JP2023105326A - 熱交換素子及びそれを用いた熱交換形換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率を向上させることが可能な熱交換素子及びそれを用いた熱交換形換気装置を提供する。【解決手段】熱交換素子６は、伝熱性を有する伝熱板１３と、伝熱板１３の一方の面に設けた複数のリブ１４（外リブ１４ａ、内リブ１４ｂ）とを備える熱交換素子ピース１５を積層して排気風路１６と給気風路１７を１層ずつ交互に構成し、排気風路１６を流通する排気流３と給気風路１７を流通する給気流４とが伝熱板１３を介して熱交換する。複数のリブ１４のうち、内リブ１４ｂは、排気風路１６または給気風路１７に沿って延在する空洞１８を有する中空体１９で構成される。中空体１９の側面には、空洞１８と連通する複数の開口部２０（第１開口部２０ａ）が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、寒冷地等で使用され、室内の空気を室外へ排気する排気流と、室外の空気を室内へ給気する給気流との間で熱交換する熱交換素子及びそれを用いた熱交換形換気装置に関するものである。

従来、この種の熱交換形換気装置に用いられる熱交換素子の構造として、シール性（空気流路を流れる空気が外に漏れるのを防止するシール機能）の向上による信頼性を確保するため、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。

図９は、従来の熱交換素子１０１の構造を示す分解斜視図である。

図９に示すように、熱交換素子１０１は、伝熱性を備えた機能紙１０３とリブ１０４で構成された熱交換素子単体１０２を多数枚積層することによって構成されている。機能紙１０３の一方の面上には、紙紐１０５と該紙紐１０５を機能紙１０３に接着するホットメルト樹脂１０６で構成されたリブ１０４が所定間隔で平行に複数備えられている。このリブ１０４によって、隣接して積層される一対の機能紙１０３間に間隙が生じ、空気流路１０７を形成している。熱交換素子１０１は、複数の間隙が積層されるように形成され、隣接する間隙におけるそれぞれの空気流路１０７の送風方向は、互いに直交するように構成されている。これにより、空気流路１０７を機能紙１０３毎に交互に給気流と排気流とが通風し、給気流と排気流との間で熱交換が行われる。

特開平１１－２４８３９０号公報

このような従来の熱交換素子１０１においては、断面が略円形の紙紐１０５をホットメルト樹脂１０６で被包したリブ１０４を形成し、形成したリブ１０４をホットメルト樹脂１０６により機能紙１０３と接着させることで、機能紙１０３同士の間隔を維持する構成となっている。しかしながら、近年では、空調機器における省エネルギー性向上が重大視され、本構成における熱交換効率に対して、更なる熱交換効率の向上が求められている。

そこで、本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、熱交換効率を向上させることが可能な熱交換素子及びそれを用いた熱交換形換気装置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、本発明に係る熱交換素子は、伝熱性を有する仕切部材と、仕切部材の一方の面に設けた複数の間隔保持部材とを備える単位構成部材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、排気風路を流通する排気流と給気風路を流通する給気流とが仕切部材を介して熱交換する。間隔保持部材は、排気風路または給気風路に沿って延在する空洞を有する中空体で構成される。中空体の側面には、空洞と連通する複数の開口部が形成されていることを特徴としたものである。

また、本発明に係る熱交換形換気装置は、上述の熱交換素子を搭載して構成されていることを特徴としたものである。

本発明によれば、熱交換効率を向上させることが可能な熱交換素子及びそれを用いた熱交換形換気装置を得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換素子を備えた熱交換形換気装置の住宅における設置例を示す模式図である。 図２は、熱交換素子を備えた熱交換形換気装置の構造を示す模式図である。 図３は、熱交換素子の構造を示す分解斜視図である。 図４は、熱交換素子を構成するリブの構造を示す部分拡大図である。 図５は、熱交換素子を流通する排気流（または給気流）を説明するための部分拡大図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係る熱交換素子の構造を示す分解斜視図である。 図７は、熱交換素子を構成するリブの構造を示す部分拡大図である。 図８は、熱交換素子を流通する排気流を説明するための部分拡大図である。 図９は、従来の熱交換素子の斜視図である。

本発明に係る熱交換素子は、伝熱性を有する仕切部材と、仕切部材の一方の面に設けた複数の間隔保持部材とを備える単位構成部材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、排気風路を流通する排気流と給気風路を流通する給気流とが仕切部材を介して熱交換する。間隔保持部材は、排気風路または給気風路に沿って延在する空洞を有する中空体で構成される。中空体の側面には、空洞と連通する複数の開口部が形成されている。

こうした構成によれば、排気風路（または給気風路）を流通する排気流（または給気流）に対して、中空体の空洞を流通する排気流（または給気流）は、空洞と連通した開口部を通じて合流しながら流通することで、排気流内（または給気流内）の空気が混ざり合うようになる。これにより、熱交換素子内での熱伝達率が向上する。よって、従来の熱交換素子に比べて、熱交換素子としての熱交換効率を向上することができる。つまり、熱交換効率を向上させることが可能な熱交換素子とすることができる。

また、本発明に係る熱交換素子では、開口部を第１開口部と呼ぶ場合、中空体が仕切部材と接する面には、第１開口部とは異なる、空洞と連通する複数の第２開口部が形成されている構成としてもよい。これにより、排気流（または給気流）が第２開口部を介して仕切部材と接触する面積が増える。この結果、排気流と給気流との間で熱交換する面積が増え、熱交換効率をさら向上させることができる。

また、本発明に係る熱交換素子では、間隔保持部材は、仕切部材の端辺に位置する第１間隔保持部材と、第１間隔保持部材より仕切部材の内側に位置する第２間隔保持部材とを有する。第２間隔保持部材は、中空体によって構成された構成としてもよい。これにより、排気流（または給気流）が流通する際、第１間隔保持部材に中空体を有しないことで、排気風路（または給気風路）が強度不足で潰れて、風路面積が小さくなることを抑制できるこのため、排気流内（または給気流内）の空気がさらに均一に混ざり合うようになり、熱交換素子内での熱伝達率を向上させることができ、熱交換効率を更に向上することができる。

また、本発明に係る熱交換素子では、中空体は、排気風路または給気風路に沿った方向に伸縮可能なバネ状部材である構成としてもよい。これにより、排気流または給気流が間隔保持部材の側面の隙間を縫いながら混合される。このため、排気流内または給気流内の空気がさらに混ざり合うようになり、熱交換素子内での熱伝達率を向上させることができ、さらに熱交換効率を向上すること効果を享受できる。

また、本発明に係る熱交換形換気装置は、上述の熱交換素子を搭載して構成されている。これにより、熱交換素子の熱交換効率が向上した熱交換形換気装置とすることができる。

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。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、各図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

（実施の形態１）
まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１に係る熱交換素子６を備えた熱交換形換気装置２の概略について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換素子６を備えた熱交換形換気装置２の住宅における設置例を示す概要図である。図２は、熱交換素子６を備えた熱交換形換気装置２の構造を示す模式図である。

図１において、家１の屋内に熱交換形換気装置２が設置されている。熱交換形換気装置２は、屋内の空気と屋外の空気とを熱交換しながら換気する装置である。

図１に示す通り、排気流３は、黒色矢印のごとく、熱交換形換気装置２を介して屋外に放出される。排気流３は、屋内から屋外に排出される空気の流れである。また、給気流４は、白色矢印のごとく、熱交換形換気装置２を介して室内にとり入れられる。給気流４は、屋外から屋内に取り込まれる空気の流れである。例えば日本の冬季を挙げると、排気流３は２０℃～２５℃であるのに対して、給気流４は氷点下に達することもある。熱交換形換気装置２は、換気を行うとともに、この換気時に、排気流３の熱を給気流４へと伝達し、不用な熱の放出を抑制している。

熱交換形換気装置２は、図２に示す通り、本体ケース５、熱交換素子６、排気ファン７、内気口８、排気口９、給気ファン１０、外気口１１、及び給気口１２を備えている。本体ケース５は、熱交換形換気装置２の外枠である。本体ケース５の外周には、内気口８、排気口９、外気口１１、及び給気口１２が形成されている。内気口８は、排気流３を熱交換形換気装置２に吸い込む吸込口である。排気口９は、排気流３を熱交換形換気装置２から屋外に吐き出す吐出口である。外気口１１は、給気流４を熱交換形換気装置２に吸い込む吸込口である。給気口１２は、給気流４を熱交換形換気装置２から屋内に吐き出す吐出口である。

本体ケース５の内部には、熱交換素子６、排気ファン７、及び給気ファン１０が取り付けられている。熱交換素子６は、排気流３と給気流４との間で熱交換を行うための部材である。排気ファン７は、排気流３を内気口８から吸い込み、排気口９から吐出するための送風機である。給気ファン１０は、給気流４を外気口１１から吸い込み、給気口１２から吐出するための送風機である。排気ファン７を駆動することにより内気口８から吸い込まれた排気流３は、熱交換素子６及び排気ファン７を経由し、排気口９から屋外へと排出される。また、給気ファン１０を駆動することにより外気口１１から吸い込まれた給気流４は、熱交換素子６及び給気ファン１０を経由し、給気口１２から屋内へと供給される。

次に、図３及び図４を参照して、熱交換素子６について説明する。図３は、熱交換素子６の構造を示す分解斜視図である。図４は、熱交換素子６を構成するリブ１４の構造を示す部分拡大図である。より詳細には、図４の（ａ）は、内リブ１４ｂの部分拡大図であり、図４の（ｂ）は、図４の（ａ）のＡ－Ａ面における内リブ１４ｂの部分断面図である。

図３に示すように、熱交換素子６は、複数の熱交換素子ピース１５から構成される。各熱交換素子ピース１５には、略正方形の伝熱板１３の一方の面の上に複数のリブ１４が接着されている。熱交換素子６は、熱交換素子ピース１５を、一段ずつ互い違いにリブ１４が直交するように、向きを変えて複数枚積層したものである。このような構成にすることで、排気流３が通風する排気風路１６と給気流４が通風する給気風路１７とが形成され、排気流３と給気流４とが交互に直交して流れるようになり、これらの間で熱交換を可能にしている。

熱交換素子ピース１５は、熱交換素子６を構成する一つのユニットである。上述のように、熱交換素子ピース１５は、略正方形の伝熱板１３の一方の面上に複数のリブ１４（後述する外リブ１４ａ、内リブ１４ｂ）を接着して形成されている。伝熱板１３上のリブ１４は、その長手方向が伝熱板１３の一方の端辺から、これに対向する他方の端辺に向かうように形成されている。複数のリブ１４のそれぞれは、直線状に形成されている。そして、リブ１４のぞれぞれは、伝熱板１３の面上に所定の間隔で並列配置されている。具体的には、図３に示すように、上下に隣接する２つの熱交換素子ピース１５のうち、一方の熱交換素子ピース１５を構成する伝熱板１３の一方の面の上には、リブ１４の長手方向が、伝熱板１３の端辺１３ａから対向する端辺１３ｃに向かうように接着して形成されている。また、他方の熱交換素子ピース１５を構成する伝熱板１３の一方の面の上には、リブ１４の長手方向がこの伝熱板１３の端辺１３ｂ（端辺１３ａに垂直である端辺）から対向する端辺１３ｄに向かうように接着されている。さらに、一方及び他方の熱交換素子ピース１５は、複数のリブ１４のうち最外周に位置するリブ１４（後述する外リブ１４ａ）と、最外周に位置するリブ１４（後述する外リブ１４ａ）より内側に位置するリブ１４（後述する内リブ１４ｂ）が形成されている。リブ１４については後述する。

伝熱板１３は、伝熱板１３を挟んで排気流３と給気流４とが流れたときに熱交換をするための板状の部材である。伝熱板１３は、セルロース繊維をベースとした伝熱紙によって形成され、伝熱性と透湿性と吸湿性とを備えている。ただし、紙の材質はこれに限定されるものではない。伝熱板１３は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、あるいはポリエチレンテレフタレート等をベースとした透湿樹脂膜、または、セルロース繊維、セラミック繊維、あるいはガラス繊維をベースとした紙材料等を用いることができる。伝熱板１３は伝熱性を備えた薄いシートであって、気体が透過しない性質のものを用いることができる。

複数のリブ１４は、伝熱板１３の対向する一対の辺の間に設けられ、一方の辺から他方の辺に向かうように形成されている。リブ１４は、伝熱板１３を積み重ねるときに伝熱板１３間に排気流３または給気流４を通風させるための間隙、すなわち排気風路１６または給気風路１７を形成するための略円柱形状の部材である。なお、リブ１４の断面形状として、略円形状以外に、略扁平形状、矩形形状または六角形などの多角形形状を有する部材を用いてもよい。

リブ１４の材質としては、一定の強度あれば足り、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、あるいはポリアミド等の樹脂部材、または、セルロース繊維、セラミック繊維、あるいはガラス繊維をベースとした紙材料、綿、絹、麻、あるいは金属を用いることができる。

なお、リブ１４と伝熱板１３の固着は、接着剤の塗布、シール材の貼付、または熱溶着等、リブ１４の材質に応じて既知の接着剤及び接着方法を用いることができ、その効果に差異は生じない。

次に、リブ１４について詳細に説明する。

複数のリブ１４は、図３に示すように、最外周に位置する外リブ１４ａと、外リブ１４ａの内側に位置する内リブ１４ｂとを有して構成される。複数のリブ１４は、伝熱板１３の外縁に沿って配置された外リブ１４ａと、両端の外リブ１４ａとの間に位置する複数の内リブ１４ｂとを有するとも言える。

外リブ１４ａは、複数のリブ１４のうち、リブ１４の最外周の位置となる伝熱板１３の外縁おいて、端辺１３ｂまたは端辺１３ｄに沿って形成されたリブである。外リブ１４ａは、中実材で構成された略円柱形状の部材である。外リブ１４ａは、例えば、外リブ１４ａと同じ方向に延びる複数の繊維部材を束ねて接着樹脂によって固着して構成される。なお、外リブ１４ａは、中空体で構成されておらず、後述する中空体１９を有していないリブとも言える。

内リブ１４ｂは、複数のリブ１４のうち、両端の外リブ１４ａの間に挟まれた領域に形成されたリブである。内リブ１４ｂは、中空材で構成された略円柱形状の部材である。より詳細には、内リブ１４ｂは、図４の（ａ）に示すように、排気風路１６（または給気風路１７）の上流側から下流側に沿って延在した空洞１８を有した中空体１９で構成される。

中空体１９は、ストロー状の空洞１８を有する略円柱形状の部材であり、上述の通り一つの内リブ１４ｂを構成する。

空洞１８は、排気流３（後述する排気流３ａ）が上流から下流に向かって流通する空間である。中空体１９の内部形状、つまり空洞１８の断面形状は、略円形状以外に、楕円形状、略扁平形状、矩形形状または六角形などの多角形形状を有する。なお、空洞１８の体積は、上流から下流側に連れて体積が大きくなるなど、自由に空間を取ってよい。内リブ１４ｂを構成する中空体１９の側面には、空洞１８と連通する複数の開口部２０（後述する第１開口部２０ａ及び第２開口部２０ｂ）が形成されている。開口部２０の形状は、図４に示すように、略円形状以外に、楕円形状、略扁平形状、矩形形状または六角形などの多角形形状を有してもよい。

なお、中空体１９の空洞１８は、排気風路１６（または給気風路１７）の入口（流入口）から出口(流出口)にかけて、連通している状態が好ましく、この場合、熱交換素子６を流通する際の、排気流３（または給気流４）が、内リブ１４ｂの空洞１８を通りすぎることで、通風抵抗を低減することができる。

複数の開口部２０は、第１開口部２０ａと、第２開口部２０ｂとを含む。

第１開口部２０ａは、伝熱板１３と接していない中空体１９の側面に形成された開口である。第１開口部２０ａは、空洞１８と連通する。つまり、第１開口部２０ａは、中空体１９の側面の所定の位置において、空洞１８と排気風路１６（または給気風路１７）とを連通する。

第２開口部２０ｂは、第１開口部２０ａとは異なり、中空体１９が伝熱板１３と接する面（上面及び下面）に形成された開口である。第２開口部２０ｂは、空洞１８と連通する。つまり、第２開口部２０ｂは、中空体１９が伝熱板１３と接する面の所定の位置において、空洞１８と伝熱板１３の表面とを連通する。

なお、第１開口部２０ａ及び第２開口部２０ｂの数及び位置は特に限定されることはなく、第１開口部２０ａ及び第２開口部２０ｂの形状がそれぞれ異なった構成としてもよい。第１開口部２０ａ及び第２開口部２０ｂの大きさあるいは配置例について、より詳細には、図５を参照しつつ、後述する。

次に、図５を用いて、排気風路１６及び空洞１８を流通する排気流３について説明する。図５は、熱交換素子６を流通する排気流３を説明するための部分拡大図である。より詳細には、図５の（ａ）は、熱交換素子６を流通する排気流３を説明するための部分拡大図であり、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）のＢ－Ｂ面における内リブ１４ｂ及び伝熱板１３の部分断面図である。

図５の（ａ）に示すように、排気流３は、中空体１９の空洞１８を上流から下流に向かって流通する排気流３ａと、排気風路１６を上流から下流に向かって流通する排気流３ｂと、第１開口部２０ａを通り、空洞１８と排気風路１６との間を横断する排気流３ｃとからなる。

排気流３ａは、中空体１９の空洞１８を流通する気流である。排気流３ａは、空洞１８内の上流から下流に向かって流通する気流と、中空体１９の側面に設けられた第１開口部２０ａを通って排気風路１６に流れ込む気流とを含む。

排気流３ｂは、互いに隣接する中空体１９の間に構成される排気風路１６を流通する気流である。排気流３ｂは、排気風路１６内の上流から下流に向かって流通する気流と、中空体１９の側面に設けられた第１開口部２０ａを通って空洞１８に流れ込む気流とを含む。

排気流３ｃは、中空体１９の側面に設けられた第１開口部２０ａを通った気流である。排気流３ｃは、空洞１８から排気風路１６に流れる気流と、排気風路１６から空洞１８に流れる気流とを含む。なお、図５の（ａ）において、排気流３ｃは、空洞１８から排気風路１６に向かう黒矢印のみで示されているが、逆方向（排気風路１６⇒空洞１８）への流れも生じている。

第１開口部２０ａを通った排気流３ａは、排気流３ｃとなり、排気風路１６内を流通する排気流３ｂと混合される。排気流３ｂと排気流３ｃとが混合される際には、中空体１９の側面に沿って乱れが発生し、中空体１９の側面近傍（内リブ１４ｂ近傍）の排気流３ｂが乱される。この結果、排気風路１６内で上流から下流に進むに連れて定常流に発達していく排気流３ｂを、排気流３ｃの流れによって阻害し乱れさせるので、排気流３ｂと給気流４との間での熱伝達率が向上する。

一方、第１開口部２０ａを通った排気流３ｂは、排気流３ｃとなり、空洞１８内を流通する排気流３ａと混合される。排気流３ａと排気流３ｃが混合される際には、中空体１９の空洞１８の内壁面に沿って乱れが発生し、内リブ１４ｂを流通する排気流３ａが乱される。この結果、空洞１８内で上流から下流に進むに連れて定常流に発達していく排気流３ａを、排気流３ｃの流れによって阻害し乱れさせるので、排気流３ａと給気流４との間での熱伝達率が向上する。

以上によって、熱交換素子６は、従来の熱交換素子と比べて、熱交換素子６としての熱交換効率が向上することになる。特に、第１開口部２０ａの数及び位置は、空洞１８を流通する排気流３（または給気流４）が定常流に発達する前に、空気が乱せる位置に形成することが好ましい。

また、図５の（ｂ）に示すように、空洞１８の中空体１９の内壁面近傍を流通する排気流３ａは、第２開口部２０ｂによって露出した伝熱板１３の表面を沿うように流通する。したがって、第２開口部２０ｂを設けない場合の排気流３ａと比較して、排気流３ａが、伝熱板１３に触れる面積が増えることで、排気流３ａと伝熱板１３が接触する面積の総量が増加している。よって、第２開口部２０ｂは、開口面積が増えるほど、排気流３ａと給気流４の熱交換する面積が増えることで、熱交換を促進することができる。なお、上記の通り、内リブ１４ｂを構成する中空体１９と伝熱板１３とは、接着部材によって接着された構成としたが、空洞１８と第２開口部２０ｂとが連通する空間は、例えば、接合部材を有しない構成が好ましい。このような構成にすることで、接合部材が伝熱抵抗にならず、より熱交換を促進されるため、好適である。

なお、図３～図５では、熱交換素子６を流通する気流に排気流３を用いて説明したが、給気流４においても内リブ１４ｂを同様に配置する構成を有するため、同様の作用効果を有する。

以上、本実施の形態１に係る熱交換素子６及びこの熱交換素子６を用いた熱交換形換気装置２によれば、以下の効果を享受することができる。

（１）熱交換素子６は、伝熱性を有する伝熱板１３と、伝熱板１３の一方の面に設けた複数のリブ１４（外リブ１４ａ及び内リブ１４ｂ）を備える熱交換素子ピース１５を積層して排気風路１６と給気風路１７を１層ずつ交互に構成し、排気風路１６を流通する排気流３と給気風路１７を流通する給気流４とが伝熱板１３を介して熱交換する。内リブ１４ｂは、排気風路１６または給気風路１７に沿って延在する空洞１８を有する中空体１９で構成される。中空体１９の側面には、空洞１８と連通する複数の開口部２０（第１開口部２０ａ）が形成されている。

こうした構成によれば、排気風路１６（または給気風路１７）を流通する排気流３（または給気流４）に対して、中空体１９の空洞１８を流通する排気流３ａ（または給気流４）は、空洞１８と連通した第１開口部２０ａを通じて合流しながら流通することで、排気流３ｂ内（または給気流４内）の空気が混ざり合うようになる。これにより、熱交換素子６内での熱伝達率が向上する。よって、従来の熱交換素子に比べて、熱交換素子６としての熱交換効率を向上することができる。つまり、熱交換効率を向上させることが可能な熱交換素子６とすることができる。

より詳細には、排気風路１６（または給気風路１７）を流通する排気流３ｂ（または給気流４）に対して、中空体１９の空洞１８を流通する排気流３ａ（または給気流４）は、空洞１８と連通した第１開口部２０ａを通じて合流しながら流通する排気流３ｃ（または給気流４）となって、排気流３ｂ内（または給気流４内）の空気が混ざり合うようになる。排気流３ｃと排気流３ｂとが混合される際には、中空体１９の側面に沿って乱れが発生し、内リブ１４ｂ近傍の排気流３ｂが乱される。これにより、排気流３内（または給気流４内）が発達して定常流になる前に空気が乱されることで、熱交換素子６内での熱伝達率が向上する。よって、従来の熱交換素子に比べて、熱交換素子６としての熱交換効率を向上することができる。

（２）熱交換素子６では、中空体１９が伝熱板１３と接する面（上面及び下面）には、第１開口部２０ａとは異なる、空洞１８と連通する複数の第２開口部２０ｂが形成されている構成とした。これにより、排気流３ａ（または給気流４）が第２開口部２０ｂを介して伝熱板１３と熱的に接触する面積が増える。この結果、第２開口部２０ｂを設けない場合の排気流３ａと比較して、排気流３ａと給気流４との間で熱交換する面積が増え、熱交換効率をさら向上させることができる。

（３）熱交換素子６では、リブ１４は、伝熱板１３の端辺に位置する外リブ１４ａと、外リブ１４ａより伝熱板１３の内側に位置する内リブ１４ｂとを有する。内リブ１４ｂは、中空体１９によって構成した。これにより、排気流３（または給気流４）が流通する際、外リブ１４ａに中空体１９を有しないことで、排気風路１６（または給気風路１７）が強度不足で潰れて、風路面積が小さくなることを抑制できるこのため、排気流３内（または給気流４内）の空気がさらに均一に混ざり合うようになり、熱交換素子６内での熱伝達率を向上させることができ、熱交換効率を更に向上することができる。

また、内リブ１４ｂを中空体１９によって構成したことで、外リブ１４ａのような中実材のみでリブ全体を構成した場合と比較して、中空体１９を流通する排気流３ａ（または給気流４）の分だけ流通量を増加させることができる。この結果、熱交換素子６における熱交換効率をさら向上させることができる。

（４）熱交換形換気装置２は、上述した熱交換素子６を搭載して構成される。これにより、熱交換素子６の熱交換効率を向上することが可能な熱交換形換気装置２とすることができる。

（実施の形態２）
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態２に係る熱交換素子６ａについて説明する。図６は、本発明の実施の形態２に係る熱交換素子６ａの構造を示す分解斜視図である。図７は、熱交換素子６ａを構成する内リブ１４ｃの構造を示す部分拡大図である。

実施の形態２に係る熱交換素子６ａは、熱交換素子６における内リブ１４ｂをバネ状部材からなる内リブ１４ｃによって構成した点で実施の形態１と異なる。これ以外の熱交換素子６ａの構成は、実施の形態１に係る熱交換素子６と同様である。以下、実施の形態１で説明済みの内容は再度の説明を適宜省略し、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

熱交換素子６ａは、図６に示すように、伝熱板１３と、伝熱板１３の一方の面上に設けた複数のリブ１４（外リブ１４ａ及び内リブ１４ｃ）とを備える熱交換素子ピース１５を積層して構成される。そして、複数のリブ１４は、最外周に位置する外リブ１４ａと、外リブ１４ａの内側に位置する内リブ１４ｃとを有して構成される。

外リブ１４ａは、実施の形態１と同様、複数のリブ１４のうち、リブ１４の最外周の位置となる伝熱板１３の外縁おいて、端辺１３ｂまたは端辺１３ｄに沿って形成されたリブである。外リブ１４ａは、中実材で構成された略円柱形状の部材である。

内リブ１４ｃは、複数のリブ１４のうち、両端の外リブ１４ａの間に挟まれた領域に形成されたリブである。内リブ１４ｃは、中空材で構成された略円柱状の外形を有する部材である。より詳細には、内リブ１４ｃは、図７に示すように、排気風路１６（または給気風路１７）の上流側から下流側に沿って延在した空洞１８ａを有した中空体１９ａで構成される。中空体１９ａは、例えば、所定のピッチで構成されたバネ状部材である。つまり、内リブ１４ｃは、排気風路１６（または給気風路１７）の上流から下流方向（または下流から上流方向、もしくは両方向）に伸縮可能なバネ状部材によって構成される。なお、内リブ１４ｃの外形形状として、略円形状以外に、略扁平形状を有してもよい。

中空体１９ａは、上述した通り、所定のピッチで構成されたバネ状部材である。中空体１９ａは、中空体１９ａの一山ごとのピッチ間隔及び数は特に限定されるものではないが、中空体１９ａの円周方向側面において隙間２１ができるように構成されている。すなわち、中空体１９ａにおいて、中空体１９ａの側面には、空洞１８ａと連通する複数の隙間２１を有している。なお、内リブ１４ｃ（中空体１９ａ）の材質は、外リブ１４ａの材質と異なる材質であってもよい。その場合、内リブ１４ｃは形状安定性を高めるために、ステンレスなどの金属部材を用いることが好ましい。

中空体１９ａによって構成される空洞１８ａは、排気流３（後述する排気流３ｄ）が上流から下流に向かって流通する空間である。空洞１８ａの断面形状は、内リブ１４ｃの外形形状、つまり中空体１９ａの外形形状に対応して構成される。

隙間２１は、内リブ１４ｂを構成する中空体１９の開口部２０（第１開口部２０ａ及び第２開口部２０ｂ）に相当する開口であり、中空体１９ａに形成される開口部とも言える。つまり、隙間２１は、伝熱板１３と接していない中空体１９ａの側面に形成された開口領域と、中空体１９ａが伝熱板１３と接する面（上面及び下面）に形成された開口領域とを備える。なお、隙間２１は、請求項の「開口部」相当し、「第１開口部」又は「第２開口部」に相当するとも言える。

中空体１９ａの側面に形成された開口領域では、空洞１８ａと排気風路１６（または給気風路１７）とを連通する。伝熱板１３と接する面（上面及び下面）に形成された開口領域では、空洞１８ａと伝熱板１３の表面とを連通する。

次に、図８を用いて、排気風路１６及び空洞１８ａを流通する排気流３について説明する。図８は、熱交換素子６ａを流通する排気流３を説明するための部分拡大図である。

図８に示すように、熱交換素子６ａにおける排気流３は、中空体１９ａの空洞１８ａを上流から下流に向かって流通する排気流３ｄと、排気風路１６を上流から下流に向かって流通する排気流３ｅと、隙間２１を通り、空洞１８ａと排気風路１６との間を横断する排気流３ｆとからなる。

排気流３ｄは、中空体１９ａの空洞１８ａを流通する気流である。排気流３ｄは、空洞１８ａ内の上流から下流に向かって流通する気流と、中空体１９ａの側面における隙間２１を通って排気風路１６に流れ込む気流とを含む。

排気流３ｅは、互いに隣接する中空体１９ａの間に構成される排気風路１６を流通する気流である。排気流３ｅは、排気風路１６内の上流から下流に向かって流通する気流と、中空体１９ａの側面における隙間２１を通って空洞１８ａに流れ込む気流とを含む。

排気流３ｆは、中空体１９ａの側面における隙間２１を通った気流である。排気流３ｆは、空洞１８ａから排気風路１６に流れる気流と、排気風路１６から空洞１８ａに流れる気流とを含む。なお、図８において、排気流３ｆは、空洞１８ａから排気風路１６に向かう黒矢印のみで示されているが、逆方向（排気風路１６⇒空洞１８ａ）への流れも生じている。

隙間２１を通った排気流３ｄは、排気流３ｆとなり、排気風路１６内を流通する排気流３ｅと混合される。排気流３ｅと排気流３ｆとが混合される際には、中空体１９ａの側面に沿って乱れが発生し、中空体１９ａの側面近傍（内リブ１４ｃ近傍）の排気流３ｅが乱される。この結果、排気風路１６内で上流から下流に進むに連れて定常流に発達していく排気流３ｅを、排気流３ｆの流れによって阻害し乱れさせるので、排気流３ｅと給気流４との間での熱伝達率が向上する。

一方、隙間２１を通った排気流３ｅは、排気流３ｆとなり、空洞１８ａ内を流通する排気流３ｄと混合される。排気流３ｄと排気流３ｆとが混合される際には、中空体１９ａの空洞１８ａの内壁面に沿って乱れが発生し、内リブ１４ｃを流通する排気流３ｄが乱される。この結果、空洞１８ａ内で上流から下流に進むに連れて定常流に発達していく排気流３ｄを、排気流３ｆの流れによって阻害し乱れさせるので、排気流３ｄと給気流４との間での熱伝達率が向上する。

また、空洞１８ａの中空体１９ａの内壁面近傍を流通する排気流３ｄは、伝熱板１３と接する面（上面及び下面）に形成された隙間２１の開口領域によって露出した伝熱板１３の表面を沿うように流通する。したがって、当該開口領域を設けない場合の排気流３ｄと比較して、排気流３ｄが、伝熱板１３に触れる面積が増えることで、排気流３ｄと伝熱板１３が接触する面積の総量が増加している。よって、排気流３ｄと給気流４の熱交換する面積が増えるので、熱交換素子６ａによる熱交換を促進することができる。

以上によって、熱交換素子６ａは、熱交換素子６と同様、従来の熱交換素子と比べて、熱交換素子６ａとしての熱交換効率が向上することになる。

なお、図６～図８では、熱交換素子６ａを流通する気流に排気流３を用いて説明したが、給気流４においても内リブ１４ｃを同様に配置する構成を有するため、同様の作用効果を有する。

ここで、熱交換素子６ａでは、排気流３（または給気流４）が流通した際に、熱交換素子６ａの上流側に対して下流側にかけて圧力降下が生じる。内リブ１４ｃが伸縮可能であるので、内リブ１４ｃと接着した熱交換素子ピース１５は、圧力差（上流側と下流側との間に生じる圧力差）で下流側に向かって引っ張られて伸縮する。これにより、排気風路１６（または給気風路１７）の内部において、更に排気流３（または給気流４）が乱される。この結果、排気流３と給気流４との間での熱伝達率が向上する。よって、従来の熱交換素子と比べて、熱交換素子６ａとしての熱交換効率が向上することになる。

以上のように、本実施の形態２に係る熱交換素子６ａ及びこの熱交換素子６ａを用いた熱交換形換気装置２によれば、以下の効果を享受することができる。

（５）熱交換素子６ａは、伝熱性を有する伝熱板１３と、伝熱板１３の一方の面に設けた複数のリブ１４（外リブ１４ａ及び内リブ１４ｃ）を備える熱交換素子ピース１５を積層して排気風路１６と給気風路１７を１層ずつ交互に構成し、排気風路１６を流通する排気流３と給気風路１７を流通する給気流４とが伝熱板１３を介して熱交換する。内リブ１４ｃは、排気風路１６または給気風路１７に沿って延在する空洞１８ａを有する中空体１９ａで構成される。中空体１９ａの側面には、空洞１８ａと連通する隙間２１が形成されている。

こうした構成によれば、排気風路１６（または給気風路１７）を流通する排気流３（または給気流４）に対して、中空体１９ａの空洞１８ａを流通する排気流３ｄ（または給気流４）は、空洞１８ａと連通した隙間２１の開口領域を通じて合流しながら流通することで、排気流３ｅ内（または給気流４内）の空気が混ざり合うようになる。これにより、熱交換素子６ａ内での熱伝達率が向上する。よって、従来の熱交換素子に比べて、熱交換素子６ａとしての熱交換効率を向上することができる。つまり、熱交換効率を向上させることが可能な熱交換素子６ａとすることができる。

また、内リブ１４ｃの側面にぶつかりながら排気流３（または給気流４）が排気風路１６（給気風路１７）を流通するので、排気流３内（または給気流４内）の空気がさらに混ざり合うようになり、熱交換素子６ａ内での熱伝達率を向上させることができる。

さらに、熱交換素子６ａが、内リブ１４ｃの熱交換素子ピース１５の積層方向に震えることで、排気流３（または給気流４）が振動して乱れが発生し、さらに熱伝達率を向上させることができる。よって、熱交換素子６ａの更なる熱交換効率の向上に繋がる。

（６）熱交換素子６ａでは、中空体１９ａが伝熱板１３と接する面（上面及び下面）には、空洞１８ａと連通する隙間２１の開口領域が形成されている。これにより、排気流３ｄ（または給気流４）が当該開口領域を介して伝熱板１３と熱的に接触する面積が増える。この結果、当該開口領域を設けない場合の排気流３ｄと比較して、排気流３ｄと給気流４との間で熱交換する面積が増え、熱交換効率をさら向上させることができる。

（７）熱交換素子６ａでは、中空体１９ａは、排気風路１６または給気風路１７に沿った方向に伸縮可能なバネ状部材である構成とした。これにより、排気流３または給気流４が内リブ１４ｃの側面の隙間２１を縫いながら混合される。このため、排気流３内または給気流４内の空気がさらに混ざり合うようになり、熱交換素子６ａ内での熱伝達率を向上させることができ、さらに熱交換効率を向上すること効果を享受できる。

また、内リブ１４ｃが伸縮可能であるので、内リブ１４ｃと接着した熱交換素子ピース１５が、圧力差（上流側と下流側との間に生じる圧力差）によって下流側に向かって引っ張られて伸縮する。これにより、排気風路１６（または給気風路１７）の内部において、更に排気流３（または給気流４）が乱される。この結果、排気流３と給気流４との間での熱伝達率が向上する。よって、従来の熱交換素子と比べて、熱交換素子６ａとしての熱交換効率が向上する。

（８）熱交換形換気装置２は、上述した熱交換素子６ａを搭載して構成される。これにより、熱交換素子６ａの熱交換効率を向上することが可能な熱交換形換気装置２とすることができる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

本実施の形態に係る熱交換素子６、６ａでは、外リブ１４ａの内側に位置するリブをすべて中空材で構成される内リブ１４ｂ、１４ｃとしたが、これに限られない。例えば、内リブ１４ｂ、１４ｃの一部を、外リブ１４ａと同じ中実材で構成されるリブに置き換えてもよい。このようにすることで、熱交換素子６、６ａにおける排気風路１６（または給気風路１７）が強度不足で潰れて、風路面積が小さくなることを抑制できる。

また、本実施の形態２に係る熱交換素子６ａにおいて、内リブ１４ｃとして、上流側と下流側とで隙間２１のピッチが異なるようにバネ状部材を構成してもよい。より詳細には、内リブ１４ｃを、下流側において中空体１９ａの隙間２１を押しつぶすなど強制して勾配をつけた構成とする。これにより、上流側では、排気流３（または給気流４）の排気風路１６（または給気風路１７）の流入抵抗が減り、下流側では、排気流３（または給気流４）が発達して定常流に至るまでに乱れる頻度が増え、定常流になることを抑制することができる。この結果、熱交換素子６ａ内への流入抵抗を減らしつつ、熱伝達率を向上させることができ好適である。

以上で使用した文言に関し、本実施の形態の伝熱板１３は請求項の「仕切部材」、リブ１４は請求項の「間隔保持部材」、外リブ１４ａは請求項の「第一間隔保持部材」、内リブ１４ｂ、４ｃは請求項の「第二間隔保持部材」、熱交換素子ピース１５は請求項の「単位構成部材」に相当する。また、排気風路１６は請求項の「排気風路」、給気風路１７は請求項の「給気風路」、排気流３は請求項の「排気流」、給気流４は請求項の「給気流」に相当する。また、空洞１８、１８ａは請求項の「空洞」、中空体１９、１９ａは請求項の「中空体」、開口部２０及び隙間２１は請求項の「開口部」、第１開口部２０ａは請求項の「第１開口部」、第２開口部２０ｂは請求項の「第２開口部」に相当する。また、熱交換形換気装置２は請求項の「熱交換形換気装置」に相当する。

本実施の形態に係る熱交換素子は、中空体の空洞を流通する排気流（または給気流）が空洞と連通した開口部を通じて合流しながら流通することで、排気流内（または給気流内）の空気が混ざり合うので、熱交換素子内での熱伝達率が向上し、熱交換効率を向上させることができるものであって、熱交換形換気装置等に用いる熱交換素子として有用である。

１ 家
２ 熱交換形換気装置
３ 排気流
３ａ 排気流
３ｂ 排気流
３ｃ 排気流
３ｄ 排気流
３ｅ 排気流
３ｆ 排気流
４ 給気流
５ 本体ケース
６ 熱交換素子
６ａ 熱交換素子
７ 排気ファン
８ 内気口
９ 排気口
１０ 給気ファン
１１ 外気口
１２ 給気口
１３ 伝熱板
１３ａ 端辺
１３ｂ 端辺
１３ｃ 端辺
１３ｄ 端辺
１４ リブ
１４ａ 外リブ
１４ｂ 内リブ
１４ｃ 内リブ
１５ 熱交換素子ピース
１６ 排気風路
１７ 給気風路
１８ 空洞
１８ａ 空洞
１９ 中空体
１９ａ 中空体
２０ 開口部
２０ａ 第１開口部
２０ｂ 第２開口部
２１ 隙間
１０１ 熱交換素子
１０２ 熱交換素子単体
１０３ 機能紙
１０４ リブ
１０５ 紙紐
１０６ ホットメルト樹脂
１０７ 空気流路

Claims (5)

1. 伝熱性を有する仕切部材と、前記仕切部材の一方の面に設けた複数の間隔保持部材とを備える単位構成部材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仕切部材を介して熱交換する熱交換素子であって、
   前記間隔保持部材は、前記排気風路または前記給気風路に沿って延在する空洞を有する中空体で構成され、
   前記中空体の側面には、前記空洞と連通する複数の開口部が形成されていることを特徴とする熱交換素子。
2. 前記開口部を第１開口部と呼ぶ場合、前記中空体が前記仕切部材と接する面には、前記第１開口部とは異なる、前記空洞と連通する複数の第２開口部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換素子。
3. 前記間隔保持部材は、前記仕切部材の端辺に位置する第１間隔保持部材と、前記第１間隔保持部材より前記仕切部材の内側に位置する第２間隔保持部材とを有し、
   前記第２間隔保持部材は、前記中空体によって構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換素子。
4. 前記中空体は、前記排気風路または前記給気風路に沿った方向に伸縮可能なバネ状部材であることを特徴とした請求項１～３のいずれか一項に記載の熱交換素子。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載された前記熱交換素子を搭載したことを特徴とする熱交換形換気装置。

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