JPH0816598B2 - 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、住宅内で結露が発生したり、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
の移動がなく室内の結露防止には効果が大きいが、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が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
なる熱交プレートを複数枚重ねて構成された顕熱型熱交
換器と、この顕熱型交換器において重ねられた熱交プレ
ートの互いに接する一対の熱交プレートに、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構
成された全熱型熱交換器とを組み合わせたことにより、
顕熱型と全熱型との機能を兼ね備えたことによって上記
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熱交プレートを重
ね、互いに重ね合わされた一方を給気用、他方を排気用
とすることによって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
れた熱交プレート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たことにより、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器
が形成される。したがって、これら顕熱型の熱交換器と
全熱型の熱交換器とが組み合わされることにより、両者
の機能を兼ね備えた換気用熱交換器が形成される。

「実施例」 第１図ないし第４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る。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）であり、こ
の熱交換器１は顕熱型熱交換器２と全熱型熱交換器３と
が接合されて一体に組み合わされたものである。

顕熱型熱交換器２は、第２図に示すような平面視正方
形の熱交プレート４が50〜100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。熱交プ
レート４は、ポリエチレン等の硬質性合成樹脂からなる
もので、相対向して平行に配置された一対の正方形板5,
5と、これらの間に設けられてこれら正方形板5,5間に並
列した複数の通路６…を形成する複数の仕切り板７…と
からなるものである。ここで、通路６…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か、ある
い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。そして、このような熱交プレート４…
を、第１図に示すようにその通路６…が互いに直交する
ようにして順次重ね合わせることにより、顕熱型熱交換
器２が形成されている。

一方全熱型熱交換器３は、第３図に示すような平面視
正方形の熱交プレート８が50〜100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。熱
交プレート８は、第２図に示した熱交プレート４と同様
にポリエチレン等の硬質性合成樹脂からなるもので、相
対向して平行に配置された一対の正方形板9,9と、これ
らの間に設けられてこれら正方形板9,9間に並列した複
数の通路10…を形成する複数の仕切り板11…とからなる
ものである。また、この熱交プレート８には、その正方
形板9,9にそれぞれ外面側と通路10…とを連通せしめる
多数の貫通孔12…が形成されており、さらにこれら正方
形板9,9のうち一方の外面には、上記貫通孔12…を覆っ
てその全面に多孔質膜13が貼設されている。ここで上記
貫通孔12…は、その外面側にて、他の重ね合わされた熱
交プレート８の貫通孔12…と多孔質膜13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12…は後述
するように湿気（水蒸気）の透過路となることから、そ
の数および大きさは全熱型熱交換器３において全熱型と
して要求される水蒸気の透過度に応じて決定される。す
なわち、貫通孔12の数を多くまたその大きさを大きくす
れば、当然透過する水蒸気量が多くなることから熱交換
率が高くなるが、その半面水蒸気量が多くなることから
水蒸気の凝縮・凍結の可能性が高くなり、したがって地
域などによっては水蒸気の透過量を抑えたほうが好まし
い場合もあるからである。

多孔質膜13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13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９に貼
設される。さらに、このような構成の熱交プレート８…
が、それぞれの正方形板9,9間に多孔質膜13が挟持され
るようにして重ね合わされ、かつ互いにその通路10,10
が直交するようにして重ね合わされることにより、第１
図に示すような全熱型熱交換器３が形成されている。

そしてさらに、このような構成の全熱型熱交換器３と
上記顕熱型熱交換器２とが、その外面側の正方形板５お
よび９とを重ね合せることによって接合され、これによ
り例えば第１図中矢印Ａで示した方向に並んだ通路6,10
…が外気側から導入された外気を通過させるための通路
となり、かつ矢印Ｂで示した方向に並んだ通路6,10…が
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
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４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（第１図中矢印Ｂで示した方向の通路）の一方に室内
の汚れた空気を熱交換器１に送るための第１のダクト14
が配設され、他方に熱交換後の空気を屋外に排出するた
めの第２のダクト15が配設されている。また、熱交換器
１の給気用通路（第１図中矢印Ａで示した方向の通路）
の一方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16が配設され、他方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17が配設されている。そし
て、第１のダクト14には送風機18が、また第３のダクト
16にも送風機20が配設されている。なおここで、第１の
ダクト14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16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、送風
機18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20を駆動せしめて外気を熱交換器１に送
る。すると、室内の汚れた空気（排気）は後熱交換器１
の排気側通路に流入し、一方新鮮な外気は熱交換器１の
給気側通路に流入する。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4,8…の正方形
板5,9…を介して伝導により熱交換する。さらに、冬季
などの室内の湿度が高い場合には、全熱型交換器３にお
いて排気中の湿度（水蒸気）が貫通孔12、多孔質膜13、
貫通孔12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においては全熱型熱交換器３が単に伝
導による熱交換だけでなく、水蒸気の移動を伴う全熱型
の熱交換を行うことから、第４のダクト17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、よってこのような熱交換
がなされた外気が室内に導入されることにより室内が十
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、顕熱型熱交
換器２が水蒸気の移動を伴わない伝熱だけによる熱交換
を行い、一方全熱型熱交換器３が水蒸気の移動をも伴う
全熱型の熱交換を行うことができるため、顕熱型熱交換
器２と全熱型熱交換器３との交換容量比、すなわちそれ
ぞれの熱交プレート４…と８…との枚数比を適宜変える
ことにより、寒冷地や高温多湿地などその使用場所に応
じたタイプにすることができる。さらには、一定の場所
において使用する場合にも、予め熱交換器１に接続する
ダクトを、顕熱型熱交換器２と全熱型熱交換器３とへの
それぞれの送風量を調整できるようにしておけば、季節
に応じて使い分けができ、かつ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とともに、快適相対湿
度にコントロールできる。また、例えば寒冷地での使用
のように外気が氷点下となる場合にも、顕熱型熱交換器
２での熱交換の比率を多くすることにより、熱交換後給
気側（外気側）に流入した水蒸気が冷却されて凝縮（結
露）し、さらにこれが凍結することによって送風機に過
負荷がかかるといった不都合を防止することができる。

なお、上記実施例においては、顕熱型熱交換器２およ
び全熱型熱交換器３ともに、その給気側通路と排気側通
路とが互いに直交する直交流側としたが、本発明の熱交
換器１はこれに限定されることなく、上記熱交換器2,3
を給気側通路と排気側通路とが並向する並向流型にして
もよく、また給気側通路と排気側通路とが対向する対向
流型にしてもよい。

また、上記実施例では顕熱型熱交換器２および全熱型
熱交換器３ともに、矩形板として特に直交流型に適する
よう正方形の板5,9にしたが、上述したように並向流型
や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。

「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、水
蒸気などの物質の移動を伴わない顕熱型の熱交換器と、
単に伝導による熱交換だけでなく、水蒸気の移動を伴う
全熱型の熱交換器とを組み合わされることにより、両者
の機能を兼ね備えたものであるから、顕熱型熱交換器と
全熱型熱交換器との熱交換容量比、すなわちそれぞれの
熱交プレートの枚数比を適宜変えることにより、寒冷地
や高温多湿地などその使用場所に応じたタイプにするこ
とができる。また、一定の場所において使用する場合に
も、予め熱交換器に接続するダクトを、顕熱型熱交換器
と全熱型熱交換器とへのそれぞれの送風量を調整できる
ようにしておけば、季節に応じて使い分けができ、かつ
十分に高い効率で熱交換を行うことによりエネルギー的
に空調運転コストを少なくすることができるとともに、
例えば寒冷地での使用のように外気が氷点下となる場合
にも、顕熱型熱交換器での熱交換の比率を多くすること
によって熱交換後給気側（外気側）に流入した水蒸気が
冷却されて凝縮（結露）し、さらにこれが凍結すること
に起因する不都合を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４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図は顕熱型熱交換器を構成する熱交プレートの
概略構成図、第３図は全熱型熱交換器を構成する熱交プ
レートの概略構成図、第４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、２……顕熱型熱交換器、 ３……全熱型熱交換器、 4,8……熱交プレート、5,9……正方形板、 6,10……通路、7,11……仕切り板、 12……貫通孔、13……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熱交プレートを複数枚重
   ねて構成された顕熱型熱交換器と、この顕熱型交換器に
   おいて重ねられた熱交プレートの互いに接する一対の熱
   交プレートに、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構成された全熱型熱交換器とを
   組み合わせてなることを特徴とする換気用熱交換器。