JP2011102688A - 熱交換器及び除湿空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失を防止するとともに、空気漏れを防止して能力低下する虞のない熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換用の矩形プレートを所定の間隙をあけて積層し、流れ方向が互いに直交する空気流路を前記間隙により交互に形成し、１次空気と２次空気との間で各プレートを介して熱交換可能とし、前記矩形プレートの対向する第１の辺部それぞれに、複数の山部及び谷部を有するコルゲート部を形成し、両コルゲート部間に、このコルゲート部よりも広幅の空気流路を形成するとともに、この空気流路の始端及び終端となる前記プレートの対向する第２の辺部にテーパ部を形成し、このテーパ部の端縁を、隣接する矩形プレートの前記コルゲート部の谷部の底部と当接させた状態で各矩形プレートを積層して前記空気流路を第１の空気流路と第２の空気流路とに区画形成した。
【選択図】 図７

Description

本発明は、熱交換器及び除湿用空調装置に関し、詳しくは、所定間隙をあけて積層した複数のプレートを備え、各プレート間に気体流路が形成されるとともに、隣接する気体流路は互いに直交している熱交換器、及び同熱交換器を備える除湿用空調装置に関する。

従来、乾燥した新鮮な外気を取り込んで換気しながら室内空気の温湿度調整を行うようにした空気調和装置（単に「空調装置」という場合がある）がある。

かかる従来の空調装置において、温度調整するための手段として、顕熱交換可能とした熱交換器が知られている。

かかる熱交換器としては、コルゲート加工を応用した直交流型構造のものがあり、例えば、熱交換用のプレートの上に、非金属材料で形成したリブを所定間隔をあけて列状に配設して空気流路を形成した単位部材を、リブの上に塗布した接着剤で接着し、流路が交互に直交するよう所要枚数積層したものがあった（例えば、特許文献１を参照。）。かかる構成により、各プレートで仕切られた平行流路に熱交換すべき２つの流体を１層ずつ交互に通すようにしていた。

特開昭６１−１８６７９５号公報 特開２００３−２１４６５４号公報

しかし、コルゲート構造のものは材料コストが高くなって圧力損失が大きくなってしまう。また、非金属材料製の棒状のリブを用いると、プレートとリブの接合強度が低くなり、通風した際にプレートとリブとの接合部に剥離が生じ、気流の漏れが増加する虞がある。

また、プレートを接着剤で接着しているため、接着剤の塗布作業などが必要となって、熱交換器の製造工程が増え、コスト増になってしまっていた。

本発明は、上記課題を解決して、製造が容易で低コストでありながら、熱交換する気体のリークの虞を可及的に防止した顕熱交換型の熱交換器及びこの熱交換器を備える除湿用空調装置を提供することを目的としている。

（１）本発明では、複数の熱交換用の矩形プレートを所定の間隙をあけて積層し、流れ方向が互いに直交する空気流路を前記間隙により交互に形成し、第１の空気流路を流れる１次空気と第２の空気流路を流れる２次空気との間で、前記各矩形プレートを介して熱交換可能とした熱交換器において、前記矩形プレートの対向する第１の辺部それぞれに、複数の山部及び谷部を有するコルゲート部を形成し、両コルゲート部間に、このコルゲート部よりも広幅の前記空気流路を形成するとともに、この空気流路の始端及び終端となる前記矩形プレートの対向する第２の辺部にテーパ部を形成し、このテーパ部の端縁を、隣接する矩形プレートの前記コルゲート部の谷部の底部と当接させた状態で各矩形プレートを積層することにより、前記空気流路を、前記第１の空気流路と前記第２の流路とに区画形成した。

（２）また、本発明は、上記（１）の熱交換器において、前記空気流路の中央に、第２のコルゲート部がさらに設けられていることを特徴とする。

（３）また、本発明は、上記（１）又は（２）の熱交換器において、前記矩形プレートを積層状態で保持するとともに、前記第２の辺部における前記コルゲート部の端部に当接する枠部を備えていることを特徴とする。

（４）また、本発明では、上記（１）〜（３）のいずれかの熱交換器をケーシング内に配設した除湿空気調和装置であって、前記ケーシングには、前記熱交換器を挟んで複数の送風機が配設されていることとした。

（５）また、本発明は、上記（４）の除湿空気調和装置において、前記１次空気となる乾燥した外気を取り込み、前記熱交換器を介して室内に給気する１次流路と、前記２次空気となる前記室内の高湿の環気を前記熱交換器を介して室外に排気する二次流路とを備えることを特徴とする。

本発明では、低コストで製造可能な熱交換器あるいは除湿空気調和装置でありながら、熱交換する気体のリークの虞を可及的に防止することができ、高い熱交換効率及び除湿効率を維持することができる。

本実施形態に係る除湿空気調和装置の使用状態を示す説明図である。 同除湿空気調和装置の説明図である。 同除湿空気調和装置が備える熱交換器の説明図である。 同熱交換器の分解斜視図である。。 同熱交換器が備える矩形プレートの説明図である。 同矩形プレートの側面視による説明図である。 同矩形プレートの要部を拡大した説明図である。 本実施形態に係る除湿空気調和装置の側面視による説明図である。

以下、本発明に係る熱交換器及びこの熱交換器を備える除湿空気調和装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る除湿空気調和装置（以下、単に「空調装置」という場合がある）１は、農業用ビニルハウス（以下、単に「ハウス」という場合がある）２の中に配設されている。

空調装置１は、所謂「顕熱交換除湿方式」を採用しており、図２に示すように、矩形箱型のケーシング１０の略中央に熱交換器３を配設し、この熱交換器３を挟んで、１次空気となる乾燥した外気を取り込むための給気用第１ファン４１と給気用第２ファン４２とを配設するとともに、同じように熱交換器３を挟んで、排気用第１ファン４３と排気用第２ファン４４とを配設している。

また、ケーシング１０の内部には、１次空気となる乾燥した外気を取り込み、熱交換器３を介して室内に給気する１次流路５１と、２次空気となる前記ハウス２内の高湿の環気を、熱交換器３を介してハウス２外に排気する２次流路５２とが区画形成されている。

こうして、本実施形態に係る空調装置１によれば、熱交換器３により、乾燥した冷たい外気を取り込み、同時に排出する湿った高温の室内空気と熱交換して換気することができる。すなわち、空調装置１は、湿気に関しては交換ではなく排出しており、室温低下を抑えつつ効率の高い除湿と換気が実現できる。したがって、結露などが作物へ悪影響を及ぼす農業用ビニルハウス２に好適に適用することができる。

これまで、ビニルハウス内の結露を防止するためには、ハウス内を暖房する方法を採用しており、暖房装置としては重油焚きが一般的であった。しかし、燃料代高騰によるコスト上昇の問題や、暖房時はハウス内を密閉するために生じるハウス内におけるＣＯ₂の不足による作物への悪影響などが問題視されていた。したがって、本実施形態のような「顕熱交換除湿方式」による結露防止は、ビニルハウス２に好適であると言える。

図示するように、本実施形態においては、空調装置１をハウス２の天井部に吊支しており、矩形箱型のケーシング１０の一側端部に外気導入ダクト１１と排気ダクト１２とをそれぞれ接続し、他側端部には外気導入ダクト１１と連通する外気供給ダクト１３と、排気ダクト１２に連通するハウス内吸気ダクト１４とを接続している。外気供給ダクト１３はハウス２内を伸延して、周壁の途中に適宜間隔をあけて外気吹出口（図示せず）が形成されている。なお、符号１５はケーシング１０の側面に設けられたフックを示し、ハウス２の天井に基端を係止した吊下材１６の下端を係止している。また、符号２１はハウス構築用のアーチ材、符号２２は同じく横梁材を示している。

このように、本実施形態では、空調装置１をハウス２内に吊下げて配設しているが、例えば、地上に設置した架台上に載置することもでき、設置位置や設置方式などについては何ら限定されるものではない。ハウス２内の温度を均一化するために最適と考えられる位置に適宜の方法で設置すればよい。

以下、ビニルハウス２の中の換気を行いながら顕熱交換して除湿する熱交換器３について、図３〜図８を参照して詳述する。

図３及び図４に示すように、熱交換器３は枠部６内に、それぞれ伝熱板となる複数の矩形プレート７を積層状態に収容して構成している。

枠部６は、矩形形状の底面板６３と、この底面板６３の四隅から起立状に取り付けられたアングル状支持材６１と、底面板６３の略中央位置から起立状に取り付けられた補助支持材６２とからなる固体枠６０と、底面板６３と対向する位置に着脱自在に取り付けられる蓋部材６４とから構成されている。符号６５は蓋部材６４に設けた取っ手を示す。

かかる構成の枠部６内に、熱交換用の矩形プレート７を所定の間隙をあけて多数積層している。ここでは、略２ｍｍの間隔からなる間隙が形成されるようにしている。そして、かかる間隙により、流れ方向が互いに直交する空気流路Ｒを交互に形成している（図５参照）。空気の流れる方向が異なる空気流路Ｒとしては、前記１次空気（外気）が流れる第１の空気流路Ｒ１と、この第１の空気流路Ｒ１と直交する方向に前記２次空気（ハウス２内の還気）が流れる第２の空気流路Ｒ２とが形成される（図８参照）。そして、前記各矩形プレート７を介して、１次空気と２次空気との間で熱交換されることになる。

ところで、矩形プレート７は、薄いアルミ材に親水性を付与するためのアクリル樹脂コーティングを施したものとしている。

したがって、１次空気と２次空気との間で顕熱交換した場合、高湿度の２次空気の温度が低下して凝縮した水滴が、矩形プレート７の表面に玉状ではなく膜状になるため、空気流路Ｒの抵抗となることを防止している。

また、図３及び図４に示すように、生じた水分を装置外に導出するためのドレン孔６６がアングル状支持材６１の両端側に設けられている。

このように、両端側２個所にドレン孔６６を設けたため、図２に示す姿勢でケーシング１０が傾き、例えば、このケーシング１０中に収納配設される熱交換器３がその長手方向のいずれかに傾いたりしても、排水に支障を来すことがない。

本実施形態に係る熱交換器３は、第１の空気流路Ｒ１と、この第１の空気流路Ｒ１と直交する第２の空気流路Ｒ２とが、それぞれ独立して区画形成され、これら第１、第２の流路Ｒ１，Ｒ２を流れる空気同士が混ざることがないように構成されていることに特徴がある。

すなわち、矩形プレート７は、図５〜図７に示すように、その対向する第１の辺部７１それぞれに、複数の山部７３ａ及び谷部７３ｂを有する第１のコルゲート部７３，７３が形成されており、両コルゲート部７３，７３間に、これら第１のコルゲート部７３，７３よりも広幅の空気流路Ｒが形成されている。

そして、空気流路Ｒの始端及び終端となる前記矩形プレート７の対向する第２の辺部７２に、第１のコルゲート部７３の山部７３ａ及び谷部７３ｂを形成する法面と略同寸法幅のテーパ部７４を形成し、図７に示すように、このテーパ部７４の端縁７４ａを、隣接する矩形プレート７の前記法面に当接させた状態で各矩形プレート７を積層している。すなわち、テーパ部７４の端縁７４ａを、第１のコルゲート部７３の谷部７３ｂの底部と当接させた状態で各矩形プレート７を積層している。

かかる構成により、空気流路Ｒは、１次空気及び２次空気がそれぞれ独立して流れ、互いに混ざることのない第１の空気流路Ｒ１と第２の空気流路Ｒ２とに区画形成されることになる。

本実施形態では、図７において、図面上左右方向に延在する空気流路Ｒを第１の空気流路Ｒ１とし、これに直交する方向に延在する空気流路Ｒを第２の空気流路Ｒ２としている。

また、本実施形態に係る空気流路Ｒ（第１の空気流路Ｒ１又は第２の空気流路Ｒ２）は、その中央に第２のコルゲート部７５が設けられており、この第２のコルゲート部７５を境にして左右に区画されている。

すなわち、空気流路Ｒとしては、狭幅であるよりも広幅とする方が空気抵抗を減じる観点からすれば好ましいが、矩形プレート７は極めて薄い材質からなるため、空気流路Ｒが広すぎると、強度不足となってプレート面が撓んでしまい、かえって空気流路Ｒに抵抗を生じさせてしまう結果になる虞がある。

そこで、本実施形態では、第２のコルゲート部７５を設けて補強リブのような機能を果たさせることにより強度アップを図っている。したがって、空気流路Ｒが撓んでしまい、逆に空気抵抗を増すようなことがない。

また、枠部６は、前述したように、底面板６３の四隅から起立するアングル状支持材６１を備えており、これらアングル状支持材６１を第１のコルゲート部７３の端部に当接させ、第１のコルゲート部７３を介して空気流路Ｒと外部とがリークすることを防止している。

さらに、枠部６の底面板６３の略中央位置から起立する補助支持材６２を、前記第２のコルゲート部７５の端部に当接させることにより、第２のコルゲート部７５を介して空気流路Ｒと外部とがリークすることを防止している。

このように、本実施形態に係る熱交換器３によれば、製造が容易で低コストでありながら、熱交換する気体がリークすることを可及的に防止することができるため、高効率で熱交換が可能となる。

上述した熱交換器３を備えた本実施形態に係る空調装置１について、さらに説明を加える。

図１に示すように、空調装置１をハウス２内に設置して作動させると、乾燥した冷たい外気である１次空気が、給気用第１ファン４１と給気用第２ファン４２により外気導入ダクト１１から取り込まれて外気供給ダクト１３からハウス２内に供給される一方、ハウス２内の高温多湿の換気である２次空気は、排気用第１ファン４３と排気用第２ファン４４によりハウス内吸気ダクト１４から取り込まれて排気ダクト１２からハウス２の外へ排気される。

このとき、図２及び図８に示すように、１次空気は、ケーシング１０内において、１次流路５１を流れる際には熱交換器３内の第１の空気流路Ｒ１を通過する。一方、２次空気は、ケーシング１０内において、２次流路５２を流れる際には、熱交換器３内において、第１の空気流路Ｒ１と矩形プレート７を介して隣接するとともに、当該第１の空気流路Ｒ１と直交する第２の空気流路Ｒ２を通過する。

そして、各矩形プレート７を介して１次空気と２次空気との間で顕熱交換がなされ、２次空気に含まれる湿気は、凝縮して水滴となって矩形プレート７を流れ、アングル状支持材６１に設けられたドレン孔６６から排出される。

このように、本実施形態に係る空調装置１は顕熱交換を行うため、ハウス２内の過剰な室温低下を抑えつつ高効率で除湿を行うため、冬場などのハウス２内の除湿に最適な構成となっている。

また、本実施形態に係る空調装置１は、給気用、排気用として、汎用的なファンを２連で使用して十分なファン能力を引き出している。そして、図２及び図８に示すように、給気用第１ファン４１及び給気用第２ファン４２、さらには排気用第１ファン４３と排気用第２ファン４４とを、それぞれ前後及び上下にずらしてケーシング１０内に収納配設しているため、ケーシング１０が大型化することを防止している。勿論、高い能力のファンであれば、給気用、排気用にそれぞれ１基ずつ配設することもできる。

上述してきた実施形態から、以下の熱交換器３及び除湿空気調和装置１が実現できる。
（１）複数の熱交換用の矩形プレート７を所定の間隙をあけて積層し、流れ方向が互いに直交する空気流路Ｒを前記間隙により交互に形成し、第１の空気流路Ｒ１を流れる１次空気と第２の空気流路Ｒ２を流れる２次空気との間で、前記各矩形プレート７を介して熱交換可能とし、前記矩形プレート７の対向する第１の辺部７１それぞれに、複数の山部７３ａ及び谷部７３ｂを有する第１のコルゲート部７３を形成し、両コルゲート部７３，７３間に、このコルゲート部７３よりも広幅の前記空気流路Ｒを形成するとともに、この空気流路Ｒの始端及び終端となる前記矩形プレートの対向する第２の辺部７２にテーパ部７４を形成し、このテーパ部７４の端縁７４ａを、隣接する矩形プレート７の前記コルゲート部７３の谷部７３ｂの底部と当接させた状態で各矩形プレート７を積層することにより、前記空気流路Ｒを、前記第１の空気流路Ｒ１と前記第２の空気流路Ｒ２とに区画形成した熱交換器３。

したがって、熱交換される１次空気と２次空気とがリークすることを可及的に防止することができ、高い熱交換効率及び除湿効率を発揮することができる。

（２）前記空気流路Ｒの中央に、第２のコルゲート部７５がさらに設けられている熱交換器３。

かかる構成により、第２のコルゲート部７５が補強リブとしての機能を発揮して強度アップが図れ、空気流路Ｒが撓んで空気流路Ｒの断面積を減少させ、空気抵抗が増してしまうおそれがない。

（３）前記矩形プレート７を積層状態で保持するとともに、前記第２の辺部７２における前記第２のコルゲート部７５の端部に当接する補助支持材６２を有する枠部６を備えている熱交換器３。

したがって、第２のコルゲート部７５を介して空気流路Ｒと外部とがリークすることを防止できる。

（４）上述してきた各熱交換器３をケーシング１０内に配設しており、前記ケーシング１０には、前記熱交換器３を挟んで複数の送風機（例えば、給気用第１ファン４１と給気用第２ファン４２、及び排気用第１ファン４３と排気用第２ファン４４）が配設されている除湿空気調和装置１。

かかる構成により、高い熱交換効率及び除湿効率を発揮する除湿空気調和装置１を、例えばビニルハウス２などに簡単に設置することができる。

（５）前記１次空気となる乾燥した外気を取り込み、前記熱交換器３を介して室内（例えばハウス２内）に給気する１次流路５１と、前記２次空気となる前記室内の高湿の環気を前記熱交換器３を介して室外（例えばハウス２外）に排気する２次流路５２とを備える除湿空気調和装置１。

かかる簡単な構成により、低コストでありながら高効率の除湿効果が得られる除湿空気調和装置１が提供でき、農業用のビニルハウス２などの除湿に好適に用いることができる。

１ 除湿空気調和装置（空調装置）
２ ビニルハウス
３ 熱交換器
６ 枠部
７ 矩形プレート
１０ ケーシング
Ｒ 空気流路
Ｒ１ 第１の空気流路
Ｒ２ 第２の空気流路
６２ 補助支持材
７１ 第１の辺部
７２ 第２の辺部
７３ａ 山部
７３ｂ 谷部
７３ 第１のコルゲート部
７５ 第２のコルゲート部

Claims (5)

1. 複数の熱交換用の矩形プレートを所定の間隙をあけて積層し、流れ方向が互いに直交する空気流路を前記間隙により交互に形成し、第１の空気流路を流れる１次空気と第２の空気流路を流れる２次空気との間で、前記各矩形プレートを介して熱交換可能とした熱交換器において、
   前記矩形プレートの対向する第１の辺部それぞれに、複数の山部及び谷部を有するコルゲート部を形成し、両コルゲート部間に、このコルゲート部よりも広幅の前記空気流路を形成するとともに、この空気流路の始端及び終端となる前記矩形プレートの対向する第２の辺部にテーパ部を形成し、
   このテーパ部の端縁を、隣接する矩形プレートの前記コルゲート部の谷部の底部と当接させた状態で各矩形プレートを積層することにより、前記空気流路を、前記第１の空気流路と前記第２の空気流路とに区画形成したことを特徴とする熱交換器。
2. 前記空気流路の中央に、第２のコルゲート部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記矩形プレートを積層状態で保持するとともに、前記第２の辺部における前記コルゲート部の端部に当接する枠部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器をケーシング内に配設した除湿空気調和装置であって、
   前記ケーシングには、前記熱交換器を挟んで複数の送風機が配設されていることを特徴とする除湿空気調和装置。
5. 前記１次空気となる乾燥した外気を取り込み、前記熱交換器を介して室内に給気する１次流路と、前記２次空気となる前記室内の高湿の環気を前記熱交換器を介して室外に排気する二次流路とを備えることを特徴とする請求項４記載の除湿空気調和装置。

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