(57)【要約】【課題】水蒸気透過性を維持しつつ、コンタミを阻止出来ると共に、容積あたりの熱交換効率が高く、小型化が可能な熱交換装置を提供することを目的とする。【解決手段】室外空気を室内に供給するための給気ブロアと、室内空気を室外へ排気するための排気ブロアと、室内へ供給される室外空気と室外へ排気される室内空気とを熱交換させる熱交換器とよりなる熱交換装置において、  前記熱交換器が、複数本の中空糸膜により形成された中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収容するケースと、前記中空糸膜の中空内部を前記給気若しくは排気の何れか一方が通る第１流路と、前記中空糸膜の外壁面側を前記給気若しくは排気の何れか他方が通る第２流路とを備えた加湿膜モジュールであることを特徴とする構成としている。【選択図】  図３
2010043813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外空気を室内に供給するための給気ブロア（１）と、室内空気を室外へ排気するための排気ブロア（２）と、室内へ供給される室外空気と室外へ排気される室内空気とを熱交換させる熱交換器（３）とよりなる熱交換装置において、
前記熱交換器（３）が、複数本の中空糸膜により形成された中空糸膜束（３１）と、前記中空糸膜束（３１）を収容するケース（３２）と、前記中空糸膜の中空内部を前記給気若しくは排気の何れか一方が通る第１流路（３３）と、前記中空糸膜の外壁面側を前記給気若しくは排気の何れか他方が通る第２流路（３４）とを備えた加湿膜モジュールであることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記中空糸膜の空気透過性としての透過係数が0.0003〜2ml・min-1・cm-2・100kPa-1であることを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記中空糸膜の水蒸気透過性としての透過係数が0.1〜0.3g・min-1・cm-2・MPa-1であることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記中空糸膜束（３１）の有効内面積が0.1m2以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記中空糸膜が金属若しくは炭素の粒子又は繊維を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記熱交換器（３）を通過した給気がエアコンディショナー（４）に提供されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置に関する。
また、本発明は、エアコンディショナーに供給される空気の温度を排気ガスとの熱交換することで、エアコンディショナーの消費電力の省電力化が可能となる熱交換装置に関する。
更に、室外空気と室内空気との間で水分の授受も可能な熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球環境の温暖化や燃料価格の高騰により、各種装置の省電力化が進められている。エアコンディショナーは、夏場の冷却や冬場の暖房に、自動車や屋内で多く使用されている装置である。
この装置についても、近年、かなり省電力化は進んでいるが、依然として消費電力は大きいものであり、特に夏場における自動車のガソリン使用量の増加や家庭内の消費電力の増加が問題となっている。
【０００３】
特に、図４に示すフロー図の従来技術においては、外気が給気ブロア１００を通してエアコンディショナー４００に供給されるので、冷房時においては外気温度が高い場合、暖房時においては外気温度が低い場合により多くの電力が必要となる。
このエアコンディショナーの消費電力はエアコンディショナーに供給される空気の温度と自動車内や屋内の温度設定の差に依存することから、この差を小さくすることができれば、省電力化が可能となる。
【０００４】
この様な観点から、エアコンディショナーにより冷却および暖房を行う場合に、自動車用では車内と車外、家庭用については室内と室外に温度や温度差があるため、温度や湿度を交換する熱交換器をエアコンディショナーの前段に介し、車内や室内の空気で熱交換させることで、単に車外および室外の空気を処理するよりも温度差の小さい空気をエアコンディショナーに供給することが可能となるとの発想が生まれた。
【０００５】
そして、この様な発想の下に、図１に示す様に、エアコンディショナー４の前段に熱交換器３を設置するものが提案された。（特許文献１）
しかし、この種従来品は、平板部材と波板部材を組み合わせたような熱交換器であるが、構造が複雑であるという問題があった。
また、部材の材質が紙であるため、孔径の制御が難しく、水蒸気透過性を維持しつつ、コンタミを阻止することが困難であった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２８５５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、水蒸気透過性を維持しつつ、コンタミを阻止出来ると共に、容積あたりの熱交換効率が高く、小型化が可能な熱交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱交換装置は、室外空気を室内に供給するための給気ブロアと、室内空気を室外へ排気するための排気ブロアと、室内へ供給される室外空気と室外へ排気される室内空気とを熱交換させる熱交換器とよりなる熱交換装置において、
前記熱交換器が、複数本の中空糸膜により形成された中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収容するケースと、前記中空糸膜の中空内部を前記給気若しくは排気の何れか一方が通る第１流路と、前記中空糸膜の外壁面側を前記給気若しくは排気の何れか他方が通る第２流路とを備えた加湿膜モジュールであることを特徴とする構成としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項１記載の発明の熱交換装置によれば、水蒸気透過性を維持しつつ、コンタミを阻止出来ると共に、容積あたりの熱交換効率が高く、小型化が可能である。
【００１０】
また、請求項２記載の発明の熱交換装置によれば、高い熱交換効率を維持しつつ、コンタミを阻止出来る。
【００１１】
更に、請求項３記載の発明の熱交換装置によれば、水蒸気透過性を維持しつつ、コンタミを阻止出来る。
更に又、請求項４記載の発明の熱交換装置によれば、高い熱交換効率を維持出来る。
【００１２】
更に、請求項５記載の発明の熱交換装置によれば、より高い熱交換効率が発揮出来る。
更に、請求項６記載の発明の熱交換装置によれば、エアコンディショナーの省電力化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１乃至図３に基づき説明する。
図１は、本発明の熱交換装置が適用されるフロー図である。
図２は、本発明の熱交換装置が適用される他のフロー図である。
図３は、本発明の熱交換装置を示す断面図である。
【００１４】
本発明の熱交換装置は、図１及び図２のフロー図に示す態様で使用される。
すなわち、図１に示す様に、外気を給気ブロア１で取り込み、本発明に係る熱交換器３を介して、エアコンディショナー４に供給される。
ついで、エアコンディショナー４より自動車若しくは家屋の室内に供給された空気は、排気ブロア２により、熱交換器３を介して、室外に排出される。
【００１５】
また、図２に示すフロー図は、熱交換器３を通過した給気が、流量調整バルブ５、５を介して、一部がエアコンディショナー４に供給され、一部が直接自動車若しくは家屋の室内に供給される構成となっている点で、図１に示した態様のものと相違している。
この流量調整バルブ５、５を設けることにより、室内に供給された空気の温度及び湿度を制御し易くなる。
【００１６】
ついで、本発明に使用される熱交換器について図１及び図３に基づき説明する。
本発明に係る熱交換装置は、室外空気を室内に供給するための給気ブロア１と、室内空気を室外へ排気するための排気ブロア２と、室内へ供給される室外空気と室外へ排気される室内空気とを熱交換させる熱交換器３とより構成されている。
そして、本発明に係る熱交換器３は、複数本の中空糸膜により形成された中空糸膜束３１と、この中空糸膜束３１を収容するケース３２と、中空糸膜の中空内部を給気若しくは排気の何れか一方が通る第１流路３３と、中空糸膜の外壁面側を給気若しくは排気の何れか他方が通る第２流路３４とを備えた構成となっている。
【００１７】
この中空糸膜束３１は、接着剤層５により、ケース５側に固着され、第１流路３３と第２流路３４との間を仕切っている。
図３では、中空糸膜束３１の中空糸の管内側の第２流路３４を自動車内および屋内からの排気が通り、中空糸膜束３１の中空糸の外周側の第１流路３３を給気が通る構成としている。
【００１８】
この結果、図１及び図２に示す様に、本願発明においては、車内および屋内の排気を行うための排気ブロア２が必要となるものの、この排気を熱交換器３に流すことによって、外気が熱交換され外気温度と車内および屋内の設定温度差を小さくできるために、エアコンディショナー４の電力を従来より小さくでき、省電力化が可能となる。
【００１９】
本発明に使用される中空糸膜としては、乾燥雰囲気で空気を適度に遮断し、熱および水蒸気のみを十分に伝達するもめが好ましいことから、空気透過性としては透過係数0.0003〜2ml・min-1・cm-2・100kPa-1で、水蒸気透過性としては0.1〜0.3g・min-1・cm-2・MPa-1のものが好ましい。
【００２０】
また、中空糸膜の素材としては、価格、信頼性及び耐久性の観点からポリエーテルイミド・ポリスルホンやポリフェニルスルホンが好ましく、出願人が先に出願したポリフェニルスルホン膜（特開2004−290751および特開2006−255502）、ポリエーテルイミド膜（特開2004−261765）、親水性高分子をコーティングしたポリエーテルイミド膜（特開2002−2573885）等に記載した膜も適用できる。
【００２１】
また、中空糸の熱伝達性を高めるために、膜中に、熱伝達性の優れた、金属性または炭素性の粉末やフアイバーを混入することも有効である。
また、加湿器としては、中空糸の有効内面積が少ないと十分な熱交換能を有さないことから、通常0.1m2より大きいことが望ましい。
ついで、実施例に基づき本発明を説明する。
【００２２】
＜実施例１＞
内径750ミクロン、外径1050ミクロンのＰＰＳＵ製中空糸（空気透過性0.0003ml・min-1・cm-2・100kPa-1、水蒸気透過性としては0.2g・min-1・cm-2・MPa-1）を開口断面積が13.3cm2の箇体に1000本充填した、全長が180mmの中空糸の有効長さが140mmの熱交換器（中空糸の有効内面積0.33m2）を作製した。
この中空糸膜束３１の管内側である第２流路３４側（Swp側）に25℃の空気を毎分50NLで導入すると同時に、中空糸膜束３１の外周側である第１流路３３側（Off側）に40℃の空気を毎分50NLで流した。
ついで、各々の出口の温度と圧力を測定した。
結果を表1に示すが、外側の温度は40℃から29℃に低下し、この熱交換器を通すことで温度低下が可能だった。
また、この熱交換器の第２流路３４側に0.1μmの粒子を分散させた気体を差圧100kPagで流した場合に、第１流路３３側には、粒子の透過は見られず100％阻止していた。
【００２３】
＜実施例２＞
内径125ミクロン、外径175ミクロンのＰＰＳＵ製中空糸（空気透過性0.0003ml・min-1・cm-2・100kPa-1、水蒸気透過性としては0.2g・min-1・cm-2・MPa-1）を間口断面積が13.3cm2の箇体に30000本充填した、全長が180mmの中空糸の有効長さが140mmの熱交換器（中空糸の有効内面積1.64m2）を作製した。
この中空糸膜束３１の管内側である第２流路３４側（Swp側）に25℃の空気を毎分60NLで導入すると同時に、中空糸膜束３１の外周側である第１流路３３側（Off側）に40℃の空気を毎分50NLで流した。
各々の出口の温度と圧力を測定した。
結果を表1に示すが、外側の温度は40℃から30℃に低下し、この熱交換器を通すことで温度低下が可能だった。
また、この熱交換器の第２流路３４側に0.1μmの粒子を分散させた気体を差圧100kPagで流した場合に、第１流路３３側には、粒子の透過は見られず100%阻止していた。
【００２４】
＜比較例１＞
内径750ミクロン、外径1050ミクロンのＰＰＳＵ製中空糸（空気透過性5ml・min-1・cm-2・100kPa-1、水蒸気透過性としては0.3g・min-1・cm-2・MPa-1）を開口断面積が13.3cm2の箇体に1000本充填した、全長が180mm中空糸の有効長さが140mmの熱交換器（中空糸の有効内面積0.33m2）を作製した。
この中空糸膜束３１の管内側である第２流路３４側（Swp側）に25℃の空気を毎分50NLで導入すると同時に、中空糸膜束３１の外周側である第１流路３３側（Off側）に40℃の空気を毎分50NLで流した。
各々の出口の温度と圧力を測定した。
結果を表1に示すが、外側の温度は40℃から34℃に低下し、この熱交換器を通すことで温度低下が可能だった。
しかしながら、この熱交換器の第２流路３４側に0.1μmの粒子を分散させた気体を差圧100kPagで流した場合に、第１流路３３側には、粒子の透過は見られ、阻止率は30％であり、この熱交換器を使用すると排気中のコンタミがエアコンディショナーに混入する可能性がある。
【００２５】
＜比較例２＞
内径750ミクロン、外径1050ミクロンのＰＰＳＵ製中空糸（空気透過性0.00001ml・min-1・cm-2・100kPa-1、水蒸気透過性としては0.05g・min-1・cm-2・MPa-1）を開口断面積が13.3cm2の箇体に1000本充填した、全長が180mm中空糸の有効長さが140mmの熱交換器（中空糸の有効内面積0.33m2）を作製した。
この中空糸膜束３１の管内側である第２流路３４側（Swp側）に25℃の空気を毎分50NLで導入すると同時に、中空糸膜束３１の外周側である第１流路３３側（Off側）に40℃の空気を毎分50NLで流した。
各々の出口の温度と圧力を測定した。
結果を表1に示すが、外側の温度は40℃から36℃に低下するに留まった。
【００２６】
＜比較例３＞
内径750ミクロン、外径1050ミクロンのＰＰＳＵ製中空糸（空気透過性0.0003ml・min-1・cm-2・100kPa-1、水蒸気透過性としては0.2g・min-1・cm-2・MPa-1）を開口断面積が13.3cm2の箇体に200本充填した、全長が180mm中空糸の有効長さが140mmの熱交換器（中空糸の有効内面積0.07m2）を作製した。
この中空糸膜束３１の管内側である第２流路３４側（Swp側）に25℃の空気を毎分50NLで導入すると同時に、中空糸膜束３１の外周側である第１流路３３側（Off側）に40℃の空気を毎分50NLで流した。
各々の出口の温度と圧力を測定した。
結果を表1に示すが、外側の温度は40℃から38℃に低下するに留まった。
【００２７】
＜表１＞
空気透過係数 水蒸気透過係数 中空糸有効面積
（ml・min-1・cm-2・100kPa-1）  （g・min-1・cm-2・MPa-1）    （m2）
実施例１       0.0003                    0.2                    0.33
実施例２       0.0003                    0.2                    1.64
比較例１            5                    0.2                    0.33
比較例２      0.00001                    0.2                    0.33
比較例３       0.0003                    0.2                    0.07
第１流路３３側（Off側） 第２流路３４側（Swp側） コンタミ阻止率
温度変化                  温度変化              （％）
ＩＮ ＯＵＴ ＩＮ ＯＵＴ
実施例１     40      29                25      34                100
実施例２     40      30                25      32                100
比較例１     40      34                25      30                 30
比較例２     40      36                25      27                100
比較例３     40      38                25      29                100
【００２８】
また、本発明は上述の考案を実施するための最良の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の熱交換装置が適用されるフロー図である。
【図２】本発明の熱交換装置が適用される他のフロー図である。
【図３】本発明の熱交換装置を示す断面図である。
【図４】従来技術の熱交換装置が適用されるフロー図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  給気ブロア
２  排気ブロア
３  熱交換器
４  エアコンディショナー
５  接着剤層
【図１】
2010043813.tif 000003
【図２】
2010043813.tif 000004
【図３】
2010043813.tif 000005
【図４】
2010043813.tif 000006