JP3156870U

JP3156870U - 熱交換構造体

Info

Publication number: JP3156870U
Application number: JP2009007887U
Authority: JP
Inventors: 小田島　貞雄; 貞雄小田島; 田嶋　宏邦; 宏邦田嶋
Original assignee: Rengo Co Ltd
Current assignee: Rengo Co Ltd
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: KR20110049615A; KR101589488B1

Abstract

【課題】熱交換効率の高い熱交換素子を有し、かつ、コンパクトな熱交換構造体を提供する。【解決手段】屋外からの給気側空気１を流す給気ダクト１１と、室内からの排気側空気２を流す排気ダクト１２とを、共通エアダクト１０によって所定長さ範囲Ｌ０にわたって一体構造とすると共に、共通エアダクト１０内に熱交換を行う細長状対向流型熱交換素子３を内装している。【選択図】図１

Description

本考案は、熱交換素子を用いて熱交換を行う熱交換構造体に関する。

近年、冷暖房効果を高めるために居住空間の高断熱化・高気密化が進むにつれて、室内空気の汚染が問題となり、換気の重要性が再認識されている。冷暖房効果を損なわずに換気を行なう方法として、熱交換素子を用いて給気側空気と排気側空気の間で熱交換する方法が広く知られている。
従来、住宅等の建物の室内を換気する際に、室内空気を排出する排気ダクトと、室外の空気を室内に供給する給気ダクトとを、内部に熱交換素子を設けた箱型のケーシングに接続し、ケーシング内部に有する送風機によって給気側空気と排気側空気とを熱交換素子に流通させて熱交換させる換気装置が用いられている（特許文献１参照）。

特開２００９−１２１７２７号公報

このような換気装置は、建物の天井裏や壁内等に埋め込み式に設置されるのが一般的である。
しかし、従来の換気装置は、一般的に用いられる給気ダクト及び排気ダクトと比較して、大型のケーシングにて外装する必要があり、天井裏等の狭い空間に施工するのが至難であった。
また、従来から用いられている標準的な熱交換素子は、給気側空気と排気側空気との熱交換を行うための接触時間が短く、熱交換効率は６０〜８０％程度が限界であった。

そこで、本考案は、熱交換効率の高い熱交換素子を有し、かつ、コンパクトな熱交換構造体を提供することを目的とする。

本考案に係る熱交換構造体は、屋外からの給気側空気を流す給気ダクトと、室内からの排気側空気を流す排気ダクトとを、共通エアダクトによって所定長さ範囲にわたって一体構造とすると共に、該共通エアダクト内に熱交換を行う細長状対向流型熱交換素子を内装したものである。

また、上記給気ダクトと上記排気ダクトと上記共通エアダクトは、金属薄膜で被覆した段ボール平板材を、筒型に折曲げ形成乃至弯曲形成して成るものである。
また、上記給気ダクトに吸入送風機を内装し、かつ、上記排気ダクトに排出送風機を内装したものである。

また、上記熱交換素子は、上記共通エアダクトの断面の縦寸法と横寸法との相加平均値に対し、７倍以上かつ２０倍以下の長尺寸法に設定したものである。

本考案の熱交換構造体によれば、天井裏等の狭い空間であっても容易に設置・施工できる。また、給気側空気と排気側空気との接触時間が長く、熱交換効率をほぼ９０％〜１００％とすることが可能となる。

本考案の実施の一形態を示した一部断面平面図である。熱交換素子の一例を示した斜視図である。熱交換構造体を示した説明用斜視図である。図３のＹ−Ｙ拡大断面図である。本考案の他の実施の形態を示した斜視図である。図５の説明用断面図である。本考案の別の実施の形態を示した斜視図である。図６の説明用断面図である。本考案のさらに別の実施の形態を示した平面図である。段ボール平板材を示した拡大断面図である。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本考案を詳説する。
図１に示すように、本考案の熱交換構造体Ｄは、屋外からの新鮮な給気側空気１を流す給気ダクト１１と、室内から排出される汚染された排気側空気２を流す排気ダクト１２とを、共通エアダクト１０によって所定長さ範囲Ｌ_０にわたって一体状に連設している。共通エアダクト１０内には、給気側空気１と排気側空気２との熱交換を行う細長状の対向流型熱交換素子３を内装している。
給気ダクト１１及び排気ダクト１２及び共通エアダクト１０は、アルミ箔等の金属薄膜５を張り付けて被覆した紙または樹脂製の段ボール平板材４（図１０参照）から成り、段ボール平板材４を折曲げ乃至弯曲して筒型に形成して作製したものである。

図１〜図４に示す実施の形態に於ては、給気ダクト１１及び排気ダクト１２及び共通エアダクト１０は、断面が四角形の角筒状に形成されている。給気ダクト１１と排気ダクト１２とは、平行一対状に並設され、分離壁部１３を介して分離されている。共通エアダクト１０は、給気ダクト１１と排気ダクト１２とを隔てる分離壁部１３を長尺寸法Ｌ_１にわたって取り除いて、給気ダクト１１と排気ダクト１２とを一体連通状に連結している。給気ダクト１１と排気ダクト１２とは、共通エアダクト１０から延伸状に連続している。つまり、外観上、熱交換構造体Ｄは、給気ダクト１１及び排気ダクト１２及び共通エアダクト１０が、一本の長尺ダクトを形成している。

給気ダクト１１は、熱交換素子３から給気側空気１を引き出して室内にむけて流す吸入送風機６を配設している。排気ダクト１２は、熱交換素子３から排気側空気２を引き出して屋外に排出する排出送風機７を配設している。吸入送風機６及び排出送風機７は、共通エアダクト１０から隔離した位置にてダクト１１又は排気ダクト１２に内装され、図示省略の電源に接続されて駆動している。吸入送風機６は、共通エアダクト１０と吸入距離寸法Ｌ_６をもって配設され、排出送風機７は、共通エアダクト１０と排出距離寸法Ｌ_７をもって配設されている。吸入距離寸法Ｌ_６及び排出距離寸法Ｌ_７は、共通エアダクト１０の長さ範囲Ｌ_０よりも大きく設定されている。

図２に示すように、熱交換素子３は、２種類の空気の顕熱及び潜熱を熱交換させる対向流型全熱交換素子であり、平面視細長六角形状の積層ブロックとして形成されている。熱交換素子３は、共通エアダクト１０の断面（図４参照）の縦寸法Ａ_０と横寸法Ｂ_０（いずれも内法寸法で示す）との相加平均値Ｍ｛＝（Ａ_０＋Ｂ_０）/２｝に対し、長尺寸法Ｌ_１を７倍以上かつ２０倍以下に設定した細長状に形成されている。熱交換素子３は、長尺寸法Ｌ_１を、共通エアダクト１０の長さ範囲Ｌ_０よりも短く設定し、かつ、高さ寸法Ｈ_１及び幅寸法Ｗ_１を、共通エアダクト１０の内側に隙間を生じることなく内装されるように設定するのが望ましい。
また、熱交換素子３は、傾斜面部３１，３２，３３，３４により長手方向の両端に角部３０，３０を形成し、分離壁部１３の切端部１４，１４に角部３０，３０を当接しつつ、共通エアダクト１０内に配設されている。

具体的には、図２及び図４に示すように、熱交換素子３は、仕切膜２３と、仕切膜２３に固着される流路形成部材２４とから成る細長の六角板形状の熱交換部材２０を複数枚積層して構成されている。
熱交換部材２０は、複数の給気流路２１が形成される第１熱交換部材２０Ａと、複数の排気流路２２が形成される第２熱交換部材２０Ｂと、を有し、第１熱交換部材２０Ａと第２熱交換部材２０Ｂを交互に積層している。このようにして、熱交換素子３には、多数の給気流路２１…と、多数の排気流路２２…とが、仕切膜２３を介して交互に配設されている。
熱交換素子３は、一方の角部３０を形成する一対の傾斜面部３１，３２を、給気流路２１…の一端が開口する多数の給気入口を有する傾斜面部３１と、排気流路２２…の一端が開口する多数の排気出口２２ｅ…を有する傾斜面部３４として構成している。他方の角部３０は、給気流路２１…の他端が開口する多数の給気出口２１ｅ…を有する傾斜面部３３と、排気流路２２…の他端が開口する多数の排気入口を有する傾斜面部３４と、で形成されている。従って、給気流路２１は、熱交換素子３の長手方向両端寄りに夫々配設される傾斜面部３１，３３に開口し、連通状に設けられている。また、排気流路２２は、熱交換素子３の他の２つの傾斜面部３２，３４に開口し、連通状に設けられている。

図１に於て、Ｓは、給気ダクト１１及び給気流路２１により形成される給気側空気１の流れを示し、Ｅは、排気ダクト１２及び排気流路２２により形成される排気側空気２の流れを示している。
給気側空気１は、給気ダクト１１から熱交換素子３の傾斜面部３１に導入され、熱交換素子３内を通過し、熱交換素子３の反対側の傾斜面部３３から給気ダクト１１に吐出される。一方、排気側空気２は、排気ダクト１２から熱交換素子３の傾斜面部３４に導入され、熱交換素子３内を給気側空気１と対向する向きに通過し、熱交換素子３の反対側の傾斜面部３２から排気ダクト１２に吐出される。つまり、熱交換素子３は、内部で給気側空気１と排気側空気２とを対向して流通させ、顕熱及び潜熱を熱交換するように構成されている。
言い換えると、給気ダクト１１は、共通エアダクト１０内の熱交換素子３を介して連通し、給気側空気１を屋外から室内へ搬送可能としている。一方、排気ダクト１２は、共通エアダクト１０内の熱交換素子３を介して連通し、給気側空気１に排気側空気２を（混入させることなく）熱交換を行って室内から屋外に排出可能としている。

図３に示すように、給気ダクト１１は、吸入送風機６よりも室内側の位置に分配管１５を配設しており、給気側空気１を建物の部屋に分配している。また、排気ダクト１２は、共通エアダクト１０よりも室内側の位置に分岐配管１６を配設しており、建物の部屋から排気側空気２を取り込んで排気ダクト１２に集めている。図示省略するが、給気ダクト１１には複数の分配管１５…が設けられ、排気ダクト１２には複数の分岐配管１６…が設けられており、複数の部屋に給気側空気１を供給すると共に、排気側空気２を回収して、建物内の換気を行っている。
なお、給気ダクト１１及び排気ダクト１２は、平行に配設するものに限定されず、図１中に二点鎖線で示すように、所定角度をもって相互に分離して配設されるも望ましい。また、後述の図９についても同様である。

ここで、段ボール平板材４について説明を追加すると、図１０に示すように、段ボール平板材４は、平板状の中板部４０と、中板部４０の表裏面に接着した波板部４１，４１と、波板部４１，４１の表裏両側に張着される側板部４２，４２と、側板部４２，４２に貼り付けられるアルミ箔等の金属薄膜５，５とから構成されている。
波板部４１は、コルゲート（波状）加工したものであり、波板部４１と中板部４０及び側板部４２の間に、複数の空間部４３…を形成している。また、段ボール平板材４は、中板部４０と波板部４１と側板部４２とを、クラフト紙やプラスチック等の材料を用いて作製されている。この構成により、段ボール平板材４は、優れた断熱性を備えると共に、軽量かつ安価に作製され、しかも金属薄膜５にて被覆されて耐火性にも優れている。

上述した本考案の熱交換構造体の使用方法（作用）について説明する。
まず、図１，図３に示した熱交換構造体Ｄを、住宅や店舗や事務所等の建物の天井裏に、空気搬送用の換気ダクトとして設置するには、段ボール平板材４を罫線に沿って折り曲げて角筒をなすように組み立て、分離壁部１３にて隔てられた給気ダクト１１及び排気ダクト１２と、一体構造の共通エアダクト１０を形成する。この際、共通エアダクト１０には、予め、熱交換素子３を内装しておく。この組立作業は、設置・施工の現場で簡単に行なうことができ、段ボール平板材４を扁平に展開した状態で搬入すれば、輸送コストを削減できる。

次に、熱交換構造体Ｄを、ワイヤーや吊杆等を用いて天井裏に吊り込む。熱交換構造体Ｄの材料とした段ボール平板材４は、軽量であり、簡単に持ち上げて、少量のワイヤーや吊杆等で吊下可能である。しかも、段ボール平板材４は、断熱性を備える材料であるため、別途断熱処理をすることなく熱交換構造体Ｄの設置を完了し、外部に熱を逃がすことなく空気を搬送する。

そして、設置完了した熱交換構造体Ｄの給気ダクト１１に、建物の各部屋に連通する分配管１５を接続し、排気ダクト１２に建物の各部屋に連通する分岐配管１６を接続する。吸入送風機６及び排出送風機７を作動させて、給気ダクト１１に屋外からの新鮮な給気側空気１を流し、排気ダクト１２に室内から排出される汚染された排気側空気２を流す。吸入送風機６及び排出送風機７は、共通エアダクト１０から吸入距離寸法Ｌ_６及び排出距離寸法Ｌ_７をもって分離されているため、各々が有する重量を、段ボール平板材４で作製された熱交換構造体Ｄに分散して支持する。言い換えると、共通エアダクト１０を剛性及び強度の高い大型のケーシングで外装することを要せず、熱交換素子３の重量を支持し得る剛性の段ボール平板材４を用いて共通エアダクト１０を製作すればよい。

熱交換構造体Ｄには、温度差のある２種類の空気が流れ、熱交換素子３に通すことで熱交換を行い、室内の冷暖房にかかる消費エネルギーを削減する。熱交換素子３は、長手方向に長尺寸法Ｌ_１を有する細長状に形成されているため、給気側空気１と排気側空気２とが対向して流通する距離が長く、対向流型の熱交換を行なうための時間が十分に長くなる。つまり、熱交換素子３は、共通エアダクト１０の形状に合わせて細長く形成したことにより、有効伝熱面積が広くなり、効率よく熱交換を行なう。

次に、図５及び図６は、本考案の他の実施の形態を示したものである。
図５に示すように、熱交換構造体Ｄは、段ボール平板材４を円筒状に弯曲し、断面が楕円形の共通エアダクト１０を形成したものであってよい。この場合、汎用性の高い円筒状のダクトから成る給気ダクト１１及び排気ダクト１２を、別々に共通エアダクト１０に連結して熱交換構造体Ｄを構成している。給気ダクト１１と排気ダクト１２とを共通エアダクト１０によって一体構造とする点は変わりなく、共通エアダクト１０に内装する熱交換素子３に、給気側空気１と排気側空気２とを混入させることなく流通させ、顕熱及び潜熱を熱交換するように構成している。
図６に示すように、断面矩形状の熱交換素子３は、楕円形の断面を有する共通エアダクト１０内に、複数の隙間１７…を形成しつつ内装されるため、隙間１７…を適宜スペーサー等で埋め合わせて、給気側空気１と排気側空気２とを分流している。

また、図７及び図８は、本考案の別の実施の形態を示したものである。
熱交換構造体Ｄは、段ボール平板材４を円筒状に弯曲形成して成る共通エアダクト１０内に熱交換素子３を内装し、さらに熱交換素子３の高さ方向に形成される隙間１７，１７に小型熱交換部材８，８を配設するも好ましい。小型熱交換部材８，８は、熱交換素子３と同様にして熱交換を行なうための対向流型全熱交換素子であり、隙間１７，１７にて給気側空気１と排気側空気２との熱交換を行い、熱交換構造体Ｄの熱交換効率をより一層向上させている。

図９は、本考案のさらに別の実施の形態を示した図である。
熱交換構造体Ｄは、上述の実施の形態とは異なる別の熱交換素子９を用いて、給気側空気１の流れＳ及び排気側空気２の流れＥを変更するもよい。この場合、給気ダクト１１及び排気ダクト１２は、熱交換素子９に対応するように共通エアダクト１０に一体連結している。熱交換素子９は、長手方向の長さ寸法Ｌ_２を上述の長尺寸法Ｌ_１と同程度に設定し平面視細長六角形状に形成されているため、給気側空気１と排気側空気２とが対向して流通する距離が長く、熱交換を行なうための時間が十分に長く確保されている。

以上のように、本考案は、屋外からの給気側空気１を流す給気ダクト１１と、室内からの排気側空気２を流す排気ダクト１２とを、共通エアダクト１０によって所定長さ範囲Ｌ_０にわたって一体構造とすると共に、共通エアダクト１０内に熱交換を行う細長状対向流型熱交換素子３を内装したので、天井裏等の狭い空間であっても容易に設置・施工できる。また、給気側空気１と排気側空気２との接触時間が長く、熱交換効率を十分に向上可能で、例えば、ほぼ１００％とすることができる。

また、給気ダクト１１と排気ダクト１２と共通エアダクト１０とは、金属薄膜５で被覆した段ボール平板材４を、筒型に折曲げ形成乃至弯曲形成して成るので、軽量かつ優れた断熱性を備え、耐火性にも優れている。しかも、安価に作製できる。

また、給気ダクト１１に吸入送風機６を内装し、かつ、排気ダクト１２に排出送風機７を内装したので、共通エアダクト１０をコンパクトに設計できる。

また、熱交換素子３は、共通エアダクト１０の断面の縦寸法Ａ_０と横寸法Ｂ_０との相加平均値Ｍに対し、７倍以上かつ２０倍以下の長尺寸法Ｌ_１に設定したので、給気側空気１と排気側空気２とが熱交換を行なうための時間が十分に長く確保でき、熱交換効率を十分に向上可能で、例えば、ほぼ１００％とすることができる。

１給気側空気
２排気側空気
３熱交換素子
４段ボール平板材
５金属薄膜
６吸入送風機
７排出送風機
１０共通エアダクト
１１給気ダクト
１２排気ダクト
Ｌ_０長さ範囲
Ｌ_１長尺寸法
Ａ_０縦寸法
Ｂ_０横寸法
Ｍ相加平均値

Claims

屋外からの給気側空気（１）を流す給気ダクト（１１）と、室内からの排気側空気（２）を流す排気ダクト（１２）とを、共通エアダクト（１０）によって所定長さ範囲（Ｌ_０）にわたって一体構造とすると共に、該共通エアダクト（１０）内に熱交換を行う細長状対向流型熱交換素子（３）を内装したことを特徴とする熱交換構造体。
上記給気ダクト（１１）と上記排気ダクト（１２）と上記共通エアダクト（１０）とは、金属薄膜（５）で被覆した段ボール平板材（４）を、筒型に折曲げ形成乃至弯曲形成して成る請求項１記載の熱交換構造体。
上記給気ダクト（１１）に吸入送風機（６）を内装し、かつ、上記排気ダクト（１２）に排出送風機（７）を内装した請求項１又は２記載の熱交換構造体。
上記熱交換素子（３）は、上記共通エアダクト（１０）の断面の縦寸法（Ａ_０）と横寸法（Ｂ_０）との相加平均値（Ｍ）に対し、７倍以上かつ２０倍以下の長尺寸法（Ｌ_１）に設定した請求項１，２又は３記載の熱交換構造体。