JP2014062656A

JP2014062656A - 熱交換素子とそれを用いた熱交換型換気機器

Info

Publication number: JP2014062656A
Application number: JP2012206619A
Authority: JP
Inventors: Yasuyo Sugimoto; 泰世杉本
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-04-10

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】間隔を保持する間隔リブ１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂと、略平行に略等間隔で設けられた複数の風路リブ１２ｃ、１３ｃと伝熱板１６を備えた複数の排気ユニット１２と給気ユニット１３を積層して排気風路１４と給気風路１５を１層ずつ交互に構成し、排気風路１４を流通する排気流４と給気風路１５を流通する給気流５とが、排気風路１４および給気風路１５の両端部Ａ及びＣで直交または斜交し、中央部Ｂで対向する熱交換素子３であって、給気風路１５の中で排気流４の入口である内気口８ａに最も近い給気風路１５ｉと、排気風路１４の中で給気流５の入口である外気口１０ａに最も近い排気風路１４ｉが対向する側の中央部Ｂの長さを反対側よりも短くしたことにより、熱交換効率を高くすることができる。
【選択図】図４

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。

一般的には熱交換素子の容積を大きくすれば熱交換効率は向上する。しかし日本、中国、欧州などの地域では住宅内部に地下室、機械室等の熱交換型換気機器を設置する充分なスペースがないため、機器のサイズそのものをコンパクトにすることが求められている。従って熱交換素子の容積をいかに小さく保ちながら熱交換効率を向上するかということが課題になっている。

従来のこの種の熱交換素子としては、給気と排気が対向する対向流の部分を有する６角形の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５を参照しながら説明する。図５（ａ）は従来の熱交換素子を分解した時の排気風路を構成する排気ユニットの平面図、（ｂ）従来の熱交換素子を分解した時の給気風路を構成する給気ユニットの平面図である。

熱交換素子１０１は、排気風路を構成する排気ユニット１０２と給気風路を構成する給気ユニット１０３を１層ずつ交互に積層して構成されている。

図５（ａ）に示すように、排気ユニット１０２は伝熱板１０４と間隔保持材１０５を組み合わせて排気風路１０６を形成している。また図５（ｂ）に示すように、給気ユニット１０３は伝熱板１０４と間隔保持材１０５を組み合わせて給気風路１０７を形成している。

排気ユニット１０２、給気ユニット１０３とも外形は上下左右が略対称の６角形であり、排気風路１０６と給気風路１０７が中央部（図５のＢ部）で対向し、それ以外の両端部（図５のＡ部およびＣ部）で直交または斜交する形状である。

給気と排気が直交する場合よりも対向する場合の方が熱交換効率が高いことが知られており、全体が直交流の素子よりもこのような対向流部分を有する６角形の素子の方が同じ容積あたりの熱交換効率は高い。

特開２００８−７００７０号公報

このような従来の６角形の熱交換素子は給気と排気を分離するために直交流部分を有しており、その分熱交換効率が低下する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、本発明は間隔を保持する間隔保持手段と、略平行に略等間隔で設けられた複数の風路リブを備えた複数の伝熱手段を積層して排気風路と給気風路を１層ずつ交互に構成し、前記排気風路を流通する排気流と前記給気風路を流通する給気流とが、前記排気風路および前記給気風路の両端部で直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する６角形の熱交換素子であって、前記中央部の、前記給気風路の中で前記排気流の入口側に最も近い風路と前記排気風路の中で前記給気流の入口側に最も近い風路とが対向する側の長さを反対側よりも短くしたこと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、間隔を保持する間隔保持手段と、略平行に略等間隔で設けられた複数の風路リブを備えた複数の伝熱手段を積層して排気風路と給気風路を１層ずつ交互に構成し、前記排気風路を流通する排気流と前記給気風路を流通する給気流とが、前記排気風路および前記給気風路の両端部で直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する６角形の熱交換素子であって、前記中央部の、前記給気風路の中で前記排気流の入口側に最も近い風路と前記排気風路の中で前記給気流の入口側に最も近い風路とが対向する側の長さを反対側よりも短くした構成にしたことにより、両端部において比較的熱交換効率の高い風路の中央部の長さを相対的に短く、反対に両端部において比較的熱交換効率の低い風路の中央部の長さを相対的に長くすることができる。

両端部において比較的熱交換効率が高い風路は、両端部における挙動が支配的なため、中央部を短くしても風路全体の熱交換効率はあまり低下しない。一方両端部において比較的熱交換効率が低い風路は、中央部における挙動が支配的なため、中央部を長くすることによって風路全体の熱交換効率が向上する。

このようにして、熱交換素子全体の容積を一定に保ちながら、熱交換素子全体の熱交換効率を高くでき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の熱交換型換気機器が設置された住宅の構成を示す概念図同熱交換型換気機器の構成を示す概念図同熱交換素子の構成を示す斜視図（ａ）同熱交換素子を分解した時の排気風路を構成する排気ユニットの平面図、（ｂ）同熱交換素子を分解した時の給気風路を構成する給気ユニットの平面図（ａ）従来の熱交換素子を分解した時の排気風路を構成する排気ユニットの平面図、（ｂ）従来の熱交換素子を分解した時の給気風路を構成する給気ユニットの平面図

本発明の請求項１記載の熱交換素子は、間隔を保持する間隔保持手段と、略平行に略等間隔で設けられた複数の風路リブを備えた複数の伝熱手段を積層して排気風路と給気風路を１層ずつ交互に構成し、前記排気風路を流通する排気流と前記給気風路を流通する給気流とが、前記排気風路および前記給気風路の両端部で直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する６角形の熱交換素子であって、前記中央部の、前記給気風路の中で前記排気流の入口側に最も近い風路と前記排気風路の中で前記給気流の入口側に最も近い風路とが対向する側の長さを反対側よりも短くした構成を有する。これにより、熱交換素子全体の容積を一定に保ちながら熱交換効率を高くできるという効果を奏する。

また、本発明の請求項１に記載の熱交換素子を用いた熱交換型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）
図１は熱交換型換気機器が設置された２階建ての住宅を示す概念図である。図１に示すように、住宅１は排気だけを行う非居住空間、例えば浴室、洗面所、トイレと給排気を行う居住空間、例えばリビング、寝室、で構成されている。

各部屋の排気、給気はダクトで接続され、熱交換型換気機器２に接続され、熱交換型換気機器２は、屋外への排気流と屋外からの給気流の間で熱交換する熱交換素子３（図２で説明）を内蔵している。

図２は熱交換型換気機器２の構成を示す概念図である。図２に示すように、熱交換型換気機器２は、排気流４の排気送風路４ａ、給気流５の給気送風路５ａと、排気流４を送風する排気送風手段６と、給気流５を送風する給気送風手段７と、排気流４と給気流５の間で熱交換する熱交換素子３で構成されている。

排気流４（図中の実線矢印）、給気流５（図中の破線矢印）の送風路には、内気（ＲＡ）を導入する内気口８から屋外に排気（ＥＡ）する排気口９にかけての排気送風路４ａと、外気（ＯＡ）を導入する外気口１０から室内に給気（ＳＡ）を吹き出す給気口１１にかけての給気送風路５ａと、排気送風路４ａに内気口８から排気口９に向かう排気流４を発生させる排気送風手段６と、給気送風路５ａに外気口１０から給気口１１に向かう給気流５を発生させる給気送風手段７と、排気送風路４ａと給気送風路５ａが交差する位置に、排気送風路４ａを流通する排気流４と給気送風路５ａを流通する給気流５との間で熱交換する熱交換素子３が設けられている。

ここで熱交換素子３の構成について図３、図４を用いて説明する。

以下では、熱交換素子３内の排気送風路４ａを排気風路１４、給気送風路５ａを給気風路１５、熱交換素子３の排気流４の流入口を内気口８ａ、流出口を排気口９ａ、給気流５の流入口を外気口１０ａ、流出口を給気口１１ａと記載して説明する。

図３は熱交換素子３の外観を示す斜視図であり、図４（ａ）は熱交換素子３を分解した時の排気風路を構成するリブと伝熱板１６とを組み合わせた、伝熱手段としての排気ユニット１２の平面図であり、図４（ｂ）は熱交換素子３を分解した時の給気風路を構成するリブと伝熱板１６とを組み合わせた、伝熱手段としての給気ユニット１３の平面図であり、図３に示す熱交換素子３は、図４に示す排気ユニット１２と給気ユニット１３を交互に複数積層した構成となっている。

図４に示すように、排気ユニット１２と給気ユニット１３は外形が略六角形である。

図４（ａ）に示すように、排気ユニット１２の、内気口８ａおよび排気口９ａを形成する対向辺以外の外周には、間隔を保持する間隔保持手段としての間隔リブ１２ａ、１２ｂが設けられている。また、排気ユニット１２は風路を分割する８本の風路リブ１２ｃを備えている。

同様に、図４（ｂ）に示すように、給気ユニット１３の、外気口１０ａおよび給気口１１ａを形成する対向辺以外の外周には、間隔を保持する間隔保持手段としての間隔リブ１３ａ、１３ｂが設けられている。また、給気ユニット１３は風路を分割する８本の風路リブ１３ｃを備えている。

また、図４（ａ）に示すように、排気風路１４は、８本の風路リブ１２ｃにより、９本の排気風路１４ａ〜１４ｉに分割されている。

同様に、図４（ｂ）に示すように、給気風路１５は、８本の風路リブ１３ｃにより、９本の給気風路１５ａ〜１５ｉに分割されている。

伝熱板１６は排気流４と給気流５の間で熱交換する役割を持つものであり、温度だけを交換するときは伝熱板１６にアルミニウムなどの金属板や樹脂板を用い、温度と湿度を交換するときは伝熱板１６に紙や樹脂などの透湿膜などを用い、目的に応じて適宜選択して良い。

間隔リブ１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂと風路リブ１２ｃ、１３ｃは樹脂、金属等で構成される。特に伝熱板１６を透湿膜にする場合、間隔リブ１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂと風路リブ１２ｃ、１３ｃは伝熱板１６を金型内に挿入し、樹脂によるインサート射出成形による一体成形で形成すると良い。

図４に示すように、排気風路１４を流通する排気流４と給気風路１５を流通する給気流５とは、排気風路１４および給気風路１５の両端部では直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する。

なお、この明細書における両端部は図４のＡ部およびＣ部の範囲を指し、中央部は図４のＢ部を指す。中央部の排気風路１４および給気風路１５は並行で波形であり、一層ごとに波形が逆向きに構成されている。

このような排気ユニット１２と給気ユニット１３を交互に積層することにより、熱交換素子３は排気風路１４と給気風路１５を１層ずつ交互に積層して構成されている。積層数は熱交換素子３を搭載する熱交換型換気機器２の大きさや風量によって決定される。

上記のように構成された熱交換型換気機器２および熱交換素子３の作用と効果について、以下に説明する。

図１に示すような住宅に設置された熱交換型換気機器２において換気運転が開始されると、排気流４は排気送風手段６の運転により、内気（ＲＡ）を内気口８から導入し、排気送風路４ａを通り、熱交換素子３の排気風路１４を通過する時に、熱交換素子３の給気風路１５を通過する給気流５と熱交換した後、排気口９から屋外に排出される。

一方、給気流５は給気送風手段７の運転により、外気（ＯＡ）を外気口１０から導入し、給気送風路５ａを通り、熱交換素子３の給気風路１５を通過する時に、熱交換素子３の排気風路１４を通過する排気流４と熱交換した後、給気口１１から室内に給気される。

このとき、熱交換素子３の熱交換効率が高いほど、外気（ＯＡ）は内気（ＲＡ）に近い状態になって室内に給気されることになる。従って熱交換素子３の熱交換効率が高いほど、換気による空調負荷を低減させることができ、省エネルギーになる。

ここで、本願の特徴である、熱交換効率を高める構造について再度図４を用いて説明する。

熱交換素子３は中央部の排気流４と給気流５が対向する中央部の長さが、従来の６角形の素子のように一定ではない。排気風路１４ａ〜１４ｉの中で外気口１０ａに最も近い排気風路１４ｉの中央部の距離が相対的に短く、反対側の排気風路１４ａの中央部の距離が相対的に長い。同様に、給気風路１５ａ〜１５ｉの中で内気口８ａに最も近い給気風路１５ｉの中央部の長さが相対的に短く、反対側の給気風路１５ａの中央部の長さが相対的に長い。

排気風路１４ａ〜１４ｉの中で、外気口１０ａに最も近い排気風路１４ｉは外気口１０ａから入ってきた給気流５とはじめにＡ部において熱交換を行うので、中央のＢ部よりもＡ部における熱交換の影響が支配的である。これに対して反対側の排気風路１４ａにはＡ部がほとんどなく、はじめに給気流５と熱交換を行うのがＢ部であり、またＣ部においては他の排気風路１４と十分に熱交換をした後の給気流５と熱交換を行うことになるので、両端のＡ部、Ｃ部よりも中央のＢ部における熱交換の影響が支配的である。

従って排気風路１４ｉは中央部の長さを短くしても風路全体の熱交換効率はあまり低下せず、反対側の排気風路１４ａは中央部の長さを長くすることにより風路全体の熱交換効率を向上させることができる。

給気風路１５においても同様であり、給気風路１５ｉは中央部の長さを短くしても風路全体の熱交換効率はあまり低下せず、反対側の給気風路１５ａは中央部の長さを長くすることにより風路全体の熱交換効率を向上させることができる。

よって熱交換素子３の中央部の、排気風路１４ｉと給気風路１５ｉが対向する側の長さを排気風路１４ａと給気風路１５ａが対向する側の長さよりも短くしたことにより、熱交換素子３の容積を一定に保ちながら熱交換効率を高くするという効果を得ることができる。

本発明にかかる熱交換素子とそれを用いた熱交換型換気機器は、熱交換効率の高い空気対空気の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型換気機器等として有用である。

１住宅
２熱交換型換気機器
３熱交換素子
４排気流
４ａ排気送風路
５給気流
５ａ給気送風路
６排気送風手段
７給気送風手段
８、８ａ内気口
９、９ａ排気口
１０、１０ａ外気口
１１、１１ａ給気口
１２排気ユニット
１３給気ユニット
１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ間隔リブ
１２ｃ、１３ｃ風路リブ
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈ、１４ｉ排気風路
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ給気風路
１６伝熱板

Claims

間隔を保持する間隔保持手段と、略平行に略等間隔で設けられた複数の風路リブを備えた複数の伝熱手段を積層して排気風路と給気風路を１層ずつ交互に構成し、前記排気風路を流通する排気流と前記給気風路を流通する給気流とが、前記排気風路および前記給気風路の両端部で直交または斜交し、この両端部の間の中央部で対向する６角形の熱交換素子であって、
前記中央部の、前記給気風路の中で前記排気流の入口側に最も近い風路と前記排気風路の中で前記給気流の入口側に最も近い風路とが対向する側の長さを反対側よりも短くしたことを特徴とする熱交換素子。
請求項１に記載の熱交換素子を用いた熱交換型換気機器。