JP2019168199A - 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】熱交換素子の伝熱板と吸湿材である流路リブ補強材と固定する際に接着材を用いることで、流路リブ補強材の吸湿性が低下していたという課題が生じていた。【解決手段】複数の伝熱板が前記伝熱板の外周部に備えられた間隔部材によって所定の間隙を設けて積層され、前記間隙に給気流と排気流とを交互に通風させて給気流と排気流とのエネルギを交換する熱交換素子であって、前記給気流を通風させる給気風路および前記排気流を通風させる排気風路に備えられた前記伝熱板は、前記伝熱板の基面から起立し前記間隙内に流路を形成する流路リブを形成し、前記流路リブの内部に吸湿性を有する流路リブ補強材を備え、前記流路リブを起立させる前記基面と前記流路リブ補強材の側面とが接着される構成とする。【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。

すなわち、図５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は、伝熱性と吸湿性を備えた平板を立ち上げて平板同士の間隔を維持する構成となっていたため、室内外の温度差が大きい場合、複数枚積層された平板によって形成された風路によって、給気流と排気流とが熱交換した際に、発生した結露が風路を塞ぐという課題を有していた。また、平板の立ち上げ部が結露した水滴を吸収することで平板同士の間隔を維持するために必要な強度を失って風路がつぶれてしまうことで、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、上記従来の課題を解決するものであり、結露した水滴による風路の閉塞を抑制することで、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、複数の伝熱板が前記伝熱板の外周部に備えられた間隔部材によって所定の間隙を設けて積層され、前記間隙に給気流と排気流とを交互に通風させて給気流と排気流とのエネルギを交換する熱交換素子であって、前記給気流を通風させる給気風路および前記排気流を通風させる排気風路に備えられた前記伝熱板は、前記伝熱板の基面から起立し前記間隙内に流路を形成する流路リブを形成し、前記流路リブの内部に吸湿性を有する流路リブ補強材を備え、前記流路リブを起立させる前記基面と前記流路リブ補強材の側面とが接着されてい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。

以上のように、本発明は、隣接する伝熱板の間隙に形成された流路リブ内部の流路リブ補強材に吸湿性を備えたことで、給気流または排気流のいずれかの気体が冷却され、伝熱板表面に結露した水滴が発生するような条件においても、発生した水滴を流路リブ補強材が吸収することができる。また、流路リブは、流路リブを起立させる基面と流路リブ補強材の側面とが接着する構成のため、流路リブ補強材の側面と流路リブ側面との間に接着材が配置されないことで、結露した水滴を吸収する流路リブ補強材の有効面積を広くすることができる。よって、給気風路および排気風路から結露した水滴が、接着剤を介さず、伝熱板表面から流路リブ補強材へ吸収されることで、効率よく取り除かれる。したがって、流路リブ補強材が結露した水滴を吸収することにより、給気風路および排気風路から結露した水滴が取り除かれるので、熱交換素子を流れる空気の偏りを解消することができ、熱交換効率の高い熱交換素子を得ることができる。さらにこの熱交換素子を用いた熱交換形換気装置を提供するものである。

本発明の実施の形態１にかかる熱交換形換気装置の設置状態を示す概略図。 同熱交換形換気装置の構造を示す模式図。 同熱交換形換気装置に用いられる熱交換素子の構造を示す分解斜視図。 熱交換素子の伝熱板に設けられた流路リブの構造を示す部分拡大図。 従来の熱交換素子の構造を示す概略図。

本発明の請求項１記載の熱交換素子は、複数の伝熱板が前記伝熱板の外周部に備えられた間隔部材によって所定の間隙を設けて積層され、前記間隙に給気流と排気流とを交互に通風させて給気流と排気流とのエネルギを交換する熱交換素子であって、前記給気流を通風させる給気風路および前記排気流を通風させる排気風路に備えられた前記伝熱板は、前記伝熱板の基面から起立し前記間隙内に流路を形成する流路リブを形成し、前記流路リブの内部に吸湿性を有する流路リブ補強材を備え、前記流路リブを起立させる前記基面と前記流路リブ補強材の側面とが接着されている構成である。

この構成により、隣接する伝熱板の間隙に形成された流路リブ内部の流路リブ補強材に吸湿性を備えたことで、給気流または排気流のいずれかの気体が冷却され、伝熱板表面に結露した水滴が発生するような条件においても、発生した水滴を流路リブ補強材が吸収することができる。また、流路リブは、流路リブを起立させる基面と流路リブ補強材の側面とが接着する構成のため、流路リブ補強材の側面と流路リブ側面との間に接着材が配置されないことで、結露した水滴を吸収する流路リブ補強材の有効面積を広くすることができる。よって、給気風路および排気風路から結露した水滴が、接着剤を介さず、伝熱板表面から流路リブ補強材へ吸収されることで、効率よく取り除かれる。さらに、流路リブ補強材と伝熱板との接着に用いられる接着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、リブの大きさを均一にすることができる。リブの大きさを均一にすることで、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、前記基面と前記流路リブ補強材の側面とは耐水性接着剤によって接着されている構成である。

この構成により、結露した水滴が、給気風路および排気風路に配設される流路リブに接触する場合でおいても、水滴に起因する伝熱板の基面と流路リブ補強材の側面との接着箇所の剥離を低減することができる。したがって、接着箇所の剥離によって、伝熱紙と流路リブ補強材との間にたわみが生じ、結露水が溜まることを防止することができる。よって、熱交換素子を流れる空気の偏りを解消することができ、熱交換効率の高い熱交換素子を得ることができる。

また、前記熱交換素子を用いた熱交換形換気装置としてもよい。

この構成により、熱交換素子に結露が生じるような環境下においても熱交換効率の高い熱交換素子を用いることが可能となり、高い熱交換効率を備えた熱交換形換気装置を得ることができる。

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、このことにより換気を行うとともに、この換気時に、排気流３の熱を給気流４へと伝達し、熱の放出を抑制しているのである。

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に示すように熱交換素子６は、伝熱板１３から間隔部材１４と流路リブ１５が起立した熱交換素子ピース１６を、一段ずつ互い違いに直交するように向きを変えて複数枚積層した構成としている。熱交換素子ピース１６の積層間隔は、間隔部材１４が上下の熱交換素子ピース１６と接触することで維持されており、左右の間隔部材１４および上下の伝熱板１３で挟ま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。

流路リブ１５は所定の間隔で伝熱板１３の基面２３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。この効果により、排気流３と給気流４との間で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。

さらに、図４に示すように、流路リブ１５は四角柱形状であり、流路リブ１５の強度を維持するために吸湿性を備えた流路リブ補強材１７と伝熱板１３から構成される。流路リブ補強材１７は、図示したように流路リブ１５が形成している風路表面となる流路リブ側面１９と流路リブ天面１８とを伝熱板１３で覆われている。流路リブ底面２０および流路リブ端面２１は流路リブ補強材１７が露出している構成である。流路リブ補強材１７は、流路リブ１５と同様に、風路に沿う方向に延在している。伝熱板１３の基面２３と流路リブ補強材１７の側面とが接着部２２によって接着されることで、伝熱板１３と流路リブ補強材１７との接着固定がなされ、流路リブ１５を構成している。図４で示すように、伝熱板１３の基面２３とは、伝熱板１３の鉛直方向下側に位置する面であり、且つ流路リブ１５によって、起立していない伝熱板１３の面である。

例えば給気流４が排気流３に比べて温度が低い場合、排気流３の熱は伝熱板１３を介して給気流４に奪われるため、伝熱板１３と接する排気流３の温度が低下する。伝熱板１３の表面温度が排気流３の露点温度を下回った場合、排気流３に含まれる水分が結露して水滴となり伝熱板１３に付着する。風路に結露による水滴が付着すると、風路を通過する排気流３の通風抵抗となるため、発生した水滴周辺の風量が減少する。部分的に風量が減少することにより、伝熱板１３に対して不均一な風量バランスで排気流３が流れるため熱交換素子６の熱交換効率が減少してしまう。今回の構成によれば、結露した水滴は、流路リブ補強材１７に吸収されることで風路から除去できるため、結露した水滴による通風抵抗の増加を抑制し、伝熱板１３を流れる排気流３の風量バランスを維持でき、高い熱交換効率を持つ熱交換素子６を得ることができる。

伝熱板１３が透湿性を有する場合、結露した水滴は、伝熱板１３に吸収される。伝熱板１３に吸収された水滴は、伝熱板１３内部を拡散して流路リブ天面１８もしくは流路リブ側面１９から流路リブ補強材１７に吸収される。もしくは、発生した結露による水滴が、伝熱板１３で覆われていない流路リブ底面２０から流路リブ補強材１７に吸収される。

伝熱板１３を非透湿性の材料とした場合、結露した水滴は、流路リブ底面２０から流路リブ補強材１７に吸収される。

この構成により、結露した水滴は、流路リブ補強材１７に吸収されることで風路から除去できるため、結露した水滴による通風抵抗の増加を抑制し、伝熱板１３を流れる排気流３の風量バランスを維持でき、結露条件下でも高い熱交換効率を持つ熱交換素子６を得ることができる。

また、図４に示すように、伝熱板１３の基面２３と流路リブ補強材１７の側面とが接着部２２によって接着されることで、伝熱板１３と流路リブ補強材１７との接着固定がなされ、流路リブ１５を構成している。この構成によって、流路リブ補強材１７の側面と流路リブ側面１９との間に接着材が配置されないことで、結露した水滴を吸収できる有効面積を広くすることができる。したがって、給気風路および排気風路から結露した水滴が効率よく取り除かれるので、結露した水滴による通風抵抗の増加を抑制し、伝熱板１３を流れる排気流３の風量バランスを維持でき、結露条件下でも高い熱交換効率を持つ熱交換素子６を得ることができる。

さらに、図４に示すように、伝熱板１３の基面２３と流路リブ補強材１７の側面とが接着部２２によって接着されることで、伝熱板１３と流路リブ補強材１７との接着固定がなされ、流路リブ１５を構成している。この構成によって、流路リブ補強材１７と伝熱板１３との接着に用いられる接着剤が風路を形成する流路リブ１５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、流路リブ１５表面が接着剤の量のムラによって膨らむことを抑制し、流路リブ１５の大きさを均一にすることができる。流路リブ１５の大きさを均一にすることで、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６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。

他の実施形態として、伝熱板１３の基面２３と流路リブ補強材１７の側面とを接着する接着材は、耐水性接着剤によって接着されている構成であってもよい。

この構成により、結露した水滴が、給気風路および排気風路に配設される流路リブ１５に接触する場合でおいても、水滴に起因する伝熱板１３の基面２３と流路リブ補強材１７の側面との接着箇所の剥離を低減することができる。したがって、接着箇所の剥離によって、伝熱板１３と流路リブ補強材１７との間にたわみが生じ、結露水が溜まることを防止することができる。

また、熱交換形換気装置２に、前記構成の熱交換素子６を用いた構成としてもよい。

この構成により、室内外で温湿度差が大きく、伝熱板１３表面で結露が発生する場合であっても、熱交換効率の高い熱交換素子６を用いることができるので、熱交換効率の高い熱交換形換気装置２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。さらに、透湿性を備えた場合、前述のように流路リブ補強材１７に水分を拡散させやすくなるほか、例えば排気流３が結露し水滴が発生する場合、排気流３の持つ水分を給気流４へ拡散させることができるため、排気流３から発生する結露した水分量を減少させることができ、より好適である。

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。前述のように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、流路リブ補強材１７を覆いやすいためより好適である。

間隔部材１４の材質としては、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。

流路リブ補強材１７として、熱可塑性樹脂を用いた場合、樹脂の種類としては例えば、ポリ酢酸ビニル、エチレン‐ビニルアルコール共重合樹脂等であれば熱可塑性と吸湿性を両立することが可能である。

流路リブ補強材１７と伝熱板１３とを接着する耐水性を備えた接着剤としては、例えば、水系の接着剤のなかでは耐水性のあるアクリル樹脂系エマルション形接着剤。または、酢酸ビニル樹脂系溶剤形接着剤、アクリル樹脂系溶剤形接着剤などの溶剤系接着剤。または、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの自己反応性の接着剤、熱で融解して用いるエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂などのホットメルト接着剤が挙げられる。

なお、間隔部材１４の構造として、例えば伝熱板１３上に前記材質の角柱を備えた構造のほか、流路リブ１５と同一の構造でもよい。同一の構造とすることで、製造上作り分ける工程が不要となるため、生産性を向上させることができる。

以上のように本実施形態にかかる熱交換素子は、室内外で温湿度差が大きく結露が発生する場合であっても、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 伝熱板
１４ 間隔部材
１５ 流路リブ
１６ 熱交換素子ピース
１７ 流路リブ補強材
１８ 流路リブ天面
１９ 流路リブ側面
２０ 流路リブ底面
２１ 流路リブ端面
２２ 接着部
２３ 基面
１０１ 熱交換素子
１０２ 平板
１０３ 立ち上がり部

Claims (3)

1. 複数の伝熱板が前記伝熱板の外周部に備えられた間隔部材によって所定の間隙を設けて積層され、前記間隙に給気流と排気流とを交互に通風させて給気流と排気流とのエネルギを交換する熱交換素子であって、前記給気流を通風させる給気風路および前記排気流を通風させる排気風路に備えられた前記伝熱板は、前記伝熱板の基面から起立し前記間隙内に流路を形成する流路リブを形成し、前記流路リブの内部に吸湿性を有する流路リブ補強材を備え、前記流路リブを起立させる前記基面と前記流路リブ補強材の側面とが接着されていることを特徴とする熱交換素子。
2. 前記基面と前記流路リブ補強材の側面とは耐水性接着剤によって接着されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換素子。
3. 請求項１から請求項２のいずれか一つに記載の前記熱交換素子を備えたことを特徴とする熱交換形換気装置。