WO2022013972A1 - 熱交換器および熱交換型換気装置 - Google Patents

Abstract

熱交換器は、給気流と排気流との間で熱交換を行う熱交換器であって、角柱状の熱交換素子と、熱交換素子の軸方向に沿って延びる辺ごとに取り付けられる複数の枠部材（４）と、熱交換素子の軸方向における端面の少なくとも一部を覆うと共に複数の枠部材（４）が接合される端面部材（３）とを備える。枠部材（４）は、熱交換素子の軸方向に移動自在に端面部材（３）に接合されている。

Description

熱交換器および熱交換型換気装置

　本開示は、給気流と排気流との間で熱交換を行う熱交換器および熱交換型換気装置に関する。

　近年、暖房および冷房などの空調機器が発達かつ普及し、空調機器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および湿度を回収できる熱交換器を備えた熱交換型換気装置の重要性も高まっている。熱交換器には、伝熱性と透湿性とを有する複数の仕切板の間に間隔板を挟むことで、仕切板の間に間隔を設けて複数層に重ね合わせた熱交換素子を用いたものがある。仕切板は方形の平板であり、間隔板は投影平面が仕切板に一致する波形が成形された波板である。波板の波形は、例えば鋸波状または正弦波状である。仕切板と間隔板を重ね合わせることで、熱交換素子は四角柱形状となる。熱交換器では、仕切板の両面に設けられる間隔板同士が、波形の成形方向が９０度またはそれに近い角度でずらして配置される。これにより、一次気流と二次気流を通す二系統の流体通路が熱交換素子の各層間に一層おきに設けられる。

　熱交換器では、四角柱形状である熱交換素子の軸方向に沿って延びる辺に枠部材を設けたり、軸方向に垂直な端面を覆うカバー部材を設けたりして、強度の確保が図られる場合がある。一般に、仕切板および間隔板は特殊加工紙で形成されている。熱交換器を通過する空気によって乾燥と湿潤とを繰り返すことで、仕切板および間隔板は長期間の使用で縮小する傾向にある。このため、仕切板および間隔板の縮小によって熱交換素子が縮小し、枠部材が変形したり、熱交換素子と枠部材との接着が剥がれたりする場合があった。枠部材の変形等によって、一次気流が通過する流体通路と二次気流が通過する流体流路とが連通してしまう場合があった。各流体流路の連通によって、換気風量が変化したり、排気流に含まれる汚染要素が給気流へ混入したり、熱交換効率が低下したりするという問題があった。

　そこで、特許文献１には、軸方向に垂直な方向に移動自在にカバー部材に枠部材が連結された熱交換器が開示されている。特許文献１に開示された熱交換器では、軸方向に垂直な方向への熱交換素子の縮小に合わせて枠部材が軸方向と垂直な方向に移動することで枠部材の剥がれ等を防止している。

特許第６４８２６８８号公報

　しかしながら、熱交換素子は、間隔板の縮小によって熱交換素子が軸方向に縮小する場合がある。特許文献１に開示された熱交換器では、熱交換素子の軸方向への縮小には対応することができなかった。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、熱交換素子の軸方向への縮小に対応可能な熱交換器を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示は、給気流と排気流との間で熱交換を行う熱交換器であって、角柱状の熱交換素子と、熱交換素子の軸方向に沿って延びる辺ごとに取り付けられる複数の枠部材と、熱交換素子の軸方向における端面の少なくとも一部を覆うと共に複数の枠部材が接合される端面部材とを備える。枠部材は、熱交換素子の軸方向に移動自在に端面部材に接合されている。

　本開示によれば、熱交換素子の軸方向への縮小に対応可能な熱交換器を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる熱交換型換気装置を示す概略正面図 実施の形態１にかかる熱交換型換気装置を示す概略平面図 実施の形態１にかかる熱交換器の斜視図 実施の形態１における端面部材の斜視図 実施の形態１における端面部材の接合部の拡大図 実施の形態１における枠部材の斜視図 実施の形態１における枠部材の接合部の拡大図 実施の形態１における端面部材を端面側から見た外観図 実施の形態１における枠部材を端面方向から見た外観図 実施の形態１にかかる熱交換器の接合部の軸方向と垂直方向への可動構造を示す拡大図 実施の形態１にかかる熱交換器の接合部の軸方向と垂直方向への可動構造を示す拡大図 実施の形態１にかかる熱交換器の接合部の軸方向への可動構造を示す拡大図 実施の形態１にかかる熱交換器の接合部の軸方向への可動構造を示す拡大図 実施の形態１にかかる熱交換器の接合部を爪部の長手方向に切断した断面の拡大図

　以下に、実施の形態にかかる熱交換器および熱交換型換気装置を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる熱交換型換気装置を示す概略正面図である。図２は、実施の形態１にかかる熱交換型換気装置を示す概略平面図である。熱交換型換気装置１００は、天井裏の空間に取り付けられ、ダクト（図示せず）を通じて給排気する全熱交換型の換気装置である。熱交換型換気装置１００は、外郭を形成する筐体１０１と、筐体１０１内に挿抜可能に収納される角柱状（実施の形態１では、四角柱状）の熱交換器１と、筐体１０１内で熱交換器１を支持する複数の支持部３０とを備える。

　筐体１０１は、室外側に配置される第１側板１１と、第１側板１１と対向すると共に室内側に配置される第２側板１２と、第１側板１１および第２側板１２の間を延びる第３側板１３と、第３側板１３と対向すると共に第１側板１１および第２側板１２の間を延びる第４側板１４と、第１側板１１、第２側板１２、第３側板１３および第４側板１４の上部に取り付けられた天板１５と、第１側板１１、第２側板１２、第３側板１３および第４側板１４の下部に取り付けられた底板１６とを有する六面体状に形成される。筐体１０１は、熱交換型換気装置１００の設置状態において、天板１５が鉛直方向Ｙの上側、底板１６が鉛直方向Ｙの下側に位置する。

　第１側板１１には、室外の空気を吸い込む室外側吸込口１１１と、室内空気を室外へと排出する室外側排気口１１２とが設けられている。また、第２側板１２には、室内の空気を吸い込む室内側吸込口１２１と、室外側吸込口１１１から吸い込んだ室外空気を室内へ供給する室内側吹出口１２２とが設けられている。第３側板１３は、図２に示すように、筐体１０１に熱交換器１を挿抜可能とするメンテナンス開口１３０を有する。また、第３側板１３には、メンテナンス開口１３０を塞ぐメンテナンスカバー４０が着脱自在に取り付けられる。メンテナンスカバー４０の内側には、熱交換器１の端面およびメンテナンス開口１３０の内周面と当接するシール部材４１が貼り付けられている。

　筐体１０１は、室外側吸込口１１１と室内側吹出口１２２とを連通させると共に図１に示す実線矢印の方向に給気流が流れる給気風路、および室内側吸込口１２１と室外側排気口１１２とを連通させると共に図１に示す破線矢印の方向に排気流が流れる排気風路を、互いに独立した風路として区画する第１ケーシング１７および第２ケーシング１８とを有する。第１ケーシング１７は、排気風路の途中に配置されて排気流を発生させる排気送風機４２を保持する。また、第２ケーシング１８は、給気風路の途中に配置されて給気流を発生させる給気送風機４３を保持する。

　熱交換器１は、図１に示すように、筐体１０１の中央部において、給気風路の途中および排気風路の途中に配置され、給気風路および排気風路の一部を形成する。熱交換器１は、図１に示すように、筐体１０１に固定された複数の支持部３０によって支持される。

　実施の形態１にかかる熱交換器１の構成について説明する。図３は、実施の形態１にかかる熱交換器の斜視図である。熱交換器１は、角柱型の熱交換素子２を備える。熱交換素子２は、伝熱性と透湿性とを有する複数の仕切板２ａの間に間隔板２ｂを挟むことで形成される。熱交換素子２は、間隔板２ｂによって仕切板２ａの間に間隔を設けて複数の仕切板２ａが複数層に重ね合わせられている。仕切板２ａは方形の平板であり、間隔板２ｂは投影平面が仕切板２ａに一致する波形を成形した波板である。間隔板２ｂの波形は、例えば鋸波状または正弦波状である。仕切板２ａと間隔板２ｂを重ね合わせることで、熱交換素子２は四角柱形状となる。熱交換素子２では、仕切板２ａの両面に設けられる間隔板２ｂ同士は、波形の成形方向が９０度またはそれに近い角度でずらして配置される。これにより、一次気流と二次気流を通す二系統の流体通路を熱交換素子２の各層間に一層おきに設けた構成となる。

　熱交換素子２の両端面には、端面部材３が設置されている。熱交換素子２の角柱の軸方向に沿って延びる各辺には、枠部材４が設置されている。端面部材３と枠部材４は以下に示す接合構造によって固定され、熱交換素子２に固定される。この時、枠部材４と熱交換素子２との間、端面部材３と熱交換素子２と接合部は、シーリング材や接着剤で埋め、固定してもよい。

　図４は、実施の形態１における端面部材の斜視図である。端面部材３は熱交換素子２の端面に設置されるため、平板状の形状で、各辺の角部には枠部材４と接合するための接合部５が設けられている。各角部となる４か所に接合部５が設けられることによって、端面部材３と枠部材４とを箱状に組立てることができる。端面部材３は射出成形品で成形し、材料はＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ　ｂｕｔａｄｉｅｎｅ　ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）を使用しても良い。

　図５は、実施の形態１における端面部材の接合部の拡大図である。接合部５は、スナップフィット構造により接合する構造である爪部６を２か所有する。爪部６は、端面部材３の角部に２つ並んで間隔を空けて形成されている。爪部６は、枠部材４に差し込まれる凸部である。爪部６を枠部材４に差し込むことにより、端面部材３と枠部材４とが接合する。爪部６の両側には枠部材４が入り込むための空間壁８が設けられている。２つの爪部６の間には、爪部６と同じ方向に突出する突起７が設けられている。後に詳説するが、端面部材３と枠部材４とは互いに移動可能に接合されている。このような可動構造を設けるためには、枠部材４が可動するための空間部を設ける必要があるが、空間部を設けることにより、熱交換型換気装置１００に熱交換器１が取り付けられた際に空間部を通って気流が漏れやすくなる。２つの爪部６の間に突起７を設けることで、空間部を通る気流の流れを抑制して、気流漏れを抑制している。突起７によって、可動構造を設けるための空間に壁を作ることができ、気流漏れを抑制できる。なお、軸方向に沿った突起７の長さは、軸方向に沿った爪部６の長さよりも長くなっている。これにより、後述する枠部材４に形成された接合穴から流れ込む空気が他の流路に漏れることをより確実に防ぐことができる。なお、爪部６の先端に引っ掛かり用突起６ａが設けられている。

　図６は、実施の形態１における枠部材の斜視図である。枠部材４は棒状となっており、Ｖ字状の接着面１９（図９も参照）を有し、接着面１９は熱交換素子２の軸方向の各辺と接合される。熱交換素子２の軸方向の寸法が変わる場合には枠部材４の長さを変更することによって対応することができる。また、枠部材４の端部には接合部９が設けられており、この接合部９によって、端面部材３と接合することができる。枠部材４は射出成形や押出成形により成形してもよい。材料はＡＢＳ、ＰＰ等を使用してもよい。また、押出し成形品とすることにより、熱交換素子２の軸方向のサイズが変更となっても、自由に寸法調整が可能となる。

　図７は、実施の形態１における枠部材の接合部の拡大図である。枠部材４の接合部９は開口穴である接合穴１０が設けられている。接合穴１０に端面部材３の爪部６を差し込み、スナップフィット構造によって引っ掛かり用突起６ａが接合穴１０の縁に引っ掛かることで、爪部６が接合穴１０から抜けることが防がれる。

　図８は、実施の形態１における端面部材を端面側から見た外観図である。図９は、実施の形態１における枠部材を端面方向から見た外観図である。図１０および図１１は、実施の形態１にかかる熱交換器の接合部の軸方向と垂直方向への可動構造を示す拡大図である。図１０および図１１は、端面部材３と枠部材４とが接合された状態を端面方向から見た図となっている。枠部材４の接合穴１０に端面部材３の爪部６が差し込まれ、引っ掛かり用突起６ａが引っ掛かることにより、端面部材３と枠部材４とを接合している。この時、空間壁８によって、空間が設けられている。熱交換型換気装置１００の長期間の使用により、熱交換素子２が軸方向と垂直な方向に収縮した場合には、図１１に示すように空間部に枠部材４が入り込むことができるため、熱交換素子２の収縮に枠部材４が追従することができ、熱交換素子２と枠部材４との間に隙間が発生することを防ぐことができる。したがって、熱交換素子２と枠部材４との間からの気流漏れの発生を防ぐことができる。このような、軸方向に垂直な方向への枠部材４の移動は、爪部６の引っ掛かり用突起６ａから爪部６の根元部までの長さが、枠部材４の接合穴１０が形成された部分の厚さよりも長いことによって実現される。

　図１２および図１３は、実施の形態１にかかる熱交換器の接合部の軸方向への可動構造を示す拡大図である。図１２および図１３では、枠部材４の接合穴１０に端面部材３の爪部６が挿入された状態を示している。図１４は、実施の形態１にかかる熱交換器の接合部を爪部の長手方向に切断した断面の拡大図である。図示するように接合穴１０は軸方向に長い長穴形状となっている。また、爪部６の軸方向に沿った長さは、接合穴１０の軸方向に沿った長さよりも短くなっている。これにより、爪部６と接合穴１０との間には、接合穴１０の中で熱交換素子２の軸方向に爪部６が移動可能な間隙が設けられる。この間隙によって、熱交換素子２が収縮して軸方向の寸法が変動しても、端面部材３が熱交換素子２の端面位置に合わせて移動することができる。熱交換型換気装置１００の長期間の使用によって、熱交換素子２の軸方向の寸法が収縮した場合であっても、図１３に示すように端面部材３が熱交換素子２の収縮に追従することができる。そのため、熱交換素子２と端面部材３との間に隙間が発生することを防ぐことができる。したがって、熱交換素子２と端面部材３との間からの気流漏れの発生を防ぐことができる。

　なお、枠部材４に爪部を設け、端面部材３に接合穴を設ける構成としてもよい。この場合、枠部材４を射出成形とした後に、接合穴を形成する工程を省略することができる。

　また、図示は省略するが、枠部材４の中央部を分割し、スナップフィット構造で熱交換素子２の軸方向に可動する接合部を設けることにより、同一の機能を持たせてもよい。

　以上の説明した熱交換型換気装置１００によれば、熱交換器１の長期間の使用によって熱交換素子２が軸方向および軸方向に垂直な方向の２方向に収縮しても、熱交換素子２と端面部材３との間および熱交換素子２と枠部材４との間の隙間の発生を抑制することができる。これにより、長期間の使用に起因する気流漏れの増加を抑制することができる。また、軸方向に沿って端面部材３が移動可能であることによって、枠組付け時の熱交換素子２の寸法調整精度も緩和されるため、熱交換器１の組立性を向上させることができる。

　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、変形例同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　熱交換器、２　熱交換素子、２ａ　仕切板、２ｂ　間隔板、３　端面部材、４　枠部材、５，９　接合部、６　爪部、６ａ　引っ掛かり用突起、７　突起、８　空間壁、１０　接合穴、１１　第１側板、１２　第２側板、１３　第３側板、１４　第４側板、１５　天板、１６　底板、１７　第１ケーシング、１８　第２ケーシング、１９　接着面、３０　支持部、４０　メンテナンスカバー、４１　シール部材、１００　熱交換型換気装置、１０１　筐体、１１１　室外側吸込口、１１２　室外側排気口、１２１　室内側吸込口、１２２　室内側吹出口、１３０　メンテナンス開口。

Claims (7)

1. 　給気流と排気流との間で熱交換を行う熱交換器であって、
   　角柱状の熱交換素子と、
   　前記熱交換素子の軸方向に沿って延びる辺ごとに取り付けられる複数の枠部材と、
   　前記熱交換素子の前記軸方向における端面の少なくとも一部を覆うと共に前記複数の枠部材が接合される端面部材とを備え、
   　前記枠部材は、前記熱交換素子の前記軸方向に移動自在に前記端面部材に接合されていることを特徴とする熱交換器。
2. 　前記枠部材と前記端面部材との接合部には、前記熱交換素子の前記軸方向に沿って前記端面部材の移動を許容する間隙が設けられることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 　前記接合部は、前記枠部材および前記端面部材のいずれか一方に凸部が設けられ他方に開口穴が設けられ、
   　前記凸部は前記開口穴に嵌まっており、
   　前記凸部の前記軸方向に沿った長さは、前記開口穴の軸方向に沿った長さよりも短いことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 　前記凸部は２つ並んで間隔を空けて形成され、その間に突起が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 　前記凸部はスナップフィット形状で形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の熱交換器。
6. 　前記接合部は前記熱交換素子の前記軸方向と垂直な方向に沿って前記枠部材の移動を許容することを特徴とする請求項２から５のいずれか１つに記載の熱交換器。
7. 　請求項１から６のいずれか１つに記載の熱交換器が搭載されたことを特徴とする熱交換型換気装置。

Images