，
具备权利要求1～8中任一项所述的热交换器。
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