JP2001174184A - 熱交換セグメント及びそれを積層した気体対気体用熱交換素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換率や湿分移行性等の諸性能の低下を防
止し得る安価な気体対気体用の熱交換素子及びそれを形
成する為に好適な熱交換セグメントを提供すること。 【解決手段】 気体対気体用の熱交換素子５は、同一タ
イプの熱交換セグメントを積層した構造に設けられ、一
方の気体流路４aとそれと直交する方向に形成された他
方の気体流路４bとに熱交換する気体が供給される。な
お、前記熱交換セグメントは、等間隔に配されている偏
平楕円形の第１中空樹脂製スペーサー２aの上下両面側
に、エンボス２５ａ，２５ｂを形成した熱交換シート３
ａ，３ｂを接着して気体流路４aを形成していると共に
上面側の熱交換シート３ｂ上に、等間隔に配するように
偏平楕円形の第２中空樹脂製スペーサー２bを接着して
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、熱交換セグメント及び
それを積層した気体対気体用熱交換素子に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、広く一般に知られているように、
住宅やオフィス等において使用されている空調換気扇装
置には、空気対空気用の熱交換器が装着されている。

【０００３】その為、既に、それ用の各種型式の熱交換
素子が公知である。例えば、その代表例として、特開平
６−１０１９８８号公報や特開平５−２８８４８８号公
報等において開示されているように、複数の中空樹脂製
スペーサーを熱交換シートの片面に所定間隔に固着して
なる熱交換セグメントを、かかる中空樹脂製スペーサー
の全長方向を交互に９０度ずらした形態に積層せしめた
熱交換素子が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この公知の熱
交換素子は、熱交換セグメントの中空樹脂製スペーサー
を、市販されているポリプロピレン製（以下、単にＰＰ
製という。）等の円形ストローで構成している為に転動
し易く、従って、熱交換セグメントの生産時等における
それの取り扱いが煩わしく、かつ、かかる中空樹脂製ス
ペーサーを熱交換シートに接着する場合において、その
接着面積が不足して十分な強度に固着せしめることが難
しく、それ故、セグメントの強度を高める為に、より多
くの中空樹脂製スペーサーを接着しなければならなくて
材料費が高くなると共に使用済みの熱交換素子を廃棄す
る場合においてその廃棄物量が多くなるといった欠点を
有していた。

【０００５】なお、中空樹脂製スペーサーを円形以外の
形状、すなわち、例えば、正方形や三角形等の角形に設
けたり、或るいは、楕円形に設けたりすることも公知
（例えば、特開昭６２−２９８９８号公報に開示されて
いる。）であるが、そのような角形の中空樹脂製スペー
サーは、特注仕様のものであって高価になり、また、楕
円形の中空樹脂製スペーサーは、市販されているＰＰ等
の円形ストローを所定に変形加工することによって得る
ことができても、上述の接着面積の不足といった欠点を
解消することができなかった。

【０００６】そこで、本発明者の発明に係る先願（特願
平１１−３３０５５４）において、そのような欠点を解
消し得る熱交換セグメント、すなわち、図１６において
示されているように、所定間隔に配された複数の楕円偏
平形の第１中空樹脂製スペーサー２ａに対して下側の熱
交換シート３ａと上側の熱交換シート３ｂとを固着する
と共に上側の熱交換シート３ｂ上に、第１中空樹脂製ス
ペーサー２ａの全長方向と交差する方向にその全長方向
の両端を配するように複数の偏平楕円形の第２中空樹脂
製スペーサー２ｂを所定間隔に固着せしめた熱交換セグ
メントを提案したが、この熱交換セグメントによると、
その所定個数を積層して図１７において示されているよ
うな熱交換素子５を形成することができる。

【０００７】ところが、この積層型の熱交換素子５は、
熱交換する気体を一方の気体流路４ａと他方の気体流路
４ｂとに供給するものであるから、両気体流路同士間に
圧力差Ｐａが生じると、図１８において示されているよ
うに、下側の熱交換シート３ａと上側の熱交換シート３
ｂとが鎖線で示されている状態から互いに接近せしめら
れるように変形されてシート接触部Ａが形成されてしま
う。

【０００８】すなわち、かかるシート接触部Ａの形成
は、一般的な円形の中空樹脂製スペーサーに比して、図
１９において示されている寸法Ｌｂが小さい偏平楕円形
の第１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂを用いる為
に惹起され易く、特に、梅雨時においては、熱交換シー
ト３ａ，３ｂが膨潤されて伸びるので、その影響が付加
されてより一層、顕著である。

【０００９】なお、平面図である図２０において示され
ているように、第１中空樹脂製スペーサー２ａと第２中
空樹脂製スペーサー２ｂとで囲まれた領域の中央部Ｂ
（鎖線部）において形成され易いが、そのようなシート
接触部Ａが形成されると、それが形成されて縮小された
一方の気体流路内の圧力が上昇すると共に拡大された他
方の気体流路内の圧力が低下するから、所定箇所で圧力
バランスが保たれるとしても、シート接触部Ａの形成
は、熱交換素子として要求される諸性能（熱交換率、湿
分移行性、低騒音性、省エネ性等）の低下をもたらす。

【００１０】本発明は、上述の欠点に鑑みて発明された
ものであって、その目的は、気体対気体用の熱交換素子
として要求される諸性能（熱交換率、湿分移行性、低騒
音性、省エネ性等）の低下をもたらすシート接触部Ａの
形成を防止しようとすることである。

【００１１】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する本発明
に係る熱交換セグメントは、請求項１に記載するよう
に、所定間隔に配された複数の偏平楕円形の第１中空樹
脂製スペーサー同士間に前記第１中空樹脂製スペーサー
の全長方向のみの一方向に開口される気体流路を形成せ
しめるように前記第１中空樹脂製スペーサーに熱交換シ
ートを固着すると共に前記第１中空樹脂製スペーサーの
全長方向と交差する方向にその全長方向の両端を配する
ように複数の偏平楕円形の第２中空樹脂製スペーサーを
前記熱交換シート上に所定間隔に固着した熱交換セグメ
ントにおいて、前記熱交換シートにエンボスパターンを
形成したことを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明に係る気体対気体用熱交換素
子は、請求項２に記載するように、上記熱交換セグメン
トを積層したことを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１において、熱交換セグメント
１は、３本の第１中空樹脂製スペーサー２ａに、下側の
熱交換シート３ａと上側の熱交換シート３ｂとを固着す
ると共に、上側の熱交換シート３ｂ上に、３本の第２中
空樹脂製スペーサー２bを固着して構成されている。

【００１４】なお、第１中空樹脂製スペーサー２ａは等
間隔に配されていると共に、第２中空樹脂製スペーサー
２ｂも等間隔に配され、そして、第１中空樹脂製スペー
サー２ａと熱交換シート３ａ，３ｂ、及び熱交換シート
３ｂと第２中空樹脂製スペーサー２bが夫々適当な接着
剤で固着されている。

【００１５】よって、図示のように、第１中空樹脂製ス
ペーサー２ａの全長方向（図示Ｙ方向）のみの一方向に
開口される気体流路４ａが形成されているが、第２中空
樹脂製スペーサー２ｂは、第１中空樹脂製スペーサー２
ａの全長方向（図示Ｙ方向）と直交する方向（図示Ｘ方
向）にその全長方向の両端を配するように設けられてい
る。

【００１６】なお、第１，２中空樹脂製スペーサー２
ａ，２ｂは、図１９においてその断面形状が示されてい
るように、例えば、Ｌａが６ｍｍ、Ｌｂが２ｍｍの偏平
楕円形に設けられている。

【００１７】一般には、Ｌａ／Ｌｂが２〜５に設けられ
るが、このような偏平楕円形の第１，２中空樹脂製スペ
ーサー２ａ，２ｂは、市販されている円形のＰＰ製スト
ローやＰＥＴ製ストロー（ポリエチレンテレフタレート
製ストロー）等を変形加工して得ることができる。

【００１８】このように、本発明に係る熱交換セグメン
ト１は、偏平楕円形の第１，２中空樹脂製スペーサー２
ａ，２ｂを設けている。その為、例えば、塩化カルシウ
ム含浸紙のような伝熱性、通湿性及び難燃性等を付与せ
しめた紙材で構成された熱交換シート３ａ，３ｂを第１
中空樹脂製スペーサー２ａに対して接着せしめる場合に
おいて、両者間の接着面積を大きくすることができて十
分な接着強度を得ることができる。

【００１９】また、このことに基づいて１個の熱交換セ
グメントを生産するのに必要とされる第１，２中空樹脂
製スペーサー２ａ，２ｂの固着本数を減らすことができ
る為に、図２において示されているように、複数の熱交
換セグメント１を積層した場合において、比較的大きな
気体流路４ａ，４ｂを形成することができて低圧損化を
図ることができる。

【００２０】また、偏平楕円形の第１，２中空樹脂製ス
ペーサー２ａ，２ｂは、転動し得ないから、熱交換セグ
メント１の生産時において、その取り扱いが容易であ
り、かつ、偏平楕円形である為、熱交換セグメント１を
積層して熱交換素子５（図２参照）を形成した場合にお
いて、熱交換素子５の形状維持の安定化を図ることがで
き、従って、形崩れ等が発生し難くて形状安定性に優れ
た熱交換素子５を得ることができる。

【００２１】また、第１中空樹脂製スペーサー２ａ及び
第２中空樹脂製スペーサー２bの両端箇所の気密性が良
好になって気体洩れを防止し得るから、一方の気体流路
と他方の気体流路間の気体混合を完全に防止することが
できる。

【００２２】また、偏平楕円形の第１，２中空樹脂製ス
ペーサー２ａ，２ｂは、その幅方向（図１９のＬａ方
向）への曲げ抵抗が大きい為、剛性スペーサーのような
特性を有し、しかも、厚さ（図１９のＬｂ寸法）が小さ
いから、より多くの熱交換セグメント１を積層して熱交
換素子１を形成することができると共に、第１中空樹脂
製スペーサー２ａと第２中空樹脂製スペーサー２ｂとを
直交せしめるような関係に設けているから、適度の剛性
を有する変形し難い熱交換セグメント１を得ることがで
きる。

【００２３】なお、下側の熱交換シート３ａにはエンボ
ス２５ａが所定パターンに形成（図４参照）されている
と共に上側の熱交換シート３ｂにもエンボス２５ｂが所
定パターンに形成（図３参照）されている。

【００２４】その為、熱交換シート３ａ，３ｂの剛性が
一段と強化されて変形し難いので、図２において示され
ている気体流路４ａ，４ｂに気体を供給して熱交換する
場合において、下側の熱交換シート３ａと熱交換シート
３ｂとが互いに接近せしめられるように変形されて接触
されてしまうといった事態の発生を略完全に防止するこ
とができる。

【００２５】また、熱交換する気体と接触せしめられる
熱交換シート３ａ，３ｂの表面積を増加することができ
ると共に、かかる気体を図３，４，６において矢印で示
されている如くに気体流路４ａ，４ｂ内で分岐又は蛇行
せしめて流すことができる為に流路パスを長くすること
もでき、もって、これらの相乗効果として伝熱性及び湿
分移行性を向上させることができる。

【００２６】なお、エンボス２５ａ，２５ｂは、図５に
おいて、下側の熱交換シート３ａと上側の熱交換シート
３ｂとの間隔をＧとすると、その高さＨは、０．３Ｇ以
上から０．７Ｇ以下の範囲に設けられている。しかし、
必要に応じて、０．３Ｇ以上から１．０Ｇ未満の範囲に
設けもよい。

【００２７】よって、流路内気流がエンボス２５ａ，２
５ｂにより、分岐又は蛇行する気流とエンボスを越えて
アップダウンする気流とに分かれて（図６参照）、流路
内で流速や流れ方向が乱れて乱流が生じる。

【００２８】その為、気体流路４ａ，４ｂに沿う直交流
と分岐又は屈曲流とアップダウン流との各種組み合わせ
によって効率の良い対向流が流路内に発生するので、こ
のことに基づいて伝熱性及び湿分移行性を更に向上させ
ることができる。

【００２９】なお、熱交換セグメント１を積層する際に
おいて適当な接着剤が用いられて熱交換セグメント１同
士が固着される。しかし、接着剤を用いないで、例え
ば、図７において示されているような支持具６を用いて
挟持、すなわち、熱交換セグメント１の積層体（熱交換
素子５）を支持具６の下挟持爪６ａと上挟持爪６ｂ間に
挿入してもよい。

【００３０】支持具６の取り付け位置は、一般には、熱
交換素子５の各コーナー部（４個所）であるが、熱交換
素子５は、偏平楕円形の第１，２中空樹脂製スペーサー
２ａ，２ｂによって積層方向に圧縮変形が自在であるか
ら、容易に取り付けることができる。なお、支持具６以
外の手段、例えば、粘着テープ等を用いることもでき
る。

【００３１】よって、図２においてその斜視姿が示され
ているような積層構造の熱交換素子５を容易に得ること
ができる。最上の熱交換セグメント１には、エンボスが
設けられていない熱交換シート３ｃが接着されている。

【００３２】そして、この熱交換素子５によると、一方
の気体流路４ｂと、それと直交する方向に形成された他
方の気体流路４ａとに熱交換する気体を供給、すなわ
ち、例えば、一方の気体流路４ｂに室内からの空気（汚
れた空気）を供給すると共に他方の気体流路４ａに室外
からの空気（新鮮な空気）を供給して熱交換することが
できる。

【００３３】この状態が図８において示されている。同
図において、オフィス等の外壁１１に取り付けられてい
る空調換気扇装置１２は、ケーシング１３内に熱交換器
１４及び換気装置１５等を装着していると共に熱交換器
１４に熱交換素子５を装着している。

【００３４】そして、これの一方の気体流路４ｂに対し
て室内からの空気を供給する為の通路１６及び排気する
為の通路１７と、他方の気体流路４ａに対して室外から
空気を供給する為の通路１８及び室内へ供給する為の通
路１９とを形成するように仕切板２０〜２３等を設けて
いる。

【００３５】なお、熱交換素子５は、消耗品であるから
必要に応じて新しいものと交換されるが、その際、積層
方向の弾性変形が自在である為、熱交換器１４の素子装
着部に対するそれの着脱を容易に行なうことができ、そ
して、交換除去された古い熱交換素子５は廃棄される。

【００３６】以上、一実施形態について述べたが、本発
明においては、熱交換セグメント１の第１，２中空樹脂
製スペーサー２ａ，２ｂは、２本以上、すなわち、必要
に応じて所定本数を選択することができる。

【００３７】また、第２中空樹脂製スペーサー２ｂを、
第１中空樹脂製スペーサー２ａの全長方向（図示Ｙ方
向）と直交する方向（図示Ｘ方向）に配するように設け
ること以外に、例えば、菱形の熱交換セグメントにおけ
るように非直交方向にそれらを配するように設けてもよ
く、要するに、熱交換セグメントの平面視形状に応じて
第１中空樹脂製スペーサー２ａの全長方向（図示Ｙ方
向）と交差する方向に配するように設ければよい。

【００３８】また、市販されている円形のＰＰ製ストロ
ーやＰＥＴ製ストロー等を偏平楕円形に変形加工して第
１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂを構成すること
以外に、他の方法によって偏平楕円形の第１，２中空樹
脂製スペーサー２ａ，２ｂを成形してもよく、かつ、そ
の際、成形材料中にＣａＯ粉を混入して耐火性、接着性
及び強度を向上させてもよい。ＣａＯ粉を混入によって
接着性の向上が図れるのは、ＣａＯ粉等の粉末で粗面化
できるからである。

【００３９】また、熱交換セグメント１は、その平面視
姿が正方形、長方形、菱形等、いかなる形状のもであっ
てもよいと共に、熱交換シート３ａ，３ｂ、３ｃも塩化
カルシウム含浸紙以外の他のものであってよく、更に、
偏平楕円形の各部寸法は、適宜に所定寸法に設けること
ができる。

【００４０】更に、偏平楕円形の第１中空樹脂製スペー
サー２ａに対する熱交換シート３ａ，３ｂの固着（一般
には接着）は、図９及び図１０において示されているよ
うに固着するのが好ましい。

【００４１】図９においては、熱交換シート３ａ，３ｂ
の一端が、偏平楕円形の第１中空樹脂製スペーサー２ａ
の平坦部のみに固着（図示されていない他端も同様に固
着）されている姿が示されていると共に図１０において
は、偏平楕円形の第１中空樹脂製スペーサー２ａの平坦
部及びｒ部に固着（図示されていない他端も同様に固
着）されている姿が示されている。なお、熱交換シート
３ａ，３ｂに分けないで、１枚の熱交換シートを第１中
空樹脂製スペーサー２ａ群に対して巻き回して接着して
よい。

【００４２】このように、第１中空樹脂製スペーサー２
ａに対して熱交換シート３ａ，３ｂの両端を完全に固着
することにより、熱交換シート３ａ，３ｂの両端がその
ように完全に固着されていない場合（例えば、図１０に
おいて、熱交換シート３ａ，３ｂの端が平坦部のみに固
着されてｒ部に固着されていない場合）の欠点、すなわ
ち、熱交換セグメントを積層したときに、その固着され
ていないシート自由端が邪魔をして気体流れが悪くなっ
て熱交換性能を低下させたり、或るいは、シート自由端
が振れて違和感の音（ノイズ）が発生するといった欠点
を解消することができるから、熱交換シート３ａ，３ｂ
の両端を完全に固着するのが好ましい。なお、熱交換シ
ート３ａ，３ｂの使用量削減の面においては前者（図９
の方）が有利であるが、固着（一般には接着）強度の面
においては後者（図１０の方）が有利である。

【００４３】また、下側の熱交換シート３ａ設けられる
エンボス２５ａ及び上側の熱交換シート３ｂに設けられ
るエンボス２５ｂは、必要に応じて所定のパターンに設
けられる。図１１，１２において、エンボス２５ａの他
のパターンが示されているが、エンボス２５ｂについて
も、それと同一パターンではあるが、位相をずらした
り、或るいはパターン方向を変化させて設けることがで
きる。

【００４４】また、エンボス２５ａ，２５ｂの縦断面形
状は、円形、円錐台等、いかなる形状であってもよいと
共にその平面形状も、点状、線状、断続線状、十字状
等、いかなる形状であってもよい。

【００４５】また、必要に応じて、下側の熱交換シート
３ａ及び上側の熱交換シート３ｂの両方又はどちらか一
方の両面にエンボス２５ａ，２５ｂを設けてもよく、更
には、下側の熱交換シート３ａの両面にエンボス２５ａ
を設けた場合等において、必要でなければ、上側の熱交
換シート３ｂにエンボスを設けることを省くことができ
る。

【００４６】要するに、エンボスのパターン形状と配置
に関しては、同一のパターン形状が、セグメントの積層
方向に互いに重ならないような関係を維持し得るように
設ければよく、従って、位相をずらしたり、パターン方
向を変えたりして図１３において示されているような状
態になるのを防止するようにすればよい。

【００４７】なお、図１４において、エンボス２５ａ，
２５ｂが設けられていない箇所における気体流の状態が
示されている共に図１５において、エンボス２５ａ，２
５ｂが設けられている箇所における気体流の状態が示さ
れているが、後者においては乱流によって、伝熱及び物
質移送の性能を低下せしめる境界層を破壊し得るから、
前者よりも有利であることが理解し得る。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によると、生
産性に優れていると共に強度等においても優れている熱
交換セグメントを得ることができ、また、安価で諸性能
（熱交換率、湿分移行性、低騒音性、省エネ性等）が良
好な気体対気体用の熱交換素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱交換セグメントの斜視図である。

【図２】熱交換素子の斜視図である。

【図３】上側の熱交換シートに設けられたエンボスパタ
ーンを示す平面図である。

【図４】下側の熱交換シートに設けられたエンボスパタ
ーンを示す平面図である。

【図５】下側の熱交換シートに設けられたエンボスの高
さを示す図である。

【図６】気体の流れ状態を示す図である。

【図７】支持具の斜視図である。

【図８】空調換気扇装置の横断面図である。

【図９】偏平楕円形の第１中空樹脂製スペーサーに対す
る熱交換シートの固着態様を示す図である。

【図１０】偏平楕円形の第１中空樹脂製スペーサーに対
する熱交換シートの他の固着態様を示す図である。

【図１１】下側の熱交換シートに設けられた他のエンボ
スパターンを示す平面図である。

【図１２】下側の熱交換シートに設けられた他のエンボ
スパターンを示す平面図である。

【図１３】エンボス同士の接触状態を示す図である。

【図１４】エンボスが設けられていない箇所における気
体流の状態を示す図である。

【図１５】エンボスが設けられている箇所における気体
流の状態を示す図である。

【図１６】従来の熱交換セグメントの斜視図である。

【図１７】従来の熱交換素子の斜視図である。

【図１８】従来の熱交換素子におけるシート接触部Ａの
形成状態を示す図である。

【図１９】第１，２中空樹脂製スペーサーの縦断面図で
ある。

【図２０】従来の熱交換素子の平面図である。

【符号の説明】

１：熱交換セグメント ２a：偏平楕円形の第１中空樹脂製スペーサー ２b：偏平楕円形の第２中空樹脂製スペーサー ３a，３b，３c：熱交換シート ４a，４b：気体流路 ５：熱交換素子 ２５ａ，２５ｂ：エンボス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定間隔に配された複数の偏平楕円形の
   第１中空樹脂製スペーサー同士間に前記第１中空樹脂製
   スペーサーの全長方向のみの一方向に開口される気体流
   路を形成せしめるように前記第１中空樹脂製スペーサー
   に熱交換シートを固着すると共に前記第１中空樹脂製ス
   ペーサーの全長方向と交差する方向にその全長方向の両
   端を配するように複数の偏平楕円形の第２中空樹脂製ス
   ペーサーを前記熱交換シート上に所定間隔に固着した熱
   交換セグメントにおいて、前記熱交換シートにエンボス
   パターンを形成したことを特徴とする熱交換セグメン
   ト。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の熱交換セグメントを積
   層したことを特徴とする気体対気体用熱交換素子。