JP5191877B2 - 全熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、仕切膜を介して新鮮な外気の給気と汚れた室内空気の排気を行なうことにより顕熱および潜熱を同時に熱交換させる全熱交換器に関するものであり、空調システムや換気機器に組み込んで用いられる対向流型又は直交流型の全熱交換器に関するものである。

近年、冷暖房効果を高めるために居住空間の高断熱化、高機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きている。冷暖房効果を損なわずに換気を行なう方法として、給気と排気の間で熱交換する方法が有効である。この時、温度（顕熱）と共に湿度（潜熱）の交換も同時に行なうことができればその効果は著しい。この要求に答えるものとして、例えば特許文献１の図面に記載されているような給気と排気を仕切板を介して全熱交換させる直向流型全熱交換器がある。
この直交流型全熱交換器は図14に示すように平らな熱交換板41と波形の風路形成板42（但し、図14ではこの風路形成板42は過大に描いているが実際は十分小さなピッチと高さの波形である）を貼り合わせた熱交換部材43を交互に積層する際に、風路形成板42の方向を一段おきに直交させることにより、給気風路と排気風路を形成する。例えば給気として冬期の戸外の新鮮であるが冷たくて乾燥した空気を通し、排気として暖房された室内の汚れているが暖かくて湿度の高い空気を通してやると、上記熱交換板41を介して温度と湿度の交換が行なわれ、給気は暖められ、加湿された室内に給気される。一方排気は冷やされ、減湿されて屋外に排気される。

平らな熱交換板41と波形をした風路形成板42を接着した前記直交流型全熱交換器は製造方法が容易であるので従来より市販されているが、接着部分が顕熱の伝熱は有効であるが潜熱の伝熱（水蒸気の透過）には無効である。また、直交流型全熱交換器は原理的に対交流型全熱交換器よりも熱交換効率が低く、上記二つの理由より全熱交換効率は50％〜60％が限界であった。

そこで、図12や図13に示すような段ボール素材８から、図15に示すように、複数の窓部44を打ち抜いた風路形成部材45を仕切膜（図示省略）と交互に積層させて、全熱交換効率を向上させたものがある。段ボール素材８は、上壁面部５と、下壁面部６と、上壁面部５と下壁面部６とを連結する平行な多数のリブ片７とが、一体成形されたプラスチックから成る。そして、従来は、例えば、図15に示すように、段ボール素材８が、（周囲枠部以外に）リブ片７の配設方向と平行な方向の（図15の左右方向の）５本の帯リブ部46と、リブ片７の配設方向と直交する方向の（図15の上下方向の）１本の帯リブ部46を残して、上記窓部44を打ち抜かれていた。
しかし、図16に示すように、強度上、帯リブ部46に少なくとも１本の段ボール素材８のリブ片７が配設されるように構成するために、リブ片７の間隔寸法ｐ（図12・図13参照）に対して帯リブ部46を太くしなければならないという欠点があった。

図17は、他の従来例を示す。風路形成部材45が、リブ片７の配設方向と直交する方向の帯リブ部46を２本有するものである。

図18は、さらに他の従来例を示す。この全熱交換器は、対交流型全熱交換器であって、風路形成部材45が、ひとつの四角形部45Ａと、四角形部45Ａの対辺に配設されたふたつの三角形部45Ｂをあわせた六角形状をしている。段ボール素材８が、リブ片７の配設方向と平行又は直交する方向の帯リブ部46を残して窓部44を打ち抜かれている。

図15，図17，図18のいずれも風路とリブ片７の長手方向は平行であり、エアー流は層流に近く、圧力損失は低いが仕切膜に対する熱伝達係数が小さいという問題があった。また、図17，図18の従来例でも、図15の従来例と同様に、リブ片７の間隔寸法ｐに対して帯リブ部46の幅寸法Ｗを太くしなければならないという欠点があった。
特公昭４７−１９９９０号公報

解決しようとする課題は、リブ片の間隔寸法に対して帯リブ部を太くしなければならない点である。また、全熱交換効率が頭打ちになっている（一定の全熱交換効率以上に向上させることができない）点である。

そこで、本発明に係る全熱交換器は、仕切膜と該仕切膜に接着されて風路を形成する風路形成部材から成る熱交換部材を、複数枚上下に積層し、該仕切膜を介して二種類の気体の顕熱および潜熱を熱交換させる全熱交換器において、上記風路形成部材が、上壁面部と、下壁面部と、該上壁面部と下壁面部とを連結する平行な多数のリブ片とを有する段ボール素材から複数の窓部を打抜いて、所定小幅寸法の複数本の細帯リブ部が形成され、かつ、該細帯リブ部は、上り勾配部と下り勾配部とを交互に有する平面視ジグザグ形状であって、該細帯リブ部の上記上り勾配部と下り勾配部は、上記リブ片の配設方向と、斜交するよう構成され、さらに、上記細帯リブ部の上記小幅寸法ｗと上記リブ片の間隔寸法ｐとの間に、 0.5ｐ≦ｗ≦ 1.2ｐなる関係式が成立するように設定したものである。

また、仕切膜と該仕切膜に接着されて風路を形成する風路形成部材から成る熱交換部材を、複数枚上下に積層し、該仕切膜を介して二種類の気体の顕熱および潜熱を熱交換させる全熱交換器において、上記風路形成部材が、上壁面部と、下壁面部と、該上壁面部と下壁面部とを連結する平行な多数のリブ片とを有する段ボール素材から複数の窓部を打抜いて、所定小幅寸法の複数本の細帯リブ部が形成され、かつ、該細帯リブ部は、山頂部と谷底部とを交互に有する波形であって、上記山頂部と谷底部を除いて、上記細帯リブ部の長手方向が、上記リブ片の配設方向と、斜交するように構成され、さらに、上記細帯リブ部の上記小幅寸法ｗと上記リブ片の間隔寸法ｐとの間に、 0.5ｐ≦ｗ≦ 1.2ｐなる関係式が成立するように設定したものである。
また、上記段ボール素材は、プラスチック，紙，あるいは，金属、又は、それ等を２種以上組合せた複合材から成るものである。

本発明の全熱交換器によれば、リブ片の間隔寸法に対して帯リブ部を細くできる（細帯リブ部とすることができる）。その結果、有効透湿面積が拡大して潜熱交換効率が向上する。また、エアー流が乱流に近くなり、仕切膜に対する熱伝達係数が向上し、その結果、顕熱交換効率が向上する。以上より、全熱交換効率をさらに向上させることができる。

図１は、本発明と関係が深い参考例（第１の参考例）の使用状態の一例を示す図であり、室内Ｘと屋外Ｙとを分ける壁Ｚには、内部に直交流型全熱交換器40を備えたケーシング25が付設されている。また、ケーシング25内には、給気送風機12と排気送風機13とが設けられ、室内Ｘ側の吸込口26ａと屋外Ｙ側の吸込口26ｂ近傍には、フィルタ24が取付けられている。給気送風機12は、給気風路10（図３参照）の下流側に配設されると共に、排気送風機13は、排気風路11（図３参照）の下流側に配設されて、この全熱交換器40は両吸込方式に形成される。Ａは風路形成部材３により形成された給気風路10を流れる空気（給気空気）の流れを示し、Ｂは風路形成部材３により形成された排気風路11を流れる空気（排気空気）の流れを示す。すなわち、32は給気入口を示し、31は給気出口を示す。また、34は排気入口を示し、33は排気出口を示す。ケーシング25内で、給気空気と排気空気を混在させず全熱交換器40を通過させるために複数個の間仕切板27が設けられる。

図２〜図５は、第１の参考例を示す。この全熱交換器は、仕切膜１と仕切膜１に接着されて風路２を形成する風路形成部材３から成る熱交換部材４を、複数枚上下に積層し、仕切膜１を介して二種類の気体の顕熱および潜熱を熱交換させる全熱交換器である。仕切膜１は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、酢酸セルロース、ポリテトラフレオロエチレン等を素材とする多孔質シートの表面に親水性高分子の薄膜を塗布した透湿膜から成る。風路形成部材３が、図12又は図13に示すような、上壁面部５と、下壁面部６と、上壁面部５と下壁面部６とを連結する平行な多数のリブ片７とが、一体成形されたプラスチック（例えばポリプロピレン），紙，あるいは，金属、又は、それ等を２種以上適宜組合せた複合材から成る段ボール素材８から、複数の窓部９を打抜いて、所定小幅寸法ｗの複数本の細帯リブ部14が形成され、かつ、細帯リブ部14の長手方向がリブ片７の配設方向と、斜交するように構成されている。

リブ片７の配設方向とは、リブ片７の長手方向（風路の方向）のことをいう。図４では、リブ片７の配設方向は、点線の矢印方向（図の左右方向）である。図５に示すように、細帯リブ部14の長手方向に沿った断面において、段ボール素材８のリブ片７が多数存在するので、細帯リブ部14が細くても強度的に優れる。

細帯リブ部14の上記小幅寸法ｗ（図４参照）とリブ片７，７の間隔寸法ｐ（図12・図13参照）との間に、 0.5ｐ≦ｗ≦ 1.2ｐなる関係式が成立するように設定されている。ｗ＜
0.5ｐの場合、強度不足となるおそれがある。また、 1.2ｐ＜ｗの場合、有効透湿面積が減少して潜熱交換効率が低下する。そして、全熱交換効率が低下する。

図６は、第１の実施の形態を示す。細帯リブ部14は、上り勾配部15と下り勾配部16とを交互に有する平面視ジグザグ形状であって、細帯リブ部14の上り勾配部15と下り勾配部16は、リブ片７の配設方向と、斜交するよう構成されている。その他の構成は、第１の参考例と同様である。

図７は、第２の実施の形態を示す。細帯リブ部14は、山頂部17と谷底部18とを交互に有する波形であって、山頂部17と谷底部18を除いて、細帯リブ部14の長手方向が、リブ片７の配設方向と、斜交するように構成されている。その他の構成は、第１の参考例と同様である。

図８は、本発明と関係が深い他の参考例（第２の参考例）の使用状態の一例を示す。ケーシング25は、内部に対向流型全熱交換器50を備えている。その他の構成は、第１の参考例の使用状態と同様である。

図９は、第２の参考例の風路形成部材３を示す。この風路形成部材３は、四角形部19と四角形部19の対辺に配設されたふたつの三角形部20を有する。図９とは三角形部20の風路２の出入口を設ける辺21，22の位置が異なり、風路２（図３参照）の向きも異なるものを、六角形の仕切膜１を介して、図９の風路形成部材３と交互に積層する。その他の構成は、第１の参考例と同様である。

図10は、第３の実施の形態の風路形成部材３を示す。この風路形成部材３は、四角形部19が、第１の実施の形態と同様の構成である。三角形部20は、第１の参考例と同様の構成である。

図11は、第４の実施の形態の風路形成部材を示す。この風路形成部材３は、四角形部19が、第２の実施の形態と同様の構成である。三角形部20は、第１の参考例と同様の構成である。

実施例１〜実施例６、および、比較例１〜比較例３として、次のものを作成した。いずれも、風路形成部材３を、厚さ寸法が２mmのプラスチック製段ボール素材を、トムソン打ち抜き加工機にて打ち抜いて製作した。
周囲枠部の幅寸法は実施例および比較例ともに12mm、実施例での細帯リブ部の幅寸法は
3.5mm、比較例での帯リブ部の幅寸法は５mmに設定した。実施例および比較例ともに、直交流型では、外形を一辺の長さ寸法が 225mmの正方形とし、仕切膜と上下に交互に積層させて接着し、全体の高さ寸法を358mmとした。対交流型では、四角形部を一辺の長さ寸法が 225mmの正方形とした。

具体的には、実施例１は、図４の形状の風路形成部材３を用いた。実施例２は、図６の形状の風路形成部材３を用いた。実施例３は、図７の風路形成部材３を用いた。実施例４は、図９の風路形成部材３およびその向きを変えた風路形成部材３を用いた。実施例５は、図10の風路形成部材３およびその向きを変えた風路形成部材３を用いた。実施例６は、図11の風路形成部材３およびその向きを変えた風路形成部材３を用いた。比較例１は、図15の風路形成部材３を用いた。比較例２は、図17の風路形成部材３を用いた。比較例３は、図18の風路形成部材３およびその向きを変えた風路形成部材３を用いた。

実施例および比較例の全熱交換器について、熱交換効率および圧力損失の冬期暖房時の測定結果を表１に示し、夏期冷房時の測定結果を表２に示す。なお、風量は 250ｍ³ ／ｈとした。

上記測定結果より、次のようなことがわかる。すなわち、実施例では気流が乱流になるので圧力損失は高めであるが仕切膜１に対する熱伝達係数が向上し、顕熱交換効率が向上する効果があった。また、有効透湿面積が拡大するので潜熱交換効率も向上した。その結果、全熱交換効率が比較例に比べて約10％程度向上するという効果があった。

なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、対交流型全熱交換器用の六角形状の風路形成部材３が、全面的に平面視ジグザグ形状又は波形の細帯リブ部14を有するものとするも良い。

以上のように、本発明は、仕切膜１と仕切膜１に接着されて風路２を形成する風路形成部材３から成る熱交換部材４を、複数枚上下に積層し、仕切膜１を介して二種類の気体の顕熱および潜熱を熱交換させる全熱交換器において、風路形成部材３が、上壁面部５と、下壁面部６と、上壁面部５と下壁面部６とを連結する平行な多数のリブ片７とを有する段ボール素材８から複数の窓部９を打抜いて、所定小幅寸法ｗの複数本の細帯リブ部14が形成され、かつ、細帯リブ部14の長手方向がリブ片７の配設方向と、斜交するように構成されているので、リブ片７，７の間隔寸法ｐに対して細帯リブ部14を細くできる。また、全熱交換効率をさらに向上させることができる。

また、仕切膜１と仕切膜１に接着されて風路２を形成する風路形成部材３から成る熱交換部材４を、複数枚上下に積層し、仕切膜１を介して二種類の気体の顕熱および潜熱を熱交換させる全熱交換器において、風路形成部材３が、上壁面部５と、下壁面部６と、上壁面部５と下壁面部６とを連結する平行な多数のリブ片７とを有する段ボール素材８から複数の窓部９を打抜いて、所定小幅寸法ｗの複数本の細帯リブ部14が形成され、かつ、細帯リブ部14は、上り勾配部15と下り勾配部16とを交互に有する平面視ジグザグ形状であって、細帯リブ部14の上記上り勾配部15と下り勾配部16は、リブ片７の配設方向と、斜交するよう構成されているので、リブ片７，７の間隔寸法ｐに対して細帯リブ部14を細くできる。また、全熱交換効率をさらに向上させることができる。

また、仕切膜１と仕切膜１に接着されて風路２を形成する風路形成部材３から成る熱交換部材４を、複数枚上下に積層し、仕切膜１を介して二種類の気体の顕熱および潜熱を熱交換させる全熱交換器において、風路形成部材３が、上壁面部５と、下壁面部６と、上壁面部５と下壁面部６とを連結する平行な多数のリブ片７とを有する段ボール素材８から複数の窓部９を打抜いて、所定小幅寸法ｗの複数本の細帯リブ部14が形成され、かつ、細帯リブ部14は、山頂部17と谷底部18とを交互に有する波形であって、山頂部17と谷底部18を除いて、細帯リブ部14の長手方向が、リブ片７の配設方向と、斜交するように構成されているので、リブ片７，７の間隔寸法ｐに対して細帯リブ部14を細くできる。また、全熱交換効率をさらに向上させることができる。

また、細帯リブ部14の小幅寸法ｗとリブ片７，７の間隔寸法ｐとの間に、 0.5ｐ≦Ｗ≦
1.2ｐなる関係式が成立するように設定したので、有効透湿面積を大きくとって潜熱交換効率を向上させることができるとともに、強度を確保することができる。
また、段ボール素材８は、プラスチック，紙，あるいは，金属、又は、それ等を２種以上組合せた複合材から成るので、容易に入手・製造することができる。

第１の参考例の使用状態を示す平面図である。 第１の参考例を示す斜視図である。 分解図である。 風路形成部材を示す平面図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 第１の実施の形態を示す風路形成部材である。 第２の実施の形態を示す風路形成部材である。 第２の参考例の使用状態を示す平面図である。 第２の参考例の風路形成部材を示す平面図である。 第３の実施の形態を示す平面図である。 第４の実施の形態を示す平面図である。 段ボール素材の一例を示す斜視図である。 段ボール素材の他の例を示す斜視図である。 従来例を示す斜視図である。 他の従来例の風路形成部材を示す平面図である。 図15のＢ−Ｂ断面図である。 さらに他の従来例の風路形成部材を示す平面図である。 別の従来例の風路形成部材を示す平面図である。

１ 仕切膜
２ 風路
３ 風路形成部材
４ 熱交換部材
５ 上壁面部
６ 下壁面部
７ リブ片
８ 段ボール素材
９ 窓部
14 細帯リブ部
15 上り勾配部
16 下り勾配部
17 山頂部
18 谷底部
ｐ 間隔寸法
ｗ 小幅寸法

Claims (3)

1. 仕切膜（１）と該仕切膜（１）に接着されて風路（２）を形成する風路形成部材（３）から成る熱交換部材（４）を、複数枚上下に積層し、該仕切膜（１）を介して二種類の気体の顕熱および潜熱を熱交換させる全熱交換器において、
   上記風路形成部材（３）が、上壁面部（５）と、下壁面部（６）と、該上壁面部（５）と下壁面部（６）とを連結する平行な多数のリブ片（７）とを有する段ボール素材（８）から複数の窓部（９）を打抜いて、所定小幅寸法（ｗ）の複数本の細帯リブ部（14）が形成され、かつ、該細帯リブ部（14）は、上り勾配部（15）と下り勾配部（16）とを交互に有する平面視ジグザグ形状であって、該細帯リブ部（14）の上記上り勾配部（15）と下り勾配部（16）は、上記リブ片（７）の配設方向と、斜交するよう構成され、
   さらに、上記細帯リブ部（14）の上記小幅寸法（ｗ）と上記リブ片（７）（７）の間隔寸法（ｐ）との間に、 0.5ｐ≦ｗ≦ 1.2ｐなる関係式が成立するように設定したことを特徴とする全熱交換器。
2. 仕切膜（１）と該仕切膜（１）に接着されて風路（２）を形成する風路形成部材（３）から成る熱交換部材（４）を、複数枚上下に積層し、該仕切膜（１）を介して二種類の気体の顕熱および潜熱を熱交換させる全熱交換器において、
   上記風路形成部材（３）が、上壁面部（５）と、下壁面部（６）と、該上壁面部（５）と下壁面部（６）とを連結する平行な多数のリブ片（７）とを有する段ボール素材（８）から複数の窓部（９）を打抜いて、所定小幅寸法（ｗ）の複数本の細帯リブ部（14）が形成され、かつ、該細帯リブ部（14）は、山頂部（17）と谷底部（18）とを交互に有する波形であって、上記山頂部（17）と谷底部（18）を除いて、上記細帯リブ部（14）の長手方向が、上記リブ片（７）の配設方向と、斜交するように構成され、
   さらに、上記細帯リブ部（14）の上記小幅寸法（ｗ）と上記リブ片（７）（７）の間隔寸法（ｐ）との間に、 0.5ｐ≦ｗ≦ 1.2ｐなる関係式が成立するように設定したことを特徴とする全熱交換器。
3. 上記段ボール素材（８）は、プラスチック，紙，あるいは，金属、又は、それ等を２種以上組合せた複合材から成る請求項１又は２記載の全熱交換器。

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