| 【発明の名称】 |
熱交換セグメント及びそれを積層した気体対気体用熱交換素子 |
| 【発明者】 |
【氏名】濱中 亮明
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| 【要約】 |
【課題】熱交換率や湿分移行性等の諸性能の低下を防止し得る安価な気体対気体用の熱交換素子及びそれを形成する為に好適な熱交換セグメントを提供すること。
【解決手段】気体対気体用の熱交換素子５は、同一タイプの熱交換セグメントを積層した構造に設けられ、一方の気体流路４aとそれと直交する方向に形成された他方の気体流路４bとに熱交換する気体が供給される。なお、前記熱交換セグメントは、等間隔に配されている偏平楕円形の第１中空樹脂製スペーサー２aの上下両面側に、エンボス２５ａ，２５ｂを形成した熱交換シート３ａ，３ｂを接着して気体流路４aを形成していると共に上面側の熱交換シート３ｂ上に、等間隔に配するように偏平楕円形の第２中空樹脂製スペーサー２bを接着して構成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 所定間隔に配された複数の偏平楕円形の第１中空樹脂製スペーサー同士間に前記第１中空樹脂製スペーサーの全長方向のみの一方向に開口される気体流路を形成せしめるように前記第１中空樹脂製スペーサーに熱交換シートを固着すると共に前記第１中空樹脂製スペーサーの全長方向と交差する方向にその全長方向の両端を配するように複数の偏平楕円形の第２中空樹脂製スペーサーを前記熱交換シート上に所定間隔に固着した熱交換セグメントにおいて、前記熱交換シートにエンボスパターンを形成したことを特徴とする熱交換セグメント。
【請求項２】 請求項１に記載の熱交換セグメントを積層したことを特徴とする気体対気体用熱交換素子。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、熱交換セグメント及びそれを積層した気体対気体用熱交換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、広く一般に知られているように、住宅やオフィス等において使用されている空調換気扇装置には、空気対空気用の熱交換器が装着されている。
【０００３】その為、既に、それ用の各種型式の熱交換素子が公知である。例えば、その代表例として、特開平６−１０１９８８号公報や特開平５−２８８４８８号公報等において開示されているように、複数の中空樹脂製スペーサーを熱交換シートの片面に所定間隔に固着してなる熱交換セグメントを、かかる中空樹脂製スペーサーの全長方向を交互に９０度ずらした形態に積層せしめた熱交換素子が挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この公知の熱交換素子は、熱交換セグメントの中空樹脂製スペーサーを、市販されているポリプロピレン製（以下、単にＰＰ製という。）等の円形ストローで構成している為に転動し易く、従って、熱交換セグメントの生産時等におけるそれの取り扱いが煩わしく、かつ、かかる中空樹脂製スペーサーを熱交換シートに接着する場合において、その接着面積が不足して十分な強度に固着せしめることが難しく、それ故、セグメントの強度を高める為に、より多くの中空樹脂製スペーサーを接着しなければならなくて材料費が高くなると共に使用済みの熱交換素子を廃棄する場合においてその廃棄物量が多くなるといった欠点を有していた。
【０００５】なお、中空樹脂製スペーサーを円形以外の形状、すなわち、例えば、正方形や三角形等の角形に設けたり、或るいは、楕円形に設けたりすることも公知（例えば、特開昭６２−２９８９８号公報に開示されている。）であるが、そのような角形の中空樹脂製スペーサーは、特注仕様のものであって高価になり、また、楕円形の中空樹脂製スペーサーは、市販されているＰＰ等の円形ストローを所定に変形加工することによって得ることができても、上述の接着面積の不足といった欠点を解消することができなかった。
【０００６】そこで、本発明者の発明に係る先願（特願平１１−３３０５５４）において、そのような欠点を解消し得る熱交換セグメント、すなわち、図１６において示されているように、所定間隔に配された複数の楕円偏平形の第１中空樹脂製スペーサー２ａに対して下側の熱交換シート３ａと上側の熱交換シート３ｂとを固着すると共に上側の熱交換シート３ｂ上に、第１中空樹脂製スペーサー２ａの全長方向と交差する方向にその全長方向の両端を配するように複数の偏平楕円形の第２中空樹脂製スペーサー２ｂを所定間隔に固着せしめた熱交換セグメントを提案したが、この熱交換セグメントによると、その所定個数を積層して図１７において示されているような熱交換素子５を形成することができる。
【０００７】ところが、この積層型の熱交換素子５は、熱交換する気体を一方の気体流路４ａと他方の気体流路４ｂとに供給するものであるから、両気体流路同士間に圧力差Ｐａが生じると、図１８において示されているように、下側の熱交換シート３ａと上側の熱交換シート３ｂとが鎖線で示されている状態から互いに接近せしめられるように変形されてシート接触部Ａが形成されてしまう。
【０００８】すなわち、かかるシート接触部Ａの形成は、一般的な円形の中空樹脂製スペーサーに比して、図１９において示されている寸法Ｌｂが小さい偏平楕円形の第１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂを用いる為に惹起され易く、特に、梅雨時においては、熱交換シート３ａ，３ｂが膨潤されて伸びるので、その影響が付加されてより一層、顕著である。
【０００９】なお、平面図である図２０において示されているように、第１中空樹脂製スペーサー２ａと第２中空樹脂製スペーサー２ｂとで囲まれた領域の中央部Ｂ（鎖線部）において形成され易いが、そのようなシート接触部Ａが形成されると、それが形成されて縮小された一方の気体流路内の圧力が上昇すると共に拡大された他方の気体流路内の圧力が低下するから、所定箇所で圧力バランスが保たれるとしても、シート接触部Ａの形成は、熱交換素子として要求される諸性能（熱交換率、湿分移行性、低騒音性、省エネ性等）の低下をもたらす。
【００１０】本発明は、上述の欠点に鑑みて発明されたものであって、その目的は、気体対気体用の熱交換素子として要求される諸性能（熱交換率、湿分移行性、低騒音性、省エネ性等）の低下をもたらすシート接触部Ａの形成を防止しようとすることである。
【００１１】
【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する本発明に係る熱交換セグメントは、請求項１に記載するように、所定間隔に配された複数の偏平楕円形の第１中空樹脂製スペーサー同士間に前記第１中空樹脂製スペーサーの全長方向のみの一方向に開口される気体流路を形成せしめるように前記第１中空樹脂製スペーサーに熱交換シートを固着すると共に前記第１中空樹脂製スペーサーの全長方向と交差する方向にその全長方向の両端を配するように複数の偏平楕円形の第２中空樹脂製スペーサーを前記熱交換シート上に所定間隔に固着した熱交換セグメントにおいて、前記熱交換シートにエンボスパターンを形成したことを特徴とするものである。
【００１２】また、本発明に係る気体対気体用熱交換素子は、請求項２に記載するように、上記熱交換セグメントを積層したことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１において、熱交換セグメント１は、３本の第１中空樹脂製スペーサー２ａに、下側の熱交換シート３ａと上側の熱交換シート３ｂとを固着すると共に、上側の熱交換シート３ｂ上に、３本の第２中空樹脂製スペーサー２bを固着して構成されている。
【００１４】なお、第１中空樹脂製スペーサー２ａは等間隔に配されていると共に、第２中空樹脂製スペーサー２ｂも等間隔に配され、そして、第１中空樹脂製スペーサー２ａと熱交換シート３ａ，３ｂ、及び熱交換シート３ｂと第２中空樹脂製スペーサー２bが夫々適当な接着剤で固着されている。
【００１５】よって、図示のように、第１中空樹脂製スペーサー２ａの全長方向（図示Ｙ方向）のみの一方向に開口される気体流路４ａが形成されているが、第２中空樹脂製スペーサー２ｂは、第１中空樹脂製スペーサー２ａの全長方向（図示Ｙ方向）と直交する方向（図示Ｘ方向）にその全長方向の両端を配するように設けられている。
【００１６】なお、第１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂは、図１９においてその断面形状が示されているように、例えば、Ｌａが６ｍｍ、Ｌｂが２ｍｍの偏平楕円形に設けられている。
【００１７】一般には、Ｌａ／Ｌｂが２〜５に設けられるが、このような偏平楕円形の第１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂは、市販されている円形のＰＰ製ストローやＰＥＴ製ストロー（ポリエチレンテレフタレート製ストロー）等を変形加工して得ることができる。
【００１８】このように、本発明に係る熱交換セグメント１は、偏平楕円形の第１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂを設けている。その為、例えば、塩化カルシウム含浸紙のような伝熱性、通湿性及び難燃性等を付与せしめた紙材で構成された熱交換シート３ａ，３ｂを第１中空樹脂製スペーサー２ａに対して接着せしめる場合において、両者間の接着面積を大きくすることができて十分な接着強度を得ることができる。
【００１９】また、このことに基づいて１個の熱交換セグメントを生産するのに必要とされる第１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂの固着本数を減らすことができる為に、図２において示されているように、複数の熱交換セグメント１を積層した場合において、比較的大きな気体流路４ａ，４ｂを形成することができて低圧損化を図ることができる。
【００２０】また、偏平楕円形の第１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂは、転動し得ないから、熱交換セグメント１の生産時において、その取り扱いが容易であり、かつ、偏平楕円形である為、熱交換セグメント１を積層して熱交換素子５（図２参照）を形成した場合において、熱交換素子５の形状維持の安定化を図ることができ、従って、形崩れ等が発生し難くて形状安定性に優れた熱交換素子５を得ることができる。
【００２１】また、第１中空樹脂製スペーサー２ａ及び第２中空樹脂製スペーサー２bの両端箇所の気密性が良好になって気体洩れを防止し得るから、一方の気体流路と他方の気体流路間の気体混合を完全に防止することができる。
【００２２】また、偏平楕円形の第１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂは、その幅方向（図１９のＬａ方向）への曲げ抵抗が大きい為、剛性スペーサーのような特性を有し、しかも、厚さ（図１９のＬｂ寸法）が小さいから、より多くの熱交換セグメント１を積層して熱交換素子１を形成することができると共に、第１中空樹脂製スペーサー２ａと第２中空樹脂製スペーサー２ｂとを直交せしめるような関係に設けているから、適度の剛性を有する変形し難い熱交換セグメント１を得ることができる。
【００２３】なお、下側の熱交換シート３ａにはエンボス２５ａが所定パターンに形成（図４参照）されていると共に上側の熱交換シート３ｂにもエンボス２５ｂが所定パターンに形成（図３参照）されている。
【００２４】その為、熱交換シート３ａ，３ｂの剛性が一段と強化されて変形し難いので、図２において示されている気体流路４ａ，４ｂに気体を供給して熱交換する場合において、下側の熱交換シート３ａと熱交換シート３ｂとが互いに接近せしめられるように変形されて接触されてしまうといった事態の発生を略完全に防止することができる。
【００２５】また、熱交換する気体と接触せしめられる熱交換シート３ａ，３ｂの表面積を増加することができると共に、かかる気体を図３，４，６において矢印で示されている如くに気体流路４ａ，４ｂ内で分岐又は蛇行せしめて流すことができる為に流路パスを長くすることもでき、もって、これらの相乗効果として伝熱性及び湿分移行性を向上させることができる。
【００２６】なお、エンボス２５ａ，２５ｂは、図５において、下側の熱交換シート３ａと上側の熱交換シート３ｂとの間隔をＧとすると、その高さＨは、０．３Ｇ以上から０．７Ｇ以下の範囲に設けられている。しかし、必要に応じて、０．３Ｇ以上から１．０Ｇ未満の範囲に設けもよい。
【００２７】よって、流路内気流がエンボス２５ａ，２５ｂにより、分岐又は蛇行する気流とエンボスを越えてアップダウンする気流とに分かれて（図６参照）、流路内で流速や流れ方向が乱れて乱流が生じる。
【００２８】その為、気体流路４ａ，４ｂに沿う直交流と分岐又は屈曲流とアップダウン流との各種組み合わせによって効率の良い対向流が流路内に発生するので、このことに基づいて伝熱性及び湿分移行性を更に向上させることができる。
【００２９】なお、熱交換セグメント１を積層する際において適当な接着剤が用いられて熱交換セグメント１同士が固着される。しかし、接着剤を用いないで、例えば、図７において示されているような支持具６を用いて挟持、すなわち、熱交換セグメント１の積層体（熱交換素子５）を支持具６の下挟持爪６ａと上挟持爪６ｂ間に挿入してもよい。
【００３０】支持具６の取り付け位置は、一般には、熱交換素子５の各コーナー部（４個所）であるが、熱交換素子５は、偏平楕円形の第１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂによって積層方向に圧縮変形が自在であるから、容易に取り付けることができる。なお、支持具６以外の手段、例えば、粘着テープ等を用いることもできる。
【００３１】よって、図２においてその斜視姿が示されているような積層構造の熱交換素子５を容易に得ることができる。最上の熱交換セグメント１には、エンボスが設けられていない熱交換シート３ｃが接着されている。
【００３２】そして、この熱交換素子５によると、一方の気体流路４ｂと、それと直交する方向に形成された他方の気体流路４ａとに熱交換する気体を供給、すなわち、例えば、一方の気体流路４ｂに室内からの空気（汚れた空気）を供給すると共に他方の気体流路４ａに室外からの空気（新鮮な空気）を供給して熱交換することができる。
【００３３】この状態が図８において示されている。同図において、オフィス等の外壁１１に取り付けられている空調換気扇装置１２は、ケーシング１３内に熱交換器１４及び換気装置１５等を装着していると共に熱交換器１４に熱交換素子５を装着している。
【００３４】そして、これの一方の気体流路４ｂに対して室内からの空気を供給する為の通路１６及び排気する為の通路１７と、他方の気体流路４ａに対して室外から空気を供給する為の通路１８及び室内へ供給する為の通路１９とを形成するように仕切板２０〜２３等を設けている。
【００３５】なお、熱交換素子５は、消耗品であるから必要に応じて新しいものと交換されるが、その際、積層方向の弾性変形が自在である為、熱交換器１４の素子装着部に対するそれの着脱を容易に行なうことができ、そして、交換除去された古い熱交換素子５は廃棄される。
【００３６】以上、一実施形態について述べたが、本発明においては、熱交換セグメント１の第１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂは、２本以上、すなわち、必要に応じて所定本数を選択することができる。
【００３７】また、第２中空樹脂製スペーサー２ｂを、第１中空樹脂製スペーサー２ａの全長方向（図示Ｙ方向）と直交する方向（図示Ｘ方向）に配するように設けること以外に、例えば、菱形の熱交換セグメントにおけるように非直交方向にそれらを配するように設けてもよく、要するに、熱交換セグメントの平面視形状に応じて第１中空樹脂製スペーサー２ａの全長方向（図示Ｙ方向）と交差する方向に配するように設ければよい。
【００３８】また、市販されている円形のＰＰ製ストローやＰＥＴ製ストロー等を偏平楕円形に変形加工して第１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂを構成すること以外に、他の方法によって偏平楕円形の第１，２中空樹脂製スペーサー２ａ，２ｂを成形してもよく、かつ、その際、成形材料中にＣａＯ粉を混入して耐火性、接着性及び強度を向上させてもよい。ＣａＯ粉を混入によって接着性の向上が図れるのは、ＣａＯ粉等の粉末で粗面化できるからである。
【００３９】また、熱交換セグメント１は、その平面視姿が正方形、長方形、菱形等、いかなる形状のもであってもよいと共に、熱交換シート３ａ，３ｂ、３ｃも塩化カルシウム含浸紙以外の他のものであってよく、更に、偏平楕円形の各部寸法は、適宜に所定寸法に設けることができる。
【００４０】更に、偏平楕円形の第１中空樹脂製スペーサー２ａに対する熱交換シート３ａ，３ｂの固着（一般には接着）は、図９及び図１０において示されているように固着するのが好ましい。
【００４１】図９においては、熱交換シート３ａ，３ｂの一端が、偏平楕円形の第１中空樹脂製スペーサー２ａの平坦部のみに固着（図示されていない他端も同様に固着）されている姿が示されていると共に図１０においては、偏平楕円形の第１中空樹脂製スペーサー２ａの平坦部及びｒ部に固着（図示されていない他端も同様に固着）されている姿が示されている。なお、熱交換シート３ａ，３ｂに分けないで、１枚の熱交換シートを第１中空樹脂製スペーサー２ａ群に対して巻き回して接着してよい。
【００４２】このように、第１中空樹脂製スペーサー２ａに対して熱交換シート３ａ，３ｂの両端を完全に固着することにより、熱交換シート３ａ，３ｂの両端がそのように完全に固着されていない場合（例えば、図１０において、熱交換シート３ａ，３ｂの端が平坦部のみに固着されてｒ部に固着されていない場合）の欠点、すなわち、熱交換セグメントを積層したときに、その固着されていないシート自由端が邪魔をして気体流れが悪くなって熱交換性能を低下させたり、或るいは、シート自由端が振れて違和感の音（ノイズ）が発生するといった欠点を解消することができるから、熱交換シート３ａ，３ｂの両端を完全に固着するのが好ましい。なお、熱交換シート３ａ，３ｂの使用量削減の面においては前者（図９の方）が有利であるが、固着（一般には接着）強度の面においては後者（図１０の方）が有利である。
【００４３】また、下側の熱交換シート３ａ設けられるエンボス２５ａ及び上側の熱交換シート３ｂに設けられるエンボス２５ｂは、必要に応じて所定のパターンに設けられる。図１１，１２において、エンボス２５ａの他のパターンが示されているが、エンボス２５ｂについても、それと同一パターンではあるが、位相をずらしたり、或るいはパターン方向を変化させて設けることができる。
【００４４】また、エンボス２５ａ，２５ｂの縦断面形状は、円形、円錐台等、いかなる形状であってもよいと共にその平面形状も、点状、線状、断続線状、十字状等、いかなる形状であってもよい。
【００４５】また、必要に応じて、下側の熱交換シート３ａ及び上側の熱交換シート３ｂの両方又はどちらか一方の両面にエンボス２５ａ，２５ｂを設けてもよく、更には、下側の熱交換シート３ａの両面にエンボス２５ａを設けた場合等において、必要でなければ、上側の熱交換シート３ｂにエンボスを設けることを省くことができる。
【００４６】要するに、エンボスのパターン形状と配置に関しては、同一のパターン形状が、セグメントの積層方向に互いに重ならないような関係を維持し得るように設ければよく、従って、位相をずらしたり、パターン方向を変えたりして図１３において示されているような状態になるのを防止するようにすればよい。
【００４７】なお、図１４において、エンボス２５ａ，２５ｂが設けられていない箇所における気体流の状態が示されている共に図１５において、エンボス２５ａ，２５ｂが設けられている箇所における気体流の状態が示されているが、後者においては乱流によって、伝熱及び物質移送の性能を低下せしめる境界層を破壊し得るから、前者よりも有利であることが理解し得る。
【００４８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によると、生産性に優れていると共に強度等においても優れている熱交換セグメントを得ることができ、また、安価で諸性能（熱交換率、湿分移行性、低騒音性、省エネ性等）が良好な気体対気体用の熱交換素子を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２１９３１４
【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２０日（１９９９．１２．２０） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４１８４（Ｐ２００１−１７４１８４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３６１４７９ |
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