(57)【要約】【課題】本発明は、一定条件下において、室外の空気から室内の空気への水分移動を抑制して室外の空気を室内に取り込むことができ、乾燥した室内に室外の空気の水分を効率よく供給して湿度を上げることができる。【解決手段】透湿性を有する仕切板４１とコルゲート形状の間隔保持部材４２とを備える全熱交換素子４であって、前記仕切板４１は、親水性官能基を備えた第一高分子化合物を有する第一透湿膜４１１と、前記第一高分子化合物よりも極性の低い親水性官能基を備えた第二高分子化合物を有する第二透湿膜４１２とを備え、複数の前記仕切板４１は、前記第一透湿膜４１１同士及び前記第二透湿膜４１２同士が向かい合うように前記仕切板４１と前記間隔保持部材４２とを交互に積層されたものであり、前記第一透湿膜４１１が向かい合う間に第一流路４３ａを、前記第二透湿膜４１２が向かい合う間に第二流路４３ｂを構成した全熱交換素子４である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透湿性を有する仕切板とコルゲート形状の間隔保持部材とを備える全熱交換素子であって、
前記仕切板は、親水性官能基を備えた第一高分子化合物を有する第一透湿膜と、前記第一高分子化合物よりも極性の低い親水性官能基を備えた第二高分子化合物を有する第二透湿膜とを備え、  複数の前記仕切板は、前記第一透湿膜同士及び前記第二透湿膜同士が向かい合うように前記仕切板と前記間隔保持部材とを交互に積層されたものであり、前記第一透湿膜が向かい合う間に第一流路を、前記第二透湿膜が向かい合う間に第二流路を構成した全熱交換素子。
【請求項２】
前記第一高分子化合物は、強塩基性の物質であり、
前記第二高分子化合物は、弱塩基性の物質である請求項１に記載の全熱交換素子。
【請求項３】
前記間隔保持部材は、前記間隔保持部材を介して向かい合う第一透湿膜及び第二透湿膜に用いられる高分子化合物と同じ高分子化合物を有する請求項１または２に記載の全熱交換素子。
【請求項４】
室外の空気を室内へ取り込み、室内の空気を室外へ排出する全熱交換形換気装置であって、
前記請求項１ないし３のいずれかに記載の全熱交換素子を備え、
前記第一流路は、室内の空気を通風させる排気流路であり、前記第二流路は、室外の空気を通風させる給気流路である全熱交換形換気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱性と透湿性を有する素材を全熱交換素子に用いて、顕熱及び潜熱を同時に回収する静止透過式の全熱交換形換気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷房と暖房の効果を損なわずに換気できる装置として、換気の際に給気と排気との間で熱交換を行う全熱交換形換気装置が知られている。全熱交換形換気装置は、温度と同時に湿度の交換を行うためのコルゲート形状の全熱交換素子が設けられている。
【０００３】
全熱交換素子として、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、上記従来例のような全熱交換形換気装置は、室内の環境を一定に保つために、室外空気の温度及び湿度を室内の温度及び湿度に近づけた後に室外空気を室内に供給する。冬季などは、室内の湿度が例えば３０％と低い場合において、室外の湿度が室外と室内の温度を同一とした場合に例えば４０％であるとき、本来は室外の空気をそのまま室内に供給して室内の湿度を上げることが好ましい。
【０００６】
しかし、一般的に水分は湿度が高い方から低い方へ移動するので、室外の湿度が室内より高いと、水分は室外の空気から室内の空気に移動する。そのため、湿度が下がった状態の室外空気が室内に供給されることとなり、室内の湿度が上がりにくく、結果として、乾燥した室内に室外の空気の水分を効率よく供給することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、室内の湿度が低い場合など一定条件下において、室外の空気から室内の空気に水分を移動させずに室外の空気を室内に取り込むことができる全熱交換素子及び全熱交換形換気装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における全熱交換素子は、透湿性を有する仕切板とコルゲート形状の間隔保持部材とを備える全熱交換素子であって、仕切板は、親水性官能基を備えた第一高分子化合物を有する第一透湿膜と、第一高分子化合物よりも極性の低い親水性官能基を備えた第二高分子化合物を有する第二透湿膜とを備え、複数の仕切板は、第一透湿膜同士及び第二透湿膜同士が向かい合うように仕切板と間隔保持部材とを交互に積層されたものであり、第一透湿膜が向かい合う間に第一流路を、第二透湿膜が向かい合う間に第二流路を構成したものである。
【０００９】
また、本発明における全熱交換形換気装置は、室外の空気を室内へ取り込み、室内の空気を室外へ排出する全熱交換形換気装置であって、上記の全熱交換素子を備え、第一流路は、室内の空気を通風させる排気流路であり、第二流路は、室外の空気を通風させる給気流路である構成である。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成により、全熱交換素子の仕切板の第一透湿膜に用いられる第一高分子化合物より極性の低い親水性官能基を備えた第二高分子化合物を仕切板の第二透湿膜に用いることにより、極性の低い親水性官能基を備えた第二高分子化合物を用いた第二透湿膜からは第一透湿膜より空気中の水分が透湿されにくくなるため、室内の湿度が低い場合など一定条件下において、第二流路に流れる空気から第一流路を流れる空気への水分移動を抑制して全熱交換素子に空気を流すことができる。すなわち、第一流路に室内の空気を流し、第二流路に室外の空気を流すことにより、室外の空気から室内の空気への水分移動を抑制して室外の空気を室内に取り込むことができる。結果として、乾燥した室内に室外の空気の水分を効率よく供給して湿度を上げることができる全熱交換素子及び全熱交換形換気装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態にかかる全熱交換形換気装置２の設置例を示す概要図である。
【図２】同全熱交換形換気装置２の構造の概略を示す図である。
【図３】同全熱交換素子４の外観を示す部分斜視図である。
【図４】同全熱交換素子４の仕切板４１を示す断面図である。
【図５】同全熱交換素子４の間隔保持部材４２及び熱交換ブロック４４ａ、４４ｂを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１に示すように、家１において、室外の空気を室内へ取り込み、室内の空気を室外へ排出する全熱交換素子４を有する全熱交換形換気装置２である。室内からの空気は、黒色矢印のように、全熱交換形換気装置２を介して屋外に放出される。また、室外の空気は、白色矢印のように、全熱交換形換気装置２を介して室内に取り入れられる。全熱交換形換気装置２は、空気循環を行うとともに、室内外の温度及び湿度を交換し、室内の環境を一定に保つ。
【００１４】
全熱交換形換気装置２は、室内外の空気の温度及び湿度の交換を行う全熱交換素子４を有する。図２に示すように、全熱交換形換気装置２は、本体ケース３に全熱交換素子４を配置し、室内空気ファン５を駆動することで、室内空気を室内吸込口６から吸い込み、全熱交換素子４、室内空気ファン５を経由し、室外排出口７から室外へ排出する。
【００１５】
また、室外空気ファン８を駆動することで、室外空気を室外吸込口９から吸い込み、全熱交換素子４、室外空気ファン８を経由し、室内給気口１０から屋内へと取り入れる構成となっている。
【００１６】
全熱交換素子４は、図３に示すように、仕切板４１と間隔保持部材４２とを備える。
【００１７】
方形の仕切板４１とコルゲート形状の間隔保持部材４２とを接着することにより、熱交換ブロック４４ａ、４４ｂを形成する。熱交換ブロック４４ａと熱交換ブロック４４ｂとを交互に積層することにより、仕切板４１と間隔保持部材４２との間には、気流が通過する第一流路４３ａと第二流路４３ｂとが形成される。このとき、第一流路４３ａ及び第二流路４３ｂは、流路の向きが９０度ずつ交互に直交するように、熱交換ブロック４４ａ、４４ｂを積層する。全熱交換素子４では、仕切板４１を介して、２種の気流の熱交換が行われる。
【００１８】
仕切板４１は、図４に示すように、第一透湿膜４１１及び第二透湿膜４１２を有する。      
【００１９】
第一透湿膜４１１及び第二透湿膜４１２は、多孔質シートに高分子化合物を含有させたものである。多孔質シートには貫通孔としての細孔が多数存在しており、細孔の内部には第一高分子化合物または第二高分子化合物が充填され、多孔質シートの両面にも高分子化合物が塗布されることで第一透湿膜４１１または第二透湿膜４１２が形成される。このようにして形成された第一透湿膜４１１及び第二透湿膜４１２を張り合わせ、仕切板４１とすることで、仕切板４１の両面で、吸湿性能が異なる構成となっている。すなわち、第一透湿膜４１１は極性の高い親水性官能基を備えた第一高分子化合物を備え、第二透湿膜４１２は第一高分子化合物よりも極性の低い親水性官能基を備えた第二高分子化合物を備える。親水性官能基の極性の高いほど空気中の水分と親水性官能基が結合しやすくなり吸湿性能が高くなる。従って、仕切板４１の第一透湿膜４１１は吸湿性能が高く、第二透湿膜４１２は第一透湿膜４１１より吸湿性能が低い。
【００２０】
なお、全熱交換素子４の仕切板４１として、ガスバリア性も重要な性質であり、第一透湿膜４１１と、第二透湿膜４１２とのいずれか少なくとも１つがガスバリア性を備えるものとする。
【００２１】
間隔保持部材４２は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、コルゲート形状の間隔保持部材第一透湿膜４２１または間隔保持部材第二透湿膜４２２を備える。間隔保持部材第一透湿膜４２１及び間隔保持部材第二透湿膜４２２の構成は、上記仕切板４１における第一透湿膜４１１及び第二透湿膜４１２と同様である。
【００２２】
間隔保持部材第一透湿膜４２１または間隔保持部材第二透湿膜４２２は、向かい合う仕切板４１の面に用いられる透湿膜と同じ透湿膜を有する。すなわち、図５（ａ）に示されるように第一流路４３ａに配置される間隔保持部材４２であれば、極性の高い官能基を備えた第一高分子化合物を担持した間隔保持部材第一透湿膜４２１が配置される。また、図５（ｂ）に示されるように第二流路４３ｂに配置される間隔保持部材４２であれば、第一高分子化合物よりも極性の低い官能基を備えた第二高分子化合物を担持した間隔保持部材第二透湿膜４２２が配置される構成となっている。この構成により、間隔保持部材４２の表面にも空気中の水分が吸収されるため、空気中の水分を吸収する面積が増える。間隔保持部材４２の表面に吸収された水分は、仕切板４１と間隔保持部材４２とを接着した部分を介して仕切板４１に移動する。これにより間隔保持部材４２から空気中の水分を吸収しない場合と比較して水分をより効率的に交換することができる。
【００２３】
本実施の形態においては、仕切板４１及び間隔保持部材４２に用いられる多孔質シートとして、例えばポリテトラフルオロエチレンを用いる。第一透湿膜４１１、４２１には、（３‐アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウムクロリドを極性の高い第一高分子化合物として担持させる。第二透湿膜４１２、４２２には、アリルアミンを極性の低い第二高分子化合物として担持させる。
【００２４】
熱交換ブロック４４ａは、図５（ａ）に示すように、仕切板４１の第一高分子化合物を担持する第一透湿膜４１１側の面に、間隔保持部材第一透湿膜４２１を備えた間隔保持部材４２を接着したものである。熱交換ブロック４４ｂは、図５（ｂ）に示すように、仕切板４１の第二高分子化合物を担持する第二透湿膜４１２側の面に、同じく間隔保持部材第二透湿膜４２２を備えた間隔保持部材４２を接着したものである。
【００２５】
全熱交換素子４は、この熱交換ブロック４４ａ、４４ｂを、図３に示すように、交互に積層することで構成される。すなわち、仕切板４１の第一透湿膜４１１同士及び第二透湿膜４１２同士が向かい合うように間隔保持部材４２を介して積層される。
【００２６】
積層した熱交換ブロック４４ａ、４４ｂの間に形成される第一流路４３ａは、第一透湿膜４１１同士が向かい合う通風路であり、第二流路４３ｂは、第二透湿膜４１２同士が向かい合う通風路であるものとする。
【００２７】
本実施の形態の全熱交換素子４及び全熱交換形換気装置２の動作について、説明する。
【００２８】
本実施の形態における全熱交換素子４は、第一流路４３ａと第二流路４３ｂとで吸湿性能が異なる透湿膜を仕切板４１の一方の面と他方の面に各々担持することで、仕切板４１の一方の面と他方の面で透湿を開始する湿度が異なる。
【００２９】
通常であれば、湿度が高い空気から低い空気へと仕切板４１を介して水分移動が行われる。本実施の形態における仕切板４１の第一透湿膜４１１は例えば湿度が２０％で透湿が開始され、第二透湿膜４１２は、第一透湿膜４１１よりも高い湿度、例えば湿度が６０％前後の際に透湿が開始されるため、第一流路４３ａを通過する空気よりも第二流路４３ｂを通過する空気の方が湿度が高い場合であっても、一定条件下においては第二流路４３ｂ側からの水分移動を抑制することができる。すなわち、第二流路４３ｂを通過する空気は、湿度を維持したまま、全熱交換素子４を通過することができる。
【００３０】
例えば、全熱交換形換気装置２において、第一流路４３ａを流れる室内空気の湿度が３０％の場合において、第二流路４３ｂを流れる室外空気の湿度が２０％以下であれば、通常通り室内空気から室外空気へ第一透湿膜４１１および第二透湿膜４１２を介して水分移動が行われる。
【００３１】
しかし、一定条件下、すなわち、室外空気の湿度が４０％前後の場合には、湿度が６０％に達していないため第二透湿膜４１２において透湿は開始されず、室外空気は湿度を維持したまま、全熱交換素子４を通過する。すなわち、室内空気より室外空気の湿度が高いにもかかわらず、室外空気から室内空気への水分移動が抑制される。
【００３２】
室外湿度の湿度が７０％以上の高湿状態であれば、通常通り第二透湿膜４１２は透湿を開始し、室外空気から室内空気へ第二透湿膜４１２から第一透湿膜４１１へと水分移動が行われる。
【００３３】
なお、透湿膜から透湿が開始される湿度は、透湿膜に担持する高分子化合物の種類、すなわち高分子化合物の親水性官能基の極性の強さによって異なる。
【００３４】
また、本実施の形態における全熱交換形換気装置２において、第一流路４３ａは、室内吸込口６から吸い込んだ室内空気を室外排出口７から室外へ排出する排気流路であり、第二流路４３ｂは、室外吸込口９から吸い込んだ室外空気を室内給気口１０から室内へ取りいれる給気流路である。室外の空気は、所定の相対湿度に達していない場合は、全熱交換素子４において水分移動は行われない。
【００３５】
例えば、冬季など室内の湿度が例えば３０％と低い場合において、室外の空気が２０％以下や７０％以上であるときは、全熱交換素子４を介して室内の空気と室外の空気とで全熱交換が行われる。室外の空気が４０％前後であるときは、第二面４１ｂにおいて水分移動は抑制され、室外の空気をそのまま室内に供給することができる。
【００３６】
このように、室内の空気が低い場合など一定条件下において、第二流路４３ｂを流れる空気から第一流路４３ａを流れる空気への水分移動を抑制して、全熱交換素子に空気を流すことができる。すなわち、全熱交換形換気装置において、室外の空気の水分を室内の空気へ移動するのを抑制し、室外の空気を室内に取り込むことができる。そのため、乾燥した室内に室外の空気の水分を効率よく供給して湿度を上げることができる。
【００３７】
なお、仕切板４１及び間隔保持部材４２に用いられる材料は、本実施の形態に限られるものではなく、多孔質シートは、透湿性と伝熱性を兼ね備えたものであり、
ポリテトラフルオロエチレンやエチレン‐テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン‐六フッ化プロピレン共重合体などのフッ素系基材などが挙げられる。
【００３８】
なお、多孔質シートの細孔の径の平均は例えば０．０１〜１００μｍ、より好ましくは０．５〜５μｍであって、厚さは例えば０．１〜２００μｍ、より好ましくは１〜６０μｍのものである。細孔径が０．０１μｍを下回ると、高分子化合物が多孔質シートの細孔内に充填しにくくなり、多孔質シート内部に微細な空間が生じて水の移動抵抗となるため、仕切板４１として透湿性能が低下する恐れがある。細孔の径が１００μｍを上回ると、多孔質シート内部に充填した高分子化合物が、水の吸脱着によってその体積を変化させた場合に、多孔質シートから抜け落ちてしまいガスバリア性が低下する可能性がある。さらに多孔質シートの厚みが０．１μｍを下回ると多孔質シートの強度が低くなりすぎて仕切板４１とした場合に強度が不足してしまう恐れがある。多孔質シートの厚みが２００μｍを上回ると、水が多孔質シート内部を通過する移動距離が長くなり、水の移動抵抗が増加するため、仕切板４１とした場合に透湿性能が不足してしまう恐れがある。
【００３９】
なお、本発明の多孔質シートは、例えば空隙率が５〜９５％、より好ましくは５０〜９５％のものである。空隙率が５％を下回ると、空隙の割合が小さくなりすぎて、仕切板４１とした場合に透湿性能が不足してしまう恐れがある。また、空隙率が９５％を上回ると、空隙の割合が大きくなりすぎて仕切板４１とした場合に強度が不足してしまう恐れがある。
【００４０】
なお、多孔質シートが薄い場合や光の透過性の高い素材を用いた場合、光重合開始剤を用いることで熱重合開始剤の場合に必要となる加熱乾燥炉が不要となるため、より少ないエネルギーで生産することが可能となり好適である。
【００４１】
なお、本発明の多孔質シートの材質は耐水性を備えていれば特に制限は無く、無機材料ではガラス、アルミナまたはシリカなどのセラミックスなどが挙げられる。また、有機材料では、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、麻、ポリエステル、ポリケトン、ポリアミド、エチレン‐テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン‐六フッ化プロピレン共重合体などが挙げられる。形状はフィルム状のものや、不織布、織布など前記条件を満たすものであれば特に制限は無く、単一材料からなるものでも複合材料からなるものでも良い。特に親水性の多孔質シートであるガラス、アルミナ、シリカ、ポリウレタン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、麻、ポリアミドなどが好ましい。
【００４２】
なお、本発明の細孔は直線的なものより、曲線部を備えているもしくは分岐しているか途中で孔径に変化を生じているなどの複雑な形状がより好ましい。これは、特に細孔が直線的な形状の場合、水の吸脱着によって親水性高分子化合物３がその体積を変化させることで、多孔質シートから抜け落ちてしまいガスバリア性が低下する可能性が他の形状に比べ高いためである。
【００４３】
なお、本稿の実施の形態では多孔質シートの両面に第一高分子化合物または第二高分子化合物が塗布されているが、片面に塗布される場合でも効果は同じである。
【００４４】
また、第一透湿膜４１１、４２１に用いられる極性の高い第一高分子化合物としては、例えば（３‐アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウムクロリド、［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド３、（ビニルベンジル）トリメチルアンモニウムクロリド、［２‐（メタクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウムクロリド、トリメチルビニルアンモニウムブロミド、ジアリルジメチルアンモニウムクロリドなどの第四級アンモニウムやその誘導体が挙げられる。
【００４５】
また、第二透湿膜４１２、４２２に用いられる極性の低い第二高分子化合物としては、例えばアリルアミン、アクリルアミド、メタクリルアミドなどの第一級アミンや、その誘導体が挙げられる。また、アクリル酸２‐（ジメチルアミノ）エチル、メタクリル酸２‐（ジメチルアミノ）エチル、メタクリル酸２‐（ジメチルアミノ）プロピル、アクリル酸３‐（ジメチルアミノ）プロピル、Ｎ‐［３‐（ジメチルアミノ）プロピル］メタクリルアミドなどの第二級アミン、第三級アミンやその誘導体も挙げられる。
【００４６】
上述のように、本実施の形態における全熱交換素子４は、透湿性を有する仕切板４１とコルゲート形状の間隔保持部材４２とを有する全熱交換素子４であって、仕切板４１は、第一高分子化合物を有する第一透湿膜４１１と、第一高分子化合物よりも極性の低い第二高分子化合物を有する第二透湿膜４１２とを備え、複数の仕切板４１は、第一透湿膜４１１同士及び第二透湿膜４１２同士が向かい合うように、仕切板４１とコルゲート形状の間隔保持部材４２とを交互に積層し接着したものであり、第一透湿膜４１１が向かい合う間に第一流路４３ａを、第二透湿膜４１２が向かい合う間に第二流路４３ｂを形成した構成である。
【００４７】
これにより、全熱交換素子４の仕切板４１の第一透湿膜４１１に用いられる第一高分子化合物より極性の低い第二高分子化合物を仕切板４１の第二透湿膜４１２に用いることで、極性の低い第二高分子化合物を用いた第二透湿膜４１２からは第一透湿膜４１１より水分が吸収されにくくなるため、室内の湿度が低い場合など一定条件下において、第二流路４３ｂに流れる空気から第一流路４３ａを流れる空気への水分移動を抑制して全熱交換素子４に空気を流すことができる。
【００４８】
また、第一高分子化合物は、強塩基性の物質であり、第二高分子化合物は、弱塩基性の物質であることが好ましい。
【００４９】
また、間隔保持部材４２は、間隔保持部材４２を介して向かい合う透湿膜に用いられる吸湿剤と同じ吸湿剤を有することが好ましい。
【００５０】
また、全熱交換形換気装置２は、室外の空気を室内へ取り込み、室内の空気を室外へ排出する全熱交換形換気装置２であって、上記のいずれかに記載の全熱交換素子４を備え、第一流路４３ａは、室内の空気を通風させる排気流路であり、第二流路４３ｂは、室外の空気を通風させる給気流路である。これにより、第一面４１ａ側の流路に室内の空気を流し、第二面４１ｂ側の流路に室外の空気を流すことにより、室外の空気から室内の空気への水分移動を抑制して室外の空気を室内に取り込むことができる。結果として、乾燥した室内に室外の空気の水分を効率よく供給して湿度を上げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように本発明にかかる全熱交換素子及び全熱交換形換気装置は、一定条件下において、室外の空気から室内の空気への水分移動を抑制して室外の空気を室内に取り込むことができ、乾燥した室内に室外の空気の水分を効率よく供給して湿度を上げることを可能とするものであるので、全熱交換素子及び全熱交換形換気装置等として有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１    家
２    全熱交換形換気装置
３    本体ケース
４    全熱交換素子
５    室内空気ファン
６    室内吸込口
７    室外排出口
８    室外空気ファン
９    室外吸込口
１０    室内給気口
４１    仕切板
４１ａ    第一面
４１ｂ    第二面
４１１    第一透湿膜
４１２    第二透湿膜
４２    間隔保持部材
４２１    間隔保持部材第一透湿膜
４２２    間隔保持部材第二透湿膜
４３ａ    第一流路
４３ｂ    第二流路
４４ａ    熱交換ブロック
４４ｂ    熱交換ブロック
【図１】
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【図２】
2018004134.tif 000004
【図３】
2018004134.tif 000005
【図４】
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【図５】
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