JPS5896988A - 熱交換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は屋外空気の給気と室内空気の排気などの熱交換
換気を目的とした空調換気装置などに適用される熱交換
方法に関するものである。その目的は、プレート式やプ
レートフィン式のような構造をした顕熱交換器、これら
のエレメントの表面に蓄熱および蓄湿性（吸湿性）をも
たせた熱交換器、あるいは仕切板自体が透湿性をもって
いる透過式全熱交換器などを使って、熱交換エレメント
の各仕切板間の各層間を交互に通る屋外空気の給気流と
室内空気の排気流を周期的に互いに入れ換えて同一の各
層間を通し、しかも、気流を入れ換えた時、前記各層間
を通る気流の方向を少なくとも一方は変わらないように
することにより、従来方式の空調換気扇はもとより、気
流を周期的に互いに入れ換えて、同一の各層間を気流の
方向が逆転するような方向に通す場合よシ、よシ高効率
の全熱交換機能、または、顕熱交換機能を得ることにあ
る。

従来、空調換気扇に用いられているプレート式の熱交換
器としては、仕切板として、紙のような熱透過性と透湿
性をもったものを使用した透過式全熱交換器と仕切板に
金属やプラスチックのような非透湿性の熱伝導物質を使
用した顕熱交換器がある。そして、これら熱交換器の仕
切板によって仕切られた各層間を交互に給気流と排気流
が同時に、それぞれ一定方向に通過し続けることにより
、仕切板を通して全熱交換や顕熱交換を行なうものであ
り、一般に全熱交換効率は６６〜６０％、顕熱交換器の
場合の顕熱交換効率は６６チ位である。

一方、熱交換器の前記仕切板によって仕切られた各層間
を通る一次気流と二次気流を、周期的に互いに入れ換え
て通すことを繰返す方式では、これら従来のものより、
熱交換効率を高くすることができる。

本発明は、この気流を入れ換える方式において、気流の
入れ換えに際して、各層間を通る気流の方向を考慮する
ことによシ、さらに熱交換効率を高めるものである。

以下本発明の詳細について、実施例とともに説明するの
であるが、まず初めに本発明の基本となる熱交換技術に
ついて説明する。第１図は本発明の一実施例に用いる熱
交換器の一部外観図であり、図中１は仕切板、２は間隔
板である。第２図（イ）。

（ロ）は防燃加工したクラフト紙を使用した熱交換器の
仕切板１の断面図であり、仕切板１が熱伝導性と透湿性
を有している場合の例である。第３図（イ）。

（ロ）はアルミニウム板９の表面に吸湿性の酸化アルミ
ニウム１ｏおよび１０’を塗布したものを用いた熱交換
器の仕切板１′の断面図で、仕切板が熱伝導性を有する
が、非透湿性で、しかも吸湿性を有する場合の例である
。

第２図および第３図において、ここでは仕切板の上面部
および下面部を流れる室外および室内からの気流の方向
（５と６および１１と１２）は、図面上表示のし易さか
ら対向流になっているが、実際は直交流である。要はど
ちらでもよい。また、ここでは室外側からの気流と室内
側からの気流を周期的に（ここでは１分間隔）交換さす
場合（第２図では、（イ）と（ロ）の状態を、第３図で
は（イ）と（ロ）の状態を、交互に周期的に繰返す場合
）、各層間を流れる気流の方向は同一のままであるが、
この場合の気流の方向は熱交換効率の大小に影響を与え
る。高温高湿の夏の室外雰囲気を３３°Ｃ，７０％、冷
房中の室内雰囲気を２６°Ｃ，５０％に設定した場合、
まず、第２図においては第２図（イ）の矢印方向の風の
流れの場合には、室外側から室内側へ向う気流６中の顕
熱と潜熱は仕切板１に蓄熱蓄湿されるものもあれば、仕
切板１中を３側から４側に移動して、室内側からの空気
流６にさらされている仕切板１の表面４側から、室内側
からの気流６に移り、室外側へ排出されるものもある。

また、仕切板１の表面３側への水分の吸着によって生じ
た吸着熱や、４側からの水分の脱着によって生じた脱着
熱（この場合は吸熱反応のため負）の一部も同様に蓄熱
されるものもあれば、仕切板１中を３から４方向に移行
するものもある。次にサイクルが変わり空気流が第３図
（イ）から（ロ）のように変化すれば、仕切板１の表面
３近くに蓄熱蓄湿されていたものは、空気流７に乗って
室外側へ排出される。８は室外側からの空気流である。

この方式の利点は空気流を周期的に交換させることによ
シ。

室外側から熱交換器中に持ち込まれたエンタルピーを仕
切板１を通して再び室外側へ排出さす以外に、仕切板１
や間隔板２に蓄エンタルピーさせ。

気流が交換された時に、それを室外側へ排出さす機構も
加わるので、従来の方式に比べ、全熱交換効率が飛躍的
に増大することにある。

同様に第３図の場合、第３図（イ）において室外側から
室内側へ入る高温高湿の空気流１１に接触する仕切板の
上面、つまり吸湿材１０の表面は高温になる。また、吸
湿材１０の表明に外気流１１中の湿分が吸着するので吸
着熱や凝縮熱が発生し。

仕切板の上面部の温度をさらに上昇させる。一方、仕切
板の下面１０′の表面は低温低湿の室内側からの空気流
１２との接触によって冷やされるのみならず、前サイク
ル中の外気通過時に１０′に吸着した水分の脱着がおこ
るため、吸熱反応によりさらに冷やされる。これらの一
連の現象により、仕切板の上下１０と１０’の温度差が
大きくなるため。

吸湿性をもたぬ単なる顕熱交換器よシも、仕切板を通し
ての顕熱移行量が多くなる。さらに、この方式の利点は
室外側から持ち込まれた顕熱と仕切板の室外側気流と接
する表面で発生する吸着熱を仕切板を通して室内からの
排気流１２中に移し、再び室外側へ排出さす以外に仕切
板に蓄熱させ次のサイクル時に室内からの排気流１３中
に放熱させ、室外へ排出さす機構も加わるので、従来の
透過式に比べ、室外から室内への顕熱移行が減少し、顕
熱交換効率が増大することにある。１４は室外側からの
空気流である。なお、潜熱移行は従来の方式では仕切板
中の透湿現象によって行なったが、今回の方式では仕切
板への蓄湿、および仕切板からの脱湿機構で行なう点が
異なるが、測定結果では、この方式のちがいによる潜熱
交換効率の大きな差は得られていない。

また、仕切板が熱伝導性に富むが、不透湿性。

非吸湿性である例として、アルミ板を使用した場合も、
同様の理由から、気流を交換しながら熱交蓄熱機構が寄
与するので、従来の顕熱交換法より効率が高くなる。

もちろん、これらの熱交換方式の場合、気流の交換は周
期的でなくてもよい、センサーなどを利用して、エレメ
ントの蓄熱容量や蓄湿容量が飽和に達っする前に気流を
交換してもよい。

次に、本発明の一実施例である熱交換装置の具体的構成
について説明する。

第４図（イ）〜に）は仕切板間の各層間を通る気流の方
向を、気流を互いに入れ換えて変化させる場合の熱交換
効率の比較を求める測定の実施例のフローシートであシ
、第６図はその得られた結果である。１６は第１図に示
したような構造をした熱交換器で、大きさは２ｏｏ’ｍ
ｘ２ｓｏｔｇである。

１６はチャンバー、１７は室外側雰囲気を吸引するファ
ン、１８は室内側雰囲気を吸引するファンであシ、熱交
換器１６内を通る風量は両方向とも２．５　ｒｔｌ　／
　ｗｉｎである。熱交換器１６内を通る気流の交換は、
ダンパー１９〜２４の開閉操作によシ行なう。交換後も
気流の方向が両方向とも同一の場合には、気流の流れを
第４図（イ）と（ロ）の間を、一方向のみ逆転する場合
は第４図（イ）と（ハ）の間を１両方向とも逆転の場合
は、第４図（イ）とに）の間を周期的に往復させるよう
にして行なう。熱交換器１６の入口および出口における
温湿度の測定は、図中ａ、ｂ、ｃ、ｄの位置に温度セン
サーと湿度上ンーサーをセットし、その変化を記録計に
書かせる方法で行なった。使用した湿度計はタンタルの
静電容量の変化を利用したもので、応答性は速く雰囲気
気流の切換後、数秒後には平衡値の９６チまで達するも
のである。

このような熱交換効率測定装置を、室内側雰囲気（２６
°Ｃ１６０％）、室外側雰囲気（３３℃。

７０％）の温湿度条件にそれぞれ調節された２つの隣シ
合う恒温恒湿の部屋間にセットして、１分間サイクルで
熱交換器１６に入る気流を周期的に互いに交換した。

第６図はアルミ板の表面に吸湿性の酸化アルミニウムを
塗布したものを用いた熱交換器１６をセ１゜ ットした場合の測定結果である。図中、気流を互いに入
れ換えた場合に、両方向とも気流の方向が変らない場合
をム、一方向のみが逆転する場合をＢ１両方向とも逆転
する場合をＣとして、それぞれの全熱交換効率の変化を
横軸にダンパー切換時からの経過時間をとって示したも
のである。これらの結果からも明らかなように、気流を
交換する熱交換方式においては、得られる熱交換効率は
、気流の交換に際して各層間を通る気流の方向が気流の
種類が入れ換っても、両方向とも変化しない方式が最も
高く両方向とも逆転する場合が最も低い。一方、熱交換
器１６として、仕切板が熱伝導性をもちかつ透湿性のも
のを用いた場合においても、熱伝導性、非透湿性かつ非
吸湿性のものを用いた場合においても、気流の方向に関
連して、これら得られた結果と同様の傾向が得られた。

以上のような現象は゛第６図（イ）〜（ハ）に示す模式
図を使って説明できる。気流を入れ換えても、エレメン
トの各層間を通る気流の方向が変化しないような場合に
は、特にエレメントへの蓄熱および工１１　ベー、・ レメントからの放熱が効率の向上によシ大きく寄与して
、より効果的であると考えられる。それぞれのサイクル
での平衡状態における仕切板上の温度分布を考えてみる
。縦軸に温度をとった立体モデルを使って表現すれば、
それは、第６図（イ）および（ロ）のようになる。一方
、平衡状態に達しない前にサイクルが切換わる場合は、
仕切板上の温度分−布は、サイクルの切換によって、第
６図（イ）と（ロ）の中間段階間を往復することになる
。一方、各層間を通る気流の方向を、両方向とも逆転さ
す方向に気流を入れ換える場合は、仕切板上の温度分布
はサイクルの切換によって、同様に第６図（イ）と（ハ
）の中間段階間を往復することになる。これらの図から
、第６図（イ）から（ロ）へ変化する方が、第６図（イ
）から（ハ）へ変化するのに比べ、仕切板上の蓄熱顕熱
の変化量が多いことがわかる。このことは、と９もなお
さず、気流の交換によって気流の方向が両方向とも変わ
らない場合の方が両方向とも逆転する場合よりも、サイ
クル切換にともなう仕切板上の蓄熱顕熱の変化量をより
大きくとれるということである。このような現象が、気
流の方向の違いによる熱交換効率の差に寄与しているも
のと考、えられる。一方、仕切板に蓄湿性がある場合、
仕切板上での吸着水分量の分布は、温度分布の場合と比
較して、より複雑になり不明である。

第７図は気流を交換した場合、気流の方向が両方とも変
化しない方式による空調換器扇の１製作実施例の分解斜
視図、第８図はこの横断面図、第９図はこの外観斜視図
である。図中、２６は全熱交換器で、仕切板はアルミ板
の上に、吸湿性の酸化アルミニウムを塗布したものであ
る。２６１Ｌは室内空気排気用のファン、２６ｂは室外
空気給気用のファン、２７はファンモータである。２８
は前面パネルのルーバ、２９はフレーム、３０＆および
３０ｂはシャッタで運転休止中は閉じられている。全熱
交換器２６の内部を通る気流の交換は、全熱交換器２６
の前後のシャッタ取付枠３１および３２に取付けられて
いるスライドシャッタ３１ａ。

３１ｂ、３１Ｃ，３１（１，３２１，３２ｂ、３２０゜
３２（ｉの開閉によって行なわれる。通常運転時は１３
ベーノ シャッタ３１１Ｌ　、　３１　ｂおよび３２０．３２１
１が開％ａ１ｃ、３１４．および３２１Ｌ　、ａ２ｂが
眠サイクル切換後はシャッタはそれぞれ移動して。

３１＆、３１ｂおよび３２０．３２１１が閉じられ。

３１０．３１ｄおよび３２ａ　、３２ｂが開かれ。

全熱交換器２６に入る気流が交換される。しかし。

気流の方向はサイクル切換前後で同一である。な−お３
３は仕切板、３４は木枠、３６は壁、３６はフレーム、
３７は操作部である。

第１０図（イ）、（ロ）は気流を交換した場合、気流の
一方向のみが逆転する場合の空調換気扇の一実施例であ
る。図中３８は同上の熱交換器で、０点を中心にして、
矢印３９方向に９０”スウィングして、第１０図（イ）
と（ロ）の状態を周期的に繰返して熱交換器内を通る気
流の交換を行なう。なお、この場合９０’のスウィング
を繰返さなくても０点を中心にして、９０°づつ一定方
向に熱交換器が回転する方式でもよい。４０は換気扇の
前面ルーパ、４１は送風機、４２はファンモータ、４３
はシャッタである。

１４／、−７ 以上のように１本発明によれば、顕熱交換や潜熱交換は
、仕切板を通して行なわれるのみならず、エレメントへ
の蓄熱、蓄湿、およびエレメントからの放熱、脱湿作用
によって行なわれるのも加わり、高効率の熱交換機能が
得られる。なかでも。

サイクルが周期的に変化しても熱交換器の各層間を通る
気流の流れの方向がまったく変わらない場合には、エレ
メントへの蓄熱量をさらに大きくとれることから、全熱
交換効率を高くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における熱交換装置の一構成
要素である熱交換器の一部破断概略斜視図、第２図（イ
）、（ロ）および第３図（イ）、（ロ）６板の断面図、
第４図（イ）〜に）は熱交換器の各層間へ入る気流をそ
れぞれ交換したときの熱交換効率の相違を測定する実施
例のフローシート、第６図は熱交換効率の測定結果を示
す図、第６図（イ）〜（ハ）は主徊気流の方向と仕切板
の温度分布の関係を示す模式図。 第７図、第８図および第９図は、各々本発明の一実施例
における全熱交換装置の分解斜視図、横断１６ 面図および外観斜視図である。第１０図（イ）、（ロ）
は本発明の他の実施例の空調換気扇の模式横断面図であ
る。 ２５・・・・・・全熱交換器、２６・・・・・・室内空
気排気用ファン、２６′・・・・・・室外空気給気用フ
ァン、２７・・・・・・ファンモータ、２８・・・・・
・ルーバ、２９・・・・・・フレーム、３１　ａ　〜３
１　ａ　、　３２ａ　〜３２１１−−−−−−　’／　
ヤニ／夕、３３・・・・・・仕切板、３４・・・・・・
木枠、３６・・・・・・壁、３６・・・・・・フレーム
、３７・・・・・・操作部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１基準　
奮　図 第　２　図 第３図 第４図 ｔイ１ （Ｖ） 第４図 第５図 綴）ＩＬ１１８閘　（秒） 第６図 す内側ｏ゛ｌｚ 賀Ｍ知゛６ 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）伝熱性を有する仕切板を所定間隔を置いて複数層
   に重ね合わせ、−次気流と二次気流とが、前記仕切板の
   各層間を交互に通るように形成した熱交換器を構成要素
   とし、前記−次気流と二次気流とを、前記各層間を通る
   気流の方向を少なくとも一方は変えることなく、周期的
   に互いに入れ換えて通すことを繰返すことによシ、熱交
   換させる熱交換方法。 （２）仕切板を透湿性とした特許請求の範囲第１項に記
   載の熱交換方法。 （３）仕切板は非透湿性であり、蓄熱性と蓄湿性を有し
   ている特許請求の範囲第１項に記載の熱交換方法。 （６）仕切板の間に間隔板を設け、前記仕切板と間隔板
   の少なくとも一方に蓄熱性と蓄湿性をもたせた熱交換器
   を構成要素とする特許請求の範囲第１項に記載の熱交換
   方法。