JP2016138707A - 全熱交換素子用仕切部材およびその素材を用いた全熱交換素子および全熱交換形換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、全熱交換素子の通風抵抗、全熱交換効率などの基本的性能を維持しつつ、軽量化でき、低コスト化を図るとともに、間隔保持リブと伝熱板との一体成形品の強度を向上させ、安定して成形することができる量産性の高い熱交換素子を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明は、伝熱板１２どうしの間隔を保持する中空の間隔保持リブ１１を備えた成形品１３を積層して給気風路と排気風路を１層ずつ交互に構成する全熱交換素子４であって、伝熱板１２は、伝熱性と透湿性を備え、間隔保持リブ１１が伝熱板１２の外周を貼り合わせる平面状の接着部１７を備え、排気風路と給気風路のそれぞれの流入部１９と流出部２０の近傍にある接着部１７が外周に沿って凹凸形状を有し、その凸部に風流れ方向に対して少なくとも２種類以上の長さを持つ中空凸リブを備えたとことを特徴とするものであり、これにより所期の目的を達成するものである。【選択図】図５

Description

本発明は、伝熱性と透湿性を有する伝熱板を用いた全熱交換素子、およびその全熱交換素子を用いた全熱交換形換気装置に関するものである。

従来、冷房や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には、熱交換を行うための全熱交換素子が含まれており、給気と排気が交じり合わないようにするガスバリア性（主として二酸化炭素バリア性）が求められる。

それに加え、高い伝熱性、透湿性を維持しつつ通風抵抗を低減しているものもある。（例えば、特許文献１参照）。

これらを実現するために、この種の全熱交換素子は、以下のような構成となっていた。

図８に示すように、合成樹脂の一体成形で形成される間隔保持リブ１０１と連結リブ１０２との間に伝熱性と透湿性を有する伝熱板１０３を挟んだ成形品を排気風路と給気風路を１層ずつ交互に複数積層する構成となっていた。これにより、間隔保持リブ１０１を広い間隔で伝熱板１０３の上に配することができるので、通風路の有効面積が大きくなり、熱交換効率を下げることなく通風抵抗を低減することができる。

特開平３−１１３２９２号公報

上記従来例の課題は、間隔保持リブが合成樹脂の一体成形で形成されるため、間隔保持リブが中実であり重量が重くなることにあった。また、中実であるため、材料の必要体積量が多くなり、材料費が高コストであるという課題があった。

そこで本発明は、上記課題を改善し、全熱交換素子の通風抵抗、全熱交換効率などの基本的性能を維持しつつ、軽量化でき、低コスト化を図るとともに、間隔保持リブと伝熱板との一体成形品の強度を向上させ、安定して成形することができる量産性の高い熱交換素子を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、伝熱板どうしの間隔を保持する中空間隔保持リブを備えた複数の伝熱板を積層して給気風路と排気風路を１層ずつ交互に構成する熱交換素子であって、伝熱板は、伝熱性と透湿性を備え、中空間隔保持リブが伝熱板の外周を貼り合わせる平面状の接着部を備え、排気風路と給気風路のそれぞれの流入部と流出部の近傍にある接着部が外周に沿って凹凸形状を有し、その凸部に長さの異なる中空凸リブを備えたとことを特徴とするものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明は、伝熱板どうしの間隔を保持する中空間隔保持リブを備えた複数の伝熱板を積層して給気風路と排気風路を１層ずつ交互に構成する熱交換素子であって、伝熱板は、伝熱性と透湿性を備え、中空間隔保持リブが伝熱板の外周を貼り合わせる平面状の接着部を備え、排気風路と給気風路のそれぞれの流入部と流出部の近傍にある接着部が外周に沿って凹凸形状を有し、その凸部に長さの異なる中空凸リブを備えたものであり、全熱交換素子の通風抵抗、全熱交換効率などの基本的性能を維持しつつ、軽量化でき、低コスト化を図るとともに、間隔保持リブと伝熱板との一体成形品の必要な強度を確保し、安定して成形することができる量産性の高い熱交換素子を提供することができるものである。

すなわち、本発明によれば、伝熱板どうしの間隔を保持する間隔保持リブが中空であることにより、全熱交換素子を軽量化することができる。さらに、排気風路と給気風路のそれぞれの流入部と流出部の近傍にある接着部が外周に沿って凹凸形状を有し、その凸部に中空凸リブを備えることにより、吸湿や放湿の影響で膨張収縮する伝熱板に対し、中空凸リブが立体構造であるため、折れ曲がりにくく、必要な強度を確保した全熱交換素子を得ることができる。

本発明の実施の形態１にかかる全熱交換形換気装置の設置例を示す概要図 同全熱交換形換気装置の構造を示す図 同全熱交換形換気装置の全熱交換素子を示す斜視図 同全熱交換形換気装置の全熱交換素子を示す分解斜視図 同全熱交換形換気装置の全熱交換素子の成形品のＡ領域を示す平面図 同全熱交換形換気装置の全熱交換素子の成形品のＢ−Ｂ断面を示す断面図 同全熱交換形換気装置の全熱交換素子の成形品の風速分布を示す平面図 従来熱交換形換気装置の全熱交換素子を示す斜視図

以下、本発明の一実施形態を説明する。

（実施の形態１）
図１において、家１の屋内に全熱交換形換気装置２が設置されている。

例として日本の冬季を挙げると、屋内からの空気を、黒色矢印のごとく、全熱交換形換気装置２を介して屋外に放出する。

また、屋外の空気は、白色矢印のごとく、全熱交換形換気装置２を介して室内にとり入れる。

そして、このことにより換気を行うとともに、この換気時に、屋内空気の熱を屋外空気へと伝達し、不用意な熱の放出を抑制しているのである。

全熱交換形換気装置２は図２に示すように、本体ケース３に全熱交換素子４を配置し、ファン５を駆動することで、屋内空気を内気口６から吸い込み、全熱交換素子４、ファン５を経由し、排気口７から屋外へと排出する。

また、ファン８を駆動することで、屋外空気を外気口９から吸い込み、全熱交換素子４、ファン８を経由し、給気口１０から屋内へと取り入れる構成となっている。

また、全熱交換素子４は、図３、図４に示すように、間隔保持リブ１１に伝熱板１２を装着した成形品１３を交互に挟んで所定間隔で配置し、隣接する間隔保持リブ１１に上述した屋内空気１４、次に隣接する間隔保持リブ１１間に上述した屋外空気１５を流すことで、熱交換を行わせる構造となっている。

冬季の場合、屋内空気１４は暖房や人の呼気などから湿気を含んだ状態であり、屋外空気１５は乾燥した状態となっている。成形品１３の両面を屋内空気１４と屋外空気１５がそれぞれ流れることで、伝熱板１２を介した熱伝達により、屋内空気１４の熱が屋外空気１５に伝えられる。また、伝熱板１２を介した湿気伝達により、屋内空気１４の水分が屋外空気１５に伝えられる。

本実施の形態では、図５に示すように、成形品１３は中空の間隔保持リブ１１と伝熱板１２から構成されており、それぞれの間隔保持リブ１１は補強リブ１６によって連結される。また、図６に示すように、間隔保持リブ１１は平面状の接着部１７を設けており、伝熱板の外周から接着部１７の端部１８までを貼り合わせる構成となっている。また、図５に示すように、空気の流入部または流出部となる成形品１３の流入流出部１９の近傍にある接着部１７が外周に沿って凹凸形状であり、その凸部には、風流れ方向に対して少なくとも２種類以上の長さを持つ中空凸リブ２０が設けられている。すなわち、中空凸リブ２０は、流入流出部１９から風流れ方向の端部１８までの長さが少なくとも２種類以上ある。

このような構成にすることで、間隔保持リブ１１が中実のものと比較すると軽くなり、全熱交換素子４の重量を軽量化でき、材料費を低減できる。

さらに、この構成では、伝熱板１２は熱や湿気の影響で膨張収縮し、引張応力や圧縮応力が作用するが、中空凸リブ２０が立体構造であるため、折れ曲がりにくく成形品１３に必要な強度を保持できる。さらに、中空凸リブ２０の長さが風流れ方向に対して少なくとも２種類以上あるので、例えば、伝熱板１２が放湿により収縮した場合、中空凸リブ２０の長さが異なると、凸部の接着部１７の風流れ方向の端部１８が風流れ方向と垂直方向の直線状に配置されないため、成形品全体として折れ曲がりにくく、強度を担保できる。例えば、中空凸リブ２０の長さが等しい場合では、凸部の接着部１７の風流れ方向の端部１８が風流れ方向と垂直方向の直線状に配置されることで、伝熱板１２に作用する力により、変形する恐れがある。このため、この構成は、成形品１３としての必要強度が確保され、成形品１３を積層する量産工程で位置ずれが発生しにくく、量産性を向上できる。

なお、それぞれの間隔保持リブ１１は補強リブ１６によって連結されているので、間隔保持リブ１１どうしの間隔を一定に保つことができ、風路内で発生する圧力による間隔保持リブ１１の変形が抑制されるので、安定した風量を供給することができる。さらに、成形品１３の変形を抑制する効果もあるため、全熱交換素子４の量産工程において、間隔保持リブ１１に伝熱板１２を貼り合わせる工程で位置ずれが発生しにくく、量産性を向上できる。

なお、伝熱板１２の外周を全て接着することで、伝熱板１２と間隔保持リブ１１の接着強度が向上し、間隔保持リブ１１から伝熱板１２が剥がれを抑制でき、気流の漏れを抑制できる。

なお、間隔保持リブ１１を広い間隔で伝熱板１２の上に配することができるので、通風路の有効面積が大きくなり、熱交換効率を下げることなく通風抵抗を低減することができる。

また、伝熱板１２の外周から接着部１７の端部１８までの長さが１．５〜２．０ｍｍ、かつ、中空凸リブ２０から前記接着部１７の凸部の端部１８までの長さが１．５〜２．０ｍｍとする構成としてもよい。

このような構成にすることで、接着部１７の面積を確保しつつ、図７に示すように、全熱交換素子内部での風速分布の内、接着部１７は風速が弱い部分にあたるので、熱交換効率に寄与する伝熱板１２の面積を確保できる。その結果、気流漏れを抑制した安定した品質であり、全熱交換効率の高い全熱交換素子４を提供することができる。

また、間隔保持リブ１１の成形手段として、真空成形を用いた構成にしてもよい。

このような構成にすることで、間隔保持リブ１１の材料となる樹脂シートを真空成形することで、容易に中空の間隔保持リブ１１を成形することができ、間隔保持リブ１１を合成樹脂で充填させて成形する射出成形と比較すると、成形時間が削減できるので、量産性を向上することができる。

また、成形品を複数積層して構成される全熱交換素子４の外周を熱溶着する構成としてもよい。

このような構成にすることで、全熱交換素子の外周をヒータなどで、面で溶着することができるために一度に広範囲の溶着ができる。また、接着剤を用いて積層する場合と比較すると乾燥時間が削減できるため、接着にかかる加工時間が短縮することができる。結果として、量産性を向上することができる。

なお、伝熱板１２と間隔保持リブ１１との貼り合わせる接着方式は熱による接着あるいは接着剤を用いた接着のどちらでもよく、伝熱板１２あるいは間隔保持リブ１１の材料の耐熱性や耐薬品性によって方式を選定するが、接着剤方式を用いた場合、接着部１７にローラで接着剤を塗工する方式が速く、量産に適している。

なお、伝熱板１２の材料は、高い熱伝達率や湿気伝達率を確保するため薄い材料であることが望ましく、厚み０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが望ましい。

また、全熱交換素子４は高温高湿の空気と低温低湿の空気が熱交換する場合、全熱交換素子４内部に高温高湿の空気が冷却されて結露が発生する可能性があるため、伝熱板１２の材料には耐水性も必要である。そのため、伝熱板１２の材質は非水溶性の高分子でかつ親水性の官能基を備えた高分子が好ましく、例えば、水酸基、スルホン基、エステル結合、ウレタン結合、カルボキシル基、カルボ基、リン酸基、アミノ基、第四級アンモニウム基等が挙げられる。

また、全熱交換形換気装置２に、前記構成の全熱交換素子４を用いた構成としてもよい。

この構成により、軽量化した低コストの全熱交換素子４を用いることが出来るため、低コストで量産性の高い全熱交換形換気装置２を得ることが出来る。

なお、本実施の形態では、六角形形状の対向流の全熱交換素子４について説明したが、四角形形状の直交流や斜交流でも同様の効果を得ることができる。

以上のように本実施形態にかかる全熱交換素子は、重量を軽量化し、材料費を低減させることを可能とし、量産性の高い全熱交換素子を成形することを可能するものであるので、全熱交換形換気装置等に用いる全熱交換素子として有用である。

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 ファン
６ 内気口
７ 排気口
８ ファン
９ 外気口
１０ 給気口
１１ 間隔保持リブ
１２ 伝熱板
１３ 成形品
１４ 屋内空気
１５ 屋外空気
１６ 補強リブ
１７ 接着部
１８ 端部
１９ 流入流出部
２０ 中空凸リブ

Claims (5)

1. 伝熱板どうしの間隔を保持する中空間隔保持リブを備えた複数の伝熱板を積層して給気風路と排気風路を１層ずつ交互に構成する熱交換素子であって、前記伝熱板は、伝熱性と透湿性を備え、前記中空間隔保持リブが前記伝熱板の外周を貼り合わせる平面状の接着部を備え、前記排気風路と前記給気風路のそれぞれの流入部と流出部の近傍にある前記接着部が外周に沿って凹凸形状を有し、その凸部に風流れ方向に対して少なくとも２種類以上の長さを持つ中空凸リブを備えたとことを特徴とする全熱交換素子。
2. 前記伝熱板の外周から前記接着部の端部までの長さが１．５〜２．０ｍｍ、かつ、前記中空凸リブから前記接着部の凸部の端部までの長さが１．５〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の全熱交換素子。
3. 前記中空間隔保持リブの成形手段として、真空成形を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の全熱交換素子。
4. 前記成形品を複数積層して構成される全熱交換素子の外周を熱溶着したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の全熱交換素子。
5. 前記全熱交換素子を用いた請求項４に記載の全熱交換形換気装置。

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