JP2019168148A - 熱交換素子とそれを用いた熱交換形換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平板の伸縮によって、風路の高さが変化し、熱交換素子を流れる空気の偏りが生じ、熱交換効率が低下するという問題があった。【解決手段】複数の伝熱板が所定の間隙を設けて積層され、複数の伝熱板によって形成された複数の間隙において、給気流と排気流とが交互に直交して隣接するように間隙内を通風させ、伝熱板を介し給気流と排気流との熱交換を行う熱交換素子であって、間隙は、伝熱板から起立するリブによって形成され、間隙内に給気流と排気流の風路を形成しており、リブは、リブ補強材を前記伝熱板が覆うように構成されており、リブ補強材は、温湿度変化による伸縮率が前記伝熱板より小さい材料で構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、寒冷地等で使用され、室内の空気を室外へ排気する排気流と、室外の空気を室内へ給気する給気流との間で熱交換する熱交換素子とそれを用いた熱交換形換気装置に関するものである。

この種の熱交換形換気装置に用いられる熱交換素子は、生産性を向上させるため、例えば次のような構造が知られている。

図９に示すように、熱交換素子１０１は伝熱性を備えた平板１０２を多数枚積層することによって構成されている。平板１０２には、平板１０２に対して垂直方向に起立し平板１０２上を縦断する立ち上がり部１０３が所定間隔で平行に複数備えられている。この立ち上がり部１０３によって、隣接して積層される一対の平板間に間隙が生じ、空気通路を形成している。熱交換素子１０１は、複数の間隙が積層されるように形成され、隣接する間隙におけるそれぞれの空気通路の送風方向は、互いに直交するように構成されている。なお、この平板１０２の立ち上がり部１０３は、平板１０２を山形に折り曲げることで構成されている。平板１０２を折り曲げることで平板１０２同士が接する部分には、予め帯状に粉末接着剤が印刷されており、山形に折り曲げた後加熱することで、立ち上がり部１０３の接合が行われている。

特開２０００−２５８０８３号公報

このような従来の熱交換素子においては、伝熱性と吸湿性を備えた平板を山形に折り曲げ、立ち上がり部を設けて平板同士の間隔を維持する構成となっていたため、温湿度変化による平板の伸縮に伴い、平板立ち上がり部の高さの変化が生じていた。立ち上げ部の高さが変化すると、風路の断面に部分的な変形が生じることで、熱交換素子を流れる空気に偏りが生じ、熱交換効率が低下するという課題を有していた。

そこで、本発明は、上記の課題を解決するものであり、平板の立ち上がり部が伸縮することにより生じる風路断面の部分的な変形を抑制することで、熱交換素子を流れる空気の偏りを解消し、熱交換効率の高い熱交換素子およびそれを用いた熱交換形換気装置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、複数の伝熱板が所定の間隙を設けて積層され、複数の前記伝熱板によって形成された複数の前記間隙において、給気流と排気流とが交互に直交して隣接するように前記間隙内を通風させ、前記伝熱板を介し前記給気流と前記排気流との熱交換を行う熱交換素子であって、前記間隙は、前記伝熱板から起立するリブによって形成され、前記間隙内に前記給気流と前記排気流の風路を形成しており、前記リブは、リブ補強材を前記伝熱板が覆うように構成されており、前記リブ補強材は、温湿度変化による伸縮率が前記伝熱板より小さい材料で構成されていることを特徴としたものであり、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、隣接する伝熱板の間隙に風路を形成するためのリブを、伝熱板でリブ補強材を覆うように構成し、リブ補強材として温湿度変化による伸縮率が伝熱板より小さい材料を用いることにより、温湿度変化によるリブの収縮を抑制することができる。すなわち、リブ補強材によってリブの高さの収縮が低減され、風路断面の部分的な変形を抑制することで、風路を通過する空気を偏りなく均一に送風させることができる。よって、熱交換素子の風路内を均一な風速、風圧で送風させることで熱交換効率を高く維持することができる。

本発明の実施の形態１にかかる熱交換形換気装置の住宅における設置状態を示す模式図。 同熱交換形換気装置の構造を示す模式図。 同熱交換素子の構造を示す分解斜視図。 同リブの構造を示す部分拡大図。 同リブの構造例を示す部分拡大図。 同リブの構造例を示す部分拡大図。 同リブの構造例を示す部分拡大図。 同リブの構造例を示す部分拡大図。 従来の熱交換素子の斜視図。

本発明の請求項１記載の熱交換素子は、複数の伝熱板が所定の間隙を設けて積層され、複数の前記伝熱板によって形成された複数の前記間隙において、給気流と排気流とが交互に直交して隣接するように前記間隙内を通風させ、前記伝熱板を介し前記給気流と前記排気流との熱交換を行う熱交換素子であって、前記間隙は、前記伝熱板から起立するリブによって形成され、前記間隙内に前記給気流と前記排気流の風路を形成しており、前記リブは、リブ補強材を前記伝熱板が覆うように構成されており、前記リブ補強材は、温湿度変化による伸縮率が前記伝熱板より小さい材料で構成されている。

これにより、温湿度変化によるリブの収縮を抑制することができる。すなわち、リブ補強材によってリブの高さの収縮が低減され、風路断面の部分的な変形が抑制されることで、風路を通過する空気を偏りなく均一に送風させることができる。よって、熱交換素子の風路内を均一な風速、風圧で送風させることで熱交換効率を高く維持することができる。

また、前記リブは、前記リブ補強材と前記伝熱板との接着によって形成されている構成にしてもよい。

これにより、伝熱板より温湿度変化に対する伸縮率の小さい補強材に、伝熱板を固定することができる。すなわち、リブ補強材と伝熱板とが接着され固定されることで、伝熱板のうちリブを覆っている部分の高さの伸縮及びしわの発生が低減され、風路の断面の偏りを抑制することで、風路を通過する空気を偏りなく均一に送風させることができる。よって、熱交換素子の風路内を均一な風速、風圧で送風させることで熱交換効率を高く維持することができる。

また、前記リブ補強材と前記伝熱板との接着に用いられる接着剤が、前記リブの起立方向に対して底面となる位置に配置される構成にしてもよい。

これにより、リブ補強材と伝熱板との接着に用いられる接着剤が風路を形成するリブ表面から突出することを抑制することができる。したがって、リブ表面が接着剤の量のムラによって膨らむことを抑制し、リブの断面形状を均一にすることができる。リブの断面形状を均一にすることで、風路断面の部分的な変形が抑制され、風路を通過する空気を偏りなく均一に送風させることができる。よって、熱交換素子の風路内を均一な風速、風圧で送風させることで熱交換効率を高く維持することができる。

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、本発明の実施の形態１にかかる熱交換形換気装置の住宅における設置状態を示す模式図である。図１において、家１の屋内に熱交換形換気装置２が設置されている。例として日本の冬季を挙げると、屋内の空気（以下、排気流３という）を、黒色矢印のごとく、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（以下、給気流４という）は、白色矢印のごとく、熱交換形換気装置２を介して室内にとり入れる。そして、この熱交換形換気装置２を介した屋内外の空気移動により換気を行うとともに、この熱交換形換気装置２を介した換気時に、排気流３の熱を給気流４へと伝達し、室内の熱の放出を抑制している。

図２は、熱交換形換気装置２の構造を示す模式図である。熱交換形換気装置２は図２に示すように、本体ケース５内に熱交換素子６を配置し、排気ファン７を駆動することで、排気流３を内気口８から吸い込み、熱交換素子６、排気ファン７を経由し、排気口９から屋外へと排出する。また、給気ファン１０を駆動することで、給気流４を外気口１１から吸い込み、熱交換素子６、給気ファン１０を経由し、給気口１２から屋内へと供給する構成としている。

図３は、熱交換素子６の構造を示す分解斜視図である。図３に示すように熱交換素子６は、伝熱板１３から伝熱板１３の厚み方向に対してリブ１４を起立させた構成である熱交換素子ピース１５を複数枚積層することで形成されている。熱交換素子ピース１５は、一段ずつ互い違いにリブ１４の長手方向が直交するように向きを変えて積層されている。熱交換素子ピース１５が積層されることで形成された間隙は、リブ１４が隣接する熱交換素子ピース１５の伝熱板１３と接触することで形成されている。すなわち、図３に示す熱交換素子６は、一の熱交換素子ピース１５と一の熱交換素子ピース１５のリブ１４に隣接する他の熱交換素子ピース１５の伝熱板１３とで形成された間隙が風路として機能している。この風路に交互に排気流３および給気流４を流すことで、排気流３と給気流４との間で熱交換を行うことができる。

リブ１４は所定の間隔で伝熱板１３から起立しており、風路を流れる排気流３または給気流４を整流することによって、伝熱板１３の表面に対し均一な風量で通風させることができる。伝熱板１３の表面を通風する風量を均一化することにより、隣接する間隙内を通過する排気流３と給気流４との間で伝熱板を介し効率よく熱を伝えることができるため、熱交換効率の高い熱交換素子６を得ることができる。

図４は、リブ１４の構造を示す部分拡大図である。図４に示すように、リブ１４は四角柱形状であり、温湿度変化に対する伸縮率が伝熱板１３より小さいリブ補強材１６と伝熱板１３から構成される。リブ補強材１６は、図示したようにリブ１４が形成している風路表面となるリブ側面１８とリブ天面１７とを伝熱板１３で覆われている。リブ底面１９およびリブ端面２０はリブ補強材１６が露出している構成である。リブ補強材１６は、リブ１４と同様に、風路に沿う方向に延在している。

ここで、例えば、図９の従来の熱交換素子構成によれば、排気流の湿度に比べて給気流の湿度が低く、平板１０２が低湿条件下で収縮する性質を備えていた場合、給気流に接触する立ち上がり部１０３の表面の平板１０２は、排気流に接触する立ち上がり部１０３の表面の平板１０２よりも大きく収縮しようとする。したがって、給気流に接触する立ち上がり部１０３の表面の平板１０２は、給気流に接触する立ち上がり部１０３の高さを低くする方向に力を働かせる。リブ補強材が存在しない場合には、この給気流に接触する立ち上がり部１０３の高さを低くする方向に働く力により、給気流に接触する立ち上がり部１０３の高さが排気流に接触する立ち上がり部１０３の高さより低くなる。すなわち給気流の風路と排気流の風路との間に風路断面高さの差異が生じることになるため、不均一な風量バランスで給気流および排気流が流れることで熱交換素子１０１の熱交換効率が減少してしまう。

一方、図３の本実施例の構成によれば、温湿度変化に対する伸縮率が伝熱板１３より小さいリブ補強材１６を伝熱板１３で覆うことでリブ１４を構成しているため、湿度の低下による伝熱板１３の収縮をリブ補強材１６が抑制することができる。これによりリブ１４の高さの収縮が低減され、給気流４の風路および排気流３の風路において風路断面の部分的な変化を抑制することができるため、伝熱板１３を流れる給気流４および排気流３の風量バランスを維持でき、熱交換効率の高く維持される熱交換素子６を得ることができる。

図５は、リブ１４の構造例を示す部分拡大図である。図５に示す通り、伝熱板１３とリブ補強材１６との接面を接着剤２１で接着した構成としても良い。温湿度変化によって伝熱板１３が伸長した場合にはリブ１４表面で伝熱板１３がしわを生ずることとなるが、伝熱板１３がリブ補強材１６に接着されていると、その接着力によって伝熱板１３のしわ生成が抑制され、しわ由来の微小なリブ高さ変化、ばらつきを防ぐことができる。リブ１４表面における伝熱板１３のしわ生成を抑制することによって、しわ高さの変化に由来するリブ１４の高さの伸縮が抑えられると、給気流４の風路と排気流３の風路との間の風路断面の差異が小さくなる。給気流４の風路と排気流３の風路との間の風路断面の差異を小さく抑えることによって、伝熱板１３を流れる給気流４および排気流３の風量バランスを維持できるため、熱交換効率の高く維持される熱交換素子６を得ることができる。

図６は、リブ１４の構造例を示す部分拡大図である。図６に示す通り、伝熱板１３とリブ補強材１６との接着に用いられる接着剤２１Cをリブ底面１９および伝熱板底面２２の境界部に配置した構成にしても良い。この構成により、リブ補強材１６と伝熱板１３との接着に用いられる接着剤２１Cの量のムラによってリブ１４の表面が膨らむことを抑制し、リブ１４の断面形状を均一にすることができる。リブ１４の断面形状を均一に形成すると、風路断面の部分的な変形が抑制され、風路を通過する空気を偏りなく均一に送風させることができる。これにより、伝熱板１３を流れる給気流４および排気流３の風量バランスを維持でき、熱交換効率の高く維持される熱交換素子６を得ることができる。

伝熱板１３は伝熱性を備えた薄いシートであって、気体が透過しない性質のものを用いることができる。

伝熱板１３の材質としては、例えば金属やポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレンといった透湿性の無い樹脂シートを用いることができる。また透湿性を備えた材料としては、ポリウレタンやポリエチレンテレフタレートをベースとした透湿樹脂膜やセルロース繊維やセラミック繊維、ガラス繊維をベースとした紙材料等を用いることができる。特にセルロース繊維をベースとした紙材料は曲げやすく、リブ補強材１６を覆いやすいためより好適である。

リブ補強材１６の材質としては、伝熱板１３よりも吸放湿による寸法変化が少なく、一定の強度があれば用いることができ、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂部材やセルロース繊維やセラミック繊維、ガラス繊維をベースとした紙材料、金属を用いることができる。

図７は、本発明の他の実施形態であるリブ１４Aを示している。図７で示すリブ１４Aは、略三角柱形状であるリブ補強材１６Aの２側面を伝熱板１３Aで覆うことで構成されている。リブ底面１９Aおよびリブ端面２０Aはリブ補強材１６Aが露出しており、リブ側面１８Aおよびリブ天面１７Aは、接着剤２１Aによって接着されている。このようにリブ天面１７Aが伝熱板１３Aを凸状に折り曲げた部分で構成されると、リブ天面１７Aにおいてリブ補強材１６Aに対する伝熱板１３Aの移動が起きにくくなり、伝熱板１３Aがリブ補強材１６Aにより強固に接着される。リブ天面１７Aにおいて伝熱板１３Aがリブ補強材１６Aに強固に接着されると、リブ天面１７Aにおける伝熱板１３Aの伸縮及びしわ生成がさらに抑制されるため、しわ高さの変化に由来するリブ１４A高さの変動が抑えられる。リブ１４A高さの変動が小さくなると、給気流４の風路と排気流３の風路との間の風路断面の差異が小さくなるため、伝熱板１３Aを流れる給気流４および排気流３の風量バランスを維持でき、熱交換効率の高く維持される熱交換素子６を得ることができる。

図８は、本発明の他の実施形態であるリブ１４Bを示している。図８で示すリブ１４Bは、リブ補強材１６Bを伝熱板１３Bで覆うことで構成されており、リブ底面１９Bおよびリブ端面２０Bはリブ補強材１６Bが露出し、リブ側面１８Bおよびリブ天面１７Bは接着剤２１Bによって接着されている。リブ補強材１６Bの形状は、略四角柱形状であり、略四角柱形状の側面のうちリブ天面１７Bに、長手方向に沿って一様に、凹部が設けられた形状になっている。また、凹部が設けられた面は、リブ天面１７Bにおいて伝熱板１３Bに接着されている。このようにリブ天面１７Bにおいてリブ補強材１６Bに凹部が設けられていると、リブ天面１７Bの両端部に伝熱板１３Bを凸状に折り曲げた部分が生じるため、リブ天面１７Bにおいてリブ補強材１６Bに対する伝熱板１３Bの移動が起きにくくなり、伝熱板１３Bがリブ補強材１６Bにより強固に接着される。リブ天面１７Bにおいて伝熱板１３Bがリブ補強材１６Bに強固に接着されると、リブ天面１７Bにおける伝熱板１３Bの伸縮及びしわ生成がさらに抑制されるため、しわ高さの変化に由来するリブ１４B高さの変動が抑えられる。リブ１４B高さの変動が小さくなると、給気流４の風路と排気流３の風路との間の風路断面の差異が小さくなるため、伝熱板１３Bを流れる給気流４および排気流３の風量バランスを維持でき、熱交換効率の高く維持される熱交換素子６を得ることができる。

以上のように本実施形態にかかる熱交換素子は、温湿度変化による形状の歪みを抑制し高い熱交換効率を維持できるものであって、熱交換形換気装置等に用いる熱交換素子として有用である。

１ 家
２ 熱交換形換気装置
３ 排気流
４ 給気流
５ 本体ケース
６ 熱交換素子
７ 排気ファン
８ 内気口
９ 排気口
１０ 給気ファン
１１ 外気口
１２ 給気口
１３，１３Ａ，１３Ｂ 伝熱板
１４，１４Ａ，１４Ｂ リブ
１５ 熱交換素子ピース
１６，１６Ａ，１６Ｂ リブ補強材
１７，１７Ａ，１７Ｂ リブ天面
１８，１８Ａ，１８Ｂ リブ側面
１９，１９Ａ，１９Ｂ リブ底面
２０，２０Ａ，２０Ｂ リブ端面
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 接着剤
２２ 伝熱板底面
１０１ 熱交換素子
１０２ 平板
１０３ 立ち上がり部

Claims (3)

1. 複数の伝熱板が所定の間隙を設けて積層され、複数の前記伝熱板によって形成された複数の前記間隙において、給気流と排気流とが交互に直交して隣接するように前記間隙内を通風させ、前記伝熱板を介し前記給気流と前記排気流との熱交換を行う熱交換素子であって、
   前記間隙は、前記伝熱板から起立するリブによって形成され、前記間隙内に前記給気流と前記排気流の風路を形成しており、
   前記リブは、リブ補強材を前記伝熱板が覆うように構成されており、
   前記リブ補強材は、温湿度変化による伸縮率が前記伝熱板より小さい材料で構成されていることを特徴とする熱交換素子。
2. 前記リブは、前記リブ補強材と前記伝熱板との接着によって形成されていることを特徴とする前記請求項１に記載の熱交換素子。
3. 前記リブ補強材と前記伝熱板との接着に用いられる接着剤は、前記リブの起立方向に対して底面となる位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換素子。