JP2001330381A - 積層型全熱交換器ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換効率向上のためには、エレメント
積層体の隔壁紙間は狭ピッチ化が好ましいが圧損の増大
を招く。エレメント積層体の本来の性能を発揮させるた
めには、室内外の空気の状態や、換気の緩急に応じて隔
壁紙ピッチを最適となるように可変的に変動すべきであ
る。 【解決手段】 エレメント積層体の構成が積層方向に弾
力性を有する構造とし、積層方向に伸縮押圧機構を有す
る様にし、エレメント積層体の四隅と固定枠体との摺動
部に空気漏れの無いように動シール機構を設け、全熱交
ユニットの作動中に、外的条件に追従して随時、エレメ
ントの積層高さが変動するようにし、隔壁紙ピッチを最
適となるように変動可能な全熱交換器ユニットを考案し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】気体対気体用積層型全熱交換
器ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の全熱交換器エレメント積層体（以
下「エレメント積層体」という）の全体構造は、例えば
「特開平１０−２６７５７９号」に示されている。その
構成は、エレメント積層体を枠柱と端面板から構成され
る枠体（以下「枠体」という）で取り囲んだものであ
る。すなわち、エレメント積層体の高さ方向上下の端面
に発泡ウレタンなどでエレメント積層体の保護を目的と
する緩衝剤からなる弾性部材と端面板と四隅の枠柱を介
して組み立てた構造である。従って、組み立てられたエ
レメント積層体はＸ，Ｙ，Ｚ方向３方向ともに固定され
た枠体内に収められ、剛性体の状態にある。

【０００３】一方、枠体内のエレメント積層体そのもの
は、例えば「特開昭５８−００００９５号」に示されて
いるように隔壁としての紙製の平板とスペーサーとして
紙製の波形コルゲート状隔壁紙を交互に積層し、かつ隣
接する波形コルゲート状隔壁紙の山谷部の方向が直交も
しくは斜交するように平板と波形コルゲート状隔壁紙が
山谷部で接着されている。従って、この場合もエレメン
ト積層体は、あたかもハニカム状のトラス構造体となり
積層方向の荷重に対して全く伸縮せず自ずから剛体の状
態となる。他方、エレメント積層体の積層方向の圧縮荷
重に対して、伸縮可能な弾性体エレメント積層体として
は、例えば、「特開平４−０８１７１８号」に示されて
いる様に紙製の平板間のスペーサーとして複数本のスト
ロー様の円管、楕円管などからなる薄肉中空管を平行に
設置接合して積層する構造が知られている。この構造の
特徴として、特に薄肉中空円管の場合には、円管が転動
しやすくかつ直径方向に荷重を受けると弾性変形するた
め、生産技術上の利便性が生じるとしている。

【０００４】即ち、エレメント積層体の組み立て時、円
管の転動性を利用して材料供給ホッパーから薄肉中空円
管を連続供給でき、円管直径方向の弾性変形能を利用し
てエレメント積層体のエレメントを所定高さの枠体内へ
押し込みながら製作できるので、少々の高さ誤差を吸収
でき、組立作業が安易となるとしている。しかし、エレ
メント積層体が、剛性体であれ弾性体であれ、エレメン
ト積層体は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向３方向共に剛性を有する枠
体内に投入されて使用されるので、エレメント積層体全
体としては固定型となる。

【０００５】なお、前記引用例「特開昭５８−００００
９５号」及び「特公平４−８１７１８号」に示されてい
るいずれの積層体においても、枠体とエレメント積層体
の四隅に於いて隙間が存在すると空気の漏洩が生じるた
めに、パテなどのシール剤で固着または固定することが
余儀なくされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の様に、従来の前
記枠体内で使用されている状態のエレメント積層体は
Ｘ，Ｙ方向は勿論のことＺ方向にも固定されている。特
にＺ方向は積層体の高さ方向であり、その固定化は隔壁
紙のピッチを固定することを意味する。一方、隔壁紙の
ピッチはエレメント積層体の性能、即ち全熱（顕熱＋潜
熱）交換効率や圧損などの性能を大きく支配する因子で
あるが、熱交換効率と圧損は相反する挙動を示す。つま
り、熱交換効率向上のためには狭ピッチ化が好ましい
が、圧損の増大を招くこととなり、ファン動力と騒音の
増大を招く。また、狭ピッチの場合には、例えば、室内
空気が有機ガス、タバコの煙や悪臭で汚染されている場
合の様に高速で換気を必要とする時にも、長時間を要す
るという欠点があった。上記の様に、従来型のエレメン
ト積層体のフィンピッチ設定は、熱交換効率と圧損、ラ
ンニングコスト等の妥協の産物であり、エレメント積層
体として本来の性能を発揮させるためには、外的条件
（室内外の温度差、湿度差、室内空気の汚染度の大小や
換気の緩急）に応じて隔壁紙ピッチを最適化となるよう
に可変的に変動すべきであるが、従来のエレメント積層
体は使用中には固定化されているため、この機能を作用
させることは出来なかった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】エレメント積層体の構成
が積層方向に弾力性を有する構造とし、弾力性を有する
エレメント積層体の積層方向に伸縮押圧機構を有する様
にし、そのエレメント積層体の四隅と固定枠体との摺動
部に空気漏れの無きように動シール機構を設け、全熱交
ユニットの作動中に、外的条件（室内外の温度差、湿度
差、室内空気の汚染度の大小や換気の緩急）に追従して
随時、エレメント積層体の積層高さが弾性的に変動する
ようにし、隔壁紙ピッチを最適化となるように可変的に
変動可能な全熱交換器ユニットを考案した。

【０００８】上記の様に、エレメント枠体が積層方向に
伸縮押圧機構が設けられているが、エレメント積層体の
挿入に際しては、その枠体の積層方向の最大長さに対し
て弾力性を有する扁平中空樹脂製スペーサーの機能を作
用させる為、予め圧縮気味に挿入することが望ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】

【手段】積層方向に弾力性を有する構造のエレメント
積層体としては、発明者がすでに、「特願平１１−３６
１４７９号」において提案したように、エレメント積層
体構造として、隔壁紙間に挿入し接着するスペーサーと
しては弾力性に富む樹脂製（例：ポリプロピレンなど）
の扁平楕円管や円管、さらには弾力性に富む樹脂製の中
実海綿状帯（例：発泡ウレタン）等いずれであっても良
いが、好ましくは扁平楕円管が最も好ましい。図５に基
づきそのエレメント積層体の構造を詳述する。

【００１０】平紙もしくは紙面にエンボス成形３ｃした
隔壁紙（熱交換シート）３ａ，３ｂの間隙に、スペーサ
ーとして疲労特性に優れ且つ弾力性に富む扁平楕円管中
空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂを併設、積層した構造と
し、弾力性に富む扁平楕円管中空樹脂製スペーサー２
ａ，２ｂとして用いることにより、 隔壁紙との接着面積増加により円管に比べて耐リー
ク性が良く、 中実海綿状帯に比べて軽量化、省資源、低コスト化
に貢献し、かつ耐久性に優れ（海綿状帯は、長期の荷重
に対いて、挫屈変形しやすく復元力と追従性をを失いや
すい。）、 Ｚ方向（高さ方向）の積層安定化をもたらし、 Ｚ方向（高さ方向）での荷重に対して隔壁紙面全域
に均一な荷重の伝達・分布、即ち均一圧縮性が得られ、
除荷過程でも隔壁ピッチが（管の弾性範囲内では随意の
位置で）均一に復元する性質を持つエレメント積層体を
得る。

【００１１】この、の特性は極めて重要であるの
で、図６、図７を用いて説明する。図６は円管状中空樹
脂製スペーサー１０２ｘ、１０２ｙの積層状態で中心Ｏ
１とＯ２の若干中心線のずれた状態で荷重Ｗが作用する
と２点間にモーメントが働き、積層の安定を欠き同一隔
壁紙（熱交換シート）３ａ，３ｂ内に隔壁紙（熱交換シ
ート）３ａ，３ｂの弛み部や引張部が生じて紙面が波打
つ。円管状中空樹脂製スペーサー１０２ｘ、１０２ｙと
隔壁紙（熱交換シート）３ａ，３ｂ間の接着部は線接合
となり弱く、かつ荷重の増減時に円管状中空樹脂製スペ
ーサー１０２ｘ、１０２ｙはモーメントを受けて転動し
ようとし、使用中に堆積した付近の粉塵を巻き込み接着
部が離れて、型くずれやリークを生じる。一方、図７に
示す扁平楕円管中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂの場合
には、接着部が面接合となり強靱である上に、扁平楕円
管中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂの中心Ｏ１とＯ２の
荷重点がラップ幅Ｌ内にあるためモーメントは殆ど作用
しなくなり長期の繰返し荷重下で隔壁紙（熱交換シー
ト）３ａ，３ｂ紙面の波打や接着部への粉塵の巻き込み
も無く、かつ隔壁紙（熱交換シート）３ａ，３ｂ紙面全
域に均一な荷重が分布荷重として分散してかかり、全面
かつ全層に亘って、均一な隔壁紙間ピッチを得ることが
出来る。

【００１２】この具体的一例として下記仕様のエレメン
ト積層体単体での荷重と圧縮比と隔壁紙間ピッチの関係
を図８に示す。ほぼ弾性体としてのフックの法則が成立
している。 隔壁紙寸法（単位ｍｍ）：幅 １８１×長さ１８１×厚み ０．１ 扁平楕円管（単位ｍｍ）：高さ２．０×幅６．０×厚み０．１５× 長さ１８１（扁平部４．０） 材質 ：ポリプロピレン製 本数 ：５本／隔壁紙 接着剤 ：ホットメルト 塗布条件 （単位ｍｍ）：５条（幅５．８×厚み０．０３） 積層段数 ：１７０ 自由高さＬ０ （単位ｍｍ）：３６６（ほぼ、２．１３×１７０段相当） 圧縮量 ：ΔＬ 圧縮比 ：（ΔＬ／Ｌ０）×１００ このことより荷重１００Ｎ程度の低荷重で容易に隔壁紙
間ピッチを制御出来る。上述のように本発明に用いたエ
レメント積層体３は、Ｚ軸方向の荷重に対して、積層の
全段全域に亘って安定かつ均一に挙動する。つまり荷重
の大小に応じて、可変的に隔壁紙ピッチが連動する。

【００１３】

【手段】上記の様に積層方向で弾性挙動を有するエレ
メント積層体を用いた本発明の手段を以下に説明する。
図１、図２は本発明の一実施例を示す全熱交換器ユニッ
トで、図２は図１のＡ−Ａ断面矢視図である。ユニット
筐体１内の仕切板１ｂと端面版５を介して取り付けられ
た四本の枠柱６と図４に示すその内側の動シール機構を
経て取り付けられたエレメント積層体３を取り付ける。
エレメント積層体３のＺ方向（高さ方向）の上端には、
可動連結棒１２が取り付けられている。この可動連結棒
１２は一対の推進軸１０と推進機構１１や伝達歯車８、
９を介して順転、逆転可能な様にエレメント積層体伸縮
用駆動モーター７に繋がれ動力伝達機構を形成してい
る。この駆動モーター７は、センサー群１３の室内外の
温度差検知センサーＳ１、湿度差検知センサーＳ２、煙
検知センサーＳ３や各種有害ガス及び臭い等を検知する
センサーＳ４等からなるセンサー群からの情報信号を受
けて所定量の順転、逆転を行う。この時の順転量、逆転
量は、予め設定されている最適効率となる隔壁紙間ピッ
チとなるように、マイコン等で駆動モーター７が制御さ
れる。なお、順転により可動連結棒１２を前進させてエ
レメント積層体３を圧縮することにより隔壁紙（熱交換
シート）３ａ，３ｂのピッチが狭められ、逆転により可
動連結棒１２を後退させてエレメント積層体３の圧縮量
を減らすことにより隔壁紙（熱交換シート）３ａ，３ｂ
のピッチが拡大される。ここで、逆転時のピッチ増大の
ためのエレメント積層体３の復元力は、枠柱６にエレメ
ント積層体３を挿入する際に予めエレメント積層体３の
自由高さ（無負荷時の高さ）よりも少々圧縮気味に挿入
すること、即ち、扁平楕円管状中空樹脂製スペーサー２
ａ、２ｂの弾性反力により可動連結棒１２の後退に追従
しやすくしている。｛注：引っ張り気味にすると復元力
が無くなることに加えて、隔壁紙（熱交換シート）３
ａ，３ｂと扁平楕円管中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂ
の接着部が外れる恐れがある。｝ 積層方向を伸縮させる機構の具体例として、図１は、駆
動モ−ター７での駆動の場合を表し、センサーＳ１〜４
からなるセンサー群１３から受けた信号でモーターが順
転・逆転してピッチを変動させる方式である。また、図
３は、圧縮機１６による駆動の場合を表しセンサーＳ１
〜４などからなるセンサー群１３から受けた信号で圧縮
機１６により空気を配管１４を経てエアバッグ１５に注
入排気する。その他、エアシリンダー方式や油圧シリン
ダー方式などいずれを用いても良い。制御すべき空調条
件因子（室内外の温度と温度差、湿度と湿度差、換気速
度、室内空気の汚濁度、静粛度など）を検知した信号に
より予め設定された距離分だけ積層方向伸縮機構を駆動
させることにより、最適効率の隔壁紙（熱交換シート）
３ａ，３ｂ間ピッチで空調することを可能とした。

【００１４】

【手段】前記の様に、エレメント積層体３の４隅と固
定枠体との摺動部に空気漏れが生じない様に、動シール
機構を設けたのでそれにについて説明する。図４に示す
様に、枠柱６とエレメント積層体３の間にゴム板、機密
性発泡スチロール板などからなる緩衝材１８ａ、１８ｂ
を設けその間にテフロン（登録商標）、ポリエチレン等
からなる低摩擦係数の潤滑シート１７ａ，１７ｂを設け
る。緩衝材１８ａはエレメント積層体３の四隅に接着、
緩衝材１８ｂは枠柱６の内面に接着、また、潤滑シート
１７ａは緩衝材１８ａの外面に接着、潤滑シート１７ｂ
は緩衝材１８ｂの内面に接着、潤滑シート１７ａと１７
ｂの互いに接する界面が摺動面となる。この摺動面は緩
衝剤１８ａ、１８ｂの弾力でシールされる。上記のラミ
ネート式動シール機構以外に、エレメント積層体の四隅
と枠柱の間隙に飴ゴム様の粘弾性に富むパテや膜シール
材や空気袋（風船）などを介挿しても良い。

【００１５】

【手段】全熱交換器ユニット枠体内へのエレメント積
層体３の予備圧縮挿入について説明する。エレメント積
層体３を枠柱６と端面板５よりなる枠体内に挿入するに
際し、上記エレメント積層体３の自由高さ（無負荷時の
高さ）よりも少々圧縮気味に挿入すること即ち、ポリプ
ロピレン等の高分子樹脂製ストロー等弾力性を有する扁
平楕円管中空樹脂製スぺーサー２ａ，２ｂの反力を利用
して予めやや圧縮気味に挿入しておくことにより可動連
結棒１２の動きに上記エレメント積層体３が追従しやす
くしている。

【００１６】

【発明の効果】本発明では、全熱交換器ユニットの作動
中に、外的条件に追従して随時、エレメント積層体の積
層高さが変動するようにし、室内外の温度差、湿度差、
室内空気の汚染度の大小や換気の緩急に応じて隔壁紙ピ
ッチを最適化となるように設定し、エレメント積層体と
して本来の性能を発揮させ、効率の良い全熱交換器ユニ
ットを提供することを可能とした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全熱交換器ユニット構
造図

【図２】図１のＡ−Ａ断面矢視図

【図３】積層方向を伸縮させる機構の圧縮機による駆動
の場合

【図４】枠体支柱とエレメント積層体の間動シール機構

【図５】現行の扁平楕円管を併設したエレメント積層体
構造図

【図６】円管を併設した積層状態の全熱交換器エレメン
ト積層体に関する説明図

【図７】扁平楕円管を併設した積層状態のエレメント積
層体に関する説明図

【図８】エレメント積層体単体での荷重と圧縮比と隔壁
紙間ピッチの関係図

【符号の説明】

１ ユニット箇体 １ａ 空気出入り口 １ｂ 仕切り版 ２ａ 扁平楕円管中空樹脂製スペーサー ２ｂ 扁平楕円管中空樹脂製スペーサー ３ エレメント積層体 ３ａ 隔壁紙（熱交換シート） ３ｂ 隔壁紙（熱交換シート） ３ｃ エンボス成形 ４ フィルター ５ 端面版 ６ 枠柱 ７ 駆動モーター ８ 伝達歯車 ９ 伝達歯車 １０ 推進軸 １１ 推進機構 １２ 可動連結棒 １３ センサー群 １４ 配管 １５ エアーバッグ １６ 圧縮機 １７ａ 潤滑シート １７ｂ 潤滑シート １８ａ 緩衝材 １８ｂ 緩衝材 １９ａ 排気ファン １９ｂ 吸気ファン ２０ａ 排気モーター ２０ｂ 吸気モーター １０２ｘ 円管状中空樹脂性スペーサー １０２ｙ 円管状中空樹脂製スペーサー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 全熱交換器エレメント積層体を搭載した
   全熱交換器ユニットにおいて、その積層方向（高さ方
   向）に荷重を受けた際に外力に応じて積層高さが弾性的
   に変動する全熱交換器エレメント積層体を用いることを
   特徴とする積層型全熱交換器ユニット。
2. 【請求項２】 全熱交喚器ユニットに対する外的条件に
   対応して、全熱交換器エレメント積層体の高さ方向に荷
   重を付与又は除去させることにより隔壁紙間隔を可変的
   に伸縮させる機構を有して、最適効率のフィンピッチで
   全熱交換を行うことを特徴とする積層型全熱交換器ユニ
   ット。
3. 【請求項３】 全熱交換器ユニットにおいて挿入された
   全熱交換器エレメント積層体とエレメント積層体枠体内
   壁の摺動部の機構として、動シール機構を取り付けたこ
   とを特徴とする請求項２に記載の積層型全熱交換器ユニ
   ット。
4. 【請求項４】 全熱交換器エレメント積層体を搭載する
   全熱交換器ユニットにおいて、前記エレメント積層体が
   枠体内に圧縮気味に挿入することを特徴とする請求項２
   または３に記載の積層型全熱交換器ユニット。
5. 【請求項５】 全熱交換器エレメント積層体が、弾力性
   を有する扁平中空樹脂製スペーサーであることを特徴と
   する請求項４に記載の積層型全熱交換器ユニット。