JP2012032103A - 伝熱板とこれを用いた熱交換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房時の除湿において、室内の暖房負荷の増加を抑制すると共に、消費電力の増加を抑制し、連続的に除湿が行える伝熱板とこれを用いた熱交換素子を提供することを目的とする。
【解決手段】室内側空気と室外側空気を熱交換させて室内側空気を除湿する熱交換素子１に用いられる伝熱板２であって、この伝熱板２は透湿層６と断熱層７を有する複層の構成で、断熱層７は少なくとも室外空気側に設けられることを特徴とする伝熱板２と、この伝熱板２を複数積層したことを特徴とする熱交換素子１。
【選択図】図２

Description

本発明は、除湿用の熱交換素子に関するものである。

従来、湿度も交換する全熱交換素子を用いた除湿において、暖房時に室内の除湿を行いたい場合、顕熱も交換してしまうため、室内の暖房負荷が増加してしまうという課題があった。

この課題に対応するため、水蒸気のみ移動させる吸湿材のロータを用いた除湿装置が考案されている（例えば特許文献１参照）。

この装置について図３を用いて説明する。

図３に示すように、室内空気を矢印イの方向で循環させる通路と室外空気を矢印ロの方向で循環させる通路を仕切っている仕切り板１０１を貫通して、室内空気循環通路および室外空気循環通路を遮るように吸湿材のデシカントロータ１０２が回転可能に設置され、室外空気循環通路内デシカントロータ１０２の上流側にヒータ１０３が設けられている。

上記構成で、室内空気の水蒸気をデシカントロータ１０２で吸着し、その吸着した水蒸気をデシカントロータ１０２の回転により室外空気循環通路側に移動させ、ヒータ１０３で加熱された室外空気が室内空気の水蒸気を吸着したデシカントロータ１０２を通過することにより、デシカントロータ１０２に吸着されていた水蒸気を脱着させ、室外空気に放湿させている。

特開平６−２８５２９８号公報

このような従来の除湿装置においては、連続的に除湿するためには、除湿ロータをヒータ等で加熱再生する必要があり、消費電力が増加するという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、室内の暖房負荷の増加を抑制すると共に、消費電力の増加を抑制し、連続的に除湿が行える伝熱板とこれを用いた熱交換素子を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、室内側空気と室外側空気を熱交換させる熱交換素子に用いられる伝熱板であって、この伝熱板は、水蒸気のみを選択的に透過させる透湿膜を有する透湿層と、空隙を有する断熱層を備え、前記断熱層の厚みは、前記透湿層の厚みより厚いことを特徴とする伝熱板であり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、水蒸気のみを選択的に透過させる透湿膜を有する透湿層と、空隙を有する断熱層を備え、断熱層の厚みが、透湿層の厚みより厚い伝熱板により、顕熱の交換を抑制し水蒸気の交換を促進することが可能となり、温度低下を抑えた除湿が実現できる。

すなわち、暖房時に除湿が必要な室内側空気と低温の室外側空気との熱交換の場合、従来の全熱交換の場合は、顕熱も交換され、室内側空気は除湿されると共に低温の室外側空気と顕熱交換するため温度低下し、室内の暖房負荷を増加させていたが、本発明の伝熱板を用いた熱交換の場合、室内側空気の水蒸気を室外側空気に移動させるが、透湿層の厚みより厚い断熱層を備えた断熱効果により顕熱交換を抑制できるので、室内の暖房負荷の増加も抑制できるという効果を有する。

本発明の実施の形態１の熱交換素子の概略構成図 （ａ）同伝熱板の概略構成図、（ｂ）同他の伝熱板の概略構成図 従来の除湿装置の概略構成図

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。

（実施の形態１）
図１に示すように、熱交換素子１は、水蒸気のみを選択的に透過させる透湿膜を有する透湿層と、空隙を有する断熱層を備える、すなわち透湿性と断熱性を有する伝熱板２を、間隔板３により各伝熱板２どうしの間隔を設けて積層され構成されている。

そして隣合う伝熱板２の間隔は、実線の矢印で示す室内側空気を通過させる室内側風路４と、破線の矢印で示す室外側空気を通過させる室外側風路５が交互になるよう風路構成されている。ここで、室内側風路４を通過する室内側空気は室内を循環させ、室外側風路５を通過する室外側空気も室外で循環させており、室内と室外の空気交換、いわゆる換気は行われていない。

伝熱板２は、図２に示すように、水蒸気のみを選択的に透過させる透湿層６と顕熱を通過させにくい断熱層７の複層構造で、図２（ａ）は室外空気側に断熱層７を設け、図２（ｂ）は透湿層６の両側に断熱層７を設けた例である。

伝熱板２の透湿層６は、厚さが０．２〜０．１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．０１ｍｍの伝熱性と透湿性を有する非水溶性の透湿膜で構成される。透湿膜としては、ポリプロピレン（以下、ＰＰと記載）、ポリエチレン（以下、ＰＥと記載）、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと記載）、ポリテトラフルオロエチレン、別名テフロン（登録商標）（以下、ＰＴＦＥと記載）、エーテル系ポリウレタンなどを素材とし、非水溶性に処理したエーテル系のポリウレタン系樹脂、エーテル系のポリエステル系樹脂などを素材とし、非水溶性に処理した無孔質樹脂シートである。図２に示した伝熱板２の透湿層６は、エーテル系のポリエステル系樹脂を素材とした厚さ０．０５ｍｍの非水溶性に処理した無孔質樹脂シートの透湿膜で構成される。

また、伝熱板２の透湿層６は前記透湿膜の別の形態として、非水溶性の多孔質樹脂膜の片面に、気体遮蔽性を有する非水溶性の親水性透湿膜を重合した２層構造の透湿膜で構成してもよい。多孔質樹脂膜としては、ＰＰ、ＰＥ、ＰＥＴ、ＰＴＦＥなどを素材とした多孔質樹脂シートである。特に多孔質樹脂膜として、孔径が小さく、非常に空隙率を大きくでき、膜厚を薄くできるＰＴＦＥが好ましい。気体遮蔽性を有する非水溶性の親水性透湿膜としては、エーテル系のポリウレタン系樹脂、エーテル系のポリエステル系樹脂などを素材とする。

図２に示した伝熱板２の透湿層６は、ＰＴＦＥを素材とした厚さ０．０２ｍｍの多孔質樹脂膜の片面に、エーテル系のポリウレタン系樹脂またはポリエステル系樹脂を厚さ０．０１ｍｍに薄く形成した親水性透湿膜を重合した２層構造の透湿膜である。この明細書における重合とは、膜と膜をつなぎ合わせること、すなわち多孔質樹脂膜と親水性透湿膜をヒートシールやラミネートなどの加工による構造的な密着状態のことである。

伝熱板２の断熱層７は、空隙を有する非水溶性の多孔質樹脂基材で構成される。多孔質樹脂基材としては、ＰＥＴなどのポリエステル系樹脂、ＰＰ、ＰＥなどのポリオレフィン系樹脂などを素材とした熱可塑性樹脂の不織布を用いる。不織布は、坪量が３０ｇ／ｍ^２以上で、厚みが０．１５ｍｍ以上であり、多孔質により空隙を有するため、空気による断熱効果を創出する。

さらに不織布を構成する繊維として中空糸構造を用いると、空気による断熱効果を増加させることができ、例えばＰＥＴを素材とした中空糸構造の繊維の不織布で、坪量４０ｇ／ｍ^２、厚さ０．２ｍｍの多孔質樹脂基材を用いることができる。

図２（ａ）に示した伝熱板２は、多孔質樹脂膜と親水性透湿膜を重合した２層構造の透湿膜の片面に、断熱層７をヒートシールやラミネートなどの加工により重合したものである。伝熱板２は、断熱層７の厚みが０．２ｍｍであり、透湿層６の厚みが０．０１ｍｍの２層構造の透湿膜であり、伝熱板２の厚みは０．２１ｍｍとなるが、断熱層７の厚みは透湿層６より厚い構成である。

図２（ｂ）に示した伝熱板２は、図２（ａ）の伝熱板２の透湿層６面に断熱層７を接着剤で点接着したドットラミー加工により貼り合わせたものである。伝熱板２は、断熱層７の厚みが０．２ｍｍであり、透湿層６の厚みが０．０１ｍｍの２層構造の透湿膜であり、伝熱板２の厚みは０．４１ｍｍとなるが、断熱層７の厚みは透湿層６より厚い構成である。

上記構成において、室内の温度と湿度が高く、室外の温度と湿度が低い暖房時において、図１に示した熱交換素子１は、室内側風路４に室内側空気を通過させ、室外側風路５に室外側空気を通過させると、図２に示したように伝熱板２は、水蒸気のみを選択的に透過させる透湿層６と顕熱を通過させにくい断熱層７の複層構造で構成されているため、室内と室外の絶対湿度差により室内の湿度は室外に透過して室内は除湿される。また、除湿の際に室内側空気と室外側空気との間で伝熱板２を介して起こる顕熱交換は、断熱層７が顕熱を通過させにくい構成のため、室内の温度は室外の低温によって低下することを抑制することができ、室内の暖房負荷の増加を抑制することができる。

図２（ａ）の伝熱板２において室内から室外への湿度の移動は、室内側の湿度は透湿層６の透湿膜により水蒸気のみが選択的に透過し、断熱層７では空隙の不織布の間の空気を通過して室外側の空気に湿度が移動していくことにより、室内は除湿される。

また、室内と室外の温度（顕熱）交換においては、室外側に設けた断熱層７で空気を含む不織布の厚みによる温度勾配により伝熱を抑制することができる。さらに、不織布を構成する繊維として中空糸構造を用いた場合、不織布の繊維が中空糸構造であるため、中空糸の中の空気が断熱効果を高めるので、室内の温度は室外の低温によって低下することを抑制することができる。

図２（ａ）の伝熱板２は室外空気側に断熱層７を設けた構成であり、例えば幹線道路の近傍の住宅では、室外の空気は室内の空気より汚れているため、断熱層７は空隙を有する不織布で構成することにより、少なくとも室外側の断熱層７はフィルターのように汚れる可能性はあるが、透湿機能を有する透湿層６は室外空気の汚れが付着することがなく、透湿性能を長期に保持することができる。

図２（ｂ）の伝熱板２は、図２（ａ）の伝熱板２に室内側にも断熱層７を設けた構成であり、図２（ｂ）の伝熱板２において、特に室内と室外の温度（顕熱）交換では、室内側に設けた断熱層７により一層の断熱効果が得られ、室内の温度は室外の低温によって低下することを一層抑制することができる。さらに伝熱性を有する透湿層６を断熱層７で挟み込む構成とすることにより、透湿層６を直接室内側空気に触れさせず、断熱効果を高めることができる。

伝熱板２の透湿層６は骨組みを非水溶性の多孔質樹脂膜が担い、この骨組みに気体遮蔽性と透湿性を有する非水溶性の親水性透湿膜を重合したことにより親水性透湿膜を薄くすることができ、気体移行が少なく水蒸気のみを選択的に、且つ透過抵抗を小さくすることができるので、気流の漏れを防止することができると伴に、水蒸気透過を向上することができる。

また多孔質樹脂膜は細孔を多数有するため、親水性透湿膜が細孔に入り込むように重合することができるので、２層構造の透湿膜はアンカー効果により重合強度を向上することができ、剥離がなくなることで透湿膜の基本性能を長期に保持することができる。

またＰＴＦＥは多孔質樹脂膜の孔径を小さく、多数にすることができるため空隙率を大きくすることができるので、多孔質樹脂膜と重合した親水性透湿膜の有効透湿面積は広くなり水蒸気透過を向上することができる。

また図２の透湿層６は多孔質樹脂膜と親水性透湿膜を重合した２層構造の透湿膜であり、図２（ａ）の伝熱板２では、多孔質樹脂膜の片面に親水性透湿膜を重合した他面に、断熱層７をヒートシール加工で重合することができる。すなわち、多孔質樹脂膜の細孔に断熱層７の不織布が入り込むように重合することができるので、アンカー効果により重合強度を向上することができる。

また図２（ｂ）の伝熱板２は、前記図２（ａ）の伝熱板２の親水性透湿膜面と断熱層７とを、接着剤で点接着したドットラミー加工により貼り合わせたものであり、親水性透湿膜は透湿性能を高めるため、薄く凹凸が少なく形成しているので、接着剤を用いた点接着により確実な接着強度と透湿面の減少を抑制することができる。

以上のように、透湿膜による透湿性と空隙による断熱性を有する伝熱板２、すなわち水蒸気のみを選択的に透過させる透湿膜を有する透湿層６と、空隙を有する断熱層７を備え、断熱層７の厚みが、透湿層６の厚みより厚い伝熱板２を熱交換素子１に用いることより、顕熱の交換を抑制し水蒸気の交換を促進することが可能となり、温度低下を抑えた除湿が実現できる。

すなわち、暖房時に除湿が必要な室内側空気と低温の室外側空気との熱交換の場合、従来の全熱交換の場合は、顕熱も交換され、室内側空気は除湿されると共に低温の室外側空気と顕熱交換するため温度低下し、室内の暖房負荷を増加させていたが、本発明の伝熱板を用いた熱交換の場合、室内側空気の水蒸気を室外側空気に移動させるが、透湿層の厚みより厚い断熱層を備えた断熱効果により顕熱交換を抑制できるので、室内の暖房負荷の増加も抑制できるという効果を有する。

本発明にかかる伝熱板とこれを用いた熱交換素子は、顕熱交換を抑制し、潜熱交換を促進させるものであるので、暖房時の室内の除湿装置として有用である。

１ 熱交換素子
２ 伝熱板
３ 間隔板
４ 室内側風路
５ 室外側風路
６ 透湿層
７ 断熱層

Claims (3)

1. 室内側空気と室外側空気を熱交換させる熱交換素子に用いられる伝熱板であって、
   この伝熱板は、水蒸気のみを選択的に透過させる透湿膜を有する透湿層と、空隙を有する断熱層を備え、
   前記断熱層の厚みは、前記透湿層の厚みより厚いことを特徴とする伝熱板。
2. 断熱層は少なくとも室外空気側に配置される構成としたことを特徴とする請求項１記載の伝熱板。
3. 請求項１または２に記載の伝熱板を複数積層したことを特徴とする熱交換素子。

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