JP2013228157A - 熱交換素子とそれを用いた熱交換型換気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換素子とそれを用いた熱交換型換気機器において、熱交換効率を高くすることを目的とする。
【解決手段】熱交換素子１は伝熱板２どうしの間隔を保持する間隔保持手段としてのリブ３を備えた複数の伝熱板２を積層して給気風路４と排気風路５を１層ずつ交互に構成する熱交換素子において、少なくとも一部の伝熱板２を最長対角線の方向に、ずらして積層させた構造を特徴とし、これにより風量が低下している部分の伝熱板をずらして積層させることで伝熱板積層方向の風量のばらつきを抑制し、給気風路内の空気と排気風路内の空気とが効率的に熱交換するという効果を奏する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換素子とそれを用いた熱交換型換気機器に関するものである。

近年、地球温暖化にともなって居住分野の省エネが重視されるようになってきた。住宅の消費エネルギーの中では給湯、照明、空調の消費エネルギーが比較的大きいため、これらの消費エネルギーを低減する技術が切に望まれている。

この中で住宅の空調負荷に着目すると、住宅の躯体から逃げる熱（冷房の場合は冷熱）と換気によって逃げる熱がある。住宅の躯体から逃げる熱は、ここ数十年での住宅の断熱、気密性能の大幅な向上により、かなり低減されるようになってきた。一方、換気によって逃げる熱を低減させるには、給気と排気の間で熱交換を行う熱交換型換気機器が有効である。

熱交換素子は熱交換型換気機器の内部で給気と排気の熱交換を行うものであり、熱交換素子の熱交換効率が良いほど排出空気から多くの熱を回収することができるので、これまで熱交換素子の熱交換効率向上のために多くのアイディアが提案されてきた。

従来のこの種の熱交換素子としては、伝熱板平面が垂直方向に積層されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その熱交換素子について図６を参照しながら説明する。

図６に示すように、熱交換素子１０１は伝熱板１０２どうしの間隔を保持する間隔保持手段１０３を備えた複数の伝熱板１０２を積層して給気風路１０４と排気風路１０５を１層ずつ交互になるように構成されている。

このような一般的な熱交換素子は伝熱板平面の平行方向から流れてくる風に対して、最大の熱交換効率を得ることが可能となっている。

特開２００６−２５０３７２号公報

このような従来の熱交換素子は、伝熱板積層方向から流れてくる風を伝熱板に導入する場合に、伝熱板積層方向に圧力分布が発生し、それに伴い風量にばらつきが生じるので、熱交換効率があまり高くならないという課題があった。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、熱交換効率が高い熱交換素子を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、伝熱板どうしの間隔を保持する間隔保持手段を備えた複数の伝熱板を積層して給気風路と排気風路を１層ずつ交互に構成する熱交換素子において、少なくとも一部の前記伝熱板を最長対角線の方向に、ずらして積層した構造を特徴とする熱交換素子であり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、伝熱板どうしの間隔を保持する間隔保持手段を備えた複数の伝熱板を積層して給気風路と排気風路を１層ずつ交互に構成する熱交換素子において、少なくとも一部の前記伝熱板を、最長対角線の方向にずらして積層させる構成にしたことにより、ずらして積層させた前記伝熱板のずらした面は、伝熱板積層方向から流れてくる風に対して、垂直に風を受け、圧力を増加させることができるため、伝熱板一段あたりの風量を増加させることが可能になるので、伝熱板積層方向の風量のばらつきを抑制し、給気風路内の空気と排気風路内の空気とが効率的に熱交換するという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の熱交換素子の外観を示す斜視図 実施の形態１の熱交換素子の給気風路と排気風路の各一層の形状を示す斜視図 外周リブ幅を広くした熱交換素子の給気風路と排気風路の各一層の形状を示す斜視図 （ａ）伝熱板の外周リブ形状を示す概略断面図（ｂ）伝熱板の二層の第一積層状態を示す概略断面図（ｃ）伝熱板の二層の第二積層状態を示す概略断面図 本発明の実施の形態２の熱交換素子の外観を示す概略図 従来の熱交換素子の外観を示す斜視図

本発明の請求項１記載の熱交換素子は、伝熱板どうしの間隔を保持する間隔保持手段を備えた複数の伝熱板を積層して給気風路と排気風路を１層ずつ交互に構成する熱交換素子において、少なくとも一部の前記伝熱板を最長対角線の方向に、ずらして積層させる構成を有する。これにより、ずらして積層させた伝熱板のずらした面は、伝熱板積層方向から流れてくる風に対して、垂直に風を受け、圧力を増加させることができるため、伝熱板一段あたりの風量を増加させることが可能になる。これにより、風量が低下している部分の伝熱板をずらして積層させることで伝熱板積層方向の風量のばらつきを抑制し、給気風路内の空気と排気風路内の空気とが効率的に熱交換するという効果を奏する。

また、前記伝熱板の外周にある前記間隔保持手段の幅より短い距離をずらして積層した構造としてもよい。これにより、外周にある間隔保持手段上に積層させることが可能になり積層手段が比較的容易になるので、熱交換素子全体の形状が扱いやすくなるという効果を奏する。

また、前記伝熱板の外周にある前記間隔保持手段が、その他の間隔保持手段より幅が広い構造としてもよい。これにより、ずらせる幅を広くすることができ、伝熱板一段あたりの風量制御範囲を広げることが可能になる。

また、前記伝熱板の外周にある前記間隔保持手段が、二種類の凹部と一種類の凸部を有し、一方の前記凹部は前記伝熱板の外形が伝熱板平面垂直方向に重なるように前記伝熱板を積層する第一積層状態の場合に前記凸部と嵌合し、他方の前記凹部は前記伝熱板外形の最長対角線の方向にずらして重なるよう前記伝熱板を積層する第二積層状態の場合に前記凸部と嵌合する構造としてもよい。これにより、第一積層状態と第二積層状態を一つの伝熱板で対応可能とすることができる。つまりは、異なる積層状態を設定する際にも同一の伝熱板で共有化を図ることが出来るため、部品の流用性を良化することが可能となる。

また本発明の請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換素子を用いた熱交換換気機器という構成にしてもよい。これにより、建物の換気による空調負荷を低減する効果が高い熱交換型換気機器を得るという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の熱交換素子１について、図１を参照しながら説明する。図１は実施の形態１の熱交換素子１の外観を示す斜視図である。

熱交換素子１は伝熱手段としての四角形または六角形で形成される伝熱板２と、伝熱板２どうしの間隔を保持する間隔保持手段としてのリブ３を備え、これらが給気風路４と排気風路５を１層ずつ交互に直交させて形成するように積層されている。積層数は熱交換素子１を搭載する換気機器のサイズや風量によって決定される。

伝熱板２は排気空気と給気空気の間で熱を伝える役割を持つものであり、アルミ等の熱伝導率の高い金属や樹脂等の材料により構成する。リブ３も同様の材料で構成する。
ここで、本発明の実施の形態１の熱交換素子１の特徴は、図１に示すように少なくとも一部の伝熱板２を伝熱板２の外形の最長対角線の方向に、ずらして積層させる構成ということである。

このような構成をとることにより、伝熱板２を伝熱板平面の垂直方向に積層させる場合より、ずらした面が伝熱板積層方向から流れてくる風に対して垂直に風を受け、伝熱板一段あたりに加わる圧力を増加させることができる。伝熱板一段あたりに加わる圧力の増加に伴い風量も増加するので、伝熱板平面の垂直方向に積層した場合に風量低下が生じる部分の伝熱板をずらして積層させることで伝熱板積層方向の風量のばらつきを抑制し、給気風路内の空気と排気風路内の空気とが効率的に熱交換することができる。

次に、本発明の実施の形態１の熱交換素子１の積層手段に関して、図２を参照しながら説明する。図２は実施の形態１の熱交換素子１の給気風路と排気風路の各一層の形状を示す斜視図である。

熱交換素子１の積層手段は伝熱板２の外周にあるリブ３のリブ幅６より、積層するためのずらし幅７が短くなるようにする。

ここで、本発明の実施の形態１の熱交換素子１の特徴は、図２に示すように伝熱板２の外周にあるリブ３のリブ幅６より短い距離のずらし幅７で積層するということである。

これにより、外周にあるリブ３上に伝熱板２を積層することができるので、ほかの手段を用いることなく積層可能で、熱交換素子全体の形状が扱いやすくなる。

次に、本発明の実施の形態１の熱交換素子１の素子形状に関して、図３を参照しながら説明する。図３は外周リブ幅を広くした熱交換素子１の給気風路と排気風路の各一層の形状を示す斜視図である。

本発明の実施の形態１の熱交換素子１の特徴は、図３に示すように伝熱板２の外周にあるリブ３のリブ幅８が、その他のリブ３より幅が広い構造ということである。
これにより、ずらせる幅が増加し、伝熱板２の積層方向から流れてくる風に対して、垂直に風を受ける面を増加させることができるので、伝熱板２一段あたりに加わる圧力を増加することができ、それに伴い風量も増加するので、風量制御範囲を広げることが可能になる。

次に、本発明の実施の形態１の熱交換素子１のリブ形状に関して、図４（ａ、ｂ、ｃ）を参照しながら説明する。図４（ａ）伝熱板２の外周リブ形状を示す概略断面図であり、（ｂ）伝熱板２の二層の第一積層状態を示す概略断面図、（ｃ）伝熱板２の二層の第二積層状態を示す概略断面図である。

本発明の実施の形態１の熱交換素子１の特徴は、図４（ａ）に示すように伝熱板２の外周にあるリブ３に二種類の凹部１６と、一種類の凸部１７を備えており、一方の凹部１６は伝熱板２の外形が伝熱板平面垂直方向に重なるように伝熱板２を積層する第一積層状態の場合に凸部１７と嵌合し、他方の凹部１６は伝熱板２の外形の最長対角線の方向にずらして重なるよう伝熱板２を積層する第二積層状態の場合に凸部１７と嵌合する構成ということである。

このような構造にすることで、図４（ｂ）に示すように、伝熱板２を伝熱板外形が伝熱板平面の垂直方向に重なるように積層する第一積層状態と、図４（ｃ）に示すように、伝熱板外形の最長対角線の方向にずらして積層する第二積層状態とが可能な素子形状となるので、第一積層状態と第二積層状態を組み合わせることで、ずらして積層させる伝熱板を他の手段を用いて成型する必要がなく、異なる積層状態を設定する際にも同一の伝熱板で共有化を図ることが出来るため、部品の流用性を良化することが可能となる。

なお、本実施の形態では熱交換素子１を対向型と直交型を組み合わせた六角形型としたが、直交型の熱交換素子（図示せず）にも応用でき、その作用効果は六角形型の場合と同様である。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の熱交換型換気機器９について、図５を参照しながら説明する。図４は熱交換型換気機器９の構成を示す概念図である。

熱交換型換気機器９は給気ファン１０と、排気ファン１１と、それらを動かすモーター（図示せず）と、給気吸込み口１２と、給気吹出し口１３と、排気吸込み口１４と、排気吹出し口１５と、実施の形態１の熱交換素子１を備え、排気する空気と給気する空気を熱交換するものである。

図５に示すように、伝熱板平面が流れてくる風に対して、略垂直の場合、熱交換型換気機器は実施の形態１で説明したように効率の高い熱交換素子１を備えているので機器としての熱交換効率が高く、建物の換気による空調負荷を低減する効果が高い。

本発明にかかる熱交換素子とそれを用いた熱交換換気機器は、伝熱板積層方向の風速分布のばらつきを抑制し、給気風路内の空気と排気風路内の空気とが効率的に熱交換を可能とするものであるので、熱交換素子とそれを用いた熱交換換気機器等として有用である。

１ 熱交換素子
２ 伝熱板
３ リブ
４ 給気風路
５ 排気風路
６ リブ幅
７ ずらし幅
８ リブ幅

Claims (5)

1. 伝熱板どうしの間隔を保持する間隔保持手段を備えた複数の伝熱板を積層して給気風路と排気風路を１層ずつ交互に構成する熱交換素子において、
   少なくとも一部の前記伝熱板を伝熱板外形の最長対角線の方向に、
   ずらして積層させた構造を特徴とする熱交換素子。
2. 前記伝熱板の外周にある前記間隔保持手段の幅より短い距離を、
   伝熱板外形の最長対角線の方向にずらして積層した構造を特徴とする請求項１記載の熱交換素子。
3. 前記伝熱板の外周にある前記間隔保持手段が、その他の間隔保持手段より幅が広い構造を特徴とする請求項２記載の熱交換素子。
4. 前記伝熱板の外周にある前記間隔保持手段が二種類の凹部と、
   一種類の凸部を有し、
   一方の前記凹部は前記伝熱板の外形が伝熱板平面垂直方向に重なるように前記伝熱板を積層する第一積層状態の場合に前記凸部と嵌合し、
   他方の前記凹部は前記伝熱板外形の最長対角線の方向にずらして重なるよう前記伝熱板を積層するに第二積層状態の場合に前記凸部と嵌合することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱交換素子。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換素子を用いた熱交換型換気機器。

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