JP2001174172A - 熱交換素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換効率を向上して容積を減少し、組み込
まれる機器の小形化を図ることのできる熱交換素子を提
供することを目的とする。 【解決手段】 プレート板１の表面に側壁２を設け、第
１の気流入口３の断面積より大きい断面積を有した第１
の気流出口４を設けた第１の空気流路５と、第１の空気
流路５と交差するようにプレート板１の裏面に側壁６を
設け、第２の気流入口７の断面積より大きい断面積を有
した第２の気流出口８を設けた第２の空気流路９とを形
成した素子単体１０を多数積層することにより熱交換効
率が向上する熱交換素子が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層構造を成すプ
レート・フイン型の熱交換素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、プレート・フイン型の熱交換素子
は単位体積当りの伝熱面積が広く比較的小形で高効率の
熱交換素子として広く普及している。そして、さらに性
能の向上および、小形化に対する要求が高まってきてい
る。

【０００３】従来、この種の熱交換素子として図８に示
されるものが知られていた。以下、その構成について図
８を参照しながら説明する。

【０００４】図に示すように、紙などよりなる平板状の
プレート板１０１の表面側となる片面に熱媒体が流通す
る平行流路１０２を形成するためのフイン状のリブ１０
３を設け、裏面には同様なリブ１０４を、表面のリブ１
０３に対し交差するように配置して平行流路１０５を設
けた単位部材１０６を形成したのち、各単位部材１０６
に形成される平行流路１０２と１０５が交互に形成され
るように、別個に形成した平板状のプレート板（図示せ
ず）を介在して積層し熱交換素子を構成していた。

【０００５】そして、第１の気流入口１０７より室内の
熱分を含む空気を平行流路１０２内に送り第１の気流入
口１０７と同断面積の第１の気流出口１０８より室外に
排出し、一方、室外の新鮮な外気を第２の気流入口１０
９より平行流路１０５内に吸気し、プレート板１０１を
介して平行流路１０２内を通る空気の熱分を回収して第
２の気流入口１０９と同断面積の第２の気流出口１１０
より室内に放出して熱交換を行っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の熱交
換素子では、第１の気流入口１０７と第１の気流出口１
０８の断面積が同じで、第２の気流入口１０９と第２の
気流出口１１０の断面積が同じで流速が一定であるた
め、熱交換面での温度落差は第１の気流入口１０７と第
２の気流入口１０９付近で大きく、第１の気流出口１０
８と第２の気流出口１１０付近で小さくなることとな
り、温度落差の大小は図８の一点鎖線で示す等高線のよ
うに変化する。

【０００７】また、熱交換は流体が同じ速度で通過する
と温度落差が大きい程その効率は上り、逆に温度落差が
小さくなると温度交換効率が低下することとなる。

【０００８】従って、図８において、向って右側部分、
すなわち第１の気流出口１０８および第２の気流出口１
１０近傍の熱交換効率は低くなり、全体として熱交換効
率が低くなり、全体として熱交換効率を確保しようとす
ると熱交換素子全体の大きさを大きくする必要があると
いう課題があった。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するもので、熱
交換効率を向上して容積を減少し、組み込まれる機器の
小形化を図ることのできる熱交換素子を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の熱交換素子にお
いては、熱交換される二つの空気を仕切るプレート板を
所定間隔をおいて複数層に形成し、各プレート板の両側
辺に設けられる側壁間に、第１の気流入口と第１の気流
出口が形成される第１の空気流路と、第２の気流入口と
第２の気流出口が形成される第２の空気流路とを各層間
を交互にかつ交差するように形成し、前記第１の気流入
口および前記第２の気流入口の断面積に対し、前記第１
の気流出口および前記第２の気流出口の断面積をそれぞ
れ大きく形成したものである。

【００１１】この本発明によれば、熱交換効率を向上し
て容積を減少し、組み込まれる機器の小形化を図ること
のできる熱交換素子を提供することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、熱交換される二つの空気を仕切るプレート板を所定
間隔をおいて複数層に形成し、各プレート板の両側辺に
設けられる側壁間に、第１の気流入口と第１の気流出口
が形成される第１の空気流路と、第２の気流入口と第２
の気流出口が形成される第２の空気流路とを各層間を交
互にかつ交差するように形成し、前記第１の気流入口お
よび前記第２の気流入口の断面積に対し、前記第１の気
流出口および前記第２の気流出口の断面積をそれぞれ大
きく形成したものであり、第１の気流入口および第２の
気流入口より入った空気は、その流速が第１の気流出口
および第２の気流出口に向かうに従い広がり遅くなり、
温度落差が小さくなって第１の気流出口および第２の気
流出口付近の熱交換効率が向上することとなり、熱交換
素子の容積を小さくすることができ組み込まれる機器の
小形化を図ることができるという作用を有する。

【００１３】以下、本発明の実施の形態について図１〜
図７を参照しながら説明する。

【００１４】（実施の形態１）図１および図２に示すよ
うに、平板状でプラスチックフイルム等の非透湿性材で
形成されたプレート板１の表面の両側辺に樹脂等よりな
る凸部状の側壁２を設け、第１の気流入口３と第１の気
流出口４が形成された第１の空気流路５と、第１の空気
流路５と交差するようにプレート板１の裏面の両側辺に
凸部状の側壁６を設け、第２の気流入口７と第２の気流
出口８が形成された第２の空気流路９とを設けた素子単
体１０を形成し、素子単体１０を第１の気流入口３の断
面積に対し、第１の気流出口４の断面積が大きくなるよ
うに第１の気流入口幅Ａ１に対し、第１の気流出口幅Ａ
２を大きく形成し、第２の気流入口７の断面積に対し第
２の気流出口８の断面積が大きくなるように第２の気流
入口幅Ｂ１に対し第２の気流出口幅Ｂ２を大きく形成
し、第１の空気流路５内に空気の流れ方向に沿う複数の
第１のリブ１１を設け、第２の空気流路９内に空気の流
れ方向に沿う複数の第１のリブ１２を設け、素子単体１
０を別個に形成したプレート板１３を介在させ多数積層
して熱交換素子を構成する。

【００１５】上記構成において、熱交換素子の第１の空
気流路５を室内空気を排気する空気流路とし、第２の空
気流路９を室外から新鮮な外気を吸気する空気流路とし
て換気装置等に組み込み、換気装置を運転すると、室内
の熱分を含む空気を第１の気流入口３より吸気し、第１
の空気流路５内を通る間にプレート板１に接触させ、第
１の気流出口４より室外に向けて排出するとともに、第
２の気流入口７より新鮮な外気を吸気し、第２の空気流
路９内を通る間にプレート板１を介して第１の空気流路
５を通る空気からの熱分を回収し、室内に放散して熱交
換を行うこととなる。

【００１６】そして、第１の気流入口３より第１の空気
流路５内に吸気された空気は、第１の気流入口３より断
面積を大きくした第１の気流出口４に向かい広がりなが
ら第１の空気流路５内を通ることにより、第１の空気流
路５を通る空気の流速は、第１の気流出口４に向かうに
従って遅くなる。一方、第２の気流入口７より第２の空
気流路９内に吸気された空気は、第２の空気入口７より
断面積を大きく形成した第２の気流出口８に向かい広が
りながら第２の空気流路９内を通ることにより、第２の
空気流路９を通る空気の流速は、第２の気流出口８に向
かうに従って遅くなる。このため気流出口に向かうにつ
れて温度落差が小さくなっても、その接触時間が長くな
るので、第１の気流出口４および第２の気流出口８付近
の熱交換効率が向上することとなる。

【００１７】また、第１の気流入口３より第１の空気流
路５内に送られた空気は、第１の空気流路５内に設けた
複数の第１のリブ１１によりほぼ均一に分配された状態
で第１の気流出口４に向かうこととなり、一方、第２の
気流入口７より第２の空気流路９内に送られた空気は、
第２の空気流路９内に設けた複数の第１のリブ１２によ
りほぼ均一に分配された状態で第２の気流出口８に向か
うこととなる。

【００１８】このように本発明の実施の形態１の熱交換
素子によれば、プレート板１の表面の両側辺に側壁２を
設け、第１の気流入口３と第１の気流入口３より断面積
の大きい第１の気流出口４が形成される第１の空気流路
５を形成し、プレート板１の裏面に第１の空気流路５と
交差するように両側辺に側壁６を設け第２の気流入口７
と第２の気流入口７より断面積の大きい第２の気流出口
８が形成される第２の空気流路９を設けた素子単体１０
をプレート板１３を介在して多数積層し形成したので、
気流入口より入った空気は、その流速が気流出口に向か
うに従って遅くなり温度落差が小さくなる気流出口付近
の熱交換効率が向上し、熱交換素子の容積を小さくする
ことが可能となり、熱交換素子の組み込まれる機器の小
形化を図ることができる。

【００１９】また、第１の空気流路５および、第２の空
気流路９内に気流の流れ方向に沿う複数の第１のリブ１
１および１２を設けたので、第１の気流入口３および第
２の気流入口７より第１の空気流路５および第２の空気
流路９内に送られた空気は、第１のリブ１１および１２
によりほぼ均一に分配された状態で、第１の気流出口４
および第２の気流出口８に向かい流れることとなり、熱
交換効率の向上を図ることができる。

【００２０】また、プレート板１を非透湿性としたこと
により、浴室等の湿気の多い場所に設置される機器に組
み込んだときには、湿気は交換されることなく室外に排
出され熱分のみを回収することができ湿気の多い場所で
十分に機能を発揮することができる。

【００２１】なお、実施の形態１では、プレート板１の
表面側に第１の空気流路５を形成し、裏面側に第２の空
気流路９を形成する素子単体１０を用いたが、プレート
の片面に第１の空気流路を形成した素子単体と、プレー
トの片面に第２の空気流路を形成した素子単体を積層し
て熱交換素子を形成しても良いことはいうまでもなく、
要は気流入口の断面積に対し気流出口の断面積が大きく
形成されるものは本願発明に関係することになる。

【００２２】（実施の形態２）図３に示すように、プレ
ート板１Ａを紙等の透湿性材料で形成した構成とする。

【００２３】上記構成において、プレート板１Ａの表面
側に形成される第１の空気流路５Ａと裏面側に形成され
る第２の空気流路９Ａとに流れる排気流と給気流との間
で熱分に加え湿気も通して交換することとなる。

【００２４】このように本発明の実施の形態２の熱交換
素子によれば、プレート板１Ａを紙等の透湿性材料で形
成したので、温度の持つ熱エネルギーとなる顕熱と、湿
分の持つ熱エネルギーとなる潜熱の両方を熱交換するこ
とができ、エネルギーの交換率を高めることができる。

【００２５】（実施の形態３）図４に示すように、第１
の空気流路５Ｂの第１の気流出口４Ａ寄りの第１のリブ
１１間に第２のリブ１４を設け、第２の空気流路９Ｂの
第２の気流出口８Ａ寄りの第１のリブ１２間に第２のリ
ブ１５を設け構成する。

【００２６】上記構成において、第２のリブ１４および
１５が無い場合には、第１の気流入口３から第１の気流
出口４Ａまでの間の道程および、第２の気流入口７から
第２の気流出口８Ａまでの間の道程が長かったり流速が
比較的速い場合は、第１の空気流路５Ｂおよび、第２の
空気流路９Ｂを流れる空気の速度が遅くなると同時に、
プレート板１よりはくりすることとなるが、第１の気流
出口４Ａ寄りの第１のリブ１１間に設けられた第２のリ
ブ１４、および第２の気流出口８Ａ寄りの第１のリブ１
２間に設けられた第２のリブ１５により、第１の空気流
路５Ｂおよび、第２の空気流路９Ｂの出口側に流れる速
度が速くなり、プレート板１よりはくりすることが押え
られることとなる。

【００２７】このように本発明の実施の形態３の熱交換
素子によれば、第１の空気流路５Ｂおよび第２の空気流
路９Ｂの第１の気流出口４Ａおよび第２の気流出口８Ａ
側寄りの第１のリブ１１と１２間に、第２のリブ１４と
１５を設けたので、第１の空気流路５Ｂおよび第２の空
気流路９Ｂに流れる空気がプレート板１よりはくりする
のが押えられ、熱交換効率を高めることができる。

【００２８】（実施の形態４）図５に示すように、第１
の空気流路５Ｃ内に設けられる複数の第１のリブ１１Ａ
を第２の気流入口７Ａ側に向かうに従って狭くなるよう
な間隔Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４で形成し、第２の空気流
路９Ｃ内に設けられる複数の第１のリブ１２Ａを第１の
気流入口３Ａ側に向かうに従って狭くなるような間隔Ｄ
１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４で形成する。

【００２９】そして、第１の空気流路５Ｃ内で一番長い
流路は、幅の広い間隔Ｃ１で形成し、一番短い流路は、
幅の狭い間隔Ｃ４で形成し、第２の空気流路９Ｃ内で一
番長い流路は幅の広い間隔Ｄ１で形成し、一番短い流路
は、幅の狭い間隔Ｄ４で形成する。

【００３０】上記構成において、第１のリブ１１Ａで区
画された第１の空気流路５Ｃ内の一番短い流路は、幅の
狭い間隔Ｃ４で形成されることにより圧力損失が大きく
なり、一番長い流路は幅の広い間隔Ｃ１で形成されるこ
とにより圧力損失が小さくなり、第１の空気流路５Ｃ全
体としてほぼ流速が一定となり一様な熱交換が行われ
る。

【００３１】また、第１のリブ１２で区画される第２の
空気流路９Ｃの一番短い流路は、幅の狭い間隔Ｄ４で形
成されることにより、圧力損失が大きくなり、一番長い
流路は幅の広い間隔Ｄ１で形成されることにより圧力損
失が小さくなり、第２の空気流路９Ｃ全体としてほぼ流
速が一定となり一様な熱交換が行われる。

【００３２】このように本発明の実施の形態４の熱交換
素子によれば、第１の空気流路５Ｃ内に設けられる複数
の第１のリブ１１の間隔を第２の気流入口７Ａ側に向か
うに従って狭くなるように形成し、第２の空気流路９Ｃ
内に設けられる複数の第１のリブ１２の間隔を第１の気
流入口３Ａ側に向かうに従い狭くなるように形成したの
で、短い流路は圧力損失が大きくなり、長い流路は圧力
損失が小さくなることによって、第１の空気流路５Ｃお
よび第２の空気流路９Ｃの流速の均一化が図られ、流路
の圧力損失が異なることによる偏流が防止され、素子全
体として一様な熱交換を行うことができ、熱交換効率を
向上することができる。

【００３３】（実施の形態５）図６および図７に示すよ
うに、第１の空気流路５Ｄを、第１の気流入口３Ｂの幅
Ｗ１に対し、幅Ｗ２と広く形成された第１の気流出口４
Ｂを設け形成し、第２の空気流路９Ｄを、第２の気流入
口７Ｂと第２の気流出口８Ｂの幅Ｗを同一幅に形成し、
素子単体１０Ａをほぼ台形状に形成する。

【００３４】上記構成において、素子単体１０Ａを形成
するプレート板１Ｂは台形状に形成したら良いので、図
７に示すようにプレート板１Ｂの材料取りをちどり状に
行うことができ、材料の無駄を無くすことができる。

【００３５】また、第２の空気流路９Ｄを幅Ｗの同幅で
形成したが、第１の空気流路５Ｄ側を同幅に形成するよ
うに逆にしても良いものである。

【００３６】このように本発明の実施の形態５の熱交換
素子によれば、第１の空気流路５Ｄまたは、第２の空気
流路９Ｄの一方を入口側と出口側の幅が同一の幅となる
ように素子単体１０Ａをほぼ台形状に形成したので、材
料取りが良くなるとともに熱交換効率が向上し小形化が
図れることとなる。

【００３７】

【発明の効果】以上の実施の形態から明らかなように、
本発明によれば、熱交換される二つの空気を仕切るプレ
ート板を所定間隔をおいて複数層に形成し、各プレート
板の両側辺に設けられる側壁間に、第１の気流入口と第
１の気流出口が形成される第１の空気流路と、第２の気
流入口と第２の気流出口が形成される第２の空気流路と
を各層間を交互にかつ交差するように形成し、前記第１
の気流入口および前記第２の気流入口の断面積に対し、
前記第１の気流出口および前記第２の気流出口の断面積
をそれぞれ大きく形成したので、気流出口付近の熱交換
効率が向上し、容積を小さくすることが可能となり組み
込まれる機器の小形化を図ることができる熱交換素子を
提供できる。

【００３８】また、第１の空気流路および第２の空気流
路内に、気流の流れ方向に沿う複数の第１のリブを設け
たので、気流がほぼ均一に分配されることとなり、熱交
換効率の向上を図ることができる。

【００３９】また、プレート板を非透湿性としたので室
外に湿気を排出したいとき等に十分な機能を発揮するこ
とができる。

【００４０】また、プレート板を透湿性としたので、顕
熱と潜熱の両方を交換することができ、エネルギーの交
換率を高めることができる。

【００４１】また、第１の空気流路および第２の空気流
路の出口側寄りの第１のリブ間に第２のリブを設けたの
で、気流がプレート板よりはくりするのが押えられ熱交
換効率を高めることができる。

【００４２】また、第１の空気流路内に設けられる複数
の第１のリブの間隔を第２の気流入口側に向かうに従い
狭くなるように形成し、第２の空気流路内に設けられる
複数の第１のリブの間隔を、第１の気流入口側に向かう
に従い狭くなるように形成したので、流路の圧力損失が
異なることによる偏流が防止され、素子全体として一様
な熱交換を行うことができ、熱交換効率を向上できる。

【００４３】また、第１の空気流路または第２の空気流
路の一方を入口側と出口側の幅が同一の幅となるように
ほぼ台形状に形成したので、材料取りが良くなるととも
に熱交換効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の熱交換素子の概略構成
を示す正面図

【図２】同熱交換素子の積層時の状態を示す斜視図

【図３】本発明の実施の形態２の熱交換素子の概略構成
を示す正面図

【図４】本発明の実施の形態３の熱交換素子の概略構成
を示す正面図

【図５】本発明の実施の形態４の熱交換素子の概略構成
を示す正面図

【図６】本発明の実施の形態５の熱交換素子の概略構成
を示す正面図

【図７】同熱交換素子の材料取りの状態を示す正面図

【図８】従来の熱交換素子の概略構成を示す正面図

【符号の説明】

１ プレート板 １Ａ プレート板 ２ 側壁 ３ 第１の気流入口 ３Ａ 第１の気流入口 ４ 第１の気流出口 ４Ａ 第１の気流出口 ５ 第１の空気流路 ５Ｂ 第１の空気流路 ５Ｃ 第１の空気流路 ５Ｄ 第１の空気流路 ６ 側壁 ７ 第２の気流入口 ７Ａ 第２の気流入口 ８ 第２の気流出口 ８Ａ 第２の気流出口 ９ 第２の空気流路 ９Ｂ 第２の空気流路 ９Ｃ 第２の空気流路 ９Ｄ 第２の空気流路 １１ 第１のリブ １１Ａ 第１のリブ １２ 第１のリブ １２Ａ 第１のリブ １３ プレート板 １４ 第２のリブ １５ 第２のリブ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換される二つの空気を仕切るプレー
   ト板を所定間隔をおいて複数層に形成し、各プレート板
   の両側辺に設けられる側壁間に、第１の気流入口と第１
   の気流出口が形成される第１の空気流路と、第２の気流
   入口と第２の気流出口が形成される第２の空気流路とを
   各層間を交互にかつ交差するように形成し、前記第１の
   気流入口および前記第２の気流入口の断面積に対し、前
   記第１の気流出口および前記第２の気流出口の断面積を
   それぞれ大きく形成してなる熱交換素子。
2. 【請求項２】 第１の空気流路および、第２の空気流路
   内に、気流の流れ方向に沿う複数の第１のリブを設けた
   請求項１記載の熱交換素子。
3. 【請求項３】 プレート板を非透湿性とした請求項１ま
   たは２記載の熱交換素子。
4. 【請求項４】 プレート板を透湿性とした請求項１また
   は２記載の熱交換素子。
5. 【請求項５】 第１の空気流路または第２の空気流路の
   出口側寄りの第１のリブ間に第２のリブを設けた請求項
   １〜４のいずれかに記載の熱交換素子。
6. 【請求項６】 第１の空気流路内に設けられる複数の第
   １のリブの間隔を第２の気流入口側に向かうにしたがい
   狭くなるように形成し、第２の空気流路内に設けられる
   複数の第１のリブの間隔を、第１の気流入口側に向かう
   にしたがい狭くなるように形成した請求項１〜５のいず
   れかに記載の熱交換素子。
7. 【請求項７】 第１の空気流路または、第２の空気流路
   の一方を入口側と出口側の幅が同一の幅となるようにほ
   ぼ台形状に形成した請求項１〜５のいずれかに記載の熱
   交換素子。