JPS6047520B2 - 全熱交換換気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規な空気全熱交換換気装置に関する。

更に詳しくは、運転動力消費エネルギーが小さく、取扱
いが簡単で、かつも効率よく空気中の湿分を交換し、か
つ同時に熱交換機能をもつ新規な全熱交換換気装置に関
する。

従来、空気中の湿分（水分）を除去し、液湿する方法と
して、例えば冷却法、吸収法、吸着法、圧縮法あるいは
乾燥空気を混入する混入法などがあり、それぞれ装置化
され実用に供されている。

これらの方法のうち冷却法では、湿り空気をその露点よ
りも低い温度の液面または固体壁面と接触させ、湿分を
凝縮させることによるものであるが、液温操作が間接的
であり、冷却側の流体の冷却操作を行なわなければなら
ない。従つてこの方法による液湿効率はその装置によつ
て消費されるエネルギー量からみて必ずしも高くはない
。吸収法は、湿り空気を吸湿性の固体または液体と接触
させて、水蒸気を化学的にあるいは物理的に吸収除去す
る方法であるが、コスト上吸収剤の再生使用が必要であ
り、特に連続的操作を行なう場合には並行して吸収剤の
再生操作を行なう必要がある。従つて、装置は大型化し
、エネルギー的には必ずしも有利な方法ではない。吸着
法は、湿り空気を固体吸着剤と接触させて湿分を吸着分
離する方法てあり、吸着剤の選定によつては常温下でも
かなりの液湿が可能ではあるが吸着剤の価格も高く、連
続的に一定の湿度の空気を得るためには、吸収法と同様
に吸着剤の再生操作が必要でありエネルギー的にみて必
ずしも有利な方法ではない。

圧縮法ば、湿り空気を一定温度に保ちながら圧Ｊ縮して
全圧を高め、空気の飽和湿度を減少させる原理に基づく
ものであるが圧縮と並行した冷却操作が必要である。

従つて、設備費と動力費が大であり、高圧の低湿ガスを
必要とする場合にのみ適合し、汎用的な液湿にはコスト
的に有利な方法と門はいい難い。上記の従来法は、確か
に要求される液湿を可能にはしているものの、空気中に
気相として存在する湿分を一旦水、すなわち液相として
、あるいは特定の化合物との混合物や物理的又は化学的
な吸着物として捕捉するものてある。

すなわち、気相から液相あるいは固相への相変化を伴な
う方法である。更に、これらの方法の殆んどは湿分を捕
捉するための捕捉剤を、その都度再生することを要求す
るものである。それ故、これらの方法はその原理上ある
いは操作上に由来するところの装置運転エネルギー及び
装置（捕捉剤も含めて）のコスト面での、更に操作の容
易さでの問題点を有している。

従つて、装置コストが安価でしかも空気中の湿分を効率
よく除去できる装置の出現が多方面から渇望されていた
。また一方従来、系内（例えは室内）の空気を換気する
方法として、例えばサイフオンゼツト、換気扇、あるい
はダクトによる方法が汎用されている。

その原理は単に汚染された空気が排出し、清浄な空気と
交換するもので、その動力としては風力あるいは電気モ
ーターなどによるファンの回転によつている。上記の従
来法は、確かに要求される換気は可能にしているものの
、換気に供される空気及び排気される空気の持つ熱との
相互作用とは無関係の状態で行なわれている。

換気は一般の家庭から病，院、興業場所、工場、交通機
関さらに特殊な環境をもつ場所など広範囲に実施されね
ばならず、特に一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスなど有
害ガス、臭気の除去、酸素欠乏防止のため、その換気量
や換気回数は予想以上に大きい。例えば住宅、アパート
では最低１７イ／人・時の換気が要求され、興業場ては
２５〜７５ｄ／人・時、換気回数は最低６回／時要求さ
れる。このような大量空気の換気が要求され、しかも冷
暖房実施下においては、従来法による換気では折角冷さ
れ、あるいは暖め！られた空気はそのまま換気時に無駄
に廃棄されてしまう。これらの欠点を補う目的で、透湿
性膜として紙を多数の波状に折り曲げた板状体を交互に
積重ねる直交流型全熱交換換気装置も知られている（特
く公昭４７−１９９９０号公報参照）が、材質が紙であ
るため、排出される空気中の一酸化炭素が炭酸ガスが、
導入される新鮮空気中に侵透混入し、換気効果を低下せ
しめたり、更に強度の面からもその厚みは、薄くてもせ
いぜい２００μ程度が限度であり、その為、透湿速度の
向上に限界がある。

全熱交換とは顕熱と潜熱とが交換されることであつて、
通常、潜熱が大半を占めている。潜熱交換が湿分の移動
によつて達成されることを考えれは、上記の如く透湿速
度の向上に限界があることは大きな欠点であるといわざ
るを得ない。又、波状形状に由来して耐熱性や単位容積
当りの有効表面積が必ずしも充分に大きいものではなく
、又、汚れ゛を簡単に水洗によつて除去することができ
なかつた。かかる欠点を改良する試みとして、特開昭４
８−４９０５８号、同４８−１００７４５号及び同４９
−１７５５鰻各公報に、例えば２種の流体の通路が本質
的に四辺形を有する例（同４８−４９０５８号）やプラ
スチックフィルム、多孔質セラミック、紙、不織布など
で形成された厚さ０．１００ＴＩｒｆｔ１直径３Ｔ！ｒ
！ｎのクラフト紙バイブ（同４８−１００７４５号）あ
るいはそれらに後処理したもの（同４９−１７５５０号
）等が記載されている。

しかし、かかる試みは、確かにある点では前記直交流型
全熱交換換気装置を改良するものではあるが、そこで使
用されるバイブはそれらの実施例にある如く、クラフト
紙等を三角形、四角形等を筒状に作成したり、かく作成
されたものを多価アルコール又は潮解性無機塩で処理し
たりしたものであつて、出来上つた筒の均一性及び製作
プロセスの簡便さ等において工業上大きな不都合を有す
るものである。

本発明者らは、かかる従来法の欠点を改良すべく鋭意研
究した結果、特定の有機高分子の特定の寸法の中空管を
利用することにより、高性能であり、製品の均一性も高
く、運転条件に対するフレキシビリテイにすぐれ、かつ
製作プロセスも極めて簡便な全熱交換換気装置を作成し
え、本発明に到達したものである。

即ち、本発明は温度及び／又は湿度の異なる二種頼の空
気を中空管状透浸膜を介して接触せしめ、温度及び／又
は湿分を交換せしめる装置であつて（１）該中空管状透
湿膜が溶融紡糸可能な再生セルロースの中空管状膜に多
価アルコールを含浸させた素材で構成され、（Ｉｉ）該
中空状透湿膜の内径ｄ及び膜厚がそれぞれ０．５〜５．
０Ｔ！Ｕｎ及び１０〜２５０μの範囲にあり、かつ（１
１１）中空管状透湿膜の有効長Ｌと内径ｄの比がである
ことを特徴とする全熱交換換気装置である。

本発明における中空管状透湿膜とは、セルロースの低級
アルキルエーテル又はセルロースの酢酸エステル等によ
る再生セルロースであり、特に好ましくは該再生セルロ
ースに多価アルコール特にグリセリンを含浸させた素材
で構成されるものである。従来、物質交換を目的とした
有機高分子のフィルムとしてあるいは中空糸用素材とし
て種々のものが挙げられている。

例えばポリエステル系高分子、ポリアミド系高分子、ポ
リプロピレン、ポリスチレン他多数あるが、これらの中
で、透湿性のすぐれているものは再生セルロース系やポ
リビニルアルコール系である。

しかし、ポリビニルアルコール系は、溶融成形性におい
て劣つており、再生セルロース系が好ましいものである
。中でも酢酸セルロースから得られた再生セルロースが
特に好ましいものである。本発明における換気装置を構
成する中空管の諸元は管内径をｄ１膜厚をｔ、有効長を
Ｌとした場合の各式を同時に満足するものである。

全熱交換型換気装置においては、エネルギーを回収する
効率は、全熱交換量（即ち、顕熱交換量と潜熱交換量）
の他に、送風動力費を考慮せねばならない。

顕熱及び潜熱（即ち湿分）の交換速度を大きくするには
膜厚ｔはできるだけ薄い方が良い。又、接触面積を大き
くするには内径ｄができるだけ小さい方がよく、内径ｄ
を小にするとそれだけ膜厚ｔも小さく出来るのであつて
交換効率は益々上昇することは容易に理解しうる。しか
し、内径ｄが小さいことは、送風圧損を大とし、又排気
、吸気中に含まれるゴミによりバイブが汚染され、更に
は閉塞される。

又、あとで洗浄する上においても非常な困難を伴うもの
ものである。更に、内径を小にすると、全熱交換効率は
上昇するが、送風に要する動力が大になる為、全体とし
てのエネルギー回収率は低下するのである。

又、反面、内径を大とすると送風動力は軽減されるが、
有効面積が容積に比して小さくなり更には、バイブの機
械的強度を保つ為に肉厚を大とせねばならず、その為、
熱湿交換効率が低下するのである。本発明の一つの特徴
は、本発明における中空管』が連続的に製造しうること
であり、かかる特徴は材質及び内径、膜厚の最適な本発
明の組合せにより初めて達成されるものである。

又、本発明においては、中空管の内径ｄと、中空管の有
効長Ｌとの間に １００≦Ｌ／ｄ≦７００ なる関係があるのである。

かかる、Ｌ／ｄの値は、予定される運転条件即ち、平均
流速■に従つて、最も好ましい値が存在し、それらは“
（１）２ｒ！１．１ＳｅＣ≦■≦４ｒｒ１，Ｉｓｅｃの
場合３５ＫＬ／ｄ〈７００（２）４７Ｔ１．ＩＳｅＣ＜
■≦６ｍ１ｓｅｃの場合２５０≦Ｌ／ｄ≦５００（３）
６ＴＬ．ＩＳｅＣ＜ｎの場合 ２００＜Ｌ／ｄ〈４００ の範囲である。

更にある場合、即ちｄ＝１０ｒｒＬＩｍ．．Ｌ＝１．０
ｍ，．Ｕ＝２ＴＬ．ＩＳｅＣにおいてはＬ／ｄ＝１００
０においても総合熱交換効率が０．７７となり十分高い
値を示す。しかし、このような条件では、中空管による
圧損が大となる傾向にある。以上の事実より、Ｌ／ｄは
３５０〜４００が特に好ましい。

これは、フレキシビリテイーの高い装置を作る上におい
て重要なことである。即ち、ある特定の諸元をもつ全熱
交換気を特定の場所に設置した場合、季節や、天候等に
より所望する熱交換量が変動する。

かかる場合、その都度設備を変更することは多大な費用
と労力を要する為、出来れば運転条件を変更して、その
変動に対応するのが望ましい。ところで中空管状膜を有
する全熱交換装置においては、全体としてのエネルギー
効率は全熱交換量のみでなく、所要動力の影響も受け、
いたずらに運転条件を変えると圧損の大きい所ではかえ
つてエネルギーの損失となる場合が発生することは第一
表の総合熱効率の欄より明らかである。従つて、かかる
運転条件の変化に対しても、その性能を高く維持出来る
ような全熱交換量が望ましい。

本発明によれば、かかる理想的な全熱交換器提供するこ
とが可能となるのである。

以下、実施例をあげて、本発明の効果を更に明らかにす
る。

本実施例中、θは換気風量〔ＤＩＨＯ、ΔＨＯは、排気
空気と導入空気とのエンタルピー差〔ＫＣａｌｌ７Ｔｌ
〕、ΔＨ１は全熱交換量〔ＫｃａｌＩＨＲ〕、ΔＨ２は
送風動力熱量換算値〔Ｋｃａｌｌｌ（Ｒ〕、φは全熱交
換率〔−〕、Ｐは送風動力〔ＫＷ〕、ΔＰは中空管内側
の入口、出口間の圧力損失〔ＷｎＡｇ〕、Ｕは中空間内
平均風速〔７ＴＩ．１ｓｅｃ〕、Ｎは中空管本数〔−〕
、ｔは中空管膜厚〔ｍ〕、Ｌは中空管有効長〔ｍ〕、φ
Ｔは送風動力を考慮した総合熱交換効率〔−〕であり、
各定数及び変数の間には以下の関係式が成立する。

〔但し、ηＴは送風機の容積効率であり、ηＴ＝０．６
０とする。

〕〔但し、Ｅは冷凍機の成績係数てあり、Ｅ＝４．０と
する。

〕実施例１ ２８．５重量％のポリエチレングリコール（分子量４０
０）を可塑剤として含有する重合度１８０のセルローズ
アセテートをアセトンに溶解させて、２呼量％のセルロ
ーズアセテートのアセトン溶液を作り、ガラス板上にキ
ヤステインデ法で成膜した。

かくして得られた膜をカセイソーダ水溶液（ＮａＯＨ３
．Ｏ重量％）中で８０℃、３分間けん化し、水洗後グリ
セリンを含浸させ、乾燥し膜厚１０８μのセルローズ膜
を得た。

かくして得られた膜の透湿性能をＪＩＳＺＯ２Ｏ８−１
９５３規定のカップ法で測定した。比較の為に市販の直
交流積層型全熱交換気扇（三菱電機製“ロスナイ２１Ｖ
−１５００）に使用されている特殊合成紙（膜厚２０８
μ）についても同様に測定した。

結果を第１図に示す。本発明の膜の透湿量が優れている
。

中空管状にすれば膜厚が更に薄く出来、本発明の優位性
を示している。実施例２ 実施例１と同一要領で作成したセルローズフィルム（膜
厚１００μ）につき、一酸化炭素及び炭酸゛ガスの透過
量を実測した。

測定方法は、吸排気及びサンプリング用の枝管を有する
上下２ケのガラスカップ（４５ｍｔ）を用い、その開口
面で上記フィルムをはさみ、容器とフィルムとの接触部
に真空グリースで空気洩れのないようにした後、下側に
室内空気を導入し、シリコンゴム栓で密封した後、上側
容器内を１００％炭酸ガス又は１００％一炭化炭素です
ばやく置換し、３紛後に下側容器内のガスを０．５ｍ１
サンプリングし、ガスクロで炭酸ガス又は一酸化炭素の
ＶＯｌ％を測定した。比較の為に、実施例１で用いたの
と同じ特殊合成紙に関し、同様の試験を行つた。

但し、サンプリングは２分後に行つた。いずれもガス透
過明積は約６ｃｒ１てあつた。

結果を下表に示す。上記表より、特殊合成紙に比較して
、本発明の方が、換気により排出すべき炭酸ガス・一酸
化炭素のガス遮断性において格段に優れている。

実施例３２８．５重量％のポリエチレングリコール（分
子量４００）を可塑剤として含有する重合度１８０のセ
ルローズアセテートチップから、特公昭５１−４９０１
２号公報に開示されている方法を利用して、中空バイブ
を製造し、３重量％苛性ソーダ水溶液中８０℃、３分間
ケン化した後水洗し、４呼量％グリセリン水溶液中に１
分間通過させて、グリセリンを含浸させることにより膜
厚が７５μで平均内径が０．５？、１．０Ｔｎ１ＴＬ及
び１．５？の三種の再生セルローズ中空管状膜を作成し
た。

内径１００Ｔｒ０ｆＬのアクリル筒を用い、中空管の内
径０．５順の場合は１２０００本、内径１．０ＷＬの場
合は３０００本、内径１．５Ｔ０！Ｌの場合は１３００
本になるように夫々均一に充填し、中空管束の占める断
面がアクリル筒の断面の約３０％になるようにして、夫
々有効長０．２５ｒｒ１，、０．５ｍ１及び１．０ｍ，
のモジュールを作製した。

中空管端はウレタン系樹脂でシールした。試作したモジ
ュールの構造例を第２図及び第３図に示す。室温２６℃
、相対湿度５５％に温湿調節された床面積６０イ、容積
１８０ｄの部屋Ａの中央に、断熱壁に囲まれ、温度３０
℃、相対湿度８０゜Ｃにコントロールされた内容積略２
０ｄの恒温湿室Ｂを設け、上記モジュールで空気Ａと空
気Ｂ間の熱湿交換を行なわせた。

温度は熱電対で測定し、湿度は、各室間Ａ，Ｂについて
はアースマン通風式湿度計によりモジュールから排出さ
れる各空気については、ＡＹ−２型鋭感湿度計（Ａｃｅ
ＳｃｉｅｎｔｉｆｊｃＬｌｂＯｒａｔＯｒｙ社製）で測
定した。各空気の流量は、同一流量になるようにバルブ
でコントロールされ、ローターメーターで測定した。

中空管状膜の入口、出口間の圧損を測定し、中．空管状
膜の流動抵抗に基づく送風に必要な理論動力を算出した
。

結果を第１表〜第３表に示す。

実施例４ 実施例３と同様にして、平均内径５Ｔ０ｎ、膜厚２２０
μの中空管状膜を作成し、同様に内径１００ｍｍのアク
リル円筒に１２０本充填し、有効長０．５Ｔｎ．、１ｍ
及び２７ｎのモジュールを作成した。

実施例３と同様にしてモジュールの性能試験を行つた。

結果を第４表に示す。以上詳細に説明したように、本発
明の装置は、消費動力エネルギーが小さくて済む振め、
装置もａ同効率で比較するなら従来の調湿装置に比べて
小型化でき、また騒音の発生も極めて小さく更には操作
も簡単であり、安全性も高いという極めて優れた特徴を
有する。

従つて、その使用分野も従来の装置が使用されている分
野は当然てあり、その他これらの特徴を生かして種々の
分野において有利に使用されることができる。例えは家
庭用の小型のものから病院、学校、ビル、交通機関ある
いは実験用、工業用、更には圧空使用機器用の減湿空気
供給装置としても有用である。また本発明の全熱交換換
気装置は上記全熱交換機能にあわせ効率のよい換気機能
も兼ね備えているので、その使用分野は従来の換気装置
が使用されている分野は当然であり、その他本発明の装
置の特徴である換気されるべき空気Ａと温度差のないあ
るいは温度差の小さい清浄空気を供給し得ること、すな
わちヒートショックを伴なわない換気が可能であること
、装置を構成する材料が高分子物質であることから重量
も少さく、耐薬品性や耐熱性もすぐれ、又汚れを洗浄に
よつて除去することができ、補修の必要性も非常に低い
こと等を理由で家庭用、さらには病院、学校、ビル、交
通機関用あるいは実験用、工業用の換気装置として有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の結果を示すグラフである。 第２図及び第３図は実施例２及び３、４で使用し実験装
置の外概図及び断面図てある。１，２及び３，４は空気
の出入口であり、５は１脂、６は中空管状透湿膜、７は
容器を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 温度及び／又は湿度の異なる二種類の空気を中空管
   状透湿膜を介して接触せしめ、温度及び／又は湿分を交
   換せしめる装置であつて（ｉ）該中空管状透浸膜が溶融
   紡糸可能な再生セルロースの中空管状膜に多価アルコー
   ルを含浸させた素材で構成され、（ｉｉ）該中空管状透
   湿膜の内径ｄ及び膜厚がそれぞれ０．５〜５．０ｍｍ及
   び１０〜２５０μの範囲にあり、かつ（ｉｉｉ）中空管
   状透湿膜の有効長Ｌと内径ｄの比がＬ／ｄ＝１００〜７
   ００であることを特徴とする全熱交換換気装置。