JP2016151406A

JP2016151406A - 全熱交換素子とそれを用いた熱交換型換気機器

Info

Publication number: JP2016151406A
Application number: JP2015030480A
Authority: JP
Inventors: 元気畑; Genki Hata; 洋祐浜田; Yosuke Hamada; 将秀福本; Masahide Fukumoto
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2016-08-22

Abstract

【課題】熱交換型換気機器等に使用される全熱交換素子において、全熱交換効率の低下を抑制した軽量な全熱交換素子を提供することを目的とする。【解決手段】仕切部材１２と中空構造である外リブ１３と中リブ１４とを備えた全熱交換素子ピース１５であって、全熱交換素子ピース１５を風向が異なる排気流１６と給気流１７を構成するように一層ずつ交互に複数積層して構成される全熱交換素子３であって、仕切部材１２と中リブ１４とを接着するのり代１９を備え、のり代１９は中リブ１４に凹部１８を設けて仕切部材１２と接触させたものであって、凹部１８にて構成される凹部風路２１の凹部風路断面２２を凹部１８近傍の風路２０の風路断面２３より小さく設けたものであって、凹部風路２１と凹部１８近傍の風路２０とが互いに垂直となる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３

Description

本発明は、全熱交換素子とそれを用いた熱交換型換気機器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、住宅の屋根裏等に設置され換気の際に給気と排気の間で熱交換を行う熱交換形換気機器が知られている。熱交換素子は、熱交換型換気機器の内部において排気流と給気流の間で熱交換を行うものであり、特に温度に加え湿度も交換するものが全熱交換素子と呼ばれている。

この種の全熱交換素子では、熱および湿度を交換するために伝熱性及び透湿性を有し、給気と排気が混合しないようにするため気体の遮蔽性も有する仕切部材を用いている。また、仕切部材の間隔を保持し、素子外への空気の漏れを抑制する樹脂製の漏れ防止リブを備えた単位構成部材を、所定の間隔で複数層に重ね合わせた構造を採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その全熱交換素子について図８を参照しながら説明する。

図８に示すように、全熱交換素子１０１は伝熱性と透湿性と、遮蔽性とを有する仕切部材１０４と、積層時に仕切部材１０４の間隔を保持し空気の漏れを防ぐ樹脂製の漏れ防止リブ１０３とを備えた単位構成部材１０２を一枚ずつ９０度回転させて交互に積層したものである。また、仕切部材１０４の上部を通過する第一気流１０５と仕切部材１０４の下部を通過する第二気流１０６とが仕切部材１０４を介して、温度および湿度を交換されるものである。

特開２０１３−２５７１０６号公報

このような従来の全熱交換素子１０１は、漏れ防止リブ１０３の形状を金型に彫り、仕切部材１０４を金型に設置し、溶融樹脂を注入して成形することで製造された単位構成部材１０２によって構成される。そのため、漏れ防止リブ１０３が中実となり全熱交換素子１０１の重量が重く、材料費や運送費等のコストが多くかかるほか、全熱交換素子１０１を用いた熱交換型換気機器の施工が困難であるという課題があった。

従来例に記載のとおり、リブを薄く成形するか発泡剤を加えて樹脂使用量を削減したとしても、素子からの空気の漏れを防ぐためには複数の漏れ防止リブが必要であり、漏れ防止リブが仕切部材の伝熱面積を減少させるため、全熱交換効率の低下を生じるほか、根本的な軽量化にはつながらないという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、全熱交換効率の低下を抑制した軽量な全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、伝熱性および透湿性を備えた仕切部材と中空外周リブとで構成された風路と、前記風路の間隔を保持する複数の中空間隔保持リブとを備えた単位構成部材であって、前記単位構成部材を風向が異なる前記風路を構成するように一層ずつ交互に複数積層して構成される全熱交換素子であって、前記仕切部材と前記中空間隔保持リブとを接着する接着部を備え、前記接着部は前記中空間隔保持リブに凹部を設けて仕切部材と接触させたものであって、前記凹部にて構成される凹部風路に接続された前記凹部近傍の風路の断面積より、前記凹部近傍の風路と前記凹部風路との接続部の開口面積を小さく設けたものであって、前記凹部風路と前記凹部風路に接続された前記凹部近傍の前記風路とが互いに垂直となる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。

本発明によれば、伝熱性および透湿性を備えた仕切部材と中空外周リブとで構成された風路と、前記風路の間隔を保持する複数の中空間隔保持リブとを備えた単位構成部材であって、前記単位構成部材を風向が異なる前記風路を構成するように一層ずつ交互に複数積層して構成される全熱交換素子であって、前記仕切部材と前記中空間隔保持リブとを接着する接着部を備え、前記接着部は前記中空間隔保持リブに凹部を設けて仕切部材と接触させたものであって、前記凹部にて構成される凹部風路に接続された前記凹部近傍の風路の断面積より、前記凹部近傍の風路と前記凹部風路との接続部の開口面積を小さく設けたものであって、前記凹部風路と前記凹部風路に接続された前記凹部近傍の前記風路とが互いに垂直となる構成にしたことにより、中空外周リブと中空間隔保持リブが中空であるため、中実のものと比較すると全熱交換素子を軽量化することができる。

さらに、中空間隔保持リブ内部に接着部を備えることで、中空間隔保持リブと仕切部材との接着面を低減し、伝熱面積の減少を防ぐことで、全熱交換効率の低下を抑制できる。

その上、凹部風路に接続された凹部近傍の風路の断面積より、凹部近傍の風路と凹部風路との接続部の開口面積を小さくすることで、凹部風路に流れ込む風が通風抵抗を受けるため、凹部風路に流れ込む風の量を抑制できる。また、凹部風路と凹部近傍の風路が垂直となることで、凹部近傍の風路から凹部風路に流れ込む風の通風抵抗を増加させ、凹部風路に流れ込む風の量を抑制できる。これらの構成により、中空間隔保持リブによって整流された風が仕切部材上の風路を均等に流れるため、全熱交換効率の低下を抑制できる。

これらの結果、全熱交換効率の低下を抑制した軽量な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にかかる熱交換型換気機器の設置例を示す概念図同熱交換型換気機器の構成を示す図同全熱交換素子を分解した斜視図同単位構成部材のＣ−Ｃ‘断面を示す断面図同単位構成部材の外観を示す斜視図同単位構成部材の平面図同単位構成部材の凹部風路と風路が交差する領域を示す斜視図従来の全熱交換素子の外観を示す斜視図

本発明の請求項１記載の全熱交換素子は、伝熱性および透湿性を備えた仕切部材と中空外周リブとで構成された風路と、前記風路の間隔を保持する複数の中空間隔保持リブとを備えた単位構成部材であって、前記単位構成部材を風向が異なる前記風路を構成するように一層ずつ交互に複数積層して構成される全熱交換素子であって、前記仕切部材と前記中空間隔保持リブとを接着する接着部を備え、前記接着部は前記中空間隔保持リブに凹部を設けて仕切部材と接触させたものであって、前記凹部にて構成される凹部風路に接続された前記凹部近傍の風路の断面積より、前記凹部近傍の風路と前記凹部風路との接続部の開口面積を小さく設けたものであって、前記凹部風路と前記凹部風路に接続された前記凹部近傍の前記風路とが互いに垂直となる構成を有する。

これにより、中空外周リブと中空間隔保持リブが中空であるため、中実のものと比較すると全熱交換素子を軽量化できる効果を奏する。さらに、中空間隔保持リブ内部に接着部を備えることで、中空間隔保持リブと仕切部材との接着面を低減し、伝熱面積の減少を防ぐことで、全熱交換効率の低下を抑制するという効果を奏する。その上、凹部風路に接続された凹部近傍の風路の断面積より、凹部近傍の風路と凹部風路との接続部の開口面積を小さくすることで、凹部風路に流れ込む風が通風抵抗を受けるため、凹部風路に流れ込む風の量を抑制できる。また、凹部風路と凹部近傍の風路を垂直とすることで、凹部近傍の風路から凹部風路へ流れ込む風の通風抵抗を増加させ、凹部風路に流れ込む風の量をさらに抑制することによって、中空間隔保持リブに整流された風が仕切部材上の風路を均等に流れるため、全熱交換効率の低下を抑制するという効果を奏する。

また、前記中空外周リブと前記中空間隔保持リブの成形手段として、真空成形を用いてもよい。薄い樹脂シートを引き伸ばすため、厚みの自由度が高く、薄い中空状のリブを成形することができる。この構成により外周リブおよび間隔保持リブを合成樹脂で成形する射出成形と比較し、単位構成部材の重量を低減できるため、軽量な全熱交換素子を得るという効果を奏する。

また、前記全熱交換素子を用いた熱交換形換気機器という構成にしてもよい。全熱交換効率の低下を抑制した軽量な全熱交換素子を用いることで、全熱交換効率の低下を抑制した軽量な熱交換型換気機器を得るという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、熱交換型換気機器が設置された２階建ての住宅を示す概念図である。図１に示すように、家１は排気のみを行う非居住空間、例えばトイレ、洗面所、浴室と給気と排気両方を行う居住空間、例えば寝室、リビングから構成されている。

熱交換型換気機器２は、各部屋の給気や排気を行うダクトが接続されており、熱交換型換気機器２は、屋外への排気空気と屋外からの給気空気の間で熱交換する全熱交換素子３（図２で説明）を内部に有している。

図２は熱交換型換気機器２の構成を示す概念図である。図２に示すように、熱交換型換気機器２は、排気空気４が流れる排気送風路４ａ、給気空気５が流れる給気送風路５ａと、排気空気４を送風する排気送風手段６と、給気空気５を送風する給気送風手段７と、排気空気４と給気空気５の間で熱交換を行う全熱交換素子３で構成されている。

排気空気４を発生させる排気送風手段６は、室内の空気を内気口８に取り込み、排気口９を通過して室内の空気を屋外に排気し、給気空気５を発生させる給気送風手段７は、屋外の空気を外気口１０から取り込み、給気口１１から室内へ空気を給気しており、排気空気４と給気空気５が交差する位置に全熱交換素子３が設けられている。

ここで、全熱交換素子３の構成について図３を用いて説明する。図３は、全熱交換素子を分解した斜視図である。全熱交換素子３は仕切部材１２上に、中空外周リブである外リブ１３と中空間隔保持リブである中リブ１４とを備えた単位構成部材である全熱交換素子ピース１５を排気流１６の方向をＡ、給気流１７の方向をＢとなるように交互に積層して構成される。仕切部材１２は、熱および湿度を交換するために伝熱性及び透湿性を有し、排気流１６と給気流１７が混合しないようにするため、気体の遮蔽性も有する。このような仕切部材１２として、例えば気体の遮蔽性を高めた紙や樹脂製の透湿膜などが挙げられるがこれに限らず、伝熱性および透湿性、遮蔽性を兼ね備えた部材であればよい。

本実施の形態では、例えば、外リブ１３および中リブ１４は一枚のシート状材料に曲げ加工を施し、金型により余剰なシート状材料を打ち抜く工法などで製造したもので、図４に示すように、中空の構造となっている。また、図５に示すように、外リブ１３と中リブ１４を、仕切部材１２に貼り合わせることで、全熱交換素子ピース１５を構成している。また、中リブ１４上において凹部１８を形成し、凹部１８を仕切部材１２と接触させ、接触面を接着剤にて接着し、接着部であるのり代１９を設ける。

さらに、図６に示すように、凹部１８は外リブ１３や中リブ１４によって形成された風路２０に対して開口し、風路２０を接続する形で凹部風路２１を形成している。また、凹部風路２１は凹部風路２１が接している風路２０と互いに垂直となるように設ける。

その上、図７に示すように、凹部風路２１と風路２０とを接続する開口面である凹部風路断面２２が、凹部風路が接している風路２０の風の流れに垂直な風路断面２３より小さく構成されている。

このような構成にすることで、外リブ１３と中リブ１４が中空であるため、中実のものと比較すると全熱交換素子３を軽量化できる。さらに、中リブ１４内部にのり代１９を複数備えることで、中リブ１４外周を全周接着する場合と比較すると、中リブ１４と仕切部材１２との接着面を低減し、伝熱面積の低下を抑制できるため、全熱交換効率の低下を抑制できる。

また、風路断面２３より、凹部風路断面２２を小さくすることで、風路２０から凹部風路２１に流れ込む風が通風抵抗を受けるため、凹部風路２１を通過する風量を抑制できる。その上、凹部風路２１を風路２０と互いに垂直となるように設けることで、風路２０から凹部風路２１に流れ込む風は風路２０に対して、９０度風向を変化させることで生じる通風抵抗を受けるため、さらに凹部風路２１に流れ込む風量を抑制できる。一般的に風路２０は、排気空気４または給気空気５が仕切部材１２の表面を均等に流れるようにすることで、全熱交換素子３の交換効率を高めるような形状になっている。ここで凹部風路２１に流れる風の風量が大きい場合、風路２０から凹部風路２１を通って他の風路２０へ流れ込む風の流れが生じ、風路２０に風の流れない部分が生じてしまう。すなわち、風の流れない部分は熱交換に寄与しないため、全熱交換素子３の全熱交換効率低下に繋がる恐れがある。以上の理由から、凹部風路２１を流れる風の風量を抑制することで、全熱交換素子３に均等に空気が流れ、全熱交換効率の低下を抑制できる。

前記のように、中リブ１４は、通常全熱交換素子３内部の風路２０内を均一に風が流れるように構成され、例えば仕切部材１２上に風路２０が等間隔となるように設けられ、中リブ１４の高さは一定である構成が多い。

シート材料として例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリロニトリルーブタジエンースチレン（ＡＢＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、その他一般的な樹脂で薄く、希望の形状に成形できるものであればよく、なかでも剛性が高く、成形後の寸法精度の高いアクリロニトリルーブタジエンースチレンやポリスチレンが好ましい。

接着剤は中リブ１４と仕切部材１２ともに接着力を発揮する薬剤が好ましく、例えば、中リブ１４にポリスチレン、仕切部材１２に紙を用いた場合は、疎水性のポリスチレンと親水性の紙とを接着するため、両方の素材になじみやすい共重合エマルション系の薬剤が挙げられる。また、製造方法に応じて、湿気硬化、圧力硬化、ＵＶ硬化等の硬化方式を選択することができる。ただし、これらの薬剤に限らず材料の組み合わせに応じて既知の接着剤、接着方法を用いることができ、その効果に差異は生じない。

風路２０は外リブ１３または中リブ１４と仕切部材１２とで構成された空間であって、内部を風が流れることで、仕切部材１２を通じて熱交換する空間を示す。また、全熱交換素子３の中で、前記熱交換する空間へ導風するための空間も風路２０に含む。

凹部風路断面２２とは、凹部風路２１を構成するリブの端面と風路２０との接線で構成される領域である。風路断面２３よりも面積が少なければ良く、素子形状にもよるが例えば風路断面２３の１％から５０％にあたる面積が挙げられ、より好ましくは５％から２５％にあたる面積が良い。面積比として１％を下回る場合、のり代１９の接着面積も小さくなるため、接着が不完全になる可能性がある。また、面積比として５０％を上回ると風路２０から凹部風路２１へ流れ込む風の通風抵抗が小さくなるため、凹部風路２１を流れる風の量を減少させる効果が得にくくなる。

風路断面２３とは、図７に示すように風路２０において、仕切部材１２と中リブ１４または外リブ１３の接線から、隣り合う中リブ１４または外リブ１３と仕切部材１２との接線へ引いた垂線と、仕切部材１２と隣り合う仕切部材１２との間に引いた垂線とで構成される断面領域を示す。

風路が互いに垂直に交わるとは、図７に示すように、例えば風路２０と凹部風路２１が交わった場合、風路２０の第一断面領域の中心を中リブ１４または外リブ１３に沿って結んだ線と、凹部風路２１の第二断面領域の中心を中リブ１４または外リブ１３に沿って結んだ線とが、風路で交わった点において垂直に交差することを示す。

なお、外リブ１３と仕切部材１２とを接着することで、全熱交換素子３の内部での排気流１６と給気流１７との混合を防ぐことができ、外リブ１３と仕切部材１２の接着方式は、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、外リブ１３あるいは仕切部材１２の材料の耐熱性や耐薬品性によって方式を選定する。

なお、外リブ１３同士の外周を接着することで、全熱交換素子３の外部への空気漏れを防ぐことができ、外リブ１３同士の接着方式は、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、本実施の形態の効果に差異を生じない。

なお、中リブ１４同士の位置関係は本実施の形態内で特定するものではなく、その素子の目的に応じて不均一な間隔で備えられている形状や、中リブ１４が複数の高さを持つ形状でもよく、本実施の形態の効果に差異を生じない。

なお、リブの工法はシート状材料を曲げることに限らず、中リブ１４または外リブ１３を中空に薄く形成できれば既知の手法を用いることができ、例えば板材を切削加工して形成しても、その効果に差異を生じない。

なお、図７では、凹部風路２１における仕切部材１２と相対する仕切部材１２との間隔は、風路２０における仕切部材１２と相対する仕切部材１２との間隔とほぼ等しく描かれているが、双方の間隔が等しくなくともよく、本実施の形態の効果に差異を生じない。

なお、図６では凹部風路２１の端面は、並行に描かれているが、例えば接着力を増すためにその表面に凹凸を設けても良く、その効果に差異を生じない。

また、外リブ１３と中リブ１４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、外リブ１３と中リブ１４の材料となる樹脂シートを引き伸ばすため、厚みの自由度が高く、薄い中空状のリブを成形することができる。これにより、外リブ１３および中リブ１４を合成樹脂で成形する射出成形と比較して、全熱交換素子３を軽量化できる。

また、熱交換型換気機器２に、前記構成の全熱交換素子３を用いた構成としてもよい。

この構成により、全熱交換効率の低下を抑制しつつ軽量な全熱交換素子３を用いることができ、全熱交換効率の低下を抑制しつつ軽量な熱交換型換気機器２を得ることができる。

本発明にかかる全熱交換素子は全熱交換効率の低下を抑制し、重量を軽量化した全熱交換素子の提供を可能とするものであるので、熱交換型換気機器等に用いられる全熱交換素子として有用である。

１家
２熱交換型換気機器
３全熱交換素子
４排気空気
４ａ排気送風路
５給気空気
５ａ給気送風路
６排気送風手段
７給気送風手段
８内気口
９排気口
１０外気口
１１給気口
１２仕切部材
１３外リブ
１４中リブ
１５全熱交換素子ピース
１６排気流
１７給気流
１８凹部
１９のり代
２０風路
２１凹部風路
２２凹部風路断面
２３風路断面

Claims

伝熱性および透湿性を備えた仕切部材と中空外周リブとで構成された風路と、前記風路の間隔を保持する複数の中空間隔保持リブとを備えた単位構成部材であって、前記単位構成部材を風向が異なる前記風路を構成するように一層ずつ交互に複数積層して構成される全熱交換素子であって、前記仕切部材と前記中空間隔保持リブとを接着する接着部を備え、前記接着部は前記中空間隔保持リブに凹部を設けて仕切部材と接触させたものであって、前記凹部にて構成される凹部風路に接続された前記凹部近傍の風路の断面積より、前記凹部近傍の風路と前記凹部風路との接続部の開口面積を小さく設けたものであって、前記凹部風路と前記凹部風路に接続された前記凹部近傍の前記風路とが互いに垂直となることを特徴とする全熱交換素子。
前記中空外周リブと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に記載の全熱交換素子。
請求項１または２に記載の全熱交換素子を用いたことを特徴とする熱交換型換気機器。