JP3610788B2 - 熱交換エレメントおよび空気調和装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
一対の風路を流れる空気同士の間で熱交換するための熱交換エレメントに関する。また、この熱交換エレメントを備えた空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換エレメントとしては、例えば、直交流形のものがある。これは、通常、略正方形の平板状の多数の伝熱シートを間隔を開けて対向させて積層し、積層方向に長い略直方体状に形成されている。直方体の長手側面が通気面とされ、内部に一対の風路が区画されて、この一対の風路を流れる空気の間で熱交換する。一対の風路は、互いに交差する方向に空気を流し、伝熱シート同士の間に交互に設けられている。
【０００３】
この熱交換エレメントの製造に際しては、伝熱シートは、通常、長尺のシート状部材から切り出して得られる。得られた伝熱シートの間に棒状の長尺シートを配置しながら、伝熱シートを積層している。これと同時に長尺シートおよび伝熱シートを接着している。
また、上述の長尺シートに代えて、長尺シートとしての山形の折り目を有する伝熱シートを、平板状の伝熱シートの間に配置した熱交換エレメントもある。
【０００４】
何れの構造の熱交換エレメントであっても、多数の伝熱シートを切り出し、積層して、接着していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多数の伝熱シートを切り出して積層し接着するのは、手間がかかるので、製造コストが高くなる結果、熱交換エレメントは高価になっていた。また、伝熱シートをシート状部材から切り出す際に、材料に無駄が生じることがあるので、部品コストも高くなっていた。
【０００６】
また、このような直方体状の熱交換エレメントでは、安価且つ薄型で、高い熱交換効率を実現することは困難であった。
また、このような課題を解決する熱交換エレメントであっても、実用化に際して、熱交換エレメントの風路を空気が均一に流れにくいと、熱交換の効率が低下することも想定される。このような事態は回避できれば好ましい。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、薄型、安価且つ高い熱交換効率を確実に実現できる熱交換エレメントおよび空気調和装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、請求項１記載の発明の熱交換エレメントは、断面波形の単一の伝熱シートと、この伝熱シートを保持する枠体と、伝熱シートの両面の波形の頂部にそれぞれ沿って波形を横断し、対向する伝熱シートの面との間にそれぞれ風路を区画する一対の区画材と、伝熱シートの波形の谷の容積が減少するような変形を防止する変形防止部材とを備え、各区画材は、波形の頂部が延びる方向の中間部に配置され、波形の頂部が延びる方向に沿って区画材の前後に風路の入口と出口とが設けられ、変形防止部材は、少なくとも一方の風路内に保持されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、単一の伝熱シートの波形の高さに一対の区画材の厚みを加えた分の非常に薄い厚みスペースにおいて、各区画材を用いて、伝熱シートの両側に入口、出口を含めた各風路をコスト安価に区画できる。
波形の頂部が延びる方向に沿って延びる各風路に、伝熱シートを挟んだ一対の対向流を流すことにより、従来の直交流型の熱交換エレメントよりも優れた熱交換効率を得ることができる。すなわち、伝熱面積を容積で除した値を従来の直交流型のものと等しくした場合、熱交換効率を例えば３％向上できるという知見を得た。
【００１０】
特に、伝熱シートを挟んだ風路間の差圧が大きい場合にも、変形防止部材によって、波形の谷の変形を防止できるので、風路の断面積を確保することができる結果、風路に十分な量の空気を流すことができる。
また、伝熱シートと変形防止部材とを組み合わせた後には、波形が変形し難いので、組立時に厳重な注意をせずに済み、伝熱シートを扱い易い。
【００１１】
ここで、断面の波形としては、正弦波形、Ｕ字形、Ｖ字形、矩形、台形、これらに似た形等を例示できる。
請求項２記載の発明の熱交換エレメントは、請求項１記載の熱交換エレメントにおいて、上記変形防止部材は、波形の各谷内を横切りつつ波形の頂部が延びる方向に延びる複数の長尺シートと、波形の頂部を横断する方向に延びつつ長尺シートの両端部をそれぞれ連結する一対の連結部材とを含み、全体が格子状の一体部材として形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、各長尺シートは、波形の谷を区画する伝熱シートの表面同士の間隔が狭くなることをそれぞれ規制できる。また、各長尺シートは連結部材で連結されているので、谷同士の間隔を規制できる。従って、風路の容積を全体として確保することができる。
また、一体部材の変形防止部材は、波形の各谷について一括して扱えるので、組立時に取り扱い易い。また、格子状の変形防止部材であれば、伝熱シートを断面波形に形成した後に、変形防止部材を風路内に容易に取り付けることができる。さらに、格子状の一体部材の変形防止部材であれば、例えば、板状部材に複数の開口を所定の間隔で形成することで容易に製作できる。
【００１３】
請求項３記載の発明の熱交換エレメントは、請求項２に記載の熱交換エレメントにおいて、上記長尺シートの両端部は、傾斜状に折り曲げられた傾斜部分を含み、この傾斜部分を介して対応する連結部材に連結されており、傾斜部分は、風路の入口および出口に延びて空気流を導く導風部材を構成していることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、空気は、風路の入口で傾斜部分の両面に沿って流れて、風路の内部にある長尺シートの両側にスムーズに導入され、その後、傾斜部分に沿って出口からスムーズに導出される。このように、空気は長尺シートの両側にスムーズに導かれるので、偏流を防止できる結果、熱交換効率をより一層向上することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明の熱交換エレメントは、請求項２または３に記載の熱交換エレメントにおいて、上記変形防止部材は、複数設けられ、各変形防止部材の長尺シートは、波形の谷内で波形の深さ方向に並んで設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、請求項２または３に記載の発明の作用に加えて、複数の変形防止部材の長尺シートが、波形の深さ方向の複数箇所で波形の変形を防止できるので、波形の深さ方向に大きな熱交換エレメントでの風路の断面積を確実に確保することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明の空気調和装置は、請求項１乃至４の何れかに記載の熱交換エレメントを備えた空気調和装置であって、熱交換エレメントの一方の風路には熱交換エレメントに対して風路の流れ方向の下流側に、他方の風路には熱交換エレメントに対して風路の流れ方向の上流側に、送風ファンがそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の作用に加えて、変形防止部材により風路の断面積を確保できるので、熱交換の効率低下等が生じることがない。従って、上述のように送風ファンを配置したときに、風路間の圧力差を許容することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態の空気調和装置を添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施の形態の空気調和装置の概略構成図である。
本空気調和装置１は、天井裏設置型の換気装置である。空気調和装置１は、屋外から室内への給気および室内から屋外への排気の流れを生成するための装置本体２と、屋外に臨む給気口１１からの空気を装置本体２に流す給気ダクト６と、装置本体２からの吹出空気流を室内に臨む吹出口（図示せず）に流し出す吹出ダクト８と、装置本体２と屋外に臨む排気口１２とを接続する排気ダクト７とを有している。装置本体２の下面２ａには、室内に臨んで吸込口１３が区画されている。これらの各部によって、室内から室外への排気風路と、室外から室内へ給気風路とが形成されている。
【００１９】
装置本体２は、給気と排気との間で熱交換する熱交換エレメント３１を含む熱交換ユニット３と、熱交換ユニット３に接続されて一対の送風ファン４１，４２を含むファンユニット４と、ファンユニット４の下面に設けられて上述の吸込口１３を区画するパネル５とを有している。
熱交換ユニット３は、給気風路の一部である給気流路と、排気風路の一部である排気流路とを内部に区画する箱状のケーシング２０、およびケーシング２０の内部に保持された２つの熱交換エレメント３１を有している。熱交換エレメント３１は、給気流路と排気流路とを流れる空気の間で熱交換する。給気流路の上流側端部は、給気ダクト６と接続され、給気流路の下流側端部は、ファンユニット４の吸入口４４に接続されている。また排気流路の上流側端部は、ファンユニット４の流出口４５に接続され、排気流路の下流側端部は、排気ダクト７に接続されている。
【００２０】
給気風路は、給気口１１から、給気ダクト６と、熱交換ユニット３の給気流路、ファンユニット４、吹出ダクト８とを通り、吹出口へ至っている（矢印Ｆ１）。給気用の送風ファン４１は、熱交換エレメント３１の下流側に配置されている。
排気風路は、吸込口１３から、ファンユニット４、熱交換ユニット３の排気流路と、排気ダクト７とを通過し、排気口１２へ至っている（矢印Ｆ２）。排気用の送風ファン４２は、熱交換エレメント３１の上流側に配置されている。
【００２１】
本空気調和装置１では、モータ４３が駆動されると、送風ファン４１により給気風路に空気が流れ、送風ファン４２により排気風路に空気が流れる。熱交換エレメント３１で給気と排気との間で熱交換がなされ、室内と屋外との間で換気が行われる。
本発明では、熱交換ユニット３の熱交換エレメント３１が新規なものである。以下、詳細に説明する。
【００２２】
熱交換ユニット３の２つの熱交換エレメント３１は、同じ構造である。
熱交換エレメント３１は、略直方体形状を有し、その一の面（例えば、上面）に入口と出口とを有した第１の風路と、一の面と反対側の他の面（例えば、下面）に入口と出口とを有した第２の風路とを区画し、第１の風路および第２の風路を流れる空気の間で熱交換する。
【００２３】
例えば、図１の上側にある熱交換エレメント３１では、上面に排気流路となる第１風路が区画され、その入口は右側に、出口は左側に設けられている。また、下面に給気流路となる第２風路が区画され、その入口は左側に、出口は右側に設けられている。このように、熱交換エレメント３１内では、給気風路の流れ（矢印Ｆ１）と排気風路の流れ（矢印Ｆ２）とが逆向きになっている。
【００２４】
以下、ケーシング２０内で上側にある熱交換エレメント３１について説明する。
図２は、図１の熱交換エレメントの分解斜視図である。図３は、図１の熱交換エレメントの断面正面図である。図４は、図１の熱交換エレメントの断面正面図であり、図３と異なる断面を示す。図５は、図１の熱交換エレメントの側面断面図である。
【００２５】
熱交換エレメント３１は、図２に示すように、断面波形の単一の伝熱シート６１と、この伝熱シート６１を保持する四角環状の枠体６２と、枠体６２および伝熱シート６１に支持されつつ伝熱シート６１の表面６１ｈとの間に上述の風路を区画する一対の区画材６３と、伝熱シート６１の波形の谷の容積が減少するような変形を防止する変形防止部材６４とを備えている。変形防止部材６４は、伝熱シート６１の上面および下面に沿って一対が設けられている。また、一対の区画材６３は、伝熱シート６１の両面の波形の頂部６１ｍにそれぞれ沿って波形を横断し、波形の頂部６１ｍが延びる方向（矢印Ｘ）の中間部に配置され、矢印Ｘの方向に沿って区画材６３の前後に各風路の入口と出口とが設けられている。
【００２６】
熱交換エレメント３１は、薄型の断面長方形の直方体に形成されている。この直方体は、波形の頂部６１ｍが延びる第１の方向（矢印Ｘの方向）、および伝熱シート６１の波形の頂部６１ｍを横断する第２の方向（矢印Ｙの方向）に平行な一対の長手側面、例えば、上面および下面とを有し、第２の方向に沿って長く形成されている。
【００２７】
風路は、上述の一対の長手側面に設けられた第１風路５１および第２風路５２とからなる。各風路５１，５２は、主に、伝熱シート６１に形成された多数の谷内の流路に区画され、それぞれの流路は入口５１１，５２１と出口５１２，５２２で合流している。また、各谷内の流路は、変形防止部材６４により、複数、例えば、２つの流路に仕切られている。
【００２８】
伝熱シート６１の波形は、略Ｖ字形の断面形状に形成されている（図５参照）。伝熱シート６１は、第２の方向に切る断面で見たときに、上面側に隆起した山となる部分と、隣接する山の間にある谷となる部分とが交互に並んで配置されている。上面側で谷となる部分が、第１風路５１とされ、また下面側で谷となる部分が、第２風路５２とされている。第１風路５１と第２風路５２とは、伝熱シート６１の山の頂部６１ｍと谷底部（反対側の面から見て山の頂部６１ｍとなる）とを接続する部分を挟んで、第２の方向に沿って交互に並んで多数区画されている。
【００２９】
伝熱シート６１の素材は、シート状部材を利用できる。伝熱シート６１が紙等の透湿性のある素材を含む場合には、伝熱シート６１を介して、顕熱と潜熱とを同時に熱交換できる全熱交換型の熱交換エレメント３１を得ることができる。また、伝熱シート６１の素材が、金属や樹脂等の透湿性のないものからなる場合には、熱交換エレメント３１を顕熱を熱交換できる顕熱交換型とすることができる。
【００３０】
枠体６２および区画材６３は、第２の方向に延びる端縁同士の間に、一対の風路の入口と出口とを区画している。
変形防止部材６４は、２つが、第１風路５１および第２風路５２内にそれぞれ保持されている。これら２つの変形防止部材６４は同様に構成され、それぞれ、伝熱シート６１と別体に形成されている。
【００３１】
変形防止部材６４は、波形の各谷内を横切りつつ波形の頂部６１ｍが延びる第１の方向に延びる複数の長尺シート６４ａと、第２の方向に延びつつ長尺シート６４ａの両端部６４ｍを傾斜部材６４ｄを介してそれぞれ連結する一対の連結部材６４ｂとを含み、全体が格子状の一体部材として形成されている。
変形防止部材６４の連結部材６４ｂが、伝熱シート６１の波形の頂部６１ｍに接着により固定され、連結部材６４ｂを介して複数の長尺シート６４ａが風路内の波形の深さ方向の中間にある所定位置に保持されている。
【００３２】
変形防止部材６４の素材としては、例えば、板紙、プラスチックス等の樹脂材料、発泡樹脂、金属等の公知の硬質部材を利用でき、強度や剛性が高いものが好ましい。また、素材として、変形防止部材６４と伝熱シート６１とで透湿性の有無が同じとなるものが、熱交換エレメントとして扱い易くて好ましい。
長尺シート６４ａは、波形の形状に見合った幅を有する長尺の矩形形状の薄板部材であり、その長手方向を第１の方向と平行にしつつ、板面を第１の方向および第２の方向に平行に配置されている。
【００３３】
長尺シート６４ａは、風路の各谷の内部にそれぞれ設けられている。長尺シート６４ａは、波形の谷の深さ方向に、谷底と山の頂部６１ｍとの略中間部に設けられている。長尺シート６４ａは、両風路について同じ深さ位置に、両風路にある長尺シート６４ａが直線状に並ぶように配置されている。なお、両風路にある長尺シート６４ａ間で、波形の深さ方向の位置が異なっても構わない。
【００３４】
長尺シート６４ａの長手の端縁が、略Ｖ字状の波形の谷を形成する伝熱シート６１の一対の対向する傾斜状の表面６１ｈに沿うようにして、長尺シート６４ａは谷内を横切り上述の表面６１ｈ間に架け渡されている。長尺シート６４ａの長手の端縁が、波形の表面６１ｈに当接すると、伝熱シート６１の波形の谷の間隔（対向する一対の表面６１ｈ同士の間の、第２の方向に沿う間隔）を規制でき、間隔規制部材として機能する。その結果、長尺シート６４ａは、風路の断面積が減少しないように、伝熱シート６１の変形を防止することができる。
【００３５】
また、長尺シート６４ａの位置は、枠体６２から離れて変形し易い傾向にある、第１の方向に沿った伝熱シート６１の中間部にある。
長尺シート６４ａの表面は、風路の流れの方向に平行に配置され、且つ凹凸がない滑らかな板状であるので、風路内の流れを邪魔する虞がない。
長尺シート６４ａの幅は、これが保持される風路の断面積に応じて設定されている。すなわち、長尺シート６４ａの長手の端縁が、これに対向する伝熱シート６１の表面６１ｈと接触するときに、その長尺シート６４ａが設けられている風路の断面積を予め定める大きさで確保できるようにされている。
【００３６】
また、通常の使用状態では、長尺シート６４ａの端縁は対向する伝熱シート６１の表面６１ｈに接触しないようにされており、これにより、伝熱シートと長尺シート６４ａとの間の隙間が確保されて、谷底にまで空気が流れ易くされている。なお、長尺シート６４ａを、対向する伝熱シート６１の表面６１ｈに常時接して設ける場合には、伝熱シート６１の表面積を増すので、熱交換効率を高めることができる。
【００３７】
また、長尺シート６４ａの両端部６４ｍには、傾斜状に折り曲げられた傾斜部分６４ｄがそれぞれ設けられて、全体として略Ｕ字状に形成されている。両端部６４ｍにある傾斜部分６４ｄは、それぞれ同じ長さに且つ同じ角度の傾斜にされており、且つ長尺シート６４ａの同じ面の側で逆向きに延び、その間にある長尺シート６４ａを伝熱シート６１に平行に保持することができる。
【００３８】
一方の傾斜部分６４ｄは、長尺シート６４ａの一方の端部６４ｍから風路の入口に延びており、また、他方の傾斜部分６４ｄは、長尺シート６４ａの他方の端部６４ｍから風路の出口に延びており、ともに、空気流を導く導風部材を構成している。また、傾斜部分６４ｄは、長尺シート６４ａと同じ幅の板状部材である。
【００３９】
傾斜部分６４ｄは、長尺シート６４ａの板面に対して入口または出口に向かう角度、例えば、３０度〜７５度の角度で傾斜している。また、傾斜部分６４ｄと長尺シート６４ａとが滑らかにつながっている場合には、風路の流れをより一層スムーズに促すことができる。
この傾斜部分６４ｄを介して長尺シート６４ａの両端部６４ｍは対応する連結部材６４ｂに連結されている。
【００４０】
連結部材６４ｂは、複数の波形の頂部６１ｍを横断して桟状に延び、区画材６３および枠体６２の第２の方向に沿う端縁と平行に延びている。連結部材６４ｂは、伝熱シート６１の波形の頂部６１ｍに接して配置されており、連結部材６４ｂの波形の深さ方向の高さは、空気の流れを乱さないように低くされている。また、伝熱シート６１および区画材６３で区画される風路は、長尺シート６４ａにより複数の部分に仕切られているが、この風路のそれぞれの部分の断面積の割合に応じて、風路の入口および出口が複数の部分に連結部材６４ｂにより仕切られるように、連結部材６４ｂは、風路の入口および出口の、第１の方向の所定位置に配置されている。
【００４１】
次に、熱交換エレメント３１の組立を説明する。
まず、断面波形の伝熱シート６１、枠体６２および区画材６３を形成する。
また、変形防止部材６４を形成する。例えば、素材としての紙製の板状部材に複数の長方形形状の開口６４ｋを所定の間隔で並べて形成し、開口が並ぶ方向に沿って延びる端部を所定の角度となるように折り曲げると、開口の間の部分を長尺シート６４ａとして、また、折り曲げた端部を連結部材６４ｂとして利用できる。
【００４２】
次に、断面波形の伝熱シート６１と変形防止部材６４とを組み合わせる。すなわち、伝熱シート６１の一方の面の波形の頂部６１ｍを、変形防止部材６４の開口６４ｋにはめ込むようにして、連結部材６４ｂと波形の頂部６１ｍとを当接させる。すると、変形防止部材６４の長尺シート６４ａが伝熱シート６１の波形の内部の所定位置に保持される。このように、連結部材６４ｂを伝熱シート６１に当接させて位置決めできるので、連結部材６４ｂを介して複数の長尺シート６４ａを波形の高さ方向に一括して容易に位置決めできる。
【００４３】
この状態で、連結部材６４ｂを伝熱シート６１の第１の方向に沿った所定位置に位置合わせして、連結部材６４ｂと伝熱シート６１の波形の頂部６１ｍとを接着する。ここで、接着箇所は、変形防止部材６４の一方の連結部材６４ｂについて少なくとも１か所あればよく、複数箇所で固定できればより一層確実に固定できるが、すべての波形の頂部６１ｍと接着する必要はない。このように、波形の頂部６１ｍを横断して延びる連結部材６４ｂは、伝熱シート６１に必要最小限の少ない固定箇所で固定できるので、変形防止部材６４の固定に手間がかからない。
【００４４】
伝熱シート６１の両面にある風路に変形防止部材６４を設ける場合には、伝熱シート６１と変形防止部材６４との組み合わせを、伝熱シート６１の両面について行う。この場合、伝熱シート６１の両面の波形に変形防止部材６４を嵌め込んだ後に、一対の変形防止部材６４と伝熱シート６１とを接着してもよい。また、伝熱シート６１の一方の面の波形に１つの変形防止部材６４を嵌め込んで接着した後、伝熱シート６１の他方の面の波形にもう１つの変形防止部材６４を嵌め込んで接着してもよい。
【００４５】
次に、変形防止部材６４と伝熱シート６１との組立体を、枠体６２の内側に取り付ける。このとき、伝熱シート６１は変形防止部材６４で補強されて剛性が高くしかも波形が崩れ難いので、枠体６２に取り付け易い。そして、伝熱シート６１の周縁部と枠体６２の内面とを接着剤で固定する。
次に、伝熱シート６１の両面の波形の頂部６１ｍに、一対の区画材６３を取り付けて、例えば、接着により貼り付けて固定する。この区画材６３の取り付けに際しても、伝熱シート６１の波形が崩れ難いので、区画材６３を伝熱シート６１の頂部６１ｍに確実に当接させて、確実に接着固定することができる。というのは、区画材６３を貼り付ける際に伝熱シート６１に押しつけると、波形が崩れ易いからである。
【００４６】
なお、上述の組立方法の他、例えば、断面波形の伝熱シート６１を枠体６２に取り付けて固定した後に、伝熱シート６１と変形防止部材６４とを上述のようにして組み合わせてもよい。この場合には、伝熱シート６１を撓ませつつ、枠体６２に組み込み易く、また、変形防止部材６４を枠体６２に対して位置合わせし易い。また、区画材６３と伝熱シート６１との接着に際しては、波形が崩れ難いので、上述のように確実に固定できる。また、区画材６３を枠体６２に固定してもよく、この場合には、伝熱シート６１が区画材６３で補強されないので、波形が崩れ易い傾向にあるが変形防止部材６４で波形の崩れを防止できて好ましい。
【００４７】
このように本発明の熱交換エレメント３１によれば、伝熱シート６１の両面と、その波形の頂部６１ｍにそれぞれ沿う一対の区画材６３との間に一対の風路５１，５２を区画し、区画材６３の前後に風路５１，５２の入口と出口とが設けられている。これによって、単一の伝熱シート６１の波形の高さに一対の区画材６３の厚みを加えた分の非常に薄い厚みスペースにおいて、各区画材６３を用いて、伝熱シート６１の両側に入口、出口を含めた各風路をコスト安価に区画できる。
【００４８】
例えば、コスト面では、本発明の熱交換エレメント３１は、波形断面の単一の伝熱シート６１で構成されているので、多数の伝熱シートやスペーサを積層して構成された従来の直交流型の従来の熱交換エレメントに比べて、以下のように製造コストを低減して安価にすることができる。すなわち、伝熱シートを切り出す手間を少なくでき、また、伝熱シートとスペーサを積層する作業を省くことができ、また、伝熱シートとスペーサを固定するための接着に要する手間を格段に少なくでき、その結果、組立コストを低減することができる。また、伝熱シートを略正方形に切り出す際に生じる材料の無駄を無くすことができ、また、部品点数を、例えば、伝熱シート６１と枠体６２と２つの区画材６３と２つの変形防止部材６４との６点と格段に少なくでき、その結果、部品コストを低減することができる。
【００４９】
また、第１の方向に沿って延びる第１風路５１と第２風路５２とに、伝熱シート６１を挟んだ一対の対向流を流すことにより、従来の直交流型の熱交換エレメントよりも優れた熱交換効率を得ることができる。すなわち、伝熱面積を容積で除した値を従来の直交流型のものと等しくした場合、対向流を流す本実施の形態の熱交換エレメント３１では、直交流型の従来の熱交換エレメントに比べて、熱交換効率を例えば３％向上できる。
【００５０】
このように、本発明の熱交換エレメント３１では、厚みが伝熱シート６１の波形の高さ程度の寸法にでき、略正方形状の伝熱シートの対角寸法が厚みとなる従来の直交流型の熱交換エレメントに比べて、薄型化できる。
特に、伝熱シート６１を挟んだ一対の風路間の差圧が大きい場合にも、変形防止部材６４によって、波形の谷の変形を防止できるので、風路の断面積を確保することができる結果、風路に十分な量の空気を流すことができて、熱交換効率を高く維持することができる。
【００５１】
また、伝熱シート６１と変形防止部材６４とを組み合わせた後には、伝熱シート６１の波形が変形し難いので、組立時に厳重な注意をせずに済み、伝熱シート６１を扱い易い。また、波形が変形し難いので、熱交換エレメント３１を、例えば、空気調和装置１に組み込み易い。
ここで、上述の作用効果を得られる断面の波形としては、正弦波形、Ｕ字形、Ｖ字形、矩形、台形、これらに似た形等を例示できる。
【００５２】
また、変形防止部材６４の長尺シート６４ａとしては、格子状のように開口を有するものでもよいが、上述した板形状のものが空気流を乱さない点で好ましい。要は、変形防止部材６４は、伝熱シート６１の表面６１ｈに当接して、波形の変形を防止できる部分を有していればよい。
また、変形防止部材６４は、一対の風路の少なくとも一方に設ければよく、例えば、変形防止部材６４を、風路にかかる圧力が小さくなる側の風路に設けるのが好ましい。また、変形防止部材６４を、風路内の一部の谷内にだけ設ける場合にも、その谷内では上述の効果を得ることができる。
【００５３】
また、変形防止部材６４は、複数の長尺シート６４ａの両端部６４ｍを一対の連結部材６４ｂでそれぞれ連結して構成されている。この場合、上述の各長尺シート６４ａは、波形の谷を区画する伝熱シート６１の表面６１ｈ同士の間隔が狭くなることをそれぞれ規制できる。また、各長尺シート６４ａは連結部材６４ｂで連結されているので、波形の谷の間隔（ピッチ）を規制できる。従って、風路の容積を全体として確保することができる。
【００５４】
さらに、変形防止部材６４を第１風路５１および第２風路５２のすべての谷内に設ける場合には、確実に波形の形状および波形のピッチを均一に維持することができるので、この均一なピッチの波形で区画された風路を、空気が均一に流れる結果、熱交換をより一層効率良くできる。
また、一体部材の変形防止部材６４は、波形の各谷についての長尺シート６４ａを一括して扱えるので、組立時に取り扱い易い。また、格子状の変形防止部材６４であれば、伝熱シート６１を断面波形に形成した後に、変形防止部材６４を風路内に容易に取り付けることができる。さらに、格子状の一体部材の変形防止部材６４であれば、上述のように、板状部材に複数の開口を所定の間隔で形成することで容易に製作できる。
【００５５】
また、長尺シート６４ａの両端部６４ｍは、導風部材として機能する傾斜部分６４ｄを含んでいる。これにより、風路の入口で空気は、傾斜部分６４ｄの両面に沿って流れて、風路の内部にある長尺シート６４ａの両側にスムーズに導入される。また、風路の出口では、風路の内部からの空気は、傾斜部分６４ｄに沿って流れて出口からスムーズに導出される。このように、長尺シート６４ａで互いに区画される風路の内部同士の間での風路内の偏流を防止できるので、熱交換効率をより一層向上することができる。
【００５６】
また、両端部６４ｍに傾斜部分６４ｄを含む長尺シート６４ａは、風路内を入口から出口にかけて仕切っているので、風路内にむらなく空気を流すことができ、その結果、例えば、波形の谷底近傍のように淀みの生じ易い風路の部位にも、確実に空気を流通させることができる。従って、風路内の偏流を防止することができる。
【００５７】
また、図６および図７に示すように、複数の変形防止部材６４Ａ，６４Ｂを設け、それらの長尺シート６４ａを伝熱シート６１の波形の深さ方向（矢印Ｚ方向）に並んで設ける場合には、波形の深さ方向の複数箇所で伝熱シートの波形の変形を防止できるので、波形の深さ方向に大きな熱交換エレメント３１を実現することができる。例えば、図６および図７に示す変形防止部材６４は、２つの変形防止部材６４Ａ，６４Ｂの一対の連結部材６４ｂ同士を、一括して扱えるように、波形の頂部６１ｍに沿う方向に延びる連結部材６４ｅにより一体に連結したものである。変形防止部材６４Ａの長尺シート６４ａは、相対的に幅広で短く形成されて波形の頂部寄りに配置されている。また、変形防止部材６４Ｂの長尺シート６４ａは、相対的に幅狭く長く形成されて波形の谷底寄りに配置されている。２つの変形防止部材６４Ａ，６４Ｂの長尺シート６４ａ同士の間には、隙間が設けられ、その隙間に空気を流すことができる。上述のように、波形の高さ方向に並ぶ複数の長尺シート６４ａの幅を、その高さ位置での波形の形状に応じた幅に形成しておくことで、波形の形状を維持し易い。
【００５８】
また、本空気調和装置１は、長尺シート６４ａを含む熱交換エレメント３１の給気側の風路には熱交換エレメント３１に対して風路の流れ方向の下流側に、排気側の風路には熱交換エレメント３１に対して風路の流れ方向の上流側に、送風ファン４１，４２がそれぞれ設けられている。この場合、給気側の風路が排気側の風路に比べて低圧になって、風路同士の間に差圧が生じ易い傾向にあるが、仮に差圧が生じたとしても、長尺シート６４ａにより風路の波形の間隔を維持できるので、熱交換の効率が低下することを防止することができる。
【００５９】
また、上述のように一対の風路間の圧力差が大きくなる場合であっても、確実に風路を確保して、圧力損失の増加を防止することができる。換言すれば、一対の風路間の圧力差を許容できることから、熱交換エレメント３１に対する送風ファン等の風量や圧力等の設定の自由度を高くできる。
また、全熱交換型の熱交換エレメント３１の伝熱シート６１は、一般に変形し易いので、長尺シート６４ａを設けることで変形を防止できて好ましい。また、顕熱交換型の熱交換エレメント３１の伝熱シート６１は、通常、剛性が高いので、長尺シート６４ａの作用と相まって、波形の形状をより一層確実に維持できる。
【００６０】
なお、上述の実施の形態では、変形防止部材６４は、一体部材として構成されていたが、複数の部材を組み立てて構成してもよい。
また、上述の熱交換ユニット３では、区画材６３は熱交換エレメント３１に設けられていたが、これには限定されない。例えば、区画材６３を、ケーシング２０で支持して、対向する伝熱シート６１の波形の頂部６１ｍに近接して配置してもよい。
【００６１】
また、天井裏設置型の換気装置１として構成された空気調和装置を例に説明したが、本発明の熱交換エレメント３１を他の空気調和装置に適用してもよい。
その他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、単一の伝熱シートの波形の高さに一対の区画材の厚みを加えた分の非常に薄い厚みスペースにおいて、入口、出口を含めた各風路をコスト安価に区画できる。しかも、対向流型なので、従来の直交流型のものよりも優れた熱交換効率を得ることができる。
【００６３】
特に、伝熱シートを挟んだ風路間の差圧が大きい場合にも、変形防止部材によって、風路の断面積を確保して、十分な量の空気を流すことができるので、熱交換の効率を高く維持することができる。
また、伝熱シートと変形防止部材とを組み合わせた後には、波形が変形し難いので、組立時に伝熱シートを扱い易くなる。
【００６４】
請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、連結部材で連結された複数の長尺シートは、波形の各谷内の断面積および谷同士の間隔を確保でき、風路の容積を全体として確保することができる。
また、格子状の一体部材の変形防止部材は、製作が容易で、しかも、波形の各谷について一括して組立時に取り扱い易く、断面波形に形成後の伝熱シートに容易に取り付けることができる。
【００６５】
請求項３記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加えて、導風部材としての傾斜部分が、風路の入口および出口と長尺シートとの間で空気流を導いて、風路内の偏流を防止できる結果、熱交換効率をより一層向上することができる。
請求項４記載の発明によれば、請求項２または３に記載の発明の効果に加えて、複数の変形防止部材の長尺シートを波形の深さ方向に並べて、波形の深さ方向に大きな熱交換エレメントでの風路の断面積を確実に確保することができる。
【００６６】
請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の効果に加えて、一対の送風ファンを各風路において熱交換エレメントの上流側および下流側に設ける場合に、風路間の差圧を許容しつつ、熱交換の効率の低下を防止できる。また、風路間の差圧を許容できるので、風路間の圧力や風量の設定の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の熱交換エレメントを備えた換気装置の概略構成図である。
【図２】図１の熱交換エレメントの分解斜視図である。
【図３】図１の熱交換エレメントの断面正面図である。
【図４】図１の熱交換エレメントの断面正面図であり、図３と異なる断面を示す。
【図５】図１の熱交換エレメントの側面断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の熱交換エレメントの断面正面図である。
【図７】図６の熱交換エレメントの断面側面図である。
【符号の説明】
１ 空気調和装置
３１ 熱交換エレメント
５１ 第１風路
５２ 第２風路
５１１，５２１ 入口
５１２，５２２ 出口
６１ 伝熱シート
６１ｍ 頂部
６２ 枠体
６３ 区画材
６４ 変形防止部材
６４ａ 長尺シート
６４ｂ 連結部材
６４ｄ 傾斜部分（導風部材）
６４ｍ 端部
Ｘ 第１の方向（波形の頂部が延びる方向）
Ｙ 第２の方向（波形の頂部を横断する方向）
Ｚ 波形の深さ方向

Claims (5)

1. 断面波形の単一の伝熱シート（６１）と、
   この伝熱シート（６１）を保持する枠体（６２）と、
   伝熱シート（６１）の両面の波形の頂部（６１ｍ） にそれぞれ沿って波形を横断し、対向する伝熱シート（６１）の面との間にそれぞれ風路（５１，５２） を区画する一対の区画材（６３）と、
   伝熱シート（６１）の波形の谷の容積が減少するような変形を防止する変形防止部材（６４）とを備え、
   各区画材（６３）は、波形の頂部（６１ｍ） が延びる方向（Ｘ） の中間部に配置され、
   波形の頂部（６１ｍ） が延びる方向（Ｘ） に沿って区画材（６３）の前後に風路（５１，５２） の入口（５１１，５２１） と出口（５１２，５２２） とが設けられ、
   変形防止部材（６４）は、少なくとも一方の風路（５１，５２） 内に保持されていることを特徴とする熱交換エレメント。
2. 請求項１記載の熱交換エレメント（３１）において、
   上記変形防止部材（６４）は、波形の各谷内を横切りつつ波形の頂部（６１ｍ） が延びる方向（Ｘ） に延びる複数の長尺シート（６４ａ） と、波形の頂部（６１ｍ） を横断する方向（Ｙ） に延びつつ長尺シート（６４ａ） の両端部（６４ｍ） をそれぞれ連結する一対の連結部材（６４ｂ） とを含み、全体が格子状の一体部材として形成されていることを特徴とする熱交換エレメント。
3. 請求項２に記載の熱交換エレメント（３１）において、
   上記長尺シート（６４ａ） の両端部（６４ｍ） は、傾斜状に折り曲げられた傾斜部分（６４ｄ） を含み、この傾斜部分（６４ｄ） を介して対応する連結部材（６４ｂ） に連結されており、傾斜部分（６４ｄ） は、風路（５１，５２） の入口（５１１，５２１） および出口（５１２，５２２） に延びて空気流を導く導風部材を構成していることを特徴とする熱交換エレメント。
4. 請求項２または３に記載の熱交換エレメント（３１）において、
   上記変形防止部材（６４Ａ，６４Ｂ） は、複数設けられ、各変形防止部材（６４Ａ，６４Ｂ） の長尺シート（６４ａ） は、波形の谷内で波形の深さ方向（Ｚ） に並んで設けられていることを特徴とする熱交換エレメント。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の熱交換エレメント（３１）を備えた空気調和装置（１） であって、
   熱交換エレメント（３１）の一方の風路（５１）には熱交換エレメント（３１）に対して風路（５１）の流れ方向の下流側に、他方の風路（５２）には熱交換エレメント（３１）に対して風路（５２）の流れ方向の上流側に、送風ファン（４１，４２） がそれぞれ設けられていることを特徴とする空気調和装置。

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