JP6822517B2 - 全熱交換素子 - Google Patents

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Description

本開示は、全熱交換素子に関するものである。
従来より、基材層と基材層上に設けられた透湿膜層とを有する仕切板が設けられた全熱交換素子が知られている（例えば、特許文献１）。そのような全熱交換素子では、仕切板が基材層および透湿膜層を有することにより、高湿環境下で使用される際に結露水が垂れてしまうという問題が解消される。
特許第５２３０８２１号公報
ところで、上記の全熱交換素子では、複数の仕切板が並べて配置される。しかし、各仕切板の性能を最大限に発揮するための配置について、これまで十分には検討されていない。
本開示の目的は、基材および透湿膜を備えた仕切板を有効活用することにある。
本開示の第１の態様は、第１主面（32a）および第２主面（32b）を有する基材（32）と、該基材（32）における上記第１主面（32a）側に設けられた透湿膜（33）とをそれぞれ有し、互いに間隔をおいて並んだ複数の仕切板（31）を備えた全熱交換素子（30）を対象とする。そして、複数の上記仕切板（31）の間に、空気が流れる第１流路（36）と、該第１流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる第２流路（37）とが交互に形成されており、上記基材（32）の透湿抵抗が上記透湿膜（33）の透湿抵抗よりも小さく、複数の上記仕切板（31）は、上記基材（32）の上記第１主面（32a）が上記第１流路（36）を向き、かつ上記基材（32）の上記第２主面（32b）が上記第２流路（37）を向いている。
本願発明者は、鋭意研究の結果、周囲環境の相対湿度に応じて、基材（32）の透湿抵抗が透湿膜（33）の透湿抵抗よりも小さくなる場合と、透湿膜（33）の透湿抵抗が基材（32）の透湿抵抗よりも小さくなる場合との両方が存在し得ることを発見した。さらに、本願発明者は、鋭意研究を重ねた結果、基材（32）における第１主面（32a）側に透湿膜（33）が設けられている場合に、特に基材（33）の透湿抵抗が透湿膜（33）の透湿抵抗よりも小さくなる相対湿度条件下で、所定の空間に基材（32）の第１主面（32a）を向け、かつ当該所定の空間に比べて水蒸気圧が高い空間に基材（32）の第２主面（32b）を向けて仕切板（31）を使用すると、これと逆の向きで同じ仕切板（31）を使用するのに比べて、仕切板（31）を通過する水分の量（以下、透湿移動量ともいう）が多くなることを発見した。
第１の態様は、この発見を応用したものであり、複数の仕切板（31）の間に交互に形成される第１流路（36）および第２流路（37）のうち第１流路（36）を第１主面（32a）が向くように、かつ第１流路（36）および第２流路（37）のうち第２流路（37）を第２主面（32b）が向くように仕切板（31）を配置するものである。これにより、第１流路（36）の水蒸気圧よりも第２流路（37）の水蒸気圧が高くなる状態において、基材（32）および透湿膜（33）を備えた仕切板（31）における透湿移動量を最大限に高め、当該仕切板（31）を有効活用することができる。
本開示の第２の態様は、第１主面（32a）および第２主面（32b）を有する基材（32）と、該基材（32）における上記第１主面（32a）側に設けられた透湿膜（33）とをそれぞれ有し、互いに間隔をおいて並んだ複数の仕切板（31）を備えた全熱交換素子（30）を対象とする。そして、複数の上記仕切板（31）の間に、空気が流れる第１流路（36）と、該第１流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる第２流路（37）とが交互に形成されており、複数の上記仕切板（31）は、上記基材（32）の上記第１主面（32a）が上記第１流路（36）を向き、かつ上記基材（32）の上記第２主面（32b）が上記第２流路（37）を向き、上記透湿膜（33）の少なくとも一部は、上記基材（32）の上記第１主面（32a）から露出しており、上記透湿膜（33）の露出面の色と、上記基材（32）の上記第２主面（32b）の色とが互いに異なることを特徴とする。
第２の態様では、仕切板（31）における透湿膜（33）が設けられている方の面と透湿膜（33）が設けられていない方の面とを、目で見て識別できる。これにより、全熱交換素子（30）の組立ミスを抑止することができる。
本開示の第３の態様は、上記第１又は第２の態様において、上記透湿膜（33）は、上記基材（32）の上記第１主面（32a）上に設けられていることを特徴とする。
第３の態様では、基材（32）および透湿膜（33）を備えた仕切板（31）を容易に製造することができる。
本開示の第４の態様は、第１主面（32a）および第２主面（32b）を有する基材（32）と、該基材（32）における上記第１主面（32a）側に設けられた透湿膜（33）とをそれぞれ有し、互いに間隔をおいて並んだ複数の仕切板（31）を備えた全熱交換素子（30）であって、複数の上記仕切板（31）の間に、それぞれ空気が流れる第１流路（36）および第２流路（37）が交互に形成されており、上記基材（32）の透湿抵抗が上記透湿膜（33）の透湿抵抗よりも小さく、複数の上記仕切板（31）は、上記基材（32）の上記第１主面（32a）が上記第１流路（36）を向き、かつ上記基材（32）の上記第２主面（32b）が上記第２流路（37）を向いている全熱交換素子の使用方法に関する。この使用方法は、上記第１流路（36）を空気が流れかつ上記第２流路（37）を上記第１流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる状態で上記全熱交換素子（30）を使用する。
第４の態様は、上述の発見を応用したものであり、空気が流れる第１流路（36）を第１主面（32a）が向くように、かつ第１流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる第２流路（37）を第２主面（32b）が向くようにして全熱交換素子（30）を使用するものである。これにより、第１流路（36）の水蒸気圧よりも第２流路（37）の水蒸気圧が高くなる状態において、基材（32）および透湿膜（33）を備えた仕切板（31）における透湿移動量を最大限に高め、当該仕切板（31）を有効活用することができる。
図１は、実施形態の全熱交換素子を備えた換気装置の概略構成図である。 図２は、実施形態の全熱交換素子の概略斜視図である。 図３は、実施形態の全熱交換素子の要部の断面図である。 図４は、その他の実施形態の全熱交換素子の要部の断面図である。
実施形態の全熱交換素子（30）について説明する。
−換気装置−
本実施形態の全熱交換素子（30）は、換気装置（10）に設けられる。ここでは、全熱交換素子（30）を備える換気装置（10）について説明する。
図１に示すように、換気装置（10）は、全熱交換素子（30）を収容するケーシング（15）を備える。ケーシング（15）には、外気吸込口（16）と、給気口（17）と、内気吸込口（18）と、排気口（19）とが設けられる。ケーシング（15）の内部空間には、給気側通路（21）と、排気側通路（22）とが形成される。給気側通路（21）の一端には、外気吸込口（16）が接続する。給気側通路（21）の他端には、給気口（17）が接続する。排気側通路（22）の一端には、内気吸込口（18）が接続する。排気側通路（22）の他端には、排気口（19）が接続する。
全熱交換素子（30）は、給気側通路（21）および排気側通路（22）を横断するように配置される。全熱交換素子（30）は、後述する第１空気流路（36）が給気側通路（21）と連通し、かつ後述する第２空気流路（37）が排気側通路（22）と連通する状態で、ケーシング（15）内に設置される。全熱交換素子（30）の詳細は後述する。
換気装置（10）は、給気ファン（26）と、排気ファン（27）とをさらに備える。給気ファン（26）は、給気側通路（21）における全熱交換素子（30）の下流側（換言すると、給気口（17）側）に配置される。排気ファン（27）は、排気側通路（22）における全熱交換素子（30）の下流側（換言すると、排気口（19）側）に配置される。
換気装置（10）では、室外空気が給気側通路（21）を室内へ向かって流れ、室内空気が排気側通路（22）を室外へ向かって流れる。給気側通路（21）を流れる室外空気と、排気側通路（22）を流れる室内空気とは、全熱交換素子（30）において顕熱と水分（潜熱）とを交換する。
−全熱交換素子−
図２および図３に示すように、全熱交換素子（30）は、第１空気流路（36）と第２空気流路（37）とが複数ずつ形成された直交流型の熱交換器である。全熱交換素子（30）は、仕切板（31）と間隔保持部材（34）とを交互に複数ずつ積層することによって、全体として四角柱状に形成される。全熱交換素子（30）において、隣り合う仕切板（31）同士の間隔は、間隔保持部材（34）によって実質的に一定に保持される。
仕切板（31）は、平面視で概ね正方形状に形成された平坦なシート状の部材である。仕切板（31）は、多孔質基材（32）と、透湿膜（33）とを有する。仕切板（31）の厚さは、３０μｍ以下であるが、これに限られない。
多孔質基材（32）は、第１主面（32a）および第２主面（32b）を有する板状の部材である。多孔質基材（32）の材質は、例えば、樹脂、金属、ガラス、パルプなどの不織布、または樹脂や金属などのフィルムである。多孔質基材（32）の厚さは、数十μｍであるが、これに限られない。多孔質基材（32）は、水分を透過可能である。多孔質基材（32）は、基材を構成している。
透湿膜（33）は、多孔質基材（32）の第１主面（32a）上に設けられたシート状の部材である。透湿膜（33）は、多孔質基材（32）の第２主面（32b）には設けられていない。透湿膜（33）の材質は、例えば、親水基と疎水基を含む高分子材料（例えば、ポリウレタン）である。透湿膜（33）の厚さは、１μｍ以下であるが、これに限られない。透湿膜（33）の露出面（第１空気流路（36）に面している面）の色は、多孔質基材（32）の第２主面（32b）の色と異なる。
間隔保持部材（34）は、平面視で概ね正方形状に形成された波板状の部材である。間隔保持部材（34）は、その両側に配置された仕切板（31）の間隔を保持する。なお、図３では、間隔保持部材（34）の図示を省略している。
全熱交換素子（30）では、仕切板（31）および間隔保持部材（34）の積層方向（換言すると、全熱交換素子（30）の中心軸方向）に、第１空気流路（36）と第２空気流路（37）とが交互に形成される。隣り合う第１空気流路（36）と第２空気流路（37）とは、仕切板（31）によって互いに仕切られる。第１空気流路（36）は第１流路を構成し、第２空気流路（37）は第２流路を構成する。
全熱交換素子（30）において、仕切板（31）を挟んで隣り合う間隔保持部材（34）は、それぞれの波形の稜線方向が互いに実質的に直交する姿勢で配置される。その結果、全熱交換素子（30）では、全熱交換素子（30）の対向する一対の側面に第１空気流路（36）が開口し、残りの対向する一対の側面に第２空気流路（37）が開口する。
図３に示すように、各仕切板（31）は、透湿膜（33）が設けられた第１主面（32a）が第１空気流路（36）の方を向く姿勢で配置される。換言すると、各仕切板（31）は、透湿膜（33）が設けられていない第２主面（32b）が第２空気流路（37）の方を向く姿勢で配置される。第１空気流路（36）を挟んで隣り合う仕切板（31）は、互いの第１主面（32a）同士が対向する。第２空気流路（37）を挟んで隣り合う仕切板（31）は、互いの第２主面（32b）同士が対向する。
−全熱交換素子の配置−
例えば夏季のように、室外空気の水蒸気圧よりも室内空気の水蒸気圧の方が低い状態を考える。このような状態では、給気側通路（21）に第２空気流路（37）が連通し、かつ排気側通路（22）に第１空気流路（36）が連通するように全熱交換素子（30）が配置される。これにより、排気側通路（22）に比べて水蒸気圧が高い室外空気が流れる給気側通路（21）を多孔質基材（32）の第２主面（32b）が向くと共に、給気側通路（21）に比べて水蒸気圧が低い室内空気が流れる排気側通路（22）を多孔質基材（32）の第１主面（32a）が向く。
一方、例えば冬季のように、室内空気の水蒸気圧よりも室外空気の水蒸気圧の方が低い状態を考える。このような状態では、給気側通路（21）に第１空気流路（36）が連通し、かつ排気側通路（22）に第２空気流路（37）が連通するように全熱交換素子（30）が配置される。これにより、排気側通路（22）に比べて水蒸気圧が低い室外空気が流れる給気側通路（21）を多孔質基材（32）の第１主面（32a）が向くと共に、給気側通路（21）に比べて水蒸気圧が高い室内空気が流れる排気側通路（22）を多孔質基材（32）の第２主面（32b）が向く。
以上のように、全熱交換素子（30）の第１空気流路（36）は、空気が流れる一方、全熱交換素子（30）の第２空気流路（37）は、第１空気流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる。換言すると、この例の全熱交換素子（30）は、第１空気流路（36）を第２空気流路（37）に比べて水蒸気圧が低い空気が流れかつ第２空気流路（37）を第１空気流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる状態で使用される。
−実施形態の効果−
本実施形態の全熱交換素子（30）は、第１主面（32a）および第２主面（32b）を有する多孔質基材（32）と、該多孔質基材（32）における上記第１主面（32a）側に設けられた透湿膜（33）とをそれぞれ有し、互いに間隔をおいて並んだ複数の仕切板（31）を備え、複数の上記仕切板（31）の間に、空気が流れる第１空気流路（36）と、該第１空気流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる第２空気流路（37）とが交互に形成されており、複数の上記仕切板（31）は、上記多孔質基材（32）の上記第１主面（32a）が上記第１空気流路（36）を向き、かつ上記多孔質基材（32）の上記第２主面（32b）が上記第２空気流路（37）を向いている。この全熱交換素子（30）は、上述の発見を応用したものであり、複数の仕切板（31）の間に交互に形成される第１空気流路（36）および第２空気流路（37）のうち第１空気流路（36）を第１主面（32a）が向くように、かつ第１空気流路（36）および第２空気流路（37）のうち第２空気流路（37）を第２主面（32b）が向くように仕切板（31）を配置するものである。これにより、第１空気流路（36）の水蒸気圧よりも第２空気流路（37）の水蒸気圧が高くなる状態において、多孔質基材（32）および透湿膜（33）を備えた仕切板（31）における透湿移動量を最大限に高め、当該仕切板（31）を有効活用することができる。
また、本実施形態の全熱交換素子（30）は、上記透湿膜（33）が、上記多孔質基材（32）の上記第１主面（32a）上に設けられている。したがって、多孔質基材（32）および透湿膜（33）を備えた仕切板（31）を容易に製造することができる。
また、本実施形態の全熱交換素子（30）は、上記透湿膜（33）の少なくとも一部が、上記多孔質基材（32）の上記第１主面（32a）から露出しており、上記透湿膜（33）の露出面の色と、上記多孔質基材（32）の上記第２主面（32b）の色とが互いに異なる。したがって、仕切板（31）における透湿膜（33）が設けられている方の面と透湿膜（33）が設けられていない方の面とを、目で見て識別できる。これにより、全熱交換素子（30）の組立ミスを抑止することができる。
また、本実施形態の全熱交換素子（30）の使用方法は、上記第１空気流路（36）を空気が流れかつ上記第２空気流路（37）を上記第１空気流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる状態で上記全熱交換素子（30）を使用する。この使用方法は、上述の発見を応用したものであり、第２空気流路（37）に比べて水蒸気圧が低い空気が流れる第１空気流路（36）を第１主面（32a）が向くように、かつ第１空気流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる第２空気流路（37）を第２主面（32b）が向くようにして全熱交換素子（30）を使用するものである。これにより、第１空気流路（36）の水蒸気圧よりも第２空気流路（37）の水蒸気圧が高くなる状態において、多孔質基材（32）および透湿膜（33）を備えた仕切板（31）における透湿移動量を最大限に高め、当該仕切板（31）を有効活用することができる。
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
例えば、図４に示すように、多孔質基材（32）の内部に透湿膜（33）が設けられていてもよい。ここで、透湿膜（33）は、多孔質基材（32）における第１主面（32a）側に設けられる。具体的に、透湿膜（33）は、多孔質基材（32）において、第１主面（32a）と第２主面（32b）との中間に位置する中間面（図４に一点鎖線で示す）よりも第１主面（32a）寄りに設けられる。
例えば、全熱交換素子（30）は、直交流型以外の任意の型、例えば向流型の全熱交換素子であってもよい。
例えば、全熱交換素子（30）の使用方法は、常に、第１空気流路（36）を第２空気流路（37）に比べて水蒸気圧が低い空気が流れかつ第２空気流路（37）を第１空気流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる状態で全熱交換素子（30）を使用するものでなくてもよく、任意の期間にわたって同状態で全熱交換素子（30）を使用するものであればよい。例えば、間欠的に同状態で全熱交換素子（30）を使用すること、および特定の時期のみに同状態で全熱交換素子（30）を使用することが考えられる。また、上記実施形態では全熱交換素子（30）の配置が季節などに応じて変更されるが、全熱交換素子（30）の配置が変更されなくとも、同状態で全熱交換素子（30）が使用されるタイミングがあれば、そのような使用方法は本開示の技術的範囲に含まれる。
以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
以上説明したように、本開示は、全熱交換素子について有用である。
30 全熱交換素子
31 仕切板
32 多孔質基材（基材）
32a 第１主面
32b 第２主面
33 透湿膜
36 第１空気流路（第１流路）
37 第２空気流路（第２流路）

Claims (4)

  1. 第１主面（32a）および第２主面（32b）を有する基材（32）と、該基材（32）における上記第１主面（32a）側に設けられた透湿膜（33）とをそれぞれ有し、互いに間隔をおいて並んだ複数の仕切板（31）を備えた全熱交換素子（30）であって、
    複数の上記仕切板（31）の間に、空気が流れる第１流路（36）と、該第１流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる第２流路（37）とが交互に形成されており、
    上記基材（32）の透湿抵抗が上記透湿膜（33）の透湿抵抗よりも小さく、
    複数の上記仕切板（31）は、上記基材（32）の上記第１主面（32a）が上記第１流路（36）を向き、かつ上記基材（32）の上記第２主面（32b）が上記第２流路（37）を向いている
    ことを特徴とする全熱交換素子。
  2. 第１主面（32a）および第２主面（32b）を有する基材（32）と、該基材（32）における上記第１主面（32a）側に設けられた透湿膜（33）とをそれぞれ有し、互いに間隔をおいて並んだ複数の仕切板（31）を備えた全熱交換素子（30）であって、
    複数の上記仕切板（31）の間に、空気が流れる第１流路（36）と、該第１流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる第２流路（37）とが交互に形成されており、
    複数の上記仕切板（31）は、上記基材（32）の上記第１主面（32a）が上記第１流路（36）を向き、かつ上記基材（32）の上記第２主面（32b）が上記第２流路（37）を向き、
    上記透湿膜（33）の少なくとも一部は、上記基材（32）の上記第１主面（32a）から露出しており、
    上記透湿膜（33）の露出面の色と、上記基材（32）の上記第２主面（32b）の色とが互いに異なる
    ことを特徴とする全熱交換素子。
  3. 請求項１又は２において、
    上記透湿膜（33）は、上記基材（32）の上記第１主面（32a）上に設けられている
    ことを特徴とする全熱交換素子。
  4. 第１主面（32a）および第２主面（32b）を有する基材（32）と、該基材（32）における上記第１主面（32a）側に設けられた透湿膜（33）とをそれぞれ有し、互いに間隔をおいて並んだ複数の仕切板（31）を備えた全熱交換素子（30）であって、複数の上記仕切板（31）の間に、それぞれ空気が流れる第１流路（36）および第２流路（37）が交互に形成されており、上記基材（32）の透湿抵抗が上記透湿膜（33）の透湿抵抗よりも小さく、複数の上記仕切板（31）は、上記基材（32）の上記第１主面（32a）が上記第１流路（36）を向き、かつ上記基材（32）の上記第２主面（32b）が上記第２流路（37）を向いている全熱交換素子の使用方法であって、
    上記第１流路（36）を空気が流れかつ上記第２流路（37）を上記第１流路（36）に比べて水蒸気圧が高い空気が流れる状態で上記全熱交換素子（30）を使用する
    ことを特徴とする全熱交換素子の使用方法。
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