JP2009024931A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の流体と第２の流体を、隣接（近接）して流通させる必要をなくし、２つの流体を隔てる管壁や隔壁に損傷が生じても、２つの流体が混合するおそれがないようにする。
【解決手段】熱を供給する第１の流体を流通させる第１の流体路２４を有する第１の流体路形成部２１内部に第１の流体から熱を吸収する熱吸収部２３を設ける。また、第１の流体よりも相対的に温度の低い第２の流体を流通させる第２の流体路２６を有する第２の流体路形成部２２を第１の流体路形成部２１と離間して配置する。そして、第２の流体路形成部２２内に熱供給部２５を設けて第２の流体に熱を供給する。この第１の流体路形成部２１と第２の流体路形成部２２は離れて配置されており、熱伝達部２７によって接続されている。これにより、二つの流体の流路を隣接配置する必要がなく、熱交換器の構造設計上の自由度を大幅に向上させることができるようになる。
【選択図】図３

Description

本発明は、第１の流体と、当該第１の流体よりも相対的に温度の低い第２の流体を流通させて、第１の流体から第２の流体へ熱交換を行う熱交換器に関するものである。

従来のこの種の熱交換器としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１で提案されている熱交換器は、外管内に内管を挿通し、内管内を流通する流体と、内管と外管との間を流通する流体との間で熱交換を行う二重管式熱交換器に関するものである。

この特許文献１に開示されている従来の二重管式熱交換器は、外管内に内管を挿通し、この内管内を流通する流体と、内管と外管との間を流通する流体との間で熱交換を行う熱交換器である。この特許文献１に記載されている二重管式熱交換器は、特に、外管内に内管を挿通した二重管を平行に複数本並置し、その端部で、内側ヘッダー管を接合して外管を連通させ、内側ヘッダー管を貫通した内管を、外側ヘッダー管に接合して連通させている。

また、従来のこの種の熱交換器の他の例として、例えば、特許文献２に記載されているようなものがある。特許文献２で提案されている熱交換器は、複数枚の伝熱プレートが積層されて熱媒体を流通させる第一空間と、被熱交換体を流通させる第二空間が交互に形成されたプレート式熱交換器に関するものである。

この特許文献２に開示されている従来のプレート式熱交換器は、所定の間隔を有して一対の第一開口及び一対の第二開口が形成され、かつ両面に凹部及び凸部が形成された伝熱プレートが各凸部同士を干渉させて複数枚積層される。そして、伝熱プレートの外周端縁間が封止されることで、流体からなる熱媒体を流通させる第一空間、及び流体からなる被熱交換体を流通させる第二空間が各伝熱プレートを境にして交互に形成されている。さらに隣接する伝熱プレートの第一開口の開口端縁間が封止されることで、各第一開口が連なって第一空間を介して連通する一対の第一流路が形成され、隣接する伝熱プレートの第二開口の開口端縁間が封止されることで、各第二開口が連なって第二空間を介して連通する一対の第二流路が形成されている。そして、このように形成されたプレート式熱交換器において、隣接する伝熱プレートにおける第一開口の開口端縁間が封止手段を介して封止され、該伝熱プレートにおける第一開口の開口周縁部間に第二空間と連続する間隙が形成されるようになっている。
特開２００５−１２７６８４号公報 特開２００５−３２６０７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された二重管式熱交換器及び特許文献２に記載されたプレート式熱交換器は、熱伝導性のよい内管の管壁又は隔壁である伝熱プレートにおける一方の面に第１の流体が接触し、他方の面に温度の異なる第２の流体が接触する構成となっている。そして、第１の流体と第２の流体の熱交換は、管壁又は隔壁を介して行われていた。そのため、第１の流体と第２の流体は、常に隣接（近接）して流通させる必要があった。その結果、２つの流体を隔てる管壁や隔壁に損傷が生じると、２つの流体が混合するおそれもあった。このように、従来の二重管式熱交換器やプレート式熱交換器は、第１の流体と第２の流体を隣接して流通させなければならないという構造的な制約があったため、熱交換器の構造を考える上で、その自由度が大幅に制限されるという不都合があった。

本発明の目的は、上述の問題点を考慮し、第１の流体と第２の流体が混合することを防止できると共に、熱交換器自体の構造上の制約をなくし、熱交換器を作製する際の自由度を大幅に向上させることができる熱交換器を提供することにある。

本発明の熱交換器は、第１の流体を流通させる第１の流体路が形成された第１の流体路形成部と、この第１の流体路形成部内に設けられて第１の流体から熱を吸収する熱吸収部と、第１の流体路形成部と離間して配置されると共に第１の流体よりも相対的に温度の低い第２の流体を流通させる第２の流体路が形成された第２の流体路形成部と、この第２の流体路形成部内に設けられて第２の流体路を形成し、第２の流体に熱を供給する熱供給部と、第１の流体路形成部と第２の流体路形成部の間に配置されて熱吸収部と熱供給部を接続すると共に当該熱吸収部が吸収した熱を当該熱供給部に伝達する熱伝達部と、を備えたことを最も主要な特徴とする。

本発明の熱交換器によれば、第１の流体が流通する第１の流体路と第２の流体が流通する第２の流体路を空間的に離間して配置することができる。これにより、第１の流体と第２の流体が混合することを防止できると共に、熱交換器を作製する際には、その構造設計上の自由度を大きく向上させることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の熱交換器の第１の実施の形態を示す外観斜視図である。
図１に示すように、この熱交換器１０は、中空の円筒形をなす第１の流体路形成部１と、同様に中空の円筒形をなす第２の流体路形成部２を有している。この第１の流体路形成部１と第２の流体路形成部２は、所定の間隔を開けて、かつ２つの流体路形成部１，２が延在する方向に沿って略平行に配置されている。そして、第１の流体路形成部１と第２の流体路形成部２の材質としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が用いられる。第１の流体路形成部１と第２の流体路形成部２は、接続部８により接続されている。

なお、この実施の形態では、第１の流体路形成部１及び第２の流体路形成部２を円筒形として形成した例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１の流体路形成部及び第２の流体路形成部を中空の角柱として形成してもよい。

第１の流体路形成部１の内壁には、熱吸収部３が設けられている。すなわち、熱吸収部３は、円筒形をなしており、その外径が第１の流体路形成部１の内径と略同一に設定されている。これにより、第１の流体路形成部１には、熱吸収部３によって第１の流体路４が形成されている。この第１の流体路４に、熱を供給する側の流体である第１の流体が流通される。第１の流体は、第１の流体路４が延在する方向である図１に示す矢印Ａの方向に向かって流通する。この第１の流体としては、例えば水などの液体や空気などの気体が用いられる。

一方、第２の流体路形成部２の内壁には、熱供給部５が設けられている。すなわち、熱供給部５は、円筒形をなしており、その外径が第２の流体路形成部２の内径と略同一に設定されている。これにより、第２の流体路形成部２には、熱供給部５によって第２の流体路６が形成されている。この第２の流体路６に、熱を取得する側の流体である第２の流体が流通される。第２の流体は、第２の流体路６が延在する方向である図１に示す矢印Ｂの方向（第１の流体と反対の方向）に向かって流通する。すなわち、第１の流体と第２の流体は、対向して流れている。この第２の流体としては、第１の流体と同様に、水などの液体や空気などの気体が用いられるが、この第２の流体は、第１の流体よりも相対的に温度が低い流体でなければならない。

そして、熱吸収部３と熱供給部５は、板状の熱伝達部７によって接続されている。熱伝達部７は、一端が熱吸収部３の外壁と接触し、他端が熱供給部５の外壁と接触している。そして、熱伝達部７は、第１の流体路形成部１と第２の流体路形成部２の間に位置している。この熱伝達部７の上面及び下面は、接続部８により覆われている。この熱交換器１０は、図示しない断熱性の高い材料、例えば発泡スチロールなどで覆われている。これにより、熱交換器１０は、外気と熱的に隔離される。

ここで、熱吸収部３、熱供給部５及び熱伝達部７は、例えば銅などの熱伝導率の高い金属等の材質で形成されている。また、熱吸収部３、熱供給部５及び熱伝達部７は通常溶接等により接続されるが、各接続箇所での熱損失を防止するためにも、熱吸収部３、熱供給部５及び熱伝達部７を、一体に形成することが望ましい。

次に、図２を参照してこの第１の実施の形態に係る熱交換器１０の熱交換について説明する。まず、第１の流体路４に第１の流体を流通させ、同様に、第２の流体路６に第２の流体を流通させる。このとき、第２の流体は、第１の流体よりも相対的に温度が低いため、第１の流体路と第２の流体路で温度差が生じる。そして、この熱交換器１０は、断熱性を有する材料によって覆われて、外気と熱的に隔離されている。そのため、この熱交換器１０内部での温度差を解消させるために、第１の流体から第２の流体へ熱交換が行われる。

すなわち、最初に、第１の流体路４を流通する第１の流体の熱が、熱吸収部３に吸収される。次に、熱吸収部３に吸収された熱が熱伝達部７に伝達される。ここで、第１の流体路形成部１は、断熱性の高い材質で覆われており、熱吸収部３は、この第１の流体路形成部１に覆われている。つまり、熱吸収部３は、外気と熱的に隔離されている。これにより、熱吸収部３に吸収された熱が、外気等へ放出して損失しないようになっている。

熱伝達部７に伝達された熱は、熱供給部５に伝達される。ここで、前述したように熱伝達部７の上面及び下面が、接続部８で覆われており、この接続部８は、断熱性の高い材質で覆われている。そのため、熱伝達部７は、外気と熱的に隔離されている。その結果、熱伝達部７に伝達された熱が、外気等へ放出して損失しないようになっている。これにより、熱伝達部７に伝達された熱の外気等への放出を極力制限して、効率よく熱供給部５に伝達することができる。

熱供給部５に伝達された熱は、第２の流体路６を流通する第２の流体に伝達される。また、第２の流体路形成部２は、第１の流体路形成部１と同様に、断熱性の高い材質で覆われている。そして、熱供給部５は、この第２の流体路形成部２に覆われており、外気と熱的に隔離されている。その結果、熱供給部５の熱が、外気等へ放出されて損失することを抑制することができる。これにより、熱供給部６に伝達された熱を、効率よく第２の流体へ供給することができる。

このようにして、本発明の実施形態の熱交換器では、第１の流体から第２の流体への熱交換が行われる。
ここで、第１の流体と第２の流体は、対向して流れている。すなわち、第１の流体の流出部と第２の流体の流入部が、熱交換器１０の長手方向の一方の端に配置されている。そして、第１の流体の流入部と第２の流体の流出部が、熱交換器１０の長手方向の他方の端に配置されている。これにより、第２の流体が第２の流体路６から流出する際の温度を、第１の流体が第１の流体路４に流入するときの温度に効果的に近づけることができる。

このように、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器１０によれば、熱伝達部７は、接続部８によって被覆されている。そして、この熱伝達部７は、熱伝導率の高い材質で形成されているため、熱抵抗が低く熱が伝わり易くなっている。そのため、熱供給部３と熱吸収部５の２つの部材の距離が離れていても、熱供給部３から熱吸収部５へ熱を損なうことなく伝えることができる。その結果、第１の流体が流通する第１の流体路４と第２の流体が流通する第２の流体路６を離間して配置することができる。これにより、第１の流体路形成部や第２の流体路形成部に損傷が生じても、第１の流体と第２の流体が混合することがない。

また、従来の熱交換器のように、第１の流体及び第２の流体を管壁や隔壁を隔てて隣接して流通させる必要がない。その結果、第１の流体路及び第２の流体路を配置する位置に格別な制約が伴わないため、熱交換器の構造設計をする上の自由度を大幅に向上させることができる。

なお、本実施の形態では、熱吸収部、熱供給部及び熱伝達部の材質を、銅などの熱伝導率の高い材質で形成した例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１の流体から熱吸収部によって吸収された熱が外気等に放出することなく熱供給部から第２の流体へ伝達することができれば、熱吸収部、熱供給部及び熱伝達部の材質として、熱伝導性が相対的に悪い金属やポリマーを用いてもよい。そして、熱吸収部、熱供給部及び熱伝達部の材質をそれぞれ異なる材質で形成してもよい。

また、熱吸収部、熱供給部及び熱伝達部の各部分の厚みや、第１の流体路及び第２の流体路の断面積は、各部材の材質及び流れる流体の種類に応じて適宜に設定できるものである。

また、第１の流体路の直径を可能な限り小さくすることにより、第１の流体の全体から効率よく熱を吸収させることができる。同様に、第２の流体路の直径を可能な限り小さくすることにより、第２の流体の全体に効率よく熱を伝達させることができる。

更に、熱吸収部及び／又は熱供給部の内壁に、複数の溝又は突条を設けてもよい。その結果、この複数の溝又は突条によって伝熱面積を増加させることができ、単位体積当たりの伝熱面積を大きくすることができる。これにより、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。

次に、図３を参照して本発明の熱交換器の第２の実施の形態を説明する。図３は、本発明の熱交換器の第２の実施の形態を示す外観斜視図である。
図３に示す熱交換器２０は、中空でかつ薄い角柱状をなす第１の流体路形成部２１と、同様に中空でかつ薄い角柱状をなす第２の流体路形成部２２を有している。２つの流体路形成部２１，２２は、所定の間隔を開けて、かつ、２つの流体路形成部２１，２２が延在する方向に沿って略平行をなして配置されている。そして、この２つの流体路形成部２１，２２は、接続部２８により接続されている。なお、この２つの流体路形成部２１，２２と接続部２８を一体に形成してもよい。

第１の流体路形成部２１の内部には、板状をなす熱吸収部２３が設けられている。熱吸収部２３は、その主面が第１の流体路形成部２１が延在する方向と略平行に配置されている。そして、この熱吸収部２３は、第１の流体路形成部２１が延在する方向に沿って第１の流体路形成部２１の内部空間を２つに分割している。これにより、第１の流体路形成部２１には、熱吸収部２３で分けられた２つの第１の流体路２４ａ，２４ｂが形成されている。そして、この２つの第１の流体路２４ａ，２４ｂに第１の流体が、熱吸収部２３の主面と略平行をなして流通する。

また、第２の流体路形成部２２の内部には、板状をなす熱供給部２５が設けられている。熱供給部２５は、その主面が第２の流体路形成部２２が延在する方向と略平行に配置されている。そして、この熱吸収部２５は、第２の流体路形成部２２が延在する方向に沿って第２の流体路形成部２２の内部空間を２つに分割している。これにより、第２の流体路形成部２２には、熱供給部２５で分けられた２つの第２の流体路２６ａ，２６ｂが形成されている。そして、この２つの第２の流体路２６ａ，２６ｂに第２の流体が、熱供給部２５の主面と略平行をなして流通する。

なお、本実施の形態では、熱吸収部２３及び熱供給部２５を板状として説明したがこれに限定されるものではない。例えば、熱吸収部２３及び／又は熱供給部２５を箔状の部材として形成してもよい。

そして、この板状の熱吸収部２３と熱供給部２５は、熱伝達部２７により熱的に接続されている。熱伝達部２７は、その一端が熱吸収部２３の端面と接触し、他端が熱供給部２５の端面と接触している。熱伝達部２７は、接続部２８の略中央を当該接続部２８が延在する方向に沿って二分するように貫いて配置されている。すなわち、熱伝達部２７の上面及び下面が、接続部２８により覆われるように配置されている。その他の構成は、前記第１の実施の形態にかかる熱交換器１０と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する熱交換器２０によっても、前述した第１の実施の形態にかかる熱交換器１０と同様の作用及び効果を得ることができる。

なお、熱吸収部２３、熱供給部２５及び熱伝達部２７を、一枚の板状部材で一体に形成してもよい。このとき、一枚の板状部材のうち、第１の流体路形成部２１の内部空間に位置する部分が熱吸収部２３として作用し、第２の流体路形成部２２の内部空間に位置する部分が熱供給部２５と作用する。そして、２つの流体路形成部２１，２２の間に位置して接続部２８に覆われている部分が、熱伝達部２７として作用する。これにより、熱を吸収、伝達及び供給する部分が一枚の板状部材で構成できるため、熱交換器２０を容易に製造することができる。

また、この実施の形態においても、前記第１の実施の形態に係る熱交換器１０のように、熱吸収部２３及び熱供給部２５の主面に複数の溝又は突状を設けてもよい。或いは、熱吸収部２３及び熱供給部２５を波状に複数回折り曲げてもよい。これにより、熱吸収部２３と熱供給部２５の伝熱面積を大きくすることができ、熱交換の効率を向上させることができる。

また、熱伝達部２７の熱伝達容量を十分に確保するために、熱伝達部２７の厚さを熱吸収部２３及び熱供給部２５の厚さよりも厚く設定してもよい。

更に、第１の流体路形成部２１が延在する方向と直交する方向の長さ（厚さ）を短く（薄く）することにより、第１の流体路２４ａ，２４ｂにおける流体が流れる方向と直交する方向の長さ（厚さ）を小さくすることができる。その結果、第１の流体全体から熱吸収部２３へ効率よく熱を伝達することができる。同様に、第２の流体路形成部２２が延在する方向と直交する方向の長さ（厚さ）を薄くすることにより、第２の流体路２６ａ，２６ｂにおける流体が流れる方向と直交する方向の長さ（厚さ）を小さくすることができる。その結果、熱供給部２４から第２の流体全体へ効率よく熱を伝達することができる。これらにより、第１の流体の熱を第２の流体へ効率よく熱交換することが可能となる。

次に、図４を参照して本発明の熱交換器の第３の実施の形態を説明する。図４は、本発明の熱交換器の第３の実施の形態を示す外観斜視図である。
図４に示す熱交換器３０は、第１の流体路形成部３１及び第２の流体路形成部３２が中空の角柱をなしている。２つの流体路形成部３１，３２は、所定の間隔を開けて、かつ、２つの流体路形成部３１，３２が延在する方向に沿って略平行に配置されている。

そして、熱吸収部３３、熱供給部３５及び熱伝達部３７は、板状をなして一体に形成されている。この第３の実施形態では、板状をなす熱吸収部３３、熱供給部３５及び熱伝達部３７が、５枚用いられている。この５枚の熱吸収部３３、熱供給部３５及び熱伝達部３７は、スペーサ３９を介してその主面と直交する方向に所定の間隔を開けて積層されている。スペーサ３９の材質としては、第１及び第２の流体路形成部３１，３２と同様に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などが用いられる。また、このスペーサ３９を断熱性の高い材料で形成してもよい。

ここで、５枚の熱伝達部３７うちその主面と直交する方向の最上部に位置する熱伝達部３７の上面は、接続部３８により覆われている。同様に、５枚の熱伝達部３７のうちその主面と直交する方向の最下部に位置する熱伝達部３７の下面は、接続部３８により覆われている。

そして、所定の間隔を開けて積層された５枚の熱吸収部３３により、第１の流体路形成部３１の内部空間は、当該第１の流体路形成部３１が延在する方向と直交する方向に６つに分割されている。これにより、第１の流体路形成部３１には、６つの第１の流体路３４が形成されている。

同様に、所定の間隔を開けて積層された５枚の熱供給部３５により、第２の流体路形成部３２の内部空間は、当該第２の流体路形成部３２が延在する方向と直交する方向に６つに分割されている。これにより、第２の流体路形成部３２には、６つの第２の流体路３６が形成されている。

そして、６つの第１の流体路３４それぞれに、板状をなす熱吸収部３３の主面と略平行をなして第１の流体が流通するように構成されている。同様に、６つの第２の流体路３６それぞれに、板状をなす熱供給部３５の主面と略平行をなして第２の流体が流通するようになっている。その他の構成は、前記第２の実施の形態にかかる熱交換器２０と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する熱交換器３０によっても、前述した第１の実施の形態にかかる熱交換器１０と同様の作用及び効果を得ることができる。

なお、この実施の形態では、熱吸収部３３、熱供給部３５及び熱伝達部３７を５枚積層する例を説明したが、積層する枚数は、これに限定されるものではない。例えば、熱吸収部３３、熱供給部３５及び熱伝達部３７を４枚以下、或いは６枚以上、所定の間隔を開けて積層してもよいことは、勿論である。

更に、第３の実施の形態に係る熱交換器３０よれば、熱吸収部３３、熱供給部３５及び熱伝達部３７を薄い板状又は箔状に形成し、スペーサ３９の厚みを薄くすることにより、更に多数積層することができる。その結果、第１及び第２の流体路形成部の体積を増やすことなく、伝熱面積を増やすことができ、単位体積当たりの伝熱面積を容易に大きくすることができる。これにより熱交換器を小型にすることができると共に熱交換効率を大幅に向上させることができる。

例えば、下記に示すような寸法に熱交換器３０を設定してもよい。
・熱吸収部３３及び熱供給部３５
長さ（流体が流れる方向の長さ）１ｍ
幅（流体が流れる方向と直交する方向の長さ）２０ｍｍ
（熱吸収部３３、熱供給部３５及び熱伝達部３７を構成する板状部材の幅は、４５ｍｍ）
厚さ ０．１ｍｍ
・スペーサ
長さ １ｍ
幅 ５ｍｍ
厚さ １ｍｍ
・第１及び第２の流体路形成部３１，３２
長さ １ｍ
幅（熱交換器３０全体の幅） ４５ｍｍ
高さ ６．６ｍｍ
厚さ 例えば１ｍｍ（材質によるが、本実施の形態の場合は、ＰＥＴで１ｍｍ）

上記で示した寸法の板状部材を５枚積層させる。その結果、本発明の熱交換器３０の体積は、２５０×１０^−６ｍ^３となる。そして、伝熱面積は、２００×１０^−３ｍ^２となる。そのため、単位体積当たりの伝熱面積は、８００ｍ^２／ｍ^３となる。これにより、小型でありながら、単位体積当たりの伝熱面積を大きくすることができ、熱交換効率の高い熱交換器を得ることができる。（通常の２重管式熱交換器では、単位体積当たりの伝熱面積は、約４０ｍ^２／ｍ^３以下であり、内管にフィンを備えた２重管式熱交換器では、約１６０ｍ^２／ｍ^３前後である。）

次に、図５を参照して本発明の熱交換器の第４の実施の形態を説明する。図５は、本発明の熱交換器の第４の実施の形態を示す外観斜視図である。
図５に示す熱交換器４０は、前記第２の実施の形態に係る熱吸収部２３、熱供給部２５及び熱伝達部２７を、短冊状をなして一体に形成したものである。そして、短冊状をなす熱吸収部２３、熱供給部２５及び熱伝達部２７を、流体が流れる方向に所定の間隔を開けて横並びに５枚配置したものである。

すなわち、この第４の実施の形態に係る熱交換器４０は、第１の流体路２４ａ，２４ｂに第１の流体が流れる方向に沿って、第１の熱吸収部４３ａ，第２の熱吸収部４３ｂ，第３の熱吸収部４３ｃ，第４の熱吸収部４３ｄ及び第５の熱吸収部４３ｅを、所定の間隔を開けて横並びに配置している。同様に、第２の流体路２６ａ，２６ｂに第２の流体が流れる方向に沿って、第１の熱供給部４５ａ，第２の熱供給部４５ｂ，第３の熱供給部４５ｃ，第４の熱供給部４５ｄ及び第５の熱供給部４５ｅを、所定の間隔を開けて横並びに配置している。

そして、第１の熱吸収部４３ａと第１の熱供給部４５ａが、第１の熱伝達部４７ａにより熱的に接続されている。同様に、第２〜５の熱吸収部４３ｂ〜４３ｅと第２〜５の熱供給部４５ｂ〜４５ｅが、第２〜５の熱伝達部４７ｂ〜４７ｅにより熱的に接続されている。

なお、この第４の実施の形態では、短冊状の熱吸収部４３、熱供給部４５及び熱伝達部４７を、５枚配置した例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、短冊状をなす熱吸収部４３、熱供給部４５及び熱伝達部４７を４枚以下、或いは６枚以上配置してもよい。

更に、この第４の実施の形態では、熱吸収部４３、熱供給部４５及び熱伝達部４７を短冊状に形成した例を説明したこれに限定されるものではない。例えば、熱吸収部４３、熱供給部４５及び熱伝達部４７を、円柱或いは角柱をなす棒状部材として形成してもよい。

その他の構成は、前記第２の実施の形態にかかる熱交換器２０と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する熱交換器４０によっても、前述した第１の実施の形態にかかる熱交換器１０と同様の作用及び効果を得ることができる。

ここで、第１の熱吸収部４３ａと第２の熱吸収部４３ｂは、所定の間隔を開けて配置されている。そのため、第１の熱吸収部４３ａによって吸収された熱は、第１の熱吸収部４３ａと隣り合う第２の熱吸収部４３ｂに伝達されることなく、第１の熱伝達部４７ａに伝達されて第１の熱供給部４５ａに伝達される。すなわち、隣り合う熱吸収部４３同士での熱の伝達が防止されている。そして、熱供給部４５や熱伝達部４７においても、熱吸収部４３と同様に、隣り合う熱供給部４５又は熱伝達部４７同士での熱の伝達が防止されている。このため、熱吸収部４３から熱伝達部４７を介して熱供給部４５への熱伝達を、各熱吸収部４３、熱供給部４５及び熱伝達部４７の中で独立して閉鎖的に行うことができるようになっている。

その結果、第４の実施の形態に係る熱交換器４０によれば、流体が流れる方向での熱伝達を防止することができるため、熱の伝達を、流体が流れる方向と直交する方向のみに制限することができる。これにより、第１の流体から吸収した熱を効率よく第２の流体へ伝達することができるため、熱交換器の熱交換効率を大幅に向上させることができる。

更に、隣り合う熱吸収部、熱供給部及び熱伝達部の間に断熱性を有する部材を介在させてもよい。これにより、流体が流れる方向の熱伝達を効果的に防止することができ、熱交換器の熱交換効率を更に向上させることができる。

また、この実施の形態に係る構成を第１の実施の形態に係る熱交換器１０に適用してもよい。すなわち、熱吸収部３を第１の流体が流れる方向に沿って所定の間隔を開けて複数の環状部材に分割させる。同様に、熱供給部５を第２の流体が流れる方向に沿って所定の間隔を開けて複数の環状部材に分割させる。そして、複数に分割された熱吸収部３及び熱供給部５を、同様に複数に分割された熱伝達部７によってそれぞれ独立させて熱的に接続させる。このような構成を有する熱交換器によっても、第４の実施の形態に係る熱交換器４０と同様の効果及び作用を得ることができる。

次に、図６を参照して本発明の熱交換器の第５の実施の形態を説明する。図６は、本発明の熱交換器の第５の実施の形態を示す外観斜視図である。
図６に示す熱交換器５０は、第３の実施の形態に係る熱交換器３０において積層した複数の熱伝達部３７を、一体に形成したものである。

すなわち、図６に示すように、板状をなす７枚の熱吸収部５３が、その主面と直交する方向に所定の間隔を開けて、第１の流体路形成部３１の内部空間に配置されている。７枚の熱吸収部５３は、それぞれの一端が一体をなして接続されている。そして、第１の流体路形成部３１の内部空間は、７枚の熱吸収部５３により、当該第１の流体路形成部３１が延在する方向と直交する方向に８つに分割されている。これにより、第１の流体路形成部３１には、８つの第１の流体路５４が形成されている。

同様に、板状をなす７枚の熱供給部５５が、その主面と直交する方向に所定の間隔を開けて、第２の筐体３２の内部空間に配置されている。７枚の熱供給部５５は、それぞれの一端が一体をなして接続されている。そして、第２の流体路形成部３２の内部空間は、７枚の熱供給部５４により、当該第２の流体路形成部３２が延在する方向と直交する方向に８つに分割されている。これにより、第２の流体路形成部３２は、８つの第２の流体路５６が形成されている。

なお、この実施の形態では、熱吸収部５３及び熱供給部５５を７枚所定の間隔を開けて積層した例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、熱吸収部５３及び熱供給部５５を６枚以下、或いは８枚以上所定の間隔を開けて積層してもよいことは勿論である。

この７枚の熱吸収部５３と熱供給部５５は、一つの熱伝達部５７により熱的に接続されている。熱伝達部５７の一端は、７枚の熱吸収部５３が一体をなす接続部分に接触している。また、熱伝達部５７の他端は、７枚の熱供給部５４が一体をなす接続部分に接触している。そして、この熱伝達部５７の上面及び下面は、接続部３８により覆われている。

その他の構成は、前記第３の実施の形態にかかる熱交換器３０と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する熱交換器５０によっても、前述した第１の実施の形態にかかる熱交換器１０と同様の作用及び効果を得ることができる。

なお、この実施の形態に係る熱交換器５０は、複数の熱伝達部を一体に形成している。これにより、熱交換効率を下げることなく、前記第３の実施の形態に係る熱交換器３０よりも熱伝達部の部品点数を削減することができる。

次に、図７を参照して本発明の熱交換器の第６の実施の形態を説明する。図７は、本発明の熱交換器の第６の実施の形態を示す外観斜視図である。
図７に示す熱交換器６０は、前記第３の実施の形態に係る熱交換器３０において、第１の流体が流通する複数の第１の流体路をもう一群設けたものである。

すなわち、図７に示すように、第６の実施の形態に係る熱交換器６０は、２つの第１の流体路形成部３１，３１Ａと、１つの第２の流体路形成部３２を有している。第２の流体路形成部３２は、２つの第１の流体路形成部３１，３１Ａと所定の間隔を開けて、当該２つの第１の流体路形成部３１，３１Ａの間に配置されている。そして、この３つの流体路形成部３１，３１Ａ及び３２は、前記実施の形態と同様に３つの流体路形成部３１，３１Ａ及び３２が延在する方向に沿って略平行に配置されている。ここで、第１の流体と第２の流体の流量を等しくさせるために、第１の流体路形成部３１，３１Ａの幅は、第２の流体路形成部３２の略半分に設定されている。

その他の構成は、前記第３の実施の形態にかかる熱交換器３０と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する熱交換器６０によっても、前述した第１の実施の形態にかかる熱交換器１０と同様の作用及び効果を得ることができる。

なお、この実施の形態に係る熱交換器６０によれば、第１の流体が流通する複数の第１の流体路及び、複数の熱吸収部をもう一群設けている。その結果、第１の流体から第２の流体へ供給する熱量を増加させることができる。これにより、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。

以上説明してきたように、本発明の熱交換器によれば、第１の流体の熱を熱吸収部により吸収し、この熱を、熱伝達部を介して熱供給部に伝達している。その結果、第１の流体が流通する第１の流体路と第２の流体が流通する第２の流体路を、空間的に離間して配置することができる。これにより、第１の流体路が形成された第１の流体路形成部又は第２の流体路が形成された第２の流体路形成部に損傷が生じても、第１の流体と第２の流体との混合（接触）を確実に防止することができる。そして、第１の流体路及び第２の流体路の配置に特別な制約が課せられることがないので、熱交換器自体の構造設計を行う際の自由度を大幅に向上させることができる。

更に、前記第３の実施の形態に係る熱交換器３０では、熱吸収部、熱供給部及び熱伝達部を、一枚の板状又は箔状として一体に形成している。そして、板状又は箔状部材を、複数枚用意して、スペーサ等を介して所定の間隔を開けて積層している。このように、複数の板状又は箔状部材が積層したスタッキング構造にすることにより、単位体積当たりの伝熱面積を容易に向上させることができる。更に、板状又は箔状の部材を、スペーサを介して積層するだけであるため、熱交換器を簡易に作製することができる。これにより、小型でかつ熱交換効率の高い熱交換器を提供することができる。また、装置全体を小型化し、重量を軽減することができるため、１ｋＷの熱を吸収（回収）し交換するために必要な装置の製造コストを削減することが可能である。

また、前記第１から第６の実施の形態では、第１の流体路形成部と第２の流体路形成部を略平行に配置した例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１の流体路形成部と第２の流体路形成部を所定の間隔を開けて交差するように配置してもよい。この場合、第１の流体のうち第１の流体路の流入部付近の熱が、第２の流体のうち第２の流体路の流出部付近に伝達するように、熱伝達部を配置することが好ましい。このことは、図５に示した前記第４の実施の形態のように、熱吸収部、熱供給部及び熱伝達部を流体が流れる方向に沿って所定の間隔を開けて分割することで簡単に実現することができる。このように、本発明の熱交換器によれば、第１の流体路と第２の流体路が延在する方向を種々に変化させることができる。よって、熱交換器の構造設計の自由度を大幅に向上させることができる。

更に、前記第１から第６の実施の形態では、第１の流体路形成部と第２の流体路形成部の材質として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いた例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１の流体路形成部と第２の流体路形成部を、例えばアルミニウムなどの金属で形成してもよく、または断熱性を有する材料で形成してもよい。

また、１つの中空をなす角柱又は円柱の筐体内に、流体路分離手段を筐体が延在する方向に沿って設け、筐体の内部空間を２つに分離（離間）させて、第１及び第２の流体路形成部を形成してもよい。

このような構成を有する本発明の熱交換器は、例えば、風呂の残り湯の熱や夏場の暖かい外気等を利用した湯沸かし器等に用いることができる。すなわち、風呂の残り湯の熱や夏場の暖かい外気等を第１の流体として第１の流体路に流通させる。そして、暖める水を第２の流体として、第２の流体路に流通させる。その結果、お湯を沸かす前に、予め水を暖めておくことができるので、お湯を沸かす際には、極めて少ない熱量で沸かすことができるようになる。その際、本発明の熱交換器によれば、風呂等の汚水と上水を離間して流通させることができる。そのため、配管等の損傷によって、汚水と上水が混合するおそれがない。

なお、本発明は前述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能であることはいうまでもない。

本発明の熱交換器の第１の実施の形態を示す外観斜視図である。 本発明の熱交換器の第１の実施の形態に係る第１の流体と第２の流体との熱交換を断面して説明する模式図である。 本発明の熱交換器の第２の実施の形態を示す外観斜視図である。 本発明の熱交換器の第３の実施の形態を示す外観斜視図である。 本発明の熱交換器の第４の実施の形態を示す外観斜視図である。 本発明の熱交換器の第５の実施の形態を示す外観斜視図である。 本発明の熱交換器の第６の実施の形態を示す外観斜視図である。

符号の説明

１，２１…第１の流体路形成部、 ２，２２…第２の流体路形成部、 ３，２３…熱吸収部、 ４，２４ａ，２４ｂ・・・第１の流体路、 ５，２５・・・熱供給部、 ６，２６ａ，２６ｂ・・・第２の流体路、 ７，２７・・・熱伝達部、 １０，２０…熱交換器

Claims (5)

1. 第１の流体を流通させる第１の流体路が形成された第１の流体路形成部と、
   前記第１の流体路形成部内に設けられて前記第１の流体から熱を吸収する熱吸収部と、
   前記第１の流体路形成部と離間して配置されると共に前記第１の流体よりも相対的に温度の低い第２の流体を流通させる第２の流体路が形成された第２の流体路形成部と、
   前記第２の流体路形成部内に設けられて前記第２の流体に前記熱を供給する熱供給部と、
   前記第１の流体路形成部と前記第２の流体路形成部の間に配置されて前記熱吸収部と前記熱供給部を接続すると共に前記熱吸収部が吸収した熱を前記熱供給部に伝達する熱伝達部と、を備えた
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 前記熱吸収部及び前記熱供給部は、板状をなしており、
   前記熱吸収部は、その主面が前記第１の流体路形成部内において前記第１の流体が前記第１の流体路を流れる方向と略平行に配置され、
   前記熱供給部は、その主面が前記第２の流体路形成部内において前記第２の流体が前記第２の流体路を流れる方向と略平行に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記熱吸収部及び前記熱供給部は、それぞれの前記主面と直交する方向に所定の間隔を開けて複数枚積層して配置されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記熱吸収部は、前記第１の流体が前記第１の流体路を流れる方向に所定の間隔を開けて複数配置され、
   前記熱供給部は、前記第２の流体が前記第２の流体路を流れる方向に所定の間隔を開けて前記熱吸収部と同数配置されており、
   前記複数の熱吸収部と前記複数の熱供給部は、複数の前記熱伝達部によりそれぞれ対をなして接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記熱吸収部、前記熱供給部及び前記熱伝達部は、一体に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。

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