JP2012141121A - 全熱交換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な熱交換を可能にするとともに、形状を維持することができる全熱交換素子を提供すること。
【解決手段】仕切板２と間隔板３とを交互に積層することにより、仕切板２の積層方向に給気流路４と排気流路とが交互に画成された全熱交換素子１において、間隔板３に設けられた谷となる折り目のすべての稜線部分と当該間隔板３を積層する一方の仕切板２１とが接着されるとともに、間隔板３に設けられた山となる折り目のうち中央領域となる折り目の少なくとも一部の稜線部分と当該間隔板３に積層する他方の仕切板２２とが離反可能に接するように、山となる折り目のうち周縁領域となる折り目の稜線部分と他方の仕切板２２とが接着され、かつ、仕切板の積層方向において接着部分が重なるように、山となる折り目のうち中央領域となる稜線の一部部分と他方の仕切板とが接着されたので、効率的な熱交換を可能にするとともに、形状を維持することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、全熱交換器に搭載され、温度および湿度の異なる空気の間で熱と湿気とを交換する全熱交換素子に関する。

全熱交換器に搭載され、温度および湿度の異なる空気の間で熱と湿気とを交換する全熱交換素子が広く知られている。全熱交換素子は、仕切板と間隔板とを交互に積層したもので、仕切板と仕切板との間隔は間隔板によって確保される。そして、仕切板の積層方向に給気流路と排気流路とが交互に画成され、給気流路に流れる空気と排気流路に流れる空気との間で熱と湿気とを交換する（たとえば、特許文献１参照）。

ところで、仕切板と間隔板とは接着剤により接着される。しかしながら、接着剤は一般に透湿性を有さないため、接着剤が付着した部分は熱交換に寄与しない。したがって、間隔板の折り目のすべての稜線部分に接着剤を塗布すると、接着剤が付着する仕切板の面積が増大し、効率的な熱交換を損なうことになる。

一方、仕切板と間隔板とが周縁領域となる部分で接着され、中央領域では一部部分が接着された全熱交換素子が提案されている。この全熱交換素子は、接着剤の使用量が少なくて済み、効率的な熱交換が可能となる（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００９−２５０５８５号公報 特開２００５−２０１５０２号公報

しかしながら、特許文献２に記載された全熱交換素子は、仕切板と間隔板とが周辺領域となる部分で接着され、中央領域では一部部分が接着されるだけなので、その形状を維持することが難しい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、効率的な熱交換を可能にするとともに、形状を維持することができる全熱交換素子を提供す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、仕切板と間隔板とを交互に積層することにより、仕切板の積層方向に給気流路と排気流路とが交互に画成された全熱交換素子において、前記間隔板に設けられた谷となる折り目のすべての稜線部分と当該間隔板を積層する一方の仕切板とが接着されるとともに、前記間隔板に設けられた山となる折り目のうち中央領域となる折り目の少なくとも一部の稜線部分と当該間隔板に積層する他方の仕切板とが離反可能に接するように、前記山となる折り目のうち周縁領域となる折り目の稜線部分と前記他方の仕切板とが接着され、かつ、仕切板の積層方向において接着部分が重なるように、前記山となる折り目のうち中央領域となる稜線の一部部分と前記他方の仕切板とが接着されたことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記給気流路または前記排気流路において、隣り合う流路を流れる空気に圧力差が生じた場合に、圧力の高い流路から圧力の低い流路に向けて空気が移動するように、前記一部の稜線部分と前記他方の仕切板とが離反することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記間隔板の中央となる領域の少なくとも一部が切り抜かれたことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、積層された仕切板の最下面と最上面とに一対のエンドプレートが設置され、該一対のエンドプレートを加圧することにより、仕切板の積層方向に圧縮力が付与されたことを特徴とする。

本発明にかかる全熱交換素子は、間隔板の山となる折り目が離反可能に接する部分には、接着剤が付着することがなく、熱交換に寄与するので、効率的な熱交換が可能となる。また、間隔板に設けられた谷となる折り目のすべての稜線部分と当該間隔板を積層する一方の仕切板とが接着されるとともに、仕切板の積層方向において接着部分が重なるように、山となる折り目のうち中央領域となる稜線の一部部分と他方の仕切板とが接着されたので、全熱交換素子の形状を維持することができる。

また、積層された仕切板の最下面と最上面とに一対のエンドプレートが設置され、該一対のエンドプレートを加圧することにより、エンドプレートを介して、仕切板の積層方向に圧縮力が付与されたので仕切板の積層方向に付与された圧縮力は、積層方向に重なる接着部分の仕切板と間隔板にて、トラス構造を形成し、直交に積み重ねた形状を保持しつつ、負担されるので、全熱交換素子の形状を維持することができる。

図１は、本発明の実施の形態である全熱交換素子を搭載した全熱交換器を示す概念図である。 図２は、本発明の実施の形態１である全熱交換素子の構造を示す斜視図である。 図３は、図２に示した全熱交換素子の構造を示す分解斜視図である。 図４は、全熱交換素子の要部を示す拡大断面図である。 図５は、給気流路または排気流路において、一部の稜線部分と他方の仕切板とが離反した状態例を示す断面図である。 図６は、給気流路または排気流路において、一部の稜線部分と他方の仕切板とが離反した状態例を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態２である全熱交換素子の構造を示す正面図である。 図８は、本発明の実施の形態３である全熱交換素子の構造を示す分解斜視図である。

以下に、本発明にかかる全熱交換素子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態である全熱交換素子を搭載した全熱交換器を示す概念図である。本発明の実施の形態である全熱交換素子１を搭載した全熱交換器１００は、静止形の全熱交換器であって、温度および湿度の異なる空気の間で熱と湿気とを交換する。

図１に示すように、全熱交換器１００は、屋外から室内に連通する給気流路１０１と、室内から屋外に連通する排気流路１０２とを有している。本発明の実施の形態である全熱交換素子１は、給気流路１０１と排気流路１０２とに跨いで設けられ、給気流路１０１に流れる空気と排気流路１０２に流れる空気との間で熱と湿気とを交換する。

給気流路１０１の途中には、ファンＦが設けてあり、屋外から外気ＯＡを導入し、全熱交換素子１に供給し、全熱交換素子１から室内に給気ＳＡを供給する。同様に、排気流路１０２の途中には、ファンＦが設けてあり、室内から還気ＲＡを導入し、全熱交換素子１に供給し、全熱交換素子１から屋外に排気ＥＡを排出する。

（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１である全熱交換素子の外観を示す概念図であり、図３は、図２に示した全熱交換素子の要部を示す分解斜視図である。また、図４は、全熱交換素子の要部を示す拡大断面図である。

図２に示すように、本発明の実施の形態１である全熱交換素子１は、直交型の全熱交換素子であって、平面視正方形を成している。全熱交換素子１は、仕切板２と間隔板３とを交互に積層したもので、仕切板２と仕切板２との間隔は間隔板３によって確保される。そして、仕切板２の積層方向に給気流路４と排気流路５とが交互に画成され、給気流路４に流れる空気と排気流路５に流れる空気との間で熱と湿気とが交換される。なお、全熱交換素子１は、仕切板２を境にして給気流路４と排気流路５とが隣接するものであれば良く、積層方向が上下方向や左右方向に限定されるものではない。

本発明の実施の形態１である全熱交換素子１のように、直交型の全熱交換素子は、平面視正方形の一辺に給気流路４の吸込口４１を有しており、吸込口４１と対向する他辺に給気流路４の吐出口（図示せず）を有している。また、給気流路４の吐出口を有する一辺と隣り合う辺に排気流路５の吸込口５１を有しており、吸込口５１と対向する他辺に排気流路５の吐出口（図示せず）を有している。

上述した仕切板２は、熱交換に適した平坦な板状体で構成され、仕切板２を境にして一方の面に給気流路４が画成され、他方の面に排気流路５が画成される。そして、仕切板２の一方の面に画成された給気流路４に流れる空気（給気）と他方の面に画成された排気流路５に流れる空気（排気）との間で熱と湿気とが交換される。仕切板２は、たとえば、熱交換に適した通気抵抗度が１００秒以上の紙、たとえば、ビスコース紙が用いられる。なお、ビスコース紙は湿潤状態でも十分な引っ張り強度を発揮する。

上述した間隔板３は、仕切板２と仕切板２との間隔を確保するとともに、仕切板２と仕切板２との間に給気流路４あるいは排気流路５を画成するためのものである。間隔板３は、山折りと谷折りを交互に繰り返すことにより、山となる折り目と谷となる折り目とを交互に設けたものである。間隔板３により仕切板２と仕切板２との間に画成された給気流路４および排気流路５には、それぞれ正面視三角形の流路４２，５２が画成される。

図３および図４に示すように、谷となる折り目のすべての稜線部分には接着剤Ｇが塗布され、谷となる折り目のすべての稜線部分と当該間隔板３を積層する一方の仕切板２１（２）とが接着されている。

一方、山となる折り目のうち中央領域となる折り目の少なくとも一部の稜線部分が当該間隔板３に積層する他方の仕切板に対して離反可能に接するように、山となる折り目のうち周縁領域（図３において一点鎖線で囲った領域）Ｒ１となる折り目の稜線部分には、図３において太線で示すように、接着剤Ｇが塗布され、山となる折り目のうち周縁領域となる稜線部分と他方の仕切板２２（２）とが接着されている。これは、給気流路４および排気流路５の気密性を確保するとともに、全熱交換素子１が押しつぶされる事態を防止するためであり、これにより、気密性が確保され、全熱交換素子１の形状が維持される。

また、図３において太線で示すように、仕切板２の積層方向において接着部分が重なるように、山となる折り目のうち中央領域（図３において点線で囲った領域）Ｒ２となる稜線の一部部分には接着剤Ｇが塗布され、山となる折り目のうち中央領域Ｒ２となる稜線の一部部分と他方の仕切板２２（２）とが接着されている。これは、全熱交換素子が押しつぶされる事態を防止するためであり、これにより、全熱交換素子１の形状が維持される。

図５は、間隔板が湾曲することにより、一部の稜線部分と他方の仕切板とが離反した状態例を示す図であり、図６は、他方の仕切板が湾曲することにより、一部の稜線部分と他方の仕切板とが離反した状態例を示す図である。

図５または図６に示すように、給気流路４または排気流路５において、山となる折り目の稜線部分を介して隣り合う流路４２（５２）を流れる空気に圧力差（Ｐ_１＜Ｐ_２）が生じた場合には、圧力の高い流路４２（５２）から圧力の低い流路（４２（５２）に向けて空気が流れるように、一部の稜線部分と他方の仕切板２２（２）とが離反する。たとえば、図５に示すように、間隔板３が湾曲することにより、間隔板３の一部の稜線部分と他方の仕切板２２（２）とが離反することもあれば、図６に示すように、他方の仕切板２２（２）が湾曲することにより、一部の稜線部分と他方の仕切板２２（２）とが離反することもある。また、間隔板３と他方の仕切板２２（２）とが同時に湾曲することにより、間隔板３の一部の稜線部分と他方の仕切板２２（２）とが離反することもある。いずれの場合にも、これにより、圧力の高い流路４２（５２）から圧力の低い流路４２（５２）に向けて空気が流れ、空気の流速が均等化される。

上述した本発明の実施の形態１である全熱交換素子１を搭載した全熱交換器１００は、屋外から外気ＯＡを導入し、全熱交換素子１に供給するとともに、室内から還気ＲＡを導入し、全熱交換素子１に供給する。そして、全熱交換素子１に導入された外気ＯＡは、給気流路４に流入する。一方、全熱交換素子１に導入された還気ＲＡは、排気流路５に流入する。そして、給気流路４に流れる空気と排気流路５に流れる空気との間で熱と湿気とが交換され、外気ＯＡは給気ＳＡとなり室内に供給され、還気ＲＡは排気ＥＡとなり屋外に排出される。

上述した本発明の実施の形態１である全熱交換素子１は、間隔板３の山となる折り目のうち離反可能に接する一部の稜線部分には、接着剤Ｇが付着することがなく、熱交換に寄与するので、効率的な熱交換が可能となる。

また、間隔板３に設けられた谷となる折り目のすべての稜線部分と当該間隔板３を積層する一方の仕切板２１（２）とが接着されるとともに、仕切板２の積層方向において、接着部分が重なるように、山となる折り目のうち中央領域Ｒ２となる稜線の一部部分と他方の仕切板２２（２）とが接着されたので、全熱交換素子１の形状が維持される。

さらに、給気流路４または排気流路５において、山となる折り目の稜線部分を介して隣り合う流路４２（５２）を流れる空気に圧力差が生じた場合（Ｐ_１＜Ｐ_２）には、圧力の高い流路４２（５２）から圧力の低い流路４２（５２）に向けて空気が流れるように、一部の稜線部分と他方の仕切板２２（２）とが離反するので、圧力の高い流路４２（５２）から圧力の低い流路４２（５２）に向けて空気が流れ、空気の流速が均等化される。これにより、効率的な熱交換が可能となる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２である全熱交換素子を示す正面図である。図７に示すように、本発明の実施の形態２である全熱交換素子２０１は、上述した本発明の実施の形態１である全熱交換素子１の積層された仕切板２の最下面と最上面とに一対のエンドプレート２０２を装着し、一対のエンドプレート２０２を加圧することにより、仕切板２の積層方向に圧縮力を付与したものである。

実施の形態２である全熱交換素子２０１は、仕切板２の積層方向において接着部分（図７において黒丸（・）を付してある）が重なるように、山となる折り目のうち中央領域Ｒ２となる稜線の一部部分と他方の仕切板２２（２）とが接着されているので、仕切板２の積層方向に圧縮力を付与しても全熱交換素子２０１が押しつぶされることがなく、給気流路４や排気流路５がつぶれることがない。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３である全熱交換素子を示す分解斜視図である。図８に示すように、本発明の実施の形態３である全熱交換素子３０１は、上述した本発明の実施の形態１または２である全熱交換素子の間隔板の中央となる領域の少なくとも一部を切り抜いたものである。図６に示す例では、均等に八カ所を矩形に切り抜いてある。

実施の形態３である全熱交換素子３０１は、間隔板３の中央となる領域の一部を切り抜くことにより、間隔板３が仕切板２に接する面積を減らすことができるので、熱交換に寄与する面積が増大する。また、切り抜いた領域では、空気の流れが乱れ、仕切板２の表面に流れる層流が乱流となるので、熱交換が促進される。

（検証）
上述した実施の形態１に示した全熱交換素子（実験区）と公知の全熱交換素子（対照区）とを作成し、ＪＩＳ Ｂ ８６８２ にしたがって効果を検証した。

下記の表１に検証に用いた全熱交換素子の仕様を示す。

実験区の全熱交換素子は、上述したように、間隔板に設けられた谷となる折り目のすべての稜線部分と当該間隔板を積層する一方の仕切板とが接着されるとともに、間隔板に設けられた山となる折り目のうち中央領域となる折り目の少なくとも一部の稜線部分と当該間隔板に積層する他方の仕切板とが離反可能に接するように、山となる折り目のうち周縁領域となる折り目の稜線部分と他方の仕切板とが接着され、かつ、仕切板の積層方向において接着部分が重なるように、山となる折り目のうち中央領域となる稜線の一部部分と他方の仕切板とが接着されたもので、表１において「部分接着素子」と称するものである。

一方、対象区の全熱交換素子は、間隔板に設けられた谷となる折り目のすべての稜線部分と当該間隔板を積層する一方の仕切板とが接着されるとともに、間隔板に設けられた山となる折り目のすべての稜線部分と当該間隔板に積層する他方の仕切板とが接着されたもので、表１において「全面接着素子」と称するものである。

表１に示すように、部分接着素子（実験区）と全面接着素子（対照区）とは、同一の外形を有するもので、大きさ、仕切板の目付、間隔板の目付、コルゲートピッチ（山となる折り目と山となる折り目の間隔）が同一に設定してある。したがって、部分接着素子（実験区）と全面接着素子（対照区）とでは、接着部分、接着剤の使用量が異なる。なお、部分接着素子（実験区）と全面接着素子（対照区）の検証において、実施の形態２と同様に、エンドプレートを装着した。

下記の表２に検証の条件および検証結果を示す。

表２に示すように、風量は、５００ｍ^３／ｈである。

表２に示すように、圧力損失は、実験区で９８Ｐａ、対照区で１０５，８４Ｐａであり、圧力損失は、７．４％減少した。また、給気側での顕熱交換率は、実験区で７９．３％、対照区で７４．０％であり、顕熱交換率は、７．１％向上した。また、給気側での全熱交換率は、実験区で６５．２％、対照区で６２，２％であり、給気側での全熱交換率は４．８％向上した。

このように、給気側での全熱交換率が向上したのは、部分接着素子（実験区）において、間隔板の山となる折り目が離反可能に接する部分には、接着剤が付着することがなく、熱交換に寄与したためと考えられる。すなわち、熱伝導率が低く、かつ、透湿性を有さない接着剤の使用量を少なくすることが、熱交換の改善に資したものと考えられる。

また、給気流路または排気流路において、山となる折り目の稜線部分を介して隣り合う流路を流れる空気に圧力差が生じた場合には、圧力の高い流路から圧力の低い流路に向けて空気が流れるように、一部の稜線部分と他方の仕切板とが離反するので、圧力の高い流路から圧力の低い流路に向けて空気が流れ、空気の流速が均等化されたことも良い影響を与えたものと考えられる。

１ 全熱交換素子
２ 仕切板
２１ 仕切板（一方の仕切板）
２２ 仕切板（他方の仕切板）
３ 間隔板
４ 給気流路
４１ 吸込口
４２ 流路
５ 排気流路
５１ 吸込口
５２ 流路
１００ 全熱交換器
１０１ 給気流路
１０２ 排気流路
２０１ 全熱交換素子
２０２ エンドプレート
３０１ 全熱交換素子
ＯＡ 外気
ＳＡ 給気
ＲＡ 還気
ＥＡ 排気
Ｒ１ 周縁領域
Ｒ２ 中央領域
Ｇ 接着剤

Claims (4)

1. 仕切板と間隔板とを交互に積層することにより、仕切板の積層方向に給気流路と排気流路とが交互に画成された全熱交換素子において、
   前記間隔板に設けられた谷となる折り目のすべての稜線部分と当該間隔板を積層する一方の仕切板とが接着されるとともに、前記間隔板に設けられた山となる折り目のうち中央領域となる折り目の少なくとも一部の稜線部分と当該間隔板に積層する他方の仕切板とが離反可能に接するように、前記山となる折り目のうち周縁領域となる折り目の稜線部分と前記他方の仕切板とが接着され、
   かつ、
   仕切板の積層方向において接着部分が重なるように、前記山となる折り目のうち中央領域となる稜線の一部部分と前記他方の仕切板とが接着されたことを特徴とする全熱交換素子。
2. 前記給気流路または前記排気流路において、隣り合う流路を流れる空気に圧力差が生じた場合に、圧力の高い流路から圧力の低い流路に向けて空気が移動するように、前記一部の稜線部分と前記他方の仕切板とが離反することを特徴とする請求項１に記載の全熱交換素子。
3. 前記間隔板の中央となる領域の少なくとも一部が切り抜かれたことを特徴とする請求項１または２に記載の全熱交換素子。
4. 積層された仕切板の最下面と最上面とに一対のエンドプレートが設置され、
   該一対のエンドプレートを加圧することにより、仕切板の積層方向に圧縮力が付与されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の全熱交換素子。

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