JP5790600B2 - 熱交換素子 - Google Patents

Description

本発明は、室外から室内への給気と、室内から室外への排気とを同時に行う空気調和装置において、流体間での熱や湿度の交換を行う積層構造の熱交換素子に関するものである。

近年、暖房及び冷房等の空調機器が発達かつ普及し、空気調和装置を用いた居住区域が拡大するにつれて、換気において温度及び湿度が回収できる空気調和装置用の全熱交換器に対する重要性も高まっている。こうした全熱交換器には熱交換する要素部品として熱交換素子が搭載されている。この熱交換素子は、使用時に屋外から屋内に吸込まれる新鮮な外気と屋内から屋外へ排気される汚れた空気とが混合することなく、顕熱と同時に潜熱も熱交換できるものであり、全熱交換率が高いことが求められている。さらに、換気を行うために気流を流通させる送風装置（ファン、ブロワなど）の消費電力を抑え、全熱交換器の運転音を低く抑えるために、各気流が流通する際の通風抵抗が低いことも求められている。

従来の熱交換素子は気体の遮蔽性、伝熱性及び透湿性を有する仕切部材を断面が波形状の間隔保持部材で挟み、所定の間隔をおいて複数層に重ね合わせた構造が採用されていた。例えば、仕切部材は方形の平板で、間隔保持部材は三角形断面の波形を成形した波形板となっており、間隔保持部材を仕切部材の間にその波形の方向を一枚ごとに９０度反転させて交互に積層し、一次気流と二次気流を通す二方向の流体通路を各層間に一層おきに構成しているものがある（特許文献１）。この波形の板厚によって仕切部材の間に形成される通風路の有効面積が小さくなり、さらに、仕切部材と間隔保持部材の接触面積が大きく、熱交換可能な仕切部材の有効面積が小さくなるため全熱交換効率が低くなるという問題がある。また、間隔保持部材が紙等より形成されているため通風路の断面形状が崩れ易く通風抵抗が高くなるという問題があった。

このため近年では、熱交換素子の、間隔保持部材として波形板の代わりに樹脂成形品を使用し仕切部材と樹脂を一体成形する方法が用いられてきた。この構造により、熱交換素子形状の自由度が上がり、全熱交換効率の向上や通風抵抗の低減をしたものがある。（特許文献２）さらに、全熱交換素子の空気漏れ量の低減と湿度交換効率の向上を主な目的として、より緻密かつ密度を高くして作成した仕切部材が開発されており、これらは通気性（透気度）が低く、透湿性に優れ、熱交換素子の仕切部材として非常に良好な性質を有するが、同時に伸縮量が大きいという特徴がある。

特公昭４７−１９９９０号公報 特開２００３−２８７３８７号公報

こういった仕切部材を使用した熱交換素子を多湿環境で使用した場合、仕切部材が膨張して撓むことで上下層を形成する仕切部材同士が接触し、通風路を閉塞してしまうため通風抵抗が増加し、結果として全熱交換効率が低くなるという課題がある。また、仕切部材同士が接触すると、仕切部材の空気と接触する面積が少なくなるため、環境湿温度が改善した場合に通常の状態へ復帰するのが遅れるという課題がある。

本発明は上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、全熱交換効率向上のため、緻密かつ高密度な素材を仕切部材に使用しても、温湿度変化による仕切部材のたわみによる仕切部材同士の接触を抑制することで通風抵抗の悪化低減及び全熱交換効率の向上を図ることができる熱交換素子を得ることを目的としている。

本発明は、伝熱性と透湿性を有する仕切部材と、
前記仕切部材を所定間隔に保持する間隔保持部材と、
で形成された単位構成部材を積層し、前記仕切部材の表面側を通過する一次気流と前記仕切部材の裏面側を通過する二次気流とが前記仕切部材を介して熱と湿度を交換する熱交換素子において、
前記間隔保持部材は、
前記仕切部材の表面に前記一次気流が流れる方向と並行に所定間隔ごとに設けられた第一間隔リブと、前記仕切部材の裏面に前記二次気流が流れる方向と並行に所定間隔ごとに設けられた第二間隔リブと、を備え、
前記第二間隔リブと接続され、前記第一間隔リブの間を所定間隔ごとに前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第一間隔リブよりも高さが低い第一たわみ抑制リブと、
前記第一間隔リブと接続され、前記第二間隔リブの間を所定間隔ごとに前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第二間隔リブよりも高さが低い第二たわみ抑制リブと、を備え、
前記単位構成部材を積層したときに前記第一たわみ抑制リブと前記第二たわみ抑制リブが対向しない位置に配置することを特徴とする。

本発明に係る熱交換素子は、たわみ抑制リブを流路の上下で重なり合わない位置に配置したことにより、仕切部材が温湿度環境の変化により伸縮した場合でも、熱交換を行う２つの流路の静圧差により仕切部材が変形してたわんだ際にもっとも変位量が大きくなる中央部の位置が上下層でずれるため、伸縮した仕切部材同士が接触する可能性が低くなる。これにより仕切部材が伸縮してたわんだ場合でも、流体と仕切部材表面の接触面積が確保されるため熱交換量の維持ができ、また、温湿度環境が改善した場合の仕切部材の変化を早くすることができ、通常の状態へ早く復帰することができる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換素子の斜視図。 本発明の実施の形態１に係る単位構成部材一層分の斜視図。 本発明の実施の形態１に係る単位構成部材一層分の４面図の模式図。 本発明の実施の形態１に係る熱交換素子における通風路を示す模式図。 本発明の実施の形態１に係るたわみ抑制リブと仕切部材のたわみとの関係を示す図。 本発明の実施の形態２に係るたわみ抑制リブと仕切部材のたわみとの関係を示す図。 本発明の実施の形態３に係る熱交換素子の斜視図。 図７のＥ−Ｅ断面図。

実施の形態１
以下、本発明の実施の形態１について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換素子の斜視図であり、図２は本発明の実施の形態１に係る単位構成部材の一層分の斜視図である。
図１に示すように、熱交換素子１は表裏を通過する空気の熱交換を行う伝熱性と透湿性と遮蔽性を有する仕切部材３と、この仕切部材３を所定間隔に保持する間隔保持部材４と、仕切部材３のたわみを抑制するたわみ抑制リブ７とで形成された単位構成部材２を一枚ごとに９０度反転させて交互に積層したものであり、仕切部材３の表側を通過する一次気流Ａと仕切部材３の裏側を通過する二次気流Ｂとが仕切部材３を介して、熱と湿分を交換させるものである。
以下で熱交換素子１を構成する各要素について詳細を説明する。

仕切部材３は、一次気流Ａと二次気流Ｂとの間で熱と湿度の交換がなされる際に、熱と湿分を透過させる媒体となるものである。一次気流Ａと二次気流Ｂが流れた場合、仕切部材３の両面に高温側（または高湿側）の気流中の熱（もしくは水蒸気）の温度差（もしくは水蒸気分圧差）を利用し、高温側(高湿側)から低温側（もしくは低湿側）へ仕切部材３を介して移行することで温度（湿度）の交換がなされる。また同時に仕切部材３は一次気流Ａと二次気流Ｂの混合を防止し、両気流間での二酸化炭素および臭い成分等の移行を抑制できることが必要である。これらを満足するためには、仕切部材３は緻密かつ高密度なもので密度が０．９５［ｇ／ｃｍ^２］以上で透気抵抗度（ＪＩＳ：Ｐ８６２８）が２００秒／１００ｃｃ以上で、かつ透湿性を有するものがよい。具体的には、仕切部材３の素材としては、和紙や無機添料を入れた防燃紙、その他特殊な加工を施した特殊加工紙、樹脂とパルプを混抄した紙などを原料とし、透湿性や難燃性等の機能性を付与するために薬剤処理をほどこした透湿膜や、透湿性を有するオキシエチレン基を含むポリウレタン系樹脂、オキシエチレン基を含むポリエステル系樹脂、末端あるいは側鎖にスルホン酸基、アミノ基、水酸基、カルボキシル基を含む樹脂等で形成された非水溶性の親水性高分子薄膜に多孔質シート（不織布や延伸ＰＴＦＥ膜など）を熱や接着剤等により接着したもの、また顕熱交換器の場合には伝熱性と気体遮蔽性のみを有するポリスチレン系のＡＢＳ、ＡＳ、ＰＳ、ポリオレフィン系のＰＰ、ＰＥなどの樹脂シート、樹脂フィルム等である。

また、仕切部材３は伝熱性、透湿性、気体遮蔽性を向上させるために、セルロース繊維（パルプ）を十分叩解して繊維をフィブリル化し、それを用いて抄紙した後スーパーカレンダー等でカレンダー加工（押しつぶし）を行う製造方法が用いられている。この製造方法で製造された仕切部材３は、厚さ２０〜６０μｍ程度、密度も０．９ｇ／ｃｍ³以上からほぼ１ｇ／ｃｍ³に近いものやさらに大きいものも登場しており、通常の紙（厚さ約１００〜１５０μｍ、密度約０．６〜０．８ｇ／ｃｍ³程度）と比べて、緻密かつ高密度な構造となっている。また気体遮蔽性の面でも、従来は多孔質の紙などに目止め材としてポリビニルアルコールを塗布して透気抵抗度を高めていたが、上述のような高密度化された仕切部材３であれば特段そのような加工をしなくとも、高密度で穴をセルロース繊維自体でふさがれているため、５，０００秒／１００ｃｃ程度が確保されている。

間隔保持部材４は、単位構成部材２を積層した際に通風路の高さを一定に保持する役割を有している。具体的には、間隔保持部材４は、熱交換素子１の外枠を構成し、熱交換素子１両端からの空気漏れを防止するため、気流が流れる方向に並行し、両端に設けられた遮蔽リブ５と、遮蔽リブ５と並行して所定間隔で複数本設けられ熱交換素子１を積層した際に積層方向の仕切部材３の間隔を保持し通風路を形成する間隔リブ６とによって構成されている。

図２に示すように遮蔽リブ５は、単位構成部材２の周縁部に形成され、仕切部材３の表面の両側にそれぞれ一次気流Ａが流れる方向と並行に設けられた第一遮蔽リブ５ａと、仕切部材３の裏面の両側にそれぞれ二次気流Ｂが流れる方向と並行に設けられた第二遮蔽リブ５ｂとから構成される。
間隔リブ６は、第二遮蔽リブ５ｂと接続され、前記第一遮蔽リブ５ａの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第一間隔リブ６ａと、第一遮蔽リブ５ａと接続され、第二遮蔽リブ５ｂの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第二間隔リブ６ｂとで構成される。
なお、この遮蔽リブ５と間隔リブ６の高さは仕切部材３が湿気を含んで膨張しても通風路が閉塞されない高さにする必要がある。
また、隣り合う間隔リブ６間に間隔リブ６と並行に所定間隔に複数本設けられ仕切部材３のたわみによる風路閉塞を抑制するたわみ抑制リブ７が構成されている。
具体的には、たわみ抑制リブ７は、第二遮蔽リブ５ｂ又は第二間隔リブ６ｂと接続され、第一間隔リブ６ａの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第一たわみ抑制リブ７ａと、第一遮蔽リブ５ａ又は第一間隔リブ６ａと接続され、第二間隔リブ６ｂの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第二たわみ抑制リブ７ｂとで構成される。

つづいて、第一たわみ抑制リブ７ａ及び第二たわみ抑制リブ７ｂの詳細な構成について図３を用いて説明する。図３は本発明の実施の形態１に係る単位構成部材２一層分の４面図の模式図である。

図３に示すように、単位構成部材２の表面側に構成される第一たわみ抑制リブ７ａは第一間隔リブ６ａの間を等間隔に４個設けられており、裏面側に構成される第二たわみ抑制リブ７ｂは第二間隔リブ６ｂの間を等間隔に５個設けられている。さらに、単位構成部材２の表面側に構成される第一遮蔽リブ５ａ、第一間隔リブ６ａ、第一たわみ抑制リブ７ａと裏面側に構成される第二遮蔽リブ５ｂ、第二間隔リブ６ｂ、第二たわみ抑制リブ７ｂは９０度ずれた（直交した）構成となっている。
この第一たわみ抑制リブ７ａと第二たわみ抑制リブ７ｂは、通風路を広く確保し、通風路内を通過する空気の圧力損失を抑制するために第一遮蔽リブ５ａ、第二遮蔽リブ５ｂ、第一間隔リブ６ａ、第二間隔リブ６ｂよりも高さを低く、リブ幅を薄くする。また、仕切部材３の伝熱面積や透湿面積を阻害しないようリブの奥行を短くする。具体的には積層時に上の層の第二たわみ抑制リブ７ｂと下の層の第一たわみ抑制リブ７ａが干渉(接触)しないよう、高さは第一間隔リブ６ａ、第二間隔リブ６ｂのリブ高さの１／２未満が望ましい。また、たわみ抑制リブ７のリブ幅は伝熱面積、透湿面積の阻害要因となるため、成形にて可能な限り極力細いことが望まれる。
また、表面側には４個の第一たわみ抑制リブ７ａが構成され、裏面側に５個の第二たわみ抑制リブ７ｂが構成されているため、第一たわみ抑制リブ７ａと第二たわみ抑制リブ７ｂはずれて配置されている。

上記のような構成を有する単位構成部材２は第一遮蔽リブ５ａ、第二遮蔽リブ５ｂ、第一間隔リブ６ａ、第二間隔リブ６ｂ、第一たわみ抑制リブ７ａ、第二たわみ抑制リブ７ｂの形状を彫った金型に、成形前に前記仕切部材３を入れて成形することにより得ることができる。これらのリブ以外にも例えば、積層時の位置あわせのための凹凸や穴、成形品を押し出すためのストリッパーを受けるための部分等が適宜設けられることもある。これにより多数積層した際に仕切部材３の間隔を保持する役目をする。

また、単位構成部材２は、概ね方形（１次気流Ａと２次気流Ｂが直交する場合）もしくは平行四辺形状（一次気流Ａと二次気流Ｂが斜交する場合）を成し、仕切部材３の成形時の挿入位置ズレにより製造不良となることを極力防ぐため、また空気漏れに対する信頼性を増すため、一般には第一遮蔽リブ５ａ、第二遮蔽リブ５ｂは第一間隔リブ６ａ、第二間隔リブ６ｂよりも幅が広く設計される。また第一間隔リブ６ａ、第二間隔リブ６ｂは仕切部材３上の占有面積が増加すると、仕切部材３の直接伝熱、透湿面積が失われることになるため、そのリブの幅は極力狭いことが望まれる。幅が狭いことにより、使用する樹脂量の削減にもなる。間隔保持部材４に用いる樹脂は、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル-スチレン（ＡＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、その他一般的な樹脂で希望の形状に成形可能なものであればよい。このようにリブを樹脂で成形することにより、間隔保持部材４の湿度による変形を抑え、安定な通風路を構成することができる。また、これら樹脂は難燃剤を添加して難燃化したり、無機分を添加して寸法安定性や強度の向上を図ることができる。また、目的によっては発泡剤（物理発泡剤・化学発泡剤）を添加して樹脂を発泡させ、樹脂量の削減などを図ることも可能である。

上記のような構成を有する単位構成部材２を各層ごとに９０度ずつずらして積層すると図１に記載の熱交換素子１が完成する。
つづいて、実施の形態１に係る単位構成部材２を積層した熱交換素子１における第一たわみ抑制リブ７ａと第二たわみ抑制リブ７ｂの位置関係を説明する。図４は本発明の実施の形態１に係る熱交換素子１の通風路を示す模式図であり、図５は本発明の実施の形態１に係るたわみ抑制リブと仕切部材のたわみとの関係を示す図である。
図４に示すように、仕切部材３、第一間隔リブ６ａ、第二間隔リブ６ｂで囲まれた領域である通風路内に第一たわみ抑制リブ７ａ、第二たわみ抑制リブ７ｂが形成される。上の段に構成される第二たわみ抑制リブ７ｂと、下の段に構成される第一たわみ抑制リブ７ａは、ずれて等間隔に配置されているため対向する位置関係にない。よって、図５に示すように、第一たわみ抑制リブ７ａと第二たわみ抑制リブ７ｂの位置が対向する関係にない（ずれている）ため、温湿度環境の変化により仕切部材３が伸びた場合でも、熱交換を行う通風路の圧力差により変形した場合にもっとも変位量が大きくなる中央部の位置が上下でずれるため、上下の仕切部材３同士が接触する可能性が低くなる。これにより仕切部材３がたわんだ状況でも通風路が確保され、仕切部材３と空気が接触し続けるため熱交換量を維持することができる。また温湿度環境が改善した場合には、仕切部材３と空気が接触しているため、仕切部材３を元の状態へ早く戻すことができ、圧力損失等を通常の状態へ早く復帰させることが出来る。さらに仕切部材３同士が接触しないため、仕切部材３の表面に気体遮蔽性を持たせた層を設けている場合などには、接触により表面の層が傷つく危険性を下げることができる。よって、利用可能な仕切部材３の種類を拡大できる効果もある。
特に、第一たわみ抑制リブ７ａと第二たわみ抑制リブ７ｂの配置間隔を半ピッチずつずらす（上の段の第二たわみ抑制リブ７ｂの中間点に下の段の第一たわみ抑制リブ７ａが配置される）ことで、温湿環境の変化による仕切部材３が伸びた場合でも、変化量が最も大きいたわみ抑制リブ７間の中央部に対向する位置には高さの低いたわみ抑制リブ７しかないため第一たわみ抑制リブ７ａと第二たわみ抑制リブ７ｂが接触することはない。

このような製造方法で熱交換素子１を得ることにより、まず流路の断面形状が矩形状となるため、同じ層高さで同じ配置間隔(山ピッチ)を持つ三角形流路（先行技術文献１に記載の熱交換素子）よりも等価直径（圧損が等価な円管に置き換えたときの円管の大きさ、流路断面積をＳ、流路の周長をＬとした時に４Ｓ／Ｌで求められる）が大きくなり圧力損失が低くなる効果がある。さらに間隔保持部材４及びたわみ抑制リブ７が仕切部材３を拘束する線となり、多数並ぶことで仕切部材３上のたわむことができる部分の長さ（自由長）を短く抑えるため仕切部材３の積層方向のたわみ寸法も小さくなり、仕切部材３が伸びたことによる流路面積の減少量及び圧力損失の増大を抑制できる。また、たわみ抑制リブ７は高さが低く、奥行きが短く、幅が細いため、間隔保持部材４、たわみ抑制リブ７を入れたことで失っていた仕切部材３の伝熱面積や透湿面積の減少を抑制でき、熱交換効率や湿度交換効率も向上する効果がある。
なお、図４及び図５で示した通風路は第一間隔リブ６ａと第二間隔リブ６ｂで囲まれたもののみであるが、第一遮蔽リブ５ａ、第二遮蔽リブ５ｂ、第一間隔リブ６ａと第二間隔リブ６ｂで囲まれたものであってもよい。また、本実施の形態１においては表面側に第一たわみ抑制リブ７ａを４個、裏面側に第二たわみ抑制リブ７ｂを５個設けた構成をしているが、この個数に限らず、上面側に構成される第一たわみ抑制リブ７ａと裏面側に構成される第二たわみ抑制リブ７ｂの配置間隔がずれる構成であればよい。

実施の形態２
実施の形態１では、たわみ抑制リブを等間隔（等ピッチ）で配置した熱交換素子に関するものであったが、実施の形態２では、たわみ抑制リブを不等ピッチ（不等間隔）で配置した熱交換素子に関するものである。実施の形態２については図６を用いて説明する。なお、実施の形態２では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一の構成要素については同一の符号を付す。

図６に示すように、実施の形態２に係る熱交換素子１は、第一たわみ抑制リブ７ａの配置間隔が最も広いものの中点と、第二たわみ抑制リブ７ｂの配置間隔の最も狭いものの中点とが対向する位置関係となるように第一たわみ抑制リブ７ａ、第二たわみ抑制リブ７ｂを配置され、第一たわみ抑制リブ７ａの配置間隔が最も狭いものの中点と、第二たわみ抑制リブ７ｂの配置間隔の最も広いものの中点とが対向する関係となるように第一たわみ抑制リブ７ａ、第二たわみ抑制リブ７ｂを配置されている。
このように配置することで、温湿度環境の変化により仕切部材３が伸びた場合でも、熱交換を行う流路の圧力差により変形した場合に最も変位量が大きくなる中央部の位置が最も変位量が小さい中央部の位置と対向するため上下の仕切部材３同士が接触する可能性が低くなる。これにより仕切部材３がたわんだ状況でも、仕切部材３と空気とが接触される続けるため熱交換量を維持することができる。また温湿度環境が改善した場合には、仕切部材３と空気が接触しているため、仕切部材３を元の状態へ早く戻すことができ、圧力損失等を通常の状態へ早く復帰させることが出来る。さらに仕切部材３同士が接触しないため、仕切部材３の表面に気体遮蔽性を持たせた層を設けている場合などには、接触により表面の層が傷つく危険性を下げることができる。よって、利用可能な仕切部材３の種類を拡大できる効果もある。また、不等間隔に配置することにより、間隔が短くなった部分は単位構成部材２の面方向の曲げ強度が向上する効果もある。
なお、図６で示した通風路は第一間隔リブ６ａと第二間隔リブ６ｂで囲まれたもののみであるが、第一遮蔽リブ５ａ、第二遮蔽リブ５ｂ、第一間隔リブ６と第二間隔リブ６ｂで囲まれたものであってもよい。また、本実施の形態２においては表面側に第一たわみ抑制リブ７ａを５個、裏面側に第二たわみ抑制リブ７ｂを６個設けた構成をしているが、個数はこの限りではない。また、適宜実施の形態１に係る等ピッチと織り交ぜてもよい。織り交ぜることで、面方向の曲げ強度を得つつ、仕切部材３同士の接触を抑制することができる。

実施の形態３
実施の形態１及び２では、直交流型の熱交換素子に関するものについて説明してきたが、実施の形態３では対向流型の熱交換素子に関するものである。実施の形態３については図７及び図８を用いて説明する。なお、実施の形態３では、実施の形態１及び実施の形態２との相違点を中心に説明し、同一の構成要素については同一の符号を付す。図７は本発明の実施の形態３に係る熱交換素子の斜視図であり、図８は図７のＥ−Ｅ断面図である。

対向流型の熱交換素子１１は表裏を通過する空気の熱交換を行う伝熱性と透湿性と遮蔽性を有する仕切部材１３と、この仕切部材１３を所定間隔に保持する略Ｓ字形状をした間隔保持部材１４と、仕切部材１３のたわみを抑制する前記間隔保持部材１４に並行して備えられたたわみ抑制リブ１７とで形成された単位構成部材１２を一枚ごとに表裏反転させて交互に積層したものであり、仕切部材１３の表側を通過する一次気流Ａと仕切部材１３の裏側を通過する二次気流Ｂとが仕切部材１３を介して、熱と湿分を交換させるものである。

間隔保持部材１４は、途中で曲がりが付いた略Ｓ字形状の遮蔽リブ１５と、この遮蔽リブ１５と並行に所定間隔に複数本設けられ熱交換素子１１を積層した際に積層方向の仕切部材１３の間隔を保持し通風路を形成する間隔リブ１６により構成される。

遮蔽リブ１５は、単位構成部材１２の周縁部に形成され、仕切部材１３の表面の両側にそれぞれ一次気流Ａが流れる方向と並行に設けられた略Ｓ字形状の第三遮蔽リブ１５ａと、仕切部材１３の裏面の両側にそれぞれ二次気流Ｂが流れる方向と並行に設けられた略Ｓ字形状の第四遮蔽リブ１５ｂとから構成される。
間隔リブ１６は、第四遮蔽リブ１５ｂと接続され、前記第三遮蔽リブ１５ａの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第三間隔リブ１６ａと、第三遮蔽リブ１５ａと接続され、第四遮蔽リブ１５ｂの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第四間隔リブ１６ｂとで構成される。
なお、この遮蔽リブ１５と間隔リブ１６の高さは仕切部材１３が湿気を含んで膨張しても風路が閉塞されない高さにする必要がある。

遮蔽リブ１５及び間隔リブ１６は線対称に２種類の配置があり仕切部材１３と間隔保持部材１４が一体化された単位構成部材１２を積層した際に、表面の第三遮蔽リブ１５ａ及び第三間隔リブ１６ａが、その上に積層された次の単位構成部材１２の裏面の第四遮蔽リブ１５ｂ及び第四間隔リブ１６ｂとそれぞれに当接する位置となるように配置されていて、表裏の間隔リブ６同士、遮蔽リブ５同士はそれぞれ互いに突き当たって接触して風路を形成している。

また、隣り合う間隔リブ１６間に間隔リブ１６と並行に所定間隔に複数本設けられ仕切部材１３のたわみによる風路閉塞を抑制するたわみ抑制リブ１７が構成されている。
具体的には、たわみ抑制リブ１７は、第四遮蔽リブ１５ｂ又は第四間隔リブ１６ｂと接続され、第三間隔リブ１６ａの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第三たわみ抑制リブ１７ａと、第三遮蔽リブ１５ａ又は第三間隔リブ１６ａと接続され、第四間隔リブ１６ｂの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第四たわみ抑制リブ１７ｂとで構成される。

たわみ抑制リブ１７は積層時に下の層の第三たわみ抑制リブ１７ａと上の層の第四たわみ抑制リブ１７ｂが干渉(接触)しない様に、リブ高さは遮蔽リブ１５及び間隔リブ１６のリブ高さの１／２未満、少なくとも流路高さの１／２未満が望ましい。また、たわみ抑制リブ１７のリブ幅は伝熱面積、透湿面積の阻害要因となるため、成形にて可能な限り極力細いことが望まれる。

本実施の形態３に係るたわみ抑制リブ１７を、仕切部材１３の表裏で位置をずらして配置している点に特徴がある。仕切部材の１３表裏で第三たわみ抑制リブ１７ａ、第四たわみ抑制リブ１７ｂの位置をずらすと、単位構成部材１２を積層した際にも流路内で積層方向に位置をずらすことが出来る。また、間隔保持部材１４を積層して構成される通風路内に複数のたわみ抑制リブ１７を設置する場合には、実施の形態１及び実施の形態２と同様にたわみ抑制リブ１７の設置間隔を表裏で半ピッチすらしたり、不等ピッチとするなどの方法も用いることが出来る。
本実施の形態３に係る熱交換素子１１は、実施の形態１及び実施の形態２に係る熱交換素子１と同様に温湿度環境の変化により仕切部材１３が伸びた場合でも、熱交換を行う通風路の圧力差により変形した場合にもっとも変位量が大きくなる中央部の位置が上下でずれるため、上下の仕切部材１３同士が接触する可能性が低くなる。これにより仕切部材１３がたわんだ状況でも、仕切部材１３と空気とが接触される続けるため熱交換量を維持することができる。また温湿度環境が改善した場合には、仕切部材１３と空気が接触しているため、仕切部材１３を元の状態へ早く戻すことができ、圧力損失等を通常の状態へ早く復帰させることが出来る。さらに仕切部材１３同士が接触しないため、仕切部材１３の表面に気体遮蔽性を持たせた層を設けている場合などには、接触により表面の層が傷つく危険性を下げることができる。よって、利用可能な仕切部材１３の種類を拡大できる効果もある。

特に、第三たわみ抑制リブ１７ａと第四たわみ抑制リブ１７ｂの配置間隔を半ピッチずつずらす（上の段の第四たわみ抑制リブ１７ｂの中間点に下の段の第三たわみ抑制リブ１７ａが配置される）ことで、温湿環境の変化による仕切部材１３が伸びた場合でも、変化量が最も大きいたわみ抑制リブ１７間の中央部に対向する位置には高さの低いたわみ抑制リブ１７しかないため第三たわみ抑制リブ１７ａと第四たわみ抑制リブ１７ｂが接触することはない。

また、不当ピッチを採用すると温湿度環境の変化により仕切部材１３が伸びた場合でも、熱交換を行う流路の圧力差により変形した場合に最も変位量が大きくなる中央部の位置が最も変位量が小さい中央部の位置と対向するため上下の仕切部材１３同士が接触する可能性が低くなる。これにより仕切部材１３がたわんだ状況でも、仕切部材１３と空気との接触面積が確保されるため熱交換量を維持できる効果がある。また温湿度環境が改善した場合には、仕切部材１３と空気が接触しているため、仕切部材１３を元の状態へ早く戻すことができ、圧力損失等を通常の状態へ早く復帰させることが出来る。さらに仕切部材１３同士が接触しないため、仕切部材１３の表面に気体遮蔽性を持たせた層を設けている場合などには、接触により表面の層が傷つく危険性を下げることができる。よって、利用可能な仕切部材１３の種類を拡大できる効果もある。さらに不等間隔に配置することにより、間隔が短くなった部分は単位構成部材１２の面方向の曲げ強度が向上する効果もある。

また、一般的に、対向流型の熱交換素子１１は直交流型の熱交換素子１よりも同じ伝熱面積を有する場合に熱や湿度の交換効率が優れるが、通風路が長くなることや通風路内に曲がりが入ることによる圧力損失が高くなるという課題がある。また対向流型熱交換素子１１の対向流の部分（図８の断面Ｅ−Ｅの通風路の部分）では、直交流では交差して細かい間隔で仕切部材３を支えていたリブが同一方向に並ぶため、一通風路の幅が同じ場合には直交流型熱交換素子１（実施の形態１、実施の形態２に係る熱交換素子）よりもより長い間隔で仕切部材１３を支えることになる。そのため仕切部材１３が温湿度条件によって伸びてたわんだ場合、支点間距離が長いためより大きくたわんでしまい、通風路を大きく塞いでさらに圧力損失を増大させてしまう。

そこで本実施の形態３に係る熱交換素子１１を得ることにより、実施の形態１及び実施の形態２と同様に断面形状が矩形状となることで圧力損失を抑制することができる点、圧力損失を極力抑えながらたわみ抑制リブ１７を多数入れることで仕切部材１３を拘束する線となり、仕切部材１３上のたわむことができる部分の長さ（自由長）を短く抑えるため仕切部材１３の積層方向のたわみ寸法も小さくなり、仕切部材１３が伸びたことによる通風路の面積の減少量及び圧力損失の増大を抑制できるという効果を得ることができる。このため、従来の直交流型熱交換素子よりも交換効率が高く、従来の対向流形熱交換素子よりも圧力損失を抑えた熱交換素子を得ることができる。

１ 熱交換素子
２ 単位構成部材
３ 仕切部材
４ 間隔保持部材
５ 遮蔽リブ
５ａ 第一遮蔽リブ
５ｂ 第二遮蔽リブ
６ 間隔リブ
６ａ 第一間隔リブ
６ｂ 第二間隔リブ
７ たわみ抑制リブ
７ａ 第一たわみ抑制リブ
７ｂ 第二たわみ抑制リブ
１１ 熱交換素子
１２ 単位構成部材
１３ 仕切部材
１４ 間隔保持部材
１５ 遮蔽リブ
１５ａ 第三遮蔽リブ
１５ｂ 第四遮蔽リブ
１６ 間隔リブ
１６ａ 第三間隔リブ
１６ｂ 第四間隔リブ
１７ たわみ抑制リブ
１７ａ 第三たわみ抑制リブ
１７ｂ 第四たわみ抑制リブ

Claims (11)

1. 伝熱性と透湿性を有する仕切部材と、
   前記仕切部材を所定間隔に保持する間隔保持部材と、
   で形成された単位構成部材を積層し、前記仕切部材の表面側を通過する一次気流と前記仕切部材の裏面側を通過する二次気流とが前記仕切部材を介して熱と湿度を交換する熱交換素子において、
   前記間隔保持部材は、
   前記仕切部材の表面に前記一次気流が流れる方向と並行に所定間隔ごとに設けられた第一間隔リブと、前記仕切部材の裏面に前記二次気流が流れる方向と並行に所定間隔ごとに設けられた第二間隔リブと、を備え、
   前記第二間隔リブと接続され、前記第一間隔リブの間を所定間隔ごとに前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第一間隔リブよりも高さが低い第一たわみ抑制リブと、
   前記第一間隔リブと接続され、前記第二間隔リブの間を所定間隔ごとに前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第二間隔リブよりも高さが低い第二たわみ抑制リブと、を備え、
   前記単位構成部材を積層したときに前記第一たわみ抑制リブと前記第二たわみ抑制リブが対向しない位置に配置することを特徴とする熱交換素子。
2. 伝熱性と透湿性を有する仕切部材と、
   前記仕切部材を所定間隔に保持する間隔保持部材と、
   で形成された単位構成部材を積層し、前記仕切部材の表面側を通過する一次気流と前記仕切部材の裏面側を前記一次気流と交差して通過する二次気流とが前記仕切部材を介して熱と湿度を交換する熱交換素子において、
   前記間隔保持部材は、
   前記仕切部材の表面に前記一次気流が流れる方向と並行に所定間隔ごとに設けられた第一間隔リブと、前記仕切部材の裏面に前記二次気流が流れる方向と並行に所定間隔ごとに設けられた第二間隔リブと、を備え、
   前記第二間隔リブと接続され、前記第一間隔リブの間を所定間隔ごとに前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第一間隔リブよりも高さが低い第一たわみ抑制リブと、
   前記第一間隔リブと接続され、前記第二間隔リブの間を所定間隔ごとに前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第二間隔リブよりも高さが低い第二たわみ抑制リブと、を備え、
   前記単位構成部材を積層したときに前記第一たわみ抑制リブと前記第二たわみ抑制リブが対向しない位置に配置することを特徴とする熱交換素子。
3. 伝熱性と透湿性を有する仕切部材と、
   前記仕切部材を所定間隔に保持する間隔保持部材と、
   で形成された単位構成部材を積層し、前記仕切部材の表面側を通過する一次気流と前記仕切部材の裏面側を前記一次気流と並行して通過する二次気流とが前記仕切部材を介して熱と湿度を交換する熱交換素子において、
   前記間隔保持部材は、
   前記仕切部材の表面に前記一次気流が流れる方向と並行に所定間隔ごとに設けられた第一間隔リブと、前記仕切部材の裏面に前記二次気流が流れる方向と並行に所定間隔ごとに設けられた第二間隔リブと、を備え、
   前記第二間隔リブと接続され、前記第一間隔リブの間を所定間隔ごとに前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第一間隔リブよりも高さが低い第一たわみ抑制リブと、
   前記第一間隔リブと接続され、前記第二間隔リブの間を所定間隔ごとに前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第二間隔リブよりも高さが低い第二たわみ抑制リブと、を備え、
   前記単位構成部材を積層したときに前記第一たわみ抑制リブと前記第二たわみ抑制リブが対向しない位置に配置することを特徴とする熱交換素子。
4. 伝熱性と透湿性を有する仕切部材と、
   前記仕切部材を所定間隔に保持する間隔保持部材と、
   で形成された単位構成部材を積層し、前記仕切部材の表面側を通過する一次気流と前記仕切部材の裏面側を通過する二次気流とが前記仕切部材を介して熱と湿度を交換する熱交換素子において、
   前記間隔保持部材は、
   前記仕切部材の表面の両側にそれぞれ前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた第一遮蔽リブと、前記仕切部材の裏面の両側にそれぞれ前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた第二遮蔽リブと、
   前記第二遮蔽リブと接続され、前記第一遮蔽リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第一間隔リブと、前記第一遮蔽リブと接続され、前記第一遮蔽リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第二間隔リブと、を備え、
   前記第二遮蔽リブまたは前記第二間隔リブと接続され、前記第一間隔リブの間を所定間隔ごとに前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第一間隔リブよりも高さが低い第一たわみ抑制リブと、
   前記第一遮蔽リブまたは前記第一間隔リブと接続され、前記第二間隔リブの間を所定間隔ごとに前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第二間隔リブよりも高さが低い第二たわみ抑制リブと、を備え、
   前記単位構成部材を積層したときに前記第一たわみ抑制リブと前記第二たわみ抑制リブが対向しない位置に配置することを特徴とする熱交換素子。
5. 伝熱性と透湿性を有する仕切部材と、
   前記仕切部材を所定間隔に保持する間隔保持部材と、
   で形成された単位構成部材を積層し、前記仕切部材の表面側を通過する一次気流と前記仕切部材の裏面側を前記一次気流と交差して通過する二次気流とが前記仕切部材を介して熱と湿度を交換する熱交換素子において、
   前記間隔保持部材は、
   前記仕切部材の表面の両側にそれぞれ前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた第一遮蔽リブと、前記仕切部材の裏面の両側にそれぞれ前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた第二遮蔽リブと、
   前記第二遮蔽リブと接続され、前記第一遮蔽リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第一間隔リブと、前記第一遮蔽リブと接続され、前記第一遮蔽リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第二間隔リブと、を備え、
   前記第二遮蔽リブまたは前記第二間隔リブと接続され、前記第一間隔リブの間を所定間隔ごとに前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第一間隔リブよりも高さが低い第一たわみ抑制リブと、
   前記第一遮蔽リブまたは前記第一間隔リブと接続され、前記第二間隔リブの間を所定間隔ごとに前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第二間隔リブよりも高さが低い第二たわみ抑制リブと、を備え、
   前記単位構成部材を積層したときに前記第一たわみ抑制リブと前記第二たわみ抑制リブが対向しない位置に配置することを特徴とする熱交換素子。
6. 伝熱性と透湿性を有する仕切部材と、
   前記仕切部材を所定間隔に保持する間隔保持部材と、
   で形成された単位構成部材を積層し、前記仕切部材の表面側を通過する一次気流と前記仕切部材の裏面側を前記一次気流と並行して通過する二次気流とが前記仕切部材を介して熱と湿度を交換する熱交換素子において、
   前記間隔保持部材は、
   前記仕切部材の表面の両側にそれぞれ前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた第一遮蔽リブと、前記仕切部材の裏面の両側にそれぞれ前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた第二遮蔽リブと、
   前記第二遮蔽リブと接続され、前記第一遮蔽リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第一間隔リブと、前記第一遮蔽リブと接続され、前記第一遮蔽リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第二間隔リブと、を備え、
   前記第二遮蔽リブまたは前記第二間隔リブと接続され、前記第一間隔リブの間を所定間隔ごとに前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第一間隔リブよりも高さが低い第一たわみ抑制リブと、
   前記第一遮蔽リブまたは前記第一間隔リブと接続され、前記第二間隔リブの間を所定間隔ごとに前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた前記第二間隔リブよりも高さが低い第二たわみ抑制リブと、を備え、
   前記単位構成部材を積層したときに前記第一たわみ抑制リブと前記第二たわみ抑制リブが対向しない位置に配置することを特徴とする熱交換素子。
7. 前記間隔保持部材は略Ｓ字形状をしたことを特徴とする請求項３または６記載の熱交換素子。
8. 前記第一たわみ抑制リブと前記第二たわみ抑制リブの配置間隔を同一にし、前記第一たわみ抑制リブが隣り合う前記第二たわみ抑制リブの中点に配置することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の熱交換素子。
9. 前記第一たわみ抑制リブと前記第二たわみ抑制リブの配置間隔を不等間隔とし、前記単位構成部材を積層したときに前記第一たわみ抑制リブと前記第二たわみ抑制リブが対向しない位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の熱交換素子。
10. 前記第一たわみ抑制リブと前記第二たわみ抑制リブの配置を不等間隔にし、前記第一たわみ抑制リブが隣り合う前記第二たわみ抑制リブの中点に配置することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の熱交換素子。
11. 前記第一たわみ抑制リブと前記第二たわみ抑制リブは、通風路高さの１／４以下であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の熱交換素子。

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