(57)【要約】【課題】厚み方向に力が加わった場合であっても壊れにくく、かつ各層の接触面を合わせて組み立てる手間のない熱交換素子を提供する。【解決手段】板材を波状に形成した波板３と平板４とを合わせた素子版２を積層し、流体の熱交換を行う熱交換素子１であって、その素子版２の端部に、流路と異なる方向で流体が流れる流路変更部５を、積層方向で隣接する素子版２に対して接合位置又は接合角度の少なくとも一方が異なるように接合する。【選択図】図１
2008151424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な複数の流路を形成した素子版を複数積層し、前記流路の両端から隣接する素子版間で相反方向となるように流体を供給することで流体間での熱交換を可能とした熱交換素子であって、
前記素子版の端部に、前記流路と異なる方向で流体が流れる流路変更部を、積層方向で隣接する素子版に対して接合位置又は接合角度の少なくとも一方が異なるように接合したことを特徴とする熱交換素子。
【請求項２】
素子版を、流路と平行な長手方向の一端側に流路変更部が位置する平面長手形状とし、積層方向で隣接する素子版同士で前記流路変更部が交互に逆の端部側となるように向きを変えることで、接合位置が異なるようにした請求項１に記載の熱交換素子。
【請求項３】
素子版を、流路と平行な長手方向の少なくとも一端側に流路変更部が位置すると共に、前記流路変更部が前記流路を斜めに切断した傾斜端縁に接合される平面長方形状として、積層方向で隣接する素子版同士で前記傾斜端縁が交差するように前記傾斜端縁の向きを変えたものを交互に積層することで、接合角度が異なるようにした請求項１に記載の熱交換素子。
【請求項４】
素子版及び流路変更部を、少なくとも板材を波状に形成した波板と、平坦な平板とを重ねたもので夫々形成した請求項１乃至３の何れかに記載の熱交換素子。
【請求項５】
素子版と流路変更部との接合部の波板を、前記接合部に沿って溝状に切除した請求項４に記載の熱交換素子。
【請求項６】
素子版及び流路変更部の幅が徐々に変化するものを積層することで、横断面が円形となる軸状に形成した請求項１乃至５の何れかに記載の熱交換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換式換気扇等に使用する積層構造の熱交換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような熱交換素子においては、熱交換すべき二つの流体を仕切る薄紙等よりなるライナを、複数の平行流路を構成する厚紙等よりなる波形板状のスペーサを挟んで積層し、全体を段ボール紙状の構造としたものが知られている（特許文献１参照）。
また、従来の熱交換素子においては、小型化や熱交換効率の向上が要求され、直線形状に流路を構成するものから、波形板状のスペーサの向きを変えることにより、流体の流路を変える構成を加えることで、限られた範囲内で熱交換率を向上させることが可能となった（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１５７４８０号公報
【特許文献２】特開平９−１５２２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献２のように、複数の平行流路を構成する厚紙等よりなる波形板状のスペーサを積層する場合、長手方向に流路を構成するスペーサの端面部と、そのスペーサに対し流路の方向を変えたスペーサの端面部とにおいて、端面を均一に合わせて積層することから、端面においてスペーサの厚み方向に力が加わった場合、強度的に弱く壊れやすいといった問題点がある。また、積層したスペーサの端面を均一に合わせることが容易ではなく、組み立てにおいて非常に面倒である。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来からある熱交換素子の問題点を解消し、熱交換素子の厚み方向に力が加わった場合であっても壊れにくく、熱交換効率を高め、かつ各層の端部を合わせて組み立てる手間のない熱交換素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる発明のうち請求項１に記載された発明の構成は、互いに平行な複数の流路を形成した素子版を複数積層し、前記流路の両端から隣接する素子版間で相反方向となるように流体を供給することで流体間での熱交換を可能とした熱交換素子であって、
前記素子版の端部に、前記流路と異なる方向で流体が流れる流路変更部を、積層方向で隣接する素子版に対して接合位置又は接合角度の少なくとも一方が異なるように接合したことにある。
【０００７】
請求項２に記載された発明の構成は、素子版を、流路と平行な長手方向の一端側に流路変更部が位置する平面長手形状とし、積層方向で隣接する素子版同士で前記流路変更部が交互に逆の端部側となるように向きを変えることで、接合位置が異なるようにしたことにある。
【０００８】
請求項３に記載された発明の構成は、素子版を、流路と平行な長手方向の少なくとも一端側に流路変更部が位置すると共に、前記流路変更部が前記流路を斜めに切断した傾斜端縁に接合される平面長方形状として、積層方向で隣接する素子版同士で前記傾斜端縁が交差するように前記傾斜端縁の向きを変えたものを交互に積層することで、接合角度が異なるようにしたことにある。
【０００９】
請求項４に記載された発明の構成は、素子版及び流路変更部を、少なくとも板材を波状に形成した波板と、平坦な平板とを重ねたもので夫々形成したことにある。
【００１０】
請求項５に記載された発明の構成は、素子版と流路変更部との接合部の波板を、前記接合部に沿って溝状に切除したことにある。
【００１１】
請求項６に記載された発明の構成は、素子版及び流路変更部の幅が徐々に変化するものを積層することで、横断面が円形となる軸状に形成したことにある。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１〜請求項３の熱交換素子は、素子版と流路変更部との接合位置又は接合角度が上下層で異なる位置に設けられているので、外力に対して接合位置又は接合角度で破断することがなく、堅固な構造である。なお、素子版と流路変更部との接合位置又は接合角度を熱交換素子の端部に近づけることで、熱交換素子の熱交換率を限られた一定容積内で最大限に上げることができる。
【００１３】
請求項４の熱交換素子は、曲折角度の変更が容易で、様々な形状の熱交換素子に対応することが可能である。
【００１４】
請求項５の熱交換素子は、素子版の端部から流路変更部の端部へと流体が流下するときの抵抗を下げるとともに、騒音の発生を抑えることが可能となる。
【００１５】
請求項６の熱交換素子は、円形ダクトの中間や壁面のスリーブ内等に設置することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の熱交換素子の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、熱交換素子及び素子版を示す説明図である。
【００１８】
熱交換素子１は、素子版２(２ａ，２ｂ)を積層することで構成される。その素子版２は、図１(ｂ)に示すように熱交換部５(５ａ，５ｂ)と流路変更部６(６ａ，６ｂ)とで構成されている。なお、素子版２は、素子版２ａと素子版２ｂとを示し、流路変更部が逆の端部側に形成されたものを素子版２ｂとする(以下、ａ又はｂと記載のあるものは、ａに対してｂが対称形状のものとする）。そして、図１(ｄ)に示すように、長方形の素子版２ａと長方形の素子版２ｂとを交互に複数枚積層することにより、図１(ｅ)に示すように熱交換素子を構成することができる。
【００１９】
そして、熱交換部５は、波板３の流路が長手方向と平行となるように、図１(ａ)に示すように平坦な平板４上に設けられ、短手方向の端部の一方が、短手方向に対し、角度が１０度以上６０度以下の範囲内で切断されている。また、流路変更部６は、熱交換部５と組み合わせたときに長方形となるように、熱交換部５と接触する端部を同じ角度に切断して形成されている。また、流路変更部６の波板３は、熱交換部５の長手方向に対し、流路の角度が１０度以上６０度以下の範囲内で変更するように、平板４上に設けられている。
【００２０】
また、図１(ｂ)に示すように、流体が素子版２ａの吸入路７ａから熱交換部５ａへと流入するとともに、流路変更部６ａへと流下する。その後、排気路８ａから排気される。なお、素子版２ｂは、図１(ｃ)に示すように、流体の流路が素子版２ａとは反対である。したがって、熱交換部５ａと流路変更部６ａとの間を流下する流体は、素子版２ｂの熱交換部５ｂと流路変更部６ｂとの間を流下する流体と熱交換を行う。なお、素子版２ａと素子版２ｂとにおいて、上下の熱交換だけでなく、図１(ｄ)に示すように、素子版２ａ，２ｂ，２ａ・・・と交互に積層することで、効率よく熱交換を行う。
【００２１】
上記の如く、熱交換素子１は、互いに平行な複数の流路を波状に形成した波板３と、平行な平板４とで形成した素子版２を複数積層し、流路の両端から隣接する素子版間で相反方向となるように流体を供給することで流体間での熱交換を可能とした熱交換素子１である。そして、素子版２ａと隣接する素子版２ｂとで、流路変更部５ａと流路変更部５ｂとが交互に逆の端部側となるように向きを変えることで、接合位置が異なるように接合する。
【００２２】
これにより、熱交換素子１は、曲折角度の変更が容易で、様々な形状の熱交換素子に対応することが可能である。そして、熱交換部５と流路変更部６との接合部が上下層で異なる位置に設けられているので、外力に対して接合部で破断することがなく、堅固な構造である。また、波板３と他の波板３との接合部を熱交換素子１の端部に近づけることで、熱交換素子１の熱交換率を限られた一定容積内で最大限に上げることができる。
【００２３】
なお、本発明の熱交換素子の構成は、上記態様に何ら限定されるものではなく、熱交換素子の形状、平板の板厚、波板の形状、配置方法、素子版の形状、材質、構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更することができる。
【００２４】
たとえば、素子版２を構成する波板３の波の間隔や形状は、必要に応じて適宜変更することができる。また、波板３の板厚は、平板４より厚くても薄くても良く、同じ板厚でも良い。なお、使用しない吹き出し孔は、シール等で塞いでもよく、必要に応じて適宜変更することができる。勿論、必ずしも流体が吸気路から流入し、排気路から排気される必要はなく、排気路から流入し、吸気路から排気される構成に変更してもよい。
【００２５】
また、図２に示すＶ字溝２６を、熱交換部５と流路変更部６との接合部に形成してもよい。このＶ字溝２６を形成することで、流体が熱交換部５の端部から流路変更部６の端部へと流下するときの抵抗を下げるだけでなく、騒音の発生を抑えることも可能となる。また、Ｖ字溝２６は、図２(ａ)に示すように、素子版２の側面の一方の端面から他方の端面に渡って溝を形成しているが、図２(ｂ)に示すように、一方の端部を切断した形状からなるＶ字溝２７を形成してもよい。なお、図２(ｃ)に示すように、一方の素子版端部の波板３を直角に切断し、凹溝２８を形成してもよい。他に、接触面をＵ字型の溝（図示せず）に形成してもよい。
【００２６】
また、図３に示すように、素子版１２(１２ａ，１２ｂ)は、熱交換部９(９ａ，９ｂ)の両端に流路変更部１０(１０ａ，１０ｂ)と流路変更部１１(１１ａ，１１ｂ)とを設けて構成してもよい。この場合、図３(ｂ)に示すように、素子版１２ｂは、図３(ａ)に示す素子版１２ａの熱交換部９ａと流路変更部１０ａと流路変更部１１ａとが、逆の端部側となるように向きを変えることで、接合角度を異なるようにしている。そして、図３(ｃ)に示すように、素子版１２ａと素子版１２ｂとを交互に積層し、熱交換素子１３を形成する。その結果、接合部が交差して積層されるので厚み方向に外力が加わっても、接合部で破断することなく、堅固な構造である。なお、熱交換部９と流路変更部１１との接合部についても同様である。
【００２７】
また、図４に示すように、図３に示す素子版２の両端を三角形状に切断した素子版１７(１７ａ，１７ｂ)に変更してもよい。この素子版１７は、熱交換部１４(１４ａ，１４ｂ)と流路変更部１５(１５ａ，１５ｂ)と流路変更部１６(１６ａ，１６ｂ)とで構成される。なお、端面１５ｃと端面１５ｄとは、長さが等しく、長手方向に対して同じ角度で、対称に形成されている。更に、端面１５ｅは、長手方向と平行である。また、端面１５ｆは、短手方向に対し、１０度以上６０度以下の角度で、熱交換部１４の端面と同じ角度となるように切断されている。なお、流路変更部１６も同様の構成である。また、図４(ｂ)に示した素子版１７ｂは、図４(ａ)に示す素子版１７ａを、熱交換部１４ａと流路変更部１５ａと流路変更部１６ａとが、逆の端部側となるように向きを変えることで、接合角度を異なるようにした素子版である。そして、図４(ｃ)に示すように、熱交換素子１８を形成する。
【００２８】
また、図５に示すように、流路変更部２０(２０ａ，２０ｂ)によって、短手方向へ排気する素子版２１(２１ａ，２１ｂ)に変更してもよい。その結果、流体の排気路８(８ａ，８ｂ)を極端に曲げることが可能となる。なお、本図では、長手方向に対し垂直な方向である短手方向に、吹き出している図を示しているが、長手方向に対し、約４５度の角度に曲げて排気させてもよい。
【００２９】
また、図６に示すように、熱交換部２２(２２ａ，２２ｂ)と流路変更部２３(２３ａ，２３ｂ)とを設けて構成される素子版２４(２４ａ，２４ｂ)に変更してもよい。この素子版２４は、図５に示す素子版２１において、排気路８ａ側と反対の側面で、長手方向を中心として対称に形成した形状である。その結果、吸入路７ａから入った流体を排気路８ａ１と排気路８ａ２とに分岐して排気することになる。
【００３０】
更に、図７に示すように、図６の素子版２４ａと素子版２４ｂとを、(ａ)，(ｂ)，(ｃ)，(ｄ)の順に、短手方向の幅を徐々に狭めていくものを積層することで、図７(ｅ)に示す円筒状の熱交換素子２５を構成してもよい。その結果、円形ダクトの中間や壁面のスリーブ内等に設置可能となる。
【００３１】
また、図８に示すように、平板３２(３２ａ，３２ｂ)の上に波板２９(２９ａ，２９ｂ)と流体の流路を制御する波板３０(３０ａ，３０ｂ)とを設け、流路変更部となる空間３１(３１ａ，３１ｂ)を形成した素子版３３(３３ａ，３３ｂ)に変更してもよい。その結果、図８(ａ)に示すように、流体は吸入路７ａから素子版３３ａへと流入し、波板２９ａで熱交換を行い、空間３１ａへと流下し、波板３０ａにより短手方向へと直角に曲げられて、排気路８ａの方向へ排気される。なお、波板３０ａは、流体の流路を制限するための部材として使用することから波板を必ずしも用いる必要はなく、波板３０ａを使用する場合、波板３０ａの内部に流体が流れ込まないように、波板３０ａの側面で流体を受ける方向に設けられている。そして、図８(ｃ)に示すように熱交換素子３４を形成する。
【００３２】
更に、図９に示すように、図８に示す素子版３３(３３ａ，３３ｂ)の排気路８ａ側と反対の側面の長手方向を中心として対称に形成した素子版３５(３５ａ，３５ｂ)に変更してもよい。この場合、図９(ａ)に示すように、吸入路７ａから入った流体を、図８に示す波板２９によって排気路８ａ１と排気路８ａ２とに分岐して排気し、熱交換を行う素子版３５ａを形成する。そして、短手方向の幅を徐々に狭めていくものを交互に積層することで、図９(ｃ)に示す円筒状の熱交換素子３６を構成してもよい。
【００３３】
また、図１０に示すように、六角形状を有する平板４２(４２ａ，４２ｂ)の上に、波板３７(３７ａ，３７ｂ)と波板３８(３８ａ，３８ｂ)と波板３９(３９ａ，３９ｂ)とを設け、両端に流路変更部としての空間４０(４０ａ，４０ｂ)と空間４１(４１ａ，４１ｂ)とを形成した素子版４３(４３ａ，４３ｂ)に変更してもよい。その結果、素子版４３ａと素子版４３ｂとの積層において、図１０(ｃ)に示すように、重複部分４４〜４７で重なる。特に重複部分４４を有することは、素子版の厚み方向から外力が加わった場合であっても、素子版４３ａの吸入路７ａと素子版４３ｂの排気路８ｂと、素子版４３ａの排気路８ａと素子版４３ｂの吸入路７ｂとが潰れて流路を塞ぐことがない。また、波板３８と波板３９とは、波板内部に流体が流れ込まないように、波板の側面で流体を受けるように設けられており、流体の流路を制限するための部材として使用することから波板を必ずしも用いる必要はない。
【００３４】
また、図１１に示すように、平板５３(５３ａ，５３ｂ)の上に波板４８(４８ａ，４８ｂ)と波板４９(４９ａ，４９ｂ)と波板５０(５０ａ，５０ｂ)とを設け、両端に空間５１(５１ａ，５１ｂ)と空間５２(５２ａ，５２ｂ)とを形成した素子版５４(５４ａ，５４ｂ)に変更してもよい。その結果、外力に対し重複部分５５によって堅固な構造を有する。
【００３５】
また、図１２に示すように、平板６４(６４ａ，６４ｂ)の上に波板５９(５９ａ，５９ｂ)と波板６０(６０ａ，６０ｂ)と波板６１(６１ａ，６１ｂ)とを設け、両端に空間６２(６２ａ，６２ｂ)と空間６３(６３ａ，６３ｂ)とを形成した素子版６５(６５ａ，６５ｂ)に変更してもよい。
【００３６】
また、図１３に示すように、平板７５(７５ａ，７５ｂ)の上に波板７０(７０ａ，７０ｂ)と波板７１(７１ａ，７１ｂ)と波板７２(７２ａ，７２ｂ)とを設け、両端に空間７３(７３ａ，７３ｂ)と空間７４(７４ａ，７４ｂ)とを半円状に形成した素子版７６(７６ａ，７６ｂ)に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】熱交換素子及び素子版を示す説明図である。
【図２】熱交換部と流路変更部との接合部に溝を形成した説明図である。
【図３】熱交換素子及び素子版の変更例を示す説明図である。
【図４】熱交換素子及び素子版の変更例を示す説明図である。
【図５】素子版の変更例を示す説明図である。
【図６】素子版の変更例を示す説明図である。
【図７】熱交換素子及び素子版の変更例を示す説明図である。
【図８】熱交換素子及び素子版の変更例を示す説明図である。
【図９】熱交換素子及び素子版の変更例を示す説明図である。
【図１０】素子版の変更例を示す説明図である。
【図１１】素子版の変更例を示す説明図である。
【図１２】素子版の変更例を示す説明図である。
【図１３】素子版の変更例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１，１３，１８，２５・・熱交換素子、２，１２，１７，２１・・素子版、３，２９，３０，３７・・波板、４，３２，４２，５２・・平板、５，９，１４，１９，・・熱交換部、６，１０，１１，１５・・流路変更部、７・・吸入路、８・・排気路、２６・・Ｖ字溝、２７・・Ｖ字溝、２８・・凹溝、３１，４０，５１，６２・・空間、４４，５５，６６，７７・・重複部分。
【図１】
2008151424.tif 000003
【図２】
2008151424.tif 000004
【図３】
2008151424.tif 000005
【図４】
2008151424.tif 000006
【図５】
2008151424.tif 000007
【図６】
2008151424.tif 000008
【図７】
2008151424.tif 000009
【図８】
2008151424.tif 000010
【図９】
2008151424.tif 000011
【図１０】
2008151424.tif 000012
【図１１】
2008151424.tif 000013
【図１２】
2008151424.tif 000014
【図１３】
2008151424.tif 000015