JPH07101159B2 - 換気用熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、家屋などの換気システムに好適に用いられ
る熱交換器に係り、詳しくは、給排気を熱交換するに際
して水分（水蒸気）の移動を伴なわない顕熱性と、水蒸
気の移動を伴わせることのできる全熱性とを合わせ持つ
換気用熱交換器に関する。

「従来技術とその課題」 近年、一般住宅においてもその構築法などが非常に進歩
したことから、住宅内の気密性が極めて高くなってい
る。ところが、このように気密性が高くなっていること
から、特に冬季においてはストーブの使用や人間の呼吸
などによって室内の空気が汚れることにより、その空調
にあたっては換気を行うことが必須となっている。しか
し、このような冬季の場合、換気を行うにあたっては当
然室内の温度コントロールを兼ねなくてはならず、した
がって単に外気を取り入れるだけでなく、取り入れた外
気を暖めて給気する必要がある。

このように外気を暖める場合には、単に取り入れた外気
をヒーターなどで加熱してもよいが、それではエネルギ
ー的にみてロスが多く、空調運転コストが大きくなるた
め、近年では、外気を予め室内からの暖められた空気の
排気分と熱交換し、その後必要に応じて加熱することな
どにより、低コストで十分暖められた新鮮な空気を室内
に取り入れることがなされている。

ところで、熱交換を行うにあたって用いられる熱交換器
には、一般に顕熱型と全熱型との二種類が知られてい
る。

顕熱型のものは、単に流体などの熱媒間において熱交換
のみを行うものであり、熱交換を行うための伝熱面が、
例えば金属や樹脂などの気体をも透過しない材料によっ
て構成されたものである。

一方全熱型のものは、熱交換を行うとともに物質の移
動、例えば水蒸気の移動を伴うものである。そして、そ
の伝熱面には、従来不織布や紙（和紙）などの水蒸気等
を透過する材料に化学的処理を施して強度を高めたもの
を用い、水蒸気の透過による移動や水分の毛細管現象に
よる移動を可能にしている。

そして、顕熱型のものは、金属や樹脂などの気体をも透
過しない材料によって構成されていることから冬季など
において生じる凍結には強いものの、単に熱交換のみを
行うことから、高温側および低温側の熱媒体が共に空気
である場合、空気中に含まれる湿気、すなわち水蒸気の
移動がなく伝熱によってのみ熱交換がされることによ
り、熱量の移動が少なくよって熱交換効率が必ずしも十
分とはいえない。

これに対して全熱型のものは、熱媒体が共に空気の場
合、湿気の移動を伴って熱交換がなされるため、伝熱に
よって移動する熱とともに通常は熱容量の大きい水蒸気
も低温側の熱媒体に移動することから、顕熱型に比べ熱
交換率が高いものとなっている。しかし、この全熱型の
換気用熱交換器にあっても、不織布や和紙などに化学的
処理を施したものを伝熱面として用いているため、例え
ば寒冷地で使用する場合には外気が氷点下になることが
多いことから、熱交換後伝熱面を透過して排気側より給
気側（外気側）に流入した湿気（水蒸気）が冷却されて
凝縮（結露）し、さらにこれが凍結するといった問題が
ある。そして、これによりこの全熱型のものにあって
は、その材質上機械的強度に劣るため、このような凍結
に起因して破損が生じ易く、よってその使用が困難であ
り、実際には寒冷地などでは使用しないのが普通であ
る。

このように従来のものでは、顕熱型、全熱型ともに一長
一短があり、その両方の長所を兼ね備えたものがないの
が実状であることから、これら顕熱型および全熱型の機
能を備えた熱交換器の提供が望まれている。

「課題を解決するための手段」 そこでこの発明の換気用熱交換器では、相対向する一対
の矩形板と、これらの間に設けられてこれら矩形板間に
並列した複数の通路を形成する複数の仕切り板とからな
る排気用熱交換プレートおよび給気用熱交換プレートを
交互に複数枚重ねてなり、これら重ねられた熱交換プレ
ートのうち少なくとも互いに接する一対の熱交換プレー
トに、その互いに接するそれぞれの矩形板にこれらを貫
通して互いの通路を連通せしめる貫通孔をそれぞれ設
け、かつこれら矩形板間に水蒸気を透過し水を通さない
多孔質膜を設けてなる換気用熱交換器において、上記給
気用熱交換プレートの排気側でありかつ排気用熱交換プ
レートの入気側である箇所に上記貫通孔を密に配し、上
記給気用熱交換プレートの入気側でありかつ排気用熱交
換プレートの排気側である箇所に上記貫通孔を粗に配し
あるいはこれを配設しないことにより、顕熱型と全熱型
との機能を兼ね備えて上記課題を解決した。

「作用」 この発明の熱交換器によれば、給気（外気）あるいは排
気のための複数の通路を形成した給気用熱交換プレート
と排気用熱交換プレートとを交互に重ねたことにより、
水蒸気などの物質の移動を伴わない顕熱型の熱交換器が
形成される。そして、これら重ねられた熱交換プレート
において、互いに接するそれぞれの矩形板にこれらを貫
通して互いの通路を連通せしめる貫通孔を、上記供給用
熱交換プレートの排気側でありかつ排気用熱交換プレー
トの入気側である箇所に密に配し、上記供給用熱交換プ
レートの入気側でありかつ排気用熱交換プレートの排気
側である箇所に粗に配しあるいは配設しないとともに、
これら矩形板間に水蒸気を透過し水を通さない多孔質膜
を設けたことにより、貫通孔を粗に配しあるいは配設し
ない箇所で顕熱型あるいはこれに近い熱交換が可能にな
り、一方貫通孔を密に配した箇所では全熱型の熱交換が
可能になる。

「実施例」 第１図ないし第３図はこの発明の換気用熱交換器の一実
施例を示す図であって、これらの図において符号１は換
気用熱交換器（以下、熱交換器と略称する）である。こ
の熱交換器１は、平面視正方形の排気用熱交プレート
（排気用熱交換プレート）2aおよび給気用熱交プレート
（給気用熱交換プレート）2bが交互に80〜160枚程度重
ね合わされて形成されたもので、全体が直方体状のもの
である。

排気用熱交プレート2aは、第２図に示すようにポリエチ
レン等の硬質性合成樹脂からなり、後述するように室内
側から送られた排気を通過させるためのもので、相対向
して平行に配置された一対の正方形板3,3と、これらの
間に設けられてこれら正方形板3,3間に並列した複数の
通路4b…を形成する複数の仕切り板５…とからなるもの
である。ここで、通路4a…は、室内側から送られた排気
を通過させるための通路となるものである。また、この
排気用熱交プレート2aには、その正方形板3,3にそれぞ
れ外面側と通路4a…とを連通せしめる多数の貫通孔6a…
が形成されている。これら貫通孔6a…は、後述するよう
にその外面側にて、重ね合わされた給気用熱交プレート
2bの貫通孔と多孔質膜を介して連通するようになってい
る。そして、これら貫通孔6a…は後述するように、上記
給気用熱交プレート2bの排気側でありかつ排気用熱交プ
レート2aの入気側である箇所には密となるように配設さ
れ、一方上記給気用熱交プレート2bの入気側でありかつ
排気用熱交プレートの排気側である箇所には配設されて
いない。なぜなら、これら貫通孔6aは後述するように湿
気（水蒸気）の透過路となることから、給気用熱交プレ
ート2bの入気側でありかつ排気用熱交プレートの排気側
である箇所にて最も室内から排気された空気が冷却さ
れ、これに伴いその湿気（水蒸気）も冷却されて凝縮
（結露）する可能性が高く、特に寒冷地などでは凝縮分
がさらに凍結する恐れがあるからであり、したがってこ
の部分における熱交換を全熱型でなく顕熱型にすれば、
水蒸気の凝縮・凍結に伴う不都合を未然に防止できるか
らである。また、熱交プレート2aの正方形板3,3の外面
には、上記貫通孔6a…を覆ってその全面にそれぞれ多孔
質膜7,7が貼設されている。

多孔質膜７は、ふっ素樹脂、ポリエチレン樹脂、超高分
子量ポリエチレンが多孔質化されて形成されたもので、
例えば四ふっ化エチレン樹脂多孔質膜（商品名；ミクロ
テックス［日東電工株式会社製］）や、ポリエチレン多
孔質膜、超高分子量ポリエチレン多孔質シート（商品
名：ブレスロン［日東電工株式会社製］）からなるもの
である。ここで、上記四ふっ化エチレン樹脂多孔質膜
は、耐熱性、耐薬品性、耐候性、はっ水性、電気特性な
どに優れたもので、平均孔径0.6μｍ程度の微細孔が1cm
²あたり数億個以上形成されたものである。そして、こ
のような微細孔が形成されていることにより、空気や水
蒸気のような気体を選択的に透過させ、一方水などの接
触角の大きい液体を透過させることなくはじくようにな
っている。また、ポリエチレン多孔質膜や超高分子量ポ
リエチレン多孔質シートは、耐薬品性、はっ水性、電気
絶縁性に優れたもので、やはり空気や水蒸気のような気
体を選択的に透過させ、一方水などの接触角の大きい液
体を透過させることなくはじくものである。そして、こ
のような材質からなる多孔質膜７は、融着され、あるい
は接着剤により接着されることによって正方形板3,3に
貼設される。

給気用熱交プレート2bは、上記熱交プレート2aと同様に
ポリエチレン等の硬質性合成樹脂からなり、後述するよ
うに外気を導入してこれを給気するためのもので、相対
向して平行に配置された一対の正方形板3,3と、これら
の間に設けられてこれら正方形板3,3間に並列した複数
の通路4b…を形成する複数の仕切り板５…とからなるも
のである。ここで、通路4b…は、外気側から導入された
外気を通過させるための通路となるものである。また、
この熱交プレート2bには、その正方形板3,3にそれぞれ
外面側と通路4b…とを連通せしめる多数の貫通孔6b…が
形成されている。これら貫通孔6b…は、上述したように
重ね合わされた熱交プレート2aの貫通孔6b…に多孔質膜
７を介して連通するよう配設されたものであり、上記給
気用熱交プレート2bの排気側でありかつ排気用熱交プレ
ート2aの入気側である箇所には密に配設され、一方上記
給気用熱交プレート2bの入気側でありかつ排気用熱交プ
レートの排気側である箇所には配設されていない。

そして、このような構成の熱交プレート2aと熱交プレー
ト2bとが、互いにその通路4a…と通路4b…とを直交させ
るようにして交互に重ね合わされ、これにより第１図に
示すような熱交換器１が形成されている。

次に、このような構成からなる熱交換器１の使用方法を
説明する。

この熱交換器１を用いて室内の換気を行うには、例えば
第３図に示すような家の換気システムを形成する。すな
わちこのシステムにおいては、熱交換器１の排気用通路
4a…の入気側に室内の汚れた空気を熱交換器１に送るた
めの第１のダクト８が配設され、排気側の熱交換後の空
気を屋外に排出するための第２のダクト９が配設されて
いる。また、熱交換器１の給気用通路4b…の入気側に外
気からの新鮮な空気を取り入れるための第３のダクト10
が配設され、排気側に熱交換後の空気を室内に供給する
ための第４のダクト11が配設されている。そして、第１
のダクト８には送風機12が、また第３のダクト10にも送
風機14が配設されている。なおここで、第１のダクトの
取り入れ口としては、例えば人が集まる居間などにする
のが好ましく、また第３のダクトの取り入れ口として
は、例えば小屋裏などの風雨の影響の少ない場所にする
のが好ましい。

このようにシステムにより室内の換気を行うには、送風
機12を駆動せしめて室内の空気を熱交換器１に送るとと
もに、送風機14を駆動せしせて外気を熱交換器１に送
る。すると、室内の汚れた空気（排気）は熱交換器１の
通路4a…に流入し、一方新鮮な外気は熱交換器１の通路
4b…に流入する。そして、これら排気および外気は、熱
交換器１内にてその熱交プレート2a,2b…の正方形板３
…を介して伝導により熱交換するとともに、冬季など室
内の湿度が高い場合には排気中の湿度（水蒸気）が貫通
孔6a、多孔質膜７、貫通孔6bを通過（透過）して外気中
に移動する。このように、熱交換器１では単に伝導によ
る熱交換だけでなく、水蒸気の移動を伴う全熱型の熱交
換がなされることから、第４のダクト11から室内に供給
される空気は水蒸気が有する熱量をも受けて高い熱交換
率で加熱されたものとなり、よって室内が十分に加温さ
れる。

このような構成の熱交換器１にあっては、水蒸気の移動
を伴う全熱型の熱交換を行うことができるため、十分に
高い効率で熱交換を行うことができ、よってエネルギー
的に空調運転コストを少なくすることができる。また、
貫通孔6a,6bを、上記給気用熱交プレート2bの入気側で
ありかつ排気用熱交プレートの排気側である箇所には配
設せず、よってこの箇所での熱交換を顕熱型にしたこと
により、特に寒冷地などで使用しても、室内から排気さ
れた空気が最も冷却され、これに伴いその湿気（水蒸
気）が冷却されて凝縮（結露）・凍結する可能性が高い
上記箇所での水蒸気の移動がないことから、水蒸気の凝
縮・凍結に伴う、例えば送風機に過負荷がかかるといっ
た不都合を未然に防止することができる。

なお、上記実施例においては、熱交換器１を給気側通路
と排気側通路とが互いに直交する直交流型としたが、本
発明の熱交換器はこれに限定されることなく、給気側通
路と排気側通路とが対向する対向流型であってもよい。

また、上記実施例では矩形板として特に直交流型に適す
るよう正方形の板３にしたが、上述したように対向流型
にした場合などには正方形でなく単に矩形でよいのはも
ちろんである。

さらに、上記実施例では貫通孔6a,6bを、上記給気用熱
交プレート2bの入気側でありかつ排気用熱交プレートの
排気側である箇所に配設しない例を示したが、これら貫
通孔6a,6bを上記箇所に粗に配してもよく、その場合に
もこれら貫通孔6a,6bを透過する水蒸気量が少なくなる
ことから、この箇所での熱交換が顕熱型に近いものとな
る。

「発明の効果」 以上説明したようにこの発明の換気用熱交換器は、貫通
孔を粗に配しあるいは配設しない箇所で顕熱型あるいは
これに近い熱交換を可能にし、一方貫通孔を密に配した
箇所で全熱型の熱交換を可能したものであるので、貫通
孔を密にした箇所で水蒸気の移動を伴う全熱型の熱交換
を行うことができ、これにより十分に高い効率で熱交換
を行うことができることから、エネルギー的に空調運転
コストを少なくすることができる。また、貫通孔を、給
気用熱交換プレートの入気側でありかつ排気用熱交換プ
レートの排気側である箇所にて粗に配しあるいは配設し
ないので、この箇所での熱交換が顕熱型あるいはこれに
近いものとなり、よって寒冷地などで使用しても、室内
から排気された空気が最も冷却され、これに伴いその湿
気（水蒸気）が冷却されて凝縮（結露）・凍結する可能
性が高い上記箇所での水蒸気の移動が無くあるいは少な
くなり、したがって水蒸気の凝縮・凍結に伴う、例えば
送風機に過負荷がかかるといった不都合を未然に防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の換気用熱交換器の一実
施例を示す図であって、第１図は熱交換器の概略構成
図、第２図は熱交換プレートの概略構成図、第３図は第
１図に示した熱交換器の使用例を説明するための図であ
る。 １……換気用熱交換器、 2a……排気用熱交プレート（排気用熱交換プレート）、 2b……給気用熱交プレート（給気用熱交換プレート）、
３……正方形板、 4a,4b……通路、５……仕切り板、 6a,6b……貫通孔、７……多孔質膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相対向する一対の矩形板と、これらの間に
   設けられてこれら矩形板間に並列した複数の通路を形成
   する複数の仕切り板とからなる排気用熱交換プレートお
   よび給気用熱交換プレートを交互に複数枚重ねてなり、
   これら重ねられた熱交換プレートのうち少なくとも互い
   に接する一対の熱交換プレートに、その互いに接するそ
   れぞれの矩形板にこれらを貫通して互いの通路を連通せ
   しめる貫通孔をそれぞれ設け、かつこれら矩形板間に水
   蒸気を透過し水を通さない多孔質膜を設けてなる換気用
   熱交換器であって、上記給気用熱交換プレートの排気側
   でありかつ排気用熱交換プレートの入気側である箇所に
   上記貫通孔を密に配し、上記給気用熱交換プレートの入
   気側でありかつ排気用熱交換プレートの排気側である箇
   所に上記貫通孔を粗に配しあるいはこれを配設しないこ
   とを特徴とする換気用熱交換器。