WO2022013925A1 - 熱交換素子および熱交換型換気装置 - Google Patents

Abstract

第１ヘッダ部（１２）の複数の第１リブ（１２ａ）のうちの１つのリブである第５リブの延在方向のほうが、複数の第１リブ（１２ａ）のうちの第５リブより第４辺（１ｄ）に近いリブである第６リブの延在方向より、第１対向流部（１０）の流路の延在方向に近い。第２ヘッダ部（１４）の複数の第２リブ（１４ａ）のうちの１つのリブである第７リブの延在方向のほうが、複数の第２リブ（１４ａ）のうちの第７リブより第６辺（１ｆ）に近いリブである第８リブの延在方向より、第１対向流部（１０）の流路の延在方向に近い。

Description

熱交換素子および熱交換型換気装置

　本開示は、積層された板材間に、２流体を通過させて熱交換を行う熱交換素子および熱交換型換気装置に関するものである。

　この種の熱交換素子に用いられる２流体の熱交換の流れ形式に関しては、２流体が互いに直交して流れる直交流形式と、２流体が互いに対向して逆向きに流れる対向流形式がある。圧力損失が同一となる条件下では、単位体積当たりの熱交換量は対向流形式のほうが理論上大きくなる。

　対向流型熱交換素子は、一般的に、熱交換を行う対向流部と、流入出口と対向流部との間で給気流と排気流の方向を対向流部での対向方向に切り替えるヘッダ部とを有している。特許文献１では、対向流部に対応するセントラル部と、ヘッダ部に対応するエンド部を有し、エンド部は、流入出口からセントラル部に向かって等間隔で平行な複数の流路を有している。

米国特許出願公開第２０１７／０３７０６０９号明細書

　特許文献１においては、エンド部は、流入出口からセントラル部に向かって等間隔で平行な複数の流路を有しているので、エンド部での気流は均一な流れとならず、圧力損失が大きくなり、気流の淀みが発生する。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ヘッダ部での圧力損失を抑え、かつ対向流部へ均一に気流を流入させることができる熱交換素子および熱交換型換気装置を得ることを目的する。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の熱交換素子では、六角形状の第１仕切板と六角形状の第２仕切板とが交互に積層され、隣接する第１仕切板の表面と第２仕切板の裏面との間に第１流入口から第１流出口へ空気が流れる複数の第１流路が形成され、隣接する第１仕切板の裏面と第２仕切板の表面との間に第２流入口から第２流出口へ空気が流れる複数の第２流路が形成される。第１仕切板は、六角形における対向する辺である第１辺および第２辺に挟まれた領域に配置され、第１辺および第２辺に対し平行に延びる複数の第３流路を有する第１対向流部と、六角形における第１辺および第２辺の一方側に配置される第３辺および第４辺と第１対向流部とで挟まれた領域に配置され、第３辺および第４辺のうちの第１辺に隣接する辺である第３辺から第４辺に沿って第１対向流部に向かって延びる複数の第１リブを有する第１ヘッダ部と、六角形における第１辺および第２辺の他方側に配置される第５辺および第６辺と第１対向流部とで挟まれた領域に配置され、第５辺および第６辺のうちの第２辺に隣接する辺である第５辺から第６辺に沿って第１対向流部に向かって延びる複数の第２リブを有する第２ヘッダ部と、を備える。第２仕切板は、六角形における対向する辺である第７辺および第８辺に挟まれた領域に配置され、第７辺および第８辺に対し平行に延びる複数の第４流路を有する第２対向流部と、六角形における第７辺および第８辺の一方側に配置される第９辺および第１０辺と第２対向流部とで挟まれた領域に配置され、第９辺および第１０辺のうちの第８辺に隣接する辺である第１０辺から第９辺に沿って第２対向流部に向かって延びる複数の第３リブを有する第３ヘッダ部と、六角形における第７辺および第８辺の他方側に配置される第１１辺および第１２辺と第２対向流部とで挟まれた領域に配置され、第１１辺および第１２辺のうちの第７辺に隣接する辺である第１２辺から第１１辺に沿って第２対向流部に向かって延びる複数の第４リブを有する第４ヘッダ部と、を備える。第１辺と第７辺とが重なり、かつ第３辺と第９辺とが重なるように、第１仕切板と第２仕切板とが交互に積層される。第３辺と第９辺との間を第１流入口とする。第５辺と第１１辺との間を第１流出口とする。第１２辺と第６辺との間を第２流入口とし、第１０辺と第４辺との間を第２流出口とし、第１リブ、第３流路、および第２リブによって第１流路を形成する。第４リブ、第４流路、および第３リブによって第２流路を形成する。第１ヘッダ部の複数の第１リブのうちの１つのリブである第５リブの延在方向のほうが、複数の第１リブのうちの第５リブより第４辺に近いリブである第６リブの延在方向より、第３流路の延在方向に近い。第２ヘッダ部の複数の第２リブのうちの１つのリブである第７リブの延在方向のほうが、複数の第２リブのうちの第７リブより第６辺に近いリブである第８リブの延在方向より、第３流路の延在方向に近い。第３ヘッダ部の複数の第３リブのうちの１つのリブである第９リブの延在方向のほうが、複数の第３リブのうちの第９リブより第９辺に近いリブである第１０リブの延在方向より、第４流路の延在方向に近い。第４ヘッダ部の複数の第４リブのうちの１つのリブである第１１リブの延在方向のほうが、複数の第４リブのうちの第１１リブより第１１辺に近いリブである第１２リブの延在方向より、第４流路の延在方向に近い。

　本開示によれば、ヘッダ部での圧力損失を抑え、かつ対向流部へ均一に気流を流入させることができる。

実施の形態の熱交換素子の概略構成を示す外観斜視図 実施の形態の熱交換素子の第１仕切板を示す斜視図 実施の形態の熱交換素子の第２仕切板を示す斜視図 実施の形態の熱交換素子の第１対向流部および第２対向流部の積層状態を示す断面図 実施の形態の熱交換素子の第１ヘッダ部の複数の第１リブの配置状態を示す平面図 実施の形態の熱交換素子の第１ヘッダ部の複数の第１リブの端部形状などをより詳細に説明するための平面図 実施の形態の熱交換素子の下流側リブと第１対向流部の流路との位置関係を示す平面図 実施の形態の熱交換素子の第２ヘッダ部の複数の第２リブの配置状態を示す平面図 実施の形態の熱交換素子の第２ヘッダ部の複数の第２リブの端部形状などをより詳細に説明するための平面図 比較例のリブ配置でのヘッダ部の風速分布を示す図 本実施の形態のリブ配置での第１ヘッダ部の風速分布を示す図 本実施の形態のリブ配置での第１ヘッダ部の風速分布を示す図 本実施の形態の熱交換素子が搭載される熱交換型換気装置を示す概念図

　以下、実施の形態にかかる熱交換素子および熱交換型換気装置を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態．
　図１は、本実施の形態に係る対向流型の熱交換素子１００の概略構成を示す外観斜視図である。熱交換素子１００は、六角柱状に形成されている。熱交換素子１００は、複数の第１仕切板１と、複数の第２仕切板２とを有している。第１仕切板１と第２仕切板２は、交互に積層されている。第１仕切板１および第２仕切板２は、六角形状の樹脂または金属などのシートによって形成されている。

　図１においては、第１仕切板１が最上層に配置されているので、第１仕切板１のみの構造が示されており、第２仕切板２の構造は示されていない。第１仕切板１の構造および第２仕切板２の構造に関しては、図２、図３を用いて後述する。図１に示されるように、隣接する第１仕切板１の表面と第２仕切板２の裏面との間には、実線の矢印Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，およびＦ５で空気の流れが示される第１流路が形成されている。隣接する第１仕切板１の裏面と第２仕切板２の表面との間には、破線の矢印Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，およびＧ５で空気の流れが示される第２流路が形成されている。第１仕切板１の表面とは、第１流路を形成するためのリブ（後述する）が形成されている面のことを言い、第１仕切板１の裏面とは、表面の逆の面のことを言う。第２仕切板２の表面とは、第２流路を形成するためのリブ（後述する）が形成されている面のことを言い、第２仕切板２の裏面とは、表面の逆面のことを言う。

　図２は、実施の形態にかかる熱交換素子１００の第１仕切板１を示す斜視図である。図２は、図１と同じ方向から熱交換素子１００を見た状態を示している。第１仕切板１は、熱交換部としての第１対向流部１０と、第１流入口１１と、第１流入口１１と第１対向流部１０とを繋ぐ部分である第１ヘッダ部１２と、第１流出口１３と、第１流出口１３と第１対向流部１０とを繋ぐ部分である第２ヘッダ部１４とを有する。第１仕切板１は、６つの辺１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを有する。第１辺１ａと第２辺１ｂで挟まれた領域に第１対向流部１０が形成される。第１辺１ａおよび第２辺１ｂの一方側に、例えば、第３辺１ｃおよび第４辺１ｄが配置され、第１辺１ａおよび第２辺１ｂの他方側に、例えば、第５辺１ｅおよび第６辺１ｆが配置される。第３辺１ｃと第４辺１ｄと第１対向流部１０とで挟まれた領域に、三角形状の第１ヘッダ部１２が配置される。第５辺１ｅと第６辺１ｆと第１対向流部１０とで挟まれた領域に、三角形状の第２ヘッダ部１４が配置される。

　第２仕切板２と積層されたとき、第１流入口１１に対応する第３辺１ｃの部分および第１流出口１３に対応する第５辺１ｅの部分にのみ開口が形成され、第１辺１ａ，第２辺１ｂ，第４辺１ｄおよび第６辺１ｆの各部分は閉塞されるように、第１仕切板１の６つの辺の部分が形成されている。すなわち、第１辺１ａ，第２辺１ｂ，第４辺１ｄおよび第６辺１ｆの各部分は閉塞されるように、例えば、立ち上がり形状となっている。なお、図２に示す第１仕切板１においては、第１辺１ａにおける第３辺１ｃと隣接する一部分（図示では、半分程度）に関しては、開口が形成されるように、立ち上がり形状となっていない。また、第２辺１ｂにおける第５辺１ｅと隣接する一部分（図示では、半分程度）に関しても、開口が形成されるように、立ち上がり形状となっていない。さらに、第１対向流部１０における第１辺１ａと第３辺１ｃとの交点を角部とするコーナー領域には、後述する熱交換部としての波型体１０ａが形成されていない。同様に、第１対向流部１０における第２辺１ｂと第５辺１ｅとの交点を角部とするコーナー領域にも、後述する熱交換部としての波型体１０ａが形成されていない。

　第１対向流部１０は、第１辺１ａおよび第２辺１ｂに平行に延在する複数の流路を有する。第１対向流部１０に形成される複数の流路が請求の範囲における第３流路に対応する。図４は、第１対向流部１０の一例を示す一部断面図である。図４は、第１辺１ａおよび第２辺１ｂを垂直に切断した断面図を示している。第１対向流部１０は、凹部と凸部とが交互に連続して形成される波形形状を呈する波型体１０ａを有する。熱交換部としての第１対向流部１０の複数の流路に関しては、第１辺１ａおよび第２辺１ｂに平行に延在する複数の流路が形成されるのであれば、図４の構造に限らず、他の構造を採用してもよい。

　図２に示すように、第１ヘッダ部１２には、突出された複数の第１リブ１２ａが間隔をおいて形成されている。第２ヘッダ部１４には、突出された複数の第２リブ１４ａが間隔をおいて形成されている。これらの第１リブ１２ａおよび第２リブ１４ａは、プレス加工、真空成形などによって形成される。

　複数の第１リブ１２ａは、第３辺１ｃから第４辺１ｄに沿って第１対向流部１０に向かって延びている。複数の第１リブ１２ａの各々は、Ｓ字形状を呈している。第４辺１ｄに近い第１リブ１２ａほど長さが長くなっている。複数の第２リブ１４ａは、第５辺１ｅから第６辺１ｆに沿って第１対向流部１０に向かって延びている。複数の第２リブ１４ａの各々は、Ｓ字形状を呈している。第６辺１ｆに近い第２リブ１４ａほど長さが長くなっている。これらの第１リブ１２ａ，第２リブ１４ａの詳細については後述する。

　図３は、実施の形態にかかる熱交換素子１００の第２仕切板２を示す斜視図である。図３は、図１と同じ方向から熱交換素子１００を見た状態を示している。第２仕切板２は、熱交換部としての第２対向流部２０と、第２流入口２１と、第２流入口２１と第２対向流部２０とを繋ぐ部分である第４ヘッダ部２２と、第２流出口２３と、第２流出口２３と第２対向流部２０とを繋ぐ部分である第３ヘッダ部２４とを有する。第２仕切板２は、６つの辺２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを有する。第７辺２ａと第８辺２ｂで挟まれた領域に第２対向流部２０が形成される。第７辺２ａおよび第８辺２ｂの一方側に、例えば、第９辺２ｃおよび第１０辺２ｄが配置され、第７辺２ａおよび第８辺２ｂの他方側に、例えば、第１１辺２ｅおよび第１２辺２ｆが配置される。第９辺２ｃと第１０辺２ｄと第２対向流部２０とで挟まれた領域に、三角形状の第３ヘッダ部２４が配置される。第１１辺２ｅと第１２辺２ｆと第２対向流部２０とで挟まれた領域に、三角形状の第４ヘッダ部２２が配置される。

　第１仕切板１と積層されたとき、第２流入口２１に対応する第１２辺２ｆの部分および第２流出口２３に対応する第１０辺２ｄの部分にのみ開口が形成され、第７辺２ａ，第８辺２ｂ，第９辺２ｃおよび第１１辺２ｅの各部分は閉塞されるように、第２仕切板２の６つの辺の部分が形成されている。すなわち、第７辺２ａ，第８辺２ｂ，第９辺２ｃおよび第１１辺２ｅの各部分は閉塞されるように、例えば、立ち上がり形状となっている。なお、図３に示す第２仕切板２においては、第７辺２ａにおける第１２辺２ｆと隣接する一部分（図示では、半分程度）に関しては、開口が形成されるように、立ち上がり形状となっていない。また、第８辺２ｂにおける第１０辺２ｄと隣接する一部分（図示では、半分程度）に関しても、開口が形成されるように、立ち上がり形状となっていない。さらに、第２対向流部２０における第７辺２ａと第１２辺２ｆとの交点を角部とするコーナー領域には、後述する熱交換部としての波型体２０ａが形成されていない。同様に、第２対向流部２０における第８辺２ｂと第１０辺２ｄとの交点を角部とするコーナー領域にも、後述する熱交換部としての波型体２０ａが形成されていない。

　第２対向流部２０は、第７辺２ａおよび第８辺２ｂに平行に延在する複数の流路を有する。第２対向流部２０に形成される複数の流路が請求の範囲における第４流路に対応する。第２対向流部２０は、図４に示すように、凹部と凸部とが交互に連続して形成される波形形状を呈する波型体２０ａを有する。熱交換部としての第２対向流部２０の複数の流路に関しては、第７辺２ａおよび第８辺２ｂに平行に延在する複数の流路が形成されるのであれば、図４の構造に限らず、他の構造を採用してもよい。

　図３に示すように、第３ヘッダ部２４には、突出された複数の第３リブ２４ａが間隔をおいて形成されている。第４ヘッダ部２２には、突出された複数の第４リブ２２ａが間隔をおいて形成されている。これらの第３リブ２４ａ，第４リブ２２ａは、プレス加工、真空成形などによって形成される。

　複数の第３リブ２４ａは、第１０辺２ｄから第９辺２ｃに沿って第２対向流部２０に向かって延びている。複数の第３リブ２４ａの各々は、逆Ｓ字形状を呈している。第９辺２ｃに近い第３リブ２４ａほど長さが長くなっている。複数の第４リブ２２ａは、第１２辺２ｆから第１１辺２ｅに沿って第２対向流部２０に向かって延びている。複数の第４リブ２２ａの各々は、逆Ｓ字形状を呈している。第１１辺２ｅに近い第４リブ２２ａほど長さが長くなっている。これらの第３リブ２４ａ，第４リブ２２ａの詳細については後述する。

　実施の形態にかかる熱交換素子１００においては、第１辺１ａと第７辺２ａとが重なり、第３辺１ｃと第９辺２ｃとが重なるように、第１仕切板１と第２仕切板２とが交互に積層される。より具体的には、さらに、第２辺１ｂと第８辺２ｂとが重なり、第４辺１ｄと第１０辺２ｄとが重なり、第５辺１ｅと第１１辺２ｅとが重なり、第６辺１ｆと第１２辺２ｆとが重なっている。

　また、第１仕切板１と第２仕切板２とを重ねることで、第１仕切板１の第３辺１ｃと第２仕切板２の第９辺２ｃとの間に第１流入口１１が形成される。第１仕切板１の第５辺１ｅと第２仕切板２の第１１辺２ｅとの間に第１流出口１３が形成される。第２仕切板２の第１２辺２ｆと第１仕切板１の第６辺１ｆとの間に第２流入口２１が形成される。第２仕切板２の第１０辺２ｄと第１仕切板１の第４辺１ｄとの間に第２流出口２３が形成される。

　また、第１仕切板１と第２仕切板２とを重ねることで、第１リブ１２ａ、第１対向流部１０の複数の流路、および第２リブ１４ａによって、図１に示した矢印Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，およびＦ５で示される第１流路が形成される。また、第４リブ２２ａ、第２対向流部２０の複数の流路、および第３リブ２４ａによって、図１に示した矢印Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，およびＧ５で示される第２流路が形成される。

　第１流入口１１に流入された空気は、図１に示した矢印Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，およびＦ５で示されるように、第１ヘッダ部１２で第１対向流部１０に向けて流れの方向が変化され、第１対向流部１０を通過し、第２ヘッダ部１４で第１流出口１３に向けて流れの方向が変化され、第１流出口１３から放出される。第２流入口２１に流入された空気は、図１に示した矢印Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，およびＧ５で示されるように、第４ヘッダ部２２で第２対向流部２０に向けて流れの方向が変化され、第２対向流部２０を通過し、第３ヘッダ部２４で第２流出口２３に向けて流れの方向が変化され、第２流出口２３から放出される。第１対向流部１０と第２対向流部２０とが重ねられた部分では、空気が逆向きに対向するように流れ、二流体間での熱交換が行われる。

　また、第１仕切板１の第５辺１ｅと第６辺１ｆとの交点と、第１仕切板１の第３辺１ｃと第４辺１ｄとの交点と、を結ぶ軸を中心軸として、図１に示した矢印Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，およびＦ５で示される第１流路と、矢印Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，およびＧ５で示される第２流路とが対称となるように、第１流入口１１、複数の第１リブ１２ａ、第１対向流部１０の複数の流路、複数の第２リブ１４ａ、および第１流出口１３と、第２流出口２３、複数の第３リブ２４ａ、第２対向流部２０の複数の流路、複数の第４リブ２２ａ、および第２流入口２１と、が配置されている。

　図５は、流入口側ヘッダである第１ヘッダ部１２の複数の第１リブ１２ａの配置状態を示す平面図である。第４ヘッダ部２２も同様の配置状態である。複数の第１リブ１２ａの延在方向は異なっており、複数の第１リブ１２ａのうち、第１流入口１１に隣接する第４辺１ｄに近いリブの延在方向より、第４辺１ｄから遠いリブの延在方向のほうが、第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３に近くなっている。すなわち、第４辺１ｄに近い第１リブ１２ａの延在方向と第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３とのなす角度のほうが、第４辺１ｄから遠い第１リブ１２ａの延在方向と第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３とのなす角度より小さくなっている。さらに別言すれば、第１ヘッダ部１２の複数の第１リブ１２ａの延在方向は、第４辺１ｄから遠くなるほど第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３に近くなっている。これにより、第１ヘッダ部１２においては、複数の第１リブ１２ａによって形成された複数の流路の幅が、第１流入口１１側よりも第１対向流部１０側のほうが広くなっている。

　図５に示される４つの第１リブ１２ａの延在方向を、第４辺１ｄに対する角度θ１～θ４で表すとする。第４辺１ｄに最も近い第１リブ１２ａの角度をθ１とし、第４辺１ｄに２番目に近い第１リブ１２ａの角度をθ２とし、第４辺１ｄに３番目に近い第１リブ１２ａの角度をθ３とし、第４辺１ｄに最も遠い第１リブ１２ａの角度をθ４とする。複数の第１リブ１２ａ間には、θ１＜θ２＜θ３＜θ４の関係が成立する。

　図６は、第１ヘッダ部１２の複数の第１リブ１２ａの端部形状などをより詳細に説明するための平面図である。第１リブ１２ａは、上流側リブ１２０、中間部リブ１２１、下流側リブ１２２によって構成されている。中間部リブ１２１は直線形状である。上流側リブ１２０は、曲線形状であり、１つの円弧によって形成される単一Ｒ形状である。複数の第１リブ１２ａの各上流側リブ１２０の単一Ｒ形状の半径は、全ての第１リブ１２ａ間で、同じである。

　下流側リブ１２２は、曲線形状であり、１つの円弧によって形成される単一Ｒ形状である。複数の第１リブ１２ａの各下流側リブ１２２の単一Ｒ形状の半径は、各々の第１リブ１２ａで異なっている。複数の第１リブ１２ａの各下流側リブ１２２の半径は、第４辺１ｄから遠ざかるほど曲率が大きくなっている。

　また、１つの第１リブ１２ａの上流側リブ１２０と下流側リブ１２２とに着目したとき、上流側リブ１２０の曲率は、下流側リブ１２２の曲率よりも大きく設定されている。

　このように、第１リブ１２ａの全体形状は概ね、直線を含むＳ字形状、別言すればＳ字を縦に長く伸ばした形状を呈している。前述した第１リブ１２ａの延在方向は、中間部リブ１２１の延在方向で表されている。

　上流側リブ１２０の上流側先端の方向および下流側リブ１２２の下流側先端の方向は、中間部リブ１２１の方向よりも、第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３との角度差が小さい。詳しくは、上流側リブ１２０の上流側先端は、第１流入口１１を構成する第３辺１ｃに対し概ね直交している。

　また、下流側リブ１２２の下流側先端の方向は、第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３に対し平行に近い角度となっている。図７を用いて、下流側リブ１２２と第１対向流部１０の流路との関係についてさらに詳しく説明する。図７は、下流側リブ１２２と第１対向流部１０の流路との位置関係を示す平面図である。図７に示すように、下流側リブ１２２の下流側先端は、第１対向流部１０まで延在せず、空隙Δｔを挟んで第１対向流部１０の上流側端と対向している。また、下流側リブ１２２の単一Ｒ形状の仮想延長線１２５は、第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３を示す直線と接している。

　なお、上流側リブ１２０および下流側リブ１２２は、単一Ｒの円弧形状の例を示したが、複数の半径Ｒを有する円弧を組み合わせた曲線形状でもよい。また、中間部リブ１２１は直線形状の例を示したが、全体的に概ね直線であれば多少の曲線であってもよい。

　つぎに、図８、図９を用いて流出口側ヘッダである第２ヘッダ部１４の複数の第２リブ１４ａについて説明する。図８は、第２ヘッダ部１４の複数の第２リブ１４ａの配置状態を示す平面図である。第３ヘッダ部２４も同様の配置状態である。複数の第２リブ１４ａの延在方向は異なっており、複数の第２リブ１４ａのうち、第１流出口１３に隣接する第６辺１ｆに近いリブの延在方向より、第６辺１ｆから遠いリブの延在方向のほうが、第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３に近くなっている。すなわち、第６辺１ｆに近い第２リブ１４ａの延在方向と第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３とのなす角度のほうが、第６辺１ｆから遠い第２リブ１４ａの延在方向と第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３とのなす角度より小さくなっている。さらに別言すれば、第２ヘッダ部１４の複数の第２リブ１４ａの延在方向は、第６辺１ｆから遠くなるほど第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３に近くなっている。これにより、第２ヘッダ部１４においては、複数の第２リブ１４ａによって形成された複数の流路の幅が、第１流出口１３側よりも第１対向流部１０側のほうが広くなっている。

　図８に示される４つの第２リブ１４ａの延在方向を、第６辺１ｆに対する角度φ１～φ４で表すとする。第６辺１ｆに最も近い第２リブ１４ａの角度をφ１とし、第６辺１ｆに２番目に近い第２リブ１４ａの角度をφ２とし、第６辺１ｆに３番目に近い第２リブ１４ａの角度をφ３とし、第６辺１ｆに最も遠い第２リブ１４ａの角度をφ４とする。複数の第２リブ１４ａ間には、φ１＜φ２＜φ３＜φ４の関係が成立する。

　図９は、第２ヘッダ部１４の複数の第２リブ１４ａの端部形状などをより詳細に説明するための平面図である。第２リブ１４ａは、下流側リブ１４０、中間部リブ１４１、上流側リブ１４２によって構成されている。中間部リブ１４１は直線形状である。下流側リブ１４０は、曲線形状であり、１つの円弧によって形成される単一Ｒ形状である。複数の第２リブ１４ａの各下流側リブ１４０の単一Ｒ形状の半径は、全ての第２リブ１４ａ間で、同じである。

　上流側リブ１４２は、曲線形状であり、１つの円弧によって形成される単一Ｒ形状である。複数の第２リブ１４ａの各上流側リブ１４２の単一Ｒ形状の半径は、各々の第２リブ１４ａで異なっている。複数の第２リブ１４ａの各上流側リブ１４２の半径は、第６辺１ｆから遠ざかるほど曲率が大きくなっている。

　また、１つの第２リブ１４ａの下流側リブ１４０と上流側リブ１４２とに着目したとき、下流側リブ１４０の曲率は、上流側リブ１４２の曲率よりも大きく設定されている。

　このように、第２リブ１４ａの全体形状は概ね、直線を含むＳ字形状、別言すればＳ字を縦に長く伸ばした形状を呈している。前述した第２リブ１４ａの延在方向は、中間部リブ１４１の延在方向で表されている。

　下流側リブ１４０の下流側先端の方向および上流側リブ１４２の上流側先端の方向は、中間部リブ１４１の方向よりも、第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３との角度差が小さい。詳しくは、下流側リブ１４０の下流側先端は、第１流出口１３を構成する第５辺１ｅに対し概ね直交している。

　また、上流側リブ１４２の上流側先端の方向は、第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３に対し平行に近い角度となっている。図７で示した第１リブ１２ａの下流側リブ１２２と同様、上流側リブ１４２の上流側先端は、第１対向流部１０まで延在せず、空隙を挟んで第１対向流部１０の下流側端と対向している。また、上流側リブ１４２の単一Ｒ形状の仮想延長線は、第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３を示す直線と接している。

　下流側リブ１４０および上流側リブ１４２は、単一Ｒの円弧形状の例を示したが、複数の半径Ｒを有する円弧を組み合わせた曲線形状でもよい。また、中間部リブ１４１は直線形状の例を示したが、全体的に概ね直線であれば多少の曲線であってもよい。

　図１０は、比較例のリブ配置でのヘッダ部の風速分布を示す図である。比較例では、第１ヘッダ部１２に対応する部分の風速分布を示している。複数のリブ５０は互いに平行に配置され、各リブ５０間の流路幅はリブ５０の全長に亘って等間隔である。また、比較例では、各リブ５０の上流側リブに対応する部分には、円弧形状が形成されていない。比較例の場合は、流れの淀み４３が各リブ５０で発生しており、圧力損失の原因のひとつとなる。

　図１１は、本実施の形態のリブ配置での第１ヘッダ部１２の風速分布を示す図である。図１１では、リブの角度と先端形状のそれぞれの効果を確認するため、各第１リブ１２ａの上流側リブ１２０に円弧形状を付けておらず、前述したθ１＜θ２＜θ３＜θ４の関係が成立するように第１リブ１２ａのリブ角度を設定している。図１１の場合は、流入気流のリブ衝突角度が小さくなることで、第４辺１ｄに最も近い第１リブ１２ａにのみ淀み４４が発生しているが、これ以外の第１リブ１２ａでは、淀みが解消している。また、θ１＜θ２＜θ３＜θ４としたことで、第１対向流部１０の付近での風速分布に影響がなく、熱交換効率を妨げることはない。

　図１２は、本実施の形態のリブ配置での第１ヘッダ部１２の風速分布を示す図である。図１２では、リブの角度と先端形状のそれぞれの効果を確認するため、リブ角度については比較例と同様、各第１リブ１２ａで同じとし、各第１リブ１２ａの上流側リブ１２０に円弧形状を付けている。図１２の場合は、全ての第１リブ１２ａでリブに沿う気流となっており、淀みが解消している。ただし、第４辺１ｄから遠い２つの第１リブ１２ａにおいて、図１１における同個所のリブ周りの分布と比較して、流れに淀み４５が発生している。これらの淀み４５は、図１１に示したように、θ１＜θ２＜θ３＜θ４のリブ角度とすることで、解消することができる。

　このように実施の形態によれば、θ１＜θ２＜θ３＜θ４の関係、またはφ１＜φ２＜φ３＜φ４の関係が成立するように、ヘッダ部における複数のリブを形成している。これにより、ヘッダ部においては、複数のリブによって形成された複数の流路の幅が、流入口側よりも対向流部側のほうが広くなっている。このため、ヘッダ部での圧力損失が抑えられ、対向流部へ均一に気流を流入させることができるようになる。

　また、この実施の形態では、流入口側ヘッダの上流側リブに円弧形状を付け、上流側リブの上流側端が流入口を構成する辺に直交するようにしている。このため、流入口での空気流の流入方向と流入口側ヘッダの上流側リブの方向が一致し、流入口での圧力損失が抑えられる。また、流出口側ヘッダの下流側リブに円弧形状を付け、下流側リブの下流側端が流出口を構成する辺に直交するようにしている。このため、流出口での空気流の流出方向と流出口側ヘッダの下流側リブの方向が一致し、流出口での圧力損失が抑えられる。

　また、この実施の形態では、上流側リブの延在方向は、中間部リブの延在方向よりも、対向流部の流路の延在方向に近く、下流側リブの延在方向は、中間部リブの延在方向よりも、対向流部の流路の延在方向に近くしている。このため、ヘッダ部における圧力損失を抑えることができる。

　また、この実施の形態では、第１リブ１２ａの下流側リブ１２２の下流側端は、空隙Δｔを挟んで第１対向流部１０の上流側端と対向し、第１リブ１２ａの下流側リブ１２２は円弧形状であり、第１リブ１２ａの下流側リブ１２２の仮想延長線１２５が第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３と接し、第２リブ１４ａの上流側リブ１４２の上流側端は、空隙を挟んで第１対向流部１０の下流側端と対向し、第２リブ１４ａの上流側リブ１４２は円弧形状であり、第２リブ１４ａの上流側リブ１４２の仮想延長線が第１対向流部１０の流路の延在方向Ｆ３と接している。このため、第１リブ１２ａから第１対向流部１０への流れおよび第１対向流部１０から第２リブ１４ａへの流れの圧力損失を抑えることができる。

　また、第１ヘッダ部１２の複数の第１リブ１２ａの下流側リブ１２２は、異なる半径の円弧形状を呈しかつ第４辺１ｄから遠ざかるほど曲率が大きくなり、第２ヘッダ部１４の複数の第２リブ１４ａの上流側リブ１４２は、異なる半径の円弧形状を呈しかつ第６辺１ｆから遠ざかるほど曲率が大きくなっている。このため、第１リブ１２ａから第１対向流部１０への流れが均一化され第１対向流部１０から第２リブ１４ａへの流れが均一化される。

　ところで、図１の熱交換素子１００を平面図として見た場合、図１の熱交換素子１００においては、第１仕切板１で左下から右上に向かう第１流路が形成され、第２仕切板２で右下から左上に向かう第２流路が形成されたとする。他の実施形態では、第１仕切板１で左上から右下に向かう第１流路を形成し、第２仕切板２で右上から左下に向かう第２流路を形成してもよいし、第１仕切板１で右下から左上に向かう第１流路を形成し、第２仕切板２で左下から右上に向かう第２流路を形成してもよいし、第１仕切板１で右上から左下に向かう第１流路を形成し、第２仕切板２で左上から右下に向かう第２流路を形成してもよい。

　次に、熱交換素子１００を備える熱交換型換気装置２００について説明する。図１３は、熱交換素子１００が搭載される熱交換型換気装置２００を示す概念図である。

　熱交換型換気装置２００は、給気送風機２１４と、排気送風機２１５と、熱交換素子１００と、ケーシング２１３とを備える。

　ケーシング２１３は、給気送風機２１４、排気送風機２１５および熱交換素子１００を収容する箱状の部材である。ケーシング２１３の内部には、第１空気流２０７が通過する給気風路２１６と、第２空気流２０８が通過する排気風路２１７とが設けられている。第１空気流２０７は、室外から室内への給気流である。第２空気流２０８は、室内から室外への排気流である。ケーシング２１３のうち室内側の側面には、給気吹出口２２０と排気吸込口２１９とが設けられている。ケーシング２１３のうち室外側の側面には、給気吸込口２１８と排気吹出口２２１とが設けられている。

　給気送風機２１４は、給気風路２１６内に配置されている。給気送風機２１４は、室外の空気を給気吸込口２１８から給気風路２１６へ取り込んで第１空気流２０７を発生させる。第１空気流２０７は、給気風路２１６を流れて、給気吹出口２２０から室内へ向けて吹き出される。給気送風機２１４は、室外から室内に向けた第１空気流２０７を発生する。

　排気送風機２１５は、排気風路２１７内に配置されている。排気送風機２１５は、室内の空気を排気吸込口２１９から排気風路２１７へ取り込んで第２空気流２０８を発生させる。第２空気流２０８は、排気風路２１７を流れて、排気吹出口２２１から室外へ向けて吹き出される。排気送風機２１５は、室内から室外に向けた第２空気流２０８を発生させる。

　熱交換素子１００は、給気風路２１６と排気風路２１７とが交差する位置に設けられている。熱交換素子１００は、給気風路２１６を流れる第１空気流２０７と排気風路２１７を流れる第２空気流２０８との全熱交換を行う。熱交換型換気装置２００は、熱交換素子１００での全熱交換により、室内からの排気流の顕熱と潜熱とを回収して、回収された顕熱と潜熱とを給気流へ伝達させる。また、熱交換型換気装置２００は、熱交換素子１００での全熱交換により、室外からの給気流の顕熱と潜熱とを回収して、回収された顕熱と潜熱とを排気流へ伝達させる。熱交換型換気装置２００は、室内の冷暖房の効率と除加湿の効率とを向上させ、室内の空調に使用されるエネルギーを低減させることができる。なお、熱交換素子１００は、排気流と空気流との間で顕熱のみを伝達させる構成にしてもよい。

　以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　第１仕切板、１ａ　第１辺、１ｂ　第２辺、１ｃ　第３辺、１ｄ　第４辺、１ｅ　第５辺、１ｆ　第６辺、２　第２仕切板、２ａ　第７辺、２ｂ　第８辺、２ｃ　第９辺、２ｄ　第１０辺、２ｅ　第１１辺、２ｆ　第１２辺、１０　第１対向流部、１１　第１流入口、１２　第１ヘッダ部、１２ａ　第１リブ、１３　第１流出口、１４　第２ヘッダ部、１４ａ　第２リブ、２０　第２対向流部、２１　第２流入口、２２　第４ヘッダ部、２２ａ　第４リブ、２３　第２流出口、２４　第３ヘッダ部、２４ａ　第３リブ、１００　熱交換素子、１２０，１４２　上流側リブ、１２１，１４１　中間部リブ、１２２，１４０　下流側リブ、２００　熱交換型換気装置。

Claims (11)

1. 　六角形状の第１仕切板と六角形状の第２仕切板とが交互に積層され、隣接する前記第１仕切板の表面と前記第２仕切板の裏面との間に第１流入口から第１流出口へ空気が流れる複数の第１流路が形成され、隣接する前記第１仕切板の裏面と前記第２仕切板の表面との間に第２流入口から第２流出口へ空気が流れる複数の第２流路が形成される熱交換素子であって、
   　前記第１仕切板は、
   　六角形における対向する辺である第１辺および第２辺に挟まれた領域に配置され、前記第１辺および前記第２辺に対し平行に延びる複数の第３流路を有する第１対向流部と、
   　六角形における前記第１辺および前記第２辺の一方側に配置される第３辺および第４辺と前記第１対向流部とで挟まれた領域に配置され、前記第３辺および前記第４辺のうちの前記第１辺に隣接する辺である前記第３辺から前記第４辺に沿って前記第１対向流部に向かって延びる複数の第１リブを有する第１ヘッダ部と、
   　六角形における前記第１辺および前記第２辺の他方側に配置される第５辺および第６辺と前記第１対向流部とで挟まれた領域に配置され、前記第５辺および前記第６辺のうちの前記第２辺に隣接する辺である前記第５辺から前記第６辺に沿って前記第１対向流部に向かって延びる複数の第２リブを有する第２ヘッダ部と、
   　を備え、
   　前記第２仕切板は、
   　六角形における対向する辺である第７辺および第８辺に挟まれた領域に配置され、前記第７辺および前記第８辺に対し平行に延びる複数の第４流路を有する第２対向流部と、
   　六角形における前記第７辺および前記第８辺の一方側に配置される第９辺および第１０辺と前記第２対向流部とで挟まれた領域に配置され、前記第９辺および前記第１０辺のうちの前記第８辺に隣接する辺である前記第１０辺から前記第９辺に沿って前記第２対向流部に向かって延びる複数の第３リブを有する第３ヘッダ部と、
   　六角形における前記第７辺および前記第８辺の他方側に配置される第１１辺および第１２辺と前記第２対向流部とで挟まれた領域に配置され、前記第１１辺および前記第１２辺のうちの前記第７辺に隣接する辺である前記第１２辺から前記第１１辺に沿って前記第２対向流部に向かって延びる複数の第４リブを有する第４ヘッダ部と、
   　を備え、
   　前記第１辺と前記第７辺とが重なり、かつ前記第３辺と前記第９辺とが重なるように、前記第１仕切板と前記第２仕切板とが交互に積層され、前記第３辺と前記第９辺との間を前記第１流入口とし、前記第５辺と前記第１１辺との間を前記第１流出口とし、前記第１２辺と前記第６辺との間を第２流入口とし、前記第１０辺と前記第４辺との間を第２流出口とし、前記第１リブ、前記第３流路、および前記第２リブによって前記第１流路を形成し、前記第４リブ、前記第４流路、および前記第３リブによって前記第２流路を形成し、
   　前記第１ヘッダ部の複数の前記第１リブのうちの１つのリブである第５リブの延在方向のほうが、複数の前記第１リブのうちの前記第５リブより前記第４辺に近いリブである第６リブの延在方向より、前記第３流路の延在方向に近く、
   　前記第２ヘッダ部の複数の前記第２リブのうちの１つのリブである第７リブの延在方向のほうが、複数の前記第２リブのうちの前記第７リブより前記第６辺に近いリブである第８リブの延在方向より、前記第３流路の延在方向に近く、
   　前記第３ヘッダ部の複数の前記第３リブのうちの１つのリブである第９リブの延在方向のほうが、複数の前記第３リブのうちの前記第９リブより前記第９辺に近いリブである第１０リブの延在方向より、前記第４流路の延在方向に近く、
   　前記第４ヘッダ部の複数の前記第４リブのうちの１つのリブである第１１リブの延在方向のほうが、複数の前記第４リブのうちの前記第１１リブより前記第１１辺に近いリブである第１２リブの延在方向より、前記第４流路の延在方向に近い、
   　ことを特徴とする熱交換素子。
2. 　前記第１ヘッダ部の複数の前記第１リブの延在方向は、前記第４辺から遠くなるほど前記第３流路の延在方向に近くなり、
   　前記第２ヘッダ部の複数の前記第２リブの延在方向は、前記第６辺から遠くなるほど前記第３流路の延在方向に近くなり、
   　前記第３ヘッダ部の複数の前記第３リブの延在方向は、前記第９辺から遠くなるほど前記第４流路の延在方向に近くなり、
   　前記第４ヘッダ部の複数の前記第４リブの延在方向は、前記第１１辺から遠くなるほど前記第４流路の延在方向に近くなる
   　ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換素子。
3. 　前記第１リブ、前記第２リブ、前記第３リブおよび前記第４リブは、中間部リブと、前記中間部リブより上流側に配置される上流側リブ、および前記中間部リブより下流側に配置される下流側リブを夫々有し、前記中間部リブは直線形状であり、前記上流側リブおよび前記下流側リブは曲線形状である
   　ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換素子。
4. 　前記上流側リブの延在方向は、前記中間部リブの延在方向よりも、前記第３流路の延在方向に近く、
   　前記下流側リブの延在方向は、前記中間部リブの延在方向よりも、前記第３流路の延在方向に近い
   　ことを特徴とする請求項３に記載の熱交換素子。
5. 　前記第１リブ、前記第２リブ、前記第３リブおよび前記第４リブは、直線を含むＳ字形状または直線を含む逆Ｓ字形状である
   　ことを特徴とする請求項４に記載の熱交換素子。
6. 　前記第１リブの上流側リブの上流側端は、前記第３辺に直交し、
   　前記第２リブの下流側リブの下流側端は、前記第５辺に直交し、
   　前記第３リブの下流側リブの下流側端は、前記第１０辺に直交し、
   　前記第４リブの上流側リブの上流側端は、前記第１２辺に直交する
   　ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一つに記載の熱交換素子。
7. 　前記第１リブの下流側リブの下流側端は、空隙を挟んで前記第１対向流部の上流側端と対向し、前記第１リブの下流側リブは円弧形状であり、前記第１リブの下流側リブの仮想延長線が前記第３流路の延在方向を示す直線と接し、
   　前記第２リブの上流側リブの上流側端は、空隙を挟んで前記第１対向流部の下流側端と対向し、前記第２リブの上流側リブは円弧形状であり、前記第２リブの上流側リブの仮想延長線が前記第３流路の延在方向を示す直線と接し、
   　前記第３リブの上流側リブの上流側端は、空隙を挟んで前記第２対向流部の下流側端と対向し、前記第３リブの上流側リブは円弧形状であり、前記第３リブの下流側リブの仮想延長線が前記第４流路の延在方向を示す直線と接し、
   　前記第４リブの下流側リブの下流側端は、空隙を挟んで前記第２対向流部の上流側端と対向し、前記第４リブの下流側リブは円弧形状であり、前記第４リブの下流側リブの仮想延長線が前記第４流路の延在方向を示す直線と接する
   　ことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか一つに記載の熱交換素子。
8. 　前記第１リブの上流側リブの曲率は、前記第１リブの下流側リブの曲率よりも大きく、
   　前記第４リブの上流側リブの曲率は、前記第４リブの下流側リブの曲率よりも大きく、
   　前記第２リブの下流側リブの曲率は、前記第２リブの上流側リブの曲率よりも大きく、
   　前記第３リブの下流側リブの曲率は、前記第３リブの上流側リブの曲率よりも大きい
   　ことを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか一つに記載の熱交換素子。
9. 　前記第１ヘッダ部の複数の前記第１リブの前記上流側リブは、同じ半径の円弧形状を呈し、
   　前記第１ヘッダ部の複数の前記第１リブの前記下流側リブは、異なる半径の円弧形状を呈しかつ前記第４辺から遠ざかるほど曲率が大きくなり、
   　前記第２ヘッダ部の複数の前記第２リブの前記下流側リブは、同じ半径の円弧形状を呈し、
   　前記第２ヘッダ部の複数の前記第２リブの前記上流側リブは、異なる半径の円弧形状を呈しかつ前記第６辺から遠ざかるほど曲率が大きくなる
   　ことを特徴とする請求項３に記載の熱交換素子。
10. 　前記第３ヘッダ部の複数の前記第３リブの前記下流側リブは、同じ半径の円弧形状を呈し、
    　前記第３ヘッダ部の複数の前記第３リブの前記上流側リブは、異なる半径の円弧形状を呈しかつ前記第９辺から遠ざかるほど曲率が大きくなり、
    　前記第４ヘッダ部の複数の前記第４リブの前記上流側リブは、同じ半径の円弧形状を呈し、
    　前記第４ヘッダ部の複数の前記第４リブの前記下流側リブは、異なる半径の円弧形状を呈しかつ前記第１１辺から遠ざかるほど曲率が大きくなる
    　ことを特徴とする請求項３または請求項９に記載の熱交換素子。
11. 　請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の熱交換素子を搭載したことを特徴とする熱交換型換気装置。

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